KR101016938B1

KR101016938B1 - Ｅｔｃｓ 단말기의 통신영역 제한 장치

Info

Publication number: KR101016938B1
Application number: KR1020080020597A
Authority: KR
Inventors: 민선기; 김범진; 임규현
Original assignee: (주)에프씨아이
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2011-02-25
Also published as: CN101965590A; KR20090095323A; WO2009110758A2; JP2011517875A; JP5279849B2; CN101965590B; WO2009110758A3

Abstract

본 발명의 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치는 안테나, 안테나, RF 수신부, RF 송신부 및 Baseband 송, 수신부를 부착한 차량탑재장치(OBU)의 전자요금징수시스템(ETCS)에 있어서, 상기 RF 수신부의 일구성을 이루는 ASK Demodulator의 수신단에 상기 OBU의 수신 성능을 제한하여 일정한 범위의 통신영역에서만 송신 또는 수신이 되도록 작동하도록 Digital Control Block 및 RSSI Control Block을 구성요소로 하는 OBU의 수신 성능 제한장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치를 제공함으로써, 통신영역 이외의 영역에서 ETCS의 성능을 방해하는 노이즈를 발생시킴과 동시에 OBU의 통신영역 진입 시 수신, 송신 전환의 효율성을 떨어뜨리는 단점을 해결할 수 있는 기술적 장점이 있다.

전자요금징수시스템(ETCS), 차량탑재장치(OBU), 노변장치(RSU), 수신제한

Description

ＥＴＣＳ 단말기의 통신영역 제한 장치{ELECTRICAL TOLL COLLECTION SYSTEM WITH TERMINAL LIMITING COMMUNICATION ZONE}

본 발명은 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ETCS 단말기의 수신 성능을 정밀하게 조정함으로써 ETCS 단말기의 통신영역 내에서 통신성공률을 높이기 위한 ETCS 단말기에 관한 것이다.

전자요금징수시스템(Electric Toll Collection System, 이하 ETCS)은 일명 하이패스 시스템이라 지칭되는데, 이는 5.8GHZ의 무선 통신 시스템을 이용한 무정차 요금징수 시스템으로서, 교통체증감소, 환경오염 개선, 교통시스템 전산화 등의 효과를 얻을 수 있는 지능형교통체계(Intelligent Transport System, 이하 ITS)를 구현하는 기본구성 시스템이다.

상기 ETCS 통신시스템은 5.8GHZ 대역의 진폭변이변조(Amplitude Shift Keying, 이하 ASK) 방식을 사용하며, 수동형 방식과 능동형 방식 2가지가 있는데, 특히 능동형 방식은 ETCS 뿐만 아니라 ITS 구현이 용이하다는 장점이 있다.

도 1은 전자요금징수시스템(ETCS)의 일반적인 구성을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 전자요금징수시스템( Electric Toll Collection System, ETCS)은 차량탑재장치(On Board Unit, 이하 OBU)(110), 제1 차량감지기(120), 제2 차량감지기(125), 제1 노변장치(Road Side Equipment, 이하 RSU1)(130), 제2 노변장치(Road Side Equipment, 이하 RSU2)(135)로 구성된다.

상기 OBU(110)는 차량에 탑재된 단말기로서 노변에 설치된 단말기인 상기RSU(130,135)와 상호 RF(Radio Frequency) 송신 또는 수신을 한다. 상기 차량감지기(120, 125)는 단지 차종을 인식하기 위한 장치로서 RF(Radio Frequency) 송신 또는 수신과는 무관하다. 상기 OBU(110)는 제1 차량감지기(120), 제2 차량감지기(125), 제1 노변장치(RSU1)(130), 제2 노변장치(RSU2)(135)를 순차적으로 통행하면서 요금징수에 필요한 절차를 수행한다.

상기 도1에서 화살표로 표시된 구간은 상기 통신영역(150)을 나타내는 데, 이는 상기 OBU(110)와 상기 RSU(130,135) 간 송신 또는 수신할 수 있는 구간을 의미하며, 도로상황을 고려하여 최적화된 것으로, 노변에 ETCS 설치 후에는 변경되지 않는 항목이다.

