JP2007135071A - 無線通信装置および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の通信装置間で相互に通信可能な無線通信装置において、通信チャネルを共有しつつ、通信衝突を効果的に抑制することを可能とした無線通信装置および無線通信システムを提供する。
【解決手段】 路側通信機１０５と車載通信機１００、１０１との間で相互に路車間通信、車々間通信を行い、その際に複数の通信チャネルの一部を共用している無線通信システムにおいて、路側通信機１０５は、その送信圏Ａより広い受信圏Ｄを有しており、車載通信機１００、１０１のそれぞれの通信圏（受信圏、送信圏とも）Ｂ、Ｃに比べて送信圏Ａは狭く、受信圏Ｄは広く設定されている。この受信圏Ｄは送信圏Ａ内にいる車両の車載通信機１００と交信可能な車両位置を包括するエリアであることが好ましい。そして、路側通信機１０５は、受信圏Ｄ内の車々間通信をキャリアセンスすることで、路車間通信に用いる通信チャネル、通信タイミングを設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は無線通信装置および無線通信システムに関し、特に、通信端末装置間で通信チャネルの一部を共有している無線通信装置および無線通信システムに関する。

近年、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems＝高度道路交通システム）やＶＩＣＳ（VehicleInformation and Communication System＝道路交通情報通信システム）等、道路を通行する車両に対して交通情報等の各種情報を提供するシステムの導入が進められている。この種のシステムでは、路側に設置した路側通信装置（基地局）と車両に搭載された通信装置間で通信を行う路車間通信により情報を交信している。

さらに、他車両と、各車両が有している交通情報や自車両の運転状態、自車両が検知した周囲の状態等の情報を交信しあうことで、自車の進路に関する情報把握を可能とする車々間通信システムが知られている。

車々間通信と路車間通信とで同一の周波数域で通信を行うと、両者が衝突する可能性がある。特許文献１に記載されている技術はこの衝突を防止するために、路車間通信と車々間通信とで別々の周波数帯を用いて通信を行わせている。
特開２０００−２０１１０３号公報

しかしながら、このように路車間通信、車々間通信の通信方式または周波数等を異ならせるとすると、対応する車載の通信装置を別々に用意する必要が生じ、通信装置のコストが増大してしまう。また、それぞれに別々の帯域を確保することは電波帯域の有効活用という面でも好ましくはない。一方で、チャネルの一部を共有するようにすると、特許文献１が課題としているように路車間通信と車々間通信との間で通信衝突が起こる可能性が増大する。これらは、多数の通信装置が相互に通信を行う際に発生しうる課題である。

そこで本発明は、多数の通信装置間で相互に通信可能な無線通信装置において、通信チャネルを共有しつつ、通信衝突を効果的に抑制することを可能とした無線通信装置および無線通信システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる無線通信装置は、他の無線通信装置が送信した信号を検知する信号検知手段と、信号検知結果に基づいて他の無線通信装置との信号衝突を回避して他の無線通信装置へのデータ送信を行う送信手段と、を備える無線通信装置において、信号検知を行う検知領域は、データ送信圏を含み、それより大きい領域であることを特徴とする。

信号検知結果を利用してデータ送信を行うＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式を採用する無線通信装置において、検知領域をデータ送信圏を含むそれより大きい領域に設定することで、データ送信圏外から送信されてくるデータについても検知可能としている。これにより、データ送信圏内と送信圏外との通信を考慮して通信を実施できる。

この無線通信装置は路側に設置される路側無線通信装置であって、他の無線通信装置は、移動体に設置されるか、携帯可能な移動無線通信装置であるとよい。路側無線通信装置が信号検知を行い、移動無線通信装置間の通信と衝突しないチャネル、タイミングにより路側−移動無線通信装置間のデータ通信を行う。

この路側無線通信装置のデータ送信圏の大きさが、移動無線通信装置のデータ送信圏の大きさより小さいとよい。特に、路側無線通信装置の信号検知領域が、そのデータ送信圏外に位置し、かつ、そのデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置をデータ送信圏内とする他の移動無線通信装置の位置を含む領域もしくはそれを包括する領域であるとよい。

各データ送信圏と信号検知領域の関係がこのように設定されていると、路側無線通信装置のデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置と直接通信可能な他の移動無線通信装置が位置しうるエリア全てが信号検知領域内に位置することになる。つまり、路側無線通信装置のデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置との通信信号は、全て路側無線通信装置により信号検知可能になる。

一方、本発明にかかる無線通信システムは、複数の移動可能な移動無線通信装置と、移動無線通信装置が送信した信号を検知する信号検知手段と、信号検知結果に基づいて他の無線通信装置との信号衝突を回避して他の無線通信装置へのデータ送信を行う送信手段と、を備え、所定の位置に固定されている固定無線通信装置と、で構成される無線通信システムにおいて、固定無線通信装置が信号検知を行う検知領域は、データ送信圏を含み、それより大きい領域であることを特徴とする。

