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特集論

携帯電話と狭域無線通信を融合した
道路課金システム

文Electronic Road Pricing System Using the MobilePhone
村越

英之前田孝

士

森下

慶一

田中

将憲下

田

智一

近年，交通渋滞問題を抱える世界各都市で，交通量制限の有効な手段として，道路課金（ロードプライシング）システムの導入が検討されている． 携帯電話と狭域無線通信を融合した道路課金システム

は，モバイル通信のインフラとして確立した携帯電話を利用し，低コストの車載器をユーザに提供するもので，道路課金システムの都市部導入の実現性を高めるものである．今回試作システムの実車走行試験により，通信性能及び運用上の問題を検証し，システムの実用化へのめど付けができたので報告する．

1．は

じ

め

金システムの都市部導入の実現性を高めるものである．に

道路課金システムは，都市部の交通量制限の有効手段として，交通渋滞問題を抱える世界各都市で導入が検討されてい2．シ ス テ ム 概 要
2．1 システム構成

る．シンガポールでは，当社が 1998 年に納入した電子式道路システム構成を図１に示す．本システムでは，車載器と管課金（ERP ： Electronic Road Pricing）システムが運用され理センタ（上位系）との通信には電話の通信回線を用いる．ている．また，昨年はロンドンで ERP システムの運用がスター

これにより，車載器から路側アンテナへのアップリンク通信トする等，具体的な導入実績も報告されている．

機能と車載器の表示機能等を省く（携帯電話の表示を利用）

この道路課金システムは，課金方法として，① 課金対象区域へ流入する車両の車載器と路側設置アンテナとの無線通信による方法，② 同区域へ流入する車両のナンバープレーことが可能となり，車載器の低コスト化と小型化が実現できる．
本システムの主要な機器を以下に，仕様を表１に示す．

トを路側設置カメラにより読み取り車両を特定する方法，③（1）路側アンテナ：車載器に向けて，入口情報を送信．

同区域への進入を車両の GPS（Global Positioning System）（2）制御装置：路側アンテナ等を制御．

により判断し課金する方法等，様々な方式が検討されている（3）簡易型車載器：路側アンテナからのデータを受信．

が，各都市の事情により方式選択が行われているのが実態で（4）携帯電話：車載器からのデータを管理センタに送信．

ある．

（5）管理センタコンピュータ：車載器からのデータを受信

本開発は，既にモバイル通信のインフラとして確立した携
帯電話を利用し，低コスト車載器を提供するもので，道路課し，課金処理を実施．さらに当該携帯電話に向けて確認（応答）メールを送信．
本システムでは，携帯電話を所有しているユーザは簡易型

基
地局

交換器

通信回線
課金データ

モデム

車載器（低コスト）を購入するだけで，通行料金や特定領域への進入料金の自動料金収受のサービスを受けることが可能
LAN

応答メール
インターネット網

管理センタ
パソコンとなる．
表１

路側アンテナ

携帯電話
簡易型車載器（DSRC※1受信専用）項

通信対象車線数

専用ケーブル
制御装置

入口情報・通過日時
・路側 ID 等

図１ システム構成

ETC※2 車載器搭載車両目※１ DSRC : Dedicated Short
RangeCommunication※２ ETC : Electronic Toll
Collection

路側アンテナ，簡易型車載器，携帯電話，管理センタのデータの流れを図示

システム仕様仕様

２車線

備考

１アンテナ当たり

最高車速

90 km/h 以上

対応車載器

簡易型車載器
現行 ETC 車載器

同一路側アンテナ
で処理可能

データ送信時間（⇒管理センター）

30 秒以下リトライ無しの場合

DSRC 通信単方向

路側アンテナ⇒車載器

三菱重工技報 Vol.40 No.6（2003_11）

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2．2

システム動作概要（2）受信系簡素化による感度低下対策

システムの動作概要及び通信データの内容を図２に示す．

上記のとおり，ユーザの負担低減のために低コスト化をまた，以下に主な処理内容について説明する．

実現したが，受信系の簡素化により，受信感度の低下が発（1）制御装置は路側アンテナに日時や路側 ID 等を設定し，生する．この対策として，路側アンテナの送信出力を増大

