JP5524002B2 - ブロードキャスト無線伝送における無線通信システム及び移動無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態はブロードキャスト無線伝送における無線通信システム及び移動無線通信装置に関する。

サーバと有線接続された複数の無線基地局が配置されており、前記サーバと無線端末が前記複数の無線基地局を介して通信できる通信システムがある。この通信システムでは、無線端末はあて先となる無線基地局を指定しないブロードキャスト伝送を用いることで、複数の無線基地局へ情報を伝送することができる。このため、サーバにおいては、複数の無線基地局の受信信号の中で正しく受信された信号を採用することで、伝送の信頼性を改善することができる。

また複数の無線基地局から無線端末への通信では、複数の無線基地局が同一の信号を送信することで、いずれかの信号が無線端末へ届く可能性が高くなるため、情報伝送の信頼性を改善することができる。

特許文献１では、端末からの送信電力を必要最低限に抑えるために、基地局に到達する信号が受信限界付近の電力となるよう、基地局が端末へ細やかに指示する技術が示されている。

特開２００５−３４８４３３号公報

上記した通信システムでは、通信の信頼性を高めるために、近隣に位置する複数の無線基地局の通信エリアをオーバーラップさせている。これはいずれかの経路に欠陥が生じても、無線端末とサーバ間の通信を確実に成立させるためである。

しかし通信エリアがオーバーラップしているために、新たな問題も提起される。即ち、複数の無線基地局の通信エリアがオーバーラップしていると、無線端末が無線基地局を経由してサーバと通信を行う経路が、複数存在することになる。すると、ある一つの無線基地の経路が異常となっても無線端末とサーバ間の通信は途絶えないため、故障している無線基地局を検出することが難しい。

そこでこの発明は、ブロードキャスト伝送を採用している複数の無線基地局のうち、いずれの無線基地局が異常を生じているかを容易に検出することができ、通信システムの維持管理上の信頼性を向上するブロードキャスト無線伝送における無線通信システム及び移動無線通信装置を提供することを目的とする。

本実施形態は、無線端末が、複数の無線基地局を経由して、サーバと通信する無線通信システムである。前記無線端末は、通常送信電力モードのとき通常の送信電力で信号送信する手段と、低送信電力モードのとき前記通常の送信電力より小さい送信電力で信号送信する手段と、通常送信電力モードか低送信電力モードかのいずれかを切り替え設定する送信電力制御手段と、現在の位置情報をサーバへ送信する手段と、を備える。これに対して、前記サーバは、前記無線端末から届いた位置情報に基づき前記無線端末の位置を把握する手段と、前記無線端末が前記低送信電力モードとなった際に、前記無線端末に近いいずれか一つの無線基地局を、前記位置情報基づいて特定する手段と、前記無線端末が前記低送信電力モードで送信した信号が前記特定された無線基地局を介して届かなかった場合は、前記特定された無線基地局若しくは無線端末に異常があるとみなす手段と、を備える。

一実施の形態にかかるシステム構成を示す図である。 一実施の形態にかかる動作概要を示す図である。 一実施の形態にかかる列車側の装置構成を示す図である。 一実施の形態にかかる地上側の装置構成を示す図である。 一実施の形態にかかる列車側の動作フローを示す図である。 一実施の形態にかかる地上側の動作フローを示す図である。 他の実施の形態にかかる地上側の動作フローを示す図である。 他の実施の形態にかかる列車側の動作フローを示す図である。 さらに他の実施の形態にかかる地上側の動作フローを示す図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）定期的に無線端末の送信電力を絞る
システム構成
図１を参照しながら本実施の形態について述べる。図１は本実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。本実施の形態では、地上側（或いは固定体側）に置かれたサーバ１００と、軌道３００上を走行する列車４００との通信を想定する。地上側にはサーバ１００と複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・が置かれ、これらの間は有線ネットワーク２００により接続される。

また、移動側（或いは移動体側）としての列車４００側には車上制御装置４０１、位置検出装置４０２、及び無線端末４０３が配置され、無線端末４０３は無線基地局１０１，１０２，１０３・・・との間で無線通信を行う。無線端末４０３と無線基地局１０１，１０２，１０３・・・の間は、相手を指定しないブロードキャスト伝送により情報伝送するものとする。

ブロードキャスト伝送を用いることで、無線端末４０３から送信された信号は、複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・により受信される。するといずれか1つの無線基地局の受信状態が悪くなったとしても、他の無線基地局との通信が実施され、無線端末４０３とサーバ１００間の通信を継続することが可能である。従って通信システムの信頼性を向上させることができる。

サーバ１００は、無線端末４０３へ信号を伝送する場合に、同一の信号を複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・を介して送信するものとする。すると列車４００がいかなる場所にいても、いずれかの無線基地局１０１，１０２，１０３・・・の通信下に位置していれば、サーバ１００と無線端末４０３間の通信が可能となる。

