WO2016174914A1

WO2016174914A1 - 無線通信システム及び無線通信方法

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Publication number: WO2016174914A1
Application number: PCT/JP2016/056057
Authority: WO
Inventors: 友紀荒田; 鈴木　亨
Original assignee: 株式会社日立国際電気
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2016-11-03
Also published as: JP6427263B2; JPWO2016174914A1

Abstract

簡易な構成で、ポーリング通信の効率を向上させることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供する。基地局２と車上局３とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行い、基地局２が、下り制御チャネルで車上局３にポーリング要求を送信し、車上局３が、上り制御チャネルでポーリング応答を送信し、基地局２が、下り通信チャネルに、通信情報を送受信するトラフィックチャネルと、制御情報を送受信する付随制御チャネルとを含めて送信し、車上局３が、基地局２から受信した下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて通信の制御を行って、制御チャネルにおけるユーザデータ領域を拡大する無線通信システム及び無線通信方法としている。

Description

無線通信システム及び無線通信方法

　本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に係り、特にポーリング通信を高速化することができる無線通信システム及び無線通信方法に関する。

［先行技術の説明］
　移動無線システム、例えば、列車無線システムに用いられる無線通信システムは、列車に対する制御情報を伝達すると共に、列車からの状態情報を収集し、稼働中の列車の管理（在線管理）を行うために、統制局（中央装置）と列車に搭載された車上局（移動局）との間で通信を行うものである。
　中央装置と車上局との間には基地局が設けられており、中央装置と基地局との間の通信は有線、基地局と車上局との間は無線で実現される。

　このような列車無線システムでは、複数列車からの同時送信を避けるため、中央装置から送信可能な列車を指定し、指定された列車の車上局のみが応答を返す、ポーリング方式が採用されている。

　近年、電波資源の枯渇を防止するため、列車無線システムは、π/4シフト四位相偏移偏重方式（Quadriphase Phase-Shift Keying、以下ＱＰＳＫ）をはじめとしたデジタル方式が主流となっている。

　デジタル列車無線の多重化方式は、周波数分割多重接続方式（Frequency-Division Multiple Access、以下ＦＤＭＡ）が主流であり、ＦＤＭＡ方式のデジタル列車無線では、ARIB-STD（Association of Radio Industries and Business Standard）-T61の標準規格が採用されている。デジタル化により、アナログ方式に比べ、１チャンネルあたりの帯域幅は拡張された。

　ＦＤＭＡ方式の場合、通信用のチャネルとは別に制御情報を送信するためのチャネルが必要になる。具体的には、基地局から車上局に対する下り制御チャネルのスーパーフレームは、制御情報として、報知チャネル（Broadcast Control Channel）、一斉呼出チャネル（Paging Channel）、信号制御チャネル（Signaling Control Channel）が必要になる。
　報知チャネルは、規格上必要なチャネルであり、一斉呼出チャネルは、音声通話を行うための物理通信チャネルの割付制御で使用される。信号制御チャネルは、緊急情報（防護発報など）の送信で使用される。

　そして、残ったフレームがユーザデータパケットチャネル（User Packet Channel、ユーザデータ領域）として使用できる。
　車上局とのポーリング通信は、ユーザデータ領域を用いて行われる。

　一方、車上局から基地局に対する上り制御チャネルのスーパーフレームは、下り制御チャネルに対応して、制御情報として、一斉呼出チャネルに対する信号制御チャネル、及び、車上局（移動局）からの音声発信及び応答用のチャネルである信号制御チャネルを備える必要がある。

　このように、ＦＤＭＡ方式を用いた場合は、制御チャネルのために、一つのスーパーフレーム内でポーリング通信できる車上局の数が少なくなってしまう。
　そこで、使用する周波数チャネルを１波増やして２波で通信を行うことが考えられる。

［従来の無線通信システムにおける無線機の設置状況：図１１］
　ＦＤＭＡ方式であっても、周波数チャネルを１波から２波にすれば、倍の列車とのポーリング通信が可能となる。
　この場合の無線通信システムにおける無線機の設置状況について図１１を用いて説明する。図１１は、従来の無線通信システムにおける無線機の設置状況を示す概略図である。
　ＦＤＭＡ方式では１周波数チャネルあたり１つの無線機が必要であるため、チャネルを追加する分、基地局の無線機も追加しなければならない。

　図１１の例は、基地局２３０と、車上局３１０，３２０，...との間でポーリング通信を行うものである。
　基地局２３０には、制御チャネルＣ1用の無線機２３１と、制御チャネルＣ2用の無線機２３２と、音声通話やデータ通信に使用する音声通信チャネル（以下、通信チャネル）Ｔ1用の無線機２３３と、通信チャネルＴ2用の無線機２３４と、４チャネル分の周波数に応じて変復調する高周波部２３５が設けられている。

　また、車上局３１０には、制御チャネルＣ1用の無線機３１１と、通信チャネルＴ1用の無線機３１２と、２チャネル分の周波数に応じて変復調する高周波部３１３が設けられ、同様に、車上局３２０には、制御チャネルＣ2用の無線機３２１と、通信チャネルＴ2用の無線機３２２と、高周波部３２３が設けられている。

　このように、ＦＤＭＡを用いた従来の無線通信システムは、各無線局に複数の無線機が設けられ、特に基地局１１０においては、無線信号の合成／分配を行う高周波部２３５の構成が複雑になっていた。また、使用する周波数チャネルを追加する例を説明したが、周波数チャネルは、法制上ユーザが自由に追加できるものではない。

