WO2012039160A1 - ブロードキャスト無線伝送における無線通信システム及び移動無線通信装置 - Google Patents
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Definitions
- Embodiments described herein relate generally to a radio communication system and a mobile radio communication apparatus in broadcast radio transmission.
- a communication system in which a plurality of wireless base stations wired with a server are arranged, and the server and the wireless terminal can communicate via the plurality of wireless base stations.
- a wireless terminal can transmit information to a plurality of wireless base stations by using broadcast transmission that does not designate a wireless base station as a destination. For this reason, in the server, the reliability of transmission can be improved by adopting signals received correctly among the received signals of a plurality of radio base stations.
- the communication areas of a plurality of wireless base stations located in the vicinity are overlapped in order to improve communication reliability. This is for reliably establishing communication between the wireless terminal and the server even if a defect occurs in any of the routes.
- the present invention can easily detect which one of the plurality of radio base stations adopting broadcast transmission has an abnormality, and can improve the reliability in maintaining and managing the communication system. It is an object of the present invention to provide a radio communication system and a mobile radio communication apparatus for improved broadcast radio transmission.
- This embodiment is a wireless communication system in which a wireless terminal communicates with a server via a plurality of wireless base stations.
- the wireless terminal transmits a signal with a normal transmission power when in a normal transmission power mode, a means for transmitting a signal with a transmission power smaller than the normal transmission power when in a low transmission power mode, Transmission power control means for switching and setting one of the transmission power modes, and means for transmitting the current position information to the server.
- the server is close to the wireless terminal when the wireless terminal enters the low transmission power mode, and means for grasping the position of the wireless terminal based on position information received from the wireless terminal
- Means for determining that the specified radio base station or radio terminal is abnormal Means for determining that the specified radio base station or radio terminal is abnormal.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration according to an embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing an outline of the operation according to the embodiment.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a train-side device configuration according to an embodiment.
- FIG. 4 is a diagram illustrating the apparatus configuration on the ground side according to the embodiment.
- FIG. 5 is a diagram illustrating an operation flow on the train side according to the embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating an operation flow on the ground side according to the embodiment.
- FIG. 7 is a diagram showing an operation flow on the ground side according to another embodiment.
- FIG. 8 is a diagram showing an operation flow on the train side according to another embodiment.
- FIG. 9 is a diagram showing an operation flow on the ground side according to still another embodiment.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration example according to the present embodiment.
- communication between server 100 placed on the ground side (or fixed body side) and train 400 traveling on track 300 is assumed.
- a server 100 and a plurality of wireless base stations 101, 102, 103... are placed on the ground side, and these are connected by a wired network 200.
- an on-board control device 401, a position detection device 402, and a wireless terminal 403 are arranged on the train 400 side as the moving side (or moving body side), and the wireless terminal 403 is a wireless base station 101, 102, 103.
- Wireless communication with It is assumed that information is transmitted between the wireless terminal 403 and the wireless base stations 101, 102, 103.
- a signal transmitted from the wireless terminal 403 is received by a plurality of wireless base stations 101, 102, 103. Then, even if the reception state of any one of the radio base stations deteriorates, communication with the other radio base station is performed, and communication between the radio terminal 403 and the server 100 can be continued. Therefore, the reliability of the communication system can be improved.
- the server 100 When transmitting a signal to the wireless terminal 403, the server 100 transmits the same signal via a plurality of wireless base stations 101, 102, 103,. Then, the communication between the server 100 and the wireless terminal 403 becomes possible if the train 400 is located under any one of the wireless base stations 101, 102, 103.
- the train 400 can grasp its own position by the position detection device 402.
- the position detection device 402 for example, a GPS (Global Positioning System) or a tachometer that measures the axle rotation speed of the train 400 can be used.
- Various other methods can be used as the position detection device 402, and a train position detection system can also be used.
- FIG. 2 is a diagram showing the basic concept of the invention.
- the wireless terminal 403 has a mode called the normal transmission power mode (the state on the left side in FIG. 2).
- the wireless terminal 403 transmits a signal by broadcast transmission, and performs transmission with normal transmission power in the normal transmission power mode. Since a plurality of radio base stations 101, 102, 103,... Receive signals from the radio terminals 403, communication between the radio terminals 403 and the server 100 continues even if some radio base stations malfunction. Thus, the possibility of communication failure can be reduced.
- a low transmission power mode (state on the right side in FIG. 2) is provided.
- the wireless terminal 403 transmits a broadcast signal as in the normal transmission power mode, but transmits a signal with a lower transmission power than in the normal transmission power mode.
- the low transmission power is, for example, power that can communicate with only one nearest radio base station, power that can obtain a communication distance that is only half of the distance between radio base stations, or 10 m near the radio base station, for example. It is assumed that the power is such that communication can be performed only within a certain distance. By setting the distance, it is possible to reliably communicate with the base station even in the low transmission power mode.
- the transmission signal from the wireless terminal 403 reaches only one wireless base station (for example, the wireless base station 102). In this way, by communicating with only the closest wireless base station 102, it is possible to detect the state of the wireless base station 102 (whether it is faulty, abnormal or normal). .
- the wireless base station 102 can be regarded as malfunctioning.
- the server 100 knows whether the wireless terminal 403 is located in the vicinity of the wireless base station 102. This is because the position information is sequentially transmitted from the wireless terminal 403 to the server 100. Therefore, the server 100 sets a control signal in advance in the wireless terminal 403 in advance so that the wireless terminal 403 enters the low transmission power mode when the wireless terminal 403 reaches the vicinity of the wireless base station 102. Alternatively, the wireless terminal 403 is periodically set to be in the low transmission power mode, and the server 100 grasps the timing of reaching the vicinity of the wireless base station 102 in the low transmission power mode. Monitor the communication status. By making it periodic, control becomes easy.
- the normal transmission power mode and the low transmission power mode are switched at any time and used, for example, the following operation is performed.
- transmission is normally performed using the normal transmission power mode, and periodic switching is performed such as switching to the low transmission power mode only once per second, for example.
- the present invention is not limited to this.
- the server 100 always manages the position of the train 400. This is because the own position information is transmitted to the server 100 when the train 400 is in the normal transmission power mode. Further, the server 100 grasps and manages which wireless base station the train 400 passes by grasping the position information of the train 400.
- the location information of the wireless base stations 101, 102... Is managed in advance by the server 100.
- Information transmitted from the train 400 to the server 100 includes a train ID, various state information of the train (check information of various devices, congestion information), and the like.
- the communication quality is not stable in the low transmission power mode, so it is not suitable for transmission of important information. Therefore, for example, when urgent or important information is transmitted, the low transmission power mode is canceled and the transmission is switched to the normal transmission power mode.
- FIG. 4 A further specific configuration on the train 400 side in the present embodiment is shown in FIG.
- the devices mounted on the train in this embodiment are a position detection device 402, an on-vehicle control device 401, a wireless terminal 403, and an on-vehicle antenna 405.
- the on-vehicle position detection device 402 is connected to the on-vehicle control device 401. As described above, the position detection device 402 can use a GPS or a tachometer. For example, as indicated by count values 20, 22, 24, 25... In FIGS. 1 and 2, the position where the vehicle has advanced can be grasped in detail by the tachometer starting from the reference position.
- the vehicle position information detected by the position detection device 402 is sent to the on-board control device 401.
- the on-board controller 401 includes an on-board message generator 4011 and an on-board timing controller 4012.
- the on-board message generation unit 4011 generates a message that is a data series in order to notify the server 100 of the train position based on the vehicle position information obtained from the position detection device 402.
- the telegram may include, for example, train speed information, other information related to train control, or multimedia information in addition to the train position.
- the on-vehicle timing control unit 4012 controls the timing for changing between the normal transmission power mode and the low transmission power mode. For example, the normal transmission power mode is set for 0.95 seconds, and the low transmission power mode is set for the subsequent 0.05 seconds.
- the control information output by the on-board timing control unit 4012 is passed to the on-board transmission power control unit 4034 disposed in the wireless terminal 403.
- the on-board timing control unit 4012 parameters such as the time, time, and period of entering the low transmission power mode can be set in advance in the apparatus, or can be set from the server 100 side via the wireless communication system. is there.
