JP2002246936A - パッシブ方式用路上機側送受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ５．８ＧＨｚを採用したシステムでも、通信
エリアを十分に確保できるパッシブ方式用路上機側送受
信器を提供する。 【解決手段】 送信アンテナ１０と受信アンテナ１２と
を別個に設け、サーキュレータを用いることなく送受信
器２を構成することにより、送受信間のアイソレーショ
ンを５０ｄＢ以上とし、且つ、発振部１４を構成する発
振器として、上り信号の使用周波数帯での位相雑音レベ
ルが−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以下となるものを用いる。こ
れにより、受信系における熱雑音（詳しくは雑音指数
Ｆ）を、従来装置と比較して低下させること、ひいては
受信感度を１２ｄＢ程度向上させることができ、その結
果、この送受信器２を用いることで、５．８ＧＨｚの周
波数帯を使用してパッシブ方式で路車間通信を行う自動
料金収受システムでも、必要な通信エリアを確実に確保
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パッシブ方式にて
路車間通信を行うために路上機に設置されるパッシブ方
式用路上機側送受信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両に搭載された車載器、及
び車両の走行路近傍に設置された路上機との間で双方向
通信を行うことにより、有料道路等の料金収受を自動的
に行う料金自動収受システムが知られている。この料金
自動収受システムでは、路車間通信に使用する通信方式
として二つの方式、即ち、車載器から路上機への上り信
号の送信を、路上機から車載器への下り信号に続けて送
信されてくるキャリア（搬送波）信号を変調して返送す
ることにより行うパッシブ方式（ヨーロッパ，中国，東
南アジアで採用）と、上り信号の送信を、下り信号とは
異なる周波数帯を用いて車載器が自律的に行うアクティ
ブ方式（日本で採用）とが存在している。なお、通信に
使用する周波数帯域として、アクティブ方式では５．８
ＧＨｚ帯、パッシブ方式では２．４５ＧＨｚ帯が使用さ
れていた。

【０００３】ここで、図６（ａ）は、パッシブ方式にて
使用される路上機側の送受信器の一般的な構成を表すブ
ロック図である。図６（ａ）に示すように、パッシブ方
式用路上機側送受信器１００は、車両に搭載された車載
機Ｍとの間で電波の送受信を行う送受信アンテナ１１０
と、キャリア信号Ｃ及びローカル信号Ｌを生成する発振
部１１４と、発振部１１４にて生成されたキャリア信号
Ｃを下りデータＤＤにて変調したもの、或いは無変調の
キャリア信号Ｃを送信信号ＳＤとして送受信アンテナ１
１０に供給する送信部１１６と、送受信アンテナ１１０
からの受信信号ＲＤを、発振部１１４からのローカル信
号Ｌを用いて復調し、上りデータＵＤを生成する受信部
１１８と、送信部１１６からの送信信号ＳＤを送受信ア
ンテナ１１０に供給すると共に、送受信アンテナ１１０
からの受信信号ＲＤを受信部１１８に供給するサーキュ
レータ１２２と、発振部１１４，送信部１１６，受信部
１１８の動作状態を制御する制御部１２０とを備えてい
る。

【０００４】そして、制御部１２０では、図６（ｂ）に
示すように、下りデータ送信期間では、送信部１１６
に、下りデータＤＤを供給し、この下りデータＤＤにて
キャリア信号Ｃを変調してなる送信信号ＳＤの送信を行
わせ、一方、上りデータ受信期間では、送信部１１６
に、無変調のキャリア信号Ｃをそのまま送信信号ＳＤと
して送信を行わせると共に、受信部１１８に車載機Ｍか
らの受信信号ＲＤを復調させて上りデータの生成を行わ
せるように各部を制御し、下りデータ送信期間と上りデ
ータ受信期間とを交互に設定することにより、パッシブ
方式での路車間通信を実現している。

【０００５】ところで、パッシブ方式に使用されている
２．４５ＧＨｚ帯は、ＩＳＭバンドと呼ばれる規制の緩
やかな周波数帯であるため、屋内の無線ＬＡＮや電子レ
ンジをはじめとする様々なシステムや機器にて採用され
ている。つまり、２．４５ＧＨｚ帯は、他の機器との干
渉が生じる可能性が高いため、近年では、パッシブ方式
で使用する周波数帯も、アクティブ方式と同じ５．８Ｇ
Ｈｚ帯に変更されつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、２．４５ＧＨ
ｚ用に作製された路上機側送受信器を、発振器の周波数
を変える等の必要最小限の変更だけで、そのまま５．８
ＧＨｚを採用したシステムに適用した場合、受信感度が
不足して、必要な大きさの通信エリアを確保できないと
いう問題があった。