［関連技術］
　尚、ポーリング通信を行う従来技術としては、特開２００４－１７２９４２号公報「無線通信システム」（株式会社日立国際電気、特許文献１）がある。
　特許文献１には、通信局装置が、複数の異なる送信タイミングで基地局装置に送信したポーリング応答について、基地局装置からその受信状況の情報を取得し、適切な無線通信タイミングを設定することが記載されている。

特開２００４－１７２９４２号公報

　上述したように、従来の無線通信システム及び無線通信方法では、制御チャネルで通話等に伴う制御情報の伝送を行わなければならないため、１回のスーパーフレーム送信でポーリング通信できる移動局の数が少なく、ポーリング通信の効率が悪いという問題点があった。

　また、従来の無線通信システム及び無線通信方法では、ポーリング通信可能な移動局の数を増やすにはチャネル数を増やさなければならず、基地局及び移動局の構成が複雑になり、コストが増大するという問題点があった。

　尚、特許文献１には、音声チャネルに付随制御チャネルを設け、音声通信に伴う制御情報を、当該付随制御チャネルを用いて送受信することは記載されていない。

　本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、簡易な構成でポーリング通信の効率を向上させることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。

　上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基地局と移動局とを備え、基地局と移動局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行う無線通信システムであって、基地局が、下り制御チャネルを用いて移動局に対してポーリング要求を送信し、移動局が、上り制御チャネルを用いてポーリング要求に対する応答を送信し、基地局が、下り通信チャネルに、通信情報を送受信するトラフィックチャネルと、制御情報を送受信する付随制御チャネルとを含めて送信し、移動局が、基地局から受信した下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて、通信の制御を行うことを特徴としている。

　また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、基地局が、下り制御チャネルを用いて、連続する２つのフレームの内、第１のフレームで移動局に対するポーリング要求を送信すると共に、第２のフレームでアイドル信号を送信し、移動局が、ポーリング要求を受信すると、上り制御チャネルを用いて、ポーリング要求に対する応答を２フレーム連続して送信することを特徴としている。

　また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、割り込み通話要求及び緊急信号を送受信するランダムアクセスポーリングチャネルを制御チャネルに備えたことを特徴としている。

　また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、列車の運行を管理する管理システムと、管理システムから受信した制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、編成番号とシーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成して送信すると共に、受信したポーリング応答の電文情報に含まれる編成番号及びシーケンス番号に基づいて、列車の在線状況を管理するデータサーバとを備えたことを特徴としている。

　また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、シーケンス番号は、制御チャネルを用いて基地局と移動局との間で送受信されるスーパーフレームのフレーム番号であり、データサーバが、下り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報を送信し、上り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームにおいてポーリング応答の電文情報を受信しなかった在線抹消候補の列車がある場合、下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームに続く第３のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報として、在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおけるポーリング要求の電文情報と同一のシーケンス番号を割り当てた第１の電文情報と、上り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおいて連続してポーリング応答の電文情報を受信した正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第２の電文情報とを生成して送信することを特徴としている。

　また、本発明は、基地局と移動局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行う無線通信方法であって、基地局が、下り制御チャネルを用いて移動局に対してポーリング要求を送信すると共に、下り通信チャネルを用いて、トラフィックチャネルで通信情報を、付随制御チャネルで制御情報を送信し、移動局が、上り制御チャネルを用いてポーリング要求に対する応答を送信すると共に、基地局から受信した下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて、通信の制御を行うことを特徴としている。

　また、本発明は、上記無線通信方法において、データサーバが、管理システムから受信した制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、当該編成番号とシーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成して送信し、受信したポーリング応答の電文情報に含まれる編成番号及びシーケンス番号に基づいて、列車の在線状況を管理することを特徴としている。

　また、本発明は、上記無線通信方法において、データサーバが、制御チャネルを用いて基地局と移動局との間で送受信されるスーパーフレームのフレーム番号をシーケンス番号として、下り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報を送信し、上り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームにおいてポーリング応答の電文情報を受信しなかった在線抹消候補の列車がある場合、前記下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームに続く第３のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報として、前記在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、前記下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおけるポーリング要求の電文情報と同一のシーケンス番号を割り当てた第１の電文情報と、前記上り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおいて連続してポーリング応答の電文情報を受信した正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第２の電文情報とを生成して送信することを特徴としている。

　本発明によれば、基地局と移動局とを備え、基地局と移動局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行う無線通信システムであって、基地局が、下り制御チャネルを用いて移動局に対してポーリング要求を送信し、移動局が、上り制御チャネルを用いてポーリング要求に対する応答を送信し、基地局が、下り通信チャネルに、通信情報を送受信するトラフィックチャネルと、制御情報を送受信する付随制御チャネルとを含めて送信し、移動局が、基地局から受信した下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて、通信の制御を行う無線通信システムとしているので、制御チャネルで送受信する制御情報を少なくしてユーザデータ領域を広げることができ、簡易な構成でポーリング通信の効率を向上させることができる効果がある。

　また、本発明によれば、基地局が、下り制御チャネルを用いて、連続する２つのフレームの内、第１のフレームで移動局に対するポーリング要求を送信すると共に、第２のフレームでアイドル信号を送信し、移動局が、ポーリング要求を受信すると、上り制御チャネルを用いて、ポーリング要求に対する応答を２フレーム連続して送信する上記無線通信システムとしているので、下り制御チャネルの通信において、基地局と移動局とのタイミングがずれるのを防ぐことができると共に、上り制御チャネルの通信において、確実にポーリング応答を送信して、ポーリング通信の失敗を低減することができる効果がある。

　また、本発明によれば、列車の運行を管理する管理システムと、管理システムから受信した制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、編成番号とシーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成して送信すると共に、受信したポーリング応答の電文情報に含まれる編成番号及びシーケンス番号に基づいて、列車の在線状況を管理するデータサーバとを備えた上記無線通信システムとしているので、ポーリング情報の管理を、交換装置ではなく処理能力の高いデータサーバが行うことで、システム全体の処理の効率を向上させることができる効果がある。

