JP6427263B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents
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Description
移動無線システム、例えば、列車無線システムに用いられる無線通信システムは、列車に対する制御情報を伝達すると共に、列車からの状態情報を収集し、稼働中の列車の管理(在線管理)を行うために、統制局(中央装置)と列車に搭載された車上局(移動局)との間で通信を行うものである。
中央装置と車上局との間には基地局が設けられており、中央装置と基地局との間の通信は有線、基地局と車上局との間は無線で実現される。
報知チャネルは、規格上必要なチャネルであり、一斉呼出チャネルは、音声通話を行うための物理通信チャネルの割付制御で使用される。信号制御チャネルは、緊急情報(防護発報など)の送信で使用される。
車上局とのポーリング通信は、ユーザデータ領域を用いて行われる。
そこで、使用する周波数チャネルを1波増やして2波で通信を行うことが考えられる。
FDMA方式であっても、周波数チャネルを1波から2波にすれば、倍の列車とのポーリング通信が可能となる。
この場合の無線通信システムにおける無線機の設置状況について図11を用いて説明する。図11は、従来の無線通信システムにおける無線機の設置状況を示す概略図である。
FDMA方式では1周波数チャネルあたり1つの無線機が必要であるため、チャネルを追加する分、基地局の無線機も追加しなければならない。
基地局230には、制御チャネルC1用の無線機231と、制御チャネルC2用の無線機232と、音声通話やデータ通信に使用する音声通信チャネル(以下、通信チャネル)T1用の無線機233と、通信チャネルT2用の無線機234と、4チャネル分の周波数に応じて変復調する高周波部235が設けられている。
尚、ポーリング通信を行う従来技術としては、特開2004−172942号公報「無線通信システム」(株式会社日立国際電気、特許文献1)がある。
特許文献1には、通信局装置が、複数の異なる送信タイミングで基地局装置に送信したポーリング応答について、基地局装置からその受信状況の情報を取得し、適切な無線通信タイミングを設定することが記載されている。
本発明の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法は、基地局と車上局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行うものであって、基地局が、下り制御チャネルで車上局にポーリング要求を送信し、車上局が、上り制御チャネルでポーリング応答を送信し、基地局が、下り通信チャネルに、通信情報を送受信するトラフィックチャネルと、制御情報を送受信する付随制御チャネルとを含めて送信し、車上局が、基地局から受信した下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて通信の制御を行うようにしており、制御情報を通信チャネルで送受信することにより、制御チャネルにおけるユーザデータ領域を拡大して、多くの車上局とポーリング通信を行うことができ、ポーリング通信の効率を向上させることができるものである。
実施の形態に係る無線通信システム(本システム)のポーリング通信の概略について図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る無線通信システムのポーリング通信の概略を示す説明図である。
図1の例では、中央装置(統制局)1と、基地局21,22,...(以下、「基地局2」とする)と、車上局31,32...(以下、「車上局3」とする)とを備えている。後述するように、本システムの例では、車上局3は6台まで通信可能であるが、図1では、説明を簡単にするために基地局2及び車上局3はそれぞれ2台のみ示している。
具体的には、中央装置1は、車上局3に対してポーリング要求を送信し、車上局3からのポーリング応答を受信して列車ごとに在線状況を判断する。また、中央装置1は、車上局3と音声通話やデータ通信を行う。
車上局3は、中央装置1からのポーリング要求を基地局2を介して受信して、それに対してポーリング応答を送信する。また、車上局3は、中央装置1と音声通話等を行う無線送受信装置である。
図1に示すように、中央装置1では、各車上局3に対するポーリング要求の電文情報を生成して、全ての基地局2に送信する。図1の例では、ポーリング要求(1)は車上局31に対するポーリング要求であり、ポーリング要求(2)は車上局32に対するポーリング要求である。
