JP4900029B2 - 通信システム及び路側通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載通信装置等との間で通信を行う路側通信装置を用いた通信システム及び路側通信装置に関するものである。

近年、交通安全の促進や交通事故の防止などを目的として、路上等に設置されたインフラ装置（路側通信装置）から車載装置が情報を受信し、当該情報を活用することで、車両の安全性を向上させたり、利便性を向上させたりするシステムが検討されている。

そのようなシステムとして、特許文献１には、交差点に設定された無線送信装置から信号機の情報を車両に送信し、車両がその情報を活用して、ブレーキ制御を行うものが開示されている。
特許第２８０６８０１号公報

路側通信装置と車載通信装置とからなる通信システム（ＩＴＳ（Intelligent Transport System））では、路側通信装置と車載通信装置との間の「路車間通信」によって車載通信装置が路側通信装置から交通情報等を取得したり、車載通信装置同士の「車車間通信」によって車両同士が各車両の情報を交換して、交通の安全を確保することが行われる。
また、前記通信システムでは、路側通信装置同士の「路路間通信」によって、路側通信装置が必要な情報をやりとりすることもある。

このような通信システムにおける通信は、電波需要が増大し、周波数割り当てが逼迫する昨今の状況においては、限られた狭い周波数帯域内で行われるため、無線資源を効率的に活用する必要がある。限られた狭い周波数帯域内で、路車間通信、車車間通信、及び路路間通信を行う場合、特に、都市部など車両が集中する状況下においては、非常に多くの車両からのトラフィックが発生することを考えると、時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplex）を基本とした通信方式を選択することが一般的である。
つまり、路車間通信、車車間通信、及び必要であれば路路間通信それぞれにタイムスロットを割り当てて、時分割多重により、限られた周波数帯域を、路車間通信、車車間通信、及び路路間通信で共有することになる。

しかし、車載通信装置の普及が進むと、通信トラフィックが増加し、車車間通信や、路車間通信のためのタイムスロットを確保することが困難になる。また、時分割多重を、スロッテッドアロハ（Slotted-ALOHA）等の競合型アクセス方式で行った場合、車載通信装置の数が多くなると送信タイミングの衝突が増える。

そこで、本発明は、通信を効率化して、通信トラフィック増大に対処することを目的とする。

第１の本発明は、通信エリア内に存在する車載通信装置との間の通信が可能な路側通信装置を備えた通信システムであって、前記路側通信装置は、アンテナが複数のアンテナ素子によって構成され、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部を備えていることを特徴とする。

第１の本発明によれば、路側通信装置が、複数のアンテナ有しており、空間多重処理が行えるため、限られた周波数帯域でも効率的な通信が行える。

第２の本発明は、路側通信装置同士による通信である路路間通信と車載通信装置同士の通信である車車間通信とが行えるとともに、前記路路間通信と前記車車間通信とが時分割多重によって行われる通信システムであって、前記車載通信装置は、そのアンテナが１個以上のアンテナ素子によって構成され、前記路側通信装置は、そのアンテナが複数のアンテナ素子によって構成され、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部を備え、同一の路路間通信用のタイムスロットを、空間多重によって、複数の路路間通信で共有するよう構成されている。

第２の本発明によれば、路側通信装置は、複数のアンテナ素子を有するマルチアンテナであるため、時分割される路路間通信と車車間通信のうち、路路間通信を空間多重によって効率的に行え、車車間通信のための時間を多く確保することができる。しかも、路路間通信を空間多重とすることで、路路間通信のデータのセキュリティ性も向上する。

路路間通信の信号を送信する路側通信装置は、通信相手である複数の路側通信装置のそれぞれに対して、一又は複数のアンテナ素子による１又は複数の信号系列を割り当てることで、同一の路路間通信用のタイムスロットにおいて、同時に複数の路路間通信を行うのが好ましい。
この場合、同一の路路間通信用のタイムスロットにおいて、複数の路路間通信を同時に行うことができる。

路側通信装置は、通信相手である路側通信装置の数よりも多い数のアンテナ素子を有しているのが好ましい。この場合、通信トラフィックの増大や、データ再送の必要性がある場合に、新たなスロット割り当てをしなくとも、データを送信することが可能となる。

路側通信装置は、通信トラフィックの大きい通信相手ほど、多くの信号系列が割り当てるよう構成されているのが好ましい。また、路側通信装置は、データ再送が必要な通信相手に対して、複数の信号系列を割り当てるよう構成されているのが好ましい。

