JP2009260781A - 移動体用通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信リンク接続の信頼性を向上する。
【解決手段】制御部は、進行方向側に設置されたアンテナ１２ａから受信した受信信号強度が第１所定閾値以上であると判定した後、進行方向後方側に設置されたアンテナ１２ｂから受信した受信信号強度が第２所定閾値以上であることを条件として通信リンクが可であると判定し、通信リンクが可であると判定されると基地局との間で通信リンクを確立する。
【選択図】図５

Description

本発明は、固定局との間で通信可能に構成され移動体に搭載可能な移動体用通信装置に関する。

この種の通信装置を用いた通信システムの一例として、狭域通信（ＤＳＲＣ）システムがある。この狭域通信システムの規格が非特許文献１に開示されている。この規格によれば、移動局は、基地局（固定局）から定期的に送信される信号を受信した信号レベルが受信感度を上回る場合に誤り検定を複数回実行した後、基地局に通信リンクすることを推奨しているため、特許文献１に開示されている技術思想では、無線基地局によって構成される通信エリアに進入する際、又は該通信エリアから退出する際に、受信信号強度判定結果と誤り検定結果とを論理積又は論理和によって無線基地局との通信可否を判定する方法が提案されている。

また、その他にも、料金収受用無線装置およびそのシステムに関し、料金収受の信頼性を向上させるため、料金収受用アンテナの誤通信を検出するための誤通信検出用アンテナを設けた技術思想も提供されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、素子アンテナの一部の素子アンテナが受信信号品質に従って適応的に選択してサブアレーを構成し、受信回路に接続している技術思想も提供されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−２０９５１１号公報 特開２００７−２４１５４２号公報 特開平８−２７９７８０号公報 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７５ 狭域通信（ＤＳＲＣ）システム標準規格（社団法人 電波産業会）

しかしながら、特許文献１に開示されている技術思想では、高速走行する複数の移動局に対し路面からの反射波や隣接レーンからの干渉波、受信機内部の熱雑音の影響等によって何度もリンク接続又は切断を繰り返してしまうことを軽減することはできるものの、移動体の速度が遅い場合や渋滞等で停車した場合などには、定置構造物または移動体による反射等のフェージングの影響によって本来の通信エリア外にスポット的に通信可能なエリアが形成された場合、電界強度の安定しない場所でもリンク接続してしまうという虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、通信リンク接続の信頼性を向上した移動体用通信装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、次のように作用する。判定手段は、移動体の進行方向に空間的に離間して配置された複数のアンテナから受信した受信信号の強度がそれぞれ所定閾値以上であることを条件として通信リンクが可であると判定する。通信制御手段は、判定手段により通信リンクが可であると判定されると固定局との間で通信リンクを確立するため、進行方向に離間した複数のアンテナ共に受信信号強度が閾値以上とならない限り通信リンク接続を開始しないため、たとえスポット的に通信可能なエリアが存在したり、電界強度が安定しない場所が存在したとしても通信リンク接続することがなくなり、通信リンク接続の信頼性を向上できる。

請求項２記載の発明によれば、次のように作用する。第１判定手段が、移動体の進行方向に離間して配置された複数のアンテナのうち進行方向側に配置された一のアンテナから受信した受信信号の強度が第１の所定閾値以上であるか否か判定する。第２判定手段は、第１判定手段により受信信号の強度が第１の所定閾値以上であると判定されたことを条件とすると共に、複数のアンテナのうちの移動体の進行方向の後方側の他のアンテナから受信した受信信号の強度が第２の所定閾値以上であることを条件として通信リンクが可であると判定し、通信制御手段は、第２判定手段により通信リンクが可であると判定されると固定局との間で通信リンクを確立するため、進行方向に離間した少なくとも２つのアンテナの双方共に受信信号強度が閾値以上とならない限り通信リンク接続を開始しないため、たとえスポット的に通信可能なエリアが存在したり、電界強度が安定しない場所が存在したとしても通信リンク接続することがなくなり、通信リンク接続の信頼性を向上できる。

請求項３記載の発明によれば、通信リンクが可であると判定された後、移動体の進行方向の後方側に配置されたアンテナを固定局との間の通信リンク時の通信用アンテナとして適用することで、前方側に配置されたアンテナでの受信信号を通信状態の予測信号として、例えば請求項６に記載するような通信リンク接続の信頼性を向上するための制御に利用できる。

