JP6198623B2 - 列車無線システム - Google Patents

Description

この発明は、線路上を走行する列車と少なくとも一つの基地局との間で無線通信を行う列車無線システムに関するものであり、特に列車に設けられる車上局の受信部に関するものである。

線路上を走行する列車と少なくとも一つの基地局との間で無線通信を行う従来の列車無線システムとして、例えば、特許文献１に開示された列車無線システムがある。

特許文献１に開示された従来の列車無線システムは、線路沿いに設けられた複数の基地局のうちの一つと列車内に設置された車上局との間の通信を行う際、列車に設けられた複数のアンテナの一つを選択して受信機に接続するアンテナ切替スイッチを制御するアンテナ制御装置を備えている。アンテナ制御装置によるアンテナ切替は、現在選択している現用アンテナ，他のアンテナ間の相関係数を順番に測定し、回線モニタの値が基準値を下回った際に相関係数が最も小さいアンテナに切り替える方法で実施される。さらに、アンテナ制御装置には、列車の現在地情報に対するアンテナ切替情報を記憶するメモリを備えており、回線モニタの情報によらず、メモリ蓄積情報のみでアンテナ切替する空間ダイバーシチ受信方式が採用されている。

このような従来の列車無線システムでは、複数アンテナの設置位置について具体的な記載が無いが、列車に設けられるアンテナは設置スペース上の制約があるため、車両屋根上に搭載できるアンテナは１本のみで、運転室内に設置される棒状のホイップアンテナ１本と合わせた２本構成とするのが一般的である。棒状のホイップアンテナは、正面窓際に設置されることが多いが、電波が運転手の体で反射、吸収されること、窓枠サイズが正面窓に比べて小さいことから、左右窓からの輻射はあまり期待できない。

一方、基地局のアンテナは、特許文献１には具体的な記載が無いが、デジタル列車無線では、複数の基地局からの電波が干渉して受信電界レベルが落ち込まないようにする送信ダイバーシチ方式が実施されている。したがって、一般的な明かり区間（トンネル区間以外の区間）では、パンザマスト上に１波長程度離して設置された１対の八木アンテナが、トンネル区間や電波伝搬範囲を限定したい場合の明かり区間では、ＬＣＸ（Leaky Coaxial Cable；同軸漏洩ケーブル）２条が基本的に用いられる(複線トンネルでは２条（上下線兼用で用いるため）、単線トンネルでは上下線でそれぞれ２条の計４条が必要となる)。ＬＣＸ（アンテナ）は八木アンテナに比べて、材料、敷設費用が高額なため、回線設計で受信レベルに余裕がある場合は敷設数を減らす場合がある。

ＬＣＸ（アンテナ）を基地局のアンテナとして使用する場合、輻射方向がＬＣＸの長手方向に一様であり、列車側の棒状のホイップアンテナが左右窓からの輻射があまり期待出来ない事から車両の屋根上アンテナとの通信が主となるため、ＬＣＸの取り付け高さは車両の屋根の形成高さ程度にすることが多い。トンネル内では上記形成高さにＬＣＸを吊架することは可能であるが、明かり区間では、吊架に用いる支柱数が少ない事や乗客の視界の問題などから十分な高さにＬＣＸを吊架できない場合がある。

特許第２６０５６０６号公報

特許文献１で開示されたような従来の列車無線システムは以上のように構成されているため、受信機の回線モニタ値が基準値を下回らないとアンテナ切替要求が送出されず、現用アンテナより他アンテナの相関係数が小さくなっていても直ぐに最適なアンテナを選択できないという問題点があった。

また、メモリに蓄積した列車の現在地（現在位置）に対するアンテナ切替を実施すると、すれ違い列車や停車中の列車による電波の反射などの影響を受けるため、最適なアンテナを選択できないという問題点があった。一般的な適応等化器を用いた受信機で復調する場合、例えば、推定伝送路候補を用いた受信信号に基づく等化処理結果と既知の比較データ（同じ推定伝送路候補を用いた既知の信号に基づくデータ）との比較結果である誤差のみで推定伝送路候補を決定するため、誤って推定伝送路候補を決定してしまう問題点があった。

加えて、基地局のアンテナとしてＬＣＸ（アンテナ）を用いる場合、ＬＣＸが部分的に吊架出来ない箇所や吊架高さが低くなり回線品質に影響が出るという問題点があった。

このように、ダイバーシチ方式を用いた従来の列車無線システムでは、列車の受信部が精度良く推定伝送路候補を選択することができないという問題点を少なくとも有している。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、列車の受信部において推定伝送路候補を正確に選択することができる列車無線システムを得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載の列車無線システムは、線路上を走行する列車と少なくとも一つの基地局との間で無線通信を行う列車無線システムであって、前記列車は受信部を有し、前記受信部は、屋根上に設けた主アンテナと、前記屋根上を除く設置領域に各々が分散して設けられたＭ個（Ｍ≧２）の補助アンテナと、前記列車の現在位置を検出する位置検出部と、前記主アンテナの受信信号及び前記Ｍ個の補助アンテナのＭ個の受信信号である（Ｍ＋１）個の受信信号の受信内容に関連づけて複数の予備推定伝送路候補を規定した予備推定伝送路候補情報を記憶する推定伝送路候補記憶部と、前記位置検出部で検出された前記列車の現在位置に基づき、前記Ｍ個の補助アンテナそれぞれの有効／無効を判断し、前記予備推定伝送路情報から、無効と判断した前記補助アンテナの受信信号を除去して、Ｋ個（２≦Ｋ≦Ｍ）の有効受信信号に関連づけた前記複数の推定伝送路候補を規定した実推定伝送路候補情報に更新する推定伝送路候補情報更新部と、前記実推定伝送路候補情報を参照して、前記Ｋ個の有効受信信号に基づき、前記複数の推定伝送路候補のうち最適な推定伝送路候補である選択推定伝送路候補を用いて等化処理を実行する等化器を有する復調部とを備える。

