JP6012916B1 - 監視装置、無線通信システムおよび通信品質監視方法 - Google Patents

Abstract

本発明にかかる電波監視装置（４）は、線路上を走行する列車に搭載される車上局と線路に沿って設置された地上局との間の無線通信の通信品質の測定結果と、無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて算出された不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知する通信品質評価部（４０３）を備える。

Description

本発明は、無線通信システムにおける通信品質を監視する監視装置、無線通信システムおよび通信品質監視方法に関する。

近年、列車と線路沿いに設置された無線基地局との間で無線通信を行い、この無線通信により伝送された情報を元に、列車の運行制御および速度制御を行う無線式列車制御システムが注目されている。無線式列車制御システムは、従来の固定閉塞区間による列車運行制御方式と比べ、軌道回路が不要なことから導入コストおよびメンテナンスコストの面で有利である。また、無線式列車制御システムは、固定的な区間に囚われない柔軟な閉塞区間を構築することができることから、列車の運行密度を上げることが可能となり、運用コストの面からも有利である。

無線式列車制御システムでは、コストの観点から地上と列車との間の無線通信すなわち地車間の無線通信には免許が不要な２．４ＧＨｚ ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）帯が使用されることが多い。２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯は、無線式列車制御システム以外のシステムである他システム、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）およびBluetooth（登録商標）などのシステムにおいても広く使用されている。列車内または沿線建屋内でのこれら他システムの使用は、無線式列車制御システムにとって大きな干渉源と成り得る。このため、無線式列車制御システムでは安定した通信を行うために干渉に対する対策が重要である。

干渉に対する対策の一例として、電波環境の悪化を把握することを目的とし、無線通信の状態を監視する機能を持たせた無線通信システムが特許文献１に記載されている。特許文献１では、通信時のビット誤り率を測定し、測定したビット誤り率が閾値以上になった場合に警告を上げる方法が開示されている。

特開２００９−１２４８９号公報

無線式列車制御システムは、一定間隔で確実に列車と地上との間で列車制御を行うための制御メッセージが伝送できることが重要となる。確実に伝送を行うため、一定期間内に制御メッセージすなわち制御情報が格納されたパケットを複数回伝送し、いずれか１つのパケットが伝送できればよいとするシステムを構築することが一般的である。また、無線式列車制御システムでは、列車側で制御情報を一定時間受信できない場合に、古い情報に基づく意図しない制御が実施されないように、列車を停止させる制御等が行われる。この場合、制御情報の受信に１回失敗しても一定時間内にデータが受信できれば、正常な動作を続けることができる。

一方、特許文献１では、実際に無線伝送を行った際のビット誤り率を元に無線品質の評価を行っている。受信側では、どのビットが誤ったかは不明であるため、特許文献１では、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）などを用いた誤り検出符号を用いた誤り検出により伝送パケットがエラーと判定された場合には、１ビット誤ったと仮定して過去の一定数の伝送パケットのエラー判定結果に基づいてビット誤り率を算出している。上述したように、制御情報の受信に１回失敗しても制御情報が不達と判定する必要がないことを考慮すると、特許文献１に記載のビット誤り率は直接無線通信システムにおいて規定される制御情報の不達の確率とは異なっている。したがって、特許文献１に記載のビット誤り率だけを用いて制御情報の不達の確率を算出すると、本来評価すべき制御情報の不伝達確率すなわち制御情報が正しく伝達されない確率が算出されるとは限らない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線通信システムにおいて制御情報が正しく伝達されない確率を適切に評価することができる監視装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる監視装置は、あらかじめ定められた経路上を走行する移動体に搭載される車上局と経路に沿って設置された地上局との間の無線通信において測定された信号レベルおよび干渉レベルを含む通信品質の測定結果と、無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて算出された不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知する評価部、を備える。

本発明にかかる監視装置は、無線通信システムにおいて制御情報が正しく伝達されない確率を適切に評価することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる無線通信システムの構成例を示す図 実施の形態１の地上局の構成例を示す構成図 実施の形態１の列車の構成例を示す図 実施の形態１の車上局の構成例を示す図 実施の形態１の電波監視装置の構成例を示す図 実施の形態１の処理回路が専用のハードウェアで構成される場合の構成例を示す図 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態１の無線通信システムにおける無線伝送のフレームフォーマットの一例を示す図 地上局での通信品質の測定、および電波監視装置における通信品質データベースの生成手順の一例を示すチャート図 実施の形態１の通信品質データベースにおける信号レベルの保存形式の例を示す図 実施の形態１の通信品質データベースにおける干渉レベルの保存形式の例を示す図 実施の形態１の通信品質評価部における処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１のＰ（ｑ）の一例を示す図 実施の形態１の干渉レベルごとの頻度の一例を示す図 実施の形態１の列車と地上局との位置関係の一例を示す図 実施の形態２の地上局の構成例を示す図 実施の形態２の車上局の構成例を示す図 実施の形態２の地上局と車上局との間の無線伝送で使用する周波数の一例を示す図 実施の形態３の地上局の構成例を示す図 実施の形態３の電波監視装置の構成例を示す図 実施の形態４の地上局の構成例を示す図 実施の形態４の車上局の構成例を示す図 実施の形態４の伝送結果の一例を示す図 実施の形態５の電波監視装置の構成例を示す図 実施の形態５の長期間平均および短期間平均を示す模式図 実施の形態６の無線通信システムの構成例を示す図 実施の形態６の列車の構成例を示す図 実施の形態７の電波監視装置の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる監視装置、無線通信システムおよび通信品質監視方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システム８００は、あらかじめ定められた経路である線路６上を走行する移動体である列車３を制御する無線式列車制御システムとも呼ばれるシステムである。本実施の形態の無線通信システム８００は、複数の地上局１と、電波監視装置４と、列車３と、を備える。図１では、複数の地上局１のうち、地上局１ａおよび地上局１ｂを例示している。地上局１は、線路６の沿線に、例えば数十ｍ〜数百ｍの間隔で設置される。すなわち地上局１は線路６に沿って設置される。

車上局２は、地上局１との間で無線通信を行う。地上局１および電波監視装置４は、有線ネットワーク５に接続しており、地上局１と電波監視装置４とは、有線ネットワーク５を介して通信を行うことが可能である。また、有線ネットワーク５には、図示しない運行制御装置などが接続される。監視装置である電波監視装置４は、地上局１および車上局２により測定されたデータに基づいて、地上局１と車上局２との間の無線通信の通信品質を監視する。

図２は、本実施の形態の地上局１の構成例を示す構成図である。地上局１は、アンテナ１０１、ＲＦ（Radio Frequency）部１０２、変復調部１０３、制御部１０４、レベル測定部１０５および通信部１０６を備える。アンテナ１０１は、ＲＦ部１０２から出力される信号を無線信号として空中に放射するとともに、空中を伝搬してきた無線信号を受信する。ＲＦ部１０２は、変復調部１０３からデジタル信号として出力される信号をアナログ信号に変換し、キャリア周波数に周波数変換してアンテナ１０１へ出力する。また、ＲＦ部１０２は、アンテナ１０１により受信された無線信号であるアナログ信号をベースバンドに周波数変換し、デジタル信号に変換して、変復調部１０３へ出力する。

変復調部１０３は、送信データに対して符号化および変調処理を実施して、処理後の信号をＲＦ部１０２へ出力する。また、変復調部１０３は、ＲＦ部１０２から出力された信号すなわち受信信号に対して、復調および復号処理を行う。制御部１０４は、有線ネットワーク５から受信したデータを、無線信号として送信するための送信制御を行うとともに、受信した無線信号を有線ネットワーク５へ出力する制御を行う。レベル測定部１０５は、通信品質として、受信した無線信号のレベルすなわち受信電力または受信電圧などを測定する。通信部１０６は、有線ネットワーク５を介した通信を行う。

図３は、本実施の形態の列車３の構成例を示す図である。列車３は、車上局２、車上制御装置３０１および位置検出部３０２を備える。車上局２は、無線信号を受信し、受信した無線信号に対して復調および復号処理等を行い、得られたデータを車上制御装置３０１へ出力する。また、車上局２は、位置検出部３０２から出力される、列車３の位置を示す位置情報などの制御情報を、無線信号として送信する。制御情報は、車上局２と地上局１との間で伝送される伝送情報の一種である。車上制御装置３０１は、車上局２により受信されたデータ、すなわち車上局２から出力されるデータを元に列車の停止および速度変更などの制御を行う。位置検出部３０２は、列車３の位置を検出し、検出した結果を位置情報として車上局２へ出力する。

