JP2013098772A - Communication device, automatic toll collection system, and automatic toll collection method - Google Patents

Communication device, automatic toll collection system, and automatic toll collection method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a highly reliable device by avoiding incorrect link establishment with a terminal in a non-communication area.SOLUTION: A communication device comprises: an array antenna 2 composed of a plurality of element antennas 21-1 to 21-N for receiving a signal from a terminal; beam formation means 3 for adjusting excitation amplitude phase values of the received signal from the element antennas 21-1 to 21-N by using predetermined excitation coefficient values, and synthesizing the adjusted values; control means 4 for performing setting change of the excitation coefficient values so as to change a level reduction direction of an antenna pattern formed by the array antenna 2 in a non-communication area, every time the array antenna 2 receives a link establishment request signal from the terminal; and communication processing means 6 for determining the propriety of communication link establishment with the terminal on the basis of an output signal from the beam formation means 3.

Description

この発明は、端末と通信を行う基地局に適用され、非通信エリアの端末との誤ったリンク確立を回避する通信装置に関するものである。また、特に、料金所に設置された路側機(基地局)と自動料金収受機能を有する端末を搭載した車両との間で、道路を走行する車両を一時停止させることなく、料金を自動的に収受する自動料金収受システムおよび自動料金収受方法に関するものである。   The present invention relates to a communication apparatus that is applied to a base station that communicates with a terminal and that avoids erroneous link establishment with a terminal in a non-communication area. In particular, the fare is automatically charged between a roadside machine (base station) installed at a toll booth and a vehicle equipped with a terminal having an automatic toll collection function, without temporarily stopping the vehicle traveling on the road. The present invention relates to an automatic fee collection system and an automatic fee collection method.

従来の自動料金収受システムでは、車両に、無線通信装置(車載機)とICカードなどの電子支払い手段とを搭載している。また、有料道路の料金所に、自動料金徴収の専用レーンまたは一般車両との混在レーンを設置し、車両に搭載された車載機と通信するための無線通信装置(路側機)を設けている。
しかしながら、上記自動料金収受システムでは、自動料金収受システムに対応した車載機を搭載しない走行車両の見逃しや、レーン変更に伴う走行車両の追従失敗などによって、正常な料金の収受ができないという懸念があった。そこで、対策のひとつとして、複数の素子アンテナを配置したアレーアンテナを路側機に設置するなどして、車載機からの無線通信信号から車両の走行方向を推定する技術がある(例えば特許文献1,2参照)。これにより、車載機を搭載する走行車両との収受処理を確実に行うことが可能となる。
In a conventional automatic fee collection system, a vehicle is equipped with a wireless communication device (on-vehicle device) and an electronic payment means such as an IC card. In addition, a dedicated lane for automatic toll collection or a mixed lane with ordinary vehicles is installed at a toll gate on a toll road, and a wireless communication device (roadside device) for communicating with an in-vehicle device mounted on the vehicle is provided.
However, in the automatic toll collection system, there is a concern that normal charges cannot be collected due to oversight of a traveling vehicle not equipped with an in-vehicle device corresponding to the automatic toll collection system or failure to follow the traveling vehicle due to a lane change. It was. Therefore, as one of the countermeasures, there is a technique for estimating the traveling direction of a vehicle from a wireless communication signal from an in-vehicle device by installing an array antenna having a plurality of element antennas installed on a roadside device (for example, Patent Document 1). 2). As a result, it is possible to reliably perform the receiving process with the traveling vehicle equipped with the in-vehicle device.

特開2001−34799号公報JP 2001-34799 A 特開2002−243825号公報JP 2002-243825 A

しかしながら、近年の普及により、対応車載機を搭載した車両が急速に増加しており、あらゆる場所で当該システムが利用されるようになってきている。このような状況では、複数の有料道路が隣接するエリアにおいて、複数の自動料金収受システムが稼働する可能性が高まる。そして、そのようなエリア付近は、一般的に、構造物が多数配置された複雑な伝搬環境となっている。そのため、併走する隣接道路を走行する車両に搭載された車載機からの無線通信信号が、路側帯あるいは高架橋などを飛び越えて路側機に到来するような状況が発生する。したがって、非通信エリアの車両からの無線通信信号を誤って検出してしまうことになり、正常な料金の収受処理が為されない恐れがあるという課題があった。
例えば、複数の有料道路が交差するジャンクションなど複雑な道路環境においては、マルチパスが多数到来する。そのため、従来のように無線通信信号の瞬時の方向推定値を用いる手法では、その推定値への信頼性は著しく低下し、実際の環境では適用できない可能性がある。
However, with the recent spread, the number of vehicles equipped with compatible in-vehicle devices is rapidly increasing, and the system is being used everywhere. In such a situation, there is an increased possibility that a plurality of automatic toll collection systems operate in an area where a plurality of toll roads are adjacent. In general, the vicinity of such an area is a complex propagation environment in which many structures are arranged. For this reason, a situation occurs in which a radio communication signal from an in-vehicle device mounted on a vehicle traveling on the adjacent road that crosses the vehicle passes over the roadside belt or viaduct and arrives at the roadside device. Therefore, a wireless communication signal from a vehicle in a non-communication area is erroneously detected, and there is a problem that normal charge collection processing may not be performed.
For example, in a complex road environment such as a junction where a plurality of toll roads intersect, many multipaths arrive. For this reason, in the conventional method using the instantaneous direction estimation value of the wireless communication signal, the reliability of the estimated value is remarkably lowered and may not be applied in an actual environment.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、端末から到来する通信リンクの確立を要求する信号をそれぞれ異なるアンテナパターンで複数回受信した結果から通信リンク確立の可否を判定する機能を備えることで、非通信エリアの端末との誤ったリンク確立を回避することが可能な信頼性の高い通信装置、また、これを適用した信頼性の高い自動料金収受システムおよび自動料金収受方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above problems, and determines whether or not a communication link can be established from the result of receiving a signal requesting establishment of a communication link coming from a terminal multiple times with different antenna patterns. A highly reliable communication device capable of avoiding erroneous link establishment with a terminal in a non-communication area, and a highly reliable automatic fee collection system and automatic fee collection to which this is applied. It aims to provide a method.

