JP6727109B2 - 通信制御装置、通信制御方法及び通信制御プログラム - Google Patents

Description

車両と通信を行うアンテナを選択する技術に関する。

例えば、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）システムでは、料金所の近傍に配置されているアンテナと車両に搭載されている車載器との間の無線通信により課金処理に必要な情報が送受信される。
３車線道路のような幅の広い道路では１台のアンテナで道路の全域をカバーすることができないため、２つのアンテナを用いる場合がある。
例えば、左に設置するアンテナで道路の左車線と中央車線左側をカバーし、右に設置するアンテナで右車線と中央車線右側をカバーする。この時、左側アンテナと右側アンテナは異なる周波数で通信を行う。
左側に設置したアンテナからは左車線及び中央車線左側に強い電波が到達する。また、右側に設置したアンテナからは右車線及び中央車線右側に強い電波が到達する。これら強い電波が到来する領域を通信領域という。
また、左側に設置したアンテナからは右車線にも弱い電波が到達する。更に、右側に設置したアンテナからは左車線にも弱い電波が到達する。この弱い電波が到来する領域を不安定領域という。
車載器の周波数選定のタイミングの影響により、車載器が弱い方の電波（不安定領域の電波）と通信する場合がある。この場合に、電波が弱いために通信エラーが発生してしまうことがある。
このような通信エラーを回避するために、特許文献１及び特許文献２では、図６に例示するように、隣接車線を走行している車両と通信させないために道路端に電波吸収体を設置することで対策している。

特開２００３−１２３１１１号公報 特開２００３−２１８５８１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示の電波吸収体は素材、設置工事を含めて費用が高いという課題がある。
また、経年劣化により電波吸収体を交換する必要があるという課題がある。

本発明は、このような課題を解決することを主な目的としており、電波吸収体を用いることなく、アンテナと車両との間の通信エラーを回避することを主な目的とする。

本発明に係る通信制御装置は、
道路を走行する車両から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する第１のアンテナから、前記第１のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第１の到来角度を通知され、前記第１のアンテナと異なる位置に配置され、前記電波の水平方向の到来角度を推定する第２のアンテナから、前記第２のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第２の到来角度を通知され、通知された前記第１の到来角度と前記第２の到来角度とに基づき、前記車両の位置を推定する車両位置推定部と、
前記車両位置推定部により推定された前記車両の位置に基づき、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち、前記車両との通信における通信品質がより良好なアンテナを選択するアンテナ選択部とを有する。

本発明では、各アンテナで推定された到来角度に基づき車両の位置を推定し、車両の推定位置に基づき、通信品質がより良好なアンテナを選択する。このため、本発明によれば、電波吸収体を用いることなく、アンテナと車両との間の通信エラーを回避することができる。

実施の形態１に係る通信制御装置、アンテナ、レーン及び車両の位置関係を説明する図。 実施の形態１に係る通信領域及び不安定領域を説明する図。 実施の形態１に係る通信制御装置の構成例を示す図。 実施の形態１に係る車両位置の推定原理を説明する図。 実施の形態１に係る通信制御装置の動作例を示すフローチャート。 アンテナ、電波吸収体、通信領域及び不安定領域の位置関係を説明する図。 車両位置の推定方法を説明する図。 車両位置の推定方法を説明する図。 車両位置の推定方法を説明する図。 車両位置の推定方法を説明する図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。以下の実施の形態の説明及び図面において、同一の符号を付したものは、同一の部分または相当する部分を示す。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る通信制御装置１００、アンテナＡ２０１、アンテナＢ２０２、レーン及び車両３００の位置関係を示す。
以下では、図１に示す３車線道路を例にして説明を行う。図１に示す３車線道路では、レーン１、レーン２及びレーン３という３つの走行レーンがある。
図１では、レーン３を車両３００が走行している。車両３００には車載器が搭載されている。車載器は、アンテナＡ２０１又はアンテナＢ２０２と通信する。なお、車載器がアンテナＡ２０１又はアンテナＢ２０２と通信することを、車両がアンテナＡ２０１又はアンテナＢ２０２と通信するともいう。
図１の３車線道路では２つのアンテナ（アンテナＡ２０１、アンテナＢ２０２）で道路の全幅をカバーしている。つまり、アンテナＡ２０１とアンテナＢ２０２が異なる位置に配置され、アンテナＡ２０１は、レーン１とレーン２の左側をカバーし、アンテナＢ２０２はレーン２の右半分とレーン３をカバーする。
アンテナＡ２０１の通信領域である通信領域Ａ、アンテナＢ２０２の通信領域である通信領域Ｂ、アンテナＡ２０１の不安定領域である不安定領域Ａ、アンテナＢ２０２の不安定領域Ｂは、図２に示すように分布している。
通信領域内では品質のよい通信が可能である。不安定領域では車載器により通信できたり、できなかったりする。つまり、不安定領域では、十分な通信品質が確保できない。

