JP4060542B2

JP4060542B2 - 路側無線装置、車載装置および無線通信方法

Info

Publication number: JP4060542B2
Application number: JP2001081813A
Authority: JP
Inventors: 順一中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002279585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）やＥＴＣ（自動料金収受システム）などに代表される路車間通信システムにおいて使用される路側無線装置および車載装置と、前記路側無線装置と車載装置との間で実施される無線通信の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
路車間通信は、道路に沿って敷設されたビーコンなどの通信インフラと、自動車に搭載された車載器との間で行なわれるもので、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）やＥＴＣ（自動料金収受システム）が代表的である。この種のシステムには、車両に搭載される車載器と、車載器と無線電波を介して情報通信を行う路側無線装置とに加え、料金所の入り口などに設置される車両検知器が備えられる。
【０００３】
図７に、この種のシステムの従来の構成を示す。このシステムでは、路側無線装置１に接続されたアンテナ２から電波が放射されて、比較的狭い範囲に電波圏が形成される。電波圏の端には、車両検知器３が設置される。車両検知器３により車両４が検知されると、その旨が路側無線装置１に通知され、車両４と路側無線装置１との間での情報通信が開始される。
【０００４】
ところで、車両検知器３においては、車両４の先頭、または車両４の前輪の位置が検知される。すなわち、車両検知器３は、車両４内に設置された車載器５の位置を検知できない。このため図８に示すように、路側無線装置１が通信を開始するタイミングと、車載器５が電波圏に進入するタイミングとがずれる。したがって、車載器５と路側無線装置１との間の情報通信が、電波の状態が不安定な、電波圏の端において開始されることになる。このことから、従来の路車間通信システムには、通信エラーを生じる虞があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように従来の路車間通信システムにおいては、路側無線装置から放射される電波が不安定な領域において、通信がなされる場合が有った。このため通信エラーを生じる虞が有り、信頼性が不十分であるという不具合があった。特に、ＥＴＣにおいては、料金決済情報など重要な情報が授受されるために、通信の信頼性の向上は急務となっている。
【０００６】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、通信エラーを抑圧し、これにより情報の授受に係わる信頼性を向上させた路側無線装置、車載装置および無線通信方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わる路側無線装置は、呼び出し信号を含む電波を放射して電波圏を形成する路側無線装置にあって、前記電波圏内に進入すると前記呼び出し信号に対する応答信号を無線信号で返送する車載装置から受信した前記無線信号の強度変化をモニタし、その結果に基づいて前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であるか否かを判定する判定手段と、この判定手段で、前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であると判定された場合に、前記車載装置との情報通信を開始する通信手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
より具体的には、本発明に係わる路側無線装置は、前記車載装置から受信した無線信号の強度をサンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング手段から出力されるサンプル値に、所定のインデックスをサンプリング順に対応付けてテーブル化した配列を記憶する記憶手段とを備え、
判定手段は、前記配列におけるサンプル値の個数をｎ、前記インデックスをＸｉ（１≦ｉ≦ｎ）、このインデックスに対応するサンプル値をＹｉ、としたとき、以下に示す式（１）によりｒ^２を算出し、式（２）によりｂを算出し、
【０００９】
【数４】

