WO2018158876A1 - 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

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 Download PDF

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WO2018158876A1
WO2018158876A1 PCT/JP2017/008089 JP2017008089W WO2018158876A1 WO 2018158876 A1 WO2018158876 A1 WO 2018158876A1 JP 2017008089 W JP2017008089 W JP 2017008089W WO 2018158876 A1 WO2018158876 A1 WO 2018158876A1
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angle
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arrival
arrival angle
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French (fr)
Inventor
義人 小野
前田　孝士
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三菱重工機械システム株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q2240/00—Transportation facility access, e.g. fares, tolls or parking

Definitions

  • the present invention relates to an arrival angle specifying device, a toll collection system, and an arrival angle specifying method.
  • ETC Electronic Toll Collection System (registered trademark), also referred to as “automatic toll collection system”
  • ITS Intelligent Transport System
  • DSRC narrowband wireless communication
  • wireless communication between the roadside antenna and the vehicle-mounted device is performed by the DSRC method.
  • a wireless communication method called WAVE IEEE802.11p
  • WAVE IEEE802.11p
  • the DSRC scheme is a communication using a single carrier wave
  • the WAVE scheme is an OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) scheme in which a plurality of subcarriers are multiplexed.
  • the roadside antenna when performing wireless communication between the roadside antenna and the vehicle-mounted device, the roadside antenna communicates with a vehicle that is located outside the narrow communication area defined for performing regular narrowband wireless communication (unexpected communication ( There is a problem that miscommunication) can be made. For example, due to the reflection of radio waves in structures such as a toll's ceiling, the roadside antenna is mounted on an in-vehicle device of another vehicle that travels behind a vehicle (a vehicle that should normally perform wireless communication) existing in a narrow communication area. May miscommunication.
  • the electronic fee collection system performs fee collection processing by wireless communication only when the arrival angle of radio waves is within a normal range.
  • Patent Document 1 describes a technique for calculating the arrival angle of a communication signal (radio wave) that has been frequency division multiplexed based on the OFDM method.
  • An arrival angle identifying device that identifies the angle of arrival of an OFDM communication signal is required to simplify signal processing from the viewpoint of cost saving and processing speed.
  • the present invention provides an arrival angle specifying device, a toll collection system, and an arrival angle specifying method capable of specifying the arrival angle of a frequency division multiplexed radio wave by simple signal processing.
  • the arrival angle specifying device (1) receives a reception signal having a plurality of subcarriers by a plurality of antenna elements (10), and specifies the arrival angle of the reception signal.
  • An arrival angle specifying device which extracts a specific subcarrier defined in advance from the received signal received by each of the plurality of antenna elements, and extracts from each of the signal processing units And an angle specifying unit (19) for specifying the arrival angle based on the phase difference of the specified subcarrier.
  • the signal processing unit includes a frequency adjustment unit (156a, 156b) that adjusts a deviation of a frequency of the reception signal received by the antenna element from a specified value, and a band-pass filter process for the reception signal whose frequency is adjusted And a filter unit (157a, 157b) for extracting the specific subcarrier.
  • a frequency adjustment unit (156a, 156b) that adjusts a deviation of a frequency of the reception signal received by the antenna element from a specified value
  • a band-pass filter process for the reception signal whose frequency is adjusted
  • a filter unit 157a, 157b
  • the signal processing unit further includes an amplitude adjustment unit (152) for adjusting the amplitude of the reception signal received by the antenna element to a predetermined magnitude.
  • the specific subcarrier is a pilot carrier (SCp) that is not phase-modulated for data transmission.
  • SCp pilot carrier
  • the signal processing unit extracts a plurality of pilot carriers having different frequencies. By doing in this way, it becomes difficult to receive the influence of multipath fading, and the reliability of the function which specifies an arrival angle can be improved.
  • the toll collection system includes the arrival angle specifying device according to any one of the first to fourth aspects.
  • the arrival angle specifying method receives a reception signal having a plurality of subcarriers by a plurality of antenna elements and specifies the arrival angle of the reception signal.
