無線通信装置および路車間通信システム
【課題】簡易な方法で車両の到来方向を検知できる無線通信技術を提供する。
【解決手段】車載端末との間で無線通信を行う無線通信装置であって、前記車載端末から送信される既知信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が自装置に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、を有する。
【解決手段】車載端末との間で無線通信を行う無線通信装置であって、前記車載端末から送信される既知信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が自装置に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術に関し、特に、車両の到来方向を検知可能とする無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に無線通信装置を搭載し、車車間または路車間で無線通信が行われている。このような無線通信の一例は、交差点やカーブなどの見通しの悪い道路において、見通し外の車両に関する情報を通知する安全運転支援システムである。このようなシステムにおいて、ある車両が必要とする情報は、自車両に対して向かってくる車両についての情報である。すなわち、相手車両の走行方向に応じて、その車両についての情報が必要であるか不要であるか変化する。したがって、他の車両の走行方向などが分かれば、不要な情報を受信・処理する必要がなくなる。
【０００３】
このように、車車間通信や路車間通信では、各無線通信装置が、周囲の端末の位置や走行方向を把握することで、必要な端末とのみ通信を行うことができる。これにより、通信の信頼性の向上や、不要な電波放射を削減することができる。また、送信側がアダプティブアレイ技術によって通信エリアを限定することで、さらに不要な電波放射を抑制できる。
【０００４】
したがって、各端末がＧＰＳ位置情報、端末ＩＤ、速度ベクトル、加速度ベクトルなどを周囲に定期的に送信する技術が提案されている。特許文献１では、各車両がＧＰＳや車速センサから得られる走行状況を端末ＩＤとともに送信することで、周囲の車両の走行情報を把握可能としている。
【特許文献１】特開２０００−３４８２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、各車両は自車の走行状況を取得するために、ＧＰＳシステムや車速センサが必要である。また、各車両が、これらの情報を定期的に送信するため、通信量が増大してしまう。特に渋滞発生時などには通信量が極端に大きくなってしまうとともに、電波の干渉が発生し通信が困難になってしまう。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡易な方法で車両の到来方向を検知できる無線通信技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の受信アンテナを用いて、車載端末から発信される既知信号の位相差や周波数偏移に基づいて、車両の方位および車両が近づいているか遠ざかっているかを推定することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る無線通信装置は、車載端末との間で無線通信を行うものであって、前記車載端末から送信される既知信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が自装置に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、を有する。
【０００９】
このように複数の受信アンテナにおいて受信される既知信号の位相差および周波数偏移に基づいて車両の方位および走行方向を推定しているため、車両側にＧＰＳ装置やセンサなどの装備を設ける必要がない。また、車載端末から送信する既知信号は短い信号で十分なので、送信する情報量を削減できるとともに、使用帯域、消費電力を削減することができる。
【００１０】
本発明に係る無線通信装置において、受信アンテナは指向性アンテナであり、それぞれが異なる方向に指向性を有している構成を採用することができる。
【００１１】
また、本発明に係る無線通信装置において、受信アンテナ自体は指向性を有しないが、電波を遮蔽する遮蔽手段が設けられており、受信アンテナは遮蔽手段によって所定方向からの電波が遮蔽されることで、それぞれが異なる方向に対する指向性を有する構成を採用することができる。より具体的には、遮蔽手段が多角柱状または円柱状の電波吸収体であり、複数の受信アンテナが電波吸収体に近接して配置されることで、所定方向からの電波が遮蔽される構成を採用することができる。
【００１２】
このように、受信アンテナが所定方向からの電波を受信するよう指向性を有することで、車両の大まかな方位を推定できる。そして、複数の受信アンテナにおける受信信号の位相差に基づいて、より詳細な方位を推定することが可能である。
【００１３】
なお、本発明における無線通信装置は、交差点に配置され、複数の受信アンテナは道路方向に対する指向性を有し、判定手段は車載端末が所定の道路方向から自装置に対して近づいてくる場合に、車載端末と無線通信を行うと判定することが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、種々の方向に車両が行き交う交差点において、車両の走行方向を適切に推定し、必要のある車両に対してのみ情報を送信することが可能となる。
【００１５】
なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する無線通信装置として捉えることができる。また、本発明は、上記無線通信装置（路側機）と上記車載端末とから構成される路車間通信システムとして捉えることもできる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む無線通信方法、または、かかる方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り組み合わせて本発明を構成することができる。
【００１６】
たとえば、本発明の一態様としての路車間通信システムは、路側機と車載端末との間で無線通信を行う路車間通信システムであって、前記車載端末は、既知信号を送信する送信手段を有し、前記路側機は、前記既知信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が前記路側機に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易な方法で車両の到来方向を検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
＜システム構成＞
図１は、本実施形態に係る路車間通信システムのシステム概要を説明する図である。交差点に設定された路側機１（本発明における無線通信装置に相当）は、所定の道路方向から自装置に対して近づいてくる車両に対して情報の提供を行う。本実施形態において、所定の道路方向は図１における左側であり、サービス提供エリア３は図示したような範囲である。
【００２０】
たとえば、路側機１が提供する情報が図中右方向についての信号機の情報である場合、この情報を必要とする車両は、この交差点に図中左側から進入してくる車両である。したがって、サービス提供エリア３は図に示すような範囲となっている。逆に言うと、サービス提供エリア３に車両が存在するか否かは、その車両が図中左側から路側機１に対して近づいてくるか否かによって判断することができる。そして、路側機１は、そのような車両と無線通信を行う。図１の例では、路側機１は、車両Ａと無線通信を行い、車両Ｂ，Ｃとは無線通信を行わない。
【００２１】
＜路側機の構成＞
図２は、路側機１のアンテナ部分の構成を示す図である。路側機１は、４つのアンテナＡＮＴ１〜４を有する。４つのアンテナＡＮＴ１〜４は、正方形を構成するように配置されている。また、各アンテナＡＮＴ１〜４は、無指向性のアンテナである。ただし、各アンテナＡＮＴ１〜４は電波を遮蔽する円柱状の電波吸収体３の周囲に配置され、電波吸収体３方向からの電波を受信しない。したがって、それぞれが異なる方向に対して指向性を有する。
【００２２】
図１に示すように路側機１は、交差点（十字路）に設けられている。そして、各アンテナＡＮＴ１〜４は、各道路方向からの電波を強く受信するように、電波吸収体３によって指向性が規定されている。言い換えると、電波吸収体３によって所定方向からの電波が遮蔽された結果、各アンテナＡＮＴ１〜４は、それぞれが道路方向に対して指向性を有する構成となっている。
【００２３】
図３は、路側機１の機能構成を示す図である。路側機１は、アンテナＡＮＴ１〜４、合成器１１、到来方向推定部１２、周波数検知部１３、通信制御部１４および通信データ処理部１５を備える。
【００２４】
合成器１１は、複数のアンテナＡＮＴ１〜４の受信信号に対して、振幅・位相を制御する複素のウェイト（重み係数）を算出し、このウェイトによって調整された信号を合成する。ウェイトの計算法については、たとえば、固有変調信号（既知信号）を用いても良いし、ガードインターバルなどの周期的に送信信号に挿入された波形を利用しても良い。
【００２５】
到来方向推定部１２は、各アンテナにおいて受信される車両（車載端末）からの固有変調信号の受信信号強度や位相差に基づいて、車両の位置を推定する。到来方向推定部１２が行う、車両の位置推定処理の詳細については後述する。
【００２６】
周波数検知部１３は、各アンテナにおいて受信される固有変調信号の周波数偏移量を算出する。通信制御部１４は、この周波数偏移量に基づいて、車両が自装置に対して近づいてくるか遠ざかるか、さらには、車両の移動速度を推定することができる。周波数検知部１３が行う、周波数偏移量を検知する処理の詳細についても後述する。
【００２７】
通信制御部１４は、路側機１の通信全般に係る制御を行い、特に、到来方向推定部１２および周波数検知部１３から推定される車両の位置および移動方向に基づいて、その車両
と無線通信を行うか否かの判定を行う。通信データ処理部１５は、受信データの処理を行う。
【００２８】
なお、図３では、路側機１の受信に係る機能部のみを説明したが、路側機１は送信に係る機能も有する。ただし、路側機１が有する無線送信機能は具体的にどのように実現されても構わない。たとえば、送信アンテナは１つのみであっても良く、送信アンテナが複数設けられアダプティブアレイ技術を用いて車両方向のみに電波を送信するように構成されても良い。
【００２９】
＜到来方向推定処理＞
到来方向推定部１２は、各車両から送信される固有変調信号に基づいて車両の位置を推定する。各車両は、路側機１から定期的に送信されるビーコンを受信すると、自端末の種類を識別する固有変調信号（パケットのプリアンブル等）を送信する。
【００３０】
以下、到来方向推定部１２が行う、車両の位置推定処理について図４、５を参照して説明する。なお、図１における車両Ａから受信した固有変調信号に基づいて、車両Ａの位置を推定する場合を例に説明する。
【００３１】
車両Ａから発信された固有変調信号は、路側機１の４つのアンテナのうちアンテナＡＮＴ１において最も受信強度が強くなる。したがって、車両Ａは路側機１の左側に位置することが大まかに判断できる。到来方向推定部１２は、各受信アンテナにおける受信信号の位相差に基づいて、より詳細な車両Ａの方位を推定する。ここで、図１，４に示すように、図中左側の道路に沿った方向を基準として、そこからの角度θａを推定する。
【００３２】
