JP4735180B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は無線通信装置に関し、特に、通信端末装置間での通信と基地局との通信の双方を行うことが可能で、かつ、通信チャネルの一部を共有している無線通信装置に関する。

近年、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems＝高度道路交通システム）やＶＩＣＳ（VehicleInformation and Communication System＝道路交通情報通信システム）等、道路を通行する車両に対して交通情報等の各種情報を提供するシステムの導入が進められている。この種のシステムでは、路側に設置した路側通信装置（基地局）と車両に搭載された通信装置間で通信を行う路車間通信により情報を交信している。

さらに、他車両と、各車両が有している交通情報や自車両の運転状態、自車両が検知した周囲の状態等の情報を交信しあうことで、自車の進路に関する情報把握を可能とする車々間通信システムが知られている。

路車間通信、車々間通信の通信方式、周波数等が異なると、対応する車載の通信装置を別々に用意する必要が生じ、通信装置のコストが増大してしまう。また、それぞれに別々の帯域を確保することは電波帯域の有効活用という面でも好ましくはない。そこで、少なくとも無線通信チャネルの一部を共有する構成とすることがその普及のためにも好ましい。

このように無線通信チャネルの一部を共有する構成とすると、車々間通信と路車間通信で同じ無線通信チャネルを使用してしまい、両者が干渉・衝突してしまう可能性がある。特許文献１記載の技術はこうした干渉・衝突を抑制することを目的とするものであり、各移動端末は、基地局から割り当てられた通信スロット（チャネル）を用いて、車々間通信を行うことで路車間通信と車々間通信とを別チャネルで行うものである。
特開２０００−１６５３１４号公報

ところで、通常、路車間通信の通信エリアは、各移動端末の通信可能範囲より狭く設定されている。このため、路車間通信の通信エリア内に位置する車両は、この通信エリア外の車両とも通信が可能であるが、通信エリア外の車両は、通信エリア内の車両と通信が可能であっても、基地局とは通信ができないため、通信チャネルの割り当てを受けることができず、路車間通信と同じ通信チャネルを用いて通信を行う可能性があり、その場合には、通信エリア内における路車間通信と通信エリア外からの車々間通信とが干渉・衝突してしまう事態が発生しうる。

このことは、車載の通信装置に限られるものではなく、基地局との間、または無線通信端末装置相互間で無線通信可能な各種の通信装置、例えば、無線ＬＡＮ装置や電話端末装置等においても生じる課題である。

そこで本発明は、基地局との通信と他の通信端末装置との通信とで無線通信チャネルの少なくとも一部を共有する無線通信装置において、基地局との通信と他の通信端末装置の通信との干渉・衝突を効果的に抑制することを可能とする無線通信装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る無線通信装置は、無線通信チャネルのチャネルサーチを行い、他の無線通信装置との通信において通信頻度の少ないチャネルが存在する場合に、自無線通信装置の通信圏内に存在する他の無線通信装置がその通信圏内に位置するとともに、自無線通信装置はその通信圏外とする基地局が存在すると判定する基地局検出手段と、条件を満たす基地局の存在を検出した場合は、他の通信端末装置と自無線通信装置の間の通信と、この基地局と他の通信端末装置との通信とで通信衝突が生じないようこの通信頻度の少ないチャネルを避けて通信を行う通信衝突低減手段と、を備えていることを特徴とする。

使用可能な通信チャネルを平均的に使用することが多いから、通信頻度の少ないチャネルは、別の通信に使用されていると推定できる。

通信衝突低減手段は、基地局の通信圏の存在を検出した場合には、検出した基地局の通信圏方向の電波到達距離を短くするとよい。通信圏方向の電波到達距離を短くすることで、通信圏内への電波到達可能性を低くし、通信の干渉・衝突を予防する。

本発明によれば、基地局の通信圏外の通信端末装置が近隣の基地局の通信圏の存在を検出または推定して、通信衝突を避けることができるため、通信の干渉・衝突に伴う通信障害や再送信に伴うトラフィックの増大を抑制することができ、トラフィックを効率的に用いることができ、短い時間でデータの送受信を行うことができる。

