JP5950344B2 - 光ビーコン - Google Patents

Description

本発明は、走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンに関する。

路車間通信システムを利用した交通情報サービスとして、光ビーコン、電波ビーコン又はＦＭ多重放送を用いたいわゆるＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：（財）道路交通情報通信システムセンターの登録商標）が既に展開されている。
このうち、光ビーコンは、近赤外線を通信媒体とした光通信を採用しており、車載機との双方向通信が可能である。具体的には、車両の保持するビーコン間の旅行時間情報等を含むアップリンク情報が車載機からインフラ側の光ビーコンに送信される。

逆に、光ビーコンからは、渋滞情報、区間旅行時間情報、事象規制情報及び車線通知情報等を含むダウンリンク情報が車載機に送信されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
このため、光ビーコンは、車載機との間で光信号を送受するビーコンヘッド（投受光器）を備え、投受光器には、ビーコン制御機から入力された送信信号を発光ダイオードに入力してダウンリンク光を送出する光送信部と、フォトダイオードが受光した光信号を電気信号に変換してビーコン制御機に出力する光受信部が搭載されている。

一方、光ビーコンを利用した安全運転支援システム（ＤＳＳＳ）の一環として、光ビーコンの通信領域の基準位置、下流側の交差点の停止線位置、基準位置からアップリンク位置（光ビーコンが受信できた上りフレームの送信位置）までの「ＵＬ位置補正情報」（以下、単に「位置補正情報」という場合がある。）、ダウンリンク切り替え後の下りフレームの累積送信フレームである「ＤＬ送信フレーム数」、及び、交差点の信号の予定秒数である「信号情報」を、「安全運転支援情報」として下りフレームに含める場合がある。

それらの情報を提供された車載機は、基準位置から停止線位置までの距離から、位置補正情報の距離とＤＬ送信フレーム数から求めた距離を減算することにより、現時点の車両位置から停止線位置までの距離を正確に求めることができる。
この場合、停止線位置までの距離が正確に求まるので、赤信号の直前で交差点に進入することがないように、ドライバに制動を促すなどの安全運転の支援制御を正確に実行できるようになる。

特開２００５−２６８９２５号公報

１９９３年から現在までの間に、約５４０００ヘッドの光ビーコンが全国各地の道路に配備されているが、かかる既設の光ビーコンを用いた従来の光通信システムよりも、通信容量を拡大してシステムを高度化することが検討されている。
通信容量を拡大する方策としては、アップリンク及びダウンリンクそれぞれについての伝送速度の高速化、通信領域の拡張あるいは通信プロトコルの変更などの方策がある。このうち、アップリンク速度を現状（６４ｋｂｐｓ）よりも高速化すれば、通信領域をさほど広げなくても、大容量のプローブデータを車載機から収集でき、交通信号制御の高度化に役立てることができる。

このように、アップリンク速度の高速化を実現するためには、高速アップリンク受信に対応する光ビーコン（以下、「新光ビーコン」ともいう。）と、高速アップリンク送信に対応する車載機（以下、「新車載機」ともいう。）を新たに導入する必要がある。
しかし、新光ビーコンや新車載機を導入するとしても、これらの新型の機器が、低速アップリンク通信しかできない従来の機器と互換性がなければ、既存の路車間通信システムと整合しなくなるため、アップリンク速度の高速化が阻害される。

そこで、新車載機の上位互換性を確保するため、低速アップリンク送信のみを行う車載機（以下、「旧車載機」ともいう。）からの低速フレームのみをアップリンク受信できる光ビーコン（以下、「旧光ビーコン」ともいう。）が認識可能な、車両の識別情報（以下、「車両ＩＤ」ともいう。）を格納した低速フレームを、高速フレームの前にアップリンク送信する通信規約を採用すれば、旧光ビーコンにダウンリンク切り替えを行わせることができ、新車載機が旧光ビーコンとも通信できるようになる。

ところで、新車載機が低速フレームの後に高速フレームを送信する場合のように、１回の路車間通信で複数の上りフレームの送信が行われる場合において、後続の上りフレームのアップリンク位置が求まる毎に動的に更新される「位置補正情報」を、ダウンリンク切り替えのタイミングとは無関係に下りフレームに含めると、「位置補正情報」と「ＤＬ送信フレーム数」との関係性が崩れてしまい、これらの情報を用いた実距離の算出を正確に行うことができなくなるという問題がある。

なお、上記において、「位置補正情報」と「ＤＬ送信フレーム数」の関係性が崩れるとは、具体的には、「ＤＬ送信フレーム数」はダウンリンク切り替え時の上りフレームが基準となっているのに対し、「位置補正情報」はダウンリンク切り替え時の上りフレームが基準となっていない場合のことをいう。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、正確な安全運転支援情報を車載機に提供することができる、ＤＳＳＳ対応の光ビーコンを提供することを目的とする。

（１） 本発明の光ビーコンは、走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、上りの光信号を電気信号に変換する受光素子を含む光受信部と、電気信号を下りの光信号に変換する発光素子を含む光送信部と、複数の上りフレームのうちいずれかの受信を契機として行うダウンリンク切り替えと、アップリンク位置の生成とを実行可能な通信制御部と、を備えており、前記通信制御部は、前記ダウンリンク切り替えの契機となる前記上りフレームを受信した場合に、その受信時における前記アップリンク位置を前記下りフレームに含めることを特徴とする。

本発明の光ビーコンによれば、通信制御部が、ダウンリンク切り替えの契機となる上りフレームを受信した場合に、その受信時におけるアップリンク位置を下りフレームに含めるので、ダウンリンク切り替えの契機とならない上りフレームを受信しても、その受信時におけるアップリンク位置が車載機に提供されない。

従って、車載機が、１回の路車間通信にて複数の上りフレームを送信する場合において、ダウンリンク切り替えの契機とならない上りフレームのアップリンク位置から求められた、誤ったアップリンク位置が車載機に伝送されることがない。このため、車載機は、正しいアップリンク位置を用いて所定位置までの実距離を正確に算出することができ、ＤＳＳＳを適切に運用することができる。
換言すると、「ＤＬ送信フレーム数」と「位置補正情報」（アップリンク位置）がともにダウンリンク切り替え時の上りフレームを基準とすることになるので、これらの情報に基づいて車載機が所定位置までの実距離を正しく算出できるようなる。

（２） 本発明の光ビーコンにおいて、前記光受信部が、高低２種類の伝送速度の光信号に対応している場合（高速アップリンク受信に対応する新光ビーコンの場合）には、前記通信制御部は、低速の前記上りフレームを受信した場合は前記ダウンリンク切り替えを行い、高速の前記上りフレームを受信した場合は前記ダウンリンク切り替えを行わないことが好ましい。

この場合、低速フレームでのダウンリンク切り替えが行われるので、新光ビーコンの通信相手が新車載機か旧車載機かに関係なく、適切に路車間通信を行うことができる。
また、高速フレームでのダウンリンク切り替えが行われないので、高速フレームの受信によってもダウンリンク切り替えを行う場合に比べて、新光ビーコンの処理負荷を軽減できる。また、ダウンリンク切り替えの時期が遅くなって、その後にダウンリンク送信される下りフレームの受信機会が減少するのを防止することができる。

なお、低速フレームの場合にダウンリンク切り替えを行い、高速フレームの場合にダウンリンク切り替えを行わない実装の場合には、アップリンク受信した上りフレームが低速か高速かにより、ダウンリンク切り替えの契機となる上りフレームか否かを判定することにすればよい。

（３） 本発明の光ビーコンにおいて、前記光受信部は、具体的には、例えば次の２種類の受光系を含む回路構成を採用することができる。
通信用の受光系：受光素子が出力する電気信号からビットデータを抽出する受光系
測定用の受光系：受光素子が出力する電気信号からアップリンク位置の測定に用いる測定データを生成する受光系

（４） この場合、前記受光素子として、通信用の変換素子と、これとは別個の測定用の変換素子とを含む回路構成とする場合には、前記測定用の変換素子は、光信号の受光面上の入射位置が車両進行方向における光信号の送信位置と対応するように配置され、その入射位置に応じた電気信号を出力する位置検出素子よりなることが好ましい。
かかる位置検出素子を採用すれば、後述の「分割ＰＤ」を用いた測定用の受光系の場合に比べて、位置標定の分解能が高まるとともに、道路側のアップリンク領域との位置合わせが容易な光ビーコンが得られる。

（５） もっとも、前記受光素子は、通信用と測定用に兼用可能な変換素子よりなる回路構成であってもよく、この場合、前記変換素子は、車両進行方向に並ぶ道路上の分割領域に対応する受光面をそれぞれ有する複数のフォトダイオードよりなるもの（分割ＰＤ）を採用すればよい。
かかる分割ＰＤよりなる変換素子を採用すれば、通信用の受光系と測定用の受光系に用いる受光素子を１種類の変換素子で兼用できるので、回路規模をコンパクト化できるという利点がある。

（６） 本発明の光ビーコンにおいて、前記通信制御部は、例えば次の３種類の処理部を含むチップ構成を採用することができる。
通信処理部：抽出されたビットデータから上りデータを再生する処理部
位置処理部：生成された測定データからアップリンク位置の位置データを演算する処理部
判定処理部：再生された上りデータの内容に応じて、演算された位置データに対応するアップリンク位置を下りフレームに含めるか否かを判定する処理部

（７） この場合、前記判定処理部は、再生された上りデータの内容から前記上りフレームがダウンリンク切り替えの契機となるか否かを判定し、その判定結果が肯定的である場合は前記アップリンク位置を前記下りフレームに含め、その判定結果が否定的である場合は前記アップリンク位置を前記下りフレームに含めないことにすればよい。

（８） また、ダウンリンク切り替えの契機となる前記上りフレームの伝送速度が通信規約で規定されている場合には、前記判定処理部は、受信した前記上りフレームの伝送速度が低速か高速かにより、当該上りフレームがダウンリンク切り替えの契機となるか否かを判定するようにすればよい。

（９） 他の観点から見た本発明の光ビーコンは、走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、上りの光信号を電気信号に変換する受光素子を含む光受信部と、電気信号を下りの光信号に変換する発光素子を含む光送信部と、前記光受信部が出力するビットデータから上りフレームを再生し、前記光受信部が出力する測定データからアップリンク位置を生成する通信制御部と、備えており、前記光受信部は、次の２種類の受光系を含むことを特徴とする。

通信用の受光系：通信用の変換素子が出力する電気信号からビットデータを抽出する受光系
測定用の受光系：通信用の変換素子とは別個に設けられた測定用の変換素子が出力する電気信号からアップリンク位置の測定に用いる測定データを生成する受光系

ＰＳＤを用いてアップリンク位置を測定できる光ビーコンの従来例として、例えば特開２００９−２６０３３号公報に記載された光ビーコンがある。
この光ビーコンでは、１つの位置検出素子（ＰＳＤ）が出力する電気信号を、アップリンク位置の測定と上りフレームの再生の双方に利用している。しかし、一般にＰＳＤは、高速帯域での追従性能が悪いため、上りフレームが高速化されると、ＰＳＤが出力する電気信号からは上りフレームを適切に再生できない。

この点、本発明の光ビーコンでは、光受信部が通信用の受光系と測定用の受光系を含み、これらの受信系で別個の変換素子を使用しているので、測定用の変換素子の性能に関係なく、通信用の受光系が出力する電気信号の品質を確保することができる。
このため、アップリンク位置を測定可能な光ビーコンにおいて、上りフレームの高速化に適切に対応することができる、アップリンク方向の受信性能に優れたマルチレート対応の光ビーコンが得られる。

なお、本発明の光ビーコンにおいて、通信用の変換素子としては、例えばＰＤを採用することができ、測定用の変換素子としては、例えばＰＳＤを採用することができる。
また、測定用の受光系からは上りフレームのデータ再生を行う必要がないので、測定用の変換素子として、例えばＣＣＤなどの、画像を取得可能なイメージセンサを採用することにしてもよい。

