JP2022521404A - チャネル負荷を予測するための方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、チャネル負荷を予測するための方法に関する。ここで、本方法は、場所および第１の時点に関連付けられた第１のチャネル品質情報（ＣＱＩ）を決定するステップと、場所および第１の時点に続く第２の時点に関連付けられた交通流データを予測するステップと、第１のＣＱＩおよび予測された交通流に基づいて、場所および第２の時点に関連付けられた第２のＣＱＩを予測するステップと、第２のＣＱＩ、場所、および第２の時点を含むメッセージを、第２のＣＱＩに基づいて、少なくとも１つの車両に選択的に送信するステップとを含む。本発明はさらに、本方法を実行するための車両および路側機（ＲＳＵ）に関する。

Description

本発明は、チャネル負荷を予測するための方法、特にある領域の交通流データに基づいてその領域内のチャネル負荷を予測するための方法に関する。本発明はさらに、かかる方法を実行するように構成された路側機（ＲＳＵ）、特にかかる方法を実行するように構成された制御ユニットを含むＲＳＵに関する。本発明はさらに、かかる方法を実行するように構成された車両、特にかかる方法を実行するように構成された制御ユニットを含む車両に関する。本発明はさらに、制御ユニットが本発明の方法を実行することを可能にするためのコンピュータプログラムに関する。
発明の背景
自動車アプリケーションおよびモバイル通信は、特に従来の運転と比較して大量のデータを必要とする自動運転への関心が高まっていることから、ますます関連し合うようになっている。これらのデータ量は、部分的には車両自体によって（つまり、そのセンサによって）提供され、部分的には無線インタフェースを介して提供されている。無線インタフェースを介して、車車間（Ｖ２Ｖ）通信、または車車間／路車間（Ｖ２Ｘ）通信が実行されており、後者には路側機（ＲＳＵ）との通信が含まれている。ここで、Ｖ２Ｖ通信およびＶ２Ｘ通信は、ポイントツーポイント（ユニキャスト）通信またはポイントツーマルチポイント（マルチキャスト／ブロードキャスト）通信として実行できる。
Ｖ２Ｘ通信が例えばＬＴＥまたは５Ｇ通信ネットワークなどのセルラーモバイルネットワークを介して実行される場合、これは、セルラー－Ｖ２Ｘ（Ｃ－Ｖ２Ｘ）と称される。Ｖ２Ｖ通信およびＣ－Ｖ２Ｘ通信は、ＬＴＥまたは５Ｇネットワークにおいて、ＰＨＹ層でのサイドリンク通信（ＰＣ５サイドリンク）、またはＩＥＥＥ８０２．１１ｐ規格に準拠したＷＬＡＮ通信に基づいて実行できる。
Ｖ２Ｖ通信およびＶ２Ｘ通信を使用する最新の車両数の増加に伴い、これらの通信プロトコルのユーザ数も増加している。ユーザ数の増加およびアプリケーションの複雑化に伴い、送信されるデータ量は継続的に増大している。しかしながら、帯域幅およびデータレートが制限されているため、データ量の増大に伴ってチャネル品質が低下し、通信リンクのサービス品質（ＱｏＳ）が低下する可能性がある。
ただし、特に自動運転に関しては、無線リンクのＱｏＳは、自動化されたプロセスの安全性、ひいてはドライバの安全性に直結する場合がある。例としては、いわゆる「隊列走行」が挙げられる。これは、参加車両が最小の間隔で高密度の車列を形成して、個々の車両のエネルギおよび燃料消費量を削減できるようにする協調運転操作である。かかる隊列走行では、隊列リーダーは、ユニキャストメッセージを介して他の隊列メンバに必要なブレーキ操作などを通知する必要がありうる。かかるメッセージがチャネル品質の低い環境で送信されると、送信エラーまたは遅延が発生しやすくなり、パフォーマンスが低下し、リスクが生じる可能性がある。
国際公開第２０１８／１１１１７７号では、隊列の実際の地理的位置または予測された地理的位置と、道路状況、気象条件または交通状況に関する追加情報とに基づいて、隊列の車両間の距離を調整する方法が開示されている。ただし、隊列内のＶ２Ｖ通信または隊列のＶ２Ｘ通信は考慮されていない。
したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくとも一部を克服または低減し、予測されたチャネル負荷に基づいて自動車両の運転操作の適応化を可能にする、チャネル負荷を予測するための方法を提供することである。
発明の概要
本開示の一態様によれば、チャネル負荷を予測するための方法が提供され、これは、以下に説明する本発明による車両または以下に説明する本発明による路側機のいずれかによって実行することができる。本方法の第１のステップでは、第１のチャネル品質情報（ＣＱＩ）が決定され、第１のＣＱＩは、定義された場所に関連付けられ、さらに第１の時点に関連付けられる。第１のＣＱＩは、好ましくは、セルラーネットワークまたはＷＬＡＮネットワークなどの通信ネットワークのチャネルを介して受信された信号の受信電力の測定値を含む。第１のＣＱＩは、例えば、パケットエラー損失率またはビットエラー率などの、当該通信のエラー率に関する情報をさらに含みうる。第１のチャネル品質情報（ＣＱＩ）は、さらに、ＬＴＥ－Ａによるサービス品質（ＱｏＳ）クラス識別子（ＱＣＩ）、またはチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）と同様に構成されうるが、かかる実施形態に限定されるものではない。
本開示の方法は、交通流を予測するステップ、特に移動流データを予測するステップをさらに含み、これは、場所と、第１の時点に続く第２の時点、すなわち第１の時点に追従する第２の時点とに関連付けられている。ここで、場所および第２の時点に関して移動流を予測することにより、その場所および第２の時点に存在する交通状況を推定（決定）することができる。ここで、交通状況は主に、第２の時点またはその前後の時点において、その場所の近傍に位置する車両の数によって特徴付けられる。ただし、交通状況では、以下で詳細に説明するように、例えば信号機などの追加の態様が考慮されてもよい。
本開示の方法では、次に、第２の品質チャネル情報（ＣＱＩ）が予測（決定）される。ここで、第２のＣＱＩは、場所および第２の時点に関連付けられ、予測は、第１のＣＱＩと予測された交通流とに基づいている。ここで、第１のＣＱＩは、好ましくはベースラインすなわち開始点として使用され、ＣＱＩへの変化は、例えば、車両の流入量および流出量に基づいて、移動流の予測に基づいて予測される。また、第１のＣＱＩは、交通状況、例えば、第１の時点またはその前後の時点において、その場所またはその周囲の場所の車両の数に関連付けられていることが好ましい。次に、第１のＣＱＩは、第１の時点での場所での交通状況、例えば、車両の数に基づいて正規化されうる。次に、第２のＣＱＩは、第２の時点の場所での交通状況、例えば、車両の数、および正規化された第１のＣＱＩに基づいて決定されうる（たすき掛け（cross-multiplication））。交通流および第２のＣＱＩの予測の詳細については、以下で説明する。
