JP4369335B2 - 路側狭域無線通信装置 - Google Patents

Description

この発明は、路車間狭域無線通信システムに用いる路側狭域無線通信装置に関する。

道路を走行する車両に搭載した狭域無線通信装置と、路側に設置した路側アンテナ装置との間で無線により各種の情報を授受する路車間狭域無線通信システムがある。この路車間狭域無線通信システムでは、ＥＴＣにおける料金収納に係る通信だけでなく、例えば交通情報を伝えるいわゆるＶＩＣＳ、あるいはインターネットや、パーキングエリアにおける各種サービスのための通信など複数のサービスシステムが取り扱われるようになりつつある。
これら複数のサービスシステムはもともと別個に構築されたシステムであるため、それらに用いられる無線周波数は種々異なっているので、車載装置を一つの無線アンテナで全てのサービスに対応させたものとすることは難しい。しかし、１車両に複数のアンテナを設けることは、車載という限られたスペースの面からも、又、費用や美観の面からも難しいし、これに対応する路側狭域無線通信システムも各サービスごとに設置するのは費用の点から好ましくない。

そこで、特許文献１の図２には、各サービスの異なる無線通信周波数を共通の周波数にまとめて１周波で多重化して伝送し、伝送後に各サービスごとに信号を分離する合成分離部２０３を備えた統合基地局２００（路側装置とも言う）を、路側アンテナ装置（特許文献１では局地基地局４００）の上位に設置し、複数のサービスに対応する共通の周波数の無線信号を路側アンテナ装置との間で光ファイバーで送受信するものが開示されている。この場合、車両に搭載された狭域無線通信装置は前記共通の周波数に対応する１つのアンテナ部と、この信号を元の複数のサービスに対応する複数の無線周波数に分離する合成分離部と、分離された複数の周波数に対応する複数の無線機とを備えている。

ところで、このような通信サービスは、サービスの種類の変更や、増加、あるいは同時に利用可能な車両数の増加などの要求がしばしば生じるので、路側狭域無線通信システムではこれに対応するシステムの変更など（以下メンテナンスと言う）をしばしば行わなければならない。特許文献１のシステムにおいても、かかるメンテンスが必要となる点に変わりはなく、その場合、路側に設置されている各路側アンテナ装置に人が出向いて、１台づつ設定の変更などの作業を行わなければならない。かかる作業は道路に沿って数Ｋｍ間隔で配置された路側アンテナ装置の数の多さ、各装置間の距離が大きいことなどからきわめて多大の人手と時間、即ち費用を必要とするという課題があった。
また、特許文献１に開示されたシステムでは、車両との間で行う無線通信のキャリア周波数（極めて高い周波数）の信号を、統合基地局２００から光ファイバーで各局地基地局４００に送受信するシステムであるため変換装置がきわめて高価であるという課題があった。

特開２００１−１０３０１６公報

従来の路車間狭域無線通信システムに用いられる路側狭域無線通信装置は、路側アンテナ装置と路側装置とからなり、以上のように構成されていたので、メンテンスや設定の変更のためには人が路側アンテナ装置に出かけていって行う必要があり、多大の人手と時間、即ち費用を必要とするという課題があった。
又、無線通信のキャリア周波数（極めて高い周波数）の信号を光ファイバーで送受信するシステムであるため変換装置がきわめて高価であるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消し、路側アンテナ装置の設定変更などのメンテンスが遠隔操作で路側装置から出来るようにした路側狭域無線通信装置を得ることを目的とする。
また、路側アンテナ装置と上位の装置（路側装置）との間の信号の伝送を無線通信周波数より遙かに低い周波数の送受信ベースバンド信号で行うことにより安価に構成することが出来る路側狭域無線通信装置を得ることを目的とする。

この発明による路側狭域無線通信装置は、道路近傍に設置され、この道路を走行する車両に搭載された無線通信装置との間で無線信号を授受する無線部と、前記無線信号により伝送する送受信ベースバンド信号と前記無線部を調整するための調整信号とを多重化信号として授受する第１多重化部とを有する路側アンテナ装置、
および複数の前記路側アンテナ装置に対応して設けられ、前記第１多重化部との間で前記多重化信号を授受する第２多重化部と、前記第１多重化部と前記第２多重化部とを互いに接続して前記多重化信号を伝送する接続装置と、この第２多重化部に接続され複数の信号源との間で前記多重化信号とすべき信号を授受するとともに前記ベースバンド信号を生成する無線制御部と、前記無線制御部と外部の有線通信網とに接続され前記有線通信網に接続された他のシステムとの間で前記送受信ベースバンド信号となすべきデータを授受するネットワーク接続部とを有する路側装置を備え、
前記無線制御部は、前記無線制御部に接続される調整ツールからの指令情報を前記調整信号として前記第２多重化部に送信し、
前記無線部は、前記無線制御部からの調整信号によってテーブルを参照して設定を行なうものである。