到来方向推定部１２は、受信電力が最も大きいアンテナＡＮＴ１を基準として、ＡＮＴ２およびＡＮＴ３における受信信号の位相差を検出する。アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の受信信号の位相差から、図４に示す角度αを算出できる。また、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ３の受信信号の位相差から、図４に示す角度−βを算出できる。図１，４に示すような状況の場合、アンテナＡＮＴ１を基準とした場合の位相差は図５に示すようになる。
【００３３】
ここで、α＝π／４＋θａであり、−β＝π／４−θａであることから、θａ＝（α＋β）／２として求められることが分かる。すわなち、各受信アンテナにおいて受信される固有変調信号（既知信号）の位相差に基づいて、車両の方位を推定することができる。
【００３４】
＜周波数偏移量検知処理＞
次に、周波数検知部１３が行う、車両が送信する固有変調信号の周波数偏移量を検知する処理について説明する。各車両が発信する固有変調信号の周波数は固定であるが、車両が移動しているためドップラー偏移などの影響を受ける。そして、路側機１において受信される受信信号の周波数は偏移する。周波数検知部１３は、この周波数偏移量を検知する。
【００３５】
図６に、周波数検知部１３の詳細な機能ブロックを示す。周波数検知部１３は、直交復調器１３１、検波回路１３２および位相差計算器１３３から構成される。
【００３６】
直交復調器１３１は、複数のアンテナＡＮＴ１〜４のうち、受信強度が最も大きいアンテナにおける受信信号を直交復調して、Ｉ信号（同相成分）およびＱ信号（直交成分）に分割した直交復調信号を出力する。検波回路１３２は、Ｉ信号・Ｑ信号から受信信号の検波（復調）を行う。
【００３７】
位相差計算器１３３は、復調された受信信号の周波数の、発信された固有変調信号の周波数からの偏移量を算出する。まず、固有変調信号Ｖが以下のように表されるとする。
【００３８】
【数１】
ここで、ｆｃは搬送波周波数、θｃは初期位相である。
【００３９】
そして、検波回路１３２によって復調された受信信号Ｖｒが以下で表されるとする。
【００４０】
【数２】
ここで、Δθが周波数偏移量である。
【００４１】
なお、周波数偏移量Δθは、ドップラー偏移とマルチパスによる位相変化によって決まる。
【００４２】
【数３】
ここで、２πｆｄｔはドップラー偏移量を表し、θｍはマルチパスによる位相変化量を表す。
【００４３】
受信強度が最も強いアンテナにおいては、周波数偏移量はドップラー偏移による量が支配的である。したがって、以下の式で表されるΔθがドップラー偏移量を表すことになる。
【００４４】
【数４】
【００４５】
このようにして求められた周波数偏移量が正か負かによって、車両が路側機１に対して近づいているのか遠ざかっているのかを推定することが可能となる。
【００４６】
図７は、図１の状況において各アンテナＡＮＴ１〜４で受信される車両Ａからの受信信号の周波数偏移を表す図である。ここでは、アンテナＡＮＴ１における受信強度が最も強いため、アンテナＡＮＴ１の受信信号の周波数偏移量を求める。図７（ａ）に示すように、ドップラーシフト量ｆｄ＝ｆｒａ１−ｆｃ＞０であるため、車両Ａが路側機１に対して接近していることを判断することができる。
【００４７】
なお、受信強度が最も強いアンテナの受信信号だけでなく、他のアンテナにおける周波数偏移も考慮して車両の走行方向を推測しても良い。
【００４８】
＜通信対象車両判定処理＞
上述したように、到来方向推定部１２と周波数検知部１３とによって、車両の位置する方位および走行方向（近づいているか遠ざかっているか）を取得することができる。通信
制御部１４は、これらの結果に基づいて、通信対象とする車両を判定する処理を行う。以下、この処理について説明する。
【００４９】
図１に示すように車両Ａ〜Ｃの３台の車両が存在する場合に、これらの車両から送信される固有変調信号の受信結果から得られる到来方向推定部１２および周波数検知部１３の処理結果は図８に示すようになる。
【００５０】
車両Ａについては、受信信号の位相差から０〜π／２の方位に存在することが推定され、ドップラーシフトから路側機１に対して接近していることが推定される。車両Ｂについては、受信信号の位相差から０〜π／２の方位に存在することが推定され、ドップラーシフトから路側機１から遠ざかっていることが推定される。車両Ｃについては、受信信号の位相差からπ／２〜πの方位に存在することが推定され、ドップラーシフトから路側機１に対して接近していることが推定される。
【００５１】
路側機１のサービス提供エリア３は図１に示す通りなので、図中左方向から路側機１に対して接近してくる車両が、通信対象の車両であると判定することができる。そこで、通信制御部１４は、図９に示すフローチャートにしたがって、それぞれの車両について通信対象とするか否かを判定する。
【００５２】
すなわち、通信制御部１４は、到来方向が０〜π／２の範囲内であり、かつ、ドップラーシフトが正（路側機１に接近）している車両を通信の対象とする。ここで、車両Ａは、０〜π／２の範囲に位置し（Ｓ１−ＹＥＳ）、かつ、ドップラーシフトが正（Ｓ２−ＹＥＳ）なので通信対象となる。一方、車両Ｂは、０〜π／２の範囲に位置する（Ｓ１−ＹＥＳ）ものの、ドップラーシフトが負である（Ｓ２−ＮＯ）であるため、通信対象とはしない。また、車両Ｃは、０〜π／２の範囲内に位置しない（Ｓ１−ＮＯ）なので、通信対象とはしない。
【００５３】
＜実施形態の作用・効果＞
このようにして、路側機１は、車両の存在位置および走行方向を推定することが可能となり、通信対象とするべき車両を容易に判断することが可能となる。
【００５４】
ここで、車両側は単に固有変調信号（プリアンブル）を送信しているだけであり、ＧＰＳ装置やその他のセンサなどを設ける必要がなく、簡易かつ低コストに構成することができる。また、車両側は位置情報や自身のＩＤなどをペイロードとするパケットを送信するのではなく、短い固有変調信号を送信するだけであるため、通信量を削減できるとともに、使用帯域や消費電力なども削減することが可能となる。