- the wireless terminal 403 includes a packet generation unit 4031, a modulation unit 4032, a transmission RF unit 4033, an on-vehicle transmission power control unit 4034, a reception RF unit 4035, a demodulation unit 4036, and a message reproduction unit 4037.
- the packet generation unit 4031 has a function of packetizing the message generated by the on-board message generation unit 4011 to send it out to the wireless communication path.
- a header and control information are added to the packet body, error correction is performed, error correction information is added to the packet body, and data are combined or divided in order to be sent to the wireless communication path.
- the obtained packet is sent to the modulation unit 4032.
- the modulation unit 4032 performs modulation such as BPSK, QPSK, 16QAM, or 64QAM, and performs secondary modulation such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) or spread spectrum as necessary.
- the unit 4033 performs frequency conversion to a radio frequency.
- the frequency-converted signal is transmitted from the vehicle antenna.
- the transmission RF unit 4033 receives power control information from the on-board transmission power control unit 4034 and transmits a radio signal with the transmission power instructed by the on-board transmission power control unit 4034.
- the on-board transmission power control unit 4034 receives a timing signal for changing the transmission power from the on-board timing control unit 4012.
- the on-board transmission power control unit 4034 instructs the transmission RF unit 4033 to perform transmission with transmission power lower than that in the normal transmission power mode.
- the on-board transmission power control unit 4034 instructs the transmission RF unit 4033 to perform transmission with normal transmission power.
- the wireless terminal 403 on the vehicle performs not only transmission but also reception.
- a signal received by the on-board antenna 405 is input to the reception RF unit 4035 and converted into a reception baseband signal by the reception RF unit 4035.
- This received baseband signal is demodulated in demodulator 4036, converted into a bit sequence, and sent to message reproducing unit 4037.
- the message reproducing unit 4037 performs error correction decoding and error detection on the bit-sequence packet sent from the demodulating unit 4036, and further combines and divides the data to reproduce the message transmitted by the transmitting side. When there is information related to the control of the normal transmission power mode or the low transmission power mode in the message, it is sent to the on-vehicle transmission timing control unit 4012.
- the normal transmission power mode and the low transmission power mode of the wireless terminal 403 can be switched by the information related to the control of the transmission power mode transmitted from the server 100.
- FIG. 4 shows a configuration on the ground side composed of a plurality of radio base stations and servers.
- the ground side includes a ground antenna, wireless base stations 101, 102, 103..., A wired network 200, and a server 100. Signals received by the respective receiving antennas are input to the radio base stations 101, 102, 103..., Converted into electronic messages, and then sent to the server 100 via the wired network 200.
- a message generated by the server 100 and information on timing control of the wireless base stations 101, 102, 103,... Are transmitted to the wireless base stations 101, 102, 103,.
- the radio base station 101 includes a reception RF unit 1011, a demodulation unit 1012, a message reproduction unit 1013, a packet generation unit 1021, a modulation unit 1022, a transmission RF unit 1023, and a base station transmission power control unit 1024.
- reception RF unit 1023 The functions of the reception RF unit 1023, the demodulation unit 1024, the message reproduction unit 1013, the packet generation unit 1021, the modulation unit 1022, and the transmission RF unit 1023 are the same as the blocks of the same name included in the wireless terminal mounted on the train side. Work.
- reception RF section 1023 converts the received signal received from the terrestrial antenna into a received baseband signal
- demodulating section 1012 converts the received baseband signal into a bit sequence
- message reproducing unit 1023 reproduces the bit sequence into a message. To do.
- the obtained electronic message is sent to the server 100 via the wired network 200.
- the message sent from the server 100 is converted into a packet to be transmitted to the wireless section by the packet generation unit 1021, modulated by the modulation unit 1022, and further converted to a radio frequency by the transmission RF unit 1023. Transmitted by antenna.
- the base station transmission power control unit 1024 can be used when a normal transmission power mode and a low transmission power mode are provided also on the base station side. Similar to the on-vehicle transmission power control unit 4034, the transmission RF unit 1023 is instructed to transmit power, but at the same time, the server 100 can receive an instruction regarding transmission power via the wired network 200.
- the transmission RF unit 1023 is instructed to set normal transmission power in the normal transmission power mode, and lower transmission power than in the normal transmission power mode in the low transmission power mode. It is assumed that not only one wireless base station but also a plurality of wireless base stations are installed and each is connected to the server 100 via the wired network 200.
- the server 100 includes a failure detection unit 1001, a train position storage unit 1002, a control information generation unit 1003, a server message generation unit 1004, and a base station timing control unit 1005.
- the failure detection unit 1001 is a part that detects a failure of a wireless base station or a wireless terminal according to a predetermined algorithm. This failure detection unit 1001 uses the presence / absence of reception of a signal from the radio base station, the received telegram, and the train position information.
- the train position storage unit 1002 stores a train position described in a telegram received from a train via a wireless terminal and a wireless base station. By having a table in which train IDs are associated with position information indicating train positions, train positions of a plurality of trains can be stored and tracked from moment to moment. This train position is sent to the control information generation unit 1003 and the failure detection unit 1001.
- the control information generation unit 1003 generates train control information based on the train position information obtained from the train position storage unit 1002.
- This train control information refers to, for example, information for instructing a train speed and an accessible position.
- the generated train control information is sent to the message generation unit 1004.
- the telegram generator 1004 converts train control information into a telegram.
- the converted message is sent to a plurality of wireless base stations 101, 102,...
- the messages sent to each of the radio base stations 101, 102,... May be different from each other.
- the same full text is assumed to be sent to each of the radio base stations 101, 102,. .
- the base station transmission timing control unit 1005 gives the wireless base station via the wired network 200 the timing to enter the normal transmission power mode and the timing to enter the low transmission power mode.
- FIG. 5 is a diagram showing an operation flow on the train 400 side.
- the position detection device 402 measures the train position, and the on-board message generation unit 4011 generates a message including the train position (steps SA1, SA2, and SA3).
- the on-board timing control unit 4012 determines the transmission mode with reference to the time. If it is time to transmit in the low transmission power mode, transmission with low transmission power is designated to the on-board transmission power control unit 4034 (step SA4). Then, the on-board transmission power control unit 4034 sets a low transmission power in the transmission RF unit 4033 (step SA5).
- the packet generation unit 4031 converts the received electronic message into a packet, and the packet undergoes modulation by the modulation unit 4032 and then is converted to a radio frequency by the transmission RF unit 4033 and transmitted from the on-board antenna 405 ( Steps SA7, SA8, SA9).
- normal transmission power is set from the on-board transmission power setting unit 4034 to the transmission RF unit 4033 (step SA6), and then the message is converted into a packet as in the low transmission power mode. Thereafter, the signal is transmitted from the on-board antenna 405 through modulation and conversion to a radio frequency.
- FIG. 6 shows a detection operation for detecting whether or not a failure has occurred on the ground side (wireless base stations 101, 102, 103,).
- each of the radio base stations 101, 102, 103,... determines whether or not a radio signal from the train is received (steps SB1, SB2).
- the radio base stations 101, 102, 103,... Receive a radio signal from the train, the signal is demodulated and a message is reproduced (step SB3). This process is mainly performed by the reception RF unit 1011, the demodulation unit 1012, and the message reproduction unit 1013.
- the obtained electronic message is transferred to the server 100 via the wired network 200 (step SB4).
- the server 100 that has received the electronic message refers to the time information and determines whether this train is in the low transmission power mode or the normal transmission power mode (step SB5).
- the server 100 switches between the low transmission power mode and the normal transmission power mode of the train based on past received information regarding the train 400. The period and the switching time can be predicted.
- the server 100 always knows the position of the train 400 from the position information of the train 400.
- the server 100 also knows the positions of a plurality of radio base stations 101, 102, 103,. Therefore, when the train 400 passes a specific radio base station, the server 100 can determine whether the train 400 is transmitting a message in the low transmission power mode or the normal transmission power mode.
- the train 400 determines whether to transmit a message in the low transmission power mode or the normal transmission power mode, it may be determined by a command received from the server 100 (for example, a command specifying a transmission time). Also in this case, when the train 400 passes through a specific radio base station, the server 100 can determine whether the train 400 is transmitting a message in the low transmission power mode or the normal transmission power mode.
