JP5609943B2 - 路側通信装置及び送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）を実現するための通信システムにおいて、道路側に設置される路側通信装置及びその送信方法に関する。

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設備からの情報を受信し、こ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。）。かかるシステムは、主に、インフラ側の通信装置としての複数の路側通信装置と、各車両に搭載される通信装置である車載通信装置とによって、実現される。各車両の車載通信装置は、路側通信装置から走行の支援情報（例えば、障害物情報、交差点情報）を取得して、これらを、運転者に知らせる。

特許第３９１５６１２号公報

上記のような従来の路側通信装置が提供する情報には、センサ情報や信号情報等の、短時間で変化する動的情報と、基点から交差点までの距離や道路線形等の、長期間変化しない静的情報とがある。車両側では、取得したこれらの動的情報や静的情報に基づいて、運転者に対する安全運転支援を行う。

ここで、動的情報はデータ更新期間が短いので、その期間に応じて短い周期で送信を行う必要がある。一方、静的情報は長期間変化しないので、本来、同一車両にたびたび送信を行う必要はないが、路側通信装置の通信エリア内に次々と進入して来る車両に対して迅速に静的情報を提供する必要があるため、やはり動的情報と同様に、短い周期で送信を行う必要がある。さらに、市街地では、交差点が多く、かつ、交差点間の距離が短いため、１交差点付近の情報のみならず、ある程度先の交差点までの情報が必要である。このように、路側通信装置が送信すべき情報量は多く、限られた無線リソース（通信帯域）の多くを占有するという問題点があった。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、必要な情報の提供を維持しつつ、無線リソースの消費を低減することができる路側通信装置やその送信方法を提供することを目的とする。

例えば、送信点から見て所定範囲内にある近エリアの情報と、当該範囲外にある遠エリアの情報とを含む混合情報を繰り返し少なくとも車載通信装置に無線送信する路側通信装置において、前記近エリアの情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの情報に対しては、前記送信点からの距離が前記近エリアより遠いことに基づいて、前記近エリアで情報の受信を開始した車載通信装置が前記遠エリアに到達したとき情報取得完了しているように、前記近エリアの情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行うようにしてもよい。

上記のように構成された路側通信装置では、近エリアの情報送信には優先的に無線リソースの割り当てを確保し、遠エリアの情報については無線リソースの割り当てに関して近エリアの情報より相対的に少ない差別的な扱いをすることにより、全体として無線リソースの消費を低減することができる。

上記のような路側通信装置において、遠エリアの情報を複数個のデータに分割して、当該複数個のデータのうちから選択した一のデータを１回に送信し、複数回の送信で全てのデータを送信することも可能である。
この場合、遠エリアの全情報は、複数回の送信によって、送信される。受信側では受信した複数個のデータを互いに結合して遠エリアの全情報を取得することができる。

上記のような路側通信装置において、遠エリアは送信点からの距離に応じて複数エリアに分かれており、距離が遠いエリアほど、「複数回」の回数が大きくなるようにしてもよい。
この場合、距離が遠いエリアほど、１回の送信におけるデータ量を低減することにより、１回の送信における遠エリアの全情報量を低減することができる。

上記のような路側通信装置において、分割された複数個のデータを互いに結合して分割前の遠エリアの情報を取得するための識別情報を、各データに付与することが好ましい。
この場合、複数個のデータを受信した車両側では、識別情報に基づいて、分割前の遠エリアの情報を確実に取得することができる。

上記のような路側通信装置において、遠エリアの情報を、近エリアの情報よりも高速な伝送方式で送信するようにしてもよい。
この場合、高速な伝送方式の方が、相対的に伝送に要する時間が短くなるので、１回の送信において遠エリアの情報が無線リソースを占有する時間を低減することができる。

上記のような路側通信装置において、遠エリアの情報を、近エリアの情報よりも高い圧縮度で送信するようにしてもよい。
この場合、高い圧縮度で送信することにより情報量に対する無線リソースの使用率を低減することができるので、１回の送信において遠エリアの情報が無線リソースを占有する時間を低減することができる。

上記のような路側通信装置において、近エリアの情報及び遠エリアの情報は、少なくとも信号機の１サイクル時間内では変化しないものであってもよい。
この場合、長期間変化しない静的情報や、比較的変化の少ない情報に関して、遠エリアの情報による無線リソースの消費を低減することができる。

