JP2018129095A - 光ビーコン及び車載機 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ビーコンの光通信において、アップリンク速度の高速化を確実に実現する。【解決手段】 本発明は、走行中の車両２０の車載機２と光信号による無線通信を行う光ビーコン４に関する。この光ビーコン４は、高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能な光受信部１１と、所定の伝送速度での電気光変換が可能な光送信部１０と、光送信部１０にダウンリンク送信させる下りフレームＤＬ１，ＤＬ２に、自機が高速アップリンク受信に対応する新光ビーコン４Ａである旨のビーコン識別情報を含める通信制御部（ビーコン制御機７）と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号を用いて路車間で無線通信を行う光ビーコンと車載機に関する。

路車間通信システムを利用した交通情報サービスとして、光ビーコン、電波ビーコン又はＦＭ多重放送を用いたいわゆるＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：（財）道路交通情報通信システムセンターの登録商標）が既に展開されている。
このうち、光ビーコンは、近赤外線を通信媒体とした光通信を採用しており、車載機との双方向通信が可能である。具体的には、車両の保持するビーコン間の旅行時間情報等を含むアップリンク情報が車載機からインフラ側の光ビーコンに送信される。

逆に、光ビーコンからは、渋滞情報、区間旅行時間情報、事象規制情報及び車線通知情報等を含むダウンリンク情報が車載機に送信されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
このため、光ビーコンは、車載機との間で光信号を送受するビーコンヘッド（投受光器）を備え、投受光器には、ビーコン制御機から入力された送信信号を発光ダイオードに入力してダウンリンク光を送出する光送信部と、フォトダイオードが受光した光信号を電気信号に変換してビーコン制御機に出力する光受信部が搭載されている。

特開２００５−２６８９２５号公報

１９９３年から現在までの間に、約５４０００ヘッドの光ビーコンが全国各地の道路に配備されているが、かかる既設の光ビーコンを用いた従来の光通信システムよりも、通信容量を拡大してシステムを高度化することが検討されている。
通信容量を拡大する方策としては、アップリンク及びダウンリンクそれぞれについての伝送速度の高速化、通信領域の拡張あるいは通信プロトコルの変更などの方策がある。このうち、アップリンク速度を現状（６４ｋｂｐｓ）よりも高速化すれば、通信領域をさほど広げなくても、大容量のプローブデータを光ビーコンから収集でき、交通信号制御の高度化に役立てることができる。

このように、アップリンク速度の高速化を実現するためには、高速アップリンク受信に対応する光ビーコン（以下、「新光ビーコン」ともいう。）と、高速アップリンク送信に対応する車載機（以下、「新車載機」ともいう。）を新たに導入する必要がある。
しかし、新光ビーコンや新車載機を導入するとしても、これらの新型の機器が、低速アップリンク通信しかできない従来の機器と互換性がなければ、既存の路車間通信システムと整合しなくなるため、アップリンク速度の高速化が阻害される。

例えば、新光ビーコンが、新車載機からの高速な光信号を受信できるが、低速アップリンク送信のみを行う車載機（以下、「旧車載機」ともいう。）の低速な光信号を受信できない場合には、旧車載機からのアップリンク情報を取得できない。
また、この場合、新光ビーコンが旧車載機を検出できないので、旧車載機のアップリンク送信をトリガとしたダウンリンク切り替えを行えず、旧車載機を搭載した車両向けの情報を提供することもできない。このため、新光ビーコンを新たに設置するインセンティブが減殺し、アップリンク速度の高速化が進展しない。

同様に、新車載機が、新光ビーコンのための高速な光信号を送信できるが、低速アップリンク受信のみを行う光ビーコン（以下、「旧光ビーコン」ともいう。）のための低速な光信号を送信できない場合には、旧光ビーコンにアップリンク情報を提供できない。
また、この場合、旧光ビーコンが新車載機を検出できないので、新車載機のアップリンク送信をトリガとしたダウンリンク切り替えを行えず、新車載機を搭載した車両向けの情報を提供することもできない。このため、新車載機を新たに搭載するインセンティブが減殺し、アップリンク速度の高速化が進展しない。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、アップリンク方向でマルチレート対応である新光ビーコンと新車載機を提供することを第１の目的とする。
一方、アップリンク方向でマルチレート対応の新光ビーコンと新車載機との通信において、新車載機が、新光ビーコンのダウンリンク領域を通過中に新光ビーコンと通信していることを認識できなければ、高速のアップリンク送信が可能である筈の新車載機が、新光ビーコンに対しても低速でアップリンク送信を行うことになり、アップリンク速度の高速化を実現できない。

そこで、本発明は、アップリンク方向でマルチレート対応の新光ビーコンと新車載機との間で行う路車間通信において、アップリンク速度の高速化を確実に実現できるようにすることを第２の目的とする。

（１） 本発明の光ビーコンは、走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能な光受信部と、所定の伝送速度での電気光変換が可能な光送信部と、前記光送信部にダウンリンク送信させる下りフレームに、自機が高速アップリンク受信に対応する新光ビーコンである旨のビーコン識別情報を含める通信制御部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の光ビーコンによれば、高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能なマルチレートの光受信部を備えているので、旧車載機及び新車載機の双方からの光信号を受信することができる。
従って、高低２種類の伝送速度でアップリンク受信できる、アップリンク方向にマルチレート対応の光ビーコンを提供することができ、前記第１の目的が達成される。

また、本発明の光ビーコンによれば、通信制御部が、光送信部にダウンリンク送信させる下りフレームに、自機が高速アップリンク受信に対応する新光ビーコンである旨のビーコン識別情報を含めるので、通信相手の光ビーコンが新光ビーコンであることを新車載機が認識可能となる。このため、ビーコン識別情報を含む下りフレームを受信した新車載機が高速のアップリンク送信を行うようにすれば、新車載機が低速のアップリンク送信を新光ビーコンに行うのを防止できる。
従って、アップリンク方向でマルチレート対応の新車載機との間で行う路車間通信において、アップリンク速度の高速化を確実に実現でき、前記第２の目的が達成される。

（２） 本発明の光ビーコンにおいて、前記通信制御部は、アップリンク受信の検出前後で前記下りフレームのデータ内容を変更するダウンリンク切り替えを行う通信方式を採用することができる。
この場合、前記通信制御部は、前記ダウンリンク切り替え後に前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームの送信順序を、次の１又は複数の旧フレームの後に次の１又は複数の新フレームが出現する順序とすることが好ましい。
新フレーム：高速アップリンク送信に対応する新車載機のみに提供する下りフレーム
旧フレーム：高速アップリンク送信に非対応の旧車載機にも提供する下りフレーム

その理由は、新車載機には新旧双方の下りフレームを提供し、旧車載機には旧フレームしか提供しない運用の場合に、新フレームを最初にダウンリンク送信すると、新フレームの存在を知らない旧車載機が送信元の新光ビーコンを異常と判定して、下りフレームの受信を行わなくなる可能性があるのに対して、上記の順序でダウンリンク送信すると、そのような異常判定が行われる可能性を低減できるからである。
従って、旧車載機が旧フレームをより確実に受信できるようになり、旧車載機との互換性を向上することができる。

（３） 前記通信制御部は、前記ダウンリンク切り替え後に前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームを、上記の１又は複数の旧フレームのみからなる第１フレーム群と、上記の１又は複数の旧フレームに次の１又は複数の新フレームを追加した第２フレーム群とから構成することにしてもよい。
このように、旧フレームのみからなる第１フレーム群を設けておけば、フレーム選択ロジックが旧車載機の機種によって異なっていても、光ビーコンのダウンリンク送信が正常に受信される可能性が増すという利点がある。

