JP6504560B2 - 無線式鉄道制御システム及び地上装置 - Google Patents

Description

この発明は、列車制御システムや踏切警報制御システムといった鉄道制御システムを構成する車上装置と地上装置とが無線にて情報を遣り取りする無線式鉄道制御システムに関し、詳しくは、同一周波数の相互干渉を避けるために同一周波数を使用する地上装置同士の離隔を確保する時分割無線伝送方式の無線式鉄道制御システムに関する。
特に、列車密度の低い即ち単位時間当たりの列車本数の少ない地方交通線などの鉄道に対して適用するのに好都合な無線式鉄道制御システムに関する。

無線式鉄道制御システムの代表的な一例である無線式踏切警報制御システムとしては、鉄道の軌道を走行する列車に搭載された車上装置と、地上の踏切に設置された地上装置とが、無線にて列車情報や踏切情報を遣り取りすることにより、踏切制御子が無くても的確に踏切制御装置が踏切警報を発することができるようになったものが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。

また、無線式鉄道制御システムのもう一つの代表例である無線式列車制御システムとしては、車上装置と地上の拠点装置とが無線にて列車情報等を遣り取りするとともに、地上装置が連動装置などと有線で通信することにより、転てつ器などの地上設備を制御するようになったものが知られている（例えば非特許文献１〜２参照）。
これらの無線式列車制御システムについては、車上装置と地上装置との無線伝送（無線通信）に時分割多元接続(ＴＤＭＡ，Time Division Multiple Access，時分割多重）通信方式が採用されていることが知られており、さらに、一つの地上装置の通信範囲である通信ゾーン内で地上装置と複数の車上装置とが時分割多元接続通信方式で交信する際に用いられるスロット送信のタイミング管理（以下、スロット送信タイミング管理ともいう）の具体例も知られている（例えば特許文献４〜５、非特許文献１〜２参照）。

図４（ａ）は、その典型例を図示したものであり、一つの通信ゾーン内で、例えば軌道１１に沿って配設された地上装置１４がスロット番号Ｓ１〜Ｓ８の８スロット分の電文の無線信号を送信用の周波数ｆb1で且つ１秒間毎の時分割で送信し、軌道１１を走行する列車１２に搭載された車上装置１３は、自装置宛ての電文スロット（例えば地上装置の送信電文におけるスロット番号５のスロットであるスロットＳ５）を受信した場合、その受信から予め決定済みの一定時間（図では返信オフセット）が経過したときに、返信用の周波数ｆv1で、自装置用の電文スロット（例えば車上装置の送信電文におけるスロット番号５のスロットであるスロットｓ５）を使用して返信することで、１台の地上装置１４が最大８台の車上装置１３と無線で情報交換することができる。
なお、非特許文献１のものは、１６スロットを使用している。

ところで、同一周波数を使用して通信する無線装置同士の距離が近すぎると同一周波数の相互干渉によって無線伝送が阻害されるので、そのような不都合な事態を回避するために、同一周波数の無線装置は十分に離隔させることが必要である。また、その目安になるものとして、Ｄ／Ｕ比すなわち[(Desired level)／(Undesired level)]が知られており、無線機メーカーの推奨するＤ／Ｕ比の値は、２０ｄＢ（デシベル）以上となっている。地上装置１４と車上装置１３との距離は列車走行に伴って変化するので、地上装置１４と車上装置１３との無線伝送には別の周波数を使用するとしても、地上装置１４，１４同士の距離は固定されているので、Ｄ／Ｕ比が推奨値以上になるほど離隔している地上装置１４，１４同士には同一周波数を使用させることができる。

この推奨値を確保するのに必要となる同一周波数の地上装置の離隔距離を具体的に把握するために、奥村・秦モデルで地上装置１４と車上装置１３との通信状態を試算してみると（図４（ｂ）参照）、一方の地上装置１４のアンテナ（図では左端の距離“０”の所）から半径１．５ｋｍの通信範囲をＤ値(Desired level）とすれば、−２０ｄＢのＵ値(Undesired level）の所は一方の地上装置１４のアンテナから約５ｋｍ遠方となり（一点鎖線グラフ及び矢付き一点鎖線を参照）、同じことが他方の地上装置１４についても成り立つので、同一周波数の地上装置１４，１４の離隔距離は６．５ｋｍ以上が必要となる。

