JP5516475B2 - 車載通信装置および車車間通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車載通信装置および車車間通信方法に関し、特に車車間通信における通信管理に関する。
車両やドライバーへの情報提供や車両間の情報交換により、交通事故を低減する車車間通信システムが提案されている。車載通信装置を用いた車車間通信システムにおいては、高い通信品質を確保するため、低い伝送速度を固定的に使用することが想定されている。
不特定の車両同士が通信を行う車車間通信においては、通信対象となる移動局が絶えず変化するため、相手を特定して通信を行うユニキャスト型の通信に適しておらず、ブロードキャスト型の通信を採用することが一般的である。
また、無線LAN、携帯電話等をはじめとするデジタル無線通信においては、適応変調方式と呼ばれる、通信環境に応じて、通信速度や出力を適応させる技術が確立されている。適応変調は、いわゆる基地局のような固定局と移動局との通信を前提としており、固定局と移動局との間で信号強度、電波品質などの情報を交換し、通信速度および通信品質を維持できるように変調方式や符号化方式を変える方法が知られている。
特開2010−130261号公報 特開2010−109610号公報 特開2007−281780号公報
都市部の渋滞区間等において、低い伝送速度を使用した車両が密集した場合、伝送路が混雑し、通信容量が不足、つまりデータ送信のための十分な空き時間が足りなくなり、車載通信装置がデータを送信できなくなるおそれがある。これを回避するためには、車車間通信において適応変調方式を用い、通信速度を可変にすることで伝送路の占有時間を減らすことが望ましい。しかしながら、前述のようにブロードキャスト型通信を採用した車車間通信では、信号強度、電波品質などの情報を一対一で交換することが難しいため、伝送路の容量不足が懸念される状況であっても、既存の方法では適応変調方式を実現することができないという問題がある。
本発明は上記の問題点を考慮してなされたものであり、車車間通信における通信容量不足の解消のため、適応変調制御を行える車載通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る車載通信装置では、以下の手段または処理によって車車間通信を行う。
前述したように、伝送路の容量不足が発生する状況においては、多くの車両が密集していると考えられる。そこで、自車周辺の車両が多いと判断した場合は、通信速度が高くなる変調方式または符号化率を設定し、伝送路をより多くの車載通信装置に割り当てる。また、車両が少ないと判断した場合は、通信速度が低くなる変調方式または符号化率を設定
する(以降、変調方式または符号化率の組み合わせを通信モードと称する)。これにより、車載通信装置一台あたりの通信時間が短くなるため、伝送路の輻輳を回避することができる。
本発明に係る車載通信装置は、他の車両と無線通信を行うための車載通信装置であって、車載通信装置が搭載されている車両周辺の混雑度情報を取得する、混雑度情報取得手段と、前記混雑度情報と、変調方式または符号化率が対応づけられた、通信モード判定情報を記録した通信モード記憶手段と、前記取得した混雑度情報と、前記通信モード判定情報を参照することにより、変調方式または符号化率を選択する通信モード選択手段と、選択された変調方式または符号化率を用いて通信を行う通信手段とを備えることを特徴とする。
このように、車載通信装置の外部から混雑度情報を取得し、当該情報に応じて適切な通信モードを設定することにより、本発明の目的である、適応変調制御を行える車載通信装置を実現できる。
また、前記混雑度情報は、車載通信装置が搭載されている車両の車速であり、上記通信モード判定情報は、車速が高い場合と比較して、低い場合においてより通信速度が高い変調方式または符号化率となるよう対応づけられた情報であってもよい。
これにより、車速が高い場合は周囲の車両が少なく、車速が低い場合は周囲の車両が多いと判定することができ、車両外部から情報を取得せずとも、混雑度の判定ができるという利点がある。
また、前記混雑度情報取得手段が、車両の通信範囲にある他の車載通信装置の識別子を単位時間内に計数することにより、自車周辺にある他の車載通信装置の総数を取得し、上記通信モード判定情報が、他の車載通信装置の総数が少ない場合と比較して、多い場合においてより通信速度が高い変調方式または符号化率となるよう対応づけられた情報であってもよい。