請求項４記載の発明のように第１の所定閾値が第２所定閾値と異なって設定することも可能である。そこで、第１の所定閾値を第２所定閾値よりも高く設定すれば、雑音などによるゆらぎの影響で発生する誤判定を排除し、進行方向の後方側に配置されたアンテナによってより信頼性の高い通信リンク接続を実現できる。

請求項６記載の発明によれば、通信制御手段は、アンテナによる受信電力に応じてデータ通信中の受信ゲインまたは／および送信時ゲインを制御するため、データの送受信制御を良好に保つことができる。

以下、本発明の移動体用通信装置をＤＳＲＣ路車間通信システムの車載機に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、ＤＳＲＣ路車間通信システムの概略を示している。

この図１に示すように、ＤＳＲＣシステム１は、道路などに設置された路側システム２と、移動局としての車載器３とを備えた路車間通信システムとして構成されている。ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）は、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection）、ガソリンスタンドや駐車場などにおける決済および物流管理などに用いられるように実用化が進められており、例えば５．８ＧＨｚ帯の通信帯域が利用されており狭域通信と称されている。

路側システム２は、センター装置４、路側制御装置５、路側無線装置および固定局としての基地局６とをネットワークＮを介して接続することによって構成されている。センター装置４は、路側システム２を統括管理する。路側制御装置５は基地局６を制御する。車載器３は、基地局６との間でＤＳＲＣ規格によって無線通信可能に構成されている。

図２は、車載器の電気的構成を概略的に示している。
この図２に示すように、車載器３は、電源部７、メモリ８、制御部９、ＨＭＩ（ヒューマンマシンインタフェース）部１０、送受信部１１を具備して車両Ｃ内に設置された複数のアンテナ１２（１２ａ、１２ｂ）を接続して構成されている。

電源部７は、外部（車載バッテリ）からの電源供給を受けて直流電源を内部に供給する。メモリ８は、送受信時に必要なデータの保持、および送受信プログラムなどを記憶する。ＨＭＩ部１０は、図示しないスピーカやＬＥＤによって外部との通信結果などの車載器３の状態を表示する。送受信部１１は、路側システム２の基地局６との間でアンテナ１２（１２ａ、１２ｂ）を通じて無線通信する。制御部９は無線通信の制御、各種通信処理などを行うＣＰＵによって構成されており、通信制御手段、判定手段として機能する。

図３は、ＤＳＲＣ通信システムの通信可能エリアと車載器のアンテナの配設位置とを概略的に示している。
この図３に示すように、基地局６の通信エリアＡは、車両Ｃの進行方向に対向した方向に向けて設定されており、１台の基地局６が通信可能なエリアＡは、基地局６の手前の所定幅領域（例えば３〜３０ｍ程度）であり、車両Ｃがこの通信エリアＡに位置しているときには通信リンク接続可能となっており、当該通信エリアＡ内に位置しているときには所定の通信処理を行い、通信リンクを切断するという一連の通信処理を行うことが可能となる。

しかし、この通信エリアＡの進行方向手前には、車載器３と基地局６との間の通信処理が不安定となるディップ部Ｄが存在し、このディップ部Ｄ内では、車載器３の受信電界強度が弱いため車両Ｃ内の車載器３と基地局６とが通信リンクを開始したとしても途中で通信が途切れる場合もある。

また、図４に示すように、車両Ｃが走行する走行車線Ｚ１に対向した対向車線Ｚ２に基地局６が設置されている場合には、たとえ基地局６が対向車線Ｚ２にのみ通信処理可能な強度の電波信号を送信したとしても当該送信電波がフェージングなどの影響によって車両Ｃの走行車線Ｚ１側に漏洩してしまい通信リンク接続されてしまう場合もある。そこで、本実施形態では、車両Ｃ内のアンテナ１２を複数設け、車載器３がこれらのアンテナ１２（１２ａ、１２ｂ）の受信信号を利用して通信処理するようにしている。

本実施形態においては、図３または図４に示すように、車両Ｃの進行方向後方側のアンテナ１２ｂが、車両Ｃ内のダッシュボードの上に配置されており、車両Ｃの進行方向側のアンテナ１２ａが車両Ｃ前部のボンネット最前端に配置されている。これらのアンテナ１２ａ、１２ｂは、車両Ｃが通信エリアＡに入場したときに路側の基地局６の電波発信部と対向するように配設されており、車両Ｃ内において進行方向に所定間隔（例えば数十ｃｍ〜数ｍ程度）離間して配置されている。このアンテナ１２ａ、１２ｂ間の間隔（複数のアンテナの最大間隔）は、通信エリアＡの進行方向長（例えば数ｍ〜数十ｍ程度）に比較して例えば数分の１程度に短く設定されている。

