(57)【要約】【課題】簡易な構成により、シャドウイングにより通信が失敗する可能性およびマルチパスフェージングの影響を減少させる。【解決手段】本発明の無線機は、移動中の通信機との通信に使用される複数のアンテナ１３２，１４２と、複数のアンテナ１３２，１４２の中から通信に使用するアンテナを当該通信の通信フレーム単位の時分割で切り替えながら通信機と通信を行う無線通信手段とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動中の通信機との通信に使用され、異なる位置に配置された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの中から前記通信に使用するアンテナを当該通信の通信フレーム単位の時分割で切り替えながら前記通信機と通信を行う無線通信手段とを有する無線機。
【請求項２】
請求項１に記載の無線機において、
前記無線通信手段は、
前記複数のアンテナ毎に設けられ、該アンテナを介して前記通信に使用する高周波信号の送受信を行う高周波部と、
前記通信フレーム単位の時分割で前記高周波部を切り替えながら、前記高周波部および該高周波部に対応するアンテナを介して前記通信機と前記通信を行う無線制御部とを有する、無線機。
【請求項３】
請求項１に記載の無線機において、
前記無線通信手段は、
前記複数のアンテナの中から前記通信に使用するアンテナを、前記通信フレーム単位の時分割で変更しながら選択する無線制御部と、
前記無線制御部にて選択されたアンテナを介して前記通信に使用する高周波信号の送受信を行う高周波部とを有し、
前記無線制御部は、前記高周波部と前記選択したアンテナとを介して前記通信機と通信を行う、無線機。
【請求項４】
移動中の通信機との通信に使用され、異なる位置に配置された複数のアンテナと、前記複数のアンテナを使用して前記通信機と通信を行う無線通信手段とを有する無線機が行う通信方法であって、
前記複数のアンテナの中から前記通信に使用するアンテナを当該通信の通信フレーム単位の時分割で切り替える通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線機およびその通信方法に関し、特に、移動中の通信機との間の通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速道路の課金システムとして、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）システムが知られている。
【０００３】
現行のＥＴＣシステムにおいては、料金所ブース毎に路側無線機を設置し、この路側無線機と、料金所ブースを通過する車やバイク等の車両に搭載された車載無線機とが通信を行うことで高速道路の通行料の課金が行われている。一般的に、路側無線機には指向性の強いアンテナが１台設けられており、路側無線機が設置されている料金所ブースを通過する車両の搭載された車載無線機とのみ通信を行うように設計されている。しかし、実際には、路側無線機が、隣の料金所ブースを通過する車両に搭載されている車載無線機と通信を行ってしまい、二重課金等の課金ミスが生じる場合がある。そのため、特許文献１には、料金所ブースに設置する路側無線機に複数のアンテナを設け、それらを同一の通信範囲をカバーする異なる位置に設置し、全てのアンテナを介して車載無線機と通信を行えた場合に車載無線機と路側無線機との間で課金情報のやり取りを行うことで、他の料金所ブースを通過する車両に対する二重課金等の課金ミスが生じる可能性を減少させる技術が記載されている。なお、特許文献１に記載の路側無線機は、車載無線機との間で行う通信の通信フレーム単位の時分割でアンテナを切り替えながら車載無線機と通信を行う。
【０００４】
また、近年、次世代型のＥＴＣシステムとしてフリーフロー方式のＥＴＣシステムが提案されている。フリーフロー方式では、現行のＥＴＣシステムのような料金所ブースを設けず、高速で走行する車両に搭載されている車載無線機と、道路上や道路脇等に設置された路側無線機とが通信を行うことで通行料の課金を行う。そのため、フリーフロー方式では、現行のＥＴＣシステムにおいて料金所ブース近辺で発生している渋滞を緩和することができる。
【０００５】
図８は、一般的なフリーフロー方式のＥＴＣシステムで用いられる路側無線機の構成を示す図である。
【０００６】
図８に示すように、一般的なフリーフロー方式のＥＴＣシステムで用いられる路側無線機は、車載無線機との通信に使用されるアンテナ５３２と、アンテナ５３２を介して車載無線機との通信に使用する電波信号等の高周波信号の送受信を行う高周波部５３１と、アンテナ５３２および高周波部５３１を介して車載無線機と通信を行う無線制御部５２１と、無線制御部５２１が行った通信により得られた情報に基づいて課金等の処理を行うＥＴＣ制御部５１１とを有している。