　また、本発明によれば、シーケンス番号は、制御チャネルを用いて基地局と移動局との間で送受信されるスーパーフレームのフレーム番号であり、データサーバが、下り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報を送信し、上り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームにおいてポーリング応答の電文情報を受信しなかった在線抹消候補の列車がある場合、下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームに続く第３のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報として、在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおけるポーリング要求の電文情報と同一のシーケンス番号を割り当てた第１の電文情報と、上り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおいて連続してポーリング応答の電文情報を受信した正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第２の電文情報とを生成して送信する上記無線通信システムとしているので、下り制御チャネルの第３のスーパーフレームで、在線抹消候補に対するポーリング要求を２回送信することができ、ポーリング応答の機会を増やして、運行中にも関わらずポーリング通信の失敗により在線抹消となるのをできるだけ防ぐことができる効果がある。

本実施の形態に係る無線通信システムのポーリング通信の概略を示す説明図である。本システムにおけるスーパーフレームの構成例を示す説明図である。本システムにおける通話チャネルのシーケンス例を示すシーケンス図である。本システムにおける無線機の設置状況を示す概略説明図である。本発明の別の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法の概略構成を示す説明図である。別のシステムにおける下り制御チャネルのスーパーフレームの構成例を示す説明図である。別のシステムにおけるポーリング要求の電文情報の作成を示す模式説明図である。ポーリング要求の電文情報を一定のタイミングで送信する方法を示す模式説明図である。中央装置内部のキューを一定に保つ方法の説明図である。データサーバ４２の在線抹消を低減する処理を示すフローチャートである。従来の無線通信システムにおける無線機の設置状況を示す概略図である。

　本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。［実施の形態の概要］
　本発明の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法は、基地局と車上局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行うものであって、基地局が、下り制御チャネルで車上局にポーリング要求を送信し、車上局が、上り制御チャネルでポーリング応答を送信し、基地局が、下り通信チャネルに、通信情報を送受信するトラフィックチャネルと、制御情報を送受信する付随制御チャネルとを含めて送信し、車上局が、基地局から受信した下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて通信の制御を行うようにしており、制御情報を通信チャネルで送受信することにより、制御チャネルにおけるユーザデータ領域を拡大して、多くの車上局とポーリング通信を行うことができ、ポーリング通信の効率を向上させることができるものである。

［実施の形態に係る無線通信システムのポーリング通信概略：図１］
　実施の形態に係る無線通信システム（本システム）のポーリング通信の概略について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る無線通信システムのポーリング通信の概略を示す説明図である。
　図１の例では、中央装置（統制局）１と、基地局２１，２２，...（以下、「基地局２」とする）と、車上局３１，３２...（以下、「車上局３」とする）とを備えている。後述するように、本システムの例では、車上局３は６台まで通信可能であるが、図１では、説明を簡単にするために基地局２及び車上局３はそれぞれ２台のみ示している。

　中央装置１は、列車無線システム全体の管理及び回線制御を行うと共に、列車の在線状況を管理する交換装置である。
　具体的には、中央装置１は、車上局３に対してポーリング要求を送信し、車上局３からのポーリング応答を受信して列車ごとに在線状況を判断する。また、中央装置１は、車上局３と音声通話やデータ通信を行う。

　基地局２は、中央装置１と車上局３との間の通信を中継し、中央装置１とは有線通信、車上局３とは無線通信を行う中継装置である。
　車上局３は、中央装置１からのポーリング要求を基地局２を介して受信して、それに対してポーリング応答を送信する。また、車上局３は、中央装置１と音声通話等を行う無線送受信装置である。

　そして、本システムでは、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access；時分割多重化）方式により通信を行う。これにより、無線機１台で４チャネル（制御チャネルを２チャネル、通信チャネルを２チャネル）の無線回線を実現しており、ＦＤＭＡ方式に比べて簡易な構成で通信を行うことができるものである。

　ポーリング通信について説明する。
　図１に示すように、中央装置１では、各車上局３に対するポーリング要求の電文情報を生成して、全ての基地局２に送信する。図１の例では、ポーリング要求（１）は車上局３１に対するポーリング要求であり、ポーリング要求（２）は車上局３２に対するポーリング要求である。
　基地局２では、受信したポーリング要求の電文情報をスーパーフレームの所定のフレームに挿入して、下り制御チャネルを用いて無線送信する。

　車上局３は、基地局からの下り制御チャネルに含まれる自己宛のポーリング要求を受信すると、所定のフレームにポーリング応答を挿入して上り制御チャネルを用いて基地局２に送信する。
　具体的には、車上局３１は、ポーリング要求（１）を受信すると、それに対してポーリング応答（１）を送信し、車上局３２は、ポーリング要求（２）を受信すると、ポーリング応答（２）を送信する。
　そして、基地局２では受信したポーリング応答から電文情報を生成して、中央装置１に送信するようになっている。

［本システムにおける制御チャネルと通信チャネルの構成］
　本システムでは、通信に必要な制御情報を、制御チャネルだけでなく通話音声や通信データなどの通信情報を送信する通信チャネル（通話、データ通信チャネル）に挿入して送信することにより、制御チャネルにおけるユーザデータ領域を広く確保して、１回のスーパーフレーム通信で多くの車上局とのポーリング通信を行うようにしている。