【０００７】即ち、電波の伝搬損失は、使用周波数の２
乗にほぼ比例して増大するため、車載機Ｍからの上り信
号の送出レベルが、２．４５ＧＨｚを使用周波数とする
従来装置の場合と同じであったとしても、路上機側送受
信器での受信レベルは７．５（≒１０×ｌｏｇ（２．４
５／５．８）² ）ｄＢ程度低下することになる。

【０００８】受信信号ＲＤの受信レベルと受信信号ＲＤ
から復調された上りデータのビット誤り率（ＢＥＲ）と
は、図５に示すような関係にあり、所定値（例えば１０
^-5）以下のＢＥＲを確保できる受信レベルの下限が受信
感度となる。つまり、受信感度が同じであれば、電波の
伝搬損失が増大することにより、受信感度以上の受信レ
ベルにて車載機からの上り信号を受信できる範囲、即ち
通信エリアが小さくなってしまい、また、同じ通信エリ
アを確保するには、受信感度が不足してしまうのであ
る。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決するために、
５．８ＧＨｚを採用したシステムでも、通信エリアを十
分に確保できるパッシブ方式用路上機側送受信器を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するに
は、車載機からの上り信号の受信レベルが大きくなるよ
うに車載機での上り信号の送信レベルを大きくするか、
或いは上り信号の受信レベルが小さくても所定値以下の
ＢＥＲを実現できるように路上機側送受信器の受信感度
を向上させればよい。しかし、ＥＴＣの路車間通信にお
ける車載機側の送信レベルは、例えばＣＥＮ（欧州標準
化委員会：Comite Europeen de Normalisation）の規格
によって上限値が規制されており、勝手に大きくするこ
とはできず、従って、路上機側送受信器の受信感度を向
上させる必要がある。

【００１１】具体的には、ＣＥＮの規格では車載機の送
信電力（ＥＩＲＰ）が−２４ｄＢ以下であり、通信エリ
ア内における車載機から路上機までの距離を２〜１０ｍ
程度とすると、路上機側送受信器では、使用周波数が
２．４５ＧＨｚの時には、その伝搬損失が−４５ｄＢ〜
−５５ｄＢ程度であることから、受信感度が−８０ｄＢ
ｍあれば十分であったが、使用周波数が５．８ＧＨｚに
なると、その伝搬損失が−５４ｄＢ〜−６８ｄＢにまで
増大するため、受信感度は−９０ｄＢｍ以上必要とな
る。

【００１２】ところで、送受信器の受信感度は、受信信
号の受信レベルや受信信号の復調を行う受信部での雑音
レベル等により決まる。そして、雑音レベルを決める要
因の一つとして、送信部を経由したキャリア信号の受信
部への回り込み、即ち送受信間のアイソレーションがあ
る。

【００１３】つまり、上り信号の伝送のために送出され
るキャリア信号と受信した上り信号を復調するためのロ
ーカル信号とは、同じ発振部の出力を分配して生成する
のが一般的であり、両信号の周波数は一致している。し
かし、送信部を経由して回り込んだキャリア信号（以下
「回込信号」という）と、発振部から直接供給されるロ
ーカル信号との間には、受信部に到る経路の違いに基づ
く位相ずれ等が生じている。このようにずれの生じた両
信号が受信部でミキシングされることで生成される成分
が雑音成分となるのである。

【００１４】例えば、上述した従来の送受信器１００の
場合、サーキュレータ１２２のアイソレーションは一般
に２０ｄＢ程度であり、送信部での送信出力が２３ｄＢ
ｍとすると、サーキュレータを介した回込信号は３ｄＢ
ｍとなる。ローカル信号は、一般に１０ｄＢｍ程度に設
定されるため、これと比較して回込信号は無視できない
ほど大きく、このサーキュレータ１２２での送受信間の
アイソレーションが、受信系の雑音指数、ひいては受信
感度に大きな影響を与えている。

【００１５】そこで、請求項１記載のパッシブ方式用路
上機側送受信器では、下り信号及びキャリア信号の送信
に送信用アンテナ、上り信号の受信に前記送信用アンテ
ナとは別に設けられた受信用アンテナを用いて行うこと
により、サーキュレータを省略し、且つ送信用アンテナ
と受信用アンテナとの間のアイソレーションを５０ｄＢ
以上に設定している。

【００１６】これにより、本発明によれば、上り信号を
復調する受信部での雑音レベルを十分に低減させ、上り
信号の受信感度を向上させることができ、その結果、
５．８ＧＨｚを採用した路車間通信システムにおいて
も、通信エリアを十分に確保することができる。