図４は、本実施の形態の車上局２の構成例を示す図である。車上局２は、アンテナ２０１、ＲＦ部２０２、変復調部２０３、制御部２０４およびレベル測定部２０５を備える。ＲＦ部２０２、変復調部２０３およびレベル測定部２０５は、それぞれ地上局１のＲＦ部１０２、変復調部１０３およびレベル測定部１０５と同様の機能を有する。制御部２０４は、位置検出部３０２から出力された位置情報、および車上制御装置３０１から出力される送信データなどを含む制御情報を、無線信号として送信するための送信制御を行うとともに、受信した無線信号を車上制御装置３０１へ出力する制御を行う。

図５は、本実施の形態の電波監視装置４の構成例を示す図である。電波監視装置４は、データベース生成部４０１、記憶部４０２、通信品質評価部４０３および通信部４０４を備える。記憶部４０２には、地上局１と列車３との間の通信品質情報が格納されるデータベースである通信品質データベースが格納される。データベース生成部４０１は、通信部４０４から入力される、無線通信システム８００において測定された通信品質に基づいて、通信品質情報を生成し、生成した通信品質情報を通信品質データベースへ保存する。通信品質評価部４０３は、通信品質データベース内のデータを参照して、通信品質の評価を行う。通信部４０４は、有線ネットワーク５を介した通信を行い、有線ネットワーク５から受信した無線通信システム８００において測定された通信品質をデータベース生成部４０１へ出力する。

次に、本実施の形態の地上局１、および車上局２のハードウェア構成について説明する。地上局１のＲＦ部１０２、および車上局２のＲＦ部２０２は、周波数変換などを行うアナログ回路、アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータ等で構成される。地上局１の変復調部１０３、および車上局２の変復調部２０３は、モジュレータおよびデモジュレータである。地上局１のレベル測定部１０５、および車上局２のレベル測定部２０５は、無線信号を受信して、受信した無線信号の電力または電圧などを測定する計測装置である。地上局１の通信部１０６は、送信機および受信機である。

地上局１の制御部１０４、および車上局２の制御部２０４は、処理回路である。この処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）とを備える制御回路であってもよい。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等が該当する。

処理回路が、専用のハードウェアで実現される場合、処理回路は図６に示した処理回路９００であり、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。図６は、処理回路が専用のハードウェアで構成される場合の構成例を示す図である。

制御部１０４を実現する処理回路がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図７に示す構成の制御回路９０１である。図７は、制御回路の構成例を示す図である。図７に示すように制御回路９０１は、ＣＰＵであるプロセッサ９０２と、メモリ９０３とを備える。制御部１０４が制御回路９０１により実現される場合、プロセッサ９０２がメモリ９０３に記憶された、制御部１０４および制御部２０４のそれぞれに対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ９０３は、プロセッサ９０２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

次に、本実施の形態の電波監視装置４のハードウェア構成について説明する。通信部４０４は、送信機および受信機である。記憶部４０２はメモリである。

データベース生成部４０１および通信品質評価部４０３は、処理回路である。この処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵとを備える制御回路であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、この処理回路は図６に示した処理回路９００と同様である。処理回路がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は図７に示した制御回路９０１と同様である。データベース生成部４０１および通信品質評価部４０３が制御回路９０１により実現される場合、プロセッサ９０２がメモリ９０３に記憶された、データベース生成部４０１および品質評価部４０３のそれぞれに対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ９０３は、プロセッサ９０２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。データベース生成部４０１および通信品質評価部４０３が制御回路９０１により実現される場合は、記憶部４０２を実現するメモリとメモリ９０２とは同一のメモリであってもよい。

次に、動作について説明する。線路６上を走行する列車３の車上局２は、地上局１と無線リンクにより接続し、地上局１と無線通信を行う。車上局２が接続する地上局１は、基本的に車上局２の一番近くに位置する地上局１であり、図１に示した例では、地上局１ａである。地上局１ａは、図１では、１つの列車３の車上局２と無線リンクにより接続していることになるが、地上局１ａが管轄するエリア内に複数の列車３が在線していれば、複数の車上局２と同時に無線リンクにより接続することになる。地上局１ａ以外の地上局１についても、同様に、自身がカバーするエリア内に複数の列車３が在線していれば、複数の車上局２と同時に無線リンクにより接続する。以下では、地上局１と車上局２が接続していると記載した場合、地上局１と車上局２が無線リンクにより接続していることを意味する。なお、地上局１と車上局２との間の無線リンクの確立方法については、どのような方法を用いてよく、一般的に無線式列車制御システムにおいて行われる方法を用いることができる。

地上局１と車上局２との間の無線通信は、双方向に行う。車上局２は、地上局１に対しては、自車の位置情報などを伝送する。位置情報は、図３に示した位置検出部３０２により検出された列車３の位置を示す情報である。位置検出部３０２における列車３の位置の検出方法としては、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いる方法、地上子から車上子へ伝送された起点位置情報と車軸の回転速度を計測する速度発電機から得られる移動距離とを元に算出する方法などがある。

地上局１は、車上局２に対して、各列車３の位置情報を元に算出された各列車３の停止限界位置などを伝送する。具体的には、地上局１は、各列車３から受信した位置情報を図１に図示を省略した運行制御装置へ送信し、運行制御装置は、各列車３の位置情報を元に各列車３の停止限界位置を算出し、有線ネットワーク５を介して地上局１へ送信する。地上局１は、運行制御装置から受信した停止限界位置情報を、各列車３へ無線信号として送信する。列車３では、車上局２が、無線信号として停止限界位置情報を受信して車上制御装置３０１へ停止限界位置を出力する。車上制御装置３０１は、停止限界位置情報を元に、列車３の停止および速度制御を行う。なお、ここでは、運行制御装置が各列車３の位置情報を元に各列車３の停止限界位置を算出するようにしたが、地上局１が各列車３の位置情報を元に各列車３の停止限界位置を算出してもよい。

地上局１から車上局２への無線伝送と、車上局２から地上局１への無線伝送とは、時間を分けて行われる、すなわち時分割により行われる。図８は、本実施の形態の無線通信システムにおける無線伝送のフレームフォーマットの一例を示す図である。各フレームは、複数のタイムスロットから構成され、スロットごとに、送受信を行うシステム内の無線装置が異なっている。図８の例では、ｉ番目のフレームであるフレーム＃ｉが、地上局１から列車３へ報知情報を伝送するためのスロットである報知情報スロットと、地上すなわち地上局１から列車３すなわち車上局２へ送信するためのｎ個の地上→車上スロットと、列車３すなわち車上局２から地上すなわち地上局１へ送信するためのｎ個の車上→地上スロットと、空スロットと、で構成される。なお、ｉはフレーム番号を示す０以上の整数である。ｎは、１つの地上局１と接続できる列車の数である。すなわち、１つの地上局１が管轄するエリアには、ｎ台の列車まで同時に収容することができる。報知情報には、後述するように、フレーム番号が含まれる。図８では、ｉ番目のフレームの報知情報スロットを報知＃ｉと記載している。

地上から列車３へ送信するためのｎ個の地上→車上スロットは、それぞれ宛先となる列車が異なっており、列車３から地上へ送信するためのｎ個の車上→地上スロットは、それぞれ送信元となる列車が異なっている。

報知情報は、地上局１から管轄するエリア内の全ての列車３に共通して伝送すべき情報である。例えば、報知情報には、どのスロットにどの列車が割り当てられているかを示す情報、フレーム番号などの情報が含まれる。空きスロットは、システム内のどの無線装置も送信を行わない期間である。後述するように、本実施の形態の無線通信システムでは、このスロットで干渉量の測定を行う。このように、どの無線装置も送信を行わない期間、すなわち空スロットを意図的に設けることにより、自システム以外の無線信号である干渉信号を正確に測定することが可能になる。

列車３が線路６上を移動して、接続していた地上局１が管轄するエリアの境界付近に達すると、接続する地上局１を切り替える処理すなわちハンドオーバ処理が行われる。例えば、図１において、列車３が地上局１ａと接続していた状態から、図１の右方向に移動して地上局１ａが管轄するエリアの境界付近に達すると、列車３の接続先を、地上局１ａから地上局１ｂへ切り替えるハンドオーバ処理が実施される。ハンドオーバ処理の手順は、どのような手順を用いてもよく、一般的に無線式列車制御システムにおいて行われるハンドオーバ処理手順を用いることができる。

