WO2019215856A1 - 地上無線装置、車上無線装置、無線列車制御システム、および伝送制御方法 - Google Patents

地上無線装置、車上無線装置、無線列車制御システム、および伝送制御方法 Download PDF

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WO2019215856A1
WO2019215856A1 PCT/JP2018/018004 JP2018018004W WO2019215856A1 WO 2019215856 A1 WO2019215856 A1 WO 2019215856A1 JP 2018018004 W JP2018018004 W JP 2018018004W WO 2019215856 A1 WO2019215856 A1 WO 2019215856A1
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WO
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radio
train
wireless device
interference
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Application number
PCT/JP2018/018004
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English (en)
French (fr)
Inventor
青山　哲也
和雅 鈴木
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria

Definitions

  • the present invention relates to a terrestrial wireless device, an on-vehicle wireless device, a wireless train control system, and a transmission control method.
  • the radio train control system is advantageous in terms of introduction cost and maintenance cost because a track circuit is unnecessary compared with a train operation control method using a fixed block section.
  • the train operation control system using the fixed block section is a system that controls the traveling of the train so that two or more trains do not enter the block section provided to prevent the collision of the trains at the same time.
  • the radio train control system can construct a flexible closed section that is not trapped by a fixed section, it is possible to increase the train operation density, which is advantageous from the viewpoint of train operation costs.
  • the wireless communication method using the 2.4 GHz band wireless is generally mainstream.
  • Examples of the wireless communication system using 2.4 GHz band wireless include IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11b / g.
  • the 2.4 GHz band is also called an ISM (Industry Science Medical) band, and is used in many devices such as short-range wireless communication systems and microwave ovens.
  • Examples of the short-range wireless communication system include a wireless communication system using Bluetooth (registered trademark) or Zigbee (registered trademark).
  • the use area of the device is not regulated, and there is a problem that radio waves of a plurality of devices interfere with each other and the communication quality of the wireless communication system deteriorates. For this reason, it is necessary to ensure the reliability and availability of the wireless communication system.
  • Patent Document 1 discloses a terrestrial radio apparatus that acquires interference information on a moving route and refers to interference information when assigning radio resources to a moving body such as a train.
  • the terrestrial wireless device described in Patent Document 1 acquires position information using an external device such as a GPS (Global Positioning System) provided in the moving body, and obtains interference information on the moving path of the moving body corresponding to the position information. get.
  • an external device such as a GPS (Global Positioning System) provided in the moving body
  • information on the direction in which the antenna used by the moving body to measure the interference information is not added to the interference information.
  • Interference varies depending on the frequency and the direction in which the antenna is directed, but the terrestrial radio device cannot determine which direction the acquired interference information is related to the position of the moving object, and the interference state could not be grasped accurately. For this reason, the terrestrial wireless device cannot select a frequency band with less interference and wirelessly communicate with the mobile unit, and there is a problem that the quality of communication of the wireless train control system deteriorates.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a terrestrial radio apparatus that suppresses deterioration in communication quality of a radio train control system.
  • a ground wireless device shows a ground communication unit that wirelessly communicates with an on-board wireless device mounted on a train, and an antenna mounting direction of the train.
  • a configuration determination unit that acquires first information, an acquisition unit that acquires second information indicating the strength of the interference signal received by the antenna, and the presence of an interference signal using the first information and the second information
  • a control unit that allocates radio resources to be used for communication with the on-board wireless device using the estimated direction.
  • the ground radio apparatus has an effect of suppressing deterioration of communication quality of the radio train control system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a control circuit according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a sequence diagram illustrating an example of processing of the on-vehicle wireless device 230 and the ground wireless device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 1 shows the condition of the average interference level by the interference source of the communication area centering on the ground radio
  • FIG. 1 shows the example of the information table of the attachment direction of the antenna with which the train which the structure determination part concerning Embodiment 1 refers.
  • FIG. The figure which shows the example of the definition of the quality value according to the interference level concerning Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a flowchart showing radio resource allocation processing of the terrestrial radio apparatus according to the first embodiment; The figure which shows the result of having allocated the radio
  • FIG. 4 is a flowchart showing radio resource allocation processing of the terrestrial radio apparatus according to the first embodiment; The figure which shows the result of having allocated the radio
  • Sequence diagram showing information transfer processing of train 200-1 according to the first embodiment The figure which shows allocation of the radio
  • FIG. The figure which shows the result of having allocated the radio
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wireless train control system according to the first embodiment.
  • the radio train control system 1 includes a terrestrial radio apparatus 100-1, a terrestrial radio apparatus 100-2, a terrestrial radio apparatus 100-3, a train 200-1, and a train 200-2.
  • a terrestrial radio apparatus 100 When each of the terrestrial radio apparatuses 100-1 to 100-3 is indicated without being distinguished, it is referred to as a terrestrial radio apparatus 100.
  • the train 200-1 and the train 200-2 are shown without distinction, they are referred to as the train 200.
  • the ground radio apparatus 100 is disposed along the track and communicates with the train 200 by radio.
  • the ground radio apparatus 100 communicates with the ground server 300 through a wired connection.
  • the ground server 300 is a server that generates, acquires, and manages train control information and general transmission information.
  • Train control information is information used for controlling train operation, and includes, for example, brake command information, train travel position information, speed information, train travel permission position information, and speed limit information.
  • General transmission information is information other than train control information, and includes, for example, air conditioning temperature information, in-vehicle display display information, and surveillance camera video information. Train control information and general transmission information are also called data.
  • Train 200 travels with direction A as the traveling direction.
  • the direction A is, for example, east.
  • the direction B is the opposite direction to the direction A, for example, west.
  • the train 200 transmits and receives train control information and general transmission information using the ground radio apparatus 100 and wireless communication in the 2.4 GHz band.
  • the radio train control system 1 includes three terrestrial radio devices 100 and two trains 200, but the number of terrestrial radio devices 100 and trains 200 is three, It is not limited to knitting, but the terrestrial radio apparatus 100 may be composed of four or more trains, and the train 200 may be composed of three or more knitting. Further, two terrestrial radio apparatuses 100 and one train 200 may be configured.
  • the train 200 is composed of two cars, the train 200 may be composed of three or more cars or may be composed of one car.
  • a station platform 400 is installed between the ground radio apparatus 100-1 and the ground radio apparatus 100-2. In the vicinity of the station platform 400, there is an interference source 500 that emits a 2.4 GHz band radio wave, such as a wireless local area network (LAN) or a smartphone.
  • interference is defined as a signal that is transmitted by the interference source 500 using the same radio resource as that used by the ground radio apparatus 100 and the train 200 for data transmission.
  • the radio resource is a frequency slot per unit time, and details will be described later.
  • the radio wave emitted from the interference source 500 is interference of radio communication between the ground radio apparatus 100 and the train 200.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating functional blocks of the terrestrial radio apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the terrestrial radio apparatus 100 includes a first communication unit 101, a first control unit 102, an acquisition unit 103, a configuration determination unit 104, a storage unit 105, a second communication unit 106, and a first antenna. 107-1, a second antenna 107-2, and a distributor 108 are provided.
  • the first communication unit 101 performs wireless communication with the train 200.
  • the first communication unit 101 is also called a ground communication unit.
  • the first control unit 102 estimates the direction in which interference occurs. Further, the first control unit 102 assigns radio resources used when the ground radio apparatus 100 and the on-board radio apparatus 230 communicate with each other.
  • the first control unit 102 is also simply referred to as a control unit.
  • the acquisition unit 103 acquires interference information caused by the interference source 500 measured by the train 200 as a factor.
  • the interference information is information including information obtained by measuring the intensity of interference signals of all channels having frequencies that may be used in wireless communication.
  • the configuration determination unit 104 determines the configuration of the antenna 107 of the train 200.
  • the accumulation unit 105 accumulates the acquired interference information.
  • the second communication unit 106 communicates with other terrestrial radio apparatuses 100.
  • the first antenna 107-1 is installed in the direction A.
  • the second antenna 107-2 is installed in the direction B.
  • the information transmitted from the first communication unit 101 to the train 200 is transmitted in the direction A and the direction B. Sent.
  • the information received by the first communication unit 101 includes the information received by the first antenna 107-1 from the direction A and the second antenna 107. -2 is input by mixing information received from direction B.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the train 200 according to the first embodiment.
  • the train 200 has a leading vehicle 210 and a trailing vehicle 220.
  • the leading vehicle 210 is a vehicle that is arranged at the head when the train 200 sets the direction A as the traveling direction.
  • the tail vehicle 220 is a vehicle arranged at the head when the train 200 sets the direction B as the traveling direction.
