JP3289717B2 - 車両位置検出システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、路車間通信システ
ムの受信装置を搭載する車両が、自車位置を検出するこ
とができる車両位置検出システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】道路を走行する車両の位置を検出する方
法として、測位衛星ＧＰＳ(Global Positioning Syste
m)の電波を受信して測位を行う方法や、走行距離センサ
や方位センサを利用して積分演算を行う方法が知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法
は、車両にＧＰＳ受信機を取り付けなければならず、後
者の方法は、車両に各種センサ、演算装置を取り付けな
ければならない。したがって、いずれの方法を採用する
にしても、付加装置が必要になるので、車内のスペース
をとり、費用面でもユーザの負担となっていた。一方、
路上アンテナを所定間隔で道路の各所に設置して、路上
から車両に対して情報を送信することにより運転の支援
を行うシステム（以下「路車間通信システム」という）
が注目されている（例えば、特開平１１−２６６１９４
号公報参照）。

【０００４】路車間通信システムでは、道路上に連続し
たセルが設けられるので、受信装置を搭載している車両
は、路上アンテナからの電波を受信することによりセル
の境界が検出できれば、車両は自車の位置を知ることが
できる。そこで、本発明の目的は、自車の位置を検出す
るための特別の付加装置を必要とせず、路車間通信シス
テムの受信装置を搭載することにより、自車の位置を簡
単に検出することのできる車両位置検出システムを提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】(1)前記目的を達成する
ための請求項１記載の車両位置検出システムは、ＯＦＤ
Ｍ変調された信号を送出するための制御装置と、制御装
置から送出された信号に基づき、同一周波数の電波を前
記セル内に放射するための路上送信アンテナと、前記路
上送信アンテナから放射されてくる電波を受信するため
の車載受信アンテナと、この車載受信アンテナにより受
信した電波の復号を行う車載装置とを備え、前記制御装
置は、副搬送波を複数種類に分類し、分類された少なく
とも１つの種類の副搬送波により、隣りのセルに配置さ
れた路上送信アンテナ装置に送出される信号に含まれる
当該種類の副搬送波のデータと同一内容のデータを伝送
し、分類された他の種類の副搬送波により、当該隣りの
セルに配置された路上送信アンテナ装置に送出される信
号に含まれる当該他の種類の副搬送波のデータと異なる
内容のデータを伝送するものであり、前記車載装置は、
車載受信アンテナにより受信され、復号されたそれぞれ
の種類の副搬送波のデータの復号品質を評価する品質評
価手段と、評価された復号品質の変化に基づき自車の位
置を検出する位置検出手段とを有するものである。

【０００６】本発明では、路上送信アンテナ装置から、
ＯＦＤＭ変調された信号に基づいて同一周波数の電波が
放射される。この場合、副搬送波を複数種類に分類し、
隣り合うセルに配置される路上送信アンテナ装置に対し
ては、分類されたうちの少なくとも１つの種類の副搬送
波について同一内容のデータを伝送するようにしてい
る。このことと、前記ＯＦＤＭ方式を採用したこととの
協働により、車両が隣り合うセルの境界を通過するとき
でも、当該同一内容のデータを、符号間干渉をうけるこ
となく、連続して取得することができる。したがって、
通信の瞬断が生じない。

【０００７】ここで「少なくとも１つ」という意味は、
副搬送波をＮ（Ｎ≧２）種類に分類した場合、最低１つ
の種類の副搬送波、最高（Ｎ−１）個の種類の副搬送波
について同一内容のデータを伝送することである（Ｎ個
の副搬送波すべてについて同一内容のデータを伝送すれ
ば通常のＯＦＤＭと変わらなくなる）。一方、分類され
た他の種類の副搬送波については、隣りのセルに配置さ
れた路上送信アンテナ装置に送出される信号に含まれる
当該他の種類の副搬送波のデータと異なる内容のデータ
を受けるので、受信電力がほぼ同じようになるセルの境
界において、当該異なる内容のデータの符号間干渉が生
じ、データが再現できなくなる。

