当前，智慧交通已成为数字基建的重要组成部分，交通强国战略的主要发力点，迈入了新的发展阶段。其中，我国ETC系统自2007年国家标准正式推出以来，历经京津冀、长三角和全国大联网，以及去年国务院和交通部撤销省界收费站的大规模建设行动，已经成为全球最大的公路收费网络，中国高速公路管理也迎来了新的变革。据交通部统计，截至2019年12月31日，全国ETC用户累计达到2.04亿，仅2019年下半年便新增ETC用户1.23亿，完成ETC发行目标任务的106.81%。
种种数据也都表明，ETC网络已经成为支撑数字化时代交通运营管理的一个重要数字基础设施。“展望未来，ETC车载单元的普及和信息交换便利性迎来了一个全新的起点与更广阔的商业想象空间，ETC在智能停车场收费、加油站收费等支付场景的应用正在迅速增长。” ADI工业市场经理李佳最近在一场活动中指出，“安装率近100%、2亿+的汽车ETC基础资源，正在撑起智慧交通与智慧城市的部分未来想象。”作为在射频信号链领域具有全球领先优势的企业，ADI的高速数据转换器、PLL、混频器等在传统分立ETC解决方案中获得广泛应用，而去年集成式收发器因高集成度、精度和大动态范围等特性优势在ETC路测单元中获得更大的关注，ADI面向软件定义无线电(SDR)应用的捷变频收发器AD9364开始“走红”新一代ETC设计圈。
“ETC+”将撑起怎样的智慧城市与智慧交通设想？
全国目前已有的2亿+ETC车辆庞大用户群，以及将车载单元OBU设置为车辆出厂前装设备的大趋势，为ETC向高速公路以外的场景拓展应用奠定了较好的基础。“在未来几年ETC也有望从高速公路不停车收费走向城市更广泛的应用场景，包括在有效提升加油站通行效率、智慧停车系统与汽车后装消费市场，以及实时收集城市车流量数据实现更高效率的智慧城市交通管理等方向的延伸。” 李佳指出，“ETC+”正在形成产业外延趋势。
例如，国内某领先的智慧交通核心设备及解决方案提供商，近期提出基于5.8GHz自由流的MTC&ETC多义路径识别系统设想，可实现当车辆行驶通过时，将路径标识编码写入OBU或CPC卡中，出口时读取入口信息和路径信息，从而准确识别车辆的行驶路径，区分不同投资主体，实现通行费的精确拆分和发票打印，可以实现准确、全面、完整的高速公路交通信息采集，为智慧高速建设提供强有力的数据支撑。同时，ETC作为车辆的“电子身份证”，与大数据、人工智能等技术结合，可以对驾驶轨迹、易发事故路段、易堵车的时间段和路段等有效信息进行统计，方便城市交通管理单位做出智慧化管理。此外，ETC在加油站等与车主服务领域的应用，也提供了另外一种高效快速的付费方式供消费者选择。
任何技术的应用推广是需要多个方面配合的，ETC技术在多领域应用涉及到车载终端OBU、路侧基站RSU、软件协议这3个方面的普及，ETC拓展应用的研发推广则有待ETC前装、ETC支付场景拓展、ETC生态圈建设等多个领域的完善。巨大的商业想象空间之下，OBU与RSU的可靠实时通信是实现ETC更多场景应用的关键，对ETC通讯技术也提出了更高的要求，不仅需要其能够支撑在多个场景的应用，不论是低速场景的公路收费、停车收费，还是高速以及恶劣天气场景下的流量采集，也需要开始考虑ETC系统设计方案的尺寸、软件兼容性与高可靠性。
从分立到集成，RSU以高性能做担当
ETC目前主要由车辆自动识别系统、中心管理系统和其他辅助设施组成。其中，车辆自动识别系统负责对过往车辆进行信息采集和处理，是整个ETC系统的核心组成，又包括了车载单元OBU、路边单元RSU与地感线圈等传感器；中心管理系统负责车辆信息的识别和与电子支付中心的联接，其他辅助设施辅助该系统运行主要是指栏杆机、交通显示屏等辅助设备。
据李佳介绍，虽然高速公路ETC专用道及ETC混合车道在现阶段已大量部署，收费站ETC车道也都全部覆盖，但其大多仍都采用的是分立式方案构建的RSU系统，在运营过程中ETC临道干扰与前后干扰现象也偶有发生，典型的情况包括相邻两个ETC车道之间的OBU与RSU天线相互影响、RSU与非本车道上的OBU进行通讯并完成交易引起邻道干扰、由于工程实施、天线设备覆盖范围大等原因引起跟车干扰，车道前车没有扣费而后车扣费等，会引发ETC错误扣费情况而产生纠纷，在一定程度上对高速公路不停车收费发展产生较大的负面影响。
