JP2010252202A - 地上・車上間情報伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドオーバー時の通信途絶やパケットロスが通信に与える影響を低減して地上・車上間情報伝送の信頼性を向上させる。
【解決手段】減衰器１２が接続された車上無線機１１ｂと基地局４ｂとの間の受信レベルがハンドオーバーを開始する受信レベルの閾値ＴＨ１に達するとハンドオーバー処理を開始し、減衰器１２が接続された車上無線機１１ｂと基地局４ｂとの間の通信が途絶しても減衰器１２が接続されていない車上無線機１１ａと基地局４ａとの間で通信を続行しながらハンドオーバー処理を行い、ハンドオーバー時の通信途絶を確実に防止するとともにパケットロスが通信に与える影響を低減して地上装置と車上装置の間で安定して情報を伝送する。
【選択図】図４

Description

この発明は、軌道回路を使用しないで無線を利用した列車制御における地上・車上間情報伝送システム、特に地上・車上間情報伝送の信頼性の向上に関するものである。

地上に設けられた基地局と列車に搭載された車上装置との間で無線通信により情報を伝送する軌道回路を使用しない列車制御システムが普及し始めている。この地上装置と車上装置間の無線列車制御システムでは、列車が走行する路線に沿って複数の基地局を配置し、各基地局と車上装置に接続された車上無線局を無線リンクで接続して情報を伝送している。この無線列車制御システムでは列車が決まった軌道を走行するため、軌道に沿って設けた漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）に複数の基地局を接続し、ＬＣＸを基地局側のアンテナとして車上無線局と通信を行っている。この無線列車制御システムでは列車が基地局間を移動する際にハンドオーバー処理が行われる。

無線列車制御システム等の移動通信におけるハンドオーバー処理には、特許文献１に示すように、移動局に２つの無線機を設け、一方の無線機で基地局と通信しているとき、基地局からの受信レベルが低下する前に、次の基地局の情報を取得して他方の無線機を用いて次の基地局との同期処理を行い、一方の無線機の受信レベルが低下したとき、スイッチにより他方の無線機に切り換えて次の基地局と通信を行うようにしている。

また、特許文献２に示すように、移動局で基地局と通信を行っているとき、基地局からの受信レベルが低下してハンドオーバーを実行する必要が生じると、現在通信中の基地局に対してハンドオーバー要求を送信する。現在通信中の基地局はハンドオーバー要求を受信すると、ハンドオーバー後の基地局に対して通信制御パラメータを転送し、移動局に対してハンドオーバーを許可するハンドオーバー指示信号を送信する。移動局はハンドオーバー指示信号を受信するとハンドオーバーを実行してハンドオーバー後の基地局に切り換えて通信を行うようにしている。

無線列車制御システムにおいて、地上側のアンテナとしてＬＣＸを使用して車上無線局と通信を行っている場合、特許文献２や特許文献３に示すように、基地局と車上無線局の間の受信レベルが、ある閾値より下回るとハンドオーバー処理を開始し、周辺の電波環境や基地局の状態を監視し、周辺の通信経路の探索を行って最適な経路に切り換えを行う。このハンドオーバー処理を行うとき、地上のアンテナとして使用しているＬＣＸの伝送損失や車上無線局の移動速度によっては経路切り換えを行う前に基地局と車上無線局の間の受信レベルが通信不能となるレベル以下に低下して、短時間ではあるが通信途絶に陥ることが生じる。

この発明は、このような問題を解消し、ハンドオーバー時の通信途絶やパケットロスが通信に与える影響を低減して地上・車上間情報伝送の信頼性を向上させる地上・車上間情報伝送システムを提供することを目的とするものである。

この発明の地上・車上間情報伝送システムは、地上装置に接続された複数の基地局と、列車に搭載された車上装置に接続された車上無線局とを有し、前記複数の基地局は、列車が走行する軌道にそって設けられた漏洩同軸ケーブルに接続され、漏洩同軸ケーブルをアンテナとして前記車上無線局と通信を行い、前記車上無線局は、２組の車上無線機と減衰器を有し、前記２組の車上無線機の一方の車上無線機はアンテナを介して地上と情報を送受信し、前記２組の車上無線機の他方の車上無線機は前記減衰器とアンテナを介して地上と情報を送受信し、前記２組の車上無線機で前記複数の基地局のいずれかの基地局と通信を行っているとき、前記他方の車上無線機の受信レベルがあらかじめ定めたハンドオーバー処理開始の閾値まで低下したときハンドオーバー処理を開始することを特徴とする。

前記一方の車上無線機は、前記他方の車上無線機の通信が途絶した後も通信を続行してハンドオーバー処理を行うことを特徴とする

この発明は、減衰器が接続された車上無線機と基地局との間の受信レベルがハンドオーバーを開始する受信レベルの閾値に達するとハンドオーバー処理を開始し、減衰器が接続された車上無線機と基地局との間の通信が途絶しても減衰器が接続されていない車上無線機と基地局との間で通信を続行しながらハンドオーバー処理を行うから、ハンドオーバー時の通信途絶を確実に防止するとともにパケットロスが通信に与える影響を低減して地上装置と車上装置の間で安定して情報を伝送することができる。

