JP2023146213A - 列車無線システムおよび基地局 - Google Patents

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Abstract

【課題】列車無線システムの通常運用時における無線通信の不通について異常であると誤検知することを抑制可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】列車無線システムは、基地局10と、複数の中継機20と、移動局30とを備える。基地局10は、移動局30との間で電文を双方向に送信することで無線リンクを維持し、所定時間以上、移動局30から電文を受信しないことをもって移動局30との無線リンクが解除されたことを検知し、無線リンクが解除されたことを検知したときに、無線リンクが解除されたことを検知した移動局30の移動局番号と関連付けられた中継機番号を記憶部11aから取得し、中継機番号と異常検知マスクテーブルに格納された中継機番号に関連付けられた情報とに基づいて、移動局30との間の通信が異常であるかどうかを判定する。【選択図】図1

Description

本開示は、列車無線システムおよび基地局に関するものである。
従来の列車無線システムにおいて、基地局と移動局との間の通信状態を地上設備で監視するために、移動局が有する無線通信状態を示すメンテナンスデータを、移動局から無線通信で地上設備へ送信する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、基地局と移動局との間で無線リンクを確立した後に、基地局からポーリング制御を行い、移動局からのポーリング応答を受信して、基地局により無線の伝送品質の状態を判定する方法も開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2021-126942号公報 国際公開第2020/110187号
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、列車無線そのものが不通になるような異常が発生した場合、メンテナンスデータを地上設備へ送信できないという問題があった。
特許文献2に記載の技術では、上記の異常が発生した場合、無線通信が異常であると検知することができる。しかし、移動局が通信を行っている基地局からこれと隣接する基地局にハンド・オーバする、および車両基地での移動局の電源をOFFするといった通常運用でも、移動局から基地局への電文が不達となることで、無線通信が異常であると誤検知するという問題があった。
そこで、本開示は、列車無線システムの通常運用時における無線通信の不通について異常であると誤検知することを抑制可能な技術を提供することを目的とする。
本開示に係る列車無線システムは、基地局と、前記基地局と光ファイバにより1対1で接続されると共に、LCXにより数珠つなぎに接続された複数の中継機と、前記LCXに沿って移動し、前記中継機および前記LCXを介して前記基地局と通信可能な移動局とを備え、前記基地局は、前記移動局から前記中継機を介して電文を受信したときに、前記電文を送信した前記移動局と、前記電文を中継した前記中継機とを特定し、前記基地局は、各前記中継機毎に設定された中継機番号と、前記移動局と前記基地局との間の通信における異常検知をマスクするかどうかを示す情報とが関連付けられて格納されたテーブルと、前記電文を中継した前記中継機の前記中継機番号と、前記電文を送信した前記移動局の移動局番号とを関連付けて記憶する記憶部とを備え、前記基地局は、前記移動局との間で前記電文を双方向に送信することで無線リンクを維持し、所定時間以上、前記移動局から前記電文を受信しないことをもって前記移動局との前記無線リンクが解除されたことを検知し、前記無線リンクが解除されたことを検知したときに、前記無線リンクが解除されたことを検知した前記移動局の前記移動局番号と関連付けられた前記中継機番号を前記記憶部から取得し、前記中継機番号と前記テーブルに格納された前記中継機番号に関連付けられた前記情報とに基づいて、前記移動局との間の通信が異常であるかどうかを判定する。
本開示によれば、列車無線システムの通常運用時における無線通信の不通について異常であると誤検知することを抑制できる。
