本发明涉及毫米波通信，特别涉及能够在车辆通信中进行高效的通信的通信控制。
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，提出了利用毫米波(24GHz～86GHz带)。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是与2.4GHz或者5.8GHz带的无线LAN用的通信天线有关的技术，公开了根据状况使天线的指向性变化来确保通信品质。具体而言，专利文献1公开了对天线调整指向性，即使在存在障碍物的情况下也能够与通信对方高质量地进行通信。
另外，专利文献2公开了针对由于直接波与路面反射波的干扰而接收电力衰减这样的问题，将多个天线设置为距离地面的高度相互不同。
然而，在车辆通信时，希望发送接收电波的对方的位置根据状况而变化。以往技术由于以与位置固定的对方的通信为前提、或者天线的发送方向固定，所以无法根据状况改变通信方向。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2004-214864号公报
专利文献2：日本特开2001-36444号公报
技术实现要素：
本发明的目的在于在车辆的毫米波通信中，进行与状况对应的适合的通信。
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：
行驶环境取得单元，取得包括关于所述车辆行驶中的道路的道路状况、及所述车辆的车辆状态的至少任意一个的行驶环境；以及
通信控制单元，控制为根据所述行驶环境决定对各通信方向分配的通信时间来进行通信。
根据车辆的行驶环境，应通信的方向不同，所以通过根据状况针对应通信的方向分配更多的通信时间，能够与位于该方向的通信对方更可靠地进行通信。
例如，在车辆在直线道路上行驶中的情况下，要求与位于前后方向的通信对方进行通信，在车辆在交叉路口附近行驶中，要求还与位于前后方向以外的通信对方进行通信。因此，也可以行驶环境取得单元取得关于车辆行驶中的道路的道路状况作为行驶环境，所述通信控制单元在车辆在直线道路上行驶中的情况下，针对前后方向设定比其他方向更多的通信时间，在车辆在交叉路口行驶中的情况下，对所有方向均等地设定通信时间。
另外，要求车辆的行驶速度越高，则与前后方向越可靠地进行通信。因此，也可以行驶环境取得单元取得车辆的行驶速度作为行驶环境，所述通信控制单元在所述行驶速度为阈值以上的情况下，相比于并非为阈值以上的情况，针对前后方向设定比其他方向更多的通信时间。
另外，在汽车专用道(包括高速公路)中，高速移动的情形较多，另外直线道路的情形较多。因此，最好相比于在一般道路上行驶中，能够与前后方向更可靠地进行通信。因此，也可以行驶环境取得单元取得关于车辆行驶中的道路的道路状况作为行驶环境，所述通信控制单元在车辆在汽车专用道上行驶中的情况下，相比于在一般道路上行驶中的情况，针对前后方向设定比其他方向更多的通信时间。
另外，在车辆使用在电池中积蓄的电力而行驶的情况下，与左右方向的通信的重要性高，以能够与设置于道路边的充电站进行通信。该重要性可以说电池剩余量越少则越高。因此，也可以行驶环境取得单元取得车辆是否为以电池为动力的驾驶模式作为行驶环境，所述通信控制单元在车辆采用以电池为动力的驾驶模式的情况下，相比于并非采用以电池为动力的驾驶模式的情况，对所有方向更均等地设定通信时间。或者，也可以行驶环境取得单元取得车辆的电池剩余量作为行驶环境，所述通信控制单元在所述电池剩余量为阈值以下的情况下，相比于并非为阈值以下的情况，对所有方向更均等地设定通信时间。
在本方案中，也可以在根据所述行驶环境决定为针对特定的方向将通信时间设定得比其他方向多的情况下，所述通信控制单元控制为交替进行针对特定的方向将通信时间设定得比其他方向多而进行的通信、和对所有方向均等地设定通信时间而进行的通信。
通过这样分配通信时间，能够针对重要性高的方向可靠并且高吞吐量地进行通信，并且通过针对其他方向设定通信时间，与其他通信对方(例如新的通信对方)的通信也能够确保。
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，通过调整选择各固定型天线的期间，能够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，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。
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取的存储介质。上述单元以及处理的各个能够尽可能相互组合而构成本发明。
根据本发明，能够在车辆用的毫米波通信中实现与状况对应的适合的通信。
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是说明实施方式中的天线的结构的图。
图3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。
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，特别地，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。
<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，能够从各种传感器6、GPS装置7、导航装置8等取得信息。另外，通信控制部5构成为能够经由车载网关9，从车辆网络(例如CAN网络)取得与车辆的控制状态有关的信息。