列車４００は位置検出装置４０２により、自らの位置を把握できるものとする。位置検出装置４０２とは例えば、GPS(Global Positioning System)、あるいは列車４００の車軸回転数を計測するタコジェネレータを用いることができる。位置検出装置４０２としては他に種々の方式が可能であり、列車位置検出システムを活用することも可能である。

基本概念の説明
図２は発明の基本概念を示した図である。まず無線端末４０３は、通常送信電力モードと呼ばれるモード（図２の左側の状態）を備えるものとする。無線端末４０３は前述のとおりブロードキャスト伝送で信号を送信し、通常送信電力モードでは通常の送信電力により送信を行う。そして複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・が無線端末４０３からの信号を受信するので、一部の無線基地局に不具合が生じても、無線端末４０３とサーバ１００間の通信が継続され、通信の失敗の可能性を低減することができる。

一方、ブロードキャスト伝送を用いた場合、もし無線基地局の一部が故障しても、他の無線基地局で受信した無線端末４０３からの信号がサーバ１００へ到達するため、このままでは一部の無線基地局に故障が生じているかどうかは検出できない。なお、列車４００は自身の位置情報を、無線端末４０３及び無線基地局１０１，１０２，１０３・・・を介してサーバ１００へ送付するものとし、サーバ１００は常に列車４００の位置を把握しているものとする。

本実施の形態ではこの通常送信電力モードの伝送に加え、低送信電力モード（図２の右側の状態）を備えるものとする。この低送信電力モードでは、無線端末４０３は通常送信電力モードと同様にブロードキャスト信号を送信するものの、通常送信電力モードに比べ低い送信電力で信号を送信するものとする。この低い送信電力とは例えば、最も近傍の無線基地局1台のみと通信できる電力、あるいは無線基地局間距離の半分だけの通信距離が得られるような電力、あるいは無線基地局近傍の例えば１０ｍといった一定距離のみでしか通信できないような電力であるものとする。距離を設定することで、低送信電力モードでも確実に基地局と通信できるようにすることができる。

低送信電力モードを設けることで、無線端末４０３からの送信信号は、１台の無線基地局（例えば無線基地局１０２）にのみ到達する。このようにして最も近い１台の無線基地局１０２のみと通信することで、この無線基地局１０２の状態（故障しているか、異常な状態か、或いは正常な状態か）を検出することができる。

すなわち無線端末４０３が無線基地局１０２の近傍にある状態にもかかわらず、列車４００からの情報がサーバ１００へ届かなければ、その無線基地局１０２は故障しているとみなすことができる。

無線端末４０３が無線基地局１０２の近傍に位置するかどうかは、サーバ１００が把握している。これは、無線端末４０３からサーバ１００に位置情報が逐次送信されているからである。そこで、サーバ１００は、無線端末４０３が無線基地局１０２の近傍に到達する頃に、無線端末４０３が低送信電力モードなるように該無線端末４０３に予め事前に制御信号を設定している。あるいは、無線端末４０３が周期的に低送信電力モードになるように設定されており、サーバ１００は、低送信電力モードのときに無線基地局１０２の近傍に到達したタイミングを把握し、このときの通信状態を監視する。周期的とすることで、制御が容易になる。

上記のような低送信電力モードであっても、無線端末４０３や無線基地局１０２が故障していなければ、列車４００からサーバ１００へ正常な情報送信を行うことができる。ただし安定した通信が求められる場合や、緊急に情報を伝送する必要を生じた場合は、通常送信電力モードを用いる方が良い。そのために、例えばサーバ１００が緊急情報を検出したときは、無線端末に対して、低送信電力モードの移行を禁止する制御信号を送信する。緊急時に通常送信電力モードへ戻すことで、情報を伝送できずシステムが破綻することを避けることができる。緊急時には、確実な情報の伝送もしくは高成功確率が要求させる情報の伝送が必要となる。

本実施の形態では、通常送信電力モードと低送信電力モードを随時切り替えて利用する場合は例えば次のような動作を行う。本実施の形態の一例では、通常は通常送信電力モードを用いて伝送を行い、例えば1秒に1回だけ低送信電力モードに切り替えるような周期的な切り替えを想定する。実際はこれに限るものではなく、例えば、列車が無線基地局の近傍を通過する時に低送信電力モードに入るような制御も可能である。

サーバ１００は、常に列車４００の位置を管理している。これは列車４００が通常送信電力モードのときに自己の位置情報をサーバ１００に伝送するからである。またサーバ１００は、列車４００の位置情報を把握することにより、列車４００が、どの無線基地局付近を通過しているのかを把握し管理している。無線基地局１０１，１０２・・・の位置情報は予めサーバ１００が管理している。なお列車４００からサーバ１００へ送信する情報としては、列車ＩＤ，列車の各種状態情報（各種機器のチェック情報、混雑情報）、などがある。

前述したように低送信電力モードでは通信品質が安定しないため、重要な情報の伝送には向かない。そこで例えば、緊急あるいは重要な情報を伝送する場合、低送信電力モードを解除し、通常送信電力モードの伝送に切り替えるようにする。

