JPWO2018158876A1 - 到来角度特定装置、料金収受システム及び到来角度特定方法 - Google Patents

Abstract

複数のサブキャリアを有する受信信号を複数のアンテナ素子で受信して、当該受信信号の到来角度を特定する到来角度特定装置であって、前記複数のアンテナ素子の各々で受信した前記受信信号から、予め規定された特定のサブキャリア（パイロットキャリア）を抽出する信号処理部と、前記信号処理部の各々から抽出された前記特定のサブキャリアの位相差に基づいて前記到来角度を特定する角度特定部と、を備える。前記信号処理部は、前記アンテナ素子で受信した前記受信信号の周波数の、規定値からのずれを調整する周波数調整部と、周波数が調整された前記受信信号に対する帯域通過フィルタ処理により、前記特定のサブキャリアを抽出するフィルタ部と、を有する。

Description

本発明は、到来角度特定装置、料金収受システム及び到来角度特定方法に関する。

電子式料金収受システム（ＥＴＣ：Electronic Toll Collection System（登録商標）、「自動料金収受システム」ともいう）は、高度交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）におけるアプリケーションとして既に活用されている。この電子式料金収受システムによれば、料金所に設置された路側アンテナ（狭域通信アンテナ）と、車両に搭載した車載器との間の狭域無線通信（ＤＳＲＣ：Dedicated Short Range Communications）を通じて有料道路の料金を収受できる。

現在の電子式料金収受システムでは、ＤＳＲＣ方式で路側アンテナ−車載器間の無線通信が行われているが、次世代の電子式料金収受システムでは、ＷＡＶＥ（IEEE802.11p）と呼ばれる無線通信の方式が採用されることが予定されている。ＤＳＲＣ方式は、単一の搬送波による通信であるが、ＷＡＶＥ方式は、複数の副搬送波（サブキャリア）を多重化したＯＦＤＭ（orthogonal frequency-division multiplexing）方式である。

ところで、路側アンテナと車載器との間で無線通信を行う場合、路側アンテナが、正規の狭域無線通信を行うために規定された狭域通信領域の外に位置する車両と想定外の通信（誤通信）がなされ得る、という問題がある。例えば、料金所の天井などの構造物における電波の反射により、路側アンテナは、狭域通信領域内に存在する車両（正規に無線通信を行うべき車両）の後方を走行する別の車両の車載器と誤通信し得る。

このような課題に対して、ＡＯＡ（Angle of arrival）アンテナの利用が検討されている。ＡＯＡアンテナを用いることで、車載器から発信された電波の到来角度を特定することができる。電子式料金収受システムは、電波の到来角度が正規の範囲内にある場合にのみ、無線通信による料金収受処理を実行する。

特許文献１には、ＯＦＤＭ方式に基づいて周波数分割多重化された通信信号（電波）の到来角度を算出する技術が記載されている。

特開２０１６−１９４４５４号公報

ＯＦＤＭ方式の通信信号の到来角度を特定する到来角度特定装置に対しては、省コスト化、処理高速化の観点から、信号処理の簡素化が求められている。

上記課題に鑑みて、本発明は、簡素な信号処理により、周波数分割多重化された電波の到来角度を特定可能な到来角度特定装置、料金収受システム及び到来角度特定方法を提供する。

本発明の第１の態様によれば、到来角度特定装置（１）は、複数のサブキャリアを有する受信信号を複数のアンテナ素子（１０）で受信して、当該受信信号の到来角度を特定する到来角度特定装置であって、前記複数のアンテナ素子の各々で受信した前記受信信号から、予め規定された特定のサブキャリアを抽出する信号処理部（１５）と、前記信号処理部の各々から抽出された前記特定のサブキャリアの位相差に基づいて前記到来角度を特定する角度特定部（１９）と、を備える。前記信号処理部は、前記アンテナ素子で受信した前記受信信号の周波数の、規定値からのずれを調整する周波数調整部（１５６ａ、１５６ｂ）と、周波数が調整された前記受信信号に対する帯域通過フィルタ処理により、前記特定のサブキャリアを抽出するフィルタ部（１５７ａ、１５７ｂ）と、を有する。
このようにすることで、複数のサブキャリアを有してなる受信信号から直接的に（高速フーリエ変換を施すことなく）所望するサブキャリアのみを抽出することができる。そして、当該抽出したサブキャリアの位相差に基づいて電波の到来角度を特定することができる。
以上より、簡素な信号処理により、周波数分割多重化された電波の到来角度を特定できる。

