JP6403491B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関するものである。

無線通信システムの一例について、図１を用いて説明する。
図１は無線通信システムの構成例を示す図である。
図１において、無線通信システムは、操作卓１０１と、上位局である中央装置１２０と、複数の基地局１６０，１７０，１８０と、複数の無線端末局である車上局１３０，１４０，１５０で構成されている。
なお、無線通信システムが列車無線通信システムの場合は、複数の無線端末局が線路１９０上を移動する。

音声個別通信を行う場合、操作卓１０１で入力した下り回線の音声データは、中央装置１２０から基地局１６０を介して車上局１３０へ伝送される。さらに、下り回線の音声データは、基地局１６０から基地局１７０を介して車上局１４０に伝送され、基地局１７０から基地局１８０を介して車上局１５０へ伝送される。

当該システムが列車無線通信システムの場合、通常、基地局の設置数は列車の営業距離等により図１で示すより多く、設置場所が異なることで環境条件に差異があり、自然災害等の影響も異なる。そのため、中央装置１２０と基地局１６０〜１８０間の回線を二重化することがある。
例えば、図１の基地局１７０の第１系統回線のインタフェースが故障すると、基地局１６０から基地局１８０に信号を伝送できなくなる。
このような場合には、第１系統回線の使用を止め、中央装置１２０から基地局１８０へ第２系統回線を用いて操作卓１０１からの音声データを出力する。音声データは、第２系統回線を用いて、基地局１８０から基地局１７０を経由して基地局１６０にまで伝送する。

従来技術である無線通信システムについて、図４を用いて説明する。
図４は従来の無線通信システムの動作を説明するためのブロック図である。
操作卓１０１からの個別通信の一例について説明する。
下り回線の音声データは、操作卓１０１から車上局１３０、車上局１４０、車上局１５０に向かって送出する。
操作卓１０１から送出された音声データは、中央装置１２０内の回線交換部１２１を介してＥＮＣ（Encoder）部１２２で音声符号化され、下り/上りの加算部１２３を経由し、ＦＥＣ−ＥＮＣ（Forward Error Correction-Encoder）部１２４で誤り訂正符号化され、基地局１６０に送出される。

基地局１６０では、基地局１８０経由で来た操作卓１０１からの音声データと、中央装置１２０から直接来た操作卓１０１からの音声データの一方を切替部１６１で選択し、無線で車上局１３０へ送出する。つまり、第１系統回線を使用する場合は図４のように切替部１６１にて第１系統回線が選択される。
車上局１３０では、無線信号より音声データを取出し、ＦＥＣ−ＤＥＣ（Forward Error Correction-Decoder）部１３１で誤り訂正復号化し、エコーキャンセラ機能の加算部１３２を経由してＤＥＣ（Decoder）部１３３で復号化し、操作卓１０１からの音声データを図示していないスピーカから鳴動させる。

上り回線の音声データは、車上局１３０から操作卓１０１に向かって送出する。
図示していないマイク等から入力された音声信号は、車上局１３０のＥＮＣ部１３５により符号化され、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１３４で誤り訂正符号化されて、無線で基地局１６０に送出される。
基地局１６０では、無線信号より音声データを取出し、分配部１６２によって、中央装置１２０と、基地局１７０と基地局１８０に送出される。基地局１８０に送出された音声データは、その後中央装置１２０へ送出される。

中央装置１２０では、受信した音声データをコーデック部２１１のＦＥＣ−ＤＥＣ部１２６で誤り訂正復号化し、ＤＥＣ部１２５で音声信号に復号する。復号した音声信号は、回線交換部１２１を介して操作卓１０１に送出され、車上局１３０からの音声信号を操作卓１０１の図示していないスピーカから鳴動させる。

また、車上局１３０の上記と同じ上り回線の音声データは、別な車上局（図２の場合、車上局１５０）にも伝送されるが、その場合は、前記中央装置１２０のＦＥＣ−ＤＥＣ部１２６から加算部１２３に送出され、加算部１２３で下りのＥＮＣ１２２出力の音声信号と加算された後、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１２４へ送出され、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１２４から基地局１６０、そして、基地局１８０を経由して車上局１５０へ伝送される。