この発明の地上・車上間情報伝送システムの構成図である。 車上無線局の構成を示すブロック図である。 車上無線機の受信レベルの変動を示す特性図である。 ハンドオーバー処理を示す状態遷移図である。

図１はこの発明の地上装置１と列車２に搭載された車上装置３との間で軌道回路を使用しないで無線を利用して情報を伝送する地上・車上間情報伝送システムの構成図である。図に示すように、情報伝送システムは、地上装置１に有線で接続された基地局４ａ，４ｂ，と、列車２に搭載された車上装置３に接続された車上無線局５とで構成されている。各基地局４ａ，４ｂは列車２が走行する軌道にそって設けられた漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）６に接続され、ＬＣＸ６をアンテナとして車上無線局５と通信を行う。地上装置１は、地上制御装置７とルーター８を有する。

車上装置３は車上制御装置９と通信制御部１０を有する。車上制御装置９は列車１を制御する各種処理を行うとともに通信制御部１０と情報を授受する。通信制御装置１０は車上無線局５の通信を制御するとともに車上制御装置９から地上装置１に送信する情報を車上無線局５に出力し、車上無線局５で受信した情報を車上制御装置９に出力する。車上無線局５は、２組の車上無線機１１ａ，１１ｂと減衰器１２を有する。一方の車上無線機１１ａは列車２の下部に設けられたアンテナ１３ａが接続され、アンテナ１３ａを介して地上と情報を送受信する。他方の車上無線機１１ｂは減衰器１２を介して列車２の下部に設けられたアンテナ１３ｂに接続され、減衰器１２とアンテナ１３ｂを介して地上と情報を送受信する。この車上無線機１１ａ，１１ｂは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｘに準拠した２．４ＧＨｚ無線ＬＡＮ規格のものを使用し、減衰器１２は高周波用同軸減衰器で減衰量は１０〜２０ｄＢ程度のものを使用する。

この地上・車上間情報伝送システムで車上装置３は列車位置情報等を車上無線局５の車上無線機１１ａ，１１ｂにより地上に送信する。この送信されている列車位置情報等はＬＣＸ６をアンテナとして基地局４ａ，４ｂで受信して地上装置１で取得する。地上装置１は取得した列車位置情報等を基に列車２の間隔を認識して各列車２の進行可能範囲を算出して車上装置３に送信して列車制御を行う。

車上装置３と地上装置１で情報を授受するとき、車上無線機１１ａ，１１ｂは周辺に存在する基地局４ａ，４ｂとの受信レベルを常にモニタし、基地局４ａ，４ｂも周辺に存在する車上無線機１１ａ，１１ｂとの受信レベルをモニタしている。車上無線機１１ａ，１１ｂと基地局４ａ，４ｂとの間の受信レベルはＬＣＸ６の伝送損失により車上無線機１１ａ，１１ｂが基地局４ａ，４ｂから離れるにしたがって低下する。この車上無線機１１ａ，１１ｂの受信レベルの変動を基地局４ａの設置位置を始端とし、基地局４ｂの設置位置を終端として図３に示す。図３において受信レベルＡ１は基地局４ａと車上無線機１１ａの間の受信レベルを示し、受信レベルＢ１は基地局４ａと車上無線機１１ｂの間の受信レベルを示し、受信レベルＡ２は基地局４ｂと車上無線機１１ａの間の受信レベルを示し、受信レベルＢ２は基地局４ｂと車上無線機１１ｂの間の受信レベルを示す。図３に示すように、車上無線機１１ｂの受信レベルＢ１，Ｂ２は減衰器１２により減衰されるため、車上無線機１１ａの受信レベルＡ１，Ａ２より所定レベルだけ低下している。この車上無線機１１ａ，１１ｂにはハンドオーバーを開始する受信レベルの閾値ＴＨ１と通信が途絶する受信レベルの閾値ＴＨ２が設定されている。

この車上無線機１１ａ，１１ｂでハンドオーバーを行うときの処理を図３と図４の状態遷移図を参照して説明する。

列車２が基地局４ａの設置位置から基地局４ｂの設置位置に向かって移動しているとき、図３の状態Ａで示すように、列車２が基地局４ａの設置位置から離れるにしたがって基地局４ａと車上無線機１１ａ，１１ｂの間の受信レベルＡ１，Ｂ１は次第に低下する。この状態Ａのとき、図４（ａ）に示すように、車上無線機１１ａと車上無線機１１ｂで基地局４ａと通信を行っている。この状態Ａで列車２が移動して減衰器１２が接続された車上無線機１１ｂの受信レベルＢ１がハンドオーバーを開始する受信レベルの閾値ＴＨ１、例えば−７５ｄＢｍまで低下すると、車上無線機１１ｂはハンドオーバー処理を開始して周辺基地局である基地局４ｂの検索を開始して基地局４ｂとの通信状態を確認する。このとき車上無線機１１ａの基地局４ａからの受信レベルＡ１は閾値ＴＨ１に達していないから、車上無線機１１ａと基地局４ａとの間の通信は続行される。