本開示の方法では、予測される第２のＣＱＩ、場所、および第２の時点を含むメッセージが、少なくとも１つの車両、好ましくは複数の車両に選択的に送信される。ここで、メッセージを少なくとも１つの車両に送信するかどうかの選択は、第２のＣＱＩ、例えば、その絶対値に基づいている。第２のＣＱＩがスカラー値を含む場合、メッセージを送信するかどうかの判別は、好ましくは、第２のＣＱＩのスカラー値と閾値との数値比較に基づいて実行される。第２のＣＱＩがベクトルまたは行列の形態の情報を含む場合、かかる判別は、好ましくは、要素ごとに、または第２のＣＱＩのノルムに基づいて実行される。第２の時点に関する情報は、好ましくは、絶対時間値の形式で、またはメッセージの実際の時間（タイムスタンプ）に関する期間の形式で含まれる。さらに、場所に関する情報は、好ましくは、ＧＰＳ座標として含まれる。
このため、本開示の方法により、少なくとも１つの車両にメッセージを送信して、場所および将来の第２の時点について予測された第２のＣＱＩを車両に通知することが可能となる。かかる予測に基づいて、受信車両は、その操作、特に通常は無線データの送受信に依存する自動運転アプリケーションを適応化することができる。メッセージは、車両に直接に送信（Ｖ２Ｖ）することも、モバイル通信ネットワークの基地局または路側機を介して中継することもできる。第２のＣＱＩを選択的に送信することにより、本発明の方法では、チャネル輻輳が回避される。したがって、かかるメッセージの送信が必要とされない状況では、第２のＣＱＩを含むメッセージを送信しないことによって、チャネル輻輳が回避される。
本発明の好ましい実施形態では、場所は、地理座標(geographic coordinte)および地理座標の周囲の所定のエリアによって定義される。ここで、地理座標は、好ましくは、第１のＣＱＩが測定された位置によって定義される。地理座標の周囲の所定のエリアは、好ましくは、例えば、かかる位置の周囲に５００ｍ、１ｋｍなどの所定の半径を設定することによって予め決定される。さらに好ましくは、所定のエリアは、第１のＣＱＩを測定している間の車両の速度に依存するか、または第１のＣＱＩをもたらす車両の複数の測定値に基づきうる。換言すると、第１のＣＱＩ自体が、特定の場所ではなく、領域（エリア）に適用されうる。さらに、かかるエリア（領域）はまた、例えば、エリアの境界の場所を特定することによって、またはそのエリアのカバレッジを担当する通信ネットワークの基地局の識別子を特定することによって、その周囲の場所および範囲によって異なるように示されうる。エリアは、予め定義されたグリッドのグリッド要素によって、または道路、交差点などを参照する道路情報を使用して定義することもできる。
場所についての所定のエリアは、好ましくは、メッセージ内で同様に示される。したがって、第２のＣＱＩがその場所を含むエリア（領域）に対して定義された場合、メッセージを受信する車両は、エリア全体に関してその自動運転アプリケーションを有利に適応化するために、そのエリアについても通知される。領域ごとにＣＱＩを定義することで、本手法の有用性が高まり、より多くの車両が恩恵を受けることができる。
一実施形態では、場所の周囲の所定のエリアは、その場所での進行方向および速度に基づいて決定または定義される。その場所のかかる軌道および速度は、好ましくはメッセージにも示され、かつ／またはその場所の移動流の予測に基づいて決定されうる。さらに好ましくは、場所に関する所定のエリアは、移動流の予測（第２の場所）に関連付けられ、かつ／または第２のＣＱＩに関連付けられた、少なくとも１つの車両の識別子または軌道に基づいて決定される。概して、臨界ＣＱＩ（つまり、以下に定義する第１および／または第２の閾値を超えるＣＱＩ）を有するエリアは、同じ通信ネットワークインフラストラクチャを使用して車両のクラスタを移動することによって生成される傾向がある。したがって、（移動する）臨界エリアはまた、かかる車両の１つ以上の位置に関連付けることができ、かかる車両の識別子を知ることによって、その実際の位置を決定することができ、かかる実際の位置に基づいて、第２のＣＱＩ値は対応する場所、つまり第２の時点でのクラスタの場所について予測することができる。
好ましい実施形態では、交通流データには、第１の時点と第２の時点との間または第２の時点の前後の定義済みの時間枠内で当該場所に接近する車両の第１の数、および第１の時点と第２の時点との間または第２の時点の前後の定義済みの時間枠内で当該場所から出発する第２の車両の数が含まれる。かかる車両の数、すなわち流入および流出に基づいて、その場所に関連付けられた車両の総数の変化は、連続方程式に基づいて決定することができる。特に好ましくは、交通流データを予測するステップは、第１の時点と第２の時点との間（または第２の時点の前後の定義済みの時間枠内）に所定のエリアに入る車両の第１の数を決定することと、第１の時点と第２の時点との間（または第２の時点の前後の定義済みの時間枠内）に所定のエリアを離れる車両の第２の数を決定することと、を含む。さらに好ましくは、交通流データには、その場所に存在するか、または第２の時点で、もしくは第２の時点の前後の所定の時間枠内でその場所に近接している、複数の車両が含まれる。かかる車両数に基づいて、第２の時点の場所またはエリアの第２のＣＱＩを推定できる。
