JP2008085494A - 路車間通信方法及び路車間通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路車間通信において、通信品質を確保するための固定アンテナの配置。
【解決手段】大型車ＶＬが小型車ＶＳに対して先行しており、その先に、右方向に指向性を設定した２つの固定アンテナＴＲ−１及びＴＲ−２が、車線Ｌ１上に間隔ｗ₁₂をあけて所望の高さに配置されている。間隔ｗ₁₂を、車線Ｌ１の幅の０．８倍以上とすれば、車線Ｌ１幅の０．７倍程度の車体幅ｗ_VLを有する大型車ＶＬに後続する小型車ＶＳに設けられたアンテナから見て、固定アンテナＴＲ−１及びＴＲ−２のいずれもが遮蔽レベルの大きいものとなることはない。よって、小型車ＶＳに搭載された通信装置と、固定アンテナＴＲ−１及びＴＲ−２と接続された通信装置との間で、良好な通信品質を確保することができる（１．Ａ）。固定アンテナをｎ個とした場合は、最も離れた固定アンテナＴＲ−１とＴＲ−ｎの間隔ｗ_1nを、車線Ｌ１の車線幅の０．８倍以上とすると良い（１．Ｂ）。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路の路側あるいは道路上方に設けた固定アンテナと車両に設けられたアンテナとを用いたいわゆる路車間通信に関する。尚、以下では「車線」はレーン（ｌａｎｅ）であって幅を有する道路の部分であり、車線方向とは、当該車線を走行する車両の軌跡として各車線の中央に想定される曲線を意味し、車線方向に平行とは、各車線の中央に想定される当該曲線のある地点での接線を意味するものとする。ここにおいて、実質的に「走行」が想定されていない、路側帯、退避領域や交差点近傍における右左折専用車線は本願では考慮しないものとする。

路車間通信において、固定側の１つの通信装置に接続された複数個のアンテナを、道路の路側の一定高さ、或いは路面上方に固定配置する場合、例えば搬送波の波長を基準にして、それら複数個のアンテナを配置するための適切な設置間隔などを決めているのが現状である。この際、アンテナ間の結合など影響を防ぐために、主たる放射方向である車線方向に対して、路面に平行な面上の垂直方向に、当該搬送波の半波長以上の距離をおいて配置する。

しかし、路車間通信などでは、搬送波の半波長以上のアンテナ距離間隔では、必ずしも高品質な通信が実現できない。例えば、普通乗用車が、金属製のボディを有する大型車両に後続する場合は、当該普通乗用車に搭載された受信装置のアンテナは、当該大型車両の金属製のボディにより、その前方に配置された固定アンテナとの送受信が遮断される。この際、周波数にもよるが、２０ｄＢ以上も受信電力が低下する場合がある。

この一例を図５に示す。図５は、図示しない１つの送信装置に接続された２つの送信アンテナＴＸ１及びＴＸ２から、図示しない１つの受信装置に接続された２つの受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２への伝搬路特性を示すものである。４つの伝搬路特性ｈ_nmは、送信アンテナＴＸｍから受信アンテナＲＸｎへの伝搬路特性を示している。図５では、受信アンテナＲＸ２近傍に遮蔽物Ｓｈが配置されて、伝搬路特性ｈ₂₁及びｈ₂₂が低下する場合を模式的に示している。

受信アンテナＲＸ２の受信電波を一定レベルだけ遮蔽し、受信アンテナＲＸ１の受信電波を遮蔽しない場合と、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２の受信電波を一定レベル遮蔽した場合のビット誤り率のシミュレーションの一例を図６に示す。受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２の受信波を最大比合成（図６でＭＲＣ）によるダイバーシチ合成した場合、受信アンテナＲＸ２のみ遮蔽するときであっても、図６の丸印と破線のグラフのように、遮蔽レベルが３ｄＢ以上の範囲でビット誤り率は約１／１０００以上となり、通信特性が良くならない。

一方、ＳＴＢＣ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｅ）その他の方式を用いるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式によれば、受信アンテナＲＸ２のみ遮蔽するときであれば、図６の丸印と実線のグラフのように、遮蔽レベルが１５ｄＢ以下の範囲でビット誤り率は約１／１０００未満と、通信特性が改善できる。しかし、ＭＩＭＯ方式を用いても、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２の両方を遮蔽するときは、図６の星印と実線のグラフのように、遮蔽レベルが６ｄＢ以上の範囲でビット誤り率は約１／１０００以上と、通信特性が悪化する。即ち、全てのパスの受信電力が減衰している状況（図５で４つの伝搬路特性ｈ_nmが全て低下している状況）では、ＭＩＭＯを用いても、受信特性の改善効果が小さくなってしまう。