また、第１多重化部と第２多重化部との間で伝送される多重化信号の伝送速度は、前記車両の無線通信装置と前記路側アンテナ装置の前記無線部との間で伝送される前記無線信号の伝送速度より高速としたものである。

この発明による路側狭域無線通信装置は、路側アンテナ装置との間のデータ伝送を無線周波数ではなく、ベースバンド信号によって行っているので、伝送する周波数が低く、通信距離を伸ばすことができると共に、安価に製作でき、また、路側アンテナ装置を調整または制御する調整ツールを路側装置に接続して、通常の信号伝送を停止することなく遠隔で路側アンテナ装置をメンテンスすることができるという効果を有する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による路車間狭域無線通信を行う路車間狭域無線通信システム全体を説明するためのシステム構成図である。図示しない車載無線通信装置を搭載した車両５００が走行する道路５０１には、例えば数Ｋｍ間隔で路側アンテナ装置１（符号は１−１〜１−ｎとする）が設けられ、車両５００との間で無線４９９によるデータ通信が行われる。
路側アンテナ装置１は数台ごとにまとめて１つの路側装置３（符号は３−１〜３−ｘとする）に接続ケーブル２により接続されている。
路側装置３には例えばＥＴＣ基地局４７や、図示しない銀行のデータ端末装置など各サービスを行うための複数の基地局（図では図示の都合上１つだけ記載している）が設けられ、これらの基地局は電話網や光通信網などの有線通信網でそれぞれのサービスを行うためのネットワーク例えばＥＴＣネットワーク２０１やインターネット網２０２に接続されている。
実施の形態１の路側狭域無線通信装置は、路側アンテナ装置１と路側装置３と、接続ケーブル２とを含む。ただし路側アンテナ装置１と路側装置３との通信は有線に限らず無線でもよく、その場合は接続ケーブル２は不要となることは言うまでもない。

路側アンテナ装置１、接続ケーブル２、路側装置３などの構成の詳細について説明する。
図２に路側アンテナ装置１、接続ケーブル２、路側装置３の部分の詳細な構成を示す。
図２では路側アンテナ装置１は２台のみ示しているが、図１で説明したように１台の路側装置３に複数台が接続されていても良い。路側アンテナ装置１は車両５００と無線通信するアンテナ１１、アンテナ１１に接続され送受信を行う無線部１２、無線部１２に接続されてデータの送受を行う第１多重化部１３を含み、路側装置３は第２多重化部３１、無線制御部３２、有線ネットワークとデータの授受を行うための制御を行うネットワーク制御部３４、有線ネットワークに接続するネットワーク接続部３６を含んでいる。また、路側装置３にはインタフェース９９を介して設定ツール１００を接続することができる。設定ツール１００（調整ツールとも言う）は例えばパソコンなどであり、路側アンテナ装置１を調整したり制御したりする信号を入力することができる機器である。

各部の主な機能について説明する。
アンテナ１１は車両５００との無線通信信号の送受信を行い、適当な放射指向性により通信エリアを道路５０１上に決定している。無線部１２はまず送信用ベースバンド信号により変調された無線信号をアンテナ１１に供給する。またアンテナ１１から供給された無線信号を復調し、受信ベースバンド信号に復調する。第１多重化部１３は無線部１２からベースバンド信号及び無線部制御データを直列／並列変換して所定の長さのパケットデータを生成し、所定の信号線の仕様に応じたレベルに変換して送信する。
第２多重化部３１は無線制御部３２から所定の接続ケーブル２の仕様に応じたレベルの信号を受信し、所定の長さのパケットデータを再生し、送受信ベースバンド信号及び無線部制御データを並列／直列変換する。上記パケットデータは無線信号に比して低い周波数なので、接続ケーブル２は光ケーブルでも、同軸ケーブルでも良いが、実施の形態１では当面、光ケーブルであるとして説明する。

接続ケーブル２により路側アンテナ装置１の第１多重化部１３と路側装置３の第２多重化部３１とが互いに接続されているので、無線部１２と無線制御部３２とを、任意の少なくとも1本と見なし得る信号線により、相互接続したこととなる。なお、複数の路側アンテナ装置１を識別するためには各路側アンテナ装置１に個別のアドレスを割り当てておく。
設定ツール１００は例えばシリアル接続されたパソコンなどであり、設定ツール１００から後述する各種の入力を行って、主として路側アンテナ装置１の設定／保守を行うものである。
路側装置１の無線部１２と第１多重化部１３の構成について、図３により詳細に説明する。なお、図３では各部はマイコンなどの共通の部分を有するので図２に示す無線部１２と多重化部１３のように明確に分離されるものではなく、機能別にブロックを示すものである。