無線端末側の構成の説明
本実施の形態における列車４００側の更なる具体的構成を図３に示す。本実施の形態における列車に搭載される装置は、位置検出装置４０２、車上制御装置４０１、無線端末４０３、及び車上アンテナ４０５である。

車上位置検出装置４０２は車上制御装置４０１へ接続される。位置検出装置４０２は前述の通り、GPSやタコジェネレータを用いることができる。例えば図１、図２に計数値２０，２２，２４，２５・・・と示すように基準の位置を始点として、タコジェネレータにより車両の進んだ位置を詳細に把握することができる。

位置検出装置４０２が検出した車両の位置情報は、車上制御装置４０１へと送られる。車上制御装置４０１は車上電文生成部４０１１、車上タイミング制御部４０１２からなる。

車上電文生成部４０１１は位置検出装置４０２から得られた車両位置情報に基づき、列車の位置をサーバ１００へ通知するために、データ系列である電文を作成する。電文には列車位置のほかに例えば、列車の速度情報やその他の列車制御に関する情報、あるいはマルチメディア情報などを含めてもよい。

車上タイミング制御部４０１２は、通常送信電力モードと低送信電力モードとを変更するタイミングを制御する。例えば0.95秒間だけ通常送信電力モードとなり、続く0.05秒間は低送信電力モードとなる、といった具合である。車上タイミング制御部４０１２が出力する制御情報は、無線端末４０３の中に配置された車上送信電力制御部４０３４へと渡される。また低送信電力モードに入る時刻や時間、周期といった車上タイミング制御部４０１２のパラメータは、装置に予め設定することもできるし、サーバ１００側から本無線通信システムを介して設定することも可能である。

無線端末４０３はパケット生成部４０３１、変調部４０３２、送信RF部４０３３、車上送信電力制御部４０３４、受信RF部４０３５、復調部４０３６、電文再生部４０３７を有する。

パケット生成部４０３１は、車上電文生成部４０１１が生成した電文を、無線通信路へ送り出すために、パケット化する働きをもつ。このほかに、無線通信路へ送り出すために、ヘッダや制御情報をパケット本体に付加したり、誤り訂正をほどこしたり、誤り訂正情報をパケット本体に付加したり、データを結合あるいは分割したりする。得られたパケットは、変調部４０３２へと送られる。

変調部４０３２では例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、あるいは６４ＱＡＭいった変調が施され、必要に応じてOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)やスペクトラム拡散などの2次変調が施され、この変調信号はさらに送信RF部４０３３において、無線周波数へと周波数変換される。そして周波数変換された信号が、車上アンテナから送信される。

ここで送信RF部４０３３は、車上送信電力制御部４０３４より電力制御情報を受け取り、車上送信電力制御部４０３４が指示した送信電力で無線信号を送信するものとする。

車上送信電力制御部４０３４は、車上タイミング制御部４０１２から送信電力を変化させるタイミング信号を受ける。そして車上タイミング制御部４０１２が低送信電力モードを指示した場合には、車上送信電力制御部４０３４は、送信RF部４０３３に対して通常送信電力モードよりも低い送信電力による送信を指示する。同様に車上タイミング制御部４０１２が、通常送信電力モードを指定した場合には、車上送信電力制御部４０３４は、送信RF部４０３３に対して通常の送信電力による送信を指示するものとする。

車上の無線端末４０３は送信のみならず受信も行う。車上アンテナ４０５が受信した信号は受信RF部４０３５へ入力され、受信RF部４０３５により受信ベースバンド信号へと変換される。この受信ベースバンド信号は復調部４０３６において復調が施され、ビット系列へと変換されて電文再生部４０３７へと送られる。

電文再生部４０３７では復調部４０３６から送られてきたビット系列のパケットに対して誤り訂正復号や誤り検出を行い、さらにデータの結合や分割を行うことで、送信側が送信した電文を再生する。電文の中に、通常送信電力モードあるいは低送信電力モードの制御に関する情報がある場合は、車上送信タイミング制御部４０１２へと送る。

これにより無線端末４０３の通常送信電力モードと低送信電力モードは、サーバ１００から送られてくる送信電力モードの制御に関する情報により切り替える事が可能である。

ネットワーク側の構成の説明
続いて複数の無線基地局及びサーバからなる地上側の構成を図４に示す。地上側は地上アンテナ、無線基地局１０１，１０２，１０３・・・、有線ネットワーク２００およびサーバ１００を有する。それぞれの受信アンテナで受信した信号は無線基地局１０１，１０２，１０３・・・へ入力され、電文へと変換されてから、有線ネットワーク２００を介してサーバ１００へ送られる。また、サーバ１００が生成した電文および、無線基地局１０１，１０２，１０３・・・のタイミング制御に関する情報が、有線ネットワーク２００を経由して無線基地局１０１，１０２，１０３・・・へ送られる。

