(57)【要約】【課題】所定エリアを移動する移動体に搭載された通信機器と固定通信機器間で、反射波等による誤動作を最小に抑えて安定確実に無線通信を可能にするＥＴＣシステム等の無線通信システムを提供する。【解決手段】路側通信機器に複数の路側アンテナ１１−１２を設け、それぞれ少なくとも部分的にオーバーラップするエリアに異なる方向から時分割で電波を発射させ、移動体３１、３２に搭載された車載器４１、４２と複数回交信して、これら複数の路側アンテナ１１−１２と安定的に交信が可能であることを確認した後、料金課金処理等のための所定の通信を行う。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定エリアに位置する通信機器と固定アンテナ間で無線通信する無線通信システムにおいて、
前記アンテナとして相互に離間して配置された複数のアンテナを使用し、該複数のアンテナは、前記通信機器と時分割により交互に送受信して、前記複数のアンテナと正常に送受信可能であることを確認できたときのみ通信を継続して行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記複数のアンテナは、相互に異なる方向且つ実質的にオーバーラップするエリアに電波を発射することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記複数のアンテナおよび前記通信機器は、予め決められた通信フレームで交互に動作し、複数回の安定的な送受信を以って安定であると判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
有料道路の料金所に設けられた路側アンテナと前記料金所を通過する車載器との間で無線通信して通行料の課金処理等を行うＥＴＣシステムにおいて、
前記料金所の前記車両の通行レーンに前記路側アンテナを１対設け、該１対の路側アンテナからの電波を前記通行レーンの所定エリアへ発射させ、前記車載器と前記１対の路側アンテナ間で送受信し、該両送受信の通信安定度判断手段を備えることを特徴とするＥＴＣシステム。
【請求項５】
前記１対の路側アンテナは、実質的に前記通行レーンの両側に対称的に配置され、時分割で交互に送受信を行うことを特徴とする請求項４に記載のＥＴＣシステム。
【請求項６】
前記時分割は、予め決められた数ミリ秒の通信フレーム毎に行うことを特徴とする請求項４又は５に記載のＥＴＣシステム。
【請求項７】
前記１対の路側アンテナは、それぞれ路側通信機器の冗長構成された高周波部により駆動されることを特徴とする請求項４、５又は６に記載のＥＴＣシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムに関し、特に有料道路等を通行する車両の通行料の課金等を行う自動（又は無人）料金収受装置等に好適な狭域無線通信によるＥＴＣシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路等の有料道路では、適当な場所に料金所を配置して、そこを通行する車両に対して適用される料金を徴収する。人手による料金徴収の場合には、料金所で車両を一旦停止させて、適用される料金の支払いが完了するとゲートを開いて通行を許可している。この料金支払には時間を要し、特に釣銭を必要とする場合には、更に長い時間を要する。そのために、高速道路等の渋滞の原因となると共に料金所の人件費等の経費が増加することとなる。
【０００３】
斯かる事態を解決又は改善するために、自動料金収受システム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＥＴＣシステムという場合もある）が開発され、徐々に普及している。ＥＴＣシステムは、車両が料金所を通過する際に、ゲートと車載コンピュータ間で無線通信を行い、自動的に料金の支払（課金）を行うシステムである。このＥＴＣにより、車両は、料金所で停車することなく、高速で通過可能であるので、ゲート通過のための所要時間を大幅に短縮し、渋滞の緩和、経費節減および近年特に社会問題化している車両の排気ガスの低減が期待できる。
【０００４】
