JP3514228B2 - 狭域無線連続通信方法とシステム - Google Patents

狭域無線連続通信方法とシステム

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JP3514228B2 JP2000325407A JP2000325407A JP3514228B2 JP 3514228 B2 JP3514228 B2 JP 3514228B2 JP 2000325407 A JP2000325407 A JP 2000325407A JP 2000325407 A JP2000325407 A JP 2000325407A JP 3514228 B2 JP3514228 B2 JP 3514228B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高度道路交通シス
テム（ITS:＝Intelligent Transport Systems）を支え
る重要な技術とされている狭域無線連続通信システムで
あるDSRCシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】以下、狭域無線通信（以下DSRC(Dedicat
ed Short Range Communication)と称す）システムにつ
いて説明する。
【０００３】DSRCで使用される通信フレームの例を図８
に示す。全二重通信構成の場合、フレームの周期は3.91
msと2.34msの２種類があり、通信範囲の大きさにしたが
って、どちらかのフレームを適用する。各フレームにお
ける送受信スロット割当情報は、フレームの先頭スロッ
トであるフレーム制御スロット（以下FCMS（Frame Cont
rol Message Slot)と称す）内に格納されており、この
情報をもとに路側機と車載器がメッセージデータスロッ
ト（以下MDS(Message Data Slot）と称す)を用いてデー
タの送受信を行う。
【０００４】DSRCの具体的な動作について、ETCを例に
とって説明する。ETCでは、料金所によって、設置され
る路側機の数が異なる。まず最初に、出口料金所の例を
示す。
【０００５】出口料金所での路側機の構成例を図４に示
す。路側機は、料金計算などのノンストップ料金収受シ
ステム（以下（ETC（Electronic Toll Collection）と
称す）のアプリケーション処理を行うアプリケーション
処理部２１４と、車載器と５．８ＧＨｚの周波数を用い
て無線通信を行う路側アンテナ２０１と、路側アンテナ
からの５．８ＧＨｚの信号をダウンコンバートしてベー
スバンド信号にし、逆にベースバンド信号を５．８ＧＨ
ｚにアップコンバートする高周波部２１１と、通信フレ
ームの作成、送信データの生成、受信データのエラーチ
ェックなどを行うベースバンド部２１２と、前記アプリ
ケーション処理部２１４および前記ベースバンド部２１
２からの信号を基にDSRCのプロトコル処理を行うDSRC処
理部２１３からなる。
【０００６】次に、車載器の構成を図７に示す。車載器
は、運転者への料金課金通知およびＩＣカードへの料金
課金情報書き込みなどを行うアプリケーション処理部４
０５と、路側アンテナと５．８ＧＨｚの周波数を用いて
無線通信を行う車載アンテナ４０１と、車載アンテナか
らの５．８ＧＨｚの信号をダウンコンバートしてベース
バンド信号にし、逆にベースバンド信号を５．８ＧＨｚ
にアップコンバートする高周波部４０２と、路側アンテ
ナからのFCMSをサーチまたは監視して通信フレームの同
期を取ることや、送信データの生成、受信データのエラ
ーチェックなどを行うベースバンド部４０３と、前記ア
プリケーション処理部４０５や前記ベースバンド部４０
３からの信号を元にDSRCのプロトコル処理を行うDSRC処
理部４０４からなる。
【０００７】出口料金所の例を図３に示す。出口料金所
では、進行方向に１つの路側機が設置される。車載器２
０３は起動されたら常に路側アンテナからのFCMSを探
す。前記車載器３が路側アンテナ２０１の通信範囲２０
２の中に入ると、前記路側アンテナ２０１からのFCMSを
受信しはじめ、連続してFCMSを正常に受信したら、前記
路側アンテナ２０１へリンク確立要求を行い、高速道路
