JP3684894B2

JP3684894B2 - 周波数選定機能を備えた車載通信装置

Info

Publication number: JP3684894B2
Application number: JP2464799A
Authority: JP
Inventors: 哲夫中野; 敏夫長嶋; 孝治阿部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP2000222683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定された場所に設定された基地局と、移動する車両に設置された車載通信装置との間で無線により通信を行う路車間通信システムに係り、特に異なる無線周波数を用いて通信を行う通信方式を用いた路車間通信システムの車載通信装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
安全性の向上、輸送効率の向上、および快適性の向上を目指したサービスを実現するため、道路と車両を一体のシステムとした高度道路交通システム（ＩＴＳ：ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔＳｙｓｔｅｍｓ）の開発が進められている。このシステムでは、路上に設置する基地局と車両に搭載する移動局との間で行う路車間通信、移動局間で行う車車間通信により、これらのサービスを実現しようとしている。
【０００３】
この高度道路交通システムにおける通信方式の一例としては、社団法人電波産業会にて定められた標準規格「有料道路自動料金収受システム標準規格ＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ５５１．０版」（平成９年１１月２７日策定）が知られている。
【０００４】
前記標準規格は通信領域を限定したスポット通信による路車間通信方式を定めたものであり、基地局から移動局への通信（以下、下り通信）と移動局から基地局への通信（以下、上り通信）に異なる周波数を用い、通信フレームをスロットと呼ばれる固定長の区間に時分割した同期式時分割通信方式であるスロッテドアロハ方式を採用している。
【０００５】
また、上り通信用と下り通信用に異なる周波数を用いると同時に、隣接した基地局同士の干渉を防止するため、上り下り通信用の各無線周波数として、それぞれ２つの異なる周波数、合わせて４つの周波数を用いることが規定されている。図２に各周波数の割り当てを示す。周波数ｆ１、ｆ２を下り通信に、周波数ｆ３、ｆ４を上り通信で使用し、周波数ｆ１とｆ３をペアで、周波数ｆ２とｆ４をペアで組み合わせて使用する。つまり、ある基地局の通信圏内では下り通信に周波数ｆ１（以下、下りチャネルＡ）、上り通信に周波数ｆ３（以下、上りチャネルＡ）を用いる（以下、モードＡ）。モードＡで運用する基地局に隣接する他の基地局では、下り通信に周波数ｆ２（以下、下りチャネルＢ）、上り通信に周波数ｆ４（以下、上りチャネルＢ）を用いる（以下、モードＢ）。
【０００６】
スロッテドアロハ方式の通信フレームは、通信スロットと制御スロットに大別され、通信スロットには複数の移動局との交信が可能なように、路車間でのデータ交換を行うためのメッセージデータスロット（ＭＤＳ：ＭｅｓｓａｇｅＤａｔａＳｌｏｔ）が複数配置される。また制御スロットには、基地局が送信する通信フレームの構成情報、通信スロットの使用状況などを格納するフレームコントロールメッセージスロット（ＦＣＭＳ：ＦｒａｍｅＣｏｎｔｒｏｌＭｅｓｓａｇｅＳｌｏｔ）と、移動局が基地局に通信スロットの割当てを要求するためのアクチベーションスロット（ＡＣＴＳ：ＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＳｌｏｔ）からなる。ＦＣＭはスロットの期間の基準信号でもあり、移動局との通信を行わない場合でも、常時周期的に発信される信号である。
【０００７】