（４） この場合、前記通信制御部が、前記第１フレーム群と前記第２フレーム群の送信順序を交互に設定することにすれば、旧車載機のための第１フレーム群と新車載機のための第２フレーム群を概ね平等にダウンリンク送信することができる。
（５） また、この場合、前記第１フレーム群を最初にダウンリンク送信させることにすれば、旧フレームが新フレームよりも早くダウンリンク送信され、旧車載機が旧フレームをより確実に受信できるようになる。

（６） 本発明の光ビーコンにおいて、前記通信制御部は、前記光受信部がアップリンク受信した上りフレームに基づいて、前記車載機が高速アップリンク送信に対応する新車載機か非対応の旧車載機かを判定し、その判定結果が新車載機の場合に、当該新車載機のための下りフレームを前記光送信部にダウンリンク送信させることにしてもよい。
このようにすれば、新車載機のための下りフレーム（新フレーム）が旧車載機に誤ってダウンリンク送信されるのを確実に防止することができる。
なお、上りフレームに基づく新車載機か旧車載機かの判定は、上りフレームの伝送速度から判定してもよいし、後述のように上りフレームに車載機識別情報を含める場合には、当該識別情報から判定してもよい。

（７） また、本発明の光ビーコンにおいて、前記通信制御部は、前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームのすべてに前記ビーコン識別情報を含めることが好ましい。
このようにすれば、新車載機が新光ビーコンをそれと識別する可能性が高まり、新車載機が低速のアップリンク送信を新光ビーコンに行うのをより確実に防止でき、アップリンク速度の高速化をより確実に実現できる。

（８） もっとも、前記通信制御部が、前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームのうち、予め定めた特定の前記下りフレームに前記ビーコン識別情報を含めることにしてもよい。
上記特定の下りフレームとしては、例えば、ダウンリンク切り替え前にダウンリンク送信される車線通知情報を含む下りフレームや、所定の周期ごとに送信される下りフレームがある。所定の周期は、送信順が奇数又は偶数となるような一定周期であってもよいし、経過時間に応じて長くなる変動周期であってもよい。

（９） 本発明の光ビーコンにおいて、ダウンリンク方向の光信号を受信するためのダウンリンク領域及びアップリンク方向の光信号を受信するためのアップリンク領域のうちの少なくとも一方の車両進行方向の範囲は、高速アップリンク受信に非対応の旧光ビーコンの場合よりも広いことが好ましい。
このように、ダウンリンク領域やアップリンク領域の車両進行方向の範囲を広めに設定すれば、通信時間が長くなるので通信容量の拡大に繋がるとともに、下りフレームや上りフレームを適切に受信する可能性を高めることができる。

（１０） 他の観点から見た本発明の光ビーコンは、高低２種類の伝送速度に合わせて２系統のアナログ受信回路を有する光ビーコンに関する。
すなわち、本発明の光ビーコンは、走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能な光受信部と、前記光受信部が出力する受信信号にデジタル信号処理を行う信号処理部と、を備え、前記光受信部は、受光した前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、次の第１及び第２受信回路とを有し、前記信号処理部は、双方の前記受信回路が出力する前記受信信号にそれぞれ前記デジタル信号処理を行うことを特徴とする。

第１受信回路：変換された電気信号を低速帯域で動作して増幅する低速用増幅回路と、増幅された電気信号の低速成分を抽出可能な低速用フィルタと、抽出された低速信号を閾値と比較してデジタルの受信信号を出力する低速用コンパレータとを含む受信回路
第２受信回路：変換された電気信号を高速帯域で動作して増幅する高速用増幅回路と、増幅された電気信号の高速成分を抽出可能な高速用フィルタと、抽出された高速信号を閾値と比較してデジタルの受信信号を出力する高速用コンパレータとを含む受信回路

本発明の光ビーコンによれば、光受信部が、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子と、上記第１及び第２受信回路とを有し、信号処理部が、双方の受信回路が出力する受信信号にそれぞれデジタル信号処理を行うので、旧車載機及び新車載機のうちのいずれが送信元であっても、受信信号を適切にデジタル信号処理することができる。
従って、高低２種類の伝送速度でアップリンク受信できる、アップリンク方向にマルチレート対応の光ビーコンを提供することができ、前記第１の目的が達成される。

（１１） 他の観点から見た本発明の光ビーコンは、高低２種類の伝送速度を受信可能な１系統のアナログ受信回路を有する光ビーコンに関する。
すなわち、本発明の光ビーコンは、高低２種類の伝送速度でのアップリンク受信が可能な光受信部と、前記光受信部が出力する受信信号にデジタル信号処理を施す信号処理部と、を備え、前記光受信部は、受光した前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、次の共用受信回路とを有し、前記信号処理部は、前記共用受信回路が出力する前記受信信号から当該受信信号の伝送速度を判定し、判定した前記伝送速度にて前記受信信号に前記デジタル信号処理を行うことを特徴とする。

共用受信回路：変換された電気信号を高速帯域で動作して増幅する共用増幅回路と、増幅された電気信号の低速成分と高速成分の双方を抽出可能な共用フィルタと、抽出された信号を閾値と比較してデジタルの受信信号を出力する共用コンパレータとを含む受信回路

本発明の光ビーコンによれば、光受信部が、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子と、上記共用受信回路とを有し、信号処理部が、共用受信回路が出力する受信信号から当該受信信号の伝送速度を判定し、判定した伝送速度にて受信信号にデジタル信号処理を行うので、旧車載機及び新車載機のうちのいずれが送信元であっても、受信信号を適切にデジタル信号処理することができる。
従って、高低２種類の伝送速度でアップリンク受信できる、アップリンク方向にマルチレート対応の光ビーコンを提供することができ、前記第１の目的が達成される。
なお、共用コンパレータは、共用フィルタを通過した高速信号と低速信号の双方に対する比較処理が可能であるコンパレータ、或いは、高速か低速かを特定して択一的に比較処理を行うコンパレータを採用すればよい。

（１２） 本発明の車載機は、道路に設置された光ビーコンと光信号による無線通信を行う車載機であって、所定の伝送速度での光電気変換が可能な光受信部と、高低２種類の伝送速度での電気光変換が可能な光送信部と、前記光受信部がダウンリンク受信した下りフレームに含まれるビーコン識別情報に基づいて、前記光ビーコンが高速アップリンク受信に対応するか否かを判定する通信制御部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の車載機によれば、高低２種類の伝送速度での電気光変換が可能なマルチレートの光送信部を備えているので、旧光ビーコン及び新光ビーコンの双方に対して光信号を送信することができる。
従って、高低２種類の伝送速度でアップリンク送信できる、アップリンク方向にマルチレート対応の車載機を提供することができ、前記第１の目的が達成される。

また、本発明の車載機によれば、通信制御部が、光受信部がダウンリンク受信した下りフレームに含まれるビーコン識別情報に基づいて、光ビーコンが高速アップリンク受信に対応する新光ビーコンか非対応の旧光ビーコンかを判定するので、低速のアップリンク送信が新光ビーコンに行われるのを防止することができる。
従って、アップリンク方向でマルチレート対応の新光ビーコンとの間で行う路車間通信において、アップリンク速度の高速化を確実に実現でき、前記第２の目的が達成される。

（１３） 具体的には、前記通信制御部が、判定結果が新光ビーコンである場合に、前記光送信部に高速でアップリンク送信を行わせ、判定結果が旧光ビーコンである場合に、前記光送信部に低速でアップリンク送信を行わせるようにすれば、低速のアップリンク送信が新光ビーコンに対して行われるのを防止することができる。

（１４） このため、本発明の車載機において、前記通信制御部は、前記ビーコン識別情報が含まれる前記下りフレームを受信するまでの間は、前記光送信部によるアップリンク送信を保留することが好ましい。
その理由は、ビーコン識別情報が含まれる下りフレームを受信していなければ、その識別情報を用いた上記の判定を行うことができず、高速又は低速のいずれでアップリンク送信すべきか定まらないからである。