基地局2では、受信したポーリング要求の電文情報をスーパーフレームの所定のフレームに挿入して、下り制御チャネルを用いて無線送信する。
具体的には、車上局31は、ポーリング要求(1)を受信すると、それに対してポーリング応答(1)を送信し、車上局32は、ポーリング要求(2)を受信すると、ポーリング応答(2)を送信する。
そして、基地局2では受信したポーリング応答から電文情報を生成して、中央装置1に送信するようになっている。
本システムでは、通信に必要な制御情報を、制御チャネルだけでなく通話音声や通信データなどの通信情報を送信する通信チャネル(通話、データ通信チャネル)に挿入して送信することにより、制御チャネルにおけるユーザデータ領域を広く確保して、1回のスーパーフレーム通信で多くの車上局とのポーリング通信を行うようにしている。
これにより、本システムでは、1回の通信でポーリング通信可能な車上局3の数を増やすことができるものである。
本システムにおける制御チャネルのスーパーフレームの構成例について図2を用いて説明する。図2は、本システムにおけるスーパーフレームの構成例を示す説明図である。
図2に示すように、本システムにおける制御チャネルのスーパーフレームは、16フレーム640msecであり、ランダムアクセスポーリングチャネル(R;Random Access Polling Channel)の4フレームを除いた12フレームをユーザデータ領域とすることができるものである。
また、制御チャネルを2チャネルとすれば、12台の社状況3とのポーリング通信を行うことができるものである。
アイドル信号をいれずに、基地局2から2フレーム連続でポーリング要求を送信した場合、車上局3において2フレーム目のみを受信してしまうことがある。その場合、車上局3が2フレーム目を1フレーム目と誤認識して動作することで、通信のタイミングがずれてしまう。
このようなタイミングのずれを防ぐために、本システムではポーリング要求の2フレーム目をアイドル信号としている。
尚、図2に示すように、上り制御チャネルでは、確実に応答するために2フレーム連続でポーリング応答を送信する。
通信チャネルにおいて、一旦通話状態となると通話が終了するまでデータ通信ができないため、通話中でも実施する必要があるデータ通信は、制御チャネルのランダムアクセスポーリングチャネル(R)によって行われるものである。
次に、本システムにおける通話チャネル(通信チャネル)のシーケンス例について図3を用いて説明する。図3は、本システムにおける通話チャネルのシーケンス例を示すシーケンス図である。
図3に示すように、定常状態において、基地局(地上局)2は、通話チャネルの付随制御チャネル(ACCH)を用いて空線信号を送出して(S100)、車上局3との通信可能状態を保持し、車上局3は、ACCHで発呼を待ち受けている。
つまり、本システムでは、通話に関する制御を制御チャネルではなく通話チャネルのACCHを用いて行う。
車上局3は、発呼を受信すると、ACCHで発呼応答を送信し(S106)、車上端末が着信動作(着信報知動作)を行う(S108)。
これにより、基地局2は通話状態に移行し、ACCHからトラフィックチャネル(TCH)に変更する。
これにより、地上端末と車上端末との間で音声通話が実現される(S128)。
車上局3は、空線信号を受信すると、TCHからACCHに変更して(S138)、ACCHで発呼を待ち受ける待ち受け状態となり、車上端末は通話中表示を終了する(S140)。
このようにして、本システムにおける通信チャネルを用いたシーケンスが行われるものである。
次に、本システムにおける無線機の設置状況について図4を用いて説明する。図4は、本システムにおける無線機の設置状況を示す概略説明図である。
図4に示すように、本システムでは、4回線を実現するTDMAを用いているため、基地局2、車上局31、車上局32には、それぞれ1台の無線機211、311、321を搭載することで通信を実現でき、無線信号の合成や分配を行う高周波回路も不要となっている。
このようにして、本システムでは、回路を簡易にすることができるものである。