本発明は上記課題を解決するため、路側機のアンテナを適切に配置し、更にＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ通信を行うことによって、車両に搭載したアンテナが、例えば先行する大型車両により遮蔽されないようにして、安定した通信を実現し、通信の信頼性向上を図ることを目的とする。

請求項１に係る発明は、道路に設けられた第１の通信装置と、当該道路を通行する車両に設けられた第２の通信装置とによる路車間通信方法において、第１の通信装置と第２の通信装置が、各々複数個のアンテナを用いたＭＩＭＯ通信方式を用いるものであり、第１の通信装置は、少なくとも２つのアンテナが、道路の車線方向に平行な２本の直線上に各々配置され、且つ、当該平行な２本の直線は、道路の車線幅の０．８倍以上の間隔を有することを特徴とする路車間通信方法である。尚、位置関係においては、アンテナの放射端又はアンテナの放射中心を配置させるものとする。また、請求項２に係る発明は、更にＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ方式を用いることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の路車間通信方法に用いる道路に設けられた第１の通信装置であって、少なくとも２つのアンテナが、道路の車線幅の０．８倍以上の間隔を有する車線方向に平行な２本の直線上に各々配置されていることを特徴とする路車間通信装置である。

金属製のボディを有する大型車両が先行している場合、後続する車両等に搭載されたアンテナは遮蔽されている状況であり、大きく受信電力が低下する。例えば大型バス、大型トラックの金属ボディ後部面が車線方向に垂直な遮蔽板となる。高い周波数帯（例えば５ＧＨｚ帯など）では、その減衰量は２０ｄＢ以上となることもあり得る。そのような状況下では、通信することが不可能ともなる。そこで、遮蔽の影響を軽減するため、固定側である第１の通信装置に接続されたアンテナの内、少なくとも２本が、道路の車線幅の０．８倍以上の間隔を有することで、例えば車線幅の０．７倍程度の幅の金属ボディ後部面を有する大型車が先行した場合でも、当該固定側の第１の通信装置のアンテナのうち、少なくとも１本の遮蔽レベルを小さくすることができる。即ち、車線幅の０．７倍程度の幅を有する大型車に後続する車両に搭載されたアンテナから見て、固定側である第１の通信装置に接続されたアンテナの内、少なくとも１本が遮蔽レベルを小さくできる。これにより、通信品質を確保し、安定した通信が可能となる。

ＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ方式を用いれば、最大比合成（ＭＲＣ）ダイバーシチよりも少ないデジタル計算量で、ＭＲＣダイバーシチと同等の合成利得が得られ、高信頼な通信が実現できる。

本発明は、固定側である第１の通信装置に複数個のアンテナを接続し、移動側である車両に第２の通信装置に複数個のアンテナを搭載してＭＩＭＯ方式により通信する任意の通信方法に適用できる。例えば、固定側と車両側に２本ずつアンテナを設けて、ＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ方式とすれば、その効果は特に大きい。尚、固定側のアンテナは任意個に増やすことができる。道路の車線幅は例えば日本国の高速道路では約３．５ｍであり、大型車の幅は約２．５ｍ程度以下であるので、アンテナを配置した車線方向の直線の間隔は２．８ｍ以上とすると良い。例えば車線幅と同一とすれば、通常走行可能な大型車が先行した場合でも、後続の車両からは、固定側であるアンテナの少なくとも１本からの受信電波の遮蔽レベルを小さくすることが可能となる。このように、アンテナを配置した車線方向の直線の間隔は車線幅の０．８倍以上が好ましく１車線幅以上が更に好ましい。片側２車線以上の場合は、１車線幅以上とすることは容易である。片側２車線以上の道路の交差点においては合計４車線幅の配置スペースがあるので、例えばアンテナを配置した車線方向の直線の間隔を２車線幅以上とすると良い。

ＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ方式として最も簡便なものは、Ａｌａｍｏｕｔｉによる２×２の方式である。これは、時刻ｔ＝ｍΔＴと時刻ｔ＝(ｍ＋１)ΔＴの２つのシンボル時刻において、二つの複素ベースバンド信号ｓ(ｍ)とｓ(ｍ＋１)を送信するものとし、ｎ番目（ｎ＝１，２）の送信アンテナから時刻ｍΔＴに送信する信号をｘ_n(ｍ)とすると、以下のように時空間ブロック符号化（ＳＴＥ：Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）するものである。
ｘ₁(ｍ)＝ｓ(ｍ)、
ｘ₂(ｍ)＝ｓ(ｍ＋１)、
ｘ₁(ｍ＋１)＝−ｓ^*(ｍ＋１)、
ｘ₂(ｍ＋１)＝ｓ^*(ｍ)
ただし、ここで、記号^*は、複素共役を表している。

図１及び図２は、本発明の好ましい実施形態を示した模式的平面図である。図１．Ａは、向かって左右方向に直線道路が設置され、下側の車線Ｌ１を向かって右から左へ大型車ＶＬと小型車ＶＳが走行していることを想定している。即ち、大型車ＶＬが小型車ＶＳに対して先行しており、その先に、右方向に指向性を設定した２つの固定アンテナＴＲ−１及びＴＲ−２が、車線Ｌ１上に間隔ｗ₁₂をあけて車線方向に垂直な方向に並べられ、所望の同一の高さに配置されている。向かって左から右へ走行すべき車線である車線Ｌ２においては、左方向に指向性を設定した２つの固定アンテナＴＬ−１及びＴＬ−２が、間隔ｗ₁₂をあけて車線方向に垂直な方向に並べられ、所望の同一の高さに配置されている。固定アンテナＴＲ−１及びＴＲ−２のそれぞれの放射中心の間隔ｗ₁₂を、車線Ｌ１の車線幅ｗ_Lの０．８倍以上とすれば、車線Ｌ１の車線幅ｗ_Lの０．７倍程度の車体幅ｗ_VLを有する大型車ＶＬに後続する小型車ＶＳに設けられたアンテナにおいては、固定アンテナＴＲ−１及びＴＲ−２からの受信電波のいずれもが遮蔽レベルの大きいものとなることはない。よって、ＭＩＭＯ通信方式、更にはＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ方式を採用することで、小型車ＶＳに搭載された通信装置と、固定アンテナＴＲ−１及びＴＲ−２と接続された通信装置との間で、良好な通信品質を確保することができる。

図１．Ｂは、図１．Ａに示す固定アンテナをＴＲ−１、ＴＲ−２、…、ＴＲ−ｎのｎ個とした構成を示す。この場合、最も距離の離れた固定アンテナＴＲ−１とＴＲ−ｎのそれぞれの放射中心の間隔ｗ_1nを、車線Ｌ１の車線幅ｗ_Lの０．８倍以上とすると良い。

図２．Ａは、片側２車線ずつの直線道路が垂直に交わる交差点に、４つの方向に指向性を有する指向性アンテナの集合体を配置させた場合の模式図である。即ち、向かって右から左方向に走行すべき車線Ｌ１１とＬ１２、向かって左から右方向に走行すべき車線Ｌ２１とＬ２２、向かって下から上方向に走行すべき車線Ｌ３１とＬ３２、向かって上から下方向に走行すべき車線Ｌ４１とＬ４２の交差点を想定している。ここで、車線Ｌ２１とＬ２２の境界線と、車線Ｌ４１とＬ４２の境界線の交点上方の所望の高さに、指向性アンテナＴ１−Ｒ、Ｔ１−Ｕ、Ｔ１−Ｌ及びＴ１−Ｄの集合体を配置する。指向性アンテナＴ１−Ｒは向かって右方向に指向性を有する。指向性アンテナＴ１−Ｕは向かって上方向に指向性を有する。指向性アンテナＴ１−Ｌは向かって左方向に指向性を有する。指向性アンテナＴ１−Ｄは向かって下方向に指向性を有する。全く同じように、車線Ｌ１１とＬ１２の境界線と、車線Ｌ３１とＬ３２の境界線の交点上方の所望の高さに、右方向に指向性を有する指向性アンテナＴ２−Ｒ、向かって上方向に指向性を有するＴ２−Ｕ、向かって左方向に指向性を有するＴ２−Ｌ及び向かって下方向に指向性を有するＴ２−Ｄの集合体を配置する。