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)。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。
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是分别朝向前后左右的方向而设置的。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切换与通信装置的接点12连接的天线供电点11的选择，从而能够控制使哪个天线开启(ON)。各贴片天线的指向性固定，但能够通过天线控制部2的切换控制，在时间上变更通信方向。
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，将贴片天线1a～1d分别设置于车辆的前后左右，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，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，基本上根据从GPS装置7得到的GPS时刻(绝对时刻)进行时刻同步。
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，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)。
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承担的处理中的与行驶环境对应的、每个通信方向的通信时间的分配(设定)。通信控制部5与通信时间分配控制关联地具有道路状况取得部51、车辆状态取得部52以及通信方向设定部53这些子功能部。道路状况取得部51以及车辆状态取得部52与本公开中的行驶环境取得单元相当。
在道路状况取得部51中，作为行驶环境的一部分，取得与车辆行驶中的道路状况有关的信息。作为道路状况的例子，包括直线道路/弯道/交叉路口等道路形状、汽车专用道、高速公路、一般道路等道路类别、市区/郊区/农村地区等区域类别、周边的车辆台数、周边的路侧设备台数。
道路状况取得部51能够从由传感器6得到的传感器信息，取得行驶环境。传感器6例如是搭载于车辆的照相机、雷达、激光器等。道路状况取得部51通过对利用照相机摄影的图像实施图像识别处理，能够提取与如上述的道路状况有关的信息。
另外，道路状况取得部51能够根据从GPS装置7得到的主车辆的当前位置、和从导航装置8得到的道路信息，取得与道路状况有关的信息。导航装置8具有将道路的形状、类别等信息与各自的位置对应起来存储的地图信息，能够提供与主车辆的位置所对应的道路形状、类别有关的信息。周边的路侧设备台数也能够从地图信息得到。周边的车辆台数、路侧设备台数也能够根据无线通信掌握。
车辆状态取得部52经由车载网关9从车载网络取得车辆的控制信息。车辆的控制信息例如可以举出车辆的速度(行驶速度)、加速度、加速器开度、刹车踏入量、行驶模式(手动驾驶/自动驾驶、以电池电力行驶/以燃料行驶)、燃料或者电力的剩余量等。这些信息能够从处于车载网络的车辆控制ECU取得。
通信方向设定部53根据从道路状况取得部51以及车辆状态取得部52得到的行驶环境，决定如何设定主车辆的通信方向。在后面参照流程图，说明具体的决定方法。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依照该天线控制信息控制天线单元1，从而切换各时间的通信方向。另外，通信方向的决定还与通信对方的决定关联。因此，通信方向设定部53将各时间的通信方向设定信息供给到发送部3b，能够使发送部3b选择在哪个时隙中发送向哪个通信对方的信息。
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、导航装置8、车载网关9由于在上述中已说明，所以省略重复的说明。
GPS装置7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取得与主车辆的位置以及行驶环境有关的信息。如上所述，道路状况取得部51取得与道路状况有关的信息，车辆状态取得部52取得与主车辆的控制状态有关的信息。
在步骤S102中，通信方向设定部53判断是否为需要将通信方向的分配时间从默认设定进行变更的行驶环境。如果是应变更通信方向的分配时间的行驶环境(S102-“是”)，则进入到步骤S103，通信方向设定部53针对与行驶环境对应的方向分配比其他方向更多的通信时间而进行通信。另一方面，如果是无需变更通信方向的分配时间的行驶环境(S102-“否”)，则进入到步骤S104，对全部方向均等地分配通信时间来进行通信。
在步骤S105中，使用在步骤S103或者S104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，主车辆的位置、行驶环境的信息也随时更新。
(动作例)
作为应针对特定的方向将通信时间分配得较多的行驶环境，设想如下的例子。
在汽车专用道(包括高速公路)上行驶中…对车辆前后方向将通信时间设定得较多
在直线道路上行驶中…对车辆前后方向将通信时间设定得较多
以快的车速行驶中…对车辆前后方向将通信时间设定得较多
在弯道道路上行驶中…对沿着弯道的方向将通信时间设定得较多
在交叉路口行驶中…对全部方向均等地设定通信时间
逆向行驶中…对后方将通信时间设定得较多
车入库过程中…对后方将通信时间设定得较多
