JP7208073B2 - 無線通信システム及び終端装置 - Google Patents

Description

本発明は、基地局に接続された漏洩同軸ケーブルを用いて無線通信を行う無線通信システムに関する。

従来、列車の乗務員と地上の指令員との間の専用の連絡網を実現するために、列車無線システムが実用されている。列車無線システムは保安設備の一部であり、列車事故の発生時などの緊急時の連絡手段として、高い信頼性が求められる。

地下区間や隧道区間などを含む路線の列車無線システムは、従来、誘導無線方式（Inductive Radio；ＩＲ）によるシステムが一般的であった。このＩＲ方式は、線路沿いに敷設された誘導線に数１００ｋＨｚの交流電流を流し、その際に誘導線から発生する交流磁界によって車両に取り付けられたアンテナとの間で無線結合し、近距離で通信を行う方式である。

地震などの自然災害や線路内の保線作業時の作業ミスなどの人為的要因で、誘導線が万が一断線してしまうと、その誘導線を使用する基地局がカバーするエリア全般で通信ができなくなる。このため、ＩＲ方式における誘導線は、列車無線を構成する機器と同様に重要な情報伝送媒体であると言える。

以上のことから、ＩＲ方式のシステムでは、誘導線の断線を検知する仕組みが備えられている。具体的には、誘導線に接続される基地局装置において無線出力の電流値を監視する回路が備えられている。誘導線が断線した際には、その電流値が低下するため、これを検知してシステムの監視装置等に通知することで、迅速な復旧対応が可能であった。

ＩＲ方式による無線システムは、近距離の通信であるために混信が少ないというメリットがある反面、通話の品質があまり良くないことがデメリットとして挙げられる。また、昨今の列車無線システムでは、通話以外の文字による指令伝達など、システムに要求される機能が高度化している背景もある。このため、現在の列車無線は、ＶＨＦやＵＨＦ帯の周波数を利用した空間波方式（Space Radio；ＳＲ）で、更にデジタル無線方式とするシステム更新の需要が増加してきている。

ＳＲ方式は、八木式アンテナに代表される空中線から電波を輻射し、車上局との間で通信を行う方式である。地下区間や隧道区間でアンテナから電波を輻射してもエリアがほとんど確保できないため、誘導線と同様に、線路に並行して敷設された漏洩同軸ケーブル（Leaky CoaXial cable；ＬＣＸ）を用いる場合が多い。ＬＣＸ方式は、基地局装置から、ＬＣＸの端点に取り付けられた終端器に向けて輻射する電波の漏れ電波によって、沿線上の車上局アンテナとの間で通信を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０７０３１１号公報

ここで、ＳＲ方式の明かり区間において、基地局装置と八木アンテナの間の同軸ケーブルが万が一断線した場合、基地局装置から出力した電波は同軸ケーブルの切断点で全反射し、基地局装置の送信出力の接栓へ戻ってくる。この全反射によって送信機の電力増幅部が破損することを防ぐために、基地局装置の送信機には通常、反射を検出する回路が具備されており、この回路で反射を検出すると、送信を停波する等の保護機構が動作する。この反射波の検出結果をシステムの監視装置へ出力すれば、結果的に基地局装置と八木アンテナの間の同軸ケーブルの断線を検知できると言える。

一方、ＳＲ方式の地下区間（ＬＣＸ区間）において、ＬＣＸが万が一断線した場合、同様にＬＣＸの切断点で電波は全反射する。ただし、ＬＣＸの切断点が基地局装置から遠方で、例えばＬＣＸの終端器近くで断線した場合には、基地局装置へ戻ってくる反射波のレベルが小さくなる。

例えば、基地局装置から伝送損失 －１１ｄＢ／ｋｍの特性を持つＬＣＸが約２ｋｍ敷設されているシステムにおいて、基地局装置から１．５ｋｍの点でＬＣＸが断線した場合、ＬＣＸの切断点による反射波の基地局装置への戻り値は、以下の通りとなる。
－１１ｄＢ／ｋｍ×１．５ｋｍ×２（信号往復分）＝－３３ｄＢ
これは、元の送信出力に対して１／１０００以下のレベルに相当し、基地局装置に具備されている反射検出回路で検出することが困難な場合があり、よってＬＣＸの断線を正確に検知することができない。このことは、ＬＣＸの切断点から終端器までの区間（上記の例では５００ｍの区間）において通信不可能なエリアが発生している状況を検知できないことを意味し、保安設備として重要な課題といえる。

