JP6298729B2 - Train control device - Google Patents
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Description
本発明は、地上装置から送信されるＡＴＣ（Automatic Train Control）信号を車上装置で受信し、このＡＴＣ信号に基づいて列車制御を行う列車制御装置に関し、詳しくは、受信信号について周波数スペクトルを用いた復調処理を行う際に、受信信号に同期検出用信号を乗算し低周波数成分を抽出することでデータ受信開始との同期を取る列車制御装置に係るものである。 The present invention relates to a train control device that receives an ATC (Automatic Train Control) signal transmitted from a ground device by an on-board device and performs train control based on the ATC signal, and more specifically, uses a frequency spectrum for the received signal. The present invention relates to a train control device that synchronizes with the start of data reception by multiplying the received signal by a synchronization detection signal and extracting a low frequency component when performing the demodulation processing.
列車制御装置は、軌道回路にＡＴＣ信号を送信する地上装置と、列車に搭載され、前記軌道回路に流れるＡＴＣ信号を受信する車上装置とを備え、前記受信したＡＴＣ信号に基づいて列車制御を行うもので、従来の装置は、例えば特許文献１に記載されているように、先行列車の位置情報を含むＡＴＣ信号を地上装置から受信した車上装置が、自列車と先行列車との離間間隔に応じて列車の許容運転速度を算出して速度パターンを作成し、速度パターンと実速度とを比較照査することにより自列車の速度制御を自動的に行うようになっていた。 The train control device includes a ground device that transmits an ATC signal to the track circuit, and an on-board device that is mounted on the train and receives the ATC signal flowing in the track circuit, and performs train control based on the received ATC signal. For example, as described in Patent Document 1, an on-board device that has received an ATC signal including position information of a preceding train from a ground device has a separation interval between the own train and the preceding train. Depending on the situation, the train's allowable operating speed is calculated to create a speed pattern, and the speed control of the own train is automatically performed by comparing the speed pattern with the actual speed.
従来の列車制御装置においては、例えば駅に設置された地上装置からＡＴＣ信号を軌道回路を介して列車の車上装置に送信しているが、ＡＴＣ信号の送受信ケーブルの長さは約１０kmである。ここで、ＡＴＣ信号を伝送できる距離は、ノイズに対する信号のレベル（Ｓ／Ｎ比）によって決まる。ＡＴＣ信号を車上装置で受信する際の信号レベルにより、ＡＴＣ信号の伝送距離が制限される。駅間の距離が大きい（例えば、２０kmを超える）場合には、両端のどちらの駅からもＡＴＣ信号が届かないことがあり、そのため、駅間に地上装置を設置する必要がある。このように、駅間に地上装置を設置すると、その地上装置が故障した場合の修理、保守等が困難になることがあった。 In a conventional train control device, for example, an ATC signal is transmitted from a ground device installed at a station to an on-vehicle device of a train via a track circuit. The length of the ATC signal transmission / reception cable is about 10 km. . Here, the distance at which the ATC signal can be transmitted is determined by the signal level (S / N ratio) against noise. The transmission distance of the ATC signal is limited by the signal level when the ATC signal is received by the on-board device. When the distance between the stations is large (for example, more than 20 km), the ATC signal may not reach from either station at both ends, so it is necessary to install a ground device between the stations. Thus, when a ground device is installed between stations, it may be difficult to repair, maintain, etc. when the ground device breaks down.
従来装置において、例えば、東海道新幹線で用いられているデジタルＡＴＣ信号は、最小偏移（Minimum Shift Keying；以下“ＭＳＫ”と略称する）変調方式を採用している。このＭＳＫ変調は、周波数変調の一種で、２種類の周波数にビットデータを対応させる。具体的には、中心周波数と、これに対する周波数偏移を定め、デジタル信号のうち、「中心周波数＋周波数偏移」を情報「０」に対応させ、「中心周波数−周波数偏移」を情報「１」に対応させて、例えば速度情報を表したビット列を１フレームとして繰り返した波形を送信するようになっている。 In a conventional apparatus, for example, a digital ATC signal used in the Tokaido Shinkansen employs a minimum shift keying (hereinafter abbreviated as “MSK”) modulation method. This MSK modulation is a type of frequency modulation and associates bit data with two types of frequencies. Specifically, a center frequency and a frequency shift with respect to the center frequency are determined, and “center frequency + frequency shift” of the digital signal is associated with information “0”, and “center frequency−frequency shift” is set as information “ Corresponding to “1”, for example, a waveform obtained by repeating a bit string representing speed information as one frame is transmitted.
ここで、ＭＳＫ変調方式で変調されたＡＴＣ信号の復調方式としては、周波数検波が用いられている。この周波数検波においては、抽出帯域の異なる２個の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を用いることにより、前記「０」、「１」の情報を割り当てられた周波数成分を抽出し、ＢＰＦで抽出後のレベルによりビットデータを判別していた。このような復調方式に関連する先行技術として、特開２０１０−５０５４６号公報に記載された、周波数偏移変調した信号を復調する復調手段がある。 Here, frequency detection is used as a demodulation method of the ATC signal modulated by the MSK modulation method. In this frequency detection, by using two band pass filters (BPF) having different extraction bands, the frequency components to which the information of “0” and “1” is assigned are extracted, and the levels after extraction by the BPF are extracted. Based on this, bit data was determined. As a prior art related to such a demodulation method, there is a demodulation means for demodulating a frequency shift modulated signal described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-50546.
