JP6211935B2 - 地上通信装置、車上通信装置およびそれらから構成される無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の親局と複数の子局間で通信を行う無線通信システム、特に、親局が地上局および子局が列車のような移動体車両であり、無線により移動体車両を制御する無線制御システムに適用される無線通信システムに関する。

本技術分野の背景技術として、特開平８−１０２７０７号公報（特許文献１）がある。
この公報では、複数の基地局にそれぞれ互いに異なる送信タイムスロットが割り当てられ、基地局では割り当てタイムスロットによって、同一の情報を、同一送信無線周波数を用いて送信信号として送出し、一方、受信局では複数の基地局から送信信号を受けた際、正常に受信できた送信信号のみを受信信号とする移動通信システムが記載されている。

特開平８−１０２７０７号公報

特許文献１に記載の技術は、サービスエリア内において同一周波数を使用する複数の基地局（以下、「地上局」と称す）が相互の電波干渉を解消するための発明であり、複数の地上局には互いに異なる送信タイムスロットを割り当てるため、地上局数だけ送信タイムスロットを確保する必要がある。また、地上局を増設すると、増設した地上局の数だけ送信タイムスロットを増やす必要があり、増加した送信タイムスロットの時間だけ同じ送信データ（例えば、特許文献１の図２に示される「Ａ」、「Ｂ」あるいは「Ｃ」）を送信する時間が増加して通信スループットが低下する、という問題がある。

そこで、本発明では、複数の地上局が複数の列車とデータを送受信する無線通信システムにおいて、使用可能な周波数が複数確保できず、複数の地上局が同一の周波数を使用した場合でも、地上局の数だけ送信タイムスロットを確保する必要がなく、送信タイムスロットの数が地上局の数に依存せず、地上局が増設されても通信スループットに影響しない無線通信システムを提供することを目的とする。
なお、以下では、本発明における、ある地上局（親局）が列車などの移動体車両（子局）との間で通信を可能にする場所の範囲のことを、その地上局の「セル」と称す。

上記課題を解決するために、所定の経路上を移動する複数の移動体車両と、所定の経路に沿って連続して設置される複数の地上局とを備え、経路上の任意の地点に存在する移動体車両とこれに隣接する少なくとも２局の地上局とが常に無線通信を可能にするために、複数の地上局を複数のグループに分け、同じグループに所属する地上局は同一タイミングで一定時間同一周波数の電波を送信し、かつ、複数のグループ間で一定時間ごとに同一周波数の電波を循環的に切り替えて送信する無線通信システムを構成する。

本発明によれば、複数の地上局が複数の移動体車両とデータを送受信する無線通信システムにおいて、複数の地上局が同一の周波数を使用した場合でも、送信タイムスロットの数は地上局の数に依存せず、地上局が増設されても通信スループットに影響を与えない無線通信システムを提供できる。

さらに、移動体車両は任意の地点で複数の地上局と通信することが可能となり、ある地上局が故障して通信不可能な状態に陥った場合でも、故障した地上局と本来通信可能な区間内に存在する移動体車両が通信途絶をすることなく、データの送受信を継続可能にする信頼性の高い無線通信システムを提供できる。すなわち、複数の地上局が同一の周波数を使用してセルを多重化することにより、使用する周波数を最小限に抑え、かつ信頼性の高い無線通信システムを提供できる。

実施例１において地上局と列車とが無線通信する方法を示す図である。 実施例１に係る無線通信システムの構成を示す図である。 実施例１において複数の地上局を設置する方法を示す図である。 実施例１において地上局送信切替制御情報を同報する例を示す図である。 実施例１において列車制御情報に宛先情報を付加する例を示す図である。 実施例２に係る無線通信システムの地上局の構成を示す図である。 実施例３に係る無線通信システムの地上局の送信動作を示す図である。 実施例４に係る無線通信システムの地上局の送信動作を示す図である。 実施例５に係る無線通信システムの構成を示す図である。 実施例５に係る無線通信システムの地上局の送信動作を示す図である。 実施例６に係る無線通信システムの地上局の構成および動作を示す図である。 実施例６において４グループ構成の地上局の送信動作を示す図である。 実施例１において地上局の送信タイミングを示す図である。 実施例２において地上局の送信タイミングを示す図である。 実施例３において地上局の送信タイミングを示す図である。 実施例６において４グループ構成の地上局の送信タイミングを示す図である。 実施例１において列車に設置する無線通信アンテナを示す図である。 実施例１に係る無線通信システムの別の構成を示す図である。 実施例１において３グループ構成の地上局を設置する方法を示す図である。 実施例１において３グループ構成の地上局の送信動作を示す図である。 実施例１において３グループ構成の地上局の送信タイミングを示す図である。

