JP4516052B2 - 狭域通信システム無線局とその送信方法 - Google Patents

Description

本発明はＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調方式の２種類を使用する狭域通信システム（ＤＳＲＣ：Dedicated Short Range Communications）において、その無線局およびその送信方法に関する。

移動局と基地局が無線通信を行うシステムにおいて、定められた複数の変調方式の中からその通信に使用する変調方式を選択して使用する場合、移動局或いは基地局の変復調回路はその複数の変調方式に対応する必要が生じる。

例えば、車両に装備された車載器と路側に設置された路側機とが無線通信を行うＤＳＲＣに関して、変調方式としてはＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式があり、車載器は、通信相手となる路側機に基づいてその変調方式を決定する。従って、車載器はＡＳＫとπ／４シフトＱＰＳＫの両者に対応しておく必要がある。

ここで、狭域通信システムの無線通信において、路側機と車載器の送信する出力電力は、車載器が規定された通信領域内に居る限り、互いに受信可能な電界レベルで電波が通信相手に到達する様に、そのレベルを設定する必要がある。例えば、路側機の送信電波を車載器が受信する場面を考えると、路側機が発する電波は強ければ強い程（規格の範囲内で）、その通信領域が広くなる反面、路側機アンテナの直下で電波強度が必要以上に強すぎてしまう。逆に、路側機が発する電波が弱ければ弱い程（規格の範囲内で）、その通信領域は狭くなる。すなわち、路側機と車載器が互いに送信する出力電力は、路車間の通信距離が長くても短くても通信が実現出来る程度の強度であることが望ましい。

ここで、狭域通信システムで扱うＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式において、上記通信距離と電波レベルの関係が異なることが課題となる。すなわち、振幅情報を扱うＡＳＫ変調方式の場合は、変調波の包絡線レベルをその情報に応じて変動することとなり、平均電力レベルは搬送波電力レベルに比べて低くなる。具体的には、ＡＳＫ変調信号のオン／オフのデューティが５０％であれば、平均電力レベルは搬送波電力レベルの１／２程度となる。それに対し、位相情報を扱うπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の場合、位相変化点にて発生する多少の振幅変動を無視すれば、変調波の包絡線は一定で、平均電力レベルは搬送波電力レベルと同等となる。

このように、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式において、その電力レベルに関する特性が異なる。

ＡＳＫとπ／４シフトＱＰＳＫの変復調回路を簡素に構成する為に、例えば、特許文献１に、両変調方式の変復調回路を簡素化する手段が記載されている。これは、上記２種類の各変調方式において、ベースバンド信号（Ｉチャネル信号，Ｑチャネル信号）を切換えて使用することで、電力増幅器、直交変調器などの送信回路ブロックを共通に使用することを可能とし、小型化を実現しようとするものである。ところが、送信回路ブロックを共用した場合、その送信回路ブロック内の送信信号の電力レベル推移も共通となることが前提となる。すなわち、各々の変調方式において、送信出力電力を個別に設定出来ず、上記通信距離と電波レベルの関係が異なってしまう。

特開２００４−１４７０５２号公報

車両に装備された車載器と路側に設置された路側機とが無線通信を行う狭域通信システムに関して、変調方式としてはＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式があり、車載器は、通信相手となる路側機に基づいてその変調方式を決定する。従って、車載器はＡＳＫとπ／４シフトＱＰＳＫの両者に対応する必要があるが、上記両変調方式において、その電力レベルに関する特性が異なる。具体的には、振幅情報を扱うＡＳＫ変調方式の場合は、変調波の包絡線レベルはその情報に応じて変動することとなり、平均電力レベルは搬送波電力レベルに比べて低くなる。それに対して、位相情報を扱うπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の場合は、位相変化点にて発生する多少の振幅変動を無視すれば、変調波の包絡線は一定となり、平均電力レベルは搬送波電力レベルと同等となる。このように、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式において、その電力レベルに関する特性が異なるという課題がある。

ここで、上記両変調方式の変復調を実現するためには、コスト及びサイズを考慮して、上記両変調方式において電力増幅器などの送信回路ブロックを出来る限り共用したい。ところが、その場合は共用した送信回路ブロック内の送信信号の電力レベル推移も共通となることが前提となり、各々の変調方式において、送信出力電力を個別に設定することが出来ないという課題がある。

本発明は、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を扱うとともに、上記２種類の変調方式に対して送信信号の電力を増幅する電力増幅回路を共用する狭域通信システム無線局において、送信出力電力を切換える切換手段を設けたことを特徴とする。