以上の通り、本発明によれば、ダウンリンク切り替えの契機とならない上りフレームのアップリンク位置から求められた、誤ったアップリンク位置が車載機に伝送されることがないので、正確な安全運転支援情報を車載機に提供することができる、ＤＳＳＳ対応の光ビーコンを提供することができる。

路車間通信システムの概略構成を示すブロック図である。 光ビーコンの設置部分を上から見た道路の平面図である。 光ビーコンの通信領域を示す側面図である。 従来の通信手順を示すシーケンス図である。 新旧の光ビーコンと車載機の混在状態を示す図である。 新光ビーコンの上位互換制御を示すフローチャートである。 アップリンク情報のフレーム構成図である。 ダウンリンク情報のフレーム構成図である。 送信中断期間を設けない場合の路車間通信を示すシーケンス図である。 送信中断期間を設ける場合の路車間通信を示すシーケンス図である。 安全運転支援システムにおける提供情報の一例を示す説明図である。 第１実施形態に係る新光ビーコンの回路構成図である。 位置検出素子を用いたアップリンク位置の測定原理の説明図である。 メインＣＰＵによる判定処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る新光ビーコンの回路構成図である。 分割ＰＤを用いたアップリンク位置の測定原理の説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の路車間通信システムは、インフラ側の交通管制システム１と、道路Ｒを走行する車両２０に搭載された車載機２とを備えている。

交通管制システム１は、交通管制室等に設けられた中央装置３と、道路Ｒの各所に多数設置された光ビーコン（光学式車両感知器）４とを備え、光ビーコン４は、近赤外線を通信媒体とした光通信によって車載機２との間で無線通信を行うことができる。
光ビーコン４は、ビーコン制御機７と、このビーコン制御機７のセンサ用インタフェースに接続された複数（図１では４つ）のビーコンヘッド（投受光器ともいう。）８とを有している。

ビーコン制御機７は、インフラ側の通信部６に接続されており、通信部６は電話回線等の通信回線５によって中央装置３と接続されている。
通信部６は、例えば、信号灯器の灯色を制御する交通信号制御機や、インフラ側における交通情報の中継処理を行う情報中継装置等より構成することができる。

本実施形態の光ビーコン４は、全二重通信方式を採用している。すなわち、後述のビーコン制御機７は、光送信部１０に対するダウンリンク方向の送信制御と、光受信部１１に対するアップリンク方向の受信制御とを同時に行うことができる。
これに対して、本実施形態の車載機２は、半二重通信方式を採用している。すなわち、後述の車載制御機２１は、光送信部２３に対するアップリンク方向の送信制御と、光受信部２４に対するダウンリンク方向の受信制御とを同時には行わない。

なお、光送信部２３に対するアップリンク方向の送信制御と、光受信部２４に対するダウンリンク方向の受信制御は同時に行われていても良いが、実態として、どちらかのみしか機能しないように構成されているものとする。すなわち、アップリンクの送信中にはダウンリンクを受信することが困難な構成である。

〔光ビーコンの構成〕
光ビーコン４のビーコンヘッド８は、電気光変換が可能な光送信部１０と、光電気変換が可能な光受信部１１とを筐体の内部に有している。
このうち、光送信部１０は、近赤外線よりなるダウンリンク光（ダウンリンク方向の光信号）をダウンリンク領域ＤＡ（図３参照）に送出する発光素子を有し、光受信部１１は、アップリンク領域ＵＡ（図３参照）にある車載機２からの近赤外線よりなるアップリンク光（アップリンク方向の光信号）を受光する受光素子を有する。

光送信部１０は、ビーコン制御機７から送出される下りフレームを所定の伝送速度のシリアルな送信信号に変換する送信回路と、出力された送信信号をダウンリンク方向の光信号に変換する、発光ダイオード等よりなる発光素子とから構成されている。
本実施形態の光ビーコン４では、光送信部１０が送信する光信号の伝送速度は、従来の旧光ビーコンと同様に１０２４ｋｂｐｓである。

光受信部１１は、フォトダイオード等よりなる受光素子と、この受光素子が出力する電気信号を増幅してデジタルの受信信号を生成する受信回路とを備えている。
本実施形態の光ビーコン４では、光受信部１１は、高低２種類の伝送速度での光電気変換が可能なマルチレート対応であり、低い方の伝送速度は従来の旧光ビーコンと同様に６４ｋｂｐｓである。高い方の伝送速度は、１２８ｋｂｐｓ、１９２ｋｂｐｓ、２５６ｋｂｐｓ、３８４ｋｂｐｓ、５１２ｋｂｐｓ、１０２４ｋｂｐｓなどの速度を採用し得るが、本実施形態では２５６ｋｂｐｓであるとする。

図２は、本実施形態の光ビーコン４の設置部分を上から見た道路Ｒの平面図である。
図２に示すように、本実施形態の光ビーコン４は、同じ方向の複数（図例では４つ）の車線Ｒ１〜Ｒ４を有する道路Ｒに設置されており、車線Ｒ１〜Ｒ４に対応して設けられた複数のビーコンヘッド８と、これらのビーコンヘッド８を一括制御する制御部である１台のビーコン制御機７とを備えている。

ビーコン制御機７は、信号処理部、ＣＰＵ及びメモリなどを有するコンピュータ装置よりなり、通信部６（図１参照）を介した中央装置３との双方向通信と、車載機２との路車間通信を行う通信制御部としての機能を有する。
また、ビーコン制御機７は、通信制御のためのコンピュータプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、当該ＣＰＵが上記通信制御部として機能する。

ビーコン制御機７は、道路脇に立設した支柱１３に設置されている。また、各ビーコンヘッド８は、支柱１３から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー１４に取り付けられ、道路Ｒの各車線Ｒ１〜Ｒ４の直上に配置されている。
ビーコンヘッド８の発光素子は、車線Ｒ１〜Ｒ４の直下よりも車両進行方向の上流側に向けて近赤外線を発光しており、これにより、車載機２との間で路車間通信を行うための通信領域Ａが当該ヘッド８の上流側に設定されている。

〔光ビーコンの通信領域〕
図３は、光ビーコン４の通信領域Ａを示す側面図である。
図３に示すように、光ビーコン４の通信領域Ａは、ダウンリンク領域（図３において実線のハッチングを設けた領域）ＤＡと、アップリンク領域（図３において破線のハッチングを設けた領域）ＵＡとからなる。

このうち、ダウンリンク領域ＤＡは、ビーコンヘッド８が送出するダウンリンク方向の光信号を、車載機２の投受光器である車載ヘッド２２にて受信できる領域であり、ビーコンヘッド８の投受光位置ｄ、地上１ｍ高さの位置ａ及びｃを頂点とする△ｄａｃで示された範囲である。
また、アップリンク領域ＵＡは、車載ヘッド２２が送出するアップリンク方向の光信号を、ビーコンヘッド８にて受信できる領域であり、上記投受光位置ｄと、地上１ｍ高さの位置ｂ及びｃを頂点とする△ｄｂｃで示された範囲である。

従って、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端ｃは互いに一致し、アップリンク領域ＵＡは、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向の上流部分（図３の右側部分）に重複している。また、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは、通信領域Ａ全体の同方向長さと一致している。
旧光ビーコン（光学式車両感知器）の場合、ダウンリンク領域ＤＡ及びアップリンク領域ＵＡの正式な領域寸法が規約によって規定されている。

例えば、一般道向けの旧光ビーコンの場合、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａが、ビーコンヘッド８の直下の１．０〜１．３ｍ上流側に位置し、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａからアップリンク領域ＵＡの下流端ｂまでの距離が２．１ｍと規定されている。
また、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は１．６ｍと規定されている。従って、正式な通信領域Ａの車両進行方向の全長（ａｃ間の長さ）は３．７ｍとなる。

これに対して、本実施形態の光ビーコン４（新光ビーコン）では、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａをビーコン直下まで延ばし上流端ｃを上記規定よりも上流側に延ばすことにより、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向の範囲を、高速アップリンク受信に非対応の旧光ビーコンの場合よりも広く設定している。

具体的な数値で例示すると、ビーコンヘッド８の真下を０ｍ（原点）として、そこから上流方向を正の方向とした場合、本実施形態のダウンリンク領域ＤＡの範囲（図３の位置ａから位置ｃまでの範囲）は、０．７０〜６．０４ｍとなっている。
このようにダウンリンク領域ＤＡを広めに設定すると、車載機２がダウンリンク方向の光信号を受信する確実性が増すとともに、通信時間が長くなるのでダウンリンク方向の通信容量を拡大することができる。

また、本実施形態のアップリンク領域ＵＡの範囲（図３の位置ｂから位置ｃまでの範囲）は、３．０４〜６．０４ｍとなっており、上流端ｃの位置が従来よりも１．０４ｍだけ上流側に拡張されている。
このようにアップリンク領域ＵＡを広めに設定すると、光ビーコン４がアップリンク方向の光信号を受信する確実性が増とともに、通信時間が長くなるのでアップリンク方向の通信容量を拡大することができる。

〔車載機の構成〕
図３に示すように、本実施形態の車載機２は、車載制御機２１と車載ヘッド２２とを備えており、車載ヘッド２２の内部には、光送信部２３と光受信部２４が収容されている。
このうち、光送信部２３は、近赤外線よりなるアップリンク光（アップリンク方向の光信号）を発光する発光素子を有し、光受信部２４は、ダウンリンク領域ＤＡに送出された近赤外線よりなるダウンリンク光（ダウンリンク方向の光信号）を受光する受光素子を有する。

光送信部２３は、車載制御機２１から出力される上りフレームを所定の伝送速度のシリアルな送信信号に変換する送信回路と、出力された送信信号をアップリンク方向の光信号に変換する、発光ダイオード等よりなる発光素子とから構成されている。
本実施形態の車載機２では、光送信部２３は、高低２種類の伝送速度での電気光変換が可能なマルチレート対応であり、低い方の伝送速度は従来の旧車載機と同様に６４ｋｂｐｓである。高い方の伝送速度は、１２８ｋｂｐｓ、１９２ｋｂｐｓ、２５６ｋｂｐｓ、３８４ｋｂｐｓ、５１２ｋｂｐｓ、１０２４ｋｂｐｓなどの速度を採用し得るが、本実施形態では２５６ｋｂｐｓであるとする。

光受信部２４は、フォトダイオード等よりなる受光素子と、この受光素子が出力する電気信号を増幅してデジタルの受信信号を生成する受信回路とを備えている。
本実施形態の車載機２では、光受信部２４が受信する光信号の伝送速度は、従来の旧車載機と同様に１０２４ｋｂｐｓである。

車載制御機２１は、信号処理部、ＣＰＵ及びメモリなどを有するコンピュータ装置よりなり、光ビーコン４との路車間通信を行う通信制御部としての機能を有する。
また、車載制御機２１は、通信制御のためのコンピュータプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、当該ＣＰＵが上記通信制御部として機能する。

更に、車載制御機２１は、アップリンクデータとして、自車両の走行データ（例えば、通過位置と通過時刻を時系列に並べた走行軌跡データであるプローブ情報など）を生成して、光送信部２３にアップリンク送信させる機能も有する。
この場合、アップリンク速度を高速化することで、より多くのプローブ情報（走行軌跡を記録する道路区間を長くしたり、同一道路区間における通過位置と通過時刻の記録密度を高くしたりした情報）を送信することが可能になる。

なお、本実施形態の車載制御機２１は、上記ＣＰＵを含む本体制御部とは別に、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）等を含む簡易制御部を設けた回路構成であってもよい。
この簡易制御部は、例えば、光受信部２４が何らかの下りフレームを受信した場合に、自機の車両２０の識別情報（以下、「車両ＩＤ」という。）を含む低速の上りフレームを生成する機能を有する。

