KR20130140251A - 전자 요금 징수용 무선통신장치 - Google Patents

Abstract

전자 요금 징수용 무선통신장치가 개시된다. 송수신부는 도로를 구성하는 복수의 차로 각각에 대응하여 배치되며 복수의 차로 각각에서 주행하는 차량과 무선신호를 송수신하는 복수의 안테나로 구성된다. 제어부는 복수의 안테나 각각이 서로 상이한 캐리어 주파수에 동조되어 시분할 다중화 방식으로 동작하도록 송수신부를 제어한다. 본 발명에 따르면, 복수의 차로에 각각 배치되는 복수의 안테나가 각각 상이한 캐리어 주파수에 동조됨과 동시에 시분할 다중화 방식으로 동작하도록 함으로써, 인접한 차로에 배치된 안테나들 간의 간섭 현상을 최소화할 수 있다.

Description

전자 요금 징수용 무선통신장치{Radio communication device for electronic toll collection}

본 발명은 전자 요금 징수용 무선통신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 도로에서 통행하는 차량에 설치된 무선통신기기와 무선신호를 송수신함으로써 각 차량에 통행료가 징수되도록 하는 장치에 관한 것이다.

고속도로 등의 유료도로에 적용되는 전자 요금 징수 시스템은 유료도로를 통행하는 차량에 탑재된 단말기와의 무선통신을 통해 해당 차량에 대해 통행료를 자동으로 징수하는 시스템이다.

최근 사용되고 있는 요금 징수 방식은 유료도로의 각 차로 별로 독립적인 통신영역을 설정하여 각각의 통신영역을 통과하는 차량의 단말기와의 무선통신에 의해 통행료를 징수하는 방식이다. 이러한 방식을 사용할 경우, 인접한 통신영역 간의 간섭을 방지하거나 차량 인식 성능을 향상시키기 위해 추가 장비를 설치하여야 하는 경우가 있다.

한국공개특허 제2005-0043600호에는 도로통행료 자동징수 시스템이 개시되어 있으며, 무선통신 기지국의 두 안테나를 상호 간섭되지 않도록 시분할 방식으로 스위칭하는 구성을 가진다. 그러나 안테나의 동작 시간대를 제어하는 방식만으로는 간섭 현상을 완전히 제거할 수 없다는 문제가 있다.

또한 한국공개특허 제2005-0109208호에 개시된 통행 요금 징수 시스템은 차로들 전체를 통신영역으로 하는 안테나 및 각각의 차로를 통신영역으로 하는 안테나에 의해 차량 단말기와의 RF 통신 및 IR 통신을 수행하여 요금을 징수하는 구성을 가진다. 이러한 방법은 차량 단말기 역시 두 가지 통신 방식을 모두 지원하여야 하며, 추가 설비가 요구된다는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 복수의 차로로 형성된 도로에서 차량과의 무선통신에 의해 요금을 징수할 때 인접 차로에 위치하는 차량과의 간섭 현상을 최소화할 수 있는 전자 요금 징수용 무선통신장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전자 요금 징수용 무선통신장치는, 도로를 구성하는 복수의 차로 각각에 대응하여 배치되며 상기 복수의 차로 각각에서 주행하는 차량과 무선신호를 송수신하는 복수의 안테나로 구성된 송수신부; 및 상기 복수의 안테나 각각이 서로 상이한 캐리어 주파수에 동조되어 시분할 다중화 방식으로 동작하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부;를 구비한다.

본 발명에 따른 전자 요금 징수용 무선통신장치에 의하면, 복수의 차로에 각각 배치되는 복수의 안테나가 각각 상이한 캐리어 주파수에 동조됨과 동시에 시분할 다중화 방식으로 동작하도록 함으로써, 인접한 차로에 배치된 안테나들 간의 간섭 현상을 최소화할 수 있다. 또한 인접한 안테나 사이의 편파 방향이 수직하게 형성됨으로써 간섭 현상 최소화 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 요금 징수용 무선통신장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 2는 TDM 방식과 FDM 방식이 동시에 적용된 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면,
도 3은 안테나의 방사패턴이 원형으로 형성되는 일 실시예를 도시한 도면,
도 4는 송수신부가 복수 열의 안테나 어레이로 구성된 일 실시예를 도시한 도면, 그리고,
도 5는 제어부 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전자 요금 징수용 무선통신장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 전자 요금 징수용 무선통신장치는 도로를 통행하는 차량의 정보를 획득하여 통행료를 징수하기 위한 전자 요금 징수 시스템을 위해 구현되며, 주행중인 차량과의 무선통신에 의해 정보를 송수신하는 기능을 수행한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 요금 징수용 무선통신장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자 요금 징수용 무선통신장치(이하, '무선통신장치'라 한다)는 송수신부(110) 및 제어부(120)를 구비한다.

