JP3601097B2 - ワイヤレスカード装置およびその通信可能領域制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、質問器と移動体に設置された応答器との間で無線通信を行うワイヤレスカード装置およびその通信可能領域制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１）ワイヤレスカード装置の概要
従来、この種装置は質問器と小型の応答器（ワイヤレスカード）の間で非接触の通信を行うものであり、伝送媒体として、電磁結合、電磁誘導、マイクロ波、光などが用いられる（データキャリア技術と応用、日刊工業新聞社、１９９０、１０、２０参照）。なお、近年、上記伝送媒体はデータキャリアと呼ばれている。これらのデータキャリアの中で特にマイクロ波を用いる高周波方式のワイヤレスカード装置が移動体識別装置という名称で（財）電波システム開発センタ（ＲＣＲ）において、標準規格が制定されている（移動体識別装置 標準規格、ＲＣＲＳＴＤ−１，電波システムセンター１９８６、９、９参照）。
【０００３】
ワイヤレスカード装置では質問器から応答器への通信は通常は無線で行い、応答器から質問器への通信は質問器から送信された２．４５ＧＨｚの無変調電波を応答器が受信し、それに変調をかけて質問器に返送することにより行う。つまり応答器単独では電波を発射できない。また、ワイヤレスカード装置には次のような特徴がある。
【０００４】
・応答器は質問器の電波を再送信するため、高周波発振器を内蔵する必要がない。よって応答器を小型、低消費電力にできる。
【０００５】
・応答器は個別に無線免許を得る必要はない。
【０００６】
・データキャリアとして高周波を使用しているので、他の通信方法に比べ通信距離が長い。
【０００７】
これらの特徴を備えるワイヤレスカード装置は応答器２を物品に取り付ければ物流管理、図１に示すように応答器２を車３に取り付け、道路に質問器１を設置すれば駐車場の入出門管理や有料道路の自動料金収受など様々な分野に応用ができる。このようなワイヤレスカード装置は約２０年前から実用化されており、次のような文献、すなわち、「マイクロ波式番号識別装置」小野寺俊男、電子情報通信学会技術報告ＭＷ７６−６３，（１９７６），「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔａｇｂ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」Ｄａｎｉｅｌ Ｄ．Ｍａｗｈｉｎｎｅｙ，ＲＣＡ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｖｏｌ４４，Ｄｅｃ．（１９８３）が発表されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
イ）混信の問題
上述したワイヤレスカード装置は質問器の無変調電波を変調・反射することにより、双方向の通信を可能にしている。高度な制御機能を持たない小型の応答器は、質問器の通信領域内に入り、無変調電波を受信すると直ちに応答を開始する。つまり通信領域に複数の応答器が同時に存在すれば応答波が重なり混信が生じる。特に応答器を車に設置した自動料金収受装置を考えると道路が図２のように渋滞したときに混信が生じてしまう。
【０００９】
この混信の問題を解決するために、たとえば、特開平５−３１４３２５号において応答器から返送されてくるＳＮ比を検出し、検出値が一定となるような通信制御を実行することにより移動体が無線局（質問器）に近づくほど交信可能領域を狭くし、１つの移動体のみが交信可能領域に入るようにした提案がなされている。しかしながら、これでは完全な解決にならず、１台の車に対して交信を終了した後交信可能領域を再度広げた時点で、やはり複数の車から混信を起こす可能性を含んでいる。
【００１０】
ロ）通信時間の問題
さらに別の問題として一般的に（イ）の対策として通信領域を狭くすることが有効だが、高速走行時に通信時間が確保できないという新たな問題を生じてしまう。例えば、高速走行時の通信時間を十分にとるために通信領域の全長を図１に示すように１０ｍと仮定する。車が時速１００ｋｍ（秒速２８ｍ）で質問器を通過すると通信可能時間は約３６０ミリ秒となる。
【００１１】