（１５） 本発明の車載機において、前記通信制御部は、前記光送信部にアップリンク送信させる上りフレームに、自機が高速アップリンク送信に対応する新車載機である旨の車載機識別情報を含めることが好ましい。
このようにすれば、アップリンク受信した上りフレームに基づいて新光ビーコンが行う、新車載機か旧車載機かの判定を正確に行うことができる。

以上の通り、本発明によれば、アップリンク方向でマルチレート対応である新光ビーコンと新車載機が得られる。
また、本発明によれば、かかる新光ビーコンと新車載機との間で行う路車間通信において、アップリンク速度の高度化を確実に実現することができる。

路車間通信システムの概略構成を示すブロック図である。 光ビーコンの設置部分を上から見た道路の平面図である。 光ビーコンの通信領域を示す側面図である。 通信領域で行われる路車間通信の手順とデータ内容を示す概念図である。 新旧の光ビーコンと車載機の混在状態を示す図である。 新光ビーコンの上位互換制御を示すフローチャートである。 新車載機の上位互換制御を示すフローチャートである。 ダウンリンク切り替え後のダウンリンク送信の具体例を示す図である。 ダウンリンク切り替え後のダウンリンク送信の変形例を示す図である。 光ビーコンの光受信部の内部構成を示す回路構成図である。 光ビーコンの光受信部の内部構成の変形例を示す回路構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の路車間通信システムは、インフラ側の交通管制システム１と、道路Ｒを走行する車両２０に搭載された車載機２とを備えている。

交通管制システム１は、交通管制室等に設けられた中央装置３と、道路Ｒの各所に多数設置された光ビーコン（光学式車両感知器）４とを備え、光ビーコン４は、近赤外線を通信媒体とした光通信によって車載機２との間で無線通信を行うことができる。
光ビーコン４は、ビーコン制御機７と、このビーコン制御機７のセンサ用インタフェースに接続された複数（図１では４つ）のビーコンヘッド（投受光器ともいう。）８とを有している。

ビーコン制御機７は、インフラ側の通信部６に接続されており、通信部６は電話回線等の通信回線５によって中央装置３と接続されている。
通信部６は、例えば、信号灯器の灯色を制御する交通信号制御機や、インフラ側における交通情報の中継処理を行う情報中継装置等よりなる。

〔光ビーコンの構成〕
光ビーコン４のビーコンヘッド８は、電気光変換が可能な光送信部１０と、光電気変換が可能な光受信部１１とを筐体の内部に有している。
このうち、光送信部１０は、近赤外線よりなるダウンリンク光（ダウンリンク方向の光信号）をダウンリンク領域ＤＡ（図３参照）に送出する発光素子を有し、光受信部１１は、アップリンク領域ＵＡ（図３参照）にある車載機２からの近赤外線よりなるアップリンク光（アップリンク方向の光信号）を受光する受光素子を有する。

光送信部１０は、ビーコン制御機７から送出される下りフレーム（パラレルの電気信号）を所定の伝送速度のシリアルな送信信号に変換する送信回路と、出力された送信信号をダウンリンク方向の光信号に変換する、発光ダイオード等よりなる発光素子とから構成されている。
本実施形態の光ビーコン４では、光送信部１０が送信する光信号の伝送速度は、従来の旧光ビーコンと同様に１０２４ｋｂｐｓである。

光受信部１１は、フォトダイオード等よりなる受光素子と、この受光素子が出力する電気信号を増幅してデジタルの受信信号を生成する受信回路とを備えている。
本実施形態の光ビーコン４では、光受信部１１は、高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能なマルチレート対応であり、低い方の伝送速度は従来の旧光ビーコンと同様に６４ｋｂｐｓである。高い方の伝送速度は、１２８ｋｂｐｓ、１９２ｋｂｐｓ、２５６ｋｂｐｓ、３８４ｋｂｐｓ、５１２ｋｂｐｓ、１０２４ｋｂｐｓなどの速度を採用し得るが、本実施形態では１０２４ｋｂｐｓであるとする。なお、光受信部１１の受信回路の具体例（図１０及び図１１）については、後述する。

図２は、本実施形態の光ビーコン４の設置部分を上から見た道路Ｒの平面図である。
図２に示すように、本実施形態の光ビーコン４は、同じ方向の複数（図例では４つ）の車線Ｒ１〜Ｒ４を有する道路Ｒに設置されており、車線Ｒ１〜Ｒ４に対応して設けられた複数のビーコンヘッド８と、これらのビーコンヘッド８を一括制御する制御部である１台のビーコン制御機７とを備えている。

ビーコン制御機７は、信号処理部、ＣＰＵ及びメモリなどを有するコンピュータ装置よりなり、通信部６（図１参照）を介した中央装置３との双方向通信と、車載機２との路車間通信を行う通信制御部としての機能を有する。
また、ビーコン制御機７は、通信制御のためのコンピュータプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、当該ＣＰＵが上記通信制御部として機能する。

ビーコン制御機７は、道路脇に立設した支柱１３に設置されている。また、各ビーコンヘッド８は、支柱１３から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー１４に取り付けられ、道路Ｒの各車線Ｒ１〜Ｒ４の直上に配置されている。
ビーコンヘッド８の発光素子は、車線Ｒ１〜Ｒ４の直下よりも車両進行方向の上流側に向けて近赤外線を発光しており、これにより、車載機２との間で路車間通信を行うための通信領域Ａが当該ヘッド８の上流側に設定されている。

〔光ビーコンの通信領域〕
図３は、光ビーコン４の通信領域Ａを示す側面図である。
図３に示すように、光ビーコン４の通信領域Ａは、ダウンリンク領域（図３において実線のハッチングを設けた領域）ＤＡと、アップリンク領域（図３において破線のハッチングを設けた領域）ＵＡとからなる。

このうち、ダウンリンク領域ＤＡは、ビーコンヘッド８が送出するダウンリンク方向の光信号を、車載機２の投受光器である車載ヘッド２２にて受信できる領域であり、ビーコンヘッド８の投受光位置ｄ、地上１ｍ高さの位置ａ及びｃを頂点とする△ｄａｃで示された範囲である。
また、アップリンク領域ＵＡは、車載ヘッド２２が送出するアップリンク方向の光信号を、ビーコンヘッド８にて受信できる領域であり、上記投受光位置ｄと、地上１ｍ高さの位置ｂ及びｃを頂点とする△ｄｂｃで示された範囲である。

従って、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端ｃは互いに一致し、アップリンク領域ＵＡは、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向の上流部分（図３の右側部分）に重複している。また、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは、通信領域Ａ全体の同方向長さと一致している。
旧光ビーコン（光学式車両感知器）の場合、ダウンリンク領域ＤＡ及びアップリンク領域ＵＡの正式な領域寸法が規約によって規定されている。

例えば、一般道向けの旧光ビーコンの場合、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａが、ビーコンヘッド８の直下の１．０〜１．３ｍ上流側に位置し、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａからアップリンク領域ＵＡの下流端ｂまでの距離が２．１ｍと規定されている。
また、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は１．６ｍと規定されている。従って、正式な通信領域Ａの車両進行方向の全長（ａｃ間の長さ）は３．７ｍとなる。

これに対して、本実施形態の光ビーコン４（新光ビーコン）では、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａを少なくともビーコン直下まで延ばすことにより、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向の範囲を、高速アップリンク受信に非対応の旧光ビーコンの場合よりも広く設定している。

具体的な数値で例示すると、ビーコンヘッド８の真下を０ｍ（原点）として、そこから上流方向を正の方向とした場合、本実施形態のダウンリンク領域ＤＡの範囲（図３の位置ａから位置ｃまでの範囲）は、０〜６．０ｍとなっている。
このようにダウンリンク領域ＤＡを広めに設定すると、車載機２がダウンリンク方向の光信号を受信する確実性が増すとともに、通信時間が長くなるのでダウンリンク方向の通信容量を拡大することができる。

