JP4103695B2 - 通信制御方法、および通信システム - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、予め定められた経路上を移動する移動局と、該移動局と通信可能な複数の基地局を有する通信システムにおける通信制御方法、フレーム構成、および通信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、予め定められた経路上を移動する移動局、例えば、高速道路上を走行する自動車や、線路上を走行する列車に搭載されている無線局が、該経路上で移動しながら途切れることなく、無線インフラと通信を行う無線通信システムでは、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4で説明されているように、各基地局の通信可能範囲として定義されるセルは、上記経路上に移動局の移動方向に並べて配置され、各基地局のうち隣接する基地局は、干渉を抑制するために、異なる周波数で移動局と通信を行うように設定されている。また、移動局の位置を検出する手段により、移動局の移動に伴い、常に最適な基地局と通信を行うように周波数を切り替えるように制御されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−165253号公報
【特許文献2】
特開2000−229571号公報
【特許文献3】
特開2000−168556号公報
【特許文献4】
特開2000−165312号公報
【発明が解決しようとする課題】
予め定められた経路上を移動する移動局が、上記経路上に配置されている基地局のうち、隣接基地局が異なる周波数で移動局と通信を行うように設定されている場合、該経路上で移動しながら途切れることなく無線インフラと通信を行うためには、移動局の移動に伴い、常に最適な基地局と通信を行うように周波数を次々と切り替える必要があり、そのためには、移動局の位置を正確に検出する手段と、移動局の周波数を正確なタイミングで切り替える手段が必要であり、移動局の小型化や低コスト化が困難であるという問題があった
本発明では、全ての基地局が同一の周波数で通信を行うことによって、移動局の位置を正確に検出したり、移動局の周波数を切り替える必要がない通信制御方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る通信制御方法、および通信システムは、各基地局が同一の周波数で移動局と通信を行うようにしたものである。
【0005】
この発明に係る通信制御方法、および通信システムは、各基地局が同一の周波数で移動局と通信を行うようにし、かつ、隣接セル間の通信タイミングをずらすことによって、隣接セル間の相互干渉を抑制するものである。
【0006】
この発明に係る通信制御方法、および通信システムは、各基地局が同一の周波数で移動局と通信を行うようにし、かつ、移動局の経路進行方向に対して、隣接基地局を左右交互に配置し、移動局に具備された指向性アンテナによって、左右の隣接基地局からの信号を分離するものである。
【0007】
この発明に係る通信制御方法、および通信システムは、各基地局が同一の周波数で移動局と通信を行うようにし、かつ、基地局が移動局に対して、基地局に固有の識別子を送信し、送信された1つまたは複数の識別子の中から、適当な識別子を選択して、基地局に返信することにより、1つの基地局だけを選択して、以降の通信を継続するものである。
【0008】
この発明に係る通信制御方法、および通信システムは、各基地局が同一の周波数で移動局と通信を行うようにし、かつ、基地局が移動局に対して、基地局に固有の識別子を送信し、送信された1つまたは複数の識別子の中から、適当な識別子を選択して、基地局に返信することにより、1つの基地局だけを選択して、以降の通信を継続するものであり、基地局に固有の識別子を移動局の進行方向に対して昇順、または降順に並べ、識別子の大きさによって最適な基地局を選択するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
【0010】
図1は、線路102上を移動する列車101に搭載されている移動局115と、地上に配置された無線基地局112、113、114とが無線通信を行うことによって、移動局115が、地上ネットワーク110を介して、地上サーバ111にアクセスすることが可能な無線通信システムの従来例である。このシステムでは、無線基地局112、113、および114は、それぞれ周波数f1、f2、f1で移動局115と通信を行うように設定されている。このため、隣接する無線基地局112と113、および113と114を、互いに異なる周波数に設定することにより、相互の干渉が抑制されている。しかしながら、このシステムでは、移動局115が、移動しながら途切れることなく無線通信を継続するためには、無線基地局112の通信可能範囲であるセル116と、無線基地局113の通信可能範囲であるセル117の重複する場所で周波数をf1からf2へ、また、無線基地局113の通信可能範囲であるセル117と、無線基地局114の通信可能範囲であるセル118の重複する場所で周波数をf2からf1へ、それぞれ切り替える必要がある。隣接するセルの重複する区間を大きくすると、同数のセルでカバーできる通信可能範囲が小さくなるため、無線基地局数の少ない低コストのシステムを構築するためには、重複する区間を小さくする必要があるが、この場合、重複する区間を移動する時間が短くなるため、短時間で移動局の周波数を切り替える必要がある。このためには、一般に、GPSなどの正確な位置検出手段と基地局の位置データベースを移動局に具備する必要があり、また、高速で収束するシンセサイザを搭載する無線送受信機を具備する必要があるため、移動局の小型化や低コスト化を困難にする一因となっている。