請求項１記載の本願発明の列車無線システムの列車に搭載された受信部における推定伝送路候補更新部は、位置検出部で検出された列車の現在位置に基づき、Ｍ個の補助アンテナそれぞれの有効／無効を判断し、予備推定伝送路情報から、無効と判断した補助アンテナの受信信号を除去して、Ｋ個の有効受信信号に関連づけた複数の推定伝送路候補を規定した実推定伝送路候補情報に更新している。

このため、請求項１記載の本願発明は、列車の現在位置に応じて更新された実推定伝送路候補情報を参照してＫ個の有効受信信号に基づくことにより、正確に選択推定伝送路候補を選択して、精度良く受信処理を行うことができる。

この発明の実施の形態１における第１の態様である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図である。 図１で示した列車に搭載された受信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の第２の態様である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図である。 実施の形態１における推定伝送路候補情報更新部よる推定伝送路候補更新処理内容を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態２である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図である。 この発明の実施の形態３である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図である。 適応等化処理に用いられる従来の推定伝送路候補の構成例を模式的に示す説明図である。 複線トンネル内にＬＣＸを設けた場合における列車無線システムの問題点を示す前提技術の説明図である。 明かり区間にＬＣＸを設けた場合における列車無線システムの問題点を示す前提技術の説明図である。

＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１における第１の態様である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図であり、図２は図１で示した列車９内に設けられた車上局受信部１１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、各々が２つのアンテナＴＸ１及びＴＸ２を有する基地局１及び基地局２が線路２５沿いに設けられる。基地局１及び２それぞれの２つのアンテナＴＸ１及びＴＸ２からダイバーシチ送信された電波は、回折、反射をしながら空間を伝搬した後、列車９の屋根上に取り付けられた車両屋根上アンテナＭＴ１と、運転室の走行方向Ｄ９において、右側窓ガラス（図示せず）に貼られたフィルムアンテナＦＴ１、正面窓ガラス（図示せず）に貼られたフィルムアンテナＦＴ２、及び左側窓ガラス（図示せず）に貼られたフィルムアンテナＦＴ３とにより受信される。

図１で示す第１の態様の無線通信システムでは、列車９の車上局受信部１１の通信環境として、線路２５に沿って区間ＲＳ１、混在区間ＲＳ１２、及び区間ＲＳ２に分類される。区間ＲＳ１は基地局１と無線通信を行う区間であり、区間ＲＳ２は基地局２と無線通信を行う区間であり、混在区間ＲＳ１２は基地局１及び基地局２のうち一方または双方と通信を行う区間となる。

図２に示すように、列車９に搭載される車上局受信部１１は、上述した車両屋根上アンテナＭＴ１、フィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３に加え、内部に共用器２０、制御部３０及び復調部４０を主要構成として有している。

主アンテナである車両屋根上アンテナＭＴ１で受信された受信信号ＲＭ１と、補助アンテナである３つ（Ｍ＝３）のフィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３の受信信号ＲＦ１〜ＲＦ３とは、共用器２０を介して復調部４０に付与される。なお、共用器２０は、車両屋根上アンテナＭＴ１、フィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３を列車９の受信部と送信部（図２では図示せず）とで共用するために設けられている。

復調部４０に付与された受信信号ＲＭ１及び受信信号ＲＦ１〜ＲＦ３（４個（３（＝Ｍ）＋１）個の受信信号）は、復調部４０内に搭載された適応等化器４１により、選択された選択推定伝送路候補を用いて最大比合成され、伝送路の歪が取り除かれた後、復調部４０により復調される。

制御部３０は現在位置検出部３１、推定伝送路候補記憶部３２及び推定伝送路候補情報更新部３３より構成される。

現在位置検出部３１は列車９の現在位置Ｐ９を検出して推定伝送路候補情報更新部３３に出力する。なお、現在位置検出部３１は、基準位置からの列車９の車輪の回転数、列車９のトランスポンダ地上子、ＧＰＳ等、様々な方法を用いて現在位置Ｐ９を検出している。

推定伝送路候補記憶部３２は、主アンテナである車両屋根上アンテナＭＴ１の受信信号ＲＭ１及び３個の補助アンテナであるフィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３の受信信号ＲＦ１〜ＲＦ３の受信内容に関連づけてＮ個の予備推定伝送路候補を規定した予備推定伝送路候補情報を記憶している。

推定伝送路候補情報更新部３３は、現在位置検出部３１で検出された列車９の現在位置Ｐ９に基づき、フィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３それぞれの有効／無効を判断し、推定伝送路候補記憶部３２に格納された上記予備推定伝送路情報から、無効と判断したフィルムアンテナの受信信号及び各種パラメータ組合せを除去して、残存した有効受信信号及び有効な各種パラメータ組合せに関連づけた推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮを規定した推定伝送路候補情報Ｄ１（実推定伝送路候補情報）に更新する。そして、推定伝送路候補情報更新部３３は、推定伝送路候補情報Ｄ１を、推定伝送路候補記憶部３２における予備推定伝送路候補情報とは別の格納領域に保存する。