また、本実施形態のアップリンク領域ＵＡの範囲（図３の位置ｂから位置ｃまでの範囲）は、３．４〜６．０ｍとなっており、上流端ｃの位置が従来よりも１．０ｍだけ上流側に拡張されている。
このようにダウンリンク領域ＵＡを広めに設定すると、光ビーコン４がアップリンク方向の光信号を受信する確実性が増とともに、通信時間が長くなるのでアップリンク方向の通信容量を拡大することができる。

〔車載機の構成〕
図３に示すように、本実施形態の車載機２は、車載制御機２１と車載ヘッド２２とを備えており、車載ヘッド２２の内部には、光送信部２３と光受信部２４が収容されている。
このうち、光送信部２３は、近赤外線よりなるアップリンク光（アップリンク方向の光信号）を発光する発光素子を有し、光受信部２４は、ダウンリンク領域ＤＡに送出された近赤外線よりなるダウンリンク光（ダウンリンク方向の光信号）を受光する受光素子を有する。

光送信部２３は、車載制御機２１から出力される上りフレーム（パラレルの電気信号）を所定の伝送速度のシリアルな送信信号に変換する送信回路と、出力された送信信号をアップリンク方向の光信号に変換する、発光ダイオード等よりなる発光素子とから構成されている。
本実施形態の車載機２では、光送信部２３は、高低２種類の伝送速度での電気光変換が可能なマルチレート対応であり、低い方の伝送速度は従来の旧車載機と同様に６４ｋｂｐｓである。高い方の伝送速度は、１２８ｋｂｐｓ、１９２ｋｂｐｓ、２５６ｋｂｐｓ、３８４ｋｂｐｓ、５１２ｋｂｐｓ、１０２４ｋｂｐｓなどの速度を採用し得るが、本実施形態では１０２４ｋｂｐｓであるとする。

光受信部２４は、フォトダイオード等よりなる受光素子と、この受光素子が出力する電気信号を増幅してデジタルの受信信号を生成する受信回路とを備えている。
本実施形態の車載機２では、光受信部２４が受信する光信号の伝送速度は、従来の旧車載機と同様に１０２４ｋｂｐｓである。

車載制御機２１は、信号処理部、ＣＰＵ及びメモリなどを有するコンピュータ装置よりなり、光ビーコン４との路車間通信を行う通信制御部としての機能を有する。
また、車載制御機２１は、通信制御のためのコンピュータプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、当該ＣＰＵが上記通信制御部として機能する。

更に、車載制御機２１は、アップリンクデータとして、自車両の走行データ（例えば、通過位置と通過時刻を時系列に並べた走行軌跡データであるプローブ情報など）を生成して、光送信部２４にアップリンク送信させる機能も有する。
この場合、アップリンク速度を高速化することで、より多くのプローブ情報（走行軌跡を記録する道路区間を長くしたり、同一道路区間における通過位置と通過時刻の記録密度を高くしたりした情報）を送信することが可能になる。

〔路車間通信の内容〕
図４は、通信領域Ａで行われる路車間通信の手順とデータ内容を示す概念図である。なお、図４に示す路車間通信の手順は、本実施形態の光ビーコン４（新光ビーコン）及び車載機２（新車載機）との間の通信にも踏襲される。

まず、ビーコン制御機７は、車線Ｒ１〜Ｒ４ごとに設けられたビーコンヘッド８から、ダウンリンクの切り替え前の第１情報として、車線通知情報を含む第１のダウンリンク情報３４を、各車線Ｒ１〜Ｒ４のダウンリンク領域ＤＡに所定の送信周期で送信し続けている（図４のＦ１）。この段階では、車線通知情報に車両ＩＤが格納されていない。
車載機２を搭載した車両２０がダウンリンク領域ＤＡに入ると、車載機２の車載ヘッド２２が車線通知情報（車両ＩＤ無し）を含む第１のダウンリンク情報３４を受信する。

これにより、車載制御機２１は、車両２０が光ビーコン４の通信領域Ａの中に存在していることを認識する。
その後、車載制御機２１は、アップリンク情報３５の送信を開始し（図４のＦ２）、このアップリンク情報３５をビーコンヘッド８に対して所定の送信周期で送信する（図４のＦ３）。

本実施形態では、光ビーコン４と車載機２がアップリンク方向においてマルチレート対応となっているので、上記のアップリンク情報３５を車載機２が高速の伝送速度（１０２４ｋｂｐｓ）でアップリンク送信する場合には、例えばプローブデータなどの大容量のデータをアップリンク情報３５に格納することにより、従来よりも大容量のデータを光ビーコン４にアップリンクすることができる。

車載制御機２１は、車両２０に特定の車両ＩＤをアップリンク情報３５に格納して当該アップリンク情報３５を送信し、ビーコン間の旅行時間情報を有している場合には、この情報もアップリンク情報３５に含ませる。
また、車載制御機２１は、光ビーコン４のビーコン制御機７がダウンリンクの切り替えを行ったことを検出するまで、当該アップリンク情報３５を間欠的に送信し続ける。

ビーコンヘッド８がアップリンク情報３５受信すると（図４のＦ４）、ビーコン制御機７は、遅くとも１０ｍ秒以内でダウンリンクの切り替えを行ったあと、第２情報として、車両ＩＤ情報を有する車線通知情報を含む、第２のダウンリンク情報３６の送信を開始する（図５のＦ５）。
この第２のダウンリンク情報３６の送信は、所定時間内において可能な限り繰り返される（図５のＦ６）。

車線通知情報には、車線Ｒ１〜Ｒ４（図２）ごとに車両ＩＤを格納するフィールドがあり、各車両ＩＤに対して車線番号を付与することができる。
このため、異なる車線Ｒ１〜Ｒ４を走行する車両２０の車載制御機２１は、その格納フィールド内のいずれに自車両の車両ＩＤが含まれるかを読み取ることにより、自車両がどの車線Ｒ１〜Ｒ４を走行しているかを判定できる。

第２のダウンリンク情報３６には、車両ＩＤを含む車線通知情報の他に、渋滞情報、区間旅行時間情報及び事象規制情報などの情報を含めることができる。
これらの情報は、高速アップリンク送信に非対応の旧車載機に対しても提供されるものであるが、本実施形態では、高速アップリンク送信に対応する本実施形態の車載機２（新車載機）に対しては、例えば、交差点における信号灯色の切り替えタイミングを含む信号情報や、車両２０が電気自動車の場合に有用な情報である直近の充電ステーションまでの経路情報など、新車載機用として予め定めた専用情報を提供するものとする。

なお、車載制御機２１は、第２のダウンリンク情報３６を受信した時点（図５のＦ７）で光ビーコン４でのダウンリンク切り替えが行われたと判断し、この時点でアップリンク情報３５の送信を停止する。

〔ダウンリンク情報のフレーム構成〕
図４に示すように、ダウンリンク情報３５，３６は、複数の最小単位の下りフレーム３７により構成されている。
旧光ビーコンの規約では、下りフレーム３７は、先頭から順に、受信側と同期を取るための同期部３８と、ヘッダ部３９と、実データ部４０と、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check ）部４１とを有する。

同期部３８には１バイトが割り当てられ、ヘッダ部３９には５バイトが割り当てられ、実データ部４０には１２３バイトが割り当てられ、ＣＲＣ部４１には２バイトが割り当てられている。本実施形態においても、この規約上のフレーム構成に従うものとする。ただし、図４には図示していないが、実データ部４０とＣＲＣ部４１の間に１バイト分のアイドル部があり、ＣＲＣ部４１の後には更に同期部がある。
また、ダウンリンク切り替え後に光送信部１０から送信されるダウンリンク情報３６は１〜８０個の下りフレーム３７で構成され、この下りフレーム３７を繰り返して送信できる送信可能時間は、２５０ｍｓに設定されている。