１フレームの時間長は、例えば５００ｍｓであり、この場合、５００ｍｓ周期で車上局２から地上局１への伝送と地上局１から車上局２への伝送が行われる。車上局２から地上局１への伝送が途絶えると列車３の位置を正確に把握することができなくなる。したがって、他の列車３の列車停止限界値の算出は、伝送が途切れた列車３の位置については該列車が送信した最新の位置情報に対応する位置に留まっていると仮定して行われる。また、地上局１から車上局２への伝送が途絶えると、各列車３に対応する停止限界位置が更新されない。このため、列車３では、本来の停止限界位置に達しないように列車３の速度制御、停止制御が行われる。いずれにしても、列車３が、本来は停車しなくてよい位置において停車するものの、列車３同士が衝突する事態が発生しないように制御が行われる。例えば、列車３の車上局２は、３秒間地上局１からの無線伝送が途絶えると、その旨を車上制御装置３０１へ通知し、車上制御装置３０１は、この通知を受けると、列車３を停止させる制御を行う。すなわち、上記の３秒間は、車上局において前記伝送情報が不達と判定されるために定められた待機時間である。３秒間すなわち待機時間の間に伝送されるパケットの数は、１フレームを５００ｍｓとした例では、３／０．５＝６である。したがって、この場合、６回連続して、地上局１からの無線伝送が失敗した場合に、車上制御装置３０１は、列車３を停止させることなる。換言すると、列車３の不要な停止を回避して安定したシステムの実現を目指すためには、６回連続で無線伝送が失敗することがないような通信品質を維持することが望ましい。

また、一般に、列車３を制御するための無線通信システムにおいては、同一の制御情報が複数回送信されるすなわち連送されることがある。このような場合、車上局２は、制御情報の受信に１回失敗したとしても、同一の制御情報が送信されている間に制御情報を受信できれば、問題が生じない。このような場合には、連送回数分だけ連続で無線伝送が失敗することがないような通信品質を維持することが望ましい。

また、車上局２と地上局１との間の無線伝送では、使用する周波数すなわち周波数チャネルを切替え可能としてもよい。周波数チャネルを切替え可能とする場合、周波数チャネルの切替えタイミングは、地上局１から車上局２へ報知情報により通知されてもよいし、あらかじめ定めておいて地上局１と車上局２とが切替えタイミングの情報を保持していてもよい。以下では、車上局２と地上局１との間の無線伝送では、周波数チャネルを切替え可能であるとし、車上局２および地上局１は、信号レベルおよび干渉レベルの測定の際に、これらを周波数チャネルと対応付けておくとする。すなわち、信号レベルおよび干渉レベルは、周波数チャネルごとに測定される。

次に、本実施の形態の無線の通信品質の評価に関連した動作について説明する。まず、地上局１での通信品質の測定、および電波監視装置４における通信品質データベースの生成に関して説明する。

図９は、地上局１での通信品質の測定、および電波監視装置４における通信品質データベースの生成手順の一例を示すチャート図である。地上局１は、接続している車上局２から自身に対応する車上→地上スロットで、接続している各車上局２から、各車上局２が搭載される列車３の位置情報を含んだ制御情報を受信する（ステップＳ１）。

地上局１では、変復調部１０３が、アンテナ１０１およびＲＦ部１０２を介して受信した信号を復調および復号することにより送信された制御情報が復元される。制御情報は変復調部１０３から制御部１０４へ出力される。地上局１のレベル測定部１０５は、自身に対応する車上→地上スロットで、無線信号として受信した制御情報の受信信号のレベルを測定する（ステップＳ２）。

また、地上局１のレベル測定部１０５は、空スロットで、受信した信号のレベルすなわち干渉量を測定する（ステップＳ３）。レベル測定部１０５は、干渉レベルを測定する際に、空きスロット内で一定期間毎に周波数チャネルを切り替えて各周波数チャネルにおける干渉量を測定する。ここでは、空きスロット内で一定期間毎に周波数チャネルを切り替えて各周波数チャネルにおける干渉量を測定する例を説明するが、周波数チャネルを切り替えずに空きスロット内で単一の周波数チャネルで干渉量を測定してもよい。

レベル測定部１０５は、ステップＳ２およびステップＳ３の測定結果を制御部１０４へ出力する。制御部１０４は、ステップＳ２の測定結果を、変復調部１０３から出力された制御情報に含まれる位置情報および該信号を受信した周波数チャネルに対応付けて保持する。ステップＳ２の測定結果を信号レベルと呼び、ステップＳ３の測定結果を干渉レベルと呼ぶとすると、制御部１０４は、位置情報および周波数チャネルに対応付けた信号レベルと、周波数チャネルに対応付けた干渉レベルとを保持する。すなわち車上局２および地上局１においてあらかじめ信号が伝送されることが定められた期間において受信された信号のレベルの測定結果が信号レベルであり、車上局２および地上局１においてあらかじめ信号が伝送されないことが定められた期間である空スロットにおいて受信された信号のレベルの測定結果が干渉レベルである。

制御部１０４は、測定データ、すなわち上述した位置情報および周波数チャネルに対応付けた信号レベルと、周波数チャネルに対応付けた干渉レベルとを、通信部１０６および有線ネットワーク５を介して、電波監視装置４へ送信する（ステップＳ４）。すなわち、地上局１は、自身が測定した測定結果である第１の測定結果と、車上局２から受信した測定結果である第２の測定結果とを電波監視装置４へ送信する。ステップＳ４の送信タイミングは任意であり、１フレームに対応する測定データごとに送信してもよいし、複数フレームに対応する測定データ単位で送信してもよい。

電波監視装置４は、各地上局１から受信した測定データを元に、通信品質データベースを生成する（ステップＳ５）。具体的には、データベース生成部４０１は、測定データに基づいて、周波数チャネルおよび位置情報に対応付けられた信号レベルを地上局ごとに通信品質データベースとして格納するとともに、地上局ごとの干渉レベルを通信品質データベースとして格納する。通信品質データベースには、信号レベルと干渉レベルが別々に保存される。すなわち、生成部であるデータベース生成部４０１は、地上局から受信し測定結果である測定データに対して平均化処理を実施し、平均化処理後の測定結果を通信品質情報である通信品質データベースとして記憶部４０２へ格納する。

図１０は、本実施の形態の通信品質データベースにおける信号レベルの保存形式の例を示す図である。図１０の例では、位置情報が示す位置と周波数チャネルとの２次元配列の構成になっている。各配列の要素には対応する信号レベルが格納される。図１０に示した位置は、地上局１において信号レベルが測定された際に、測定対象の信号の送信元の車上局２が搭載される列車３がどこを走行していたかを示している。

図１０に示したａ，ｂの文字は、測定データの送信元の地上局１を示し、ａは地上局１ａに対応し、ｂは地上局１ｂに対応する。また、図１０に記載した例では、各地上局１に対応するエリアをＮ（Ｎは２以上の整数）個の区間に分け、地上局１を示す識別番号をｇとし、ｉを各地上局１のエリア内の区間の番号とするとき、各区間を示す識別情報をＩ_giとしている。地上局１の数をＮ_gとするときｇは１からＮ_gまでの整数であり、ｉは１からＮまでの整数である。図１０に記載した例では、位置示す区間単位で信号レベルを通信品質データベースに保存している。

図１１は、本実施の形態の通信品質データベースにおける干渉レベルの保存形式の例を示す図である。干渉レベルに関しては、地上局ごとのデータとなる。図１１に示したａ，ｂの文字は、図１０と同様に、測定データの送信元の地上局１を示し、ａは地上局１ａに対応し、ｂは地上局１ｂに対応する。

データベース生成部４０１は、過去の測定データを一定期間保持しておく。データベース生成部４０１は、新しい測定データを地上局１から受信する度に、信号レベルに関しては、新しい測定データを含む一定期間内の同じ周波数チャネルおよび同じ位置すなわち同じ区間に対応する測定データの移動平均を算出する。また、干渉レベルに関しては、データベース生成部４０１は、新しい測定データを地上局１から受信する度に、新しい測定データを含む一定期間内の同じ地上局１に対応する測定データの移動平均を算出する。そして、信号レベルの移動平均を図１０に例示したような形式により通信品質データベースに格納し、干渉レベルの移動平均を図１１に例示したような形式により通信品質データベースに格納する。

