WO2016129086A1

WO2016129086A1 - 列車制御システム、基地局制御装置、地上無線基地局、車上無線局

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Publication number: WO2016129086A1
Application number: PCT/JP2015/053859
Authority: WO
Inventors: 青山　哲也; 聖也永島
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-08-18
Also published as: JP6345279B2; DE112015006157T5; US20180334179A1; JPWO2016129086A1; US10597056B2

Abstract

　地上無線基地局と車上無線局との間の列車制御に用いる通信データの到達率を向上させることを目的とし、列車１１に搭載された車上無線局２１と地上無線基地局３１との間で、列車１１の運行を制御する情報である列車制御情報を含む情報を無線通信により送受信することで列車１１の運行を制御する列車制御システムであって、地上無線基地局３１が送信する列車制御情報Ｃ１を含む情報の列車制御情報以外の情報である一般伝送情報Ｕ１は、地上無線基地局３１から一つの車上無線局２１に対しては一回のみ送信され、列車制御情報Ｃ１は、地上無線基地局３１から一つの車上無線局２１に対して複数回繰り返し送信され、車上無線局２１は、列車制御情報Ｃ１のうち、データの欠落を生じることなく最初に受信した列車制御情報Ｃ１を列車１１の運行に用いる。

Description

列車制御システム、基地局制御装置、地上無線基地局、車上無線局

　本発明は、地上無線基地局と車上無線局との間で無線通信を行うことによって列車を制御する列車制御システム及び当該列車制御システムが備える基地局制御装置、地上無線基地局、車上無線局に関するものである。

　近年、コミュニケーションベースの列車制御（ＣＢＴＣ：Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　Ｔｒａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれる、無線を用いた列車制御システムの導入が進められている。ＣＢＴＣでは無線通信方式は規定されていないが、２．４ＧＨｚ帯の無線を利用したシステムが主流である。２．４ＧＨｚ帯の無線には、ＩＥＥＥ　８０２．１１ｂ／ｇを例示することができる。２．４ＧＨｚ帯はＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ）帯とも呼ばれ、近年急速に普及が進んでいる近距離無線通信システム及び電子レンジをはじめとする多くの機器に利用されている。近距離無線通信システムには、ＩＥＥＥ　８０２．１１ｂ，ｇ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＺｉｇｂｅｅ（登録商標）を用いた無線通信システムを例示することができる。

　また、ＩＳＭ帯では機器の利用エリアが規制されていないため、複数の機器の電波が干渉し、無線通信システムの通信品質が劣化するという問題がある。そこで、ＩＳＭ帯を利用する列車無線システムでは、高品質な無線通信を実現するために、他機器からの干渉電波の影響による通信品質の劣化を抑制するための技術が不可欠である。一例である特許文献１に記載された列車無線通信システムは、列車の前方車両に搭載された端末と後方車両に搭載された端末とがチャネル探索結果に基づいて、受信強度がしきい値以上であるうちに互いに異なる周波数チャネルを選択することで、片方のチャネルが干渉の影響を受けても無線通信を継続可能な構成である。

特開２００９－２２５１３５号公報

　しかしながら、上記従来の技術である特許文献１の技術によれば、基地局切り替え時点での受信強度の測定結果に基づいてチャネルの選択を行っているが、受信強度の測定時と実際の通信時では車上無線局の位置が異なる。また、同様の周波数帯を利用する他の機器からの干渉を含めた時間的及び周波数的な劣化にも対応できていない。そのため、実際の通信時における受信強度に対応できていない、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、地上無線基地局と車上無線局との間の列車制御に用いる通信データの到達率を向上させることができる列車制御システム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、本発明は、列車に搭載された車上無線局と地上無線基地局との間で、当該列車の運行を制御する情報である列車制御情報を含む情報を無線通信により送受信することで当該列車の運行を制御する列車制御システムであって、前記地上無線基地局が送信する前記列車制御情報を含む情報の前記列車制御情報以外の情報である一般伝送情報は、前記地上無線基地局から一つの車上無線局に対しては一回のみ送信され、前記列車制御情報は、前記地上無線基地局から一つの車上無線局に対して複数回繰り返し送信され、前記車上無線局は、前記列車制御情報のうち、データの欠落を生じることなく最初に受信した列車制御情報を前記列車の運行に用いることを特徴とする。