また、本発明の第２の態様によれば、前記信号処理部は、前記アンテナ素子で受信した前記受信信号の振幅を所定の大きさに調整する振幅調整部（１５２）を更に有する。
このようにすることで、信号強度（振幅）が常に一定となるように自動調整されるので、アンプを通じた信号の歪みなどが低減され、サブキャリアを抽出する処理の安定化を図ることができる。

また、本発明の第３の態様によれば、前記特定のサブキャリアは、データ伝送のための位相変調がなされないパイロットキャリア（ＳＣｐ）である。
このようにすることで、複数のアンテナ素子の各々で受信した受信信号（パイロットキャリア）どうしの位相の対比を簡便に行うことができる。

また、本発明の第４の態様によれば、前記信号処理部は、周波数が互いに異なる複数のパイロットキャリアを抽出する。
このようにすることで、マルチパスフェージングの影響を受けにくくなり、到来角度を特定する機能の信頼性を向上させることができる。

また、本発明の第５の態様によれば、料金収受システムは、第１から第４の何れかの態様に記載の到来角度特定装置を備える。

また、本発明の第６の態様によれば、到来角度特定方法は、複数のサブキャリアを有する受信信号を複数のアンテナ素子で受信して、当該受信信号の到来角度を特定する到来角度特定方法であって、前記複数のアンテナ素子の各々で受信した前記受信信号から、予め規定された特定のサブキャリアを抽出する信号処理ステップと、前記信号処理ステップの各々で抽出された前記特定のサブキャリアの位相差に基づいて前記到来角度を特定する角度特定ステップと、を有する。前記信号処理ステップは、前記アンテナ素子で受信した前記受信信号の周波数の、規定値からのずれを調整する周波数調整ステップと、周波数が調整された前記受信信号に対する帯域通過フィルタ処理により、前記特定のサブキャリアを抽出するフィルタリングステップと、を含む。

上述の到来角度特定装置、料金収受システム及び到来角度特定方法によれば、簡素な信号処理により、周波数分割多重化された電波の到来角度を特定できる。

第１の実施形態に係る料金収受システムの全体構成を示す図である。 第１の実施形態に係る到来角度特定装置の機能構成を示す図である。 第１の実施形態に係る信号処理部の機能構成を示す図である。 第１の実施形態に係る信号処理部の処理フローを示す図である。 第１の実施形態に係る信号処理部の処理を説明するための第１の図である。 第１の実施形態に係る信号処理部の処理を説明するための第２の図である。 第１の実施形態に係る信号処理部の処理を説明するための第３の図である。 第２の実施形態に係る信号処理部の処理を説明するための図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図１〜図７を参照しながら、第１の実施形態に係る料金収受システム及び到来角度特定装置について詳細に説明する。

（料金収受システムの全体構成）
図１は、第１の実施形態に係る料金収受システムの全体構成を示す図である。
第１の実施形態に係る料金収受システム５は、例えば、高速道路の入口料金所、出口料金所（以下、料金所等と記載する。）に設置される電子式料金収受システムである。料金収受システム５は、料金所等を通過する車両と無線通信を行い、自動的に料金収受処理を行う。

図１に示すように、料金収受システム５は、料金所等の車線Ｌの路側に設けられている。料金収受システム５は、到来角度特定装置１と、料金収受用アンテナ２（路側アンテナ）と、を有してなる。
到来角度特定装置１は、料金収受処理のための無線通信時において、車両Ａに搭載された車載器Ａ１が発信した電波の到来角度を特定するための装置である。
料金収受用アンテナ２は、車両Ａに搭載された車載器Ａ１との間で無線通信を行い、料金収受処理を行うための路側アンテナである。