一方、渋滞により車が時速１０ｋｍ（秒速２．８ｍ）になると通信可能領域１０ｍの中に図２に示すように車が３台進入してくるので、上述した混信の問題が発生する。逆に渋滞を考慮して車速を１０ｋｍ／ｈｒとして通信時間３６０ミリ秒を確保するためには通信可能領域は１ｍとなるが車が１００ｋｍ／ｈｒで走行しているときには十分な通信時間を確保できなくなる。
【００１２】
結局のところ通信可能領域の大きさは車の速度、通信データ量から妥協点を見出すしかない。なお、このような問題を解決するために通信速度を速めることも考えられるが、電波の占有周波数帯幅も比例して増大し通信処理回路の大型化、コストの増大につながる。
【００１３】
ハ）遮蔽車両が存在するときの問題
道路が渋滞し図３に示すように大型車・小型車・小型車の順序で並んだ状態を考える。また、質問器のアンテナは車線上方に車の進行方向に向けて斜めに設置し、アンテナ前方に通信可能領域が形成されていると仮定する。アンテナの指向性は隣接車線の混信を回避するために道路に沿った形状に設置する。このような状況では２台目の小型車は１台目の大型車に遮られて電波が減衰して通信できない可能性がある。そして２台目の車が通信できないうちに３台目の車が通信可能領域に進入して通信を開始すると、２台目の車は通信をしないまま通信領域を通過してしまう可能性がある。
【００１４】
以上の問題点に鑑みて、本発明は、通信性能を向上させるワイヤレスカード装置およびその通信可能領域制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の移動体に搭載された応答器の各々と地上に設置された質問器の間で無線で情報の授受をおこなうワイヤレスカード装置において、
前記移動体は当該移動体の速度を検出する手段を有し、前記応答器は検出された速度に応じて該応答器の通信可能領域の大きさを可変設定する手段を具えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、前記応答器の送信出力を可変とすることで前記通信可能領域の大きさを制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、前記応答器の受信感度を可変とすることで前記通信可能領域の大きさを制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、複数の移動体に搭載された応答器の各々と地上に設置された質問器の間で無線で情報の授受をおこなうワイヤレスカード装置の通信可能領域制御方法において、前記移動体の通行量を計測し当該計測の結果に応じて前記質問器の通信可能領域の大きさを可変設定し、前記通行量として前記移動体の速度を計測することを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、複数の移動体に搭載された応答器の各々と地上に設置された質問器の間で無線で情報の授受をおこなうワイヤレスカード装置の通信可能領域制御方法において、当該移動体の速度を検出し、前記応答器は検出された速度に応じて該応答器の通信可能領域の大きさを可変設定することを特徴とする。
【００２７】
【作用】
請求項１、５の発明では移動体側の速度に応じて応答器の通信可能範囲を制御することにより質問器側では設備変更を行うことなく混信問題を解消できる。
【００２８】
請求項２、３の発明では、簡単な回路構成で通信性能を向上させることができる。
【００２９】
請求項４の発明では、簡単な回路で通行量を測定できる。
【００３５】
【実施例】
以下、図面を使用して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００３６】
最初に本発明の通信可能領域の制御方法について説明する。車の通行量が判明すればその通行量に応じて通信可能領域の大きさを可変設定すればよいことに本願発明者は気が付き、本実施例では質問器近辺の車の通過速度を調べる。通常、渋滞などが発生したときは車の速度は必然的に遅くなり車間距離は短くなるからである。そこで図４に示すように車の流れが低速の時、すなわち、通行量が大のときには質問器の通信可能領域を小に設定し、通行量が小のときには質問器の通信可能領域を大とする。さらに車が質問器に向かってくる側の通信可能領域内で送信波の信号レベルが図５および図６に示すように極大値を持つように質問器のアンテナの指向性を設定し、（１）〜（５）の方法で通信領域を可変できるようにしている。なお、図６は図５の質問器１を中心にしてアンテナの垂直面内での指向性を示す。
【００３７】