また、自通信装置が基地局の通信圏内に位置しているか否かを判定し、位置している場合には、他の通信端末装置との通信頻度を低下させることにより、基地局の通信圏内に位置する通信端末装置と他の通信端末装置（基地局の通信圏外の通信端末装置を含む。）間の通信トラフィックを減らして、基地局と通信端末装置間の通信との干渉・衝突を抑制する。これにより、基地局と通信端末装置間の通信について障害発生を抑制し、再送信に伴うトラフィックの増大を抑制する効果が得られる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明にかかる無線通信装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態の無線通信端末１００は車載式であって、車々間通信、路車間通信において共用されるものである。無線通信手段５は、例えば、ギガヘルツ帯域に設けられた複数のチャンネルを適宜選択して片方向および双方向通信が可能な無線通信機であり、送受信用のアンテナ６に接続されている。このアンテナ６は、その指向性を変えることが可能であり、送信圏、受信圏を調整することができる。

この無線通信手段５を制御し、送受信データを処理する通信制御手段１は、受信データを処理する受信データ処理部１０、送信データを処理する送信データ処理部１１、路側に配置される路側通信機の通信圏を検出する路側通信機検出部１２、路車間通信と車々間通信の通信衝突を軽減する通信衝突軽減部１３を備えている。

通信制御手段１は、車内ＬＡＮ４に接続されており、この車内ＬＡＮ４には、ナビゲーション手段２のほか、各種の操作手段８０、車速センサ８１、エンジンやブレーキ等を制御する制御装置である各ＥＣＵ８２、モニター等の表示装置８３等が接続されている。

ナビゲーション手段２は、ＧＰＳ（GlobalPositioning System）衛星からの信号を受信するアンテナ７に接続されており、受信した信号を復号するＧＰＳ受信機２１と、慣性航法に用いるジャイロ装置２２と、これらのデータを基にして自車両の現在位置を判定する位置判定手段２３と、地図情報・道路情報等が記憶されている記憶装置２４と、記憶装置２４の格納情報と位置判定手段２３の判定結果等を照合する参照手段２５とを備えている。

図２に示されるように、本実施形態の無線通信端末１００は、車両２００に搭載され、他の車両２０１に搭載された無線通信端末１０１との間で相互通信（車々間通信）を行うほか、路側に設置された路側通信機１０５との間でも相互通信（路車間通信）を行う機能を有している。なお、路車間通信においては、路側通信機１０５から車載の無線通信端末１００に対して情報を送信するのみの片方向通信であってもよい。

ここで、車々間通信で交信する情報としては、自車両の位置・速度・進行方向等に関する情報のほか、自車両の制御状態に関する情報（急制動中、停車中や追い抜き中であるとか、車線変更や針路変更予定がある等の他車両の進行に影響を及ぼす可能性のある情報）等を含んでいる。また、路車間通信で路側通信機１０５から送られる情報としては、通信圏内および圏内の車両の針路上における渋滞情報や工事情報等の車両の進行に影響を及ぼす可能性のある情報がある。

図３は、車々間通信を行っている車両２００、２０１と、路車間通信を行うための路側通信機１０５の位置関係の一例を示している。図３に示されるように車両２００が路側通信機１０５の通信圏Ａ内に位置する場合、この車両２００に搭載された無線通信端末１００の通信圏Ｂは、通信圏Ａを包括してこれより広くなる。一方、車両２０１は、通信圏Ａの外側で通信圏Ｂ内に位置する可能性がある。この場合、車両２０１に搭載された無線通信端末１０１の通信圏Ｃは、通信圏Ａの一部にかかり、車両２００は通信圏Ｃ内に位置する可能性がある。このような位置関係にあると、無線通信端末１０１側では、路側通信機１０５の通信圏Ａの圏外にあり、路側通信機１０５からの信号を受信することができないため、無線通信端末１００に対して路側通信機１０５と同じ通信チャネルを利用して同じタイミングで通信を行おうとしてしまい、両者の通信衝突が発生する可能性がある。

本実施形態の無線通信端末ではこのような通信衝突発生の可能性を低減して、通信衝突を軽減するための制御を行う。図４は、その処理の一例を示すフローチャートであり、通信制御手段１により所定のタイミングで繰り返し実行される。

