CN1536775A - 车辆外设施·车辆间通讯装置、车辆外设施·车辆间通讯方法及车辆外设施·车辆间通讯装置的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能降低车辆外设施·车辆间通信系统的建设成本，在列车行走之中也能和设置在车站内或车站大楼内及车辆检查段等处的通信装置进行稳定的通信的装置及通信方法和通信装置的安装方法。在车站内或车站大楼内及车辆检查段和各车辆(10)上设置通信装置(5a、5b)，通过馈电线(8)或架空导线(电车线)(9)或输电轨和轨道(12)，将这些通信装置(5a、5b)连接起来，并将这些馈电线(8)或架空导线(电车线)(9)或输电轨和轨道(12)作为通信线路，在通信装置(5a、5b)之间进行通信。

Description

车辆外设施·车辆间通讯装置、车辆外设施·车辆间通讯方法 及车辆外设施·车辆间通讯装置的安装方法

技术领域

本发明涉及一种在车辆外设施和车辆之间进行信息收发的车辆外设施·车辆间通讯装置及车辆外设施·车辆间通讯方法和安装这些通讯装置的方法。

背景技术

近年来，对电车(电气化列车)的乘客提供各种信息的服务越来越普及，新敷设专用的通信电缆进行通信，将信息在字幕机显示器(该显示器设置在客车车门的上部)上显示。提供的这些信息，大多是由记录装置再生的，并不是最新的信息。因此，人们盼望能在车辆外设施侧与车辆之间进行通信(将其称作“车辆外设施·车辆间通信”)，以便向车内提供最新信息。关于这种车辆外设施·车辆间通信，作为现有技术，有如下资料(参阅专利文献1、专利文献2)。在专利文献1中，公布了将电力线载波调制一解调器与电车内连接的同时，再与车辆外设施侧的变电所连接，利用架空线，在两者间进行通信的技术。另外，在专利文献2中，公布了车辆内的乘客坐在座位上就能通过无线通讯定购所需商品的技术。

【专利文献1】

特开平11-317697号公报([0005]-[0015]段)

【专利文献2】

特开2002-215914号公报([0005]-[0012]段)

可是，在专利文献1所示的现有技术中，利用架线，在车辆外设施侧的变电站设置的电力线载波调制一解调器与电车内设置的电力线载波调制一解调器之间进行通信，但对电气噪声的影响却根本没有考虑。为了提高行走性能，实现舒适的行走，在电车上安装着电动机驱动用、各种控制用等各种容量的逆变器。构成这种逆变器的开关元件(例如IGBT、场效应晶体管、FEI、可控硅等半导体开关元件)进行ON·OFF的动作时，要产生电磁噪声。这种电磁噪声，是取决于开关元件ON或OFF之际电路内由布线产生的阻抗、寄生电容及开关元件的开关速度的高频噪声。通过试验对其频率进行了测试，结果查明是从数百KHz到数十MHz，有的甚至高达数百MHz。还有，车辆为了控制速度，其电动机电压的频率是可变的，这种频率的基波及其产生的高次谐波，也要造成数十KHz以下的电磁噪声。我们还知道：噪声，越是低频成分，功率越大，行走中的电磁噪声，其主体在数MHz以下。这些噪声，重叠在向逆变器供给电力的电力线上。另外，在行走中，架空导线(trolley线)(也叫“电车线”)与导电弓之间的放电，要产生数MHz的电磁噪声，有时要产生数百MHz的电磁噪声，它们也与所述架线重叠。其结果，对所述两电力线载波调制一解调器间的通讯来说，由于受到这些噪声的妨碍而相当困难。并且架线的电缆长，业余无线电波、电台、电视台或中转站等的电波，与该架线重叠，架线简直成了它们的天线。对所述两电力线载波调制—解调器间的通信来说，它们成为噪声，使通信难以进行。

另外，对于无线通信来说，由于电车是移动的，所以若不在车辆外设施侧的线路两侧敷设许多天线，就会使通信受到气象条件及建筑物、隧道、车站内结构件、墙壁等的影响，无法稳定的进行通信。其结果导致通信系统造价昂贵。

另外，专利文献1所述的现有技术，利用架线进行通信，与外部网络连接，可以利用电子邮件及WWW等。可是，为了提高车辆运行的安全性及对乘客的服务，需要能够收发车辆维修保养等所需的保养信息、电车的运行管理信息、车内广告用信息和TV节目等，这就需要以与车站内或车站大楼内及车辆检修段的通信为主。车内广告信息及TV节目，为了能显示电车路过的地区(地方)的信息，而在电车到达或通过车站之际，需要将最新的信息送至电车内，这就要求在车站大楼附近进行大容量的通信。

发明内容

因此，本发明涉及车辆外设施·车辆间通信，目的是要提供能降低系统构筑的成本、使电车在行使中也能和设置在站内或车站大楼内及车辆检修段等处的通信装置进行稳定的通信的车辆外设施·车辆间通讯装置及通讯方法和通讯装置的安装方法。

此外，本发明中的车辆，还包括电车、单轨车、有轨电车、无轨电车等。

为了解决上述课题，在车辆和车辆外设施之间设置车辆外设施·车辆间通信装置(以下简称“通信装置”)，设施在车辆上的通信装置，通过集电装置和轨道与供给车辆电力的电力线连接；设施在车辆外设施的通信装置，与在馈电线或架空导线或输电轨和轨道之间供电的电力线连接。在该通信装置间，将馈电线或架空导线或输电轨和轨道作为通信线路进行通信。而且，这些通信装置，使用多个载波信号(又称“复式载波”)，向各载波信号分配发送数据进行通信，采用频谱扩散方式及频率变更方式等方法进行。另外，设施在车辆外设施的通信装置，设置在车站内或车站大楼内以及车辆检修段等某个场所，至少是图象信息，发送在车厢内设置的面对乘客的显示装置或面对乘务员的显示装置上显示的信息，或者发送车辆的检修所需的检修信息。详情将在发明的实施方式中进行讲述。

采用本发明后，利用S/N高载波信号进行的通信、在S/N高频带进行的通信，以及利用扩散到比通信频带更宽的频带通信的频谱扩散通信，提高了S/N的通信，从而即使架空导线与导电弓之间的放电产生电磁噪声，列车的逆变器动作产生电磁噪声，或者业余无线电波、电台、电视台或中转站等的电波与该架空导线重叠，也不受很大的影响，可以将现有的馈电线、架空导线、输电轨、轨道作为通信线路，在车辆外设施·车辆之间稳定地收发信息。另外，不需要为了该通信而进行新电缆的敷设工程。

并且，设置在车辆外设施侧的通信装置，设置在车站内或车站大楼内以及车辆检修段等某个场所，通过与向所述车辆供给电力的架空导线和轨道连接，与设置在车辆上的通信装置通信，从而在列车停在车站时，架空导线与导电弓之间不放电，再加上由列车逆变器动作产生的电磁噪声也比较低，可以大幅度提高通信的S/N，提高通信速度，进行大量数据的通信。另外，即使列车在车站不停而通过时，由于降低了速度，架空导线与导电弓之间放电产生的电磁噪声及列车逆变器动作产生的电磁噪声也比较低，仍旧可以大幅度提高通信的S/N，提高通信速度，进行大量数据的通信。

另外，通过由车辆外设施侧向车辆的通信，可以为乘务员提供最新的车票预售状况，或者将提供给乘客的广告信息、TV节目(新闻、各种体育比赛的实况或录象信息等)，更换成最新的信息。还能提供正点或晚点时的列车运行信息(下一个停车站的站名、到达下一个停车站的预计时刻)等信息，或者将用照相机监视到的乘客的状况(尤其是行为不端的乘客的状况、盗窃、安全等)的图象信息以及电动机、逆变器等设备的温度、振动、电压、电流等保养所需的数据，向车辆外设施发送，可以用车辆外设施侧远程监视或集中管理，其结果，预计到达的车站或机车区、电车区、运转所、车库等可以事先作好相应的准备，获得高效率地开展工作的效果。另外，可以将电动机、逆变器等设备的温度、振动、电压、电流等车辆保养及检查所需的保养数据，实时发送给检查车辆的车辆检查段，或者将保养数据存储在车内、例如存储服务器等内，日后可在车辆检查段输出。