実施の形態1に係る列車無線システムの構成図である。 実施の形態1に係る列車無線システムが備える基地局の構成図である。 実施の形態1に係る列車無線システムが備える中継機の構成図である。 実施の形態1に係る列車無線システムが備える複数の中継機とLCXとの接続構成図である。 実施の形態1における異常検知マスクテーブルを示す図である。 実施の形態1における移動局在線管理テーブルを示す図である。 実施の形態2における中継機種別テーブルを示す図である。 実施の形態2における移動局在線管理テーブルを示す図である。 実施の形態2における異常判定条件表を示す図である。
<実施の形態1>
<列車無線システムの構成>
実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係る列車無線システムの構成図である。
図1に示すように、列車無線システムは、基地局10と、複数の中継機20-1~20-Nと、移動局30と、光ファイバ40と、LCX(Leaky Coaxial Cable:漏洩同軸ケーブル)50とを備えている。以降の説明において、中継機20-1~20-Nを区別しないときは中継機20として説明を行う。また、図1では、1つの移動局30が図示されているが、本実施の形態では、列車無線システムが複数の移動局30を備えている場合について説明する。
基地局10は、複数の中継機20と光ファイバ40により1対1で接続されると共に、複数の中継機20と中継機20-1、中継機20-2、・・・、中継機20-Nの順にLCX50により数珠つなぎに接続されている。
移動局30は、LCX50に沿って移動し、中継機20およびLCX50を介して基地局10と通信可能なように構成されている。
次に、基地局10の構成について説明する。図2は、実施の形態1に係る列車無線システムが備える基地局10の構成図である。
図2に示すように、基地局10は、送受信装置11と、複数のE/O変換部12-1~12-Nとを備えている。以降の説明において、E/O変換部12-1~12-Nを区別しないときはE/O変換部12として説明を行う。
複数のE/O変換部12と複数の中継機20はそれぞれ光ファイバ40により1対1で接続されている。送受信装置11は、一定時間間隔で複数のデータをまとめることで移動局30への送信データを構築し、構築した送信データをE/O変換部12へ出力する。また、送受信装置11は、E/O変換部12から入力された移動局30からの受信データを基地局10の上位装置(図示しない)へ出力する。
E/O変換部12は、電気信号と光信号を双方向に変換する機能を備え、送受信装置11から入力された電気信号を光信号に変換して光ファイバ40を介して中継機20へ出力する。また、E/O変換部12は、光ファイバ40を介して中継機20から入力された光信号を電気信号に変換して送受信装置11へ出力する。
また、送受信装置11は記憶部11aを備えているが、記憶部11aの詳細については後述する。
次に、中継機20の構成について説明する。図3は、実施の形態1に係る列車無線システムが備える中継機の構成図である。
図3に示すように、中継機20は、E/O変換部21と、高周波増幅部22とを備えている。E/O変換部21は、光ファイバ40により基地局10と接続されている。高周波増幅部22は、LCX50と接続されている。これにより、複数の中継機20は、LCX50により数珠つなぎに接続される。
高周波増幅部22は、E/O変換部21から入力された電気信号を増幅して後段の中継機20側(図3において右側)のLCX50へ出力する。また、高周波増幅部22は、LCX50から入力された電気信号を増幅してE/O変換部21へ出力する。
E/O変換部21は、電気信号と光信号を双方向に変換する機能を備え、高周波増幅部22から入力された電気信号を光信号に変換して光ファイバ40を介して基地局10へ出力する。また、E/O変換部21は、光ファイバ40を介して基地局10から入力された光信号を電気信号に変換して高周波増幅部22へ出力する。
図4は、実施の形態1に係る列車無線システムが備える複数の中継機20とLCX50との接続構成図である。
図4に示すように、中継機20-5を除いて、中継機20-1から中継機20-NまでLCX50により直列に接続され、中継機20-1と中継機20-Nが基地局10の通信可能なゾーン境界に位置するものとする。また、中継機20-5は、中継機20-4から分岐したLCX50に接続され、中継機20-5に接続されたLCX50の周辺に車両基地(図示しない)があるものとする。
