JP5279849B2 - Etcs端末機の通信領域制限装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ETCS端末機の通信領域制限装置に係り、より詳しくはETCS端末機の受信性能を精密に調整することでETCS端末機の通信領域内で通信成功率を高めるためのETCS端末機に関する。
電子料金徴収システム(Electric Toll Collection System、以下ETCSという)は、別名ハイパスシステムともいう。これは5.8GHZの無線通信システムを利用した無停車料金徴収システムであり、交通渋滞減少、環境汚染改善、交通システムの電算化などの効果を得ることができる知能型交通体系(Intelligent Transport System、以下ITSという)を実現する基本構成システムである。
前記ETCS通信システムは、5.8GHZ帯域の振幅偏移変調(Amplitude Shift Keying、以下ASKという)方式を使用するもので、受動型方式と能動型方式の2種がある。特に、能動型方式は、ETCSだけでなくITSの実現が容易であるという利点がある。
図1は、電子料金徴収システム(ETCS)の一般的な構成を示すものである。
図1を参照すれば、電子料金徴収システム(Electric Toll Collection System、ETCS)は、車載装置(On Board Unit、以下OBUという)110、第1車両感知器120、第2車両感知器125、第1路側装置(Road Side Equipment、以下RSU1という)130、及び第2路側装置(Road Side Equipment、以下RSU2という)135からなる。
前記OBU 110は、車両に搭載された端末機であり、路側に設置された端末機である前記RSU 130,135と互いにRF(Radio Frequency)送信または受信を行う。前記車両感知器120,125は、単に車種を認識するための装置であり、RF(Radio Frequency)送信または受信とは関係ない。前記OBU 110は、第1車両感知器120、第2車両感知器125、第1路側装置(RSU1)130、及び第2路側装置(RSU2)135を順次通過しながら料金徴収に必要な手続を遂行する。
図1に矢印で示す区間は、前記通信領域150を示す。これは前記OBU 110と前記RSU 130,135との間で送信または受信が行える区間を意味し、道路状況を考慮して最適化したもので、路側にETCSが設置された後には変更されない項目である。
前記通信領域150は、ETCSの誤動作を最小化するために一定距離の区域となるように厳格に制限されるが、使用者の必要によって前記RSU 130,135の送信出力の調整及びアンテナ能力の調整によって所望の通信領域150を形成することができる。前記通信領域150は、第1車両感知器120の位置を越えてはならず、前記通信領域150以外の地域、つまり前記第1車両感知器120以前に前記OBU 110と前記RSU 130,135との間で送信または受信がなされると誤動作として処理される。すなわち、前記OBU 110と前記RSU 130,135との間での送信または受信が前記通信領域150内でなされる場合のみを正常動作として処理する。したがって、ETCSの前記通信領域150を守るためには前記OBU 110の性能が高くなければならなく、前記決められた通信領域150に対してOBU 110の送受信性能が落ちるほどETCSの誤動作可能性は高くなることが分かる。
図2は、従来の電子料金徴収システム(ETCS)用送信部または受信部の実施例を具現化したものを示す。
図2を参照すれば、従来のETCSは、アンテナ100、RF送受信部200、及びベースバンド送受信部300からなる。
前記RF送受信部200は、RF受信部210、RF送信部220、及びRFスイッチ230からなる。前記RF受信部210は、低雑音増幅器(Low Noise Amplifier)212、ダウンコンバージョンミキサー(Down Conversion Mixer)214、フィルター216、及びASK復調器(ASK Demodulator)218からなる。
前記低雑音増幅器212は、RF信号を増幅させる。前記ダウンコンバージョンミキサー214は、増幅されたRF信号をIF(Intermediate Frequency)信号にダウンコンバージョンさせる。前記フィルター216は、ダウンコンバージョンされた信号の雑音(noise)をフィルタリングする。前記ASK復調器218は、受信した信号をASK方式で復調し、前記ベースバンド送受信部300にデジタル信号を出力させる。
前記RF送信部220は、アップコンバージョンミキサー(Up Conversion Mixer)222、及び電力増幅器224(Power Amplifier)からなる。前記アップコンバージョンミキサー222は、前記ベースバンド送受信部300から入力された信号をRF信号にアップコンバージョンさせ、前記電力増幅器224は、RF信号を所望の出力レベルの信号に増幅させる。
図2において、電圧制御発振器(VCO;Voltage Controlled Oscillator)、及び位相ロックループ(PLL;Phase Locked Loop)の図示は省略した。
図3は車載装置(OBU)の性能による電子料金徴収システム(ETCS)の通信成功率を説明するものである。