附图说明

图1是讲述本发明的第1实施方式的图形。

图2是讲述通信特性的图形。

图3是图1的通信装置的结构图。

图4是讲述一般的复式载波的频谱的图形。

图5是讲述OFDM的频谱的图形。

图6是讲述高斯噪声下的通信错误特性的图形。

图7是为了每隔一定时间评价S/N而进行处理的流程图。

图8是讲述传输格式的图形。

图9是讲述OPSK的信号点配置的图形。

图10是讲述OPSK的S/N评价的图形。

图11是为了用事件驱动进行S/N评价的处理流程图。

图12是采用频谱扩散通信方式的通信装置的结构图。

图13是并用OFDM通信和频谱扩散通信方式的通信装置的结构图。

图14是进行频带分配的通信装置的结构图。

图15是讲述在多个载波的频谱扩散中，分配到同一信息的载波在频率轴上配置的图形。

图16是讲述在多个载波的频谱扩散中，分配到同一信息的载波在频率轴上隔离配置的图形。

图17是采用根据OFDM输出信号的取样进行频谱扩散方式的通信装置的结构图。

图18是表示保持控制装置的输出波形的图形。

图19是保持控制装置的输出波形的频谱的概念图。

图20是表示通信装置与交流电车的连接结构示例的图形。

图21是表示通信装置与直流电车的连接结构示例的图形。

图22是表示通信装置往电车上设置示例的图形。

图23是表示结合器的其它结构示例的图形。

图24是讲述本发明第2实施方式的图形。

图25是讲述本发明第3实施方式的图形。

图中：1-车站大楼/站内；5a、5b-通信装置；8-馈电线(张架线)；9、9a、9b-架空导线(电车线)；10、10’、11-车辆；12-轨道；13、14-变电站；15、15a、15b-导电弓；19-换流器/逆变器。

具体实施方式

下面，参阅附图，详细讲述本发明的实施方式。此外，在本发明的实施方式中，大致分作下述3种实施方式讲述：(1)将馈电线或架空导线或输电轨和轨道作为通信线路，在设置在车辆上的车辆外设施·车辆间通信装置(可以简称为“通信装置”)和设置在车辆外设施上的通信装置之间进行通信的第1实施方式；(2)在通信装置间，用经过通信协议变换的信号相互收发数据，将馈电线或架空导线或输电轨和轨道作为通信线路，在设置在车辆上的通信装置和设置在车辆外设施上的通信装置之间进行通信的第2实施方式；(3)将两根电车线作为通信线路，在设置在车辆上通信装置和设置在车辆外设施上的通信装置之间进行通信的第3实施方式。另外，本发明的实施方式中的所谓车辆，还包括电车、单轨车、有轨电车、无轨电车等。另外，在以下的讲述中，车站大楼还包括车站的建筑物。所谓车站的建筑物，是相当于火车站等的主房的建筑物。所谓馈电线，将由变电站供给架空导线(也叫“电车线”)电力的设备总称为馈电线路，而将其主电线称作馈电线。架空导线，除了具有输电线这一电气性功能之外，还具有能使导电弓(也称作“集电装置”)在其上滑动这一机械性功能。输电轨，大多用于地铁，设置在车站区间与站台相对的一侧，用来供给电力。此外，即使在地铁中，也有的从电车顶的电车线供给电力，通过电车内的主电路后，流入轨道。以后，将车辆外设施·车辆间通信装置适当简称为“通信装置”。

(第1实施方式)

图1示出第1实施方式的车辆外设施·车辆间通信装置的结构。作为其典型示例，以交流电车为对象示出。在车站大楼或站内1的某个场所(例如售票厅、站务员室等)或图中未绘出的车辆检查段，设置通信装置5a，通信装置5a与服务器7连接。服务器7与终端连接。但也可以与通信网2连接，例如，与广告中心3、车票预售中心4等外部的服务中心连接。关于通信装置5a的结构，将在后文讲述，它与给电车供电的馈电线(又称作“张架线”)8和轨道12连接。电车由车厢10、11等编成。电车通过导电弓(也称作“集电装置”)15接受变电站13、14供给的电力。图中示出车厢10接受变电站13供给电力的状况。馈电线8通过架空导线(也叫“电车线”)9，将来自变电站13、14的电力供给电车。架空导线9，除了具有输电线这一电气性功能之外，还具有能使导电弓15在其上滑动这一机械性功能。通过供给的电力，经由导电弓15供给的电力，经过保护电路17，供给变压器18，通过车轮16a、道轨12返回变电站13。该变压器18的二次侧，与换流器/逆变器(C/I)19连接。该换流器/逆变器19控制电动机20a、20b，驱动车轮16a、16b。另外，将馈电线(又称作“张架线”)8和架空导线(也叫“电车线”)9总称为“架线”或“架空线”。

通信装置5b，经熔断器21，与通过导电弓15供给电力的电力线31和与车轮侧连接的电力线32连接。熔断器21，是为了在与电力线31、32连接的通信装置5b出现短路故障后不会妨碍电车供电而设置的。通信装置5a和通信装置5b，将馈电线8、架空导线9、车轮16a、轨道12作为通信线路，互通信息。此外，关于通信的详细内容，后文再述。

另外，在电车内敷设通信线24，在通信装置23、25a、25b之间收发信息。通信装置5b通过服务器22，与通信装置23连接后，可以通过通信装置23，与通信装置25a、25b通信。通信装置25a、25b，与监视车内状况的照相机27a、27b连接，可以通过通信装置23、服务器22，将用照相机27a、27b监视到的图象信息，与通信装置5b通信。另外，虽然图中没有绘出，但加速度振动计、温度传感器、电压传感器、电流传感器等各种传感器的输出的数据，用数据收集装置28a、28b收集，作为保养数据，由通信装置25a、25b收集后，可以通过通信装置23、服务器22，将保养数据，与通信装置5b通信。

进一步，这些监视图象信息及保养数据，由通信装置5b将馈电线8、架空导线9、车轮16a、轨道12作为通信线路，传送给设置在车站大楼或站内1的通信装置5a。其结果，这些监视图象信息及保养数据被存入终端6，站务员可以利用该终端，进行防犯检查及乘客的行为检查，掌握电车的正常或异常状态。

电动机、逆变器等设备的温度、振动、电压、电流等车辆保养及检查所需的保养数据等，实时发送给检查车辆的车辆检查段，或者将保养数据存储在车内、例如存储服务器等内，日后可在车辆检查段输出。将最新的保养数据实时发送给检查车辆的车辆检查段时，由于在电车通过车辆检查段的附近之际，即使减速，用通信装置5a、5b收发信息，也不受安装在电车上的各种控制用的逆变器等动作造成的噪声的影响，所以可以稳定地发送保养信息等。

关于监视图象，通过通信网2，贮存在图中未示出的管理中心的图象服务器中，需要时，可以利用贮存的图象信息，进行防犯检查及乘客的行为检查。

与通信装置25a、25b连接的显示装置26a、26b，旨在显示通信装置23发送来的信息。这些来自广告中心3、车票预售中心4等的信息，通过通信网络2发送，由通信装置5a接收后，再以馈电线8、架空导线9、车轮16a、轨道12为通信线路，发送给通信装置5b。发送来的这些信息，在服务器22中储存，或者通过通信通信装置23、通信装置25a、25b，在显示装置26a、26b上显示。其结果，就能使乘客看到广告信息、事件信息，或者欣赏TV节目(新闻，各种体育运动实况或录象信息等)。广告信息、事件信息、TV节目等的图象信息，只要是能在固定在车厢内的显示装置，例如设置在车厢夹壁中的显示装置上显示的信息就行，没有特别限制。电车到站或通过之际，可以将最新的信息拿到电车内，给乘客提供最新的信息，维持乘客的舒适感。电车到站或通过之际要减速，这时即使安装在电车上的各种控制用逆变器等动作，通信装置5a、5b，也能如后文所述不受噪声的影响，可以进行图象信息等大容量的收发。

车上的乘务员，例如，利用服务器2，获得车票预售中心发来的、保存在服务器2中的最新车票预售信息后，就能掌握乘客席的空位情况，而且还便于检票。另外，还能得到正点或晚点时的列车运行信息(下一停车站的站名、下一停车站的预计到达时刻)等，与车站大楼或车站互通信息。

此外，由1个变电站供给的电力，其供给范围有限，为大致数十Km的区间。在交流电压的供给中，输送来自各变电站的电力的馈电线8及架空导线9，在各个区间，均用馈电线间的空间(又称作“空气区域”)30a，绝缘体(又称作“绝缘区域”)30b绝缘。因此，电车的导电弓15，例如在与变电站14连接的架空导线9上滑动之际，通信装置5b，不能与通信装置5a通信。为了解决这个问题，将高频电容器29与馈电线间的空间30a(相当于绝缘体30b)的两端连接，抑制商用高频的交流电压，使高频的通信信号通过。

此外，从变电站13、14供送直流电压时，由于不需要馈电线间的空间30a、绝缘体30b，不需要将馈电线8及架空导线9绝缘，所以不需要高频电容器29。

另外，结合器65由电容器和变压器组成。它用电容器断开或充分控制商用频率的交流电压或直流电压，使(通信线路)具有由变压器的阻抗和该电容器的静电电容的值决定的高频通过特性，从而如后文所述，可以使兆赫(MHz)的通信频带的通信信号不衰减地与馈电线8及轨道12重叠。