料金の課金などの処理を行う。
【０００８】一方、入口料金所では、車種情報検出など
の処理のために、進行方向に２つの路側機が設置され
る。図４に例を示す。進行方向手前の路側アンテナであ
る路側第一アンテナ、および後方のアンテナである路側
第二アンテナと、車載器との間の無線通信によって、入
口情報や車種情報などの受け渡しを行う。前記した２つ
のアンテナ（路側第一アンテナ、路側第二アンテナ）
は、近接して設置されるため、電波干渉による通信障害
が起こる可能性がある。そこで、このような構成をとる
場合には、図２で示すように通信フレームを交互に運用
することにしている。この、前後のアンテナで交互に通
信フレームを運用することを、時分割運用という。
【０００９】入口料金所の路側機の構成例を図６に示
す。出口料金所の例と同じようにアンテナ部３０１およ
び３０４と高周波部３２１および３３１とベースバンド
部３２２および３３２とアプリケーション処理部３２４
とDSRC制御部３２３および３３３からなる。アプリケー
ション処理部が両方のDSRC処理と接続され、アプリケー
ションとして一連の処理を行う。
【００１０】また、前記DSRC制御部３２３および３３３
は同期信号３４１を受け渡しすることで同期をとり、一
方の路側機が通信するタイミングでは、もう一方は休止
するように通信フレームの運用を行う。
【００１１】次に、入口料金所での具体的処理について
図５（ａ）、（ｂ）および図６を参照して説明する。図
５（ａ）は通信範囲を示す図（ｂ）は通信フレームを示
す図である。前記路側第一アンテナ３０１が動作するタ
イミングでは、前記路側第一アンテナ３０１および前記
路側第一アンテナ３０１の通信範囲３０２内の前記車載
器３０３は路側第一アンテナの通信フレーム３１１で通
信を行い、その期間、前記路側第二アンテナ３０４と前
記第二アンテナ３０４の通信範囲３０５内の車載器３０
６は通信は行わない（路側第二アンテナの休止フレーム
３１４のタイミング）。
【００１２】同じように前記路側第二アンテナ３０４と
前記車載器３０６とが通信フレーム３１３で通信してい
るタイミングでは、前記路側第一アンテナ３０１と前記
車載器３０３は休止フレーム３１２のタイミングとな
り、通信は行わない。このように、近接した２つのアン
テナで、一方が通信を行うタイミングでは、もう一方は
一切通信を行わないようにする時分割運用で、電波の干
渉を避けている。
【００１３】次に、車載器の動作について詳しく述べ
る。車載器は、起動されたら、路側アンテナからのFCMS
の受信を試みるFCMSサーチモードに入る。
【００１４】FCMSの受信に成功したら、再びFCMSの受信
を試みて、連続してFCMSの受信に成功すると、FCMS監視
モードに移行する。FCMS監視モードでは、FCMSの受信す
るべきタイミングを固定し、決められているタイミング
でFCMSを正常に受信できるかどうかを監視している。
【００１５】FCMS監視モードで、連続してFCMSの正常受
信に失敗すると、FCMS受信タイミングの固定を外し、再
びFCMSをサーチするモードに戻る。
【００１６】上記の動作を、前記した入口料金所を例に
とると、以下のようになる。前記車載器３はFCMSサーチ
モードで動作しながら、前記路側アンテナ３０１の通信
範囲３０２に進入する。通信範囲３０２の境界あたり
は、電波の不安定領域であり、車載器はFCMSの受信に成
功したり失敗したりといった動作を繰り返すことにな
り、FCMSサーチモードに入ったりFCMS監視モードに入っ
たりという状態になる。
【００１７】前記車載器３０３が進んで前期通信範囲３
０２の中に入ると、電波の安定領域になり、安定してFC
MSを正常受信できることになるので、FCMS監視モードと
なる。その後、さらに進んで、前記通信範囲から出るあ
たりになると、再び電波の不安定領域になり、進入時と
同様にFCMSサーチモードとFCMS監視モードを繰り返すよ
うになる。最終的には全く前記路側アンテナ３０１から
のFCMSが届かなくなり、再びFCMSサーチモードに戻ると
いう動作となる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】高速道路などに路側ア
ンテナを進行方向に並べて配置し、車両が高速道路を走