車上無線機１１ｂでハンドオーバー処理を開始してハンドオーバー処理を行っている状態Ｂで車上無線機１１ｂの受信レベルＢ１が通信途絶する受信レベルの閾値ＴＨ２、例えば−９０ｄＢｍに達すると、車上無線機１１ｂと基地局４ａとの間で通信途絶が発生するが、車上無線機１１ｂの受信レベルＢ１が閾値ＴＨ２に達して基地局４ａとの通信途絶が発生する前に車上無線機１１ｂのハンドオーバーが終了し、車上無線機１１ｂは基地局４ｂと通信を開始して状態Ｃに移行する。状態Ｃでは図４（ｃ）に示すように、車上無線機１１ａと基地局４ａの間で通信を行うとともに車上無線機１１ｂと基地局４ｂとの間でも通信を行う。

この状態Ｃで車上無線機１１ａの受信レベルＡ１がハンドオーバーを開始する受信レベルの閾値ＴＨ１、例えば−７５ｄＢｍまで低下すると、状態Ｄに移行して車上無線機１１ｂはハンドオーバー処理を開始して周辺基地局である基地局４ｂの検索を開始して基地局４ｂとの通信状態を確認する。その際、車上無線機１１ａと基地局４ａとの間で通信途絶が発生するが車上無線機１１ｂと基地局４ｂとの間で通信を行っているから地上と車上間の通信を保つことができる。この車上無線機１１ｂのハンドオーバーが終了して状態Ｅに移行すると、図４（ｅ）に示すように、車上無線機１１ｂと基地局４ｂとの間で通信を行うとともに車上無線機１１ａと基地局４ｂの間でも通信を行う。

このように、減衰器１２が接続された車上無線機１１ｂと基地局４ａとの間の受信レベルＢ１がハンドオーバーを開始する受信レベルの閾値ＴＨ１に達してハンドオーバー処理を開始したとき車上無線機１１ａと基地局４ａとの間で通信を行いながら車上無線機１１ｂでハンドオーバー処理を行うから、ハンドオーバー時の通信途絶を確実に防止するとともにパケットロスが通信に与える影響を低減して地上装置１と車上装置３の間で安定して情報を伝送することができる。

前記説明では車上無線機１１ｂとアンテナ１３ｂとの間に減衰器１２を設けて、車上無線機１１ｂの受信レベルを車上無線機１１ａの受信レベルとの間にレベル差を設けた場合について説明したが、列車２の列車長が長い場合、車上無線機１１ａに接続されたアンテナ１３ａを先頭車両に設け、車上無線機１１ｂに接続されるアンテナ１３ｂを最後尾車両に設け、車上無線機１１ｂとアンテナ１３ｂの間に減衰器１２を接続しないで車上無線機１１ｂとアンテナ１３ｂを直接接続しても良い。

このように車上無線機１１ａに接続されたアンテナ１３ａを先頭車両に設け、車上無線機１１ｂに直接接続されたアンテナ１３ｂを最後尾車両に設けることにより、列車２の進行に応じて車上無線機１１ａの受信レベルと車上無線機１１ｂの受信レベルにレベル差を設け、この双方の受信レベルのレベル差を利用してハンドオーバー処理を行うことにより、前記と同様にハンドオーバー時の通信途絶を確実に防止することができる。

また、前記説明では車上無線機１１ａ車上無線機１１ｂの受信レベルのレベル差を利用してハンドオーバー処理を行う場合について示したが、例えば無線の回線品質や、パケットの経路決定に用いる無線品質を考慮した指標であるメトリック情報等その他の基準を用いてハンドオーバー処理を行っても良い。

１；地上装置、２；列車、３；車上装置、４；基地局、５；車上無線局、
６；漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）、７；地上制御装置、８；ルーター、
９；車上制御装置、１０；通信制御部、１１；車上無線機、１２；減衰器、
１３；アンテナ。

特開平１１−２７７２０号公報 特開２００１−２６８６１７号公報

Claims (2)

1. 地上装置に接続された複数の基地局と、列車に搭載された車上装置に接続された車上無線局とを有し、
   前記複数の基地局は、列車が走行する軌道にそって設けられた漏洩同軸ケーブルに接続され、漏洩同軸ケーブルをアンテナとして前記車上無線局と通信を行い、
   前記車上無線局は、２組の車上無線機と減衰器を有し、前記２組の車上無線機の一方の車上無線機はアンテナを介して地上と情報を送受信し、前記２組の車上無線機の他方の車上無線機は前記減衰器とアンテナを介して地上と情報を送受信し、
   前記２組の車上無線機で前記複数の基地局のいずれかの基地局と通信を行っているとき、前記他方の車上無線機の受信レベルがあらかじめ定めたハンドオーバー処理開始の閾値まで低下したときハンドオーバー処理を開始することを特徴とする地上・車上間情報伝送システム。
2. 前記一方の車上無線機は、前記他方の車上無線機の通信が途絶した後も通信を続行してハンドオーバー処理を行うことを特徴とする請求項１記載の地上・車上間情報伝送システム。

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