通信可能領域を変化させる方法としては以下の方法のいずれかを実施することができる。
【００３８】
（１）質問器の送信出力を変化させる方法
この方法では、車速が低速の時には送信出力を低下させ、通信可能領域を小さくする。車速が高速の時には送信出力を上昇させて通信可能領域を大きくする。
（２）質問器の受信感度を変化させる方法
この方法では車速が低速の時には受信感度を低下させて応答器の動作開始を送らせることにより、通信可能領域を狭くする。車速が高速の時には受信感度を上昇させて通信可能領域を広げる。
【００３９】
受信感度を変化させる方法には以下の方法がある。第１には可変減衰器をアンテナ入力部のプリアンプ直前に挿入して車両感知器からの速度信号に応じて減衰量を調整する。第２には応答波のレベルを検出し、そのレベルが規定値以上の場合にゲート回路等により受信した応答信号を受け付ける。交通の流れがよいとき（高速時）は規定値の大きさを小さくして弱い信号も受付け、また渋滞時（低速時）は規定値の大きさを大きくして強い信号のみを受付ける。
【００４０】
（３）応答器側の応答波の出力をその応答器を搭載している車の速度に応じて調整する。換言すると、低速では応答波の出力を小さくし高速では応答波の出力を大きくする。
【００４１】
（４）応答器側の受信感度をその応答器を搭載している車の速度に応じて調整する。低速では受信感度を小さくし、高速では受信感度を大きくする。受信感度を調整する方法は上述の質問器の受信感度を調整する方法と同様とすることができる。
【００４２】
（５）質問器のアンテナ指向性を変化させる方法
車が低速の時には質問器の直下のみをカバーするような指向性にして通信可能領域を狭める。また、車が高速の時には質問器の直下以外の遠方もカバーするような指向性にして通信可能領域を広げる。
【００４３】
遮蔽車両が存在する時の問題点の解決には、次の方法を使う。車線方向の信号レベル分布が車の進行方向に沿ってゆるやかに増加し、質問器直下で極大になった後、急激に減少するようなアンテナ指向性を設定し、（１）〜（５）の通信可能領域制御方法を組み合わせる。
【００４４】
以上述べた通信可能領域制御方法を実施するためのシステム構成例を図７に示す。
【００４５】
この例は質問器１の送信出力を変化させるためのシステム例である。図７において車両感知器２０は超音波感知器などを用いて通過する車の速度を検出する。通行量計測装置３０は車両感知器２０の速度信号を一定時間毎に集計して道路を通過する車の通行量を計測する。その計測結果は質問器１側の出力（電力）可変回路１１に送られ、送信システム１２から送信される送信電力を制御する。
【００４６】
図８は質問器１の受信感度を可変減衰器により制御する回路例を示す。この例では、図７の車両感知器２０の検知信号を通行量計数装置３０を介して質問器１に与える。以下、回路図では、通行車計数装置は３０は車両感知器に含まれるものとして省略表記する。図８において受信アンテナ１０１において受信した応答信号は可変減衰器１０２において信号レベルが調整され、プリアンプ１０３により増幅される。以下、従来と同様にして、局部発振器１０５の出力とミキサ１０４においてミキシングされて復調器１０６に送られる。復調器１０６でデータ信号に復調されて、データ処理回路１０７でデータ信号の内容が判別される。交通の流れが悪いときには質問器１の受信感度を低下させるべく受信信号の減衰量を大きくさせる。交通の流れがよいときにはその逆の制御を行う。
【００４７】
以下、質問器１側でＡＳＫ変調による通信方式で通信可能領域を変更するための回路例を説明するが、同一の回路には同一の符号を付しており詳細な説明を省略する。
【００４８】
図９は質問器１の受信感度をゲート回路により制御する例を示す。図９において、ゲート回路１０８が復調器１０６とデータ処理回路１０７の間に設けられる。図１０はゲート回路１０８の詳細を示す。図１０において検波された受信信号はその信号レベルが受信レベル判定器１１１でスケール変換され、しきい値設定器１１３で設定されたしきい値と比較される。しきい値より大きい場合に検波された受信信号はゲート１１０のＯＮにより下流側に送られる。交通の流れが悪いときはしきい値設定器１１３のしきい値を高くする。交通の流れがよいときはその逆の制御を行う。
【００４９】