この発明に係る通信装置は、端末からの信号を受信する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、所定の励振係数値を用いて素子アンテナからの受信信号の励振振幅位相値を調整して、合成するビーム形成手段と、アレーアンテナが端末からのリンク確立要求信号を受信する度に、当該アレーアンテナにより形成されるアンテナパターンの非通信エリアにおけるレベル低減方向を変えるように励振係数値の設定変更を行う制御手段と、ビーム形成手段からの出力信号に基づいて、端末との通信リンク確立の可否を判定する通信処理手段とを備えたものである。   The communication apparatus according to the present invention adjusts the excitation amplitude phase value of the received signal from the element antenna by using an array antenna composed of a plurality of element antennas for receiving a signal from the terminal and a predetermined excitation coefficient value, Each time the array antenna receives a link establishment request signal from the terminal, the excitation coefficient value setting is changed so that the level reduction direction in the non-communication area of the antenna pattern formed by the array antenna is changed. And a communication processing unit that determines whether or not a communication link with the terminal can be established based on an output signal from the beam forming unit.

この発明によれば、上記のように構成したので、非通信エリアの端末との誤ったリンク確立を回避することが可能な信頼性の高い通信装置を得ることができる。また、これを適用した信頼性の高い自動料金収受システムおよび自動料金収受方法を得ることができる。   According to this invention, since it comprised as mentioned above, the reliable communication apparatus which can avoid the erroneous link establishment with the terminal of a non-communication area can be obtained. In addition, a highly reliable automatic fee collection system and automatic fee collection method to which this is applied can be obtained.

この発明の実施の形態1に係る通信装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the communication apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるビーム形成部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the beam formation part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるアンテナパターンの計算例および最小利得値(最小受信感度)を示す図である。It is a figure which shows the example of calculation of the antenna pattern in Embodiment 1 of this invention, and the minimum gain value (minimum receiving sensitivity). この発明の実施の形態1におけるアンテナパターンの制御例を示す図である。It is a figure which shows the example of control of the antenna pattern in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る通信装置を適用した自動料金収受システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the automatic fee collection system to which the communication apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention is applied. この発明の実施の形態2に係る自動料金収受システムで用いるフレーム構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a frame structure used with the automatic fee collection system which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係る自動料金収受システムの判定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination processing of the automatic fee collection system which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る通信装置1の構成例を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
通信装置1は、図1に示すように、N個の素子アンテナ21−1〜21−Nからなるアレーアンテナ2、ビーム形成部(ビーム形成手段)3、制御部(制御手段)4、励振係数格納部(励振係数格納手段)5、通信処理部(通信処理手段)6および収受処理部(収受処理手段)7から構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a communication apparatus 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or equivalent part.
As shown in FIG. 1, the communication device 1 includes an array antenna 2 including N element antennas 21-1 to 21 -N, a beam forming unit (beam forming unit) 3, a control unit (control unit) 4, and an excitation coefficient. The storage unit (excitation coefficient storage unit) 5, the communication processing unit (communication processing unit) 6, and the receipt processing unit (acquisition processing unit) 7 are configured.

アレーアンテナ2は、各素子アンテナ21−1〜21−Nを所定の振幅位相値で励振することで、所定のアンテナパターンを形成し、外部の端末からの無線通信信号を受信するものである。この各素子アンテナ21−1〜21−Nによる受信信号はビーム形成部3に出力される。   The array antenna 2 forms a predetermined antenna pattern by exciting the element antennas 21-1 to 21-N with a predetermined amplitude and phase value, and receives a radio communication signal from an external terminal. Reception signals from the element antennas 21-1 to 21 -N are output to the beam forming unit 3.

ビーム形成部3は、制御部4からの励振係数値を用いて、各素子アンテナ21−1〜21−Nからの受信信号の励振振幅位相値を調整した上で、合成するものである。このビーム形成部3の内部構成については後述する。このビーム形成部3により合成された信号はアンテナ出力信号として通信処理部6に出力される。   The beam forming unit 3 uses the excitation coefficient value from the control unit 4 to adjust the excitation amplitude phase value of the received signal from each of the element antennas 21-1 to 21-N and synthesizes it. The internal configuration of the beam forming unit 3 will be described later. The signal synthesized by the beam forming unit 3 is output to the communication processing unit 6 as an antenna output signal.

制御部4は、通信処理部6から励振係数値の変更指示を受ける度に、各素子アンテナ21−1〜21−Nで用いる励振係数値を設定変更するものである。ここで、制御部4は、励振係数格納部5から所定の励振係数値を取得することで設定変更を行う。   Each time the control unit 4 receives an instruction to change the excitation coefficient value from the communication processing unit 6, the control unit 4 changes the setting of the excitation coefficient value used in each of the element antennas 21-1 to 21-N. Here, the control unit 4 changes the setting by acquiring a predetermined excitation coefficient value from the excitation coefficient storage unit 5.

励振係数格納部5は、予め、複数の励振係数値を格納するものである。なお、励振係数格納部5が格納する各励振係数値は、アレーアンテナ2により形成されるアンテナパターンの非通信エリアにおける零点の方向がそれぞれ異なるように設定された値であり、設置環境やアンテナ諸元に基づいて、事前あるいは現地調整の段階で予め求めておけばよい。ここで、励振係数格納部5は、通信処理部6から励振係数値の変更指示を受ける度に、異なる励振係数値を制御部4に出力する。   The excitation coefficient storage unit 5 stores a plurality of excitation coefficient values in advance. Each excitation coefficient value stored in the excitation coefficient storage unit 5 is a value set such that the directions of the zeros in the non-communication area of the antenna pattern formed by the array antenna 2 are different from each other. Based on the original, it may be obtained in advance or at the stage of local adjustment. Here, the excitation coefficient storage unit 5 outputs a different excitation coefficient value to the control unit 4 every time an instruction to change the excitation coefficient value is received from the communication processing unit 6.