一方、方法としては、送信点から見て所定範囲内にある近エリアの情報と、当該範囲外にある遠エリアの情報とを含む混合情報を路側通信装置から繰り返し少なくとも車載通信装置に無線送信する送信方法において、前記近エリアの情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの情報に対しては、前記送信点からの距離が前記近エリアより遠いことに基づいて、前記近エリアで情報の受信を開始した車載通信装置が前記遠エリアに到達したとき情報取得完了しているように、前記近エリアの情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行うようにしてもよい。

上記のような送信方法では、近エリアの情報送信には優先的に無線リソースの割り当てを確保し、遠エリアの情報については無線リソースの割り当てに関して近エリアの情報より相対的に少ない差別的な扱いをすることにより、全体として無線リソースの消費を低減することができる。

また、例えば、送信点から見て所定範囲内にある近エリアの情報と、当該範囲外にある遠エリアの情報とを含む混合情報を繰り返し車載通信装置及び他の路側通信装置に無線送信する路側通信装置において、前記近エリアの路車間通信の情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの路路間通信の情報に対しては前記近エリアの情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行うようにしてもよい。

また、方法としては、送信点から見て所定範囲内にある近エリアの情報と、当該範囲外にある遠エリアの情報とを含む混合情報を路側通信装置から繰り返し車載通信装置及び他の路側通信装置に無線送信する送信方法において、前記近エリアの路車間通信の情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの路路間通信の情報に対しては前記近エリアの情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行うようにしてもよい。

（１）そして、本発明は、路車間通信の情報と、路路間通信の情報とを含む混合情報を繰り返し車載通信装置及び他の路側通信装置に無線送信する路側通信装置であって、当該路側通信装置から見て、前記路車間通信の情報は近エリアの情報であり、かつ、前記路路間通信の情報は遠エリアの情報であるとみなして、前記近エリアの情報とみなした前記路車間通信の情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの情報とみなした前記路路間通信の情報に対しては前記路車間通信の情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行いつつ、限られた周波数帯域内で時分割多重方式により送信するものである。

（２）また、方法としては、路車間通信の情報と、路路間通信の情報とを含む混合情報を路側通信装置から繰り返し車載通信装置及び他の路側通信装置に無線送信する送信方法であって、当該路側通信装置から見て、前記路車間通信の情報は近エリアの情報であり、かつ、前記路路間通信の情報は遠エリアの情報であるとみなして、前記近エリアの情報とみなした前記路車間通信の情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの情報とみなした前記路路間通信の情報に対しては前記路車間通信の情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行いつつ、限られた周波数帯域内で時分割多重方式により送信するものである。

本発明の路側通信装置又は送信方法によれば、必要な情報の提供を維持しつつ、無線リソースの消費を低減することができる。

路側通信装置が設置された交差点付近の道路の一例を示す平面図である。 路側通信装置及び車載通信装置の内部構成の概略を示すブロック図である。 市街地における典型的な道路の拡がりを示す平面図である。 路側通信装置から送信する静的情報のフレーム構成の参考例を示す図である。 （ａ）は、エリアＢの情報を８個に分割して、Ｂ１〜Ｂ８の８データ群とした状態を示し、（ｂ）は、エリアＣの情報を１２個に分割して、Ｃ１〜Ｃ１２の１２データ群とした状態を示す。 時間の経過とともに周期的に送信される情報を上から順番に見た図である。 （ａ）は、図４と同様に、エリアＢ，Ｃ情報の送信をエリアＡ情報と同様に送信した場合のフレーム構成を示す図であり、（ｂ）は、第２実施形態に係る路側通信装置が送信する情報のフレーム構成を示す図である。

図１は、路側通信装置が設置された交差点付近の道路の一例を示す平面図である。図の中央付近に示す路側通信装置１は、例えば交差点の信号機２の支柱に設置されている。一方、道路を走行する各車両にはそれぞれ、路側通信装置１と通信可能な車載通信装置が搭載されている。このような路側通信装置１は、四方に隣接する他の交差点にも同様に設置されている。

各路側通信装置１は、交通管制センターの中央制御部４と接続されている。中央制御部４と路側通信装置１との間は有線（但し、無線も可）で接続され、路側通信装置１同士（路路間通信）、路側通信装置１と車載通信装置との間（「路」から「車」への路車間通信、又は、「車」から「路」への車路間通信）、及び、車載通信装置同士（車車間通信）には、無線通信が用いられる。

