JP2006005825A - 路側無線装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両に搭載された車載機と道路や駐車場や商店の出入口に設置された路側機との間で、路車間通信を行う狭域専用通信（ＤＳＲＣ通信）システムに係り、通信エリアを極所化して、効率的に路車間通信を行うと共に、目的外の車両の車載機との誤通信を防止することを課題とする。
【解決手段】 車載機から放射される電波について、アンテナ１とアンテナ２の受信電界強度を比較し、いずれも所定の閾値ｔｈ２以下である場合には、アンテナ１とアンテナ２を時分割で順次切替えて送信し、所定の閾値ｔｈ２以上の場合には、受信電界強度が最も高いアンテナ２から送信する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、車両に搭載された車載機と道路や駐車場や商店の出入口に設置された路側機との間で、路車間通信を行う狭域専用通信（ＤＳＲＣ通信）システムに関するものである。

ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）通信を利用している、有料道路における自動料金収受システム（ＥＴＣ）については、すでに多くの新聞、雑誌等で取り上げられており、その無線システム構成に関して様々な提案がなされていることは周知のところである。

このような、無線システム一例として、複数の路側アンテナを用いて通信領域を合成する多重化方式で時分割送受信を行う従来技術が知られている。（例えば、特許文献１）。

然るに、複数のアンテナを利用して、効率良く路車間通信を行う方法が提案されているが、この方法はＤＳＲＣ規格に則っていない。また、複数の送信アンテナを利用する通信領域多重化方式として知られている時分割方式では、一方の送信アンテナでの通信可能な時間は単一の送信アンテナの場合の半分以下となる欠点がある。

ところが、近年、民間版ＥＴＣとして、屋内型駐車場や商店の出入口にＤＳＲＣ通信システムを導入が進められている。屋内に路側無線装置を設置する場合、路側アンテナは、天井高の制約を受けるため、従来のＥＴＣにおける路側アンテナ設置高よりも低い位置に取付けられることになる。

従って、路側アンテナと車載機までの垂直方向の距離が従来のＥＴＣよりも短くなるため、１台のアンテナで１車線をカバーしようとする場合には、アンテナの指向特性を従来のＥＴＣ用の路側アンテナよりも広げる必要がある。

しかしながら、路側アンテナの指向特性を広げると、車載機側の受信感度差及び送信出力個体差により、隣接車線を通過する車両や後続車両などの目的外の車両の車載機と誤通信する可能性が増えてしまう。

このようなことから、誤通信対策として、指向特性の狭い複数の路側アンテナを用いて、通信領域を合成する多重化方式による通信領域の確保が考えられる。従来のＤＳＲＣ規格に則った、送信アンテナの多重化方式として、複数アンテナで送信タイミングを時分割で切替える方式がある。この方式では、一方の送信アンテナが送信できる時間は、時分割処理を行わない場合の半分以下となってしまい、効率が悪いという欠点が有る。
特開２００３−２３３８８号公報（第３頁 図３）

本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、通信エリアを局所化して、効率的に路車間通信を行うと共に、目的外の車両の車載機との誤通信を防止することである。

本発明にかかる路側無線装置は、
移動体搭載通信機を搭載した移動体の移動方向に対して並置された複数のアンテナに接続する路側無線装置であって、以下の要素を有することを特徴とする
（１）移動体搭載通信機から放射される電波について、複数のアンテナにおける受信電界強度を比較し、比較結果を出力する比較器
（２）上記比較結果が、いずれの受信電界強度も所定の閾値以下であることを示す場合には、アンテナを時分割で順次切替えて送信し、上記比較結果が、いずれかの受信電界強度が所定の閾値以上の場合には、受信電界強度が最も高いアンテナを選択して、当該アンテナから送信する送信機。

本発明においては、通信エリアを局所化して、効率的に路車間通信を行うと共に、目的外の車両の車載機との誤通信を防止することができる。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１による屋内型駐車場に設置されたＤＳＲＣシステムを示す構成図である。

通路４は、屋内型駐車場の入口であり、路面のペイント或いは縁石により車両１台が通行できる幅に仕切られている。幅は３ｍ〜５ｍ程度である。通路を通行する車両３は、図の太線矢印方向に走行する。この車両３は、車両３のフロントウィンドウ近くには路側無線装置との間で個体識別情報（以後、単に「ＩＤ情報」と記す。）の授受を行う車載機４０を搭載している。