図5は、実施の形態1における異常検知マスクテーブルを示す図である。異常検知マスクテーブルは、基地局10が具備している。
図2に示すように、基地局10の送受信装置11は、記憶部11aを備えている。記憶部11aは、異常検知マスクテーブルを格納している。図5に示すように、異常検知マスクテーブルには、各中継機20毎に設定された中継機番号と、移動局30と基地局10との間の通信における異常検知をマスクするかどうかを示す情報である異常検知マスク設定とが関連付けられて、中継機20の台数分格納されている。異常検知マスクテーブルに格納されたデータは、列車無線システムの動作中に内容を変更しない固定のデータである。
異常検知マスクテーブルでは、移動局30が通信を行っている基地局10からこれと隣接する基地局10へのハンド・オーバが起こり得る基地局10のゾーン境界と、移動局30の電源OFFが起こり得る車両基地との周辺とに敷設されたLCX50と接続された中継機20-1,20-5,20-Nの中継機番号に対応する異常検知マスク設定をONとし、これらの中継機20-1,20-5,20-N以外の中継機番号に対応する異常検知マスク設定をOFFとしている。本実施の形態では、中継機番号1と中継機番号5と中継機番号Nに対応する異常検知マスク設定をONとし、これらの中継機20以外の中継機番号に対応する異常検知マスク設定をOFFとする。
図6は、実施の形態1における移動局在線管理テーブルを示す図である。基地局10の記憶部11aは、移動局在線管理テーブルを格納している。
図6に示すように、移動局在線管理テーブルは、移動局番号と、最終受信時刻と、中継機番号とを関連付けたデータを格納している。基地局10の起動後の初期状態では、移動局在線管理テーブルのデータは空である。基地局10は、移動局30から中継機20を介して電文を受信したときに、電文を送信した移動局30と、電文を中継した中継機20とを特定し、特定した移動局30の移動局番号と、特定した中継機20の中継機番号と、電文の最終受信時刻とを関連付けたデータを移動局在線管理テーブルに記憶させる。
<移動局在線管理テーブルの更新方法>
次に、移動局在線管理テーブルの更新方法について、基地局10と移動局30の動作と関連付けて説明する。
基地局10と移動局30が通信するためには、電文を双方向に送信することで無線リンクを確立する必要がある。移動局30から送信される電文には移動局30を識別するための情報である移動局番号が含まれている。基地局10は、移動局30から受信した電文の移動局番号を読み取ることで、移動局30が在線したことを検知し、移動局在線管理テーブルに移動局番号を格納する。無線リンクの確立後、基地局10と移動局30は、一定時間間隔で電文を双方向に送信することで無線リンクを維持する。
しかし、移動局30が通信を行っている基地局10からこれと隣接する基地局10へハンド・オーバしたり、車両基地で電源をOFFすると、基地局10は、所定時間以上、移動局30からの電文を受信しないことをもって移動局30との無線リンクが解除されたことを検知し、移動局在線管理テーブルから当該移動局30の移動局番号に対応するデータを削除する。
無線リンクの解除を検知する方法はいくつか考えられるが、一例を説明する。基地局10は、移動局30から電文を受信する都度に、電文から移動局番号を読み取り、移動局在線管理テーブルから移動局番号に対応するデータを検索し、見つかったデータの最終受信時刻を現在時刻に更新する。
検索でデータが見つからない場合、基地局10は移動局在線管理テーブルにデータを追加し、当該データに移動局番号を格納し、最終受信時刻を現在時刻にする。基地局10は、一定時間間隔で、移動局在線管理テーブルに格納されている全データを1つずつ検査し、最終受信時刻と現在時刻とを比較して、所定時間以上経過している場合に、当該データの移動局番号を有する移動局30との無線リンクが解除されたことを判定する。
次に、移動局在線管理テーブルの中継機番号の更新方法について説明する。図1に示したように、基地局10と複数の中継機20との間を光ファイバ40により1対1で接続される構成としたため、基地局10は移動局30から電文を受信したときに、電文を送信した中継機20の中継機番号を特定することが可能である。基地局10は、移動局30の在線位置を記憶しているため、移動局30から電文を受信したときに、電文から移動局番号を読み取り、移動局在線管理テーブルから移動局番号に対応するデータを検索し、データの中継機番号を、電文を送信した中継機20の中継機番号に更新する。
