JP2009194855A - 列車無線システム - Google Patents

Abstract

【課題】遅延時間を測定しなくても同期タイミングが正しく保てるようにした列車無線システムを提供すること。
【解決手段】複数の基地局１〜４を線路Ｒに沿って配置し、隣接した基地局間で交互に電波の送信期間を変え、これにより電波干渉が生じないようにして１波同送方式により列車Ｔと通信を行なうようにした列車無線システムにおいて、まず基地局１は、中央装置５から供給される同期信号により送信期間の同期をとると共に、送信期間の終了タイミングで、それを表わす同期信号を電波Ｍ１で次の基地局２に送信する。次に基地局２では、この基地局１から受信した同期信号により送信期間の同期をとると共に、同じく送信期間の終了タイミングで、それを表わす同期信号を電波Ｍ２で次に基地局３に送信する。以下、これを繰り返し送信期間の同期をとるようにしたもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の基地局を備えた１波同送方式の列車無線システムに係り、特に複数の基地局の送信タイミングを同期させる方式の列車無線システムに関する。

列車無線システムにおいては、線路上を移動する列車と無線通信を行なう必要があるため、複数の基地局を用い、線路に沿って複数の区間を順次設定した上で、各区間毎に基地局を配置している。
このとき、チャンネルを切換えないで各区間で連続して無線通信が維持されるように、１波同送方式のシステムを採用するのが通例であり(例えば特許文献１参照)、この場合、電波資源の有効利用にも寄与していることになる。

ここで、この１波同送方式とは、複数の基地局の全てが同じ周波数の電波を搬送波として使用するようにした方式のことであるが、この場合、隣接した基地局間で電波干渉の虞がある。
列車が走行中、隣接した基地局の間に入ると、搬送波が同じ周波数なので、双方の基地局から同時に電波が受信されるようになってしまうが、このとき、電波伝播距離が異なることから電波干渉により信号に位相差が現われてしまうので、受信状態が不安定になってしまうのである。

そこで、このとき、隣接した基地局間に現れる位相差を検出し、結果として基地局間では位相差が生じないように制御する方法が従来から提案されている(例えば特許文献１参照)。
他方、これとは別に、隣接した基地局間で交互に電波の送信期間を切換え、これにより電波干渉が生じないようしたシステムが従来技術として知られており、以下、このような列車無線システムについて図３により説明する。
まず、この列車無線システムでは、図３に示すように、列車Ｔが走行する線路Ｒに沿って順次、複数の基地局１〜４を設置し、列車Ｔが線路Ｒ上のどの位置あっても、更には走行中であっても、基地局１〜４の送信用アンテナ１０〜４０から送信される電波が列車Ｔにより受信できるようにしている。
なお、ここでは、基地局の設置数が４になっているが、これに限らず、例えば設置数ｎ(ｎは２以上の整数)であってもよいことはいうまでもない。

次に、動作について説明すると、まず、このシステムでは、基地局１〜４について、隣接する基地局毎に交互に一方のグループ(例えばグループＡとする)と他方のグループ(例えばグループＢとする)に所属を分けておく。
図４では、Ｎｏ.１の基地局１とＮｏ.３の基地局３をグループＡとし、Ｎｏ.２の基地局２とＮｏ.４の基地局４をグループＢとした場合が示されている。
そして、このことを前提として、図４に示すように、グループＡとグループＢで、交互に切換えて送信を行なうようにする。ここで図４(a)はグループＡに属した基地局、つまりＮｏ.１基地局１とＮｏ.３基地局３が送信するタイミングで、図４(b)はグループＢに属した基地局、つまりＮｏ.２基地局２とＮｏ.４基地局４が送信するタイミングであり、従って、送信期間が切換えられていることになる。

この結果、列車Ｔでは、図４(c)に示すように、グループＡの基地局から送信された信号ＡとグループＢの基地局から送信された信号Ｂが交互に受信されるようになり、この結果、列車Ｔの受信機により復調された信号は、図４(d)に示すように、連続した信号となる。
しかも、このとき列車Ｔの受信機では、図４(a)と図４(b)のタイミングから明らかなように、隣接した２基の基地局から同時に電波が受信されることは無く、この結果、１波同送方式にもかかわらず、電波干渉が生じることは無く、安定した受信状態が保持できることになる。