無線基地局１０１，１０２，１０３・・・はそれぞれ同じ構成であるために、１つを代表して説明する。無線基地局１０１は、受信RF部１０１１、復調部１０１２、電文再生部１０１３、パケット生成部１０２１、変調部１０２２、送信RF部１０２３、及び基地局送信電力制御部１０２４を有する。

受信ＲＦ部１０２３、復調部１０２４、電文再生部１０１３、パケット生成部１０２１、変調部１０２２、送信RF部１０２３の働きは、列車側に搭載された無線端末の中に含まれる同名のブロックと同様な働きをする。

すなわち受信RF部１０２３は、地上アンテナより受信した受信信号を受信ベースバンド信号へ変換し、復調部１０１２が受信ベースバンド信号をビット系列へと変換し、電文再生部１０２３はビット系列を電文に再生する。得られた電文は有線ネットワーク２００を経由してサーバ１００へと送られる。

またサーバ１００から送られてきた電文はパケット生成部１０２１により無線区間へ送出するパケットへと変換され、変調部１０２２で変調され、さらに送信RF部１０２３で無線周波数へと変換されてから、基地局アンテナにより送信される。

基地局送信電力制御部１０２４は、基地局側にも通常送信電力モードと低送信電力モードを設ける際に利用することができる。車上送信電力制御部４０３４と同様に送信RF部１０２３に対して送信電力を指示するが、同時にサーバ１００から有線ネットワーク２００を介して送信電力に関する指示を受けることもできる。

例えば通常送信電力モードであれば通常の送信電力、低送信電力モードであれば通常送信電力モードのときよりも低い送信電力を設定するように送信RF部１０２３へと指示するものとする。無線基地局は1台だけではなく、複数台が設置され、それぞれが有線ネットワーク２００を介してサーバ１００へ接続されているものとする。

サーバ１００は故障検出部１００１、列車位置記憶部１００２、制御情報生成部１００３、サーバ電文生成部１００４、基地局タイミング制御部１００５を有する。

故障検出部１００１は、予め定めたアルゴリズムに従い、無線基地局や無線端末の故障を検出する部分である。この故障検出部１００１は、無線基地局からの信号の受信の有無、受信した電文、そして列車の位置情報を利用する。

列車位置記憶部１００２は、列車から無線端末及び無線基地局を経て受信された電文に記載された列車位置を記憶するものである。列車のIDと列車の位置を示す位置情報とを対応付けたテーブルを持つことで、複数の列車の列車位置を記憶し、また時々刻々と追跡することができる。この列車位置は、制御情報生成部１００３及び故障検出部１００１へと送られる。

制御情報生成部１００３は、列車位置記憶部１００２から得られた列車の位置情報に基づき、列車制御情報を生成する。この列車制御情報とは例えば、列車の速度や進入可能位置を指示する情報などを指す。生成された列車制御情報は、電文生成部１００４へと送られる。

電文生成部１００４では、列車制御情報を電文に変換する。変換された電文は有線ネットワーク２００を経て複数の無線基地局１０１，１０２・・・・へ送られる。各無線基地局１０１，１０２・・・・へ送られる電文はそれぞれ異なったものでも良いが、本実施の形態ではすべて同一の全文が各無線基地局１０１，１０２・・・へ送られるものとする。

基地局送信タイミング制御部１００５は、有線ネットワーク２００を介して無線基地局へ、通常送信電力モードに入るべきタイミングや、低送信電力モードに入るべきタイミングを与えるものとする。

無線端末側の動作フローの説明
図５は、列車４００側の動作フローを示す図である。列車４００は送信を開始する際にまず、位置検出装置４０２により列車位置を測定し、車上電文生成部４０１１においてその列車位置を含む電文を生成する（ステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３）。そして車上タイミング制御部４０１２は、時刻を参照して送信モードを決める。もし低送信電力モードで送信すべき時刻であれば、車上送信電力制御部４０３４に、低送信電力での送信を指定する（ステップＳＡ４）。そして車上送信電力制御部４０３４は送信RF部４０３３に、低い送信電力を設定する（ステップＳＡ５）。またパケット生成部４０３１は受け取った電文をパケットへと変換し、パケットは、変調部４０３２による変調受け、次に送信RF部４０３３による無線周波数への変換を経て、車上アンテナ４０５から送信される（ステップＳＡ７，ＳＡ８，ＳＡ９）。

通常送信電力モード伝送の場合は、車上送信電力設定部４０３４から送信RF部４０３３に対して通常送信電力を設定し（ステップＳＡ６）、あとは低送信電力モードと同様に電文をパケットへ変換した後、変調及び無線周波数への変換を経て車上アンテナ４０５から送信する。

ネットワーク側の動作フローの説明
図６は、地上側（無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・）に故障が生じているかどうかを検出する検出動作を示す。

まず処理が開始したら、無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・それぞれは、列車からの無線信号を受信しているかどうかをまず判定する（ステップＳＢ１，ＳＢ２）。無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・が列車からの無線信号を受信した場合には、信号を復調し電文を再生する（ステップＳＢ３）。この処理は主に受信RF部１０１１、復調部１０１２、および電文再生部１０１３により行われる。

