JP2009246557A - 無線通信システム、基地局装置及び移動局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価なシステム構成で、複数の移動局との間で高速に通信することができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】 無線制御部２２は、フレーム毎に移動局から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットをアンテナ１ａ〜１ｄに対し個別に割り当て、要求受信スロットの期間に移動局から接続要求を受信した場合に、後続フレームの通信を行っていない期間に、接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを当該アンテナに対して割り当てる。そして、割り当てられた要求受信スロット及び通信スロットの期間に、対応するアンテナと無線制御部２２との間をアンテナ切替器２１により接続させる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、例えば、ＤＳＲＣ方式を利用して路側機と車載機との間で無線通信を行う無線通信システム、基地局装置及び移動局装置に関する。

ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）は、主に、道路の路側に設置される路側機（基地局装置）と、自動車内の車載機（車両に搭載された移動局装置）のために設けられた無線通信規格である。５．８ＧＨｚ帯を利用したアクティブ方式の双方向通信である。この通信範囲は３〜３０ｍ程度であり、その狭い範囲を通過する車のみと通信する。このＤＳＲＣを利用して、国内では既にＥＴＣ（Electrig Toll Collection：自動料金収受システム）が実用化されており、今後さらに様々なサービスが実現することが予想される。

最近では、ＤＳＲＣの応用システムとして、上記有料道路の他、例えばガソリンスタンドにおいて、ガソリンスタンドの基地局装置と車両に搭載されている車載機との間で無線通信により情報の伝達、給油料金の決済等を行なうシステムが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

しかしながら、上記のような決済システムでは、給油機と給油を受ける車両とを正しく特定してその車両に対する情報伝達及び料金決済等を行う必要がある。このため、混雑時には待ち時間が発生してしまうという問題がある。
特開２００６−４４６１７公報

上述したように、上記のような決済システムでは、路側機と車両に搭載された車載機とを正しく特定してその車両に対する情報伝達及び料金決済等を行う必要がある。このため、混雑時には待ち時間が発生してしまうという問題がある。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、安価なシステム構成で、複数の移動局との間で高速に通信することができる無線通信システム、基地局装置及び移動局装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係る無線通信システムは、複数の移動体の各々に設けられる移動局装置と、前記移動局装置との間で無線通信を行う基地局装置とを備える無線通信システムであって、前記基地局装置は、複数のアンテナと、フレーム毎に時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）を用いて前記複数のアンテナを介して前記移動局装置との間の無線通信を行う無線制御部と、前記複数のアンテナと前記無線制御部との接続を選択的に切り替える切替器とを具備し、前記無線制御部は、前記フレーム毎に前記移動局装置から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットを前記複数のアンテナに対し個別に割り当てる手段と、前記要求受信スロットの期間に前記接続要求を受信した場合に、後続フレームの通信を行っていない期間に、前記接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを前記接続要求を受信したアンテナに対し割り当てる手段と、前記割り当てられた要求受信スロット及び通信スロットの期間に、対応するアンテナと前記無線制御部との間を前記切替器により接続させる手段とを備え、前記移動局装置は、前記要求受信スロットにおいて前記接続要求を送信する接続要求送信手段と、前記割り当てられた通信スロットにおいて前記基地局装置との間で通信を行う通信制御手段とを具備する。

また、この発明に係る基地局装置は、複数の移動体の各々に設けられる移動局装置との間で無線通信を行う基地局装置であって、複数のアンテナと、フレーム毎に時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）を用いて前記複数のアンテナを介して前記移動局装置との間の無線通信を行う無線制御部と、前記複数のアンテナと前記無線制御部との接続を選択的に切り替える切替器とを具備し、前記無線制御部は、前記フレーム毎に前記移動局装置から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットを前記複数のアンテナに対し個別に割り当てる手段と、前記要求受信スロットの期間に前記接続要求を受信した場合に、後続フレームの通信を行っていない期間に、前記接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを前記接続要求を受信したアンテナに対し割り当てる手段と、前記割り当てられた要求受信スロット及び通信スロットの期間に、対応するアンテナと前記無線制御部との間を前記切替器により接続させる手段とを備える。