さらに好ましい実施形態では、交通流データを予測するステップは、センサの読み取り値に基づいて、少なくとも１台の車両、好ましくは複数の車両の進行方向および／または速度を決定するステップを含む。かかるセンサの読み取り値は、好ましくは、例えば、ＬＩＤＡＲ、超音波、またはレーザーベースの距離センサなど、車両の距離測定に通常使用されるセンサによって取得される。しかしながら、本開示の文脈において、かかるセンサの読み取り値は、かかるセンサを含む路側機によっても取得することができる。追加的または代替的に、交通流データを予測するステップは、少なくとも１台の車両から受信した少なくとも１つの協調認識メッセージ（Cooperative awareness message;ＣＡＭ）、好ましくは複数のＣＡＭに基づいて、少なくとも１台の車両、好ましくは複数の車両の進行方向および／または速度を決定することを含む。かかるＣＡＭは、車両の場所および進行方向に関する情報を含むため、送信車両の将来の所在を予測することが可能となる。したがって、実際のセンサ読み取りを実行しなくても、交通流の予測を行うことができる。これは、大雨、霧、雪などの劣悪な計測条件で役立つ。ＣＡＭメッセージに含まれる情報は、好ましくは、送信車両自体によって取得されたデータ、例えば、ＧＰＳ座標および移動軌道、速度などに基づいている。特に好ましくは、センサの読み取り値は、本開示の方法で交通流データを高精度に予測するために、受信したＣＡＭ情報と組み合わせられる。
さらに好ましくは、本開示の方法における交通流データの予測は、場所に関連付けられた追加情報にさらに基づいている。かかる追加情報には、好ましくは、その場所のインフラストラクチャをさらに特徴付ける道路情報が含まれる。かかる道路情報により、好ましくは、その場所が交差点（信号機の有無を問わない）、横断歩道（信号機の有無を問わない）、踏切（ゲートの有無を問わない）などであることが特定される。かかる道路情報は、好ましくは、車両に存在するナビゲーション情報から導出されるか、または過去の交通流データから導出することができる。さらに好ましくは、かかる道路情報には、例えば、信号機の切り替え時間、踏切でのゲートの閉鎖時間、踏切での列車の交差時間などに関する追加のデータが含まれる。さらに好ましくは、第２の場所に関連付けられた追加情報には、その場所またはその周囲の場所の実際の交通シナリオをさらに特定する交通情報がさらに含まれる。かかる交通情報により、好ましくは、その場所またはその周囲の場所で交通渋滞が発生していること、またはその場所またはその周囲の場所で事故が発生したことが特定される。さらに好ましくは、交通情報には、その場所またはその近傍で別の理由で道路の封鎖または閉鎖が発生しているという追加情報が含まれる。かかる追加情報に基づいて、例えば、その場所もしくはその周囲の場所に到着する車両の滞留時間を考慮することによって、またはその場所の周囲のエリアを離れる発信車両の流れを妨げる障害物を考慮することによって、交通流の予測を調整することができる。
本開示の方法では、第２のＣＱＩの予測は、その場所および第２の時点の交通流データの予測に基づいており、特に、第２の時点またはその前後の時点において、その場所またはその周囲の場所の車両の総数の推定に基づいていることが好ましい。かかる車両の数に基づいて、第２のＣＱＩは、好ましくは、第２の時点またはその前後の時点において、その場所またはその周囲の場所に位置する車両ごとの所定のチャネル使用量を仮定することによって決定される。ここで、チャネル使用量は、単一の車両によって占有されたチャネルの通信帯域幅の一部を指す。代替的に、車両ごとのチャネル使用量は、車両または車両グループに個別に適応化することができる。例示的に、車両ごとのチャネル使用量は、そのグループの車両のカテゴリに基づいて、車両グループに対して決定されてもよい。また、車両ごとのチャネル使用量は、その車両の送信履歴またはデータ使用量の履歴に基づいて、個々の車両について決定されてもよい。かかる情報は、好ましくは、車両から受信されたＣＡＭメッセージを介して受信される。つまり、かかる適応化は、ＣＡＭメッセージに基づく交通流の予測において、適切に実行される。
本発明のさらに好ましい実施形態では、メッセージは、その場所の周囲の所定の送信範囲内でブロードキャストされる。換言すると、チャネル輻輳をさらに低減するために、臨界チャネル状態を伴う場所またはエリアに関するメッセージは、その場所またはエリアの周囲の予め定義された範囲（半径など）でのみ共有される。特に好ましい場合、ここで、所定の送信範囲は、その場所に関連付けられた道路クラスに基づいて決定される。換言すると、都市部の道路は、高速道路、アウトバーンなどと区別することができ、区別された道路クラスに基づいて、送信範囲が設定される。例えば、平均移動速度が速い道路では、平均移動速度が遅い道路よりも送信範囲が広くなる。送信範囲を直接に設定する代わりに、送信電力は、道路クラスに基づいて適応化される。
さらに好ましくは、本開示の方法では、少なくとも他の車両に選択的にメッセージを送信するために、メッセージがその場所の周囲の所定の距離内でのみ送信されるという追加の境界条件が存在する。受信車両が実際に第２のＣＱＩが適用される場所を通過して横切る確率は、距離の増大とともに減少するので、送信が発生する距離を制限することにより、その場所から遠く離れた距離領域でのメッセージの送信は回避される。特に好ましい所定の距離閾値は、約２ｋｍ、さらに好ましくは約３ｋｍ、特に好ましくは約５ｋｍである。したがって、第２のＣＱＩの送信は、その場所（エリア）の半径５ｋｍに制限される。
本発明のさらに好ましい実施形態では、メッセージを選択的に送信するステップは、第２のＣＱＩが所定の第１の閾値を超えた場合にメッセージを送信するステップと、第２のＣＱＩが第１の閾値を下回った場合にメッセージを送信しないステップとを含む。換言すると、メッセージは、場所（エリア）に対して、チャネル品質の所定の臨界度が判別された場合にのみ送信される。上記のように、第１のＣＱＩおよび第２のＣＱＩは、好ましくは、チャネル負荷に関連しており、かつ／またはこのチャネルを介して利用可能なサービス品質に関連している。上記でさらに説明したように、チャネルは、好ましくは、４Ｇもしくは５Ｇ ＬＴＥネットワークのモバイルベアラ、またはＩＥＥＥ８０２．１１ｐ規格によるＷＬＡＮ接続のＷＬＡＮベアラのうちの１つである。本発明の方法は、サービスメッセージの送信に関連するチャネル輻輳を低減することを目的としている。したがって、好ましくは、第２のＣＱＩが、チャネル容量の７０％、またはチャネル容量の８０％、または好ましくはチャネル容量の９０％を超えるチャネル負荷に関連する場合に、第２のメッセージが送信される。したがって、臨界チャネル品質が期待されない場合、メッセージの送信は回避される。