そして得られた電文は、有線ネットワーク２００を介してサーバ１００へ転送される（ステップＳＢ４）。電文を受信したサーバ１００は時刻情報を参照し、この列車が低送信電力モードか通常送信電力モードであるかを判定する（ステップＳＢ５）。

列車４００側が一定周期で低送信電力モードと通常送信電力モードを切り替えている場合、サーバ１００は、列車４００に関する過去の受信情報に基づいて、当該列車の低送信電力モードと通常送信電力モードの切り替わり周期と、切り替わる時間を予測することができる。またサーバ１００は列車４００の位置情報から常に列車４００の位置を把握している。またサーバ１００は、複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・の位置も把握している。したがって、列車４００が特定の無線基地局を通過するとき、サーバ１００は、当該列車４００が低送信電力モードと通常送信電力モードのいずれで電文を送信しているかを判定することができる。列車４００が低送信電力モードと通常送信電力モードのいずれで電文を送信かを決める場合、サーバ１００から受けた指令（例えば送信時間を指定した指令）により決めることがある。この場合もサーバ１００は、列車４００が特定の無線基地局を通過するとき、当該列車４００が低送信電力モードと通常送信電力モードのいずれで電文を送信しているかを判定することができる。

もし列車４００が低送信電力モードであるとサーバ１００が判定し、受信した列車４００からの電文に記載された列車位置が判定された場合、受信した無線基地局（特定した無線基地局）を同定する。この場合は、列車４００からの情報が正常にサーバ１００に届いたことから、この無線基地局が正常に動作していると判断して受信すれば終了する（ステップＳＢ９，ＳＢ７）。

またこの列車４００が通常送信電力モードで無線信号を送信しているとサーバ１００が判定した場合には、複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・を介して情報が届いている可能性が考えられる。このためサーバ１００は、いずれの無線基地局が故障しているか、あるいは正常に動作しているかを判定することは難しい。そこでサーバ１００は列車位置を記憶することに止め、故障の判定は実施せずに受信を終了する（ステップＳＢ５，ＳＢ６，ＳＢ７）。

次に、列車４００が電文を送信すべき時刻にもかかわらず、特定した無線基地局が無線信号を受信しなかった場合について述べる。特定した無線基地局が無線信号受信していない場合は（ステップＳＢ２；ＮＯ）、サーバ１００はその時刻が、列車４００が電文を送信すべき時刻かどうかを判定する（ステップＳＢ１１）。列車が電文を送信すべき時刻だった場合には、続いてその列車４００が低送信電力モードであるかどうかを判定する（ステップＳＢ１２）。もし低送信電力モードだった場合はさらに、その列車４００の位置が、低送信電力モードであっても最も近い無線基地局（特定した無線基地局）と通信可能な位置かどうかを判断する。もし通信可能な位置にいる場合は（ステップＳＢ１３；ＹＥＳ）、それにも関わらず信号が受信できないことから、無線基地局（特定した無線基地局）が故障している可能性があると判断する（ステップＳＢ１４）。

もし列車４００と無線基地局の距離が離れており、低送信電力モードでは通信できない場合は、問題なしとしてサーバの処理を終了する（ステップＳＢ１３；ＮＯ）。

列車４００が電文を送信するタイミングであり、かつ列車が通常送信電力モードで信号を送信すべき時刻の場合は、複数の無線基地局が信号受信できるはずである。しかし信号が受信できない場合は、列車４００の無線端末４０３の方に故障の可能性があると判断して処理を終了する（ステップＳＢ１５）。

以上の方法により、列車の位置情報と、列車の送信電力モードの情報に基づいて、無線基地局の故障あるいは無線端末の故障の可能性を検出することができる。

なお、本実施の形態では、周期的に無線端末が低送信電力モードを実行する方法をとった。この周期は予め無線端末へ設定しても良いし、サーバから電文を用いて列車側へ設定してもよい。周期的とすることで、制御が容易になる。

また低送信電力モードを起動する他の方法としては、列車４００が無線基地局の場所を記憶しておき、自らの位置情報に基づいて、無線基地局に接近した時に自らの判断、あるいは基地局からの指示で低送信電力モードに入っても良い。

上記の説明は１台の列車の無線端末とサーバ１００間の通信により、故障可能性のある無線基地局を特定した。しかし、複数台の列車の無線端末とサーバ１００間の通信点検結果を総合することにより、特定した無線基地局が故障しているかどうかを判断するようにしてもよい。即ち、正常と判断された無線端末を有する列車が、故障とみなされた無線基地局の近くを通過するときに、当該列車の無線端末の送信電力を低送信電力モードに設定する。このときサーバ１００が当該列車の無線端末からの信号を受信できない場合は、前記故障とみなされた無線端末の故障を確定するのである。

