JP2007189277A - 車載情報機器及び変調方式識別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＳＲＣのシステムにおいて、走行する車両は限られた通信領域でのみ通信が可能であり、通信に使用する変調方式は限られた時間内に識別される必要がある。車載情報機器が変調方式を識別する方法としては、受信信号の振幅変化、或いは位相変化に着目する方法があるが、これらの方法は車両が通信領域進入後の出来るだけ早い時期に、変調方式を正確に識別する方法としては適していない。
【解決手段】路側機から複数の変調方式による無線の変調波を受信し、受信した変調波のＩ成分とＱ成分をそれぞれ抽出し、抽出した前記Ｉ成分，前記Ｑ成分の状態に基づいて変調波の変調方式を識別する。
【選択図】図６

Description

本発明は複数の変調方式を使用する無線通信における変調方式の識別に関する。

移動局と基地局が無線通信を行うシステムにおいて、定められた複数の変調方式の中からその通信に使用する変調方式を一つ選択して使用する場合において、受信側は通信開始時に送信側からの変調波の変調方式を識別する必要が生じる。例えば車両に装備された車載情報機器と路側に設置された路側機とが無線通信を行うＤＳＲＣ（Dedicated Short
Range Communications）は、その変調方式としてはＡＳＫ変調方式とπ／４シフトQPSK変調方式があり、車載情報機器は通信相手となる路側機に基づいて通信に使用する変調方式を切り換える必要がある。

変調方式を切り換える方法として、受信信号の信号レベルの変動状態に基づいて変調方式の識別を行うことが知られている（例えば特許文献１）。これは受信信号の信号レベルに着目して変調方式の判別を行うもので、例えばＡＳＫとＱＰＳＫの識別方法に関しては、受信信号の信号レベルが周期的に閾値未満に低下する場合はＡＳＫ変調方式と判定し、受信信号の信号レベルが閾値以上に維持されている場合はＱＰＳＫ変調方式と判定する。

また、受信信号の位相変化の大きさに基づいて変調方式の識別を行うことが知られている（例えば特許文献２）。

特開２００１−１７１４４０号公報 特開２００３−２４９９６８号公報

特許文献１に記載の方法における問題点は次の通りである。すなわち、一般にＡＳＫ変調波はその占有周波数帯域が必要以上に広がらない様にその変調度を制限して使用しているので、振幅変動が必要最小限に抑えられている。またＱＰＳＫ変調波は位相変化点においてその振幅が少なからず変動する。特にＤＳＲＣでは変調方式の識別を通信領域進入後の弱電界領域で行う必要があり、反射波及びフェージング等の影響を考慮に入れると、その識別に絶対的な精度は期待できない。

特許文献２に記載の方法における問題点は次の通りである。すなわち、ＤＳＲＣへの適用を想定すると、車両側はまずＤＳＲＣで定められた７チャネルの周波数から通信チャネルを判定し、その後に変調方式を識別することになる。従って変調方式の識別は、周波数判定完了した後に開始する必要があり、その分通信領域が狭まってしまうという問題があった。

ＤＳＲＣのシステムにおいて、走行する車両は限られた通信領域でのみ通信が可能であり、通信に使用する変調方式は限られた時間内に識別される必要がある。上記の通り、車載情報機器が変調方式を識別する方法としては、受信信号の振幅変化、或いは位相変化に着目する方法がある。しかしこれらの方法は車両が通信領域進入後の出来るだけ早い時期に、変調方式を正確に識別する方法としては適していないという問題があった。

本発明は上記課題を解決するため、ＤＳＲＣにおける路側機からの受信信号をＩ成分とＱ成分に分離して、各々を観測する事によりその変調方式を識別する。

本発明によれば、限られた時間内に正確に変調方式判定を行う事が可能となる。

以下の実施形態は、複数の変調方式を使用する無線通信において、その変調方式を識別する方法に関する。特にＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の２つの変調方式を採用するＤＳＲＣシステムにおいて、車載情報機器が路側機から変調波を受信し、その受信した変調波の変調方式を識別する方法に関する。