以下、本発明の実施形態として、実施例１〜実施例６について図面を用いて順に説明する。

図２に、実施例１に係る無線通信システムの一構成例を示す。
図２に示す無線通信システムでは、中央局１００と複数の地上局１が幹線ネットワーク６０に接続され、列車制御装置１０１が支線ネットワーク６１を介して中央局１００に接続されている。各地上局１は、列車５の走行経路６の沿線に設置され、無線ネットワーク６２を介して、走行経路６上を走行する複数の列車５と通信を行う。なお、幹線ネットワーク６０および支線ネットワーク６１は、ネットワークの信頼性向上のため伝送路を多重化してもよい。

複数の列車５は、自車の走行位置や走行速度、車載機器の動作状態などを示す列車状態情報５１を周期的に生成し、無線ネットワーク６２へ送信する。列車状態情報５１を無線ネットワーク６２から受信した地上局１は、列車状態情報５１を幹線ネットワーク６０を介して中央局１００へ送信する。中央局１００は、幹線ネットワーク６０から受信した列車状態情報５１を、支線ネットワーク６１を介して列車制御装置１０１へ送信する。

列車制御装置１０１は、各列車５から送られてきた列車状態情報５１を基にして、各列車５に対して、それぞれ停止位置や走行速度、車載機器に対する制御情報などを示す列車制御情報５０を周期的に生成し、支線ネットワーク６１を介して中央局１００へ送信する。列車制御情報５０を支線ネットワーク６１から受信した中央局１００は、幹線ネットワーク６０を介して列車制御情報５０を全地上局１あるいは特定の地上局１へ送信する。

なお、各列車５に対する列車制御情報５０は、全列車分を一つに纏めて送信してもよいし、各列車分を別々に送信してもよい。実施例１では、列車制御情報５０は全列車分を一つに纏めて送信するものとして説明する。

列車制御情報５０を受信した地上局１は、列車制御情報５０を無線ネットワーク６２へ送信する。列車制御情報５０を無線ネットワーク６２から受信した列車５は、列車制御情報５０の内容に従い自車を制御する。

なお、無線ネットワーク６２としては、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格やＩＥＥＥ８０２．１５規格などで規定された無線ローカルエリアネットワークを使用してもよいし、ＧＳＭ−Ｒのような鉄道専用の無線通信ネットワーク、あるいは、ＷｉＭＡＸやＬＴＥなどの無線公衆網を使用してもよい。

また、幹線ネットワーク６０および支線ネットワーク６１としては、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３規格やＩＥＥＥ８０２．１７規格などで規定された有線ネットワークを使用してもよいし、また、上記無線ネットワーク６２と同様に、無線ローカルエリアネットワーク、鉄道専用の無線通信ネットワーク、あるいは、無線公衆網を使用してもよい。

ところで、図２では、中央局１００と各地上局１をリング形状の幹線ネットワーク６０で接続する構成を示したが、図１８に示すように、スター形状の幹線ネットワーク６０で接続してもよい。図１８に示す幹線ネットワーク中継装置６００は、例えば、リピータハブ、スイッチングハブ、ルータなどの中継装置である。
なお、幹線ネットワーク６０の形状としては、図２や図１８の他にも、バス形状やデイジーチェーン形状も可能である。いずれの形状でも、本発明に係わる地上局１の動作には影響しないので説明は省略する。

次に、図３を用いて複数の地上局１を設置する方法について説明する。
なお、図３では、地上局１の構成に絞り、列車制御装置１０１、中央局１００、幹線ネットワーク６０、支線ネットワーク６１、無線ネットワーク６２などの図示は省略している。

図３に示すように、複数の地上局１は列車５の走行経路６に沿って設置される。このとき、列車５が、走行経路６の任意の位置にあっても、２局以上の地上局１との間で常に通信が可能であるように、すなわち、走行経路６の任意の位置で２個以上のセル９が重複するように、地上局１の設置場所を決定する。例えば、図３では、地上局ｅのセル９は、左端が左側の隣接局である地上局ｄの付近まで、右端が右側の隣接局である地上局ｆの付近までとして、走行経路６の地上局ｄと地上局ｅの間は、地上局ｄと地上局ｅのセル９が重複するようにする。同様に、走行経路６の地上局ｅと地上局ｆの間は、地上局ｅと地上局ｆのセル９が重複するようにする。他の地上局１も同様に、それぞれの隣接局のセル９が重複するように設置する。