〔用語の定義等〕
ここで、本明細書で用いる用語の定義を行う。
下りフレームＤＬ１：光ビーコン４が、後述するダウンリンク切り替え前に、ダウンリンク領域ＤＡに向けて繰り返し送信する下りフレームのことをいう。
上りフレームＵＬ１：下りフレームＤＬ１の受信に応じて車載機２が送信する上りフレームのうち、伝送速度が低速のものをいう。「低速フレームＵＬ１」ともいう。

上りフレームＵＬ２：下りフレームＤＬ１の受信に応じて車載機２が送信する上りフレームのうち、伝送速度が高速のものをいう。「高速フレームＵＬ２」ともいう。
車載機２が高速アップリンク送信に対応する新車載機２Ａ（図５参照）の場合は、上りフレームとして、低速フレームＵＬ１と高速フレームＵＬ２の双方を送信でき、車載機２が高速アップリンク送信に非対応の旧車載機２Ｂ（図５参照）の場合には、上りフレームとして低速フレームＵＬ１しか送信できない。

下りフレームＤＬ２：光ビーコン４が、後述するダウンリンク切り替え後に、ダウンリンク領域ＤＡに向けて繰り返し送信する下りフレーム（一連のフレーム群の場合を含む。）のことをいう。
ＩＤ格納フレーム：車載機２が、自車両の車両ＩＤの値を所定の格納領域（例えば、アップリンク情報のヘッダ部の「車両ＩＤ」（図７参照））に記して生成した、「低速」の上りフレームＵＬ１のことをいう。

折り返しフレーム：光ビーコン４が、ＩＤ格納フレームを受信した場合に、そのフレームに含まれる車両ＩＤと同じ値を所定の格納領域に記して生成した下りフレームＤＬ２のことをいう。
ＩＤ折り返し：光ビーコン４が、ＩＤ格納フレームを受信した場合に、折り返しフレームを生成してダウンリンク送信する処理のことをいう。

なお、光ビーコン４が、ＩＤ格納フレームを受信した場合に、折り返しフレームの連送を行わずにダウンリンク切り替えを行う場合もある（例えば、図１１に示す２回目のダウンリンク切り替え参照）。
車両ＩＤのループバック：車載機２がＩＤ格納フレームを生成し、生成したＩＤ格納フレームをアップリンク送信し、光ビーコン４がＩＤ折り返しを行うことにより、車両ＩＤを送信元の車載機２にループバックさせる一連の処理のことをいう。

ダウンリンク切り替え：光ビーコン４が繰り返して送信する下りフレームＤＬ１，ＤＬ２に含める実質的なデータ内容を、当該切り替えの前後で変化させることをいう。
本実施形態では、ダウンリンク切り替え後の下りフレームＤＬ２には、折り返しフレームと、車両ＩＤに対応する車両向けの提供情報を含む下りフレームＤＬ２とが含まれる。この提供情報には、例えば、渋滞情報、区間旅行時間情報及び事象規制情報などの情報を含めることができる。

これらの情報は、高速アップリンク送信に非対応の旧車載機に対しても提供されるものである。
もっとも、本実施形態の光ビーコン４（新光ビーコン）では、高速アップリンク送信に対応する新車載機を搭載した車両向けの提供情報として、例えば、交差点における信号灯色の切り替えタイミングを含む信号情報や、車両２０が電気自動車の場合に有用な情報である直近の充電ステーションまでの経路を示す充電ステーション情報など、新車載機用として予め定めた専用情報を提供することもできる（図９及び図１０参照）。

上りフレームＵＬ１及び下りフレームＤＬ１，ＤＬ２における車両ＩＤのデータ格納領域は、どの領域を使用してもよいが、例えば「ヘッダ部」や「車線通知情報」を使用することができる。
下りフレームＤＬ１，ＤＬ２の車線通知情報には、車線Ｒ１〜Ｒ４（図２）ごとに車両ＩＤを格納するフィールドがあり、各車両ＩＤに対して車線番号を付与できる。このため、異なる車線Ｒ１〜Ｒ４を走行する車両２０の車載機２は、格納フィールド内のいずれに自車両の車両ＩＤが含まれるかを読み取ることで、自車両がどの車線Ｒ１〜Ｒ４を走行中かを判定できる。

〔上りフレームのフレーム構成〕
図７は、アップリンク情報（上りフレーム）のフレーム構成図である。
図７に示すように、上りフレームＵＬ１は、先頭から順に、受信側と同期を取るための同期用の伝送制御部（以下、「同期部」という。）、ヘッダ部、実データ部及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check ）用の伝送制御部（以下、「ＣＲＣ部」という。）を有する。

図７に示すように、上りフレームＵＬ１の場合は、同期部に１バイトが割り当てられ、ヘッダ部に１０バイトが割り当てられ、実データ部に最大５９バイトが割り当てられ、ＣＲＣ部には４バイト（１バイトのアイドル部＋２バイトのＣＲＣ＋１バイトの最終同期部）が割り当てられている。
アップリンク情報のヘッダ部には、「サブシステムキー情報数」、「車両ＩＤ」、「車載機種別」、「情報種別」及び「最終フレームフラグ」などの格納領域が含まれる。

「サブシステムキー情報数」（以下、「情報数」と略記することがある。）には、実データ部の先頭から順に格納する「サブシステムキー情報」の数が格納される。
すなわち、情報数がゼロの場合は、実データ部に「サブシステムキー情報」が含まれず、情報数が「１」の場合は、実データ部に１つの「サブシステムキー情報」が含まれ、情報数が「ｎ」の場合は、実データ部にｎ個の「サブシステムキー情報」が含まれる。

上記「サブシステムキー情報」は、光ビーコン４が、公共車両優先システム（ＰＴＰＳ）、車両運行管理システム（ＭＯＣＳ）、現場急行支援システム（ＦＡＳＴ）及び安全運転支援システム（ＤＳＳＳ）などのダウンリンク情報の付加情報を選択するためのキー情報である。
車載機２は、自車両がＵＴＭＳ規格のどのシステムに対応しているかに応じて、「サブシステムキー情報数」と「サブシステムキー情報」の内容を決定する。

例えば、車載機２は、自車両がＵＴＭＳ規格の１つのシステムに対応する場合は、ヘッダ部の「サブシステムキー情報数」の値を「１」に設定し、当該１つのシステムの規格に従った内容の「サブシステムキー情報（１）」を、実データ部に格納する。
また、車載機２は、自車両がＵＴＭＳ規格の２つのシステムに対応する場合は、ヘッダ部の「サブシステムキー情報数」の値を「２」に設定し、当該２つのシステムの規格にそれぞれ従った内容の「サブシステムキー情報（１）」及び「サブシステムキー情報（２）」を、実データ部に格納する。

なお、「サブシステムキー情報」のデータ形式は、各々のシステムの規格によって相違するので詳細は割愛するが、例えば、安全運転支援システム（ＤＳＳＳ）の場合には、ブレーキ状態、ターンシグナル状態、ハザード状態、車速、進行方向、加減速度及びアクセルペダル位置などの情報が含まれる。

一方、光ビーコン４は、アップリンク情報に含まれる「サブシステムキー情報」の種別により、車載機２が、ＵＴＭＳ規格に含まれるどのシステムに対応するかを判断し、当該システムの規格に応じた提供情報を、ダウンリンク切り替え後の下りフレームＤＬ２に格納してダウンリンク送信する。なお、この提供情報は、サブシステムキー情報の対価として提供されるという意味で、「対価サービス情報」ということがある。
このように、「サブシステムキー情報」は、ダウンリンク切り替え後の提供情報の種類を新旧の光ビーコン４が決定するのに使用される。

「車両ＩＤ」は、車載機２が自身で生成した、或いは、光ビーコン４が自動生成した車両ＩＤの値を格納する領域であり、車載機２は、アップリンク送信時に記憶している車両ＩＤの値を、上りフレームＵＬ１のヘッダ部の車両ＩＤに格納する。
「車載機種別」は、車載機２の種別を格納する領域であり、「情報種別」は、アップリンク情報の種別を格納する領域であり、本実施形態では、これらの領域の値により、アップリンク送信主体の新旧と、アップリンク情報が高速か低速かを表す。

具体的には、本実施形態の車載機２（新車載機２Ａ）は、低速の上りフレームＵＬ１を送信する場合は、「車載機種別」に新車載機２Ａを示す所定値（例えば、「６」）を格納し、「情報種別」に低速であることを示す所定値（例えば、「１」）を格納する。
また、新車載機２Ａは、高速の上りフレームＵＬ２を送信する場合は、「車載機種別」に新車載機２Ａを示す所定値（例えば、「６」）を格納し、「情報種別」に高速であることを示す所定値（例えば、「４」）を格納する。

従って、本実施形態の光ビーコン４（新光ビーコン４Ａ）は、受信した上りフレームＵＬの車載機種別の値が「６」でかつ情報種別の値が「１」の場合は、新車載機２Ａからの低速フレームＵＬ１であると判定でき、受信した上りフレームＵＬの車載機種別の値が「６」でかつ情報種別の値が「４」の場合は、新車載機２Ａからの高速フレームＵＬ２であると判定することができる。
なお、旧車載機２Ｂの場合は、車載機種別の値を「６」以外に設定するので、新光ビーコン４Ａは、「車載機種別」の値が「６」以外の上りフレームＵＬを受信した場合は、旧車載機２Ｂからの低速フレームＵＬ１であると判定することができる。

新光ビーコン４Ａは、新車載機２Ａ及び旧車載機２Ｂからの低速フレームＵＬ１の受信を完了すると、ヘッダ部に含まれる車両ＩＤの値を車線通知情報に格納した折り返しフレームを生成し、このフレームの連続送信を伴うダウンリンク切り替えを行う。
一方、本実施形態では、新光ビーコン４Ａは、新車載機２Ａからの高速フレームＵＬ２の受信を完了した場合には、ダウンリンク切り替えを行わない。もっとも、高速フレームＵＬ２の受信完了に応じて、ダウンリンク切り替えを行う規約を採用してもよい。

このように、本実施形態では、新車載機２Ａ及び旧車載機２Ｂからの低速フレームＵＬ１の受信完了は、新光ビーコン４Ａが折り返しフレームの連続送信を伴うダウンリンク切り替えを行うための条件（契機ないしトリガー）となっている。
また、新車載機２Ａからの高速フレームＵＬ２の受信完了は、新光ビーコン４Ａが折り返しフレームの連続送信やダウンリンク切り替えを行うための条件（契機ないしトリガー）になっていない。

「最終フレームフラグ」は、車載機２（新旧いずれでもよい。）が複数の上りフレームＵＬよりなる上りフレーム群を送信する場合に、その上りフレーム群のどれが最終フレームであるかを示すための格納領域である。
すなわち、車載機２は、上りフレーム群を構成する複数の上りフレームＵＬのうち、最終フレームの「最終フレームフラグ」にのみ所定のフラグ値（例えば、「１」）を格納し、それ以外の上りフレームＵＬにはそのフラグ値を格納しない。

〔下りフレームのフレーム構成〕
図８は、ダウンリンク情報（下りフレーム）のフレーム構成図である。
図８に示すように、下りフレームＤＬ１，ＤＬ２のフレーム構成も、上りフレームＵＬ１のフレーム構成（図７）の場合と同様に、先頭から順に、同期部、ヘッダ部、実データ部及びＣＲＣ部とからなる。

下りフレームＤＬ１，ＤＬ２の場合は、同期部に１バイトが割り当てられ、ヘッダ部に５バイトが割り当てられ、実データ部に１２３バイトが割り当てられ、ＣＲＣ部に４バイト（１バイトのアイドル部＋２バイトのＣＲＣ＋１バイトの最終同期部）が割り当てられている。
下りフレームＤＬ１，ＤＬ２の実データ部には、車両２０向けの提供情報として、図９に示す各種情報のうちのいずれか１つが格納される。

具体的には、光ビーコン４（新旧いずれでもよい。）は、ダウンリンク切り替え前の下りフレームＤＬ１の実データ部には、「車線通知情報」を含める。
また、光ビーコン４は、ダウンリンク切り替え後の下りフレームＤＬ２の実データ部には、その下りフレームＤＬ２が折り返しフレームである場合を除き、車載機２からアップリンクされたサブシステムキー情報に対応する提供情報を選択し、選択した提供情報を実データ部に含める。