本実施形態に係る料金収受用アンテナ２と車載器Ａ１との間で行われる無線通信では、ＷＡＶＥ（IEEE802.11p）方式と呼ばれる無線通信の方式が採用される。ＷＡＶＥ方式は、周波数分割多重化されてなる複数の副搬送波（サブキャリア）を利用して無線通信を行うＯＦＤＭ（orthogonal frequency-division multiplexing）方式である。
ＷＡＶＥ方式では、例えば、ある１つのチャネルについて、中心周波数５９００ＭＨｚ、チャネル幅１０ＭＨｚの周波数帯域が割り当てられる。そして、当該割り当てられた周波数帯域が、更に、サブキャリア幅０．１５６２５ＭＨｚずつ、６４本のサブキャリアに分割される。本実施形態においては、この６４本のうちの１２本はＮｕｌｌキャリア（中身無し）とされ、残りの５２本のサブキャリアが利用される。
５２本のサブキャリアのうち４８本はデータキャリアと呼ばれ、データを伝送するために用いられる。すなわち、４８本のデータキャリアは、伝送すべきデータに基づいて位相変調されて大気中を伝搬する。
また、５２本のサブキャリアのうち４本はパイロットキャリアと呼ばれ、受信側（料金収受用アンテナ２）における復調処理（同期）を担保するために用いられる。パイロットキャリアは、データの伝送には用いられないため、位相変調されることはない。
なお、ＷＡＶＥ方式においては、５２本のサブキャリアのうちいずれのサブキャリアをパイロットキャリア（或いはデータキャリア）として利用するかが予め規定されている。例えば、４本のパイロットキャリアは、それぞれ、中心周波数（５９００ＭＨｚ）から周波数の低い側に数えて７番目と２１番目のサブキャリア、及び、周波数の高い側に数えて７番目と２１番目のサブキャリア、などと予め規定されている。

図１において、車両Ａが車線Ｌのうちの所定の通信可能領域に進入すると、料金収受用アンテナ２と車両Ａの車載器Ａ１との間で無線通信が開始される。その際、到来角度特定装置１は、車載器Ａ１から発信される電波であるＯＦＤＭ方式の通信信号（複数のサブキャリアを有する受信信号）を受信する。そして、到来角度特定装置１は、受信した当該通信信号の到来角度を特定する。料金収受システム５は、到来角度特定装置１によって特定された電波の到来角度が正しい範囲内にあると判断した場合（予め定められた通信領域内に車両が存在すると判断した場合）に、車載器Ａ１に対し、料金収受用アンテナ２を通じた料金収受処理を実行する。

（到来角度特定装置の機能構成）
図２は、第１の実施形態に係る到来角度特定装置の機能構成を示す図である。
図２を参照しながら、到来角度特定装置１の機能構成について説明する。
図２に示すように、複数のアンテナ素子１０と、アンテナ素子１０の各々に関連して設けられた複数の高周波アンプ１１、ミキサ１２、可変アンプ１３、Ａ／Ｄ変換器１４及び信号処理部１５を有している。また、到来角度特定装置１は、複数の信号処理部１５の各々と接続された角度特定部１９を有している。

複数のアンテナ素子１０は、設置された各々の場所で車載器Ａ１から発信された電波（ＯＦＤＭ方式の通信信号）を受信する。

高周波アンプ１１は、アンテナ素子１０で受信した受信信号（ＯＦＤＭ方式の通信信号）を増幅する。

ミキサ１２は、高周波アンプ１１を通じて増幅された受信信号に対し、図示しない局部発信器からの出力信号と混合して、受信信号を中間周波数に変換する。

可変アンプ１３は、ミキサ１２によって中間周波数に変換された受信信号を所定の振幅に調整して出力する。可変アンプ１３を用いた振幅の調整については後述する。

Ａ／Ｄ変換器１４は、可変アンプ１３によって所定の振幅に調整された受信信号（アナログ信号）をサンプリングしてデジタル信号に変換する。

信号処理部１５は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等によって実現されたデジタル信号処理回路である。信号処理部１５は、複数のアンテナ素子１０の各々で受信した受信信号（Ａ／Ｄ変換器１４を通じて入力されたデジタル信号）から、予め規定された特定のサブキャリアを抽出する。本実施形態においては、信号処理部１５は、「特定のサブキャリア」として、パイロットキャリアを抽出する。
更に、信号処理部１５は、抽出したパイロットキャリアの位相を示す信号（パイロットキャリア位相信号）を角度特定部１９に出力する。