また、この発明に係る移動局装置は、複数の移動体の各々に設けられ、複数のアンテナと、フレーム毎に時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）を用いて前記複数のアンテナを介して前記移動局装置との間の無線通信を行う無線制御部と、前記複数のアンテナと前記無線制御部との接続を選択的に切り替える切替器とを具備し、前記無線制御部は、前記フレーム毎に前記移動局装置から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットを前記複数のアンテナに対し個別に割り当て、前記要求受信スロットの期間に前記接続要求を受信した場合に、後続フレームの通信を行っていない期間に、前記接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを前記接続要求を受信したアンテナに対し割り当て、前記割り当てられた要求受信スロット及び通信スロットの期間に、対応するアンテナと前記無線制御部との間を前記切替器により接続させる基地局装置との間で無線通信を行う移動局装置であって、前記要求受信スロットにおいて前記接続要求を送信する接続要求送信手段と、前記割り当てられた通信スロットにおいて前記基地局装置との間で通信を行う通信制御手段とを具備する。

したがってこの発明によれば、安価なシステム構成で、複数の移動局との間で高速に通信することができる無線通信システム、基地局装置及び移動局装置を提供することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示す概略構成図で、ガソリンスタンドにおける自動決済を行うＤＲＳＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）システムの一実施例である。なお、図１は、矢印で示すように図示右側からガソリンスタンドに進入する車両ＣＡ１〜ＣＡ４に対して無線通信を行なう場合の構成例を示している。
図１に示すガソリンスタンドは、複数の車線、例えば４つの車線１１ａ〜１１ｄを備えている。上記車線１１ａ、１１ｂに対しては給油機１２ａが設けられ、車線１１ｃ、１１ｄに対しては給油機１２ｂが共通に設けられている。給油機１２ａは車線１１ａに進入してきた車両ＣＡ３に対して給油すると共に、車線１１ｂに進入してきた車両ＣＡ１に対して給油を行う。同様に、給油機１２ｂは車線１１ｃ、１１ｄにそれぞれ進入してきた車両ＣＡ２、ＣＡ４に対して給油を行う。

車線１１ａには、給油機１２ａに対応するアンテナ１ａが設けられ、車線１１ａ上に通信エリア１３ａを形成する。また、車線１１ｂには、給油機１２ａに対応するアンテナ１ｂが設けられ、車線１１ｂ上に通信エリア１３ｂを形成する。同様に、車線１１ｃ、１１ｄには、給油機１２ｂに対応するアンテナ１ｃ、１ｄが設けられ、車線１１ｃ、１１ｄ上にそれぞれ通信エリア１３ｃ、１３ｄを形成する。

上記アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、図２に示すようにアンテナ切替器を介して無線制御部に接続される。図２は、ガソリンスタンドの基地局装置の構成を示すブロック図である。上記アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄがアンテナ切替器２１のスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄにそれぞれ接続される。このアンテナ切替器２１は、高周波スイッチで構成され、ＴＤＭＡのスロット毎にスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを選択的に切替可能である。なお、本実施形態では、アンテナ切替器２１により４つのアンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを切替える場合について示したが、アンテナの切替え数は任意に設定し得るものである。

無線制御部２２は、ＣＰＵ２３の制御の下で、フレーム毎に時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）を用いて上記アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを介して各車両の車載機（移動局装置）との間の無線通信を行う。また、アンテナ切替器２１に対してスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの接続を切り替えるための切替制御信号を供給する。無線制御部２２の処理の詳細は後述する。

一方、図３は、各車両に搭載される移動局装置の構成を示すブロック図である。
移動局装置は、アンテナ３１と、無線通信インタフェース（無線通信Ｉ／Ｆ）３２と、信号処理部３３と、通信処理部３４と、メモリ３５とを備える。無線通信インタフェース３２は、ＲＦ（Radio Frequency）周波数帯への変復調を行う。信号処理部３３は、ベースバンド信号処理を行う。通信処理部３４は、基地局装置との間の接続リンクを確立するための接続要求を送信する接続要求送信機能と、確立されたリンクで行う通信を制御する通信制御機能を有する。通信処理部３４の詳細は後述する。また、メモリ３５には車載機を固有に識別するための固有識別番号（車載機ＩＤ）が記憶される。本実施形態では、車載機ＩＤとしてＷＣＮ（ワイヤレスコールナンバー：ＥＴＣの車載機等に付された車両番号）を用いる。