通信処理部6は、ビーム形成部3からのアンテナ出力信号に基づいて、通信リンクの確立を要求してきた端末との通信リンク確立の可否を判断し、各種通信処理を実施するものである。また、通信処理部6は、アンテナ出力信号が端末からのリンク確立要求信号である場合に、これに同期して、制御部4および励振係数格納部5に対して励振係数値の変更指示を行う。なお、端末からのリンク確立要求信号は、確実性を高めるために複数回送信される。
収受処理部7は、通信処理部6により通信リンク確立が許可され、各種通信処理が実施された端末との間で、ビーム形成部3からのアンテナ出力信号を用いて課金などの具体的な処理を実施するものである。
The communication processing unit 6 determines whether or not a communication link can be established with a terminal that has requested establishment of a communication link based on an antenna output signal from the beam forming unit 3 and performs various communication processes. In addition, when the antenna output signal is a link establishment request signal from the terminal, the communication processing unit 6 instructs the control unit 4 and the excitation coefficient storage unit 5 to change the excitation coefficient value in synchronization therewith. . Note that the link establishment request signal from the terminal is transmitted a plurality of times in order to improve certainty.
The receipt processing unit 7 is configured to perform specific processing such as billing using an antenna output signal from the beam forming unit 3 with a terminal that has been permitted to establish a communication link by the communication processing unit 6 and has performed various types of communication processing. Is to implement.

次に、ビーム形成部3の構成について説明する。図2はこの発明の実施の形態1におけるビーム形成部3の構成例を示す図である。
ビーム形成部3は、N個の乗算器31−1〜31−Nおよび合成器32から構成されている。
Next, the configuration of the beam forming unit 3 will be described. FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the beam forming unit 3 according to Embodiment 1 of the present invention.
The beam forming unit 3 includes N multipliers 31-1 to 31 -N and a combiner 32.

乗算器31−1〜31−Nは、制御部4からの励振係数値を用いて、対応する素子アンテナ21−1〜21−Nからの受信信号に対して複素乗算を行うことで受信信号の励振振幅位相値を調整する演算回路である。この乗算器31−1〜31−Nは、アナログ装置の場合には可変減衰器および可変移相器によって実現可能である。この各乗算器31−1〜31−Nにより複素乗算された信号は合成器32に出力される。
合成器32は、各乗算器31−1〜31−Nからの信号を合成するものである。この合成器32により合成された信号はアンテナ出力信号として通信処理部6に出力される。
The multipliers 31-1 to 31 -N use the excitation coefficient values from the control unit 4 to perform complex multiplication on the received signals from the corresponding element antennas 21-1 to 21 -N, thereby It is an arithmetic circuit for adjusting the excitation amplitude phase value. The multipliers 31-1 to 31 -N can be realized by a variable attenuator and a variable phase shifter in the case of an analog device. The signals subjected to complex multiplication by the multipliers 31-1 to 31 -N are output to the synthesizer 32.
The synthesizer 32 synthesizes the signals from the multipliers 31-1 to 31 -N. The signal synthesized by the synthesizer 32 is output to the communication processing unit 6 as an antenna output signal.

次に、上記のように構成された通信装置1の具体的な処理について説明する。
上記通信装置1を適用した基地局では、通信エリアに適したアンテナパターンを形成する必要がある。そして、図1に示すような複数の素子アンテナ21−1〜21−Nからなるアレーアンテナ2においては、各素子アンテナ21−1〜21−Nを励振する振幅位相値を適切に設定することで自由にアンテナパターンを変更することができる。この際、通信エリア内が一定の電界レベルとなるようにアンテナ利得を保持するのはもちろん、隣接エリア(非通信エリア)への不要な放射(与干渉)を避けるため、サイドローブレベルをできるだけ低減する必要がある。
Next, specific processing of the communication apparatus 1 configured as described above will be described.
In the base station to which the communication device 1 is applied, it is necessary to form an antenna pattern suitable for the communication area. And in the array antenna 2 which consists of several element antennas 21-1 to 21-N as shown in FIG. 1, the amplitude phase value which excites each element antenna 21-1 to 21-N is set appropriately. The antenna pattern can be changed freely. At this time, the antenna gain is maintained so that the communication area has a constant electric field level, and the side lobe level is reduced as much as possible to avoid unnecessary radiation (interference) to adjacent areas (non-communication areas). There is a need to.

例えば、図3(a)に、8素子の無指向性のリニアアレーを用いた場合でのアンテナパターンの計算例を示す。図3(a)では、Beam1〜4の4つのアンテナパターンを示しており、通信エリアである±30度内のアンテナ利得をできるだけ一定にしている。また、各アンテナパターン計算値のサイドローブレベルは−20〜−25dB程度となっているが、十分とは言えない。しかしながら、限られた設置場所などの制約からアンテナサイズあるいは素子アンテナ数には限りがあるため、ある特定の時間(瞬時)に、全ての方向でサイドローブレベルを十分に低減することは困難である。この場合、周辺の構造物などの影響により隣接レーンあるいは隣接道路などの車載端末からの信号を誤って検出し、通信処理を実施してしまう恐れがある。実際には、ネットワーク側でこのような誤通信を検知して、最終的な処理を中止することは可能であるが、通信リンクを確立している以上、余計なリソースを浪費することになり、通信トラフィックの低下などにつながる。   For example, FIG. 3A shows an example of calculating an antenna pattern when an omnidirectional linear array having 8 elements is used. FIG. 3A shows four antenna patterns of Beams 1 to 4, and the antenna gain within ± 30 degrees which is a communication area is made as constant as possible. Moreover, although the side lobe level of each antenna pattern calculation value is about -20 to -25 dB, it cannot be said to be sufficient. However, since the antenna size or the number of element antennas is limited due to restrictions such as limited installation locations, it is difficult to sufficiently reduce the side lobe level in all directions at a specific time (instant). . In this case, there is a risk that a signal from an in-vehicle terminal such as an adjacent lane or an adjacent road is erroneously detected due to the influence of surrounding structures and the like, and communication processing is performed. Actually, it is possible to detect such erroneous communication on the network side and stop the final processing, but as long as the communication link is established, extra resources will be wasted, This leads to a decrease in communication traffic.