これにより、自車の通信範囲内に存在する他の車載通信装置の総数をカウントすることが可能となるため、車速からの混雑度判定と比較して、正確に周囲の混雑度を把握できるという利点がある。
また、前記混雑度情報は、車載通信装置が搭載されている車両の位置情報であり、上記通信モード判定情報は、交通が集中しない地域に自車がある場合と比較して、交通が集中する地域に自車がある場合においてより通信速度が高い変調方式または符号化率となるよう対応づけられた情報であってもよい。
これにより、通信モード記憶手段に、あらかじめ場所ごとの予測混雑度を保持しておき、カーナビゲーション装置等から入力された位置情報と照合することで交通量を予測することができる。例えば、取得した位置情報から、自車が都心の幹線道路を走行中であると判断できる場合は交通量が多いと判定、郊外の一般道路であると判断できる場合は交通量が少ないと判定、といった動作が可能となる。
また、前記混雑度情報は、車両外部より送信された道路交通情報、および車載通信装置が搭載されている車両の位置情報から導出される自車付近の交通状況であり、上記通信モード判定情報は、自車付近が混雑していない場合と比較して、混雑している場合においてより通信速度が高い変調方式または符号化率となるよう対応づけられた情報であってもよい。
これにより、例えばVICS(Vehicle Information and Communication System−道路交通情報通信システム(登録商標))による交通情報を受信し、カーナビゲーション装置が取得した自車の位置情報と照合することで、現在位置の交通状況を正確に検出することが可能となる。
また、前記混雑度情報は、車両外部より送信された通信モード切換信号であり、上記通信モード判定情報は、前記通信モード切換信号と変調方式または符号化率が対応づけられた情報であってもよい。
例えば、交通情報ラジオの音声に重畳させた信号や、道路脇に設置されたビーコンから送信される信号を受信することで、混雑度の判定を行わずに、直接変調方式の切り替えを指示することが考えられる。
これにより、交通管制システム等が、特定の範囲を走行している車両に対して、一斉に通信モードの切り替えを指示することができるため、各車両が独自の判断をする場合と比較して、より効率的な伝送路の管理を行うことができるという利点がある。
また、前記通信モード選択手段は、設定された周期で、前記混雑度情報取得手段より情報を取得し、選択された変調方式または符号化率が前回の選択条件より異なる場合に、変調方式または符号化率を再設定してもよい。
これにより、刻々と変化する周囲の交通状況に車載装置が追従し、常に最適な通信モードを用いて通信を行うことが可能となる。
本発明によれば、車車間通信における通信容量不足の解消のため、適応変調制御を行える車載通信装置を提供できるようになる。
通信速度と通信距離の相関図である。 車載通信装置の通信距離についての概要図である。 第1実施形態に係る、車載通信装置の機能構成を示す図である。 第1実施形態に係る、通信モード選択部の動作フローチャートである。 第1実施形態に係る、通信モード判定情報の内容を示す図である。 第2実施形態に係る、車載通信装置の機能構成を示す図である。 第2実施形態に係る、通信モード選択部の動作フローチャートである。 第2実施形態に係る、通信モード判定情報の内容を示す図である。 第2実施形態に係る、車載通信装置の動作概要を示す図である。 第3実施形態に係る、車載通信装置の機能構成を示す図である。 第3実施形態に係る、通信モード選択部の動作フローチャートである。 第3実施形態に係る、通信モード判定情報の内容を示す図である。 第4実施形態に係る、車載通信装置の機能構成を示す図である。 第4実施形態に係る、通信モード選択部の動作フローチャートである。 第4実施形態に係る、通信モード判定情報の内容を示す図である。
まず、本発明における車載通信装置の概要について、図1と図2を参照しながら説明する。通信速度を固定した車車間通信の場合、単位時間あたりに伝送できるデータ量が一定であるため、交通量が増大すると、前述したように伝送路が輻輳し、CSMA方式で通信
を行う車載通信装置はデータを送信できなくなるおそれがある。