角度特定部１９は、複数の信号処理部１５から出力されたパイロットキャリア位相信号に基づいて、各アンテナ素子１０で受信した受信信号の位相差を特定する。そして、角度特定部１９は、特定した位相差に基づいて、受信信号（車載器Ａ１から発信された電波）の到来角度を特定する。受信信号の位相差から当該受信信号の到来角度を特定する処理は、一般に良く知られている技術であるため、詳細な説明を省略する。

（信号処理部の機能構成）
図３は、第１の実施形態に係る信号処理部の機能構成を示す図である。
次に、図３を参照しながら、信号処理部１５の機能についてより詳細に説明する。

図３に示すように、信号処理部１５は、ＲＳＳＩ検出部１５０と、高調波削除フィルタ１５１と、自動振幅制御部（ＡＧＣ：Automatic gain control）１５２と、ミキサ１５３ａ、１５３ｂと、局部発信器１５４と、ローパスフィルタ１５５ａ、１５５ｂと、自動周波数制御部（ＡＦＣ：Automatic frequency control）１５６ａ、１５６ｂと、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂと、位相信号出力部１５８と、を有してなる。

ＲＳＳＩ検出部１５０は、受信信号の強度、即ち、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）が所定値以上か否かを判定する。本実施形態においては、ＲＳＳＩ検出部１５０は、ミキサ１２によって中間周波数に変換された受信信号の強度を検出する（図２参照）。

高調波削除フィルタ１５１は、いわゆるローパスフィルタであって、受信信号の高調波ノイズを除去する。

自動振幅制御部１５２は、高調波ノイズ除去後の受信信号を受け付けて、当該受信信号の信号強度（振幅）を取得する。そして、自動振幅制御部１５２は、取得した信号強度に応じた可変アンプ制御信号を可変アンプ１３（図２）に向けて出力する。自動振幅制御部１５２は、受信信号の信号強度が所定の信号強度目標値で一定となるように、可変アンプ１３をフィードバック制御する。

ミキサ１５３ａ、１５３ｂ、局部発信器１５４、及び、ローパスフィルタ１５５ａ、１５５ｂは、受信信号からＩ成分とＱ成分とを抽出する処理を行う。具体的には、ミキサ１５３ａ、１５３ｂは、高調波削除フィルタ１５１を介して入力された受信信号に対し、局部発信器１５４からの再生信号を乗算する。ここで、ミキサ１５３ａでは、受信信号と同相の再生信号が乗算されることで、当該受信信号のＩ成分が抽出される。また、ミキサ１５３ｂでは、受信信号と位相が９０°異なる再生信号が乗算されることで、当該受信信号のＱ成分が抽出される。

自動周波数制御部１５６ａ、１５６ｂは、受信信号（Ｉ成分、Ｑ成分）の周波数を自動的に調整する。
ここで、あるチャネルの中心周波数は、例えば、５９００ＭＨｚと規定されることを説明したが、規格上、実際には、２０ｐｐｍ程度の誤差が許容されている。そうすると、車載器Ａ１が発信した電波（チャネル）の中心周波数は、最大で±１１８ｋＨｚ程度（５９００ＭＨｚの２０ｐｐｍ）の誤差を有していることが想定される。そこで、自動周波数制御部１５６ａ、１５６ｂは、受信信号の実際の中心周波数を計測するとともに、当該計測した中心周波数と規定中心周波数（５９００ＭＨｚ）との周波数誤差を検出する。そして、自動周波数制御部１５６ａ、１５６ｂは、検出した周波数誤差がゼロとなるように、受信信号全体の周波数を加減算して調整する。これにより、５２本全てのサブキャリアを含む受信信号全体について、最大で２０ｐｐｍ程度生じていた周波数誤差が低減される。

パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂは、受信信号のうち、パイロットキャリアとして予め規定されているサブキャリアの周波数成分のみを通過させるデジタルバンドパスフィルタである。パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂは、位相遅延を生じさせないＦＩＲ（finite impulse response）フィルタなどであることが好ましい。
上述したように、パイロットキャリアは、例えば、チャネルの中心周波数（５９００ＭＨｚ）から周波数の低い側に数えて７番目（２１番目）のサブキャリア等として予め規定される。パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂは、上記のように規定された一のパイロットキャリアのみが通過し、それ以外のサブキャリアが除去されるフィルタ特性となるように調整されている。