一方、図3(b)は、図3(a)に示す4つのアンテナパターンの最小利得値(最小受信感度)をプロットしたものである。図3(b)に示すように、最小受信感度では、±30内の通信エリアの利得を保持しながら、非通信エリア方向の受信レベルが大幅に低減されていることがわかる。 On the other hand, FIG. 3B is a plot of the minimum gain values (minimum reception sensitivity) of the four antenna patterns shown in FIG. As shown in FIG. 3B, it can be seen that with the minimum reception sensitivity, the reception level in the non-communication area direction is significantly reduced while maintaining the gain of the communication area within ± 30.

以上の原理を利用して、実施の形態1に係る通信装置1では、非通信エリアの端末との通信リンクをそもそも確立しないようにアンテナパターンを制御する特徴を有する。
すなわち、制御部4にて、アレーアンテナ2が端末からリンク確立要求信号を受信する度に、乗算器31−1〜31−Nで用いる励振係数値を設定変更する。この際、アンテナパターンの非通信エリアにおけるレベル低減方向を変えるように(サイドローブの零点方向やレベルを移動させるように)励振係数値を設定変更する。例えば、図4(a)〜(d)に示すように、アンテナパターンを図3(a)に示すBeam1から順にBeam4まで変化させることで、アンテナパターンの零点を内側から外側へずらす。これにより、非通信エリアからの端末信号の受信レベルを時分割で低減させ、結果として図3(b)に示すような最小受信感度での受信信号(最小受信レベル)を得ることができる。
なお、アンテナパターンの零点をずらす順序は、図4に示す例に限るものではない。
Utilizing the above principle, the communication device 1 according to Embodiment 1 has a feature of controlling the antenna pattern so as not to establish a communication link with a terminal in a non-communication area.
That is, every time the array antenna 2 receives a link establishment request signal from a terminal, the control unit 4 changes the setting of the excitation coefficient values used in the multipliers 31-1 to 31 -N. At this time, the excitation coefficient value is set and changed so as to change the level reduction direction in the non-communication area of the antenna pattern (so as to move the zero point direction and level of the side lobe). For example, as shown in FIGS. 4A to 4D, the zero point of the antenna pattern is shifted from the inside to the outside by changing the antenna pattern from Beam 1 shown in FIG. 3A to Beam 4 in order. Thereby, the reception level of the terminal signal from the non-communication area can be reduced in a time division manner, and as a result, a reception signal (minimum reception level) with the minimum reception sensitivity as shown in FIG. 3B can be obtained.
Note that the order of shifting the zero points of the antenna pattern is not limited to the example shown in FIG.

そして、通信処理部6にて、最小受信感度に基づいた判定を行うことで、非通信エリアの端末と通信リンク確立を行ってしまう確率(誤判定確率)を大幅に低減することができる。この際、例えば、各リンク確立要求信号のうちの最小受信レベルが所定の閾値以上である場合に、端末とのリンク確立を許可するようにする。また、各受信レベルのうち、閾値以上である回数が設定値以上である場合に、端末との通信リンク確立を許可するようにしてもよい。
その後、収受処理部7にて、通信処理部6により通信エリアの端末であると判定された端末との間で課金などの具体的な処理を実施することになる。
The communication processing unit 6 makes a determination based on the minimum reception sensitivity, thereby greatly reducing the probability (false determination probability) of establishing a communication link with a terminal in a non-communication area. At this time, for example, when the minimum reception level of each link establishment request signal is equal to or higher than a predetermined threshold, link establishment with the terminal is permitted. Moreover, when the number of times that is equal to or greater than the threshold among the respective reception levels is equal to or greater than a set value, establishment of a communication link with the terminal may be permitted.
After that, the receipt processing unit 7 performs specific processing such as billing with the terminal determined by the communication processing unit 6 as a terminal in the communication area.

以上のように、この実施の形態1によれば、端末から複数回送信されるリンク確立要求信号を受信する度に励振係数値を設定変更し、この値を用いて各素子アンテナ21−1〜21−Nからの受信信号の励振振幅位相値を調整して合成した信号に基づいて、端末との通信リンク確立の可否を判断するように構成したので、時分割でサイドローブレベルの低減を実現でき、非通信エリアの端末との誤ったリンク確立を回避することが可能な信頼性の高い通信装置1を得ることができる。そして、既存の通信システムに適用することで、マルチパス波などの複雑な伝搬環境においても高精度なリンク確立処理を実現することができるとともに、基地局単独で通信処理を完結するシステムを実現することができる。   As described above, according to the first embodiment, the excitation coefficient value is changed every time a link establishment request signal transmitted from the terminal is received a plurality of times, and each element antenna 21-1 is used by using this value. Since it is configured to determine whether or not the communication link with the terminal can be established based on the signal synthesized by adjusting the excitation amplitude phase value of the received signal from 21-N, the side lobe level can be reduced by time division. And a highly reliable communication device 1 that can avoid erroneous link establishment with a terminal in a non-communication area can be obtained. And, by applying to existing communication systems, it is possible to realize high-accuracy link establishment processing even in complex propagation environments such as multipath waves, and realize a system that completes communication processing by a base station alone be able to.

