JP4893413B2 - 列車内通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、列車内における情報通信を行うのに好適な列車通信装置に関する。

近年、列車内においてＬＣＤ表示器等を用いた乗客案内サービスに対するニーズが高まっており、車上サーバから各車両の表示器へ様々なサービスコンテンツを配信する技術が必要になってきている。

（特許文献１）に記載の従来の技術では、停車駅情報や到着時刻等の列車運行情報、始発駅からのキロ程を示す列車位置情報、ドア開閉指令等の車載機器情報等、列車情報の処理を行う列車情報装置を各車両に設置し、先頭車の列車情報装置は主幹制御器等各種制御操作装置と接続され、また、各車両に搭載された列車情報装置はデジタル伝送路を介して相互に接続され、互いに連携して上記各種列車情報の入出力処理を行っている。

先頭車両に搭載された映像情報配信装置は、同車両の列車情報装置と接続され、列車情報を入力し、静止画情報を出力する。この静止画情報は、列車情報装置間を接続する第一の伝送路を通してデジタルデータ信号で出力され、各車両に搭載された列車情報装置を経て、各車両に搭載された受信表示装置に伝送される。また映像情報配信装置は、映像情報配信装置間を接続する第二の伝送路を介して、各車両に搭載された受信表示装置に接続され、動画情報をアナログデータ信号により伝送する。

動画情報に比較してデータ容量の小さい静止画情報は、列車情報装置では従来から用いられているパケット方式で高解像度の静止画情報をデジタル伝送し、一方、静止画情報よりもデータ容量が大きい動画情報は、従来からテレビ受像機などで用いられているNTSC方式などによるアナログ伝送方式で伝送することで、動画と高画質な静止画を低コストで実現する列車搭載映像配信表示システムを可能にしている。また動画情報と静止画情報を別の経路で受信表示装置に伝送する方式を採用しているため、いずれか一方の伝送路に異常が発生した場合においても、正常な伝送路を使用した動画または静止画による映像情報の表示の継続が可能であり、表示機能の信頼性を向上している。

特開２００２−２０９１９３号公報

しかしながら、（特許文献１）に記載の従来の技術では、動画情報をアナログデータ信号として伝送する場合、高画質な画像を伝送するには非常に広帯域な通信周波数帯域が必要となる。列車においては、複数の車両が連結されるため、増幅装置などを用いたアナログ信号の増幅中継などを行っても、信号劣化が発生し、また列車に設置されたインバータ装置などから発生する電磁ノイズがアナログ信号に重畳するため、高画質な画像を各車両に配信するのは難しいという問題がある。

また、アナログデータ信号による映像配信を行う場合、複数の動画情報や、電話などの音声回線を多重化したマルチチャンネル通信を１つの伝送路で行うため、さらに広帯域な周波数帯域が必要であり、実現が困難な点がある。また、列車では車両間における伝送線の断線や通信装置の故障などによって、表示器へ動画情報や静止画情報を伝送することができなくなり、表示ができないという問題がある。

本発明の目的は、既設又は新設の伝送路を使用して、編成車両の分割，併合が対応可能であり、高画質の動画情報や音声情報をデジタルデータ信号として伝送することを容易に実現できる高信頼な列車内通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の列車内通信装置は、複数の車両で編成される編成列車の列車内通信装置において、各車両に設置され、制御情報を通信する複数の制御データ通信装置と、画像情報を含むデータを通信する複数の画像データ通信装置と、前記複数の制御データ通信装置の間を相互に接続する伝送路と，前記複数の画像データ通信装置の間を相互に接続する伝送路と、前記制御データ通信装置と前記画像データ通信装置を相互に接続する伝送路とを備え、列車を編成する前記複数の車両の分割時または併合時に、前記複数の画像データ通信装置間でトレーニングデータを送受信することにより通信路特性を推定するものである。

本発明によれば、編成車両の分割，併合が対応可能であり、デジタルデータ化された動画情報や静止画情報などを画像データ通信装置を用いて伝送し、画像データ通信装置と制御データ通信装置を分ける構成としているので、画像データ通信装置が故障などにより通信不能となった場合においても、制御データ通信装置によって列車制御情報を伝送することによって、予め表示器に保存してある複数の画像データを用いて表示を変更することができる。

