(57)【要約】  路線に沿って設けられる１以上の基地局と、基地局ごとにその基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、基地局ごとに通信可能なゾーンが設定されて路線を運行する移動体に対して無線通信を行う無線設備における故障箇所を検知する故障判定方法は、運行中の移動体において、アンテナから放射される信号の強度を基地局からの求めに応じて測定することと、測定した結果を基地局へ送信することと、基地局ごとに複数回受信したその基地局についての測定結果に基づいて故障判定を行うことと、を有する。
2016139982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、前記基地局ごとに当該基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、基地局ごとに通信可能なゾーンが設定されて前記路線を運行する移動体に対して無線通信を行う無線設備における故障箇所を検知する故障判定方法であって、
運行中の移動体において、前記アンテナから放射される信号の強度を前記基地局からの求めに応じて測定し、
前記測定した結果を前記基地局へ送信し、
基地局ごとに複数回受信した当該基地局についての測定結果に基づいて故障判定を行う、故障判定方法。
【請求項２】
前記基地局は、当該基地局の前記ゾーン内に存在する前記移動体に対して周期的に電界強度要求を送信し、
前記電界強度要求を受信するごとに、前記移動体は、当該受信したときの前記信号の強度の測定値を前記基地局に報告し、
前記基地局ごとに、前記移動体から報告された複数の測定値に基づいて当該基地局に関連する故障判定を行う、請求項１に記載の故障判定方法。
【請求項３】
前記報告された複数の測定値における最大値と基準値との差の絶対値がしきい値を超えるときに、故障であると判定する、請求項２に記載の故障判定方法。
【請求項４】
前記報告された複数の測定値における最小値と基準値との差の絶対値がしきい値を超えるときに、故障であると判定する、請求項２に記載の故障判定方法。
【請求項５】
前記基地局が前記電界強度要求を送信してから、受信しきい値時間を経過しても前記移動体からの前記報告を受信しない場合に、前記移動体が当該基地局の前記ゾーンの外に出たものと判断し、当該判断を行う前に当該移動体から受信した前記報告に基づいて前記故障判定を行う、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の故障判定方法。
【請求項６】
前記路線は列車軌道であり、前記移動体は列車であり、前記列車の営業運転中に前記電界強度の測定と前記故障判定を行う、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の故障判定方法。
【請求項７】
路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムであって、
路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、前記基地局ごとに当該基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、前記基地局ごとに通信可能なゾーンが設定されて前記路線を運行する移動体に対する無線通信を行う地上設備と、
前記移動体に設けられる車上設備と、
を備え、
前記車上装置は、前記アンテナから放射される信号の強度を前記基地局からの求めに応じて測定し、測定結果を基地局に送信する車上制御部を備え、
前記基地局は、当該基地局についての複数回の前記測定結果に基づいて故障判定を行う、移動体通信システム。
【請求項８】
前記基地局は、当該基地局の前記ゾーン内に存在する前記移動体に対して周期的に電界強度要求を送信し、前記移動体から報告された複数の測定値に基づいて当該基地局に関連する故障判定を行い、
前記電界強度要求を受信するごとに、前記移動体は、当該受信したときの前記信号の強度の測定値を前記基地局に報告する、請求項７に記載の移動体通信システム。
【請求項９】
前記基地局は、
最大値を格納するための記憶部と、
前記測定値が報告されるたびに前記記憶部に格納された前記最大値と比較して前記最大値を更新し、一連の前記測定値の報告が終わったのちに前記記憶部に格納された前記最大値と基準値との差の絶対値がしきい値を超えるときに故障であると判定する制御部と、
を備える、請求項８に記載の移動体通信システム。
【請求項１０】
前記基地局は、
最小値を格納するための記憶部と、
前記測定値が報告されるたびに前記記憶部に格納された前記最小値と比較して前記最小値を更新し、一連の前記測定値の報告が終わったのちに前記記憶部に格納された前記最小値と基準値との差の絶対値がしきい値を超えるときに故障であると判定する制御部と、
を備える、請求項８に記載の移動体通信システム。
【請求項１１】