指向性アンテナＴ１−ＲとＴ２−Ｒは、それらの放射中心を通り、車線Ｌ１１及びＬ１２方向に平行な２直線を想定した場合、その２直線の間隔ｗ_12-R,Lは、車線Ｌ１２の幅と車線Ｌ２１の幅の和に等しい。指向性アンテナＴ１−ＬとＴ２−Ｌについてもそれらの放射中心を通り車線Ｌ２１及びＬ２２方向に平行な２直線を想定した場合、その２直線の間隔はｗ_12-R,Lとした。同様に、指向性アンテナＴ１−ＤとＴ２−Ｄは、それらの放射中心を通り車線Ｌ３１及びＬ３２方向に平行な２直線を想定した場合、その２直線の間隔ｗ_12-U,Dは、車線Ｌ３２の幅と車線Ｌ４１の幅の和に等しい。指向性アンテナＴ１−ＵとＴ２−Ｕについてもそれらの放射中心を通り車線Ｌ４１及びＬ４２方向に平行な２直線を想定した場合、その２直線の間隔はｗ_12-U,Dとした。

図２．Ａの２つのアンテナ集合体の配置により、車線Ｌ１２を走行する大型車ＶＬに後続する小型車ＶＳにおいて、指向性アンテナＴ１−ＲとＴ２−Ｒの両方からの受信電波の遮蔽レベルが大きいものとなることは無い。これは、指向性アンテナＴ１−ＲとＴ２−Ｒの放射中心の間隔が、間隔ｗ_12-R,L離れており、これは車線方向に垂直な方向に２車線幅離れているからである。これは車線Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ２２から交差点に向かういずれの場合においても同様である。全く同様に、指向性アンテナＴ１−ＤとＴ２−Ｄ、Ｔ１−ＵとＴ２−Ｕが各々放射中心の間隔ｗ_12-U,Dが２車線幅であるので、車線Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ４１、Ｌ４２から交差点に向かういずれの場合においても同様である。

図２．Ｂは図２．Ａの変形例である。図２．Ａで４つの指向性アンテナの集合体を２組配置させたものを、２つの無指向性アンテナＴ１及びＴ２で置き換える。それらの配置は、車線Ｌ２１とＬ２２の境界線と、車線Ｌ４１とＬ４２との境界線の交点上方の所望の高さ、並びに車線Ｌ１１とＬ１２の境界線と、車線Ｌ３１とＬ３２との境界線の交点上方の所望の高さである。この場合も、２つの無指向性アンテナＴ１及びＴ２の放射中心を通り、車線Ｌ１１に平行な２直線を引いた場合にその間隔ｗ_12-R,Lは、車線Ｌ１２の幅と車線Ｌ２１の幅の和に等しく、２つの無指向性アンテナＴ１及びＴ２の放射中心を通り、車線Ｌ３１に平行な２直線を引いた場合にその間隔ｗ_12-U,Dは、車線Ｌ３２の幅と車線Ｌ４１の幅の和に等しくなる。よってこの場合も、車線Ｌ１２を走行する大型車ＶＬに後続する小型車ＶＳにおいて、指向性アンテナＴ１−ＲとＴ２−Ｒの両方からの受信電波の遮蔽レベルが大きいものとなることは無い。これは車線Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ４１、Ｌ４２から交差点に向かういずれの場合においても同様である。

図２．Ａ及び図２．Ｂは片側２車線ずつの場合を示したが、片側１車線ずつの場合であっても、片側が３車線等であっても本発明を適用できる。また、２組のアンテナ集合体や２つの無指向性アンテナの配置も、それらを通る上下方向の平行線又は左右方向の平行線の間隔が、いずれも車線幅の０．８倍以上であれば良く、配置は同方向の車線の束の中央線上に限られない。更には、３組以上のアンテナ集合体や３個以上の無指向性アンテナを配置させる場合は、右から、左から、上から、下から交差点に接近する際の４方向の各々から見て、少なくとも２個のアンテナ等の間隔について、車線幅の０．８倍以上であれば良い。

次のような設定でレイトレーシング法によるシミュレーションを行って、２つの送信アンテナＴＸ１及びＴＸ２から２つの受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₁及びｈ₂₁並びにｈ₁₂及びｈ₂₂を求めた。