　具体的には、通信チャネルに、トラフィックチャネル（ＴＣＨ；Traffic Channel）と、付随制御チャネル（ＡＣＣＨ；Associated Control Channel）とを設け、通話に必要な制御情報である報知チャネル（ＢＣＣＨ；Broadcasting Control Channel）、一斉呼出チャネル（ＰＣＨ;Paging Channel）、個別ゾーン用シグナリングチャネル（ＳＣＣＨ;Signaling Control Channel）の機能を全てＡＣＣＨにより実現するようにしている。

　これらの情報は、従来制御チャネルに挿入されていたものであるが、通信チャネルのＡＣＣＨで実現することにより、制御チャネルのスーパーフレームにおけるユーザデータ領域を拡大することができるものである。
　これにより、本システムでは、１回の通信でポーリング通信可能な車上局３の数を増やすことができるものである。

［本システムにおけるスーパーフレームの構成例：図２］
　本システムにおける制御チャネルのスーパーフレームの構成例について図２を用いて説明する。図２は、本システムにおけるスーパーフレームの構成例を示す説明図である。
　図２に示すように、本システムにおける制御チャネルのスーパーフレームは、１６フレーム６４０msecであり、ランダムアクセスポーリングチャネル（Ｒ；Random Access Polling Channel）の４フレームを除いた１２フレームをユーザデータ領域とすることができるものである。

　図２に示すように、基地局２からの下り制御チャネルで送信されるポーリング要求は、１チャネルでＵ1～Ｕ6の６台の車上局向けに送信される。従来の４台に比べて、多くの車上局３とポーリング通信可能として、効率を向上させることができるものである。
　また、制御チャネルを２チャネルとすれば、１２台の社状況３とのポーリング通信を行うことができるものである。

　ここで、図２に示すように、下り制御チャネルにおいて、従来は連続する２フレームを用いて同一の車上局宛のポーリング要求を送信していたが、本システムでは、連続する２フレームの内の前のフレーム（第１のフレーム）でポーリング要求を送信し、続く第２のフレームではアイドル信号を送信するようにしている。

　アイドル信号の挿入について説明する。
　アイドル信号をいれずに、基地局２から２フレーム連続でポーリング要求を送信した場合、車上局３において２フレーム目のみを受信してしまうことがある。その場合、車上局３が２フレーム目を１フレーム目と誤認識して動作することで、通信のタイミングがずれてしまう。
　このようなタイミングのずれを防ぐために、本システムではポーリング要求の２フレーム目をアイドル信号としている。
　尚、図２に示すように、上り制御チャネルでは、確実に応答するために２フレーム連続でポーリング応答を送信する。

　ランダムアクセスポーリングチャネル（Ｒ）は、割り込み通話要求や緊急信号等のデータ通信に用いられる。
　通信チャネルにおいて、一旦通話状態となると通話が終了するまでデータ通信ができないため、通話中でも実施する必要があるデータ通信は、制御チャネルのランダムアクセスポーリングチャネル（Ｒ）によって行われるものである。

［本システムにおける通話チャネルのシーケンス例：図３］
　次に、本システムにおける通話チャネル（通信チャネル）のシーケンス例について図３を用いて説明する。図３は、本システムにおける通話チャネルのシーケンス例を示すシーケンス図である。
　図３に示すように、定常状態において、基地局（地上局）２は、通話チャネルの付随制御チャネル（ＡＣＣＨ）を用いて空線信号を送出して（Ｓ１００）、車上局３との通信可能状態を保持し、車上局３は、ＡＣＣＨで発呼を待ち受けている。
　つまり、本システムでは、通話に関する制御を制御チャネルではなく通話チャネルのＡＣＣＨを用いて行う。

　そして、基地局２に接続する地上端末から発信操作が為されると（Ｓ１０２）、基地局２は、通話チャネルのＡＣＣＨを用いて発呼する（Ｓ１０４）。
　車上局３は、発呼を受信すると、ＡＣＣＨで発呼応答を送信し（Ｓ１０６）、車上端末が着信動作（着信報知動作）を行う（Ｓ１０８）。

　車上端末で応答操作が為されると（Ｓ１１０）、車上端末３は、ＡＣＣＨで送信権要求を送信し（Ｓ１１２）、基地局２がこれを受信してＡＣＣＨで送信権付与を送信する（Ｓ１１４）。
　これにより、基地局２は通話状態に移行し、ＡＣＣＨからトラフィックチャネル（ＴＣＨ）に変更する。

　基地局２から音声信号がＴＣＨで送信されると（Ｓ１１６）、地上端末は通話中の表示となり（Ｓ１２０）、車上局３がこれを受信してＡＣＣＨからＴＣＨに変更し（Ｓ１２２）、ＴＣＨで音声信号を送信する（Ｓ１２４）。
　これにより、地上端末と車上端末との間で音声通話が実現される（Ｓ１２８）。

　そして、地上端末で終話操作が為されると（Ｓ１３０）、基地局２はＴＣＨからＡＣＣＨに切り替えて（Ｓ１３２）、ＡＣＣＨで空線信号を送信し（Ｓ１３４）、地上端末は通話中の表示を終了する（Ｓ１３６）。
　車上局３は、空線信号を受信すると、ＴＣＨからＡＣＣＨに変更して（Ｓ１３８）、ＡＣＣＨで発呼を待ち受ける待ち受け状態となり、車上端末は通話中表示を終了する（Ｓ１４０）。
　このようにして、本システムにおける通信チャネルを用いたシーケンスが行われるものである。

［本システムにおける無線機の設置状況：図４］
　次に、本システムにおける無線機の設置状況について図４を用いて説明する。図４は、本システムにおける無線機の設置状況を示す概略説明図である。
　図４に示すように、本システムでは、４回線を実現するＴＤＭＡを用いているため、基地局２、車上局３１、車上局３２には、それぞれ１台の無線機２１１、３１１、３２１を搭載することで通信を実現でき、無線信号の合成や分配を行う高周波回路も不要となっている。
　このようにして、本システムでは、回路を簡易にすることができるものである。

