JP3810267B2 - 狭域無線用インフラ側アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、狭域無線を用いて移動体と通信を行うシステムにおけるインフラ側（地上側）のアンテナ装置に係り、詳しくは、例えば、所定の駐車スペースに駐車した車両と通信する際や所定の領域を通過する車両と通信する際に使用されるインフラ側（地上側）のアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現状の狭域無線用インフラ側アンテナ装置においては、狭い領域での通信エリアを持つ。つまり、狭域無線通信は、通信エリア内に進入できる車載機（車両）を限定することにより、通信相手を特定することを特徴にした通信方式である。その反面、通信エリアが狭いため、インフラ側アンテナと車載機との通信状態を良好に保つためには、車両は、その狭い通信エリア内に存在する必要がでてくる。これは、運転の苦手な人にとって、車両を正確な位置へと動かすのは時間と手間を要することになる。
【０００３】
また、広い駐車スペースでは車載機（車両）が複数台になり、狭い通信エリアのインフラ側アンテナを複数台設置する必要があり、高額なシステムとなってしまう。
【０００４】
より詳しい説明を、図１２〜図１４を用いて行う。図１２に示すように、インフラ側アンテナ５００の通信エリア５０１に車載機５０２が進入した時に始めて無線通信が行われる。図１３に示すように、３台分の駐車スペースを確保する場合、１台当たりのスペースをカバーする通信エリアを持つアンテナ５００を３台並べて設置するのが一般的であり、この際、１台のアンテナ５００の指向性を横に大きくとり１台のアンテナで対応することは技術的には不可能ではないが、サービス面を考えた場合には問題が生じる。つまり、店舗側の管理者がモニタ画面に映し出された通信結果を見ながら対応してその来客した車両乗員に対して物品を手渡すなどのサービスを行う場合には、通信がどの車両と行われたのか特定する必要が生じる。また、１台のアンテナ５００を用いた複数の車載機との通信を、通信アドレスやｌＤで識別して処理できたとしても、その通信結果がどの車両であるか特定できないのでサービス運用が困難である。
【０００５】
一方、アンテナを３台並べた時の通信エリアを車両１台の駐車スペースに完全に一致させるのは技術的に不可能であり、図１３のように隣との通信エリアの間に隙間ができてしまい、車載機を車両の隅に取り付けた状態で車両を駐車スペースに駐車した場合には車載機が通信エリアから外れてしまい通信を行うことができなくなり、それ故、再度車両の位置を調整しなければならなくなる。また、駐車ではなく車両が通過する場合には、まったくの無通信の状況が発生してしまう。さらに、図１４に示すように、通信エリア間の隙間を無くべく、３台のアンテナ５００の通信エリアの一部が重なるように設定すると、通信エリアが重なるいずれのアンテナとも通信ができるが、前段で述べたアンテナ１台で通信エリアを広げた時と同様な問題が発生することになる。また、法律上、インフラ側アンテナの電波として、私有地構内から規定以上の強い電波が発射されることは許されない状況にある。そのため、運用上、非常に難しい状況になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、新規な構成にて通信の相手方である移動体搭載通信機器と確実に通信を行うことができる狭域無線用インフラ側アンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、通信エリア内での通信相手である移動体搭載通信機器からの電界強度を検出することにより、短時間でリトライすることなく確実に移動体搭載通信機器との通信を行うことが可能となる。
【０００８】
ここで、移動体搭載通信機器との電波状態がよい方向にアンテナの向きを調整できるようにしたり、請求項３に記載のように、アクチュエータによりアンテナの向きを変えられるようにしたり、請求項４に記載のように、アンテナの向きを、規定の電界強度の電波が予め定められた移動体の停止領域の外に発射されないように制限することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