〔アンテナの配置〕
図３に示すように、右手系の座標系ｘｙｚ（原点Ｏ）を取り、単位をｍ（メートル）として、次のように４つのアンテナを配置させた。
第１の送信アンテナＴＸ１の放射点の座標（０，−２１，５）、
第２の送信アンテナＴＸ２の放射点の座標（ｘ，−２１，５）、
第１の受信アンテナＲＸ１の受信点の座標（０，ｙ，１）、
第２の受信アンテナＲＸ２の受信点の座標（１，ｙ，１）。
但し、ｘは０．１５、０．３、１、２、３、４の６通りとし、ｙは６から１４までの範囲とする。２つの送信アンテナＴＸ１及びＴＸ２は路車間通信の、路側のアンテナを想定しており、ｘはそれらの距離を示す。２つの送信アンテナＴＸ１及びＴＸ２は、それらを結ぶ直線が、車線の方向に対して垂直となるように配置されている。また、ｘｚ平面上の原点付近に大型車の後部パネルによる遮蔽板等を想定し、２つの受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２は、その大型車の後続の車両に搭載されたアンテナを想定している。即ち距離ｙは、原点に立てられた遮蔽板等から車両に搭載されたアンテナまでの距離である。

〔遮蔽物の配置と、誘電率等の物性の設定〕
遮蔽物として、頂点Ａ乃至Ｈの座標が次のようなスチール（ｓｔｅｅｌ）製の直方体を配置させた。これは、幅２．５メートル、長さ１１メートル、高さ３．３メートルの大型バスを想定したものである。
Ａ（−０．８、−１１、３．３）、
Ｂ（１．７、−１１、３．３）、
Ｃ（１．７、０、３．３）、
Ｄ（−０．８、０、３．３）、
Ｅ（−０．８、−１１、０）、
Ｆ（１．７、−１１、０）、
Ｇ（１．７、０、０）、
Ｈ（−０．８、０、０）。
面ＣＧＨＤが大型バスの後面であり、上述の原点に立てられた遮蔽板である。
スチール製の直方体の底面ＥＦＧＨ以外のｘｙ表面（大地）は「乾いた土壌（ｇｒｏｕｎｄ）」が露出しているものとし、スチール（ｓｔｅｅｌ）と「乾いた土壌（ｇｒｏｕｎｄ）」の誘電率、導電率、誘磁率を次のように設定した。尚、スチール製の直方体以外のｚ＞０の領域は真空の誘電率及び透磁率を用いた。

〔その他の条件〕
２つの送信アンテナＴＸ１及びＴＸ２からの搬送波の周波数を５．８ＧＨｚ、送信電力を１０ｄＢｍ、送受信アンテナＴＸ１及びＴＸ２並びにＲＸ１及びＲＸ２は標準ダイポールで垂直偏波とし、反射回数は１回以下（大地での反射を考慮する）、直方体ＡＢＣＤ−ＥＦＧＨの各辺における回折回数は合計２回以下として、２０波長の短区間中央値をプロットした。

〔伝搬路特性の算出方法〕
尚、伝搬路特性ｈ₁₁及びｈ₂₁並びにｈ₁₂及びｈ₂₂（チャネル応答行列の各行列要素）は次のようにして求めた。尚、ｎ_t番目の送信アンテナとｎ_r番目の受信アンテナ間の伝搬路特性をｈ_nrntと示す。

ただし、ここで、Ｒ_i,uはそれぞれｉ番目のレイ（電磁波線）がｕ番目の反射面で反射した場合の反射係数であり、Ｔ_i,vはｉ番目のレイがｖ番目の透過面を透過した場合の透過係数であり、Ｄ_i,lはｉ番目のレイがｌ番目の回折エッジで回折した際の回折係数である。また、ｓ_i,lはｌ−１番目の回折点からｌ番目の回折点までの延べ距離である。ただし、送信局（送信点）を０番目の回折点と定義する。また、ｇ_nt(i),ｇ_nr(i)は、それぞれ、ｉ番目のレイに対する送信、受信アンテナの複素振幅利得を表わしており、ｋは波数である。

