JP5949871B2 - 無線通信システムとこれに用いる移動通信機及び送信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）に好適である無線通信システムと、このシステムの構成要素となる移動通信機に関する。より具体的には、その移動通信機に対する送信制御方法に関する。

近年、交通安全の促進や交通事故の防止を目的として、道路に設置されたインフラ装置からの情報を受信し、或いは車両同士で情報交換を行い、これらの情報を活用することで車両の安全性を向上させる高度道路交通システムが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
かかる高度道路交通システムは、主として、インフラ側の無線通信装置である複数の路側通信機と、各車両に搭載される無線通信装置である複数の車載通信機とによって構成される。

この場合、各通信主体間で行う通信の組み合わせには、路側通信機同士が行う路路間通信と、路側通信機と車載通信機とが行う路車（又は車路）間通信と、車載通信機同士が行う車車間通信とが含まれる。

特許第２８０６８０１号公報

上記高度道路交通システムにおいては、車車間通信をはじめ、路車間通信や路路間通信及び路歩間通信も含め、これらの各通信の共存を図るに当たって、帯域を有効利用してどのような通信制御を行うかが課題となる。
そこで、限られた周波数帯域内で路路間、路車間及び車車間の各通信を行うべく、マルチアクセス(Multiple Access)が用いられることが検討されている。

このマルチアクセス方式としては、周波数分割多重（ＦＤＭＡ：Frequency Division Multiple Access ）や符号分割多重（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）があるが、山間部などで少数の車載通信機のみでの通信も想定される車車間通信のマルチアクセス方式としては、例えばＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access ）に代表される自律的なランダムアクセス方式を採用するのが好ましい。
しかし、路側通信機が存在するエリアでは、路車間通信、路路間通信及び車車間通信が共存する。

この場合、インフラ側である路側通信機が取り扱う情報の優先度が高いのが一般的であることから、車車間通信よりも路車間通信や路路間通信が優先的に行われる仕組みが必要である。
このように、路側通信機の情報送信を優先的に行うためには、通信を行う時間を分割して路側通信機の送信専用の時間スロットを設ける、時分割多重（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）によるマルチアクセスが有効となる。

従って、例えば、交差点ごとに設置された複数の路側通信機群で構成される通信システムを想定すると、路側通信機が無線送信する路側からの無線送信専用のタイムスロットをＴＤＭＡ方式で割り当て、残ったタイムスロットをＣＳＭＡ方式による車車間通信に使用させるのが、合理的な通信システムになると考えられる。
なお、この場合、各路側通信機からの送信タイミングを制御するため、各路側通信機は他の路側通信機との時刻同期機能を有している必要がある。

上記のような路側の送信制御のためのＴＤＭＡ方式と、車車間でのマルチアクセスのためのＣＳＭＡ方式が混在する高度道路交通システムでは、各路側通信機の送信タイミングに関するスロット情報（タイムスロットの開始時刻やスロット長等）を、車載通信機に通知する必要がある。
その通知方式の１つとしては、路側通信機がスロット情報をダウンリンク信号に含めてブロードキャスト送信する方式が考えられ、この場合、車載通信機は各路側通信機のダウンリンクエリアにおいて個別にスロット情報を取得することになる。

一方、隣接する複数の交差点に路側通信機を設置する場合には、ダウンリンクエリアの重複範囲にある車載通信機に対する電波干渉（以下、「直接干渉」ということがある。）が生じないよう、当該直接干渉が発生する位置関係にある路側通信機同士については、その送信時間を異なるタイムスロットに割り当てる必要がある。
逆に、上記直接干渉が生じない位置関係にある路側通信機同士については、スロット数を少なくして出来るだけ車載通信機の送信時間帯を確保するため、基本的に同じ開始時刻のタイムスロットに割り当てて送信タイミングを重複させることが好ましい。

しかし、路側通信機が設置される交差点の規模によって必要な送信データ量が変化するので、同じ開始時刻のタイムスロットに重複して割り当てられた複数の路側通信機についてのスロット長が揃っていないことがあり得る。
この場合、長い方のスロット長に従う特定の車載通信機に対して、そのスロット長を採用する路側通信機のダウンリンク信号と、短い方のスロット長に従う他の車載通信機からの送信信号との電波干渉（以下、「間接干渉」ということがある。）が発生し、当該特定の車載通信機がダウンリンク信号を適切に受信できない場合がある。

本発明は、このような実情に鑑み、路側通信機用のタイムスロットが時分割で割り当てられ、そのタイムスロット以外の時間帯で移動通信機が無線送信する無線通信システムにおいて、移動通信機による無線送信を介した間接干渉を有効に防止すること目的とする。

（１） 本発明の無線通信システムは、路側通信機からの無線送信専用のタイムスロットが時分割で割り当てられ、そのタイムスロット以外の時間帯だけ移動通信機が無線送信するのを許容する無線通信システムであって、前記移動通信機は、前記タイムスロットに関するスロット情報を受信する受信手段と、前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる前記路側通信機から受信した複数の前記スロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする送信制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明の無線通信システムによれば、上記受信手段が、タイムスロットに関するスロット情報を受信し、上記送信制御手段が、タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる路側通信機から受信した複数のスロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長のスロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とするので、各路側通信機が使用するタイムスロットのスロット長が路側通信機ごとに異なっていても、そのスロット長が揃っていないことに起因する、移動通信機による無線送信を介した間接干渉を有効に防止することができる。

本発明の無線通信システムでは、具体的には、各々の前記路側通信機が使用する前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている。
その理由は、複数の路側通信機から取得したタイムスロットのうちのどれが最長であるかをスロット長から判断するには、各路側通信機が使用するタイムスロットの開始時刻が揃っていることが前提となるからである。

