JP4655955B2

JP4655955B2 - 移動体用通信装置

Info

Publication number: JP4655955B2
Application number: JP2006038097A
Authority: JP
Inventors: 広毅岡田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: JP2007221339A

Description

本発明は、移動体用通信装置に係り、特に、移動体に設けられ通信キャリアの異なる複数の通信メディアと通信可能で前記複数の通信メディアから選択した通信メディアを用いて通信を行う移動体用通信装置に関する。

従来より、移動体に設けられ複数の通信メディアと通信可能で前記複数の通信メディアから選択した通信メディアを用いて通信を行う移動体用通信装置が開発されている。

例えば、特許文献１には、ＦＭ多重放送、電波ビーコン、光ビーコン等の複数種の放送メディア（通信メディア）を受信する際に、走行状態（道路種別）に応じて放送メディアを選択し受信することが記載されている。

また、特許文献２には、車両側とネットワーク側を複数の通信メディアにより並列的に接続し、通信状況から最適な通信メディアを選択して切替えることが記載されている。

また、特許文献３には、複数の通信メディアに対応する統合アンテナを車室内の離れた位置に一対設置して、最適な統合アンテナを選択し切替えることが記載されている。
特開平１０−３８５９０号公報特開２００３−２８９３０８号公報特開２００４−２３５７４６号公報

特許文献１に記載のものは、走行状態にあった情報が得られるように通信メディアを選択しているが、車両の走行に応じて通信環境がダイナミックに変化し、各種通信方式により、マルチパス、干渉度、ドップラーシフトに対する耐性が異なっている。また、その耐性も車両位置（通信基地局との位置関係）、車両速度、周辺環境によって変化するため、選択した通信メディアが期待された通信速度を出すことができず、かえって非効率になるおそれがあるという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、車両の走行で通信環境が変化しても最適な通信メディアを選択して効率的な通信を行うことができる移動体用通信装置を提供することを目的とする。

本発明の移動体用通信装置は、移動体に設けられ通信キャリアの異なる複数の通信メディアと通信可能で前記複数の通信メディアから選択した通信メディアを用いて通信を行う移動体用通信装置において、
前記移動体の移動環境情報を収集する情報収集手段と、
前記移動体の移動環境情報から所定時間後における前記移動体の障害物環境を含む電波環境情報を予測し、現在及び将来の前記複数の通信メディアそれぞれのデータ取得量を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定された前記複数の通信メディアそれぞれのデータ取得量から最適な通信メディアを選択する選択手段を有することにより、車両の走行で通信環境が変化しても最適な通信メディアを選択して効率的な通信を行うことができる。

本発明によれば、車両の走行で通信環境が変化しても最適な通信メディアを選択して効率的な通信を行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の移動体用通信装置の一実施形態のブロック構成図を示す。移動体用通信装置は、車載統合無線機１０と、電波環境検出部２０と、車両情報収集部３０と、通信キャリア選択部４０と、通信キャリア方式記憶部５０とより構成されている。

車載統合無線機１０は、ＦＳＫ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）方式のＦＭ放送、ＣＤＭＡ（ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：直接拡散符号分割多元接続）方式の携帯電話、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕ１ｔｉｐ１ｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）方式のワイヤレスＬＡＮ、ＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｎｔＰｕｌｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）方式で路車間通信を行うＤＳＲＣ（ＤｅｄｉｃａｔｅｄＳｈｏｒｔＲａｎｇｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等のそれぞれで通信（復調及び変調）を行うものであり、各通信方式（通信キャリア）で各通信メディアと通信を行う上で必要とするアンテナを有している。車載統合無線機１０で受信及び復調された各通信方式の受信信号は電波環境検出部２０に供給される。

電波環境検出部２０は、ＦＳＫ方式、ＣＤＭＡ方式、ＯＦＤＭ方式、ＱＰＳＫ方式それぞれの受信信号について、マルチパス数、干渉度（ＣＮ比）、ドップラーシフト量等の電波環境情報を求め、各通信方式の受信信号と共に通信キャリア選択部４０に供給する。

