JP2605606B2 - 列車無線通信システム - Google Patents

列車無線通信システム

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JP2605606B2
JP2605606B2 JP5305553A JP30555393A JP2605606B2 JP 2605606 B2 JP2605606 B2 JP 2605606B2 JP 5305553 A JP5305553 A JP 5305553A JP 30555393 A JP30555393 A JP 30555393A JP 2605606 B2 JP2605606 B2 JP 2605606B2
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    • H04B7/0834Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using antenna selection based on external parameters, e.g. subscriber speed or location

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイバーシチ受信方式
の列車無線通信システムに利用する。特に、車上通信装
置で常に最良の通信品質を保持する列車無線通信システ
ムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来例の列車無線通信システムの
ブロック構成図である。
【0003】従来、列車無線通信システムは、種々の方
式が提案され、また、実用化されてきたが、その中でも
効果が大きいと評価されているものにスペースダイバー
シチ受信方式があげられる。以下にスペースダイバーシ
チ受信方式の基本構成について図5を参照して説明す
る。
【0004】図5において、地上通信装置31は列車が
走行する線路沿いにある間隔をもって多数設置され、車
上通信装置32は走行中に通信する相手地上通信装置3
1を次々に切り替えながら通信を行う。図5は前記の複
数の地上通信装置31のうちの一つと車上通信装置32
とが通信を行っている場合を示している。車上通信装置
32は複数のアンテナ321a〜321nからなるアン
テナ装置321と、複数の受信機322a〜322nか
らなる受信装置322と、複数の回線モニタ323a〜
323nからなる回線モニタ装置323と、回線モニタ
装置323の各回線モニタ323a〜323nの出力結
果を比較して最良の品質をもつ受信経路を特定する回線
品質比較器324と、回線品質比較器324の比較結果
を基に受信機322a〜322nの受信出力の中から一
つの受信出力を選択する受信機選択スイッチ325とに
より構成される。
【0005】アンテナ321a〜321n、受信機32
2a〜322nおよび回線モニタ323a〜323nは
それぞれ1対1に対応しており、各々独立した受信経路
を構成している。すなわち、地上通信装置31におい
て、変調を施されて送信された無線周波数信号は車上通
信装置32内の複数のアンテナ321a〜321nを経
由して各受信機322a〜322nに送られ、復調され
て受信出力として出力される。回線モニタ323a〜3
23nは前記受信出力の品質を評価し、数値化して出力
する。この場合に品質の評価方法は種々考えられが、ア
ナログ方式の場合には受信電界強度、ディジタル伝送の
場合にはビットエラーレート(BER)等が通常よく用
いられる。
【0006】回線品質比較器324では、回線モニタ3
23a〜323nから送られてくる各受信経路の受信電
界強度やBER等を比較し最も回線品質が高いと評価さ
れる受信経路を一つだけ特定する。受信機選択スイッチ
325は受信機322a〜3322nの受信出力を全て
入力しており、回線品質比較器324によって特定され
た受信経路に属する受信機の受信出力を選択して出力す
る機能をもつ。
【0007】アンテナ装置321内の各アンテナ321
a〜321nは空間的に異なった位置に設置される。一
般に列車無線通信を含めて移動体通信においては多重波
伝播が発生し通信品質の劣化を招くが、複数のアンテナ
を空間的に異なった位置に設置することにより、ある一
つのアンテナを含む受信経路の回線品質が多重伝播によ
り劣化した場合でも、他のアンテナを含む受信経路にお
いては多重波の到来環境が異なるためより良い回線品質
を維持している可能性がある。したがって、前記の構成
により常に受信電界強度が高い受信経路やBERの小さ
い受信経路を選択することにより最良の回線品質を維持
することが期待できる。
【0008】また、少なくとも4基の指向性アンテナお
よび3台の受信機を備え、2台の受信機により常にダイ
バーシチ受信を行う一方で残りの1台の受信機を利用し