路側アンテナは DSRC（Dedicated Short Range Communication ：専用狭域通信）データを送信．

させる方法を採用した．
路側アンテナの出力増加により，車載器の感度低下を補（2）車両（車載器）が路側アンテナの通信領域内に入ると，DSRC 通信データを車載器が受信．

償し，所要の通信領域が確保可能である．
3．2 携帯電話通信プロトコル（3）車載器は，携帯電話を介して車両情報や入口情報を管理PDC（Personal Digital Cellular）方式携帯電話機に簡易型車載器を接続した場合の，携帯電話と車載器とのインターフセンタに送信．
（4）管理センタは，車載器から受け取った車両情報や入口情報を基に課金処理を実施し，当該車載器に課金通知．

ェース概要を図３に示す．
PDC 方式携帯電話の外部インターフェースには２つのシリアル通信があり，１つは主に携帯電話の制御に用いる

3．技 術 の 特 徴

PDC シリアル通信（非同期式），もう１つは音声信号やデータ通信に用いる TCH（Traffic CHannel）シリアル通信（同今回開発したシステムの特徴を以下に示す．
b車載器が低コスト・簡易型．

期式）である．車載器はこれら２つのシリアル通信を用いてb既存インフラである携帯電話網を有効活用．

携帯電話との高速データ通信を行う．

b ETC 車載器と併用可能．

車載器が携帯電話を利用してセンタとの高速データ通信を

bフリーフロー走行（車線をまたいだ走行）への対応．
3．1

開始するまでの車載器−携帯電話間の通信シーケンスを図４に示す．車載器は，始めに PDC シリアル通信によって携帯低コスト・簡易型車載器

電話に対し，接続先へのダイヤルアップを要求し，さらに，車載器の主要諸元を表２に示す．

高速データ通信の開始を要求する．この要求が受け入れられ，（1）車載器の低コスト化
本システムでは，携帯電話を利用して上位系への通信をダイヤルアップが確立すると，TCH シリアル通信が始まる．

実施するため，車載器を受信専用にすることができ，無線TCH シリアル通信では，車載器は携帯電話と同期をとり，送信系が不要となる．このため，発振回路，送信回路及びセンタとのリンクを形成する．車載器は，センタとのリンク変調回路が削除されコストの低減が可能となる．また，受が確立すると初めて高速データ通信が可能となる（1）．

信系を簡素化することで，さらにコスト低減が可能であ3．3 ETC（Electronic Toll Collection）車載器との併用る．

本システムは ETC と同じ 5.8 GHz の DSRC を利用するた

開発した簡易型車載器は，回路の簡素化により，低コスト化と同時に小型化・低消費電力化も実現した．

め，同一のインフラシステムで本簡易車載器と従来の ETC車載器の両方に対応することが可能である．
ETC における DSRC の通信スロット構成を図５に示す．

＜車両＞

＜路側＞

FCMS（Frame Control Message Slot）にはフレーム構成等の通信制御情報が付加されており，サポートするアプリケー

路側アンテナ②携帯
電③ 話
簡易型車載器①
制御装置

ションの種類もこのスロットで定義される．MDS（MessageData Slot）はデータ転送用のスロットであり，ACTS（ActivationSlot）はリンク接続のために用いられるスロットである．

