JP2620350B2 - 車載アンテナ制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は道路交通網の所定位置に設置された路側装
置と、車両との間で各種データを送受信する路車間通信
に適用される新規な車載アンテナ制御方式に関する。

＜従来の技術、および発明が解決しようとする課題＞ 路車間通信方式の前身として、車両に搭載されたナビ
ゲーション装置の位置較正を行なわせる路側ビーコン方
式がある。この方式は、主要道路上の2.5〜5Kmの間隔で
路側アンテナを設置し、路側アンテナから道路上の狭い
領域に位置データ、道路方向データ等の標識データを乗
せた電波を放射し、この領域を通過する車両に標識デー
タを提供している。

そして、最近において、上記標識データに加えて、道
路交通情報や道路地図情報等の追加サービスを行うこと
や、路側ビーコンの通信エリア内に存在する車両と管制
局との間における情報の交換を行なうことが可能な路車
間通信システムが提案されている。

そこで、本件発明者らは、上記提案を満足する路車間
通信システムを提供した（特願昭61−057470,発明の名
称「路側ビーコン方式」参照）。

第５図は、上記路車間通信システムの概略図であり、
路側ビーコン（ａ）は、図示しない通信機、および路側
アンテナ（21）とを有する。上記路側アンテナ（21）
は、路面から５〜7mの高さに設置され、車両を見下ろす
形で、且つ道路面をカバーする指向性により、路側アン
テナ（21）の前後数10m程度の路面上の通信領域を実現
している（この通信領域は、上記標識データのみを放射
する場合よりも拡大されている）。通信機は、管制局か
ら伝送される情報、或は、路側アンテナ（21）を介して
車両（22）から送られてくる情報を通信プロトコルに基
づいてフォーマット変換等をしている。

一方、車両（22）には、指向性が上方向に向けられ、
かつ水平方向の感度が低下するようにされた車載アンテ
ナ（23）、無線機（24）等を搭載している。上記車載ア
ンテナ（23）によれば、他の車両、路面、周辺建物等か
らの反射波を受信せず路側アンテナ（21）から直接到来
してくる波のみをを選択的に受信することができる。こ
のため、移動通信におけるマルチパス伝送による定存波
の発生や、遅延の大きな干渉波が無く、安定な電波伝搬
特性を実現させ、高速高品質ディジタル通信を行なうこ
とができる。

ところが、通信領域の拡大に伴ない、路側アンテナ
（21）の設置位置に対する信号受信位置のずれが大きく
なり、当初の目的である車両位置の較正が、上記ずれの
影響を受けて正確には行なえないことになるという問題
が発生する。

この問題を解決するために、本件発明者らは、以下に
示すAM逆変調方式の路側ビーコン方式を提供した（特願
昭62−255569参照）。即ち、路側アンテナが互に異なる
主放射方向を有する少なくとも１つずつのアンテナエレ
メントを有するものであり、送信データに基いて変調を
施した第１の変調波信号を２分し、それぞれに対して互
に等しい所定の周波数を有するとともに、互に逆相に設
定された変調信号による振幅変調を施すことにより得ら
れる第２の変調波信号が、第１の変調波信号が同相にな
るようにアンテナエレメントに給電されており、車両に
搭載されて、上記路側アンテナからの送信信号を受信す
る受信装置が、振幅変調成分を抽出して、振幅変調成分
の急激な落込みに基いて位置判定を行なうとともに、振
幅一定の変調成分を抽出して送信データを復元する方式
である。

上記先頭の路側アンテナの放射電界は、振幅変調成分
が、路側アンテナの正対位置で急激に落ち込み、振幅一
定のデータ変調成分が路側アンテナを中心とする広い領
域の指向性を実現する。したがって、車両側の振幅変調
成分に対する受信電界強度は、路側アンテナの正対位置
で急激に落ち込み、振幅一定のデータ変調成分に対して
は、路側アンテナを中心とする広い領域で高い（第６図
参照）。