本実施形態においては、次のような無線通信によるサービス提供を行うシステムを想定している。図６に示すように、複数の駐車スペースに自動車（車両）１０４が停車してその車両１０４での車載機（移動体搭載通信機器）１０３と通信でき、店舗側の管理者はモニタ画面に映し出された通信結果を見ながら対応できるようになっている。そして、店舗側管理者は、来客した車両乗員に対して物品を手渡すなどのサービスを行う。
【００１２】
図１は、狭域無線用インフラ側アンテナ装置と車両に搭載された車載機の位置関係を表した図である。
地面に支柱１００が立てられ、その上端にはインフラ側アンテナ１０１が支持されている。インフラ側アンテナ１０１は、通信エリア１０２を有する。インフラ側アンテナ１０１の通信エリア１０２は、車両１０４が停車（または通過）する位置をカバーするように設計される。この通信エリア１０２は、指向性が鋭く、通信エリア１０２の形状は、個々に注文して製品設計や試作段階で何度も調整して決定される。
【００１３】
一方、車両（自動車）１０４には車載機（移動体搭載通信機器）１０３が搭載されている。そして、インフラ側アンテナ１０１の通信エリア１０２に車載機１０３が進入した時に始めて無線通信が行われる。このように、指向性を有するインフラ側アンテナ１０１による所定の通信エリア１０２内に、自動車（移動体）に搭載した通信機器１０３が位置することにより無線通信できるようになっている。
【００１４】
図２に、インフラ側アンテナ装置のブロック図を示す。
アンテナ１０１には変調部２０２と復調部２０３が接続されている。アンテナ１０１にて電波の発射及び受信が行われ、その発射信号は変調部２０２から出力し、受信信号は復調部２０３に入力される。変調部２０２と復調部２０３は通信制御部２０４を介して中央処理部２０５と接続されている。通信制御部２０４において、送受信の通信タイミングや通信プロトコル制御が行われる。中央処理部２０５は通信処理を行う。
【００１５】
なお、アンテナ１０１に対して変調部２０２と復調部２０３と通信制御部２０４と中央処理部２０５はそれぞれ別体としてもよいし、あるいは、少なくとも１つ或いは全てを共通の筐体に組み込んでもよい。
【００１６】
また、アンテナ向き変更用モータ２０６，２０７が備えられ、この２つのモータ２０６，２０７によりアンテナ１０１の向きを水平方向および垂直方向（縦・横）に変えることができるようになっている。モータ２０６，２０７は駆動回路２０８，２０９を介して中央処理部２０５と接続され、中央処理部２０５によりモータ２０６，２０７が駆動制御される。さらに、モータ２０６，２０７の回転位置は位置検出センサ２１０，２１１により検出され、その信号は中央処理部２０５に送られる。
【００１７】
また、前述の復調部２０３には受信電界強度出力部２１２が接続され、この受信電界強度出力部２１２は中央処理部２０５と接続されている。これにより、中央処理部２０５は、車載機から発せられる電波の電界強度を監視して強度に応じたレベル判定を行う。
【００１８】
図３は、アンテナの向きを変化させた時の車載機からの受信電界強度を示した図である。
レベル１は、車載機からの電波の電界強度がまったく無い状態である。
レベル２は、車載機からの電波の電界強度はあるが、実際に通信を行うと通信リトライやエラーが発生する状態である。
レベル３，４は、車載機からの電波の電界強度は、十分な値であり、通信を行った場合、外乱が発生しない限り、良好な通信が可能な状態である。
【００１９】
図２において、中央処理部２０５には、インターフェース２１３を介して管理者側の上位機器（ホスト機器）である管理者用表示・操作部２１４が接続されている。管理者用表示・操作部２１４はディスプレイ、キーボード、音声案内機器、音声認識機器などを具備しており、これらを用いてサービス運用が行われる。また、中央処理部２０５は上位機器２１４からの指示に従い車載機との通信処理を行い、その結果を上位機器２１４に通知する。
【００２０】
管理者用表示・操作部２１４を用いて受信電波の電界強度の状態が表示される。具体的には、図４に示すように、ケース２１４ａの正面に電波状態表示ランプ２１４ｂが配置され、図３の受信レベル（強度判定結果）に応じたランプが点灯する。なお、電界強度の状態を表示する方法として、電波状態表示ランプ２１４ｂを点灯する方式の他にも、三次元表示（３Ｄ）や図形表示などを用いて分りやすくディスプレイに表示してもよい。