以上の条件でのシミュレーション結果を図４．Ａ乃至図４．Ｇに示す。
〔遮蔽レベルの大きい、ＴＸ１からＲＸ１及びＲＸ２〕
図４．Ａは距離ｙに対する、固定された送信アンテナＴＸ１から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₁及びｈ₂₁のシミュレーション結果を示すグラフ図である。伝搬路特性ｈ₁₁及びｈ₂₁は、送信アンテナＴＸ２の位置（ｘ座標）の変化に対してほとんど変化しなかった（送信アンテナＴＸ２からの送信波に干渉されなかった）ので、代表して１枚のグラフで示す。固定された送信アンテナＴＸ１から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までを結ぶ直線は、６≦ｙ≦１４においてスチール製の直方体の面ＡＢＣＤと面ＣＧＨＤを通る。即ち、固定された送信アンテナＴＸ１から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路は、主として図３に示したスチール製の直方体の辺ＣＤにおける回折によるものである。これに、辺ＡＤと辺ＤＨにおいて２回回折した伝搬路によるものを加えたものである。このため、伝搬路特性ｈ₁₁及びｈ₂₁は、６≦ｙ≦１４において、−７０ｄＢｍを下回り、最も低い値は−１００ｄＢｍ近くまで落ちる。また、伝搬路特性ｈ₂₁は、辺ＡＤと辺ＤＧにおいて２回回折した伝搬路によるものの電力が小さいため、−８０ｄＢｍを下回る範囲が大きい。

〔遮蔽レベルの大きい、ＴＸ２からＲＸ１及びＲＸ２〕
図４．Ｂは、送信アンテナＴＸ２の位置ｘを０．１５ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図である。送信アンテナＴＸ２から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までを結ぶ直線は、各々、６≦ｙ≦１４においてスチール製の直方体の面ＡＢＣＤと面ＣＧＨＤを通る。即ち、送信アンテナＴＸ２から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路は、主として図３に示したスチール製の直方体の辺ＣＤにおける回折によるものであり、これに、辺ＡＤと辺ＤＨにおいて２回回折した伝搬路及び辺ＢＣと辺ＣＧにおいて２回回折した伝搬路によるものを加えたものである。このため、伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂は、６≦ｙ≦１４において、−７０ｄＢｍを下回り、最も低い値は−１００ｄＢｍ近くまで落ちる。

図４．Ｃ及び図４．Ｄは、送信アンテナＴＸ２の位置ｘを各々０．３ｍ及び１ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図である。送信アンテナＴＸ２から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までを結ぶ直線は、６≦ｙ≦１４において図３に示したスチール製の直方体の面ＡＢＣＤと面ＣＧＨＤを通る。即ち、送信アンテナＴＸ２から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路は、主としてスチール製の直方体の辺ＣＤにおける回折によるものであり、これに、辺ＡＤと辺ＤＨにおいて２回回折した伝搬路及び辺ＢＣと辺ＣＧにおいて２回回折した伝搬路によるものを加えたものである。このため、伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂は、６≦ｙ≦１４において、−７０ｄＢｍを下回り、最も低い値は−１００ｄＢｍ近くまで落ちる。また、伝搬路特性ｈ₁₂は、ｙの大きい領域で−９０ｄＢｍまで落ちる。

図４．Ｅは、送信アンテナＴＸ２の位置ｘを２ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図である。送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までを結ぶ直線は、各々、６≦ｙ≦１４において図３に示したスチール製の直方体の面ＡＢＣＤと面ＣＧＨＤを通る。即ち、送信アンテナＴＸ２から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路は、主としてスチール製の直方体の辺ＣＤにおける回折によるものであるが、これに辺ＣＧにおいて１回回折した伝搬路によるものと、面ＢＦＧＣよりも手前（ｘ座標が１．７より大）のｘｙ平面（大地）で１回反射した上辺ＣＧにおいて１回回折した伝搬路によるものが加わる。

図４．Ｂから図４．Ｅまでを比較すると、複数の伝搬路に伴う干渉により電力が減少する位置（受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２の、スチール製の遮蔽面ＣＧＨＤからの距離ｙ）が異なっているが、全体として伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂が低いことが分かる。図４．Ｅのように、送信アンテナＴＸ２のｘ座標が２と、スチール製の直方体の面ＢＦＧＣ（ｘ座標が１．７）よりも手前になった場合でも、ｙが小さい位置において、伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂に若干の改善が見られるが、全体としては改善の度合いは小さい。