（第２の実施の形態）無線基地局の送信電力を絞る
以下、図面を参照しながら、第２の実施の形態について説明する。先の第１の実施の形態では、列車４００側の送信電力を下げることで無線基地局や無線装置（無線端末）の故障の有無を検出する。第２の実施の形態では、無線基地局の送信電力を下げることを考える。第２の実施の形態は、第１の実施の形態と共に利用してもよい。第２の実施の形態における装置構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。また列車側及び地上側の装置構成も図２及び図３と同様である。

ネットワーク側のフローの説明
図７、図４を用いて本実施の形態における地上側（或いは固定体側）の動作フローを説明する。

サーバ１００はまず制御情報を作成し、これを含む電文を作成する（ステップＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３）。ここで制御情報とは、列車の走行が許される限界位置、許可される最大移動速度、転轍機の状態、線路の接続状態などがあり得る。この電文は、有線ネットワーク２００３介して複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・へ送付される（ステップＳＣ４）。

さらにサーバ１００は、無線基地局が低送信電力モードに入るかどうかを判断する（ステップＳＣ５）。この判断は、基地局タイミング制御部１００５において成される。低送信電力モードにしたら通信できる列車がいるかどうかを、列車位置情報に基づきサーバ１００が判断する。通常は複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・から列車４００へ無線信号が届く場合であっても、低送信電力モードでは列車４００へ信号が到達する無線基地局数が減る。列車４００が、無線基地局の近傍に位置していれば通信できるが、隣接する２つの無線基地局の中間に位置しているなど、各無線基地局から離れている場合には無線信号が相互に届かないかもしれない。

そこで各無線基地局が低送信電力モードの際に、この各無線基地局の近傍を列車が通過するとき信号を受信して通信することが可能な範囲を予め調査する。サーバ１００は、予め調査した通信エリア情報をテーブル化して、保存している。列車４００が通信可能な位置にいないと判断したら、サーバ１００は、低送信電力モードの交信をあきらめ、無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・を通常送信電力モードに設定して、列車４００と通信する。

まず低送信電力モードに入る場合について述べる（ステップＳＣ５：ＹＥＳ）。基地局タイミング制御部１００５は、有線ネットワーク２００を介して基地局送信電力設定部１０２４に対して低送信電力モードを指示する（ステップＳＣ１５）。

電文を受け取った複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・はそれぞれ電文をパケットに変換し、そして変調を施してから基地局アンテナより送信する（ステップＳＣ１６、ＳＣ１７）。このとき、低送信電力モードが設定されており基地局送信電力設定部１０２４が送信RF部１０２３に対して低送信電力を設定していることから、パケットは低送信電力で送信される。

続いて無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・は列車からの応答を待つ（ステップＳＣ１８）。そしてもし列車近傍の無線基地局が応答を受信した場合にはサーバ１００の故障検出部１００１へと送付する。故障検出部１００１は応答を返した列車の位置情報に基づき、応答を受信した無線基地局を割り出す。この対応付け作業は例えば、列車が各位置にいる際にどの無線基地局と通信しているかというテーブルを用意しておくことで可能となる。

続いてサーバ１００は自身が送付した電文に対して列車からの電文が帰ってきたことに基づき、先ほど割り出した無線基地局と、列車４００に搭載された無線端末が正常に動作しているとみなす。

一方、無線基地局から送信したパケットに対して、応答を返すべき時刻に列車が応答を返してこない場合は、
（ａ）列車の最も近くに位置する無線基地局が故障しており信号を送信しなかった、
（ｂ）あるいは列車の最も近くに位置する無線基地局が故障しており，列車からの応答を受信できなかったか、
（ｃ）列車に搭載された無線端末が故障し信号を受信しなかった、
（ｄ）あるいは列車に搭載された無線端末が応答を送信できなかったと判断する（ステップＳＣ１９、ＳＣ１０）。

続いて、無線基地局が低送信電力モードに入らず、通常送信電力モードで通信する場合について述べる（ステップＳＣ５：ＮＯ）。基地局タイミング制御部１００５は、各無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・の送信電力設定部１０２４に対して有線ネットワーク２００を介して通常の送信電力を設定し、送信電力設定部１０２４は送信RF部１０２３に対して通常の送信電力を設定する（ステップＳＣ６）。そしてサーバ１００から有線ネットワーク２００を介して送付された電文をパケットに変換し、変調して基地局アンテナから送信する（ステップＳＣ７，ＳＣ８）。

無線基地局が、無線端末４０３から送信された応答を受信したら、サーバ１００、特に故障検出部１００１に対して応答を受信した旨を送付する。この場合は通常の送信電力であるため、複数の無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・を介して列車に信号が届き、また列車からの応答は複数の無線基地局で受信される可能性がある。従って無線端末が正常に動作することを確認できるにとどまる（ステップＳＣ９，ＳＣ１０）。

一方無線基地局１０１，１０２，１０３・・・・が、一定時間内に応答を受信しなかった場合、つまりサーバ側に応答の受信が通知されなかった場合は、無線端末４０３が故障した可能性が高いと判断できる（ステップＳＣ１１、ＳＣ１０）。

