(57)【要約】【課題】短距離無線による対向車間の車車間通信が可能な無線通信端末および無線通信方法を提供する。【解決手段】車両に搭載された無線通信端末が他の車両に搭載された端末と通信を開始する前に、相手端末の位置や相対速度などを検出して通信可能時間を推測し、その推測結果に従って、使用するプロトコルを選択する。通信可能時間が長い場合は、一般的なプロトコルを選択するが、通信可能時間が短い場合には、軽いプロトコルにして、短くてもデータのやり取りが可能なようにする。【選択図】図１
2006186599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信可能範囲に入ってきた他の無線通信端末を検知する手段と、
前記他の無線通信端末の位置を検出する手段と、
前記他の無線通信端末の相対的な進行方向を検出する手段と、
前記他の無線通信端末の相対速度を検出する手段と、
検出された他の無線通信端末の位置、相対的な進行方向、および相対速度に基づいて、該他の無線通信端末との通信可能時間を推測する手段と、
複数のプロトコルモジュールと、
推測された通信可能時間に応じて、前記複数のプロトコルモジュールから１つのプロトコルモジュールを選択する手段と、
選択されたプロトコルモジュールを用いて前記他の無線通信端末と通信を行う手段とを具備することを特徴とする無線通信端末。
【請求項２】
前記複数のプロトコルモジュールの各々は、プロトコル処理に係る機能モジュールおよびヘッダオプションの異なる組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
【請求項３】
他の無線通信端末に送信すべきデータをクラス分けして記憶する手段と、
推測された前記通信可能時間および選択されたプロトコルモジュールに対応して、前記他の無線通信端末に送信すべきデータのクラスを選択する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信端末。
【請求項４】
クラス分けされたデータ入出力インターフェース手段と、
推測された前記通信可能時間および選択されたプロトコルモジュールに対応して、前記データ入出力インターフェースのクラスを選択する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無線通信端末。
【請求項５】
受信電波に周波数同期した電波を放射する電波放射手段をさらに具備し、
前記他の無線通信端末の相対速度を検出する手段は、前記電波放射手段により放射された電波に前記他の無線通信端末が周波数同期して放射した電波のドップラシフト量およびドップラシフト量の微分値を検出することにより相対速度の検出を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無線通信端末。
【請求項６】
前記他の無線通信端末の相対速度を検出する手段は、前記他の無線通信端末から受信した該他の無線通信端末の走行速度データに基づいて相対速度を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無線通信端末。
【請求項７】
複数のプロトコルモジュールを備える無線通信端末による他の無線通信端末との間の無線通信方法において、
通信可能範囲に入ってきた前記他の無線通信端末を検知するステップと、
前記他の無線通信端末の位置を検出するステップと、
前記他の無線通信端末の相対的な進行方向を検出するステップと、
前記他の無線通信端末の相対速度を検出するステップと、
検出された他の無線通信端末の位置、相対的な進行方向、および相対速度に基づいて、該他の無線通信端末との通信可能時間を推測するステップと、
推測された通信可能時間に応じて、前記複数のプロトコルモジュールから１つのプロトコルモジュールを選択するステップと、
選択されたプロトコルモジュールを用いて前記他の無線通信端末と通信を行うステップとを有する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載され、車車間通信に用いられる無線通信端末および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両内にＬＡＮ(Local Area Network)を構築し、車内各部の動作状況を管理するような自動車も既に実現しており、自動車においてもいわゆる情報化が進んでいる。車外との情報の連携では、路車間通信や車車間通信などがあり、情報機器による運転アシスト、自動運転などを目指した取り組みもなされている。例えば下記特許文献１には、常時固定の通信プロトコルを用いる路車間通信について記載されている。