本発明はまた、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を扱うとともに、上記２種類の変調方式に対して送信信号の電力を増幅する電力増幅回路を共用する狭域通信システム無線局において、送信出力電力を切換える切換手段と、この切換手段による送信出力電力の大きさを、前記２種類のうちいずれの変調方式で送信するかに応じて選択する手段を設けたことを特徴とする。

本発明の望ましい実施態様においては、電力増幅器の利得を切換える切換手段を設け、その切換手段として、電気的な制御信号により、その抵抗値を可変出来るディジタルポテンショメータを備える。

本発明の望ましい実施態様においては、電力増幅器の前段又は後段に設けられた減衰器の減衰量を切換える切換手段を設け、その切換手段として、電気的な制御信号により、その抵抗値を可変出来るディジタルポテンショメータを備える。

本発明の望ましい他の実施態様においては、電気的な制御信号により、スイッチを切換え可能なアナログスイッチを備える。

本発明によれば、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を扱う狭域通信システムの無線局において、上記両変調方式において電力増幅器などの送信回路ブロックを出来る限り共用することによる低コスト及び小型化を実現できる。

また、これに加えて、上記両変調方式において各々個別に送信出力電力を最適に設定することにより、性能劣化無く送信処理を行うことが出来る。

さらにまた、処理アルゴリズム及び追加回路が簡素であり、大きなコスト、回路規模の増大が無く、通信の信頼性が増して通信エラー率を低減することができる。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の説明によって明らかにする。

本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明する。尚、本実施例は車両に装備された車載器と路側に設置された路側機とが無線通信を行うＤＳＲＣシステムを例としており、ＤＳＲＣシステムの車載器側の送信回路に関するものである。

図１は、本発明の一実施例によるＤＳＲＣシステムの車載器と路側機が無線通信を行っている様子を車内から見た概略図である。本例において、ＤＳＲＣシステムの車載器１１はダッシュボード１２上に設置されている。尚、本例は、車両側のアンテナが車載器と一体化された場合を想定しているので、車載器１１の設置位置はダッシュボード１２上としているが、もしも、車載器１１とアンテナが分離されたタイプであれば、アンテナのみダッシュボード１２上に設置すれば良い。この場合、車載器１１の設置位置に制約は無い。また、この場合は、アンテナ位置にも特に制約は無く、その仕様に応じてフロントガラスに貼り付けて使用しても良い。また、カーナビゲーションシステム１３とＤＳＲＣ車載器１１を連携させる事によって、使い勝手を向上させる事も出来る。但し、その場合は、ＤＳＲＣ車載器１１、及びカーナビゲーションシステム１３が相互に通信できるインタフェースを互いに有している事が前提である。一方、路側機１４は、通過する車両側にアンテナが向けられており、路側アンテナが作り出す通信領域に車両が進入して通信が開始される。１５および１６は、送受信電波を示す。

図２は、本発明の一実施例によるＤＳＲＣシステムの車載器のシステムブロック図を示している。路側機との無線通信は、アンテナ２１を介して行われる。高周波送受信部２２は、主に送信回路と受信回路より構成されており、送信回路ではデータの変調が行われ、受信回路ではデータの復調が行われる。ベースバンド信号処理は、モデム２３にて行われる。また、ＤＳＲＣシステムの車載器は、車載器全体を統括制御する制御処理部２４の他に、ＨＭＩ（Human Machine Interface）２５とＩＣカードインタフェース２６から構成される。また、ＤＳＲＣシステムの車載器は、前述の通り、車内での使い勝手を向上させるために、カーナビゲーションシステムと接続したり、或いはカーナビゲーションシステムに内蔵する事が出来、その為のインタフェース２７を有する。

ここで前述の通り、狭域通信システムで扱うＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式において、通信距離と電波レベルの関係が異なる。すなわち、振幅情報を扱うＡＳＫ変調方式の場合は、変調波の包絡線レベルはその情報に応じて変動することとなり、平均電力レベルは搬送波電力レベルに比べて低くなる。それに対し、位相情報を扱うπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式の場合は、位相変化点にて発生する多少の振幅変動を無視すれば、変調波の包絡線は一定となり、平均電力レベルは搬送波電力レベルと同等となる。

ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式で回路の共用化を図った従来の回路においては、本発明の実施例で後述する直交変調器、アップコンバータ、電力増幅器、及び搬送波を生成するためのローカル発振器を共通としている。この回路方式では、共通の搬送波を用いているにも関わらず、各変調方式において、アンテナから放射される送信出力平均電力は異なってしまう。

そこで、本発明においては、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式において、送信出力電力を切換える切換手段を設けることによってこの問題を解決する。

