CN1166077C

CN1166077C - 短距离无线连续通信方法及系统

Info

Publication number: CN1166077C
Application number: CNB011366591A
Authority: CN
Inventors: 笠置贤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: CA2358568A1; TW517482B; US20020047786A1; KR100554548B1; JP2002135202A; CA2358568C; CN1350372A; US6861958B2; JP3514228B2; KR20020032323A; SG105516A1

Abstract

一种能够通过为了分时操作而交替排列的路边天线连续进行通信的通信方法。排列路边天线以使通信范围适当地重叠，以便能够进行分时操作，并且车载设备在重叠点上与一个路边天线通信期间，从相邻的下一个天线搜索通信帧，在可连续接收FCMS的情况下，即刻进行从正在通信的天线向相邻天线的切换使其能在路边天线与车载设备之间连续通信。

Description

短距离无线连续通信方法及系统

技术领域

本发明涉及作为一种短距离无线连续通信系统的DSRC系统，这种短距离无线连续通信系统被认为是支持智能传送系统(ITS)的重要技术。

背景技术

下面描述短距离无线通信(以下称之为DSRC(专用短距离通信))系统。

图8A及8B示出了DSRC中使用的通信帧的一个实例。在全双工通信系统的情况下，存在着两种周期：以3.91ms及2.34ms作为帧的周期。根据通信范围的大小采用两种帧中的一种。每一帧中的发射和接收时隙分配信息存储在作为该帧的首部时隙的FCMS(帧控制消息时隙)中，路边设备和车载设备在该信息的基础上，利用MDS(消息数据时隙)进行数据的发射和接收。

以ETC(电子通行费征收)为例来描述DSRC的具体操作。在ETC的情况下，所要提供的路边设备的数量根据收费站而不同。首先，给出出口收费站的例子。

图4示出在出口收费站的路边设备的配置例子。路边设备包括：执行ETC应用处理的应用处理部分214，ETC是通行费计算等项目的不停车通行费征收系统；通过车载设备利用5.8GHz的频率进行无线通信的路边天线201；对来自路边天线201的5.8GHz的信号进行下变频，并使其成为基带信号，和反之将基带信号上变频成5.8GHz的信号的高频部分211；进行通信帧生成，发射数据生成，以及接收数据检错等的基带部分212；根据来自应用处理部分214和基带部分212的信号进行DSRC协议处理的DSRC控制部分213。

接下来，图7示出车载设备的配置。车载设备包括：向驾驶员进行通行费帐务通知以及将通行费帐务信息写入IC卡等的应用处理部分405；通过路边天线，利用5.8GHz的频率进行无线通信的车载天线401；对来自车载天线401的5.8GHz的信号进行下变频，并使其成为基带信号，和反之将基带信号上变成频成5.8GHz的信号的高频部分402；搜索或监视来自路边天线的FCMS，并且进行通信帧同步，以及进行发射数据生成和接收数据检错等的基带部分403；根据来自应用处理部分405和基带部分403的信号进行DSRC协议处理的DSRC控制部分404。

图3A和图3B示出了一个出口收费站的实例。在出口收费站，沿车辆的行进方向设置一个路边设备。开始时，车载设备203一直通过路边天线201搜索FCMS。当车载设备203进入路边天线201的通信范围202时，它开始接收来自路边天线201的FCMS，如果能够连续并且正常地接收FCMS，它就向路边天线201发出链路建立的请求，并且执行高速公路通行费的帐务处理。

另一方面，在入口收费站中，为了处理有关车辆类型等的信息检测，在沿车辆行进的方向设置两个路边设备。图5A和图5B示出了一个入口收费站的实例。通过车载设备303，306和作为沿行进方向的前面的路边天线的第一路边天线301以及作为后面的天线的第二路边天线304之间的无线通信，来实现入口信息及车辆类型信息的接收和发射。上述两个天线(第一路边天线301和第二路边天线304)是相邻设置，这样，存在着因为无线电波的干扰而产生通信障碍的可能性。因此，在采用图5A所示配置的情况下，如图5B所示，使通信帧交替操作。这种通过前、后天线使通信帧交替操作的动作被称为分时操作。

图6示出了入口收费站的两个路边设备的配置实例。与出口收费站中的实例类似，两个路边设备中的每一个包括：天线部分301和304；高频部分321和331；基带部分322和332；应用处理部分324；DSRC控制部分323和333。应用处理部分324连接到DSRC控制部分323和333二者，以便根据应用来进行一系列处理。