路路間通信の信号を送信する路側通信装置は、通信相手である複数の路側通信装置のそれぞれに対して、複数のアンテナ素子による複数の信号系列を割り当てて、路路間通信用のタイムスロットを時分割することにより、同一の路路間通信用のタイムスロットにおいて複数の路路間通信を行うのが好ましい。この場合、同一の路路間通信用タイムスロットを、時分割して、複数の路路間通信を行うことができる。

第３の本発明は、車載通信装置から路側通信装置への通信である車−路通信と、車載通信装置同士の通信である車車間通信とが行えるとともに、前記車−路通信と前記車車間通信とが時分割多重によって行われる通信システムであって、前記路側通信装置は、そのアンテナが複数のアンテナ素子によって構成され、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部を備え、前記車載通信装置は、そのアンテナが、１個以上のアンテナ素子によって構成されているとともに、路側通信装置の空間多重処理部による信号分離処理のためのトレーニングシンボルを送信可能に構成され、同一の車−路通信のタイムスロットを、空間多重によって、複数の車−路通信で共有するよう構成されている。

第３の本発明によれば、路側通信装置が、複数のアンテナ素子を有するマルチアンテナであるとともに、車載通信装置が、信号分離のためのトレーニングシンボルを送信可能であるため、複数の車−路通信が同一に行われて衝突しても、路側通信装置側で信号を分離できる。したがって、同一の車−路通信のタイムスロットが、複数の車−路通信で共有され、車−路通信を効率的に行える。

前記車載通信装置は、通信が路側通信装置によって集中制御されるインフラモードになると、前記トレーニングシンボルを送信するのが好ましい。インフラモードにおいて前記トレーニングシンボルを送信することで、路側通信装置側での信号分離が可能となる。

前記車−路通信は、同一のタイムスロットを複数の車載通信装置が利用して送信する可能性のある競合型アクセスによって行われ、前記空間多重処理部は、当該競合型アクセスによって生じた複数の車載通信装置からの信号の衝突を、各車載通信装置のそれぞれの信号に分離するのが好ましい。競合型アクセスの場合、複数の信号が衝突し易いが、本発明によれば、信号が衝突しても、信号を分離することができる。

前記車−路通信では、路側通信装置のアンテナ素子以下の数の車載通信装置が、同一の車−路通信用のタイムスロットに割り当てられるのが好ましい。路側通信装置のアンテナ素子以下の数の車載通信装置を、車−路通信用のタイムスロットに割り当てることで、確実に信号を分離することができる。

第４の本発明は、路側通信装置同士の通信である路路間通信と、車載通信装置から路側通信装置への通信である車−路通信とが行える通信システムであって、前記路側通信装置は、そのアンテナが複数のアンテナ素子によって構成され、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部を備え、前記車載通信装置は、そのアンテナが、１個以上のアンテナ素子によって構成されているとともに、路側通信装置の空間多重処理部による信号分離処理のためのトレーニングシンボルを送信可能に構成され、同一のタイムスロットを、空間分割多重により、前記路路間通信と前記車−路通信とで共有するものである。

第４の本発明によれば、同一のタイムスロットを路路間通信と車−路間通信とで共用でき、効率的に路路間通信と車−路間通信を行うことができる。

第５の本発明は、車載通信装置同士の通信である車車間通信が、路側通信装置によって集中制御されるとともに、同一のタイムスロットを複数の車載通信装置が利用して送信する可能性のある競合型アクセス方式の通信システムにおいて、前記路側通信装置は、そのアンテナが複数のアンテナ素子によって構成され、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部を備え、前記車載通信装置は、そのアンテナが、１個以上のアンテナ素子によって構成されているとともに、路側通信装置の空間多重処理部による信号分離処理のためのトレーニングシンボルを送信可能に構成され、前記路側通信装置は、競合型アクセスによって衝突した複数の車車間通信の信号を、空間多重処理部によって、複数の車車間通信の信号に分離して、複数の車車間通信のモニタリングを行うよう構成されている。

第５の本発明によれば、複数の車車間通信の信号が衝突しても、路側通信装置側では、これを分離して、効率的に車車間通信のモニタリングが行える。

第６の本発明は、通信エリア内に存在する車載通信装置との間の通信が可能な路側通信装置であって、複数のアンテナ素子によって構成されたアンテナと、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部と、を備えている。
第６の本発明によれば、路側通信装置が、複数のアンテナを有しており、空間多重処理が行えるため、限られた周波数帯域でも効率的な通信が行える。

第７の本発明は、路側通信装置同士による通信である路路間通信と車載通信装置同士の通信である車車間通信とが時分割多重によって行われるように通信を制御する路側通信装置であって、複数のアンテナ素子によって構成されたアンテナと、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部と、同一の路路間通信用のタイムスロットを、空間多重によって、複数の路路間通信で共有するよう制御する通信制御部と、を備えている。

