JP6424791B2 - 無線通信装置、無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置およびその無線通信装置を複数備える無線通信システムに関し、特に、無線通信装置が送信する信号の衝突を回避する技術に関する。

無線通信装置が送信する信号の衝突を回避する技術としては、ＣＳＡＭＡ／ＣＡが広く用いられている。なお、ＣＳＡＭＡ／ＣＡは、Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidanceの略語である。

また、隠れ端末問題と呼ばれて広く知られているように、ＣＳＡＭＡ／ＣＡの技術を用いても、信号が衝突してしまう場合がある。特許文献１では、自端末がパケット送信中、そのパケットが、他端末が送信したパケットと衝突したかを監視しており、パケット衝突を検出したときは、自端末はパケット送信を停止する。

特開２００７−９６９０２号公報

特許文献１の技術は、送信した信号の衝突を検出したときに送信を停止する技術であり、 信号の衝突を回避することはできない。複数の信号が衝突してしまうと、衝突した複数の信号は、いずれも受信機で復号することができないので、送信した信号は無駄になる。よって、当然、信号の衝突を検出して送信を停止するよりも、信号が衝突しないようにすることが望まれる。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、信号が衝突することを少なくできる無線通信装置および無線通信システムを提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための本発明は、電波を送信する送信部（２１Ａ）と、周期的に繰り返す送信時間帯内に、送信時間帯の開始時刻を基準として定まる送信タイミングで、送信部から、繰り返し送信する必要がある繰り返し信号を電波として送信し、かつ、送信時間帯が繰り返されることで繰り返し信号を繰り返し送信する送信制御部（２２３）と、電波を受信する受信部（２１Ｂ）と、送信制御部が繰り返し信号を送信しているときに受信部が受信した電波に基づいて、送信部から送信した繰り返し信号が、他の装置が送信した信号と衝突しているか否かを判断する信号衝突判断部（２２５）とを備え、送信制御部は、信号衝突判断部が、繰り返し信号が衝突していると判断したことに基づいて、繰り返し信号の送信タイミングを変更することを特徴とする無線通信装置である。

この発明の無線通信装置は、信号衝突判断部を備える。信号衝突判断部は、送信制御部が繰り返し信号を送信しているときに、その繰り返し信号が、他の装置が送信した信号と衝突しているか否かを判断する。繰り返し信号と衝突している信号が、他の装置が送信している繰り返し信号であれば、次回の送信時間帯でも、他の装置は同じ送信タイミングで信号を送信する可能性が高い。そこで、送信制御部は、信号衝突判断部が繰り返し信号が衝突していると判断したことに基づいて、繰り返し信号の送信タイミングを変更する。これにより、次回、繰り返し信号を送信するときは、他の装置も繰り返し信号を送信しているとしても、他の装置が送信する繰り返し信号と衝突しない可能性が高くなるので、信号が衝突することを少なくできる。

第１実施形態の無線通信システム１の構成図である。 図１の路側機２の構成を示すブロック図である。 図２の路側制御部２２の機能を示すブロック図である。 ＣＣＨ通信制御部２２３が生成するＷＳＡの構成を例示する図である。 路側通信部２１の通信チャネルの時間変化を示す図である。 図１の車載機３の構成を示すブロック図である。 図６の制御部３１の機能を示すブロック図である。 図２の路側制御部２２が実行するＣＣＨ処理を示すフローチャートである。 図２の路側制御部２２が実行するＳＣＨ処理を示すフローチャートである。 図８のステップＳ７でＷＳＡ衝突と判断する状況を例示する図である。 図９のステップＳ２５で決定するＷＳＡ送信タイミングを説明する図である。 第２実施形態の無線通信システム１００の構成図である。 路側機２の無線通信エリアの広さとＷＳＡの送信タイミング初期値との関係を示す図である。 路側機２の無線通信エリアの広さとＷＳＡの送信タイミング最小値との関係を示す図である。 第２実施形態においてＷＳＡが送信される時間帯を例示する図である。 第２実施形態においてＷＳＡが送信される時間帯を例示する図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る無線通信システム１は、路側機２と、車載機３とを備える。路側機２は請求項の無線通信装置に相当し、車載機３は請求項のサービス享受端末に相当する。

［無線通信システム１の概要構成］
図１には、２つの路側機２Ａ、２Ｂを示しているが、路側機２は３台以上であってもよい。複数の路側機２Ａ、２Ｂを区別しないときは、路側機２と表記する。また、図１には、車載機３を１台のみ示しているが、車載機３も複数台であってもよい。路側機２と車載機３はＷＡＶＥの規格に準拠して相互に通信する。なお、ＷＡＶＥは、Wireless Access in Vehicular Environmentsの略語である。

ＷＡＶＥの規格に準拠しているため、無線通信システム１は、１つのコントロールチャネルと、複数のサービスチャネルを通信チャネルとして設定している。コントロールチャネル、複数のサービスチャネルは、互いに異なる予め定められた周波数チャネルに設定されている。これらコントロールチャネルとサービスチャネルは、いずれも、５．８ＧＨｚ帯や５．９ＧＨｚ帯に属する。

路側機２は、Wave Service Advertisementを意味するＷＳＡをコントロールチャネルで通知する。このＷＳＡはサービス開始情報に相当しており、サービスを開始するために車載機３が取得する必要がある種々の情報が含まれている。たとえばＷＳＡには、サービスチャネルを指定するチャネル情報が含まれている。さらに、路側機２は、ＷＳＡで指定したサービスチャネルでサービス実行情報を送信する。路側機２は、路側に固定されていてもよいし、移動型でもよい。

サービス実行情報は、サービスを実行するために路側機２と車載機３が通信する必要がある情報であり、路側機２が送信する情報と、車載機３が送信する情報がある。ただし、たとえば、道路交通情報の配信サービスなど、一部のサービスについては、サービス実行情報は、路側機２が送信する情報のみである。

車載機３は、車両４に搭載される。したがって、車載機３は移動型である。車載機３は、ＷＳＡやサービス実行情報を受信し、また、他の車載機３と車々間通信を行うこともできる。

