JP2013183330A - 無線通信装置および通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、反射波を容易かつ十分に除去できる無線通信装置を提供する。
【解決手段】路側無線装置（２）は、第１の偏波用の第１アンテナ（２０１Ａ）と、第１の偏波とは異なる第２の偏波用の第２アンテナ（２０１Ｂ）と、第１アンテナ（２０１Ａ）から出力された第１出力信号および第２アンテナ（２０１Ｂ）から出力された第２出力信号の差分を示す差分信号を出力する減算部（２１２）と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、受信した電波に含まれる反射成分を除去する無線通信装置に関する。

車両通信に特化した通信技術であるＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）を用いたシステムとして、高速道路などの有料道路における自動料金徴収(ＥＴＣ：Electronic Toll Collection)システムが知られている。

ＥＴＣシステムでは、車両に搭載されている車載器無線装置と、料金所ゲートに設置されている路側無線装置とが互いに無線通信を行う。路側無線装置は、車載器無線装置から料金の決済を行うための無線信号を受信し、その無線信号に応じて課金処理を行っている。また、現在の日本のＥＴＣシステムでは、無線信号としては、右旋円偏波を使用することが規定されている。

図５は、路側無線装置の構成を示す図である。図５に示す路側無線装置は、右旋円偏波である無線信号を受信する右旋円偏波アンテナ５０１と、右旋円偏波アンテナ５０１が受信した無線信号を復調する復調部５１１を含む無線部５０２と、復調部５１１にて復調された無線信号である復調信号からベースバンド信号を復号するベースバンド処理部５２１を含む制御部５０３を有する。制御部５０３は、復号したベースバンド信号に基づいて、課金処理を行い、その後、料金所ゲートを開通させる。

また、ＥＴＣシステムでは、車両が一時停車せずに料金所ゲートを通過できるように、無線通信の開始から料金所ゲートの開通までにかかる時間を短くする必要がある。

しかしながら、車載器無線装置から送信される右旋円偏波が路側無線装置周辺の構造物および車体などの障害物に反射して、左旋円偏波の反射波が発生してしまうことがある。この場合、路側無線装置の右旋円偏波アンテナは、右旋円偏波だけでなく、左旋円偏波も受信してしまい、その結果、受信した無線信号が劣化して通信エラーが発生することがある。通信エラーが発生すると、路側無線装置と車載器無線部との間で通信のリトライが繰り返し実行され、無線通信の開始から料金所ゲートの開通までにかかる時間が長くなり、車両が一次停車したり、車両が路側無線装置の通信領域を通過したりしてしまうことがある。

ＥＴＣシステムにおいて反射波を除去するための技術としては、路側無線装置の周囲に電波を吸収する電波吸収体を設置する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、電波吸収体が設置できる場所に制限があるため、反射波を十分に除去することができないことがある。

これに対して、電波吸収体を設置しなくても反射波を除去することが可能な技術が特許文献１および２に開示されている。

特許文献１に記載の路車間通信装置は、地下駐車場や立体駐車場で使用することを目的とし、地下駐車場や立体駐車場の天井または壁面に備えられた第一のアンテナおよび第二のアンテナを有する。第二のアンテナは、第一のアンテナと指向方向が異なり、かつ、第一のアンテナより広い受信ビームを形成する。

路車間通信装置は、第一のアンテナの指向方向が車両の方向に設定されていれば、第二のアンテナは、第一のアンテナとは別方向からの電波を広範囲にわたって受信することになるので、第二のアンテナにて受信される受信信号は、反射波を表すことになる。このため、路車間通信装置は、第一のアンテナにて受信された受信信号から、第二のアンテナにて受信された受信信号を減算することで、第一のアンテナにて受信された受信信号から反射波の影響を除去することが可能になる。

また、特許文献２に記載の通信制御システムは、車両が通行する車両通行エリアを含む第１の通信エリアを通過する車両に搭載された通信器と通信する第１の通信手段と、車両通行エリアを含む第２の通信エリアを通過する車両に搭載された通信器と通信する第２の通信手段と、第１の通信エリアの少なくとも一部を含む第３の通信エリアからの反射波を検知する第１の反射波検知手段と、第２エリアの少なくとも一部を含む第４の通信エリアからの反射波を検知する第２の反射波検知手段とを備える。通信制御システムは、第１および第２の反射波検知手段にて検知された反射波の信号レベルに基づいて、第１および第２の通信手段のどちらか一方の通信手段を選択し、その選択した通信手段を用いて通信を行う。

