JP2014068216A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＯＦを用いた通信システムにおいて、中央局―基地局間の光伝送路を増やすことなく送信ダイバーシティを実現し、導入コストを抑えつつ通信品質の向上を図ることが可能な通信システムを提供する。
【解決手段】ＲＯＦを用いた通信システムにおいて、送信信号を周波数変換した信号と元の送信信号及び周波数変換に使用したパイロット信号を、多重化して１本の光伝送路で送信することにより、光伝送路を増やすことなく、また、ＲＯＦの利点の一つでもある送信周波数の一本化を損なうことなく、送信ダイバーシティを実現することができ、システム構築のコストを抑えつつ通信品質の向上を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、列車の運行管理を行う地上側の運行管理者と列車に搭乗する乗務員との間で音声またはデータの通信を行うための通信システムに関し、特に、中央局と基地局との間で通信信号を光ケーブルを介して中継伝送するＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）を用いた通信システムに関する。

従来から、列車の運行管理を行う地上側の運行管理者と列車に搭乗する乗務員との間で音声またはデータの通信を行うための通信システムが存在する。
このような列車用の通信システムでは、一般的に、空間波無線方式が採用されることが多く、この場合、路線に沿って数ｋｍ間隔で基地局を設置し、複数の基地局から同時に同一の信号を移動局に向かって送信することにより、路線上を走行する全列車に音声等の情報伝達が行われる。
しかし、上述した複数の基地局から同一の信号を同時に送信するような通信システムにおいては、基地局毎の送信周波数の精度、及び同一波干渉の問題があり、いずれも通信品質に影響を及ぼす大きな要因となっている。

そこで、基地局毎の送信周波数の精度をあわせる１つの手段として、図６に示すようなＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｎ Ｆｉｂｅｒ）を用いる方法がある。
図６は、従来の通信システムの構成例を示す図であり、地上側の運行管理者が操作する通信卓と、列車に搭乗する乗務員が操作する移動局との間で音声またはデータの通信を行うための通信システムである。
図６に示すように、従来の通信システムは、中央局１００と、中央局１００に接続された複数の基地局２００−１〜２００−ｍ（以下、これら基地局２００−１〜２００−ｍを区別しない場合には、単に基地局２００という）、通信卓３０−１〜３０−ｎ（以下、これら通信卓３０−１〜３０−ｎを区別しない場合には、単に通信卓３０という）、及び複数の移動局４０−１〜４０−ｇ（以下、これら移動局４０−１〜４０−ｇを区別しない場合には、単に移動局４０という）にて構成される。

また、中央局１００は、制御部１１と、信号生成部１２０と、送信部１３０とで構成される。
中央局１００では、制御部１１で通信卓３０から入力された音声信号等の情報に対し回線交換を行って信号生成部１２０に出力し、制御部１１から入力された信号を信号生成部１２０で変調処理し、無線周波数まで変調を行う。
その後、信号生成部１２０から入力された変調信号（電気信号）を送信部１３０で電気／光変換する。光信号に変換された信号は、送信部１３０から基地局２００に向けて光ファイバー５０中を伝送される。

また、基地局２００は、受信部２１０と、無線部２２０とで構成される。
基地局２００では、中央局１００から光ファイバー５０を介して受信した光信号を受信部２１０で電気信号に変換し、電気信号に変換した信号を無線部２２０で増幅し、アンテナ２３０より移動局４０に向けて無線送信する。

このように、ＲＯＦを用いた構成を通信システムに組み込むことにより、基地局２００から移動局４０に送出される信号の無線周波数は、中央局１００の信号生成部１２０の出力周波数で決定され、各基地局２００では、電気／光変換及び光／電気変換された信号を増幅するのみと考えられるため、すべての基地局２００からの送信周波数を同一にすることが可能となる。

次に、同一波干渉の問題を解決するための方法について説明する。
同一波干渉とは、ある基地局から送信される進行波と隣接する基地局からの逆向きの進行波が、２つの基地局間の中間付近でほぼ同一振幅で合成され、その合成点での位相関係から定在波が形成される現象である。
例えば、デジタル無線方式の場合、移動局を備えた列車が走行している時には、誤り訂正符号によりある程度基地局からの通信品質が確保されるが、合成波の信号電力が低下した位置で移動局を備えた列車が停止した時には、完全に基地局からの通信が途絶えてしまう可能性がある。
そこで、同一波干渉の対策方法として、無線伝送方式であるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ− Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）の一つであるＳＴＢＣ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式、またはＤＳＴＢＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式がある（特許文献１参照）。