【００１７】即ち、受信レベルに対するＢＥＲの特性を
表す図５（ａ）のグラフに示されているように、送受信
間のアイソレーションが大きいほど、受信感度（所定の
ＢＥＲを確保できる受信レベルの下限）が向上し、−９
０ｄＢｍ以上の受信感度（ＢＥＲが１０^-5以下）を確保
するには、送受信間のアイソレーションを５０ｄＢ以上
とする必要がある。

【００１８】なお、送信用アンテナ及び受信用アンテナ
としては、請求項２記載のように、いずれもアレーアン
テナが好適である。即ち、アレーアンテナは、使用する
アンテナ素子の形状や数や配置、及び各素子に供給する
信号の位相や振幅を適宜選択，調整することにより、様
々な特性を実現することが可能であり、しかも小型に構
成することができる。

【００１９】また、受信部での雑音レベルを決める他の
要因として、ローカル信号の純度、即ち、位相雑音があ
り、この位相雑音は、受信信号とのミキシングが行われ
ることにより、復調された信号に重畳される。特に復調
すべき信号（ここでは上り信号）が位相偏移（ＰＳＫ）
変調されている場合には、この位相雑音の影響を受けや
すいことが知られている。

【００２０】従って、キャリア信号やローカル信号を生
成する発振部は、請求項３記載のように、上り信号の使
用帯域における位相雑音が−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以下と
なる信号を生成するものであることが望ましい。なお、
上り信号の使用帯域とは、例えば、ＣＥＮ規格（車載機
からの上り信号が１．５ＭＨｚ又は２ＭＨｚのサブキャ
リアを用いてＢＰＳＫ変調される）の場合、キャリア信
号の周波数からのオフセットが５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ
の当たりがこれに相当する。

【００２１】即ち、受信レベルに対するＢＥＲの特性を
表す図５（ｂ）のグラフに示されているように、発振部
が生成する信号の位相雑音が小さいほど、受信感度が向
上し、−９０ｄＢｍ以上の受信感度（ＢＥＲが１０^-5以
下）を確保するには、位相雑音を−１００ｄＢｃ／Ｈｚ
以下とする必要がある。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、ＣＥＮ規格を満たすように設計さ
れた本実施形態のパッシブ方式用の路上機側送受信器の
構成を表すブロック図である。

【００２３】図１に示すように、本実施形態のパッシブ
方式用路上機側送受信器２は、車両に搭載された車載機
Ｍに対する下り信号を送信する送信アンテナ１０と、同
じく車載機Ｍからの上り信号を受信する受信アンテナ１
２と、キャリア信号Ｃ及びローカル信号Ｌを生成する発
振部１４と、発振部１４にて生成されたキャリア信号Ｃ
を下りデータＤＤにて変調したもの、或いは無変調のキ
ャリア信号Ｃを送信信号ＳＤとして送信アンテナ１０に
供給する送信部１６と、受信アンテナ１２からの受信信
号ＲＤを、発振部１４からのローカル信号Ｌを用いて復
調し、上りデータＵＤを生成する受信部１８と、発振部
１４，送信部１６，受信部１８の動作状態を制御する制
御部２０とを備えている。

【００２４】送信アンテナ１０及び受信アンテナ１２
は、いずれも３６（＝６×６）個のアンテナ素子を四角
形状に配列してなるアレーアンテナからなり、車両の走
行経路の上部に、車両の幅員方向に沿って並ぶように配
置されている。なお、図２（ａ）及び（ｂ）は、送信ア
ンテナ１０及び受信アンテナ１２（いずれも同じ特性）
の走行方向、及び幅員方向に沿った指向性を表すもので
あり、鉛直方向を中心にして±１５°の範囲では、１０
ｄＢの利得が得られるように設定されていると共に、特
に両アンテナ１０，１２の配列方向である幅員方向につ
いては、±９０°方向での利得が−１５ｄＢ以下となる
ように設定されている。即ち、各アンテナ１０，１２で
は、幅員方向への信号の漏れがそれぞれ−２５ｄＢ以下
となり、その結果、両アンテナ１０，１２間のアイソレ
ーションが５０ｄＢ以上となるようにされている。

【００２５】図２（ｃ）は、各アンテナ１０，１２の入
力端子及び出力端子にネットワークアナライザを接続し
て、両者間をアイソレーションを測定した結果を表すグ
ラフである。キャリア信号Ｃの周波数が設定される５．
８ＧＨｚ帯では、実際に、両アンテナ１０，１２間のア
イソレーションが５０ｄＢ以上となっていることがわか
る。