もっとも、本実施形態のように、ダウンリンク領域ＤＡをビーコンヘッド８の直下付近まで拡大すれば（図３参照）、繰り返し送信する下りフレーム３７の個数を最大２００個程度まで増加させることができる。

第２のダウンリンク情報３６は、ダウンリンク送信すべきデータ量に応じた任意数の下りフレーム３７で構成され、上記送信可能時間の範囲内で繰り返し送信される。また、下りフレーム３７の送信周期は約１ｍｓである。
従って、例えば、３つの下りフレーム３７で１つの有意なデータを構成する場合は、ダウンリンク情報３６の送信周期は約３ｍｓになるので、当該ダウンリンク情報３６は所定の送信可能時間（２５０ｍｓ）内に約８０回繰り返して送信されることになる。

〔混在状況における問題点〕
図５は、新旧の光ビーコン４Ａ，４Ｂと車載機２Ａ，２Ｂの混在状態を示す図である。
図５に示すように、新光ビーコン４Ａは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）だけでなく高速の伝送速度（例えば１０２４ｋｂｐｓ）でのアップリンク受信に対応している。本実施形態の光ビーコン４は新光ビーコン４Ａに該当する。
同様に、新車載機２Ａは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）だけでなく高速の伝送速度（例えば１０２４ｋｂｐｓ）でのアップリンク送信に対応している。本実施形態の車載機２は新車載機２Ａに該当する。

これに対して、旧光ビーコン４Ｂは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）でのアップリンク受信のみを行う光ビーコン、すなわち、高速の伝送速度（例えば１０２４ｋｂｐｓ）でのアップリンク受信に非対応の光ビーコンである。
同様に、旧車載機２Ｂは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）でのアップリンク送信のみを行う車載機、すなわち、高速の伝送速度（例えば１０２４ｋｂｐｓ）でのアップリンク送信に非対応の車載機である。

図５において、「ＤＬ１」は、ダウンリンク切り替え前に新旧の光ビーコン４Ａ，４Ｂが送信する下りフレーム（図４の第１のダウンリンク情報３４）を示し、「ＵＬ１」は、下りフレームＤＬ１の受信を契機として、新旧の車載機２Ａ，２Ｂが送信する上りフレーム（図４のアップリンク情報３５）を示している。
また、「ＤＬ２」は、ダウンリンク切り替え後に新旧の光ビーコン４Ａ，４Ｂが送信する下りフレーム（図４の第２のダウンリンク情報３６）を示している。

ここで、アップリンク方向において高速伝送にも対応する新光ビーコン４Ａと新車載機２Ａが路車間通信する場合を想定する。そして、光ビーコンの新旧を判別不能な場合は、新車載機２Ａは、上りフレームＵＬ１を確実に受信して貰うために低速でアップリンク送信を行うとする。
この場合、ダウンリンク方向の伝送速度は、新旧いずれの場合も「１０２４ｋｂｐｓ」であるから、新車載機２Ａは、新光ビーコン４Ａから下りフレームＤＬ１を受信しただけでは、通信相手が新光ビーコン４Ａであることを察知できない。

このように、新車載機２Ａが、新光ビーコン４Ａのダウンリンク領域ＤＡを通過する間に新光ビーコン４Ａと通信していることを認識できなければ、高速のアップリンク送信が可能である筈の新車載機２Ａが、新光ビーコン４Ａに対しても低速でアップリンク送信を行ってしまい、アップリンク速度の高速化が実現できなくなる。
そこで、本実施形態の光ビーコン４では、ビーコン制御機７が、自機が高速アップリンク受信に対応する新光ビーコン４Ａである旨のビーコン識別情報を下りフレームＤＬ１，ＤＬ２に含める。

具体的には、光送信部１０にダウンリンク送信させる下りフレームＤＬ１，ＤＬ２のヘッダ部３９に、光ビーコンの新旧タイプを示すフラグフィールドを予め定義しておく。
そして、ビーコン制御機７は、自機を新光ビーコン４Ａとして動作させる場合には、すべての下りフレームＤＬ１，ＤＬ２のフラグフィールドをオンにし、自機を旧光ビーコン４Ｂとして動作させる場合には、すべての下りフレームＤＬ１，ＤＬ２のフラグフィールドをオフにする。

このため、新車載機２Ａは、受信した下りフレームＤＬ１，ＤＬ２のフラグフィールドがオンである場合には、通信相手が新光ビーコン４Ａであると判定でき、オフの場合や当該フラグフィールドが検出できなかった場合には、通信相手が旧光ビーコン４Ｂであると判定できる。
以下、上記のビーコン識別情報を下りフレームＤＬ１，ＤＬ２に含める規約に従うことを前提とした、新光ビーコン４Ａと新車載機２Ａが行う上位互換制御について説明する。

〔新光ビーコンの上位互換制御〕
図６は、本実施形態の光ビーコン４である、新光ビーコン４Ａのビーコン制御機７が行う上位互換制御を示すフローチャートである。
図６に示すように、新光ビーコン４Ａのビーコン制御機７は、フラグフィールドをオンに設定した下りフレームＤＬ１を繰り返しダウンリンク送信することにより（図６のステップＳＴ１）、自機が新光ビーコン４Ａであることを外部に通知している。

この状態で、ビーコン制御機７は、上りフレームＵＬ１を受信したか否かを判定し（図６のステップＳＴ２）、その受信を検出するまで、ステップＳＴ１のダウンリンク送信を継続する。
上りフレームＵＬ１の受信を検出すると、ビーコン制御機７は、受信した上りフレームＵＬ１の送信主体が、高速の伝送速度（本実施形態では、１０２４ｋｂｐｓ）に対応する新車載機２Ａであるか否かを判定する（図６のステップＳＴ３）。

このステップＳＴ３の判定は、例えば、光受信部１１で受信された上りフレームＵＬ１の伝送速度が、高速であったか低速であったかによって行うことができる。この場合、受信した上りフレームＵＬ１が高速であれば、送信主体が新車載機２Ａであると判定でき、低速であれば、送信主体が旧車載機２Ｂであると判定できる。
また、新車載機２Ａの車載制御機２１が、自機が高速アップリンク送信対応の新車載機２Ａである旨の車載機識別情報を、上りフレームＵＬ１に含める規約を採用してもよい。

具体的には、光送信部２３にアップリンク送信させる上りフレームＵＬのヘッダ部（図示せず）に、車載機の新旧タイプを示すフラグフィールドを予め定義しておく。
そして、車載制御機２１は、自機を新車載機２Ａとして動作させる場合には、上りフレームＵＬ１のフラグフィールドをオンにし、自機を旧車載機２Ｂとして動作させる場合には、すべての上りフレームＵＬ１のフラグフィールドをオフにする。

このため、かかる規約を採用すれば、ビーコン制御機７は、受信した上りフレームＵＬ１のフラグフィールドがオンである場合には、その送信主体が新車載機２Ａであると判定でき、オフの場合や当該フラグフィールドが検出できなかった場合には、その送信主体が旧車載機２Ｂであると判定できる。

ステップＳＴ３の判定結果が肯定的である場合、すなわち、上りフレームＵＬ１の送信主体が新車載機２Ａの場合は、ビーコン制御機７は、ダウンリンク切り替え後に新車載機用のダウンリンク送信を行う（図６のステップＳＴ４）。
ステップＳＴ３の判定結果が否定的である場合、すなわち、上りフレームＵＬ１の送信主体が旧車載機２Ｂの場合は、ビーコン制御機７は、ダウンリンク切り替え後に旧車載機用のダウンリンク送信を行う（図６のステップＳＴ５）。

なお、前述の通り、上記ステップＳＴ４，ＳＴ５における下りフレームＤＬ２のダウンリンク送信は、ダウンリンク切り替え時点から所定時間（例えば、２５０ｍｓ）が経過するまで行われる。
また、上記ステップＳＴ４，ＳＴ５における下りフレームＤＬ２のダウンリンク送信の具体例については後述する。