上記構成の動作について説明する。
図５は、車載器のリンク接続およびリンク切断状態の状態遷移図を示している。
この図５に示すように、車載器３の制御部９は、リンク切断状態にあるときにはリリースタイマが動作し再接続処理が可となる（Ｓ０）と、車両Ｃの前部に設置されたアンテナ１２ａを通じて受信する信号強度を検出し（Ｓ１）、この受信信号強度が第１所定閾値以上であるか否かを判定し（Ｓ２）、この条件を満たした場合に第１段階としてリンク接続可であると認定する。

次に、制御部９は、車両Ｃの進行方向後方側に配置されたアンテナ１１ｂから受信する受信信号強度を検出し（Ｓ３）、この受信信号強度が第２所定閾値以上であるか否かを判定し（Ｓ４）、この条件を満たした場合に第２段階として通信リンク接続が可であると認定する。このとき、第１所定閾値と第２所定閾値とは同一レベルであっても良いし異なるレベルであっても良い。アンテナ１２ａの受信電界強度の第１所定閾値が、アンテナ１２ｂの受信電界強度の第２所定閾値よりも高ければ、たとえ電界強度分布の揺らぎがあったとしても判定用の閾値レベルを厳しく設定できるため、より通信リンク接続の信頼性を向上できるようになる。

制御部９は、これらのアンテナ１２（１２ａ、１２ｂ）からの受信信号強度の条件を全て満たした場合に限り、通信スロットを割付けて（Ｓ５）から、通信リンク接続を開始してリンク接続状態に移行する。尚、アンテナ１２の数は２つに限られず、車両の進行方向に沿って３つ以上の複数個設置されていても良い。

車載器３の制御部９は、通信リンク接続を開始すると、データの送受信を行い（Ｓ６）、所望の通信が完了すると、基地局６側からリリースコマンドを受信する（Ｓ７）か、もしくは、送受信処理がタイムアウトする（Ｓ８）までリンク接続状態を維持する。制御部９は、ステップＳ７またはＳ８の条件を満たしたときには通信リンク切断状態に移行する。

図６は、車両の停止状態もしくは低速走行状態における基地局の送信電波のイメージ図を示している。この図６は、車両Ｃが図３中のディップ部Ｄ内に位置している場合の受信電界強度の様子を模式的なイメージ図によって示している。

この図６に示すように、基地局６が通信エリアＡ内に向けて電波信号を送信するときには、基地局６の送信信号のディップ部Ｄ内の電界強度Ｓは、その搬送波の波長に応じて山と谷を生じる。尚、車載器３が所定の通信エリアＡ内に位置しているときは十分に閾値を上回る。

図７は、ディップ部を低速走行した場合において車載器の接続アンテナが受信する電界強度と閾値との関係およびその判定結果を概略的に示している。
各アンテナ１２ａ、１２ｂは、互いに設置位置が車両Ｃの進行方向に離間している。特に、アンテナ１２ａ、１２ｂの互いの間隔は、ディップＤ部における波の山と谷の間隔よりも大きくなっている。このため、各アンテナ１２ａ、１２ｂが受信する電波信号の電界強度も異なり、アンテナ１２ａの受信信号は、後方側のアンテナ１２ｂが将来的に受信する信号の様子を予測するようになっている。

図７に示すように、車両Ｃが進行方向に進むと、車両Ｃの進行方向後方側に設置されたアンテナ１２ｂは、アンテナ１２ａが受信する受信信号の波よりも遅い波の信号を受信する。アンテナ１２ａ、１２ｂ間の設置間隔が例えば数十ｃｍ程度に調整されていれば、図７に示すように、アンテナ１２ａの受信信号強度が閾値以上となった場合であっても、アンテナ１２ｂの受信信号強度が閾値を下回り、逆に、アンテナ１２ｂの受信信号強度が閾値以上となった場合であってもアンテナ１２ｂの受信信号強度が閾値を下回る場合もある。このような場合には、図５の状態遷移図内において、通信リンクの切断状態が保持されることになる。

したがって、車載器３は、ディップ部Ｄのように電界強度の不安定な領域内では基地局６との間で通信リンク接続を確立することがない。尚、車両Ｃが停止状態である場合にも同様に通信リンクが接続を開始することはない。

