本发明涉及毫米波通信，特别涉及能够在车辆通信中高效地中继毫米波通信的通信控制。
背景技术：
在下一代移动通信系统(5G)中为了实现大容量通信提出了毫米波(24GHz～86GHz带)的利用。毫米波由于直线性强，所以为了进行通信，需要适合地调整通信方向(指向性)。
专利文献1公开无线中继机针对便携电话终端与固定无线通信终端之间的通信进行中继。具体而言，专利文献1中的无线中继机在从无线通信机接收到数据的情况下，呼叫周围的无线通信机来制作可通信的无线通信机的列表，对从该列表选择出的1个其他无线通信机发送数据。该无线中继机还进行这以后的利用在列表中记载的无线通信机的数据的发送接收的管理。能够经由该无线中继机，进行便携电话终端与固定无线通信终端之间的发送接收。
在毫米波通信中车载通信装置中继2个无线通信机之间的通信的情况下，设想由于毫米波的直线性高而电波无法可靠地到达的事态。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2003-60643号公报
技术实现要素：
本发明的目的在于将车载通信装置用作毫米波通信的中继装置，比以往更可靠地进行通信的中继。
本发明的第一方案提供一种车载毫米波通信装置，搭载于车辆，使用能够变更指向性的天线单元，一边在时间上变更通信方向一边进行通信，具备：
取得单元，从第1通信对方取得请求通信的中继的中继请求；
检测单元，检测所述第1通信对方及第2通信对方的从所述车辆观察的方向；以及
通信控制单元，进行控制，以使得在从所述第1通信对方接收中继请求、并且能够与所述第2通信对方通信的情况下，针对所述第1通信对方的方向及所述第2通信对方的方向，将通信时间设定得比其他方向多而进行通信，进行所述第1通信对方及所述第2通信对方之间的通信的中继。
这样，通过针对第1通信对方和第2通信对方存在的方向分配比其他方向多的通信时间来进行通信，能够更可靠地进行第1通信对方与第2通信对方之间的中继处理。
第1通信对方以及第2通信对方(无线通信装置)只要是使用了毫米波的无线通信装置则可以是任意的装置，例如，能够设为便携电话终端、智能手机终端等移动通信装置以及固定于路侧的固定通信装置(路侧设备)。
本方案中的通信控制单元也可以进行控制，以使得在从所述第1通信对方接收中继请求、并且能够与所述第2通信对方通信的情况下，交替进行针对所述第1通信对方的方向以及所述第2通信对方的方向将通信时间设定得较多而进行的通信、和在所有方向上将通信时间设定为均等而进行的通信。通信控制单元既可以以均等时间比例采用该2种通信模式，也可以以更大的比例采用其中的某一方。
根据这样的结构，能够针对第1通信对方以及第2通信对方分配较多的通信资源而在短时间内进行更多的通信，并且还能够确保与位于其他方向的通信对方的通信。
作为本方案中的天线单元，例如，能够采用朝向不同的方向的多个固定型天线。即使各个固定型天线的指向性无法调整，通信控制单元也能够通过选择要使用的天线来调整指向性，能够通过调整各固定型天线的选择期间来变更每个方向的通信时间的设定。
作为本方案中的天线单元的另一例子，能够采用旋转型天线。通信控制单元能够通过使天线旋转来调整指向性，能够通过调整各个角度(朝向)下的旋转速度来变更每个方向的通信时间的设定。
作为本方案中的天线单元的又一例子，还能够采用多元件的阵列天线。通信控制单元能够通过波束成形来调整指向性，能够通过调整使指向性向哪个方向朝向何种程度来变更每个方向的通信时间的设定。
本方案中的检测单元能够根据利用毫米波通信的通信建立时的通信方向，检测通信对方的方向。毫米波通信由于直线性强，所以可知通信建立时的通信方向是通信对方存在的方向。
另外，本方案中的检测单元也可以根据通过通信接收的通信对方的位置信息，检测所述通信对方的方向。在从通信对方被发送其位置信息的情况下，检测单元能够根据接收到的位置信息和车辆的位置信息求出通信对方的方向。发送位置信息的通信既可以是毫米波通信，也可以是毫米波通信以外的通信。作为毫米波通信以外的通信的例子，设想3G、4G等便携电话通信、无线LAN(IEEE 802.11a/b/g/n)、DSRC、WAVE(IEEE 802.11p)、700MHz带高速公路交通系统(ARIB STD-T109)等。
