JP2011211335A - 無線パケット受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のパケット信号を適正に受信する。
【解決手段】 ２つのアンテナ２、３と、アンテナ２、３で受信したパケットフレームのうち、第１のパケットフレームを優先的に選択して出力する第１のフィルタバンク４と、第１のフィルタバンク４で選択された第１のパケットフレームの出力電力を最小化し、第２のパケットフレームを出力する第２のフィルタバンク５と、第１のフィルタバンク４および第２のフィルタバンク５から出力されたパケットフレームを復号する復号処理部２４、３９とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車車間通信などを行うための無線パケット受信装置に関する。

例えば、車両に関する情報を含むパケット信号を他車両との間で送受信する車車間通信では、各車両に車車間通信装置が搭載され、搭載車両の位置、移動速度などを含むパケット信号を送信する。そして、パケット信号を受信した車車間通信装置では、パケット信号に基づいて、例えば、パケット信号の送信元の車両との接触が回避されるよう、運転手に対する注意喚起や警告、または自車両の走行制御などを行う。

このようなパケット信号は、フレームの先頭部に、同期タイミングを示すプリアンブルを含む。そして、車車間通信装置は、このプリアンブルを用いて同期処理を行い、同期処理に基づくタイミングで、パケット信号に含まれる情報を取得するようになっている。

また、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式の車車間通信では、パケット信号の送信前に受信を試みることで、通信中の他車両があるか否かを確認し、他車両が送信中でない場合に、自車両の送信を開始するが、いわゆる隠れ端末問題が生じる場合がある。すなわち、車両Ａと車両Ｂとが互いに隠れていて（信号の到達範囲外に位置し）、双方が同時にパケット信号を送信した場合に、車両Ｃにおいて２つのパケット信号が衝突する、という問題が発生する。なお、次の特許文献１および特許文献２には、２つのパケット信号を同じ時間帯に受信した場合の処理について、記載されている。

米国特許第４６１１３３４号明細書 米国特許第５９８７０３３号明細書

ところで、上記のようなパケット信号の衝突が発生すると、他車両との接触回避などの制御を適正に行えないおそれが生じる。例えば、先に受信したパケット信号の情報に基づいて車両を制御する場合、車両Ａよりも車両Ｂが車両Ｃに近いにもかかわらず、車両Ａからのパケット信号が先に車両Ｃに受信された場合には、車両Ｂとの接触を回避できないおそれが生じる。また、上記特許文献の方法により２つのパケット信号の電力によって、優先させるべきパケット信号を選択する場合、２つのパケット信号の電力が同等であると、互いに干渉し、双方のパケット信号を適正に受信できなくなってしまう。

そこでこの発明は、複数のパケット信号を適正に受信可能な無線パケット受信装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためにこの発明は、２個以上の整数個であるｎ個のアンテナと、
前記アンテナで受信したパケットフレームのうち、それぞれ特定のパケットフレームを優先的に選択して出力する（ｎ−１）個の最大化フィルタバンクと、
前記最大化フィルタバンクで選択されたパケットフレームの出力電力を最小化し、他のパケットフレームを出力する１個の最小化フィルタバンクと、
前記最大化フィルタバンクおよび最小化フィルタバンクから出力されたパケットフレームを復号する復号手段と、
を備えることを特徴とする無線パケット受信装置である。

この発明によれば、２つのパケット信号を受信することを想定する場合、「ｎ」を「２」とし、最大化フィルタバンクと最小化フィルタバンクとをそれぞれ１個備える。そして、第１のパケットフレームがアンテナで受信されると、最大化フィルタバンクによってこのパケットフレームが優先的に選択されるとともに、最小化フィルタバンクによってこのパケットフレームの出力電力が最小化される。続いて、第２のパケットフレームがアンテナで受信されると、最大化フィルタバンクにおいてはこのパケットフレームが出力されず、最小化フィルタバンクからこのパケットフレームが出力される。このようにして、最大化フィルタバンクからは第１のパケットフレームが出力され、最小化フィルタバンクからは第２のパケットフレームが出力され、これらのパケットフレームが復号手段によって復号される。

