JP7440446B2

JP7440446B2 - 移動無線機及び無線通信システム

Info

Publication number: JP7440446B2
Application number: JP2021049828A
Authority: JP
Inventors: 朋樹松川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2041-03-24
Also published as: JP2022148228A

Description

本発明は、それぞれ異なる周波数を使用する複数の無線エリアを有する無線通信システムで使用される移動無線機に関する。

従前より、それぞれ異なる周波数を使用する複数の無線エリアを有する無線通信システムが実用されている。このような無線通信システムで使用される移動無線機は、エリア間を移動しても無線通信を継続できるように、移動先のエリアの周波数を発見するために周波数スキャンを実行する機能を有する。周波数スキャンは、例えば、移動無線機が所在するエリアの基地局から送信される信号の受信レベルが閾値以下となり、無線通信を継続できないと判定された場合に実行される。

特開平１０－２１０５３９号公報

従来の周波数スキャンの方式として、システムで使用される全ての周波数を格納したテーブルを移動無線機に予め記憶させておき、このテーブルに従って移動無線機が各周波数の受信レベルを測定し、受信レベルの高い順に信号の復号を行い、圏内判定を行う方式が考えられる。このように全周波数をスキャンする方式の場合、エリア数が多くてスキャンする周波数が多い場合には周波数スキャンの時間が長くなるため、その短縮が求められている。例えば、特許文献１には、過去の受信実績に基づいてスキャン対象の周波数に優先順位をつけることで、周波数スキャンの時間を短縮する発明が開示されている。しかしながら、特許文献１の手法は、過去の受信実績がない場合には適用できない。

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、周波数スキャンの時間を効率的に短縮することが可能な無線機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、移動無線機を以下のように構成した。
すなわち、本発明に係る移動無線機は、それぞれ異なる周波数を使用する複数の無線エリアを有する無線通信システムで使用される移動無線機において、周波数スキャンを開始すると、当該移動無線機が所在する無線エリアの周波数及び当該無線エリアに隣接する無線エリアの周波数のスキャンを、他の無線エリアの周波数のスキャンよりも優先して実行することを特徴とする。

ここで、移動無線機が、当該無線通信システムで使用される複数の周波数を記憶するテーブルと、各無線エリアに対する割り当て周波数を記憶するテーブルと、各無線エリアに隣接する無線エリアを記憶するテーブルとを有し、これらテーブルに基づいて、当該移動無線機が所在する無線エリアの周波数及び当該無線エリアに隣接する無線エリアの周波数を特定してもよい。

また、各無線エリアに対する割り当て周波数がそれぞれ異なる複数の通信グループがある場合に、移動無線機は、当該移動無線機が使用する通信グループの周波数を対象にして周波数スキャンを行うようにしてもよい。

また、移動無線機は、使用する通信グループを切り替え可能であり、使用する通信グループを切り替える際に、切り替え前の通信グループの周波数を対象にして実行した周波数スキャンの結果に基づいて、通信グループの切り替え後に使用する周波数を決定するようにしてもよい。

本発明によれば、周波数スキャンの時間を効率的に短縮することが可能な無線機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。移動無線機の機能ブロックの例を示す図である。無線通信システムのエリア配置例を示す図である。周波数管理テーブルの例を示す図である。周波数割り当て管理テーブルの例を示す図である。隣接エリア管理テーブルの例を示す図である。個別設定テーブルの例を示す図である。周波数スキャンの全体的な処理フローの例を示す図である。自エリアスキャンの処理フローの例を示す図である。隣接エリアスキャンの処理フローの例を示す図である。他エリアスキャンの処理フローの例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成例を示してある。同図の無線通信システムは、複数の基地局２０と、これら基地局が形成する無線エリア内で使用される複数の移動無線機１０と、これら基地局にケーブル等で接続された複数の地上設備４０とを備えている。図１では、移動無線機１０の例として２つの移動無線機１０－１，１０－２を示し、基地局２０の例として２つの基地局２０－１，２０－２を示し、地上設備３０の例として２つの地上設備３０－１，３０－２を示しているが、これらの数は任意である。