  • the leading vehicle 210 of the train 200 includes a first on-board wireless device 230-1, a third antenna 240-1, a first on-board transmission device 250-1, an on-board server 260, and a transmission cable 270. With.
  • the tail vehicle 220 of the train 200 includes a second on-vehicle wireless device 230-2, a fourth antenna 240-2, and a second on-vehicle transmission device 250-2.
  • the first on-vehicle wireless device 230-1 and the second on-vehicle wireless device 230-2 are shown without distinction, they are referred to as the on-vehicle wireless device 230.
  • the third antenna 240-1 and the fourth antenna 240-2 are shown without distinction, they are referred to as an antenna 240.
  • the first on-vehicle transmission device 250-1 and the second on-vehicle transmission device 250-2 are shown without distinction, they are referred to as an on-vehicle transmission device 250.
  • the on-vehicle wireless device 230 performs wireless communication with the ground wireless device 100 using the antenna 240.
  • the first on-vehicle transmission device 250-1 and the second on-vehicle transmission device 250-2 are connected to each other via a transmission cable 270.
  • the on-board server 260 generates and acquires data to be transmitted and received between the ground radio apparatus 100 and the train 200.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of the on-vehicle wireless device 230 according to the first embodiment.
  • the on-vehicle wireless device 230 includes a third communication unit 231, a second control unit 232, an interference measurement unit 233, and a third control unit 234.
  • the third communication unit 231 performs wireless communication with the terrestrial wireless device 100.
  • the third communication unit 231 is also called an on-vehicle communication unit.
  • the second control unit 232 controls communication with the terrestrial radio apparatus 100.
  • the interference measurement unit 233 measures the intensity of the interference signal in the direction in which the antenna 240 is installed.
  • the third control unit 234 controls communication with the on-vehicle transmission device 250.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating functional blocks of the on-vehicle transmission device 250 according to the first embodiment.
  • the on-vehicle transmission device 250 includes a server connection unit 251, a reception data selection unit 252, a transmission data replication unit 253, and a wireless connection unit 254.
  • the server connection unit 251 is connected to and communicates with the on-board server 260.
  • the reception data selection unit 252 selects the earliest data when receiving a plurality of identical data from the terrestrial radio apparatus 100, and transmits it to the on-board server 260.
  • the transmission data duplicating unit 253 duplicates the transmission data and transmits the same data a plurality of times within the information update period. Details of the information update cycle will be described later.
  • the wireless connection unit 254 connects to and communicates with the on-vehicle wireless device 230.
  • the hardware configurations of the control unit 232, the interference measurement unit 233, the third control unit 234, the server connection unit 251, the reception data selection unit 252, the transmission data duplication unit 253, and the wireless connection unit 254 will be described.
  • the unit 233, the third control unit 234, the server connection unit 251, the reception data selection unit 252, the transmission data replication unit 253, and the wireless connection unit 254 are realized by a processing circuit that is an electronic circuit that performs each process.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or a control circuit including a memory and a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory.
  • the memory corresponds to, for example, a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), or a flash memory, a magnetic disk, or an optical disk.
  • the control circuit is, for example, a control circuit 600 having a configuration shown in FIG.
  • the control circuit 600 includes a processor 600a, which is a CPU, and a memory 600b.
  • the processor 600a reads and executes a program corresponding to each process stored in the memory 600b.
  • the memory 600b is also used as a temporary memory in each process performed by the processor 600a.
  • the terrestrial radio apparatus 100 acquires interference information along the track from the train 200, allocates radio resources to the terrestrial radio apparatus 100 and the on-board radio apparatus 230 using the interference information, and terrestrial radio based on the allocated radio resources.
  • the device 100 and the on-vehicle wireless device 230 communicate with each other.
  • FIG. 7 is a sequence diagram illustrating an example of processing of the on-vehicle wireless device 230 and the terrestrial wireless device 100 according to the first embodiment.
  • the interference measuring unit 233 periodically measures ambient interference using the intensity of the signal received by the antenna 240 (step S1).
  • the on-vehicle wireless device 230 notifies the terrestrial wireless device 100 of the measured surrounding interference as interference information using the third communication unit 231 (step S2).
  • the terrestrial radio apparatus 100 accumulates the acquired interference information for each direction, and creates an interference information table using the accumulated interference information (step S3).
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an interference level by the interference source 500 according to the first embodiment.
  • the interference level is the intensity of the interference signal, for example, the received power when the signal from the ground radio apparatus 100 to the train 200 is not transmitted.
  • the interference level is shown in order from the top, and the higher the interference level by the interference source 500, the darker the color density.
  • the interference level is indicated by the color density shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an average level of interference caused by the interference source 500 in the communication area centered on the terrestrial radio apparatus 100-2 according to the first embodiment.
  • the station platform 400 is installed on the direction A side of the terrestrial radio apparatus 100-2, and the interference source 500 exists in the station platform 400.
  • FIG. 9B is a diagram showing an average interference level in the arrangement of FIG. 9A, with the vertical axis representing frequency and the horizontal axis representing position.
  • the broken lines shown in FIGS. 9A and 9B are broken lines for easy understanding of the positional relationship between FIGS. 9A and 9B.
  • the frequency is divided for each channel, and the interference level varies depending on the channel and position. As shown in FIG. 9B, a lot of interference with a high interference level occurs in the direction A of the terrestrial radio apparatus 100-2. In the direction B, interference at a medium level of interference occurs. Comparing the interference in the direction A and the direction B centering on the ground radio apparatus 100-2, the direction A has a higher interference level than the direction B.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an information table of antenna mounting directions provided in the train 200 referred to by the configuration determining unit 104 according to the first embodiment.
  • the information table of the antenna attachment direction is managed by the ground server 300, for example, and is created and updated by the administrator of the ground server 300.
  • the configuration determination unit 104 acquires an information table of antenna mounting directions from the ground server 300.
  • the information table of the antenna attachment direction is also called first information.
  • the antenna attachment direction information table includes ID (IDentification) of the on-vehicle wireless device 230 and the antenna direction.
  • the ID of the first onboard radio device 230-1 of the train 200-1 is 10
  • the ID of the second onboard radio device 230-2 of the train 200-1 is 20, and the train 200-2
  • the ID of the first on-board radio device 230-1 is set to 30 and the ID of the second on-board radio device 230-2 of the train 200-2 is set to 40.
  • the on-vehicle wireless device ID 10 is simply described, this indicates an on-vehicle wireless device whose on-vehicle wireless device ID is 10.
  • the antenna direction indicates whether the antenna 240 is facing in the direction A or the direction B.
  • FIG. 10 shows that, for example, the antenna connected to the on-vehicle wireless device ID10 faces in the direction A, and the antenna connected to the on-vehicle wireless device ID20 faces in the direction B.
  • the terrestrial radio apparatus 100 accumulates interference information for each of the directions A and B around the terrestrial radio apparatus 100 by referring to the antenna attachment direction information table.
  • the ground radio apparatus 100 can grasp the position of the on-vehicle radio apparatus 230.
  • the terrestrial wireless device 100-2 communicates with the on-vehicle wireless device ID 20 and the on-vehicle wireless device ID 30.
  • the 1st control part 102 can grasp
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an interference information table for each direction centered on the terrestrial radio apparatus 100-2 according to the first embodiment.
  • the interference information table is created using the interference information measured by the interference measuring unit 233.
  • the interference information table includes direction A and direction B, and indicates the intensity of the interference signal for each channel in direction A and direction B.
  • the intensity of the interference signal is also called second information.
  • the intensity of the interference signal is ⁇ 60 dBm.
  • the intensity of the interference signal is -90 dBm. That is, channel 3 in direction B has a lower interference level than channel 3 in direction A.
  • the accumulation unit 105 accumulates information reported from the plurality of on-vehicle wireless devices 230.
  • the first control unit 102 refers to the antenna attachment direction information table to obtain the antenna direction corresponding to the on-vehicle wireless device ID that is the transmission source of the received interference information. For each obtained direction, the first control unit 102 stores the interference information in the interference information table as interference information of a channel corresponding to the channel that has received the interference information. Note that the interference information table may be different for each time zone in order to reflect the change for each time zone. Also, the interference information table may be deleted after a certain period of time in order to prioritize new information.
  • Wireless communication between the terrestrial wireless device 100 and the on-vehicle wireless device 230 is performed using a frequency hopping method that switches frequency channels every unit time.
  • the frequency hopping method is a method of performing communication by switching the frequency of a carrier wave at a certain period. By using the frequency hopping method, even if the interference source 500 exists in the surroundings by switching the frequency, the influence of interference can be reduced.