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、基地局装置に接続された漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）の断線をより正確に判定することが可能な技術を提案することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る無線通信システムは、以下のような技術的特徴を有する。
すなわち、基地局装置に接続された漏洩同軸ケーブルを用いて無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記漏洩同軸ケーブルを終端する終端装置を備え、前記基地局装置は、無線波に直流電源を重畳して前記漏洩同軸ケーブルに出力し、前記終端装置は、前記漏洩同軸ケーブルから入力される直流電源の検出結果に基づいて、前記漏洩同軸ケーブルの断線について判定することを特徴とする。
このような構成によれば、基地局装置へ戻ってくる反射波のレベルを調べる従来方式に比べ、より正確に漏洩同軸ケーブルの断線を判定することが可能となる。

ここで、前記基地局装置に接続された中央局設備を備え、前記中央局設備は、前記終端装置を指定したポーリング信号に対する前記終端装置の応答に基づいて、前記漏洩同軸ケーブルの状態を監視する構成としてもよい。

また、前記終端装置は、前記漏洩同軸ケーブルから入力される無線波の受信電界レベルを測定し、前記ポーリング信号に対する応答として前記中央局設備に送信する構成としてもよい。

また、前記終端装置は、互いに異なる基地局装置に接続された２つの漏洩同軸ケーブルを終端し、一方の漏洩同軸ケーブルを断線と判定した場合に、他方の漏洩同軸ケーブルに接続された基地局装置を通じて、前記一方の漏洩同軸ケーブルの断線を前記中央局設備に通知する構成としてもよい。

また、前記終端装置は、前記漏洩同軸ケーブルから入力される直流電源を用いて動作する構成としてもよい。

本発明によれば、基地局装置に接続された漏洩同軸ケーブルの断線をより正確に判定することが可能となる。

従来方式に係る列車無線システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る列車無線システムの概略構成を示す図である。 図２の列車無線システムにおける断線監視終端装置（ＴＲＭ装置）の機能ブロックの例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る列車無線システムの説明に先立ち、従来方式に係る列車無線システムについて説明する。
図１には、従来方式に係る列車無線システムの概略構成を示してある。同図の列車無線システムは、主として中央局に設置される中央局設備１０と、列車が走行する線路に沿って配備される第１の基地局装置（ＢＳ１）２１及び第２の基地局装置（ＢＳ２）２２と、列車に搭載される移動局装置（ＭＳ）４０とを備える。

中央局設備１０は、指令員が操作する指令操作卓１１と、通信の交換制御を行う中央装置１２と、システム構成品の障害を表示する設備監視装置１３とを有する。
基地局装置２１，２２は、ＶＨＦ帯もしくはＵＨＦ帯の無線送受信機を備え、ＬＣＸ経由で車上局装置４０と通信を行う無線通信装置である。ＬＣＸを用いた無線システムは各基地局装置がカバーするエリアの境界が明確であり、基地局装置２１はエリアＡをカバー範囲とし、基地局装置２２はエリアＢをカバー範囲とするものとする。

基地局装置２１に接続されるＬＣＸ３１は、グレーティング構成によりエリアＡをカバーするように配慮され、線路沿いに敷設される。同図のＬＣＸ３１は、基地局装置２１に近い側から順に、ＬＣＸ３１－１、ＬＣＸ３１－２が接続された構成となっている。
基地局装置２２に接続されるＬＣＸ３２も、グレーティング構成によりエリアＢをカバーするように配慮され、線路沿いに敷設される。同図のＬＣＸ３２は、基地局装置２２に近い側から順に、ＬＣＸ３２－１、ＬＣＸ３２－２、ＬＣＸ３２－３が接続された構成となっている。なお、後述の事故例では、ＬＣＸ３２－２の途中で断線が発生したケースを示している。

