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电子收费系统 ETC

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    电子收费系统 ETC

    原理, 标准和测试解决方案

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    电子收费系统 ETC 原理, 标准和测试解决方案 0 引言 随着国民经济和信息技术的快速发展,交通运输领域也在发生技术革新 和进步,智能运输系统 (Intelligent Transportation System,ITS) 就是将信息技术 综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造,加强了车辆、道路和使用者之 间的联系,从而形成一种定时、准确、高效的新型综合运输系统。电子收费 系统 (Electronic Toll Collection,ETC) 是智能运输系统的重要组成部分,可以极 大改善道路通过能力,提高公路服务水平。ETC 系统从 1996 年就开始引入中 国,1996 年初,广东省路路通公司在广东进行了 ETC 的工程试验,。1996 年 底,北京首都高速公路发展公司在首都机场高速路进行了不停车收费试验, 随后北京,广东和江苏等地的 ETC 系统陆续开通运营,初期主要使用国外设 备,标准不一致,技术不兼容。交通部公路科学研究所和相关行业单位致力 于 ETC 中国标准的研究和制定工作,于 2007 年经由国标委发布了正式的 GB/ T 20851 系列标准并正式实施,安捷伦公司多年来积极参与协助 ETC 中国标准 的研究和测试工作,并研发了中国第一套符合中国 ETC 国标的射频一致性测 试系统,为中国 ETC 事业贡献了一份力量。本文将简要介绍中国 ETC 国标, ETC 设备测试要求和相应的测试解决方案。 1 ETC 系统原理和国标介绍 1.1. ETC 工作原理 ETC 系统的简要示意图 上图是 ETC 系统的简要示意图,ETC 系统是通过安装 于车辆上的车载单元 (On Board Unit,OBU) 和安装在收费 站车道上的路边单元 (Road Side Unit,RSU) 之间进行无线 通信和信息交换,整个系统主要由 RSU 和 OBU 设备、中 心管理系统和其他辅助设施组成。OBU 中存有车辆的识 别信息,一般安装于车辆前面的挡风玻璃上,中国标准 的 OBU 采用双片式结构,OBU 硬件完成无线通信功能, 涉及电子支付的功能由智能 IC 卡实现,RSU 安装于收费 站,中心管理系统有大型数据库,存储大量注册车辆和 用户的信息。当车辆通过收费站口时,RSU 发出询问信 号,OBU 做出响应,并进行双向通信和数据交换,中心 管理系统获取车辆识别信息,根据不同情况来控制管理 系统产生不同的动作,如计算机收费管理系统从该车的 预付款项账户中扣除此次应交的过路费,或送出指令给 其它辅助设施工作,例如违章车辆摄像系统,自动控制 栏杆或其它设施。 上图是 ETC 系统的整体架构,包括物理层,数据链 路层和应用层。物理层实现无线通信信号的发射和接 收。数据链路层包含 MAC 子层和 LLC 子层。MAC 子层实 现 RSU 对 OBU 的识别和访问控制。ETC 的 MAC 地址分为 广播 MAC 地址和专用 MAC 地址,广播 MAC 地址为 32 位 全“1”比特,用于 RSU 传送公共信息给所有 OBU,专 用MAC 地址为 32 位非全“1”比特,用于 RSU 与 OBU 进 行点对点通信。MAC 层功能通过 1 个字节的 MAC 控制字 实现,可以指示发送的数据帧是上行链路还是下行链路 (b7,D/U),是否存在有效载菏 LPDU (b6,L),数据性质 是命令还是响应 (b5,C/R),是广播信息还是建立专用链 路 (b4,Q)。LLC 子层实现协议数据单元 PDU 的传送和接 收,差错控制与差错恢复等。LLC 子层有 2 种控制方式, 即不确认无连接方式和确认无连接方式,前者用于广 播公共信息,后者用于 RSU 与 OBU 进行点对点通信。应 用层包含 B-KE,I-KE 和 T-KE 实体,B-KE 实现公共信息广 播,I-KE 实现 RSU 与 OBU 的通信初始化,T-KE 实现 RSU 与 OBU 之间的数据交换,例如各种交易流程。 ETC 的初始化流程: ● RSU 不断发送携带唤醒信号的 BST 信号,唤醒信号由 15-17 个周期 14 KHz 方波构成 ● OBU 被唤醒,加电工作 ● OBU 接收到 BST 信号,向 RSU 发送 VST 信号 1.2. ETC 国标的协议架构 ETC 系统的整体架构 RSU 和 OBU 的初始化流程 2 ETC 的典型交易流程 (以常用的储值交易流程为例) ● RSU 与 OBU 首先通过 BST/VST 正常完成初始化 ● 通过 OBU 的 MAC 地址建立点对点通信 ● RSU 读取 OBU 的车辆信息 ● RSU 将获取的信息传送给车道计算机验证信息合法性 ● RSU 从 OBU 的 IC 卡获取信息,例如入口信息,并传送 给车道计算机 ● 车道计算机计算费额,从 OBU 的 IC 卡中扣除费额 ● 车道计算机形成交易记录,通过 RSU 写入 OBU ● 交易完成,OBU 回到睡眠状态 1.3. ETC 物理层和射频特性 GB/T 20851 ETC 国标对于 RSU 和 OBU 的主要 技术要求如下表所示,ETC 标准采用的工作频段是 5725~5850 MHz,下行链路表示 RSU 发射和 OBU 接收,使 用 5830~5840 MHz,上行链路表示 OBU 发射和 RSU 接收, 使用 5790~5800 MHz,采用 ASK 调制方式 (A 类),调制深 度 0.5-0.9,FM0 编码 (A 类),下行链路位速率为 256 Kbps, 上行链路位速率为 512 Kbps,RSU 发射功率 (等效全向辐 射功率 EIRP) 不超过 33 dBm,OBU 发射功率 (等效全向辐 射功率 EIRP) 不超过 10 dBm。 下行链路参数 1 载波频率 2 占用带宽 3 频率容限 4 E.I.R.P 5 杂散发射 6 邻道泄露功率比 7 天线半功率 波瓣宽度 水平面 垂直面 8 天线极化 9 XPD 最大增益方向 -30 dB 区域 10 调制方式 11 调制系数 12 编码方式 13 位速率 14 位时钟精度 15 OBU 唤醒时间 16 OBU 唤醒灵敏度 17 OBU 接收灵敏度 18 OBU 接收带宽 19 BER 上行链路参数 1 载波频率 2 占用带宽 3 频率容限 4 E.I.R.P 5 杂散发射 6 邻道泄露功率比 7 天线半功率波瓣宽度 8 天线极化 9 XPD 最大增益方向 -30 dB 区域 10 调制方式 11 调制系数 12 编码方式 13 位速率 14 位时钟精度 15 RSU 接收灵敏度 16 RSU 接收带宽 17 BER 5.830 GHz、5.840 GHz ≤ 5 MHz ± 10 x 10-6 ≤ + 33 dBm -30 dB < 38° < 45° 右旋圆极化 RSUT ≥ 15 dB RSUT ≥ 10 dB ASK 调制系数: 0.5~0.9 FMO 256 kbps ± 100 x 10-6 < 5ms ≤ -40 dBm ≤ -50 dBm 5.825 GHz~5.845 GHz ± 10 x 10-6 以内 5.790 GHz、5.800 GHz ≤ 5 MHz ± 100 x 10-6 ≤ + 33 dBm -30 dB < 70° 线极化或右旋圆极化 RSUT ≥ 15 dB RSUT ≥ 10 dB ASK 0.5~0.9 FMO 512 kbps ± 1 x 10-3 ≤ -70 dBm f0 ± 5 MHz 10 x 10-6 以内 3 2 ETC 设备的射频测试要求 按照 ETC 国标 GB/T 20851 系列标准,ETC 设备的 整体测试要求主要分成 2 类,即射频测试和协议测 试。射频测试依据 GB/T 20851.5-2007 标准,主要是针 对 RSU 和 OBU 物理层参数的测试。