ＣＳＭＡ方式を採用する固定無線通信装置において、検知領域をデータ送信圏を含むそれより大きい領域に設定することで、データ送信圏外から送信されてくるデータについても検知可能としている。これにより、データ送信圏内と送信圏外との通信を考慮して通信を実施できる。

この固定無線通信装置のデータ送信圏の大きさが、移動無線通信装置のデータ送信圏の大きさより小さくするとよく、特に、固定無線通信装置の信号検知領域が、そのデータ送信圏外に位置し、かつ、そのデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置をデータ送信圏内とする他の移動無線通信装置の位置を含む領域もしくはそれを包括する領域とするとよい。

各データ送信圏と信号検知領域の関係がこのように設定されていると、固定無線通信装置のデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置と直接通信可能な他の移動無線通信装置が位置しうるエリア全てが信号検知領域内に位置することになる。つまり、固定無線通信装置のデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置との通信信号は、全て固定無線通信装置により信号検知可能になる。

本発明の無線通信装置および無線通信システムによれば、路側無線通信装置や固定無線通信装置からの通信チャネルをそのデータ送信圏内に位置する他の無線通信装置（移動無線通信装置）間の通信と衝突しないよう制御することができるため、衝突の可能性を減らし、再送信に伴うトラフィックの増大を抑制することができるので、通信トラフィックを効率よく利用することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明にかかる無線通信システムの構成を示す概略図である。この無線通信システム５００は、車両２００、２０１に搭載される移動無線通信端末である車載通信機１００、１０１と固定無線通信である路側に設置された路側通信機１０５からなる。そして、車載通信機１００、１０１間で相互通信（車々間通信）を行うほか、車載通信機１００、１０１と路側通信機１０５との間でも相互通信（路車間通信）を行う機能を有している。なお、路車間通信においては、路側通信機１０５から車載通信機１００、１０１に対して情報を送信するのみの片方向通信であってもよい。

図２は、路側通信機１０５と車載通信機１００の構成を示すブロック図である。なお、車載通信機１０１は、車載通信機１００と同じ構成を有するため、図示および説明は省略する。

路側通信機１０５はアンテナ１と、無線通信手段２と、通信制御手段３と、有線通信手段４とを備えている。ここで、アンテナ１は、受信用と送信用とでその指向性、通信圏（データ送信圏、データ受信圏）が異なる特性を有しており、送信指向性を調整することで、その送信圏を比較的狭いエリアに限定している。一方、受信指向性は無指向に近く、受信圏は送信圏に比べて広いエリアをカバーしている。

無線通信手段２は、例えば、ギガヘルツ帯域に設けられた複数のチャンネルを適宜選択して片方向および双方向通信が可能な無線通信機である。ここで、後述する車載通信機１００の無線通信手段６とその通信チャンネルの一部を共有しており、その通信の存否を判定可能な構成となっている。また、有線通信手段４は、センター９０、サーバー９１等と専用回線や公衆回線、イントラネット、インターネット等によって接続されており、路車間通信で送信すべき情報や取得した情報をセンター９０、サーバー９１等へ送受信する機能を有している。ここでは、有線通信でセンター９０、サーバー９１へ接続する例を説明したが、センター９０、サーバー９１との接続も無線通信により行ってもよい。

通信制御手段３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されており、無線通信手段２、有線通信手段４の制御と、各通信手段２、４による送受信データの処理等を行うものである。この通信制御手段３は、受信データを処理する受信データ処理部３０、送信データを処理する送信データ処理部３１、受信データ処理結果から他の無線通信端末の信号を検知する信号検知部３２を備えている。これらの各構成部分は、ハードウェア的に区分されていてもよいし、ソフトウェア的に区分されていてもよい。また、無線通信手段２や有線通信手段４と一体化されていてもよい。

車載通信機１００は、アンテナ５と、無線通信手段６と、通信制御手段７とを備える。無線通信手段６は、例えば、ギガヘルツ帯域に設けられた複数のチャンネルを適宜選択して片方向および双方向通信が可能な無線通信機であり、送受信用のアンテナ５に接続されている。このアンテナ５は、その指向性を変えることが可能であり、送信圏、受信圏を調整することが可能であると好ましい。

この無線通信手段６を制御し、送受信データを処理する通信制御手段７は、路側通信機１０５の通信制御手段３と同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されており、受信データを処理する受信データ処理部７０、送信データを処理する送信データ処理部７１、無線通信手段６の制御を行う通信制御部７２を備えている。通信制御手段７の各構成部分は別々のハードウェアとして構成されていてもよいが、ハードウェアの一部または全部を共有し、ソフトウェア的に区分されていてもよい。

