(57)【要約】【課題】異なる変調方式で信号が順次送信されても、これらを受信することができる受信機及び受信方法並びに当該受信機に使用される処理装置を提供する。【解決手段】本発明の受信機、受信方法又は処理装置は、送信機から送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信するものであって、無線信号の変調方式を判別し、判別した変調方式に応じて、信号レベルに対するゲインの応答の遅れ時間を変化させる。これにより、変調方式に応じて、適切なゲインの追従速度を得ることができる。【選択図】図５
2010081040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機から送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信する受信手段と、
前記無線信号の変調方式を判別し、変調方式に応じて、前記信号レベルに対する前記ゲインの応答の遅れ時間を変化させる制御手段と
を備えたことを特徴とする受信機。
【請求項２】
無線信号の振幅によって同位相の複数のデータを識別する変調方式を第１変調方式、振幅に依存せずに位相のみで複数のデータを識別する変調方式を第２変調方式とした場合、前記制御手段は、前記第２変調方式より前記第１変調方式の方が、前記遅れ時間が短くなるよう制御する請求項１記載の受信機。
【請求項３】
無線信号に変調方式を特定するデータが含まれており、その後に、受信すべき実データがあり、
前記制御手段は、当該実データに対して前記遅れ時間を変化させる請求項１又は２に記載の受信機。
【請求項４】
前記第１変調方式は１６ＱＡＭ又は６４ＱＡＭである請求項２に記載の受信機。
【請求項５】
前記第２変調方式はＢＰＳＫ又はＱＰＳＫである請求項２に記載の受信機。
【請求項６】
送信機から送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信し、
前記無線信号の変調方式を判別し、
判別した変調方式に応じて、前記信号レベルに対する前記ゲインの応答の遅れ時間を変化させる
ことを特徴とする受信方法。
【請求項７】
送信機から送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信可能な受信機を制御する処理装置であって、
前記無線信号の変調方式を判別する手段と、
判別した変調方式に応じて、前記信号レベルに対する前記ゲインの応答の遅れ時間を変化させる手段と
を備えたことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）の分野で使用される受信機及びその受信方法並びに、当該受信機に使用される処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度道路交通システムの分野では、車両に搭載された車載通信装置同士や、これらと道路側のインフラ設備に装備された路側通信装置との間で、通信を行うことにより、道路交通の安全性を高める技術が検討されている。例えば、衝突等の事故が予想される危険な状態の車両同士に対しては、それぞれの運転者への警告や、場合によっては運転操作介入を自動的に行って、事故を未然に防止することも可能である。このような自動車用の通信においては、建物等が多い都市部での運用が必要なため、マルチパスに強い変調方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が有効である。
【０００３】
図８は、上記のような通信において送信されるフレームの一例を示す図である。このフレームフォーマットは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ／ｐに基づいたものであり、先頭のプリアンブルと、それに続くヘッダ及びデータ（実データ）と、最後尾のＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）とによって構成されている。
【０００４】