次に、図１を用いて、各地上局１が列車５と無線通信する方法について説明する。
まず、複数の地上局１を２組のグループに分ける。第１グループの地上局１は、地上局ａ、ｃ、ｅおよびｇ、第２グループの地上局１は、地上局ｂ、ｄ、ｆおよびｈとする。すなわち、２組のグループの場合には、地上局１を１局おきに同一グループとする。

第１および第２グループ共に、同じグループに所属しかつ送信すべきデータがある地上局１は、全て同一周波数ｆ_１で同じタイミングで電波を送信する。
ただし、第１グループの地上局１と第２グループの地上局１とは送信するタイミングが重ならないようにし、一定の時間間隔で送信するグループを交互に切り替える。すなわち、図１３に示すように、第１グループの地上局１はタイムスロット１のタイミングで送信し、第２グループの地上局１はタイムスロット２のタイミングで送信する。以下同様に、一定の時間間隔でタイムスロットを交互に切り替える。なお、図１３では、送信機会の公平性を確保するために、第１および第２グループ共に送信時間（一定の時間間隔）をいずれもΔｔとしているが、グループごとに時間間隔を変えてもよい。

図１に示すように、同一周波数で送信する第１および第２グループの各地上局１に対して、交互に送信タイミングを与えることで、走行経路６上を走行する列車５は、常時いずれかのグループに属する地上局１のセル９内に存在することになるから、送信する地上局１が一定の時間間隔で切り替わっても列車５は通信を継続することができる。

さらに、ある地上局１が送信中に故障して送信不可能となった場合でも、故障した地上局１のセル９内に存在していた列車５は、故障した時点では通信できなくなるが、最大でも一定の時間間隔Δｔ後に、列車５の進行方向あるいはその逆方向の地上局１からの電波が届くので通信を再開することができる。例えば、図１において、列車５が通信していた第１グループ（送信タイムスロット１）の地上局ｅが故障した場合、最大Δｔ時間後に送信タイムスロット２（図１３）に切り替わり、第２グループの地上局ｄが送信を開始するので通信を再開できる。

なお、セル９の範囲、すなわち、ある地上局１が送信する電波の到達範囲は、走行経路６周辺の電波伝搬環境により変動することがある。そのため、図１に示すように、同じグループに所属する地上局１同士のセル９を、この変動の影響を吸収するために、その末端付近で予め重なるように地上局１を設置する方がよい。

ただし、同じグループに所属する地上局１同士でセル９が重なった部分では、図３の同一タイムスロット（タイムスロット１あるいは２）の期間に複数の同一周波数ｆ_１の電波が届くため、相互に干渉する可能性がある。

そこで、その対策として、図１７に示すように、列車５は、地上局１との無線通信用アンテナとして、例えば八木アンテナのような指向性アンテナ（９９１および９９２）を、自らの先頭車両と最後尾車両に設置する。先頭車両に設置されるアンテナ９９１は、進行方向に対して指向性を持ち（すなわち、進行方向の逆方向からの電波は受信しない）、最後尾車両に設置されるアンテナ９９２は、進行方向の逆方向に対して指向性を持つ（すなわち、進行方向からの電波は受信しない）。これによって、上記の相互干渉を抑制することができる。

ところで、各グループに所属する地上局１が、自局の送信タイミングの検出、すなわち送信タイムスロットの到来を検出する方法としては、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの手段により、全地上局１が時刻同期を取って送信する時刻を計測する方法や、中央局１００あるいは列車制御装置１０１が各地上局１に対して送信タイムスロットの到来を通知する方法などが挙げられる。
実施例１では、中央局１００が各地上局１に送信タイムスロットの到来を通知する方法について、図４および５を用いて説明する。

図４では、中央局１００が、一定時間間隔Δｔごとに地上局通信切替制御情報５２を全地上局１へ同報し、各地上局１は、受信した地上局通信切替制御情報５２に記載された情報より自局の送信タイムスロットが到来したか否かを検知する。地上局通信切替制御情報５２には、地上局ａおよびｃに対する送信許可を「１」、地上局ｂおよびｄに対する送信禁止を「０」で指示している。送信許可が与えられた地上局ａおよびｃは、送信タイムスロット１が到来すると送信を開始し、地上局ｂおよびｄは、送信を停止する。

