JP5055955B2 - Railway vehicle transmission equipment - Google Patents
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Description
本発明は、列車内の制御,表示装置間でデータの送受信を行うネットワーク上での鉄道車両用伝送装置に係わり、特に車両間での通信信頼性を向上するのに好適な鉄道車両用伝送装置に関する。 The present invention relates to a railway vehicle transmission device on a network that transmits and receives data between control and display devices in a train, and particularly suitable for improving communication reliability between vehicles. About.
運転制御のための情報や、乗客への情報提供のための表示情報等を通信するため、列車内には種々の通信装置が利用されている。異なる情報ごとに信号線を敷設すると信号線の量が増大するため、〔特許文献1〕に記載のように、ネットワーク化して配線を削減している。 Various communication devices are used in trains to communicate information for operation control, display information for providing information to passengers, and the like. When the signal lines are laid for each different information, the amount of the signal lines increases. Therefore, as described in [Patent Document 1], the wiring is reduced by networking.
又、列車内をネットワーク化する場合に、車両間を接続する線として通信専用線を使用すると、高価なものとなり自動連結が難しいため、従来の引き通し線が用いられる。伝送速度が高速となると通信周波数も高くなるため、引き通し線の減衰増加やノイズ混入が問題となる。このため、〔特許文献2〕に記載のように、車両内の通信信号電圧より車両間の信号電圧レベルを上げて通信する例もある。 In addition, when a train is networked, if a dedicated communication line is used as a line connecting between vehicles, it becomes expensive and difficult to automatically connect, so a conventional lead-through line is used. When the transmission speed is increased, the communication frequency is increased, and therefore, increase in attenuation of the lead-through line and noise mixing are problematic. For this reason, as described in [Patent Document 2], there is an example in which communication is performed by raising the signal voltage level between vehicles from the communication signal voltage in the vehicle.
又、複数の車両が接続されて1編成列車となるが、車両の連結,切り離し時にもスムーズなネットワーク構築が可能なように、〔特許文献3〕に記載のように、情報の通信方向を制御可能な伝送中継器が検討されている。 In addition, a plurality of vehicles are connected to form a single train, but the communication direction of information is controlled as described in [Patent Document 3] so that a smooth network can be constructed even when vehicles are connected and disconnected. Possible transmission repeaters are being considered.
列車運転制御,乗客サービスの高機能化に伴い通信すべき情報量は増加しており、〔特許文献1〕に記載のように、ネットワーク化して配線を削減する必要がある。車両内の通信線は同軸ケーブルや光ケーブルも敷設可能ではあるが、車両連結部にこれらのケーブルを使用するのはコスト,作業性の面で困難である。そこで、〔特許文献2〕に記載のように、列車で利用されている引き通し線を通信線として使用する場合には、信号減衰を補償するため信号電圧を大きくする方法もあるが、通信線以外に複数の引き通し線が束ねられており他の線に干渉してノイズとなる可能性があるという問題がある。 The amount of information to be communicated is increasing with the enhancement of train operation control and passenger service functions, and as described in [Patent Document 1], it is necessary to reduce the number of wires by networking. Although a coaxial cable and an optical cable can be laid for the communication line in the vehicle, it is difficult to use these cables for the vehicle connecting portion in terms of cost and workability. Therefore, as described in [Patent Document 2], when a lead-through line used in a train is used as a communication line, there is a method of increasing the signal voltage to compensate for signal attenuation. In addition, there is a problem that a plurality of lead-through lines are bundled and may interfere with other lines and cause noise.
