JP4875260B2 - Information transmission method between ground device and on-vehicle device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道の信号装置に対する情報伝送方法に係り、特に、地上装置と車上装置間の情報伝送方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、鉄道の列車と地上間の情報伝送方法において、軌道には電車電流に起因する雑音が発生するため、新幹線等では、地上側より交流の電車電源周波数に同期した搬送波に制限速度等の制御情報を変調信号として乗せて、この信号を軌道へ送信し、車上側ではレールに近接するように取り付けた受電器で信号を受信し、電車電源周波数によって同期検波を行うことで雑音に強いシステムとしたATC(Automatic Train Control System:自動列車制御装置)を用いている。
【0003】
また、在来線では、電車電源とは非同期の変調信号を送受信する方式のATCを用いている。また、最近では、スペクトラム拡散通信方式を応用した軌道回路の研究も行われており、耐雑音性能の改善を主な目的としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スペクトラム拡散通信方式を応用した軌道回路の研究にあっては、耐雑音性能の向上を目的としたものであったため、多元接続方法の確立には至っておらず、伝送速度が遅く、情報量も少ないという問題があった。また、スペクトラム拡散通信方式を応用した鉄道の列車と地上間の情報伝送システムとして実用化されているものは存在しないし、多元接続を実現する情報伝送システムも存在しない。
【0005】
本発明の課題は、鉄道の地上と列車間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立して、情報の伝送速度を高めることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、
地上装置(例えば、図1の地上装置200)から軌道(例えば、図1のレールL)を介して車上装置(例えば、図1の車上装置300)に列車の制限速度等の制御情報を伝送するための地上装置と車上装置間の情報伝送方法において、
前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式を適用し、自己相関の高いM系列符号(例えば、図1のM系列符号)を用いて同期を確立するとともに、要素が1または−1のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号(例えば、図1の直交符号A〜C)を用いて前記制御情報を多重伝送し、前記車上装置において、同期の確立を1サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することを特徴としている。
【0007】
この請求項1記載の発明によれば、
地上装置から軌道を介して車上装置に列車の制限速度等の制御情報を伝送するための地上装置と車上装置間の情報伝送方法において、前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式が適用され、自己相関の高いM系列符号を用いて同期が確立されるとともに、要素が1または−1のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号を用いて前記制御情報が多重伝送され、前記車上装置において、同期の確立を1サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器が並列に構成される。
【0008】
したがって、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【0010】
また、請求項1記載の発明によれば、
前記車上装置において、同期の確立を1サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明を適用した自動列車制御システム100の一実施の形態を示す図である。図2は、自動列車制御システム100において利用される同期チャネル、データ伝送チャネルの周波数設定f1〜f3と、その各チャネルに設定する符号形態との対応関係と、そのチャネル構成を模式的に示す図である。図3は、同期チャネルで伝送されるGOLD系列のデータの一例と、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例とを示す図である。
【0012】
図1は、本実施の形態における自動列車制御システム100の制御系の構成を示すブロック図である。この図1において、自動列車制御システム100は、地上装置200と、列車に搭載された車上装置300とから構成される。
地上装置200は、データ多重化変換部201、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying;4相位相変調)変調部202〜208、拡散変調部209〜215、加算器216,217、周波数変換部218〜220、局部発振器221〜223、加算器224、及び電力増幅器225により構成される。
【0013】
図1において、地上装置200には、図中の左端部に示す外部からデジタル化されたシリアル形態の列車制御データ(送信データ)が、データ多重化変換部201に入力される。
データ多重化変換部201は、出力段に接続された同期確立用のQPSK変調部202と、多重化用の6個分のQPSK変調部203〜208に応じて、外部から入力されたシリアル形態の列車制御データを、同期確立用の多重化列車制御データD0としてQPSK変調部202に出力するとともに、多重化用として6分割に多重変換処理した多重化列車制御データD1〜D6としてQPSK変調部203〜208に出力する。
【0014】
QPSK変調部202は、データ多重化変換部201から入力された多重化列車制御データD0から、同期確立用の4相の位相変調信号P0を生成して拡散変調部209に出力する。QPSK変調部203〜208は、それぞれデータ多重化変換部201から入力された多重化列車制御データD1〜D6から、4相の位相変調信号P1〜P6を生成して拡散変調部210〜215に出力する。
【0015】
拡散変調部209は、QPSK変調部202から入力された位相変調信号P0から、自己相関性の良いM系列符号を用いて同期信号Tとする拡散変調同期信号T0を生成して周波数変換部218に出力する。拡散変調部210は、QPSK変調部203から入力された位相変調信号P1から、相互相関性が良く多元化しやすい特性を持つ直交符号Aを用いて拡散変調信号A1を生成して加算器216に出力する。
