(57)【要約】  アンテナ１５１，１５２と、アンテナ１５１，１５２にそれぞれ接続される送受信部１１，１２と、送受信部１１，１２を制御し、送受信部１１，１２へ同一の送信データを同時に入力し、周波数ホッピングの切替周期ごとに送受信部１１，１２へ周波数チャネルの空き状態の確認処理の開始を指示する無線制御部１０１と、を備え、送受信部１１，１２は、通信相手と同期して一定時間ごとに周波数チャネルを切り替え、同一時刻では、送受信部１１，１２ごとに異なる周波数を用いるよう制御するホッピング制御部１１１，１１２、をそれぞれ備え、空き状態の確認処理の開始から所定の時間が経過するまでの間に、周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを通信相手へ送信する。
2014045402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ホッピングを行う無線通信装置であって、
複数のアンテナと、
前記アンテナにそれぞれ接続される複数の送受信部と、
前記送受信部を制御し、複数の前記送受信部へ同一の送信データを同時に入力し、前記周波数ホッピングの切替周期ごとに複数の前記送受信部へ当該送受信部が用いる周波数チャネルの空き状態の確認処理を指示する無線制御部と、
を備え、
前記送受信部は、
通信相手と同期して前記一定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を制御し、同一時刻では、前記送受信部ごとに異なる周波数を用いるよう制御するホッピング制御部、
を備え、
前記無線制御部の指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記一定時間未満の所定の時間が経過するまでの間に、前記送受信部の用いる周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを前記通信相手へ送信することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記通信相手は、受信信号が正しく復調できた場合に、当該受信信号を受信した周波数チャネルで前記受信信号に対する応答信号を送信することとし、
前記無線制御部は、前記所定の時間以下の規定時間内に、前記空き状態の確認処理により全ての前記送受信部において周波数チャネルが空き状態とならなかった場合、または全ての周波数チャネルで応答信号を受信しなかった場合に、前記送信データの再送を行うよう前記送受信部を制御し、いずれか１つ以上の周波数チャネルで応答信号を受信した場合に、全ての周波数チャネルでの再送を停止するよう前記送受信部を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記送受信部は、前記送信データに誤り訂正符号化処理を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
列車に搭載されることを特徴する請求項１、２または３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
列車の運行を管理する管理センターと接続される無線基地局に搭載され、前記通信相手を前記列車に搭載される装置とすることを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線通信装置。
【請求項６】
周波数ホッピングを行う第１の無線通信装置と第２の無線通信装置を備える無線通信システムであって、
前記第１の無線通信装置は、
複数のアンテナと、
前記アンテナにそれぞれ接続される複数の送受信部と、
前記送受信部を制御し、複数の前記送受信部へ同一の送信データを同時に入力し、前記周波数ホッピングの切替周期ごとに複数の前記送受信部へ当該送受信部が用いる周波数チャネルの空き状態の確認処理の開始を指示する無線制御部と、
を備え、
前記送受信部は、
前記第２の無線通信装置と同期して前記一定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を制御し、同一時刻では、前記送受信部ごとに異なる周波数を用いるよう制御するホッピング制御部、
を備え、
前記無線制御部の指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記一定時間未満の所定の時間が経過するまでの間に、前記送受信部の用いる周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを前記第２の無線通信装置へ送信し、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置の前記送受信部からそれぞれ送信された信号を受信し、受信した信号に対して復調処理を実施し、前記一定時間の間に誤りなく復調できたデータを受信データとすることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