　本発明によれば、地上無線基地局と車上無線局との間の列車制御に用いる通信データの到達率を向上させることができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る列車無線通信システムの構成の一例を示す図実施の形態１における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態１における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態２における、地上無線基地局が管理している無線リソース情報の一例を示す図実施の形態２における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態３における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態４に係る列車無線通信システムの構成の一例を示す図実施の形態４における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態４における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態５に係る列車無線通信システムの構成の一例を示す図実施の形態５における測定情報収集装置の構成の一例を示す図実施の形態５における列車が備える車上装置の構成の一例を示す図実施の形態５における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態５における、各地上無線基地局における通信品質測定結果を示す図実施の形態５における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態５における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図実施の形態１，２，３，４，５にかかる列車制御システムに設けられる各装置を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる列車制御システム、基地局制御装置、地上無線基地局、車上無線局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に係る列車無線通信システムの構成の一例を示す図である。図１に示す列車無線通信システムは、列車１１に着目すると、列車１１に搭載された車上無線局２１と地上無線基地局３１との間で、列車１１の運行を制御する情報である列車制御情報を含む情報を無線通信により送受信することで列車１１の運行を制御する列車制御システムであって、地上無線基地局３１が送信する列車制御情報Ｃ１を含む情報の列車制御情報以外の情報である一般伝送情報Ｕ１は、地上無線基地局３１から一つの車上無線局２１に対しては一回のみ送信され、列車制御情報Ｃ１は、地上無線基地局３１から一つの車上無線局２１に対して複数回繰り返し送信され、車上無線局２１は、列車制御情報Ｃ１のうち、データの欠落を生じることなく最初に受信した列車制御情報Ｃ１を列車１１の運行に用いる。図１における列車１１，１２，１３，１４，１５は線路１上に在線している。なお、列車１１はアンテナに接続された車上無線局２１を有し、列車１２はアンテナに接続された車上無線局２２を有し、列車１３はアンテナに接続された車上無線局２３を有し、列車１４はアンテナに接続された車上無線局２４を有し、列車１５はアンテナに接続された車上無線局２５を有する。車上無線局２１，２２，２３，２４，２５は、図示しない車上制御装置又は車上装置に接続されている。

　なお、図１においては一つの列車に一つの車上無線局が設けられているが本発明はこれに限定されるものではなく、一つの列車に複数の車上無線局が設けられていてもよい。また、図１においては列車の前方に車上無線局が設けられているが本発明はこれに限定されるものではない。本発明において車上無線局の設置位置は特に限定されるものではなく、列車の前方に設けられていてもよいし、列車の後方に設けられていてもよいし、列車の前方と後方の双方に設けられていてもよい。

　地上無線基地局３１，３２，３３は、線路１に沿って連続的な無線通信エリアを形成するように地上に設置されており、車上無線局２１，２２，２３，２４，２５と無線通信を行う。地上無線基地局３１，３２，３３と車上無線局２１，２２，２３，２４，２５の間の無線通信にて送受信されるデータは、周期的に更新されて高い通信品質が要求される列車制御情報と、定期的に又は不定期に発生する一般伝送情報とに大別される。ここで、列車制御情報は、ブレーキ指令情報をはじめとする列車の走行の制御に用いられる情報であり、列車走行位置情報、速度情報、列車走行許可位置情報、速度制限情報を例示することができる。一般伝送情報は、列車制御情報に含まれない情報であり、空調温度情報、車内ディスプレイ表示情報、車内照明点灯情報を例示することができる。

