JP4727489B2 - 時刻同期方法ならびに路側機および車両 - Google Patents

Description

本発明は、路車間通信および車車間通信を時分割によって行う無線通信システムにおける無線通信方法に関する。

従来、車両に搭載された無線通信装置（車載端末）を用いた無線通信システムが知られている。このような無線通信システムには、路側に設けられた基地局（路側機）と車両（車載端末）との間の通信を行う路車間通信と、車両間で通信を行う車車間通信の２つの形態が存在する。

車両が路車間通信と車車間通信の両方を行い、かつ、車両に搭載された無線機が１つのみの場合には、これらの通信の衝突を避ける必要がある。具体的には、路車間通信と車車間通信を時間的に分離して異なるタイミングで、それぞれの通信を実施することが考えられる。

このように時分割によって多元接続を実現する場合には、路側機および車両の間で時刻同期を行う必要がある。路車間通信においては、路側機を基準として同期制御を行うことが一般的である。すなわち、路側機が定期的に同期信号を車両に対して送信し、同期信号を受信した車両はこの同期信号にしたがって、自車のクロックを路側機に同期させる。このような方法によって、路側機及び車両間で時刻同期が行え、時分割によって路車間通信および車車間通信を両方行うことが可能となる。
特開平８−９８２５３号公報

しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。すなわち、路車間通信は路側機の存在が前提となるが、道路上の全ての場所に路側機が設置されているわけではない。路側機が存在しない場所においては、路車間通信は行えず車車間通信のみが行われることになる。

車車間通信のみが行われる場合であっても路側機の設置範囲に車両が進入した際に路車間通信を行えるように、車車間通信に割り当てられたタイムスロット時のみ車両間で通信を行う。このように、路側機がない場所でも時分割多元接続を維持するため、車両間での同期制御が必要となる。この同期制御は、ある車両（基準車両）を基準として、他の車両が基準車両に自車のクロックを同期させることによって行われる。

このような場合は、車両は路側機との間で時刻同期が行えず、路車間で時刻のずれが生じる可能性がある。路車間で時刻がずれた状態で、車両が路側機の通信可能エリア内に進入した状況を図５を基に説明する。図５は、路側機と車両との間でクロックタイミングがずれている場合の、通信タイミングチャートである。図に示すように、路側機は、所定の周期で、車両に対して一定時間情報の送信を行う。路側機が車両に対して情報を送信する際には、その最初に基準信号（同期信号）を送信する。

一方、車両は、路側機からの信号を受信する路車間通信モードと、車車間で通信を行う車車間通信モードを周期的に切り替えながら通信を行う。車両は、路車間通信モードにおいては情報の送信を行わず、したがって、路側機からの情報を受信することができる。しかし、車車間通信モードにおいては、情報を送信可能であるため、路側機からの情報を受
信できない場合がある。図のように、車両と路側機との間でクロックタイミングがずれてしまった場合には、路側機から送信される基準信号を受信することができなくなることもあり得る。車両が基準信号を受信できない場合には、その車両は路側機からの送信を検出することができず、路側機からの情報を受信することができないという問題が生じる。

なお、時刻同期の方法として、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星信号に基づ
く方法も考えられるが、この場合、全ての車両がＧＰＳ衛星信号の受信装置を備えている必要がある。また、全ての場所においてＧＰＳ衛星信号を受信可能でなければならない。したがって、ＧＰＳ衛星信号に頼らずに時刻同期を行うことが望ましい。

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、路車間通信および車車間通信を時分割によって行う無線通信システムにおいて、路車間通信と車車間通信とを適切に切り替える技術を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明では、以下の手段または処理によって路車間通信と車車間通信の両立を実現する。

本発明に係る無線通信方法は、路車間通信モードと車車間通信モードを周期的に切り替えて、路車間および車車間を時分割で無線通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法である。路車間通信モードでは路側機から車両へと情報の送信が行われ、車両からは情報の送信を行わない。車車間通信モードでは車両間で情報の送信が行われる。路側機と車両とは、互いに同期を取って、路車間通信と車車間通信を行うタイミングを切り替えて、その双方の通信を実現する。

本発明における路側機は、路側機の存在を車両に通知する存在通知を車両に対して所定の間隔で送信する。この存在通知に含まれる情報は、路側機が存在するという情報だけでも良く、路側機の通信可能範囲や、路側機から送信される情報を利用するべき範囲（サービス提供範囲）などの情報が含まれても良い。車両は、この存在通知を受信することによって、自車が路側機の通信可能範囲内へ進入することを検知できる。

本発明における路側機は、この存在通知を、路車間通信に割り当てられる時間以下の間隔で送信する。存在通知は必ずしも周期的に送信される必要はなく、最大間隔が路車間通信に割り当てられる時間以下であればどのようなタイミングで送信されても良い。路側機がこのように存在通知を送信することによって、車両は路車間通信モードであるときに必ず１回は存在通知を受信することができる。