【0016】
また、拡散変調部211及び拡散変調部212は、同様の特性を持つ直交符号B及び直交符号Cを用いて、QPSK変調部204及びQPSK変調部205から入力された各位相変調信号P2,P3から、それぞれ拡散変調信号B2,C3を生成して加算器216に出力する。
【0017】
また、拡散変調部213〜215は、拡散変調部210〜212と同様の機能を有し、それぞれ同様の特性を持つ直交符号A〜Cを用いて、QPSK変調部206〜208から入力された位相変調信号P4〜P6から拡散変調信号A4,B5,C6を生成して加算器217に出力する。なお、直交符号A〜Cは、それぞれ異なる直交符号である。
【0018】
加算器216は、拡散変調部210〜212から入力された拡散変調信号A1,B2,C3を加算(多重化)し、その加算信号(多重信号)M1を周波数変換部219に出力する。また、加算器217は、拡散変調部213〜215から入力された拡散変調信号A4,B5,C6を加算(多重化)し、その加算信号(多重信号)M2を周波数変換部220に出力する。
【0019】
周波数変換部218は、拡散変調部209から入力された拡散変調同期信号T0を、局部発振器221から入力された局部発振周波数f1により周波数変調し、その周波数変調信号F1を加算器224に出力する。
【0020】
周波数変換部219は、加算器216から入力された加算信号M1を、局部発振器222から入力された局部発振周波数f2により周波数変調し、その周波数変調信号F2を加算器224に出力する。
【0021】
周波数変換部220は、加算器217から入力された加算信号M2を、局部発振器223から入力された局部発振周波数f3により周波数変調し、その周波数変調信号F3を加算器224に出力する。なお、局部発振器221〜223が局部発振する周波数は、互いに異なるものであり、所定の周波数帯域に亘って拡散変調同期信号T0と、拡散変調信号A〜Cを含む加算信号M1と、拡散変調信号A〜Cを含む加算信号M2とを拡散させる。
【0022】
加算器224は、周波数変換部218から入力された周波数変調信号F1と、周波数変換部219から入力された周波数変調信号F2と、周波数変換部220から入力された周波数変調信号F3とを加算して、その加算信号M3を電力増幅器225に出力する。電力増幅器225は、レールLに接続されており、加算器224から入力された加算信号M3を所望の送信電力で増幅してレールLに送信する。
【0023】
したがって、地上装置200からレールLに送信された加算信号M3は、周波数f1で周波数変調された拡散変調同期信号T0と、周波数f2で周波数変調された拡散変調信号A〜Cを含む加算信号M1と、周波数f3で周波数変調された拡散変調信号A〜Cを含む加算信号M2とが多重化されたものとなる。
すなわち、図2に示すように、周波数f1で周波数変調されて、M系列符号を含む同期チャネルと、周波数f2で周波数変調されて、直交符号1〜3が符号多重されたデータ伝送チャネルと、周波数f3で周波数変調されて、直交符号1〜3が符号多重されたデータ伝送チャネルとが設定されて、スペクトラム拡散通信方式でレールLに送信されることになる。
【0024】
また、図3に同期チャネルで伝送されるGold系列のデータの一例と、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例とを示す。
図3(a)は、図1の自動列車制御システム100において、同期チャネルで伝送されるGold系列のデータの一例を示す図である。この場合、PN符号として周期31のGold系列33個を採用した例である。このようなGold系列の符号を用いて同期チャネルを設定することにより、自己相関の高いM系列を同期確立に利用できる。
【0025】
同図(b)は、図1の自動列車制御システム100において、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例を示す図である。この場合、周期8の直交符号を行列式の形式で示した例である。この場合、各行の数字列を拡散符号として、8種類の拡散符号が得られる。このような拡散符号を用いて、符号長を長く構成すれば、周期16や周期32等のより多くの直交符号を拡散符号として容易に設定できる。
【0026】
車上装置300は、受電器301、前置増幅器302、周波数変換部303〜305、局部発振器306〜308、逆拡散部309〜315、QPSK復調部316〜322、及びデータ多重化逆変換部323により構成される。
【0027】
受電器301は、地上装置200からレールLに送信された加算信号M3を電磁誘導作用により受電し、その受電した加算信号M3を前置増幅器302に出力する。前置増幅器302は、受電器301から入力された加算信号M3を所定の増幅率で増幅して周波数変換部303〜305に出力する。
【0028】
周波数変換部303は、前置増幅器302から入力された加算信号M3を、局部発振器306から入力された局部発振周波数f1により検波して、拡散変調同期信号T0を逆拡散部309に出力する。
【0029】
周波数変換部304は、前置増幅器302から入力された加算信号M3を、局部発振器307から入力された局部発振周波数f2により検波して、加算信号M1を逆拡散部310〜312に出力する。
【0030】
周波数変換部305は、前置増幅器302から入力された加算信号M3を、局部発振器308から入力された局部発振周波数f3により検波し、加算信号M2を逆拡散部313〜315に出力する。
【0031】
逆拡散部309は、周波数変換部303から入力された拡散変調同期信号T0を、上記と同様のM系列符号を用いて逆拡散して位相変調信号P0とし、その位相変調信号P0をQPSK復調部316に出力する。QPSK復調部316は、位相変調信号P0を復調して同期信号Tを逆拡散部310〜315が用いる直交符号A〜Cにそれぞれ付加する。
【0032】
逆拡散部310は、周波数変換部304から入力された加算信号M1から、上記と同様の直交符号A及び同期信号Tを用いて逆拡散して拡散変調信号A1を抽出し、その拡散変調信号A1から位相変調信号P1を再生してQPSK復調部317に出力する。
【0033】
逆拡散部311は、周波数変換部304から入力された加算信号M1から、上記と同様の直交符号B及び同期信号Tを用いて逆拡散して拡散変調信号B2を抽出し、その拡散変調信号B2から位相変調信号P2を再生してQPSK復調部318に出力する。
【0034】
逆拡散部312は、周波数変換部304から入力された加算信号M1から、上記と同様の直交符号C及び同期信号Tを用いて逆拡散して拡散変調信号C3を抽出し、その拡散変調信号C3から位相変調信号P3を再生してQPSK復調部319に出力する。
【0035】