【０００３】
車車間通信は他の車両との無線通信である。自車付近を走行する車両との運転状況の交換や、娯楽情報の交換、後続車の誘導などを目的として、積極的な研究が行われている。自車の前後に位置する車両のみならず、さらにその前後左右の車両に積載された無線通信装置間でメッシュネットワークを組んでネットワーク化を行うといった取り組みも行われている。
【０００４】
一方、無線通信には様々な規格が存在する。IEEEにおいてはセンサーネット向け短距離低速無線に関する802.15.4aという標準規格が策定されつつある。この短距離低速無線は、電波到達範囲が数10m程度と短く、ビットレートは数kbpsと低速であるものの、高い測距機能と位置検出機能を持つというものである。この様な無線技術を流用すれば、無線機をレーダとして用いることが可能であって、車車間通信装置と車車間レーダとを兼ね備えた無線装置を実現できる可能性がある。また、多くの車両に車車間通信用の無線通信端末が搭載された場合、利用できるチャンネル、すなわち、周波数が有限であることを考慮すれば、電波到達範囲は実用に差しさわりのない範囲でできるだけ短い方が良い。
【特許文献１】特開２０００−２５３１８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでの車車間通信の殆どは、同一方向に走行する車両間での通信である。自動車はふつう時速数10kmの高速で移動しており、対向車とすれ違う時の相対速度は時速100kmを超えることもある。このため、対向車間での車車間通信は、対向車が通信可能エリアに入ってから、出て行くまでの通信可能時間が短いこと、さらには車両が移動する際に発生するドップラシフトが相対速度に対応して非常に大きくなること、などを理由とする技術的な実現困難性が知られている。特に、電波到達距離が短い通信手段では、すれ違いざまの通信可能時間が１秒を切ってしまうことや、交差点等で交差する車両間の通信では道路外の建物などの遮蔽物の影響により交差点のかなり近傍に近づかない限り通信を開始できないことも指摘されている。また、低ビットレートで電波到達距離も短い上述のような無線通信技術を利用して車車間通信を実現しようとする場合、通信可能時間が１秒を切るような状態では、送信可能ビット数が著しく減少し、通信開始手順すら完了できない可能性がある。
【０００６】
同一方向に移動する前後左右の車両との通信については、対向車間の車車間通信に比較すれば容易である。しかし、同一方向に移動する車両は基本的にそれらが保有する車両運行上の情報が似通っており、情報の交換によって得られる情報量はあまり多くない(もちろん、娯楽情報の交換や後続車の誘導には有効である）。一方、道路状況に関する情報を車車間通信で得ようとした場合、対向車や交差点で交差する車両からの方が、自分とは異なるルートを運転してきていることから有用な情報が得やすいことは明白である。車車間通信では、近くの車両と必要に応じてアドホックに通信を開始し、必要が無くなれば通信を終了できる。これは、同じ仕様の通信機を持っていれば、センターや基地局などのインフラが無くても通信が可能であるという手軽な通信手段である。このような手軽な通信手段を利用して、多くの有用な情報を得たいという需要は潜在的に高いと考えられる。
【０００７】
本発明は、かかる事情を考慮してなされたものであり、短距離無線による対向車間の車車間通信が可能な無線通信端末および無線通信方法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】
本発明の一観点に係る無線通信端末は、通信可能範囲に入ってきた他の無線通信端末を検知する手段と、前記他の無線通信端末の位置を検出する手段と、前記他の無線通信端末の相対的な進行方向を検出する手段と、前記他の無線通信端末の相対速度を検出する手段と、検出された他の無線通信端末の位置、相対的な進行方向、および相対速度に基づいて、該他の無線通信端末との通信可能時間を推測する手段と、複数のプロトコルモジュールと、推測された通信可能時間に応じて、前記複数のプロトコルモジュールから１つのプロトコルモジュールを選択する手段と、選択されたプロトコルモジュールを用いて前記他の無線通信端末と通信を行う手段とを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、短距離無線による対向車間の車車間通信が可能な無線通信端末および無線通信方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る無線通信端末のブロック図である。