このように構成される無線通信システムの動作について説明する。図４及び図５は、基地局装置のアンテナ切替タイミングを説明するための図である。

基地局装置と移動局装置との間は、フレーム毎にＴＤＭＡ方式を用いて通信が行われる。ＴＤＭＡ方式で伝送されるフレームは、ＦＣＭＳ（フレームコントロールメッセージスロット）、ＭＤＳ（メッセージデータスロット）、ＡＣＴＳ（アクチベーションスロット）、ＷＣＮＳ（ワイヤレスコールナンバースロット）等から構成される。ＦＣＭＳは、フレーム制御情報と、後続するスロット（例えば、ＡＣＴＳ、ＭＤＳ、ＷＣＮＳ）の割付情報とからなるＦＣＭＣ（フレームコントロールメッセージチャネル）を基地局装置が送信する通信制御用スロットである。ＡＣＴＳは、移動局装置から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットである。ＭＤＳは、接続要求の送信元の移動局装置との間でデータを送受信するスロットである。ＷＣＮＳは、移動局装置から車載機を識別するためのＷＣＮを取得するためのスロットである。

図４は、移動局と間で通信が行われていない場合の伝送フレームを示している。図４に示すように、複数の移動局装置（車載機）を制御するために、基地局装置からＦＣＭＣをすべてのアンテナから送信する。図２において、無線制御部２２は、ＦＣＭＳの期間に、アンテナ切替器２１の全てのスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄをＯＮとする。これにより、全アンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに、ＦＣＭＣが送信される。

各フレームの最後尾のスロットにＡＣＴＳが設けられる。無線制御部２２は、このＡＣＴＳの期間にアンテナ切替器２２のスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄをフレーム毎に順次ＯＮに切り替えるように制御する。これにより、フレーム毎にアンテナ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対しＡＣＴＳが順次割り当てられる。移動局装置は、車両が通信エリアに進入すると、対応するアンテナに割り当てられたＡＣＴＳの期間に、基地局装置に対して接続要求を行うためのＡＣＴＣ（アクチべーションチャネル）を送信する。

無線制御部２２は、移動局装置からＡＣＴＣを受信したときに、ＡＣＴＣの受信レベル（ＲＳＳＩ：受信信号強度）を図６のようにレジスタに書き込む。ＣＰＵ２３は、この受信レベルの平均値が閾値以上の場合にリンク条件を満たすものと判定する。また、このレジスタに最小レベル値を設けておき、レベルが最小レベル以下はリンクする条件にはカウントしないものとする。隣接する車線からのＡＣＴＣを受信する場合があり、これを含めて平均化すると障害となるので、最小レベルを平均化しないように取り除く機能を付加する。

図５は、移動局と間で通信が行われる際の伝送フレームを示している。無線制御部２２は、ＡＣＴＳの期間に移動局装置からＡＣＴＣを受信すると、後続フレームの通信を行っていない期間（空きスロット）に、接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを接続要求を受信したアンテナに対し割り当てる。

図７は、スロット設定レジスタを示す図である。スロット種別には、ＭＤＳやＷＣＮＳ等が書き込まれ、そのスロットを割り当てたアンテナ番号が書き込まれる。ＣＰＵ２３は、上記リンク条件を満たしたアンテナに対してＭＤＳやＷＣＮＳをＦＣＭＣ内に割り当てる。また、図８は、アンテナに対するスロットの割り付け例を示す図である。Ｃ／Ｎ（チャネルナンバー）は、‘１’は設定有効、‘０’は設定無効とし、無効の場合は送信しない。図８では、アンテナ番号０、３、４、６に、ＭＤＳスロットを割り付けられていることを示している。

そして、無線制御部２２は、上記スロット設定レジスタにおいて、スロット番号からアンテナ番号を参照し、スロット送信のたびにアンテナ切替器２１を切替制御する。例えば、図５に示すように、アンテナ１には、データ送受信用スロットとしてＭＤＳ１、ＭＤＳ２が割り当てられる。無線制御部２２は、上記割り当てられたＭＤＳ１、ＭＤＳ２の期間に、アンテナ１に対応するスイッチ２１ａをＯＮにするようアンテナ切替器２１を切替制御する。これにより、アンテナ１が形成する通信エリアの移動局装置は、ＭＤＳ１、ＭＤＳ２の期間において基地局装置との間でデータを送受信する。

また、無線制御部２２は、ＷＣＮを取得する際には、対応するアンテナにＷＣＮＳを割り当て、アンテナ切替器２１によりその期間に当該アンテナを接続し、移動局装置からＷＣＮを取得するためのＷＣＮＣ（ワイヤレスコールナンバーチャネル）を受信する。また、データ通信終了後に、再び空いているスロットが発生した場合には、上記同様に通信が行われていないアンテナに対してＡＣＴＳを割り当て、移動局からの接続要求を受け付ける。