考虑到通信装置5a与外部电器(服务器7、终端6等)的连接和保养，将其设置在站内或车站大楼内以及车辆检修段内。另外，最好将通信装置5a的构成要素——结合器65的电容器，设置在站内或车站大楼内以及车辆检修段等某个场所的室外；将结合器65的变压器及其它的信号处理电路部分5a’，设置在站内或车站大楼内以及车辆检修段等某个场所。这是考虑到安全性后，将外加高压的电容器设置在室外，信号处理电路部分5a’，则是考虑到与外部电器(服务器7、终端6等)的连接及保养后设置的。另外，为了进一步加强安全性，还往往将结合器65本身设置在站内或车站大楼内以及车辆检修段等某个场所的室外，将其它的信号处理电路部分5a’，设置在站内或车站大楼内以及车辆检修段等某个场所。所谓，信号处理电路部分5a’，是指通信装置5a中除结合器65之外的部分。在本发明的实施方式中，将通信装置5a在站内或车站大楼内以及车辆检修段等某个场所的设置，全部包含所述的设置形态。

另外，由于从各变电站向馈电线8和轨道12之间送电的电力，成为独立的系统，所以在复线及有上行和下行的线路中，需要分别在车辆外设施侧和车辆侧独立地设置与这些各系统对应的通信装置。就是说，设置在车站大楼或站内1的通信装置5a，需要在每条供给电力的线路上设置通信装置5a。所以，在上行列车和下行列车上，可以各自独立地与车辆外设施侧通信，即使分别利用相同的频带，也不会出现混线或妨碍通信。

在通信装置5a和通信装置5b之间通信的信息，包括：所述监视图象及TV图象、广告情况、保养数据等，因为是大容量的信息，所以通信速度至少要求在1Mbps以上。因此，通信装置5A和通信装置5b，利用后文讲述的兆赫(MHz)频带进行大容量通信。

在电车上，为了提高行走性能，实现舒适的行走，安装着各种控制用的各种容量的逆变器。换流器/逆变器(C/I)19是其代表，几节车厢设置1台，在1个列车上安装着多台换流器/逆变器。构成这种换流器/逆变器(在下文中，还有时表达成“逆变器”)的开关元件(例如IGBT、场效应晶体管、FET、可控硅等半导体开关元件)进行ON·OFF的动作时，要产生电磁噪声。这种电磁噪声，是取决于开关元件ON或OFF之际电路内由布线产生的阻抗、寄生电容及开关元件的开关速度的高频噪声。通过试验对其频率进行了测试，结果查明是从数百KHz到数十MHz，有的甚至高达数百MHz。还有，车辆10，为了控制速度，其电动机电压的频率是可变的，这种频率的基波及其产生的高次谐波，也要造成数十KHz以下的电磁噪声。我们还知道：噪声，越是低频成分，功率越大，行走中的电磁噪声，其主体在数MHz以下。这些噪声，与向逆变器供给电力的电力线重叠。另外，在行走中，架空导线9与导电弓15之间的放电，主要产生数百KHz的电磁噪声，但还会产生数MHz的电磁噪声，有时要产生数百MHz的电磁噪声，它们也与所述架空导线重叠。进而，架空导线的电缆长，业余无线电波、电台、电视台或中转站等的电波，与该架空导线重叠，架空导线简直成了它们的天线。对通信装置5a和通信装置5b间的通信来说，它们成为噪声，使通信难以进行。

列车行走时的电磁噪声，如前所述，以数MHz以下为主体，图2示出其一例。在图2中，将噪声和通信的发送信号、接收信号合在一起表示。关于它们的关系，我们以后再叙。我们知道：噪声约在1MHz以下的功率大，约5MHz以上的不太大。作为通信频带，希望在1MHz以上、30MHz以下，但如在5MHz以上、30MHz以下就更好。这种1MHz以上、30MHz以下的通信频带，和所谓中波及短波的频带相同，所以电车行走时，即使导电弓从架空导线上物理性地离开，通信信号也能在电弓与架空导线之间的空间进行无线传播，所以具有不使车辆外设施与车辆间的通信中断的效果。可是，即使在所述两频带，噪声重叠，也要妨碍利用该频带的通信。特别是作为通信线路，利用馈电线8、架空导线9、轨道12，所以信号衰减相当大，这种影响就更大。

通信装置5a、5b，是可以进行大幅度降低这种噪声影响的通信装置，下面，参阅图3对此进行讲述。图1所示的通信装置5a、5b结构相同，根据图3所示的通信装置5a进行讲述。通信装置5a，由结合器65、带通滤波器(BP滤波器)50、60、接收放大器51、放大器发送59、模拟/数字变换器(A/D)52、数字/模拟变换器(D/A)58、均衡器53、解调器54、调制器57、存取控制器55、协议变换器56构成。

为了将通信装置5a与服务器7连接，而设置协议变换器56。服务器7以微机为基础构成后，能利用各种通用软件，为了便于进行信息管理及数据处理等，将协议变换器56例如作为以太(R)及USB(Universal SerialBus)等的接口十分有效。协议变换器56，从外部接收由服务器7向车辆提供的数据后，将该数据变换成能用通信装置5a处理的所定格式的通信信息包。存取控制器55，接收来自协议变换器56的通信信息包后，将该数据向调制器57输出。调制器57，根据另行输入的各载波的数据分配量信息55b，将所述数据分配给各载波。也将此称作比特分配。将数据分配给载波的信号，通过D/A58变换成模拟信号，再由发送放大器59放大，通过BP滤波器60、结合器65，作为电压向馈电线8、轨道12输出，发送给通信装置5b。

另一方面，由通信装置5b发送来的信号，通过结合器65，通信频带以外的信号被BP滤波器50抑制，而将通信频带的信号向接收放大器51输出。接收放大器51，将接收的信号放大后，向A/D52输出。由A/D52变换成数字信号的信号，被输入给平衡器53。平衡器53，旨在修正通信线路的通信线路失真(又叫“传输线路失真”)，经过通信线路失真的修正处理的信号，向解调器54输出。在解调器54中，根据另行输入的各个载波的数据分配量信息55a，取出分配给各载波的数据，向存取控制器55输出。存取控制器55，将取出的该数据，变换成所定格式的通信信息包，向协议变换器56输出。协议变换器56，对该通信信息包进行通信协议变换，使其能够被旨在便于信息管理及数据处理的接口装置(例如以太(R)及USB等)获取后，向服务器7输出信息。

存取控制器55，向解调器54及调制器57输出数据分配量信息55a、55b。但该信息显示的数据分配量经常不是恒定的，需要每隔一定时间，对通信装置5a和5b之间的通信特性进行练习(又叫“学习”)，推断(又叫“测量”或“判断”)每个载波的S/N，或者评价通信时的传输错误率，根据它们的结果，对每个载波或整个载波变更数据分配量。另外，也可以同时使用推断S/N(信号与噪声的强度之比)和评价传输错误率的两种方法，变更数据分配量。这样，动态评价通信装置5a和5b之间的通信线路的通信特性(传输错误率及S/N)，根据其结果，变更调制—解调的处理(变更数据分配量)，从而可以进行准确无误的通信。下面，对比详加叙述。

此外，通信装置5b，利用车厢10的内壁与外壁的双层结构形成的空间设置。就是说，设置在车厢10的天花板与车厢顶(车厢外部)之间的空间，或车门的夹壁等空间。这些地方都是双层结构，设置在这种空间，既不需要新找地方，又不影响车厢内的美观。

如图2所示，噪声的频率愈低，功率愈高。具体地说，在1MHz以下高，而在5MHz以上就不太高(尽管在7MHz附近，存在着噪声的局部峰值)。假设由通信装置5a向通信装置5b发送数据，由于通信线路的特性具有频率依赖性，所以即使通信装置5a向通信线路中发送的信号的强度，如图2所示是恒定的(参阅图2的发送信号)，通信装置5b接收到的信号的强度，也是变动的，而且愈是高频愈低。这是因为通信线路的阻抗及通信线路的往路和复路之间的静电电容导致通信信号衰减，以及在通信线路的分岔点及端点产生的反射，再加上受到电台输出的电波(广播波)等影响的缘故。另外，由于将馈电线、架空线、轨道作为通信线路，所以与通常的通信用信号线相比，信号的衰减相当大。为了进行稳定的监视图象的通信(通信速度在1Mbps以上)，就需要使接收信号与噪声的强度之比(用dB表示的差)——S/N在一定值以上，评价接收信号在高频带的衰减后，最好将30MHz以下的频带作为通信频带使用。由于频带狭窄后，要出现通信速度下降的问题，所以，作为通信频带，最好至少在1MHz以上、30MHz以下。进一步，如果作为通信频带，利用5MHz以上、30MHz以下的频带，就能降低噪声的影响，进行比较稳定的高速通信。为了修正通信线路的通信线路失真，使解调器54正确地解调数据，需要有平衡器53。平衡器53，使用通信中的引导程序信号，评价通信线路失真，根据该评价结果，修正通信线路失真。如图2所示，虽然平衡器53修正衰减的接收信号的通信线路失真，但由于当时的噪音成分也被放大，所以S/N并未改善。如果没有该平衡器53，在通信线路失真的影响下，数据复原时就要产生错误。即成为传输错误。关于这一点，以后还要讲述。