【００２６】なお、送信アンテナ１０及び受信アンテナ
１２の特性は、アレーアンテナを構成するアンテナ素子
単体の形状、配置間隔、励振状態での振幅，位相等を適
宜選択，調整することにより設定することができ、実際
には、周知のシミュレータを用いて所望の特性が得られ
るように設計される。

【００２７】発振部１４は、位相雑音が小さく電圧制御
が可能な水晶発振器を中心に、プリスケーラ，位相比較
器を用いて構成した周知のＰＬＬシンセサイザからな
る。なお、水晶発振器は、具体的には、図３に示すよう
に、オフセットが１００ｋＨｚ以上での位相雑音が−１
００ｄＢｃ以下となるもの（例えば、Ｍ／Ａ−ＣＯＭ社
製，型番ＭＬ０６１１０５−０５８０５）が用いられて
いる。即ち、車載機Ｍからの上り信号は、路上機側送受
信器２から受信したキャリア信号を１．５ＭＨｚ又は２
ＭＨｚのサブキャリアを用いてＢＰＳＫ変調したものと
なっており、その信号成分が分布する領域、つまり、キ
ャリア信号から５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ（サブキャリア
の下半分２ＭＨｚの範囲）離れた領域での位相雑音が十
分に小さくなるようにされている。

【００２８】送信部１６は、制御部２０から下りデータ
ＤＤの供給がある場合には、この下りデータＤＤを変調
信号として、発振部１４から供給されるキャリア信号Ｃ
を振幅偏移（ＡＳＫ）変調し、これを送信信号ＳＤとし
て出力し、下りデータＤＤの供給がない場合には、無変
調のキャリア信号Ｃをそのまま送信信号ＳＤとして出力
するように構成されている。

【００２９】受信部１８は、受信アンテナ１２からの位
相偏移（ＰＳＫ）変調された受信信号ＲＤを低雑音にて
増幅するローノイズアンプ（ＬＮＡ）と、ＬＮＡにて増
幅された受信信号ＲＤを発振部１４からのローカル信号
Ｌを用いて復調するを復調回路とを備えており、復調に
よって生成された上りデータを制御部２０に供給するよ
うに構成されている。

【００３０】そして、制御部２０では、従来装置と同様
に（図６（ｂ）参照）、送信部１６に下りデータＤＤを
供給する下りデータ送信期間と、送信部１６への下りデ
ータＤＤの供給を停止して無変調のキャリア信号を送信
させ、受信部１８から上りデータＵＤの供給を受ける上
りデータ受信期間とを交互に設定することにより、パッ
シブ方式での路車間通信を実現している。

【００３１】このように構成された本実施形態のパッシ
ブ方式用路上機側送受信器２は、下りデータ送信期間
に、キャリア信号Ｃを下りデータＤＤでＡＳＫ変調して
なる下り信号を送信し、これに続く一定期間（上りデー
タ受信期間）の間、無変調のキャリア信号を送信する。

【００３２】この路上機からの下り信号を受信した車載
機Ｍは、下り信号に続けて受信する無変調のキャリア信
号を、上りデータＵＤでＢＰＳＫ変調してなる上り信号
を返送する。また、この車載機Ｍからの上り信号を受信
した路上機側送受信器２は、その受信信号ＲＤをローカ
ル信号Ｌを用いて復調し、上りデータＵＤを生成する。

【００３３】図４は、本実施形態の路上機側送受信器２
を使用して路車間通信を行った場合の信号レベルの変化
を表すレベルダイアである。図４では、送信アンテナ１
０及び受信アンテナ１２は、車載機Ｍの設置位置より２
ｍ高い位置にあり、車載機がアンテナ直下（伝送距離２
ｍ）である地点Ａ、通信エリア端（伝送距離７ｍ）であ
る地点Ｃ、その中間位置（伝送距離５ｍ）である地点Ｂ
にある場合のそれぞれについて示したものである。なお
図４中では、各地点Ａ〜Ｃでのレベルダイアを、それぞ
れ実線（地点Ａ），点線（地点Ｂ），一点鎖線（地点
Ｃ）にて示す。

【００３４】そして、送信部１６での送信出力を２３ｄ
Ｂｍとしており、通信エリア内に対する送信アンテナ１
０の利得が１０ｄＢ（但しエリア端では７ｄＢ）あるた
め、通信エリア内での等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）は
３０〜３３ｄＢｍとなる。５．８ＧＨｚの電波が２〜７
ｍ伝播した時に生じる伝播ロスは−５４〜−６５ｄＢで
あり、従って、車載機Ｍでの受信電力は−２１〜−３５
ｄＢｍとなる。なお、車載機Ｍでは、定出力機能を有し
ており、車載機Ｍからの上り信号の送信電力（ＥＩＲ
Ｐ）は−２４ｄＢｍ（但しエリア端では−２７ｄＢ）と
なるようにされている。