前述の通り本実施形態１では第１多重化部１３と第２多重化部３１とを接続する接続ケーブル２（接続装置とも言う）は光ファイバであるとする。通信仕様は信号の伝送量の多少に応じて全二重通信か半二重通信かを選択することができる。この場合、全二重通信を行うならば光送受信２系統と成るため光ファイバを2本使用し、半二重通信を行うならば光送受信合わせて1系統と成るため光ファイバ1本を使用する。但し、半二重通信で光送受信1系統であっても、送受信別系統として光ファイバ2本使用してもよい。多重化信号伝送の接続信号線は光ファイバに限るのではなく、例えば有線ではツイストペア線、同軸ケーブルであってもよい。また有線だけではなく、多重化信号伝送は、無線信号であってもよく、例えば光空間伝送信号、あるいは電波伝搬信号であってもよい。

モデム部は、無線の変復調回路及び高周波回路を含む。
設定回路部は、高周波回路部で使用している図示しない周波数シンセサイザ等に設定データを無線部周波数設定テーブルから選択し、無線部周波数設定回路によって設定データを供給する回路を構成している。
制御回路部は、無線部内部の一連の制御を行う回路を内包している。
本実施例の上記回路構成について、以下に詳細に説明する。

路側装置３の第２多重化部３１と、無線制御部３２の部分の機能構成について図４により説明する。図４に示す構成はほとんど図３の路側アンテナ装置１の無線部１２と第１多重化部１３の機能構成図と同じである。制御回路部にはインターフェース９９が設けられ、外部に接続するマンマシンとしての設定ツール１００（具体的にはパソコンである）との間で情報の交換が可能である。
図４の第２多重化部３１の送信回路部３１Ａの動作について説明する。なお、以下の説明で示す周波数の数値などは一例を示したものであり、限定するものではない。
送信部に内蔵する図示しない同期化回路により、例えば６５．５３６ＭＨｚ系で生成された情報を送信クロック１５５．５２ＭＨｚ（図３、図４ではＸＭＨｚと記載）に同期化する。同期化された情報にアドレス情報及びパリティ情報を付加し、パケット６００を生成する。生成されたパケット６００は送信回路部に内蔵する図示しないパラレル−シリアル変換回路を経て接続ケーブル２へと送信される。この時のパケット構成を図５に示す。
図４の第２多重化部３１の受信回路部３１Ｂの動作も上記とは信号の方向が逆になるだけで同じなので説明を省略する。

接続された設定ツールからコマンドを入力するか、図示しないスイッチを操作することにより、路側装置３は任意に選択した路側アンテナ装置１との間で、次の２とおりの通信を行うことができる。
１）遠隔通常モード
２）遠隔ループバックモード
また、路側アンテナ装置１は、図示しないスイッチボードを持ち、人が路側アンテナ装置１まで出向いて設定するときには次の２つのモードで動作することができる。
３）自律モード
４）自律ループバックモード

次に、上記各モードについて動作の詳細を説明する。
１）遠隔通常モード
無線部１２は無線制御部３２の制御に従い，所定の動作を行う。例えばＲＦ側信号（ステイタス信号）を一定間隔（例えば４．０９６ＭＨｚ周期）で送信する。電源投入後はじめに無線部１２の周波数を無線制御部３２の側から受信した指令情報によってテーブルを参照して設定を行う。（無線制御部３２の側から信号を受信するまで設定は行われない）。
などである。無論、路側アンテナ装置１のその他の設定を行うことができる。図５（ａ）に遠隔通常モードにおける信号の流れを示す。
周波数設定が完了すると，前記一定周期でモデム出力信号及び無線部出力系の信号を接続ケーブル２へ送信する。（無線部周波数設定が完了し，無線部よりＰＬＬロック信号を認識するまでの期間送信は行われない。）

２）遠隔ループバックモード
無線部１２は無線制御部３２から送られてくるデータのヘッダ情報がループバックコードであることを認識すると，無線制御部３２の側から送られる信号を一定間隔（例えば前記一定の周期）でループバック送信する。即ち、無線部制御をしない。この時の信号の流れを図５（ｂ）に示す。