図3及び図1を参照すれば、線350は、通信領域150内での最小通信成功率、線310は、OBU 110の送受信性能が基準を超えた場合の通信成功率、線330は、OBU 110の送受信性能が基準に至らない場合の通信成功率、線320は、OBU 110の送受信性能を基準に合わせて最適化した場合の通信成功率を示す。
前記線350は、ETCS端末機の通信成功率が最小通信成功率以下の場合を示すもので、ETCS端末機は誤動作(Fail)処理となる。前記線310は、OBU 110の送受信性能が基準を超える程度に優秀な場合、通信領域以外の区間、つまり第1車両感知器120の位置以前に送受信を行うことになる。
前記線330は、OBU 110の送受信性能が基準に至らない場合を示すものである。この場合、通信領域を外れないが通信領域内での通信成功率が急激に低下する区間340が再び発生することになる。この場合、OBU 110が高速でETCS区間を通過するとき、誤動作が発生する確率が高くなる。
前記線320は、OBU 110の送受信性能が通信領域150を外れず、通信領域150内でも前記線310の場合とは異なり通信成功率減少区間がないため、OBU 110の高速通過時にも安定した性能を維持することができることになる。
図4は、従来のOBUの送信部性能を低下させて得たOBU送信部出力信号を示すものである。
図4及び図1を参照すれば、図4の左側図は、一般的なOBU送信部出力信号を示すもので、OBU 110出力信号は、ASK方式で変造された信号であり、一定水準以上の大きさで出力されなければならない。
前記出力信号の品質は、変調指数412で表示され、これはキャリア成分410と振幅偏移成分414の差として定義される。前記キャリア成分410と前記振幅偏移成分414の差が小さいほど変調指数412が優秀であることを意味する。これはOBU 110出力信号の品質及びOBU 110送受信性能が優秀であることを意味する。
図4の右側図は、OBU 110の送信部性能を低下させて得たOBU 110送信部出力信号を示すもので、キャリア成分420は維持しながら振幅偏移成分424の大きさを減らして変調指数422を低下させることが分かる。OBU 110送信信号の前記変調指数422を低下させる方法でOBU 110送信性能を低下させれば、RSU 130,135の受信部の受信性能を低下させることができるので、結果として、OBU 110とRSU 130,135との間の通信領域150を制限させることができることが分かる。
しかしながら、前記従来の技術は、たとえ所望の通信領域を満足させることはできたとしても、次のような問題点を持っている。
すなわち、ETCS用OBU 110は、受信した場合に対しては必ず送信することになる方式で動作する。これにより、OBU 110の受信部の性能が制限されないため、通信領域150への進入の前にもOBU 110の受信部が正常受信と認識することができてしまい、OBU 110の送信部も出力する状態が存在することになる。すなわち、通信領域以前にOBU 110とRSU 130,135との間の通信成功だけなされないばかりに、無駄な動作状態を発生させ、これによりOBU 110は、通信領域150以外の領域でETCSの性能を邪魔するノイズを発生させると同時に、OBU 110の通信領域150への進入の際、受信、送信転換の効率性を落とす問題点を持つことになる。
本発明が解決しようとする技術的課題は、制限された通信領域でETCS端末機の受信感度を電気的に精巧に制御することができるETCS端末機の通信領域制限装置を提供することにある。
前記技術的課題を達成するための本発明によるETCS端末機の通信領域制限装置は、アンテナ、RF受信部、RF送信部、及びベースバンド送受信部を具備した車載装置(OBU)の電子料金徴収システム(ETCS)において、前記RF受信部の一構成要素を成すASK復調器の受信端に、前記OBUの受信性能を制限して一定範囲の通信領域でだけ送信または受信を行うように動作するように、デジタル制御ブロック及びRSSI制御ブロックを構成要素とするOBUの受信性能制限装置をさらに含むことを特徴とする、ETCS端末機の通信領域制限装置を提供する。
本発明は、ETCSの通信領域を守り、受信基準感度以上でだけ端末機の送信部を動作させることで、通信領域以外の領域でETCSの性能を邪魔するノイズを発生させるとともにOBUの通信領域への進入の際、受信、送信転換の効率性を落とす欠点を解決することができる技術的利点がある。
電子料金徴収システム(ETCS)の一般的な構成を示すものである。 従来の電子料金徴収システム(ETCS)用送信部または受信部の実施例を具現化したものを示すものである。 車載装置(OBU)の性能による電子料金徴収システム(ETCS)の通信成功率を説明するものである。 従来のOBUの送信部性能を低下させて得たOBU送信部出力信号を示すものである。 本発明によるETCS端末機の通信領域制限装置の構成を示すものである。 本発明のOBUの受信性能操縦方法を説明するためにRSSIをグラフで示すものである。 本発明のOBUの受信性能操縦によるRSSI及び復調されたASK出力信号をグラフで示すものである。
以下、本発明の具体的な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図5は、本発明によるETCS端末機の通信領域制限装置の構成を示すものである。
