(57)【要約】【課題】移動局の位置を推定する、改善された通信装置、位置推定方法、位置推定プログラム、および通信システムを提供する。【解決手段】通信装置は、移動局が送信した無線信号を受信する受信回路と、無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、移動局の位置を推定する処理回路と、を備える。位置推定方法は、移動局が送信した無線信号を受信し、無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、移動局の位置を推定する。通信システムは、移動局と、本開示に係る通信装置と、を備える。【選択図】図５
2019158864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動局が送信した無線信号を受信する受信回路と、
前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する処理回路と、
を備える通信装置。
【請求項２】
前記処理回路は、
推定した前記位置に基づき、前記移動局が識別対象のエリアを移動しているか否かを判定し、
前記移動局が前記識別対象のエリアを移動していると判定した場合、前記無線信号に含まれる識別情報に基づいて、前記移動局を識別する、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記識別対象のエリアは、課金対象のエリアであり、前記処理回路は、前記識別した移動局に対して、課金処理を行う、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記通信装置は、複数のアンテナを有し、
前記処理回路は、前記複数のアンテナでそれぞれ受信した無線信号に含まれる参照信号に基づいて、前記信号波形プロファイルとして、前記到来方向、前記到来時刻、および、前記受信電力の関係を表す時空間プロファイルを生成する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の通信装置。
【請求項５】
前記処理回路は、
前記移動局が識別対象のエリアを移動している場合の複数の前記時空間プロファイルを学習し、
前記受信回路にて受信した前記無線信号を基に生成した前記時空間プロファイルと、前記学習の結果とに基づき、前記移動局が前記識別対象のエリアを移動しているか否かを判定する、
請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記処理回路は、
他の通信装置から、前記他の通信装置が複数のアンテナにて受信した無線信号を基に生成した信号波形プロファイルを受信し、前記処理回路が生成した信号波形プロファイルと前記受信した信号波形プロファイルとに基づいて、前記移動局の位置を推定する、
請求項４または５に記載の通信装置。
【請求項７】
前記他の通信装置は、リモートラジオヘッドである、
請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記処理回路は、
前記移動局宛に送信する下り無線信号の無線フレームタイミングに従って前記信号波形プロファイルを生成する、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項９】
前記処理回路は、
前記時空間プロファイルから、遅延量の分散を示す値と前記到来角度の分散を示す値とを検出し、
前記遅延量の分散を示す値および前記到来角度の分散を示す値に基づき、前記移動局が識別対象のエリアを移動しているか否かを判定する、
請求項２に記載の通信装置。
【請求項１０】
移動局が送信した無線信号を受信し、
前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する、
位置推定方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
移動局が送信した無線信号を受信する処理と、
前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する処理と、を実行させる、
位置推定プログラム。
【請求項１２】
移動局と、
請求項１から９のいずれか一項に記載の通信装置と、
を備える、通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、通信装置、位置推定方法、位置推定プログラム、および通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
有料道路において、走行している車両が停止しなくても、人の手を介さずに料金収受を行うことができる電子料金収受システムが普及している。日本では、電子料金収受システムに用いることができる無線通信方式として、例えば、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）システム（非特許文献１）やＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）システム（非特許文献２）が規格化されている。
【０００３】
また、世界的にも欧州や韓国などでＤＳＲＣ規格（非特許文献３）を使ったシステムを用いたロードプライシングのサービスの提供が行われている。移動通信方式の標準化団体である３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）では、Ｖ２Ｘ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  ｔｏ  Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ）として路車間通信のＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式（非特許文献４）による応用を検討している。また、路車間通信は、既に実用化されている電子料金収受システム以外の用途にも広がりを見せている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＡＲＩＢスタンダード  ＳＴＤ−Ｔ５５
【非特許文献２】ＡＲＩＢスタンダード  ＳＴＤ−Ｔ７５
【非特許文献３】ＩＴＵ−Ｒ勧告  ＩＴＵ−Ｒ  Ｍ．１４５３
【非特許文献４】３ＧＰＰ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ＴＳ３６．２１１  Ｖｅｒ．１４．５．０
【非特許文献５】３ＧＰＰ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ＴＴＳ３６．２１２  Ｖｅｒ．１４．５．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の無線通信方式を電子料金収受システムに用いる場合、走行している車両の位置に応じて課金を行うか否かを判定する必要があり、走行している車両の位置を推定する機能の提供が求められている。
【０００６】
本開示の一態様は、移動局の位置を推定する、改善された通信装置、位置推定、位置推定プログラム、および通信システムの提供に資する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る通信装置は、移動局が送信した無線信号を受信する受信回路と、前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する処理回路と、を備える構成を採る。
【０００８】
本開示の一態様に係る位置推定方法は、移動局が送信した無線信号を受信し、前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する構成を採る。
【０００９】
本開示の一態様に係る位置推定プログラムは、コンピュータに、移動局が送信した無線信号を受信する処理と、前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する処理と、を実行させる構成を採る。
【００１０】
本開示の一態様に係る通信システムは、移動局と、本開示に係る通信装置と、を備える構成を採る。
【００１１】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の一態様によれば、移動局の位置を推定する、改善された通信装置、位置推定、位置推定プログラム、および通信システムを提供できる。