另外，本方案中的检测单元也可以根据从搭载于车辆的传感器得到的传感器信息，检测所述通信对方的方向。作为传感器的例子，可以举出照相机，利用图像处理检测通信对方(例如车辆、路侧通信装置)，从而求出其方向。另外，作为传感器的例子，也可以使用雷达、激光传感器等。
另外，在通信对方是路侧通信装置(固定的通信装置)的情况下，也可以由检测单元根据预先存储的包括路侧通信装置的设置位置及其通信方向的设置信息，检测所述通信对方的方向。在此，“预先存储”意味着“在检测通信方向以前存储”。设置信息例如既可以在车辆的行驶开始前经由通信、经由记录介质取得并储存到车载毫米波通信装置，也可以在车辆的行驶中经由通信(不限定于毫米波通信)取得并储存到车载毫米波通信装置。
此外，本发明还能够认为是具备上述单元的至少一部分的车载毫米波通信装置。另外，本发明能够认为是执行上述处理的至少一部分的无线通信方法。另外，本发明还能够认为是用于使计算机执行该方法的计算机程序、或者非临时地存储有该计算机程序的计算机可读存储介质。上述单元以及处理的各个能够尽可能相互组合来构成本发明。
根据本发明，车载通信装置成为毫米波通信的中继装置，能够比以往更可靠地进行通信的中继。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的车载毫米波通信装置的结构的框图。
图2的(A)-(C)是说明实施方式中的天线的结构的图。
图3的(A)-(D)是说明天线的结构的变形例的图。
图4是示出实施方式中的通信控制处理的流程的流程图。
图5是说明实施方式中的通信时间分配的例子的图。
图6的(A)、(B)是说明实施方式中的通信时间分配的例子的图。
图7是说明实施方式所涉及的与报酬给予有关的结构以及处理的图。
具体实施方式
(第1实施方式)
本实施方式涉及使用毫米波来进行通信的车载毫米波通信装置。车载毫米波通信装置搭载于车辆。在本说明书中，将搭载车载毫米波通信装置的车辆称为主车辆。在本说明书中，“毫米波”意味着24GHz带～86GHz带的电波。毫米波由于直线性强，所以需要适合地进行通信方向的控制。关于车辆环境，特别是与通信对方的位置关系频繁地变化，本实施方式采用特别适合于这样的车辆环境的通信装置以及通信方法。本实施方式中的车载毫米波通信装置构成为作为进行便携基站(固定基站)与便携电话终端(移动通信装置)之间的通信的中继的中继装置发挥功能。
<结构>
图1是示出本实施方式的车载毫米波通信装置的结构的图。如图1所示，本实施方式所涉及的车载毫米波通信装置包括天线单元1、天线控制部2、通信部3、上位层处理部4、通信控制部5。通信控制部5构成为除了上位层处理部4以外，也能够从各种传感器6、毫米波通信以外的通信系统7、导航装置8、GPS装置10等取得信息。
天线单元1在本实施方式中由4个固定型的贴片天线1a～1d构成。各个贴片天线的指向性固定，但通过切换要利用的贴片天线，作为天线单元整体，能够变更通信方向(指向性)。通过天线控制部2在时间上变更要利用的天线，车载毫米波通信装置时分割地变更通信方向来进行通信。
天线单元1如图2的(A)所示设置于车辆的车顶，4个贴片天线1a～1d分别朝向前后左右的方向而设置。各贴片天线1a～1d分别覆盖90度的范围。
图2的(B)是更具体地示出天线单元1的结构的图。各贴片天线1a～1d分别具有天线供电点11a～11d，天线控制部2通过切换与通信装置的接点12连接的天线供电点11的选择，能够控制使哪个天线开启(ON)。各贴片天线的指向性固定，但通过在天线控制部2的切换控制时调整各贴片天线的选择期间，能够针对每个通信方向变更通信时间的分配。天线的切换控制既可以通过物理性的开关进行，也可以通过电子开关(电气电路、电子电路)进行。
