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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-10
(45)【発行日】2023-10-18
(54)【発明の名称】指向性制御装置および指向性制御システム
(51)【国際特許分類】
H04B 7/08 20060101AFI20231011BHJP
H01Q 3/26 20060101ALI20231011BHJP
H01Q 1/32 20060101ALI20231011BHJP
H04B 7/06 20060101ALI20231011BHJP
【ＦＩ】
H04B7/08 600
H01Q3/26 Z
H01Q1/32 Z
H04B7/08 810
H04B7/06 960
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020005776
(22)【出願日】2020-01-17
(65)【公開番号】P2021114673
(43)【公開日】2021-08-05
【審査請求日】2022-12-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000006895
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】金森 勝美
(72)【発明者】
【氏名】木村 恒人
(72)【発明者】
【氏名】松下 健治
(72)【発明者】
【氏名】古橋 杏子
(72)【発明者】
【氏名】國方 翔太
(72)【発明者】
【氏名】國立 忠秀
(72)【発明者】
【氏名】小林 健太郎
【審査官】川口 貴裕
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－０８８５０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７００３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３１１１５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１３０５７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０６００４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ ７／０８
Ｈ０１Ｑ ３／２６
Ｈ０１Ｑ １／３２
Ｈ０４Ｂ ７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動体に搭載されたアレーアンテナの指向性を制御する装置であって、前記アレーアンテナと無線通信する対象アンテナに対する、前記アレーアンテナの指向性を制御する周期を決定する制御部と、
前記移動体に対する前記対象アンテナの相対位置を検出する相対位置検出部と、を備え、
前記周期は、前記移動体の移動状態に対応して変化し、
前記制御部は、前記相対位置検出部によって検出された前記移動体に対する前記対象アンテナの相対位置、および、前記移動体の移動方向から、前記アレーアンテナと前記対象アンテナとの角速度を演算し、前記角速度が大きくなるほど、前記周期を短く設定する指向性制御装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記アレーアンテナに含まれるアンテナの指向特性を角度によって示す特性値を単位時間当たりの変化量とした値を、前記角速度の閾値に設定し、前記角速度が前記閾値を超える場合の前記周期を、前記角速度が前記閾値以下の場合の前記周期よりも前記周期の長さが短いように設定する請求項１に記載の指向性制御装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記角速度が前記閾値を超える場合にさらに少なくとも１つ以上の他の閾値を設定し、前記角速度が前記閾値以下の場合にもさらに少なくとも１つ以上の別の閾値を設定し、前記閾値と前記他の閾値との間の間隔は、前記閾値と前記別の閾値との間の間隔よりも短いように設定する請求項２に記載の指向性制御装置。
【請求項4】
前記閾値を超える前記少なくとも１つ以上の他の閾値の個数は、前記閾値以下の前記少なくとも１つ以上の別の閾値の個数よりも多い請求項３に記載の指向性制御装置。
【請求項5】
移動体に搭載されたアレーアンテナの指向性を制御する装置であって、
前記アレーアンテナと無線通信する対象アンテナに対する、前記アレーアンテナの指向性を制御する周期を決定する制御部と、
前記移動体の操舵角度を検出する操舵角センサ部と、を備え、
前記周期は、前記移動体の移動状態に対応して変化し、
前記制御部は、前記操舵角センサ部によって検出された前記移動体の操舵角度を演算し、前記操舵角度の大きさに基づいて、前記周期を変化させる指向性制御装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記操舵角度が大きいほど、前記周期を短く設定する請求項５に記載の指向性制御装置。
【請求項7】
前記移動体の移動速度を検出する車速センサ部を含み、前記制御部は、前記車速センサ部によって検出された前記移動体の速度を演算し、前記速度の大きさに基づいて、前記操舵角度によって設定された前記周期をさらに変化させる請求項５または６に記載の指向性制御装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記速度が大きいほど、前記操舵角度によって設定された前記周期をさらに短く設定する請求項７に記載の指向性制御装置。
【請求項9】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の指向性制御装置は車両に搭載され、前記無線通信する通信データは前記車両に備えられる電子機器のデータであり、前記通信データを送受信する前記対象アンテナを備える無線装置を含む指向性制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、指向性制御装置および指向性制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
車両のように移動しながら無線データを送受信する場合には、絶えず送受信状態が変化するため、複数のアンテナを設け、その時点において最も受信状態の良好なアンテナを適宜選択して切り換えていくアンテナシステム及びその制御装置が従来から提案されている。
【0003】