なお、実施の形態1では、全ての素子アンテナ21−1〜21−Nからの受信信号の励振振幅位相値を調整する構成としたが、これに限るものではなく、その一部、特にアンテナ開口端部に位置する素子アンテナからの受信信号の励振振幅位相値のみを調整することでアンテナパターン形状の変更を行うことも可能である。この場合、調整する数を削減できるため、演算規模の低減が可能である。   In the first embodiment, the configuration is such that the excitation amplitude and phase values of the received signals from all the element antennas 21-1 to 21-N are adjusted. It is also possible to change the antenna pattern shape by adjusting only the excitation amplitude phase value of the received signal from the element antenna located at the end. In this case, since the number to be adjusted can be reduced, the calculation scale can be reduced.

実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2に係る通信装置1を適用した自動料金収受システムの構成例を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
自動料金収受システムは、図5に示すように、道路51を走行する車両52に搭載された端末53と、道路51の路側に設置された基地局54とから構成されている。なお、基地局54は、無線通信信号を受信するアレーアンテナ2など、図1に示す通信装置1と同等の構成を備えている。
この端末53と基地局54は、通信エリア55内において、マイクロ波帯の周波数を用いた無線通信信号(アップリンク60、ダウンリンク61)によって、料金の収受処理など各種サービスを実施する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an automatic fee collection system to which the communication device 1 according to Embodiment 2 of the present invention is applied. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or equivalent part.
As shown in FIG. 5, the automatic toll collection system includes a terminal 53 mounted on a vehicle 52 traveling on a road 51 and a base station 54 installed on the road side of the road 51. The base station 54 has a configuration equivalent to that of the communication device 1 shown in FIG. 1, such as the array antenna 2 that receives radio communication signals.
In the communication area 55, the terminal 53 and the base station 54 implement various services such as toll collection processing by radio communication signals (uplink 60, downlink 61) using a frequency in the microwave band.

次に、上記のように構成された自動料金収受システムの具体的な処理について、以下に説明する。
基地局54は、アレーアンテナ2を介して端末53と無線通信信号60,61を送受信し、道路利用料金の収受処理を行う。一方、周辺環境として、隣接道路56では、端末57が搭載された車両58が走行している。そして、周囲の電波伝搬環境によっては、端末57からの無線通信信号62が、道路51,56間に存在する路側帯59を飛び越えて基地局54に到来する可能性がある。この際、基地局54では、誤って端末57と収受処理を行わないように走行車両の判別を行う必要がある。
Next, specific processing of the automatic fee collection system configured as described above will be described below.
The base station 54 transmits and receives radio communication signals 60 and 61 to and from the terminal 53 via the array antenna 2 and performs a road usage fee collection process. On the other hand, as a surrounding environment, a vehicle 58 equipped with a terminal 57 is traveling on the adjacent road 56. Depending on the surrounding radio wave propagation environment, the wireless communication signal 62 from the terminal 57 may jump over the roadside band 59 existing between the roads 51 and 56 and arrive at the base station 54. At this time, it is necessary for the base station 54 to determine the traveling vehicle so as not to mistakenly collect the terminal 57.

ここで、図5に示すような各車載端末53,57からの直接波(無線通信信号60,62)のみの環境であれば、既存の方向推定手法などにより識別が可能である。しかしながら、路側帯59や高架橋、基地局54を支えるゲートなど、電波を反射、散乱させる構造物が多数存在する環境では、通常は多数のマルチパス波が到来するため、その方向推定値はばらつくことが予想される。つまり、瞬時の方向推定値の精度はあまり当てにならないことになる。また、アレーアンテナ2のサイドローブレベルを十分に低減することが考えられるが、設置スペースや製造性など考慮すると限界があり、ある固定のアンテナパターンだけで対応することは困難である。   Here, if the environment includes only the direct waves (wireless communication signals 60 and 62) from the vehicle-mounted terminals 53 and 57 as shown in FIG. 5, it can be identified by an existing direction estimation method or the like. However, in an environment where there are many structures that reflect and scatter radio waves, such as the roadside band 59, viaduct, and the gate that supports the base station 54, the direction estimation value usually varies because many multipath waves arrive. Is expected. That is, the accuracy of the instantaneous direction estimation value is not very likely. Further, although it is conceivable to sufficiently reduce the side lobe level of the array antenna 2, there are limitations when considering installation space and manufacturability, and it is difficult to cope with only a certain fixed antenna pattern.

そこで、自動料金収受システムにおける通信リンク確立の手順に、実施の形態1のアンテナパターン制御を適合させることで非通信エリアの端末57との通信リンク確立を回避する。   Therefore, the communication link establishment with the terminal 57 in the non-communication area is avoided by adapting the antenna pattern control of the first embodiment to the communication link establishment procedure in the automatic fee collection system.

図6はこの発明の実施の形態2に係る自動料金収受システムで用いるフレーム構成例を示した図である。
図6に示すように、基地局54から端末への下りリンクでは、スロット割付情報やフレーム制御情報などを端末に通知するフレームコントロールメッセージスロット(FCMS)が先頭に位置し、その後にメッセージデータスロット(MDS)が端末数分多重される。なお、図6では、端末数が3の場合を示している。
FIG. 6 is a diagram showing a frame configuration example used in the automatic fee collection system according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in FIG. 6, in the downlink from the base station 54 to the terminal, a frame control message slot (FCMS) for notifying the terminal of slot allocation information, frame control information, and the like is positioned at the head, and then a message data slot ( MDS) is multiplexed by the number of terminals. FIG. 6 shows a case where the number of terminals is three.

一方、端末から基地局54への上りリンクでは、MDSの後に、端末が基地局54の通信リンクに登録するためのアクティベーションスロット(ACTS)が配置される。このACTSはアクティベーションチャネル(ACTC)用のウィンドウを6チャネル分配置しており、リンク確立フェーズ時に端末53が、これらのうち1個のウィンドウを選択し、ACTCを基地局54に送信する。なお、上りと下りのチャネルは異なる周波数を使うことで多重される。   On the other hand, in the uplink from the terminal to the base station 54, an activation slot (ACTS) for the terminal to register with the communication link of the base station 54 is arranged after the MDS. In this ACTS, six activation channel (ACTC) windows are arranged. During the link establishment phase, the terminal 53 selects one of these windows and transmits the ACTC to the base station 54. The uplink and downlink channels are multiplexed by using different frequencies.

