DE60036530T2

DE60036530T2 - Kommunikationssystem fahrzeug zu strassenrand, kommunikationsstation am strassenrand, und mobile bordstation

Info

Publication number: DE60036530T2
Application number: DE60036530T
Authority: DE
Inventors: Takashi Osaka-shi MAEHATA
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2020-06-23
Also published as: EP1115221A4; US6816452B1; WO2001006689A8; KR20010079819A; ATE374470T1; WO2001006689A1; DE60036530D1; EP1115221A1; IL141978A0; EP1115221B1; JP2001028577A; IL141978A; JP3127918B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug, das eine Mobil-Kommunikation zwischen einer Straße und einer Mobilstation durch Anordnen einer Vielzahl von Straßenantennen entlang der Straße ermöglicht, um eine Zelle auf der Straße zu bilden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug das ein orthogonales Frequenz-Multiplex-Verfahren (hiernach bezeichnet als OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplex) als ein Daten-Modulationsverfahren ausnutzt.
Hintergrundstand der Technik
Es gibt eine anwachsende Nachfrage nach Kommunikation zwischen Straßen-Steuergeräten und Fahrzeugen. Insbesondere ist auf einer Autobahn ein häufiger Austausch von Information zwischen der Straße und dem Fahrzeug nötig, um ein Fahrzeug ohne jegliche Last auf dem Fahrer zu betreiben und um Unfälle sowohl für das Steuergerät als auch den Fahrer zu vermeiden. Eine Art eines derartigen Systems wurde entwickelt, wobei ein selbst-betreibendes System es einem Fahrzeug erlaubt, mit enger Kommunikation zwischen der Straße und dem Fahrzeug zu laufen, die mit unterschiedlichen Sensoren und einer Kamera ausgerüstet sind (siehe zum Beispiel die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 241495 aus 1996).
Für die Konstruktion eines fahrenden Unterstützungssystem (hiernach bezeichnet als ein „Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug"), welches die Kommunikation mit dem Fahrzeug zur zukünftigen Erweiterung in ein selbst betreibendes System ausnutzt, ist es nötig, einen Kommunikationsbereich (Zelle) auf der Straße bereitzustellen.
Um eine derartige Zelle bereitzustellen, könnten wir erwägen, ein Leckage-Koaxialkabel (engl.: leakage coaxial cable) entlang der Straße zu verlegen. Jedoch ist der Nachteil dieses Verfahrens, dass eine weiträumige Konstruktion zum Verlegen eines derartigen Kabels benötigt wird. Da es zusätzlich erforderlich ist, das Leckage-Koaxialkabel bei einer relativ niedrigen Position auf der Erde anzuordnen, ist der Abstand, über den sich eine Funkwelle in einer Richtung über eine Verkehrsspur ausbreitet, Nachteilhafterweise kurz.
Falls andererseits die Kommunikation mit einer Vielzahl von Straßenantennen ausgeführt wird, die an der Straße in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind, kann eine einzelne Straßenantenne eine relativ große Zelle abdecken. In diesem Fall ist jede der Straßenantennen mit einer zentralen Basisstation des Straßensteuergerätes über eine optische Faser und Ähnliches verbunden.
In dem Fall, bei dem die Straßenantennen bereitgestellt sind, behindert, wenn ein großes Fahrzeug sich einem kleinen Fahrzeug annähert, dieses die Sicht des Fahrers des kleinen Fahrzeugs, was eine visuelle Detektion der Straßenantenne vom Inneren des Fahrzeugs verhindert. Insbesondere wird eine Mikro- oder eine Millimeter-Welle einer Hochfrequenz mit einem kleinen Beugungswinkel blockiert. Demgemäß wird die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Straße unterbrochen, wodurch eine kontinuierliche Kommunikation verhindert wird.
Um dadurch eine kontinuierliche Kommunikation zwischen der Straße und dem Fahrzeug zu ermöglichen, wurde eine Multi-Stations-Kommunikation vorgeschlagen. Gemäß dieser Multi-Stations-Kommunikation wird eine Vielzahl von Straßenantennen mit einer inhärenten Richtcharakteristik entlang der Straße bereitgestellt und Funkwellen der gleichen Frequenz und des gleichen Inhalts werden von den jeweiligen Straßenantennen zu der gleichen Zelle ausgestrahlt.
Ein Multi-Stations-Kommunikationssystem ist vorteilhaft, da ein derartiges System eine Vielzahl von Ausbreitungspfaden für Funkwellen aufweist, die ausgesendet werden sollen und daher vermeidet es die Funkwelle, blockiert zu werden, um so kontinuierlich eine reibungslose Kommunikation zwischen einer Mobilstation und einer Straßenkommunikationsstation auszuführen, selbst falls ein Fahrzeug nahe an einem großen Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Lastwagen, fährt.
Im Falle einer Multi-Stations-Kommunikation jedoch, da eine Vielzahl an Funkwellen von einer ähnlichen Übertragungsleistung in die gleiche Zelle gesendet werden, was ein Abklingen auf Grund von Mehrwegen verursacht, was in einer intensiven Zwischenträger-Interferenz oder Zwischensymbol-Interferenz resultiert. Folglich ist es unentbehrlich, die Effekte einer derartigen Interferenz für eine Konstruktion des Systems zu beseitigen.