前記基地局は、前記電界強度要求を送信してから受信しきい値時間を経過しても前記移動体からの前記報告を受信しない場合に、前記移動体が当該基地局の前記ゾーンの外に出たものと判断し、当該判断を行う前に当該移動体から受信した前記報告に基づいて前記故障判定を行う、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の移動体通信システム。
【請求項１２】
前記路線は列車軌道であり、前記移動体は列車であり、前記列車の営業運転中に前記電界強度の測定と前記故障判定を行う、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の移動体通信システム。
【請求項１３】
路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、前記基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、を備える地上設備との間で無線通信を行う、前記路線を運行する移動体に設けられる車上装置であって、
前記基地局から電界強度要求を受信したときに前記アンテナから放射される信号の強度を測定する強度測定部と、
前記強度測定部での測定結果を前記電界強度要求に対する返信として前記基地局に送信する情報返信部と、
を備える車上装置。
【請求項１４】
前記路線に沿って設置されたアンテナが接続し、前記路線を運行する移動体との間で前記アンテナを介して無線通信を行う基地局であって、
記憶部と、
前記アンテナを介して前記移動体に対して電界強度要求を送信し、前記電界強度要求に対する前記移動体からの返信を受信し、前記返信に含まれる電界強度についての測定結果を前記記憶部に格納し、複数の前記測定結果に基づいて前記基地局に関連する故障判定を行う制御部と、
を有する基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線設備における故障や障害を検知する技術に関し、特に、列車軌道や道路などの路線上を運行する車両等の移動体に対して無線通信を行う無線設備における故障や障害を検知して障害箇所を特定する故障判定方法と、そのような故障判定方法を実行可能な移動体無線通信システムと、このような移動体無線システムを構成する車上装置及び基地局とに関する。
【背景技術】
【０００２】
列車軌道上を運行する列車と地上の例えば運転指令室との間での無線通信を可能にするために、移動体通信システムの一種である列車無線システムが設けられる。列車軌道は、巨視的には１本の線と考えることができ、複線区間において運転方向ごとに区別する必要があるときには近接した２本の線として考えることができるから、列車無線システムは、このような線で表される領域を対象とすればよいものと考えられる。そのため、列車無線システムは、列車軌道に近接しかつ列車軌道に沿うように漏えい同軸ケーブル（ＬＣＸ；Leaky Coaxial cable）などの長尺のアンテナを設置し、このアンテナに基地局を接続し、一方列車には車上装置を配置することによって構成されるのが一般的である。ＬＣＸは、leaky feeder（漏えい給電線）なとども呼ばれる。ＬＣＸを用いた列車無線システムでは、列車軌道沿いに設置されたＬＣＸをから漏洩してきた電波を列車側（すなわち車上装置）で受信して、地上側と列車との間で交信することが可能になる。ＬＣＸは、携帯電話サービスの提供に際してトンネルなど電波が届かない不感地帯対策としても用いられるものでもある。なお、列車軌道の地理的な配置などによっては、面として広がりを有する領域を対象とするような列車無線システムを設けることもある。【０００３】
この種の移動体通信システムは、路線が長大である場合には、路線に沿って数ｋｍ間隔で基地局を配置した上で、基地局ごとにＬＣＸを接続し、複数の基地局と中央制御装置とを有線ケーブルで接続し、中央制御装置において複数の基地局を統括するようにして構成される。基地局の間隔が１本のＬＣＸでカバーできる区間の長さよりも長い場合には、路線に沿って複数本のＬＣＸを配置した上で、各ＬＣＸと基地局の間を中継用のケーブルで接続することも行われている。【０００４】
列車無線システムに代表される移動体通信システムを安定して稼働させるためには、ＬＣＸやＬＣＸに接続する基地局での故障や障害の発生を速やかに検知し、その障害箇所を特定することが必要である。しかしながらこれらの故障や障害の検知し障害箇所を特定するためには、一般に、現場調査が必要であり、これには莫大なコストと時間を要する。特許文献１には、ＬＣＸにおける初期段階の亀裂や破断等の位置を精度よく検出する方法として、ループアンテナからなる検知センサをＬＣＸに沿って移動させ、漏洩する磁界強度あるいは電界強度から障害を検出することが開示されている。特許文献１に示される方法は、調査員がループアンテナを手に持って移動するなどの必要があり、結局は、調査員による現場調査が必要となる。【０００５】
特許文献２は、道路等に沿って敷設されたＬＣＸなどの伝送線路における故障検出を行う方法であって、ネットワークにより複数の地上局（すなわち基地局）同士の相互の通信を可能とし、かつ各地上局において隣接する地上局の出力電波を監視する故障検地部を設け、伝送線路における特に伝送損失の変化に基づいて故障を検出する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５９７１６号公報