例えば、特許文献１では、送信位置ＰＴとナビゲーションシステムから得られる自車位置Ｐｎとに基づいて、自車位置からの送信所位置ベクトルｒを算出するとともに、順次入力される自車位置Ｐｎに基づいて、自車走行ベクトルｖを算出する。次いで、送信所位置ベクトルｒに基づいて自車位置からの送信所角度θ２を算出するとともに、自車走行ベクトルｖに基づいて自車走行角度θ１を算出する。算出された送信所角度θ２と自車走行角度θ１とに基づいて、自車走行方向から見た送信所方向θを算出する。算出された送信所方向θに最も近いビームを有する指向性アンテナを選択して後段の受信回路に接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００４－１９３９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来技術では、車両の走行状態に応じて最適な周期でアンテナ制御を行う構成ではないために、通信品質が劣化する場合があり、また、アンテナ制御処理が過剰に行われることによる消費電力の増大を防止することができない場合もある。
【0006】
例えば、特許文献１の構成によれば、車両の走行状態に対応せずに一定周期でアンテナ制御が行われるため、アンテナ制御タイミングが遅れて通信品質が低下したり、アンテナ制御処理が過剰に行われ、装置の消費電力が増大したりする恐れがあるという課題がある。
【0007】
本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、車両の走行状態に応じて最適な周期でアンテナ制御を行うことで通信品質の劣化を防止するとともに、アンテナ制御処理が過剰に行われることによる装置の消費電力の増大を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の態様に係る指向性制御装置は、移動体に搭載されたアレーアンテナの指向性を制御する装置であって、前記アレーアンテナと無線通信する対象アンテナに対する、前記アレーアンテナの指向性を制御する周期を決定する制御部を備え、前記周期は、前記移動体の移動状態に対応して変化することが好ましい。
【0009】
前記移動体に対する前記対象アンテナの相対位置を検出する相対位置検出部をさらに備え、前記制御部は、前記相対位置検出部によって検出された前記移動体に対する前記対象アンテナの相対位置、および、前記移動体の移動方向から、前記アレーアンテナと前記対象アンテナとの角速度を演算し、前記角速度が大きくなるほど、前記周期を短く設定することが好ましい。
【0010】
前記制御部は、前記アレーアンテナに含まれるアンテナの指向特性を角度によって示す特性値を単位時間当たりの変化量とした値を、前記角速度の閾値に設定し、前記角速度が前記閾値を超える場合の前記周期を、前記角速度が前記閾値以下の場合の前記周期よりも前記周期の長さが短いように設定することが好ましい。
【0011】
前記制御部は、前記角速度が前記閾値を超える場合にさらに少なくとも１つ以上の他の閾値を設定し、前記角速度が前記閾値以下の場合にもさらに少なくとも１つ以上の別の閾値を設定し、前記閾値と前記他の閾値との間の間隔は、前記閾値と前記別の閾値との間の間隔よりも短いように設定することが好ましい。
【0012】
前記閾値を超える前記少なくとも１つ以上の他の閾値の個数は、前記閾値以下の前記少なくとも１つ以上の別の閾値の個数よりも多いことが好ましい。
【0013】
前記移動体の操舵角度を検出する操舵角センサ部を含み、前記制御部は、前記操舵角センサ部によって検出された前記移動体の操舵角度を演算し、前記操舵角度の大きさに基づいて、前記周期を変化させることが好ましい。
【0014】
前記制御部は、前記操舵角度が大きいほど、前記周期を短く設定することが好ましい。
【0015】
前記移動体の移動速度を検出する車速センサ部を含み、前記制御部は、前記車速センサ部によって検出された前記移動体の速度を演算し、前記速度の大きさに基づいて、前記操舵角度によって設定された前記周期をさらに変化させることが好ましい。
【0016】
前記制御部は、前記速度が大きいほど、前記操舵角度によって設定された前記周期をさらに短く設定することが好ましい。
【0017】
本発明の他の態様に係る指向性制御システムにおいて、指向性制御装置は車両に搭載され、前記無線通信する通信データは前記車両に備えられる電子機器のデータであり、前記通信データを送受信する前記対象アンテナを備える無線装置を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、車両の走行状態に応じて最適な周期でアンテナ制御を行うことで通信品質の劣化を防止するとともに、アンテナ制御処理が過剰に行われることによる装置の消費電力の増大を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本実施形態に係る指向性制御装置の一例を示すブロック図である。
【図2】本実施形態に係る指向性制御装置が搭載された車両と通信相手装置との相対角度ＡＲの一例を示す模式図である。
【図4】（ａ）本実施形態に係る指向性制御装置が搭載された車両の走行状態と通信相手装置としての基地局のアンテナとの位置関係の一例を示す模式図である。（ｂ）本実施形態に係る指向性制御装置が搭載された車両と基地局のアンテナとの相対角度を示す模式図である。
【図5】本実施形態に係る指向性制御装置の制御周期の閾値を設定する一例を示す模式図である。
【図6】本実施形態に係る指向性制御装置の制御周期の閾値を設定する他の一例を示す模式図である。
【図7】本実施形態に係る指向性制御装置の制御周期の閾値を設定するその他の一例を示す模式図である。
【図8】本実施形態に係る指向性制御装置の他の一例を示すブロック図である。
【図9】本実施形態に係る指向性制御装置が搭載された車両の走行状態と通信相手装置としての基地局のアンテナとの位置関係の他の一例を示す模式図である。
【図11】本実施形態に係る指向性制御装置が搭載された車両のステアリングの舵角と回転半径の関係の一例を示す図である。
【図12】本実施形態に係る指向性制御装置の舵角閾値を設定する一例を示す模式図である。
【図13】本実施形態に係る指向性制御装置の舵角閾値を設定する他の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を用いて本実施形態に係る指向性制御装置について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なることがある。
【0021】
（指向性制御装置の動作例）
【0022】
本実施形態に係わる指向性制御装置は車両等の移動体に搭載されることができる。この場合には、送信端末が送信する通信データは、移動体の状況を検知するセンサの情報、移動体を制御する情報、移動体に搭載された電子機器の情報等の情報である場合がある。指向性制御装置はアレーアンテナの指向性を移動体の移動状態に対応した周期で調整することを特徴とする。
【0023】
【0024】
図１は、本実施形態に係る指向性制御装置の一例のブロック図である。
【0025】
本実施形態に係る指向性制御装置は、アレーアンテナ１１０、ＲＦ部１２０、ベースバンド部１３０、制御部１４０、相対位置検出部１５０および記憶部１６０を含んで構成される。
【0026】
