JPH0918383A - 移動体識別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数レーンを走行する移動体の応答器と交信
し、複数の質問器を配置することなく、レーン間の混信
・干渉の少ない移動体識別装置を提供する。 【構成】質問装置は、アンテナ部５と、質問器２と、複
数の移動体走行レーン11〜13に対応して設けられアンテ
ナ部５から送受信される電波を反射し走行レーン11〜13
上に交信エリアZ1〜Z3を構成する反射板51〜53と、を備
え、アンテナ部５は、送受信する電波に指向特性を与え
る指向特性手段と、この指向方向を偏向する指向方向偏
向手段と、を備え、質問器２から送信される電波を指向
方向偏向手段で偏向し、該当する走行レーン11(12,13)
に対応する反射板51(52,53) を選択し、当該走行レーン
11(12,13) の交信エリアZ1(Z2,Z3) 内にある移動体3A(3
B)の応答器4A(4B)と無線通信を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地上設備に配備された
質問器と、それによって起動される応答器との間で無線
通信を行う機器において、質問器の設置個数の削減と設
置された質問器間の干渉防止法を備えた移動体識別装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来技術による質問器と応答器の
配置関係図を示す。図４において、例えば、高速道路の
出入口などのゲートの地上構造物に取り付けられた質問
器21〜25と、この質問器21〜25によって起動され、図示
例では車両3A〜3Dが図示されているが移動体3A,(3B〜3
D) に搭載される応答器4A,(4B〜4D) と質問器21,(22〜2
5) との間で無線通信を行い、所定の交信を行うことに
より、例えば、高速道路の使用料金清算処理などが行わ
れる。この様なシステムにおいて、例えば、質問器21の
交信エリア内に図示省略された複数の移動体3A,3X,…に
搭載された応答器4A,4X,…が存在する場合、一般的に
は、複数の応答器4A,4X,…が同時に同一周波数帯を使用
して応答するため、複数の信号が質問器21の受信機に入
力され、混信を起こす問題がある。

【０００３】この混信問題を防止する方法として、特願
平6-271636「移動体識別システム」に開示された：質問
器から複数の応答器に対して情報読み出しのための呼び
掛けが行われたとき、個々の応答器からの応答方法は、
予め有している乱数テーブルによって定まる時間に従っ
て応答を開始するタイミングを変化させて情報を返信す
る、または、個々の応答器が搬送周波数をそれぞれシフ
トして応答する、あるいは、特願平7-22470 「無線応答
器の応答制御方法」に開示された：質問器が情報読み出
しのための呼び掛けを行うとき、質問器自身のIDコード
を添付し、応答器からの返信を受け正常に該応答器と交
信が終了したとき、該応答器は同一質問器からの再度の
情報読出しの呼掛けを受けても応答せず、他応答器との
返信衝突の確率を減らし、この結果、他の未交信応答器
の交信機会を増やす、などの方法が提案されている。

【０００４】また、走行レーンに対応して配置される複
数の質問器間における干渉問題もある。以下、無線で情
報交換を行い移動体を識別する移動体識別装置の交信方
法およびそのとき発生する干渉問題を説明する。図４に
おいて、移動体識別装置は、移動体3A〜3Dが走行する走
行レーン11〜15が５レーンで構成されたものとする。図
示例では、質問器21〜25が有料道路などの複数の走行レ
ーン11〜15を有するゲート10などの地上設備に走行レー
ン11〜15を横断方向に５個配置されている。また、応答
器4A〜4Dは、個々の移動体3A〜3Dに配備される。

【０００５】質問器21〜25と応答器4A〜4Dとの交信確立
手順は、先ず、移動体3A〜3Dが走行するレーン11〜15に
配備された当該質問器21〜25が、応答勧誘信号で応答器
4A〜4Dを起動する。個々の移動体3A〜3Dに配備された応
答器4A〜4Dは、この応答勧誘信号を受けて、自身が保有
するIDコード4a〜4dをID送信信号で返信する。以下、代
表例として、走行レーン11の質問器21を中心に説明す
る。走行レーン11を走行する移動体3Aは、走行レーン11
に配備された当該質問器21からの応答勧誘信号で起動さ
れ、移動体3Aの応答器4AのIDコード4aをID送信信号で返
信する。