- the server 100 determines that the train 400 is in the low transmission power mode and the train position described in the message from the received train 400 is determined, the received radio base station (specified radio base station) is identified. To do. In this case, since the information from the train 400 has normally arrived at the server 100, it is determined that the radio base station is operating normally and is received (steps SB9 and SB7).
- the server 100 determines that the train 400 is transmitting a radio signal in the normal transmission power mode, information may arrive via a plurality of radio base stations 101, 102, 103,. Sex is conceivable. For this reason, it is difficult for the server 100 to determine which radio base station is malfunctioning or operating normally. Therefore, the server 100 stops storing the train position, and ends the reception without performing the failure determination (steps SB5, SB6, and SB7).
- the server 100 determines whether or not the time is a time when the train 400 should transmit a message (step SB11). If it is time for the train to transmit a message, it is subsequently determined whether the train 400 is in the low transmission power mode (step SB12). If it is in the low transmission power mode, it is further determined whether or not the position of the train 400 is a position where communication with the nearest radio base station (specified radio base station) is possible even in the low transmission power mode.
- step SB13; YES If it is in a communicable position (step SB13; YES), it is determined that there is a possibility that the radio base station (specified radio base station) is out of order because the signal cannot be received despite that (step SB13; YES). Step SB14).
- step SB13 If the distance between the train 400 and the radio base station is long and communication is not possible in the low transmission power mode, the server processing is terminated with no problem (step SB13; NO).
- step SB15 If it is the time when the train 400 transmits a message and the time when the train should transmit a signal in the normal transmission power mode, a plurality of radio base stations should be able to receive the signal. However, if the signal cannot be received, it is determined that there is a possibility of failure in the wireless terminal 403 of the train 400, and the process ends (step SB15).
- the wireless terminal periodically executes the low transmission power mode. This period may be set in advance in the wireless terminal, or may be set on the train side using a message from the server. By making it periodic, control becomes easy.
- the train 400 stores the location of the radio base station, and based on its own location information, when the train 400 approaches the radio base station,
- the low transmission power mode may be entered by an instruction from.
- a wireless base station having a possibility of failure is specified by communication between the wireless terminal of one train and the server 100.
- the transmission power of a radio base station is reduced.
- a second embodiment will be described with reference to the drawings.
- the presence or absence of a failure in the radio base station or the radio device (radio terminal) is detected by reducing the transmission power on the train 400 side.
- the second embodiment consider reducing the transmission power of the radio base station.
- the second embodiment may be used together with the first embodiment.
- the apparatus configuration in the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
- the apparatus structure of the train side and the ground side is the same as that of FIG.2 and FIG.3.
- the server 100 first creates control information and creates a message including this (steps SC1, SC2, SC3).
- the control information may include a limit position where the train is allowed to run, a maximum moving speed allowed, a state of the switch, a connection state of the track, and the like.
- This message is sent to the plurality of radio base stations 101, 102, 103,... Via the wired network 2003 (step SC4).
- the server 100 determines whether or not the radio base station enters the low transmission power mode (step SC5). This determination is made in the base station timing control unit 1005. Based on the train position information, the server 100 determines whether there is a train that can communicate with the low transmission power mode. Normally, even when radio signals reach the train 400 from a plurality of radio base stations 101, 102, 103,..., The number of radio base stations that reach the train 400 decreases in the low transmission power mode. Communication is possible if the train 400 is located in the vicinity of the radio base station, but when the train 400 is away from each radio base station, such as located in the middle of two adjacent radio base stations, the radio signals are mutually transmitted. May not reach.
- the server 100 stores the communication area information examined in advance as a table. If it is determined that the train 400 is not in a communicable position, the server 100 gives up communication in the low transmission power mode, sets the radio base stations 101, 102, 103,. Communicate with.
- step SC5 YES
- the base station timing control unit 1005 instructs the base station transmission power setting unit 1024 via the wired network 200 in the low transmission power mode (step SC15).
- the plurality of radio base stations 101, 102, 103,... That have received the message each convert the message into a packet, modulate it, and transmit it from the base station antenna (steps SC16, SC17).
- the base station transmission power setting unit 1024 sets low transmission power for the transmission RF unit 1023, the packet is transmitted with low transmission power.
- the radio base stations 101, 102, 103,... Wait for a response from the train (step SC18). If the wireless base station near the train receives a response, the response is sent to the failure detection unit 1001 of the server 100.
- the failure detection unit 1001 determines the radio base station that has received the response based on the position information of the train that has returned the response. This association work can be performed, for example, by preparing a table indicating which radio base station is communicating with the train when it is in each position.
- the server 100 considers that the wireless base station determined earlier and the wireless terminal mounted on the train 400 are operating normally based on the return of the message from the train to the message sent by itself. .
- step SC5 NO
- the base station timing control unit 1005 sets normal transmission power to the transmission power setting unit 1024 of each radio base station 101, 102, 103,... Via the wired network 200.
- the transmission power setting unit 1024 Normal transmission power is set for transmission RF section 1023 (step SC6).
- the message sent from the server 100 via the wired network 200 is converted into a packet, modulated, and transmitted from the base station antenna (steps SC7 and SC8).
- the wireless base station When the wireless base station receives the response transmitted from the wireless terminal 403, the wireless base station sends information indicating that the response has been received to the server 100, particularly the failure detection unit 1001.
- the server 100 since the transmission power is normal, signals can reach the train via a plurality of radio base stations 101, 102, 103,..., And responses from the train can be received by a plurality of radio base stations. There is sex. Therefore, it is only possible to confirm that the wireless terminal operates normally (steps SC9 and SC10).
- the wireless terminal 403 may have failed. Can be determined to be high (steps SC11 and SC10).
- the operation flow on the wireless terminal side is shown in FIG.
- the demodulator 1012 demodulates the signal and reproduces the message.
- the electronic message is sent to the on-board control device 401.
- the on-board control device 401 creates a telegram that responds to the ground side. This electronic message only needs to indicate a response, and does not have to contain other contents. Information indicating position information and other information may be included. This message is converted into a packet, modulated and transmitted from the antenna on the vehicle.
- this Embodiment set it as the form which enters into a low transmission power mode every fixed time by management of the base station timing control part 1005 by the side of the server 100, as another embodiment, for example, the train 400 becomes a radio base station. When approaching, the low transmission power mode may be entered. Further, even when communication should be performed in the low transmission power mode, communication may be performed in the normal transmission power mode if an urgent communication request occurs.
- a failure of a radio base station is detected by transmitting and receiving signals between the radio base stations.
- the transmission signal from the radio base station may reach many other radio base stations in the vicinity and may affect the communication between the radio base station and the radio terminal.
- a failure is detected by determining whether or not communication between base stations is established.
- system configuration is the same as in FIG. 1, and the ground side device configuration is the same as in FIG.
- FIG. 9 is a ground-side operation flow in the present embodiment.
- a failure is detected by sending a signal from the radio base station 102 to the radio base station 101 in FIGS. 1 and 2.
- the server 100 creates a message. Then, this electronic message is sent to the radio base station 102 and simultaneously instructed to be sent to the radio base station 101 (steps SE1-SE3). Upon receiving this message, the radio base station 102 adjusts the transmission power so that the transmission power is sufficient for the signal to reach the radio base station 101 (step SE4). When the communication range of the radio base station exceeds the adjacent radio base station at normal times, the transmission power is reduced. This transmission power can be obtained by obtaining in advance a required transmission power for communication from the radio base station 102 to the radio base station 101 by a test or the like. If the signal of the radio base station 102 does not reach the radio base station 101 in a normal state, the transmission power is increased if the transmission power can be increased.
- the radio base station 102 converts the message into a packet, modulates it, and transmits it from the base station antenna (steps SE5 and SE6).
- the radio base station 101 determines whether or not the signal from the radio base station 102 has been received (step SE7).
- the radio base station 101 receives the signal from the radio base station 102, succeeds in demodulation and message reproduction, and reports to the server 100 when the processing is completed normally (steps SE8 and SE9).