此外，通过接收和发射同步信号341来同步DSRC控制部分323和333，并且对通信帧进行操作，以便当一个路边设备通信时，另一个停止。

下面，通过参考图5A，5B和图6来描述入口收费站的具体操作。图5A示出通信范围的示意图，图5B示出通信帧的示意图。当第一路边天线301操作时，第一路边天线301和处在第一路边天线301的通信范围302内的车载设备303通过第一路边天线301的通信帧311进行通信。在此周期期间，第二路边天线304和处在第二路边天线304的通信范围305内的车载设备306不进行通信(第二路边天线304中的停止帧的定时)。

类似地，当第二路边天线304和车载设备306通过通信帧313进行通信时，第一路边天线301和车载设备303处在停止帧312的定时，不进行通信。这样，在两个相邻天线的情况下，利用在一个天线进行通信时，另一个天线完全不进行通信的分时操作来避免无线电波的干扰。

下面将详细描述车载设备的操作。开始时，车载设备进入FCMS搜索模式，试图接收来自路边天线的FCMS。

当车载设备成功地接收到FCMS，它试图再次接收FCMS，并且如果能够连续地成功接收FCMS，则转入FCMS监视模式。在FCMS监视模式，接收FCMS的定时是固定的，对是否能够在固定定时正常地接收FCMS进行监视。

在FCMS监视模式，当车载设备在FCMS的正常接收方面连续失败时，它释放固定的FCMS接收定时，再次返回到搜索FCMS的模式。

以上述入口收费站为例时，上述动作如下。在图5A中，车载设备303进入第一路边天线301的通信范围302，同时工作在FCMS搜索模式。通信范围302的边界区域是无线电波不稳定的区域，因此车载设备303重复着接收FCMS成功或失败的动作，并且变为FCMS搜索模式或FCMS监视模式状态。

当车载设备303向前进入到通信范围302，该区域变为无线电波稳定的区域，并能够稳定并正常地接收FCMS，因此，模式变为FCMS监视模式。此后，继续前进到从通信范围302出来的区域，区域又变为无线电波不稳定的区域，与进入时类似，FCMS搜索模式和FCMS监视模式反复执行。最后，来自第一路边天线301的FCMS根本无法到达，车载设备303再次返回到FCMS搜索模式。

在路边天线沿车辆在高速公路等上行进的方向排列成一行，并且当车辆在高速路上行驶期间连续地执行DSRC的情况下，如上所述，只要能与一个天线正常进行通信，车载设备则与该天线进行通信，并将通信进行下去。如果与那个天线不可能再进行正常的通信，车载设备将该状态复位一次，并搜索能与之正常进行通信的路边天线。因此，在车载设备从某个天线的通信范围进入到下一个天线的通信范围的边界区域，通信将不可避免地被中断。

另外，设置路边天线的方法也很困难。如果设置路边天线以致通信范围彼此重叠，在重叠部分会引起无线电波的干扰，那么将不可能进行正常通信，并且通信会被打断。相反，如果为避免干扰而以较长的间隔设置路边天线，它也会在形成间隔的部分不能进行正常通信，通信会被中断。

发明内容

本发明的目的是利用DSRC提供一种能够使路边设备与车载设备之间连续进行通信的环境。

根据本发明的第一个方面，提供一种短距离无线通信方法，一种短距离无线通信方法，其中应用了作为用于电子通行费征收的短距离无线通信的专用短距离通信，所述电子通行费征收是一种不停车通行费征收系统，和连续排列在路边设置的路边天线，以及通过在所有所述路边天线中同步通信帧的发送定时来执行分时操作，该方法包括步骤：连续排列所述路边天线，以使每个所述路边天线的一部分有效通信范围与相邻路边天线的有效通信范围重叠；在与一个所述路边天线通信期间，在作为安装在车内的无线电设备并与所述路边天线进行通信的车载设备中接收从相邻的路边天线发射的通信帧，并在所述车载设备出现在所述有效通信范围的重叠部分时执行通信。

根据本发明的第二个方面，提供一种短距离无线通信系统，其中应用了作为用于电子通行费征收的短距离无线通信的专用短距离通信，所述电子通行费征收是一种不停车通行费征收系统，和连续排列在路边设置的路边天线，以及通过在所有所述路边天线中同步通信帧的发送定时来执行分时操作，该系统包括：连续排列的所述路边天线，每个所述路边天线的一部分有效通信范围与相邻路边天线的有效通信范围重叠；安装在车内并与所述路边天线进行通信的车载设备，该车载设备是无线电设备，其中所述车载设备包括在与所述路边天线之一通信期间接收从相邻的路边天线发射的通信帧的装置，所述装置在所述车载设备出现在所述有效通信范围的重叠部分时从相邻路边天线接收通信帧。

