JP2007306273A - 路側通信アンテナ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、車両などの移動体との通信品質を維持することができる路側通信アンテナ制御装置の提供を目的とする。
【解決手段】車両と通信を行うための路側通信アンテナを制御する路側通信アンテナ制御装置であって、路側通信アンテナと通信が成立している車両の位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて路側通信アンテナが形成している通信成立ゾーンを推定し、推定された通信成立ゾーンがその設計値に対して距離が不足している場合には通信成立ゾーンを広くするためにアンテナビームのチルト角を小さくし、推定された通信成立ゾーンがその設計値に対して距離が過多である場合には通信成立ゾーンを狭くするためにチルト角θを大きくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、通信ゾーン内の車両などの移動体と通信を行うため、路側に設置された通信アンテナを制御する路側通信アンテナ制御装置に関する。

従来から、路上の通信領域内を通過する車両との間で狭域通信を行う路車間通信システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この路車間通信システムは、路側に設置された通信用アンテナから送信された信号の電界レベルを検出し、その電界レベルに応じて路側通信用アンテナのビーム方向を補正するためのキャリブレーション装置を備えている。このキャリブレーション装置によって、路側通信用アンテナのビーム方向を理想的な状態に調整し、良好な通信品質を実現しようとするものである。
特開２００２−３４４３７２号公報

しかしながら、上述の従来技術は、本来の通信相手（車両）とは異なるキャリブレーション装置が路側通信用アンテナの送信信号の電界レベルを検出しその電界レベルに応じて路側通信用アンテナのビーム方向を補正しており、本来の通信相手から送られてきた情報を利用していないため、いわゆるマルチパスによる干渉などＳＮ比によっては電界レベルが十分であっても通信が成立しない場合が考えられる。

そこで、本発明は、車両などの移動体との通信品質を保つことができる路側通信アンテナ制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明として、
通信ゾーン内の移動体と通信を行うために路側に設置された路側通信アンテナを制御する路側通信アンテナ制御装置であって、
前記路側通信アンテナと通信が成立している移動体の位置情報を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された位置情報に基づいて前記路側通信アンテナが形成している通信成立ゾーンを推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンに応じて前記路側通信アンテナの指向性の方向を制御する制御手段とを備えることを特徴とする、路側通信アンテナ制御装置を提供する。

また、第２の発明は、第１の発明に係る路側通信アンテナ制御装置であって、前記制御手段は、前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンが前記路側通信アンテナによって形成されるべき通信成立ゾーンの基準値に等しくなるように前記路側通信アンテナの指向性の方向を制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る路側通信アンテナ制御装置であって、前記路側通信アンテナは地面から所定の高さに設置され、前記制御手段は、前記路側通信アンテナが照射するビームの照射方向の俯角を調整することを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明に係る路側通信アンテナ制御装置であって、前記制御手段は、前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンが前記基準値より小さい場合前記俯角を小さくし、前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンが前記基準値より大きい場合前記俯角を大きくすることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明に係る路側通信アンテナ制御装置であって、前記推定手段は、前記取得手段によって取得された位置情報のうち前記路側通信アンテナから最も遠い位置情報に基づいて前記通信成立ゾーンを推定することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１から第４のいずれかの発明に係る路側通信アンテナ制御装置であって、前記推定手段は、前記取得手段によって取得された位置情報に基づいて導出された各移動体の位置分布に基づいて前記通信成立ゾーンを推定することを特徴とする。

また、第７の発明は、第１から第４のいずれかの発明に係る路側通信アンテナ制御装置であって、前記推定手段は、前記取得手段によって取得された位置情報に基づいて導出された一の移動体の通信開始位置及び通信途絶位置に基づいて前記通信成立ゾーンを推定することを特徴とする。

なお、前記位置情報は、好ましくは、移動体の存在地点を示す座標データや、移動体の存在地点と前記路側通信アンテナの設置地点間の距離情報などである。また、前記位置情報が、車車間通信から取得されるようにしてもよい。

本発明によれば、車両などの移動体との通信品質を保つことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。本発明に係る路側通信アンテナ制御装置の実施形態を、所定の走行路区間に存在する車両の車載機と路側に設置された路側機間で情報を交換し合う路車間通信システムに使用した場合について説明する。路車間通信システムは、路側に設置された設備（いわゆる、インフラ）が有している情報を車両に送信することによって、その情報に応じた適切な制御を車両に対して行うことを可能にする。

