JP4111188B2 - 路側通信装置及び交通信号通信システム - Google Patents

Description

本発明は、各交差点等に配置された路側通信装置間で通信を行うとともに、路側通信装置と車載装置との間で路車間の通信を行う交通信号通信システムに関するものである。

交通管制センター、各交差点等に配置された信号制御器、車両感知器等で通信網を構成し、現示情報等の信号制御情報や車両感知器で検知した車両感知情報等の通信が行われている。前記信号制御器又は車両感知器の通信機能を「路側通信装置」という。
前記通信は、交通管制センターが、各路側通信装置に対して情報を伝送するという形態、又は、ある路側通信装置で収集した情報を他の路側通信装置に伝えていくという形態をとる。後者の形態では、例えば、交通管制センターから発信された情報を、路側通信装置どうしで次々とリレーしていったり、ある路側通信装置で収集した信号制御情報や車両感知情報を、隣の路側通信装置に伝えたりする（特許文献１参照）。

一方、車両にとっては、交差点を安全に通過するために、路側通信装置から信号制御情報を取得して、速度制御や制動制御に役立てようという試みもある（特許文献２参照）。この場合、路側通信装置と車載装置との間で通信路を確保する必要がある。
特開2001-23080号公報 特開2004-310280号公報 特開2003-151074号公報

路側通信装置は、前記路側通信装置間の通信と、前記路側通信装置と車載装置との間の通信との、２種類の通信を実現しようとすれば、路側通信装置間での通信網を確保する他に、車載装置との間で通信網を構築する必要がある。したがって、路側通信装置は、各通信網に対応する送受信機が別々に必要となり、システム構築にコストがかかるという問題があった。

また、前記路側通信装置間の通信と、前記路側通信装置と車載装置との間の通信とに同じ通信網を用いれば、通信される情報の秘匿性が確保されないという問題もある。
そこで本発明は、路路間用の送受信機を路車間にも流用することにより、システムコストを下げることのできる路側通信装置及び交通信号通信システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、路路間用の送受信機を路車間にも流用することにより、システムコストを下げるとともに、通信される情報の秘匿性を十分に確保できる路側通信装置及び交通信号通信システムを提供することを目的とする。

本発明の路側通信装置は、他の路側通信装置に送信するための信号と、車載装置に送信するための信号とを、それぞれ複数のグループに分けるグループ分け手段と、前記他の路側通信装置に送信するための信号と、前記車載装置に送信するための信号とに対して、各グループごとにそれぞれ異なる暗号化コードを適用する暗号化コード適用手段と、前記グループ分け手段によって分けられた複数のグループに対して、それぞれ異なった副搬送波を割り当てる副搬送波割り当て手段と、前記異なった副搬送波の割り当てられた信号を、直交周波数分割多重方式 (ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplex)により変調し、アンテナを通して送信する送信手段とを備えるものである（請求項１）。

前記「グループ」は、通常、路側通信装置間と、路側通信装置と車載装置間との間の２つのグループをいうが、路側通信装置間をさらに細かくグループ分けしてもよく、路側通信装置と車載装置間との間をさらに細かくグループ分けしてもよい。
前記他の路側通信装置に送信するための信号と、車載装置に送信するための信号とは、路路間及び路車間で共通の内容及び別個の内容を含むものである。

本発明では、ＯＦＤＭ変調された信号に基づいて、路側通信装置の１つの送信機から電波が放射される。したがって、複数のグループごとに複数の送信機を用いる必要はない。そして、複数のグループに対して、それぞれ異なった副搬送波が割り当てられるので、各グループに属する通信の独立性は確保され、互いに混信・干渉することがない。
また、前記他の路側通信装置に送信するための信号と、前記車載装置に送信するための信号とに対して、各グループごとにそれぞれ異なる暗号化コードを適用しているので、グループ内の通信が他のグループに漏れることはなくなり、グループ間の通信の秘匿性も確保できる。もちろんグループ内の送受信機には、同じ暗号化コードを開示しておく。

また、本発明の路側通信装置は、他の路側通信装置に送信するための信号と、車載装置に送信するための信号とを、それぞれ複数のグループに分けるグループ分け手段と、前記他の路側通信装置に送信するための信号と、前記車載装置に送信するための信号とに対して、各グループごとにそれぞれ異なる暗号化コードを適用する暗号化コード適用手段と、前記グループ分け手段によって分けられた複数のグループに対して、それぞれ異なった拡散符号を割り当てる拡散符号割り当て手段と、前記異なった拡散符号の割り当てられた信号を、スペクトラム拡散方式により変調し、アンテナを通して送信する送信手段とを備えるものである（請求項２）。