【０００８】そこで、車載装置においては、車載受信ア
ンテナにより受信され、復号されたそれぞれの種類の副
搬送波のデータの復号品質を評価し、評価された復号品
質の変化に基づいて、セルの境界を検出する。これによ
り、セルとの関係において、相対的な自車の位置を検出
することができる。なお、セルの絶対的な位置（地図上
の位置）が、公知の手段により分かるので、自車の絶対
的な位置も算出することができる。 (2)前記品質評価手段は、受信符号のフレーム誤り率を
検出することにより、データの復号品質を評価するもの
でもよい（請求項２）。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下では、本発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の実施形態に係る車両位置検出システムの構成を示す
概念図である。この車両位置検出システムは、地上局１
と車両２に搭載されている車載通信装置との間で通信を
行うためのものである。地上局１では、道路に沿って複
数のセルＥが連続的に形成される。各セルＥには、それ
ぞれセルＥ内に向く指向性を有する路上アンテナ４が設
置されている。路上アンテナ４からは、所定周波数（例
えば６ＧＨｚ帯）の電波がセルＥ内に放射されるように
なっている。

【００１０】なお、路上アンテナ４の地上からの高さｈ
は、例えば10(m) であり、セルＥの道路の長手方向に関
する長さｒは、例えば100(m)である。車両２がセルＥ内
を通過する際には、車両２の前方向もしくは後方向、又
は車両２が路上アンテナ４の直下を通過しているときに
は上から電波を受信することになる。路上アンテナ４
は、同軸ケーブル５を介して制御装置６ａ，６ｂ，‥
（以下総称するときは「制御装置６」という）に接続さ
れている。同軸ケーブル５は、上り／下り用の２本の同
軸ケーブルから構成される。なお、同軸ケーブルに変え
て、光ファイバを伝送線として用いることもできる。こ
の場合は、光ファイバに光信号を送出する際の伝送方式
として、いわゆる光ファイバ無線伝送方式（たとえば、
A.J.Cooper, "FIＦＥＲ/RADIO FOR THE PROVISION OF
CORDLESS/MOBILE ELEPHONY SERVICES IN THE ACCESS N
ETWORK", Electron. Lett.,Vol. 26, No.24(Nov.1990)
参照）を利用することができる。光ファイバ無線伝送方
式を用いれば、制御装置から無線周波数の信号が光ファ
イバを通して路上送信アンテナ装置に給電されるから、
路上送信アンテナ装置ごとに周波数変換装置を設ける必
要はない。そのため、路上送信アンテナ装置の構成を簡
素化できる。

【００１１】制御装置６は、前方道路情報などの運転支
援情報を含む道路交通データにより変調された信号を、
同軸ケーブル５を介して路上アンテナ４に与える。ま
た、車両２から受け取った車両データ（車両ＩＤ、及び
各種センサ（図示せず）において検出された路面状態に
関するデータを含む）を路上アンテナ４から取得する。
また、制御装置６から放射される電波の搬送周波数は、
隣接する制御装置６間で同一である。このように同一周
波数の搬送波を用いて信号を伝送することにより、車両
が隣接するセルに移行するに際し、車載発振器の周波数
を変更する必要がないため、車載装置８に、高価な高速
引き込み可能な発振器を備える必要がなく、あるいは複
数の発振器を備える必要がなくなり、機器の低コスト
化、小型化が可能となる。

【００１２】図２は、地上局１の電気的構成を示すブロ
ック図である。地上局１は、制御装置６、同軸ケーブル
５、路上アンテナ４などから構成される。制御装置６
は、データを分割し、互いに直交する複数の搬送波を使
って多重するＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division
Multiplex) 変調方式を採用している。一般に、車両に
対して複数の方向から電波が到来する場合、いわゆるマ
ルチパス妨害が生じるおそれがある。具体的には、各路
上送信アンテナ装置から放射される電波の伝搬遅延時間
差が発生し、符号間干渉が生じる。

