JP4658674B2 - 列車用再送信システム - Google Patents

Description

本発明は、列車の外部から到来する放送電波を受信して、列車内に再送信する列車用再送信システムに関する。

従来より、列車等において、ＴＶ放送波を受信し、車内に再送信することにより、乗客が移動する車内で、所望のチャンネルを任意に選択してＴＶを視聴できるようにするための再送信装置が知られている。

この装置では、車外に設けられたアンテナによりＴＶ放送波を受信し、その受信信号を、コンバータによってＴＶ放送波とは別の周波数に変換する。そして、コンバータの出力は、増幅後に車内に設置された漏洩同軸ケーブルを介して再送信されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２５２８１５号公報

ところで、漏洩同軸ケーブルは、列車を構成する各車両に設けられているため、コンバータの出力を漏洩同軸ケーブルに供給するためのケーブルを、各車両や車両間をまたいで配線しなければならず、車内での放送受信を可能とするために、多くの設備が必要となるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、簡易な構成で列車の外部から受信した放送電波を列車内に再送信できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の列車用再送信システムでは、受信アンテナ，送信アンテナ，受信手段，送信手段からなる再送信装置を備えており、受信手段が、受信アンテナを介して、列車の外部より送信されてくる放送電波を受信し、この受信手段からの受信信号を送信手段が、送信アンテナを介して列車内に再送信するように構成されている。

但し、受信アンテナは、運転室が設けられた車両の運転室内に設置され、また、送信アンテナは、受信アンテナが設置された運転室と該運転室に隣接する車室又は通路とを隔てる隔壁、或いは運転室に隣接する通路と該通路に隣接する車室とを隔てる隔壁に、該隔壁に設けられた扉の上端から天井までの間かつ車室内に設けられた通路の延長線上に設置されている。

更に、送信アンテナは、電波の放射方向に対する前後比の高い（２０ｄＢ以上であることが望ましい）単一指向性のアンテナからなり、再送信波が列車の長手方向に沿って水平方向を向き、ビーム幅を絞ることでビームの到達距離が予め設定された台数分の列車長以上となるように設定されている。

つまり、列車内は幅方向及び高さ方向への空間の広がりがないため、ビーム幅を絞っても放送エリアを犠牲にしてしまうことがなく、また、ビーム幅を絞ることにより、送信アンテナの出力が同じであれば、より長い距離範囲を通信エリアとすることができる。

しかも、送信アンテナが設置される車室内の通路上の天井付近には、乗客や荷物などの遮蔽物が存在しないため、再送信電波を効率良く遠くまで送信することができる。
従って、本発明の列車用再送信システムによれば、従来装置で用いられている漏洩ケーブルやカプラ（車両間で信号を連絡するための設備）を必要せず、簡易な構成で、列車内全体に再送信電波を提供することができる。

また、本発明の列車用再送信システムによれば、送信アンテナのビーム幅が絞られているため、車両の窓を介した外部への再送信電波の漏洩を抑えることができる。
ところで、放送電波としては、例えば、衛星からＳ波帯域（２６３０〜２６５５ＭＨz）にて送出され、ＣＤＭ（Code Division Multiplex ）方式にて変調されたデジタル変調放送信号の送信波、又は該送信波を中継するギャップフィラー（再送信設備）からの中継波が考えられる。

このように、変調方式としてＣＤＭ方式が採用されている場合、放送電波と再送信電波とが同じ周波数であっても混信してしまうことがなく、その結果、再送信電波を送信する際に周波数変換を行う必要がないため、装置構成をより簡易なものとすることができる。

また、この場合、送信アンテナが送信する再送信電波を直線偏波とすることが望ましい。即ち、直線偏波は反射しても偏波の方向が変化しないため、再送信電波を受信する端末では、再送信電波の反射波も確実に受信することができ、様々な方向から到来した電波を個々に分離して最適な受信品質が得られるように再合成するＲＡＫＥ受信に有効利用することができる。

また、本発明の列車用再送信システムに、検出手段及び送信アンテナ調整手段を設け、検出手段が、列車の走行状態を検出し、その検出結果に従って、送信アンテナ調整手段が、送信アンテナのビームの向きを調整するように構成してもよい。

この場合、列車の軌道がカーブしていることにより列車が一直線上にない場合でも、そのカーブの度合いに応じて送信アンテナの指向性を最適な方向に向けることができるため、列車の走行状態によって再送信電波を受信できない領域が列車内に生じてしまうことを防止できる。

また、送信手段は、受信手段からの受信信号の信号レベルによらず、送信電波の出力を列車の編成数に応じて適切かつ一定にする制御、いわゆるＡＬＣ（オートレベルコントロール）を実行するように構成されていることが望ましい。この場合、受信アンテナでの受信状態によらず、送信アンテナから送出される再送信電波の出力が一定の強度に保たれるため、再送信電波の放送エリア内では、安定した受信状態を確保することができる。

