(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路上の移動局と、該道路に沿って配置された無線基地局とが通信する路車間通信システムにおける該移動局の通信リンク接続切断方法において、前記移動局は、
受信信号強度を計測する受信信号強度検出ステップと、
計測された前記受信信号強度が閾値に達しているかを判定し、受信信号強度判定結果を導出する受信信号強度判定ステップと、
前記無線基地局から定期的に送信される制御信号の誤り検定を行い、誤り検定結果を導出する誤り検定ステップと、
前記無線基地局によって構成される通信エリアに進入する際に、前記受信信号強度判定結果が閾値を超えかつ前記誤り検定結果が正常であったときのみ、前記無線基地局と通信可であると判定し、又は前記通信エリアから退出する際に、前記受信信号強度判定結果が閾値を超え若しくは前記誤り検定結果が正常であったときのみ、前記無線基地局と通信可であると判定し、通信可否判定結果を導出する通信可否判定ステップと、
前記通信可否判定結果に基づいて、前記通信エリアに進入する際に通信可の場合通信リンクを接続し通信否の場合リンク切断状態を維持する、又は前記通信エリアから退出する際に通信可の場合通信リンク接続状態を維持し通信否の場合通信リンクを切断するステップと
を有することを特徴とする移動局の通信リンク接続切断方法。
【請求項２】
前記受信信号強度検出ステップは、一定の時間幅にわたって計測された前記受信信号強度に対して移動平均処理操作を行うことを特徴とする請求項１に記載の移動局の通信リンク接続切断方法。
【請求項３】
前記移動平均処理操作は、i番目に取得した受信信号強度S(i)、重み付け係数λ(0≦λ≦1)、i-1番目における移動平均M(i-1)を用いて、M(i)＝（S(i)＋λM(i-1)）／（１＋λ）により、i番目における移動平均を求めるものであることを特徴とする請求項２に記載の移動局の通信リンク接続切断方法。
【請求項４】
前記誤り検定ステップは、
通信リンクの接続判定用として前記誤り検定結果の正常受信回数を規定する後方保護段数と、通信リンクの切断判定用として前記誤り検定結果の異常受信回数を規定する前方保護段数とを有し、
前記無線基地局と不通状態にあるリンク切断状態と、前記誤り検定結果が正常となる回数が前記後方保護段数未満であるリンク接続待機状態と、前記無線基地局と通信状態にあるリンク接続状態と、前記誤り検定結果が異常となる回数が前記前方保護段数未満であるリンク切断待機状態とを有する遷移状態を、前記無線基地局との間の通信リンク状態及び前記誤り検定結果に応じて遷移させるステップと、
前記誤り検定結果が正常である回数が前記後方保護段数に達していればリンク接続可能であると判定するステップと、
前記誤り検定結果が異常である回数が前記前方保護段数に達していればリンク切断と判定するステップと
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の移動局のリンク接続切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路上の移動局と、該道路に沿って配置された無線基地局とが通信する路車間通信システムにおける該移動局の通信リンク接続切断方法に関する。詳細には、複数の無線基地局でマイクロセル又はピコセルを、高速道路、交差点又は一般道に配置する道路無線システムであって、その無線基地局に対する移動局の通信リンク接続切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯／自動車電話システムやPHSなどでは、連続かつ安定した通信サービスをユーザに提供することを目的とするため、セルカバレッジに途切れが生じないようにセル設計が行われていた。
【０００３】
一方、セル径３０ｍ程度のマイクロセルが道路上に連続的に配置される路車間通信システムにおいては、セルサイズが非常に小さいため、電波的に途切れのない連続通信サービスを提供するには膨大な数の基地局を設置する必要がある。更に、繰り返し周波数も２〜３程度しか確保できないため、基地局間の設置距離が短い場合、同一チャネル干渉の影響により回線品質が劣化する可能性が高い。
【０００４】