  • An angle specifying step of specifying the angle of arrival based on the phase difference of The signal processing step includes: a frequency adjustment step of adjusting a deviation of a frequency of the reception signal received by the antenna element from a specified value; and a band-pass filter process for the reception signal with the frequency adjusted, Filtering step for extracting subcarriers.
  • the arrival angle of frequency division multiplexed radio waves can be specified by simple signal processing.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a toll collection system according to the first embodiment.
  • the toll collection system 5 according to the first embodiment is an electronic toll collection system installed at, for example, an entrance toll gate and an exit toll gate (hereinafter referred to as a toll gate) on a highway.
  • the toll collection system 5 performs radio communication with a vehicle passing through a toll booth and automatically performs toll collection processing.
  • the toll collection system 5 is provided on the roadside of a lane L such as a toll gate.
  • the toll collection system 5 includes an arrival angle specifying device 1 and a toll collection antenna 2 (roadside antenna).
  • the arrival angle identifying device 1 is a device for identifying the arrival angle of a radio wave transmitted from the vehicle-mounted device A1 mounted on the vehicle A during wireless communication for toll collection processing.
  • the toll collection antenna 2 is a roadside antenna for performing toll collection processing by performing wireless communication with the vehicle-mounted device A1 mounted on the vehicle A.
  • the WAVE system is an OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) system that performs radio communication using a plurality of subcarriers that are frequency-division multiplexed.
  • a frequency band having a center frequency of 5900 MHz and a channel width of 10 MHz is assigned to a certain channel.
  • the allocated frequency band is further divided into 64 subcarriers with a subcarrier width of 0.156625 MHz.
  • 12 of the 64 are Null carriers (no contents), and the remaining 52 subcarriers are used.
  • 52 subcarriers 48 are called data carriers and are used to transmit data. That is, 48 data carriers are phase-modulated based on data to be transmitted and propagate in the atmosphere.
  • four of the 52 subcarriers are called pilot carriers, and are used to secure demodulation processing (synchronization) on the receiving side (toll collection antenna 2). Since the pilot carrier is not used for data transmission, it is not phase-modulated.
  • which subcarrier is used as a pilot carrier (or data carrier) out of 52 subcarriers is defined in advance.
  • the four pilot carriers are the seventh and 21st subcarriers counted from the center frequency (5900 MHz) to the lower frequency side, and the seventh and 21st subcarriers counted from the higher frequency side, respectively.
  • Etc. are defined in advance.
  • the arrival angle specifying device 1 receives an OFDM communication signal (a reception signal having a plurality of subcarriers) that is a radio wave transmitted from the vehicle-mounted device A1. Then, the arrival angle identification device 1 identifies the arrival angle of the received communication signal.
  • the toll collection system 5 determines that the arrival angle of the radio wave specified by the arrival angle specifying device 1 is within the correct range (when it is determined that the vehicle exists in a predetermined communication area), the on-vehicle device A charge collection process through the charge collection antenna 2 is executed for A1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the arrival angle identifying device according to the first embodiment.
  • the functional configuration of the arrival angle specifying device 1 will be described with reference to FIG.
  • a plurality of antenna elements 10, and a plurality of high-frequency amplifiers 11, mixers 12, variable amplifiers 13, A / D converters 14, and signal processing units 15 provided in association with each of the antenna elements 10. have.
  • the arrival angle specifying device 1 includes an angle specifying unit 19 connected to each of the plurality of signal processing units 15.
  • the plurality of antenna elements 10 receive radio waves (OFDM communication signals) transmitted from the vehicle-mounted device A1 at each installed location.
  • the high frequency amplifier 11 amplifies the received signal (OFDM communication signal) received by the antenna element 10.
  • the mixer 12 mixes the received signal amplified through the high-frequency amplifier 11 with an output signal from a local transmitter (not shown), and converts the received signal to an intermediate frequency.
  • the variable amplifier 13 adjusts the received signal converted to the intermediate frequency by the mixer 12 to a predetermined amplitude and outputs the signal.
  • the amplitude adjustment using the variable amplifier 13 will be described later.