また、本発明の列車用再送信システムに、位置検出手段及び受信アンテナ調整手段を設け、位置検出手段が列車の位置を検出すると、その検出結果に従って、受信アンテナ調整手段が、放送電波の到来方向と一致するように受信アンテナのビームの向きを調整するように構成してもよい。

この場合、ビーム幅の狭い受信アンテナ、即ち、ゲインの高い受信アンテナを使用することができるため、受信アンテナによる受信信号、ひいては再送信電波のＣＮ比を良好に保つことができる。

ところで、列車が予め指定された地域内でのみ走行する場合、受信アンテナに対する放送電波の到来方向を全て確定することができるため、これに従って、受信アンテナは、列車が地域内のどの位置であっても、放送電波を受信できるように指向性を設定することが望ましい。

このように指向性が設定された受信アンテナを用いれば、受信アンテナのビームの向きを調整する受信アンテナ調整手段を備える必要がないため、装置構成をより簡易なものとすることができる。

また、列車の先頭車両と末尾車両とに運転室が設けられている場合、再送信装置は、先頭車両と末尾車両のいずれにも搭載することが望ましい。
この場合、先頭車両又は末尾車両のいずれか一方にのみ再送信装置を搭載する場合と比較して、列車長が同じであれば、各送信アンテナの出力を抑えることができ、また、送信アンテナの出力（送信エリア）が同じであれば、より長い列車にも適用することができる。

また、運転室が設けられている車両が、垂直面に対して傾斜した傾斜外壁を有している場合には、受信アンテナを、傾斜外壁に設けられた窓を介して前記放送電波を受信する位置に配置することが望ましい。

即ち、傾斜外壁に設けられた窓は、その傾斜が大きいほど、上方を含むより広い範囲から到来する電波が透過するため、その窓の近傍は、受信アンテナの設置場所として適したものとなるからである。

また、本発明の列車用再送信システムは、更に、再送信装置の送信アンテナからの再送信電波を受信して、該再送信電波の到来方向とは逆方向に向けて再送信する再送信電波中継装置を備えていてもよい。

この場合、再送信電波を全車両に確実に伝搬することができ、また、再送信装置や再送信電波中継装置のそれぞれがカバーすべき放送エリアが小さくなるため、各装置の送信アンテナの出力を抑えることができると共に、車両が一直線上に無い時に再送信電波を受信できない領域が列車内に生じてしまうことを、送信アンテナの指向性の制御を行うことなく防止できる。

ところで、再送信装置（再送信電波中継装置も同様）の送信アンテナは、各種情報を表示するために前記隔壁に設けられた扉の上部に設置された表示装置に内蔵されるように構成してもよい。

この場合、表示装置の正面には、乗客や荷物などの遮蔽物が存在しないため、表示装置に内蔵された送信アンテナから放射される再送信電波を効率よく遠くまで送信することができ、また、表示装置に内蔵することで、車室内の改造を必要とすることなく、また、車室内の美観を損なうことなく、送信アンテナを設置することができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された第１実施形態の列車用再送信システムの外観を示す斜視図である。

なお、列車用再送信システムは、列車（本実施形態では１６両編成）に搭載され、衛星から送信されてくるＣＤＭ方式により変調されたＳバンド（本実施形態では２．６４ＧＨｚ）の放送電波、又はその放送電波を中継するギャップフィラー装置からの中継波（放送電波と同じ周波数）を受信し、列車内に向けて、同じＳバンドにて再送信するものである。

また、列車の先頭車両と末尾車両には運転室が設けられ、また、先頭車両及び末尾車両を含む全ての車両の車室の両端に乗降用通路が設けられているものとする。つまり、各車両は、乗降用通路を介して互いに連絡され、また、先頭車両及び末尾車両では、運転室と車室との間に乗降用通路が設けられている。

図１に示すように、列車用再送信システムは、放送電波や中継波を受信するための受信ユニット３と、列車内に向けて再送信電波を送信するための送信ユニット５とからなる再送信装置１を備えており、受信ユニット３と送信ユニット５とは、同軸ケーブルＣ１を介して接続され、また、送信ユニット５には電源供給用の電源ケーブルＣ２が接続されている。

このうち、受信ユニット３は、受信アンテナ及び受信回路を収納するアルミニウム製のケース３ａと、電波透過性を有する合成樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）からなりケース３ａの上部を覆うレドーム３ｂと、ケース３ａに設けられ同軸ケーブルＣ１を接続するためのコネクタ（図では同軸ケーブルＣ１が接続された状態を示す）とを備えている。

一方、送信ユニット５は、断面四角形の長尺状に形成され、送信アンテナ及び送信回路を収納するアルミニウム製のシャーシ５ａと、電波透過性を有する合成樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）からなりシャーシ５ａを長手方向に３分割した中央部分の一つの面を覆うレドーム５ｂと、シャーシ５ａに設けられ同軸ケーブルＣ１を接続するためのコネクタ（図では同軸ケーブルＣ１が接続された状態を示す）と、同じくシャーシに設けられ電源ケーブルＣ２を接続するための電源コネクタ（図では電源ケーブルＣ２が接続された状態を示す）とを備えている。なお、シャーシ５ａのレドーム５ｂで被覆された面と同一面かつレドーム５ｂの両側に位置する部分は、表面に凹凸が形成されており、放熱板として機能するように構成されている。