また、〔特許文献3〕に記載のように、車両間を伝送中継器にて伝送する場合に、伝送プロトコルとして広く普及しているイーサネット(登録商標)を採用すると、CDMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) 方式であるためデータ衝突の監視が必要であり、引き通し線では減衰が大きくノイズの混入も有るため、衝突検出が困難であるという問題がある。すなわち、列車内の通信として使われるイーサネットやRS422は、デジタルデータを信号電圧に変換して通信するベースバンド通信である。電圧レベルによりデータの0または1を判定するためノイズや車両間の信号線連結部からの反射や信号減衰の周波数特性による波形歪により、データを誤判定する恐れがある。 Further, as described in [Patent Document 3], when Ethernet (registered trademark), which is widely used as a transmission protocol, is used for transmission between vehicles by a transmission repeater, CDMA / CD (Carrier Sense Multiplex). (Access with Collision Detect) method, it is necessary to monitor data collision, and there is a problem that collision detection is difficult because the lead-in line is attenuated and noise is mixed. In other words, Ethernet and RS422 used for communication within a train are baseband communications in which digital data is converted into a signal voltage for communication. Since 0 or 1 of the data is determined based on the voltage level, there is a risk that the data is erroneously determined due to waveform distortion due to noise, reflection from a signal line connecting portion between vehicles, or signal attenuation frequency characteristics.
本発明の目的は、列車内で情報ネットワークを構築する場合に問題となる車両間の信号減衰,ノイズに対して、高い通信性能を有する鉄道車両用伝送装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a railway vehicle transmission apparatus having high communication performance with respect to signal attenuation and noise between vehicles, which are problems when an information network is constructed in a train.
上記目的を達成するために、本発明の鉄道車両用伝送装置は、デジタルデータを特定の周波数で変調して送信し、受信側では上記周波数で復調しているものである。又、変調方式としてOFDM(直交周波数分割多重)を採用し、反射や減衰の大きな周波数領域を避けて通信することにより通信安定性を向上できる。 In order to achieve the above object, the railway vehicle transmission apparatus of the present invention modulates digital data at a specific frequency and transmits it, and demodulates it at the frequency on the receiving side. Further, the communication stability can be improved by adopting OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) as a modulation system and performing communication avoiding a frequency region where reflection and attenuation are large.
又、隣接する伝送装置との1対1通信で行い、その送信タイミングは相手の送信終了後に実施するピンポン伝送であり、送信すべきデータが存在しない場合にも交互に送信するようにしたものである。 Also, the transmission timing is one-to-one communication with an adjacent transmission device, and the transmission timing is ping-pong transmission performed after the other party's transmission is completed, and the transmission is performed alternately even when there is no data to be transmitted. is there.
又、車両内ネットワークの伝送フレームを、他の車両のネットワークに接続された端末に送る場合にのみ、伝送フレームを変調して隣接する伝送装置に送信するようにしたものである。 The transmission frame is modulated and transmitted to an adjacent transmission device only when the transmission frame of the in-vehicle network is sent to a terminal connected to the network of another vehicle.
本発明によれば、1対1通信で、データを変調して送信しているため、信号減衰やノイズに対して強く、列車間の車両間の信号線である引き通し線においても通信の安定性を向上できる。又、車両間伝送時にデータ衝突が発生しないので、待ち時間が少なく、効率的な伝送が可能であり、車両の分離,連結にも容易に対応可能である。 According to the present invention, since data is modulated and transmitted by one-to-one communication, it is resistant to signal attenuation and noise, and communication is stable even in a lead-in line that is a signal line between vehicles between trains. Can be improved. In addition, since data collision does not occur during transmission between vehicles, waiting time is small, efficient transmission is possible, and separation and connection of vehicles can be easily handled.
本発明の一実施例を図1から図4を用いて説明する。図1は、本実施例の鉄道車両用伝送装置の構成を示している。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the configuration of a railway vehicle transmission apparatus according to this embodiment.