図８は、基地局の通信可能エリアを車両が高速走行した場合に車載器の接続アンテナが受信する電界強度と閾値との関係およびその判定結果を概略的に示している。
図８に示すように、通信エリアＡ内では、アンテナ１２ａ、１２ｂ共に十分に強い電界強度の電波信号を受信するが、前述と同様に、アンテナ１２ｂが受信する受信信号の波は、アンテナ１２ａが受信する受信信号の波よりも遅れる。したがって、通信エリアＡ内では、車両Ｃが進行方向に走行すると、アンテナ１２ａの受信信号強度の方が先に閾値以上になる（図８の（１）参照）。

その後、通信エリアＡ内においてアンテナ１２ａおよび１２ｂの受信信号強度が共に閾値以上になると、その地点Ｘにおいて車載器３の制御部９は通信リンク接続を開始する（図８の（２）参照）。車両Ｃの走行中に車載器３が基地局６との間の通信処理に用いるアンテナとしてはアンテナ１２ｂを適用すると良い。すると、通信処理を安定して行うことができる。

尚、ＤＳＲＣシステム１においては、車載器３は、通信リンク接続を開始するのに際し、基地局６が定期的に通信エリアＡに送信する信号を複数回受信することで接続判定している。車載器３がこの定期的送信信号を所定の通信エリアＡの範囲内で複数回受信する間に通信リンクが遮断してしまうと、再度通信リンク接続開始処理から繰り返す必要を生じることで結果的に多大な時間を要してしまうことになり、通信エリアＡ内の通過速度が速い場合には通信エリアＡ内で通信を完了できない虞が生じてしまう。

例えば、従来のように、車載器３が１つのアンテナを接続して構成されている場合には、車載器３がディップ部Ｄ内で定期的送信信号を１回受信し通信リンク接続を開始し再度次の定期的送信信号を受信するときに車両Ｃが受信電界強度の低い場所に移動してしまうとリンク途切れが生じてしまう虞がある。この場合、再度通信エリアＡ内で通信リンク接続開始処理から繰り返されるものの、一旦通信エリアＡの周辺のディップ部Ｄでリンク途切れが生じている場合には、再度通信リンク接続を開始するまでに準備時間を必要としてしまい、結果的に通信エリアＡの中心付近から通信リンク接続を開始する虞もある。すると、車両Ｃが高速走行している場合には通信エリアＡ内で通信を完了できない虞を生じてしまう。

本実施形態によれば、アンテナ１２ａおよび１２ｂが、車両Ｃ内の進行方向に空間的に離間して配置され、制御部９は複数のアンテナ１２ａおよび１２ｂから受信した受信信号の強度がそれぞれ第１所定閾値、第２所定閾値以上であることを条件として通信リンクが可であると判定し、この条件を満たしたときに基地局６との間で通信リンクを確立開始するようにしているため、電界強度の安定しない場所（例えば、ディップ部Ｄ、基地局６の設置場所の対向車線など）で通信リンクの接続開始を防止できる。すると、車載器３は、通信エリアＡの周縁領域において基地局６からの１回目の定期的送信信号を受信できるようになり、車両Ｃが高速走行していたとしても通信エリアＡ内で通信処理を中断することなく正常に終了できる。これにより、通信リンク接続の信頼性を向上できる。

また、制御部９は、アンテナ１２ａから受信した受信信号強度が第１所定閾値以上であると判定した後、アンテナ１２ｂから受信した受信信号の強度が第２所定閾値以上であることを条件として通信リンクが可であると判定し、通信リンクが可であると判定されると基地局６との間で通信リンクを確立するため、進行方向に離間したアンテナ１２ａ、１２ｂの受信信号強度が共に閾値以上とならない限り通信リンク接続を開始しない。このため、たとえスポット的に通信可能なエリアが存在し電界強度が安定しない場所が存在したとしても通信リンク接続することがなくなり、通信リンク接続の信頼性を向上できる。

また、制御部９は、通信リンクが可であると判定された後には、車両Ｃの進行方向の後方側に配置されたアンテナ１２ｂを基地局６との間の通信リンク時の通信用アンテナとして適用するため、通信処理に要する時間を極力少なくしながら安定した通信処理を行うことができ、通信リンク接続の信頼性を向上できる。