そして、再送信装置１は、図２（ａ）に示すように、列車（本実施形態では新幹線）の運転室が設けられた先頭車両と末尾車両とにそれぞれ設置されている。
具体的には、受信ユニット３は、図２（ｂ）に示すように、運転室に設けられたダッシュボード上に設置され、傾斜したフロントガラスを介して放送電波を受信するようにされている。但し、受信ユニット３からフロントガラス上部先端を見た仰角βが、放送電波を送信する衛星の仰角αより小さくなるような位置に設置されている。

また、送信ユニット５は、図２（ｃ）に示すように、各種情報を表示するために車室内に設けられた列車案内情報表示装置Ｍと一体に設けられている。また、列車案内情報表示装置Ｍは、運転席に隣接する乗降用通路と車室とを隔てる隔壁Ｗに設けられた扉Ｄの上部（天井との間）に設置されている。そして、送信ユニット５は、具体的には、列車案内情報表示装置Ｍのテロップ表示部ＤＳＰの上部に、レドーム５ｂが形成された面を車室に向け、レドーム５ｂの長手方向が水平方向と一致するようにして埋め込まれている。

ここで、図３は、（ａ）が受信ユニット３のケース３ａ内に収納された受信アンテナ３１及び受信回路３３の構成を示すブロック図、（ｂ）は受信アンテナ３１の形状を示す説明図である。また、図４は、（ａ）が送信ユニット５のシャーシ５ａ内に収納された送信アンテナ５１及び送信回路５３の構成を示すブロック図、（ｂ）は送信アンテナ５１の形状を示す説明図である。

受信ユニット３において、受信アンテナ３１は、図３（ｂ）に示すように、基板３１ａ上に単一の電極（パッチ）３１ｂを形成してなるパッチアンテナからなる。そして、レドーム３ｂを介して電波が放射されるように、受信アンテナ３１のパッチ形成面が受信ユニット３のケース３ａ内においてレドーム３ｂと対向するように配置される。なお、受信アンテナ３１は、放送電波の到来角度（仰角α）より、広い角度範囲の電波を受信できるように、即ち、列車の位置や進行方向によらず、設置されたままの状態で、常に衛星からの放送電波を受信できるように、指向性（ビームの半値幅：放射電力密度が最大放射方向の１／２となる二つの方向が挟む角度）が設定されている。

一方、受信回路３３は、ケース３ａ内において受信アンテナ３１を構成する基板３１ａを挟んでレドーム３ｂとは反対側に設けられている。そして、図３（ａ）に示すように、受信回路３３は、受信アンテナ３１が受信した受信信号を、所定レベルまで増幅する増幅回路３４と、増幅回路３４にて増幅された受信信号から、Ｓバンドの放送信号を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３５と、同軸ケーブルＣ１を介して出力端子（コネクタ）Ｔ１に入力される電源供給用の電圧信号（本実施形態では直流１２Ｖ）を抽出すると共に、ＢＰＦ３５が抽出した放送信号を、電圧信号に重畳して出力端子Ｔ１を介して同軸ケーブルＣ１上に出力する電源分離フィルタ（ＰＳＦ）３６と、ＰＳＦ３６にて抽出された電圧信号をＤＣ／ＤＣ変換して、増幅回路３４等の駆動に用いる一定電圧（本実施形態では５Ｖ）を生成する定電圧回路（ＡＶＲ）３７とからなる。

このように構成された受信ユニット３は、送信ユニット５から同軸ケーブルＣ１を介して電圧信号の供給を受けて動作し、受信アンテナ３１が受信する放送電波の受信信号（放送信号）を同軸ケーブルＣ１を介して送信ユニット５に供給する。

次に、送信ユニット５において、送信アンテナ５１は、図４（ｂ）に示すように、基板５１ａ上に複数の電極（パッチ）５１ｂを一列に形成してなるパッチアンテナと、各パッチ５１ｂに送信信号を分配する分配器５１ｃ（図４（ａ）参照）とからなる。そして、送信アンテナ５１は、パッチ形成面が送信ユニット５のシャーシ５ａ内においてレドーム５ｂと対向し、且つパッチの配列方向と送信ユニット５の長手方向とが一致するように配置される。

つまり、送信アンテナ５１の指向性は、図５に示すように、送信ユニット５の長手方向、即ち列車に装着された状態では水平方向のビーム幅が、絞られたものとなるようにされ、しかも、ビームの到達距離が列車長の半分（本実施形態では車両８両分の長さ）以上となるように設定されている。なお、車両の床及び天井は金属板にて形成されているため、垂直方向に広がる電波は、天井と床との間で反射を繰り返しながら伝搬される。また、送信アンテナ５１は、送出する再送信電波が直線偏波となるようにされている。

一方、送信回路５３は、レドーム５ｂの両側、即ち放熱板として機能するように形成された部分に収納され、一方の側に後述する定電圧回路５４が、他方の側に定電圧回路５４以外の回路が配置されている。