これを回避するためには、車載通信装置の通信速度を上げ、単位時間あたりの通信量を増大させる対応が必要となる。一方、デジタル通信においては、図1のように、通信速度を上げると一定の通信品質を保つことができる通信距離が低下するという特性を有しているため、通信速度を変更しようとした場合、通信距離とのトレードオフを考慮しなくてはならない。しかし、車車間通信は、自車周辺の情報を取得して安全運転を支援するという目的を有しているため、交通が集中している状況下で、自車に対して遠方の車両と通信する必要性はおのずと薄くなる。そのため、図2の通り、どちらか片方を選択しても問題とはならないと考えられる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る車載通信装置の構成を、図3aを参照しながら説明する。車載通信装置3は、車速取得部31、通信モード選択部32、通信モード記憶部33、通信モード設定部34、および通信部35を含む。
車速取得部31は、本発明の混雑度情報取得手段であり、外部から自車の車速を、混雑度情報として取得する。車速は、車両が持っている速度検出手段、たとえば車速センサ36から発せられる車速パルスを取得することが考えられる。
通信モード選択部32は、本発明の通信モード選択手段であり、車速取得部31が取得した車速をもとに、通信モード記憶部33を参照し、適切な通信モードを選択する。
通信モード記憶部33は、本発明の通信モード記憶手段であり、前記取得した情報と、設定すべき通信モードが対応づけられた、通信モード判定情報テーブルである。車速が上がるに従って通信速度が低くなり、車速が下がるにしたがって通信速度が上がるよう、図3cのような定義がされている。
図3cに例示した通信モード判定情報を用いた場合、車速が0km/hから15km/h未満の場合、混雑度は2となる。同時に、混雑度2に対応する変調方式は、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation)、符号化率が1/2となるため、通信速度は12Mbpsとなる。また、車速が15km/h以上となると、混雑度は1となり、変調方式がQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)に、符号化率が3/4となるため、通
信速度は9Mbpsとなる。車速が40km/h以上になると、混雑度は0であるため、変調方式はそのままに符号化率が1/2となり、通信速度が6Mbpsとなる。車速が取得できない場合、混雑度は0として取り扱う。
通信モード設定部34は、選択された通信モードを、本発明の通信手段である通信部35に対して適用する働きを持つ。
本発明に係る車載通信装置の動作フローチャートを、図3bを参照しながら説明する。図3bのフローチャートは、通信モード選択部32が行う、通信モードの選択方法を表したものである。まず、動作を開始すると、車速取得部31より自車の車速を取得するステップS301を実行する。
続いて処理は、通信モード記憶部33を参照し、取得した車速に対応する通信モードを選択するステップS302へ遷移する。このとき、車速が取得できなかった場合や、対応する通信モードが登録されていなかった場合、デフォルトの通信モードを選択してもよい。よってステップS302を実行した時点で、ただ一つの通信モードが選択されていることとなる。
ステップS303では、前回取得した通信モードと、今回取得した通信モードを比較し、内容が変化しているかを確認する。変化していた場合は今回取得した通信モードを、通信モード設定部34へ入力し、タイマーステップであるS305へ遷移する。変化していなかった場合は、何も行わずにステップS305へ遷移する。通信モード設定部34は、入力された通信モードを用いて通信部35のパラメータを設定するため、この一連の処理により、通信部に対して変調方式および符号化率が設定されることとなる。
ステップS305では、一定時間(例えば10秒間)が経過するまで待機し、経過後、処理は信号を取得するステップS301へと戻る。
このように、本実施形態においては、車載通信装置は自車の車速によって通信速度の制御を行う。高速で走行している場合は、車両間の距離が離れており、より遠くの車両と通信を行う必要があるため通信速度よりも通信距離を優先し、低速で走行している場合は、車両間の距離が近いと考えられるため、通信距離よりも通信速度を優先する。これにより、車載通信装置における適応変調制御が可能となる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る車載通信装置の構成を、図4aを参照しながら説明する。車載通信装置4は、車載器信号取得部41、通信モード選択部42、通信モード記憶部43、通信モード設定部44、および通信部45を含む。