- the server 100 determines that the transmission function of the radio base station 102 and the reception function of the radio base station 101 are operating normally ( Step SE10).
- the server 100 instructs the wireless base station 102 to transmit a message
- this method can be implemented in combination with the previous embodiment. For example, in the embodiment described with reference to FIG. 6 or FIG. 7, if there is a radio base station determined to be faulty, whether or not the radio base station determined to be faulty is really faulty according to the embodiment shown in FIG. Can be used to confirm.
- DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Server, 200 ... Wired network, 101, 102, 103 ... Wireless base station, 300 ... Track, 400 ... Train, 401 ... On-board controller, 402 ... Position detection device, 403 ... wireless terminal, 1001 ... failure detection unit, 1002 ... train position storage unit, 1003 ... control information generation unit, 1004 ... server message generation unit, 1005 ... Base station timing control unit, 1011 ... reception RF unit, 1012 ... demodulation unit, 1013 ... message reproduction unit, 1021 ... packet generation unit, 1022 ... modulation unit, 1023 ... transmission RF Unit, 4011 ... on-board message generation unit, 4012 ... on-board timing control unit, 4031 ... packet generation unit, 4032 ... modulation unit, 4033 ... transmission RF unit, 4034 ... vehicle Send on Force control unit, 4035 ... reception RF unit, 4036 ... demodulating unit, 4037 ... message reproducing unit.
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Abstract
実施形態によれば、無線端末が、複数の無線基地局を経由して、サーバと通信する。前記無線端末は、通常送信電力モードで信号を送信する手段と、低送信電力モードで信号を送信する手段と、通常送信電力モードか低送信電力モードかのいずれかを切り替え設定する送信電力制御手段と、現在の位置情報をサーバへ送信する手段と、を備える。前記サーバは、前記位置情報に基づき前記無線端末の位置を把握し、前記無線端末が前記低送信電力モードとなった際に、前記複数の無線基地局のうち前記無線端末に近いいずれか一つの無線基地局を特定し、前記低送信電力モードのときの信号が届かなかった場合、前記特定された無線基地局が異常と判断する。
Description
本発明の実施形態はブロードキャスト無線伝送における無線通信システム及び移動無線通信装置に関する。
サーバと有線接続された複数の無線基地局が配置されており、前記サーバと無線端末が前記複数の無線基地局を介して通信できる通信システムがある。この通信システムでは、無線端末はあて先となる無線基地局を指定しないブロードキャスト伝送を用いることで、複数の無線基地局へ情報を伝送することができる。このため、サーバにおいては、複数の無線基地局の受信信号の中で正しく受信された信号を採用することで、伝送の信頼性を改善することができる。
また複数の無線基地局から無線端末への通信では、複数の無線基地局が同一の信号を送信することで、いずれかの信号が無線端末へ届く可能性が高くなるため、情報伝送の信頼性を改善することができる。
従来では、端末からの送信電力を必要最低限に抑えるために、基地局に到達する信号が受信限界付近の電力となるよう、基地局が端末へ細やかに指示する技術が示されている。
上記した通信システムでは、通信の信頼性を高めるために、近隣に位置する複数の無線基地局の通信エリアをオーバーラップさせている。これはいずれかの経路に欠陥が生じても、無線端末とサーバ間の通信を確実に成立させるためである。
しかし通信エリアがオーバーラップしているために、新たな問題も提起される。即ち、複数の無線基地局の通信エリアがオーバーラップしていると、無線端末が無線基地局を経由してサーバと通信を行う経路が、複数存在することになる。すると、ある一つの無線基地の経路が異常となっても無線端末とサーバ間の通信は途絶えないため、故障している無線基地局を検出することが難しい。
そこでこの発明は、ブロードキャスト伝送を採用している複数の無線基地局のうち、いずれの無線基地局が異常を生じているかを容易に検出することができ、通信システムの維持管理上の信頼性を向上するブロードキャスト無線伝送における無線通信システム及び移動無線通信装置を提供することを目的とする。
本実施形態は、無線端末が、複数の無線基地局を経由して、サーバと通信する無線通信システムである。前記無線端末は、通常送信電力モードのとき通常の送信電力で信号送信する手段と、低送信電力モードのとき前記通常の送信電力より小さい送信電力で信号送信する手段と、通常送信電力モードか低送信電力モードかのいずれかを切り替え設定する送信電力制御手段と、現在の位置情報をサーバへ送信する手段と、を備える。これに対して、前記サーバは、前記無線端末から届いた位置情報に基づき前記無線端末の位置を把握する手段と、前記無線端末が前記低送信電力モードとなった際に、前記無線端末に近いいずれか一つの無線基地局を、前記位置情報基づいて特定する手段と、前記無線端末が前記低送信電力モードで送信した信号が前記特定された無線基地局を介して届かなかった場合は、前記特定された無線基地局若しくは無線端末に異常があるとみなす手段と、を備える。
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)定期的に無線端末の送信電力を絞る
システム構成
図1を参照しながら本実施の形態について述べる。図1は本実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。本実施の形態では、地上側(或いは固定体側)に置かれたサーバ100と、軌道300上を走行する列車400との通信を想定する。地上側にはサーバ100と複数の無線基地局101,102,103・・・が置かれ、これらの間は有線ネットワーク200により接続される。
システム構成
図1を参照しながら本実施の形態について述べる。図1は本実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。本実施の形態では、地上側(或いは固定体側)に置かれたサーバ100と、軌道300上を走行する列車400との通信を想定する。地上側にはサーバ100と複数の無線基地局101,102,103・・・が置かれ、これらの間は有線ネットワーク200により接続される。
また、移動側(或いは移動体側)としての列車400側には車上制御装置401、位置検出装置402、及び無線端末403が配置され、無線端末403は無線基地局101,102,103・・・との間で無線通信を行う。無線端末403と無線基地局101,102,103・・・の間は、相手を指定しないブロードキャスト伝送により情報伝送するものとする。
ブロードキャスト伝送を用いることで、無線端末403から送信された信号は、複数の無線基地局101,102,103・・・により受信される。するといずれか1つの無線基地局の受信状態が悪くなったとしても、他の無線基地局との通信が実施され、無線端末403とサーバ100間の通信を継続することが可能である。従って通信システムの信頼性を向上させることができる。
サーバ100は、無線端末403へ信号を伝送する場合に、同一の信号を複数の無線基地局101,102,103・・・を介して送信するものとする。すると列車400がいかなる場所にいても、いずれかの無線基地局101,102,103・・・の通信下に位置していれば、サーバ100と無線端末403間の通信が可能となる。