通信制御手段７は、図示していない車内ＬＡＮに接続されており、この車内ＬＡＮには、ナビゲーション手段、各種の操作手段、各種のセンサ、エンジンやブレーキ等の制御装置、モニター等の表示装置が接続されており、それらの動作情報等を取得可能であるほか、受信したデータを各種の制御装置等に出力して車両挙動制御に用いることができる。

ここで、車々間通信で交信する情報としては、自車両の位置・速度・進行方向等に関する情報のほか、自車両の制御状態に関する情報（急制動中、停車中や追い抜き中であるとか、車線変更や針路変更予定がある等の他車両の進行に影響を及ぼす可能性のある情報）等を含んでいる。また、路車間通信で路側通信機１０５から送られる情報としては、データ送信圏内および圏内の車両の針路上における渋滞情報や工事情報等の車両の進行に影響を及ぼす可能性のある情報がある。

図３は、車々間通信を行っている車両２００、２０１と、路車間通信を行うための路側通信機１０５の位置関係の一例を示している。図３に示されるように車両２００が路側通信機１０５のデータ送信圏Ａ内に位置する場合、この車両２００に搭載された車載通信機１００のデータ送信圏Ｂは、データ送信圏Ａを包括してこれより広くなる。一方、車両２０１は、データ送信圏Ａの外側でデータ送信圏Ｂ内に位置する可能性がある。この場合、車両２０１に搭載された車載通信機１０１のデータ送信圏Ｃは、データ送信圏Ａの一部にかかり、車両２００はデータ送信圏Ｃ内に位置する可能性がある。このような位置関係にあると、車載通信機１０１側では、路側通信機１０５のデータ送信圏Ａの圏外にあり、路側通信機１０５からの信号を受信することができないため、車載通信機１００に対して路側通信機１０５と同じ通信チャネルを利用して同じタイミングで通信を行おうとしてしまい、両者の通信衝突が発生する可能性がある。本実施形態では、そこで、路側通信機１０５の信号検知エリアＤをデータ送信圏Ａより広く設定し、データ送信圏Ａ内に位置する車両の車載通信機と交信可能な車載通信機位置が全て含まれるエリアとして設定し、信号検知エリアＤ内に車載通信機が存在するか否かをキャリアセンスによって取得するものである。

図３は、路側通信機１０５のデータ送信圏Ａ外にいる車両２０１がデータ送信圏Ａ内にいる車両２００より前方に位置している場合であるが、図６は、データ送信圏Ａ外にいる車両２０１がデータ送信圏Ａ内にいる車両２００より後方に位置している場合を示している。この図のような車両２００、２０１と路側通信機１０５の位置関係においても、路側通信機１０５のデータ送信圏Ａ外にいる車両２０１の車載通信機１０１のデータ送信圏Ｃが、データ送信圏Ａ内に位置する車両２００の車載通信機１００を含み、車載通信機１００−１０１間での通信が可能となっているが、車載通信機１０１と路側通信機１０５間では直接通信はできない状況にある。しかし、路側通信機１０５の信号検知エリアＤが車載通信機１０１（実際は、それが搭載された車両２０１）を包括しているため、車載通信機１０１の存在を検知することができる。

本実施形態の路側通信機１０５においては、このような通信衝突発生の可能性を低減するための制御を行う。図４は、その処理の一例を示すフローチャートであり、通信制御手段３により所定のタイミングで繰り返し実行される。

最初に、受信データ処理部３０によりアンテナ１、無線通信手段２により受信圏Ｄ内から路側通信機１０５方向へ発せられた路車間通信・車々間通信の通信データを受信する（ステップＳ１）。次に、信号検知部３２は、受信したデータ中における車載通信機からの送信について、その通信チャネル、通信タイミングを検知する（＝キャリアセンス処理、ステップＳ２）。ここで、受信圏Ｄ内には隣接する路側通信機の送信圏が含まれる可能性がある。しかし、各路側通信機は路側通信機間で通信衝突が起こらないよう予め送信圏が重ならないように配置されることから、通信衝突軽減処理において、その存在を考慮する必要はない。図５は、通信チャネルごとの通信タイミングの検知結果例を示している。ここでは、４つの通信チャネルｎ_１〜ｎ_４を使用することが可能であるとし、通信タイミングがｔ_１〜ｔ_１０における検知結果を示している。同じハッチングは同一の送信機から送られているデータを示している。