行している期間中連続してDSRC通信を行うようなシステ
ムの場合、車載器は、上記のように、ひとつのアンテナ
と通信を行い、そのアンテナと正常に通信ができる限り
通信を継続する。そのアンテナと正常に通信ができなく
なれば、一度状態をリセットして、正常に通信ができる
路側アンテナを探す。そのため、あるアンテナの通信範
囲から次のアンテナの通信範囲に入る境目では、かなら
ず通信が途切れてしまう。
【００１９】また、路側アンテナの設置の方法も難し
い。お互いの通信範囲が重なるように設置すれば、重な
っている部分で電波の干渉を起こしてしまい、正常な通
信を行うことができなく、通信が途絶えてしまう。逆
に、干渉しないように距離を離して路側アンテナ設置す
ると、やはり間隔があいている部分で正常に通信を行う
ことができなくなるので、通信が途絶えてしまう。
【００２０】本発明の目的は、DSRCを用いて路車間で連
続して通信することのできる環境を提供することにあ
る。
【００２１】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明では、進行方向に連続してアンテナを配置す
る際に、前後の通信範囲が重なるように配置し、隣接す
るアンテナと互いに時分割運用を行うようにする。車載
器は、時分割運用において、休止するタイミングのとき
は、次のタイミングを待って休むのではなく、次のアン
テナからのFCMSを探すようにする。連続して何回か隣接
するアンテナからのフレームのFCMSを正しく検出するこ
とができたら通信する相手である路側アンテナを、隣接
する路側アンテナに切り替える処理を行う。このように
することで、路車間で連続して通信を行うことができ
る。具体的には、本発明の狭域無線通信方法は、ノンス
トップ料金収受システムである ETC に使用される狭域無
線通信である DSRC を適用し、道路脇に設置される無線機
である路側機が有する路側アンテナを、連続的に配置
し、前記路側アンテナのそれぞれが、 FCMS および MDS と
を用いて車両に搭載される無線機である車載器と通信を
行う期間である通信フレームと電波を送信しない期間で
ある休止フレームとを交互に繰り返し、全ての路側アン
テナは、隣接する路側アンテナが前記通信フレームであ
るときには前記休止フレームとなり、隣接する路側アン
テナが前記休止フレームであるときには前記送信フレー
ムとなるように同期がとられて時分割で運用される狭域
無線通信方法において、各路側アンテナの有効通信範囲
の一部が重なるように前記路側アンテナを連続的に配置
するステップと、前記車載器が、連続的に配置された路
側アンテナと通信するために、時分割運用されている２
つの路側アンテナのそれぞれから送信される FCMS を取り
込む通信を行うステップを有し、前記車載器が FCMS を取
り込む通信を行うステップは、前記車載器が、前記２つ
の路側アンテナの有効通信範囲の重なり部分で自己と通
信中の一方の路側アンテナが休止フレームであるとき
に、該車載器が他方の路側アンテナから FCMS を検出する
ステップと、前記車載器が前記 FCMS の検出に即応して自
己と通信する路側アンテナを前記他方の路側アンテナに
切り換えるステップとを含むことを特徴とする。
【００２２】また、路側アンテナを互いの通信範囲が重
なるように配置して時分割で運用を行うことによって、
ある路側アンテナと通信を行うだけでなく、休止タイミ
ングで隣接アンテナからのFCMSを探し、隣接アンテナと
の通信路が安定したと判断できる場合に、通信する相手
である路側アンテナを瞬間的に切り替えることで、連続
して通信を行うことができる。具体的には、本発明の狭
域無線通信システムは、ノンストップ料金収受システム
である ETC に使用される狭域無線通信である DSRC を適用
し、道路脇に設置される無線機である路側機が有する路
側アンテナを、連続的に配置し、前記路側アンテナのそ
れぞれが、 FCMS および MDS とを用いて車両に搭載される
無線機である車載器と通信を行う期間である通信フレー
ムと電波を送信しない期間である休止フレームとを交互
に繰り返し、全ての路側アンテナは、隣接する路側アン
テナが前記通信フレームであるときには前記休止フレー
ムとなり、隣接する路側アンテナが前記休止フレームで