公衆網

①③

センタPC

表２③項
寸

④④

＜センタ＞

目

簡易型車載器の仕様
仕様法

現行 ETC の2/3 以下

消費電流

現行 ETC 車載器の１/10以下

コスト概算

ETC 車載器の1/2 以下

備

考RF 部のみ（動作時）

通信データ一覧
番号

項

①

路側の設定

目

内

容

日時，路側 ID，センタ電話番号

車載器

路車間通信（DSRC）
日時，路側 ID，センタ電話番号②
路側→車両（一方向ブロードキャスト）③

携帯電話を利用してセンタへデータ送信

④

応答メール

図２

システムデータフロー
容について説明．

携帯電話
TCHシリアル信号
TCH同期信号日時，路側 ID，車載器番号（ナンバープレート番号）

携帯電話操作部制御
ユニット電源制御

課金情報

データの流れとその内PDCシリアル信号

図３

車載器−携帯電話インターフェース概要
車載器と携帯電話間のデータのやり取りを図示．
三菱重工技報 Vol.40 No.6（2003_11）

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約５ms

携帯電話

車載器

約２ms
① 接続先へのダイヤル要求
ダウンリンク②確認

FCMS

MDS（１） MDS（２） MDS（３） MDS（４）MDS（１） MDS（２） MDS（３） ACTS

アップリンク③高速データ通信開始要求

FCMS：Frame Control Message Slot
MDS ：Message Data Slot
ACTS：Activation Slot

④同期確立

図５ ETC における DSRC 通信スロット構成⑤高速データ通信

ETC システムにおける DSRC 通信のスロット構成について図示．

：PDCシリアル通信：TCHシリアル通信

図４ データ通信開始までの車載器-携帯電話通信シーケンス
データ通信開始までの車載器と携帯電話の通信シーケンスを図
示．①→⑤の順に処理が進む．

使えない場合がある．その場合，成功するまでリトライし続けるというのは現実的ではない．
今回開発した簡易型車載器は 30 秒間隔でリトライを実行し，５回リトライに失敗した場合，リトライオーバとし簡易車載器が必要とするデータは，１つのダウンリンク用MDS（今回は MDS（1））に格納し，FCMS と MDS（1）の２つのスロットを受信することで，路車間通信は完了する．したがって，残りの MDS は ETC 車載器用として使用することがて，携帯電話によるデータ送信を中止する．
そして，送信を中止したデータは車載器内の不揮発性メモリへ保存する．
（3）不揮発性メモリ内データの送信
不揮発性メモリ内のデータは，次回の車載器電源 ON のできる．
ただし，実際の運用に当たっては，DSRC の一斉同報に関する詳細規格が未確定である等の問題があるため，FCMS 内のアプリケーションの種類で ETC と ERP とを分け，ETC 用通信と ERP 用通信とを TDMA（Time Division MultipleAccess）制御する必要が生じる可能性がある．

タイミングでチェックされ，未送信データが存在すれば優先的に送信される．

4．成果

4．1 車載器開発

異常時の車載器の処理

図６に開発した簡易型車載器の外観を示す．寸法は 70 ×（1）携帯電話の通信のリトライ

50 × 30 mm と従来の当社車載器と比較し、50 ％の小型化を

3．4

携帯電話による通信は電波状況などにより，１回の通信達成した．

で 100 ％成功するわけではない．そのため，車載器は通信

図７には携帯電話と車載器を設置した様子を示している

失敗でリトライし，信頼性を高めている．リトライが発生が，運転者の視認性確保，操作性の検討が今後の課題である．

する原因として以下の３とおりが挙げられる．

4．2 通信領域① 携帯電話の電波不安定領域での通信．

今回開発したシステムでは，２車線のフリーフロー走行に対応させるため，図８に示すような通信領域を形成した．

② 携帯電話が話中状態．
③ 車載器と携帯電話機が未接続（接続不良）状態．
携帯電話機の電源が OFF の場合は，車載器が強制的に携帯電話機の電源を ON にして通信する．

DSRC の通信時間は最短で約２ ms であり，DSRC 通信リトライを考慮しても最大 25 ms 以下で通信を完了する．複数台の車両が進入してきた場合でも，受信専用であるため同等

なお，上記 ② の携帯電話が話中の場合も強制的に切断の時間で通信が完了する．よって，車速 90 km/h で走行時，し，通信を開始することは可能であるが，ユーザの利用形

進行方向で 1.0 m 以上あれば，誤り率 1/100 000 以下を確保

態を考慮し，本機能は組み込まないこととした．
（2）リトライオーバ：通信領域実測値：シミュレーション結果：車線区切りー5

携帯電話が圏外の領域に出た場合等，長時間携帯電話がー4

簡易型車載器携帯電話との接続ケーブル

携帯電話

簡易型車載器

幅方向（m）

ー3
車両進行方向ー2ー10

路測アンテナ1
車両進行方向2
3

電源ケーブル4
5ー10ー8ー6ー4ー202

進行方向（m）

図７ 車載器及び携帯電話設置例
図６ 車載器外観
観写真．

試作した車載器の概

実際の車両に車載器及び携帯電話を設置した状態の一例．

図８ 通信領域（実測とシミュレーション）
通信領域の実測値とシミュレーション結果の比較．
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表３

走行試験結果

表５

車載器が DSRC で受信したデータを管理センタ（模擬）へ正しく送信した確率
走行 成功
成功率 携帯電話リトライ発生回数
回数 回数（％） １回 ２回 ３回 ４回 ５回（回）（回）