【0011】
図2は、本発明の一実施形態に係る無線システムの例である。本無線システムでは、線路102上を移動する列車101に搭載されている移動局125と、地上に配置された無線基地局122、123、124とが無線通信を行うことによって、移動局125が、地上ネットワーク110を介して、地上サーバ111にアクセスすることが可能である。このシステムでは、無線基地局122、123、および124は、全て同一周波数f1で移動局125と通信を行うように設定されている。このため、移動局125が、無線基地局122の通信可能範囲であるセル126と、無線基地局123の通信可能範囲である127の重複する場所で周波数を変更する必要がない。そのため、周波数を切り替えるための正確な位置検出手段や、基地局の位置データベース、および、高速で収束するシンセサイザを搭載する無線送受信機を具備する必要がなく、移動局の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。
【0012】
図3は、本発明の一実施形態に係る無線システムのもう一つの例である。本無線システムでは、図2のシステムと同様に、線路102上を移動する列車101に搭載されている移動局135と、地上に配置された無線基地局132、133、134とが無線通信を行うことによって、移動局135が、地上ネットワーク110を介して、地上サーバ111にアクセスすることが可能である。このシステムでは、無線基地局132、133、および134は、全て同一周波数f1で移動局135と通信を行うように設定されている。このため、移動局135が、無線基地局132の通信可能範囲であるセル136と、無線基地局133の通信可能範囲である137の重複する場所で周波数を変更する必要がない。そのため、周波数を切り替えるための正確な位置検出手段や、基地局の位置データベース、および、高速で収束するシンセサイザを搭載する無線送受信機を具備する必要がなく、移動局の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。
【0013】
さらに、このシステムでは、同じ周波数に設定されている隣接基地局132と133、および133と134の間の相互干渉が生じないように、送信タイミングの制御を行っている。すなわち、無線基地局132と134はタイミングT1で、また、無線基地局133はタイミングT2で送信を行うことにより、隣接する無線基地局が同時に送信を行うことがないように制御することができる。ここで、タイミングT1とT2の間隔は、1回の送信に必要な時間より十分長く設定されている。また、全ての無線基地局で共通のタイミングT1とT2を認識するために、全ての無線基地局は、地上ネットワーク110を介して時間情報を交換し、互いに時計の同期を行っている。
【0014】
図4は、本発明の一実施形態に係る無線システムの、さらにもう一つの例である。本無線システムでは、図2のシステムと同様に、線路102上を移動する列車101に搭載されている移動局145と、地上に配置された無線基地局142、143、144とが無線通信を行うことによって、移動局145が、地上ネットワーク110を介して、地上サーバ111にアクセスすることが可能である。但し、図4では、列車101は上から見た図として表されている。
【0015】
このシステムでは、無線基地局142、143、および144は、全て同一周波数f1で移動局145と通信を行うように設定されている。このため、移動局145が、無線基地局142の通信可能範囲であるセル146と、無線基地局143の通信可能範囲である147の重複する場所で周波数を変更する必要がない。そのため、周波数を切り替えるための正確な位置検出手段や、基地局の位置データベース、および、高速で収束するシンセサイザを搭載する無線送受信機を具備する必要がなく、移動局の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。
【0016】
さらに、このシステムでは、同じ周波数に設定されている隣接基地局142と143、および143と144の間の相互干渉が生じないように、無線基地局の設置場所を、線路の左右に交互に配置し、車上の指向性アンテナ151と152によって、線路の左右どちらの無線基地局と通信を行うか選択可能となっている。すなわち、無線基地局142と144は進行方向左側に、無線基地局143は進行方向右側にそれぞれ配置されおり、無線基地局142と144と通信を行う場合には指向性アンテナ151を用い、無線基地局143と通信を行う場合には指向性アンテナ152を用いることにより、隣接無線基地局間の相互干渉を抑制することが可能となる。
【0017】