複数のアンテナと前記アンテナにそれぞれ接続される複数の送受信部と前記送受信部を制御する無線制御部とをそれぞれ備え、周波数ホッピングを行う第１の無線通信装置および第２の無線通信装置を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第１の無線通信装置が、前記周波数ホッピングの切替周期ごとに複数の前記送受信部へ当該送受信部が用いる周波数チャネルの空き状態の確認処理の開始を指示する無線制御ステップと、
前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置と同期して一定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を制御し、同一時刻では、前記送受信部ごとに異なる周波数を用いるよう制御するホッピング制御ステップと、
前記第１の無線通信装置が、前記無線制御ステップの指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記一定時間未満の所定の時間が経過するまでの間に、前記送受信部の用いる周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを前記第２の無線通信装置へ送信する送信ステップと、
前記第２の無線通信装置が、前記第１の無線通信装置の前記送受信部からそれぞれ送信された信号を受信し、受信した信号に対して復調処理を実施し、前記一定時間の間に誤りなく復調できたデータを受信データとする受信ステップと、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、列車と線路沿いに設置された無線基地局との間で無線通信を行い、この無線通信により伝送された情報を元に、列車の運行制御や速度制御を行う無線式列車制御システム（ＣＢＴＣシステム：Communication−Baced  Train  Control  System）が注目されている。ＣＢＴＣシステムは、従来の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やメンテナンスコストの面で有利であり、また、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、列車の運行密度を上げることが可能となり、運用コストの面からも有利である。【０００３】
一般にＣＢＴＣシステムでは、コストの観点から地車間の無線通信には免許が不要なＩＳＭ（ＩＳＭ：Industry  Science  Medical）帯が使用されることが多い。しかしながら、ＩＳＭ帯は、無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）やBluetooth（登録商標）などの他システムで広く使用されており、列車内または沿線建屋内でのこれらの他システムの使用は、ＣＢＴＣシステムにとって大きな干渉源と成り得る。【０００４】
耐干渉性に優れた通信方式の１つとして、例えば、ＩＥＥＥ（Institute  of  Electrical  and  Electronic  Engineers）８０２．１１などで定義されているＦＨＳＳ（Frequency  Hopping  Spread  Spectrum）方式がある（非特許文献１参照）。ＦＨＳＳ方式は、使用するキャリア周波数を一定時間毎に切り替えて通信を行う方式である。このため、ＦＨＳＳ方式は、特定の周波数チャネルに干渉源が存在する場合や、干渉が存在する周波数が時変するような環境においては、キャリア周波数を切り替えながら同じデータを繰り返し伝送することにより、干渉を回避して安定した通信を実現する。【０００５】
特許文献１で開示されている無線通信装置では、ＦＨＳＳ方式において、さらに、複数のアンテナを具備し、アンテナ間で互いに同期したそれぞれ異なるホッピングシーケンスを使用することにより、いずれかのチャネルで通信が可能であればよいようにし、応答速度を維持しつつ耐干渉性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５０３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE  Std  802.11−2007，“Part  11：Wireless  LAN  Medium  Access  Control  (MAC)  and  Physical  Layer  (PHY)  Specifications”，2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、ＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）を使用し、ＯＦＤＭシンボル毎に使用周波数チャネルをホッピングさせて通信を行う。上記特許文献１に記載の方式では、送信時における使用チャネルでの干渉源の有無は考慮されておらず、主にインタリーブと誤り訂正により干渉によるビット誤りの救済を期待している。このため、干渉源が一定以上の割合で回線を占有しているような状況においては、高い確率で干渉源との衝突が発生し、必ずしも安定した通信が行えないという問題があった。