송수신부(110)는 차량이 통행하는 도로를 구성하는 복수의 차로 각각에 대응하여 배치되는 복수의 안테나로 구성되며, 각각의 안테나는 복수의 차로 각각에서 주행하는 차량, 구체적으로 차량에 탑재된 RF태그 등의 단말기와 무선신호를 송수신한다.

전자 요금 징수 시스템은 복수의 차로에서 주행하는 모든 차량으로부터 요금을 징수하여야 하므로, 송수신부(110)를 구성하는 복수의 안테나는 복수의 차로 각각에 배치된다. 그에 따라 앞에서 설명한 바와 같이 인접한 차로에 배치된 안테나 간의 간섭 현상이 발생할 수 있으며, 복수의 안테나는 이러한 간섭 현상을 최소화하는 방식으로 동작할 필요성이 있다.

제어부(120)는 복수의 안테나 각각이 서로 상이한 캐리어 주파수에 동조되어 시분할 다중화 방식으로 동작하도록 송수신부(110)를 제어한다. 즉, 제어부(120)는 시분할 다중화(Time Division Multiplexing : TDM) 방식과 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing : FDM) 방식을 동시에 사용하여 복수의 안테나의 동작을 제어한다.

도 2는 TDM 방식과 FDM 방식이 동시에 적용된 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 송수신부(110)를 구성하는 안테나(1) 내지 안테나(4)는 제어부(120)에 의해 각각 상이한 캐리어 주파수(f1, f2, f3, f4)와 동조되어 무선신호를 송수신한다. 또한 도 2의 (b)를 참조하면, 안테나(1) 내지 안테나(4)는 제어부(120)에 의해 하나의 시간 주기 내에서 서로 다른 시간대(time slot)에 무선신호를 송수신한다.

본 발명에 따른 무선통신장치는 이와 같이 TDM 방식과 FDM 방식을 동시에 사용하여 복수의 안테나와 차량에 탑재된 단말기 사이에 무선신호가 송수신되도록 함으로써 인접한 차로에 위치한 안테나 사이의 간섭 현상을 방지할 수 있다.

한편, 인접한 안테나 사이의 간섭 현상을 최소화하기 위해 안테나의 편파 방향을 사용할 수도 있다. 도 2의 (a)를 참조하면, 안테나(1)과 안테나(3)은 원형 편파 중 오른쪽으로 회전하면서 진행하는 우편파(Right-Hand Circular Polarization : RHCP) 특성을 나타내며, 안테나(2)와 안테나(4)는 반대로 왼쪽으로 회전하면서 진행하는 좌편파(Left-Hand Circular Polarization : LHCP) 특성을 나타낸다. 따라서 서로 인접한 안테나(1)과 안테나(2), 그리고 안테나(2)와 안테나(3) 등은 편파 방향이 수직이 되어 간섭 현상이 최소화될 수 있다.

또한 송수신부(110)를 구성하는 복수의 안테나는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 방사 패턴의 형태가 각각의 차로를 벗어나지 않도록 타원형으로 형성될 수 있다.

그런데 실제 상황에서는 차량이 반드시 차선 내에서 주행하지 않고 인접한 두 개의 차로에 걸쳐 주행하거나 안테나 부근에서 차로를 변경하는 경우가 발생할 수 있다. 나아가 복수의 안테나 중 하나에 장애가 발생하여 차량과의 무선통신이 불가능하게 되는 경우도 발생할 수 있다. 이러한 경우에 각각의 안테나가 도 2의 (a)에 도시된 것과 같은 타원형의 방사패턴을 형성한다면 차선 상에서 주행하는 차량 또는 장애가 발생한 안테나가 배치된 차로에서 주행하는 차량을 미처 인식하지 못할 수 있다.