また、Ｓ／Ｎ向上を図った通信により、高速通信が可能であり、列車運転のために車両に取り付けられた各種インバータが動作して電磁ノイズが発生しても、これに大きく影響を受けることなく、通信線を用いて、車両への提供情報や車両からの監視画像や保守データを安定して通信することが可能になる。さらに、監視画像や保守データは列車内のセキュリティ及び聞き状態などの運用を遠隔監視するために使用することができる。

本発明の一実施例を図面により説明する。図１は、本実施例の列車内通信システムの構成図である。

運転室あるいは乗務員室である１号車１にはサーバ２が設置されており、１号車１，２号車９，Ｎ号車１０の各車両には、制御データ通信装置５ａ，５ｂ，５ｃ，画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃ，表示装置６ａ，６ｂ，６ｃ，機器７ａ，７ｂ，７ｃ、が設置されている。

制御データ通信装置５は、停車駅などを示す列車運行情報、起点からの走行距離を示す列車位置情報、ドア開閉など車載機器の制御指令などの制御情報を伝送するために用い、画像データ通信装置３は各車両に設置した画像データを表示するための表示器６や電話や空調などの機器７に対してコンテンツとなる動画や静止画などの画像情報や車内放送などの音声情報、テロップ表示するための文字情報、機器の動作ログ情報などを伝送するために用いる。

制御データ通信装置５ａ，５ｂ，５ｃは伝送路４により直列に接続され、画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃは、伝送路５により直列に接続されている。制御データ通信装置５ａ，５ｂ，５ｃと、画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ伝送路８ａ，
８ｂ，８ｃにより相互に接続され、１号車１と各車両９，１０間の通信を行う。ここで、伝送路４，５には、２本の電線が使用される。この電線は、既設のものであっても新設のものであってもよい。

画像データ通信装置３には、変調部９，変調部９に接続された制御部１０，制御部１０に接続されたハブ部１１で構成され、変調部９は伝送路５に、制御部１０は制御データ通信装置５に、ハブ部１１はサーバ２、表示器６及び機器７に接続されている。

ハブ部１１を有するため、表示器６や複数の機器７との間でEthernet（登録商標）プロトコルでの通信が可能であり、制御部１０を設けているためハブ部１１でのパケット転送処理を制御することが可能である。また伝送路５を画像データ通信装置内部で分岐して変調部９と接続しているので、画像データ通信装置３間では、一つの伝送路を共有するマルチドロップ方式による通信を行う。マルチドロップ方式を行うためのアクセス方式としては、ポーリング方式やＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance）方式などを用いれば良い。

表示器６は、コントローラ１２，メモリ１３，画面１４から構成される。表示器６への入出力信号はコントローラ１２が制御し、メモリ１３はコントローラ１２の入出力信号を記録するために設置される。画面１４はコントローラ１２の指示に従ってメモリ１３に保存された動画または静止画の画像データやテロップ表示のための文字情報を表示する。表示器６は画像データ通信装置３と接続され、例えばEthernetのプロトコルに従って通信する。サーバ２から表示器６のメモリ１３へ画像データ通信装置３を用いて複数の画像データを伝送して保存し、表示器６は制御データ通信装置５で伝送された制御データに従ってコントローラ１２がメモリ１３に保存してある複数の画像データやテロップ表示用の文字情報のいずれかを画面１４に表示する。

各車両の表示器６へ伝送される画像データは同一情報である場合や異なる情報である場合があるため、画像データ通信装置３内に設けた制御部１０およびハブ部１において、画像データを含むパケットのアドレスをチェックし、伝送する方向を決定する。

また制御データ通信装置５から表示器６へ画像データ通信装置３を介して、画像表示のタイミング情報が流されている。タイミング情報は、起点からの走行距離を示すキロ程や通過駅名など、あるいは時刻情報などである。

ここで仮に画像データ通信装置３ｂが故障したとすると、画像データ通信装置３ａと画像データ通信装置３ｃの間は通信できなくなるため、サーバ２から表示器６ｃへ新たな画像データを伝送することはできなくなる。しかし、表示器６ｃのメモリ１３には既に複数の画像データが保存されているため、制御データ通信装置５ｃからのタイミング情報を得ることで、表示器６ｃの画面１４ｃを切替えることが可能である。