図２は、路側通信装置１及び車載通信装置３の内部構成の概略を示すブロック図である。路側通信装置１は、アンテナ１０に接続された通信部（送受信部）１１と、通信に関する制御を行う制御部１２と、制御部１２に接続された記憶部１３とを備えている。路側通信装置１は、動的情報及び静的情報を周期的に送信し、車載通信装置３は、これらの情報を受信する。車載通信装置３は、アンテナ３０に接続された通信部（送受信部）３１と、通信に関する制御を行う制御部３２と、必要な情報を記憶する記憶部３３とを備えている。

路側通信装置１から送信される動的情報とは、車両を検知して速度や交通量の情報を取得するための赤外線センサやビーコン等からのセンサ情報の他、信号機２の信号情報等の、短時間で変化する情報である。また、静的情報とは、路側通信装置１が設置された交差点を基点として、ここから次の交差点までの距離や、道路線形等の、長期間変化しない情報である。車載通信装置３は、受信したこれらの情報に基づいて、運転者に対して安全運転支援のための情報を提供する。

上記のような路側通信装置１及び車載通信装置３においては、限られた周波数帯域内で、時分割多重方式により、路路間、路車間、車路間、車車間の各通信が行われる。
以下、路側通信装置１から車載通信装置３に向けて送信（ブロードキャスト）される情報の構成について説明する。

図３は、市街地における典型的な道路の拡がりを示す平面図である。今、この図の中心の交差点Ｓ０に設置されている路側通信装置１に着目して考えるものとし、当該路側通信装置１の送信点は、交差点Ｓ０の中心にあるとする。ここを中心として所定半径のエリアＡは、当該交差点Ｓ０から見て近エリアであり、少なくとも当該交差点Ｓ０付近を走行する車両の車載通信装置３（図２）には迅速に最新情報を提供することが望ましい。

また、例えば、１つの交差点の路側通信装置１は、当該交差点から見て２つ先の交差点までの情報を提供する。すなわち、当該交差点Ｓ０の路側通信装置１は、エリアＡの情報の他にも、交差点Ｓ０から見て１つ先の交差点Ｓ１〜Ｓ４を含み、エリアＡより遠方となる所定半径のエリアＢの情報と、交差点Ｓ０から見て２つ先の交差点Ｓ５〜Ｓ８を含み、エリアＢよりさらに遠方となる所定半径のエリアＣの情報とを、提供する。

図４は、路側通信装置１から送信する静的情報のフレーム構成の参考例を示す図である。仮に、各エリアＡ，Ｂ，Ｃの情報をそのままの形でフレームに構成したとすると、図示のように情報量は大きくなる。そして、このような情報が周期的（１，２，．．．の順）に送信されると、無線リソース（通信帯域）を多く占有することになる。

そこで、本発明では、送信点から見て近エリアであるエリアＡの情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、それ以外の遠エリアであるエリアＢ，Ｃの情報に対しては、エリアＡの情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行うものとする。

すなわち、例えばエリアＡ内にいる車両にはエリアＡの情報を優先的に迅速に提供する必要があるが、少し離れたエリアＢに車両が到達するのは少し後になるので、エリアＢの情報を提供するタイミングは、エリアＡの情報提供より若干遅れても構わない。また、さらに離れたエリアＣに車両が到達するのはもっと後になるので、エリアＣの情報を提供するタイミングは、エリアＡ，Ｂの情報提供より遅れても構わない。言い換えれば、送信点より距離が遠方にあるエリアほど、そのエリア情報を届ける時間に余裕がある、ということになる。

《第１実施形態》
そこで、第１実施形態に係る路側通信装置１は、エリアＢの情報及びエリアＣの情報に関して、全ての情報を一度に送信せず、小分けして順次送信を行う。 図５の（ａ）は、エリアＢの情報を８個に分割して、Ｂ１〜Ｂ８の８データ群とした状態を示す。図５の（ｂ）は、エリアＣの情報を１２個に分割して、Ｃ１〜Ｃ１２の１２データ群とした状態を示す。

エリアＢよりエリアＣの方が分割数が大きいのは、より遠方にあって、情報伝達の時間的余裕がより大きいからである。なお、分割されたデータＢ１〜Ｂ８には、それぞれ、識別情報として例えば１／８〜８／８のＩＤが付される。同様に、分割されたデータＣ１〜Ｃ１２には、それぞれ、１／１２〜１２／１２のＩＤが付される。従って、受信する車載通信装置３は、どのタイミングから受信しても、分割数を即座に把握し、必要なデータが全部揃ったかどうかを、判別することができる。なお、チェックサム機能を付して、受信に失敗したデータは破棄し、確実に正確な情報取得を行うようにしてもよい。

