JP6779414B2 - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、制御回路および記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、周波数ホッピング方式で無線通信を行う無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

近年、列車と線路沿いに設置された無線基地局との間で無線通信を行い、無線通信によって伝送された情報に基づいて、列車の運行制御、速度制御などを行う無線式列車制御システムが注目されている。無線式列車制御システムは、従来の固定閉塞区間による列車運行制御方式と比較して、軌道回路が不要なことから、導入コスト、メンテナンスコストなどの面で有利である。また、無線式列車制御システムは、固定的な区間に囚われない柔軟な閉塞区間を構築できることから、列車の運行密度を上げることが可能となり、運用コストの面からも有利である。

無線式列車制御システムでは、コストの観点から、地車間の無線通信には免許が不要な２．４ＧＨｚ ＩＳＭ（Industry Science Medical）帯が使用されることが多い。ただし、２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など他システムにおいて広く使用されている。列車内、沿線建屋内などでこれらの他システムが使用されると、無線式列車制御システムにとって大きな干渉源と成り得る。そのため、無線式列車制御システムでは、安定した通信を行うため、他システムからの干渉対策が必要となる。他システムからの干渉対策の１つに、周波数ホッピング方式による無線通信によって、干渉を積極的に避けるものがある。特許文献１には、各基地局が、互いに使用する周波数チャネルが異なるホッピングパターンを２つ持ち、電波状況に応じてスロット毎に使用する周波数チャネルを２つのホッピングパターンから選択する技術が開示されている。

特開２００９−１７１０７８号公報

一般的に、セル構成をとるセルラーシステムにおいては、他システムからの干渉が無線式列車制御システムに比べて少ないため、セルの端での受信機の受信レベルが受信感度付近となるようにセルの大きさが決定される。したがって、セルの大きさは、送信機の送信電力および受信機の受信感度に大きく依存する。

一方、無線式列車制御システムでは、他システムからの干渉が多い中でも通信ができるように、セルの端での受信機の受信レベルが受信感度よりも高いレベルとなるように基地局が配置される。従って、無線式列車制御システムでは、一般のセルラーシステムと比較して、同じ周波数チャネルを使用する、より遠くの基地局からの電波が、干渉として入り込んでくる可能性がある。特に、無線式列車制御システムでは、見通しの良い直線上に基地局が配置されることが多く、地理的な条件によっては遠くに配置された基地局からの電波が大きなレベルで入り込んでくる可能性がある。これは、周波数ホッピングを行うシステムでも同様である。ある基地局では、使用する周波数チャネルにおいて、同じホッピングパターンの基地局からの電波が衝突し、干渉となってしまう。そのため、同じホッピングパターンが割り当てられる基地局同士は、なるべく離れた位置に配置されることが望ましい。

特許文献１では、周波数チャネルが１６チャネルで各基地局が異なる２つのホッピングパターンを保持する場合、原理的に最大でも８セル離れた基地局で同じホッピングパターンが割り当てられることになる。これは、１６チャネルの周波数チャネルに対応する１６通りのホッピングパターンのうちの異なる２通りのホッピングパターンを各基地局に割り当てると、最大で１６／２＝８つの基地局に割り当てられるからである。そのため、特許文献１に記載の基地局は、ホッピングパターンを２つ持たない場合と比較して、同じホッピングパターンが割り当てられる基地局との距離が半分になり、電力の大きな干渉源になってしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周波数ホッピング方式による無線通信を行う場合において、干渉を抑えて無線通信を行うことが可能な無線通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の無線通信装置は、周波数チャネル毎の伝送品質に基づいて、伝送品質の良好な周波数チャネルを選択し、選択した周波数チャネルに対応する周波数ホッピングパターンにおける時間スロットを、データ系列の伝送に使用する時間スロットとして優先的に割り当てるリソース割り当てを行い、複数のデータ系列に対して連送を行う場合、伝送品質に関連付けられた伝送誤り率に基づいて、予想される伝送誤り率が最も高くなるデータ系列の伝送誤り率を最小化するようにリソース割り当てを行うリソース割り当て部と、リソース割り当て部で割り当てられた時間スロットおよび周波数チャネルを用いて、データ系列を送信する制御を行う制御局と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる無線通信装置は、周波数ホッピング方式による無線通信を行う場合において、干渉を抑えて無線通信を行うことができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る無線通信システムの構成例を示す図 実施の形態１に係る地上局の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る列車の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る車上局の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る車上局と地上局との間で無線通信を行う際に使用されるフレームの構成例を示す図 実施の形態１に係る各地上局が使用する周波数チャネルと各フレームのスロットとの関係の例を示す図 実施の形態１に係る地上局１Ａの使用リソースを示す図 実施の形態１に係る地上局１Ａにおいて、使用リソースのうち毎フレーム１スロット分のデータ系列が発生する場合のリソースの割り当て例を示す図 実施の形態１に係る電波環境監視装置において階級分けした伝送品質の評価値の例を示す図 実施の形態１に係る地上局のリソース割り当て部におけるリソース割り当ての例を示す図 実施の形態１に係るリソース割り当て部におけるリソース割り当てのアルゴリズムの例を示すフローチャート 実施の形態１に係るリソース割り当て部が保持する伝送品質の評価値と伝送誤り率との関係を示すテーブルの例を示す図 実施の形態１に係るリソース割り当て部において、１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての第１の例を示す図 図１３に示す各周波数チャネルの伝送品質の状態から周波数チャネル０の伝送品質が悪化した状態を示す図 実施の形態１に係るリソース割り当て部において、１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての第２の例を示す図 実施の形態２に係るリソース割り当て部におけるリソース割り当てのアルゴリズムの例を示すフローチャート 実施の形態１に係るリソース割り当てのアルゴリズムに従って、リソース割り当て部が１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての例を示す図 実施の形態２に係るリソース割り当て部において、１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての例を示す図 地上局または車上局が備える処理回路が専用のハードウェアで構成される場合の例を示す図 地上局または車上局が備える処理回路がプロセッサを備える制御回路で構成される場合の例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システム１０の構成例を示す図である。無線通信システム１０は、地上局１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、列車３と、列車運行管理装置４と、有線ネットワーク５と、電波環境監視装置７と、を備える。