上記の巧妙な方法により、車両側は、受信アンテナに
より路側アンテナからの放射電波を受信し、送信データ
で変調された第１の変調波信号に基いて多量のデータ伝
送を取り込むとともに、スプリットビームを形成する振
幅変調成分を検波して路側アンテナの正面で急激な落ち
込み特性を示す位置、即ち路側アンテナの位置を検出す
ることができる。

以上のように、本件発明者らは、ユーザサイドの要請
に応じて種々の改良を行なって、通信領域の拡大、通信
品質の向上、および位置標定信号の提供を達成した。

しかしながら、上記巧妙な方式であっても、第７図に
示されるように、大型車両等が接近した場合には、大型
車両から反射された電波を車載アンテナ（23）が受信
し、反射波の影響を受ける可能性があり、この反射波の
影響を受ける可能性を無くす等して、さらに通信品質を
高めたいという要請がある。

また、通信領域の拡大という要請は、路車間通信シス
テムにおける悲願であり、さらに、通信領域を拡大する
ことができる路車間通信システムが要求されている。

尚、ルーフ等と比較して容易な場所である室内の窓に
近接させて、車載アンテナを設置することも考えられい
ている。しかしながら、第８図に示されるように車載ア
ンテナ（23）から放射される電波が車両（22）の室内で
反射し、電波が直接波と反射波とが、路側アンテナに入
射されるので、通信品質が低下するという問題があり、
また、十分な受信レベルが得られないので、通信領域が
狭くなるという問題がある。

この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、さらに通信品質を高めると共に、通信領域の拡大を
可能にする車載アンテナ制御方式を提供することを目的
としている。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための、第１の発明の車載アン
テナ制御方式は、前方向に主放射領域を有する前方向指
向性アンテナと、後方向に主放射領域を有する後方向指
向性アンテナと、受信レベルの変動に基づいて、路側装
置の設置位置を検出する位置検出手段と、上記両指向性
アンテナによる電波の受信レベルが車両と路側装置間で
通信可能な受信レベルか否かを判定する通信領域判定手
段と、上記位置検出手段から供給される路側装置の位置
検出信号に応じて、前方向指向性アンテナから後方向指
向性アンテナに切替え、上記通信領域判定手段から供給
される通信不可能な受信レベルである旨の判定信号に応
じて、後方向指向性アンテナから前方向指向性アンテナ
に切替えるアンテナ切替手段とが、車両に搭載されてい
るものである。

また、第２の発明は、路側装置がアイドルビットを挿
入したデータフレームに従った信号を送信するものであ
り、車両側には、上記第１の発明の構成に加えて、復調
したデータフレーム信号に基づいてアイドルビットを検
出するアイドルビット検出手段と、路側装置の位置が検
出された後であって、アイドルビット時に、前方向指向
性アンテナから後方向指向性アンテナへの切替信号をア
ンテナ切替手段に供給するアンテナ切替タイミング生成
手段とが、搭載されているものである。

但し、第１の発明、第２の発明においても、前方向指
向性アンテナが車両の室内前部に設置されていると共
に、後方向指向性アンテナが車両の室内後部に設置され
てあってもよい。

＜作用＞ 上記した第１の発明の車載アンテナ制御方式は、車両
が路側装置に向って走行している間は、前方向指向性ア
ンテナがセットされており、この前方向指向性アンテナ
により、路側装置と通信を行なう。

次に、車両が路側装置に近づき、路側装置の正対位置
を通過する際に、位置検出手段が、受信レベルの変動に
基づいて、路側装置の正対位置、即ち、設置位置を検出
する。

アナテナ切替手段は、上記位置検出手段から供給され
る路側装置の位置検出信号に応じて、前方向指向性アン
テナから後方向指向性アンテナに切替える。そして、後
方向指向性アンテナにより、路側装置と通信を行なう。
一方、通信領域判定手段により、上記両指向性アンテナ
の受信レベルが通信可能な受信レベルか否かを判定して
いる。

次いで、車両が路側装置から遠ざかり、後方向指向性
アンテナの受信レベルが低下し、後方向指向性アンテナ
が、通信不可能な受信レベルになったと判定した場合に
は、後方向指向性アンテナから前方向指向性アンテナに
切替える。