特許文献１には、隣接する２つの基地局装置において、それぞれの基地局の生成手段が時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）又は差動時空間ブロック符号（ＤＳＴＢＣ）を用いて送信対象となる共通のデータ列から互いに直交する複数のデータ列を生成することで、無線通信領域が重複する一方の基地局装置のアンテナと他方の基地局装置のアンテナの各々から互いに直交する異なるデータ列の信号が送信されるように設定することにより、送信ダイバーシティ効果を得ることができ、同一波干渉対策として有効であることが記載されている。

特開２０１２−１５６８２号公報

そこで、ＲＯＦを用いることで送信周波数の周波数精度を確保しつつ、ＳＴＢＣ、またはＤＳＴＢＣの送信ダイバーシティ手法によって同一波干渉の対策を施した場合の最もシンプルなシステム構成を考えた場合、図７のような通信システムになる。
図７は、従来の通信システムの別の構成例を示す図であり、基本的には図６の構成と類似するが、相違点は以下の通りである。
なお、図７において、図６と同一部品については同一の番号を付してある。

中央局１００’の信号生成部１２０’は、ＳＴＢＣ、またはＤＳＴＢＣの符号化方式を含む構成であり、信号生成部１２０’から２種の同一周波数の信号が出力される。
送信部１３０’ａ、１３０’ｂは、信号生成部１２０’から出力された２種の信号のそれぞれに対して電気／光変換を行う。
なお、同一周波数の信号を複数伝送するためには別々の伝送路が必要となるため、２種の同一周波数の信号をそれぞれ異なる光ファイバー５０’ａ及び５０’ｂの回線に出力する。

また、基地局２００’では、受信部２１０’（２１０’ａ，２１０’ｂ）、及び無線部２２０’（２２０’ａ，２２０’ｂ）が２系統となっており、中央局１００’から受信した２種の同一周波数の信号をそれぞれ光／電気変換し、それぞれ２つのアンテナ２３０’ａ，２３０’ｂから別々に送信する。
つまり、上述したように、ＲＯＦを用いて、かつ送信ダイバーシティの構成をとる場合には、中央局１００’−基地局２００’間の光伝送路を２つに増やす必要があり、システム導入のためのコストが増大してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みなされたものであり、ＲＯＦを用いた通信システムにおいて、中央局―基地局間の光伝送路を増やすことなく送信ダイバーシティを実現し、導入コストを抑えつつ通信品質の向上を図ることが可能な通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る通信システムは、移動局と、当該移動局と無線通信を行う基地局と、当該基地局と光ケーブルによって接続された中央局とを備えた通信システムであって、前記中央局は、第１及び第２送信信号を生成する信号生成部と、 前記第２送信信号をパイロット信号を用いて周波数変換して第３送信信号を生成する第１変換部と、前記第１送信信号と、前記第３送信信号と、前記パイロット信号とを多重化する多重化部と、前記多重化部によって多重化された電気信号を光信号に変換して前記光ケーブルで前記基地局に送信する送信部と、を備え、前記基地局は、前記中央局から前記光ケーブルを介して光信号を受信し電気信号に変換する受信部と、前記電気信号を前記第１送信信号、前記第３送信信号、及び、前記パイロット信号に分離する分離部と、前記第３送信信号を前記パイロット信号を用いて周波数変換し、前記第２送信信号を生成する第２変換部と、前記第１送信信号と前記第２送信信号を無線により前記移動局に送信する無線部とを備えたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る通信システムは、前記中央局の前記信号生成部は、ＤＳＴＢＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式、または、ＳＴＢＣ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式の符号化により前記第１送信信号及び第２送信信号を生成することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、ＲＯＦを用いた通信システムにおいて、送信信号を周波数変換した信号と元の送信信号及び周波数変換に使用したパイロット信号を、多重化して１本の光伝送路で送信することにより、光伝送路を増やすことなく、また、ＲＯＦの利点の一つでもある送信周波数の一本化を損なうことなく、送信ダイバーシティを実現することができ、システム構築のコストを抑えつつ通信品質の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す図である。 図１の制御部１１の構成例を示すブロック図である。 図１の信号生成部１２の構成例を示すブロック図である。 図１の第１変換部１４の構成例を示すブロック図である。 図１の第２変換部２５の構成例を示すブロック図である。 従来の通信システムの構成例を示す図である。 従来の通信システムの別の構成例を示す図である。

＜実施の形態１＞
以下に、本発明の実施の形態１に係る通信システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す図であり、地上側の運行管理者が操作する通信卓と、列車に搭乗する乗務員が操作する移動局との間で音声またはデータの通信を行うための通信システムである。
なお、図１において、図６、または図７と同一の構成部品については同一の番号を付してある。
図１に示す通信システムは、中央局１０と、それに接続された複数の基地局２０−１，２０−２，・・・（以下、これら基地局２０−１，２０−２，・・・を区別しない場合には、単に基地局２０という）、通信卓３０−１〜３０−ｎ（以下、これら通信卓３０−１〜３０−ｎを区別しない場合には、単に通信卓３０という）、及び複数の移動局４０−１，・・・（以下、これら移動局４０−１，・・・を区別しない場合には、単に移動局４０という）にて構成される。