地上局１Ａ〜１Ｃは、列車３と無線通信を実現するために線路６の沿線に設置された無線通信装置である。地上局１Ａ〜１Ｃは、線路６の沿線において、例えば、数十ｍから数百ｍの間隔で設置される。地上局１Ａ〜１Ｃを区別しない場合、地上局１と称することがある。なお、地上局１には、図１に示すアンテナ１０１が含まれる。列車３は、線路６を走行する。また、列車３は、車上局２を備える。車上局２は、列車３に搭載され、地上局１との間で無線通信を行う無線通信装置である。なお、車上局２には、図１に示すアンテナ２０１が含まれる。

列車運行管理装置４は、有線ネットワーク５に接続され、管轄範囲内の列車３の運行管理を行う。図１では列車３が１つのみ示されているが一例であり、無線通信システム１０は、複数の列車３の運行管理を行うことが可能である。有線ネットワーク５は、地上局１、列車運行管理装置４、および電波環境監視装置７が接続された有線のネットワークである。電波環境監視装置７は、地上局１および車上局２で測定された電波環境を収集し、データベース化する。

無線通信システム１０では、地上に設置された複数の地上局１と、列車３に搭載された車上局２とが、時間スロット毎に使用する周波数チャネルを切り替える周波数ホッピング方式の無線通信を行う。以降の説明において、時間スロットのことを単にスロットと称することがある。

地上局１の構成について説明する。図２は、実施の形態１に係る地上局１の構成例を示すブロック図である。地上局１は、アンテナ１０１と、ＲＦ（Radio Frequency）部１０２と、変復調部１０３と、地上制御部１０４と、伝送品質測定部１０５と、伝送品質保持部１０６と、リソース割り当て部１０７と、を備える。

アンテナ１０１は、送信時には無線信号を空中に放射し、空中を伝搬してきた無線信号を受信する。ＲＦ部１０２は、送信時にはデジタルで変調された信号をアナログ信号に変換し、キャリア周波数に周波数変換してアンテナ１０１に出力し、受信時にはアンテナ１０１で受信されたアナログ信号をベースバンドに周波数変換し、デジタル信号に変換する。変復調部１０３は、送信時には送信データ系列に対して符号化、変調処理などを行い、受信時には受信信号に対して復調、復号処理などを行う。地上制御部１０４は、送信時には有線ネットワーク５から取得したデータ系列の送信制御を行い、受信時には受信データ系列を有線ネットワーク５に出力する制御を行う制御局である。地上制御部１０４は、データ系列を送信する場合、リソース割り当て部１０７で割り当てられたリソース、すなわちスロットおよび周波数チャネルを用いて、データ系列を送信する制御を行う。

伝送品質測定部１０５は、運用中に地上局１が使用する周波数帯の電波を測定し、希望波の信号電力値、妨害波などの干渉電力値に基づいて地上局１の伝送品質評価を行う。伝送品質保持部１０６は、伝送品質測定部１０５で測定された電力値、電波環境監視装置７で収集されたデータ系列などの伝送品質の情報を保持する。リソース割り当て部１０７は、地上制御部１０４からのリソース要求、伝送品質保持部１０６が保持する周波数チャネル毎の伝送品質の情報に基づいて、伝送するデータ系列に対するリソースの割り当てを行う。リソース割り当て部１０７におけるリソース割り当ての詳細については後述する。

列車３の構成について説明する。図３は、実施の形態１に係る列車３の構成例を示すブロック図である。列車３は、車上局２と、車上制御装置３０１と、位置検出装置３０２と、を備える。車上制御装置３０１は、車上局２で受信されたデータ系列に基づいて列車３の停止、速度変更などの制御を行う。位置検出装置３０２は、列車３の位置を検出し、列車運行管理装置４に伝送するための位置情報を車上局２に出力する。