【００３５】そして、伝播ロス，及び受信アンテナ１２
の利得（送信アンテナ１０と同様）を考慮すると、路上
機側送受信器２での受信信号ＲＤの受信レベルは、受信
アンテナ１２の利得が１０ｄＢとして、−６７〜−８４
ｄＢｍとなる。ところで、本実施形態の路上機側送受信
器２における受信系の熱雑音ｋＴＢＦは、帯域幅Ｂ＝２
ＭＨｚ，雑音指数Ｆ＝５ｄＢ（位相雑音を−１００ｄＢ
ｃ／Ｈｚ、送受信間のアイソレーションを−５０ｄＢ）
として−１０６ｄＢｍとなる。また、ＢＰＳＫ変調され
た信号の復調には、Ｃ／Ｎが１１ｄＢ以上必要であるた
め、これに基づく受信感度の理論値は−９５ｄＢｍ（＝
−１０６ｄＢｍ＋１１ｄＢ）となる。

【００３６】即ち、上述したように上り信号の受信レベ
ルは、−６７〜−８４ｄＢｍであるため、受信感度のマ
ージンを１０ｄＢ設けたとしても、十分に受信可能であ
ることがわかる。以上説明したように、本実施形態のパ
ッシブ方式用路上機側送受信器２においては、送信アン
テナ１０と受信アンテナ１２とを別個に設け、サーキュ
レータを用いることなく構成することにより、送受信間
のアイソレーションを５０ｄＢ以上とし、且つ、発振部
１４を構成する発振器として、上り信号の使用周波数帯
での位相雑音レベルが−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以下となる
ものを用いて構成されている。

【００３７】これにより、受信系における熱雑音（詳し
くは雑音指数Ｆ）を、従来装置と比較して低下させるこ
と、ひいては受信感度を１２ｄＢ程度向上させることが
でき、その結果、本実施形態によれば、５．８ＧＨｚの
周波数帯を使用してパッシブ方式で路車間通信を行う自
動料金収受システムでも、必要な通信エリアを確実に確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態のパッシブ方式用路上機側送受信器
の構成を表すブロック図である。

【図２】 送信アンテナ及び受信アンテナの特性、及び
両者間のアイソレーション特性を測定した結果を表すグ
ラフである。

【図３】 発振部を構成する発振器の位相雑音特性を表
すグラフである。

【図４】 実施形態の送受信器を用いて路車間通信を行
った場合の信号レベルの変化を表すレベルダイアであ
る。

【図５】 受信レベルに対するビット誤り率の特性を表
すグラフである。

【図６】 従来のパッシブ方式用路上機側送受信器の構
成を表すブロック図、及びその動作を表すタイミング図
である。

【符号の説明】

２…パッシブ方式用路上機側送受信器 １０…送信ア
ンテナ １２…受信アンテナ １４…発振部 １６…送信
部 １８…受信部 ２０…制御部 Ｍ…車載
機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春日 義人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5H180 AA01 BB04 EE10 5K011 BA01 DA02 DA07 FA01 JA01 KA08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の走行経路の近傍に設置され、車両
   に搭載される車載機との路車間通信を行うために、車載
   機への下り信号に続けて、無変調のキャリア信号を送信
   し、該キャリア信号を受信した車載機から、該キャリア
   信号を変調することで生成された上り信号を受信するパ
   ッシブ方式用路上機側送受信器であって、 前記下り信号及びキャリア信号の送信に送信用アンテ
   ナ、前記上り信号の受信に前記送信用アンテナとは別に
   設けられた受信用アンテナを用いて行い、 該送信用アンテナと受信用アンテナとの間のアイソレー
   ションを５０ｄＢ以上に設定したことを特徴とするパッ
   シブ方式用路上機側送受信器。
2. 【請求項２】 前記送信用アンテナ及び受信用アンテナ
   は、いずれもアレーアンテナからなることを特徴とする
   請求項１記載のパッシブ方式用路上機側送受信器。
3. 【請求項３】 前記キャリア信号、及び前記上り信号の
   復調に使用するローカル信号を生成する発振部は、前記
   上り信号の使用帯域における位相雑音が−１００ｄＢｃ
   ／Ｈｚ以下となる信号を生成することを特徴とする請求
   項１又は請求項２記載のパッシブ方式用路上機側送受信
   器。