また、中央局１０は、制御部１１と、信号生成部１２と、送信部１３と、第１変換部１４と、多重化部１５とで構成される。
図１に示すように、中央局１０では、制御部１１で通信卓３０から入力された音声信号等の情報に対し回線制御を行って信号生成部１２に出力し、制御部１１から入力された信号を信号生成部１２で変調処理し、無線周波数まで変調を行う。

ここで、制御部１１の構成について、図２を参照して詳細に説明する。
図２は、図１の制御部１１の構成例を示すブロック図である。
制御部１１は、図２に示すように、複数の通信卓３０とのインタフェースである通信卓インタフェース（図中ではＩＦと表示）１１ａと、信号生成部１２とのインタフェースである信号生成部インタフェース（図中ではＩＦと表示）１１ｂと、通信卓３０または移動局４０からの通信要求に基づいて呼接続制御を行う呼制御部１１ｃと、回線交換を行う交換制御部１１ｄとを備えている。

また、信号生成部１２は、ＳＴＢＣ、またはＤＳＴＢＣの符号化方式を含む構成であり、信号生成部１２から２種の同一周波数の信号が出力される。
また、２種の同一周波数の信号のうち片方の信号（信号Ａとする）は直接多重化部１５に出力され、また、もう片方の信号（信号Ｂとする）は周波数変換を行う第１変換部１４に出力される。

ここで、信号生成部１２の構成について、図３を参照して詳細に説明する。
図３は、図１の信号生成部１２の構成例を示すブロック図である。
信号生成部１２は、図３に示すように、制御部１１から入力された信号をＳＴＢＣ、またはＤＳＴＢＣの方式により符号化を行うＤＳＴＢＣ符号化部１２ａと、符号化され２つの系（Ａ系、Ｂ系）のＩＱ信号をそれぞれ直交変調する直交変調器１２ｂ，１２ｄと、直交変調器１２ｂ，１２でそれぞれ直交変調された信号を、例えば、４５０ｋＨｚの中間（ｉＦ）周波数に周波数変換する変調器１２ｃ，１２ｅとを備えている。

また、第１変換部１４では、信号の周波数変換が為され、元の信号（信号Ａとする）と周波数が異なる信号（信号Ｄとする）が生成され、多重化部１５に出力される。
ここで、第１変換部１４の構成について、図４を参照して詳細に説明する。
図４は、図１の第１変換部１４の構成例を示すブロック図である。
図４に示すように、第１変換部１４は、パイロット信号（信号Ｃ：周波数（ｆ’）とする）を生成するオシレータ１４ｃと、信号生成部１２から入力された信号Ｂ（周波数（ｆ）とする）をパイロット信号（信号Ｃ：周波数（ｆ’））により所望の周波数に変換するミキサ１４ａと、ミキサ１４ａから出力された２つの異なる周波数［（ｆ＋ｆ’），（ｆ−ｆ’）］の信号から、所望の周波数（ｆ−ｆ’）の信号（信号Ｄ）を取り出すためのフィルタ１４ｂとを備えている。

ここで、第1変換部１４における信号Ｂの周波数変換は、信号Ａの帯域幅よりも大きくシフトされる。これにより多重化した後に分離した際に信号Ａ、Ｄの周波数が重なる（干渉する）ことなく、分離部２４は信号Ａ、Ｄを正確に取り出すことができる。
また、第１変換部１４で周波数変換に使用されたパイロット信号（信号Ｃ）も別伝送路で多重化部１５に出力される。

その後、多重化部１５で信号Ａ、信号Ｄ及び信号Ｃを単一の送信周波数の信号に多重化し、多重化した信号を送信部１３で電気／光変換を行い、変換した信号を基地局２０に向かって光ファイバー５０中を伝送させる。
このように、信号生成部１２から出力された２種の同一周波数の信号の内の片方を周波数変換し、周波数が異なる信号を多重化することによって、中央局１０−基地局２０間の伝送路である光ファイバー５０は１本で済むことになる。

また、基地局２０は、受信部２１と、２系統の無線部２２ａ，２２ｂと、分離部２４と、第２変換部２５とで構成される。
図１に示すように、基地局２０では、受信部２１で中央局１０の送信部１３から光ファイバー５０を介して受信した光信号の光／電気変換を行う。