列車400は位置検出装置402により、自らの位置を把握できるものとする。位置検出装置402とは例えば、GPS (Global Positioning System)、あるいは列車400の車軸回転数を計測するタコジェネレータを用いることができる。位置検出装置402としては他に種々の方式が可能であり、列車位置検出システムを活用することも可能である。
基本概念の説明
図2は発明の基本概念を示した図である。まず無線端末403は、通常送信電力モードと呼ばれるモード(図2の左側の状態)を備えるものとする。無線端末403は前述のとおりブロードキャスト伝送で信号を送信し、通常送信電力モードでは通常の送信電力により送信を行う。そして複数の無線基地局101,102,103・・・が無線端末403からの信号を受信するので、一部の無線基地局に不具合が生じても、無線端末403とサーバ100間の通信が継続され、通信の失敗の可能性を低減することができる。
図2は発明の基本概念を示した図である。まず無線端末403は、通常送信電力モードと呼ばれるモード(図2の左側の状態)を備えるものとする。無線端末403は前述のとおりブロードキャスト伝送で信号を送信し、通常送信電力モードでは通常の送信電力により送信を行う。そして複数の無線基地局101,102,103・・・が無線端末403からの信号を受信するので、一部の無線基地局に不具合が生じても、無線端末403とサーバ100間の通信が継続され、通信の失敗の可能性を低減することができる。
一方、ブロードキャスト伝送を用いた場合、もし無線基地局の一部が故障しても、他の無線基地局で受信した無線端末403からの信号がサーバ100へ到達するため、このままでは一部の無線基地局に故障が生じているかどうかは検出できない。なお、列車400は自身の位置情報を、無線端末403及び無線基地局101,102,103・・・を介してサーバ100へ送付するものとし、サーバ100は常に列車400の位置を把握しているものとする。
本実施の形態ではこの通常送信電力モードの伝送に加え、低送信電力モード(図2の右側の状態)を備えるものとする。この低送信電力モードでは、無線端末403は通常送信電力モードと同様にブロードキャスト信号を送信するものの、通常送信電力モードに比べ低い送信電力で信号を送信するものとする。この低い送信電力とは例えば、最も近傍の無線基地局1台のみと通信できる電力、あるいは無線基地局間距離の半分だけの通信距離が得られるような電力、あるいは無線基地局近傍の例えば10mといった一定距離のみでしか通信できないような電力であるものとする。距離を設定することで、低送信電力モードでも確実に基地局と通信できるようにすることができる。
低送信電力モードを設けることで、無線端末403からの送信信号は、1台の無線基地局(例えば無線基地局102)にのみ到達する。このようにして最も近い1台の無線基地局102のみと通信することで、この無線基地局102の状態(故障しているか、異常な状態か、或いは正常な状態か)を検出することができる。
すなわち無線端末403が無線基地局102の近傍にある状態にもかかわらず、列車400からの情報がサーバ100へ届かなければ、その無線基地局102は故障しているとみなすことができる。
無線端末403が無線基地局102の近傍に位置するかどうかは、サーバ100が把握している。これは、無線端末403からサーバ100に位置情報が逐次送信されているからである。そこで、サーバ100は、無線端末403が無線基地局102の近傍に到達する頃に、無線端末403が低送信電力モードなるように該無線端末403に予め事前に制御信号を設定している。あるいは、無線端末403が周期的に低送信電力モードになるように設定されており、サーバ100は、低送信電力モードのときに無線基地局102の近傍に到達したタイミングを把握し、このときの通信状態を監視する。周期的とすることで、制御が容易になる。
上記のような低送信電力モードであっても、無線端末403や無線基地局102が故障していなければ、列車400からサーバ100へ正常な情報送信を行うことができる。ただし安定した通信が求められる場合や、緊急に情報を伝送する必要を生じた場合は、通常送信電力モードを用いる方が良い。そのために、例えばサーバ100が緊急情報を検出したときは、無線端末に対して、低送信電力モードの移行を禁止する制御信号を送信する。緊急時に通常送信電力モードへ戻すことで、情報を伝送できずシステムが破綻することを避けることができる。緊急時には、確実な情報の伝送もしくは高成功確率が要求させる情報の伝送が必要となる。
本実施の形態では、通常送信電力モードと低送信電力モードを随時切り替えて利用する場合は例えば次のような動作を行う。本実施の形態の一例では、通常は通常送信電力モードを用いて伝送を行い、例えば1秒に1回だけ低送信電力モードに切り替えるような周期的な切り替えを想定する。実際はこれに限るものではなく、例えば、列車が無線基地局の近傍を通過する時に低送信電力モードに入るような制御も可能である。
サーバ100は、常に列車400の位置を管理している。これは列車400が通常送信電力モードのときに自己の位置情報をサーバ100に伝送するからである。またサーバ100は、列車400の位置情報を把握することにより、列車400が、どの無線基地局付近を通過しているのかを把握し管理している。無線基地局101,102・・・の位置情報は予めサーバ100が管理している。なお列車400からサーバ100へ送信する情報としては、列車ID,列車の各種状態情報(各種機器のチェック情報、混雑情報)、などがある。
前述したように低送信電力モードでは通信品質が安定しないため、重要な情報の伝送には向かない。そこで例えば、緊急あるいは重要な情報を伝送する場合、低送信電力モードを解除し、通常送信電力モードの伝送に切り替えるようにする。
無線端末側の構成の説明
本実施の形態における列車400側の更なる具体的構成を図3に示す。本実施の形態における列車に搭載される装置は、位置検出装置402、車上制御装置401、無線端末403、及び車上アンテナ405である。
車上位置検出装置402は車上制御装置401へ接続される。位置検出装置402は前述の通り、GPSやタコジェネレータを用いることができる。例えば図1、図2に計数値20,22,24,25・・・と示すように基準の位置を始点として、タコジェネレータにより車両の進んだ位置を詳細に把握することができる。
位置検出装置402が検出した車両の位置情報は、車上制御装置401へと送られる。車上制御装置401は車上電文生成部4011、車上タイミング制御部4012からなる。
車上電文生成部4011は位置検出装置402から得られた車両位置情報に基づき、列車の位置をサーバ100へ通知するために、データ系列である電文を作成する。電文には列車位置のほかに例えば、列車の速度情報やその他の列車制御に関する情報、あるいはマルチメディア情報などを含めてもよい。
車上タイミング制御部4012は、通常送信電力モードと低送信電力モードとを変更するタイミングを制御する。例えば0.95秒間だけ通常送信電力モードとなり、続く0.05秒間は低送信電力モードとなる、といった具合である。車上タイミング制御部4012が出力する制御情報は、無線端末403の中に配置された車上送信電力制御部4034へと渡される。また低送信電力モードに入る時刻や時間、周期といった車上タイミング制御部4012のパラメータは、装置に予め設定することもできるし、サーバ100側から本無線通信システムを介して設定することも可能である。
無線端末403はパケット生成部4031、変調部4032、送信RF部4033、車上送信電力制御部4034、受信RF部4035、復調部4036、電文再生部4037を有する。
パケット生成部4031は、車上電文生成部4011が生成した電文を、無線通信路へ送り出すために、パケット化する働きをもつ。このほかに、無線通信路へ送り出すために、ヘッダや制御情報をパケット本体に付加したり、誤り訂正をほどこしたり、誤り訂正情報をパケット本体に付加したり、データを結合あるいは分割したりする。得られたパケットは、変調部4032へと送られる。
変調部4032では例えばBPSK、QPSK、16QAM、あるいは64QAMいった変調が施され、必要に応じてOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)やスペクトラム拡散などの2次変調が施され、この変調信号はさらに送信RF部4033において、無線周波数へと周波数変換される。そして周波数変換された信号が、車上アンテナから送信される。
ここで送信RF部4033は、車上送信電力制御部4034より電力制御情報を受け取り、車上送信電力制御部4034が指示した送信電力で無線信号を送信するものとする。
車上送信電力制御部4034は、車上タイミング制御部4012から送信電力を変化させるタイミング信号を受ける。そして車上タイミング制御部4012が低送信電力モードを指示した場合には、車上送信電力制御部4034は、送信RF部4033に対して通常送信電力モードよりも低い送信電力による送信を指示する。同様に車上タイミング制御部4012が、通常送信電力モードを指定した場合には、車上送信電力制御部4034は、送信RF部4033に対して通常の送信電力による送信を指示するものとする。
車上の無線端末403は送信のみならず受信も行う。車上アンテナ405が受信した信号は受信RF部4035へ入力され、受信RF部4035により受信ベースバンド信号へと変換される。この受信ベースバンド信号は復調部4036において復調が施され、ビット系列へと変換されて電文再生部4037へと送られる。