車上局２の構成について説明する。図４は、実施の形態１に係る車上局２の構成例を示すブロック図である。車上局２は、アンテナ２０１と、ＲＦ部２０２と、変復調部２０３と、車上制御部２０４と、伝送品質測定部２０５と、を備える。アンテナ２０１、ＲＦ部２０２、変復調部２０３、および伝送品質測定部２０５は、各々、地上局１が備えるアンテナ１０１、ＲＦ部１０２、変復調部１０３、および伝送品質測定部１０５と同様の構成である。車上制御部２０４は、送信時には位置検出装置３０２からの位置情報を基に送信データ系列を生成して変復調部２０３に出力し、受信時には変復調部２０３から出力された復調データを車上制御装置３０１に出力する。

つづいて、無線通信システム１０において、列車運行管理装置４が列車３の運行を管理する動作について説明する。線路６を走行する列車３に搭載された車上局２は、線路６沿いに設置された地上局１Ａ〜１Ｃとの間で無線通信にて情報の送受信を行う。図５は、実施の形態１に係る車上局２と地上局１Ａ〜１Ｃとの間で無線通信を行う際に使用されるフレームの構成例を示す図である。図５において、各フレームは、固定時間長のスロットから構成される。フレームの先頭スロットは、報知情報が格納されたスロットである。報知情報には、地上局１からセル内の全ての列車３に対して伝達すべき情報が含まれる。伝達すべき情報とは、例えば、フレームのホッピングパターンを生成するために必要な情報、フレーム番号、セル番号、スロットの割り当て情報などである。図５に示すフレームにおいて報知情報が格納されたスロットの後には、地上局１からセル内の個々の列車３に対して、停止限界位置などの情報を伝送するためのスロットが地上局１で収容すなわち接続可能な列車３の台数分並ぶ。図５に示すフレームにおいて地上局１から列車３への情報を伝送するためのスロットの後には、各列車３から地上局１に対して、各列車３の位置情報を伝送するためのスロットが地上局１で収容すなわち接続可能な列車３の台数分並ぶ。

車上局２は、フレーム先頭にある報知情報を受信すると、自局が搭載された列車３が割り当てられたスロットおよびホッピングパターンを把握する。ここで、報知情報スロット自体の周波数チャネルは、前のフレームの報知情報におけるホッピングパターン情報から生成するようにしてもよいし、ホッピングパターン情報自体を次のフレームのための情報と定義してもよい。車上局２は、位置検出装置３０２から一定周期で出力される位置情報を、自局が搭載された列車３が割り当てられたスロットで地上局１に伝送する。位置検出装置３０２における列車３の位置の検出方法としては、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いる方法、地上子から車上子へ伝送された起点位置情報と車軸の回転速度を計測する速度発電機から得られる移動距離とを用いて算出する方法などがある。

各列車３から送られた位置情報は、地上局１および有線ネットワーク５を経由して列車運行管理装置４に集約される。列車運行管理装置４は、各列車３の位置情報に基づいて、先行する列車と衝突せずに安全に停止できる限界の位置である停止限界位置の算出を各列車３に対して行う。列車運行管理装置４は、算出した停止限界位置を、当該列車３を収容している地上局１に対して有線ネットワーク５を介して出力する。

地上局１は、自局が収容している列車３に対して、各列車３に割り当てたスロットにて停止限界位置を伝送する。停止限界位置を受け取った列車３では、車上制御装置３０１が、停止限界位置で必ず停止できるように運行速度の算出を行い、算出した運行速度に従って列車の速度制御を行う。

無線通信システム１０では、以上の位置情報および停止限界位置のやりとりを、地上の列車運行管理装置４と列車３との間で数百ｍｓ程度の一定周期で行うことにより、停止限界位置がこの周期で更新され、列車３の運行が可能となる。なんらかの異常によって停止限界位置の更新が途絶えた場合、列車３は、速度制御を行って停止する。また、列車３が移動して隣接する地上局１のセルエリアに近付くと、車上局２は、通信を行う地上局１を切り替えるハンドオーバ処理を行う。地上局１と車上局２との間を伝送する情報は列車制御に関わる情報に限定する必要はなく、例えば、監視カメラの映像、自動運転に関する情報、音声情報などを伝送してもよい。図５では、ｎ編成の列車３にそれぞれスロットを割り当てる例を示しているが、例えば、セル内に１編成の列車３しか在線していない場合、１編成の列車３に全てのスロットを割り当てるように動的に変更してもよい。