図1に示すように、制御装置,センサ,表示装置等である端末2は、LAN通信線6によりハブ1と接続されており、1つの車両5内でネットワークが構成される。ハブ1は、LAN通信線6を介して中継装置3に接続され、中継装置3は隣接の車両の中継装置3と引き通し線4で接続されている。
As shown in FIG. 1, a
車両5aの端末2aから端末2bにデータを伝送する場合は、ハブ1aを介して伝送される。端末2aから他の車両5bの端末2dに伝送する場合は、ハブ1a,中継装置3a,中継装置3b,ハブ1bを介して伝送される。各端末間の伝送には、イーサネットや
RS422等の広く普及されている通信プロトコルが採用されるが、中継装置3間の伝送は、1対1通信により、ハブ1からの通信フレームデータを変復調して行う。
When data is transmitted from the
図2は、本実施例の中継装置の構成図である。LAN通信線6には、IF回路7(インターフェイス回路7の略)が接続され、IF回路7には、アドレス選択受信バッファ8と送信バッファ17が接続されている。アドレス選択受信バッファ8には変調器9,切替回路11,送信アンプ12が順次接続され、送信バッファ17には、復調器16,受信アンプ14が順次接続されている。切替回路11には、メモリ10,変調器9及び復調器16に接続された送受信制御回路18が接続されている。送受信制御回路18は、同期検出回路15を介して復調器16と受信アンプ14との間に接続線に接続されている。送信アンプ12及び受信アンプ14は、結合器13に接続されている。
FIG. 2 is a configuration diagram of the relay apparatus according to the present embodiment. An IF circuit 7 (abbreviation of interface circuit 7) is connected to the
このように構成された中継装置3で、車両間の端末2間で通信を行う場合について説明する。
The case where communication is performed between the
端末2からハブ1,LAN通信線6を介して伝送される通信フレームデータは、ハブ1を介して中継装置3のIF回路7により受信される。受信データはアドレス選択受信バッファ8により識別され、受信データの宛先アドレスから中継すべきデータと判断されればアドレス選択受信バッファ8に格納される。
Communication frame data transmitted from the
図3は、本実施例のLAN通信線6上の通信フレーム、及び引き通し線4上の通信フレームの構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a communication frame on the
図3の(b)で示す通信フレーム構成が、LAN通信線6上のフレーム構成を示しており、通信制御情報であるヘッダと端末で使用するデータを送受信するペイロードで構成されている。ヘッダは、図3の(a)に示すように送信アドレス,宛先アドレス及びフレームの長さを示す情報などが格納されている。宛先アドレス情報を用いて中継装置3のアドレス選択受信バッファ8では、中継装置3で伝送すべきデータであるか否かを判断する。
The communication frame configuration shown in (b) of FIG. 3 shows the frame configuration on the
図3の(c)で示す通信フレーム構成が、引き通し線4上の通信フレーム構成を示しており、ヘッダの前に変調通信時にデータの先頭を示す同期信号が付加された構成となっている。1対1通信であるため、ヘッダ情報には宛先アドレスは不要で、送信アドレス及びフレーム長さの情報が格納されている。 The communication frame configuration shown in (c) of FIG. 3 shows the communication frame configuration on the lead-in line 4, and has a configuration in which a synchronization signal indicating the head of data is added before the header during modulation communication. . Since the communication is one-to-one, a destination address is not necessary for the header information, and information on a transmission address and a frame length is stored.
アドレス選択受信バッファ8に格納された受信データは、送受信制御回路18により切替回路11が制御され、メモリ10に記憶されている同期信号を切替回路11,送信アンプ12,結合器13,引き通し線4を介して隣接車両の中継装置3に送信し、次に送受信制御回路18で生成したヘッダ情報を変調器9で変調し、切替回路11を切替えて変調されたヘッダ情報を切替回路11,送信アンプ12,結合器13,引き通し線4を介して隣接車両の中継装置3に送信する。最後にアドレス選択受信バッファ8に格納された受信データを変調器9で変調し、切替回路11を切替えて特定の周波数に変調された受信データを切替回路11,送信アンプ12,結合器13,引き通し線4を介して隣接車両の中継装置3に送信する。
The reception data stored in the address selection reception buffer 8 is controlled by the switching circuit 11 by the transmission /
隣接車両の中継装置3から引き通し線4を介してデータを受信する場合には、結合器
13,受信アンプ14を介して受信される信号を同期検出回路15で同期信号が含まれていないか検出する。同期信号を検出した場合には、送受信制御回路18に通知し、同期信号に続いて順次ヘッダ及びデータ等の変調された信号が受信されるため、復調器16にて復調し送信バッファ17にデータを出力する。IF回路7は、送信バッファ17記憶されているデータを適宜なタイミングにてLAN通信線6に送信する。
When receiving data from the
このように、中継装置3では、LAN通信線6にて伝送される通信フレームデータを変復調して伝送するため、ノイズや信号減衰に対して通信エラーの発生する確率が低下し、信頼性を向上できる。変調方式に、シングルキャリアを適用することで信頼性を向上できるが、マルチキャリ方式であるOFDM変調を適用すると、広い周波数帯域を用いてデータを通信ができるため、次のような効果がある。第1点目は、周波数帯域幅が広いために、単位周波数当たりの送信電圧を低く出来、他の機器への電磁的な干渉を低減できる。第2点目は、安定した通信が可能となる。すなわち、引き通し線は車両間の連結部ではコネクタにより接続されているため、この接続部分のインピーダンスが異なり、反射減衰が発生する恐れがあるが、OFDMでは帯域内の複数キャリアにデータを割当て送信するので、特定のキャリアの信号が反射減衰によって減衰した場合は、そのキャリアにデータを割当てるのを避けることが可能であり、反射減衰の影響を受けず安定した通信が可能となる。