【特許文献２】特開２０００−０４９６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、路線に沿って設置されたアンテナと複数の基地局とからなる無線設備を有する移動体通信システムでは、地上の無線設備の故障や障害を検知し障害箇所を特定するために現場調査が必要であって、莫大なコストと時間を要するという課題がある。【０００８】
本発明の目的は、設置場所の隅々までの調査員による調査を必要とせずに、路線上での移動体の運行を維持したまま無線設備の運用中に故障判定を行い、無線設備における故障や障害を検知し障害箇所を特定できる方法及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の故障判定方法は、路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、基地局ごとにその基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、基地局ごとに通信可能なゾーンが設定されて路線を運行する移動体に対して無線通信を行う無線設備における故障箇所を検知する方法であって、運行中の移動体において、アンテナから放射される信号の強度を基地局からの求めに応じて測定し、測定した結果を基地局へ送信し、基地局ごとに複数回受信したその基地局についての測定結果に基づいて故障判定を行う。【００１０】
本発明の移動体通信システムは、路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムであって、路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、基地局ごとにその基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、基地局ごとに通信可能なゾーンが設定されて路線を運行する移動体に対する無線通信を行う地上設備と、移動体に設けられる車上設備と、を備え、車上装置は、アンテナから放射される信号の強度を基地局からの求めに応じて測定し、測定結果を基地局に送信する車上制御部を備え、基地局は、その基地局についての複数回の測定結果に基づいて故障判定を行う。【００１１】
本発明の車上装置は、路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、を備える地上設備との間で無線通信を行う、路線を運行する移動体に設けられる車上装置であって、基地局から電界強度要求を受信したときにアンテナから放射される信号の強度を測定する強度測定部と、強度測定部での測定結果を電界強度要求に対する返信として基地局に送信する情報返信部と、を備える。【００１２】
本発明の基地局は、路線に沿って設置されたアンテナが接続し、路線を運行する移動体との間でアンテナを介して無線通信を行う基地局であって、記憶部と、アンテナを介して移動体に対して電界強度要求を送信し、電界強度要求に対する移動体からの返信を受信し、返信に含まれる電界強度についての測定結果を記憶部に格納し、複数の測定結果に基づいて基地局に関連する故障判定を行う制御部と、を有する。【００１３】
本発明によれば、設置場所の隅々までの調査員による調査を必要とせずに、路線上での移動体の運行を維持したまま無線設備の運用中に故障判定を行って障害箇所を特定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の一形態の障害検知方法が適用される列車無線システムの構成を示す図である。
【図２】基地局の構成を示すブロック図である。
【図３】車上装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】電界強度要求の送信タイミングを示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施の一形態の故障判定方法を説明するフローチャートである。
【図６】別の実施形態の故障判定方法を説明するフローチャートである。
【図７】電界強度要求の送信周期を１秒としたときの測定精度を説明する図である。