逆拡散部313は、周波数変換部305から入力された加算信号M2から、上記と同様の直交符号A及び同期信号Tを用いて逆拡散して拡散変調信号A4を抽出し、その拡散変調信号A4から位相変調信号P4を再生してQPSK復調部320に出力する。
【0036】
逆拡散部314は、周波数変換部305から入力された加算信号M2から、上記と同様の直交符号B及び同期信号Tを用いて逆拡散して拡散変調信号B5を抽出し、その拡散変調信号B5から位相変調信号P5を再生してQPSK復調部321に出力する。
【0037】
逆拡散部315は、周波数変換部305から入力された加算信号M2から、上記と同様の直交符号C及び同期信号Tを用いて逆拡散して拡散変調信号C6を抽出し、その拡散変調信号C6から位相変調信号P6を再生してQPSK復調部322に出力する。
【0038】
QPSK復調部317は、逆拡散部310から入力された位相変調信号P1を復調して多重化列車制御データD1をデータ多重化逆変換部323に出力する。QPSK復調部318は、逆拡散部311から入力された位相変調信号P2を復調して多重化列車制御データD2をデータ多重化逆変換部323に出力する。QPSK復調部319は、逆拡散部312から入力された位相変調信号P3を復調して多重化列車制御データD3をデータ多重化逆変換部323に出力する。
【0039】
QPSK復調部320は、逆拡散部313から入力された位相変調信号P4を復調して多重化列車制御データD4をデータ多重化逆変換部323に出力する。QPSK復調部321は、逆拡散部314から入力された位相変調信号P5を復調して多重化列車制御データD5をデータ多重化逆変換部323に出力する。QPSK復調部322は、逆拡散部315から入力された位相変調信号P6を復調して多重化列車制御データD6をデータ多重化逆変換部323に出力する。
【0040】
データ多重化逆変換部323は、QPSK復調部317〜322からそれぞれ入力された多重化列車制御データD1〜D6を多重化逆変換処理して、元のシリアル形態の列車制御データ(受信データ)を出力する。
【0041】
以上のように、本実施の形態の自動列車制御システム100では、地上装置200と車上装置300との間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用して、デジタル化した列車制御データを多重化して多元接続するため、自己相関の高いM系列符号を用いて同期信号を生成するとともに、相互相関特性が良く同じチップ長でデータ種類を多く取ることができる直交符号を用いて拡散変調信号を生成するようにした。
【0042】
このため、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【0043】
また、車上装置において、同期の確立を1サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成したことにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【0044】
なお、上記実施の形態に示した自動列車制御システム100における多重化段数は、あくまで一例であり、要求される情報伝送容量の仕様等に応じて適宜変更可能であることは勿論である。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【0046】
また、車上装置において、同期の確立を1サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成したことにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した一実施の形態における自動列車制御システム100の制御系の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の自動列車制御システム100において利用される同期チャネル、データ伝送チャネルの周波数設定f1〜f3と、その各チャネルに設定する符号形態との対応関係と、そのチャネル構成を模式的に示す図である。
【図3】図1の自動列車制御システム100において、同期チャネルで伝送されるGOLD系列のデータの一例と(同図(a))、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例(同図(b))とを示す図である。
【符号の説明】
100 自動列車制御システム
200 地上装置
201 データ多重化変換部
202〜208 QPSK変調部
209〜215 拡散変調部
216、217、224 加算器
218〜220 周波数変換部
221〜223 局部発振器
225 電力増幅器
300 車上装置
301 受電器
302 前置増幅器
303〜305 周波数変換器
306〜308 局部発振器
309〜315 逆拡散部
316〜322 QPSK復調部
323 データ多重化逆変換部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an information transmission method for a railway signal device, and more particularly to an information transmission method between a ground device and an on-vehicle device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the information transmission method between railway trains and the ground, noise caused by train current is generated on the track. Therefore, on the Shinkansen etc., control of the speed limit etc. on the carrier wave synchronized with the AC train power frequency from the ground side A system that is resistant to noise by placing information as a modulation signal, transmitting this signal to the track, receiving the signal with a power receiver attached so as to be close to the rail on the upper side of the car, and performing synchronous detection with the train power supply frequency ATC (Automatic Train Control System) is used.