前記周波数検波では、中心周波数はノイズの少ないところを選んでいるが、適宜に選択した中心周波数によってはノイズが出る場合があり、前記２種類の周波数の波形を判別する際に、ＢＰＦを通過するノイズの影響により、他方の周波数の波形をノイズとして含んで出力することがある。その結果、「０」、「１」の情報を正確に判別できないことがあった。 In the frequency detection, the center frequency is selected so that the noise is low. However, depending on the appropriately selected center frequency, noise may be generated, and the BPF passes through the BPF when discriminating the waveforms of the two types of frequencies. Due to the influence of noise, the waveform of the other frequency may be included and output as noise. As a result, the information “0” and “1” may not be accurately determined.
このように、前記周波数検波によるＡＴＣ信号の復調方式では、ＢＰＦを通過するノイズの影響により、「０」、「１」の情報を正確に判別できないことがあり、車上装置のＡＴＣ信号の受信距離が制限されていた。したがって、前述のように、駅間の距離が大きい場合には、駅間に地上装置を設置する必要があった。そして、駅間に地上装置を設置すると、その地上装置が故障した場合の修理、保守等が困難になることがあった。 As described above, in the demodulation method of the ATC signal by the frequency detection, the information of “0” and “1” may not be accurately discriminated due to the influence of noise passing through the BPF, and the on-board device receives the ATC signal. The distance was limited. Therefore, as described above, when the distance between the stations is large, it is necessary to install a ground device between the stations. If a ground device is installed between stations, it may be difficult to repair, maintain, etc. when the ground device fails.
前記周波数検波によるＡＴＣ信号の復調処理に対して、最近、ＡＴＣ信号について周波数スペクトルを用いた復調処理により、Ｓ／Ｎ比が低下した場合でも車上装置でＡＴＣ信号を正確に受信可能とする列車制御装置が検討されている。この場合、周波数スペクトルを用いた復調処理では、その復調処理を行う前に受信したＡＴＣ信号のデータ受信開始との同期を取る必要がある。 In contrast to the demodulation processing of the ATC signal by the frequency detection, recently, the on-board device can accurately receive the ATC signal even when the S / N ratio is lowered by the demodulation processing using the frequency spectrum of the ATC signal. Control devices are being considered. In this case, in the demodulation process using the frequency spectrum, it is necessary to synchronize with the data reception start of the received ATC signal before performing the demodulation process.
そこで、このような事情に対処し、本発明が解決しようとする課題は、受信信号について周波数スペクトルを用いた復調処理を行う際に、受信信号に同期検出用信号を乗算し低周波数成分を抽出することでデータ受信開始との同期を取る列車制御装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention to cope with such circumstances is to extract a low frequency component by multiplying the received signal by a synchronization detection signal when performing demodulation processing using the frequency spectrum for the received signal. It is to provide a train control device that synchronizes with the start of data reception.
前記課題を解決するために、本発明による列車制御装置は、軌道回路に、最小偏移変調方式で得たＡＴＣ信号を送信する地上装置と、列車に搭載され、前記軌道回路に流れるＡＴＣ信号を受信する車上装置とを備えて成り、前記車上装置は、受信信号の波形から周波数スペクトルを求めて復調処理を行う復調処理手段を備え、前記復調処理手段は、受信信号に同期検出用信号を乗算し低周波数成分を抽出して、受信開始との同期を取る構成とし、前記受信したＡＴＣ信号に基づいて列車制御を行うものである。 In order to solve the above-described problems, a train control device according to the present invention includes a ground device that transmits an ATC signal obtained by a minimum deviation modulation method to a track circuit, and an ATC signal that is mounted on the train and flows to the track circuit. An on-vehicle device for receiving, wherein the on-vehicle device includes demodulation processing means for obtaining a frequency spectrum from a waveform of the received signal and performing demodulation processing, and the demodulation processing means includes a signal for detecting synchronization with the received signal. And a low frequency component is extracted to synchronize with the start of reception, and train control is performed based on the received ATC signal.
本発明による列車制御装置によれば、車上装置に設けられた復調処理手段により、受信信号の波形から周波数スペクトルを求めて復調処理を行う際に、受信信号に同期検出用信号を乗算し低周波数成分を抽出して、受信開始との同期を取ることができる。これにより、受信したＡＴＣ信号について周波数スペクトルを用いた復調処理を行う際に、前記ＡＴＣ信号のデータ受信開始との同期を取って、周波数スペクトルを用いた復調処理を正しく実行することができる。 According to the train control device of the present invention, when the demodulation processing means provided in the on-board device obtains the frequency spectrum from the waveform of the received signal and performs the demodulation processing, the received signal is multiplied by the synchronization detection signal. The frequency component can be extracted and synchronized with the start of reception. Thus, when performing demodulation processing using the frequency spectrum for the received ATC signal, it is possible to correctly execute the demodulation processing using the frequency spectrum in synchronization with the start of data reception of the ATC signal.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による列車制御装置の実施形態を示す全体概要図である。この列車制御装置は、地上装置から送信されるＡＴＣ信号を車上装置で受信し、このＡＴＣ信号に基づいて列車制御を行うもので、図１に示すように、地上装置１と、車上装置２とを備えている。なお、この実施形態では、デジタルＡＴＣ信号を使用して地上装置１と車上装置２間の多情報通信を行うデジタルＡＴＣ装置の例について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing an embodiment of a train control device according to the present invention. This train control device receives an ATC signal transmitted from a ground device by an on-board device, and performs train control based on the ATC signal. As shown in FIG. 2 are provided. In this embodiment, an example of a digital ATC device that performs multi-information communication between the ground device 1 and the on-vehicle device 2 using a digital ATC signal will be described.
