JP2002117482A - 狭域無線用インフラ側アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】新規な構成にて通信の相手方である移動体搭載
通信機器と確実に通信を行うことができる狭域無線用イ
ンフラ側アンテナ装置を提供する。 【解決手段】指向性を有するアンテナ１０１による所定
の通信エリア内に、自動車に搭載した通信機器が位置す
ることにより無線通信できる。受信電界強度出力部２１
２を用いて通信エリア内での通信相手である移動体搭載
通信機器との電波状態を検出して管理者用表示・操作部
２１４、利用者用表示部２１６で知らせる。モータ２０
６，２０７によりアンテナ１０１の向きが変更でき、中
央処理部２０５によりモータ２０６，２０７が制御され
てアンテナ１０１の向きが移動体搭載通信機器との電波
状態がよい方向に変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、狭域無線を用い
て移動体と通信を行うシステムにおけるインフラ側（地
上側）のアンテナ装置に係り、詳しくは、例えば、所定
の駐車スペースに駐車した車両と通信する際や所定の領
域を通過する車両と通信する際に使用されるインフラ側
（地上側）のアンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現状の狭域無線用インフラ側アンテナ装
置においては、狭い領域での通信エリアを持つ。つま
り、狭域無線通信は、通信エリア内に進入できる車載機
（車両）を限定することにより、通信相手を特定するこ
とを特徴にした通信方式である。その反面、通信エリア
が狭いため、インフラ側アンテナと車載機との通信状態
を良好に保つためには、車両は、その狭い通信エリア内
に存在する必要がでてくる。これは、運転の苦手な人に
とって、車両を正確な位置へと動かすのは時間と手間を
要することになる。

【０００３】また、広い駐車スペースでは車載機（車
両）が複数台になり、狭い通信エリアのインフラ側アン
テナを複数台設置する必要があり、高額なシステムとな
ってしまう。

【０００４】より詳しい説明を、図１２〜図１４を用い
て行う。図１２に示すように、インフラ側アンテナ５０
０の通信エリア５０１に車載機５０２が進入した時に始
めて無線通信が行われる。図１３に示すように、３台分
の駐車スペースを確保する場合、１台当たりのスペース
をカバーする通信エリアを持つアンテナ５００を３台並
べて設置するのが一般的であり、この際、１台のアンテ
ナ５００の指向性を横に大きくとり１台のアンテナで対
応することは技術的には不可能ではないが、サービス面
を考えた場合には問題が生じる。つまり、店舗側の管理
者がモニタ画面に映し出された通信結果を見ながら対応
してその来客した車両乗員に対して物品を手渡すなどの
サービスを行う場合には、通信がどの車両と行われたの
か特定する必要が生じる。また、１台のアンテナ５００
を用いた複数の車載機との通信を、通信アドレスやｌＤ
で識別して処理できたとしても、その通信結果がどの車
両であるか特定できないのでサービス運用が困難であ
る。

【０００５】一方、アンテナを３台並べた時の通信エリ
アを車両１台の駐車スペースに完全に一致させるのは技
術的に不可能であり、図１３のように隣との通信エリア
の間に隙間ができてしまい、車載機を車両の隅に取り付
けた状態で車両を駐車スペースに駐車した場合には車載
機が通信エリアから外れてしまい通信を行うことができ
なくなり、それ故、再度車両の位置を調整しなければな
らなくなる。また、駐車ではなく車両が通過する場合に
は、まったくの無通信の状況が発生してしまう。さら
に、図１４に示すように、通信エリア間の隙間を無くべ
く、３台のアンテナ５００の通信エリアの一部が重なる
ように設定すると、通信エリアが重なるいずれのアンテ
ナとも通信ができるが、前段で述べたアンテナ１台で通
信エリアを広げた時と同様な問題が発生することにな
る。また、法律上、インフラ側アンテナの電波として、
私有地構内から規定以上の強い電波が発射されることは
許されない状況にある。そのため、運用上、非常に難し
い状況になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであり、新規な構成にて通信の相
手方である移動体搭載通信機器と確実に通信を行うこと
ができる狭域無線用インフラ側アンテナ装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、通信エリア内での通信相手である移動体搭載通
信機器との電波状態を検出して知らせることにより、短
時間でリトライすることなく確実に移動体搭載通信機器
と通信を行うことが可能となる。