無線通信端末１は自動車等の車両に搭載される端末であり、アンテナ８から電波を放射し、また同アンテナ８により電波を受信し、他の車両に搭載された無線通信端末との間で車車間通信を行う。アンテナ８から放射される電波の到達距離は数10m〜100m程度と比較的短く、無線通信端末１は短距離通信向けの端末である。電波到達距離は、送信された電波が他の無線通信端末で最小受信感度以上で受信される最大距離に相当する。
【００１１】
例えば併走車両や先行車両あるいは後続車両との車車間通信であれば、比較的十分な通信時間を確保できるが、対向車との車車間通信では対向車とのすれ違いざまに通信できる時間は極めて短い。ビットレートも低速である。このような無線通信端末１において、自端末の通信可能範囲内、すなわちアンテナパターンと放射パワーで決定される範囲に他の端末が入ってきたことを端末検出部１２により検知する。
【００１２】
端末検出部１２は、具体的には例えば以下のように実現する。それぞれの無線通信端末は定期的に、あるいは、特にいずれの相手とも通信を行っていないアイドル時には、連続的に電波を放射するようにしている。無線通信端末１が受信した電波中に、他の無線通信端末が放射した電波が含まれていることを端末検出部１２が検出することにより、他の無線通信端末が通信可能範囲内に入ったことを検出する。この場合、端末検出部１２は単独で検出を行うのではなく、送受信の物理層(RF, IF, ベースバンド等)処理を行う物理層処理部(PHY)７の機能を利用する。なお、相手端末の電波を受信した時、自端末が同様の電波を放射していなかった場合には、相手にも自端末の存在を知らせるよう、ただちに自端末から電波を放射することが好ましい。
【００１３】
他の方法として、無線通信端末１がレーダ機能を備えるか、あるいは、車両に搭載されたレーダ装置と接続されている場合は以下のようにする。すなわち、レーダの測定結果から通信可能範囲内に物体、あるいは移動体が存在することを受けて、相手が自端末と通信可能な無線通信端末であるか確かめるための電波を放射し、相手がそれに応答してきたことを受けて他の無線通信端末を検出する。各々の無線通信端末は他の端末が出したこのような確認電波を受信したらそれに応答するように設定されている。
【００１４】
他の無線通信端末が自端末の通信可能範囲内に存在することが確認されたら、位置検出部３は、相手の端末の自端末に対する相対位置を検出する。これは、例えば以下のように実現する。無線通信端末１がレーダ機能を備えている場合や、車両に搭載されたレーダ装置と接続している場合は、その測定結果からその位置を検出する。レーダ機能を備えていなくとも、例えば、以下に説明するように電波の放射位置を検出する機能を持たせることもできる。
【００１５】
図２は、本実施形態に係る無線通信端末を搭載した車両の外観を示す図である。同図に示すように、車両１４の２箇所に無線通信端末のアンテナ13-1，13-2を備え、第１のアンテナ13-1から出した電波を相手の端末が受信したら、ただちに、あるいは受信から送信までの信号処理に要した遅延時間をデータに含めて、電波を送り返す。自端末の第１のアンテナ13-1でそれを受信したら、その往復時間、あるいは、往復時間からデータに含められた遅延時間を引いた伝播時間から相手までの距離を計算する。第２のアンテナ13-2についても相手からの電波を受信する。第１のアンテナで受信した電波と第２のアンテナで受信した電波は相手の位置に応じてその到着時間がずれている。到着時間の差と相手までの距離とから相手の端末の位置を検出することができる。このとき、計算上は複数の点が候補になる場合があるが、アンテナの指向性や、自端末が搭載された車両の遮蔽特性を考慮することによって、少なくとも２次元平面上で１つに絞ることができる。相手が車両に搭載されている端末であることが明確であるならば、無線通信端末の高さはほぼ既知であるため、２次元平面上で１つの位置に確定できれば、それで相手の位置を特定できる。無線通信端末の通信相手が車両に搭載された端末以外の場合があるようなシステムでは、相手の端末の種類が通知されれば、その高さが判るので、相手の位置を特定できる。
【００１６】
