JP4681493B2 - 狭域通信用車載器 - Google Patents

Description

本発明は、狭域通信用車載器に係り、特に、自動車等に搭載される狭域通信用車載器に関する。

高速道路の料金収受に、無線技術を用いた自動料金支払いシステム（ＥＴＣ）が利用されるようになってきた。近年、このＥＴＣに採用されている無線通信技術である狭域通信（ＤＳＲＣ：Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を利用した各種サービスが考えられている（例えば、特許文献１）。

ＤＳＲＣでは、路側無線装置（路側機）との通信に使用する電波の変調方式が、スプリットフェーズ符号等を使用した振幅変調（ＡＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）と、位相変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）の２方式が併用されることになる。

このため、狭域通信用車載器は、ＡＳＫ変調とＱＰＳＫ変調の２つの変調方式に対応した回路を持つ必要がある。

狭域通信は、極く限られた通信エリア内のみで通信することをシステム成立の基礎としているため、狭域通信用車載器は、受信電界強度（ＲＳＳＩ）を検出して通信エリア進入を高精度に検出する必要がある。また、ＱＰＳＫ変調では、位相情報を正しく復調する必要があるため、狭域通信用車載器は、オートゲインコントロール（ＡＧＣ）を受信部に持つ必要がある。

特許第３５９５５０７号公報

狭域通信用車載器がＡＳＫ変調の電波信号を受信するためには、振幅情報が正しく復調できなくてはならない。しかし、ＱＰＳＫ変調におけるＡＧＣは振幅情報を消してしまい、ＡＳＫ変調の電波信号の受信に支障をきたす。また、ＡＧＣ後の信号は振幅情報がないため、受信電界強度（ＲＳＳＩ）を得ることができず、通信エリアに進入したことを検出できない。

これらのことを解決するためには、ＡＧＣの前段階にもう一つ検波回路を設け、そこからＡＳＫ変調信号の復調を行い、ＲＳＳＩを取得することが一般的である。図５に示されているＤＳＲＣ車載器は、その一構成図を示している。ＤＳＲＣ車載器２００は、無線受信部２０１を持ち、無線受信部２０１内にＡＳＫ復調部２０２とＱＰＳＫ復調部２０３を持っている。ＱＰＳＫ復調部２０３では、受信信号の大きさを示す振幅レベルモニタ信号ｂを作り、ＡＧＣ部２０４では、振幅レベルモニタ信号ｂを元に、ＡＧＣ制御信号ａを生成し、通信制御部２０５で通信制御処理をする。

また、ＡＧＣ制御前の信号を分割し、ＡＳＫ復調部２０２に供給し、ＡＳＫ復調を行う。また、ＡＳＫ復調部２０２内で生成したＲＳＳＩ信号ｅを後段に供給する。
このような構成にすることにより、ＡＳＫ復調、ＱＰＳＫ復調することが可能となる。

しかし、この狭域通信用車載器は、ＡＳＫ復調部に検波用の部品が必要になり、受信系回路を二つ持つことになり、コストアップとなる。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コストアップすることなく、ＡＳＫ変調の電波信号とＱＰＳＫ変調の電波信号を両方受信して双方に対応できる狭域通信用車載器を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による狭域通信用車載器は、割当てられた複数の無線周波数のうちの１組の無線周波数を用いる路側無線装置と双方向の無線通信を行うためのアンテナ部と、無線受信部と、無線送信部と、前記路側無線装置との通信手順処理を行う通信制御部とを有し、前記無線受信部は、振幅変調復調部と、位相変調復調部とを具備し、前記位相変調復調部は、検波信号の大きさを復調に適した大きさに調整するオートゲインコントロールを行い、前記通信制御部は、前記無線受信部が受信した電波の強度が、ある一定値を超えた時に前記路側無線装置の通信エリアに進入したと判断する狭域通信用車載器であって、前記オートゲインコントロールの制御信号を前記無線受信部が受信した電波の強度を示す信号として用い、前記オートゲインコントロールの制御信号を前記通信制御部に入力して通信エリア進入の判断を行う。