下面，作为载波，以在使用频带内使用多个载波(复式载波)的情况为例，对评价S/N、变更数据分配量的过程，作一介绍。图4示如复式载波的频谱，频带Δf的载波，被分割成多个使用频带。为了不使载波与载波重量，在载波之间，通常留有间隔。给各载波分配所定发送数据的比特。复式载波的特殊情况——OFDM(正交频率多重分割)，如图5所示，将各载波配置成在一个载波的峰值点，其它载波的功率为零，如果设各载波的频带为Δf，那么就可以维持在时间1/(Δf/2)中的反傅立叶变换造成的正交性。因此，与一般的复式载波不同，即使各载波互相重叠也能复原信号，所以具有使用频带可以比一般的复式载波窄，频率利用效率比一般的复式载波高的优点。此外，OFDM也是复式载波之一。

作为使用载波进行通信的方式，有如前所述的使用多个载波进行通信的方式(又称“复式载波通信方式”)，和使用单个载波进行通信的方式(又称“单一载波通信方式”)，它们都是将数据(比特)分配给载波后传输。虽然是这样将数据分配给载波后传输，但分配给每个载波的数据却受到各载波的S/N的限制。复式载波通信方式，是在使用频带内设置多个狭窄频带的载波后进行通信的方式。因此，如果与馈电线8、轨道12重叠的噪声内，特定频率的噪声的功率高，那么与该噪声的频率一致的载波的S/N就会比其它的载波低，只减少分配给该载波的数据量，仍能使整个载波维持很高的数据分配量。结果就能确保很高的通信速度。这样，由于复式载波通信方式是使用多个载波进行通信的方式，所以只减少分配给S/N变低的特定的载波的数据量。与此不同，在单一载波通信方式中，即使只是特定频率的噪声的电平高，也由于载波是1个，所以分配给该载波的数据降低，通信速度大大低于复式载波通信方式。特别是为了传输车厢中动态的监视图象，需要1Mbps以上的通信速度，所以复式载波通信方式比单一载波通信方式合适。

在各载波中使用多种波形(振幅与相位不同)，向该波形分配数据(比特)后传输。将使用许多发送波形传输之际的调制，称作“多值调制”，其数据分配量(又称“比特分配量”)受到各载波S/N的限制，成为图6所示的关系。例如：将传输错误率设定为1/15⁵，那么在256QAM、64QAM、16QAM、QPSK、BPSK中，S/N需要分别约为22.5dB、17.7dB、13.5dB、9.5dB、6.3dB。在256QAM中，可以分配8比特；在64QAM中，可以分配6比特；在16QAM中，可以分配4比特；在QPSK中，可以分配2比特；在BPSK中，可以分配1比特。如果S/N小于6.3dB，就不分配比特。此外，QAM被称作Quadrature Amplitude Modularion、QPSK被称作Quadrature Phase Shift Keying、BPSK被称作Binary Phase ShiftKeying。QAM是振幅调制、QPSK及BPSK是相位调制。在上述示例中，虽然没有示出128QAM、32QAM等，但有其它的QAM。此外，附加纠错功能后，可使传输错误率由1/15⁵降到1/15⁷左右。所以，假如通信速度为1Mbps，出错概率就为10秒一次，通过再次发送出现错误的传输帧或信息包，就能实现准确无误的稳定的通信。

[S/N的推断评价]

下面，使用图7，并适当地参阅图3，讲述对图7示出的、由通信装置5a向通信装置5b发送旨在评价S/N的练习数据后，计算其S/N的例子。反过来，由通信装置5b向通信装置5a发送旨在评价S/N的练习数据后，计算其S/N时也一样。由通信装置5a发送通常的数据时，按照从步骤1到步骤5的顺序实施，评价S/N的处理，则通过中断处理实施。在这里，作为中断处理，以每隔一定时间起动的中断处理作为例子。图7所示的处理，由存取控制器55进行。在通常的数据发送中，首先，在步骤1，根据由协议变换器56收集的数据，编制通信装置内的信息包数据。接着，在步骤2，将向调制器57输出编制好的信息包数据。这样，数据被调制，并被通信装置5b发送。对通信装置5b发送来的数据，在步骤3中，取入来自解调器55的信息包数据。在步骤4，实施CRC(Cyclic RedundancyCheck：巡回冗长检查)的评价，检测传输的错误。在步骤5中，如果有传输错误，要求通信装置5b再次发送；如果没有传输错误，就将取入的数据向协议变换器56输出。

在这种实施通常的数据通信处理的状态中，实施评价S/N的中断处理。在步骤6中，将预先准备的练习数据向调制器57输出。其结果，练习数据被调制，并被通信装置5b发送。对此，通信装置5b，在步骤10中接收练习数据，在步骤11中计算每个载波的S/N。计算方法后文再叙。再在步骤12中，将载波编号和比特分配量作为一对，变换成信息包数据，向调制器57输出。将载波编号和比特分配量的一对，称作“比特分配信息”。其结果，比特分配信息(载波编号和比特分配量)，由通信装置5b发送给通信装置5a。另外，为了更新通信装置5b自己的比特分配信息，而实施比特分配信息表的改写。该比特分配信息，在用通信装置5b的解调器54解调由通信装置5a传输来的数据时使用。其后，通信装置5a，在步骤7中接受由通信装置5b传输来的比特分配信息，在步骤8中实施比特分配信息表的改写。该处理结束后，在步骤9中，将表示比特分配信息表改写完毕的ACK(Acknowledge)向通信装置5b发送。通信装置5b，在步骤13中接收ACK，结束处理。该处理结束后，反过来，由通信装置5b向通信装置5a发送练习信息，评价由通信装置5b向通信装置5a传输的S/N。这是因为虽然通信线的S/N不必成为对称状况，但S/N非对称时有效。车辆外的设施·车辆间通信时，由于噪声源——逆变器在通信装置5b处，所以认为通信装置5b的噪声比通信装置5a的噪声大。这样，由于通信装置5b中的S/N降低，所以由通信装置5a向通信装置5b发送数据时，就需要按照S/N减少分配给各载波的比特。这样，在各通信装置中存在S/N差异时，对双方的S/N实施评价，让各存取控制器55记忆由评价结果获得的比特分配信息，在相应的调制及解调中利用。

需要区别是发送练习数据？还是发送通常的数据？这可以通过构成图8所示的传输格式来实现。该传输格式，由引导程序信号、标题、数据、CRC构成。在标题中，显示是练习信息，还是通常的数据信息。如果标题显示练习信息，练习用数据就进入数据之中；如果标题显示数据信息，通常的发送数据就进入数据之中。作为练习数据，有256QAM、64QAM、QPSK、BPSK等。在这里，为了容易理解，以QPSK为例进行讲述。此外，引导程序信号是为了符号同步而使用的。QPSK是给各载波分配2比特的调制方式，信号点配置如图9所示。I轴表示信号的同相成分，Q轴表示信号的正交成分。对信号点的数据分配，例如，用第1象限的信号点表示“00”，第2象限的信号点表示“01”，第3象限的信号点表示“11”，第4象限的信号点表示“10”。因此，发送所有象限的数据者，可以更加正确地评价S/N。如果不太严密的话，也可以利用由2比特构成的适当的数据。例如，即可以用第1象限和第3象限的数据构成，作为“00”、“11”，也可以全用第1象限的数据，作为“00”。

作为图7的练习用数据，设定“00”、“01”、“11”、“10”。然后，这时，在图2中，作为由存取控制器55向调制器57输出的比特分配信息，输出给各载波2比特的分配(QPSK)。这样，调制器57利用QPSK调制，将一个个2比特的练习用数据，分配传输给各载波。在进行练习时，由于目的是评价各载波的S/N，所以对全体载波实施QPSK调制后发送数据。在进行练习之际，由于预先决定用QPSK调制传输，所以接收方用QPSK解调。此外，用QPSK时，对所有信号点的振幅都是恒定的，只是相位不同，解调处理简单。但也可以利用256QAM、64QAM等实施练习。