［路側機２の構成］
路側機２は、路側機２が形成する無線通信エリア６に存在する車載機３と路車間通信を実施し、種々の情報を車載機３に送信したり、車載機３から種々の情報を取得したりすることで所定のサービスを実行する。無線通信エリアは、車載機３が検出可能な所定の強度以上で路側機２が送信する信号が届くエリアであり、請求項の送信範囲に相当する。

路側機２は、路側機２が提供するサービスに適した位置に設けられている。たとえば、路側機２は、交差点や、交差点と交差点とを接続する道路の途中、特定の施設（たとえば駐車場や店舗、有料道路）への出入口等に設けられている。路側機２の無線通信エリア６は、路側機２が提供するサービスに応じて設定可能である。換言すれば、路側機２が送信する電波の出力は、路側機２が提供するサービスに応じて設定可能である。設定されている無線通信エリア６が広い場合、他の路側機２の無線通信エリア６と重複することもある。

図１には、路側機２Ａの無線通信エリア６Ａと、路側機２Ｂの無線通信エリア６Ｂも示している。これら２つの無線通信エリア６Ａ、６Ｂは、図１に示すように、部分的に重複しており、図１の例では、路側機２Ｂは、路側機２Ａの無線通信エリア６Ａに含まれている。一方、路側機２Ａの位置は路側機２Ｂの無線通信エリア６Ｂの外である。なお、これら２つの無線通信エリア６Ａ、６Ｂは、指向性のあるエリアとなっているが、もちろん、無線通信エリア６は、無指向性のエリアすなわち真円形のエリアでもよい。

路側機２は、図２に示すように路側通信部２１と、路側制御部２２とを備える。路側通信部２１と路側制御部２２は相互通信可能に接続されている。

路側通信部２１は、狭域通信により、路側機２が形成する無線通信エリア６に存在する車載機３と路車間通信を実施する。狭域通信は、中継装置を介さないで直接通信を行う通信方式である。路側機２が形成する無線通信エリア６は、半径数百メートルである場合が多いが、路側機２が提供するサービスにより異なり、半径十メートル程度のこともあり、また、半径１ｋｍ程度のこともある。

路側通信部２１は、コントロールチャネルを用いて通信するモードと、サービスチャネルを用いて通信するモードの２つの動作モードを備える。つまり、車載機３とのコントロールチャネルを用いた通信、および、サービスチャネルを用いた通信の両方ともが、この路側通信部２１により行われる。

路側通信部２１は、路側送信部２１Ａと、路側受信部２１Ｂと、サーキュレータ２１ｃと、アンテナ２１ｄを備える。路側送信部２１Ａは、コントロールチャネルおよび複数のサービスチャネルから１つのチャネルを選択して、電波を送信する周波数チャネルである送信チャネルを設定できる。路側送信部２１Ａは、路側制御部２２から入力されたデータを変調し、さらに送信チャネルの周波数の電波に変換して送信する。この路側送信部２１Ａが請求項の送信部に相当する。

路側受信部２１Ｂは、電波を受信する周波数チャネルである受信チャネルを、送信チャネルと同じチャネルに設定し、設定した受信チャネルで、車載機３から送信される電波を受信する。そして、受信した電波を復調して信号を取り出し、その信号を路側制御部２２に出力する。この路側受信部２１Ｂが請求項の受信部に相当する。

サーキュレータ２１ｃは、路側送信部２１Ａからの信号はアンテナ２１ｄへ導き、アンテナ２１ｄが受信した電波を表す信号は路側受信部２１Ｂへ導く。サーキュレータ２１ｃが備えられているので、路側通信部２１は、路側送信部２１Ａから信号を送信中に、路側受信部２１Ｂで受信することができる。

路側制御部２２は、通常のコンピュータとして構成されており、周知のＣＰＵ、ＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ＲＡＭなどの揮発性メモリ、Ｉ／Ｏ、およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備えている。

路側制御部２２が備える路側メモリ２２Ｍは、不揮発性の記憶媒体であって、たとえばフラッシュメモリによって実現される。路側メモリ２２Ｍには、種々の処理を実行するためのプログラムモジュールやデータ、路側機２に割り当てられている端末ＩＤ等が格納されている。また、ＷＳＡを生成するための情報やサービス実行情報を生成するための情報も、この路側メモリ２２Ｍに格納されている。さらに、路側受信部２１Ｂが受信した信号の受信信号強度も、路側メモリ２２Ｍに一時的に記憶される。

路側制御部２２は、上述のプログラムモジュールを実行することによって実現する機能ブロックとして、図３に示すように、時刻同期部２２１、路側通信制御部２２２、信号衝突判断部２２５、サービス処理部２２６を備える。なお、路側制御部２２が実行する機能の一部又は全部は、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

時刻同期部２２１は、路側制御部２２が持つ時刻情報を基準時刻に同期させる処理を行う。路側制御部２２が持つ時刻情報は、ＣＰＵのクロック信号に基づいて計測するが、クロック信号に基づいて時刻を計測すると、次第に基準時刻からずれていく恐れがある。そこで、この時刻同期部２２１で、路側制御部２２が持つ時刻情報を、基準時刻に同期させるのである。基準時刻は、たとえば、全地球型航法衛星システム（以降、ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）で用いられる時刻（以降、ＧＮＳＳ時刻）とする。時刻同期部２２１は、外部に設けられたサーバと通信して、基準時刻を取得する。あるいは、路側機２がＧＮＳＳ受信機を備え、そのＧＮＳＳ受信機がＧＮＳＳ時刻を含む信号をＧＮＳＳ人工衛星から受信し、時刻同期部２２１は、このＧＮＳＳ受信機からＧＮＳＳ時刻を取得してもよい。

路側通信制御部２２２は、路側通信部２１の動作を制御し、コントロールチャネルによる通信と、サービスチャネルによる通信との切り替えを行う。路側通信制御部２２２は、路側通信部２１の動作モードに応じた、路側通信部２１から送信するべき情報を生成して、路側通信部２１から送信させる。また、路側通信部２１が受信したデータを取得してサービス処理部２２６に提供する。