列車９の屋根上に取り付けられる車両屋根上アンテナＭＴ１は、周囲の障害物が少なく見通しが良い位置に取り付けられているため、基地局１，２からの電波を比較的高いレベルで受信できるが、１本の車両屋根上アンテナＭＴ１のみではフェージングの影響を受け、受信レベルが急激に低下する可能性がある。

この影響を避けるために別のアンテナを車両屋根上アンテナＭＴ１から離した位置に設置し、受信ダイバーシチ方式とすることが一般的に実施される。

そこで、本実施の形態では、実現性を考慮し、上述したように、車両屋根上アンテナＭＴ１に加え、補助アンテナとしてフィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３を用いた最大比合成による受信ダイバーシチ方式を用いている。

復調部４０に設けられる適応等化器４１は、実際の伝送路を推定するために、後に詳述する推定伝送路候補情報Ｄ１で規定された推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮから選択した選択推定伝送路候補を用いて、最大比合成による等化処理を実行して等化結果を得る。復調部４０は上記等化結果に基づく復調処理を行うことにより、受信信号ＲＭ１、受信信号ＲＦ１〜ＲＦ３に基づく受信処理が行われる。

多くの移動体通信では、移動体はあらゆる場所を移動し、伝送路の電波伝搬環境は時々刻々と変化していくため、多くの推定伝送路候補との比較を実施する必要があるが、列車９は、上述した現在位置検出部３１によって現在位置Ｐ９を認識することができ、同じ軌道（線路２５上）を走行するため、電波伝搬環境は通常の移動体通信と比較すると変化が少ない。

（第１の判断例）
例えば、図１で示す線路２５上を列車９が走行方向Ｄ９に向かって走行している場合、基地局１は、車両屋根上アンテナＭＴ１、走行方向Ｄ９において運転室の右側の窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ１、運転室の正面窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ２の見通しが良いため、受信信号ＲＭ１、ＲＦ１及びＲＦ２は有効な受信信号となると判断される。一方、走行方向Ｄ９において運転室の左側の窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ３の見通しが悪いため、受信信号ＲＦ３は有効な受信信号とならないと判断される。

（第２の判断例）
また、基地局２は、車両屋根上アンテナＭＴ１、走行方向Ｄ９において運転室の右側の窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ１の見通しが良いため、受信信号ＲＭ１及び受信信号ＲＦ１は有効な受信信号となると判断される。一方、走行方向Ｄ９おいて、運転室の正面窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ２、運転室の左側の窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ３の見通しが悪いため、受信信号ＲＦ２及びＲＦ３は有効な受信信号とならないと判断される。

（第３の判断例）。

図３はこの発明の実施の形態１の第２の態様である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図である。

図３に示すように、２つのアンテナＴＸ２を有する基地局２（図１参照）に代えて、ＬＣＸ（アンテナ）８０を有する基地局３が設けられる。ＬＣＸ８０は区間ＲＳ３において、列車９の線路２５の走行方向Ｄ９における左側に線路２５に沿って平行な位置関係で設けられる。

図３で示す第２の態様の無線通信システムでは、列車９の車上局受信部１１の通信環境として、線路２５に沿って区間ＲＳ１、及び区間ＲＳ３に分類される。区間ＲＳ１は基地局１と２つのアンテナＴＸ１を介した無線通信を行う区間であり、区間ＲＳ３は基地局３とＬＣＸ８０を介した無線通信を行う区間である。なお、列車９（車上局受信部１１）を含め他の構成は図１及び図２で示した第１の態様と同様である。

図３に示すように、区間ＲＳ３における線路２５上を列車９が走行方向Ｄ９に向けて走行している場合、基地局３のアンテナはＬＣＸ８０となっており電波の輻射方向が線路に対して、ほぼ直行するため、車両屋根上アンテナＭＴ１、走行方向Ｄ９における運転室の左側の窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ３の見通しが良く、受信信号ＲＭ１及びＲＦ３は有効な受信信号となると判断される。一方、走行方向Ｄ９において運転室の右側の窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ１、運転室の正面窓ガラスに貼りつけられているフィルムアンテナＦＴ２の見通しが悪いため、受信信号ＲＦ１及びＲＦ２は有効な受信信号とならないと判断される（第３の判断例）。

（従来の推定伝送路候補の選択）
図７は適応等化処理に用いられる従来の推定伝送路候補Ｙ１〜ＹＮの構成例を模式的に示す説明図である。同図に示すように、従来の適応等化処理では、図１で示した推定伝送路候補記憶部３２に記憶すべき伝送路候補群情報として、推定伝送路候補Ｙ１〜ＹＮが設定される。なお、推定伝送路候補は、基地局のアンテナから列車の受信部のアンテナまでの伝送路で発生する歪みや遅延する信号を組み合わせた候補を意味し、通常、多数の推定伝送路候補が存在する。

推定伝送路候補Ｙ１〜ＹＮはそれぞれ全てのアンテナＭＴ１及びＦＴ１〜ＦＴ３（の受信信号に設定される重み付けや位相調整内容）と各種パラメータ組合せ１〜Ｎによって規定されている。各種パラメータ組合せ１〜Ｎは推定伝送路候補Ｙ１〜ＹＮ毎に異なる内容に設定される。

したがって、復調部４０内の適応等化器４１に相当する構成部は、例えば、対応する推定伝送路候補Ｙｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を用いて受信信号ＲＭ１及びＲＦ１〜ＲＦ３に基づき得られる適応等化結果Ｅｉと比較データ（同じ推定伝送路候補Ｙｉを用いた既知の信号（シンボルデータ等）に基づくデータ）とを比較する。そして、適応等化器４１による相当する構成部は、推定伝送路候補Ｙ１〜ＹＮに基づく適応等化結果Ｅ１〜Ｅｎのうち比較データとの誤差が最も小さい適応等化結果Ｅｊ（ｊ＝１〜Ｎのうち、いずれか一つ）に対応する推定伝送路候補ｊを選択推定伝送路候補として選択する。