例えば、交差点において信号機の信号情報に基づいて赤信号での進入を回避する制御といった安全運転支援制御を車両に対して行うことができ、より具体的には、車両に制動動作を行わせたり、ドライバーに対して進行方向の交差点の信号が赤信号であることを知らせたりすることができるようになる。また、刻々と変化する障害物等の検出事象の情報を車両に提供することができたりする。さらに、路車間通信システムは、通信成立ゾーン内の全ての車両に同じ情報（例えば、停止車両、低速車両、歩行者の有無、路面状態、道路形状情報、渋滞情報）を与える同報通信を行ったり、個々の車両へ情報を与える個別通信を行ったりすることが可能である。路車間通信システムは狭域通信（ＤＳＲＣ）であり、その電波（無線信号）の届く通信成立ゾーンは数十〜数百ｍ程度であって、その通信成立ゾーン内で情報がやりとりされる。

図１は、本発明に係る路側通信アンテナ制御装置の実施形態を説明するための図である。路側に設置された路側機３０と走行路１１上の通信ゾーン（例えば、交差点の停止線等の基準点から所定距離区間）内に存在する各車両１との間で無線通信がなされる。路側機３０が信号機４０の信号情報を車両に送信し、その信号情報に応じた制御が車両において実行される。

路側機３０は、各車両１が送信した位置情報を取得し、その位置情報に基づいて各車両１の位置分布を求め、路側通信アンテナ２０が形成している通信成立ゾーンを推定し、その推定結果に基づいて路側通信アンテナ２０の指向性を制御する。路側機３０は、通信成立ゾーンの設計値に対して推定された通信成立ゾーンが小さいときには路側通信アンテナ２０が照射するビーム３１のチルト角θを小さくして遠方に向くアンテナ利得を上げるように制御する。逆に通信成立ゾーンの設計値に対して推定された通信成立ゾーンが大きいときには路側通信アンテナ２０が照射するビーム３１のチルト角θを大きくして遠方に向くアンテナ利得を下げるように制御する。

以下、上記車両１に搭載される車載機１０、及び、車載機１０と通信可能な路側機３０の構成について詳細に説明する。

［車載機１０の構成］
図２は、車載機１０のブロック図である。車載機１０は、所定周波数（例えば、５．８ＧＨｚ）を有する電波を外部と送受信するためのアンテナ６を有している。車両側が有していた情報がアンテナ６を介して車外に送信され、車外からの情報がアンテナ６を介して受信される。

また、車載機１０は、車車間通信機７を備えている。車車間通信機７は、他車と所定の情報を直接送受信する車車間通信用の無線通信装置である。車車間通信でやり取りされる情報として、各車両の状態情報（位置情報、車速情報など）や、各車両が取得したセンサ情報や撮像情報などが挙げられる。車車間通信機７は、アンテナ６を介して、路側機３０が送信した電波（ビーム）を受信する（以下、路側機３０が送信した電波を「路側機送信波」という）。

車車間通信機７は、各車載機１０（あるいは各車両）に付与される車載機ＩＤを所定の送信データに付加し、変調を行ってアンテナ６を介して電波を送信する。以下、アンテナ６を介して車載機１０が送信した電波を「車載機送信波」という。車載機送信波は、所定の一定出力で周期的に送信されたり、あるいは、路側機送信波の受信をトリガーに送信されたりする。

また、車車間通信機７は、路側機送信波を復調することにより得られた情報の中から車載機ＩＤを検出し、検出されたＩＤの中に自身の車載機ＩＤが含まれていた場合、路側機３０が自身に対して送信した路側機送信波であると判断する。つまり、車載機ＩＤが含まれた上記の車載機送信波を受信した路側機３０が、その車載機ＩＤを有する車載機１０宛に所定のデータを伝達するために、当該車載機ＩＤを含めて路側機送信波を送信している。自身の路側機ＩＤが含まれていた場合、車車間通信機７は、図示しない車載の制御装置に対して路側機送信波に含まれていた情報を送信し、その情報を受信した制御装置は、その情報に応じた所定の制御を実行する。なお、路側機３０が送信する路側機送信波には、送信元を特定可能にするために、各路側機３０に付与される路側機ＩＤの情報が含まれていてもよい。

車車間通信機７は、自己の位置を検出可能なＧＰＳ装置などから位置情報を取得する。ＧＰＳ装置は、ＧＰＳ受信機によるＧＰＳ衛星からの受信情報に基づいて、自車の位置を２次元若しくは３次元の座標データによって特定する装置である。自車の位置情報を示す座標データは、例えば緯度・経度によって規定される。車車間通信機７は、その位置情報を車載機ＩＤとともにアンテナ６を介して車外に向けて送信する。アンテナ６を介して送信された位置情報は、他車に搭載される車車間通信機によって受信される一方で、路側機３０によって受信（傍受）することが可能である。なお、高精度の位置検出をするためには、例えば、Ｄ‐ＧＰＳ（Differential-GPS）やＲＴＫ‐ＧＰＳ（Real Time Kinematic-GPS）などを利用すると効果的である。