本発明による狭域通信用車載器では、前記振幅変調復調部は、前記オートゲインコントロールの制御信号から振幅変調成分を復調する。

また、前記目的を達成するために、本発明による狭域通信用車載器は、割当てられた複数の無線周波数のうちの１組の無線周波数を用いる路側無線装置と双方向の無線通信を行うためのアンテナ部と、無線受信部と、無線送信部と、前記路側無線装置との通信手順処理を行う通信制御部とを有し、前記無線受信部は、振幅変調復調部と、位相変調復調部とを具備し、前記位相変調復調部は、検波信号の大きさを復調に適した大きさに調整するオートゲインコントロールを行い、前記通信制御部は、前記無線受信部が受信した電波の強度が、ある一定値を超えた時に前記路側無線装置の通信エリアに進入したと判断する狭域通信用車載器であって、前記オートゲインコントロールの制御信号と前記オートゲインコントロール後の受信電波の振幅レベルモニタ信号を前記無線受信部が受信した電波の強度を示す信号として用い、前記オートゲインコントロールの制御信号と振幅レベルモニタ信号を前記通信制御部に入力して通信エリア進入の判断を行う。

本発明による狭域通信用車載器では、前記振幅変調復調部は、前記オートゲインコントロールの制御信号と前記オートゲインコントロール後の受信電波の振幅レベルモニタ信号から振幅変調成分を復調する。

本発明による狭域通信用車載器では、受信電波の強度を直接測定するのではなく、オートゲインコントロールの制御信号、あるいはオートゲインコントロールの制御信号とオートゲインコントロール後の受信電波の振幅レベルモニタ信号を、受信電波強度を示す信号として用いて通信エリア進入の判断を行い、振幅変調復調部は、オートゲインコントロールの制御信号、あるいはオートゲインコントロールの制御信号とオートゲインコントロール後の受信電波の振幅レベルモニタ信号から振幅変調成分を復調するから、ＡＳＫ復調部２０に、検波用の部品を必要とせず、コストアップすることなく、ＡＳＫ変調の電波信号とＱＰＳＫ変調の電波信号を両方受信でき、双方に対応できる。

本発明による狭域通信用車載器の実施形態１を、図１を参照して説明する。

本実施形態による狭域通信用車載器（ＤＳＲＣ車載器）１０は、アンテナ部１１と、無線受信部１２と、無線送信部１３と、路側無線装置との通信手順処理を行う通信制御部１４とを有する。

アンテナ部１１は、割当てられた複数の無線周波数のうちの１組の無線周波数を用いる路側無線装置（ＱＰＳＫ路側機１００、ＡＳＫ路側機１１０）と双方向の無線通信を行う。ＱＰＳＫ路側機１００、ＡＳＫ路側機１１０は、道路、駐車場等に設置されている。

通信制御部１４は、無線受信部１２が受信した電波の強度が、ある一定値を超えた時に、ＤＳＲＣ車載器１０を搭載した車両が路側機の通信エリアに進入したことを判断する。

無線受信部１２は、振幅変調波の復調を行う振幅変調復調部（ＡＳＫ復調部）２０と、位相変調波の復調を行うＱＰＳＫ復調部（ＱＰＳＫ復調部）３０とを有する。

ＱＰＳＫ復調部３０は、帯域通過フィルタ３１、ＡＧＣアンプ３２、インフェーズ直交変調器（Ｉ変調器）３３、クアドラチュア直交変調器（Ｑ変調器）３４、低域通過フィルタ３５，３６、２乗器３７，３８、加算器３９、オートゲインコントロール（ＡＧＣ）部４０、クロック同調回路４１、遅延検波器４２、自動周波数制御部（ＡＦＣ）４３を含む。

ＱＰＳＫ復調部３０は、アンテナ部１１によって受信した電波信号を、帯域通過フィルタ３１を介してＡＧＣアンプ３２に入力する。ＡＧＣアンプ３２は、ＡＧＣ部４０が出力するＡＧＣ制御信号ａによってゲイン設定され、受信した電波信号（検波信号）の大きさを復調に適した大きさに増幅する。