検索でデータが見つからない場合、基地局10は、移動局在線管理テーブルに移動局番号を格納し、移動局番号に対応する中継機番号を、電文を送信した中継機20の中継機番号にする。
<通信異常の検知方法>
次に、基地局10が移動局30との電文不達に起因する通信異常を検知する方法について説明する。基地局10は、無線リンクの解除を検知したことによって移動局30との電文不達が発生したとみなし、それが異常であるかどうかを判定する処理を実施する。基地局10は、移動局在線管理テーブルから、無線リンクの解除を検知した移動局30の移動局番号に対応する中継機番号を取得する。次に、基地局10は、異常検知マスクテーブルを参照し、当該中継機番号に対応する異常検知マスク設定がONであれば正常であると判定し、異常検知マスク設定がOFFであれば異常であると判定する。
<効果>
以上のように、実施の形態1に係る列車無線システムは、基地局10と、基地局10と光ファイバ40により1対1で接続されると共に、LCX50により数珠つなぎに接続された複数の中継機20と、LCX50に沿って移動し、中継機20およびLCX50を介して基地局10と通信可能な移動局30とを備え、基地局10は、移動局30から中継機20を介して電文を受信したときに、電文を送信した移動局30と、電文を中継した中継機20とを特定し、基地局10は、各中継機20毎に設定された中継機番号と、移動局30と基地局10との間の通信における異常検知をマスクするかどうかを示す情報とが関連付けられて格納された異常検知マスクテーブルと、電文を中継した中継機20の中継機番号と、電文を送信した移動局30の移動局番号とを関連付けて記憶する記憶部11aとを備え、基地局10は、移動局30との間で電文を双方向に送信することで無線リンクを維持し、所定時間以上、移動局30から電文を受信しないことをもって移動局30との無線リンクが解除されたことを検知し、無線リンクが解除されたことを検知したときに、無線リンクが解除されたことを検知した移動局30の移動局番号と関連付けられた中継機番号を記憶部11aから取得し、中継機番号と異常検知マスクテーブルに格納された中継機番号に関連付けられた情報とに基づいて、移動局30との間の通信が異常であるかどうかを判定する。
したがって、基地局10は、基地局10のゾーン境界および車両基地の周辺に敷設されたLCX50に接続された中継機20を介した移動局30との間の通信について異常検知をマスクすることができる。これにより、基地局10は、列車無線システムの通常運用時における無線通信の不通について異常であると誤検知することを抑制できる。
また、無線通信について異常が発生した後の復旧作業において重要な情報となる、移動局30が在線していた中継機20の中継機番号も特定できるという効果も得られる。
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る列車無線システムについて説明する。図7は、実施の形態2における中継機種別テーブルを示す図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
実施の形態1では、基地局10のゾーン境界では電文不達を検知しても、正常と判定しなかったが、異常を正常と誤判定している可能性がある。つまり、移動局30は、逆方向に走行することは通常ありえないため、基地局10のゾーン境界で逆方向に走行しないと発生しないような無線リンクの解除を検知した場合は、異常であると判定する必要がある。実施の形態2では、このような誤判定を回避する方法を採用した例を示す。
列車無線システムの構成、基地局10の構成、および中継機20の構成については、実施の形態1の場合と同様であるため説明を省略する。
実施の形態2では、基地局10の記憶部11aは、異常検知マスクテーブルに代えて、図7に示す中継機種別テーブルを格納している。中継機種別テーブルに格納されたデータは、列車無線システムの動作中に内容を変更しない固定のデータである。中継機種別テーブルには、中継機番号と、中継機の配置位置の種別に応じて異常検知をマスクするかどうかを示す情報である中継機種別とが関連付けられて、中継機20の台数分格納されている。つまり、中継機種別テーブルの中継機種別が異常検知マスクテーブルの異常検知マスク設定に対応している。