【０００８】ここで、請求項２に記載のように、移動体
搭載通信機器との電波状態がよい方向にアンテナの向き
を調整できるようにしたり、請求項３に記載のように、
アクチュエータによりアンテナの向きを変えられるよう
にし、当該アクチュエータを制御してアンテナの向きを
移動体搭載通信機器との電波状態がよい方向に変更する
ようにしたり、請求項４に記載のように、アンテナの向
きを、規定の電界強度の電波が予め定められた移動体の
停止領域または通過領域の外に発射されないように制限
することもできる。

【０００９】請求項５に記載の発明によれば、電波の発
射方向を変化させながら移動体搭載通信機器と通信を行
うようにすることにより、通信エリアを実質的に広げる
ことができ、少ないアンテナ数で通信の相手方である移
動体搭載通信機器と確実に通信を行うことが可能とな
る。この場合、複数の移動体（通信機器）との通信が可
能となる。

【００１０】ここで、請求項６に記載のように、電波の
発射方向を、規定の電界強度の電波が予め定められた移
動体の停止領域または通過領域の外に発射されないよう
に制限することもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。本実施形態において
は、次のような無線通信によるサービス提供を行うシス
テムを想定している。図６に示すように、複数の駐車ス
ペースに自動車（車両）１０４が停車してその車両１０
４での車載機（移動体搭載通信機器）１０３と通信で
き、店舗側の管理者はモニタ画面に映し出された通信結
果を見ながら対応できるようになっている。そして、店
舗側管理者は、来客した車両乗員に対して物品を手渡す
などのサービスを行う。

【００１２】図１は、狭域無線用インフラ側アンテナ装
置と車両に搭載された車載機の位置関係を表した図であ
る。地面に支柱１００が立てられ、その上端にはインフ
ラ側アンテナ１０１が支持されている。インフラ側アン
テナ１０１は、通信エリア１０２を有する。インフラ側
アンテナ１０１の通信エリア１０２は、車両１０４が停
車（または通過）する位置をカバーするように設計され
る。この通信エリア１０２は、指向性が鋭く、通信エリ
ア１０２の形状は、個々に注文して製品設計や試作段階
で何度も調整して決定される。

【００１３】一方、車両（自動車）１０４には車載機
（移動体搭載通信機器）１０３が搭載されている。そし
て、インフラ側アンテナ１０１の通信エリア１０２に車
載機１０３が進入した時に始めて無線通信が行われる。
このように、指向性を有するインフラ側アンテナ１０１
による所定の通信エリア１０２内に、自動車（移動体）
に搭載した通信機器１０３が位置することにより無線通
信できるようになっている。

【００１４】図２に、インフラ側アンテナ装置のブロッ
ク図を示す。アンテナ１０１には変調部２０２と復調部
２０３が接続されている。アンテナ１０１にて電波の発
射及び受信が行われ、その発射信号は変調部２０２から
出力し、受信信号は復調部２０３に入力される。変調部
２０２と復調部２０３は通信制御部２０４を介して中央
処理部２０５と接続されている。通信制御部２０４にお
いて、送受信の通信タイミングや通信プロトコル制御が
行われる。中央処理部２０５は通信処理を行う。

【００１５】なお、アンテナ１０１に対して変調部２０
２と復調部２０３と通信制御部２０４と中央処理部２０
５はそれぞれ別体としてもよいし、あるいは、少なくと
も１つ或いは全てを共通の筐体に組み込んでもよい。