路側通信制御部２２２は、より細かい機能ブロックとして、ＣＣＨ通信制御部２２３と、ＳＣＨ通信制御部２２４を備える。なお、各部の名称中のＣＣＨは、コントロールチャネル（Control Channel）を意味し、ＳＣＨは、サービスチャネル（Service Channel）を意味している。

ＣＣＨ通信制御部２２３は、コントロールチャネルを用いた通信の制御を担当する。ＣＣＨ通信制御部２２３は、ＷＳＡを生成し、路側通信部２１の送信チャネルをコントロールチャネルに設定して、生成したＷＳＡを路側通信部２１にブロードキャスト方式で送信させる。また、ＣＣＨ通信制御部２２３は、路側通信部２１がコントロールチャネルを用いた通信により受信したデータを取得して、サービス処理部２２６に提供する。

図４に、ＣＣＨ通信制御部２２３が生成するＷＳＡの構成を例示している。図４に示すように、ＷＳＡは、ヘッダ、ＰＳＩＤ、優先度、チャネル情報を含む。ヘッダは、受信側の装置である車載機３において、受信データがＷＳＡであると認識するための情報である。ヘッダには、たとえば、ＷＡＶＥ規格のバージョンを示す情報や、ＷＳＡをサービス実行情報などの他の情報と区別するための情報などが含まれている。

ＰＳＩＤは、サービスプロバイダーが路側機２を通じて提供するサービスの種類が定まる情報である。優先度は、種々の路側機２が提供する種々のサービスの中で、ＰＳＩＤにより特定されるサービスの優先度が定まる情報である。チャネル情報は、複数のサービスチャネルのうち、この路側機２がサービスの提供に利用するサービスチャネルのチャネル番号である。なお、提供されるサービスに応じてサービスチャネルは定まればよく、複数のサービスが同じサービスチャネルに対応付けられていてもよい。

ＣＣＨ通信制御部２２３がＷＳＡを送信させる時間は、コントロールチャネル時間帯である。路側通信制御部２２２は、時刻をコントロールチャネル時間帯と、サービスチャネル時間帯に分けている。

図５は、路側通信部２１の通信チャネルの時間変化を例示している。なお、路側通信部２１の通信チャネルは、路側送信部２１Ａの送信チャネルおよび路側受信部２１Ｂの受信チャネルを意味する。これらの送信チャネルおよび受信チャネルは、常に互いに同じ周波数チャネルに設定される。

図５の例では、コントロールチャネルとサービスチャネルが交互に設定されている。通信チャネルがコントロールチャネルに設定されている時間帯をコントロールチャネル時間帯とし、サービスチャネルに設定されている時間帯をサービスチャネル時間帯とする。

コントロールチャネル時間帯とサービスチャネル時間帯の長さは、互いに同じ時間であり、たとえば５０ミリ秒毎である。また、コントロールチャネル時間帯、サービスチャネル時間帯の開始時刻は、基準時刻系で定まる時刻とされている。コントロールチャネル時間帯およびサービスチャネル時間帯は、いずれも周期的に繰り返す時間帯であり、コントロールチャネル時間帯は請求項の送信時間帯に相当する。

ＣＣＨ通信制御部２２３は、ＷＳＡを、コントロールチャネル時間帯毎に繰り返し送信する。したがってＷＳＡは請求項の繰り返し信号に相当し、ＷＳＡの送信を制御するＣＣＨ通信制御部２２３は請求項の送信制御部に相当する。

ＳＣＨ通信制御部２２４は、所定のサービスチャネルを用いた通信の制御を担当する。ＳＣＨ通信制御部２２４は、サービス実行情報を生成し、路側通信部２１の送信チャネルをサービスの種類に応じて定まるサービスチャネルに設定して、生成したサービス実行情報を路側通信部２１に送信させる。ＳＣＨ通信制御部２２４がサービス実行情報を送信させる時間は、サービスチャネル時間帯である。送信方式は、ブロードキャスト、ユニキャスト、マルチキャストのいずれでもよく、いずれの通信方式を用いるかは、サービスの種類に応じて定まる。また、ＳＣＨ通信制御部２２４は、路側通信部２１がサービスチャネルを用いた通信により受信したデータを取得して、サービス処理部２２６に提供する。

信号衝突判断部２２５は、ＣＣＨ通信制御部２２３が路側送信部２１Ａを制御して、路側送信部２１ＡからＷＳＡを送信しているときに、そのＷＳＡが、他の装置が送信した信号と衝突してしまっているか否かを判断する。判断方法は、図８に示すフローチャートにおいて説明する。

サービス処理部２２６は、路側通信制御部２２２から提供されるデータに基づいて、車載機３に対して所定のサービスを提供する。提供するサービスは、たとえば、有料道路走行時の料金自動収集サービス、駐車時の駐車料金自動集取サービス、交通情報配信サービス、位置情報通知サービス、広告配信サービスなどである。

［車載機３の構成］
次に、車載機３の構成を説明する。車載機３は、図６に示すように、制御部３１、狭域通信部３２、ＧＮＳＳ受信機３３を備える。制御部３１は、狭域通信部３２、ＧＮＳＳ受信機３３と相互通信可能に接続されている。

狭域通信部３２は、路側機２の路側通信部２１や、他の車載機３が備える狭域通信部３２との間で狭域通信を行う。狭域通信部３２の通信距離は、たとえば数百ｍ程度である。また、本実施形態の狭域通信は、前述したコントロールチャネルあるいはサービスチャネルを使用する。狭域通信部３２は、アンテナで受信した信号を復調して制御部３１に出力する狭域受信部３２Ｂと、制御部３１から入力されたデータを変調し、さらに電波に変換して周囲に送信する狭域送信部３２Ａを備える。