  • radio resources that terrestrial radio apparatus 100 uses for communication with on-board radio apparatus 230 are determined in advance so as not to overlap between terrestrial radio apparatuses 100.
  • the terrestrial radio apparatus 100 allocates available radio resources to communication with the on-vehicle radio apparatus 230 connected to and communicate with the terrestrial radio apparatus 100.
  • the identifier of the on-vehicle wireless device 230 that is the destination is set at the beginning of information called a header. The destination can be confirmed by referring to the header of the information.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the definition of the quality value according to the interference level according to the first embodiment. Interference appears as an influence of communication when the interference level at the reception point is high.
  • a frequency band with a lot of interference that is, a high interference level has a low quality
  • a quality value of a frequency band with a high interference level is defined as 1.
  • an intermediate frequency band where there is not much interference is moderate quality
  • the quality value is defined as 2.
  • the quality of a frequency band with low interference that is, a low interference level is assumed to be high
  • the quality value of a frequency band with a low interference level is defined as 3.
  • the frequency band having a high interference level is, for example, a frequency band having a signal intensity of ⁇ 40 bBm or more.
  • the frequency band with a low interference level is, for example, a frequency band in which the signal intensity is ⁇ 80 bBm or less.
  • FIG. 13 is a sequence diagram illustrating processing of communication from the terrestrial radio apparatus 100-2 according to the first embodiment to the on-board radio apparatus ID 20 and the on-board radio apparatus ID 30.
  • the ground radio apparatus 100-2 acquires transmission information addressed to the train 200-1 from the ground server 300 (step S11). Further, the ground radio apparatus 100-2 acquires transmission information addressed to the train 200-2 from the ground server 300 (step S12).
  • the ground radio apparatus 100-2 assigns radio resources to be used when transmitting train control information to the onboard radio apparatus ID20 and the onboard radio apparatus ID30 (step S13).
  • the ground radio apparatus 100-2 transmits data to the onboard radio apparatus ID 20 using the allocated radio resource (step S14). Further, the ground radio apparatus 100-2 transmits data to the on-board radio apparatus ID 30 using the allocated radio resource (step S15).
  • FIG. 14 is a diagram showing radio resource allocation of the terrestrial radio apparatus 100 in an area between the terrestrial radio apparatus 100-2 and the terrestrial radio apparatus 100-3 according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time. The frequency on the vertical axis is divided for each channel. The time on the horizontal axis is divided for each frequency slot.
  • the information update cycle is divided into eight frequency slots, and IDs are assigned in the order of time passage.
  • the number described below the horizontal axis is the frequency slot ID.
  • the number described in the range surrounded by the vertical axis and the horizontal axis is the ID of the terrestrial radio apparatus 100 assigned to this radio resource.
  • FIG. 14 is a diagram showing radio resource allocation of the terrestrial radio apparatus 100 in an area between the terrestrial radio apparatus 100-2 and the terrestrial radio apparatus 100-3 according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time. The frequency on the vertical axis is divided
  • FIG. 14 is a diagram of radio resource allocation of the terrestrial radio device 100 in an area between the terrestrial radio device 100-1 and the terrestrial radio device 100-2 according to the first embodiment.
  • the information transmitted from the terrestrial radio apparatus 100 to the on-board radio apparatus 230 has an information update cycle as a unit period, and the redundancy is ensured in the radio section by transmitting the same information multiple times within the information update cycle. To do.
  • the terrestrial radio apparatus 100 allocates so that the total value of the quality values of radio resources allocated to the on-board radio apparatus 230 connected to the terrestrial radio apparatus 100 is equal during the period of the information update period.
  • FIG. 16 is a flowchart of radio resource allocation processing of the terrestrial radio device 100 according to the first embodiment.
  • the first control unit 102 assigns an unallocated radio resource. Sorting is performed in descending order of quality value (step S23). If there is no unallocated transmission data to which no radio resource is allocated (No at Step S21), or no radio resource is not allocated (No at Step S22), the process ends.
  • the first control unit 102 extracts the on-board wireless device 230 to which the total value of the quality values of the radio resources is the lowest within the same information update period and to which no radio resources are allocated (step S24).
  • the first control unit 102 assigns a radio resource having the highest quality value among the radio resources not assigned to the extracted on-board radio device 230 (step S25).
  • the first control unit 102 updates the allocated radio resource to “allocated”, and updates the total value of the quality values for each on-vehicle radio device 230 (step S26).
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a result of allocating radio resources by the terrestrial radio apparatus 100-2 according to the first embodiment.
  • FIG. 17A is a diagram showing information on the quality value in the direction B of the terrestrial radio apparatus 100-2.
  • the quality value in direction B in FIG. 17A is obtained by extracting radio resources allocated to the terrestrial radio apparatus 100-2 shown in FIG. 14 and rearranging them for each quality value and each slot ID.
  • FIG. 17B is a diagram showing information on the quality value in the direction A of the terrestrial radio apparatus 100-2.
  • the quality value in the direction A in FIG. 17B is obtained by extracting the radio resources allocated to the terrestrial radio apparatus 100-2 shown in FIG. 15 and rearranging them for each quality value and each slot ID.
  • FIG. 17C is a diagram showing which on-board wireless device 230 uses the wireless resources allocated to the terrestrial wireless device 100-2.
  • the first control unit 102 allocates radio resources in descending order of quality value.
  • radio resources with high quality values are preferentially allocated.
  • the direction A of the terrestrial radio apparatus 100-2 has few radio resources with high quality values, and therefore radio resources with low quality values are assigned after radio resources with high quality values are assigned.
  • the terrestrial radio apparatus 100-2 communicates with the on-board radio apparatus ID 30, and therefore, when radio resources in the direction B are used, 30 is described in the slot ID column of FIG.
  • the terrestrial radio apparatus 100-2 communicates with the on-board radio apparatus ID 20. Therefore, when the radio resource in the direction A is used, 20 is described in the slot ID column of FIG. Is done.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating quality values for each radio resource of the on-vehicle wireless device ID 20 and the on-vehicle wireless device ID 30 according to the first embodiment.
  • the total value of the quality values of the radio resources assigned by the terrestrial radio apparatus 100 to the on-board radio apparatus ID 20 and the on-board radio apparatus ID 30 is 9.
  • radio resources between the on-board radio devices 230 connected to the terrestrial radio device 100 are evenly allocated.
  • the ground radio apparatus 100 transmits train control information to each on-vehicle radio apparatus 230 using the allocated radio resource.
  • FIG. 19 is a sequence diagram illustrating information transfer processing of the train 200-1 according to the first embodiment.
  • Second on-vehicle wireless device 230-2 receives data from terrestrial wireless device 100-2 (step S31).
  • the second on-vehicle wireless device 230-2 transfers the data to the second on-vehicle transmission device 250-2 (step S32).
  • the first on-vehicle wireless device 230-1 receives the same data as the information received by the second on-vehicle wireless device 230-2 from the terrestrial wireless device 100-1 (step S33).
  • the first on-vehicle wireless device 230-1 transfers the data to the first on-vehicle transmission device 250-1 (step S34).
  • the first onboard transmission device 250-1 transfers the data to the onboard server 260 (step S35).
  • the second onboard transmission device 250-2 transfers the data to the first onboard transmission device 250-1 in order to transfer the data to the onboard server 260 (step S36).
  • the first arrival data acquired from the second on-vehicle transmission device 250-2 is discarded (step S1).
  • S37 The method for determining whether the received data has already been transferred to the on-board server 260 is, for example, that the terrestrial radio apparatus 100-2 adds a sequence number that is assigned every time data is generated and transmits the data.
  • the first on-vehicle transmission device 250-1 compares the time when the terrestrial radio device 100-2 transmits data and the sequence number with the data received in the past. It is determined that the information has been transferred to the upper server 260, and the later-arrived data is discarded.
  • the train 200-1 repeats the above processing every information update cycle.
  • the terrestrial radio apparatus 100 accumulates interference information for each direction without acquiring position information of the train 200 from an external apparatus such as a GPS. Further, the terrestrial radio apparatus 100 can allocate radio resources optimal for the on-board radio apparatus 230 based on the accumulated interference information.
  • communication in directions different from directions A and B can be performed by one terrestrial radio apparatus 100 by using the information table of the attachment direction of antenna 240. For this reason, compared with installing the terrestrial radio apparatus 100 in the direction A and the direction B, the cost of the terrestrial radio apparatus 100 can be reduced.
  • an external device such as a GPS for adding the position information to the interference information is unnecessary. For this reason, cost reduction of the radio train control system 1 can be achieved.