電文再生部4037では復調部4036から送られてきたビット系列のパケットに対して誤り訂正復号や誤り検出を行い、さらにデータの結合や分割を行うことで、送信側が送信した電文を再生する。電文の中に、通常送信電力モードあるいは低送信電力モードの制御に関する情報がある場合は、車上送信タイミング制御部4012へと送る。
これにより無線端末403の通常送信電力モードと低送信電力モードは、サーバ100から送られてくる送信電力モードの制御に関する情報により切り替える事が可能である。
ネットワーク側の構成の説明
続いて複数の無線基地局及びサーバからなる地上側の構成を図4に示す。地上側は地上アンテナ、無線基地局101,102,103・・・、有線ネットワーク200およびサーバ100を有する。それぞれの受信アンテナで受信した信号は無線基地局101,102,103・・・へ入力され、電文へと変換されてから、有線ネットワーク200を介してサーバ100へ送られる。また、サーバ100が生成した電文および、無線基地局101,102,103・・・のタイミング制御に関する情報が、有線ネットワーク200を経由して無線基地局101,102,103・・・へ送られる。
無線基地局101,102,103・・・はそれぞれ同じ構成であるために、1つを代表して説明する。無線基地局101は、受信RF部1011、復調部1012、電文再生部1013、パケット生成部1021、変調部1022、送信RF部1023、及び基地局送信電力制御部1024を有する。
受信RF部1023、復調部1024、電文再生部1013、パケット生成部1021、変調部1022、送信RF部1023の働きは、列車側に搭載された無線端末の中に含まれる同名のブロックと同様な働きをする。
すなわち受信RF部1023は、地上アンテナより受信した受信信号を受信ベースバンド信号へ変換し、復調部1012が受信ベースバンド信号をビット系列へと変換し、電文再生部1023はビット系列を電文に再生する。得られた電文は有線ネットワーク200を経由してサーバ100へと送られる。
またサーバ100から送られてきた電文はパケット生成部1021により無線区間へ送出するパケットへと変換され、変調部1022で変調され、さらに送信RF部1023で無線周波数へと変換されてから、基地局アンテナにより送信される。
基地局送信電力制御部1024は、基地局側にも通常送信電力モードと低送信電力モードを設ける際に利用することができる。車上送信電力制御部4034と同様に送信RF部1023に対して送信電力を指示するが、同時にサーバ100から有線ネットワーク200を介して送信電力に関する指示を受けることもできる。
例えば通常送信電力モードであれば通常の送信電力、低送信電力モードであれば通常送信電力モードのときよりも低い送信電力を設定するように送信RF部1023へと指示するものとする。無線基地局は1台だけではなく、複数台が設置され、それぞれが有線ネットワーク200を介してサーバ100へ接続されているものとする。
サーバ100は故障検出部1001、列車位置記憶部1002、制御情報生成部1003、サーバ電文生成部1004、基地局タイミング制御部1005を有する。
故障検出部1001は、予め定めたアルゴリズムに従い、無線基地局や無線端末の故障を検出する部分である。この故障検出部1001は、無線基地局からの信号の受信の有無、受信した電文、そして列車の位置情報を利用する。
列車位置記憶部1002は、列車から無線端末及び無線基地局を経て受信された電文に記載された列車位置を記憶するものである。列車のIDと列車の位置を示す位置情報とを対応付けたテーブルを持つことで、複数の列車の列車位置を記憶し、また時々刻々と追跡することができる。この列車位置は、制御情報生成部1003及び故障検出部1001へと送られる。
制御情報生成部1003は、列車位置記憶部1002から得られた列車の位置情報に基づき、列車制御情報を生成する。この列車制御情報とは例えば、列車の速度や進入可能位置を指示する情報などを指す。生成された列車制御情報は、電文生成部1004へと送られる。
電文生成部1004では、列車制御情報を電文に変換する。変換された電文は有線ネットワーク200を経て複数の無線基地局101,102・・・・へ送られる。各無線基地局101,102・・・・へ送られる電文はそれぞれ異なったものでも良いが、本実施の形態ではすべて同一の全文が各無線基地局101,102・・・へ送られるものとする。
基地局送信タイミング制御部1005は、有線ネットワーク200を介して無線基地局へ、通常送信電力モードに入るべきタイミングや、低送信電力モードに入るべきタイミングを与えるものとする。
無線端末側の動作フローの説明
図5は、列車400側の動作フローを示す図である。列車400は送信を開始する際にまず、位置検出装置402により列車位置を測定し、車上電文生成部4011においてその列車位置を含む電文を生成する(ステップSA1、SA2、SA3)。そして車上タイミング制御部4012は、時刻を参照して送信モードを決める。もし低送信電力モードで送信すべき時刻であれば、車上送信電力制御部4034に、低送信電力での送信を指定する(ステップSA4)。そして車上送信電力制御部4034は送信RF部4033に、低い送信電力を設定する(ステップSA5)。またパケット生成部4031は受け取った電文をパケットへと変換し、パケットは、変調部4032による変調受け、次に送信RF部4033による無線周波数への変換を経て、車上アンテナ405から送信される(ステップSA7,SA8,SA9)。
通常送信電力モード伝送の場合は、車上送信電力設定部4034から送信RF部4033に対して通常送信電力を設定し(ステップSA6)、あとは低送信電力モードと同様に電文をパケットへ変換した後、変調及び無線周波数への変換を経て車上アンテナ405から送信する。
ネットワーク側の動作フローの説明
図6は、地上側(無線基地局101,102,103・・・・)に故障が生じているかどうかを検出する検出動作を示す。
まず処理が開始したら、無線基地局101,102,103・・・・それぞれは、列車からの無線信号を受信しているかどうかをまず判定する(ステップSB1,SB2)。無線基地局101,102,103・・・・が列車からの無線信号を受信した場合には、信号を復調し電文を再生する(ステップSB3)。この処理は主に受信RF部1011、復調部1012、および電文再生部1013により行われる。
そして得られた電文は、有線ネットワーク200を介してサーバ100へ転送される(ステップSB4)。電文を受信したサーバ100は時刻情報を参照し、この列車が低送信電力モードか通常送信電力モードであるかを判定する(ステップSB5)。
列車400側が一定周期で低送信電力モードと通常送信電力モードを切り替えている場合、サーバ100は、列車400に関する過去の受信情報に基づいて、当該列車の低送信電力モードと通常送信電力モードの切り替わり周期と、切り替わる時間を予測することができる。またサーバ100は列車400の位置情報から常に列車400の位置を把握している。またサーバ100は、複数の無線基地局101,102,103・・・・の位置も把握している。したがって、列車400が特定の無線基地局を通過するとき、サーバ100は、当該列車400が低送信電力モードと通常送信電力モードのいずれで電文を送信しているかを判定することができる。列車400が低送信電力モードと通常送信電力モードのいずれで電文を送信かを決める場合、サーバ100から受けた指令(例えば送信時間を指定した指令)により決めることがある。この場合もサーバ100は、列車400が特定の無線基地局を通過するとき、当該列車400が低送信電力モードと通常送信電力モードのいずれで電文を送信しているかを判定することができる。
もし列車400が低送信電力モードであるとサーバ100が判定し、受信した列車400からの電文に記載された列車位置が判定された場合、受信した無線基地局(特定した無線基地局)を同定する。この場合は、列車400からの情報が正常にサーバ100に届いたことから、この無線基地局が正常に動作していると判断して受信すれば終了する(ステップSB9,SB7)。
またこの列車400が通常送信電力モードで無線信号を送信しているとサーバ100が判定した場合には、複数の無線基地局101,102,103・・・・を介して情報が届いている可能性が考えられる。このためサーバ100は、いずれの無線基地局が故障しているか、あるいは正常に動作しているかを判定することは難しい。そこでサーバ100は列車位置を記憶することに止め、故障の判定は実施せずに受信を終了する(ステップSB5,SB6,SB7)。
次に、列車400が電文を送信すべき時刻にもかかわらず、特定した無線基地局が無線信号を受信しなかった場合について述べる。特定した無線基地局が無線信号受信していない場合は(ステップSB2;NO)、サーバ100はその時刻が、列車400が電文を送信すべき時刻かどうかを判定する(ステップSB11)。列車が電文を送信すべき時刻だった場合には、続いてその列車400が低送信電力モードであるかどうかを判定する(ステップSB12)。もし低送信電力モードだった場合はさらに、その列車400の位置が、低送信電力モードであっても最も近い無線基地局(特定した無線基地局)と通信可能な位置かどうかを判断する。もし通信可能な位置にいる場合は(ステップSB13;YES)、それにも関わらず信号が受信できないことから、無線基地局(特定した無線基地局)が故障している可能性があると判断する(ステップSB14)。
