JPWO2019049623A1 - ゲート装置及びゲート装置における方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タップレスで通過が可能な自動改札システム、また、入退システムを誤動作なく実現する。【解決手段】本開示によれば、複数の無線通信端末の位置を測位する測位部と、前記測位部による前記無線通信端末の位置に基づいて、前記無線通信端末のゲートの通過可否を判断するための認証を行う認証部と、を備える、ゲート装置が提供される。この構成により、タップレスで通過が可能な自動改札システム、また、入退システムを誤動作なく実現することが可能となる。【選択図】図３１

Description

本開示はゲート装置及びゲート装置における方法に関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、非接触式の自動改札システムに関して記載されている。

特開２００１−１４８０３８号公報

上記特許文献に記載されているような自動改札システムでは、非接触式のカードを改札機にかざすと、入場が許可されたか否かが判定され、入場が許可されると改札のドアが開く仕組みになっている。

これに対し、カードをかざすことなく改札を通過できるようなタップレス改札のシステムが考えられる。しかし、このシステムでは、改札とユーザーが保持するデバイス（タグ）との通信距離を長くする必要があり、通信距離を長くした結果、通過しようとするゲートとは異なるゲート、例えば隣のゲートが開いてしまうことが想定される。
ここでタップレスとは、改札のリーダライタ部へのIC乗車券のタッチを行わないこと及び翳すという動作を行わないことをも含む。

そこで、タップレスで通過が可能な自動改札システムを誤動作なく実現することが求められていた。

本開示によれば、複数の無線通信端末の位置を測位する測位部と、前記測位部による前記無線通信端末の位置に基づいて、前記無線通信端末のゲートの通過可否を判断するための認証を行う認証部と、を備える、ゲート装置が提供される。

また、本開示によれば、複数の無線通信端末の位置を測位することと、測位した前記無線通信端末の位置に基づいて、前記無線通信端末のゲートの通過可否を判断するための認証を行うことと、を備える、ゲート装置における方法が提供される。

本開示によれば、タップレスで通過が可能な自動改札システムを誤動作なく実現することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

改札を上方から見た状態を示す模式図である。 ゲート設置デバイスのアンテナからの放射電波範囲Ａ１０を各ゲート毎に絞る方法を示す模式図である。 改札を上方から見た状態を示す模式図である。 ３つのアンカーを用いてタグの座標を求める原理を説明するための模式図である。 ３つのアンカーを用いてタグの座標を求める原理を説明するための模式図である。 ３つのアンカーを用いてタグの座標を求める原理を説明するための模式図である。 ３つのアンカーを用いてタグの座標を求める原理を説明するための模式図である。 ＵＷＢにおけるパルス信号を用いるメリットを説明するための模式図である。 ＵＷＢにおけるパルス信号を用いるメリットを説明するための模式図である。 ＵＷＢにおけるパルス信号を用いるメリットを説明するための模式図である。 改札を上方から見た状態を示す模式図である。 高精度測位のみを用いた場合を示す模式図である。 高精度測位のみを用いた場合を示す模式図である。 認証を終え改札を通過したタグについては、一定時間コマンドに無反応とさせる例を示す模式図である。 精度の低い測位を行うシーケンスを示す模式図である。 認証意思検出位置付近にいる特定のタグに対して、アンカーよりタグＩＤを指定して連続２４回の測距を行う様子を示す模式図である。 アンカーより各タグへタグＩＤ取得コマンドを送信し、各タグからタグＩＤを取得するシーケンスを示す模式図である。 各タグからタグＩＤを取得した後、精度の低い測位を行うシーケンスを示す模式図である。 ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを説明するための模式図である。 ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを説明するための模式図である。 ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを説明するための模式図である。 ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを説明するための模式図である。 ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを説明するための模式図である。 ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを説明するための模式図である。 ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを説明するための模式図である。 ノイズ耐性向上のための拡散符号方式を説明するための模式図である。 ノイズ耐性向上のための拡散符号方式を説明するための模式図である。 ゲート毎に制御する場合にアンカー同士のコマンドが衝突した様子を示す模式図である。 ＲＦパケットの送信タイミングを１スロット内でランダムにずらした状態を示す模式図である。 タグＩＤ取得において、ＲＦパケットが衝突しないようコマンド送信、レスポンス受信のタイミングをシーケンシャルにずらす例を示す模式図である。 自動改札システムの機能構成例を示すブロック図である。 アンカーとして、改札用のアンカーと駅構内の測位用のアンカー１６０を設けた例を示す模式図である。 コマンド送信と並行して測位計算を順次行う例を示す模式図である。 タグの状態遷移を復帰させる例を示す模式図である。 ゲートを通過してからタグの残額を差し引く例を示す模式図である。 通信機能をオン／オフする場合例を示す模式図である。 残額をサーバーで一括して管理する方式を示す模式図である。 タグＩＤ取得コマンドにアプリケーションＩＤを付加する例を示す模式図である。 改札の逆側にて位置検出が行われて２回残高が減算されないようにする方法を示す模式図である。 アンカーとタグが通信を行う場合に、直接波と反射波を示す模式図である。 アンカーから送信データを送信する場合に、タグで受信される直接波及び反射波を示す模式図である。 アンカーによる、アンカーとタグ間の測距値と測距誤差との関係を示す特性図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．背景
２．屋内高精度測位を実現する技術（ＵＷＢ）に関して
２．１．測位原理の概要
２．２．タップレス改札を実現する測位技術に関して
２．３．ＵＷＢ測位技術に関して
３．測位を含めた通信プロトコルに関して
３．１．概要
３．２．改札全体を測位制御する場合の通信プロトコル
３．２．１．高精度測位のみを用いる場合のプロトコル
３．２．２．精度の低い測位と高精度測位の組み合せ
３．２．３．タグＩＤを事前に収集する場合のプロトコル
３．２．４．認証通信に関して
３．２．５．通信性能を向上するための方法
３．２．６．改札横の窓口への対応に関して
３．３．ゲート毎に制御する場合の通信プロトコル
３．３．１．プロトコルに関して
３．３．２．ＲＦパケット衝突への耐性
３．３．３．パケット衝突が許容される場合を想定した場合のシステム
４．自動改札システムの機能構成例
５．本実施形態の更なるバリエーションについて
５．１．改札以外への適用について
５．２．コマンド送信と並行して測位計算を行う例
５．３．タグの状態遷移を復帰させる例
５．４．ゲートを通過してからタグの残額を差し引く方法
５．５．２重の課金を防止する方策
５．６．ＵＷＢの反射波に対する対策
５．７．測距誤差に対する対策
５．８．測位精度向上のための施策

１．背景
先ず、公知の技術(Ｗｉ−Ｆｉ,Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）,ＲＦＩＤ等)にてタップレス改札を実現する場合の問題点、および、それを解決する方法に関して説明する。タップレス改札を無線通信で実現するためには、現在、改札で使われているＮＦＣ（通信距離１０ｃｍ程度）による無線技術ではなく、より遠距離まで通信距離が確保できる無線技術が必要である。

ここで、現在、一般的に使用されているＷｉ−Ｆｉ,Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）,ＲＦＩＤのような通信距離１〜１０ｍが確保できる技術を適用すると仮定した場合について説明する。図１は、改札を上方から見た状態を示す模式図である。図１に示すように、改札には８つのゲート（Ｇａｔｅ＿１〜Ｇａｔｅ＿８）が設けられている。図１に示すように、改札を通過する人３００がタップレスデバイス４００を保持しており、タップレスデバイス４００が各ゲートに対応して設けられたゲート設置デバイス５００と通信を行い、認証に成功するとゲートが開くものとする。

その場合、図１に示すように、電波の飛び過ぎ等により通信距離が大きくなるため、通過しようとするゲートとは異なるゲートのゲート設置デバイス５００とタップレスデバイス４００が通信を行い、意図しないゲートが開いてしまうことが想定される。例えば、図１に示すＧａｔｅ＿５を通過しようとしても、改札を通過しようとする人３００が保有するタップレスデバイス４００とＧａｔｅ＿４に設置したゲート設置デバイス５００とが通信してしまい、Ｇａｔｅ＿４が開いてしまうことが考えられる。

よって、通信距離を特定のゲートのみに対応させるため、ゲートに設置するデバイスの電波強度を調整することが解決策として考えられる。しかし、この方法では、人が保有するタグのアンテナの指向性により、また、温度、湿度等の環境変化により、意図した通信距離が変化する。このため、上記のような電波の飛び過ぎにより他のゲートが開く事態が生じるか、もしくは通信距離が短くなることによる通信不良により目的のゲートが開かないといったような事態が生じることが予想される。