  • the A / D converter 14 samples the received signal (analog signal) adjusted to a predetermined amplitude by the variable amplifier 13 and converts it into a digital signal.
  • the signal processing unit 15 is a digital signal processing circuit realized by, for example, an FPGA (field-programmable gate array).
  • the signal processing unit 15 extracts a specific subcarrier defined in advance from a reception signal (digital signal input through the A / D converter 14) received by each of the plurality of antenna elements 10.
  • the signal processing unit 15 extracts pilot carriers as “specific subcarriers”.
  • the signal processing unit 15 outputs a signal indicating the phase of the extracted pilot carrier (pilot carrier phase signal) to the angle specifying unit 19.
  • the angle specifying unit 19 specifies the phase difference of the received signals received by each antenna element 10 based on the pilot carrier phase signals output from the plurality of signal processing units 15. And the angle specific
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration of the signal processing unit according to the first embodiment. Next, the function of the signal processing unit 15 will be described in more detail with reference to FIG.
  • the signal processing unit 15 includes an RSSI detection unit 150, a harmonic elimination filter 151, an automatic amplitude control unit (AGC) 152, mixers 153a and 153b, and a local oscillator 154. And low-pass filters 155a and 155b, automatic frequency control units (AFC) 156a and 156b, pilot carrier extraction filters 157a and 157b, and a phase signal output unit 158.
  • RSSI detection unit 150 a harmonic elimination filter 151
  • AGC automatic amplitude control unit
  • AFC automatic frequency control units
  • the RSSI detection unit 150 determines whether or not the intensity of the received signal, that is, RSSI (Received Signal Strength Strength) Indication is equal to or greater than a predetermined value.
  • RSSI Receiveived Signal Strength Strength
  • the RSSI detector 150 detects the intensity of the received signal converted to the intermediate frequency by the mixer 12 (see FIG. 2).
  • the harmonic elimination filter 151 is a so-called low-pass filter and removes harmonic noise from the received signal.
  • the automatic amplitude controller 152 receives the received signal after removing the harmonic noise, and acquires the signal strength (amplitude) of the received signal. Then, the automatic amplitude control unit 152 outputs a variable amplifier control signal corresponding to the acquired signal strength to the variable amplifier 13 (FIG. 2). The automatic amplitude controller 152 feedback-controls the variable amplifier 13 so that the signal strength of the received signal becomes constant at a predetermined signal strength target value.
  • the mixers 153a and 153b, the local oscillator 154, and the low-pass filters 155a and 155b perform processing for extracting the I component and the Q component from the received signal. Specifically, the mixers 153a and 153b multiply the reception signal input via the harmonic elimination filter 151 by the reproduction signal from the local oscillator 154. Here, the mixer 153a multiplies the reproduction signal having the same phase as the reception signal to extract the I component of the reception signal. Further, the mixer 153b multiplies a reproduction signal whose phase is 90 ° different from that of the reception signal, thereby extracting the Q component of the reception signal.
  • the automatic frequency controllers 156a and 156b automatically adjust the frequency of the received signal (I component, Q component).
  • the center frequency of a certain channel is defined as, for example, 5900 MHz, but in practice, an error of about 20 ppm is allowed in accordance with the standard.
  • the center frequency of the radio wave (channel) transmitted from the vehicle-mounted device A1 has an error of about ⁇ 118 kHz (20 ppm of 5900 MHz) at the maximum. Therefore, the automatic frequency control units 156a and 156b measure the actual center frequency of the received signal and detect a frequency error between the measured center frequency and the specified center frequency (5900 MHz).
  • the automatic frequency controllers 156a and 156b adjust the frequency of the entire received signal by adding and subtracting so that the detected frequency error becomes zero. As a result, the frequency error that has occurred up to about 20 ppm is reduced for the entire received signal including all 52 subcarriers.
  • the pilot carrier extraction filters 157a and 157b are digital band pass filters that pass only the frequency components of subcarriers that are defined in advance as pilot carriers in the received signal.