第７の本発明によれば、路側通信装置は、複数のアンテナ素子を有するマルチアンテナであるため、時分割される路路間通信と車車間通信のうち、路路間通信を空間多重によって効率的に行え、車車間通信のための時間を多く確保することができる。しかも、路路間通信を空間多重とすることで、路路間通信のデータのセキュリティ性も向上する。

第８の本発明は、車載通信装置から路側通信装置への通信である車−路通信と車載通信装置同士の通信である車車間通信とが時分割多重によって行われるように通信を制御する路側通信装置であって、前記路側通信装置は、複数のアンテナ素子によって構成されたアンテナと、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部と、を備え、前記空間多重処理部は、１個以上のアンテナ素子によって構成されているアンテナを有する車載通信装置から送信された信号分離処理のためのトレーニングシンボルに基づいて、同一の車−路通信のタイムスロットにおける複数の車−路通信の信号を分離するよう構成されている。

第８の本発明によれば、路側通信装置が、複数のアンテナ素子を有するマルチアンテナであるとともに、車載通信装置が、信号分離のためのトレーニングシンボルを送信可能であるため、複数の車−路通信が同一に行われて衝突しても、路側通信装置側で信号を分離できる。したがって、同一の車−路通信のタイムスロットが、複数の車−路通信で共有され、車−路通信を効率的に行える。

第９の本発明は、路側通信装置同士の通信である路路間通信と車載通信装置から路側通信装置への通信である車−路通信とが行われるように通信を制御する路側通信装置であって、前記路側通信装置は、複数のアンテナ素子によって構成されたアンテナと、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部と、を備え、前記空間多重処理部は、１個以上のアンテナ素子によって構成されているアンテナを有する車載通信装置及び他の路側通信装置から送信された信号分離処理のためのトレーニングシンボルに基づいて、同一のタイムスロットにおける前記路路間通信の信号と前記車−路通信の信号とを分離するよう構成されている。

第９の本発明によれば、同一のタイムスロットを路路間通信と車−路間通信とで共用でき、効率的に路路間通信と車−路間通信を行うことができる。

第１０の本発明は、車載通信装置同士の通信である車車間通信を集中制御するとともに、同一のタイムスロットを複数の車載通信装置が利用して送信する可能性のある競合型アクセス方式によって通信を制御する路側通信装置であって、前記路側通信装置は、複数のアンテナ素子によって構成されたアンテナと、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部と、を備え、前記空間処理部は、１個以上のアンテナ素子によって構成されているアンテナを有する車載通信装置から送信された信号分離処理のためのトレーニングシンボルに基づいて、競合型アクセスによって衝突した複数の車車間通信の信号を、複数の車車間通信の信号に分離して、複数の車車間通信のモニタリングを行うよう構成されている。

第１０の本発明によれば、複数の車車間通信の信号が衝突しても、路側通信装置側では、これを分離して、効率的に車車間通信のモニタリングが行える。

上記各本発明によれば、通信の効率化が図られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、通信システムを示している。この通信システムは、交差点又は交差点近傍などの路側に設置された複数の路側通信装置１０Ａ，１０Ｂを有している。なお、複数の路側通信装置１０Ａ，１０Ｂを個々に区別しない場合、「路側通信装置１０」という。

路側通信装置１０は、当該路側通信装置１０は車両２０Ａ〜２０Ｇに搭載された車載通信装置との間で通信を行うことができる。なお、以下では、符号２０Ａ〜２０Ｇは、車載通信装置を示すものとして用いる。また、複数の車載通信装置２０Ａ〜２０Ｇを個々に区別しない場合、「車載通信装置２０」という。

車載通信装置２０は、路側通信装置１０の通信エリアに入ると、通信が当該路側通信装置１０によって集中制御されるインフラモードによる通信を行う。また、路側通信装置１０の通信エリア外では、車載通信装置２０は、自律制御による通信を行うアドホックモードとなる。

この通信システムでは、時分割多重方式により通信を行う。より具体的には、この通信システムでは、予約領域を設けたスロッテドアロハ（Slotted-ALOHA）等の競合型アクセス方式が採用されている。

また、この通信システムで行われる通信としては、路側通信装置１０が当該路側通信装置１０の通信エリア内の車載通信装置２０との間で通信を行う「路車間通信」、通信エリア内の車載通信装置２０同士の「車車間通信」、及び、路側通信装置１０同士の「路路間通信」がある。