制御部９は、車両Ｃ内に配置されたアンテナ１２ａ、１２ｂによる受信電力に応じてデータ通信中の受信ゲインまたは／および送信時ゲインを制御すると、データの送受信制御を良好に保つことができる。

（変形例）
図９は、前述実施形態の変形例を示すもので、３つのアンテナが進行方向に並んで設置されている場合に車載器の接続アンテナが受信する電界強度と閾値との関係およびその判定結果を概略的に示している。
この図９に示すように、車両Ｃの進行方向側から順に３つのアンテナ（Ａ）〜（Ｃ）が後方に向けて並んで設置されている場合には、車両Ｃの進行方向側に位置するアンテナ（Ａ）の受信電界強度から順に閾値以上となる傾向にあるため、全てのアンテナ（Ａ）〜（Ｃ）から受信する電界強度が全て閾値以上となった地点Ｘにおいて通信リンク接続が可であると判定すれば、前述実施形態と同様の作用効果が得られる。この場合、車載器３が通信リンク接続する場合のアンテナとして最後方に設置されたアンテナ（Ｃ）を適用すると、通信処理に要する時間を極力少なくしながら安定した通信処理を行うことができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
前述実施形態では、車両Ｃの進行方向側に設置されたアンテナ１２ａの受信信号の電界強度が閾値以上となる条件を満たしてから、さらに車両Ｃの後方側のアンテナ１２ｂの受信信号の電界強度が閾値以上となる条件を判定しているが、判定順序はこれに限られない。すなわち、車両進行方向後方側のアンテナ１２ｂの電界強度の条件を判定してから車両進行方向側のアンテナ１２ａの電界強度の条件を判定するようにしても良い。

本発明の一実施形態について路車間通信システムの電気的構成を示すブロック図 車載器の電気的構成を示すブロック図 通信エリアとディップ部と車両のアンテナの設置位置を概略的に示す図 反対車線に対する電波漏洩状況を概略的に示す図 リンク接続遮断の状態遷移図 ディップ部における基地局の電波信号の電界強度分布のイメージ図 アンテナの受信電界強度の変化の様子を示す模式図（ディップ部低速走行時） アンテナの受信電界強度の変化の様子を示す模式図（高速走行時：その１） アンテナの受信電界強度の変化の様子を示す模式図（高速走行時：その２）

符号の説明

図面中、１はＤＳＲＣ通信システム、２は路側システム、３は車載器（移動体用通信装置）、６は基地局（固定局）、９は制御部（通信制御手段、判定手段）、Ｃは車両（移動体）を示す。

Claims (6)

1. 固定局との間で通信可能に構成され移動体に搭載可能な通信装置において、
   前記移動体の進行方向に空間的に離間して配置された複数のアンテナから受信した受信信号の強度がそれぞれ所定閾値以上であることを条件として通信リンクが可であると判定する判定手段と、
   この判定手段により通信リンクが可であると判定されると前記固定局との間で通信リンクを確立する通信制御手段とを備えたことを特徴とする移動体用通信装置。
2. 固定局との間で通信可能に構成され移動体に搭載可能な通信装置において、
   前記移動体の進行方向に空間的に離間して配置された複数のアンテナのうち進行方向側に配置された一のアンテナから受信した受信信号の強度が第１の所定閾値以上であるか否か判定する第１判定手段と、
   前記第１判定手段により受信信号の強度が第１の所定閾値以上であると判定されたことを条件とすると共に、前記複数のアンテナのうちの移動体の進行方向の後方側の他のアンテナから受信した受信信号の強度が第２の所定閾値以上であることを条件として通信リンクが可であると判定する第２判定手段と、
   前記第２判定手段により通信リンクが可であると判定されると前記固定局との間で通信リンクを確立する通信制御手段とを備えたことを特徴とする移動体用通信装置。
3. 前記通信制御手段は、通信リンクが可であると判定された後、移動体の進行方向の後方側に配置された他のアンテナを前記固定局との間の通信リンク時の通信用アンテナとして適用することを特徴とする請求項１または２記載の移動体用通信装置。
4. 前記第１の所定閾値および第２の所定閾値が互いに異なることを特徴とする請求項２または３記載の移動体用通信装置。
5. 前記第１の所定閾値が、前記第２の所定閾値よりも高いことを特徴とする請求項４記載の移動体用通信装置。
6. 前記通信制御手段は、前記アンテナによる受信電力に応じてデータ通信中の受信ゲインまたは／および送信時ゲインを制御することを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の移動体用通信装置。

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