その後、適応等化器４１に相当する構成部は、選択推定伝送路候補ｊを使用して、受信信号ＲＭ１及びＲＦ１〜ＲＦ３に対する適応等化処理を行う。

しかしながら、図１，図３で示した第１及び第２の態様では、受信信号ＲＭ１及びＲＦ１〜ＲＦ３内に、有効な受信信号とならないと判断される受信信号を含む可能性が高いため、上述のように全ての受信信号ＲＭ１、ＲＦ１〜ＲＦ３に基づき、選択された選択推定伝送路候補は誤検出（誤って選択）される可能性が少なからずあった。

（推定伝送路候補情報更新部３３）
図４は本実施の形態における推定伝送路候補情報更新部３３よる推定伝送路候補更新処理内容を模式的に示す説明図である。

同図を参照して、列車９が走行する前の準備段階であるステップＳ０において、全てのアンテナＭＴ１及びＦＴ１〜ＦＴ３（の受信信号に設定される重み付けや位相調整内容）と各種パラメータ組合せ１〜Ｎとによって関連づけらえるＮ個の予備推定伝送路候補（図７で示した推定伝送路候補Ｙ１〜ＹＮに相当）を規定した予備推定伝送路候補情報を推定伝送路候補記憶部３２に予め記憶させておく。

なお、上述した各種パラメータとして、例えば、送信ダイバーシチ有無(基準位置からの車輪の回転数、トランスポンダ地上子、ＧＰＳの位置情報等により当該位置が送信ダイバーシチの適用範囲かどうか)及びサンプリングタイミング等が考えられる。

上述したステップＳ０の準備段階を終えた後、列車１８の走行時におけるステップＳ１において、現在位置検出部３１によって列車９の現在位置Ｐ９を検出する。

そして、ステップＳ２において、推定伝送路候補情報更新部３３は、現在位置検出部３１から受けた現在位置Ｐ９に基づき、ステップＳ０で準備した予備推定伝送路候補情報で規定されたＮ個の予備推定伝送路候補から、不要な情報を削除して推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮに更新する。

推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮを規定した推定伝送路候補情報Ｄ１が、実際に適応等化器４１による適応等化処理に用いられる情報として推定伝送路候補記憶部３２に予備推定伝送路候補情報とは別の格納領域に独立して保存される。なお、不要な情報の有無を判断する判断基準としては、例えば、図１を用いて示した上記第１の判断例,第２の判断例や、図３を用いて示した上記第３の判断例がある。すなわち、現在位置Ｐ９から推測される対象基地局、構成、アンテナの位置などの情報を元に有効な受信信号とならないと判断することこができる。

図４の例では、２重取消線で示した箇所が不要情報として除外された箇所を示している。すなわち、不要な情報としてフィルムアンテナＦＴ１より得られる受信信号ＲＦ１が選択され、不要な各種パラメータ組合せとして、推定伝送路候補Ｃ２，Ｃ４で用いたパラメータ組合せ２，４が選択された例を示している。

このように、推定伝送路候補情報更新部３３は、現在位置検出部３１で検出された列車９の現在位置Ｐ９に基づき３個のフィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３それぞれの有効／無効を判断している。

そして、推定伝送路候補情報更新部３３は、予備推定伝送路情報から、無効と判断したフィルムアンテナＦＴ１の受信信号を除去して、３個（＝Ｋ；２≦Ｋ≦Ｍ）の有効受信信号ＲＭ１，ＲＦ２，ＲＦ３に関連づけて推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮを新たに規定した推定伝送路候補情報Ｄ１（実推定伝送路候補情報）を得る推定伝送路候補情報更新処理を実行している。

さらに、推定伝送路候補情報更新部３３は、予備推定伝送路情報から、現在位置Ｐ９に基づき無効と判断した各種パラメータ組合せ２，４に関し、対応する推定伝送路候補との関連性を無効にして新たに推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮを規定した推定伝送路候補情報Ｄ１を得ている。

したがって、復調部４０内の適応等化器４１は、図４の例の場合、各推定伝送路候補Ｃｉ（ｉ＝１〜Ｎ）と３個の有効受信信号ＲＭ１、ＲＦ２，及びＲＦ３を用いて行う適応等化結果Ｅｉと比較データとを比較し、推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮに基づく適応等化結果Ｅ１〜Ｅｎのうち比較データとの誤差が最も小さい適応等化結果Ｅｊに対応する推定伝送路候補Ｃｊを選択推定伝送路候補として選択する。

このように、適応等化器４１は、現在位置Ｐ９に基づき不要な受信信号、や各種パラメータ組合せが除去された推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮを規定した推定伝送路候補情報Ｄ１を用いることにより、従来構成に比べてより正確に選択推定伝送路候補を選択することができる。

なお、推定伝送路候補情報更新部３３による推定伝送路候補情報更新処理、及び適応等化器４１による選択推定伝送路候補の選択処理は短時間のサイクルで繰り返し実行されることにより、常に最適な選択推定伝送路候補を選択することができる。

そして、適応等化器４１は選択推定伝送路候補を用いた等化処理を行い、復調部４０は、適応等化器４１による等化処理結果に基づき、受信信号ＲＭ１及びＲＦ１〜ＲＦ３の復調することにより、高い通信回線品質を得ることができる。