さらに、前記「路車間通信」のうち、車載通信装置２０から路側通信装置１０へ信号を送信する場合（アップリンク）を「車−路通信」といい、路側通信装置１０から車載通信装置２０へ信号を送信する場合（ダウンリンク）を「路−車通信」というものとする。
このように、「路車間通信」を、「路−車通信」と「車−路通信」とで区別した場合、本通信システムでは、「車車間通信」及び「路路間通信」を含めて、４種類の通信が存在することになる。そして、本通信システムでは、限られた所定の（狭い）周波数帯域を、これらの４種類の通信で共用する。

図２は、路側通信装置１０及び車載通信装置２０の機能の詳細を示している。
路側通信装置１０は、アンテナ１１と装置本体１２とを有している。装置本体１２は、路側送受信ユニット１４，１５、及び通信制御装置１６を有している。アンテナ１１は、４つ（複数）のアンテナ素子１１−１，１１−２，１１−３，１１−４によって構成されている。
なお、図２では、理解を容易にするため、２つの路側通信装置１０，１０の送受信ユニット１４，１５のうち、左側の路側通信装置１０の送受信ユニット１４は、主に送信機能に着目して描かれており、右側の送受信ユニット１５は、主に受信機能に着目して描かれている。ただし、実際には、送受信ユニット１４，１５全体での機能に違いはない。

車載通信装置２０は、アンテナ２１と装置本体２２とを有している。装置本体２２は、車載送受信ユニット２４，２５及び通信制御部２６を有している。アンテナ２１は、１つのアンテナ素子によって構成されているが、２つ以上のアンテナ素子を有していても良い。
なお、図２では、理解を容易にするため、２つの車載通信装置２０，２０の送受信ユニット２４，２５のうち、左側の車載通信装置２０の送受信ユニット２４は、主に送信機能に着目して描かれており、右側の送受信ユニット２５は、主に受信機能に着目して描かれている。ただし、実際には、送受信ユニット１４，１５全体での機能に違いはない。

上記のように、路側通信装置１０は、複数のアンテナ素子を有するマルチアンテナシステムとして構成されているのに対し、車載通信装置２０は１つのアンテナ素子からなるため、構造が簡素であり、コストが抑えられている。

路側通信装置１０の路側送受信ユニット１４は、空間多重のために、アンテナ素子の数に対応して４系統（複数系統）の送信機能を有している。それぞれの系統は、逆離散フーリエ変換等の処理を行う信号処理部１４ａ、周波数変換を行うＲＦ部１４ｂ等を含んでいる。
路側送受信ユニット１４の空間多重処理部１７は、送信すべき信号の空間多重処理を行い、複数の信号系列を複数のアンテナ素子１１−１〜１１−４から同時に送信する。

また、路側通信装置１０の路側送受信ユニット１５は、伝送路から送信されてきた複数の信号系列を分離するために、アンテナ素子の数に対応して４系統（複数系統）の受信機能を有している。それぞれの系統は、周波数変換を行うＲＦ部１５ｂ、離散フーリエ変換等の処理を行う信号処理部１５ａ等を含んでいる。
路側受信ユニット１５の空間多重処理部１８は、複数のアンテナ素子１１−１〜１１−４によって受信した複数の信号系列を分離する。

路側通信装置１０の通信制御部１６は、時分割多重のための制御、空間多重処理部１７，１８における処理の制御、その他の制御を行う。
ここでの時分割多重は、「路路間通信」、「車車間通信」、「路−車通信」、「車−路通信」の各通信についての時分割多重である。

図３は、本実施形態におけるタイムスロットの利用例を示している。図３において、「路路」は「路路間通信」示し、「車車」は「車車間通信」を示し、「路車」は「路−車通信」を示し、「車路」は「車−路通信」を示している。

図３において、「路路間通信」のタイムスロットは、複数（４つ）の路路間通信で共用されている。 また、「車路通信」のタイムスロットも、複数（４つ）の車路通信で共用されている。さらに、一つのタイムスロットを、「路路間通信」と「車路通信」とで共用することも行われている。このような共用は、空間多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）により行われており、詳細は後述する。

時分割多重における一つのタイムスロットを路側通信装置１０が関与する通信（路路間通信と車−路通信）によって共用することで、路側通信装置１０が関与する通信の占有時間を減らして、電波の有効活用が達成できる。そして、路路間通信等の占有時間が短くなることで、「車車間通信」の占有時間を多く確保することが可能となる。
したがって、車載通信装置２０の数が増大しても、車車間通信の送信タイミングの衝突する頻度を抑えることができる。しかも、車載通信装置２０は、マルチアンテナシステムではないため、一般ユーザが購入する車載通信装置２０のコスト増加も回避できる。