なお、光ビーコン４は、提供情報が実データ部の容量（１２３バイト）に収まる場合は、１つの下りフレームＤＬ２で提供情報を送信するが、収まらない場合は、複数の下りフレームＤＬ２にて提供情報を送信することもある。

図８に示すように「車線通知情報」の格納領域には、「車両ＩＤ」、「車線番号」及び「ビーコン識別フラグ」などが含まれる。
光ビーコン４は、ダウンリンク切り替え前の下りフレームＤＬ１の場合は、「車線通知情報」の「車両ＩＤ」に値を格納せず、車載機２からＩＤ格納フレームを受信すると、そのヘッダ部に含まれる車両ＩＤの値を、「車線通知情報」の「車両ＩＤ」に格納して折り返しフレームを生成する。光ビーコン４は、アップリンク情報を取得したビーコンヘッド８に対応する車線番号値を「車線番号」に記す。

「ビーコン識別フラグ」は、自機が高速アップリンク受信に対応するか否かを示す格納領域である。
すなわち、光ビーコン４は、自機が高速アップリンク受信に対応する「新光ビーコン４Ａの場合は、下りフレームＤＬ１，ＤＬ２の「ビーコン識別フラグ」に所定のフラグ値（例えば、「０１」）を格納し、自機が高速アップリンク受信に対応しない旧光ビーコン４Ｂの場合は、下りフレームＤＬ１，ＤＬ２の「ビーコン識別フラグ」にそれ以外の値（例えば、「００」）を格納する。

従って、高速アップリンク送信に対応する本実施形態の車載機２（新車載機２Ａ）は、下りフレームＤＬ１，ＤＬ２の「車線通知情報」に含まれる「ビーコン識別フラグ」の値により、通信相手の光ビーコン４が、新光ビーコン４Ａであるか旧光ビーコン４Ｂであるかを判定することができる。

ダウンリンク切り替え後に光ビーコン４の光送信部１０から繰り返し送信される下りフレーム群は、１〜８０個の下りフレームＤＬ２で構成され、その繰り返し送信の送信可能時間は２５０ｍｓである。
また、下りフレームＤＬ２は、ダウンリンク方向に送出すべきデータ量に応じた任意数のフレームで構成され、上記送信可能時間の範囲内で繰り返し送信される。また、下りフレームＤＬ２の送信周期は約１ｍｓである。

従って、例えば、３つの下りフレームＤＬ２で１つの有意なデータを構成する場合は、その送信周期が約３ｍｓになるので、そのデータは所定の送信可能時間（２５０ｍｓ）内に約８０回繰り返して送信されることになる。
もっとも、本実施形態のように、ダウンリンク領域ＤＡをビーコンヘッド８の直下付近まで拡大すれば（図３参照）、繰り返し送信する下りフレームＤＬ２の個数を最大２００個程度まで増加させることができる。

なお、後述の図１０の路車間通信に示すように、光ビーコン４がＩＤ格納フレームに応じてダウンリンク切り替えを行う場合には、後続フレームのアップリンク送信の時間とダウンリンク切り替え後のダウンリンク送信の時間が重複し得るので、ダウンリンク切り替え後の下りフレームＤＬ２の送信可能期間は（２５０＋α）ｍｓ（例えば、３５０ｍｓ）とすることが好ましい。

〔従来の路車間通信〕
図４は、通信領域Ａで行われる従来の通信手順を示すシーケンス図である。
ここで、図４において、白丸を付したフレームは、車両ＩＤを含まないフレーム（車両ＩＤなしの車線通知情報を有するフレーム）であることを示し、黒丸を付したフレームは、路車間のＩＤ折り返しに利用するフレーム（上りの「ＩＤ格納フレーム」又は下りの「折り返しフレーム」）であることを示す。図９〜図１１においても同様である。

また、以下の路車間通信の説明では、動作主体が光ビーコン４と車載機２であるとして説明するが、実際の通信制御は、光ビーコン４のビーコン制御機（通信制御部）７と、車載機２の車載制御機（通信制御部）２１が実行する。この点も、図９〜図１１の路車間通信においても同様である。

図４に示すように、光ビーコン４（図４の場合は旧光ビーコン４Ｂ）は、車線Ｒ１〜Ｒ４ごとに設けられたビーコンヘッド８から、下りフレームＤＬ１を所定の送信周期で送信し続けている。この段階では、車線通知情報に車両ＩＤが格納されていない。
車両２０がダウンリンク領域ＤＡに入ると、車載機２（図４の場合は旧車載機２Ｂ）が車線通知情報（車両ＩＤ無し）を含む下りフレームＤＬ１或いはその他の下りフレームＤＬ１を受信し、車両２０が光ビーコン４の通信領域Ａ内に入ったことを察知する。

この際、車載機２は、ヘッダ部に車両ＩＤを格納した低速の上りフレームＵＬ１（図４のＩＤ格納フレームＵ１）を生成し、自機の通信をいったん受信から送信に切り替えて、生成した低速の上りフレームＵＬ１をアップリンク送信し、その後、自機の通信を送信から受信に戻す。
なお、旅行時間情報などの光ビーコン４に提供すべき情報がある場合には、ＩＤ格納フレームＵ１の実データ部にその情報が格納される。

受信フレームのＣＲＣチェック等を経てＩＤ格納フレームＵ１が光ビーコン４において正規に受信されると、光ビーコン４は、遅くとも１０ｍ秒以内でダウンリンク切り替えを行ったあと、下りフレームＤＬ２の繰り返し送信を開始する。
ダウンリンク切り替えの後に繰り返し送信させる複数の下りフレームＤＬ２は、先頭部分で連送される複数の折り返しフレーム（黒丸付きの下りフレームＤＬ２）と、その後に繰り返し送信される所定の提供情報を含む下りフレームＤＬ２とからなる。

この下りフレームＤＬ２の繰り返し送信は、前記した所定時間内において可能な限り繰り返される。
また、図４に示すように、折り返しフレーム（黒丸付きの下りフレームＤＬ２）は、提供情報の送信期間中においてダウンリンク情報を構成する一連の複数の下りフレームＤＬ２（例えば５個の下りフレームＤＬ２）の１つであり、従来は、一連の複数の下りフレームＤＬ２の先頭にのみ含まれて繰り返し（図４の例では５フレームごと）送信される。

なお、ダウンリンク情報を構成する一連の下りフレームＤＬ２は最大で８０個まで格納できるため、折り返しフレーム（黒丸付きの下りフレームＤＬ２）は、最も少ない頻度の場合には８０フレームに１つの割合で格納されることとなる。
車載機２は、光ビーコン４から複数の下りフレームＤＬ２を受信し、その複数の下りフレームＤＬ２の中で、自車両の車両ＩＤが記された車線通知情報を含むものがあるか否かを判定する。

車載機２は、その判定結果が肯定的である場合に、自車両の車両ＩＤのループバックが成功したことを確認し、この時点で自機の通信を受信のままに維持する。
逆に、車載機２は、その判定結果が否定的である間は、自車両の車両ＩＤのループバックが成功していないと判断し、自機の通信を受信から送信に切り替えて、上りフレームＵＬ１を再送する。この場合、車載機２は、例えば、先に送信した上りフレームＵ１の送信後所定時間（例えば３０ｍｓ）後に、再び上りフレームＵＬ１を送信する。車載機２は、この再送の動作を車両ＩＤのループバックが成功するまで繰り返す。

〔混在状況における問題点〕
図５は、新旧の光ビーコン４Ａ，４Ｂと車載機２Ａ，２Ｂの混在状態を示す図である。
図５に示すように、新光ビーコン４Ａは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）だけでなく高速の伝送速度（例えば２５６ｋｂｐｓ）でのアップリンク受信に対応している。本実施形態の光ビーコン４は、新光ビーコン４Ａに該当する。
同様に、新車載機２Ａは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）だけでなく高速の伝送速度（例えば２５６ｋｂｐｓ）でのアップリンク送信に対応している。本実施形態の車載機２は新車載機２Ａに該当する。

これに対して、旧光ビーコン４Ｂは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）でのアップリンク受信のみを行う光ビーコン、すなわち、高速の伝送速度（例えば２５６ｋｂｐｓ）でのアップリンク受信に非対応の光ビーコンである。
同様に、旧車載機２Ｂは、低速の伝送速度（６４ｋｂｐｓ）でのアップリンク送信のみを行う車載機、すなわち、高速の伝送速度（例えば２５６ｋｂｐｓ）でのアップリンク送信に非対応の車載機である。

上述の用語の定義で記載した通り、図５の「ＤＬ１」は、ダウンリンク切り替え前に新旧の光ビーコン４Ａ，４Ｂが送信する下りフレームを示し、図５の「ＵＬ１」は、下りフレームＤＬ１の受信を契機として、新旧の車載機２Ａ，２Ｂが送信可能な低速フレームを示し、図５の「ＵＬ２」は、新車載機２Ａのみが送信可能な高速フレームを示している。
また、図５の「ＤＬ２」は、ダウンリンク切り替え後に新旧の光ビーコン４Ａ，４Ｂが送信する下りフレームを示している。

ここで、新光ビーコン４Ａと新車載機２Ａが路車間通信する場合を想定する。そして、光ビーコン４の新旧タイプを判別不能な場合は、新車載機２Ａは、上りフレームを確実に受信して貰うために低速でアップリンク送信を行うとする。
この場合、ダウンリンク方向の伝送速度は、新旧いずれの場合も「１０２４ｋｂｐｓ」であるから、新車載機２Ａは、新光ビーコン４Ａから下りフレームＤＬ１を受信しただけでは、通信相手が新光ビーコン４Ａであることを察知できない。

このように、新車載機２Ａが、新光ビーコン４Ａのダウンリンク領域ＤＡを通過する間に新光ビーコン４Ａと通信していることを認識できなければ、高速のアップリンク送信が可能である筈の新車載機２Ａが、新光ビーコン４Ａに対しても低速でアップリンク送信を行ってしまい、アップリンク速度の高速化が実現できなくなる。
そこで、本実施形態では、自機が高速アップリンク受信に対応する新光ビーコン４Ａである旨のビーコン識別情報（例えば、図８の「ビーコン識別フラグ」）を、ビーコン制御機７が下りフレームＤＬ１，ＤＬ２に含めることができる。

具体的には、前述の通り、光送信部１０にダウンリンク送信させる下りフレームＤＬ１，ＤＬ２の「車線通知情報」（「ヘッダ部」でもよい。）に、光ビーコン４の新旧タイプを示すフラグフィールドを予め定義しておく。
そして、ビーコン制御機７は、自機を新光ビーコン４Ａとして動作させる場合には、繰り返し送信するすべての下りフレームＤＬ１，ＤＬ２又は所定周期ごとの下りフレームＤＬ１，ＬＤ２のフラグフィールドをオンにし、自機を旧光ビーコン４Ｂとして動作させる場合には、その下りフレームＤＬ１，ＤＬ２のフラグフィールドをオフにする。

このため、新車載機２Ａは、受信した下りフレームＤＬ１，ＤＬ２のフラグフィールドがオンである場合には、通信相手が新光ビーコン４Ａであると判定でき、オフの場合や当該フラグフィールドが検出できなかった場合には、通信相手が旧光ビーコン４Ｂであると判定できる。

もっとも、上りフレーム群に必ず低速フレームＵＬ１が含まれておれば、通信相手の光ビーコン４の新旧タイプを判定しなくても、両タイプの光ビーコン４との通信が可能である。
その理由は、低速フレームＵＬ１を利用すれば新旧双方の光ビーコン４Ａ，４Ｂと従来通りの通信ができるし、上りフレーム群の他のフレームを一律に高速フレームＵＬ２としても、旧光ビーコン４Ｂがそれを受信できないだけで、特に問題はないからである。