［実施の形態の効果］
　本発明の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、基地局２が、下り制御チャネルでポーリング要求を送信し、車上局３が、上り制御チャネルでポーリング応答を送信し、基地局２が、下り通信チャネルに、音声等を送受信するトラフィックチャネル（ＴＣＨ）と、制御情報を送受信する付随制御チャネル（ＡＣＣＨ）とを含めて送信し、車上局３が、下り通信チャネルに含まれる付随制御チャネルの制御情報に基づいて通話の制御を行うようにしているので、制御チャネルのユーザデータ領域を拡大して、一度のスーパーフレームの送信でポーリング通信できる車上局３の数を増大させ、ポーリング通信の効率を向上させることができる効果がある。

［別の実施の形態］
　次に、本発明の別の実施の形態に係る無線通信システム（別のシステム）及び無線通信方法について説明する。
　列車無線システムでは、列車の数が増えるに従って中央装置における処理が煩雑になり、負荷が増大してしまう。
　そこで、別のシステムでは、より処理能力の高いデータサーバを用いてポーリング情報の管理を行うことで、中央装置の負荷を軽減し、より複雑な制御情報の管理ができるようにし、更に、ポーリング失敗による在線抹消を低減させるようにしている。

［別の無線通信システムの構成：図５］
　図５は、本発明の別の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法の概略構成を示す説明図である。
　図５に示すように、別の実施の形態に係る無線通信システム（別のシステム）は、
　地上設備として、運行管理システム４１と、データサーバ４２と、中央装置４３と、基地局４４１，４４２，...（総称して「基地局４４」とする）と、クライアント端末４６と、操作盤４７とを備え、車上局装置として、車上局５１，５２，５３，...（総称して「車上局５」とする）とを備えている。
　車上局５１，５２，５３は、それぞれ、列車０１，列車０２，列車０３に搭載されている。
　中央装置４３、基地局４４、車上局５の構成は、上述した本システムのものと同じである。

　また、運行管理システム４１とデータサーバ４２とはローカルネットワーク１によって接続され、データサーバ４２と中央装置４３とはローカルネットワーク２によって接続されている。
　そして、別のシステムでは、地上設備の操作盤４７と、列車に搭載される車上局５との間で音声及びデータ通信を行い、運行管理システム１で列車の運行状況を管理する。
　尚、別のシステムにおいても上述した本システムと同様に、多重化方式をＴＤＭＡとし、制御チャネル２チャネル、通信チャネル２チャネルで通信を行うものとする。

　別の無線通信システムの各構成部分について説明する。
　運行管理システム４１は、列車の運行状況を管理するものであり、コンピュータで構成される処理装置である。別のシステムの特徴として、運行管理システム４１は、運行中の列車の制御情報をデータサーバ４２に送信する。

　データサーバ４２は、別のシステムの特徴部分であって、基本的に、制御部と、記憶部と、インタフェース部とを備えたコンピュータで構成され、ポーリング要求の電文情報を生成して、中央装置４３及び基地局４４を介して車上局５に送信する。
　それと共に、データサーバ４２は、車上局５からのポーリング応答の電文情報を受信して、各列車が在線しているかどうかを判断する在線管理を行う。データサーバ４２の在線管理の処理については後述する。
　また、データサーバ４２は、システム内で発生した障害の履歴や、データ通信の履歴の管理を行い、これらの履歴はクライアント端末４６から閲覧可能となっている。

　中央装置４３は、回線制御を行う。
　操作盤４７は、オペレータによって操作され、車上局５とのデータ通信や通話を行う。
　基地局４４は、従来と同様に、中央装置４３とは有線で、車上局５と無線で通信を行い、データサーバ４２からのポーリング要求を車上局５に送信すると共に、車上局５からのポーリング応答に基づいて電文情報を生成し、データサーバ４２に送信する。
　ここで、基地局４４は、ポーリング要求の電文情報に基づいて下り制御チャネルのスーパーフレームを組み立て、上り制御チャネルのスーパーフレームを分解して、ポーリング応答が含まれるフレーム番号に基づいてポーリング応答の電文情報を生成する。
　基地局４４の動作については後述する。

　別のシステムの動作概略について説明する。
　ポーリング要求送信時には、データサーバ４２が、運行管理システム４１から列車の制御情報を取得して、ポーリング要求の電文情報を生成し、ローカルネットワーク２を介して中央装置４３に送信する。
　中央装置４３は、ポーリング要求の電文情報を全ての基地局４４（４４１，４４２，...）に送信する。
　各基地局４４は、受信したポーリング要求の電文情報に基づいて下り制御チャネルのスーパーフレームを生成して、車上局５に無線送信する。

　また、ポーリング応答受信時には、基地局４４が、車上局５からの上り制御チャネルのスーパーフレームを受信し、それに基づいて当該車上局５のポーリング応答の電文情報を生成して、中央装置４３を介してデータサーバ４２に送信する。
　データサーバ４２は、ポーリング応答の電文情報に基づいて、各列車の在線／非在線を判断し、応答結果及び列車状態情報を運行管理システム４１に通知する。
　このようにして、別のシステムにおける在線管理の動作が行われる。

［スーパーフレームの構成：図６］
　次に、別のシステムにおける下り制御チャネルのスーパーフレームの構成について図６を用いて説明する。図６は、別のシステムにおける下り制御チャネルのスーパーフレームの構成例を示す説明図である。
　図６に示すように、別のシステムにおけるスーパーフレームは、４０msecの２６フレームから成り、全体では１０４０msecの長さである。
　そして、制御チャネルには、非常情報用や緊急割り込み用として、Ｒ1～Ｒ4のランダムアクセスポーリングチャネルが設けられている。