さて、「路路間通信」において空間多重分割を行う場合、通信制御部１６及び路側送受信ユニット１４の空間多重処理部１７は、次のような処理を行う。
まず、一つの路側通信装置１０の通信相手となる路側通信装置１０が複数存在する場合、時分割多重だけでは、複数の「路路間通信」のためのタイムスロットが必要となる。時分割多重だけで通信を行う場合、路路間通信の信号を送信しようとする路側通信装置１０は、通信相手となる複数の路側通信装置に対し、それぞれ異なるタイミング（異なるタイムスロット）で、「路路間通信」を行う必要がある。

これに対し、本実施形態では、路側通信装置１０は、マルチアンテナであるため、「路路間通信」は、ＭＩＭＯ通信（Multiple Input Multiple Output）となることを利用して、空間多重（ＳＤＭ）による多重化を行う。
具体的には、通信制御部１６は、時分割多重処理において、通信相手である複数の路側通信装置１０に対する複数の路路間通信のために、通信相手の数に応じたタイムスロットを確保するのではなく、複数の路路間通信で共用可能な一つ又は通信相手の数よりも少ない数の路路間通信用タイムスロットを確保する。

そして、空間多重処理部１７では、路路間通信用タイムスロット内において、通信相手である他の複数の路側通信装置１０へ送信すべき複数系統のデータを、空間多重し、送信する。
一つの路路間通信用タイムスロット内における、空間多重の仕方は、図４に示すように、２通りある。

ここで、図４（ａ）中、路側通信装置Ａは、路路間通信のための信号を送信しようとしている路側通信装置であり、他の４つの路側通信装置Ｂ〜Ｅは、路側通信装置Ａの通信相手である。
一つの路路間通信用タイムスロット内における空間多重（ＳＤＭ）の仕方の一つ目は、図４（ｂ）に示すように、各通信相手Ｂ〜Ｅそれぞれに対し、路側送受信ユニット１４の複数の信号系列それぞれを１つずつ、割り当てるやり方である。この場合、通信相手毎に空間多重が行われる。

一つの路路間通信用タイムスロット内における空間多重の仕方の二つ目は、図４（ｃ）に示すように、４つの（複数の）信号系列をすべて（又は２以上４未満）を、複数の通信相手Ｂ〜Ｅのうち、特定の通信相手に割り当て、その通信相手へ送信すべきデータを、空間多重によって複数の信号系列を用いて高速に送信するやり方である。この場合、個々の通信相手への通信が高速化されるため、路路間通信用タイムスロット内を、各通信相手Ｂ〜Ｅで時分割して、一つの路路間通信用タイムスロットを、複数の通信相手Ｂ〜Ｅで共用することができる。

図４（ｂ）（ｃ）のいずれの仕方でも、一つの路路間通信用タイムスロット全体でみると、空間多重によって、当該路路間通信用タイムスロットが複数の路路間通信によって共用されることになる。

上記のように、路路間通信を空間多重化することで、交通量の多い都市部等において、路側通信装置１０を多数設置することで、路路間通信の通信頻度が多くなっても、路路間通信の占有時間がさほど増加せず、無線資源（タイムスロット）を効率的に利用できる。
また、路路間通信を空間多重する際に使用するデータスロット内のトレーニングシンボルを路路間通信専用のユニークなものとすることで、路路間通信のデータのセキュリティ性も向上する。つまり、路路間通信を空間多重とし、その信号分離のためのトレーニングシンボルを一般に公開しなければ、路路間通信のデータを車載通信装置等の他の装置が読み取ることができず、路路間通信のデータのセキュリティ性が向上する。

図４の例では、一つの通信相手（路側通信装置）に、一つのアンテナ素子（信号系列）を割り当てたが、図５（ａ）に示すように、一つの通信相手（路側通信装置）に、複数のアンテナ素子（信号系列）を割り当てても良い。すなわち、路側通信装置１０が、路路間通信における通信相手の数（４つ）よりも多い数のアンテナ素子数（５つ）を有していれば、通信相手へのトラフィックが増大した場合には、トラフィックが増大した通信相手（路側通信装置Ｅ）へ複数のアンテナ素子（信号系列）１１−４，１１−５を割り当てることで、多くのデータを送信することができる。

また、路側通信装置１０が、路路間通信における通信相手の数（４つ）よりも多い数のアンテナ素子数（５つ）を有していれば、データ再送の場合に、新たなスロット割り当てなしに、送信することができる。すなわち、通信相手の数よりも多い冗長なアンテナ素子（信号系列）１１−５をデータ再送用に用いることができる。
例えば、ある路路間通信用タイムスロットにおいて、路側通信装置Ａから路側通信装置Ｅへのデータ送信が失敗した場合、再送用のタイムスロットを確保しなくとも、次の路路間通信用タイムスロットにおいて、アンテナ素子（信号系列）１１−５を用いて、データを再送することができる。