終端器３３は、ＬＣＸ３１の末端（基地局装置２１から遠い側にあるＬＣＸ３１－２の端部）に接続される終端用の電子部品であり、通常５０Ωのインピーダンスを持つ受動素子が使用される。
終端器３４は、ＬＣＸ３２の末端（基地局装置２２から遠い側にあるＬＣＸ３２－３の端部）に接続される終端用の電子部品であり、通常５０Ωのインピーダンスを持つ受動素子が使用される。
なお、以下の説明では、地上側にある設備１０～３４を総称して「地上局」と称する。

移動局装置４０は、列車の屋根上に搭載された列車アンテナとＬＣＸの間での無線結合により地上局と通信を行う無線通信装置であり、車上局とも称される。
なお、デジタルＳＲ方式に代表される無線通信システムにおいては、例えばポーリングセレクト方式により、通話中以外にも地上局と車上局の間で順次通信を行って、各車上局が保有する機器の故障状態や車上局の受信電界値などを定期的に地上側で収集するシステムが多い。

ここで、例えば、ＬＣＸ３２－２の途中で断線した場合、エリアＢの一部であるエリアＢ１の範囲（切断点より先の区間）において、車上局と地上局との通信が不通となってしまう。また、先に述べたように、ＬＣＸ３２の切断点が基地局装置２２から遠方になるほど基地局装置２２へ戻ってくる反射波のレベルが小さくなるので、設備監視装置１３での断線の検出が困難となってしまう。

次に、上記のような問題に対する解決策を講じた本発明について、図２及び図３を参照して説明する。図２には、本発明の一実施形態に係る列車無線システムの概略構成を示してある。以下では、主に、図１に示した従来方式に係る列車無線システムとの相違点について説明する。

図２の列車無線システムにおける基地局装置６１、６２は、主たる機能は従来方式に係る基地局装置２１、２２と同様である。ただし、基地局装置６１、６２は、無線波に直流電源を重畳してＬＣＸ３１、３２に出力する電源重畳機能を有する点で、従来方式に係る基地局装置２１、２２とは異なっている。

また、図２の列車無線システムでは、ＬＣＸ３１、３２の末端に、終端器３３、３４に代えて断線監視終端装置（ＴＲＭ装置）７０を接続してある。断線監視終端装置７０は、移動局装置４０と近似する機器構成であり、基地局装置６１、６２によって無線波に重畳された直流電源を自装置の入力電源として動作する。また、断線監視終端装置７０は、移動局装置４０と同様の機能を有する。すなわち、断線監視終端装置７０は、中央局設備１０からポーリングで指定されると、自装置が保有する機器の情報や受信電界レベルなどの情報を、ポーリング応答で中央局設備１０に返答する機能を有する。

図３には、断線監視終端装置（ＴＲＭ装置）７０の機能ブロックの例を示してある。
断線監視終端装置７０は、フィルタ部７１と、共用器部（ＤＵＰ）７２と、無線部７３と、無線制御部（ＣＯＮＴ）７４と、断検出部７５と、電源部（ＰＳ）７６とを有する。なお、フィルタ部７１、共用器部７２、無線部７３、無線制御部７４および断検出部７５により構成されるブロックは、ＬＣＸ３１用とＬＣＸ３２用とで別々に設けられる。すなわち、断線監視終端装置７０は、基地局装置６１からのＬＣＸ３１に接続するブロックと、基地局装置６２からのＬＣＸ３２に接続するブロックとを独立に有し、これらを１つの装置に収容した構造となっている。

フィルタ部７１は、ＬＣＸとの接続点であり、ＬＣＸから入力される直流電源と無線高周波を分離する第１フィルタ７１－１と、第２フィルタ７１－２とで構成される。第１フィルタ７１－１は、ＬＣＸからの入力の直流成分のみを通過させるＬＰＦ（Low Pass Filter）が用いられる。第２フィルタ７１－２は、ＬＣＸからの入力の無線高周波成分のみを通過させるＨＰＦ（High Pass Filter）が用いられる。なお、フィルタ部７１のＬＣＸから見た入出力インピーダンスは５０Ωとされる。これにより、断線監視終端装置７０は、終端器３３、３４の代替えとして機能する。