図5及び図2を参照すれば、本発明の通信領域制限装置は、アンテナ100、RF送受信部200、ベースバンド送受信部300、及びOBU端末機メモリ400を具備した車載装置(OBU)の電子料金徴収システム(ETCS)を構成する。前記RF送受信部200は、従来のRF受信部210、RF送信部220、RFスイッチ230の構成のほかに、車載装置(OBU)の受信性能制限装置240を含む。
前記受信性能制限装置240は、本発明の特徴となる部分である構成回路であり、OBUの受信性能を制限する役目を果たし、デジタル制御ブロック242とRSSI制御ブロック244とからなる。前記RSSI制御ブロック244は、受信信号の大きさに比例するRSSI(Received Signal Strength Indicator)出力信号を発生させる回路であり、デジタル制御ブロック242によって調整される。
前記RSSI制御ブロック244は、前記デジタル制御ブロック242によって調整され、前記調整されたRSSIスレショルド値または基準受信感度の最適信号値によってASK復調器218の出力信号を調整することができる。前記出力信号は、ベースバンド送受信部300に伝送される。この場合、RSSIスレショルド値または基準受信感度の最適化したデジタル制御値(Digital Control Value)は、OBU端末機メモリ400に保存される。
前記アンテナ100、RF送受信部200、及びベースバンド送受信部300のそれぞれについては、既に図2で説明したので、その詳細な説明は省略する。
図6は、本発明のOBUの受信性能コントロール方法を説明するためにRSSIをグラフで示すものである。
図6及び図5を参照すれば、線610は、OBUの基準受信感度、線611は、RSSI、線620は、RSSIスレショルド値(Threshold Value、RSSIth)、線613は、RSSI勾配(Slope)をそれぞれ意味する。前記基準受信感度610は、個別的なOBUの間に適用されるとき、受信感度偏差が非常に少なくなければならない。前記RSSIスレショルド値620は、OBUの受信信号の大きさがRSSIスレショルド値620より大きいか小さいかを決める基準値の役目を果たし、前記RSSI制御ブロック244によって調整される。
図7は、本発明のOBUの受信性能のコントロールによるRSSI及び復調されたASK出力信号をグラフで示すものである。
図7及び図5を参照すれば、線610は、OBUの基準受信感度(Pref)、線730は、RSSI、線740は、復調されたASK出力信号を示す。
前記RSSI 730は、前記RSSI制御ブロック244から生成され、受信信号が前記基準受信感度610に対応するRSSIスレショルド値(RSSIth1)より大きい場合、Logic Level Highとなり、受信信号の大きさが前記RSSIスレショルド値(RSSIth1)より小さい場合、Logic Level Lowとなる。
前記出力信号740は、OBUの受信信号大きさが前記基準受信感度610に対応するRSSIスレショルド値(RSSIth2)より大きい場合にだけ出力され、受信信号の大きさが前記RSSIスレショルド値(RSSIth2)より小さい場合には出力信号が生成されない。
前記本発明の通信領域制限装置は、OBUに適用したが、必要によってはRSUにも適用して実施することができるのはいうまでもない。前記通信領域制限装置をRSUに適用して実現する場合、図5〜図7で既に説明したOBUに適用された方式、つまりRSSI勾配611またはRSSIスレショルド値(RSSIth)調整によってRSUの通信領域を制限する方法を実現することができるので、その詳細な説明は省略する。
以上前記説明した事項に基づいて次のような結論を要約して整理することができる。
一つ目に、使用者は、デジタル制御ブロック242によって調整されるRSSI制御ブロック244によってRSSI勾配611及びRSSIスレショルド値(RSSIth2)を調整することで、OBUの受信感度を所望水準のレベルに精密に調節することができ、その結果、OBUとRSUとの間の送受信が通信領域150内でだけなされることを実現することができる。
二つ目に、RSSI制御ブロック244は、RSSI 630機能によって基準受信感度610以下の入力信号に対してOBUの受信部で復調された出力信号を生成せず、基準受信感度610以上の場合、OBUの送信出力を生成するように調整することができる。
三つ目に、本発明の通信領域制限装置は、デジタル制御(Digital Control)方式で調整されるため、OBU製造の際、自動較正(Auto−Calibration)機能を実現することができ、OBU製造の際、実験によって得たRSSIスレショルド値または基準受信感度に対して最適化したデジタル制御値(Digital Control Value)をOBU端末機メモリ400に保存して容易に動作させることが可能である。
四つ目に、前記通信領域制限装置をOBUだけでなく、RSUに適用して具現化することができる。この場合、前述したOBUに適用された同一方式を応用して実施することができる。
以上、本発明の技術思想を添付図面に基づいて説明したが、これは本発明の好適な実施例を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば誰でも本発明の技術的思想の範疇を逸脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であるのは明らかである。