そして、送信回路５３は、プラグＰＧを介して外部より電源供給を受け、当該送信ユニット５各部の駆動や受信ユニット３への電源供給に用いる電圧信号を生成する定電圧回路（ＡＶＲ）５４と、ＡＶＲ５４が生成した電圧信号を入力端子Ｔ２を介して同軸ケーブルＣ１上に出力すると共に、同軸ケーブルＣ１を介して入力端子（コネクタ）Ｔ２に入力される受信ユニット３からの受信信号（放送信号）を、電圧信号から分離して抽出する電源分離フィルタ（ＰＳＦ）５５とを備えている。

また、送信回路５３は、ＰＳＦ５５にて抽出された受信信号を減衰させる可変減衰器（ＡＴＴ）５６と、ＡＴＴ５６の出力を予め設定された倍率で増幅する増幅回路５７と、増幅回路５７の出力の一部を分岐させるカップラ５８と、カップラ５８による分岐出力の出力レベルが、予め設定された目標値と一致するように、ＡＴＴ５６での減衰量を制御する自動レベル調整回路（ＡＬＣ）５９と、増幅回路５７の出力を減衰させる可変減衰器（ＡＴＴ）６０と、ＡＴＴ６０の出力である送信信号の送信アンテナ５１への供給／非供給を切り替えるスイッチ６１と、ＡＴＴ６０での減衰量の設定、スイッチ６１の切替制御を行う制御部６２とを備えている。

なお、制御部６２は、スイッチ６１の切替指令や、ＡＴＴ６０での減衰量の増減指令を入力するための操作部を備えており、この操作部を介して入力される切替指令や増減指令に従って、再送信電波の送信オン／オフや送信出力レベルを制御するように構成されている。但し、操作部は、システムが正しく動作するか否かを確認する時や、送信ユニット５の設置時に送信出力レベルを調整する時等に使用されるものである。

このように構成された送信ユニット５は、同軸ケーブルＣ１を介して受信ユニット３に電源供給を行うことで受信ユニット３を動作させ、同じ同軸ケーブルＣ１を介して受信ユニット３から放送電波の受信信号の供給を受ける。そして、その受信信号に基づいて出力レベルが一定となるように調整した送信信号を生成し、これを送信アンテナ５１に供給することで放送電波の再送信を行う。

以上説明したように、本実施形態の列車用再送信システムでは、再送信装置１を運転室が設けられた先頭車両及び末尾車両に設置し、衛星から受信した放送電波を、車室に向けて再送信し、しかも、再送信電波による放送エリア（送信アンテナ５１のビームの到達距離）が、列車長の半分以上となるようにされている。

従って、本実施形態の列車用再送信システムによれば、従来装置で用いられている漏洩ケーブルやカプラを必要せず、簡易な構成で、列車内全体に再送信電波を提供することができる。

また、本実施形態では、放送電波の変調方式としてＣＤＭ方式が採用されているため、放送電波と再送信電波とが同じ周波数であっても混信してしまうことがなく、その結果、再送信電波を送信する際に、再送信装置１にて周波数変換を行う必要がないため、再送信装置１の装置構成を簡易なものとすることができる。

また、本実施形態では、送信アンテナ５１が再送信電波を、反射しても偏波の方向が変化しない直線偏波にて送信するようにされているため、再送信電波を受信する端末では、再送信電波の反射波も確実に受信することができ、車両の天井や床等で反射して様々な方向から到来する電波を個々に分離して最適な受信品質が得られるように再合成するＲＡＫＥ受信に有効利用することができる。

また、本実施形態では、送信ユニット５（送信アンテナ５１）を、受信ユニット３が設置された運転室に隣接する乗降用通路と、その乗降用通路に隣接する車室とを隔てる隔壁に設置し、しかも、送信アンテナ５１が、車室内の通路上の天井付近の空間に向けて電波を送出するように配置されている。

このため、送信アンテナ５１から送出された再送信電波は、乗客や荷物などの遮蔽物に遮られることなく、効率良く遠距離まで到達することができる。
また、本実施形態では、送信アンテナ５１として単一指向性のアンテナを用い、水平方向のビーム幅を絞るように設定されている。つまり、列車内は幅方向及び高さ方向への空間の広がりがないため、ビーム幅を絞っても放送エリアを犠牲にしてしまうことがないだけでなく、車両の窓を介した外部への再送信電波の漏洩も抑えることができる。また、送信アンテナ５１のビーム幅を絞ることにより、送信アンテナの出力が同じであれば、より長い距離範囲を通信エリアとすることができる。

また、本実施形態では、送信回路５３において、再送信電波の出力レベルを一定にする制御を実行するように構成されているため、再送信電波の放送エリア内（即ち列車内）では、放送電波を利用したサービスを安定して提供することができる。