３）自律モード
無線部単体での動作テストや，専用接続先と連携した動作テストなどを行うためのモードである。遠隔通常モードと同じく電源投入後，はじめに無線部の周波数設定を行う。（自律モードでの周波数設定は路側アンテナ装置１のそれぞれに設けた図示しないデジタルスイッチにより指定される。）

４）自律ループバックモード
路側アンテナ装置１の第１多重化部１３と、接続ケーブル２の路側装置３の第２多重化部３１との接続部を折り返したものとの通信テストを行うため，テストパターンを常時送信し，折り返し経路にて受信されたテストパターンと常時比較を行う（無線部制御をしない）。

次に、路側アンテナ装置１と路側装置３との間で交換されるバケットの構成について図６により説明する。図６はパケット６００の構成を示し、ヘッダ６０１と、路側アンテナ装置１を特定するＡＮＴアドレス６０２と、路側装置３を特定するＣＯＭアドレス６０３と、調整ツール１００から入力された路側アンテナ装置１を設定／調整したり、制御したりするための信号と、この路車間通信システムでとり扱っている本来のアプリケーションのデータ（例えばＥＴＣの料金データなど）６０４と、パリティ６０５を含んでいる。ＡＮＴアドレス６０２とＣＯＭアドレス６０３は上記の制御するための信号としても使用される。
このパケット６００はヘッダ６０１の側を先頭として送信され、受信はヘッダ６０１を先頭に受信される。データは制御信号とデータを混合したもの６０４として送信されるため、本来の通信速度を失わないために、６０４の区間内に圧縮して読み込まれている。即ち、無線用送受信ベースバンド信号と、無線用送受信基準クロック信号と、無線部１２の制御信号とを無線伝送信号速度より高速な信号速度で多重化しているのである。

以上に説明した構成により、本発明の狭域路側通信装置は、路側装置３に接続したパソコンなどの設定ツール１００からコマンドを打ち込むことにより、遠隔操作で路側アンテナ装置１の内の任意のものを選択し、遠隔制御で設定やメンテナンスを行うことができる。

実施の形態２．
実際の作業では、複数の路側アンテナ装置１に対して、全く同じ操作（メンテナンス）を繰り返差なければならない場合が多い。このような場合に実施の形態１に説明した装置では、遠隔でメンテナンスできるとは言え、１台ごとに同じキー操作を繰り返さなければならないので、時間が無駄になる。このような課題を解決するため図７に示す構成としても良い。図７では、多重化データ内に路側装置３に接続したシリアルデータ制御装置、たとえばパソコン１０１などのシリアルＩ／Ｆ４と接続して、制御内容をシリアルデータとしてパソコン１０１から送信し、多重化して無線部１２の制御を行う。この制御結果を無線部１２から同様にシリアルデータとして、多重化して伝送し、設定ツール１００のパソコンで受信して制御結果を得ることができる。

実施の形態３．
図８は、路側アンテナ装置１の中で、路側装置３から送信された多重化データから無線伝送信号を復元した後、光送受信部１５で光信号に変換して光通信を行うことができるようにしたものである。この場合、無線伝送信号と光信号が同じであるため、通信の手段として無線部１２を用いるか、光送受信部１５を用いるかを切り替えることができるように、多重化信号パケット６００内に切り替え指令信号を含めることで、電波か光通信かを切り替えることが可能である。また、多重化データ６００内に電波での無線伝送信号とは別に光伝送信号を別途含めることで、電波および光を切り替えることなく、同時に動作させることも可能である。
この光送受信部１５は、交通情報等の様々な無線情報サービスに適用できるが、簡易な利用法として、路側アンテナ装置１における無線信号のモニターを行う光信号としてりようしてもよい。

実施の形態４．
図９に、路側アンテナ装置１と路側装置３を接続する各種の接続方法について示す。図９の（ａ）〜（ｃ）図は有線接続の場合であって、（ａ）図は接続ケーブル２を光ファイバとしたものである。図９の（ｂ）図は同軸ケーブルとしたもの、図９の（ｃ）はツイストペアケーブルで相互接続するものである。無論、接続距離や雑音信号環境によっては、単線のケーブルであってもよい。
図９の（ｄ）は無線接続の場合であって、光通信、ミリ波通信あるいはマイクロ波通信等で相互接続する。

図９の（ａ）〜（ｄ）図においては、全二重通信を想定して、送受の２回線を図示しているが、半二重通信とした場合には、送受信を切り替えて用いることができるため、複数の伝送線路を用意しなくてもよい。

この発明の狭域無線通信装置は、高速道路の路車間通信、一般道の路車間通信、トンネルや地下道路での路車間通信に利用できることは無論、例えば鉄道線路と列車との間の通信にも利用することができる。