また、表示器６には、各車両の乗客や乗務員に音声による必要事項、例えば次の停車駅の告知，呼び出しなどの連絡がなされるが、音声信号の伝送以外に乗客への情報提供サービス、乗客状況の監視画像や保守データが表示される。

機器７ａ，７ｂ，７ｃには、他に情報提供装置，監視装置があり、監視装置は、カメラで監視した画像情報や、モータ，インバータなどの機器の温度，振動，電圧，電流等の保守に必要な保守データを画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃから取り込み、サーバ２に出力する。

情報提供装置は、各車両の乗客に各種情報を提供するためのものであり、例えば無線受信機により受信したニュース，野球等の実時間情報を無線受信機から取込み、これをサーバ２に保存して、定期的に画像データ通信装置３ａに出力する。又、広告情報，イベント案内，映画，録画情報などの各種データが記録されているＶＴＲやＣＤＲＯＭ，ハードディスク，メモリなどの記録媒体からの情報を読み出して画像データ通信装置３ａに出力したり、停車駅情報や到着時間情報などの列車運行情報、現在の列車の位置や始発駅からの走行距離を示す列車位置情報，停車駅でのドア開閉情報や空調運転状況などの列車情報等を画像データ通信装置３ａに出力する。一方、監視装置は、各車両に取り付けたカメラからの画像情報を画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃで受信し、この受信した画像情報を表示する一方、サーバ２に記録させる。サーバ２は画像情報を記録し、必要に応じて列車外に提供する。

画像データ通信装置３ｂ，３ｃは画像データ通信装置３ａから送信されてくる情報を受信し、ハブ部１１を介して表示器６ａ，６ｂ，６ｃに出力して、前述した各種情報を表示器６ａ，６ｂ，６ｃに表示し、乗客に対して共通の情報を提供する。各車両ごとに画像データ通信装置３から分岐して複数の表示器に提供情報を表示させるようにしても良い。

また、加速度振動計、温度センサ、電圧センサや電流センサなどの各種センサの出力である保守データは、ハブ部１１を介して保守データとして画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃに取込まれる。また、カメラで監視する監視画像情報もハブ部１１を介して画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃに取込まれる。これらの保守データ及び監視画像情報は伝送路５又は伝送路４を介してサーバ２に出力される。

カメラと画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃは専用のケーブル、例えばイーサー（商標登録）（Ｒ）ケーブルや同軸ケーブルで接続される。監視画像は動画あるいはこま落し画像で画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃから伝送される。カメラが例えばウエブカメラの場合には、カメラからこま落し画像が出力されるために、このこま落し画像が画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃから伝送される。また、ウエブカメラの場合には、イーサー（Ｒ）ケーブルでカメラと画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃを接続する。

画像データ通信装置３ａと画像データ通信装置３ｂ，３ｃ間で通信する情報は、前述したように、映像情報を含む各種情報、監視画像や保守データであるため、通信速度は１
Ｍｂｐｓ以上が要求される。このため、画像データ通信装置３ａと画像データ通信装置
３ｂ，３ｃは、ＭＨｚ帯域を利用して大容量通信を行う。

伝送路４，５は各車両の床下に敷設され、各車両間は車両連結部の各電気コネクタによる相互に接続されている。車両の床下には、走行性能向上や快適な走行のために、モータ駆動用、各種制御用の各種容量のインバータが取り付けてあり、インバータを構成するスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ，バイポーラトランジスタ，ＦＥＴ，サイリスタ等の半導体スイッチング素子）のオン，オフ動作によって電磁ノイズが発生する。この電磁ノイズは、スイッチング素子がオンあるいはオフした際に、回路内の配線によるインダクタンスや浮遊容量及びスイッチング素子のスイッチング速度によって決まる高周波ノイズである。

