摘 要：ETC系统现已实现了全国联网，系统内各个厂家以及型号的电子标签众多，各个标签的射频参数都有差异，因而导致交易范围不固定，邻道干扰以及跟车干扰等问题出现。为此，文中论述了一种ETC电子标签自校准方法，该方法能够根据实际应用场景进行自适应调整，而无需人为干预，且调整范围大，能够满足不同种类车辆的差异化需求，且其调整等级是连续的，而非离散点。
关键词：电子不停车收费；电子标签；自校准；差异化需求
中图分类号：TN919 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）02-00-03
0 引 言
随着我国经济发展和对交通运输需求的增长，传统收费模式已成为制约高速公路通行能力的瓶颈。电子不停车收费（Electronic Toll Collection，ETC）作为解决这个瓶颈的有效手段已经成为高速公路收费的主要发展方向[1]。尤其是近两年，随着ETC系统全国联网的推进，ETC用户的数量越来越多，众多厂家和型号的电子标签运行于全国的ETC系统中，由于各个厂家、各个型号，甚至同型号的每台电子标签之间都存在着前、反向链路参数不一致的情况，这样就导致了在同一个收费站点的路测设备（RSU）下，交易范围的大小参差不齐，抑或严重的邻道干扰和跟车干扰问题，使得客户感受变差、投诉增多，不利于全国联网的推进。已有技术中，大多是通过结构上留出拨码等类型的开关等装置，选配2到3档的灵敏度，由用户根据经验选择2到3档的接收灵敏度，以适应不同车辆风挡玻璃衰减量不一致的情况。但是与众多车型相比，仅仅2到3档是完全不能够满足各式车辆的差异要求的，并且这种补偿是离散的而非连续的。本文主要论述了一种新型ETC电子标签自校准方法，能够根据实际应用场景进行发射功率及接收灵敏度的自适应调整，以解决不同车辆风挡玻璃对射频信号衰减量不同导致标签交易范围不同的不足。
1 系统的总体设计方案[2，3]
本文的解决方法是提供一种电子标签及其功率校准方法、校准设备及校准系统，能够根据实际应用场景进行发射功率及接收灵敏度的自适应调整，以解决不同车辆风挡玻璃对射频信号衰减量不同导致标签交易范围不同的不足。
为解决上述技术问题，本文论述了一种校准方法，应用于电子收费系统，校准设备包括参数设置装置和校准信息发送链路，参数设置装置用于设定校准信息；校准信息发送链路用于向电子标签发送所述校准信息；其中，校准信息包括不含车辆风挡玻璃衰减的标准功率等级信息。校准设备还包括定位装置、数据接收链路和微控制单元，其中定位装置用于保证所述校准设备与所述电子标签的间距固定；数据接收链路用于接收所述电子标签的自适应调整完毕信号或者校准结束信号，并发送给所述微控制单元；微控制单元用于接收到所述自适应调整完毕信号后，控制校准信息发送链路向所述电子标签发送所述设定的校准信息以及接收到所述校准结束信号后，结束当前校准过程。校准设备的框图如图1所示。
本文还论述了可以用于自校准的电子标签设计，应用于电子收费系统。电子标签包括前向发射链路，用于接收校准信息并发送给微处理单元，其中所述校准信息包括不含车辆风挡玻璃衰减的标准功率等级信息以及根据接收到的调整信号调整发射功率；信号强度检测链路，用于根据检测到的射频信号强度，得到实际功率等级信息并发送给所述微处理单元；微处理单元用于根据接收到的标准功率等级信息和通过实际功率等级信息得到车辆风挡玻璃的衰减量，并根据得到的所述衰减量确定是否需要进行校准，如果确定需要进行校准，则计算需要调整的发射功率和/或接收灵敏度，并分别发送相应的调整信号给前向发射链路和反向接收链路；反向接收链路用于根据接收到的调整信号调整接收灵敏度。如果确定需要进行校准，则微处理单元还可通过所述前向发射链路向校准设备发送自适应调整完毕信号；如果确定不需要进行校准，则通过所述前向发射链路向校准设备发送校准结束信号。电子标签的框图如图2所示。
2 系统的工作流程[4]
电子标签功率校准系统的具体工作过程描述为：在安装时，将电子标签贴装在车辆的风挡玻璃上，将校准设备安装在车辆风挡玻璃外正对标签，并且与电子标签的距离可以由校准设备的定位装置保证。将当地的空气介电常数输入校准设备（信息录入模块），校准设备会根据经验公式计算出不含风挡玻璃衰减的值发送到电子标签的标准功率等级（也称作初始功率等级）。