走行パターン
車載器 1 台車載器 2 台3030100

４

１０００車両♯１1515100

５２２１０車両♯２1515100

８０２２０

異常状態

携帯電話話中携帯電話
未接続

通信時間計測結果

車載器がDSRC で受信したデータを管理センタ（模擬）が受けるまでの時間
走行パターン
車載器

通信しない（30 秒後リトライ）

実際の車載器動作
携帯電話の電源を ONにして通信
30 秒後にリトライ
リトライオーバになるまでリトライ継続（通話中は通信しない）

リトライオーバ

30 秒おきにリトライ

30 秒後にリトライ
リトライオーバになるまでリトライ継続

内蔵不揮発性メモリに記録 内蔵不揮発性メモリにデータを記録
次回電源 ON 時に送信
次回電源 ON 時に送信

走行回数 平均送信時間 最短送信時間 最長送信時間（回） （分：秒） （分：秒） （分：秒）

1台

車載器 2 台車載器動作設計仕様

携帯電話電源 強制的に携帯電話の電源をOFFONにして通信する

30 秒後にリトライ
携帯電話圏外 携帯電話の通信失敗を認識
リトライオーバになるまでリトライ継続（30 秒後リトライ）※走行スピードは 40 km/h

表４

携帯電話異常時の車載器の動作

30

0：28

0：09

3：10

車両♯１15

2：04

0：10

6：12

車両♯２15

2：23

0：10

6：10

きることを確認した．

5．まとめ※本試験当時，携帯電話送信リトライ間隔は 90 秒，走行スピードは 40 km/h

本開発にて，携帯電話を利用した簡易型車載器を開発した．
この車載器は ① 路側システムからの一斉同報通信の受信機
能（ETC システムでは使用されていない機能）② 携帯電話することができる．
通信領域は，進行方向に確実な通信が可能な 1.0 m 以上の領域を，幅方向で２車線分の７ m（アンテナ直下から± 3.5m）機とのインターフェース機能を持ち，これにより，道路課金に必要な路車間通信とマンマシンインターフェースの低コスト化を立証することができた．

以上確保している．通信領域の実測値は，図８に示すように本開発により，車載器を低コスト化することが可能となり，シミュレーション結果と非常によく一致しており，設計どお道路課金システムの都市部導入へ大きく前進することができりの通信領域が形成されている．

たと確信する．

したがって，本システムはアンテナがカバーする２車線を走行する車両と確実に通信することが可能である．
4．3

走行試験結果また，本システムは携帯電話を利用することから，他応用分野への適用と，将来の携帯電話のモバイル決済機能利用による利便性向上が期待される．

走行テストを実施した結果を表３に，管理センタとの通信時間を表４に示す．表中の各条件で車両を走行させ，通信状況を確認した．
各試験条件で，複数回走行を重ねた結果，DSRC 通信，携帯電話通信共に 100 ％成功することを確認した．また，斜め走行や通信領域を通過中にレーン変更した場合にも，通信できることを確認した．
通信時間に関しては，車両１台の場合平均 28 秒，車両２台を並走させ２台の車載器と通信する場合，平均２分 23 秒
で管理センタへのデータの送信が完了した．この結果は，試験当時携帯電話の送信リトライ間隔を 90 秒としていたため

参 考 文 献（1）デジタル方式自動車電話システム標準規格，社団法人
電波産業会，RCR STD-27 J 版 第１分冊，第２分冊，第３分冊（2002-5）
村越英之

前田孝士

神戸造船所
ITS 部
ITS 設計課長

神戸造船所
ITS 部
ITS 設計課

下田智一森下慶一

神戸造船所
ITS 部
ITS 設計課

技術本部
高砂研究所
電子技術研究室長

であり，リトライ間隔を 30 秒に設定すると通信時間は約 1/3に短縮できる．
通信信頼性の評価に関しては，試験条件及び試験回数が不足しているため，今後さらに試験を重ねて検証していく予定
である．
4．4

異常時の車載器の動作

携帯電話が電源 OFF の場合や，ケーブル接続が不良の場合の通信確認試験を実施した．結果を表５に示す．
現開発システムで，設計した異常時の車載器の処理と実際

田中将憲
技術本部
高砂研究所
電子技術研究室の車載器の動作は一致しており，設計どおり確実な通信がで

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