この周波数を実験により評価した結果、数百ｋＨｚから数十ＭＨｚ、場合によっては数百ＭＨｚまで及び、速度制御のためにモータ電圧の周波数が可変になっており、この周波数の基本波やその高調波が発生することにより数十ｋＨｚ以下の電磁ノイズが発生する。ノイズは低周波成分ほどパワーが高く、列車走行時における電磁ノイズは数ＭＨｚ以下が主体である。

その一例を図２に示す。図２には伝送路４，５に重畳されるノイズと通信の送信信号及び受信信号も合わせて示している。ノイズは約１ＭＨｚ以下のパワーが高く、約５ＭＨｚ以上ではあまり高くないことが分かる。通信帯域としては１ＭＨｚ以上、３０ＭＨｚ以下が望ましいが、５ＭＨｚ以上、３０ＭＨｚ以下がさらに望ましい。しかし、両帯域でもノイズは重畳しており、この帯域を利用する通信にとって障害になってしまう。

画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃは、同様な構成であり、上述したノイズの影響を非常に低減した通信を可能にするものであり、変調部９及び制御部１０は、図３に示すように、バンドパスフィルタ（ＢＰフィルタ）５０，６０，受信アンプ５１，送信アンプ
５９，アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）５２，デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）５８，等化器５３，復調器５４，変調器５７，アクセスコントローラ５５，プロトコール変換器５６からなっている。なお、制御データ通信装置５ａ，５ｂ，５ｃは、画像データ通信装置３ａ，３ｂ，３ｃと同様に構成してもよく、より簡易的に構成することもできる。

画像データ通信装置５には、情報提供装置や監視装置とのインタフェースをとるために、プロトコール変換器５６を設けている。情報提供装置や監視装置は、パソコンをベースとした装置で構成すると各種汎用ソフトウェアを利用でき、情報管理やデータ処理等が容易になるため、プロトコール変換器５６は、例えばイーサーやＵＳＢ等のインタフェースとしている。プロトコール変換器５６が、情報提供装置から車両の乗客に提供するためのデータを受け取ると、画像データ通信装置３で扱うフォーマットの通信パケットに変換する。

アクセスコントローラ５５は、プロトコール変換器５６からの通信パケットを受信すると、このデータを変調器５７に出力する。変調器５７は、入力されている搬送波ごとのデータ割付量情報５５ｂに基づいて、各搬送波にデータを割り付け(ビット割付をともいう)を行う。搬送波にデータが割り付けられた信号は、Ｄ／Ａ５８によりアナログ信号に変換され、送信アンプ５９によって増幅され、ＢＰフィルタ６０を介して伝送路５に出力され、通信される。

一方、他の画像データ通信装置３から送信されてきた信号は、ＢＰフィルタ５０によって通信帯域以外の信号が抑制され、通信帯域の信号を受信アンプ５１に出力する。受信アンプ５１は受信信号を増幅してＡ／Ｄ５２に出力し、Ａ／Ｄ５２によってデジタル信号に変換された信号が等化器５３に出力される。等化器５３は、伝送路５の通信路歪（伝送路歪ともいう）を補正するためのものであり、通信路歪の補正処理が行なわれた信号が復調器５４に出力される。復調器５４では、入力されている搬送波ごとのデータ割付量情報
５５ａに基づいて、各搬送波に割り付けられているデータを取り出し、アクセスコントローラ５５に出力する。アクセスコントローラ５５では、この取り出したデータを所定フォーマットの通信パケットに変換し、プロトコール変換器５６に出力する。プロトコール変換器５６は、この通信パケットを、情報提供装置や監視装置とのインタフェース（例えばイーサーやＵＳＢ等）が取れるようにプロトコールの変換をして情報提供装置や監視装置に情報を出力する。

アクセスコントローラ５５は、復調器５４及び変調器５７にデータ割付量情報５５ａ，５５ｂを出力するが、この情報で示されるデータ割付量は一定ではなく、設定された時間ごとに画像データ通信装置３間の通信特性に対するトレーニング（学習ともいう）を行って搬送波ごとにＳ／Ｎを推定（測定あるいは判定ともいう）するか、あるいは通信時の伝送誤り率を評価し、これらの結果に応じて、搬送波ごとあるいは全搬送波に対してデータ割付量を変更する。またＳ／Ｎの推定と伝送誤り率の評価を併用してデータ割付量を変更しても良い。