応答器２側で応答出力を制御する例を図１１に示す。図１１において、車に取り付けられた速度センサ２１０から送られる速度信号に応じて可変減衰器２０１での減衰量が制御される。すなわち、速度信号の示す速度が低いときには上記減衰量が大きく設定され、応答出力（すなわち、検波器兼変調器２０２で検波され、復号器２０３で受信信号からデータ信号に復調され、次にデータ処理回路２０４において応答用のデータ信号に変換された送信用データ信号により検波器兼変調器２０２で変調される）は小さくなる。速度が高いときに減衰量が小さく設定される。図１２はやはり減衰器を用いて応答出力を制御する例であるが応答器の検波処理系と変調処理系を切り替え器２０５により切り替えて送受信を行う回路例を示す。図１１は、ＡＳＫ方式の実施例に対応するので、検波器と変調器を共用できる。図１２は、変調器と検波器を別にしているのでＡＳＫ変調方式以外の変調方式を使用する時でも有効である。可変減衰器２０１の設置位置を変えた回路例を図１３に示しておく。図１１，１２可変減衰器がアンテナ直後なので、受信感度と送信出力がまとめて変化する。図１３〜図１５では、受信感度のみが変わる実施例に対応する。
【００５０】
図１４は応答器２側にゲート回路を設け、ゲートＯＮ・ＯＦＦ用のしきい値を車速により制御する回路例である。図１４のゲート回路２０９の回路構成は図１０と同じものを使用でき詳細な説明は要しないであろう。
【００５１】
図１１〜図１４には、受信感度と応答出力を両方変化させるものと受信感度だけを変化させるものとを示している。
【００５２】
受信感度だけを変化させる方式では、質問器から送信要求データを受信した時のみ応答波にデータ変調をかける。それ以外は、質問器の電波を照射されても無変調の電波が返送されるだけである。無変調の電波は検波すると直流電圧になるだけなので質問器の受信部で容易に取り除くことができる。つまり、応答器の受信感度を変えれば、送信要求データの受信領域が変化して、その結果、通信可能領域が変わり応答波の混信を防ぐことができる。
【００５３】
原理的には、受信感度の変更だけでもよいが、応答出力も変えてやれば通信可能領域の変更の自由度は一層大きくなり、本願を効果的に実現できる。どちらを選ぶかは、経済性と混信防止の必要性により選択できる。
【００５４】
応答出力の制御をアナログの可変減衰器で可変するのではなく、デジタル処理系側の送信制御回路で応答波に変調をかけるか否かを制御する回路例を図１５に示す。また、その通信制御回路の詳細を図１６に示す。図１５の通信制御回路２０８は速度センサ２１０の速度信号に基づきデータ処理回路２０４の指示でしきい値設定器の２２２のしきい値の値を設定する。比較器２２１の比較出力によりスイッチング素子２２０により送信出力の変調の可否を決定する。この例ではデジタル処理回路２０４として使用するマイクロプロセッサから多値のしきい値の指示ができるので、通信可能領域を多種とすることができる。
【００５５】
次に大型車と小型車が隣接した場合の対処について説明する。交通の流れに応じて質問器１のアンテナの指向性を制御する回路例を図１７に示す。図１７において、図１８のように直下の領域２５１をカバーするアンテナ２２１と遠方の領域２５０をカバーするアンテナ２２２が設けられ、車両検知器２０の速度信号に応じてアンテナ切り替え器２４０により送受信に使用するアンテナが選択される。より具体的には速度信号が低速を示すときはアンテナ２２１が選択され、速度信号が高速を示すときはアンテナ２２１およびアンテナ２２２の双方が選択される。本実施例ではアンテナの個数は２つであるが２つに限定されことはない。また、フェーズドアレイアンテナと呼ばれ、電気的に指向性を変化できるアンテナを用いてもよい。このようにアンテナの指向性を変化させることにより通信可能領域の大きさを変えるのみでなく渋滞時に大型車と小型車が隣接しても電波障害が発生することがない。
【００５６】
また、図１９に示すように質問器１のアンテナの指向性を設定すると送信波の信号レベルは図２０に模式的に示す特性となる。すなわちアンテナの直下で信号レベルが極大となる信号特性とする。これにより渋滞時に大型車と小型車が接近しても質問器１の直下で通信領域が形成されるので、よほどのことがない限り小型車の応答器は質問器１からの電波を受信できる。
【００５７】
本実施例の他に次の例を実現できる。
【００５８】
１）車の通行量を計測するには周知の各種方法を用いることができる。たとえばビデオカメラに写し出される車の画像を自動認識して計数する方法を用いることができる。廉価な装置構成としたい場合、車の速度を計測し、通行量とみなせばよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、５の発明では移動体側の速度に応じて応答器の通信可能範囲を制御することにより応答器側では設備変更を行うことなく混信問題を解消できる。