一直以来行业解决临道干扰的主要技术措施为增加同步器，但同步器只能解决同时安装2套同型号ETC天线车道的临道干扰问题，对三条及以上车道采用同步器不能有效解决临道干扰问题。因此，采用最新相控阵新一代天线，通过对车辆的定位技术，结合车道软件的同步机制来解决临道干扰问题开始走进了ETC设备厂商的视野。“新一代相控阵天线采用相控阵与软件无线电技术，能实现无线射频波束扫描，波束可以根据车道范围内的OBU位置进行灵活指向，并且无线射频交易区域边界可精确设定，覆盖位置精度高，可以使交易区域范围内的多个车辆按照顺序交易，有效防止跟车情况下后车先交易，同时通过对交易区域的设定，可以区分邻道和本车道车辆的OBU，以防止邻道干扰。”ADI应用专家何海龙表示。
相控阵元件基础理论图
“过去大多数RSU系统由设备厂商分立式解决方案进行产品研发，相控阵天线技术使用模拟波束赋形技术，整个天线都采用一组数据转换器实现信号的非连续接收调解，对于解决极端情况下车辆实时数据采集与不停车收费仍然存在一定的不可靠性。”何海龙指出，“在面向未来巨大的ETC增量市场时，尺寸越小的RSU将越具有安装优势，客户也将开始越来越多的关注高度集成度解决方案，同时采用数字波束形成技术，每个天线元件都有一组数据转换器相对应，相位调整也是以数字方式完成的，具有多波束赋形的能力，可以随时改变波束的数量。”灵活的数字相控阵天线调节与波束赋形技术使其成为新一代ETC车载单元与路测单元通信的核心，它提供了高效、小型化并具有高成本效益的解决方案也具有极强的吸引力，对ETC的进一步普及起了一定的推动作用。
集成化收发器解决方案，AD9364给出新一代RSU设计范本
“ADI最新的ETC RSU信号链系统级解决方案具有完整的高性能射频和数字基带设计，允许相控阵天线架构中含有多个收发器，与只用模拟波束赋形器的上一代相控阵天线相比，可以大大降低相控阵的成本、减小其尺寸和重量，并优化系统功能、提高系统性能。”李佳表示。李佳提到的解决方案基于ADI射频收发器AD9364实现了集成化的射频前端，一颗芯片替代了传统分立解决方案需要的ADC/DAC、PLL、混频器等近十多颗关键芯片。“传统分立解决方案在设计和调试难度都很大，这种集成解决方案几乎将所有射频问题都在一个芯片内解决了，设计大大简化并确保性能稳定性。”李佳强调道。
ADI新一代ETC RSU信号链系统级解决方案设计框图
按照何海龙的介绍，通过ADI独特的数字解调设计与降噪处理算法，RSU可以实现优于-95dBm的极高Rx接收机灵敏度，大于80dB的动态范围，领先全行业的性能。同时，带内小于有用信号10dB的干扰条件下，灵敏度的恶化小于6dB，邻道大于有用信号20dB的干扰条件下，灵敏度的恶化小于6dB，进一步提高了ETC单元的车辆信息识别准确度。“实现这样的性能对于客户来说并不复杂，我们提供完整的解决方案和软件算法。”李佳进一步指出。事实上，这对于很多缺乏实现高性价比无线前端的设计能力的OEM制造商来说非常重要。
同时，该模块可配置为简易仪表，直接应用于RSU产线测试，设备厂商则无需再单独购买昂贵的RF测试设备，可编程特性也使该系统设计具有良好的兼容性。值得一提的是，由于该高度集成的RSU信号链系统级解决方案在尺寸控制上的优异表现，同时提供了可集成于摄像头内部的天线参考设计，可作为额外的功能模块迅速导入摄像头，为新一代的车辆识别摄像头新增了另一种准确判别安装有OBU车辆信息的途径，同时也为道路安防机摄像头提升了获取信息的丰富度与准确性。
据李佳补充道，作为革命性的软件无线电解决方案，AD9364为典型的ADI高性能集成式射频捷变收发器系列更广泛的应用，其实是蜂窝电话基站的软件定义无线电架构，如多业务分布式接入系统 (MDAS) 和小基站单元等，此外在工业、商业应用中的无线高清视频传输（如无人飞行器 (UAV）应用等，而在ETC RSU的应用则是AD9364作为软件无线电捷变频收发器的独特性能优势应用的有一个有意思拓展。
近日交通运输部重磅公布的《推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》再度提及了ETC系统在众多具体场景的应用方向，以推进车路协同，对于ETC系统的的进一步普及推广注入了政策强针。“重点路段要实现全天候、多要素的状态感知，应用智能视频分析等技术，建设智慧路网云控平台，ETC的合理运用都可以大大加速其进程，但这也需要产业上下游厂商共同研发，更需要企业与政府部门通力合作。”李佳表示，“ADI可提供的软硬件解决方案，包括RF架构中的集成化收发器解决方案以及基带对信号有效调节的降噪算法等，都将助力合作伙伴大大缩短产品研发时间并加速其推广上市。也欢迎大家与ADI一起合作，在以识别和支付为核心的ETC服务应用后半场，进一步拓展其场景实践落地。”