車両情報収集部３０は、車両のＥＣＵ（電子制御装置）から車両速度を収集する。また、カーナビゲーションシステムから車両の現在位置（障害物環境を含む）と進行方向と各通信方式の基地局または放送局の局位置等の移動環境情報を収集する。なお、現在位置の障害物環境とは、ビル街や山間部のように障害物の多い場所か、障害物の少ない場所という情報である。また、例えばＦＭ放送やＤＳＲＣの路車間通信で渋滞状況等の道路情報を収集する。収集した車両速度、現在位置、進行方向、局位置、道路情報等の移動環境情報を通信キャリア選択部４０に供給する。

通信キャリア選択部４０は、通信方式毎にマルチパス数、干渉度（ＣＮ比）、ドップラーシフト量それぞれに、車両速度、現在位置、進行方向、局位置に応じた重み付けを行って加算することで通信方式毎にスコアを求め、スコアの最も高い通信方式を選択する。

なお、通信キャリア方式記憶部５０に車両速度、現在位置、進行方向、局位置それぞれに応じた通信方式毎の重みテーブルが記憶されている。

通信キャリア選択部４０は、選択した通信方式の受信信号を端子６０から復号部等の後続回路に供給し、また、符号部等から供給される送信信号を車載統合無線機１０内の選択した通信方式の送信部に供給する。

＜第１実施形態＞
一般的に、ＦＳＫ方式のマルチパス数、干渉度（ＣＮ比）、ドップラーシフト量それぞれに対する耐性を基準とした場合、ＣＤＭＡ方式は干渉度（ＣＮ比）の悪化に対する耐性が強い。ＯＦＤＭ方式はマルチパス数の増加に対する耐性は強いものの、ドップラーシフト量の増加に対する耐性が弱い。また、ＱＰＳＫ方式はＦＳＫ方式と略同等である。

図２は、各通信方式のマルチパス数、干渉度（ＣＮ比）、ドップラーシフト量それぞれに対するポイントを示す。同図中、ＦＳＫ方式では、マルチパス数が所定の第１閾値を超えるパス数が多いとき２ポイントとし、第１閾値以下のパス数が少ないとき３ポイントとする。また、干渉度（ＣＮ比）が所定の第２閾値以下の干渉が多いとき１ポイントとし、第２閾値を超える干渉が少ないとき２ポイントとする。また、ドップラーシフト量が所定の第３閾値を超えるとき２ポイントとし、第３閾値以下かつ第４閾値（第３閾値＞第４閾値）を超える中程度のとき３ポイントとし、第４閾値以下の少ないとき４ポイントとする。また、ＦＳＫ方式の通信速度は低速であるため１ポイントとする。

ＱＰＳＫ方式ではマルチパス数が所定の第１閾値を超えるパス数が多いとき１ポイントとし、第１閾値以下のパス数が少ないとき２ポイントとする。また、干渉度（ＣＮ比）が所定の第２閾値以下の干渉が多いとき１ポイントとし、第２閾値を超える干渉が少ないとき２ポイントとする。また、ドップラーシフト量が所定の第３閾値を超えるとき１ポイントとし、第３閾値以下かつ第４閾値（第３閾値＞第４閾値）を超える中程度のとき２ポイントとし、第４閾値以下の小さいとき３ポイントとする。また、ＱＰＳＫ方式の通信速度は中速であるため４ポイントとする。

ＣＤＭＡ方式ではマルチパス数が所定の第１閾値を超えるパス数が多いとき１ポイントとし、第１閾値以下のパス数が少ないとき２ポイントとする。また、干渉度（ＣＮ比）が所定の第２閾値以下の干渉が多いとき４ポイントとし、第２閾値を超える干渉が少ないとき２ポイントとする。また、ドップラーシフト量が所定の第３閾値を超えるとき２ポイントとし、第３閾値以下かつ第４閾値（第３閾値＞第４閾値）を超える中程度のとき３ポイントとし、第４閾値以下の小さいとき４ポイントとする。また、ＣＤＭＡ方式の通信速度は中低速であるため２ポイントとする。