本実施形態では、新車載機２Ａは、光ビーコン４の新旧判定を行わないタイプであると仮定するが、新車載機２Ａは、下りフレームＤＬ１のフラグフィールドに基づいて光ビーコン４の新旧判定を行った結果、通信相手が新光ビーコン４Ａであると判明した場合に限り、高速フレームＵＬ２を送信するものであってもよい。

〔新光ビーコンの上位互換制御〕
図６は、本実施形態の光ビーコン４である、新光ビーコン４Ａのビーコン制御機７が行う上位互換制御を示すフローチャートである。
図６に示すように、新光ビーコン４Ａのビーコン制御機７は、フラグフィールドをオンに設定した下りフレームＤＬ１を所定周期で繰り返しダウンリンク送信することにより（図６のステップＳＴ１）、自機が新光ビーコン４Ａであることを外部に通知している。

この状態で、ビーコン制御機７は、上りフレームＵＬ１を受信したか否かを判定し（図６のステップＳＴ２）、その受信を検出するまで、ステップＳＴ１のダウンリンク送信を継続する。
上りフレームＵＬ１の受信を検出すると、ビーコン制御機７は、受信した上りフレームＵＬ１の送信主体が、高速の伝送速度（本実施形態では、２５６ｋｂｐｓ）に対応する新車載機２Ａであるか否かを判定する（図６のステップＳＴ３）。

このステップＳＴ３の判定は、例えば、光受信部１１で受信された上りフレームＵＬ１の伝送速度が、高速であったか低速であったかによって行うことができる。この場合、受信した上りフレームＵＬ１が高速であれば、送信主体が新車載機２Ａであると判定でき、低速であれば、送信主体が旧車載機２Ｂであると判定できる。
また、新車載機２Ａの車載制御機２１が、自機が高速アップリンク送信対応の新車載機２Ａである旨の車載機識別情報を、上りフレームＵＬ１に含める規約を採用してもよい。

具体的には、光送信部２３がアップリンク送信する上りフレームＵＬ１のヘッダ部に、車載機２の新旧タイプを示すフラグフィールド（例えば、図７の「車載機種別」）を予め定義しておく。
そして、新車載機２Ａの車載制御機２１は、自機を新車載機２Ａとして動作させる場合は、高速で送信する上りフレームＵＬ１のフラグフィールドをオンにし、自機を旧車載機２Ｂとして動作させる場合は、上りフレームＵＬ１のフラグフィールドをオフにする。

このため、かかる規約を採用すれば、ビーコン制御機７は、受信した上りフレームＵＬ１のフラグフィールドがオンである場合には、その送信主体が新車載機２Ａであると判定でき、上りフレームＵＬ１のフラグフィールドがオフの場合や当該フラグフィールドが検出できなかった場合には、その送信主体が旧車載機２Ｂであると判定できる。

ステップＳＴ３の判定結果が肯定的である場合、すなわち、上りフレームＵＬ１の送信主体が新車載機２Ａの場合は、ビーコン制御機７は、ダウンリンク切り替え後に新車載機用のダウンリンク送信を行う（図６のステップＳＴ４）。
新車載機用のダウンリンク送信は、渋滞情報、区間旅行時間情報及び事象規制情報などの旧車載機向けの提供情報に加え、信号情報や充電ステーション情報などの新車載機向けの提供情報を含む下りフレームＤＬ２を、繰り返し送信することによって行われる。

ステップＳＴ３の判定結果が否定的である場合、すなわち、上りフレームＵＬ１の送信主体が旧車載機２Ｂの場合は、ビーコン制御機７は、ダウンリンク切り替え後に旧車載機用のダウンリンク送信を行う（図６のステップＳＴ５）。
この旧車載機用のダウンリンク送信は、渋滞情報、区間旅行時間情報及び事象規制情報などの旧車載機向けの提供情報を含む下りフレームＤＬ２だけを、繰り返し送信することによって行われる。

なお、前述の通り、ダウンリンク切り替え後に行われるステップＳＴ４，ＳＴ５の下りフレームＤＬ２のダウンリンク送信は、ダウンリンク切り替え時点から所定時間（例えば、２５０ｍｓ）が経過するまで行われる。

〔送信中断期間を設けない場合の路車間通信〕
図９は、新車載機２Ａが「送信中断期間」を設けずに上りフレームＵＬ１，ＵＬ２を送信するため、新車載機２ＡがＩＤ確認を失敗する場合の路車間通信を示すシーケンス図である。

図９において、Ｕ１〜Ｕ４は、下りフレームＤＬ１を検出した新車載機２Ａがアップリンク送信する、複数の上りフレーム（上りフレーム群）ＵＬ１，ＵＬ２を示している。
図９では、上りフレーム群のフレーム数が４フレームになっているが、そのフレーム数は４つに限定されるものではなく、例えば、高速フレームＵＬ２が３つ以上送信される場合もあるし、比較的長いデータ長である高速フレームＵＬ２が１つだけ送信される場合もあり得る。

また、ハッチングを付していない上りフレームＵ０は、伝送速度が低速（本実施形態では６４ｋｂｐｓ）の「低速フレーム」であることを示し、ハッチングを付した上りフレームＵ２〜Ｕ４は、伝送速度が高速（本実施形態では２５６ｋｂｐｓ）の「高速フレーム」であることを示している。
なお、低速フレームＵ０と高速フレームＵ１〜Ｕ３の図示上の区別については、図１０の路車間通信においても同様である。

プローブ情報などの大容量のデータをアップリンク送信する場合には、低速フレームＵ０にデータを格納しきれないことが多い。そこで、図９の例では、新車載機２Ａが合計３つの高速フレームＵ１〜Ｕ３を低速フレームＵ０の後に続けて送信している。
具体的には、新車載機２Ａは、ダウンリンク領域ＤＡにおいて下りフレームＤＬ１を受信すると、低速フレームＵ０を即座に低速でアップリンク送信し、それに続けて高速フレームＵ１〜Ｕ３をアップリンク送信する。

なお、本実施形態では、新車載機２Ａが通信相手の新旧を判定しない場合を想定しているので、低速フレームＵ０と高速フレームＵ２〜Ｕ４の連続送信は、新車載機２Ａの通信相手が新光ビーコン４Ａか旧光ビーコン４Ｂかに拘わらず実行される。
新車載機２Ａの通信相手の光ビーコン４は、上りフレーム群に含まれる低速フレームＵ０の受信完了を契機として、そのヘッダ部から車両ＩＤ値を抽出し、その値を車線通知情報に格納した折り返しフレームの連送とダウンリンク切り替えを行う。

すなわち、光ビーコン４が新光ビーコン４Ａの場合は、低速フレームＵ０の「車載機種別」の値が「６」でかつ「情報種別」の値が「１」であることを検出すると、折り返しフレームの連送とダウンリンク切り替えを行う。
また、光ビーコン４が旧光ビーコン４Ｂの場合は、上記のような種別判定を行うことができないので、低速フレームＵ０の受信が完了すると、従来通り、即座に折り返しフレームの連送とダウンリンクを行う。

このように、旧光ビーコン４Ｂは、大容量のアップリンク送信はされないという想定の下で、ＩＤ格納フレームである低速フレームＵ０を受信すると、即座に折り返しフレームを連送してダウンリンク切り替えを出来るだけ素早く行う運用になっており、新光ビーコン４Ａも、旧車載機２Ｂとの互換性を維持するため、低速フレームＵ０の受信完了を契機としてダウンリンク切り替えを即座に行うようになっている。
従って、図９に示すように、高速フレームＵ１〜Ｕ３の送信期間（図９の例ではＵ３）によっては、その送信中に折り返しフレームが新車載機２Ａに到達することがある。

この場合、新車載機２Ａが半二重通信方式を採用している場合には、光受信部２４に折り返しフレームが届いているにも拘わらず、新光ビーコン４Ａが車両ＩＤを認識済みであることを新車載機２Ａが察知できない。
また、この場合、図９に破線で示すように、新車載機２Ａは、ＩＤ格納フレームである低速フレームＵ０を含む大容量の上りフレーム群Ｕ０〜Ｕ１を再送信する。

この現象は、ダウンリンク情報に含めるべき車線通知情報以外の提供情報のデータ量が多いほど発生しやすくなる。
その理由は、提供情報のデータ量が多くなるほど、新光ビーコン４Ａが繰り返し送信する下りフレームＤＬ２に折り返しフレームを含める頻度が少なくなるため、新車載機２Ａがループバックを認識できない確率が高くなるためである。

従って、ダウンリンク切り替え後に定期的（図９の例では５フレームごと）にダウンリンク送信される折り返しフレームについても、上りフレーム群Ｕ０〜Ｕ３の送信期間と重なるタイミングになって、新車載機２Ａが受信できる可能性が低くなることがある。
この場合、上りフレーム群Ｕ０〜Ｕ３を再送信した後でも、新車載機２Ａが折り返しフレームに気付かず、上りフレーム群Ｕ０〜Ｕ３のアップリンク送信（再送）が無駄に継続されることになる。

そして、新車載機２Ａがアップリンク送信するフレーム数が多いほど、折り返しフレームに気付かないままアップリンク領域ＵＡにおいて上りフレーム群Ｕ０〜Ｕ３の送信が継続される可能性が増すことになる。
従って、より多くのデータを新光ビーコン４Ａにアップリンクしようとする新車載機２Ａほど、限られた期間（例えば２５０ｍｓ）にしか送信されない下りフレームＤＬ２の受信機会を大幅に喪失したり、極端な場合は、下りフレームＤＬ２を受信できずに通信領域Ａを通過したりするという、不合理な結果になるおそれがある。

〔送信中断期間を設ける場合の路車間通信〕
図１０は、新車載機２Ａが「送信中断期間」を設けて上りフレームＵＬ１，ＵＬ２を送信するため、新車載機２Ａが、ＩＤ確認を成功する場合の路車間通信を示すシーケンス図である。
図１０の例では、新車載機２Ａが低速フレームＵ０の後に高速フレームＵ１〜Ｕ３を連送する場合に、最初の低速フレームＵ０と高速フレームＵ１の間に「送信中断期間」を設けることにより、折り返しフレームの不達に伴う上述の問題点を解決している。

この「送信中断期間」は、新車載機２Ａが、自機が行う車両ＩＤのループバックの成功を確認するとともに、高速フレームＵ１の送信の準備をするために必要な所定の時間長に設定される。
例えば、新光ビーコン４ＡがＩＤ格納フレームＵ０の受信から下りフレームＤＬ２の送信開始までに５〜１０ｍ秒程度要すると仮定し、さらに、新車載機２Ａが自車の車両ＩＤのループバックを確認し、高速フレームＵ１の送信を開始するのに必要な遅延時間を１０ｍ秒と仮定すれば、送信中断期間は概ね１５〜２０ｍ秒の範囲で設定すればよい。

かかる送信中断期間を設けることにすれば、ダウンリンク切り替え後に連送される折り返しフレームが当該期間中に新車載機２Ａの光受信部２４に到達し、新車載機２Ａは、受信した折り返しフレームに含まれる車両ＩＤが自機のものと一致するか否かを判定することにより、車両ＩＤのループバックの成功を確認できる。
上記の確認の後、新車載機２Ａは、高速フレームＵ１〜Ｕ３を連送し、その連送が終了したあと、自機の通信を受信に切り替える。

このように、低速フレームＵ０と高速フレームＵ１の間に送信中断期間を設ける新車載機２Ａによれば、送信中断期間に新光ビーコン４Ａから受信した折り返しフレームにより、新光ビーコン４Ａが車両ＩＤを認識済みであることを確実に察知することができる。
このため、複数の上りフレームＵ０〜Ｕ３の送信を新車載機２Ａが無駄に継続することによる、下りフレームＤＬ２の受信機会の喪失を未然に防止することができる。