次に、一定時間間隔Δｔ後に、中央局１００が、地上局ｂおよびｄに対する送信許可を「１」、地上局ａおよびｃに対する送信禁止を「０」で指示すると、送信許可が与えられた地上局ｂおよびｄは、送信タイムスロット２が到来したとして送信を開始し、地上局ａおよびｃは、送信を停止する。以降、Δｔごとに上記と同様の動作を繰り返す。

別の方法として、図５では、地上局１のグループごとにマルチキャストアドレスを定義する。例えば、第１グループの地上局ａおよびｃにはマルチキャストアドレス１を、第２グループの地上局ｂおよびｄにはマルチキャストアドレス２を定義する。中央局１００は、列車制御装置１０１が送信する列車制御情報５３を幹線ネットワーク６０へ中継する時点で、その送信タイムスロット（タイムスロット１あるいは２）に対応したマルチキャストアドレス（アドレス１あるいは２）を宛先情報として付加した列車制御情報５３を地上局１へマルチキャストする。

予め自局宛のマルチキャストアドレス（アドレス１あるいは２）が設定されてある各地上局１は、自局宛のマルチキャストアドレスを宛先情報として付加した列車制御情報５３を受信すると、無線ネットワーク６２へそれを送信する。宛先情報として付加するマルチキャストアドレス（アドレス１あるいは２）は、一定時間間隔Δｔで交互に入れ替わるため、送信タイムスロット１および２に対応したタイミングで、第１グループの地上局１と第２グループの地上局１とが交互に送信することになる。

なお、図５では、列車Ａ向けおよび列車Ｂ向けの列車制御情報それぞれを合せて一つのパケットとし、それに宛先情報（マルチキャストアドレス１あるいは２）を付加して送信する例を示しているが、列車Ａ向けおよび列車Ｂ向けの列車制御情報それぞれに宛先情報（マルチキャストアドレス１あるいは２）を付加し、別々に送信してもよい。

ここにおいて、上述の一定時間間隔Δｔとしては、例えば、列車制御装置１０１が列車制御情報５０を生成して中央局１００に送信する周期の整数倍であってもよいし、あるいは、列車制御を司る上位システムが通信異常を検出して列車を停止させるための検出時間よりも小さい値であってもよい。

また、各列車５から送信される列車状態情報５１は、それが無線ネットワーク６２へ送信された時点における送信タイムスロットに相当するグループの地上局１のみが受信して幹線ネットワーク６０へ中継してもよいし、あるいは、送信タイムスロットやグループには関係なく無線ネットワーク６２から受信できた地上局１全てが幹線ネットワーク６０へ中継してもよい。

ただし、一つの列車状態情報５１を複数の地上局１が受信し、それぞれの地上局１が幹線ネットワーク６０へ中継すると、中央局１００あるいは列車制御装置１０１では、同一の列車状態情報５１を複数回重複して受信する可能性がある。そこで、この重複受信を避けるために、列車５ごとの列車状態情報５１に例えばシーケンス番号を付加し、過去に受信したものと同じシーケンス番号の列車状態情報５１を受信した場合にはそれを廃棄してもよい。

他方、地上局１が無線ネットワーク６２に送信する列車制御情報５０あるいは５３を列車５が複数の地上局１から受信する場合、同一の列車制御情報５０あるいは５３を複数回重複して受信する可能性がある。そこで、この重複受信を避けるために、列車制御情報５０あるいは５３を送信するごとに例えばシーケンス番号を付加し、過去に受信したものと同じシーケンス番号の列車制御情報５０あるいは５３を受信した場合にはそれを廃棄してもよい。

また、実施例１では、地上局１のグループを２組（第１および第２のグループ）としたので送信タイムスロットを２個で説明したが、地上局１のグループを３組にして送信タイムスロットを３個にしてもよい。
地上局１のグループの数を３組にした場合は、例えば図１９に示すように、走行経路６の任意の位置で、３個以上のセル９が重複するように地上局１の場所を決定する。

次に、図２０に示すように、複数の地上局１を３組のグループに分ける。すなわち、第１グループは、地上局ａ、ｄおよびｇ、第２グループは、地上局ｂ、ｅおよびｈ、第３グループは、地上局ｃおよびｆとする。
第１から第３の各グループ共に、同じグループに所属してかつ送信すべきデータがある地上局１は、全て同一周波数ｆ１で同じタイミングで電波を送信する。