つぎに、地上局１と車上局２との間で図５に示すフレームを無線伝送する際の周波数チャネルの切り替え制御について説明する。図６は、実施の形態１に係る各地上局１が使用する周波数チャネルと各フレームのスロットとの関係の例を示す図である。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は周波数チャネルを示す。図６では、一例として、周波数チャネル数を３とし、フレーム内のスロット数を５としている。また、図６では、説明を容易にするため、図５で示した報知情報のスロットおよび列車→地上のスロットは省略し、全て地上→列車のスロットとしている。図６においてＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、地上局１Ａ，１Ｂ，１Ｃに対応した使用周波数チャネルを示している。本実施の形態において、無線通信システム１０は周波数ホッピングを適用しており、地上局１Ａ〜１Ｃは、スロット毎に使用する周波数チャネルを変更する。各地上局１が使用する周波数チャネルを同じスロットでは異なるように配置することにより、各地上局１のセル間で干渉とならないようにしている。従って、ある地上局１が、特定の周波数チャネルの伝送品質が良くないからといって、あらかじめ決められたホッピングパターンに基づく周波数チャネルとは異なる周波数チャネルを使用すると、他の地上局１のセルへの干渉となってしまい伝送品質を低下させてしまう可能性がある。

図７は、実施の形態１に係る地上局１Ａの使用リソースを示す図である。図７に示す地上局１Ａの使用リソースは、図６に示す地上局１Ａ〜１Ｃの使用リソースから地上局１Ａの使用リソース分を抜き出したものである。本実施の形態において、地上局１Ａは、図７においてＡの記載があるリソースだけを使用して、伝送するデータ系列に対してリソース割り当てを行う。

図８は、実施の形態１に係る地上局１Ａにおいて、使用リソースのうち毎フレーム１スロット分のデータ系列が発生する場合のリソースの割り当て例を示す図である。地上局１Ａにおいて、リソース割り当て部１０７は、フレーム単位でリソースの割り当てを行う。図８では、リソース割り当て部１０７が、各フレームで発生するデータ系列（１）〜（３）を、各フレームの先頭スロットに割り当てる単純な割り当て例を示している。

本実施の形態において、リソース割り当て部１０７は、電波環境を基にした伝送品質に応じて使用するリソースを変更する。地上局１の伝送品質測定部１０５および車上局２の伝送品質測定部２０５は、運用中に常に電波環境の測定を行う。伝送品質測定部１０５および伝送品質測定部２０５は、受信した希望信号の電力を信号電力値として測定し、何も通信が行われていない期間の受信電波の電力を干渉電力値として測定する。地上局１は、伝送品質測定部１０５で測定したデータを、有線ネットワーク５を介して電波環境監視装置７に伝送し、電波環境監視装置７に集約する。車上局２は、伝送品質測定部２０５で測定したデータを、地上局１および有線ネットワーク５を介して電波環境監視装置７に伝送し、電波環境監視装置７に集約する。電波環境監視装置７は、測定データを平均化して伝送品質の評価を行う。電波環境監視装置７は、例えば、地上局１毎、周波数チャネル毎に、信号電力対干渉電力比を算出し、信号電力対干渉電力比の値に応じた階級分けを行う。

図９は、実施の形態１に係る電波環境監視装置７において階級分けした伝送品質の評価値の例を示す図である。図９に示す伝送品質の評価値は、地上局毎、周波数チャネル毎に０，１，２の３段階で階級分けした例を示している。図９において、Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ地上局１Ａ，１Ｂ，１Ｃを示す。図９の例では、評価値２が、干渉が少なくて最も伝送品質が良く、評価値１が、干渉が中程度で伝送品質が評価値２の次に良く、評価値０が、干渉が多くて最も伝送品質が悪いものとする。電波環境監視装置７は、信号電力対干渉電力比ではなく、干渉電力の強さだけで伝送品質を評価してもよい。また、電波環境監視装置７は、測定データを平均化する場合、一定期間毎の測定データを用いて平均化してもよいし、忘却係数を使用して直近の測定データの影響が大きくなるように平均化してもよい。また、電波環境監視装置７は、評価値の階級数を３つよりもっと細かく分類してもよいし、地上局１毎ではなく、より細かいエリア毎に伝送品質を評価してもよい。さらに、電波環境監視装置７は、地上局１で測定されたデータと車上局２で測定されたデータとを分けて伝送品質を評価してもよい。電波環境監視装置７は、算出した伝送品質の評価値を一定周期で地上局１に配信する。地上局１では、伝送品質保持部１０６が、伝送品質の情報として、配信された伝送品質の評価値を保持する。リソース割り当て部１０７は、リソース割り当ての際、伝送品質保持部１０６に保持されている伝送品質の評価値を参照する。なお、地上局１では、伝送品質測定部１０５で測定した信号電力および干渉電力のデータを、伝送品質保持部１０６で保持するようにしてもよい。