Thus, since the
図4は、中継装置間の変調された信号の送信状況を模式的に示した図であり、同期信号やヘッダの上に記載している符号3a,3bは、それらのデータが送信された中継装置を示す。図4に示すように、中継装置3a,3bからは、交互に同期信号,ヘッダ情報を送信する。送信時に送信すべきデータが存在しない場合には、ペイロードが無く同期信号及びヘッダのみを送信する。この場合にはヘッダの長さを0にすることで、受信側の中継装置はペイロードが存在しないことを知ることが出来る。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a transmission state of a modulated signal between relay devices.
イーサネット等で採用されているCDMA/CDは、送信データが発生した時点で送信する方式であるが、この場合には両方の中継装置で同時に送信した場合にはデータが衝突し通信できなくなる恐れがあるため、送信前に他の装置が送信していないことを確認(キャリアセンス)し、さらに送信したデータが衝突していないかを常に監視する必要がある。一定期間キャリアセンスする必要があるため、送信の間の休止期間が長くなり効率が低下する。又、引き通し線では減衰が大きいため、受信信号レベルが低下すると、送信側で送信信号と受信信号の検出が困難であり、従来方式では衝突を見逃す恐れがある。 CDMA / CD adopted in Ethernet or the like is a method for transmitting data when transmission data is generated. In this case, if data is transmitted simultaneously by both relay apparatuses, there is a possibility that data collides and communication becomes impossible. For this reason, it is necessary to confirm that no other device is transmitting before transmission (carrier sense) and to constantly monitor whether the transmitted data has collided. Since it is necessary to carry out carrier sense for a certain period of time, the pause period between transmissions becomes longer and the efficiency decreases. In addition, since the attenuation is large in the lead-through line, when the reception signal level is lowered, it is difficult to detect the transmission signal and the reception signal on the transmission side, and there is a possibility that the conventional method misses the collision.
これに対して、本実施例では、交互に伝送するため、キャリアセンスの必要が無く、休止期間を短く出来、効率が向上する。 On the other hand, in the present embodiment, since the transmission is performed alternately, there is no need for carrier sense, the pause period can be shortened, and the efficiency is improved.
図1に示す例を用いて、車両5cが駅などで切り離された場合の動作について説明する。
The operation when the
図1では、3台の車両を連結した例を示しており、中央の車両の中継装置3bは左右の車両の中継装置3aと中継装置3cに接続されている。中継装置3cと中継装置3dは、図4に示すように、ハブ1からの送信データが存在しない場合にでも、交互に送信している。
FIG. 1 shows an example in which three vehicles are connected, and the
このような状態で、車両5cが切り離されると、中継装置3aには中継装置3dからのデータが受信されないため、中継装置3aは中継装置3dが切り離されたか、あるいは故障して送信できない状態であることを知ることができる。このように送信データの有無に拠らず中継装置間で交互に送信しているので、車両が切り離された場合でも相手側の中継装置の存在,状態を知ることが出来る。
In this state, when the
又、設定された期間経過後に相手側の中継装置からデータが送信されない場合に、再度、中継装置3aから送信するようにすることにより、車両5cが連結された場合には、中継装置3dからの送信があるため、中継装置3aは連結されたことを知ることが出来る。なお、連結される車両が新たな車両であっても、本実施例の中継装置は1対1通信で送信アドレスに関係なく受信しているため、問題なく通信することができる。
In addition, when data is not transmitted from the other relay device after the set period has elapsed, the data is transmitted again from the relay device 3a, so that when the
以上、本実施例によれば、隣接する中継装置は1対1通信で、交互に送信し、相手側からの送信が設定された期間内にない場合に再び送信するため、車両の連結,切り離しに容易に対応できる。 As described above, according to the present embodiment, adjacent relay apparatuses transmit one another in one-to-one communication, and transmit again when the transmission from the other party is not within the set period. Can be easily accommodated.