アレーアンテナ１１０は複数のアンテナエレメントを配列したものである。アレーアンテナ１１０は、各アンテナエレメントの励振信号の位相や振幅を制御することによって所望の指向性を得ることが可能である。
【0027】
ＲＦ部１２０はアレーアンテナ１１０から受信した受信信号から必要な周波数帯域の信号を抽出し、ベースバンド信号への変換を実行する。また、ＲＦ部１２０はベースバンド部１３０において生成された送信ベースバンド信号を無線通信で使用する高周波数帯域へ変換するとともに、送信ベースバンド信号の振幅を増幅する。
【0028】
ベースバンド部１３０は、通信データの変復調処理、誤り制御、および、メディアアクセス制御等を実行する。また、ベースバンド部１３０は、制御部１４０から入力される制御パラメータに基づきアレーアンテナの指向性制御を実行する。
【0029】
制御部１４０は、相対位置検出部１５０が検出した通信相手となる装置の自車両に対する相対位置に基づいて、アンテナ指向性の制御パラメータと制御タイミングを決定する。制御タイミングの詳細については後述する。
【0030】
相対位置検出部１５０は、自車両に対して通信相手となる装置の相対位置を検出する。相対位置検出部１５０の一例には、ＧＰＳやジャイロ及び地図データに基づき通信相手との相対位置を検出可能な車両用ナビゲーション装置等の装置が挙げられる。
【0031】
図２に自車両と無線通信を実行している通信相手となる装置との相対角度の模式図を示す。自車両に搭載された相対位置検出部１５０は、通信相手となる装置の位置情報を通信相手となる装置から受信し、自車両の位置情報および進行方向情報をＧＰＳやジャイロ及び地図データに基づき演算する。次に、相対位置検出部１５０は、通信相手となる装置の位置情報、並びに、自車両の位置情報および進行方向情報から通信相手となる装置との相対角度ＡＲを演算する。
【0032】
（指向性制御装置の動作例のフローチャート）
以上の構成を有する指向性制御装置１００の動作例のフローチャートについて図３を用いて説明する。
以上の構成を有する指向性制御装置１００の動作例のフローチャートについて図３を用いて説明する。
【0033】
本実施形態に係るフローチャートでは、車両に搭載された装置（車載器）と車外に設置された装置（基地局）間の無線通信を想定する。車両に搭載された車載器は図１に示す構成を含み、アレーアンテナ１１０の指向性は任意に制御可能な構成となっている。アレーアンテナ１１０の指向性は、例えば、通信相手との相対位置検出部より得られる図２に示す通信相手との位置情報によって演算される単位時間当たりの相対角度ＡＲの変化に基づき決定される。すなわち、アレーアンテナの指向性を制御するタイミングを通信相手との相対位置検出部１５０によって取得される通信相手との相対角度ＡＲの変化速度である角速度ωに基づき適応的に変化させることを特徴とする。
【0034】
次に、本実施形態に係るフローチャートの詳細を説明する。
【0035】
ステップＳ３０１において、制御部１４０は図３に示すように、まず、通信相手との相対位置検出部１５０より得られる通信相手との相対角度ＡＲｎ（ｎは１以上の自然数）を周期的に取得する。ここで、周期は、車載器と基地局との間の通信データの最小データ伝送時間である場合がある。また、周期は、通信データの最小データ伝送時間を正の整数で除算した時間である場合がある。周期を上述のような時間に設定することによって、アレーアンテナの指向性を適切なタイミングで制御し、通信データが未通信となる確率を低減することが可能になる。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０２に進む。
【0036】
ステップＳ３０２において、制御部１４０は周期的に取得した相対角度ＡＲｎを記憶部１６０に記憶する。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０３に進む。
【0037】
ステップＳ３０３において、制御部１４０は、最小データ伝送時間を単位とした時間間隔毎、または、最小データ伝送時間を正の整数で除算した時間間隔毎に相対角度ＡＲｎとＡＲｎ－１の差分から、相対角度の変化速度である角速度ωを演算する。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０４に進む。
【0038】
ステップＳ３０４において、制御部１４０は、角速度ωとあらかじめ定められた閾値との大きさを比較する。角速度ωがあらかじめ定められた閾値のどの範囲に含まれるかによって、指向性制御周期を決定する（この処理をＢＳＰ決定処理と称する場合がある）。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０１に戻る。
【0039】
（指向性制御周期を決定するための閾値の設定例）
次にＢＳＰ決定処理における、指向性制御周期を決定するための閾値の設定について事例を挙げて説明する。
次にＢＳＰ決定処理における、指向性制御周期を決定するための閾値の設定について事例を挙げて説明する。
【0040】
例えば、図４に示すような高速道路上の路車間通信システムへの適用を想定する。ここで、閾値を設定するために、車載アレーアンテナは車両の車幅方向の中央に配置され、路側アンテナは車線中央から５ｍの路肩に設置されている場合を一例として想定する。車両は高速道路の法定時速１００ｋｍ／ｈ（定速）で走行し、最小データ伝送時間間隔を１００ｍｓとして路車間通信が行われると想定する。
【0041】
図５に車載アレーアンテナの半値角を４０度と想定した場合の走行位置に対する相対方位角の変化速度（角速度：ｄｅｇ／１００ｍｓ）と閾値の設定例を示す。図５において横軸は、走行している車両と路側アンテナとの相対的な位置関係を示し、走行位置が０ｍの位置において、車両の真横に路側アンテナが位置する状態を示す。走行位置が０ｍにおいて、角速度は約５３（ｄｅｇ／１００ｍｓ）となり、走行位置が±４ｍの位置において、角速度は約２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）となる。
【0042】
図５の実施例では、車載アレーアンテナ半値角の１／２の相対方位角の変化速度である２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を閾値と設定し、閾値を超える場合を高速制御周期、閾値以下の場合を低速制御周期とする例を示している。すなわち、ステップＳ３０３において演算した角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超える場合には、アレーアンテナ１１０の制御周期を高速に設定し、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）以下の場合には、アレーアンテナ１１０の制御周期を低速に設定する。
【0043】