　図１において、地上無線基地局３１の通信エリアには列車１１，１２が在線し、地上無線基地局３１は車上無線局２１，２２と無線通信を行っている。同様に、地上無線基地局３２の通信エリアには列車１３が在線し、地上無線基地局３２は車上無線局２３と無線通信を行っている。また、地上無線基地局３３の通信エリアには列車１４，１５が在線し、地上無線基地局３３は車上無線局２４，２５と無線通信を行っている。

　地上無線基地局３１，３２，３３は基地局制御装置４１に接続され、基地局制御装置４１は地上無線基地局３１，３２，３３を制御して統括する。なお、図１においては地上無線基地局３１，３２，３３と基地局制御装置４１を有線接続しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、地上無線基地局３１，３２，３３と基地局制御装置４１が無線通信を行ってもよい。地上無線基地局３１，３２，３３は、自局が利用可能な無線リソースである周波数又は時間を、自局がカバーする通信エリア内で通信する車上無線局に対して割り当てることで無線通信を実現している。

　図２は、本実施の形態１における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３１の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。すなわち、図２では、車上無線局２１，２２と地上無線基地局３１は、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式によって無線通信を行っている。フレームは、列車制御情報が更新される周期である。図２に示すように、地上無線基地局３１は車上無線局２１，２２に対して各々タイムスロットを割り当てている。車上無線局２１に割り当てられたタイムスロットを括弧で囲んだ数字の「１」で示し、車上無線局２２に割り当てられたタイムスロットを括弧で囲んだ数字の「２」で示し、車上無線局２１にはスロットＩＤ１，３が割り当てられ、車上無線局２２にはスロットＩＤ２，４が割り当てられている。車上無線局２１，２２と地上無線基地局３１の無線通信にて送受信されるデータは、列車制御情報Ｃ１，Ｃ２と、一般伝送情報Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４とに大別される。地上無線基地局３１は、一般伝送情報については同一フレーム内で各車上無線局に対して１回のみ送信し、列車制御情報については同一フレーム内で同一の車上無線局に対して２回繰り返し送信している。このように、一般伝送情報を１回のみ送信し、且つ列車制御情報を繰り返し送信することで、一般伝送情報については送受信の効率化が可能であり、列車制御情報については通信データの到達率を向上させることができる。なお、図２において、データを繰り返し送信する回数は２回にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく３回以上にしてもよい。

　なお、図２においては、無線リソースを時間とし、タイムスロットを割り当てているが本発明はこれに限定されるものではない。無線リソースを周波数とし、周波数スロットを割り当ててもよい。また、同一のスロットにおける列車制御情報と一般伝送情報は、時間又は周波数で分けて送信される。上記したように、各スロットは時間によって分けられるタイムスロットと周波数によって分けられる周波数スロットとを用いることができるので、タイムスロットを用いて同一のスロット内を時間で分けてもよいし、タイムスロットを用いて同一のスロット内を周波数で分けてもよいし、周波数スロットを用いて同一のスロット内を時間で分けてもよいし、周波数スロットを用いて同一のスロット内を周波数で分けてもよい。

　なお、同一のスロットにおける列車制御情報と一般伝送情報には異なる符号化率を設定し、列車制御情報の符号化率を一般伝送情報の符号化率よりも低くして冗長度を高くすることで、列車制御情報の受信不良への耐性を高めることができる。

　なお、図２においてはスロット数は４であるが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、地上無線基地局３１，３２，３３間においてスロット数は同一とする。