Im Allgemeinen ist es für ein Mobilobjekt-Kommunikationssystem, das einen einzelnen Träger verwendet, wahrscheinlich, den Effekten einer Zwischensymbol-Interferenz von einer Mehrwege-verzögerten Welle zu unterliegen.
Demgemäß wurde die Verwendung eines OFDM-Modulationsverfahrens vorgeschlagen, das eine Übertragung einer Vielzahl von Unterträgern erlaubt, die durch Teilen eines Trägers erhalten werden. Das OFDM-Modulationsverfahren ist darin vorteilhaft, dass die Effekte einer verzögerten Welle durch Setzen einer Schutzzeit eliminiert werden können.
Da ein Träger übertragen wird, nachdem er in dem OFDM-Modulationsverfahren in eine Vielzahl von Unterträgern geteilt wurde, ist der Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern relativ klein.
In einem Mobil-Modulationsverfahren jedoch tritt, wenn ein Fahrzeug betrieben wird, der Doppler-Effekt bei der Bewegung des Fahrzeuges auf. Daher tritt bei dem OFDM-Modulationsverfahren eine Interferenz zwischen Unterträgern auf, die zu einer Verminderung der Kommunikationsqualität führt.
Demgemäß ist es notwendig, den Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern einzustellen, ein ausreichend großer Wert (30 bis 100 Mal oder mehr) in Bezug auf die maximale Doppler-Frequenz zu sein, die von der angenommenen Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges definiert wird.
Jedoch ist die besetzte Bandbreite einer Frequenz, die gemäß dem Funk-Gesetz zugewiesen wird, in einer Funkwelle festgelegt und die Anzahl an Unterträgern ist begrenzt, wenn ein Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern vergrößert wird, wodurch umgekehrt die Kommunikationskapazität verringert wird.
Insbesondere in dem Fall, bei dem eine große Anzahl von Fahrzeugen in eine Zelle eintreten, entsteht das Problem einer Verringerung der Übertragungsrate, die jedem Fahrzeug zugeordnet ist, was eine Hochqualitäts-Datenkommunikation verhindert.
Der Erfinder dieser Erfindung nimmt an, dass die Doppler-Verschiebung klein ist, wenn eine große Anzahl an Fahrzeugen in die Zelle eintreten, da es einen Verkehrsstau oder ähnliche Bedingungen gibt. Daher stellt der Erfinder ebenso fest, dass die Beziehung zwischen der Anzahl an Unterträgern, falls vorliegend und der durchschnittlichen Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeugen in der Zelle aufgebaut werden kann.
Bei der Kommunikation zwischen einer Straße und einem Fahrzeug, das eine Kommunikation zwischen einer Straßen-Kommunikationsstation und einer Fahrzeug-montierten Mobilstation in der Zelle unter Verwendung eines OFDM-Modulationsverfahrens durchführt, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug, eine Straßenkommunikationsstation und eine Fahrzeug-montierte Mobilstation zu erhalten, in denen keine Interferenz zwischen Trägern auftritt, selbst wenn ein Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit fährt und die Menge einer Datenübertragung sichergestellt wird, selbst wenn das Fahrzeug bei einer niedrigen Geschwindigkeit fährt, wodurch die Verminderung einer Kommunikationsqualität verhindert wird.
„Fukukyoku sousin wo kouryo shita bawai no OFDM rensou houshiki no kentou" (wiederholtes Übertragungsverfahren unter Verwendung von OFDM in Multi-Cast-Kommunikationssystemen), Technical Research Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers vol. 98, Nr. 537, 21. Januar 1999, (Japan), Seiten 9-14, beschreibt die Anwendung einer OFDM-Technik auf der Straße für Fahrzeugkommunikationen.
Offenbarung der Erfindung
Um das obige Ziel zu erreichen, detektiert ein Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug nach Anspruch 1 die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in einer Zelle und vergrößert den Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern eines OFDM, wenn die detektierte Geschwindigkeit des Fahrzeugs höher wird.
Daher kann eine Interferenz zwischen Unterträgern durch Vergrößern des Abstandes zwischen den Frequenzen von Unterträgern vermieden werden, wenn sich die Doppler- Verschiebung mit dem Erhöhen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle der vorliegenden Erfindung erhöht.
Der Begriff „Vergrößern des Abstandes zwischen den Frequenzen von Unterträgern" bedeutet, dass die Anzahl von Unterträgern in der besetzten Bandbreite einer Frequenz auf die Annahme hin verringert (ausgedünnt) wird, dass die besetzte Bandbreite der Frequenz, die gemäß dem Funk-Gesetz zugewiesen ist, in der Funkwelle fixiert ist.
Obwohl demgemäß eine Datenübertragungsrate unausweichlich abfällt, wird dieses aus der Tatsache angenommen, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle hoch ist und dass eine kleine Anzahl von Fahrzeugen in der Zelle vorliegt. Da ebenso angenommen wird, dass die gesamte Datenübertragungskapazität aller Fahrzeuge ebenso klein ist, verursacht dies kein Problem.
Falls die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in der Zelle niedrig ist, wird der Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern des OFDM so gelassen wie dieser ist, ohne vergrößert zu werden.