一方、各車両の送信機から送信される信号は、受信機までの距離によって減衰の程度が大きく異なる。また、送信機−受信機間のマルチパスによるフェージングがあり、信号の時間的な変動も大きい。そこで、受信機側では、届いた信号レベルに応じてゲインを可変とするＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路が使用される（例えば、特許文献１参照。）。これにより、届いた信号レベルが高いときはゲインを相対的に下げて出力の飽和や歪を防止し、逆に、届いた信号レベルが低いときはゲインを相対的に上げて、確実な復調のために十分なレベルを得るようにする。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８４１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような通信において、データの変調に際し、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16-Quadrature Amplitude Modulation）等のうち、いずれの方式を採用するかは、周囲環境や車両の渋滞の程度等により異なってくると考えられる。
例えば、図８のフレームにおいて、プリアンブルは、１又は−１の２通りの情報をＢＰＳＫにより送信する領域である。ヘッダには、例えば後続のデータ（実データ）の変調方式として上記のいずれかが指定されている。そして、ヘッダにて指定された変調方式によって、データが構成されている。
フェージング等による信号レベルの変化が激しい都市部の高速移動体通信において、かかる変調方式の異なる複数のフレームを受信するには、変調方式に適した受信機側での制御が必要となる。
【０００７】
かかる課題に鑑み、本発明は、異なる変調方式で信号が順次送信されても、これらを受信することができる受信機及び受信方法並びに当該受信機に使用される処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の受信機は、送信機から送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信する受信手段と、前記無線信号の変調方式を判別し、変調方式に応じて、前記信号レベルに対する前記ゲインの応答の遅れ時間を変化させる制御手段とを備えたものである。
上記のように構成された受信機は、送信された無線信号の変調方式に応じて、信号レベルに対するゲインの応答の遅れ時間を変化させることにより、ゲインの追従速度を変化させる。従って、変調方式に応じて、適切なゲインの追従速度を得ることができる。
【０００９】
（２）また、上記（１）の受信機において、無線信号の振幅によって同位相の複数のデータを識別する変調方式を第１変調方式、振幅に依存せずに位相のみで複数のデータを識別する変調方式を第２変調方式とした場合、制御手段は、第２変調方式より第１変調方式の方が、遅れ時間が短くなるよう制御するようにしてもよい。
この場合、遅れ時間が短くなることによりゲインの追従速度が速くなる。従って、振幅の検出が重要である第１変調方式の追従速度を、第２変調方式よりも高めて、振幅の検出を確実に行うことができる。
【００１０】
（３）また、上記（１）又は（２）の受信機において、無線信号に変調方式を特定するデータが含まれており、その後に、受信すべき実データがあり、制御手段は、当該実データに対して遅れ時間を変化させるようにしてもよい。
この場合、変調方式を特定するデータを参照して、実データに対するゲインの追従速度を定めることができる。
【００１１】
（４）また、上記（２）の受信機において、例えば、第１変調方式は１６ＱＡＭ又は６４ＱＡＭである。
この場合、１６ＱＡＭ又は６４ＱＡＭにおいては、遅れ時間が相対的に短くなることによりゲインの追従速度が速くなる。従って、振幅の検出を確実に行うことができる。
【００１２】
（５）また、上記（２）の受信機において、例えば、第２変調方式はＢＰＳＫ又はＱＰＳＫである。
この場合、ＢＰＳＫ又はＱＰＳＫにおいては、遅れ時間が相対的に長くなることによりゲインの追従速度が遅くなる。従って、出力波形の歪を抑制することができる。
【００１３】
（６）一方、本発明の受信方法は、送信機から送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信し、前記無線信号の変調方式を判別し、判別した変調方式に応じて、前記信号レベルに対する前記ゲインの応答の遅れ時間を変化させることを特徴とする。
上記のような受信方法では、送信された無線信号の変調方式に応じて、信号レベルに対するゲインの応答の遅れ時間を変化させることにより、ゲインの追従速度を変化させる。従って、変調方式に応じて、適切なゲインの追従速度を得ることができる。
【００１４】
（７）また、本発明は、送信機から送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信可能な受信機を制御する処理装置であって、