　図３は、実施の形態１における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３２の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。図３に示すように、地上無線基地局３２は車上無線局２３に対してタイムスロットを割り当てており、車上無線局２３に割り当てられたタイムスロットを括弧で囲んだ数字の「３」で示している。車上無線局２３と地上無線基地局３２の無線通信にて送受信されるデータは、図２と同様に、周期的に更新されて高い通信品質が要求される列車制御情報Ｃ１，Ｃ２と、一般伝送情報Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８とに大別される。地上無線基地局３２は、一般伝送情報については同一フレーム内で各車上無線局に対して１回のみ送信し、列車制御情報については同一フレーム内で同一の車上無線局に対して４回繰り返し送信している。このように、一般伝送情報を１回のみ送信し、且つ列車制御情報を繰り返し送信することで、一般伝送情報については送受信の効率化が可能であり、列車制御情報については通信データの到達率を向上させることができる。

　次に、上記のようにデータを繰り返し送信する際の動作について説明する。基地局制御装置４１は、列車制御情報の繰り返し送信回数を管理する送信回数設定テーブルを保持し、基地局制御情報として地上無線基地局３１，３２，３３に各々送信する。送信回数設定テーブルは、各地上無線基地局の通信エリアの広さ、妨害波の測定結果又は通信データの到達率に基づいて、自動で算出されて生成されてもよいし、手動で設定されて生成されてもよい。地上無線基地局３１，３２，３３は、基地局制御装置４１から基地局制御情報を受信し、自局からの列車制御情報の繰り返し送信回数が基地局制御情報に従うようにタイムスロットを割り当てる。このようにタイムスロットを割り当てた後には、列車制御情報を繰り返し送信回数に従って連送する。この結果、図３に示すように、列車制御情報Ｃ１，Ｃ２については同一フレーム内において同一のデータが４回繰り返し送信され、一般伝送情報Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８については同一のデータは繰り返し送信されず、次々と新しいデータの送信が行われる。車上無線局は、繰り返し送信された同一の列車制御情報のうちいずれか一つを受信することができればよく、最初に正しく受信したデータを有効な受信データとして取り扱い、重複するその他の受信データは破棄する。

　以上説明した本実施の形態１によれば、地上無線基地局は、サービスレベルの低い情報である一般伝送情報については同一データを繰り返し送信せず、サービスレベルの高い情報である列車制御情報については同一データを繰り返し送信して通信データの到達率を向上させることができる。

　さらには、本実施の形態１によれば、余剰であった無線リソースを有効に活用することで、一般伝送情報の伝送を大容量化することができる。

　また、本実施の形態１によれば、受信データの欠落を検出してから同一データを再送する再送制御よりもデータを高速に処理することができる。

　さらには、本実施の形態１によれば、同一データを複数の無線デバイスを用いて送信する場合と比較して装置が複雑化しないため、地上無線基地局及び車上無線局を小型化することができる。

実施の形態２．
　実施の形態１では、基地局制御装置４１が列車制御情報の繰り返し送信回数を管理する送信回数設定テーブルを保持し、繰り返し送信回数は基地局制御情報として予め指定されるが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施の形態２では、地上無線基地局３１，３２，３３が、無線リソースの空き状況である空きスロットを検出して、空きスロットに応じて繰り返し送信回数を決定する形態について説明する。

　まず、地上無線基地局３１，３２，３３は、自局の通信エリア内の車上無線局２１，２２，２３，２４，２５に対して割り当てた無線リソース情報を管理している。図４は、実施の形態２における、地上無線基地局３１が管理している無線リソース情報の一例を示す図である。図４において、地上無線基地局３１は、無線リソースＩＤ＝１を車上無線局２１に割り当て、無線リソースＩＤ＝２を車上無線局２２に割り当て、無線リソースＩＤ＝３及び無線リソースＩＤ＝４がいずれの車上無線局にも割り当てられていない、すなわち未割り当てである場合の例を示している。

　図５は、本実施の形態２における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３１の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。まず、地上無線基地局３１は、無線リソースの空き状況を随時確認しており、空きスロットを検出すると、空きスロットを埋めるように無線リソースを車上無線局に割り当てる。具体的には、空いている無線リソースＩＤ＝３は車上無線局２１に割り当てられ、無線リソースＩＤ＝４は車上無線局２２に割り当てられる。このように割り当てると地上無線基地局３１の無線リソースの割り当て状況は、実施の形態１で説明した図２に示す状況と同様になり、空きスロットを埋めることができる。