Da die Doppler-Verschiebung klein ist, selbst wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle klein ist, ist es unwahrscheinlich, dass eine Interferenz zwischen Unterträgern auftritt, selbst wenn der Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern nicht vergrößert wird. Wenn darüber hinaus in einem Fall, bei dem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle niedrig ist, das Auftreten eines Verkehrsstaus oder eine ähnlichen Bedingung angenommen wird, ist die Anzahl von Fahrzeugen groß, die in der Zelle vorliegen und die gesamte Datenübertragungskapazität aller Fahrzeuge ist entsprechend groß. Da es demgemäß vorzuziehen ist, dass die Datenübertragungsrate hoch ist, ist ein kleiner Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern an diesem Punkt vorteilhaft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Konzeptansicht, die die Konfiguration eines Kommunikationssystems zwischen einer Straße und einem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration einer Senderstation 2b und einer Empfangsstation 2a zeigt.
3 ist ein Graph, der eine Symbolübertragung durch OFDM auf eine Frequenzachse f und einer Achse t zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration einer Steuerstation 1 zeigt.
5 ist ein Graph, der die Anordnung von Unterträgern zeigt.
6 ist ein Graph, der beispielhaft die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs v und der Trägeranordnung k zeigt.
7 ist eine Konzeptansicht, die die interne Konfiguration einer Fahrzeug-montierten Mobilstation 4 zeigt.
8 ist eine Konzeptansicht, die die Konfiguration eines Kommunikationssystems zwischen einer Straße und einem Fahrzeug in einem Fall zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein Einzelstations-Kommunikationssystem angewendet wird, bei dem eine einzelne Sende- und Empfangsstation 2 in einer Zelle angeordnet ist.
Beste AusSchutzart der Erfindung
Wie oben beschrieben kann gemäß einem Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ein Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug erhalten werden, bei dem keine Interferenz zwischen Trägern auftritt, selbst wenn ein Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit fährt und eine Datenübertragung sichergestellt wird, selbst wenn das Fahrzeug bei einer niedrigen Geschwindigkeit fährt, um eine Hochqualitäts-Datenkommunikation in beiden Fällen zu erlauben.
Falls eine Vielzahl von Fahrzeugen in der Zelle existiert, variiert die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle für jedes Fahrzeug. In einem derartigen Fall ist es wünschenswert, die durchschnittliche Geschwindigkeit der Fahrzeuge zu verwenden.
Eine Straßenkommunikationsstation gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Sendestation, eine Empfangsstation und eine Steuerstation, wobei die Steuerstation umfasst: eine Trägeranordnungs-Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Unterträgeranordnung, um den Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern des OFDM basierend auf Daten der detektierten Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle zu vergrößern, wenn die detektierte Geschwindigkeit des Fahrzeugs anwächst; eine Datenzuordnungsvorrichtung zum Zuordnen von Daten, die übertragen werden sollen, basierend auf der Unterträgeranordnung, die von der Trägeranordnungs-Bestimmungsvorrichtung bestimmt ist und eine Datenauswahlvorrichtung zum Auswählen der empfangenen Daten basierend auf der Unterträgeranordnung.
Bei dieser Straßenkommunikationsstation wächst eine Doppler-Verschiebung bei einem Anwachsen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle an. Demgemäß kann durch Vergrößern des Abstandes zwischen den Frequenzen von Unterträgern die Interferenz zwischen Trägern vermieden werden.
Der Begriff „Zuordnen von Daten" bedeutet, dass eine Datenabbildung lediglich für die Unterträger durchgeführt wird, die von der Trägeranordnungs-Bestimmungsvorrichtung bestimmt sind und dass die Daten nicht zu einen Null-Unterträger zugewiesen werden.
Der Begriff „Auswählen der empfangenen Daten" bedeutet, dass lediglich Daten, die auf den effektiven Unterträgern überlagert sind, abgerufen werden.
Es wird vorgezogen, dass Information auf der Unterträgeranordnung, die von der Trägeranordnungs-Bestimmungsvorrichtung bestimmt ist, an eine Fahrzeugmontierte Mobilstation des Fahrzeugs in der Zelle durch Verwenden eines Steuerkanals übertragen wird.
Auf diese Weise ist das Fahrzeug in der Zelle von der Unterträgeranordnung informiert, um so Daten basierend auf dieser Unterträgeranordnung zu empfangen. Darüber hinaus erlaubt es diese Übertragung von Daten, dass die Trägeranordnungen für alle Fahrzeuge vereinheitlicht werden, um so die Kollision von Daten in dem Falle zu vermeiden, bei dem eine Vielzahl von Fahrzeugen in der Zelle vorliegt.
Da der Betrag einer Doppler-Verschiebung, die auftritt, wenn die Straßenkommunikationsstation die Daten empfängt (Aufwärts-Verarbeiten), ähnlich zu derjenigen ist, die auftritt, wenn die Straßenkommunikationsstation Daten überträgt (Abwärts-Verarbeiten), ist es vorzuziehen, die gleiche Trägeranordnung beim Aufwärts-Verarbeiten und beim Abwärts-Verarbeiten zu verwenden.
Unterschiedliche Vorrichtungen können zum Detektieren der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in der Zelle verwendet werden.