【００１０】
０．８≦ｒ^２≦１かつｂ＞０が成立した場合に、前記車載装置の位置が前記電波圏の安定した領域内にあると判定することを特徴とする。
【００１１】
インデックスとは、サンプリングされたデータにそれぞれ対応付けられる指標を意味し、サンプリング時刻、または車両４の位置、あるいは、サンプル順を示す通し番号（１，２，３、…）などがある。
【００１２】
このような手段を講じたことにより、車載装置が電波圏の安定した領域に進入したか否かが、判定手段により判定される。そして、判定手段により車載装置が電波圏の安定した領域内に位置すると判定された場合に、車載装置と路側無線装置との間での情報通信が開始される。
【００１３】
従って、車載装置が電波圏の安定した領域内に位置する状態においてのみ、例えば料金決済情報などの情報が、車載装置と路側無線装置との間で授受されることになる。これにより、通信エラーを防止することができるようになり、情報の授受に係わる信頼性を向上させることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる路側無線装置１の構成を示すブロック図である。この路側無線装置１は、図７に示される車載器５と相互に無線通信を行う。図１に示される路側無線装置１は、アンテナ２、サーキュレータＣ、送信部１１、受信部１２、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１３、マイクロプロセッサ１４、及び、メモリ１５を備える。
【００１５】
このうち送信部１１は、サーキュレータＣを介してアンテナ２から無線電波を放射し、電波圏を形成する。この無線電波に載せられる情報は、マイクロプロセッサ１４から与えられる。
一方、車載器５から送出された無線信号は、アンテナ２に到達したのちサーキュレータＣを介して受信部１２で受信される。受信された無線信号は、受信部１２において復調され、マイクロプロセッサ１４に与えられる。また、無線信号の強度がＡ／Ｄコンバータ１３によりサンプリングされる。無線信号強度のサンプル値は、Ａ／Ｄコンバータ１３からディジタルデータとして出力される。
【００１６】
メモリ１５には、マイクロプロセッサ１４の動作プログラムや各種設定情報のほか、図２に示される配列が記憶される。この配列は、Ａ／Ｄコンバータ１３から出力される無線信号強度のサンプル値に、サンプリング順にインデックスを対応付けてテーブル化したものである。図２において、Ｘ（ｘ１，ｘ２，…）は、車載器５から到達した無線信号の強度のサンプル値を示す。Ｙ（ｙ１，ｙ２，…）は、各サンプル値に対応するインデックスである。インデックスとしては、サンプリング時刻、または車両４の位置、あるいは、サンプル順を示す通し番号（１，２，３、…）などがある。このうち車両４の位置は、サンプリング時刻に車両４の速度を掛けて算出できる。
【００１７】
図３を参照して、路側無線装置１と車載器５との間で実施される通信の手順を説明する。車両検知器３により車両４の通過が検知されると、路側無線装置１から車載器５に向けた呼び出し信号が送出される。車載器５は、呼び出し信号を受信すると、路側無線装置１に向け応答信号を返送する。本実施形態においては、応答信号は、複数の回数に渡り返し返送される。そして、路側無線装置１において、車両４が電波圏の安定した領域に進入したと判定された時点で、料金決済情報などの情報が路側無線装置１と車載器５との間で授受される。
【００１８】
図４のフローチャートを参照して、本実施形態におけるマイクロプロセッサ１４の処理手順を説明する。図４のステップＳ１で、マイクロプロセッサ１４は、車載器５からの応答を待ち受ける。車載器５からの応答があると、ステップＳ２において応答信号の強度が測定される。次いで、処理手順はステップＳ３、ステップＳ４、及びステップＳ２に順次移行し、メモリ１５における配列が一杯になるまで、応答信号の強度測定が繰り返される。ここで、配列における強度測定データの最大個数ｎは、最低でも３個（ｎ≧３）とする。またｎは多いほうが望ましいが、マイクロプロセッサ１４の処理能力などを考慮すると、数十程度で必要十分であろう。
【００１９】
ステップＳ３において、配列が一杯になると、処理手順はステップＳ５に移行する。このステップでは、配列に記憶されたデータｘｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）、ｙｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）をもとに、マイクロプロセッサ１４によりｒ^２が算出される。ｒ^２を算出するには、下記の式（１）が用いられる。
【００２０】
【数５】

【００２１】
式（１）は、１次回帰線の分散基本式である。ｒ^２は、ｘｋの分散に起因するｙｋの分散の比率を意味し、ｒ^２の値から、Ｙの変化に対するＸの変化の滑らかさを評価することができる。
【００２２】
次のステップＳ６では、配列に記憶されたデータｘｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）、ｙｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）をもとに、マイクロプロセッサ１４によりｂが算出される。ｂを算出するには、下記の式（２）が用いられる。
【００２３】
【数６】

