(57)【要約】【課題】信頼性を向上すると共に、伝送時間を短縮することができるようにした列車無線システムの車上局装置を提供する。【解決手段】車両の前後に設けた対向局Ｉ／Ｆ１，２間を接続して制御データの授受を行う伝送路を光ファイバ３Ａ，３Ｂの二重系とし、両対向局Ｉ／Ｆ１，２に、二重系化した光ファイバ３Ａ，３Ｂの両側にそれぞれＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂを設けてその受信側では制御データからエラー情報を取得可能とし、このエラー情報を取得したとき、接続状態検出部６の送受信フレーマ１２Ａ，１２Ｂでエラーのない方の光ファイバ３Ａ，３Ｂからの制御データを取得するよう切り替え制御を行うシリアル伝送路二重化制御部１３を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前後に設けた対向局Ｉ／Ｆ間を伝送路で接続し、この伝送路を通して制御データの授受を行う列車無線システムの車上局装置において、上記伝送路を二重系化し、上記両対向局Ｉ／Ｆに、上記二重系化した伝送路の両側にそれぞれ設けられて受信側では制御データからエラー情報を取得可能な二重系のＳＥＲＤＥＳと、このＳＥＲＤＥＳから取得したエラー情報に基づいて制御データを取得する上記伝送路を切り替え制御するシリアル伝送路二重化制御部を設けたことを特徴とする列車無線システムの車上局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車無線システムの車上局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の列車無線システムは、図４に示すように指令所近くに設置される中央制御装置２１と、列車の各駅２２Ａ〜２２Ｃの区間毎に設置される基地局２３Ａ〜２３Ｃと、車両２４の前後に設置される車上局装置２５Ａ，２５Ｂとから構成されている。中央制御装置２１は、基地局２３Ａ〜２３Ｃおよび車上局装置２５Ａ，２５Ｂ内のステータスの監視と、車上局装置２５Ａ，２５Ｂとの無線音声通信を行い、基地局２３Ａ〜２３Ｃは、簡単に言えば中継器となり、中央制御装置１で変調された高周波信号を光伝送装置にて受け取り増幅して送信し、また、受信処理としては、ダイバシティ受信し、合成復調し、光伝送装置にて復調データを中央制御装置２１へ伝送する。車上局装置２５Ａ，２５Ｂは、基地局２３Ａ〜２３Ｃを経由して中央制御装置２１との間で、装置内ステータス通知と無線音声通信を行う。この車上局装置２５Ａ，２５Ｂは、車両２４の前後に設置されており、二重構成となっている。車上局装置２５Ａ，２５Ｂが中央制御装置２１と無線通信を行うために、アンテナではなくＬＣＸ（漏洩ケーブル）２６を基地局２３Ａ〜２３Ｃから引き出し、これを線路と平行に配置しており、ＬＣＸ２６から漏れる電波より無線通信の送受を行うことで、中央制御装置２１側と通信が可能となっている。このＬＣＸ２６の使用は、地下鉄などではアンテナを立てることが出来ないなどの理由からである。同図における中央制御装置２１と基地局２３Ａ〜２３Ｃとの接続構成は、線路が管状構成となっていない場合や、指令所が多数の基地局２３Ａ〜２３Ｃの中心にない場合や、車庫の構成が始点や終点にある場合などに使用されるものである。中央制御装置２１と基地局２３Ａ〜２３Ｃが光ファイバ２７などによりすべてカスケード接続される構成で、指令所から離れていくに従って無線通信の処理遅延が増大していく。このカスケード接続は、どこか一箇所の基地局が故障したり、あるいは光ファイバが断線した場合に無線通信が出来なくなるため、光ファイバ２８などにより二重にカスケード接続を組んでいる。
【０００３】