Zum Beispiel wird ein Geschwindigkeitssignal von jedem Fahrzeug an die Straßenkommunikationsstation gesendet, ein Ultraschall-Geschwindigkeitssensor ist auf der Straße bereitgestellt, eine Fernsehkamera ist auf der Straße bereitgestellt oder Ähnliches.
Wie in Anspruch 5 erwähnt, kann jedoch ebenso eine Vorrichtung eines Detektierens einer Verschiebung in der empfangenden Frequenz basierend auf der Doppler-Verschiebung, von dem Fahrzeug in der Zelle verwendet werden. Gemäß dieses Verfahrens ist es, da die Verschiebung in der empfangenen Frequenz durchwegs von einer AFC (Automatic Frequency Control) detektiert wird, nicht erforderlich, zusätzlich eine neue Vorrichtung zum Detektieren der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs bereitzustellen, wodurch eine Verringerung der Kosten erlaubt wird.
Eine Fahrzeug-montierte Mobilstation gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 6 erwähnt.
Gemäß dieser Fahrzeug-montierten Mobilstation erhöht sich die Doppler-Verschiebung, wenn sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle erhöht. Daher kann durch Vergrößern des Abstands zwischen den Frequenzen von Unterträgern die Interferenz zwischen Trägern vermieden werden.
(Ausführung 1)
Hiernach wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung im Detail in Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Konzeptansicht, die die Konfiguration eines Kommunikationssystems zwischen einer Straße und einem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug sendet und empfängt Straßenverkehrsinformationen zwischen einer Straßenkommunikationsstation und einer Mobilstation, die auf einem Fahrzeug montiert ist.
Eine Zelle wird entlang der Straße gebildet. In der Zelle ist eine Vielzahl von Sende- und Empfangsstationen 2, die alle eine inhärente Richtcharakteristik aufweisen, in Intervallen angeordnet. Von der Antenne jeder Sende- und Empfangsstation 2 wird eine Funkwelle des gleichen Inhalts und der gleichen Frequenz (zum Beispiel 6-GHz-Band) an die Zelle ausgestrahlt. Daher erreichen Funkwellen der gleichen Frequenz jede Position in der Zelle aus Vorwärts- und Rückwärts-Richtungen oder einer Aufwärts-Richtung in Bezug auf die longitudinale Richtung der Straße.
Eine Höhe h der Antenne der Sende- und Empfangsstation 2 vom Grund aus ist zum Beispiel 10 m. Eine Länge der Zelle in einer longitudinalen Richtung der Straße ist zum Beispiel 100 m.
Die Sende- und Empfangsstation 2 erhält die übertragenen Daten über eine Drahtübertragungsleitung 9, wie zum Beispiel eine optische Faser oder ein Koaxialkabel (obwohl eine drahtlose Übertragungsleitung statt einer Drahtübertragungsleitung verwendet werden kann, wird es hiernach angenommen, dass die „Drahtübertragungsleitung 9" von einer Steuerstation 1 verwendet wird). Die übertragenen Daten werden dann einer orthogonalen Frequenz-Multiplex-Modulation (hiernach bezeichnet als OFDM-Modulation) unter Verwendung einer Vielzahl von Trägerwellen (Unterträgern) unterzogen, die sich gegenseitig orthogonal kreuzen und dann als drahtlose Funkwelle in die Zelle übertragen. Die Sende- und Empfangsstation 2 empfängt die OFDM-modulierte drahtlose Funkwelle von einer Fahrzeugmontierten Mobilstation 4 in der Zelle und führt dann eine OFDM-Demodulation auf dieser drahtlosen Funkwelle durch, um so die empfangenen Daten über die Drahtübertragungsleitung 9 an die Steuerstation 1 zu übertragen.
In dieser Spezifikation bildet die Kombination der Funktion der Sende- und Empfangsstation 2 und der Funktion der Steuerfunktion 1 zusammen, das „Straßenkommunikationssystem".
Es wird angenommen, dass die Frequenz einer drahtlosen Funkwelle, die von der Sende- und Empfangsstation 2 in die Zelle übertragen wird (drahtlose Abwärts-Frequenz), sich von derjenigen einer drahtlosen Funkwelle unterscheidet, die von der Fahrzeug-montierten Mobilstation an die Sende- und Empfangsstation 2 übertragen wird (drahtlose Aufwärts-Frequenz). In dem Fall, bei dem ein Zeitschlitz für eine Kommunikation getrennt bereitgestellt wird, kann jedoch die Aufwärts-Frequenz und die Abwärts-Frequenz eingestellt werden, die gleiche zu sein.
2 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration einer Sendestation 2b und einer Empfangsstation 2a der Sende- und Empfangsstation 2 zeigt.
Die Sendestation 2b umfasst einen S/P-umwandelnden (S/P – seriell/parallel) Schaltkreis 31, einen Schaltkreis für eine inverse Fourier-Transformation 33, einen Schaltkreis für eine orthogonale Modulation 34, einen Heraufwandler 35 und Ähnliches.
Die Empfangsstation 2a umfasst einen Herabwandler 22, einen Schaltkreis für eine orthogonale Demodulation 23, einen Schaltkreis für eine Fourier-Transformation 24, einen P/S-umwandelnden (P/S – parallel/seriell) Schaltkreis 26, einen Δf detektierenden Abschnitt 27 und Ähnliches.