実施の形態１の列車無線システムの車上局受信部１１における制御部３０の推定伝送路候補情報更新部３３は、現在位置検出部３１で検出された列車９の現在位置Ｐ９に基づき、３個のフィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３それぞれの有効／無効を判断し、予備推定伝送路情報から、無効と判断したフィルムアンテナの受信信号を除去した有効受信信号に関連づけてＮ個の推定伝送路候補Ｃ１〜ＣＮを新たに規定した推定伝送路候補情報Ｄ１（実推定伝送路候補情報）に更新している。

このため、実施の形態１の列車無線システムは、列車９の現在位置Ｐ９に応じて更新された（実）推定伝送路候補情報Ｄ１を参照して有効受信信号のみに基づくことにより、正確に選択推定伝送路候補を選択して、精度良く受信処理を行うことができる結果、従来の列車無線システムと比較して高い通信回線品質を得ることができる。

このように、実施の形態１の列車無線システムは、ダイバーシチ受信精度を高めことができるため、最適な位置に基地局を設置することにより、基地局設置台数の削減によるシステムにおける省エネルギー化を図ることができる。

さらに、推定伝送路候補情報更新部３３は列車９の現在位置Ｐ９に基づき、Ｎ個の各種パラメータ組合せそれぞれの有効／無効を判断し、無効と判断した各種パラメータ組合せを除去することにより、より正確に選択推定伝送路候補を選択することができる。

＜実施の形態２＞
（前提技術）
図８は複線トンネル内にＬＣＸを設けた場合における列車無線システムの問題点を示す前提技術の説明図である。同図に示すように、トンネル１５内に上下線となる２本の線路２６及び２７が互いに平行に設けられている複線トンネル構成の場合、線路２６及び２７の両側に２条構成となるＬＣＸ８１，８３を設ければ、線路２６及び線路２７それぞれを走行する２種類の列車との通信が一般的に行える。

ところが、図８に示すように、トンネル１５の内部の一部において線路２６と線路２７とを隔てる壁５０が存在する場合、壁５０が存在する箇所でもＬＣＸが２条構成の送信ダイバーシチとなるように、基地局４の出力を２分配器７０Ａ及び７０Ｂにより分配してＬＣＸを接続している。

具体的には、２分配器７０Ａから２分配された一方のＬＣＸ８１はトンネル１５内全長において線路２６側のトンネル１５の一方端部（図中上方）に線路２６に沿って形成され、他方のＬＣＸ８２は線路２７側の壁５０の全側面に沿って形成される。

また、２分配器７０Ｂから２分配された一方のＬＣＸ８３はトンネル１５内全長において線路２７側のトンネル１５の他方端部（図中下方）に線路２７に沿って形成され、他方のＬＣＸ８４は線路２６側の壁５０の全側面に沿って形成される。

このように構成することにより、基地局４は、トンネル１５内において、壁５０が形成されていない通常区間ではＬＣＸ８１，８３を用いて線路２６，２７を走行する列車と通信（ダイバーシチ送信）を行うことができる。一方、壁５０が形成されている特殊区間（ＬＣＸ通信不能区間）では、線路２６を走行する列車に対してはＬＣＸ８１，８４を用い、線路２７を走行する列車に対してはＬＣＸ８２，８３を用いて通信（ダイバーシチ送信）を行うことができる。

しかしながら、図８で示す前提技術では、壁５０が形成される特殊区間に合計４つのＬＣＸ８１〜８４を設ける必要がある点、ＬＣＸ８１，８２用及びＬＣＸ８３，８４用に２分配器７０Ａ及び７０Ｂが余分に必要になる点等、コストが嵩むという問題点があった。

また、強度などの関係で壁５０にＬＣＸ８２及び８４を吊架によって設けることができない等の理由で実現困難な問題点もあった。そこで、図８で示した前提技術のこれらの問題点の解消を図ったのが以下で述べる実施の形態２である。

（実施の形態２の具体的構成）
図５はこの発明の実施の形態２である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図である。

同図に示すように、トンネル１５内に上下線となる２本の線路２６及び２７（第１及び第２の線路）が平行に設けられている複線トンネル構成を呈しており、基地局４（ＬＣＸ用基地局）は、トンネル１５内において線路２６及び２７の両側に２条構成で設けられるＬＣＸ（アンテナ）９１（９１ａ，９１ｂ），９２（９２ａ，９２ｂ）を有している。

ＬＣＸ９１（第１のＬＣＸアンテナ）は方向性結合器７１のスルーポートを介して、２つのＬＣＸ９１ａ及び９１ｂ（第１の一対のＬＣＸ）が結合されて構成されており、ＬＣＸ９２（第２のＬＣＸアンテナ）は方向性結合器７２のスルーポートを介して、２つのＬＣＸ９２ａ及び９２ｂ（第２の一対のＬＣＸ）が結合されて構成されている。

そして、図８に示した前提技術と同様に、トンネル１５の内部の一部において線路２６と線路２７とを隔てる壁５０が存在している。

実施の形態２では、基地局４はさらにアンテナ９５及び９６（第１及び第２の代替アンテナ）を有しており、線路２７側の壁５０の側面付近にアンテナ９５が設けられ、線路２６側の壁５０の側面付近にアンテナ９６が設けられる。アンテナ９５は同軸ケーブル７５を介して反対側の方向性結合器７１のカップリングポートに接続され、アンテナ９６は同軸ケーブル７６を介して反対側の方向性結合器７２のカップリングポートに接続される。