〔新車載機の上位互換制御〕
図７は、本実施形態の車載機２である、新車載機２Ａの車載制御機２１が行う上位互換制御を示すフローチャートである。
図７に示すように、新車載機２Ａの車載制御機２１は、下りフレームＤＬ１を受信したか否かを常に判定しており（図７のステップＳＴ１１）、下りフレームＤＬ１を受信した場合には、その下りフレームＤＬ１のフラグフィールドがオンか否かを判定する（図７のステップＳＴ１２）。

上記判定の結果、フラグフィールドがオンである場合には、上りフレームＵＬ１を高速でアップリンク送信し（図７のステップＳＴ１３）、フラグフィールドがオフの場合やフィールド自体がない場合には、上りフレームＵＬ１を低速でアップリンク送信する（図７のステップＳＴ１４）。
なお、前述の通り、上記ステップＳＴ１３，ＳＴ１４における上りフレームＵＬ１のアップリンク送信は、車載制御機２１が下りフレームＤＬ２を検出するまで行われる。

〔ダウンリンク送信の具体例〕
図８は、ビーコン制御機７が行う、ダウンリンク切り替え後のダウンリンク送信の具体例を示す図である。
ここで、図８中の「Ｄｉ」はダウンリンク情報の識別番号であり、識別番号Ｄ１〜Ｄ１０が旧車載機２Ｂのためのダウンリンク情報として割り当てられ、識別子Ｄ１１以上が新車載機２Ａのためのダウンリンク情報として割り当てられているとする。

旧車載機２Ｂのためのダウンリンク情報としては、例えば、前述の渋滞情報、区間旅行時間情報及び事象規制情報などがある。また、新車載機２Ａのためのダウンリンク情報としては、例えば、前述の信号情報や充電ステーションまでの経路情報などがある。
従って、図８における識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２は、高速アップリンク送信に対応する新車載機２Ａのみに提供可能であり、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２は、高速アップリンク送信に非対応の旧車載機２Ｂに従来から提供されていた下りフレームであり、新車載機２Ａにも提供可能である。

なお、以下においては、旧車載機２Ｂに従来から提供されていた識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２（ただし、新車載機２Ａにも提供可能）のみからなるフレーム群を、「第１フレーム群」といい、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２に加えて、新車載機２Ａにだけ提供する識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２を含むフレーム群を、「第２フレーム群」という。

ビーコン制御機７は、図６のステップＳＴ４において、図８（ａ）に示す「旧車載機用のダウンリンク送信」を実行する。
この旧車載機用のダウンリンク送信では、ビーコン制御機７は、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２をその番号順で繰り返して送信する。

一方、ビーコン制御機７は、図６のステップＳＴ５において、図８（ｂ）に示す「新車載機用のダウンリンク送信」を実行する。
この新車載機用のダウンリンク送信では、ビーコン制御機７は、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２の後に、識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２が出現する順序で、下りフレームＤＬ２を繰り返して送信する。すなわち、Ｄ１→Ｄ２→Ｄ３→Ｄ１１→Ｄ１……の順で、下りフレームＤＬ２が送信される。

なお、ビーコン制御機７は、図６のステップＳＴ５において、図８（ｃ）に示す「新車載機用のダウンリンク送信」を実行することにしてもよい。
この新車載機用のダウンリンク送信では、ビーコン制御機７は、識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２が先頭となり、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２がその後に続く順序で、下りフレームＤＬ２を繰り返して送信する。すなわち、Ｄ１１→Ｄ１→Ｄ２→Ｄ３→Ｄ１１→……の順で、下りフレームＤＬ２が送信される。

このように、識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２の送信順を早めると、新車載機２Ａにとって有用である信号情報などの専用情報を、より確実に新車載機２Ａに提供できるという利点がある。
もっとも、識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２の送信順、すなわち、第２フレーム群における識別番号Ｄ１１の位置は、図８（ｂ）に示す最後の場合や図８（ｃ）に示す最初の場合に限らず、２番目や３番目などであってもよい。

〔ダウンリンク送信の変形例〕
図９は、ビーコン制御機７が行う、ダウンリンク切り替え後のダウンリンク送信の変形例を示す図である。
ここでは、ビーコン制御機７が、上りフレームＵＬ１を受信すると、その上りフレームＵＬ１の送信主体の判定（図６のステップＳＴ３）を行わずに、すなわち、送信主体が新車載機２Ａか旧車載機２Ｂかに拘わらず、共通のダウンリンク送信を行うことを想定している。

この場合、新しい識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２を最初にダウンリンク送信すると、その識別番号Ｄ１１の存在を知らない旧車載機２Ｂが送信元の新光ビーコン４Ａを異常と判定して、すべての下りフレームＤＬ２の受信を行わなくなる可能性がある。
そこで、図９（ａ）に示す共通のダウンリンク送信では、ビーコン制御機７は、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２の後に、識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２が出現する順序で、下りフレームＤＬ２を繰り返して送信する。すなわち、Ｄ１→Ｄ２→Ｄ３→Ｄ１１→Ｄ１……の順で、下りフレームＤＬ２が送信される。

換言すると、図９（ａ）の送信順序では、識別番号Ｄ１１が最後に来る第２フレーム群が生成され、この第２フレーム群が繰り返される順序で、下りフレームＤＬ２がダウンリンク送信される。

このように、新しい識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２を、既設の識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２の後に送信すれば、旧車載機２Ｂが上記のような異常判定を行う可能性が低減し、旧車載機２Ｂが従来の下りフレームＤＬ２をより確実に受信できるようになり、旧車載機２Ｂとの互換性を向上できるという利点がある。

図９（ｂ）に示す共通のダウンリンク送信では、ビーコン制御機７は、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２のみからなる「第１フレーム群」と、識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２に識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２を追加した「第２フレーム群」とに分けて、ダウンリンク送信を行う。
このため、旧車載機２Ｂのための第１フレーム群と、新車載機２Ａのための第２フレーム群とを概ね平等にダウンリンク送信することができる。

また、この変形例では、ビーコン制御機７は、「第１フレーム群」を最初に送信しかつ「第１フレーム群」と「第２フレーム群」が交互に繰り返される順序で、下りフレームＤＬ２のダウンリンク送信を行うようになっている。
このように、第１フレーム群を第２フレーム群と区別して送信すれば、フレーム選択ロジックが旧車載機の機種によって異なっていても、旧車載機２Ｂがダウンリンク送信を正常に受信する可能性が増すと考えられる。

また、図９（ｂ）の変形例では、第１フレーム群と第２フレーム群の送信順序を交互に設定しているので、旧車載機２Ｂのための第１フレーム群と新車載機２Ａのための第２フレーム群を概ね平等にダウンリンク送信できる。
更に、図９（ｂ）の変形例では、第１フレーム群を最初にダウンリンク送信しているので、新旧の車載機２Ａ，２Ｂが認識可能な識別番号Ｄ１〜Ｄ３の下りフレームＤＬ２が新しい識別番号Ｄ１１の下りフレームＤＬ２よりも早くダウンリンク送信され、旧車載機２Ｂが従来通りの下りフレームＤＬ２をより確実に受信できるようになる。

〔光ビーコン及び車載機の効果〕
以上の通り、本実施形態の光ビーコン４によれば、高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能なマルチレートの光受信部１１を備えているので、旧車載機２Ｂ及び新車載機２Ａの双方からの光信号を受信することができる。
また、本実施形態の車載機２によれば、高低２種類の伝送速度での電気光変換が可能なマルチレートの光送信部２３を備えているので、旧光ビーコン４Ｂ及び新光ビーコン４Ａの双方に対して光信号を送信することができる。