　別のシステムにおいても、上述した本システムと同様に、通話に伴う制御情報を通信チャネルで送受信して、制御チャネルにおけるユーザ領域を広く確保している。
　図６の例では、ランダムアクセスポーリングチャネル以外のユーザデータ領域がポーリング要求の送信フレームとなり（Ｐ01～Ｐ22）、ＣＨ１とＣＨ２の２チャネルで最大２２編成の列車に搭載された車上局５とのポーリング通信が可能となる。
　このように、通常は１つのスーパーフレームによって、各車上局５は、ポーリング要求を１回受信するようになっている。

　また、本システムと同様に、下り制御チャネルでは、連続する２フレームの内、第１のフレームでポーリング要求を送信し、第２のフレームではアイドル信号（Ｉ）を送信する。
　尚、上り制御チャネルでは、２フレーム続けてポーリング応答を送信する。

［ポーリング要求の電文情報作成：図７］
　次に、別のシステムにおけるポーリング要求の電文情報の作成について図７を用いて説明する。図７は、別のシステムにおけるポーリング要求の電文情報の作成を示す模式説明図である。
　図７に示すように、別のシステムでは、運行管理システム４１が、運行中の各列車の制御情報（01編成制御情報、02編成制御情報、...xx編成制御情報）をデータサーバ４２に通知する。

　データサーバ４２は、受信した制御情報に、シーケンス番号（Seq.01、Seq.02、...Seq.xx）を割り当てて、編成番号（01編成、02編成、...xx編成）とシーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成し、中央装置４３に送信する。
　データサーバ４２は、シーケンス番号と編成番号とを対応付けた情報を保持しておく。シーケンス番号と編成番号とが一致している必要はない。

　ここで、シーケンス番号は、無線通信におけるフレーム番号を指定する情報となっている。
　そして、ポーリング要求の電文情報を受信した基地局は、それに含まれるシーケンス番号に基づいて、ポーリング要求を所定のフレームに挿入する。
　例えば、図７のように、編成番号01に対するポーリング要求の電文情報に、シーケンス番号01が含まれていれば、図６に示すように、基地局４４は、当該列車の編成番号を含むポーリング要求を１番のフレームに設定して送信する（ここでは下り制御チャネルのＣＨ２で送信）。

　ポーリング要求を受信した車上局５は、下り制御チャネルでポーリング要求を受信したフレーム番号及びそれに続く番号のフレームを用いて、ポーリング応答を２フレーム連続して上り制御チャネルで送信する。
　基地局４４は、編成番号を含むポーリング応答を受信すると、受信したフレーム番号をシーケンス番号に変換して、編成番号及びシーケンス番号を含むポーリング応答の電文情報を作成して、データサーバ４２に送信する。
　これにより、データサーバ４２は、どの列車（車上局５）からのポーリング応答を受信したかを判断する。
　つまり、別のシステムでは、列車の編成番号とシーケンス番号とフレーム番号とを対応付けることで個々の列車に関するポーリング情報を管理するものである。

［制御情報の遅延］
　運行管理システム４１からの制御情報が遅れた場合、所定のタイミングでポーリング要求を送信できなくなる恐れがある。
　そこで、データサーバ４２では、運行管理システム４１から制御情報を受信すると、内部の記憶部に記憶しておく。
　そして、次のポーリング要求の電文生成時に、運行管理システム４１からの制御情報が受信できなかった場合、記憶している制御情報を用いてポーリング要求の電文情報を生成する。
　これにより、運行管理システム４１からの制御情報の通知が間に合わなくてもポーリング要求の送信を継続することができるものである。

［ポーリング通信のタイミング］
　通常、データサーバ４２は、車上局５へのポーリング要求が途絶えないよう、所定の間隔で電文情報を送信し続けるが、データサーバ４２と中央装置４３との間のネットワークには、他の装置（クライアント端末４６等）が接続されており、データサーバ４２は、これらの装置とも通信を行っている。
　そのため、データサーバ４２は、ポーリング要求の電文情報を常に一定のタイミングで送信できるとは限らない。

　そこで、別のシステムでは、データサーバ４２から複数列車宛の電文情報をまとめてブロックとして送信し、中央装置４３が、受信した電文情報のブロックから、クロックに従って１つずつ電文情報を読み出して送信するようにしている。これにより、ポーリング要求の電文情報は、中央装置４３から一定のタイミングで基地局４４に送出することができるものである。

［タイミングを一定にする別の構成：図８］
　また、別の構成として、データサーバ４２では電文情報をまとめずに逐次送信して、中央装置４３がポーリング要求の電文情報を一定のタイミングで送信することも可能である。図８は、ポーリング要求の電文情報を一定のタイミングで送信する別の方法を示す模式説明図である。
　図８に示すように、中央装置４３は、インタフェース部を備え、データサーバ４２から不規則なタイミングで送信されるポーリング要求の電文情報を受信すると、インタフェース部のデータ保持キューに保持する。

　そして、中央装置４３は、データ保持キューに保持したポーリング要求の電文情報を、クロック信号のタイミングに従って取り出し、一定のタイミングで基地局４４に送信する。
　これにより、電文情報は一定のタイミングで基地局４４に送出されるものである。

［中央装置４３のキューを一定に保つ方法：図９］
　次に、中央装置４３内部のキューを一定に保つ方法について図９を用いて説明する。図９は、中央装置内部のキューを一定に保つ方法の説明図である。
　データサーバ４２からのポーリング要求の電文情報が一定タイミングで中央装置４３に送信されない場合もあるため、インタフェース内部のキューが保持するデータ数が減少してしまうことがある。