【００２４】
ｂは、Ｙを横軸、Ｘを縦軸としてプロットされたグラフの傾きを示す。ｂ≧０であれば傾きは正であり、グラフは右上がりとなる。ｂ≦０であれば傾きは負であり、グラフは右下がりとなる。
【００２５】
次のステップＳ７およびステップＳ８では、ｒ^２＞規定値、かつｂ＞０が成立した場合にのみ、ステップＳ９への移行が許され、車載器５と路側無線装置１との間で決済情報などの授受が開始される。ｒ^２の大きさを判定するための規定値としては、例えば０．８とし、０．８≦ｒ^２≦１の範囲にｒ^２が含まれるかどうかが判断される。ステップＳ７またはステップＳ８における判定条件のうち一つでも成り立たなければ、処理手順はステップＳ１０に移る。そうして、メモリ１５がリセットされて配列の内容が消去されたのち、再びステップＳ２からの手順が開始される。
【００２６】
図５は、路側無線装置１が車載器５から受信する電波の強度を模式的に示すグラフである。図５（ａ）に示されるように、路側無線装置１と車載器５との間の情報通信は、アンテナ２が形成する電波圏の内側で実施される。図５（ｂ）に示されるように、車載器５から路側無線装置１への応答信号の強度は、場所により変動する。すなわち、電波圏の端では電波強度は不安定であり、アンテナ２の直下に近づくほど、電波強度は強くなる。
【００２７】
図４に示される手順を実施することにより、本実施形態の路側無線装置１においては、図５（ｂ）のグラフが右上がりで、かつ、比較的滑らかな曲線を描く領域（点線で囲まれた部分）が検出される。この領域が、すなわち、電波圏の安定した領域に相当する。
【００２８】
このように本実施形態では、路側無線装置１において、車載器５から送出された応答信号を複数回に渡り受信し、その強度をサンプリングして、受信した順に配列に格納する。配列に格納された強度データをもとに、１次回帰線の分散基本式を用いて強度グラフの滑らかさｒ^２を算出する。また、上記強度データをもとに、強度グラフの傾きｂを算出する。これらのｒ^２およびｂの値から、路側無線装置１により形成される電波圏の安定領域内に、車載器５が位置するか否かを判定する。そして、車両４の移動に伴い、電波圏が安定している領域内に車載器５が進入したと判定されたのちに、料金決済情報などの比較的重要な情報を路側無線装置１と車載器５との間で授受するようにしている。
【００２９】
このようにしたので、車載器５から路側無線装置１に向け送出される応答信号の強度が徐々に強くなり、かつ滑らかに変化する領域、すなわち電波圏が安定した領域において、料金決済情報などの比較的重要な情報を授受できるようになる。その結果、通信エラーを抑圧できるようになり、これにより情報の授受に係わる信頼性を向上させた路側無線装置、車載装置および無線通信方法を提供することが可能になる。
【００３０】
また本実施形態では、重要な情報の授受を開始するか否かを判定するのに、路側無線装置１における受信強度の絶対値ではなく、受信強度の複数のサンプリング値の解析結果を使用している。すなわち、従来では電波強度の絶対値をモニタしていたのに対し、本実施形態では、受信強度の相対的な変化の様子をモニタし、その結果に基づいて情報の授受を開始するタイミングを測るようにしている。このようにしたので、次に説明する利点が得られる。
【００３１】
すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１３から出力されるサンプリング値は、アナログデバイスの特性の変化や、アンテナ２の劣化などにより、図６に示すように、真の値から変動する場合が有る。このため、受信強度の絶対値をモニタする方式では、路側無線装置１において強い電波が受信されたとき、受信強度の変動が大きい領域に車載器５が有るにも拘わらず情報通信が開始されてしまう虞がある。
【００３２】
これに対して本実施形態によれば、路側無線装置１における受信強度の変化をモニタしているので、車載器５が電波圏の安定した領域に進入した旨を、確実に判定することができる。これにより、電波環境や、アンテナの劣化などによる受信レベルの劣化に対して、耐久性の高いシステムを実現することが可能になる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本実施形態では、路側無線装置１が、車載器５から送出される応答信号の強度変化をモニタするようにしている。これに代えて、車載器５が、路側無線装置１から送出される呼び出し信号の強度変化をモニタし、その結果に基づき、重要な情報の授受を開始するようにしても良い。このように、車載器５と路側無線装置１とで機能を入れ換えても、全く同様の効果を得ることが可能である。
【００３４】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明では、路側無線装置により形成される電波圏が安定した領域内に、車載装置が位置するか否かを判定し、車載装置が電波圏の安定した領域内に位置すると判定された場合に、路側無線装置と車載装置との間での情報通信を開始するようにしている。
【００３６】
このようにしたので、通信エラーを抑圧できるようになり、これにより情報の授受に係わる信頼性を向上させた路側無線装置、車載装置および無線通信方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる路側無線装置１の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示されたメモリ１５に記憶される配列を示す模式図。
【図３】路側無線装置１と車載器５との間で実施される通信の手順を示すシーケンス図。
【図４】本実施形態におけるマイクロプロセッサ１４の処理手順を示すフローチャート。
【図５】路側無線装置１が車載器５から受信する電波の強度を模式的に示すグラフ。
【図６】Ａ／Ｄコンバータ１３から出力されるサンプリング値が、真の値から変動する場合が有ることを示す模式図。
【図７】従来の路車間通信システムを示すシステム構成図。
【図８】路車間通信の開始時における車載器５と電波圏との位置関係を示す図。
【符号の説明】
１…路側無線装置
２…アンテナ
３…車両検知器
４…車両
１１…送信部
１２…受信部
１３…Ａ／Ｄコンバータ
１４…マイクロプロセッサ
１５…メモリ
Ｃ…サーキュレータ