〔遮蔽レベルの小さい、ＴＸ２からＲＸ１及びＲＸ２〕
図４．Ｆ及び図４．Ｇは、送信アンテナＴＸ２の位置ｘを３ｍ、４ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図である。送信アンテナＴＸ２から、受信アンテナＲＸ２までを結ぶ直線は、図４．Ｆ（ｘが３）の場合はｙ≧１１．３１で、図４．Ｇ（ｘが４）の場合はｙ≧６．４０で、図３に示すスチール製の直方体ＡＢＣＤ−ＥＦＧＨに遮られることが無く、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ２に送信波が直接伝わる。よって、この場合には、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ２までの伝搬路は、回折や反射を経ない伝搬路と、大地で１回反射した伝搬路を加えたものとなる。

一方、図４．Ｆ（ｘが３）でｙ＜１１．３１、図４．Ｇ（ｘが４）でｙ＜６．４０では、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ２までを結ぶ直線は、図３に示したスチール製の直方体の面ＢＦＧＣと面ＣＧＨＤを通る。また、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ１までを結ぶ直線は、６≦ｙ≦１４において図３に示したスチール製の直方体の面ＢＦＧＣと面ＣＧＨＤを通る。よってこれらの場合は、送信アンテナＴＸ２から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路は、主としてスチール製の直方体の辺ＣＧにおいて１回回折した伝搬路によるものであるが、辺ＣＤにおいて１回回折した伝搬路によるものと、面ＢＦＧＣよりも手前（ｘ座標が１．７より大）のｘｙ平面（大地）で１回反射した上辺ＣＧにおいて１回回折した伝搬路によるものが加わる。

こうして、図４．Ｆ及び図４．Ｇの場合は、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ２への伝搬路特性ｈ₂₂は、６≦ｙ≦１４の範囲全体として、図４．Ｂ乃至図４．Ｅに比べて２０ｄＢｍ近く改善されることとなる。一方、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ１への伝搬路特性ｈ₁₂も、６≦ｙ≦１４の範囲全体として、図４．Ｂ乃至図４．Ｅに比べて２０ｄＢｍ近く改善されるている。図４．Ｆ及び図４．Ｇの比較から、アンテナＴＸ１とＴＸ２の間隔ｘが３よりも４のほうが、伝搬路特性ｈ₁₂及び伝搬路特性ｈ₂₂が共に改善されていることも分かる。

〔シミュレーション考察〕
図３に示したアンテナＴＸ１、ＴＸ２、ＲＸ１及びＲＸ２並びに遮蔽物（スチール製の直方体ＡＢＣＤ−ＥＦＧＨ）配置と図４．Ａ乃至図４．Ｇの結果を考察すると次のようになる。

まず、送信アンテナＴＸ１が受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２から見て遮蔽された状態である。この場合、主たる遮蔽物である面ＣＧＨＤからの距離ｙを変化させても、送信アンテナＴＸ１から受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２への伝搬路特性ｈ₁₁及びｈ₂₁は小さいままとなった。この状態で、アンテナＴＸ１とＴＸ２の間隔ｘを変化させた場合、間隔ｘ≦１で、アンテナＴＸ２のｘ座標が、遮蔽物のｘ座標の最大値（面ＢＦＧＣの１．７）より小さい場合（図４．Ｂ乃至４．Ｄ）送信アンテナＴＸ２が受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２から見て遮蔽された状態であった。また、単にアンテナＴＸ２のｘ座標が、遮蔽物のｘ座標の最大値（面ＢＦＧＣの１．７）より大きくしても（ｘ＝２、図４．Ｅ）、送信アンテナＴＸ２が受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２から見て遮蔽された状態に大きな変化は無い（伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂は小さいまま）。この時、アンテナＴＸ１とＴＸ２の間隔ｘ＝２（メートル）は、一般的な車線幅を３．５メートルとすると、車線幅の０．５７倍である。尚、遮蔽物（スチール製の直方体ＡＢＣＤ−ＥＦＧＨ）のｘ軸方向の幅２．５（メートル）は、一般的な車線幅３．５メートルの０．７１倍である。

