JP5188365B2 - 信号伝達システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば列車無線システムの中継機など、信号を多段中継増幅する信号伝達システムに関するものである。

従来から、信号伝達システムにおける例えば列車無線システムにおいてはＬＣＸ（Leakage Coaxial Cable：漏洩同軸ケーブル）を列車の線路に沿って敷設し、そのケーブルから漏洩された電波を用いて通信を行うＬＣＸ方式が実用化されている。ＬＣＸの損失を補うため、約１．５ｋｍ間隔に中継機を設置して減衰した信号を所要レベルまで増幅している。

ＬＣＸの損失は中継機間の距離、ＬＣＸの種類、温度、経年劣化などにより一定ではなくまた時間によって変化することから、中継機には出力を一定に制御するＡＰＣ（Automatic Power Control：自動出力制御）またはＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）の機能を搭載し、損失変化分を補正している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−５６３４５号公報

前述のように列車無線システムはＬＣＸによる通信を行うために列車線路沿線に中継機を置いて損失を補っている。鉄道は一般的に非常に長い距離を走行するため、中継機は複数台数を設置する必要がある。中継機は自分より基地局側からやってくる信号のレベルを測定し、所望の出力とすべく利得を制御するわけであるから、自分より基地局側に設置されている中継機が利得制御する際の中継機出力過渡応答の影響を受ける。

一般にＡＧＣ機能やＡＰＣ機能は、時定数より遅い変動は吸収し、速い変動は吸収できずにそのまま出力する。また、時定数と等しい変動の場合は、利得制御の周期と変動周期が一致することとなり、変動を増幅して出力が発散するなど不安定になる。

ここで複数台設置されている中継機は、同一の装置を用いることが多い。よってＡＧＣ機能やＡＰＣ機能の時定数も等しい。この中継機に、中継機のＡＧＣ時定数と等しい周期の外乱が加わった場合、末端までの中継機が同時に発散動作を行うため、出力は大きく変動し、機器の故障や通信の断など悪影響が発生する。

このように、ＡＧＣ機能やＡＰＣ機能を持つ中継機を多段に接続した場合、外乱の周期によってはこの中継機の過渡応答特性が発散してしまうおそれがあった。

本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、信号伝達システムにおいて、中継機のＡＧＣ時定数と等しい周期の外乱が加わることにより、中継機の過渡応答特性が発散するのを防ぐことを目的とする。

本発明に係る信号伝達システムは、複数の増幅器が直列に接続された信号伝達システムであって、複数の増幅器は個々に自動利得調整機能を具備しており、個々の自動利得調整機能の制御時定数はそれぞれ異なることを特徴とする。

本発明では、多段接続された複数の中継器（増幅器）のＡＧＣ時定数（制御時定数）を増幅器ごとに異なった値とすることにより、外乱周期と一致するＡＧＣ時定数を持った増幅器を１台とすることができ、外乱によって発散する増幅器が全体に及ばす、システム全体では安定となる効果がある。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
（構成）
本発明の実施の形態１に係る列車無線システム（信号伝達システム）２０の構成について、図１を用いて説明する。基地局１の出力部はＬＣＸ２の入力部に接続され、ＬＣＸ２の出力部は中継器（増幅器）３の入力部に接続される。中継器３の出力部はＬＣＸ６の入力部に接続され、ＬＣＸ６の出力部は中継器７の入力部に接続される。同様に、中継器７の出力部はＬＣＸ１０の入力部に接続され、ＬＣＸ１０の出力部は中継器１１の入力部に接続される。中継器１１の出力部はＬＣＸ１４の入力部に接続され、ＬＣＸ１４の出力部は終端１５の入力部に接続される。すなわち、列車無線システム２０は複数の中継器が直列に接続された信号伝達システムである。また、ＬＣＸ２，６，１０，１４からの電波を受信する列車に設けられた移動局１６を備える。

中継器３，７，１１の内部は同様の構成をしている。ここでは中継器３の内部構成について説明する。中継器３は増幅部４およびＡＧＣ機能部（自動利得調整機能）５を備える。中継器３の入力部は増幅部４の入力部となり、中継器３の出力部は増幅部４の出力部となる。また、ＡＧＣ機能部５の入力部は増幅部４の出力部に接続され、ＡＧＣ機能部５の出力部は増幅部４における増幅量調整用の入力部に接続される。複数の中継器３，７，１１は個々に増幅部４，８，１２およびＡＧＣ機能部５，９，１３を具備している。

（動作）
次に、列車無線システム２０の動作について説明する。

まず、ＡＧＣ機能やＡＰＣ機能による変動抑圧効果について説明する。図３に示すように、一般にＡＧＣ機能やＡＰＣ機能は、時定数より遅い変動は吸収するため効果が有るが、時定数より速い変動は吸収できずにそのまま出力してしまうため、効果が無い。