上記のような、一つの通信相手に割り当てられる信号系列数の調整は、通信制御部１６によって行われる。通信制御部１６は、通信相手毎の通信トラフィックを監視し、トラフィックの大きい通信相手に対して、多くの信号系列が割り当てる。また、通信制御部１６は、再送が必要な通信相手に対しては、複数の信号系列を割り当て、本来送信すべきデータと再送すべきデータが同時に送信されるように制御する。

続いて、「車−路通信」において空間多重分割を行う場合における、車載通信装置２０、並びに路側通信装置１０の空間多重処理部１８での処理を説明する。
例えば、複数の車載通信装置２０Ａ〜２０Ｄが、同時に、路側通信装置１０Ａに対して「車−路通信」を行った場合、スロッテッドアロハ方式等による競合型アクセスによる時分割処理だけでは、複数の「車−路通信」が衝突してしまう。

ところが、本実施形態では、車載通信装置２０はシングルアンテナであるものの、路側通信装置１０はマルチアンテナであるため、複数の車載通信装置２０から同時に路側通信装置１０へ同時に送信する場合、複数のＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output）を組み合わせたＭＩＭＯ通信とみなすことができる。

本実施形態では、複数の「車−路通信」もＭＩＭＯ通信とみなして、空間多重処理により、同時になされた複数の「車−路通信」を分離する。
具体的には、各車載通信装置２０Ａ〜２０Ｄは、シングルアンテナであるが、「車−路通信」の際に、ＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボル（信号分離処理のためのトレーニングシンボル）をプリアンブル等として送信する。なお、ＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボルは、「車車間通信」の際にも送信される（理由は後述）。

ここで、車載通信装置２０は、アドホックモードにおける通信（車車間通信）では、ＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボルは送信しない。車載通信装置２０は、路側通信装置１０の通信エリアに入って、アドホックモードからインフラモードに切り替わると、「車車間通信」又は「車−路通信」の際に、ＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボルを送出する。

さて、複数の車載通信装置２０Ａ〜２０Ｄが、同時に、路側通信装置１０Ａに対して「車−路通信」を行って信号が衝突したとする。この場合であっても、路側通信装置１０Ａの路側受信ユニット１５の空間多重処理部１８は、各車載通信装置２０Ａ〜２０Ｄから送信されたＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボルを用いて、チャネル推定を行い、各車載通信装置２０Ａ〜２０Ｄが送信した信号を分離する。なお、路側通信装置１０Ａの路側送受信ユニット１５の空間多重処理部１８は、路側通信装置１１のアンテナ素子数以下の数の車載通信装置２０であれば、同時に「車−路通信」を行っても信号を分離することができる。

路側通信装置１０の通信制御部１６は、時分割処理において、「車−路通信」のためのタイムスロットを確保し、路側通信装置１０のアンテナ素子数以下の車載通信装置１０に対して、当該タイムスロットを割り当てる通信制御を行っても良い。この場合、「車−路通信」の一つのタイムスロットにおいて同時に通信する車載通信装置１０の数は、路側通信装置１０のアンテナ数以下であることが保証され、信号分離を確実に行うことができる。

「車−路通信」のタイムスロット内における、空間多重の仕方は、図６のとおりである。
ここで、図６（ａ）中、路側通信装置Ａは、車−路通信のための信号を受信しようとしている路側通信装置であり、４つの車載通信装置ａ〜ｄは、車−路通信のための信号を（同時）に送信しようとしている車載通信装置である。

４つの車載通信装置ａ〜ｄが同時に、車−路通信のための信号を送信して衝突しても、路側通信装置Ａは、空間多重処理によって、衝突した信号を分離することができる。したがって、路側通信装置Ａは、図６（ｂ）に示すように、複数の車載通信装置ａ〜ｄの信号を同時に受信できる。

さらに、図３に示すように、同一のタイムスロットを１又は複数の「路路間通信」と１又は複数の「車−路通信」とで共用することもできる。つまり、路側通信装置１０は、路路間通信の信号を送信するタイムスロットと、「車−路通信」用のタイムスロットを同時とする割り当てが可能である。このような「路路間通信」と「車−路通信」を多重化する空間多重は、路側通信装置１０の通信相手となる他の路側通信装置１０及び車載通信装置２０の総数が、路側通信装置１０のアンテナ数以下であれば行える。

一つのタイムスロットの、「路路間通信」と「車−路通信」とによる共用の仕方は、図７のとおりである。
ここで、図７（ａ）中、路側通信装置Ａは、路路間通信のための信号を受信しようとしているとともに、車−路通信のための信号も受信しようとしている路側通信装置であり、２つの路側通信装置Ｂ，Ｃは、路路間通信のための信号を（同時に）送信しようとしている路側通信装置である。また、２つの車載通信装置ａ，ｂは、車−路通信のための信号を（前記路路通信と同時に）に送信しようとしている車載通信装置である。