通信部45は、単位時間内に、自車の通信範囲内にある他車の車載通信装置の識別子を受信および収集し、そのリストを、本発明の混雑度情報取得手段である車載器信号取得部41に入力する。車載器信号取得部41は、入力された識別子の総数を計数する。これが、自車付近にある車載通信装置の台数となり、本発明における混雑度情報となる。
通信モード選択部42は、本発明の通信モード選択手段であり、車載器信号取得部41より受信した計数結果をもとに、通信モード記憶部43を参照し、適切な通信モードを選択する。
通信モード記憶部43は、本発明の通信モード記憶手段であり、前記取得した車載通信装置の台数と、設定すべき通信モードが対応づけられた通信モード判定情報テーブルである。自車付近にある車載通信装置の台数が増えるにしたがって通信速度が高くなり、減るにしたがって通信速度が低くなるよう、図4cのような定義がされている。
図4cに例示した通信モード判定情報を用いた場合、通信範囲内にある車載通信装置の台数が50台未満であった場合、混雑度は0となり、変調方式はQPSK、符号化率は1/2となるため、通信速度は6Mbpsとなる。台数が50台を超えると、混雑度は1となるため、変調方式はそのままに、符号化率が3/4となり、通信速度は9Mbpsとなる。台数が100台を超えると、混雑度は2となり、変調方式が16QAMに、符号化率が1/2となるため、通信速度は12Mbpsとなる。
通信モード設定部44は、選択された通信モードを、本発明の通信手段である通信部45に対して適用する働きを持つ。
本発明に係る車載通信装置の動作フローチャートを、図4bを参照しながら説明する。図4bのフローチャートは、通信モード選択部42が行う、通信モードの選択方法を表したものである。まず、動作を開始すると、車載器信号取得部41により、計数された車載通信装置の総数を取得するステップS401を実行する。後の処理は、第1の実施形態に
係る動作フローチャート図3bと同様である。
本実施形態においては、図5に示したように、自車の周辺にある他の車載通信装置の数によって通信速度の制御を行う。他の車載通信装置の数が少ない場合、伝送路の輻輳は発生しないため通信速度を下げ、台数が多い場合は、伝送路の空きを確保するために通信速度を上げる。本実施形態の場合、第1の実施形態と比較して、自車周辺の伝送路にどの程度の空きがあるかを正確に知ることができるという利点がある。たとえば、一定間隔で通信を行う車載通信装置の通信時間が10msで、通信範囲内に50台の車載通信装置があった場合、伝送路の使用率は約50%であることがわかる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る車載通信装置の構成を、図6aを参照しながら説明する。車載通信装置6は、現在位置取得部61、通信モード選択部62、通信モード記憶部63、通信モード設定部64、および通信部65を含む。
現在位置取得部61は、本発明の混雑度情報取得手段であり、外部から自車の現在位置に係る情報を取得する。具体的には、ナビゲーション装置71が、自車の位置情報を取得し、現在位置取得部61に入力する。取得した情報は、たとえば市区町村単位の住所データを数値、あるいは文字列化したものであってもよいし、現在位置の郵便番号を数値化したものであってもよい。あるいは、道路番号(例:国道20号線)や道路名称(例:明治通り)、区間名称(例:首都高速都心環状線外回り 神田橋−江戸橋)であってもよい。
これが、本発明における混雑度情報となる。
通信モード選択部62は、本発明の通信モード選択手段であり、取得された位置情報をもとに、通信モード記憶部63を参照し、適切な通信モードを選択する。
通信モード記憶部63は、本発明の通信モード記憶手段であり、前記取得した現在位置と、設定すべき通信モードが対応づけられた通信モード判定情報テーブルである。交通量が多い地域に対して、より高い通信速度となるよう、交通量が少ない地域に対して、より低い通信速度となるよう、図6cのような定義がされている。