本実施形態は、車両に装備された車載情報機器と路側に設置された路側機とが無線通信を行うＤＳＲＣシステムにおける車載情報機器側の動作例である。車載情報機器がその通信ゾーンに進入しようとしている状況において、車載情報機器はその変調方式がＡＳＫ変調方式なのか、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式なのかが分からない状況にあり、その識別方法に関する例を示す。

図１は、本発明の一実施形態をなすＤＳＲＣ車載情報機器における変調方法識別のフローチャートを示す。

まず、車載情報機器は通信ゾーンに進入する前の状況において、路側機と通信を行うための通信チャネルを識別するために、通信チャネルのサーチを開始する（ステップ１ａ）。通信チャネルのサーチ方法としては、路側機が送信する通信チャネルに対して、車載情報機器は時分割にその通信チャネルを切り換えてサーチする方法が一般的である。具体的には、車載情報機器は各通信チャネルの電界強度を比較観測し最も強い受信電界強度が得られたチャネルを通信チャネルであると判定する。

また、車載情報機器は上記通信チャネルのサーチと同時に、路側機から得られた受信信号をＩ成分とＱ成分に分けて観測する（ステップ１ｂ）。ここでＩ成分，Ｑ成分とは極座標ダイアグラムを直交座標で表現したもので、受信信号を０度の位相基準にあるＩ軸と、９０度回転したＱ軸へ投射したものである。特に本発明で扱うπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の様なディジタル位相変調方式の場合、ここで得られたＩ成分とＱ成分の変化に基づいて位相変化を判別する手法が一般的であり、その復調の過程で得られたＩ成分とＱ成分をそのまま観測出来れば、新たに回路を追加する必要は無い。

ここで車載情報機器が通信チャネルを決定するには、車載情報機器が通信チャネルをサーチしながら、受信電界強度（ＲＳＳＩ）を観測するのが一般的と前述したが、他にＩ成分とＱ成分を各々２乗し加算したものの平方根をとる方法でも良く、上記のいずれかの手法を用いて通信チャネルを決定する（ステップ１ｃ）。

通信チャネルを決定したら、車載情報機器は観測しているＩ成分とＱ成分を解析して変調方法を識別する（ステップ１ｄ）。具体的には、Ｑ成分が情報を持っていない場合（ステップ１ｅ）、例えばＱ成分レベルと、Ｉ成分とＱ成分を各々２乗して加算した値とを比較して、Ｑ成分レベルがゼロに近似できる様な場合は、ＡＳＫ変調方式と識別する（ステップ１ｆ）。逆にＩ成分，Ｑ成分共に情報を持っている場合はπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式と識別する（ステップ１ｇ）。すなわち、ＤＳＲＣで使用するＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の識別方法として、これらの変調方式のＩ成分とＱ成分の推移が異なる性質を持つ事を利用する。本判定の根拠は以降で説明する。

図２は、図１のＡＳＫ変調方式の位相情報をＩ／Ｑプレーンにマッピングしたコンスタレーションポイントを示す。

図内の中心は振幅ゼロを意味し、中心からの距離が振幅の大きさを示している。ここで本来ＡＳＫ変調方式とは、その振幅変動にデータを載せる変調方式である。従って図２に示す通り、振幅は変動するが、位相は変動しないのが特徴である。

尚、本図は説明の都合上、円周上と円中心にポイントを置いているが、実際は変調波の占有周波数帯域が制限されている為、必ずしも振幅がゼロになるとは限らない。本図は
ＡＳＫ変調方式で位相変動が無い事、すなわちＱ成分が情報を持たない事に特徴付けて示している。

図３は、図１のπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の位相情報をＩ／Ｑプレーンにマッピングしたコンスタレーションポイントを示す。

