JP2005341293A - 狭域通信装置および狭域通信装置の固定局 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】狭域通信装置は、ASKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、互いに実質的に直交するI軸とQ軸との交点とI軸上の信号点との間で変化する2値のI軸信号およびゼロ値のQ軸信号を発生する一方、QPSKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、複数値のI軸信号および複数値のQ軸信号を発生するベースバンド部と、選択信号に応答してASKとQPSKとのうちの1つに選択的に切り換えてI軸信号とQ軸信号とに基づいて、搬送波を変調する変調器を有する無線送信部と、受信した搬送波をAGCアンプで増幅する無線受信部と、搬送波を送受信する送受信アンテナ部と、を備えた狭域通信装置において、送受信アンテナ部は、2つのアンテナを有する。
【選択図】図6
Description
また、自動料金収受システムに用いられる車載の移動局は、1つのアンテナにより固定局との間で通信を行っている。
また、従来の狭域通信装置を通常の走行中に道路情報サービスやその他の情報サービスの送受信に用いると、路面や自動車車体による電波の反射に伴うフェージングが発生し、正常に送受信することができないという問題がある。
さらに、デジタルデータ信号を1つの変調器によりASKまたはQPSKできるように変調に先立つ信号が生成されるので、変調器の回路規模が小形化することができる。
この発明に係わる狭域通信は、路車間において行われる自動料金収受または交通情報の収集に用いられる。以下、電波産業会発行ARIB−T75規格に準拠する狭域通信を例に挙げて、この発明の実施の形態について説明する。
ARIB−T75規格の通信フレームは、図1に示すように、フレームコントロールメッセージスロット(以下、FCMSと称す。)、複数のメッセージデータスロット(以下、MDSと称す。)、アクチベーションスロット(以下、ACTSと称す。)から構成される。
また、FCMCは、MDC、ACKC及びACTCとは異なる同期信号パターンを多重し、通信フレームの時間基準としてFCMSの位置が識別できるようにしている。
さらに、FCMCは、固定局のみが送信し、その他のMDCやACTCはFCMCを時間基準として送受信する。
また、FCMCには、固定局が運用する無線チャネル、フレーム周期、自局に割当てられたスロット位置などのフレーム構成情報が多重されているので、移動局は通信フレームの再生が可能になる。
また、上り下り共に、MDC受信確認動作、すなわちACKCの返送は同一通信スロット期間内に実施される。
図5は、この発明の実施の形態1に係わる狭域通信装置の移動局のブロック図である。図6は、図5の送受信アンテナ部のブロック図である。図7〜図9は、2つのアンテナの設置状況を示す図である。
狭域通信装置の移動局1は、図5に示すように、送受信アンテナ部2、無線受信部3、無線送信部4、ベースバンド部5、送受信切換スイッチ6、クロック部10から構成されている。
送受信アンテナ部2は、無線受信部3または無線送信部4のいずれかが送受信切換スイッチ6により選択されて接続されている。ベースバンド部5は、無線受信部3および無線送信部4が接続されている。送受信切換スイッチ6は、1対2の単極双投型スイッチであり、ベースバンド部5からの制御信号により送信経路と受信経路とが切り換えられる。
第1のアンテナ11と第2のアンテナ12は、固定局との間で電波の送受信するために備えられ、アンテナ切換スイッチ13との間の接続が接離されることによりいずれかのアンテナが選択される。
なお、路面または自動車車体面での電波の反射の角度が異なるため、水平方向に搬送波の1/2波長以上離間するように2つのアンテナを設置してもよい。
さらに、対角方向に搬送波の1/2波長以上離間するように2つのアンテナを設置することにより鉛直方向および水平方向のフェージングの影響を少なくすることができる。この第1の設置方法により2つのアンテナが設置された筐体7を傾けて電波到来方向に対して前後方向に設置することで、前後方向にもスペースダイバーシティ受信を行うことができる。この第1の設置方法はアンテナ一体型の狭域通信装置に適している。
また、ベースバンド部5のアンテナ切換信号によらずに、ベースバンド部5から出力されるAGC利得制御信号を用いてもよい。
なお、アンテナ切換スイッチ13と送受信切換スイッチ6とを直列に接続している部分を給電線8とコネクタ9とを用いて切り離すことにより、第2のアンテナ12およびアンテナ切換スイッチ13を割愛したより低コストの狭域通信装置の移動局を提供することができる。
無線受信部3は、ローノイズアンプ15、第1の周波数変換部16、チャネルフィルタ17、AGCアンプ18、第2の周波数変換部19、第1の発振部20、アンプ21から構成されている。