本発明では、スペクトラム拡散変調された信号に基づいて、路側通信装置の１つの送信機から電波が放射される。したがって、複数のグループごとに複数の送信機を用いる必要はない。そして、複数のグループに対して、それぞれ異なった拡散符号が割り当てられるので、各グループに属する通信の独立性は確保され、互いに混信・干渉することがない。

また、前記他の路側通信装置に送信するための信号と、前記車載装置に送信するための信号とに対して、各グループごとにそれぞれ異なる暗号化コードを適用しているので、グループ内の通信が他のグループに漏れることはなくなり、グループ間の通信の秘匿性も確保できる。もちろんグループ内の送受信機には、同じ暗号化コードを開示しておく。
前記拡散符号を割り当てるのに、グループごとに時間的に切り替えてもよく（請求項３）、前記拡散符号を用いてコード分割多重してもよい（請求項４）。

また、本発明の交通信号通信システムは、前記路側通信装置を、道路上又は道路脇の複数の地点に配置し、各路側通信装置間で、路路間の情報の通信を行うとともに、路側通信装置と車載装置との間で、前記路路間の情報とは共通の内容及び別個の内容を含む路車間の情報の通信を行うことを特徴とするシステムである（請求項５）。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の交通信号通信システムの構成例を示す概念図である。
この交通信号通信システムは、交通管制センター１と、路側通信装置２と、道路を走行する車両に搭載されている車載装置と、それらの間を結ぶ回線網とで構成される。前記回線網のうち、交通管制センター１と路側通信装置２との間は、有線又は無線回線のどちらで構成してもよく、路側通信装置２同士及び路側通信装置２と車載装置との間は、無線回線が用いられる。

路側通信装置２は、交差点ごとに設置され、信号機のポールなどの構造物に固定されたものである。信号機のポール以外の構造物、例えば道路標示板を固定する支柱などに固定されていてもよい。
路側通信装置２は、信号機の制御をする信号制御器と物理的に一体となっていてもよく、あるいは信号制御器とは別体になっていてもよい。また、路側通信装置２は、超音波や光で車両の通過を感知する車両感知器や、車両の速度やナンバープレートを読み取るための監視カメラや、道路標示板と接続されていてもよい。

また、路側通信装置２は、隣接する路側通信装置２との間で通信するための送受信機を備えている。この送受信機は、隣接する路側通信装置２だけでなく、車載装置とも通信ができるようになっている。
路側通信装置２間（以下「路路間」という）でやりとりされる情報は、現示情報等の信号制御情報、車両感知器で検知した車両感知情報、車両のナンバープレート、道路標示板に表示すべき道路交通提供情報などである。

一方、路側通信装置２と車載装置間（以下「路車間」という）のやりとりされる情報は、主として信号制御情報である。
路側通信装置２のアンテナは、信号機のポール上部など、見晴らしのよい場所に設置される。
路路間で通信をするためには、路側通信装置２のアンテナは、隣接する路側通信装置２のアンテナに向けた指向性を持っている必要がある。また、路側通信装置２のアンテナは、路車間通信を行うためには、ポールから道路を見下ろす方向に指向性を持っている必要がある。

そこで、路側通信装置２に備えるアンテナの構成として、次のいずれかの条件が満たされている必要がある。
（１）隣接する路側通信装置２向けのアンテナと、道路を見下ろすアンテナとを両方備える複合アンテナ、又は
（２）隣接する路側通信装置２と道路とを包含する指向性を持った１つのアンテナ。

前記（２）のアンテナには、さらに
（２Ａ）路側通信装置２に対してメインビームを持つとともに、そのサイドビームの１つが道路を向いているアンテナ。あるいは、道路に対してメインビームを持つとともに、そのサイドビームの１つが路側通信装置２を向いているマルチビームアンテナ、
（２Ｂ）隣接する路側通信装置２と道路とを包含する非常にブロードな指向性を持ったシングルビームアンテナ、
があげられる。