なお、車載機１０は、路側機送信波の受信に対して自車の位置情報を路側機３０に応答するようにしてもよいし、自車の位置情報を路側機３０に所定の周期で送信するようにしてもよい。

また、車載機１０は、路測機３０（路側通信アンテナ２０）の設置地点の位置情報を路側機３０から受信または予め記憶しているならば、自車の存在地点の位置情報及び路測機３０（路側通信アンテナ２０）の設置地点の位置情報に基づいて両地点間の距離を算出し、路側機３０に認識させるために、その距離情報を位置情報として路側機３０に送信してもよい。

［路側機３０の構成］
図３は、路側機３０のブロック図である。路側機３０は、所定周波数（例えば、５．８ＧＨｚ）を有する電波を外部と送受信するための路側通信アンテナ２０を有している。本実施例では、路側通信アンテナ２０は３本の指向性アンテナによって構成され、３本の路側通信アンテナ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれは、走行路１１に向けて所定の一方向に指向性を持つように、それぞれの電波の山の部分が重なれば強めあい山と谷が重なれば弱めあう干渉の性質を用いて、地面から所定の高さで路側機３０に設置されている。指向性アンテナは、一般に、アンテナ利得が大きくなるほど指向性は鋭くなる性質を有している。したがって、路側通信アンテナ２０が送信する一方向に指向性をもった電波を、路側通信アンテナ２０が照射するビームともいう。ここで、指向性とは、アンテナの方向に対する感度特性、すなわち、アンテナの主軸方向からずれた方向の感度特性を表す。

なお、３本の路側通信アンテナ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれは、走行路１１に向けて異なる方向に指向性を持つように、地面から所定の高さで路側機３０に設置されてもよい。したがって、異なる方向に指向性を持つように配置された各指向性アンテナ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、利得が最大となる方向が異なる。

また、路側機３０は、外部からの電波を受信するための無指向性アンテナを備えてもよい。無指向性アンテナは、全方位ほぼ均一なアンテナ利得を有する。

路車間通信機２４は、路側通信アンテナ２０で受けた車載機１０からの電波を受信すると共に、受信データ内の車載機１０のＩＤや位置情報などを取得する。車載機１０からの電波を受信した場合、その車載機１０との通信は成立しているとみなすことができる。

データ処理部２６は、「車両の存在地点を示す座標データ」や「車両と路側機３０との距離情報」によって規定された各車両の位置情報を取得することによって各車両の存在位置が正確に把握することが可能となるため、路車間通信機２４によって取得された位置情報に基づいて路側通信アンテナ２０が実際に形成している通信成立ゾーンを推定する。

データ処理部２６は、路車間通信機２４によって取得された各車両の位置情報に基づいて各車両の位置分布を導出し、その導出された位置分布に基づいて通信成立ゾーンを推定する。すなわち、各車両の位置分布が判明すれば、路側通信アンテナ２０が実際に形成している通信成立ゾーンの広がり（範囲や距離）を推定することができる。

また、データ処理部２６は、路車間通信機２４によって取得された各車両の位置情報のうち路側機３０（路側通信アンテナ２０）の設置地点から最も遠い地点に相当する位置情報に基づいて通信成立ゾーンを推定してもよい。すなわち、最も遠い地点に相当する位置情報は、通信が成立する最も遠い地点に相当するので、路側通信アンテナ２０が実際に形成している通信成立ゾーンの境界を推定することができる。

また、データ処理部２６は、路車間通信機２４によって取得された各車両の位置情報のうち１台の車両の位置情報を監視し、その車両との通信開始位置及び通信途絶位置に基づいて通信成立ゾーンを推定してもよい。すなわち、１台の車両との通信が成立した地点と通信が不成立となった地点までの間を路側通信アンテナ２０が実際に形成している通信成立ゾーンの範囲（距離）として推定することができる。

データ処理部２６には、路側通信アンテナ２０の指向性を制御する指向性制御部２２が接続されている。データ処理部２６は、通信成立ゾーンの推定値を指向性制御部２２に送信する。指向性制御部２２は、データ処理部２６から供給された通信成立ゾーンの推定値に従って路側通信アンテナ２０の指向性の方向を切り替える。