Der Schaltkreis für die inverse Fourier-Transformation 33 der Sendestation 2b erzielt wie folgt unterschiedliche Funktionen. Der Schaltkreis für eine inverse Fourier-Transormation 33 führt eine inverse Fourier-Transformation auf den gesendeten Daten durch, die parallel von dem S/P-umwandelnden Schaltkreis 31 zugeführt werden, wandelt die invers Fourier transformierten Daten um, um diese in Serielle zurückwandeln und Zeit-komprimiert eine serielle Symbol-Zeichenkette, um so ein hinteres Symbol an den Anfang der Zeichenkette zu bewegen, wodurch eine Schutzzeit gesetzt wird.
3 ist ein Graph, der die Symbolübertragung durch OFDM auf einer Frequenzachse f und einer Zeitachse t zeigt. Eine effektive Symbollänge wird durch TS dargestellt und eine Schutzzeit wird durch Δt gegeben. Ein Zeitkomprimierungsverhältnis wird durch (TS + Δt)/TS dargestellt. Im Falle von QPSK wird TS ausgedrückt durch: TS = 2n/m (μ sec), wobei die Anzahl von Unterträgern n ist und die Übertragungsrate m ist (Mbps).
Die Schutzzeit Δt der OFDM-Modulation muss als größer gesetzt werden als die Zeit, die von dem Mehrweg verzögert wird. In dieser Weise kann die Sende- und Empfangsstation 2 und die Fahrzeug-montierte Mobilstation 4 eine Zwischensymbol-Interferenz vermeiden, um so das empfangene Signal genau wieder herzustellen, ohne nachteilig von der Ausbreitungsverzögerung auf Grund des Vorliegens einer Vielzahl von Ausbreitungswegen für die Funkwelle (Mehrwege) beeinträchtigt zu sein.
In Bezug auf 2 führt der Schaltkreis für die orthogonale Modulation 34 eine orthogonale Modulation durch D/A-Umwandeln einer In-Phasen-Komponente und einer orthogonalen Komponente, die von dem Schaltkreis für die inverse Fourier-Transformation 33 ausgegeben wird, durch Unterziehen dieser Signale jeweils einer Sinus-Welle (Sin ωt) und einer Kosinus-Welle (Cos ωt) und durch Addieren von diesen durch.
Es ist unnötig zu erwähnen, dass obwohl eine QPSK-Modulation in dieser Ausführung durchgeführt wird, andere Modulationsverfahren, zum Beispiel QAM, BPSK, 8PSK und Ähnliches verwendet werden können. In der folgenden Beschreibung jedoch wird angenommen, dass eine QPSK- Modulation durchgeführt wird, solange nicht spezifisch erwähnt.
Der Heraufwandler 35 ist ein Schaltkreis für eine Frequenzwandlung in eine drahtlose Frequenz. Das Ausgabesignal von dem Heraufwandler 35 passiert durch einen Zirkulator und ein Koaxialkabel, um von Straßenantennen 36a und 36b als Funkwelle ausgestrahlt zu werden.
Der Herabwandler 22 der Empfangsstation 2a wandelt eine drahtlose Frequenz in eine Zwischenfrequenz.
Im Gegensatz zu dem Schaltkreis für die orthogonale Modulation 34 führt der Schaltkreis für die orthogonale Demodulation 23 eine orthogonale Demodulation durch; eines der zweigeteilten Signale wird einer Sinus-Welle unterzogen, während das andere abgeteilte Signal einer Kosinus-Welle unterzogen wird, um so die geteilten Signale A/D zu wandeln.
Der Frequenzdifferenz-Δf-detektierende Abschnitt 27 detektiert eine Abweichung Δf der empfangenen Frequenz basierend auf der In-Phasen-Komponente I (Signal nachdem es einer Kosinus-Welle unterzogen wurde) und der orthogonalen Komponente Q (Signal nachdem es einer Sinus-Welle unterzogen wurde) des Schaltkreises für die orthogonale Demodulation 23. Die Abweichung Δf der empfangenen Frequenz kann basierend auf der Differenz zwischen einem Auslenkwinkel (I/Q)_t eines Stromes I/Q und eines Auslenkwinkels (I/Q)_t-1 erhalten werden, der direkt vor I/Q abgetastet ist, die durch Berechnung des Auslenkwinkels einer komplexen Zahl I/Q bei Abtast-Zeitintervallen Δf = (I/Q)_t – (I/Q)_t-1 erhalten werden.
Der Δf-detektierende Abschnitt 27 führt die Abweichung Δf der empfangenen Frequenz zurück zu dem Herabwandler 22, wodurch die Funktion eines Korrigierens der Abweichung Δf der empfangenen Frequenz erhalten wird.
Der Δf-detektierende Abschnitt 27 überträgt die Daten der detektierten Abweichung Δf einer empfangenen Frequenz zu dem Steuerabschnitt 1.
Der Schaltkreis für die Fourier-Transformation 24 führt ein Verarbeiten durch, das entgegengesetzt zu demjenigen des Schaltkreises für die inverse Fourier-Transformation 33 auf der Übertragungsseite ist. Der Schaltkreis für Fourier-Transformation 24 führt eine Fourier-Transformation auf dem orthogonal-demodulierten Signal mit der effektiven Symbollänge TS als einer Fensterlänge durch, wodurch ein demoduliertes Signal erhalten wird.