または、データベース生成部４０１は、移動平均の代わりに、忘却係数を用いた平均化を実施するようにしてもよい。例えば、データベース生成部４０１は、更新前のデータベースの値をｙ_j、新たな測定データをｘ_j+1とすると、更新後の値ｙ_j+1を、以下の式（１）により算出する。αは忘却係数であり、０から１までの範囲の値である。αは、例えば、あらかじめ定めておく。αを更新可能としてもよい。
ｙ_j+1＝（１−α）ｙ_j＋αｘ_j+1 …（１）

以上の動作により、電波監視装置４には、車上局２から地上局１へのデータの伝送に関する通信品質データベースが生成される。

次に、車上局２での通信品質の測定、および電波監視装置４における通信品質データベースの生成について説明する。基本的な動作は、地上局１における通信品質の測定の場合と同様である。すなわち、まず、図９に示したステップＳ１〜ステップＳ３と同様の動作が、車上局２において行われる。ただし、車上局２が信号レベルを測定するタイミングは、自身に対応する地上→車上スロットである。また、車上局２では、制御部２０４が、信号レベルを測定した際の列車３の位置を位置検出部３０２から取得し、位置情報および周波数チャネルと対応付けて信号レベルを保持する。車上局２は、干渉レベルに関しては、地上局１側と同様に空きスロットにて測定を行う。車上局２では、制御部２０４が、干渉レベルを測定した際の列車３の位置を位置検出部３０２から取得し、位置情報および周波数チャネルと対応付けて干渉レベルを保持する。

車上局２は、位置情報および周波数チャネルと対応付けた信号レベルと干渉レベルとを測定データとして、地上局１に送信する。第２の測定結果である測定データを、車上局２から地上局１に伝送する方法としては、車上→地上のスロットを用いて車上局２が地上局１へ送信するようにしてもよいし、車上局２が測定データを車上局２内に蓄積し、夜間などの非運用時にまとめて地上局１へ伝送するようにしてもよい。または、制御情報を伝送する無線機とは異なる無線機を、地上局１および列車３へ別途設置して、これらの無線機を用いて列車３から地上局１へ伝送するようにしてもよい。また、車上局２は、一定期間の測定データを蓄積し、測定位置ごとに一定期間の測定データの平均値を算出して、測定数とともに平均値を地上に伝送するようにしてもよい。この場合、車上局２から地上局１へ、全ての測定データを送信する場合に比べ、伝送するデータ量が削減されるため、使用する無線帯域を削減することができる。なお、測定位置については、図１０を用いて説明したように、区間単位で管理することができる。

地上局１は、車上局２から受信した測定データを、電波監視装置４へ伝送する。電波監視装置４のデータベース生成部４０１は、地上局１により測定された測定データに対する処理と同様に、信号レベルおよび干渉レベルのそれぞれに対して、移動平均または忘却計数を用いた平均化を実施して、処理後の値を通信品質データベースに保存する。車上局２により測定された干渉レベルについては、信号レベルと同様に、位置情報および周波数チャネルと対応付けて保存される。なお、ここでは、車上局２により測定された干渉レベルを位置情報および周波数チャネルと対応付けて保存するようにしたが、地上局１により測定された干渉レベルと同様に、位置情報との対応付けはせずに、周波数チャネルと対応付けて保存するようにしてもよい。

以上の動作により、地上局１において測定された測定結果に基づく信号レベルおよび干渉レベル、車上局２において測定された測定結果に基づく信号レベルおよび干渉レベルの合計４種類の通信品質が、通信品質データベースに保存される。以下、地上局１において測定された測定結果に基づく信号レベルおよび干渉レベルを、それぞれ地上局１における信号レベルおよび干渉レベルと呼び、車上局２において測定された測定結果に基づく信号レベルおよび干渉レベルを、それぞれ車上局２における信号レベルおよび干渉レベルと呼ぶ。また、地上局１において測定された測定結果に基づく信号レベルおよび干渉レベルをあわせて地上局１における通信品質と呼び、車上局２において測定された測定結果に基づく信号レベルおよび干渉レベルをあわせて車上局２における通信品質と呼ぶ。

次に、電波監視装置４における通信品質評価部４０３の動作について説明する。図１２は、本実施の形態の通信品質評価部４０３における処理手順の一例を示すフローチャートである。通信品質評価部４０３は、地上局１ごとに図１２に示す処理を実施する。まず、通信品質評価部４０３は、通信品質データベースに格納された信号レベルおよび干渉レベルに基づいて、各位置におけるＳＩＲ（信号対干渉雑音電力比）を算出する（ステップＳ１１）。具体的には、通信品質評価部４０３は、地上局１から車上局２への伝送、および車上局２から地上局１への伝送のそれぞれついて、以下の式（２）を用いて、ＳＩＲを計算する。なお、通信品質データベースに格納された信号レベルおよび干渉レベルを抽出する際に、各無線リンクで使用中の周波数チャネルに対応するデータを抽出する。
ＳＩ_i＝Ｓ_i／Ｄ_i …（２）

ここで、ＳＩ_iは、位置ｉにおけるＳＩＲである。Ｓ_iは、通信品質データベースから抽出した位置ｉにおける信号レベルである。Ｄ_iは、通信品質データベースから抽出した位置ｉにおける干渉レベルである。なお、位置ｉは、図１０で説明したように区間を表す識別情報Ｉ_giにおけるｉに対応する。車上局２から地上局１への伝送における干渉レベルに関しては、地上局１単位であるため、列車３の位置によらず、同じ地上局１であれば同じ値となる。

そして、通信品質評価部４０３は、算出したＳＩ_iから、以下の式（３）により各位置における不伝達確率Ｑ_mesを算出する（ステップＳ１２）。
Ｑ_mes＝（Ｐ（ＳＩ_i））^L ｉ＝１〜Ｎ …（３）

ここで、Ｐ（ｑ）は、ＳＩＲがｑのときのパケット誤り率である。図１３は、Ｐ（ｑ）の一例を示す図である。図１３に示した例では、ＳＩＲがｕのときのパケット誤り率はｖとなる。Ｐ（ｑ）は、例えば、あらかじめシミュレーション等により求めておく。

Ｌは、制御情報が不伝達であると判定するための条件、すなわち地上局１と車上局２との間の無線通信において伝送情報が不達と判定される条件の１つであり、何回連続して受信できない場合に不伝達として判定するかを示す情報である。すなわち、式（３）に示したＱ_mesは、受信したパケットが、Ｌ回連続して誤る確率を示している。パケットは、ひとかたまりの伝送データであり、ここでは、図８に例示した各スロットで１パケットが送信されるとする。上述したように、１フレームを５００ｍｓとして３秒間で制御情報の不達と判定する場合には、６回連続してパケットが誤っていた場合に不達と判定されるため、Ｌ＝６である。また、上述した連送を行う場合、Ｌとして連送回数を用いてもよい。いずれにしても、Ｌは、無線通信システム８００において、制御情報が不達と判定されるための条件を示す情報である。

図１２の説明に戻り、通信品質評価部４０３は、算出した各位置の不伝達確率が、あらかじめ定めた閾値を超えているか否かを判断し（ステップＳ１３）、不伝達確率が、閾値を超えている位置が１つでもある場合（ステップＳ１３ Ｙｅｓ）、無線通信の通信品質の劣化を通知するための警告を上げて（ステップＳ１４）、すなわち無線通信の通信品質の劣化を通知し、処理を終了する。全ての位置で不伝達確率が、閾値を超えていない場合（ステップＳ１３ Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。ステップＳ１４の警告を上げる処理としては、どのような処理を行ってもよいが、例えば、図示しない運行制御装置へ警報を送信する等の処理が考えられる。通信品質評価部４０３は、図１２における処理を、例えば、通信品質データベース内のデータの少なくとも一部が更新された場合に更新されたデータに対応する地上局１に対して実施してもよいし、定期的に全地上局１について実施してもよい。

以上述べたように、評価部である通信品質評価部４０３は、車上局２と地上局１との間の無線通信の通信品質の測定結果と、無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて算出された不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知する。

また、ステップＳ１３で不伝達確率が、閾値を超えていると判定された場合には、他の周波数チャネルのデータに基づいて、同様に不伝達確率を算出して、使用する周波数チャネルを変更する際の指標に用いてもよい。例えば、使用する周波数チャネルを、他の周波数チャネルのうち、不伝達確率が閾値以下のもののうちの任意の１つに切替える。