そのため（図５参照）、それより近い地上装置１４，１４には異なった周波数を使用させることで同一周波数の相互干渉を避けるには、最低でも３波繰り返し（図ではＡ駅，Ｂ駅，Ｃ駅，Ｄ駅に一つずつ設置された一連の地上装置１４，１４，１４，１４について３周波数ｆb1〜ｆb3が必要でありそれぞれの通信ゾーン内を走行している列車の車上装置１３，１３，１３，１３についても同様に３周波数ｆv1〜ｆv3を割り振るとすれば合計で６周波数）が必要である。
このような３波繰り返しの場合、同一周波数の地上装置の離隔距離は９ｋｍとなり、Ｄ／Ｕ比は２６ｄＢ以上を確保することができる（図４（ｂ）二点鎖線グラフ参照）。

特開２０１１-１０５１１７号公報 特開２０１１-１９５１１７号公報 特開２０１２-０７６５６３号公報 特表平７−５０７７５２号公報 特開２００２−１２１５０号公報

竹内浩一著『無線による列車制御システム（ＡＴＡＣＳ）』、 社団法人 日本鉄道電気技術協会 平成１８年４月発行 「鉄道と電気技術」 第１７巻 第４号 ２４−２７頁 八木遵・案西理・宮地正和・安井良次・福丸淳夫・共著「無線式踏切制御装置の機能と構成」日本鉄道サイバネティクス協議会 ２０１０年１１月発行、第４７回鉄道サイバネ・シンポジウム論文集 論文番号６１２

上述したように、従来の無線式鉄道制御システムの場合、同一周波数の相互干渉を避けるために、個々の通信ゾーンの中で行われる地上装置と車上装置との通信については時分割多元接続通信方式が採用されていたが、複数の通信ゾーンの相互関係については、時分割多元接続通信方式でなく、周波数分割が採用されていた（図５参照）。このため、個々の通信ゾーン内の地上装置はスロット管理に際して他の地上装置と送信タイミングを調整する必要が無い。例えば、図５において、スロットＳ１〜Ｓ８の時間軸上の位置が一連の地上装置１４，１４，１４，１４で揃っていないが、不都合なく無線伝送が行われる。

このように、鉄道線路に沿って連なる一連の通信ゾーンのうち異なる通信ゾーンに属していて十分には離隔していない地上装置１４，１４同士さらにはそこを走行する列車に搭載された車上装置については、同一周波数の相互干渉を避けるために、鉄道用に使用できる電波条件等により個々の通信範囲が約３ｋｍになるとともに最低限の離隔距離が６．５ｋｍ以上になる状況下では、上述したように３波（地上装置用の３周波数ｆb1〜ｆb3と車上装置用の３周波数ｆv1〜ｆv3とで計６周波数）以上の繰り返しが必要である。

そして、高密度運転線区への適用を前提とした非特許文献１の記載の列車制御システム（ＡＴＡＣＳ）では、同一周波数の相互干渉を招くオーバーリーチ等に対処できるように、上例より余裕を持たせた４波繰り返し（８周波数）が認可されて採用されている。
これまでの無線式鉄道制御システムでは全線区を網羅するに際して、同一周波数の相互干渉のために、一連の通信ゾーン相互については、一般解とも言える上述の周波数分割方式すなわち多周波数の繰り返ししか検討されていない。都市部等の高密度運転線区については多周波数の無線帯域の使用が管理官庁から認可を得られたためである。

ところが、列車密度の低い地方交通線については、無線周波数の有効利用の観点から、無線式列車制御システムや無線式踏切警報制御システムを導入する際に４波繰り返し用の８周波数の無線帯域の使用の認可を管理官庁から授かるのが、極めて困難である。最低限の３波繰り返し（計６周波数）の認可すら、地方交通線では、困難である。
そのため、従来より少ない無線周波数で全線区を網羅しても同一周波数の相互干渉を避けることができる鉄道向け無線通信方式を、列車密度の低い地方交通線に限定してでも、実現することが必要である。

そして、その要請に応えるべく、列車密度の低い地方交通線では通信トラフィックが少ないうえ高速交信の必要性が少ないこと等を勘案して、個々の通信ゾーン内だけでなく一連の通信ゾーン相互についても同一周波数の相互干渉を回避しながら地上装置と車上装置に使用する無線周波数を出来るだけ少なくすることができる地方交通線向け無線通信方式として、通信ゾーン内ばかりか通信ゾーン相互にも時分割多元接続通信方式を用いることを検討した。これは、地上装置や車上装置毎に電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を通信ゾーン内から通信ゾーン相互へも拡張適用することで、全線区について同一周波数の相互干渉の可能性のある範囲において同一周波数で同時には無線送信が行われないように考慮したものである。