路側通信部であるアンテナ（路側アンテナ）１及びアンテナ（路側アンテナ）２は、通路の左右に間隔を開けて天上面から取付けられている。一方のアンテナ１は通路４に向けて下向きにビームを発射し車両進行方向から見て車線右側に通信エリアＡ１を形成する。他方のアンテナ２は通路４に向けて下向きにビームを発射し車両進行方向側から見て車線左側に通信エリアＡ２を形成する。

アンテナ１及びアンテナ２は、コセカント二乗ビームを形成する成形ビームアンテナでも、円形や楕円形状のビームを形成するパッチアンテナでも良い。

無線部５は、アンテナ１及びアンテナ２の付近に設置され、アンテナ１及びアンテナ２に高周波通信ケーブルを介して接続されて、車載機４０との間で無線の送受信を行う。

通信制御装置６は通路４付近に設置され、無線部６を制御して車載機４０とＩＤ情報の交換を行う。

駐車場管理計算機７は、駐車場の管理室に設置されており、通信制御装置６と接続されて、駐車場に入場した車両３のＩＤ情報を受け取り、入場車両を識別することにより、入場ゲートを開くなどの入場車両の管理を行う。

次に、無線部５の構成とデータの流れについて、図２を用いて説明する。通信制御部６が出力する送信データＳ１は、無線部５の変復調器１５に入力され、あらかじめ指定した方式で変調された変調送信信号Ｓ２に変換される。変調送信信号Ｓ２は、送信機１６に入力される。変調信号はＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調、もしくはＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調を用いる。

送信機１６は、後述する比較器１３の比較判定信号Ｓ３の内容に従って、高周波送信信号Ｓ４乃至は高周波送信信号Ｓ５の、どちらかの高周波信号を出力できるように構成された送信機であり、この送信機１６に入力された変調送信信号Ｓ２は、高周波送信信号Ｓ４または高周波送信信号Ｓ５として出力される。いま高周波送信信号Ｓ４が出力されると、高周波送信信号Ｓ４はサーキュレータ１７を通りアンテナ１から出力される。また、高周波送信信号Ｓ５が出力されたときは、サーキュレータ１８を通りアンテナ２から出力される。

アンテナ１乃至アンテナ２から放射された高周波送信信号は、車載機４０で受信される。車載機４０は受信データに対応した応答信号を高周波送信信号として放射する。

車載機４０の放射した高周波送信信号がアンテナ１で受信されると、サーキュレータ１７で高周波送信信号Ｓ４と分離されて高周波受信信号Ｓ６になり、受信機１１で受信変調信号Ｓ８に変換される。同様に、車載機４０の放射した高周波送信信号がアンテナ２で受信されると、サーキュレータ１８で高周波送信信号Ｓ５と分離されて高周波受信信号Ｓ７となり、受信機１２で受信変調信号Ｓ９に変換される。

受信変調信号Ｓ８及び受信変調信号Ｓ９は、比較器１３に入力される。比較器１３では、受信変調信号Ｓ８及び受信変調信号Ｓ９の信号レベルを比較する機能と、それぞれの受信変調信号レベルがあらかじめ定められた信号レベルの閾値を超えているかを判定する機能を備えている。

また、切替器１４は、比較器１３から出力される信号レベル比較信号Ｓ１０の内容に従い、受信変調信号Ｓ８及び受信変調信号Ｓ９のうち、受信レベルの高い側の入力信号を受信変調信号Ｓ１１として出力する。

切替器１４から出力された高周波受信信号Ｓ１１は、変復調器１５に入力され、受信データＳ１２に復調される。受信データＳ１２は、通信制御部６に出力される。

図３に示すように、車載機４０を搭載した車両３がアンテナ２側に偏って車両走行レーン内を矢印の方向に走行したときの時の無線部５の送信アンテナ選択動作について、図４に示す。図４の横軸は時間を示している。

図４において、上段２段はアンテナ１とアンテナ２の送信状態を示している。３段目は路側機からの送信信号の車載機側での受信信号レベルであり、車載機受信閾値ｔｈ１は車載機の最低感度を示しており、車載機受信閾値ｔｈ１以上の受信信号レベルの時に車載機側の受信が成立するものとする。４段目は車載機の送信状態を示している。５段目、６段目はそれぞれアンテナ１とアンテナ２における車載機からの送信信号の受信レベルを示しており、路側無線部受信閾値ｔｈ２は路側機の最低感度を示しており、それぞれの閾値以上の受信レベルの時に路側機側の受信が成立するものとする。７段目は比較器１３の比較判定信号Ｓ３の出力を示している。また８段目は路車間通信の成立状況を示している。