図３は、本発明の一実施例によるＤＳＲＣ車載器の処理の流れを示す図である。まず、車載器は、ステップ３１において、路側機が作り出すＤＳＲＣの通信ゾーンに進入する。その後、車載器は、ステップ３２において、路側機からの受信波に応じて通信に使用する変調方式を識別する。具体的には、路側機が発する電波がＤＳＲＣで規定されているＡＳＫ変調方式、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の内のどちらを使用しているかを判別する。従って、車載器は、この時点で上記２変調方式の受信を想定する必要があり、上記２変調方式の復調回路を共に備えている。次に、車載器は、ステップ３３において、上記の通り変調方式を識別した結果に基づいて、電力増幅器の利得を切換える。或いは、車載器が電力増幅器の前段又は後段に減衰器を有している場合は、その減衰量を切換える。尚、上記電力の切換え方法は後述する。

車載器は、上記切換えが完了すると、次に、ステップ３４において、送信処理を開始する。尚、路側機からの信号を受信してから車載器が送信完了するまでの時間は、ＤＳＲＣシステムにおいて規定されている時間（数十μｓ以内）を守る必要がある。すなわち、上記時間内に電力増幅器の利得切換え、或いは減衰器の減衰量の切換えを完了することが条件である。

次に、電力増幅器の利得を切換えについて、図４〜図６を用いて説明する。

図４は、本発明の一実施例による狭域通信システム無線局の構成ブロック図である。図において、アンテナ４０１による送受信波は、バンド・パス・フィルタ４０２を通して送受切換スイッチ４０３に導かれる。受信時には、切換スイッチ４０３は図示するように上側を接続した状態であり、車載器が通信ゾーンに進入すると、路側機からの信号を受信回路ブロック４０４にて受信する。この受信データには、ＡＳＫ受信データとＱＰＳＫ受信データのいずれかであり、モデム４０５にて変調方式を識別する。モデム４０５は、その変調方式識別結果（ＡＳＫ／ＱＰＳＫ信号）を制御処理部４０６へ伝える。

送信側回路としては、直交変調器４０７の出力を、ローカル発振器４０８とアップコンバータ４０９にて高い周波数の信号へ変換し、利得可変電力増幅器４１０で増幅して、前記切換えスイッチ４０３、バンド・パス・フィルタ４０２を介して、アンテナ４０１から外部へ送信する。

この実施例では、電力増幅器４１０の利得を切換える手段として、ディジタルポテンショメータ４１１を用いている。前述の通り、車載器が通信ゾーンに進入し、受信回路ブロック４０４及びモデム４０５で変調方式を識別すると、その変調方式識別結果を制御処理部４０６へ伝える。本信号は、例えば、ＡＳＫ変調時のときはＨｉ、π／４シフトＱＰＳＫ変調時の際はＬｏを示す単純な２値ディジタル信号で良い。

その後、制御処理部４０６は、上記識別結果に基づいて、ディジタルポテンショメータ４１１の抵抗値を制御する。具体的には、ディジタルポテンショメータ４１１内のディジタル制御回路４１１１で、ディジタル的に抵抗分圧部４１１２を制御する。本実施例では、制御処理部４０６によるディジタルポテンショメータ４１１の制御を、ＤＡＴＡ（データ）、ＣＬＫ（クロック）、ＣＳ（チップセレクト）の３端子によるシリアルインタフェースにより実現している。しかし、抵抗値を電気的な信号により制御出来れば、必ずしも本方式である必要は無い。但し、ディジタルポテンショメータ４１１へのデータ書込みに要する時間、及びその後に抵抗値が変更後の値に収束するまでの時間が、車載器が信号受信後に送信完了するまでの時間（数十μｓ以内）を満足することが前提である。

ここで、設定された抵抗値は、必要に応じて外部抵抗と分圧をとり、利得可変電力増幅器４１０の利得制御端子４１０１に接続される。また、利得可変電力増幅器４１０を含む送信回路全体の温度特性の補正が必要であれば、前記分圧抵抗の代わりにサーミスタ等による感温素子を用いても良い。

この構成によって、制御処理部４０６は、モデム４０５で識別された変調方式ＡＳＫまたはＱＰＳＫ変調方式に応じて、ディジタルポテンショメータ４１１の抵抗値を切換える。この抵抗値の切換えにより、送信電力用の利得可変増幅器４１０の利得制御端子を介して、送信する出力電力を切換えることができる。