通常、ACTCとして6チャネル(最大6つの端末と通信可能)送信され、基地局54では、それらの信号の受信レベルを基に通信リンク確立の可否を判定している。したがって、本実施の形態2に係る自動料金収受システムでは、図1の通信装置1におけるアンテナパターンを例えばACTC毎やACTS毎に変更することで、非通信エリアから到来する端末信号の受信レベルを低減する。   Normally, six channels (communicable with a maximum of six terminals) are transmitted as ACTC, and the base station 54 determines whether or not a communication link can be established based on the reception levels of those signals. Therefore, in the automatic toll collection system according to the second embodiment, the reception level of the terminal signal coming from the non-communication area is reduced by changing the antenna pattern in the communication apparatus 1 in FIG. 1 for each ACTC or each ACTS, for example. To do.

次に、基地局54による料金収受対象車の具体的な判定処理について説明する。図7はこの発明の実施の形態2に係る自動料金収受システムの判定処理を示すフローチャートである。
図7に示すように、まず、基地局54は、端末に対して、FCMSによりメッセージ通知を行う(ステップST71)。
次いで、このメッセージを受信した端末では、定められた基準によりACTCを選択し、そのウィンドウにてリンク確立要求信号(例えばACTC)を送信する(ステップST72)。
Next, a specific determination process of the toll collection target vehicle by the base station 54 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing determination processing of the automatic fee collection system according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in FIG. 7, first, the base station 54 sends a message notification to the terminal by FCMS (step ST71).
Next, in the terminal that has received this message, an ACTC is selected according to a predetermined criterion, and a link establishment request signal (for example, ACTC) is transmitted in the window (step ST72).

一方、基地局54の制御部4にて、素子アンテナ21−1〜21−Nからの受信信号の励振振幅位相値を調整する励振係数値を設定する(ステップST73、制御ステップ)。次いで、端末からのリンク確立要求信号を受信し、ビーム形成部3にて、設定された励振係数値を用いて各受信信号の励振振幅位相値を調整した上で、合成する(ステップST74、受信ステップ,ビーム形成ステップ)。なお、この送受信処理を複数回(図7ではN回)実施する(ステップST75〜ST77)。   On the other hand, the control unit 4 of the base station 54 sets an excitation coefficient value for adjusting the excitation amplitude phase value of the received signals from the element antennas 21-1 to 21-N (step ST73, control step). Next, the link establishment request signal from the terminal is received, and the beam forming unit 3 adjusts the excitation amplitude phase value of each reception signal using the set excitation coefficient value, and then combines (step ST74, reception). Step, beam forming step). This transmission / reception process is performed a plurality of times (N times in FIG. 7) (steps ST75 to ST77).

その後、基地局54の通信処理部6にて、各受信信号のうちの最小受信レベルがある閾値以上であるかを判定する(ステップST78、通信処理ステップ)。なお、閾値の決め方については、実際の現場にて事前に電波測定をして目安を求めてもよいし、シミュレーションにより解析的に求めてもよい。また、運用していくなかで適切な値に調整していくことも可能である。   Thereafter, the communication processing unit 6 of the base station 54 determines whether or not the minimum reception level of each reception signal is equal to or greater than a certain threshold (step ST78, communication processing step). In addition, about the method of determining a threshold value, radio waves may be measured in advance at an actual site to obtain a standard, or analytically obtained by simulation. It is also possible to adjust to an appropriate value during operation.

ここで、通信処理部6は、最小受信レベルが閾値より小さいと判定した場合には、非通信エリアに存在する端末からの信号であると判断して、通信処理を中止する(ステップST79)。すなわち、例えば、隣接道路56を走行する車両58の端末57からの無線通信信号62では、その最小受信レベルが閾値より小さくなり、非通信エリアに存在する端末であると判断される。   Here, when determining that the minimum reception level is smaller than the threshold, the communication processing unit 6 determines that the signal is from a terminal existing in the non-communication area, and stops the communication process (step ST79). That is, for example, in the wireless communication signal 62 from the terminal 57 of the vehicle 58 traveling on the adjacent road 56, the minimum reception level is smaller than the threshold value, and it is determined that the terminal is in the non-communication area.

一方、通信処理部6は、最小受信レベルが閾値以上であると判定した場合には、通信エリア55の端末からの信号であると判断し、当該端末に対してリンク確立通知を行う(ステップST80)。すなわち、例えば、道路51を走行する車両52の端末53からの無線通信信号60では、その最小受信レベルが閾値以上となり、通信エリア55に存在する端末であると判断される。なお、通信処理部6は、各受信レベルのうち、閾値以上である回数が設定値以上である場合に、端末との通信リンク確立を許可するようにしてもよい。
その後、基地局54は、端末との通信を開始し(ステップST81)、基地局54の収受処理部7にて、課金などの収受処理を行い、処理を完了する(ステップST82,ST83、収受処理ステップ)。
On the other hand, when determining that the minimum reception level is equal to or higher than the threshold, the communication processing unit 6 determines that the signal is a signal from a terminal in the communication area 55 and notifies the terminal of link establishment (step ST80). ). That is, for example, in the wireless communication signal 60 from the terminal 53 of the vehicle 52 traveling on the road 51, the minimum reception level is equal to or higher than the threshold value, and it is determined that the terminal is in the communication area 55. Note that the communication processing unit 6 may allow the communication link establishment with the terminal to be permitted when the number of times that is equal to or greater than the threshold among the respective reception levels is equal to or greater than the set value.
Thereafter, the base station 54 starts communication with the terminal (step ST81), and the toll processing unit 7 of the base station 54 performs toll processing such as billing, and the processing is completed (steps ST82 and ST83, toll processing). Step).