位相信号出力部１５８は、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂを通じて抽出された一のパイロットキャリアのＩ信号とＱ信号とを入力して、当該パイロットキャリアの位相を示す信号（パイロットキャリア位相信号）を出力する。

（信号処理部の処理フロー）
図４は、第１の実施形態に係る信号処理部の処理フローを示す図である。
図５〜図７は、それぞれ、第１の実施形態に係る信号処理部の処理を説明するための第１〜第３の図である。
次に、図４に示す処理フロー及び図５〜図７を参照しながら、信号処理部１５の処理の流れについて具体的に説明する。

まず、信号処理部１５のＲＳＳＩ検出部１５０は、ＲＳＳＩ検出結果にもとづいて、車載器Ａ１から発信された電波（受信信号）の受信を検出する（ステップＳ０１）。
車載器Ａ１からの電波の受信を検出すると、信号処理部１５の自動振幅制御部１５２は、受信信号の振幅が予め規定された規定値となるように、可変アンプ１３の制御（フィードバック制御）を行う（ステップＳ０２）。

ここで、車載器Ａ１から受信した受信信号について、図５を参照しながら説明する。図５に示すグラフは、横軸が「周波数」を示しており、縦軸が「信号強度」（振幅）を示している。
図５に示すように、受信信号は、周波数分割多重化された信号であって、一つのチャネルに５２本のサブキャリアＳＣが含まれている。５２本のうち予め規定された特定の４本のサブキャリアＳＣは、パイロットキャリアＳＣｐである。パイロットキャリアＳＣｐは、データ伝送用として用いられないため、データによる位相変調がなされない。また、５２本のうちパイロットキャリアＳＣｐ以外のサブキャリアＳＣは、データキャリアＳＣｄである。データキャリアＳＣｄは、データ伝送用として用いられるため、データによる位相変調がなされる。

なお、図５に示す例において、受信信号（チャネル）の中心周波数は５９００ＭＨｚとされているが、上述したように、実際には２０ｐｐｍ程度の誤差が許容されている。したがって、５２本の各サブキャリアＳＣの周波数は、最大で±１１８ｋＨｚ程度の誤差を有している。

次に、信号処理部１５の自動周波数制御部１５６ａ、１５６ｂは、受信信号のＩ成分、Ｑ成分の各々に対し周波数調整処理を行う（ステップＳ０３）。この周波数調整処理により、各サブキャリアに最大で２０ｐｐｍ（±１１８ｋＨｚ）程度生じていた周波数誤差が低減される。

次に、信号処理部１５のパイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂは、周波数調整がなされた受信信号の入力を受け付けて、パイロットキャリアの周波数成分のみを抽出する（ステップＳ０４）。
ここで、図６は、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂのフィルタ特性を示している。図６に示すように、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂは、中心周波数５９００ＭＨｚから＋１ＭＨｚ離れたパイロットキャリア（通過帯域幅＝０．１５６２５ＭＨｚ）のみを通過させるようなフィルタ特性となっている。
また、図７は、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂによるフィルタリング処理（ステップＳ０４）後の受信信号の状態を示している。図７に示すように、特定のパイロットキャリアの周波数成分のみがパイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂを通過し、他のサブキャリアの周波数成分は除去されている。

次に、信号処理部１５の位相信号出力部１５８は、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂによって抽出されたパイロットキャリアのＩ成分及びＱ成分に基づいて当該パイロットキャリアの位相を特定する（ステップＳ０５）。信号処理部１５は、以上の処理フローによって特定したパイロットキャリアの位相を示す信号（パイロットキャリア位相信号）を出力する。

図２に示す角度特定部１９は、信号処理部１５の各々から受け付けたパイロットキャリア位相信号に基づいて、アンテナ素子１０（図２）の各々が受信したパイロットキャリアどうしの位相差を演算する。角度特定部１９は、演算したパイロットキャリアの位相差に基づいて受信信号の到来角度を演算する。