また、路側機は車両と同期を取るための同期信号を所定の周期で送信する。路側機は、この同期信号を、車両に送信するデータの前に付加することが好ましい。この同期信号によって、車両は、路車間通信の開始タイミングを検知するとともに、路側機との間で同期を取ることができる。

本発明における車両は、路側機から存在通知を受信することによって路側機の通信範囲内への進入を判定する。そして、路側機の通信範囲内に進入したと判定された場合には、車両は、路側機からの同期信号を受信するまで路車間通信モードを継続する。すなわち、路側機の通信範囲内に進入後同期信号を受信するまでは、時分割による路車間通信および車車間通信の切替は行わず、路側機からの情報を受信できる状態を保つ。そして、車両は、路側機から受信した同期信号に基づいて、路側機との間で同期制御を行う。

このように、路側機から送信される存在通知を路車間通信に割り当てられる時間と同じ
かそれより短い周期で送信するため、車両は路側機の通信可能範囲内に進入後即座にこの存在通知を受信することができる。また、存在通知を受信した車両は、路側機からの同期信号を受信するまで路車間通信モードを継続するため、確実に車両と路側機との間で同期を取ることが可能となり、路車間通信と車車間通信の切替が適切に行われる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する路側機または車両として捉えることができる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部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互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

たとえば、本発明の一態様としての路側機は、路側機から車両へと情報の送信を行う路車間通信モードと、車両間で情報の送信を行う車車間通信モードとを周期的に切り替えて、路車間および車車間の通信を時分割で行う無線通信システムにおける路側機であって、該路側機の存在を車両に通知する存在通知を、路車間通信に割り当てられる時間以下の間隔で送信する存在通知送信手段と、同期制御のための同期信号を所定の周期で送信する同期信号送信手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の一態様としての車両は、路側機から車両へと情報の送信を行う路車間通信モードと、車両間で情報の送信を行う車車間通信モードとを周期的に切り替えて、路車間および車車間の通信を時分割で行う無線通信システムにおける車両であって、路側機から送信される該路側機の存在を通知する存在通知に基づいて、該路側機の通信範囲内への進入を検知する路側機エリア進入検知手段と、前記路側機の通信可能範囲内へ進入した際に、前記路側機から送信される同期信号を受信するまで、路車間通信モードを継続する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、路車間通信および車車間通信を時分割によって行う無線通信システムにおいて、路車間通信と車車間通信とを適切に切り替えることが可能となる。

以下に図面を参照して、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。

＜システム概要＞
図１は、本実施形態に係る無線通信システムのシステム概要を示す図である。路側機１は、交差点に進入する車両２に対して対向車の存在を通知する。路車間通信によって右折車の存在を通知された車両２は、運転者に警告を出すことが可能となる。なお、路側機が発信する情報は交差点における対向車に関する情報だけでなく、例えば、渋滞に関する情報や、見通しの悪い道路における障害物（落石や事故車両等）に関する情報などであっても良い。

路側機１から発信される電波の通信可能範囲は、通信可能エリア４として図に示してある。車両２は、自車が通信可能エリア４の一部であるサービス提供エリア３に位置している場合に路側機１から発信された情報を利用する。これは、交差点から遠い地点においては、路側機１から送信された対向車に関する情報を利用する利点が少ないためである。路側機１は、路側機の存在を通知するエリア通知信号を定期的に送信しており、通信可能エリア４に進入した車両はこのエリア通知信号を受信することで、路側機１の存在を検知することが可能である。

なお、本実施形態では、サービス提供エリア３を通信可能エリア４の一部としているが、サービス提供エリア３と通信可能エリア４とを同一の範囲としても良い。また、路側機
１の存在を通知するエリア通知信号は、路側機１自体が送信するだけでなく、サービス提供エリア３より手前に設けられた路側機１とは異なる通信装置（基点ビーコン）によって送信されても良い。この場合、路側機１と基点ビーコンとの間で同期制御が必要になるが、路側機１と基点ビーコンとは有線あるいは無線によって常時通信可能に構成できるので、同期制御は容易である。

また、車両２は上記のように路側機から情報を受信するだけでなく、車両間での通信も行う。車車間通信では、例えば、急ブレーキを後続車に通知したり、協調走行のための情報を通知したりする。

本無線通信システムにおける車両および路側機は、ハードウェア構成としては、バスを介して接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）、主記憶装置（ＲＡＭ）、補助記憶装置（ＲＯＭ）、通信インタフェースなどを備えるように構成される。以下で説明する各処理は、補助記憶装置に記憶された各種のプログラムがＣＰＵによって実行されることによって実現される。なお、車両および路側機の行う処理の一部または全部は、専用のチップによって実行されても良い。