  • the communication wireless resources are allocated with reference to the interference information, so that the quality of the communication wireless resources of the on-vehicle wireless device 230 can be evenly allocated. it can.
  • an optimal radio resource for the on-board radio device 230 is allocated, and communication is performed using the allocated radio resource, so that communication from the terrestrial radio device 100 to the on-board radio device 230 is not achieved.
  • the accompanying retransmission can be reduced. Therefore, the throughput of the radio train control system 1 can be improved.
  • the total quality value is assigned to be equal among the on-board wireless devices 230, but the same effect can be obtained even when the maximum value or the average value is used instead of the total value. It is done.
  • the terrestrial radio device 100 accumulates the interference information notified by the on-board radio device 230. However, the terrestrial radio device 100 does not accumulate the interference information.
  • a server installed at a higher level may accumulate interference information.
  • Embodiment 2 In the radio resource allocation method described in the first embodiment, radio resources are allocated so that quality values are uniform for each terrestrial radio apparatus 100.
  • in-vehicle wireless device 230 connected to a plurality of different terrestrial wireless devices 100 is mounted on one train, and in a configuration in which a redundant route is formed, the quality of wireless resources is equalized between trains. assign.
  • the component which has the same function as Embodiment 1 attaches
  • FIG. 20 is a diagram of radio resource allocation of the terrestrial radio device 100 in an area between the terrestrial radio device 100-2 and the terrestrial radio device 100-3 according to the second embodiment.
  • the diagram of FIG. 20 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • FIG. 21 is a diagram showing radio resource allocation of the terrestrial radio apparatus 100 in an area between the terrestrial radio apparatus 100-2 and the terrestrial radio apparatus 100-1 according to the second embodiment. 21 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time, as in FIG.
  • the interference level is lower in the area between the ground radio apparatus 100-2 and the ground radio apparatus 100-3 than in the area between the ground radio apparatus 100-1 and the ground radio apparatus 100-2.
  • the terrestrial radio apparatus 100 allocates radio resources to the on-board radio apparatus 230 within the information update cycle based on the situation of the interference level shown in FIGS.
  • FIG. 22 is a diagram showing a result of the terrestrial radio apparatus 100-1 according to the second embodiment assigning radio resources to the onboard radio apparatus ID10.
  • FIG. 22 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a result of allocating radio resources to the on-vehicle wireless device ID 20 and the on-vehicle wireless device ID 30 by the terrestrial wireless device 100-2 according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a result of the terrestrial radio apparatus 100-3 according to the second embodiment assigning radio resources to the on-board radio apparatus ID 40.
  • FIG. 23 is a diagram showing a result of the terrestrial radio apparatus 100-1 according to the second embodiment assigning radio resources to the onboard radio apparatus ID10.
  • FIG. 22 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • FIG. 23
  • FIG. 24 is a diagram in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating quality values of radio resources allocated to the on-vehicle radio device 230 according to the second embodiment.
  • the total value of the quality values assigned to the train 200 and the total value of the quality values assigned to the train 200 are both 18, and the radio resources between the trains are equally assigned.
  • the ground radio apparatus 100 sets and transmits train control information addressed to the on-board radio apparatus 230 for each allocated radio resource.
  • the ground radio apparatus 100 can accumulate interference information for each direction without acquiring the position information of the train 200 from an external apparatus such as GPS. Further, the terrestrial radio apparatus 100 can allocate radio resources optimal for the on-board radio apparatus 230 based on the accumulated interference information. Further, in addition to the effects obtained in the first embodiment, radio resources are equally allocated among the trains 200, so that there is no imbalance in communication quality between the trains 200, and the allocated radio resources are used. By communicating, non-delivery of communication from the ground radio apparatus 100 to the on-board radio apparatus 230 and retransmission accompanying the non-delivery can be reduced. In the present embodiment, the total quality value is assigned to be equal among the on-board wireless devices 230, but the same effect can be obtained even when the maximum value or the average value is used instead of the total value. It is done.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