あるときには前記送信フレームとなるように同期がとら
れて時分割で運用される狭域無線通信システムにおい
て、各路側アンテナは、各々の有効通信範囲の一部が重
なるように連続的に配置され、前記車載器は、連続的に
配置された路側アンテナと通信するために、時分割運用
されている２つの路側アンテナのそれぞれから送信され
る FCMS を取り込む通信を行う手段を有し、前記 FCMS を取
り込む通信を行う手段は、前記２つの路側アンテナの有
効通信範囲の重なり部分で前記車載器と通信中の一方の
路側アンテナが休止フレームであるときに他方の路側ア
ンテナから FCMS を検出した際に、前記車載器と通信する
路側アンテナを前記他方の路側アンテナに切り換える手
段を含むことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の狭域無線通信シス
テムの第１の実施の形態について図１を参照して説明す
る。
【００２４】図１（ａ）は本発明の狭域無線通信システ
ムの路側アンテナの通信範囲の重畳を示す図、図１
（ｂ）は本発明のDSRCで使用されるフレームを示す図で
ある。図１（ａ）に示すように、路側アンテナを、車両
進行方向に対して連続的に、かつ、各路側アンテナの通
信範囲が隣接する路側アンテナの通信範囲と重なるよう
に配置する。これらの全ての路側アンテナは時分割で運
用され、隣接するアンテナと交互に通信を行うようにす
る。
【００２５】本発明では、上記のように、路側アンテナ
を、それぞれの通信範囲が重なるように配置し、全て時
分割運用を行う。車載器は、最初はまず最寄の路側アン
テナと通信を開始する。通信フレームは時分割運用され
ているので、通信するタイミングと休止するタイミング
が交互に来ることになる。本発明において、車載器は、
通信するタイミングでは従来と同じようにデータの送受
信を行うが、休止するタイミングでは、ただ休止するの
ではなく、隣接するアンテナからのFCMSが送信されるタ
イミングでFCMSの受信を試みる。休止しているタイミン
グでFCMCを連続して正常に受信することができれば、隣
接路側アンテナと安定して通信できる領域に入ったもの
として、隣接の路側アンテナとの通信を開始する。この
ことにより、路側機と車載器との間で連続的に通信を行
うことが可能となる。
【００２６】
【実施例】実施例の構成について、説明する。本発明の
第１の実施形態の実施例について図１（ａ）、（ｂ）を
用いて説明する。図１（ａ）に示すように路側アンテナ
１０１〜１０９を、各路側アンテナの安定して通信する
ことのできる領域（通信範囲１１１〜１１９）が重なる
ように配置する。前記路側アンテナ１０１〜１０９は、
時分割で運用される。図１（ａ）において、前記路側ア
ンテナ１０１，１０３，１０５，１０７，１０９が、図
１（ａ）に示す通信フレーム１３１を用いて通信を行っ
ているときには、前記路側アンテナ１０２，１０４，１
０６，１０８は、休止フレーム１３４のタイミングで、
電波を送信しない。これにより、隣接する路側アンテナ
同士は同時に通信を行うことがないので、電波の干渉は
起こらない。
【００２７】路側機の詳細な構成例を図２に示す。図２
では、図１（ａ）に示す前記路側アンテナ１０１および
１０２で示される路側機を例にとって説明する。実際に
は、同様な構成の路側機が接続されている。ETCの例の
場合と同じようにアンテナ部１０１および高周波部１４
１および１５１、ベースバンド部１４２および１５２、
アプリケーション処理部１４４、DSRC制御部１４３およ
び１５３からなる。
【００２８】前記アプリケーション処理部１４４は、全
てのDSRC制御部とデータのやりとりを行い、アプリケー
ションとしての処理を実行する。前記DSRC制御部は、隣
接するDSRC制御部と同期信号（図２の例では同期信号１
６１および１６２および１６３）を用いて同期を取るこ
とで、隣接する路側機が通信しているタイミングでは、
休止するように動作する。
【００２９】図１（ａ）を用いて実施例を示す。図１
（ａ）において、車載器１２１は前記路側アンテナ１０
１の通信範囲１１１の中にあって、前記路側アンテナ１
０１と通信を行っている。例えば、通信フレーム１３１
を用いて前記路側アンテナ１０１と前記車載器１２１が