上記技術による運用の一例を図３に示す。同図において、３０１は道路、３０２は道路上に設置されたガントリ、３０３，３０４はガントリに取り付けられた基地局のアンテナ、３０５はアンテナ３０３の通信領域、３０６はアンテナ３０４の通信領域、３０７は地上に設置された基地局装置、３０８は車両、３０９は車両に搭載された車載通信装置である。アンテナ３０３と３０４は隣接して設置されているため、お互いの混信を防止するために、異なる無線周波数で運用され、この場合はアンテナ３０３はモードＡ、アンテナ３０４はモードＢで運用されている。
【０００８】
車両３０８がアンテナ３０３の通信領域３０５に進入する際に、車載通信装置３０９は通信に先立ち、基地局の通信領域に進入したことを検知するとともに、基地局の運用する無線周波数のモードを知る必要がある。
【０００９】
基地局の通信領域３０５に進入したことは、基地局の発信するＦＣＭ信号を受信出来たことによって検知することが出来る。だが、図３に示すように、通信領域が車線ごとに重ならないように設定されていたとしても、他の通行車両の反射などの影響等によって、隣の車線のアンテナ３０４の信号を受信出来てしまう場合も有り得る。
【００１０】
このような事態を回避するため、複数の受信手段を具備し、各無線周波数について受信した電界のレベル（受信レベル）を計測し、受信レベルの最も大きな無線周波数のアンテナに応答するシステムが考案されている。このような装置の一例としては、特開平７−３２５９９６号公報等が上げられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によれば、運用される周波数の数に応じた複数の受信手段が必要となる。だが通信装置のコストなどを考慮すると、必要以上の無線回路を持たないほうが望ましい。
【００１２】
だが、単一の受信手段のみの場合には、前記したように隣接する基地局のＦＣＭを受信してしまうばかりでなく、隣接するアンテナがなく単独で設置された基地局アンテナであっても、アンテナの発信する電波が非常に強力であった場合、車載通信装置が周波数の検知をするために基地局の発信周波数とは異なる周波数を受信する状態に設定していたとしても、電波が強力な余り受信できてしまう場合がある。その結果誤った周波数を判別してしまうという問題がある。これは大型車両などで、車載通信装置の設置場所が基地局のアンテナに近づきすぎる場合があるからである。
【００１３】
また単一の受信手段のみの場合には、送信されていない無線周波数についても、一旦は受信状態で待機しＦＣＭの検出を試みるため、周波数の選定の為の時間が長くなり、その間に車両が相当距離移動してしまい、そのため車両の移動速度が高速な場合には通信領域に留まる時間が減少し、基地局との通信が完了する以前に通信領域外に出てしまうという問題も生ずる。
【００１４】
本発明の目的は、コストの上昇を招くことなく、基地局の運用する無線周波数を正しく判断できる、車載通信装置を提供することにある。さらに無線周波数を決定するまでの時間を短縮できる、車載通信装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、本発明の車載通信装置は、受信する無線周波数を切り替えながらＦＣＭＣの受信を行い、受信したＦＣＭＣがある一定レベル以上であることによって、基地局の通信領域に進入したことを検知し、さらに受信したＦＣＭＣに含まれる無線周波数の運用情報と、車載機の受信手段の受信周波数の設定が一致した場合に、前記受信手段の設定された無線周波数を基地局の運用周波数と判断する。さらに、基地局へのリンク要求時には無線周波数を決定した際のＦＣＭＣに含まれる基地局の識別番号を指定して、リンク要求信号を送信する。そのため誤った周波数を選定することがなく、選定した基地局と確実な交信が可能である。
【００１６】