指向性制御部２２は、通信成立ゾーンの推定値が路側通信アンテナ２０によって形成されるべき通信成立ゾーンの設計値（その場所におけるインフラ等の設計段階で設定された基準値）に等しくなるように路側通信アンテナ２０の指向性の方向を制御して電波が発信される領域（すなわち、通信成立ゾーン）を設定する。なお、電波が発信される領域を設定するために、路側通信アンテナ２０の指向性の方向を制御するようにしてもよいし、指向性の方向がそれぞれ異なる３本の路側通信アンテナ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを選択的に切り替え制御するようにしてもよい。

指向性制御部２２は、路側通信アンテナ２０が照射するビーム（路側通信アンテナ２０が送信する電波）の俯角θ（ビームチルト角θ）を調整することで路側通信アンテナ２０の指向性の方向を制御する。ここで、俯角θは、図１に示されるように、路側通信アンテナ２０の主軸方向と地面から所定の高さにおける水平面とのなす角である。

指向性制御部２２は、データ処理部２６によって推定された通信成立ゾーンの広さや長さが路側通信アンテナ２０によって形成されるべき通信成立ゾーンの設計値より狭い若しくは短い場合ビームの俯角を小さくし、データ処理部２６によって推定された通信成立ゾーンの広さや長さが路側通信アンテナ２０によって形成されるべき通信成立ゾーンの設計値より広い若しくは長い場合ビームの俯角を大きくする。

そして、データ処理部２６は、図１に示される信号機４０などの情報提供装置２８からの信号情報を取得して、通信成立ゾーン内に存在する車両の車載機１０の車載機ＩＤとともに、その取得した信号情報を送信するようにアンテナ指向性制御部２２に指示する。アンテナ指向性制御部２２は、ＩＤ送信の指示を受けた場合、路側通信アンテナ２０から通信成立ゾーン内に存在する車両の車載機ＩＤを電波に乗せて発信する。

なお、情報提供装置２８は、路側カメラや歩行者検知センサなどによる検知情報をデータ処理部２６に伝送してもよい。データ処理部２６は、その検知情報を通信成立ゾーン内に存在する車両の車載機１０の車載機ＩＤとともに送信するようにアンテナ指向性制御部２２に指示する。

［路側機３０の動作］
図４は、路側機３０の動作を示す処理フローである。路車間通信機２４は、車車間通信の情報を傍受する（ステップ２）。データ処理部２６は、路車間通信機２４が取得した車両の位置情報に基づいて車両の位置分布を算出し、現在の通信成立ゾーンを推定する（ステップ４）。データ処理部２６は、通信成立ゾーンの設計値に対して距離が不足しているか否かを判断する（ステップ６）。距離が不足していると判断された場合には（ステップ６；Ｙｅｓ）、指向性制御部２２は路側通信アンテナ２０の照射ビームのチルト角θを小さくする（ステップ８）。距離が不足していないと判断された場合には（ステップ６；Ｎｏ）、データ処理部２６は通信成立ゾーンの設計値に対して距離が過多になっているか否かを判断する（ステップ１０）。距離が過多になっていると判断された場合には（ステップ１０；Ｙｅｓ）、指向性制御部２２は路側通信アンテナ２０の照射ビームのチルト角θを大きくする（ステップ１２）。距離が過多になっていないと判断した場合には（ステップ１０；Ｎｏ）、本フローは終了する。

したがって、本実施形態の路側通信アンテナ制御装置によれば、実際に通信が成立している通信ゾーンを推定し、その推定された通信ゾーンが設計値になるように指向性の方向を制御するため、マルチパスなどによるＳＮ比低下の影響を抑えて、通信成立ゾーンを設計値通りに保つことができる。

また、本実施形態の路側通信アンテナ制御装置によれば、上述のような通信成立ゾーンの補正機能を備えることによって、周囲の建物などの建設や駐車車両や大型車両の影響によって、電波伝搬環境が事後的に変化したり時々刻々と変化したりするために通信成立ゾーンが設計値通りに保つことができなくなるという懸念を回避することができる。

また、本実施形態の路側通信アンテナ制御装置によれば、通信成立ゾーンの設計値に対して実際の通信成立ゾーンの大きさが不足か否かを判断するので、設計値通りであれば路側機３０と本来通信可能な位置に存在する車両と通信ができなくなることを防止することができる。例えば、実際の通信成立ゾーンが通信成立ゾーンの設計値より狭くなっていれば、車速の速い車両に対しては車速の遅い車両に比べ情報のやりとりができる時間が短くなるため、情報をやりとりできる車両の上限速度が制限されてしまうからである。