従来、斯かるＥＴＣシステムに関連する種々の技術が提案又は開示されている。例えば、複数車線の高速道路において、隣接斜線への電波反射又は漏洩による影響を少なくして、料金所を通過する車両に対する課金処理の誤りを少なくする狭域無線通信システムが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、時分割運用のための交互は位置の路側アンテナを介して連続する通信の受信を可能にする狭域無線連続通信方法およびシステムが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。更に、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  Ｓｈｏｒｔ−Ｒａｎｇｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：狭域無線）方式の路車間通信において、路側無線装置のアンテナから放射された電波が近隣の建造物、設置物、路面および天井等に反射して発生する不要電波と、所定通信領域外にある車載器が誤って通信する問題を解決する路側無線通信システムが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。また、路側に第１アンテナおよび第２アンテナの２個のアンテナを使用して、それぞれ部分的にオーバーラップする又は隣接する通信エリアに電波を時分割で発射させ、死角を解消して通過する車両の車載器と確実に通信する車両識別装置が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００５】
先ず、図６および図７を参照して、従来のＥＴＣシステムにおける無線通信システムを簡単に説明する。図６は、斯かる無線通信システムの物理的配置図である。一方、図７は、路側無線装置の構成を示すブロック図である。この無線通信システムは、相互に隣接するレーンに設けられた路側アンテナ１１１、２１１を介してそれぞれ通信範囲１１２、２１２内を走行する車両３１１、３１２に搭載された車載器（図示せず）と無線通信を行う。
【０００６】
図７に示す如く、この路側無線装置１００は、一般に５．８ＧＨｚ帯のマイクロ波で送受信を行う路側アンテナ１１１、変復調を行う高周波部１１３、送受信のデジタル処理を行う無線制御部１１４および課金等の処理を行うＥＴＣ制御部１１５により構成される。路側アンテナ１１１は、隣接車線への電波漏洩を防止するため、強い指向性を有しており、定められた狭い範囲のみに、通信に必要な電界強度の搬送波が届くように設計されている。また、車載器も、ある電界強度を超えた搬送波を受信した場合のみに、路側アンテナ１１１と通信を行うように構成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４２１９１号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−１３５２０２号公報（第４頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００２−２６００３３号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１１−１１０６８６号公報（第５−７頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＥＴＣシステムでは次の如き課題を有する。即ち、設置状況やあるタイミングでの車両状況等の要因により、隣接車線に搬送波が漏洩し、車載器が本来通信するべき路側アンテナ（例えば、１１１）に隣接する路側アンテナ（例えば、２１１）と通信を行ってしまい、不当に課金され又は正常に課金処理されずに通過できない等の不都合が生じる。斯かる電波の漏洩を防止するために、路側アンテナ１１１、２１１の指向性を絞り、隣接車線への漏洩を極力抑える工夫はされているが、料金所の各種の機器や装置、時々刻々変化する走行車両による電波の反射の影響により、完全に漏洩を遮断することは困難である。
【０００９】
また、路車間通信において、車両のワイパーやガラス等の搬送波を減衰させる要因が存在するので、通信可能な電界強度の範囲をある程度大きくする必要がある。同様に、通信してもしなくてもよい電界強度の範囲もある程度の幅を有する必要がある。車載器からみてどちらの搬送波が本来通信するべき路側アンテナからの搬送波か判断できないまま、通信を開始しなければならない。このとき、隣接車線の路側アンテナと通信を開始してしまった場合にも、それに気付かずに二重課金されたり、正常に課金処理されないために料金所で足止めされたりする恐れがあった。
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、隣接固定又は移動物体からの反射波等による誤動作を効果的に抑圧し、安定的な動作を可能にする無線通信システムおよびそれを使用するＥＴＣシステムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による無線通信システムおよびそれを使用するＥＴＣシステムは、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１２】