（２） また、本発明の無線通信システムにおいて、周期的に繰り返す複数の前記タイムスロットのうちのどの前記タイムスロットかを表すスロット番号が含まれる場合には、前記送信制御手段は、前記スロット番号が同じである前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とすればよい。
その理由は、スロット番号が異なるタイムスロットの場合には、そもそも路側通信機の送信時間が重複しないので、間接干渉が生じないからである。

（３）〜（４） 本発明の移動通信機は、本発明の無線通信システムの構成要素となる移動通信機であって、本発明の無線通信システムと同じ技術的特徴を有する。従って、本発明の移動通信機は、本発明の無線通信システムと同様の作用効果を奏する。
（５） 本発明の送信制御方法は、本発明の移動通信機についての送信制御方法であって、本発明の移動通信機と同じ技術的特徴を有する。従って、本発明の送信制御方法は、本発明の移動通信機及び無線通信システムと同様の作用効果を奏する。

以上の通り、本発明によれば、移動通信機による無線送信を介した間接干渉を有効に防止することができるので、移動通信機が路側通信機からのダウンリンク信号をより確実に受信できるようになる。

高度道路交通システムの全体構成を示す概略斜視図である。 高度道路交通システムの管轄エリアの一部を示す道路平面図である。 路側通信機と車載通信機の内部構成を示すブロック図である。 路車間通信のタイムスロットの一例を示す概念図である。 車載通信機の送信フレームのフォーマットの一例を示す図である。 （ａ）は直接干渉の説明図であり、（ｂ）は間接干渉の説明図であり、（ｃ）は間接干渉が発生し得るスロット割当を示すタイムチャートである。 （ａ）は路側通信機と車載通信機の位置関係を示す道路平面図であり、（ｂ）は車載通信機による送信可能時間の設定処理の具体例を示す説明図である。

〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る高度道路交通システム（ＩＴＳ）の全体構成を示す概略斜視図である。なお、本実施形態では、道路構造の一例として、南北方向と東西方向の複数の道路が互いに交差した碁盤目構造を想定している。
図１に示すように、本実施形態の高度道路交通システムは、交通信号機１、路側通信機２、車載通信機３（図２及び図３参照）、中央装置４、車載通信機３を搭載した車両５、及び、車両感知器や監視カメラ等よりなる路側センサ６を含む。

交通信号機１と路側通信機２は、複数の交差点Ｊｉ（図例では、ｉ＝１〜１２）のそれぞれに設置されており、電話回線等の通信回線７を介してルータ８に接続されている。このルータ８は交通管制センター内の中央装置４に接続されている。
中央装置４は、自身が管轄するエリアに含まれる各交差点Ｊｉの交通信号機１及び路側通信機２とＬＡＮ（Local Area Network）を構成している。従って、中央装置４は、各交通信号機１及び各路側通信機２との間で双方向通信が可能である。なお、中央装置４は、交通管制センターではなく道路上に設置してもよい。

路側センサ６は、各交差点Ｊｉに流入する車両台数をカウントする等の目的で、管轄エリア内の道路の各所に設置されている。この路側センサ６は、直下を通行する車両５を超音波感知する車両感知器、或いは、道路の交通状況を時系列に撮影する監視カメラ等よりなり、感知情報Ｓ４や画像データＳ５は通信回線７を介して中央装置４に送信される。
なお、図１及び図２では、図示を簡略化するために、各交差点Ｊｉに信号灯器が１つだけ描写されているが、実際の各交差点Ｊｉには、互いに交差する道路の上り下り用として少なくとも４つの信号灯器が設置されている。

〔中央装置〕
中央装置４は、ワークステーション（ＷＳ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等よりなる制御部を有しており、この制御部は、路側通信機２、路側センサ６からの各種の交通情報の収集・処理（演算）・記録、信号制御及び情報提供を統括的に行う。
具体的には、中央装置４の制御部は、自身のネットワークに属する交差点Ｊｉの交通信号機１に対して、同一道路上の交通信号機１群を調整する系統制御や、この系統制御を道路網に拡張した広域制御（面制御）を行うことができる。

また、中央装置４は、通信回線７を介してＬＡＮ側と接続された通信インタフェースである通信部を有しており、この通信部は、信号灯器の灯色切り替えタイミングに関する信号制御指令Ｓ１や、渋滞情報等を含む交通情報Ｓ２を所定時間ごとに交通信号機１及び路側通信機２に送信している（図１参照）。
信号制御指令Ｓ１は、前記系統制御や広域制御を行う場合の信号制御パラメータの演算周期（例えば、１．０〜２．５分）ごとに送信され、交通情報Ｓ２は、例えば５分ごとに送信される。

また、中央装置４の通信部は、各交差点Ｊｉに対応する路側通信機２から、その通信機２が車載通信機３から受信した車両５の現在位置等を含む車両情報Ｓ３、車両通過時に生じるパルス信号よりなる車両感知器（図示せず）の感知情報Ｓ４、及び、監視カメラが撮影した道路のデジタル情報よりなる画像データＳ５等を受信しており、中央装置４の制御部は、これらの各種情報に基づいて前記系統制御や広域制御を実行する。

〔無線通信の方式等〕
図２は、上記高度道路交通システムの管轄エリアの一部を示す道路平面図である。
図２では、互いに交差する２つの道路の各々が上りと下りで片側１車線のものとして例示されているが、道路構造はこれに限られるものではない。
図２にも示すように、本実施形態の高度道路交通システムは、車載通信機３との間で無線通信が可能な複数の路側通信機２と、キャリアセンス方式で他の通信機２，３と無線通信を行う移動無線送受信機の一種である車載通信機３と備えた無線通信システムとしても機能している。