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、干渉を回避し、かつ伝送効率の良い安定した通信が可能な無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、周波数ホッピングを行う無線通信装置であって、複数のアンテナと、前記アンテナにそれぞれ接続される複数の送受信部と、前記送受信部を制御し、複数の前記送受信部へ同一の送信データを同時に入力し、前記周波数ホッピングの切替周期ごとに複数の前記送受信部へ当該送受信部が用いる周波数チャネルの空き状態の確認処理の開始を指示する無線制御部と、を備え、前記送受信部は、通信相手と同期して前記一定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を制御し、同一時刻では、前記送受信部ごとに異なる周波数を用いるよう制御するホッピング制御部、を備え、前記無線制御部の指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記一定時間未満の所定の時間が経過するまでの間に、前記送受信部の用いる周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを前記通信相手へ送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法は、干渉を回避し、かつ伝送効率の良い安定した通信が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、無線通信装置の構成例を示す図である。
【図３】図３は、ホッピングシーケンスの一例を示す図である。
【図４】図４は、ＣＣＡによる送信動作の一例を示した説明図である。
【図５】図５は、実施の形態２の送信動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法の実施の形態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。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。列車１は、本実施の形態の無線通信装置３０を搭載し、レール２を走行している。管理センター３は、列車の運行を管理し、各列車の位置や速度情報、運行情報を集約し、列車の運行に必要な情報を収集するとともに各列車へ情報配信の主体となる。無線通信装置１０、２０は、無線基地局であり、通信ネットワーク４により管理センター３と情報の伝送を行うとともに、列車１に搭載された無線通信装置３０との間で無線にて情報の伝送を行う。有線通信ネットワーク４は、線路（レール２）沿いに設置され、無線基地局（無線通信装置１０、２０）同士または無線基地局と管理センター３とを接続する。
【００１５】
図１では無線基地局として２局を示しているが、無線基地局は、列車１（列車１に搭載された無線通信装置３０）との通信が途切れないように、無線通信距離に応じた必要な間隔で、線路沿い必要数分設置される。各無線基地局間では、有線通信ネットワーク４を介したタイミング同期処理の実施により、あるいはＧＰＳ（Global  Positioning  System）受信機などを具備すること等により高精度に時刻を管理することにより、タイミング同期が行われていることを想定している。
【００１６】
無線通信装置１０，２０，３０は、この発明にかかる無線通信装置であり、いずれも基本的に同じ機能を有する。列車１は、無線基地局である無線通信装置１０、２０に対して、自車の位置情報や速度情報を無線通信装置３０を介して通知する。無線基地局は、列車１に対して、他の列車の位置情報、タイミング情報を含む制御情報等を伝送する。列車１は、無線基地局から伝送される制御情報に含まれるタイミング情報を用いて自己のシステム時間を更新し、無線基地局との間でタイミング同期を行う。
【００１７】
図２は、この本実施の形態の無線通信装置の構成例を示す図である。図２の例では、無線通信装置１０が送信側であり、無線通信装置３０が受信側である例を示している。すなわち、図２では線路沿いの無線通信装置１０から列車１に向けた方向の通信を例として示しているが、各部は、送受信の両方に対応しており、無線通信装置１０の無線制御部１０１,  送受信部１１，１２，アンテナ１５１，１５２は、それぞれ無線通信装置３０の無線制御部２０１，送受信部２１，２２，アンテナ２５１，２５２と同様の機能を有する。無線通信装置２０も、無線通信装置１０と同様の構成である。なお、ここでは、送受信部１１，１２，２１，２２として送信処理と受信処理とを共通の構成要素で実施しているが、送信部と受信部を別に備えてもよい。
【００１８】