상기 통신영역(150)은 ETCS의 오동작을 최소화하기 위해 일정한 거리의 구역이 되도록 엄격히 제한되지만, 사용자의 필요에 따라 상기 RSU(130,135)의 송신 출력(power) 조정 및 안테나 편이성 조정을 통해 원하는 통신영역(150)을 형성할 수 있다. 상기 통신영역(150)은 제1 차량감지기(120)의 위치를 넘지 않아야 하며, 상기 통신영역(150) 이외의 지역 이를테면, 상기 제1 차량감지기(120) 이전에 상기 OBU(110)와 상기 RSU(130,135) 간 송신 또는 수신이 이루어지면 오동작으로 처리된다. 즉 상기 OBU(110)와 상기 RSU(130,135) 간 송신 또는 수신이 상기 통신영 역(150) 내에서 이루어지는 경우만을 정상적인 작동으로 처리한다. 따라서 ETCS의 상기 통신영역(150)을 준수하기 위해서는 상기 OBU(110)의 성능이 우수해야 하며, 상기 정해진 통신영역(150)에 대해서 OBU(110)의 송, 수신 성능이 떨어질수록 ETCS의 오동작 가능성은 높아짐을 알 수 있다.

도 2는 종래의 전자요금징수시스템(ETCS) 용 송신부 또는 수신부의 실시예를 구현한 것을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 종래의 ETCS는 안테나(100), RF 송, 수신부(200), Baseband 송, 수신부(300)로 구성된다.

상기 RF 송, 수신부(200)는 RF 수신부(210), RF 송신부(220), RF 스위치(230)로 구성된다. 상기 RF 수신부(210)는 Low Noise Amplifier(212), Down Conversion Mixer(214), Filter(216), ASK Demodulator(218)로 구성된다.

상기 Low Noise Amplifier(212)는 RF 신호를 증폭시킨다. 상기 Down Conversion Mixer(214)는 증폭된 RF 신호를 IF(Intermediate Frequency) 신호로 Down Conversion 시킨다. 상기 Filter(216)는 Down Conversion된 신호의 잡음(noise)을 필터링한다. 상기 ASK Demodulator(218)는 수신된 신호를 ASK(Amplitude Shift Keying) 방식으로 복조(Demodulation)하여 상기 Baseband 송, 수신부(300)에 디지털(Digital) 신호를 출력시킨다.

상기 RF 송신부(220)는 Up Conversion Mixer(222), Power Amplifier(224)로 구성된다. 상기 Up Conversion Mixer(222)는 상기 Baseband 송, 수신부(300)으로부터 입력된 신호를 RF신호로 Up Conversion 시키고, 상기 Power Amplifier(224)는 RF 신호를 원하는 출력 레벨(Level)의 신호로 증폭 시킨다.

상기 도2 에서 VCO(Voltage Controlled Oscillator), PLL(Phase Locked Loop)의 도시는 생략하였다.

도 3은 차량탑재장치(OBU)의 성능에 따른 전자요금징수시스템(ETCS)의 통신성공률을 설명하기 위해 도시한 것이다.

도 3 및 도1을 참조하면, 350은 통신영역(150) 내에서 최소통신 성공률, 310은 OBU(110)의 송,수신 성능이 기준을 초과한 경우의 통신성공률, 330은 OBU(110)의 송, 수신 성능이 기준에 비해 부족한 경우의 통신성공률, 320은 OBU(110)의 송, 수신 성능이 기준에 부합되어 최적화된 경우의 통신성공률을 나타낸다.

상기 350은 ETCS 단말기의 통신성공률이 최소 통신성공률 이하일 경우로서, ETCS 단말기는 오동작(Fail) 처리 된다. 상기 310은 OBU(110)의 송, 수신 성능이 기준을 초과할 정도로 우수할 경우, 통신영역 이외의 구간, 즉 차량감지기1(120)의 위치 이전에 송, 수신을 하게 된다.

상기 330는 OBU(110)의 송, 수신 성능이 기준에 비해 부족한 경우로서, 이 경우에 통신영역을 벗어나지는 않지만 통신영역 내에서 통신성공률이 급격히 저하되는 구간(340)이 또한 발생하게 된다. 이럴 경우, OBU(110)가 고속으로 ETCS 구간 통과 시 오동작이 발생할 확률은 높아지게 된다.