前記無線信号の変調方式を判別する手段と、判別した変調方式に応じて、前記信号レベルに対する前記ゲインの応答の遅れ時間を変化させる手段とを備えたものである。
上記のように構成された処理装置では、送信された無線信号の変調方式に応じて、信号レベルに対するゲインの応答の遅れ時間を変化させることにより、ゲインの追従速度を変化させる。従って、変調方式に応じて、適切なゲインの追従速度を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の受信機、受信方法、又は、処理装置によれば、変調方式に応じて、適切なゲインの追従速度を得ることができるので、異なる変調方式で信号が順次送信されても、これらを受信することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図７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３が搭載されている。このような路側通信装置１は、その通信可能エリア内にある多数の車載通信装置３と通信可能である。
【００１７】
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。アクセス制御方式は、例えばＣＳＭＡ／ＣＡ方式が用いられる。
【００１８】
次に、各車載通信装置３から送信される信号を、受信機としての路側通信装置１が受信する構成について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、路側通信装置１内の受信機１Ｒの内部構成を示すブロック回路図である。
以下、路側通信装置１を「受信機１Ｒ」、車載通信装置３を「送信機３Ｓ」として説明する。各送信機３Ｓは、所定の通信ルールに従って送信を行うよう構成され、いわゆる隠れ端末のような問題がなければ、各送信機３Ｓから送信されたフレーム（例えば、長さ約１ｍ秒）は互いに重複せずに時系列的に並んで送信されてくる。
【００１９】
図１において、受信機１Ｒは、図示のように内部構成要素を接続して構成されている。まず、各送信機３Ｓから送信された信号は、アンテナ１０１によって受信される。受信された信号のうち、所定帯域の信号がバンドパスフィルタ１０２によって抽出される。抽出された信号は、ローノイズアンプ１０３、アッテネータ１０４、ローノイズアンプ１０５及び、主たるゲイン制御用のＡＧＣ回路（オペアンプ）１０６によって、全体として増幅されるようになっている。ＡＧＣ回路１０６の出力する信号は、直交復調器１０７によって復調され、Ａ／Ｄ変換器１０８によってデジタル信号となった後、ＣＰＵ１１０に渡される。なお、ＣＰＵは、デジタル処理を行うことによって受信機１Ｒを制御する処理装置の代表例であるが、ＣＰＵの代わりにＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を使用することもできる。
【００２０】
また、ローノイズアンプ１０５の出力する信号すなわち、ＡＧＣ回路１０６への入力信号は、検波回路１０９によって包絡線検波され、包絡線の信号レベル（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）がＣＰＵ１１０に通知される。ＣＰＵ１１０は、このＲＳＳＩに応じて、アッテネータ１０４の減衰率及びＡＧＣ回路１０６の増幅率を制御し、全体としてゲイン制御を行う。
【００２１】
なお、アンテナ１０１からＣＰＵ１１０に至る各部（１０１〜１０８，１１０）は、送信機３Ｓから送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信する「受信手段」の一例を構成している。また、ＣＰＵ１１０は、ＡＧＣ回路１０６及びアッテネータ１０４に対する「制御手段」の一例を構成しており、この制御手段は、後述するように、無線信号の変調方式を判別し、変調方式に応じて、信号レベルに対するゲインの応答の遅れ時間を変化させるものである。
【００２２】
図２は、一例として、ＲＳＳＩのレベルの変化と、これに追従するＡＧＣ回路１０６のゲインの逆数とを示すグラフである。図示のように、遅れ時間はＲＳＳＩのレベルが急激に変化したときに顕著に表れる。
上記遅れ時間は、図１におけるＣＰＵ１１０からＡＧＣ回路１０６及びアッテネータ１０４に対して与えるゲインの指示信号の出力タイミングを早めることにより、短縮が可能である。短縮により、ＡＧＣの追従速度は改善（増大）される。しかし、遅れ時間は、短ければ良いというものではなく、短すぎるとＡＧＣ回路１０６の出力信号波形が歪むという弊害をもたらす。すなわち、追従速度の改善と、歪抑制とは、互いにトレードオフの関係にある。