【００２１】
また、図４においてケース２１４ａの正面に操作スイッチ２１４ｃが配置され、このスイッチ２１４ｃを操作することによりアンテナ１０１の向きを変えることができる。即ち、スイッチ２１４ｃを管理者が操作すると、中央処理部２０５がモータ２０６，２０７を制御して管理者が指示した方向へとアンテナの向きを変更する。
【００２２】
また、図２の中央処理部２０５には駆動回路２１５を介して利用者用表示部２１６が接続されている。利用者用表示部２１６として、具体的には図５に示すように、ケース２１６ａの正面にランプ２１６ｂが配置され、中央処理部２０５は電波状態良好時にランプ２１６ｂを点灯させる。これにより、管理者ではなく車両の運転手に電波状態が通知（視認）される。
【００２３】
このように、通信エリア１０２内での通信相手である移動体搭載通信機器１０３との電波状態を検出して、管理者用表示・操作部２１４や利用者用表示部２１６を用いて管理者や運転者に知らせる。よって、短時間でリトライすることなく確実に移動体搭載通信機器１０３と通信を行うことが可能となる。ここで、電波状態を知らせる方法として、視覚によるものの他にも聴覚（警報音や音声など）により知らせるようにしてもよい。
【００２４】
また、電界強度の検出にて電波の受信状態が分かると、管理者は図４のスイッチ２１４ｃを用いてインフラ側アンテナ１０１の向きを変更することができるが、他にも自動制御にてアンテナの向きを電波状態がよい方向に変更するようにしてもよい。つまり、図２の中央処理部２０５において、電界強度の測定結果に基づいて車載機との通信が最適な状態になるようにモータ２０６，２０７を制御する。またこの時のモータ位置から計算して車両の位置（通信対象の車両）を特定する。
【００２５】
この自動制御を行うときの「通信の最適な状態」と「モータ位置からの計算」について、詳しく説明する。
通信の最適な状態とは、図３においてａ領域に入っていることを意味する。但し、電波は周辺の金属などの影響で電波が反射して直接波と位相がずれて、合成された波形の電界強度が小さくなることがある（マルチパス）ため、図中ｂ部のように極端に電界強度が落ちてしまうエリアが発生しまう。このエリア付近は、避けるような位置を選ぶ必要がある。これを考慮して、縦横の方向に対してアンテナ１０１の向きを変えて、最適な状態を探して通信を行う。
【００２６】
一方、一番電界強度が強いポイントは、アンテナ１０１と車載機１０３の通信指向性の芯が合った場合と判断し、車載機１０３の位置が特定できる。このことから、そのポイントにおけるモータ２０６，２０７の位置信号、図１のエリアＹ、エリアＺ、図６のエリアＸのサイズから車載機の位置を「計算」して車両の位置を特定することができる。その結果から図６の駐車スペース(I), (II),(III) のどこに停車した車両か判断する。そして、その車載機との通信結果を結び付けて、図２の表示・操作部２１４で管理者に案内することで、サービスの運用が可能となる。
【００２７】
さらに、図１のエリアＹ、エリアＺ、図６のエリアＸとインフラ側アンテナ１０１の電波放射パターン（通信エリア）１０２に関するデータから、私有地構内から規定の強度の電波が漏れないアンテナの向きの制御範囲を計算で求めることも可能となる。
【００２８】
なお、図２の中央処理部２０５の処理負荷が大きい場合には、情報をホスト機器２１４へ通知して中央処理部２０５とホスト機器２１４で処理を分担してもよい。
【００２９】
次に、このようなモータ２０６，２０７を用いた中央処理部２０５によるアンテナの方向制御の一例を述べる。
大量データや長い通信時間を要さない場合、インフラ側アンテナ１０１の向きを固定する必要は無く、図６で通信エリア１０２を、実線，一点鎖線，二点鎖線で示すごとくアンテナ１０１の向きを常に変更して（いわゆる首振り動作を行って）、駐車スペース(I), (II),(III) に進入してきた車両に対して待たせることなく通信を開始することが可能となる。
【００３０】