さらに、アンテナ切替器２１により１つのスロットの期間に必要に応じて複数のアンテナのスイッチをＯＮにすることで、複数のエリアに存在する移動局装置に対して同報を行うことができる。このようにすることで、例えば、給油待ち等で滞留している複数の車両に対して一斉に広告情報や映像／音楽情報を配信することが可能である。

したがって、上記実施形態によれば、１つの基地局装置で複数の車両との間で高速に通信することが可能となるため、ガソリンスタンドのレーンのような狭い領域で、各通信エリア間の干渉を低減して高速に通信可能なシステムを低コストで構築することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明に係る無線通信システムの一実施形態の概略構成図。 図１に示すシステムの基地局装置の構成を示す機能ブロック図。 図１に示すシステムの移動局装置の構成を示す機能ブロック図。 基地局装置のアンテナ切替タイミングを説明するための図。 基地局装置のアンテナ切替タイミングを説明するための図。 ＡＣＴＣの受信レベルを示す図。 スロット設定レジスタを示す図。 アンテナに対するスロットの割り付け例を示す図。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…アンテナ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…車線、１２ａ、１２ｂ…給油機、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…通信エリア、ＣＡ１〜ＣＡ３…車両、２１…アンテナ切替器、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ……スイッチ、２２…無線制御部、２３…ＣＰＵ、３１…アンテナ、３２…無線通信インタフェース、３３…信号処理部、３４…通信処理部、３５…メモリ。

Claims (3)

1. 複数の移動体の各々に設けられる移動局装置と、前記移動局装置との間で無線通信を行う基地局装置とを備える無線通信システムであって、
   前記基地局装置は、
   複数のアンテナと、
   フレーム毎に前記複数のアンテナを介して前記移動局装置との間の無線通信を行う無線制御部と、
   前記複数のアンテナと前記無線制御部との接続を選択的に切り替える切替器と
   を具備し、
   前記無線制御部は、
   前記フレーム毎に前記移動局装置から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットを前記複数のアンテナに対し個別に割り当てる手段と、
   前記要求受信スロットの期間に前記接続要求を受信した場合に、後続フレームの通信を行っていない期間に、前記接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを前記接続要求を受信したアンテナに対し割り当てる手段と、
   前記割り当てられた要求受信スロット及び通信スロットの期間に、対応するアンテナと前記無線制御部との間を前記切替器により接続させる手段と
   を備え、
   前記移動局装置は、
   前記要求受信スロットにおいて前記接続要求を送信する接続要求送信手段と、
   前記割り当てられた通信スロットにおいて前記基地局装置との間で通信を行う通信制御手段と
   を具備することを特徴とする無線通信システム。
2. 複数の移動体の各々に設けられる移動局装置との間で無線通信を行う基地局装置であって、
   複数のアンテナと、
   フレーム毎に前記複数のアンテナを介して前記移動局装置との間の無線通信を行う無線制御部と、
   前記複数のアンテナと前記無線制御部との接続を選択的に切り替える切替器と
   を具備し、
   前記無線制御部は、
   前記フレーム毎に前記移動局装置から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットを前記複数のアンテナに対し個別に割り当てる手段と、
   前記要求受信スロットの期間に前記接続要求を受信した場合に、後続フレームの通信を行っていない期間に、前記接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを前記接続要求を受信したアンテナに対し割り当てる手段と、
   前記割り当てられた要求受信スロット及び通信スロットの期間に、対応するアンテナと前記無線制御部との間を前記切替器により接続させる手段と
   を備えることを特徴とする基地局装置。
3. 複数の移動体の各々に設けられ、複数のアンテナと、フレーム毎に前記複数のアンテナを介して前記移動局装置との間の無線通信を行う無線制御部と、前記複数のアンテナと前記無線制御部との接続を選択的に切り替える切替器とを具備し、前記無線制御部は、前記フレーム毎に前記移動局装置から送信される接続要求を受信するための要求受信スロットを前記複数のアンテナに対し個別に割り当て、前記要求受信スロットの期間に前記接続要求を受信した場合に、後続フレームの通信を行っていない期間に、前記接続要求の送信元の移動局装置との間で通信するための通信スロットを前記接続要求を受信したアンテナに対し割り当て、前記割り当てられた要求受信スロット及び通信スロットの期間に、対応するアンテナと前記無線制御部との間を前記切替器により接続させる基地局装置との間で無線通信を行う移動局装置であって、
   前記要求受信スロットにおいて前記接続要求を送信する接続要求送信手段と、
   前記割り当てられた通信スロットにおいて前記基地局装置との間で通信を行う通信制御手段と
   を具備することを特徴とする移動局装置。

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