【０００７】
図９は、図８に示した路側無線機と車載無線機との間で行われる通信の通信フレームを示す図である。
【０００８】
図９に示すように、ＥＴＣシステムにおいて路側無線機と車載無線機との間の通信に使用される通信フレームは複数のスロットから構成されている。ここで、ＦＣＭＳ（Ｆｒａｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｓｌｏｔ）は、通信フレーム全体を制御する下りのスロット、つまり路側無線機から車載無線機に送信される、通信を制御するための通信制御信号に使用するスロットを示している。また、ＭＤＳ（Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｄａｔａ  Ｓｌｏｔ）は、路側無線機と車載無線機との間で課金に関するＥＴＣ情報のやり取りを行うために使用するスロットを示している。また、ＡＴＣＳ（Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  Ｓｌｏｔ）は、通信フレーム全体を制御する上りのスロット、つまり車載無線機から路側無線機に送信される通信制御信号に使用するスロットを示している。路側無線機と車載無線機との間の通信は、この様な通信フレームを使用して、通信フレーム３２１，３２２，３２３，３２４，・・・と通信フレーム単位で行われる。
【０００９】
図１０は、図８に示した路側無線機を用いたフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作の一例を説明するための図である。
【００１０】
図１０に示すように、図８に示した路側無線機は、道路上や道路脇等に設置されたアンテナ５３２を介して、道路を走行中の車両に搭載されている車載無線機と通信を行う。この際、道路にはトラック等の大型車両２１７や自家用車等の小型車両２１６などが混在して走行していることが想定されるため、大型車両２１７により生じるシャドウイング範囲２０５に小型車両２１６が入ってしまう場合がある。この場合、アンテナ１３２を介して通信可能な範囲である通信範囲２０４内に小型車両２１６が位置していても、大型車両２１７のシャドウイングによりアンテナ５３２を介した路側無線機と小型車両２１６に搭載されている車載無線機と通信が失敗する可能性がある。また、アンテナ５３２にて送受信される電波信号は、道路周辺の構造物や走行中の車両により反射されるため、マルチパスフェージングの影響により路側無線機と車載無線機との間の通信品質が劣化し、通信が失敗する可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２には、路側無線機に複数のアンテナを設け、路側無線機が複数のアンテナを切り替えながら車載無線機に電波を送信し、その応答を全てのアンテナで受信し、受信した応答のうち受信電波の受信強度が最も強い応答を受信データとして使用する技術が記載されている。この技術によれば、複数のアンテナを使用することで、シャドウイングにより通信が失敗する可能性を減少させることができる。また、複数のアンテナを使用することでアンテナと車両との間の位置関係を変化させ、且つ、アンテナで受信された受信電波の受信強度が最も強い応答を受信データとして使用することで、マルチパスフェージングの影響を減少させることができる。
【特許文献１】特開２００４−２１５１９７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９９６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献２に記載の技術では、路側無線機が複数のアンテナで受信された受信信号の受信強度の測定および比較を行う必要があるため、その構成が複雑になってしまうという問題がある。
【００１３】
また、特許文献１に記載の技術においては、路側無線機は、全てのアンテナを介して車載無線機と通信が成功しないと課金情報のやり取りを行わないが、全てのアンテナで通信が成功するのを待ってから課金情報のやり取りを行っていては、高速で走行している車両を課金対象とするフリーフロー方式のＥＴＣシステムにおいては課金漏れが生じてしまい対応することができない。
【００１４】
本発明の目的は、簡易な構成により、シャドウイングにより通信が失敗する可能性およびマルチパスフェージングの影響を減少させることができる無線機およびその通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明の無線機は、