２つのアンテナを用いる場合、実際には図３に示すようにＰＨＹ７は２つのＰＨＹ7-1，ＰＨＹ7-2からなり、送信データは相手の位置や通信の性質によって適宜振り分けられ、一方、受信データは適切な方法で合流される。
【００１７】
外部のレーダ装置に接続し、該レーダ装置からデータを受け取る構成の場合を除き、位置検出部３の構成要素の大部分はＰＨＹ７に含まれており、ＰＨＹ７からのデータを基にして位置を計算する機能がＰＨＹ７以外の部分、すなわち位置検出部３に設けられる。
【００１８】
無線通信端末１はさらに、相手の無線通信端末に関する進行方向検出部１１と相対速度検出部２を有する。これらについては後述する。なお、測定するパラメータは自端末に対して相手がどのように移動するかといった少なくとも相対的なパラメータである。もちろん、車両走行の高度な制御を行うために絶対的なパラメータを測定してもかまわないが、通信可能時間を算出する目的に限定するならば、相対的なパラメータで十分である。
【００１９】
端末検出部１２から他の無線通信端末が通信可能範囲内に入ったという通知を受けて、位置検出部３、相対速度検出部２、進行方向検出部１１から与えられるデータから、通信可能時間推測部４は、相手との通信可能時間を計算する。通信可能時間は図４のように、自端末が搭載された車両14-1に対して他の端末が搭載された車両14-2が、車両14-1の通信可能範囲１５に入ってから出るまでの時間を、その進行方向、相対速度vに基づいて計算する。なお、図４では、車両14-1の後部にも通信可能範囲１５が広がっている。前部のアンテナ配置が図２に示したような場合、後部に通信可能範囲を確保するために、車両後部にも１つまたは２つ程度のアンテナが配置されている。または、アンテナが車両のルーフに設置され、車体で電波が遮蔽されないようになっていて、後部にも電波が届くようにしてもよい。
【００２０】
通信可能時間を予測したら、図１に示したプロトコル選択部５がその通信可能時間の長さに応じて、複数のプロトコルから１つを選択し、そのときに検出されている他の無線通信端末との通信に使用する。図１では、３つのプロトコルモジュール、すなわちプロトコル1(6-1)、プロトコル2(6-2)、プロトコル3(6-3)があり、データ蓄積・生成部９とＰＨＹ７との間がそのうちの１つを介して接続される。すなわち、例えばプロトコル選択部５によって選択されたプロトコルがプロトコル1(6-1)であるならば、送信データはデータ蓄積・生成部９からプロトコル1(6-1)に入力されてパケット化され、ヘッダ付与等のＭＡＣ層処理がなされる。ＭＡＣ層処理がなされた送信データはＰＨＹ７で無線に変調されて、アンテナ８から放出される。一方、受信データについては、アンテナ８で受信された電波がＰＨＹ７で復調され、プロトコル1(6-1)によりヘッダの解析、データ再合成が行われ、データ蓄積・生成部９に送られる。このデータは、データ蓄積・生成部９に蓄積され、音声等のリアルタイムデータや、外部(ディスプレイ等)に入出力される蓄積対象外のデータはデータ入出力部１０を経由して入出力される。
【００２１】
複数のプロトコルは、それぞれ、ヘッダの大きさやヘッダオブジェクトの種類の数、扱える処理やデータの種類、アクセス方式等が異なる。基本的には、データ本来の持つ情報(ペイロード)以外の部分(アクセス制御パケットやヘッダ部など)の送受信に必要な時間に応じて数種類用意される。
【００２２】
例えば図１の例であれば、プロトコル1は、高速ですれ違う対向車など通信可能時間が著しく短い相手に対応する、処理やヘッダが軽くてアクセスが単純なプロトコルである。プロトコル2は、比較的低速で走行中に停車中の車両とすれ違う場合など、通信可能時間は短いが、対向車との通信に比べれば余裕がある通信可能時間の場合に使用するプロトコルであり、プロトコル1よりも複雑な処理が可能である。
【００２３】
プロトコル3は、同一方向に走行する車両との間の通信を行う場合など、通信可能時間の予測値が長く、時間の制限なく通信できる場合に用いられるプロトコルであり、携帯電話や無線LAN等に用いられるプロトコルと同等の高度な処理が可能なプロトコルである。
【００２４】
具体的には、プロトコル1のアクセス方式は、例えばアロハ(ALOHA)である。アロハについては公知である。通信フレームのヘッダはイーサネット（登録商標）のヘッダ程度の大きさで、ヘッダに挿入可能なオブジェクトの種類は少ない。相手の認証は行わず、相手との電波のやり取りが可能であることが、すなわち相手とのデータリンクを形成するといったものである。