[0003]
The conventional line uses an ATC that transmits and receives a modulation signal that is asynchronous with the train power supply. Recently, a track circuit using a spread spectrum communication method has been studied, and its main purpose is to improve noise resistance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, research on track circuits using the above-mentioned spread spectrum communication method was aimed at improving noise resistance performance, so the establishment of a multiple access method has not been established, and the transmission speed is slow. There was a problem that the amount was small. In addition, there is no information transmission system in practical use as an information transmission system between a railway train and the ground using a spread spectrum communication system, and there is no information transmission system that realizes multiple access.
[0005]
An object of the present invention is to increase the transmission speed of information by establishing a synchronization establishment method and a multiple access method of multiplexed data when applying a spread spectrum communication method to an information transmission method between a railway and a train. That is.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to
Control information such as the speed limit of the train is transmitted from the ground device (for example, the
At the time of transmission of control information from the ground device to the on-vehicle device, a spread spectrum communication method is applied, and synchronization is established using an M-sequence code having a high autocorrelation (for example, the M-sequence code in FIG. 1). The on- board device multiplex-transmits the control information using orthogonal codes (for example, orthogonal codes A to C in FIG. 1) of square matrices whose elements are either 1 or -1 and whose rows are orthogonal to each other . In order to establish synchronization only with one cycle of received data, the number of correlators equal to the spreading code length included in the received data is configured in parallel .
[0007]
According to the invention of
In the information transmission method between the ground device and the on-board device for transmitting control information such as the speed limit of the train from the ground device to the on-board device via the track, the control information from the ground device to the on-board device is transmitted. At the time of transmission, a spread spectrum communication system is applied, synchronization is established using an M-sequence code with high autocorrelation , and the orthogonality is a square matrix whose elements are either 1 or -1 and whose rows are orthogonal to each other. In order to establish synchronization only with one cycle of received data in the on-board device, the number of correlators equal to the spreading code length included in the received data is used. Configured in parallel .