もし列車400と無線基地局の距離が離れており、低送信電力モードでは通信できない場合は、問題なしとしてサーバの処理を終了する(ステップSB13;NO)。
列車400が電文を送信するタイミングであり、かつ列車が通常送信電力モードで信号を送信すべき時刻の場合は、複数の無線基地局が信号受信できるはずである。しかし信号が受信できない場合は、列車400の無線端末403の方に故障の可能性があると判断して処理を終了する(ステップSB15)。
以上の方法により、列車の位置情報と、列車の送信電力モードの情報に基づいて、無線基地局の故障あるいは無線端末の故障の可能性を検出することができる。
なお、本実施の形態では、周期的に無線端末が低送信電力モードを実行する方法をとった。この周期は予め無線端末へ設定しても良いし、サーバから電文を用いて列車側へ設定してもよい。周期的とすることで、制御が容易になる。
また低送信電力モードを起動する他の方法としては、列車400が無線基地局の場所を記憶しておき、自らの位置情報に基づいて、無線基地局に接近した時に自らの判断、あるいは基地局からの指示で低送信電力モードに入っても良い。
上記の説明は1台の列車の無線端末とサーバ100間の通信により、故障可能性のある無線基地局を特定した。しかし、複数台の列車の無線端末とサーバ100間の通信点検結果を総合することにより、特定した無線基地局が故障しているかどうかを判断するようにしてもよい。即ち、正常と判断された無線端末を有する列車が、故障とみなされた無線基地局の近くを通過するときに、当該列車の無線端末の送信電力を低送信電力モードに設定する。このときサーバ100が当該列車の無線端末からの信号を受信できない場合は、前記故障とみなされた無線端末の故障を確定するのである。
(第2の実施の形態)無線基地局の送信電力を絞る
以下、図面を参照しながら、第2の実施の形態について説明する。先の第1の実施の形態では、列車400側の送信電力を下げることで無線基地局や無線装置(無線端末)の故障の有無を検出する。第2の実施の形態では、無線基地局の送信電力を下げることを考える。第2の実施の形態は、第1の実施の形態と共に利用してもよい。第2の実施の形態における装置構成は、図1に示す第1の実施の形態と同様である。また列車側及び地上側の装置構成も図2及び図3と同様である。
以下、図面を参照しながら、第2の実施の形態について説明する。先の第1の実施の形態では、列車400側の送信電力を下げることで無線基地局や無線装置(無線端末)の故障の有無を検出する。第2の実施の形態では、無線基地局の送信電力を下げることを考える。第2の実施の形態は、第1の実施の形態と共に利用してもよい。第2の実施の形態における装置構成は、図1に示す第1の実施の形態と同様である。また列車側及び地上側の装置構成も図2及び図3と同様である。
ネットワーク側のフローの説明
図7、図4を用いて本実施の形態における地上側(或いは固定体側)の動作フローを説明する。
サーバ100はまず制御情報を作成し、これを含む電文を作成する(ステップSC1,SC2,SC3)。ここで制御情報とは、列車の走行が許される限界位置、許可される最大移動速度、転轍機の状態、線路の接続状態などがあり得る。この電文は、有線ネットワーク2003介して複数の無線基地局101,102,103・・・・へ送付される(ステップSC4)。
さらにサーバ100は、無線基地局が低送信電力モードに入るかどうかを判断する(ステップSC5)。この判断は、基地局タイミング制御部1005において成される。低送信電力モードにしたら通信できる列車がいるかどうかを、列車位置情報に基づきサーバ100が判断する。通常は複数の無線基地局101,102,103・・・・から列車400へ無線信号が届く場合であっても、低送信電力モードでは列車400へ信号が到達する無線基地局数が減る。列車400が、無線基地局の近傍に位置していれば通信できるが、隣接する2つの無線基地局の中間に位置しているなど、各無線基地局から離れている場合には無線信号が相互に届かないかもしれない。
そこで各無線基地局が低送信電力モードの際に、この各無線基地局の近傍を列車が通過するとき信号を受信して通信することが可能な範囲を予め調査する。サーバ100は、予め調査した通信エリア情報をテーブル化して、保存している。列車400が通信可能な位置にいないと判断したら、サーバ100は、低送信電力モードの交信をあきらめ、無線基地局101,102,103・・・・を通常送信電力モードに設定して、列車400と通信する。
まず低送信電力モードに入る場合について述べる(ステップSC5:YES)。基地局タイミング制御部1005は、有線ネットワーク200を介して基地局送信電力設定部1024に対して低送信電力モードを指示する(ステップSC15)。
電文を受け取った複数の無線基地局101,102,103・・・・はそれぞれ電文をパケットに変換し、そして変調を施してから基地局アンテナより送信する(ステップSC16、SC17)。このとき、低送信電力モードが設定されており基地局送信電力設定部1024が送信RF部1023に対して低送信電力を設定していることから、パケットは低送信電力で送信される。
続いて無線基地局101,102,103・・・・は列車からの応答を待つ(ステップSC18)。そしてもし列車近傍の無線基地局が応答を受信した場合にはサーバ100の故障検出部1001へと送付する。故障検出部1001は応答を返した列車の位置情報に基づき、応答を受信した無線基地局を割り出す。この対応付け作業は例えば、列車が各位置にいる際にどの無線基地局と通信しているかというテーブルを用意しておくことで可能となる。
続いてサーバ100は自身が送付した電文に対して列車からの電文が帰ってきたことに基づき、先ほど割り出した無線基地局と、列車400に搭載された無線端末が正常に動作しているとみなす。
一方、無線基地局から送信したパケットに対して、応答を返すべき時刻に列車が応答を返してこない場合は、
(a)列車の最も近くに位置する無線基地局が故障しており信号を送信しなかった、
(b)あるいは列車の最も近くに位置する無線基地局が故障しており,列車からの応答を受信できなかったか、
(c)列車に搭載された無線端末が故障し信号を受信しなかった、
(d)あるいは列車に搭載された無線端末が応答を送信できなかったと判断する(ステップSC19、SC10)。
(a)列車の最も近くに位置する無線基地局が故障しており信号を送信しなかった、
(b)あるいは列車の最も近くに位置する無線基地局が故障しており,列車からの応答を受信できなかったか、
(c)列車に搭載された無線端末が故障し信号を受信しなかった、
(d)あるいは列車に搭載された無線端末が応答を送信できなかったと判断する(ステップSC19、SC10)。
続いて、無線基地局が低送信電力モードに入らず、通常送信電力モードで通信する場合について述べる(ステップSC5:NO)。基地局タイミング制御部1005は、各無線基地局101,102,103・・・・の送信電力設定部1024に対して有線ネットワーク200を介して通常の送信電力を設定し、送信電力設定部1024は送信RF部1023に対して通常の送信電力を設定する(ステップSC6)。そしてサーバ100から有線ネットワーク200を介して送付された電文をパケットに変換し、変調して基地局アンテナから送信する(ステップSC7,SC8)。
無線基地局が、無線端末403から送信された応答を受信したら、サーバ100、特に故障検出部1001に対して応答を受信した旨を送付する。この場合は通常の送信電力であるため、複数の無線基地局101,102,103・・・・を介して列車に信号が届き、また列車からの応答は複数の無線基地局で受信される可能性がある。従って無線端末が正常に動作することを確認できるにとどまる(ステップSC9,SC10)。
一方無線基地局101,102,103・・・・が、一定時間内に応答を受信しなかった場合、つまりサーバ側に応答の受信が通知されなかった場合は、無線端末403が故障した可能性が高いと判断できる(ステップSC11、SC10)。
無線端末側の動作フローの説明
本実施の形態おける。列車側の動作フローを図8に示す。車上アンテナが信号を受信したら復調部1012で信号を復調し、電文を再生する。そして電文を車上制御装置401へ送付する。車上制御装置401は地上側へ応答する電文を作成する。この電文は、応答を示すものであれば良く、他の内容が入っていなくても良い。また位置情報を示す情報や、他の情報を入れても良い。この電文をパケットに変換し、変調して車上アンテナから送信する。
なお本実施の形態は、サーバ100側の基地局タイミング制御部1005の管理により一定時間おきに低送信電力モードに入る形態としたが、他の実施の形態として例えば、列車400が無線基地局に近づいた場合に低送信電力モードへ入るようにしてもよい。また、低送信電力モードで通信すべき場合であっても、緊急の通信要求が生じれば、通常送信電力モードで通信しても良い。
(第3の実施の形態)無線基地局間の通信
基本概念の説明
第3の実施の形態について、図面を用いながら説明する。第3の実施の形態では無線基地局間で信号を送受信することにより、無線基地局の故障を検出するものである。ただし無線基地局からの送信信号は、周辺の他の多くの無線基地局へ到達する可能性があり、さらに無線基地局と無線端末との通信に影響を及ぼす可能性があるため、低送信電力モードで送ることにより、隣接する限られた無線基地局と通信するものとする。そして基地局間の通信が成立するかどうかを判断することで、故障を検出する。