送信中断期間を設定する方法としては、車載制御機２１が消灯状態を示す信号をその期間中に光送信部２３に出力し続ける方法や、その期間の始期に光送信部２３の発光素子への電源供給を停止して消灯させ、その期間の終期に発光素子への電源供給を再開して再発光させる方法がある。
また、光信号が光ビーコン４に到達できない程度に、発光素子のパワーを低下させる方法を採用してもよい。このようにすれば、発光素子の再発光時のパワーの復帰を迅速に行え、上りフレームＵ１の先頭側の同期部の乱れを抑制できるという利点がある。

一方、何らかの原因（車両２０のフロントガラスの曇り等）で、ＩＤ格納フレームである低速フレームＵ０が新光ビーコン４Ａに届かなかった場合には、光ビーコン４が折り返しフレームを返して来ないので、新車載機２Ａはループバックの成功を確認できない。
そこで、新車載機２Ａは、送信中断期間にループバックの成功を確認できなかった場合には、図１０に破線で示すように、ＩＤ格納フレームである低速フレームＵ０のみを光送信部２３に再送信させ、再送信した低速フレームＵ０の後を送信中断期間とする。

従って、再送信した低速フレームＵ０を新光ビーコン４Ａが正規に受信できた場合は、上述と同様に、送信中断期間に新光ビーコン４Ａから受信した折り返しフレームにより、車両ＩＤのループバックの成功を確認することができる。

図１０の例において、最初の上りフレームである低速フレームＵ０のデータサイズは、できるだけ小さいことが好ましい。例えば、多くとも高速フレームＵ１〜Ｕ４のいずれか１つよりも小さいことが好ましい。
より好ましくは、例えば、低速フレームＵ０に格納するデータを、車両ＩＤ情報、ビーコン間の旅行時間や新車載機２Ａが対応するサービス種別等の必要最小限とすることにより、低速フレームＵ０のデータサイズを、１回の通信で送信する複数の上りフレームＵ０〜Ｕ３の中で最小（例えば、実データ部で５バイト程度）に設定することが好ましい。

その理由は、再送信の可能性がある低速フレームＵ０のフレーム長が長ければ、その分だけ、低速フレームＵ０を再送信した場合の、アップリンク送信が可能な残り時間が少なくなり、アップリンク送信する予定の複数の高速フレームＵ１〜Ｕ３のうちの、例えば最後の高速フレームＵ０が新光ビーコン４Ａに正常に到達しなくなる可能性があるからである。

なお、図１０の例において、新車載機２Ａが、下りフレームＤＬ１や送信中断期間中に受信した下りフレームＤＬ２に含まれるビーコン識別フラグに基づいて、通信相手が高速アップリンク受信に対応する新光ビーコン４Ａか非対応の旧光ビーコン４Ｂかを判定し、その判定結果に応じて、送信中断期間の後に高速フレームＵ１〜Ｕ３を送信するか否かを決定するようにしてもよい。

上記の通り、新光ビーコン４Ａの通信相手としては、低速フレームＵ０と高速フレームＵ１〜Ｕ３の間に送信中断期間を設けてアップリンク送信する新車載機２Ａ（図１０）であることが好ましいが、送信中断期間を設けずに上りフレームＵ０〜Ｕ３を連続送信する新車載機２Ａ（図９）であってもよい。
その理由は、高速フレームＵＬ２のフレーム数や送信時間を少なめに設定すれば、特に送信中断期間を設けなくても、低速フレームＵＬ１に対応してダウンリンクされた折り返しフレームを、新車載機２Ａが適切に受信し得るからである。

〔ＤＳＳＳにおける提供情報の内容とその問題点〕
図１１は、安全運転支援システム（ＤＳＳＳ）における提供情報の一例を示す説明図である。
図１１において、Ｐ０は、アップリンク領域ＵＡの代表点を表す「基準位置」であり、Ｐ１は、アップリンク領域ＵＡから下流側に離れた所にある所定物（例えば、交差点の停止線）の代表点を表す「所定位置」を示している。

また、図１１において、ｈ１は、光ビーコン４が赤外光として検出（従って、データ内容の抽出までは不要。）した上りフレームＵＬ１の送信位置（以下、「第１のアップリンク位置」ともいう。）を示し、ｈ２は、光ビーコン４が赤外光として検出した上りフレームＵＬ２の送信位置（以下、「第２のアップリンク位置」ともいう。）を示す。
ｈ３は、車載機２が受信に成功した下りフレームＤＬ２の受信開始位置（以下、「ダウンリンク位置」ともいう。）を示している。

更に、図１１において、Ｌ０，Ｌｈ１，Ｌｈ２，Ｌｎ及びＬは、それぞれ次の距離を表している。
Ｌ０ ：基準位置Ｐ０から所定位置Ｐ１までの距離
Ｌｈ１：基準位置Ｐ０から第１のアップリンク位置ｈ１までの距離
Ｌｈ２：基準位置Ｐ０から第２のアップリンク位置ｈ２までの距離
Ｌｎ ：第１のアップリンク位置ｈ１からダウンリンク位置ｈ３までの距離
Ｌ ：ダウンリンク位置ｈ３から所定位置Ｐ１までの実距離

ＤＳＳＳでは、光ビーコン４は、ダウンリンク切り替え後に繰り返し送信する複数の下りフレームＤＬ２のうちの一部の実データ部に、「安全運転支援情報」を含める。
かかる「安全運転支援情報」には、車載機２が交差点の手前でドライバに制動を促すなどの安全運転の支援制御を行えるように、上記各位置Ｐ０，Ｐ１の座標を含む静的情報（固定値）である「道路線形情報」と、交差点の信号の予定秒数を表す動的情報である「信号情報」とを含めることになっている。

しかし、図１１に示すように、安全運転支援情報を含む下りフレームＤＬ２を車載機２が実際に取得するのは、ダウンリンク位置ｈ３である。
このため、基準位置Ｐ０と所定位置Ｐ１だけを車載機２に提供しても、車載機２は、ダウンリンク位置ｈ３への移動によって短縮した実距離Ｌを求めることができず、これでは、実際の車両２０の現在位置から所定位置Ｐ１までの距離が不正確になり、安全運転支援を正しく行うことができない。

そこで、ＤＳＳＳでは、固定値の道路線形情報だけでなく、車載機２との通信ごとに光ビーコン４が算出する動的情報として、次の「ＵＬ位置補正情報」と「ＤＬ送信フレーム番号」を安全運転支援情報に含める。

「ＵＬ位置補正情報」
「ＵＬ位置補正情報」は、車載機２ごとの光量の個体差や通信タイミング（通信周期）などが原因で位置ずれが生じるアップリンク位置ｈ１と、固定的な基準位置Ｐ０との差分を表す情報であり、図１１の距離Ｌｈ１がこれに相当する。すなわち、「位置補正情報」は、基準位置Ｐ０を起点とした車両進行方向の距離値でアップリンク位置ｈ１を表現したものである。
光ビーコン４は、上りフレームＵＬ１を赤外光として検出すると、その光信号の送信位置を測定して位置補正情報Ｌｈ１を生成し、生成した位置補正情報Ｌｈ１を安全運転支援情報に含める。

「ＤＬ送信フレーム数」
光ビーコン４は、上りフレームＵＬ１を受信すると即座（１０ｍ秒以下）にダウンリンク切り替えを行うので、通常は、アップリンク位置ｈ１からダウンリンク位置ｈ３までの移動距離Ｌｎは比較的小さい。
しかし、車両２０のワイパー動作による遮蔽等が発生した場合や、太陽光の直射などによって、車載機２が下りフレームＤＬ２の受信に失敗する場合があり、この場合は、移動距離Ｌｎが無視できない程度に大きくなる。

そこで、ＤＳＳＳでは、車載機２側で移動距離Ｌｎを算出して、実距離Ｌを補正できるようにするため、下りフレームＤＬ２のダウンリンク送信の開始時点から積算した累積送信フレーム数である、「ＤＬ送信フレーム数」を安全運転支援情報に含める。
下りフレームＵＬ２の１フレーム分の送信時間は、約１ｍ秒である。従って、ＤＬ送信フレーム数をｎ、車両速度をＶとすると、Ｌｎ＝Ｖ×ｎ×１ｍ秒の算出式により、アップリンク位置ｈ１からダウンリンク位置ｈ３までの移動距離Ｌｎを求めることができる。

上述のＤＳＳＳの通信規約では、旧車載機２Ｂの場合を想定して、上りフレームＵＬ１が１つだけ送信されるということが暗黙の前提となっている。
この場合には、車載機２は、Ｌ＝Ｌ０−Ｌｈ１−Ｌｎの算出式により、実距離Ｌを正しく算出することができる。

これに対して、本実施形態のように、新車載機２Ａが、低速フレームＵＬ１の後に高速フレームＵＬ２を送信する場合において、新光ビーコン４Ａが、旧車載機２Ｂとの互換を担保するため、低速フレームＵＬ１の受信を契機としたダウンリンク切り替えを行うが、高速フレームＵＬ２ではダウンリンク切り替えを行わないとすると、「ＤＬ送信フレーム数」はダウンリンク切り替え時の上りフレームＵＬ１が基準となっているのに対し、「位置補正情報」はダウンリンク切り替え時の上りフレームＵＬ１が基準となっていないことから、「位置補正情報」と「ＤＬ送信フレーム数」との関係性が崩れてしまい、これらの情報を用いた実距離Ｌの算出を正確に行えなくなるという問題がある。

すなわち、図１１の例において、「ＤＬ送信フレーム数」は、ダウンリンク切り替えを伴う上りフレームＵＬ１の受信を契機として提供されるが、「位置補正情報」は、ダウンリンク切り替えとは無関係に逐次更新される。
このため、後から受信した高速フレームＵＬ２により、新光ビーコン４Ａが位置補正情報をＬｈ１からＬｈ２に更新してそれを新車載機２Ａに提供すると、新車載機２Ａは、Ｌ＝Ｌ０−Ｌｈ２−Ｌｎという誤った算出式によって実距離Ｌを算出することになり、実距離Ｌを正確に算出できなくなる。

そこで、本実施形態では、高速フレームＵＬ２を受信した場合はダウンリンク切り替えを行わない新光ビーコン４Ａが、ダウンリンク切り替えの契機となる低速フレームＵＬ１を受信した場合に、その受信時における位置補正情報Ｌｈ１を下りフレームＤＬ２に含めることにして、新車載機２Ａが、誤った位置補正情報Ｌｈ２を用いて実距離Ｌを算出するのを防止し、ＤＳＳＳを適切に運用できるようにしている。
以下、上記の考え方を採用した、ＤＳＳＳを適切に運用可能な新光ビーコン４Ａの構成例を説明する。

〔第１実施形態〕
図１２は、第１実施形態に係る新光ビーコン４Ａの回路構成図である。
図１２に示すように、第１実施形態の新光ビーコン４Ａでは、光受信部１１は、通信用の受光系（受光回路）である第１受光系２６と、測定用の受光系（受光回路）である第２受光系２７とを含む。
また、ビーコン制御機７は、通信ＩＣ（通信処理部）２８と、位置ＩＣ（位置処理部）２９と、メインＣＰＵ（判定処理部）３０とを含む。

図１２では図示していないが、ビーコン制御機７は、各ＩＣ２８，２９が出力する「位置データ」や「上りデータ」を一時的に記憶するメモリも備えている。
第１受光系２６は、図１２の左側から順に、通信用の変換素子３２、増幅器３３、フィルタ３４及びコンパレータ３５を有する。通信用の変換素子３２は、受光したアップリンク方向の光信号を電気信号に変換する受光素子（例えば、フォトダイオード（Photo Diode ）：以下、「ＰＤ」ともいう。）よりなる。

増幅器３３は、高速帯域（本実施形態では、２５６ｋｂｐｓ）で動作する高速用増幅回路よりなる。増幅器３３は、ＰＤ３２にて変換された電気信号を高速帯域で動作して増幅し、増幅後の電気信号を後段のフィルタ３４に出力する。
フィルタ３４は、少なくとも低速帯域（本実施形態では、６４ｋｂｐｓ）の成分を抽出できるハイパスフィルタよりなる。フィルタ３４は、低速成分から高速成分までをカバーするバンドパスフィルタであってもよい。