移動無線機１０は、その位置を無線エリアに含む基地局２０との間で無線通信を行い、基地局２０を介して他の移動無線機１０や地上設備３０との通信を実現する。ここで、基地局２０は、無線エリア間の干渉を防ぐために、互いに異なる周波数が割り当てられている。なお、全ての無線エリアが異なる周波数でなくともよく、例えば、無線エリアが隣接しない基地局２０間で同じ周波数を用いてもよい。このように各無線エリアで異なる周波数が使用される場合、移動無線機１０が各無線エリア内で無線通信を行うには、その無線エリアで使用されている周波数を探索するために周波数スキャンを実施する必要がある。

ここで、ある移動無線機１０（例えば、移動無線機１０－１）がエリアＡからエリアＢへ移動したとする。この場合、移動無線機１０は、エリアＡの基地局２０が送信する信号の受信レベルが閾値以下となってエリアＡでの無線通信を継続できないと判定した場合に、周波数スキャンを実施する。この周波数スキャンにより、エリアＢの基地局２０が送信する信号を発見することで、エリアＢ内に存する他の移動無線機１０や地上設備３０との通信が可能となる。このとき、移動無線機１０は、基地局２０から受信した信号を復号して自システムの信号かどうかを判定し、自システムの信号であることを確認できた場合に圏内と判定する。

図２には、移動無線機１０の機能ブロックの例を示してある。本例の移動無線機１０は、無線通信を行う無線部１１と、無線部１１により受信された信号を処理し、周波数の切り替えや受信レベルの測定などを行う信号処理部１２と、信号処理部１２により処理された信号を用いて復調を行う復調部１３と、周波数スキャンのために、周波数の切り替え制御や復調及び復号したデータに基づく圏内判定などを行う制御判定部１４と、周波数スキャン用のデータを記憶するメモリ１５とを有する。以下、本提案に係る周波数スキャンについて、図３に示すように、移動無線機１０の移動方向が限定されるエリア配置を例にして説明する。図３では、交差する２本の高速道路４０－１，４０－２に沿って、エリアＡ～Ｅを含む複数の無線エリアが設けられている。

本例の移動無線機１０は、図４に示すように、本システムで使用される周波数を管理する周波数管理テーブルをメモリ１５に記憶する。図４の周波数管理テーブルには、移動無線機１０から基地局２０に向かう上り方向の通信に使用する上り周波数Ｆｕ１～ＦｕＮと、基地局２０から移動無線機１０に向かう下り方向の通信に使用する下り周波数Ｆｄ１～ＦｄＮとをセットにした周波数グループｆ１～ｆＮを設定してある。同じ周波数グループの上り周波数と下り周波数（例えば、Ｆｕ１とＦｄ１）は、共通の周波数でもよいし、異なる周波数でもよい。

また、本例の移動無線機１０は、図５に示すように、各無線エリアに対して割り当てる周波数グループを管理する周波数割り当て管理テーブルをメモリ１５に記憶する。図５の周波数割り当て管理テーブルでは、１つの無線エリアに対して３つの周波数グループを割り当てている。なお、１つの無線エリアに対して割り当てる周波数グループの数は任意であり、１つの無線エリアに対して１つの周波数グループを割り当ててもよい。図５では、周波数グループを３つの通信グループ（グループ１，グループ２，グループ３）に分けて管理している。１つの無線エリアに対して複数の周波数グループが割り当てられている場合、どの通信グループに属する周波数グループを使用するかは移動無線機１０毎に設定される。各移動無線機１０の通信グループは、予め設定されていてもよいし、移動無線機１０の使用者が任意に設定してもよい。

ここで、図３のエリア配置のような地理的条件を考慮すると、各無線エリアに隣接する無線エリアを事前に特定することができる。そこで、本例の移動無線機１０は更に、図６に示すように、各無線エリアに隣接する無線エリアを設定した隣接エリア管理テーブルをメモリ１５に記憶する。このような隣接エリア管理テーブルを用意しておくことで、移動無線機１０が自エリア（現在のエリア）から別のエリアに移動する際に、移動無線機１０の移動先である可能性が高いエリア、すなわち、自エリアに隣接するエリアを容易に特定することができる。