S/N的评价，采用下述方法实施。用QPSK时，如果在通信线上没有噪声，也没有衰减，那么解调时的信号点就如图10所示。可是，在通信线上既有噪声，也有衰减。对于衰减，如图2所示，利用平衡器53进行了修正，所以解调信号在信号点配置中，基本上被复原到真值的周围。在图10中，用圆点表示的范围，是解调后的信号点位置。从圆点到真值的距离，是信号的强度S；从真值到解调后的信号点位置的距离，是噪声的强度N。所以只要计算两者的比，就能求出S/N。在练习中，因为预先决定调制方式，所以可以使通信装置预先记忆真值在何处。除了使用真值计算S/N的方式之外，还有使用平均值的方式。它是算出解调后的信号点位置的平均值，使用该结果，将来自原点的距离作为S，来自各解调后的信号点位置的距离作为N的方式。此外，无论哪种方式，为了更正确地评价(推断或测量)噪声，都需要对各载波多次发送练习数据。考虑到安全，需要每隔1秒用图象存贮服务器保存监视图象信息，所以可以实施秒指令，最好每隔1秒进行练习。

[传输错误率评价]

下面，讲述用事件实施练习的方式。图11示出为此进行的处理。它与图7的不同点是：不是每隔一定时间实施练习，而是在实施通常的数据传输的期间，在多次发生传输错误时实施练习。因此，根据在步骤4中由CRC检测的错误的结果，计算出在步骤5中所定时间内的错误发生频率(传输错误率)，在计算结果超过预先确定的所定值时，实施练习。关于练习，和图7一样，实施从步骤6到步骤13来完成。该练习结束后，就实施通常的数据通信。此外，在该例中，表示的是根据由通信装置5b向通信装置5a发送数据时发生的传输错误率，实施由通信装置5a向通信装置5b进行的练习。反之，也可以根据由通信装置5a向通信装置5b发送数据时发生的传输错误率，同样实施由通信装置5b向通信装置5a进行的练习。

这样，由于是按照传输错误率进行练习(事件驱动练习)，即在S/N变坏时才进行练习，所以具有传输率比每隔一定时间实施练习的方式高这一优点。

进而同时采用事件驱动练习和每隔一定时间实施的练习后，可进一步提高传输效率。就是说，利用事件驱动练习，可以在S/N变坏时进行练习，而在S/N改善时，则利用一定时间的练习，就能在高S/N状态下进行数据分配，所以能进一步提高通信速度。如果只进行事件驱动的练习，就只能由变坏时的练习决定数据分配，所以即使传输线路的S/N提高了，也只能仍然按照已经练习过的数据分配量进行传输，不能改善通信速度。而并用两个方式后，即使在S/N降低时，通过事件驱动的练习，将数据分配量减少了，也可以通过每隔一定时间进行的练习，在传输线路的S/N提高后，使数据分配量增多。这样，就可以按照传输线路的S/N的状态，确定最适当的数据分配量。为此进行的处理，只要通过存取控制器55，以图11的处理实施事件驱动的练习，以中断处理(参阅图7)实施每隔一定时间的练习就行。

[OFDM通信]

在上述的基础上，再利用包括OFDM在内的复式载波通信方式，在通信装置5a、5b之间通信，可以获得如下效果：即使存在不能确保足够的S/N的频率，导致存在不能分配数据的载波，也能通过向其它S/N高的频率的载波多分配数据，来从整体上确保1Mbps以上的、足够的通信速度。进一步，由于OFDM的频率利用效率高，所以可以确保在比一般的复式载波通信方式狭窄的频带，获得同等的通信速度。因此，虽然在逆变器噪声的作用下，S/N随着频率而变化，但即使该S/N的变化达到某种程度的频率范围，在OFDM中，仍旧可以将S/N比较高的频带作为使用频带，从而具有确保通信速度的优点。

[单一载波的S/N评价]

下面，讲述使用单一载波时的S/N评价。使用单一载波时，为了实现和使用复式载波相同的通信速度，就需要扩大单一载波的频带。通过扩大单一载波的频带，可以提高通信速度。作为调制方式，由于和复式载波一样，所以可以原封不动地进行图7及图11所示的练习。另外，S/N评价也如图10所示。

[载波频率的变更方式]

下面，讲述根据S/N评价结果，变更载波频率的方式。在图7及图11中，表示出变更数据分配量的方式。但也可以不变更数据分配量，而采用将载波的频率变更(又叫“移位”)成S/N同等以上的频带的方式取而代之。这时，取代图2所示的数据分配量信息55a、55b，由存取控制器55向调制器57、解调器54输出载波频率变更信息。此外，预先测定S/N，决定变更成哪个频带。在该方式中，如果是单一载波时，由于载波只有一个，所以这种变更处理非常容易。但通信的使用频带，必须是十分宽广的频带，以便能变更频率。

[频谱扩散通信方式]

作为通信装置5a、5b，采用频谱扩散通信方式的实施形态，以通信装置5a为代表，图12示出其结构。对于和图3相同的部分，赋予相同的符号，并不再赘述，只对不同部分进行讲述。与图3的不同点，是调制器57及解调器54的相关部分，其它都相同。包括OFDM在内的复式载波方式，给各载波进行数据分配变更，而频谱扩散通信方式是不进行这种处理，取而代之的则是将基本频带的频带扩散到更宽的频带后进行通信，在解调时，再将频带压缩到基本频带的频带，将数据复原的方式。该频谱扩散通信方式，对于在通信线路上随机的噪声重叠的状况下的通信，可以提高S/N，进行稳定的通信，所以非常适合来自逆变器的特定频带的噪声(又称“频率选择性噪声”)的电平比较高时的通信。讲述和图3的不同点。调制器57，在频谱扩散通信方式中也称作“1次调制器”，采用在通常的传输中使用的振幅调制、频率调制、相位调制(BPSK、QPSK)、相位和振幅同时调制的16QAM、64QAM、256QAM等各种调制方式。调制器57的输出信号(1次调制的信号)，被输入给频谱扩散调制器63。频谱扩散调制器63，将1次调制的信号，与由扩散符号发生器64输出的被称作PN(Pseudorandom Noise)系列的特殊的波形相乘后，向D/A58输出。该处理也能在模拟处理电路中实现，那时就不需要D/A58。通过这些处理后，被扩散解调的信号，由通信装置5a发送给通信装置5b。扩散解调后的频带宽度，是1次解调的频带宽度和PN系列的频带宽度之和。一般地说，频带扩散的倍率很大，所以实质上PN系列的频带宽度就成为扩散信号的频带宽度。这样，使用频带必须是比1次调制的频带宽度(基本频带的频带)宽的频带，扩散率应当在5倍以上，但在列车上时，由于噪声电平比较高，所以最好至少在10倍以上。为了传输向车厢内提供的信息(包括图象信息)，和来自车厢的监视图象，对由通信装置5a向通信装置5b的通信和由通信装置5b向通信装置5a的通信，通信速度分别要求最低也在1MRbqs以上，因此基本频带的频带至少需要在1MHz以上，而要将其10倍的频带——10MHz以上的频带作为使用频带。而且，如图2所示，根据其测量结果判断，使用1MHz以上，最好是5MHz以上后，有效。就是说，在车厢上，最好至少将5MHz以上的频带作为使用频带。

另一方面，关于解调，要进行如下处理。A/D52的输出信号，向定时/同步电路61及频谱扩散逆扩散器62输出。在频谱扩散逆扩散器62中，用和在发送方使用的完全相同的PN系列，再次相乘后，将1次调制的信号复原。该处理又称“频带压缩”，通过该频带压缩，可以提高S/N中的S，抑制车辆行走时的逆变器噪声那样的频率选择性噪声的N。因此，在用解调器54进行解调处理时的S/N非常高，不受通信线路上的噪声的影响，可以将原来的信号复原。此外，定时/同步电路61是为了能在频谱扩散逆扩散器62中与再次乘以PN系列同步而使用的。另外，定时/同步电路61及频谱扩散逆扩散器62在用模拟电路实现时，不需要A/D52。

综上所述，采用频谱扩散通信方式在通信装置5a、5b之间通信后，不需要实施采用复式载波时必不可少的旨在决定数据分配量的练习。因此，可以具有在信息通信中，不会为了练习而暂时中断传输的优点。

[同时并用OFDM通信和频谱扩散通信的通信方式]