【図８】電界強度要求の送信周期を２９７ミリ秒としたときの測定精度を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態の方法が適用される移動体通信システムを示している。ここでは、路線１が鉄道であってその列車軌道上を例えば所定の運行計画（すなわち列車運行ダイヤグラム）にしたがって列車２が運行しており、路線１上の列車２に対して無線通信を行うものとする。図１では、路線１上での位置に応じて、列車２に対して２ａ，２ｂあるいは２ｃの符号が与えられている。本実施形態の移動体通信システムは、移動体が列車である列車無線システムとして構築されていることになる。なお、鉄道や軌道を対象とした列車無線システムと同様の移動体通信システムは、例えば、専用道路や一般道路を利用するバス交通（一例として、ＢＲＴ（バス・ラピッド・トランジット；Bus Rapid Transit）システム）などに対しても適用することができる。そこで、本明細書では、鉄道及び軌道における列車軌道、索道、案内軌条、道路などを総称して路線と呼ぶこととしている。本実施形態の移動体通信システムは、路線が鉄道であって移動体が列車である場合に限定されるものではない。例えば、路線が専用道路であって移動体がその専用道路上を運行するバスである場合にもこの移動体通信システムを適用することができる。また、列車には、複数の鉄道車両を連結して構成されたもののほか、単一の鉄道車両からなるものも含まれる。
【００１７】
列車無線システムは、大別すると、地上設備と車上装置２０とからなる。車上装置２０は、各列車２に設けられる無線設備であって、地上設備との間で電波により情報の交換を行うものである。車上装置２０は車上局とも呼ばれるものであり、例えば、列車編成において運転台ごとに設けられている。列車が固定編成のものである場合には、１編成につき１組の車上装置２０を設けるようにしてもよい。地上設備と車上装置２０はいずれも無線設備であるが、本実施形態の移動体通信システムは、特に、地上設備における故障や障害の発生を検知し、障害箇所を容易に特定できるようにしたものである。
【００１８】
地上設備は、中央制御装置１４と、路線１に沿って配置された１または複数の基地局（ＢＳ）１１とを備え、中央制御装置１４と各基地局１１との間は有線ケーブル１５で接続されている。各基地局１１には、同軸ケーブル１２を介して漏えい同軸ケーブル（ＬＣＸ）１３が接続されている。ＬＣＸ１３及び有線ケーブル１５も地上設備を構成するが、特に本実施形態では、地上設備における障害として、基地局１１あるいはＬＣＸ１３における障害を検知するものとする。ＬＣＸ１３は、移動体である列車２に対して電波を送受信するアンテナとして機能するものであり、区間ごとに、当該区間内で路線１に沿って設置されている。中央制御装置は、複数の基地局１１の全体を統括する制御装置であって、運転指令室１６から、列車運行を管理する運転指令あるいは鉄道設備を統括する設備指令によって操作されるようになっている。また、故障判定の結果は、中央制御装置１４から運転指令室１６に通知される。
【００１９】
各基地局１１は、それ接続するＬＣＸ１３を介して路線１上の列車２と無線通信を行う。各基地局１１が無線通信可能な範囲をゾーンＺと呼ぶ。図では、ｎ番目の基地局１１（すなわち基地局＃ｎ）のゾーンＺが示されている。この移動体通信システムでは、各基地局ごとのゾーンはその外縁部で相互に重畳しており、路線１上を運行する列車２がその運行中、少なくとも１つの基地局１１と交信できるようになっている。図１において列車２ａは、ゾーンＺに入線しようとしている列車であり、列車２ｂはゾーンＺ内に在線中の列車であり、列車２ｃはゾーンＺから外に出ようとしている列車である。本実施形態において基地局１１は、列車２ａ，２ｂ，２ｃに対して電界強度の測定を要求し、測定された電界強度の値を各列車２ａ，２ｂ，２ｃから取得する。
【００２０】
図２は、基地局１１の構成の一例を示している。基地局１１は、中央制御装置１４によって制御されるものであって、同軸ケーブル１２を介して接続されるＬＣＸ１３を送受信で共用するためのアンテナ共用器３３と、信号のベースバンド処理を行う信号処理及び演算部３４と、基地局１１の全体の制御を行う制御ユニット３５と、外部インタフェース３６とを備えている。外部インタフェース３６は、有線ケーブル１５を介して中央制御装置１４に接続するためのものである。信号処理及び演算部３４は、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ；Field Programmable Gate Array）によって構成されている。
【００２１】
アンテナ共用器３３には、送信用周波数に設定されたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１と、受信用周波数に設定されたバンドパスフィルタ４２とが設けられている。アンテナ共用器３３と信号処理及び演算部３４の間には、デジタル／アナログコンバータ（Ｄ／Ａ）４４、アナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）４５、バンドパスフィルタ４７，４８、ＰＬＬ（位相ロックループ；Phase Locked Loop）シンセサイザ５０、ミキサ５１，５２、電力増幅器（ＰＡ；Power Amplifier）５４、及び、低雑音増幅器（ＬＮＡ；Low Noise Amplifier）５５が設けられている。ミキサ５１にはＰＬＬシンセサイザから送信用の局部発振（ＬＯ）周波数が供給され、ミキサ５２にはＰＬＬシンセサイザから受信用の局部発振周波数が供給されている。基地局１１から列車２に向けて送信するときは、信号処理及び演算部３４で発生した送信用デジタル信号がデジタル／アナログコンバータ４４によってアナログ信号に変換され、バンドパスフィルタ４７を介してこのアナログ信号がミキサ５１に供給されて送信周波数での信号である送信信号に変換される。送信信号は、電力増幅器５４で増幅されたのち、バンドパスフィルタ４１などを経てＬＣＸ１３に供給され、列車２側に送信される。一方、列車２から送信された信号は、ＬＣＸ１３で受信されて、バンドパスフィルタ４２、低雑音増幅器５５を経て、ミキサ５２で周波数変換される。周波数変換された信号は、バンドパスフィルタ４８を経てアナログ／デジタルコンバータ４５に供給されてデジタル信号に変換される。アナログ／デジタルコンバータ４５から出力されるデジタル信号は、信号処理／演算部３４に供給される。