ＡＧＣアンプ３２によって増幅された検波信号は、Ｉ変調器３３とＱ変調器３４とに入力され、その各々で、Ｉ信号とＱ信号に直交変調される。Ｉ信号とＱ信号は、各々、低域通過フィルタ３５，３６を介して遅延検波器４２に入力され、遅延検波器４２によって遅延検波される。遅延検波器４２による検波信号は自動周波数制御部４３によって周波数を調整されて通信制御部１４に送られる。

ＱＰＳＫ復調部３０では、低域通過フィルタ３５、３６を通過したＩ信号、Ｑ信号を、各々、２乗器３７，３８によって２乗し、加算器３９によって加算し、（Ｉ２＋Ｑ２）信号として、受信信号の大きさを示す振幅レベルモニタ信号ｂを生成する。ＡＧＣ部４０は、この振幅レベルモニタ信号ｂを元に、ＡＧＣ制御信号ａを生成する。

ＡＳＫ復調部２０は、ＱＰＳＫ復調部３０よりＡＧＣ制御信号ａと振幅レベルモニタ信号ｂを入力し、加算器２１によって振幅レベルモニタ信号ｂとＡＧＣ制御信号ａとを加算した信号を、クロック同調回路２２を介してスプリットフェーズデコード２３に渡し、スプリットフェーズデコード２３によってスプリットフェーズ符号によるＡＳＫ復調を行い、復調して信号を通信制御部１４に渡す。

これにより、ＡＳＫ復調部２０は、ＡＧＣ制御信号ａと、オートゲインコントロール後の受信電波の振幅レベルモニタ信号ｂから振幅変調成分を復調する。

ＡＳＫ復調部２０は、加算器２１によって振幅レベルモニタ信号ｂとＡＧＣ制御信号ａとを加算した信号を、受信電界強度（ＲＳＳＩ）信号ｃとして、低域通過フィルタ２４を介して後段、つまり、通信制御部１４に供給する。

このような構成にすることにより、このＤＳＲＣ車載器１０を搭載した車両が、ＱＰＳＫ路側機１００のＱＰＳＫ通信エリアＡｑｐに進入した時には、ＤＳＲＣ車載器１０の通信制御部１４がＲＳＳＩ信号ｃによってＱＰＳＫ通信エリアＡｑｐ内にいることを判断し、ＱＰＳＫ復調部３０にてＱＰＳＫ路側機１００が送信する信号を復調することが可能となる。

要約すると、ＡＧＣ部４０にて生成されたＡＧＣ制御信号ａとＡＧＣ部４０後の受信電波の振幅レベルモニタ信号ｂを、無線受信部３０が受信した電波の強度を示す受信電界強度（ＲＳＳＩ）信号として用い、この信号を通信制御部１４に入力して通信エリア進入の判断が行われる。

また、ＤＳＲＣ車載器１０を搭載した車両が、ＡＳＫ路側機１１０のＡＳＫ通信エリアＡａに進入した時には、ＤＳＲＣ車載器１０の通信制御部１４がＲＳＳＩ信号ｃによってＡＳＫ通信エリアＡａ内にいることを判断し、ＡＳＫ復調部２０にてＡＳＫ路側機１１０が送信する信号を復調することが可能となる。

本発明による狭域通信用車載器の実施形態２を、図２を参照して説明する。なお、図２において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態２では、ＡＧＣ部４０にて生成されたＡＧＣ制御信号ａをＡＳＫ復調部２０に供給し、ＡＳＫ復調部２０は、ＡＧＣ制御信号ａから振幅変調成分を復調（ＡＳＫ復調）する。ＡＳＫ復調部２０は、ＡＧＣ制御信号ａを、受信電界強度（ＲＳＳＩ）信号ｄとして、低域通過フィルタ２４を介して後段、つまり、通信制御部１４に供給する。このこと以外は、前述の実施形態１と同じである。

このような構成にすることにより、このＤＳＲＣ車載器１０を搭載した車両が、ＱＰＳＫ路側機１００のＱＰＳＫ通信エリアＡｑｐに進入した時には、ＤＳＲＣ車載器１０の通信制御部１４がＲＳＳＩ信号ｄによってＱＰＳＫ通信エリアＡｑｐ内にいることを判断し、ＱＰＳＫ復調部３０にてＱＰＳＫ路側機１００が送信する信号を復調することが可能となる。