ここで、高速および低速との用語は特定の数値または数値範囲を示す用語ではない。すなわち、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超える場合には、アレーアンテナ１１０の制御周期は、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）以下の場合に比べて短いことを高速と称する。また、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）以下の場合には、アレーアンテナ１１０の制御周期は、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超える場合に比べて長いことを低速と称する。このように、車載アレーアンテナ半値角の１／２をアレーアンテナの制御周期の閾値とすることによって、角速度が速い場合には制御周期を高速、つまり、制御周期を短くすることによって通信品質を良好に維持することが可能になる。また、角速度が遅い場合には制御周期を低速、つまり、制御周期を長くすることによってアレーアンテナを制御するための消費電力を低減することが可能になる。
【0044】
特に、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超えると、走行距離に対する角速度の変化が大きくなるので、さらに、制御周期を細かく区分する必要がある場合がある。このような場合には、図６および図７に説明するように、特に、高速制御周期を細分化することによって、制御周期を適切に設定することが可能になる。
【0045】
図６の実施例は、図５の実施例と同様に、図４に示すような高速道路上の路車間通信システムへの適用を想定している。ここで、閾値を設定するために、車載アレーアンテナは車両の車幅方向の中央に配置され、路側アンテナは車線中央から５ｍの路肩に設置されている場合を一例として想定している。車両は高速道路の法定時速１００ｋｍ／ｈ（定速）で走行し、最小データ伝送時間間隔を１００ｍｓとして路車間通信が行われると想定する。
【0046】
そして、図６の実施例では、図５の実施例に比較して、車載アンテナ半値角の１／２の相対方位角の変化速度の上下の領域をさらに等角速度間隔で分割することによって、より細かなアンテナ制御を行う場合の閾値設定例を示す。例えば、角速度間隔を１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）とすると、閾値は２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を基準にして１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）間隔で設定される。すなわち、閾値は図６に示されるように、５０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）、４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）、３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）、２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）、１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）に設定される。角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合には、アレーアンテナ１１０の制御周期を低速に設定する。また、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から最高角速度である５３（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合には、アレーアンテナ１１０の制御周期を高速に設定する。
【0047】
角速度が車載アレーアンテナ半値角の１／２よりも大きくなると、通信品質の劣化の程度が大きくなるので、速やかに、車載アンテナの指向性を変更する必要がある。したがって、角速度が車載アンテナ半値角の１／２よりも大きくなる場合には、アレーアンテナの制御周期を短くする必要がある。また、角速度が、車載アンテナ半値角の１／２よりも小さくなるほど、通信品質の劣化の程度が小さくなるので、アレーアンテナの制御周期をより長くして、アレーアンテナを制御するための消費電力を低減することが可能になる。
【0048】
例えば、図６に示されるように、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超える場合には、アレーアンテナの制御周期を高速に設定する。そして、角速度が３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。また、角速度が４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から５０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。さらに、角速度が５０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超える場合の制御周期は、角速度が４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から５０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。このように角速度が、車載アンテナ半値角の１／２よりも大きくなるほど、アレーアンテナの制御周期をより短く、つまり、アレーアンテナの制御周期をより高速にすることによって、通信を維持、および、通信品質の劣化を低減することが可能になる。
【0049】
また、角速度が車載アンテナ半値角の１／２よりも小さい場合には、通信品質が維持される可能性が高いので、消費電力を低減するために、アレーアンテナの制御周期を低速にする。例えば、図６のように、角速度が１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも遅く、低速に設定する。
【0050】
さらに、図７の実施例も、図５および図６の実施例と同様に、図４に示すような高速道路上の路車間通信システムへの適用を想定している。ここで、閾値を設定するために、車載アンテナは車両の車幅方向の中央に配置され、路側アンテナは車線中央から５ｍの路肩に設置されている場合を一例として想定している。車両は高速道路の法定時速１００ｋｍ／ｈ（定速）で走行し、最小データ伝送時間間隔を１００ｍｓとして路車間通信が行われると想定する。
【0051】
そして、図７の実施例では、図６の実施例に比較して、車載アンテナ半値角の１／２の相対方位角の変化速度を超える場合の閾値間隔を、半値角の１／２の相対方位角の変化速度以下の閾値間隔に対して小さくする場合の閾値設定例を示す。
【0052】