本発明にかかる地上無線装置（１００）は、列車に搭載される車上無線装置と無線通信する第１の通信部（１０１）と、列車が備えるアンテナの取り付け方向を示す第１の情報を取得する構成判定部（１０４）と、アンテナにより受信された干渉信号の強度を示す第２の情報を取得する取得部（１０３）と、第１の情報および第２の情報を用いて干渉信号の存在する方向を推定し、推定した方向を用いて車上無線装置との通信に用いる無線リソースを割り当てる第１の制御部（１０２）と、を備えることを特徴とする。

Description

地上無線装置、車上無線装置、無線列車制御システム、および伝送制御方法
　本発明は、地上無線装置、車上無線装置、無線列車制御システム、および伝送制御方法に関する。
　線路の沿線に設置される地上無線装置と、線路を運行する列車の車上に搭載される車上無線装置とが相互に無線通信を行い、無線通信により伝送される情報をもとに列車の運行制御および速度制御を行う無線列車制御システムが注目されている。無線列車制御システムは、固定閉塞区間による列車運行制御方式と比べ、軌道回路が不要なことから導入コストおよびメンテナンスコストの面で有利である。固定閉塞区間による列車運行制御方式とは、列車の衝突を防ぐために設けられる閉塞区間には同時に２つ以上の列車が入らないように列車の走行を制御する方式である。また、無線列車制御システムは、固定的な区間に囚われない柔軟な閉塞区間を構築することができることから、列車の運行密度を高めることが可能となり、列車の運用コストの面からも有利である。
　地上無線装置と車上無線装置との無線通信方式に規定はないが、一般的には２．４ＧＨｚ帯の無線を用いる無線通信方式が主流である。２．４ＧＨｚ帯の無線を用いる無線通信方式は、例えば、ＩＥＥＥ（Institute　of　Electrical　and　Electronics　Engineers）８０２．１１ｂ／ｇが挙げられる。２．４ＧＨｚ帯はＩＳＭ（Industry　Science　Medical）帯とも呼ばれ、近距離無線通信システムおよ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は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＺｉｇｂｅｅ（登録商標）を用いた無線通信システムが挙げられる。ＩＳＭ帯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。このため、無線通信システムの信頼性および可用性の確保が必要である。
　無線列車制御システムの干渉源の多くは、近距離無線通信システムを利用する乗客が存在する駅ホーム内にあり、駅ホーム外の区間では干渉源が少ない。このため、干渉源による干渉は地上無線装置および車上無線装置の位置に依存することが多い。特許文献１は、移動経路上の干渉情報を取得し、無線リソースを列車などの移動体に割り当てる際に干渉の情報を参照する地上無線装置を開示する。
特表２０１５－５１７２２８号公報
　特許文献１に記載の地上無線装置は、移動体に備わるＧＰＳ（Global　Positioning　System）等の外部装置を用いて位置情報を取得し、この位置情報に対応した移動体の移動経路上の干渉情報を取得する。しかしながら、この干渉情報には移動体が干渉情報を測定するために用いるアンテナが指向する方向についての情報は付加されない。干渉は周波数およびアンテナが指向する方向によって変化するが、地上無線装置は、取得した干渉情報が移動体の位置するいずれの方向に関する干渉の情報であるかを判別することができず、干渉の状態を正確に把握できなかった。このため、地上無線装置は干渉の少ない周波数帯を選択して移動体と無線通信できず、無線列車制御システムの通信の品質が劣化する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、無線列車制御システムの通信の品質の劣化を抑制する地上無線装置を得ること目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる地上無線装置は、列車に搭載される車上無線装置と無線通信する地上通信部と、列車が備えるアンテナの取り付け方向を示す第１の情報を取得する構成判定部と、アンテナにより受信された干渉信号の強度を示す第２の情報を取得する取得部と、第１の情報および第２の情報を用いて干渉信号の存在する方向を推定し、推定した方向を用いて車上無線装置との通信に用いる無線リソースを割り当てる制御部と、を備えることを特徴とする。
　本発明にかかる地上無線装置は、無線列車制御システムの通信の品質の劣化を抑制するという効果を奏する。
実施の形態１にかかる無線列車制御システムの構成を示す図 実施の形態１にかかる地上無線装置の機能ブロックを示す図 実施の形態１にかかる列車の構成を示す図 実施の形態１にかかる車上無線装置の機能ブロックを示す図 実施の形態１にかかる車上伝送装置の機能ブロックを示す図 実施の形態１にかかる制御回路を示す図 実施の形態１にかかる車上無線装置２３０および地上無線装置１００の処理の一例を示すシーケンス図 実施の形態１にかかる干渉源による干渉レベルを示す図 実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２を中心とした通信エリアの干渉源による平均的な干渉レベルの状況を示す図 実施の形態１にかかる構成判定部が参照する列車が備えるアンテナの取り付け方向の情報テーブルの例を示す図 実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２を中心とした方向ごとの干渉情報テーブルの例を示す図 実施の形態１にかかる干渉レベルに応じた品質値の定義の例を示す図 実施の形態１にかかる地上無線装置から車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０への通信の処理を示すシーケンス図 実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２と地上無線装置１００－３との間のエリアにおける地上無線装置の無線リソースの割り当てを示す図 実施の形態１にかかる地上無線装置１００－１と地上無線装置１００－２との間のエリアにおける地上無線装置の無線リソースの割り当てを示す図 実施の形態１にかかる地上無線装置の無線リソースの割り当ての処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２が無線リソースを割り当てた結果を示す図 実施の形態１にかかる車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０の無線リソースごとの品質値を示す図 実施の形態１にかかる列車２００－１の情報転送の処理を示すシーケンス図 実施の形態２にかかる地上無線装置１００－２と地上無線装置１００－３との間のエリアにおける地上無線装置の無線リソースの割り当てを示す図 実施の形態２にかかる地上無線装置１００－２と地上無線装置１００－１との間のエリアにおける地上無線装置の無線リソースの割り当てを示す図 実施の形態２にかかる地上無線装置１００－１が車上無線装置ＩＤ１０に無線リソースを割り当てた結果を示す図 実施の形態２にかかる地上無線装置１００－２が車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０に無線リソースを割り当てた結果を示す図 実施の形態２にかかる地上無線装置１００－３が車上無線装置ＩＤ４０に無線リソースを割り当てた結果を示す図 実施の形態２にかかる車上無線装置のそれぞれ割り当てられた無線リソースの品質値を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる地上無線装置、車上無線装置、無線列車制御システム、および伝送制御方法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、実施の形態１にかかる無線列車制御システムの構成を示す図である。無線列車制御システム１は、地上無線装置１００－１と、地上無線装置１００－２と、地上無線装置１００－３と、列車２００－１と、列車２００－２とを有する。地上無線装置１００－１～１００－３のそれぞれを区別せずに示すときは、地上無線装置１００と称する。列車２００－１および列車２００－２を区別せずに示すときは、列車２００と称する。地上無線装置１００は、線路沿いに配置され列車２００と無線通信する。また地上無線装置１００は、地上サーバ３００と有線接続し通信する。地上サーバ３００は、列車制御情報および一般伝送情報を生成、取得、および管理するサーバである。列車制御情報とは、列車運行の制御に用いられる情報であり、例えば、ブレーキ指令情報、列車走行位置情報、速度情報、列車走行許可位置情報、および速度制限情報が挙げられる。一般伝送情報とは、列車制御情報以外の情報であり、例えば、空調温度情報、車内ディスプレイ表示情報、および監視カメラ映像情報が挙げられる。列車制御情報および一般伝送情報はデータとも呼ばれる。
　列車２００は、方向Ａを進行方向として走行する。方向Ａは、例えば東である。また、方向Ｂは方向Ａと逆の方向であり、例えば西である。また、列車２００は、地上無線装置１００と２．４ＧＨｚ帯の無線通信を用いて、列車制御情報および一般伝送情報を送受信する。なお、本実施の形態では、無線列車制御システム１は、地上無線装置１００が３台、列車２００が２編成で構成されているが、地上無線装置１００および列車２００の数はそれぞれ３台、２編成に限定されず、地上無線装置１００が４台以上、および列車２００が３編成以上で構成されてもよい。また、地上無線装置１００が２台、および列車２００が１編成で構成されてもよい。また、列車２００は１編成が２両で構成されているが、３両以上で構成されてもよく、１両で構成されてもよい。地上無線装置１００－１と地上無線装置１００－２との間には駅ホーム４００が設置される。駅ホーム４００の周辺には無線ＬＡＮ（Local　Area　Network）、スマートフォンなど、２．４ＧＨｚ帯の電波を発する干渉源５００が存在する。本実施の形態において干渉とは、地上無線装置１００と列車２００とがデータ送信するために使用する無線リソースと同じ無線リソースを、干渉源５００が使用して送信する信号と定義する。無線リソースとは、単位時間あたりの周波数スロットであり、詳細については後述する。干渉源５００が発する電波が地上無線装置１００と列車２００との無線通信の干渉である。