図５は、本発明の他の実施例による狭域通信システム無線局の構成ブロック図である。図において、図４の構成と同じ構成要素には同一の符号を付けて重複説明は避ける。この実施例では、図４のディジタルポテンショメータ４１１の代わりに、アナログポテンショメータ５１として、アナログスイッチ５１１と、両方式に適切な値に設定した２つの分圧抵抗器５１２，５１３を用いている。そして、ＡＳＫ／ＱＰＳＫ信号に応じて、２つの抵抗５１２，５１３のいずれかを選択することによって、適切な送信出力電力を得るものである。

この実施例においても、図４の実施例と同様に、変調方式が識別されると、その識別結果（ＡＳＫ／ＱＰＳＫ信号）により、利得可変電力増幅器４１０の利得を切換える。具体的には、アナログスイッチ５１１を、上記変調方式識別結果がＨｉの時はＡ側、Ｌｏの時はＢ側に切換えるように設計しておくと、各々で設定した分圧電圧を、利得可変電力増幅器４１０の可変利得制御端子４１０１に供給することが可能となる。尚、本実施例も、上記実施例と同様に、アナログスイッチ５１１の切換え時間を考慮に入れる必要があり、アナログスイッチの切換えは、車載器が信号受信後に送信処理を行うまで（数十μｓ以内）の間に完了していることが前提である。また、本実施例では、図４の制御処理部４０６を介さずに、モデム４０５での識別結果を用いて直接に利得可変電力増幅器４１０の可変利得制御を切換えることが可能となる。例えば、図２に示したように、制御処理部２４には、高周波送受信部２２、ＨＭＩ２５、ＩＣカード２６、カーナビゲーションシステム２７等が接続されるので、処理のタイミングによっては上記利得切換えのタスクが遅れる可能性もある。したがって、制御処理部２４を介さずに可変利得の切換えを実現出来る本実施例は、このような問題が発生する際には特に有効である。

以上のように切換えられた電力増幅器利得によって、ＡＳＫ変調送信時とπ／４シフトＱＰＳＫ変調送信時に各々独自にその送信出力電力を設定することが可能となる。

図６は、本発明のさらに他の実施例による狭域通信システム無線局の構成ブロック図である。図において、図４および図５の構成と同じ構成要素には同一の符号を付けて重複説明は避ける。この実施例では、図５と同様に、図４のディジタルポテンショメータ４１１の代わりに、アナログポテンショメータ６１として、アナログスイッチ６１１と、両方式に適切な値に設定した２つの分圧抵抗器６１２，６１３を用いている。したがって、図５と同様に、ＡＳＫ／ＱＰＳＫ信号に応じて、適切な送信出力電力が得られる。

以上のように切換えられた電力増幅器の利得によって、ＡＳＫ変調送信時とπ／４シフトＱＰＳＫ変調送信時に、各々独自にその送信出力電力を設定することが可能となる。

本発明は、ＡＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を採用するＤＳＲＣシステムの無線局の送信回路に関して、特に、十分な無線性能を得る形で、無線局の低コストや小型化を目指す送信回路部品の共用化ができる。具体的には、本発明により各変調方式において最適な送信出力レベルを設定することが可能となり、コストアップや回路規模を増大することなく、無線局の性能及び通信信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施例によるＤＳＲＣシステムの車載器と路側機が無線通信を行っている様子を車内から見た概略図。 本発明の一実施例によるＤＳＲＣシステムの車載器のシステムブロック図。 本発明の一実施例によるＤＳＲＣ車載器の処理の流れを示す図。 本発明の一実施例による狭域通信システム無線局の構成ブロック図。 本発明の他の実施例による狭域通信システム無線局の構成ブロック図。 本発明のさらに他の実施例による狭域通信システム無線局の構成ブロック図。

符号の説明

１１…ＤＳＲＣシステム車載器、１２…ダッシュボード、１３…カーナビゲーションシステム、１４…路側機、１５，１６…送受信電波、２１…アンテナ、２２…高周波送受信部、２３…モデム、２４…制御処理部、２５…ＨＭＩ（ヒューマン・マシン・インタフェース）、２６…ＩＣカードインタフェース、２７…カーナビゲーションシステムインタフェース、４０１…アンテナ、４０２…バンド・パス・フィルタ、４０３…送受切換スイッチ、４０４…受信回路ブロック、４０５…モデム、４０６…制御処理部、４０７…直交変調器、４０８…ローカル発振器、４０９…アップコンバータ、４１０…利得可変電力増幅器、４１１…ディジタルポテンショメータ、４１１１…ディジタル制御回路、４１１２…ディジタル的抵抗分圧部、５１…ポテンショメータ、５１１…アナログスイッチ、５１２，５１３…分圧抵抗器。

Claims (8)