フィルタ３４は、増幅された電気信号から低速成分又は高速成分を抽出し、抽出した低速信号又は高速信号を後段のコンパレータ３５出力する。
コンパレータ３５は、高速信号と閾値との比較が可能な高速用コンパレータよりなる。コンパレータ３５は、入力された低速信号又は高速信号を閾値と比較し、この比較によって抽出したデジタルの受信信号（ビットデータ）を後段の通信ＩＣ２８に出力する。

通信ＩＣ２８は、先頭５バイトのアイドルパターンを用いて受信信号の伝送速度を判定し、判定した伝送速度にてビットデータをサンプリングし、上りフレームＵＬ１，ＵＬ２に含まれる上りデータを再生する。通信ＩＣ２８は、再生した上りデータを後段のメインＣＰＵ３０に送る。

第２受光系２７は、図１２の左側から順に、測定用の変換素子３６、増幅器３７及びピークホールド回路３８を有する。
通信用の変換素子３６は、上りフレームＵＬ１，ＵＬ２の受光面内の入力位置に応じた電気信号を信号する位置検出素子（Position Sensitive Detector：以下、「ＰＳＤ」ともいう。）よりなる。なお、ＰＳＤ３６を用いたアップリンク位置ｈ１，ｈ２の測定原理（図１３）ついては後述する。

本実施形態のＰＳＤ３６は、２次元ＰＳＤよりなり、受光面に入射されたスポット光の２次元座標の演算に必要となる４つの電流値を出力可能である。
ＰＳＤ３６の４つの出力端子から出力される電流値は、その後段の増幅器３７にてそれぞれ増幅される。増幅器３７が増幅した電気信号は、その後段のピークホールド回路３８にそれぞれ入力される。ピークホールド回路３８は、増幅信号の最大振幅を所定時間だけ保持して測定データを生成し、生成した測定データを後段の位置ＩＣ２９に送る。

位置ＩＣ２９は、各ピークホールド回路３８から入力された測定データ（ＰＳＤ３６の各出力端子の電流値）を用いてアップリンク位置を測定する。位置ＩＣ２９は、その測定結果である位置データをメインＣＰＵ３０に送る。
位置ＩＣ２９が出力する位置データは、ＰＳＤ３６の受光面上の座標（ｘ，ｙ）又は道路側の座標（Ｘ，Ｙ）（図１３参照）のいずれに基づくものであってもよい。

本実施形態では、位置データは座標（ｘ，ｙ）に基づいている。この場合、メインＣＰＵ３０にて、座標（ｘ，ｙ）を座標（Ｘ，Ｙ）に変換する演算を行う必要がある。
メインＣＰＵ３０は、通信ＩＣ２８から取得した「上りデータ」の内容に応じて、位置ＩＣ２９から取得した「位置データ」から求まる位置補正情報Ｌｈ１，Ｌｈ２を下りフレームＤＬ２に含めるか否かを判定する。なお、この判定処理の詳細（図１４のフローチャート）については後述する。

〔アップリンク位置の測定原理〕
図１３は、位置検出素子（ＰＳＤ）３６を用いたアップリンク位置の測定原理の説明図である。
図１３に示すように、道路側の座標（Ｘ，Ｙ）は、道路Ｒの路面から所定高さＨ（例えば、Ｈ＝１．０ｍ）の平面内の２次元座標であり、Ｘ方向は道路Ｒの延長方向（車両進行方向）に沿い、Ｙ方向は道路Ｒの幅方向に沿っている。

２次元のＰＳＤ３６は、その受光面のｘ方向が道路側のＸ方向に対応し、その受光面のｙ方向が道路側のＹ方向に対応するように、ビーコンヘッド８の内部に配置されている。
２次元のＰＳＤ３６では、出力端子ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２の電流値を、それぞれＩｘ１，Ｉｘ２，Ｉｙ１，Ｉｙ２とすると、受光面に入射されたスポット光の入射位置の座標（ｘ，ｙ）を、次の関係式によって算出することができる。
2x/Lx＝{(Ix2+Iy1)-(Ix1+Iy2)}/(Ix1+Ix2+Iy1+Iy2)
2y/Ly＝{(Ix2+Iy2)-(Ix1+Iy1)}/(Ix1+Ix2+Iy1+Iy2)

なお、上記関係式において、Ｌｘは受光面のｘ方向の長さであり、Ｌｙは受光面のｙ方向の長さである。
そこで、位置ＩＣ２９は、光受信部２４のピークホールド回路３８から得られた測定データＩｘ１，Ｉｘ２，Ｉｙ１，Ｉｙ２の値が所定の閾値を超えると、それらの値に上記関係式に代入して、スポット光の入射位置の座標（ｘ，ｙ）の値を算出する。本実施形態では、この座標値が位置データである。

一方、図１３に示すように、アップリンク領域ＵＡ内の任意の位置（Ｘ，Ｙ）でビーコンヘッド８に向けて送出された光信号は、レンズで集光されて、ＰＳＤ３６の受光面内のいずれかの１つの位置（ｘ，ｙ）にスポット光となって入射される。
従って、アップリンク領域ＵＡで送信される上りの光信号（アップリンク光）の入射位置（ｘ，ｙ）は、道路側の送信位置（Ｘ，Ｙ）と１対１で対応しており、入射位置（ｘ，ｙ）の値が判明すれば、幾何学的な線形関係に基づく座標変換により、光信号の送信位置（Ｘ，Ｙ）（アップリンク位置ｈ１，ｈ２の道路側の座標値）を求めることができる。

そこで、メインＣＰＵ３０は、位置ＩＣから位置データを取得すると、その位置データの座標（ｘ，ｙ）の値を上記座標変換によって道路側の座標（Ｘ，Ｙ）の値に変換し、アップリンク位置ｈ１，ｈ２を求める。
なお、位置ＩＣ２９にて道路側の座標（Ｘ，Ｙ）を求める場合には、上記の座標変換についても位置ＩＣ２９が行う。この場合、位置ＩＣ２９が出力する位置データは、道路側の座標（Ｘ，Ｙ）に基づく値となる。

〔位置補正情報の採用可否の判定処理〕
図１４は、メインＣＰＵ３０が行う、位置補正情報Ｌｈ１，Ｌｈ２を採用するか否かの判定処理の一例を示すフローチャートである。
図１４に示すように、メインＣＰＵ３０は、通信ＩＣ２８から上りデータを取得したか否かを常に判定しており（ステップＳＴ１１）、上りデータを取得した場合は、更に、位置ＩＣ２９から位置データを取得したか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。

ステップＳＴ１２の判定結果が否定的である場合は、位置データの採用可否を判定する必要がないので、メインＣＰＵ３０は、後述のステップＳＴ１３〜ＳＴ１５の処理を行わずに、所定の提供情報を格納した下りフレームＤＬ２を生成する（ステップＳＴ１６）。
ステップＳＴ１２の判定結果が肯定的である場合は、メインＣＰＵ３０は、取得した上りデータが高速フレームＵＬ２か否かを判定する（ステップＳＴ１３）。なお、この判定は、上りフレームの車載機種別の値が「６」でかつ情報種別の値が「４」であるか否かによって行われる。

ステップＳＴ１３の判定結果が否定的である場合、つまり、上りフレームがダウンリンク切り替えの契機となる低速フレームＵＬ１である場合は、メインＣＰＵ３０は、その時点でメモリが記憶している最新の位置データの座標値（Ｘ，Ｙ）を採用した上で（ステップＳＴ１４）、下りフレームＤＬ２を生成する（ステップＳＴ１６）。
より具体的には、メインＣＰＵ３０は、採用した位置データの座標値（Ｘ，Ｙ）と基準位置Ｐ０（図１１参照）の座標値の差から位置補正情報Ｌｈ１を算出し、算出した位置補正情報Ｌｈ１を、下りフレームＤＬ２に格納する安全運転支援情報に含める。

ステップＳＴ１３の判定結果が肯定的である場合、つまり、上りフレームがダウンリンク切り替えの契機とならない高速フレームＵＬ２である場合は、メインＣＰＵ３０は、その時点でメモリが記憶している位置データの座標値（Ｘ，Ｙ）を破棄した上で（ステップＳＴ１４）、下りフレームＤＬ２を生成する（ステップＳＴ１６）。このように、位置データの座標値（Ｘ，Ｙ）が破棄されると、下りフレームＤＬ２の生成時には、前回の位置補正情報Ｌｈ１がそのまま使用されることになる。
従って、この場合、ダウンリンク切り替えの契機とならない高速フレームＵＬ２のアップリンク位置ｈ２に基づく位置補正情報Ｌｈ２が、下りフレームＤＬ２の安全運転支援情報に採用されず、位置補正情報Ｌｈ２は車載機２に提供されない。

〔第１実施形態の効果〕
以上の通り、本実施形態の新光ビーコン４Ａによれば、高速フレームＵＬ２を受信した場合はダウンリンク切り替えを行わないビーコン制御機７のメインＣＰＵ３０が、ダウンリンク切り替えの契機となる低速フレームＵＬ１を受信した場合に、その受信時における位置補正情報Ｌｈ１を下りフレームＤＬ２に含める。
このため、ダウンリンク切り替えの契機とならない高速フレームＵＬ２を受信しても、
その受信時における位置補正情報Ｌｈ２が新車載機２Ａに提供されない。

従って、新車載機２Ａが１回の路車間通信において複数の上りフレームＵＬ１，ＵＬ２を送信する場合において、ダウンリンク切り替えの契機とならない上りフレームＵＬ２のアップリンク位置から求められた、誤った位置補正情報Ｌｈ２が新車載機２Ａに伝送されることがなく、新車載機２Ａは、正しい位置補正情報Ｌｈ１を用いて実距離Ｌを正確に算出することができる。よって、ＤＳＳＳを適切に運用できるようになる。

本実施形態の新光ビーコン４Ａによれば、低速フレームＵＬ１の受信を契機としてダウンリンク切り替えが行われるので、新光ビーコン４Ａの通信相手が新車載機２Ａか旧車載機２Ｂかに関係なく、適切に路車間通信を行うことができる。
また、高速フレームＵＬ２でのダウンリンク切り替えが行われないので、高速フレームＵＬ２を受信した時もダウンリンク切り替えを行う場合に比べて、新光ビーコン４Ａの処理負荷を軽減できるし、ダウンリンク切り替えの時期が遅くなって、その後にダウンリンク送信される下りフレームＤＬ２の受信機会が減少するのを防止できる利点がある。

更に、本実施形態の新光ビーコン４Ａによれば、通信用の第１受光系２６の受光素子としてＰＤ３２を採用し、測定用の第２受光系２７の受光素子として、ＰＤ３２とは別個の測定用の変換素子であるＰＳＤ３６を採用している。
このため、後述の第２実施形態（図１５及び図１６）のように、分割ＰＤ４０を用いた第２受光系２７の場合に比べて、位置標定の分解能が高めることができる。

また、ＰＳＤ３６を用いた第２受光系２７では、分割ＰＤ４０を用いた第２受光系２７に比べて、道路側のアップリンク領域ＵＡとの位置合わせが容易になり、光ビーコン４の設置手間が少なくて済むという利点もある。
すなわち、分割ＰＤよりなる受光素子では、複数のＰＤ１〜ＰＤ４の受光面が各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に正しく対応するようにビーコンヘッド８を位置合わせする必要があるので、ビーコンヘッド８の設置に手間がかかるという欠点がある。

これに対して、ＰＳＤ３６では、受光面の座標（ｘ，ｙ）と道路側の座標（Ｘ，Ｙ）との変換式の補正係数をコンピュータプログラムにて調整することにより、道路側との対応付けを微調整できるので、ビーコンヘッド８の位置合わせをそれほど厳密に行う必要がない。従って、かかるソフトウェア上の微調整ができない分割ＰＤの場合に比べて、ビーコンヘッド８の設置手間を省ける。