図１０は、実施の形態１に係る地上局１のリソース割り当て部１０７におけるリソース割り当ての例を示す図である。図１０では、周波数チャネル０は干渉電力が強く、伝送品質が悪い様子を示している。リソース割り当て部１０７は、伝送品質保持部１０６が保持する伝送品質の評価値を参照し、各周波数チャネルの伝送品質を把握する。図８の例では、フレーム＃２のデータ系列（２）は、スロット０に割り当てられ、周波数チャネル０で伝送されていたが、図１０に示す伝送品質の状態では周波数チャネル０の伝送品質は悪い。そのため、リソース割り当て部１０７は、図８の例と異なり、フレーム＃２のデータ系列（２）をスロット１に割り当て、周波数チャネル２を使用して伝送を行う。このように、リソース割り当て部１０７は、周波数チャネル毎の伝送品質に基づいて、伝送品質の良好な周波数チャネルを選択し、選択した周波数に対応する周波数ホッピングパターンにおけるスロットを、データ系列の伝送に使用するスロットとして優先的に割り当てるリソース割り当てを行う。

より一般的には、リソース割り当て部１０７は、複数のデータ系列ｉ（ｉ＝０〜Ｎ−１）に対して各データ系列でＭ回の連送を行う場合、予想される伝送誤り率が最大となるデータ系列の伝送誤り率を最小化するようにリソース割り当てを行う。すなわち、リソース割り当て部１０７は、以下に示す（１）式が最小となるようにリソース割り当てを行う。

（１）式において、Ｃ_ｉ,ｊは、ｉ番目のデータ系列のｊ連送目で使用するスロットの周波数チャネルを示す。Ｐ（Ｃ_ｉ,ｊ）は、周波数チャネルＣ_ｉ,ｊにおける伝送誤り率を示す。ｍａｘ（）は、ｉ＝０〜Ｎ−１の中で最大を抽出する演算子である。図１０の例は、Ｎ＝１，Ｍ＝１の場合の例を示したものである。

ここで、１フレーム内のスロット数、周波数チャネル数、データ系列数Ｎ、連送数Ｍの数が多くなると、リソース割り当て部１０７において、リソース割り当ての組み合わせ数が多くなり、（１）式を最小化するリソース割り当てを探索するのが困難となる。Ｍ≦２の場合で、比較的容易に（１）式を最小化するアルゴリズムの例を図１１に示す。図１１は、実施の形態１に係るリソース割り当て部１０７におけるリソース割り当てのアルゴリズムの例を示すフローチャートである。

リソース割り当て部１０７は、リソース割り当てを開始すると、連送数を示すパラメータｊをｊ＝０で初期化し（ステップＳ１）、データ系列数に対応するシーケンスを示すパラメータｋをｋ＝０で初期化する（ステップＳ２）。リソース割り当て部１０７は、まだ割り当てていないリソースの中で最も伝送品質の良い周波数チャネルに対応するスロットを、ｊ＋１連送目をまだ割り当てていないデータ系列の中で、ｊ連送目までの伝送誤り率ＰＴ_{ｉ，ｊ−１}の最も大きいデータ系列ｉのｊ連送目のスロットＳ_ｉ,ｊとして割り当てる（ステップＳ３）。リソース割り当て部１０７は、データ系列ｉのｊ＋１連送目までの伝送誤り率ＰＴ_ｉ,ｊを算出する（ステップＳ４）。具体的には、リソース割り当て部１０７は、スロットＳ_ｉ,ｊに対応する周波数チャネルをＣ_ｉ,ｊとし、Ｃ_ｉ,ｊの伝送品質に対応する伝送誤り率をＰ（Ｃ_ｉ,ｊ）とすると、（２）式によって伝送誤り率ＰＴ_ｉ,ｊを算出する。

リソース割り当て部１０７は、例えば、図１２に示すような伝送品質の評価値に対応する伝送誤り率、すなわち伝送品質に関連付けられた伝送誤り率のテーブルを予め保持し、各周波数チャネルの伝送品質の評価値に基づいてテーブルを検索して、伝送誤り率ＰＴ_ｉ,ｊを求めてもよい。図１２は、実施の形態１に係るリソース割り当て部１０７が保持する伝送品質の評価値と伝送誤り率との関係を示すテーブルの例を示す図である。地上局１は、測定した電波環境から伝送品質の評価値を算出するのではなく、実際の周波数チャネルごとの伝送誤りの統計情報を保存して使用してもよい。

リソース割り当て部１０７は、伝送誤り率ＰＴ_ｉ,ｊを算出後、データ系列数に対応するシーケンスを示すパラメータｋの値を１インクリメントする（ステップＳ５）。リソース割り当て部１０７は、パラメータｋがデータ系列数Ｎ未満の場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ３の処理に戻る。リソース割り当て部１０７は、パラメータｋがデータ系列数Ｎ以上の場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、連送数を示すパラメータｊの値を１インクリメントする（ステップＳ７）。リソース割り当て部１０７は、パラメータｊが連送数Ｍ未満の場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、ステップＳ２の処理に戻る。リソース割り当て部１０７は、パラメータｊが連送数Ｍ以上の場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、処理を終了する。