とは言え、時間同期がなされる時分割多元接続通信方式ではスロット送信のタイミング管理が重要であるところ、車上装置に関しては地上装置から受信したスロット信号から返信オフセットの経過を待つことで的確なスロット送信タイミング管理の遂行が可能であり、個々の通信ゾーン内の無線伝送についても通信ゾーン内の地上装置が管理する時刻に基づいて同期をとることでやはり的確にスロット送信タイミング管理が遂行されるのに対し、一連の通信ゾーン相互の無線伝送については、属する通信ゾーンの異なる複数の地上装置同士で、送信タイミングがずれないように、それぞれの管理する時刻を一致または整合させなければ、的確なスロット送信タイミング管理の実現は叶わない。

そのため、全線区の多数の地上装置で管理する時刻を合わせることができるように、全線区の地上装置が互いに時刻情報を遣り取りできるようにするか又は全線区の地上装置に基準の時刻情報を送り付けることができるようにすることが必要になる。そして、その実現手段として時刻情報送信用の通信接続を有線か無線で構築することが考えられる。
しかしながら、このような直截的手法は、有線の場合、余分で未使用の鉄道用通信回線が全線区に亘って存在していれば良いが、そのような幸運な場合を除けば、新たに鉄道用通信回線を全線区に敷設しなければならず、費用負担が過大となるので、採用し難い。

また、無線の場合、多数の地上装置同士の間やそれらの地上装置と基準の時刻の管理装置との間に新たな無線通信回線を開設するのに、無線周波数の追加認可が必要であり、本末転倒なので、やはり採用し難い。
そこで、地上装置同士の時刻整合手段の具体化を更に工夫することにより、地上装置や車上装置ごとに電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を個々の地上装置だけでなく一連の地上装置についても適用するとともに新規通信回線の追加が無くても多数の地上装置で管理する時刻を合わせることができる無線式鉄道制御システム及び地上装置を実現することが技術的な課題となる。

本発明の無線式鉄道制御システムは、このような課題を解決するために創案されたものであり、軌道を走行する列車に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置と、前記軌道に沿って点在設置されて時分割多元接続通信方式の無線伝送にて前記車上装置から前記列車情報を取得する複数の地上装置とを備えた無線式鉄道制御システムにおいて、前記地上装置が、ＧＰＳ受信器とその受信信号から時刻情報を取得する手段とその時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミングを校正する手段とを具備したものであって、隣りの地上装置を含む近くの地上装置と時分割して前記無線伝送を行うようになっていることを特徴とする。

また、本発明の地上装置は、上記の無線式鉄道制御システムのうち地上装置を特定したものであり、具体的には、軌道に沿って点在設置されると、前記軌道を走行する列車に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置から、時分割多元接続通信方式の無線伝送にて前記列車情報を取得する地上装置において、ＧＰＳ受信器と、その受信信号から時刻情報を取得する手段と、その時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミングを校正する手段とを備え、隣りの地上装置を含む近くの地上装置と時分割して前記無線伝送を行えるようになっていることを特徴とする。

このような本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置にあっては、地上装置がＧＰＳを利用して時刻情報を得ることにより的確なスロット送信タイミング管理に必要な送信タイミングの校正が行われる。
ＧＰＳ受信器は、衛星航法システム(Global Positioning System）用のＧＰＳ(Global Positioning Satellite)衛星から送られてくるＧＰＳ電波を受信するものであり、ＧＰＳ電波には位置情報ばかりか時刻情報も含まれているので、新規通信回線の追加が無くても地上装置は所望の時刻情報を取得することができる。西暦２０１８年に運用を開始する予定の準天頂システム「みちびき」も利用できる。安定した高精度測位には４機以上が見える必要があるが、時刻情報の取得のみに利用するのであれば１〜２機が見えれば良い。