【００１６】また、アンテナ向き変更用モータ２０６，
２０７が備えられ、この２つのモータ２０６，２０７に
よりアンテナ１０１の向きを水平方向および垂直方向
（縦・横）に変えることができるようになっている。モ
ータ２０６，２０７は駆動回路２０８，２０９を介して
中央処理部２０５と接続され、中央処理部２０５により
モータ２０６，２０７が駆動制御される。さらに、モー
タ２０６，２０７の回転位置は位置検出センサ２１０，
２１１により検出され、その信号は中央処理部２０５に
送られる。

【００１７】また、前述の復調部２０３には受信電界強
度出力部２１２が接続され、この受信電界強度出力部２
１２は中央処理部２０５と接続されている。これによ
り、中央処理部２０５は、車載機から発せられる電波の
電界強度を監視して強度に応じたレベル判定を行う。

【００１８】図３は、アンテナの向きを変化させた時の
車載機からの受信電界強度を示した図である。レベル１
は、車載機からの電波の電界強度がまったく無い状態で
ある。レベル２は、車載機からの電波の電界強度はある
が、実際に通信を行うと通信リトライやエラーが発生す
る状態である。レベル３，４は、車載機からの電波の電
界強度は、十分な値であり、通信を行った場合、外乱が
発生しない限り、良好な通信が可能な状態である。

【００１９】図２において、中央処理部２０５には、イ
ンターフェース２１３を介して管理者側の上位機器（ホ
スト機器）である管理者用表示・操作部２１４が接続さ
れている。管理者用表示・操作部２１４はディスプレ
イ、キーボード、音声案内機器、音声認識機器などを具
備しており、これらを用いてサービス運用が行われる。
また、中央処理部２０５は上位機器２１４からの指示に
従い車載機との通信処理を行い、その結果を上位機器２
１４に通知する。

【００２０】管理者用表示・操作部２１４を用いて受信
電波の電界強度の状態が表示される。具体的には、図４
に示すように、ケース２１４ａの正面に電波状態表示ラ
ンプ２１４ｂが配置され、図３の受信レベル（強度判定
結果）に応じたランプが点灯する。なお、電界強度の状
態を表示する方法として、電波状態表示ランプ２１４ｂ
を点灯する方式の他にも、三次元表示（３Ｄ）や図形表
示などを用いて分りやすくディスプレイに表示してもよ
い。

【００２１】また、図４においてケース２１４ａの正面
に操作スイッチ２１４ｃが配置され、このスイッチ２１
４ｃを操作することによりアンテナ１０１の向きを変え
ることができる。即ち、スイッチ２１４ｃを管理者が操
作すると、中央処理部２０５がモータ２０６，２０７を
制御して管理者が指示した方向へとアンテナの向きを変
更する。

【００２２】また、図２の中央処理部２０５には駆動回
路２１５を介して利用者用表示部２１６が接続されてい
る。利用者用表示部２１６として、具体的には図５に示
すように、ケース２１６ａの正面にランプ２１６ｂが配
置され、中央処理部２０５は電波状態良好時にランプ２
１６ｂを点灯させる。これにより、管理者ではなく車両
の運転手に電波状態が通知（視認）される。

【００２３】このように、通信エリア１０２内での通信
相手である移動体搭載通信機器１０３との電波状態を検
出して、管理者用表示・操作部２１４や利用者用表示部
２１６を用いて管理者や運転者に知らせる。よって、短
時間でリトライすることなく確実に移動体搭載通信機器
１０３と通信を行うことが可能となる。ここで、電波状
態を知らせる方法として、視覚によるものの他にも聴覚
（警報音や音声など）により知らせるようにしてもよ
い。

【００２４】また、電界強度の検出にて電波の受信状態
が分かると、管理者は図４のスイッチ２１４ｃを用いて
インフラ側アンテナ１０１の向きを変更することができ
るが、他にも自動制御にてアンテナの向きを電波状態が
よい方向に変更するようにしてもよい。つまり、図２の
中央処理部２０５において、電界強度の測定結果に基づ
いて車載機との通信が最適な状態になるようにモータ２
０６，２０７を制御する。またこの時のモータ位置から
計算して車両の位置（通信対象の車両）を特定する。