また、本実施形態の路側通信アンテナ制御装置によれば、通信成立ゾーンの設計値に対して実際の通信成立ゾーンの大きさが過多か否かを判断するので、路側通信アンテナ２０からの電波が本来の設計値より遠くに到達することにより、隣接する路側通信アンテナ２０からの電波と干渉したり他の通信施設や通信機器からの電波と干渉したりすることを防止することができる。また、通信成立ゾーン内の通信トラフィックを本来の設計値通りになるよう適正に保つことができ、通信の成立性が確保される。

また、本実施形態の路側通信アンテナ制御装置によれば、路側機３０が車両の位置情報を車車間通信から傍受しているので、車車間通信上でやりとりされる車両の位置情報を利用するので、路側機３０が車両の位置情報を取得できるような構成をあらたに構築する必要がなく、通信の効率化が図れる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、ＧＰＳ等による座標データによって車両の存在地点を特定し、車両の存在地点と路側通信アンテナ２０の設置地点間の距離を求めることを示したが、路側通信アンテナ２０による受信感度を示す受信レベルに基づいて車両と路側通信アンテナ２０の設置地点との距離を推定してもよい。

また、上述の実施例では交差点の進入時の状況について説明したが、赤信号での進入を回避する制御だけに限らず、一時停止させる制御や右左折時等のドライバーの死角となる場所の映像情報を提供する制御にも適用可能である。また、本発明は、交差点ではなく、直線道路やカーブなどの路側に路側機３０を備えてもよい。

また、車載機１０は、車車間通信機能を備えていなくてもよく、少なくとも路側機３０と通信可能な通信機を備えていればよい。

また、車載機１０は、文字通り車両に搭載されているが、車載機１０と同様の構成を、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯情報端末に備えれば上述の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

本発明に係る路側通信アンテナ制御装置の実施形態を説明するための図である。 車載機１０のブロック図である。 路側機３０のブロック図である。 路側機３０の動作を示す処理フローである。

符号の説明

１ 車両
６ アンテナ
７ 車車間通信機
１０ 車載機
１１ 走行路
２０ アンテナ
２２ 指向性制御部
２４ 路車間通信機
２６ データ処理部
２８ 情報提供装置
３０ 路側機
３１ ビーム
４０ 信号機

Claims (11)

1. 通信ゾーン内の移動体と通信を行うために路側に設置された路側通信アンテナを制御する路側通信アンテナ制御装置であって、
   前記路側通信アンテナと通信が成立している移動体の位置情報を取得する取得手段と、
   前記取得手段によって取得された位置情報に基づいて前記路側通信アンテナが形成している通信成立ゾーンを推定する推定手段と、
   前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンに応じて前記路側通信アンテナの指向性の方向を制御する制御手段とを備えることを特徴とする、路側通信アンテナ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンが前記路側通信アンテナによって形成されるべき通信成立ゾーンの基準値に等しくなるように前記路側通信アンテナの指向性の方向を制御する、請求項１記載の路側通信アンテナ制御装置。
3. 前記路側通信アンテナは地面から所定の高さに設置され、
   前記制御手段は、前記路側通信アンテナが照射するビームの照射方向の俯角を調整する、請求項１または２に記載の路側通信アンテナ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンが前記基準値より小さい場合前記俯角を小さくし、前記推定手段によって推定された通信成立ゾーンが前記基準値より大きい場合前記俯角を大きくする、請求項３記載の路側通信アンテナ制御装置。
5. 前記推定手段は、前記取得手段によって取得された位置情報のうち前記路側通信アンテナから最も遠い位置情報に基づいて前記通信成立ゾーンを推定する、請求項１から４のいずれかに記載の路側通信アンテナ制御装置。
6. 前記推定手段は、前記取得手段によって取得された位置情報に基づいて導出された各移動体の位置分布に基づいて前記通信成立ゾーンを推定する、請求項１から４のいずれかに記載の路側通信アンテナ制御装置。
7. 前記推定手段は、前記取得手段によって取得された位置情報に基づいて導出された一の移動体の通信開始位置及び通信途絶位置に基づいて前記通信成立ゾーンを推定する、請求項１から４のいずれかに記載の路側通信アンテナ制御装置。
8. 前記位置情報は、移動体の存在地点を示す座標データである、請求項１から７のいずれかに記載の路側通信アンテナ制御装置。
9. 前記位置情報は、移動体の存在地点と前記路側通信アンテナの設置地点間の距離情報である、請求項１から７のいずれかに記載の路側通信アンテナ制御装置。
10. 前記移動体は、車両である、請求項１から９のいずれかに記載の路側通信アンテナ制御装置。
11. 前記位置情報は、車車間通信でやり取りされる情報である、請求項１０記載の路側通信アンテナ制御装置。
    

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