図１及び図２の例では、複数の路側通信機２は、それぞれ路側の交差点Ｊｉごとに設置されていて、交通信号機１の支柱に取り付けられている。一方、車載通信機３は、道路を走行する車両５の一部又は全部に搭載されている。
車両５に搭載された各車載通信機３は、路側通信機２からのダウンリンク信号の到達範囲であるダウンリンクエリアＡにおいてダウンリンク信号を受信可能である。

また、本実施形態では、車載通信機３の送信信号の到達距離は、路側通信機２のダウンリンク信号の到達距離以下であるとする。従って、各路側通信機２は、自装置のダウンリンクエリアＡの範囲内を走行する車載通信機３との無線通信が可能である。
このように、本実施形態ＩＴＳでは、車載通信機３同士（車車間通信）の通信と、路側通信機２と車載通信機３との間（「路」から「車」への路車間通信と「車」から「路」への車路間通信との双方を含む。）の通信については、無線通信が用いられている。

また、隣接する路側通信機２同士の設置位置が比較的近く、互いのダウンリンクエリアＡが重複（一部重複でも全部重複でもよい。）する場合には、その路側通信機２同士での無線通信（路路間通信）が可能である。
なお、前記した通り、交通管制センターに設けられた中央装置４は、各路側通信機２と有線での双方向通信が可能であるが、これらの間も無線通信であってもよい。

路側通信機２は、自身が無線送信するための専用のタイムスロット（図４の第１スロットＴ１）をＴＤＭＡ方式で割り当てており、このタイムスロット以外の時間帯（図４の第２スロットＴ２）には無線送信を行わない。
すなわち、路側通信機２用のタイムスロット以外の時間帯は、車載通信機３のためのＣＳＭＡ方式による送信時間として開放されている。

また、路側通信機２は、自身の送信タイミングを制御するために他の路側通信機２との時刻同期機能を有している。
この路側通信機２の時刻同期は、例えば、自身の時計をＧＰＳ衛星から取得した時刻に合わせるＧＰＳ同期や、自身の時計を他の路側通信機２からの送信信号に合わせるエア同期等によって行われる。

〔路側通信機〕
図３は、路側通信機２と車載通信機３の内部構成を示すブロック図である。
路側通信機２は、無線通信のためのアンテナ２０が接続された無線通信部（送受信部）２１と、中央装置４と双方向通信する有線通信部２２と、それらの通信制御を行うプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等よりなる制御部２３と、制御部２３に接続されたＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置よりなる記憶部２４とを備えている。

路側通信機２の記憶部２４は、制御部２３が実行する通信制御のためのコンピュータプログラムや、各通信機２，３の通信機ＩＤ等を記憶している。
路側通信機２の制御部２３は、上記コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、無線通信部２１の送信タイミングを制御する送信制御部２３Ａと、各通信部２１，２２の受信データの中継処理を行うデータ中継部２３Ｂとを有する。

路側通信機２のデータ中継部２３Ｂは、有線通信部２２が受信した中央装置４からの交通情報Ｓ２等を、いったん記憶部２４に一時的に記憶させ、無線通信部２１にブロードキャスト送信させる。
また、データ中継部２３Ｂは、無線通信部２１が受信した車両情報Ｓ３を、いったん記憶部２４に一時的に記憶させ、有線通信部２２を介して中央装置４に転送する。

路側通信機２の送信制御部２３Ａは、他装置との間で送信タイミングを同期させつつ、自装置に割り当てられた所定のスロット番号ｉのタイムスロットＴ１（図４参照：以下、「スロットｉ」ということがある。）内において、所定の送信時間だけ無線送信を行う。
すなわち、路側通信機２の記憶部２４は、例えば次のａ）及びｂ）の情報を含むスロット情報Ｓ６を記憶している。このスロット情報Ｓ６は路側通信機２ごとに個別に設定されている。
ａ） 自装置が使用中のスロット番号ｉ（図４参照）
ｂ） スロット番号ｉの第１スロットＴ１（図４参照）の開始時刻及び継続時間

また、路側通信機２の記憶部２４は、自装置からダウンリンク送信すべき情報量（送信データ量）に対応する送信時間と、その送信開始時刻とを記憶している。この送信開始時刻と送信時間は、自装置に割り当てられたタイムスロットＴ１内に収まるように、路側通信機２ごとに個別に設定される。
送信制御部２３Ａは、設定された送信時間長のダウンリンク信号を生成して、このダウンリンク信号を設定された送信開始時刻に無線通信部２１に送信させる。

路側通信機２の送信時間は、自装置に割り当てられたタイムスロットＴ１の継続時間（スロット長）の最大限に設定してもよいが、他の通信機２，３との同期ずれや受信側の情報処理時間等を考慮して、所定のマージン（例えば１０μｓオーダーのガードタイム）をもってスロット長よりもやや短めに設定されることが好ましい。
また、路側通信機２の送信時間は、自装置に割り当てられたスロット長の範囲内で任意の時間長さに設定可能であり、そのスロット長よりも大幅に短い時間（例えば、１／３や１／２）に設定することもできる。

なお、ダウンリンク信号の送信開始時刻と送信時間のうち、送信開始時刻については、自装置のスロット情報Ｓ６に含まれるスロットｉの開始時刻に基づいて、各路側通信機２の送信制御部２３Ａが自律的に生成するようにしてもよい。
路側通信機２の送信制御部２３Ａは、上記スロット情報Ｓ６を含むダウンリンク信号に、現在時刻のタイムスタンプを付して無線通信部２１にブロードキャスト送信させる。