【００２３】
図３は、各変調方式のコンスタレーションを示す図であり、（ａ）はＢＰＳＫ、（ｂ）はＱＰＳＫ、（ｃ）は１６ＱＡＭである。（ａ）のＢＰＳＫでは、１シンボルで２通りの値（１ビット）を伝送可能である。（ｂ）のＱＰＳＫでは、１シンボルで４通りの値（２ビット）を伝送可能である。（ｃ）の１６ＣＡＭでは、１シンボルで１６通りの値（４ビット）を伝送可能である。なお、６４ＱＡＭや２５６ＱＡＭでの伝送もあり得るが、図示は省略する。
【００２４】
例えば、（ｂ）のＱＰＳＫにおいて、送信機は、２ビット分の信号として、
（０，０）を送りたい場合  →  −１−ｉ
（０，１）を送りたい場合  →  −１＋ｉ
（１，０）を送りたい場合  →    １−ｉ
（１，１）を送りたい場合  →    １＋ｉ
というようにマッピングし、これらを複素逆フーリエ変換することで変調波を生成する。
受信機では、受信した信号をフーリエ変換することで、（ｂ）のようなマッピングを行い、プロットした点がどの象限（第１〜４象限）にあるかを判定し、送信機が送信しようとした信号は４つのうちのどれなのか、を判定する。
【００２５】
ここで、受信した信号からビット列を判定する際に、ＢＰＳＫやＱＰＳＫでは、信号の振幅に誤差が含まれていても、位相（実部と虚部との関係、すなわち角度）さえ正しく再現できればビットを誤ることはない。
一方、１６ＣＡＭでは、振幅に誤差が含まれていると、例えば、（ｃ）における（１，０，１，０）と、（１，１，１，１）との見分けがつかなくなり、判定を誤ることがある。さらに、６４ＱＡＭになれば、振幅の誤差による誤判定の可能性が高くなる。
【００２６】
以上のことから、ＢＰＳＫやＱＰＳＫでは振幅の重要性が低く、位相の復調さえ正確に行えばよい。一方、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭにおいては、位相のみならず、振幅も正確に復調する必要がある。
そこで、本実施形態の受信機（受信方法）では、以下のようなＡＧＣの制御を行うものとする。
【００２７】
すなわち、ＣＰＵ１１０は、フレームのヘッダを復調して読みとった変調方式が１６ＱＡＭ又は６４ＱＡＭであれば、ＲＳＳＩに対するゲインの応答の遅れを短くして、追従速度を速くする。これにより、フェージングにも迅速に対応したＡＧＣを行うことができ、ヘッダに続くデータ（実データ）の振幅を正確に復調することができる。なお、追従速度を速くすることの代償として、ＡＧＣ出力の波形歪が若干大きくなる。
【００２８】
また、フレームのヘッダを復調して読みとった変調方式がＢＰＳＫ又はＱＰＳＫであれば、ＣＰＵ１１０は、ＲＳＳＩに対するゲインの応答の遅れを長くして、追従速度を遅くする。これにより、ＡＧＣ出力の波形歪が抑制される。従って、位相の復元には好適である。なお、その代償としてフェージングへの対応能力が低下し、振幅の復調に誤差が生じやすくなるが、前述のように、ＢＰＳＫやＱＰＳＫでは、振幅は重要ではない。
【００２９】
次に、コンスタレーション・ビットマップのシミュレーション結果について説明する。図４は、ＡＧＣ回路１０６への入力信号波形の一例を示す図である。図５は、図４の信号に対してＡＧＣ追従速度を変化させて得られたＡＧＣ（ＡＧＣ回路１０６）の出力、並びに、伝送方式が１６ＱＡＭの場合及びＱＰＳＫの場合の、コンスタレーションの対応関係を示した図である。
【００３０】
図において、追従速度は、４段階（１６，６４，２５６，５１２）のＡＧＣの時定数に置き換えて示すものとする。すなわち、時定数１６が最も追従速度が速く、時定数５１２が最も追従速度が遅い。
まず、１６ＱＡＭにおいて、追従速度が最も遅い時定数５１２では、振幅変動が大きくなり、振幅を正確に復調することは困難である。逆に、追従速度が最も速い時定数１６では、歪が大きくなり、位相を正確に復調することは、やや困難である。残る２つの時定数の場合を比較すると、時定数６４の場合のコンスタレーションが、図３の（ｃ）に近いものとなっており、最適値である。
【００３１】
次に、ＱＰＳＫにおいて、追従速度が最も遅い時定数５１２では、振幅変動が大きくなる。逆に、追従速度が最も速い時定数１６では、歪が大きくなり、位相を正確に復調することは、やや困難である。残る２つの時定数の場合を比較すると、時定数２５６の場合のコンスタレーションが、歪が少ないという点で好ましく、最適値である。なお、振幅の変動は重要ではなく、歪、すなわち角度方向の拡がりができるだけ少ないことが好ましい。