本発明の方法では、第１の閾値に加えて、第２の閾値を利用することができる。ここで、第２の閾値は、好ましくは第１の閾値より低く、好ましくは第１のＣＱＩに適用される。したがって、本発明の好ましい実施形態は、第１のＣＱＩが所定の第１および第２の閾値のうちの１つを超えるかどうかを判別するステップを含み、交通流データおよび第２のＣＱＩの予測する方法のさらなるステップは、第１のＣＱＩが第２の閾値を超えた場合にのみ実行される。換言すると、第１のＣＱＩが場所／エリアの特定の事前臨界度をまだ示していない場合、交通流データおよび第２のＣＱＩ（チャネル負荷）の予測はまったく実行されない。さらに好ましくは、第１のＣＱＩが第２のＣＱＩに関して上記のように第１の閾値をすでに超えている場合、好ましくは、メッセージが少なくとも１つの他の車両に送信され、メッセージには、第１のＣＱＩ、場所、および第１の時点が含まれる。しかしながら、かかる状況では、予測ステップが実行されることが好ましく、メッセージには、上記のように、第２の時点および第２のＣＱＩに関する情報がさらに含まれる。
特に好ましい実施形態では、欧州特許出願第１９１５８３８１．４号明細書に詳細に記載されているように、メッセージは、高いチャネル負荷を有する臨界エリアを通過する車両に通知するように構成された共有チャネル品質（shared channel quality;ＳＣＱ）メッセージであり、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれている。さらに好ましくは、第１のメッセージおよび／または第２のメッセージは、欧州特許出願第１８１８４３５２．５号明細書に詳細に記載されているように、チャネルおよびチャネル品質に影響を与える可能性のある周囲構造に関する情報を含むように構成された協調通信メッセージ（cooperative communication message;ＣＣＭ）であり、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれている。しかしながら、チャネル負荷を予測するための本発明の方法では、第２のＣＱＩを送信するためのフォーマットは、むしろ重要ではない。
本開示の別の態様は、（第１の）通信モジュールを含む車両が、別の車両および通信ネットワークの少なくとも１つのステーションと通信するように構成されることに関する。（第１の）通信モジュールは、モバイル通信システム内の別の車両とのかかる通信を可能にするためのさらなる構成要素（すなわち、別の車両の同一または類似の通信モジュール）を含みうる。かかる構成要素には、１つ以上の低雑音増幅器（ＬＮＡ）、１つ以上の電力増幅器（ＰＡ）、１つ以上のデュプレクサ、１つ以上のダイプレクサ、１つ以上のフィルタまたはフィルタ回路、１つ以上のコンバータ、１つ以上のミキサ、これに応じて適応化された無線周波数成分などの送受信機（送信機および／または受信機）構成要素が含まれうる。これらの構成要素はさらに、１つ以上のアンテナに結合することができ、ホーンアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、セクタアンテナなどの任意の送信および／または受信アンテナに対応することができる。アンテナは、均一アレイ、線形アレイ、円形アレイ、三角アレイ、（均一）フィールドアレイなどの定義済みの幾何学的な設定で配置することができる。
本開示の車両は、少なくとも１つの他の車両、好ましくは複数の他の車両の進行方向および／または速度を検出するように構成された複数の第１のセンサをさらに含む。これらのセンサは、例えば、ＬＩＤＡＲ技術、レーダ技術、超音波センサ、またはレーザーベースのセンサを利用することによって、車両と別の車両または障害物との間の距離を検出するための分野で一般的なものとして構成されることが好ましい。センサに加えて、車両の通信モジュールは、好ましくは、その車両の進行方向および／または速度に関する情報を含む少なくとも１つの他の車両からＣＡＭメッセージを受信するようにさらに構成される。車両は、好ましくは、車両自体の状態、例えば、車両の速度または進行方向などに関連付けられた少なくとも１つの値を検出するように構成された第２のセンサをさらに含む。通信モジュールは、かかる情報を含むＣＡＭメッセージを少なくとも１つの他の車両に送信するようにさらに構成されうる。
本発明による車両は、特に、それぞれのインタフェースを介して（第１の）通信モジュールに接続され、それぞれのデータを送受信するように通信モジュールを制御するように構成された（第１の）制御ユニットをさらに含む。（第１の）制御ユニットは、その場所に関連付けられ、第１の時点に関連付けられた第１のチャネル品質情報ＣＱＩを決定するように特に構成される。（第１の）制御ユニットは、その場所に関連付けられ、第１の時点に続く第２の時点に関連付けられた交通流データを予測するようにさらに構成される。この予測は、好ましくは、車両によって取得されたセンサの読み取り値に基づいて、かつ／または車両によって受信された少なくとも１つのＣＡＭメッセージから取得された情報に基づいている。（第１の）制御ユニットはまた、第１のＣＱＩおよび予測された交通流に基づいて、その場所に関連付けられ、第２の時点に関連付けられた第２のＣＱＩを予測するように構成されている。（第１の）制御ユニットはまた、例えば、第２のＣＱＩが所定の第１の閾値を超えた場合、第２のＣＱＩ、場所、および第２の時点を含むメッセージを、第２のＣＱＩに基づいて、少なくとも１つの車両に選択的に送信するように構成されている。
本開示の別の態様は、本開示の方法を実行するように構成された路側機（ＲＳＵ）に関する。ＲＳＵは、通信ネットワークの少なくとも１つの車両および少なくとも１つの他のステーションと通信するように構成された（第２の）通信モジュールを含む。（第２の）通信モジュールは、モバイル通信システム内の車両または別のステーションとのかかる通信を可能にするためのさらなる構成要素を含みうる。かかる構成要素には、１つ以上の低雑音増幅器（ＬＮＡ）、１つ以上の電力増幅器（ＰＡ）、１つ以上のデュプレクサ、１つ以上のダイプレクサ、１つ以上のフィルタまたはフィルタ回路、１つ以上のコンバータ、１つ以上のミキサ、これに応じて適応化された無線周波数成分などの送受信機（送信機および／または受信機）構成要素が含まれうる。これらの構成要素はさらに、１つ以上のアンテナに結合することができ、ホーンアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、セクタアンテナなどの任意の送信および／または受信アンテナに対応することができる。アンテナは、均一アレイ、線形アレイ、円形アレイ、三角アレイ、均一フィールドアンテナ、フィールドアレイなどの定義済みの幾何学的な設定で配置することができる。