移動中の通信機との通信に使用される複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの中から前記通信に使用するアンテナを当該通信の通信フレーム単位の時分割で切り替えながら前記通信機と通信を行う無線通信手段とを有する。
【００１６】
上記目的を達成するために本発明の通信方法は、
移動中の通信機との通信に使用される複数のアンテナと、前記複数のアンテナを使用して前記通信機と通信を行う無線通信手段とを有する無線機が行う通信方法であって、
前記複数のアンテナの中から前記通信に使用するアンテナを当該通信の通信フレーム単位の時分割で切り替える切り替えステップを有する。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明によれば、無線通信手段は、異なる位置に配置された複数のアンテナの中から、移動中の通信機との通信に使用するアンテナを通信フレーム単位の時分割で切り替えながら通信を行う。
【００１８】
このように、通信に使用するアンテナを通信フレーム単位の時分割で順次切り替えながら通信を行うため、簡易な構成で実現でき、また、異なる位置に配置されたアンテナを切り替えて使用することでシャドウイングにより通信が失敗する可能性およびマルチパスフェージングの影響を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の無線機の第１の実施形態の構成を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の無線機は、ＥＴＣ制御部１１１と、無線制御部１２１と、高周波部１３１，１４１と、アンテナ１３２，１４２とを有している。なお、本発明の無線通信手段は、無線制御部１２１および高周波部１３１，１４１から構成される。
【００２２】
アンテナ１３２，１４２は、走行中の車両に搭載された通信機である車載無線機との通信に使用される。なお、アンテナ１３２，１４２は、シャドウイングによる車載無線機との通信の失敗を避けるために異なる位置に設けられる。
【００２３】
高周波部１３１，１４１は、それぞれアンテナ１３２，１４２を介して車載無線機との通信に使用する電波信号等の高周波信号の送受信を行う。
【００２４】
無線制御部１２１は、車載無線機との通信に使用する高周波部１３１，１４１を切り替えるスイッチ１２２を有しており、スイッチ１２２を用いて車載無線機との通信の通信フレーム単位の時分割で高周波部１３１，１４１を切り替えながら、高周波部１３１およびアンテナ１３２もしくは高周波部１４１およびアンテナ１４２を介して車載無線機と通信を行う。
【００２５】
ＥＴＣ制御部１１１は、無線制御部１２１で行われた通信により得られた情報に基づいて課金等の処理を行う。
【００２６】
以下に、本実施形態の無線機を使用したフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作について説明する。
【００２７】
図２は、図１に示した無線機を使用したフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作の一例を説明するための図である。なお、ここでは、図１に示した無線制御部１２１は、通信範囲２０１内に位置する車両に搭載されている車載無線機とアンテナ１３２，１４２を介して通信可能なものとする。
【００２８】
また、図３は、図１に示した無線制御部１２１がアンテナ１３２，１４２を介して車両に搭載されている車載無線機と通信する際の動作を説明するための図である。
【００２９】
図３に示すように、無線制御部１２１は、スイッチ１２２によって、通信フレーム単位の時分割で高周波部１３１およびアンテナ１３２と、高周波部１４１およびアンテナ１４２とを切り替えながら通信を行う。
【００３０】
まず、図２に示した無線制御部１２１は、スイッチ１２２を図１に示すように高周波部１３１と接続するように設定し、図３に示した通信フレーム３０１を使用して高周波部１３１およびアンテナ１３２を介して小型車両２１１に搭載されている車載無線機に電波信号を送信する。
【００３１】
しかし、図２に示すように、小型車両２１１はアンテナ１３２の通信範囲２０１内に位置しているが、アンテナ１３２から見ると小型車両２１１は大型車両２１２のシャドウイング範囲２０２に入っているため、小型車両２１１に搭載されている車載無線機はアンテナ１３２から送信された電波信号を受信することができず、無線制御部１２１と車載無線機との間の通信は失敗する。
【００３２】