本無線通信システムにおける車両は同一の無線機を路車間通信と車車間通信の双方に用いる。また、本無線通信システムにおいて使用される無線通信方式は、路車間通信および車車間通信のいずれにおいても５．８ＧＨｚ帯のＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：専用狭域通信）である。ただし、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮや、
ＩＥＥＥ８０２．１６，ＩＥＥＥ８０２．２０やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など、その他のどのような無線通信方式を用いても構わない。

＜時分割多元接続＞
上述したように、路車間通信と車車間通信とは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）によって両立される。図２は、路車間通信と車車間通信を切り
替えつつ行う通信のシーケンスを示す図である。図に示すように、路車間通信を行うタイミングと車車間通信を行うタイミングを周期的に切り替えて、路車間通信と車車間通信の両立を図る。

路車間通信時には、路側機が情報の送信を行い、車両はその受信を行う。したがって、路車間通信時には、車両は情報の送信を行わない。一方、車車間通信時には車両が情報を送信可能である。この際、情報を送信する車両はＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance：搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式）方式にしたがって通信を行う。

本実施形態では、このように路車間通信と車車間通信の通信期間を時分割することによって双方の通信を実現している。なお、路側機の通信可能エリア４外では路車間通信を行えず車車間通信しか行えないが、路側機の通信可能エリア４に進入した際に即座に路車間通信を行えるよう、上記のように路車間通信のための通信期間を常に割り当てながら通信を行う。

＜路側機の処理＞
次に、路側機の処理について図２に基づいて説明する。路側機は路車間通信に割り当てられた期間Ｔ_ＲＶに、基地局のサービス提供エリア３を通知するエリア通知信号１０、路車間で同期制御を行うための基準信号１１（基準バースト）、そして車両に送信する情報１２を順番に送信する。基準信号１１には、路車間通信の開始を通知する識別符号が格納されており、基準信号１１を受信した車両は路側機と同期を取ることができる。すなわち、基準信号１１は、本発明における同期信号に相当する。

路側機はエリア通知信号１０を定期的に送信し、その周期は路車間通信に割り当てられる期間Ｔ_ＲＶ以下とする。図２ではエリア通知信号１０の送信周期を原則としてＴ_ＲＶとしており、かつ、路車間通信に割り当てられたタイミングの先頭でもエリア通知信号１０を送信するようにしている。

＜車両の処理＞
車両は路車間通信に割り当てられた期間Ｔ_ＲＶには、路側機からの情報１２を受信できるように、受信モードに移行する。また、車車間通信に割り当てられた期間Ｔ_ＩＶには、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に従って情報の送信を行う。

路側機から送信されるエリア通知信号１０の送信周期は路車間通信に割り当てられた時間Ｔ_ＲＶ以下であるため、車両は、受信モードである間に最低でも１回はエリア通知信号１０を受信することができる。すなわち、車両は路側機の存在を確実に検知することができる。

エリア通知信号１０受信時の車両の具体的な処理を、図３を参照して説明する。車両は、エリア通知信号１０に基づいて路側機のサービス提供エリア３に進入したか否かを判定する（Ｓ０１）。車両は、エリア通知信号１０の受信をサービス提供エリア３への進入と判定しても良い。また、路側機の通信可能エリア４とサービス提供エリア３が異なる場合には、エリア通知信号１０に基づいて自車とサービス提供エリア３の相対位置を取得し、自車の走行距離に基づいてサービス提供エリア３への進入タイミングを把握しても良い。

サービス提供エリア３へ進入していない場合（Ｓ０１−ＮＯ）には、処理を終了する。なお、既にサービス提供エリア３内に位置しているときに、再びエリア通知信号１０を受信した場合も、サービス提供エリア３への進入とは判定されず処理を終了する。

車両がサービス提供エリア３に進入した場合（Ｓ０１−ＹＥＳ）には、車両は、路側機からの情報を受信するために、路車間通信モードを継続する。すなわち、自車内のクロックにしたがった路車間通信モードと車車間通信モードとの切替を一旦停止する。

車両が路車間通信モードを継続しているため、次に路側機が基準信号１１を送信したときに、車両はその基準信号１１を受信することができる（Ｓ０３）。この基準信号１１によって、車両は路側機との同期制御を行う（Ｓ０４）。

このように、路車間通信に割り当てられる時間Ｔ_ＲＶ以下の周期で送信されるエリア通知信号１０を受信した後は路車間通信モードを継続するため、確実に路側機からの基準信号１１を受信することができる。