本開示のＲＳＵは、好ましくは、少なくとも１つの車両、好ましくは複数の車両の進行方向および／または速度を検出するように構成された複数の第１のセンサを含む。これらのセンサは、例えば、ＬＩＤＡＲ技術、レーダ技術、超音波センサ、またはレーザーベースのセンサを利用することによって、車両間の距離を検出するための分野で一般的なものとして構成されることが好ましい。（第２の）通信モジュールは、その車両の進行方向および／または速度に関する情報を含む少なくとも１つの車両からＣＡＭメッセージを受信するようにさらに構成される。
ＲＳＵは、特に、それぞれのインタフェースを介して（第２の）通信モジュールに接続され、それぞれのデータを送受信するように（第２の）通信モジュールを制御するように構成された（第２の）制御ユニットをさらに含む。（第２の）制御ユニットは、その場所に関連付けられ、第１の時点に関連付けられた第１のチャネル品質情報ＣＱＩを決定するように特に構成される。（第２の）制御ユニットは、その場所に関連付けられ、第１の時点に続く第２の時点に関連付けられた交通流データを予測するようにさらに構成される。この予測は、好ましくは、ＲＳＵによって取得されたセンサの読み取り値に基づいて、かつ／またはＲＳＵによって受信された少なくとも１つのＣＡＭメッセージから取得された情報に基づいている。（第２の）制御ユニットは、さらに、第１のＣＱＩおよび予測された交通流に基づいて、その場所に関連付けられ、第２の時点に関連付けられた第２のＣＱＩを予測するように構成されている。（第２の）制御ユニットは、さらに、例えば、第２のＣＱＩが所定の第１の閾値を超えた場合、第２のＣＱＩ、場所、および第２の時点を含むメッセージを、第２のＣＱＩに基づいて、少なくとも１つの車両に選択的に送信するように構成されている。
本発明の別の態様は、プログラムが車両またはＲＳＵの制御ユニットによって実行される際に、制御ユニットに上記のチャネル負荷を予測するための方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラムに関する。
本発明のさらなる態様は、従属請求項または以下の説明から学習することができる。
以下の添付の図面を参照して例示的な実施形態を詳細に説明することにより、当業者には特徴が明らかになるであろう。
本発明の方法を実施するためのシステムを概略的に示す図である。 図１のシステム、モバイル通信ネットワークの基地局、および製造者のサーバを含む、本発明の方法を実行するためのスマート環境を概略的に示す図である。 本発明の方法の適用事例を示す図である。
発明の詳細な説明
次に、図面に示されている実施形態を詳細に参照する。例示的な実施形態の効果および特徴は、添付の図面を参照して説明される。ここで、同様の参照番号は同様の要素を示し、冗長な説明は省略されている。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態で実施することができものであり、本明細書に例示された実施形態のみに限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の態様および特徴を当業者に完全に伝えるための例としてのみ提供されている。
したがって、本発明の態様および特徴を完全に理解するために当業者に必要でないと考えられるプロセス、要素、および技術は、説明されない場合がある。同時に、図面内では、要素、層、および領域の相対的なサイズは、明確にするために誇張されている場合がある。
本明細書で使用される場合、「および／または」なる用語は、関連する列挙された項目の１つ以上の任意およびすべての組み合わせを含む。さらに、本発明の実施形態を説明するときの「可能である（ｍａｙ）」の使用は、「本発明の１つ以上の実施形態」を指す。さらに、本発明の実施形態の以下の説明において、単数形の用語は、文脈が別段明示しない限り、複数形を含みうる。
「第１」および「第２」なる用語は種々の要素を説明するために使用されるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、第１の要素は、本発明の範囲から逸脱することなく、第２の要素と名付けてもよく、同様に、第２の要素は、第１の要素と名付けてもよい。本明細書では、「および／または」なる用語は、関連するリストの１つ以上の項目の任意およびすべての組み合わせを含み、要素のリストの前にある場合の「少なくとも１つの」などの表現は、要素のリスト全体を修飾するものである。
本明細書で使用される場合、「実質的に」および「約」なる用語は、程度の用語としてではなく、近似の用語として使用され、当業者によって認識されるであろう測定値または計算値の固有の偏差を説明することを意図している。ただし、「実質的に」なる用語が数値を使用して表現された特徴と組み合わせて使用される場合、「実質的に」なる用語は、その値を中心とした値の＋／－５％の範囲を示す。
図１は、本発明の方法を実行するための例示的なシステムを概略的に示しており、このシステムには、車両１０および路側機（ＲＳＵ）９０が含まれる。車両１０は、内燃機関、電気モータまたはハイブリッド機関を含むことができ、複数の１次センサ、特に第１のセンサ１１、第２のセンサ１２、および第３のセンサ１３を含む。１次センサ１１，１２，１３は、車両の環境情報を検出するように構成され、例えば、車両１０の前方の道路の画像を検出するためのカメラ、例えば、超音波ベースのセンサまたはＬＩＤＡＲベースのセンサなどの距離センサを含む。１次センサ１１，１２，１３は、検出された信号を車両１０の第１の制御ユニット４０に送信する。
車両１０は、複数の２次センサ、特に第４のセンサ５１、第５のセンサ５２、および第６のセンサ５３をさらに含む。２次センサ５１，５２，５３は、車両１０自体に関する情報、特に車両１０の実際の位置および運動状態を再評価するデータを検出するように構成される。したがって、２次センサ５１，５２，５３は、好ましくは、速度センサ、加速度センサ、傾斜センサなどを含む。２次センサは、検出された信号を車両１０の第１の制御ユニット４０に送信する。
車両１０は、メモリおよび１つ以上のトランスポンダ２２を備えた第１の通信モジュール２０をさらに含む。トランスポンダ２２は、無線、ＷＬＡＮ、ＧＰＳ、および／またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈトランスポンダなどとして構成されうる。トランスポンダ２２は、好ましくは適切なデータバスを介して、第１の通信モジュール２０の内部メモリ２１と通信する。第１の通信モジュール２０は、Ｖ２Ｖ通信および（Ｃ－）Ｖ２Ｘ通信を実行するように構成される。内部的に、第１の通信モジュール２０は、第１の制御ユニット４０と通信する。