（作用、効果）
以上の通り、第１の実施形態に係る到来角度特定装置１は、複数のサブキャリアＳＣを有する受信信号（ＯＦＤＭ方式の通信信号）を複数のアンテナ素子１０で受信して、当該受信信号の到来角度を特定する。
到来角度特定装置１は、複数のアンテナ素子１０の各々で受信した受信信号から、予め規定された特定のサブキャリアＳＣを抽出する信号処理部１５と、信号処理部１５の各々から抽出された特定のサブキャリア（パイロットキャリアＳＣｐ）の位相差に基づいて到来角度を特定する角度特定部１９と、を備えている。
更に信号処理部１５は、アンテナ素子１０で受信した受信信号の周波数の、規定値からのずれを調整する自動周波数制御部１５６ａ、１５６ｂ（周波数調整部）と、周波数が調整された受信信号に対する帯域通過フィルタ（バンドパスフィルタ）処理により、特定のサブキャリア（パイロットキャリアＳＣｐ）を抽出するパイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂ（フィルタ部）と、を有している。

ここで、従来技術においては、ＯＦＤＭ方式の電波の到来角度を求めるために、受信信号に対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行うことが一般的であった。即ち、周波数多重化された受信信号から特定の一のサブキャリアを抽出するために、受信信号に対し高速フーリエ変換処理を施す必要があった。
しかし、本実施形態に係る到来角度特定装置１は、上記のような構成を有することで、複数のサブキャリアを有してなる受信信号から直接的に（高速フーリエ変換を施すことなく）所望するサブキャリア（パイロットキャリア）のみを抽出することができる。そして、当該抽出したサブキャリア（パイロットキャリア）の位相差に基づいて電波の到来角度を特定することができる。
以上より、第１の実施形態に係る到来角度特定装置１によれば、簡素な信号処理により、周波数分割多重化された電波の到来角度を特定できる。

なお、ＷＡＶＥ方式では、上述したように、最大で規格上２０ｐｐｍの周波数誤差（±１１８ｋＨｚ）が認められている。この２０ｐｐｍ（±１１８ｋＨｚ）との誤差は、中心周波数（５９００ＭＨｚ）のスケールから考慮すると十分に小さく感じられるものの、単一のサブキャリア（周波数帯域幅＝１５６．２５ｋＨｚ）に着目した場合には、極めて大きいものとなる。つまり、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂの通過帯域を、所望する一のサブキャリア（パイロットキャリア）に相当する周波数帯域に合わせ込んだとしても、通過帯域幅１５６．２５ｋＨｚに対して、±１１８ｋＨｚの周波数誤差が生じ得る状況においては、当該フィルタを介して所望するサブキャリアのみを正しく抽出することが困難である。
そこで、第１の実施形態に係る到来角度特定装置１は、受信信号をパイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂに通過させる前に、自動周波数制御部１５６ａ、１５６ｂによって周波数誤差を低減することを特徴としている。
このようにすることで、受信信号における２０ｐｐｍの周波数誤差も低減されるので、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂを通じて所望するサブキャリア（パイロットキャリア）を精度良く抽出することができる。

また、信号処理部１５は、アンテナ素子１０で受信した受信信号の振幅を所定の大きさに調整する自動振幅制御部１５２（振幅調整部）を更に有している。
このようにすることで、信号強度（振幅）が常に一定となるように自動調整されるので、アンプによる信号の歪みなどが低減され、サブキャリアを抽出する処理の安定化を図ることができる。

また、本実施形態においては、信号処理部１５が抽出する「特定のサブキャリア」とは、データ伝送のための位相変調がなされないパイロットキャリアとしている。
上述した通り、パイロットキャリアは伝送すべきデータに基づく位相変調がなされない。したがって、複数のアンテナ素子１０（図２）の各々で受信した受信信号（パイロットキャリア）どうしの位相の対比を簡便に行うことができる。
つまり、データに基づいて位相変調がなされるデータキャリアを用いて到来角度を特定しようとする場合には、データキャリアのうち位相変調による位相のずれを含まない範囲内で位相を対比する必要がある。しかし、パイロットキャリアを用いることにすれば、位相の対比に際し、位相変調による位相のずれを考慮する必要がない。