送受信部１１は、ホッピング制御部１１１、符号化・復号部１２１、変復調部１３１およびＲＦ（Radio  Frequency）部１４１を備える。送受信部１２は、ホッピング制御部１１２、符号化・復号部１２２、変復調部１３２およびＲＦ（Radio  Frequency）部１４２を備える。送受信部２１は、ホッピング制御部２１１、符号化・復号部２２１、変復調部２３１およびＲＦ（Radio  Frequency）部２４１を備える。送受信部２２は、ホッピング制御部２１２、符号化・復号部２２２、変復調部２３２およびＲＦ（Radio  Frequency）部２４２を備える。ホッピング制御部１１１，１１２，２１１，２１２は同様の機能を有し、符号化・復号部１２１，１２２，２２１，２２２は同様の機能を有し、変復調部１３１，１３２，２３１，２３２は同様の機能を有し、ＲＦ部１４１，１４２，２４１，２４２は同様の機能を有する。
【００１９】
符号化・復号部１２１，１２２，２２１，２２２は、送信時には無線制御部１０１，２０１からそれぞれ送られた送信データに対して、ＦＥＣ（Forward  Error  Correction）のための符号化処理、インタリーブ等を行い、受信時には復調後のデータに対して誤り訂正処理やデインタリーブを行う。変復調部１３１，１３２，２３１，２３２は、送信時には符号化されたデータに対して例えばＦＳＫ（Frequency  Shift  Keying）などの変調処理を行い、受信時には変調された信号に対して復調処理を行う。
【００２０】
ＲＦ部１４１，１４２，２４１，２４２は、送信時には変復調部１３１，１３２，２３１，２３２から出力されたベースバンド信号に対して、ミキサによりＲＦ帯への周波数変換を行い送信アンプにより信号を増幅して出力する。また、ＲＦ部１４１，１４２，２４１，２４２は、受信時にはフィルタ処理、ＲＦ帯からベースバンドへの周波数変換を行う。アンテナ１５１，１５２，２５１，２５２は、送信時にはＲＦ部１４１，１４２，２４１，２４２からの出力信号を空中線に放射し、受信時には空中線の信号を受信してＲＦ部１４１，１４２，２４１，２４２に出力する。
【００２１】
ホッピング制御部１１１，１１２，２１１，２１２は、内部に保持するホッピングシーケンスに従ってキャリア周波数の制御を行うホッピング制御部である。なお、ホッピングシーケンスは、無線基地局と列車の間（無線基地局に搭載される無線通信装置と列車に搭載される無線通信装置の間）で合意されているものとし、合意する方法はどのような方法でもよい。例えば、無線基地局毎に固定で決めておき、列車側は、無線基地局ごとの位置およびホッピングシーケンスを保持し、自車の位置情報を元に使用するホッピングシーケンスを選択して切り替えるように構成してもよい。または、無線基地局は周囲の干渉源の状況に応じてホッピングシーケンスを変更するようにし、当該無線基地局のエリアに列車が侵入する前にホッピングシーケンスを列車に伝達するように構成してもよい。ホッピングシーケンスは隣接する無線基地局間では同時期に使用する周波数チャネルが重ならないように決定される。
【００２２】
無線制御部１０１，２０１は、無線通信装置１０，３０の外部とのインターフェースを持ち、送信時は外部から送信すべきデータを受け取るとともに、受信時には受信したデータを外部に対して出力する。また、無線制御部１０１，２０１は、送受信の切り替え制御やタイミング制御など、送受信部１１，１２，２１，２２に対して無線通信に関わる全体的な制御を行う無線制御部である。
【００２３】
なお、図２の例では、アンテナと送受信部は、送信側、受信側とも２組としているが、３組以上のアンテナと送受信部により構成してもよい。
【００２４】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、周波数ホッピングの動作について説明する。本実施の形態の無線通信装置（無線通信装置１０，２０，３０）では、使用する周波数チャネルを一定時間毎に切り替える。具体的には使用する周波数チャネル番号が時系列に並べられたホッピングシーケンスをホッピング制御部１１１，１１２，２１１，２１２内部にそれぞれ保持し、各時刻に対応した周波数チャネル番号をホッピング制御部からＲＦ部１４１，１４２，２４１，２４２に対して出力し、ＲＦ部１４１，１４２，２４１，２４２では周波数チャネル番号に応じた周波数の信号をＲＦ変換用のミキサに入力することにより、周波数ホッピングを実現する。
【００２５】
上述したように無線基地局５の無線通信装置１０と列車１の無線通信装置３０とはタイミング同期が取られており、周波数ホッピングも無線通信装置１０と列車と無線通信装置３０とで同期して行われる。周波数ホッピングの時間間隔は、送信フレームが十分収まる長さを想定し、フレームの途中でホッピングの切り替えが発生しないよう、送信時には次回の周波数ホッピングまでのタイミングを考慮した送信制御を行う。
【００２６】
図３は、本実施の形態のホッピングシーケンス（周波数チャネルの切り替え）の一例を示す図である。以下、アンテナ１５１，２５１をアンテナ＃１とし、アンテナ１５２，２５２をアンテナ＃２として説明する。ｓｌｏｔ１，ｓｌｏｔ２，…は、送信スロット（周波数チャネルの切替周期）の番号を示している。図３に示すように、同一時刻の各アンテナでは異なる周波数チャネルにて伝送が行われる。ホッピング制御部１１１，１１２，２１１，２１２は、無線通信装置ごとにそれぞれ異なるホッピングシーケンスを保持する。また、上述したように、ホッピングシーケンスは隣接する無線基地局間では同時期に使用する周波数チャネルが重ならないように決定される。