【００１３】
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電子料金収受システムで用いられる通信システムの構成の一例を示す図
【図２】電子料金収受システムで用いられる通信システムの構成の他の一例を示す図
【図３Ａ】実施の形態１に係る通信システムを説明する図
【図３Ｂ】路側装置と車載通信機との間の通信のシーケンスの一例を示す図
【図３Ｃ】路側装置と車載通信機との間の通信のシーケンスの他の一例を示す図
【図３Ｄ】路側装置と車載通信機との間の通信のシーケンスの他の一例を示す図
【図４】実施の形態１に係る通信装置と走行車両から受信する上り無線信号との関係の一例を示す図
【図５】実施の形態１に係る通信装置の構成の一例を示す図
【図６】図５に示されるＦＦＴ（Fast Fourier Transform）で周波数領域化されたベースバンドデータの一例を表す図
【図７Ａ】図５に示される応答波形生成器の動作を説明する図
【図７Ｂ】図５に示される応答波形生成器の動作を説明する図
【図７Ｃ】図５に示される応答波形生成器の動作を説明する図
【図８Ａ】各アンテナ素子の電波の受信信号における位相差と電波の到来方向との関係を説明する図
【図８Ｂ】電波の到来方向の推定に用いられるステアリングベクトルの一例を説明する図
【図９Ａ】図５の空間相関器が生成する波形を説明する図
【図９Ｂ】図５の空間相関器が生成する波形を説明する図
【図９Ｃ】図５の空間相関器が生成する波形を説明する図
【図１０】実施の形態２に係るユーザ端末エリア判定器の動作を説明する図
【図１１】実施の形態３に係る学習器の動作の一例を説明する図
【図１２Ａ】実施の形態４に係る路側装置の一例を示す図
【図１２Ｂ】実施の形態４に係る時空間プロファイルの一例を示す図
【図１３】実施の形態５に係る路側装置の構成の一例を示す図
【図１４】実施の形態５に係る末端のリモートラジオヘッドの構成の一例を説明する図
【図１５】実施の形態５に係る中間のリモートラジオヘッドの構成の一例を説明する図
【図１６】実施の形態５に係るベースバンドユニットの構成の一例を説明する図
【図１７Ａ】実施の形態６に係る時空間プロファイルの圧縮の一例を説明する図
【図１７Ｂ】実施の形態６に係る時空間プロファイルの圧縮の一例を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
電子料金収受システム（Electronic Toll Collection（ＥＴＣ）  System）は、一例において、車線あるいはレーンに路側機を設けて、路側機直下、または路側機に対応するレーンを通過する車両に搭載された車載器と路側機との間で通信を行い、通過する車両に対して課金を行う。
【００１６】
ここで、レーンごとに設置している路側機が隣のレーンを通過する車両に搭載された車載器と通信してしまうと、当該車載器が走行しているレーンの隣のレーンのゲートが開いてしまうなどシステム動作の混乱を生じる可能性がある。また、路側機と課金対象である有料道路上を走行している車両ではない隣接する一般道路を通過する車両に搭載されている車載器との間で通信が成立してしまうと、一般道路を通過する車両に対して誤って課金してしまう可能性がある。
【００１７】
上記の問題の発生を抑制するための対策として、例えば、本来路側機が通信エリアとしてカバーするべきレーン以外のレーンにまで通信エリアが広がらないようにすることがある。例えば、路側機において指向性の鋭いアンテナを使用することがある。また、例えば、通信エリア内または通信エリア近傍の電波障害物である路側ブロック、ガードレール、料金所ゲート設備などによって電波が乱反射しないように、電波障害物に電波吸収体を貼り付けることがある。
【００１８】
しかしながら、このような対策は、通信エリアが狭くなることによる通信エラーを増加させる。また、設備の設置時に電波吸収体を貼り付ける必要がある全ての場所を特定し、電波吸収体を貼り付ける作業が求められる。したがって、設備の設置に伴うコストの増大が予想される。また、動的な障害物である大型バスやトラックなど全ての障害物に対して電波の乱反射を防止するための対策を行うことは、困難である。
【００１９】
図１は、電子料金収受システムで用いられる通信システムの構成の一例を示す図である。
【００２０】
料金所レーンごとに、路側装置１０，２０の通信エリア１１，２１が設定されている。路側装置１０の通信エリア１１内を走行する走行車両３０は、路側装置２０と通信を開始しないようにする。また、路側装置２０の通信エリア２１内を走行する、車載通信機３１を載せた走行車両は、路側装置１０と通信を開始しないようにする。さらに、通信エリア１１，２１外を走行する走行車両３２，３３が課金されないようにする。これらを考慮して、路側装置１０および２０のアンテナ指向性が形成され、路側装置１０，２０の通信エリア１１，２１が設定される。
【００２１】
ここで、例えば、道路方向に沿った長さが３０ｍの通信エリアの場合、時速１００ｋｍ／ｈで走行している車両が狭域エリアを通過するために要する時間は、約１秒である。電子料金収受システムは、この間に、車両の車載通信機の通信確立と認証と課金処理とを行う。また、１つの通信エリア内を５台の車両が走行する場合、各車両との通信確立と認証と課金処理とに割り当てることができる時間は、２００ｍｓｅｃとなる。
【００２２】
このように、車両が高速で走行している状態では、各車両に対して課金処理を行うために利用できる時間が比較的短い。受信品質が悪い時の再送処理時間なども考慮すると、高速走行する多数の車両に対して課金することは困難である。
【００２３】
図２は、電子料金収受システムで用いられる通信システムの構成の他の一例を示す図である。
【００２４】
側道４０上を走行している車両は、課金処理の対象外である。しかしながら、図２に示されるように、他の走行車両（例えば、車載通信機３１を載せた車両）が電波反射体となり、電波経路４２を通って側道４０上を走行している車両の車載通信機４１と路側装置１０との間で通信が成立し課金されてしまうことがある。
【００２５】
そのため、例えば、側道４０に届く電界強度を低くするために、課金対象の有料道路６０と側道４０との間に、電波吸収帯５０が設置される。電波吸収帯５０が設置されることにより、側道４０上を走行している車両の車載通信機４１と路側装置１０との間の通信が成立し、路側装置１０が車載通信機４１を載せた車両に対して誤って課金する可能性を減らすことができる。しかしながら、電波吸収帯５０を設置するために、施工費用が掛かる。
【００２６】
本開示では、電子料金収受システムに対して適用可能な通信装置、通信方法、通信プログラム、および通信システムを提供する。ただし、電子料金収受システムは、本開示の通信装置、通信方法、通信プログラム、および通信システムが適用可能なサービスの一例であり、移動体または移動体が搭載する通信装置との間で通信を行う様々なシステムに対して適用可能である。
【００２７】
以下、本開示に係る実施の形態１〜６を説明する。本開示に係る通信システムにおいては、端末との通信と、端末から送信された無線信号が到来する方向などの信号解析とが独立して行われる。実施の形態１〜６は、それぞれ、他の実施の形態の少なくとも一部と組み合わせて実施してもよい。また、実施の形態１〜６の２以上の形態を組み合わせて実施してもよい。
【００２８】
（実施の形態１）
図３Ａは、実施の形態１に係る通信システム１を説明する図である。通信システム１は、路側装置１０，１０ａと、車載通信機（通信端末）３０，３１，３２，３３，４１と、を備える。なお、図３Ａにおいては、２つの路側装置１０，１０ａが示されているが、路側装置の数は、任意の数であってもよい。
【００２９】
路側装置１０，１０ａは、図３Ａに示されるように通信エリア１１を走行する複数の車両の車載通信機３０，３１，３２，３３，４１と通信し、車載通信機３０，３１，３２，３３を載せた車両が有料道路（例えば、高速道路）６０上を走行していると判定し、車両に対して課金する。図３Ａには、路側装置１０の通信エリア１１が破線で示され、路側装置１０と車載通信機３０，３１，３２，３３，４１との間の通信とが、太線矢印で示されている。一点鎖線矢印は、路側装置１０の通信エリア１１の、路側装置１０からの最遠点にある車載通信機３３との通信を示す。なお、車載通信機３０，３１，３２，３３，４１を搭載した車両を、以下、便宜的に、車両３０，３１，３２，３３，４１のように車載通信機に付した符号を付して表記することがある。