在图2的(A)、图2的(B)中说明了利用4个贴片天线的例子，但也可以如图2的(C)所示，使用8个贴片天线各自覆盖45度。另外，代替设置于车顶，如图3的(A)、图3的(B)所示，在车辆的前后左右分别设置贴片天线1a～1d，也得到同样的效果。
另外，也可以如图3的(C)、图3的(D)所示在车辆的车顶设置旋转型天线，依照来自天线控制部2的指示使该贴片天线在水平面上物理性地旋转，从而实现与各方向的通信。在任意的时间能够通信的方向是1个，但通过控制旋转速度，能够调整关于各方向的通信时间。进而，通过在特定的方向上使旋转速度比其他方向慢，能够延长针对该方向的通信时间。
另外，也可以采用具有波束成形功能的自适应天线作为天线单元1来调整指向性，从而在时间上变更通信方向。
通信部3进行与通信有关的处理中的与物理层以及MAC层有关的处理。通信部3包括接收部3a和发送部3b。接收部3a针对经由天线单元1在接收频带中接收到的无线信号，实施接收无线处理(下变频、模拟/数字(A/D)变换等)以及解调处理，将得到的信号输出到上位层处理部4。发送部3b对由上位层处理部4生成的信号实施调制处理以及发送无线处理(上变频、数字/模拟(D/A)变换等)，经由天线单元1发送。通信部3在由通信控制部5决定的时隙中进行发送接收。在本实施方式中，时刻同步基本上根据从GPS装置10得到的GPS时刻(绝对时刻)来进行。
上位层处理部4实施比MAC层更上位的协议处理。因此，上位层处理部4能够根据从通信对方接收到的接收数据来判断每个通信对方的通信内容类别(例如与车辆控制有关的通信、与娱乐有关的通信、与交通安全有关的通信)。另外，上位层处理部4能够判别有无来自便携通信装置的中继请求。
另外，上位层处理部4根据从通信对方接收到的接收数据，发送对通信对方通知需要进行大量的通信的意思的大量通信请求，或者取得来自通信对方的大量通信请求。大量通信的基准根据通信量是否为预定的阈值以上来决定即可。该通信量的阈值适宜地决定即可，但特别地，最好设定为认为如果不针对该通信分配较多的通信时间则通信完成不了的通信量。
另外，上位层处理部4也可以对通信对方通知主车辆的位置信息，或者从通信对方取得位置信息。进而，上位层处理部4能够根据毫米波通信建立时的通信方向，掌握通信对方的从主车辆观察的方向。
通信控制部5承担与毫米波通信有关的全体的处理。在此，主要说明通信控制部5承担的功能中的每个通信方向的通信时间的分配(设定)和通信的中继。通信控制部5具备通信对方方向检测部51、中继判断部52、通信方向设定部53、中继通信量计数部54以及中继通信量发送部55这些子功能部。通信对方方向检测部51、中继判断部52以及通信方向设定部53是与通信时间的设定和通信中继控制有关的子功能部，中继通信量计数部54以及中继通信量发送部55是用于对中继通信量进行计数并报告给服务器装置的子功能部。
通信对方方向检测部51(以下称为方向检测部51)检测存在于主车辆的周边的通信对方(毫米波通信装置)的、从主车辆观察的方向。方向检测部51根据从通信部3、上位层处理部4、传感器6、通信系统7、导航装置8等得到的周围车辆信息、路侧设备设置信息，检测通信对方的方向。
例如，方向检测部51能够从上位层处理部4取得通过毫米波通信从通信对方发送的位置信息，从GPS装置10取得主车辆的位置信息，根据通信对方和主车辆的位置信息，检测通信对方的方向。或者，方向检测部51能够根据来自通信部3或者上位层处理部4的通知，检测为在毫米波通信建立时选择的天线的通信方向上存在通信对方。或者，方向检测部51也可以根据从传感器6得到的传感器信息，检测通信对方的方向。传感器6例如是搭载于车辆的照相机、雷达、激光器等。方向检测部51在由照相机摄影的图像中通过图像识别处理检测周围的车辆、路侧通信装置(路侧设备)，将其方向决定为通信对方的方向。另外，也可以通过雷达、激光传感器检测通信对方。