これにより、全線区の多数の地上装置で管理する送信タイミング同期用の時刻を合わせられるので、地上装置や車上装置ごとに電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を、不都合なく、通信ゾーン内から通信ゾーン相互へ拡張適用することができる。
したがって、この発明によれば、地上装置や車上装置ごとに電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を個々の地上装置だけでなく一連の地上装置についても適用するとともに新規通信回線の追加が無くても多数の地上装置で管理する時刻を合わせることができる無線式鉄道制御システム及び地上装置を実現することができる。

本発明の実施例１について、無線式鉄道制御システムの一構成例を示す模式図である。 同じく実施例１に係り、地上装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２について、無線式鉄道制御システムの他の構成例を示す模式図である。 従来の無線式鉄道制御システムに関し、（ａ）が時分割多元接続通信方式で用いるスロット送信のタイミング管理の典型例を示す模式図であり、（ｂ）が地上装置と車上装置との通信状態を示す車上装置受信レベルのグラフである。 従来の無線式鉄道制御システムに関し、３波繰り返し（計６周波数）での周波数振分状態を示す模式図である。

このような本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜２により説明する。
図１〜図２に示した実施例１は、上述した解決手段（出願当初の請求項１〜２）を総て具現化したものであり、図３に示した実施例２は、その変形例である。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、機械や回路などの詳細な図示は割愛し、ブロック図や記号図などを多用して、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。

本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、無線式鉄道制御システム３０＋４０の一構成例を示す模式図である。また、図２は、地上装置４０の構成を示すブロック図である。

この無線式鉄道制御システム３０＋４０は（図１参照）、軌道１１を走行する列車１２に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置３０と（図ではスペースの都合で列車１２と車上装置３０が軌道１１から離れて描かれている）、軌道１１に沿って点在するＡ駅，Ｂ駅，Ｃ駅，Ｄ駅に一つずつ設置された一連の地上装置４０，４０，４０，４０とからなる。ここでは、地上装置４０の通信範囲（通信ゾーン）が、片側で約１．５ｋｍ、両側で約３ｋｍであり、その約３ｋｍの離隔距離でＡ駅〜Ｄ駅も一連の地上装置４０，４０…も固定設置されているものとする。また、既述したように一つの通信ゾーンについて８台の車上装置３０にまで電文スロットを割り振ることができるが、ここでは、列車１２と車上装置３０の組が夫々の通信ゾーンに一組ずつ進入しているものとする。

車上装置３０は（図１，図２参照）、無線アンテナ３１を具備していて地上装置４０と無線伝送（無線通信）を行うものであり、既述した従来の車上装置１３（図４（ａ）参照）と同様に、列車位置情報と地上装置の配置データとの照合等によって進入先の通信ゾーン毎に無線伝送相手（無線通信相手）の地上装置４０を特定するとともに、その地上装置４０から周波数ｆb1の無線信号を受信することを試みて、自装置宛ての電文スロット例えばスロットＳ５から地上情報を取得するとともに、返信オフセット経過後の自装置用の電文スロット例えばスロットｓ５の時に返信用の周波数ｆv1で列車情報を無線送信するようになっている。

ただし、車上装置３０は、既述した従来の車上装置１３と異なり、時分割多元接続通信方式が通信ゾーン内だけでなく通信ゾーン相互にも拡張適用されたことに伴って、それも１波（計２周波数）だけの完全時分割が導入されたことに対応して、何れの装置３０も無線信号を周波数ｆb1で受信し周波数ｆv1で送信するようになっている。
また、車上装置３０は、受信間隔が広がっても、具体的には通信ゾーン相互の時分割が３分割になったことに対応して受信間隔が２回受信分より長くなっても、それだけで直ちに受信失敗時・受信欠落時の処理を行うのでなく、更なる時間経過や他の条件も確認してから上記の処理を行うようになっている点でも、既述した車上装置１３と異なる。

なお（図２参照）、列車情報は、搭載された列車に係る情報であり、具体例としては、列車番号や、種別、位置、速度、編成長、運転方向、線区番号、通信終了了解などが挙げられるが、その総てが含まれている必要は無く、応用目的に応じてそれらのうちの適宜な部分の情報や他の情報が用いられる。
また（図２参照）、地上情報は、駅の現場機器や踏切その他の地上設備に係る情報であり、具体例としては、運転方向別停止点や、信号防護パターン更新、臨時速度制限、踏切遮断完了、踏切支障、通信終了などが挙げられるが、やはり、その総てが含まれている必要は無く、応用目的に応じてそれらのうち適宜な部分の情報や他の情報が用いられる