Der P/S-umwandelnde Schaltkreis 26 wandelt ein Fouriertransformiertes, paralleles Signal in ein serielles Signal um. Ein paralleles Signal enthält die Daten der detektierten Abweichung Δf der empfangenen Frequenz, wie oben beschrieben.
Diese in ein serielles Signal umgewandelten Daten werden an die Steuerstation 1 gesendet, die wiederum das serielle Signal in ein paralleles Signal umwandelt und das Verarbeiten wie folgt durchführt.
In dem System der vorliegenden Erfindung ändert sich das Verarbeiten in Abhängigkeit davon, ob ein Unterträger verwendet werden oder ob lediglich einige der Unterträger basierend auf der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs verwendet werden. In dem Fall, bei dem lediglich einige der Unterträger verwendet werden, ist es nötig, aus einer Vielzahl von Unterträgern zu bestimmen, auf welche Unterträger parallele Daten überlagert werden sollen (das heißt, die Anordnung von Null-Trägern zu bestimmen, zu denen keine Daten gesendet werden), bevor die parallelen Daten zur Übertragung von der Straße zu dem Fahrzeug zugewiesen werden. Darüber hinaus ist es erforderlich, aktuelle Daten durch eine Auswahl aus den empfangenen, parallelen Daten zu erhalten (das heißt durch Ausschließen der Daten entsprechend den Null-Trägern).
Die Steuerstation 1 bestimmt die Anordnung von Unterträgern, ordnet parallele Daten vor einer Übertragung zu und wählt die oben beschriebenen, empfangenen parallelen Daten aus.
4 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration der Steuerstation 1 zeigt.
Ein Trägeranordnungs-Bestimmungsschaltkreis 14 (K) bestimmt eine Trägeranordnung wie folgt, basierend auf den Daten einer Abweichung Δf der empfangenen Frequenz, die von der sendenden und empfangenden Station 2b übertragen wird.
Bei dem OFDM muss die Beziehung ΔF = K·R (K ist eine Ganzzahl und wird hiernach als „Trägeranordnung K" bezeichnet) erfüllt werden, wenn eine Übertragungsrate pro Unterträger R (kbps) ist und der Abstand zwischen den Frequenzen von Unterträgern ΔF ist. Bei dem normalen OFDM ist die Trägeranordnung als K = 1 gegeben.
5 ist ein Graph, der die Anordnung von Unterträgern gemäß einem Wert von K zeigt, wobei eine Leistung auf der Ordinatenachse angezeigt ist und eine Frequenz auf der Abszissenachse angezeigt ist.
5(a) entspricht dem Fall der Trägeranordnung: K = 1. Wenn ein Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit fährt, erhöht sich eine Doppler-Verschiebung mit der Bewegung eines Fahrzeugs. Demgemäß, unter der Annahme einer Trägeranordnung: K = 1, tritt eine Trägerinterferenz auf Grund der Effekte einer Variation in den Frequenzen von Unterträgern auf.
Daher wird, wie in 5(b) und 5(c) gezeigt, die Trägeranordnung K auf zum Beispiel 2 oder 3 erhöht, um die Effekte der Doppler-Verschiebung zu vermeiden. In dieser Art und Weise tritt keine Trägerinterferenz auf, selbst wenn eine Frequenz des Unterträgers bis zu einem gewissen Grad variiert.
Der Trägeranordnungs-Bestimmungsschaltkreis 14 (K) beurteilt die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in der Zelle basierend auf den Daten der Abweichung Δf einer empfangenen Frequenz. In einem Fall, bei dem eine Vielzahl von Fahrzeugen in der Zelle vorliegt, wird die durchschnittliche Geschwindigkeit der Fahrzeuge in den Zellen durch Erhalten von Daten der Abweichung Δf einer empfangenen Frequenz von jedem Fahrzeug und durch Erhalten des Mittels von dieser angenommen.
Dann wird die Trägeranordnung K basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder der durchschnittlichen Geschwindigkeit von Fahrzeugen bestimmt (hiernach kollektiv als „Geschwindigkeit v" bezeichnet).
6 ist ein Graph, der exemplarisch die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit v und der Trägeranordnung K zeigt. Wie in diesem Graph erkannt werden kann, wird die Trägeranordnung K eingerichtet, sich in einer Schrittweisen Art zu erhöhen, wenn die Geschwindigkeit v anwächst. Obwohl K = 4 als die obere Grenze in 6 gegeben ist, ist die obere Grenze von K nicht darauf begrenzt.
Bezugnehmend erneut auf 4 wandelt der S/P-umwandelnde Schaltkreis 11 die übertragenen Daten von einem seriellen Signal in ein paralleles Signal um.
Bei diesem Betrieb verwendet der Trägeranordnungs-Bestimmungsschaltkreis 14 (K) den gemeinsamen Unterträger (z. B. einen Kanal zur Steuerung. Dieser Kanal existiert unabhängig von dem Wert von K und wird niemals ein Null-Träger. In 5(a), 5(b) und 5(c) dienen zum Beispiel die Unterträger am weitesten links und die Unterträger bei Intervallen, die den Vielfachen von 6 entsprechen, die gemeinsam Vielfache von K = 1, 2 und 3 sind, als gemeinsame Unterträger) und überlagert die zuvor erwähnte Information des zuvor erwähnten K auf dem gemeinsamen Unterträger sowie überlagert Information eines freien Zeitschlitzes auf diesem.