【００５５】
（変形例）
路側機１のアンテナに関する具体的な構成は、図２に示す以外にも道路やサービス提供エリアの形状等を考慮して種々の構成を採用することが可能である。いくつかの例を図１０に示した。たとえば、図１０（ａ）に示すように、電波吸収体３の形状は、円柱形状ではなく四角柱形状であっても良い。これによっても、同様の効果を得ることができる。また、アンテナの数は４つである必要はなく、３つや５つ以上であっても構わない。アンテナが３つの場合には、図１０（ｂ）のように、三角柱の電波吸収体を用いることが好ましい。また、アンテナが５つの場合には、図１０（ｃ）のように、五角柱の電波吸収体を用いることが好ましい。また、電波吸収体の形状は円柱形状や多角柱形状に限られず、図１０（ｄ）に示すように、各アンテナの後ろにそれぞれ板状の電波吸収体が設けられる構成であっても構わない。また、アンテナ自体が指向性を有していても良い。
【００５６】
また、上記の実施形態の説明では、サービス提供エリア３は交差点の一方から接近して
くるエリアであったが、このような構成に限られるものではなく。たとえば、図１において、左方向および右方向から路側機１に接近してくる車両を通信対象としても良い。その他どのような車両を対象として通信を行うかは、路側機１が提供する情報に応じて適宜設定することができる。
【００５７】
また、上記の実施形態の説明では、路側機１は交差点における全ての道路方向に対して、それぞれ指向性を有するアンテナを備えていた。しかしながら、いくつかの方向に対してはアンテナを備えていなくても構わない。たとえば、上記の説明においてアンテナＡＮＴ４を省略しても良い。
【００５８】
また、上記の実施形態の説明では、本発明における無線通信装置を路側機１として構成したが、本発明における無線通信装置を車載端末とすることも可能である。すなわち、車車間通信においても、上記と同様に固有変調信号に基づいて、相手車両の存在方位および走行方向を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態に係る路車間通信システムのシステム全体の概要を示す図である。
【図２】路側機が有するアンテナの構造を示す図である。
【図３】路側機の機能構成を示す図である。
【図４】受信信号の到来方向と各アンテナにおける位相差を示す図である。
【図５】各アンテナで受信される受信信号の位相差を示す図である。
【図６】路側機が有する周波数検知部の詳細な機能ブロック図である。
【図７】各アンテナで受信される受信信号のドップラーシフト量を示す図である。
【図８】車両の到来方向およびドップラーシフト量の検知結果を示す図である。
【図９】車両を通信対象とするか否かを判定する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】路側機が有するアンテナの構造の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４ アンテナ
１ 路側機
１１ 合成器
１２ 到来方向推定部
１３ 周波数検知部
１３１ 直交復調器
１３２ 検波回路
１３３ 位相差計算器
１４ 通信制御部
１５ 通信データ処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術に関し、特に、車両の到来方向を検知可能とする無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に無線通信装置を搭載し、車車間または路車間で無線通信が行われている。このような無線通信の一例は、交差点やカーブなどの見通しの悪い道路において、見通し外の車両に関する情報を通知する安全運転支援システムである。このようなシステムにおいて、ある車両が必要とする情報は、自車両に対して向かってくる車両についての情報である。すなわち、相手車両の走行方向に応じて、その車両についての情報が必要であるか不要であるか変化する。したがって、他の車両の走行方向などが分かれば、不要な情報を受信・処理する必要がなくなる。
【０００３】
このように、車車間通信や路車間通信では、各無線通信装置が、周囲の端末の位置や走行方向を把握することで、必要な端末とのみ通信を行うことができる。これにより、通信の信頼性の向上や、不要な電波放射を削減することができる。また、送信側がアダプティブアレイ技術によって通信エリアを限定することで、さらに不要な電波放射を抑制できる。
【０００４】
したがって、各端末がＧＰＳ位置情報、端末ＩＤ、速度ベクトル、加速度ベクトルなどを周囲に定期的に送信する技術が提案されている。特許文献１では、各車両がＧＰＳや車速センサから得られる走行状況を端末ＩＤとともに送信することで、周囲の車両の走行情報を把握可能としている。
【特許文献１】特開２０００−３４８２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、各車両は自車の走行状況を取得するために、ＧＰＳシステムや車速センサが必要である。また、各車両が、これらの情報を定期的に送信するため、通信量が増大してしまう。特に渋滞発生時などには通信量が極端に大きくなってしまうとともに、電波の干渉が発生し通信が困難になってしまう。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡易な方法で車両の到来方向を検知できる無線通信技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の受信アンテナを用いて、車載端末から発信される既知信号の位相差や周波数偏移に基づいて、車両の方位および車両が近づいているか遠ざかっているかを推定することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る無線通信装置は、車載端末との間で無線通信を行うものであって、前記車載端末から送信される既知信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が自装置に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、を有する。