另外，方向检测部51也可以根据从毫米波通信以外的通信系统7得到的信息，检测通信对方的方向。通信系统7例如是使用无线LAN(IEEE 802.11a/b/g/n)、DSRC、WAVE(IEEE 802.11p)、700MHz带高速公路交通系统(ARIB STD-T109)等的通信系统。在从通信系统7得到了通信对方的位置信息的情况下，方向检测部51根据这些信息以及从GPS装置10得到的主车辆的位置信息和行驶方向，检测通信对方的方向。
另外，方向检测部51根据从导航装置8得到的行驶路径上的路侧设备设置信息，检测通信对方(在此为路侧设备)的方向。导航装置8能够掌握主车辆的行驶路径，所以访问路侧设备设置信息存储部9而取得设置于主车辆的行驶路径上的路侧设备的设置位置及其通信方向。能够根据这些信息，求出路侧设备的方向。进而，还能够根据将来时间点的主车辆的预测位置，预测将来时间点的路侧设备的方向。
中继判断部52判断车载毫米波通信装置是否需要进行通信的中继。具体而言，中继判断部52在从周围的移动通信装置接收中继请求、并且能够与固定基站通信的情况下，判断为需要进行通信的中继。中继判断部52将判断结果通知给通信方向设定部53。
通信方向设定部53是决定如何设定主车辆的通信方向的功能部。在本实施方式中，通信方向设定部53在从中继判断部52被通知需要进行通信的中继的情况下，控制为在固定通信装置和移动通信装置存在的方向将通信时间设定得较多，中继固定通信装置与移动通信装置之间的通信。另一方面，在未从中继判断部52被通知需要进行通信的中继的情况下，通信方向设定部53控制为针对所有方向均等地设定通信时间来进行通信。在后面，参照流程图，说明更具体的决定方法。通信方向设定部53决定通信方向的时间上的分配，作为天线控制信息输出到天线控制部2。天线控制部2通过依照该天线控制信息控制天线单元1，切换各时间的通信方向。另外，通信方向的决定也是通信对方的决定。因此，通信方向设定部53将与各时间(每个时隙)的通信对方有关的信息供给到发送部3b，发送部3b能够选择在哪个时隙中发送向哪个通信对方的信息。
中继通信量计数部54是对中继了固定通信装置与移动通信装置之间的通信时的通信量进行计数并存储的功能部。在本实施方式中，根据从上位层处理部4得到的信息对通信量进行计数，所以能够对每个通信内容的通信量进行计数。通信内容类别的分类是任意的，例如包括与车辆控制、交通安全有关的通信、与娱乐信息有关的通信、与特定的信息(收费信息等)有关的通信等。中继通信量计数部54也可以将中继对象的固定基站以及移动通信装置的标识符、进行了中继时的位置、时刻以及道路环境与中继通信量关联起来存储。
中继通信量发送部55在能够与服务器装置通信时，将由中继通信量计数部54计数并存储的与中继通信量有关的信息发送到该服务器装置。该通信不限定于毫米波通信，也可以通过蜂窝网通信、WiFi等其他无线通信进行。
上述功能部既可以通过电气电路、电子电路实现，也可以通过CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)执行在存储装置中存储的程序来实现。即，本实施方式所涉及的车载毫米波通信装置既可以通过计算机和软件的组合实现，也可以通过硬件电路实现，还可以通过它们的组合实现。
传感器6、通信系统7、导航装置8由于在上述中已说明，所以省略重复的说明。
在路侧设备设置信息存储部9中储存路侧设备、便携基站等的设置位置及其通信方向(一并称为路侧设备设置信息)。路侧设备设置信息可以任意地取得。例如，路侧设备设置信息能够经由存储介质、经由无线通信取得并储存到存储部9。特别地，路侧设备设置信息也可以在车辆行驶过程中使用毫米波通信或者其他通信系统来取得。
GPS装置10被用于取得车辆的位置信息和当前时刻。此外，如果能够取得同样的信息，则能够采用GPS装置以外的任意的位置信息取得装置/时刻信息取得装置。例如，作为位置信息取得装置，也可以利用使用了GPS以外的卫星测位系统(伽利略、GLONASS、Compass等全球导航卫星系统、北斗、DORIS等区域导航卫星系统等)的测位装置、基站测位装置等。