【００２７】
次に図２を用いて、送信側の動作について説明する。無線制御部１０１は、図示せぬ外部から送信データと送信要求を受領すると、後述するＣＣＡ（Clear  Channel  Assessment）処理（周波数チャネルの空き状態の確認処理）を行った後、タイミング制御とともに符号化・復号部１２１，１２２に対して処理後の送信データをそれぞれ渡し送信を指示する。符号化・復号部１２１，１２２には同一の送信データが渡される。符号化・復号部１２１，１２２では、無線制御部から送信データを受け取り、例えば畳み込み符号化などの符号化処理を行った後、インタリーブを行う。変復調部１３１，１３２は、符号化・復号部１２１，１２２から出力されるインタリーブ後の送信データに対して変調処理を実施する。ここでは、変調方式としてＦＳＫ変調を行う場合を例として説明する。変復調部１３１，１３２は、符号化・復号部１２１，１２２からの出力に対してディジタルフィルタ処理を行った後、ＤＡ（Digital  Analog）変換を行いＶＣＯ（Voltage  Controlled  Oscillator）によりＦＳＫ変調を実施する。
【００２８】
ＲＦ部１４１，１４２は、変復調部１３１，１３２により変調された信号をＲＦ部１４１，１４２内のミキサによりキャリア周波数帯に周波数変換し、その後、ＲＦ部内のパワーアンプにより増幅し、アンテナ１５１，１５２を介して空中線に放射する。キャリア周波数はホッピング制御部１１１，１１２から入力される周波数チャネル番号に応じた周波数である。ホッピング制御部１１１，１１２は、保持しているホッピングシーケンスに従って、一定時間（周波数チャネルの切替周期）ごとに周波数チャネル番号をＲＦ部１４１，１４２へ入力する。ホッピング制御部１１１と１１２からは、同時刻では互いに異なる周波数チャネル番号が出力されるため、アンテナ１５１，１５２からは異なる周波数チャネルの信号が出力される。
【００２９】
送受信部１１，１２は、各スロットでの送信前に、無線制御部１０１からの指示に基づいてＣＣＡの処理を行う。ＣＣＡは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier  Sense  Multiple  Access／Collision  Avoidance）を実現するための処理であり、送信前に伝送路の空き状況を評価し、伝送路が空いていると判断した場合のみ伝送路への送信を行うようにする処理である。具体的には受信信号レベルの閾値判定などにより、伝送路の空き状況を判断する。
【００３０】
図４は、ＣＣＡによる送信動作の一例を示した説明図である。図４において、ｔ１〜ｔ５の期間は、送信期間単位（スロット）を示しており、スロットごとにこの期間内に送信フレームが完結するように無線制御部１０１はタイミング制御を行う。図４の例では、ｔ１〜ｔ５のスロットでは、アンテナ＃１の使用チャネルは他の無線システムで使用されておらず、アンテナ＃２の使用チャネルはｔ１〜ｔ３の間、他の無線システムで使用中であるとする。周波数ホッピングはこのスロット単位あるいは複数スロット単位で行う。
【００３１】
送信要求が発生すると、無線制御部１０１は、アンテナ＃１，＃２で送信する周波数チャネルについて、スロットの先頭であるｔ１からＣＣＡの開始を送受信部１１，１２へ指示し、送受信部１１，１２は、伝送路の空き状況の評価を行う。具体的には、送受信部１１，１２は、ＣＣＡの開始指示を受けると、周波数ホッピング部１１１，１１２が、それぞれＲＦ部１４１，１４２へホッピングシーケンスに基づいて周波数チャネル番号を指示する。無線制御部１０１は、ＲＦ部１４１，１４２は指示された周波数チャネル番号の無線信号を受信アンテナ＃１，＃２で受信した（例えば、受信電力が閾値以上である）か否かを判断することにより、空き状況を無線制御部１０１へ通知する。なお、ＲＦ部１４１，１４２からは受信電力を無線制御部１０１へ通知し、無線制御部１０１が当該周波数チャネルが空き状態であるか否かを判断してもよい。無線制御部１０１は、アンテナ＃１の使用チャネルでは、タイミングｔ２にて伝搬路が空いていると判断できたとし、タイミングｔ２で符号化・復号部１２１にフレーム４０２の送信を行うよう指示する。
【００３２】
無線制御部１０１は、アンテナ＃２の使用チャネルでもｔ１からＣＣＡの開始を指示するが、タイミングｔ３まで他の干渉システムがフレーム４０１の送信を行っているため、伝搬路が空き状態ではない。そのため、送受信部１２は、アンテナ＃２の使用チャネルでは、タイミングｔ４で空き状態と判断し、タイミングｔ４で符号化・復号部１２２にフレーム４０３を送信するよう指示する。仮に、他の干渉システムのフレーム４０１がさらに長く続き、フレーム４０３がタイミングｔ５までの期間内に送信しきれないと判断した場合（スロット時間から送信に要する時間を除いた所定の時間がＣＣＡを開始してから経過するまでの間に空き状態とならない場合）には、無線制御部１０１は、この周波数チャネルでの送信（すなわち、このスロットでの送信）を取りやめる。
【００３３】