以上の例では、地上局１と車上局２との間の無線伝送における周波数チャネルを切替え可能な例を説明したが、地上局１と車上局２との間の無線伝送における周波数チャネルを固定とする場合には、上述した動作のうち周波数チャネルに依存する処理は行われない。したがって、例えば、通信品質データベースに格納される地上局１における信号レベルは、周波数チャネルとの対応付けは行われておらず、位置情報との対応付けがなされており、通信品質データベースに格納される地上局１における干渉レベルは、周波数チャネルとの対応付けは行われておらず、地上局１との対応付けがなされている。

また、不伝達確率が閾値を超えた位置を内包するエリアでは、収容する列車の数を減らし、空いたスロットに同じ列車を割り当てるようしてもよい。この場合、電波監視装置４は、不伝達確率が閾値を超えた地上局１に対して、閾値を超えた位置を示す情報とともに不伝達確率が閾値を超えたことを通知する。地上局１では、収容する列車の数ｎを減らして、すなわち図８に例示した１フレームにおける地上→車上スロットおよび車上→地上スロットの数を減らして、空スロットを増やす。そして、増えた分の空スロットを、不伝達確率が閾値を超えた位置すなわち区間に存在する列車３に搭載される車上局２のスロットに割当てる。なお、地上局１は、車上局２から受信する制御情報によって各列車３の位置を把握可能である。このように、収容する列車の数を減らして、同一の地上局１と車上局２とに、１フレームあたり複数のスロットを割当てることにより、単位時間当たりに伝送されるパケット数が増加することになる。このため、式（３）におけるＬの数を多くすることができ、不伝達確率を小さくすることが可能になる。

通信品質データベースにおける干渉レベルについては、レベルを階級としたヒストグラムで保存するようにしてもよい。例えば、図１４に示すように、測定した干渉レベルごとの頻度を求めて通信品質データベースにおける干渉レベルとして保存する。図１４は、干渉レベルごとの頻度の一例を示す図である。この場合、不伝達確率を計算する際には、例えば、測定値の９９％がその値以下となるようなレベル、図１４に示しＩ_bを干渉レベルとして使用する。このようにすれば、頻度は少ないが大きな干渉を発する干渉源についても考慮することが可能になる。また、この場合、車上局２が、車上局２における測定データに基づいてヒストグラムを作成して、測定データをヒストグラムとして地上に伝送するようにすれば、使用する無線帯域を削減することができる。

また、通信品質評価部４０３は、不伝達確率を計算する際には、車上局２の接続する地上局１が故障した場合を想定し、位置ごとに、各位置に対応する地上局１に隣接する地上局１と該位置に存在する列車３の車上局２が接続した場合の不伝達確率についても計算するようにしてもよい。すなわち、通信品質評価部４０３は、車上局２と車上局２に通常接続される地上局１である第１の地上局に隣接する地上局１である第２の地上局との間の無線通信における不伝達確率を算出してもよい。図１５は、列車３と地上局１との位置関係の一例を示す図である。例えば、通常、図１５に示した区間Ｉ₂₁〜Ｉ₂₅内に列車３が位置する場合、列車３の車上局２は、地上局１ｂと接続しており、この車上局２に対応する不伝達確率は、地上局１ｂとの間の無線伝送における測定データに基づいて計算される。車上局２は、区間Ｉ₂₁〜Ｉ₂₅内の位置では、地上局１ｂに隣接する地上局１ａとは実際には通信を行っていないため、車上局２は、地上局１ａとの間の無線伝送における信号レベルを測定していない。このため、区間Ｉ₂₁〜Ｉ₂₅内の位置する車上局２が地上局１ｂとの間の無線伝送時に測定した信号レベルから、地上局１ａと地上局１ｂとの間を伝送する際の伝搬損に相当する値を引いた値を、地上局１ａとの間の伝送における信号レベルとして用いる。この伝搬損に相当する値としては、例えば、２つの地上局間の距離に相当する自由空間伝搬損に基づいて算出した値を用いてもよいし、あらかじめ地上局間で伝送を行い計測しておいた値を使用してもよい。これにより、車上局２が、接続している地上局１が故障した場合、隣接する地上局１と接続することになった場合の通信品質を考慮して故障への対策を講じることが可能になる。

以上のように本発明による無線通信システムによれば、列車３の位置ごとに測定した信号レベルと干渉レベルを元に、一定期間内における制御情報の不伝達確率を算出し、不伝達確率を元に通信品質を評価するようにした。すなわち、本実施の形態の無線通信システムでは、車上局２と地上局１との間の無線通信の通信品質の測定結果を測定する第１のステップと、無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて不伝達確率を算出する第２のステップと、不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知する第３のステップと、を含む通信品質監視方法が実施される。このため、制御情報が正しく伝達されない確率を適切に評価することができ、安定した無線通信システムを実現することが可能になる。また、列車３において、制御情報が不達と判断されて停止する制御を行う条件などのように、実際に制御情報が不達と判定される条件に基づいて、不伝達確率を算出しているので、無線通信システムに要求される通信品質を満たさない位置を確実に把握することができる。

実施の形態２．
次に、本発明にかかる実施の形態２の無線通信システムについて説明する。本実施の形態の無線通信システムは、地上局と車上局との間の無線伝送において、使用する周波数を一定時間単位で切替える周波数ホッピングを実施する。図１６は、実施の形態２の地上局７の構成例を示す図である。図１７は、実施の形態２の車上局８の構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、図１に示した無線通信システムにおいて、地上局１の替わりに地上局７を備え、車上局２の替わりに車上局８を備える以外は実施の形態１の無線通信システムと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

図１６に示すように、本実施の形態の地上局７は、実施の形態１の地上局１に周波数ホッピング制御部１０７を追加した構成を有する。図１７に示すように、本実施の形態の車上局８は、実施の形態１の車上局２に周波数ホッピング制御部２０６を追加した構成を有する。周波数ホッピング制御部１０７および周波数ホッピング制御部２０６は、送信および受信に用いる周波数を、一定時間単位で切替える制御を行う。図１８は、本実施の形態の地上局と車上局との間の無線伝送で使用する周波数の一例を示す図である。図１８に示した例では、ｆ₁〜ｆ₈の８つの周波数チャネルを用いている。また、図１８に示した例では、ｆ_hの周波数チャネルをｈ番目の周波数チャネルと呼ぶとき、一定時間ごとに周波数チャネルの番号が１つ上の周波数チャネルへ切り替えている。したがって、図１８に示した例では、８回の切替えを１単位としたホッピングパターンとなっている。また、地上局７ａに対応するホッピングパターンと地上局７ｂに対応するとホッピングパターンでは、周波数チャネル２つ分がずれている。なお、周波数ホッピングにおいて用いられるホッピングパターンおよび周波数ホッピングで用いる周波数チャネルの数は、図１８の例に限定されない。

図１８には、地上局７ａが車上局８との間の通信に使用する周波数と、地上局７ｂが車上局８との間の通信に使用する周波数とを示している。図１８に示すように、地上局７ａと地上局７ｂとは、隣接する地上局７であり、同一時刻では異なる周波数チャネルを用いる。このように、隣接する地上局７では、同一時刻では異なる周波数チャネルを用いつつ、各地上局７は、車上局８との間の通信に使用する周波数を一定時間単位で切替える。図１８に示したような周波数の切替えパターンすなわちホッピングパターンについては、例えばあらかじめ定めて地上局７および車上局８が保持していてもよいし、地上局７が、接続する車上局８に対して、報知情報等により、ホッピングパターンを通知するようにしてもよい。周波数の切替えが行われる単位、すなわち上記の一定時間は、例えば１フレームであるが、これに限定されず１スロットであってもよい。