また、従来のＡＧＣ機能やＡＰＣ機能を持つ中継器を多段に接続したときに、外乱の周期によってこの中継器の過渡応答特性が発散してしまう場合について、図４を用いて説明する。中継器において時定数と等しい周期を持つ外乱による変動が生じた場合、利得制御の周期と変動周期が一致することとなり、変動は増幅される。

また、複数台設置されている中継機は、同一の装置を用いることが多い。よってＡＧＣ機能やＡＰＣ機能の時定数も等しい。これらの中継機に、ＡＧＣ時定数と等しい周期の外乱が加わった場合、末端までの中継機が同時に発散動作を行うため、出力は大きく変動し、機器の故障や通信の断など悪影響が発生する。よって、図４に示すように中継器を介すごとに変動が増幅され、すなわち利得誤差が加算されオーバーシュートし、最終的に発散し出力過大となる。

次に、本発明に係る列車無線システム２０の動作について、図１を用いて説明する。基地局１から送信された高周波信号はＬＣＸ２に入力される。ＬＣＸ２では一部を電波として空間に漏洩させながら終端１５に向かって高周波信号を伝えてゆく。ＬＣＸ２を通過した信号は中継機３に入力される。中継機３はＡＧＣ機能部５によりＬＣＸ２の減衰量に応じた利得を増幅部４に設定する。以下同様にＬＣＸ６の減衰量を中継機７が、ＬＣＸ１０の減衰量を中継機１１が増幅する。図１の位置関係の場合、中継機１１の出力はＬＣＸ１４から一部電波となって放射され、移動局１６に伝わる。

中継機３，７，１１では、それぞれＡＧＣ機能部５，９，１３が時定数ｔ１、ｔ２、ｔ３で動作している。従来ｔ１＝ｔ２＝ｔ３であったが、本発明ではｔ１≠ｔ２≠ｔ３とする。すなわち、個々のＡＧＣ機能部５，９，１３の制御時定数はそれぞれ異なる。

例えばｔ１＝１秒、ｔ２＝０．５秒、ｔ３＝２秒と設定した場合で説明する。外乱としてＬＣＸ２の減衰量の時間変動が１秒であった場合を考える。外乱周期は中継機３のＡＧＣ５の時定数と等しいため、中継機３の出力は不安定となる。しかし、後段の中継機７におけるＡＧＣ機能部９の時定数が０．５秒と外乱周期よりも小さい値であるため、図３に示すＡＧＣ抑圧効果有の領域となるため、中継機３の時間的な出力変動はＡＧＣ機能部９により補正することができる。これにより、中継機１１への変動の伝達を阻止することができる。

また、ＬＣＸ６の減衰量の時間変動が０．５秒であった場合、中継機７のＡＧＣ機能部９の時定数と等しいため中継機７の出力は不安定となるが、中継機１１のＡＧＣ機能部１３の時定数が２秒であり、図３におけるＡＧＣ抑圧効果なしの領域となるため、中継機１１のＡＧＣ機能部１３は応答せず中継機７の出力変動の増加発散を防ぐことができる。

（効果）
本実施の形態では、多段接続された複数の増幅器のＡＧＣ時定数を増幅器ごとに異なった値とすることにより、外乱周期と一致するＡＧＣ時定数を持った増幅器を１台とすることができ、外乱によって発散する増幅器が全体に及ばす、システム全体では安定となる効果がある。

＜実施の形態２＞
（構成）
本発明の実施の形態２に係る列車無線システム２０の構成について、図２を用いて説明する。実施の形態１では各々の中継機３，７，１１に含まれるＡＧＣ機能部５，９，１３のＡＧＣ時定数を異なる値としたが、実施の形態２におけるＡＧＣ機能部５，９，１３は、定常状態のＡＧＣ時定数をｔ１＝ｔ２＝ｔ３としておき、外乱などによる中継機出力の急変時にＡＧＣ時定数を切り替える機能を備える。すなわち、個々のＡＧＣ機能部５，９，１３のＡＧＣ時定数は、対応する中継器の出力の所定の急変に基づき変化する機能を備える。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（動作）
本発明の実施の形態２に係る列車無線システム２０の動作について、図２を用いて説明する。図２において、中継機３，７，１１ではそれぞれＡＧＣ機能部５，９，１３が時定数ｔ１、ｔ２、ｔ３で動作している。実施の形態１では各々の中継機のＡＧＣ時定数を異なる値としたが、本実施の形態では定常状態のＡＧＣ時定数をｔ１＝ｔ２＝ｔ３としておき、外乱など中継機出力の急変時にＡＧＣ時定数を切り替える。図２に示すように例えばＬＣＸ６に外乱が加わった場合は、ＡＧＣ機能部９の時定数がｔ２→ｔ２’に変化し、外乱周期とＡＧＣ時定数の一致が回避される。