第１の通信モジュール２０は、ＷＬＡＮ ｐ通信システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｐ）および／またはＬＴＥ－Ｖモード４通信システムに従ってメッセージを通信するように適応化されている。さらに、第１の通信モジュール２０は、モジュール２０によって使用される通信チャネルのうちの１つのチャネル負荷を決定するのに適した信号を検出するように構成される。特に、通信システムは、ＧＰＳ衛星６１、モバイル通信ネットワークの基地局６２、および他の車両６３、特に他の車両６３の同様の通信モジュールと通信するように構成される。第１の通信モジュール２０は、路側機９０の第２の通信モジュール８０、特にそのトランスポンダと通信するようにさらに構成される。
車両１０は、車両１０の完全または部分的に自律的な運転を実行するために、特にその縦方向および横方向の制御のために構成された運転システム３０をさらに含む。運転システム３０は、ユーザによって入力された開始点と終了点との間のナビゲーションルートを決定するように構成されたナビゲーションモジュール３２を含む。運転システムは、例えば、適切なデータバスを介してナビゲーションモジュール３２と通信する、例えば地図資料用の内部メモリ３１をさらに含む。２次センサ５１，５２，５３の少なくとも一部は、特に車両１０の実際の位置および動きの情報を含めて、その信号を運転システム３０に直接に送信する。
車両１０は、以下に詳細に記載される本発明の方法を実行するように構成された第１の制御ユニット４０をさらに含む。このタスクおよび他のタスクを実行するために、第１の制御ユニット４０は、適切なデータバスを介して互いに通信する内部メモリ４１およびＣＰＵ４２を含む。その上で、制御ユニット４０は、例えば１つ以上のＣＡＮ、ＳＰＩ、または他の適切な接続を介して、少なくとも１次センサ１１，１２，１３、２次センサ５１，５２，５３、通信モジュール２０および運転システム３０と通信する。
システムの路側機９０は、第２の通信モジュール８０を含む。第２の通信モジュール８０は、少なくとも１つの物理チャネルを介して物理通信を実行するための少なくとも１つのトランスポンダ８１、例えば、無線、ＷＬＡＮ、ＧＰＳおよび／またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈトランスポンダなどを含む。さらに、第１の通信モジュール２０は、使用される通信チャネルのうちの１つのチャネル負荷を決定するのに適した信号を検出するように構成される。トランスポンダ８１は、好ましくは適切なデータバスを介して、第２の通信モジュール８０の内部メモリ８２と通信する。内部メモリ８２は、セル識別子などの通信関連情報を格納することができる。
第２の通信モジュール８０は、ＷＬＡＮ ｐ通信システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ｐ）および／またはＬＴＥ－Ｖモード４通信システムに従ってメッセージを通信するように適応化されている。さらに、第２の通信モジュール８０は、モジュール８０によって使用される通信チャネルのうちの１つのチャネル負荷を決定するのに適した信号を検出するように構成される。特に、通信モジュール８０は、モバイル通信ネットワークの基地局６２、車両１０，６３、特に車両１０，６３の第１の通信モジュール２０と通信するように構成される。
路側機９０は、本発明の方法を実行するように構成された第２の制御ユニット８５をさらに含む。第２の制御ユニット８５は、適切なデータバスを介して互いに通信する内部メモリ８６およびＣＰＵ８７を含む。第２の制御ユニット８５は、第２の通信モジュール８０を制御するように構成される。
図２は、図１の車両１０および路側機９０と、モバイル通信ネットワークの基地局６２と、車両製造者によって操作されるサーバ７０とを含む、本発明の方法を実行するためのスマート環境を概略的に示す。
図２に示すシステムでは、通信、すなわち送信、受信、またはその両方が、車両１０間で直接に行われ、かつ／または車両１０と、ネットワーク構成要素、特に基地局６２、路側機９０、および／またはアプリケーションもしくはバックエンドサーバ７０との間で行われる。したがって、通信には、モバイル通信システム、車車間（Ｖ２Ｖ）通信、または路車間（Ｖ２Ｘ）通信のいずれかが利用される。ここで、基地局６２は、通常、モバイル通信ネットワークのネットワークオペレータによって操作され、一方、路側機９０は、ネットワークオペレータ、車両製造者、または製造者のサービスパートナーによって操作されうる。さらに、路側機９０は、車両１０とも直接に通信しうるサーバ７０と通信する。
Ｖ２Ｖ通信および／またはＶ２Ｘ通信に使用されるモバイル通信システムは、例えば、第３の世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）で標準化されたモバイル通信ネットワークのうちの１つに対応しうる。ここで、モバイル通信システムなる用語は、モバイル通信ネットワークと同義で使用される。モバイル通信システムまたは無線通信システム４００は、第５の世代（５Ｇ）のモバイル通信システムに対応することができ、ミリ波技術を使用することができる。モバイル通信システムは、例えば、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、ＬＴＥ－アドバンスト（ＬＴＥ－Ａ）、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ）、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム（ＵＭＴＳ）、もしくはＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）、進化型ＵＴＲＡＮ（ｅ－ＵＴＲＡＮ）、モバイル通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）、もしくはＧＳＭ進化用拡張データレート（ＥＤＧＥ）ネットワーク、ＧＳＭ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク（ＧＥＲＡＮ）、または異なる規格のモバイル通信ネットワーク、例えば、マイクロ波アクセス（ＷＩＭＡＸ）ネットワークＩＥＥＥ８０２．