　図２は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００の機能ブロックを示す図である。地上無線装置１００は、第１の通信部１０１と、第１の制御部１０２と、取得部１０３と、構成判定部１０４と、蓄積部１０５と、第２の通信部１０６と、第１のアンテナ１０７－１と第２のアンテナ１０７－２と、分配器１０８とを備える。第１の通信部１０１は、列車２００と無線通信する。また、第１の通信部１０１は、地上通信部とも呼ばれる。第１の制御部１０２は、干渉が発生する方向を推定する。また第１の制御部１０２は、地上無線装置１００と車上無線装置２３０とが通信するときに用いる無線リソースの割り当てを行う。第１の制御部１０２は、単に制御部とも呼ばれる。取得部１０３は、列車２００が測定した干渉源５００などを要因とする干渉情報を取得する。干渉情報は、無線通信で用いる可能性のある周波数の全チャネルの干渉信号の強度を測定した情報が含まれる情報である。構成判定部１０４は、列車２００のアンテナ１０７の構成を判定する。蓄積部１０５は、取得した干渉情報を蓄積する。第２の通信部１０６は、他の地上無線装置１００と通信する。第１のアンテナ１０７－１は方向Ａを向いて設置される。第２のアンテナ１０７－２は方向Ｂを向いて設置される。第１のアンテナ１０７－１および第２のアンテナ１０７－２は分配器１０８により出力が分配されるため、第１の通信部１０１から列車２００宛に送信された情報は、方向Ａおよび方向Ｂに送信される。第１の通信部１０１が列車２００から受信する時も同様に、第１の通信部１０１が受信する情報は、第１のアンテナ１０７－１が方向Ａから受信した情報と、第２のアンテナ１０７－２が方向Ｂから受信した情報が混合されて入力される。
　図３は、実施の形態１にかかる列車２００の構成を示す図である。列車２００は、先頭車両２１０と末尾車両２２０とを有する。先頭車両２１０は列車２００が方向Ａを進行方向とした場合に先頭に配置される車両である。末尾車両２２０は列車２００が方向Ｂを進行方向とした場合に先頭に配置される車両である。列車２００の先頭車両２１０は、第１の車上無線装置２３０－１と、第３のアンテナ２４０－１と、第１の車上伝送装置２５０－１と、車上サーバ２６０と、伝送ケーブル２７０とを備える。列車２００の末尾車両２２０は、第２の車上無線装置２３０－２と、第４のアンテナ２４０－２と、第２の車上伝送装置２５０－２とを備える。第１の車上無線装置２３０－１と第２の車上無線装置２３０－２とを区別せずに示すときは車上無線装置２３０と称す。第３のアンテナ２４０－１と第４のアンテナ２４０－２とを区別せずに示すときはアンテナ２４０と称す。第１の車上伝送装置２５０－１と第２の車上伝送装置２５０－２とを区別せずに示すときは車上伝送装置２５０と称す。車上無線装置２３０は、アンテナ２４０を用いて地上無線装置１００と無線通信する。第１の車上伝送装置２５０－１と第２の車上伝送装置２５０－２とは、伝送ケーブル２７０を介して相互に接続する。車上サーバ２６０は、地上無線装置１００と列車２００との間で送受信するデータの生成および取得を行う。
　図４は、実施の形態１にかかる車上無線装置２３０の機能ブロックを示す図である。車上無線装置２３０は、第３の通信部２３１と、第２の制御部２３２と、干渉測定部２３３と、第３の制御部２３４とを備える。第３の通信部２３１は、地上無線装置１００と無線通信する。第３の通信部２３１は、車上通信部とも呼ばれる。第２の制御部２３２は、地上無線装置１００との通信の制御を行う。干渉測定部２３３は、アンテナ２４０が設置される方向の干渉信号の強度を測定する。第３の制御部２３４は車上伝送装置２５０との通信を制御する。
　図５は、実施の形態１にかかる車上伝送装置２５０の機能ブロックを示す図である。車上伝送装置２５０は、サーバ接続部２５１と、受信データ選択部２５２と、送信データ複製部２５３と、無線接続部２５４とを備える。サーバ接続部２５１は、車上サーバ２６０と接続し通信する。受信データ選択部２５２は、地上無線装置１００から複数の同一のデータを受信したとき最先のデータを選択し、車上サーバ２６０に送信する。送信データ複製部２５３は、送信データを複製し、情報更新周期内に同一のデータを複数回送信する。情報更新周期の詳細は後述する。無線接続部２５４は、車上無線装置２３０と接続し通信する。
　実施の形態１にかかる第１の通信部１０１、第１の制御部１０２、取得部１０３、構成判定部１０４、蓄積部１０５、第２の通信部１０６、第３の通信部２３１、第２の制御部２３２、干渉測定部２３３、第３の制御部２３４、サーバ接続部２５１、受信データ選択部２５２、送信データ複製部２５３、および無線接続部２５４のハードウェア構成について説明する。第１の通信部１０１、第１の制御部１０２、取得部１０３、構成判定部１０４、蓄積部１０５、第２の通信部１０６、第３の通信部２３１、第２の制御部２３２、干渉測定部２３３、第３の制御部２３４、サーバ接続部２５１、受信データ選択部２５２、送信データ複製部２５３、および無線接続部２５４は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。
　本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央演算装置）を備える制御回路であってもよい。ここでメモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。本処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合、この制御回路は例えば、図６に示す構成の制御回路６００となる。
　図６に示すように、制御回路６００は、ＣＰＵであるプロセッサ６００ａと、メモリ６００ｂとを備える。図６に示す制御回路６００により実現される場合、プロセッサ６００ａがメモリ６００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読みだして実行することにより実現される。また、メモリ６００ｂは、プロセッサ６００ａが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
　本実施の形態の無線列車制御システム１の動作について詳細に説明する。地上無線装置１００は、列車２００から線路の沿線の干渉情報を取得し、干渉情報を用いて地上無線装置１００および車上無線装置２３０に無線リソースを割り当て、割り当てられた無線リソースに基づいて地上無線装置１００と車上無線装置２３０とが通信を行う。図７は、実施の形態１にかかる車上無線装置２３０および地上無線装置１００の処理の一例を示すシーケンス図である。干渉測定部２３３は、アンテナ２４０が受信した信号の強度を用いて周期的に周囲の干渉を測定する（ステップＳ１）。車上無線装置２３０は、測定した周囲の干渉を干渉情報として第３の通信部２３１を用いて地上無線装置１００に通知する（ステップＳ２）。地上無線装置１００は取得した干渉情報を、方向ごとに蓄積し、蓄積した干渉情報を用いて干渉情報テーブルを作成する（ステップＳ３）。
　図８は、実施の形態１にかかる干渉源５００による干渉レベルを示す図である。干渉レベルとは、干渉信号の強度であり例えば、地上無線装置１００から列車２００への信号が送信されていないときの受信電力である。図８では干渉レベルが上から順に高く示されており、干渉源５００による干渉レベルが高いほど色の濃度は濃くなる。本実施の形態では、干渉レベルを図８に示す色の濃度で示す。
　図９は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２を中心とした通信エリアの干渉源５００による平均的な干渉レベルの状況を示す図である。図９（ａ）が示すように、地上無線装置１００－２の方向Ａ側には駅ホーム４００が設置されており、駅ホーム４００には干渉源５００が存在する。一方、地上無線装置１００－２の方向Ｂ側には、干渉源５００は存在しない。図９（ｂ）は、図９（ａ）の配置のときの平均的な干渉レベルの状況を示す図であり、縦軸を周波数、横軸を位置とする図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に図示される破線は、図９（ａ）および図９（ｂ）の位置関係をわかりやすくするための破線である。周波数はチャネルごとに区切られ、干渉レベルはチャネルおよび位置によって変化する。図９（ｂ）が示すように地上無線装置１００－２の方向Ａには高い干渉レベルの干渉が多く発生している。方向Ｂには中レベルの干渉レベルの干渉が発生している。地上無線装置１００－２を中心とした方向Ａおよび方向Ｂの干渉を比較すると方向Ａが方向Ｂよりも干渉レベルが高い。
　図１０は、実施の形態１にかかる構成判定部１０４が参照する列車２００が備えるアンテナの取り付け方向の情報テーブルの例を示す図である。アンテナの取り付け方向の情報テーブルは、例えば、地上サーバ３００によって管理され、地上サーバ３００の管理者によって作成、更新される。また、構成判定部１０４は、地上サーバ３００からアンテナの取り付け方向の情報テーブルを取得する。アンテナの取り付け方向の情報テーブルは第１の情報とも呼ばれる。アンテナ取り付け方向の情報テーブルは、車上無線装置２３０のＩＤ（IDentification）とアンテナ方向とを含む。本実施の形態では、列車２００－１の第１の車上無線装置２３０－１のＩＤを１０、列車２００－１の第２の車上無線装置２３０－２のＩＤを２０、列車２００－２の第１の車上無線装置２３０－１のＩＤを３０、および列車２００－２の第２の車上無線装置２３０－２のＩＤを４０と設定する。また以後、単に車上無線装置ＩＤ１０と記載される場合、これは車上無線装置ＩＤが１０である車上無線装置を示すものとする。アンテナ方向は、アンテナ２４０が方向Ａまたは方向Ｂのどちらかを向いているかを示す。