また、本実施形態では、受信ユニット３（受信アンテナ３１）は、運転室のフロントガラスを介して放送電波を受信し、即ち、運転室内に設置されるため、設置作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、受信アンテナ３１として、列車の位置や進行方向によらず常に放送電波を受信できるように指向性（ビームの半値幅）が設定されたものを用いているため、受信アンテナ３１のビームの向きを指向性を電気的或いは機械的に操作する必要がなく、受信ユニット３の装置構成を簡易なものとすることができる。

ところで、本実施形態では、再送信装置１を列車の先頭車両及び末尾車両のいずれにも設置したが、列車長が送信ビームの到達距離より短い場合には、いずれか一方のみに設置してもよい。

なお、本実施形態において、受信回路３３が受信手段、送信回路５３が送信手段に相当する。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。

本実施形態では、第１実施形態とは受信ユニットの構成が一部異なっているだけであるため、この相違点を中心に説明する。
図６は、（ａ）が本実施形態における受信ユニット４のケース内に収納された受信アンテナ４１及び受信回路４３の構成を示すブロック図、（ｂ）は受信アンテナ４１の形状を示す説明図である。

本実施形態の受信ユニット４において、受信アンテナ４１は、図６（ｂ）に示すように、基板４１ａ上に二次元的に複数（本実施形態では６×６個）の電極（パッチ）４１ｂを配列することで形成してなるパッチアンテナからなる。

また、受信アンテナ４１は、図６（ａ）に示すように、パッチ４１ｂ毎に設けられた可変移相器４１ｃと、各可変移相器４１ｃの出力を混合して受信信号を生成する混合器４１ｄとを備えている。

つまり、受信アンテナ４１は、いわゆるフェーズドアレーアンテナとして構成され、可変移相器４１ｃでの移相量を制御することにより、図７に示すように、受信アンテナ４１の指向性（ビームの向き）を適宜変化させることができるように構成されている。

なお、可変移相器４１ｃとして、具体的には、例えば、可変容量ダイオードとＬＣ回路で構成され，印加電圧を制御することにより可変容量ダイオードの静電容量を変化させ、アンテナ４１ｂで受信された受信信号の位相を電子的に変化させるものを用いることができる。

一方、受信回路４３は、第１実施形態の受信回路３３と同様に構成された増幅回路４４，ＢＰＦ４５，ＰＳＦ４６，ＡＶＲ４７に加えて、外部から供給される列車位置情報に基づいて、各可変移相器４１ｃでの移相量を個々に制御する制御部４８を備えている。

なお、制御部４８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成された周知のマイクロコンピュータからなり、ＡＶＲ４７から電源供給を受けて動作するように構成されている。また、列車位置情報としては、列車の走行制御等に用いられている既存の位置情報を利用すればよい。但し、列車からこのような位置情報が得られない場合は、別途、ＧＰＳ受信機を設け、このＧＰＳ受信機から得られる位置情報を利用するように構成してもよい。

また、制御部４８のＲＯＭには、列車の位置と、その位置にて衛星からの放送電波を好適に受信できる受信アンテナ４１のビームの向き（具体的には、そのようなビームの向きを実現するために必要な各可変移相器４１ｃでの移相量）とを対応付けた制御テーブルが格納されている。

そして、制御部４８のＣＰＵは、列車位置情報を取得し、その取得した位置情報を参照値として制御テーブルから制御量を取得し、その取得した制御量に従って各可変移相器４１ｃでの移相量を設定する受信アンテナ移相量設定処理を、一定時間間隔（例えば１００ｍｓ）毎に繰り返し実行するように構成されている。

このように構成された受信ユニット４によれば、受信アンテナ４１として、ビーム幅が狭くゲインの高いものを使用することができるため、受信アンテナ４１による受信信号のＣＮ比、ひいては送信ユニット５が送信する再送信電波のＣＮ比を良好に保つことができる。

なお、本実施形態において、受信回路４３の制御部４８以外の部分が受信手段、列車位置情報の供給元となる装置（ＧＰＳ受信機等）が位置検出手段、可変移相器４１ｃ及び制御部４８が受信アンテナ調整手段に相当する。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。

本実施形態では、第１及び第２実施形態とは、送信ユニットの構成が一部異なっているだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図８は、（ａ）が本実施形態における送信ユニット７のシャーシ内に収納された送信アンテナ７１及び送信回路７３の構成を示すブロック図、（ｂ）は送信アンテナ７１の形状を示す説明図である。

本実施形態の送信ユニット７において、送信アンテナ７１は、図８（ｂ）に示すように、基板７１ａ上に複数の電極（パッチ）７１ｂを一列に形成してなるパッチアンテナからなる。また、送信アンテナ７１は、図８（ａ）に示すように、パッチ７１ｂ毎に設けられた可変移相器７１ｃと、各可変移相器７１ｃ（ひいては各パッチ７１ｂ）に送信信号を分配する分配器７１ｄとを備えている。

つまり、送信アンテナ７１は、いわゆるフェーズドアレイアンテナとして構成され、可変移相器７１ｃでの移相量を制御することにより、送信アンテナ７１の指向性（ビームの向き）を、パッチ７１ｂの配列方向、つまり列車に設置された状態では水平方向に沿って適宜変化させることができるように構成されている。