方向性結合器７１及び７２は、ＬＣＸで伝送する電波の一部を抜き出すために用いるものであり、ＬＣＸ９１ａ，９１ｂ間及びＬＣＸ９２ａ，９２ｂ間に挿入損失(１ｄＢ以下程度)が発生するが、２０ｄＢダウン程度のレベルで電波を抜き出し、アンテナ９５及び９６に給電することができる。

なお、線路２６及び２７を走行する列車１８及び１９（図５では図示せず）は図２で示した列車９と車上局受信部１１を含めて同一構成でもよく、同一構成でなくとも、少なくとも車両屋根上アンテナＭＴ１を用いた通信機能を有すれば良い。

実施の形態２の列車無線システムは上述のように構成することにより、基地局４は、トンネル１５内において、壁５０が形成されていない通常区間はＬＣＸ９１（９１ａ，９１ｂ），９２（９２ａ，９２ｂ）を用いて線路２６，２７を走行する列車１８及び１９との通信を行うことができる。

一方、壁５０が形成されている特殊区間（ＬＣＸ通信不能区間（ＬＣＸ９１，列車１９間及びＬＣＸ９２，列車１８間が通信不能となる区間））は、線路２６を走行する列車１８に対してはＬＣＸ９１とアンテナ９６とを用い、線路２７を走行する列車１９に対してはアンテナ９５とＬＣＸ９２とを用いて通信を行うことができる。このように、基地局４は、壁５０が存在する特殊区間においても送信ダイバーシチを実現することができる。

上述したように、アンテナ９５及び９６は方向性結合器７１及び７２のカップリングポートに同軸ケーブル７５及び７６の先端を接続することにより、壁５０を隔てて存在する方向性結合器７１及び７２に結合することができる。また、アンテナ９５及び９６の種別としては、カバーしたい方向が一方向の場合は八木アンテナ、多方向の場合は無指向性のスリーブアンテナ、モノポールアンテナを用いる。図５で示す場合、無指向性のアンテナが適している。

なお、方向性結合器７１，７２のカップリングポートにおけるアンテナ９５，９６との結合度は２０〜３０ｄＢ程度であるが、ＬＣＸ自体の結合損失（６０〜７０ｄＢ程度）より小さいので、実用上問題にはならない。また、ＬＣＸ９１ｂ及びＬＣＸ９２ｂの方向性結合器７１及び７２のスルーポート間の結合に１ｄＢ程度の挿入損失が発生するが、基地局４の出力に図８で示す様な２分配器７０Ａ及び７０Ｂ(挿入損失３．５ｄＢ程度)が無くなるため、実用上問題は無い。

以上のように、ＬＣＸ９１，９２、アンテナ９５，９６及び方向性結合器７１，７２を用いて基地局４のアンテナを構成することにより、比較的安価な構成で従来の列車無線システムと同等の回線品質を得ることができる。

このように、実施の形態２の列車無線システムでは、ＬＣＸ９１，９２（第１及び第２のＬＣＸアンテナ）と列車１８及び１９との無線通信が遮断される、壁５０が設けられた特殊区間（ＬＣＸ通信不能区間）において、ＬＣＸ９１，９２に代替するＬＣＸ以外の種別の第１及び第２の代替アンテナであるアンテナ９５及び９６を方向性結合器７１及び７２を介してＬＣＸ９１及び９２に結合する態様で設けている。

このため、実施の形態２の列車無線システムは、図８で示したような代替用のＬＣＸ及び２分配器を設けることなく比較的簡単な構成で、トンネル１５内の全区間（ＬＣＸ設置区間の全領域）において、ＬＣＸ用基地局である基地局４と線路２６及び線路２７上を走行する列車１８及び１９との無線通信を行うことができる。

＜実施の形態３＞
（前提技術）
図９は明かり区間にＬＣＸを設けた場合における列車無線システムの問題点を示す前提技術の説明図である。同図に示すように、上下線となる２本の線路２６及び２７が平行に設けられている明かり区間の一部において、線路２８及び２９の両側に２条構成となるＬＣＸ６１，６２を設ければ、線路２８及び線路２９上を走行方向Ｄ１８及びＤ１９として方向するする列車１８及び１９とのＬＣＸ６１及び６２による通信が一般的に行える。したがって、基地局５から２分配器７０を介して設けられたＬＣＸ６１及び６２の設置区間に列車１８及び１９をコントロールする信号を送信することができる。

また、図９に示すように、ＬＣＸ６１及び６２の設置区間内において列車１８及び１９が互いにすれ違う状態（以下、単に「列車すれ違い状態」と略記する場合有り）が想定される。

このよう列車すれ違い状態においても、ＬＣＸ６１及び６２の形成高さが列車１８及び１９の車両屋根以上であれば、列車１８に対してはＬＣＸ６１を用いた車両屋根上アンテナＭＴ１との通信が行え、列車１９に対してはＬＣＸ６２を用いた車両屋根上アンテナＭＴ１との通信を行うことができる。

しかしながら、ＬＣＸ敷設はトンネル内では、列車１８及び１９に車両屋根（車両屋根上アンテナＭＴ１の設置高さ）と同等の高さにＬＣＸ６１及び６２を吊架することを比較的簡単に実現できるのに対し、明かり区間では、景観上の観点などからＬＣＸ６１及び６２を低い位置にしか吊架できず、ＬＣＸ６１及び６２の設置高さは列車１８及び１９の屋根の形成高さより低くなる可能性が高い。