この発明によれば、各最大化フィルタバンクおよび最小化フィルタバンクから、異なるパケットフレームが選択的に出力されるため、時間帯を重ねて複数のパケット信号（パケットフレーム）を受信した場合でも、それぞれのパケット信号を適正に受信して、復号することができる。この結果、例えば車車間通信において、いわゆる隠れ端末があったとしても、それぞれのパケット信号の情報に基づいて、接触回避などの制御を適正に行うことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る無線パケット受信装置を示す構成ブロック図である。 図１の無線パケット受信装置の受信処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１において、２つのパケット信号を受信したタイミングを示す図である。 この発明の実施の形態２に係る無線パケット受信装置を示す構成ブロック図である。 図４の無線パケット受信装置の受信処理を示すフローチャートである。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、この実施の形態に係る無線パケット受信装置１を示す構成ブロック図である。この無線パケット受信装置１は、時間帯を重ねて２つのパケット信号を受信可能な装置であり、主として、２つのアンテナ２、３と、フィルタバンク４、５と、復号処理部（復号手段）２４、３９とを備えている。

第１のアンテナ２と第２のアンテナ３にはそれぞれ、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換するＲＦ−ＢＢ変換回路２１、３１と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２２、３２とが接続されている。さらに、第１のＡ／Ｄ変換部２２と第２のＡ／Ｄ変換部３２とがそれぞれ、第１のフィルタバンク（最大化フィルタバンク）４と第２のフィルタバンク（最小化フィルタバンク）５とに接続されている。すなわち、第１のＡ／Ｄ変換部２２と第２のＡ／Ｄ変換部３２からのデジタル信号が、それぞれ第１のフィルタバンク４と第２のフィルタバンク５とに出力されるようになっている。

第１のフィルタバンク４は、アンテナ２、３で受信したパケットフレームのうち、特定のパケットフレームを優先的に選択して出力するフィルタバンクである。具体的には、第１のバッファ４１と、第１のＡＦＣ部４２と、第１のＦＦＴ部４３と、第１の等化処理部４４とを備えている。このうち第１のバッファ４１と第１のＦＦＴ部４３には、後述するフレーム検出部３３からフレーム受信タイミングが通知・伝送され、このフレーム受信タイミングに基づいて、第１のＦＦＴ部４３でＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理が行われるようになっている。また、第１のＡＦＣ部４２には、後述する周波数偏差検出部３４から周波数偏差が通知・伝送され、この周波数偏差に基づいて、第１のＡＦＣ部４２で自動周波数制御、偏差補正が行われるようになっている。

第１の等化処理部４４は、受信したパケット信号（パケットフレーム）をアンテナ単位およびサブキャリア単位で重み付けし、重み付けした結果を合成（アレイ合成）して、特定のパケットフレームに対する指向性を高めるようになっている。ここで、この実施の形態では、サブキャリア数が４８で、等化処理としては、符号間の干渉を強制的にゼロに押さえ込むゼロフォーシング（ＺＦ）、あるいは信号対雑音・干渉電力比（ＳＩＮＲ）を改善する最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）などによる。

このような第１のフィルタバンク４の下流側（第１のアンテナ２側を上流側とする）には、各サブキャリアを復調する第１のサブキャリア復調部２３を介して、第１の復号処理部２４が接続され、第１のフィルタバンク４から出力されたパケットフレームが、第１の復号処理部２４で復号されるようになっている。

第２のフィルタバンク５は、第１のフィルタバンク４で選択されたパケットフレームの出力電力を最小化し、他のパケットフレームを出力するフィルタバンクである。具体的には、フレーム検出部３３からのフレーム受信タイミングに基づいて、受信したパケット信号（パケットフレーム）をアンテナ単位で重み付けし、特定のパケットフレームの出力電力を最小化するアルゴリズム５１を備えている。なお、電力を最小化するアルゴリズムの代表的なものとしては、パワーインバージョンアダプティブアレー（ＰＩＡＡ）等がある。そして、第１のフィルタバンク４で選択されたパケットフレーム、つまり、後述するように先に受信したパケットフレームの出力電力を最小化し、次に受信したパケットフレームをそのまま出力するようになっている。

このような第２のフィルタバンク５の下流側（第２のアンテナ３側を上流側とする）には、受信したパケット信号のフレーム受信タイミング（同期点）を検出するフレーム検出部３３が接続され、その検出結果が、第１のバッファ４１、第１のＦＦＴ部４３、最小化アルゴリズム５１および後述する第２のＦＦＴ３６に通知・伝送されるようになっている。また、フレーム検出部３３の下流側には、受信したパケット信号の周波数の偏差を検出する周波数偏差検出部３４が設けられ、その検出結果が、第１のＡＦＣ部４２と第２のＡＦＣ部３５に通知・伝送されるようになっている。