本発明の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、基地局2が、下り制御チャネルでポーリング要求を送信し、車上局3が、上り制御チャネルでポーリング応答を送信し、基地局2が、下り通信チャネルに、音声等を送受信するトラフィックチャネル(TCH)と、制御情報を送受信する付随制御チャネル(ACCH)とを含めて送信し、車上局3が、下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて通話の制御を行うようにしているので、制御チャネルのユーザデータ領域を拡大して、一度のスーパーフレームの送信でポーリング通信できる車上局3の数を増大させ、ポーリング通信の効率を向上させることができる効果がある。
次に、本発明の別の実施の形態に係る無線通信システム(別のシステム)及び無線通信方法について説明する。
列車無線システムでは、列車の数が増えるに従って中央装置における処理が煩雑になり、負荷が増大してしまう。
そこで、別のシステムでは、より処理能力の高いデータサーバを用いてポーリング情報の管理を行うことで、中央装置の負荷を軽減し、より複雑な制御情報の管理ができるようにし、更に、ポーリング失敗による在線抹消を低減させるようにしている。
図5は、本発明の別の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法の概略構成を示す説明図である。
図5に示すように、別の実施の形態に係る無線通信システム(別のシステム)は、
地上設備として、運行管理システム41と、データサーバ42と、中央装置43と、基地局441,442,...(総称して「基地局44」とする)と、クライアント端末46と、操作盤47とを備え、車上局装置として、車上局51,52,53,...(総称して「車上局5」とする)とを備えている。
車上局51,52,53は、それぞれ、列車01,列車02,列車03に搭載されている。
中央装置43、基地局44、車上局5の構成は、上述した本システムのものと同じである。
そして、別のシステムでは、地上設備の操作盤47と、列車に搭載される車上局5との間で音声及びデータ通信を行い、運行管理システム1で列車の運行状況を管理する。
尚、別のシステムにおいても上述した本システムと同様に、多重化方式をTDMAとし、制御チャネル2チャネル、通信チャネル2チャネルで通信を行うものとする。
運行管理システム41は、列車の運行状況を管理するものであり、コンピュータで構成される処理装置である。別のシステムの特徴として、運行管理システム41は、運行中の列車の制御情報をデータサーバ42に送信する。
それと共に、データサーバ42は、車上局5からのポーリング応答の電文情報を受信して、各列車が在線しているかどうかを判断する在線管理を行う。データサーバ42の在線管理の処理については後述する。
また、データサーバ42は、システム内で発生した障害の履歴や、データ通信の履歴の管理を行い、これらの履歴はクライアント端末46から閲覧可能となっている。
操作盤47は、オペレータによって操作され、車上局5とのデータ通信や通話を行う。
基地局44は、従来と同様に、中央装置43とは有線で、車上局5と無線で通信を行い、データサーバ42からのポーリング要求を車上局5に送信すると共に、車上局5からのポーリング応答に基づいて電文情報を生成し、データサーバ42に送信する。
ここで、基地局44は、ポーリング要求の電文情報に基づいて下り制御チャネルのスーパーフレームを組み立て、上り制御チャネルのスーパーフレームを分解して、ポーリング応答が含まれるフレーム番号に基づいてポーリング応答の電文情報を生成する。
基地局44の動作については後述する。
ポーリング要求送信時には、データサーバ42が、運行管理システム41から列車の制御情報を取得して、ポーリング要求の電文情報を生成し、ローカルネットワーク2を介して中央装置43に送信する。
中央装置43は、ポーリング要求の電文情報を全ての基地局44(441,442,...)に送信する。
各基地局44は、受信したポーリング要求の電文情報に基づいて下り制御チャネルのスーパーフレームを生成して、車上局5に無線送信する。
データサーバ42は、ポーリング応答の電文情報に基づいて、各列車の在線/非在線を判断し、応答結果及び列車状態情報を運行管理システム41に通知する。
このようにして、別のシステムにおける在線管理の動作が行われる。
次に、別のシステムにおける下り制御チャネルのスーパーフレームの構成について図6を用いて説明する。図6は、別のシステムにおける下り制御チャネルのスーパーフレームの構成例を示す説明図である。
図6に示すように、別のシステムにおけるスーパーフレームは、40msecの26フレームから成り、全体では1040msecの長さである。
そして、制御チャネルには、非常情報用や緊急割り込み用として、R1〜R4のランダムアクセスポーリングチャネルが設けられている。