【００３０】
車載通信機３０，３１，３２，３３，４１は、路側装置１０，１０ａと通信する。車載通信機３０，３１，３２，３３，４１が送信する信号には、例示的に、参照信号および識別情報が含まれてよい。車載通信機３０，３１，３２，３３，４１は、例えば、３ＧＰＰ（3rd Generation Pertnership Project）の通信規格に準拠した端末であってよい。通信規格の非限定的な一例としては、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）、４Ｇ（4th generation mobile communication system）、５Ｇ（5th generation mobile communication system）などが挙げられる。５Ｇは、ＮＲ（new radio）と呼ばれることもある。参照信号には、例えば、復調用参照信号（ＤＭＲＳ）、サウンディングリファレンスシグナル（ＳＲＳ）が含まれてよい。識別情報は、例えば、通信エリア（例えば、セル）１１において車載通信機３０，３１，３２，３３，４１を一意に識別するための情報である。後述するランダムアクセス手順（procedure）において、識別情報には、ランダムアクセスプリアンブルが用いられてよい。また、識別情報が走行車両への課金処理に用いられる場合、識別情報は、車載通信機３０，３１，３２，３３，４１を使用する課金ユーザを一意に識別する。
【００３１】
図３Ｂは、路側装置１０と車載通信機３０，３１，３２，３３，４０との間の通信のシーケンスの一例を示す。図３Ｂにおいて、ｅＮＢ（基地局装置、５ＧにおいてはｇＮＢ）は、路側装置１０に相当し、ＵＥ（端末機）は、車載通信機３０，３１，３２，３３，４１に相当する。したがって、路側装置から車載通信機への方向の通信は下り（ダウンリンク；ＤＬ）通信と称されてよく、その逆である車載通信機から路側装置への方向の通信は上り（アップリンク；ＵＬ）通信と称されてよい。
【００３２】
まず、図３Ｂにおいて、ＵＥは、ＵＥが接続可能なｅＮＢのセルを検索（セルサーチ）する。セルは、例えば、図３Ａに示される通信エリア１１である。ＵＥは、セルサーチにおいて、ｅＮＢが送信する報知情報（例えば、system information block, ＳＩＢ）を受信することにより、接続可能なセル（別言すると、ｅＮＢ）を発見する。
【００３３】
次いで、ＵＥは、セルサーチにおいて発見した接続可能なｅＮＢに対して、接続要求（例えば、ランダムアクセスプリアンブル）をＲＡＣＨ（Random Access Channel、ランダムアクセスチャネル）において送信する。ＵＥは、ｅＮＢから、接続要求に対する応答としてＲＡＲ（Random Access Response）を受信することにより、ｅＮＢと接続を確立し、ＲＡＣＨ手順を完了する。図３Ａに示される一点鎖線矢印は、例えば、車載通信機３３がランダムアクセス手順において路側装置１０に送信した接続要求を示す。
【００３４】
次いで、ＵＥは、接続を確立したｅＮＢに対して、ＵＥをコアネットワークに登録するためのアタッチ手順を実行する。次いで、ＵＥは、ｅＮＢに対して、ＵＥがｅＮＢとの通信に使用する無線リソース（例えば、時間および周波数）の割り当て要求（スケジューリング要求）を送信する。スケジューリング要求を受信したｅＮＢは、接続要求元のＵＥに対して無線リソースの割り当てが可能である場合、当該ＵＥ宛に無線リソースの割り当て結果を示す許可情報（グラント）を送信する。ＵＥは、受信したグラントによって示される無線リソースを用いて、ｅＮＢにデータ信号を送信する。図３Ａに示される実線矢印は、例えば、車載通信機３０，３１，３２，４１が路側装置１０に送信したデータ信号を示す。
【００３５】
図３Ｃおよび図３Ｄは、路側装置１０と車載通信機３０，３１，３２，３３，４１との間の通信のシーケンスの他の一例を示す。図３Ｃおよび図３Ｄにおいても、ｅＮＢは、路側装置１０に相当し、ＵＥは、車載通信機３０，３１，３２，３３，４１に相当する。
【００３６】
図３Ｃおよび図３Ｄに示されるアタッチ手順までのシーケンスは、図３Ｂに示されるアタッチ手順までのシーケンスと同様であり、説明を省略する。図３Ｃおよび図３Ｄに示されるシーケンスにおいては、ＵＥは、アタッチ手順の後、例えば、ＳＲＳ（サウンディングリファレンスシグナル）を送信する。ＳＲＳは、例えば、ｅＮＢにおいて、ＵＥからのＵＬ送信の品質測定に用いられる。ｅＮＢは、ＵＬ送信の品質が相対的に高いＵＥに対して優先的にＵＬの無線リソースを割り当ててよい。
【００３７】
ＳＲＳの送信タイミングの決定の仕方は、図３Ｃに示される周期モードと図３Ｄに示される非周期モードとの二種類がある。周期モードにおいては、ＵＥは、一定の周期毎に、ＳＲＳをｅＮＢに送信する。非周期モードにおいては、ＵＥは、ｅＮＢからの送信要求に応じて、ＳＲＳをｅＮＢに送信する。
【００３８】
再度、図３Ａを参照する。通信エリア１１を、例えば、道路に沿った方向により広くとることで、路側装置１０は、より早い時期から、車載通信機３０，３１，３２，３３，４１との間の通信セッションの確立が可能となり、有料道路６０を走行する多くの車両の車載通信機３０，３１，３２，３３との通信確立を、より余裕をもって行うことができる。路側装置１０は、車載通信機３０，３１，３２，３３，４１が路側装置１０と通信を行っている走行車両（以下、通信中の走行車両と呼ぶ）について、車載通信機３０，３１，３２，３３，４１から受ける電波の到来する方向、時間、強さの情報に関する特徴量を抽出する。次いで、路側装置１０は、特徴量に基づいて、通信中の走行車両が、有料道路６０上を走行しているかどうかを判定する。次いで、路側装置１０は、有料道路６０上を走行していると判定した車両３０，３１，３２に対して、例えば、識別情報で一意に識別される課金ユーザの、予め登録された銀行口座から通行料を徴収することにより、車両３０，３１，３２に対して課金する。
【００３９】
図４は、実施の形態１に係る通信装置４０１と走行車両から受信する上り無線信号４００との関係の一例を示す。通信装置４０１は、例えば、基地局装置（ｅＮｏｄｅＢ）である。通信装置４０１は、走行車両に搭載された車載通信機（例えば、ＬＴＥのユーザ端末）から、上り無線信号４０１を受信する。次いで、通信装置４０１は、受信した上り無線信号４０１を復調、復号し、ＩＰパケット４０２を出力する。
【００４０】
図５は、実施の形態１に係る通信装置４０１の構成の一例を示す。
【００４１】
通信装置４０１は、例えば、マルチパス環境に親和性の高いＬＴＥシステム（３ＧＰＰ  ＴＳ  ３６）の１つのユニットとして構成される基地局装置（ｅＮｏｄｅＢ）である。通信装置４０１は、複数のアンテナから入力された同一の上り無線信号を用いる。ここでは、４本のアンテナからの入力を例に説明する。
【００４２】
通信装置４０１は、ダウンコンバータ５０１（５０１−１，５０１−２，５０１−３）と、ＡＤコンバータ５０２（５０２−１，５０２−２，５０２−３）と、チャネルフィルタ５０３（５０３−１，５０３−２，５０３−３）と、ＦＦＴ５０４（５０４−１，５０４−２，５０４−３）と、フレームタイミング生成器５０５と、デマッパ５０６（５０６−１，５０６−２，５０６−３）と、デコーダ５０７と、応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）と、空間相関器７０２と、ユーザ端末エリア判定器７０３と、を備える。これらの構成要素は、例えば、半導体素子を用いて構成される処理回路で実装される。処理回路は、例えば、メモリを備え、メモリに記憶されたプログラムを実行してもよい。また、処理回路は、接続された外部記憶装置から読み出したプログラムを実行してもよい。
【００４３】
ダウンコンバータ５０１（５０１−１，５０１−２，５０１−３）は、無線信号をベースバンド周波数に周波数変換する。ＡＤコンバータ５０２（５０２−１，５０２−２，５０２−３）は、周波数変換された信号をデジタル信号に変換し、離散化データ信号を生成する。
【００４４】