最初に、アンテナ６、無線通信手段５により路車間通信、車々間通信の通信データを受信し、受信データ処理部１０により処理する（ステップＳ１）。次に、通信衝突軽減部１３は、受信したデータ中に路車間通信のデータが存在するか否かを判定する（ステップＳ２）。路車間通信のデータが存在する場合は、自端末（自車両）が路側通信機１０５の通信圏Ａ内に位置していると推定される（図３における車両２００に搭載された無線通信端末１００に対応する）。この場合には、ステップＳ３へと移行し、路車間通信の通信チャネル、通信タイミング等の通信に関する情報を取得し、送信データ処理部１１がこの情報を車々間通信の送信データに付加し（ステップＳ４）、無線通信手段５、アンテナ６により車々間通信の相手先へと送信し（ステップＳ５）、処理を終了する。この送信の際には、路車間通信の通信チャネルまたは通信タイミングの一方または双方を避けて通信衝突が起こらないようにデータ送信を行う。

一方、ステップＳ２で、路車間通信のデータが存在しないと判定した場合は、自端末（自車両）が路側通信機１０５の通信圏Ａの圏外に存在すると予想される（図３における車両２０１に搭載された無線通信端末１０１に対応する）。この場合には、ステップＳ６へと移行し、車々間通信のデータが存在するか否かを判定する。車々間通信データが存在しない場合には、自端末（自車両）が他車両の通信端末の通信圏外にあると考えられるから、ステップＳ５へ移行して、通常通りのデータ送信を行うとよい。

一方、ステップＳ６で、車々間通信のデータが存在していた場合には、さらに、車々間通信のデータ中に路車間通信の通信チャネル、通信タイミング等の情報が含まれているか否かを判定する（ステップＳ７）。これらのデータがいずれの受信データにも含まれていない場合には、自端末（自車両）を通信圏に含む他車両の通信端末は、路車間通信の通信圏外に位置すると判断されることから、通信衝突を考慮する必要がないと考えられる。そこで、この場合もステップＳ５へと移行して通常どおりのデータ送信を行う。

ステップＳ７で路車間通信の通信チャネル、通信タイミング等の情報が含まれていると判定した場合には、自端末と通信可能な他車両の通信端末の中に路車間通信を行っている端末があることを意味し、この場合には、通信衝突が発生する可能性がある。そこで、ステップＳ８へと移行し、無線通信手段５を制御して、受信した路車間通信の通信タイミング、通信チャネルと一致しないような通信タイミングまたは通信チャネルを選んでデータ送信を行う。例えば、図５に示されるように、路車間通信の通信チャネル（周波数帯）ｎ_３とは別の通信チャネルｎ_１、ｎ_２、ｎ_４、ｎ_５のいずれかを選択して、データ送信を行うか、図６に示されるように路車間通信のデータ送信タイミングｔ＝ｔ_２＋ｎ×（ｔ_５−ｔ_２）（ｎは０以上の整数）を外して別のタイミングｔ＝ｔ_３＋ｎ×（ｔ_５−ｔ_２）またはｔ＝ｔ_４＋ｎ×（ｔ_５−ｔ_２）においてデータ送信を行うようにするとよい。ここで、路車間通信のデータ送信は一定の周期ｆで行われている。もちろん、タイミング、通信チャネルとも異ならせてデータ送信を行うとさらに通信衝突抑制を効果的に行うことができる。

また、路車間通信を行っている車両の位置を基にして路車間通信の通信圏Ａの存在する方向を推定することが可能であるから、アンテナ６の送信部の指向性を制御することで、通信圏Ａ方向への電波到達距離を短くし、図７に示されるようにその通信圏Ｃ’の形状を変更し、電波が通信圏Ａ内に到達しないように制御してもよい。

路車間通信の通信圏の認識は、上記の処理例に限られるものではない。図８は、通信衝突軽減処理の別の例を示すフローチャートである。この処理も通信制御手段１により所定のタイミングで繰り返し実行される。

最初に、アンテナ６、無線通信手段５により路車間通信、車々間通信の通信データを受信し、受信データ処理部１０により処理する（ステップＳ１１）。次に、通信衝突軽減部１３は、受信したデータ中に路車間通信のデータが存在するか否かを判定する（ステップＳ１２）。路車間通信のデータが存在し、自端末（自車両）が路側通信機１０５の通信圏Ａ内に位置していると推定される場合には、ステップＳ１３へと移行し、路車間通信の通信チャネル、通信タイミング等の情報を取得し、路車間通信の通信チャネルまたは通信タイミングの一方または双方を避けて通信衝突が起こらないよう通信チャネルまたは通信タイミングにより無線通信手段５、アンテナ６を用いて送信データの送信を行い（ステップＳ１４）、処理を終了する。