レーン３を走行している車両３００はアンテナ２と通信するのが望ましいが、レーン３には不安定領域Ａも存在するため、周波数選択などのタイミングにより車両３００は不安定領域ＡでアンテナＡ２０１と通信してしまう場合がある。
この場合に、車両３００は、アンテナＡ２０１との間で十分な通信品質が確保できずに、通信エラーとなる場合がある。

本実施の形態に係るアンテナＡ２０１及びアンテナＢ２０２は、それぞれ、走行する車両３００から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する。アンテナＡ２０１により推定された到来角度を角度Ａ（第１の到来角度の例）といい、アンテナＢ２０２により推定された到来角度を角度Ｂ（第２の到来角度の例）という。
アンテナＡ２０１及びアンテナＢ２０２は、それぞれ推定した到来角度を角度情報として通信制御装置１００に通知する。
通信制御装置１００は、角度情報に基づき、車両３００の位置を推定する。そして、通信制御装置１００は、車両３００の推定位置に基づき、アンテナＡ２０１とアンテナＢ２０２との中から、車両３００との通信における通信品質がより良好なアンテナを選択する。より具体的には、通信制御装置１００は、通信領域に車両３００の推定位置が含まれるアンテナを選択する。
そして、通信制御装置１００は、選択したアンテナに車両３００との通信を許可する通信制御指示を送信する。また、通信制御装置１００は、選択しなかったアンテナに車両３００との通信を禁止する通信制御指示を送信する。
この結果、通信制御装置１００により選択されたアンテナのみが車両３００と通信を行う。
なお、通信制御装置１００により行われる動作は、通信制御方法及び通信制御プログラムに相当する。

図３は、本実施の形態に係る通信制御装置１００の構成例を示す。
通信制御装置１００はコンピュータであり、ハードウェア構成として、プロセッサ９１と記憶装置９２を備える。
また、通信制御装置１００は、機能構成として、通信部Ａ１０１、通信部Ｂ１０２、車両位置推定部１０３及びアンテナ選択部１０４を備える。
記憶装置９２には、通信部Ａ１０１、通信部Ｂ１０２、車両位置推定部１０３及びアンテナ選択部１０４の機能を実現するプログラムが記憶されている。
そして、プロセッサ９１がこれらプログラムを実行して、後述する通信部Ａ１０１、通信部Ｂ１０２、車両位置推定部１０３及びアンテナ選択部１０４の動作を行う。
図３では、プロセッサ９１が通信部Ａ１０１、通信部Ｂ１０２、車両位置推定部１０３及びアンテナ選択部１０４の機能を実現するプログラムを実行している状態を模式的に表している。

通信部Ａ１０１は、アンテナＡ２０１から角度情報を受信し、また、アンテナＡ２０１に通信制御指示を送信する。
通信部Ｂ１０２は、アンテナＢ２０２から角度情報を受信し、また、アンテナＢ２０２に通信制御指示を送信する。