前記地上装置１は、軌道回路Ｔ（Ｔ1，Ｔ2；Ｔ3，Ｔ4）に、最小偏移（ＭＳＫ）変調方式で変調されたＡＴＣ信号を送信するもので、列車３が走行する軌道（レール）４に沿って適当な間隔で建設された駅５（Ａ駅、Ｂ駅）にそれぞれ設置されている。なお、駅５，５間の距離が大きい（例えば、２０kmを超える）場合には、駅５，５の間に地上装置１を１個又は複数個設置することがある。地上装置１の内部構成は、例えば特開２００３−２２６２４０号公報に記載された、従来公知のものと同様である。 The ground device 1 transmits an ATC signal modulated by a minimum deviation (MSK) modulation method to a track circuit T (T 1 , T 2 ; T 3 , T 4 ). (Rails) 4 are installed at stations 5 (A station and B station) constructed at appropriate intervals. In addition, when the distance between the stations 5 and 5 is large (for example, exceeds 20 km), one or more ground devices 1 may be installed between the stations 5 and 5. The internal configuration of the ground device 1 is the same as that conventionally known, for example, described in JP-A-2003-226240.
前記列車３には、車上装置２が搭載されている。この車上装置２は、前記軌道回路Ｔに流れるＡＴＣ信号を受信するもので、列車３の例えば先端下部に設けられた受信コイル６を介して、列車在線中の軌道回路Ｔに流れるＡＴＣ信号（ＭＳＫ変調）を受信する。そして、前記受信したＡＴＣ信号に基づいて列車制御を行うようになっている。 An on-board device 2 is mounted on the train 3. The on-board device 2 receives an ATC signal flowing in the track circuit T, and an ATC signal (flowing through the track circuit T in the train line) via a receiving coil 6 provided at the lower end of the train 3, for example. MSK modulation). And train control is performed based on the received ATC signal.
図２は、前記車上装置２の内部構成を示すブロック図である。この車上装置２は、前記受信コイル６で受信したＡＴＣ信号（ＭＳＫ変調）のうち或る周波数より高い部分を通過させる高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１０と、そのＨＰＦ１０を通過した信号について、中心周波数の前後に或る範囲を有する周波数帯域の信号成分を抽出してノイズを除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１１と、そのＢＰＦ１１で抽出された信号を直流に直す整流回路１２と、その整流回路１２の出力信号のうち或る周波数より低い部分を通過させる低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１３と、前記ＢＰＦ１１で抽出された信号について復調処理を行う復調回路１４と、所定の周期のクロック信号を発生するクロック発生器１５と、前記復調回路１４で復調処理された結果を前記クロック発生器１５のクロック周期に同期させて出力する同期回路１６とを有している。そして、前記ＬＰＦ１３の出力は、列車の在線の有無を判断するデジタルＡＴＣ信号の受信レベルであり、前記同期回路１６の出力は、デジタルＡＴＣ信号に含まれる一連の情報である電文信号である。 FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the on-board device 2. The on-board device 2 has a high-pass filter (HPF) 10 that passes a portion of the ATC signal (MSK modulation) received by the receiving coil 6 that is higher than a certain frequency, and a signal that has passed through the HPF 10. A band pass filter (BPF) 11 that extracts a signal component in a frequency band having a certain range before and after the frequency to remove noise, a rectifier circuit 12 that converts the signal extracted by the BPF 11 into a direct current, and the rectifier circuit Generates a low-pass filter (LPF) 13 that passes a portion lower than a certain frequency among the 12 output signals, a demodulation circuit 14 that demodulates the signal extracted by the BPF 11, and a clock signal having a predetermined period The clock generator 15 and the result demodulated by the demodulation circuit 14 are output in synchronization with the clock cycle of the clock generator 15. That has a synchronization circuit 16. The output of the LPF 13 is a reception level of a digital ATC signal for determining whether or not a train is present, and the output of the synchronization circuit 16 is a telegram signal that is a series of information included in the digital ATC signal.
ここで、本発明においては、前記車上装置２の復調回路１４が、前記受信したＡＴＣ信号の波形をフーリエ変換して周波数スペクトルを求め、信号レベルのピークを示す波形で信号出力を判別する復調処理手段とされ、該復調回路１４の内部に、受信信号に同期検出用信号を乗算し低周波数成分を抽出して受信開始との同期を取る構成を備えている。この復調回路１４は、図３に示すように、信号入力部２０と、周波数シフト部２１と、デシメーション部２２と、信号抽出部２３と、フーリエ変換部２４と、信号判別部２５とを有し、更に、信号同期部２６を備えて成っている。 Here, in the present invention, the demodulation circuit 14 of the on-board apparatus 2 obtains a frequency spectrum by Fourier-transforming the waveform of the received ATC signal, and demodulates the signal output with the waveform indicating the peak of the signal level. The demodulating circuit 14 has a configuration in which the received signal is multiplied by a synchronization detection signal to extract a low frequency component and synchronize with the start of reception. As shown in FIG. 3, the demodulation circuit 14 includes a signal input unit 20, a frequency shift unit 21, a decimation unit 22, a signal extraction unit 23, a Fourier transform unit 24, and a signal determination unit 25. Further, a signal synchronizer 26 is provided.