図5は、本発明の一実施形態に係る無線システムの、さらにもう一つの例である。本無線システムでは、図2のシステムと同様に、線路102上を移動する列車101に搭載されている移動局165と、地上に配置された無線基地局162、163、164とが無線通信を行うことによって、移動局165が、地上ネットワーク110を介して、地上サーバ111にアクセスすることが可能である。
【0018】
このシステムでは、無線基地局162、163、および164は、全て同一周波数f1で移動局165と通信を行うように設定されている。このため、移動局165が、無線基地局162の通信可能範囲であるセル166と、無線基地局163の通信可能範囲である164の重複する場所で周波数を変更する必要がない。そのため、周波数を切り替えるための正確な位置検出手段や、基地局の位置データベース、および、高速で収束するシンセサイザを搭載する無線送受信機を具備する必要がなく、移動局の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。
【0019】
さらに、このシステムでは、同じ周波数に設定されている隣接基地局162と163、および163と164の間の相互干渉が生じないように、無線基地局162,163,164と移動局165との間で制御情報を交換して、同時に複数の無線基地局が送信しないように制御を行っている。
【0020】
図6は、図5のシステムで使用する、通信フレームの例である。通信フレーム201は、送信権制御フィールド202とデータ通信フィールド204の2つのフィールドから構成される。移動局165と無線基地局162、163、164との間の通信は、この通信フレーム201の繰返しで構成される。送信権制御フィールド202は、無線基地局162、163,164のうち、同時に複数の無線基地局が送信しないように制御を行うための制御情報の交換に使用する。また、データ通信フィールドは、移動局165と無線基地局162、163、164がデータを送受信するために使用する。
【0021】
図7は、送信権制御フィールド202の一実施例である。送信権制御フィールド202は、基地局問合せフィールド211、基地局応答フィールド212、基地局指定フィールド213の3つのフィールドから構成される。基地局問合せフィールドでは、移動局165から無線基地局162、163、164に対して、基地局ID送信要求コマンドが送信される。基地局応答フィールド212では、基地局問合せフィールドの基地局ID送信要求コマンドを受信した無線基地局が、基地局IDを移動局に向けて送信する。地上局指定フィールド213では、移動局165が基地局応答フィールド212で受信した基地局IDの中から適当な基地局を選択して、そのIDを送信する。このIDを受信した無線基地局だけが、その後のデータ通信フィールド204でデータの送受信を行う。
【0022】
移動局165が複数の基地局IDを受信した場合、適当な基地局を選択する方法として、全ての基地局に関して、列車の進行方向に対して、昇順、または降順に基地局IDを割り振ることが考えられる。昇順に割り振った場合には、受信された最大の基地局IDを持つ基地局を指定することによって、次に切り替えるべき最適な基地局を指定することができる。また、降順に基地局IDを割り振った場合には、受信された最小の基地局IDを持つ基地局を指定することによって、次に切り替えるべき最適な基地局を指定することができる。
【0023】
基地局IDの並べ方は、昇順、降順に限らず、そのIDから基地局の並ぶ順番を推定できる並べ方であればよい。たとえば、移動局165が、基地局IDと基地局の並ぶ順番との間の関係を表すテーブルを持って、基地局IDからテーブルを引き、基地局の並ぶ順番を推定する方法でもよい。
【0024】
図8は、基地局応答フィールド212の一実施例である。基地局応答フィールド212は、n個の応答スロット1〜応答スロットnで構成されており、無線基地局は、このスロットのいずれかで自分の基地局IDを送信する。
【0025】
図8の実施例において、無線基地局がIDを送信するためにスロットを選択する方法には、乱数を発生させてその乱数に応じてランダムに選択する方法がある。この場合、複数の無線基地局が同じスロットを選択する可能性があるが、その場合は、次のフレームでリトライを行って送信権を獲得することも可能である。また、基地局IDから、ハッシュ関数のような、予め決められた演算を行うことによって応答スロットを選択することも可能である。この場合、同時に応答可能な隣接する基地局のIDから演算される応答スロットが同じスロットとならないように、基地局IDを割り振ることによって、同じスロットに同時に複数の無線基地局が基地局IDを送信することがないように制御することが可能である。
【0026】
図9は、図6、7、8の通信フレームを用いて移動局165と無線基地局162、163が通信を行う手順の一実施例である。この例では、基地局IDは昇順に並んでいるものとする。すなわちA、B、Cを小さい順に並べると、A、B、Cであるものとする。
【0027】
まずはじめに、移動局165が位置aよりも手前に存在する場合の通信手順の例を説明する。移動局165は、基地局問合せフィールド211において、基地局ID送信要求コマンドを送信する(501)。この場所は、図5の位置aよりも手前であるから、移動局165と通信できる無線基地局はIDがAの無線基地局162のみである。したがって、基地局応答フィールド212での基地局応答は、無線基地局162からのID=Aのみである(502)。したがって、移動局165は、基地局指定フィールド213において、ID=Aを指定する(503)。その後のデータ通信フィールド204において、移動局165と無線基地局162は、それぞれデータの送受信を行う(504、505)。