路車間通信システムにハンドオーバ機能を実装する場合は、マイクロセル又はピコセルが一定間隔で配置されることが予想される。この場合、新しいセルに移動局が進入する度に基地局との間でリンク接続及びリンク切断の繰り返しを行うとともに、連続した通信を実現するために、基地局間でハンドオーバのための情報の受け渡しを行う必要がある。
【０００５】
電波産業会（ARIB）の標準規格である「狭域通信（DSRC）システム（ARIB STD-T75）」によれば、周波数選定を、受信信号強度によって判定し、無線基地局から定期的に送信される制御信号の誤り検定結果により無線基地局に接続することを推奨している。しかし、リンク接続切断のための具体的なパラメータ、判定条件及び実装方法に関しては、明示されておらず、無線機器を開発するメーカ等に一任している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、路車間通信システムにおけるリンク接続切断について、短時間のシミュレーション結果を表すグラフである。該グラフは、上述した標準規格に則り、制御信号の誤り検定結果を用いて、リンク接続及び切断を行った場合のリンク接続時間を、実測データをもとにシミュレーション評価したものである。横軸７２は時間、縦軸７１は移動局が通信しようとしている無線基地局との距離（距離が離れるほどマイナスの値を示す）、プロット７３、７４はリンク接続及び切断を行ったことを示す。図６によれば、時間２ｓ〜４ｓ及び５．５ｓ〜７ｓにかけて、何度もリンク接続又は切断を繰返していることを示している（７３−１、７３−２）。
【０００７】
図２は、移動局における受信信号強度の短時間の測定結果を表すグラフである。道路環境における受信信号強度は、図２に示すように、路面からの反射波や受信機内部の熱雑音により、大きく変動している。そのため、ビット誤り率も大きく変動する。従って、上述した標準規格に則り、単純に受信信号強度で周波数を選定し、制御信号の誤り検定結果で、接続処理を行う場合、安定した受信信号強度及び誤り検定結果が得られず、図６のように、接続及び切断を短時間に繰り返し行うことになる。また、送受信周波数が一致しているにも関わらず、受信信号強度の変動により閾値以上の信号強度が得られなかった場合、他の周波数を選定する処理に移行してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、セルサイズが非常に小さい路車間通信システムにおいて、高速走行する複数の移動局に対し、路面からの反射波や隣接からの干渉波、受信機内部の熱雑音の影響を軽減し、安定した通信を効率的に実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による路車間通信システムの移動局は、
受信信号強度を計測する受信信号強度検出ステップと、
計測された受信信号強度が閾値に達しているかを判定し、受信信号強度判定結果を導出する受信信号強度判定ステップと、
無線基地局から定期的に送信される制御信号の誤り検定を行い、誤り検定結果を導出する誤り検定ステップと、
無線基地局によって構成される通信エリアに進入する際、又は該通信エリアから退出する際に、受信信号強度判定結果と誤り検定結果とを論理積又は論理和によって無線基地局との通信可否を判定し、通信可否判定結果を導出する通信可否判定ステップと、
通信可否判定結果に基づいて、通信可の場合通信リンクを接続する又はリンク接続状態を維持する、及び通信否の場合通信リンクを切断する又はリンク切断状態を維持するステップと
を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態によれば、受信信号強度検出ステップは、一定の時間幅にわたって計測された受信信号強度に対して移動平均処理操作を行うことも好ましい。
【００１１】
更に、本発明の他の実施形態によれば、移動平均処理操作は、i番目に取得した受信信号強度S(i)、重み付け係数λ(0≦λ≦1)、i-1番目における移動平均M(i-1)を用いて、M(i)＝（S(i)＋λM(i-1)）／（１＋λ）により、i番目における移動平均を求めるものであることも好ましい。
【００１２】
また、本発明の他の実施形態によれば、誤り検定ステップは、
通信リンクの接続判定用として誤り検定結果の正常受信回数を規定する後方保護段数と、通信リンクの切断判定用として誤り検定結果の異常受信回数を規定する前方保護段数とを有し、