상기 320은 OBU(110)의 송, 수신 성능이 통신영역(150)을 벗어나지 않으며 통신영역(150) 내에서도 상기 310 경우와 달리 통신성공률 감소 구간이 없기 때문에 OBU(110)의 고속통과 시에도 안정적인 성능을 유지할 수 있게 된다.

도 4는 종래의 OBU의 송신부 성능을 저하시켜 얻은 OBU 송신부 출력신호를 나타낸 것이다.

도 4 및 도 1을 참조하면, 도 4의 왼쪽 그림은 일반적인 OBU 송신부 출력 신호를 도시한 것으로서, OBU(110) 출력신호는 ASK 방식으로 변조(Modulation)된 신호로서 일정수준 이상의 크기로 출력되어야 한다.

상기 출력신호의 Quality는 Modulation Index(412)로 표시되며, 이는 Carrier 성분(410)과 진폭변이 성분(414)의 차로 정의 된다. 상기 Carrier 성분(410)과 상기 진폭변이 성분(414)의 차가 작을수록 Modulation Index(412)는 우수하다는 것을 의미하는데, 이는 또한 OBU(110) 출력신호의 Quality 및 OBU(110) 송, 수신 성능이 우수하다는 것을 의미한다.

도 4의 오른쪽 그림은 OBU(110)의 송신부 성능을 저하시켜 얻은 OBU(110) 송신부 출력신호를 나타낸 것으로서, Carrier 성분(420)은 유지하면서 진폭변이 성분(424)의 크기를 줄여서 Modulation Index(422)를 저하시킴을 알 수 있다. OBU(110) 송신 신호의 상기 Modulation Index(422)를 저하시키는 방법으로 OBU(110) 송신 성능을 저하시키면 RSU(130, 135)의 수신부의 수신 성능을 저하시킬 수 있으므로 결국 OBU(110)와 RSU(130, 135) 간의 통신영역(150)을 제한시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.

그러나 상기 종래의 기술은 비록 원하는 통신영역을 만족시킬 수는 있으나, 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

즉, ETCS용 OBU(110)는 수신이 된 경우에 대해서는 반드시 송신을 하게 되는 방식으로 동작한다. 이로 인해 OBU(110)의 수신부의 성능이 제한되지 않기 때문에 통신영역(150) 진입 전에도 OBU(110)의 수신부가 정상수신으로 인식할 수 있고, OBU(110)의 송신부 역시 출력을 하는 상태가 존재하게 된다. 즉, 통신영역 이전에 OBU(110)와 RSU(130, 135) 간의 통신 성공만 되지 않았을 뿐, 불필요한 동작 상태를 발생시키고, 이로 인해 OBU(110)는 통신영역(150) 이외의 영역에서 ETCS의 성능을 방해하는 노이즈(Noise)를 발생시킴과 동시에 OBU(110)의 통신영역(150) 진입 시 수신, 송신 전환의 효율성을 떨어뜨리는 문제점을 갖게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 제한된 통신영역에서 ETCS 단말기의 수신감도를 전기적으로 정교하게 제어할 수 있는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치는, 안테나, RF 수신부, RF 송신부 및 Baseband 송, 수신부를 부착한 차량탑재장치(OBU)의 전자요금징수시스템(ETCS)에 있어서, 상기 RF 수신부의 일구성을 이루는 ASK Demodulator의 수신단에 상기 OBU의 수신 성능을 제한하여 일정한 범위의 통신영역에서만 송신 또는 수신이 되도록 작동하도록 Digital Control Block 및 RSSI Control Block을 구성요소로 하는 OBU의 수신 성능 제한장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치를 제공한다.

본 발명은 ETCS의 통신영역을 준수하며, 수신기준감도 이상에서만 단말기의 송신부를 동작시킴으로써 통신영역 이외의 영역에서 ETCS의 성능을 방해하는 노이즈를 발생시킴과 동시에 OBU의 통신영역 진입 시 수신, 송신 전환의 효율성을 떨어뜨리는 단점을 해결할 수 있는 기술적 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 의한 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치의 구성을 도시한 것이다.