  • the pilot carrier extraction filters 157a and 157b are preferably FIR (finite impulse response) filters that do not cause phase delay.
  • the pilot carrier is defined in advance as, for example, the seventh (21st) subcarrier counted from the center frequency (5900 MHz) of the channel to the lower frequency side.
  • the pilot carrier extraction filters 157a and 157b are adjusted so as to have a filter characteristic in which only one pilot carrier defined as described above passes and other subcarriers are removed.
  • the phase signal output unit 158 inputs the I and Q signals of one pilot carrier extracted through the pilot carrier extraction filters 157a and 157b, and outputs a signal (pilot carrier phase signal) indicating the phase of the pilot carrier. To do.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a processing flow of the signal processing unit according to the first embodiment.
  • 5 to 7 are first to third diagrams for explaining the processing of the signal processing unit according to the first embodiment, respectively.
  • the processing flow of the signal processing unit 15 will be specifically described with reference to the processing flow shown in FIG. 4 and FIGS. 5 to 7.
  • the RSSI detection unit 150 of the signal processing unit 15 detects reception of a radio wave (reception signal) transmitted from the vehicle-mounted device A1 based on the RSSI detection result (step S01).
  • the automatic amplitude control unit 152 of the signal processing unit 15 controls the variable amplifier 13 (feedback control) so that the amplitude of the reception signal becomes a predetermined specified value. Perform (step S02).
  • the received signal received from the vehicle-mounted device A1 will be described with reference to FIG.
  • the horizontal axis indicates “frequency”, and the vertical axis indicates “signal strength” (amplitude).
  • the received signal is a frequency-division multiplexed signal, and 52 subcarriers SC are included in one channel.
  • 52 subcarriers SC are included in one channel.
  • Four specific subcarriers SC defined in advance among the 52 are pilot carriers SCp. Since pilot carrier SCp is not used for data transmission, phase modulation by data is not performed.
  • the subcarrier SC other than the pilot carrier SCp is the data carrier SCd. Since the data carrier SCd is used for data transmission, phase modulation by data is performed.
  • the center frequency of the received signal (channel) is 5900 MHz, but as described above, an error of about 20 ppm is actually allowed. Therefore, the frequency of each of the 52 subcarriers SC has an error of about ⁇ 118 kHz at the maximum.
  • the automatic frequency control units 156a and 156b of the signal processing unit 15 perform frequency adjustment processing on each of the I component and Q component of the received signal (step S03).
  • the frequency adjustment processing the frequency error that has occurred at the maximum about 20 ppm ( ⁇ 118 kHz) in each subcarrier is reduced.
  • the pilot carrier extraction filters 157a and 157b of the signal processing unit 15 accept the input of the received signal whose frequency has been adjusted, and extract only the frequency component of the pilot carrier (step S04).
  • FIG. 6 shows the filter characteristics of the pilot carrier extraction filters 157a and 157b.
  • FIG. 7 shows the state of the received signal after the filtering process (step S04) by the pilot carrier extraction filters 157a and 157b. As shown in FIG. 7, only the frequency components of a specific pilot carrier pass through the pilot carrier extraction filters 157a and 157b, and the frequency components of other subcarriers are removed.
  • the phase signal output unit 158 of the signal processing unit 15 specifies the phase of the pilot carrier based on the I and Q components of the pilot carrier extracted by the pilot carrier extraction filters 157a and 157b (step S05).
  • the signal processing unit 15 outputs a signal (pilot carrier phase signal) indicating the phase of the pilot carrier specified by the above processing flow.
  • the angle specifying unit 19 shown in FIG. The angle specifying unit 19 calculates the arrival angle of the received signal based on the calculated pilot carrier phase difference.
  • the arrival angle specifying apparatus 1 receives a reception signal (OFDM communication signal) having a plurality of subcarriers SC by a plurality of antenna elements 10 and arrives at the reception signal. Identify the angle.
  • the arrival angle specifying device 1 extracts a specific subcarrier SC defined in advance from the received signal received by each of the plurality of antenna elements 10 and the specification extracted from each of the signal processing units 15. And an angle specifying unit 19 that specifies the arrival angle based on the phase difference of the subcarriers (pilot carrier SCp).