先行技術の信号干渉を回避する手法として、複数の基地局から電波を送信するタイミングを揃える基地局間同期が用いられる。
従来の無線通信システムにおける複数基地局間の同期手法についての先行技術として例えば特許文献１に記載された技術がある。この特許文献１の技術は、上位局の送信機からループ状の光回線で複数の基地局を接続し、上位局から各基地局までの光回線の長さを同じにすることで、基地局が恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Xtal Oscillator）等の高精度な水晶発振器を備えることなく、同期確立の精度の向上を図っている。

特開２０１０−１９３２０５号公報

従来技術の音声個別通信において、基地局間の回線（図４のポイントＡ）において第１系統回線と第２系統回線の両方の回線が断線した場合、下りの操作卓１０１からの音声データは回線交換部１２１からコーデック部４１１を経由して基地局１６０、そして車上局１３０へと無線伝送される。また、車上局１５０へは、回線交換部１２１からコーデック部４１２を経由して基地局１８０、そして車上局１５０へと無線伝送され、基地局１７０から車上局１４０へ無線伝送される。
上り音声データについては、基地局間が通信断しているため、同経路（一つの系統回線）を介して音声データが伝送できない。そのため、上り音声データは、中央装置１２０のＦＥＣ−ＤＥＣ部１２６で誤り訂正復号化後、ＤＥＣ部１２５で音声復号化してから回線交換部１２１を介してコーデック部４１２のＥＮＣ部１２７で音声符号化し、加算部１２８を介してＦＥＣ−ＥＮＣ部１２９で誤り訂正符号化し、基地局１８０を経由して無線で車上局１５０へ伝送される。

基地局間が通信断した時の上り回線では、音声データを車上局１３０のＥＮＣ部１３５で音声符号化し、それを中央装置１２０のＤＥＣ部１２５で音声復号化し、ＥＮＣ部１２７で再度音声符号化し、車上局１５０のＤＥＣ部１５３で再度音声復号化するため、２回音声コーデック（Codec）を行うことになる。音声コーデックは可逆性がないため、音声コーデックを複数回行うと音質が劣化してしまうという問題があった。
本発明の目的は、基地局間で回線断になっても上り回線の音声品質を劣化させないことにある。

本発明の無線通信システムは、無線端末局と無線通信するカスケードに接続した複数の基地局と、該基地局と接続する上位局と、操作卓とを有する無線通信システムであって、前記上位局と基地局間は接続する上り及び下り回線を各２系統有し、前記上位局は、基地局間の通信断したポイントを前記２系統の通信状態から検出し、前記上位局は、選択部と加算部とを有し、前記上位局は、前記上位局と通信断したポイントの間にある基地局と接続している無線端末局から、前記上位局と通信断したポイントの先にある基地局に接続している無線端末局に上り音声データを伝送する場合、前記上位局と通信断したポイントの間にある基地局と接続している無線端末局から来た上り音声データと前記操作卓から来た下り音声データを前記加算部で加算し、前記選択部で復号化しない経路に切替え、前記上位局と前記通信断したポイントの先にある基地局に接続している無線端末局に伝送することを特徴としている。

また、本発明の無線通信方法は、無線端末局と無線通信するカスケードに接続した複数の基地局と、該基地局と接続する上位局とを有する無線通信システムの無線通信方法であって、前記上位局は、カスケードに接続した複数の基地局に安否確認を２系統から送出し、各基地局から送出された安否応答を２系統から受信し、前記安否応答から基地局間の通信断したポイントを検出すると、前記上位局と前記通信断したポイントの間にある基地局と接続している無線端末局から送出されて来た上り音声データを復号化せず、前記上位局と前記通信断したポイントの先にある基地局に接続している無線端末局に伝送することを特徴としている。

なお、前記上位局は、操作卓から送出されて来た下りの音声データを符号化し、該符号化した音声データと前記通信断したポイントの間にある基地局と接続している無線端末局から送出されて来た上り音声データとを加算し、該加算した音声データを復号化せず、前記通信断したポイントの先にある基地局に接続している無線端末局に伝送することが好ましい。