本文主要讨论 ETC 设 备射频测试要求,包括 RSU 发射机测试,RSU 接收机测 试,OBU 发射机测试和 OBU 接收机测试 4 类。 2.1. RSU 和 OBU 发射机测试 RSU 和 OBU 发射机测试项目包括: ● 频率容限 (标准章节号: 6.2) ● 占用带宽 (标准章节号: 6.3) ● 等效全向辐射功率 (标准章节号: 6.4) ● 杂散发射 (标准章节号: 6.5) ● 调制系数 (标准章节号: 6.6) ● 位速率 (标准章节号: 6.7) 频率容限是测量 RSU 和 OBU 发射机的频率误差,测 试方法是设置被测设备发射非调制载波信号,使用射频 频率计或内置高精度计数器功能的频谱分析仪测量发射 频率,以 ppm (10-6)为单位计算频率误差。标准要求 RSU 发射机的频率容限为 ≤ 10 ppm,OBU 发射机的频率容限为 ≤ 200 ppm。 占用带宽 (OBW) 是测量 RSU 和 OBU 发射机调制信 号 99% 功率所占用的频带宽度,测试方法是设置被测设 备发射调制信号,要求是连续 PN9 调制信号,使用内置 OBW 功能的频谱分析仪进行测量。标准要求 RSU 和 OBU 发射机的占用带宽为 ≤ 5 MHz。 等效全向辐射功率 (EIRP) 是发射机在传播方向上的辐 射功率,表示了发射机功率与传播方向天线增益的联合效 果,定义为发射机功率与天线增益的乘积。RSU 和OBU 发 射机的等效全向辐射功率测量要求是设置被测设备发射非 调制载波信号,可以采用传导方法或辐射方法,传导方法 是使用功率计或频谱分析仪测量发射机端口的功率,再计 算与天线增益的乘积,辐射方法是测量发射机传播方向的 辐射功率,一般是在电磁波暗室中进行。标准要求 RSU 发 射机的等效全向辐射功率为 ≤ 33 dBm,OBU 发射机的等效 全向辐射功率为 ≤ 10 dBm。 典型的 RSU 发射信号频谱形状 杂散发射是测量 RSU 和 OBU 发射机产生的发射频带 之外的无用频率成分,测试方法是设置被测设备发射调 制信号,要求是连续 PN9 调制信号,使用频谱分析仪进 行测量,标准要求的 RSU 和 OBU 发射机的杂散发射指标 如下表所示,需要根据不同频段测试要求设置相应的频 谱分析仪的扫描频率范围和 RBW 带宽。 频带 30 MHz 至 1000 MHz 2400 MHz 至 2483.5 MHz 3400 MHz 至 3530 MHz 5725 MHz 至 5850 MHz (对应载波 2.5 倍带宽以外) 其它 1 GHz 至 20 GHz 带外频带 ETC 设备杂散发射要求 限值 (e.i.r.p) -36 dBm -40 dBm -40 dBm -33 dBm -30 dBm 测量带宽 100 kHz 1 MHz 1 MHz 100 kHz 1 MHz 调制系数是测量 RSU 和 OBU 发射机 (A 类) ASK 调制 信号的调制深度。测试方法是设置被测设备发射调制信 号,要求是连续 PN9 调制信号,使用能够支持 ASK 信号 解调分析的矢量信号分析仪进行测量。标准要求 RSU 和 OBU 发射机 (A 类) ASK 调制系数的范围是 0.5~0.9。 4 位速率是测量 RSU 和 OBU 发射机 (A 类) ASK 调制信号 的比特速率。测试方法是设置被测设备发射调制信号, 使用数字存储示波器进行测量。标准要求 RSU 发射机 (A 类) ASK 调制的位速率是 256 Kbps,OBU发射机 (A 类) ASK 调制的位速率是 512 Kbps。 ● RSU 和 OBU 特有的接收机测试。由于 RSU 和 OBU 的工作 特点,有些是单独针对 RSU 和 OBU 的测试,例如 RSU 的 接收带宽测试,OBU 的唤醒灵敏度和唤醒时间测试。 为了准确测量 OBU 的唤醒指标,ETC 国标要求 OBU 被唤 醒后发送唤醒相应信号,即在工作频点发射持续 20 ms 的非调制载波,表明 OBU 被正确唤醒。目前 ETC 国标 包括了衡量 OBU 唤醒性能的基本测试要求,包括唤醒 方式,唤醒时间和唤醒灵敏度。由于唤醒过程是整个 ETC 过程的重要环节,以及在实用中发现的易受干扰的 情况,未来还可以进一步考虑抗干扰性能测试。 2.2. 接收机测试要求和测试方法 ETC 设备接收机测试相对于发射机测试较为复杂, 需要考虑以下问题: ● 接收机测试指标的选择。ETC 国标选择 BER 作为衡量接 收机的指标,通过矢量信号源发送测试信号 (一般是 FM0编码的 PN9 数据连续调制信号) 给被测设备接收机, 要求被测设备输出解算后的 PN9 数据及其时钟,由测 试仪器的误码率分析仪 BERT 测量 BER。ETC 国标保证了 不同电路实现的厂家都采用统一的方法,而且避免了 设备自身读取 BER,保证了整个接收机测试的高准确性。 ● 测试中采用的测试模式。ETC 设备在正常工作状态下只 在极短暂时间内发射和接收信号,突发信号数据长度 很短,这些都造成难以连续稳定地测试接收机指标, 特别是达到标准要求的误码率 BER 门限需要连续稳定 的实时信号,所以 ETC 设备在测试中需要进入相应的测 试模式,例如要求 RSU 和 OBU 能够接收连续 PN9 数据 调制的信号。 ● 抗干扰性能的测量。ETC 设备在实际使用过程中发现很 多错误都是由于各种信号干扰引起,包括系统内干扰 和系统外干扰,这些干扰有些是与车道配置布局和频 点使用有关,有些是与车道间互相辐射信号有关,有 些是与周围环境无线电环境有关,影响因素繁多而且 异常复杂,所以需要全面地考虑各种抗干扰性能测试, 尽量覆盖实际可能出现的各种情况。ETC 国标目前已经 制定了比较多的接收机抗干扰性能测试项目,包括同 信道干扰抑制比,邻信道干扰抑制比,阻塞干扰抑制 比,已经充分地考虑了系统内干扰和系统外干扰。由 于车辆在经过 ETC 闸口时相对于 RSU 高速运动,未来还 可以进一步考虑动态信道衰落的影响。 典型的 RSU 接收机误码率 BER 测试方法, OBU 类似 RSU 和 OBU 接收机测试 ● 接收灵敏度 (标准章节号 4.1 RSU,5.3 OBU) ● 最高输入信号功率 (标准章节号 4.3 RSU,5.4 OBU) ● 同信道干扰抑制比 (标准章节号 4.4 RSU,5.5 OBU) ● 邻信道干扰抑制比 (标准章节号 4.5 RSU,5.6 OBU) ● 阻塞干扰抑制比 (标准章节号 4.6 RSU,5.7 OBU) 接收灵敏度是测量 RSU 和 OBU 接收机在达到误码率 BER 门限时接收的有用信号的最低电平,反映射频系统 噪声和接收机的解调解码能力。测试方法是使用前述的 BER 测量方法,减小矢量信号源输出的有用信号电平, 直到被测设备达到误码率 BER 门限,这时的信号电平即 灵敏度电平,由于该电平值也作为其它一些接收机测试 项目的参考电平,因此也常常称为参考灵敏度电平。标 准要求 RSU 接收灵敏度为 ≤-70 dBm (A 类),OBU 接收灵敏 度为 ≤-50 dBm (A 类)。 最高输入信号功率是测量 RSU 和 OBU 接收机在达 到误码率 BER 门限时接收的有用信号的最高电平,反 映射频系统在大信号条件下的失真和接收机的解调解 码能力。测试方法是使用前述的 BER 测量方法,增大 矢量信号源输出的有用信号电平,直到被测设备达到 误码率BER 门限,这时的信号电平即最高输入信号电 平。标准要求 RSU 和 OBU 接收机的最高输入信号功率 为 ≥-20 dBm (A 类)。 5 同信道干扰抑制比是测量 RSU 和 OBU 接收机在解 调正常信号状态下对于同频率无用干扰信号的抑制能 力,即测量接收机误码率 BER 恶化不超过指标的有用 与干扰信号之比。这项测试需要 2 台矢量信号源,1 台 用于发送有用信号,1 台用于发送干扰信号,测试方法 是使用前述的 BER 测量方法,设置干扰信号与有用信 号使用相同载波频率,调整有用信号电平比参考灵敏 度高 6 dB,调整干扰信号电平,直到被测设备达到误码 率 BER 门限,这时有用信号电平与干扰信号电平之比就 是同信道干扰抑制比。标准要求 RSU 接收机同信道干扰 抑制比为 <10 dB (A 类),OBU接收机同信道干扰抑制比 为 <15 dB (A 类)。 