要約すると、ＡＧＣ部４０にて生成されたＡＧＣ制御信号ａを無線受信部３０が受信した電波の強度を示す受信電界強度（ＲＳＳＩ）信号として用い、この信号を通信制御部１４に入力して通信エリア進入の判断が行われる。

また、ＤＳＲＣ車載器１０を搭載した車両が、ＡＳＫ路側機１１０のＡＳＫ通信エリアＡａに進入した時には、ＤＳＲＣ車載器１０の通信制御部１４がＲＳＳＩ信号ｄによってＡＳＫ通信エリアＡａ内にいることを判断し、ＡＳＫ復調部２０にてＱＰＳＫ路側機１００が送信する信号を復調することが可能となる。

なお、上述したＤＳＲＣ車載器１０の構成は、機能構成であり、それぞれの機能をアナログ回路、ロジック回路、ソフトウエアのどの手段で実現するかは、限定するものではない。

図３は、ＤＳＲＣ車載器１０を搭載した車両５０が車両がＡＳＫ路側機１１０の通信エリアＡａに進入した時のＤＳＲＣ車載器１０の動作（信号波形）を示している。

車両５０が、図中の左から右に向かって移動し、地点（通信エリア開始位置）Ｔ１にて通信エリアＡａに進入し、地点Ｔ２にて通信エリアＡａより退出すると、その時の電界強度は電界強度電圧Ｖｓｓｉのように推移する。これに対し、振幅レベルモニタ信号ｂは振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍ、ＡＧＣ制御信号ａはＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃのように推移することになる。

つまり、車両５０が通信エリアＡａに近づくと、電界強度電圧Ｖｓｓｉは徐々に上昇する。これに併せて振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍが上昇する。また、振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍの上昇を抑えようと、ＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃが上昇する。

さらに、車両５０が通信エリアＡａへ向けて進み、ＡＧＣの制御範囲になると、振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍは一定値を保つようになる。更に、車両５０が進むと、ＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃは限界値となり、ＡＧＣの制御範囲を超えると、振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍは再度上昇し始めることになる。

通信エリア開始位置Ｔ１に着目すると、振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍは通信エリア開始位置Ｔ１の手前で一定値になっているため、振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍによって車両５０が通信エリアＡａに進入したことを判別することができない。

ここで、振幅レベルモニタ電圧ＶａｍとＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃを加算した加算電圧Ｖａｍ＋Ｖａｇｃと、ＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃは、各々、電界強度電圧Ｖｓｓｉに対して直線的に変化しているので、加算電圧Ｖａｍ＋ＶａｇｃあるいはＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃによって車両５０が通信エリアＡａに進入したことを判別することが可能である。

尚、ＡＧＣ部４０は、ＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃが上がると、利得が下がる仕様である。これとは逆に、ＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃが上がると、利得が上がる仕様の場合、振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍ＋ＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃは、振幅レベルモニタ電圧ＶａｍとＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃを減算する。

図４は、図３の通信エリア開始位置Ｔ１での通信信号の模式図である。図４において、符号ａｓｋは、ＡＳＫ変調信号（ＡＳＫ変調波）を示している。

この場合、ＡＳＫ変調波ａｓｋの振幅の大きい時はＨＩ、振幅の小さいときがＬＯとなる。これをディジタル信号と表したのがマンチェスタ符号化信号Ｍｃである。ＤＳＲＣでは、１ＭＨｚのクロックと同期し、マンチェスタ符号化信号Ｍｃの立下りエッジを１、立上りエッジを０としている。

振幅レベルモニタ電圧Ｖａｍは、ＡＧＣ部４０によって一定になるように制御されているため、ＡＳＫ変調の復調信号としては使用できない。ここで、振幅レベルモニタ電圧ＶａｍとＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃを加算した加算電圧Ｖａｍ＋Ｖａｇｃと、ＡＧＣ制御電圧Ｖａｇｃは、電界強度電圧Ｖｓｓｉに対して直線的に変化しているので、ＡＳＫ変調の復調信号として使用できる。

