河南省高速公路ETC关键设备邻道干扰研究

摘 要：伴随着ETC建设规模的扩大和ETC推广。现有的ETC车道普遍存在跟车干扰及临道干扰的问题，减少了用户的满意度，制约了ETC用户及规模的发展。已建成ETC车道和新建ETC车道如何才能适应未来大流量车辆，以及ETC车道系统如何解决目前ETC应用中发现的跟车干扰和临道干扰问题，是十分值得进行探索和深入研究的。

1、车道ETC收费系统构成

ETC专用车道（入口车道、出口车道）系统主要由车道控制器、路侧单元、车道信号灯（含声光报警器）、自动栏杆、车牌识别系统（含车道摄像机）、费额显示器（含语音报读设备）、车辆检测器、雨棚信号灯等组成，详见图1-1。

2、现场测试及结果分析

2.1测试环境

室外测试场地为某主线站收费广场，双向岛两侧车道入口和出口设置为ETC车道，包括收费亭、安全岛、L型杆、线圈、车道机。车道宽3.2米，安全岛宽2米（按当地实际执行），L型杆横杆高5.5米，线圈尺寸和位置按实际车道布置。L型杆与安全岛岛头距离1.5-2米，且其前方有至少15米的减速区域（线性度良好）。

2.2 测试步骤

（一） 天线安装：在L型杆上车道正中安装天线，高度约5.5米，使用坡度仪按照安装要求测量并调整其安装角度（角度范围：水平±180°，垂直45±25°）。

车外区域测试（唤醒区域，即交易区域）：

a）玻璃面板固定在带滚轮的三脚架上端，使用坡度仪调整其与车道地面呈45°夹角；

b）将唤醒灵敏度为-45dBm且唤醒时会蜂鸣的标准OBU贴在玻璃面板下方，使用皮尺测量并调整OBU与车道地面的距离为1.2米；

c）画车道的通信区域测量基线。

d）按照要求设定RSU发射功率等级及安装角度后，设置车道机上位机为天线常开模式，推着带有OBU的三脚架开始测试。

e）测试人员推着三脚架在最远端（15米）沿着坐标系纵轴向行车方向推进，直到标准OBU被连续稳定唤醒（连续稳定蜂鸣或LED显示）时，立即停止移动，记录当前坐标值，此时所在的位置为唤醒区域远端点（1号点）。

f）测试人员推着三脚架从天线后方2米处沿着坐标系纵轴面向行车方向推进，直到标准OBU被连续稳定唤醒（连续稳定蜂鸣或LED显示）时，立即停止移动，记录当前坐标值，此时所在的位置为唤醒区域近端点（7号点）。

g）测试人员推着三脚架在远端和近端点的中心点（0，P中）上，纵坐标保持P中不变，分别从左右两边5米处沿垂直于车道的方向向车道内推进，直到标准OBU被连续稳定唤醒（连续稳定蜂鸣或LED显示）时，立即停止移动，记录当前坐标值，此时所在的位置分别为唤醒区域左右端点（4号点、10号点）。

h）测试人员推着三脚架在纵坐标分别为P中±1米且垂直于车道的直线上从左右两边5米处向车道内推进，直到标准OBU被连续稳定唤醒（连续稳定蜂鸣或LED显示）时，立即停止移动，记录当前坐标值，此时所在的位置分别为唤醒区域边界点（3号点、5号点、9号点、11号点）。

i）测试人员推着三脚架分别在横坐标为±1米的直线上，从远端（纵坐标15米）或近端（纵坐标-2米）处向中心点方向推进，直到标准OBU被连续稳定唤醒（连续稳定蜂鸣或LED显示）时，立即停止移动，记录当前坐标值，此时所在的位置分别为唤醒区域边界点（2号点、6号点、8号点、12号点）。

j）上述测试所得唤醒区域边界点如图1所示，每个边界点测试三次并取平均值。

k）调整天线发射功率等级及安装俯仰角组合，重复上述测试步骤。

2.3 测试结果分析

RSU信号的覆盖范围研究

（一）品牌1天线RSU信号覆盖范围

本次品牌1天线共测试了9种安装角度和7种发射功率，分别针对不同的组合拟合后的天线覆盖范围进行分析，天线功率值28对应的9种安装角度分别为35、39、42、44、45、44、47、51、55；以及天线安装角度值45对应的7种天线功率分别为25、26、27、28、29、30、31时天线覆盖区域如图所示：