本発明者らは、以上のような問題を解決する方法として、先ず、以下の２つの方法を想定した。
１．ゲートに設置するデバイスのアンテナに指向性を持たせ、放射電波範囲を特定領域に絞る。この方法は、図２に示すように、ゲート設置デバイス５００のアンテナ５１０からの放射電波範囲Ａ１０を各ゲート毎に絞る方法である。
２.測位技術を用いてタグを保有する人がゲートを通過する意思を確認し、ゲートを通過する意思が確認できた場合に認証通信を行う。この方法は、図３に示すように、まず、測位技術を用いて人が保持するタグ２００が各ゲートに対応する所定のスペース（一点鎖線で囲んだ領域Ａ２）に入ったことを検知することで、乗客がゲートを通過する意思を確認する。その後、そのスペースに対応するゲートを開くための認証通信を行う。

以下に説明する本実施形態では、上記「２．」の方法を実現するためのシステム、通信プロトコルに関して説明する。

２．屋内高精度測位を実現する技術（ＵＷＢ）に関して
以下では、測位原理の概要と、屋内高精度測位を実現する技術（ＵＷＢ）に関して説明する。

２．１．測位原理の概要
先ず、図４に示すように、３つのアンカー（Ａｎｃｈｏｒ）１００，１０２，１０４を用いてタグ（Ｔａｇ）２００の座標（ｘ,ｙ）を求める原理を説明する。なお、各アンカー１００，１０２，１０４の座標（Ｘａ,Ｙａ）,（Ｘｂ,Ｙｂ）,（Ｘｃ,Ｙｃ）は既知とする。なお、アンカーは改札に設置されるデバイス（無線通信装置）であり、タグは改札を通過する人が保持するデバイス（無線通信端末）である。タグは、携帯電話やスマートフォンなどのモバイル機器であっても良い。

先ず、図５に示すように、アンカー１００とタグ２００に注目する。アンカー１００とタグ２００間で通信を行い、アンカー１００からタグ２００へコマンドを送り、タグ２００からアンカー１００へレスポンスを返信する。アンカー１００のコマンド送信時刻、タグ２００のコマンド受信時刻、タグ２００のレスポンス送信時刻、および、アンカー１００のレスポンス受信時刻をそれぞれＴ１,Ｔ２,Ｔ３,Ｔ４とする。ここで、コマンド、レスポンスの転送時間（Ｔ２−Ｔ１とＴ４−Ｔ３）に光速ｃを乗算し、その和を２で除算することでアンカー１００とタグ２００の距離Ｌ１が求められる。これは、図６に示すように、アンカー１００にとって距離Ｌ１を半径とする円上にタグ２００が存在することを意味する。

次に、図５で説明した計算をアンカー１０２，１０４についても行い、アンカー１０２とタグ２００の距離Ｌ２、アンカー１０４とタグ２００の距離Ｌ３を求める。そして、図７に示すように、アンカー１０２，１０４についても距離Ｌ２，Ｌ３を半径とする円を描くと、３つの円が重なった部分（交点）が求めるタグ２００の位置となる。

以上のようにして、少なくとも３つのアンカーとタグが通信を行うことでタグの位置を検出することができる。タグと通信するアンカーの数を多くすることで、位置検出の精度を高めることができる。

２．２．タップレス改札を実現する測位技術に関して
測位を実現できる技術でもっとも代表的なものがＧＰＳである。しかし、ＧＰＳは、屋内測位に適さない、精度がメートル単位である等々の理由で、上述したタップレス改札に適用することは困難である。

改札は屋根が存在するため、測位技術を用いてタップレス改札を実現するためには、屋内で測位ができることが必須である。また、測位の精度は数十センチメール程度が必要である。これを満たす技術としてＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）が挙げられる。以下では、ＵＷＢにより高精度測位ができる理由に関して説明する。

２．３．ＵＷＢ測位技術に関して
ＵＷＢとは超広帯域無線を意味するが、その特徴は１ナノ秒程度の非常に短いパルス信号を用いて測位を行うことである。パルス信号を用いるメリットを、図８、図９、図１０を用いて説明する。なお、電波の伝搬時間はパルスの頂点の時間差より算出するものとする。

図８、図９は、送信波形と受信波形について、パルス幅が広い状態を示した図である。図８に示すように、理想状態としては、電波の送受信間には雑音は存在せず、送信波形と受信波形は全く同じものである。このため、送信波形と受信波形のパルスの頂点の時間差から伝搬時間を求めることができる。しかし、現実には雑音が存在するため、受信波形は、図９中に破線で示すように、送信波形とは異なるものとなる。このため、受信波形の頂点が理想状態と異なることになり、伝搬時間を正確に求めることができなくなる。ここで、距離を計算するにあたり、この伝搬時間に光速を乗算するため、１ナノ秒の伝搬時間のずれで３０ｃｍの誤差が生じてしまう。

一方、図１０に示すように、パルス幅が狭い場合は、雑音環境下において伝搬時間のずれが小さくなり、高精度の測位が可能となる。ＵＷＢを使うメリットは、図１０に示すような非常に短いパルス幅のパルス信号を用いることにより、雑音のある環境化でも正確な測距ができることである。

３．測位を含めた通信プロトコルに関して
以下では、タップレス改札を実現するプロトコルに関して説明する。

３．１．概要
改札全体を測位制御する場合、また、ゲート毎に測位制御する場合の２つの通信プロトコルに関して説明する。まず、アンカー（Ａｎｃｈｏｒ）とタグ（Ｔａｇ）を定義する。アンカーはタグの測距、認証を行うためのコマンドを送信する。タグは測位、認証のために、アンカーから受けたコマンドに対してレスポンスを送信する。なお、ＮＦＣでは、アンカーはリーダ／ライタ（ＲＷ）に相当し、タグはカード、モバイル機器等に相当する。

本実施形態では、通信の物理レイヤーとしてＵＷＢのみを用いる。つまり、測位と認証通信においては同じ周波数帯を使うものとする。ＲＦパケットが衝突するため、測位と認証通信に関しては、周波数領域を分割して時間的に同時に通信させることはできず、時間領域上にシーケンシャルのみにしか通信できない。基本的なシーケンスとしては、測位通信→認証通信→測位通信→認証通信…といったように、測位と認証のシーケンスを繰り返す。測距の手法は、図４〜図７で説明したＴｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ−２ｗａｙ方式とする。ここで、測距に関しては、タグのコマンド受信よりレスポンス送信するまでの時間、つまりタグ内でのコマンド処理時間は固定されており、アンカーはその仕様を予め知っているものとする。つまり、コマンド、レスポンスにおいて時間情報は通信しない。

３．２．改札全体を測位制御する場合の通信プロトコル
改札全体を測位制御する場合の通信プロトコルに関して説明する。図１１は、改札を上から見た状態を示す模式図である。図１１では、改札の付近にいる人３００がタグ２００を保持している様子を示している。図１１に示す改札では、８つのゲート（Ｇａｔｅ＿１〜Ｇａｔｅ＿８）が設けられており、右の６つのゲート（Ｇａｔｅ＿３〜Ｇａｔｅ＿８）は図面上で下から上へ人が通過するゲートであり、左の２つのゲート（Ｇａｔｅ＿１〜Ｇａｔｅ＿２）は図面上で上から下へ人が通過するゲートである。また、図１１では、改札全体を例えば６個のアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０で対応させ、通信範囲内にある５０個程度のタグ２００を処理する場合を示している。なお、破線で囲んだ領域Ａ１が通信範囲であり、かつ、一点鎖線で囲んだ領域Ａ２が認証意思検出位置である。アンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０は、認証意思検出位置である領域Ａ２にタグが存在することを検出した後、そのタグに対してゲート開閉判断のための認証通信を行う。

３．２．１．高精度測位のみを用いる場合のプロトコル
ここでは、高精度測位（Ｆｉｎｅ測位）のみを用いた場合の通信プロトコルについて説明する。図１２、図１３は、高精度測位のみを用いた場合を示すシーケンス図である。ここでは、アンカー１１０と５０個のタグ（Ｔａｇ１〜５０）が通信する場合について説明する。図１２に示すように、先ずアンカー１１０より測距コマンドを送信する。その後、アンカー１１０は、各タイムスロットタイミングにおけるレスポンス待ちとなる。ここでは、測距コマンドに対するレスポンスのスロット数を３２とする。タイムスロットを設ける理由は、タグ２００からのレスポンスパケットの衝突確率を下げるためである。測距コマンドを受信した各タグは、返信するスロットのタイミングをランダムに決定し、レスポンスを自身のタグＩＤと共に送信する。

次に、アンカー１１０は、上記のコマンド−レスポンスシーケンスを複数回行う。図１３に示すように、ここでは２４回のコマンド−レスポンスシーケンスを行うものとする。複数回行う理由としては、測距の精度を上げるためである。例えば、２４回のコマンド−レスポンスシーケンスにおける各測距値の平均値を演算することで、より精度を高めることができる。また、パケット衝突が生じても、測位を行うことができることを担保するためである。例えば、図１２の１回目のシーケンスでは、Ｔａｇ２とＴａｇ５０のレスポンスが衝突しているが、２４回のシーケンスを行うことで、衝突が生じたとしても各タグを正確に測位することができる。