도 5 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 통신영역 제한 장치는 안테나(100), RF 송, 수신부(200), Baseband 송, 수신부(300) 및 OBU 단말기 메모리(400)를 부착한 차량탑재장치(OBU)의 전자요금징수시스템(ETCS)을 구성 한다. 상기 RF 송, 수신부(200)는 종래의 RF 수신부(210), RF 송신부(220), RF 스위치(230) 구성 외에 차량탑재장치(OBU)의 수신성능 제한장치(240)로 구성된다.

상기 수신성능 제한장치(240)는 본 발명의 특징부에 해당하는 구성회로로서 OBU의 수신성능을 제한하는 역할을 수행하며, Digital Control Block(242)과 RSSI Control Block(244)으로 구성된다. 상기 RSSI Control Block(244)은 수신 신호의 크기에 비례하는 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 출력신호를 발생시키는 회로이며, Digital Control Block(242)에 의해 조정된다.

상기 RSSI Control Block(244)은 상기 Digital Control Block(242)에 의해 조정되며, 상기 조정된 RSSI 문턱값 또는 기준수신감도의 최적의 신호값에 따라 ASK Demodulator(218)의 출력신호를 조정할 수 있다. 상기 출력신호는 Baseband 송, 수신부(300)로 보내지며, 이 경우 RSSI 문턱값 또는 기준수신감도의 최적화된 Digital Control Value는 OBU 단말기 메모리(400)에 저장된다.

상기 안테나(100), RF 송, 수신부(200), Baseband 송, 수신부(300)의 각각에 대하여 이미 도2에서 설명한바 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 OBU의 수신성능 조종방법을 설명하기 위해 RSSI를 그래프로 도시한 것이다.

도 6 및 도 5를 참조하면, 610은 OBU의 기준 수신감도, 611은 RSSI, 620은 RSSI 문턱값(Threshold Value, RSSIth), 613은 RSSI 기울기(Slope)를 각각 의미한다. 상기 기준 수신감도(610)는 개별적인 OBU간에 적용 시 수신감도 편차가 매우 적어야 한다. 상기 RSSI 문턱값(620)은 OBU의 수신 신호의 크기가 RSSI 문턱값(620) 보다 크거나 작은 지를 결정하는 기준값 역할을 하며, 상기 RSSI Control Block(244)에 의해 조정된다.

도 7은 본 발명의 OBU의 수신성능 조종에 따른 RSSI 및 Demodulation 된 ASK 출력신호를 그래프로 도시한 것이다.

도 7및 도 5를 참조하면, 610은 OBU의 기준수신감도(Pref), 730은 RSSI, 740은 Demodulation 된 ASK 출력신호를 나타낸다.

상기 RSSI(730)는 상기 RSSI Control Block(244)에서 발생되며, 수신신호가 상기 기준수신감도(610)에 대응한 RSSI 문턱값(RSSIth1) 보다 클 경우, Logic Level High가 되고, 수신 신호의 크기가 상기 RSSI 문턱값(RSSIth1) 보다 작을 경우, Logic Level Low가 된다.

상기 출력신호(740)는 OBU의 수신신호 크기가 상기 기준수신감도(610)에 대응한 RSSI 문턱값(RSSIth2) 보다 클 경우에만 출력을 하고, 수신 신호의 크기가 상기 RSSI 문턱값(RSSIth2) 보다 작을 경우에는 출력신호가 발생되지 않는다.

상기 본 발명의 통신영역 제한 장치는 OBU에 대해서 적용했지만, 필요에 따라 RSU 에도 적용하여 실시할 수 있음은 당연하다. 상기 통신영역 제한 장치를 RSU에 적용하여 구현할 경우, 상기 도5 내지 도7 이미 설명한 OBU에 적용된 방식, 즉 RSSI 기울기(611) 또는 RSSI 문턱값(RSSIth) 조정을 통하여 RSU의 통신영역을 제한하는 방법을 구현할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

이상 상기 설명한 사항을 토대로 다음과 같은 결론을 요약정리 할 수 있다.

첫째, 사용자는 Digital Control Block(242)에 의해 조정되는 RSSI Control Block(244)에 의해 RSSI 기울기(611) 및 RSSI 문턱값(RSSIth2)을 조정함으로써 OBU의 수신감도를 원하는 수준의 레벨(Level)로 정밀하게 조절할 수 있게 되어, 결국 OBU와 RSU 간의 송, 수신이 통신영역(150) 내에서만 이루어지게 구현할 수 있다.