　図１０は、例えば、車上無線装置ＩＤ１０と接続するアンテナは方向Ａを向いており、車上無線装置ＩＤ２０と接続するアンテナは方向Ｂを向いていることを示す。また、地上無線装置１００は、アンテナ取り付け方向の情報テーブルを参照することで、地上無線装置１００を中心とした方向Ａおよび方向Ｂごとに干渉情報を蓄積する。また、地上無線装置１００は、車上無線装置２３０の位置を把握することができる。例えば、地上無線装置１００－２は、車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０と通信している。車上無線装置ＩＤ２０のアンテナ取り付け方向は方向Ｂであるため、アンテナ取り付け方向が方向Ｂであるということは、車上無線装置ＩＤ２０は方向Ａに位置するということがわかる。このように、第１の制御部１０２は、アンテナ取り付け方向の情報テーブルを参照することで、車上無線装置２３０の位置を把握することができる。
　図１１は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２を中心とした方向ごとの干渉情報テーブルの例を示す図である。干渉情報テーブルは干渉測定部２３３が測定した干渉情報を用いて作成される。干渉情報テーブルは、方向Ａと方向Ｂとを含み、方向Ａおよび方向Ｂそれぞれのチャネルごとの干渉信号の強度を示す。干渉信号の強度は第２の情報とも呼ばれる。例えば、方向Ａのチャネル３では、干渉信号の強度が－６０ｄＢｍである。方向Ｂのチャネル３では、干渉信号の強度が－９０ｄＢｍである。つまり方向Ｂのチャネル３の方が方向Ａのチャネル３よりも干渉レベルが低い。蓄積部１０５は、複数の車上無線装置２３０から報告された情報を蓄積する。第１の制御部１０２は、アンテナ取り付け方向の情報テーブルを参照して、受信した干渉情報の送信元の車上無線装置ＩＤに対応するアンテナの方向を求める。第１の制御部１０２は、求めた方向ごとに、干渉情報テーブルに、干渉情報を、該干渉情報を受信したチャネルに対応するチャネルの干渉情報として格納する。なお、干渉情報テーブルは、時間帯ごとの変化を反映させるために時間帯ごとに異なるものにしてもよい。また、干渉情報テーブルは、新しい情報を優先するために、一定期間経過後に削除してもよい。
　地上無線装置１００と車上無線装置２３０との無線通信による情報の送受信の動作について説明する。地上無線装置１００と車上無線装置２３０との無線通信は単位時間ごとに周波数チャネルを切り替える周波数ホッピング方式を用いて通信する。周波数ホッピング方式は、ある一定の周期で搬送波の周波数を切り替えて通信を行う方式である。周波数ホッピング方式を用いることにより、周波数を切り替えることで干渉源５００が周囲に存在していても、干渉の影響を少なくすることができる。本実施の形態では、地上無線装置１００が車上無線装置２３０との通信に使用する無線リソースは、地上無線装置１００間で重複しないようにあらかじめ決められているものとする。地上無線装置１００は、利用可能な無線リソースを、地上無線装置１００と接続して通信する車上無線装置２３０との通信に割り当てる。地上無線装置１００から車上無線装置２３０へ送信されるデータには、ヘッダと呼ばれる情報の冒頭部分に宛先となる車上無線装置２３０の識別子が設定されており、車上無線装置２３０は、受信した情報のうちヘッダを参照することで、宛先を確認することができる。
　図１２は、実施の形態１にかかる干渉レベルに応じた品質値の定義の例を示す図である。干渉は受信地点での干渉レベルが高い場合に通信の影響として現れる。図１２では、干渉が多い、つまり干渉レベルが高い周波数帯は品質が低いとし、干渉レベルが高い周波数帯の品質値を１と定義する。また、干渉が多くも少なくもない中間の周波数帯は品質が中程度とし、品質値を２と定義する。また、干渉が少ない、つまり干渉レベルが低い周波数帯は品質が高いとし、干渉レベルが低い周波数帯の品質値を３と定義する。干渉レベルが高い周波数帯とは、例えば、信号の強度が－４０ｂＢｍ以上の周波数帯である。干渉レベルが低い周波数帯とは、例えば、信号の強度が－８０ｂＢｍ以下の周波数帯である。このように、図１２のように干渉レベルに応じた品質値を定義することで、地上無線装置１００は車上無線装置２３０が位置する方向に応じて、干渉が少ない無線リソースを割り当てることができる。
　地上無線装置１００と車上無線装置２３０とが通信する処理について説明する。図１３は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２から車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０への通信の処理を示すシーケンス図である。地上無線装置１００－２は、地上サーバ３００から列車２００－１宛ての送信情報を取得する（ステップＳ１１）。また、地上無線装置１００－２は、地上サーバ３００から列車２００－２宛ての送信情報を取得する（ステップＳ１２）。地上無線装置１００－２は、車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０に対して列車制御情報を送信する際に使用する無線リソースの割り当てを行う（ステップＳ１３）。地上無線装置１００－２は、割り当てた無線リソースを用いて車上無線装置ＩＤ２０にデータを送信する（ステップＳ１４）。また、地上無線装置１００－２は、割り当てた無線リソースを用いて車上無線装置ＩＤ３０にデータを送信する（ステップＳ１５）。
　無線リソースの割り当てについて説明する。図１４は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２と地上無線装置１００－３との間のエリアにおける地上無線装置１００の無線リソースの割り当てを示す図である。図１４は、縦軸を周波数とし、横軸を時間とする図である。縦軸の周波数はチャネルごとに区切られる。横軸の時間は周波数スロットごとに区切られる。また、本実施の形態では情報更新周期を８つの周波数スロットに区切り、時間経過の順にそれぞれＩＤを振る。横軸の下に記載される数字が周波数スロットのＩＤである。また、縦軸と横軸とで囲われた範囲に記載される数字は、この無線リソースに割り当てられる地上無線装置１００のＩＤである。図１４には、地上無線装置１００のＩＤを地上無線装置１００それぞれの符号として示す。図１５は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００－１と地上無線装置１００－２との間のエリアにおける地上無線装置１００の無線リソースの割り当てを示す図である。ここで、地上無線装置１００から車上無線装置２３０へ送信する情報は、情報更新周期を単位期間としており、情報更新周期内は同じ情報を複数回送信することで無線区間での冗長性を確保する。地上無線装置１００は無線リソースの割り当て時に、情報更新周期の期間において、地上無線装置１００が接続する車上無線装置２３０に割り当てる無線リソースの品質値の合計値が均等になるよう割り当てる。
　地上無線装置１００の無線リソースの割り当ての処理について説明する。図１６は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００の無線リソースの割り当ての処理を示すフローチャートである。無線リソースを割り当てていない未割当送信データがあり（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、割り当てられていない無線リソースがある場合（ステップＳ２２，Ｙｅｓ）、第１の制御部１０２は、割り当てられていない無線リソースを品質値の高い順にソートする（ステップＳ２３）。無線リソースを割り当てていない未割当送信データがない場合（ステップＳ２１，Ｎｏ）、または割り当ててない無線リソースがない場合（ステップＳ２２，Ｎｏ）、処理は終了する。第１の制御部１０２は、同一情報更新周期内で無線リソースの品質値の合計値が最も低く、無線リソースが割り当てられていない車上無線装置２３０を抽出する（ステップＳ２４）。第１の制御部１０２は、抽出した車上無線装置２３０に、割り当てられていない無線リソースの中で品質値が最も高い無線リソースを割り当てる（ステップＳ２５）。第１の制御部１０２は、割り当てた無線リソースを割り当て済みに更新し、車上無線装置２３０ごとの品質値の合計値を更新する（ステップＳ２６）。
　図１７は、実施の形態１にかかる地上無線装置１００－２が無線リソースを割り当てた結果を示す図である。図１７（ａ）は地上無線装置１００－２の方向Ｂの品質値の情報を示す図である。図１７（ａ）の方向Ｂの品質値は、図１４に示される地上無線装置１００－２に割り当てられている無線リソースを抽出し、品質値ごとおよびスロットＩＤごとに並べ替えたものである。図１７（ｂ）は地上無線装置１００－２の方向Ａの品質値の情報を示す図である。図１７（ｂ）の方向Ａの品質値は、図１５に示される地上無線装置１００－２に割り当てられている無線リソースを抽出し、品質値ごとおよびスロットＩＤごとに並べ替えたものである。
　図１７（ｃ）は、地上無線装置１００－２に割り当てられる無線リソースをどの車上無線装置２３０との通信に用いるかを示す図である。第１の制御部１０２は、品質値が高い順に無線リソースを割り当てる。図１７（ｃ）に示すように地上無線装置１００－２の方向Ｂは、品質値が高い無線リソースが多いため、品質値が高い無線リソースが優先的に割り当てられる。一方、地上無線装置１００－２の方向Ａは、品質値が高い無線リソースが少ないため、品質値が高い無線リソースが割り当てられた後、品質値が低い無線リソースが割り当てられる。また、方向Ｂでは、地上無線装置１００－２は車上無線装置ＩＤ３０と通信するため、方向Ｂの無線リソースを用いる場合には、図１７（ｃ）のスロットＩＤの列には３０が記載される。同様に、方向Ａでは、地上無線装置１００－２は車上無線装置ＩＤ２０と通信するため、方向Ａの無線リソースを用いる場合には、図１７（ｃ）のスロットＩＤの列には２０が記載される。
　図１８は、実施の形態１にかかる車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０の無線リソースごとの品質値を示す図である。図１７の無線リソースの割り当ての結果、地上無線装置１００が車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０に割り当てた無線リソースの品質値の合計値はともに９となる。結果、地上無線装置１００に接続する車上無線装置２３０間の無線リソースが均等に割り当てられた。地上無線装置１００は、割り当てた無線リソースを用いてそれぞれの車上無線装置２３０宛てに列車制御情報を送信する。