チャネルフィルタ５０３（５０３−１，５０３−２，５０３−３）は、離散化データ信号を希望信号の周波数帯域に帯域制限する。ＦＦＴ５０４（５０４−１，５０４−２，５０４−３）は、帯域制限された離散化データ信号を周波数領域の信号に変換する。ＦＦＴ５０４（５０４−１，５０４−２，５０４−３）の処理の内容については、図６を参照して後述する。フレームタイミング生成器５０５は、基地局装置４０１が送信する下り無線信号のフレームタイミングを生成する。一例において、ＦＦＴ５０４の変換のタイミングは、フレームタイミング生成器５０５が生成するフレームタイミングに従う。
【００４５】
デマッパ５０６（５０６−１，５０６−２，５０６−３）は、周波数領域の信号から、復調する対象のデータを取り出す。デコーダ５０７は、対象のデータに復号処理を行い、ＩＰパケットを取り出す。ＩＰパケットには、例えば、車載通信機の識別情報が含まれる。
【００４６】
ダウンコンバータ５０１（５０１−１，５０１−２，５０１−３）と、ＡＤコンバータ５０２（５０２−１，５０２−２，５０２−３）と、チャネルフィルタ５０３（５０３−１，５０３−２，５０３−３）と、ＦＦＴ５０４（５０４−１，５０４−２，５０４−３）と、フレームタイミング生成器５０５と、デマッパ５０６（５０６−１，５０６−２，５０６−３）と、デコーダ５０７の処理の内容のうち上述されたものは、通常のＬＴＥの上り受信処理と同様の内容である。必要に応じて、１／２サブキャリアシフト処理といったＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Channel-Frequency-Division Multiple Access）固有の処理を実行してもよい。
【００４７】
デマッパ５０６（５０６−１，５０６−２，５０６−３）は、通信中の走行車両が通信に使うリソース（ブロック）にマッピングされた参照信号６０５（図６参照）を取り出す。次いで、デマッパ５０６（５０６−１，５０６−２，５０６−３）は、取り出した参照信号６０５を、それぞれ、応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）に出力する。
【００４８】
応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）は、既知の参照信号と各アンテナを通して受信した参照信号との積をフーリエ変換（または離散フーリエ変換）し、インパルス応答波形を生成する。応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）の処理内容については、図７を参照して後述する。
【００４９】
空間相関器７０２は、時間サンプルごとに、応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）が生成したインパルス応答波形とステアリングベクトルとの相関を取り、時空間プロファイルを生成する。
【００５０】
ユーザ端末エリア判定器７０３は、空間相関器７０２が生成した時空間プロファイルに基づいて、ユーザ端末の位置を推定する。さらに、ユーザ端末エリア判定器７０３は、推定した位置に基づいて、通信中の走行車両が有料道路６０上を走行しているか否かを判定する。次いで、ユーザ端末エリア判定器７０３は、通信中の走行車両が有料道路６０上を走行していると判定した場合、走行車両に対して課金し、そうでない場合、走行車両の車載通信機に割り当てたリソースを解放する。
【００５１】
図６は、図５に示されるＦＦＴ５０４（５０４−１，５０４−２，５０４−３）で周波数領域化されたベースバンドデータの一例を表す図である。図６において、Ｘ軸は、時間軸であり、Ｙ軸は、周波数軸である。１つの無線フレーム６００の時間幅は、例えば、１０ｍ秒である。１つの無線フレーム６００は、帯域毎に１０個のサブフレーム６０２を有する。
【００５２】
１つの無線フレーム６００は、周波数軸方向に沿って複数のリソースブロック６０１を有する。複数のリソースブロック６０１は、１．４ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、２０ＭＨｚの６個の帯域に対して、それぞれ、６個、１５個、２５個、５０個、７５個、１００個のリソースブロックを有する。
【００５３】
１つのリソースブロック６０３は、１４個のシンボル６０４を有する。シンボル６０４は、１２個のサブキャリアを有する。各サブキャリアは、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭなどで変調される。
【００５４】
車載通信装置であるユーザ端末は、基地局装置によってアサインされた１つのリソースブロック６０３を使ってデータを送信する。リソースブロック６０３は、データの復調に使用する参照信号６０５を含む。基地局装置は、参照信号６０５を用いて、サブキャリア単位で信号を等化し復調する。
【００５５】
図７Ａ〜図７Ｃは、図５に示される応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）の動作を説明する図である。各アンテナから受信し、デマッパ５０６で取り出した参照信号６０５の受信波形８０１は、通信中の走行車両に搭載されている車載通信機と基地局装置との間の電波伝搬環境において、直接波以外に周波数選択性のフェージングを受ける。ここで、周波数選択性のフェージングは、伝搬環境上に存在する電波障害物で反射された反射波によるものである。
【００５６】
一方、式（１）で示されるように、参照信号６０５の受信波形８０１と参照信号６０５そのものの周波数波形８０２との積に対して、フーリエ変換（または離散フーリエ変換）を行うことにより、時間相関波形８０３を得ることができる。
【数１】
2019158864.tif 000003
ここで、Ｈｒｘ（ｋ）は参照信号６０５の受信波形を表す関数であり、受信波形８０１はその電力波形を表す。Ｈｒｅｐ（ｋ）は参照信号を表す関数であり、周波数波形８０２はその電力波形を表す。ｈ（ｌ）はインパルス応答波形を表す関数であり、時間相関波形８０３はその電力波形を表す。時間相関波形８０３は、一般的に遅延プロファイルと呼ばれる。ＮＳＣは、（離散）フーリエ変換を行うポイント数であり、例えば、LTEのシステム帯域幅:5MHzでは300となる。ｆＳＣはサブキャリア間隔を表し、ＴＳはシンボル期間を表す。例えば、ＬＴＥの場合、サブキャリア間隔ｆＳＣは１５ｋＨｚ、シンボル期間ＴＳは約６６マイクロ秒である。
【００５７】
図８Ａは、各アンテナ素子９０１〜９０４の電波９１０の受信信号における位相差と電波９１０の到来方向との関係を説明する図である。図９に示されるアレイアンテナ９００は、一例として、４つのアンテナ素子９０１〜９０４を備える。アンテナ素子９０１〜９０４は、例えば、直線上に距離Ｌの間隔で均等に配置され、アレイアンテナ９００を構成する。
【００５８】
アレイアンテナ９００に到来する電波９１０は、電波９１０の送信源から十分に離れている場合、平面波とみなすことができる。電波９１０が各アンテナ素子９０１〜９０４に到達する時に、隣接するアンテナ素子（例えば、アンテナ素子９０１，９０２）への到達距離の間に、距離ｌ＝Ｌ×ｓｉｎθの整数倍の差が生じる。
【００５９】
距離Ｌが電波の波長の１／２に等しい場合、各アンテナ素子９０１〜９０４の間の位相差は、一番左のアンテナ素子９０１を基準にして、π×ｓｉｎθラジアンの整数倍になる。例えば、電波９１０がアレイアンテナ９００の正面から到来した場合、アンテナ素子９０１〜９０４の間の位相差は、π×ｓｉｎ（０）ラジアン（＝０ラジアン＝０度）となる。これは、すべてのアンテナ素子９０１〜９０４の間に距離差が生じないためである。また、電波９１０がアレイアンテナ９００の真横（＋９０度＝＋π／２ラジアン）の方向から到来した場合は、アンテナ素子９０１〜９０４の間の位相差は、π×ｓｉｎ（π／２）ラジアン（＝πラジアン＝１８０度）の整数倍となる。
【００６０】
図８Ｂは、電波９１０の到来方向の推定に用いられるステアリングベクトルＡＰ（φ，ｋ）の一例を説明する図である。ステアリングベクトルＡＰ（φ，ｋ）は、方向φから到来した平面波の、一番左のアンテナ素子における受信信号と、一番左を０番目として、一番左から数えてｋ番目（アンテナ素子番号ｋ）のアンテナ素子における受信信号との間の位相差を表す。
【００６１】
図９Ａ〜図９Ｃは、図５の空間相関器７０２が生成する波形を説明する図である。図９Ａに示される遅延プロファイル波形のグラフ１０００は、それぞれ、基地局装置の４つの受信アンテナで受信された参照信号のフーリエ変換後のインパルス応答（遅延応答）波形１０１０、１０２０、１０３０、１０４０の電力（振幅）波形をプロットしたものである。図８Ａに示される各アンテナ素子９０１〜９０４は、略平面波を受信するため、インパルス応答波形１０１０、１０２０、１０３０、１０４０は、略同一の波形となる。