Claims

呼び出し信号を含む電波を放射して電波圏を形成する路側無線装置において、
前記電波圏内に進入すると前記呼び出し信号に対する応答信号を無線信号で返送する車載装置から受信した前記無線信号の強度変化をモニタし、その結果に基づいて前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であるか否かを判定する判定手段と、
この判定手段で、前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であると判定された場合に、前記車載装置との相互の情報通信を開始する通信手段と、
前記車載装置から受信した無線信号の強度をサンプリングするサンプリング手段と、
このサンプリング手段から出力されるサンプル値に、所定のインデックスをサンプリング順に対応付けてテーブル化した配列を記憶する記憶手段とを具備し、
前記判定手段は、
前記配列におけるサンプル値の個数をｎ、
前記インデックスをＸｉ（１≦ｉ≦ｎ）、
このインデックスに対応するサンプル値をＹｉ、
としたとき、以下に示す式（１）によりｒ ^２を算出し、式（２）によりｂを算出し、

０．８≦ｒ ^２ ≦１かつｂ＞０が成立した場合に、前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であると判定することを特徴とする路側無線装置。
呼び出し信号を含む電波を放射する路側無線装置により形成される電波圏内に進入すると前記呼び出し信号に対する応答信号を無線信号で返送する車載装置において、
前記路側無線装置から受信した前記電波の強度変化をモニタし、その結果に基づいて自装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であるか否かを判定する判定手段と、
この判定手段で、自装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であると判定された場合に、前記路側無線装置との相互の情報通信を開始する通信手段と、
前記路側無線装置から受信した前記電波の強度をサンプリングするサンプリング手段と、
このサンプリング手段から出力されるサンプル値に、所定のインデックスをサンプリング順に対応付けてテーブル化した配列を記憶する記憶手段とを具備し、
前記判定手段は、
前記配列におけるサンプル値の個数をｎ、
前記インデックスをＸｉ（１≦ｉ≦ｎ）、
このインデックスに対応するサンプル値をＹｉ、
としたとき、以下に示す式（１）によりｒ ^２を算出し、式（２）によりｂを算出し、

０．８≦ｒ ^２ ≦１、かつｂ＞０が成立した場合に、自装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であると判定することを特徴とする車載装置。
呼び出し信号を含む電波を放射して電波圏を形成する路側無線装置と、前記電波圏内に進入すると前記呼び出し信号に対する応答信号を無線信号で返送する車載装置との間で無線通信を行う方法において、
前記車載装置からされ前記路側無線装置において受信される前記無線信号の強度変化、または、前記路側無線装置から送出され前記車載装置において受信される前記電波の強度変化の少なくとも一方をモニタし、その結果に基づいて前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であるか否かを判定する第１ステップと、
この第１ステップで、前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であると判定された場合に、前記路側無線装置と前記車載装置との間での相互の情報通信を開始するステップと、
前記無線信号の強度および前記電波の強度の少なくとも一方をサンプリングし、そのサンプル値に所定のインデックスをサンプリング順に対応付けてテーブル化した配列を生成する第２ステップとを具備し、
前記第１ステップは、
前記第２ステップで生成された配列におけるサンプル値の個数をｎ、
前記インデックスをＸｉ（１≦ｉ≦ｎ）、
このインデックスに対応するサンプル値をＹｉ、
としたとき、以下に示す式（１）によりｒ ^２を算出し、式（２）によりｂを算出し、

０．８≦ｒ ^２ ≦１、かつｂ＞０が成立した場合に、前記車載装置の位置が前記電波圏の安定する領域内であると判定するステップであることを特徴とする無線通信方法。