专门针对 OBU 接收机的测试项目 ● OBU 唤醒灵敏度 (标准章节号 5.1) ● OBU 唤醒时间 (标准章节号 5.2) OBU 唤醒灵敏度是测量 OBU 接收机被正确唤醒时接 收的唤醒信号的最低电平。测试方法是使用矢量信号源 发送唤醒信号 (15-17 个周期 14 KHz 方波信号) 给被测 OBU 接收机,调整矢量信号源的唤醒信号电平,直到 OBU 接 收机被正确唤醒 (发回唤醒确认信号,持续 20 ms 的非调 制载波),这时的信号电平即唤醒灵敏度电平。标准要求 OBU 唤醒灵敏度为 ≤-40 dBm (A 类)。 邻信道干扰抑制比是测量 RSU 和 OBU 接收机在解 调正常信号状态下对于相邻频率无用干扰信号的抑制 能力,即测量接收机误码率 BER 恶化不超过指标的有用 与干扰信号之比。这项测试需要 2 台矢量信号源,1 台 用于发送有用信号,1 台用于发送干扰信号,测试方法 是使用前述的 BER 测量方法,设置干扰信号使用与有 用信号相邻载波频率,调整有用信号电平比参考灵敏 度高 6 dB,调整干扰信号电平,直到被测设备达到误码 率 BER 门限,这时有用信号电平与干扰信号电平之比就 是邻信道干扰抑制比。标准要求 RSU 接收机邻信道干扰 抑制比为 <-20 dB(A类),OBU 接收机邻信道干扰抑制比 为 <15 dB (A 类)。 阻塞干扰抑制比是测量 RSU 和 OBU 接收机在解调 正常信号状态下对于带外无用杂散干扰信号的抑制能 力,即测量接收机误码率 BER 恶化不超过指标的有用与 干扰信号之比。这项测试需要 2 台矢量信号源,1 台用 于发送有用信号,1 台用于发送干扰信号,测试方法是 使用前述的 BER 测量方法,调整有用信号电平比参考 灵敏度高6 dB,调整干扰信号电平,直到被测设备达到 误码率 BER门限,这时有用信号电平与干扰信号电平之 比就是阻塞干扰抑制比。标准要求 RSU 接收机阻塞干 扰抑制比为<-30 dB (A 类),OBU 接收机阻塞干扰抑制比 为 <-10 dB (A类)。 OBU 唤醒时间是测量 OBU 接收机被正确唤醒所需要 的时间。测试方法是使用矢量信号源发送唤醒信号 (15-17 个周期 14 KHz 方波信号) 给被测 OBU 接收机,调整矢量信 号源的唤醒信号电平,直到 OBU 接收机被正确唤醒 (发回 唤醒确认信号,持续 20 ms 的非调制载波),使用示波器 测量唤醒确认信号与唤醒信号的时间差即为 OBU 的唤醒 时间。标准要求 OBU 唤醒时间为 <5 ms。 2.3. 接收带宽和唤醒测试 专门针对 RSU 接收机的测试项目 ● RSU 接收带宽 (标准章节号 4.2) RSU 接收带宽是测量 RSU 接收机在工作信道上限和 下限频率点的工作性能,反映了 RSU 的正常接收频率范 围和接收频率偏移信号正常工作的能力。测试方法是使 用前述的 BER 测量方法,设置矢量信号源工作在 RSU 接 收机工作信道上限和下限频率点,减小矢量信号源输出 的有用信号电平,直到被测设备达到误码率 BER 门限, 这时的信号电平即上限或下限频率点的灵敏度电平。 通过示波器测试 OBU 唤醒时间 6 3 安捷伦公司针对 ETC 设备的测试解决方案 3.1. 安捷伦公司介绍 安捷伦科技公司是 1999 年 11 月美国惠普公司战略重 组后成立的一家高科技跨国公司。安捷伦在通信、电子 和生命科学与化学分析领域有着悠久的历史,是目前世 界上最大的测试和测量公司。公司现有员工约 20000 人, 在全球范围内设立研发和制造基地,其中在北京设有较 大规模的研发中心,为世界上 100 多个国家的客户提供 服务。2011 财年的营业收入为 66 亿美元。 安捷伦公司可以提供目前行业最完整的 ETC 设备测 试平台,如图所示: 安捷伦作为全球规模最大的、勇于和善于创新的测 试测量公司,专注于电子测量和化学与生物分析测量市 场。遵循这个策略目标,安捷伦产品涵盖了无线通信、 有线通信、国防、航空/航天、数字电路、电子计量和 通用测量等电子行业的广泛领域,同时面向化学分析和 生命科学等领域中食品安全、环境保护、医药、石油化 工和生命科学研究等方面提供世界领先的专业测量技术 和解决方案。 安捷伦公司可以提供满足 ETC 国标对信号产生,信 号分析,数字基带测试,器件和天线测试等所有基本测 试环节要求的仪表和软件,还可以提供目前国内独有的 ETC 国标射频一致性测试系统以及定制系统,完全覆盖 ETC 设备的射频一致性测试,研发测试,生产制造以及 现场的诊断维护等各个方面。下面将分类详细介绍。 3.3. ETC 设备的射频一致性测试 ETC设备的测试主要包括射频指标、协议、应用软 件等多个方面,相对于协议和软件测试部分,射频指标 受到设计和生产过程尤其是产品使用的元器件和生产工 艺的影响最大,也比较容易有客观的检测结果,因此一 直是相关质检部门以及国内外行政许可部门 (如国家无委 等) 的主要测试重点。 3.2. 安捷伦公司提供全面的 ETC 测试解决方案 安捷伦公司是世界上最大的测量仪表供应商,以其 先进的测量技术,尤其是射频测量技术在通信界享有很 高的声誉。安捷伦公司从很早开始就积极参加各种主流 通信技术的规范委员会,如欧洲的 ETSI 以及北美的 TIA, 参与并帮助了很多无线通信测试规范的发布,并为众多 设备厂商提供了无线通信设备的研发、生产以及服务的 一系列的测试解决方案,成为该领域最成功的公司。随 着通信技术的发展和规范的更新,安捷伦公司也不断地 推出新的解决方案,保持着市场的领先地位。 射频一致性测试是衡量 ETC 设备符合 GB/T 20851 国 标的物理层和射频要求的最重要测试,因为国标已经 详细规定了 ETC 设备在各种状态下的信号格式和处理流 程,一致性测试就是检查实际的 ETC 设备的各项特性是 否与标准规定的一致,从而保证通过一致性测试的 ETC 设备在实际工作状态和复杂环境条件下始终保持与标准 一致的处理和行为,得到运营机构和厂家的信赖。因为 严格的一致性要求,射频一致性测试需要覆盖所有规范 要求的测试项目,并且提供覆盖未来测试要求的扩展能 力,所以是目前 ETC 设备测试中测试项目最全,指标性 能要求最高的,需要的软硬件成本也相对比较高,一般 需要集成的测试系统来实现。 7 安捷伦公司提供目前行业唯一的 ETC 设备射频一致 性测试系统,该系统技术覆盖全面,结构灵活,可以支 持 GB/T 20851 国标的全部物理层和射频测试要求,也可 以灵活支持其他标准 ETC 设备测试。该系统不仅可以供 国家权威机构和 ETC 运营机构用于 ETC 设备认证测试和质 量检验 (目前已经用于国家 ITSC 用于 ETC 认证测试服务), 也可以灵活配置供 ETC 设备相关企业用于产品研发和品 质检测。ETC 设备厂商可以使用该系统对 ETC 产品进行指 标的检测,或者在碰到用户投诉时进行测试出示客观的 检测报告,并且通过该系统可以为企业提供测试服务, 主动帮助企业提高产品的质量,解决市场上可能碰到的 质量问题,减少用户的投诉。 安捷伦公司 ETC 射频一致性测试系统主要特点: 安捷伦公司为 ITSC 建立的 ETC 设备射频一致性测试系统 ● 完全按照国际认证实验室标准建立,测试设备均为国 际权威认证测试用仪器,使用单位有泰尔实验室和国 家无线电管理委员会等 ● 提供针对 RSU 和 OBU 发射机和接收机指标的自动和手 动测试 ● 全面支持测试符合中国、欧洲及日本标准的 ETC 设备 ● 可扩展为支持未来 ETC 标准的自动测试系统 ● 支持 DSRC 专用调制格式 ASK,FSK 和 π /4 DQPSK ● 支持各种通用数字调制格式如 PSK 和 QAM 等, 利于扩展 安捷伦公司 ETC 射频一致性测试系统组成: (具体配置和数量根据覆盖标准情况确定) ● 射频矢量信号源 ● 微波矢量信号源 (用于模拟干扰源) ● 信号分析仪 ● 矢量信号分析软件 ● 示波器 ● 功率计 ● 基于安捷伦公司高性能射频和通信测试仪表,精度和 可靠性好 ● 全自动系统控制软件大大缩短测试时间,降低劳动强 度,提高效率 ● 专门为用户量身定做的 WINDOWS 应用软件界面,操作 简便,具有丰富的输入输出功能 安捷伦公司 ETC 射频一致性测试系统目前已经安 装在国家 ITS 中心用于 ETC 认证测试服务,在 ITSC 网站 www.itsc.com.cn 上有相关的介绍。 ● 系统软件 安捷伦公司 ETC 射频一致性测试系统依据的标准 包括: ● GB/T 20851.1-2007 电子收费专用短程通信第 1 部分: 物理层 ● GB/T 20851.5-2007 电子收费专用短程通信第 5 部分: 物理层主要参数测试方法 ● 交通部补充标准 ● ENV 12253 Road transport and traffic telematics-Dedicated short-range communication-Physical layer using microwave at 5,8 GHz ● ETSI EN 300 674-1 Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Road Transport and Traffic Telematics (RTTT); Dedicated Short Range Communication (DSRC) transmission equipment (500 kbit/s/250 kbit/s) operating in the 5,8 GHz Industrial, Scientific and Medical (ISM) band; Part 1: General characteristics and test methods for Road Side Units (RSU) and On-Board Units (OBU) ● ARIB STD-75 8 安捷伦公司 ETC 射频一致性测试系统支持的 ETC 设 备测试项目。 RSU 发射机测试项目包括: ● 等效全向辐射功率 ● 频率容限 ● 频谱模板 ● 杂散发射 ● 占用带宽 ● 调制系数 ● 位速率 ● 眼图 ● BTS 时间间隔 ● 邻道泄露功率比 RSU 接收机测试项目包括: ● 接收灵敏度 ● 最高输入电平 ● 同信道干扰抑制 ● 邻信道干扰抑制 ● 阻塞干扰抑制 ● 交调干扰抑制 ● 接收带宽 OBU 接收机测试项目包括: ● 唤醒时间 ● 唤醒灵敏度 ● 接收灵敏度 ● 最高输入电平 ● 同信道干扰抑制 ● 邻信道干扰抑制 ● 阻塞干扰抑制 ● 交调干扰抑制 ● 接收带宽 安捷伦公司ETC射频一致性测试系统软件主要特点: ● 基于先进的Microsoft Visual Studio.Net 2003/2008开发平 台编写 ● 使用C++类库方式实现的完全面向对象的系统结构 ● 软件结构可以支持未来的测试标准发展和系统功能 扩展 ● 使用 Microsoft Access 数据库技术管理系统各种参数和 结果 ● 强大的数据处理功能实现直接的 Word 格式报告输出 ● 使用国际标准 Visa 库实现仪器控制,兼容性强 ● 强大的系统界面提示功能使工程师无需手册即可操作 ● 三级权限管理机制增强了系统安全可靠性 OBU 发射机测试项目包括: ● 等效全向辐射功率 ● 频率容限 ● 杂散发射 ● 占用带宽 ● 调制系数 ● 位速率 ● 邻道泄露功率比 安捷伦公司 ETC 射频一致性测试系统软件操作功能 包括: ● 文件操作功能包括: 新建测试计划,存储测试计划, 保存测试计划,生成测试报告和打印测试报告 ● 参数设置功能包括: 测试计划设置,公共参数设置, 测试参数设置,测试指标设置和系统参数设置 ● 测试运行功能包括: 自动测试模式和手动测试模式 ● 数据库功能包括: 数据库查询,打开测试结果文件和 存储测试结果文件 9 如图所示的 ETC 设备的简要组成框图,大致说明 ETC 设备的结构。RSU 设备由于天线口径设计较大 (波束 窄),因此体积较大,电源供电,射频部分有很多采用 分立器件构成,未来趋势会采用更多集成芯片,提供更 高性能,包括灵敏度和接收带宽等特性。OBU 设备尺寸 较小,电池供电,因此对集成度和功耗要求更高,同时 OBU 用量大,对成本比较敏感,多采用简单的宽带接收 和介质振荡器方案,成本较低,但抗干扰差,发射频率 漂移严重,未来趋势是集成芯片方案,具备高可靠性和 一致性,功耗降低,发射频率由锁相环产生比较稳定, 窄带接收,能够区分双频点或多频点。 ETC 射频射频一致性测试系统详尽的测试结果显示 3.4. ETC 设备的研发测试 ETC 设备的研发涉及芯片,基带电路,射频和天 线,电源管理等各个环节,需要的测试分析覆盖面更为 广泛,不仅包括 ETC 国标所要求的系统级测试,还包括 模块和器件测试,数字测试和功耗测试等。 ETC 设备研发测试主要有以下一些类别: ● 系统级测试,包括发射机和接收机测试,抗衰落和 抗干扰测试等  ■ 推荐使用矢量信号源,信号分析仪,示波器,信道 衰落仿真器等进行测试 ● 射频器件测试,包括振荡源,锁相环,混频器, 滤波器,放大器,开关,微带等  ■ 推荐使用矢量网络分析仪,信号源分析仪进行测试 ྲհ๭݀ཀ၍ ۙ዆঴ۙ ● 射频天线测试,包括增益,方向图等 OBU IC ਸ਼থ੨  ■ 推荐使用矢量网络分析仪或天线测量系统进行测试 ຕ਍‫ت‬૙ Պ঴ஓഗ ‫ۉ‬ᇸ ● 功耗测试,包括电流,电压,不同工况耗电变化, ຕ਍٪‫ئ‬ 电源管理等 ටऐহ௬  ■ 推荐使用电源分析仪进行测试 5.8 GHz ྲհ‫঻ڿد‬ዊ HDLC ཚ႑ၹᅱ ● 芯片和数字电路测试 ྲհ๭݀ཀ၍ ۙ዆঴ۙ ྲհ‫ۉ‬ୟ‫ڇ‬ᇮ Պ঴ஓഗ ຕ਍٪‫ئ‬  ■ 推荐使用示波器,逻辑分析仪等进行测试 ຕ਍‫ت‬૙੦዆ഗ े௢ሏ໙ 根据 ETC 设备实际使用过程出现的问题,例如权威 ‫ۉ‬ᇸ࿘უ 机构和相关厂家已经扩展了一些新型的测试和分析,包 括信道衰落测试,增强的抗干扰测试等。下面将逐一介 ๼‫؜‬থ੨ RS232/422 绍针对这些研发测试的平台和工具。 RSU RSU 和 OBU 的简要组成框图 10 3.4.1. E4438C ESG 矢量信号发生器 E4438C矢量信号发生器将优异的射频性能与完美 的基带信号生成能力相结合,能够在基带、中频和高 达 6 GHz 射频频率上提供已校准的测试信号。E4438C 可 以产生各种数字调制信号,以及连续波 (CW) 信号、模 拟调制信号 (AM、FM、PM 等)、多音信号等,支持内 置 BERT 功能,可以满足 ETC 接收机测试,模块和器件 测试等要求,具有速度快、高带宽、高精度、灵活性好 等优点。 3.4.2. N9030A PXA 信号分析仪 N9030A PXA 信号分析仪是 Agilent X 系列信号分 析仪中具有最高性能的成员,代表当前高性能信号分 析仪的最高水平。N9030A PXA 具有高达 50 GHz 的频 率范围,大量可选的测量功能和出色的性能指标, 在 160 MHz 分析带宽上提供高达75dB无杂散动态范 围,± 0.19 dB 的绝对幅度精度和独有的NFE技术达 到-172 dBm/Hz (2 GHz) 的显示平均噪声电平 (DANL) 灵 敏度。N9030A PXA 强大的频谱和矢量调制测试性能可 以覆盖目前各种无线通信标准,即使是最严格的指标 要求也能满足,因此主要应用在认证测试机构和产品 研发部门。N9030A PXA 可以用于 ETC 设备的发射机测 试项目。 