そして、第２のＡＦＣ部３５で自動周波数制御が行われ、第２のＦＦＴ部３６でＦＦＴ処理が行われて、第２の等化処理部３７によって、サブキャリア単位で位相、振幅などの等化処理・補正が行われるようになっている。その後、各サブキャリアを復調する第２のサブキャリア復調部３８を介して、第２の復号処理部３９が接続され、等化処理・補正されたパケットフレームが、第２の復号処理部３９で復号されるようになっている。

これらの復号処理部２４、３９の下流側には、上位レイヤに受信データを通知・伝送するデータ通知部６１と、受信データを一時的に記憶・保留する保留バッファ６２とが設けられている。そして、復号処理部２４、３９で復号された受信データが、後述するように、保留バッファ６２に記憶・保留されながら、データ通知部６１によって上位レイヤに通知・伝送されるようになっている。

次に、このような構成の無線パケット受信装置１の作用、動作について、図２のフローチャートに基づいて説明する。ここで、車両Ｃの車車間通信装置に無線パケット受信装置１が備えられ、図３に示すように、先に車両Ａからのパケットフレーム（パケット信号）Ａを車両Ｃが受信し、これと時間帯を重ねて車両ＢからのパケットフレームＢを車両Ｃが受信する場合について説明する。

まず、初期状態において、第２のフィルタバンク５の重みが初期化され（ステップＳ１）、パケットフレームの受信待機状態となる（ステップＳ２）。この状態でパケットフレームＡが受信されると（ステップＳ２で「Ｙｅｓ」）、第１のフィルタバンク４が受信状態であるか否か、つまり、最初の受信であるか否かが判定される（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ２およびステップＳ３の判定は、フレーム検出部３３の検出結果に基づいて行われる。

そして、最初の受信である場合（ステップＳ３で「受信無し」の場合）には、第２のフィルタバンク５において、上記のようにして、受信したパケットフレームＡの出力電力が最小化するように、重みが制御される（ステップＳ４）。つまり、パケットフレームＡの到来方向が「ＮＵＬＬ」（ゼロ）になるように重み付けされる。

このステップＳ４の処理と並行して、第１のフィルタバンク４に関する処理として、フレーム検出部３３から第１のバッファ４１と第１のＦＦＴ部４３に、フレーム受信タイミングが通知・伝送され（ステップＳ５）、さらに、周波数偏差検出部３４から第１のＡＦＣ部４２に、周波数偏差が通知・伝送される（ステップＳ６）。続いて、パケットフレームＡの開始部分・プリアンブルから順次データが送出されて（ステップＳ７）、第１のＡＦＣ部４２で自動周波数制御、偏差補正が行われ（ステップＳ８）、さらに、第１のＦＦＴ部４３でＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ９）。

次に、第１の等化処理部４４によって、前述のＭＭＳＥ等の手段により重み付け、等化処理が行われ（ステップＳ１０）、これにより、パケットフレームＡに対する、第１のフィルタバンク４の出力の電力またはＳ／Ｎ比（信号とノイズとの比）が最大となる。このようにして第１のフィルタバンク４から出力されたパケットフレームＡが、第１のサブキャリア復調部２３で復調されて、第１の復号処理部２４で復号される（ステップＳ１１）。そして、復号された受信データが、データ通知部６１から上位レイヤに通知・伝送され（ステップＳ１２）、さらに、保留バッファ６２に受信データが記憶・保留されている場合（ステップＳ１３で「あり」の場合）には、保留バッファ６２内の受信データが上位レイヤに通知・伝送される（ステップＳ１４）。ここで、後述するように、パケットフレームＢを受信して処理された場合に、保留バッファ６２に受信データが記憶・保留される。

このようなパケットフレームＡに対する処理が行われている際に、パケットフレームＢが受信されると（ステップＳ２で「Ｙｅｓ」）、第１のフィルタバンク４が受信状態である（ステップＳ３で「受信中」）ため、パケットフレームＢに対して次のような処理が並行して行われる。まず、フレーム検出部３３から第２のＦＦＴ３６にフレーム受信タイミングが通知・伝送される（ステップＳ２１）とともに、周波数偏差検出部３４から第２のＡＦＣ部３５にパケットフレームＢの周波数偏差が通知・伝送される（ステップＳ２２）。ここで、第１のフィルタバンク４においては、上記のように、パケットフレームＡの到来方向に対して指向性が高くなっているため、パケットフレームＢは出力されない。一方、第２のフィルタバンク５においては、上記のように、パケットフレームＡの到来方向に対して指向性が低くなっているため、パケットフレームＢ（他のパケットフレーム）が出力される。つまり、第１のフィルタバンク４側ではパケットフレームＡのデータのみが出力され、第２のフィルタバンク５側ではパケットフレームＢのデータのみが出力され、しかも、このような出力が並行して行われる。