請求項２の発明によれば、本発明の車載通信装置は、受信したＦＣＭＣがある一定レベル以上であることによって、基地局の通信領域に進入したことを検知し、さらに受信したＦＣＭＣに含まれる無線周波数の運用情報とにより基地局の運用周波数を判断する。さらに基地局へのリンク要求時には、無線周波数を決定した際のＦＣＭＣに含まれる基地局の識別番号を指定して、リンク要求信号を送信する。そのため誤った周波数を選定することがなく、選定した基地局と確実な交信が可能である。また複数の下りチャネルにわたって受信可能であるため、受信周波数を切り替えながらＦＣＭＣを受信する必要がなく、より短い時間で周波数の選定が可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車車間通信方式の一実施例を図を参照しながら説明する。まず、本発明の車載通信装置と路側装置が通信するための通信フォーマットについて予め説明する。
【００１８】
図４は路車間の通信のフォーマットを示す図である。同図は路車間の通信を、１フレームを３スロットで構成した場合の例である。同図の構成の場合、前記路車間通信方式によって、スロット１の下りチャネルはフレーム制御スロット（ＦＣＭＳ）に、スロット３の上りチャネルはリンク要求スロット（ＡＣＴＳ）に、スロット２はデータ交換のための通信スロット（ＭＤＳ）に利用されている。
【００１９】
この通信フレームを使って路車間通信を行う移動局は、自局に割当てられた通信スロットの位置を判別するために、基地局が送信する通信フレームとの同期が必要になる。このために前記路車間通信方式では、フレーム制御スロットのフレーム制御信号ＦＣＭＣ（ＦＦｒａｍｅＣｏｎｔｒｏｌＭｅｓｓａｇｅＣｈａｎｎｅｌ）には他のスロットに配置される信号ＭＤＣ（ＭｅｓｓａｇｅＤａｔａＣｈａｎｎｅｌ）、ＡＣＫＣ（ＡｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅＣｈａｎｎｅｌ）、ＡＣＴＣ（ＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＣｈａｎｎｅｌ）とは異なる同期信号パターンを多重し、通信フレームの時間基準としてフレーム制御スロットの位置が識別できるようにしている。また、フレーム制御信号ＦＣＭＣには、基地局が運用する無線チャネル、フレーム周期、自局に割当てられたスロット位置などのフレーム構成情報が多重されているので、移動局は通信フレームの再生が可能になる。
【００２０】
図５は図４に示したＦＣＭの詳細を示す図である。同図において５０１はプリアンブル（ＰＲ）、５０２はＦＣＭに固有のビットパタンであるユニークワード（ＵＷ）、５０３はＦＣＭチャネルの制御情報を含む伝送チャネル制御情報（ＳＩＧ）、５０４は基地局の識別を行うための識別番号（ＦＩＤ）、５０５はフレームの構成情報を含むフレーム構成情報（ＦＳＩ）、５０６は基地局が車載装置のリンク要求を制限するためのリリースタイマ情報（ＲＬＴ）、５０７は基地局が提供するサービス情報を含むサービスアプリケーション情報（ＳＣ）、５０８は各スロットの割り当て情報（ＳＣＩ）、５０９はエラー検出の為のコード（ＣＲＣ）である。
【００２１】
移動局はユニークワード５０２を検出することによって、受信した内容がＦＣＭＣであることを知ることが出来る。また、伝送チャネル制御情報５０３にはＦＣＭＣを送出した基地局が運用する無線周波数のモード情報が含まれており、基地局が運用中の無線周波数がモードＡであるかモードＢであるかの判別が可能である。
【００２２】
さて、上記した無線通信フォーマットに準じた場合を例にとって、本発明の車載通信装置の一実施例を図１に示す。同図において、１０１，１０２はアンテナ、１０３は無線受信部、１０４は受信した信号の復調部、１０５は受信信号の電界レベルを検出する受信レベル検出部、１０６は発振器、１０７は発振器を制御する周波数制御部、１０８は送信データを変調する変調部、１０９は無線送信部、１１０は通信制御部である。
【００２３】