シーケンス数が多いほど、より精度の高い測距が可能であるが、シーケンス数を多くすると、測位のための通信時間が増大し、認証通信の時間が確保できなくなることが想定される。従って、この点を考慮してシーケンス数を設定することが望ましい。

以降、アンカー１１２，１１４，１１６，１１８，１２０に関しても順次同じ動作を行う。ここで、測位に関しては、アンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０による全ての情報は必ずしも必要ではなく、最低３つのアンカーによる情報があれば可能である。測距情報の数が多いほど、つまりアンカーの数が多いほど、精度を高くすることができる。但し、前述した状況と同じように、アンカーの数を増やすと測距のための通信時間が増大し、認証通信の時間が確保できなくなってしまうため、その点を考慮してアンカーの数を決めることが望ましい。各アンカーによる測距後、測位による認証意思検出位置（図１１中の領域Ａ２）に存在が確認できたタグに対して認証通信を行う。これにより、全てのタグに対して認証通信を行うことがなく、通信の負荷を大幅に低減することが可能である。

以上の高精度測位のみを用いた方式のメリットは、以降で述べる高精度測位と精度の低い測位を用いた方式に比べてプロトコルの制御がシンプルなことである。しかし、同時に、レスポンスパケットの衝突により、検出できないタグが存在する可能性は否めない。

このデメリットへの対応として考えられるのは、スロット数、各アンカーにおけるコマンド−レスポンスシーケンス数、アンカー数の増大がある。つまり、コマンド−レスポンスシーケンス数を増やすことにより、パケット衝突による取りこぼしの確率を減らす方法である。一方、この手法では、測距通信時間が増大し、認証通信の時間が確保できなくなってしまう可能性がある。

また、スロット数を増やした場合は、測距の精度が下がってしまう可能性がある。具体的に、アンカーとタグの水晶発振子の周波数に誤差が存在する場合、タイムスロット数が大きいほどその誤差が大きく累積され、測距の誤差が大きくなる。この対策として、タグのレスポンスタイミングをランダムとし、複数回の平均化により、ある程度の精度は確保できる。

パケット衝突の別の対応として、図１４に示すように、認証を終え改札を通過したタグ２００については、一定時間コマンドに無反応とさせることで、パケット衝突の可能性を減らすことが考えられる。図１４に示す例では、二点鎖線で囲んだ領域Ａ３に存在するタグに対しては、既に改札を通過しているため、一定時間の間はコマンドに反応させないようにして、パケット衝突の可能性を減らしている。

３．２．２．精度の低い測位と高精度測位の組み合せ
以上の観点から、パケット衝突を更に低減可能な、精度の低い測位（Ｃｏａｒｓｅ測位）と高精度測位（Ｆｉｎｅ測位）を組み合わせた場合の通信プロトコルについて説明する。この方式では、精度の低い測位により各タグ２００の大まかな位置を求め、認証意思検出位置の付近に存在するタグ２００に対してのみ上述した高精度測位を行うことで、パケット衝突の可能性を低減する。

図１５は、精度の低い測位を行うシーケンスを示す模式図である。ここでは、先ず、図１５に示す精度の低い測位を行う。具体的に、アンカー１１０より測距コマンドを送信し、スロット数３２において、タグ２００のレスポンスを受信する。つまり、測距コマンドに対するレスポンスのスロット数は３２である。図１２及び図１３ではこの通信を２４回行っていたが、ここでは１回のみ行う。また、レスポンスには、レスポンスを送信した各タグのＩＤ（タグＩＤ）が含まれる。次に、同様の通信をアンカー１１２，１１４，１１６，１１８，１２０にて行い、測距、測位を行う。この時点では、各タグ２００に対する測距の回数が少ないため、高精度の測位を行うことはできないが、タグ２００の大まかな位置を把握できる。

次に、上記の精度の低い測位から得られる大まかな位置情報に基づいて、認証意思検出位置（図１１に示す領域Ａ２）付近にいるタグ２００に対してのみ上述した高精度測位を行う。前もってタグ２００からレスポンスを受信することで、アンカー１１０側では、各タグ２００の位置とタグＩＤとが紐付けて取得されている。従って、認証意思検出位置付近にいるタグ２００に対してのみ高精度測位のためのコマンドを送信することが可能である。

具体的に、図１６に示すように、認証意思検出位置付近にいる特定のタグ２００に対して、アンカー１１０よりタグＩＤを指定して連続２４回の測距を行う。なお、この際のスロットは０に固定し、上述した水晶発振子の周波数誤差の影響を最小限にした高精度測位を行う。このため、アンカー１１０からは、測距コマンドとともに、タグＩＤとスロット（スロット０）を指定するための情報が送られる。この測距をアンカー１１２，１１４，１１６，１１８，１２０に関しても同様に行い、この特定のタグ２００が認証意思検出位置に存在するかを確認する。そして、この高精度測位のシーケンスを認証意思検出位置付近にいる他のタグ２００に対しても適用する。その後、認証意思検出位置に存在が確認できたタグ２００に対して認証通信を行う

この方式のメリットは、初めにタグ２００の大まかな位置を把握し、認証意思検出位置付近にあるタグのみに高精度測位を行うため、高精度測位のみを行う場合より効率的に通信を行うことができるところにある。なお、精度の低い測位に関しては、スロット方式を用いているため上述した水晶発振子の周波数誤差による測距誤差が生じる可能性があるが、精度の低い測位として割り切ることができる。また、高精度測位にてスロットを０に指定することにより、上述した高精度測位のみを行う場合よりも、更に高精度にて測位が可能である。なお、高精度測位のみを行う場合と同様に、レスポンスパケットの衝突により、検出できないタグ２００が存在する可能性は、僅かではあるが存在する。

３．２．３．タグＩＤを事前に収集する場合のプロトコル
次に、通信範囲内（図１１に示す領域Ａ１内）にあり、改札を通過していないタグのＩＤを収集し、精度の低い測位と高精度測位を順に行う通信プロトコルに関して説明する。この手法によれば、レスポンスパケットの衝突確率を減らすことができる。図１７に示すように、まずアンカー１１０より各タグ２００へタグＩＤ取得コマンドを送信する。その後、アンカー１１０は各タイムスロットタイミングにおけるレスポンス待ちとなる。なお、ここではスロット数を３２とする。タグＩＤ取得コマンドを受信した各タグ２００は、返信するスロットタイミングを決定し、レスポンスを自身のタグＩＤと共に送信する。これにより、アンカー１１０は通信範囲内に存在するタグ２００のＩＤを集めることができる。

以降、アンカー１１２，１１４，１１６，１１８，１２０に関しても順次同じ動作を行う。この時、タグＩＤ取得コマンドにアンカー１１０にて取得したタグＩＤをパラメータとして加え、タグＩＤ取得コマンドを受信した各タグ２００はコマンドパラメータに自身のタグＩＤがある場合はレスポンスを返さない仕様としてもよい。この仕様により、レスポンスパケットの衝突確率が更に低くなる。また、アンカー１１０の通信範囲が十分広く、必要なタグＩＤを取得できる場合は、アンカー１１２，１１４，１１６，１１８，１２０からタグＩＤ取得コマンドを送信する必要はなく、次のステップである精度の低い測位を行ってもよい。つまり、上記の目的は、通信範囲内に存在するなるべく多くのタグのＩＤを取得することである。

次に、図１８に示すように、精度の低い測位を行う。ここで行う精度の低い測位は、図１５で説明した精度の低い測位とは以下の点で相違している。
（１）アンカーは、スロット数に相当する分だけ取得したタグＩＤと、各タグのレスポンスタイミングを、測位コマンドに付加するパラメータとして加える。
（２）タグは、受信した測位コマンド内にあるタグＩＤと自身のＩＤが一致した場合、測位コマンドにて指定されたタイミングでレスポンスを送信する。
（３）タグは、レスポンス送信後、一定時間タグＩＤ取得コマンドに反応しないように状態遷移を行う。
（４）各アンカーは、測位コマンドを送信する毎に、タグＩＤは同じ場合であってもレスポンスタイミングは前回送ったものとは異なるものを指定する（ランダムとする）。

以上のように、上記（１）と（２）により、測距するタグを指定し、レスポンスタイミングを指定することで、レスポンスパケットにて衝突が起きないようにすることができる。また、上記（３）は、レスポンスパケット衝突により、検出できないタグが存在する可能性を減らすための方策である。具体的に、シーケンス全体としては、タグＩＤ取得→精度の低い測位→高精度測位→認証通信、を繰り返す。この際、レスポンスパケット衝突によりタグ２００を検出できない可能性があるのはタグＩＤの取得時である。ここで、測距コマンドへのレスポンス後、タグＩＤ取得コマンドに対して無応答とすれば、順次行われるタグＩＤ取得時におけるレスポンスパケットの衝突確率を減らすことができ、検出できないタグ２００が存在する可能性を減らすことができる。また、上記（４）により、アンカーとタグの水晶発振子の周波数誤差による測距の誤差を最小化させることができる。