송수신부(110)를 구성하는 복수의 안테나는 위와 같은 경우를 대비할 수 있도록 인접한 안테나의 방사패턴과 중첩되는 원형의 방사패턴을 형성할 수 있다.

도 3은 안테나의 방사패턴이 원형으로 형성되는 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 3의 (a)를 참조하면, 송수신부(110)를 구성하는 안테나(1) 내지 안테나(4)는 앞에서 설명한 바와 같이 제어부(120)에 의해 TDM 방식과 FDM 방식이 동시에 적용되어 동작하며, 이때 각 안테나의 방사패턴은 인접한 안테나가 배치된 차로의 일부 영역을 커버할 수 있는 크기의 원형으로 형성된다.

이와 같이 각 안테나의 방사패턴이 이와 같이 서로 중첩되는 원형으로 형성됨에 따라, 서로 중첩되지 않는 타원형의 방사패턴이 형성되는 경우에 나타나는 문제점이 해결될 수 있다. 예를 들면, 차량이 안테나(2)와 안테나(3)이 배치된 두 개의 차로 사이를 주행하는 경우에 해당 영역은 안테나(2)와 안테나(3)의 방사패턴이 중첩되는 영역이므로 차량 인식에 실패할 가능성을 방지할 수 있다. 또한 안테나(3)에 장애가 발생하는 경우에 안테나(3)이 배치된 차로에는 안테나(2)와 안테나(4)의 방사패턴이 미치게 되므로 안테나(2) 또는 안테나(4)와 차량 간의 무선통신이 이루어질 수 있다.

차량 인식에 실패할 가능성을 줄이기 위한 또 다른 실시예로서, 송수신부(110)를 구성하는 복수의 안테나가 복수 열의 안테나 어레이로 배치될 수도 있다. 구체적으로, 복수의 안테나는 도로의 진행방향과 수직이며 서로 평행인 복수 열의 안테나 어레이로 배치되고, 제어부(120)는 각각의 안테나 어레이에 대응하는 복수의 제어모듈로 구성될 수 있다.

이와 같이 안테나의 방사패턴의 형태가 변화하는 경우에도 TDM 방식과 FDM q방식은 동일하게 적용되며, TDM 방식에 따른 각 안테나의 동작 시간대는 도 3의 (b)와 같이 나타날 수 있다.

도 4는 송수신부(110)가 복수 열의 안테나 어레이로 구성된 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 4의 (a)를 참조하면, 송수신부(110)를 구성하는 8개의 안테나는 2열의 안테나 어레이(110-1, 110-2)로 배치되며, 안테나(1) 내지 안테나(4), 그리고 안테나(5) 내지 안테나(8)은 서로 다른 안테나 어레이(110-1, 110-2)에 속한다. 또한 각각의 안테나 어레이(110-1, 110-2)에 포함된 안테나들은 제어부(120)를 구성하는 제어모듈(120-1, 120-2)에 의해 각각 제어된다.

이때 차량 인식에 실패하는 경우를 보완하기 위하여 각각의 안테나 어레이(110-1, 110-2)에서 동일 차로에 대응하는 안테나들은 그 위치가 서로 교차되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 4의 (a)에서 안테나(2)와 안테나(6)은 서로 다른 안테나 어레이(110-1, 110-2)에 속하며 동일 차로에 대응되며, 동일선상에 배치되지 않고 서로 어긋나도록 배치되어 있다. 그에 따라 차량이 안테나(1)과 안테나(2)가 배치된 차로들 사이의 영역에서 주행하여 차량 인식에 실패하더라도 해당 영역에 안테나(6)이 배치되어 있으므로 차량 인식 실패를 보완할 수 있다. 또한 안테나(2)에 장애가 발생하여 차량 인식에 실패한 경우에는 안테나(6) 또는 안테나(7)에 의해 차량과의 무선통신이 이루어질 수 있다.