【００２２】
制御ユニット３５には、実際の制御処理を実行する制御部３７と、制御に必要なデータを格納する記憶部３８とが設けられている。記憶部３８は、例えば、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ、ｅＭＭＣ（組み込み型マルチメディアカード；embedded Multi Media Card）などの各種のメモリによって構成されている。制御部３７での処理については後述する。
【００２３】
次に、各列車２に設けられる車上装置２０について説明する。図３は、本実施形態の移動体通信システムにおいて用いられる車上装置２０の構成の一例を示している。車上装置２０は、ＬＣＸ１３との間で電波による通信を実現するための周知のアンテナや高周波回路、変復調回路を有するほか、基地局１１からの要求信号に基づき、列車２の運行中にＬＣＸ１３から放射される信号の強度を測定し、測定結果を返信する制御を行う車上制御部２１を備えている。車上装置２０での高周波回路や変復調回路としては、例えば、図２に示した基地局におけるアンテナ共用器３３から信号処理及び演算部３４までの構成と同様のものを使用できる。車上制御部２１は、基地局１１からＬＣＸ１３を介して要求信号を受信したときにその受信した信号の強度を測定する強度測定部２３と、要求信号に対する返信として強度測定部２３での測定結果を基地局１１に報告するために、この測定結果を示す応答信号を基地局１１に送信する情報返信部２５と、を備えている。このような車上制御部２１は、専用のハードウェアによって構成することもできる。あるいは車上制御部２１は、制御用の汎用のコンピュータを使用し、このコンピュータを強度測定部２３及び報知情報返信部２５として機能させるプログラムをこのコンピュータに読み込ませ、このプログラムを実行させることによっても実現することができる。
【００２４】
次に、本実施形態の動作を説明する。
【００２５】
ここでは、路線１に沿って例えば約３ｋｍごとに基地局１１が配置され、１つの基地局１１が送受信する電波によって通信可能な範囲を１ゾーンと定義する。基地局１１は、例えば図４に示す通り、常時一定のタイミングで、運行中すなわち営業運転中の列車２に対して電界強度要求を示す要求信号６０を発しており、この要求信号６０に対する列車２からの応答信号を指定時間内に受信できない場合、その基地局１１のゾーンＺ内に列車２が在線していないと判断する。応答信号を受信するための指定時間を電界強度取得所要時間ｘと呼ぶ。電界強度取得所要時間ｘと要求信号６０の送信間隔ｔとは必ずしも一致させる必要はなく、ｔ≧ｘであればよいが、本実施形態では、ｔ＝ｘであるものとする。送信間隔ｔは、例えば２９７ミリ秒である。
【００２６】
なお、路線１における列車２の運行は、一般に、列車無線システムとは別個に設けられる列車運行管理システムで管理されるが、列車運行管理システムなどによってある基地局１１のゾーンＺに列車２が在線していることが分かっているにもかかわらず基地局１１において電界強度取得所要時間ｘ内に応答信号を受信できない場合には、中央制御装置１４あるいは運転指令室１６において、当該基地局１１自体の故障または列車２の車上装置２０の故障と判断できる。特に、路線１を運行する異なる列車２に関し、いずれの列車２に対しても電界強度取得所要時間ｘ内に応答信号を受信できない場合には、複数の列車２のいずれの車上装置２０も故障していることは考えにくいことから、その基地局１１自体の故障であると判断できる。
【００２７】
基地局１１が列車２に対して要求信号６０を送信すると、列車２は同軸ケーブル１２及びＬＣＸ１３を介してこの要求信号６０を受信する。列車２に設けられた車上装置２０において、強度測定部２３が基地局１１からの信号電波の強度（例えば電界強度）を測定し、情報返信部２５が、測定された強度の値を含む応答信号を生成して基地局１１に送り返す。基地局１１は、送信間隔ｔで繰り返して要求信号６０を送信しており、要求信号６０ごとに列車２から送信されてくる応答信号を受信する。基地局１１の制御ユニット３５内に設けられる制御部３７は、受信した各応答信号に含まれる強度測定値を制御ユニット３５内の記憶部３８に格納し、この基地局に関する複数回分の測定結果に基づいて故障判定を実行する。
【００２８】