以上のように、車両が路側装置に向って走行している
場合には、前方向指向性アンテナにより、通信を行い、
車両が路側装置から遠ざかる場合には、後方向指向性ア
ンテナにより、通信を行なっているので、通信領域を拡
大することができる。さらに詳細に説明すれば、前方向
指向性アンテナと後方向指向性アンテナとは、片方向の
指向性を有しているので、従来の前後方向に同じような
指向性を有する車載アンテナと比較して、アンテナ利
得、通信受信レベル、および受信C/Nが向上する為、さ
らに通信領域を拡大することができる。

上記のように、アンテナ利得、送信受信レベル、およ
び受信C/Nが向上することから、アンテナを車両の室内
に設置しても、十分なアンテナ利得等を得ることができ
る。

また、前方向指向性アンテナと後方向指向性アンテナ
との何れか一方のアンテナを動作させているので、他の
車両、路面、周辺建物等からの反射波を受信せず路側装
置から直接到来してくる波のみを選択的に受信すること
ができ、さらに高品質の通信を行うことができる。

また、第２の発明であれば、アンテナ切替タイミング
生成手段により、路側装置の位置が検出された後であっ
て、データフレーム中に挿入されたアイドルビット時
に、前方向指向性アンテナから後方向指向性アンテナへ
の切替信号を生成し。この切替信号をアンテナ切替手段
に供給している。したがって、ブロックデータが送信さ
れている最中には、動作アンテナを切替ないので、デー
タを喪失する可能性を少なくすることができ、通信品質
を高くすることができる。

さらに、前方向指向性アンテナが車両の室内前部に設
置されていると共に、後方向指向性アンテナが車両の室
内後部に設置されている場合には、アンテナの設置場所
が室内であるので、設置が容易であり、また、車載アン
テナから放射される電波が車両の室内で散乱することを
防止することができる。

＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の車載アンテナ制御方式の概略図で
あり、道路交通網の予め設定された位置に、位置デー
タ、道路方向データ、道路交通情報等を含む信号を放射
すると共に、車両（１）から送信される車両位置情報等
を受信する路側アンテナ（２）が配置され、車両（１）
が矢印Ａで示されるように、路側アンテナ（２）の右側
から路側アンテナ（２）に近づき、通過している。車両
（１）の前部には、前方向に主放射領域を有する前方向
指向性アンテナ（３）が搭載され、車両（１）の後部に
は、後方向に主放射領域を有する後方向指向性アンテナ
（４）が搭載されている。そして、車両（１）が路側ア
ンテナ（２）に向って走行している場合には、前方向指
向性アンテナ（３）を動作させて、路側アンテナ（２）
と送受信を行ない。車両（１）が路側アンテナ（２）か
ら遠ざかる場合には、動作アンテナを前方向指向性アン
テナ（３）から後方向指向性アンテナ（４）に切替え
て、路側アンテナ（２）と送受信を行なっている。

上記路側アンテナ（２）側の構成としては、既に示し
たAM逆変調方式が採用される。但し、電界強度が路側ア
ンテナ（２）の正面位置で最も高くなるように設定した
方式を採用することも可能である。

第２図は、車載アンテナ制御方式のブロック図であ
り、車載アンテナ制御方式は、前方向指向性アンテナ
（３）、後方向指向性アンテナ（４）、アンテナ切替器
（５）、受信機（６）、位置検出器（７）、通信領域判
定装置（８）、およびゲート回路（９）を有している。

上記前方向指向性アンテナ（３）は、指向性が、水平
方向よりも上方向で且つ前方向に主放射領域を有し、ま
た、上記後方向指向性アンテナ（４）は、指向性が水平
方向よりも上方向で且つ後方向に主放射領域を有する。
これらのアンテナ（３）（４）は、ボンネット、トラン
ク、屋根等の室外に取付けることが可能である。

上記アンテナ切替器（５）は、位置検出器（７）から
供給される後述の切替信号に応じて、前方向指向性アン
テナ（３）から後方向指向性アンテナ（４）に動作アン
テナを切替え、通信領域判定装置（８）から供給される
後述のリセット信号に応じて、後方向指向性アンテナ
（４）から前方向指向性アンテナ（３）に動作アンテナ
を切替えている。このアンテナ切替器（５）としては、
移動体通信における高速受信を行なう必要があることか
ら、高速で応答する半導体素子が使用されている。