また、本実施形態の新光ビーコン４Ａによれば、光受信部１１が、第１受光系２６と第２受光系２７とで別個の変換素子３２，３６を使用しているので、例えばＰＳＤ３６のように、高速帯域の追従性が比較的悪い変換素子を第２受信系２７に採用しても、第１受光系２６が出力する電気信号の品質に影響が及ばない。
従って、アップリンク位置ｈ１，ｈ２を測定可能な光ビーコン４を構成する場合において、上りフレームＵＬ２の高速化に適切に対応することができ、アップリンク方向の受信性能に優れた新光ビーコン４Ａが得られる。

〔第１実施形態の変形例〕
上述の第１実施形態では、位置測定用のＰＳＤ３６として２次元ＰＳＤを採用しているが、受光面のｘ方向が車両進行方向に沿うように配置された、１次元ＰＳＤを採用することにしてもよい。
その理由は、光ビーコン４が位置補正情報Ｌｈ１，Ｌｈ２を生成するためには、車両進行方向におけるアップリンク位置を測定できれば足り、道路幅方向（Ｙ方向）の位置は特に問題にならないからである。

もっとも、２次元ＰＳＤを使用すれば、道路幅方向（Ｙ方向）のアップリンク位置につても測定できるので、予め定めたＹ方向の所定範囲を逸脱する位置データについては、別の車線を走行する車両２０からのアップリンク光であると判断し、当該位置データを破棄するなどの、より精度の高い運用が可能となる。
上述の第１実施形態において、ＰＳＤ３６を測定用のみに使用し、その出力信号を通信用の第１受光系２６に入力しない理由は、次の通りである。

すなわち、現状では、高速（２５６ｋｂｐｓ）の光信号に対して良好に追従するＰＳＤが見あたらず、ＰＳＤ３６の出力信号を測定用にも使用すると、高速アップリンク受信に対応する新光ビーコン４Ａを構成できないからである。
従って、高速（２５６ｋｂｐｓ）の光信号に対して、立ち上がりと立ち下がりがさほど鈍らない高性能なＰＳＤが実現すれば、ＰＳＤ３６の出力を第１受光系２６にも使用する回路構成を採用することにより、ＰＤ３２を省略することができる。

〔第２実施形態〕
図１５は、第２実施形態に係る新光ビーコン４Ａの回路構成図である。
図１５の第２実施形態が図１２の第１実施形態と異なる主な相違点は、測定用の変換素子として、ＰＳＤ３６の代わりに分割ＰＤ４０を採用している点にある。
以下、第１実施形態と実質的に同じ機能部については、図１５に同じ参照符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態との相違点を重点的に説明する。

図１５に示すように、第２受光系２７の分割ＰＤ４０は、４つのＰＤ１〜ＰＤ４を幅方向に接合することにより面一な受光面が構成されている。
各ＰＤ１〜ＰＤ４の出力端子はそれぞれ後段の増幅器３７に接続され、各ＰＤ１〜ＰＤ４が光電変換した電気信号は、増幅器３７で増幅されてピークホールド回路３８に入力される。ピークホールド回路３８は、増幅信号の最大振幅を所定時間だけ保持して測定データを生成し、生成した測定データを後段の位置ＩＣ２９に送る。

位置ＩＣ２９は、各ピークホールド回路３８から入力された測定データ（各ＰＤ１〜ＰＤ４の出力端子の電圧値）を用いてアップリンク位置を測定する。位置ＩＣ２９は、その測定結果である位置データをメインＣＰＵ３０に送る。
なお、分割ＰＤ４０を構成するＰＤ１〜ＰＤ４の出力端子の電圧値（測定データ）からアップリンク位置を測定する場合の測定原理（図１６）については後述する。

図１５に示すように、第１受光系２６は加算器４１を有する。各増幅器３７の出力端子加算器４１に接続され、加算器４１の出力端子は後段のフィルタ３４に接続されている。
すなわち、受光素子がＰＤの場合は、比較的高速（本実施形態では、２５６ｋｐｂｓ）の光信号に対しても、良好な立ち上がりと立ち下がりとなる追従性能を有する。そこで、本実施形態では、ＰＤ１〜ＰＤ４の増幅信号を加算した加算信号を、第１受光系２６のフィルタ３４に送る回路構成を採用し、分割ＰＤ４０を通信用の変換素子としても共用するようにしている。

このように、分割ＰＤよりなる変換素子４０を採用すれば、第１受光系２６と第２受光系２７とで用いる受光素子を１種類の変換素子４０で共用できる。
このため、第１及び第２受光系２６，２７について異なる変換素子３２，３６を採用する第１実施形態（図１２）の場合に比べて、回路規模をコンパクト化することができ、実装基板をサイズダウンできるという利点がある。

なお、第１受光系２６におけるフィルタ３４及びコンパレータ３５の機能と、ビーコン制御機７の通信ＩＣ２８の機能は、図１２の第１実施形態の場合と同様であるから、その詳細な説明を省略する。
また、ビーコン制御機７のメインＣＰＵ３０が行う判定処理についても、図１４の第１実施形態の場合と同様であるから、その詳細な説明を省略する。

〔アップリンク位置の測定原理〕
図１６は、分割ＰＤを用いたアップリンク位置の測定原理の説明図である。
図１６に示すように、道路側の分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４は、道路Ｒの路面から所定高さＨ（例えば、Ｈ＝１．０ｍ）の平面を車両進行方向に沿ってほぼ等分した領域であり、分割ＰＤ４０を構成するＰＤ１〜ＰＤ４は、その受光領域が分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４とほぼ対応するように、ビーコンヘッド８の内部に配置されている。

このため、例えば図１６に示すように、分割ＰＤ４０に入射されたスポット光がＰＤ１の受光面にて検出された場合には、そのスポット光の送信位置は、アップリンク領域ＵＡの分割領域ＵＡ１であったことが判明する。
同様に、スポット光の照射位置がＰＤ２，ＰＤ３又はＰＤ４であれば、その送信位置が分割領域ＵＡ２，ＵＡ３又はＵＡ４であったことが判明する。

そこで、位置ＩＣ２９は、光受信部２４のピークホールド回路３８から得られた測定データＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の値が所定の閾値を超えると、それらの電圧値がどのＰＤｉ（ｉ＝１〜４）で生じたかを判定し、判定されたＰＤｉに対応する分割領域ＵＡｉの基準位置を光信号のアップリンク位置とする。
従って、本実施形態では、各々の分割領域ＵＡｉの代表点として予め定められた基準位置が、位置ＩＣ２９から出力される位置データとなる。

なお、本出願と同じ発明者による特開２０１２−８４０７２号に示すように、ＰＤ１〜ＰＤ４のうちの隣接するもの同士の電圧値の比率に対応する、更に細かい分割領域を予め設定しておけば、分割ＰＤ４０の分割数（本実施形態では、４つ）を超えた車両進行方向の領域数にて、光信号のアップリンク位置を特定することができる。

〔その他の変形例〕
今回開示した実施形態（変形例を含む。）はすべての点で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、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上述の実施形態では、アップリンク方向でマルチレート対応の新光ビーコン４Ａに本発明を適用した場合を例示したが、本発明は、アップリンク方向で単一レートのみに対応する光ビーコン４（例えば、低速フレームＵＬ１のみを受信可能な旧光ビーコン４Ｂ）に採用することもできる。

すなわち、旧光ビーコン４Ｂと旧車載機２Ｂの通信において、旧車載機２Ｂが１回の路車間通信で複数の上りフレームを送信でき、旧光ビーコン４Ｂが最初に受信した上りフレームＵＬ１だけでダウンリンク切り替えを行う場合には、ＤＳＳＳに則って旧光ビーコン４Ｂが提供する安全運転支援情報に含める、「位置補正情報」と「ＤＬ送信フレーム数」との関係性が崩れるという、前述の問題点がそのまま当てはまる。

従って、旧光ビーコン４Ｂの場合でも、ダウンリンク切り替えの契機となる低速フレームＵＬ１を受信した場合に限り、その受信時における位置補正情報Ｌｈ１を下りフレームＤＬ２に含めることにし、ダウンリンク切り替えの契機とならない位置データに基づく、誤った位置補正情報Ｌｈ２が旧車載機２Ｂに提供されないようにすればよい。
この場合、旧車載機２Ｂが誤った位置補正情報Ｌｈ２を用いて実距離Ｌを算出するのを防止でき、ＤＳＳＳを適切に運用できるようになる。

上述の実施形態では、アップリンク位置ｈ１，ｈ２を、基準位置Ｐ０を起点とした車両進行方向の距離Ｌｈ１，Ｌｈ２で表した「位置補正情報」として定義しているが、アップリンク位置ｈ１，ｈ２を地図上の座標値で表すこととし、その座標値を車載機２に通知することにしてもよい。
この場合、基準位置Ｐ０の座標が不明でも、アップリンク位置ｈ１，ｈ２を把握できるので、基準位置Ｐ０を安全運転支援情報に含めないことにしてもよい。

上述の実施形態では、新車載機２Ａが複数の高速フレームＵ１〜Ｕ３を連続して送信することになっているが、フレーム間に所定時間長のインターバルを設けてバースト送信することにしてもよい。
また、本明細書において、「車載機」とは、車両２０に搭載されたあと常にその状態に固定されるものを含むことは勿論、ドライバが利用したい時だけ車両２０に持ち込まれ、一時的に車両２０に搭載されるものも含まれる。

２ 車載機
２Ａ 新車載機
２Ｂ 旧車載機
４ 光ビーコン
４Ａ 新光ビーコン
４Ｂ 旧光ビーコン
７ ビーコン制御機（通信制御部）
８ ビーコンヘッド
２０ 車両
２３ 光送信部
２４ 光受信部
２６ 第１受光系（通信用の受光系）
２７ 第２受光系（測定用の受光系）
２８ 通信ＩＣ（通信処理部）
２９ 位置ＩＣ（位置処理部）
３０ メインＣＰＵ（判定処理部）
３２ 通信用の変換素子（ＰＤ）
３６ 測定用の変換素子（ＰＳＤ）
４０ 分割ＰＤ（複数のフォトダイオード）

Claims (4)

1. 走行中の車両の車載機と光信号による無線通信を行う光ビーコンであって、
   上りの光信号を電気信号に変換する受光素子を含み、高低２種類の伝送速度の光信号に対応する光受信部と、
   電気信号を下りの光信号に変換する発光素子を含む光送信部と、
   複数の上りフレームのうちいずれかの受信を契機として行うダウンリンク切り替えと、アップリンク位置補正情報の生成とを実行可能であり、低速の前記上りフレームを受信した場合は前記ダウンリンク切り替えを行い、高速の前記上りフレームを受信した場合は前記ダウンリンク切り替えを行わない通信制御部と、を備えており、
   前記通信制御部は、前記ダウンリンク切り替えの契機となる低速の前記上りフレームを受信した場合に、その受信時における前記アップリンク位置補正情報を前記ダウンリンク切り替え後の下りフレームに含めることを特徴とする光ビーコン。
2. 前記光受信部は、次の２種類の受光系を含む請求項１に記載の光ビーコン。
   通信用の受光系：受光素子が出力する電気信号からビットデータを抽出する受光系
   測定用の受光系：受光素子が出力する電気信号からアップリンク位置の測定に用いる測定データを生成する受光系
3. 前記受光素子は、通信用の変換素子と、これとは別個の測定用の変換素子とを含み、
   前記測定用の変換素子は、光信号の受光面上の入射位置が車両進行方向における光信号の送信位置と対応するように配置され、その入射位置に応じた電気信号を出力する位置検出素子よりなる請求項２に記載の光ビーコン。
4. 前記受光素子は、通信用と測定用に兼用可能な変換素子よりなり、
   前記変換素子は、車両進行方向に並ぶ道路上の分割領域に対応する受光面をそれぞれ有する複数のフォトダイオードよりなる請求項２に記載の光ビーコン。

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