上記のように分割されたデータＢ１〜Ｂ８及びＣ１〜Ｃ１２は、エリアＡの情報と共に１フレームを構成する。図６は、時間の経過とともに周期的に送信される情報を上から順番に見た図である。図において、エリアＡの情報は、毎回全ての情報が送信の対象となり、１フレーム内に含まれている。一方、エリアＢの情報に関しては、１番目の送信では小分けされたデータＢ１のみが送信される。同様に、エリアＣの情報に関しては、１番目の送信では小分けされたデータＣ１のみが送信される。

以下同様に、エリアＢに関してはＢ２，Ｂ３，．．．，Ｂ８と送信され、８番目の送信で全てのデータを送信完了し、９番目の送信ではＢ１の送信に戻る。また、エリアＣに関してはＣ２，Ｃ３，．．．，Ｃ１２と送信され、１２番目の送信で全てのデータを送信完了し、１３番目（図示せず。）の送信ではＣ１の送信に戻る。

以上のようにして、エリアＡの情報送信には優先的に無線リソースの割り当てを確保する。また、エリアＢ、エリアＣの情報については、小分けしたデータを時間的にずらして何周期かをかけて送信する。このような送信方法によれば、１回の送信の情報量が図４との対比により明らかなように、低減される。従って、これらの情報送信に際して、無線リソースの消費を低減することができる。

車載通信装置３は、エリアＡの情報に関しては１回の受信でそのまま情報として取得することが可能である。一方、車載通信装置３は、エリアＢの情報に関しては８回の受信によりデータＢ１〜Ｂ８を取得した後、各データのＩＤに基づいて情報を結合し、分割前の元の情報を取得する。同様に、エリアＣの情報に関しては１２回の受信によりデータＣ１〜Ｃ１２を取得した後、各データのＩＤに基づいて情報を結合し、分割前の元の情報を取得する。

なお、以上のような送信は全ての路側通信装置１から行われる。従って、走行する車両から見ると、最寄りの交差点付近の情報（エリアＡの情報）は常に優先的に届けられ、現在地から遠方のエリア（エリアＢの情報、エリアＣの情報）ほど、時間をかけて全情報が届くことになる。

図６における送信の周期が例えば１００ｍｓｅｃであれば、通信エリア（いずれかの路側通信装置１と通信可能なエリア）内を走行する車両の車載通信装置は最初の１００ｍｓｅｃの間に、エリアＡの情報を取得する。エリアＢの情報については、８周期目に全情報を受信するため、８００ｍｓｅｃの時間を要するが、仮に時速８０ｋｍで走行していても、８００ｍｓｅｃで走行するのは１８ｍ程度であり、エリアＢ情報の取得タイミングとしては実用上問題がない。同様に、エリアＣの情報については、１２周期目に全情報を受信するため、１．２ｓｅｃの時間を要するが、仮に時速８０ｋｍで走行していても、１．２ｓｅｃで走行するのは２７ｍ程度であり、エリアＣ情報の取得タイミングとしては実用上問題がない。

《第２実施形態》
図７の（ａ）は、図４と同様に、エリアＢ，Ｃ情報の送信をエリアＡ情報と同様に送信した場合のフレーム構成を示す図であり、これに対して、（ｂ）は、第２実施形態に係る路側通信装置が送信する情報のフレーム構成を示す図である。（ｂ）において、エリアＡ、エリアＢ、エリアＣの各情報は、互いに異なる伝送方式で送信される。

例えば、エリアＢ情報は、エリアＡ情報送信時の２倍の伝送速度で送信される。また、エリアＣ情報は、エリアＡ情報送信時の３倍の伝送速度で送信される。なお高速な伝送速度を得るには、例えば多値変調方式を使うことにより、余分な無線リソースを使用しないようにすることができる。これによって、１回の送信で送信するデータ量は同じでも、無線リソースを占有する時間を短くすることによって、無線リソースの消費を低減することができる。

一般に多値変調などの高速伝送モードで通信を行う場合、回線品質はより高品質なものが要求される。路車間通信では、移動体通信であるため、回線品質は変動する。しかしながら、仮に車両の車載通信装置３が、エリアＢの情報やエリアＣの情報の受信に失敗しても、通信エリア内で移動しながら、何度も同じデータを受信する機会があるので、正常に受信完了するまでに時間がかかる場合があっても、特に問題とはならない。