　以上説明した本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を享受するのみならず、空きスロットを検出してこれを埋めることができ、通信効率を向上させることができる。

実施の形態３．
　実施の形態１，２では、列車制御情報及び一般伝送情報を送信することで列車が支障なく運行している場合について説明したが、列車の運行においては緊急でブレーキをかける必要があることもあり、このような場合には列車制御情報に優先して緊急情報を車上無線局に送信することを要する。

　図６は、本実施の形態３における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３１の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。図６では、緊急情報ＥＭが発生すると、列車制御情報を緊急情報ＥＭに置換して送信する。このように制御することで、列車制御に緊急情報を反映させることができる。

　なお、図６では、列車制御情報を緊急情報ＥＭに置換して送信しているが、列車制御情報及び一般伝送情報のを緊急情報ＥＭに置換して送信してもよい。また、図６では、空きスロットを活用していないが、実施の形態２と同様に空きスロットを検出して空きスロットからも緊急情報ＥＭを送信してもよい。このように、列車制御情報及び一般伝送情報の双方を緊急情報ＥＭに置換して送信し、又は、空きスロットを活用することで、緊急情報を列車の運行に迅速に反映させることが可能となる。

実施の形態４．
　実施の形態１，２，３においては、一つの列車に車上無線局を一つのみ搭載した形態について説明したが、実施の形態１において示唆したように本発明はこれに限定されるものではなく、一つの列車に複数の車上無線局を有していてもよい。

　図７は、本発明の実施の形態４に係る列車無線通信システムの構成の一例を示す図である。図７に示す列車１１ａは、最前方の車両に車上無線局２１を備え、最後方の車両に車上無線局２１ａを備え、地上には、基地局制御装置４１に接続された地上無線基地局３１，３１ａが設置されている。車上無線局２１は地上無線基地局３１と前方無線リンクにより無線通信を行い、車上無線局２１ａは地上無線基地局３１ａと後方無線リンクにより無線通信を行う。車上無線局２１は車上制御装置２０に接続され、車上無線局２１ａは車上制御装置２０ａに接続され、車上制御装置２０と車上制御装置２０ａは通信線で接続されており、各々が受信したデータの照合を行う。

　図８は、本実施の形態４における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３１，３１ａの無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。図８（Ａ）は、車上無線局２１と前方無線リンクで無線通信を行う地上無線基地局３１の無線リソースの割り当て状況を示し、図８（Ｂ）は、車上無線局２１ａと後方無線リンクで無線通信を行う地上無線基地局３１ａの無線リソースの割り当て状況を示す。図８に示すように、前方無線リンクと後方無線リンクで同一のデータを送受信することで、送受信データの通信データの到達率をさらに向上させることができる。

　しかしながら、本実施の形態４の列車無線通信システムは、前方無線リンクと後方無線リンクで同一のデータを送受信する形態に限定されるものではない。図９は、本実施の形態４における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３１，３１ａの無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。図９（Ａ）は、車上無線局２１と前方無線リンクで無線通信を行う地上無線基地局３１の無線リソースの割り当て状況を示し、図９（Ｂ）は、車上無線局２１ａと後方無線リンクで無線通信を行う地上無線基地局３１ａの無線リソースの割り当て状況を示す。図９に示すように、前方無線リンクと後方無線リンクで異なるデータを送受信可能とし、一般伝送情報の送受信されるデータを前方無線リンクと後方無線リンクで分担すると、送受信データを大容量化することができる。具体的には、図８と図９を比較すると、図９では図８の２倍の一般伝送情報を送信することが可能である。