検知結果から、送信データ処理部３１は、データ送信に利用可能な空き領域を判定し（ステップＳ３）、この空き領域を利用して無線通信手段２を制御して送信を行う（ステップＳ４）。このように、車々間通信で利用されている通信チャネル、通信タイミングを避けて送信を行うことで、路車間通信と車々間通信の通信衝突を避けることができる。これにより、通信衝突発生時に起こる再送による通信トラフィックの増大も予防することができ、通信トラフィックを効率よく使用することができる。

また、路車間通信相互間では、送信圏が互いに重なり合わないように配置することで、通信衝突を効果的に防止している。このような送信圏の調整は、強指向性の送信アンテナと指向性の高い電波帯域（上述したギガヘルツ帯域等）を用いることで実現できる。これにより、周波数帯の有効利用を図ることができる。また、車載通信機１００、１０１においても、路車間通信と車々間通信で同一の無線通信手段を活用できるので、システムが簡易化でき、電波の利用効率も向上する。

そして、路車間通信エリアおよびその近傍でも通信衝突を起こすことなく車々間通信を行うことができるので、各通信システムの信頼性も向上し、通信結果を利用した車両制御に対する信頼性も向上する。そのため、通信結果をさらに積極的に活用することが容易になる。

以上述べた実施形態においては、車載の無線通信端末間で通信を行う車々間通信と車載の無線通信端末と路側通信機の間で通信を行う路車間通信とで無線通信チャネルを共用する場合を例に説明したが、本発明はこれに限られるものではない。路側通信機に代えて所定のエリア内での通信を行う基地局が設けられ、この基地局に対して相互通信可能な移動端末装置が通信を行う場合にも適用できる。この相互通信は、移動端末装置が相互に直接通信を行う場合に限られるものではなく、別種の基地局を介して相互に通信を行う形態であってもよい。この種の通信端末装置としては、無線ＬＡＮ端末や携帯電話等がある。本発明は、このように通信圏が異なる３つ以上の無線通信装置間で通信を行う場合のいわゆる隠れ端末問題を効果的に解決することが可能である。

本発明にかかる無線通信システムの構成を示す概略図である。 図１の路側通信機１０５と車載通信機１００の構成を示すブロック図である。 車々間通信を行っている車両２００、２０１と、路車間通信を行うための路側通信機１０５の位置関係の一例を示す図である。 図２の路側通信機１０５における通信衝突低減処理の一例を示すフローチャートである。 通信チャネルごとの通信タイミングの検知結果例を示す図である。 車々間通信を行っている車両２００、２０１と、路車間通信を行うための路側通信機１０５の位置関係の別の例を示す図である。

符号の説明

１…アンテナ、２…無線通信手段、３…通信制御手段、４…有線通信手段、５…アンテナ、６…無線通信手段、７…通信制御手段、３０…受信データ処理部、３１…送信データ処理部、３２…信号検知部、７０…受信データ処理部、７１…送信データ処理部、７２…通信制御部、９０…センター、９１…サーバー、１００、１０１…車載通信機、１０５…路側通信機、２００、２０１…車両、５００…無線通信システム。

Claims (7)

1. 他の無線通信装置が送信した信号を検知する信号検知手段と、信号検知結果に基づいて他の無線通信装置との信号衝突を回避して他の無線通信装置へのデータ送信を行う送信手段と、を備える無線通信装置において、
   信号検知を行う検知領域は、データ送信圏を含み、それより大きい領域であることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記無線通信装置は路側に設置される路側無線通信装置であって、前記他の無線通信装置は、移動体に設置されるか、携帯可能な移動無線通信装置であることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記路側無線通信装置のデータ送信圏の大きさが、前記移動無線通信装置のデータ送信圏の大きさより小さいことを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記路側無線通信装置の信号検知領域が、そのデータ送信圏外に位置し、かつ、そのデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置をデータ送信圏内とする他の移動無線通信装置の位置を含む領域もしくはそれを包括する領域であることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
5. 複数の移動可能な移動無線通信装置と、
   前記移動無線通信装置が送信した信号を検知する信号検知手段と、信号検知結果に基づいて他の無線通信装置との信号衝突を回避して他の無線通信装置へのデータ送信を行う送信手段と、を備え、所定の位置に固定されている固定無線通信装置と、で構成される無線通信システムにおいて、
   前記固定無線通信装置が信号検知を行う検知領域は、データ送信圏を含み、それより大きい領域であることを特徴とする無線通信システム。
6. 前記固定無線通信装置のデータ送信圏の大きさが、前記移動無線通信装置のデータ送信圏の大きさより小さいことを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
7. 前記固定無線通信装置の信号検知領域が、そのデータ送信圏外に位置し、かつ、そのデータ送信圏内に位置する移動無線通信装置をデータ送信圏内とする他の移動無線通信装置の位置を含む領域もしくはそれを包括する領域であることを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。

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