１６もしくは無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）ＩＥＥＥ８０２．１１のワールドワイド相互運用性、概して直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）ネットワーク、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ネットワーク、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）ネットワーク、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）ネットワーク、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）ネットワーク、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）ネットワークなどに対応してもよく、またはこれらを含んでもよい。
図３は、本発明による方法、特に本発明の一実施形態によるチャネル負荷を予測するための方法の適用事例を示している。
図示の実施形態では、交差点の周囲のエリアＺ１は、第１の時点でほぼ臨界的なチャネル負荷を有する。特に、第１の車両Ｖ１では、エリアＺ１を通過する間に、第１の時点で約６９％のチャネル負荷を示す第１のＣＱＩが測定される。臨界エリアのあるエリアを検出するための第１の閾値は、７０％のチャネル負荷に設定され、第１の車両Ｖ１は、第１のＣＱＩを含むメッセージを他の車両にブロードキャストしない。しかしながら、プレ臨界エリアを検出するための第２の閾値が６０％のチャネル負荷に設定されると、第１の車両Ｖ１は、エリアＺ１をプレ臨界エリアであると判別し、以下の予測を実行する。
第１の車両は、第１の領域および第１の時点に続く第２の時点に関連付けられた交通流データを予測する。ここで、第１の車両は、すでに第１の領域Ｚ１にある車両からＣＡＭメッセージを介して受信した情報を考慮し、さらに交差点の信号機を示す追加の道路情報を考慮する。さらに、第１の車両は、第１の車両Ｖ１によって利用されるＬＩＤＡＲセンサシステムのセンサ読み取り値に基づいて、第１のエリアＺ１に接近している第１の車両グループＧ１のさらなる車両を検出する。これらの距離および進行の測定値は、第１の車両Ｖ１から発せられる破線で図３に示されている。さらに、第１の車両Ｖ１は、第１のグループＧ１の最後の車両から別のＣＡＭメッセージを受信する。これは、図１に関して上記のように路側機９０を介してこの車両から第１の車両Ｖ１に中継される。
第１の領域内の車両の滞留時間および第１のグループＧ１の到来する車両の数に関する情報に基づいて、第１の車両は、第２の時点での第１の領域内の車両の数を予測することができる。この予測と、車両ごとの一定のチャネル使用量（チャネル帯域幅使用量）の仮定とに基づいて、第１の車両はさらに、第２の時点で７１％のチャネル負荷を示す第２の時点の第２のＣＱＩを予測する。第２のＣＱＩに関連付けられた予測チャネル負荷が第１の閾値である７０％を超えると、第１の車両Ｖ１は、第２のＣＱＩおよび第１のエリアＺ１および第２の時点に関する情報を含むメッセージをブロードキャストする。
したがって、第１の車両Ｖ１は、自らが予測したチャネルパラメータ推定値を、実際の位置の周囲の所定の範囲内の対向する車両／隊列に通知する。例示的に、メッセージは、第１の車両Ｖ１および第１の領域Ｚ１に接近している第１の隊列ＰＬ１によって受信される。第１の車両Ｖ１から受信したメッセージに基づいて、第１の隊列ＰＬ１の車両は、第２のＣＱＩに基づいて第２の時点で第１の領域Ｚ１のチャネル品質を予測することができる。したがって、例えば、隊列メンバ間の距離を増大することによって、これらの隊列走行アプリケーションパラメータを適応化することができる。したがって、本開示の方法により、隊列走行などのＶ２Ｘ機能に関する問題を効果的に回避することができる。
ハードウェアとして明示的に記載されているものを除いて、本明細書に記載の本発明の実施形態による電子もしくは電気デバイスおよび／または他の関連するデバイスもしくは構成要素は、任意の適切なハードウェア、ファームウェア（例えば、特定用途向け集積回路）、ソフトウェア、またはソフトウェア、ファームウェア、およびハードウェアの組み合わせを利用して実装できる。例えば、これらのデバイスの種々の構成要素は、１つの集積回路（ＩＣ）チップ上または別個のＩＣチップ上に形成されうる。さらに、これらのデバイスの種々の構成要素は、可撓性プリント回路フィルム、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に実装されうるか、または１つの基板上に形成されうる。本明細書に記載の電気的接続または配線は、例えば、ＰＣＢまたは別の種類の回路キャリア上のワイヤまたは導電性要素によって実現されうる。導電性要素には、メタライゼーション、例えば表面メタライゼーションおよび／またはピンが含まれてよく、かつ／または導電性ポリマーまたはセラミックが含まれてもよい。さらなる電気エネルギは、例えば電磁放射および／または光を使用して、無線接続を介して送信されてもよい。さらに、これらのデバイスの種々の構成要素は、１つ以上のプロセッサ上で、１つ以上のコンピューティングデバイスで実行され、コンピュータプログラム命令を実行し、本明細書に記載の種々の機能を実行するために他のシステム構成要素と相互作用するプロセスまたはスレッドであってもよい。コンピュータプログラム命令は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの標準的なメモリデバイスを使用してコンピューティングデバイスに実装されうるメモリに格納される。コンピュータプログラム命令はまた、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュドライブなどの他の非一時的コンピュータ可読媒体に格納されてもよい。
当業者は、本発明の例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、種々のコンピューティングデバイスの機能が単一のコンピューティングデバイスに組み合わせ可能または統合可能であり、または特定のコンピューティングデバイスの機能が、１つ以上の他のコンピューティングデバイスに分散可能であることを認識すべきである。別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用されている辞書で定義されている用語は、関連技術および／または本明細書の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、明示的に定義されない限り、理想化された意味または過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことが理解されるであろう。