Um es in Einzelheiten zu erklären, ist es zur Kommunikation zwischen einer Straße und einem Fahrzeug notwendig, die Kollision von Daten zu vermeiden, wenn Daten von einer Vielzahl von Fahrzeugen zu der Straße übertragen werden. Daher wird eine Vielzahl von Zeitschlitzen, die eine Datenübertragung von dem Fahrzeug erlauben, bereitgestellt und die Steuerstation 1 sendet an die Fahrzeuge Information darüber, welcher Zeitschlitz gegenwärtig nicht in Verwendung ist, wodurch eine Datenkollision vermieden wird.
Obwohl es beschrieben wurde, dass die Unterträgeranordnung basierend auf der Trägeranordnung K bestimmt wird, kann der bestimmte Unterträger weiter zur Kommunikation mit einer Vielzahl von Fahrzeugen in der Zelle unterteilt werden.
In diesem Fall muss der Trägeranordnungs-Bestimmungsschaltkreis 14 (K) einen Unterträger (Kanal zur Steuerung) verwenden, um die oben erwähnte Information von K zu überlagern sowie um die Information über eine Gruppe von Unterträgern zu übermitteln, die gegenwärtig nicht verwendet werden.
Der Datenzuordnungsschaltkreis 12 ist ein schaltender Schaltkreis zum Zuordnen paralleler Daten, basierend auf der bestimmten Trägeranordnung K. Die zugeordneten parallelen Daten werden durch den P/S-umwandelnden Schaltkreis 13 in serielle Daten umgewandelt, die dann zu der sendenden und empfangenden Station über die Übertragungsleitung 9 übertragen werden.
Die seriellen Daten, die von der sendenden und empfangenden Station 2 übertragen sind, werden in parallele Daten von dem S/P-umwandelnden Schaltkreis 15 umgewandelt. Dann wählt ein Datenauswahlschaltkreis 16 lediglich tatsächliche Daten basierend auf der Trägeranordnung K aus. Der P/S-umwandelnde Schaltkreis 17 wandelt die ausgewählten Daten in serielle Daten um, um ausgegeben zu werden.
Als nächstes wird eine Konfiguration der Fahrzeug-montierten Mobilstation beschrieben.
7 ist eine Konzeptansicht, die die Konfiguration der Fahrzeug-montierten Mobilstation 4 zeigt. Die Fahrzeugmontierte Mobilstation 4 umfasst: eine empfangende Station einschließlich eines Herabwandlers 41, einen Schaltkreis für orthogonale Demodulation 42, einen Schaltkreis für Fourier-Transformation 43, einen Datenauswahlschaltkreis 44, einen Trägeranordnungsschaltkreis 45, einen P/S-umwandelnden Schaltkreis 46 und Ähnliches: und
einen sendenden Abschnitt einschließlich eines S/P umwandelnden Schaltkreises 47, einen Datenzuordnungsschaltkreis 48, einen Schaltkreis für inverse Fourier-Transformation 49, einen Schaltkreis für orthogonale Modulation 50, einen Heraufwandler 51 und Ähnliches.
In der obigen Konfiguration wird die Beschreibung der Komponenten, die ähnlich zu denjenigen aus 2 und 4 sind, ausgelassen und lediglich Komponenten, die unterschiedlich sind, werden unten beschrieben.
Der Trägeranordnungsschaltkreis 45 der Fahrzeug-montierten Mobilstation 4 liest Information der Trägeranordnung K aus, die in dem gemeinsamen Unterträger (Kanal zur Steuerung) enthalten ist und detektiert den Zustand einer vorliegenden Unterträgeranordnung. Zusätzlich zu der Information der Trägeranordnung K liest der Trägeranordnungsschaltkreis 45 Information eines freien Zeitschlitzes aus und Information einer Gruppe von freien Unterträgern, wie oben beschrieben.
Der Datenauswahlschaltkreis 44 der empfangenden Station wählt lediglich die Daten von effektiven Unterträgern basierend auf dem detektierten Zustand der Trägeranordnung aus.
Der Datenzuordnungsschaltkreis 48 in dem sendenden Abschnitt erkennt den detektierten Zustand der Trägeranordnung und einen verfügbaren, freien Zeitschlitz oder eine verfügbare Gruppe von freien Unterträgern und ordnet die zu übertragenden Daten zu den Unterträgern zu, wodurch die Daten bei einer vorbestimmten Zeit ausgegeben werden.
Gemäß diesem Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug erhält der sendende und empfangende Abschnitt 2 die übertragenen Daten über die Übertragungsleitung 9 von der Steuerstation 1, wie in 1 gezeigt. Alternativ kann irgendeine der sendenden und empfangenden Stationen 2 als eine Straßenkommunikationsstation mit den kombinierten Funktionen der sendenden und empfangenden Stationen 2 und der Steuerstation 1 dienen. In diesem Fall ist es notwendig, die Datenübertragungsleitung 9 oder eine drahtlose Übertragungsleitung zwischen der Straßenübertragungsstation und den anderen sendenden und empfangenden Stationen 2 zu legen.