具体的には、図７のように、駐車スペース(I), (II),(III) のうちの真中の駐車スペース (II) に車両が停車した場合には、アンテナ１０１の向きがＡからＢの範囲で変更した時において通信エリア１０２内に車載機１０３が位置している間に通信を行う。また、図８のように、駐車スペース(I), (II),(III) のうちの右側の駐車スペース(III) に車両が停車した場合には、アンテナ１０１の向きがＣからＤの範囲で変更した時において通信エリア１０２内に車載機１０３が位置している間に通信を行う。
【００３１】
３つの駐車スペース(I), (II),(III) にそれぞれ車が停車した時の電界強度の状況を図９に示す。このように、１台のアンテナ１０１でも複数の車載機との通信を可能にすることができる。
【００３２】
このように、アンテナの向きを変化させ、通信可能な領域を移動させることにより電波の発射方向を変化させながら移動体搭載通信機器１０３と通信を行うようにしたので、通信エリアを実質的に広げることができ、少ないアンテナ数で通信の相手方である移動体搭載通信機器１０３と確実に通信を行うことができる。この場合、インフラ側アンテナ１０１に多方向から接近または停車している複数車両との通信を１台のアンテナで行うことができる。これにより、コストダウンを図るとともに常に電波状態のよい通信システムを実現できる。又この場合、電波の発射方向を、規定の電界強度の電波が予め定められた自動車（移動体）の停止領域または通過領域の外に発射されないように制限することができる。
【００３３】
そして、更なる効果として、指向性の強い無線通信において、インフラ側アンテナと車載機アンテナの双方の角度は、電界強度に大きく影響する。従って、車両に取り付けられる車載機は、車種によって、取り付け角度、取り付け位置が違ってくる。現在、車両に車載機を取り付ける際の制約としてアンテナ面の角度をある範囲で取り付けることにより対応しているが、本実施形態では、それらの面倒な制約を取り除き、いつでも電波状態のよい通信サービスを運用することができる。なお、本実施形態では、アンテナ１０１の向きの変更は横方向を中心に記述したが、縦方向についても同様に制御を行うものとする。
【００３４】
図１０には、中央処理部２０５が実行するフローチャートの一例を示す。
まず、ステップ３００で、図１，６に示すエリアＸ，Ｙ，Ｚ及びアンテナ位置Ｚ１、通信エリアパターンに関するデータを取り込む（入力する）。このデータから、ステップ３０１で、アンテナの電波が構外に漏れず、且つ、駐車スペースをカバーするアンテナの向き変更の際の許容範囲を計算で求めて設定を行う（記憶する）。そして、ステップ３０２で通信制御を開始する。
【００３５】
ステップ３０３で、アンテナの向きを先ほどの計算結果に基づき制御を行い、ステップ３０４で車載機１０３からの応答（あるいは所望の電界強度）があるか否かの判定を繰り返す。車載機からの応答（あるいは所望の電界強度）が有ると、その車載機に対して、図３の電界強度（通信状況）から最適な位置となるようにステップ３０５，３０６で微調整を行う。但し、これは、車両の位置検出を必要としない時やアンテナの向きを無条件で一定時間変更させて複数の車両との通信を優先する場合には、必要としない。
【００３６】
このステップ３００〜３０６の処理のように、移動体搭載通信機器１０３との電波状態がよい方向にアンテナ１０１の向きを調整することとし、より詳しくは、アクチュエータとしてのモータ２０６，２０７によりアンテナ１０１の向きを変えられるようにし、モータ２０６，２０７を制御してアンテナ１０１の向きを移動体搭載通信機器１０３との電波状態がよい方向に変更する。さらに、この場合、アンテナ１０１の向きを、規定の電界強度の電波が予め定められた自動車（移動体）の停止領域または通過領域の外に発射されないように制限することができる。
【００３７】
ステップ３０７でアンテナ１０１の向きを決定して車両の位置を記録する。これは、再び同じ車載機からの応答を受ける可能性があるので、この場合にも対応可能とするためであり、インフラ側で車載機識別番号（ＩＤ）を参照すれば、前回と同じ位置から車載機の応答があった場合でも、新しい客か、先ほどの客かは判別することができる。
【００３８】
ステップ３０８で車載機１０３との通信を継続して、ステップ３０９，３１０で通信リトライオーバー又は異常が発生するか、通信（サービス）が完了した場合は、ステップ３１１でアンテナ１０１の向きの記憶を解除し終了する。
【００３９】