本発明によれば、基地局間で回線断になっても上り回線の音声品質が劣化しない。

無線通信システムの構成例を示す図である。 本発明の一実施例である無線通信システムの動作を説明するためのブロック図である。 本発明の一実施例である無線通信システムのＳＥＬ部の切替え制御を説明するためのフローチャートである。 従来の無線通信システムの動作を説明するためのブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は無線通信システムの構成例を示す図であるが、前述で構成例を説明しているため、説明を省略する。
なお、基地局１６０から基地局１８０への信号伝送は第１系統回線経由とし、基地局１８０から基地局１６０への信号伝送は第２系統回線経由とする。

次に、本発明の一実施例である無線通信システムについて図２を用いて説明する。
図２は本発明の一実施例である無線通信システムの動作を説明するためのブロック図である。
図２において、中央装置１２０は、回線交換部１２１と、２系統のコーデック部２１１とコーデック部２１２で構成されている。
基地局１６０は切替部１６１と分配部１６２で構成されている。基地局１７０は切替部１７１と分配部１７２で構成されている。基地局１８０は切替部１８１と分配部１８２で構成されている。

車上局１３０はＦＥＣ−ＤＥＣ（Forward Error Correction-Decoder、誤り訂正復号化）部１３１、加算部１３２、ＤＥＣ（Decoder、復号化）部１３３、ＦＥＣ−ＥＮＣ（Forward Error Correction-Encoder、誤り訂正符号化）部１３４、ＥＮＣ（Encoder、符号化）部１３５で構成されている。
車上局１４０はＦＥＣ−ＤＥＣ部１４１、加算部１４２、ＤＥＣ部１４３、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１４４、ＥＮＣ部１４５で構成されている。
車上局１５０はＦＥＣ−ＤＥＣ部１５１、加算部１５２、ＤＥＣ部１５３、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１５４、ＥＮＣ部１５５で構成されている。

（通常時の下り回線の動作説明）
次に、通常時の下り回線の一実施例の動作について説明する。
図２において、下り回線は、操作卓１０１から車上局１３０、車上局１４０、車上局１５０に向かって音声データを送出する。
操作卓１０１から送出された音声信号は、中央装置１２０内の回線交換部１２１を介してコーデック部２１１に出力される。コーデック部２１１に入力された音声信号はＥＮＣ部１２２で音声符号化され、加算部１２３を経由してＦＥＣ−ＥＮＣ部１２４で誤り訂正符号化され、音声データとして基地局１６０に第１系統回線経由で送出される。

また、操作卓１０１から送出された音声信号は中央装置１２０内の回線交換部１２１を介してコーデック部２１２に出力される。コーデック部２１２に入力された音声データはＥＮＣ部１２７で音声符号化され、加算部１２８を経由してＦＥＣ−ＥＮＣ部１２９で誤り訂正符号化され、ＳＥＬ（Selector、選択）部２０３（通常側）を介して音声データとして基地局１８０に第２系統回線経由で送出される。

基地局１６０では、第１系統回線経由の音声データと第２系統回線経由の音声データの一方を切替部１６１で選択し、無線で車上局１３０へ無線で送出する。つまり、第１系統回線を使用する場合は図２のように切替部１６１にて第１系統回線が選択される。
車上局１３０では、受信した無線信号から音声データを取出し、ＦＥＣ−ＤＥＣ部１３１で誤り訂正復号化し、エコーキャンセラ機能の加算部１３２を介してＤＥＣ部１３３にて復号化し、操作卓１０１からの音声を図示していないスピーカから鳴動させる。

（通常時の上り回線の動作説明）
次に、通常時の上り回線は、車上局１３０から操作卓１０１に向かって音声データを送出する。
車上局１３０に入力された音声信号は、車上局１３０のＥＮＣ部１３５で符号化（され、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１３４で誤り訂正符号化されて基地局１６０に音声データとして無線で送出される。
基地局１６０では、受信した無線信号から音声データを取出し、分配部１６２によって、中央装置１２０と基地局１８０に送出される。
基地局１８０に送出された音声データはその後、中央装置１２０へ送出される。