通信しているとすると、進行方向で見て次の路側アンテ
ナである前記路側アンテナ１０２は通信フレーム１３３
で通信を行う。通信フレーム１３１のタイミングでは、
前記路側アンテナ１０２は休止フレーム１３４となり、
通信を行わない。逆に通信フレーム１３２のタイミング
では、前記路側アンテナ１０１は同様に休止フレーム１
３２となり、通信を行わない。
【００３０】ここで、前記車載器１２１は、通信フレー
ム１３１で通信したあとの休止フレーム１３２のタイミ
ングでは、通信を行わないのではなく、通信フレーム１
３３のFCMSの受信を試みる。上記動作は車載器１２２も
同様となる。前記車載器１２１は、前記路側アンテナ１
０１の通信範囲内にいて、前記路側アンテナ１０２の通
信範囲内にいないので、前記路側アンテナ１０２からの
FCMS(前記通信フレーム１３３）を受信することはでき
ないが、前記車載器１２２は、前記路側アンテナ１０１
および前記路側アンテナ１０２の両方の通信範囲内にい
るので、前記通信フレーム１３１および前記通信フレー
ム１３３の両方を受信することができる。前記通信フレ
ーム１３３を正常に受信した前記車載器は、そのあとも
前記路側アンテナ１０２からのFCMS受信を試みて、連続
してFCMS正常受信に成功したら、通信する相手を前記路
側アンテナ１０１から前記路側アンテナ１０２に瞬時に
切り替える。このことで、路車間で通信が途切れること
なく連続して行うことが可能となる。
【００３１】また、図９は本発明の第２の実施の形態を
示す図で、各DSRC制御部の同期のための信号１７１を同
期信号制御部１４５から各DSRC制御部に出すことで、全
てのDSRC制御部を同期させている。この構成でも同様の
効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、DSRCを
用い、時分割運用の路側アンテナの継続的な選択によ
り、走行している車両に搭載される車載器と路側アンテ
ナとで途絶えることなく連続して通信を行うことを可能
とし、走行を支援するためのさまざまな情報提供、車内
からのインターネット接続などいろいろなサービスを提
供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の狭域無線連続通信システムの
第１の実施の形態の実施例の路側アンテンアの通信範囲
の重畳を示す図であり、（ｂ）は通信フレームの構成を
示す図である。
【図２】路側アンテナから送信する２つの時分割フレー
ムの装置の構成例である。
【図３】入口料金所での通信例で狭域無線通信システム
のフレームの構成例で、（ａ）は通信範囲を示す図、
（ｂ）はそのフレーム構成を示す図である。
【図４】入口料金所に設けられる従来の路側機のブロッ
ク図である。
【図５】（ａ）は入口料金所における路側アンテナと車
載器間の通信範囲を示す図、（ｂ）はその通信フレーム
の構成例を示す図である。
【図６】入口料金所に設けられる２つの路側機の連結状
態を示すブロック図である。
【図７】従来のDSRCの車載器のブロック図である。
【図８】従来のDSRCで使用される通信フレームの例で
（ａ）は３．９１ｍｓ、（ｂ）は２．３４ｍｓ用の使用
フレームを示す図である。
【図９】本発明のDSRCの第２の実施形態の同期信号の配
信状態を示す図である。
【符号の説明】
１０１〜１０９ 路側アンテナ １１１〜１１９ 路側アンテナの通信範囲 １２１，１２２ 車載器 １３１ 奇数番路側アンテナの通信フレーム １３２ 奇数番路側アンテナの休止フレーム １３３ 偶数番路側アンテナの通信フレーム １３４ 偶数番路側アンテナの休止フレーム １４１ 高周波部 １４２ ベースバンド部 １４３ ＤＳＲＣ制御部 １４４ アップリケーション処理部 １５１ 高周波部 １５２ ベースバンド部 １５３ ＤＳＲＣ制御部 １６１ 同期信号 １６２ 同期信号 １６３ 同期信号 ２０１ 出口料金所の路側アンテナ ２０２ 路側アンテナの通信範囲 ２０３ 車載器 ２１１ 高周波部 ２１２ ベースバンド部 ２１３ ＤＳＲＣ制御部 ２１４ アプリケーション処理部 ３０１ 入口料金所の路側第一アンテナ ３０２ 路側第一アンテナの通信範囲 ３０３ 車載器 ３０４ 入口料金所の路側第二アンテナ ３０５ 路側第二アンテナの通信範囲 ３０６ 