リソース割り当て部１０７は、ステップＳ２からステップＳ８までの連送のループで、１連送目（ｊ＝０）、２連送目（ｊ＝１）の順にリソースの割り当てを行い、ステップＳ３からステップＳ６までのループで各データ系列ｉに対してリソースの割り当てを行う。

図１３は、実施の形態１に係るリソース割り当て部１０７において、１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての第１の例を示す図である。図１３に示す例では、各周波数チャネルの伝送品質が同等である。この場合、リソース割り当て部１０７は、各フレームにおいてデータ系列（１）〜（６）をスロットの先頭から順に割り当てることができる。

ここで、図１３に示す各周波数チャネルの伝送品質の状態が変化した場合について説明する。図１４は、図１３に示す各周波数チャネルの伝送品質の状態から周波数チャネル０の伝送品質が悪化した状態を示す図である。図１４に示す状態において、リソース割り当て部１０７は、前述の（２）式および図１２の内容から各データ系列の伝送誤り率を算出すると、データ系列（１）の伝送誤り率＝１０^−４、データ系列（２）の伝送誤り率＝１０^−５、データ系列（３）の伝送誤り率＝１０^−３、データ系列（４）の伝送誤り率＝１０^−４、データ系列（５）の伝送誤り率＝１０^−５、データ系列（６）の伝送誤り率＝１０^−３となる。図１４に示す各周波数チャネルの伝送品質の状態、およびリソース割り当て部１０７のリソース割り当ての例では、データ系列（１）〜（６）のうち、データ系列（３）およびデータ系列（６）で伝送誤り率が悪く伝送誤り率＝１０^−３となる。

図１４に示す状態から、リソース割り当て部１０７が図１１に示す手順に従ってリソースの割り当てを再度行った場合の例を図１５に示す。図１５は、実施の形態１に係るリソース割り当て部１０７において、１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての第２の例を示す図である。リソース割り当て部１０７は、図１３に示す各周波数チャネルの伝送品質の状態から周波数チャネル０の伝送品質が悪化した場合、図１１に示す手順に従って再度リソース割り当てを行う。図１５に示す状態において、リソース割り当て部１０７は、前述の（２）式および図１２の内容から各データ系列の伝送誤り率を算出すると、データ系列（１）の伝送誤り率＝１０^−５、データ系列（２）の伝送誤り率＝１０^−５、データ系列（３）の伝送誤り率＝１０^−５、データ系列（４）の伝送誤り率＝１０^−４、データ系列（５）の伝送誤り率＝１０^−４、データ系列（６）の伝送誤り率＝１０^−４となる。図１５に示す各周波数チャネルの伝送品質の状態、およびリソース割り当て部１０７のリソース割り当ての例では、データ系列（１）〜（６）のうち、データ系列（４）からデータ系列（６）で伝送誤り率が悪く伝送誤り率＝１０^−４となる。図１５の場合、図１４の場合と比較すると、最も悪い伝送誤り率が１０^−３から１０^−４に改善されている。

このように、リソース割り当て部１０７は、使用する周波数チャネルにおいて伝送品質の評価値の異なるものが含まれる場合、図１１に示す手順に従ってリソースの割り当てを行うことで、最も伝送誤り率の悪いデータ系列の伝送誤り率を改善することができる。なお、リソース割り当て部１０７において図１１に示す手順に従ってリソースの割り当てを行う場合、連送数Ｍ≧３では必ずしも伝送誤り率を最小化することとならないが、従来の場合と比べて伝送誤り率を低減する効果はある。

本実施の形態では、地上局１がリソースの割り当てを行うこととしたが、これに限定されない。例えば、車上局２から地上局１への伝送について、車上局２は、必要リソース量を地上局１に要求し、車上局２からの要求に対して、地上局１が、リソースを配分する。そして、車上局２が、地上局１から配分されたリソースに基づいて、データ系列および連送に応じたスロットの割り当てを行ってもよい。この場合、車上局２は、地上局１の伝送品質保持部１０６およびリソース割り当て部１０７に相当する構成を備えることとする。これにより、地上局１の負荷の分散を図れるとともに、車上局２から地上局１に対して渡す情報が必要リソース量だけでよく、データ系列数および連送数の情報を渡す必要がないことから、無線通信システム１０において装置間のやりとりが簡素化できるという効果がある。

また、地上局１は、接続している複数の列車３に対してリソースの割り当てを行う場合にも、同様のアルゴリズムを使用して伝送品質の良いスロットを優先的に割り当てることが可能である。

以上のように、本実施の形態によれば、地上局１において、リソース割り当て部１０７は、あらかじめ決められた周波数ホッピングパターンは変えずに、リソースの中で伝送品質の良好なものを優先的に割り当て、推定される伝送誤り率を低く抑えるようにリソースの割り当てを行うこととした。これにより、無線通信システム１０では、地上局１の信号が他の地上局１のセルに対する干渉となってしまうことなしに、高品質で安定した無線通信が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、各周波数チャネルの伝送品質すなわち電波環境が変化した場合でも、リソース割り当て部１０７が再度リソースの割り当てを行うことで、電波環境の変化に対応することができた。しかしながら、電波環境が変化してからリソース割り当て部１０７が再度リソースの割り当てを行うまでの期間では、一時的に伝送誤り率が悪化する可能性がある。実施の形態２では、リソース割り当て部１０７が、電波環境が伝送品質の測定時から変化した場合にも耐干渉性をより強固とするリソースの割り当てを行う。実施の形態１と異なる部分について説明する。