なお、消費電力を低減するために、送信時にローノイズアンプ15の機能を停止してもよい。
なお、消費電力を低減するために、送信時に第1の周波数変換部16の機能を停止してもよい。
第1の発振部20は、例えば水晶発振器であって、低中間周波数受信信号に変換するために必要となる第2局部発振信号(例えば、400MHz帯)を発生して第2の周波数変換部19に入力している。
復調手段23は、ASK復調とQPSK復調との2系列の復調手段を有する。各復調手段は、信号再生器、緩衝増幅器、A/D変換器、受信フィルタ、データ再生器、ユニークワード検出器、オフセット電圧源から構成されている。
ASK信号再生器24は、入力される低中間周波数受信信号に対して、例えば公知の包絡線検波方式を用いて復調することにより信号再生して、復調されたアナログ信号を取り出した後、緩衝増幅器25を介してA/D変換器27に出力する。ここで、緩衝増幅器25には、オフセット電圧源26からA/D変換器27に適合するための直流オフセット電圧が印加され、緩衝増幅器25は入力されるアナログ信号を増幅しかつ上記直流オフセット電圧だけオフセットして出力する。A/D変換器27は、入力されるアナログ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングすることにより2値のデジタルデータ信号にA/D変換した後、受信フィルタ28を介してデータ再生器29に出力する。データ再生器29は入力される信号からデジタルデータ信号を再生してユニークワード検出器30に出力する。ユニークワード検出器30は、ASK信号に特有の所定のユニークワードを検出したとき、信号セレクタ31に選択信号を出力して信号セレクタ31を接点a側に切り換えるように制御する。すなわち、ASK信号を受信したときは、信号セレクタ31は接点a側に切り換えられて、デジタルデータ信号が出力される。
AGCアンプ制御手段40は、アンプ21から入力された低中間周波数受信信号に基づいてその信号の振幅があらかじめ設定された第1の所定値になるようにAGC利得制御電圧を演算して、AGCアンプ18に入力する。
アンテナ切換基準信号としてAGC利得制御電圧を用いるとき、AGC利得制御電圧をあらかじめ定められた対比基準としてのRSSI(Received Signal Strength Indicator)しきい値と対比し、AGC利得制御電圧がRSSIしきい値以上のとき、他のアンテナに切り換える。
また、アンテナ切換基準信号として各チャネルのUWの未検出のカウント数を用いるとき、カウント数が予め定められた対比基準としての未検出カウントしきい値より大きくなったとき、他のアンテナに切り換える。
また、アンテナ切換基準信号として各チャネルのCRCエラーの発生回数を用いるとき、発生回数が予め定められた対比基準としてのCRCエラー発生しきい値より大きくなったとき、他のアンテナに切り換える。
アンテナ切換基準信号としては、図13に示す中から少なくとも1つ選択して用いることができる。
ステップ101で、移動局1の図示しない電源が投入されたとき、または、移動局1がリセットされたとき、第1のアンテナ11を初期選択のアンテナとして設定する。さらに、UW未検出カウント数、CRCエラー発生回数および経過時間を零に設定する。
ステップ102で、選択したアンテナにおいて固定局からの電波を受信し、AGCアンプから出力される受信信号の振幅が一定になるように利得制御が行われ、その利得制御に用いられるAGC利得制御電圧を検出する。
ステップ103で、検出したAGC利得制御電圧と記憶手段43に記憶されているRSSIしきい値とを比較し、AGC利得制御電圧がRSSIしきい値以下のとき移動局1がある固定局の受信エリアに入っていると判断し、ステップ106に進む。一方、AGC利得制御電圧がRSSIしきい値を越えているとき、受信状態が十分でないとして、ステップ104へ進む。
ステップ104で、選択されているアンテナの保持されている経過時間があらかじめ定められた保持時間を経過しているか否かを判断する。保持時間を過ぎているときステップ105に進む。保持時間を過ぎていないときステップ102に戻る。
ステップ105で、アンテナ切換信号をアンテナ切換スイッチ13に送信し、ステップ102へ戻る。さらに、UW未検出カウント数、CRCエラー発生回数および経過時間を零に設定する。
ステップ106で、受信したFCMCのUWが検出されたか否か判断する。UWが検出されたときステップ111へ進む。UWが未検出のときステップ107へ進む。
ステップ107で、UW未検出カウント数に1を加算し、ステップ108へ進む。
ステップ108で、UW未検出カウント数が記憶手段43に記憶されているUW未検出しきい値より大きいか否か判断する。UW未検出カウント数がUW未検出しきい値を越えているときステップ109へ進み、UW未検出カウント数がUW未検出しきい値以下のときステップ102へ戻る。