図２（ａ）は、路側通信装置２に前記（２Ａ）の特性を満たすアンテナ３を設置した場合の、アンテナ利得の指向性（単に「指向性」という）を示す図である。図２（ｂ）は、路側通信装置２に前記（２Ｂ）の特性を満たすアンテナ３を設置した場合の、アンテナ指向性を示す図である。
路路間通信及び路車間通信に採用される通信方式は、直交周波数分割多重方式 (ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplex)である。ＯＦＤＭは、周波数分割多重方式の一種で、互いに直交する複数の副搬送波を使用する通信方式である。

本発明では、路車間通信、路路間通信に対して、それぞれ異なった副搬送波を割り当てている。同一の副搬送波を割り当てれば混信が起こるので、異なった副搬送波を割り当てることにより、路車間通信及び路路間通信を同時に、混信することなく行うことができる。
図３は、副搬送波の構成例を示す図である。図３（ａ）は、副搬送波の数が１から４０まであり、そのうち１から３０までを路路間通信に割り当て、３１から４０までを路車間通信に割り当てる場合を示している。図３（ｂ）は、副搬送波の１から１９までの奇数を路車間通信に割り当て、それ以外を路路間通信に割り当てる場合を示している。なお、以上の例はほんの一例であり、副搬送波をどのように路車間、路路間に割り当てるかは、任意に設計できる事項である。

これらの路車間通信に割り当てる副搬送波の情報は車載装置に開示する。車載装置側では、ＯＦＤＭ信号を受信し、路車間通信に割り当てられた副搬送波の信号のみを復調する。これにより、車載装置は、信号制御情報を取得できるので、ジレンマゾーンを回避して交差点を安全に通過するための、速度制御やブレーキ制御に役立てることができる。
一方、路側通信装置２間では、路路間通信に割り当てられた副搬送波の情報を用いて、路路間通信を行う。路路間通信の内容は、前述したように、現示情報等の信号制御情報、車両感知器で検知した車両感知情報、車両のナンバープレート情報、道路標示板に表示すべき道路交通提供情報などである。

これらの情報を路側通信装置２間で伝達しあうことにより、交通管制センター１から各路側通信装置２に専用回線を敷設しなくても、すべての路側通信装置２に、情報を伝えることができる。
なお、これらの路路間、路車間で通信される情報は、外部に傍受されないように、情報を暗号化するなどの措置をすることが望ましい。情報の暗号化手段については後述する。

図４は、路側通信装置２の送受信機の送信部の構成例を示すブロック図である。
送信部は、誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂ、逆フーリエ変換回路６、Ｄ／Ａ変換回路７ａ，７ｂ、送信回路８等を備える。
前記誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂは、誤り訂正符号化すると同時に、路路間通信データと、路車間通信データとに対して、互いに別個の符号（暗号鍵）を用いてスクランブル変換を行う。これは、路路間通信データや路車間通信データが外部に漏れないようにして、情報を暗号化して秘匿性を高めるためである。別個の符号を用いるのは、特に、路路間通信データが車載装置に漏れないようにするためである。

図５は、前記誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂにおけるスクランブル変換機能を説明するためのブロック図である。誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂは、路路間通信データと、路車間通信データとに対して、それぞれ別のスクランブル符号（Ｘ，Ｙ）を用いてスクランブル変換を行うスクランブル変換部５ｃを備えている。
前記誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂから出力された信号（これは周波数軸に分布した信号となる。以下「パラレル信号」という）は、それぞれ逆フーリエ変換回路６に入力される。

逆フーリエ変換回路６は、パラレル信号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った諸機能を実現する。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。しかし本実施形態においては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、同一の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。

逆フーリエ変換回路６から出力された位相０°，１８０°に対応する信号、位相９０°，２７０°に対応する信号は、それぞれＤ／Ａ変換回路７ａ，７ｂでＤ／Ａ変換され、アナログ信号になる。
Ｄ／Ａ変換されたアナログ信号は、送信回路８に入力され、ここでsin波、cos波をかけて加算することにより、ＱＰＳＫ変調される。さらに、送信回路８の中で、無線周波数（例えば５ＧＨｚ帯）にアップコンバートされる。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。

送信回路８の出力信号は、同軸ケーブルを通って路上アンテナ３から電波として放射される。
次に、路側通信装置２の受信部の構成を説明する。受信部は、アンテナ３で受信した高周波信号を、周波数変換するダウンコンバータと、復調回路と、フーリエ変換回路と、前述の誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂに対応する誤り訂正復号回路とを備えている。