周波数制御部１０７は発振器１０６の発振周波数を制御することによってい、受信部１０３の受信チャネル、送信部１０９の送信チャネルを切り替える。基地局からの無線信号はアンテナ１０１で受信され、受信部１０３で所望のチャネルの信号が取り出される。さらに、復調部１０４でデジタルデータに変換され、受信データとして信号処理部１１０に入力される。同時に、受信レベル検出部１０５で受信した信号の電界強度が計測され、同じく信号処理部１１０に入力される。送信データは変調部１０８で変調され、送信部１０９から送信チャネルの無線周波数で送信される。
【００２４】
次に図６を用いて、図１の車載通信装置における通信制御部の周波数選定動作について説明する。まず選定動作に先立って、周波数制御部１０７の制御により、受信するチャネルを下りチャネルＡに設定する（処理６０１）。受信チャネルを下りチャネルＡに設定した状態でＦＣＭＣの受信を待つ。ＦＣＭを受信した場合には、受信したＦＣＭＣと受信時の受信レベルを保存する。また所定時間待って、ＦＣＭの受信ができなかった場合には、受信レベルが無かったとして次の処理に移る。所定時間内に複数のＦＣＭを受信した場合には最も受信レベルの大きなＦＣＭＣを保存する（処理６０２）。
【００２５】
この際にＦＣＭＣの受信を待つ時間の長さは、少なくともＦＣＭＣの送信周期以上とし、ＦＣＭＣが送信されていれば必ず受信できる時間に設定する。本実施例では例えばＦＣＭＣ送信周期の２倍の時間に設定する。処理６０２で検出した受信レベルが予め設定した値以上であった場合には処理６０４へ、規定レベル以下であった場合は処理６０６に分岐する（処理６０３）。ＦＣＭＣの受信が無かった場合にも処理６０６に分岐する。処理６０６へ分岐した場合には受信するチャネルを切り替える。現在の設定が下りチャネルＡであれば下りチャネルＢに、現在の設定が下りチャネルＢであれば下りチャネルＡに設定する。受信チャネルの設定後、再度処理６０２から同様の処理を行う。
【００２６】
車載通信装置が基地局の通信領域外にいる場合には、ＦＣＭＣを受信することのが無いので、上記のように受信するチャネルを切り替えながら、ＦＣＭＣの受信を待ち続けることになる。
【００２７】
車両が通信領域に進入すると、上記の処理６０３の分岐処理にて一定レベル以上の受信の場合が発生し、処理６０４に分岐する。処理６０４へ分岐した場合は受信したＦＣＭＣ中の伝送チャネル制御情報（ＳＩＧ）に含まれる基地局の運用無線周波数モードと、車載装置が設定中の受信チャネルを比較して、一致した場合には処理６０５へ分岐し、現在設定中の受信チャネルに決定し周波数の判定処理を処理を終了する。一致しない場合には処理６０６へ分岐し、受信チャネルを切り替え後、再度処理６０２から同様の処理を行う。
【００２８】
周波数の判定処理終了後は、上記で周波数を決定した際のＦＣＭＣに含まれる識別番号ＦＩＤの基地局に対してリンク要求信号（ＡＣＴＣ）を送信しリンク要求を行う。車載通信装置が送信するＡＣＴＣにはリンクを要求する相手基地局の識別番号ＦＩＤを含んでいるため、隣接する基地局がＡＣＴＣを受信した場合でも、誤って通信が行われることはない。
【００２９】
上記した処理６０３において、受信したレベルが規定以下の場合に再度受信を行う理由は、通信領域の境界付近では、一応受信できる時があるものの、その位置から通信を開始した場合には通信エラーを頻発しながら交信することになるからである。車両は基地局の通信領域に向かって移動中であり、通信領域に進入するに従って徐々に受信レベルが増加し、その時点で通信を開始すれば安定した交信が可能である。
【００３０】
もう一つの理由として、隣接する基地局からの信号は排除するためである。つまり、基地局が隣接して配置されていた場合に、車両が進入しようとしている通信領域の基地局の、その隣の基地局からの信号は、受信できた場合でも、車両との距離が離れているため受信レベルは比較的小さい。従って受信レベルの低い場合には、再度受信することによって、隣接する基地局からの信号は排除することができる。
【００３１】
