高速公路電子收費(fèi)(ETC)國家標(biāo)準(zhǔn)自2007年頒布實(shí)施以來，經(jīng)過國內(nèi)多個(gè)省市的實(shí)踐，已經(jīng)證明能夠?yàn)閺V大高速公路使用者提供方便、快速的通行方式，有效地減少了繁忙時(shí)段主要收費(fèi)站的擁堵情況，充分體現(xiàn)了人文高速、科技高速和綠色高速的建設(shè)思想?！ ?/p>
快通公司作為國標(biāo)ETC應(yīng)用的最大運(yùn)營商，經(jīng)過兩年多的運(yùn)營，積累了豐富的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，在貫徹實(shí)施國標(biāo)方面暫時(shí)走在了兄弟省市的前面，在實(shí)際運(yùn)營中，我們也遇到了一系列技術(shù)問題，這是一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中不可避免的。下面我們將實(shí)際遇到的幾個(gè)主要問題逐一列出，并根據(jù)我們的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)以及與OBU廠商的技術(shù)交流，提出了相應(yīng)的解決措施。
1. 分離元件與芯片的選擇
目前在用的電子標(biāo)簽(OBU)基本采用分離元件構(gòu)成，特別是射頻發(fā)射部分通常采用介質(zhì)振蕩器，因而OBU工作的發(fā)射中心頻率由于容易受到器件的選擇、溫度、元器件老化等影響而偏移量過大，超出國標(biāo)要求，也經(jīng)常超出路測單元(RSU)的接收帶寬范圍，從而造成OBU與RSU無法正常通信，嚴(yán)重影響了ETC車輛的不停車通行。在這兩年的運(yùn)營中，根據(jù)對召回產(chǎn)品的分析，OBU頻偏的影響是影響ETC車道天線交易成功率的主要原因之一。因而我們在OBU到貨驗(yàn)收中也加強(qiáng)了頻率偏移的檢查，多次發(fā)生過OBU因?yàn)轭l偏嚴(yán)重而批次退貨的情況，從而推動廠商加強(qiáng)元器件的選擇和出廠檢驗(yàn)的嚴(yán)格管理，但是在用戶返修的OBU故障原因中也經(jīng)常出現(xiàn)因器件老化等原因而造成的頻偏現(xiàn)象。
因而，為解決這一問題，僅僅依靠元器件的選擇是不夠的，成本、供貨源、長時(shí)間的驗(yàn)證測試都是很現(xiàn)實(shí)的問題。最根本或最終的解決方式就是產(chǎn)品的集成化，特別是ETC國標(biāo)射頻芯片的開發(fā)和應(yīng)用。目前，適用于國標(biāo)ETC應(yīng)用的主流射頻芯片主要有以下幾種：
單發(fā)芯片，即發(fā)射部分為芯片，喚醒和接收部分為分離元件。這一類以美國RFMD公司的ML5830為代表。
收發(fā)一體芯片，即發(fā)射和接收部分集成為一個(gè)芯片，喚醒電路為分離元件。該類芯片以日本東芝公司的TB32160、OKI公司的ML9636、韓國PHYCHIPS公司的PD5000為代表。
全集成射頻芯片，即發(fā)射、接收、喚醒完全集成為一個(gè)芯片。目前已經(jīng)研制成功的為上海博通公司的BK5822。
全集成芯片，即將射頻、MCU和ESAM完全集成為一個(gè)單一芯片，尚處于研發(fā)的初級階段。
前三種芯片已經(jīng)分別被國內(nèi)大多數(shù)OBU廠商逐步采用，但均尚處于試驗(yàn)或試用階段，測試結(jié)果表明能夠有效地解決上述頻偏問題，但芯片本身的成熟度和工作的穩(wěn)定性尚未完全得到驗(yàn)證，仍有待時(shí)間的考驗(yàn)。預(yù)計(jì)今年(2010年)下半年上述三類芯片會逐步開始正式投入商用，但發(fā)展方向仍然是向集成化更高的后兩類芯片過渡，最終的全集成芯片成熟期則至少需要2~3年的時(shí)間。
2. 射頻指標(biāo)的一致性
目前國標(biāo)ETC應(yīng)用中的最大問題之一是RSU和OBU射頻指標(biāo)的一致性。由于國標(biāo)中暫時(shí)只對部分射頻指標(biāo)的上限做出了規(guī)定，比如國標(biāo)中OBU的發(fā)射功率(e.i.r.p)≤+10dBm、喚醒靈敏度≤-40dBm和接收靈敏度≤-50dBm，RSU的發(fā)射功率(e.i.r.p)≤+33dBm和接收靈敏度≤-70dBm，并未對上述射頻指標(biāo)的下限做出明確要求，換句話而言，尚沒有針對實(shí)際ETC車道的布局和有效通信范圍給出一個(gè)合理的天線射頻指標(biāo)范圍。因而，各ETC專用設(shè)備廠商只是根據(jù)自己的理解和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)條件自行確定設(shè)備的射頻指標(biāo)，從而造成不僅不同廠商的產(chǎn)品射頻指標(biāo)的不一致，甚至同一廠商的不同批次產(chǎn)品射頻指標(biāo)也不一致。快通公司近兩年的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，由于沒有統(tǒng)一的射頻指標(biāo)體系約束，不同ETC收費(fèi)車道的交易成功率差別很大，并且經(jīng)常發(fā)生ETC車輛在某些站點(diǎn)通行順暢，某些站點(diǎn)卻無法在車道RSU天線下正常交易不得不停車刷卡繳費(fèi)的情況，而鄰道干擾問題也時(shí)有發(fā)生。這種情況給包括快通公司在內(nèi)的ETC運(yùn)營商造成了很大的困擾，一定程度上影響了ETC系統(tǒng)的大規(guī)模擴(kuò)展和應(yīng)用。