無線基地局と不通状態にあるリンク切断状態と、誤り検定結果が正常となる回数が後方保護段数未満であるリンク接続待機状態と、無線基地局と通信状態にあるリンク接続状態と、誤り検定結果が異常となる回数が前方保護段数未満であるリンク切断待機状態とを有する遷移状態を、無線基地局との間の通信リンク状態及び誤り検定結果に応じて遷移させるステップと、
誤り検定結果が正常である回数が後方保護段数に達していればリンク接続可能であると判定するステップと、
誤り検定結果が異常である回数が前方保護段数に達していればリンク切断と判定するステップと
を有することも好ましい。
【００１３】
また、受信信号強度判定ステップにおいて、リンク切断中にリンク接続の判断に用いる閾値と、リンク接続中にリンク切断の判断に用いる閾値を独立に設けることにより、通信エリア退出時において、平均化処理による鈍りの影響を軽減し、安定した通信を提供できる。
【００１４】
更に、本発明の他の実施形態によれば、通信可否判定ステップは、通信リンク接続可能であると判定する判定条件と、通信リンク切断であると判定する判定条件とを、別々に指定することも好ましい。例えば、リンク接続判定条件として受信信号強度と誤り検定結果の論理積を用い、かつ、リンク切断条件として受信信号強度と誤り検定結果の論理和を用いた場合、確実なリンク接続処理と、迅速なリンク切断処理とを行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明による路車間通信システムのシステム構成図である。図１によれば、複数の無線基地局４−１〜４−Ｎ（Ｎは任意の自然数）は、道路８上に連続的に配置されるとともにローカルエリアネットワーク３に接続され、ゲートウェイ１を介した外部ネットワーク、ローカルサーバ２及びローカルエリアネットワーク３に接続されている全無線基地局と互いに通信が行えるように構成されている。また、無線基地局４−１〜４−Ｎは、無線周波数５−１〜５−Ｎのｆ１〜ｆＮを用いて、道路８上に無線セル６−１〜６−Ｎを構成し、走行方向９に高速走行する移動車両７との間で上り方向１０及び下り方向１１の通信を行う。
【００１７】
図１において、移動車両７が無線セルエリア６−１内に進入すると、無線基地局４−１から定期的に送信される制御信号１１を、移動車両７が受信することにより、自局が無線基地局４−１が提供するサービスエリア内に進入したことを認識する。次に、移動車両７は、無線基地局４−１に対して通信リンクを確立するためのリクエスト信号を送出し、無線基地局４−１でリクエスト信号を受け付けることにより通信リンクが確立される。このとき、通信リンクを確立するためにやり取りされる情報としては、移動局の識別符号、無線基地局の識別符号、対応可能なアプリケーション情報等が想定される。尚、以下では、アプリケーションとして下り方向の情報ダウンロードサービスを想定して説明する。
【００１８】
図３は、本発明による通信リンク接続切断方法の一例を示す状態遷移図である。移動局は、リンク切断状態３１にある場合、無線基地局から定期的に送信される制御信号を受信した時（３２−１）、受信した制御信号の信号強度判定と、受信した制御信号の誤り検定とを行う（３４−１）。信号強度判定結果が閾値を超え、かつ、誤り検定結果が正常であったとき（３５−２）、移動局の状態は、リンク切断状態３１からリンク接続状態３６へ遷移する。また、信号強度判定結果が閾値未満であるか、又は、誤り検定結果が異常であったとき（３５−１）、移動局の状態はリンク切断状態３１のまま待機する。
【００１９】
移動局は、リンク接続状態３６にある場合、無線基地局から定期的に送信される制御信号を受信し（３２−２）、受信した制御信号の信号強度判定と、受信した制御信号の誤り検定とを行う（３４−２）。信号強度判定結果が閾値未満であり、かつ、誤り検定結果が異常であったとき（３５−４）、移動局の状態は、リンク接続状態３６からリンク切断状態３１へ遷移する。また、信号強度判定結果が閾値を超えるか又は誤り検定結果が正常であったとき（３５−３）、移動局の状態は、リンク接続状態３６を保持する。
【００２０】
また、移動局がリンク切断状態３１にある場合、ある一定時間、制御信号を受信できなかったとき（３３）、移動局は順次受信するチャネル周波数を切換え、制御信号が正常に受信されるまで、繰り返し、制御信号の待ち受け受信を行う。
【００２１】