　なお、図７に示す列車１１ａにおいては、車上無線局２１が故障した場合には、車上無線局２１ａと地上無線基地局３１ａとの無線通信である後方無線リンクにおける空きスロットを活用して繰り返し送信回数を増加させてもよいし、車上無線局２１ａが故障した場合には、車上無線局２１と地上無線基地局３１との無線通信である前方無線リンクにおける空きスロットを活用して繰り返し送信回数を増加させてもよい。

実施の形態５．
　図１０は、本発明の実施の形態５に係る列車無線通信システムの構成の一例を示す図である。図１０に示す列車無線通信システムは、基地局制御装置４１に測定情報収集装置５１が接続されている点が図１に示す列車無線通信システムと異なり、その他の構成は図１と同じである。

　図１１は、本実施の形態５における測定情報収集装置５１の構成の一例を示す図である。図１１に示す測定情報収集装置５１は、通信品質測定結果を収集して蓄積する測定情報収集部５０１と、測定情報収集部５０１に蓄積された通信品質測定結果を用いて通信品質が劣化するエリアを特定し、特定したエリアにおいては繰り返し送信回数を増加させるよう基地局制御装置４１に指示する品質劣化エリア推定部５０２を備える。

　図１２は、本実施の形態５における列車が備える車上装置６１の構成の一例を示す図である。図１２に示す車上装置６１は、列車の位置情報を取得する位置情報取得部６０１と、地上無線基地局との通信品質を測定する無線品質測定部６０２と、位置情報取得部６０１が取得した位置情報と通信品質測定結果とを関連付けて記録する測定情報記録部６０３と、測定情報記録部６０３に記録された位置情報と関連付けられた通信品質測定結果を、車上無線局を介して地上無線基地局に送信する測定情報報告部６０４とを備える。地上無線基地局に送信された位置情報と関連付けられた通信品質測定結果は、基地局制御装置４１に送信される。

　図１３は、本実施の形態５における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３１の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。図１３では、図２と同様に、車上無線局２１に割り当てられたタイムスロットを括弧で囲んだ数字の「１」で示し、車上無線局２２に割り当てられたタイムスロットを括弧で囲んだ数字の「２」で示している。

　地上無線基地局３１は列車制御情報を同一フレーム内で複数回繰り返し送信し、図１３では、同一の列車制御情報を地上無線基地局３１から２回、地上無線基地局３２から２回繰り返し送信している。地上無線基地局３１は、通信時には車上無線局２１又は車上無線局２２との間で列車制御情報を送受信する際の通信エラー率を収集して測定情報収集装置５１に送信し、無通信時には干渉信号の受信レベルを測定して通信品質測定結果を測定情報収集装置５１に送信する。通信品質測定結果は、予め決められた周期で基地局制御装置４１へ送信され、測定情報収集装置５１に蓄積される。なお、地上無線基地局３２，３３も同様に通信品質測定結果を基地局制御装置４１へ送信する。

　図１４は、実施の形態５における、各地上無線基地局における通信品質測定結果を示す図である。基地局制御装置４１は、各地上無線基地局から通信品質測定結果を取得すると、通信エラー率及び干渉信号の受信レベルの一方又は双方を予め決められた品質劣化検出用しきい値と比較して、通信品質の低い無線基地局を特定して抽出する。図１４では、通信エラー率を品質劣化検出用しきい値と比較しており、地上無線基地局３２が通信エラー率の高い無線基地局であると特定され、抽出されている。

　なお、図１４において、品質劣化検出しきい値は通信エラー率の上昇時にのみ有効なしきい値であり、品質回復検出しきい値は通信エラー率の下降時にのみ有効なしきい値である。すなわち、通信エラー率が上昇して品質劣化しきい値を超えると、通信品質は劣化していると判断されるが、その後通信エラー率が下降して品質劣化しきい値を下回っても依然として通信品質は劣化している状態であり、通信エラー率が更に下降して品質回復検出しきい値を下回ると通信品質が回復したと判断される。逆に、通信エラー率が上昇して品質回復しきい値を超えても通信品質は劣化しているとは判断されず、その後通信エラー率が更に上昇して品質劣化検出しきい値を上回ると通信品質が劣化したと判断される。