次に、第２のＡＦＣ部３５で自動周波数制御、偏差補正が行われ（ステップＳ２３）、さらに、第２のＦＦＴ３６でＦＦＴ処理が行われる（ステップＳ２４）。続いて、第２の等化処理部３７で等化処理・補正が行われて（ステップＳ２５）、パケットフレームＢが、第２のサブキャリア復調部３８で復調されて、第２の復号処理部３９で復号される（ステップＳ２６）。そして、復号された受信データが、保留バッファ６２に記憶・保留される（ステップＳ２７）。このようにして、パケットフレームＡに対する処理（ステップＳ４〜Ｓ１２）と、パケットフレームＢに対する処理（ステップＳ２１〜Ｓ２７）とが並列に行われ、パケットフレームＡおよびパケットフレームＢの受信データが、それぞれ上位レイヤに通知・伝送されるものである。

以上のように、この無線パケット受信装置１によれば、時間帯を重ねて２つのパケットフレームＡ、Ｂを受信した場合でも、第１のフィルタバンク４側ではパケットフレームＡの受信データのみが出力され、第２のフィルタバンク５側ではパケットフレームＢの受信データのみが出力される。そして、それぞれの受信データが上位レイヤに通知・伝送されるため、２つのパケットフレームＡ、Ｂを適正に受信して、解析、処理することができる。この結果、いわゆる隠れ端末があったとしても、車両Ｃの車車間通信装置において、２つのパケットフレームＡ、Ｂの情報に基づいて、接触回避などの制御を適正に行うことが可能となる。

（実施の形態２）
図４は、この実施の形態に係る無線パケット受信装置１０を示す構成ブロック図である。この無線パケット受信装置１０は、時間帯を重ねて３つのパケット信号を受信可能な装置であり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することで、その説明を省略する。

この無線パケット受信装置１０は、主として、第３のアンテナ７と第３のフィルタバンク（最大化フィルタバンク）８とを備える点で、実施の形態１の無線パケット受信装置１と構成が異なるものである。すなわち、第３のアンテナ７で受信したパケット信号が、ＲＦ−ＢＢ変換回路２１およびＡ／Ｄ変換部２２を介して、３つのフィルタバンク４、５、８に出力されるようになっている。また、第３のフィルタバンク８は、第１のフィルタバンク４と同等の構成で、第３のフィルタバンク８の下流側に、サブキャリア復調部２３、復号処理部２４および第２の保留バッファ６３が接続されている。

次に、このような構成の無線パケット受信装置１０の作用、動作について、図５のフローチャートに基づいて説明する。ここで、車両Ｄの車車間通信装置に無線パケット受信装置１０が備えられ、最先に車両Ａからのパケットフレーム（パケット信号）Ａを車両Ｄが受信し、これと時間帯を重ねて、車両ＢからのパケットフレームＢ、続いて車両ＣからのパケットフレームＣを車両Ｄが受信する場合について説明する。

まず、実施の形態１と同様に、初期状態において、第２のフィルタバンク５の重みが初期化され（ステップＳ１）、パケットフレームＡが受信されると（ステップＳ２で「Ｙｅｓ」）、最初の受信であるか否かが判定される（ステップＳ３）。そして、最初の受信である場合（ステップＳ３で「受信無し」の場合）には、実施の形態１と同様に、パケットフレームＡに対する第２のフィルタバンク５の最小化処理（ステップＳ４）と、パケットフレームＡに対する第１のフィルタバンク４に関する処理（ステップＳ５〜Ｓ１２）とが行わる。すなわち、第２のフィルタバンク５においては、パケットフレームＡの到来方向が「ＮＵＬＬ」になるように重み付けされ、第１のフィルタバンク４においては、パケットフレームＡの到来方向が最大となるように重み付けされて、パケットフレームＡの受信データが上位レイヤに通知・伝送される。さらに、後述するようにして、保留バッファ６２、６３に受信データが記憶・保留されている場合（ステップＳ１３で「あり」の場合）には、その受信データがデータ通知部６１によって、上位レイヤに通知・伝送される（ステップＳ１４）。