一方、受信側である無線通信装置２０では、アンテナ＃１，＃２で受信された受信信号は、それぞれＲＦ部２４１，２４２にてＡＧＣ（Automatic  Gain  Control）によるゲイン調整、受信フィルタによる帯域外抑圧等が行われた後にベースバンドに周波数変換され、それぞれ変復調部２３１，２３２へと出力される。
【００３４】
ＲＦ部２４１，２４２におけるそれぞれの周波数変換では、ホッピング制御部２１１，２１２からそれぞれ出力される周波数チャネル番号をベースにして行われる。ホッピング制御部２１１，２１２は、現在の列車１の位置に基づいて通信相手となる無線基地局に対応したホッピングシーケンスを選択し、無線基地局１０と同期して使用周波数チャネルの切り替えが行われる。変復調部２３１，２３２では、ＡＤ（Analog  Digital）変換した後、ディスクリート検波などにより復調処理が行われる。また、変復調部２３１，２３２では、ＢＴＲ（Bit  Timing  Recovery）やＡＦＣ（Automatic  Frequency  Control）などの同期処理も平行して行われる。符号化・復号部２２１，２２２は、復調後のビット列に対してデインタリーブ処理を実施した後、ビタビ復号などの誤り訂正処理を施し、無線制御部２０１に出力する。
【００３５】
無線制御部２０１は、送受信部２１，２２からそれぞれ出力される復調データに対し、ＣＲＣ（Cyclic  Redundancy  Check）などによる誤り検出を行い、一定時間内に誤りなく復調できた復調データを受信データとして図示せぬ列車制御装置に出力し、列車制御装置は受信データを元に列車１の速度制御や運行制御を行う。
【００３６】
列車１に搭載される無線通信装置３０は、自車の位置情報や速度情報等を無線通信装置１０と同様の方法により、無線通信装置１０へ送信する。無線通信装置１０は、無線通信装置３０から受信した無線信号に対して、無線通信装置３０と同様の受信処理を行う。
【００３７】
なお、以上の例では、列車１に無線通信装置３０が搭載される構成について説明したが、本実施の形態の無線通信装置は、列車１に搭載される場合に限定されず、無線通信装置が送受信するデータも列車の運行のための情報に限定されない。
【００３８】
以上のように本実施の形態の無線通信装置によれば、複数の異なるアンテナからそれぞれ異なるホッピングシーケンスにより同じデータを送信するように構成したため、周波数ダイバーシチ効果が得られ安定した通信が可能になるとともに、各チャネルにおいてＣＣＡにより伝搬路の空き状況を確認してから送信を行うようにした。さらに、一定期間内で伝送路が空いていると判断できたチャネルのみで送信を行うように構成した。このため、複数のアンテナにそれぞれ対応する周波数チャネルのうちいずれかのチャネルが空いていれば送信が可能となるため、他干渉システムとの衝突を回避しつつ伝送効率の良い通信が可能となる。
【００３９】
実施の形態２．
次に、本発明にかかる実施の形態２の無線通信方法について説明する。本実施の形態の無線システムおよび無線通信装置の構成は、実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様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。以下、実施の形態１と異なる部分を説明する。
【００４０】
本実施の形態では、自動再送制御（ＡＲＱ：Automatic  Repeat  reQuest）を適用した場合の動作について説明する。本実施の形態では、無線制御部１０１が、実施の形態１と同様にＣＣＡを行うとともに、自動再送制御を実施する。
【００４１】
図５は、本実施の形態の送信動作の一例を示すフローチャートである。無線制御部１０１は、送信要求が発生すると、送受信部１１，１２に対してそれぞれＣＣＡを指示する（ステップＳ１）。そして、送受信部１１，１２は、ホッピングシーケンスに基づいてアンテナ＃１，＃２で送信する周波数チャネルの伝搬路が空き状態であるか（クリアであるか）否かを判断し（ステップＳ２）、伝搬路が空いている、すなわち他システムの送信などが発生していないと判断した場合（ステップＳ２  Ｙｅｓ）には、送信処理を実施する（ステップＳ４）。すなわち、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４は、実施の形態１の動作と同様である。
【００４２】
受信側では、送信側からのフレームが正しく受信できた周波数チャネルでは、正しく受信できたことを示すAckフレーム（応答信号）を、その正しく受信できた周波数チャネルで送信する。無線制御部１０１は、送信処理後、Ａｃｋ受信処理を実施する（ステップＳ５）。ステップＳ６では、通信相手との間の往復時間を考慮してAckフレームを受信できるだけの十分な期間をあらかじめ定めておき、当該期間の間Ackフレームの受信を待機し、受信した場合に受信処理を行う。
【００４３】