無線端末側の動作フローの説明
本実施の形態おける。列車側の動作フローを図８に示す。車上アンテナが信号を受信したら復調部１０１２で信号を復調し、電文を再生する。そして電文を車上制御装置４０１へ送付する。車上制御装置４０１は地上側へ応答する電文を作成する。この電文は、応答を示すものであれば良く、他の内容が入っていなくても良い。また位置情報を示す情報や、他の情報を入れても良い。この電文をパケットに変換し、変調して車上アンテナから送信する。

なお本実施の形態は、サーバ１００側の基地局タイミング制御部１００５の管理により一定時間おきに低送信電力モードに入る形態としたが、他の実施の形態として例えば、列車４００が無線基地局に近づいた場合に低送信電力モードへ入るようにしてもよい。また、低送信電力モードで通信すべき場合であっても、緊急の通信要求が生じれば、通常送信電力モードで通信しても良い。

（第３の実施の形態）無線基地局間の通信
基本概念の説明
第３の実施の形態について、図面を用いながら説明する。第３の実施の形態では無線基地局間で信号を送受信することにより、無線基地局の故障を検出するものである。ただし無線基地局からの送信信号は、周辺の他の多くの無線基地局へ到達する可能性があり、さらに無線基地局と無線端末との通信に影響を及ぼす可能性があるため、低送信電力モードで送ることにより、隣接する限られた無線基地局と通信するものとする。そして基地局間の通信が成立するかどうかを判断することで、故障を検出する。

本実施の形態は、システム構成は図１と同様であり、地上側の装置構成は図３と同様である。

ネットワーク側の動作フローの説明
図９は本実施の形態おける地上側の動作フローである。ここでは、例えば図１、図２に示したにおける無線基地局１０２から無線基地局１０１へと信号を送ることで故障を検出する例を述べる。

まずサーバ１００は電文を作成する。そしてこの電文を、無線基地局１０２へ送付し、同時に無線基地局１０１へと送信するように指示する（ステップＳＥ１−ＳＥ３）。無線基地局１０２はこの電文を受け取ったら、無線基地局１０１へ信号が届くのに充分な送信電力となるよう、送信電力を調整する（ステップＳＥ４）。通常時において無線基地局の通信範囲が隣接無線基地局を超えるような場合は、送信電力を絞ることになる。この送信電力は、予め無線基地局１０２から無線基地局１０１へ通信する際の所要送信電力を試験等により求めておくことで得られる。なお、もし通常の状態において無線基地局１０２の信号が無線基地局１０１へ届かない場合は、送信電力を上げることが可能であれば送信電力を上げる。

そして無線基地局１０２は電文をパケットに変換し、変調して基地局アンテナから送信する（ステップＳＥ５，ＳＥ６）。無線基地局１０１は、無線基地局１０２からの信号を受信したかどうか判定する（ステップＳＥ７）。無線基地局１０１は、無線基地局１０２からの信号を受信し、復調、及び電文の再生に成功し、処理が正常に完了した場合は、サーバ１００へ報告する（ステップＳＥ８，ＳＥ９）。

サーバ１００は無線基地局１０１から電文を正常に受信した旨の報告を受けた場合には、無線基地局１０２の送信機能と無線基地局１０１の受信機能が正常に動作していると判断する（ステップＳＥ１０）。

一方、サーバ１００が無線基地局１０２に対して電文の送信を指示してから一定時間以内経っても、無線基地局１０１から受信した報告が無い場合は、無線基地局１０２の送信機能か、無線基地局１０１の受信機能が故障したと判断する。

なお、この方式では無線基地局１０２の送信機能と無線基地局１０１の受信機能のいずれが故障したかを判断することができない。しかし例えば、ここでさらに無線基地局１０２が無線基地局１０３に対して信号の伝送し、そして無線基地局１０３から受信報告が来なければ、無線基地局１０２の送信機能又は無線基地局１０３の受信機能が故障していることになり、先の結果と合わせれば、無線基地局１０２の送信機能が故障している可能性が高いと判断できる。

なおこの方式は、先の実施形態と組み合わせて実施することができる。例えば、先の図６或いは図７で説明した実施形態において、故障と判断された無線基地局があった場合、図９で示す実施形態により、故障と判断された無線基地局が本当に故障かどうかを確認するために利用できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００・・・サーバ、２００・・・有線ネットワーク、１０１，１０２，１０３・・・無線基地局、３００・・・軌道、４００・・・列車、４０１・・・車上制御装置、４０２・・・位置検出装置、４０３・・・無線端末、１００１・・・故障検出部、１００２・・・列車位置記憶部、１００３・・・制御情報生成部、１００４・・・サーバ電文生成部、１００５・・・基地局タイミング制御部、１０１１・・・受信RF部、１０１２・・・復調部、１０１３・・・電文再生部、１０２１・・・パケット生成部、１０２２・・・変調部、１０２３・・・送信RF部、４０１１・・・車上電文生成部、４０１２・・・車上タイミング制御部、４０３１・・・パケット生成部、４０３２・・・変調部、４０３３・・・送信RF部、４０３４・・・車上送信電力制御部、４０３５・・・受信RF部、４０３６・・・復調部、４０３７・・・電文再生部。