狭域受信部３２Ｂは、受信チャネルを、コントロールチャネルおよび複数のサービスチャネルから１つ選択して設定し、設定した受信チャネルで、路側機２から送信される電波を受信する。そして、受信した電波を復調して信号を取り出し、その信号を路側制御部２２に出力する。

狭域送信部３２Ａは、送信チャネルを受信チャネルと同じ周波数チャネルに設定して、路側制御部２２から入力されたデータを変調し、さらに送信チャネルの周波数の電波に変換して送信する。

ＧＮＳＳ受信機３３は、ＧＮＳＳで用いられる衛星からの電波を受信することで、ＧＮＳＳ受信機３３の現在位置を計算する。ＧＮＳＳ受信機３３が計算する現在位置は、たとえば緯度と経度で表される。ＧＮＳＳ受信機３３が計算した現在位置を示す情報は逐次（たとえば１００ミリ秒毎に）、制御部３１に提供される。

また、ＧＮＳＳ受信機３３は、ＧＮＳＳ衛星を捕捉している状態においては、１秒毎にＰＰＳ信号を出力する。なお、ＰＰＳはPulse Per Secondの略である。ＰＰＳ信号は、整数秒のタイミング、言い換えれば、秒が切り替わるタイミングを示す信号として機能する。

制御部３１は、通常のコンピュータとして構成されており、周知のＣＰＵ、ＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ＲＡＭなどの揮発性メモリ、Ｉ／Ｏ、およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備えている。

制御部３１が備えるメモリ３１Ｍは、不揮発性の記憶媒体であって、たとえばフラッシュメモリやＲＯＭなどによって実現される。メモリ３１Ｍには、種々の処理を実行するためのプログラムモジュールやデータ、車載機３に割り当てられている端末ＩＤが格納されている。また、メモリ３１Ｍには、狭域受信部３２Ｂが受信したＷＳＡが一時的に記憶される。

制御部３１は、上述のプログラムモジュールを実行することによって実現する機能ブロックとして、図７に示すように、時刻同期部３１１、チャネル制御部３１２、サービス実行部３１３を備える。なお、制御部３１が実行する機能の一部又は全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

時刻同期部３１１は、制御部３１が持つ時刻情報を基準時刻に同期させる処理を行う。車載機３は、ＧＮＳＳ受信機３３を備えているので、このＧＮＳＳ受信機３３がＧＮＳＳ人工衛星から受信したＧＮＳＳ時刻を含む信号を取得して同期処理を行う。

チャネル制御部３１２は、狭域通信部３２の通信チャネルを、コントロールチャネルおよびサービスチャネルのいずれかに設定する。詳しくは、通信チャネルをコントロールチャネルとしてＷＳＡを受信した場合、ＷＳＡを受信した後、最初のサービスチャネル時間帯の開始時刻から、通信チャネルをそのＷＳＡから定まるサービスチャネルに切り替える。その後、サービス実行中は、サービスチャネル時間帯では、通信チャネルをサービスチャネルとし、コントロールチャネル時間帯では通信チャネルをコントロールチャネルとする。サービス実行中のサービスチャネル時間帯では、狭域通信部３２は、サービスを実行するための情報を路側機２との間で送受信する。

サービスを実行するための情報の送受信が終了した場合には、チャネル制御部３１２は、通信チャネルをコントロールチャネルに固定する。ただし、サービス実行中に、実行中のサービスとは異なるサービスに関するＷＳＡを受信した場合には、オープンするサービスチャネルを、そのＷＳＡにより定まるサービスチャネルに変更する。そして、サービスチャネルとコントロールチャネルを交互にオープンする制御を継続する。

サービス実行部３１３は、チャネル制御部３１２が通信チャネルをコントロールチャネルとしている間に狭域受信部３２ＢがＷＳＡを受信した場合、そのＷＳＡに基づいて、実行するサービスを決定する。また、チャネル制御部３１２が通信チャネルをサービスチャネルとしている間に狭域受信部３２Ｂが受信したサービス実行情報を取得し、そのサービス実行情報に基づいて路側機２が要求するデータを決定する。そして、決定したデータを狭域送信部３２Ａから路側機２へ送信させる。

［路側制御部２２の処理］
図８、図９は、路側制御部２２が実行する処理を説明するフローチャートである。ただし、路側制御部２２は、図８、図９に示す処理を実行することに加え、周期的に、時刻同期部２２１が同期処理を行う。

路側制御部２２は、電源がオンである間、図８、図９に示す処理を繰り返し実行する。図８は、通信チャネルをコントロールチャネルに設定して行う処理であるのでＣＣＨ処理とする。図９は、通信チャネルをサービスチャネルに設定して行う処理であるので、ＳＣＨ処理とする。

まず、図８に示すＣＣＨ処理から説明する。図８において、ステップＳ６、Ｓ７は、信号衝突判断部２２５が行う処理であり、その他のステップはＣＣＨ通信制御部２２３が行う処理である。

ステップＳ１では、コントロールチャネルをオープンする。すなわち、送信チャネルおよび受信チャネルをコントロールチャネルに設定する。

ステップＳ２では、ＷＳＡを送信する送信タイミングとなったか否かを判断する。ＷＳＡ送信タイミングは、コントロールチャネル時間帯の開始時刻を基準として定まるタイミングである。ステップＳ２の判断がＮＯであれば、このステップＳ２の判断を繰り返し、ＹＥＳであればステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、キャリアセンスを実行する。ステップＳ４では、キャリアセンスの結果が、通信チャネルが空いているという結果であったか否かを判断する。通信チャネルが空いていないと判断した場合にはステップＳ４の判断がＮＯになる。ステップＳ４の判断がＮＯである場合には、ステップＳ３に戻りキャリアセンスを継続する。なお、ステップＳ３、Ｓ４の処理を繰り返しているうちにコントロールチャネル時間帯が経過してしまった場合には、図９へ進む。