ステップ109で、選択されているアンテナの保持されている経過時間があらかじめ定められた保持時間を経過しているか否かを判断する。保持時間を過ぎているときステップ110に進む。保持時間を過ぎていないときステップ102に戻る。
ステップ110で、アンテナ切換信号をアンテナ切換スイッチ13に送信し、ステップ102へ戻る。さらに、UW未検出カウント数、CRCエラー発生回数および経過時間を零に設定する。
ステップ111で、受信したFCMCのCRCにエラーが設定されているか否か判断する。エラーが設定されていないとき、ステップ116へ進む。エラーが設定されているとき、ステップ112へ進む。
ステップ112で、CRCエラー発生回数に1を加算して、ステップ113へ進む。
ステップ113で、CRCエラー発生回数が記憶手段43に記憶されているCRCエラー発生しきい値より大きいか否かを判断する。CRCエラー発生回数がCRCエラー発生しきい値を越えているときステップ114へ進み、CRCエラー発生回数がCRCエラー発生しきい値以下のときステップ102へ戻る。
ステップ114で、選択されているアンテナの保持されている経過時間があらかじめ定められた保持時間を経過しているか否かを判断する。保持時間を過ぎているときステップ115に進む。保持時間を過ぎていないときステップ102に戻る。
ステップ115で、アンテナ切換信号をアンテナ切換スイッチ13に送信し、ステップ102へ戻る。さらに、UW未検出カウント数、CRCエラー発生回数および経過時間を零に設定する。
ステップ116で、受信したFCMCのデータに基づき、固定局にリンク接続を要求するか、割り当てられたチャネルにおいてメッセージデータを送信する。
図15のフローチャートのうち、ステップ102から105は、図14と同様である。また、ステップ201、206から215は、図14のステップ101、106から115とFCMCの替わりにMDCを用いた点だけが異なっており、その他は同様である。
このように、MDCのUWの未検出およびCRCエラーの発生を用いて2つのアンテナの切り換えを行い、スペースダイバーシティ受信を行うことができ、フェージング発生に対処することができる。
図16のフローチャートのうち、ステップ102から105は、図14と同様である。また、ステップ301、306から315は、図14のステップ101、106から115とFCMCの替わりにACTCを用いた点だけが異なっており、その他は同様である。
このように、ACTCのUWの未検出およびCRCエラーの発生を用いて2つのアンテナの切り換えを行い、スペースダイバーシティ受信を行うことができ、フェージング発生に対処することができる。
無線通信装置の移動局1の送信に係わる手段は、大きく分けてデジタルデータ信号を変調できるように処理する手段と変調し送信する手段との2つの手段である。デジタルデータ信号を変調できるように処理する手段は、ベースバンド部5に備えられる。また、変調し送信する手段は、無線送信部4に備えられる。
ベースバンド部5は、上位レイヤからのデジタルデータを狭域通信に適する所定の方式に合致するように変調の元となる発振信号を生成する。なお、ベースバンド部5の記憶手段43は、温度補正データなどが記憶されている。
ベースバンド部5は、図12に示すように、IQ相信号生成手段44を有する。図17は、ベースバンド部5のIQ相信号生成手段44のブロック図である。
IQ相信号生成手段44は、図17に示すように、QPSK用ベースバンド処理部51、ASK用ベースバンド処理部52、送信共通信号処理部53から構成されている。
IQ相信号生成手段44は、ASKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、互いに実質的に直交するI軸とQ軸との交点とI軸上の信号点との間で変化する2値のI軸信号およびゼロ値のQ軸信号を発生する一方、QPSKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、複数値のI軸信号および複数値のQ軸信号を発生する。
QPSK用ベースバンド処理部51は、上位レイヤからのデジタルデータ信号が2分配されて入力され、入力されたデジタルデータ信号をシリアル/パラレル変換した後、π/4シフトQPSK信号の極座標に変換するようにマッピングし、ADRSI信号とADRSQ信号とを発生する。
一方、ASK用ベースバンド処理部52は、入力されたデジタルデータ信号をマンチェスタ符号化することにより、ASK信号に変換するようにマッピングし、ADRSI信号とADRSQ信号とを発生する。なお、ASKの場合には、Qチャンネルの送信波形データを出力する必要がない。