“□”と“●”を交互に推移し、その位相偏移によりデータを載せている。前述の通り、円周上は振幅一定を意味する為、振幅は変動しない。その一方で８種類の位相にその情報を持たせているのが特徴である。

尚、振幅が変動しないと前述したが、各ポイント間の推移時は円周上を推移するとは限らず振幅は少なからず変動する。しかし振幅はゼロになる事は無い。Ｉ成分とＱ成分が持つ特徴としてはＩ成分もＱ成分も一様に変動している。すなわち本図はＩ成分とＱ成分の両方が情報を持っている事を示している。

図４は、図１のＡＳＫ変調方式におけるＩ成分とＱ成分の振幅変動を示す。

ここで、振幅ゼロは図２及び図３の円中心に相当する。また振幅Ａは図２及び図３の円周に相当する。前述の通り、ＡＳＫ変調方式の場合、Ｑ成分が情報を持たない。従ってＩ成分のみ振幅がＡ又はゼロに変動している。

図５は、図１のπ／シフトＱＰＳＫ変調方式におけるＩ成分とＱ成分の振幅変動を示す。

前述の通り、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の場合、Ｉ成分及びＱ成分がＡ，Ａ／√２，−Ａ／√２，−Ａの４値を推移している。すなわち、Ｉ成分はもちろん、Ｑ成分も情報を持っている事を示している。

以上に示す通り、本発明はＩ成分とＱ成分の変動に着目し、変調方式の識別を行うことを特徴としている。

図６は、図１のフローを実現する回路の一例を示す。

受信信号は、必要に応じて設けられた図示しないバンドパスフィルタ，低雑音増幅器，周波数ダウンコンバータ等のブロックを経て、本図に示す直交復調回路に入力される。まず入力された受信信号は周波数ダウンコンバータ６ｂ，６ｃに入力される。周波数ダウンコンバータ６ｂ，６ｃは受信信号をベースバンド信号に変換する為に設けられており、そのもう一方の入力には、搬送波再生回路６ａにて受信信号の搬送波を再生したものと、それを９０度位相シフタ６ｄにより９０度位相を回したものが各々周波数ダウンコンバータ６ｂと周波数ダウンコンバータ６ｃに入力される。

ここで搬送波再生回路６ａにて再生された搬送波は受信信号と同じ周波数を持つため、周波数ダウンコンバータ６ｂ，６ｃの出力には所望のベースバンド信号と、その他に余分な２倍周波数の成分が現れる。ローパスフィルタ６ｅ，６ｆはこの周波数ダウンコンバータ６ｂ，６ｃの出力に含まれる周波数を除去し、所望のベースバンド信号を抽出する。こうしてＩ成分とＱ成分が抽出され、これらに基づいて復調される。

ここで本実施形態は、Ｉ成分とＱ成分をデータ復調処理回路６ｇに使用すると同時に、本実施形態の対象としている変調方式識別回路６ｈにも使用する。識別方法は前述の通りで、受信信号のＱ成分が情報を持たなければＡＳＫ変調方式、受信信号のＱ成分がＩ成分と同じ様に情報を持っていればπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式と判別する。そして、この判別結果をデータ復調処理回路６ｇに渡す事により、データ復調処理回路６ｇはＡＳＫ変調方式、或いはπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式のどちらにも対応する事が可能となる。

以上に示した例は、Ｉ成分とＱ成分を抽出する方法として、搬送波を再生してミキシングする方式としたが、目的はＩ成分とＱ成分を抽出することであり、その為にはその手段はどの様な方式であっても良い。

図７は、図１を用いた車載情報機器と、路側機との無線通信の様子を示す。

本例においてＤＳＲＣシステムの車載情報機器７ａはダッシュボード７ｄ上に設置されている。尚、本例は車両側のアンテナが車載情報機器と一体化された場合を想定しているので、車載情報機器の設置位置はダッシュボード７ｄ上としているが、もしも車載情報機器７ａとアンテナが分離されたタイプであれば、アンテナのみダッシュボード７ｄ上に設置すれば良く、この場合、車載情報機器７ａの設置位置に制約は無い。