【００２５】この自動制御を行うときの「通信の最適な
状態」と「モータ位置からの計算」について、詳しく説
明する。通信の最適な状態とは、図３においてａ領域に
入っていることを意味する。但し、電波は周辺の金属な
どの影響で電波が反射して直接波と位相がずれて、合成
された波形の電界強度が小さくなることがある（マルチ
パス）ため、図中ｂ部のように極端に電界強度が落ちて
しまうエリアが発生しまう。このエリア付近は、避ける
ような位置を選ぶ必要がある。これを考慮して、縦横の
方向に対してアンテナ１０１の向きを変えて、最適な状
態を探して通信を行う。

【００２６】一方、一番電界強度が強いポイントは、ア
ンテナ１０１と車載機１０３の通信指向性の芯が合った
場合と判断し、車載機１０３の位置が特定できる。この
ことから、そのポイントにおけるモータ２０６，２０７
の位置信号、図１のエリアＹ、エリアＺ、図６のエリア
Ｘのサイズから車載機の位置を「計算」して車両の位置
を特定することができる。その結果から図６の駐車スペ
ース(I), (II),(III)のどこに停車した車両か判断す
る。そして、その車載機との通信結果を結び付けて、図
２の表示・操作部２１４で管理者に案内することで、サ
ービスの運用が可能となる。

【００２７】さらに、図１のエリアＹ、エリアＺ、図６
のエリアＸとインフラ側アンテナ１０１の電波放射パタ
ーン（通信エリア）１０２に関するデータから、私有地
構内から規定の強度の電波が漏れないアンテナの向きの
制御範囲を計算で求めることも可能となる。

【００２８】なお、図２の中央処理部２０５の処理負荷
が大きい場合には、情報をホスト機器２１４へ通知して
中央処理部２０５とホスト機器２１４で処理を分担して
もよい。

【００２９】次に、このようなモータ２０６，２０７を
用いた中央処理部２０５によるアンテナの方向制御の一
例を述べる。大量データや長い通信時間を要さない場
合、インフラ側アンテナ１０１の向きを固定する必要は
無く、図６で通信エリア１０２を、実線，一点鎖線，二
点鎖線で示すごとくアンテナ１０１の向きを常に変更し
て（いわゆる首振り動作を行って）、駐車スペース(I),
(II),(III) に進入してきた車両に対して待たせること
なく通信を開始することが可能となる。

【００３０】具体的には、図７のように、駐車スペース
(I), (II),(III) のうちの真中の駐車スペース (II) に
車両が停車した場合には、アンテナ１０１の向きがＡか
らＢの範囲で変更した時において通信エリア１０２内に
車載機１０３が位置している間に通信を行う。また、図
８のように、駐車スペース(I), (II),(III) のうちの右
側の駐車スペース(III) に車両が停車した場合には、ア
ンテナ１０１の向きがＣからＤの範囲で変更した時にお
いて通信エリア１０２内に車載機１０３が位置している
間に通信を行う。

【００３１】３つの駐車スペース(I), (II),(III) にそ
れぞれ車が停車した時の電界強度の状況を図９に示す。
このように、１台のアンテナ１０１でも複数の車載機と
の通信を可能にすることができる。

【００３２】このように、アンテナの向きを変化させ、
通信可能な領域を移動させることにより電波の発射方向
を変化させながら移動体搭載通信機器１０３と通信を行
うようにしたので、通信エリアを実質的に広げることが
でき、少ないアンテナ数で通信の相手方である移動体搭
載通信機器１０３と確実に通信を行うことができる。こ
の場合、インフラ側アンテナ１０１に多方向から接近ま
たは停車している複数車両との通信を１台のアンテナで
行うことができる。これにより、コストダウンを図ると
ともに常に電波状態のよい通信システムを実現できる。
又この場合、電波の発射方向を、規定の電界強度の電波
が予め定められた自動車（移動体）の停止領域または通
過領域の外に発射されないように制限することができ
る。