車両位置推定部１０３は、アンテナＡ２０１で推定された角度ＡとアンテナＢ２０２で推定された角度Ｂとに基づき、車両３００の位置を推定する。より具体的には、図４に示すように、車両位置推定部１０３は、アンテナＡ２０１の位置から角度Ａで引かれた直線とアンテナＢ２０２の位置から角度Ｂで引かれた直線との交点を、車両３００の位置と推定する。角度Ａ及び角度Ｂは、前述のように、車両３００から送出された電波の水平方向の到来角度である。
車両位置推定部１０３により行われる動作は、車両位置推定ステップに相当する。

アンテナ選択部１０４は、車両位置推定部１０３により推定された車両３００の位置に基づき、アンテナＡ２０１とアンテナＢ２０２との中から、車両３００との通信における通信品質がより良好なアンテナを選択する。より具体的には、車両位置推定部１０３により推定された道路の幅方向での車両３００の位置により近いアンテナを選択する。つまり、道路の幅方向での車両３００の位置に近い位置に配置されているアンテナであれば、車両３００と通信領域で通信を行うことができるので、道路の幅方向での車両３００の位置に近い位置に配置されているアンテナを選択することで、より通信品質が良好なアンテナを選択することができる。図１の例では、車両３００の幅方向の位置に対してはアンテナＢ２０２の方が近いので、アンテナ選択部１０４は、アンテナＢ２０２の方が通信品質が良好と判断して、アンテナＢ２０２を選択する。
そして、アンテナ選択部１０４は、選択されたアンテナに車両３００との通信を許可する通信制御指示を送信し、選択されなかったアンテナに車両３００との通信を禁止する通信制御指示を送信する。
図１のケースの場合は、アンテナ選択部１０４は、アンテナＡ２０１に車両３００との通信を禁止する通信制御指示を送信し、アンテナＡ２０１に車両３００との通信を許可する通信制御指示を送信する。この結果、車両３００は、アンテナＢ２０２との間で十分な通信品質を確保することができる。
なお、アンテナ選択部１０４により行われる動作は、アンテナ選択ステップに相当する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図５は、本実施の形態に係る通信制御装置１００の動作例を示す。
以下、図５を参照して、通信制御装置１００の動作例を説明する。

先ず、通信部Ａ１０１がアンテナＡ２０１から、角度Ａが示される角度情報を受信する（ステップＳ５０１）。通信部Ａ１０１は受信した角度情報を車両位置推定部１０３に出力する。
次に、通信部Ｂ１０２がアンテナＢ２０２から、角度Ｂが示される角度情報を受信する（ステップＳ５０２）。通信部Ｂ１０２は受信した角度情報を車両位置推定部１０３に出力する。
なお、ここでは、通信部Ａ１０１がアンテナＡ２０１から角度情報を受信した後に通信部Ｂ１０２がアンテナＢ２０２から角度情報を受信する例を示すが、通信部Ｂ１０２が先にアンテナＢ２０２から角度情報を受信してもよい。また、通信部Ａ１０１と通信部Ｂ１０２が同時に角度情報を受信してもよい。

次に、車両位置推定部１０３は、アンテナＡ２０１からの角度情報に示される角度Ａと、アンテナＢ２０２からの角度情報に示される角度Ｂとに基づき、車両３００の位置を推定する（ステップＳ５０４）。
つまり、図４に示すような幾何計算を行って、車両３００の位置を推定する。
車両位置推定部１０３は、車両３００の推定位置をアンテナ選択部１０４に出力する。

次に、アンテナ選択部１０４は、車両位置推定部１０３により得られた車両３００の推定位置に基づき、車両３００と通信するアンテナを選択する（ステップＳ５０４）。
アンテナ選択部１０４は、アンテナＡ２０１を選択した場合（ステップＳ５０５でＹＥＳ）は、アンテナＡ２０１の通信を許可する通信制御指示を通信部Ａ１０１からアンテナＡ２０１に送信する（ステップＳ５０６）。
また、アンテナ選択部１０４は、アンテナＢ２０２の通信を禁止する通信制御指示を通信部Ｂ１０２からアンテナＢ２０２に送信する（ステップＳ５０７）。
一方、アンテナＢ２０２を選択した場合（ステップＳ５０５でＮＯ）は、アンテナ選択部１０４は、アンテナＢ２０２の通信を許可する通信制御指示を通信部Ｂ１０２からアンテナＢ２０２に送信する（ステップＳ５０８）。
また、アンテナ選択部１０４は、アンテナＡ２０１の通信を禁止する通信制御指示を通信部Ａ１０１からアンテナＡ２０１に送信する（ステップＳ５０９）。