これにより、通信制御システムは、第３および第４の通信エリアのうち、反射波の信号レベルが低い方の通信エリアを含む第１の通信エリアまたは第２の通信エリアを通過する車両に搭載された通信器と通信することが可能になるので、反射波を除去することが可能になる。

特開２００４−３０２７３８号公報 特開２００８−２４３０８７号公報

特許文献１に記載の路車間通信装置では、反射波を十分に除去するためには、無線信号である右旋円偏波やその反射波が到来する方向に応じて、各アンテナの指向性を適切に調整する必要がある。

しかしながら、右旋円偏波や反射波が到来する方向は、各アンテナと車両との位置関係や、アンテナが設置される地下駐車場や立体駐車場の大きさや形状などに応じて変化するため、各アンテナの指向性を適切に調整することは容易ではない。このため、反射波を十分に除去するのは難しい。

また、特許文献２に記載の通信制御システムでは、反射波を十分に除去するためには、少なくとも第３および第４の通信エリアの一方で、反射波の信号レベルがある程度低くなるように、各通信エリアを設定する必要がある。しかしながら、各通信エリアにおける反射波の信号レベルは、周囲の障害物の大きさ、形状および配置などに応じて変化するため、各通信エリアを適切に設定することは容易ではない。このため、反射波を十分に除去するのは難しい。

本発明の目的は、反射波を容易かつ十分に除去できる無線通信装置および通信制御方法を提供することである。

本発明による無線通信装置は、第１の偏波用の第１アンテナと、前記第１の偏波とは異なる第２の偏波用の第２アンテナと、前記第１アンテナから出力された第１出力信号および前記第２アンテナから出力された第２出力信号の差分を示す差分信号を出力する減算部と、を有する。

本発明による通信制御方法は、第１の偏波用の第１アンテナと、前記第１の偏波とは異なる第２の偏波用の第２アンテナとを有する無線通信装置による通信制御方法であって、
前記第１アンテナから出力された第１出力信号および前記第２アンテナから出力された第２出力信号の差分を示す差分信号を出力する出力ステップを含む。

本発明によれば、反射波を容易かつ十分に除去することが可能になる。

本発明の第１の実施形態のＥＴＣシステムを模式的に示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の路側無線装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態のＥＴＣシステムの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の路側無線装置の構成を示すブロック図である。 関連技術の路側無線装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の第１の実施形態の無線通信システムを模式的に示す模式図である。図１では、無線通信システムとしてＥＴＣシステムが用いられている。

図１に示すＥＴＣシステムは、互いに無線通信が可能な車載器無線装置１および路側無線装置２を有する。車載器無線装置１は、車両Ｘに搭載される。路側無線装置２は、課金を行う設備である料金所ゲートＲに設置されている。

なお、車載器無線装置１および路側無線装置２が互いに無線通信可能な通信領域Ｌは、車両Ｘが通過する車両通行エリアＺ内に概ね設定されており、料金所ゲートＲよりも手前にある。また、料金所ゲートＲには、路側無線装置２の他に、路側無線装置２によって開閉される通行ゲートＨが設置されている。なお、路側無線装置２は、無線通信装置と呼ばれることもある。

車載器無線装置１は、料金の決済を行うための情報を搬送する電波を直接波として路側無線装置２に送信する。路側無線装置２は、車載器無線装置１からの直接波を受信し、その直接波にて搬送された情報に基づいて、料金の決済および通行ゲートＨの開閉を行う。

直接波は、本実施形態では、現在のＥＴＣシステムの仕様に合わせて、右旋円偏波であるとする。この場合、直接波が障害物に反射することで、左旋円偏波である反射波（より具体的には、１次反射波）が生成されるので、路側無線装置２は、直接波だけでなく、反射波も受信することになる。

なお、障害物は、例えば、建造物Ｙ１などの車両Ｘ以外の障害物や、ボンネット部Ｙ２などの車両Ｘの一部などである。また、図１では、直接波を直線で示し、反射波を点線で示している。

図２は、路側無線装置２のより詳細な構成を示すブロック図である。図２において、路側無線装置２は、右旋円偏波アンテナ２０１Ａと、左旋円偏波アンテナ２０１Ｂと、無線部２０２と、制御部２０３とを有する。