前記信号入力部２０は、図２に示すＢＰＦ１１で抽出されたＡＴＣ信号（ＭＳＫ変調）を入力する入力部となるものである。周波数シフト部２１は、前記入力したＡＴＣ信号の波形の中心周波数がゼロになるようにシフトするものである。デシメーション部２２は、前記シフトされた信号波形についてサンプリング周波数を低くする（整数分の１に下げる）間引きを行うもので、例えば間引きフィルタから成る。信号抽出部２３は、前記シフトされ、間引きされた信号波形を所定区間で抽出するもので、例えば１ビットちょうどの区間の波形を抽出するようになっている。フーリエ変換部２４は、前記抽出された信号波形をフーリエ変換して周波数スペクトルを求めるもので、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路から成る。信号判別部２５は、前記求められた周波数スペクトル上で信号レベルのピークを示す波形で信号出力を判別するものである。 The signal input unit 20 is an input unit for inputting the ATC signal (MSK modulation) extracted by the BPF 11 shown in FIG. The frequency shift unit 21 shifts so that the center frequency of the waveform of the input ATC signal becomes zero. The decimation unit 22 performs decimation to lower the sampling frequency (decrease to 1 / integer) with respect to the shifted signal waveform, and includes, for example, a decimation filter. The signal extraction unit 23 extracts the shifted and thinned signal waveform in a predetermined section. For example, the signal extraction section 23 extracts a waveform in a section of exactly 1 bit. The Fourier transform unit 24 obtains a frequency spectrum by subjecting the extracted signal waveform to Fourier transform, and includes, for example, a fast Fourier transform (FFT) circuit. The signal discriminating unit 25 discriminates the signal output with a waveform indicating the peak of the signal level on the obtained frequency spectrum.
そして、信号同期部２６は、前記信号入力部２０に入力した受信信号（ＭＳＫ変調されたＡＴＣ信号）に同期検出用信号を乗算し低周波数成分を抽出して受信開始との同期を取るもので、前記信号入力部２０と信号抽出部２３との間において周波数シフト部２１及びデシメーション部２２と並列に設けられ、検出した同期時刻の信号を信号抽出部２３へ送るようになっている。すなわち、信号抽出部２３に対して、どのタイミングで受信信号を抽出するかを決定して指示を出すものである。 The signal synchronization unit 26 multiplies the reception signal (MSK modulated ATC signal) input to the signal input unit 20 by the synchronization detection signal, extracts a low frequency component, and synchronizes with the reception start. Between the signal input unit 20 and the signal extraction unit 23, the frequency shift unit 21 and the decimation unit 22 are provided in parallel, and a signal of the detected synchronization time is sent to the signal extraction unit 23. In other words, it determines the timing at which the received signal is extracted and issues an instruction to the signal extraction unit 23.
図４は、前記復調回路１４の信号同期部２６にて受信信号の受信開始との同期を取る処理の第１の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態は、図３に示す信号入力部２０から入力する受信信号（Ｂ１）に対して同期検出用信号（Ｂ２）を乗算（Ｂ３）し、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）により乗算後の波形に含まれる高周波数成分を除去して低周波数成分を抽出（Ｂ４）して、同期時刻を検出（Ｂ５）した後、同期時刻として出力（Ｂ６）するものである。この場合、前記受信信号に対して乗算する同期検出用信号（Ｂ２）として、ＭＳＫ変調されたＡＴＣ信号（受信信号）の周波数のうち特定のビット情報に対応する周波数を持つ正弦波の信号を用いる。 FIG. 4 is a functional block diagram showing a first embodiment of a process for synchronizing with the reception start of the reception signal in the signal synchronization unit 26 of the demodulation circuit 14. In this embodiment, the received signal (B1) input from the signal input unit 20 shown in FIG. 3 is multiplied (B3) by the synchronization detection signal (B2), and the waveform is multiplied by the low-pass filter (LPF). Are extracted (B4), the synchronization time is detected (B5), and then output as the synchronization time (B6). In this case, a sine wave signal having a frequency corresponding to specific bit information among the frequencies of the MSC-modulated ATC signal (reception signal) is used as the synchronization detection signal (B2) to be multiplied with the reception signal. .
図４において、まず、受信信号を入力する（Ｂ１）。ここで、図３に示す復調回路１４の信号入力部２０に入力する、ＭＳＫ変調されたＡＴＣ信号（受信信号）は、図５に示すような波形を有し、この受信信号が信号同期部２６に入力する。ＭＳＫ変調は、周波数変調の一種で、２種類の周波数にビット情報を対応させる。具体的には、或る周波数からなる中心周波数（ｆｃ）と、これに対する周波数偏移（Δｆ）を定め、デジタル信号のうち、「中心周波数＋周波数偏移」（ｆｃ＋Δｆ）に情報「０」を割り当て、「中心周波数−周波数偏移」（ｆｃ−Δｆ）に情報「１」を割り当てて、例えば速度情報を表したビット列を１フレームとして繰り返した波形を送信するようになっている。図５では、横軸を時刻とし縦軸を振幅として、ＭＳＫ変調方式で周波数変調されて入力した波形を示しており、その下部にＭＳＫ変調されたＡＴＣ信号の中に含まれる電文信号のビット列を示している。 In FIG. 4, first, a received signal is input (B1). Here, the MSK-modulated ATC signal (reception signal) input to the signal input unit 20 of the demodulation circuit 14 shown in FIG. 3 has a waveform as shown in FIG. To enter. MSK modulation is a type of frequency modulation and associates bit information with two types of frequencies. Specifically, a center frequency (f c ) composed of a certain frequency and a frequency shift (Δf) with respect to the center frequency are determined, and information “in the center frequency + frequency shift” (f c + Δf) of the digital signal is “ “0” is assigned, information “1” is assigned to “center frequency−frequency shift” (f c −Δf), and, for example, a waveform obtained by repeating a bit string representing speed information as one frame is transmitted. . FIG. 5 shows a waveform inputted by frequency modulation using the MSK modulation method with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing amplitude, and a bit string of a telegram signal included in the ATC signal subjected to MSK modulation is shown below the waveform. Show.