【００６２】
図９Ａに示されるように、インパルス応答波形１０１０、１０２０、１０３０、１０４０は、それぞれ、２つのピーク（ピーク１０１１とピーク１０１２、ピーク１０２１とピーク１０２２、ピーク１０３１とピーク１０３２、ピーク１０４１とピーク１０４２）を有する。２つのピークは、受信信号の到達経路が２つあることを示している。
【００６３】
一方、各アンテナ素子９０１〜９０４で受信されたそれぞれの受信信号は、受信信号の到来した方向に応じて、図８Ａに示される距離ｌの整数倍の距離差に相当する位相差を持つ。上述したように、遅延プロファイル波形のグラフ１０００は、電力（振幅）波形をプロットしたものであるため、実際に発生している位相差（位相情報）は、遅延プロファイル波形のグラフ１０００には現れていないことに留意する。
【００６４】
図５に示される空間相関器７０２は、下記の式（２）に従い、各アンテナ素子にて受信したインパルス応答の同一サンプル時間τの波形ｈ（τ，ｋ）と、図８Ｂに示されるステアリングベクトルＡＰ（φ，ｋ）との内積Ａｎｇ（φ，τ）を取る。
【数２】
2019158864.tif 000004
ここで、Ｋは基地局装置のアンテナ素子数、ｋはアンテナ素子番号、φは到来方向を表す。
【００６５】
次いで、横軸（Ｘ軸）に到達方向φをとり、奥行き方向（Ｙ軸）に時間τをとり、縦軸（Ｚ軸）にＡｎｇ（φ，τ）の大きさをプロットすることにより、図９Ｂおよび図９Ｃに示される到来方向波形のグラフ１０５０，１０６０が得られる。なお、グラフ１０５０は、到来方向波形をＹ軸方向から見たグラフであり、グラフ１０６０は、到来方向波形をＺ軸方向から見たグラフである。したがって、グラフ１０５０は、実際には異なる時刻に到来した受信信号の到来方向波形であっても、同一平面上にプロットされている。また、グラフ１０６０のように、Ｘ軸に到来方向をとり、Ｙ軸に到来時間をとり、Ｚ軸に受信電力の強さをとる、或いは、Ｘ−Ｙ平面上に濃淡または色味で受信電力の強さを表したもの、若しくはこれらを表現するデータを、時空間プロファイルと呼ぶ。
【００６６】
到来方向波形１０５０のうち、到来方向波形１０５１は、ピーク１０１１、１０２１、１０３１、１０４１に相当する遅延波とステアリングベクトルとの間の相関演算結果を反映している。また、到来方向波形１０５２は、ピーク１０１２、１０２２、１０３２、１０４２に相当する遅延波とステアリングベクトルとの間の相関演算結果を反映している。グラフ１０６１で表される到来波は、グラフ１０５１で表される到来波に相当する。また、グラフ１０６２で表される到来波は、グラフ１０５２で表される到来波に相当する。
【００６７】
実施の形態１に係る通信システム１、通信システム１を実現する方法、およびプログラムは、通信中の走行車両から送信される複数の受信信号を、通信用の回路とは独立に周波数領域で等化しインパルス応答波形を得て時空間プロファイルを生成する。次いで、通信システム１、通信システム１を実現する方法、およびプログラムは、時空間プロファイルに基づいて、通信中の走行車両が課金の対象となるか否かを判定する。実施の形態１によれば、通信エリアとは独立に設定された課金エリアに対して、課金エリア判定できる。
【００６８】
実施の形態１においては、走行車両３０，３１，３２との通信装置および処理と、走行車両３０，３１，３２から受ける受信が到来する方向などを解析するためのアンテナおよび処理と、が分離されている。これにより、実施の形態１によれば、高速走行中の多数の走行車両３０，３１，３２，４１との通信と、それら走行車両３０，３１，３２，４１のうち課金対象である走行車両３０，３１，３２の判定処理と、を並列してより高速に実行できる。したがって、有料道路６０上を走行するより多くの通信中の走行車両に対して課金できる。また、通信システム１は、電界強度を制御するための特別な施工（例えば、電波吸収帯）がない場合であっても、課金するべきではない有料道路６０外の走行車両４１に対しては、課金しないと判定することができる。
【００６９】
なお、上記実施の形態１においては周波数領域を基本として説明したが、時間領域でレプリカと受信信号の畳み込み演算を行う事でインパルス応答波形を求めることも可能である。例えば、応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）は、デマッパ５０６（５０６−１，５０６−２，５０６−３）から入力された周波数領域の信号をフーリエ変換し、時間領域の受信信号を求める。次いで、応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）は、時間領域の受信信号に対してレプリカとの畳み込み演算を行うことにより、インパルス応答波形を求めてもよい。
【００７０】
（実施の形態２）
上述の実施の形態１においては、単独の時空間プロファイルを用いた場合について説明した。これに代えて、実施の形態２においては、複数の時空間プロファイルを用いた場合について説明する。
【００７１】
図１０は、実施の形態２に係るユーザ端末エリア判定器７０３の動作を説明する図である。走行路上の課金対象エリア１１１０は、路側装置１０の通信エリア１１内に含まれる。課金対象エリア１１１０内の４つのポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４において、それぞれ、時空間プロファイル１１２１，１１２２，１１２３，１１２４が得られる。
【００７２】
課金対象エリア１１１０内の時空間プロファイル１１２１，１１２２，１１２３，１１２４は、課金対象エリア１１１０外の時空間プロファイルと異なる特徴を備えることを利用して、これらを明確に区別することができる。ユーザ端末エリア判定器７０３は、複数の時空間プロファイルが、課金対象エリア１１１０内の時空間プロファイルの特徴を備えるか否かを判定することによって、通信中の走行車両が課金対象であるか否かを判定する。
【００７３】
一例において、時空間プロファイル１１２１，１１２２，１１２３，１１２４が、課金対象エリア１１１０内の時空間プロファイルの特徴を備えるか否かの判定基準は、時空間プロファイル波形１１２１，１１２２，１１２３，１１２４の合成波形が、受信信号の到来波形とその遅延時間で決定されるエリア内に収まるか否かである。受信信号の到来波形とその遅延時間で決定されるエリアは、例えば、枠１１３０内のエリア１１３１である。
【００７４】
他の一例において、時空間プロファイル１１２１，１１２２，１１２３，１１２４が、課金対象エリア１１１０内の時空間プロファイルの特徴を備えるか否かの判定基準は、時空間プロファイル波形１１２１，１１２２，１１２３，１１２４のうち、受信信号の到来波形とその遅延時間で決定されるエリア内に収まるものの数がある閾値を超えるか否かである。閾値を適切に設定することにより、判定の信頼性を高めることができる。
【００７５】
実施の形態２によれば、課金エリアなどのエリア判定において、複数の時空間プロファイルを用いる。複数の時空間プロファイルを用いることにより、単一の時空間プロファイルを用いた場合と比較して、ユーザ端末エリア判定器７０３による判定結果の信頼性をより向上できる。なお、実施の形態２において、通信中の走行車両から送信された、他の複数の受信信号を周波数領域で等化しインパルス応答波形を得て作成した時空間プロファイルを用いて、エリア判定を行ってもよい。
【００７６】
（実施の形態３）
図１０に示される課金対象エリア１１１０には、実際には、その周辺にガードレールや標識などの固定障害物や、周辺を走行する他の走行車両などの移動障害物など電波を遮蔽および／または反射する障害物が多く存在する。障害物による電波の遮蔽および／または反射によって、課金対象エリア１１１０とそれ以外のエリアを、図１０の１１３１に示されるように明確に区別することが困難になると、図５に示されるユーザ端末エリア判定器７０３による誤判定の可能性が高まる。そこで、実施の形態３においては、より多くの時空間プロファイルを画像データとして扱い学習させる。学習の結果（モデル）を判定に用いて課金対象エリア１１１０とそれ以外のエリアを区別することができる。
【００７７】
図１１は、実施の形態３に係る学習器１２００の動作の一例を説明する図である。実施の形態３に係るユーザ端末エリア判定器７０３は、学習器１２００を備える。学習器１２００は、通信中の走行車両の時空間プロファイルと、走行車両が課金対象エリア１１１０を走行しているか否かの正しい判定結果とを学習する。