ただし、第１から第３グループの各地上局１は、各グループごとに送信するタイミングが重ならないようにし、一定の時間間隔で送信するグループを切り替える。すなわち、図２１に示すように、第１グループの地上局１はタイムスロット１のタイミングで送信し、第２グループの地上局１はタイムスロット２のタイミングで送信し、第３グループの地上局１はタイムスロット３のタイミングで送信し、以下同様に、一定の時間間隔でタイムスロットを循環的に切り替える。
なお、図２１では、送信機会の公平性を確保するために、第１から第３の各グループ共に送信できる時間（一定の時間間隔）をいずれもΔｔとしているが、グループごとに時間間隔を変えてもよい。

図２０に示すように、同一周波数の電波を送信する第１から第３の各グループに所属する地上局１に対して、順番に送信タイミングを与えることで、走行経路６上を走行する列車５は、常時いずれかのグループの地上局１のセル９内に存在することができる。これにより、送信する地上局１が一定の時間間隔で切り替わっても列車５は通信を継続することができる。
なお、地上局１のグループを４組以上にして、そのグループ数に応じて送信タイムスロットを増加させても同様の動作が可能であることは自明である。

以上のとおり、実施例１では、無線通信システムの規模を拡大して地上局１の数を増加させても、第１のグループの地上局と第２のグループの地上局を交互に配置するだけでよくグループの数を増加させる必要がない。すなわち、地上局１の数は、グループの数にも送信タイムスロットの数にも依存しないので、地上局１の数を増加させても、地上局１の送信タイミングは一定時間間隔Δｔごとに到来し、地上局１の送信スループットが減少することはない。

このように、実施例１は、複数の地上局が複数の列車とデータを送受信する無線通信システムにおいて、複数の地上局が同一の周波数を使用した場合でも、送信タイムスロットの数は地上局の数に依存せず、地上局が増設されても通信スループットに影響を与えない無線通信システムを提供する。

さらに、列車は任意の地点で複数の地上局と通信可能であるため、ある地上局が故障して通信不可能な状態に陥った場合でも、この故障した地上局と本来通信可能な区間内に存在する列車が通信途絶をすることなく、データの送受信を継続可能とする信頼性の高い無線通信システムを提供する。すなわち、複数の地上局が同一の周波数を使用してセルを多重化することにより、使用する周波数を最小限に抑え、かつ信頼性の高い無線通信システムを提供する。

実施例１では、全地上局が無線ネットワーク６２で同一周波数ｆ_１を使用していたが、他の無線システムからの電波干渉や故意の通信妨害などにより障害が発生し、周波数ｆ_１を使用できない場合が発生する可能性がある。
そこで、実施例２は、実施例１の無線通信システムを２重化により冗長構成とし、各無線通信システムにそれぞれ周波数ｆ_１およびｆ_２を使用して、無線ネットワーク６２の信頼性をさらに向上させる実施形態である。

実施例２に係る無線通信システムの一構成例を図６に示す。なお、図６では、図の簡単化のため、列車制御装置１０１、中央局１００、幹線ネットワーク６０、支線ネットワーク６１、無線ネットワーク６２などの図示は省略しているが、それらは図２および１８に示す実施例１と同様の構成となる。

実施例２は、図６に示すとおり、地上局を全て２重化し、各地上局とも地上局１１を主系、地上局１２を従系としている。全地上局１１は周波数ｆ_１を使用し、全地上局１２は周波数ｆ_２を使用する。すなわち、主系の地上局１１は実施例１において周波数をｆ_１とした無線通信システムであり、従系の地上局１２は実施例１において周波数をｆ_２とした無線通信システムであり、双方が並行して動作する。したがって、各地上局１１のセル９１および各地上局１２のセル９２は、それぞれ走行経路６上の同じ範囲で重複する。

同一場所に設置された地上局１１と地上局１２の組は、実施例１と同様に、同じグループに所属し、同じ送信タイムスロットのタイミングで送信する。すなわち、図１４に示すように、第１グループの地上局１１（主系）および１２（従系）はタイムスロット１のタイミングで送信し、第２グループの地上局１１（主系）および１２（従系）はタイムスロット２のタイミングで送信し、それ以降は、同様にして一定の時間間隔Δｔでタイムスロットを交互に切り替える。なお、図１４では、送信機会の公平性を確保するために、第１および第２グループともに送信できる時間（一定の時間間隔）をいずれもΔｔとしているが、グループごとに時間間隔を変えてもよい。

以上のとおり、実施例２では、地上局を全て２重化し主系と従系で異なる周波数を使用することにより、一方の周波数ｆ_１を使用できず通信不可能になったとしても、列車５が周波数ｆ_１で通信できないことをタイムアウトなどの機能により検出し、使用する周波数をｆ_２に切り替えることで通信を回復し継続することができる。