ＯＦＤＭ方式ではマルチパス数が所定の第１閾値を超えるパス数が多いとき５ポイントとし、第１閾値以下のパス数が少ないとき３ポイントとする。また、干渉度（ＣＮ比）が所定の第２閾値以下の干渉が多いとき１ポイントとし、第２閾値を超える干渉が少ないとき２ポイントとする。また、ドップラーシフト量が所定の第３閾値を超えるとき−１ポイントとし、第３閾値以下かつ第４閾値（第３閾値＞第４閾値）を超える中程度のとき１ポイントとし、第４閾値以下の小さいとき３ポイントとする。また、ＯＦＤＭ方式の通信速度は一番高速であるため８ポイントとする。

通信キャリア選択部４０は、ドップラーシフト量に対しては、車両速度と現在位置と進行方向と局位置を用いて、現在位置と局位置を結ぶ直線に対する進行方向のなす角をθとして、車両速度にｓｉｎθを乗算した値で通信キャリア方式記憶部５０の重みテーブルを参照して、車両速度にｓｉｎθを乗算した値に比例した重みを求め、この重みをドップラーシフト量のポイントに乗算する。

干渉度（ＣＮ比）に対しては、現在位置と局位置間の距離を用いて通信キャリア方式記憶部５０の重みテーブルを参照して、車両と局位置間の距離に反比例した値、すなわち距離が短いほど大きな値の重みを求め、この重みを干渉度（ＣＮ比）のポイントに乗算する。

マルチパス数に対しては、現在位置の障害物環境を用いて通信キャリア方式記憶部５０の重みテーブルを参照して、障害物の多い場所では小さくなり、障害物の少ない場所では大きくなる重みを求め、この重みをマルチパス数のポイントに乗算する。

通信キャリア選択部４０は、通信方式毎に、重み付けしたドップラーシフト量のポイント、重み付けした干渉度（ＣＮ比）のポイント、重み付けしたマルチパス数のポイントを加算してスコアを求める。その後、通信方式毎のスコアを比較して、最もスコアの大きな通信方式を選択する。

例えば、シーンＡでは図３（Ａ）に示すように、マルチパス数が多く、干渉度が少なく、ドップラーシフト量が小さいときは、ＦＳＫ（ＦＭ）方式のスコアが８、ＱＰＳＫ方式のスコアが６、ＣＤＭＡ方式のスコアが７、ＯＦＤＭ方式のスコアが１０となって、ＯＦＤＭ方式が選択される。

また、シーンＢでは図３（Ｂ）に示すように、マルチパス数が少なく、干渉度が少なく、ドップラーシフト量が大きいときは、ＦＳＫ方式のスコアが７、ＱＰＳＫ方式のスコアが５、ＣＤＭＡ方式のスコアが８、ＯＦＤＭ方式のスコアが４の場合には、ＣＤＭＡ方式が選択される。

このようにして、ポイント化してスコア比較により通信キャリアを選択するため、車両の走行で通信環境が変化しても最適な通信メディアを選択して効率的な通信を行うことができる。

また、車載統合無線機１０に１つのＩＰアドレスを割付けておけば、車両の移動により各通信方式の受信状態が時々刻々と変化しても、最も効率的な通信方式を選択して、シームレスなＩＰ通信を行うことができる。

なお、通信キャリア選択部４０は、車両速度、現在位置、進行方向、局位置に応じた重み付けと共に、図２の通信方式毎の通信速度に基づくポイントによる重み付けを行って通信方式毎のスコアを求めても良く、この他に、車両速度、現在位置、進行方向、局位置に応じた重み付けを行わずに、すなわち全ての重みを１として、通信方式毎のスコアを求めても良い。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態で通信キャリア選択部４０が実行する選択処理のフローチャートを示す。同図中、ステップＳ１でダウンロードする内容を決定し、ステップＳ２でダウンロード内容のデータ容量を取得する。なお、上記のダウンロード内容及びそのデータ容量は既にＤＳＲＣの路車間通信等で受信したものであっても良い。次に、ステップＳ３で上記データ容量をダウンロードするに必要なパケット数を計算する。