また、カーナビゲーションシステム７ｄとＤＳＲＣ車載情報機器７ａを連携させる事によって使い勝手を向上させる事も出来る。その場合はＤＳＲＣ車載情報機器７ａ、及びカーナビゲーションシステム７ｄが相互に通信できるインターフェースを互いに有することが好ましい。

路側の路側機７ｃは、通過する車両側にアンテナが向けられており、路側アンテナが作り出す通信領域に車両が通信領域に進入した時点で、図１に示すフローに従い通信が開始される。

図８は、図１を用いた車載情報機器のシステムブロック図を示す。

路側機との無線通信はアンテナ８ａを介して行われる。送受信部８ｂは主に送信回路と受信回路より構成されている。送信回路ではデータの変調が行われ、受信回路ではデータの復調が行われる。

本実施形態は受信した信号をＩ成分とＱ成分に分け、その内容に基づいて変調方式を決定するが、Ｉ成分とＱ成分に分ける手段は送受信部８ｂにあっても、通信制御処理部８ｃにあっても良く、その箇所は問わない。車載情報機器はその他に、ヒューマン・マシン・インタフェース（ＨＭＩ）８ｄと操作ボタン８ｅ，データの暗号化／復号化を行うセキュリティモジュール(ＳＡＭ)８ｇ，ＩＣカード読み書き装置８ｈから構成される。ＤＳＲＣ車載情報機器はＩＣカード読み書き装置８ｈを通じてＩＣカード８ｉ内の情報を必要に応じて暗号化／復号化を行う必要があり、この様な構成となっている。また車内での使い勝手を向上させるために、カーナビゲーションシステム８ｆと接続するタイプや、或いはカーナビゲーションシステムに内蔵するタイプもあり、それを目的としてＤＳＲＣ車載情報機器側にそのインターフェースを持たせる事も出来る。

図９は、車両が通信領域に進入する際に、図１を用いた車載情報機器が受信する電界強度レベルと距離を、それぞれ縦軸，横軸にプロットしたグラフを示す。

車両が通信領域に進入前は、車両が受信する電界強度レベルは限りなくゼロに近い。車両が路側機に近づくにつれて、路側機が発する電波の漏れにより、車両が受信する電界強度レベルは少しずつ上がって行き、ある一定のレベルを超した時点で通信が開始される。そして通信領域を通過すると通信は終了し、車両が受信する電界強度レベルは再び限りなくゼロに近づく。ここで図９内（ａ）は路車間通信が開始される前で、車両が路側の漏れ電波を受信している領域を示しており、本領域内で変調方式識別を行えれば、限られた通信領域を有効に使う事が可能となる。すなわち本実施形態は（ａ）領域区間内で変調方式の識別を完了し、限られた通信領域を有効に使う事を目的としており、この点をメリットとしている。

このように本実施形態は、変調方式を識別する方法であって、車両に装備された車載情報機器と、該車載情報機器と無線通信を行うための路側機とで構成された無線通信システムにおいて、上記車載情報機器は、上記路側機から受信する変調波のＩ成分とＱ成分の状態を観測し、それに基づいて上記変調波の変調方式を識別する変調方式識別方法である。

また、識別すべき変調方式はＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の２種類であり、上記車載情報機器は、上記路側機から受信する変調波のＩ成分が情報を持ち、且つＱ成分が情報を持たない場合に、その変調波がＡＳＫ変調方式であると識別することが好ましい。

また、識別すべき変調方式はＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の２種類であり、上記車載情報機器は、上記路側機から受信する変調波のＩ成分とＱ成分が共に情報を持つ場合に、その変調波がπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式であると識別することが好ましい。