実施の形態２において、無線通信システム１０、地上局１、列車３、および車上局２の構成は、実施の形態１のときと同様である。実施の形態２では、リソース割り当て部１０７での、リソース割り当て方法が異なる。図１６は、実施の形態２に係るリソース割り当て部１０７におけるリソース割り当てのアルゴリズムの例を示すフローチャートである。図１６に示す実施の形態２のフローチャートでは、図１１に示す実施の形態１のフローチャートのステップＳ３の部分の処理が異なる。実施の形態２において、リソース割り当て部１０７は、まだ割り当てていないリソースの中で最も伝送品質の良い周波数チャネルに対応するスロットを、ｊ＋１連送目をまだ割り当てていないデータ系列の中で、ｊ連送目までの伝送誤り率ＰＴ_{ｉ，ｊ−１}の最も大きいもののうち、当該周波数チャネルを使用していないデータ系列ｉに優先的にｊ連送目のスロットＳ_ｉ,ｊとして割り当てる（ステップＳ１１）。

図１７は、実施の形態１に係るリソース割り当てのアルゴリズムに従って、リソース割り当て部１０７が１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての例を示す図である。実施の形態１のときと同様、データ系列数Ｎは１フレームあたり２とし、各データ系列に対する連送数Ｍは２とする。また、伝送品質は、周波数チャネル０は評価値０で干渉が多く、周波数チャネル１および周波数チャネル２は評価値２で干渉が少ない条件としている。リソース割り当て部１０７は、図１７に示す例では、周波数チャネル１および周波数チャネル２の伝送品質が良いため、優先的にこの２つの周波数チャネルが使用されるスロットを割り当てる。

図１８は、実施の形態２に係るリソース割り当て部１０７において、１フレームあたり２つのデータ系列の各系列に対して２連送する場合のリソース割り当ての例を示す図である。リソース割り当て部１０７は、例えば、フレーム＃１において、１連送目（ｊ＝０）に伝送品質のよいスロット０をデータ系列（１）に割り当て、スロット１をデータ系列（２）に割り当てる。リソース割り当て部１０７は、２連送目（ｊ＝１）にスロット３を割り当てる際、図１６に示すフローチャートのステップＳ１１に従って、１連送目までのデータ系列（１）およびデータ系列（２）の伝送誤り率は同じであり、かつ、データ系列（１）の１連送目はスロット３と同じ周波数チャネルのスロット０で割り当てていることから、データ系列（２）に割り当てる。そして、リソース割り当て部１０７は、２連送目にスロット４を割り当てる際、２連送目をまだ割り当てていないデータ系列（１）に割り当てる。このように、リソース割り当て部１０７は、データ系列を連送する場合、複数のデータ系列の連送を行う各送信時のスロットとして、各データ系列に対して異なる周波数チャネルのスロットを優先的に割り当てる。

リソース割り当て部１０７は、同様の処理によって、フレーム＃２において、スロット４で周波数チャネル２に割り当てていたデータ系列（３）と、スロット０で周波数チャネル０に割り当てていたデータ系列（４）とを入れ替えるように、リソースの割り当てを行う。また、リソース割り当て部１０７は、同様の処理によって、フレーム＃３において、スロット３で周波数チャネル１に割り当てていたデータ系列（５）と、スロット１で周波数チャネル０に割り当てていたデータ系列（６）とを入れ替えるように、リソースの割り当てを行う。例えば、測定時と伝送品質が変化して周波数チャネル１の伝送品質が悪化した場合を想定する。フレーム＃１において、図１７の例では、地上局１は、データ系列（２）のデータ系列を、２連送とも伝送品質の悪い周波数チャネル１を使用して伝送することになる。一方、図１８の例では、地上局１は、データ系列（２）のデータ系列を、２連送のうちの１つは伝送品質の良い周波数チャネル２を使用して伝送することができる。このように、実施の形態２では、伝送品質が変化した直後において、実施の形態１と比較して、伝送誤り率を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、地上局１において、リソース割り当て部１０７は、データ系列を連送する場合、伝送品質の良好な周波数チャネルの中から連送間で異なる周波数チャネルを優先的に割り当てることとした。これにより、無線通信システム１０では、電波環境に変化が生じた場合において、実施の形態１と比較して、周波数ダイバーシチ効果によってさらに高品質で安定した無線通信が可能となる。