地上装置４０は（図１，図２参照）、既述した従来の地上装置１４と同様に通信ゾーン内の車上装置３０に対して時分割多元接続通信方式の無線伝送にて地上情報を送信するとともに列車情報を受信して取得するものであり、そのために、周波数ｆb1での無線送信と周波数ｆv1での無線受信とを行うための無線アンテナ４１及びデジタル無線機４２と、送信電文の符号化と受信電文の復号化に際して誤り訂正や暗号の処理を行って無線伝送の電文を処理する電文処理部４３と、この電文処理部４３の指示に応じてデジタル無線機４２が無線送信を開始し継続するタイミングである送信タイミングを決める時刻を管理している送信タイミング同期用クロック発生回路４６とを具備している。

しかも、この地上装置４０は、それだけでなく、ＧＰＳ電波をＧＰＳアンテナにて受信するＧＰＳ受信器４４と、その受信信号から時刻情報を抽出して取得するとともにその取得した時刻情報に基づいて送信タイミング同期用クロック発生回路４６の時刻を正確な値に加減調整や再設定することにより無線伝送の送信タイミングを校正する時刻情報抽出校正部４５と、送信タイミング同期用クロック発生回路４６から電文処理部４３へ延いてはデジタル無線機４２へ送信開始等の指示を出すタイミングを外部から設定するための送信タイミング設定部４７も、具備したものとなっている。

この送信タイミング設定部４７は、通信ゾーン内の時分割多元接続通信方式については既述した従来の地上装置１４と同様に８スロットＳ１〜Ｓ８の送信タイミングを決めるようになっているが、既述した従来の地上装置１４と異なり、通信ゾーン相互に拡張された時分割多元接続通信方式をも（図１参照）サポートするために、時分割の数と送信タイミングのずれ量とを設定器等にて設定しうるようにもなっている。そして、本例では時分割が３分割になったことに対応して、時分割の数として「３」が設定されると、３秒のうち１秒だけ８スロットＳ１〜Ｓ８の無線送信を行わせるようになる。３秒のうち残りの２秒は無線送信を行わないようになっている。しかも、軌道１１に沿って点在設置されている又は点在設置される一連の地上装置４０，４０，…に送信タイミングを設定する際には、１秒ずつ送信タイミングがずれるように送信タイミングのずれ量が設定される。

例えば、Ａ駅の地上装置４０に対しては、毎分、０秒，３秒，６秒，…，５７秒から１秒間送信するように送信タイミングが設定される。Ａ駅の終点側の隣りに位置するＢ駅の地上装置４０に対しては、毎分、１秒，４秒，７秒，…，５８秒から１秒間送信するように送信タイミングが設定される。Ｂ駅の終点側の隣りに位置するＣ駅の地上装置４０に対しては、毎分、２秒，５秒，８秒，…，５９秒から１秒間送信するように送信タイミングが設定される。更にその終点側の隣りに位置するＤ駅の地上装置４０に対してはＡ駅の地上装置４０に対するのと同じ送信タイミングが設定される。

さらに、電文処理部４３は（図２参照）、車上装置３０へ送る地上情報を列車制御部や踏切制御部さらには図示しない駅装置や現場機器といった地上設備から収集するとともに、車上装置３０から受け取った列車情報を列車制御部や踏切制御部に引き渡すようにもなっている。列車制御部や踏切制御部は、公知の列車制御システムや踏切警報制御システムの制御部で良く、ここでは地上装置４０とは別体になっているものを図示したが、地上装置４０と一体になっていても良く、何れか一方だけでも良く、例えば軌道脇に設置された照明器具や案内装置を列車到来時に作動させるような他の鉄道制御部であっても良い。

このような無線式鉄道制御システム３０＋４０について、その使用態様及び動作を説明する。図１は、一連の地上装置４０，４０，…がそれぞれの通信ゾーン内の車上装置３０と行う無線伝送の様子を示しており、図２は、一組の地上装置４０と車上装置３０とが行う無線伝送の様子を示している。