断線監視終端装置７０の共用器部７２、無線部７３及び無線制御部７４により構成される部分は、移動局装置４０と同一ハードウェア及び同一ソフトウェアで構成される。したがって、無線部７３の受信周波数は、移動局装置４０の受信周波数と同一であり、送信周波数も、移動局装置４０の送信周波数と同一である。このように、断線監視終端装置７０は、移動局装置４０と同等な構成要素を有する構造となっている。また、断線監視終端装置７０は、全ての移動局装置４０と異なるユニークな識別番号が設定されており、中央局設備１０からポーリングで指定されると、移動局装置４０と同様にポーリング応答動作を行う。

これにより、断線監視終端装置７０は、ＬＣＸ３１、３２からそれぞれ入力される無線高周波について測定した受信電界レベルなどの情報を、ポーリング応答で中央局設備１０に伝送することができる。したがって、中央局設備１０は、断線監視終端装置７０の応答結果を蓄積及び集計することで、ＬＣＸ３１、３２の経年的な変化を分析することができる。なお、各ブロックの無線制御部７４同士が互いに情報の授受が可能なインターフェイスを有しておけば、第１の基地局装置（ＢＳ１）６１側のＬＣＸ３１を通じて入力される無線高周波の受信電界レベルを、第２の基地局装置（ＢＳ２）６２側のＬＣＸ３２を通じて応答出力することも可能であり、その逆も同様である。

電源部７６は、フィルタ部７１の第１フィルタ７１－１を通過した直流電圧を入力電源とし、本装置（断線監視終端装置７０）が動作するために必要な内部電源を生成するユニットである。２本のＬＣＸ３１、３２のうちの一方が断線すると本装置用の一部の電源が断たれることになるので、片方が断線した場合も動作できるように、ＬＣＸ３１側の第１フィルタ７１－１の出力とＬＣＸ３２側の第１フィルタ７１－１の出力とのダイオードＯＲを電源部７６の入力とする。

断検出部７５は、第１フィルタ７１－１の出力の電圧有無を検出する回路である。断検出部７５は、第１フィルタ７１－１の出力の電圧が、所定の閾値に満たない場合に、第１フィルタ７１－１につながるＬＣＸが断線していると判定する。ＬＣＸの断線を監視するだけであれば、一方のブロックの断検出部７５による検出結果を、他方のブロックの無線制御部７４を通じて、隣接する基地局経由で中央局設備１０にポーリング応答により通知すればよい。

中央局設備１０は、移動局装置４０と同様に断線監視終端装置７０をポーリング対象の機器に含め、ポーリング応答の結果（断線監視終端装置７０から通知された情報）を設備監視装置１３へ表示する。したがって、中央局において、断線監視終端装置７０で検出されたＬＣＸからの受信電界レベルを常時監視してＬＣＸの経年劣化の程度を分析できると共に、ＬＣＸが断線した場合にはその事象を直ちに把握することが可能である。

以上のように、本例の列車無線システムは、基地局装置６１に接続されたＬＣＸ３１と基地局装置６２に接続されたＬＣＸ３２を終端する断線監視終端装置７０を備える。そして、基地局装置６１、６２のそれぞれが、無線波に直流電源を重畳してＬＣＸ３１、３２に出力し、断線監視終端装置７０が、ＬＣＸ３１から入力される直流電源の検出結果に基づいてＬＣＸ３１の断線について判定し、また、ＬＣＸ３２から入力される直流電源の検出結果に基づいてＬＣＸ３２の断線について判定する構成となっている。

このように、本例の列車無線システムでは、ＬＣＸが断線した場合にはＬＣＸの終端側に直流電源が到達しなくなることを利用して、ＬＣＸの終端側にある断線監視終端装置７０において、ＬＣＸから入力される直流電源の検出結果に基づいて断線の有無を判定するので、ＬＣＸの断線を正確に検出することが可能となる。

また、本例の列車無線システムは、基地局装置６１、６２に接続された中央局設備１０が、断線監視終端装置７０を指定したポーリング信号を送信し、断線監視終端装置７０からのポーリング応答に基づいて、ＬＣＸ３１、３２の状態を監視する構成となっている。したがって、中央局設備１０は、ＬＣＸ３１、３２の状態を常に把握することが可能となる。