一方、アンテナＴＸ１とＴＸ２の間隔ｘ＝３、４（メートル）とした場合は、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ２に直接には送信波が届かない場合（図４．Ｆ（ｘが３）の場合はｙ＜１１．３１で、図４．Ｇ（ｘが４）の場合はｙ＜６．４０）でも、伝搬路特性ｈ₂₂の大きな改善が見られた。また、送信アンテナＴＸ２から受信アンテナＲＸ１にも直接には送信波が届かないが、伝搬路特性ｈ₁₂の大きな改善が見られた。この時、アンテナＴＸ１とＴＸ２の間隔ｘ＝３、４（メートル）は、一般的な車線幅３．５メートルの０．８６倍及び１．１４倍である。

図６にも示した通り、例えば２×２のＭＩＭＯ通信方式の場合、４つの伝搬路特性のうち２つが低下しなければ、即ち送信側の２本のアンテナのうちの１本の遮蔽度合いが小さいか、受信側の２本のアンテナのうちの１本の遮蔽度合いが小さければビット誤り率を十分に低減できる。よって、図３及び図４．Ａ乃至図４．Ｇに示した上記シミュレーションにより、固定側アンテナの距離を、一般的な車線幅の０．８倍以上とすれば、４つの伝搬路特性のうち２つ（ｈ₁₂及びｈ₂₂）の低下を防ぐことができる。より好ましくは、固定側アンテナの距離を、一般的な車線幅以上とすることがである。

主たる遮蔽板である、幅２．５メートル、高さ３．３メートルの面ＣＧＨＤからの、送信アンテナまでの距離２１メートルと、受信アンテナまでの距離ｙメートルを変化させる場合は次のように考えると良い。送信アンテナまでの距離２１ａメートル、受信アンテナまでの距離ｙａメートルとａ倍した場合は、上記のシミュレーションでの送信アンテナまでの距離２１メートルと、受信アンテナまでの距離ｙメートルとを変えずに、面ＣＧＨＤは幅を２．５／ａメートルに縮小し、高さを３．３／ａメートルと縮小した場合に相当する。これで、例えば高速道路を走行中のような車間距離が長い場合についても上記シミュレーションから概略を推測できる。

本発明の具体的な実施例に係る路車間通信装置のアンテナの配置を示す概念図。 本発明の具体的な実施例に係る路車間通信装置のアンテナの配置を示す概念図。 本発明のシミュレーションの全体図（斜視図）。 距離ｙに対する、固定された送信アンテナＴＸ１から、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₁及びｈ₂₁のシミュレーション結果を示すグラフ図。 送信アンテナＴＸ２の位置ｘを０．１５ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図。 送信アンテナＴＸ２の位置ｘを０．３ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図。 送信アンテナＴＸ２の位置ｘを１ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図。 送信アンテナＴＸ２の位置ｘを２ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図。 送信アンテナＴＸ２の位置ｘを３ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図。 送信アンテナＴＸ２の位置ｘを４ｍとした際の、距離ｙに対する、受信アンテナＲＸ１及びＲＸ２までの伝搬路特性ｈ₁₂及びｈ₂₂のシミュレーション結果を示すグラフ図。 ２つの送信アンテナと２つの受信アンテナによる４つの伝搬路特性の関係を示す模式図。 受信アンテナの一方を遮蔽した場合と両方を遮蔽した場合の、最大比合成とＭＩＭＯとにおけるビット誤り率のシミュレーションの一例を示すグラフ図。

符号の説明

ＴＸ１：第１の送信アンテナ
ＴＸ２：第２の送信アンテナ
ＲＸ１：第１の受信アンテナ
ＲＸ２：第２の受信アンテナ

Claims (3)

1. 道路に設けられた第１の通信装置と、当該道路を通行する車両に設けられた第２の通信装置とによる路車間通信方法において、
   前記第１の通信装置と前記第２の通信装置が、各々複数個のアンテナを用いたＭＩＭＯ通信方式を用いるものであり、
   前記第１の通信装置は、少なくとも２つのアンテナが、前記道路の車線方向に平行な２本の直線上に各々配置され、且つ、当該平行な２本の直線は、前記道路の車線幅の０．８倍以上の間隔を有することを特徴とする路車間通信方法。
2. ＭＩＭＯ−ＳＴＢＣ方式を用いることを特徴とする請求項１に記載の路車間通信方法。
3. 請求項１に記載の路車間通信方法に用いる前記道路に設けられた第１の通信装置であって、
   少なくとも２つのアンテナが、前記道路の車線幅の０．８倍以上の間隔を有する車線方向に平行な２本の直線上に各々配置されていることを特徴とする路車間通信装置。