(处理)
图4是示出本实施方式中的通信控制处理的流程图。图4所示的处理针对每预定的时间(例如1秒、3秒、5秒等)重复执行。
在步骤S101中，通信控制部5取得与周围的通信设备(例如便携电话终端、车辆以及路侧设备)有关的信息，方向检测部51检测通信对方的方向(通信对方存在的情况下)。
在步骤S102中，中继判断部52判断是否从周围的通信设备接收中继请求。在从周围的通信设备接收中继请求的情况下(S102-“是”)，进入到步骤S102，中继判断部52判断能够与周围的路侧设备通信。在步骤S102以及S103的判定两方都为肯定的情况下(S102-“是”并且S103-“是”)，进入到步骤S104，进行通信设备与路侧设备之间的通信中继。另一方面，在步骤S102以及S103的判定中的某一方为否定的情况下(S102-“否”或者S103-“否”)，进入到步骤S106，针对所有方向均等地分配通信时间来进行通信。
在步骤S104中，通信方向设定部53从方向检测部51取得通信设备与路侧设备的从主车辆观察的方向，针对这些装置存在的方向将通信时间设定得较多。在步骤S105中，通信控制部5控制为中继通信设备与路侧设备之间的通信。在该期间，中继通信量计数部54计数并存储在通信设备与路侧设备之间中继的通信量。
在步骤S106中，通信方向设定部53针对所有方向均等地分配通信时间来进行通信。
在步骤S107中，使用在步骤S104或者S106中设定的通信时间分配，在预定时间的期间进行通信。如果经过预定时间，则重复执行从步骤S101起的处理。此外，在按照设定的通信时间分配进行通信的过程中，也随时更新主车辆的位置、周围的通信设备的信息等。
(动作例)
根据图5～图7所示的具体的动作例，更详细地说明步骤104以及S106的通信时间分配。
图5是说明针对所有通信方向均等地分配通信时间的情形(步骤S106的处理)的图。在此，将10毫秒设为1个单位时间(通信周期)而进行说明。在对全部方向均等地分配通信时间的情况下，对作为单位时间的10毫秒进行4等分，对前后左右的方向各分配2.5毫秒的通信时间。通过重复使用基本时隙，与全部方向的通信对方均等地得到通信机会。
图6的(A)、图6的(B)是说明针对通信对方存在的方向分配较多的通信时间的情形(步骤S105的处理)的图。图6的(A)是示出如图6的(B)所示便携电话终端66位于主车辆65的后方、便携基站67存在于右方向、从便携电话终端66接收中继请求的情况下的通信时间的分配的图。在此，将由3个单位时间62、63、62构成的分配期间61作为1个单位，将其重复来进行通信。在该情形中，在主车辆的后方和右方向分别存在通信对方，所以通信方向设定部53在期间62中仅对后方和右方向设定通信时间。具体而言，对后方和右方向的通信分别均等地各分配5毫秒。在期间63中，对全部方向均等地分配通信时间。作为整体，在周边存在通信对方的情况下，控制为针对通信对方的方向将通信时间设定得较多而通信的期间62、和对所有方向均等地设定通信时间而通信的期间63交替。
这样，在本实施方式中，交替组合仅对有通信对方的方向分配通信时间的期间62和对全部方向均等地分配通信时间的期间63。由此，作为整体，能够针对有通信对方的方向将通信时间分配得比其他方向更多。通过针对有需要中继的通信对方的方向将通信时间分配得更多，能够更可靠并且以高吞吐量进行通信的中继，并且通过对其他方向分配通信时间，也能够确保与其他通信对方(不需要中继的通信对方以及新的通信对方)的通信。
对需要中继的通信对方的存在方向分配通信时间的期间和对全部方向均等地分配通信时间的期间的时间比例在上述例子中为2对1，但也可以设为其以外的任意的比例。既可以使两方的期间成为相同的时间，也可以设定为均等分配的期间的一方更长。
图7是说明车辆V(车载毫米波通信装置)将中继通信量发送到服务器装置70而接受报酬的构造的图。