ここで、ステップＳ５０４における車両３００の位置の推定方法を説明する。

例えば角度推定を各アンテナ内の位相差を用いて推定する場合は図７の座標系で考えると位相差△αに対して以下の関係となる。
ｓｉｎθ・ｓｉｎφ＝△α・λ／２π／ｄ 式１
（ｄ：各アンテナ内部で使用しているアンテナ間距離）
ｙ軸にｄ離れたアンテナ間の光路差は以下となる。
光路差：ｄ・ｓｉｎθ・ｓｉｎφ（Ｒが大とした場合の近似値）
ここで、図１０に示すように、アンテナに対して車両３００（車載器）の位置は４〜５ｍ下に位置する。よって４≦Ｚ≦５の範囲となる。また、アンテナの通信領域は最大でも２０ｍ以下（ｘ軸方向）で４ｍの位置では通信を開始している必要があること、道路幅が約３．５ｍ（ｙ軸方向）を考慮するとθは８０°〜３０°の範囲になる。
最初に電波をとらえるのはθが大きい時であるからθが８０°、７０°とした場合に、まず、式１からφ１（アンテナ１）、φ２（アンテナ２）を求める。
そうするとｘ、ｙ、ｚは以下となる。
ｙ＝（ｔａｎ（π／２−φ２）＋ｔａｎ（π／２−φ１））／（ｔａｎ（π／２−φ２）−ｔａｎ（π／２−φ１））
ｘ＝ｔａｎ（π／２−φ１）（ｙ−Ｄ／２）
ｚ＝ｒ／ｔａｎθ
この式でθを変えてｚが４〜５ｍの位置になるところを求めることで車両３００（車載器）の位置を推定することができる。

例１
アンテナ１とアンテナ２の距離を３．５ｍとした場合に、車載器の位置が（ｘ、ｙ、ｚ）＝（１５，５，５）の場合には、θは、図８の範囲となる。
θが７７．５°〜７０°の範囲でｙは約５ｍと推定できる。

例２
アンテナ１とアンテナ２の距離を３．５ｍとした場合に、車載器の位置が（ｘ、ｙ、ｚ）＝（１０，５，５）の場合には、θは、図９の範囲となる。
θが７２．５°〜６２．５°の範囲でｙは約４．８ｍと推定できる。

＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態では、各アンテナで推定された到来角度の交点が電波の発射点＝車両と推定することができる。そして、車両の推定位置に基づき、通信エラーが生じないアンテナを選択することができる。従って、本実施の形態によれば、電波吸収体を用いることなく、アンテナと車両との間の通信エラーを回避することができる。
なお、到来角度を推定する方法として、１つのアンテナで水平と垂直の２つの方向の角度を推定することもできるが、この場合は、それぞれの角度精度が必要となる。しかしながら、本実施の形態のように離れた場所で水平方向の到来角度を推定することで角度精度に対する要求を小さくしても車両の位置推定精度を上げることが可能となる。

１００ 通信制御装置、１０１ 通信部Ａ、１０２ 通信部Ｂ、１０３ 車両位置推定部、１０４ アンテナ選択部、２０１ アンテナＡ、２０２ アンテナＢ、３００ 車両。

Claims (7)

