JP5235567B2

JP5235567B2 - 無線通信制御システム

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Publication number: JP5235567B2
Application number: JP2008232765A
Authority: JP
Inventors: 哲也高田; 健司水野
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2010068256A

Description

この発明は、軌道回路を使用しないで無線を利用した列車制御における無線通信制御システム、特に情報の伝送に漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）を用いた場合のＬＣＸ境界における干渉を防ぎ、フェールセーフな処理で地上と車上間における通信の確立に関するものである。

無線を利用した移動通信には、広い地域をセル状に細かく分割して、それぞれに基地局を設け、基地局の間隔エリア毎に周波数を割り当てるセルラー方式や無線機間の同期方式が一般的に使用されている。

また、例えば特許文献１に示す移動通信システムは、通信範囲をｍ個のゾーンに分割し、同一周波数チャンネルで空間的に干渉を起こさないゾーンでタイムスロットを共用して通話信号を伝送して、隣接するゾーン間に生じる干渉を防止している。

また、特許文献２に示された無線通信システムは、線路に沿って直線的に配置されて基地局装置に光ケーブルで並列に接続され、ＬＣＸを介して移動機と通信を行う複数の光無線中継装置に固有の識別番号を割り当て、中央制御装置が基地局装置から受信した上りデータに含まれる識別番号で移動機の進行方向を認識して下りデータを送信する光無線中継装置を基地局装置に指示し、上りデータに含まれる識別番号の光無線中継装置が基地局装置の末端である場合は隣接する基地局装置の光無線中継装置に下りデータを送信させて、移動機が通話エリアを移動する際にも基地局装置をスムーズに切り替えて通信の断時間を防いでいる。

特許文献３に示されたＬＣＸを利用した無線通信システムは、複数のエリアを連続して通過する移動機に対して、各エリアを管理する基地装置が全て同一周波数を用い、各基地装置で時分割したスロットにその基地装置のチャネルを割り当て、移動機が周波数スロットで送受信を行い、移動機がエリアを移動した場合にも周波数を切り替える必要がなく、ハンドオフに要する時間を短縮して通信の断時間を防いでいる。

特許文献４に示された路車間通信システムは、移動局が走行する走行路に沿って設置され、移動局と通信を行う複数の路側アンテナと、複数の路側アンテナに無線信号を出力し、路側アンテナで捕捉した無線信号を受信する１個の無線装置と、複数の路側アンテナと無線装置との間に介在した光・無線変換伝送手段を設け、１個の無線装置が管轄する無線ゾーンで同一チャンネルにより通信を行い無線ゾーンの連続性を保つようにしている。
特許第２９５９５３６号公報特開２００２−７７０３４号公報特開平１１−２８９５７６号公報特開２００１−２４４８７２号公報

セルラー方式の場合、移動局が高速移動しても通信が継続できるが、制御範囲あたりに複数の周波数を割り当てる必要がある。

また、無線機間の同期方式の場合、送信側の無線機と受信側の無線機で高精度に同期させることが必要であり、無線機の構成と処理が複雑になってしまう。

また、周波数帯が４００ＭＨｚ帯以下の場合は、ＬＣＸを使用して隣接するゾーン間の干渉を防ぐ方法があるが、ＬＣＸの使用はあくまで電波干渉を軽減する、あるいは干渉する区間を短縮することが目的であり、通信の目的がアナログの電波による音声通話であるなら雑音による音質低下や瞬断はある程度許容できるが、無線により列車制御を行う場合はＬＣＸを使用しても干渉対策が必要である。さらに、現在ではＬＣＸで高い伝送無線周波数帯域を使用できるようになったため、トンネル内での伝搬特性が良くなり、トンネル区間でＬＣＸの干渉が発生する可能性も４００ＭＨｚ帯などと比べて高くなっている。

この発明は、このような問題を解消し、ＬＣＸ境界における干渉をノンフェールセーフな無線機で実現する方式でなくフェールセーフな地上装置で簡単な処理で干渉を防いで地上と車上間で通信を行う無線通信制御システムを提供することを目的とするものである。