図6cに例示した通信モード判定情報を用いた場合、現在位置が東京都新宿区であった場合、混雑度は3となり、変調方式は16QAM、符号化率は3/4となるため、通信速度は18Mbpsとなる。東京都あきる野市であった場合、混雑度は0となるため、変調方式はBPSK、符号化率は1/2となり、通信速度は3Mbpsとなる。
通信モード設定部64は、選択された通信モードを、本発明の通信手段である通信部65に対して適用する働きを持つ。
本発明に係る車載通信装置の動作フローチャートを、図6bを参照しながら説明する。図6bのフローチャートは、通信モード選択部62が行う、通信モードの選択方法を表したものである。まず、動作を開始すると、現在位置取得部61より、現在位置を取得するステップS601を実行する。後の処理は、第1の実施形態に係る動作フローチャート図3bと同様である。
このように、本実施形態においては、カーナビゲーション装置と連動し、都市部であるか郊外であるか、一般道であるか高速道であるかといった判定を行ったうえで通信速度の制御を行う。慢性的に伝送路の容量が不足する地域を、通信モード記憶部63にあらかじめ登録しておくことで、実情に合った伝送路のリソース制御が可能であるという利点がある。
また、本実施形態例の場合、例えば、現在位置が「東京都新宿区」かつ「明治通り」であった場合、など、複数の要素を組み合わせてもよい。
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る車載通信装置の構成を、図7aを参照しながら説明する。車載通信装置8は、現在位置取得部81aと交通情報取得部81b、通信モード選択部82、通信モード記憶部83、通信モード設定部84、および通信部85を含む。
本実施形態では、現在位置取得部81aと交通情報取得部81bが混雑度情報取得手段に該当する。現在位置取得部81aは、ナビゲーション装置71と接続され、自車の位置情報を取得する。また、交通情報取得部81bは、車載通信装置外部から、通信媒体を経由して道路交通情報を受信する。通信媒体とは、路車間通信に用いられる無線信号であってもよいし、路側ラジオの音声に信号を重畳したものであってもよい。また、カーナビゲーション装置が受信したVICS(登録商標)情報を用いてもよい。本実施形態においては、路側装置(ビーコン)91を経由して取得された交通情報を例に説明する。自車の位置情報と、路側装置より受信した交通情報が、本発明における混雑度情報となる。
通信モード選択部82は、本発明の通信モード選択手段であり、取得された位置情報と交通情報をもとに、現在位置の交通状況を取得したうえで通信モード記憶部83を参照し、適切な通信モードを選択する。本実施形態では、交通情報を渋滞の種別(順調・交通集中・渋滞)、および道路種別(一般・高速)に分類する。例えば、「現在位置:首都高速4号線下り」であり、取得した交通情報の中に「首都高速4号線下り:渋滞」という情報があった場合、「現在位置の交通状況:渋滞」と判断したうえで、通信モードを決定する。
通信モード記憶部83は、本発明の通信モード記憶手段であり、現在位置の交通状況と、設定すべき通信モードが対応づけられた通信モード判定情報テーブルである。混雑していない場合と比較して、混雑している場合により高い通信速度となるよう、図7cのような定義がされている。
図7cに例示した通信モード判定情報を用いた場合、取得された交通情報が「首都高速4号線:交通集中」であり、取得された現在位置が首都高速4号線であった場合、自車周辺は「高速道路において交通集中」と判断されるため、混雑度は0となり、変調方式はQPSK、符号化率は1/2となるため、通信速度は6Mbpsとなる。取得された交通情報が「国道20号線:渋滞」であり、取得された現在位置が国道20号線であった場合、「一般道路において渋滞」と判断されるため、混雑度は2となり、変調方式は16QAM、符号化率は1/2となるため、通信速度は12Mbpsとなる。現在位置が高速道路で、交通が順調であった場合、混雑度は−1となるため、変調方式はBPSK、符号化率は3/4となり、通信速度は4.5Mbpsとなる。高速道路で渋滞となった場合、混雑度は2となり、変調方式は16QAM、符号化率は1/2となるため、通信速度は12Mbpsとなる。
通信モード設定部84は、選択された通信モードを、本発明の通信手段である通信部85に対して適用する働きを持つ。