車載通信機３は、上記スロット情報Ｓ６とタイムスタンプを含むダウンリンク信号を受信すると、そのタイムスタンプの現在時刻を基準として、スロット情報Ｓ６に記されたスロット番号ｉの第１スロットＴ１以外の時間帯（図４の第２スロットＴ２）に無線送信を行う。
なお、後述するメイン周期Ｃｍをスロット情報Ｓ６に含めるようにすれば、スロットｉの開始時刻やタイムスタンプの現在時刻をメイン周期Ｃｍ内の相対時刻で表現することができる。この場合、それらの時刻を絶対時刻で表現する場合に比べて、スロット情報Ｓ６のビット数を低減することができる。

上記スロット情報Ｓ６には、少なくとも、自装置が使用するスロットｉの時間が含まれていればよいが、路路間通信や中央装置４との通信によって他の路側通信機２のスロット情報Ｓ６が分かっている場合は、他装置のスロット情報Ｓ６を自装置から送信することにしてもよい。

〔タイムスロットの内容〕
図４は、路車間通信のタイムスロットの一例を示す概念図である。
図４に示すように、路車間通信のタイムスロットは、第１スロットＴ１と第２スロットＴ２とを含み、これらの合計期間が一定のスロット周期Ｃｓで繰り返ようになっている。各スロット周期Ｃｓの第１スロットＴ１は、路側通信機２用のタイムスロットであり、この時間帯では路側通信機２による無線送信が許容される。

第１スロットＴ１にはスロット番号ｉが付されており、このスロット番号ｉは周期的にインクリメント（デクリメントであってもよい。）される。
また、第２スロットＴ２は、車載通信機３用のタイムスロットであり、この時間帯は車載通信機３による無線送信用として開放するため、路側通信機２の送信制御部２３Ａは第２スロットＴ２では無線送信を行わない。

スロット番号ｉは、予め定められた所定数ｎとなると当初番号（図例ではｉ＝１）に戻る。従って、ｎ回分のスロット周期Ｃｓをメイン周期Ｃｍとすると、各スロット番号ｉ〜ｎの第１スロットＴ１はそのメイン周期Ｃｍごとに１回ずつ生じる。
なお、各周期Ｃｓ，Ｃｍの時間長やスロット周期Ｃｓの総数ｎについては、システム事業者が適宜設定することができるが、本実施形態では、一例として、Ｃｓ＝１０ｍｓ、Ｃｍ＝１００ｍｓ及びｎ＝１０とする。

図４において、スロット番号ｉ＝１〜３の第１スロットＴ１に記したドット●は、当該スロット番号ｉの第１スロットＴ１に無線送信する路側通信機２を示し、ドット●が複数あるスロット１，２は、複数の路側通信機２の送信タイミングが重複しており、当該スロット番号ｉを複数の路側通信機２が共用していることを示す。
すなわち、図４の例では、スロット１を、交差点Ｊ１と交差点Ｊ１１に設置された２つの路側通信機２が共用しており、スロット２を、交差点Ｊ２、交差点Ｊ９、交差点Ｊ１０に設置された３つの路側通信機２が共用している。

その理由は、例えば図１の交差点Ｊ１と交差点Ｊ１１のように、距離が離れた路側通信機２同士はダウンリンクエリアＡが重複しておらず、１つの車載通信機３が複数の路側通信機２から同時にダウンリンク信号を受ける直接干渉（図６（ａ）参照）が生じないか、或いはその可能性が極めて低いことから、これらに同じスロットｉを設定して各路側通信機２の送信時間が重複しても、車載通信機３が各路側通信機２からダウンリンク信号を適切に受信できるからである。

一方、１つの車載通信機３について上記直接干渉が発生し得る、比較的近い位置関係にある路側通信機２同士の場合は、スロット番号ｉを同じに設定して送信時間を重複させることはできない。
もっとも、直接干渉が発生し得る路側通信機２同士でも、第１スロットＴ１内において時分割で送信時間をスケジューリングすれば、同じスロット番号ｉを共用することもできる。なお、直接干渉が生じないために同じスロット番号ｉを使用する路側通信機２同士でも、図６（ｂ）に示す間接干渉が生じる場合があるが、この点については後述する。

〔車載通信機〕
図３に戻り、車載通信機３は、無線通信のためのアンテナ３０に接続された通信部（送受信部）３１と、この通信部３１に対する通信制御を行うプロセッサ等よりなる制御部３２と、この制御部３２に接続されたＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置よりなる記憶部３３とを備えている。
記憶部３３は、制御部３２が実行する通信制御のためのコンピュータプログラムや、各通信装置２，３の通信機ＩＤ等を記憶している。

車載通信機３の制御部３２は、車車間通信のためのキャリアセンス方式による無線通信を通信部３１に行わせるものであり、路側通信機２のような時分割多重方式での通信制御機能は有していない。
従って、車載通信機３の通信部３１は、所定の搬送波周波数の受信レベルを常時感知しており、その値がある閾値以上である場合は無線送信を行わず、当該閾値未満になった場合にのみ無線送信を行うようになっている。

車載通信機３の制御部３２は、前記コンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、通信部３１の無線送信タイミングを制御する送信制御部３２Ａと、通信部３１の受信データの中継処理を行うデータ中継部３２Ｂとを有する。
車載通信機３の送信制御部３２Ａは、路側通信機２から取得したスロット情報Ｓ６の開始時刻とスロット情報Ｓ６に従って、自身に許容された無線送信の時間帯を設定し、この時間帯だけ通信部３１に無線送信を行わせる。