次に、無線制御部１２１は、通信フレーム３０１を使用した通信に要する時間が経過すると、通信フレーム３０１を使用した通信の成否に関わらず、スイッチ１２２を高周波部１４１と接続するように切り替える。無線制御部１２１は、スイッチ１２２の切り替え後、通信フレーム３０２を使用して高周波部１４１およびアンテナ１４２を介して小型車両２１１に搭載されている車載無線機に電波信号を送信する。
【００３３】
この場合、図２に示すように、通信範囲２０１に位置する小型車両２１１とアンテナ１４２との間には大型車両１５２のような遮蔽物が存在しないため、小型車両２１１に搭載されている車載無線機はアンテナ１４２から送信された電波信号を受信することができ、無線制御部１２１と車載無線機との間の通信は成功する。これにより、無線制御部１２１と車載無線機との間で課金に関するＥＴＣ情報のやり取りが行われ、ＥＴＣ制御部１１１は、この通信により得られたＥＴＣ情報を用いて課金等の処理を行う。
【００３４】
以降も、無線制御部１２１は、通信フレーム単位の時分割でスイッチ１２２を切り替えることで、高周波部１３１およびアンテナ１３２と、高周波部１４１およびアンテナ１４２とを切り替えながら通信範囲２０１内に位置する車両に搭載されている車載無線機との通信を行う。
【００３５】
上述したように、本実施形態の無線機においては、無線制御部１２１は、異なる位置に配置されたアンテナ１３２，１４２の中から、走行中の車両に搭載された車載無線機との通信に使用するアンテナを通信フレーム単位の時分割で切り替えながら通信を行う。
【００３６】
このように、通信に使用するアンテナを通信フレーム単位の時分割で順次切り替えながら通信を行うため、簡易な構成で実現でき、また、異なる位置に配置されたアンテナ１３２，１４２を切り替えて使用することでシャドウイングにより通信が失敗する可能性およびマルチパスフェージングの影響を減少させることができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、アンテナ１３２，１４２および高周波部１３１，１４１は、それぞれ２台ずつしか設けていないが、これらを３台以上設けて、無線制御部１２１が、それらを通信フレーム単位の時分割で切り替えながら車載無線機と通信を行っても良い。
【００３８】
図４は、図１に示した無線機において、アンテナおよび高周波部を３台ずつ設けた場合の構成を示す図である。
【００３９】
この場合、無線制御部１２１は、スイッチ１２２を使用して、高周波部１３１およびアンテナ１３２と、高周波部１４１およびアンテナ１４２と、高周波部１５１およびアンテナ１５２とを通信フレーム単位の時分割で切り替えながら車載無線機と通信を行う。
【００４０】
以下に、図４に示した無線機を使用したフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作について説明する。
【００４１】
図５は、図４に示した無線機を使用したフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作の一例を説明するための図である。なお、ここでは、無線制御部１２１は、通信範囲２０３内に位置する車両に搭載されている車載無線機とアンテナ１３２，１４２，１５２を介して通信可能なものとする。
【００４２】
図６は、図４に示した無線制御部１２１がアンテナ１３２，１４２，１５２を介して車両に搭載されている車載無線機と通信する際の動作を説明するための図である。
【００４３】
図６に示すように、無線制御部１２１は、高周波部１３１およびアンテナ１３２と、高周波部１４１およびアンテナ１４２と、高周波部１５１およびアンテナ１６２とを通信フレーム単位の時分割で切り替えながら通信を行う。
【００４４】
図５に示した例では、小型車両２１３は、アンテナ１３２から見ると大型車両２１４のシャドウイング範囲に入っており、アンテナ１４２から見ると大型車両２１５のシャドウイング範囲に入っている。そのため、図６に示した通信フレーム３１１を使用したアンテナ１３２を介した無線機と小型車両２１３に搭載されている車載無線機との通信、および通信フレーム３１２を使用したアンテナ１４２を介した無線機と小型車両２１３に搭載されている車載無線機との通信は失敗する可能性が高い。
【００４５】
これに対し、小型車両２１３とアンテナ１５２との間には大型車両２１４，２１５のような遮蔽物が存在しないため、通信フレーム３１３を使用したアンテナ１５２を介した無線機と小型車両２１３に搭載されている車載無線機との通信は成功する可能性が高い。
【００４６】
この様に、無線機に設けるアンテナの数を増やし、無線機の死角を減らすことで、シャドウイングにより通信が失敗する可能性およびマルチパスフェージングの影響をより減少させることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の無線機の第２の実施形態の構成を示す図である。