以上のことから、ＡＳＫ復調部２０に、検波用の部品を必要とせず、受信系回路を二つ持つような冗長な回路構成になることがなく、コストアップすることなく、ＡＳＫ変調の電波信号とＱＰＳＫ変調の電波信号を両方受信でき、双方に対応できるる。

路側に設置された路側機と無線通信を用いて、振幅変調と位相変調の２つの変調方式に対応した車両用通信機に利用可能である。

本発明による狭域通信用車載器の実施形態１を示す機能構成図。 本発明による狭域通信用車載器の実施形態２を示す機能構成図。 本発明による狭域通信用車載器を搭載した車両がＡＳＫ路側機の通信エリアに進入した時のＤＳＲＣ車載器の動作を示す信号波形図。 通信エリア開始位置での通信信号の模式に示す信号波形図。 ＤＳＲＣ車載器の従来例を示す機能構成図。

符号の説明

１０ 狭域通信用車載器（ＤＳＲＣ車載器）
１１ アンテナ部
１２ 無線受信部
１３ 無線送信部
１４ 通信制御部
２０ ＡＳＫ復調部
２１ 加算器
２２ クロック同調回路
２３ スプリットフェーズデコード
２４ 低域通過フィルタ
３０ ＱＰＳＫ復調部
３１ 帯域通過フィルタ
３２ ＡＧＣアンプ
３３ インフェーズ直交変調器（Ｉ変調器）
３４ クアドラチュア直交変調器（Ｑ変調器）
３５、３６ 低域通過フィルタ
３７、３８ ２乗器
３９ 加算器
４０ オートゲインコントロール（ＡＧＣ）部
４１ クロック同調回路
４２ 遅延検波器
４３ 自動周波数制御部（ＡＦＣ）
１００ ＱＰＳＫ路側機
１１０ ＡＳＫ路側機
ａ ＡＧＣ制御信号
ｂ 振幅レベルモニタ信号
ｃ、ｄ 受信電界強度（ＲＳＳＩ）信号

Claims (2)

1. 割当てられた複数の無線周波数のうちの１組の無線周波数を用いる路側無線装置と双方向の無線通信を行うためのアンテナ部と、無線受信部と、無線送信部と、前記路側無線装置との通信手順処理を行う通信制御部とを有し、前記無線受信部は、振幅変調復調部と、位相変調復調部とを具備し、前記位相変調復調部は、検波信号の大きさを復調に適した大きさに調整するオートゲインコントロールを行い、前記通信制御部は、前記無線受信部が受信した電波の強度が、ある一定値を超えた時に前記路側無線装置の通信エリアに進入したと判断する狭域通信用車載器であって、
   前記振幅変調復調部は、前記オートゲインコントロールの出力である制御信号から振幅変調成分を復調し、
   前記オートゲインコントロールの制御信号を前記無線受信部が受信した電波の強度を示す信号として用い、前記振幅変調復調部が復調した前記振幅変調成分を前記通信制御部に入力して通信エリア進入の判断を行うことを特徴とする狭域通信用車載器。
2. 割当てられた複数の無線周波数のうちの１組の無線周波数を用いる路側無線装置と双方向の無線通信を行うためのアンテナ部と、無線受信部と、無線送信部と、前記路側無線装置との通信手順処理を行う通信制御部とを有し、前記無線受信部は、振幅変調復調部と、位相変調復調部とを具備し、前記位相変調復調部は、検波信号の大きさを復調に適した大きさに調整するオートゲインコントロールを行い、前記通信制御部は、前記無線受信部が受信した電波の強度が、ある一定値を超えた時に前記路側無線装置の通信エリアに進入したと判断する狭域通信用車載器であって、
   前記振幅変調復調部は、前記オートゲインコントロールの出力である制御信号と前記オートゲインコントロール後の受信電波の振幅レベルモニタ信号から振幅変調成分を復調し、
   前記オートゲインコントロールの制御信号と前記オートゲインコントロール後の受信電波の振幅レベルモニタ信号を前記無線受信部が受信した電波の強度を示す信号として用い、前記振幅変調復調部が復調した前記振幅変調成分と振幅レベルモニタ信号を前記通信制御部に入力して通信エリア進入の判断を行うことを特徴とする狭域通信用車載器。

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