この発明の無線通信制御システムは、地上と列車間で情報を授受する無線通信制御システムにおいて、列車が走行する走行路の路側に連続して設置された複数の漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）と、走行路の制御範囲毎に設けられた複数の無線制御論理部と、前記各ＬＣＸに接続された無線機とを有し、前記ＬＣＸは、制御区間毎に第１のチャンネルと第２のチャンネルのグループが交互に複数組設けられ、前記無線制御論理部は、それぞれＦＳＣＰＵと伝送部を有し、前記ＦＳＣＰＵはあらかじめ設定されたシステム周期毎に前記伝送部と時分割でデータを授受し、前記伝送部は、制御区間毎に設けられた前記複数の無線機と光ケーブルで接続されデータを授受する対車上伝送部と、隣接する前記無線制御論理部の境界伝送部に接続されて境界伝送データを授受する境界伝送部とを有し、前記境界伝送部は、隣接する前記無線制御論理部の境界伝送部から前記境界伝送データを受信すると、前記境界伝送データを隣接する前記無線制御論理部の境界伝送部に伝送し、前記対車上伝送部は、前記ＦＳＣＰＵからシステム周期毎に出力されるデータを第１のチャンネルと第２のチャンネルで時分割して、前記境界伝送データの受信タイミングに同期させて前記無線機に伝送することを特徴とする。

最上流の無線制御論理部の対車上伝送部は、前記ＦＳＣＰＵからシステム周期にしたがってデータ書込みがあると一定タイミングｔ１をおいて書き込まれたデータを第１のチャンネルと第２のチャンネルで時分割して前記無線機に伝送し、前記境界伝送部は、データ書込みをトリガーとして一定タイミングｔ１をおいて同期用の境界伝送データを下流側の無線制御論理部の境界伝送部に伝送し、最上流の無線制御論理部より下流側の無線制御論理部の境界伝送部は、上流側の境界伝送部から境界伝送データが送られるとＦＳＣＰＵのシステム周期の初期時から境界伝送データを受信した時の時間差をオフセット時間として記憶し、また、境界伝送データを受信後、同期用の境界伝送データを隣接する無線制御論理部の境界伝送部に伝送し、上流側の境界伝送部から境界伝送データを受信したときのシステム周期の次のシステム周期が開始してＦＳＣＰＵからデータ書込みがあると、対車上伝送部は境界伝送部に記憶したオフセット時間と一定タイミングｔ１をおいて書き込まれたデータを第１のチャンネルと第２のチャンネルで時分割に送信することを特徴とする。

この発明は、複数のＬＣＸを列車の制御区間毎に第１のチャンネルと第２のチャンネルのグループを交互に複数組連続して設置し、システム周期毎に出力されるデータを第１のチャンネルと第２のチャンネルで時分割して送信するから、単一の周波数チャンネルで車上装置にデータを送信しても、同じ制御区間に設けた隣接するＬＣＸ間で電波の干渉が生じることを回避することができ、地上から列車に安定してデータを送信することができとともに、列車で無線チャンネルの切り替えが不要となり、ＬＣＸ境界の通過が容易になる。

また、無線制御論理部の伝送部と制御区間毎に設けられた各無線機を光ケーブルでリング状に接続してインテリジェントな伝送部を有するいわゆるＬＡＮの形態をとらないから、構成を単純化することができる。

さらに、隣接する無線制御論理部の境界伝送部の間で境界伝送データを授受して対車上伝送部から各無線機にデータを伝送するときのタイミングに同期をとるから、各無線制御論理部が設けられた制御区間の境界において隣り合うＬＣＸで送信する電波が干渉することを防ぎ、連続して地上と列車で通信を行なうことができる。

図１はこの発明の地上と列車間で情報を授受する無線通信制御システムの構成を示すブロック図である。図に示すように、無線通信制御システムは、列車１に搭載された車上装置２と地上装置３を有する。車上装置２は列車１の位置を計測し、計測した列車位置を示す列車位置情報と列車識別情報や列車長情報などの列車情報を、無線を利用して地上に送信し、地上装置３から送信される列車制御情報を受信して列車１の速度を制御する。

地上装置３は列車１が走行する走行路４の路側に連続して設置された複数の漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）５と、走行路４の制御範囲毎に設けられた複数の無線制御論理部６と、各ＬＣＸ５に接続された無線機７とを有する。ＬＣＸ５は制御区間毎にＡチャンネルのＬＣＸ５とＢチャンネルのＬＣＸ５のグループが交互に複数組、例えば２組設けられている。無線制御論理部６はそれぞれＦＳＣＰＵ８と、境界伝送部９と対車上伝送部１０からなる伝送部１１を有する。ＦＳＣＰＵ８はあらかじめ設定されたシステム周期毎に伝送部１１と時分割でデータを伝送部１１に出力し、伝送部１１から送られるデータを入力する。境界伝送部９は光ケーブル１２により隣接する無線制御論理部６の境界伝送部９に接続されて境界伝送データを授受する。対車上伝送部１０は制御区間毎に設けられた無線機７とデータを授受する。この対車上伝送部１０と制御区間毎に設けられた各無線機７の接続はＬＡＮの形態をとらず、制御区間毎に設けられた各無線機７は対車上伝送部１０と光ケーブル１３でリング状に接続され、単純に構成されている。この光ケーブル１３は制御区間毎に設けられたＬＣＸ５の第１のチャンネル及び第２のチャンネルに対応した伝送チャンネルを有する。