本実施の形態は、システム構成は図1と同様であり、地上側の装置構成は図3と同様である。
ネットワーク側の動作フローの説明
図9は本実施の形態おける地上側の動作フローである。ここでは、例えば図1、図2に示したにおける無線基地局102から無線基地局101へと信号を送ることで故障を検出する例を述べる。
まずサーバ100は電文を作成する。そしてこの電文を、無線基地局102へ送付し、同時に無線基地局101へと送信するように指示する(ステップSE1-SE3)。無線基地局102はこの電文を受け取ったら、無線基地局101へ信号が届くのに充分な送信電力となるよう、送信電力を調整する(ステップSE4)。通常時において無線基地局の通信範囲が隣接無線基地局を超えるような場合は、送信電力を絞ることになる。この送信電力は、予め無線基地局102から無線基地局101へ通信する際の所要送信電力を試験等により求めておくことで得られる。なお、もし通常の状態において無線基地局102の信号が無線基地局101へ届かない場合は、送信電力を上げることが可能であれば送信電力を上げる。
そして無線基地局102は電文をパケットに変換し、変調して基地局アンテナから送信する(ステップSE5,SE6)。無線基地局101は、無線基地局102からの信号を受信したかどうか判定する(ステップSE7)。無線基地局101は、無線基地局102からの信号を受信し、復調、及び電文の再生に成功し、処理が正常に完了した場合は、サーバ100へ報告する(ステップSE8,SE9)。
サーバ100は無線基地局101から電文を正常に受信した旨の報告を受けた場合には、無線基地局102の送信機能と無線基地局101の受信機能が正常に動作していると判断する(ステップSE10)。
一方、サーバ100が無線基地局102に対して電文の送信を指示してから一定時間以内経っても、無線基地局101から受信した報告が無い場合は、無線基地局102の送信機能か、無線基地局101の受信機能が故障したと判断する。
なお、この方式では無線基地局102の送信機能と無線基地局101の受信機能のいずれが故障したかを判断することができない。しかし例えば、ここでさらに無線基地局102が無線基地局103に対して信号の伝送し、そして無線基地局103から受信報告が来なければ、無線基地局102の送信機能又は無線基地局103の受信機能が故障していることになり、先の結果と合わせれば、無線基地局102の送信機能が故障している可能性が高いと判断できる。
なおこの方式は、先の実施形態と組み合わせて実施することができる。例えば、先の図6或いは図7で説明した実施形態において、故障と判断された無線基地局があった場合、図9で示す実施形態により、故障と判断された無線基地局が本当に故障かどうかを確認するために利用できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100・・・サーバ、200・・・有線ネットワーク、101,102,103・・・無線基地局、300・・・軌道、400・・・列車、401・・・車上制御装置、402・・・位置検出装置、403・・・無線端末、1001・・・故障検出部、1002・・・列車位置記憶部、1003・・・制御情報生成部、1004・・・サーバ電文生成部、1005・・・基地局タイミング制御部、1011・・・受信RF部、1012・・・復調部、1013・・・電文再生部、1021・・・パケット生成部、1022・・・変調部、1023・・・送信RF部、4011・・・車上電文生成部、4012・・・車上タイミング制御部、4031・・・パケット生成部、4032・・・変調部、4033・・・送信RF部、4034・・・車上送信電力制御部、4035・・・受信RF部、4036・・・復調部、4037・・・電文再生部。
Claims (10)
- 無線端末が、複数の無線基地局との無線通信を介してサーバと通信する無線通信システムにおいて、
前記無線端末は、
通常の送信電力を設定する通常送信電力モードで信号を送信する手段と、
前記通常の送信電力より小さい送信電力を設定する低送信電力モードで信号を送信する手段と、
前記通常送信電力モードか前記低送信電力モードかのいずれかを設定する送信電力制御手段と、
位置情報をサーバへ送信する手段と、を備え、
前記サーバは、
前記位置情報に基づき前記無線端末の位置を把握する手段と、
前記無線端末が前記低送信電力モードとなった際に、前記無線基地局のうち前記無線端末と通信可能と見なせるいずれか1つの無線基地局を特定する手段と、
前記無線端末が低送信電力モードで送信した信号が、前記特定した無線基地局を介して受信できない場合、前記特定された基地局が異常とみなす手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。 - 無線端末が、複数の無線基地局との無線通信を介してサーバと通信する無線通信システムにおいて、
複数の無線基地局はそれぞれ、
通常の送信電力を設定する通常送信電力モードで信号を送信する手段と
前記通常の送信電力より小さい送信電力を設定する低送信電力モードで信号を送信する手段と、
前記通常送信電力モードか前記低送信電力モードかのいずれかを設定する送信電力制御手段と、を備え、
前記無線端末は、
前記サーバへ位置情報を送信する手段と、
前記サーバから届いた電文に対して応答を送信する手段と、を備え、
前記サーバは、
前記無線端末から届いた位置情報に基づき前記無線端末の位置を把握する手段と、
前記無線端末に対して電文を送信する手段と、
各無線基地局の送信電力モードを、通常送信電力モードか低送信電力モードにするかを決定するタイミング制御手段と、
各無線基地局のうちいずれか1つの特定した無線基地局が前記低送信電力モードとなった際に、前記特定した無線基地局と通信可能と見なせる無線端末を前記位置情報から特定する手段と、
前記サーバが前記特定した無線端末へ送った電文に対して前記応答が届かない場合は、少なくとも前記特定された無線基地局が異常とみなす手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。 - 前記送信電力制御手段は、
予め定めたもしくはサーバから指定された周期で、又は予め定めたもしくはサーバから指定された時間だけ低送信電力モードとなり、その他の時間は通常送信電力モードであることを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信システム。 - 前記送信電力制御手段は、
無線端末と、いずれか一つの無線基地局との距離が、予め定めた距離以下となった場合に低送信電力モードを選択し、それ以外の場合には通常送信電力モードを選択する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信システム。 - 前記送信電力制御手段は、低送信電力モードを選択している場合であっても、緊急性の高い情報もしくは高成功確率が要求させる情報の伝送が必要となった場合は、通常送信電力モードを選択することを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信システム。
- 複数の無線基地局の中で、
第1の無線基地局は、前記サーバから受けた電文を、最も近い第2の無線基地局に対して届く電力である低送信電力モードで、送信する手段を有し、
前記第2の無線基地局は、前記電文を前記サーバに送信する手段を有し、
前記サーバは、前記電文が前記第2の無線基地局から返信されないときに前記第1若しくは第2の無線基地局が異常と見なす手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信システム。 - 前記第1又は第2の無線基地局は、異常と見なされた無線基地局であることを特徴とする請求項6記載の無線通信システム。
- ブロードキャスト無線伝送を利用している複数の無線基地局との無線通信を介してサーバと通信する移動無線通信装置において、
現在位置情報を前記サーバへ送信する手段と、
通常の送信電力を設定する通常送信電力モードで信号を送信する手段と、
前記通常の送信電力より小さい送信電力を設定する低送信電力モードで信号を送信する手段と、
近傍に位置する特定の無線基地局とのみ通信が成立するように、送信電力を前記低送信電力モードに設定する送信電力制御手段と、
前記サーバへ電文を送信する手段を有し、
前記低送信電力モードのときに送信した前記電文を前記サーバに検出させて、前記特定の無線基地局の状態を診断できるようにしたことを特徴とする移動無線通信装置。 - 前記送信電力制御手段は、前記通常送信電力モードと前記低送信電力モードを一定時間毎に切り替えるか、若しくは前記サーバからの指令に基づいて切り替えるかいずれか一方を採用していることを特徴とする請求項8記載の移動無線通信装置。
- 前記送信電力制御手段は、低送信電力モードを選択している場合であっても、緊急性の高い情報もしくは高成功確率が要求させる情報の伝送が必要となった場合は、通常送信電力モードに切り替えることを特徴とする請求項9記載の移動無線通信装置。
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NENP | Non-entry into the national phase |
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