この例では、軌道１１に沿って点在する各駅毎に即ち一連のＡ駅〜Ｄ駅に一台ずつ、地上装置４０が設置されている。そして、上述したように、通信ゾーン相互に拡張された時分割多元接続通信方式における時分割が３分割になったことに対応して、一連の地上装置４０，４０，…について３台毎に送信タイミングが１秒ずつずれるように送信タイミング設定部４７に対する設定作業が行われる。この作業はクロックやタイマー等に与える秒単位の値たとえば「０」か「１」か「２」をセットする程度のことなので簡単で迅速に済ませることができる。また、駅間が何れも３ｋｍ以上なので、何れかの駅とその隣の隣の隣の駅との離隔距離、例えばＡ駅とＤ駅との離隔距離、ひいては何れかの地上装置４０とその隣の隣の隣の地上装置４０との離隔距離は、９ｋｍ以上になる。これは上述した無線伝送同一周波数の相互干渉の回避に最低限必要な６．５ｋｍより大きい。

そして、これらの地上装置４０，４０，…を作動させると、或る１秒の間には、Ａ駅の地上装置４０とＤ駅の地上装置４０とが無線伝送にてポーリングを行う一方、両駅の間のＢ駅とＣ駅の地上装置４０，４０は無線伝送を行わない。次の１秒の間には、Ｂ駅の地上装置４０が無線伝送にてポーリングを行う一方、その両隣のＡ駅とＣ駅さらには隣の隣のＤ駅の地上装置４０，４０，４０は無線伝送を行わない。それに続く１秒の間には、Ｃ駅の地上装置４０が無線伝送にてポーリングを行う一方、その両隣のＢ駅とＤ駅さらには隣の隣のＡ駅の地上装置４０，４０，４０は無線伝送を行わない。更にそれに続く１秒の間には、Ａ駅の地上装置４０とＤ駅の地上装置４０とが無線伝送にてポーリングを行う一方、両駅の間のＢ駅とＣ駅の地上装置４０，４０は無線伝送を行わない。

また、軌道１１を走行する列車１２によって何れかの地上装置４０の通信ゾーンに連れて来られた車上装置３０は、少なくとも進入先の通信ゾーン内の地上装置４０とは無線伝送が可能になるので、ポーリングに応じて所定の一定時間（返信オフセット）の経過後に返信を行う。
こうして、各地上装置４０とその通信ゾーン内の車上装置３０とが無線伝送にて地上情報と列車情報とを遣り取りし、それらの情報を用いる列車制御部や踏切制御部の処理によって列車１２の制御や軌道１１の踏切の警報制御などが行われる。

しかも、上述の無線伝送では、何れの地上装置４０も無線周波数ｆb1で送信し、何れの車上装置３０も無線周波数ｆv1で送信するが、すなわち使用周波数の少ない１波繰り返し（計２周波数）が採用されているが、個々の通信ゾーン内の無線伝送がスロット振り分けによる時分割多元接続通信方式で行われるのに加え、通信ゾーン相互についても時分割多元接続通信方式で無線伝送が行われるとともに、ＧＰＳ衛星を利用して同期をとるスロット送信タイミング管理まで一連の地上装置４０，４０，…で行われて近隣の地上装置同士（具体的には最低限離隔距離６．５ｋｍ以内の例えばＡ駅〜Ｃ駅の地上装置同士やＢ駅〜Ｄ駅の地上装置同士）の８スロットＳ１〜Ｓ８が時間軸上で重ならないようになっているため、無線伝送が適切に行われる。なお、時分割が３分割なので通信量が１／３になるが、列車密度の低い地方交通線等では、鉄道制御に不都合が無い。

すなわち、認可を受けなくても利用することができるインフラストラクチャー（社会的基盤）の一つにＧＰＳ衛星があり、そのＧＰＳ電波を受信すればそれに含まれている時間情報から正確な時刻を知ることができるので、それを有効なツールとして利用するために地上装置４０に簡単なＧＰＳアンテナ及びＧＰＳ受信器４４を追加することで、線区全体に設置されている一連の地上装置４０，４０，…が必要な時間同期をとることができる。そして、時間同期が正確であれば、一連の地上装置４０，４０，…の送信タイミングが一定時間ずつずれるように送信タイミング設定部４７の設定を行うことにより、簡便に、同一周波数の地上装置４０，４０間に不都合なく時分割多元接続通信方式（ＴＤＭＡ）が採用導入されることとなる。また、ＧＰＳ受信器４４等の追加や設置は、比較的容易であり、時間同期用ケーブルを軌道１１に沿って敷設するより格段に経済性が高い。地上装置４０は周波数ｆb1、車上装置３０は周波数ｆv1で、使用周波数は異なるが、地上装置４０と車上装置３０とに同じタイプ（同型）のデジタル無線機を使用できるので、装置価格が低減でき、コストを掛けられない地方交通線の無線式鉄道制御システムに適している。