  • the signal processing unit 15 includes automatic frequency control units 156a and 156b (frequency adjustment units) that adjust a deviation of the frequency of the reception signal received by the antenna element 10 from a specified value, and a band for the reception signal whose frequency is adjusted.
  • Pilot carrier extraction filters 157a and 157b filter units that extract specific subcarriers (pilot carriers SCp) by a pass filter (band pass filter) process.
  • the arrival angle specifying device 1 in order to obtain the arrival angle of the OFDM radio wave, it is common to perform fast Fourier transform (FFT) on the received signal. That is, in order to extract one specific subcarrier from the frequency-multiplexed received signal, it is necessary to perform fast Fourier transform processing on the received signal.
  • the arrival angle specifying device 1 has a configuration as described above, so that it is desired directly from a received signal having a plurality of subcarriers (without performing fast Fourier transform). Only subcarriers (pilot carriers) can be extracted. And the arrival angle of a radio wave can be specified based on the phase difference of the extracted subcarrier (pilot carrier).
  • the arrival angle of the frequency division multiplexed radio wave can be specified by simple signal processing.
  • a frequency error ( ⁇ 118 kHz) of 20 ppm at the maximum is recognized in the standard.
  • the arrival angle specifying device 1 is characterized in that the frequency error is reduced by the automatic frequency control units 156a and 156b before the received signal is passed through the pilot carrier extraction filters 157a and 157b. .
  • the 20 ppm frequency error in the received signal is also reduced, so that a desired subcarrier (pilot carrier) can be extracted with high accuracy through the pilot carrier extraction filters 157a and 157b.
  • the signal processing unit 15 further includes an automatic amplitude control unit 152 (amplitude adjustment unit) that adjusts the amplitude of the reception signal received by the antenna element 10 to a predetermined magnitude.
  • an automatic amplitude control unit 152 amplitude adjustment unit
  • the signal processing unit 15 further includes an automatic amplitude control unit 152 (amplitude adjustment unit) that adjusts the amplitude of the reception signal received by the antenna element 10 to a predetermined magnitude.
  • the “specific subcarrier” extracted by the signal processing unit 15 is a pilot carrier that is not subjected to phase modulation for data transmission.
  • the pilot carrier is not subjected to phase modulation based on data to be transmitted. Therefore, it is possible to easily compare the phases of received signals (pilot carriers) received by each of the plurality of antenna elements 10 (FIG. 2). That is, when an arrival angle is to be specified using a data carrier that is phase-modulated based on data, it is necessary to compare the phase within a range that does not include a phase shift due to phase modulation in the data carrier. . However, if a pilot carrier is used, it is not necessary to consider a phase shift due to phase modulation when comparing phases.
  • the signal processing unit 15 of the arrival angle identifying device 1 has been described as extracting only a single pilot carrier SCp (see FIG. 7) from the frequency division multiplexed received signal.
  • the signal processing unit 15 of the arrival angle identifying apparatus 1 according to the second embodiment extracts all of a plurality (four) of pilot carriers from the frequency division multiplexed received signal.
  • the overall configuration and functional configuration of the arrival angle specifying device 1 and the toll collection system 5 according to the second embodiment are the same as those in the first embodiment (FIGS. 1 to 3).
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the processing of the signal processing unit according to the second embodiment.
  • the signal processing unit 15 according to the second embodiment extracts all four pilot carriers SCp1 to SCp4.
  • the signal processing unit 15 according to the present embodiment includes pilot carrier extraction filters 157a and 157b having bandpass filter characteristics that pass each of the pilot carriers SCp1 to SCp4.
  • Multipath fading that may occur in wireless communication between the vehicle-mounted device A1 and the arrival angle specifying device 1 will be described.
  • Multipath fading means that the presence of obstacles on the ground causes the radio waves transmitted from the vehicle-mounted device A1 to travel on different paths and interferes with each other at the reception point (arrival angle specifying device 1), so that the received signal This is a phenomenon in which the signal strength is increased or decreased.