【００２５】
プロトコル2のアクセス方式は、例えばCSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance；搬送波感知多重アクセス／衝突回避)である。CSMA/CAについても上記アロハと同様に公知である。相手とのデータリンクを形成する前に、相手の認証を行う。そのためヘッダに挿入可能なオブジェクトの種類がプロトコル1よりも多い。
【００２６】
プロトコル3は、例えば、フレームを有していて、その中で各々の端末のアクセス時間が割り当てられる。データリンクのみならず、ネットワークが形成可能であり、ネットワークに入るための認証、その中の特定の端末とデータのやり取りを行うための認証が行われる。ヘッダオブジェクトの種類が多いのはもちろんのこと、場合によっては、MACレイヤがいくつかのサブレイヤに分割されており、細かな制御が可能である。さらに、必要に応じてデータの暗号化も可能である。
【００２７】
このように、通信手順の複雑さが異なり、これに応じて処理負担あるいは処理の所要時間が異なる複数のプロトコルを、通信可能時間に応じて選択することにより、通信可能時間が短くても相手の端末と可能な範囲での通信が行える。また、通信可能時間が長い場合には、十分な認証等を行って、例えば音声通話等、より高度なデータのやり取りが可能になる。
【００２８】
これらの複数のプロトコルは全く異なるプロトコルであっても良いが、実装の容易化のためには、１つのプロトコルモジュールの中で、各々のプロトコルに対応して、使用する機能モジュールやオプションの範囲を定めることが好ましい。上述の例に対応する１つのプロトコルモジュールの構成例を図５に示す。同図に示されるように、それぞれのプロトコルに応じて使用できるヘッダオプションおよび具体的な機能モジュール（１つのプロトコルモジュールの内部モジュール）の範囲が異なっている。
【００２９】
例えば、プロトコル1(16-1)では、単にパケットを生成して、送信元アドレス、宛先アドレス、フレーム長、チェックサム等最小限のヘッダを付加し、パケットを送信する。ALOHAはいつでもパケットを送信してよいプロトコルであるため、フレーム化や衝突回避(CSMA/CA)等のアクセス制御のためのモジュールを外すことによって、実質的にALOHAにすることができる。プロトコル2では、これに衝突回避モジュールを加えてCSMA/CAを行い、また、相手の認証のための認証モジュールを含ませている。プロトコル3では、さらにネットワーク化モジュール、フレーム化モジュール、暗号化モジュール等を含んでいる。プロトコル3でもネットワークへの最初の参加の意思表示は、フレーム中の自由アクセス期間にCSMA/CAでアクセスする可能性があるため、衝突回避モジュールを含んでいる。ヘッダオプションはそれぞれ、使用するオプションに対応して範囲が決定されている。このようなプロトコルモジュールにおいて、プロトコル選択部５からの指示に応じて範囲を選択し、その範囲内でデータ蓄積・生成部９やＰＨＹ７からのデータを処理する。
【００３０】
複数のプロトコルを実装するにあたって、１つのプロトコルモジュール内の使用範囲を各々のプロトコルに応じて決定する構成とすれば、複数のプロトコルそれぞれのモジュールを別々に製造する必要がなくなり、製造コストを削減、容易化できるほか、実装上のメモリスペースを削減できるメリットもある。また、基本的に同一のプロトコルに基づいているため、他の無線通信端末との通信開始時に相手を識別するにあたって、相手の使用しているプロトコルが自端末で使用できるものか検索するといった手順が不要となり、相手通信端末の識別が容易かつ迅速になる。
【００３１】
もちろん、図５に示しているモジュールは上述の例に対応して実際のプロトコルの機能の一部を例示しているに過ぎず、現実には大小含めて大量の機能モジュール、オプションが存在し、各々のプロトコルに対応してそれらの使用範囲が異なる。また、図５では、範囲の大きいプロトコルが、小さいプロトコルを全て含むような範囲になっているが、例えば、プロトコルが軽いことによって、重いプロトコルでは使用されないようなオプションや機能モジュールがある場合もあり、実際には図のように全部を含むようにはならない可能性が高い。
【００３２】