図１に示すように、列車２が基地局１１のゾーンＺに入線する場合を考える。基地局１１が列車２に対して要求信号６０によって電界強度を要求すると、その基地局１１は当該列車２から電界強度を含む情報すなわち応答信号を受信する。ゾーンＺ内に列車２が在線していない場合、この応答信号を基地局１１が取得することはできないため、基地局１１の制御部３７は、要求信号６０の送出からどれだけの時間、応答信号の受信を待つかを設定するための閾値タイマＴを設定し、次の処理に移行するようにしている。タイマＴの値がｙ［秒］を過ぎても応答信号を受信できない場合、要求信号６０の次の送信タイミングで、要求信号６０を再送する。
【００２９】
ゾーンＺ内の列車２からｙ［秒］以内に応答信号を受信し、電界強度を含む情報を取得できた場合、基地局１１の制御部３７は、取得した電界強度Ｐ［ｄＢｍ］と取得済の最大電界強度Ｐ0［ｄＢｍ］の比較を行い、もしＰ0≦Ｐであれば、最大電界強度Ｐ0［ｄＢｍ］をＰにより上書きし、記憶部３８に保持する。列車２がゾーンＺ内に在線中である状態でこの処理を繰り返し実行し、Ｐ0［ｄＢｍ］の値を維持あるいは更新する。最終的に列車２がゾーンＺ外に出ると、このことは、要求信号６０の送出からｘ［秒］以内に応答信号を受信できないことから検出できるから、基地局１１の制御部３７は、記憶部３８に格納されているＰ0と基準値Ｐbとの差の絶対値を求め、これと故障判定閾値ｚ［ｄＢ］とを比較して、正常または故障を判断する。
【００３０】
図５は、このような基地局１１と列車２との間での通信開始から終了までの基地局１１の処理を示すことによって、基地局１１での故障判定の処理フローを説明している。まず、ステップ１０１において、Ｐ0に最大電界値の初期値を設定して記憶部３８に格納する。この初期値としては、ゾーンＺ内の列車２が正常時に受信し得る電界よりも小さい値を設定することが望ましい。次に、ステップ１０２において要求信号６０により電界強度を要求し、同時にステップ１０３において、Ｔ＝０としてタイマを開始する。その後、ステップ１０４において、列車２から応答信号を受信して電界強度Ｐを取得できたかを判断し、取得できていない場合には、ステップ１０５においてタイマＴが電界強度取得所要時間ｘ以内かどうかを判断し、Ｔ≦ｘであれば応答信号を待ち受けるためにステップ１０４に戻る。
【００３１】
ステップ１０４において電界強度Ｐを取得したと判断したときは、ステップ１０６において、タイマの値Ｔとｙとを比較し、ｙ［秒］より短い時間で電界強度Ｐを取得していればステップ１０７に移行し、そうでなければ次の要求信号６０の送出のためにステップ１０２に戻る。ステップ１０７では、取得した電界強度Ｐと記憶部３８に既に格納されているＰ0とを比較し、Ｐ0＞Ｐであれば、ステップ１０８に移行してＰ0＝Ｐ0とし、すなわちＰ0の値を変化させず、Ｐ0≦Ｐであれば、ステップ１０９に移行してＰ0＝Ｐとし、すなわち、ＰによってＰ0を更新して記憶部３８に格納する。ステップ１０８、ステップ１０９のいずれかを実行したのち、ステップ１０２に戻って次の要求信号６０を送出する。
【００３２】
ステップ１０５においてＴ＞ｘである場合、すなわち、要求信号６０の送信からｘ［秒］たっても応答信号を受信できない場合には、ステップ１１１において、記憶部３８に格納されているＰ0と基準値Ｐbとの差の絶対値を求め、これと故障判定閾値ｚ［ｄＢ］とを比較する。｜Ｐb−Ｐ0｜＜ｚである場合は、それまで応答信号の受信を正常におこなうことができていて、かつ、列車２での電界強度も適正な値であるときであるから、ステップ１１２において、基地局１１やＬＣＸ１３は正常であると判断し、その旨をステップ１１４において中央制御装置１４に通知し、処理を終了する。一方、ステップ１１１において｜Ｐb−Ｐ0｜≧ｚである場合は、列車２が在線しているにもかかわらず応答信号の受信が適正に行われなかったか、あるいは、ＬＣＸ１３における障害などによって列車２での受信電界強度が適正な値とはならなかったかのいずれかの場合であるから、ステップ１１３において故障と判断し、その旨をステップ１１４において中央制御装置１４に通知し、処理を終了する。なおステップ１１１において使用する基準値Ｐbは、路線１の条件に応じて定められて、予め設定されている。
【００３３】
以上は、ゾーンＺ内で列車２が受信した最大電界値に基づいて故障判定を行うものであるが、ゾーンＺ内で列車２が受信した最小電界値に基づいて故障判定を行うことも可能である。図６は、最小電界値に基づいて故障判定を行うときの基地局１１の処理フローを示している。図６に示した処理フローは、図５に示した処理フローにおいてステップ１０１及びステップ１０７の代わりにそれぞれステップ１２１及びステップ１２２を設けたものである。ステップ１２１においては、Ｐ0に最小電界値の初期値を設定して記憶部３８に格納する。この初期値としては、ゾーンＺ内の列車２が正常時に受信し得る電界よりも大きな値を設定することが望ましい。ステップ１２２では、取得した電界強度Ｐと記憶部３８に既に格納されているＰ0とを比較し、Ｐ0＜Ｐかどうかを判定する。Ｐ0＜Ｐであればステップ１０８に移行し、Ｐ0≧Ｐであればステップ１０９に移行する。その他の点では図５に示した処理フローと同じであるので、図６に示した処理フローについての詳細な説明は省略する。