また、本例の列車無線システムは、断線監視終端装置７０が、ＬＣＸ３１、３２からそれぞれ入力される無線波の受信電界レベルを測定し、ポーリング信号に対する応答として中央局設備１０に送信する構成となっている。したがって、中央局設備１０は、ＬＣＸ３１、３２の経年劣化の程度を分析することが可能となる。

また、本例の列車無線システムは、断線監視終端装置７０が、ＬＣＸ３１を断線と判定した場合には、これとは別のＬＣＸ３２に接続された基地局装置６２を通じてＬＣＸ３１の断線を中央局設備１０に通知し、ＬＣＸ３２を断線と判定した場合には、これとは別のＬＣＸ３１に接続された基地局装置６１を通じてＬＣＸ３２の断線を中央局設備１０に通知する構成となっている。したがって、中央局設備１０は、ＬＣＸ３１、３２の断線を直ちに認識して警報を発することが可能となる。

また、本例の列車無線システムは、断線監視終端装置７０が、ＬＣＸ３１、３２から入力される直流電源を用いて動作する構成となっている。したがって、断線監視終端装置７０用に追加の電源設備を用意する必要がない。また、断線監視終端装置７０は、２本のＬＣＸから電源供給を受けることで、片方のＬＣＸが断線した場合にも動作を継続することが可能である。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記のような構成に限定されるものではなく、上記以外の構成により実現してもよいことは言うまでもない。また、本発明は、列車無線システムに限定されず、他の形態の無線通信システムに適用しても構わない。
また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法や方式、そのような方法や方式をプロセッサやメモリ等のハードウェア資源を有するコンピュータにより実現するためのプログラム、そのプログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

本発明は、基地局に接続された漏洩同軸ケーブルを用いて無線通信を行う無線通信システムに利用することができる。

１０：中央局設備、 １１：指令操作卓、 １２：中央装置、 １３：設備監視装置、 ２１，２２：基地局装置、 ３１－１～３１－２，３２－１～３２－３：漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）、 ３３，３４：終端器、 ４０：移動局装置、 ６１，６２：基地局装置、 ７０：断線監視終端装置（ＴＲＭ装置）、 ７１：フィルタ部、 ７１－１：第１フィルタ（ＬＰＦ）、 ７１－２：第２フィルタ（ＨＰＦ）、 ７２：共用器部（ＤＵＰ）、 ７３：無線部、 ７４：無線制御部（ＣＯＮＴ）、 ７５：断検出部、 ７６：電源部（ＰＳ）

Claims (6)

1. 基地局装置に接続された漏洩同軸ケーブルを用いて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記漏洩同軸ケーブルを終端する終端装置を備え、
   前記基地局装置は、無線波に直流電源を重畳して前記漏洩同軸ケーブルに出力し、
   前記終端装置は、前記漏洩同軸ケーブルから入力される直流電源の検出結果に基づいて、前記漏洩同軸ケーブルの断線について判定することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局装置に接続された中央局設備を備え、
   前記中央局設備は、前記終端装置を指定したポーリング信号に対する前記終端装置の応答に基づいて、前記漏洩同軸ケーブルの状態を監視することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記終端装置は、前記漏洩同軸ケーブルから入力される無線波の受信電界レベルを測定し、前記ポーリング信号に対する応答として前記中央局設備に送信することを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項２又は請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
   前記終端装置は、互いに異なる基地局装置に接続された２つの漏洩同軸ケーブルを終端し、一方の漏洩同軸ケーブルを断線と判定した場合に、他方の漏洩同軸ケーブルに接続された基地局装置を通じて、前記一方の漏洩同軸ケーブルの断線を前記中央局設備に通知することを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
   前記終端装置は、前記漏洩同軸ケーブルから入力される直流電源を用いて動作することを特徴とする無線通信システム。
6. 基地局装置に接続された漏洩同軸ケーブルを終端する終端装置であって、
   前記漏洩同軸ケーブルには、前記基地局装置から無線波に直流電源が重畳して入力されており、
   当該終端装置は、前記漏洩同軸ケーブルから入力される直流電源の検出結果に基づいて、前記漏洩同軸ケーブルの断線について判定することを特徴とする終端装置。

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