ステップＳ３において、通信チャネルが空いていると判断した場合にはステップＳ４の判断がＹＥＳになる。ステップＳ３で実行するキャリアセンスは、公知のＣＳＭＡ／ＣＡと同様、一定の判断時間ＤＩＦＳ、通信チャネルが空いているか否かを判断した後、通信チャネルが空いていると判断した場合、さらに、ランダムなバックオフ時間を決定する。そのバックオフ時間の間も、通信チャネルが空いているか否かを判断する。そして、バックオフ時間が経過するまで継続して通信チャネルが空いていた場合にはステップＳ４の判断がＹＥＳになる。ステップＳ４の判断がＹＥＳになった場合にはステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、ＷＳＡを路側送信部２１Ａから送信する。続くステップＳ６では、ステップＳ５でＷＳＡを送信していた間に、路側受信部２１Ｂが受信して、メモリ３１Ｍに記憶されていた受信信号強度を取得する。ステップＳ７では、ステップＳ５で送信したＷＳＡが、他の装置が送信した信号と衝突していたか否かを判断する。ステップＳ６で取得した受信信号強度が衝突を判断するために設定された信号強度閾値以上である期間があり、かつ、その期間の少なくとも一部が、ＷＳＡを送信していた期間と重複している場合に、ＷＳＡが衝突していたと判断する。

路側機２は、ステップＳ３でキャリアセンスを実行しており、他の路側機２も、同様にこのキャリアセンスを実行している。したがって、複数の路側機２が、互いに、他の路側機２が送信するＷＳＡを受信できれば、複数の路側機２が送信するＷＳＡが衝突してしまうことはない。しかし、図１に示す例では、路側機２Ｂは路側機２Ａの無線通信エリア６Ａに入っているが、路側機２Ａは路側機２Ｂの無線通信エリア６Ｂに入っていない。そのため、路側機２Ｂは、路側機２ＡがＷＳＡを送信している場合に、ステップＳ３におけるキャリアセンスにより、通信チャネルが使用されていると判断できる。しかし、路側機２Ａは、路側機２ＢがＷＳＡを送信していても、ステップＳ３におけるキャリアセンスで通信チャネルが使用されていると判断できない。

したがって、図１０に示すように、路側機２ＢがＷＳＡを送信している時間帯に含まれている時刻ｔａ１から時刻ｔａ２の間に、路側機２Ａの路側制御部２２が図８の処理を実行しても、ステップＳ４の判断はＹＥＳになる。その結果、図１０に示すように、時刻ｔａ２から、路側機２ＡはＷＳＡを送信してしまうことがある。これにより、路側機２Ｂの路側制御部２２は、時刻ｔａ２から時刻ｔａ３までの期間、ＷＳＡが衝突していたと判断することになる。なお、図１０において、下向きの矢印は、路側機２Ｂが送信するＷＳＡが路側機２Ａには届かないことを概念的に示し、上向きの矢印は、路側機２Ａが送信するＷＳＡが路側機２Ｂに届くことを概念的に示している。ＷＳＡが衝突していたと判断した場合にはステップＳ７の判断はＹＥＳになり、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、コントロールチャネル時間帯の残時間が、ＷＳＡを送信できる時間以上あるか否かを判断する。ＷＳＡを送信できる時間には、ＷＳＡを送信している時間と、キャリアセンスに要する時間の合計時間である。キャリアセンスには、ランダムに設定されるバックオフ時間があるので、バックオフ時間は最大値が設定されたとして、ステップＳ８の判断を行う。

ステップＳ８の判断がＹＥＳであれば、ＷＳＡを再送信するために、ステップＳ３に戻る。ステップＳ３に戻った場合、判断時間ＤＩＦＳとバックオフ時間の間、キャリアセンスを行う。このときの判断時間ＤＩＦＳおよびバックオフ時間は、請求項の待ち時間に相当する。

ステップＳ８の判断がＮＯであればステップＳ９に進む。また、ステップＳ７の判断がＮＯ、すなわち、送信したＷＳＡが衝突していないと判断した場合にもステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、サービスチャネル時間帯となったか否かを判断する。この判断がＮＯであればステップＳ９の判断を繰り返し、ＹＥＳであれば図９に示すＳＣＨ処理へ進む。

次に、図９に示すＳＣＨ処理を説明する。図９において、ステップＳ２１、Ｓ２３はＳＣＨ通信制御部２２４が行う処理であり、ステップＳ２２はサービス処理部２２６が行う処理であり、ステップＳ２４、Ｓ２５はＣＣＨ通信制御部２２３が行う処理である。

ステップＳ２１では、サービスチャネルをオープンする。続くステップＳ２２では、サービス実行情報送受信処理を行う。サービス実行情報は、サービスを実行するために路側機２が車載機３へ送信する必要がある情報、および、サービスを実行するために車載機３が路側機２へ送信する必要がある情報の両方を意味する。

ステップＳ２３では、コントロールチャネル時間帯になったか否かを判断する。この判断がＮＯであればステップＳ２３の判断を繰り返し、ＹＥＳであればステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、ＣＣＨ空き時間帯を決定する。ＣＣＨ空き時間帯とは、直前のコントロールチャネル時間帯においてコントロールチャネルが使用されていない時間帯である。ステップＳ２４の処理は、具体的には、直前のコントロールチャネル時間帯の受信信号強度を路側メモリ２２Ｍから取得し、取得した受信信号強度が、前述した信号強度閾値よりも低くなっている時間帯をＣＣＨ空き時間帯に決定する。

ステップＳ２５では、次回のコントロールチャネル時間帯におけるＷＳＡ送信タイミングを決定する。具体的には、ステップＳ２４で決定したＣＣＨ空き時間帯のうち、最先の時間帯内のタイミングに、次回のコントロールチャネル時間帯におけるＷＳＡ送信タイミングを設定する。最先の時間帯は、ＣＣＨ空き時間帯の最先の時刻から開始する時間帯であり、たとえば、ＣＳＡ／ＣＡにおいて用いられているＳＩＦＳ程度の時間帯、あるいは、ＳＩＦＳの数倍程度の時間帯である。

図１１に、ステップＳ２５で決定する次回のＷＳＡ送信タイミングを例示する。この図１１の例において、時刻ｔｂは、コントロールチャネル時間帯の開始時刻ｔ０を基準とする時刻である。