ステップＳ３で伝搬路が空いていないと判断した場合（ステップＳ２  Ｎｏ）には、ＣＣＡの開始から規定時間経過したか否かを判断し（ステップＳ３）、規定時間経過していない場合（ステップＳ３  Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。このとき、規定時間として、スロット時間（１スロットの時間）から、後述するAckの返送時間等も加味して、規定時間までに送信を行えば、スロット内に送信が可能な時間を設定する。なお、ステップＳ３は、Ackの返送時間を考慮する（すなわち、本実施の形態の規定時間は、実施の形態１で送信を行うか否かを判断する所定の時間以下となる）ことが実施の形態１と異なるが、ＣＣＡを実施してスロット内に送信が可能な時間を過ぎても空き状態にならない場合に送信を実施しないことは実施の形態１と同様である。
【００４４】
ステップＳ３で、規定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ３  Ｙｅｓ）には、送信は行わず、ステップＳ５へと進む。なお、このとき、ステップＳ５では、ステップＳ２の処理で伝送路が空きではなく送信できなかった送受信部では、単に上記のあらかじめ定めた期間ウェイトすればよい。
【００４５】
ステップＳ５の開始から、上記のあらかじめ定めた期間が経過したら、無線制御部１０１は、各アンテナ＃１，＃２の周波数チャネルで送信した信号のうち、いずれか１つ以上についてAckの返送があったか否かを確認する（ステップＳ６）。そして、アンテナ＃１，＃２のどちらか一方の周波数チャネルで送信された信号に対するAckが返送された場合（ステップＳ６  Ｙｅｓ）には、正常終了する。
【００４６】
いずれのチャネルでもAckが受信できなかった場合（ステップＳ６  Ｎｏ）には、無線制御部１０１は、再送回数が、規定回数に達しているか否か確認する（ステップＳ７）。再送回数が規定回数に達していない場合（ステップＳ７  Ｎｏ）には、再送回数を１インクリメントし（ステップＳ８）、ステップＳ１からの処理を繰り返す。再送回数が規定回数に達した場合（ステップＳ７  Ｙｅｓ）には、ステータスを異常として送信処理を終了する（異常終了する）。この場合、さらに上位のプロトコルレイヤにおいて、再送を行うように構成してもよいし、例えば、頻繁に送達が確認できないような場合には、列車制御に関して緊急停止などの制御を行うようにすることも可能である。なお、以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態１と同様である。
【００４７】
以上のように本実施の形態の無線通信装置によれば、実施の形態１と同様にＣＣＡを行って周波数チャネルが空いている場合に送信を実施し、一定時間のスロット内で再送制御により送達確認を行うようにしたため、確実に受信側に届いたことを確認することができる。また、規定時間内に送達が確認できなかった場合にはそれに応じた制御が可能となるため、通信自体の信頼性を高めることができるとともに、信頼性の高いシステムを構築することが可能となる。さらに、伝搬路の状況に応じて再送回数が変わる、すなわち回線仕様率が変化するため、伝送帯域を効率的に使用することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法は、周波数ホッピングを行う無線通信システムに有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１  列車、２  レール、３  管理センター、４  有線通信ネットワーク、１０，２０，３０  無線通信装置、１１，１２，２１，２２  送受信部、１１１，１１２，２１１，２１２  ホッピング制御部、１２１，１２２，２２１，２２２  符号化・復号部、１３１，１３２，２３１，２３２  変復調部、１４１，１４２，２４１，２４２  ＲＦ部、１５１，１５２，２５１，２５２  アンテナ。
【図１】
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【図２】
2014045402.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年9月24日(2014.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナにそれぞれ接続され、通信相手と同期して切替周期を単位に、使用する周波数チャネルを切替える複数の送受信部と、複数の前記送受信部へ同一の送信データを入力し、それぞれの前記切替周期に複数の前記送受信部へ当該送受信部が使用する前記周波数チャネルの空き状態の確認処理を指示する無線制御部と、を備え、前記送受信部は、前記無線制御部の指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記切替周期未満の第１の時間が経過するまでの間に、前記送受信部が使用する前記周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを前記通信相手へ送信することを特徴とする。
【手続補正２】
【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】