前記復調回路の検波方式としては、同期検波等がある。
フーリエ変換回路は、送信側の逆フーリエ変換回路６と逆の処理をする回路で、ダウンコンバートされた復調信号を、有効シンボル長のウィンドウでフーリエ変換することにより、復号信号を得る。
誤り訂正復号回路は、前述の誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂに対応する回路であり、復号信号の誤り訂正符号を解除すると同時に、前記スクランブル符号（Ｘ，Ｙ）でスクランブルがかけられていた路路間通信データと路車間通信データとに対して、デスクランブルを行う。

いままで路側通信装置２の送信部、受信部の構成を説明したが、車載装置の送信部、受信部もほぼ同様の構成をとる。
ただし、車載装置は、路路間通信データの帯域を変調／復調する必要はないので、車載装置の逆フーリエ変換回路／フーリエ変換回路は、路路間通信データの帯域のみに対応していればよい。

また、車載装置は、路車間通信データをスクランブル／デスクランブル変換するコードのみを持っており、路路間通信データをスクランブル／デスクランブルすることはできない。これは、車両感知情報、車両のナンバープレート情報、道路交通提供情報情報などは、車載装置に開示しないことが好ましいので、車載装置が路路間通信を傍受することができないようにするためである。

次に、路路間通信データと路車間通信データとに対して、それぞれ異なる副搬送波でＯＦＤＭ変調するのに代えて、それぞれ異なる疑似ランダム符号を用いてスペクトラム拡散変調する実施形態を説明する。
図６は、路路間通信データと路車間通信データの時間的配列を示す図である。
図７は、路側通信装置２のスペクトラム拡散変調方式の送信部の構成例を示すブロック図である。

図６Ａは、スクランブル前の時分割配置された路路間通信データと路車間通信データを示している。これらの路路間通信データと路車間通信データは、秘匿性を高めるために、図５に例示したような回路で、別々のスクランブル符号Ｘ，Ｙで暗号化される。
これらのスクランブルのかけられた路路間通信データと路車間通信データとを、図６Ｂに示す。

図７に示した送信部は、これらのスクランブルのかけられた路路間通信データと路車間通信データとに対して、スペクトラム拡散用の疑似ランダム符号Ｓ１，Ｓ２を加えるための切換回路２３を備えている。
疑似ランダム符号Ｓ１，Ｓ２は、路路間通信データと路車間通信データとに対して、それぞれ異なる符号であり、切換回路２３は、これらの疑似ランダム符号Ｓ１，Ｓ２を、路路間通信データを送信する時刻と路車間通信データを送信する時刻とで切り換える。

疑似ランダム符号Ｓ１が重畳された路路間通信データと、疑似ランダム符号Ｓ２が重畳された路車間通信データとを、図６Ｃに示す。
この路路間通信データと路車間通信データとのデータは、スペクトラム拡散回路２１によりスペクトラム拡散され、送信回路２２を通ってアップコンバートされアンテナ３から送信される。

路側通信装置２の受信部は、アンテナ３で受信した高周波信号を、周波数変換するダウンコンバータと、復調回路と、誤り訂正復号回路とを備えている。復調回路は、前記疑似ランダム符号Ｓ１及びＳ２に基づいて、スペクトラム拡散された信号を復調する回路であり、誤り訂正復号回路は、スクランブル符号Ｘ，Ｙで暗号化されたデータの暗号を解除する回路である。

車載装置の送信部、受信部もほぼ同様の構成をとるが、車載装置は、路路間通信データ用の疑似ランダム符号Ｓ１を持っていないので、路路間通信データをスペクトラム拡散／復調することはできない。また、路車間通信データをスクランブル／デスクランブル変換するコードのみを持っており、路路間通信データをスクランブル／デスクランブルすることはできない。

図８は、コード分割方式でスペクトラム拡散する送信部の構成例を示すブロック図である。
路路間通信データと路車間通信データとは、それぞれ直交する疑似ランダム符号Ｓ１，Ｓ２によって符号化されスペクトラム拡散される。これらのスペクトラム拡散された路路間通信データと路車間通信データとは、１つの信号に合成され、送信回路２２を通ってアップコンバートされ、アンテナ３から送信される。