てより高出力のアンテナを探すことにより、より良好な
受信を可能にする提案がある(特開昭61−72421
号公報)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来例のダイバーシチ受信装置では、複数の受信経路、す
なわち、複数のアンテナ、複数の受信機および複数の回
線モニタが必要であり車上通信装置の規模が大きくかつ
高価になる欠点があった。
【0010】本発明は前記の欠点を解決するもので、信
頼性が高く、装置規模が小さく、かつ経済的な列車無線
通信システムを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、列車が走行す
る線路沿いに設けられた複数の地上通信装置と、列車が
走行中にこの複数の地上通信装置の一つとの間に無線回
線を設定する車上通信装置とを備え、前記車上通信装置
は、前記複数の地上通信装置からの送信信号をそれぞれ
受信する複数のアンテナと、1個の受信機を含む受信装
置と、この複数のアンテナの一つを選択してその受信機
に接続するアンテナ切替スイッチと、その受信装置出力
にしたがってこのアンテナ切替スイッチを制御するアン
テナ制御装置とを備えた列車無線通信システムにおい
て、前記アンテナ制御装置に用いら れるアンテナ切替情
報は、現在位置情報に対する各アンテナの空間ダイバー
シチ制御に関する相関係数であることを特徴とする。
【0012】また、本発明は、前記受信装置は受信信号
の品質を監視する回線モニタを含むことができる。さら
に、本発明は、前記アンテナ制御装置には、その線路沿
いのアンテナ切替情報を記憶するメモリを備えることが
できる。
【0013】
【作用】アンテナ制御装置のメモリに列車の現在位置情
報に対する各アンテナの空間ダイバーシチ制御に関する
相関係数アンテナ切替情報を記憶しておき、回線モニタ
からアンテナ切替要求があったと列車の現在位置情報に
したがってそのメモリからアンテナ切替情報を読出しア
ンテナ切替スイッチの切替えを制御することにより、一
組の受信機および回線モニタで信頼性が高く、装置規模
が小さく、かつ経済的なアンテナ切替のダイバーシチ受
信を実現できる。
【0014】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
【0015】図1は本発明一実施例列車無線通信システ
ムのブロック構成図である。図2は本発明の列車無線通
信システムの位置検出器の詳細なブロック構成図であ
る。図1および図2において、列車無線通信システム
は、列車が走行する線路沿いに設けられた複数の地上通
信装置11と、列車が走行中にこの複数の地上通信装置
11の一つとの間に無線回線を設定する車上通信装置1
2とを備える。
【0016】ここで本発明の特徴とするところは、車上
通信装置12は、複数の地上通信装置11からの送信信
号をそれぞれ受信する複数のアンテナ121a〜121
nと、1個の受信機122aを含む受信装置122と、
複数のアンテナ121a〜121nの一つを選択して受
信機122aに接続するアンテナ切替スイッチ121m
と、受信機122aの出力にしたがってこの切替スイッ
チ121mを制御するアンテナ制御装置123とを備え
たことにある。
【0017】また、受信装置122は受信信号の品質を
監視する回線モニタ122bを含む。
【0018】さらに、アンテナ制御装置123には、そ
の線路沿いのアンテナ切替情報を記憶するメモリ123
hを備える。
【0019】また、アンテナ切替情報は、現在位置情報
に対する各アンテナ121a〜121nの空間ダイバー
シチ制御に関する相関係数である。すなわち、空間相関
係数を使用する場合には、アンテナ制御装置123に
は、複数の基準点に設置された地上通信装置11の地上
位置情報42を受信機122aから入力し基準点の一つ
を検出する毎にリセットパルス23を出力し、地上位置
情報42を解読して現在の基準点のアドレス25を検出
する位置検出器123aと、リセットパルス23に基づ
き初期化し、その後の経過時間24を計数するタイマ1
23cと、列車の走行速度21を計測する速度計123
dと、速度計123dからの走行速度21およびタイマ
123cからの経過時間24により検出された基準点の
一つを通過後の走行距離22を計算する距離計算器12
3eと、あらかじめ現在位置に関する電波伝搬パラメタ
を記憶しておき、距離計算器123eからの走行距離
(下位アドレス)22および基準点のアドレス(下位ア
ドレス)25に基づき現在走行位置に関する電波伝搬パ
ラメタ26を出力するメモリ123bと、電波伝搬パラ
メタ26およびアンテナ切替装置121mからの現用ア
ンテナ番号41により現在走行位置における各空間相関
係数27を計算する相関係数計算器123fと、各空間
相関係数27を比較し、最も相関値の小さなアンテナ番