【００７８】
学習器１２００は、例えば、ニューラルネットワークを用いた深層学習器またはサポートベクターマシンである。学習器１２００は、時空間プロファイルを表す画像データを学習してもよい。一例において、画像データは、課金対象エリア１１１０内の所定の位置の時空間プロファイル波形１１２１，１１２２，１１２３，１１２４を個別に表す複数の画像のデータ１２１０である。他の一例において、画像データは、課金対象エリア１１１０内の所定の位置の時空間プロファイル波形１１２１，１１２２，１１２３，１１２４を時系列に沿って並べた１つの画像のデータ１２２０である。
【００７９】
実施の形態３によれば、エリア判定にエリア内の複数の時空間プロファイルを画像データとして用いて学習し、生成されたモデルを用いて課金判定を行う。実施の形態３によれば、ユーザ端末エリア判定器７０３による判定結果の信頼性を向上できる。なお、実施の形態３において、通信中の走行車両から送信された、他の複数の受信信号を周波数領域で等化しインパルス応答波形を得て作成した時空間プロファイルを用いて、エリア判定を行ってもよい。
【００８０】
（実施の形態４）
上述の実施の形態２および３においては、誤判定の確率を下げるために、複数の時空間プロファイルを用いた。実施の形態４においては、複数の装置を用いて時空間プロファイルを生成した複数の時空間プロファイルを用いる。
【００８１】
図１２Ａは、実施の形態４に係る路側装置１３２０の一例を示す図である。図１２Ｂは、実施の形態４に係る時空間プロファイル（１３３１から１３３４および１３４１〜１３４４）の一例を示す図である。
【００８２】
図１２Ａに示されるように、路側装置１３２０は、通信エリア１３２１を形成する。２つの路側装置１０と路側装置１３２０を用いることにより、図１２Ｂに示されるように、路側装置１０により生成される通信中の走行車両３０の時空間プロファイル（１３３１から１３３４）と、路側装置１３２０より生成される時空間プロファイル（１３４１〜１３４４）が得られる。複数の時空間プロファイルに対応する複数の判定基準を用いて判定次元を増やすことにより、ユーザ端末エリア判定器７０３による判定結果の判定精度を高めることができる。なお、簡単の為、路側装置の数が２つである場合を説明したが、路側装置の数は、２以上の任意の数であってもよい。
【００８３】
実施の形態４によれば、時空間プロファイルを生成するための通信装置を複数用いることで判定基準を多次元化する。実施の形態４によれば、判定結果の信頼性を向上できる。
【００８４】
（実施の形態５）
実施の形態４においては、上述したように、複数の路側装置１０，１３２０を用いて時空間プロファイルを取得する。一方、複数の基地局装置が同時に特定の走行車両の車載通信機との通信を実現することは複雑であり、ＬＴＥもＤＳＲＣもそのような機能を備えていない。そこで、実施の形態５においては、複数のリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）を用いて、特定の通信中の走行車両について、同時に複数の位置から時空間プロファイルを取得する。なお、ＲＲＨは、基地局装置の機能の一部を分離して基地局本体から離れた場所に設置される。ＲＲＨに対して基地局本体は、例えばベースバンドユニット（ＢＢＵ）と称される。ＲＲＨとＢＢＵとの間の接続には、例えば、ＣＰＲＩ（common public radio interface）といった光インタフェースが用いられてよい。ＲＲＨは、ＲＲＥ（remote radio equipment）又はＤＵ（distributed unit）と呼ばれることもある。また、ＢＢＵは、ＣＢＢＵ（centralized BBU）又はＣＵ（central unit）と呼ばれることもある。
【００８５】
図１３は、実施の形態５に係る路側装置１４００の構成の一例を示す図である。実施の形態５に係る路側装置１４００は、末端のリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）１４２１と、中間のリモートラジオヘッド１４２２と、ベースバンドユニット（通信装置）１４３０と、を備える。ここで、末端のリモートラジオヘッドは、シリアル接続されるリモートラジオヘッドのうち、上流のリモートヘッドを有さないリモートヘッドである。また、ここで、中間のリモートラジオヘッドは、シリアル接続されるリモートラジオヘッドのうち、最上流のリモートヘッド以外のリモートヘッドである。中間のリモートラジオヘッド１４２２は、末端のリモートラジオヘッド１４２１の下流に設けられる。
【００８６】
末端のリモートラジオヘッド１４２１と、中間のリモートラジオヘッド１４２２は、通信中の走行車両の車載通信機から送信された上り無線信号を受信する。なお、図１３は、中間のリモートラジオヘッド１４２２が１つである場合を説明する図であるが、中間のリモートラジオヘッド１４２２は、複数個あってもよい。また、中間のリモートラジオヘッド１４２２を設けずに、複数の末端のリモートラジオヘッド１４２１が、ベースバンドユニット１４３０の上流に並列に設けられてもよい。
【００８７】
ベースバンドユニット１４３０は、末端のリモートラジオヘッド１４２１が受信した上り無線信号１４１１と、中間のリモートラジオヘッド１４２２が受信した上り無線信号１４１２と、を復号し、ＩＰパケット１４４０を生成する。リモートラジオヘッド１４２１，１４２２は、対象となる走行車両の車載通信機が通信に使うリソースブロック６０３上の参照信号６０５を用いて時空間プロファイルを生成する。
【００８８】
次に、複数のリモートラジオヘッドを用いて同時に複数の時空間プロファイルを生成する方法について説明する。
【００８９】
図１４は、実施の形態５に係る末端のリモートラジオヘッド１４２１の構成の一例を説明する図である。末端のリモートラジオヘッド１４２１は、図５に示される通信装置４０１と比較して、フレームタイミング生成器５０５に代えて下り無線フレームタイミング生成器１６００を備える点と、空間相関器７０２における結果を、中間のリモートラジオヘッド１４２２に出力する点と、ユーザ端末エリア判定器７０３を備えない点と、において異なる。図５に示される通信装置４０１と共通する点については、説明を省略する。
【００９０】
チャネルフィルタ５０３（５０３−１，５０３−２，５０３−３）の１つ（例えば、チャネルフィルタ５０３）は、４本のアンテナの１つ（例えば、アンテナ＃１）からのベースバンド（アナログまたはデジタル）信号を、図１５を参照して後述する、中間のリモートラジオヘッド１４２２のベースバンド多重器１７０１に渡す。なお、チャネルフィルタ５０３（５０３−１，５０３−２，５０３−３）の１つがベースバンド（アナログまたはデジタル）信号を中間のリモートラジオヘッド１４２２に渡すのに代えて、全てのチャネルフィルタ５０３，５０３−１，５０３−２，５０３−３が、ベースバンド（アナログまたはデジタル）信号を中間のリモートラジオヘッド１４２２に渡してもよい。
【００９１】
下り無線フレームタイミング生成器１６００は、ベースバンドユニット１４３０の送信する下り信号を受信し、同期処理することにより、無線フレームタイミングと同期したフレームタイミングを再生成する。一例において、ＦＦＴ５０４（５０４−１，５０４−２，５０４−３）の変換のタイミングは、下り無線フレームタイミング生成器１６００が生成するフレームタイミングに従う。
【００９２】
空間相関器７０２は、時間サンプルごとに、応答波形生成器７０１（７０１−１，７０１−２，７０１−３）が生成したインパルス応答波形とステアリングベクトルとの相関を取り、時空間プロファイルを生成し、生成した時空間プロファイルを、中間のリモートラジオヘッド１４２２に渡す。
【００９３】
実施の形態５によれば、複数のリモートラジオヘッド１４２１，１４２２を用いて、同一のリソースブロック上の参照信号から複数の位置の時空間プロファイルを生成できる。実施の形態５によれば、ユーザ端末エリア判定器７０３は、複数の時空間プロファイルを利用して、通信中の走行車両が図１０に示される課金対象エリア１１１０内にいるか否かを判定できる。複数の時空間プロファイルを利用し、判定基準を多次元化することで、判定結果の信頼性を向上できる。
【００９４】