時刻Ｔ１より前の時刻のように、比較器１３は、アンテナ１及びアンテナ２の受信レベルが路側無線部受信閾値ｔｈ２以下の場合には、比較判定信号Ｓ３に“閾値以下”の出力を行う。送信機１６は、比較判定信号Ｓ３が“閾値以下”を示している場合には、あらかじめ定められた時間間隔で、送信アンテナを切替えて時分割送信を行う。

この時間間隔は、最少単位の送信信号として、少なくともＦＣＭＣの通信フレームを含む。

ここで、路上機と車載機間の通信について説明する。路上機と車載機間の通信に用いられる指定の通信フレームは、フレームコントロールメッセージスロット（ＦＣＭＳ）と、メッセージデータスロット（ＭＤＳ）と、識別符号スロット（ＷＣＮＳ）と、アクティベーションスロット（ＡＣＴＳ）の４種類で構成される。

フレームコントロールメッセージスロット（ＦＣＭＳ）は、路上機からフレーム制御情報を複数の車両に送信するために用いられるスロットで１フレームに１つあり、フレームの先頭に位置する。路上機はＦＣＭＳを用いて、車載機へＦＣＭＣを送信する。このＦＣＭＳは、ＰＲ、ＵＷ、ＳＩＧ、ＦＩＤ、ＦＳＩ、ＲＬＴ、ＳＣ、ＳＣＩ（Ｉ）、ＣＲＣのデータより構成される。

ＰＲは、プリアンブルである。ＵＷは、ユニークワード１で、フレームの先頭に付けられるフレーム認識データを示す。ＳＩＧは、伝送チャネル制御フィールドで、プロトコルバージョンを指定するＰＶＩ（プロトコルのバージョン符号）と、通信周波数を指定するＦＴＩ（運用周波数）と、時分割制御の有無を指定するＴＤＩ（時分割識別子）と、通信エリアサイズ（大か小か）を指定するＡＴＩ（通信エリア識別子）からなる。

ＦＩＤは、識別番号フィールド（路上機ＩＤ）である。ＦＳＩは、フレーム構成情報フィールドで、通信モードが全二重か、半二重かを指定するＣＭと、分割スロット数を設定するＳＬＮからなる。

ＲＬＴは、リリースタイマ情報フィールドで、アプリケーション層に設定するタイマ時間値を示す。

ＳＣは、サービスアプリケーション情報フィールドで、路上機が提供可能なアプリケーションＩＤ登録を示す。ＳＣＩ（Ｉ）は、スロット制御情報フィールドで、スロットの種別（ＭＤＳ、ＡＣＴＳ、ＷＣＮＳ）を指定するＣＩ（制御情報サブフィールド）と、ＩＤＮ（リンクアドレスサブフィールド）からなる。このＩＤＮには、ＭＤＳの場合、車載機ＩＤデータが入る。なお、Ｉの値はＦＳＩのＳＬＮで設定される。ＣＲＣは、ＦＣＭＣのＰＲとＵＷ以外についてのＣＲＣ計算結果を示す。

メッセージデータスロット（ＭＤＳ）は、データの送受信に使用されるスロット（ＭＤＣ）と、アックチャネル（ＡＣＫＣ）で構成される。ＭＤＣに設定されるデータとしては、路上機と車載機との間の通信に用いられるデータで、この中には車載機ＩＤが含まれる。また、ＡＣＫＣには、正しく受信をしたか否かの情報などが設定される。

識別符号スロット（ＷＣＮＳ）は、車載機の種類を識別するために用いるスロットで、このスロットにより、車載機の識別が行われる。アクティベーションスロット（ＡＣＴＳ）は、路上機が車載機をリンク（車載機との通信結合を確保）するために用いるスロットで、複数のチャネルが設定され、このチャネルに車載機ＩＤが含まれる信号が送られる。路上機と通信を行いたい車載機は、路上機の通信エリアに入ると、このチャネルに車載機ＩＤを送り、路上機に車載機の存在を伝える。

路上機と車載機との具体的な通信処理について説明する。車載機が、路上機が形成する通信エリアに入る場合を想定する。図５は、車載機側の通信開始処理フローを示す図である。図６と図７は、路上機側の通信開始処理フローを示す図である。