この地上装置３で無線制御論理部６から車上装置２への下りデータは無線機７がデータの送信と次の無線機７への中継を行ってブロードキャストな送信を可能とする。また、車上装置２から無線制御論理部６への上りデータはデータを受信したＬＣＸ５に接続された無線機７は受信データを次の無線機７に送り、各無線機７が無線制御論理部６まで次々に中継する。

また、各制御区間のＬＣＸ５の境界ではオーバーラップ区間を設け、この区間では車上装置２が両方のＬＣＸ５と通信をすることによりＬＣＸ５の境界の通過も円滑に行う。

この無線制御論理部６のＦＳＣＰＵ８からシステム周期毎に時分割で出力されるデータを対車上伝送部１０で無線機７とＬＣＸ５を介して車上装置２に送信し、ＬＣＸ５と無線機７を介して車上装置２から送信されデータを受信するとき、図２のタイムチャートに示すように、車上装置２に対する送信をＡチャンネルのＬＣＸ５を介して行った後に受信許可としてＡチャンネルとＢチャンネルのＬＣＸ５を介して車上装置２からのデータを受信し、その後、ＢチャンネルのＬＣＸ５を介して車上装置２に対する送信を行った後に受信許可としてＡチャンネルとＢチャンネルのＬＣＸ５を介して車上装置２からのデータを受信し、その後、アイドリング状態となり、ＦＳＣＰＵ８のシステム周期毎に車上装置２に対する送信をＡチャンネルのＬＣＸ５とＢチャンネルのＬＣＸ５で時分割して単一の周波数チャンネルで電波の干渉を起こさないようにしている。

この地上装置３の無線制御論理部６で車上装置２とデータを送受信するときの処理を図３の信号シーケンス図を参照して説明する。

１つの無線制御論理部６に接続するＬＣＸ５をＡチャンネルとＢチャンネルの２群に分けて車上装置２に送信するデータを時分割で伝送することによりＬＣＸ５の信号が干渉することを回避しても、各無線制御論理部６のシステム周期は非同期であり、制御区間の境界においては隣り合うＬＣＸ５で電波の干渉が生じてしまう。そこで、隣接する無線制御論理部６の間で車上装置２に送信するときに同期をとり、各無線制御論理部６内と同様に車上装置２に送信するデータを時分割で伝送する。そこで図３に示すように、最上流の無線制御論理部６ａはＦＳＣＰＵ８ａからシステム周期にしたがって伝送部１１ａにデータ書込みがあると、対車上伝送部１０ａはデータが書込みから一定タイミングｔ１をおいて書き込まれたデータをＡチャンネルで送信し、境界伝送部９ａもデータ書込みをトリガーとして一定タイミングｔ１をおいて同期用の境界伝送データを下流側の無線制御論理部６ｂの境界伝送部９ｂに伝送する。対車上伝送部１０ａはデータをＡチャンネルで送信した後、所定タイミングをおいてＢチャンネルで送信して、図２に示すように、システム周期毎に車上装置２に対する送信をＡチャンネルのＬＣＸ５とＢチャンネルのＬＣＸ５で時分割して繰り返す。

一方、無線制御論理部６ｂの境界伝送部９ｂは上流側の境界伝送部９ａから境界伝送データが送られるとＦＳＣＰＵ８ｂのシステム周期の初期時から境界伝送データを受信した時の時間差ｔ２１をオフセットとして記憶し、また、境界伝送データを受信後、同期用の境界伝送データを隣接する無線制御論理部６ａ，６ｃの境界伝送部９ａ，９ｃに伝送する。そして境界伝送部９ａから境界伝送データを受信したときのシステム周期の次のシステム周期が開始してＦＳＣＰＵ８ｂから伝送部１１ｂにデータ書込みがあると、対車上伝送部１０ｂは境界伝送部９ｂに記憶したオフセットｔ２１と一定タイミングｔ１をおいて書き込まれたデータをＡチャンネルとＢチャンネルで時分割に送信する。