【００１３】しかし、本発明においてはＯＦＤＭ方式を
採用し、シンボルごとにガード時間を設けて、干渉する
符号が重ならないようにすることができるから、同一デ
ータを複数の方向から受けてもマルチパスによる遅延に
起因する符号間干渉を回避できる。制御装置６は、逆フ
ーリエ変換回路７１、ＱＰＳＫ変調回路７３、アップコ
ンバータ７４等を備える。

【００１４】この他に、誤り訂正符号化回路、時間イン
ターリーブと周波数インターリーブとを行うインターリ
ーブ回路、差動符号化回路などを設けていてもよい。逆
フーリエ変換回路７１は、パラレル情報に対して逆フー
リエ変換を施し、逆フーリエ変換したものを並直列変換
してシリアルに戻し、シリアルに戻されたシンボル列を
時間圧縮して、後ろのシンボルを前にもってくることで
ガード時間を設定するという諸機能を実現する回路であ
る。本実施形態では、周波数軸上の２つの副搬送波ブロ
ックにそれぞれ対応するパラレル信号Ｓ１，Ｓ２をそれ
ぞれ入力し逆フーリエ変換している。

【００１５】ＱＰＳＫ変調回路７３は、逆フーリエ変換
回路７１から出力される位相０°，１８０°に対応する
信号、位相９０°，２７０°に対応する信号をそれぞれ
Ｄ／Ａ変換し、sin波、cos波をかけて加算することによ
り、ＱＰＳＫ変調する回路である。なお、この実施形態
では、ＱＰＳＫ変調することとしているが、これ以外に
他の変調方式、例えばＱＡＭ，ＢＰＳＫ，８ＰＳＫ等を
採用してもよいことはもちろんである。しかし以下で
は、特に断らない限りＱＰＳＫ変調を行うことを前提と
して、説明を進める。

【００１６】アップコンバータ７４は、無線周波数に周
波数変換する回路である。このアップコンバータ７４に
含まれるローカル発振器７４ａの精度は、地上と走行す
る車両との間で発生するドプラー効果を考慮すれば、
（車両の速度）／（電波の伝搬速度）程度のオーダーの
ものが必要であるが、市販の発振器でもこの程度の精度
は十分確保することができる。アップコンバータ７４の
出力信号は、同軸ケーブル５を通って路上アンテナ４か
ら電波として放射される。

【００１７】なお、前述の光ファイバ無線伝送方式を採
用する場合は、アップコンバータ７４の出力信号を光信
号に変換する電気／光変換部(E/O) が必要であり、路上
アンテナ４にも光信号を電気信号に変換する光／電気変
換部(O/E)が必要になる。図３は、ＯＦＤＭによるシン
ボル伝送の様子を周波数軸ｆ、時間軸ｔ上に図示したも
のである。有効シンボル長はＴSで表され、ガード時間
はΔｔで表されている。時間圧縮比は、（ＴS＋Δｔ）
／ＴSで示される。ＴSは副搬送波数をｎ、伝送レートを
ｍ(Mbps)とすると、ＱＰＳＫの場合ＴS＝２ｎ／ｍ(μse
c)で表される。

【００１８】本実施形態では、ガード時間Δｔを、マル
チパスによる遅延時間よりも長くとっている。このこと
により、長い伝搬遅延時間があっても、受信側において
は、シンボルの重なりを無視して復調することができ
る。このマルチパスによる遅延時間は、実際には、当該
セルにおいて実測して求めることができる。また、セル
の大きさから経験的に割り出してもよい。具体的には、
セルの大きさが１００ｍならば、５００nsecくらいと予
想している。