図６は、前記ＡＴＣ信号の中に含まれる電文信号の構成を示す説明図である。このＡＴＣ信号に含まれる電文信号の先頭には、「スタートフラグ」が加えられている。スタートフラグは、電文信号の先頭位置を表すビット列で、復調処理ではそのスタートフラグを検知することで、該スタートフラグの後に続くデータ（電文信号の内容）を検知することができる。この場合、スタートフラグのビット列では、図６に示すように、先頭と末尾がビット「０」であり、中間部においてビット「１」が複数回（例えば３回）連続している。一方、データ区間では、伝送する情報によってビットが異なるが、周期的にビット「０」が挿入されている。したがって、データ区間においてビット「１」が連続する回数は、スタートフラグにおけるビット「１」の連続する回数より少なくなる。これにより、データ区間とスタートフラグとを混同することなく両者を正しく認識して、スタートフラグを検知することで、該スタートフラグの後に続くデータを正しく検知することができるようになっている。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a telegram signal included in the ATC signal. A “start flag” is added to the head of the telegram signal included in the ATC signal. The start flag is a bit string representing the start position of the telegram signal. By detecting the start flag in the demodulation process, data (content of the telegram signal) following the start flag can be detected. In this case, in the bit string of the start flag, as shown in FIG. 6, the head and the tail are bits “0”, and the bit “1” is continued a plurality of times (for example, three times) in the intermediate portion. On the other hand, in the data section, although bits differ depending on the information to be transmitted, bit “0” is periodically inserted. Therefore, the number of consecutive bits “1” in the data interval is less than the number of consecutive bits “1” in the start flag. As a result, the data section and the start flag can be correctly recognized without being confused, and the start flag can be detected to correctly detect the data following the start flag.
その後、図４において、同期検出用信号を生成し（Ｂ２）、前記受信信号と同期検出用信号とを乗算し（Ｂ３）、その乗算後の波形に含まれる高周波数成分を除去して低周波数成分を抽出する（Ｂ４）。 Thereafter, in FIG. 4, a synchronization detection signal is generated (B2), the received signal and the synchronization detection signal are multiplied (B3), and a high frequency component included in the waveform after the multiplication is removed to reduce the low frequency. The component is extracted (B4).
ここで、図７は、前記信号同期部２６にて受信信号の受信開始との同期を取る処理時（図４参照）の波形を示す説明図である。図７（ａ）は、図３に示す信号入力部２０から信号同期部２６に入力した受信信号（図４のＢ１）の波形である。ビット列“０１１１０”の並びの部分が、電文信号の先頭に加えられたスタートフラグである。図７（ｂ）は、図４の受信信号（Ｂ１）に対して乗算（Ｂ３）する同期検出用信号（Ｂ２）の波形である。この同期検出用信号として、ＭＳＫ変調されたＡＴＣ信号（受信信号）の周波数のうち特定のビット情報に対応する周波数を持つ正弦波の信号を用いる。この場合、図７（ａ）に示すビット「１」に対応する周波数（ｆｃ−Δｆ）を持つ正弦波の信号を、同期検出用信号として生成している。 Here, FIG. 7 is an explanatory diagram showing waveforms during processing (see FIG. 4) in which the signal synchronization unit 26 synchronizes with the reception start of the received signal. FIG. 7A shows the waveform of the received signal (B1 in FIG. 4) input from the signal input unit 20 shown in FIG. 3 to the signal synchronization unit 26. The portion of the bit string “01110” is a start flag added to the head of the telegram signal. FIG. 7B shows the waveform of the synchronization detection signal (B2) obtained by multiplying (B3) the reception signal (B1) of FIG. As the synchronization detection signal, a sine wave signal having a frequency corresponding to specific bit information out of the frequency of the MSK-modulated ATC signal (reception signal) is used. In this case, a sine wave signal having a frequency (f c −Δf) corresponding to the bit “1” shown in FIG. 7A is generated as a synchronization detection signal.
図７（ｃ）は、１サンプルごとに受信信号（Ｂ１）と同期検出用信号（Ｂ２）とを乗算した後の信号波形である。この乗算後の波形には、図８に示す表１のように、２種類の周波数成分が含まれている。すなわち、ビット「０」に対応する周波数（ｆｃ＋Δｆ）のとき、低周波数成分は２Δｆ、高周波数成分は２ｆｃとなる。また、ビット「１」に対応する周波数（ｆｃ−Δｆ）のとき、低周波数成分は０（直流成分）、高周波数成分は（２ｆｃ−Δｆ）となる。 FIG. 7C shows a signal waveform after the reception signal (B1) and the synchronization detection signal (B2) are multiplied for each sample. The waveform after multiplication includes two types of frequency components as shown in Table 1 shown in FIG. That is, when the frequency (f c + Δf) corresponding to the bit "0", the low-frequency components 2.DELTA.f, the high-frequency component becomes 2f c. At the frequency (f c −Δf) corresponding to the bit “1”, the low frequency component is 0 (DC component) and the high frequency component is (2f c −Δf).
そして、図７（ｄ）は、受信信号（Ｂ１）と同期検出用信号（Ｂ２）とを乗算（Ｂ３）した後の信号波形に含まれる高周波数成分を、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）により除去して低周波数成分を抽出（Ｂ４）した波形である。図８の表１に示すように、受信信号のビットが「０」のとき、低周波数成分抽出後の波形は、周波数が２Δｆ[Hz]の正弦波となる。一方、受信信号のビットが「１」のとき、低周波数成分抽出後の波形は、周波数が０、すなわち直流成分となる。 FIG. 7D shows a high-frequency component included in the signal waveform after multiplication (B3) of the reception signal (B1) and the synchronization detection signal (B2) by a low-pass filter (LPF). Then, the waveform is obtained by extracting (B4) the low frequency component. As shown in Table 1 of FIG. 8, when the bit of the received signal is “0”, the waveform after low frequency component extraction is a sine wave having a frequency of 2Δf [Hz]. On the other hand, when the bit of the received signal is “1”, the waveform after low frequency component extraction has a frequency of 0, that is, a DC component.