上記によれば、限られた時間内に正確に変調方式判定を行う事が可能となる。

また、変調方式の識別により限られた通信領域を減らすことなく、有効に使用することが出来る。

また、変調方式を識別する処理アルゴリズムが簡素であり、識別に必要な処理が削減されると同時に、その信頼性が増して通信エラー率を低減することができる。

更に、本発明の対象となる変調方式識別処理はデータ復調処理回路に付加することで実現可能であり、回路規模も必要最小限に抑えられる。

本発明の一実施形態をなすＤＳＲＣ車載情報機器における変調方法識別のフローチャートを示す。 図１のＡＳＫ変調方式の位相情報をＩ／Ｑプレーンにマッピングしたコンスタレーションポイントを示す。 図１のπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の位相情報をＩ／Ｑプレーンにマッピングしたコンスタレーションポイントを示す。 図１のＡＳＫ変調方式におけるＩ成分とＱ成分の振幅変動を示す。 図１のπ／シフトＱＰＳＫ変調方式におけるＩ成分とＱ成分の振幅変動を示す。 図１のフローを実現する回路の一例を示す。 図１を用いた車載情報機器と、路側機との無線通信の様子を示す。 図１を用いた車載情報機器のシステムブロック図を示す。 車両が通信領域に進入する際に、図１を用いた車載情報機器が受信する電界強度レベルと距離を、それぞれ縦軸，横軸にプロットしたグラフを示す。

符号の説明

６ａ…搬送波再生回路、６ｂ，６ｃ…周波数ダウンコンバータ、６ｄ…９０度位相シフタ、６ｅ，６ｆ…ローパスフィルタ、６ｇ…データ復調処理回路、６ｈ…変調方式識別回路。

Claims (11)

1. 路側機から複数の変調方式による無線の変調波を受信する受信回路と、
   前記受信回路で受信した前記変調波のＩ成分とＱ成分をそれぞれ抽出する成分抽出部と、
   前記成分抽出部で抽出した前記Ｉ成分，前記Ｑ成分の状態に基づいて前記変調波の変調方式を識別する変調方式識別部と、
   を有する車載情報機器。
2. 請求項１記載の車載情報機器であって、
   前記複数の変調方式は、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の２つを含む車載情報機器。
3. 請求項２記載の車載情報機器であって、
   前記Ｑ成分レベルと、前記Ｉ成分と前記Ｑ成分を各々２乗して加算した値とを比較して、前記Ｑ成分レベルがゼロに近似できる様な場合は、前記ＡＳＫ変調方式と識別する車載情報機器。
4. 請求項２記載の車載情報機器であって、
   前記Ｉ成分，前記Ｑ成分ともに情報を持っている場合は、前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式と識別する車載情報機器。
5. 請求項２記載の車載情報機器であって、
   前記成分抽出部は、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の復調の過程で得られた前記Ｉ成分と前記Ｑ成分を利用する車載情報機器。
6. 請求項２記載の車載情報機器であって、
   前記変調方式識別部は、前記Ｉ成分，前記Ｑ成分の推移が異なる性質を持つ事を利用して変調方式を識別する車載情報機器。
7. 請求項１記載の車載情報機器であって、
   通信チャネルごとの通信電界強度を比較することによって通信チャネルを判定する車載情報機器。
8. 請求項１記載の車載情報機器であって、
   通信チャネルごとに前記成分分離部で得られたＩ成分とＱ成分をそれぞれ２乗し加算したものの平方根を比較することによって通信チャネルを判定する車載情報機器。
9. 請求項１記載の車載情報機器であって、
   カーナビゲーションシステムとのインターフェース部を有する車載情報機器。
10. 請求項１記載の車載情報機器であって、
    カーナビゲーションシステムに内蔵されている車載情報機器。
11. 路側機から複数の変調方式による無線の変調波を受信し、
    受信した前記変調波のＩ成分とＱ成分をそれぞれ抽出し、
    抽出した前記Ｉ成分，前記Ｑ成分の状態に基づいて前記変調波の変調方式を識別する変調方式識別方法。
    

Images