I相アンプ61は、入力されるIチャンネルの送信データであるTXI信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングして、所定のD/A変換テーブルを参照して、所定の正の電圧又は0Vを有する非反転アナログ信号と、そのアナログ信号を反転した所定の負の電圧または0Vを有する反転アナログ信号とを発生し、前者の非反転アナログ信号をI軸非反転信号SIとして変調部63に出力し、後者の反転アナログ信号をI軸反転信号S/Iとして変調部63に出力する。
なお、送受信切換スイッチ部67は、他に電力分配器、方向性結合器または搬送波を2分配する機能を有する回路であってもよい。
送信電力制御手段45は、基準発振部66の図示しない温度センサから出力される温度データに基づいて、あらかじめ定められた温度補正データを参照して送信電力制御電圧を算出し、パワーアンプ68に入力する。補正データは送信電力の温度特性が考慮されたものであって、送信電力制御はオープンループ制御である。
また、温度補正データは、狭域通信装置の平均的に得られる温度特性から得たものであってもよい。
また、単体検査時に測定する温度測定点は複数であってもよい。
また、送信電力制御手段は、ASKまたはQPSKの変調方式に応じて送信電力の平均電力あるいは尖頭電力を所定の電力に合うように制御する。
データ伝送信号の周波数fDと基準クロックの周波数fCとの関係は式(1)である。そして、伝送帯域BWはデータ伝送信号の周波数から式(2)に基づき求めることができる。
BW=k×fD ・・・ (2)
したがって、基準クロックの周波数fCを逓倍することで、容易にデータ伝送速度を高速化することができる。
なお、最小周波数として、低コスト化を考慮して16.384MHzであってもよい。
さらに、2つのアンテナのいずれかに切り換えるアンテナ切換スイッチを有しているので、2つのアンテナが備えられた狭域通信装置を構成できる。
図20は、この発明の実施の形態2に係わる狭域通信装置の移動局の無線送信部のブロック図である。
実施の形態2の移動局は、実施の形態1の移動局1と比べて無線送信部が異なっており、その他は同様であるので同様な部分の説明を省略する。さらに、実施の形態2の無線送信部70は、実施の形態1の無線送信部4と比べてダイレクト変調部71と周波数シンセサイザ72とが異なり、第3の周波数変換部が削除されており、その他は実施の形態1の無線送信部4と同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態2の無線送信部70は、I相アンプ61とQ相アンプ62から入力されるSI信号、S/I信号、SQ信号、S/Q信号により周波数シンセサイザ72から入力されるRF帯の搬送波と同じ周波数の発振信号を変調してRF帯の変調波を得るダイレクト変調部71を有している。
この発明の実施の形態3に係わる狭域通信装置の固定局は、実施の形態1の移動局1と同様な構成である。
実施の形態3の固定局は、移動局1の送受信アンテナ部2が1つの共通回路ブロックとして構成され、移動局1の無線受信部3、無線送信部4およびベースバンド部5が1つの共通回路ブロックとして構成されている。
図21は、この発明の実施の形態4に係わる狭域通信装置の固定局のブロック図である。図22は、実施の形態4に係わる固定局の送受信アンテナ部のブロック図である。
実施の形態4に係わる固定局80の送受信切換スイッチ81は、図21に示すように、双極2投スイッチであり、受信時、送受信アンテナ部82から入力される受信信号を無線受信部3に出力し、送信時、無線送信部4から入力される搬送波信号を送受信アンテナ部82に出力する。
実施の形態4に係わる送受信アンテナ部82は、図22に示すように、送信用の第3のアンテナ83が備えられ、第1のアンテナ11と第2のアンテナ12は受信用に用いられる。また、アンテナ切換スイッチ13に感度調整が可能な第2のローノイズアンプ85が接続され、受信信号が送受信切換スイッチ81に入力される。
また、第3のアンテナ83に電力調整が可能な第2のパワーアンプ84が接続され、送受信切換スイッチ81から入力された搬送波信号を更に増幅して、第3のアンテナ83から送信される。第2のローノイズアンプ85は、受信感度の向上を図る。また、第2のパワーアンプ84は送信電力の向上を図る。
この固定局80は、受信時において、スペースダイバーシティとして構成されている。一方、送信時において、アンテナ切換スイッチ13での損失がないので低飽和電力のパワーアンプ84を用いることができ、コストの低減を図ることができる。
また、パワーアンプ84は駆動電圧の調整あるいは駆動バイアスの調整による電力調整により固定局の設置自由度を向上することができる。この感度調整および電力調整は、ベースバンド部5からの調整信号により行われる。
実施の形態5の固定局は、実施の形態4の固定局80と比べて無線送信部が異なっており、その他は同様であるので同様な部分の説明を省略する。さらに、実施の形態5の無線送信部は、図20に示す実施の形態2の無線送信部70と同様である。
Claims (11)
- ASKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、互いに実質的に直交するI軸とQ軸との交点とI軸上の信号点との間で変化する2値のI軸信号およびゼロ値のQ軸信号を発生する一方、QPSKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、複数値のI軸信号および複数値のQ軸信号を発生するベースバンド部と、上記選択信号に応答してASKとQPSKとのうちの1つに係わる上記I軸信号と上記Q軸信号とに基づいて、搬送波を変調する変調器を有する無線送信部と、受信した搬送波をAGCアンプで増幅する無線受信部と、搬送波を送受信する送受信アンテナ部と、を備えた狭域通信装置において、
上記送受信アンテナ部は、搬送波の1/2波長以上離間し、スペースダイバーシティ受信に用いられる2つのアンテナを有することを特徴とする狭域通信装置。 - 受信時、上記送受信アンテナ部と上記無線受信部とを接続し、送信時、上記送受信アンテナ部と上記無線送信部とを接続する送受信切換スイッチを備え、
上記送受信アンテナ部は、上記2つのアンテナと上記送受信切換スイッチとの接続を切り換えるアンテナ切換スイッチを有することを特徴とする請求項1に記載の狭域通信装置。 - 上記アンテナ切換スイッチは、上記AGCアンプの利得制御電圧または上記ベースバンド部からのアンテナ切換信号に基づいて切り換えられることを特徴とする請求項2に記載する狭域通信装置。
- 上記送受信アンテナ部は、上記2つのアンテナの少なくともいずれか1つが給電線を介して上記アンテナ切換スイッチと離間して接続されることを特徴とする請求項2または3に記載する狭域通信装置。
- 上記ベースバンド部は、上記AGCアンプの利得制御電圧、通信フレームの通信チャネルのユニークワードの未検出カウント数または上記通信チャネルのCRCエラーの発生回数の少なくともいずれか1つに基づき、上記2つのアンテナの切り換えを行うことによりスペースダイバーシティ受信を制御するアンテナ切換手段を有することを特徴とする請求項2乃至4に記載する狭域通信装置。
- 上記ベースバンド部は、受信時と送信時において上記アンテナを切り換えるアンテナ切換手段を有することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載する狭域通信装置。
- 上記無線送信部は、温度センサを有する基準発振器と、所定の送信電力に搬送波を増幅するパワーアンプと、を有し、
上記ベースバンド部は、上記温度センサにより検出された温度に基づき上記パワーアンプの送信電力を制御する送信電力制御手段を有することを特徴とする請求項1に記載する狭域通信装置。 - 上記無線送信部は、所定の送信電力に搬送波を増幅するパワーアンプを有し、
上記ベースバンド部は、上記選択信号に応答して上記パワーアンプの送信電力を制御する送信電力制御手段を有することを特徴とする請求項1に記載する狭域通信装置。 - 上記ベースバンド部に供給される基準クロックを生成するクロック部が備えられ、
上記ベースバンド部は、上記基準クロックの変化に伴いデータ伝送速度が変化することを特徴とする請求項1に記載する狭域通信装置。 - 上記無線受信部は、上記基準クロックが変化したとき連動して切り換えられる伝送帯域が異なる複数のチャネルフィルタを有することを特徴とする請求項9に記載する狭域通信装置。
- ASKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、互いに実質的に直交するI軸とQ軸との交点とI軸上の信号点との間で変化する2値のI軸信号およびゼロ値のQ軸信号を発生する一方、QPSKの選択を表す選択信号に応答して、入力されるデジタルデータ信号に基づいて、複数値のI軸信号および複数値のQ軸信号を発生するベースバンド部と、上記選択信号に応答してASKとQPSKとのうちの1つに係わる上記I軸信号と上記Q軸信号とに基づいて、搬送波を変調する変調器を有する無線送信部と、受信した搬送波をAGCアンプで受信する無線受信部と、搬送波を送受信する送受信アンテナ部と、を備えた狭域通信装置の固定局において、
受信時、上記送受信アンテナ部と上記無線受信部とを接続し、送信時、上記送受信アンテナ部と上記無線送信部とを接続する送受信切換スイッチを備え、
上記送受信アンテナ部は、搬送波を送受信する3つのアンテナと、送信時、入力端が1つの上記アンテナに接続され、出力端が上記送受信切換スイッチに接続され、搬送波を増幅するパワーアンプと、受信時、入力端が上記送受信切換スイッチに接続され、出力端がアンテナ切換スイッチに接続され、受信した搬送波を増幅するローノイズアンプと、受信時、いずれか一方の残りの2つの上記アンテナと上記ローノイズアンプとの接続を切り換えるアンテナ切換スイッチと、を有することを特徴とする狭域通信装置の固定局。
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