例えば、閾値は５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）に設定される。このように、車載アンテナ半値角の１／２の相対方位角の変化速度を超える場合の閾値間隔を細かく設定することによって、車両が高速で走行している場合にも、路車間通信を維持し、通信品質の劣化を抑制することが可能になる。
【0053】
具体的には、図７に示されるように、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超える場合には、アレーアンテナ１１０の制御周期を高速に設定する。そして、角速度が２５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から２５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。さらに、角速度が３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から３５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が２５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。さらに、角速度が３５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が３０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から３５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。さらに、角速度が４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から４５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が３５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から４０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。さらに、角速度が５０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）を超える場合の制御周期は、角速度が４５（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から５０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも短く設定する。
【0054】
また、図６の実施例と同様に、図７の実施例においても、角速度が車載アンテナ半値角の１／２よりも小さい場合には、通信品質が維持される可能性が高いので、消費電力を低減するために、アレーアンテナ１１０の制御周期を低速にする。例えば、図７のように、角速度が１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期は、角速度が２０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）から１０（ｄｅｇ／１００ｍｓ）までの間にある場合の制御周期よりも遅く、低速に設定する。
【0055】
このように、角速度が車載アンテナ半値角の１／２よりも小さい場合に比べて、角速度が車載アンテナ半値角の１／２よりも大きい場合に、アレーアンテナ１１０の制御周期を細分化することで、路車間通信を維持し、通信品質の劣化を抑制することが可能になる。また、角速度が車載アンテナ半値角の１／２よりも大きい場合に比べて、角速度が車載アンテナ半値角の１／２よりも小さい場合に、閾値間隔を大きくすることで、アレーアンテナ１１０の制御頻度を低減し、消費電力を低減することが可能になる。
【0056】
【0057】
ステップＳ３０４ａにおいて、角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ１よりも大きいか否かが判定される。角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ１よりも大きい場合（ステップＳ３０４ａ：ＹＥＳ）には、ステップＳ３０４ｂに進む。角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ１以下の場合（ステップＳ３０４ａ：ＮＯ）には、ステップＳ３０４ｃに進む。
【0058】
ステップＳ３０４ｂにおいて、指向性制御周期ＢＳＰを最小周期である周期１に決定する。最小周期とはステップＳ３０４の中の指向性制御周期ＢＳＰの中でもっとも周期が短いことを示す。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０１に進む。
【0059】
ステップＳ３０４ｃにおいて、角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ２よりも大きいか否かが判定される。角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ２よりも大きい場合（ステップＳ３０４ｃ：ＹＥＳ）には、ステップＳ３０４ｄに進む。角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ２以下の場合（ステップＳ３０４ｂ：ＮＯ）には、ステップＳ３０４ｅに進む。なお、角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ３および閾値ｔｈ４の場合の処理フローについては省略する。
【0060】
ステップＳ３０４ｄにおいて、指向性制御周期ＢＳＰを最小周期である周期１の次に短い周期２に決定する。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０１に進む。
【0061】
ステップＳ３０４ｅにおいて、角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ５よりも大きいか否かが判定される。角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ５よりも大きい場合（ステップＳ３０４ｃ：ＹＥＳ）には、ステップＳ３０４ｆに進む。角速度が図６の角速度の閾値ｔｈ５以下の場合（ステップＳ３０４ｅ：ＮＯ）には、ステップＳ３０４ｇに進む。
【0062】
ステップＳ３０４ｆにおいて、指向性制御周期ＢＳＰを最大周期である周期ｎの次に長い周期n-1に決定する。最大周期とはステップＳ３０４の中の指向性制御周期ＢＳＰの中でもっとも周期が長いことを示す。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０１に進む。
【0063】
ステップＳ３０４ｇにおいて、指向性制御周期ＢＳＰを最大周期である周期ｎに決定する。次に、指向性制御装置１００はステップＳ３０１に進む。
【0064】
【0065】