車載器 ３１１ 路側第一アンテナの通信フレーム ３１２ 路側第一アンテナの休止フレーム ３１３ 路側第二アンテナの通信フレーム ３１４ 路側第二アンテナの休止フレーム ３２１ 高周波部 ３２２ ベースバンド部 ３２３ ＤＳＲＣ制御部 ３２４ アプリケーション処理部 ３３１ 高周波部 ３３２ ベースバンド部 ３３３ ＤＳＲＣ制御部 ３３４ アプリケーション処理部 ３４１ 同期信号 ４０１ 車載アンテナ ４０２ 周波部 ４０３ ベースバンド部 ４０４ ＤＳＲＣ制御部 ４０５ アプリケーション処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ノンストップ料金収受システムであるET
    C に使用される狭域無線通信であるDSRC を適用し、道路
    脇に設置される無線機である路側機が有する路側アンテ
    ナを、連続的に配置し、前記路側アンテナのそれぞれ
    が、 FCMS および MDS とを用いて車両に搭載される無線機
    である車載器と通信を行う期間である通信フレームと電
    波を送信しない期間である休止フレームとを交互に繰り
    返し、全ての路側アンテナは、隣接する路側アンテナが
    前記通信フレームであるときには前記休止フレームとな
    り、隣接する路側アンテナが前記休止フレームであると
    きには前記送信フレームとなるように同期がとられて時
    分割で運用される狭域無線通信方法において、 各路側アンテナの有効通信範囲の一部が重なるように前
    記路側アンテナを連続的に配置するステップと、前記 車載器が、連続的に配置された路側アンテナと通信
    するために、時分割運用されている２つの路側アンテナ
    のそれぞれから送信される FCMS を取り込む通信を行うス
    テップを有し、前記 車載器がFCMS を取り込む通信を行うステップは、前記車載器が、前記２つの路側 アンテナの有効通信範囲
    の重なり部分で自己と通信中の一方の路側アンテナが休
    止フレームであるときに、該車載器が他方の路側アンテ
    ナからFCMSを検出するステップと、前記車載器が 前記FCMSの検出に即応して自己と通信する
    路側アンテナを前記他方の路側アンテナに切り換えるス
    テップとを含むことを特徴とする狭域無線通信方法。
  2. 【請求項２】 ノンストップ料金収受システムであるET
    C に使用される狭域無線通信であるDSRC を適用し、道路
    脇に設置される無線機である路側機が有する路側アンテ
    ナを、連続的に配置し、前記路側アンテナのそれぞれ
    が、 FCMS および MDS とを用いて車両に搭載される無線機
    である車載器と通信を行う期間である通信フレームと電
    波を送信しない期間である休止フレームとを交互に繰り
    返し、全ての路側アンテナは、隣接する路側アンテナが
    前記通信フレームであるときには前記休止フレームとな
    り、隣接する路側アンテナが前記休止フレームであると
    きには前記送信フレームとなるように同期がとられて時
    分割で運用される狭域無線通信システムにおいて、 各路側アンテナは、各々の有効通信範囲の一部が重なる
    ように連続的に配置され、前記 車載器は、連続的に配置された路側アンテナと通信
    するために、時分割運用されている２つの路側アンテナ
    のそれぞれから送信される FCMS を取り込む通信を行う手
    段を有し、前記 FCMS を 取り込む通信を行う手段は、前記２つの路側 アンテナの有効通信範囲の重なり部分で
    前記車載器と通信中の一方の路側アンテナが休止フレー
    ムであるときに他方の路側アンテナからFCMSを検出した
    際に、前記車載器と通信する路側アンテナを前記他方の
    路側アンテナに切り換える手段を含むことを特徴とする
    狭域無線通信システム。
  3. 【請求項３】 前記同期をとる手段が全てのDSRCのプロ
    トコル処理を行うDSRC制御部を同一同期とする請求項２
    記載の狭域無線通信システム。
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