このため、基地局１〜４は、通信線Ｌ１〜Ｌ４を介して中央装置５に接続され、これにより各基地局１〜４には、中央装置５から供給される同期信号に応じて各々が所定のタイミングで送信動作するようになっており、このとき中央装置５には指令卓６が設けられていて、必要な指示を与えることができるようにしてある。
ところで、この場合、図４(a)と図４(b)のタイミングが正しく保たれていることが前提となる。
そこで、各通信線Ｌ１〜Ｌ４による信号の遅延時間Ｄ１〜Ｄ４を予め測定しておき、中央装置５では、遅延時間Ｄ１〜Ｄ４の違いを見越して、基地局１〜４の各々に対する同期信号の送出タイミングを決めている。

ここで、このシステムでは、このときの各基地局毎の遅延時間を中央装置５により測定して、上記の送出タイミングを決めている。
このため中央装置５は、遅延時間測定用の信号を基地局に向けて送信し、基地局から応答信号が戻ってくるまでの時間を測定し、これから基地局までの遅延時間を算出して遅延時間測定値Ｄ１〜Ｄ４とするのであるが、このとき、各基地局の同期タイミングを揃えるため、遅延時間測定値Ｄ１〜Ｄ４の中で最大値を示したものを最大遅延時間ＤMAX とし、これに合わせてタイミングを調整しており、従って、全基地局の同期タイミングは最大遅延時間ＤMAX に揃えられることになる。

具体的に説明すると、図３に示すように、まず、基地局１〜４の各々に設定すべき遅延時間をＳ１〜Ｓ４とする。
ここで、いま、遅延時間測定値Ｄ１〜Ｄ４の中で、Ｄ４が最大であったとすると、このときは、まず、最大遅延時間ＤMAX ＝遅延時間測定値Ｄ４とする。
そして、次に各遅延時間Ｓ１〜Ｓ４を夫々次のように設定するのである。
Ｓ１＝ＤMAX −Ｄ１
Ｓ２＝ＤMAX −Ｄ２
Ｓ３＝ＤMAX −Ｄ３
Ｓ４＝ＤMAX −Ｄ４＝０

従って、この場合、遅延時間Ｓ４＝０であるから、中央装置５は、最初、通信線Ｌ４に同期信号を送出し、基地局４に同期信号が供給されるようにする。
そして、この後、遅延時間の大きさの順に、各遅延時間が経過する毎に、他の信号線Ｌ１〜Ｌ３に順次、同期信号を送出し、基地局１〜３に同期信号が供給されるようにするのである。
ここで、いま、遅延時間Ｄ１〜Ｄ３について、例えば(Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３)の関係になっていたとすると、この場合は、基地局４に続き、設定遅延時間Ｓ３が経過後、基地局３に同期信号が送出され、次に基地局３、基地局２、それに基地局１に順次、同期信号が送出されることになる。

この結果、各基地局１〜４における同期信号のタイミングは完全に一致し、従って、１波同送方式による電波干渉の虞は無く、安定した受信状態が得られることになる。
特開２００６−２３８４２７号公報

上記従来技術は、システム運用に際して遅延時間の測定を要する点に配慮がされておらず、システム変更に対する柔軟な適応に問題があった。
すなわち、従来技術では、中央装置により遅延時間を測定しているが、このとき、システム全体の中で最大遅延となる基地局を基準としているため、最大遅延時間の算出を必要とし、このため全ての基地局について遅延時間を測定しなければならない。

ここで、このようなシステムにおいては、アプローチ回線に障害が発生する虞があり、この場合、回線を切替えなければならないが、このとき従来技術では、全基地局の遅延時間を測定する必要があり、この結果、システム運用中に回線切替が発生した場合、測定時間が長くかかるので、運用に支障をきたしてしまう期間が長くなり、従って、システム変更に対する柔軟な適応に問題が生じてしまうのである。

本発明の目的は、遅延時間を測定しなくても同期タイミングが正しく保てるようにした列車無線システムを提供することにある。

上記の目的は、複数の基地局を線路に沿って配置し、１波同送方式により列車Ｔと通信を行なうとき、電波干渉が生じないように隣接した基地局間で交互に電波の送信期間を切換えるようにした列車無線システムにおいて、前記送信期間を切換えるための同期信号が前記隣接した基地局間で順送り無線伝送されるようにして達成される。