このようなパケットフレームＡに対する処理が行われている際に、パケットフレームＢが受信されると、第３のフィルタバンク８が受信状態であるか否か、つまり、２番目の受信であるか否かが判定される（ステップＳ３１）。そして、２番目の受信である場合（ステップＳ３１で「受信無し」の場合）には、パケットフレームＡに対する処理（ステップＳ４〜Ｓ１１）と同様に、パケットフレームＡおよびパケットフレームＢに対する第２のフィルタバンク５の最小化処理（ステップＳ３２）と、パケットフレームＢに対する第３のフィルタバンク８に関する処理（ステップＳ３３〜Ｓ３９）とが行わる。すなわち、第２のフィルタバンク５においては、パケットフレームＡおよびパケットフレームＢの到来方向が「ＮＵＬＬ」になるように重み付けされ、第３のフィルタバンク８においては、パケットフレームＢの到来方向が最大となるように重み付けされる。その後、復号された受信データが、第２の保留バッファ６３に記憶・保留される（ステップＳ４０）。

さらに、このようなパケットフレームＡ、Ｂに対する処理が行われている際に、パケットフレームＣが受信されると、３番目の受信であると判定（ステップＳ３１で「受信中」と判断）される。そして、パケットフレームＣに対して、実施の形態１におけるパケットフレームＢに対する処理と同様な処理（ステップＳ２１〜Ｓ２７）が行われる。このとき、第１のフィルタバンク４においては、上記のように、パケットフレームＡの到来方向に対して指向性が高くなっているため、パケットフレームＢ、Ｃは出力されない。また、第３のフィルタバンク８においては、上記のように、パケットフレームＢの到来方向に対して指向性が高くなっているため、パケットフレームＡ、Ｃは出力されない。一方、第２のフィルタバンク５においては、上記のように、パケットフレームＡ、Ｂの到来方向に対して指向性が低くなっているため、パケットフレームＣが出力される。つまり、第１のフィルタバンク４側ではパケットフレームＡの受信データのみが出力され、第３のフィルタバンク８側ではパケットフレームＢの受信データのみが出力される。さらに、第２のフィルタバンク５側ではパケットフレームＣの受信データのみが出力され、しかも、このような出力が並行して行われる。

このようにして、パケットフレームＡに対する処理（ステップＳ４〜Ｓ１２）と、パケットフレームＢに対する処理（ステップＳ３２〜Ｓ４０）と、パケットフレームＣに対する処理（ステップＳ２１〜Ｓ２７）とが並列に行われ、３つのパケットフレームＡ、Ｂ、Ｃの受信データが、それぞれ上位レイヤに通知・伝送されるものである。このため、この実施の形態によれば、時間帯を重ねて３つのパケットフレームＡ、Ｂ、Ｃを受信した場合でも、それぞれを適正に受信して、解析、処理することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、時間帯を重ねて２つまたは３つのパケット信号を受信可能な無線パケット受信装置について説明したが、４つ以上のパケット信号を受信可能な装置にすることもできる。すなわち、時間帯を重ねて受信するパケット信号の数を「ｎ」とした場合に、ｎ個のアンテナと、（ｎ−１）個の最大化フィルタバンク（上記のフィルタバンク４、８に相当）と、１個の最小化フィルタバンク（上記のフィルタバンク５に相当）とを並列に備え、各フィルタバンクに対して上記のような復号処理部２４、３９などを設ける。これにより、４つ以上のｎ個のパケット信号を受信することが可能となる。

１、１０ 無線パケット受信装置
２、３、７ アンテナ
４ 第１のフィルタバンク（最大化フィルタバンク）
５ 第２のフィルタバンク（最小化フィルタバンク）
８ 第３のフィルタバンク（最大化フィルタバンク）
２４、３９ 復号処理部（復号手段）

Claims (1)

1. ２個以上の整数個であるｎ個のアンテナと、
   前記アンテナで受信したパケットフレームのうち、それぞれ特定のパケットフレームを優先的に選択して出力する（ｎ−１）個の最大化フィルタバンクと、
   前記最大化フィルタバンクで選択されたパケットフレームの出力電力を最小化し、他のパケットフレームを出力する１個の最小化フィルタバンクと、
   前記最大化フィルタバンクおよび最小化フィルタバンクから出力されたパケットフレームを復号する復号手段と、
   を備えることを特徴とする無線パケット受信装置。