図１１の例では、今回の送信タイミングは時刻ｔｂ４であり、今回は、時刻ｔｂ４から時刻ｔｂ５までの時間で、ＷＳＡを送信する処理であるステップＳ３〜Ｓ５を実行している。また、ステップＳ２４で決定したＣＣＨ空き時間帯が、時刻ｔｂ１以降であるとする。そのため、ステップＳ２５では時刻ｔｂ２を次回のＷＳＡ送信タイミングに設定する。これにより、次回のＣＣＨ処理では、時刻ｔｂ２をＷＳＡ送信タイミングとし、時刻ｔｂ２からＷＳＡを送信する処理を開始し、時刻ｔｂ３までＷＳＡを送信する。なお、時刻ｔｂ３はランダムに設定されるバックオフ時間により変動する。

［第１実施形態のまとめ］
第１実施形態の路側機２は信号衝突判断部２２５を備える。信号衝突判断部２２５は、ＣＣＨ通信制御部２２３がＷＳＡを送信しているときに、そのＷＳＡが他の装置が送信した信号と衝突しているか否かを判断する。コントロールチャネルの周波数は、ＷＡＶＥの規格に準拠している路側機２であれば、どの路側機２も共通であり、かつ、どの路側機２も、コントロールチャネル時間帯ごとにＷＳＡを送信する。したがって、図８の処理を実行した路側機２が送信したＷＳＡと衝突した信号は、他の路側機２が送信したＷＳＡである可能性が高い。そこで、ＣＣＨ通信制御部２２３は、ＷＳＡが衝突していると判断された場合、次回のＷＳＡの送信タイミングを変更する。これにより、次回、ＷＳＡを送信するときは、他の路側機２が送信するＷＳＡと衝突しない可能性が高くなるので、ＷＳＡが衝突することを少なくできる。

また、本実施形態では、ＣＣＨ通信制御部２２３は、ＷＳＡが衝突していると判断された場合、判断時間ＤＩＦＳおよびバックオフ時間待機しても、コントロールチャネル時間帯の残時間がＷＳＡを送信できる時間以上あると判断した場合、ＷＳＡを再送信する。これにより、車載機３は、再送信されたＷＳＡを受信して、次のサービスチャネル時間帯からＷＳＡにより定まるサービスチャネルをオープンすることができる。

ただし、次回以降のコントロールチャネル時間帯でも、再送信時と同じ送信タイミングでＷＳＡを送信するとすれば、ＷＳＡが衝突したと判断する都度、ＷＳＡの送信タイミングがコントロールチャネル時間帯の中で遅い時間帯にずれていってしまう。その結果、ＷＳＡの送信タイミングが、コントロールチャネル時間帯の終了時刻付近になってしまう恐れもある。

ＷＳＡは、車載機３にサービスチャネルを指定する信号であり、車載機３はＷＳＡを受信後に、ＷＳＡを復号する処理を行い、かつ、復号したＷＳＡで指定されているサービスチャネルをオープンする処理を行う。これらの処理には、当然、ある程度の時間が必要になる。そのため、ＷＳＡの送信タイミングがコントロールチャネル時間帯の終了時刻付近であると、車載機３は、サービスチャネルのオープンが、サービスチャネル時間帯の開始時刻に間に合わない可能性が生じる。

そこで、本実施形態では、ステップＳ２４、Ｓ２５により、次回のコントロールチャネル時間帯において送信するＷＳＡ送信タイミングを、ＣＣＨ空き時間帯のうち、最先の時間帯内のタイミングに設定する。これにより、ＷＳＡ送信タイミングが、コントロールチャネル時間帯の中で早い時間帯に設定される。よって、車載機３のサービスチャネルのオープンが、サービスチャネル時間帯の開始時刻に間に合わなくなってしまうことを抑制できる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

図１２に示すように、第２実施形態における無線通信システム１００は、路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓを備える。これらの路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓは固定型である。加えて、第２実施形態における無線通信システム１００は、車両５に搭載される移動型の路側機２ｍｏも備える。

路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓの無線通信エリア６Ｌ、６Ｍ、６Ｓの大きさは、図１２に示すように、無線通信エリア６Ｌが最も広く、次いで無線通信エリア６Ｍが広く、無線通信エリア６Ｓが最も狭い。また、無線通信エリア６Ｌは、路側機２Ｍ、２Ｓの無線通信エリア６Ｍ、６Ｓを包含するエリアとなっている。無線通信エリア６Ｍ、６Ｓは一部が重複しており、路側機２Ｍは無線通信エリア６Ｓ内にあるが、路側機２Ｓは無線通信エリア６Ｍの外にある。路側機２ｍｏの無線通信エリア６ｍｏの大きさに特に制限はないが、たとえば、路側機２Ｓの無線通信エリア６Ｓと同じ程度の大きさである。

路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓ、２ｍｏは、第１実施形態の路側機２と同じハードウェア構成である。また、これらの路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓ、２ｍｏの路側制御部２２が実行する処理も、図９のステップＳ２５を除き第１実施形態と同じである。

また、第１実施形態では、ＷＳＡの送信タイミングの初期値については特に言及しておらず、初期値に特に制限はなかった。これに対して、第２実施形態では、固定型の路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓについては、図１３に概念的に示すように、路側機２の無線通信エリア６が広いほど、ＷＳＡの送信タイミングの初期値が早いタイミングに設定されている。

一方、移動型の路側機２ｍｏがＷＳＡを送信するタイミングの初期値は、本実施形態では、無線通信エリア６ｍｏの広さによらない一定値である。また、路側機２ｍｏがＷＳＡを送信するタイミングは、コントロールチャネル時間帯の半分よりも後の時点に設定されている。

さらに、第２実施形態では、コントロールチャネル時間帯内において、ＷＳＡの送信タイミングが設定可能な時間帯の最小値が定められている。ここでの最小値は、最も早い時刻を意味する。図１４に概念的に示すように、固定型の路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓ、移動型の路側機２ｍｏともに、本実施形態におけるこの最小値は、ＷＳＡの送信タイミングの初期値と同じである。