射頻指標(biāo)的確定，不是簡單的定一個(gè)值，既要考慮到新RSU和OBU的需求，也要兼顧到已投入應(yīng)用的大多數(shù)RSU和OBU。因而，首先需要結(jié)合ETC專用車道的布局進(jìn)行理論分析和仿真計(jì)算，確定一個(gè)合理的取值范圍;然后需要進(jìn)行大量的室內(nèi)和室外測試，特別是獲取在用RSU和OBU的典型指標(biāo)值。
上述測試中的難點(diǎn)在于測試方法，RSU的射頻指標(biāo)相對容易，因?yàn)樘炀€增益和線纜損耗都是可測可控的，但OBU卻因?yàn)轶w積小、電池供電或受環(huán)境影響比較大等原因，其測試方法很值得商榷。對于傳導(dǎo)測量，由于OBU引線比較困難，且OBU開蓋測量引入的誤差會很大，因而我們推薦采用輻射等效的測量方法。
3. OBU供電方案
目前，出于安全性、可靠性、持續(xù)供電、大電流放電需求和使用壽命等方面的考慮，現(xiàn)有的廠商大多采用一次性鋰電池(鋰亞硫酰氯電池)+ 超級電容供電的方式。不同的OBU廠商因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)、芯片、元器件選擇的不同，功耗(包括待機(jī)功耗和工作功耗)也大相徑庭。雖然從理論上計(jì)算，交易次數(shù)或電池壽命都能夠滿足5年以上的使用要求，但由于誤喚醒問題，實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，兩到三年的OBU電池使用期限已經(jīng)是非常好的了。誤喚醒的解決方案有：
雙重濾波器的使用，即只有載波在國標(biāo)OBU工作頻率范圍內(nèi)且調(diào)制信號為14kHz方波時(shí)才能夠?qū)BU喚醒并進(jìn)入工作狀態(tài)。由于OBU體積限制、國內(nèi)技術(shù)工藝水平以及成本控制的原因，尚無廠商采用本方案。而在未來的芯片設(shè)計(jì)中，如果將喚醒電路集成進(jìn)射頻或全集成芯片中，也根本沒有可能不給芯片供電而單單啟動芯片中的喚醒電路。
軟件濾波，即在喚醒電路啟動后，通過軟件進(jìn)行14kHz方波的判別，根據(jù)判別結(jié)果決定打開射頻接收電路或回復(fù)休眠狀態(tài)。這種方式力圖將喚醒時(shí)間控制在最小范圍內(nèi)。本方案的成功與否取決于軟硬件的合理設(shè)計(jì)。
電池+超級電容+太陽能供電方式。太陽能作為主供電方式、電池作為后備供電方式。本方案對于誤喚醒控制的要求大大降低，但如何防止太陽能對電池的反充造成的安全設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。目前已有多個(gè)廠商已經(jīng)采用本方案，實(shí)際的效果尚需時(shí)間考驗(yàn)。
此外，目前國內(nèi)的電池市場基本由某國外廠商壟斷，電池成本居高不下，占據(jù)整個(gè)OBU成本的15%以上。但由于目前國內(nèi)尚無針對電池安全、供電的權(quán)威測試機(jī)構(gòu)，而OBU作為消費(fèi)類電子產(chǎn)品，引進(jìn)新的電池廠商尚需時(shí)日，也需要相關(guān)部門和OBU廠商共同努力。
4. IC卡讀寫方式
早期的OBU和IC卡通信均采用接觸式方式，但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)由于IC卡插拔不到位或客戶插反的原因，經(jīng)常造成OBU讀取不到IC卡的現(xiàn)象從而造成交易失敗。因而同時(shí)支持非接觸式和接觸式或只支持非接觸式的OBU產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，并取得了很好的使用效果。但問題也是客觀存在的，OBU工作在非接觸式時(shí)功耗明顯要大于接觸式的功耗。這也是部分廠商采用太陽能供電的一個(gè)原因。
5. PC-RSU接口
在用的車道工控機(jī)和RSU接口多為串口方式，實(shí)測表明，如果改為網(wǎng)絡(luò)接口，至少可以節(jié)省60~70ms的時(shí)間，而目前一次完整的交易時(shí)間為200~300ms，此外網(wǎng)口通信在工作的可靠性方面也毫不遜色。
限于篇幅限制，上面我們只針對在實(shí)際應(yīng)用中遇到的幾個(gè)主要問題進(jìn)行了探討，以供相關(guān)研究單位、ETC專用設(shè)備廠商以及其他國標(biāo)ETC運(yùn)營商參考。