【０００９】
このように複数の受信アンテナにおいて受信される既知信号の位相差および周波数偏移に基づいて車両の方位および走行方向を推定しているため、車両側にＧＰＳ装置やセンサなどの装備を設ける必要がない。また、車載端末から送信する既知信号は短い信号で十分なので、送信する情報量を削減できるとともに、使用帯域、消費電力を削減することができる。
【００１０】
本発明に係る無線通信装置において、受信アンテナは指向性アンテナであり、それぞれが異なる方向に指向性を有している構成を採用することができる。
【００１１】
また、本発明に係る無線通信装置において、受信アンテナ自体は指向性を有しないが、電波を遮蔽する遮蔽手段が設けられており、受信アンテナは遮蔽手段によって所定方向からの電波が遮蔽されることで、それぞれが異なる方向に対する指向性を有する構成を採用することができる。より具体的には、遮蔽手段が多角柱状または円柱状の電波吸収体であり、複数の受信アンテナが電波吸収体に近接して配置されることで、所定方向からの電波が遮蔽される構成を採用することができる。
【００１２】
このように、受信アンテナが所定方向からの電波を受信するよう指向性を有することで、車両の大まかな方位を推定できる。そして、複数の受信アンテナにおける受信信号の位相差に基づいて、より詳細な方位を推定することが可能である。
【００１３】
なお、本発明における無線通信装置は、交差点に配置され、複数の受信アンテナは道路方向に対する指向性を有し、判定手段は車載端末が所定の道路方向から自装置に対して近づいてくる場合に、車載端末と無線通信を行うと判定することが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、種々の方向に車両が行き交う交差点において、車両の走行方向を適切に推定し、必要のある車両に対してのみ情報を送信することが可能となる。
【００１５】
なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する無線通信装置として捉えることができる。また、本発明は、上記無線通信装置（路側機）と上記車載端末とから構成される路車間通信システムとして捉えることもできる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む無線通信方法、または、かかる方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り組み合わせて本発明を構成することができる。
【００１６】
たとえば、本発明の一態様としての路車間通信システムは、路側機と車載端末との間で無線通信を行う路車間通信システムであって、前記車載端末は、既知信号を送信する送信手段を有し、前記路側機は、前記既知信号を受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が前記路側機に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易な方法で車両の到来方向を検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
＜システム構成＞
図１は、本実施形態に係る路車間通信システムのシステム概要を説明する図である。交差点に設定された路側機１（本発明における無線通信装置に相当）は、所定の道路方向から自装置に対して近づいてくる車両に対して情報の提供を行う。本実施形態において、所定の道路方向は図１における左側であり、サービス提供エリア３は図示したような範囲である。
【００２０】
たとえば、路側機１が提供する情報が図中右方向についての信号機の情報である場合、この情報を必要とする車両は、この交差点に図中左側から進入してくる車両である。したがって、サービス提供エリア３は図に示すような範囲となっている。逆に言うと、サービス提供エリア３に車両が存在するか否かは、その車両が図中左側から路側機１に対して近づいてくるか否かによって判断することができる。そして、路側機１は、そのような車両と無線通信を行う。図１の例では、路側機１は、車両Ａと無線通信を行い、車両Ｂ，Ｃとは無線通信を行わない。
【００２１】
＜路側機の構成＞
図２は、路側機１のアンテナ部分の構成を示す図である。路側機１は、４つのアンテナＡＮＴ１〜４を有する。４つのアンテナＡＮＴ１〜４は、正方形を構成するように配置されている。また、各アンテナＡＮＴ１〜４は、無指向性のアンテナである。ただし、各アンテナＡＮＴ１〜４は電波を遮蔽する円柱状の電波吸収体３の周囲に配置され、電波吸収体３方向からの電波を受信しない。したがって、それぞれが異なる方向に対して指向性を有する。
【００２２】
図１に示すように路側機１は、交差点（十字路）に設けられている。そして、各アンテナＡＮＴ１〜４は、各道路方向からの電波を強く受信するように、電波吸収体３によって指向性が規定されている。言い換えると、電波吸収体３によって所定方向からの電波が遮蔽された結果、各アンテナＡＮＴ１〜４は、それぞれが道路方向に対して指向性を有する構成となっている。
【００２３】
図３は、路側機１の機能構成を示す図である。路側機１は、アンテナＡＮＴ１〜４、合成器１１、到来方向推定部１２、周波数検知部１３、通信制御部１４および通信データ処理部１５を備える。
【００２４】
合成器１１は、複数のアンテナＡＮＴ１〜４の受信信号に対して、振幅・位相を制御する複素のウェイト（重み係数）を算出し、このウェイトによって調整された信号を合成する。ウェイトの計算法については、たとえば、固有変調信号（既知信号）を用いても良いし、ガードインターバルなどの周期的に送信信号に挿入された波形を利用しても良い。