（１）所定エリアに位置する通信機器と固定アンテナ間で無線通信する無線通信システムにおいて、
前記アンテナとして相互に離間して配置された複数のアンテナを使用し、該複数のアンテナは、前記通信機器と時分割により交互に送受信して、前記複数のアンテナと正常に送受信可能であることを確認できたときのみ通信を継続して行う無線通信システム。
【００１３】
（２）前記複数のアンテナは、相互に異なる方向且つ実質的にオーバーラップするエリアに電波を発射する上記（１）の無線通信システム。
【００１４】
（３）前記複数のアンテナおよび前記通信機器は、予め決められた通信フレームで交互に動作し、複数回の安定的な送受信を以って安定であると判断する上記（１）又は（２）の無線通信システム。
【００１５】
（４）有料道路の料金所に設けられた路側アンテナと前記料金所を通過する車載器との間で無線通信して通行料の課金処理等を行うＥＴＣシステムにおいて、
前記料金所の前記車両の通行レーンに前記路側アンテナを１対設け、該１対の路側アンテナからの電波を前記通行レーンの所定エリアへ発射させ、前記車載器と前記１対の路側アンテナ間で送受信し、該両送受信の通信安定度判断手段を備えるＥＴＣシステム。
【００１６】
（５）前記１対の路側アンテナは、実質的に前記通行レーンの両側に対称的に配置され、時分割で交互に送受信を行う上記（４）のＥＴＣシステム。
【００１７】
（６）前記時分割は、予め決められた数ミリ秒の通信フレーム毎に行う上記（４）又は（５）のＥＴＣシステム。
【００１８】
（７）前記１対の路側アンテナは、それぞれ路側通信機器の冗長構成された高周波部により駆動される上記（４）、（５）又は（６）のＥＴＣシステム。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による無線通信システムおよびそれを使用するＥＴＣシステムの好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
先ず、図１は、本発明による無線通信システムを使用するＥＴＣシステムの第１実施形態の構成図を示す。このＥＴＣシステム１０は、例えば３つの通行（又は走行）レーンＬ１〜Ｌ３のうち、２つの通行レーンＬ１およびＬ２に実質的に等しく且つ通行レーンに対して対称に配置された１対の路側アンテナ１１−１２、２１−２２を備えていることを特徴とする。図１において、車両（即ち移動体）３１、３２および３３が、それぞれ通行レーンＬ１、Ｌ２およびＬ３を走行している。車両３１および３２には、それぞれアンテナ１１−１２および２１−２２と通信する通信機器である車載器４１、４２が搭載されている。
【００２１】
図１に示すＥＴＣシステム１０において、料金所等に設置される基地局アンテナである１対の路側アンテナ１１−１２、２１−２２は、時分割で交互にデータの送受信を行う。ここで、第１レーンＬ１の路側アンテナ１１の通信エリア（範囲）を１１Ａ、路側アンテナ１２の通信エリアを１２Ａとする。同様に、第２レーンＬ２において、路側アンテナ２２および２２の通信エリアを、それぞれ２１Ａおよび２２Ａとする。車両３１の車載器４１は、通信エリア１１Ａおよび１２Ａのオーバーラップしているエリア内で、路側無線装置とのデータの送受信を行い、料金収受等を処理する。
【００２２】
ここで、路側アンテナは１１および１２は、車載器４１と、通信フレーム単位で時分割して交互に通信を行うものとし、車両に搭載された通信機器である車載器４１は、路側アンテナ１１および１２の両方との通信が安定している状態においてのみ通信を継続するものとする。これら路側アンテナ１１および１２は、従来の通信エリアを余り外れないように、図１中に矢印Ｐで示す車両３１〜３３の進行方向に対して、これら１対の路側アンテナ１１−１２の設置角度および設置位置が異なるように設置することとする。しかし、図１から明らかな如く、これら１対の路側アンテナ１１−１２は、車両３１が走行するレーンＬ１に対して実質的に対称に配置される。
【００２３】
上述した構成により、１対の路側アンテナ１１−１２から発射又は送出される搬送波の反射波が辿るルートを可能な限りばらつかせることを目的としている。搬送波が反射される要因としては、料金所に設置される車両検知器等の機器や天井、アンテナ等の支柱、車両３１〜３３のドライバーへの情報提供を行う看板、走行する車両３１〜３３自体等の種々の要素がある。静的に配置される建造物のみであれば、電波吸収帯等を使用して漏洩を抑えることにより、反射波の影響を低減することが可能である。しかし、車両３１〜３３は、車種および積載する荷物により種々異なり且つ連続して又は間隔をおいて時々刻々と通過する流動状態であり、車両による反射波が隣接車線に届くことにより通信可能となる範囲（漏洩範囲という）は動的に変化する。従って、漏洩を完全に解消することは、非常に困難又は不可能である。