【００１９】制御装置６は、図示しないが、車両２から
のデータを路上アンテナ４から取得するための受信装置
を備えている。この受信装置においては、この受信信号
は、ダウンコンバートされ、検波後、復号される。検波
方式としては、変調方式がＱＰＳＫ，ＢＰＳＫ，８ＰＳ
Ｋなどの位相変調方式の場合、遅延回路を用いて１ビッ
ト前と現在の信号を乗算する遅延検波が施される。ＱＡ
Ｍの場合は、復調用搬送波による同期検波が施される。
なお遅延検波の場合、送信データは、差動符号化を行っ
ておく必要がある。

【００２０】図４は、車載装置８の構成を示す概念図で
ある。車載装置８は、車載アンテナ１０において受信さ
れた路上アンテナ４からの放射電波に含まれる道路交通
データを取得するものであって、ダウンコンバータ９１
と、ＱＰＳＫ復調回路９２と、フーリエ変換回路９３
と、切り換えスイッチ回路９４と、復号回路９６ａ，９
６ｂと、ＦＥＲ評価回路９５とを備えている。また、Ｆ
ＥＲ評価回路９５の出力には、後述する位置検出回路９
８が接続されている。

【００２１】この他に、前述の誤り訂正符号化回路、イ
ンターリーブ回路、差動符号化回路にそれぞれ対応す
る、誤り訂正復号回路、デインターリーブ回路、差動復
号回路を備えていてもよい。フーリエ変換回路９３は、
送信側の逆フーリエ変換回路７１と逆の処理をする回路
で、ダウンコンバートされ、ＱＰＳＫされた復調信号
を、有効シンボル長ＴSのウィンドウ長でフーリエ変換
することにより、２つの復号信号Ｓ１，Ｓ２を得る回路
である。

【００２２】切り換えスイッチ回路９４は、２つの復号
信号Ｓ１，Ｓ２のいずれかに切り換える回路であって、
半導体スイッチなどを使用する。この切り換えスイッチ
回路９４の切り換え制御は、ＦＥＲ評価回路９５により
行われるが、ＦＥＲ評価回路９５の切り替えの判断は、
次のようにして行われる。図５に示すように、フレーム
の所定の位置に受信状態評価用の冗長符号、例えばＣＲ
Ｃ(Cyclic Redundancy Check)符号を入れておいて、各
副搬送波ブロックＳ１，Ｓ２で伝送され、復号されたデ
ータから、当該符号を読み取ることにより、フレームの
誤り頻度を検出し、誤り頻度の最も少ない副搬送波ブロ
ックＳ１又はＳ２に切り換える。

【００２３】図６は、各制御装置６ａ，６ｂ，６ｃから
送出される信号と、車載装置８の受信状態とを説明する
ための図である。各信号は、２つの副搬送波ブロックＳ
１，Ｓ２に対応して、２種類のデータを含んでいる。例
えば、制御装置６ａから送出される信号ａは、時間的に
Ａ１，Ａ２，Ａ３，‥と変化するデータＡと、時間的に
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，‥と変化するデータＢとを含んでい
る。隣の制御装置６ｂから送出される信号ｂは、時間的
にＣ１，Ｃ２，Ｃ３，‥と変化するデータＣと、時間的
にＢ１，Ｂ２，Ｂ３，‥と変化するデータＢとを含んで
いる。その隣の制御装置６ｃから送出される信号ｃは、
時間的にＣ１，Ｃ２，Ｃ３，‥と変化するデータＣと、
時間的にＤ１，Ｄ２，Ｄ３，‥と変化するデータＤとを
含んでいる。

【００２４】前記信号ａのデータＡと信号ｂのデータＣ
と信号ｃのデータＣとは、副搬送波ブロックＳ１により
伝送され、前記信号ａのデータＢと信号ｂのデータＢと
信号ｃのデータＡとは、副搬送波ブロックＳ２により伝
送される。車両が例えば２１の位置（セルの中央）にあ
るときは、制御装置６ａから送出される信号ａを受ける
ので、データＡとデータＢとをともに安定して受けるこ
とができる。この時点で、車載装置８は、切り換えスイ
ッチ回路９４により、受信を副搬送波ブロックＳ１から
副搬送波ブロックＳ２に切り換える。