移動局30の進行方向における上り側の基地局10のゾーン境界に敷設されたLCX50に接続された中継機20の中継機番号に対応する中継機種別を上りゾーン境界、下り側については同様に下りゾーン境界、移動局30の電源OFFが起こり得る車両基地の周辺に敷設されたLCX50に接続された中継機20の中継機番号に対応する中継機種別を車両基地とし、これらの中継機20以外の中継機番号に対応する中継機種別をデフォルト値(設定なし)とする。
実施の形態2では、中継機番号1に対応する中継機種別を上りゾーン境界、中継機番号5に対応する中継機種別を車両基地、中継機番号Nに対応する中継機種別を下りゾーン境界とし、これらの中継機20-1,20-5,20-N以外の中継機番号に対応する中継機種別をデフォルト値(設定なし)とする。
図8は、実施の形態2における移動局在線管理テーブルを示す図である。図8に示すように、実施の形態2では、実施の形態1における移動局在線管理テーブルに対して、移動局30の進行方向(上り、または、下り)を示す情報を追加している。移動局30の進行方向を示す情報は、移動局30から無線リンクを確立するために送信される電文に含まれるものとし、基地局10は、移動局30からの電文を受信したときに、電文から進行方向を読み取り、移動局在線管理テーブルに移動局番号のデータを追加するときに、進行方向も併せて格納する。
移動局在線管理テーブルの更新方法、無線リンクの解除を検知する方法、および移動局在線管理テーブルの中継機番号の更新方法については、実施の形態1の場合と同様であるため説明を省略する。
次に、基地局10が移動局30との電文不達に起因する通信異常を検知する方法について説明する。図9は、実施の形態2における異常判定条件表を示す図である。異常判定条件表は、基地局10の記憶部11aに格納され、移動局30の進行方向と、中継機種別と、判定結果とが関連付けられたものである。実施の形態1との相違点は、異常であるかどうかを判定する処理の条件に、移動局30の進行方向と中継機種別が加えられたことであり、次のように判定する。
基地局10は、無線リンクの解除を検知した移動局30の進行方向と中継機番号とを移動局在線管理テーブルから取得する。次に、基地局10は、中継機種別テーブルに格納された中継機種別を取得する。次に、基地局10は、図9に示す異常判定条件表を参照し、移動局30の進行方向と中継機種別に基づき、正常であるか異常であるかを判定する。
以上のように、実施の形態2に係る列車無線システムでは、基地局10は、移動局30から中継機20を介して電文を受信したときに、電文を送信した移動局30の進行方向をさらに特定し、中継機種別テーブルに格納された情報は、中継機20の配置位置の種別に応じて異常検知をマスクするかどうかを示し、記憶部11aは、中継機番号と、移動局番号と、移動局30の進行方向とを関連付けて記憶し、基地局10は、無線リンクが解除されたことを検知したときに、無線リンクが解除されたことを検知した移動局30の移動局番号と関連付けられた移動局30の進行方向と中継機番号とを記憶部11aから取得し、移動局30の進行方向と中継機種別テーブルに格納された中継機番号に関連付けられた情報とに基づいて、移動局との間の通信が異常であるかどうか判定する。
したがって、無線リンクの解除を検知したときに基地局10と移動局30との間の通信が異常であるかどうかを判定する条件に、移動局30の進行方向を加えたことで、基地局10のゾーン境界において異常を正常と誤判定することを回避することができる。
<実施の形態1,2の変形例>
実施の形態1,2では、移動局30へ送信するデータを符号化し変調してデジタル信号からアナログ信号に変換する機能(送信部)と、移動局30から受信したアナログ信号を復調し復号化してデジタル信号に変換する機能(受信部)とをどの装置に備えるかは任意であり、基地局10が備えていてもよいし、中継機20が備えていてもよい。基地局10が備える場合は、送受信装置11が備え、中継機20が備える場合は、高周波増幅部22が備える。
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
10 基地局、11a 記憶部、20 中継機、30 移動局、40 光ファイバ、50 LCX。

Claims (4)

  1. 基地局と、
    前記基地局と光ファイバにより1対1で接続されると共に、LCXにより数珠つなぎに接続された複数の中継機と、