上記のような設置位置が低いＬＣＸ６１及び６２では、列車すれ違い状態の場合、ＬＣＸ６１，列車１８の車両屋根上アンテナＭＴ１間の通信、ＬＣＸ６２，列車１９の車両屋根上アンテナＭＴ１間の通信が行えない。なぜなら、ＬＣＸ６１，列車１８の車両屋根上アンテナＭＴ１間の通信を列車１８の車両自体が遮断し、ＬＣＸ６２，列車１９の車両屋根上アンテナＭＴ１間の通信を列車１９の車両自体が遮断するからである。

すなわち、図９で示す様な前提技術では、明かり区間に設けた設置位置が低いＬＣＸ６１及び６２による列車１８及び１９との通信が、列車１８及び１９による列車すれ違い状態の発生時に不能となる問題点があった。そこで、図９で示した前提技術の問題点の解消を図ったのが以下で述べる実施の形態３の列車無線システムである。

（実施の形態３の具体的構成）
図６はこの発明の実施の形態３である列車無線システムの全体構成の概要を示す説明図である。

同図に示すように、明かり区間内に上下線となる２本の線路２８及び２９（第１及び第２の線路）が平行に設けられている複線構成を呈しており、明かり区間の一部において、線路２８及び２９の両側に２条構成となる一対のＬＣＸ（アンテナ）５１，５２が設けられている。ＬＣＸ５１及び５２は基地局５（ＬＣＸ用基地局）から２分配器７０を介して設けられている。なお、ＬＣＸ６１及び６２の設置高さは列車１８及び１９の屋根の形成高さより低い高さになっている。

線路２８及び線路２９上を互いに反対方向となる走行方向Ｄ１８及びＤ１９（第１及び第２の走行方向）とする列車１８及び１９（第１及び第２の列車）が走行する。なお、列車１８及び１９は図２で示した列車９と車上局受信部１１を含めて同一構成でもよく、同一構成でなくとも、少なくとも車両屋根上アンテナＭＴ１を用いた通信機能を有すれば良い。

ＬＣＸ６１及び６２の設置高さが列車１８及び１９の屋根の形成高さより低い場合、前提技術で述べたように、列車１８の車両屋根上アンテナＭＴ１とＬＣＸ５１とが通信不能となる。しかし、列車１８から線路２９の形成幅以上隔てた比較的遠い位置に設けられるＬＣＸ５２とは、列車１８の車両屋根上アンテナＭＴ１から見通しがあるため、離隔損失が発生するものの受信可能なレベルとなる。すなわち、列車１８及び１９の列車すれ違い状態でなければ、図６に示すように、列車１８の車両屋根上アンテナＭＴ１とＬＣＸ５２との間、列車１９の車両屋根上アンテナＭＴ１とＬＣＸ５１との間で通信可能となる。

そこで、列車１８及び１９の車両の長さ、運転速度等を考慮して、ＬＣＸ５１，５２の線路２８及び２９に沿った形成長Ｌ５１（Ｌ５２）を設定する。すなわち、列車１８及び１９の列車すれ違い状態が発生しても、必ず、列車１８の車両屋根上アンテナＭＴ１とＬＣＸ５２との通信、列車１９の車両屋根上アンテナＭＴ１とＬＣＸ５１との通信を行う時間帯が発生する長さに形成長Ｌ５１を設定する。

以下、形成長Ｌ５１の設定例についてに説明する。最悪条件として、すれ違い列車状態で停車している場合が考えた場合、ＬＣＸ通信に通常必要な長さ＋すれ違い列車の車両長（列車１８，列車１９の中で最長の車両長）の長さに形成長Ｌ５１を設定する。なお、通常必要な長さは、列車速度と無線通信システムでの受信回数で決まる。例えば、６４０ｍｓｅｃに１回の信号を１０回受信する場合、時速１００ｋｍ(秒速２７.８ｍ)の場合、１７７．８ｍ程度、時速６０ｋｍ（秒速１６．７ｍ）の場合は１０６．７ｍ程度となる。この通常必要な長さに、すれ違い列車の車両長さ(最大６両編成の場合、２０ｍ×６両＝１２０ｍ)の長さを加えた長さ以上に形成長Ｌ５１を設定すれば、列車すれ違い状態で列車１８及び１９が停車していても問題無く規定回数の信号を受信することができる。

その結果、列車１８及び１９の列車すれ違い状態により基地局５からの受信が一時的に不可能となっても、ＬＣＸ５１及び５２の形成区間内において、列車すれ違い状態が生じていない区間で列車１８及び１９は必ず受信することができ、列車１８及び１９による列車すれ違い状態の影響を受けることなく、基地局５，列車１８（１９）間の通信が行える列車無線システムを得ることができる。したがって、ＬＣＸ５１及び５２を設けることによる景観上の問題も無く、ＬＣＸ５１及び５２の設置高さを列車１８及び１９の車両屋根以上に設定可能であった列車無線コントロールシステムと同等の品質を得ることができる。

実施の形態３の無線通信システムは、一対のＬＣＸ５１及び５２のＬＣＸ設置区間の形成長Ｌ５１は、列車１８及び１９の車両長及び走行速度に基づき、列車１８及び１９の列車すれ違い状態においても、上記ＬＣＸ設置区間の少なくとも一部において、ＬＣＸ５１，列車１９間、ＬＣＸ５２，列車１９間の無線通信が可能になる長さに設定されている。

このため、実施の形態３の列車無線システムは、景観を損ねることなく設けた一対のＬＣＸ５１及び５２のＬＣＸ設置区間において必ず、ＬＣＸ５１及び５２を用いた列車１８及び１９，基地局５（ＬＣＸ用基地局）間の無線通信が可能となる効果を奏する。