【００２４】
そこで、本発明の通信システム又はＥＴＣシステム１０では、上述の如く１対の路側アンテナ１１−１２を略同一の通信エリアとし且つレーンＬ１に対して各路側アンテナの設置場所および角度を変化させて設置することにより、それぞれの路側アンテナからの反射波をばらつかせる。車載器４１は、両方の路側アンテナ１１−１２から連続して正しくデータを受信できない限りは通信を行わないようにする。そして、本来の通信エリアでは従来どおり正常に通信を行い且つ隣接した車線Ｌ２からの漏洩範囲での通信を継続しないようにすることにより、上述した従来技術の課題を解消又は大幅に低減するものである。
【００２５】
次に、図２は、本発明の無線通信システムで使用される路側無線機器の具体的構成例を示すブロック図である。図１を参照して上述した１対の路側アンテナ１１および１２は、５．８ＧＨｚ帯の搬送波の送受信を行う。これら１対の路側アンテナ１１−１２に接続された高周波部１３、この高周波部１３に接続された無線制御部１４およびこの無線制御部１４に接続されたＥＴＣ制御部１５により構成される。
【００２６】
高周波部１３は、５．８ＧＨｚの信号とベースバンド信号の変復調を行う部分であり、ベースバンド信号を無線制御部１４とやり取りする。また、車載器４１（又は４２）との通信を路側アンテナ１１−１２（又は２１−２２）の何れを使用して行うかという制御情報１８を無線制御部１４から受ける。無線制御部１４は、車載器４１（又は４２）とのデータ送受信のベースバンド処理を行う部分であり、ベースバンド信号の分割／結合やエラー発生時の再送等を処理している。ＥＴＣ制御部１５は、課金情報や入口情報等を処理する部分である。
【００２７】
第１レーンＬ１を走行する車両３１の車載器４１は、通信エリア１１Ａの中にあり且つ通信エリア１２Ａの中にもある。従って、両方の路側アンテナ１１−１２と送受信が可能であるので、通信を継続して正常に処理を終える。同様に、第２レーンＬ２を走行する車両３２の車載器４２も、１対の路側アンテナ２１−２２と通信可能である。一方、車両３３は、路側アンテナの設置されていない第３レーンＬ３を走行している。この車載器４３は、例えば隣接するレーンＬ２の路側アンテナ２２からの搬送波が車両３２等に反射することにより搬送波を受信できたとしても、同時に路側アンテナ２１からの搬送波が届いていない限り、正しい通信範囲内に存在していないと判断するので、通信を開始しない。
【００２８】
また、車載器４２が正しく課金処理を終えたタイミングにおいて、まだ課金処理を終えていない車載器４１を搭載する車両３１が進入してきた場合について説明する。この場合には、車両３１による反射のため車載器４２が路側アンテナ１２からの搬送波を受信したとしても、同様に次の通信フレームタイミングで路側アンテナ１１からの搬送波を正常に受信しない限り、課金処理が継続されない。従って、反射波又は漏洩波等による誤動作を効果的に防止可能である。
【００２９】
以上、本発明の無線通信システムの第１実施形態の構成および動作を説明した。尚、図２のＥＴＣ制御部１５は、当業者によく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細構成および動作は省略する。また、この実施形態では、路側アンテナを１対使用する構成とした。しかし、路側アンテナの数は、１対に限定されず、３個以上のアンテナを使用してもよい。
【００３０】
次に、図３は、本発明による無線通信システムで使用される通信フレームを示すタイミングチャートである。上段に路側アンテナ１１の動作を、下段に路側アンテナ１２の動作を示す。通信フレームの長さは、例えば約２ミリ秒の固定長で、１フレーム毎に路側アンテナ１１−１２を切り替えて送受信を行うものとする。各通信フレームの先頭は、ＦＣＭＳ（Ｆｒａｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｓｌｏｔ）と呼ばれる通信制御用の情報が入っているスロットで構成されている。車載器４１〜４３は、このＦＣＭＳ情報に基づきデータの送受信を行う。ＭＤＳ（Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｄａｔａ  Ｓｌｏｔ）は、課金等のための実データをやりとりするためのものである。
【００３１】
車載器４１〜４３は、内部の通信判定手段（図示せず）により、図３に示す通信フレームを連続してある回数以上正常に受信したか否かを判断する。正常に受信したと判断したとき、初めて課金処理等のための通信を開始することとする。換言すると、図３に示す如く路側アンテナ１１および路側アンテナ１２から交互にくる通信フレームが車載器４１、４２により正常に受信できない限り、通信を開始しない。