【0028】
次に、図9を用いて、移動局165が無線基地局162と163の両方と通信可能な位置aに到達した場合の通信手順の例を説明する。まず移動局165は、基地局問合せフィールド211において、基地局ID送信要求コマンドを送信する(506)。この場所は、図5の位置aと一致するから、移動局165と通信できる無線基地局はIDがAの無線基地局162とIDがBの無線基地局163の2つである。したがって、基地局応答フィールド212での基地局応答は、無線基地局162からのID=Aと無線基地局163からのID=Bの2つとなる(507、508)。2つの基地局IDを受信した移動局165は、AとBから、より大きいBを選択し、基地局指定フィールド213において、ID=Bを指定する(509)。その後のデータ通信フィールド213において、移動局165と無線基地局163は、それぞれデータの送受信を行う。
【0029】
次に、図9を用いて、移動局165が位置aを通過した後の場合の通信手順の例を説明する。移動局165は、基地局問合せフィールド211において、基地局ID送信要求コマンドを送信する(510)。この場所は、図5の位置aを通過した場所であるから、移動局165と通信できる無線基地局はIDがBの無線基地局163のみである。したがって、基地局応答フィールド212での基地局応答は、無線基地局163からのID=Bのみである(511)。したがって、移動局165は、基地局指定フィールド213において、ID=Bを指定する(512)。その後のデータ通信フィールド204において、移動局165と無線基地局163は、それぞれデータの送受信を行う。
【0030】
図10は、図5の通信システムを構成する移動局165の構成を示すブロック図の一例である。移動局165は、マイクロプロセッサ301の生成する送信タイミング401と受信タイミング405に従って動作する。送信権制御フィールド202は、送信タイミング401に従って、送信権制御部305で生成される。送信権制御部305は、マイクロプロセッサからの地上局問合せデータ402、地上局指定データ404を受け取り、送信タイミング401に従って、フレーム送信部307に送信データを転送する。フレーム送信部307は、送信データを無線周波数に変調し、RF309に転送する。RF309は、転送された無線周波数信号をアンテナ311を通して無線基地局162、163、164へ送信する。一方、アンテナ312を通して無線基地局162、163、164から受信した送信権フィールド202の無線周波数信号は、フレーム受信部308によって復調され、受信データとして送信権制御部305へ転送される。送信権制御部305は、受信タイミング405に従って地上局応答データ403を抽出し、マイクロプロセッサ301に転送する。
【0031】
データ通信フィールド204は、送信タイミング401に従って、送信データ生成部304で生成される。送信データ生成部304は、ネットワークインターフェース302から送信データを受け取り、送信タイミング401に従って、フレーム送信部307に送信データを転送する。フレーム送信部307は、送信データを無線周波数に変調し、RF309に転送する。RF309は、転送された無線周波数信号をアンテナ311を通して無線基地局162、163、164へ送信する。一方、アンテナ312を通して無線基地局162、163,164から受信したデータ通信フィールド204の無線周波数信号は、フレーム受信部308によって復調され、受信データとして受信データ生成部306へ転送される。受信データ生成部306は、受信タイミング405に従って受信データを抽出し、ネットワークインターフェース302に転送する。ネットワークインターフェースは、列車内の車内ネットワーク303に接続されており、移動局165が無線基地局162、163、164とデータ通信フィールド204で通信するデータの送受信を行う。
【0032】
図11は、図5の通信システムを構成する無線基地局162,163、164の構成を示すブロック図の一例である。無線基地局162、163,164は、マイクロプロセッサ351の生成する送信タイミング451と受信タイミング455に従って動作する。送信権制御フィールド202は、送信タイミング451に従って、送信権制御部355で生成される。マイクロプロセッサは、メモリ456に記憶された固有の識別子を読み取り、地上局応答データ453を生成して送信権制御部335に転送する。送信権制御部355は、マイクロプロセッサから受け取った地上局応答データ453を、送信タイミング451に従って、フレーム送信部357に転送する。フレーム送信部357は、送信データを無線周波数に変調し、RF359に転送する。RF359は、転送された無線周波数信号をアンテナ361を通して無線基地局162、163、164へ送信する。一方、アンテナ362を通して無線基地局162、163、164から受信した送信権フィールド202の無線周波数信号は、フレーム受信部358によって復調され、受信データとして送信権制御部355へ転送される。送信権制御部355は、受信タイミング455に従って地上局問合せデータ452と地上局指定データ454を抽出し、マイクロプロセッサ351に転送する。