【００３３】そして、更なる効果として、指向性の強い
無線通信において、インフラ側アンテナと車載機アンテ
ナの双方の角度は、電界強度に大きく影響する。従っ
て、車両に取り付けられる車載機は、車種によって、取
り付け角度、取り付け位置が違ってくる。現在、車両に
車載機を取り付ける際の制約としてアンテナ面の角度を
ある範囲で取り付けることにより対応しているが、本実
施形態では、それらの面倒な制約を取り除き、いつでも
電波状態のよい通信サービスを運用することができる。
なお、本実施形態では、アンテナ１０１の向きの変更は
横方向を中心に記述したが、縦方向についても同様に制
御を行うものとする。

【００３４】図１０には、中央処理部２０５が実行する
フローチャートの一例を示す。まず、ステップ３００
で、図１，６に示すエリアＸ，Ｙ，Ｚ及びアンテナ位置
Ｚ１、通信エリアパターンに関するデータを取り込む
（入力する）。このデータから、ステップ３０１で、ア
ンテナの電波が構外に漏れず、且つ、駐車スペースをカ
バーするアンテナの向き変更の際の許容範囲を計算で求
めて設定を行う（記憶する）。そして、ステップ３０２
で通信制御を開始する。

【００３５】ステップ３０３で、アンテナの向きを先ほ
どの計算結果に基づき制御を行い、ステップ３０４で車
載機１０３からの応答（あるいは所望の電界強度）があ
るか否かの判定を繰り返す。車載機からの応答（あるい
は所望の電界強度）が有ると、その車載機に対して、図
３の電界強度（通信状況）から最適な位置となるように
ステップ３０５，３０６で微調整を行う。但し、これ
は、車両の位置検出を必要としない時やアンテナの向き
を無条件で一定時間変更させて複数の車両との通信を優
先する場合には、必要としない。

【００３６】このステップ３００〜３０６の処理のよう
に、移動体搭載通信機器１０３との電波状態がよい方向
にアンテナ１０１の向きを調整することとし、より詳し
くは、アクチュエータとしてのモータ２０６，２０７に
よりアンテナ１０１の向きを変えられるようにし、モー
タ２０６，２０７を制御してアンテナ１０１の向きを移
動体搭載通信機器１０３との電波状態がよい方向に変更
する。さらに、この場合、アンテナ１０１の向きを、規
定の電界強度の電波が予め定められた自動車（移動体）
の停止領域または通過領域の外に発射されないように制
限することができる。

【００３７】ステップ３０７でアンテナ１０１の向きを
決定して車両の位置を記録する。これは、再び同じ車載
機からの応答を受ける可能性があるので、この場合にも
対応可能とするためであり、インフラ側で車載機識別番
号（ＩＤ）を参照すれば、前回と同じ位置から車載機の
応答があった場合でも、新しい客か、先ほどの客かは判
別することができる。

【００３８】ステップ３０８で車載機１０３との通信を
継続して、ステップ３０９，３１０で通信リトライオー
バー又は異常が発生するか、通信（サービス）が完了し
た場合は、ステップ３１１でアンテナ１０１の向きの記
憶を解除し終了する。

【００３９】以上で図１０の説明は終えるが、これまで
説明してきたものの他にも、次のような形態にて実施し
てもよい。図２では中央処理部２０５を介してモータ駆
動を行う場合を示したが、図１１に示すように、構成を
より簡素化させることもできる。図１１において、バッ
テリ２５１とモータ２０７との間に切替スイッチ部２５
２が配置されるとともに、バッテリ２５１とモータ２０
６との間に切替スイッチ部２５３が配置されている。そ
して、人によるマニュアル操作にてスイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４を作動させてモータ２０６，２０７を駆動してもよ
い（アンテナの向きを変えてもよい）。この場合の表示
に関して、電界強度が図３のレベル３以上に達した時、
図１１の表示部２５０においてランプが点灯する。