本発明によれば、基地局の同期調整が不要になるので、例えばアプローチ回線の障害等があり、回線を切替えなければならないときでも、そのままで対応が可能になり、この結果、システム全体への影響が少なくて済む。
また、この結果、本発明によれば、システム変更に際して柔軟な対応が得られるので、緊急度の高い情報の伝送に高い信頼性を持たせることができる。

以下、本発明による列車無線システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明の一実施の形態で、複数の基地局１〜４を各区間に備え、中央装置５による同期制御のもとで、基地局１〜４の送信用アンテナ１０〜４０から送信される電波が線路Ｒを走行する列車Ｔにより受信され、１波同送方式により無線通信が行なえるようにしたと点は、図３の従来技術によるシステムと同じであり、このとき操作卓６が備えられている点と基地局の設置数が４に限らない点も同じであるが、この図１の実施形態においては、中央装置５による同期制御が基地局１にだけ与えられるようになっている点と、基地局２〜４が各々受信装置(図示してない)を備えている点、それに、各基地局１〜４は夫々無線送信データに自局の同期信号をのせて送信するようになっている点で、図３の従来技術によるシステムとは異なっている。

そして、まず、基地局１は、線路Ｒ上で通信可能な範囲の一方の端部近傍の最初の区間に設置されており、これが最初の基地局、つまりＮｏ.１の基地局と呼ばれている所以であるが、この実施形態では、図示のように、信号線Ｌ１により、基地局１にだけ中央装置６から同期信号が供給されるようになっている。
次に、基地局２〜４は、基地局１が設置されている最初の区間から、線路Ｒ上で通信可能な範囲の他方の端部近傍まで順に設定してある区間の夫々に設置されており、従って、これがＮｏ.２以降の基地局と呼ばれている所以であるが、この実施形態では、これら基地局２〜４に、上記したように、それぞれ受信装置が設けてある。

ここで、この受信装置は、これも上記したように、図示されていないが、ここでは、各基地局２〜４の上側に、本来の送信用アンテナ２０〜４０とは別の受信用アンテナ２１〜４１が描かれていることにより、設置されていることが表されている。
そして、各々の受信装置は、自端末局に対して線路Ｒ上で通信可能な範囲の一方の端部側に隣接している端末局の送信用アンテナから放射される電波を捕らえる働きをする。
具体的に説明すると、まず、基地局２に対して線路Ｒ上で通信可能な範囲の一方の端部側に隣接しているのはＮｏ.１の基地局１である。

従って、基地局２の受信装置は、基地局１の送信用アンテナ１０から送信される電波Ｍ１を受信用アンテナ２１により受信する。
また、基地局３の場合、これに対して線路Ｒ上で通信可能な範囲の一方の端部側に隣接しているのはＮｏ.２の基地局２であり、従って、基地局３の受信装置は、基地局２の送信用アンテナ２０から送信される電波Ｍ２を受信用アンテナ３１により受信し、同様に、基地局４は、Ｎｏ.３の基地局３の送信用アンテナ３０から送信されている電波Ｍ３を受信用アンテナ４１により受信することになる。
このとき、各基地局１〜４の送信用アンテナ１０〜４０から送信される電波は、列車Ｒにより受信されるべき電波であることは、上述したとおりである。

中央装置５は、信号線Ｌ１により、Ｎｏ.１の基地局１に接続され、基地局１に同期信号を供給する。そこで基地局１は、中央装置５から供給される同期信号に送信タイミングを合わせて動作する。
そこで、以下、この実施形態の動作について、図２のタイミング図により説明する。
この図２において、まず(a) は信号線Ｌ１の同期信号を表わし、次に(b) はＮｏ.１の基地局１による期間Ａの送信動作で、以下、(c) は電波Ｍ１により、自局から送信される無線送信データに含まれて伝送される同期信号、(d) はＮｏ.２の基地局２による期間Ｂの送信動作、(e) は電波Ｍ２により、自局から送信される無線送信データに含まれて伝送される同期信号、(f) はＮｏ.３の基地局３による送信動作、(g) は電波Ｍ２により、自局から送信される無線送信データに含まれて伝送される同期信号、そして、(h) はＮｏ.３の基地局３による送信動作を夫々表わす。