周波数ホッピング制御部１０７および周波数ホッピング制御部２０６は、図６に示したように専用のハードウェアである処理回路９００として実現されてもよいし、図８に示した制御回路９０１により実現されてもよい。周波数ホッピング制御の具体的内容は、一般的な周波数ホッピング制御と同様であるため詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、電波監視装置４は、実施の形態１と同様に通信品質データベースを生成し、通信品質データベースを用いて不伝達確率を算出する。ただし、電波監視装置４は、周波数ホッピングで使用する各チャネルでの通信品質に基づいて不伝達確率の計算を行う。周波数ホッピングを行う場合、無線通信に使用される周波数チャネルは、用いるホッピングパターンを識別するための情報と、ホッピングパターン内の何番目の時間帯であるかを示す情報であるシーケンス番号とにより決定される。電波監視装置４は、各地上局７に対応するホッピングパターンを保持しているとし、各地上局７に対応するホッピンパターンを用いて不伝達確率を算出する。具体的には、以下のように不伝達確率を算出する。使用される周波数チャネルは、ホッピングパターン内の何番目の時間帯であるかを示すシーケンス番号に応じて決まる。ここで、ホッピングパターン内のシーケンス番号βの周波数チャネルをｆ（β）と記載することとする。ある基準時刻におけるシーケンス番号をｊとするとき、この基準時刻のｋ番先のシーケンス番号は、１つのホッピングパターンを構成する時間帯の数すなわちシーケンス番号の最大値をＭとするとき、mod（ｊ＋ｋ，Ｍ）である。ここで、mod（Ａ，Ｂ）は、ＡをＢで除した時の余りである。したがって、通信品質評価部４０３は、周波数ｆ、位置ｉにおける信号対干渉電力比をＳＩ_ifとすると、シーケンス番号ｊ＋１に対応する時間帯すなわちスロットからＬ回パケットを連続して誤る確率であるＱ_mesを、以下の式（４）により算出する。また、ｊが既知でない場合などには、１からＭまでのそれぞれのｊに対して式（４）により不伝達確率を算出し、これらの平均値または最大値などを不伝達確率として用いてもよい。

本実施の形態では、通信品質評価部４０３は、上記の式（４）によりＱ_mesを算出し、実施の形態１と同様に、Ｑ_mes閾値を超えるか否かを判断する。なお、上記式（４）は、周波数チャネルを切替え単位が１フレームの場合を示しているが、１スロット単位で周波数チャネルを切替える場合には、式（４）におけるmod（ｊ＋ｋ，Ｍ）の替わりに、mod（ｊ＋ｋ×Ｋ，Ｍ）とすることができる。なお、Ｋは、送信局と受信局との組み合わせが同一となるパケットの送信間隔に対応するスロット数である。Ｑ_mesが閾値を超える場合には、対応する位置、伝送方向、周波数チャネルを示す情報とともに警告を上げる。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。なお、例えば、不伝達確率の計算結果を元に、各地上局７における周波数ホッピングのホッピングシーケンスを変更するように構成してもよい。すなわち、不伝達確率に基づいて地上局７ごとのホッピングパターンが決定されるようにしてもよい。

以上のように本発明による無線通信システムによれば、周波数ホッピングを用いた無線伝送を行う場合においても、制御情報が正しく伝達されない確率を適切に評価することができ、安定した無線通信システムを実現することが可能になる。

実施の形態３．
次に、本発明にかかる実施の形態３の無線通信システムについて説明する。図１９は、本実施の形態の地上局９の構成例を示す図である。図２０は、本実施の形態の電波監視装置１０の構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、実施の形態２の地上局７の替わりに地上局９を備えかつ実施の形態２の電波監視装置４の替わりに電波監視装置１０を備える以外は、実施の形態２の無線通信システムと同様である。実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態２と異なる部分について説明する。

図１９に示すように、本実施の形態の地上局９は、実施の形態２の地上局７にデータベース生成部１１１と、評価部である通信品質評価部１１３と、通信品質データベースを記憶する記憶部１１２とを追加する以外は、実施の形態２の地上局７と同様である。図２０に示すように、本実施の形態の電波監視装置１０は、実施の形態１と同様の通信部４０４と、評価部である評価統括部４０５とを備える。

本実施の形態では、各地上局９が、分散して通信品質データベースを保持して、通信品質データベースに基づいて、各位置の不伝達確率を算出する。データベース生成部１１１の動作は、実施の形態１のデータベース生成部４０１の動作と同様であるが、自身に対応する信号レベルおよび干渉レベルを通信品質データベースとして保存する。通信品質評価部１１３の動作は、通信品質データベースに基づいて、自身が管轄するエリアの各位置の不伝達確率を算出する。通信評価部１１３は、各位置の不伝達確率を通信部１０６へ出力し、通信部１０６は、各位置の不伝達確率を、有線ネットワーク５経由で電波監視装置１０へ送信する。

電波監視装置１０の評価統括部４０５は、通信部４０４を介して受信した各地上局１で算出された位置ごとの不伝達確率を、それぞれ閾値と比較する。不伝達確率が閾値を超える場合には、対応する位置、伝送方向、周波数チャネルを示す情報とともに、警告を上げる。

なお、以上の説明では、周波数ホッピングを行う場合に通信品質データベースを各地上局へ分散する例を示したが、同様に、周波数ホッピングを行わない場合に、通信品質データベースを各地上局へ分散させてもよい。この場合、実施の形態１の地上局１に、本実施の形態のデータベース生成部１１１、通信品質評価部１１３および通信品質データベース１１２を追加することになる。そして、電波監視装置１０は、各地上局から各位置の不伝達確率を受信し、上記の例と同様に閾値と比較を実施する。

以上のように、本発明による無線通信システムによれば、通信品質データベースを各基地局に分散して配置し、不伝達確率を計算して、その結果を電波監視装置に集約して判定するように構成した。このため、電波監視装置の構成を簡易にすることができ、安定した無線通信システムをより容易に実現することが可能になる。

実施の形態４．
次に、本発明にかかる実施の形態４の無線通信システムについて説明する。図２１は、本実施の形態の地上局１１の構成例を示す図である。図２２は、本実施の形態の車上局１２の構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、実施の形態２の地上局７の替わりに地上局１１を備えかつ実施の形態２の車上局８の替わりに車上局１２を備える以外は、実施の形態２の無線通信システムと同様である。実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態２と異なる部分について説明する。

図２１に示すように、本実施の形態の地上局１１は、実施の形態２の地上局７に伝送測定部１０８を追加する以外は、実施の形態２の地上局７と同様である。図２２に示すように、本実施の形態の車上局１２は、実施の形態２の車上局８に伝送測定部２０７を追加する以外は、実施の形態２の車上局８と同様である。本実施の形態では、伝送測定部１０８および伝送測定部２０７が、通信品質として、実際の制御情報の伝送結果すなわち実際に伝送されたパケット数とエラーとなったパケットの数とを算出する。すなわち、本実施の形態では、無線品質の測定結果として、信号レベルおよび干渉レベルに加えて、無線通信において伝送されたパケット数である伝送パケット数と該伝送パケットのうち誤りがあると判定されたパケットの数であるエラーパケット数とを含む。そして、電波監視装置４では、伝送結果を反映して不伝達確率を評価する。

伝送測定部１０８および伝送測定部２０７は、制御情報の受信時に、受信した制御情報の数すなわち受信したパケットの数すなわち伝送パケット数と、エラーと判定されたパケットの数とを記憶する。エラーの判定は、変復調部１０３または変復調部２０３によるそれぞれの復号時に得られるエラー判定結果を用いることができる。伝送測定部１０８および伝送測定部２０７は、それぞれ制御部１０４または制御部２０４を介して各パケットのエラー判定結果を変復調部１０３または変復調部２０３から受け取り、受信した制御情報の数すなわち受信したパケットの数と、エラーと判定されたパケットの数とを伝送結果として保持する。保持した伝送結果は、測定データと同様に、位置情報および周波数チャネルに対応付けられる。地上局１１は、測定データと同様に、位置情報および周波数チャネルに対応付けた伝送結果を電波監視装置４に送信する。車上局１２は、測定データと同様に、位置情報および周波数チャネルに対応付けた伝送結果を地上局１へ送信し、地上局１は、車上局１２から受信した伝送結果を電波監視装置４に送信する。

図２３は、本実施の形態の伝送結果の一例を示す図である。図２３に示すように、地上局１１および車上局１２では、各位置および周波数チャネルの伝送パケット数およびエラーパケット数とが保持される。

本実施の形態では、電波監視装置４のデータベース生成部４０１は、伝送結果についても、信号レベルと同様に、伝送結果を位置情報および周波数チャネルに対応付けて通信品質データベースに保存する。

電波監視装置４の通信品質評価部４０３は、実施の形態２と同様に、不伝達確率の計算を行うが、通信品質データベースに伝送結果として、あらかじめ定めた閾値以上の数のデータが蓄積されている場合すなわち伝送パケット数が閾値以上である場合には、この通信品質データベースに伝送結果を使用して不伝達確率を算出する。すなわち式（４）におけるパケット誤り率Ｐ（ＳＩ_if）の替わりに、対応する位置および周波数チャネルの伝送結果を用いて、以下の式（５）により算出されるパケット誤り率Ｐ_eを用いる。
Ｐ_e＝(エラーパケット数)／(伝送パケット数) …（５）