号をメモリ123hに格納し、回線モニタ122bから
のアンテンア切替要求29によりメモリ123hの内容
(アンテナ切替情報30)をアンテナ切替スイッチ12
1mに出力するアンテナ切替情報生成器123hとを含
む。
【0020】このような構成の列車無線通信システムの
動作について説明する。
【0021】図3は本発明の列車無線通信システムのハ
ンドオーバの構成を示す図である。図4は本発明の列車
無線通信システムの動作を示すタイムチャートである。
図1〜図3において、基準点の通過時点を厳密に特定す
る(例えば、誤差1m の範囲で)場合には、地上通信装
置11から車上通信装置12の位置検出(赤外線セン
サ、レーダ等により)を行い、その情報を送信データに
多重化して車上通信装置12に通達する方法が考えられ
る。ただし、前記の手段を追加することはシステムを複
雑かつ高価にする点でデメリットであり、かつ、追加す
ることによる効果が顕著ではない。
【0022】そこで、本実施例では、一つの車上通信装
置12が複数の地上通信装置11を渡り歩きながら(自
動車電話のハンドオーバと同じ)連続的に通信する場合
に、通常図3に示すような方法をとる。すなわち、車上
通信装置12は複数の受信機系を持ち、二つまたはそれ
以上の地上通信装置11からの電波(周波数が異なる)
を受信しておき、現在選択している地上通信装置11と
距離が段々近くなり、アンテナの指向特性上通信が不能
となる前に次の地上通信装置11を選択することにより
連続的に受信を行う。したがって、複数の受信系のうち
現在選択中のものに着目すれば、アンテナの指向性から
はずれる瞬間にそれ以前に受信していた地上位置情報が
急に受信されなくなる。また、次の地上通信装置11の
電波を受信する受信系に着目すれば、列車が近づいて受
信電界が徐々に大きくなり識別可能な位置まできたとき
に次の地上位置情報が急に受信されることになる。この
間、連続する二つの地上通信装置11の発する二つの位
置情報が同時に正しく受信される区間(期間)が存在す
る。したがって、どちらを選択するかの判断が必要であ
る。この判断の手段はいろいろ考えられるが、次のいづ
れかの方法に分類できる。
【0023】 受信電界をモニタして高い電界の方の
地上通信装置11を選択する。
【0024】 BERまたは他のエラー検出手段(C
RC等)によりエラーの少ない方を選択する。
【0025】したがって、地上位置情報の検出時点は項
目または項目のいづれかの項目による地上通信装置
11の切り替えの方法をとる。本実施例の切替処理を図
4に示す。図3はハンドオーバの構成を示す。図3
(a)は列車無線通信システムの例を示し、図3(b)
はゾーン切替の例を示す。
【0026】ここで、この地上位置情報の特定はダイバ
シチー受信方式といえるのであるが、この目的はあくま
でハンドオーバのためであり、本発明の目的ではない。
【0027】なお、地上通信装置11については、送信
データ、制御信号、その地上位置情報の多重装置、送信
機(変調部、無線部)およびアンテナからなる一般的な
構成となっている。
【0028】図1および図4において地上通信装置11
は走行中に通信する線路沿いに所定の間隔をもって多数
設置され、車上通信装置12は走行中に通信する相手地
上通信装置11を次々に切り替えながら通信を行う。図
1は複数の地上通信装置11の内の一つの地上通信装置
11と車上通信装置12とが通信を行っている場合を示
している。
【0029】地上通信装置11は、地上位置情報41と
して例えば地上通信装置11の識別番号等送信信号に多
重化して車上通信装置12に送出する。アンテナ装置1
21のアンテナ切替スイッチ121mは、アンテナ制御
装置123内のアンテナ切替情報生成器123gからの
アンテナ切替情報30に従って複数のアンテナ121a
〜121nの内の一つを選択し受信装置122内の受信
機122aに接続する。
【0030】受信装置122の受信機122aは、アン
テナ装置121からの受信信号を入力し復調等の無線通
信に必要な処理を施した後に、地上通信装置11によっ
て多重化された地上位置情報41を受信信号から分離し
てアンテナ制御装置123内の位置検出器123aに送
出するとともに受信信号を回線モニタ122bに送出す
る。回線モニタ122bは、受信機122aからの受信
信号の回線品質を数値化して評価し、回線品質が劣化し
回線品質が基準値28以下になったときにアンテナ制御
装置123内のアンテナ切替情報生成器123gにアン
テナ切替要求29を送出する。このとき回線品質の数値
化の手段としては受信電界強度やBERが使用される。
【0031】アンテナ制御装置123の位置検出器12
3aは、受信機122aからの地上位置情報41を解読
して現在の走行位置を検出しその結果を数値化して基準
点のアドレス(上位アドレス)25をメモリ123bに
送出するとともに、地上位置情報41を検出する毎にそ