图13是表示同时并用OFDM通信和频谱扩散通信的通信方式的结构图。与图3及图12的不同之处是，调制器57’、解调器54’、频谱扩散调制器63、频谱扩散逆扩散器62的相关的部分，其它部分均相同。在图3中，调制器57、解调器54，为了进行载波的正交性处理，分别进行傅利叶逆变换(IFFT)、傅利叶变换(FFT)。而在图13中，在调制器57’、解调器54’内，不进行傅利叶逆变换(IFFT)、傅利叶变换(FFT)，独立设置在频谱扩散逆扩散器62和A/D52之间、频谱扩散调制器63和D/A58之间。就是说，发送时，由调制器57’产生的数据I、Q的值，通过频谱扩散调制器63，利用PN系列的扩散符号相乘(扩散)。该处理又称作“频谱扩散”。对该扩散的信号，用傅利叶逆变换器67实施傅利叶逆变换(IFFT)后，可以使各载波(子载波)保持正交关系。该正交信号被D/A58输出。其结果就能在有限的频带中发送大量的数据。另一方面，接收时，A/D52的输出信号，被定时/同步电路61、傅利叶变换器66收集。在傅利叶变换器66中，对输入信号进行傅利叶变换(FFT)，然后输出1次调制的信号而且是被扩散的信号。该输出信号被输出给频谱扩散逆扩散器62，在频谱扩散逆扩散器62中，再次被用与发送方使用的完全相同的PN系列相乘，复原1次调制的信号。该处理又称作“频谱逆扩散处理”。通过复原压缩，提高S/N中的S，抑制车辆行走时的逆变器噪声那样的频率选择性噪声的N。因此，用解调器54’解调处理的S/N非常高，可以不受通信线路上的噪声的影响，复原成原先的信号。此外，定时/同步电路61，是为了在傅利叶变换器66的FFT处理及在频谱扩散逆扩散器62中与再次乘以PN系列同步而使用的。在所述实施方式中，由于将傅利叶逆变换器67和傅利叶变换器66分别设置在频谱扩散调制器63和D/A58之间、A/D52和频谱扩散逆扩散器62之间，所以能维持各子载波的正交性。如果将傅利叶逆变换器67和傅利叶变换器66分别设置在调制器57’、解调器54’内，在频谱扩散、频谱逆扩散之际，就不能维持正交性，会产生不能正确接收数据的问题。谋求正交性的子载波，在载波的峰值处，其它的载波成为零。将这种状态的信号扩散后，就不能保证这种关系。在图13中，为了避免这种情况，采取了下述措施：在发送时，在频谱扩散后，进行傅利叶逆变换；在接收时，则在傅利叶变换后，进行频谱逆扩散。这样就能在噪声多、信号衰减大的车辆外设施·车辆间通信中，提高S/N，进行大量的数据通信。

[多个载波的频谱扩散，分配同一信息的载波在频率轴上的配置]

图15是将信息分配给载波，将分配到同一信息的各个载波互不干涉地在频率轴上分配的图形。图14是表示本发明涉及的通信装置5a中，为了进行图15或图16所示的分配而采用的结构的图形。

在图14中，首先，对调制器57a的处理进行讲述。由存取控制器55送来的数据，按照图9所示的信号点配置，被星图映射表(constellationmapper)57b变换成I值Q值，由该变换所得的I值Q值的信息，被输出给频带分配装置57C。在频带分配装置57C中，根据存取控制器55送来的数据变换信息，复制星图映射表57b输出的信息，向载波分配装置57d输出。数据变换信息，是表示预先给哪个载波(子载波)分配(变换)哪个数据的信息，按照它进行图15或图16的数据变换。在载波分配装置57d中，将被频带分配装置57C输出的多个信息的每一个乘以载波后，向D/A58输出。

接着讲述解调器54a的处理。用A/D52取样的模拟信号，在检波电路54d中，对各载波(子载波)逐一进行检波。检波电路54d的输出信号，如图15或图16所示，由于是从分配到同一数据的各载波(子载波)得到的I值Q值，所以就象数据a那样，由包含多个相同数据的I值Q值(称作“参差枝”)构成。检波电路54d的输出，被频带选择/合成装置54C输出，在频带选择/合成装置54C中，根据由存取控制器55中获取的数据变换信息，对参差枝进行选择或合成。其结果被星图反映射表54b输出。作为频带选择/合成装置54C，采用预先确定的选择合成方式、等增益合成方式、最大比合成方式中的某一个方式实现。选择合成方式，比较各参差枝的接收电平，将接收电平最高的值向星图反映射表输出。等增益合成方式，将各参差枝的相位调整成同相后，将加上或平均各参差枝的值向星图反映射表54b输出。最大比合成方式，将各参差枝的相位调整成同相后，将对各参差枝附加与通信线路环境(衰减及SN)对应的系数后进行加法运算后的值，向星图反映射表54b输出。星图反映射表54b，按照由频带选择/合成装置54C选择或合成同一数据所得的I值Q值，如图10所示，鉴定信号点，取出数据，将结果向存取控制器55输出。

在图15中，例如，将信息(数据a)分配给载波82、83、84，这时，载波82、83、84以至少接近于不重叠的程度，配置在频率轴上。信息(数据b)及信息(数据n)则分别被分配给载波85～87、载波88～90。

因此，这种方式，对各个载波来说，因为与直接扩散时相比，1个载波的频带宽度相对地变窄，所以能使电力线特有的传输线路特性——频率选择性衰减变成平滑衰减的效果增大，从而使通信的可靠性进一步提高。另外，在电力线上有时随机出现衰减，由于这时的衰减宽度狭窄，所以分配同一信息的载波中，即使由于衰减，一个载波失去了信息，也因为分配给其它载波的同一信息是健全的，所以能使用那些健全的信息，将发送来的信息复原，提高通信的稳定性。

[多个载波的频谱扩散，被分配给同一信息的载波在频率轴上的隔离配置]

图16是将信息分配给多个载波，将分配到同一信息的各个载波隔离后，在频率轴上分配的图形。在图16中，例如，将信息(数据a)分配给载波91、94、97。而且，分配了同一信息的多个载波91、94、97，被分配给载波彼此互不干涉、而且具有数十KHz到数百KHz以上的间隔的任意的频率。所以与上述图15不同，分配了同一信息的载波91、94、97，被以数十KHz到数百KHz以上的间隔分配。

图16所示的分配，除了能获得图15的效果外，还能改善电力线特有的传输线路特性中的特性。例如，作为电力线的衰减频率特性，如果有深衰减后，在其两侧数十KHz到数百KHz的范围内，往往继续深衰减。试验结果表明，通信信号急剧的衰减量下降时的频率宽度约为100KHz。所以，如图15所示，分配到同一信息的载波邻近配置时(例如，在图15中载波82、83、84是同一信息)，由于分配同一信息的所有载波均失真了，所以结果引起比特错误的可能性就要变大。与此不同，在图16中，由于分配到同一信息的载波彼此隔离配置，所以能够避免出现分配到同一信息的所有的载波同时失真的现象。就是说，将相邻的、分配到同一信息的载波的频率的间隔隔离100KHz以上的状态通信，就能避免接受失真。其结果，能复原发送的信息，提高通信的稳定性。

毫无疑问，使用1MHz～30MHz的频带，能够进行比较稳定的通信。但即使在噪声电平比较高的1MHz以下的频带，也局部存在着能够确保足够的S/N比的频带，如前所述，如果是狭窄的频带宽度的载波，即使利用1MHz以下的频带也能通信，其结果就能利用更多的载波进行通信，进行更快的高速通信。

[由OFDM输出信号的取样形成的频谱扩散]

图17是表示由OFDM输出信号的取样形成的频谱扩散方式的结构的图形。在图17所示的通信装置5a中，在发送侧包括：串并行变换器103、傅利叶逆变换器(IFFT)67、并串行变换器104、D/A58、保持控制装置105、GI(Guard Interval)附加器106。另外，在接收侧包括：接受放大器100、取样同步电路101、A/D52、GI除去器102、串并行变换器103、傅利叶变换器(FFT)66、并串行变换器104。发送时，被串并行变换器103发送的数据，在串并行变换器103中将数据并列，对该并列数据，使用傅利叶逆变换器67进行OFDM调制处理。然后，用并串行变换器104变换成串行数据后，再由D/A58变换成模拟信号。

图18是表示图17的通信装置5a中保持控制装置105的输出波形的图形。保持控制装置105，如图18所示，将D/A输出波形，变换成脉冲状或接近于脉冲状的信号(保持时间控制电路输出波形107)。保持控制装置105，是具有控制保持时间的装置的电路，例如，可以用半导体开关元件等代用(图中未示出)。

图18所示的保持时间控制电路输出波形(OFDM信号波形)107的频率频谱的概念图，如图19所示。控制保持时间，使时间轴信号成为脉冲或接近于脉冲状的波形，在频率轴上多次出现频谱108～112。一般地说，在OFDM中应用频谱扩散及频谱分配时，要求与扩散后的频谱宽度成正比，进行一系列的调制、解调处理的DSP(Digital Signal Processor)及CPU(Central Processing Unit)的处理能力的高速性。