十分な数の伝送結果が蓄積していない位置および周波数チャネルに関しては、実施の形態２と同様に、ＳＩＲに基づいて算出したパケットエラーレートを使用する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態２と同様である。

以上の例では、実施の形態２の地上局７、車上局９にそれぞれ伝送測定部を追加する例を説明したが、実施の形態１または実施の形態３の地上局、車上局にそれぞれ伝送測定部を追加し、電波監視装置４の通信品質評価部４０３が、上記と同様に伝送結果を判定して不伝達確率を算出してもよい。実施の形態１の地上局、車上局にそれぞれ伝送測定部を追加した場合、伝送結果としてあらかじめ定めた閾値以上の数のデータが蓄積されているときには、式（２）におけるＰ（ＳＩ_i）の替わりに、上記式（５）で算出したパケット誤り率を用いる。

以上のように、本実施の形態による無線通信システムによれば、不伝達確率を計算する際に、実際の伝送結果を加味するように構成したため、同じ強さの干渉でも干渉の種類によって生じるパケット誤り率の差異を排除し、より正確に通信品質を評価して、安定した無線通信システムを実現することが可能になる。

実施の形態５．
次に、本発明にかかる実施の形態５の無線通信システムについて説明する。図２４は、本実施の形態の電波監視装置１４の構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、実施の形態１の電波監視装置４の替わりに電波監視装置１４を備える以外は、実施の形態１の無線通信システムと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

電波監視装置１４は、実施の形態１の通信品質評価部４０３の替わりに、評価部である通信品質悪化検知部４０６を備える以外は、実施の形態１の電波監視装置４と同様である。

本実施の形態では、データベース生成部４０１は、各地上局１から受信した測定データを元に信号レベルおよび干渉レベルを通信品質データベースに格納するが、その際に、実施の形態１と同様の移動平均または忘却係数を用いた平均化等の平均化処理を実施し、処理後のデータを格納する。実施の形態１と同様の平均化処理を長期間平均と呼び、長期間平均により得られたデータを長期間平均データと呼ぶ。データベース生成部４０１は、長期間平均データに加え、長期間平均の処理の対象とした期間より短い期間における平均化処理である短期間平均を実施し、処理後のデータを短期間平均データとして通信品質データベースに格納する。すなわち、データベース生成部４０１は、通常の平均化の期間である第１の期間の測定結果に基づいて算出された第１の通信品質情報と、第１の期間より短い第２の期間の測定結果とに基づいて算出された第２の通信品質情報とを記憶部４０２の通信品質データベースへ格納する。

図２５は、本実施の形態の長期間平均および短期間平均を示す模式図である。図２５に示した例では、最新の測定データに対応する時刻を０とするとき、長期間平均は、最新の測定データに対応する時刻からｔ₁分だけ遡ったデータまでの移動平均であり、短期間平均は、最新の測定データに対応する時刻からｔ₂（ｔ₂＜ｔ₁）分だけ遡ったデータまでの移動平均である。通信品質悪化検知部４０６は、第１の通信品質情報である長期間平均データに基づいて実施の形態１と同様に不伝達確率を算出するとともに、第２の通信品質情報である短期間平均データに基づいて実施の形態１と同様に不伝達確率を算出する。長期間平均データに基づいて算出された不伝達確率すなわち実施の形態１で述べた不伝達確率をＱ_mes1とし、短期間平均データに基づいて算出された不伝達確率をＱ_mes2とすると、通信品質悪化検知部４０６は、Ｑ_mes2−Ｑ_mes1があらかじめ定めた第１の閾値を超え、かつ、Ｑ_mes2があらかじめ定めた第２の閾値を超えた場合に、無線通信品質が悪化したと判定し、警告を上げる。すなわち、通信品質悪化検知部４０６は、Ｑ_mes1およびＱ_mes2に基づいて、無線通信品質の悪化を検出する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。Ｑ_mes2−Ｑ_mes1を用いた評価を行うことで、通常の状態に比べて短期的な急激な変化が生じているか否かを判定することができる。

以上の例では、実施の形態１の無線通信システムにおいて、長期間平均データおよび短期間平均データを用いて不伝達確率を算出する例を説明したが、実施の形態２、３または４の無線通信システムにおいて、同様に、電波監理装置が、長期間平均データおよび短期間平均データを用いて不伝達確率を算出し、これらの不伝達確率を用いて本実施の形態と閾値判定を行うようにしてもよい。

通信品質悪化検知部４０６は、通信品質評価部４０３と同様に、図６に示したように専用のハードウェアである処理回路９００として実現されてもよいし、図８に示した制御回路９０１により実現されてもよい。

以上のように、本実施の形態の無線通信システムでは、通常の測定データの観測期間に加え、短期間での観測結果からも通信品質を評価する構成とした。このため、通常の状態と比較した通信品質の悪化を適切に把握して、対応すべき箇所を早期に検出することが可能になり、安定した無線通信システムを実現することがより容易になる。

実施の形態６．
図２６は、本発明にかかる実施の形態６の無線通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムでは、列車３の替わりに列車１５を備える以外は、実施の形態１の無線通信システムと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

図２６に示すように、本実施の形態の列車１５は車上局を複数備える。図２７は、本実施の形態の列車１５の構成例を示す図である。図２６および図２７に示すように、列車１５は、各々が実施の形態１の車上局２と同様の構成を有する車上局２ａ，２ｂと、実施の形態１と同様の車上制御装置３０１および位置検出部３０２と、伝送統括部３０３とを備える。

本実施の形態では、同一の列車１５に搭載される車上局２ａと車上局２ｂとは、異なる地上局１と接続する。図２６の例では、車上局２ａは地上局１ａと接続し、車上局２ｂは地上局１ｂと接続している。車上局２ａ，２ｂは、物理的には、例えば、複数両編成の列車の先頭車両の前方と、最後尾車両の後方とそれぞれに設置される。

図２７に示した伝送統括部３０３は、車上局２ａおよび車上局２ｂと接続され、位置検出部３０２により検出される位置情報を車上局２ａおよび車上局２ｂへ出力する。また、伝送統括部３０３は、車上局２ａが受信した制御情報および車上局２ｂが受信した制御情報を車上局２ａおよび車上局２ｂから受け取って、車上制御装置３０１へ制御情報を送出する。このとき、伝送統括部３０３は、一定期間内で２つの車上局のうち、先に受信できた方の制御情報を車上制御装置３０１に送出するなどの制御を行う。

車上局２ａおよび車上局２ｂでそれぞれ測定された信号レベルと干渉レベルは、実施の形態１と同様に、それぞれの車上局に接続されている地上局１に伝送される。地上局１は、実施の形態１と同様に、車上局から受信した測定データを電波監視装置４へ送信する。

電波監視装置４の通信品質評価部４０３は、各列車の位置に２つの無線リンクがあることを前提に不伝達確率の計算を行う。すなわち、車上局２ａでの無線伝送における不伝達確率をＱ_mesa、車上局２ｂでの無線伝送における不伝達確率をＱ_mesbとすると、通信品質評価部４０３は、車上局２ａに対応する信号レベルおよび干渉レベルに基づいて実施の形態１と同様に不伝達確率Ｑ_mesaを算出し、車上局２ｂに対応する信号レベルおよび干渉レベルに基づいて実施の形態１と同様に不伝達確率Ｑ_mesbを算出する。そして、通信品質評価部４０３は、Ｑ_mesaおよびＱ_mesbを考慮した不伝達確率Ｑ_{mes_total}、すなわち２つの車上局のいずれからの制御情報も不達となる確率を以下の式（６）により算出する。
Ｑ_{mes_total}＝Ｑ_mesa×Ｑ_mesb …（６）

通信品質評価部４０３は、Ｑ_{mes_total}が閾値を超えた場合には、警告を上げる。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。なお、以上の例では、１つの列車に搭載される車上局を２つとしたが、３つ以上の車上局を搭載するようにしてもよい。この場合、電波監視装置４は、車上局が２つの場合と同様に、車上局ごとに通信データベースに測定データを格納し、車上局ごとの不伝達確率を算出し、列車１５に対応する不伝達確率、すなわち列車１５に搭載される全車上局についての車上局ごとの不伝達確率を乗算することにより不伝達確率を算出する。

伝送統括部３０３は、図６に示したように専用のハードウェアである処理回路９００として実現されてもよいし、図８に示した制御回路９０１により実現されてもよい。

以上の例では、実施の形態１の無線通信システムにおいて、列車が複数の車上局を搭載する例を説明したが、実施の形態２〜５の無線システムにおいて、列車が複数の車上局を搭載するようにしてもよい。これらの場合も、電波監視装置は、車上局ごとに通信データベースに測定データを格納し、車上局ごとの不伝達確率を算出し、全車上局についての車上局ごとの不伝達確率を乗算することにより不伝達確率を算出する。