主要射频指标: ● 250 kHz~1、2、3、4 或 6 GHz ● +17 dBm 输出功率 ● 输出电平精度达 ± 0.5 dB ● 1 GHz 和 20 kHz 偏置时,相位噪声小于 -134 dBc (典型值) 调制和扫描 ● AM、FM、ØM 和脉冲 ● ASK、FSK、MSK、PSK、QAM 、定制 I/Q ● 频率和功率的步进扫描或列表扫描 基带生成和信号生成 ● 80 MHz 双模内置基带发生器: 任意波形和实时 I/Q 信号 ● 64 Msa 回放存储器和 1 Gsa 存储器 ● 提供模拟 IQ 和数字 IQ 输入和输出,模拟 IQ 输出包括单 端和差分 ● 无线通信信号产生: LTE、WCDMA/HSPA、CDMA2000/ EVDO、TD-SCDMA、GSM/GPRS/EDGE、Bluetooth、 WLAN、WiMAX ™、DTV、GNSS 等 ● 支持使用 N5102A 的数字 I/O ● 支持通过 PXB 实现的 SISO/MIMO 衰落和射频至射频衰落 ● 可以产生内置的 AWGN 信号 自动和通信接口 ● 10BaseT LAN 和 GPIB ● SCPI 和 IVI-COM 驱动程序 ● 向后兼容 ESG、PSG 和 8648 信号发生器 主要特性 ● 频率范围 3 Hz~3.6、8.4、13.6、26.5、43、44 或 50 GHz ● 高达 50 GHz 的内部前置放大器选件 ● 分析带宽 10 MHz (标准),25、40 或 160 MHz ● 支持高性能基带 IQ 信号分析 (16 bit 量化) ● 利用安捷伦智能谐波混频器轻松将测试频率扩展至 110 GHz 主要性能指标 ● ± 0.19 dB 绝对幅度精度 ● +22 dBm 三阶截获 (TOI) ● 独有的 NFE 技术达到-172 dBm/Hz (2GHz) 的显示平均噪 声电平 (DANL) 灵敏度 ● -83 dB (-88 dB 额定值) W-CDMA ACLR 动态范围 (启动噪声 校正功能) 测量应用和软件 ● 标配包括安捷伦功率套件一键式功率和频谱测量 ● 支持 25 种以上测量应用,包括蜂窝通信、 无线连通性、数字视频和通用 ● 支持通过 89600 VSA 软件可执行 70 多种信号格式的先进 信号分析 ● 用于通用数据分析、显示和自动测量的 MATLAB 数据 分析软件选项 自动测试和通信接口 ● 符合 LXI C 类标准,并支持 SCPI 和 IVI-COM ● USB 2.0、1000Base-T LAN、GPIB ● 兼容 PSA、8566/68、856x 等的远程编程语言 ● 通用的 X 系列用户界面/开放式 Windows® XP 操作系统 11 3.4.3. N9020A MXA 信号分析仪 N9020A MXA 是 Agilent 新一代 X 系列中高档信号分析 仪,运用了最新的数字信号处理技术和开放的 Windows XP 系统,突破了以往分析仪的极限,支持最快的信号和 频谱分析,实现速度和性能的最优化。N9020A MXA 支 持目前最全面的无线通信信号功率,频谱和调制分析功 能,是在无线通信设备研发中应用非常广泛的信号分析 仪。N9020A MXA 可以用于 ETC 设备的发射机测试项目。 主要特性 ● 频率范围 10 Hz~3.6,8.4,13.6 或 26.5 GHz ● 高达 26.5 GHz 的内部前置放大器选件 ● 分析带宽 25 MHz (标配) 或 40 MHz (可选) ● 支持高性能基带 IQ 信号分析 (16 bit 量化) 主要性能指标 ● ± 0.23 dB 绝对幅度精度 ● +20 dBm 三阶截获 (TOI) ● 利用前置放大器可达到 -166 dBm/Hz 显示平均噪声电平 (DANL) 灵敏度 ● -78 dB W-CDMA ACLR 动态范围 (噪声修正功能启动) 3.4.4. 89601B VSA 矢量信号分析软件 89601B VSA 矢量信号分析软件是当前世界上功能最 强大的矢量信号分析软件,是公认的研发测试中应用最 广泛的分析软件。89601B VSA 矢量信号分析软件可用于 测量 ETC 设备调制特性,并在研发中帮助工程师进行各 种信号诊断和故障分析。 89601B VSA 最强大的功能在于信号分析能力,它不 仅可以给工程师提供指标测试结果以判断是非存在问题, 更重要的是它能够利用各种分析工具帮助工程师分析出现 问题的原因,特别是发现并解决隐藏在复杂硬件结构中 深层次问题,所以在测试行业广受欢迎。89601B VSA 能对 各种模拟和数字调制信号进行频域、时域、调制域全面的 分析,可以测量矢量误差、频率、相位、幅度误差、调制 质量 (Rho)、码域功率等,可以观察矢量图、星座图、眼 图、栅格图、色谱图,利用完善灵活的矢量分析功能,可 以帮助分析从基带到射频的各种问题。89601B VSA 可以安 装在安捷伦的不同硬件设备中,包括信号分析仪、频偏分 析仪、数字示波器甚至逻辑分析仪中,从而使传统上基本 的物理层测量设备变成功能强大的矢量信号分析仪,还可 以利用前端不同的硬件进行信号采集并进行数字化,再送 入 89601B 软件进行分析。 对于从事各种通信系统信号检测工作的工程师来 说。矢量信号分析仪是不可缺少的工具。矢量信号分析 仪可提供传统 RF 频谱显示,基带 (I/Q) 分析、信号捕获存 储器、RF 和 IF 触发、众多模拟和数字解调器,以及扩展 的全套时间、频率及调制分析工具。这些能力使矢量信 号分析仪成为评估窄带和宽带数字无线通信信号的理想 仪器。 测量应用和软件 ● 标配包括安捷伦功率套件一键式功率和频谱测量 ● 支持 25 种以上测量应用,包括蜂窝通信、无线连通 性、数字视频和通用 ● 支持通过 89600 VSA 软件可执行 70 多种信号格式的先进 信号分析 ● 用于通用数据分析、显示和自动测量的 MATLAB 数据 分析软件选项 自动测试和通信接口 ● 符合 LXI C 类标准,并支持 SCPI 和 IVI-COM ● USB 2.0、1000Base-T LAN、GPIB ● 兼容 PSA、8566/68、856x 等的远程编程语言 ● 通用的 X 系列用户界面/开放式 Windows® XP 操作系统 12 用 89601B 的频域分析工具简化对信号的特性表征。 用基于快速傅里叶变换 (FFT) 的频谱分析加速高分辨率寄 生搜索。矢量信号分析仪的宽量程范围选择使您能得到 与信号带宽相符的测量范围,从而最大化信噪比 (SNR)。 低至小于 1 Hz 的分辨率带宽提供频域调查所需的所有分 辨率。在计算 SNR 时,功率谱密度 (PSD) 函数对于估计噪 声系数级是非常有用的。谱图显示还能监视不同时间跳 频信号的宽带行为 用调制域分析工具快速评估和查错数字调制信号。 例如,您可用格图/眼图检查信号行为,用星座图和矢 量图全面显示信号行为,以找到跟踪问题原因的线索。 并能利用误差矢量幅度 (EVM)、EVM 谱和 EVM 时间能力 更好地检查信号错误。 3.4.5. Infiniium 9000 系列示波器 Infiniium 9000 系列示波器是研发中常用的多功能示 波器,提供了目前示波器最广泛的测试能力和中端示波 器最高的性能指标,最大 4 GHz 模拟带宽,最高 20G 采 样率,每个型号都配有 15 英寸 XGA LCD 显示屏和静音 机箱,提供包括示波器,逻辑分析仪,协议分析仪在内 的三合一综合测试能力,支持最全面的协议分析软件。 Infiniium 9000 系列示波器可用于 ETC 设备时域相关的测试 项目,包括位速率,眼图,唤醒时间等。 89601B VSA 具有独特的差错分析工具,包括自适 应均衡,可帮助您确定是否有问题,以及问题的产生原 因。它包括 DSP 差错,例如符号时序差错、过滤差错、 DAC 溢出、不正确的 sinX/X 补偿等,以及 IQ 不平衡、正 交时滞、IQ 偏移及其它 RF 问题。 89601B VSA 也可与各种数学工具结合,如 在 MATLAB 和 Mathcad 建立的仿真上进行测量。在使用 Agilent EEsof 先进设计系统仿真时,能在“实时”方式的 动态链接中进行这些测量。因而您能象在硬件中一样, 对仿真进行查错和调整。 提供最广泛的测量功能 ● 带宽 600 MHz~4 GHz ● 4 个模拟通道 ● 20 GSa/s 最大采样率 ● 每个通道标配 20 Mpts 存储器,并可升级至 1 Gpts 三合一仪器 ● 示波器: Infiniium 系列示波器的强大功能加上 InfiniiScan 高级触发以及出色的技术指标为您提供精密的信号 表征。 ● 逻辑分析仪: 添加了 16 个集成的深存储器数字通道, 可显示关键的数据值和定时关系。 ● 协议分析仪: 选择集成的协议查看器,可快速、深入地 了解协议层和物理层之间的数据包和时间关系。 最广泛的调试和一致性测试应用软件 ● 串行协议应用软件包括 I²C、SPI、RS-232、CAN、LIN、 Flexray 和 JTAG ● 抖动分析应用软件包括 EZJIT 13 3.4.6. ENA 系列矢量网络分析仪 E5071C 网络分析仪具有同类产品中最高的射频性能 和最快的速度,并具有宽频率范围和全面的功能。