　列車２００の受信処理について説明する。図１９は、実施の形態１にかかる列車２００－１の情報転送の処理を示すシーケンス図である。第２の車上無線装置２３０－２は地上無線装置１００－２からデータを受信する（ステップＳ３１）。第２の車上無線装置２３０－２は、第２の車上伝送装置２５０－２にデータを転送する（ステップＳ３２）。同様に、第１の車上無線装置２３０－１は、地上無線装置１００－１から第２の車上無線装置２３０－２が受信した情報と同一のデータを受信する（ステップＳ３３）。第１の車上無線装置２３０－１は、データを第１の車上伝送装置２５０－１に転送する（ステップＳ３４）。第１の車上伝送装置２５０－１は、データを車上サーバ２６０に転送する（ステップＳ３５）。第２の車上伝送装置２５０－２は、データを車上サーバ２６０に転送するために、第１の車上伝送装置２５０－１にデータを転送する（ステップＳ３６）。しかし、第１の車上伝送装置２５０－１は、すでに同じデータを車上サーバ２６０に転送しているため、第２の車上伝送装置２５０－２から取得した後着データを破棄する（ステップＳ３７）。受信したデータがすでに、車上サーバ２６０に転送済みであるかを判断する方法は、例えば、地上無線装置１００－２は、データを生成するごとに採番されるシーケンス番号をデータに加えて送信し、第１の車上伝送装置２５０－１は、地上無線装置１００－２がデータを送信した時間と、シーケンス番号とを過去に受信したデータと比較し、これらが同じであれば、すでに車上サーバ２６０に転送した情報であると判断し、後着したデータを破棄する。列車２００－１は、以上の処理を情報更新周期ごとに繰り返し実施する。
　以上説明したように、地上無線装置１００は、ＧＰＳなどの外部装置から列車２００の位置情報を取得することなく、干渉情報を方向ごとに蓄積した。また、地上無線装置１００は、蓄積した干渉情報をもとに車上無線装置２３０にとって最適な無線リソースを割り当てることができる。また、本実施の形態では、アンテナ２４０の取り付け方向の情報テーブルを用いることで方向Ａおよび方向Ｂの異なる方向の通信を１つの地上無線装置１００でできる。このため、方向Ａおよび方向Ｂでそれぞれ地上無線装置１００を設置することに比べ、地上無線装置１００の低コスト化が図れる。また、無線列車制御システム１は、列車２００の位置情報を用いないため、干渉情報に位置情報を付与するためのＧＰＳ等の外部装置が不要である。このため、無線列車制御システム１の低コスト化が図れる。
　また、地上無線装置１００が複数の車上無線装置２３０と接続する場合、干渉情報を参照して通信無線リソースを割り当てることで、車上無線装置２３０の通信無線リソースの品質が均等に割り当てることができる。また、車上無線装置２３０にとって最適な無線リソースが割り当てられ、割り当てられた無線リソースを用いて通信することで、地上無線装置１００から車上無線装置２３０への通信の不達や、不達に伴う再送を低減することができる。よって、無線列車制御システム１のスループットを向上することができる。また、本実施の形態では、品質値の合計値が車上無線装置２３０の間で均等になるよう割り当てたが、合計値の代わりに最大値または平均値を用いた場合でも同様の効果が得られる。なお、本実施の形態では、車上無線装置２３０が通知した干渉情報を地上無線装置１００が蓄積していたが、地上無線装置１００が蓄積するのではなく、地上無線装置１００の上位にサーバを設置し、上位に設置されたサーバが干渉情報を蓄積するとしてもよい。
実施の形態２．
　実施の形態１で説明した無線リソース割り当て方法は、地上無線装置１００ごとに品質値が均等になるように無線リソースを割り当てていた。本実施の形態では、一つの列車に複数の異なる地上無線装置１００と接続する車上無線装置２３０が搭載され、冗長経路を形成する構成において、列車間で無線リソースの品質が均等になるように割り当てる。なお、実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
　本実施の形態にかかる地上無線装置１００の無線リソース割り当て方法について説明する。図２０は、実施の形態２にかかる地上無線装置１００－２と地上無線装置１００－３との間のエリアにおける地上無線装置１００の無線リソースの割り当てを示す図である。図２０の図は、縦軸を周波数とし、横軸を時間とする図である。図２１は、実施の形態２にかかる地上無線装置１００－２と地上無線装置１００－１との間のエリアにおける地上無線装置１００の無線リソースの割り当てを示す図である。図２１の図は、図２０と同様に縦軸を周波数とし、横軸を時間とする図である。地上無線装置１００－２と地上無線装置１００－３との間のエリアの方が地上無線装置１００－１と地上無線装置１００－２との間のエリアよりも干渉レベルが低いことがわかる。地上無線装置１００は、図２０および図２１の干渉レベルの状況に基づいて、情報更新周期内で無線リソースを車上無線装置２３０に割り当てる。
　図２２は、実施の形態２にかかる地上無線装置１００－１が車上無線装置ＩＤ１０に無線リソースを割り当てた結果を示す図である。図２２は、縦軸を周波数とし、横軸を時間とする図である。図２３は、実施の形態２にかかる地上無線装置１００－２が車上無線装置ＩＤ２０および車上無線装置ＩＤ３０に無線リソースを割り当てた結果を示す図である。図２３は、縦軸を周波数とし、横軸を時間とする図である。図２４は、実施の形態２にかかる地上無線装置１００－３が車上無線装置ＩＤ４０に無線リソースを割り当てた結果を示す図である。図２４も図２３と同様に、縦軸を周波数とし、横軸を時間とする図である。図２５は、実施の形態２にかかる車上無線装置２３０のそれぞれ割り当てられた無線リソースの品質値を示す図である。図２５では、列車２００に割り当てた品質値の合計値、および列車２００に割り当てた品質値の合計値はともに１８となり、列車間の無線リソースが均等に割り当てられた。地上無線装置１００は、それぞれ割り当てた無線リソースに対して車上無線装置２３０宛の列車制御情報を設定し送信する。
　以上説明したように本実施の形態では、地上無線装置１００はＧＰＳ等の外部装置から列車２００の位置情報を取得することなく、干渉情報を方向ごとに蓄積することができる。また、地上無線装置１００は、蓄積した干渉情報をもとに車上無線装置２３０にとって最適な無線リソースを割り当てることができる。また、実施の形態１で得られる効果に加え、列車２００の間で無線リソースが均等に割り当てられるため、列車２００の間で通信の質に不均衡が生じず、割り当てられた無線リソースを用いて通信することで、地上無線装置１００から車上無線装置２３０への通信の不達や、不達に伴う再送を低減することができる。また、本実施の形態では、品質値の合計値が車上無線装置２３０の間で均等になるよう割り当てたが、合計値の代わりに最大値または平均値を用いた場合でも同様の効果が得られる。
　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。
　１　無線列車制御システム、１０，２０，３０，４０　車上無線装置ＩＤ、１００，１００－１，１００－２，１００－３　地上無線装置、１０１　第１の通信部、１０２　第１の制御部、１０３　取得部、１０４　構成判定部、１０５　蓄積部、１０６　第２の通信部、１０７－１　第１のアンテナ、１０７－２　第２のアンテナ、１０８　分配器、２００，２００－１，２００－２　列車、２１０　先頭車両、２２０　末尾車両、２３０　車上無線装置、２３０－１　第１の車上無線装置、２３０－２　第２の車上無線装置、２３１　第３の通信部、２３２　第２の制御部、２３３　干渉測定部、２３４　第３の制御部、２４０　アンテナ、２４０－１　第３のアンテナ、２４０－２　第４のアンテナ、２５０　車上伝送装置、２５０－１　第１の車上伝送装置、２５０－２　第２の車上伝送装置、２５１　サーバ接続部、２５２　受信データ選択部、２５３　送信データ複製部、２５４　無線接続部、２６０　車上サーバ、２７０　伝送ケーブル、３００　地上サーバ、４００　駅ホーム、５００　干渉源、６００　制御回路、６００ａ　プロセッサ、６００ｂ　メモリ。

Claims (8)

  1. 　列車に搭載される車上無線装置と無線通信する地上通信部と、
    　前記列車が備えるアンテナの取り付け方向を示す第１の情報を取得する構成判定部と、
    　前記アンテナにより受信された干渉信号の強度を示す第２の情報を取得する取得部と、
    　前記第１の情報および前記第２の情報を用いて前記干渉信号の存在する方向を推定し、推定した方向を用いて前記車上無線装置との通信に用いる無線リソースを割り当てる制御部と、
    　を備えることを特徴とする地上無線装置。
  2. 　前記制御部は、
    　前記列車を制御するための情報を繰り返し送信する期間において、複数の前記車上無線装置との通信に用いる前記無線リソースに対応する品質が、複数の前記車上無線装置の間で均等になるように前記第１の情報および前記第２の情報を用いて前記無線リソースを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の地上無線装置。
  3. 　前記制御部は、
    　前記列車を制御するための情報を繰り返し送信する期間において、複数の前記車上無線装置との通信に用いる前記無線リソースに対応する品質が、複数の前記列車の間で均等になるように前記第１の情報および前記第２の情報を用いて前記無線リソースを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の地上無線装置。
  4. 　列車に搭載され、請求項１から３のいずれか１つに記載の地上無線装置と通信可能な車上無線装置であって、
    　前記列車の周囲の干渉信号の強度を示す第２の情報を測定する干渉測定部と、
    　前記第２の情報を前記地上無線装置へ通知する車上通信部と、
    　を備えることを特徴とする車上無線装置。
  5. 　複数の請求項１から３のいずれか１つに記載の地上無線装置と、
    　複数の請求項４に記載の車上無線装置と、
    　を有することを特徴とする無線列車制御システム。
  6. 　列車に搭載される車上無線装置と無線通信する第１のステップと、
    　前記列車が備えるアンテナの取り付け方向を示す第１の情報を取得する第２のステップと、
    　前記アンテナにより受信された干渉信号の強度を示す第２の情報を取得する第３のステップと、
    　前記第１の情報および前記第２の情報を用いて前記干渉信号の存在する方向を推定し、推定した方向を用いて前記車上無線装置との通信に用いる無線リソースを割り当てる第４のステップと、
    　を含むことを特徴とする伝送制御方法。
  7. 　前記列車を制御するための情報を繰り返し送信する期間において、複数の前記車上無線装置との通信に用いる前記無線リソースに対応する品質が、複数の前記車上無線装置の間で均等になるように前記第１の情報および前記第２の情報を用いて前記無線リソースを割り当てる第５のステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の伝送制御方法。
  8. 　前記列車を制御するための情報を繰り返し送信する期間において、複数の前記車上無線装置との通信に用いる前記無線リソースに対応する品質が、複数の前記列車の間で均等になるように前記第１の情報および前記第２の情報を用いて前記無線リソースを割り当てる第６のステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の伝送制御方法。
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