路上機は、定期的に車載機にＦＣＭＳ信号を送信する（Ｓ６０１，Ｓ６０２）。このＦＣＭＳ信号には車載機への呼びかけ信号ＰＯＬが含まれる。車載機は通信エリアの電界を検出して、通信エリアに入ったことを検知する（Ｓ５０１）。

ここで、車載機は受信した電波の周波数を検知し、車載機が送信するための周波数を選択する（Ｓ５０２）。

この時、車載機側の受信レベルが車載機受信閾値ｔｈ１を超えて、車載機側での受信が成立し（Ｓ５０４）、時刻Ｔ１より、車載機側から送信が開始される（Ｓ５０４）。

車載機は、ＦＣＭＳ１を受信した時、路上機が設定するＡＣＴＳの時間内に車載機ＩＤを含む応答信号を送信する。

路上機は、応答信号が返ってきた車載機に（Ｓ６０３）、どのＭＤＳにＡＣＫ信号を返すかをＦＣＭＳのＳＣ（Ｉ）に含んで、各種信号を送信する。路上機は、車載機にＭＤＳを割り当てて信号の送信および受信を行うようにしている。路上機は、応答信号が返ってきた車載機に対しまず認証を行う処理を行う。この場合、路上機は、認証を行うためのデータの読出命令を車載機に送信する。車載機は、そのデータを正常に受信したことを確認して確認信号ＡＣＫをそれぞれ返す。次の通信フレームにおいて、路上機は、車載機から認証を行うためのデータをそれぞれ受信し、そのデータを正常に受信したことを確認して確認信号ＡＣＫをそれぞれ返す。

時刻Ｔ２において、アンテナ２の受信レベルが路側無線部受信閾値ｔｈ２を超えて受信が成立し、路側機側の受信が成立する（Ｓ７０１）。また同時に、比較器１３は、アンテナ１とアンテナ２の受信レベルを比較し、比較判定信号Ｓ３の出力を“アンテナ２”とする。このとき、送信機１６は比較判定信号Ｓ３に従い、送信アンテナをアンテナ２に固定する（Ｓ７０２）。

時刻Ｔ３において、双方のアンテナの受信レベルが閾値ｔｈ２以下になると、比較器１３は、比較判定信号Ｓ３に“閾値以下”を出力する。このとき送信機１６は、あらかじめ定められた時間間隔で送信アンテナを切替えて時分割送信を行う。

上記動作により、路側無線装置で受信信号レベルの高い側のアンテナを送信アンテナに選択できるため、路側無線装置からの時分割送信の場合に比較して、通信時間効率の良い路車間通信を実現することができる。

また、路幅の広さに関わらず、路側アンテナ単体の指向特性を広げずに、通信領域を路幅方向に広げることができる。

また、路側アンテナにコセカント二乗ビームのような台形状のビームを形成するビーム成形アンテナを用いずに、楕円形状や円形状のビームを放射するパッチアンテナであっても、路幅方向に広い通信領域を確保することができる。コセカント二乗ビームよりもパッチアンテナの方が安くシステム構成できる。

実施の形態２．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態２について説明する。図８は、実施の形態２における構成図である。

実施の形態２では、通信制御部６からタイミング信号Ｓ１３を送信機１９に出力するように構成されている部分が、図２の実施の形態１の構成と異なる。

通信制御部から送信機１９に出力されるタイミング信号Ｓ１３は、送信データのパケットの切れ目のタイミングを示す信号である。

送信機１９は、実施の形態１の場合と同様に、変復調器１５から入力された変調送信信号を比較器１３の出力Ｓ３の内容に従ってＳ４またはＳ５に切替えて出力する機能を有する。さらに、送信アンテナの切替動作をタイミング信号Ｓ１３に同期させる機能を有する。図９に、パケットとアンテナ切替の関係図を示す。

車載機が片方のアンテナの送信データのみ受信可能な状態においては、アンテナ切替を送信パケットの途中で発生させると、車載機の受信開始がデータパケットの途中になるため、１回目の受信ではデータが欠損しているので、車載機側は２回目の受信を待つ必要があり、通信の開始が遅れる。これに対して、送信アンテナの切替動作を通信データのパケット終わりに同期させるようにすると、車載機の受信開始がデータパケットの先頭からになるため、車載機の受信開始時の時間ロスの発生を減らすことができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、アンテナを２つ用いる例を示したが、３つ以上であっても構わない。