它是 研发工程师们测试 ETC 设备频率范围在 20 GHz 以内的射 频元器件,电路和天线等的理想解决方案。新款 20 GHz 选件可将 E5071C ENA 系列网络分析仪的频率范围扩展至 20 GHz。新款 20 GHz 选件支持双端口 (选件 2K5) 和四端口 (选件 4K5) 两种配置,可用于测量各种谐波成分,例如无 线通信标准中的无源器件的第三个谐波。 3.4.7. E5052B SSA 信号源分析仪 E5052B SSA 信号源分析仪主要应用于测量射频/ uW/mmW 振荡器,压控振荡器 VCO,系统参考时钟 Timebase,LAN 模块,高速计时模块,SerDes 芯片和高速 数据转换器 (ADC/DAC),它可以提供世界上最高的吞吐 量、对高频率信号源的 VCO 或其他类型进行表征的最佳 可用性,以及对高速数据通信系统中的时钟抖动评估。 E5052B SSA 信号源分析仪与 E5053A 配合使用,E5052B 的 频率范围最高可以达到 26.5 GHz; 与 E5053A 外加 Agilent 11970 系列混频器一起使用,则可高达 110 GHz。E5052B SSA 信号源分析仪可用于测量 ETC 设备的振荡器,锁相 环,VCO 等器件或电路。 主要特性与技术指标: ● 频率覆盖范围宽: 9 kHz 至 20 GHz ● 动态范围大: > 123 dB ● 极低的迹线噪声: <0.004 dBrms (在 70 kHz IFBW) ● 测量速度快: 41 msec ● 160 个测量通道和 16 条测量迹线 ● 灵活的多端口配置方式,可扩展到 22 个端口 ● 强大的分析与误差修正与校准功能 ● 内置 Bias-T 和直流测量 AUX 端口可以让您在测试射频参 数的同时进行直流参数测试 ● 自动化的测试工具提高速度和效率 ● 频率偏移测试模式 (选件) 为混频器与放大器的测试提 供先进的测试手段 ● 在 Open Windows® 操作环境下,方便地通过 USB、LAN 和 GPIB 接口进行系统互联 ● 同类型产品中最大的 10.4 英寸 XGA 彩色 LCD 触摸屏 ● 夹具仿真器  ■ 混合模式 S 参数测量  ■ 嵌入与去嵌入  ■ 匹配电路仿真  ■ 端口阻抗转换 ● 业内最新的校准技术  ■ 多达全部 4 端口 SOLT、TRL 或未知直通校准  ■ 自动端口扩展  ■ 适配器参数的去除或插入  ■ 电子校准件 (Ecal) 可配置成各种连接头的形式, 甚至可以  ■ 与任意适配器组合使用成为特殊专用的电子校准件  ■ 标量混频器校准和获得专利的矢量混频器校准 主要特性 ● RF 输入频率范围: 10 MHz 至 7 GHz,最大 110 GHz ● 分析偏置频率范围: 1 Hz 至 100 MHz ● 使用超低本底噪声和交叉关联方法来测量相位噪声 ● 频率瞬时捕获范围: 窄带高达 80 MHz,宽带高达 4.8 GHz ● 相位噪声: 1 GHz,10 KHz 偏移,达 -143 dBc/Hz 噪声测量功能 ● 使用超低本底噪声和交叉关联方法来测量相位噪声 ● 无需改变 RF 连接即可测量 AM 噪声和相位噪声 ● 从 1 Hz 到 100 MHz 的基带噪声测量 ● 实时模式中扫宽高达 15 MHz 的频谱监测 分析功能 ● 可随时对频率、相位和功率同时进行瞬时测量 ● 利用视频触发功能捕获不可预知的频率变化 ● 使用出色的低噪声直流电源进行全面的 VCO 表征 (频率/功率/直流电源电流随 Vc 和 Vs 变化的关系) ● 具有 fs 分辨率的时钟抖动测量 14 3.4.8. N6705B 直流电源分析仪 N6705B 直流电源分析仪可用于测量 ETC 设备功耗, 特别是 OBU 功耗和电源管理,对于降低 OBU 功耗有重要 的意义。N6705B 直流电源分析仪将多达 4 个先进电源与 数字万用表、示波器、任意波形发生器和 Data logger 特 性融为一体,可以显著提高向被测件提供直流电压和电 流以及进行测量的效率。N6705B 可独立测量被测件的电 流,无需使用多个设备构建包括传感器 (例如电流探头 和分路器) 在内的复杂测量装置。它也无需开发和调试 程序,即可控制仪器组合并进行有效的测量,因为前面 板已经提供了所有的功能和测量。它还可与 14585A 控制 和分析软件一起使用,获得更强大的控制和分析功能。 若需要自动进行仪表设置,N6705B 可通过 GPIB、USB、 LAN 进行完全编程,并且符合 LXI C 类标准。 3.4.9. N5106A PXB 信道衰落仿真测试平台 N5106A PXB 信道衰落仿真测试平台是目前业界最 新型的信道衰落仿真仪表,具有灵活的模块化结构和全 面的信道仿真,矢量信号产生,矢量信号捕捉和分析的 综合测试能力,提供行业最高的性价比和仪器利用率。 N5106A PXB 信道衰落仿真测试平台可用于在 ETC 研发中 模拟车道的电磁波传播环境。 N6705B 提供了灵活的配置,可满足您对电源和分析 功能的需求。它是一款 4 插槽主机,可安装多达 4 个直流 电源模块,总输出功率高达 600 W。 主要特性 ● 功能强大,支持从最新标准 LTE 的多入多出 (MIMO) 到 传统的单天线 (SISO) 等各种无线系统的信道衰落仿真; 主要特性与技术指标 ● 4 插槽主机: 最多可安装4个模块,总功率高达 600 W。 有 20 多款直流电源模块可供选择 ● 电压表精度: 高达 0.025% + 50 µV,高达 18 位 ● 安培计精度: 高达 0.025% + 8 nA,高达 18 位 ● 任意波形发生器功能: 带宽高达 100 kHz,输出功率高达 300 W ● 示波器功能: 可对电压和电流进行数字化处理, 200 kHz,512 kpts,高达 18 位 ● 数据记录器功能: 测量间隔从 20 µs 到 60 s,每个数据记 录器最多存储 5 亿个读数 ● 1 GB 非易失性数据存储器,可用于存储数据记录、 示波器迹线、仪器设置 ● 便于使用的研发工具,可为被测件生成和测量直流电 压和电流 ● 强大的综合功能,包括多达 4 个电源、数字万用表、 示波器、任意波形发生器和数据记录器功能 ● 无需编程即可使用所有功能; 可使用前面板上的控制功 能或 14585A 控制和分析软件 ● 通过直观、专用的物理控制系统控制通用功能 ● 大型彩色图形显示屏,便于查看复杂数据 ● 连接和控制器件采用颜色编码,使您可以快速进行设 置,不会出现错误 ● 设计新颖,PXB 是集数字基带信号产生和信道衰落仿 真于一体的新型仪表,可以同时内置 4 个数字基带信号 发生器,可以同时完成信号产生和信道衰落的功能, 有利于研发工程师简化操作和仪器配置 ● 系统配置灵活, 覆盖应用全面,PXB 与虹信现有安捷 伦信号源和频谱仪连接可以灵活配置 RF-RF,RF-IF, RF-Digital 信道衰落仿真,非常适合目前行业 RRU 和直 放站兼有基带和射频模块的发展趋势 ● 模块化设计,仪表利用率非常高,传统的射频衰落仿 真仪表的 3 大模块 (下变频,数字基带衰落仿真,上变 频) 集成于一体,功能单一,而 PXB 可以利用现有安捷 伦信号源和频谱仪作为下变频和上变频组成射频射频 衰落仿真,信号源和频谱仪以及 PXB 又可以供不同工 程师单独使用,仪表使用效率远高于传统方式 ● 精度高,使用安捷伦信号源和频谱仪做输入输出, 幅度精度可达 0.5 dB,高于传统的射频衰落仿真仪表 15 主要性能指标 1. 业界领先的基带信号产生性能: ● 内部最多有 6 路基带信号发生器 ● 每路基带信号发生器都具有 512 MSa (2 GB) 内存, 最高可达120 MHz 带宽 ● 高达150M sample/s的符号速率 ● 最多有 8 条 I/O 通路,支持模拟 I/Q 及数字 I/Q 信号 输出 ● 支持 Signal Studio 软件、ADS 系统,及其他信号生成 工具 3.5. ETC 设备的生产测试 ETC 设备与无线通信和一般电子产品类似,从设计 到销售产品都会经历从研发转到生产制造的过程,从下 图可以看到,在转生产之前,产品经过多个阶段的设计 研发和一致性测试,认证测试等,软硬件设计已经得到 充分的验证,在生产制造阶段主要是通过严格的生产工 艺保证产品符合设计的质量和性能要求,所以在生产制 造阶段对 ETC 设备进行有效地测试非常重要,可以检验 产品的关键指标,保证产品的质量和性能,可以发现射 频和其他元器件,电路等硬件,生产流程对产品质量的 影响,可以帮助改进和优化生产工艺,从而提高效率, 降低成本。 