一方、ステップＳ１２で、路車間通信のデータが存在しないと判定し、自端末（自車両）が路側通信機１０５の通信圏Ａの圏外に存在すると予想される場合には、ステップＳ１５へと移行し、車々間通信のキャリアセンスを行い、受信している車々間通信の通信チャネル、通信タイミングにおける空き領域を検知する。

路車間通信においては、車々間通信に比べて通信されるデータ量が大きいため、周期的・周波数的な領域は、路車間通信の領域が車々間通信の領域に比べて大きくする必要がある。そこで、空き領域の状況に基づいて路車間通信の領域を推定する（ステップＳ１６）。例えば、図９に示される例では、空き領域として領域ｔ_ａ２、ｔ_ａ４があるが、路車間通信は領域ｔ_ａ２のように特異的な大きさを有する領域に存在するため、空き領域の大きさから路車間通信の領域を推定できる。

路車間通信の領域が判明したら、この領域を避けて、それ以外の空き領域（図９では領域ｔ_ａ４）を利用して通信を行う（ステップＳ１７）。これにより、路車間通信のエリア内に存在する車両からデータを受けずとも、路車間通信との通信衝突が起こらないよう車々間通信を行うことができる。

この処理方法では、自端末の通信圏内に他車両の端末が密に存在しない場合、図１０に示されるように路車間通信の領域ｔ_ｂ２以外にｔ_ｂ３やｔ_ｂ５も特異な大きさの空き領域であることから路車間通信に利用されている領域と判定してしまう可能性がある。これらを全て路車間通信に利用されている領域であると判定してしまうと自端末からデータ送信が行えない可能性がある。

これを防ぐためには、第一の手法としては、自車両が通過した路車間通信の通信圏については、既に自端末が交信を行っており、その通信チャネル、通信タイミングについては把握済みであるはずであるから、これを記憶しておき、それを基にして路車間通信の領域を確定すればよい。また、第二の手法としては、ナビゲーション手段２の記憶装置２４に路側通信機１０５の位置情報とその通信チャネル、通信周期情報を記憶しておき、これを読み出して空き領域中の路車間通信利用領域選別に利用するとよい。第三の手法としては、通信チャネルごとの空き領域の発生タイミングを基に周期的に利用されている空き領域を路車間通信領域と判定してもよい。さらに、第四の手法として空き領域ではなく、車々間通信で利用されている領域を記憶し、それが空いた場合に、その領域を利用して通信を行ってもよい。

特に、第四の手法では、自端末からのデータ送信頻度が低下することとなるが、このように他車両の端末が密に存在しないケースでは、自車両が他車両の運航に影響を与える状況は少なく、自端末からのデータ送信を頻繁に行う必要性は低いといえ、送信頻度の低下は大きな問題とはならない。

図１１は、通信衝突軽減処理のさらに別の例を示すフローチャートである。この処理も通信制御手段１により所定のタイミングで繰り返し実行される。

最初に、アンテナ６、無線通信手段５により路車間通信、車々間通信の通信データを受信し、受信データ処理部１０により処理する（ステップＳ２１）。次に、通信衝突軽減部１３は、受信したデータ中に路車間通信のデータが存在するか否かを判定する（ステップＳ２２）。路車間通信のデータが存在し、自端末（自車両）が路側通信機１０５の通信圏Ａ内に位置していると推定される場合には、ステップＳ２３へと移行し、路車間通信と同一通信チャネルを利用した車々間通信の通信頻度を下げて（例えば、路車間通信がない場合に比べて周期を倍にして所定時間あたりの送信回数を半減する。）無線通信手段５、アンテナ６を用いて送信データの送信を行い、処理を終了する。通信頻度を下げることで、通信の優先度を低下させ、路車間通信との通信衝突の可能性を低下させる。