【０００６】地上設備に配備された質問器21は、当該走
行レーン11を走行中の移動体3AのID送信信号を受信し、
応答器4AのIDコード4aを認識すると、次に、当該質問器
21から交信相手である移動体3Aの応答器4AのIDコード4a
を指定して、該質問器21と該応答器4Aとの間で情報メッ
セージの交換を行う。この質問器21〜25と応答器4A〜4D
との通信方法として、最も単純な通信方法は、例えば、
同一周波数f1で応答器4A〜4Dから質問器21〜25への送信
方向（以下、この方向をアップリンクという）と、質問
器21〜25から応答器4A〜4Dへの送信方向（以下、この方
向をダウンリンクという）と、の通信が同時に重なって
行わない半二重通信で行う方法がある。例えば、上述の
レーン11の例では、アップリンクの送信データSU1 とし
て、応答器4AからのID送信信号および情報メッセージデ
ータがこれに相当する。また、ダウンリンクの送信デー
タSD1 として、質問器21からの応答勧誘信号、および、
IDコード指定交信と情報メッセージデータがこれに相当
する。

【０００７】質問器21が受ける干渉ノイズは、簡明化の
ため図示一部省略しているが、同一ゲート10に配置され
た他の質問器22〜25からの混信ノイズ信号N2〜N5、およ
び、他のレーンを走行中の移動体3B〜3Dの車体そのもの
からの反射波による干渉ノイズ信号R2〜R5などがある。
これらの干渉ノイズは、質問器21〜25および応答器4A〜
4Dに付与するアンテナの指向特性により軽減することが
できる。今、干渉ノイズ信号R2〜R5を含めて混信ノイズ
信号N2〜N5について考察する。

【０００８】一般的に、それぞれの質問器21〜25間での
送受信の同期化は、取られていない。このため、ある質
問器（例えば、21）がアップリンクの通信を行っている
ときに、その隣りの質問器22ではダウンリンクの通信を
行う場合が起こりうる。通常、アップリンクの通信にお
ける質問器21が受信する受信電力に対してダウンリンク
方向の質問器22が送信する送信電力の方がはるかに大き
いため、同一送受信周波数f1で交信を行う方式では、質
問器21〜25のお互いに隣接する距離をかなり離し、混信
を防止する必要がある。

【０００９】これらの混信・干渉問題を回避するために
質問器同士の間隔を離した場合、質問器から応答器に問
いかけ交信を可能とする範囲（以下、交信エリアとい
う）が限定される。そして、この間隔を離し過ぎた場
合、交信エリアに隙間が生じ、このため、応答器がこの
隙間を通過したとき、該当する質問器との交信を行うこ
とができない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に従来技術に
よる移動体識別装置では、 (1) ダウンリンク周波数とアップリンク周波数が同一で
ある場合、アップリンクで通信を行っている質問器に対
し、この質問器に隣接する質問器から、ダウンリンクの
送信出力、もしくは、パッシブ方式（質問器からの搬送
波を応答器が受けこの搬送波を変調して返信する）でア
ップリンク返信を行うための搬送波の送信がある場合、
これらの送信出力が干渉ノイズとなりアップリンクの通
信を妨害する。この干渉ノイズを低減するためには質問
器間の距離を離せば良いが、この距離は走行レーンの幅
から定まり、システム構成上決まった距離となる。

【００１１】(2) また、ダウンリンクの周波数とアップ
リンクの周波数が異なる場合でも、その周波数が１対の
チャネルf0,f1 しか持たず、かつ、質問器間の同期をと
らない場合では、干渉ノイズを低減するための距離は、
質問器を１つ隔てた所にある質問器との設置間隔しかと
ることができない。 (3) そこで、複数対の周波数チャネルを用意することが
考えられる。

【００１２】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、複数の
走行レーンを走行する移動体の応答器と交信するため、
複数の質問器を配置することなく、また、走行レーン幅
相当としレーン間の混信・干渉の少ない移動体識別装置
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、地上設備に配備される質問装置
と、移動体に配備され質問装置によって起動される応答
器と、を備え、質問装置と応答器との間で無線通信を行
うことにより移動体を識別する移動体識別装置におい
て、質問装置は、アンテナ部と、応答器に無線で呼び掛
ける信号を送信する送信部と，応答器からの情報を受信
する受信部と，各部の制御を行う演算制御部と，からな
る質問器と、複数個の移動体走行レーンに対応して設け
られ，アンテナ部から送受信される電波を反射し，走行
レーン上に交信エリアを構成する反射板と、を備え、ア
ンテナ部は、送受信する電波に指向特性を与える指向特
性手段と、この指向方向を偏向する指向方向偏向手段
と、を備えるものとする。