이 경우에도 제어모듈(120-1, 120-2)은 각각의 안테나 어레이(110-1, 110-2)에 대하여 TDM 방식과 FDM 방식을 동시에 적용하며, 일 실시예로서 안테나(1)과 안테나(5)가 동일한 캐리어 주파수 f1에 동조되고, 안테나(2)와 안테나(6), 안테나(3)과 안테나(7), 그리고 안테나(4)와 안테나(8)이 각각 동일한 캐리어 주파수 f2 내지 f4에 동조될 수 있다.

또한 도 4의 (b)를 참조하면, 각각의 제어모듈(120-1, 120-2)은 동일 안테나 어레이(110-1, 110-2)에 속하는 안테나들의 동작 시간대가 중첩되지 않도록 각 안테나의 동작 시간대를 하나의 시간 주기 내에서 분할한다. 다만, 서로 다른 안테나 어레이(110-1, 110-2)에 속하는 안테나의 동작 시간대는 서로 중첩될 수 있으며, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 안테나(1)과 안테나(8)이 동일 시간대에 동작할 수 있고, 안테나(2)와 안테나(7)이 동일 시간대에 동작할 수 있다.

이와 같이 복수 열의 안테나 어레이(110-1, 110-2)에 의해 송수신부(110)를 구성함으로써, 안테나의 방사패턴이 인접 차로 사이에서 서로 중첩되도록 형성되지 않더라도 차량 인식에 실패할 가능성을 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 무선통신장치의 제어부(120) 역시 성능을 향상시키기 위한 구성을 가질 수 있다.

도 5는 제어부(120) 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 제어부(120)의 RF 송신단(122)은 두 개의 RF AMP, 그리고 분할기(divider)와 결합기(combiner)로 이루어지는 커플러(coupler)에 의해 대칭형(symmetrical type) 구조로 설계됨으로써 싱글 엔드(single-end) 방식에 비해 저출력으로 동작할 수 있어 열화 발생을 최소화할 수 있으며, 두 개의 RF AMP 중 하나가 고장나더라도 이중화 구조로 인해 정상 동작이 가능하다.

또한 제어부(120)의 RF 수신단(124)은 두 개의 LNA(Low Noise Amplifier), 그리고 커플러에 의해 부하 분산 구조로 설계될 수 있으며, 그에 따라 RF 송신단(122)과 마찬가지로 저출력으로 동작할 수 있으며, 이중화로 인해 하나의 LNA에 장애가 발생하더라도 정상 동작이 가능하다. 나아가 공통형 잡음(common mode noise)에 우수한 특성을 보이므로 수신감도를 개선시킬 수 있다.

제어부(120)의 입출력 포트와 안테나(110)의 사이에는 라인 앰프(line amp)와 DC 전원 공급단으로 이루어진 추가 구조(126)가 더 삽입될 수 있으며, 이러한 추가 구조(126)는 RF 전송선이 길어질 경우에 전송 손실을 보상하여 송수신감도를 개선시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

110 - 송수신부
110-1, 110-2 - 안테나 어레이
120 - 제어부
120-1, 120-2 - 제어모듈
122 - RF 송신단
124 - RF 수신단
126 - 라인 앰프와 DC 전원 공급단

Claims (5)

1. 도로를 구성하는 복수의 차로 각각에 대응하여 배치되며 상기 복수의 차로 각각에서 주행하는 차량과 무선신호를 송수신하는 복수의 안테나로 구성된 송수신부; 및
   상기 복수의 안테나 각각이 서로 상이한 캐리어 주파수에 동조되어 시분할 다중화 방식으로 동작하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 요금 징수용 무선통신장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 복수의 안테나 각각의 편파 방향은 인접한 안테나와 서로 수직인 것을 특징으로 하는 전자 요금 징수용 무선통신장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 복수의 안테나 각각의 방사패턴은 인접한 안테나의 방사패턴과 중첩되도록 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 요금 징수용 무선통신장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 복수의 안테나는 상기 도로의 진행방향과 수직이며 서로 평행인 복수 열의 안테나 어레이로 배치되며,
   상기 제어부는 상기 각각의 안테나 어레이에 대응하는 복수의 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 요금 징수용 무선통신장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 각각의 안테나 어레이에서 동일 차로에 대응하는 안테나들은 서로 교차되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 요금 징수용 무선통신장치.

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