一、引言

ETC門架系統(tǒng)是取消省界收費站、實現(xiàn)電子不停車收費的重要設施，具備對通行車輛進行多路徑識別、自動計費等功能，提升高速公路路網(wǎng)運行狀態(tài)概況感知的全覆蓋，因為依托門架數(shù)據(jù)，可以準確獲取到行車時間流量、車速，包括路網(wǎng)整體的運行狀況。

這種技術可以為駕駛者和收費站的工作人員提供非常大的便利，實現(xiàn)自動收費，同時還可以節(jié)省收費的時間。ETC門架系統(tǒng)具備通行車輛分段計費、流量調查、視頻監(jiān)控、超速篩查等功能，汽車經(jīng)過門架之后，門架上安裝的監(jiān)控系統(tǒng)會自動識別汽車，同時實現(xiàn)計費。

隨著ETC應用的發(fā)展，提高ETC服務質量、減少故障率成為了突出的問題。使安裝在車輛擋風玻璃上的車載電子標簽（OBU）與在車道ETC門架系統(tǒng)通訊的可靠性尤其重要。其中車載單元（OBU）和路測單元（RSU）的協(xié)議一致性是ETC系統(tǒng)運行的根本，包括核心物理層指標、可靠性和通信流程完整性（協(xié)議一致性）等。對ETC門架依據(jù)《GB/T 20851-2019》、《JTG 2182-2020》和《JTG 3520-2021》進行測試不僅能夠保證相關設備的標準符合性，更能保證門架系統(tǒng)日常使用中的穩(wěn)定性及可靠性，為ETC的應用和發(fā)展奠定基礎。

二、測試標準概述

本方案主要測試內(nèi)容為《JTG 2182-2020公路工程質量檢驗評定標準 第二冊 機電工程》標準中6.4 ETC門架系統(tǒng)中表6.4.2 ETC門架系統(tǒng)實測項目中的第20-25項進行測試，包括通信區(qū)域、RSU工作信號強度、RSU工作頻率、RSU占用帶寬、RSU前導碼、RSU通信流程。具體內(nèi)容如下圖：

具體測試方法主要參照《GB/T 20851-2019電子收費 專用短程通信》和《JTG 3520-2021公路機電工程測試規(guī)程》。

三、ETC門架測試方案對比

3.1基于暫停測試路段通行的實時測試方案

3.1.1 方案概述

基于暫停測試路段通行的實時測試方案為目前公路交通行業(yè)常用測試方案，此方案首先需要暫停測試路段（約被測車道ETC門架前后數(shù)十米距離）的車輛通行，并且在測試特定測試項目時，需要調整RSU處于對應測試狀態(tài)，實時使用測試設備進行測試，同時需要進行測試結果記錄等工作。

3.1.2 所用設備

此方案一般需要使用手持頻譜儀+全向天線。要求兩者頻率范圍至少覆蓋ETC通信頻率，并且需要已知天線相關參數(shù)（天線K因子、線纜損耗和天線增益）。

3.1.3 測試流程

• 通信區(qū)域（OBU測試）：

1）被測RSU設置為連續(xù)發(fā)射工作信號狀態(tài)

2）在測試線的車道中軸線位置，保持OBU距離水平地面1.2m高度處，由車道中軸線位置先后分別向車道兩邊緣緩慢移動OBU，查找RSU發(fā)射信號無法與OBU 通信的邊界點，用卷尺分別測量兩側邊界點至車道中軸線的距離并記錄。

• 通信區(qū)域（場強測試）：

1）被測RSU設置為連續(xù)發(fā)射載波信號狀態(tài)，無法設置發(fā)射載波信號時，可設置為連續(xù)發(fā)射工作信號狀態(tài)

2）在測試線的車道中軸線位置，保持測試天線距離水平地面1.2m高度處，由車道中軸線位置先后分別向車道兩邊緣緩慢移動測試天線，測量RSU發(fā)射信號場強，查找場強降低至規(guī)定最小值（113dBμV/m）的邊界點，用卷尺分別測量兩側邊界點至車道中軸線的距離并記錄。

• RSU工作信號強度：

1）根據(jù)測試要求，將測試天線放置于RSU通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）調整頻譜分析儀功率幅度標尺至合適值，測量范圍應覆蓋被測信號。

3）設置掃頻寬度為5MHz，測試信道功率，讀取測試值并記錄。

注意：測試時應確保讀取通信區(qū)域內(nèi)最大信道功率。被測RSU可采用工作信號作為被測信號。

• RSU工作頻率：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設置掃頻寬度為5MHz，讀取信號主縱模峰值處頻率值并記錄。