【００１４】また、アンテナ部は複数の放射素子を配列
したアレーアンテナとし、各素子の励振位相を制御して
指向方向を偏向するものとする。また、アンテナ部は複
数の放射素子を配列したアレーアンテナとし、各素子へ
の給電点切り換えにより、指向方向を偏向するものとす
る。また、アンテナ部はパラボラアンテナとし、このア
ンテナの方向を回転させることにより指向方向を偏向す
るものとする。

【００１５】

【作用】上記構成により、質問器から送信される電波
は、アンテナ部が有する指向特性手段により電波に鋭い
指向特性を与え、また、電波を指向方向偏向手段で偏向
し、該当する走行レーンに対応する反射板を順次選択
し、この反射板で電波を反射して交信エリアを形成し、
この交信エリア内の移動体の応答器と交信を行う。即
ち、アンテナ部から放出されるほとんどの電波は、選択
された反射板に集中し、この反射板以外の部分には電波
が届かない構成となっているため、該当する交信エリア
内の移動体の応答器からの返信以外に不必要な電波の侵
入がない。

【００１６】

【実施例】図１は本発明による移動体識別装置を説明す
る構成図、図２は電子走査アンテナの位相走査の原理
図、図３は電子走査アンテナの給電点切換え走査の原理
図であり、図４に対応する同一機能部材には同じ符号が
付してある。先に、図１を用いて一実施例として、本発
明による質問器と応答器との間の無線応答器の応答制御
方法を高速道路の自動料金収受システムに適用した例で
説明する。図１において、高速道路の自動料金収受シス
テムは、料金徴収を行う路側帯に質問器２とアンテナ部
５とを設置し、ゲート10に反射板51〜53を設置し、図示
例では車両で図示されている移動体3A,(3B…) に応答器
4A,(4B…) を搭載する。本システムではユーザが前もっ
て支払った金額を応答器4A,(4B…) に記憶させ、応答器
4A,(4B…) を搭載した移動体3A,(3B…) が路側帯に設置
された質問器２の交信エリアZ1,(Z2…) を通過するとき
に、高速有料道路の料金を利用状況に応じて応答器4A,
(4B…) から差し引く、というプリペイドサービスを仮
定する。高速道路は、ここでは簡単化のために、例え
ば、全線均一料金制とし、車種によってのみ料金が変わ
るものとする。そして車種の情報は応答器4A,(4B…) に
記憶させてあるものとする。

【００１７】本システムの基本的な処理は、質問器２が
応答器4A,(4B…) のIDコード4a,(4b…) と車種情報とを
知り、それを基に料金計算をした後、応答器4A,(4B…)
のIDコード4a,(4b…) を指定して利用料金を送信し、応
答器4A,(4B…) はこの送信されてきたデータを基に、応
答器4A,(4B…) の記憶部に記憶されているプリペイド金
額から利用料金を差し引く、処理を行うものである。な
お、質問器２による同一走行レーンの交信エリア内に
は、一部図示省略されているが、複数の移動体3A,(3X
…) が同時に存在し得るものとする。

【００１８】図１において、移動体識別装置を構成する
システムは、路側帯およびゲート10などの地上設備に配
備される質問装置と、移動体3A,3B に配備され質問装置
によって起動される応答器4A,4B と、から構成され、質
問装置と応答器4A,4B との間で無線通信を行うことによ
り、質問装置は移動体を認識し、例えば、上述の様な利
用料金清算処理などの、必要とする情報交換を行う。