受信機側では、配布された疑似ランダム符号Ｓ１又はＳ２を用いて復調する。
疑似ランダム符号Ｓ１及びＳ２の両方を持つ路側通信装置２の受信部は、路路間通信データと路車間通信データとを両方とも復調できるのに対して、疑似ランダム符号Ｓ２のみが配布された車載装置の受信機では、疑似ランダム符号Ｓ１でスペクトラム拡散された路路間通信データの復調はできない。

このコード分割方式スペクトラム拡散において、路路間通信データと路車間通信データの秘匿性を高めるために、図５に例示したような回路で、別々のスクランブル符号Ｘ，Ｙで暗号化することも可能である。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、路路間通信データのみ秘匿性が確保できればよいと判断した場合、路車間通信データにはスクランブル変換を適用しないような実施も可能である。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

本発明の交通信号通信システムの構成を示す概念図である。 （ａ）は、路側通信装置２にマルチビームアンテナ３を設置した場合の、アンテナ指向性を示す図である。（ｂ）は、路側通信装置２にシングルビームアンテナ３を設置した場合の、アンテナ指向性を示す図である。 副搬送波の構成例を示す図である。（ａ）は、副搬送波の数が４０あり、そのうち１から３０までを路路間通信に割り当て、３１から４０までを路車間通信に割り当てた場合を示している。（ｂ）は、副搬送波の数が４０あり、そのうち１から１９までの奇数を路車間通信に割り当て、それ以外を路路間通信に割り当てた場合を示している。 路側通信装置２の送信部の構成例を示すブロック図である。 前記誤り訂正符号化回路５ａ，５ｂにおけるスクランブル変換機能を説明するためのブロック図である。 路路間通信データと路車間通信データの時間的配列を示す図である。 スペクトラム拡散変調方式の送信部の構成例を示すブロック図である。 コード分割方式でスペクトラム拡散する例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 交通管制センター
２ 路側通信装置
３ アンテナ
５ａ，５ｂ 誤り訂正符号化回路
５ｃ スクランブル変換部
６ 逆フーリエ変換回路
７ａ，７ｂ Ｄ／Ａ変換回路
８ 送信回路
２１ スペクトラム拡散回路
２２ 送信回路
２３ 切換回路

Claims (5)

1. 路上に設置され、他の路側通信装置との間及び道路を走行する車載装置との間で通信を行う路側通信装置であって、
   他の路側通信装置に送信するための信号と、車載装置に送信するための信号とを、それぞれ複数のグループに分けるグループ分け手段と、
   前記他の路側通信装置に送信するための信号と、前記車載装置に送信するための信号とに対して、各グループごとにそれぞれ異なる暗号化コードを適用する暗号化コード適用手段と、
   前記グループ分け手段によって分けられた複数のグループに対して、それぞれ異なった副搬送波を割り当てる副搬送波割り当て手段と、
   前記異なった副搬送波の割り当てられた信号を、直交周波数分割多重方式 (ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplex)により変調し、アンテナを通して送信する送信手段とを備えることを特徴とする路側通信装置。
2. 路上に設置され、他の路側通信装置との間及び道路を走行する車載装置との間で通信を行う路側通信装置であって、
   他の路側通信装置に送信するための信号と、車載装置に送信するための信号とを、それぞれ複数のグループに分けるグループ分け手段と、
   前記他の路側通信装置に送信するための信号と、前記車載装置に送信するための信号とに対して、各グループごとにそれぞれ異なる暗号化コードを適用する暗号化コード適用手段と、
   前記グループ分け手段によって分けられた複数のグループに対して、それぞれ異なった拡散符号を割り当てる拡散符号割り当て手段と、
   前記異なった拡散符号の割り当てられた信号を、スペクトラム拡散方式により変調し、アンテナを通して送信する送信手段とを備えることを特徴とする路側通信装置。
3. 前記拡散符号をグループごとに時間的に切り替える請求項２記載の路側通信装置。
4. 前記拡散符号を用いてコード分割多重する請求項２記載の路側通信装置。
5. 前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の路側通信装置を、道路上又は道路脇の複数の地点に配置し、各路側通信装置間で、路路間の情報の通信を行うとともに、路側通信装置と車載装置との間で、前記路路間の情報とは共通の内容及び別個の内容を含む路車間の情報の通信を行うことを特徴とする交通信号通信システム。

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