一方、ステップＳ２２で、路車間通信のデータが存在しないと判定し、自端末（自車両）が路側通信機１０５の通信圏Ａの圏外に存在すると予想される場合には、ステップＳ２４へと移行し、車々間通信のデータ頻度を調べる。通常よりも低い頻度で送信を行っている端末（車両）が存在している場合には、その端末が路車間通信の通信圏内に位置していると推定される。そこで、データ通信の頻度が通常よりも低い端末が存在している場合には、ステップＳ２５へと移行し、自端末は当該頻度の低い通信チャネルを避けてデータ送信を行う。一方、ステップＳ２４でデータ通信の頻度が通常よりも低い端末が存在していないと判定した場合には、適宜空き領域のある通信チャネルを選択して、通常の頻度でデータ送信を行う（ステップＳ２６）。

ここでは、路側通信機の通信圏外に位置する無線通信端末１００においても、通信圏内に位置する無線通信端末からのデータ送信頻度に応じて通信チャネルの切替を行う例を説明したが、路側通信機の通信圏外に位置する無線通信端末１００は、通常どおりの通信を行うこととし、路側通信機の通信圏内に位置している無線通信端末のみが送信頻度を下げる通信制御を行ってもよい。このようにしても、路車間通信と車々間通信の衝突確率を焦げることが可能となる。

以上述べた実施形態においては、車載の無線通信端末間で通信を行う車々間通信と車載の無線通信端末と路側通信機の間で通信を行う路車間通信とで無線通信チャネルを共用する場合を例に説明したが、本発明はこれに限られるものではない。路側通信機に代えて所定のエリア内での通信を行う基地局が設けられ、この基地局に対して相互通信可能な移動端末装置が通信を行う場合にも適用できる。この相互通信は、移動端末装置が相互に直接通信を行う場合に限られるものではなく、別種の基地局を介して相互に通信を行う形態であってもよい。この種の通信端末装置としては、無線ＬＡＮ端末や携帯電話等がある。本発明は、このように通信圏が異なる３つ以上の無線通信装置間で通信を行う場合のいわゆる隠れ端末問題を効果的に解決することが可能である。

本発明にかかる無線通信装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１の無線通信端末を用いた無線通信を説明する図である。 車々間通信を行っている車両２００、２０１と、路車間通信を行うための路側通信機１０５の位置関係の一例を示している。 図１の無線通信端末における通信衝突軽減処理の一例を示すフローチャートである。 路車間通信と車々間通信とで使用する周波数帯（通信チャネル）を示す帯域グラフである。 路車間通信と車々間通信のデータ送信タイミングを説明するタイミングチャートである。 通信圏制御後の通信圏を示す状態図である。 通信衝突軽減処理の別の例を示すフローチャートである。 通信の空き領域を説明するタイミングチャートである。 通信の空き領域を説明する別のタイミングチャートである。 通信衝突軽減処理のさらに別の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…通信制御手段、２…ナビゲーション手段、４…車内ＬＡＮ、５…無線通信手段、６…アンテナ、７…ＧＰＳアンテナ、１０…受信データ処理部、１１…送信データ処理部、１２…路側通信機検出部、１３…通信衝突軽減部、２１…ＧＰＳ受信機、２２…ジャイロ装置、２３…位置判定手段、２４…記憶装置、２５…参照手段、８０…操作手段、８１…車速センサ、８２…ＥＣＵ、８３…表示装置、１００、１０１…無線通信端末、１０５…路側通信機、２００、２０１…車両。

Claims (2)

1. 基地局との通信と他の無線通信装置との通信とで無線通信チャネルの少なくとも一部を共有する無線通信装置において、
   無線通信チャネルのチャネルサーチを行い、他の無線通信装置との通信において通信頻度の少ないチャネルが存在する場合に、自無線通信装置の通信圏内に存在する他の無線通信装置がその通信圏内に位置するとともに、自無線通信装置はその通信圏外とする基地局が存在すると判定する基地局検出手段と、
   前記条件を満たす基地局の存在を検出した場合は、他の通信端末装置と自無線通信装置の間の通信と、当該基地局と他の通信端末装置との通信とで通信衝突が生じないよう前記通信頻度の少ないチャネルを避けて通信を行う通信衝突低減手段と、を備えていることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記通信衝突低減手段は、前記条件を満たす基地局の存在を検出した場合には、検出した基地局の通信圏方向の電波到達距離を短くすることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。

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