【００１９】ここで、質問装置は、アンテナ部５と、簡
略化のため図示省略されている応答器4A,4B に無線で呼
び掛ける信号を送信する送信部21と応答器4A,4B からの
情報を受信する受信部22と各部の制御を行う演算制御部
23とからなる質問器２と、複数個の移動体走行レーン1
1,12,13に対応して設けられアンテナ部５から送受信さ
れる電波を反射し走行レーン11,12,13上に交信エリアZ
1,Z2,Z3を構成する反射板51,52,53と、を備えて構成さ
れる。また、アンテナ部５は、送受信する電波に指向特
性を与える指向特性手段と、この指向方向を偏向する指
向方向偏向手段と、を備えて構成される。

【００２０】かかる構成において、質問器２から送信さ
れる電波を指向方向偏向手段で偏向し、該当する走行レ
ーン、例えば、走行レーン11に対応する反射板51を選択
し、（以下、特に断らなければ、走行レーン11を代表と
して説明する) 当該走行レーン11の交信エリアZ1内にあ
る移動体3Aの応答器4Aと無線通信を行う。質問器２から
移動体3Aの応答器4Aに対し呼び掛け信号が送信される
と、応答器4A側では、送信された呼び掛け信号を受信
し、例えば、高速道路の入口情報や通過情報などの必要
な情報（以下、データと呼ぶ）を上述の反射板51を介し
て質問器２に送信する。この応答器4Aから送信されたデ
ータは、質問器２側で、例えばホストコンピュータに入
力され、必要なデータ処理・データ管理が行われる。

【００２１】本発明の構成では、図４に図示される従来
技術の移動体識別装置の質問器21〜25が、本発明では反
射板51〜53に置き換えられ、図示例では１つの質問器２
を路側帯に設置し、送受信する電波は、後述する指向特
性と指向方向偏向手段とを有するアンテナ部５によっ
て、反射板51〜53を順次選択し、対応する走行レーンに
該当する交信エリアZ1〜Z3を形成する。

【００２２】今、質問器２が反射板51に向かって電波を
送信すると、反射板51は、電波を走行レーン11の大地に
向けて反射する。このとき、反射板51は、大地に電波を
反射し、交信に必要な適切な交信エリアZ1を確保するよ
うに、角度を持たせて設置する。この結果、反射板51に
よって反射された電波は、大地上に交信エリアZ1をを形
成する。

【００２３】この交信エリアZ1内に移動体3Aが進入する
と、移動体3Aに搭載された応答器4Aは、質問器２から反
射板51で反射された電波（応答呼び掛け信号）を受信
し、応答器4A自身が有しているIDコード4aを反射板51に
向けて返信する。反射板51は、このIDコード4aを有する
電波をアンテナ部５に向かって反射し、質問器２は、応
答器4Aから送信されたIDコード4aを受信し、移動体3Aの
応答器4Aを識別する。

【００２４】次に、質問器２は、識別したIDコード4aを
指定し、移動体3Aの応答器4Aと必要な交信を行う。即
ち、質問器２が識別し指定したIDコード4aを有する電波
はアンテナ部５より反射板51を経由して応答器4Aに受信
され、質問器２と応答器4Aとの間の交信権が確立し、他
の応答器4Xがこの交信エリアZ1内に存在していたとして
もこの応答器4Xは自分が指定されていないことによりサ
イレント状態に入る。交信権が確立した応答器4Aから必
要な返信データを有する電波が反射板51に向けて返信さ
れ、反射板51はこの返信データを有する電波をアンテナ
部５に向かって反射し、質問器２は応答器4Aから送信さ
れた返信データを受信し、更にホストコンピュータなど
にデータを伝送する。ホストコンピュータなどの情報処
理装置は、必要に応じて、例えば、利用料金などの情報
を質問器２を介して、応答器4Aと交信を行う。

【００２５】上述の一連の動作は、反射板52、53に対し
ても同様である。また、各レーン11〜13間の干渉問題
は、(1) アンテナ部５の指向特性を鋭くすることによ
り、(2) 例えば、レーン11で質問器２と応答器4Aとが交
信中では、他のレーン12、13では、一切の交信が行われ
ていないので、各レーン間の干渉を低減することができ
る。

【００２６】図２、図３は、アンテナ部５に指向特性と
走査特性を付与する電子走査アンテナの例を示すもので
ある。複数の放射素子を配列したアレーアンテナを用い
た走査アンテナは、機械走査アンテナと電子走査アンテ
ナとに大別される。この内、電子走査アンテナに着目す
ると、その動作原理から次のような種類がある。 (1) 位相走査 (2) 周波数走査 (3) 給電点切換え走査 本発明においては、複数レーンを単一周波数の搬送波で
交信することを考慮しているので、以下、図２により位
相走査法を、図３により給電点切換え走査法を説明す
る。