このようにすると、軽い方のプロトコルは一般的な無線通信のプロトコルから機能を削ったようなものになる。認証や暗号化、あるいはフレーム化による帯域保証等の機能が各々のプロトコルに応じて削られることによって、送信できるデータの性質や内容に制限を課す必要性が生じる場合がある。すなわち、認証や暗号化無しでは送りたくないデータが存在する可能性や、帯域保証無しでは、あるいは短い通信可能時間では遅れないデータの可能性である。このような場合に備えて、本実施形態では、図６に示すように、選択されたプロトコル、すなわち、通信可能時間に対応して、プロトコル選択部５がデータ蓄積・生成部９を制御し、データ蓄積・生成部９で送信可能なデータやデータを入出力するインターフェースの範囲を選択する。
【００３３】
図７はデータ蓄積・生成部９の周辺を詳細に示した一例である。データ蓄積・生成部９において、蓄積されたデータはクラス分けされている。例えばAというデータはクラス1〜3であり、Bというデータはクラス3である。クラスは、選択されるプロトコルに対応しており、プロトコル1ではクラス1指定のデータが送信可能であり、プロトコル3ではクラス3指定のデータが送信可能である。
【００３４】
さらに、データ蓄積・生成部９にデータを入出力するデータ入出力部１０がより詳細には図のようにいくつかのインターフェースに分かれており、それぞれのインターフェースに対応してクラス分けが同様になされている。
【００３５】
なお、インターフェースから出入りするデータがデータ蓄積・生成部９に一旦蓄積されるようなリアルタイム性の低いデータであるならば、インターフェースから入力されるデータにクラス分けが指示されていてもよい。さらに、インターフェース毎でなくとも、音声や車両制御情報のようなリアルタイムデータはインターフェースの先のさらにデータの出所ごとのクラス分けがデータ蓄積・生成部９に記録されていてもよい。また、蓄積されているデータも個々のデータごとのクラス分けのみならず、データを性質ごとにグループに分類してクラス分けしていてもよい。
【００３６】
プロトコル選択部５から選択されたプロトコルが通知されると、データ蓄積・生成部９はそれに対応して送信できるデータを選択する。もちろん、何をどのような順番で送るかは、より上位のレイヤ、例えばアプリケーションに接する人間の意思や相手端末からの要求等で予め決定されている(あるいは、その場で決定される)が、それらの中から、選択されたプロトコルでサポートできるデータのみを選択してプロトコルモジュールに送出する。このようにすることによって、プロトコル上の認証や暗号化を経ずには送信してはならないデータについては、認証や暗号化が実施された場合のみ送信を許可するといった制御が可能になる。また、通信時間が短いことから現実には送信しきれないようなデータを送ろうとして、短い通信時間を無駄にするといったことを未然に回避できる。
【００３７】
さらに、このようなクラス分けによって、相手の無線通信端末から、本来では認証無しでは送られてこないようなデータが認証のないプロトコルで送られてきた場合に、そのようなデータを素性の不確かなデータとして信用しないという扱いをし、そのデータの利用範囲を制限したり、使用者にその旨を警告するといったことも可能となる。
【００３８】
次に、相手端末の進行方向と相対速度の検出についてその実現方法を説明する。本実施形態に係る無線通信端末は、少なくとも相手端末の位置検出を行う機能を有する。これを実現する最も単純な方法は、図８のように少々の時間差ΔTで２回の位置検出を行うことである。すなわち、車両14-1の端末が車両14-2の端末の相対速度および進行方向を測定したい場合、ΔTの間隔をあけて２回の位置検出を行う。位置検出が行われたら、２つの相対位置のベクトルの差分を求めてこれを差分ベクトルとする。差分ベクトルの向きが進行方向であり、差分ベクトルの長さLをΔTで割ったものが相対速度である。この方法では非常に単純に測定ができる。
【００３９】
無線通信端末がレーダ機能を有しているか、車両にレーダが搭載されており無線通信端末がレーダと連携動作できる場合に適用可能な他の方法として、以下が考えられる。すなわち、レーダとして放射された電波が相手端末を搭載した車両に当たって跳ね返って来た時のドップラシフト量およびドップラシフト量の時間微分値を検出する。
【００４０】