2. 强大的 MIMO 信道仿真能力 ● 支持 2x2,2x4,4x2 MIMO 信号的产生和衰落 ● 支持的无线通信的 SISO 信道模型及 LTE,WiMAX MIMO 信道模型 ● 能够与现有的设备结合完成射频衰落功能 3. 强大的衰落信号产生能力 ● 最多 8 路的实时衰落仿真器, 每路衰落仿真器包含最 多 24 条路径 ● 120 MHz 的实时衰落带宽 ● 支持的衰落类型包括 Pure Doppler,Rayleigh,Rician, Suzuki,log normal ● Rician K 因子范围: -84 dB to 84 dB ● 路径延时: 0 to 2 ms,精度为 0.1 ns ● 路径损耗: 0 to 84 dB,精度为 0.01 dB ● 车载速率: 0 to 864 km/h @ 2 GHz ● 支持的频率形状包括 Classical 3dB,classical 6 dB, flat,rounded,Jake classical,Jake rounded ● MIMO 信道天线距离: -20 to 20 wavelengths ● AWGN 带宽高达 120 MHz ● 载波干扰比 (C/N ratio): -30 to 30 dB,精度为 0.1 dB ● MIMO 信道同步: < 21 ns 生产测试主要考虑质量,时间和成本 3 个方面的 问题 ● 质量: 生产过程中进行的测试首先是保证产品质量, 但是由于经过前期设计研发和认证测试的阶段,所以 不必全面测试,特别是那些耗时长成本高的软件和协 议测试,应该重点测试那些在生产工艺中影响产品质 量的因素,主要是射频等硬件的指标 成本 ● 时间: 在现代化生产方式下, 生产测试的时间和测试效率将 质量 极大影响产品推出的周期和 成本,是现代生产企业非常 重视的因素,已经普遍采用 高度自动化的程控方式, 生产线仪器的测试速度 就变得非常重要, 时间 但是在高速测试的同时又必须保持高测试精度,否则 会导致大量误判断而降低测试效率,而且会因为大量 无用的维修验证影响整个生产流程的顺畅进行。所以 生产线所采用的测试仪表应该具备高精度和高速度的 特点 ● 成本: 激烈的市场竞争使电子产品领域不断降低成本, 而生产制造阶段是重要的环节,目前行业的主要趋势 是采用高性价比的测试设备和高效优化的生产工艺, 很多时候,经过高效优化的测试程序配合高速测试仪 表极大地缩短测试时间,其节省的成本往往超过简单 地减少硬件 推荐的关键 ETC 生产测试仪表: 矢量信号源 N5172B EXG 信号分析仪 N9000A CXA/N9010A EXA 16 3.5.1. N5172B EXG X 系列射频矢量信号发生器 N5172B EXG X 系列射频矢量信号发生器是安捷伦 新一代的高性价比的经济型信号源产品,是专门为生产 制造测试而优化的平台。为实现更快的吞吐量和更长的 正常运行时间,EXG 为您提供进行元器件基本参数测试 和接收机功能验证时所需的信号,针对制造测试进行优 化,集高性能和低成本于一身。主要特性包括: 3.5.2. N9000A CXA 信号分析仪 一台优秀的低成本信号分析仪不仅在于能获取信号 的基本信息,更在于能帮助您全面掌握信号的深层次本 质特性。这就是 CXA 信号分析仪作为业界领先的低成本 信号分析工具的优势之所在。其功能为实现经济高效测 试以及与其他 X 系列型号信号分析仪进行无缝集成提供 了坚实的基础。CXA为您带来信号分析必不可少的功能 与 X 系列出色的可扩展性。N9010A EXA 信号分析仪非常 适合在 ETC 设备生产中用于 RSU 和 OBU 信号测试。 ● 利用优异的硬件性能最大程度地提高良率 ● 提供业界领先的 ACPR、EVM 和输出功率,让您充满信 心地进行元器件测试 ● 利用快速切换速度最大程度地提高吞吐量 ● 仅有两个机架单元的高度 (2U),从而缩减测试台所占空间 ● 配置极其灵活,升级方便 ● 支持最复杂的应用来测试广泛的信号 ● 支持 Signal Studio 软件,支持针对蜂窝通信、无线连通 性、视频和跟踪/导航应用的多种技术 ● 使用实时功能仿真用于 LTE、GNSS 和 DVB 的实时信号 ● 支持 5 种波形或 50 种波形的许可证 License,降低购买 和使用成本 ● 自我维护策略和低成本维修可把停机时间和费用降至 最低 主要技术指标 ● 频率范围: 9 kHz~3 或 6 GHz ● 输出电平: 在 3 GHz 时提供 +21 dBm 最高功率,电子衰减器 ● 切换时间: 频率、功率和波形类型的同时切换时间小于 900 µs ● 动态范围和 EVM: ≤-73 dBc ACP W-CDMA 64 DPCH 和 < 0.4% EVM 80 MHz 802.11ac 调制和扫描 ● AM、FM、ØM 和窄脉冲,10 MHz 多功能发生器和低频 输出,数字步进和列表扫描 ● l/Q 调制: ASK、FSK、MSK、PSK、QAM 等、定制 I/Q ● 120 MHz 带宽内置基带发生器 (±0.2 dB 平坦度): 任意波形 和实时 I/Q 信号 ● 512 Msa 回放存储器和 30 GB 内置或 8 GB 外置移动闪存卡 ● 任意信号和实时信号: LTE、HSPA+、WLAN、GNSS、 DVB 等 ● 支持使用 N5102A 数字 I/O,支持 PXB MIMO 和射频衰落 主要技术指标 ● 频率范围 9 kHz 至 3 或 7.5 GHz ● 覆盖至 7.5 GHz 的内部前置放大器选件 ● 内置跟踪发生器选件至 3 GHz 或 6 GHz ● 分析带宽: 10 MHz (标准),25 MHz (选配) ● 绝对幅度精度: ± 0.5 dB ● +17 dBm 三阶截获 (TOI) ● -163 dBm 显示平均噪声电平 (DANL) ● 动态范围: -66 dBc W-CDMA ACLR (噪声校正功能启动) 测量应用和软件 ● 标配包括安捷伦功率套件一键式功率和频谱测量 ● 支持 25 种以上测量应用,包括蜂窝通信、无线连通 性、数字视频和通用 ● 支持通过89600 VSA软件可执行70多种信号格式的先进 信号分析 自动测试和通信接口 ● 符合 LXI C 类标准,并支持 SCPI 和 IVI-COM ● USB 2.0、1000Base-T LAN、GPIB 自动和通信接口 ● 1000BaseT LAN、LXI、USB 2.0 和 GPIB,SCPI、 IVI-COM、MATLAB 驱动 ● 向后兼容 ESG、MXG、PSG 和 8648x 信号发生器 ● Agilent USB 功率探头可以兼容嵌入式显示和 SCPI 控制 ● 兼容 ESA 和其他 X 系列的远程编程语言 ● 通用的 X 系列用户界面/开放式 Windows® XP 操作系统 17 3.5.3 N9010A EXA 信号分析仪 无论您想要增强产品性能还是提高测试吞吐量, 都需要您的通用型信号分析仪能够应对一系列广泛的挑 战。Agilent EXA 信号分析仪符合上述要求,其快速灵活 的解决方案使您利用一台仪器即可满足全部测量需要。 它不仅实现了速度和性能的完美结合,而且提供各种 X 系列测量应用软件。N9010A EXA 信号分析仪非常适合在 ETC 设备生产中用于 RSU 和 OBU 信号测试。 3.6. ETC 现场测试 目前国内包括京津冀,上海,江苏,浙江等东部发 达地区多个省份都已经开通运营符合 ETC 国标的系统, 并且正在向更多的省份推广,ETC 国标从 2003 年开始标 准申请经历十年的时间已经进入实施和普及的阶段,高 速公路收费车道在不断新建和改造,不断有 ETC 设备需 要安装,已经投入使用的 ETC 设备需要定期的维护和及 时的排除故障,对于运营过程中的技术问题也需要不断 跟踪和解决,这些都离不开现场测试工具的充分利用。 