【００３４】
次に、本実施形態における電界強度要求のための要求信号６０の送信タイミングについて説明する。
【００３５】
図４を用いて説明した例では、電界強度要求の要求信号６０は、例えば、２９７ミリ秒ごとに送信される。路線１における列車２の運行速度が１２０ｋｍ／時であり、路線１の軌道から１０ｍ離れた場所に基地局１１が設置されているものとする。路線１の軌道が直線であることを仮定し、通信に用いる周波数が４００ＭＨｚであるとする。要求信号６０の送信間隔ｔが１秒であるとすると、図７に示すように、列車２が基地局１１に最も接近したときの距離は１０ｍであってこのタイミングで要求信号６０が送信されるとすると、通信に用いる電波のこのときの空間損失は例えば−４４．５ｄＢである。１秒後には列車２は軌道上を約３３ｍ進むから、そのときの基地局１１と列車２との距離は３５ｍとなって、空間損失は例えば−５５．４ｄＢとなる。このことは、列車２が１２０ｋｍ／時で走行しているときに１秒ごとに要求信号６０を送信したのであれば、列車側における電界強度の測定精度は１０ｄＢ程度となることを意味する。
【００３６】
一方、２９７ミリ秒ごとに要求信号６０を送信する場合には、図８に示すように、この間の列車２の移動距離は９．９ｍであって、基地局１１と列車２との距離は１０ｍから１４ｍに変化する。１４ｍであるときの空間損失は例えば−４７．４ｄＢであり、基地局１１と列車２との距離が最短であるときに比べて約３ｄＢ程度しか異ならないから、列車側における電界強度の測定精度は約３ｄＢということになる。このように要求信号６０の送信間隔ｔは、列車２の運行速度と、電界強度測定において求められる精度とに応じて定めることができる。
【００３７】
上述したような実施形態によれば、運行中の移動体において、アンテナから放射される信号の強度を基地局からの求めに応じて測定し、基地局ごとにその基地局についての複数回の測定結果に基づいて故障判定を行うことにより、設置場所の隅々までの調査員による調査を必要とせず、またＧＰＳ(Global Positioning System)衛星による位置の決定も必要とせずに、路線上での移動体の運行を維持したまま無線設備の運用中に故障判定を行って障害箇所を特定できるようになる。
【００３８】
移動体通信システムが列車無線システムなどである場合には、調査委員による現場調査を行うとすると、調査員の安全のために列車の運行を停止しなければならないこともあり、障害箇所の特定のためにコストや時間がさらにかかることになる。本実施形態の方法によれば、現場調査を行う必要がなくなるので、コストや時間を短縮することが可能になる。また、運行中の列車で信号強度を測定することによって障害箇所を特定する方法もあるが、この方法は、列車の位置の決定のためにＧＰＳ衛星を利用している場合には、トンネル内ではＧＰＳ衛星による位置決定が行えないので、トンネルが多い区間には適用することが難しくなる。本実施形態の方法によれば、ＧＰＳ衛星を利用することなく障害箇所をを特定できるので、トンネル内などでの障害検出も有効に行えるようになる。
【００３９】
ＬＣＸの敷設場所は一般的にトンネル内が多いが、トンネル外の区間であっても防音壁の上で軌道と平行にＬＣＸを敷設することも広く行われている。強風などによりＬＣＸの近傍に金属板などが落下してＬＣＸに干渉すると、列車側での受信電界強度が微弱となる現象が発生する。受信電界強度が微弱となる現象の発生を検出できれば、ＬＣＸ本体での障害のほかに、このような近接導体による障害状態についても本実施形態の方法によって特定することが可能になる。
【００４０】
また、本実施形態の方法によれば、基地局に接続されるアンテナであれば、ＬＣＸに限られず、障害を起こしているアンテナを検知することが可能になる。
【００４１】
さらに本実施形態によれば、設置場所の隅々までの調査員による調査を必要とせず、またＧＰＳ衛星による位置の決定も必要とせずに、路線上での移動体の運行を維持したまま無線設備の運用中に故障判定を行って、無線設備における故障や障害を検知し障害箇所を特定するために用いられる車上装置及び基地局が提供される。
【００４２】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００４３】
この出願は、２０１５年３月５日に出願された日本国特許出願：特願２０１５−０４３６５１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００４４】
１    路線
２    列車
１１    基地局
１３    ＬＣＸ（漏えい同軸ケーブル）
２０    車上装置
２１    車上制御部
２３    強度測定部
２５    情報返信部
３５    制御ユニット
３７    制御部
３８    記憶部
６０    要求信号