ステップＳ４では、ＦＳＫ方式、ＣＤＭＡ方式、ＯＦＤＭ方式、ＱＰＳＫ方式それぞれのデータ通信速度と、車両情報収集部３０から取得した車両速度、現在位置、進行方向、局位置と渋滞情報を含む道路情報を基に、現在及び将来の所定時間（例えば１分）毎の実効スループット（単位時間の実効データ取得量）を通信方式毎に推定する。なお、現在の各通信方式の実効スループットは第１実施形態のスコアに通信方式毎のポイントによる重み付けを行った値に比例する。

例えば現在５０Ｋｍ／ｈで走行しドップラーシフト量が大きい場合の実効スループットは、ＦＳＫ（ＦＭ）方式は０．２５Ｍｂｐｓ、ＱＰＳＫ方式は０．５Ｍｂｐｓ、ＣＤＭＡ方式は０．５Ｍｂｐｓ、ＯＦＤＭ方式は０．０Ｍｂｐｓである。

また、１分後は信号による停車（ドップラーシフト量が０）が予測されるとき推定実効スループットは、ＦＳＫ（ＦＭ）方式は０．２５Ｍｂｐｓ、ＱＰＳＫ方式は１．０Ｍｂｐｓ、ＣＤＭＡ方式は０．５Ｍｂｐｓ、ＯＦＤＭ方式は４．０Ｍｂｐｓである。

更に、２分後はマルチパス数の多いビル街を２０Ｋｍ／ｈで走行することが予測されるとき推定実効スループットは、ＦＳＫ（ＦＭ）方式は０．２５Ｍｂｐｓ、ＱＰＳＫ方式は０．２５Ｍｂｐｓ、ＣＤＭＡ方式は０．２５Ｍｂｐｓ、ＯＦＤＭ方式は３．０Ｍｂｐｓである。

次に、ステップＳ５において通信方式毎に各時間の実効スループットに時間（例えば１分）を乗算した実効データ取得量でデータ容量を除算して、通信方式毎にダウンロードの推定完了時間を求める。例えば、ＦＳＫ（ＦＭ）方式の推定完了時間が２０分、ＱＰＳＫ方式の推定完了時間が９分、ＣＤＭＡ方式の推定完了時間が１８分、ＯＦＤＭ方式の推定完了時間が３分となる。

こののち、ステップＳ７で通信キャリア選択部４０は推定完了時間が最も短い通信方式の通信メディアを選択し、ステップＳ８で選択した通信方式にてダウンロードを実行して、この処理を終了する。

このようにして、予測される走行状態に応じた最適な通信メディアを選択して効率的な通信を行うことができる。

なお、電波環境検出部２０が請求項記載の電波環境検出手段に相当し、通信キャリア選択部４０が選択手段に相当し、車両情報収集部３０が情報収集手段に相当する。

本発明の移動体用通信装置の一実施形態のブロック構成図である。各通信方式のマルチパス数、干渉度（ＣＮ比）、ドップラーシフト量それぞれに対するポイントを示す図である。各シーンにおけるスコアを示す図である。本発明の第２実施形態で通信キャリア選択部が実行する選択処理のフローチャートである。

符号の説明

１０車載統合無線機
２０電波環境検出部
３０車両情報収集部
４０通信キャリア選択部
５０通信キャリア方式記憶部
６０端子

Claims

移動体に設けられ通信キャリアの異なる複数の通信メディアと通信可能で前記複数の通信メディアから選択した通信メディアを用いて通信を行う移動体用通信装置において、
前記移動体の移動環境情報を収集する情報収集手段と、
前記移動体の移動環境情報から所定時間後における前記移動体の障害物環境を含む電波環境情報を予測し、現在及び将来の前記複数の通信メディアそれぞれのデータ取得量を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定された前記複数の通信メディアそれぞれのデータ取得量から最適な通信メディアを選択する選択手段を
有することを特徴とする移動体用通信装置。