中央装置１２０では、受信した音声データをコーデック部２１１のＦＥＣ−ＤＥＣ部１２６で誤り訂正復号化し、ＤＥＣ部１２５で音声信号に復号する。復号した音声信号は、回線交換部１２１を介して操作卓１０１に送出され、車上局１３０からの音声信号を操作卓１０１の図示していないスピーカから鳴動させる。

また、車上局１３０の上記と同じ上り回線の音声データは、別な車上局（図２の場合、車上局１５０）にも伝送されるが、その場合は、前記中央装置１２０のＦＥＣ−ＤＥＣ部１２６から加算部１２３に送出され、加算部１２３で下りのＥＮＣ１２２出力の音声信号と加算された後、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１２４へ送出され、ＦＥＣ−ＥＮＣ部１２４から基地局１６０、そして、基地局１８０を経由して車上局１５０へ伝送される。

（本発明の一実施例の動作説明）
次に、本発明の一実施例の無線通信システムの動作について説明する。
本動作説明は、基地局間の通信が図２のポイントＡで第１系統回線と第２系統回線の両方が回線断となった場合、あるいは、基地局１７０の両回線のインタフェースが故障した場合である。
図２において、車上局１３０からの上り音声データは、通常と同様に基地局１６０を経由して中央装置１２０に送出される。
中央装置１２０が受信した音声データは、ＦＥＣ−ＤＥＣ部１２６で誤り訂正復号化され、加算部１２３を介してＦＥＣ−ＥＮＣ部１２４で誤り訂正符号化され、経路（非常回線）２０１を通して回線交換部１２１に送出される。経路２０１を使用するか否かは、例えば両回線断を判断した回線交換部１２１からの制御で決定される。
なお、加算部１２３は、操作卓１０１から下りの音声データが伝送されて来ている場合には操作卓１０１の下り音声データも加算する。

回線交換部１２１では、入力した音声データをＥＮＣ部１２７には出力せずに、新たに設けた経路２０２を経由でＳＥＬ部２０３に出力する。
中央装置１２０は、ポイントＡが通信断であることを検知すると、ＳＥＬ部２０３を制御して、経路２０２の音声データ（非常側）をＳＥＬ部２０３から基地局１８０に第２系統回線経由で送出する。
あとは通常と同様に、基地局１８０を経由して車上局１５０に、車上局１３０の上りの音声データと操作卓１０１の下りの音声データが伝送される。

次に、本発明の一実施例である無線通信システムの動作を図２と図３を用いて説明する。
図３は本発明の一実施例である無線通信システムのＳＥＬ部の切替え制御を説明するためのフローチャートである。
中央装置１２０は、基地局１６０に対して正常に接続されているか否かの確認を行うため、安否確認命令を右回り（第１系統回線経由）で送出する（３０１）。
中央装置１２０は、順次、基地局に対して安否確認命令を右回り（第１系統回線経由）で送出し、最後に、基地局１８０に対して安否確認命令を右回り（第１系統回線経由）で送出する（３０２）。

次に、中央装置１２０は、基地局１６０に対して安否確認命令を左回り（第２系統伝送）で送出する（３０３）。
中央装置１２０は、順次、基地局に対して安否確認命令を左回り（第２系統回線経由）で送出し、最後に、基地局１８０に対して安否確認命令を左回り（第２系統回線経由）で送出する（３０４）。

基地局１６０は、中央装置１２０に対して安否応答を右回り（第１系統回線経由）で送出する（３０５）。
順次、基地局は中央装置１２０に対して安否応答を右回り（第１系統回線経由）で送出し、最後に、基地局１８０は、中央装置１２０に対して安否応答を右回り（第１系統回線経由）で送出する（３０６）。

次に、基地局１６０は、中央装置１２０に対して安否応答を左回り（第２系統回線経由）で送出する（３０７）。
順次、基地局は中央装置１２０に対して安否応答を左回り（第２系統回線経由）で送出し、最後に、基地局１８０は、中央装置１２０に対して安否応答を左回り（第２系統回線経由）で送出する（３０８）。