図１３、図１４に示したように、ＷＳＡの送信タイミングの初期値および最小値が設定されているため、第２実施形態におけるステップＳ２５では、次回のＷＳＡの送信タイミングを、ＣＣＨ空き時間帯のうち、送信タイミング最小値よりも後において、最先の時間帯内のタイミングに設定する。

次に、図１３、図１４に示した初期値および最小値が設定されていることによる効果を説明する。路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓは同時に設置されるとは限らず、順次、追加されることがある。ここでは、まず、路側機２Ｍ、２Ｓが設置され、後に、路側機２Ｌが追加された場合を考える。

前述したように、第２実施形態では、固定型である路側機２Ｍ、２ＳのＷＳＡの送信タイミングの初期値は、無線通信エリア６の広さにより定まる。路側機２Ｍ、２ＳのＷＳＡの送信タイミングの初期値を、図１５に示すように時刻ｔ１、ｔ２とする。なお、図１５に示す時刻ｔは、各コントロールチャネル時間帯の開始時刻ｔ０を基準とする時刻である。

路側機２Ｍは、時刻ｔ１からキャリアセンスを開始する。このとき、コントロールチャネルは使用されていないので、路側機２ＭはＷＳＡを送信する。時刻ｔ２になると、路側機２Ｓがキャリアセンスを開始する。このとき路側機２ＭがＷＳＡを送信しているが、路側機２Ｓは、路側機２Ｍの無線通信エリア６Ｍの外に位置しているので、路側機２Ｍが送信するＷＳＡを検出することができない。その結果、路側機２ＳもＷＳＡを送信してしまうので、路側機２ＳがＷＳＡの送信を開始してから、路側機２ＭがＷＳＡの送信を終了する時刻ｔ５までの間、２つのＷＳＡが衝突する。

路側機２Ｍは、路側機２Ｓの無線通信エリア６Ｓ内に位置しているので、ＷＳＡが衝突したと判断することができ、また、路側機２Ｓが時刻ｔ６においてＷＳＡを送信し終えたことも検出できる。また、図１５の例では、路側機２ＳがＷＳＡを送信し終えた時刻は、まだ、コントロールチャネル時間帯内でＷＳＡを送信する時間が残っている時刻である。そのため、路側機２Ｍは、時刻ｔ７を新たなＷＳＡの送信タイミングとして、ＷＳＡを再送信する。このＷＳＡの再送信は時刻ｔ１０に終了する。

その次のコントロールチャネル時間帯では、路側機２Ｍは、時刻ｔ７をＷＳＡの送信タイミングとするので、路側機２Ｓが送信するＷＳＡと路側機２Ｍが送信するＷＳＡは衝突しない。

路側機２Ｌが設置されると、図１５の路側機２Ｌ設置後の時間帯に示しているように、路側機２Ｌは、時刻ｔ０からキャリアセンスを開始してＷＳＡを送信する。路側機２ＬがＷＳＡを送信し終える時刻は時刻ｔ３である。そのため、路側機２Ｓは、路側機２Ｌが設置される前と同様に、時刻ｔ２からキャリアセンスを開始すると、路側機２Ｌが送信しているＷＳＡを検出して、コントロールチャネルが使用されていると判断できる。

路側機２の無線通信エリア６が広いほど、その路側機２が送信するＷＳＡが他の路側機２に検出されやすい。換言すれば、路側機２の無線通信エリア６が狭いほど、その路側機２が送信するＷＳＡは他の路側機２に検出されず、その結果、ＷＳＡの衝突が生じてしまう可能性が高くなる。

そのため、第２実施形態では、無線通信エリア６が広いほどＷＳＡの送信タイミングを早くするために、初期値および最小値を、無線通信エリア６が広いほど早い時刻としているのである。

路側機２Ｓは、時刻ｔ２からキャリアセンスを行うが、時刻ｔ３まではコントロールチャネルが空いていると判断できない。そのため、路側機２ＳがＷＳＡを送信するタイミングは時刻ｔ４となり、時刻ｔ８まで路側機２ＳはＷＳＡを送信する。

路側機２Ｍも、路側機２Ｌが設置される前と同様、時刻ｔ７からキャリアセンスを開始するが、時刻ｔ８まではコントロールチャネルが空いていると判断できない。そのため、路側機２ＭがＷＳＡを送信するタイミングは時刻ｔ９となり、時刻ｔ１１まで路側機２ＭはＷＳＡを送信する。

この図１５の例では、まず、路側機２ＭがＷＳＡの送信タイミングを変更しており、その後、路側機２Ｌが追加されると、路側機２Ｓ、路側機２Ｍが、ＷＳＡの送信タイミングを変更する。これにより、３つの路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓがそれぞれ送信するＷＳＡが互いに衝突しないようになる。

次に、路側機２ｍｏが路側機２Ｌの無線通信エリア６Ｌを通過するときを考える。路側機２ｍｏが路側機２Ｌの無線通信エリア６Ｌに進入する前は、図１６に示すように、路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓは、それぞれ時刻ｔ０〜ｔ３、ｔ９〜ｔ１１、ｔ４〜ｔ８をＷＳＡを送信する時間帯としている。そのため、路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓがそれぞれ送信するＷＳＡは互いに衝突しない。

固定型の路側機２Ｌ、２Ｍ、２ＳのＷＳＡの送信タイミングは、ＣＣＨ空き時間帯のうち、送信タイミング最小値よりも後において最先の時間帯内に設定される。そのため、固定型の路側機２Ｌ、２Ｍ、２ＳのＷＳＡの送信タイミングは、コントロールチャネル時間帯の中で早い時間帯になっていく傾向にある。一方、移動型の路側機２ｍｏのＷＳＡの送信タイミングの初期値および最小値は、コントロールチャネル時間帯の半分よりも後の時点に設定されている。そのため、図１６の路側機２ｍｏ通過時の時間帯では、移動型の路側機２ｍｏがＷＳＡを送信する時間帯は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３になっている。時刻ｔ１２は、路側機２ＭがＷＳＡの送信を終了する時刻ｔ１１よりも後の時刻であるので、路側機２ｍｏが、無線通信エリア６Ｌ、６Ｍ、６Ｓを通過するとしても、路側機２Ｌ、２Ｍ、２Ｓは、ＷＳＡの送信タイミングを変更する必要がない。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