又、車両内での通信はハブを介したスター型ネットワーク構成であり、中継装置がハブに接続される例で説明したが、図5や図6に示すように車両内のネットワーク構成がバス型,リング型であってもよく、ネットワークに中継装置を接続することにより、列車全体のネットワーク化を容易に構成できる。 Further, the communication in the vehicle has a star type network configuration via a hub, and the example in which the relay device is connected to the hub has been described. However, as shown in FIGS. 5 and 6, the network configuration in the vehicle is a bus type. , It may be a ring type, and the entire train can be easily networked by connecting a relay device to the network.
本実施例では、デジタルデータを特定の周波数で変調して送信し、受信側では上記周波数で復調するためノイズに対する影響を軽減できる。又、変調方式としてOFDM(直交周波数分割多重)を採用し、反射や減衰の大きな周波数領域を避けて通信することにより通信安定性を向上できる。OFDMでは送信スペクトルは周波数に対して平坦であるため、ベースバンド通信の信号電圧を昇圧して送信する従来方式に比べ、周波数当たりの送信電圧を小さく出来るため、他の信号線への干渉を軽減できる。 In this embodiment, digital data is modulated and transmitted at a specific frequency, and the reception side demodulates at the above frequency, so that the influence on noise can be reduced. Further, the communication stability can be improved by adopting OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) as a modulation system and performing communication avoiding a frequency region where reflection and attenuation are large. In OFDM, the transmission spectrum is flat with respect to frequency, so the transmission voltage per frequency can be reduced compared to the conventional method of boosting and transmitting the signal voltage of baseband communications, thus reducing interference with other signal lines. it can.
又、隣接する伝送装置との1対1通信であり、その送信タイミングは相手の送信終了後に実施するピンポン伝送であり、送信すべきデータが存在しない場合にも交互に送信する。このため、データの衝突は発生せず、車両内ネットワークの伝送フレームを変調して隣接する伝送装置に送信する場合には、最短の待ち時間により通信することが出来る。 Further, the communication is one-to-one communication with an adjacent transmission apparatus, and the transmission timing is ping-pong transmission performed after the transmission of the other party is completed. Even when there is no data to be transmitted, the transmission is alternately performed. For this reason, data collision does not occur, and when the transmission frame of the in-vehicle network is modulated and transmitted to an adjacent transmission device, communication can be performed with the shortest waiting time.
又、車両内ネットワークの伝送フレームを、他の車両のネットワークに接続された端末に送る場合にのみ、伝送フレームを変調して隣接する伝送装置に送信するため、伝送装置間で不要なデータを送受信することが無いため、伝送路の利用効率が高い。又、隣接する伝送装置との1対1通信であるため、複数車両の分割,連結に対しては、容易に対応できる。 In addition, only when sending a transmission frame of an in-vehicle network to a terminal connected to a network of another vehicle, the transmission frame is modulated and transmitted to an adjacent transmission device, so unnecessary data is transmitted and received between the transmission devices. Therefore, the use efficiency of the transmission line is high. In addition, since the communication is one-to-one with an adjacent transmission device, it is possible to easily cope with the division and connection of a plurality of vehicles.