本発明に係る車載通信装置の動作フローチャートを、図7bを参照しながら説明する。図7bのフローチャートは、通信モード選択部82が行う、通信モードの選択方法を表したものである。まず、動作を開始すると、現在位置取得部81aより、現在位置を取得するステップS801を実行する。次に、交通情報取得部81bより、自車周辺の交通情報
を取得するステップS802を実行する。後の処理は、第1の実施形態に係る動作フローチャート図3bと同様である。
このように、本実施形態においては、車載通信装置外部から、自車周辺の混雑度についての情報を受信し、通信モードの判定を行ったうえで通信速度の制御を行う。混雑度についての情報を外部から受信することで、状況に応じた正確な伝送路のリソース制御が可能であるという利点がある。
なお、交通情報取得部81bは、交通情報のかわりに、変調方式を直接指示する信号を路側装置等から取得してもよい。この場合、通信モード選択部82は、現在位置取得部81aの状態に関わらず、通信モード記憶部83を参照したうえで、受信した信号に対応する通信モードを選択する。例えば、通信モード判定情報が図7cの通りであって、交通情報取得部81bが、「混雑度:2」という信号を路側装置から受信した場合、通信モード選択部82は、対応する変調方式として「16QAM」を、対応する符号化率として「1/2」を選択する。
なお、上記の説明は本発明を説明する上での例示にすぎず、本発明を上記の実施形態に限定して解釈すべきではない。たとえば、通信モード記憶部33,43,63,83に対して、当該実施形態では複数の条件を設定しているが、「通常(低速通信)」と「特定の条件下(高速通信)」のみとしてもよい。また、例示していない通信媒体も使用することができ、もしくは混雑度判定のために、「車速」と「自車周辺の車載通信装置の台数」といった、複数の情報を組み合わせることも考えられる。また、本発明は、図示した構成を有するソフトウェアで実現してもよい。また、上記説明では、車速や車載通信装置の台数といった情報を、一旦混雑度を示す数値に変換しているが、直接通信モードに対応させてもよい。
3,4,6,8 車載通信装置
31 車速取得部
41 車載器信号取得部
61,81a 現在位置取得部
81b 交通情報取得部
32,42,62,82 通信モード選択部
33,43,63,83 通信モード記憶部
34,44,64,84 通信モード設定部
35,45,65,85 通信部
36 車速センサ
71 ナビゲーション装置
91 路側(ビーコン)装置

Claims (4)

  1. 他の車両と無線通信を行うための車載通信装置であって、
    車載通信装置が搭載されている車両周辺の混雑の度合いを表した信号である通信モード切換信号を、車両外部から取得する混雑度情報取得手段と、
    前記通信モード切換信号と、変調方式または符号化率との対応が定義された、通信モード判定情報を記録した通信モード記憶手段と、
    前記取得した通信モード切換信号と、前記通信モード判定情報に基づいて、変調方式または符号化率を選択する通信モード選択手段と、
    選択された変調方式または符号化率を用いて通信を行う通信手段と、を備える
    ことを特徴とする車載通信装置。
  2. 前記通信モード選択手段は、設定された周期で、前記混雑度情報取得手段より情報を取得し、選択された変調方式または符号化率が前回の選択条件異なる場合は、変調方式または符号化率を再設定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の車載通信装置。
  3. 他の車両と無線通信を行うための車載通信装置が行う車車間通信方法であって、
    自装置が搭載されている車両周辺の混雑の度合いを表した信号である通信モード切換信号を、車両外部から取得する取得ステップと、
    前記取得した通信モード切換信号と、変調方式または符号化率との対応が定義された通信モード判定情報に基づいて、変調方式または符号化率を選択する選択ステップと、
    選択された変調方式または符号化率を用いて通信を行う通信ステップと、
    を含むことを特徴とする車車間通信方法。
  4. 設定された周期で、前記取得ステップおよび選択ステップを実行し
    選択された変調方式および符号化率が前回の選択条件異なる場合は、通信モードを再設定する
    ことを特徴とする請求項3に記載の車車間通信方法。
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