また、受信部２１から出力された多重化された信号を分離部２４で信号Ａ，信号Ｄ，信号Ｃそれぞれにフィルタを用いて分離し、信号Ａは直接無線部２２ａへ、また、信号Ｄと信号Ｃは周波数変換を行う第２変換部２５へと送出される。
また、信号Ｄは第２変換部２５で信号Ｃをパイロット信号として使用し元の周波数に変換され、無線部２２ｂへと送出される。

ここで、第２変換部２５の構成について、図５を参照して詳細に説明する。
図５は、図１の第２変換部２５の構成例を示すブロック図である。
図５に示すように、第２変換部２５は、分離部２４から入力された信号Ｄ（周波数（ｆ−ｆ’））をパイロット信号（信号Ｃ：周波数（ｆ’））により所望の周波数に変換するミキサ２５ａと、ミキサ２５ａから出力された２つの異なる周波数［（（ｆ−ｆ’）＋ｆ’），（（ｆ−ｆ’）−ｆ’）］の信号から、所望の周波数（ｆ）の信号Ｂを取り出すためのフィルタ２５ｂとを備えている。

そして、第２変換部２５から出力された信号Ａ、Ｂは、それぞれ無線部２２ａ，２２ｂで信号が増幅され、それぞれアンテナ２３ａ，２３ｂから無線回線により移動局４０へと送信される。
このように、基地局２０の第２変換部２５で使用するパイロット信号を中央局１０の第１変換部１４で使用するパイロット信号と共通化することで、基地局２０で信号Ｄを周波数変換前の周波数に戻す際の精度を確保することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、ＲＯＦを用いた通信システムにおいて、送信信号を周波数変換した信号と元の送信信号及び周波数変換に使用したパイロット信号を、多重化して１本の光伝送路で送信することにより、光伝送路を増やすことなく、また、ＲＯＦの利点の一つでもある送信周波数の一本化を損なうことなく、送信ダイバーシティを実現することができ、システム構築のコストを抑えつつ通信品質の向上を図ることができる。

１０：中央局、１１：制御部、１１ａ：通信卓インタフェース、１１ｂ：信号生成部インタフェース、１１ｃ：呼制御部、１１ｄ：交換制御部、１２：信号生成部、１２ａ：ＤＳＴＢＣ符号化部、１２ｂ：直交変調器、１２ｃ：変調器、１２ｄ：直交変調器、１２ｅ：変調器、１３：送信部、１４：第１変換部、１４ａ：ミキサ、１４ｂ：フィルタ、１４ｃ：オシレータ、１５：多重化部、２０，２０−１：基地局、２１：受信部、２２ａ，２２ｂ：無線部、２３ａ，２３ｂ：アンテナ、２４：分離部、２５：第２変換部、２５ａ：ミキサ、２５ｂ：フィルタ、３０，３０−１，３０−２，３０−ｎ：通信卓、４０，４０−１，４０−ｇ：移動局、５０，５０’ａ，５０’ｂ：光ファイバー、１００，１００’：中央局、１２０，１２０’：信号生成部、１３０，１３０’，１３０’ａ，１３０’ｂ：送信部、２００，２００−１，２００−ｍ，２００’，２００’−１：基地局、２１０，２１０’ａ，２１０’ｂ：受信部、２２０，２２０’ａ，２２０’ｂ：無線部、２３０，２３０’ａ，２３０’ｂ：アンテナ。

Claims (2)

1. 移動局と、当該移動局と無線通信を行う基地局と、当該基地局と光ケーブルによって接続された中央局とを備えた通信システムであって、
   前記中央局は、
   第１及び第２送信信号を生成する信号生成部と、
   前記第２送信信号をパイロット信号を用いて周波数変換して第３送信信号を生成する第１変換部と、
   前記第１送信信号と、前記第３送信信号と、前記パイロット信号とを多重化する多重化部と、
   前記多重化部によって多重化された電気信号を光信号に変換して前記光ケーブルで前記基地局に送信する送信部と、を備え、
   前記基地局は、
   前記中央局から前記光ケーブルを介して光信号を受信し電気信号に変換する受信部と、
   前記電気信号を前記第１送信信号、前記第３送信信号、及び、前記パイロット信号に分離する分離部と、
   前記第３送信信号を前記パイロット信号を用いて周波数変換し、前記第２送信信号を生成する第２変換部と、
   前記第１送信信号と前記第２送信信号を無線により前記移動局に送信する無線部とを備えたことを特徴とする通信システム。
2. 前記中央局の前記信号生成部は、ＤＳＴＢＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式、または、ＳＴＢＣ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式の符号化により前記第１送信信号及び第２送信信号を生成することを特徴とする請求項１記載の通信システム。