둘째, RSSI Control Block(244)은 RSSI(630) 기능을 통해 기준수신감도(610) 이하의 입력신호에 대해서 OBU의 수신부에서 복조(Demodulation)된 출력신호를 발생시키지 않고, 기준수신감도(610) 이상 일 경우 OBU의 송신 출력을 발생시키도록 조정할 수 있다.

셋째, 본 발명의 통신영역 제한 장치는 디지털 제어(Digital Control) 방식으로 조정되기 때문에 OBU 제작 시 자동조정(Auto-Calibration) 기능을 구현할 수 있으며, OBU 제작 시 실험에 의해 얻은 RSSI 문턱값 또는 기준수신감도에 대해 최적화된 디지털 제어 값(Digital Control Value)을 OBU 단말기 메모리(400)에 저장하여 손쉽게 작동 구현 가능하다.

넷째, 상기 통신영역 제한 장치를 OBU 뿐만 아니라, RSU에 적용하여 구현할 수 있으며, 이 경우 상기 설명한 OBU에 적용된 동일한 방식을 응용하여 실시할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 6은 본 발명의 OBU의 수신성능 조종 방법을 설명하기 위해 RSSI를 그래프로 도시한 것이다.

Claims

안테나, RF 수신부, RF 송신부 및 Baseband 송, 수신부를 부착한 차량탑재장치(OBU)의 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치에 있어서,

상기 RF 수신부의 일구성을 이루는 ASK Demodulator의 수신단에 상기 OBU의 수신 성능을 제한하여 일정한 범위의 통신영역에서만 송신 또는 수신이 되도록 작동하도록 Digital Control Block 및 RSSI Control Block을 구성요소로 하는 OBU의 수신 성능 제한장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제1항에 있어서, 상기 RSSI Control Block은,

RSSI 문턱값 또는 RSSI 기울기를 조정하여, 상기 ASK Demodulator에서 발생되는 진폭변이변조(ASK) 출력신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제2항에 있어서, 상기 진폭변이변조(ASK) 출력신호는

상기 OBU의 수신신호 입력강도(Input power)가 상기 RSSI 문턱값에 대응하는 기준수신감도(Pref) 보다 큰 경우에만 출력되는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제1항에 있어서, 상기 RF 송신부는,

RSSI 문턱값에 대응하는 기준수신감도(Pref) 이상일 경우에만 송신신호를 발송하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제1항에 있어서,

상기 Baseband 송, 수신부의 일측단에 RSSI 문턱값 또는 기준수신감도(Pref)의 디지털제어값(Digital Control Value)을 저장하는 OBU 단말기 메모리를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
복수의 노변장치(RSU) 각각에 부착된 안테나, RF 수신부, RF 송신부, 및 Baseband 송, 수신부를 구비하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치에 있어서,

상기 RF 수신부의 일구성을 이루는 ASK Demodulator의 수신단에 상기 노변장치(RSU)의 수신 성능을 제한하여 일정한 범위의 통신영역에서만 송신 또는 수신이 되도록 작동하도록 Digital Control Block 및 RSSI Control Block을 구성요소로 하는 RSU의 수신 성능 제한장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제6항에 있어서, 상기 RSSI Control Block은,

RSSI 문턱값 또는 RSSI 기울기를 조정하여, 상기 ASK Demodulator에서 발생되는 진폭변이변조(ASK) 출력신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제7항에 있어서, 상기 진폭변이변조(ASK) 출력신호는

상기 RSU의 수신신호 입력강도(Input power)가 상기 RSSI 문턱값에 대응하는 기준수신감도(Pref) 보다 큰 경우에만 출력되는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제6항에 있어서, 상기 RF 송신부는,

RSSI 문턱값에 대응하는 기준수신감도(Pref) 이상일 경우에만 송신신호를 발송하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.
제6항에 있어서,

상기 Baseband 송, 수신부의 일측단에 RSSI 문턱값 또는 기준수신감도(Pref)의 디지털제어값(Digital Control Value)을 저장하는 RSU 단말기 메모리를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 ETCS 단말기의 통신영역 제한 장치.