　そこで、別のシステムでは、中央装置４３からデータサーバ４２に対して、定期的に現在キューが保持している電文情報の件数を通知し（Ｓ１）、データサーバ４２が、通知に基づいて、送信するポーリング要求の電文情報を件数を増減するようにしている（Ｓ２）。
　あるいは、中央装置４３は、キュー内の電文情報の件数が特定値を下回った場合にデータサーバ４２に通知するようにしてもよい。

［ポーリング通信の失敗による在線抹消の低減］
　データサーバ４２は、上り制御チャネルにおいて３スーパーフレームで連続してポーリング応答を受信しなかった列車がある場合に、その旨を運行管理システム４１に通知する。それにより、当該列車は在線抹消され、運行停止となる。
　しかし、列車が運行中であるにもかかわらず、ポーリング通信の失敗によって運行停止となってしまうことがある。

　別のシステムのデータサーバ４２では、このようなポーリング通信の失敗による運行停止を低減するよう、ポーリング要求の電文情報を生成する。
　別のシステムにおける在線管理の動作について具体的に説明する。
　データサーバ４３は、ポーリング要求の電文情報を生成して送信し、この電文情報は、基地局４４から下り制御チャネルのスーパーフレーム（下り制御チャネルの第１のスーパーフレーム）で車上局５に送信される。
　データサーバ４２は、次の電文情報の送信タイミングになると、次のスーパーフレーム（下り制御チャネルの第２のスーパーフレーム）で送信されるポーリング要求の電文情報を生成して送信する。

　車上局５では、下り制御チャネルの第１のスーパーフレームでポーリング要求を受信すると、上り制御チャネルのスーパーフレーム（上り制御チャネルの第１のスーパーフレーム）でそれに対するポーリング応答を送信し、続く下り制御チャネルの第２のスーパーフレームでもポーリング要求を受信すると、上り制御チャネルの第１のスーパーフレームに続く第２のスーパーフレームでポーリング応答を送信する。

　データサーバ４２は、中央装置４３を介して基地局４４からの電文情報を受信し、列車の編成番号毎にポーリング応答の受信／非受信を判定し、連続失敗回数と連続成功回数を保持しておく。データサーバ４２は、ソフトウェアによって実現されるカウンタを備えている。
　そして、データサーバ４２は、２スーパーフレーム連続してポーリング応答を受信しなかった列車（在線抹消候補の列車）がある場合、次のスーパーフレームにおいて、当該在線抹消候補の列車に対して、１回多く（つまり２回）ポーリング要求を送信するように電文情報を生成する。

［具体的な処理：図１０］
　データサーバ４２の具体的な処理を図１０を用いて説明する。図１０は、データサーバ４２の在線抹消を低減する処理を示すフローチャートである。
　図１０に示すように、データサーバ４２は、ポーリング応答をチェックして、非受信の列車があるかどうかを判断する（１００）。
　非受信の列車がない場合（Noの場合）には、処理１００に戻る。

　ポーリング応答非受信の列車がある場合（YESの場合）、データサーバ４２は、当該列車が、２スーパーフレーム連続で非受信となっている在線抹消候補であるかどうかを判断する（１０２）。
　在線抹消候補でない場合（Noの場合）、処理１００に戻る。

　当該列車が在線抹消候補であった場合（Yesの場合）、データサーバ４１は、２スーパーフレーム以上連続してポーリング応答を受信した列車（正常応答列車）の中から、いずれか１編成を選択する（１０４）。
　選択する正常応答列車は、なるべく電文情報の送信タイミングの早いものが望ましい。

　そして、データサーバ４２は、次のポーリング要求の電文情報生成時に、正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号に、在線抹消候補の編成番号を割り当てたポーリング要求の電文情報を生成して送信する（１０６）。
　この電文情報は、請求項に記載した第２の電文情報に相当する。
　第２の電文情報による抹消候補の列車に対するポーリング要求は、下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームに続く第３のスーパーフレームにおいて、それまで正常応答列車に対するポーリング要求を送信していたフレームに挿入されて送信される。
　当該正常応答列車については、ポーリング通信が１回省略されることになるので、同じ列車のポーリング通信が何度も省略されないように選択する。

　更に、データサーバ４２は、在線抹消候補の編成番号に対して、下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームで送信されたものと同じポーリング要求の電文情報を生成する。つまり、それまでと同じシーケンス番号に、在線抹消候補の編成番号を割り当てたポーリング要求の電文情報を生成して送信する（１０８）。
　この電文情報は、請求項に記載した第１の電文情報に相当する。
　第１の電文情報による在線抹消候補の列車に対するポーリング要求は、下り制御チャネルの第３のスーパーフレームでも、第１、第２のスーパーフレームと同じフレームに挿入されて送信される。
　尚、図１０では、正常応答列車に対応するシーケンス番号が在線抹消候補の編成番号に対応するシーケンス番号よりも小さい場合の例を示している。

　これにより、第３のスーパーフレームでは、在線抹消候補の列車に対するポーリング要求を２つのフレームで送信することができ、ポーリング応答の機会を増やして、３スーパーフレーム連続してポーリング応答非受信となることで運行停止になってしまうのを極力防ぐものである。