本発明の狭域無線通信装置を使用する路車間無線通信システムのシステム構成図である。 実施の形態１の狭域無線通信装置のブロック図である。 図２のブロック内の路側アンテナ装置のブロック図である。 図２のブロック内の路側装置のブロック図である。 図２の狭域無線通信装置の動作モードを説明する図である。 路側アンテナ装置と路側装置間のパケット信号の構成を示す図である。 実施の形態２の狭域無線通信装置のブロック図である。 実施の形態３の狭域無線通信装置のブロック図である。 実施の形態４の狭域無線通信装置のブロック図である。

符号の説明

１ 路側アンテナ装置、 ２ 接続ケーブル（接続装置）、 ３ 路側装置、
４ シリアルＩ／Ｆ、 １１ アンテナ、 １２ 無線部、 １３ 第１多重化部、
１５ 光送受信部、 ３１ 第２多重化部、 ３２ 無線制御部、
３４ ネットワーク制御部、 ３６ ネットワーク接続部、 ５１ 光ファイバ、
５２ 同軸ケーブル、 ５３ ツイストペアケーブル、 ９９ インターフェース、
１００ 設定ツール（調整ツール）、 １０１ パソコン、 ２０１ ＥＴＣネットワーク、
２０２ インターネット網、 ６００ パケット、 ６０１ ヘッダ、
６０２ ＡＮＴアドレス、 ６０３ ＣＯＭアドレス、
６０４ 制御信号とデータ、 ６０５ パリティ、 ５００ 車両、
５０１ 道路。

Claims (9)

1. 道路近傍に設置され、この道路を走行する車両に搭載された無線通信装置との間で無線信号を授受する無線部と、この無線部に接続され前記無線信号により伝送する送受信ベースバンド信号と前記無線部を調整するための調整信号とを多重化信号として授受する第１多重化部とを有する路側アンテナ装置、
   および複数の前記路側アンテナ装置に対応して設けられ、前記第１多重化部との間で前記多重化信号を授受する第２多重化部と、前記第１多重化部と前記第２多重化部とを互いに接続して前記多重化信号を伝送する接続装置と、この第２多重化部に接続され複数の信号源との間で前記多重化信号とすべき前記ベースバンド信号を授受する無線制御部と、前記無線制御部と外部の有線通信網とに接続され前記有線通信網に接続された他のシステムとの間で前記送受信ベースバンド信号を授受するネットワーク接続部とを有する路側装置
   を備え、
   前記無線制御部は、前記無線制御部に接続される調整ツールからの指令情報を前記調整信号として前記第２多重化部に送信し、
   前記無線部は、前記無線制御部からの調整信号によってテーブルを参照して設定を行なうことを特徴とする路側狭域無線通信装置。
2. 前記無線部は、前記無線制御部から送られる多重化信号のヘッダ情報がループバックコードであることを認識すると、前記無線制御部から送られる多重化信号を一定間隔でループバック送信することを特徴とする請求項１に記載の路側狭域無線通信装置。
3. 前記無線部は、前記無線制御部にテストパターンを送信し、前記無線制御部から返送されるテストパターンと前記無線制御部に送信したテストパターンとを比較することを特徴とする請求項１に記載の路側狭域無線通信装置。
4. 前記第１多重化部または前記第２多重化部は、前記送受信ベースバンド信号と前記調整信号と無線用送受信基準クロック信号とを多重化していることを特徴とする請求項１に記載の路側狭域無線通信装置。
5. 前記無線制御部は、前記設定ツールとシリアルデータ制御装置を介して接続され、前記指令情報をシリアルデータとして受信することを特徴とする請求項１に記載の路側狭域無線通信装置。
6. 前記第１多重化部と前記第２多重化部との間で伝送される前記多重化信号の伝送速度は、前記車両の無線通信装置と前記路側アンテナ装置の前記無線部との間で伝送される前記無線信号の伝送速度より高速であることを特徴とする請求項１に記載の路側狭域無線通信装置。
7. 前記送受信ベースバンド信号に対して、前記第１多重化部と前記第２多重化部との間で伝送される前記多重化信号の信号伝送速度が同期であることを特徴とする請求項２に記載の路側狭域無線通信装置。
8. 前記第１多重化部と前記第２多重化部との間で伝送される前記多重化信号は、ヘッダ、無線通信部アドレス、無線制御部アドレス、多重化データ、パリティビットより構成したバケツト信号であることを特徴とする請求項２又は６に記載の路側狭域無線通信装置。
9. 前記第１多重化部と前記第２多重化部との間で伝送される信号は光信号であることを特徴とする請求項に１記載の路側狭域無線通信装置。

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