精度の低い測位を行った後、認証意思検出位置付近に存在するタグ２００に対してのみ、図１２及び図１３に示した高精度測位を行い、タグ２００が認証意思検出位置に存在するか否かを確認する。その後、認証意思検出位置に存在が確認できたタグに対して認証通信を行う。

この方式のメリットは、高精度測位のみを用いる場合のプロトコル、精度の低い測位と高精度測位の組み合せ、で説明したレスポンスパケット衝突により、検出できないタグが存在する可能性を確実に減少できることである。但し、上述した状態遷移を行うことでタグＩＤ取得コマンドに対して反応しないタグ２００において、改札を出てすぐに再び改札に入る人のようなケースに対応できない。このケースに対しては、精度の低い測位のコマンドには一定時間、取得したタグＩＤをパラメータとして付加し続けることで対応する。これにより、状態遷移したタグのＩＤは取得できなくとも測位が可能となり、認証意思検出位置でのタグの存在を確認できる。

３．２．４．認証通信に関して
認証通信は、認証意思検出位置にて存在を検知したタグ２００に対してのみ行う。つまり、認証通信のコマンドには対応するタグＩＤを付加する。ここで、認証通信に関しては、測位のように複数のアンカーが情報を得る必要はなく、１つのアンカーのみがタグ２００と通信し、ゲートを通過する権利があるか否かを確認すればよい。その際、複数のアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０のうちのどのアンカーがタグ２００と通信すべきかを選ぶ必要があるが、その手法を以下に説明する。

まず、認証しようとするタグ２００の位置が分かっているため、タグ２００と最も距離が近いアンカーを選ぶ手法が挙げられる。これは、基本的に距離が近いほど通信が雑音に強いことに起因する。一方、環境によっては距離が近いことと雑音に強いことは同義ではない場合もある。

ここで、測位のための通信で得られた情報を利用することを想定する。測位の際には、基本的に全てのアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０において各タグ２００からのレスポンスを受信する。その際、アンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０での復調時に得られた情報（例えば、ＳＮ比、誤り訂正の数、連続して通信する場合は通信性成功率）を保持しておき、その特性の最も良いアンカーを選択して所望のタグ２００と認証させる。さらに、選ばれたアンカーが特定回数レスポンスを復調できなかった場合は、認証をするアンカーを、上記の情報から得られるアンカーのうち２番目に通信特性の良いものに変更してもよい。また、タグ２００がアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０へのレスポンスを返信する際に、タグ２００の復調時に得られた情報を含めて送信し、タグの復調特性が最もよいアンカーを選ぶ方法も考えられる。これらの手法により、通信の性能が最も安定した状態で認証通信することができる。さらに、レスポンス受信に関しては、特にコマンドを送信したアンカーのみが復調を行う必要はなく、各アンカー２００が個別に復調を行い、誤り検出がされなかったパケットをレスポンスとして採用することで、通信の性能をより安定させることができる。また、この方式による別の効果として、タグ２００からのレスポンス時のＲＦ出力を弱めることができ、電力消費を抑えることが期待できる。なお、上述したような最適なアンカー１００の選択は、後述するサーバー１０００の選択部１７００によって行われる。

３．２．５．通信性能を向上するための方法
ここでは、タグＩＤを事前に収集する場合のプロトコルにて、通信性能を向上させる方法を説明する。タグＩＤ取得においても、上述した認証通信の場合と同様に、コマンドを送信したアンカーのみがレスポンスを復調する必要はない。つまり、コマンドを送信していないアンカーも復調を行うことにより、タグＩＤ取得の確率を上げることで、通信効率を向上させることができる。

精度の低い測位における通信性能向上のための方法として、タグ２００、アンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０の双方において、直前のタグＩＤ取得コマンドの復調時、レスポンス復調時に、復調信号処理より得られる最適復調設定(フィルタの係数等)を保持しておき、精度の低い測位を行う時にはその最適復調設定に切り替え、受信に最適な状態で通信させることが挙げられる。ここで、タグ２００は、どのような順番でアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０からコマンドが送信されるか、つまり事前にコマンドがどのアンカーから送られてきたものかを知っているものとする。これらは、予め仕様として決めておくことができる。また、図１８で示したように、アンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０は、精度の低い測位の測距コマンドにて、各タグ２００に対するレスポンスタイミングを指定しているため、事前にレスポンスがどのタグ２００から送られてきたものかを知っている。よって、各アンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０、タグ２００とも、対応する最適復調条件をレスポンス受信前に設定できる。

高精度測位においては、精度の低い測位の場合と同様に、精度の低い測位の通信で得られた最適復調条件を事前に設定することが望ましい。また、図１６に示したように、高精度測位は通信を複数回行うため、各コマンド、レスポンスを受信する度に復調状態を逐次最適にすることで、常に最適条件化での通信が可能となる。認証通信においても、高精度測位と同様に、高精度測位の通信で得られた最適復調条件を事前に設定すること、もしくは、認証用のコマンド、レスポンスを受信する度に復調状態を逐次最適にすることが適用できる。その他、プロトコル的な観点からの方策として、高精度測位のコマンドに測距以外の情報を同時に読み出す機能を追加することで(例えば残高確認など)、認証時のコマンド、レスポンスの回数を減らすことができ、通信効率を高めることができる。なお、以上説明したような復調時の条件の最適化は、後述するサーバー１０００の受信処理部１２００により行われる。

３．２．６．改札横の窓口への対応に関して
図１１に示したように、改札の横には窓口１５０が設けられている。改札横の窓口１５０に関しては、改札と同期したシステムである必要がなく、改札利用者からの問い合わせがあった時のみ対応すればよい。このため、窓口１５０については改札のゲートとは異なる対応を考える必要があるが、別途の測位システムを窓口１５０のみのために構築するのはコストがかかる。このため、窓口１５０においては、タグ２００が特定の距離内に入ったことをトリガーとして認証通信を開始するＮＦＣのようなインターフェースを行う。この場合、窓口１５０に設置するアンカーを１つに抑えることができ、コストを低減できる。また、窓口１５０に置かれるチャージ機についても、同様の適用を行うことができる。

３．３．ゲート毎に制御する場合の通信プロトコル
次に、ゲート毎に制御を行う場合について説明する。図１９は、ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルを示す模式図である。以下では、ゲート毎に制御する場合の通信システム、プロトコルについて説明する。

３．３．１．プロトコルに関して
図１９においては、各アンカー１００の通信距離は、上述した改札全体を測位制御する場合の通信プロトコルにて想定したものに比べて、短かくてよい。つまり、１つのアンカー１００は改札全体を測位制御する場合に比べて、多くのタグは検出しない。その場合、精度の低い測位は必ずしも行う必要はない。以下では、タグＩＤ取得→高精度測位→認証通信、のシーケンスを繰り返すものとして説明を行う。

図２０に示すように、アンカー１００からの通信距離は１つのゲートのみに対応する距離ではなく、環境等によるバラツキを考慮して、より遠距離まで通信できるように設定する。図２０では、アンカー１３０からの通信距離が隣のゲートまで通信できる距離であることを示している。他のアンカー１００の通信距離も同様である。各ゲートは自律的に通信の制御を行い、他のゲートとの同期はとらないこととする。この場合、図２１に示すように、隣接するゲートに設けられたアンカーにおいて、ＲＦパケットが衝突してしまう可能性がある。図２１では、隣接するゲートに設けられた２つのアンカー１３０，１３２において、ＲＦパケットが衝突している様子を示している。

各ゲート間にてコマンド送信するアンカーのタイミング同期させることを想定した場合でも、図２２に示すように、隣接するゲートに設けられたアンカーにおいて、ＲＦパケットが衝突してしまう可能性がある。図２２では、隣接するゲートに設けられた２つのアンカー１３０，１３２において、ＲＦパケットが衝突している様子を示している。

よって、図２３に示すように、２つのゲート毎にアンカーからコマンドを送信するタイミングを同期させる必要がある。図２３の例では、ゲート１とゲート２を同期させ、ゲート３とゲート４を同期させた例を示している。これにより、図２３に示すゲート１のアンカー１３０と、ゲート３のアンカー１３４とは、ＲＦパケットは衝突しないことになる。

しかし、通信距離は環境に大きく依存するため、図２３の場合においても、図２４のように通信距離が変化すると、衝突が起きてしまうことは大いに想定できる。図２４に示す例では、ゲート１のアンカー１３０からのコマンドとゲート３のアンカー１３４からのコマンドが衝突している例を示している。また、ＲＦパケットの衝突は、複数のタグ２００からのレスポンス時も同様の課題が生じる。