1. ＡＳＫとπ／４シフトＱＰＳＫの２種類の変調方式で送信し、前記２種類の変調方式による送信信号の電力増幅回路を共用した狭域通信システム無線局において、
   前記電力増幅回路の利得を、前記ＡＳＫ変調方式での送信および前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での送信にそれぞれ対応した適正値に切換えるための利得切換手段と、
   受信した電波が、前記ＡＳＫ変調方式と前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の内のどちらの変調方式を使用しているかを識別する受信変調方式識別手段と、
   前記受信変調方式の識別結果に基づいて、前記利得切換手段を用いて、前記電力増幅回路の利得を、対応する変調方式における適正値に切換える切換制御手段と、
   前記受信変調方式の識別結果に対応した変調方式により、識別結果に基づいて利得を切換えられた前記電力増幅回路を介して外部へ送信する送信処理手段を備えたことを特徴とする狭域通信システム無線局。
2. 請求項１において、前記利得切換手段は、電気的な制御信号により抵抗値を可変するディジタルポテンショメータを備えたことを特徴とする狭域通信システム無線局。
3. 請求項１において、前記利得切換手段は、電気的な制御信号により電子的にスイッチを切換えるアナログスイッチを備えたことを特徴とする狭域通信システム無線局。
4. ＡＳＫとπ／４シフトＱＰＳＫの２種類の変調方式で送信し、前記２種類の変調方式による送信信号の電力増幅回路を共用した狭域通信システム無線局において、
   前記電力増幅回路の前段又は後段に備えた減衰器と、
   前記減衰器の減衰量を、前記ＡＳＫ変調方式での送信および前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での送信にそれぞれ対応した適正値に切換えるための減衰量切換手段と、
   受信した電波が、前記ＡＳＫ変調方式と前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の内のどちらの変調方式を使用しているかを識別する受信変調方式識別手段と、
   前記受信変調方式の識別結果に基づいて、前記減衰量切換手段を用いて、前記減衰器の減衰量を、対応する変調方式における適正値に切換える切換制御手段と、
   前記受信変調方式の識別結果に対応した変調方式により、識別結果に基づいて減衰量を切換えられた前記減衰器を介して外部へ送信する送信処理手段を備えたことを特徴とする狭域通信システム無線局。
5. ＡＳＫとπ／４シフトＱＰＳＫの２種類の変調方式で送信し、前記２種類の変調方式による送信信号の電力増幅回路を共用した狭域通信システム無線局の送信方法において、
   前記電力増幅回路の利得を、前記ＡＳＫ変調方式での送信および前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での送信にそれぞれ対応した適正値に切換えるための利得切換ステップと、
   受信した電波が、前記ＡＳＫ変調方式と前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の内のどちらの変調方式を使用しているかを識別する受信変調方式識別ステップと、
   前記受信変調方式の識別結果に基づいて、前記利得切換ステップを用いて、前記電力増幅回路の利得を、対応する変調方式における適正値に切換える切換制御ステップと、
   前記受信変調方式の識別結果に対応した変調方式により、識別結果に基づいて利得を切換えられた前記電力増幅回路を介して外部へ送信する送信処理ステップを備えたことを特徴とする狭域通信システム無線局の送信方法。
6. 請求項５において、前記利得切換ステップは、電気的な制御信号によりディジタルポテンショメータの抵抗値を調整することを特徴とする狭域通信システム無線局の送信方法。
7. 請求項５において、前記利得切換ステップは、電気的な制御信号により電子的にアナログスイッチを切換えることを特徴とする狭域通信システム無線局の送信方法。
8. ＡＳＫとπ／４シフトＱＰＳＫの２種類の変調方式で送信し、前記２種類の変調方式による送信信号の電力増幅回路を共用するとともに、前記電力増幅回路の前段又は後段に減衰器を備えた狭域通信システム無線局の送信方法において、
   前記減衰器の減衰量を、前記ＡＳＫ変調方式での送信および前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での送信にそれぞれ対応した適正値に切換えるための減衰量切換ステップと、
   受信した電波が、前記ＡＳＫ変調方式と前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の内のどちらの変調方式を使用しているかを識別する受信変調方式識別ステップと、
   前記受信変調方式の識別結果に基づいて、前記減衰量切換ステップを用いて、前記減衰器の減衰量を、対応する変調方式における適正値に切換える切換制御ステップと、
   前記受信変調方式の識別結果に対応した変調方式により、識別結果に基づいて減衰量を切換えられた前記減衰器を介して外部へ送信する送信処理ステップを備えたことを特徴とする狭域通信システム無線局の送信方法。

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