すなわち、実施例２は、他の無線システムからの電波干渉や故意の通信妨害などにより障害が発生し、主系で使用する周波数を使用できず通信不可能になった場合でも、列車側にて従系で使用する周波数に切り替えることにより、通信を回復し継続することを可能にし、無線通信システムの信頼性をさらに向上させる。

実施例２では全ての地上局を２重化して冗長構成とするため、それに応じてコストが高くなるという問題がある。
そこで、実施例３では、地上局を２重化することなく同様の効果が得られる方法を提供する。

実施例３に係る無線通信システムの地上局の構成は、図３に示す実施例１と同様であるが、各地上局１は周波数ｆ_１およびｆ_２の双方で送信可能である。

図７に示すように、第１グループの地上局（ａ、ｃ、ｅおよびｇ）１が周波数ｆ_１でセル９１へ送信している一定時間間隔Δｔの間、第２グループの地上局１（ｂ、ｄ、ｆおよびｈ）は同時に周波数ｆ_２でセル９２へ送信する。逆に、第２グループの地上局１（ｂ、ｄ、ｆおよびｈ）が周波数ｆ_１で送信している一定時間間隔Δｔの間、第１グループの地上局１（ａ、ｃ、ｅおよびｇ）は同時に周波数ｆ_２で送信する。以降、Δｔごとに各地上局１は上記と同様の動作を繰り返す。

この一連の動作態様は、周波数ｆ_１だけを観測すると、第１グループの地上局１が周波数ｆ_１でセル９１へ送信している一定時間間隔Δｔの間、第２グループの地上局１は電波を出しておらず、第２グループの地上局１が周波数ｆ_１でセル９１へ送信している一定時間間隔Δｔの間、第１グループの地上局１は電波を出していないことになる。

一方、周波数ｆ_２だけを観測すると、第２グループの地上局１が周波数ｆ_２でセル９２へ送信している一定時間間隔Δｔの間、第１グループの地上局１は電波を出しておらず、第１グループの地上局１が周波数ｆ_２でセル９２へ送信している一定時間間隔Δｔの間、第２グループの地上局１は電波を出していないことになる。
すなわち、実施例１に係る図３の構成を使用しているにもかかわらず、周波数ｆ_１およびｆ_２を使用した２組の独立した無線通信システムが動作していることになり、実施例２と同様の効果が得られる。

上記の動作態様を送信タイムスロットの変化で表すと、図１５のようになる。周波数ｆ_１で送信する地上局１の送信タイムスロット１（第１グループ）の期間および周波数ｆ_２で送信する地上局１の送信タイムスロット２（第２グループ）の期間が同じとなり、また、周波数ｆ_１で送信する地上局１の送信タイムスロット２（第２グループ）の期間および周波数ｆ_２で送信する地上局１の送信タイムスロット１（第１グループ）の期間が同じとなる。

以上のとおり、実施例３では、地上局１が上記のような動作態様を行うことにより、周波数ｆ_１を使用できず通信不可能になったとしても、列車５が周波数ｆ_１で通信できないことをタイムアウトなどの機能により検出し、使用する周波数をｆ_２に切り替えることにより、通信を回復し継続することができる。

すなわち、実施例３は、他の無線システムからの電波干渉や故意の通信妨害などにより一方の周波数が使用できない障害に対して、列車側で使用する周波数を別の周波数へ切り替えることにより、通信を回復し継続させることができ、無線通信システムの信頼性をさらに向上させる。すなわち、実施例１と同様の構成でもって実施例２と同様の効果を得ることができる。

実施例１において、周波数ｆ_１を使用中の一部の地上局１のみが、他の無線システムからの電波干渉や故意の通信妨害を受けた場合には、全地上局１において使用する周波数をｆ_１からｆ_２へ変更すればよい。

しかし、使用する周波数帯によっては使用可能な帯域幅や変調方式などの通信条件が制限される場合もあることから、もしｆ_２よりもｆ_１の方が有利な通信条件である場合には、ｆ_２へ変更する地上局１の数（範囲）を必要最小限に留め、周波数変更が無線通信システム全体に与える影響を最小限に抑える必要がある。

そこで、実施例４は、上記のように、一部の地上局１が他の無線システムから電波干渉や故意の通信妨害を受けて通信障害を起こした場合に、障害が発生した地域の地上局１のみ周波数を変更して通信を継続するようにした例である。
実施例４に係る無線通信システムの構成は図３と同様であり、地上局１の各グループの送信タイムスロットの切替えも図１３と同様であるが、各地上局１は周波数ｆ_１と周波数ｆ_２の双方で送信可能である。