一方、送信回路７３は、第１実施形態の送信回路５３のものと同様に構成されたＡＶＲ７４，ＰＳＦ７５，ＡＴＴ７６，増幅回路７７，カップラ７８，ＡＬＣ７９，ＡＴＴ８０，スイッチ８１，制御部８２に加えて、カーブした軌道を走行する際に列車に加わる角速度を検出する角速度センサ８３を備えている。但し、制御部８２は、ＡＴＴ８０の減衰量やスイッチ８１の切替を制御するだけでなく、角速度センサ８３での検出結果に基づいて、各可変移相器７１ｃでの移相量を個々に制御するように構成されている。

なお、制御部８２のＲＯＭには、角速度センサ８３にて検出される角速度と、送信アンテナ７１のビームの向き（具体的には、そのようなビームの向きを実現するために必要な各可変移相器７１ｃでの移相量）とを対応付けた制御テーブルが格納されている。なお、送信アンテナ７１のビームの向きは、検出される角速度から推定される軌道のカーブ度合いに従って、送信アンテナ７１がカバーすべき車両の全てにて、送信アンテナ７１からの再送信電波が可能となるような向きに設定される。

そして、制御部８２のＣＰＵは、角速度センサ８３から角速度を取得し、その取得した角速度を参照値として制御テーブルから制御量を取得し、その取得した制御量に従って、各可変移相器７１ｃでの移相量を設定する送信アンテナ移相量設定処理を、一定時間間隔（例えば１００ｍｓ）毎に繰り返し実行するように構成されている。

このように構成された送信ユニット７によれば、軌道がカーブしていることにより列車が一直線上にない場合でも、そのカーブの度合いに応じて送信アンテナ７１の指向性を最適な方向に向けることができるため（図９（ａ）（ｂ）参照）、列車の走行状態によって再送信電波を受信できない領域が列車内に生じてしまうこと（図９（ｃ）参照）を防止することができる。

なお、本実施形態において、送信回路７３の制御部８２及び角速度センサ８３以外の部分が送信手段、角速度センサ８３が検出手段、可変移相器７１ｃ及び制御部８２が送信アンテナ調整手段に相当する。
［第４実施形態］
次に第４実施形態について説明する。

本実施形態の列車用再送信システムは、第１又は第２実施形態のものと同様に構成された再送信装置（受信ユニット，送信ユニット）１に加えて、送信ユニット５が送信した再送信電波を受信して再送信する再送信電波中継装置（以下「中継ユニット」と称する）９を備えている。

図１０は、（ａ）が再送信装置１及び中継ユニット９の設置位置を示す説明図、（ｂ）が中継ユニット９の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態において、列車は１６両編成であるものとする。

図１０（ａ）に示すように、再送信装置１は、運転室が設けられた先頭車両に第１実施形態のものと同様の位置に設置され、また、中継ユニット９は、先頭車両を１両目として４両目毎、即ち５，９，１３両目の車両に設置され、先頭車両側の乗降用通路と車室とを隔てる隔壁に設けられた扉の上部、即ち、第１実施形態における送信ユニット５と同様の位置に設置されている（図２（ｃ）参照）。

そして、中継ユニット９は、図１０（ｂ）に示すように、送信ユニット５が送信した再送信電波、又は他の中継ユニット９が中継した再送信電波を受信する受信アンテナ９１と、プラグＰＧを介して外部より電源供給を受け、当該中継ユニット９各部の駆動に用いる電圧信号を生成する定電圧回路（ＡＶＲ）９２と、受信アンテナ９１が受信した受信信号を、所定レベルまで増幅する増幅回路９３と、増幅回路９３にて増幅された受信信号から、Ｓバンドの放送信号を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９４と、ＢＰＦ９４の出力を減衰させる可変減衰器（ＡＴＴ）９５と、ＡＴＴ９５の出力を予め設定された倍率で増幅する増幅回路９６と、増幅回路９６の出力の一部を分岐させるカップラ９７と、カップラ９７による分岐出力の出力レベルが、予め設定された目標値と一致するように、ＡＴＴ９５での減衰量を制御する自動レベル調整回路（ＡＬＣ）９８と、増幅回路９６の出力を送信信号として電波を送信する送信アンテナ９９とを備えている。

なお、受信アンテナ９１及び送信アンテナ９９は、それぞれ第１実施形態における受信アンテナ３１（図３参照）、及び送信アンテナ５１（図４参照）と同様に構成されている。

但し、再送信装置１（送信ユニット５）の送信アンテナ５１及び中継ユニット９の送信アンテナ９９は、ビームの到達距離が４車両分の列車長以上、即ち送信電波が隣接する中継ユニット９まで到達するように設定されている。

このように構成された中継ユニット９では、受信アンテナ９１が、再送信装置１からの再送信電波、又は他の中継ユニット９により中継された再送信電波を受信すると、その受信信号に基づいて出力レベルが一定となるように調整した送信信号を生成し、これを送信アンテナ９９に供給することで再送信電波の再送信（中継）を行う。