【００３２】
次に、図４および図５を参照して、本発明による無線通信システムの他の実施形態を説明する。その基本的構成は、上述した第１（又は好適）実施形態と同様であるが、設置の容易さや現状の構成を考慮して改善がなされている。図４は、路側アンテナ１１および１２に、それぞれ独立し高周波部１３Ａ−１３Ｂが設けられている。
【００３３】
図１および図２に示す無線通信システムの第１実施形態では、路側アンテナ１１−１２を２つに分離していたため、５．８ＧＨｚの周波数を離れた場所に分配する必要がある。しかし、高周波部を１３Ａ−１３Ｂに分割するのであれば、デジタル信号のみの分配となり、ケーブル等の制約が緩和され、設置が容易になる。また、年中無休（ノンストップ）で高信頼性が求められるＥＴＣ（自動料金収受）システムにおいて一方の高周波部が故障した場合において、他方が正常に動作するのであれば、漏洩への対策は不十分であるが、運用を継続することが可能となるという効果が得られる。
【００３４】
一方、図５の実施形態では、図４に示す高周波部１３のみならず無線制御部も１４Ａおよび１４Ｂの如く、路側アンテナ１１−１２毎に２分割する構成としている。既存の路側無線装置は、上述の如く故障時の対策として、冗長（現用／予備）構成をとっているものも多い。その場合には、既に図４および図５の構成となっているので、ハードウェアを付加することなく、この実施形態の導入を容易に行うことが可能である。
【００３５】
以上、本発明による無線通信システムおよびＥＴＣシステムの好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。例えば、上述の実施形態は、路側アンテナを含む路側通信機器と車両等の移動体に搭載された車載器と通信し、料金の課金処理等を行うＥＴＣシステムであったが、斯かるＥＴＣシステムのみならず反射波又は隣接物体の影響を最小にして所定エリアの通信機器と安定的に通信を可能にするその他の無線通信システムに適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな如く、本発明の無線通信システムおよびＥＴＣシステムによると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、本発明によると、複数のアンテナを設け、異なる方向から実質的に同じエリアに電波を時分割で発射させ、たとえば移動体に搭載された通信機器と交信し、複数の通信フレームにわたり安定して送受信が確認された場合にのみ通信を継続して行う。従って、固定設置物からの反射波又は偶発的に生じる反射波等による誤動作等を効果的に軽減することが可能である。
【００３７】
また、複数のアンテナを冗長構成された高周波部および／又は無線制御部で駆動することにより、通常状態では誤動作防止（又は軽減）効果を得ると共に万一高周波部又は無線制御部の１つが故障しても機能停止を行うことなく一定のサービスを継続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＥＴＣシステムの好適（又は第１）実施形態の構成図である。
【図２】図１のＥＴＣシステムに使用する路側通信機器の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すＥＴＣシステムにおける１対の路側アンテナの動作状態を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明による無線通信システムの第２実施形態の路側通信機器の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明による無線通信システムの第３実施形態の路側通信機器の構成を示すブロック図である。
【図６】従来のＥＴＣシステムの構成図である。
【図７】図６のＥＴＣシステムにおける路側通信機器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０    ＥＴＣシステム
１１、１２、２１、２２  路側アンテナ
１１Ａ、１２Ａ、２１Ａ、２２Ａ  電波発射エリア
３１〜３３  車両（移動体）
４１〜４３  車載器
Ｌ１〜Ｌ３  レーン
１３    高周波部
１４    無線制御部
１５    ＥＴＣ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004215197.tif 000006
【図５】
2004215197.tif 000007
【図６】
2004215197.tif 000008
【図７】
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