また、処理６０４にて、基地局の運用無線周波数モードと、車載装置が設定中の受信チャネルを比較するのは、車載通信装置が設定中の受信チャネルとは異なるチャネルの信号が混信し、混信した信号を受信してしまった場合にも、受信したＦＣＭＣ中の無線周波数情報と、車載装置の設定中の受信チャネルは一致しないため、誤動作を防止できるためである。このようなことは車載通信装置と、基地局のアンテナが接近しすぎた場合、例えば大型車のように運転席の位置が高く、従って車載通信装置の位置がアンテナに近づき易い場合に有り得る。
【００３２】
上記した実施例では、受信するチャネルを下りチャネルＡと、下りチャネルＢとに交互に切り替えながら、ＦＣＭＣの受信を待ち受けるため、無線周波数の数だけ受信部を備えて各無線周波数の信号を受信するのと、ほぼ同様の動作が可能である。
【００３３】
以上のことから、本実施例によれば、通信に必要な機器以上の機器を必要とすることなく、基地局の運用する無線周波数を正しく判断でき、また異なるチャネルからの混信があった場合でも、混信によって受信したＦＣＭを誤って選択することがない。また、周波数を選定した際のＦＣＭＣに含まれるＦＩＤを元にリンク要求信号を送信するため、正しい基地局との交信が出来る。
【００３４】
次に本発明の他の実施例を図７を用いて説明する。同図は図１の車載通信装置の受信部１０３の構成を示す図である。同図において７０１，７０４は増幅器、７０２は周波数変換器、７０３はバンドパスフィルタである。
【００３５】
基地局の送信する信号を車載装置が受信する場合、アンテナで受信された信号は増幅器７０１で増幅された後、周波数変換器７０２で中間周波数に変換される。変換された信号はバンドパスフィルタ７０３で必要な周波数成分のみが取り出され、増幅器７０４で増幅された後、復調部あるいは受信レベル検出部に送られる。
【００３６】
ここで、バンドパスフィルタ７０３の特性は図８に示すように設定されている。つまり、バンドパスフィルタの帯域が、下りチャネルＡと下りチャネルＢの両方をカバーするように設定されている。そのため、受信した信号が下りチャネルＡであっても、下りチャネルＢであっても受信が可能である。
次に、図７に示す受信部を備えた車載通信装置の周波数選定動作を、図９を用いて説明する。まず、所定の時間ＦＣＭＣの受信を待ち、ＦＣＭを受信した場合には、受信したＦＣＭＣと受信時の受信レベルを保存する。また所定時間待って、ＦＣＭの受信ができなかった場合には、受信レベルが無かったとして次の処理に移る。所定時間内に複数のＦＣＭを受信した場合には最も受信レベルの大きなＦＣＭＣを保存する（処理９０１）。処理９０１で検出した受信レベルが予め設定した値以上であった場合には処理９０３へ、規定レベル以下であった場合は処理９０１に戻り再度ＦＣＭＣの受信を待つ（処理９０２）。ＦＣＭＣの受信が無かった場合にも処理９０１に戻る。受信レベルが既定値以上の場合には、受信したＦＣＭＣ中の伝送チャネル制御情報（ＳＩＧ）に含まれる基地局の運用無線周波数モードを検出し、周波数の選定を終了する。周波数の選定処理終了後は、基地局との交信のため、送信周波数を基地局の運用するチャネルに切り替える。また、ＦＣＭＣに含まれる基地局の識別番号ＦＩＤで交信する相手となる基地局を識別し、リンク要求時は上記で周波数を決定した際のＦＩＤの基地局に対してリンク要求信号（ＡＣＴＣ）を送信する。
【００３７】
処理９０１にて所定の時間ＦＣＭの受信を待つのは、複数の基地局同士の境界付近において、異なる基地局からのＦＣＭが受信できるような場合に、最も受信レベルの大きなＦＣＭＣの基地局、つまり最も車両に近い基地局を選択するためである。また、ＦＣＭを待つ時間は少なくともＦＣＭＣの送信周期以上とし、ＦＣＭＣが送信されていれば必ず受信できる時間に設定する。
【００３８】
以上説明した実施例では、複数の無線周波数について受信部の待ち受けチャネルを切り替えながらＦＣＭＣを待ち受けることが無いので、無線周波数を決定するまでの時間を短縮できる。
【００３９】