【００２５】
到来方向推定部１２は、各アンテナにおいて受信される車両（車載端末）からの固有変調信号の受信信号強度や位相差に基づいて、車両の位置を推定する。到来方向推定部１２が行う、車両の位置推定処理の詳細については後述する。
【００２６】
周波数検知部１３は、各アンテナにおいて受信される固有変調信号の周波数偏移量を算出する。通信制御部１４は、この周波数偏移量に基づいて、車両が自装置に対して近づいてくるか遠ざかるか、さらには、車両の移動速度を推定することができる。周波数検知部１３が行う、周波数偏移量を検知する処理の詳細についても後述する。
【００２７】
通信制御部１４は、路側機１の通信全般に係る制御を行い、特に、到来方向推定部１２および周波数検知部１３から推定される車両の位置および移動方向に基づいて、その車両
と無線通信を行うか否かの判定を行う。通信データ処理部１５は、受信データの処理を行う。
【００２８】
なお、図３では、路側機１の受信に係る機能部のみを説明したが、路側機１は送信に係る機能も有する。ただし、路側機１が有する無線送信機能は具体的にどのように実現されても構わない。たとえば、送信アンテナは１つのみであっても良く、送信アンテナが複数設けられアダプティブアレイ技術を用いて車両方向のみに電波を送信するように構成されても良い。
【００２９】
＜到来方向推定処理＞
到来方向推定部１２は、各車両から送信される固有変調信号に基づいて車両の位置を推定する。各車両は、路側機１から定期的に送信されるビーコンを受信すると、自端末の種類を識別する固有変調信号（パケットのプリアンブル等）を送信する。
【００３０】
以下、到来方向推定部１２が行う、車両の位置推定処理について図４、５を参照して説明する。なお、図１における車両Ａから受信した固有変調信号に基づいて、車両Ａの位置を推定する場合を例に説明する。
【００３１】
車両Ａから発信された固有変調信号は、路側機１の４つのアンテナのうちアンテナＡＮＴ１において最も受信強度が強くなる。したがって、車両Ａは路側機１の左側に位置することが大まかに判断できる。到来方向推定部１２は、各受信アンテナにおける受信信号の位相差に基づいて、より詳細な車両Ａの方位を推定する。ここで、図１，４に示すように、図中左側の道路に沿った方向を基準として、そこからの角度θａを推定する。
【００３２】
到来方向推定部１２は、受信電力が最も大きいアンテナＡＮＴ１を基準として、ＡＮＴ２およびＡＮＴ３における受信信号の位相差を検出する。アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ２の受信信号の位相差から、図４に示す角度αを算出できる。また、アンテナＡＮＴ１とアンテナＡＮＴ３の受信信号の位相差から、図４に示す角度−βを算出できる。図１，４に示すような状況の場合、アンテナＡＮＴ１を基準とした場合の位相差は図５に示すようになる。
【００３３】
ここで、α＝π／４＋θａであり、−β＝π／４−θａであることから、θａ＝（α＋β）／２として求められることが分かる。すわなち、各受信アンテナにおいて受信される固有変調信号（既知信号）の位相差に基づいて、車両の方位を推定することができる。
【００３４】
＜周波数偏移量検知処理＞
次に、周波数検知部１３が行う、車両が送信する固有変調信号の周波数偏移量を検知する処理について説明する。各車両が発信する固有変調信号の周波数は固定であるが、車両が移動しているためドップラー偏移などの影響を受ける。そして、路側機１において受信される受信信号の周波数は偏移する。周波数検知部１３は、この周波数偏移量を検知する。
【００３５】
図６に、周波数検知部１３の詳細な機能ブロックを示す。周波数検知部１３は、直交復調器１３１、検波回路１３２および位相差計算器１３３から構成される。
【００３６】
直交復調器１３１は、複数のアンテナＡＮＴ１〜４のうち、受信強度が最も大きいアンテナにおける受信信号を直交復調して、Ｉ信号（同相成分）およびＱ信号（直交成分）に分割した直交復調信号を出力する。検波回路１３２は、Ｉ信号・Ｑ信号から受信信号の検波（復調）を行う。
【００３７】
位相差計算器１３３は、復調された受信信号の周波数の、発信された固有変調信号の周波数からの偏移量を算出する。まず、固有変調信号Ｖが以下のように表されるとする。
【００３８】
【数１】
ここで、ｆｃは搬送波周波数、θｃは初期位相である。
【００３９】
そして、検波回路１３２によって復調された受信信号Ｖｒが以下で表されるとする。
【００４０】
【数２】
ここで、Δθが周波数偏移量である。
【００４１】
なお、周波数偏移量Δθは、ドップラー偏移とマルチパスによる位相変化によって決まる。
【００４２】
【数３】
ここで、２πｆｄｔはドップラー偏移量を表し、θｍはマルチパスによる位相変化量を表す。
【００４３】
受信強度が最も強いアンテナにおいては、周波数偏移量はドップラー偏移による量が支配的である。したがって、以下の式で表されるΔθがドップラー偏移量を表すことになる。
【００４４】
【数４】
【００４５】
このようにして求められた周波数偏移量が正か負かによって、車両が路側機１に対して近づいているのか遠ざかっているのかを推定することが可能となる。
【００４６】
図７は、図１の状況において各アンテナＡＮＴ１〜４で受信される車両Ａからの受信信号の周波数偏移を表す図である。ここでは、アンテナＡＮＴ１における受信強度が最も強いため、アンテナＡＮＴ１の受信信号の周波数偏移量を求める。図７（ａ）に示すように、ドップラーシフト量ｆｄ＝ｆｒａ１−ｆｃ＞０であるため、車両Ａが路側機１に対して接近していることを判断することができる。
【００４７】
なお、受信強度が最も強いアンテナの受信信号だけでなく、他のアンテナにおける周波数偏移も考慮して車両の走行方向を推測しても良い。
【００４８】
＜通信対象車両判定処理＞