中央装置１２０は、３０９の処理で、基地局１６０の右回り（第１系統回線経由）の安否応答の着信有無を判定し、着信が有る場合（ＹＥＳ）には３１０の処理に進み、着信が無い場合（ＮＯ）には３１２の処理に進む。
次に、中央装置１２０は、３１０の処理で、基地局１８０の左回り（第２系統回線経由）の安否応答の着信有無を判定し、着信が有る場合（ＹＥＳ）には３１１の処理に進み、着信が無い場合（ＮＯ）には３１２の処理に進む。

中央装置１２０は、３１１の処理でＳＥＬ部２０３の切替え制御を“通常側”に切替えて音声データを送出する。
中央装置１２０は、３１２の処理で基地局１６０と基地局１８０間の通信断を検出すると、３１３の処理でＳＥＬ部２０３の切替え制御を“非常側”に切替えて音声データを送出する。

中央装置１２０は、図３のフローチャートにより、基地局間の通信断を検出でき、かつ通信断発生時にＳＥＬ部２０３の切替えを含む処理を変更することで音声コーデックの回数を増やさないため、上り回線の音声品質が劣化しない。
上述より、本発明の一実施例である無線通信システムは、基地局間で２系統の回線の両方が回線断になっても上り回線の音声品質が劣化しない。

以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された無線通信システムに限定されるものではなく、上記以外の無線通信システムに広く適用することができることは言うまでもない。
上述した実施形態では、図２においてコーデック部２１１が経路（パス）２０１を備え、コーデック部２１２が経路２０２とＳＥＬ２０３を備えた場合を例にあげたが、コーデック部２１２が経路２０１に相当する経路を備え、コーデック部２１１が経路２０２に相当する経路とＳＥＬ２０３を備えていてもよい。

１０１：操作卓、１２０：中央装置、１３０：車上局、１４０：車上局、１５０：車上局、１６０：基地局、１７０：基地局、１８０：基地局、１９０：線路、１２１：回線交換部、１２２，１２７，１３５，１４５，１５５：ＥＮＣ部、１２３，１２８，１３２，１４２，１５２：加算部、１２４，１２９，１３４，１４４，１５４：ＦＥＣ−ＥＮＣ部、１２５，２１１０，１３３，１４３，１５３：ＤＥＣ部、１２６，１２１１，１３１，１４１，１５１：ＦＥＣ−ＤＥＣ部、１６１，１７１，１８１：切替部、１６２，１７２，１８２：分配部、２０３：ＳＥＬ部、２１１，４１１：コーデック部、２１２，４１２：コーデック部。

Claims (2)

1. 無線端末局と無線通信するカスケードに接続した複数の基地局と、該基地局と接続する上位局と、操作卓とを有する無線通信システムであって、
   前記上位局と基地局間は接続する上り及び下り回線を各２系統有し、
   前記上位局は、基地局間の通信断したポイントを前記２系統の通信状態から検出し、
   前記上位局は、選択部と加算部とを有し、
   前記上位局は、前記上位局と通信断したポイントの間にある基地局と接続している無線端末局から、前記上位局と通信断したポイントの先にある基地局に接続している無線端末局に上り音声データを伝送する場合、前記上位局と通信断したポイントの間にある基地局と接続している無線端末局から来た上り音声データと前記操作卓から来た下り音声データを前記加算部で加算し、前記選択部で復号化しない経路に切替え、前記上位局と前記通信断したポイントの先にある基地局に接続している無線端末局に伝送することを特徴とする無線通信システム。
2. 無線端末局と無線通信するカスケードに接続した複数の基地局と、該基地局と接続する上位局とを有する無線通信システムの無線通信方法であって、
   前記上位局は、カスケードに接続した複数の基地局に安否確認を２系統から送出し、各基地局から送出された安否応答を２系統から受信し、前記安否応答から基地局間の通信断したポイントを検出すると、操作卓から送出されて来た下りの音声データを符号化し、該符号化した音声データと、前記上位局と前記通信断したポイントの間にある基地局と接続している無線端末局から送出されて来た上り音声データとを加算し、該加算した音声データを復号化せず、前記上位局と前記通信断したポイントの先にある基地局に接続している無線端末局に伝送することを特徴とする無線通信方法。

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