＜動作例＞
車両と路側機の間で同期が取れていない状況で、車両が路側機の通信可能エリア４に進入した場合の動作例を、図４を参照して説明する。路車間で同期が取れていないため、Ａの時点で、路側機は路車間通信のための情報を送信しているが、車両は車車間通信モードとなっている。したがって、車両は、路側機からのエリア通知信号１０および基準信号１１を受信できない。

その後、車両は自車内のクロックにしたがって、路車間通信モードに移行し、路側機からの情報を受信することが可能となる（期間Ｒ１）。路側機は、路車間通信に割り当てられている期間以下の周期でエリア通知信号１０を送信するため、この期間Ｒ１の間に、車両は路側機からエリア通知信号１０を受信することができる。図では、車両は、Ｂの時点
でエリア通知信号１０を受信している。

エリア通知信号１０を受信した車両は、自車が路側機のサービス提供エリア３に進入したことを検知できる。したがって、この車両は、自車のクロックタイミングによるタイミング切替にはしたがわずに、強制的に路車間通信モードを継続する（期間Ｒ２）。このように、車両は路車間通信モードを継続しているので、Ｃの時点における基準信号１１を受信することができ、路側機との間で同期をとることが可能となる。

＜実施形態の効果＞
上記のように、本実施形態では、路側機と車両との間で時刻同期がずれた場合であっても、路側機のサービス提供エリア３への進入を即座に検知して、路車間で時刻同期を行って適切な通信を行うことができる。

本実施形態に係る無線通信システムのシステム概要を示す図である。 本実施形態における通信処理のシーケンスを示す図である。 本実施形態における車両の、エリア通知信号受信時の処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態における通信処理のシーケンスを示す図である。 従来技術における通信処理のシーケンスを示す図である。

符号の説明

１ 路側機
２ 車両
３ サービス提供エリア
４ 通信可能エリア
１０ エリア通知信号
１１ 基準信号
１２ 路車間通信タイミング
１３ 車車間通信タイミング

Claims (5)

1. 路側機から車両へと情報の送信を行う路車間通信モードと、車両間で情報の送信を行う車車間通信モードとを周期的に切り替えて、路車間および車車間の通信を時分割で行う無線通信システムにおける時刻同期方法であって、
   路側機が、
   該路側機の存在を車両に通知する存在通知を、路車間通信モードに割り当てられる時間以下の間隔で送信するとともに、
   同期制御のための同期信号を、路車間通信モードであってデータを送信する前に送信し、
   車両が、
   自車内のクロックにしたがって、路車間通信モードと車車間通信モードを周期的に切り替え、
   路車間通信モードにおいて路側機からの存在通知を受信することによって、路側機の通信範囲内への進入を判定し、
   路側機の通信範囲内に進入した場合は、自車内のクロックにしたがった路車間通信モードと車車間通信モードの切り替えを停止して、前記同期信号を受信するまで路車間通信モードを継続し、
   受信した前記同期信号に基づいて、自車内のクロックを路側機に同期させる同期制御を行う
   ことを特徴とする時刻同期方法。
2. 路側機は、路車間通信モードにおいて、存在通知、同期信号、車両に送信するデータの順で送信する、
   請求項１に記載の時刻同期方法。
3. 路側機から車両へと情報の送信を行う路車間通信モードと、車両間で情報の送信を行う車車間通信モードとを周期的に切り替えて、路車間および車車間の通信を時分割で行う無線通信システムにおける路側機であって、
   該路側機の存在を車両に通知する存在通知を、路車間通信モードに割り当てられる時間以下の間隔で送信する存在通知送信手段と、
   同期制御のための同期信号を、路車間通信モードであってデータを送信する前に送信する同期信号送信手段と、
   を有することを特徴とする路側機。
4. 路車間通信モードにおいて、存在通知、同期信号、車両に送信するデータの順で送信する、
   請求項３に記載の路側機。
5. 路側機から車両へと情報の送信を行う路車間通信モードと、車両間で情報の送信を行う車車間通信モードとを周期的に切り替えて、路車間および車車間の通信を時分割で行う無線通信システムにおける車両であって、
   自車内のクロックにしたがって、路車間通信モードと車車間通信モードを周期的に切り替える手段と、
   路車間通信モードにおいて路側機から送信される該路側機の存在を通知する存在通知を受信し、当該存在通知に基づいて、前記路側機の通信範囲内への進入を検知する路側機エリア進入検知手段と、
   前記路側機の通信可能範囲内へ進入した際に、自車内のクロックにしたがった路車間通信モードと車車間通信モードの切り替えを停止して、前記路側機から送信される同期信号を受信するまで路車間通信モードを継続する制御手段と、
   受信した前記同期信号に基づいて、自車内のクロックを路側機に同期させる同期制御を行う同期手段と、
   を有することを特徴とする車両。

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