図３で示した例は、判定条件として、受信信号強度判定と誤り検定結果の論理積を用いたが、判定条件として、▲１▼受信信号強度判定と誤り検定結果の論理和、▲２▼受信信号強度判定のみ、▲３▼誤り検定結果のみ、の何れを用いてもよい。
【００２２】
更に、リンク接続時の判定条件と切断時の判定条件を異なる条件、例えばリンク接続時は誤り検定のみ、リンク切断時は受信信号強度と誤り検定結果の論理和、とした方が効果的である場合もある。
【００２３】
しかし、図３で示した方法では、図２に示すように受信信号強度が激しく変動するため、図６のような短時間の接続を抑制する効果は小さい。また、受信信号強度の閾値を低く設定した場合には、通信エリアは広くなるが、受信信号強度の変動により、リンク接続・切断が短時間で繰返される。一方、受信信号強度の閾値を高く設定した場合、受信信号強度の変動による、リンク接続・切断の繰り返しはなくなるが、通信エリアは狭くなってしまう。そこで、数フレーム分の制御信号の受信信号強度を移動平均処理する方法を加える。
【００２４】
図４は、移動局における受信信号強度の移動平均処理の結果のグラフである。ここでは、１０フレーム分の制御信号の移動平均化を行っている。図４に示すように、受信機内部の熱雑音による変動は平滑化され、路面反射波によるディップの影響も小さくなっているため、短時間の接続を抑制する効果は増加する。従って、接続の判断に用いる受信信号強度の閾値をある程度低く設定する事が可能になる。
【００２５】
更に、重み付け係数を用いた移動平均処理方法を示す。i番目に取得した受信信号強度をS(i)、重み付け係数をλ(0≦λ≦1)とすると、i番目における移動平均M(i)は、以下のように表される。
【００２６】
M(i)＝（S(i)＋λM(i-1)）／（１＋λ）
【００２７】
ここで、λが１に近い場合、M(i)は重み付けをしない無限時間前からの移動平均に近くなり、λが０に近い場合、M(i)はS(i)に近くなる。
【００２８】
受信信号強度の変動が熱雑音の影響による瞬時値変動であるか、路面等からの反射波によるディップの影響による短区間変動であるかによって、λを調整することにより、より効果的な移動平均処理を行うことが可能になる。具体的には、熱雑音の影響が大きい場合は、λを大きくし、反射波の影響が大きい場合は、λを小さくすると、ビット誤り率特性に近い平均受信信号強度を得ることが可能である。
【００２９】
図５は、本発明による誤り検定に保護段数を用いた通信リンク接続切断方法の状態遷移図である。
【００３０】
移動局は、リンク切断状態５１にある場合、無線基地局から定期的に送信される制御信号を受信した時、受信した制御信号の誤り検定を行う。誤り検定結果が正常であったとき（５３−１）、移動局の状態は、リンク切断状態５１からリンク接続待機状態５２−１へ遷移する。また、誤り検定結果が異常であったとき（５４−０）、移動局はリンク切断状態５１のまま待機する。
【００３１】
移動局がリンク接続待機状態５２−１〜５２−（K−１）にある場合、受信した制御信号の誤り検定結果が正常であったとき（５３−１〜５３−（K−１））、正常回数をインクリメントし、正常回数判定を行う。ここで、正常回数が後方保護段数に達しているとき（５２−K）、移動局はリンク接続状態５５に遷移する。また、正常回数が後方保護段数未満であるとき、移動局はリンク接続待機状態のまま、保持される。移動局がリンク接続待機状態５２−１〜５２−（K−１）にある場合、受信した制御信号の誤り検定結果が異常であったとき（５４−１〜５４−（K−１））、移動局はリンク切断状態５１に遷移する。
【００３２】
移動局がリンク接続状態５５にある場合、受信した制御信号の誤り検定結果が異常であったとき（５７−１）、移動局は、リンク接続状態５５からリンク切断待機状態５６−１へ遷移する。また、誤り検定結果が正常であったとき（５８−０）、移動局の状態はリンク接続状態５５のまま保持される。
【００３３】
移動局がリンク切断待機状態５６−１〜５６−（L−１）にある場合、受信した制御信号の誤り検定結果が異常であったとき（５７−２〜５７−L）、異常回数を１つ増加（図の左方向に１つ遷移）する。また、受信した制御信号の誤り検定結果が正常であったとき（５８−１〜５８−（L−１）））、異常回数をデクリメントする。移動局は、誤り検定を行った後、異常回数判定を行い、異常回数が前方保護段数に達したとき（５６−L）、リンク切断状態５１へ、異常回数が０のとき（５８−１）、リンク接続状態５５へ遷移する。異常回数が０でなく前方保護段数にも達していないとき、移動局の状態は、リンク切断待機状態５６−１〜５６−（L−１）のまま、保持される。