以上で図１０の説明は終えるが、これまで説明してきたものの他にも、次のような形態にて実施してもよい。
図２では中央処理部２０５を介してモータ駆動を行う場合を示したが、図１１に示すように、構成をより簡素化させることもできる。図１１において、バッテリ２５１とモータ２０７との間に切替スイッチ部２５２が配置されるとともに、バッテリ２５１とモータ２０６との間に切替スイッチ部２５３が配置されている。そして、人によるマニュアル操作にてスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を作動させてモータ２０６，２０７を駆動してもよい（アンテナの向きを変えてもよい）。この場合の表示に関して、電界強度が図３のレベル３以上に達した時、図１１の表示部２５０においてランプが点灯する。
【００４０】
さらに、モータを使わずに人力でアンテナの向きを変えてもよい。
さらには、電界強度が大きくても反射の影響で通信できない場合はアンテナの向きを変えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 狭域無線用インフラ側アンテナ装置と車両に搭載された車載機の位置関係を表した図。
【図２】 インフラ側アンテナ装置のブロック図。
【図３】 アンテナの方向を変化させた時の車載機からの受信電界強度を示した図。
【図４】 管理者用表示・操作部を示す図。
【図５】 利用者用表示部を示す図。
【図６】 アンテナの通信エリアを説明するための平面図。
【図７】 アンテナの通信エリアを説明するための平面図。
【図８】 アンテナの通信エリアを説明するための平面図。
【図９】 アンテナの方向を変化させた時の車載機からの受信電界強度を示した図。
【図１０】 作用を説明するためのフローチャート。
【図１１】 別例のインフラ側アンテナ装置のブロック図。
【図１２】 従来技術を説明するための狭域無線用インフラ側アンテナ装置と車両に搭載された車載機の位置関係を表した図。
【図１３】 アンテナの通信エリアを説明するための平面図。
【図１４】 アンテナの通信エリアを説明するための平面図。
【符号の説明】
１００…支柱、１０１…インフラ側アンテナ、１０２…通信エリア、１０３…車載機、１０４…車両、２０２…変調部、２０３…復調部、２０４…通信制御部、２０５…中央処理部、２０６，２０７…モータ、２０８，２０９…駆動回路、２１０，２１１…位置検出センサ、２１２…受信電界強度出力部、２１３…インターフェース、２１４…管理者用表示・操作部、２１５…駆動回路、２１６…利用者用表示部。

Claims (4)

1. 指向性を有するアンテナによって規定される通信エリア内に車両が進入した際に、該車両に搭載された移動体搭載通信機器との間で無線通信を行う狭域無線用インフラ側アンテナ装置であって、
   前記アンテナの向きを、複数の駐車スペースに停車した車両と通信するように水平方向、および垂直方向に変位可能として前記通信エリアを可変し、該アンテナの通信エリア内での通信相手である移動体搭載通信機器からの電界強度を検出することにより、前記複数の駐車スペースにおける、複数の車両の停車位置を検出することを特徴とする狭域無線用インフラ側アンテナ装置。
2. 前記アンテナにて受信される電波の受信電界強度を出力する受信電界強度出力部と、該受信電界強度出力部に接続される中央処理部とを備え、
   前記中央処理部は、前記移動体搭載通信機器から発せられる電波の電界強度を監視し、
   電界強度に応じたレベル判定を行うことにより、前記移動体搭載通信機器の位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の狭域無線用インフラ側アンテナ装置。
3. 前記アンテナをアクチュエータに接続し、該アクチュエータを制御することによりアンテナの向きを変更することを特徴とする請求項１または２に記載の狭域無線用インフラ側アンテナ装置。
4. 前記アンテナの向きを、規定の電界強度の電波が予め定められた移動体の停止領域の外に発射されないように制限したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の狭域無線用インフラ側アンテナ装置。

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