このように、画像データ通信装置３間で伝送路５の通信特性（伝送誤りやＳ／Ｎ）をダイナミックに評価し、この結果に基づいて変復調の処理（データ割付量の変更）を変更することで伝送エラーを発生させないように通信することが可能になる。

図２に示したように、伝送路５に重畳されるノイズは低周波ほど高く、特に１ＭＨｚ以下が高く、５ＭＨｚ以上ではあまり高くない。画像データ通信装置３間で送信した信号の強さが図２のように一定であっても、伝送路５の特性が周波数依存性を持っているため、受信側の画像データ通信装置３で受信した信号の強さは高周波ほど低下し、かつ変動している。これは通信線のインダクタンスや通信線の往路及び復路間の静電容量により、通信信号の減衰や、伝送路５の端点での反射などによるものである。

通信速度が１Ｍｂｐｓ以上で安定した監視画像の通信を行うためには、受信信号とノイズの比（ｄＢ表現では差）であるＳ／Ｎを所定以上とする必要があり、受信信号の高周波帯域での減衰を評価すると、３０ＭＨｚ以下の周波数帯域を通信帯域として使用することが望ましい。帯域を狭くすると、通信速度が低くなるという問題があるため、通信帯域としては１ＭＨｚ以上で３０ＭＨｚ以下が望ましい。通信帯域として５ＭＨｚ以上で３０
ＭＨｚ以下の帯域を利用すると、ノイズの影響が低くなり、より安定した高速通信が可能である。

等化器５３は、伝送路５の通信路歪を補正し、復調する際に正しくデータを復元するために必要である。これは通信におけるプリアンブル信号を用いて通信路歪を評価し、この評価結果を用いて補正される。一般に、減衰した受信信号を増幅すると、ノイズ成分も増幅されるためＳ／Ｎは改善されないため、等化器５３がなければ、通信路歪の影響でデータが復元できなく、伝送エラーになってしまう。

搬送波として使用帯域内で複数の搬送波（マルチキャリア）を用いる場合を例に、Ｓ／Ｎの評価してデータ割付量を変更する仕組みについて以下説明する。図４にマルチキャリアのスペクトルを示す。帯域Δｆの搬送波は使用帯域に複数割り当てるが、搬送波と搬送波が重ならないようにするために、搬送波間で所定帯域だけスペースを取るのが一般的である。各搬送波には所定の送信データのビットが割り付けられる。

マルチキャリアの一種であるが、特殊なケースであるＯＦＤＭ（直交周波数多重分割）は、図５に示すように、搬送波のピーク点では、他の搬送波のパワーがゼロとなるように各搬送波が配置され、各搬送波の帯域をΔｆとすると、時間１／（Δｆ／２）での逆フーリエ変換による直交性の維持を図っている。このため、一般のマルチキャリアとは異なって、各搬送波が重なり合っても信号が復元可能であり、かつ使用帯域が一般のマルチキャリアより狭くて良く、周波数利用効率が一般のマルチキャリアより高いという特徴をもっている。

搬送波を用いて通信する方式として、マルチキャリア通信方式と、単一の搬送波（単一キャリアともいう）を用いて通信する単一キャリア通信方式があり、いずれも搬送波（キャリア）にデータ（ビット）を割り付けて伝送する。

データを割り付けて伝送するキャリアごとのＳ／Ｎによりそのデータ割り付け量には制限があるが、伝送路５に重畳したノイズの内、ノイズのレベルが高くＳ／Ｎが低い特定の周波数に合致するキャリアのデータ割付け量を他のキャリアのデータ割付量より低くするだけで、全キャリアとしては高いデータ割付け量を維持できる。この結果、高い伝送速度を確保することが可能である。

このように、マルチキャリア通信方式は、複数のキャリアを用いて通信しているため、Ｓ／Ｎの低くなった特定の搬送波（キャリア）のデータ割り付け量が低くなるだけであるが、単一キャリア通信方式では、特定周波数のノイズレベルが高いだけであっても、キャリアが一つであるため、そのキャリアに割り付けるデータ量が低くなり、マルチキャリア通信方式と比べ、かなり伝送速度が低下する。特に車両における動きのある監視画像を伝送するためには１Ｍｂｐｓ以上の伝送速度が要求されるために、単一キャリア通信方式より、マルチキャリア通信方式の方が良い。