【0033】
データ通信フィールド204は、送信タイミング451に従って、送信データ生成部354で生成される。送信データ生成部354は、ネットワークインターフェース352から送信データを受け取り、送信タイミング451に従って、フレーム送信部357に送信データを転送する。フレーム送信部357は、送信データを無線周波数に変調し、RF359に転送する。RF359は、転送された無線周波数信号をアンテナ361を通して無線基地局162、163、164へ送信する。一方、アンテナ362を通して無線基地局162、163,164から受信したデータ通信フィールド204の無線周波数信号は、フレーム受信部358によって復調され、受信データとして受信データ生成部356へ転送される。受信データ生成部356は、受信タイミング455に従って受信データを抽出し、ネットワークインターフェース352に転送する。ネットワークインターフェースは、地上ネットワーク303に接続されており、無線基地局162、163、164が移動局165とデータ通信フィールド204で通信するデータの送受信を行う。
【0034】
以上、実施例として、線路上を走行する列車を例に説明してきたが、本特許は、これに限らず、高速道路を一方向に進行する自動車など、予め定められた経路上を一方向に移動する移動局と、経路に沿って配置された基地局によって構成される無線通信システムに適用することが可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、全ての基地局が同一の周波数で通信を行うことによって、移動局の位置を正確に検出したり、移動局の周波数を切り替えたりする必要がない簡易な通信制御方法を提供し、また、この簡易な通信制御方法を実装した小型低価格の無線システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】定められた経路上を移動する移動局と複数の基地局で構成される無線システムの従来例である。
【図2】定められた経路上を移動する移動局と複数の基地局で構成される無線システムであって、全ての基地局が同一周波数で通信する無線システムの例である。
【図3】定められた経路上を移動する移動局と複数の基地局で構成される無線システムであって、全ての基地局が同一周波数で通信する無線システムの例である。
【図4】定められた経路上を移動する移動局と複数の基地局で構成される無線システムであって、全ての基地局が同一周波数で通信する無線システムの例である。
【図5】定められた経路上を移動する移動局と複数の基地局で構成される無線システムであって、全ての基地局が同一周波数で通信する無線システムの例である。
【図6】通信フレームの例である。
【図7】通信フレームの例である。
【図8】通信フレームの例である。
【図9】通信手順の例である。
【図10】移動局装置の構成例である。
【図11】基地局装置の構成例である。
【符号の説明】
101…列車、102…線路、110…地上ネットワーク、111…地上サーバ、112〜114、122〜124、132〜134、142〜144、162〜164…無線基地局、115、125、135、145、165…移動局、116〜118、126〜128、136〜138、146〜148、166〜168…セル、151、152…指向性アンテナ、153…アンテナ、201…通信フレーム、202…送信権制御フィールド、204…データ通信フィールド、211…基地局問合わせフィールド、212…基地局応答フィールド、213…基地局指定フィールド、221…応答スロット、301、351…マイクロプロセッサ、302、352…ネットワークインターフェース、303…車内ネットワーク、304、354…送信データ生成部、305、355…送信権制御部、306、356…受信データ生成部、307、357…フレーム送信部、308、358…フレーム受信部、309、310、359、360…RF部、311、312、361、362…アンテナ、353…地上ネットワーク、401、451…送信タイミング、402、452…地上局問い合わせ情報、403、453…地上局応答情報、404、454…地上局指定情報、405、455…受信タイミング、456…メモリ、501、506、510…基地局ID送信要求、502、507、508、511…基地局応答、503、509、512…基地局指定、504、505…データ送信。
Claims (2)
- 予め定められた経路上を移動する移動局と、該移動局と通信可能な複数の基地局を有する通信システムにおける通信制御方法であって、
各基地局の通信可能範囲であるセルは上記経路上に上記移動局の移動方向に並べて配置され、
上記各基地局は同一の周波数で上記移動局と通信を行うことを特徴とする通信制御方法であって、
経路進行方向に対して、隣接基地局を左右交互に配置し、移動局に具備された、指向性アンテナによって、左右の隣接基地局からの信号を分離することを特徴とする通信制御方法。 - 請求項1に記載の通信制御方法により通信を行うことを特徴とする通信システム。
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