【００４０】さらに、モータを使わずに人力でアンテナ
の向きを変えてもよい。さらには、電界強度が大きくて
も反射の影響で通信できない場合はアンテナの向きを変
えるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 狭域無線用インフラ側アンテナ装置と車両に
搭載された車載機の位置関係を表した図。

【図２】 インフラ側アンテナ装置のブロック図。

【図３】 アンテナの方向を変化させた時の車載機から
の受信電界強度を示した図。

【図４】 管理者用表示・操作部を示す図。

【図５】 利用者用表示部を示す図。

【図６】 アンテナの通信エリアを説明するための平面
図。

【図７】 アンテナの通信エリアを説明するための平面
図。

【図８】 アンテナの通信エリアを説明するための平面
図。

【図９】 アンテナの方向を変化させた時の車載機から
の受信電界強度を示した図。

【図１０】 作用を説明するためのフローチャート。

【図１１】 別例のインフラ側アンテナ装置のブロック
図。

【図１２】 従来技術を説明するための狭域無線用イン
フラ側アンテナ装置と車両に搭載された車載機の位置関
係を表した図。

【図１３】 アンテナの通信エリアを説明するための平
面図。

【図１４】 アンテナの通信エリアを説明するための平
面図。

【符号の説明】

１００…支柱、１０１…インフラ側アンテナ、１０２…
通信エリア、１０３…車載機、１０４…車両、２０２…
変調部、２０３…復調部、２０４…通信制御部、２０５
…中央処理部、２０６，２０７…モータ、２０８，２０
９…駆動回路、２１０，２１１…位置検出センサ、２１
２…受信電界強度出力部、２１３…インターフェース、
２１４…管理者用表示・操作部、２１５…駆動回路、２
１６…利用者用表示部。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H180 AA01 CC12 FF13 FF25 FF32 5J021 AA01 DA02 DA04 DA05 DA07 EA04 FA17 FA20 FA26 GA02 HA05 HA10 5K067 AA04 AA33 AA41 BB26 DD17 DD28 DD43 DD44 EE02 EE10 EE22 FF03 FF16 FF24 FF25 HH22 KK02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指向性を有するアンテナによる所定の通
   信エリア内に、移動体に搭載した通信機器が位置するこ
   とにより無線通信できる狭域無線用インフラ側アンテナ
   装置であって、 通信エリア内での通信相手である移動体搭載通信機器と
   の電波状態を検出して知らせるようにしたことを特徴と
   する狭域無線用インフラ側アンテナ装置。
2. 【請求項２】 移動体搭載通信機器との電波状態がよい
   方向にアンテナの向きを調整できるようにしたことを特
   徴とする請求項１に記載の狭域無線用インフラ側アンテ
   ナ装置。
3. 【請求項３】 アクチュエータによりアンテナの向きを
   変えられるようにし、当該アクチュエータを制御してア
   ンテナの向きを移動体搭載通信機器との電波状態がよい
   方向に変更するようにしたことを特徴とする請求項２に
   記載の狭域無線用インフラ側アンテナ装置。
4. 【請求項４】 アンテナの向きを、規定の電界強度の電
   波が予め定められた移動体の停止領域または通過領域の
   外に発射されないように制限したことを特徴とする請求
   項２または３に記載の狭域無線用インフラ側アンテナ装
   置。
5. 【請求項５】 指向性を有するアンテナによる所定の通
   信エリア内に、移動体に搭載した通信機器が位置するこ
   とにより無線通信できる狭域無線用インフラ側アンテナ
   装置であって、 電波の発射方向を変化させながら移動体搭載通信機器と
   通信を行うようにしたことを特徴とする狭域無線用イン
   フラ側アンテナ装置。
6. 【請求項６】 電波の発射方向を、規定の電界強度の電
   波が予め定められた移動体の停止領域または通過領域の
   外に発射されないように制限したことを特徴とする請求
   項５に記載の狭域無線用インフラ側アンテナ装置。