＜第２の実施形態＞
次に、図８を参照しながら、第２の実施形態に係る料金収受システム及び到来角度特定装置について詳細に説明する。

第１の実施形態においては、到来角度特定装置１の信号処理部１５は、周波数分割多重化された受信信号から単一のパイロットキャリアＳＣｐ（図７参照）のみを抽出するものとして説明した。
第２の実施形態に係る到来角度特定装置１の信号処理部１５は、周波数分割多重化された受信信号から複数（４本）のパイロットキャリア全てを抽出する。
なお、第２の実施形態に係る到来角度特定装置１及び料金収受システム５の全体構成、機能構成については第１の実施形態（図１〜図３）と同様である。

（信号処理部の処理）
図８は、第２の実施形態に係る信号処理部の処理を説明するための図である。
図８に示すように、第２の実施形態に係る信号処理部１５は、４本のパイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４の全てを抽出する。
具体的には、本実施形態に係る信号処理部１５は、パイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４の各々を通過させるバンドパスフィルタ特性を有するパイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂを備えている。

ここで、車載器Ａ１と到来角度特定装置１との間の無線通信で起こり得るマルチパスフェージングについて説明する。マルチパスフェージングとは、地上の障害物等の存在により、車載器Ａ１から発信される電波が異なる複数の行路を進行し、受信地点（到来角度特定装置１）で互いに干渉することで受信信号の信号強度に強弱が生じる現象である。信号強度の強弱の度合いは、電波の周波数と行路差との関係によって定まる。つまり、同じ行路を辿ったとしても電波の周波数が異なる場合は、マルチパスフェージングの影響の度合いは異なる。
４本のパイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４はそれぞれ周波数が異なるため、図８に示すように、マルチパスフェージングによる信号強度の強弱の度合いもそれぞれ異なっている。

信号処理部１５は、パイロットキャリア抽出フィルタ１５７ａ、１５７ｂを通じて抽出した４本のパイロットキャリアの各々のＩ成分及びＱ成分を参照し、各パイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４の信号強度を演算する。そして、信号処理部１５は、最も信号強度が高いパイロットキャリア（図８に示す例では、パイロットキャリアＳＣｐ２）を選択する。更に、信号処理部１５は、選択したパイロットキャリアＳＣｐ２のＩ成分及びＱ成分から位相を特定し、当該位相を示すパイロットキャリア位相信号を角度特定部１９（図２）に向けて出力する。

以上のように、第２の実施形態に係る到来角度特定装置１（信号処理部１５）は、周波数が互いに異なる複数のパイロットキャリアを抽出することを特徴とする。
このようにすることで、マルチパスフェージングが生じたとしても、その中でも影響が小さいサブキャリア（パイロットキャリア）を選択し、当該選択したサブキャリアに基づいて到来角度を特定することができる。したがって、マルチパスフェージングの影響を受けにくくなり、到来角度を特定する機能の信頼性を向上させることができる。

以上、第２の実施形態に係る到来角度特定装置１について詳細に説明したが、到来角度特定装置１の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。

例えば、第２の実施形態に係る到来角度特定装置１は、４本のパイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４のうち最も信号強度が高いパイロットキャリアを選択し、当該選択したパイロットキャリアの位相差に基づいて到来角度を特定するものとした。しかし、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。

第２の実施形態の変形例に係る到来角度特定装置１（信号処理部１５）は、４本のパイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４のうち、予め規定された信号強度閾値Ｉｔｈ（図８参照）を上回ったパイロットキャリアを選択する態様であってもよい。図８に示す例の場合、信号処理部１５は、パイロットキャリアＳＣｐ２とパイロットキャリアＳＣｐ４の２つを選択する。

この場合、更に、信号処理部１５は、パイロットキャリアＳＣｐ２の位相を示すパイロットキャリア位相信号と、パイロットキャリアＳＣｐ４の位相を示すパイロットキャリア位相信号との両方を角度特定部１９に出力する。そして、角度特定部１９は、パイロットキャリアＳＣｐ２の位相差θ２と、パイロットキャリアＳＣｐ４の位相差θ４との平均値「（θ２＋θ４）／２」に基づいて、到来角度を特定する。