以上のような事態を避けるため、図２５に示すように、ゲートを３つ以上設け、３つのゲート毎に同期した制御を行い、同期するアンカー間の距離を十分にとることで、パケット衝突が起きないようにすることが考えられる。図２５に示すように、ゲート１のアンカー１３０とゲート４のアンカー１３６のＲＦパケットに衝突は生じないことになる。なお、３つのゲートに存在するアンカーのコマンド送信タイミングを、ＲＦパケット衝突がないようにシーケンシャルにずらすため、高精度測位に要する時間が比較的長くなる可能性はある。

３．３．２．ＲＦパケット衝突への耐性
ここでは、ＲＦパケット衝突への耐性に関して説明する。一般的な無線通信は、ノイズ耐性向上のため、拡散符号方式を実装している。ここで拡散符号方式の概要を図２６、図２７に基づいて説明する。図２６の左側の図に示すように、送信側はデータ“０”，“１”を拡散符号［１ ０ ０ １ ０ １ １］でＥＸＯＲ処理することで拡散し、拡散後の信号を伝送する。復調側は、受信信号を送信側と同じ拡散符号でＥＸＯＲ処理することにより送信データを復調できる。ここで、復調側は送信側の拡散信号を予め知っているものとする。

図２７は、図２６と同様に、送信側で拡散した信号と、受信側で復調した信号を示している。図２７に示すように、復調側の拡散信号が送信側と異なる場合は、送信データを復調できず、単にノイズとして判定する。

ここで、図２８に示す状況を想定する。具体的に、アンカー１３０とアンカー１３８のコマンドがタグ３００にて衝突したとする。また、タグ３００はアンカー１３８の拡散符号を予め知っているものとする。この場合、図２６、図２７に示したように、タグ３００は拡散符号により、アンカー１３０からのコマンドはノイズとしてみなす一方、アンカー１３８のコマンドは復調できる可能性がある。但し、タグ３００におけるアンカー１３８のＲＦ受信信号のレベルに依存する。また、アンカーにて複数のタグレスポンスが衝突した時も、同様である。

ここで、ＵＷＢ測位通信を規定しているＩＥＥＥでは、拡散符号方式を用いており、また図２９に示すように、ＲＦパケットの送信タイミングを１スロット内で意図的にランダムにずらすことにより、ＲＦパケットの衝突に対応している。つまり、ＩＥＥＥにて規定されているものと同様な方法により、ある程度はＲＦパケットが衝突してもパケットの復調は可能である。但し、拡散によりスループットが落ちるデメリットは生じる可能性がある。以下では、ＲＦパケット衝突がある程度許容される想定で説明を行う。

３．３．３．パケット衝突が許容される場合を想定した場合のシステム
各ゲートが、同期を取らず自律的に通信を行う場合、タグＩＤ取得→高精度測位→認証通信、のシーケンスにて、パケット衝突のパターンを下記に列挙する。なお、両矢印は衝突を示している。
タグＩＤ取得レスポンス⇔タグＩＤ取得レスポンス
タグＩＤ取得レスポンス⇔タグＩＤ取得コマンド
タグＩＤ取得レスポンス⇔高精度測位コマンド・レスポンス
タグＩＤ取得レスポンス⇔認証通信コマンド・レスポンス
タグＩＤ取得コマンド⇔タグＩＤ取得コマンド
タグＩＤ取得コマンド⇔高精度測位コマンド・レスポンス
タグＩＤ取得コマンド⇔認証通信コマンド・レスポンス
高精度測位コマンド・レスポンス⇔高精度測位コマンド・レスポンス
高精度測位コマンド・レスポンス⇔認証通信コマンド・レスポンス
認証通信コマンド・レスポンス⇔認証通信コマンド・レスポンス

この中で、確率的に最も衝突の可能性が高いのはタグＩＤ取得レスポンスとタグＩＤ取得レスポンスの衝突である。なぜなら、タグＩＤ取得レスポンスは、タイムスロットを用いて連続してレスポンスが送信されることを想定しているため、長時間のパケットがＲＦに送信されているからである。

ここで、以下のように各シーケンスにおけるＲＦパケット衝突に関して整理する。
タグＩＤ取得：衝突によりタグＩＤが取得できないと、以降の通信が全くできないため、ここでの通信不良は避けることが望ましい。
高精度測位：１つのアンカーにて複数回通信を行う。この時、確率的にＲＦパケットの衝突が起こるが、数回通信が行えなくとも、測位は可能である。但し、精度が低下するトレードオフは存在する。
認証通信：通信が失敗した場合において、タイムアウト・再送要求等でリカバリは可能である。但し、通信時間が長くなるトレードオフは存在する。

よって、結論としては、タグＩＤ取得においてはシステムを同期させ、パケットの衝突を避けると同時に、タグに拡散符号を割り当てる。または、各タグに拡散符号を予め割り当てるものとする。高精度測位、認証通信に関しては、割り当てた拡散符号によりデータを拡散させると共に、各ゲートを自律的に通信させる方式が、システムとして効率が良いと考えられる。

例えば、図３０において、タグＩＤ取得においては、アンカー２とアンカー２０→アンカー８→アンカー１４の順にて、ＲＦパケットが衝突しないようコマンド送信、レスポンス受信のタイミングをシーケンシャルにずらす。アンカー２とアンカー２０については、距離が十分に離れており、ＲＦパケットが衝突することはないため、同じタイミングでコマンドを送信することが可能である。以降、一定時間は高精度測位と認証通信のための時間とし、各ゲート間で特に同期を行わず自律的に通信を行わせる。ここで、タグＩＤ取得にて、複数のタグ２００からのレスポンスが衝突することが考えられるが、複数のアンカーがレスポンスを復調することで対応する。

４．自動改札システムの機能構成例
図３１は、自動改札システムの機能構成例を示すブロック図である。図３１に示すようにアンカー１００はサーバー１０００に接続されている。サーバー１０００は、送信処理部１１００、受信処理部１２００、測位部１３００、認証部１４００、ゲート制御部１５００、決済処理部１６００、選択部１７００、データベース１８００、誤り検出部１９００を有して構成されている。

送信処理部１１００は、アンカー１００を介して送信データをタグ２００に送信するための処理を行う。例えば、送信処理部１１００は、測距コマンド、タグＩＤ取得コマンド、タグＩＤ、スロットを指定するための情報、等をタグ２００へ送信するための処理を行う。また、送信処理部１１００は、送信データを変調するための処理を行う。受信処理部１２００は、タグ２００からレスポンス、タグＩＤなどの各種データを受信するための処理を行う。また、受信処理部１２００は、受信したデータを復調するための処理を行う。

測位部１３００は、第１の測位部１３１０と第２の測位部１３２０を含む。第１の測位部１３１０は、上述した精度の低い測位を行うことでタグ２００の位置を測位する。第２の測位部１３２０は、上述した高精度測位を行うことでタグ２００の位置を取得する。

認証部１４００はタグ２００の認証を行う。認証の方法は一般的な方法を用いることができる。例えば、認証部１４００は、タグ２００から鉄道会社の種別情報を示す情報と残額情報を受信すると、受信した種別情報が予めサーバー１０００のデータベース１６００に登録されている種別情報と一致し、且つ残額が一定以上である場合に認証が成功したと判断する。

ゲート制御部１５００は、改札に設置されたゲート８００を制御する。ゲート制御部１５００は、認証部１４００による認証が成功すると、ゲート８００が開くようにゲート８００を制御する。また、ゲート制御部１５００は、認証部１４００による認証が失敗すると、ゲート８００が閉じるようにゲート８００を制御する。

決済処理部１６００は、認証部１４００による認証が成功した場合に、必要に応じて、タグ２００の残額から所定の金額を減算する処理を行う。減算した結果は送信処理部１１００からアンカー１００を経てタグ２００に送信される。選択部１７００は、測位、認証を行う際に、最適なアンカー１００を選択する処理を行う。データベース１６００には、サーバー１０００側で必要な各種情報が格納されている。誤り検出部１９００は、パリティチェック等の方法により受信データに誤りがあるか否かを検出する。

また、タグ２００は、送信処理部２１０、受信処理部２２０、ＩＤ保持部２３０、操作入力部２４０、残額情報保持部２５０、表示部２６０を有して構成されている。送信処理部２１０は、送信データをアンカー１００に送信するための処理を行う。例えば、送信処理部２１０は、測距コマンドに対するレスポンス、タグＩＤ、残額情報などをアンカー１００へ送信するための処理を行う。また、送信処理部２１０は、送信データを変調するための処理を行う。受信処理部２２０は、アンカー１００から測距コマンド、タグＩＤ取得コマンド、タグＩＤ、スロットを指定するための情報、決済後の残額情報などを受信するための処理を行う。また、受信処理部２１０は、受信したデータを復調するための処理を行う。

