基于AD9364的汽车自动收费ETC路侧系统设计

2019年，在国家ETC强政推动下，ETC用户犹如春风下的野火，迅速在全国蔓延。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年下半年就新增ETC用户1.23亿，完成ETC发行目标任务的106.81%。

作为在射频信号链领域具有全球领先优势的企业，ADI公司的高速数据转换器、PLL、混频器等在传统分立ETC路侧单元（RSU）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路侧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路边单元设计痛点如何破？

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，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。

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。

相控阵元件基础理论图

AD9364给出新一代RSU设计范本

ADI公司最新的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。最新解决方案基于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，设计大大简化并确保性能稳定性。

ADI新一代ETC RSU信号链系统级解决方案设计框图

作为一款面向微波通信应用的高性能、高集成度的射频捷变频收发器，AD9364的可编程性和宽带能力使其成为多种收发器应用的理想选择。该器件集RF前端与灵活的混合信号基带部分为一体，集成频率合成器，为处理器提供可配置数字接口，从而简化设计导入。AD9364工作频率范围为70 MHz至6.0 GHz，涵盖大部分特许执照和免执照频段，支持的通道带宽范围为200 kHz以下至56 MHz。

AD9364功能框图

除此以外，AD9364拥有首屈一指的噪声系数和线性度。接收(Rx)子系统都拥有独立的自动增益控制(AGC)、直流失调校正、正交校正和数字滤波功能，从而消除了在数字基带中提供这些功能的必要性。AD9364还拥有灵活的手动增益模式，支持外部控制。两个高动态范围模数转换器先将收到的I信号和Q信号进行数字化，然后将其传过可配置抽取滤波器和128抽头FIR滤波器，结果以相应的采样速率生成12位输出信号。同时，AD9364内核可直接采用1.3V稳压器供电，IC通过一个标准四线式串行端口和四个实时输入控制引脚进行控制，全面的省电模式可将正常使用情况下的功耗降至最低。

在AD9364拥有出色性能的基础上，通过ADI独特的数字解调设计与降噪处理算法，基于AD9364的RSU射频收发器解决方案可以实现优于-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。不仅如此，ADI还可以提供完整的解决方案和软件算法，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。

AD9364/61集成式射频收发器主要性能特性

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。

本文小结

作为革命性的软件无线电解决方案，包括AD9364在内的ADI高性能集成式射频捷变频收发器系列有着更广泛的应用，如多业务分布式接入系统(MDAS) 和小基站单元、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另外一个有意思的拓展。