【００２７】図２において、アンテナ部５は、複数の放
射素子5a〜5hを配列したアレーアンテナと、位相器6a〜
6hと、を備えて構成される。各放射素子5a〜5hは、位相
器6a〜6hを介して、各放射素子5a〜5hの励振位相をずら
し、この励振位相を制御して指向方向を偏向する。指向
方向偏向手段では、各放射素子5a〜5hの間隔ｄと搬送波
周波数ｆと位相ずれ角度によって定まる角度で偏向す
る。

【００２８】図３において、アンテナ部５は、図示例で
は、複数の放射素子5a〜5dを配列したアレーアンテナ
と、分配機能と位相遅延特性を有するハイブリッド回路
6m,6n,6p,6q と、 -45°位相器と、を備えて構成され
る。各放射素子5a〜5dは、ハイブリッド回路6p,6q より
給電され、ハイブリッド回路6m,6n の入力端子１〜４へ
の給電点の切換えにより、各放射素子5a〜5dへの励振位
相をずらし、指向方向を偏向を行う。

【００２９】また、図示省略されているが、アンテナ部
５は、パラボラアンテナを用い、このパラボラアンテナ
の方向を機械的に回転させることにより指向方向を偏向
することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、従来技術では各レーンに配置される質問器の代わり
に、反射板を設置することにより、質問器を各レーン毎
に設置する方法よりも低価格で移動体識別装置のシステ
ムを構成することができる。また、ある１つのレーンで
反射板を介して交信エリア内の移動体と交信していると
き、他のレーンでは、無線電波によるデータの交信を一
切行っていないので、走行レーン幅相当でレーン間の混
信・干渉の少ない移動体識別装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による移動体識別装置を説明する構成図

【図２】電子走査アンテナの位相走査の原理図

【図３】電子走査アンテナの給電点切換え走査の原理図

【図４】従来技術による質問器と応答器の配置関係図

【符号の説明】

1 〜4 端子 10 ゲート 11〜15 レーン ２、21〜25 質問器 3A〜3D 移動体 4A〜4D 応答器 ５ アンテナ部 51〜53 反射板 5a〜5h 放射素子 6a〜6h、6j,6k 位相器 6m,6n,6p,6q ハイブリッド回路 Z1〜Z3 交信エリア N2〜N5 混信ノイズ R2〜R5 干渉ノイズ SC 搬送波

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地上設備に配備される質問装置と、移動体
   に配備される質問装置によって起動される応答器と、を
   備え、質問装置と応答器との間で無線通信を行うことに
   より移動体を識別する移動体識別装置において、 質問装置は、 アンテナ部と、 応答器に無線で呼び掛ける信号を送信する送信部と，応
   答器からの情報を受信する受信部と，各部の制御を行う
   演算制御部と，からなる質問器と、 複数個の移動体走行レーンに対応して設けられ，前記ア
   ンテナ部から送受信される電波を反射し，走行レーン上
   に交信エリアを構成する反射板と、を備え、 アンテナ部は、送受信する電波に指向特性を与える指向
   特性手段と、この指向方向を偏向する指向方向偏向手段
   と、を備え、 質問器から送信される電波を指向方向偏向手段で偏向
   し、該当する走行レーンに対応する反射板を選択し、当
   該走行レーンの交信エリア内にある移動体の応答器と無
   線通信を行う、 ことを特徴とする移動体識別装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の移動体識別装置におい
   て、アンテナ部は複数の放射素子を配列したアレーアン
   テナとし、各素子の励振位相を制御して指向方向を偏向
   する、ことを特徴とする移動体識別装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の移動体識別装置におい
   て、アンテナ部は複数の放射素子を配列したアレーアン
   テナとし、各素子への給電点切り換えにより、指向方向
   を偏向する、ことを特徴とする移動体識別装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の移動体識別装置におい
   て、アンテナ部はパラボラアンテナとし、このアンテナ
   の方向を回転させることにより指向方向を偏向する、こ
   とを特徴とする移動体識別装置。