【００３４】
前述した本発明の種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）道路上に連続的に配置されるセル径３０ｍ程度のスポットビームから構成される路車間通信システムにおいて、車両の高速移動に対応したリンク接続・切断を正確かつ効率的に実現することが可能となる。
（２）通信接続切断の短時間の繰返しを抑制し、周波数選定回数を少なくすることができるため、路車間通信システムのスループット特性を改善することができる。
（３）車両が移動することにより生じるリンク接続切断を迅速かつ確実に行えるため、複数の無線セルから構成される通信サービスエリア内で、路車間通信システムのスループット特性を改善することができる。
（４）セルラー系システムのように、複数の無線基地局を制御する無線制御局と無線基地局間の制御信号の授受が基本的に行われないため、コストの高い専用回線が不要となる。
（５）リンク接続切断の制御を移動局と限定された無線基地局との間でのみ行うため、全無線基地局を互いに接続するネットワーク上に流れる制御信号のトラヒック量を極力抑えることができる。
（６）既に実用化されているＥＴＣ（Electronic Toll Collection、自動料金収受システム）に対して、大幅な装置改修を施すことなく、通信リンク接続切断方法のための機能を実装することが可能となる。
【００３６】
図７は、本発明による路車間通信システムにおける通信リンク接続切断方法の効果を表すグラフである。図７によれば、１つの通信エリアにおいて、１度だけリンク接続切断を行う、効率の良い通信を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による路車間通信システムのシステム構成図である。
【図２】移動局における受信信号強度の短時間の測定結果を表すグラフである。
【図３】本発明による通信リンク接続切断方法の一例を示す状態遷移図である
【図４】移動局における受信信号強度の移動平均処理の結果のグラフである。
【図５】本発明による誤り検定に保護段数を用いた通信リンク接続切断方法の状態遷移図である。
【図６】路車間通信システムにおけるリンク接続切断について、短時間のシミュレーション結果を表すグラフである
【図７】本発明による通信リンク接続切断方法の効果を表すグラフである
【符号の説明】
１  ゲートウェイ
２  ローカルサーバ
３  ローカルネットワーク
４−１〜４−Ｎ  無線基地局
５−１〜５−Ｎ  無線周波数
６−１〜６−Ｎ  無線セル
７  移動車両
８  道路
９  移動方向
１０  リクエスト信号
１１  制御信号
２１  受信信号強度軸
２２  時間軸
２３  受信信号強度データ
３１  リンク切断状態
３２−１〜３２−２  無線基地局からの制御信号受信
３３  周波数選定タイムアウト
３４−１〜３４−２  受信信号強度判定、および誤り検定
３５−１〜３５−４  リンク接続、または切断条件
４１  受信信号強度軸
４２  時間軸
４３  移動平均処理をした受信信号強度データ
５１  リンク切断状態
５２−１〜５２−K  リンク接続待機状態
５３−１〜５３−K  リンク接続待機状態における誤り検定結果正常
５４−０〜５４−（K−１）  リンク接続待機状態における誤り検定結果異常
５５  リンク接続状態
５６−１〜５６−L  リンク切断待機状態
５７−１〜５７−L  リンク切断待機状態における誤り検定結果異常
５８−０〜５８−（L−１）  リンク切断待機状態における誤り検定結果正常
７１  リンク接続しようとする無線基地局との距離軸
７２  時間軸
７３−１〜７３−２  リンク接続・切断の短時間繰り返し
７４−１〜７４−２  正常なリンク接続・切断
８１  リンク接続しようとする無線基地局との距離軸
８２  時間軸
８３−１〜８３−２  正常なリンク接続・切断
【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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