図6の例では、ランダムアクセスポーリングチャネル以外のユーザデータ領域がポーリング要求の送信フレームとなり(P01〜P22)、CH1とCH2の2チャネルで最大22編成の列車に搭載された車上局5とのポーリング通信が可能となる。
このように、通常は1つのスーパーフレームによって、各車上局5は、ポーリング要求を1回受信するようになっている。
尚、上り制御チャネルでは、2フレーム続けてポーリング応答を送信する。
次に、別のシステムにおけるポーリング要求の電文情報の作成について図7を用いて説明する。図7は、別のシステムにおけるポーリング要求の電文情報の作成を示す模式説明図である。
図7に示すように、別のシステムでは、運行管理システム41が、運行中の各列車の制御情報(01編成制御情報、02編成制御情報、...xx編成制御情報)をデータサーバ42に通知する。
データサーバ42は、シーケンス番号と編成番号とを対応付けた情報を保持しておく。シーケンス番号と編成番号とが一致している必要はない。
そして、ポーリング要求の電文情報を受信した基地局は、それに含まれるシーケンス番号に基づいて、ポーリング要求を所定のフレームに挿入する。
例えば、図7のように、編成番号01に対するポーリング要求の電文情報に、シーケンス番号01が含まれていれば、図6に示すように、基地局44は、当該列車の編成番号を含むポーリング要求を1番のフレームに設定して送信する(ここでは下り制御チャネルのCH2で送信)。
基地局44は、編成番号を含むポーリング応答を受信すると、受信したフレーム番号をシーケンス番号に変換して、編成番号及びシーケンス番号を含むポーリング応答の電文情報を作成して、データサーバ42に送信する。
これにより、データサーバ42は、どの列車(車上局5)からのポーリング応答を受信したかを判断する。
つまり、別のシステムでは、列車の編成番号とシーケンス番号とフレーム番号とを対応付けることで個々の列車に関するポーリング情報を管理するものである。
運行管理システム41からの制御情報が遅れた場合、所定のタイミングでポーリング要求を送信できなくなる恐れがある。
そこで、データサーバ42では、運行管理システム41から制御情報を受信すると、内部の記憶部に記憶しておく。
そして、次のポーリング要求の電文生成時に、運行管理システム41からの制御情報が受信できなかった場合、記憶している制御情報を用いてポーリング要求の電文情報を生成する。
これにより、運行管理システム41からの制御情報の通知が間に合わなくてもポーリング要求の送信を継続することができるものである。
通常、データサーバ42は、車上局5へのポーリング要求が途絶えないよう、所定の間隔で電文情報を送信し続けるが、データサーバ42と中央装置43との間のネットワークには、他の装置(クライアント端末46等)が接続されており、データサーバ42は、これらの装置とも通信を行っている。
そのため、データサーバ42は、ポーリング要求の電文情報を常に一定のタイミングで送信できるとは限らない。
また、別の構成として、データサーバ42では電文情報をまとめずに逐次送信して、中央装置43がポーリング要求の電文情報を一定のタイミングで送信することも可能である。図8は、ポーリング要求の電文情報を一定のタイミングで送信する別の方法を示す模式説明図である。
図8に示すように、中央装置43は、インタフェース部を備え、データサーバ42から不規則なタイミングで送信されるポーリング要求の電文情報を受信すると、インタフェース部のデータ保持キューに保持する。
これにより、電文情報は一定のタイミングで基地局44に送出されるものである。
次に、中央装置43内部のキューを一定に保つ方法について図9を用いて説明する。図9は、中央装置内部のキューを一定に保つ方法の説明図である。
データサーバ42からのポーリング要求の電文情報が一定タイミングで中央装置43に送信されない場合もあるため、インタフェース内部のキューが保持するデータ数が減少してしまうことがある。
あるいは、中央装置43は、キュー内の電文情報の件数が特定値を下回った場合にデータサーバ42に通知するようにしてもよい。
データサーバ42は、上り制御チャネルにおいて3スーパーフレームで連続してポーリング応答を受信しなかった列車がある場合に、その旨を運行管理システム41に通知する。それにより、当該列車は在線抹消され、運行停止となる。
しかし、列車が運行中であるにもかかわらず、ポーリング通信の失敗によって運行停止となってしまうことがある。
別のシステムにおける在線管理の動作について具体的に説明する。