Ｚ    ゾーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月5日(2017.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、前記基地局ごとに当該基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、基地局ごとに通信可能なゾーンが設定されて前記路線を運行する移動体に対して無線通信を行う無線設備における故障箇所を検知する故障判定方法であって、
運行中の移動体において、前記アンテナから放射される信号の強度を前記基地局からの求めに応じて測定し、
前記測定した結果を前記基地局へ送信し、
基地局ごとに複数回受信した当該基地局についての測定結果に基づいて故障判定を行う、故障判定方法。
【請求項２】
前記基地局は、当該基地局の前記ゾーン内に存在する前記移動体に対して周期的に電界強度要求を送信し、
前記電界強度要求を受信するごとに、前記移動体は、当該受信したときの前記信号の強度の測定値を前記基地局に報告し、
前記基地局ごとに、前記移動体から報告された複数の測定値に基づいて当該基地局に関連する故障判定を行う、請求項１に記載の故障判定方法。
【請求項３】
前記基地局が前記電界強度要求を送信してから、受信しきい値時間を経過しても前記移動体からの前記報告を受信しない場合に、前記移動体が当該基地局の前記ゾーンの外に出たものと判断し、当該判断を行う前に当該移動体から受信した前記報告に基づいて前記故障判定を行う、請求項２に記載の故障判定方法。
【請求項４】
路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムであって、
路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、前記基地局ごとに当該基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、前記基地局ごとに通信可能なゾーンが設定されて前記路線を運行する移動体に対する無線通信を行う地上設備と、
前記移動体に設けられる車上装置と、
を備え、
前記車上装置は、前記アンテナから放射される信号の強度を前記基地局からの求めに応じて測定し、測定結果を基地局に送信する車上制御部を備え、
前記基地局は、当該基地局についての複数回の前記測定結果に基づいて故障判定を行う、移動体通信システム。
【請求項５】
前記基地局は、当該基地局の前記ゾーン内に存在する前記移動体に対して周期的に電界強度要求を送信し、前記移動体から報告された複数の測定値に基づいて当該基地局に関連する故障判定を行い、
前記電界強度要求を受信するごとに、前記移動体は、当該受信したときの前記信号の強度の測定値を前記基地局に報告する、請求項４に記載の移動体通信システム。
【請求項６】
前記基地局は、
最大値を格納するための記憶部と、
前記測定値が報告されるたびに前記記憶部に格納された前記最大値と比較して前記最大値を更新し、一連の前記測定値の報告が終わったのちに前記記憶部に格納された前記最大値と基準値との差の絶対値がしきい値を超えるときに故障であると判定する制御部と、
を備える、請求項５に記載の移動体通信システム。
【請求項７】
前記基地局は、
最小値を格納するための記憶部と、
前記測定値が報告されるたびに前記記憶部に格納された前記最小値と比較して前記最小値を更新し、一連の前記測定値の報告が終わったのちに前記記憶部に格納された前記最小値と基準値との差の絶対値がしきい値を超えるときに故障であると判定する制御部と、
を備える、請求項５に記載の移動体通信システム。
【請求項８】
前記基地局は、前記電界強度要求を送信してから受信しきい値時間を経過しても前記移動体からの前記報告を受信しない場合に、前記移動体が当該基地局の前記ゾーンの外に出たものと判断し、当該判断を行う前に当該移動体から受信した前記報告に基づいて前記故障判定を行う、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の移動体通信システム。
【請求項９】
路線に沿って設けられる１または複数の基地局と、前記基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、を備える地上設備との間で無線通信を行う、前記路線を運行する移動体に設けられる車上装置であって、
前記基地局から電界強度要求を受信したときに前記アンテナから放射される信号の強度を測定する強度測定部と、
前記強度測定部での測定結果を前記電界強度要求に対する返信として前記基地局に送信する情報返信部と、
を備える車上装置。
【請求項１０】
前記路線に沿って設置されたアンテナが接続し、前記路線を運行する移動体との間で前記アンテナを介して無線通信を行う基地局であって、
記憶部と、
前記アンテナを介して前記移動体に対して電界強度要求を送信し、前記電界強度要求に対する前記移動体からの返信を受信し、前記返信に含まれる電界強度についての測定結果を前記記憶部に格納し、複数の前記測定結果に基づいて前記基地局に関連する故障判定を行う制御部と、
を有する基地局。
【国際調査報告】
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