另一方面，采用本发明后，OFDM调制，只要具有能够进行基本频带处理的运算量即可，由于扩散或频带分配，由保持控制装置105执行，所以DSP及CPU的处理量不大。可以使通信装置5a的造价便宜。

再对图17中的接收处理(OFDM解调)作一讲述。首先，通信装置5a，接收其它通信装置发送的发送信号，用BP滤波器50去掉不需要的频带之外的信号，然后用接收放大器100对接收信号进行增益调整，以便以适当的值输入A/D52。同时，用取样同步电路101进行取样时钟脉冲的同步，从而使有值的部分(相当于发送方的D/A58的输出状态时间的部分)与A/D52的取样时钟脉冲一致。根据该同步信息，在A/D52中，只对通过接收放大器100后的信号的有值的部分进行取样。由于用取样同步电路101，取得与有值部分取样时钟脉冲的同步，所以A/D52只要是具有能够处理基本频带部分的能力的动作频率就行。

在用图17、图18及图19讲述的一系列处理中，使OFDM产生多个同一频谱108～112后(参阅图19)发送，就可以利用接收方的频率参差效果，提高通信的可靠性。另外，同时还减少了因频谱扩散OFDM而产生的DSP及CPU的运算量。此外，接收时，乘坐在零值部分的噪声未被取样，所以可以获得逆扩散效果，即获得与调制时的SN比相比，解调时的SN比得到改善的效果。

[车辆内的通信装置的连接结构]

图20是表示以代表性的交流电车为对象的车辆内的通信装置的连接结构示例的图形。包括图1所示的保护电路17的结构要素再内，主要表示出电力供给系统(通常称作“主电路”)与通信装置5b的连接关系。导电弓15通过电力线31，与真空开关17a、保护设置装置17d连接。真空开关17a，与线路开关17b、避雷器17c连接。线路开关17b再与变压器18连接。变压器18，在通过电力线32、与车轮16a连接的同时，还与接地电阻器34、电力线32’与车辆(车体)10连接。线路开关17b、避雷器17c也与车轮16a连接。设置接地电阻器34的主要目的是为了不让产生杂乱电流。但有的车辆没有接地电阻器34，变压器18直接与车辆(车体)、车轮16a连接。此外，接地电阻器34，例如是0.5欧姆左右的低电阻。真空开关17a、线路开关17b、避雷器17c及保护设置装置17d，是保护电路17(参阅图1)。通信装置5b，通过熔断器21，和与导电弓15连接的电力线31和与接地电阻器34连接的电力线32’或车辆(车体)10连接。所以，即使真空开关17a、线路开关17b处于断开状态，也能通信。另外，由于安装着熔断器21，所以即使通信装置5a出现短路故障，熔断器21成为断开状态，也不会对主电路产生影响。变压器18的二次侧与换流/逆变器(C/I)19连接。接地电阻器34还具有使换流/逆变器(C/I)19的开关噪声不能从车辆10传到外部去的效果。因此，利用该功能，可以将通信装置5b的1个在接地电阻器34和车轮16a之间连接，从而进一步减少所述开关噪声对通信装置5b的影响。在图20中，示出将通信装置5b的1侧与车辆(车体)10连接的结构。但如前所述，由于接地电阻器34例如是0.5欧姆左右的低电阻，所以也可以不将通信装置5b的1侧与车辆(车体)10连接，而与车轮16a侧的电力线32连接。进一步，变压器18具有多个线圈，在这些线圈之间，存在着静电电容，吸收高频、特别是兆赫(MHz)以上的信号。所以，由于通信装置5b的两端等价电路性地与变压器18的两端连接，因而产生通信装置5b的通信信号被该变压器18吸收的问题。电线具有阻抗，如果电线的长度有数m到数10m左右，频率越高其阻抗就越大，在通信频带的1MHz到30MHz的范围内，可以成为数欧姆到十几欧姆。于是，将通信装置5b和变压器18之间的电线的长度加长后，通信装置5b的通信信号，就不会被变压器18的所述静电电容吸收。对此，将用图22进一步讲述。此外，换流/逆变器(C/I)19由逆变器19a、电容器19c及换流器19b构成。另外，保护电路的结构虽然往往因车辆的不同而多少有些差异，但基本结构是相同的，本发明的连接结构同样能够采用。

图21是表示以代表性的直流电车为对象的车辆内的通信装置的连接结构示例的图形。通信装置5b的连接结构，基本上与图20相同，可以获得同样的效果。避雷器17c，在电力线31和32(或车体10)之间连接。逆变器装置19’由逆变器19b、电抗器19d及由电容器19c形成的滤波器构成。另外，保护电路的结构虽然往往因车辆的不同而多少有些差异，但基本结构是相同的，本发明的连接结构同样能够采用。

直流电车时，由于变电站输出直流电压，所以变电站具有换流器，由换流器产生尖峰脉冲噪声(又称作“开关噪声”)，它与直流电压重叠。所以，不在变电站设置通信装置，而在车站、车站主屋、车站大楼、车站内设置通信装置，从而能在和设置在列车上的通信装置进行通信时，降低上述噪声带来的影响。进一步，由于该噪声的频率，取决于换流器的结构，是数百KHz以下的低频噪声，所以将通信频率定为兆赫(MHz)后，可以收到不易受该噪声影响的效果。这也为后文将要讲述的单轨车带来同样的效果。

图22示出以交流电车(直流电车也同样)为对象的通信装置的设置结构示例。真空开关17a、保护接地装置17d设置在车顶，线路开关17b、变压器18、换流/逆变器19(19’)在地板下连接。换流/逆变器19(19’)还往往设置在相邻的另一辆车厢的地板下。变电器18，在直流电车时不设置。通信装置5b，将其构成要素——结合器65的电容器设置在车顶，结合器65的变压器、其它的信号处理电路部分5b’，设置在车体的内侧。这是因为考虑到外加高压的电容器的安全性，所以将它设置在车外；考虑到信号处理电路部分5b’与外部电器(显示装置、服务器等)的连接与保养，所以将它们设置在车体的内侧。通信装置5b，通过熔断器21，与导电弓15侧的电力线31和车轮16b(16a也行)侧的电力线32连接。此外，电力线32与车厢10、车轮16b(16a)连接。车厢的长度，一般的车厢是10m，新干线的车厢是25m，所以从通信装置5b到车轮16b侧的电力线32的电线长度就成为数m到数十m。因此，通信装置5b的通信信号不会被变压器18的静电电容吸收。另外，为了加强安全性，还往往将结合器65本身设置在车顶，将其它的信号处理电路部分5b’设置在车体的内侧。

另外，车辆10用直流电压驱动时，无论在车辆、车站、车站大楼、车辆检查段等哪个地方，与轨道连接的电压都是零伏，所以通过去掉与轨道连接的结合器65的电容器，将变压器的1次侧直接与轨道连接的布线，使变压器的直流电阻几乎为零，所以即使出现变压器的1次侧与2次侧连接的故障，高压电压也不会外加给变压器的2次侧，几乎成为零伏，所以具有不会使通信装置5b出现故障的效果。这在后文要讲述的单轨车中也一样，通过去掉与电车线的负侧连接的结合器65的电容器，将变压器的1次侧直接与轨道连接的布线，能够获得同样的效果。

此外，通信装置5b的信号处理部5b’，利用车厢10的内壁与外壁的双层结构形成的空间设置。就是说，设置在车厢10的天花板与车顶(车厢外部)之间的空间，进而设置在车门的夹壁等空间。这些地方，都是双层结构，设置在这些空间，既不需要新找地方，也不影响车内的美观。

图23是表示结合器的其它结构示例的图形。利用变流器70、71，将通信装置5b和电力线31或32电磁性地连接起来。符号5b”表示通信装置5b中，除了结合器65、BP滤波器50、60之外的部分。因为是利用变流器70、71间接连接，所以通信装置5b不会被施加高电压，因而不需要大型的电容器。进而即使通信装置5b短路，也不会影响电力线31或32侧，即不会影响主电路，所以也不需要熔断器21。尤其不需要采用高压式的熔断器，在大型的情况下，包括安装在内、存在成本上升的问题，但这么一来将解决了这个问题。变流器70、71，采用电平固定型，从而不在中途切断电力线31或32就能容易地安装。另外，在变流器70、71的磁路中具有间隙，所以能解决商用频率的交流电流及直流电流造成的饱和问题。

在以上的讲述中，举出了利用架空导线9和轨道12给车辆供电的例子。但也有的代替架空导线9，利用与轨道12一起敷设的输电轨和轨道12给车辆10供电(图中未示出)。导电弓10(又称“集电装置”)在该输电轨上滑动，接受供给的电力。这时，包括导电弓10在内，输电轨、轨道12成为通信线路。其它都与到此为止的说明相同。另外，它也能在以下的实施方式中采用。