上記受信機（６）は、アンテナ切替器（５）から入力
される受信出力から振幅変調成分を抽出すると共に、送
信データで変調された変調成分を復調し、データを検出
している。そして、抽出された振幅変調成分は、位置検
出器（７）、および通信領域判定装置に供給され、復調
された信号は、ゲート回路（９）を介して図示しないデ
ータ処理装置に供給している。

上記位置検出器（７）は、受信機（６）から入力され
る振幅変調成分の急激な落込みに基いて位置検出を行な
うと共に、路側アンテナ（２）の位置を検出している。
この位置検出信号は、上記アンテナ切替器（５）に切替
信号として出力されると共に、図示しないデータ処理装
置に供給される。尚、路側アンテナ（２）の方式とし
て、正面位置で放射電界が最も高くなるような方式が採
用される場合には、受信レベルが最も高い位置を検出す
る位置検出器（７）を採用ことが可能である。

通信領域判定装置（８）は、受信機（６）から入力さ
れるアンテナ（３）（４）の受信レベルが通信可能な受
信レベルか否かを判定する装置である。さらに詳細に説
明すれば、一定のレベルを設定しておき、受信レベルが
このレベル以下になった場合には、車両（１）が路側ア
ンテナ（２）の通信領域を脱したと判定し、リセット信
号をアンテナ切替器（５）に出力している（通信領域離
脱の場合）。これにより、アンテナ切替器（５）は、後
方向指向性アンテナ（４）から前方向指向性アンテナ
（３）に動作アンテナを切替えている。

上記構成の車載アンテナ制御方式の動作は、次の通り
である。

車両（１）が路側アンテナ（２）に向って走行してい
る間は、前方向指向性アンテナ（３）がセットされてお
り、この前方向指向性アンテナ（３）により、路側アン
テナ（２）を介して管制局と通信を行なう。受信された
信号は、アンテナ切替器（５）を介して、受信機（６）
に供給される。

次に、車両（１）が路側アンテナ（２）装置に近づ
き、路側アンテナ（２）の正対位置を通過する際には、
路側アンテナ（２）の放射電界強度が急激に落ち込む。
従って、前方向指向性アンテナ（３）の受信電界レベル
も急激に落ち込む。この受信レベルの急激な落ち込みに
基づいて、位置検出器（７）は、路側装置の正対位置、
即ち、設計位置を検出し、切替信号をアンテナ切替器
（５）に出力する。アンテナ切替器（５）は、切替信号
に応じて前方向指向性アンテナ（３）から後方向指向性
アンテナ（４）に動作アンテナを切替える。

従って、車両（１）が路側アンテナ（２）から遠ざか
る場合には、後方向指向性アンテナ（４）により、路側
アンテナ（２）と交信を行なう。この交信を行なってい
る間は、通信領域判定装置（８）により、後方向指向性
アンテナ（４）の受信レベルが通信可能なレベルか否か
モニタされている。

次いで、後方向指向性アンテナ（４）の受信レベルが
通信不可能な受信レベルであると判定した場合には、後
方向指向性アンテナ（４）から前方向指向性アンテナ
（３）に切替え、次の路側アンテナ（２）に備える。

上記構成の車載アンテナ制御方式であれば、前方向指
向性アンテナ（３）と後方向指向性アンテナ（４）と
は、片方向の指向性を有しているので、従来の前後方向
に同じような指向性を有する車載アンテナと比較して、
アンテナ利得、送信受信レベル、および受信C/Nが向上
する為、さらに通信領域を拡大することができる。

また、前方向指向性アンテナ（３）と後方向指向性ア
ンテナ（４）との何れか一方のアンテナを動作させてい
るので、他の車両（１）、路面、周辺建物等からの反射
波を受信せず路側装置から直接到来してくる波のみをを
選択的に受信することができ、さらに高品質の通信を行
うことができる。