図８に示すように、指向性制御装置２００は、アレーアンテナ１１０、ＲＦ部１２０、ベースバンド部１３０、制御部１４０、相対位置検出部１５０、車速センサ部１７０および操舵角センサ部１８０を含んで構成される。
【0066】
アレーアンテナ１１０は複数のアンテナエレメントを配列したものである。アレーアンテナは、各アンテナエレメントの励振信号の位相や振幅を制御することによって所望の指向性を得ることが可能である。
【0067】
ＲＦ部１２０はアレーアンテナから受信した受信信号から必要な周波数帯域の信号を抽出し、ベースバンド信号への変換を実行する。また、ＲＦ部はベースバンド部において生成された送信ベースバンド信号を無線通信で使用する高周波数帯域へ変換するとともに、送信ベースバンド信号の振幅を増幅する。
【0068】
ベースバンド部１３０は、通信データの変復調処理、誤り制御、および、メディアアクセス制御等を実行する。また、ベースバンド部１３０は、制御部１４０から入力される制御パラメータに基づきアレーアンテナの指向性制御を実行する。
【0069】
制御部１４０は、相対位置検出部１５０が検出した通信相手との相対位置、走行速度、ステアリング操舵角度に基づきアンテナ指向性の制御パラメータと制御タイミングを決定する。制御タイミングの詳細については後述する。
【0070】
相対位置検出部１５０は、自車両に対して通信相手となる装置の相対位置を検出する。相対位置検出部１５０の一例には、ＧＰＳやジャイロ及び地図データに基づき通信相手との相対位置を検出可能な車両用ナビゲーション装置が挙げられる。
【0071】
車速センサ部１７０は自車両の走行速度を検出する。
【0072】
操舵角センサ部１８０は自車両のステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）を検出する。
【0073】
（指向性制御装置の動作例のフローチャート）
以上の構成を有する指向性制御装置２００の動作例のフローチャートについて図１０を用いて説明する。
以上の構成を有する指向性制御装置２００の動作例のフローチャートについて図１０を用いて説明する。
【0074】
本実施形態に係るフローチャートでは、車両に搭載された装置（車載器）と車外に設置された装置（基地局）間の無線通信を想定する。車両に搭載された車載器は図８に示すような構成であり、アレーアンテナ１１０の指向性は任意に制御可能な構成となっている。アレーアンテナ１１０の指向性は例えば、通信相手との相対位置検出部１５０より得られる図３に示す通信相手との位置情報（相対角度ＡＲ）等に基づき決定される。本実施例では、アレーアンテナ１１０の指向性を制御するタイミングを車速センサ部１７０から得られる自車両の車速Ｖ、操舵角センサ部１８０から得られる舵角Ａに基づき適応的に変化させることを特徴とする。具体的には、制御部１４０は、まず、車速センサ部１７０より得られる自車両の走行速度、操舵角センサ部１８０より得られるステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）を周期的に収集する。次に収集した自車両の速度ＤＳとステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）ＳＡを記憶部１６０に記録する。その後、記録したステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）ＳＡの大きさから基本指向性制御周期ＢＢＳＰ（Ｂａｓｉｃ ＢＳＰ）を決定する。さらに、自車両の速度ＤＳに対応する係数を基本指向性制御周期ＢＢＳＰに乗算して指向性制御周期ＢＳＰを決定する。
【0075】
次に、本実施形態に係るフローチャートの詳細を説明する。
【0076】
ステップＳ１００１において、制御部１４０は図８に示すように、車速センサ部１７０より得られる自車両の速度ＤＳ、操舵角センサ部１８０より得られるステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）ＳＡを周期的に取得する。ここで、周期は、車載器と基地局との間の通信データの最小データ伝送時間である場合がある。また、周期は、通信データの最小データ伝送時間を正の整数で除算した時間である場合がある。周期を上述のような時間に設定することによって、アレーアンテナ１１０の指向性を適切なタイミングで制御し、通信データが未通信となる確率を低減することが可能になる。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００２に進む。
【0077】
ステップＳ１００２において、制御部１４０は周期的に取得した自車両の速度ＤＳ、ステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）ＳＡを記憶部１６０に記憶する。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００３に進む。
【0078】
ステップＳ１００３において、制御部１４０は、ステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）ＳＡの大きさから基本指向性制御周期ＢＢＳＰを決定する（この処理をＢＢＳＰ決定処理と称する場合がある）。ステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）ＳＡが大きいほど、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。操舵角度（切り込み角：舵角）ＳＡが大きいと、車両の回転半径が小さくなるため、直進走行中に車載器と基地局との間の相対角度ＡＲの変化が大きくなる可能性があるので、アレーアンテナ制御周期を高速にする必要がある場合がある。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００４に進む。
【0079】
ステップＳ１００４において、制御部１４０は、自車両の速度ＤＳに対応する係数を基本指向性制御周期ＢＢＳＰに乗算して指向性制御周期ＢＳＰを決定する。自車両の速度ＤＳが大きいほど、係数の値は小さくなる。すなわち、自車両の速度ＤＳが大きいほど角速度ωも大きくなる可能性があるので、アレーアンテナ制御周期を高速にする必要がある場合がある。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００１に戻る。
【0080】
次にＢＢＳＰ決定処理における、指向性制御周期を決定するための閾値の設定について事例を挙げて説明する。
【0081】
例えば、図９に示すようなオープンスペースにおける路車間通信システムへの適用を想定する。このようなシステムでは、路側アンテナに対して車両の進行方向が大きく変化するケースが頻繁に発生する事が予想される。ここで、操舵角閾値を設定するために図１１に示すような等ステアリング操舵角度（切り込み角：舵角）による等速走行を想定する。この場合には、ステアリング操舵角度が一定になるために、車両はステアリング操舵角度に対応した角度で円周上を回転する方向に走行する。