その上で、本実施形態では、光ビーコン４のビーコン制御機７が、光送信部１０にダウンリンク送信させる下りフレームＤＬ１のフラグフィールドをオンにし、その下りフレームＤＬ１を受信した新車載機２Ａがフラグフィールドに従って高速のアップリンク送信を行うので、新車載機２Ａが、新光ビーコン４Ａに対して低速のアップリンク送信を行うことがない。
従って、アップリンク方向でマルチレート対応の新光ビーコン４Ａと新車載機２Ａとの間で行う路車間通信において、アップリンク速度の高速化を確実に実現できる。

〔光受信部の内部構成〕
図１０は、光ビーコン４の光受信部１１の内部構成を示す回路構成図である。
図１０に示すように、本実施形態の光受信部１１は、受光したアップリンク方向の光信号を電気信号に変換するフォトダイオードよりなる受光素子５０と、この受光素子５０に接続された２系列の第１及び第２受信回路５１，５２とを有する。

受信回路５１，５２が出力するデジタルの受信信号は、ビーコン制御機７に設けられた信号処理部５３に入力される。
信号処理部５３は、送受信データのデコーダ、エンコーダ、ＤＰＬＬ（Digital Phase Locked Loop）、ＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controller）などを有するプロセッサよりなり、入力された受信信号から上りフレームＵＬ１のデータを取り出して、メモリ５４に記録する。また、ＣＰＵ５５は、メモリ５４に記録されたデータを中央装置３等の外部装置に送信する中継処理を行ったり、前述の通信制御を行ったりする。

第１受信回路５１は、受光素子５０側から順に、低速用増幅回路５１Ａ、低速用フィルタ５１Ｂ及び低速用コンパレータ５１Ｃを有する。
低速用増幅回路５１Ａは、受光素子５０で変換された電気信号を低速帯域で動作して増幅し、その増幅後の電気信号を低速用フィルタ５１Ｂに入力する。低速用フィルタ５１Ｂは、増幅された電気信号の低速成分を抽出して、抽出した低速信号を低速用コンパレータ５１Ｃに入力する。低速用コンパレータ５１Ｃは、入力された低速信号を閾値と比較して得られたデジタルの受信信号を、後段の信号処理部５３に出力する。

第２受信回路５２は、受光素子５０側から順に、高速用増幅回路５２Ａ、高速用フィルタ５２Ｂ及び高速用コンパレータ５２Ｃを有する。
高速用増幅回路５２Ａは、受光素子５０で変換された電気信号を高速帯域で動作して増幅し、その増幅後の電気信号を高速用フィルタ５２Ｂに入力する。高速用フィルタ５２Ｂは、増幅された電気信号の高速成分を抽出して、抽出した高速信号を高速用コンパレータ５２Ｃに入力する。高速用コンパレータ５２Ｃは、入力された高速信号を閾値と比較して得られたデジタルの受信信号を、後段の信号処理部５３に出力する。

信号処理部５５は、上記第１及び第２受信回路５１，５２が出力するデジタルの受信信号に対して、それぞれ上述のデジタル信号処理を行う。
このように、本実施形態では、光受信部１１が、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子５０と、２系統の第１及び第２受信回路５１，５２とを有し、信号処理部５３が、双方の受信回路５１，５２が出力する受信信号にそれぞれデジタル信号処理を行う。

このため、光受信部１１がアップリンク受信した光信号の送信元が、旧車載機２Ｂ及び新車載機２Ａのうちのいずれであっても、その受信信号を適切にデジタル信号処理することができる。
つまり、受信した上りフレームＵＬ１が高速で送信されたとして行う処理と、低速で送信されたとして行う処理の双方を同時に行うことで、いずれの速度であったかに関わらず、いずれかのコンパレータ５１Ｃ，５２Ｃによって確実に処理することが可能となる。

なお、コンパレータ５１Ｃ，５２Ｃは、ＣＲＣ値を演算することによって、処理が正常か否かを判定することができる。
すなわち、高速で送信された上りフレームＵＬ１であれば、高速用コンパレータ５２Ｃで行われるＣＲＣ値は正常であり、低速用コンパレータ５１Ｃで行われるＣＲＣ値は異常となる。このため、いずれのＣＲＣ値が正常かを判定することで、光ビーコン４は、上りフレームＵＬ１が高速又は低速のいずれで行われたかを察知できる。

この場合、受信した上りフレームＵＬ１のデジタルデータを処理対象とするＣＰＵに対しては、ＣＲＣ値が正常であった方のコンパレータ５１Ｃ，５２Ｃが取り出したデジタルデータのみを引き渡せばよい。
このように、図１０に示す回路構成の光受信部１１を採用すれば、高低２種類の伝送速度でアップリンク受信できる、アップリンク方向にマルチレート対応の光ビーコン４が得られる。

〔光受信部の内部構成の変形例〕
図１１は、光ビーコン４の光受信部１１の内部構成の変形例を示す回路構成図である。
図１１に示すように、この変形例に係る光受信部１１は、受光したアップリンク方向の光信号を電気信号に変換するフォトダイオードよりなる受光素子５０と、この受光素子５０に接続された１系列の共用受信回路６０とを有する。

共用受信回路６０が出力するデジタルの受信信号は、ビーコン制御機７に設けられた信号処理部５３に入力される。
なお、信号処理部５３が行う主なデジタル信号処理（送受信データのデコードやエンコードなど）や、ＣＰＵ５５が行う中継処理は、図１０の場合と同様である。

共用受信回路６０は、受光素子５０側から順に、共用増幅回路６０Ａ、共用フィルタ６０Ｂ及び共用コンパレータ６０Ｃを有する。
このうち、共用増幅回路６０Ａは、高速帯域で動作する高速用増幅回路よりなり、共用フィルタ６０Ｂは、少なくとも低速成分を抽出できるハイパスフィルタよりなる。共用フィルタ６０Ｂは、低速成分から高速成分までをカバーするバンドパスフィルタでもよい。また、共用コンパレータ６０Ｃは、高速信号と閾値との比較が可能な高速用コンパレータよりなる。

共用増幅回路６０Ａは、受光素子５０で変換された電気信号を高速帯域で動作して増幅し、その増幅後の電気信号を共用フィルタ６０Ｂに入力する。共用フィルタ６０Ｂは、増幅された電気信号から低速成分又は高速成分を抽出し、抽出した低速信号又は高速信号を共用コンパレータ６０Ｃに入力する。共用コンパレータ６０Ｃは、入力された低速信号又は高速信号を閾値と比較して得られたデジタルの受信信号を、後段の信号処理部５３に出力する。

信号処理部５３は、共用受信回路６０が出力する受信信号から当該受信信号の伝送速度を判定する処理を実行し、判定した伝送速度にて、入力された受信信号に上述のデジタル信号処理を行う。
具体的には、信号処理部５３は、例えば、入力された受信信号に対して高速と低速の２種類でビット同期を行い、同期を確立できた方の伝送速度を、当該受信信号の伝送速度であると判定する。

また、信号処理部５３は、共用受信回路６０が出力する受信信号に対して次の処理を行うことにより、伝送速度を判定することにしてもよい。
すなわち、信号処理部５３は、まず、受信信号を高速とみなしてデジタルの受信信号を作成する。つまり、高速のサンプリングレートでサンプリングして受信信号を作成する。そして、ＣＲＣの演算処理を行って、ＣＲＣ値が正常か否かを判定する。正常であれば、その受信信号をそのまま信号処理部５３に出力する。

一方、ＣＲＣ値が異常であった場合には、受信信号が低速のものであった可能性が高いので、高速サンプリングされたデータを低速でサンプリングした場合の結果と同じになるようにリサンプリングした上で、当該リサンプリング後の受信信号についてＣＲＣの演算処理を行う。もし、受信信号が低速であれば、ＣＲＣ値は正常であるはずだから、リサンプリング後の受信信号を信号処理部５３に出力する。