１０ 車両
１１ 第１のセンサ
１２ 第２のセンサ
１３ 第３のセンサ
２０ 通信モジュール
２１ メモリ
２２ 送受信機
３０ 運転システム
３１ メモリ
３２ ＣＰＵ
４０ 制御ユニット
４１ メモリ
４２ ＣＰＵ
５１ 第４のセンサ
５２ 第５のセンサ
５３ 第６のセンサ
６１ ＧＰＳ衛星
６２ 基地局
６３ 他の車両
７０ バックエンドサーバ
９０ 路側機
８０ 第２の通信モジュール
８１ トランスポンダ
８２，８６ 内部メモリ
８５ 第２の制御ユニット
８７ ＣＰＵ
Ｖ１ 第１の乗用車
Ｖ２ 第２の乗用車
Ｇ１ 第１の車両グループ
ＰＬ１ 第１の隊列
Ｚ１ 臨界エリア

Claims (15)

  1. チャネル負荷を予測するための方法であって、前記方法が、
    場所および第１の時点に関連付けられた第１のチャネル品質情報（ＣＱＩ）を決定するステップと、
    前記場所および前記第１の時点に続く第２の時点に関連付けられた交通流データを予測するステップと、
    前記第１のＣＱＩおよび予測された前記交通流に基づいて、前記場所および前記第２の時点に関連付けられた第２のＣＱＩを予測するステップと、
    前記第２のＣＱＩ、前記場所、および前記第２の時点を含むメッセージを、前記第２のＣＱＩに基づいて、少なくとも１つの車両（１０，６３）に選択的に送信するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記場所が、地理座標および該地理座標の周囲の所定のエリアによって定義されている、請求項１記載の方法。
  3. 前記所定のエリアが、前記メッセージに示されており、かつ／または前記エリアが、前記場所および／または前記第２のＣＱＩに関連付けられた車両（１０，６３）の軌道および／または識別子に基づいて予め決定されている、請求項２記載の方法。
  4. 前記交通流データを予測するステップが、前記第１の時点と第２の時点との間の前記エリアに入る車両（１０，６３）の第１の数を決定するステップと、前記第１の時点と第２の時点との間の前記エリアを離れる車両（１０，６３）の第２の数を決定するステップとを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 前記交通流データを予測するステップが、センサの読み取り値に基づいてかつ／または協調認識メッセージ（ＣＡＭ）に基づいて、車両の進行方向および／または速度を決定するステップを含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 前記交通流データの前記予測が、前記場所に関連付けられた道路情報および／または交通情報にさらに基づいている、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 前記第２のＣＱＩの前記予測が、前記第２の時点またはその前後の時点において、前記場所またはその周囲の場所に位置する車両（１０，６３）ごとの所定のチャネル使用量を仮定することを含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
  8. 前記メッセージが、前記場所の周囲の所定の送信範囲内でブロードキャストされる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  9. 前記所定の送信範囲が、前記場所に関連付けられた道路クラスに基づいて決定されている、請求項８記載の方法。
  10. 前記第２のＣＱＩが所定の第１の閾値を超えた場合に前記メッセージが送信され、前記第２のＣＱＩが前記第１の閾値を下回った場合には前記メッセージが送信されない、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 前記方法が、
    前記第１のＣＱＩが所定の第１の閾値および第２の閾値のうちのいずれかを超えているかどうかを判別するステップ、
    前記第１のＣＱＩが前記第２の閾値を超えたときに、前記交通流データおよび前記第２のＣＱＩを予測するステップ、および／または
    前記第１のＣＱＩが前記第１の閾値を超えたときに、前記第１のＣＱＩ、前記場所、および前記第１の時点を含むメッセージを、少なくとも１つの車両（１０，６３）に送信するステップ
    をさらに含む、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
  12. 前記メッセージが、共有チャネル品質（ＳＣＱ）メッセージまたは協調通信メッセージ（ＣＣＭ）である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
  13. 車両であって、
    別の車両（６３）および通信ネットワークのステーション（６２，７０，９０）と通信するように構成された通信モジュール（２０）と、
    別の車両（６３）の進行方向および／または速度を検出するための複数の第１のセンサ（１１，１２，１３）と、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を実行するように構成された制御ユニット（４０）と
    を含む、車両（１０）。
  14. 路側機（９０）であって、
    車両（１０，６３）および通信ネットワークの別のステーション（６２，７０）と通信するように構成された通信モジュール（８０）と、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を実行するように構成された制御ユニット（８５）と、
    を含む、路側機（９０）。
  15. 車両の制御ユニットによって実行される際に、前記制御ユニットに請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を実行させるための命令を含む、コンピュータプログラム。
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