データサーバ43は、ポーリング要求の電文情報を生成して送信し、この電文情報は、基地局44から下り制御チャネルのスーパーフレーム(下り制御チャネルの第1のスーパーフレーム)で車上局5に送信される。
データサーバ42は、次の電文情報の送信タイミングになると、次のスーパーフレーム(下り制御チャネルの第2のスーパーフレーム)で送信されるポーリング要求の電文情報を生成して送信する。
そして、データサーバ42は、2スーパーフレーム連続してポーリング応答を受信しなかった列車(在線抹消候補の列車)がある場合、次のスーパーフレームにおいて、当該在線抹消候補の列車に対して、1回多く(つまり2回)ポーリング要求を送信するように電文情報を生成する。
データサーバ42の具体的な処理を図10を用いて説明する。図10は、データサーバ42の在線抹消を低減する処理を示すフローチャートである。
図10に示すように、データサーバ42は、ポーリング応答をチェックして、非受信の列車があるかどうかを判断する(100)。
非受信の列車がない場合(Noの場合)には、処理100に戻る。
在線抹消候補でない場合(Noの場合)、処理100に戻る。
選択する正常応答列車は、なるべく電文情報の送信タイミングの早いものが望ましい。
この電文情報は、請求項に記載した第2の電文情報に相当する。
第2の電文情報による抹消候補の列車に対するポーリング要求は、下り制御チャネルの第1、第2のスーパーフレームに続く第3のスーパーフレームにおいて、それまで正常応答列車に対するポーリング要求を送信していたフレームに挿入されて送信される。
当該正常応答列車については、ポーリング通信が1回省略されることになるので、同じ列車のポーリング通信が何度も省略されないように選択する。
この電文情報は、請求項に記載した第1の電文情報に相当する。
第1の電文情報による在線抹消候補の列車に対するポーリング要求は、下り制御チャネルの第3のスーパーフレームでも、第1、第2のスーパーフレームと同じフレームに挿入されて送信される。
尚、図10では、正常応答列車に対応するシーケンス番号が在線抹消候補の編成番号に対応するシーケンス番号よりも小さい場合の例を示している。
本発明の別の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、データサーバ42が、運行管理システム41から制御情報を受信して、制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、編成番号とシーケンス番号を含むポーリング要求の電文情報を生成して送信し、基地局44が、下り制御チャネルのスーパーフレームにおいてシーケンス番号のフレームに当該ポーリング要求を挿入して送信すると共に、上り制御チャネルのスーパーフレームにおいてポーリング応答が含まれるフレーム番号をシーケンス番号に変換して編成番号とシーケンス番号を含むポーリング応答の電文情報を生成して送信し、データサーバ42が、ポーリング応答の電文情報に基づいて列車の在線管理を行うようにしているので、中央装置43の処理を軽減することができる効果がある。
3,5,31,32,51,52,53,310,320...車上局、 41...運行管理システム、 42...データサーバ、 46...クライアント端末、 47...操作盤、
211,221,231,232,233,234,311,321,322...無線機、 235,313,323...高周波部
Claims (7)
- 基地局と移動局とを備え、前記基地局と前記移動局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局が、下り制御チャネルを用いて前記移動局に対して、連続する2つのフレームの内、第1のフレームで移動局に対するポーリング要求を送信すると共に、第2のフレームでアイドル信号を送信し、
前記移動局が、前記ポーリング要求を受信すると、上り制御チャネルを用いて前記ポーリング要求に対する応答を2フレーム連続して送信し、
前記基地局が、下り通信チャネルに、通信情報を送受信するトラフィックチャネルと、制御情報を送受信する付随制御チャネルとを含めて送信し、
前記移動局が、前記基地局から受信した前記下り通信チャネルに含まれる前記付随制御チャネルの前記制御情報に基づいて、通信の制御を行うことを特徴とする無線通信システム。 - 割り込み通話要求及び緊急信号を送受信するランダムアクセスポーリングチャネルを制御チャネルに備えたことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。
- 列車の運行を管理する管理システムと、