　次に、基地局制御装置４１は、抽出された地上無線基地局３２に対して、繰り返し送信回数を増加する指令を送信する。本実施の形態において、増加させる繰り返し送信回数は特に限定されないが、一例として、同一の列車制御情報を同一フレーム内で３回送信するように設定すればよい。車上無線局２１は、繰り返し送信された同一の列車制御情報のうちいずれか一つを正しく受信することができればよく、最初に正しく受信することができたデータを有効な受信データとして取り扱い、その他のデータは破棄する。

　なお、地上無線基地局３１は、自局の通信エリア内の車上無線局２１に対して無線制御情報を通知している。繰り返し送信回数を変更すると、各地上無線基地局間において繰り返し送信回数に差異を生じる。車上無線局は、移動に伴って無線基地局を切り替えるハンドオーバを行う際に無線制御情報を取得することで、当該エリアの繰り返し送信回数を取得することができ、タイムスロットを特定することができる。図１３において、スロットＩＤ＝「１」で送信されている「無線制御」が無線制御情報である。

　一方、基地局制御装置４１は、各無線基地局から取得した通信品質測定結果に従って繰り返し送信回数を初期値よりも増加させた無線基地局に対して、通信エラー率又は干渉信号のレベルを予め決められた品質回復検出用しきい値と随時比較し、通信品質が回復した無線基地局を抽出する。次に、基地局制御装置４１は、抽出された地上無線基地局に対して、繰り返し送信回数を減少させて元の回数に戻す指令を送信する。

　なお、図１５は、本実施の形態５における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３２の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。

　図１６は、本実施の形態５における、無線リソースを時間とした場合の地上無線基地局３３の無線リソースの割り当て状況の一例を示す図である。車上無線局２４に割り当てられたタイムスロットを括弧で囲んだ数字の「４」で示し、車上無線局２５に割り当てられたタイムスロットを括弧で囲んだ数字の「５」で示している。図１６においては、地上無線基地局３３は、以前の処理において繰り返し送信回数を初期値の１回から２回に増加させていたが、通信品質測定結果を品質回復検出用しきい値と比較して通信品質の回復を検出した結果、繰り返し送信回数を１回に減少させて元の回数に戻している。

　以上説明した本実施の形態５により、位置情報に応じて地上無線基地局が同一データを繰り返し送信することで、車上無線局との間で電波干渉又は瞬間的な遮蔽によって受信データの一部が欠落する場合においても、通信成功率を向上させることができる。

　また、本実施の形態３に記載した方式では、車上無線局が無線基地局を切り替えずに通信成功率を向上することができるため、無線基地局を増設することなく通信成功率を向上することができる。

　さらに、繰り返し送信回数を増加させる際には時間的に異なるタイミングで送信することから、時間のずれによって通信環境が改善している場合もあるため、通信エラー率を低減することができる。

　また、繰り返し送信回数の増加は、空きスロットを活用することから、他の通信を妨げることなく通信成功率を向上させることができる。

　また、通信品質が回復した際には繰り返し送信回数を減少させて元の回数に戻すことで空きスロットを増加させて非送信時間を発生させるため、地上無線基地局及び車上無線局の無線通信に伴う消費電力を低減することができる。

　なお、以上説明した実施の形態１，２，３，４，５において、車上制御装置２０，２０ａ、車上無線局２１，２１ａ，２２，２３，２４，２５、地上無線基地局３１，３１ａ，３２，３３，３４，３５、基地局制御装置４１、測定情報収集装置５１、車上装置６１は、少なくともプロセッサとメモリを備え、各装置の動作はソフトウエアにより実現することができる。図１７は、これらの各装置を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図である。図１７に示す装置は、プロセッサ１０１及びメモリ１０２を備え、プロセッサ１０１は入力されたデータを用いてソフトウエアによる演算及び制御を行い、メモリ１０２は入力されたデータ又はプロセッサ１０１が演算及び制御を行うに際して必要なデータの記憶を行う。なお、プロセッサ１０１及びメモリ１０２は各々複数設けられていてもよい。