また、無線制御論理部６ｃの境界伝送部９ｃは上流側の境界伝送部９ｂから境界伝送データが送られるとＦＳＣＰＵ８ｃのシステム周期の初期時から境界伝送データを受信した時の時間差ｔ３１をオフセットとして記憶する。また、境界伝送データを受信後、同期用の境界伝送データを隣接する無線制御論理部６ｂの境界伝送部９ｂに伝送する。そして境界伝送部９ｂから境界伝送データを受信したときのシステム周期の次のシステム周期が開始してＦＳＣＰＵ８ｃから伝送部１１ｃにデータ書込みがあると、対車上伝送部１０ｃは境界伝送部９ｃに記憶したオフセットｔ３１と一定タイミングｔ１をおいて書き込まれたデータをＡチャンネルとＢチャンネルで時分割に送信する。なお、実用上は、境界通信データ容量により遅延が発生するため、送信時間と同期条件により調整時間ｔ２１〜ｔ２３，ｔ３１〜ｔ３３をその分調節する必要があるが、処理の説明のため特に図３には示していない。

この処理を無線制御論理部６ａ〜６ｃのシステム周期毎に繰り返して、隣接する無線制御論理部６の間で車上装置２に送信するときにラフな同期をとり、車上装置２に送信するデータを時分割で伝送して、無線制御論理部６ａ〜６ｃが設けられた制御区間の境界において隣り合うＬＣＸ５で電波の干渉が生じることを防ぎ、連続して地上装置３と車上装置２で通信を行うことができる。

前記説明では列車１が走行する走行路４の路側にＬＣＸ５を連続して設置した場合について示したが、ＬＣＸ５の代わりにアンテナを走行路４に沿って連続して設置しても良い。

この発明の地上と列車間で情報を授受する無線通信制御システムの構成を示すブロック図である。対車上伝送部でデータを送受信するタイミングを示すタイムチャートである。無線制御論理部で車上装置をデータを送受信するときの処理を示す信号シーケンス図である。

符号の説明

１；列車、２；車上装置、３；地上装置、４；走行路、５；ＬＣＸ、
６；無線制御論理部、７；無線機、８；ＦＳＣＰＵ、９；境界伝送部、
１０；対車上伝送部、１１；伝送部、１２；光ケーブル、１３；光ケーブル。

Claims

地上と列車間で情報を授受する無線通信制御システムにおいて、
列車が走行する走行路の路側に連続して設置された複数の漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）と、走行路の制御範囲毎に設けられた複数の無線制御論理部と、前記各ＬＣＸに接続された無線機とを有し、
前記ＬＣＸは、制御区間毎に第１のチャンネルと第２のチャンネルのグループが交互に複数組設けられ、
前記無線制御論理部は、それぞれＦＳＣＰＵと伝送部を有し、
前記ＦＳＣＰＵはあらかじめ設定されたシステム周期毎に前記伝送部と時分割でデータを授受し、
前記伝送部は、制御区間毎に設けられた前記複数の無線機と光ケーブルで接続されデータを授受する対車上伝送部と、隣接する前記無線制御論理部の境界伝送部に接続されて境界伝送データを授受する境界伝送部とを有し、
前記境界伝送部は、隣接する前記無線制御論理部の境界伝送部から前記境界伝送データを受信すると、前記境界伝送データを隣接する前記無線制御論理部の境界伝送部に伝送し、
前記対車上伝送部は、前記ＦＳＣＰＵからシステム周期毎に出力されるデータを第１のチャンネルと第２のチャンネルで時分割して、前記境界伝送データの受信タイミングに同期させて前記無線機に伝送することを特徴とする無線通信制御システム。
最上流の無線制御論理部の対車上伝送部は、前記ＦＳＣＰＵからシステム周期にしたがってデータ書込みがあると一定タイミングｔ１をおいて書き込まれたデータを第１のチャンネルと第２のチャンネルで時分割して前記無線機に伝送し、前記境界伝送部は、データ書込みをトリガーとして一定タイミングｔ１をおいて同期用の境界伝送データを下流側の無線制御論理部の境界伝送部に伝送し、
最上流の無線制御論理部より下流側の無線制御論理部の境界伝送部は、上流側の境界伝送部から境界伝送データが送られるとＦＳＣＰＵのシステム周期の初期時から境界伝送データを受信した時の時間差をオフセット時間として記憶し、また、境界伝送データを受信後、同期用の境界伝送データを隣接する無線制御論理部の境界伝送部に伝送し、上流側の境界伝送部から境界伝送データを受信したときのシステム周期の次のシステム周期が開始してＦＳＣＰＵからデータ書込みがあると、対車上伝送部は境界伝送部に記憶したオフセット時間と一定タイミングｔ１をおいて書き込まれたデータを第１のチャンネルと第２のチャンネルで時分割に送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信制御システム。