上述したように、到来方向推定部１２と周波数検知部１３とによって、車両の位置する方位および走行方向（近づいているか遠ざかっているか）を取得することができる。通信
制御部１４は、これらの結果に基づいて、通信対象とする車両を判定する処理を行う。以下、この処理について説明する。
【００４９】
図１に示すように車両Ａ〜Ｃの３台の車両が存在する場合に、これらの車両から送信される固有変調信号の受信結果から得られる到来方向推定部１２および周波数検知部１３の処理結果は図８に示すようになる。
【００５０】
車両Ａについては、受信信号の位相差から０〜π／２の方位に存在することが推定され、ドップラーシフトから路側機１に対して接近していることが推定される。車両Ｂについては、受信信号の位相差から０〜π／２の方位に存在することが推定され、ドップラーシフトから路側機１から遠ざかっていることが推定される。車両Ｃについては、受信信号の位相差からπ／２〜πの方位に存在することが推定され、ドップラーシフトから路側機１に対して接近していることが推定される。
【００５１】
路側機１のサービス提供エリア３は図１に示す通りなので、図中左方向から路側機１に対して接近してくる車両が、通信対象の車両であると判定することができる。そこで、通信制御部１４は、図９に示すフローチャートにしたがって、それぞれの車両について通信対象とするか否かを判定する。
【００５２】
すなわち、通信制御部１４は、到来方向が０〜π／２の範囲内であり、かつ、ドップラーシフトが正（路側機１に接近）している車両を通信の対象とする。ここで、車両Ａは、０〜π／２の範囲に位置し（Ｓ１−ＹＥＳ）、かつ、ドップラーシフトが正（Ｓ２−ＹＥＳ）なので通信対象となる。一方、車両Ｂは、０〜π／２の範囲に位置する（Ｓ１−ＹＥＳ）ものの、ドップラーシフトが負である（Ｓ２−ＮＯ）であるため、通信対象とはしない。また、車両Ｃは、０〜π／２の範囲内に位置しない（Ｓ１−ＮＯ）なので、通信対象とはしない。
【００５３】
＜実施形態の作用・効果＞
このようにして、路側機１は、車両の存在位置および走行方向を推定することが可能となり、通信対象とするべき車両を容易に判断することが可能となる。
【００５４】
ここで、車両側は単に固有変調信号（プリアンブル）を送信しているだけであり、ＧＰＳ装置やその他のセンサなどを設ける必要がなく、簡易かつ低コストに構成することができる。また、車両側は位置情報や自身のＩＤなどをペイロードとするパケットを送信するのではなく、短い固有変調信号を送信するだけであるため、通信量を削減できるとともに、使用帯域や消費電力なども削減することが可能となる。
【００５５】
（変形例）
路側機１のアンテナに関する具体的な構成は、図２に示す以外にも道路やサービス提供エリアの形状等を考慮して種々の構成を採用することが可能である。いくつかの例を図１０に示した。たとえば、図１０（ａ）に示すように、電波吸収体３の形状は、円柱形状ではなく四角柱形状であっても良い。これによっても、同様の効果を得ることができる。また、アンテナの数は４つである必要はなく、３つや５つ以上であっても構わない。アンテナが３つの場合には、図１０（ｂ）のように、三角柱の電波吸収体を用いることが好ましい。また、アンテナが５つの場合には、図１０（ｃ）のように、五角柱の電波吸収体を用いることが好ましい。また、電波吸収体の形状は円柱形状や多角柱形状に限られず、図１０（ｄ）に示すように、各アンテナの後ろにそれぞれ板状の電波吸収体が設けられる構成であっても構わない。また、アンテナ自体が指向性を有していても良い。
【００５６】
また、上記の実施形態の説明では、サービス提供エリア３は交差点の一方から接近して
くるエリアであったが、このような構成に限られるものではなく。たとえば、図１において、左方向および右方向から路側機１に接近してくる車両を通信対象としても良い。その他どのような車両を対象として通信を行うかは、路側機１が提供する情報に応じて適宜設定することができる。
【００５７】
また、上記の実施形態の説明では、路側機１は交差点における全ての道路方向に対して、それぞれ指向性を有するアンテナを備えていた。しかしながら、いくつかの方向に対してはアンテナを備えていなくても構わない。たとえば、上記の説明においてアンテナＡＮＴ４を省略しても良い。
【００５８】
また、上記の実施形態の説明では、本発明における無線通信装置を路側機１として構成したが、本発明における無線通信装置を車載端末とすることも可能である。すなわち、車車間通信においても、上記と同様に固有変調信号に基づいて、相手車両の存在方位および走行方向を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態に係る路車間通信システムのシステム全体の概要を示す図である。
【図２】路側機が有するアンテナの構造を示す図である。
【図３】路側機の機能構成を示す図である。
【図４】受信信号の到来方向と各アンテナにおける位相差を示す図である。
【図５】各アンテナで受信される受信信号の位相差を示す図である。
【図６】路側機が有する周波数検知部の詳細な機能ブロック図である。
【図７】各アンテナで受信される受信信号のドップラーシフト量を示す図である。
【図８】車両の到来方向およびドップラーシフト量の検知結果を示す図である。
【図９】車両を通信対象とするか否かを判定する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】路側機が有するアンテナの構造の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４ アンテナ
１ 路側機
１１ 合成器
１２ 到来方向推定部
１３ 周波数検知部
１３１ 直交復調器
１３２ 検波回路
１３３ 位相差計算器
１４ 通信制御部
１５ 通信データ処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載端末との間で無線通信を行う無線通信装置であって、