図９に図４のような隣接する車線で対向車とすれ違う場合のドップラシフトの出方を例示したグラフを示す。時間0でドップラシフトによる周波数変移がΔfだけ出現しており、それから時間dt後にdfだけシフト量が変化している。従って、微分値はdf/dtである。Δfおよびdf/dtと相手端末の位置がわかっていれば、dt内に相手端末の進行速度vが変化しないという前提で、相手端末の進行方向と相対速度を求めることができる。微分値はレーダ電波が短めのパルスならば複数のパルス間の周波数遷移から求める必要があるが、長めのパルスやＣＷ(continuous wave)レーダであるならばdtで測定が可能であり、短い時間で測定ができる。
【００４１】
無線通信端末の通信可能範囲に入ってから出るまでに、通信可能時間を推測し、さらに、通信を行いたいのであるから、通信可能時間の推測に使用する時間は少しでも短くしたい。特に対向車との通信のような場合は、通信可能時間の推測に掛かる時間が節約できる意味は大きい。
【００４２】
レーダ機能の測定範囲と無線通信端末としての電波到達距離が異なり、レーダの測定範囲の方が大きいのであれば、相手の端末を搭載した車両が、無線通信端末の電波到達範囲に入る時間と通信可能時間を、電波到達範囲に入る前に推測するとよい。その結果、通信可能時間をより長く取ることが可能となる。ただし、相手車両が自端末と通信可能な無線通信端末を搭載しているかどうかは事前に検出できないため、通信可能範囲に入った瞬間にそれを確認するといった手順が必要になる。
【００４３】
無線通信端末がレーダ機能を持たず、車両に連携できるレーダが搭載されていない場合には、例えば、相手端末が放射した電波のドップラシフト量とその微分値を測定することによって、同様の検出が可能である。ただし、ドップラシフト量の微分値は高い確度で検出できるが、ドップラシフト量の絶対値を検出するためには自端末の発振器と相手端末の発振器とが同期している必要があり、困難な場合が多い。
【００４４】
そこで、例えば次のようにしてドップラシフト量とその微分値を検出するとよい。すなわち、無線通信端末は受信した電波に周波数同期して電波を放射する機能を持ち、相手端末は自端末からの電波を受信したら、それに周波数同期してそのまま送り返す。自端末は、送り返されてきた電波を受信してそのドップラシフト量と微分値を検出する。なお、周波数同期するときに、フィードバックループの時定数を短めに設定することが好ましい。受信した電波が既に持っているドップラシフトに対する同期に速く追従させることができるからである。
【００４５】
相手端末が自端末からの電波を受信した段階で、自端末は相手端末に対して高速な相対速度で移動しているため、既にドップラシフトが発生している。その状態では、相手端末が同期できるのはドップラシフトが発生している電波に対してのみである。
【００４６】
図４のようなすれ違い方では、時々刻々とドップラシフト量は変化する。ループの時定数が遅いと、その時々刻々と変化する周波数の平均的な値に同期してしまう。そのように同期した周波数の電波を送り返しても、自端末はどの時点での平均値かわからないため、結局、同期しなかった場合と大差なく、ドップラシフトの絶対量が検出できない。一方、時定数を短くして、受信したドップラシフトの変化に十分追従するよう同期したものを送り返すならば、自端末で受信した送り返された電波は事実上、相手車両で増幅されて反射してきたレーダ電波のように扱うことができ、ドップラシフトの絶対量を測定することが可能となる。
【００４７】
なお、位置検出部３の構成によっては、相手端末の位置が自端末が搭載されている車両の前後の２点の内で確定できないことがある。そのような場合、ドップラシフトの検出時にも、その２点のどちらであるか検出できない可能性が高い。しかしながら、自端末が搭載された車両と、相手端末が搭載された車両がすれ違うことによる通信可能時間は、相手端末が前後にどちらにあったとしても、その相対速度や進行方向が途中で変化しない限り、同一に算出されるため影響が無い。
【００４８】
なお、相手端末が普通に放射した電波を受信するだけではドップラシフトの絶対量が検出できないという問題は、以下のような方法によっても解決することができる。例えば、各々の無線通信端末は、自機が搭載される車両の走行状態をモニタするデバイスから当該車両の走行速度を通知され、定期的に、あるいは必要に応じて、走行速度の情報を電波で他の端末に送信する。自端末の通信可能範囲内に他の端末を検出したら、自車両の走行速度を送信するか、相手端末に通知を要求する。相手端末側の車両（相手車両）の走行速度を知ることができたら、その相手車両の位置とドップラシフト量の微分値とに基づいて相手車両の進行方向を検出することが可能である。このとき、ドップラシフト量の微分値は、相手端末が進行速度を通知するための電波を用いて測定すればよく、データを送るという比較的簡単な方法により、相手端末が搭載される車両の進行方向と相対速度を知ることができる。なお、進行速度データの要求や送付に用いるプロトコルは例えば最も処理負担が軽いものを用いるなど、固定にしておけばよい。