    前記LCXに沿って移動し、前記中継機および前記LCXを介して前記基地局と通信可能な移動局と、を備え、
    前記基地局は、前記移動局から前記中継機を介して電文を受信したときに、前記電文を送信した前記移動局と、前記電文を中継した前記中継機とを特定し、
    前記基地局は、
    各前記中継機毎に設定された中継機番号と、前記移動局と前記基地局との間の通信における異常検知をマスクするかどうかを示す情報とが関連付けられて格納されたテーブルと、
    前記電文を中継した前記中継機の前記中継機番号と、前記電文を送信した前記移動局の移動局番号とを関連付けて記憶する記憶部と、を備え、
    前記基地局は、前記移動局との間で前記電文を双方向に送信することで無線リンクを維持し、所定時間以上、前記移動局から前記電文を受信しないことをもって前記移動局との前記無線リンクが解除されたことを検知し、前記無線リンクが解除されたことを検知したときに、前記無線リンクが解除されたことを検知した前記移動局の前記移動局番号と関連付けられた前記中継機番号を前記記憶部から取得し、前記中継機番号と前記テーブルに格納された前記中継機番号に関連付けられた前記情報とに基づいて、前記移動局との間の通信が異常であるかどうかを判定する、列車無線システム。
  2. 前記基地局は、前記移動局から前記中継機を介して前記電文を受信したときに、前記電文を送信した前記移動局の進行方向をさらに特定し、
    前記テーブルに格納された前記情報は、前記中継機の配置位置の種別に応じて前記異常検知をマスクするかどうかを示し、
    前記記憶部は、前記中継機番号と、前記移動局番号と、前記移動局の前記進行方向とを関連付けて記憶し、
    前記基地局は、前記無線リンクが解除されたことを検知したときに、前記無線リンクが解除されたことを検知した前記移動局の前記移動局番号と関連付けられた前記移動局の前記進行方向と前記中継機番号とを前記記憶部から取得し、前記移動局の前記進行方向と前記テーブルに格納された前記中継機番号に関連付けられた前記情報とに基づいて、前記移動局との間の通信が異常であるかどうか判定する、請求項1に記載の列車無線システム。
  3. LCXにより数珠つなぎに接続された複数の中継機の各々と光ファイバにより1対1で接続され、
    前記LCXに沿って移動する移動局と、前記中継機および前記LCXを介して通信可能であり、
    前記移動局から前記中継機を介して電文を受信したときに、前記電文を送信した前記移動局と、前記電文を中継した前記中継機とを特定し、
    各前記中継機毎に設定された中継機番号と、前記移動局との間の通信における異常検知をマスクするかどうかを示す情報とが関連付けられて格納されたテーブルと、
    前記電文を中継した前記中継機の前記中継機番号と、前記電文を送信した前記移動局の移動局番号とを関連付けて記憶する記憶部と、を備え、
    前記移動局との間で前記電文を双方向に送信することで無線リンクを維持し、所定時間以上、前記移動局から前記電文を受信しないことをもって前記移動局との前記無線リンクが解除されたことを検知し、前記無線リンクが解除されたことを検知したときに、前記無線リンクが解除されたことを検知した前記移動局の前記移動局番号と関連付けられた前記中継機番号を前記記憶部から取得し、前記中継機番号と前記テーブルに格納された前記中継機番号に関連付けられた前記情報とに基づいて、前記移動局との間の通信が異常であるかどうかを判定する、基地局。
  4. 前記移動局から前記中継機を介して前記電文を受信したときに、前記電文を送信した前記移動局の進行方向をさらに特定し、
    前記テーブルに格納された前記情報は、前記中継機の配置位置の種別に応じて前記異常検知をマスクするかどうかを示し、
    前記記憶部は、前記中継機番号と、前記移動局番号と、前記移動局の前記進行方向とを関連付けて記憶し、
    前記無線リンクが解除されたことを検知したときに、前記無線リンクが解除されたことを検知した前記移動局の前記移動局番号と関連付けられた前記移動局の前記進行方向と前記中継機番号とを前記記憶部から取得し、前記移動局の前記進行方向と前記テーブルに格納された前記中継機番号に関連付けられた前記情報とに基づいて、前記移動局との間の通信が異常であるかどうか判定する、請求項3に記載の基地局。
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