また、１波繰り返し（地上装置４０，車上装置３０，各１周波数で，計２周波数）を採用した本実施例の無線式鉄道制御システム３０＋４０では、総ての地上装置４０が無線送信に同一の周波数ｆb1を使用するため、９ｋｍ離れた地上装置４０，４０同士なら同じタイミングで送信することができる。このときのＤ／Ｕ比は２６ｄＢ以上になるので、同一周波数かつ同一送信タイミングで無線伝送が行われても、相互干渉はない。
なお、この場合、３台の地上装置４０，４０，４０毎に時分割で伝送（ＴＤＭＡ伝送）するため、車上装置３０への情報送信は最大３秒遅れることになり、同様に車上装置３０から地上装置４０への情報送信も最大３秒遅れることになるが、その程度の遅れなら、地方交通線では、不都合が無い。

本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。
図３は、上述した無線式鉄道制御システム３０＋４０の変形例である。

この無線式鉄道制御システム３０＋４０が上述した実施例１のものと相違するのは、無線伝送に４周波数ｆb1，ｆv1，ｆb2，ｆv2の認可が得られることを前提に、スロット送信タイミング管理に関して２波繰り返し（４周波数）の送信タイミング設定が行われて、通信ゾーン相互に拡張された時分割多元接続通信方式における時分割が２分割になっていることである。具体的には、一連の地上装置４０，４０，…について、１台置きのＡ駅とＣ駅の地上装置の無線送信には一方の周波数ｆb1が割り当てられ、残りの１台置きのＢ駅とＤ駅の地上装置の無線送信には他方の周波数ｆb2が割り当てられる。

また、送信周波数の異なるＡ駅とＢ駅の地上装置４０，４０は時分割されることなく同じタイミングの１秒間で無線伝送を行い、やはり送信周波数の異なるＣ駅とＤ駅の地上装置４０，４０も時分割されることなく同じタイミングの１秒間で無線伝送を行うが、送信周波数が同じで而も離隔距離が同一周波数の相互干渉を回避可能な最低限の６．５ｋｍより近いＡ，Ｂ駅の地上装置４０，４０の組とＣ，Ｄ駅の地上装置４０，４０の組とについては、送信タイミングが１秒ずつずれていて、無線伝送が交互に行われる。これにより、同一周波数で同時に無線伝送を行う地上装置４０，４０同士の離隔距離は、Ａ〜Ｄ駅間の９ｋｍより一駅分遠い１２ｋｍ以上が確保される。

さらに、送信を周波数ｆb1で行うＡ駅とＣ駅の地上装置４０は受信を周波数ｆv1で行い、送信を周波数ｆb2で行うＢ駅とＤ駅の地上装置４０は受信を周波数ｆv2で行う。そして、そのような地上装置４０の周波数割当とスロット送信タイミング管理とに対応して、車上装置３０は、既述した従来の車上装置１３と同様、列車１２の走行する通信ゾーンに応じて使用周波数を切り替える。具体的には、Ａ駅とＣ駅の通信ゾーンでは送信を周波数ｆv1で行うとともに受信を周波数ｆb1で行い、Ｂ駅とＤ駅の通信ゾーンでは送信を周波数ｆv2で行うとともに受信を周波数ｆb2で行う。この場合も、無線伝送が適切に行われ、時分割が２分割なので通信量が１／２になるが、地方交通線等の鉄道制御に不都合は無い。

すなわち、２波繰り返し（地上装置４０，車上装置３０，各２周波数で，計４周波数）を採用した本実施例の無線式鉄道制御システム３０＋４０では、何れの地上装置４０から見ても、隣の地上装置４０と隣の隣の隣の地上装置４０は送信周波数が異なるうえ、隣の隣の地上装置４０は送信タイミングが異なるため、同一周波数で同時に無線伝送を行う他の地上装置は１２ｋｍも離れている。そのため、Ｄ／Ｕ比は３４ｄＢ以上が確保できるので、やはり同一周波数かつ同一送信タイミングで無線伝送が行われても相互干渉はない。
なお、この場合は、２台の地上装置４０，４０毎に時分割で伝送（ＴＤＭＡ伝送）するため、車上装置３０への情報送信は最大２秒遅れることになる。同様に車上装置３０から地上装置４０への情報送信も最大２秒遅れることになる。