すなわち、送信制御部３２Ａは、路側からのダウンリンク信号や車側からの受信フレームから路側通信機２のスロット情報Ｓ６を抽出するともに、ダウンリンク信号に含まれるタイムスタンプの時刻を基準として、スロット情報Ｓ６に記されたスロット番号ｉのタイムスロットＴ１以外の時間帯（図４の第２スロットＴ２）においてのみ、キャリアセンス方式による無線送信を通信部３１に行わせる。
なお、車載通信機３の送信制御部３２Ａは、複数の路側通信機２の送信タイミングが重複して割り当てられたスロットｉの場合は、複数のスロット情報Ｓ６に基づいて間接干渉を回避するための送信可能時間の設定処理を実行するが、その詳細については後述する。

また、車載通信機３の送信制御部３２Ａは、車両５（車載通信機３）の現時の位置、方向及び速度等を含む車両情報Ｓ３を送信フレームに格納し、この送信フレームを、通信部３１を介して外部にブロードキャストで無線送信させる。
車載通信機３のデータ中継部３２Ｂは、通信部３１が受信した受信フレームから所定のデータを抽出し、抽出したデータを送信フレームに含めて同通信部３１に送信させる中継処理を行うことができる。

例えば、データ中継部３２Ｂは、路側通信機２のダウンリンク信号から交通情報Ｓ３や他の車両５の車両情報Ｓ３を抽出し、抽出したデータを含む送信フレームを生成して通信部３１に送信させる。
また、データ中継部３２Ｂは、路側通信機２のダウンリンク信号や他の車両５から受信した受信フレームにスロット情報Ｓ６が含まれている場合には、そのスロット情報Ｓ６を抽出して記憶部３３に一時的に記憶させるとともに、そのスロット情報Ｓ６を送信フレームに格納して通信部３１に送信させる。

本実施形態では、車載通信機３の送信フレームに中継回数のフィールドが定義されており、データ中継部３２Ｂは、スロット情報Ｓ６を自身が送信する送信フレームに格納する場合には、受信フレームでのフィールド値を１つインクリメントした送信フレームを生成して、このフレームを通信部３１に送信させる。
従って、路側通信機２から直接受信したスロット情報Ｓ６を自身が送信する送信フレームに含める場合には、中継回数のフィールド値は「１」となる。また、他車両５から受信した中継回数が「１」の受信フレームから抽出したスロット情報Ｓ６を自身が送信する送信フレームに含める場合には、中継回数のフィールド値は「２」となる。

また、車載通信機３の送信制御部３２Ａは、スロット情報Ｓ６を含むダウンリンク信号や他の車両５からの受信フレームを受信すると、その受信時点からの経過時間をカウントするようになっている。
なお、本実施形態では、車載通信機３の制御部３２は、他の車両５（車載通信機３）から直接受信した車両情報Ｓ３や、路側通信機２から受信した他の車両５の車両情報Ｓ３に含まれる、位置、速度及び方向に基づいて、右直衝突や出合い頭衝突等を回避する安全運転支援制御を行うことができる。

〔車載通信機の送信フレーム〕
図５は、車載通信機３の送信フレームのフォーマットの一例を示す図である。
図５に示すように、車載通信機３の送信フレームには、プリアンブル、ヘッダ、データ、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）が含まれている。
このうち、ヘッダには、ＭＡＣヘッダを拡張した拡張ＭＡＣヘッダが定義されており、この拡張ヘッダに前記スロット情報Ｓ６やその中継回数が格納される。

また、データには、車両５の位置、方向（進行方向）及び速度が含まれるが、路側通信機２からのダウンリンク信号を受信した場合の受信レベル等を含めることもできる。
車両５の位置や方向は、通常は、ＧＰＳ等の車両５側のセンサ類が自律的に測定した情報であるが、光ビーコン等のインフラ側から取得可能な場合もある。速度は、車両５の速度センサに基づいた情報である。

〔直接干渉と間接干渉〕
図６（ａ）は直接干渉の説明図であり、図６（ｂ）は間接干渉の説明図である。また、図６（ｃ）は間接干渉が発生し得るスロット割当を示すタイムチャートである。
以下、図６を参照して、本実施形態の無線通信システムにおいて問題となる上記２種類の電波干渉の内容と、間接干渉を回避するための車載通信機３における送信制御方法について説明する。

まず、「直接干渉」とは、１つの車載通信機３に対して複数の路側通信機２からのダウンリンク信号が同時に到達することをいう。この場合、複数のダウンリンク信号が衝突して電波干渉するため、車載通信機３がダウンリンク信号を適切に受信できなくなる可能性が高い。
かかる直接干渉は、図６（ａ）に示すように、２つの路側通信機２Ｘ，２ＹのダウンリンクエリアＡ，Ａが重複する範囲にある車両５に対して、各路側通信機２Ｘ，２Ｙが同時にダウンリンク送信する場合に発生する。

上記直接干渉を回避するには、例えば、一方の路側通信機２Ｘの送信時間をスロットｋ（スロット番号ｉ＝ｋの第１スロットＴ１）に割り当て、他方の路側通信機２Ｙの送信時間をスロットｋ以外のスロットに割り当て、両者の送信時間をずらせばよい。
逆に言えば、上記直接干渉が生じない図６（ｂ）に示す位置関係にある路側通信機２Ｘ，２Ｙ同士については、路側通信機２Ｘ，２Ｙからの送信信号の直接的な衝突のみを想定すれば、基本的に同じスロットｋに割り当てるのが効率的である。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、第１の路側通信機２ＸのダウンリンクエリアＡに第１の車載通信機３Ｘがあり、第１の路側通信機２Ｘと直接干渉が生じない位置関係にある第２の路側通信機２ＸのダウンリンクエリアＡに、第２の車載通信機３Ｙがある場合を想定する。
この場合において、「間接干渉」とは、第１の路側通信機２Ｘのダウンリンク信号と、第２の車載通信機３Ｙの送信信号Ｓｙ、又は、この送信信号Ｓｙを契機として無線送信された他の車載通信機３Ｚの送信信号Ｓｚとが、第１の車載通信機３Ｘに対して同時に到達することをいう。