＜その他＞
図２で示した、推定伝送路候補情報更新部３３、復調部４０、適応等化器４１は、例えば、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行することが可能である。

推定伝送路候補記憶部３２は、例えば、ＨＤＤ、ＤＶＤ、メモリなどによって構成される。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。例えば、フィルムアンテナＦＴ１〜ＦＴ３に代えて、棒状のホイップアンテナを用いても良い。

１〜５ 基地局、９，１８，１９ 列車、１１ 車上局受信部、１５ トンネル、２５〜２９ 線路、３０ 制御部、３１ 現在位置検出部、３２ 推定伝送路候補記憶部、３３ 推定伝送路候補情報更新部、４０ 復調部、４１ 適応等化器、５０ 壁、７０ ２分配器、７１，７２ 方向性結合器、５１，５２，８０，９０（９０ａ，９０ｂ），９１（９１ａ，９１ｂ） ＬＣＸ（アンテナ）、ＦＴ１〜ＦＴ３ フィルムアンテナ、ＭＴ１ 車両屋根上アンテナ。

Claims (4)

1. 線路上を走行する列車と少なくとも一つの基地局との間で無線通信を行う列車無線システムであって、
   前記列車は受信部を有し、
   前記受信部は、
   屋根上に設けた主アンテナと、
   前記屋根上を除く設置領域に各々が分散して設けられたＭ個（Ｍ≧２）の補助アンテナと、
   前記列車の現在位置を検出する位置検出部と、
   前記主アンテナの受信信号及び前記Ｍ個の補助アンテナのＭ個の受信信号である（Ｍ＋１）個の受信信号の受信内容に関連づけて複数の予備推定伝送路候補を規定した予備推定伝送路候補情報を記憶する推定伝送路候補記憶部と、
   前記位置検出部で検出された前記列車の現在位置に基づき、前記Ｍ個の補助アンテナそれぞれの有効／無効を判断し、前記予備推定伝送路情報から、無効と判断した前記補助アンテナの受信信号を除去して、Ｋ個（２≦Ｋ≦Ｍ）の有効受信信号に関連づけた前記複数の推定伝送路候補を規定した実推定伝送路候補情報に更新する推定伝送路候補情報更新部と、
   前記実推定伝送路候補情報を参照して、前記Ｋ個の有効受信信号に基づき、前記複数の推定伝送路候補のうち最適な推定伝送路候補である選択推定伝送路候補を用いて等化処理を実行する等化器を有する復調部とを備える、
   列車無線システム。
2. 請求項１記載の列車無線システムであって、
   前記線路は互いに隣接して敷設される第１及び第２の線路を含み、
   前記列車は前記第１及び第２の線路上を走行する第１及び第２の列車を含み、
   前記少なくとも一つの基地局は、
   ＬＣＸ設置区間において前記第１及び第２の線路からなる複数線路の両側部に沿って設けた第１及び第２のＬＣＸアンテナを用いて前記第１及び第２の列車との無線通信を行うＬＣＸ用基地局を含み、前記第１及び第２のＬＣＸアンテナは前記第１及び第２の線路側に設けられ、
   前記ＬＣＸ用基地局は、
   前記第１のＬＣＸアンテナと前記第２の列車との無線通信、及び前記第２のＬＣＸアンテナと前記第１の列車との無線通信が遮断される前記ＬＣＸ設置区間内の一部区間であるＬＣＸ通信不能区間に設けられ、前記第１及び第２のＬＣＸアンテナと異なる種別の第１及び第２の代替アンテナをさらに有し、前記第１及び第２の代替アンテナは前記ＬＣＸ通信不能区間における前記第２及び第１の列車との通信用に設けられ、
   前記第１のＬＣＸアンテナは、第１の方向性結合器を介して結合される第１の一対の部分ＬＣＸにより構成され、前記第２のＬＣＸアンテナは、第２の方向性結合器を介して結合される第２の一対の部分ＬＣＸにより構成され、
   前記第１の代替アンテナは前記第１の方向性結合器を介して前記第１のＬＣＸアンテナと結合され、前記第２の代替アンテナは前記第２の方向性結合器を介して前記第２のＬＣＸアンテナと結合される、
   列車無線システム。
3. 請求項１記載の列車無線システムであって、
   前記線路は互いに隣接して敷設される第１及び第２の線路を含み、
   前記列車は互いに反対方向となる第１及び第２の走行方向に向かって、前記第１及び第２の線路上を走行する第１及び第２の列車を含み、
   前記少なくとも一つの基地局は、
   ＬＣＸ設置区間において前記第１及び第２の線路からなる複数線路の両側部に沿って設けた一対のＬＣＸアンテナを用いて前記第１及び第２の列車との無線通信を行うＬＣＸ用基地局を含み、前記一対のＬＣＸアンテナの設置高さは前記第１及び第２の列車の屋根の形成高さより低く設定され、
   前記ＬＣＸ設置区間は前記第１及び第２の列車の車両長及び走行速度に基づき、前記第１及び第２の列車がすれ違う場合においても、前記ＬＣＸ設置区間の少なくとも一部において、前記一対のＬＣＸアンテナの少なくとも一方と前記第１及び第２の列車との無線通信が行える長さに設定されることを特徴とする、
   列車無線システム。
4. 請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載の列車無線システムであって、
   前記Ｍ個の補助アンテナは、前記列車の進行方向において、右、前方及び左の窓に貼付された３個のフィルムアンテナを含む、
   列車無線システム。

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