第３図は、この発明の他の実施例を示すブロック図で
あり、上記第２図の実施例と相違する点は、路側アンテ
ナ（２）からアイドルビットを挿入したデータフレーム
信号が送信されており、車両側には、上記第２図の構成
に加えて、復調したデータフレーム信号に基づいてアイ
ドルビットを検出するアイドルビット検出器（10）と、
位置検出器（７）からの位置検出信号、およびアイドル
ビット検出器（10）からのアイドルビット検出タイミン
グ信号を入力とし、位置検出信号が出力された後におけ
る最初のアイドルビットタイミング信号で、アンテナ切
替器（５）に切替信号を生成する切替信号生成部（11）
とが、搭載されている点である。

上記切替信号生成部（11）は、第１のフリップ・フロ
ップ（12）、第２のフリップ・フロップ（13）（以下第
１のFF（12）、第２のFF（13）と略称する）、ゲート回
路（14）、およびAND回路（15）を有する。上記第１のF
F（12）は、位置検出信号をセット入力とし、通信領域
判定装置（８）から入力されるリセット信号をリセット
入力とし、セット信号が入力されると、出力レベルをHi
ghレベルに反転させて、ゲート回路（14）、およびAND
回路（15）に出力している。上記ゲート回路（14）は、
第１のFF（12）から入力されるHighレベルの信号を入力
とし、アイドルビット検出器（10）から入力される最初
のアイドルビット検出タイミング信号に応じてゲートを
開き、Highレベルの信号（セット信号）を第２のFF（1
3）に出力している。第２のFF（13）は、ゲート回路（1
4）から入力されるセット信号に応じて出力レベルをHig
hレベルに反転させて、AND回路（15）に出力している。
AND回路（15）は、第１のFF（12）と第２のFF（13）の
両者の出力がHighレベルとなった時に、初めてアンテナ
切替器（５）に切替信号を出力している。

上記構成の車載アンテナ制御装置の動作は、以下の通
りである。即ち、位置検出器（７）から入力される位置
検出信号に応じて、第１のFF（12）が出力レベルをHigh
レベルに反転させて、AND回路（15）に出力する。そし
て、アイドルビット検出器（10）から入力される最初の
アイドルビット検出タイミング信号に基づいて、ゲート
回路（14）、第２のFF（13）がHighレベルの信号を生成
して、AND回路（15）に出力する。AND回路（15）の入力
ゲートには、第１のFF（12）と第２のFF（13）の両者か
らHighレベルの信号が入力されるので、出力レベルが、
Highレベルに切替わる。このHighレベルの信号が切替信
号としてアンテナ切替器（５）に出力される。

次に、車両（１）が路側アンテナ（２）の通信領域を
通過したと判定した場合には、通信領域判定装置（８）
からリセット信号が、上記第１のFF（12）、第２のFF
（13）、およびゲート回路（14）に出力され、それぞれ
の出力信号は、HighレベルからLowレベルに切替わり、A
ND回路（15）の出力は、Lowレベルに反転する。

上記構成の車載アンテナ制御装置であれば、切替動作
を行なうタイミングが、ブロックデータ間に挿入された
アイドルビット時に行なわれるので、データを喪失する
可能性を軽減することができる。

尚、上記切替信号生成部（11）は、上記のようにディ
スクリートに構成したものに替えて集積回路にすること
が可能であり、また、切替信号は、データフレーム中の
最初のアイドルビット以外のアイドルビット、例えば、
２番目、或は３番目のアイドルビットを検出した時に出
力することが可能である。

第４図は、この発明の他の実施例を示すアンテナ配置
図であり、前方向指向性アンテナ（３）が室内の前部窓
に近接されて設置されているとともに、後方向指向性ア
ンテナ（４）が室内の後部窓に近接されて設置されてい
る。このように、車両（１）の室内に両アンテナを設置
することができるのは、上述したように、アンテナ利
得、送信受信レベル、および受信C/Nが向上させること
ができるので、アンテナを車両（１）の室内に配置して
も、十分なアンテナ利得等を得ることができるからであ
る。