为解决上述问题，在本发明的情况下，当天线沿车辆行进的方向连续排列时，将它们排列成前和后天线的通信范围彼此重叠，并且相邻天线互相执行分时操作。在分时操作的情况下，在停止的定时，不安排车载设备去等待下一个定时并停止，而是安排其搜索来自下一个天线的FCMS。如果车载设备能够连续几次正确地检测到来自相邻天线的帧的FCMS，则进行将作为该通信另一方的路边天线切换到相邻路边天线的处理。这样，能够使路边天线与车载设备之间连续进行通信。

另外，排列路边天线以使其通信范围彼此重叠，并且通过分时进行操作，因此，不仅同某个特定的路边天线进行通信，而且作为通信另一方的路边天线被即时地切换，可连续进行通信，在停止定时搜索到来自相邻天线的FCMS的情况下，则可以判断与相邻天线的通信信道是稳定的。

附图说明

图1A是表示根据本发明的短距离无线连续通信系统的第一个实施例的路边天线通信范围重叠的示意图，图1B是表示通信帧的结构；

图2是表示根据本发明第一个实施例的路边设备配置的方框图；

图3A表示应用在短距离无线通信系统中的出口收费站的路边天线的通信范围的实例，图3B是表示它的帧结构的示意图；

图4是在出口收费站设置的常规路边设备的方框图；

图5A是表示在入口收费站的路边天线的通信范围的示意图，图5B是表示其通信帧结构的实例；

图6是表示在入口收费站设置的两个路边设备的连接状态的方框图；

图7是DSRC系统中车载设备的常规方框图；

图8表示DSRC中使用的常规通信帧的实例，图8A是表示用于3.91ms的帧，图8B是用于2.34ms的帧；和

图9是表示根据本发明第二个实施例的路边设备配置的方框图。

具体实施方式

参考图1描述本发明的短距离无线通信系统的第一个实施例。

图1A是表示根据本发明的短距离无线通信系统的路边天线的通信范围重叠的示意图，图1B是表示本发明的DSRC中使用的通信帧的示意图。如图1A所示，路边天线沿车辆前进的方向连续排列，以使每个路边天线的通信范围与相邻路边天线的通信范围重叠。所有这些路边天线是通过分时工作的。每个路边天线与相邻天线交替发射通信帧。

如上所述，在本发明的情况下，排列路边天线以使其通信范围彼此重叠，并且全部通过分时来操作。首先，车载设备开始与最近的路边天线通信。由于通过分时来操作通信帧，因此通信定时和停止定时交替出现。在本发明的情况下，在最近的路边天线的通信定时，与现有技术相似，车载设备通过该天线进行数据的发射和接收，但是在该天线的停止定时，它不仅停止并且试图在相邻天线发射FCMS时接收该FCMS。如果在该天线的停止定时能够连续并正常地接收FCMS，车载设备则判断它已进入了能够与相邻路边天线进行稳定通信的区域，并开始与相邻路边天线通信。这样，使与该路边天线对应设置的路边设备与车载设备之间连续地进行通信成为可能。

下面，将参考图1A、1B描述本发明的第一实施例。如图1A所示，排列路边天线101至109以使可进行稳定通信的各个路边天线(通信范围111至119)的区域重叠。路边天线101至109通过分时进行操作。在图1A的情况下，当路边天线101，103，105，107，109利用图1B所示的通信帧131进行通信时，路边天线102，104，106，108处在停止帧134的定时，并且不发射无线电波。所以，相邻的路边天线此时不互相进行通信，因此，不会产生无线电波的干扰。

图2示出了对应于路边天线排列的路边设备的详细结构的实例。在图2中，以图1A所示的路边天线101和102表示的路边设备为例来进行描述。实际上，连接具有相似配置的路边设备。与ETC例子的情况相似，路边设备包括：天线部分(路边天线)101和102；高频部分141和151；基带部分142和152；应用处理部分144；以及DSRC控制部分143和153。

应用处理部分144与所有DSRC控制部分进行数据的发射和接收，并且将处理作为一个应用来执行。DSRC控制部分143和153利用同步信号(图2例子中的同步信号161，162和163)与相邻的DSRC控制部分实现同步，所以，当相邻路边设备发射通信帧时，它们操作在停止状态。

利用图1描述该实例的操作。在图1A和1B中，车载设备121出现在路边天线101的通信范围111内，并且与路边天线101进行通信。例如，如果路边天线101和车载设备121利用通信帧131进行通信，作为沿车辆行进方向的下一个路边天线的路边天线102则利用通信帧133进行通信。在通信帧131的定时，路边天线102变为在停止帧134，并且不发射通信帧。相反，在通信帧133的定时，路边天线101类似地变为停止帧132，并且不发射通信帧。