　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。

　なお、以上の実施の形態の説明においては列車制御システムについて説明したが本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、上記の実施の形態にて説明した列車制御システムにおける基地局制御装置、地上無線基地局及び車上無線局を含むものである。

　１１，１１ａ，１２，１３，１４，１５　列車、２０，２０ａ　車上制御装置、２１，２１ａ，２２，２３，２４，２５　車上無線局、３１，３１ａ，３２，３３，３４，３５　地上無線基地局、４１　基地局制御装置、５１　測定情報収集装置、６１　車上装置、１０１　プロセッサ、１０２　メモリ、５０１　測定情報収集部、５０２　品質劣化エリア推定部、６０１　位置情報取得部、６０２　無線品質測定部、６０３　測定情報記録部、６０４　測定情報報告部。

Claims

　列車に搭載された車上無線局と地上無線基地局との間で、当該列車の運行を制御する情報である列車制御情報を含む情報を無線通信により送受信することで当該列車の運行を制御する列車制御システムであって、
　前記地上無線基地局が送信する前記列車制御情報を含む情報のうち前記列車制御情報以外の情報である一般伝送情報は、前記地上無線基地局から前記車上無線局に対して一回のみ送信され、
　前記列車制御情報は、前記地上無線基地局から前記車上無線局に対して複数回繰り返し送信され、
　前記車上無線局は、前記列車制御情報のうち、データの欠落を生じることなく最初に受信した列車制御情報を前記列車の運行に用いることを特徴とする列車制御システム。
　前記無線通信は、タイムスロットを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
　前記地上無線基地局は、前記タイムスロットに空きスロットが存在する場合には、当該空きスロットを用いて前記列車制御情報を送信することで、前記列車制御情報の繰り返し送信の回数を増加させることを特徴とする請求項２に記載の列車制御システム。
　前記無線通信は、周波数スロットを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
　前記地上無線基地局は、前記周波数スロットに空きスロットが存在する場合には、当該空きスロットを用いて前記列車制御情報を送信することで、前記列車制御情報の繰り返し送信の回数を増加させることを特徴とする請求項４に記載の列車制御システム。
　前記列車の運行における緊急情報が発生すると、
　前記列車制御情報を前記緊急情報に基づく緊急制御情報に置換して送信することを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
　前記車上無線局が前記列車に複数設けられており、
　前記地上無線基地局が複数設けられており、
　複数の前記車上無線局が異なる前記地上無線基地局から受信する前記列車制御情報及び前記一般伝送情報は同一であることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
　前記車上無線局が前記列車に複数設けられており、
　前記地上無線基地局が複数設けられており、
　複数の前記車上無線局が異なる前記地上無線基地局から受信する前記列車制御情報は同一であり、
　複数の前記車上無線局が異なる前記地上無線基地局から受信する前記一般伝送情報は異なることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
　前記地上無線基地局は、基地局制御装置によって制御され、
　前記列車制御情報の送信回数は、前記基地局制御装置によって設定されていることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
　通信品質測定結果を収集して蓄積する測定情報収集部と、
　前記測定情報収集部に蓄積された通信品質測定結果を用いて通信品質が劣化するエリアを特定し、前記通信品質が劣化するエリアでは繰り返し送信回数を増加させるよう前記基地局制御装置に指示する品質劣化エリア推定部とを備える測定情報収集装置が前記基地局制御装置に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の列車制御システム。
　請求項９又は請求項１０に記載の列車制御システムが備える基地局制御装置。
　請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の列車制御システムが備える地上無線基地局。
　請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の列車制御システムが備える車上無線局。