【００３２】
以上のように、本実施形態における受信機１Ｒは、送信機３Ｓから送信された無線信号を、信号レベルに応じてゲインを変化させて受信し、無線信号の変調方式を判別し、変調方式に応じて、信号レベルに対するゲインの応答の遅れ時間を変化させることにより、ゲインの追従速度を変化させる。従って、変調方式に応じて、適切なゲインの追従速度を得ることができる。
【００３３】
図６は、路側通信装置１内の受信機１Ｒの内部構成として、他の例を示すブロック回路図である。
図において、図１と同一符号の回路要素は、図１の場合と同様の機能を有している。検波回路１０９から包絡線検波を施した信号が出力されると、これに対して、変換部１１１で対数変換及び逆数変換が施され、時定数回路１１２に信号が入力される。
【００３４】
時定数回路１１２は、例えばコンデンサと抵抗とによって構成されるローパスフィルタである。ＣＰＵ１１０は、時定数回路１１２に対して、設定すべき時定数を指示する。時定数は、例えば、抵抗値を切り替えることにより容易に変化させることができる。また、時定数回路１１２からＡＧＣ回路１０６及びアッテネータ１０４に対して、ゲインが指示される。
【００３５】
このような受信機１Ｒでは、ＣＰＵ１１０は、ＡＧＣ回路１０６及びアッテネータ１０４がそれぞれの入力信号のレベルに追従するときの遅れ時間を、時定数回路１１２への時定数の設定により調節して、追従速度を変化させることができる。
【００３６】
なお、上記の説明では省略したが、路側通信装置１は上記受信機１Ｒとしての機能の他、送信機としての機能も有する。また、車載通信装置３は上記送信機３Ｓとしての機能の他、受信機としての機能も有する。
【００３７】
なお、上記実施形態では車両速度については言及していないが、車両速度はフェージングの強さや周期に影響を与えることが確認されている。従って、変調方式のみならず、車両速度に応じて最適な遅れ時間（時定数）を決定することも可能である。
【００３８】
また、上記実施形態では、受信機１Ｒは路側通信装置１に含まれるものであり、送信機３Ｓは車載通信装置３に含まれるものとして説明したが、車載通信装置３同士での車−車間通信や、さらには、ＩＴＳの分野に限らず他の通信分野での受信機側において、同様な態様で、送信された無線信号の変調方式を判別し、変調方式に応じて、信号レベルに対するゲインの応答の遅れ時間を変化させる制御を行うことができる。
【００３９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】路側通信装置内の受信機の内部構成を示すブロック回路図である。
【図２】ＲＳＳＩのレベルの変化と、これに追従するＡＧＣ回路のゲインの逆数とを示すグラフである。
【図３】各変調方式のコンスタレーションを示す図である。
【図４】ＡＧＣ回路への入力信号波形の一例を示す図である。
【図５】ＡＧＣ追従速度を変化させて得られたＡＧＣ回路の出力、並びに、伝送方式が１６ＱＡＭの場合及びＱＰＳＫの場合の、コンスタレーションの対応関係を示した図である。
【図６】路側通信装置内の受信機の内部構成として、他の例を示すブロック回路図である。
【図７】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８】送信されるフレームの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    路側通信装置
１Ｒ  受信機
３    車載通信装置
３Ｓ  送信機
１０１    アンテナ
１０２    バンドパスフィルタ
１０３    ローノイズアンプ
１０４    アッテネータ
１０５    ローノイズアンプ
１０６    ＡＧＣ回路
１０７    直交復調器
１０８    Ａ／Ｄ変換器
１０９    検波回路
１１０    ＣＰＵ（処理装置）
１１１    変換部
１１２    時定数回路
【図１】
2010081040.tif 000003
【図２】
2010081040.tif 000004
【図３】
2010081040.tif 000005
【図４】
2010081040.tif 000006
【図５】
2010081040.tif 000007
【図６】
2010081040.tif 000008
【図７】
2010081040.tif 000009
【図８】
2010081040.tif 000010