［別の実施の形態の効果］
　本発明の別の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、データサーバ４２が、運行管理システム４１から制御情報を受信して、制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、編成番号とシーケンス番号を含むポーリング要求の電文情報を生成して送信し、基地局４４が、下り制御チャネルのスーパーフレームにおいてシーケンス番号のフレームに当該ポーリング要求を挿入して送信すると共に、上り制御チャネルのスーパーフレームにおいてポーリング応答が含まれるフレーム番号をシーケンス番号に変換して編成番号とシーケンス番号を含むポーリング応答の電文情報を生成して送信し、データサーバ４２が、ポーリング応答の電文情報に基づいて列車の在線管理を行うようにしているので、中央装置４３の処理を軽減することができる効果がある。

　また、別の実施の形態に係る無線通信システム及び無線通信方法によれば、基地局４２が、２スーパーフレーム連続してポーリング応答を受信しない在線抹消候補の列車がある場合、次の電文情報生成時に、在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、それまでと同じシーケンス番号を割り当てた第１の電文情報と、２スーパーフレーム以上連続してポーリング応答を受信している正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第２の電文情報とを生成して送信するようにしているので、在線抹消候補の列車に対して、１つのスーパーフレームで２回のポーリング要求を送信して、ポーリング応答の機会を増やすことができ、ポーリング通信の失敗によって在線抹消になってしまうことを極力防ぐことができる効果がある。

　尚、上述した実施の形態では、無線通信システムが列車無線システムである場合を例にあげて説明した。しかし、本発明の無線通信システムは列車無線システムに限定されるものではなく、移動局にポーリング要求を送信するシステムに広く適用できることはいうまでもない。

　本発明は、ポーリング通信を高速化することができる無線通信システム及び無線通信方法に適している。

　１，４３...中央装置、　２，２１，２２，４４，２３０，４４１，４４２...基地局、
　３，５，３１，３２，５１，５２，５３，３１０，３２０...車上局、　４１...運行管理システム、　４２...データサーバ、　４６...クライアント端末、　４７...操作盤、
　２１１，２２１，２３１，２３２，２３３，２３４，３１１，３２１，３２２...無線機、　２３５，３１３，３２３...高周波部

Claims

　基地局と移動局とを備え、前記基地局と前記移動局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行う無線通信システムであって、
　前記基地局が、下り制御チャネルを用いて前記移動局に対してポーリング要求を送信し、
　前記移動局が、上り制御チャネルを用いて前記ポーリング要求に対する応答を送信し、
　前記基地局が、下り通信チャネルに、通信情報を送受信するトラフィックチャネルと、制御情報を送受信する付随制御チャネルとを含めて送信し、
　前記移動局が、前記基地局から受信した前記下り通信チャネルに含まれる前記付随制御チャネルの前記制御情報に基づいて、通信の制御を行うことを特徴とする無線通信システム。
　基地局が、下り制御チャネルを用いて、連続する２つのフレームの内、第１のフレームで移動局に対するポーリング要求を送信すると共に、第２のフレームでアイドル信号を送信し、
　前記移動局が、前記ポーリング要求を受信すると、上り制御チャネルを用いて、前記ポーリング要求に対する応答を２フレーム連続して送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
　割り込み通話要求及び緊急信号を送受信するランダムアクセスポーリングチャネルを制御チャネルに備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
　列車の運行を管理する管理システムと、
　前記管理システムから受信した制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、前記編成番号と前記シーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成して送信すると共に、受信したポーリング応答の電文情報に含まれる編成番号及びシーケンス番号に基づいて、前記列車の在線状況を管理するデータサーバとを備えたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
　シーケンス番号は、制御チャネルを用いて基地局と移動局との間で送受信されるスーパーフレームのフレーム番号であり、
　データサーバが、下り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報を送信し、上り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームにおいてポーリング応答の電文情報を受信しなかった在線抹消候補の列車がある場合、前記下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームに続く第３のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報として、前記在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、前記下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおけるポーリング要求の電文情報と同一のシーケンス番号を割り当てた第１の電文情報と、前記上り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおいて連続してポーリング応答の電文情報を受信した正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第２の電文情報とを生成して送信することを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
　基地局と移動局とが制御チャネル及び通信チャネルを用いて時分割の無線通信を行う無線通信方法であって、
　前記基地局が、下り制御チャネルを用いて前記移動局に対してポーリング要求を送信すると共に、下り通信チャネルを用いて、トラフィックチャネルで通信情報を、付随制御チャネルで制御情報を送信し、
　前記移動局が、上り制御チャネルを用いて前記ポーリング要求に対する応答を送信すると共に、前記基地局から受信した前記下り通信チャネルに含まれる前記付随制御チャネルの前記制御情報に基づいて、通信の制御を行うことを特徴とする無線通信方法。
　データサーバが、管理システムから受信した制御情報に含まれる列車の編成番号にシーケンス番号を割り当て、前記編成番号と前記シーケンス番号とを含むポーリング要求の電文情報を生成して送信し、受信したポーリング応答の電文情報に含まれる編成番号及びシーケンス番号に基づいて、前記列車の在線状況を管理することを特徴とする請求項６記載の無線通信方法。
　データサーバが、制御チャネルを用いて基地局と移動局との間で送受信されるスーパーフレームのフレーム番号をシーケンス番号として、下り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報を送信し、上り制御チャネルで連続する第１、第２のスーパーフレームにおいてポーリング応答の電文情報を受信しなかった在線抹消候補の列車がある場合、前記下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームに続く第３のスーパーフレームで送信されるポーリング要求の電文情報として、前記在線抹消候補の列車の編成番号に対応して、前記下り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおけるポーリング要求の電文情報と同一のシーケンス番号を割り当てた第１の電文情報と、前記上り制御チャネルの第１、第２のスーパーフレームにおいて連続してポーリング応答の電文情報を受信した正常応答列車の編成番号に対応するシーケンス番号を割り当てた第２の電文情報とを生成して送信することを特徴とする請求項７記載の無線通信方法。