结合图3所示的系统工作流程图，其电子标签功率校准系统的具体校准过程包括以下步骤：
（1）电子标签的反向接收链路接收校准设备发送的标准数据帧信号；该数据帧中包含校准设备发送给电子标签的功率校准信息，例如不含风挡玻璃衰减的标准功率等级信息。
（2）信号强度检测链路根据物理检测到的标准数据帧信号，测量出信号的实际功率等级信息。
（3）反向接收链路将解调出的不含风挡玻璃衰减的信号强度，即功率校准信息，发送给微处理单元。
（4）信号强度检测链路将含风挡玻璃衰减的信号强度，即检测出的实际功率等级信息，发送给微处理单元。
（5）微处理单元根据收到的标准功率等级信息和实际功率等级信息计算衰减量，并根据计算出的衰减量判断是否需要进行校准，如判断信号强度是否一致（衰减量小于预定的阈值则认为一致），如果需要进行校准，则分别计算前向发射链路需要补偿的功率等级，以及反向接收链路需要调整的灵敏度。微处理单元将标准功率等级与信号强度检测链路测量出的实际功率等级进行差操作，得到的差值就可以视为车辆风挡玻璃对工作信号的衰减量。
（6）微处理单元向前向发射链路和反向接收链路发送调整信号，前向发射链路和反向接收链路根据调整信号完成对前向功率和接收灵敏度的调整，即自适应校准。
（7）微处理单元通过前向发射链路向校准设备发送自适应调整完毕的数字信号。
（8）前向发射链路向校准设备发送自适应调整完毕射频信号。
（9）校准设备接收到自适应调整完毕射频信号后，继续向电子标签发送校准数据帧信号。
（10）同上述步骤（2）～（4）。
（11）微处理单元根据收到的标准功率等级信息和实际功率等级信息计算衰减量，并根据计算出的衰减量判断是否需要进行校准，如果两个信号强度一致（例如衰减量小于预定的阈值），则说明不需要校准，执行步骤（12）。
（12）微处理单元通过前向发射链路向校准设备发送校准结束数字信号。
（13）前向发射链路向校准设备发送校准结束射频信号。
校准设备收到该校准结束射频信号后，认为校准已经完成。至此，本次校准过程结束。
3 系统的关键硬件链路设计
本系统有几处相对关键的链路，分别为功率电可调射频前向发射链路和接收灵敏度电可调反向接收链路，现在分别描述如下。
3.1 功率电可调射频前向发射链路
功率电可调射频前向发射链路，该前向发射链路具备电可调整输出功率等级的功能。如图4所示，该链路包括调制器、功率放大器、电可调衰减器和发射天线等。调制信号和载波信号经过调制器的调制后到达功率放大器的输入级，功率放大器将信号放大，衰减器可以由调整信号进行控制以调节衰减的量值，信号经衰减器后由天线发射出去。
3.2 接收灵敏度电可调反向接收链路
接收灵敏度电可调反向接收链路如图5所示，该链路具体包括接收天线、电可调衰减器、解调器、基带信号放大器、基带信号整形模块。其中，接收天线接收空间的调制信号，衰减器在调整信号的调解下可以控制衰减量的大小，接收到的信号经过解调器后解调出基带信号，基带信号经过基带放大器和整形模块后转换为数字信号，送给微处理器进行处理。
4 结 语
本文论述的方法具有如下优点：
（1）电子标签具备电可调发射功率和接收灵敏度的功能；
（2）能够根据实际应用场景进行自适应调整，无需人为干预；
（3）调整范围大，能够满足不同种类车辆的差异化需求，并且调整等级连续，而非离散点。
本方法中论述的设备和方案已经设计实现，并且已投入实际应用，经过实践证明，这一系统完全满足设计效果，说明了文章中所作的分析和讨论是合理和实用的。
参考文献
[1]金涛，张海峰，李沁南，等.高速公路ETC车道单双天线布局的分析与比较[J].现代电子技术，2012，35（17） ：150-153.
[2]许庆，曾瑞峰，苗一新，等. ETC.RSU收发前端模块设计[J].固体电子学研究与进展，2013，33（1）：63-67.
[3]马涛.一种基于NFC的自充值ETC运营系统[J].物联网技术，2015，5（1）：99-100.
[4]黄魏，李民权，汪炜，等.基于嵌入式Linux的OBU发行终端设计[J].信息技术，2014 （3）：172-174.