従って、本実施形態の列車用再送信システムによれば、従来装置で用いられている漏洩ケーブルやカプラを必要せず、簡易な構成で、列車内全体に再送信電波を提供することができる。

また、本実施形態では、中継ユニット９を増やすことで、個々の再送信装置１や中継ユニット９がカバーすべき放送エリアを小さくできるため、送信出力を抑えることができるだけでなく、図１１に示すように、列車が一直線上にない場合でも、送信アンテナ５１，９９のビームの向きを調整することなく、再送信電波を受信できない領域が列車内に生じてしまうことを防止することができる。

なお、本実施形態では、中継ユニット９を４両目毎に合計３台設置したが、中継ユニット９がカバーする放送エリアの大きさに応じて、中継ユニット９の設置台数を１台や２台、或いは４台以上としてもよい。

また、本実施形態では、再送信装置１を先頭車両にのみ設置したが、末尾車両にのみ設置してもよいし、先頭車両と末尾車両の両方に設置してもよい。
また、本実施形態では、中継ユニット９にて、再送信電波の出力レベルを一定にする制御を実行するように構成されているが、ＡＴＴ９５，増幅回路９６，カップラ９７，ＡＬＣ９８を省略して、一定制御を行うことなく再送信するように構成してもよい。更に、ＢＰＦ９４を省略し、受信信号の増幅のみ行って再送信するように構成してもよい。これらの場合、中継ユニット９をより簡易に構成することができる。

また、中継ユニット９は、第１実施形態の送信ユニット５におけるＡＴＴ６０，スイッチ６１，制御部６２に相当する構成や、第３実施形態の送信ユニット７におけるＡＴＴ８０，スイッチ８１，制御部８２，角速度センサ８３，可変移相器７１ｃに相当する構成を備えていてもよい。
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、送信ユニット５，７や中継ユニット９を、列車案内情報表示装置Ｍのテロップ表示部ＤＳＰの上部に組み込んだが、例えば、図１２（ａ）に示すように、列車案内情報表示装置Ｍのテロップ表示部ＤＳＰの背後に組み込んでもよい。この場合、列車案内情報表示装置Ｍの上下方向のサイズをコンパクトにすることができる。

また、送信ユニット５，７や中継ユニット９は、図１２（ｂ）に示すように、列車案内情報表示装置Ｍとは一体化せずに、この列車案内情報表示装置Ｍと天井との間、或いは、列車案内情報表示装置Ｍと扉Ｄの上端との間（図示せず）などに設置してもよい。

また、上記実施形態では、送信アンテナ５１，７１，９９として、パッチアンテナを用いたが、例えば、図１３（ａ）に示すように、１／２波長ダイポールＥａの前後に、導波器Ｅｄ及び反射器Ｅｒとなる棒状のエレメントを配置してなるアンテナ（いわゆる八木宇田式アンテナ）１０１を用いてもよい。

この場合、送信アンテナの厚さ、ひいては送信ユニットの筐体の厚さを小さく抑えることができ、列車案内情報表示装置Ｍと天井との間のスペースが小さい場合でも、図１３（ｂ）に示すように、天井に密着させた状態で簡単に設置することができる。

また、上記実施形態では、送信ユニット５，７や中継ユニット９を、乗降用通路と車室とを隔てる隔壁に設置したが、送信ユニット５，７の場合は、運転室と乗降用通路とを隔てる隔壁に、中継ユニット９の場合は、乗降用通路と外部とを隔てる隔壁に設置してもよい。また、車室の両端に乗降用通路が存在しない場合には、送信ユニット５，７の場合は、運転室と車室とを隔てる隔壁に、中継ユニット９の場合は、車室と外部とを隔てる隔壁に設置すればよい。

また、上記実施形態において、送信ユニット５，７の制御部６２，８２に、カップラ５８，７８のＣＮ比を検出するＣ／Ｎ検出部を設け、このＣ／Ｎ検出部にて検出されるＣＮ比が予め設定されたしきい値より小さい時には、スイッチ６１，８１を強制的にＯＦＦに設定し、ノイズが再放射されることを防止するように構成してもよい。

送信ユニット，及び受信ユニットの外観を示す斜視図。 第１実施形態における送信ユニット及び受信ユニットの設置位置を示す説明図。 （ａ）は受信ユニットの内部構成を示すブロック図、（ｂ）は受信アンテナの構成図。 （ａ）は送信ユニットの内部構成を示すブロック図、（ｂ）は送信アンテナの構成図。 送信アンテナのビームの設定方法を示す説明図。 （ａ）は第２実施形態における受信ユニットの内部構成を示すブロック図、（ｂ）は受信アンテナの構成図。 受信アンテナの動作を示す説明図。 （ａ）は第３実施形態における送信ユニットの内部構成を示すブロック図、（ｂ）は送信アンテナの構成図。 送信アンテナにおいてビーム方向制御を行うことによる効果を示す説明図。 （ａ）は第４実施形態における再送信装置及び中継ユニットの設置位置を示す説明図、（ｂ）は中継ユニットの内部構成を示すブロック図。 中継ユニットを設けた効果を示す説明図。 送信ユニット及び中継ユニットの他の設置方法を示す説明図。 送信アンテナの他の構成例、及びその設置例を示す説明図。