【００２５】副搬送波ブロックＳ２に切り換えた状態で
車両がセルの境界２２の位置にくると、車載装置８は、
制御装置６ａから送出される信号ａと、制御装置６ｂか
ら送出される信号ｂとを同時に受ける。信号ａのデータ
Ｂと、信号ｂのデータＢとは、同一の搬送波Ｓ２で伝送
されるが、前述したようにセル境界部でマルチパスフェ
ージングの影響を受にくいので、車載装置８は、セルの
境界を通過しても連続的に安定したデータＢを得ること
ができる。

【００２６】ところが、これに対して、信号ａのデータ
Ａと、信号ｂのデータＣとは、同一の搬送波Ｓ１で伝送
されるが、データが異なるので、セルの境界部ではデー
タが混ざり合って、符号間干渉が生じ、復号しても意味
のないデータになっている。この意味のないデータは、
切り換えスイッチ回路９４で選択しない。車両が隣のセ
ルの中央位置２３にくると、制御装置６ｂから送出され
る信号ｂを受けるので、データＣとデータＢとをともに
安定して受けることができる。この時点で、車載装置８
は、切り換えスイッチ回路９４により、受信を副搬送波
ブロックＳ２から副搬送波ブロックＳ１に切り換える。

【００２７】以上のようにして、車載装置８は、一連の
セルを通過しながら、複数種類のデータを順番に取得し
ていくことができる。次に、ＦＥＲ評価回路９５の出力
を利用して位置検出を行う位置検出回路９８について説
明する。ＦＥＲ評価回路９５は、切り換えスイッチ回路
９４で選択されないほうの副搬送波ブロックのデータの
フレーム誤り率ＦＥＲを出力している。

【００２８】ここで、フレーム誤り率とは、ある範囲の
時間に正しく受けることができなかったフレームの数Ｍ
２と、正しく受けることができたフレームの数Ｍ１と正
しく受けることができなかったフレームの数Ｍ２の和と
の比、 Ｍ２／（Ｍ１＋Ｍ２） である。位置検出回路９８は、このフレーム誤り率ＦＥ
Ｒの時間変化に基づいて、位置検出行う。具体的には、
図７に示すように、フレーム誤り率ＦＥＲと、２つのし
きい値Ｔｈ１，Ｔｈ２（Ｔｈ１＞Ｔｈ２）とを比較し
て、フレーム誤り率ＦＥＲがしきい値Ｔｈ１よりも大き
くなったときに、セルの境界に入ったと判断し、フレー
ム誤り率ＦＥＲがしきい値Ｔｈ２よりも小さくなったと
きに、セルの境界を抜けたと判断する。

【００２９】図８は、位置検出回路９８の中で行われる
位置検出手順を示すフローチャートである。まず、位置
検出回路９８の中のメモリを初期化し、フラグの値を０
にしておく(ステップＳ１)。フレーム誤り率ＦＥＲを定
期的に取り込み(ステップＳ２)、メモリの値と比較する
(ステップＳ３)。ここで、フラグが０か１か判定し(ス
テップＳ４)、０ならば、ステップＳ５に移り、取り込
んだフレーム誤り率ＦＥＲが大であれば、メモリを取り
込んだフレーム誤り率ＦＥＲで上書きする(ステップＳ
６)。

【００３０】メモリの値をしきい値Ｔｈ１と比較し(ス
テップＳ７)、しきい値Ｔｈ１よりも大であれば、フラ
グを１とし(ステップＳ９)、位置出力信号を出し(ステ
ップＳ１０)。ステップＳ２に戻る。ステップＳ４で、
フラグが１ならば、ステップＳ１１に移り、取り込んだ
フレーム誤り率ＦＥＲがメモリの値よりも小であれば、
メモリを取り込んだフレーム誤り率ＦＥＲで上書きする
(ステップＳ１２)。そしてメモリの値をしきい値Ｔｈ２
と比較し(ステップＳ１４)、しきい値Ｔｈ２よりも小で
あれば、フラグを０とし(ステップＳ１５)、位置リセッ
ト出力信号を出し(ステップＳ１６)。ステップＳ２に戻
る。