そこで、いま、このシステムが動作状態にされたとすると、中央装置５が能動化され、この結果、Ｎｏ.１基地局１に、信号線Ｌ１を介して図２(a)に示す同期信号が入力されるようになる。そこで基地局１は、この同期信号に応じて、図２(b)に示すように、グループＡの基地局として送信動作を行なう。ここで図２(b)のＡ１は、基地局１によるグループＡとしての送信動作を表わしている。
このときの期間Ａについては、基地局１に予め設定してあり、従って、同期信号の立上りタイミングがグループＡとしての送信動作の開始タイミングを決めるが、このときの同期信号の周期はグループＡの期間の２倍、すなわち上述したＡ期間とＢ期間の和と同じにしてある。
なお、この期間Ａ、Ｂについては、例えばデジタルデータ伝送におけるフレーム期間に合わせてやれば良いが、勿論、これに限定されるものではない。

このとき、上記した通り、Ｎｏ.１基地局１は、図２(c)に示すように、無線送信データに自局の同期信号をのせて送信するようになっている。
ここで、この図２(c)に示した同期信号は、図示のように、その立ち下がり時点が期間Ａの終了タイミングを表わしている信号であり、これが電波Ｍ１によりＮｏ.２基地局２の受信装置で受信されることになる。
そこで、基地局２では、この図２(c)の同期信号の立ち下がりタイミングで、図２(d)のＢ２で示す通り、グループＢの基地局としての送信動作を開始する。
そして、この基地局２でも、図２(e)に示すように、無線送信データに自局の同期信号をのせて送信するようになっているので、今度は、これが電波Ｍ２によりＮｏ.３基地局３の受信装置で受信されることになる。

ここで、この図２(e)に示した同期信号も、図示のように、その立ち下がり時点が期間Ｂの終了タイミングを表わしている信号である。
そこで、基地局３では、この同期信号の立ち下がりタイミングで、今度は図２(f)のＡ３で示す通り、グループＡの基地局としての送信動作を開始し、この後、図２(g)に示すように、同じく無線送信データに自局の同期信号をのせ、電波Ｍ３として送信するので、これがＮｏ.３基地局３の受信装置で受信され、この結果、基地局３では、この同期信号の立ち下がりタイミングで、図２(h)のＢ４で示す通り、グループＢの基地局としての送信動作を開始することになる。
そして、以後、この電波による同期信号が隣接した基地局間で順送りされ、順送り無線伝送された同期信号により交互に電波の送信期間を切換え、これにより電波干渉が生じないようした列車無線システムとしての動作が得られることになる。

以上のように、この実施形態によれは、隣接した基地局間で交互に電波の送信期間を切換えるための動作が、複数の基地局の中の最初の基地局であるＮｏ.１基地局１に、中央装置５から同期信号を供給するだけで、後は各基地局により独立して順次同期がとられてゆくことにより実行されるようになり、この結果、中央装置側では基地局の同期処理を行う必要が無い。
また、この結果、中央装置５から供給される同期信号の伝送時間が変った場合、各期間の同期タイミングが過渡的にずれるだけで、以後の同期状態には何も影響しない。
従って、この実施形態によれば、基地局の同期調整が不要になるので、例えばアプローチ回線の障害等があり、回線を切替えなければならないときでも、そのままで対応が可能になり、この結果、システム全体への影響が少なくてすむ。

本発明による列車無線システムの一実施の形態を示す説明図である。 本発明の実施形態による動作を説明するためのタイミング図である。 従来技術による列車無線システムの一例をしめす説明図である。 従来技術の動作を説明するためのタイミング図である。

符号の説明

１〜４：基地局
５：中央装置
６：操作卓
１０、２０、３０、４０：送信用アンテナ
２１、３１、４１：受信用アンテナ
Ｌ１：信号線
Ｒ：線路
Ｔ：列車

Claims (1)

1. 複数の基地局を線路に沿って配置し、１波同送方式により列車と通信を行なうとき、電波干渉が生じないように隣接した基地局間で交互に電波の送信期間を切換えるようにした列車無線システムにおいて、
   前記送信期間を切換えるための同期信号が、前記隣接した基地局間で順送り無線伝送されることを特徴とする列車無線システム。

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