移動無線機１０は、自エリアや通信グループの設定、及び、図４～図６に示したテーブルに基づいて、図７に示すように、自エリアの周波数や隣接エリアの周波数を特定することができる。図７の個別設定テーブルでは、自エリアは「エリアＡ」、通信グループは「グループ１」であるため、自エリア周波数は「ｆ１」、隣接エリア周波数は「ｆ４」，「ｆ７」，「ｆ１３」となっている。

ここで、自エリアは、移動無線機１０が所在する現在のエリアを表す。なお、移動無線機１０の起動直後は自エリアが不明である。そこで、移動無線機１０を使用することが想定されるエリアを自エリアの初期値として事前に登録しておいてもよい。これにより、基本的に移動無線機１０を特定のエリアで使用することが想定され、他のエリアへの移動が稀に行われるような運用形態において、事前登録されたエリアやその周辺のエリアを優先的にスキャン対象とすることが可能となる。

移動無線機１０は、現在通信している無線エリアでの受信レベルを常時又は定期的に測定し、受信レベルが所定の閾値以下に低下したか否かを判定する。その結果、受信レベルが閾値以下に低下したと判定された場合に、メモリ１５内の個別設定テーブルの設定内容に基づいて、制御判定部１４による制御の下で周波数スキャンを実行する。以下、本提案に係る周波数スキャンについて、図８～図１１を参照して詳細に説明する。

図８には、本提案に係る周波数スキャンの全体的な処理フローの例を示してある。
制御判定部１４は、周波数スキャンを開始すると、まずは自エリアのスキャンを行い（ステップＳ１１）、そのスキャン結果を判定する（ステップＳ１２）。自エリアのスキャン結果が「圏外」であれば、次に隣接エリアのスキャンを行い（ステップＳ１３）、そのスキャン結果を判定する（ステップＳ１４）。隣接エリアのスキャン結果も「圏外」であれば、更に他エリアのスキャンを行う（ステップＳ１５）。上記の各スキャンで「圏内」と判定されたものが見つかれば、その周波数を無線通信に使用するように無線部１１を制御し、自エリアの設定などを更新して周波数スキャンを終了する。上記の各スキャンの結果が全て「圏外」であれば、無線通信が不能な状態であると判定し、周波数スキャンを終了する。

例えば、図７の個別設定テーブルを用いる場合には、自エリアスキャン（ステップＳ１１）にて周波数グループ「ｆ１」が評価され、自エリアの「圏外」と判定された場合には、隣接エリアスキャン（ステップＳ１３）にて周波数グループ「ｆ４」，「ｆ８」，「ｆ１３」が評価され、隣接エリアも「圏外」と判定された場合には、他エリアスキャン（ステップＳ１５）にて「グループ１」の通信グループに属する残りの周波数グループ（例えば、周波数グループ「ｆ１０」）が評価される。

図９には、自エリアスキャン（ステップＳ１１）の処理フローの例を示してある。
自エリアスキャンが開始されると、制御判定部１４はまず、信号処理部１２を通じて無線部１１に自エリアの周波数をセットし（ステップＳ２１）、その周波数での受信レベルを取得する（ステップＳ２２）。次に、受信レベルが所定の閾値以上か否かを判定し（ステップＳ２３）、受信レベルが所定の閾値以上であれば、その周波数で受信した信号の復調、及び、復号を行い、復号したデータを解釈する（ステップＳ２４）。その後、復号結果に基づいて自エリアの圏内としてよいか否かの判定を行い（ステップＳ２５）、圏内と判定された場合には自エリアスキャンの結果として「圏内」を返す。受信レベルが所定の閾値以上でない場合や、圏内と判定されなかった場合には、自エリアスキャンの結果として「圏外」を返す。