【００４９】
図１，図３，図６においては、無線通信端末を機能的な構成要素の集合として図示したが、上述したように、これらはPHYの一部の機能を利用したり、車両の他の機能を利用したりして得られた情報から、それぞれのパラメータを計算するための手段である。従って、これらはそのような様々な計算を行う制御部の機能の一部とすることができる。より実装イメージに近い構成を図１０に示す。
【００５０】
この図１０に示される無線通信端末制御部１８は、無線通信端末全体を制御する部分であるが、そのような計算も同時に行う。さらに、切替の判断や他のブロックへの指示も行う。無線端末制御部１８はＰＨＹ７に接続されており、これを制御して、ＰＨＹ７を使用する測定をＰＨＹ７に行わせ、その結果をＰＨＹ７から吸い上げる。また上述のように、１つのプロトコルモジュールの内、機能モジュールやオプションの使用範囲を変化させることによってプロトコルの切替を実現する構成とした場合、図１０に示すように、１つのプロトコルモジュール１９に対して、無線通信端末制御部１８が使用範囲を指示し、変更させる。データ蓄積・生成部９に対する指示も同様に行う。さらに、無線通信端末１が搭載されている車両の他の機能、例えば、車両の走行状態をモニタする機能や、レーダ機能等からデータをもらう場合は、無線端末制御部１８が、データ蓄積・生成部９およびデータ入出力部１０を介して行う。さらに、電波で送られてきた通信開始に必要なデータ等もデータ蓄積・生成部９から吸い上げる。
【００５１】
なお、いずれかのパラメータが上手く測定できず、通信可能時間の推定に失敗したような場合は、いくつかの方法で対応可能である。例えば、単純には、最も軽いプロトコルを選択するようにしておけばよい。あるいは、既知の情報に基づく場合分けによってプロトコルを決定すればよい。例えば、相対位置までしか検出できなかった場合は、相手端末の位置が対向車線内であることがわかれば、最も軽いプロトコルを選択し、相手端末の位置が自分の前後であれば、同一方向に走行していることがわかるので、重いプロトコルを選択すればよい。
【００５２】
以上説明した本発明の実施形態によれば、車両に搭載された無線通信端末が他の車両に搭載された端末との通信を開始する前に、相手端末の位置や相対速度などを検出して通信可能時間を推測し、その推測結果に従って、使用するプロトコルを選択する。通信可能時間が長い場合には、認証やネットワーク形成、暗号化などが可能な一般的なプロトコルが選択される。一方、推測された通信可能時間が短い場合には、処理負担が軽いプロトコルが選択される。これにより、機能上の制限はあるものの、データのやり取りが一応は可能になり、対向車間の車車間通信が可能な短距離無線通信端末を実現することができる。
【００５３】
また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線通信端末のブロック図
【図２】上記無線通信端末を搭載した車両の外観を示す図
【図３】上記無線通信端末のより詳細な構成を示すブロック図
【図４】通信可能時間を説明するための図
【図５】複数のプロトコルの実現方法を示す図
【図６】上記無線通信端末の変形例を示すブロック図
【図７】データ蓄積・生成部の構成を示す図
【図８】相対速度および進行方向の測定方法を説明するための図
【図９】ドップラシフトとその微分量を説明するための図
【図１０】本発明の一実施形態に係る無線通信端末の実装イメージを示すブロック図
【符号の説明】
【００５５】
１…無線通信端末；
２…相対速度検出部；
３…位置検出部；
４…通信可能時間推測部；
５…プロトコル選択部；
６…プロトコルモジュール；
７…物理層処理部；
８…アンテナ；
９…データ蓄積・生成部；
１０…データ入出力部；
１１…進行方向検出部；
１２…端末検出部；
１３…アンテナ；
１４…車両；
１５…通信可能範囲；
１６…プロトコル；
１７…データインターフェース；
１８…無線通信端末制御部；
１９…プロトコルモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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