れを基にして時間の基準点を決定するリセットパルス2
3をタイマ123cに送出する。
【0032】メモリ123bは位置検出器123aから
の基準点のアドレス25と、距離計算器123eの出力
である時間の基準点を通過した後に走行した走行距離2
2をアドレス情報として現走行位置に関する種々の電波
伝搬パラメタ26を相関係数計算器123fに送出す
る。
【0033】タイマ123cは位置検出器123aから
のリセットパルス23を時間的基準点として出力を初期
化し、それ以後の経過時間24を距離計算器123eに
出力する。
【0034】速度計123dは列車の走行速度21をデ
ィジタル化して距離計算器123eに送出する。距離計
算器123eは速度計123dからの走行速度21をタ
イマ123cからの経過時間24で積分し、ある基準点
通過後の走行距離を計算し、その結果をディジタル化し
て走行距離(下位アドレス)22としてメモリ123b
および相関係数計算器123fに送出する。
【0035】相関係数計算器123fでは、メモリ12
3bからの電波伝搬パラメタ26および距離計算器12
3eからの走行距離22を入力するとともにアンテナ装
置121内のアンテナ切替スイッチ121mからの現用
アンテナ番号41を入力し、電波伝搬パラメタ26およ
び走行距離22に基づいて現用アンテナと他のアンテナ
との空間相関係数を計算し、その結果を各空間相関係数
27としてアンテナ切替情報生成器123gに送出す
る。
【0036】アンテナ切替情報生成器123gでは各空
間相関係数27を比較し、最も相関値の小さなアンテナ
の番号をメモリ123hに記憶しておき、受信装置12
2内の回線モニタ122bからのアンテナ切替要求29
があったときに、記憶された相関値の最も小さなアンテ
ナの番号をアンテナ切替情報30としてアンテナ装置1
21内のアンテナ切替スイッチ121mに送出する。
【0037】次に、本実施例の動作概要を図4を参照し
て説明する。図4において、横軸は時間軸であり、軸上
の下向きの矢印は距離的基準点0、1、2、3をそれぞ
れ時刻T0、T1、T2、T3に列車が通過したことを
示している。各基準点の間を便宜的に区間0(基準点0
と基準点1との間)、1、2、3と呼ぶことにする。列
車は区間0では速度を徐々に上げながら走行し、区間1
では一定速度で、また区間2では徐々に減速しながら走
行したと仮定する。これらの仮定に基づき本実施例の基
本構成要素の内でアンテナ制御装置123内の各構成要
素がどのように動作するかを以下に説明する。
【0038】速度計123dの出力(走行速度21)は
前記の仮定から区間0では正の傾きを、区間1では傾き
が0、また、区間2では負の傾きとなる。
【0039】列車が各距離的基準点を通過するとある幅
のリセットパルス23(位置検出器出力)が位置検出器
123aから出力される。
【0040】時間的基準点はこのリセットパルス23の
立ち下がりの時刻によって定義され、この時間的基準点
から次の時間的基準点までタイマ123cが動作し、そ
の経過時間24(タイマ出力)を出力する。
【0041】距離計算器123eは、速度計123dの
出力(走行速度21)をタイマ123cの出力(経過時
間24)で積分し、時間的基準点通過後の走行距離22
(距離計算器出力)を計算し出力する。
【0042】位置検出器123aは、距離的基準点を通
過する毎に各基準点(地上通信装置11の位置等)に固
定の識別番号を各基準点のアドレス25(位置検出器出
力)として出力する。メモリ123bでは、位置検出器
123aの出力(基準点のアドレス25)および距離計
算器123cの出力(基準点からの走行距離22)をア
ドレスとして現用の走行位置における電波伝搬パラメタ
26を出力する。
【0043】相関係数計算器123fではメモリ123
bの出力である各区間の電波伝搬パラメタ26(メモリ
出力)および距離計算器123eの出力である走行距離
22を用いて現在使用している現用アンテナと他のアン
テナとの各空間相関係数27(相関係数計算器出力)を
常に計算して出力している。例えば図4の場合に、区間
0の最初の方ではアンテナ切替スイッチ121mはアン
テナ1を選択しており、回線品質も良好であったが時間
の経過とともに次第に劣化し時刻t0に至って回線品質
がある基準値(図2に示す一点鎖線)を下回ったとす
る。簡単のために、図4ではアンテナの数が3の場合
(n=3)の例を示している。相関係数計算器123f
は時刻t0までは現用アンテナであるアンテナ1とアン
テナ2との空間相関係数(1、2)およびアンテナ1と
アンテナ3との空間相関係数(3、1)を計算してい
る。時刻t0において、回線品質が基準値を下回ったた
めに回線モニタ122bからアンテナ切替要求29(回
線モニタ出力)がアンテナ切替情報生成器123gに対
して送出される。アンナ切替情報生成器123gでは時