以上のように、この実施の形態2によれば、車両52などの移動体に搭載された端末と、端末53と通信を行って料金を自動的に収受する基地局54とを備えた自動料金収受システムにおいて、基地局54は、端末から複数回送信されるACTCを受信する度に励振係数値を設定変更し、この値を用いて各素子アンテナ21−1〜21−Nからの受信信号の励振振幅位相値を調整して合成した信号に基づいて、端末との通信リンク確立の可否を判断するように構成したので、非通信エリアの端末57との誤ったリンク確立を回避することが可能な信頼性の高い自動料金収受システムを得ることができる。そして、大型アンテナや高精度な方向探知装置などシステムの複雑化を生じずに、基地局単独で収受処理を効率よく完結するシステムを実現することができる。   As described above, according to the second embodiment, an automatic fee provided with a terminal mounted on a moving body such as the vehicle 52 and a base station 54 that communicates with the terminal 53 and automatically receives the fee. In the toll system, the base station 54 changes the excitation coefficient value every time it receives an ACTC transmitted from the terminal a plurality of times, and uses this value to change the received signal from each element antenna 21-1 to 21-N. Since it is configured to determine whether or not a communication link with a terminal can be established based on a signal synthesized by adjusting the excitation amplitude and phase value, it is possible to avoid erroneous link establishment with the terminal 57 in a non-communication area. A highly reliable automatic toll collection system can be obtained. In addition, it is possible to realize a system that efficiently completes the receiving process by the base station alone without complicating the system, such as a large antenna or a highly accurate direction finding device.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

1 通信装置、2 アレーアンテナ、3 ビーム形成部(ビーム形成手段)、4 制御部(制御手段)、5 励振係数格納部(励振係数格納手段)、6 通信処理部(通信処理手段)、7 収受処理部(収受処理手段)、21−1〜21−N 素子アンテナ、31−1〜31−N 乗算器、32 合成器、51 道路、52,58 車両、53,57 端末、54 基地局、55 通信エリア、56 隣接道路、59 路側帯、60 アップリンク、61 ダウンリンク、62,63 無線通信信号。   1 communication device, 2 array antenna, 3 beam forming unit (beam forming unit), 4 control unit (control unit), 5 excitation coefficient storage unit (excitation coefficient storage unit), 6 communication processing unit (communication processing unit), 7 receiving Processing unit (acquisition processing means), 21-1 to 21-N element antenna, 31-1 to 31-N multiplier, 32 combiner, 51 road, 52,58 vehicle, 53,57 terminal, 54 base station, 55 Communication area, 56 adjacent road, 59 roadside band, 60 uplink, 61 downlink, 62, 63 wireless communication signals.

Claims (14)