その後、図４において、前記低周波数成分を抽出した後の信号について同期時刻を検出し（Ｂ５）、それを同期時刻として出力する（Ｂ６）。 Thereafter, in FIG. 4, the synchronization time is detected for the signal after extracting the low frequency component (B5), and this is output as the synchronization time (B6).
ここで、図９は、前記受信信号の受信開始との同期を取る処理にて同期を検出し、同期時刻として出力する処理を示す機能ブロック図である。この場合、図４の処理Ｂ５における内部処理を示しているのが、図９の処理Ｂ５１〜Ｂ５４である。
まず、低周波数成分抽出後の信号を入力する（Ｂ５１）。その後、入力した信号の値が変動したか否かを判断する（Ｂ５２）。このとき、信号の値が変動しない間は“No”側へループして待機し、信号の値が変動すると“Yes”側へ進む。次に、受信信号の３ビット区間連続で同じ値か否かを判断する（Ｂ５３）。そして、３ビット区間連続で同じ値が続くと“Yes”側へ進み、そのタイミングの後に１ビット時間の遅延を加える（Ｂ５４）。
Here, FIG. 9 is a functional block diagram showing a process of detecting the synchronization in the process of synchronizing with the reception start of the received signal and outputting it as the synchronization time. In this case, the processes B51 to B54 in FIG. 9 show the internal processes in the process B5 in FIG.
First, the signal after low frequency component extraction is input (B51). Thereafter, it is determined whether or not the value of the input signal has changed (B52). At this time, while the signal value does not fluctuate, it loops to “No” side and waits, and when the signal value fluctuates, it proceeds to “Yes” side. Next, it is determined whether or not the received signal has the same value for three consecutive bit sections (B53). If the same value continues for 3 bit sections, the process proceeds to “Yes”, and a delay of 1 bit time is added after that timing (B54).
この場合、受信信号において、図６及び図７（ｄ）に示すスタートフラグ区間では、ビット「０」と「０」の間にビット「１」が一定の回数（例えば３回）連続しているのに対して、データ区間では、ビット「１」が連続する回数はスタートフラグ区間より少なくなる。このことから、図７（ｄ）に示す低周波数成分抽出後の波形において同じ値となる区間を保持し、その区間がスタートフラグのビット「１」が一定の回数連続する長さＲ（例えば３区間）まで達した場合、該スタートフラグにおけるビット「１」の終端時刻Ｔeを検出することができる。スタートフラグでは、ビット「１」の後にビット「０」が１つ続くので、前記ビット「１」の終端時刻Ｔeにビット「０」に対応する１ビットに相当する時間ｔ0を遅延させる。前記終端時刻Ｔeに１ビットに相当する時間ｔ0を加えた時刻が、受信信号のデータ区間との同期を取った時刻Ｔsになる。これにより、図４に示す同期時刻（図７（ｄ）の符号Ｔs参照）が検出される（Ｂ５）。 In this case, in the received signal, in the start flag section shown in FIGS. 6 and 7D, the bit “1” continues between the bits “0” and “0” for a certain number of times (for example, three times). On the other hand, in the data interval, the number of consecutive bits “1” is less than in the start flag interval. Therefore, a section having the same value is retained in the waveform after the low frequency component extraction shown in FIG. 7D, and the section has a length R (eg, 3 When the time reaches (interval), the end time Te of bit “1” in the start flag can be detected. In the start flag, since bit “1” is followed by one bit “0”, time t 0 corresponding to 1 bit corresponding to bit “0” is delayed from the end time Te of bit “1”. A time obtained by adding a time t 0 corresponding to 1 bit to the end time Te is a time Ts synchronized with the data interval of the received signal. As a result, the synchronization time shown in FIG. 4 (see symbol Ts in FIG. 7D) is detected (B5).
その後、図４及び図９において、前記検出された同期時刻Ｔsをデータ区間との同期時刻として出力する（Ｂ６）。そして、図３に示す信号同期部２６から信号抽出部２３に対して同期時刻Ｔsの信号が送られ、前記信号抽出部２３に対して、どのタイミングで受信信号を抽出するかを決定して指示を出す。これにより、受信したＡＴＣ信号について周波数スペクトルを用いた復調処理を行う際に、前記ＡＴＣ信号のデータ受信開始との同期を取ることができる。 Thereafter, in FIGS. 4 and 9, the detected synchronization time Ts is output as the synchronization time with the data section (B6). Then, a signal at the synchronization time Ts is sent from the signal synchronizer 26 shown in FIG. 3 to the signal extractor 23, and the signal extractor 23 is determined and instructed at what timing the received signal is extracted. Put out. As a result, when performing demodulation processing using the frequency spectrum for the received ATC signal, it is possible to synchronize with the start of data reception of the ATC signal.
図１０は、前記復調回路１４の信号同期部２６にて受信信号の受信開始との同期を取る処理の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態は、図４に示す第１の実施形態と比較して、図３に示す信号入力部２０から入力する受信信号（Ｂ１）に対して乗算（Ｂ３）する同期検出用信号（Ｂ２）として、ＭＳＫ変調されたＡＴＣ信号（受信信号）を１ビット分だけ遅延させた信号を用いる点が異なり、その他は同様である。 FIG. 10 is a functional block diagram showing a second embodiment of a process for synchronizing with the reception start of the received signal in the signal synchronization unit 26 of the demodulation circuit 14. Compared with the first embodiment shown in FIG. 4, this embodiment multiplies (B3) the received signal (B1) input from the signal input unit 20 shown in FIG. Except that a signal obtained by delaying the MSK-modulated ATC signal (reception signal) by one bit is used, and the other is the same.