刻t0までの間は空間相関係数(1、2)と空間相関係
数(3、1)とを比較して相関値の小さなアンテナを記
憶している。時刻t0において、アンテナ切替要求29
を受信し、この時点での空間相関係数(1、2)が空間
相関係数(3、1)より大きい関係にあったために、ア
ンテナ1との相関値が小さい方のアンテナ3を選択する
ようにアンテナ切替情報30(アンテナ切替情報生成器
出力、すなわちアンテナ番号3)を送出する。アンテナ
装置121内のアンテナ切替スイッチ121mでは、こ
のアンテナ番号に従ってアンテナ121c(アンテナ番
号3とする)に現用アンテナを切替える。以下同様に区
間1の時刻t1において回線品質が再び基準値を下回
り、アンテナ切替要求29が送出され、この時点でアン
テナ121c(アンテナ番号3)との相関値が小さいア
ンテナ121b(アンテナ番号2)が選択され切替えら
れる。以下同様の手順により回線品質が基準値を下回る
毎に順次現用アンテナとの相関値が小さいアンテナに切
替える制御が行われる。
【0044】また、前述の実施例では空間相関係数を使
用してアンテナ切替を行ったが、列車の場合には自動車
等と異なり走行する所が同じで各走行位置における空間
相関係数によらずに、最初に複数組の受信機および回線
モニタを列車に搭載して各走行位置におけるアンテナ切
替パタンを測定し最適なアンテナ切替パタンを決めてお
き、このアンテナ切替パタンをメモリに記憶しておくこ
とにより、以後は一つの受信機で走行位置によりメモリ
の内容によりアンテナを切替えて品質のよい通話ができ
る。したがって、回線モニタは必ずしも必要としない。
【0045】さらに、走行位置を得る方法として列車が
始点を出るときタイマをリセットし速度計および距離計
算器により得ることができる。リセットする方法として
手動操作によりまたは列車が逆方向に走行したときに自
動的に行うことができる。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、信頼性
が高く、装置規模が小さく、かつ経済的なシステムを実
現できる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明一実施例列車無線通信システムのブロッ
ク構成図。
【図2】本発明の列車無線通信システムの位置検出器の
詳細なブロック構成図。
【図3】本発明の列車無線通信システムのハンドオーバ
の構成を示す図。
【図4】本発明の列車無線通信システムの動作を示すタ
イムチャート。
【図5】従来例の列車無線通信システムのブロック構成
図。
【符号の説明】
11、31 地上通信装置 12、32 車上通信装置 21 列車の走行速度(速度計出力) 22 基準点からの走行距離(距離計算器出力) 23 リセットパルス(位置検出器出力) 24 経過時間(タイマ出力) 25 基準点のアドレス(位置検出器出力) 26 電波伝搬パラメタ(メモリ出力) 27 各空間相関係数(相関係数計算器出力) 28 基準値 29 アンテナ切替要求(回線モニタ出力) 30 アンテナ切替情報(アンテナ切替情報生成器出
力) 41 現用アンテナ番号(アンテナ切替スイッチ出力) 42 地上位置情報(受信機出力) 121、321 アンテナ装置 121a〜121n、321a〜321n アンテナ 121m アンテナ切替スイッチ 122、322 受信装置 122a、322a〜322n 受信機 122b、323a〜323n 回線モニタ 123 アンテナ制御装置 123a 位置検出器 123b、123h メモリ 123c タイマ 123d 速度計 123e 距離計算器(積分器) 123f 相関係数計算器 123g アンテナ切替情報生成器 123h メモリ 323 回線モニタ装置 324 回線品質比較器 325 受信機選択スイッチ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 列車が走行する線路沿いに設けられた複
    数の地上通信装置と、列車が走行中にこの複数の地上通
    信装置の一つとの間に無線回線を設定する車上通信装置
    とを備え 前記車上通信装置は、前記複数の地上通信装置からの送
    信信号をそれぞれ受信する複数のアンテナと、1個の受
    信機を含む受信装置と、この複数のアンテナの一つを選
    択してその受信機に接続するアンテナ切替スイッチと、
    その受信装置出力にしたがってこのアンテナ切替スイッ
    チを制御するアンテナ制御装置とを備えた 列車無線通信
    システムにおいて、前記アンテナ制御装置に用いられるアンテナ切替情報
    は、現在位置情報に対する各アンテナの空間ダイバーシ
    チ制御に関する相関係数である ことを特徴とする列車無線通信システム。
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