図１０は、この発明の実施の形態２における路側無線装置を示す構成図であり、図１１は、通信エリアと車両進入状態を示す図であり、図１２は、アンテナ切替動作タイミングを示す図である。

図に示すように、アンテナ、サーキュレータ、及び受信機をそれぞれ３つ以上設けている。受信強度の比較や判定については、前述の形態と同様である。

実施の形態４．
実施の形態２についても、アンテナを３つ以上用いるようにしてもよい。実施の形態４における構成図を図１３に示す。

この発明の実施の形態によるシステム構成および通信エリアを示す図。 この発明の実施の形態１における路側無線装置を示す構成図。 この発明の実施の形態１における通信エリアと車両進入状態を示す図。 この発明の実施の形態１におけるアンテナ切替動作タイミングを示す図。 車載機側の通信開始処理フローを示す図。 路上機側の通信開始処理フローを示す図。 路上機側の通信開始処理フローを示す図。 この発明の実施の形態２における路側無線装置を示す構成図。 この発明の実施の形態２におけるパケットとアンテナ切替えの関係図。 この発明の実施の形態３における路側無線装置を示す構成図。 この発明の実施の形態３における通信エリアと車両進入状態を示す図。 この発明の実施の形態３におけるアンテナ切替動作タイミングを示す図。 この発明の実施の形態４における路側無線装置を示す構成図。

符号の説明

１ 路側アンテナ、２ 路側アンテナ、３ 車両、４ 通路、５ 無線部、６ 通信制御部、７ 駐車場管理計算機、１１ 受信機、１２ 受信機、１３ 比較器、１４ 切替器、１５ 変復調器、１６ 送信機、１７ サーキュレータ、１８ サーキュレータ、１９ 送信機、２０ 路側無線装置、４０ 車載機、Ａ１ 路側アンテナ１の通信エリア、Ａ２ 路側アンテナ２の通信エリア、Ｓ１ 送信データ、Ｓ２ 変調送信信号、Ｓ３ 比較判定信号、Ｓ４ 高周波送信信号、Ｓ５ 高周波送信信号、Ｓ６ 高周波受信信号、Ｓ７ 高周波受信信号、Ｓ８ 受信変調信号、Ｓ９ 受信変調信号、Ｓ１０ 信号レベル比較信号、Ｓ１１ 受信変調信号、Ｓ１２ 受信データ、ｔｈ１ 車載機受信閾値、ｔｈ２ 路側無線部受信閾値。

Claims (5)

1. 移動体搭載通信機を搭載した移動体の移動方向に対して並置された複数のアンテナに接続する路側無線装置であって、以下の要素を有することを特徴とする路側無線装置
   （１）移動体搭載通信機から放射される電波について、複数のアンテナにおける受信電界強度を比較し、比較結果を出力する比較器
   （２）上記比較結果が、いずれの受信電界強度も所定の閾値以下であることを示す場合には、アンテナを時分割で順次切替えて送信し、上記比較結果が、いずれかの受信電界強度が所定の閾値以上の場合には、受信電界強度が最も高いアンテナを選択して、当該アンテナから送信する送信機。
2. 移動体搭載通信機を搭載した移動体の移動方向に対して並置された複数のアンテナに接続する無線装置であって、以下の要素を有することを特徴とする路側無線装置
   （１）移動体搭載通信機から放射される電波を、複数のアンテナでダイバシティー受信するための受信機
   （２）受信機で受信した複数のアンテナ毎の受信電界強度を比較し、比較結果を出力する比較器
   （３）比較結果により、受信電界強度の最も高い受信信号を入力信号として選択する切替器。
3. 移動体搭載通信機は、車両に搭載される車載機であり、
   複数のアンテナは、車両が走行する同一レーンの車幅方向に垂直に設置されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の路側無線装置。
4. 上記送信機は、送信データパケットの切れ目で、アンテナを切換えることを特徴とする請求項１に記載の路側無線装置。
5. 移動体搭載通信機を搭載した移動体の移動方向に対して並置された複数のアンテナに接続する路側無線装置による通信方法であって、以下の要素を有することを特徴とする通信方法
   （１）移動体搭載通信機から放射される電波について、複数のアンテナにおける受信電界強度を比較し、比較結果を出力する工程
   （２）上記比較結果が、いずれかの受信電界強度が所定の閾値以上の場合には、受信電界強度が最も高いアンテナを選択して、当該アンテナから送信する工程。

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