注意：被測RSU最好采用發(fā)射持續(xù)載波信號狀態(tài)，條件不允許時也可采用工作信號作為被測信號。

• RSU占用帶寬：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設置掃頻寬度為30MHz，測量功率比例為99%，讀取占用帶寬結果數(shù)值。

注意：被測RSU采用發(fā)射持續(xù)工作信號狀態(tài)。

• RSU前導碼：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設置掃頻寬度為0，切換為時域模式，觀察信號包絡，判斷前導碼。

注意：被測RSU采用發(fā)射持續(xù)工作信號狀態(tài)。

• RSU通信流程：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設置頻譜分析儀為記錄模式，掃頻寬度應大于5MHz，使用解調模式輸出解調后的編碼信號，開始測試。

3）將正常交易的車載單元（OBU）放入通信區(qū)域的測試位置和RSU進行交互。

4）將存儲的編碼信號解碼為信息源碼并記錄輸出結果。

注意：以輸出的信息源碼是否符合電子收費專用短程通信應用層服務原語的數(shù)據(jù)結構作為測試結果。應用層服務原語包括BST、GetSecure.request、TransferChannel.request、SetMMI.request、Event_Report等。

3.1.4 測試方案弊端

• 測試過程復雜，對測試人員要求較高；
• 長時間占用車道，存在堵塞交通風險；
• 信息源碼解讀難度大，測試人員識別服務原語極其困難。

3.2基于分析錄制IQ文件的便捷測試方案

3.2.1 方案概述

錄制IQ文件的便捷測試方案是一種基于對頻譜儀或射頻記錄儀錄制的IQ文件進行處理分析和解析的便捷測試方案，該方案最大程度上提高了ETC門架測試的效率，極大的簡化了測試的復雜程度，并且降低了暫停車道可能導致堵塞的風險。

3.2.2 所用設備

此方案所需設備有兩種組合：

1）頻譜儀（支持IQ錄制功能，帶寬至少5MHz，錄制時間不小于15s）+全向天線+ETC交易過程分析軟件ProEye

2）射頻記錄儀+全向天線+ETC交易過程分析軟件ProEye

3.2.3 測試流程簡述

• 通信區(qū)域（場強測試）：

1）被測RSU設置為連續(xù)發(fā)射載波信號狀態(tài)，無法設置發(fā)射載波信號時，可設置為連續(xù)發(fā)射工作信號狀態(tài)

2）在測試線的車道中軸線位置，保持測試天線距離水平地面1.2m高度處，由車道中軸線位置先后分別向車道兩邊緣緩慢移動測試天線，測量RSU發(fā)射信號場強，查找場強降低至規(guī)定最小值（113dBμV/m）的邊界點，用卷尺分別測量兩側邊界點至車道中軸線的距離并記錄。

• RSU工作信號強度/RSU工作頻率/RSU占用帶寬/RSU前導碼/RSU通信流程：

1）將可與被測RSU正常通信的OBU安裝在測試車擋風玻璃上；并將測試天線放置于測試車內(nèi)擋風玻璃旁，確保天線可接收到下行信號。

2）測試車輛正常駛過被測ETC門架相應車道，測試車輛進入ETC交易區(qū)域前打開頻譜儀或射頻記錄儀的IQ記錄功能，待交易完成后停止記錄。

3）打開ETC交易過程分析軟件ProEye，導入錄制的IQ文件，分析RSU工作信號強度、工作頻率、占用帶寬、前導碼及通信流程。

3.2.4 測試方案優(yōu)勢

• 極大地簡化測試過程復雜程度，避免實時測試不慎造成的誤差；
• 核心軟件一鍵測試結果，降低測試人員要求，；
• 避免長時間占用車道，降低堵塞交通風險；
• 精確解析查找信息源碼，解決應用層服務原語極難解析的核心困難；
• 支持數(shù)據(jù)截圖保存，便于數(shù)據(jù)存儲分析。

四、核心測試軟件-ETC交易過程分析軟件ProEye

4.1軟件概述

ETC交易過程分析軟件ProEye是一款分析ETC系統(tǒng)通信流程（協(xié)議一致性）的專業(yè)測試軟件。主要是對已錄制的包含ETC射頻交互過程的IQ文件進行分析。支持常用的IQ文件格式；支持解析射頻指標、應用層及設備應用層的關鍵交互語句和特征數(shù)據(jù)。射頻指標包括信號強度、載波頻率、頻率容限、調制系數(shù)、占用帶寬等指標；應用層及設備應用層解析可自動搜索關鍵交互語句，例如前導碼、BST、VST、SetMMI.rs、SetMMI.rq等信息。以此來判斷ETC系統(tǒng)的通信流程是否正常。支持提供C#的API，供二次開發(fā)使用。

4.2軟件結構框圖

4.3軟件界面示意圖