各地上局１は、通常周波数ｆ_１を使用して通信するところ、図８に示すように、地上局ｅ、ｆ、ｇおよびｈのある地域が、この周波数ｆ_１において電波干渉や通信妨害を受けたとする。このとき、地上局ｅ、ｆ、ｇおよびｈは周波数ｆ_１で通信できないことをタイムアウトなどの機能により検出し、使用する周波数をｆ_２に切り替えることにより通信を回復し継続する。ただし、所属するグループは変更せず、送信タイムスロットも変更しない。

すなわち、一つの無線通信システムの中に、周波数ｆ_１で通信する地上局ａ、ｂ、ｃおよびｄ（第１グループａおよびｃと第２グループｂおよびｄ）と、周波数ｆ_２で通信する地上局ｅ、ｆ、ｇおよびｈ（第１グループｅおよびｇと第２グループｆおよびｈ）が混在する構成となる。

以上のとおり、実施例４では、障害が発生した地域の地上局１のみ周波数を変更して通信を継続することにより、周波数変更が通信に与える影響を最小限に抑えることができる。

実施例１では、地上局１のアンテナから送信される電波により情報を伝送していたが、実施例５は、地上局１のアンテナに替えて漏洩同軸ケーブル（以下「ＬＣＸ」（Ｌｅａｋｙ ＣｏａＸｉａｌ ｃａｂｌｅ）と称す）を使用する例である。ＬＣＸによる電波の伝達範囲に関しては、一般に地上局１のセルの範囲を走行経路６の沿線に敷設したＬＣＸの近傍に限定できることから、特に鉄道分野では使用されることが多い。

図９は、実施例５を実現する無線通信システムの構成例である。
実施例５は、実施例１に係るシステム構成と比べて、図２に示す地上局１のアンテナを、ＬＣＸ９００に置き換え、無線ネットワーク６２を形成するものである。走行経路６に沿ってＬＣＸ９００が敷設されるが、図３と同様に、列車５が、走行経路６の任意の位置において、２局以上の地上局１との間で通信が可能であるように、地上局１および各地上局１に接続されるＬＣＸ９００の敷設場所を決定している。すなわち、ＬＣＸ９００の敷設については、走行経路６の任意の位置で、２個以上のＬＣＸ９００が重複するように敷設する。

そして、図１０に示すとおり、実施例１と同様に、地上局ａ、ｃ、ｅおよびｇ、ならびにそれら地上局に接続されたＬＣＸ９００を第１グループとし、地上局ｂ、ｄ、ｆおよびｈならびにそれら地上局に接続されたＬＣＸ９００を第２グループとし、全ての地上局１は周波数ｆ_１で送信する。

地上局１の各グループの送信タイムスロットは、図１３に示す実施例１の場合と同様であり、図１０に示すように、第１グループの地上局１およびＬＣＸ９００と第２グループの地上局１およびＬＣＸ９００が、一定時間間隔Δｔごとに交互に送信する。
また、実施例２、３および４で述べた地上局１の多重化および障害時の周波数の切り替えについては、ＬＣＸを使用した場合の無線通信システムにおいても同様に実現できることは自明である。

以上のとおり、実施例５では、地上局１においてアンテナに替えて漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）を使用することにより、地上局１のセルの範囲を走行経路６の近傍に限定することができるので、無駄な電波放射を抑えると共に、列車５と効率よく無線通信することが可能となる。

先の実施例１〜４では、１次元的に延びた走行経路６に沿って地上局１のセル９を形成していたが、車両基地などでは走行経路６が２次元的に広がっており、地上局１のセル９も２次元的に形成する必要がある。

そこで、実施例６では、図１１に示すように、２次元的に広がった走行経路６全体が通信可能範囲になるようにセル９を形成する。そのために、図示のような複数の地上局１を配置し、地上局１を第１グループと第２グループに分け、各グループの地上局１が、一定時間間隔Δｔで交互に同一周波数ｆ_１を使用して送信する。第１および第２グループの各地上局１は、図１３に示す実施例１の場合と同様に送信タイムスロットの切替えを行う。