各搬送波（キャリア）ごとに振幅と位相が異なる複数の波形を使用し、この波形にデータ（ビット）を割り付けて伝送するが、多数の送信波形を用いて伝送する際の変調は多値変調と呼ばれる。各キャリアごとのＳ／Ｎによりそのデータ割り付け量（ビット割り付け量ともいう）には制限があり、図６のような関係になっている。例えば、伝送誤り率を
１Ｅ−５に設定すれば、２５６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ，１６ＱＡＭ，ＱＰＳＫ，ＢＰＳＫでは、それぞれＳ／Ｎは約２２.５ｄＢ，約１７.７ｄＢ，約１３.５ｄＢ，約９.５ｄＢ，約６.３ｄＢ 以上必要である。この場合、２５６ＱＡＭでは８ビットの割付が可能であり、６４ＱＡＭは６ビット、１６ＱＡＭは４ビット、ＱＰＳＫは２ビット、ＢＰＳＫは１ビットの割付が可能であり、Ｓ／Ｎが約６.３ｄＢ未満であれば、ビットの割付をしない。

なお、ＱＡＭはQuadrature Amplitude Modulation、ＱＰＳｋはQuadrature Phase
Shift Keying 、ＢＰＳＫはBinary Phase Shift Keyingと呼ばれ、ＱＡＭは振幅変調、
ＱＰＳｋ及びＢＰＳＫは位相変調である。ここでは１２８ＱＡＭ，３２ＱＡＭ等を示していないが、その他のＱＡＭもある。

なお、誤り訂正機能を付加することにより、伝送誤り率を１Ｅ−５から１Ｅ−７程度にすることが可能である。従って、例えば、伝送速度が１Ｍｂｐｓであれば、確率的に１０秒に１回誤りが発生することになり、誤りが発生した伝送フレームを再送することにより、何ら問題なく安定した通信が可能になる。

図７を用いて、Ｓ／Ｎの評価について説明する。このＳ／Ｎの評価、すなわち通信路特性の推定は、列車編成の分割，併合を行う時に行うのが効果的である。図７では、画像データ通信装置３ａから画像データ通信装置３ｂ，３ｃにＳ／Ｎを評価するためのトレーニングデータを送信してＳ／Ｎを算出する例を示している。Ｓ／Ｎを評価は、画像データ通信装置３ａから画像データ通信装置３ｂ，３ｃにトレーニングデータを送信する場合と、逆に画像データ通信装置３ｂ，３ｃから画像データ通信装置３ａにトレーニングデータを送信する場合とは同じようにして行われる。

画像データ通信装置３ａから通常のデータを送信する場合は、ステップ１からステップ５の手順により行なわれ、Ｓ／Ｎ評価のための処理は割込み処理によって実施される。ここでは、一定時間ごとに起動する割込み処理を例としている。

図７に示す処理はアクセスコントローラ５５によってなされる。通常のデータ送信においては、ステップ１で、プロトコール変換器５６から取込んだデータを基に通信装置内のパケットデータを作成する。ステップ２で、作成したパケットデータを変調器５７に出力する。これによって、データが変調され画像データ通信装置３ｂに出力される。画像データ通信装置３ｂから送信されてくるデータについては、ステップ３に示すように復調器
５４からのパケットデータを取込む。ステップ４で、ＣＲＣ（Cycle Redundancy Check：巡回冗長検査）の評価を実施して、伝送誤り検出を行う。伝送誤りがあれば、ステップ５で、画像データ通信装置３ｂに再送要求をし、伝送誤りがなければ取り込んだデータをプロトコール変換器５６に出力する。

このような通常のデータ通信処理を実施している状態で、Ｓ／Ｎ評価のための割込み処理を実施する。ステップ６に示すように、あらかじめ用意しているトレーニングデータを変調器５７に出力すると、トレーニングデータが変調されて、画像データ通信装置３ｂに送信される。