符号の説明

１…再送信装置、３，４…受信ユニット、３ａ…ケース、３ｂ，５ｂ…レドーム、５，７…送信ユニット、５ａ…シャーシ、９…中継ユニット、３１，４１，９１…受信アンテナ、３１ａ，４１ａ，５１ａ，７１ａ…基板、３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ，７１ｂ…電極（パッチ）、３３，４３…受信回路、３４，４４，５７，７７，９３，９６…増幅回路、
３５，４５，９４…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、３６，４６，５５，７５…電源分離フィルタ（ＰＳＦ）、３７，４７，５４，７４，９２…定電圧回路（ＡＶＲ）、４１ｃ，７１ｃ…可変移相器、４１ｄ…混合器、４８，６２，８２…制御部、５１，７１，９９…送信アンテナ、５１ｃ，７１ｄ…分配器、５３，７３…送信回路、５６，６０，７６，８０，９５…可変減衰器（ＡＴＴ）、５８，７８，９７…カップラ、５９，７９，９８…自動レベル調整回路（ＡＬＣ）、６１，８１…スイッチ、８３…角速度センサ、Ｃ１…同軸ケーブル、Ｃ２…電源ケーブル、Ｄ…扉、ＤＳＰ…テロップ表示部、Ｅａ…半波長ダイポール、Ｅｄ…導波器、Ｅｒ…反射器、Ｍ…列車案内情報表示装置、ＰＧ…プラグ、Ｔ１…出力端子、Ｔ２…入力端子、Ｗ…隔壁。

Claims (11)

1. 列車の外部より送信されてくる放送電波を受信して、列車内に再送信する列車用再送信システムであって、
   前記放送電波を受信可能な位置に配置された受信アンテナと、
   列車内に向けて電波を送信する送信アンテナと、
   前記受信アンテナを介して前記放送電波を受信する受信手段と、
   該受信手段からの受信信号を、前記送信アンテナを介して送信する送信手段と、
   からなる再送信装置を備え、
   前記受信アンテナは、運転室が設けられた車両の運転室内に設置され、
   前記送信アンテナは、前記受信アンテナが設置された運転室と該運転室に隣接する車室又は通路とを隔てる隔壁、或いは前記運転室に隣接する通路と該通路に隣接する車室とを隔てる隔壁に、該隔壁に設けられた扉の上端から天井までの間かつ車室内に設けられた通路の延長線上に設置され、
   更に前記送信アンテナは、電波の放射方向に対する前後比の高い単一指向性のアンテナからなり、ビームが列車の長手方向に沿って水平方向を向き、ビーム幅を絞ることで再送信波の到達距離が予め設定された台数分の列車長以上となるように設定されていることを特徴とする列車用再送信システム。
2. 前記放送電波は、衛星からＳ波帯域にて送出され、ＣＤＭ方式にて変調されたデジタル変調放送信号の送信波、又は該送信波を中継するギャップフィラーからの中継波であることを特徴とする請求項１に記載の列車用再送信システム。
3. 前記送信アンテナが送信する再送信電波は、直線偏波であることを特徴とする請求項２に記載の列車用再送信システム。
4. 列車の走行状態を検出する検出手段と、
   該検出手段での検出結果に従って、前記送信アンテナのビームの向きを調整する送信アンテナ調整手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の列車用再送信システム。
5. 前記送信手段は、前記受信手段からの受信信号の信号レベルによらず、送信電波の出力を列車の編成数に応じて適切かつ一定にする制御を実行することを特徴とする請求項１〜４に記載の列車用再送信システム。
6. 前記列車の位置を検出する位置検出手段と、
   該位置検出手段の検出結果に従って、前記放送電波の到来方向と一致するように、前記受信アンテナのビームの向きを調整する受信アンテナ調整手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の列車用再送信システム。
7. 前記列車は予め指定された地域内でのみ走行し、
   前記受信アンテナは、前記列車が前記地域内のどの位置であっても、前記放送電波を受信できるように指向性が設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の列車用再送信システム。
8. 前記列車は、先頭車両と末尾車両とに運転室が設けられ、
   前記再送信装置は、前記先頭車両と末尾車両のいずれにも搭載されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の列車用再送信システム。
9. 前記運転室が設けられた車両は、垂直面に対して傾斜した傾斜外壁を有し、
   前記受信アンテナは、前記傾斜外壁に設けられた窓を介して前記放送電波を受信する位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の列車用再送信システム。
10. 前記再送信装置の送信アンテナからの再送信電波を受信して、該再送信電波の到来方向とは逆方向に向けて再送信する再送信電波中継装置を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の列車用再送信システム。
11. 前記再送信装置の送信アンテナは、各種情報を表示するために前記隔壁に設けられた扉の上部に設置された表示装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の列車用再送信システム。