前記管理システムから受信した制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、前記編成番号と前記シーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成して送信すると共に、受信したポーリング応答の電文情報に含まれる編成番号及びシーケンス番号に基づいて、前記列車の在線状況を管理するデータサーバとを備えたことを特徴とする請求項1記載の無線通信システム。 - シーケンス番号は、制御チャネルを用いて基地局と移動局との間で送受信されるスーパーフレームのフレーム番号であり、
データサーバが、下り制御チャネルで連続する第1、第2のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報を送信し、上り制御チャネルで連続する第1、第2のスーパーフレームにおいてポーリング応答の電文情報を受信しなかった在線抹消候補の列車がある場合、前記下り制御チャネルの第1、第2のスーパーフレームに続く第3のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報として、前記在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、前記下り制御チャネルの第1、第2のスーパーフレームにおけるポーリング要求の電文情報と同一のシーケンス番号を割り当てた第1の電文情報と、前記上り制御チャネルの第1、第2のスーパーフレームにおいて連続してポーリング応答の電文情報を受信した正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第2の電文情報とを生成して送信することを特徴とする請求項3記載の無線通信システム。 - 基地局と移動局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行う無線通信方法であって、
前記基地局が、下り制御チャネルを用いて前記移動局に対して、連続する2つのフレームの内、第1のフレームで移動局に対するポーリング要求を送信すると共に、第2のフレームでアイドル信号を送信すると共に、下り通信チャネルを用いて、トラフィックチャネルで通信情報を、付随制御チャネルで制御情報を送信し、
前記移動局が、前記ポーリング要求を受信すると、上り制御チャネルを用いて前記ポーリング要求に対する応答を2フレーム連続して送信すると共に、前記基地局から受信した前記下り通信チャネルに含まれる前記付随制御チャネルの前記制御情報に基づいて、通信の制御を行うことを特徴とする無線通信方法。 - データサーバが、管理システムから受信した制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、前記編成番号と前記シーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成して送信し、受信したポーリング応答の電文情報に含まれる編成番号及びシーケンス番号に基づいて、前記列車の在線状況を管理することを特徴とする請求項5記載の無線通信方法。
- データサーバが、制御チャネルを用いて基地局と移動局との間で送受信されるスーパーフレームのフレーム番号をシーケンス番号として、下り制御チャネルで連続する第1、第2のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報を送信し、上り制御チャネルで連続する第1、第2のスーパーフレームにおいてポーリング応答の電文情報を受信しなかった在線抹消候補の列車がある場合、前記下り制御チャネルの第1、第2のスーパーフレームに続く第3のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報として、前記在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、前記下り制御チャネルの第1、第2のスーパーフレームにおけるポーリング要求の電文情報と同一のシーケンス番号を割り当てた第1の電文情報と、前記上り制御チャネルの第1、第2のスーパーフレームにおいて連続してポーリング応答の電文情報を受信した正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第2の電文情報とを生成して送信することを特徴とする請求項6記載の無線通信方法。
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