[0008]
Therefore, when the spread spectrum communication method is applied to the information transmission method between the railway ground device and the on-vehicle device, the synchronization establishment method and the multiple access method of multiplexed data can be established, which is more resistant than the conventional information transmission method. The noise performance can be improved, and a larger amount of train control information can be transmitted at a higher speed than before.
[0010]
Further, according to the first aspect of the invention,
In the on-board apparatus, in order to establish synchronization with only one cycle of received data, the number of correlators equal to the spreading code length included in the received data is configured in parallel, thereby decoding multiplexed Data processing speed can be increased.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an automatic
[0012]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control system of automatic
The
[0013]
In FIG. 1, train control data (transmission data) in the serial form digitized from the outside shown in the left end portion in the figure is input to the data
The data
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
Further, the spread modulation unit 211 and the
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The frequency conversion unit 219 frequency-modulates the addition signal M1 input from the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
Therefore, the addition signal M3 transmitted from the
That is, as shown in FIG. 2, a synchronization channel that is frequency-modulated at frequency f1 and includes an M-sequence code, a data transmission channel that is frequency-modulated at frequency f2 and code-multiplexed with
[0024]
FIG. 3 shows an example of Gold series data transmitted through the synchronization channel and an example of orthogonal codes transmitted through the data transmission channel.
FIG. 3A is a diagram illustrating an example of Gold series data transmitted through a synchronous channel in the automatic
[0025]
FIG. 2B is a diagram showing an example of orthogonal codes transmitted through the data transmission channel in the automatic
[0026]
The on-
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
The despreading unit 314 performs despreading from the addition signal M2 input from the
[0037]
The despreading unit 315 performs despreading from the addition signal M2 input from the
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
The data multiplexing
[0041]
As described above, in the automatic
[0042]
For this reason, when applying the spread spectrum communication method to the information transmission method between the railway ground device and the on-vehicle device, it is possible to establish the multiplexed data synchronization establishment method and the multiple access method, which is more than the conventional information transmission method. Noise resistance can be improved, and a larger amount of train control information can be transmitted at a higher speed than before.
[0043]
In addition, in the on-board apparatus, in order to establish synchronization only with one cycle of received data, the number of correlators equal to the spreading code length included in the received data is configured in parallel, so that the decoded multiplex The processing speed of the digitized data can be increased.
[0044]
It should be noted that the number of multiplexing stages in the automatic
[0045]
【Effect of the invention】
According to the present invention, when applying a spread spectrum communication method to an information transmission method between a railway ground device and an on-vehicle device, a synchronization establishment method and a multiple access method for multiplexed data can be established. The noise resistance performance is improved as compared with the method, and a larger amount of train control information can be transmitted at a higher speed than the conventional method.
[0046]
In addition, in the on-board apparatus, in order to establish synchronization only with one cycle of received data, the number of correlators equal to the spreading code length included in the received data is configured in parallel, so that the decoded multiplex The processing speed of the digitized data can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control system of an automatic
2 schematically shows the correspondence between the frequency settings f1 to f3 of the synchronization channel and data transmission channel used in the automatic
3 shows an example of GOLD sequence data transmitted through a synchronous channel in the automatic
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式を適用し、自己相関の高いM系列符号を用いて同期を確立するとともに、要素が1または−1のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号を用いて前記制御情報を多重伝送し、
前記車上装置において、
同期の確立を1サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することを特徴とする地上装置と車上装置間の情報伝送方法。In the information transmission method between the ground device and the on-board device for transmitting control information such as the speed limit of the train from the ground device to the on-board device via the track,
When transmitting control information from the ground device to the on-vehicle device, a spread spectrum communication method is applied to establish synchronization using an M-sequence code with high autocorrelation, and the element is either 1 or -1. Multiplex transmission of the control information using an orthogonal code with a square matrix in which each row is orthogonal to each other ,
In the on-vehicle device,
In order to establish synchronization only with one cycle of received data, the number of correlators equal to the spreading code length included in the received data is configured in parallel. Transmission method.
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