また、上記の実施例では、バンドパスフィルタは一種類のみの場合について説明したが、バンドパスフィルタに帯域の狭いものも同時に備え、一旦周波数の選定が終了後は、バンドパスフィルタを帯域の狭いものに切り替えて受信動作えば、隣接チャネルからの妨害を低減することも出来る。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基地局の信号を受信時の受信レベルがある一定レベルのものについて、その制御情報と車載通信装置の受信部の設定が一致したことを確認するため、基地局の運用する無線周波数を正しく判断できる、車載通信装置が実現可能である。
【００４１】
また、受信部を複数の無線チャネルわたって受信可能なように設定することによって、受信する無線チャネルを切り替える必要が無いため、無線周波数を決定するまでの時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車載通信装置の一実施例を示す構成図。
【図２】路車間通信方式で用いる無線周波数を示す特性図。
【図３】路車間通信の運用例を示す図。
【図４】路車間通信の通信フォーマットを示す図。
【図５】フレームコントロールメッセージの詳細図。
【図６】本発明の車載通信装置の動作のフローチャート。
【図７】本発明の車載通信装置の受信部の構成図。
【図８】受信部のバンドパスフィルタの特性を示す特性図。
【図９】本発明の車載通信装置の動作のフローチャート。
【符号の説明】
１０１，１０２…アンテナ、１０３…受信部、１０４…復調部、１０５…受信レベル検出部、１０６…発振器、１０７…周波数制御部、１０８…変調部、１０９…送信部、７０１，７０４…増幅器、７０２…周波数変換器、７０３…バンドパスフィルタ。

Claims

基地局から移動局へのデータ送信、および少なくとも無線周波数の運用モード情報と基地局の識別番号を含む制御情報の送信を、下り通信用に割当てられた無線周波数にて行い、移動局から基地局へのデータ送信を上り通信用に割当てられた無線周波数にて行い、前記下り通信用の無線周波数と前記上り通信用の無線周波数の組み合わせを複数組持ち、前記複数組みの無線周波数のうちの一組を用いて基地局と移動局間の通信を行う路車間通信方式による移動局の車載通信装置において、
受信する無線周波数を切り替え可能で、基地局から送信される通信制御信号を復調し通信制御手段に送る受信手段と、
受信した電波の電界強度を検知し、検知したレベルを通信制御手段に通知する受信レベル検知手段とを備え、
前記通信制御手段は、受信手段の受信周波数を一定時間毎に切り替えながら通信制御信号の受信を待機し、基地局の通信領域への進入時に受信した通信制御信号の受信レベルと、前記受信した通信制御信号に含まれる無線周波数の運用モード情報と、車載通信装置の受信周波数の設定状態をもとに、基地局との送受信周波数を決定し、前記受信周波数を決定した際の通信制御信号に含まれる識別番号を有する基地局に対してリンク要求信号を送信することを特徴とする車載通信装置。
基地局から移動局へのデータ送信、および少なくとも無線周波数の運用モード情報と基地局の識別番号を含む制御情報の送信を、下り通信用に割当てられた無線周波数にて行い、移動局から基地局へのデータ送信を上り通信用に割当てられた無線周波数にて行い、前記下り通信用の無線周波数と前記上り通信用の無線周波数の組み合わせを複数組持ち、前記複数組みの無線周波数のうちの一組を用いて基地局と移動局間の通信を行う路車間通信方式による移動局の車載通信装置において、
複数の下り無線周波数にわたる広い帯域を受信可能な特性を持ち、基地局から送信される通信制御信号を復調し通信制御手段に送る受信手段と、
受信した電波の電界強度を検知し、検知したレベルを通信制御手段に通知する受信レベル検知手段とを備え、
前記通信制御手段は、基地局の通信領域への進入時に受信した通信制御信号の受信レベルと、通信制御信号に含まれる無線周波数の運用モード情報をもとに、基地局との送受信周波数を決定し、前記受信周波数を決定した際の通信制御信号に含まれる識別番号を有する基地局に対してリンク要求信号を送信することを特徴とする車載通信装置。