【００６０】
請求項２、３の発明では、簡単な回路構成で通信性能を向上させることができる。
【００６１】
請求項４の発明では、簡単な回路で通行量を測定できる。
【００６７】
また、これら発明により、従来より車の数、速度、大きさの相違により発生した電波障害を解消し、装置の信頼性の向上に寄与することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】通信可能領域の大きさと混信の関係を説明するための説明図である。
【図２】通信可能領域の大きさと混信の関係を説明するための説明図である。
【図３】通信可能領域と車の進入方向の関係を示す説明図である。
【図４】通信可能領域と車速の関係を示す説明図である。
【図５】通信可能領域と送信電波の信号レベルの関係を示す説明図である。
【図６】指向性利得を説明するための説明図である。
【図７】本発明実施例のシステム構成を示す構成図である。
【図８】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図９】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図１０】ゲート回路の詳細を示すブロック図である。
【図１１】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図１２】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図１３】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図１４】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図１５】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図１６】通信制御回路の詳細を示すブロック図である。
【図１７】質問器の回路構成例を示すブロック図である。
【図１８】通信可能範囲の切り換えを示す説明図である。
【図１９】送信電波の指向領域を示す説明図である。
【図２０】送信電波の信号レベルと通信可能領域の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 質問器
２ 応答器
３ 車
４ 通信可能領域
５ 信号レベル
６ 指向性利得
１０ 送信アンテナ
１１ 出力可変回路
１２ 送信システム
２０ 車両感知器
３０ 通行量計測装置

Claims (5)

1. 複数の移動体に搭載された応答器の各々と地上に設置された質問器の間で無線で情報の授受をおこなうワイヤレスカード装置において、
   前記移動体は当該移動体の速度を検出する手段を有し、前記応答器は検出された速度に応じて該応答器の通信可能領域の大きさを可変設定する手段を具えたことを特徴とするワイヤレスカード装置。
2. 前記応答器の送信出力を可変とすることで前記通信可能領域の大きさを制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレスカード装置。
3. 前記応答器の受信感度を可変とすることで前記通信可能領域の大きさを制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレスカード装置。
4. 複数の移動体に搭載された応答器の各々と地上に設置された質問器の間で無線で情報の授受をおこなうワイヤレスカード装置の通信可能領域制御方法において、
   前記移動体の通行量を計測し
   当該計測の結果に応じて前記質問器の通信可能領域の大きさを可変設定し、前記通行量として前記移動体の速度を計測することを特徴とするワイヤレスカード装置の通信可能領域制御方法。
5. 複数の移動体に搭載された応答器の各々と地上に設置された質問器の間で無線で情報の授受をおこなうワイヤレスカード装置の通信可能領域制御方法において、
   当該移動体の速度を検出し、前記応答器は検出された速度に応じて該応答器の通信可能領域の大きさを可変設定することを特徴とするワイヤレスカード装置の通信可能領域制御方法。

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