【００３１】このように、フレーム誤り率ＦＥＲが比較
的小さいときは、その最大値を更新していき、しきい値
Ｔｈ１を越えた時点で位置検出し、その後は、フレーム
誤り率ＦＥＲの最小値を更新していき、しきい値Ｔｈ２
を下回った時点で位置検出をリセットする。したがっ
て、フレーム誤り率ＦＥＲを利用してセル境界を検出す
ることができる。

【００３２】本発明の実施形態の説明は以上のとおりで
あるが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内で種々の設計変更を施すことが可
能である。例えば、受信したデータのフレーム誤り率Ｆ
ＥＲを評価するのに代えて、ビット誤り率を評価するよ
うにしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、復号された副搬送波の
データの復号品質を評価するだけで、車両が隣り合うセ
ルの境界を通過したことを検出することができる。した
がって、特に位置を検出するためのセンサ類を必要とせ
ず、簡便に車両の位置検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る車両位置検出システム
の構成を示す概念図である。

【図２】地上局の電気的構成を示すブロック図である。

【図３】ＯＦＤＭによるシンボル伝送の様子を周波数軸
ｆ、時間軸ｔ上に図示したグラフである。

【図４】車載装置の構成を示す概念図である。

【図５】１フレームの構成図である。

【図６】各制御装置６ａ，６ｂ，６ｃから送出される信
号を周波数軸ｆ、時間軸ｔで表すとともに、車載装置８
の受信状態を説明するための概念図である。

【図７】フレーム誤り率ＦＥＲの時間変化を示すグラフ
である。

【図８】位置検出回路９８により行われる位置検出手順
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 地上局 ２ 車両 ４ 路上アンテナ ５ 同軸ケーブル ６ 制御装置 ８ 車載装置 １０ 車載アンテナ ９１ ダウンコンバータ ９２ ＱＰＳＫ復調回路 ９３ フーリエ変換回路 ９４ 切り換えスイッチ回路 ９５ ＦＥＲ評価回路 ９６ａ，９６ｂ 復号回路 ９８ 位置検出回路 Ｅ セル Ａ，Ｂ 分類されたデータ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の路上アンテナを道路に沿って配置
   し、道路に一連のセルを形成することにより、路上と車
   載装置との移動通信を可能にする路車間通信システムに
   適用される車両位置検出システムであって、 直交周波数分割多重方式 (ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequ
   ency Division Multiplex)で変調された信号を送出する
   ための制御装置と、 制御装置から送出された信号に基づき、同一周波数の電
   波を前記セル内に放射するための路上送信アンテナと、 前記路上送信アンテナから放射されてくる電波を受信す
   るための車載受信アンテナと、 この車載受信アンテナにより受信した電波の復号を行う
   車載装置とを備え、 前記制御装置は、副搬送波を複数種類に分類し、分類さ
   れた少なくとも１つの種類の副搬送波により、隣りのセ
   ルに配置された路上送信アンテナ装置に送出される信号
   に含まれる当該種類の副搬送波のデータと同一内容のデ
   ータを伝送し、分類された他の種類の副搬送波により、
   当該隣りのセルに配置された路上送信アンテナ装置に送
   出される信号に含まれる当該他の種類の副搬送波のデー
   タと異なる内容のデータを伝送するものであり、 前記車載装置は、車載受信アンテナにより受信され、復
   号された各種類の副搬送波のデータの復号品質を評価す
   る品質評価手段と、評価された復号品質の変化に基づき
   自車の位置を検出する位置検出手段とを有することを特
   徴とする車両位置検出システム。
2. 【請求項２】前記品質評価手段は、受信符号のフレーム
   誤り率を検出することにより、データの復号品質を評価
   するものである請求項１記載の車両位置検出システム。