画像データ通信装置３ｂは、ステップ１０で、トレーニングデータを受信し、ステップ１１で後述するように搬送波ごとのＳ／Ｎを計算する。ステップ１２で、搬送波番号とビット割付量をペアとしてパケットデータに変換し、変調器に出力する。この結果、画像データ通信装置３ａから画像データ通信装置３ｂにビット割付情報が送信されてくる。ここで、搬送波番号とビット割付量のペアをビット割付情報とよぶ。

自局である画像データ通信装置３ｂのビット割付情報を更新するためにビット割付情報テーブルの書き換えを実施する。このビット割付情報は、画像データ通信装置３ａから伝送されてきたデータを画像データ通信装置３ｂの復調器で復調する際に使用する。

ステップ７で、画像データ通信装置３ａは、画像データ通信装置３ｂから送信されてくるビット割付情報を受信し、ステップ８でビット割付情報テーブルの書き換えを実施する。この処理が終了すると、ステップ９で、ビット割付情報テーブルの書き換え完了を示すＡＣＫを送信する。

画像データ通信装置３ｂでは、ステップ１３でＡＣＫを受信し、処理を終了する。この処理が終了すると、画像データ通信装置３ｂから画像データ通信装置３ａにトレーニング情報を送信し、画像データ通信装置３ｂから画像データ通信装置３ａへの伝送に対するＳ／Ｎを評価する。これらのステップは、通信線のＳ／Ｎが対称になっていれば必要はないが、Ｓ／Ｎに対称性がないが場合には有効である。

列車の場合、ノイズ源であるインバータが画像データ通信装置３ｂ側にあることが多く、インバータは画像データ通信装置３ｂ側のノイズが画像データ通信装置３ａのノイズより強いことが考えられる。この結果、画像データ通信装置３ｂにおけるＳ／Ｎが低くなるため、画像データ通信装置３ａから画像データ通信装置３ｂにデータを送信する場合には、各搬送波に割り付けるビットをＳ／Ｎに応じて低くする必要が生じる。このように各通信装置でのＳ／Ｎに差がある場合には、双方向でのＳ／Ｎ評価を実施し、この結果得られるビット割付情報を各アクセスコントローラに記憶しておき、変調及び復調に対応して利用する。

トレーニングデータを送信するか通常のデータを送信するかを区別する必要があるが、図８に示すように伝送フォーマットを構成することにより実現できる。この伝送フォーマットは、プリアンブル信号２０，ヘッダー２１，データ２２，ＣＲＣ２３からなっており、ヘッダー２１の中の情報でトレーニング情報か通常のデータ情報かを示すようになっている。ヘッダー２１がトレーニング情報であれば、データの中にはトレーニング用データが入っており、ヘッダーがデータ情報であれば、データの中には通常の通信のデータが入っている。なお、プリアンブル信号はシンボル同期のために用いる。

このトレーニングは、Ｓ／Ｎが悪化したときに行うすなわちイベント駆動のトレーニング）、つまり、を行ってもよく、一定時間毎にトレーニングを実施してもよいが、イベント駆動のトレーニングの方が伝送効率が高い。

このように、ＯＦＤＭを含むマルチキャリア通信方式を利用して通信することにより、十分なＳ／Ｎが確保できない周波数が存在し、この結果データの割付のできないキャリアが存在しても、その他の周波数のＳ／Ｎが高ければ、これらの周波数の搬送波に多くのデータ割付が可能になり、全体として１Ｍｂｐｓ以上の十分な通信速度を確保できる効果がある。また、ＯＦＤＭは周波数利用効率が高いため、一般のマルチキャリア通信方式より狭い帯域で同等の通信速度を確保することが可能になる。このため、インバータノイズによりＳ／Ｎが周波数によって変化するが、そのＳ／Ｎの変化がある程度の周波数範囲にわたっているために、ＯＦＤＭでは比較的Ｓ／Ｎの高い周波数帯域を使用周波数帯域として設定しやすい。

単一キャリアを使用してもよく、単一キャリアを使用して、マルチキャリアと同一の伝送速度を実現するには単一キャリアの帯域を広くすることにより、伝送速度を速くすることが可能になる。変調方式としては、マルチキャリアと変わらないため、図７および図
１１に示したトレーニングがそのまま適用できる。