右旋円偏波アンテナ２０１Ａは、第１の偏波である右旋円偏波用の第１アンテナである。より具体的には、右旋円偏波アンテナ２０１Ａは、右旋円偏波を主偏波とし、左旋円偏波を交差偏波として受信し、その受信した右旋円偏波および左旋円偏波に応じたアナログ電気信号である右旋円信号を出力する。

左旋円偏波アンテナ２０１Ｂは、第１の偏波とは異なる第２の偏波である左旋円偏波用の第２アンテナである。より具体的には、左旋円偏波アンテナ２０１Ｂは、左旋円偏波を主偏波とし、右旋円偏波を交差偏波として受信し、その受信した左旋円偏波および右旋円偏波に応じたアナログ電気信号である左旋円信号を出力する。

無線部２０２は、右旋円偏波アンテナ２０１Ａから出力された右旋円信号と、左旋円偏波アンテナ２０１Ｂから出力された左旋円信号に基づいて、右旋円信号に対して受信処理を行い、右旋円信号を復調する。なお、受信処理は、ビット単位でもよいし、シンボル単位でもよいし、フレーム単位でもよい。また、右旋円信号は、第１出力信号の一例であり、左旋円信号は、第２出力信号の一例である。

無線部２０２は、Ａ／Ｄ変換器２１１Ａおよび２１１Ｂと、減算器２１２と、復調部２１３とを有する。

Ａ／Ｄ変換器２１１Ａは、右旋円偏波アンテナ２０１Ａから右旋円信号をデジタル信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器２１１Ｂは、左旋円偏波アンテナ２０１Ｂから出力された左旋円信号をデジタル信号に変換して出力する。

減算器２１２は、Ａ／Ｄ変換器２１１Ａおよび２１１Ｂのそれぞれから出力された右旋円信号および左旋円信号の差分信号を生成して出力する。本実施形態では、減算器２１２は、右旋円信号から左旋円信号を減算した減算信号を差分信号として生成して出力する。

なお、右旋円信号は、直接波を主偏波としたものであるため、反射波成分は、右旋円信号に含まれる直接波成分に比べて小さく、左旋円信号は、反射波を主偏波としたものであるため、直接波成分は、反射波成分に比べて小さい。さらに、反射波の強さは、通常直接波に比べて弱いので、左旋円信号に含まれる反射波成分は、右旋円信号に含まれる直接波成分に比べて十分に小さい。

このため、右旋円信号から左旋円信号が減算されても、右旋円信号に含まれる直接波成分はあまり影響を受けず、反射波成分のみが適切に除去されることになる。

復調部２１３は、減算器２１２から出力された差分信号を復調し、その復調した差分信号である復調信号を出力する。

制御部２０３は、復調部２１３から出力された復調信号に基づいて、料金の決算および通行ゲートＨの開閉を行う。

制御部２０３は、復調信号を所定のベースバンド帯域のベースバンド信号に変換するベースバンド処理部２２１を有し、ベースバンド処理部２２１にて変換されたベースバンド信号に基づいて、料金の決算および通行ゲートＨの開閉などのＥＴＣ制御処理を行う。

図３は、本実施形態のＥＴＣシステムの動作を説明するためのフローチャートである。

車両Ｘが通信領域Ｌに進入すると、車両Ｘに搭載された車載器無線装置１から右旋円偏波の直接波が送信される。そして、路側無線装置２の右旋円偏波アンテナ２０１Ａは、直接波である右旋円偏波を主偏波とする電波を受信し、左旋円偏波アンテナ２０１Ｂは、直接波の反射波である左旋円偏波を主偏波とする電波を受信する（ステップＳ３０１）。

右旋円偏波アンテナ２０１Ａは、受信した電波に応じた右旋円信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器２１１Ａは、右旋円偏波アンテナ２０１Ａから右旋円信号を受け付け、その右旋円信号をデジタル信号に変換して出力する。一方、左旋円偏波アンテナ２０１Ｂは、受信した電波に応じた左旋円信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器２１１Ｂは、左旋円偏波アンテナ２０１Ｂから左旋円信号を受け付け、その左旋円信号をデジタル信号に変換して出力する（ステップＳ３０２）。

減算器２１２は、Ａ／Ｄ変換器２１１Ａおよび２１１Ｂのそれぞれから右旋円信号および左旋円信号のそれぞれを受け付け、その右旋円信号から左旋円信号を減算し、その減算信号である差分信号を出力する（ステップＳ３０３）。