以上のように、本実施の形態の無線通信システムでは、列車に複数の車上局を搭載し、複数の無線リンクを考慮して不伝達確率を算出して評価するように構成した。このため、列車に複数の車上局を搭載したシステムであっても適正に不伝達確率を評価することができ、安定した無線通信システムを実現することが可能になる。

実施の形態７．
図２８は、本発明にかかる実施の形態７の電波監視装置１６の構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムでは、電波監視装置４の替わりに電波監視装置１６を備える以外は、実施の形態１の無線通信システムと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

図２８に示すように、本実施の形態の電波監視装置１６は、記憶部４０２に通信品質データベースに加えてエラー品質記録情報が格納される以外は実施の形態１の電波監視装置４と同様である。本実施の形態のデータベース生成部４０１は、地上局１からパケット誤りの発生が通知された場合、パケット誤りが発生した時刻である第１の時刻より一定期間前の時刻である第２の時刻から、第１の時刻すなわちパケット誤りが発生した時刻までの信号レベル、干渉レベルを、位置、周波数チャネルに対応付けて、エラー品質記録情報として記憶部４０２に格納する。なお、記憶部４０２には、地上局１から受信した信号レベル、干渉レベルが、あらかじめ定めた期間分、測定された時間に対応づけられて格納されている。データベース生成部４０１は、記憶部４０２に格納されているこれらの情報から、パケット誤りが発生した時刻から一定期間前からパケット誤りが発生した時刻までの信号レベル、干渉レベルを抽出して記憶部４０２に保存する。

なお、本実施の形態では、地上局１では、車上局２から受信したパケットにパケット誤りがあると判定した場合、パケット誤りと判定した時刻とともにパケット誤りが発生したことを電波監視装置１６へ通知する。また、車上局２が、地上局１から受信したパケットにパケット誤りがあると判定した場合、パケット誤りと判定した時刻とともにパケット誤りが発生したことを地上局１へ送信し、地上局１が、これらの情報を電波監視装置１６へ送信してもよい。これにより、電波監視装置１６は、パケット誤りの発生した時刻を把握することができる。

以上の例では、実施の形態１の無線通信システムにおいて、電波監視装置がエラー品質記録情報を保存する例を説明したが、実施の形態２〜６の無線通信システムにおいて、電波監視装置がエラー品質記録情報を保存するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態の無線通信システムでは、パケット誤りが発生したときの無線通信品質に関する測定結果を保存するような構成とした。このため、例えば、ユーザがこれらの情報を用いて、パケット誤りの原因が、干渉が多いことなどによる通信品質によるものか、機器の故障などその他の要因によるものなのかを切り分けることができ、早期の問題解決を実現することができ、安定した無線通信システムを実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１ａ，１ｂ，７，９，１１ 地上局、２，２ａ，２ｂ，８，１２ 車上局、３，１５ 列車、４，１０，１４，１６ 電波監視装置、５ 有線ネットワーク、６ 線路、１０１，２０１ アンテナ、１０２，２０２ ＲＦ部、１０３，２０３ 変復調部、１０４，２０４ 制御部、１０５，２０５ レベル測定部、１０６，４０４ 通信部、１０７，２０６ 周波数ホッピング制御部、１０８，２０７ 伝送測定部、１１１，４０１ データベース生成部、１１２，４０２ 記憶部、１１３，４０３ 通信品質評価部、３０１ 車上制御装置、３０２ 位置検出部、３０３ 伝送統括部、４０５ 評価統括部、４０６ 通信品質悪化検知部、８００ 無線通信システム。

Claims (16)

1. あらかじめ定められた経路上を走行する移動体に搭載される車上局と前記経路に沿って設置された地上局との間の無線通信において測定された信号レベルおよび干渉レベルを含む通信品質の測定結果と、前記無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて算出された不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知する評価部、
   を備えることを特徴とする監視装置。
2. 記憶部と、
   前記地上局から受信した前記測定結果に対して平均化処理を実施し、平均化処理後の前記測定結果を通信品質情報として前記記憶部へ格納する生成部と、
   を備え、
   前記評価部は、前記通信品質情報に基づいて前記不伝達確率を算出することを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
3. 前記評価部は、さらに、前記車上局と前記車上局に通常接続される前記地上局である第１の地上局に隣接する前記地上局である第２の地上局との間の無線通信における不伝達確率を算出することを特徴とする請求項２に記載の監視装置。
4. 前記評価部は、第１の期間の前記測定結果に基づいて算出された第１の通信品質情報を用いて算出された不伝達確率と、前記第１の期間より短い第２の期間の測定結果とに基づいて算出された第２の通信品質情報を用いて算出された不伝達確率とに基づいて無線通信品質の悪化を検出することを特徴とする請求項２または３に記載の監視装置。
5. 前記移動体には複数の車上局が設置され、
   前記評価部は、前記車上局ごとに不伝達確率を算出し、前記車上局ごとに算出した不伝達確率に基づいて、前記移動体に対応する不伝達確率を算出することを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の監視装置。
6. 前記生成部は、前記無線通信においてパケットに誤りが発生した時刻である第１の時刻より一定期間前の時刻である第２の時刻から前記第１の時刻までの前記測定結果を前記記憶部に格納することを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載の監視装置。
7. 前記無線通信で使用する周波数チャネルを切替え可能であり、前記測定結果は前記周波数チャネルごとに測定されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の監視装置。
8. 前記測定結果は、さらに、前記無線通信において伝送されたパケット数である伝送パケット数と該伝送パケットのうち誤りがあると判定されたパケットの数であるエラーパケット数とを含むことを特徴とする請求項７に記載の監視装置。
9. 前記無線通信では、周波数ホッピングが行われ、前記不伝達確率は前記周波数ホッピングのホッピングパターンに基づいて算出されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の監視装置。
10. 前記不伝達確率に基づいて前記地上局ごとの前記ホッピングパターンが決定されることを特徴とする請求項９に記載の監視装置。
11. 前記無線通信において伝送情報が不達と判定される条件は、前記車上局において前記伝送情報が不達と判定されるために定められた待機時間の間に伝送されるパケットの数であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の監視装置。
12. 前記無線通信において伝送情報が不達と判定される条件は、同一の伝送情報が連続して送信される回数であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の監視装置。
13. あらかじめ定められた経路上を走行する移動体に搭載される車上局と、前記経路に沿って設置された地上局と、監視装置とを備える無線通信システムであって、
    前記監視装置は、
    前記車上局と前記地上局との間の無線通信において測定された信号レベルおよび干渉レベルを含む通信品質の測定結果と、前記無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて算出された不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知する評価部、
    を備えることを特徴とする無線通信システム。
14. 前記測定結果は、前記地上局および前記車上局により測定された結果であり、
    前記車上局は、前記測定結果を前記地上局へ送信し、
    前記地上局は、自身が測定した前記測定結果である第１の測定結果と、前記車上局から受信した前記測定結果である第２の測定結果とを前記監視装置へ送信し、
    前記監視装置の前記評価部は、前記地上局から受信した前記第１および第２の測定結果と、前記無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて不伝達確率を算出し、不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知することを特徴とする請求項１３に記載の無線通信システム。
15. 前記測定結果は、前記地上局および前記車上局により測定された結果であり、
    前記車上局は、前記測定結果を前記地上局へ送信し、
    前記地上局は、自身が測定した前記測定結果である第１の測定結果と、前記車上局から受信した前記測定結果である第２の測定結果と、前記無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて前記不伝達確率を算出し、前記不伝達確率を前記監視装置へ送信することを特徴とする請求項１３に記載の無線通信システム。
16. あらかじめ定められた経路上を走行する移動体に搭載される車上局と、前記経路に沿って設置された地上局と、監視装置とを備える無線通信システムにおける通信品質監視方法であって、
    前記車上局と前記地上局との間の無線通信において測定された信号レベルおよび干渉レベルを含む通信品質の測定結果を測定する第１のステップと、
    前記無線通信において伝送情報が不達と判定される条件とに基づいて不伝達確率を算出する第２のステップと、
    前記不伝達確率が閾値を超えた場合に、無線通信の通信品質の劣化を通知する第３のステップと、
    を含むことを特徴とする通信品質監視方法。

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