  • the degree of signal strength is determined by the relationship between the frequency of radio waves and the path difference. That is, even if the same route is traced, the degree of influence of multipath fading is different when the frequency of radio waves is different. Since the four pilot carriers SCp1 to SCp4 have different frequencies, as shown in FIG. 8, the levels of signal strength due to multipath fading are also different.
  • the signal processing unit 15 refers to the I and Q components of each of the four pilot carriers extracted through the pilot carrier extraction filters 157a and 157b, and calculates the signal strength of each pilot carrier SCp1 to SCp4. Then, the signal processing unit 15 selects the pilot carrier having the highest signal strength (in the example illustrated in FIG. 8, the pilot carrier SCp2). Further, the signal processing unit 15 specifies a phase from the I component and Q component of the selected pilot carrier SCp2, and outputs a pilot carrier phase signal indicating the phase to the angle specifying unit 19 (FIG. 2).
  • the arrival angle specifying device 1 (signal processing unit 15) according to the second embodiment is characterized by extracting a plurality of pilot carriers having different frequencies. By doing in this way, even if multipath fading occurs, it is possible to select a subcarrier (pilot carrier) having a small influence among them and specify the arrival angle based on the selected subcarrier. Therefore, it becomes difficult to be affected by multipath fading, and the reliability of the function for specifying the arrival angle can be improved.
  • specification apparatus 1 which concerns on 2nd Embodiment was demonstrated in detail
  • specification apparatus 1 is not limited to the above-mentioned thing, and is in the range which does not deviate from a summary. It is possible to add various design changes and the like.
  • the arrival angle specifying device 1 selects a pilot carrier having the highest signal strength among the four pilot carriers SCp1 to SCp4, and based on the phase difference of the selected pilot carrier, the arrival angle Was to be specified.
  • other embodiments are not limited to this aspect.
  • the arrival angle specifying device 1 (signal processing unit 15) according to the modification of the second embodiment exceeds a predetermined signal strength threshold Ith (see FIG. 8) among the four pilot carriers SCp1 to SCp4. It may be an aspect of selecting a pilot carrier. In the case of the example shown in FIG. 8, the signal processing unit 15 selects two pilot carriers SCp2 and SCp4.
  • the signal processing unit 15 further outputs both the pilot carrier phase signal indicating the phase of the pilot carrier SCp2 and the pilot carrier phase signal indicating the phase of the pilot carrier SCp4 to the angle specifying unit 19. Then, the angle specifying unit 19 specifies the arrival angle based on the average value “( ⁇ 2 + ⁇ 4) / 2” between the phase difference ⁇ 2 of the pilot carrier SCp2 and the phase difference ⁇ 4 of the pilot carrier SCp4.
  • arrival angle specifying apparatus 1 (signal processing unit 15) according to yet another modified example is configured so that all of pilot carriers SCp1 to SCp4 are all based on the I component and Q component of four pilot carriers SCp1 to SCp4.
  • a pilot carrier phase signal indicating the phase may be output to the angle specifying unit 19.
  • the angle specifying unit 19 may specify the arrival angle based on the average value “( ⁇ 1 + ⁇ 2 + ⁇ 3 + ⁇ 4) / 4” of the phase differences ⁇ 1 to ⁇ 4 of the pilot carriers SCp1 to SCp4.
  • the arrival angle specifying apparatus 1 is based on the phase difference between “pilot carriers” (subcarriers that are not subjected to phase modulation) received by a plurality of antenna elements 10.
  • the present invention is not limited to this aspect. That is, the arrival angle specifying apparatus 1 according to another embodiment may specify the arrival angle based on the phase difference of the “data carrier” as the “specific subcarrier”.
  • the arrival angle identifying device 1 identifies the phase difference by comparing the points (phase change points) where the phase is switched by phase modulation among the received signals (data carriers) received by the plurality of antenna elements 10. May be.
  • toll collection system toll collection system, communication control method and program
  • erroneous communication can be suppressed with a simple configuration.

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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

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
　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

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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