ＩＤ保持部２３０は、自身のタグＩＤを保持するメモリである。また、ＩＤ保持部２３０は、その他の各種情報を保持している。操作入力部２４０は、タッチセンサ等から構成され、ユーザーからの操作情報が入力される。残額情報保持部２５０は、残額に関する情報を保持するメモリである。表示部２６０は、液晶ディスプレイ等から構成される。

なお、図３１に示すサーバー１０００、タグ２００の各構成要素は、ハードウェア（回路）、またはＣＰＵなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのソフトウェア（プログラム）から構成することができる。

５．本実施形態の更なるバリエーションについて
以下では、上述した実施形態に基づき、更なるバリエーションについて説明する。

５．１．改札以外への適用について
上述した説明では、基本的に改札のシステムについて記載したが、本実施形態は、例えば駅校内等での測位に関し、人の流れ等の把握のためにも適用可能である。この場合、タグ２００は、駅構内の測位コマンド処理中に、改札におけるコマンドを受信する可能性があり、その場合、スピードが求められる改札処理が遅れることも想定される。そこで、改札における測位コマンドは、他の場所(駅構内、車両)の測位コマンド系とは別とし、改札のコマンド処理の優先度は高くすることが望ましい。これにより、駅構内の測位の最中でも、スムーズに改札を通過することが可能となる。

具体的に、図３２に示すように、アンカーとして、改札用のアンカー１００と駅構内の測位用のアンカー１６０を設ける。ステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ２０では、駅構内の測位用のアンカー１６０とタグ２００との間で通信が行われ、アンカー１６０からのコマンドに対してタグ２００からのレスポンスが送られる。

一方、ステップＳ１６で改札用のアンカー１００からタグ２００コマンドが送られると、アンカー１６０とタグ２００との間の通信は一旦停止され、ステップＳ１８でタグ２００からアンカー１００へレスポンスが送られる。このように、改札系コマンドを受けた場合は、駅構内を測位するコマンドの処理は止め、改札系コマンドの処理を優先させる。つなり、改札系コマンドを受けた場合は、以降の一定時間の間、駅構内測位系コマンドの受信は行われない。改札のコマンド処理の優先度を高くすることで、駅構内の測位最中でも、スムーズに改札を通過することが可能となる。

５．２．コマンド送信と並行して測位計算を行う例
上述した実施形態では、６つのアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０による測位を行ったが、全てのアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０がタグ２００からのレスポンスを得てから、測位の計算を行う必要はない。測位は基本的に３つの測距情報があれば可能であるため、３つのアンカーで測距情報が集まったら、図３３に示すように、コマンド送信と並行して測位計算を順次行うことで、時間短縮に効果的となる。

図３３中で左側に示すシーケンスは、上述した手法により、６つのアンカー１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１２０がタグ２００からのレスポンスを得てから、タグ２００の測位計算を行う場合を示している。一方、図３３中で右側に示すシーケンスは、３つのアンカー１１０，１１２，１１４でレスポンスが得られたら、得られた情報に基づいて、残りの３つのアンカー１１６，１１８，１２０の測距シーケンスの間に測位計算を順次行う例を示している。これにより、測位計算完了までの時間を短縮することが可能である。

５．３．タグの状態遷移を復帰させる例
上述したタグＩＤを収集する手法を用いる場合、例えばタグ２００の残高不足等でゲートが閉まり、タグ２００を保持する人が窓口１５０での対応を行う場合がある。この場合、上述のようにタグ２００は、タグＩＤ取得コマンドに反応しないように状態を遷移しているため、窓口１５０においてタグＩＤを取得できず、通信ができない場合が想定される。

このため、窓口１５０(チャージ機等を含む)での通信においては、まず、遷移状態を元に戻すコマンドを送信する。また、タグ２００に関しては、このコマンドは、状態が遷移した後でも反応するようにする。具体的に、図３４に示すように、ステップＳ３０〜ステップＳ５２でタグＩＤ取得、精度の低い測位、高精度測位、認証の一連の処理が行われた後、タグ２００の残高不足等により窓口１５０での対応を行う場合は、ステップＳ５４にて、窓口用のアンカー１７０からタグ２００へ状態遷移復帰コマンドが送信される。状態遷移復帰コマンドを受けたタグ２００は、ステップＳ５６にて、状態遷移復帰レスポンスをアンカー１７０へ送る。これにより、ステップＳ５８にて、アンカー１７０からタグ２００へタグＩＤ取得コマンドが送られ、ステップＳ６０でタグ２００からアンカー１７０へタグＩＤ取得レスポンスが送られる。タグＩＤ取得レスポンスにはタグＩＤが含まれる。以上により、タグ２００の状態遷移が復帰するため、アンカー１７０は、タグ２００のタグＩＤを取得し、以降の処理を行うことができる。

５．４．ゲートを通過してからタグの残額を差し引く方法
上述した実施形態によれば、アンカーとタグの距離が離れていても、通信がある程度安定していれば、ゲートを開くための条件は、例えば、タグ２００内の残高がゲートを通過するのに必要な金額以上、という条件のみで構わない。一般的なＮＦＣによる改札では、通信距離が短いため、改札を通過する際に必要な金額がタグ２００から減算されてからゲートが開くが、本実施形態の手法によれば、アンカー１００によるタグ２００からの金額の減算は、ゲートを開いてから行ってもよい。これにより、ゲートをより早く開くことができ、ラッシュ時等の混雑を解消できる。

図３５に示すように、ゲート８を人が通過する場合に、アンカーによる認証時には、二点鎖線で示す領域Ａ４の範囲をタグ２００が通過するまでにタグ２００の残高を確認し、ゲートを通過してから金額を減算させる。これにより、ゲートを通過する際の人の流れがスムーズになり、混雑を確実に緩和できる。

５．５．２重の課金を防止する方策
改札通過時にユーザーがタグ２００を２つ持っていた場合、どちらのタグ２００から金額が減算されるかが不明であると、ユーザーが意図しないタグ２００より金額が減算される可能性がある。このため、タグ２００の操作入力部２４０からユーザが操作することで、タグ２００のＵＷＢによる通信機能をオン／オフできるようにする。図３６は、タッチパネル２４２からの操作により通信機能をオン／オフする場合と、タグ２００に設けられたメカニカルスイッチ２４４の操作により通信機能をオン／オフする場合を示している。

また、図３７に示すように、各タグ２００には残額が記録されておらず、クラウド上のサーバー６００内に残額が記録されており、残額をサーバー６００で一括して管理する方式とすることもできる。図３７において、サーバー６００側では、タグＩＤに基づいて、タグ２００（Ｔａｇ＿１）とタグ２０２（Ｔａｇ＿２）のＩＤは同じ持ち主であること認識できるようにしておく。このため、サーバー側では、タグＩＤと持ち主とを紐付けるテーブルを予め保持しているものとする。そして、例えば、特定時間内に同一人物のＩＤを取得した場合は、２回の減算は行われない。この場合、アンカー１００は、認証通信を行わずに、タグＩＤのみ取得するようにしても良い。

また、ユーザーが、アプリケーションの異なる２つのタグを２つ持っている場合に、ユーザーが意図しない一方のタグがアンカーに捉えられてしまうと、認証が失敗し、ゲートが閉まってしまう可能性がある。このため、最初のコマンドであるタグＩＤ取得コマンドにて、アプリケーションＩＤを指定する。

具体的に、図３８に示すように、ステップＳ７０でアンカー１００からタグ２００，２０２へタグＩＤ取得コマンドを送信する際に、タグＩＤ取得コマンドにアプリケーションを指定するためのアプリケーションＩＤを付加しておく。これにより、タグＩＤ取得コマンドを受信したタグ２００，２０２のうち、アプリケーションＩＤが合致したタグ２００がレスポンスを返信できる。

また、タグ２００は１つであっても、タグ２００に２つのアプリケーションが入っており、かつ、改札側で２つのアプリケーションのどちらでも支払が可能で、２つのアプリケーションＩＤのどちらかをタグ２００に送信している場合、ユーザーの意図しないアプリケーションから金額を引かれてしまうことが想定される。このような場合、操作入力部２４０を操作することにより、タグ２００のアプリケーションを活性化、非活性化できるようにする。

また、改札を人が遅いスピードで通過する場合、タグ２００から２回に渡って金額が減算されないように、一定時間内に同じ場所で同じタグ２００の位置を検出した場合は、認証通信は行わないようにする。具体的に、図１１に示す一点鎖線で囲んだ領域Ａ２において、一定時間の間に同じタグ２００を２回検出した場合は、２回目は認証通信を行わないようにする。