In der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, ein Multi-Stations-Kommunikationssystem konzipiert, in dem eine Vielzahl von sendenden und empfangenden Stationen 2 in einer Zelle angeordnet sind. Jedoch kann die vorliegende Erfindung mit einem Einzel-Stations-Kommunikationssystem, wie in 8 gezeigt, ausgeführt werden, in dem eine einzelne sendende und empfangende Station 2 in einer Zelle angeordnet ist. In diesem Fall kann die sendende und empfangende Station ebenso als eine Straßenkommunikationsstation mit den kombinierten Funktionen der sendenden und empfangenden Station 2 und der Steuerstation 1 dienen.
Während die Ausführung der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnte Ausführung begrenzt. Um zum Beispiel die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in einer Zelle zu detektieren, können unterschiedliche Vorrichtungen, wie zum Beispiel die Übertragung eines Geschwindigkeitssignals eines Fahrzeugs an die Straßenkommunikationsstation von jedem der Fahrzeuge oder die Bereitstellung eines Ultraschall-Geschwindigkeitsdetektors auf der Straße oder die Bereitstellung einer Fernsehkamera auf der Straße und Ähnliches zusätzlich zu einer Annahme, basierend auf der Abweichung einer empfangenen Frequenz verwendet werden.

Claims

Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug, das eine Kommunikation zwischen einer Straßen-Kommunikations-Station und einer Fahrzeug-montierten Mobilstation in einer Zelle durchführt, die ein orthogonales Frequenz-Multiplex-Modulationsverfahren (OFDM-Verfahren – Orthogonal Frequency Division Multiplex) verwendet, dadurch gekennzeichnet, angepasst zu sein, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in der Zelle zu detektieren und den Abstand zwischen Frequenzen von Unterträgern des OFDM zu vergrößern, wenn die detektierte Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer wird.
Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle durch ein Mittel der Geschwindigkeiten der Fahrzeuge ersetzt wird, falls eine Vielzahl von Fahrzeugen in der Zelle gegenwärtig ist.
Straßen-Kommunikationsstation, die in einem Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug verwendet wird, die eine Kommunikation zwischen einer Straßen-Kommunikations-Station und einer Fahrzeugmontierten Mobilstation in einer Zelle durchführt, die ein orthogonales Frequenz-Multiplex-Modulationsverfahren (OFDM-Verfahren – Orthogonal Frequency Division Multiplex) verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Straßen-Kommunikations-Station eine sendende Station (2b) und eine empfangende Station (2a) und eine Steuerstation (1) umfasst, und die Steuerstation (1) umfasst: eine Trägeranordnungs-Bestimmungsvorrichtung (14) zum Detektieren der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle und Bestimmen einer Unterträgeranordnung, um den Abstand zwischen Frequenzen von Unterträgern des OFDM zu vergrößern, wenn die detektierte Geschwindigkeit des Fahrzeugs höher wird, eine Daten-Zuordnungsvorrichtung (12) zum Zuordnen von Daten, die übertragen werden sollen, basierend auf der Unterträgeranordnung, die von der Trägeranordnungs-Bestimmungsvorrichtung (14) bestimmt ist; und einer Datenauswahlvorrichtung (16) zum Auswählen der empfangenen Daten basierend auf der Unterträgeranordnung.
Straßen-Kommunikations-Station nach Anspruch 3, wobei Information der Unterträgeranordnung, die von der Trägeranordnungs-Bestimmungsvorrichtung (14) bestimmt ist, zu der Fahrzeug-montierten Mobilstation in der Zelle durch Verwenden eines Steuerkanals gesendet wird.
Straßen-Kommunikationssystem nach Anspruch 3, weiter mit einer Frequenzdifferenz-Detektionsvorrichtung zum Detektieren der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle, basierend auf einer Verschiebung in der empfangenen Frequenz.
Fahrzeug-montierte Mobilstation (4), die in einem Kommunikationssystem zwischen einer Straße und einem Fahrzeug verwendet wird, die eine Kommunikation zwischen einer Straßen-Kommunikations-Station und einer Fahrzeugmontierten Mobilstation in einer Zelle durchführt, die ein orthogonales Frequenz-Multiplex-Modulationsverfahren (OFDM-Verfahren – Orthogonal Frequency Multiplex) verwendet, gekennzeichnet durch eine Unterträgeranordnungsinformations-empfangende Vorrichtung (45) zum Empfangen von Information einer Unterträgeranordnung von einer Straßen-Kommunikations-Station, wobei die Information den Abstand zwischen Frequenzen von Unterträgern des OFDM mit dem Abstand zwischen Frequenzen von Unterträgern des OFDM definiert, die angeordnet sind, erhöht zu werden, wenn die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gemäß Daten der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Zelle anwächst; eine Daten-Zuordnungsvorrichtung (48) zum Zuordnen von Daten, die übertragen werden sollen, basierend auf der Information der empfangenen Unterträgeranordnung; und eine Daten-Auswahlvorrichtung (44) zum Auswählen der empfangenen Daten, basierend auf der Information der Unterträgeranordnung.