図１１は、第２の実施形態において前記信号同期部２６にて受信信号の受信開始との同期を取る処理時（図１０参照）の波形を示す説明図である。図１１（ａ）は、図３に示す信号入力部２０から信号同期部２６に入力した受信信号（図１０のＢ１）の波形であり、図７（ａ）に示すものと同様である。図１１（ｂ）は、図１０の受信信号（Ｂ１）に対して乗算（Ｂ３）する同期検出用信号（Ｂ２）の波形である。この同期検出用信号として、ＭＳＫ変調されたＡＴＣ信号（受信信号）を１ビット分だけ遅延させた信号を生成している。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing waveforms during processing (see FIG. 10) in which the signal synchronization unit 26 synchronizes with the reception start of the reception signal in the second embodiment. FIG. 11A shows the waveform of the received signal (B1 in FIG. 10) input from the signal input unit 20 to the signal synchronization unit 26 shown in FIG. 3, and is the same as that shown in FIG. 7A. FIG. 11B shows a waveform of the synchronization detection signal (B2) obtained by multiplying (B3) the reception signal (B1) of FIG. As this synchronization detection signal, a signal obtained by delaying the MSK-modulated ATC signal (reception signal) by one bit is generated.
図１１（ｃ）は、１サンプルごとに受信信号（Ｂ１）と同期検出用信号（Ｂ２）とを乗算した後の信号波形である。この乗算後の波形には、図１２に示す表２のように、２種類の周波数成分が含まれている。すなわち、乗算した２つのビットの組合せ（０，０）のとき、低周波数成分は０（直流成分）で図１３において正の値、高周波数成分は２（ｆｃ＋Δｆ）となる。乗算した２つのビットの組合せ（０，１）のとき、低周波数成分は２Δｆ、高周波数成分は２ｆｃとなる。また、乗算した２つのビットの組合せ（１，０）のときも、低周波数成分は２Δｆ、高周波数成分は２ｆｃとなる。さらに、乗算した２つのビットの組合せ（１，１）のとき、低周波数成分は０（直流成分）で図１３において負の値、高周波数成分は２（ｆｃ−Δｆ）となる。 FIG. 11C shows a signal waveform after the reception signal (B1) and the synchronization detection signal (B2) are multiplied for each sample. This multiplied waveform includes two types of frequency components as shown in Table 2 shown in FIG. That is, in the case of a combination (0, 0) of two multiplied bits, the low frequency component is 0 (DC component), which is a positive value in FIG. 13, and the high frequency component is 2 (f c + Δf). When multiplying the two bit combinations (0,1), low frequency components 2.DELTA.f, the high-frequency component becomes 2f c. Further, even when the two-bit combinations multiplied (1,0), low frequency components 2.DELTA.f, the high-frequency component becomes 2f c. Furthermore, when the two-bit combinations multiplied (1,1), a negative value in FIG. 13 the low frequency component is 0 (DC component), the high-frequency component becomes 2 (f c -.DELTA.f).
そして、図１１（ｄ）は、受信信号（Ｂ１）と同期検出用信号（Ｂ２）とを乗算（Ｂ３）した後の信号波形に含まれる高周波数成分を、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）により除去して低周波数成分を抽出（Ｂ４）した波形である。図１２の表２に示すように、乗算した２つのビットの組合せが異なるとき、低周波数成分抽出後の波形は、周波数が２Δｆ[Hz]の正弦波となる。一方、乗算した２つのビットの組合せが等しいとき、低周波数成分抽出後の波形は、周波数が０、すなわち直流成分となる。この場合、２つのビットが共に０のときは直流成分が正の値に、２つのビットが共に１のときは直流成分が負の値になる。 In FIG. 11D, the high-frequency component included in the signal waveform after multiplication (B3) of the reception signal (B1) and the synchronization detection signal (B2) is removed by the low-pass filter (LPF). Then, the waveform is obtained by extracting (B4) the low frequency component. As shown in Table 2 of FIG. 12, when the combination of two multiplied bits is different, the waveform after low frequency component extraction is a sine wave having a frequency of 2Δf [Hz]. On the other hand, when the combination of two multiplied bits is equal, the waveform after the low frequency component extraction has a frequency of 0, that is, a DC component. In this case, when both bits are 0, the DC component is a positive value, and when both bits are 1, the DC component is a negative value.
図１３は、図１０に示す第２の実施形態において前記受信信号の受信開始との同期を取る処理において同期を検出し同期時刻を検出する処理を示す説明図であり、図１４は、その同期を検出し同期時刻として出力する処理を示す機能ブロック図である。そして、図１０の処理Ｂ５における内部処理を示しているのが、図１４の処理Ｂ７１〜Ｂ７４である。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing a process of detecting synchronization and detecting a synchronization time in the process of synchronizing with the reception start of the received signal in the second embodiment shown in FIG. 10, and FIG. It is a functional block diagram which shows the process which detects and outputs as a synchronous time. Then, the processes B71 to B74 in FIG. 14 show the internal processes in the process B5 in FIG.