かかる間接干渉は、図６（ｃ）に示すように、各路側通信機２Ｘ，２ＹのタイムスロットＴ１の継続時間（スロット長）が異なる場合に発生し得る問題である。
すなわち、図６（ｃ）に示すように、路側通信機２Ｘ，２Ｙの送信時間Ｔｘ，Ｔｙが同じ開始時刻のスロットｋ（スロット番号ｉ＝ｋの第１スロットＴ１）に割り当てられているが、路側通信機２Ｘに割り当てられたスロット長Ｌｘが、路側通信機２Ｙに割り当てられたスロット長Ｌｙよりも長いと仮定する。

この場合、路側通信機２Ｘ，２Ｙがそれぞれ相手方のスロット長を知らずに、自身のスロット情報だけをブロードキャスト送信するとすれば、路側通信機２ＸのダウンリンクエリアＡでスロット情報を受信した第１の車載通信機３Ｘの場合は、長い方のスロット長Ｌｘの範囲で無線送信が規制される。
これに対して、路側通信機２ＹのダウンリンクエリアＡでスロット情報を受信した第２の車載通信機３Ｙの場合は、短い方のスロット長Ｌｙの範囲でしか無線送信が規制されないので、スロット長Ｌｙの経過後でかつスロット長Ｌｘの経過前の時間帯（図６（ｃ）の（Ｌｘ−Ｌｙ）の時間帯）に無線送信を行うことができる。

そして、上記時間帯（Ｌｘ−Ｌｙ）で第２の車載通信機３Ｙが無線送信を行うと、車載通信機３Ｘ，３Ｙ間の距離が車載通信機３の電波到達距離以下の場合には、その時間帯（Ｌｘ−Ｌｙ）に送信された第２の車載通信機３Ｙの送信信号Ｓｙが、第１の車載通信機３Ｘに到達する。
また、車載通信機３Ｘ，３Ｙ間の距離が電波到達距離を超える場合でも、第２の車載通信機３Ｙの送信信号Ｓｙを受けてデータ中継を行う第３の車載通信機３Ｚの送信信号Ｓｚが、第１の車載通信機３Ｘに到達することもあり得る。

このように、直接干渉が生じない位置関係にあるため、路側通信機２Ｘ，２Ｙの送信時間Ｔｘ，Ｔｙを同じ開始時刻のスロットｋに割り当てる場合でも、各路側通信機２Ｘ，２Ｙのスロット長Ｌｘ，Ｌｙが異なっている場合には、長い方のスロット長Ｌｘの路側通信機２Ｘに従う第１の車載通信機３Ｘに対して、当該路側通信機２Ｘからのダウンリンク信号と、短い方のスロット長Ｌｙの路側通信機２Ｙに従う第２の車載通信機３Ｙからの送信信号Ｓｙ（或いは、送信信号Ｓｙを契機とした別の送信信号Ｓｚ）が同時に到達する間接干渉が発生する可能性があり、かかる間接干渉が生じると、第１の車載通信機３Ｘが、路側通信機２Ｘのダウンリンク信号を適切に受信できなくなる恐れがある。

なお、上記の説明では、図６（ｂ）において、車載通信機３Ｘが路側通信機２Ｘからそのスロット情報を直接受信し、車載通信機３Ｙが路側通信機２Ｙからそのスロット情報を直接受信する場合を想定したが、車載通信機３Ｙが、車載通信機３Ｘや車載通信機３Ｚからの中継により、路側通信機２Ｙのスロット情報だけでなく、路側通信機２Ｘのスロット情報を間接的に取得した場合でも、スロット情報の選択方法によっては、間接干渉の問題が発生し得る。

すなわち、例えば、車載通信機３Ｙが、複数のスロット情報を直接又は間接に取得した場合に、その中から中継回数が最小のスロット情報に基づいて自身の送信可能時間を設定する方法が考えられるが、この方法では、常に路側通信機２Ｙから直接受信したスロット情報に基づいて自身の送信可能時間（この場合、路側通信機２Ｙが送信しない時間帯）を車載通信機３Ｙが設定することになるので、結局、スロット長Ｌｙの範囲でしか無線送信が規制されず、依然として間接干渉が発生し得る。

〔間接干渉を避けるための送信制御方法（原理）〕
そこで、本実施形態では、移動通信機３Ｙの送信制御部３２Ａが、受信した複数のスロット情報Ｓ６に基づいて、同じスロット番号ｋのスロットｋを使用する、送信タイミングが重複する各路側通信機２Ｘ，２Ｙのいずれもが許容する時間帯を、自身の送信可能時間に設定することにより、上記間接干渉を回避するようにした。

具体的には 車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａは、複数の路側通信機２Ｘ，２Ｙの送信時間が重複して割り当てられたスロットｋに関して、路側通信機２Ｘのスロット情報Ｓ６を他の車載通信機（例えば、図６（ｂ）の車載通信機３Ｚ）から取得し、路側通信機２Ｙのスロット情報Ｓ６を当該通信機２Ｙのダウンリンク信号で直接受信すると、各スロット情報Ｓ６に含まれるスロット長Ｌｘ，Ｌｙをそれぞれ抽出し、このスロット長Ｌｘ，Ｌｙの最大値（この場合はスロットＬｘ）を重複割当に係るスロットｋのスロット長と見なし、当該最大スロット長Ｌｘ以外の時間帯を自身の送信可能時間に設定する。