【００４８】
図７に示すように、本実施形態の無線機は、ＥＴＣ１１１と、無線制御部４２１と、高周波部４３１と、アンテナ１３２，１４２とを有している。なお、本発明の無線通信手段は、無線制御部４２１および高周波部４３１から構成される。また、以降、図２に示した無線機の構成要素のうち、図１に示した第１の実施形態と同様の構成要素については、図１と同様の符号を付し説明を省略する。
【００４９】
無線制御部４２１は、アンテナ１３２，１４２のうち車載無線機との通信に使用するアンテナを通信フレーム単位の時分割で変更しながら選択し、アンテナ１３２，１４２を識別するための識別子であるアンテナＩＤを用いて、選択したアンテナを高周波部４３１に通知する。また、無線制御部４２１は、高周波部４３１と選択したアンテナとを介して車載無線機と通信を行う。
【００５０】
高周波部４３１は、アンテナ１３２，１４２を切り替えるスイッチ４３２を有しており、スイッチ４３２を切り替えることにより、アンテナ１３２，１４２のうち無線制御部４２１にて選択されたアンテナを介して車載無線機との通信に使用する電波信号等の高周波信号の送受信を行う。
【００５１】
このように、本実施形態においては、高周波部４３１にスイッチ４３２を設けてアンテナの切り替えを行うことで、図１に示した第１の実施形態の無線機と比較して高周波部の台数が少なくてすむ。そのため、第１の実施形態と比較して、無線機に掛かるコストを減少させることができる。ただし、本実施形態の無線機においては、高周波信号の送受信を行う関係で高周波部４３１とアンテナ１３２，１４２との間の距離を長くとることが困難なため、アンテナ１３２，１４２の間の距離をあまり離して設置することができない。
【００５２】
なお、上述した第１の実施形態および第２の実施形態では、本発明の無線機をフリーフロー方式のＥＴＣシステムで使用する場合について説明したが、本発明の無線機は、路車間無線通信を行う全てのシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の無線機の第１の実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示した無線機を使用したフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作の一例を説明するための図である。
【図３】図１に示した無線制御部がアンテナを介して車両に搭載されている車載無線機と通信する際の動作を説明するための図である。
【図４】図１に示した無線機において、アンテナおよび高周波部を３台ずつ設けた場合の構成を示す図である。
【図５】図４に示した無線機を使用したフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作の一例を説明するための図である。
【図６】図４に示した無線制御部がアンテナを介して車両に搭載されている車載無線機と通信する際の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の無線機の第２の実施形態の構成を示す図である。
【図８】一般的なフリーフロー方式のＥＴＣシステムで用いられる路側無線機の構成を示す図である。
【図９】図８に示した路側無線機と車載無線機との間で行われる通信の通信フレームを示す図である。
【図１０】図８に示した路側無線機を用いたフリーフロー方式のＥＴＣシステムの動作の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１１    ＥＴＣ制御部
１２１，４２１    無線制御部
１２２，４３２    スイッチ
１３１，１４１，１５１，４３１    高周波部
１３２，１４２，１５２    アンテナ
２０１，２０３    通信範囲
２０２    シャドウイング範囲
２１１，２１３    小型車両
２１２，２１４，２１５    大型車両
３０１〜３１５    通信フレーム
【図１】
2010135982.tif 000003
【図２】
2010135982.tif 000004
【図３】
2010135982.tif 000005
【図４】
2010135982.tif 000006
【図５】
2010135982.tif 000007
【図６】
2010135982.tif 000008
【図７】
2010135982.tif 000009
【図８】
2010135982.tif 000010
【図９】
2010135982.tif 000011
【図１０】
2010135982.tif 000012