図１０には、隣接エリアスキャン（ステップＳ１３）の処理フローの例を示してある。
隣接エリアスキャンが開始されると、制御判定部１４はまず、信号処理部１２を通じて無線部１１に隣接エリアの周波数の１つをセットし（ステップＳ３１）、その周波数での受信レベルを取得する（ステップＳ３２）。次に、全ての隣接エリアのスキャンが完了したかを判定し（ステップＳ３３）、全ての隣接エリアのスキャンが完了していない場合には、無線部１１に次の隣接エリアの周波数をセットし（ステップＳ３４）、その周波数での受信レベルを取得する（ステップＳ３２）。そして、全ての隣接エリアのスキャンが完了した場合には、受信レベルが所定の閾値以下の周波数を除外したものを候補とし、受信レベルが高い順に候補の周波数をソートする（ステップＳ３５）。

次に、制御判定部１４は、候補の周波数があるか否かを判定し（ステップＳ３６）、候補の周波数がある場合には、無線部１１に候補の周波数の１つをセットし（ステップＳ３７）、その周波数で受信した信号の復調、及び、復号を行い、復号したデータを解釈する（ステップＳ３８）。その後、復号結果に基づいて隣接エリアの圏内としてよいか否かの判定を行い（ステップＳ３９）、圏内と判定された場合には、隣接エリアスキャンの結果として「圏内」を返す。一方、圏内と判定されなかった場合には、次の候補の周波数があるか否かを判定する。（ステップＳ４０）。そして、次の候補の周波数があれば、その周波数を無線部１１に候補の周波数の１つをセットして（ステップＳ４１）、信号復号（ステップＳ３８）及び圏内判定（ステップＳ３９）を行う。候補の周波数がなかった場合や、候補の周波数の中に「圏内」と判定されるもの見つからなかった場合には、隣接エリアスキャンの結果として「圏外」を返す。

図１１には、他エリアスキャン（ステップＳ１５）の処理フローの例を示してある。
他エリアスキャンが開始されると、制御判定部１４はまず、信号処理部１２を通じて無線部１１に未スキャンエリアの周波数の１つをセットし（ステップＳ５１）、その周波数での受信レベルを取得する（ステップＳ５２）。次に、全てのエリアのスキャンが完了したかを判定し（ステップＳ５３）、全てのエリアのスキャンが完了していない場合には、無線部１１に次の未スキャンエリアの周波数をセットし（ステップＳ５４）、その周波数での受信レベルを取得する（ステップＳ５２）。そして、全てのスキャンが完了した場合には、受信レベルが所定の閾値以下の周波数を除外したものを候補とし、受信レベルが高い順に候補の周波数をソートする（ステップＳ５５）。

次に、制御判定部１４は、候補の周波数があるか否かを判定し（ステップＳ５６）、候補の周波数がある場合には、無線部１１に候補の周波数の１つをセットし（ステップＳ５７）、その周波数で受信した信号の復調、及び、復号を行い、復号したデータを解釈する（ステップＳ５８）。その後、復号結果に基づいて隣接エリアの圏内としてよいか否かの判定を行い（ステップＳ５９）、圏内と判定された場合には、他エリアスキャンの結果として「圏内」を返す。一方、圏内と判定されなかった場合には、次の候補の周波数があるか否かを判定する。（ステップＳ６０）。そして、次の候補の周波数があれば、その周波数を無線部１１に候補の周波数の１つをセットして（ステップＳ６１）、信号復号（ステップＳ５８）及び圏内判定（ステップＳ５９）を行う。候補の周波数がなかった場合や、候補の周波数の中に「圏内」と判定されるもの見つからなかった場合には、他エリアスキャンの結果として「圏外」を返す。

以上のように、本例の移動無線機１０は、周波数スキャンを開始すると、自エリア（移動無線機１０が所在する現在の無線エリア）の周波数及びその隣接エリアの周波数のスキャンを、他のエリアの周波数のスキャンよりも優先して実行するように構成されている。このように、無線接続できる確率が高い周波数の順にスキャンを実行することで、システムで使用される全ての周波数をスキャンしていた従来方式に比べて、スキャン時間を短縮することができる。しかも、特許文献１の手法では必要であった過去の受信実績が不要であるため、スキャン時間の短縮を効率的に実現することができる。