換言すると、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａは、同じスロット番号ｋを使用しているために送信タイミングが重複する複数の路側通信機２Ｘ，２Ｙのうち、送信時間が最長の路側通信機２Ｘが許容する時間帯（スロットＬｘ以外の時間帯）を、自身の送信可能時間として設定する。

このようにすれば、スロット長Ｌｘとスロット長Ｌｙの差分の時間帯（Ｌｘ−Ｌｙ）において車載通信機３Ｙが無線送信しなくなり、同じスロットｋが割り当てられる複数の路側通信機２Ｘ，２Ｙのスロット長Ｌｘ，Ｌｙが揃っていないために発生する、車載通信機３Ｘ〜３Ｚの無線通信を介した間接干渉を有効に防止することができる。
なお、図６（ｂ）及び（ｃ）では、２つの路側通信機２Ｘ，２Ｙの場合を例示したが、３つ以上の路側通信機２に同じスロットｋが重複して割り当てられている場合も同様である。すなわち、この場合は、送信制御部３２Ａが、３つ以上の路側通信機２についての各スロット長の最大値以外の時間帯を、自身の送信可能時間に設定することになる。

図６（ｃ）の例では、スロットｋの開始時刻が各路側通信機２で共通することを前提としているが、同じスロット番号ｋでも路側通信機２Ｘ，２Ｙによって開始時刻が異なる場合もあり得る。そこで、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａは、同じスロット番号ｋのタイムスロットＴ１を共用する路側通信機２Ｘ，２Ｙについて、そのうちの最も早いスロット開始時刻から最も遅いスロット終了時刻までの最大時間以外の時間帯を、自身の送信可能時間に設定することにしてもよい。
この場合には、複数の路側通信機２の送信タイミングが重複するスロットｋのスロット長だけでなく、スロット開始時刻が揃っていない場合でも、前記間接干渉を有効に防止することができる。

〔送信可能時間の設定処理の具体例〕
図７（ａ）は、路側通信機２Ｘ〜２Ｚと車載通信機３Ｘ，３Ｙの位置関係を示す道路平面図であり、図７（ｂ）は、車載通信機３Ｙによる送信可能時間の設定処理の具体例を示す説明図である。
以下、図７を参照しつつ、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａが行う送信可能時間の設定処理について説明する。

図７（ａ）において、南北方向の２つの道路Ｒ１，Ｒ２のうち、左側の道路Ｒ１は幹線道路（例えば、合計４車線以上の道路）であり、右側の道路Ｒ２は幹線道路よりも規模が小さい側道であり、東西方向の３つの道路Ｒａ〜Ｒｃのうち、最も北側の道路Ｒａは幹線道路であり、その他の道路Ｒｂ，Ｒｃは側道であるとする。

また、幹線道路Ｒ１，Ｒａ同士が交差する大規模交差点に第１の路側通信機２Ｘが設置され、側道Ｒ２，Ｒｃ同士が交差する小規模交差点に第２の路側通信機２Ｙが設置され、車載通信機３Ｙから遠く離れた遠方（例えば、２ｋｍ以上）の交差点に第３の路側通信機２Ｚが設置されているとする。
更に、各路側通信機２Ｘ〜２Ｚは、それぞれ直接干渉の位置関係ではないので、図７（ｂ）に示すように、同じ開始時刻（ｔ＝１０ｍ秒）のスロットｋを使用している。

また、送信データ量が多い大規模交差点にある第１の路側通信機２Ｘでは、長めのスロット長（＝５ｍ秒）のスロット情報ＳＬｘとなっており、送信データ量が少ない小規模交差点にある第２の路側通信機２Ｙでは、短めのスロット長（＝３ｍ秒）のスロット情報ＳＬｙとなっている。
なお、第３の路側通信機２Ｚは、路側通信機２Ｘよりも更に大規模な交差点に設置されていると仮定して、三者２Ｘ〜２Ｚの中では最も長いスロット長（＝７ｍ秒）のスロット情報ＳＬｚとなっている。

また、２つの車載通信機３Ｘ，３Ｙは道路Ｒ２を走行中の車両に搭載され、第１の車載通信機３Ｘが第１の路側通信機２Ｘのダウンリンク信号を受信可能であり、第２の車載通信機３Ｙが第２の路側通信機３Ｘのダウンリンク信号を受信可能な位置関係にある。
かかる状況下において、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａは、まず、自身が取得した各スロット情報ＳＬｘ〜ＳＬｚの中継回数と、その受信時から現在時刻までの経過時間とに基づいて、各スロット情報ＳＬｘ〜ＳＬｚの有効性を判定する。

具体的には、送信制御部３２Ａは、スロット情報ＳＬｘ〜ＳＬｚの中継回数が所定の閾値（例えば、５回）以下であるか否かを判定する。また、送信制御部３２Ａは、スロット情報ＳＬｘ〜ＳＬｚの経過時間が所定の閾値（例えば、１０分）以下であるか否かを判定する。
そして、送信制御部３２Ａは、それらの判定結果がいずれも肯定的であるスロット情報を有効とし、いずれかの判定結果が否定的であるスロット情報については、無効として送信可能時間の設定処理の対象から除外する。