また、さらに別の変形例に係る到来角度特定装置１（信号処理部１５）は、４本のパイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４の各々のＩ成分及びＱ成分に基づいて、各パイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４の全ての位相を示すパイロットキャリア位相信号を角度特定部１９に出力してもよい。この場合、角度特定部１９は、パイロットキャリアＳＣｐ１〜ＳＣｐ４の各々の位相差θ１〜θ４の平均値「（θ１＋θ２＋θ３＋θ４）／４」に基づいて、到来角度を特定してもよい。

第１の実施形態、第２の実施形態に係る到来角度特定装置１は、いずれも、複数のアンテナ素子１０で受信した「パイロットキャリア」（位相変調がなされないサブキャリア）どうしの位相差に基づいて到来角度を特定するものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
即ち、他の実施形態に係る到来角度特定装置１は、「特定のサブキャリア」として、「データキャリア」の位相差に基づいて到来角度を特定してもよい。この場合、到来角度特定装置１は、複数のアンテナ素子１０で受信した受信信号（データキャリア）のうち、位相変調により位相が切り替わった点（位相変化点）どうしを対比することで位相差を特定してもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

上述の通信制御装置、料金収受システム、通信制御方法及びプログラムによれば、簡素な構成で誤通信を抑制できる。

１ 到来角度特定装置
１０ アンテナ素子
１１ 高周波アンプ
１２ ミキサ
１３ 可変アンプ
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ 信号処理部
１５０ ＲＳＳＩ検出部
１５１ 高調波削除フィルタ
１５２ 自動振幅制御部（振幅調整部）
１５３ａ、１５３ｂ ミキサ
１５４ 局部発信器
１５５ａ、１５５ｂ ローパスフィルタ
１５６ａ、１５６ｂ 自動周波数制御部（周波数調整部）
１５７ａ、１５７ｂ パイロットキャリア抽出フィルタ（フィルタ部）
１５８ 位相信号出力部
１９ 角度特定部
２ 料金収受用アンテナ
５ 料金収受システム

上述の到来角度特定装置、料金収受システム及び到来角度特定方法によれば、簡素な信号処理により、周波数分割多重化された電波の到来角度を特定できる。

Claims (6)

1. 複数のサブキャリアを有する受信信号を複数のアンテナ素子で受信して、当該受信信号の到来角度を特定する到来角度特定装置であって、
   前記複数のアンテナ素子の各々で受信した前記受信信号から、予め規定された特定のサブキャリアを抽出する信号処理部と、
   前記信号処理部の各々から抽出された前記特定のサブキャリアの位相差に基づいて前記到来角度を特定する角度特定部と、を備え、
   前記信号処理部は、
   前記アンテナ素子で受信した前記受信信号の周波数の、規定値からのずれを調整する周波数調整部と、
   周波数が調整された前記受信信号に対する帯域通過フィルタ処理により、前記特定のサブキャリアを抽出するフィルタ部と、
   を有する到来角度特定装置。
2. 前記信号処理部は、
   前記アンテナ素子で受信した前記受信信号の振幅を所定の大きさに調整する振幅調整部を更に有する
   請求項１に記載の到来角度特定装置。
3. 前記特定のサブキャリアは、データ伝送のための位相変調がなされないパイロットキャリアである
   請求項１又は請求項２に記載の到来角度特定装置。
4. 前記信号処理部は、
   周波数が互いに異なる複数のパイロットキャリアを抽出する
   請求項３に記載の到来角度特定装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の到来角度特定装置を備える
   料金収受システム。
6. 複数のサブキャリアを有する受信信号を複数のアンテナ素子で受信して、当該受信信号の到来角度を特定する到来角度特定方法であって、
   前記複数のアンテナ素子の各々で受信した前記受信信号から、予め規定された特定のサブキャリアを抽出する信号処理ステップと、
   前記信号処理ステップの各々で抽出された前記特定のサブキャリアの位相差に基づいて前記到来角度を特定する角度特定ステップと、を有し、
   前記信号処理ステップは、
   前記アンテナ素子で受信した前記受信信号の周波数の、規定値からのずれを調整する周波数調整ステップと、
   周波数が調整された前記受信信号に対する帯域通過フィルタ処理により、前記特定のサブキャリアを抽出するフィルタリングステップと、
   を含む到来角度特定方法。

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