図１４において、まず、低周波数成分抽出後の信号を入力する（Ｂ７１）。このとき、図１３において、スタートフラグのビット列では、先頭と末尾がビット「０」であり、中間部においてビット「１」が複数回（例えば３回）連続している。この状態で、低周波数成分抽出後の波形において、２つのビットの組合せの乗算結果が負か否かを判断する（Ｂ７２）。このとき、乗算結果が“０”以上の間は“No”側へループして待機し、乗算結果が“０”より小さくなったとき“Yes”側へ進む。次に、乗算結果が負の状態で２ビット区間連続したかを判断する（Ｂ７３）。これは、図１３において、スタートフラグのビット「１」が連続する区間を保持し、その保持がスタートフラグのビット「１」が連続する区間の長さまで達したことを検出するものである。そして、２ビット区間連続で負が続くと“Yes”側へ進み、そのタイミングの後に１ビット時間の遅延を加える（Ｂ７４）。 In FIG. 14, first, a signal after low frequency component extraction is input (B71). At this time, in the bit string of the start flag in FIG. 13, the beginning and the end are the bits “0”, and the bit “1” is continued a plurality of times (for example, three times) in the intermediate portion. In this state, it is determined whether or not the multiplication result of the combination of two bits is negative in the waveform after low frequency component extraction (B72). At this time, while the multiplication result is “0” or more, the process loops to “No” side and waits. When the multiplication result becomes smaller than “0”, the process proceeds to “Yes” side. Next, it is determined whether the multiplication result is negative and the 2-bit section is continued (B73). In FIG. 13, a section in which bit “1” of the start flag is held is detected, and this holding is detected to reach the length of a section in which bit “1” of the start flag is continued. If the negative continues for 2 bit intervals, the process proceeds to “Yes”, and a delay of 1 bit time is added after that timing (B74).
この場合、図１３に示す低周波数成分抽出後の波形において乗算結果が負となる区間を保持し、その保持がスタートフラグのビット「１」が連続する区間の長さＲ（例えば２区間）まで達した場合、該スタートフラグにおけるビット「１」の終端時刻Ｔeを検出することができる。スタートフラグでは、ビット「１」の後にビット「０」が１つ続くので、前記ビット「１」の終端時刻Ｔeにビット「０」に対応する１ビットに相当する時間ｔ0を遅延させる。前記終端時刻Ｔeに１ビットに相当する時間ｔ0を加えた時刻が、受信信号のデータ区間との同期を取った時刻Ｔsになる。これにより、図１０に示す同期時刻（図１３の符号Ｔs参照）が検出される（Ｂ５）。 In this case, a section in which the multiplication result is negative in the waveform after extracting the low frequency components shown in FIG. 13 is held, and the holding is up to the length R (for example, two sections) of the section where the bit “1” of the start flag continues. When it reaches, the end time Te of the bit “1” in the start flag can be detected. In the start flag, since bit “1” is followed by one bit “0”, time t 0 corresponding to 1 bit corresponding to bit “0” is delayed from the end time Te of bit “1”. A time obtained by adding a time t 0 corresponding to 1 bit to the end time Te is a time Ts synchronized with the data interval of the received signal. As a result, the synchronization time shown in FIG. 10 (see symbol Ts in FIG. 13) is detected (B5).
その後、図１０及び図１４において、前記検出された同期時刻Ｔsをデータ区間との同期時刻として出力する（Ｂ６）。そして、図３に示す信号同期部２６から信号抽出部２３に対して同期時刻Ｔsの信号が送られ、前記信号抽出部２３に対して、どのタイミングで受信信号を抽出するかを決定して指示を出す。これにより、受信したＡＴＣ信号について周波数スペクトルを用いた復調処理を行う際に、前記ＡＴＣ信号のデータ受信開始との同期を取ることができる。 Thereafter, in FIGS. 10 and 14, the detected synchronization time Ts is output as the synchronization time with the data section (B6). Then, a signal at the synchronization time Ts is sent from the signal synchronizer 26 shown in FIG. 3 to the signal extractor 23, and the signal extractor 23 is determined and instructed at what timing the received signal is extracted. Put out. As a result, when performing demodulation processing using the frequency spectrum for the received ATC signal, it is possible to synchronize with the start of data reception of the ATC signal.
なお、以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさ及び配置関係等については、本発明が理解、実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。したがって、本発明は、以上に説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り、様々な形態に変更することができる。 Note that the configuration, shape, size, arrangement relationship, and the like described in the above embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
１…地上装置
２…車上装置
３…列車
４…軌道（レール）
６…受信コイル
１４…復調回路（復調処理手段）
２０…信号入力部
２１…周波数シフト部
２２…デシメーション部
２３…信号抽出部
２４…フーリエ変換部
２５…信号判別部
２６…信号同期部
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4…軌道回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ground equipment 2 ... On-board equipment 3 ... Train 4 ... Track (rail)
6 ... Receiving coil 14 ... Demodulation circuit (demodulation processing means)
20 ... signal input unit 21 ... frequency shifter 22 ... decimation section 23 ... signal extractor 24 ... Fourier transform unit 25 ... signal determining portion 26 ... signal synchronization unit T 1, T 2, T 3 , T 4 ... track circuit
Claims (4)
列車に搭載され、前記軌道回路に流れるＡＴＣ信号を受信する車上装置とを備えて成り、
前記車上装置は、受信信号の波形から周波数スペクトルを求めて復調処理を行う復調処理手段を備え、
前記復調処理手段は、受信信号に同期検出用信号を乗算し低周波数成分を抽出して、受信開始との同期を取る構成とし、
前記受信したＡＴＣ信号に基づいて列車制御を行う列車制御装置。 A ground device for transmitting an ATC signal obtained by the minimum deviation modulation method to the track circuit;
An on-board device that is mounted on a train and receives an ATC signal flowing in the track circuit;
The on-board device includes a demodulation processing means for performing a demodulation process by obtaining a frequency spectrum from a waveform of a received signal,
The demodulation processing means is configured to extract a low frequency component by multiplying the received signal by a synchronization detection signal, and synchronize with the reception start,
A train control device that performs train control based on the received ATC signal.
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