図７（ｂ）の例では、第１及び第２のスロット情報ＳＬｘ，ＳＬｙが、各判定をいずれもクリアしているため有効なスロット情報と判定され、第３のスロット情報Ｓｚが、各判定をいずれもクリアしていないため無効なスロット情報と判定されている。
次に、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａは、有効と判定されたスロット情報ＳＬｘ，ＳＬｙからスロット長をそれぞれ抽出し、その中の最大値（＝５ｍ秒）を、路側通信機２Ｘ，２Ｙの送信タイミングが重複するスロットｋのスロット長であると見なして、その最大値以外の時間帯を、自身の送信可能時間（図７（ｂ）のハッチング部分）に設定する。

これにより、車載通信機３Ｙが、スロットｋにおける１３〜１５ｍ秒の時間帯に無線送信しなくなるので、路側通信機２Ｘのダウンリンク信号と車載通信機３Ｙからの送信信号とが車載通信機３Ｘに同時に到達しなくなり、前記した間接干渉が防止される。
また、本実施形態では、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａが、スロット情報ＳＬｘ〜ＳＬｚの中継回数や経過時間に基づいてその有効性を判定するので、車載通信機３Ｙから見て無関係な路側通信機２Ｚのスロット情報ＳＬｚが除外される。

このため、第３の路側通信機２Ｚのスロット情報ＳＬｚを送信可能時間の設定処理の対象に含めることに伴う、当該送信可能時間の無駄な短縮を未然に防止することができる。
すなわち、図７（ｂ）の例では、実は第３の路側通信機３Ｚのスロット長が７ｍ秒（＝最大長）であるため、このスロット情報ＳＬｚを除外しないと、遠方にある路側通信機３Ｚのスロット長によって車載通信機３Ｙの送信可能時間が無駄に短縮するが、本実施形態では、第３の路側通信機２Ｚのスロット情報ＳＬｚが無効として除外されるので、かかる送信可能時間の短縮を未然に防止できる。

また、本実施形態では、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａが、受信した複数のスロット情報ＳＬｘ〜ＳＬｚの中で有効なものについては、他の車載通信機３Ｘ，３Ｚから中継された路側通信機２Ｘのスロット情報ＳＬｘであっても、送信可能時間の設定対象に含めるようになっている。
このため、車載通信機３Ｙが、最小の中継回数のスロット情報ＳＬｙに基づいて送信可能時間を設定することに伴う間接干渉を有効に防止することができる。

なお、上記の例では、車載通信機３Ｙの送信制御部３２Ａが、スロット情報ＳＬｘ〜ＳＬｚの中継回数と経過時間の双方に基づいてその有効性を判定しているが、いずれか一方のみでその有効性を判定することにしてもよい。

〔その他の変形例〕
今回開示した各実施形態は本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲及びその構成と均等な範囲内での全ての変更が含まれる。

上記実施形態の高度道路交通システムおいて、車載通信機３の代わりに或いは車載通信機３に加えて、歩行者等が携帯する通信機（携帯通信端末）を用いてもよい。もっとも、この場合には、その携帯通信端末が、上記実施形態の車載通信機３の場合と同様に、路側通信機２の送信時間（第１スロットＴ１）中においては無線送信を行わないという規約に従う必要がある。

１ 交通信号機
２ 路側通信機
３ 車載通信機（移動通信機）
４ 中央装置
５ 車両
２１ 無線通信部
２２ 有線通信部
２３ 制御部
２３Ａ 送信制御部
２３Ｂ データ中継部
２４ 記憶部
３０ アンテナ
３１ 通信部（受信手段）
３２ 制御部
３２Ａ 送信制御部（送信制御手段）
３２Ｂ データ中継部
３３ 記憶部
Ｓ１ 信号制御指令
Ｓ２ 交通情報
Ｓ３ 車両情報
Ｓ４ 感知情報
Ｓ５ 画像データ
Ｓ６ スロット情報
Ｔ１ 第１スロット（タイムスロット）
Ｔ２ 第２スロット（タイムスロット）

Claims (5)

1. 路側通信機からの無線送信専用のタイムスロットが時分割で割り当てられ、そのタイムスロット以外の時間帯だけ移動通信機が無線送信するのを許容する無線通信システムであって、
   前記移動通信機は、前記タイムスロットに関するスロット情報を受信する受信手段と、
   前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる前記路側通信機から受信した複数の前記スロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする送信制御手段と、を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記スロット情報には、周期的に繰り返す複数の前記タイムスロットのうちのどの前記タイムスロットかを表すスロット番号が含まれ、
   前記送信制御手段は、前記スロット番号が同じである前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 路側通信機の無線送信のために時分割で割り当てられたタイムスロット以外の時間帯だけ無線送信するのが許容された移動通信機であって、
   前記タイムスロットに関するスロット情報を受信する受信手段と、
   前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる前記路側通信機から受信した複数の前記スロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする送信制御手段と、を備えていることを特徴とする移動通信機。
4. 前記スロット情報には、周期的に繰り返す複数の前記タイムスロットのうちのどの前記タイムスロットかを表すスロット番号が含まれ、
   前記送信制御手段は、前記スロット番号が同じである前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とする請求項３に記載の移動通信機。
5. 路側通信機の無線送信のために時分割で割り当てられたタイムスロット以外の時間帯だけ無線送信するのが許容された移動通信機の送信制御方法あって、
   前記タイムスロットに関するスロット情報を受信するステップと、
   前記タイムスロットの開始時刻が揃えられている異なる前記路側通信機から受信した複数の前記スロット情報から抽出した前記タイムスロットのスロット長が揃っていない場合に、最長の前記スロット長を自身の送信が許容されていない時間帯とするステップと、を含むことを特徴とする移動通信機の送信制御方法。

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