【0082】
図１２は、車両の最小回転半径によって正規化した正規化回転半径に基づくステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）の舵角閾値の設定例を示す。なお、ステアリングの操舵角度と正規化回転半径の関係は車両の種類によって異なる場合がある。この例では、正規化回転半径を等間隔に分割し、対応するステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）を舵角閾値に設定している。
【0083】
例えば、図１２では、正規化回転半径の値が２００、１５０、１００、５０に対応する舵角を閾値に設定している。例えば、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ３と舵角閾値ＳＡｔｈ４の間にある場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ４よりも小さい場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。また、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ２と舵角閾値ＳＡｔｈ３の間にある場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ３と舵角閾値ＳＡｔｈ４の間にある場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。さらに、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ１よりも大きい場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ１と舵角閾値ＳＡｔｈ２の間にある場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。すなわち、舵角が大きくなるほど、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。
【0084】
図１３は、車両の最小回転半径によって正規化した正規化回転半径に基づくステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）の舵角閾値の設定例の他の一例を示す。この例では、正規化回転半径が小さくなるほど間隔を狭めて対応するステアリングの操舵角度（切り込み角：舵角）を舵角閾値に設定している。
【0085】
例えば、図１３では、正規化回転半径の値が２００、１００、５０、３０、１５、５に対応する舵角を閾値に設定している。例えば、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ９と舵角閾値ＳＡｔｈ１０の間にある場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ１０よりも小さい場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。また、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ８と舵角閾値ＳＡｔｈ９の間にある場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ９と舵角閾値ＳＡｔｈ１０の間にある場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。さらに、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ７と舵角閾値ＳＡｔｈ８の間にある場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ８と舵角閾値ＳＡｔｈ９の間にある場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。さらに、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ６と舵角閾値ＳＡｔｈ７の間にある場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ７と舵角閾値ＳＡｔｈ８の間にある場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。さらに、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ５よりも大きい場合には、舵角が舵角閾値ＳＡｔｈ６と舵角閾値ＳＡｔｈ５の間にある場合に比べて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。すなわち、舵角が大きくなるほど、基本指向性制御周期ＢＢＳＰは小さくなる。上述したように、図１３の場合には、正規化回転半径が小さい領域、すなわち、舵角の大きい領域でアレーアンテナの制御周期を細かく設定する例を示している。
【0086】
一方、ステップＳ１００４における速度閾値については、等速度間隔での設定や、高速度ほど間隔を狭めて閾値を設定することが想定される。ただし、速度が速くなるほど、係数の絶対値は小さくなり、アレーアンテナの制御周期が短くなるように設定される。
【0087】
【0088】
ステップＳ１００３ａにおいて、舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ１よりも大きいか否かが判定される。舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ１よりも大きい場合（ステップＳ１００３ａ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１００３ｂに進む。舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ１以下の場合（ステップＳ１００３ａ：ＮＯ）には、ステップＳ１００３ｃに進む。
【0089】
ステップＳ１００３ｂにおいて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰを最小周期である周期１に決定する。最小周期とはステップＳ１００３の中の基本指向性制御周期ＢＢＳＰの中でもっとも周期が短いことを示す。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００４に進む。
【0090】