具体的には、例えば、エリアＡの情報伝送にＢＰＳＫ（２相位相変調）又はＱＰＳＫ（４相位相変調）を採用し、エリアＢの情報伝送に１６ＱＡＭ（１６値直交振幅変調）、エリアＣの情報伝送に６４ＱＡＭ（６４値直交振幅変調）をそれぞれ採用することができる。

なお、上記の例は、伝送速度を変えることにより無線リソースの占有時間を短縮するというものであるが、伝送速度は同じであっても、使用する誤り訂正方式の訂正能力を変化させることによって同様に無線リソースの占有時間を短縮することも可能である。誤り訂正方式は一般に、冗長度を大きくすれば、訂正能力が向上するので、エリアＢの情報及びエリアＣの情報については、エリアＡの情報に比べて冗長度を低くすることにより、データ長を短くすることができる。これにより、同じ効果が得られる。

《第３実施形態》
また、上記第２実施形態と同様のことを、データの圧縮度を変えることにより実現することも可能である。すなわち、エリアＡの情報についてはそのまま（非圧縮）で、エリアＢの情報及びエリアＣの情報に関しては、データの圧縮度を順次高めて送信することにより、図７の（ｂ）と同様に、無線リソースの消費を低減することができる。なお、この場合、受信側では圧縮されたデータを復元する時間を要するが、この復元時間による受信時間全体への大きな影響はない。

《その他》
なお、上記各実施形態では、静的情報の送信に関して述べたが、動的情報の中にも比較的情報更新の周期が長い情報もある。このような情報に対しては、静的情報と同様に、近エリア優先で送信し、遠エリアについては１回の送信で無線リソースをなるべく消費しないような送信を行うようにしてもよい。例えば、少なくとも信号機の１サイクル時間（青信号から次の青信号）内では変化しない動的情報は、上記のように扱うことができる。これにより、比較的変化の少ない動的情報に関しても、遠エリアの情報による無線リソースの消費を低減することができる。

なお、上記各実施形態では３つのエリアＡ，Ｂ，Ｃの情報を送信する場合について説明したが、エリア数は２でもよいし、４以上でもよい。また、エリアの大きさや形は、道路の状況によって変更することができる。
また、路側通信装置１は信号機２の支柱に設置されるものとしたが、設置形態はこれに限定されるものではなく、単独で支柱等を立てて設置してもよい。また、信号機２の制御装置（図示せず。）等と合体させ、信号機２の一部として構成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態の技術的特徴を組み合わせた路側通信装置や送信方法を実現することも可能である。すなわち、遠エリアの情報に対する無線リソースの割り当てを近エリアに比して少なくするために、各実施形態では、（イ）分割する（第１実施形態）、（ロ）高速な伝送方式を採用する（第２実施形態）、（ハ）高い圧縮度で送信する（第３実施形態）、としたが、これら（イ）〜（ハ）を任意に組み合わせた路側通信装置や送信方法としてもよい。組み合わせることによってさらに、無線リソースの消費を低減する作用効果を高めることができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 路側通信装置
２ 信号機
３ 車載通信装置
Ａ エリア（近エリア）
Ｂ，Ｃ エリア（遠エリア）
Ｓ０〜Ｓ８ 交差点

Claims (2)

1. 路車間通信の情報と、路路間通信の情報とを含む混合情報を繰り返し車載通信装置及び他の路側通信装置に無線送信する路側通信装置であって、
   当該路側通信装置から見て、前記路車間通信の情報は近エリアの情報であり、かつ、前記路路間通信の情報は遠エリアの情報であるとみなして、前記近エリアの情報とみなした前記路車間通信の情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの情報とみなした前記路路間通信の情報に対しては前記路車間通信の情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行いつつ、限られた周波数帯域内で時分割多重方式により送信する路側通信装置。
2. 路車間通信の情報と、路路間通信の情報とを含む混合情報を路側通信装置から繰り返し車載通信装置及び他の路側通信装置に無線送信する送信方法であって、
   当該路側通信装置から見て、前記路車間通信の情報は近エリアの情報であり、かつ、前記路路間通信の情報は遠エリアの情報であるとみなして、前記近エリアの情報とみなした前記路車間通信の情報に対して優先的に無線リソースの割り当てを確保し、前記遠エリアの情報とみなした前記路路間通信の情報に対しては前記路車間通信の情報より相対的に少ない差別的な無線リソースの割り当てを行いつつ、限られた周波数帯域内で時分割多重方式により送信する送信方法。

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