図７（ｂ）に示すように、路側通信装置Ａは、路側通信装置Ｂ，Ｃ、及び車載通信装置ａ，ｂからの信号を同時に受信する。そして、路側通信装置Ａは、空間多重により、路側通信装置Ｂ、Ｃからの路路間通信と、車載通信装置ａ，ｂからの車−路通信の信号を分離して受信することができる。

また、前述のように、車載通信装置２０からは、「車車間通信」の際にも、ＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボルが送信される。「車車間通信」は、ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）であるため、ＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボルは、車車間通信のためには利用されないが、路側通信装置１０が、「車車間通信」をモニタリングする際に利用される。

ここで、路側通信装置１０は、「車車間通信」をモニタリングすることで、そのモニタリング結果を、通信エリア内の「車車間通信」の集中制御やその他の処理に利用することができる。
ところが、「車車間通信」の際には、複数の「車車間通信」の信号が競合して、衝突することがある。この場合、「車車間通信」は失敗するが、それをモニタリングしている路側通信装置１０は、ＭＩＭＯチャネル推定用のトレーニングシンボルを利用して、チャネル推定を行い、衝突した複数の各車載通信装置２０Ａ〜２０Ｄが送信した信号を分離する。

したがって、路側通信装置１０は、複数の「車車間通信」が衝突しても、モニタリングが可能であり、効率的に「車車間通信」のモニタリングが可能である。また、衝突した「車車間通信」を、モニタリングした路側通信装置１０が、信号を分離した上で、当該「車車間通信」を再送信することで、車車間通信の重要な情報が失われることを防ぐこともできる。

このように、路側通信装置１０の路側送受信ユニット１５の空間多重処理部１８は、他の路側通信装置１０からの信号（路路間通信の信号）、車載通信装置２０からの信号（車−路通信の信号及び車車間通信の信号）のいずれを受信する際にも、ＭＩＭＯ通信であるとして、空間多重化された信号分離の処理を行う。

一方、路側通信装置１０の路側送受信ユニット１４の空間多重処理部（マルチアンテナ処理部）１７は、路路間通信の際には、空間分割多重（ＳＤＭ）の処理を行うが、一つのアンテナ素子２１しか有しない車載通信装置２０への通信である「路−車通信」の際には、空間分割多重処理を行わない。路−車通信の際には、空間多重処理部（マルチアンテナ処理部）１７は、空間分割多重処理以外の、他のマルチアンテナ処理（例えば、ダイバーシチ効果を得るための時空間ブロック符号化処理（ＳＴＢＣ：Space Time Block Codeing）を行う。また、空間多重処理部（マルチアンテナ処理部）１７は、単に、通信に使用するアンテナ素子を選択切替して、ダイバーシチ効果を得るようにしてもよい。また、空間多重処理部（マルチアンテナ処理部）１７は、アンテナ素子からの信号を位相合成して、アンテナビーム成形を行っても良い。

このような空間多重処理部（マルチアンテナ処理部）の処理の切替は、通信制御部１６によって行われる。すなわち、通信制御部１６は、「路路間通信」を行う際には、空間多重処理部（マルチアンテナ処理部）に、空間多重（ＳＤＭ）処理を行わせ、「路−車通信」を行う際には、空間多重処理部（マルチアンテナ処理部）に、ＳＴＢＣ等のＳＤＭ以外の処理を行わせるように、処理の切替制御を行う。

図８は、車載通信装置２０の変形例を示している。変形例に係る車載通信装置２０は、２つのアンテナ素子２１−１，２１−２を有している。この車載通信装置２０は、複数のアンテナ素子を有しているが、路側通信装置１０のようにＭＩＭＯ通信を行うものではなく、通信に使用するアンテナ素子２１−１，２１−２を通信制御部２６によって切り替えて、ダイバーシチ効果が得られるように構成されたものである。具体的には、ＲＦ部２４ｂが、使用されるアンテナ素子２１−１，２１−２を切り替えるためのアンテナスイッチ２４ｂ−１を有しており、このアンテナスイッチ２４ｂ−１を通信制御部２６が受信状況又は送信状況に応じて切り替えることで、ダイバーシチ効果が得られる。ダイバーシチ効果を得るだけで有れば、車載通信装置２０に複数のアンテナ素子を設けても、ＭＩＭＯ通信を行うものに比べて、コスト安である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、車載通信装置２０も、複数のアンテナ素子を備え、空間分割多重処理が可能なものであっても良い。