ステップＳ１００３ｃにおいて、舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ２よりも大きいか否かが判定される。舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ２よりも大きい場合（ステップＳ１００３ｃ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１００３ｄに進む。舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ２以下の場合（ステップＳ１００３ｃ：ＮＯ）には、ステップＳ１００３ｅに進む。なお、図１５においては、舵角閾値ＳＡｔｈ３の場合を省略して示している。
【0091】
ステップＳ１００３ｄにおいて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰを最小周期である周期１よりも長い周期２に決定する。周期２はステップＳ１００３の中の基本指向性制御周期ＢＢＳＰの中で２番目に周期が短いことを示す。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００４に進む。
【0092】
ステップＳ１００３ｅにおいて、舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ４よりも大きいか否かが判定される。舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ４よりも大きい場合（ステップＳ１００３ｅ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１００３ｆに進む。舵角の絶対値が図１２の舵角閾値ＳＡｔｈ４以下の場合（ステップＳ１００３ｅ：ＮＯ）には、ステップＳ１００３ｇに進む。
【0093】
ステップＳ１００３ｆにおいて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰを最大周期である周期ｎ（ｎ：自然数）の次に長い周期ｎ－１に決定する。周期ｎ－１はステップＳ１００３の中の基本指向性制御周期ＢＢＳＰの中で２番目に周期が長いことを示す。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００４に進む。
【0094】
ステップＳ１００３ｇにおいて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰを最大周期である周期ｎに決定する。最大周期とはステップＳ１００３の中の基本指向性制御周期ＢＢＳＰの中でもっとも周期が長いことを示す。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００４に進む。
【0095】
次に、ステップＳ１００４の基本指向性制御周期ＢＢＳＰに対する係数を決定する処理の一例について、図１５に基づいて説明する。なお、車両の速度ＤＳに対する速度閾値ＳＰｔｈ１、速度閾値ＳＰｔｈ２、速度閾値ＳＰｔｈｎ－１は次の関係を有する。すなわち、速度閾値ＳＰｔｈ１＜速度閾値ＳＰｔｈ２＜速度閾値ＳＰｔｈｎ－１であって、速度閾値ＳＰｔｈｎ－１が最も速い速度を示す。また、速度閾値については等速度間隔での設定や、高速度ほど間隔を狭めて閾値を設定するようにしてもよく、ここでは速度閾値の設定については限定しない。
【0096】
ステップＳ１００４ａにおいて、車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈ１よりも小さいか否かが判定される。車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈ１よりも小さい場合（ステップＳ１００４ａ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１００４ｂに進む。車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈ１以上の場合（ステップＳ１００３ａ：ＮＯ）には、ステップＳ１００４ｃに進む。
【0097】
ステップＳ１００４ｂにおいて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰに乗算する係数を最も大きい値である係数１に決定する。係数１はステップＳ１００４の係数の中でもっとも大きい値であることを示す。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００１に戻る。
【0098】
ステップＳ１００４ｃにおいて、車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈ２よりも小さいか否かが判定される。車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈ２よりも小さい場合（ステップＳ１００４ｃ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１００４ｄに進む。車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈ２以上の場合（ステップＳ１００３ｃ：ＮＯ）には、ステップＳ１００４ｄに進む。
【0099】
ステップＳ１００４ｄにおいて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰに乗算する係数をステップＳ１００４の中で係数１の次に大きい値である係数２に決定する。次に、指向性制御装置はステップＳ１００１に戻る。
【0100】
ステップＳ１００４ｅにおいて、車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈｎ－１よりも小さいか否かが判定される。車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈｎ－１よりも小さい場合（ステップＳ１００４ｅ：ＹＥＳ）には、ステップＳ１００４ｆに進む。車両の速度ＤＳが速度閾値ＳＰｔｈｎ－１以上の場合（ステップＳ１００３ｅ：ＮＯ）には、ステップＳ１００４ｇに進む。
【0101】
ステップＳ１００４ｆにおいて、基本指向性制御周期ＢＢＳＰに乗算する係数をステップＳ１００４の中で係数ｎの次に小さい値である係数ｎ－１に決定する。係数ｎは、ステップＳ１００４の中で最も小さい値である。次に、指向性制御装置２００はステップＳ１００１に戻る。
【0102】
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【0103】
１００、２００ 指向性制御装置
１１０ アレーアンテナ
１２０ ＲＦ部
１３０ ベースバンド部
１４０ 制御部
１５０ 相対位置検出部
１６０ 記憶部
１７０ 車速センサ部
１８０ 操舵角センサ部
１１０ アレーアンテナ
１２０ ＲＦ部
１３０ ベースバンド部
１４０ 制御部
１５０ 相対位置検出部
１６０ 記憶部
１７０ 車速センサ部
１８０ 操舵角センサ部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】