実施の形態５によれば、リモートラジオヘッドが無線フレームタイミングを把握していない場合であっても、下り信号から無線フレームタイミングを検出し、時空間プロファイルを生成するタイミングを取得することで、時空間プロファイルを生成できる。
【００９５】
図１５は、実施の形態５に係る中間のリモートラジオヘッド１４２２の構成の一例を説明する図である。中間のリモートラジオヘッド１４２２は、ベースバンド多重器１７０１と時空間プロファイル多重器１７０２とを備える点において、図１４に示される末端のリモートラジオヘッド１４２１と異なる。末端のリモートラジオヘッド１４２１と共通する点については、中間のリモートラジオヘッド１４２２の説明を省略する。
【００９６】
ベースバンド多重器１７０１は、中間のリモートラジオヘッド１４２２の末端側に設けられるリモートラジオヘッド（例えば、末端のリモートラジオヘッド１４２１）から受け取るベースバンド信号とチャネルフィルタ５０３が出力したベースバンド信号とを多重し、多重したベースバンド信号を、ベースバンドユニット１４３０側に設けられるリモートラジオヘッド（図示せず）またはベースバンドユニット１４３０に渡す。時空間プロファイル多重器１７０２は、同様に、中間のリモートラジオヘッド１４２２の末端側に設けられるリモートラジオヘッド（例えば、末端のリモートラジオヘッド１４２１）から受け取る時空間プロファイルと、空間相関器７０２が生成した時空間プロファイルとを多重し、多重した時空間プロファイルを、ベースバンドユニット１４３０側に設けられるリモートラジオヘッドまたはベースバンドユニット１４３０に渡す。多重は、例えば、時分割多重（ＴＤＭ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）、符号分割多重（ＣＤＭ）、空間分割多重（ＳＤＭ）の何れかであってよい。
【００９７】
図１６は、実施の形態５に係るベースバンドユニット１４３０の構成の一例を説明する図である。ベースバンドユニット１４３０は、信号選択器１５０１と、ＦＦＴ５０４と、フレームタイミング生成器５０５と、デマッパ５０６、デコーダ５０７と、ユーザ端末エリア判定器７０３と、を備える。
【００９８】
信号選択器１５０１は、全てのリモートラジオヘッド１４２１，１４２２からの上り受信信号から、復号対象の上りベースバンド信号を選択する。フレームタイミング生成器５０４は、ベースバンドユニット１４３０が下り信号を送信するタイミングに同期して、フレームタイミングを生成する。ＦＦＴ５０４は、フレームタイミング生成器５０５が生成したフレームタイミングに基づいて、復号対象の上りベースバンド信号を周波数領域のベースバンド信号に変換する。
【００９９】
デマッパ５０６は、周波数領域のベースバンド信号から復号対象のリソースブロックを取り出す。デコーダ５０７は、にて復号されＩＰパケットを取り出す。なお、ベースバンドユニット１４３０は、さらに、１／２サブキャリアシフト処理などＳＣ−ＦＤＭＡ固有の処理を行ってもよい。
【０１００】
接続されている全てのリモートラジオヘッド１４２１，１４２２は、全ての通信中の走行車両の車載器からの参照信号を用いて、時空間プロファイル波形を生成し、ベースバンドユニット１４３０に送信する。ベースバンドユニット１４３０のユーザ端末エリア判定器７０３は、通信中の走行車両が課金対象エリア内であるか否かを判定し、判定結果を出力する。
【０１０１】
実施の形態５においては、リモートラジオヘッド１４２１，１４２２を用いて、時空間プロファイル波形を生成した。リモートラジオヘッド１４２１，１４２２を用いる実施の形態についても、実施の形態２と同様に、アレイアンテナおよび空間相関器７０２を用いる実施の形態が考えられる。
【０１０２】
（実施の形態６）
実施の形態１〜５においては、ユーザ端末エリア判定器７０３は、通信している走行車両が課金対象エリア１１１０内に存在するか否かを、３次元の情報を持つ時空間プロファイルを用いて判定する。しかしながら、到来角度分解能、遅延時間分解能、および振幅分解能の情報を有する３次元の情報を持つ時空間プロファイル情報は、情報量が多い。情報量は、多ければ多い程、ユーザ端末エリア判定器７０３による課金可否の判定に時間を要し、また、高速な情報伝送手段を要するので、通信コストおよび計算コストがかかる。
【０１０３】
そこで、実施の形態６においては、時空間プロファイル生成後に、遅延スプレッドと角度スプレッドを計算する。次いで、時空間プロファイルの、到来角度分解能、遅延時間分解能、および振幅分解能の三次元の情報を、二次元の情報に圧縮し、圧縮された二次元の情報を使って端末エリア判定を行うことによって、通信コストおよび計算コストを低減できる。
【０１０４】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、実施の形態６に係る時空間プロファイルの圧縮の一例を説明する図である。時空間プロファイル１８００には、２つの遅延波１８０１，１８０２が存在する。時空間プロファイル１８００を圧縮するために、まず、２つの遅延波１８０１，１８０２について、遅延方向の分散１８１１と到来角度方向の分散１８１２を得る。
【０１０５】
遅延方向の分散１８１１は遅延スプレッドＤｓと呼ばれ、次の式（３）〜式（５）により得ることができる。
【数３】
2019158864.tif 000005
【数４】
2019158864.tif 000006
【数５】
2019158864.tif 000007
ここで、Ｐ（ｔ）は、離散時間ｔにおける受信電力の強さを表し、Ｔは、受信電力の観測時間の最大値を表す。
【０１０６】
また、角度方向の分散は角度スプレッドＡｓと呼ばれ、次の式（６）〜式（８）により得ることができる。
【数６】
2019158864.tif 000008
【数７】
2019158864.tif 000009
【数８】
2019158864.tif 000010
ここで、Ｐ（φ）は、到来角度方向ψにおける受信電力の強さを表し、φｍｉｎ，φｍａｘは、それぞれ、受信電力の観測到来角度方向の最小値および最大値を表す。
【０１０７】
リモートラジオヘッドの数をＮｒｒｈとし、特定の通信中の走行車両の観測位置の数をＭｐｏｓとすると、Ｎｒｒｈ×Ｍｐｏｓ個の圧縮された時空間プロファイルの組１８３０が得られる。ユーザ端末エリア判定器７０３は、圧縮された時空間プロファイルの組１８３０を、機械学習または多変量解析する。ここで、多変量解析とは、例えば、重回帰分析、主成分分析、因子分析、正準相関分析、判別分析である。このように、実施の形態６に係るユーザ端末エリア判定器７０３は、圧縮されていない時空間プロファイルの組と比較して、より少ない量の情報に基づいて、通信中の走行車両が課金対象エリア内にいるか否かを判定する。
【０１０８】
実施の形態６によれば、時空間プロファイルから抽出した遅延分散値（遅延スプレッド）と到来角度分散値（角度スプレッド）を、機械学習または多変量解析する。そして、機械学習または多変量解析の結果を用いて通信中の走行車両が課金対象エリア内にいるか否かを判定する。実施の形態６によれば、ユーザ端末エリア判定器７０３による判定結果の信頼性を向上できる。
【０１０９】
（その他の実施の形態）
実施の形態１〜６においては、ユーザ端末エリア判定機７０３が、有料道路を走行すると判定した車両に対して、車両を識別して課金する。これに代えて、課金以外の処理が行われる実施の形態も考えられる。例えば、ユーザ端末エリア判定機７０３が、特定の通路を通行する人を判定し、識別して通行人を記録する実施の形態も考えられる。また、アンテナアレイ９００は、二次元のアンテナアレイであってもよい。二次元のアンテナアレイを用いることによって、到来方向を二次元で検出できる。例えば、二次元のアンテナアレイ９００が天井から鉛直下向きに設置された屋内のイベント会場において、ユーザ端末エリア判定機７０３が、特定のエリアにいると判定した来場者の携帯端末を識別して、識別された携帯端末に特定のエリアに関連する情報を提供する実施の形態も考えられる。
【０１１０】
実施の形態１〜６においては、ユーザ端末エリア判定機７０３が、有料道路を走行すると判定した車両に対して、車両を識別して課金する。これに代えて、ユーザ端末エリア判定機７０３とは別に設けられた課金装置が、車両に対する課金処理を行ってもよい。
【０１１１】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、そ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、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【０１１２】