＜変形例１＞
たとえば、前述の実施形態では、ＷＳＡが衝突していないと判断した場合に、ステップＳ２４でＣＣＨ空き時間帯を決定し、ステップＳ２５において、そのＣＣＨ空き時間帯に基づいて、次回のＷＳＡの送信タイミングを決定していた。しかし、ＷＳＡが衝突していないと判断した場合に、ＷＳＡの送信タイミングを維持するようにしてもよい。

＜変形例２＞
前述の実施形態では、路側機２は、サーキュレータ２１ｃを備えることで、路側送信部２１Ａから信号を送信しているときに、アンテナ２１ｄが受信した電波を路側受信部２１Ｂが取得できるようにしていた。しかし、これに限られず、送信用のアンテナと受信用のアンテナとを別々に備えることで、路側送信部２１Ａが送信しているときに、路側受信部２１Ｂが受信を行えるようにしてもよい。

＜変形例３＞
第２実施形態では、移動型の路側機２ｍｏがＷＳＡを送信するタイミングは、コントロールチャネル時間帯の半分よりも後の時点に設定されていた。しかし、移動型の路側機２ｍｏがＷＳＡを送信するタイミングを、コントロールチャネル時間帯の２／３よりも後も時点としてもよいし、コントロールチャネル時間帯の３／４よりも後の時点としてもよい。

１：無線通信システム ２：路側機 ３：車載機 ４：車両 ５：車両 ６：無線通信エリア ２１：路側通信部 ２１Ａ：路側送信部 ２１Ｂ：路側受信部 ２１ｃ：サーキュレータ ２１ｄ：アンテナ ２２：路側制御部 ２２Ｍ：路側メモリ ３１：制御部 ３１Ｍ：メモリ ３２：狭域通信部 ３２Ａ：狭域送信部 ３２Ｂ：狭域受信部 ３３：ＧＮＳＳ受信機 １００：無線通信システム ２２１：時刻同期部 ２２２：路側通信制御部 ２２３：ＣＣＨ通信制御部 ２２４：ＳＣＨ通信制御部 ２２５：信号衝突判断部 ２２６：サービス処理部 ３１１：時刻同期部 ３１２：チャネル制御部 ３１３：サービス実行部

Claims (7)

1. 電波を送信する送信部（２１Ａ）と、
   周期的に繰り返す送信時間帯内に、前記送信時間帯の開始時刻を基準として定まる送信タイミングで、前記送信部から、繰り返し送信する必要がある繰り返し信号を電波として送信し、かつ、前記送信時間帯が繰り返されることで前記繰り返し信号を繰り返し送信する送信制御部（２２３）と、
   電波を受信する受信部（２１Ｂ）と、
   前記送信制御部が前記繰り返し信号を送信しているときに前記受信部が受信した電波に基づいて、前記送信部から送信した前記繰り返し信号が、他の装置が送信した信号と衝突しているか否かを判断する信号衝突判断部（２２５）とを備え、
   前記送信制御部は、前記信号衝突判断部が、前記繰り返し信号が衝突していると判断したことに基づいて、前記繰り返し信号の前記送信タイミングを変更することを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１において、
   前記送信制御部は、前記信号衝突判断部が、前記繰り返し信号が衝突していると判断した場合、前記送信時間帯内であって、待ち時間が経過した後の前記送信時間帯の残時間が前記繰り返し信号を送信できる時間以上であると判断したことに基づいて、前記繰り返し信号を再送信することを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項２において、
   前記送信部は、電波を送信する周波数チャネルである送信チャネルを、互いに異なる前記周波数チャネルであるコントロールチャネルおよび複数のサービスチャネルから選択して設定可能であり、
   前記送信制御部は、
   交互に繰り返すコントロールチャネル時間帯とサービスチャネル時間帯において、前記コントロールチャネル時間帯では、前記送信チャネルを前記コントロールチャネルとし、前記送信部から、前記繰り返し信号として、前記サービスチャネル時間帯となったときにオープンするべき前記サービスチャネルが定まる情報を含んでいるサービス開始情報を、サービスを享受するサービス享受端末（３）に送信し、
   前記サービスチャネル時間帯では、前記送信チャネルを前記サービスチャネルとし、前記サービスを実行するための情報であるサービス実行情報を送信し、
   かつ、前記信号衝突判断部が、前記サービス開始情報が衝突していると判断しなかった場合、次回の前記サービス開始情報の送信タイミングを、前記コントロールチャネル時間帯であって、前記送信タイミングを設定可能とされている時間帯内において、前記受信部が、前記コントロールチャネルが使用されていると判断する強度以上の電波を受信しなかった時間帯のうちで、最先の時間帯に設定することを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項３において、
   前記送信制御部は、前記送信部が前記サービス開始情報を送信する送信範囲が広いほど、前記送信タイミングの初期値が早いタイミングに設定されていることを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項３または４において、
   前記送信タイミングを設定可能とされている時間帯の開始時点は、前記送信部が前記サービス開始情報を送信する送信範囲が広いほど、早い時点になっていることを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項１または２において、
   前記送信制御部は、前記信号衝突判断部が、前記繰り返し信号が衝突していないと判断したことに基づいて、前記繰り返し信号の前記送信タイミングを維持することを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項３に記載の前記無線通信装置であって移動型の前記無線通信装置と、請求項３に記載の前記無線通信装置であって固定型の前記無線通信装置とを備える無線通信システムであって、
   移動型の前記無線通信装置は、前記送信タイミングを設定可能とされている時間帯が、前記コントロールチャネル時間帯が半分経過した時点以降であることを特徴とする無線通信システム。

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