车载毫米波通信装置构成为经由毫米波通信、其他通信(蜂窝网通信、WiFi通信)能够与服务器装置70通信。服务器装置70具有针对中继了通信的无线通信装置的用户给予报酬的功能。服务器装置70具有微型处理器等运算装置和存储装置，通过运算装置执行程序，作为中继通信量取得部71以及报酬给予部72发挥功能。中继通信量取得部71从车载毫米波通信装置取得每个通信内容类别的中继通信量。报酬给予部72根据中继通信量取得部71取得的信息，决定对车载毫米波通信装置的用户给予的报酬。报酬可以是任意的报酬，例如能够例示物品、金钱相当的点、接受折扣、优惠的权利、向特定信息的访问权、会员等级的提高、用于会员等级的提高的点等。报酬额既可以根据单纯的中继通信量决定，也可以考虑中继的通信内容类别、道路状况等来决定。
车辆V首先如上所述，中继便携电话终端M与便携基站73之间的通信，对其中继通信量进行计数。然后，在之后成为车辆V能够与服务器装置70通信的时间点，中继通信量发送部55向服务器装置70通知中继通信量。此时，也可以进行车辆V或者其用户的认证处理。与服务器装置70的通信不限于经由路侧设备75的利用毫米波通信的通信，也可以通过蜂窝网通信(4G)、无线LAN等其他通信进行。
服务器装置70的中继通信量取得部71从车辆V取得与中继通信量有关的信息，报酬给予部72决定并给予要对车辆V的用户给予的报酬额。报酬的给予既可以作为数据给予(在计算机内处理)，也可以将现实的物品配送到用户的身边。
<本实施方式的有利的效果>
根据本实施方式，在使用了直线性强的毫米波的通信中，通过对通信对方存在的方向分配较多的通信时间，能够在短时间内进行较多的通信，并且与其他方向的通信也能够确保。即，能够与在所有方向上存在的通信对方(包括潜在的通信对方)通信，同时能够增大与实际上通信的对方的通信吞吐量，能够同时确保效率性和可用性。
另外，为了能够与全部方向通信，还能够针对每个通信方向设置天线和无线通信处理部来应对，但由此无线通信处理部的数量增加，成本增大。在本实施方式中，使用1个无线通信处理部(通信部)时分割地处理各方向的通信，从而能够抑制成本。
另外，在本实施方式中，进行了通信的中继的车载毫米波通信装置(的用户)能够接受与中继通信量对应的报酬。通过该奖励，进行中继的车载毫米波通信装置增加，因此更广的范围接受通信中继服务。
(其他)
在上述实施方式中，说明为在无中继请求的情况下，针对所有方向均等地分配通信时间来进行通信。然而，在无中继请求的情况下，也可以根据周围的环境对各方向分配通信时间，或者对通信对方的存在方向分配较多的通信时间。另外，在接受中继请求的情况下，也可以还考虑周围的环境来决定每个通信方向的通信时间的分配。
另外，在上述实施方式中，说明了切换使用4个方向或者8个方向的朝向不同的方向的天线的例子以及使天线旋转的例子。然而，能够采用上述以外的结构。在利用多个天线的情况下，其数量不限于4个、8个，既可以更多也可以更少。另外，也可以利用能够通过波束成形变更指向性的自适应天线来切换指向性。进而，也可以利用朝向不同的方向的多个自适应天线，使用要利用的天线的切换和波束成形这两方来变更通信方向。
另外，在上述说明中，将由4个2.5毫秒的时隙构成的10毫秒的通信期间设为1个单位，决定通信时间分配，但不限于这样的方案。也可以以更长的单位变更通信时间的分配。
在上述说明中，根据上位层处理部4中的处理对中继通信的通信量进行计数，但也可以根据通信部3(MAC层)中的处理进行计数。但是，在MAC层中的处理中，无法掌握通信内容类别，所以根据单纯的中继通信量决定要给予的报酬。
另外，在上述说明中，车载毫米波通信装置中继便携电话终端与便携基站之间的通信，但进行什么样的通信装置之间的中继没有特别限定。例如，既可以中继车辆(车载毫米波通信装置)彼此的通信，也可以中继固定基站与车辆(车载毫米波通信装置)之间的通信。
本发明能够在其技术思想的范围内适宜地变更来实施。