そして、前方向指向性アンテナ（３）、および後方向
指向性アンテナ（４）をそれぞれ室内の前部の窓、室内
の後部の窓に近接させて設置することにより、車載アン
テナから放射される電波が車両（１）の室内で散乱する
ことを防止し、路側アンテナ（２）には、直接波のみを
放射することができるので、通信品質の向上を達成する
ことができる。

＜発明の効果＞ 以上の請求項１の発明であれば、前方向指向性アンテ
ナと後方向指向性アンテナとは、片方向の指向性を有し
ているので、従来の前後方向に同じような指向性を有す
る車載アンテナと比較して、アンテナ利得、送信受信レ
ベル、および受信C/Nが向上する為、さらに通信領域を
拡大することができる。しかも、前方向指向性アンテナ
と後方向指向性アンテナとの何れか一方のアンテナを動
作させているので、他の車両、路面、周辺建物等からの
反射波を受信せず路側装置から直接到来してくる波のみ
を選択的に受信することができ、さらに高品質の通信を
行うことができるという効果が得られる。

また、請求項２の発明であれば、切替動作を行なうタ
イミングが、ブロックデータ間に挿入されたアイドルビ
ット時に行なわれるので、データを喪失する可能性を軽
減することができ、さらに高品質の通信を行うことがで
きるという効果が得られる。

さらに、前方向指向性アンテナが車両の室内前部に設
置されていると共に、後方向指向性アンテナが車両の室
内後部に設置することにより、設置を容易にすることが
できると共に、車載アンテナから放射される電波が車両
の室内で散乱することを防止することができるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の車載アンテナ制御方式の概略図、 第２図は車載アンテナ制御方式を示すブロック図、 第３図はこの発明の他の実施例を示すブロック図、 第４図はこの発明の他の実施例を示すアンテナ配置図、 第５図は従来の路車間通信システムの概略図、 第６図はAM逆変調方式における受信電界を示す図、 第７図、第８図は従来の車載アンテナの問題点を説明す
る図。 （３）……前方向指向性アンテナ、 （４）……後方向指向性アンテナ、（５）……アンテナ
切替器、 （７）……位置検出器、（８）……通信領域判定装置、 （10）……アイドルビット検出器、 （11）……切替信号生成部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】道路交通網の所定位置に設置された路側装
   置と、車両との間で各種データを送受信する路車間通信
   に適用される車載アンテナ制御方式であって、前方向に
   主放射領域を有する前方向指向性アンテナと、後方向に
   主放射領域を有する後方向指向性アンテナと、受信レベ
   ルの変動に基づいて、路側装置の設置位置を検出する位
   置検出手段と、上記両指向性アンテナによる電波の受信
   レベルが車両と路側装置間で通信可能な受信レベルか否
   かを判定する通信領域判定手段と、上記位置検出手段か
   ら供給される路側装置の位置検出信号に応じて、前方向
   指向性アンテナから後方向指向性アンテナに切替え、上
   記通信領域判定手段から供給される通信不可能な受信レ
   ベルである旨の判定信号に応じて、後方向指向性アンテ
   ナから前方向指向性アンテナに切替えるアンテナ切替手
   段とが、車両に搭載されていることを特徴とする車載ア
   ンテナ制御方式。
2. 【請求項２】上記請求項１の車載アンテナ制御システム
   において、路側装置がアイドルビットを挿入したデータ
   フレームに従った信号を送信するものであり、車両側に
   は、請求項１の構成に加えて、復調したデータフレーム
   信号に基づいてアイドルビットを検出するアイドルビッ
   ト検出手段と、上記位置検出手段により路側装置の位置
   が検出された後であって、アイドルビット時に、前方向
   指向性アンテナから後方向指向性アンテナへの切替信号
   をアンテナ切替手段に供給するアンテナ切替タイミング
   生成手段とが、搭載されていることを特徴とする車載ア
   ンテナ制御方式。
3. 【請求項３】前方向指向性アンテナが車両の室内前部に
   設置されていると共に、後方向指向性アンテナが車両の
   室内後部に設置されていることを特徴とする上記請求項
   １または請求項２に記載の車載アンテナ制御方式。