上記各実施形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
【０１１３】
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１１４】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル  プロセッサ（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
【０１１５】
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により,ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１１６】
本開示は、通信機能を持つあらゆる種類の装置、デバイス、システム（通信装置と総称）において実施可能である。通信装置の、非限定的な例としては、電話機（携帯電話、スマートフォン等）、タブレット、パーソナル・コンピューター（ＰＣ）（ラップトップ、デスクトップ、ノートブック等）、カメラ（デジタル・スチル／ビデオ・カメラ等）、デジタル・プレーヤー（デジタル・オーディオ／ビデオ・プレーヤー等）、着用可能なデバイス（ウェアラブル・カメラ、スマートウオッチ、トラッキングデバイス等）、ゲーム・コンソール、デジタル・ブック・リーダー、テレヘルス・テレメディシン（遠隔ヘルスケア・メディシン処方）デバイス、通信機能付きの乗り物又は移動輸送機関（自動車、飛行機、船等）、および上述の各種装置の組み合わせがあげられる。
【０１１７】
通信装置は、持ち運び可能又は移動可能なものに限定されず、持ち運びできない又は固定されている、あらゆる種類の装置、デバイス、システム、例えば、スマート・ホーム・デバイス（家電機器、照明機器、スマートメーター又は計測機器、コントロール・パネル等）、自動販売機、その他ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）ネットワーク上に存在し得るあらゆる「モノ（Things）」をも含む。
【０１１８】
通信には、セルラーシステム、無線ＬＡＮシステム、通信衛星システム等によるデータ通信に加え、これらの組み合わせによるデータ通信も含まれる。
また、通信装置には、本開示に記載される通信機能を実行する通信デバイスに接続又は連結される、コントローラやセンサー等のデバイスも含まれる。例えば、通信装置の通信機能を実行する通信デバイスが使用する制御信号やデータ信号を生成するような、コントローラやセンサーが含まれる。
【０１１９】
また、通信装置には、上記の非限定的な各種装置と通信を行う、あるいはこれら各種装置を制御する、インフラストラクチャ設備、例えば、基地局、アクセスポイント、その他あらゆる装置、デバイス、システムが含まれる。
【０１２０】
以上の説明において、各構成要素に用いる「・・・部」という表記は、「・・・回路（circuitry）」、「・・・デバイス」、「・・・ユニット」、又は、「・・・モジュール」といった他の表記に置換されてもよい。
【０１２１】
（実施の形態のまとめ）
本開示の通信装置は、移動局が送信した無線信号を受信する受信回路と、前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する処理回路と、を備える。
【０１２２】
本開示の通信装置において、前記処理回路は、推定した前記位置に基づき、前記移動局が識別対象のエリアを移動しているか否かを判定し、前記移動局が前記識別対象のエリアを移動していると判定した場合、前記無線信号に含まれる識別情報に基づいて、前記移動局を識別する。
【０１２３】
本開示の通信装置において、前記識別対象のエリアは、課金対象のエリアであり、前記処理回路は、前記識別した移動局に対して、課金処理を行う。
【０１２４】
本開示の通信装置において、前記移動局は、複数のアンテナを有し、前記処理回路は、前記複数のアンテナでそれぞれ受信した無線信号に含まれる参照信号に基づいて、前記信号波形プロファイルとして、前記到来方向、前記到来時刻、および、前記受信電力の関係を表す時空間プロファイルを生成する。
【０１２５】
本開示の通信装置において、前記処理回路は、前記移動局が識別対象のエリアを移動している場合の複数の前記時空間プロファイルを学習し、前記受信回路にて受信した前記無線信号を基に生成した前記時空間プロファイルと、前記学習の結果とに基づき、前記移動局が前記識別対象のエリアを移動しているか否かを判定する。
【０１２６】
本開示の通信装置において、前記処理回路は、他の通信装置から、前記他の通信装置が複数のアンテナにて受信した無線信号を基に生成した信号波形プロファイルを受信し、前記処理回路が生成した信号波形プロファイルと前記受信した信号波形プロファイルとに基づいて、前記移動局の位置を推定する。
【０１２７】
本開示の通信装置において、前記他の通信装置は、リモートラジオヘッドである。
【０１２８】
本開示の通信装置において、前記処理回路は、前記移動局宛に送信する下り無線信号の無線フレームタイミングに従って前記信号波形プロファイルを生成する。
【０１２９】
本開示の通信装置において、前記処理回路は、前記時空間プロファイルから、遅延量の分散を示す値と前記到来角度の分散を示す値とを検出し、前記遅延量の分散を示す値および前記到来角度の分散を示す値に基づき、前記移動局が識別対象のエリアを移動しているか否かを判定する。
【０１３０】
本開示の位置推定方法は、移動局が送信した無線信号を受信し、前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する。
【０１３１】
本開示の位置推定プログラムは、コンピュータに、移動局が送信した無線信号を受信する処理と、前記無線信号の到来方向、到来時刻、および、受信電力のうちの少なくとも２つに関する情報を含む信号波形プロファイルに基づいて、前記移動局の位置を推定する処理と、を実行させる。
【０１３２】
本開示の通信システムは、移動局と、本開示に係る通信装置と、を備える。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本開示の一態様は、一般道路に隣接する有料道路を走行している車両への課金に有用である。
【符号の説明】
【０１３４】
４０１  通信装置
５０１，５０１−１，５０１−２，５０１−３  ダウンコンバータ
５０２，５０２−１，５０２−２，５０２−３  ＡＤコンバータ
５０３，５０３−１，５０３−２，５０３−３  チャネルフィルタ
５０４，５０４−１，５０４−２，５０４−３  ＦＦＴ
５０５  フレームタイミング生成器
５０６，５０６−１，５０６−２，５０６−３  デマッパ
５０７  デコーダ
７０１，７０１−１，７０１−２，７０１−３  応答波形生成器
７０２  空間相関器
７０３  ユーザ端末エリア判定器
１４００  路側装置
１４２１  末端のリモートラジオヘッド
１４２２  中間のリモートラジオヘッド
１４３０  ベースバンドユニット 
【図１】
2019158864.tif 000011
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
2019158864.tif 000023
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2019158864.tif 000025
【図９Ｂ】
2019158864.tif 000026
【図９Ｃ】
2019158864.tif 000027
【図１０】
2019158864.tif 000028
【図１１】
2019158864.tif 000029
【図１２Ａ】
2019158864.tif 000030
【図１２Ｂ】
2019158864.tif 000031
【図１３】
2019158864.tif 000032
【図１４】
2019158864.tif 000033
【図１５】
2019158864.tif 000034
【図１６】
2019158864.tif 000035
【図１７Ａ】
2019158864.tif 000036
【図１７Ｂ】
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