なお、リサンプリング後にもＣＲＣが正常でない場合には、ノイズデータと考えられるので、当該データは破棄される。
このように、この変形例では、光受信部１１が、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子５０と、１系統の共用受信回路６０とを有し、信号処理部５３が、共用受信回路６０が出力する受信信号から当該受信信号の伝送速度を判定し、判定した伝送速度にて受信信号にデジタル信号処理を行う。

このため、光受信部１１がアップリンク受信した光信号の送信元が、旧車載機２Ｂ及び新車載機２Ａのうちのいずれであっても、その受信信号を適切にデジタル信号処理することができる。
このように、図１１に示す回路構成の光受信部１１を採用すれば、高低２種類の伝送速度でアップリンク受信できる、アップリンク方向にマルチレート対応の光ビーコン４が得られる。

〔その他の変形例〕
今回開示した実施形態（上述の各変形例を含む。）はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上述の実施形態では、ビーコン識別情報をすべての下りフレームＤＬ１，ＤＬ２に含めることにしているが、ダウンリンク切り替え前にダウンリンク送信される車線通知情報を含む下りフレームＤＬ１にのみ含めることにしてもよい。
また、例えば、送信順序が奇数又は偶数の下りフレームＤＬ１，ＤＬ２にビーコン識別情報を含めてもよいし、次第に長周期となる変動周期で発生する下りフレームＤＬ１，ＤＬ２にビーコン識別情報を含めてもよい。

また、本発明の「車載機」とは、車両２０に搭載されたあと常にその状態に固定されるものを含むことは勿論、ドライバが利用したい時だけ車両２０に持ち込まれ、一時的に車両２０に搭載されるものも含まれる。

２ 車載機
２Ａ 新車載機
２Ｂ 旧車載機
４ 光ビーコン
４Ａ 新光ビーコン
４Ｂ 旧光ビーコン
７ ビーコン制御機（通信制御部）
８ ビーコンヘッド
１０ 光送信部
１１ 光受信部
２０ 車両
２１ 車載制御機（通信制御部）
２２ 車載ヘッド
２３ 光送信部
２４ 光受信部
５０ 受光素子
５１ 第１受信回路
５２ 第２受信回路
５３ 信号処理部
６０ 共用受信回路

Claims (15)

1. 走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、
   高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能な光受信部と、
   所定の伝送速度での電気光変換が可能な光送信部と、
   前記光送信部にダウンリンク送信させる下りフレームに、自機が高速アップリンク受信に対応する新光ビーコンである旨のビーコン識別情報を含める通信制御部と、
   を備えていることを特徴とする光ビーコン。
2. 前記通信制御部は、アップリンク受信の検出前後で前記下りフレームのデータ内容を変更するダウンリンク切り替えを行う通信方式を採用しており、
   前記ダウンリンク切り替え後に前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームの送信順序を、次の１又は複数の旧フレームの後に次の１又は複数の新フレームが出現する順序とする請求項１に記載の光ビーコン。
   新フレーム：高速アップリンク送信に対応する新車載機のみに提供する下りフレーム
   旧フレーム：高速アップリンク送信に非対応の旧車載機にも提供する下りフレーム
3. 前記通信制御部は、アップリンク受信の検出前後で前記下りフレームのデータ内容を変更するダウンリンク切り替えを行う通信方式を採用しており、
   前記ダウンリンク切り替え後に前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームを、次の１又は複数の旧フレームのみからなる第１フレーム群と、次の１又は複数の旧フレームに次の１又は複数の新フレームを追加した第２フレーム群とから構成する請求項１又は２に記載の光ビーコン。
   新フレーム：高速アップリンク送信に対応する新車載機のみに提供する下りフレーム
   旧フレーム：高速アップリンク送信に非対応の旧車載機にも提供する下りフレーム
4. 前記通信制御部は、前記第１フレーム群と前記第２フレーム群の送信順序を交互に設定する請求項３に記載の光ビーコン。
5. 前記通信制御部は、前記第１フレーム群を最初にダウンリンク送信させる請求項３又は４に記載の光ビーコン。
6. 前記通信制御部は、前記光受信部がアップリンク受信した上りフレームに基づいて、前記車載機が高速アップリンク送信に対応する新車載機か非対応の旧車載機かを判定し、その判定結果が新車載機の場合に、当該新車載機のための下りフレームを前記光送信部にダウンリンク送信させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ビーコン。
7. 前記通信制御部は、前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームのすべてに、前記ビーコン識別情報を含める請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ビーコン。
8. 前記通信制御部は、前記光送信部に繰り返しダウンリンク送信させる複数の前記下りフレームのうち、予め定めた特定の前記下りフレームに前記ビーコン識別情報を含める請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ビーコン。
9. ダウンリンク方向の光信号を受信するためのダウンリンク領域及びアップリンク方向の光信号を受信するためのアップリンク領域のうちの少なくとも一方の車両進行方向の範囲が、高速アップリンク受信に非対応の旧光ビーコンの場合よりも広い請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ビーコン。
10. 走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、
    高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能な光受信部と、
    前記光受信部が出力する受信信号にデジタル信号処理を行う信号処理部と、を備え、
    前記光受信部は、受光した前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、次の第１及び第２受信回路とを有し、前記信号処理部は、双方の前記受信回路が出力する前記受信信号にそれぞれ前記デジタル信号処理を行うことを特徴とする光ビーコン。
    第１受信回路：変換された電気信号を低速帯域で動作して増幅する低速用増幅回路と、増幅された電気信号の低速成分を抽出可能な低速用フィルタと、抽出された低速信号を閾値と比較してデジタルの受信信号を出力する低速用コンパレータとを含む受信回路
    第２受信回路：変換された電気信号を高速帯域で動作して増幅する高速用増幅回路と、増幅された電気信号の高速成分を抽出可能な高速用フィルタと、抽出された高速信号を閾値と比較してデジタルの受信信号を出力する高速用コンパレータとを含む受信回路
11. 走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、
    高低２種類の伝送速度でのアップリンク受信が可能な光受信部と、
    前記光受信部が出力する受信信号にデジタル信号処理を施す信号処理部と、を備え、
    前記光受信部は、受光した前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、次の共用受信回路とを有し、前記信号処理部は、前記共用受信回路が出力する前記受信信号から当該受信信号の伝送速度を判定し、判定した前記伝送速度にて前記受信信号に前記デジタル信号処理を行うことを特徴とする光ビーコン。
    共用受信回路：変換された電気信号を高速帯域で動作して増幅する共用増幅回路と、増幅された電気信号の低速成分と高速成分の双方を抽出可能な共用フィルタと、抽出された信号を閾値と比較してデジタルの受信信号を出力する共用コンパレータとを含む受信回路
12. 道路に設置された光ビーコンと光信号による無線通信を行う車載機であって、
    所定の伝送速度での光電気変換が可能な光受信部と、
    高低２種類の伝送速度での電気光変換が可能な光送信部と、
    前記光受信部がダウンリンク受信した下りフレームに含まれるビーコン識別情報に基づいて、前記光ビーコンが高速アップリンク受信に対応する新光ビーコンか非対応の旧光ビーコンかを判定する通信制御部と、
    を備えていることを特徴とする車載機。
13. 前記通信制御部は、判定結果が新光ビーコンである場合に、前記光送信部に高速でアップリンク送信を行わせ、判定結果が旧光ビーコンである場合に、前記光送信部に低速でアップリンク送信を行わせる請求項１２に記載の車載機。
14. 前記通信制御部は、前記ビーコン識別情報が含まれる前記下りフレームを受信するまでの間は、前記光送信部によるアップリンク送信を保留する請求項１２又は１３に記載の車載機。
15. 前記通信制御部は、前記光送信部にアップリンク送信させる上りフレームに、自機が高速アップリンク送信に対応する新車載機である旨の車載機識別情報を含める請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の車載機。

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