このように、時分割多元接続通信方式（ＴＤＭＡ）を採用した場合、同一周波数の相互干渉のおそれがある範囲内においては、地上装置が送信しているタイミングに他の地上装置が同一周波数で送信することができないため、時分割数に応じた送信遅れが生じる。しかし、列車密度の低い地方交通線では、車上装置と駅や踏切その他の場所の地上装置とが情報伝送を行う際に２秒や３秒程度の送信遅れがあっても、列車制御や踏切警報制御その他の鉄道機器制御に支障は無い。例えば、列車制御において信号機の現示アップによる停止パターンの更新情報の送信が３秒ほど遅れても、それによる列車の駅への到着時間の変動が不都合な大幅遅延につながることにはならない。

［その他］
上記実施例では、地上装置４０の設置先としてＡ駅，Ｂ駅，Ｃ駅，Ｄ駅が図示されていたが、地上装置４０の設置先は駅に限定される訳でなく、踏切の近くでも良く、そのような設備の無い単なる軌道の脇等でも良い。
上記実施例では、一連の地上装置４０，４０，…が軌道１１に沿って通信範囲の３ｋｍ毎に設置されていたが、これは、本願発明で着目している同一周波数の相互干渉の発生しやすい最密設置状態を示したものであり、それより離れていても良く、離隔距離や通信範囲が等しく無くても良い。

上記実施例では、地上装置４０と列車制御部や踏切制御部との情報送受が有線伝送で行われるかのように図示したが、それらが離れている場合等には、地上装置４０と車上装置３０とが使用する無線伝送の一部を振り分けて無線化するのも良い。例えば、スロットＳ１〜Ｓ２を地上装置４０と列車制御部との無線伝送に使用し、スロットＳ３〜Ｓ６を地上装置４０と車上装置３０との無線伝送に使用し、スロットＳ７〜Ｓ８を地上装置４０と踏切制御部との無線伝送に使用するといったことで、新規の設備を追加するまでも無く、地上装置４０と列車制御部や踏切制御部との情報送受まで無線化することができる。

本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置は、列車密度の低い地方交通線などの鉄道への適用を主眼として開発されたものであるが、それに適用が限られる訳でなく、通信量に問題が無ければ都市部や複線の鉄道にも適用することができる。

１１…軌道（鉄道路線，線区）、
１２…列車、１３…車上装置、１４…地上装置、
３０＋４０…無線式鉄道制御システム、
３０…車上装置、３１…無線アンテナ、
４０…地上装置、４１…無線アンテナ、４２…デジタル無線機、
４３…電文処理部、４４…ＧＰＳ受信器、４５…時刻情報抽出校正部、
４６…送信タイミング同期用クロック発生回路、４７…送信タイミング設定部、
ｆb1〜ｆb3…周波数（地上装置用）、ｆv1〜ｆv3…周波数（車上装置用）

Claims (2)

1. 軌道を走行する列車に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置と、前記軌道に沿って点在設置されて無線伝送にて前記車上装置から前記列車情報を取得する複数の地上装置とを備えており、前記地上装置がその通信範囲である通信ゾーン内で複数の車上装置と時分割多元接続通信方式で交信することで前記無線伝送が行われる無線式鉄道制御システムにおいて、前記地上装置が、ＧＰＳ受信器とその受信信号から時刻情報を取得する手段とその時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミングを校正する手段とを具備したものであって、前記無線伝送を行うときに隣りの地上装置を含む近くの地上装置とそれらの通信ゾーン相互に係る時分割も行うようになっていることを特徴とする無線式鉄道制御システム。
2. 軌道に沿って点在設置されると、前記軌道を走行する列車に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置から、自装置の通信範囲である通信ゾーン内で複数の車上装置と時分割多元接続通信方式で交信する無線伝送を行うことによって前記列車情報を取得する地上装置において、ＧＰＳ受信器と、その受信信号から時刻情報を取得する手段と、その時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミングを校正する手段とを備え、前記無線伝送を行うときに隣りの地上装置を含む近くの地上装置とそれらの通信ゾーン相互に係る時分割も行うようになっていることを特徴とする地上装置。

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