天线功率值为28时对应的天线覆盖区域图中可以看出，相同功率条件下，该天线的覆盖区域随着安装角度的增大而增大，天线信号覆盖最近点从7处增加到14。

天线安装角度值45时对应的天线覆盖区域图中可以看出，相同角度条件下，该天线的覆盖区域随着功率度的增大而增大，天线信号覆盖最近点从8米处增加到12米处；天线正下方通信边缘从1.5到2米。

（二）品牌2天线RSU信号覆盖范围

本次品牌2天线共测试了9种安装角度和7种发射功率，分别针对不同的组合拟合后的天线覆盖范围进行分析，天线功率值27对应的9种安装角度分别为35、39、42、44、45、44、42、39、35；以及天线安装角度值45对应的7种天线功率分别为24、25、26、27、28、29、30时天线覆盖区域如图所示：

天线功率值为27时对应的天线覆盖区域图中可以看出，相同功率条件下，该天线的覆盖区域随着安装角度的增大而增大，天线信号覆盖最近点从6米处增加到到13米处；天线正下方的覆盖边缘从-1米岛1.8米。

（三）品牌3天线RSU信号覆盖范围

本次品牌3天线共测试了5种安装角度和7种发射功率，分别针对不同的组合拟合后的天线覆盖范围进行分析，天线功率值18对应的5种安装角度分别为35、42、45、42、35；以及天线安装角度值45对应的7种天线功率分别为15、16、17、18、19、20、21时天线覆盖区域如图所示：

天线功率值为18时对应的天线覆盖区域图中可以看出，相同功率条件下，该天线的覆盖区域随着安装角度的增大而减小，天线信号覆盖最近远从14米处减小到8米处；天线正下方的覆盖边缘从0米岛1米。

天线安装角度值45时对应的天线覆盖区域图中可以看出，相同角度条件下，该天线的覆盖区域随着功率度的增大而增大，天线信号覆盖最近点从10米处增加到14米处；天线正下方通信边缘几乎不变。

3、邻道干扰问题解决方案

3.1 RSU最佳安装角度和最佳发射功率

结合RSU信号静态覆盖区域测试以及动态跑车测试，针对不同品牌RSU的最佳安装角度和最佳发射功率也有所不同。品牌1 RSU最佳安装角度为45度，对应最佳发射功率为28；品牌2 RSU最佳安装角度为45度，对应最佳发射功率为27；品牌3 RSU最佳安装角度为45度，对应最佳发射功率为18。从内向外依次为品牌1到3，不同品牌的天线覆盖范围有一定差距，现场测试过程中RSU和车载OBU的交易位置均位于触发线圈附近。

3.2 其他注意事项

一是设备安装方面，在对RSU 读写器进行安装工作时，一定要通过专业工具的测量，把其安装到车道的正中央；另外，RSU 读写器在高度与角度的选择上，建议高度维持现有6米，安装角度采用45度；同时要保证RSU安装位置垂直于ETC车道路面。RSU发射功率设置在参考最佳发射功率前提下，还应与具体周围环境的考量下，要对OBU的发射功率进行合理优化，充分做到因地制宜。二是前期设计方面，收费广场ETC车道设计应在满足规范前提条件下，要避免其安装在较为特殊的环境下，一般选用平直的车道；尽量减小收费广场纵坡度，尽量避免RSU信号覆盖至相邻车道；ETC 系统在设计安装上， RSU 设备还要远离大面积的反射体。三是优化运营管理，ETC车道采用隔离，避免车辆在ETC天线覆盖范围下出现多车辆交织；增加ETC车辆保持车距等标志。[4] [5]

4、结束语

通过ETC天线不同的安装角度和发射功率的组合进行现场测试，通过天线覆盖区域和动态跑车测试，经过分析得到不同品牌RSU的最佳安装角度和最佳发射功率的组合。 本次实测的三种品牌的天线对应的最佳安装角度和最佳发射功率分别为：45和28、45和27以及45和18；并给出了ETC天线工程安装和前期设计中应注意事项。

参考文献

[1] 张玉辉，邓伟. ETC 的现状及发展趋势. 国际智能交通，2003（3）： 26-29.

[2] 邱劲. 基于 DSRC-ETC 的福建高速公路联网收费系统的设计： [硕士学位论文].武汉： 华中科技大学图书馆，2011.