また、改札に人を検知するセンサを設け、一度認証を行った後は、該当する人が改札を出るまでの間は、そのゲートでの高精度測位、認証通信は行わないようにしても良い。この場合、認証通信を行った後、改札にあるセンサでその人が改札を出たと認識するまでは、その人が保持するタグ２００に向けての通信は行わない。

また、改札への入出を記録しておき、「入」→「入」(または「出」→「出」)と連続する場合は、２回目は一定時間の間の入出は無視し、認証は行わないようにする。この方法は、改札にて減算されたが、それに気づかず、別の改札を通過しようとする場合にも適用可能である。図３７に示したようなＩＤ管理型の場合は、一定時間内に同じＩＤを取得した場合は、２回目の金額を減算しないようにする。

また、図３９に示すように、両方向から入ることのできる改札にて、人がゆっくりと通過する場合、逆側にて位置検出が行われ、２回残高が減算される可能性がある。このため、アンカー１００は、同じタグＩＤを検出した場合は、そのタグ２００との認証通信を行わないようにする。例えば、図３９において、一点鎖線で囲んだ領域Ａ５にタグ２００が位置する際に金額を差し引いた後、次に一点鎖線Ａ６で囲んだ領域にタグ２００が位置した場合が相当する。この場合、一定時間内に２つの領域Ａ５，Ａ６で同じタグＩＤを検出した場合は、後で検出された領域Ａ６では認証通信を行わないようにする。

また、ユーザーがＳｕｉｃａなどのカード型のデバイスと、タグ２００の双方を保持しており、ユーザーがタグ２００を保持していることを忘れている場合、カード型デバイスを改札にかざすと、タグ２００からも減算されてしまう。このため、改札側では、タグ２００が検出されたら、リーダ／ライタのSuicaの通信を非活性化する。改札側でSuicaまたは切符とタグ２００の双方に同時に対応（課金）してしまった場合は、入場の場合はタグ２００の入場記録を消すようにする。また、退場の場合は、タグ２００に金額を戻すようにする。

５．６．ＵＷＢの反射波に対する対策
ここでは、ＵＷＢの反射波に対する対策について説明する。ＵＷＢは反射に弱い特性があり、反射波と直接波との距離差分が、ビットレートと光速ｃを乗算した値と一致すると、正常な通信ができなくなる可能性がある。図４０は、アンカー１００とタグ２００が通信を行う場合に、直接波と反射波を示す模式図である。直接波はアンカー１００からタグ２００へ直接伝送するのに対し、反射波は壁７００で反射してタグ２００へ伝送される。

図４１は、アンカー１００から送信データとして“１”，“０”，“１”，“０”を送信する場合に、タグ２００で受信される直接波及び反射波を示している。図４０に示したように、直接波よりも反射波の方が伝送経路は長い。このため、図４１に示すように、反射波は直接波に対して遅延時間Δｔだけ遅れてタグ２００に受信される。従って、図４１に示すように、タグ２００が受信する受信波形は、直接波と反射波を加算した波形となる。ここで、遅延時間Δｔがビットレートと一致する場合は、図４１に示したように、受信波形から求まる受信データは、“１”，“１”，“１”，“１”となり、受信データにエラーが生じてしまう。

図４１に示すように、Δｔは、反射波の伝送距離と直接波の伝送距離の差分をΔｄとすると、Δｄを光速で除算することによって得られる。例えば、ビットレートが５０［Ｍｂｐｓ］の場合、Δｄは６ｍ程度である。従って、ビットレートが５０［Ｍｂｐｓ］の場合、改札の近辺に存在する壁によってΔｄが６ｍとなる環境下では、受信データにエラーが生じてしまう。

反射波は空間とアンテナ配置によってある程度定まるため、改札などのシステムで反射波を変更することは現実的ではない。このため、プロトコル側でこの弱点を吸収するため、反射波では通信エラーが生じることを想定しておき、同じ通信を複数回行い、通信毎にビットレート変更することで対処する。これにより、受信データを正確に取得することが可能である。

一方で、受信器側で複数のビットレートの復調器を並列に持たせるのは回路規模の増大となる。このため、本実施形態では、アンカー１００とタグ２００の間で送受信されるデータのビットレートを変更可能としておき、パケットヘッダに、その後に送られるデータのビットレートを書き込んでおく。これにより、受信側で受信データを復調する際に、パケットヘッダに書き込まれたビットレートに基づいて復調することで、受信データを誤りなく復調することができる。

一方、パケットヘッダのビットレートについては、反射波の伝送距離と直接波の伝送距離の差分Δｄが、通常ではあり得ない程度の距離となるようにしておく。上述のように、ビットレートが５０［Ｍｂｐｓ］であれば、Δｄは６ｍ程度である。また、ビットレートが１００［Ｍｂｐｓ］であれば、Δｄは３ｍ程度である。一例として、パケットヘッダのビットレートは、Δｄが１００ｍ程度となるような値としておく。改札において、直接波と反射波の伝送距離の差分Δｄが１００ｍとなることは想定できないため、パケットヘッダを受信した際に、受信データにエラーが生じることを抑制できる。

また、ＲＦの出力を弱めることで、反射派の影響を抑えることも可能である。よって、アンカーからのコマンド、および、タグからのレスポンス送信毎にＲＦの出力を変更することでも、反射波の影響を抑えることができる。また、タグからのレスポンス送信時におけるＲＦ出力設定を、アンカーからのコマンドにて設定できるようにしてもよい。

５．７．測距誤差に対する対策
アンカー１００とタグ２００の距離を測距した際の測距誤差（実際の距離と測距値との誤差）は、アンカー１００とタグ２００との間の距離が大きいほど大きくなる。図４２は、アンカー１００によるタグ２００との間の測距値（横軸）と測距誤差（縦軸）との関係を示す特性図である。測距誤差は、ハードウェアの特性に依存するので、これを小さくことにはある程度の困難が伴う。

このため、図４２に示すような特性を予め把握しておき、測距値に応じた補正を行い、補正した値にて測位計算を行う。例えば、図４２において、測距値が０．２ｍの時は測距値に対して５ｃｍの補正を行い、測距値が５ｍの場合は測距値に対して３０ｃｍの補正を行う。これにより、測距誤差を抑制して精度の高い測位が可能となる。