複数のアンテナにそれぞれ接続され、通信相手と同期して切替周期を単位に、使用する周波数チャネルを切替える複数の送受信部と、
複数の前記送受信部へ同一の送信データを入力し、それぞれの前記切替周期に複数の前記送受信部へ当該送受信部が使用する前記周波数チャネルの空き状態の確認処理を指示する無線制御部と、
を備え、
前記送受信部は、
前記無線制御部の指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記切替周期未満の第１の時間が経過するまでの間に、前記送受信部が使用する前記周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを前記通信相手へ送信することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記通信相手は、受信信号が正しく復調できた場合に、当該受信信号を受信した周波数チャネルで前記受信信号に対する応答信号を送信することとし、
前記無線制御部は、前記第１の時間以下の第２の時間内に、前記空き状態の確認処理により全ての前記送受信部において周波数チャネルが空き状態とならなかった場合、または全ての周波数チャネルで応答信号を受信しなかった場合に、前記送信データの再送を行うよう前記送受信部を制御し、いずれか１つ以上の周波数チャネルで応答信号を受信した場合に、全ての周波数チャネルでの再送を停止するよう前記送受信部を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記送受信部は、前記送信データに誤り訂正符号化処理を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
列車に搭載されることを特徴する請求項１、２または３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
列車の運行を管理する管理センターと接続される無線基地局に搭載され、前記通信相手を前記列車に搭載される装置とすることを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線通信装置。
【請求項６】
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置を備える無線通信システムであって、
前記第１の無線通信装置は、
複数のアンテナにそれぞれ接続され、前記第２の無線通信装置と同期して切替周期を単位に、使用する周波数チャネルを切替える複数の送受信部と、
複数の前記送受信部へ同一の送信データを入力し、それぞれの前記切替周期に複数の前記送受信部へ当該送受信部が使用する前記周波数チャネルの空き状態の確認処理を指示する無線制御部と、
を備え、
前記送受信部は、
前記無線制御部の指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記切替周期未満の第１の時間が経過するまでの間に、前記送受信部が使用する前記周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて前記送信データを前記第２の無線通信装置へ送信し、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置の前記送受信部からそれぞれ送信された信号を受信し、受信した信号に対して復調処理を実施し、前記切替周期の間に誤りなく復調できたデータを受信データとすることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
複数のアンテナと前記アンテナにそれぞれ接続される複数の送受信部と前記送受信部を制御する無線制御部とをそれぞれ有する第１の無線通信装置および第２の無線通信装置を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第１の無線通信装置が、切替周期を単位に、複数の前記送受信部へ当該送受信部が使用する周波数チャネルの空き状態の確認処理の開始を指示する無線制御ステップと、
前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置と同期して前記切替周期単位で周波数チャネルを切替える切替え制御ステップと、
前記第１の無線通信装置が、前記無線制御ステップの指示に基づいて前記空き状態の確認処理を実施し、前記空き状態の確認処理の開始から前記切替周期未満の第１の時間が経過するまでの間に、前記送受信部が使用する前記周波数チャネルが空き状態であると判断した場合に、当該周波数チャネルを用いて送信データを前記第２の無線通信装置へ送信する送信ステップと、
前記第２の無線通信装置が、前記第１の無線通信装置の前記送受信部からそれぞれ送信された信号を受信し、受信した信号に対して復調処理を実施し、前記切替周期の間に誤りなく復調できたデータを受信データとする受信ステップと、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【国際調査報告】
2014045402.tif 000008
2014045402.tif 000009