主要技术指标 ● 频率范围: 10 Hz 至 3.6,7,13.6 或 26.5 GHz ● 覆盖 7.0 GHz 的内部前置放大器选件 ● 分析带宽: 25 MHz (标配) 或 40 MHz (可选) ● 基本 EMI 预认证测量功能,包括 CISPR 16-1-1 带宽、 探测器、幅度校正因数、频段预置、游标处调谐和 监听以及限制线 ● 绝对幅度精度± 0.27 dB ● +15 dBm 三阶截获 (TOI) ● 利用前置放大器可达到 -163 dBm/Hz 显示平均噪声电平 (DANL) 灵敏度 ● 动态范围: -73 dB W-CDMA ACLR (噪声修正功能启动) 测量应用和软件 ● 标配包括安捷伦功率套件一键式功率和频谱测量 ● 支持 25 种以上测量应用,包括蜂窝通信、无线连通 性、数字视频和通用 ● 支持通过 89600 VSA 软件可执行 70 多种信号格式的先进 信号分析 ETC 现场测试不同于实验室和工厂里的测试,由于 ETC 设备安装环境的条件,需要更适合外场应用特点的 测试工具,包括: ● 可以手持操作 ● 电池供电,一次充电长时间工作 ● 防尘防水等坚固性和可靠性设计 ● 直观并在外场光线下清晰的显示 ● 快速的频谱和功率测量利于迅速判断问题 ● 全面的测试功能,能够应对不同的测试应用, 一机多用 ● 足够的性能指标 自动测试和通信接口 ● 符合 LXI C 类标准,并支持 SCPI 和 IVI-COM ● USB 2.0、1000Base-T LAN、GPIB ● PSA、8566/68 和 856x 和其他X信号分析仪编程命令兼容性 ● 通用的 X 系列用户界面/开放式 Windows® XP 操作系统 18 传统的手持测试仪往往远低于实验室仪表,造成测 试结果偏移太大,造成判断困难,所以现场测试仪表同 样应该提供满足 ETC 设备测试的足够指标,由于 ETC 设 备工作在 5.8 GHz 频段,对现场测试仪的指标性能是一大 挑战。推荐采用安捷伦新一代的 FieldFox 系列手持式射 频组合测试仪,很好地将手持操作特性与高性能射频测 试结合在一起,提供接近甚至相当于台式仪表的性能和 指标,包括测试精度和灵敏度,也是同类仪表中速度最 快的。凭借出色的软硬件设计,FieldFox 将多种射频测试 能力集于一身,包括频谱分析仪,矢量网络分析仪 (双端 口),天馈线测试仪,射频信号源,功率计,频率计,干 扰分析仪,矢量电压表,直流源,是真正的多功能组合 仪表。 FieldFox 手持测试仪主要特性与技术指标 电缆和天线分析仪 (CAT)、矢量网络分析仪 (VNA) ● 频率范围 30 kHz 至 4,6.5,9,14,18,26.5 GHz ● 动态范围: 100 dB (9 GHz),90 dB (18 GHz) ● CAT: 故障点距离、回波损耗、电缆损耗 ● VNA: S11、S21、S22、S12、幅度和相位 可靠性和坚固性设计 ● 防尘设计 (无风扇和通风孔) 可以提高仪器在恶劣环境 中的可靠性 ● 防水; 抵御盐分多的环境和潮湿环境 ● 符合 MIL-PRF-28800F 2 类标准 ● 符合 MIL-STD-810G Method 511.5 Procedure I 要求,适用 于爆炸性环境 FieldFox 仪器特性 ● 三年标准保修期 ● 电池使用时间: 3.5 小时 ● 重量: 3.0 kg 或 6.6 lbs ● 工作温度: -10 至 +55°C (14 至 131°F) 频谱分析仪 ● 频率范围 5 kHz 至 4,6.5,9,14,18,26.5 GHz ● ± 0.6 dB 幅度精度 ● 无杂散动态范围: ≥105 dB ● 全频段跟踪发生器 独立信号源、矢量电压表 (VVM) 和功率测量 ● 独立射频源: 30 kHz 至 4,6.5,9,14,18,26.5 GHz、 连续波、连续波耦合、跟踪 ● VVM: 30 kHz 至 4,6.5,9,14,18,26.5 GHz,可比较相 位长度和电气长度 ● 通过 USB 传感器进行功率测量: 9 kHz 至 24 GHz ● 内置功率计: 5 kHz 至 4,6.5,9,14,18,26.5 GHz 精度: 获得精度与台式机媲美的测量结果 ● QuickCal – 内置校准 – 无需校准套件 ● CalReady – 在测试端口上迅速执行故障点距离和 S 参数 测量 ● InstAlign – 在全频段内具有极高的绝对幅度精度, 无需预热 19 www.agilent.com.cn www.axiestandard.org AdvancedTCA® Extensions for Instrumentation and Test (AXIe) 是基于 AdvancedTCA 标准的一 种开放标准, 将 AdvancedTCA 标准扩展到通用 测试和半导体测试领域。安捷伦是 AXIe 联盟 的创始成员。 www.lxistandard.org 局域网扩展仪器 (LXI) 将以太网和 Web 网络的 强大优势引入测试系统中。安捷伦是 LXI 联 盟的创始成员。 www.pxisa.org PCI 扩展仪器 (PXI) 模块化仪器提供坚固耐 用、基于 PC 的高性能测量与自动化系统。 安捷伦渠道合作伙伴 www.agilent.com/find/channelpartners 黄金搭档: 安捷伦的专业测量技术和丰富产品 与渠道合作伙伴的便捷供货渠道完美结合。 安捷伦优势服务旨在确保设备 在整个生命周期内保持最佳状态, 为您的成功奠定基础。我们不断投 资开发新的工具和流程,努力提高 校准和维修效率,降低拥有成本, 以便您保持卓越的竞争力。您还可 以使用 Infoline 网上服务更有效地 管理设备和服务。通过共享测量与 服务方面的专业经验,我们能够帮 助您设计创新产品。 www.agilent.com/find/advantageservices www.agilent.com/quality 如欲获得安捷伦科技的产品、应用和服务 信息, 请与安捷伦公司联系。如欲获得 完整的产品列表, 请访问: www.agilent.com/find/contactus 请通过 Internet、电话、传真得到 测试和测量帮助。 热线电话: 800-810-0189、400-810-0189 热线传真: 800-820-2816、400-820-3863 安捷伦科技(中国)有限公司 地址: 北京市朝阳区望京北路 3 号 电话: (010) 64397888 传真: (010) 64390278 邮编: 100102 上海分公司 地址: 上海张江高科技园区 碧波路 690 号 4 号楼 1-3 层 电话: (021) 38507688 传真: (021) 50273000 邮编: 201203 广州分公司 地址: 广州市天河北路 233 号 中信广场 66 层 07-08 室 电话: (020) 38113988 传真: (020) 86695074 邮编: 510613 成都分公司 地址: 成都高新区南部园区 天府四街 116 号 电话: (028) 83108888 传真: (028) 85330830 邮编: 610041 深圳分公司 地址: 深圳市福田中心区 福华一路六号免税商务大厦 3 楼 电话: (0755) 83079588 传真: (0755) 82763181 邮编: 518048 西安分公司 地址: 西安市碑林区南关正街 88 号 长安国际大厦 D 座 5/F 电话: (029) 88867770 传真: (029) 88861330 邮编: 710068 安捷伦科技香港有限公司 地址: 香港北角电气道 169 号 25 楼 电话: (852) 31977777 传真: (852) 25069292 香港热线: 800-938-693 香港传真: (852) 25069233 E-mail: tm_asia@agilent.com 本文中的产品指标和说明可不经通知而更改 ©Agilent Technologies, Inc. 2013 出版号: 5991-1934CHCN 2013 年 2 月 印于北京

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