また、本例の移動無線機１０は、当該無線通信システムで使用される複数の周波数を記憶する周波数管理テーブル（図４）と、各無線エリアに対する割り当て周波数を記憶する周波数割り当て管理テーブル（図５）と、各無線エリアに隣接する無線エリアを記憶する隣接エリア管理テーブル（図６）とを有し、これらテーブルに基づいて、自エリアの周波数及び隣接エリアの周波数を特定するように構成されている。このような構成によれば、事前に定義した地理的条件を考慮して、隣接エリアの周波数を容易に特定することができる。

また、本例の移動無線機１０は、各無線エリアに対する割り当て周波数がそれぞれ異なる複数の通信グループがある場合に、移動無線機１０が使用する通信グループの周波数を対象にして周波数スキャンを行うように構成されている。このような構成によれば、スキャン対象となる周波数の数を減らすことができるので、スキャン時間を短縮することができる。

なお、移動無線機１０は、使用者の操作により、通信に使用する通信グループを切り替え可能であってもよい。このとき、通信に使用する通信グループを切り替える際に、切り替え後の通信グループについて上記と同様の周波数スキャンを行ってもよい。あるいは、切り替え前の通信グループの周波数を対象にして実行した周波数スキャンの結果に基づいて、通信グループの切り替え後に使用する周波数を決定するようにしてもよい。この場合には、通信グループの切り替え時の周波数スキャンを省略できるので、通信グループの切り替え後に通信可能となる時間を短縮することができる。

以上、本発明について一実施形態に基づいて説明したが、本発明はここに記載された構成に限定されるものではなく、他の構成の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。
また、本発明は、例えば、上記の処理に関する技術的手順を含む方法や、上記の処理をプロセッサにより実行させるためのプログラム、そのようなプログラムをコンピュータ読み取り可能に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。

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

本発明は、それぞれ異なる周波数を使用する複数の無線エリアを有する無線通信システムにおいて利用することが可能である。

１０：移動無線機、１１：無線部、１２：信号処理部、１３：復調部、１４：制御判定部、１５：メモリ、２０：基地局、３０：地上設備、４０：高速道路

Claims

それぞれ異なる周波数を使用する複数の無線エリアを有する無線通信システムで使用される移動無線機において、
周波数スキャンを開始すると、当該移動無線機が所在する無線エリアの周波数及び当該無線エリアに隣接する無線エリアの周波数のスキャンを、他の無線エリアの周波数のスキャンよりも優先して実行し、その際に、各無線エリアに対する割り当て周波数がそれぞれ異なる複数の通信グループがある場合は、当該移動無線機が使用する通信グループの周波数を対象にして周波数スキャンを行うことを特徴とする移動無線機。
それぞれ異なる周波数を使用する複数の無線エリアを有する無線通信システムで使用される移動無線機において、
当該無線通信システムで使用される複数の周波数を記憶するテーブルと、各無線エリアに対する割り当て周波数を記憶するテーブルと、各無線エリアに隣接する無線エリアを記憶するテーブルとを有し、周波数スキャンを開始すると、これらテーブルに基づいて、当該移動無線機が所在する無線エリアの周波数及び当該無線エリアに隣接する無線エリアの周波数を特定し、これら無線エリアの周波数のスキャンを、他の無線エリアの周波数のスキャンよりも優先して実行し、その際に、各無線エリアに対する割り当て周波数がそれぞれ異なる複数の通信グループがある場合は、当該移動無線機が使用する通信グループの周波数を対象にして周波数スキャンを行うことを特徴とする移動無線機。
それぞれ異なる周波数の無線エリアを形成する複数の基地局と、いずれかの無線エリア内で無線通信を行う移動無線機とを備えた無線通信システムにおいて、
前記移動無線機は、周波数スキャンを開始すると、当該移動無線機が所在する無線エリアの周波数及び当該無線エリアに隣接する無線エリアの周波数のスキャンを、他の無線エリアの周波数のスキャンよりも優先して実行し、その際に、各無線エリアに対する割り当て周波数がそれぞれ異なる複数の通信グループがある場合には、当該移動無線機が使用する通信グループの周波数を対象にして周波数スキャンを行うことを特徴とする無線通信システム。