本発明の鉄道車両用伝送装置は、ネットワーク間の伝送路の減衰が大きくノイズ混入がある場合に、ネットワーク間を中継する用途に応用することが可能である。 The railway vehicle transmission device of the present invention can be applied to applications for relaying between networks when the attenuation of the transmission path between the networks is large and noise is mixed.
1 ハブ
2 端末
3 中継装置
4 引き通し線
5 車両
6 LAN通信線
7 IF回路
8 アドレス選択受信バッファ
9 変調器
10 メモリ
11 切替回路
12 送信アンプ
13 結合器
14 受信アンプ
15 同期検出回路
16 復調器
17 送信バッファ
18 送受信制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
該中継装置とネットワークを介して接続された各車両内の端末と、
隣接する車両間の中継装置を接続する引き通し線とを備え、
前記中継装置は、ヘッダの後ろに付加されるデータであって、前記車両内の端末からの中継すべきデータを通信信号に含むか否かに係わらず、
隣接する車両に搭載された中継装置との間で1対1通信によって前記通信信号を交互に送受信する鉄道車両用伝送装置。 A relay device installed in each of a plurality of connected vehicles;
A terminal in each vehicle connected to the relay device via a network;
A lead wire connecting a relay device between adjacent vehicles,
The relay device is data added after the header, regardless of whether the communication signal includes data to be relayed from the terminal in the vehicle,
A railway vehicle transmission device that alternately transmits and receives the communication signal by one-to-one communication with a relay device mounted on an adjacent vehicle.
該中継装置とネットワークを介して接続された各車両内の端末と、
隣接する車両間の中継装置を接続する引き通し線とを備え、
前記中継装置は、宛先アドレスを含むヘッダの後ろに付加されるデータであって、前記各車両内の端末で使用するデータを通信信号に含むか否かに係わらず、
隣接する車両に搭載された中継装置との間で1対1通信によって前記通信信号を交互に送受信する鉄道車両用伝送装置。 A relay device installed in each of a plurality of connected vehicles;
A terminal in each vehicle connected to the relay device via a network;
A lead wire connecting a relay device between adjacent vehicles,
The relay device is data added after the header including the destination address , regardless of whether the communication signal includes data used by the terminal in each vehicle.
A railway vehicle transmission device that alternately transmits and receives the communication signal by one-to-one communication with a relay device mounted on an adjacent vehicle.
前記中継装置は、送信を行った前記隣接する車両に搭載された中継装置からの前記通信信号を設定された期間内に受信しない場合には再び送信することを特徴とする鉄道車両用伝送装置。 In the railway vehicle transmission device according to claim 1 or 2,
The transmission device for a railway vehicle, wherein the relay device transmits again when the communication signal from the relay device mounted on the adjacent vehicle that has transmitted is not received within a set period.
前記通信信号は、少なくとも同期信号を含むことを特徴とする鉄道車両用伝送装置。 In the railway vehicle transmission device according to any one of claims 1 to 3,
The communication signal, the transmission system for a railway vehicle, which comprises at least synchronization signal.
前記中継装置は、前記通信信号を特定の周波数で変調して送信し、
前記変調された通信信号を受信して復調することを特徴とする鉄道車両用伝送装置。 In the railway vehicle transmission device according to any one of claims 1 to 4,
The relay device modulates and transmits the communication signal at a specific frequency,
A transmission apparatus for a railway vehicle, wherein the modulated communication signal is received and demodulated.
前記変調がOFDMを含むマルチキャリア方式であることを特徴とする鉄道車両用伝送装置。 The railway vehicle transmission device according to claim 5,
A railway vehicle transmission apparatus, wherein the modulation is a multi-carrier system including OFDM.
前記中継装置は、受信した前記通信信号に含まれる宛先アドレスが前記中継装置のネットワークに接続された前記車両内の端末以外の場合にのみ前記通信信号を前記引き通し線で接続された中継装置へ送信することを特徴とする鉄道車両用伝送装置。 The railway vehicle transmission device according to any one of claims 1 to 6,
The relay apparatus, the relay destination address included in the communication signal received is connected to the communication signal only if other than the terminal in the vehicle connected to the network of the relay device in the pull through line device A transmission device for a railway vehicle, characterized by being transmitted to
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