在此，与路边天线101进行通信的车载设备121在通过通信帧131进行通信后，试图在停止帧132的定时接收通信帧133的FCMS。上述动作与车载设备122的情况类似。车载设备121处在路边天线101的通信范围111，不在路边天线102的通信范围112中，因此它无法接收来自路边天线102的FCMS(通信帧133)，而车载设备122处在路边天线101和路边天线102二者的通信范围内，因此，它可以接收两个通信帧131和通信帧133。已正常接收通信帧133的车载设备122试图接收来自路边天线102的FCMS，此后，如果它连续成功地正常接收FCMS，即刻将通信的另一方从路边天线101切换到路边天线102。这样，可以没有任何中断地在路边设备和车载设备之间连续地进行通信。

另外，图9是表示本发明第二个实施例的示意图，与图2中相同的部分采用相同的参考标号表示。在图9的情况中，用于同步每个DSRC控制部分的信号171的信号从同步信号控制部分145发送到每个DSRC控制部分以同步所有DSRC控制部分。也可以用这种结构获得类似的效果。

如上所述，本发明通过采用DSRC以及对分时操作的路边天线进行连续选择，使安装在行驶车辆上的车载设备与路边天线(路边设备)之间能够连续进行通信而不间断，并且它还具有可以提供支持驾驶的各种信息，和提供诸如从车辆内连入因特网之类的各种服务的有利效果。

此外，根据本发明，同时存在于来自正在通信的路边天线的通信帧和来自相邻路边天线的通信帧内的通信内容可以互不相同。

Claims

1.一种短距离无线通信方法，其中应用了作为用于电子通行费征收的短距离无线通信的专用短距离通信，所述电子通行费征收是一种不停车通行费征收系统，和连续排列在路边设置的路边天线，以及通过在所有所述路边天线中同步通信帧的发送定时来执行分时操作，该方法包括步骤：

连续排列所述路边天线，以使每个所述路边天线的一部分有效通信范围与相邻路边天线的有效通信范围重叠；

在与一个所述路边天线通信期间，在作为安装在车内的无线电设备并与所述路边天线进行通信的车载设备中接收从相邻的路边天线发射的通信帧，并在所述车载设备出现在所述有效通信范围的重叠部分时执行通信。

2.根据权利要求1所述的短距离无线通信方法，

其特征在于所述方法包括：

帧控制消息时隙检测步骤，用于在正在通信的路边天线的停止定时检测从所述相邻路边天线发射的通信帧的帧控制消息时隙；和

根据所述帧控制消息时隙检测步骤的检测结果将通信从正在通信的路边天线切换到相邻路边天线的步骤。

3.根据权利要求1所述的短距离无线通信方法，其特征在于还包括在对应于所述路边天线设置的每个路边设备中执行专用短距离通信协议处理的专用短距离通信控制步骤，

其中通过在所有专用短距离通信控制步骤间实行同步来执行所述分时操作。

4.一种短距离无线通信系统，其中应用了作为用于电子通行费征收的短距离无线通信的专用短距离通信，所述电子通行费征收是一种不停车通行费征收系统，和连续排列在路边设置的路边天线，以及通过在所有所述路边天线中同步通信帧的发送定时来执行分时操作，该系统包括：

连续排列的所述路边天线，每个所述路边天线的一部分有效通信范围与相邻路边天线的有效通信范围重叠；

安装在车内并与所述路边天线进行通信的车载设备，该车载设备是无线电设备，其中所述车载设备包括在与所述路边天线之一通信期间接收从相邻的路边天线发射的通信帧的装置，所述装置在所述车载设备出现在所述有效通信范围的重叠部分时从相邻路边天线接收通信帧。

5.根据权利要求4所述的短距离无线通信系统，

其特征在于所述装置包括：

帧控制消息时隙检测装置，用于在正在通信的路边天线的停止定时检测从所述相邻路边天线发射的通信帧的帧控制消息时隙；和

根据由所述帧控制消息时隙检测装置检测的结果将该通信从正在通信的路边天线切换到相邻路边天线。

6.根据权利要求4所述的短距离无线通信系统，

其特征在于对应于所述路边天线设置的每个路边设备包括用于执行专用短距离通信协议处理的专用短距离通信控制部分，通过在所有专用短距离通信控制部分间实行同步来执行所述分时操作。

7.根据权利要求4所述的短距离无线通信系统，

其特征在于同时存在于来自正在通信的路边天线的通信帧和来自相邻路边天线的通信帧内的通信内容互不相同。