ここで、実施の形態１および実施の形態２で説明した地上局１および車上局２のハードウェア構成について説明する。地上局１のアンテナ１０１および車上局２のアンテナ２０１は、アンテナ素子である。地上局１のＲＦ部１０２および車上局２のＲＦ部２０２は、周波数変換などを行うアナログ回路、アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータなどで構成される。地上局１において、変復調部１０３、地上制御部１０４、伝送品質測定部１０５、伝送品質保持部１０６、およびリソース割り当て部１０７は処理回路により実現される。車上局２において、変復調部２０３、車上制御部２０４、および伝送品質測定部２０５、は処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサとを備える制御回路であってもよい。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などが該当する。

図１９は、地上局１または車上局２が備える処理回路が専用のハードウェアで構成される場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで実現される場合、処理回路は、図１９に示す処理回路９００である。処理回路９００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。

図２０は、地上局１または車上局２が備える処理回路がプロセッサを備える制御回路で構成される場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサを備える制御回路で構成される場合、制御回路は、例えば図２０に示す制御回路９０１である。制御回路９０１は、プロセッサ９０２と、メモリ９０３と、を備える。地上局１または車上局２が備える処理回路は、プロセッサ９０２がメモリ９０３に記憶された各構成要素に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ９０３は、プロセッサ９０２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ〜１Ｃ 地上局、２ 車上局、３ 列車、４ 列車運行管理装置、５ 有線ネットワーク、６ 線路、７ 電波環境監視装置、１０ 無線通信システム、１０１，２０１ アンテナ、１０２，２０２ ＲＦ部、１０３，２０３ 変復調部、１０４ 地上制御部、１０５，２０５ 伝送品質測定部、１０６ 伝送品質保持部、１０７ リソース割り当て部、２０４ 車上制御部、３０１ 車上制御装置、３０２ 位置検出装置。

Claims (6)

1. 周波数チャネル毎の伝送品質に基づいて、伝送品質の良好な周波数チャネルを選択し、選択した周波数チャネルに対応する周波数ホッピングパターンにおける時間スロットを、データ系列の伝送に使用する時間スロットとして優先的に割り当てるリソース割り当てを行い、複数のデータ系列に対して連送を行う場合、前記伝送品質に関連付けられた伝送誤り率に基づいて、予想される伝送誤り率が最も高くなるデータ系列の伝送誤り率を最小化するように前記リソース割り当てを行うリソース割り当て部と、
   前記リソース割り当て部で割り当てられた時間スロットおよび周波数チャネルを用いて、前記データ系列を送信する制御を行う制御局と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記リソース割り当て部は、前記複数のデータ系列の連送を行う各送信時の時間スロットとして、各データ系列に対して異なる周波数チャネルの時間スロットを優先的に割り当てる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 請求項１または２に記載の無線通信装置を複数備える、
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. リソース割り当て部が、伝送品質の良好な周波数チャネルを選択し、選択した周波数チャネルに対応する周波数ホッピングパターンにおける時間スロットを、データ系列の伝送に使用する時間スロットとして優先的に割り当てるリソース割り当てを行い、複数のデータ系列に対して連送を行う場合、前記伝送品質に関連付けられた伝送誤り率に基づいて、予想される伝送誤り率が最も高くなるデータ系列の伝送誤り率を最小化するように前記リソース割り当てを行う第１のステップと、
   制御局が、前記第１のステップで割り当てられた時間スロットおよび周波数チャネルを用いて、前記データ系列を送信する制御を行う第２のステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
5. 無線通信装置を制御するための制御回路であって、
   周波数チャネル毎の伝送品質に基づいて、伝送品質の良好な周波数チャネルを選択し、選択した周波数チャネルに対応する周波数ホッピングパターンにおける時間スロットを、データ系列の伝送に使用する時間スロットとして優先的に割り当てるリソース割り当てを行い、複数のデータ系列に対して連送を行う場合、前記伝送品質に関連付けられた伝送誤り率に基づいて、予想される伝送誤り率が最も高くなるデータ系列の伝送誤り率を最小化するように前記リソース割り当て、
   前記リソース割り当てで割り当てられた時間スロットおよび周波数チャネルを用いて、前記データ系列を送信する制御、
   を前記無線通信装置に実施させることを特徴とする制御回路。
6. 無線通信装置を制御するためのプログラムを記憶した記憶媒体であって、
   前記プログラムは、
   周波数チャネル毎の伝送品質に基づいて、伝送品質の良好な周波数チャネルを選択し、選択した周波数チャネルに対応する周波数ホッピングパターンにおける時間スロットを、データ系列の伝送に使用する時間スロットとして優先的に割り当てるリソース割り当てを行い、複数のデータ系列に対して連送を行う場合、前記伝送品質に関連付けられた伝送誤り率に基づいて、予想される伝送誤り率が最も高くなるデータ系列の伝送誤り率を最小化するように前記リソース割り当て、
   前記リソース割り当てで割り当てられた時間スロットおよび周波数チャネルを用いて、前記データ系列を送信する制御、
   を前記無線通信装置に実施させることを特徴とする記憶媒体。

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