電子料金徴収システム(Electric Toll Collection System、以下ETCSという)は、別名ハイパスシステムともいう。これは5.8GHZの無線通信システムを利用した無停車料金徴収システムであり、本発明はこのようなシステム適用に関するものであって、交通渋滞減少、環境汚染改善、交通システムの電算化などの効果を得ることができる知能型交通体系(Intelligent Transport System、以下ITSという)を構築することができるものである。
100 アンテナ
110 車載装置(OBU)
120 第1車両感知器
125 第2車両感知器
130 第1路側装置(RSU1)
135 第2路側装置(RSU2)
200 RF送受信部
210 RF受信部
212 低雑音増幅器
214 ダウンコンバージョンミキサー
216 フィルター
218 ASK復調器
220 RF送信部
222 アップコンバージョンミキサー
224 電力増幅器
230 RFスイッチ
240 受信性能制限装置
242 デジタル制御ブロック
244 RSSI制御ブロック
300 ベースバンド送受信部
400 車載装置端末機メモリ

Claims (10)

  1. アンテナ、RF受信部、RF送信部、及びベースバンド送受信部を具備した車載装置(OBU)のETCS端末機の通信領域制限装置において、
    前記RF受信部の一構成要素を成すASK復調器の受信端に、前記OBUの受信性能を制限して一定範囲の通信領域でだけ送信または受信を行うように動作するように、デジタル制御ブロック及びRSSI制御ブロックを構成要素とするOBUの受信性能制限装置を含むことを特徴とする、ETCS端末機の通信領域制限装置。
  2. 前記RSSI制御ブロックは、
    RSSIスレショルド値またはRSSI勾配を調整することで、前記ASK復調器から生成される振幅偏移変調(ASK)出力信号を制御することを特徴とする、請求項1に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
  3. 前記振幅偏移変調(ASK)出力信号は、
    前記OBUの受信信号入力強度(Input power)が前記RSSIスレショルド値に対応する基準受信感度(Pref)より大きい場合にだけ出力されることを特徴とする、請求項2に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
  4. 前記RF送信部は、
    前記OBUの送信信号入力強度(Input power)がRSSIスレショルド値に対応する基準受信感度(Pref)以上の場合にだけ送信信号を伝送することを特徴とする、請求項1に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
  5. 前記ベースバンド送受信部の一端に、RSSIスレショルド値または基準受信感度(Pref)のデジタル制御値(Digital Control Value)を保存するOBU端末機メモリをさらに含むことを特徴とする、請求項に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
  6. 複数の路側装置(RSU)のそれぞれに具備されたアンテナ、RF受信部、RF送信部、及びベースバンド送受信部を備えたETCS端末機の通信領域制限装置において、
    前記RF受信部の一構成要素を成すASK復調器の受信端に、前記路側装置(RSU)の受信性能を制限して一定範囲の通信領域でだけ送信または受信を行うように動作するように、デジタル制御ブロック及びRSSI制御ブロックを構成要素とするRSUの受信性能制限装置をさらに含むことを特徴とする、ETCS端末機の通信領域制限装置。
  7. 前記RSSI制御ブロックは、
    RSSIスレショルド値またはRSSI勾配を調整することで、前記ASK復調器から生成される振幅偏移変調(ASK)出力信号を制御することを特徴とする、請求項6に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
  8. 前記振幅偏移変調(ASK)出力信号は、
    前記RSUの受信信号入力強度(Input power)が前記RSSIスレショルド値に対応する基準受信感度(Pref)より大きい場合にだけ出力されることを特徴とする、請求項7に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
  9. 前記RF送信部は、
    前記OBUの送信信号入力強度(Input power)がRSSIスレショルド値に対応する基準受信感度(Pref)以上の場合にだけ送信信号を伝送することを特徴とする、請求項6に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
  10. 前記ベースバンド送受信部の一端に、RSSIスレショルド値または基準受信感度(Pref)のデジタル制御値(Digital Control Value)を保存するRSU端末機メモリをさらに含むことを特徴とする、請求項に記載のETCS端末機の通信領域制限装置。
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