通信システムの全体図である。 路側通信装置及び車載通信装置の機能ブロック図である。 時分割多重のタイムスロットを示す図である。 路路間通信の空間多重の仕方の説明図である。 （ａ）は、信号系列の割り当ての一例を示し、（ｂ）は、信号系列の割り当ての他の一例を示す図である。 車−路通信の空間多重の仕方の説明図である。 路路間通信と車−路通信との空間多重の仕方の説明図である。 変形例に係る車載通信装置を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 路側通信装置
１１−１ アンテナ素子
１１−２ アンテナ素子
１１−３ アンテナ素子
１１−４ アンテナ素子
１７ 空間多重処理部
１８ 空間多重処理部
２０ 車載通信装置
２１ アンテナ（アンテナ素子）

Claims (13)

1. 通信エリア内に存在する車載通信装置との間の通信が可能な路側通信装置を備えた通信システムであって、
   前記車載通信装置は、そのアンテナが１個以上のアンテナ素子によって構成され、
   前記路側通信装置は、そのアンテナが複数のアンテナ素子によって構成され、時分割多重処理を行う通信制御部と、複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部と、を備え、
   前記通信制御部は、前記車載通信装置同士が競合型アクセス方式によって通信する車車間通信のためのタイムスロットとは別に、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信するタイムスロットを確保するとともに、前記車車間通信のタイムスロットの占有時間が、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信するタイムスロットの占有時間よりも多くなるように制御し、
   前記空間多重処理部は、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信する前記タイムスロット内において、複数の通信相手へ送信すべき複数系統のデータを、空間多重し、送信する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記路側通信装置は、複数の通信相手それぞれに対して、一又は複数のアンテナ素子による１又は複数の信号系列を割り当てることで、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信するタイムスロットにおいて、同時に複数の通信相手に対して信号を送信することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 路側通信装置は、通信相手の数よりも多い数のアンテナ素子を有していることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
4. 路側通信装置は、通信トラフィックの大きい通信相手ほど、多くの信号系列が割り当てるよう構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の通信システム。
5. 路側通信装置は、データ再送が必要な通信相手に対して、複数の信号系列を割り当てるよう構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の通信システム。
6. 前期路側通信装置は、複数の通信相手それぞれに対して、複数のアンテナ素子による複数の信号系列を割り当てて、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信するタイムスロットを時分割することにより、同一の路路間通信用のタイムスロットにおいて複数の路路間通信を行うことを特徴とする請求項１記載の通信システム。
7. 前記車載通信装置は、路側通信装置の空間多重処理部による信号分離処理のためのトレーニングシンボルを送信可能に構成され、
   車載通信装置から路側通信装置への通信である車−路通信のタイムスロットを、空間多重によって、複数の車−路通信で共有するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 前記車載通信装置は、通信が路側通信装置によって集中制御されるインフラモードになると、前記トレーニングシンボルを送信することを特徴とする請求項７記載の通信システム。
9. 前記車−路通信は、同一のタイムスロットを複数の車載通信装置が利用して送信する可能性のある競合型アクセスによって行われ、
   前記空間多重処理部は、当該競合型アクセスによって生じた複数の車載通信装置からの信号の衝突を、各車載通信装置のそれぞれの信号に分離することを特徴とする請求項７又は８記載の通信システム。
10. 前記車−路通信では、路側通信装置のアンテナ素子以下の数の車載通信装置が、同一の車−路通信用のタイムスロットに割り当てられることを特徴とする請求項７又は８記載の通信システム。
11. 前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信するタイムスロットを、空間分割多重により、路側通信装置同士の通信である路路間通信と車載通信装置から路側通信装置への通信である車−路通信とで共有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の通信システム。
12. 前記路側通信装置は、競合型アクセスによって衝突した複数の車車間通信の信号を、空間多重処理部によって、複数の車車間通信の信号に分離して、複数の車車間通信のモニタリングを行うよう構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の通信システム。
13. 通信エリア内に存在する車載通信装置との間の通信が可能な路側通信装置であって、
    複数のアンテナ素子によって構成されたアンテナと、
    時分割多重処理を行う通信制御部と、
    複数のアンテナ素子による空間多重処理を行う空間多重処理部と、を備え、
    前記通信制御部は、前記車載通信装置同士が競合型アクセス方式によって通信する車車間通信のためのタイムスロットとは別に、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信するタイムスロットを確保するとともに、前記車車間通信のタイムスロットの占有時間が、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信するタイムスロットの占有時間よりも多くなるように制御し、
    前記空間多重処理部は、前記路側通信装置が通信相手に対して信号を送信する前記タイムスロット内において、複数の通信相手へ送信すべき複数系統のデータを、空間多重し、送信する
    ことを特徴とする路側通信装置。

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