Claims (10)

1. 無線端末が、複数の無線基地局との無線通信を介してサーバと通信する無線通信システムにおいて、
   前記無線端末は、
   通常の送信電力を設定する通常送信電力モードで信号を送信する手段と、
   前記通常の送信電力より小さい送信電力を設定する低送信電力モードで信号を送信する手段と、
   前記通常送信電力モードか前記低送信電力モードかのいずれかを設定する送信電力制御手段と、
   位置情報をサーバへ送信する手段と、を備え、
   前記サーバは、
   前記位置情報に基づき前記無線端末の位置を把握する手段と、
   前記無線端末が前記低送信電力モードとなった際に、前記無線基地局のうち前記無線端末と通信可能と見なせるいずれか１つの無線基地局を特定する手段と、
   前記無線端末が低送信電力モードで送信した信号が、前記特定した無線基地局を介して受信できない場合、前記特定された基地局が異常とみなす手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 無線端末が、複数の無線基地局との無線通信を介してサーバと通信する無線通信システムにおいて、
   複数の無線基地局はそれぞれ、
   通常の送信電力を設定する通常送信電力モードで信号を送信する手段と
   前記通常の送信電力より小さい送信電力を設定する低送信電力モードで信号を送信する手段と、
   前記通常送信電力モードか前記低送信電力モードかのいずれかを設定する送信電力制御手段と、を備え、
   前記無線端末は、
   前記サーバへ位置情報を送信する手段と、
   前記サーバから届いた電文に対して応答を送信する手段と、を備え、
   前記サーバは、
   前記無線端末から届いた位置情報に基づき前記無線端末の位置を把握する手段と、
   前記無線端末に対して電文を送信する手段と、
   各無線基地局の送信電力モードを、通常送信電力モードか低送信電力モードにするかを決定するタイミング制御手段と、
   各無線基地局のうちいずれか１つの特定した無線基地局が前記低送信電力モードとなった際に、前記特定した無線基地局と通信可能と見なせる無線端末を前記位置情報から特定する手段と、
   前記サーバが前記特定した無線端末へ送った電文に対して前記応答が届かない場合は、少なくとも前記特定された無線基地局が異常とみなす手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
3. 前記送信電力制御手段は、
   予め定めたもしくはサーバから指定された周期で、又は予め定めたもしくはサーバから指定された時間だけ低送信電力モードとなり、その他の時間は通常送信電力モードであることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記送信電力制御手段は、
   無線端末と、いずれか一つの無線基地局との距離が、予め定めた距離以下となった場合に低送信電力モードを選択し、それ以外の場合には通常送信電力モードを選択する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
5. 前記送信電力制御手段は、低送信電力モードを選択している場合であっても、緊急性の高い情報もしくは高成功確率が要求させる情報の伝送が必要となった場合は、通常送信電力モードを選択することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
6. 複数の無線基地局の中で、
   第１の無線基地局は、前記サーバから受けた電文を、最も近い第２の無線基地局に対して届く電力である低送信電力モードで、送信する手段を有し、
   前記第２の無線基地局は、前記電文を前記サーバに送信する手段を有し、
   前記サーバは、前記電文が前記第２の無線基地局から返信されないときに前記第１若しくは第２の無線基地局が異常と見なす手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
7. 前記第１又は第２の無線基地局は、請求項１又は２において異常と見なされた無線基地局であることを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
8. ブロードキャスト無線伝送を利用している複数の無線基地局との無線通信を介してサーバと通信する移動無線通信装置において、
   現在位置情報を前記サーバへ送信する手段と、
   通常の送信電力を設定する通常送信電力モードで信号を送信する手段と、
   前記通常の送信電力より小さい送信電力を設定する低送信電力モードで信号を送信する手段と、
   近傍に位置する特定の無線基地局とのみ通信が成立するように、送信電力を前記低送信電力モードに設定する送信電力制御手段と、
   前記サーバへ電文を送信する手段を有し、
   前記低送信電力モードのときに送信した前記電文を前記サーバに検出させて、前記特定の無線基地局の状態を診断できるようにしたことを特徴とする移動無線通信装置。
9. 前記送信電力制御手段は、前記通常送信電力モードと前記低送信電力モードを一定時間毎に切り替えるか、若しくは前記サーバからの指令に基づいて切り替えるかいずれか一方を採用していることを特徴とする請求項８記載の移動無線通信装置。
10. 前記送信電力制御手段は、低送信電力モードを選択している場合であっても、緊急性の高い情報もしくは高成功確率が要求させる情報の伝送が必要となった場合は、通常送信電力モードに切り替えることを特徴とする請求項９記載の移動無線通信装置。

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