また、上記２つのグループ分けでは電波の届きにくい場所がある場合は、地上局１を増設してグループの数を増やしてもよい。例えば、図１２は、地上局１を第１〜第４の４組のグループに分け、一定時間間隔Δｔごとに同一周波数ｆ_１を使用して送信する構成であり、各グループの地上局１を循環的に切り替える例を示している。図１２の例における、送信タイムスロットの切り替えは、図１６に示すような送信タイムスロット１〜４を設定し、第１グループは送信タイムスロット１、第２グループは送信タイムスロット２、第３グループは送信タイムスロット３および第４グループは送信タイムスロット４で送信される。そして、各送信タイムスロットをΔｔごとに循環的に切り替えるようにすればよい。

以上のとおり、実施例６は、走行経路６が２次元的に広がっている場合でも、その走行経路６を通信可能範囲として網羅し、先の実施例１〜４と同様の方法により無線通信を可能にすることで、電波が届かない場所を生じさせない無線通信システムを提供する。

１、１１、１２ 地上局
１００ 中央局
１０１ 列車制御装置
５ 列車
５０ 列車制御情報
５１ 列車状態情報
５２ 地上局送信切替制御情報
５３ 宛先情報が付加された列車制御情報
６ 走行経路
６０ 幹線ネットワーク
６１ 支線ネットワーク
６２ 無線ネットワーク
６００ 幹線ネットワーク中継装置
８０１、８０２、８０３、８０４ 送信タイムスロット
９、９１、９２ セル
９００ 漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）
９９１、９９２ 指向性アンテナ

Claims (9)

1. 所定の経路に沿って連続して設置される複数の地上局を備え、
   前記複数の地上局を複数のグループに分け、当該それぞれのグループを構成する前記地上局は、隣り合う当該地上局それぞれからの電波到達範囲が隣り合う当該地上局間の前記経路を漏れなく覆うように設置され、
   前記複数のグループ間で一定時間ごとに同一周波数の電波を循環的に切り替えて割り当て、かつ、前記複数のグループの中で同じグループに所属する前記地上局が前記一定時間前記同一周波数の電波を同一タイミングで送信することにより、当該同じグループに所属する任意の隣り合う２つの地上局は前記経路上を移動する複数の移動体車両それぞれに対して無線通信を行う
   ことを特徴とする地上通信装置。
2. 請求項１記載の地上通信装置であって、
   前記複数のグループを、前記複数の地上局それぞれに隣接する地上局が循環的に異なるグループとなるようにグループ分けして構成する
   ことを特徴とする地上通信装置。
3. 請求項２記載の地上通信装置であって、
   前記複数のグループが２組のグループの場合には、前記複数の地上局を１局おきに同じグループとし、
   前記２組のグループ間で前記電波を交互に切り替えて割り当てる
   ことを特徴とする地上通信装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の地上通信装置であって、
   前記複数の地上局は、前記電波により前記複数の移動体車両それぞれおよび当該移動体車両の搭載機器に対する制御情報を送信し、
   前記電波を送信している前記一定時間を、前記制御情報を生成する周期の整数倍とする
   ことを特徴とする地上通信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の地上通信装置であって、
   前記複数のグループそれぞれが前記電波を送信するタイミングを前記複数の地上局に対して通知する機能を有する中央局を備える
   ことを特徴とする地上通信装置。
6. 請求項３記載の地上通信装置であって、
   前記複数の地上局の中で連続して設置される一部の地上局が、前記一部の地上局以外の地上局が送信する前記同一周波数と異なる周波数の電波を送信する
   ことを特徴とする地上通信装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の地上通信装置であって、
   前記複数の地上局それぞれを、主系および従系から成る冗長構成とし、
   前記主系に属する前記地上局および前記従系に属する前記地上局は、同時にそれぞれ異なる周波数の電波を送信する
   ことを特徴とする地上通信装置。
8. 所定の経路上を移動する複数の移動体車両それぞれに搭載され、
   前記経路に沿って連続して設置される複数の地上局と無線通信を行うアンテナを少なくとも２台備え、
   少なくとも１台の前記アンテナは前記移動体車両の進行方向に対してのみ電波を送受信し、残る少なくとも１台の前記アンテナは前記移動体車両の進行方向と逆方向に対してのみ電波を送受信し、
   受信する前記電波は、前記複数の地上局が構成する複数のグループ間で一定時間ごとに循環的に切り替えて割り当てられ、かつ、前記複数のグループの中で同じグループに所属する前記地上局から前記一定時間同一タイミングで送信される同一周波数の電波である
   ことを特徴とする車上通信装置。
9. 請求項１記載の地上通信装置および請求項８記載の車上通信装置から構成される
   ことを特徴とする無線通信システム。

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