手动驾驶时…对前后方向将通信时间设定得较多
自动驾驶时…对全部方向均等地设定通信时间
EV行驶时…对全部方向均等地设定通信时间
在汽车专用道(包括高速公路)、直线道路上行驶或者以快的车速行驶的情况下，前后方向的车辆成为通信对方的情形较多，另外可以说是根据交通安全的观点也应紧密地进行通信的车辆。因此，在这样的状况下优选对前后方向将通信时间设定得较多。另外，根据同样的理由，在弯道道路上行驶中应对沿着弯道的方向将通信时间设定得较多，在逆向行驶中或者车入库过程中应对后方将通信时间设定得较多。在交叉路口行驶中，并非与特定的方向的车辆或者路侧设备，而是可以说应与全部方向的车辆、路侧设备进行通信，所以优选对全部方向均等地设定通信时间。
在手动驾驶时对前后方向将通信时间设定得较多，在自动驾驶时对全部方向均等地设定通信时间的原因在于，手动驾驶时需要对驾驶员提供更多的关于交通安全更重要的前后方向的信息。在自动驾驶时，即使均等地分配通信时间，也能够进行安全的控制。
在EV行驶时(或者以PHV车辆的EV模式行驶时)对各方向均等地设定通信时间的原因在于，使得能够更可靠地进行与设置于道路边的充电站的通信。此外，即使在EV行驶时，也可以在电力剩余量充分的情况下不均等地分配通信时间，在电力剩余量为阈值以下的情况下对各方向均等地分配通信时间。
图5的(A)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S104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5的(B)是说明针对前后方向分配较多的通信时间的情形(步骤S103的处理的一个例子)的图。例如，在直线道路上行驶中、高速下的行驶中与该情形对应。在此，将由3个单位期间62、63、62构成的分配期间61作为1个单位，将其重复而进行通信。通信方向设定部53在期间62中仅对前方和后方设定通信时间。具体而言，对前方和后方的通信分别均等地各分配5毫秒。在接下来的期间63中，对全部方向均等地分配通信时间。作为整体，控制为针对前后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。
图5的(C)是说明针对后方分配较多的通信时间的情形(步骤S103的处理的一个例子)的图。例如，车入库过程中的逆向行驶时与该情形对应。在该例子中，分配期间64由仅对后方分配通信时间的期间65、和对全部方向均等地分配通信时间的期间66构成。
这样，在本实施方式中，交替组合仅对特定的方向分配通信时间的期间(62、65)和对全部方向均等地分配通信时间的期间(63、66)。由此，作为整体，能够根据行驶环境针对必要的方向将通信时间分配得比其他方向更多。通过针对重要的方向将通信时间分配得较多，能够可靠并且在短时间内进行更多的通信，并且通过对其他方向分配通信时间，与其他通信对方的通信也能够确保。
仅对特定的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，但也可以设为这以外的任意的比例。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。
<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，通过对与行驶环境对应的特定的方向分配更多的通信时间，能够与位于该方向的通信对方更可靠地通信、并且能够在短时间内进行较多的通信。进而，对其他方向也分配通信时间，所以与位于其他方向的通信对方的通信也能够确保。即，能够在与存在于所有方向的通信对方进行通信的同时，增大与行驶环境所对应的重要的方向的对方的通信吞吐量，能够确保效率性和可用性这两者。
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，通过使用1个无线通信处理部(通信部)来时分割地处理各方向的通信，能够抑制成本。
<变形例>
在上述说明中，在进行对特定的方向将通信时间分配得较多的通信时，将分配何种程度的时间设为固定而进行了说明，但还优选根据状况使通信时间的分配可变。例如，也可以针对车速设置多个阈值而将车速等级分类为3个阶段以上，车速等级越高，则针对前后方向使通信时间的分配更多。
另外，在上述说明中，说明为根据行驶环境中的一个信息来设定每个通信方向的通信时间分配。然而，在上述实施方式中，也优选考虑作为行驶环境信息包含的多个信息来设定每个通信方向的通信时间。例如，设想虽然高速行驶但在以EV模式行驶中、并且充电剩余量少的情形。车速快支持对前后方向将通信时间分配得较多，但充电剩余量少支持针对全部方向更均等地分配通信时间。在这样的状况下，针对各个行驶环境信息的每一个设定重要度得分，根据重要度得分决定对前后方向以何种程度较多地分配通信时间即可。在此，是重视前后方向的情况和均等地处置全部方向的情况的例子，但例如在重视前后方向的情况和重视左右方向的情况下，也同样地处理即可。另外，即使是基于3个以上的行驶环境信息的情况，也同样地处理即可。
另外，在上述说明中，仅根据行驶环境(道路状况以及车辆状态)设定每个通信方向的通信时间分配，但也可以考虑其他信息来设定通信分配时间。例如，考虑针对通信对方存在的方向分配更多的通信时间。
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毫秒的通信期间作为1个单位来决定通信时间分配，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。
本发明能够在其技术思想的范围内适宜地变更来实施。