以下に、所定の急変と切り替えるＡＧＣ時定数との関係（これらは予め定めておく）の具体的な数値の一例を示す。定常状態のＡＧＣ時定数をｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝１秒とした場合に、外乱としてＬＣＸ２の減衰量の時間変動が１秒であった場合を考える。外乱周期は中継機３のＡＧＣ機能部５の時定数と等しいため、中継機３の出力は不安定となる。ここで中継機３におけるＡＧＣ機能部５は、中継器３の出力の急変を検知して時定数を変化させる。ここでは０．５秒に切り替える。これにより外乱周期とＡＧＣ時定数の一致を回避することができる。

（効果）
本実施の形態では、外乱など中継機出力の急変時に該中継器におけるＡＧＣ機能部のＡＧＣ時定数を変化させることにより外乱変動を抑圧することができ、結果的に多段中継された中継器出力変動の増加発散を防ぐことが可能である。

＜実施の形態３＞
（構成）
本発明の実施の形態３に係る列車無線システム２０の構成について、図１を用いて説明する。実施の形態１では各々の中継機３，７，１１に含まれるＡＧＣ機能部５，９，１３のＡＧＣ時定数を異なる値としたが、本実施の形態では、個々のＡＧＣ機能部５，９，１３について、ＡＧＣ時定数が常時変化する機能を備える。変化は連続的でも段階的でもよく、また周期的でもランダムでもよい。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（動作）
本発明の実施の形態３に係る列車無線システム２０の動作について、図２を用いて説明する。図１において中継機３，７，１１ではそれぞれＡＧＣ機能部５，９，１３が時定数ｔ１、ｔ２、ｔ３で動作している。実施の形態１では各々の中継機のＡＧＣ時定数を異なる固定値としたが、本実施の形態では定常状態のＡＧＣ時定数を常時変化させる。

ここで外乱としてＬＣＸ２の減衰量の時間変動が１秒であった場合を考える。中継機３のＡＧＣ機能部５の周期は常に変化していることから、外乱周期と一致する頻度を大幅に低下させることができ、外乱変動を抑圧することができる。中継機３において変動が抑圧可能となるため、後段の中継機７，１１への変動の伝達を阻止できる。外乱がＬＣＸ２と６に同時に加わった場合であっても、各中継機のＡＧＣ時定数が常時変化する効果により、出力変動の増加発散について外乱を受けている中継機単体で処置することができる。

（効果）
各々の中継機のＡＧＣ時定数を常時変化させることにより、外乱の周期と一致する確立を低くすることができる。これにより、外乱によるＡＧＣ機能の動作が不安定状態に陥ることを回避することが可能である。

基地局の信号について複数中継機を用いて遠方へ伝達するシステム、例えば列車無線システムやケーブルテレビシステムなどに適する。

この発明の実施の形態１に係る列車無線システムを示す図である。 この発明の実施の形態２に係る列車無線システムを示す図である。 ＡＧＣによる外乱の利得変動抑圧効果とＡＧＣ時定数の関係を示す図である。 ＡＧＣによる変動発散の様子を示す図である。

符号の説明

１ 基地局、２，６，１０，１４ ＬＣＸ、３，７，１１ 中継機、４，８，１２ 増幅部、５，９，１３ ＡＧＣ機能部、１５ 終端、１６ 移動局、２０ 列車無線システム。

Claims (3)

1. 複数の増幅器が直列に接続された信号伝達システムであって、
   前記複数の増幅器は個々に自動利得調整機能を具備しており、前記個々の自動利得調整機能の制御時定数はそれぞれ異なることを特徴とする、
   信号伝達システム。
2. 複数の増幅器が直列に接続された信号伝達システムであって、
   前記複数の増幅器は個々に自動利得調整機能を具備しており、前記個々の自動利得調整機能は、定常状態では互いに等しい所定の状態であり、前記個々の自動利得調整機能の制御時定数は、対応する前記増幅器の出力の所定の急変に基づき前記所定の状態と異なる状態となる所定の値に設定されることを特徴とする、
   信号伝達システム。
   
3. 複数の増幅器が直列に接続された信号伝達システムであって、
   前記複数の増幅器は個々に自動利得調整機能を具備しており、前記個々の自動利得調整機能の制御時定数は常時変化することを特徴とする、
   信号伝達システム。

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