復調部２１３は、減算器２１２から差分信号を受け付け、その差分信号を復調し、その復調した差分信号である復調信号を出力する（ステップＳ３０４）。

制御部２０３は、ベースバンド処理部２２１を用いて、復調部２１３から復調信号を受け付け、復調信号を所定のベースバンド帯域のベースバンド信号に変換する。そして、制御部２０３は、その変換されたベースバンド信号に基づいて、ＥＴＣ制御処理を行う（ステップＳ３０５）。

以上説明したように本実施形態によれば、情報を搬送する右旋円偏波アンテナ２０１Ａとは別に、右旋円偏波の反射波である左旋円偏波アンテナ２０１Ｂが設けられ、各アンテナから出力された信号の差分信号が出力される。この場合、差分信号は反射波の影響が除去された信号となるので、アンテナの指向性や通信領域を細かく設定しなくても、反射波の影響が除去することが可能になる。したがって、反射波を容易かつ十分に除去することが可能になる。

次に第２の実施形態を説明する。

本実施形態のＥＴＣシステムは、第１の実施形態と比べて、路側無線装置２の構成が異なる。

図４は、本実施形態の路側無線装置２の構成を示す図である。図４に示す路側無線装置２は、図２に示した路側無線装置２からＡ／Ｄ変換器２１１ＡおよびＡ／Ｄ変換器２１１Ｂを除いた構成を有する。この場合、減算器２１２は、右旋円偏波アンテナ２０１Ａおよび左旋円偏波アンテナ２０１Ｂのそれぞれから出力されたアナログ電気信号である右旋円信号および左旋円信号を受け付け、それらの差分信号を出力する。また、復調部２１３およびベースバンド処理部２２１もアナログ信号に対する処理を行うことになる。

本実施形態によれば、反射波の影響をアナログ信号の段階で除去することができる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

例えば、各実施形態では、無線通信システムは、右旋円偏波を用いて無線通信を行うＥＴＣシステムであるとして説明したが、特定の偏波を用いて無線通信を行うものであれば、上記のＥＴＣシステムに限らず他のものでもよい。この場合、特定の偏波が第１の偏波となり、特定の偏波の反射波が第２の偏波となる。例えば、第１の偏波が左旋円偏波であり、第２の偏波が右旋円偏波でもよい。

１ 車載器無線装置
２ 路側無線装置
２０１Ａ 右旋円偏波アンテナ
２０１Ｂ 左旋円偏波アンテナ
２０２ 無線部
２０３ 制御部
２１１Ａ、２１１Ｂ Ａ／Ｄ変換器
２１２ 減算器
２１３ 復調部
２２１ ベースバンド処理部

Claims (6)

1. 第１の偏波用の第１アンテナと、
   前記第１の偏波とは異なる第２の偏波用の第２アンテナと、
   前記第１アンテナから出力された第１出力信号および前記第２アンテナから出力された第２出力信号の差分を示す差分信号を出力する減算部と、を有する無線通信装置。
2. 前記第１の偏波は、右旋円偏波および左旋円偏波の一方であり、
   前記第２の偏波は、前記右旋円偏波および前記左旋円偏波の他方である、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記第１の偏波は、前記右旋円偏波であり、
   前記第２の偏波は、前記左旋円偏波であり、
   前記減算部は、前記第１出力信号から前記第２出力信号を減算した減算信号を前記差分信号として出力する、請求項２に記載の無線通信装置。
4. 第１の偏波用の第１アンテナと、前記第１の偏波とは異なる第２の偏波用の第２アンテナとを有する無線通信装置による通信制御方法であって、
   前記第１アンテナから出力された第１出力信号および前記第２アンテナから出力された第２出力信号の差分信号を出力する出力ステップを含む通信制御方法。
5. 前記第１の偏波は、右旋円偏波および左旋円偏波の一方であり、
   前記第２の偏波は、前記右旋円偏波および前記左旋円偏波の他方である、請求項４に記載の通信制御方法。
6. 前記第１の偏波は、前記右旋円偏波であり、
   前記第２の偏波は、前記左旋円偏波であり、
   前記出力ステップでは、前記第１出力信号から前記第２出力信号を減算した減算信号を前記差分信号として出力する、請求項５に記載の通信制御方法。

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