また、スペクトル拡散通信方式を適用してもよく、ＯＦＤＭを含めたマルチキャリア方式は各搬送波ごとにビット割付変更を行ったが、スペクトル拡散通信方式はこのような処理はなく、その代わりにベースバンドの帯域をより広い帯域に拡散して通信し、復調時に帯域をベースバンドの帯域に圧縮して、データを復元する方式である。このスペクトル拡散通信方式は、通信路上にランダムのノイズが重畳される状況下での通信に対してＳ／Ｎを高くでき、安定した通信が可能であり、インバータ機器から特定周波数帯域でのノイズ（周波数選択性ノイズという）のレベルが高くなるような場合の通信に好適である。

スペクトル拡散通信方式を用いて通信することにより、マルチキャリア通信方式の時に必要であったビット割付量を決定するためのがトレーニングを実施する必要もないため、情報通信においてトレーニングのために一時的に伝送中断が発生することがない。

本発明の一実施例である列車内通信システムの構成図である。 通信特性を説明する図である。 通信装置の構成図である。 一般のマルチキャリアのスペクトルを説明する図である。 ＯＦＤＭのスペクトルを説明する図である。 ガウス雑音下での通信誤り特性を説明する図である。 一定時間毎のＳ／Ｎ評価のための処理フロー図である。 伝送フォーマットを説明する図である。

符号の説明

１ １号車
２ サーバ
３ａ，３ｂ，３ｃ 画像データ通信装置
４，８，１５ 伝送路
５ａ，５ｂ，５ｃ 制御データ通信装置
６ 表示器
７ 機器
９ 変調部
１０ 制御部
１１ ハブ部

Claims (7)

1. 複数の車両で編成される編成列車の列車内通信装置において、
   各車両に設置され、制御情報を通信する複数の制御データ通信装置と、
   画像情報を含むデータを通信する複数の画像データ通信装置と、
   前記複数の制御データ通信装置の間を相互に接続する伝送路と，
   前記複数の画像データ通信装置の間を相互に接続する伝送路と、
   前記制御データ通信装置と前記画像データ通信装置を相互に接続する伝送路とを備え、
   列車を編成する前記複数の車両の分割時または併合時に、前記複数の画像データ通信装置間でトレーニングデータを送受信することにより通信路特性を推定する列車内通信装置。
2. 前記複数の画像データ通信装置は、画像データを表示する表示部とデータ通信可能に接続されており、前記制御データ通信装置から受信する画像表示のタイミング情報を表示部可能に、前記表示部と接続されている請求項１に記載の列車内通信装置。
3. 前記複数の画像データ通信装置間は、複数の搬送波信号を用いて各搬送波信号に送信データを割り付けて通信するものであって、各搬送波信号に対して信号とノイズの比であるＳ／Ｎを推定あるいは測定し、推定あるいは測定したＳ／Ｎの値に応じて、各搬送波信号への送信データ割り付け量を変更して通信を行う請求項１または請求項２に記載の列車内通信装置。
4. 前記複数の画像データ通信装置間は、複数の搬送波信号を用いて各搬送波信号に送信データを割り付けて通信するものであって、各搬送波信号に対して伝送誤り率を評価し、評価した伝送誤り率に応じて、各搬送波信号への送信データ割り付け量を変更して通信を行う請求項１または請求項２に記載の列車内通信装置。
5. 前記複数の搬送波信号は、直交周波数多重分割通信方式によって通信を行う請求項３又は４に記載の列車内通信装置。
6. 前記複数の画像データ通信装置間は、少なくとも１本の搬送波信号を用い、搬送波信号に送信データを割り付けて通信するものであって、搬送波信号に対してあらかじめ定められている信号とノイズの比であるＳ／Ｎが得られるか否かを判定し、判定結果があらかじめ定めているＳ／Ｎ以下の場合に、あらかじめ定められている異なった周波数に搬送波信号の周波数を変更して通信を行う請求項１または請求項２に記載の列車内通信装置。
7. 前記複数の画像データ通信装置間は、通信信号をより広い帯域に拡散して通信するスペクトル拡散通信方式によって通信を行う請求項１または請求項２に記載の列車内通信装置。

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