前記車載端末から送信される既知信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が自装置に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、
前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記受信アンテナは指向性アンテナであり、それぞれが異なる方向に指向性を有していることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記無線通信装置は、電波を遮蔽する遮蔽手段を有し、
前記複数の受信アンテナは、前記遮蔽手段によって所定の方向からの電波が遮蔽されることで、それぞれが異なる方向に対する指向性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記遮蔽手段は、多角形柱状または円柱状の電波吸収体であり、
前記複数の受信アンテナは、前記電波吸収体に近接して設置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記無線通信装置は交差点に設置され、
前記複数の受信アンテナは、道路方向に対する指向性を有しており、
前記判定手段は、前記車載端末が所定の道路方向から自装置に対して近づいてくる場合に、該車載端末と無線通信を行うと判定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項６】
路側機と車載端末との間で無線通信を行う路車間通信システムであって、
前記車載端末は、
既知信号を送信する送信手段
を有し、
前記路側機は、
前記既知信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が前記路側機に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、
前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする路車間通信システム。
【請求項１】
車載端末との間で無線通信を行う無線通信装置であって、
前記車載端末から送信される既知信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が自装置に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、
前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記受信アンテナは指向性アンテナであり、それぞれが異なる方向に指向性を有していることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記無線通信装置は、電波を遮蔽する遮蔽手段を有し、
前記複数の受信アンテナは、前記遮蔽手段によって所定の方向からの電波が遮蔽されることで、それぞれが異なる方向に対する指向性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記遮蔽手段は、多角形柱状または円柱状の電波吸収体であり、
前記複数の受信アンテナは、前記電波吸収体に近接して設置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記無線通信装置は交差点に設置され、
前記複数の受信アンテナは、道路方向に対する指向性を有しており、
前記判定手段は、前記車載端末が所定の道路方向から自装置に対して近づいてくる場合に、該車載端末と無線通信を行うと判定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項６】
路側機と車載端末との間で無線通信を行う路車間通信システムであって、
前記車載端末は、
既知信号を送信する送信手段
を有し、
前記路側機は、
前記既知信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の位相差に基づいて、前記車載端末の方位を推定する位置推定手段と、
前記複数の受信アンテナにおいて受信される前記既知信号の周波数偏移に基づいて、前記車載端末が前記路側機に対して近づいているか遠ざかっているかを推定する走行方向推定手段と、
前記位置推定手段および前記走行方向推定手段による推定結果に基づいて、前記車載端末と無線通信を行うか否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする路車間通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２３３０１７（Ｐ２００８−２３３０１７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７６７５１（Ｐ２００７−７６７５１）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、独立行政法人情報通信研究機構「ユビキタスＩＴＳの研究開発」に関する委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０２０８７４６０）株式会社トヨタＩＴ開発センター (232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、独立行政法人情報通信研究機構「ユビキタスＩＴＳの研究開発」に関する委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０２０８７４６０）株式会社トヨタＩＴ開発センター (232)
【Ｆターム（参考）】
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