５．８．測位精度向上のための施策
高精度測位（Ｆｉｎｅ測位）においては、アンカー１００とタグ２００の距離を測距する際、図１６に示すように、測距のための通信を複数回行い、各測距値の平均値を測位計算に用いることが考えられる。その際、雑音等の影響で測距のための通信がうまくいかず、通信回数が少ない場合は、平均するための母数が小さくなるため、測距値の誤差が大きくなることが予想される。この課題に対し、通信回数が少ない場合に得られた測距値は、測位計算の対象からはずすことで上記の課題が解決できる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１） 複数の無線通信端末の位置を測位する測位部と、
前記測位部による前記無線通信端末の位置に基づいて、前記無線通信端末のゲートの通過可否を判断するための認証を行う認証部と、
を備える、ゲート装置。
（２） 前記測位部は、パルス通信を利用した測位技術により前記無線通信端末の位置を測位する、前記（１）に記載のゲート装置。
（３） 前記認証部は、前記無線通信端末が所定範囲に位置する場合に、前記認証を行う、前記（１）に記載のゲート装置。
（４） 前記測位と前記認証のために前記無線通信端末と通信を行い、異なる位置に配置された複数の無線通信装置を備え、
前記測位部は、前記無線通信端末への測位コマンドの送信から前記測位コマンドに対する前記無線通信端末からのレスポンスの受信までの時間に基づいて前記無線通信端末の位置を測位する、前記（１）に記載のゲート装置。
（５） 前記測位部は、
前記複数の無線通信装置のそれぞれが前記無線通信端末へ送信する１の前記測位コマンドと当該１の測位コマンドに対する前記レスポンスとに基づいて前記無線通信端末の位置を測位する第１の測位部と、
前記複数の無線通信装置のそれぞれが前記無線通信端末へ送信する複数の前記測位コマンドと当該複数の測位コマンドに対する複数の前記レスポンスとに基づいて前記無線通信端末の位置を測位する第２の測位部と、を有し、
前記第１の測位部により所定の範囲に位置することが測位された前記無線通信端末に対して、前記第２の測位部による測位を行う、前記（４）に記載のゲート装置。
（６） 前記第２の測位部は、複数の前記測位コマンドに対する前記レスポンスを受信する際に、前記レスポンスを受けるためのスロットを固定する、前記（５）に記載のゲート装置。
（７） 前記複数の無線通信装置は、前記測位部が前記無線通信端末の位置を測位する前に、前記無線通信端末を識別するための識別子を取得するための識別子取得コマンドを前記無線通信端末へ送信することで、前記無線通信端末から前記識別子を取得し、
前記第１の測位部により前記無線通信端末の位置を測位する際に、前記測位コマンドとともに、前記識別子と前記レスポンスを受信する際のタイミング情報とを送信する、前記（５）に記載のゲート装置。
（８） 前記複数の無線通信装置のそれぞれは、前記第１の測位部により前記無線通信端末の位置を測位する際に、異なるタイミング情報を前記無線通信端末へ送信する、前記（７）に記載のゲート装置。
（９） 前記測位コマンドとともに前記識別子及び前記タイミング情報を受信した前記無線通信端末は、受信した前記識別子が自身の識別子と一致する場合は、受信したタイミング情報に基づいて前記レスポンスを送信する、前記（７）に記載のゲート装置。
（１０） 前記認証部による認証のために、前記無線通信端末の位置を測位する際に前記無線通信端末から受信した情報を復調する際に得られた情報に基づいて、複数の前記無線通信装置の中から前記認証を行うための前記無線通信装置を選択する選択部を備える、前記（４）に記載のゲート装置。
（１１） 前記レスポンス又は前記識別子を受信する際に、複数の前記無線通信装置が復調を行い、
前記レスポンスの誤り検出を行う誤り検出部を備え、
前記複数の無線通信装置が受信した前記レスポンスのうち、誤りが検出されなかった前記レスポンスを最終的な前記レスポンスとして確定する、前記（７）に記載のゲート装置。
（１２） 前記測位コマンドに反応した前記無線通信端末は、一定時間の間は前記無線通信装置から送られる前記識別子取得コマンドに対して反応しないように状態遷移が行われる、前記（７）に記載のゲート装置。
（１３） 前記状態遷移が行われた前記無線通信端末を前記状態遷移から復帰させる状態遷移復帰コマンドを送信する、前記（１２）に記載のゲート装置。
（１４） 前記無線通信端末は、前記識別子取得コマンド内の前記識別子が自端末に対応する場合は、前記識別子取得コマンドに対するレスポンスを行わない、請求項７に記載のゲート装置。
（１５） 前記測位コマンドには、一定時間の間のみ前記識別子が付加されて前記無線通信端末へ送信される、請求項７に記載のゲート装置。
（１６） 前記無線通信端末の位置を測位するための測位コマンドとして、前記ゲートに関連する第１のコマンドと、前記ゲートに関連しない第２のコマンドを有し、
前記無線通信端末は、前記第２のコマンドよりも前記第１のコマンドの優先度を高くして前記第１のコマンドに反応する、前記（１）〜（１５）のいずれかに記載のゲート装置。
（１７） 前記認証部による認証を行った後は、人を検知するセンサから得られる情報に基づいて、前記無線通信端末を保持する人が前記ゲートを通過するまでの間は、前記測位部による測位、又は前記認証部による認証を行わない、前記（１）〜前記（１６）のいずれかに記載のゲート装置。
（１８） 前記無線通信端末が認証されると、前記無線通信端末を保持する人が別途保持する他の端末との通信を非活性化する、前記（１）〜（１７）のいずれかに記載のゲート装置。
（１９） 前記無線通信端末が前記ゲートの外の特定の範囲内に入ったことをトリガーとして前記認証のための通信を開始する、前記（１）〜（１９）のいずれかに記載のゲート装置。
（２０） 複数の無線通信端末の位置を測位することと、
測位した前記無線通信端末の位置に基づいて、前記無線通信端末のゲートの通過可否を判断するための認証を行うことと、
を備える、ゲート装置における方法。

１００ アンカー
１３００ 測位部
１３１０ 第１の測位部
１３２０ 第２の測位部
１４００ 認証部
１７００ 選択部
１９００ 誤り検出部

Claims (20)

1. 複数の無線通信端末の位置を測位する測位部と、
   前記測位部による前記無線通信端末の位置に基づいて、前記無線通信端末のゲートの通過可否を判断するための認証を行う認証部と、
   を備える、ゲート装置。
2. 前記測位部は、パルス通信を利用した測位技術により前記無線通信端末の位置を測位する、請求項１に記載のゲート装置。
3. 前記認証部は、前記無線通信端末が所定範囲に位置する場合に、前記認証を行う、請求項１に記載のゲート装置。
4. 前記測位と前記認証のために前記無線通信端末と通信を行い、異なる位置に配置された複数の無線通信装置を備え、
   前記測位部は、前記無線通信端末への測位コマンドの送信から前記測位コマンドに対する前記無線通信端末からのレスポンスの受信までの時間に基づいて前記無線通信端末の位置を測位する、請求項１に記載のゲート装置。
5. 前記測位部は、
   前記複数の無線通信装置のそれぞれが前記無線通信端末へ送信する１の前記測位コマンドと当該１の測位コマンドに対する前記レスポンスとに基づいて前記無線通信端末の位置を測位する第１の測位部と、
   前記複数の無線通信装置のそれぞれが前記無線通信端末へ送信する複数の前記測位コマンドと当該複数の測位コマンドに対する複数の前記レスポンスとに基づいて前記無線通信端末の位置を測位する第２の測位部と、を有し、
   前記第１の測位部により所定の範囲に位置することが測位された前記無線通信端末に対して、前記第２の測位部による測位を行う、請求項４に記載のゲート装置。
6. 前記第２の測位部は、複数の前記測位コマンドに対する前記レスポンスを受信する際に、前記レスポンスを受けるためのスロットを固定する、請求項５に記載のゲート装置。
7. 前記複数の無線通信装置は、前記測位部が前記無線通信端末の位置を測位する前に、前記無線通信端末を識別するための識別子を取得するための識別子取得コマンドを前記無線通信端末へ送信することで、前記無線通信端末から前記識別子を取得し、
   前記第１の測位部により前記無線通信端末の位置を測位する際に、前記測位コマンドとともに、前記識別子と前記レスポンスを受信する際のタイミング情報とを送信する、請求項５に記載のゲート装置。
8. 前記複数の無線通信装置のそれぞれは、前記第１の測位部により前記無線通信端末の位置を測位する際に、異なるタイミング情報を前記無線通信端末へ送信する、請求項７に記載のゲート装置。
9. 前記測位コマンドとともに前記識別子及び前記タイミング情報を受信した前記無線通信端末は、受信した前記識別子が自身の識別子と一致する場合は、受信したタイミング情報に基づいて前記レスポンスを送信する、請求項７に記載のゲート装置。
10. 前記認証部による認証のために、前記無線通信端末の位置を測位する際に前記無線通信端末から受信した情報を復調する際に得られた情報に基づいて、複数の前記無線通信装置の中から前記認証を行うための前記無線通信装置を選択する選択部を備える、請求項４に記載のゲート装置。
11. 前記レスポンス又は前記識別子を受信する際に、複数の前記無線通信装置が復調を行い、
    前記レスポンスの誤り検出を行う誤り検出部を備え、
    前記レスポンスのうち、誤りが検出されなかった前記レスポンスを最終的な前記レスポンスとして確定する、請求項７に記載のゲート装置。
12. 前記測位コマンドに反応した前記無線通信端末は、一定時間の間は前記無線通信装置から送られる前記識別子取得コマンドに対して反応しないように状態遷移が行われる、請求項７に記載のゲート装置。
13. 前記状態遷移が行われた前記無線通信端末を前記状態遷移から復帰させる状態遷移復帰コマンドを送信する、請求項１２に記載のゲート装置。
14. 前記無線通信端末は、前記識別子取得コマンド内の前記識別子が自端末に対応する場合は、前記識別子取得コマンドに対するレスポンスを行わない、請求項７に記載のゲート装置。
15. 前記測位コマンドには、一定時間の間のみ前記識別子が付加されて前記無線通信端末へ送信される、請求項７に記載のゲート装置。
16. 前記無線通信端末の位置を測位するための測位コマンドとして、前記ゲートに関連する第１のコマンドと、前記ゲートに関連しない第２のコマンドを有し、
    前記無線通信端末は、前記第２のコマンドよりも前記第１のコマンドの優先度を高くして前記第１のコマンドに反応する、請求項１に記載のゲート装置。
17. 前記認証部による認証を行った後は、人を検知するセンサから得られる情報に基づいて、前記無線通信端末を保持する人が前記ゲートを通過するまでの間は、前記測位部による測位、又は前記認証部による認証を行わない、請求項１に記載のゲート装置。
18. 前記無線通信端末が認証されると、前記無線通信端末を保持する人が別途保持する他の端末との通信を非活性化する、請求項１に記載のゲート装置。
19. 前記無線通信端末が前記ゲートの外の特定の範囲内に入ったことをトリガーとして前記認証のための通信を開始する、請求項１に記載のゲート装置。
20. 複数の無線通信端末の位置を測位することと、
    測位した前記無線通信端末の位置に基づいて、前記無線通信端末のゲートの通過可否を判断するための認証を行うことと、
    を備える、ゲート装置における方法。

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