1. 道路を走行する車両から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する第１のアンテナから、前記第１のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第１の到来角度を通知され、前記第１のアンテナと異なる位置に配置され、前記電波の水平方向の到来角度を推定する第２のアンテナから、前記第２のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第２の到来角度を通知され、前記第１のアンテナの位置から前記第１の到来角度で引かれた直線と前記第２のアンテナの位置から前記第２の到来角度で引かれた直線との交点を、前記車両の位置と推定する車両位置推定部と、
   前記車両位置推定部により推定された前記車両の位置に基づき、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち、前記車両との通信における通信品質がより良好なアンテナを選択するアンテナ選択部とを有する通信制御装置。
2. 道路を走行する車両から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する第１のアンテナから、前記第１のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第１の到来角度を通知され、前記第１のアンテナと異なる位置に配置され、前記電波の水平方向の到来角度を推定する第２のアンテナから、前記第２のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第２の到来角度を通知され、通知された前記第１の到来角度と前記第２の到来角度とに基づき、前記車両の位置を推定する車両位置推定部と、
   前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち、前記車両位置推定部により推定された前記道路の幅方向での前記車両の位置により近いアンテナを選択するアンテナ選択部とを有する通信制御装置。
3. 前記アンテナ選択部は、
   選択されたアンテナに前記車両との通信を許可する通信制御指示を送信し、選択されなかったアンテナに前記車両との通信を禁止する通信制御指示を送信する請求項１又は２に記載の通信制御装置。
4. コンピュータが、道路を走行する車両から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する第１のアンテナから、前記第１のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第１の到来角度を通知され、前記第１のアンテナと異なる位置に配置され、前記電波の水平方向の到来角度を推定する第２のアンテナから、前記第２のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第２の到来角度を通知され、前記第１のアンテナの位置から前記第１の到来角度で引かれた直線と前記第２のアンテナの位置から前記第２の到来角度で引かれた直線との交点を、前記車両の位置と推定する車両位置推定ステップと、
   前記コンピュータが、前記車両位置推定ステップにより推定された前記車両の位置に基づき、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち、前記車両との通信における通信品質がより良好なアンテナを選択するアンテナ選択ステップとを有する通信制御方法。
5. コンピュータが、道路を走行する車両から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する第１のアンテナから、前記第１のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第１の到来角度を通知され、前記第１のアンテナと異なる位置に配置され、前記電波の水平方向の到来角度を推定する第２のアンテナから、前記第２のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第２の到来角度を通知され、通知された前記第１の到来角度と前記第２の到来角度とに基づき、前記車両の位置を推定する車両位置推定ステップと、
   前記コンピュータが、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち、前記車両位置推定ステップにより推定された前記道路の幅方向での前記車両の位置により近いアンテナを選択するアンテナ選択ステップとを有する通信制御方法。
6. 道路を走行する車両から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する第１のアンテナから、前記第１のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第１の到来角度を通知され、前記第１のアンテナと異なる位置に配置され、前記電波の水平方向の到来角度を推定する第２のアンテナから、前記第２のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第２の到来角度を通知され、前記第１のアンテナの位置から前記第１の到来角度で引かれた直線と前記第２のアンテナの位置から前記第２の到来角度で引かれた直線との交点を、前記車両の位置と推定する車両位置推定ステップと、
   前記車両位置推定ステップにより推定された前記車両の位置に基づき、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち、前記車両との通信における通信品質がより良好なアンテナを選択するアンテナ選択ステップとをコンピュータに実行させる通信制御プログラム。
7. 道路を走行する車両から送出された電波の水平方向の到来角度を推定する第１のアンテナから、前記第１のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第１の到来角度を通知され、前記第１のアンテナと異なる位置に配置され、前記電波の水平方向の到来角度を推定する第２のアンテナから、前記第２のアンテナで推定された前記電波の水平方向の到来角度である第２の到来角度を通知され、通知された前記第１の到来角度と前記第２の到来角度とに基づき、前記車両の位置を推定する車両位置推定ステップと、
   前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち、前記車両位置推定ステップにより推定された前記道路の幅方向での前記車両の位置により近いアンテナを選択するアンテナ選択ステップとをコンピュータに実行させる通信制御プログラム。

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