(第2实施方式)

下面，使用图24，讲述在通信装置之间，用通信协议变换了的信号相互进行一次数据收发，将馈电线或架空导线或输电轨和轨道作为通信线(通信路)，在设置在车辆侧的通信装置和设置在车辆外设置侧的通信装置之间通信的第2实施方式。在图24中，对与图1共同的部分，赋予相同的信号，不再赘述，只对不同的部分进行讲述。如前所述，1个变电站供给电力的供给范围有限，是大致数十Km的区间。在交流电压的供给中，在输送来自变电站的电力的馈电线8及架空导线9的每个区间，用馈电线间的空间30a、绝缘器30b绝缘。因此，电车的导电弓15，例如，在与变电站14连接的架空导线9上滑动之际，通信装置5b就不能与通信装置5a通信。为了解决这个问题，用通信装置33a、33b连接馈电线间的空间30a，从而即使在车辆和车站之间，存在着馈电线间的空间30a、绝缘器30b，也能在车辆和车站之间进行通信。特别是因为馈电线间的空间30a、绝缘器30b与车站间的距离长达数Km到数十Km，所以通信信号的衰减很大，通信错误多发的可能性很高。为了解决这个问题，如图24所示，在通信装置33a和33b之间，用通信协议变换了的信号相互收发一次数据，再利用馈电线8、架空导线9进行通信。这样一来，通信信号变换成数码信号，提高了S/N后，再利用馈电线8、架空导线9进行通信，就能解决上述问题。

(第3实施方式)

下面，使用图25，讲述象单轨车那样，电车线有正负两根时，将它们作为通信线(通信路)，在设置在车辆侧的通信装置和设置在车辆外设置侧的通信装置之间通信的第3实施方式。在单轨车时，在混凝土制造的轨道35上，敷设着2根电车线9a、9b，由变电站13(直流电压输出)给这2根电车线9a、9b供电。车辆通过2个导电弓(又称“集电装置”)15a、15b，将电力由电车线9a、9b引入车辆10’中。通信装置5b与这2个导电弓15a、15b连接，通过导电弓15a、15b及电车线9a、9b，与设置在车站大楼或站内某处(例如售票厅、站务员室等)或车辆检查段(图中未示出)的通信装置5a通信。其它都与图1相同。这时，由于2根电力线9a、9b几乎是平行敷设，所以2根电力线9a、9b的平衡度比较高，具有抑制通信信号造成的朝向外部的泄漏电场。

以上讲述的本发明，不限于所述的实施方式，能够进行广泛的变形实施。例如，不限于安装了产生电磁噪声的逆变器的交通工具，还能在噪声从外部闯入的环境、例如在逆变器甚多的工厂及地区等噪声源附近行使的交通工具中采用。

采用本发明后，可以降低涉及车辆外设施·车辆间通信系统的建设成本，在电车行走的过程中，也能与设置在车站内或车站大楼内及车辆检查段等处的通信装置进行稳定的通信。在列车行走时，即使产生噪声也不受太大的影响，通过馈电线或架空导线(电车线)或输电轨和轨道，在车辆外设施和车辆之间进行监视图象、保养数据、广告及事件信息、车票预售信息等的通信。另外，在地铁中采用本发明后，由于馈电线、架空导线、输电轨、轨道、导电弓在地下，所以广播电波与它们的重叠极低，设置在车辆上的通信装置与设置在车站内或车站大楼内及车辆检查段等处的通信装置之间的通信中，可以降低传输错误，获得很高的传输速度。

Claims (19)

1、一种车辆外设施·车辆间通信装置，是设置在车辆上、与设置在车辆外设施上的通信装置进行信息收发的车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：

用供给电力的电力供给路径，与所述设置在车辆外设施上的通信装置连接，将所述设置在车辆外设施上的通信装置作为通信目的地，将所述电力供给路径作为通信线路进行通信。

2、一种车辆外设施·车辆间通信装置，是设置在车辆外设施上、与设置在车辆上的通信装置进行信息收发的车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：

用供给电力的电力供给路径，与所述设置在车辆上的通信装置连接，将所述设置在车辆上的通信装置作为通信目的地，将所述电力供给路径作为通信线路进行通信。

3、如权利要求1所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述设置在车辆上的车辆外设施·车辆间通信装置，与作为所述电力供给路径的、通过集电装置和轨道供给电力的电力线连接，并将所述集电装置、轨道和电力线作为通信线路进行通信。

4、如权利要求2所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述设置在车辆外设施上的车辆外设施·车辆间通信装置，与作为所述电力供给路径的、向馈电线或架空导线或输电轨和轨道之间供给电力的电力线连接，并将所述馈电线或架空导线或输电轨和所述轨道作为通信线路进行通信。

5、如权利要求1所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述设置在车辆上的车辆外设施·车辆间通信装置，与作为所述电力供给路径的、通过集电装置供给电力的电力线连接，将所述集电装置和电力线作为通信线路进行通信。

6、如权利要求2所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述设置在车辆外设施上的车辆外设施·车辆间通信装置，与作为所述电力供给路径的、供给电力的2根电车线连接，将所述电车线作为通信线路进行通信。

7、如权利要求1～6中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在其通信装置中，使用多个载波信号，向各载波信号分配发送数据进行通信，对各载波信号，推断或测量其信号与噪声之比——S/N，根据该推断或测量的S/N值，变更向各载波信号发送数据的分配量，进行通信。

8、如权利要求1～6中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在其通信装置中，使用多个载波信号，向各载波信号分配发送数据进行通信，对各载波信号，评价其传输错误率，根据该评价的传输错误率，变更向各载波信号发送数据的分配量，进行通信。

9、如权利要求1～6中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在其通信装置中，使用正交频率多重分割通信方式，进行通信。

10、如权利要求1～6中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在其通信装置中，至少使用1个载波信号，向该载波信号分配发送数据进行通信，判断能否取得针对载波信号所预先设定的信号与噪声之比——S/N，当其判断结果在预先设定的S/N以下时，将所述载波信号的频率变更成预先设定的不同的频率后，进行通信。

11、如权利要求1～6中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在其通信装置中，采用将通信信号扩散到更宽的频带后进行通信的频谱扩散通信方式，进行通信。

12、如权利要求1～6中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在其通信装置中，在将不同的信息分配给多个载波的同时，还将与分配给所述各个载波的信息相同的信息，至少分别分配给2个以上的载波，将分配到相同信息的载波，以在频率轴上相邻配置的状态进行通信。

13、如权利要求1～6中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在其通信装置中，将不同的信息分配给多个载波的同时，还将与分配给所述每个载波的信息相同的信息信号，至少分别分配给2个以上的载波，将相邻的、分配到相同信息的载波的频率间隔，以隔离100KHz以上的状态进行通信。

14、如权利要求1～13中任一项所述车辆外设施·车辆间通信装置，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信装置，在使用所述各通信装置进行的通信中，至少利用1MHz以上30MHz以下的频率，进行通信。

15、一种车辆外设施·车辆间通信方法，是使用设置在车辆和车辆外设施上的车辆外设施·车辆间通信装置，进行信息收发的车辆外设施·车辆间通信方法，其特征在于：

向设置在车厢内的面对乘客的显示装置或面对乘务员的显示装置，发送在所述显示装置上显示的至少是图象信息的信息。

16、如权利要求15所述车辆外设施·车辆间通信方法，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信方法，将用于所述车辆的检查或保养的保养数据，由所述车辆实时发送给检查车辆的车辆检查段。

17、如权利要求15或16所述车辆外设施·车辆间通信方法，其特征在于：所述车辆外设施·车辆间通信方法，在用所述车辆外设施·车辆间通信装置连接供给电力的馈电线与馈电线之间的空间的同时，还用所述车辆外设施·车辆间通信装置以经过通信协议变换的信号进行相互收发数据，从而进行通信。

18、一种车辆外设施·车辆间通信装置的安装方法，是设置在车辆上、与设置在车辆外设施上的通信装置进行信息收发的车辆外设施·车辆间通信装置的安装方法，其特征在于：

安装在所述车辆的天花板与车辆外部的车顶的双层结构所形成的空间和所述车辆的地板的双层结构所形成的空间和所述车辆的内壁与外壁的双层结构所形成的空间中的某一处；

在与通过集电装置和轨道向车辆供给电力的电力线连接的同时，还用所述电力线与设置在所述车辆外设施的通信装置连接，将所述电力线作为通信线。

19、如权利要求18所述车辆外设施·车辆间通信装置的安装方法，其特征在于：向所述车辆外设施·车辆间通信装置的车辆上安装的方法中，用数米到数十米长的电力线，将所述车辆外设施·车辆间通信装置和旨在与轨道连接的车轮连接起来。

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