端末からの信号を受信する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、
所定の励振係数値を用いて前記素子アンテナからの受信信号の励振振幅位相値を調整して、合成するビーム形成手段と、
前記アレーアンテナが前記端末からのリンク確立要求信号を受信する度に、当該アレーアンテナにより形成されるアンテナパターンの非通信エリアにおけるレベル低減方向を変えるように前記励振係数値の設定変更を行う制御手段と、
前記ビーム形成手段からの出力信号に基づいて、前記端末との通信リンク確立の可否を判定する通信処理手段と
を備えた通信装置。
An array antenna composed of a plurality of element antennas for receiving signals from the terminal;
Beam forming means for adjusting and synthesizing the excitation amplitude phase value of the received signal from the element antenna using a predetermined excitation coefficient value; and
Control means for changing the setting of the excitation coefficient value so that the level reduction direction in the non-communication area of the antenna pattern formed by the array antenna is changed each time the array antenna receives a link establishment request signal from the terminal. When,
A communication apparatus comprising: a communication processing unit that determines whether or not a communication link with the terminal can be established based on an output signal from the beam forming unit.
前記通信処理手段は、前記各リンク確立要求信号の受信レベルに基づいて、前記端末との通信リンク確立の可否を判定する
ことを特徴とする請求項1記載の通信装置。
The communication apparatus according to claim 1, wherein the communication processing unit determines whether or not a communication link can be established with the terminal based on a reception level of each link establishment request signal.
前記通信処理手段は、前記受信レベルが閾値以上である回数が設定値以上である場合に、前記端末との通信リンク確立を許可する
ことを特徴とする請求項2記載の通信装置。
The communication apparatus according to claim 2, wherein the communication processing unit permits establishment of a communication link with the terminal when the number of times that the reception level is equal to or greater than a threshold value is equal to or greater than a set value.
前記通信処理手段は、前記各受信レベルのうちの最小値が閾値以上である場合に、前記端末との通信リンク確立を許可する
ことを特徴とする請求項2記載の通信装置。
The communication apparatus according to claim 2, wherein the communication processing unit permits establishment of a communication link with the terminal when a minimum value among the reception levels is equal to or greater than a threshold value.
前記アレーアンテナにより形成されるアンテナパターンの非通信エリアにおける零点がそれぞれ異なる方向となる励振係数値を複数格納する励振係数格納手段を備え、
前記制御手段は、前記励振係数格納手段に格納された所定の励振係数値を取得することで設定変更を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の通信装置。
Comprising excitation coefficient storage means for storing a plurality of excitation coefficient values in which the zeros in the non-communication areas of the antenna pattern formed by the array antenna are in different directions,
5. The communication according to claim 1, wherein the control unit changes the setting by acquiring a predetermined excitation coefficient value stored in the excitation coefficient storage unit. 6. apparatus.
前記ビーム形成手段は、アンテナ開口端部に位置する前記素子アンテナからの受信信号の励振振幅位相値を調整する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の通信装置。
The communication according to any one of claims 1 to 5, wherein the beam forming unit adjusts an excitation amplitude phase value of a reception signal from the element antenna located at an end portion of the antenna opening. apparatus.
移動体に搭載された端末と、前記端末と通信を行って料金を自動的に収受する基地局とを備えた自動料金収受システムにおいて、
前記基地局は、
端末からの信号を受信する複数の素子アンテナからなるアレーアンテナと、
所定の励振係数値を用いて前記素子アンテナからの受信信号の励振振幅位相値を調整して、合成するビーム形成手段と、
前記アレーアンテナが前記端末からのリンク確立要求信号を受信する度に、当該アレーアンテナにより形成されるアンテナパターンの非通信エリアにおけるレベル低減方向を変えるように前記励振係数値の設定変更を行う制御手段と、
前記ビーム形成手段からの出力信号に基づいて、前記端末との通信リンク確立の可否を判断する通信処理手段と、
前記通信処理手段により通信リンク確立が許可された端末との間で、前記ビーム形成手段からの出力信号を用いて料金収受を行う収受処理手段とを備えた
ことを特徴とする自動料金収受システム。
In an automatic fee collection system comprising a terminal mounted on a mobile body and a base station that automatically collects a fee by communicating with the terminal,
The base station
An array antenna composed of a plurality of element antennas for receiving signals from the terminal;
Beam forming means for adjusting and synthesizing the excitation amplitude phase value of the received signal from the element antenna using a predetermined excitation coefficient value; and
Control means for changing the setting of the excitation coefficient value so that the level reduction direction in the non-communication area of the antenna pattern formed by the array antenna is changed each time the array antenna receives a link establishment request signal from the terminal. When,
Communication processing means for determining whether or not a communication link with the terminal can be established based on an output signal from the beam forming means;
An automatic fee collection system comprising: a receipt processing unit that collects a fee using an output signal from the beam forming unit with a terminal that is permitted to establish a communication link by the communication processing unit.
前記リンク確立要求信号は、アクティベーションチャネルまたはアクティベーションスロットである
ことを特徴とする請求項7記載の自動料金収受システム。
8. The automatic fee collection system according to claim 7, wherein the link establishment request signal is an activation channel or an activation slot.
前記通信処理手段は、前記各リンク確立要求信号の受信レベルに基づいて、前記端末との通信リンク確立の可否を判定する
ことを特徴とする請求項7記載の自動料金収受システム。
8. The automatic fee collection system according to claim 7, wherein the communication processing unit determines whether or not a communication link with the terminal can be established based on a reception level of each link establishment request signal.
前記通信処理手段は、前記受信レベルが閾値以上である回数が設定値以上である場合に、前記端末との通信リンク確立を許可する
ことを特徴とする請求項9記載の自動料金収受システム。
The automatic fee collection system according to claim 9, wherein the communication processing unit permits establishment of a communication link with the terminal when the number of times that the reception level is equal to or greater than a threshold value is equal to or greater than a set value.
前記通信処理手段は、前記各受信レベルのうちの最小値が閾値以上である場合に、前記端末との通信リンク確立を許可する
ことを特徴とする請求項9記載の自動料金収受システム。
The automatic fee collection system according to claim 9, wherein the communication processing unit permits establishment of a communication link with the terminal when a minimum value among the reception levels is equal to or greater than a threshold value.
前記アレーアンテナにより形成されるアンテナパターンの非通信エリアにおける零点がそれぞれ異なる方向となる励振係数値を複数格納する励振係数格納手段を備え、
前記制御手段は、前記励振係数格納手段に格納された所定の励振係数値を取得することで設定変更を行う
ことを特徴とする請求項7から請求項11のうちのいずれか1項記載の自動料金収受システム。
Comprising excitation coefficient storage means for storing a plurality of excitation coefficient values in which the zeros in the non-communication areas of the antenna pattern formed by the array antenna are in different directions,
The automatic control according to any one of claims 7 to 11, wherein the control means changes the setting by acquiring a predetermined excitation coefficient value stored in the excitation coefficient storage means. Toll collection system.
前記ビーム形成手段は、アンテナ開口端部に位置する前記素子アンテナからの受信信号の励振振幅位相値を調整する
ことを特徴とする請求項7から請求項12のうちのいずれか1項記載の自動料金収受システム。
13. The automatic according to claim 7, wherein the beam forming unit adjusts an excitation amplitude phase value of a reception signal from the element antenna located at an end portion of the antenna opening. Toll collection system.
移動体に搭載された端末と、前記端末と通信を行って料金を自動的に収受する基地局とを備えた自動料金収受システムによる自動料金収受方法において、
前記基地局は、
アレーアンテナを構成する複数の素子アンテナによって端末からの信号を受信する受信ステップと、
所定の励振係数値を用いて前記素子アンテナからの受信信号の励振振幅位相値を調整して、合成するビーム形成ステップと、
前記アレーアンテナが前記端末からのリンク確立要求信号を受信する度に、当該アレーアンテナにより形成されるアンテナパターンの非通信エリアにおけるレベル低減方向を変えるように前記励振係数値の設定変更を行う制御ステップと、
前記ビーム形成ステップにおける出力信号に基づいて、前記端末との通信リンク確立の可否を判断する通信処理ステップと、
前記通信処理ステップにおいて通信リンク確立を許可した端末との間で、前記ビーム形成ステップにおける出力信号を用いて料金収受を行う収受処理ステップとを有する
ことを特徴とする自動料金収受方法。
In an automatic fee collection method by an automatic fee collection system comprising a terminal mounted on a mobile body and a base station that automatically collects a fee by communicating with the terminal,
The base station
A receiving step of receiving a signal from a terminal by a plurality of element antennas constituting the array antenna;
A beam forming step of adjusting and synthesizing the excitation amplitude phase value of the received signal from the element antenna using a predetermined excitation coefficient value; and
A control step of changing the setting of the excitation coefficient value so that the level reduction direction in the non-communication area of the antenna pattern formed by the array antenna is changed each time the array antenna receives a link establishment request signal from the terminal. When,
A communication processing step for determining whether or not a communication link with the terminal can be established based on an output signal in the beam forming step;
An automatic fee collection method, comprising: a toll collection step of collecting a fee with a terminal permitted to establish a communication link in the communication processing step using an output signal in the beam forming step.
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