中央制御装置２１と基地局２３Ａ〜２３Ｃとの他の接続構成は、図５に示すように線路が管状構成となっている場合や、指令所が各基地局２３Ａ〜２３Ｃの中心にある場合などに使用されるものである。この接続構成は、中央制御装置２１から放射状に光ファイバ２９Ａ〜２９Ｃなどで１対１で基地局２３Ａ〜２３Ｃと接続しており、ゾーン構成となる。基地局２３Ａ〜２３Ｃ間の光ファイバの接続は無いので、中央制御装置２１に接続が集中してトラフィックが高くなってしまう。このため基地局２３Ａ〜２３Ｃが故障したり、光ファイバ２９Ａ〜２９Ｃが断じた場合にはそのゾーンをリカバーすることができなくなってしまう。
【０００４】
このような列車無線システムは、緊急時に一番必要とされる通信手段であり、高い信頼性が要求される。そこで、一般的には中央制御装置２１、基地局２３Ａ〜２３Ｃおよび車上局装置２５Ａ，２５Ｂにおいて、電源やべースバンド、ＲＦ部、制御部の冗長構成化を取り入れている。中央制御装置２１および基地局２３Ａ〜２３Ｃにおいては、制御部の故障、無線機の故障、送信器ＡＭＰの故障などの故障情報より、また重度によりどちらの送信系を使用するかなどを選択できるようにしている。ところで、車上局装置２５Ａ，２５Ｂにおいては、車両２４の前後に設置されているので、その前後間を引き通し線を使用して内部ステータスを互いに通知し合うことで、現用系と予備系の切り替え選択ができるようにしている。
【０００５】
列車無線システムでの無線方式は、ＡＲＩＢ  ＳＴＤ−３９規格業務用無線を応用したものが一般的で、近年デジタル化が進み、無線変調方式にデジタルＱＰＳＫ変復調を使用するようになった。図６に送受信フレームオフセットを示しており、無線フレーム長は、４ｃｈ分のチャネルを多重し（ＴＤＭＡ）、４０ｍｓの周期となっており、ＷｉＭＡＸのように送受信がある一定期間に、時間的な割り振りがあるような方式（ＴＤＤ）と異なり、送受信でフレームに２０ｍｓの固定オフセットを持ち送受信処理を行っている。また各無線チャネルは、図７のような各機能チャネルから構成されている。トラフィックチャネルは音声やポーリングデータの伝送に使用し、付随制御チャネルはＴＣＨの付随制御データチャネルとして使用している。図８は無線フレームの構成を示す説明図であり、この無線フレームで、通信する前に同期確立バースト無線フレームを送り、同期を確立する。
【０００６】
車上局装置２５Ａ，２５Ｂは、一般的に図９に示すような構成となっている。
大別すると、指令ユニット３０、無線機３１、電源ユニット３２、無線機Ｉ／Ｆ部３３、操作器Ｉ／Ｆ部３４、非常通報Ｉ／Ｆ部３５、モニタリング装置Ｉ／Ｆ部３６、対向局Ｉ／Ｆ部３７から構成されている。指令ユニット３０は、各ユニットのＣＰＵとシリアル通信バスで接続されており、各種ユニットの制御故障ステータスを管理している。無線機３１は、基地局とＱＰＳＫ変復調された無線フレームのやり取りをする。無線フレームには、音声、装置ステータス、非常通報データなどの情報が乗る。また無線機１１の故障情報は、無線器Ｉ／Ｆ部３３を通して対向局Ｉ／Ｆ部３７に通知し、現用系および予備系の選択制御に使用している。また故障情報は、無線器Ｉ／Ｆ部３３からモニタリング装置Ｉ／Ｆ部３６を通してモニタリング装置３８などへ通知される。電源ユニット３２は、充電器を備えており、ある一定の時間は車上局装置での運用が可能である。また、自局あるいは他局の電源が片系断した場合には、継続して運用ができるように電源が二重化構成となっている。運転台３９および操作器４０には、故障情報の表示や、現用予備切り替えＳＷ、個別呼び出しＳＷ、ハンドセット、スピーカなどが付設され、本線および車庫表示、現用または予備系の表示、着信表示、出庫検査成功および失敗表示等ができるように構成されている。無線機Ｉ／Ｆ部３３は無線機３１のＩ／ＦをＸ．２１などのケーブルを使用して無線データのやり取りを行う。操作器Ｉ／Ｆ部３４は操作器３９の表示などを制御し、また、その状態を保持し、各ユニットヘ情報を通知し、所望の動作を実現する。非常通報Ｉ／Ｆ部３５は、非常通報装置４１とのＩ／Ｆを行い、車両内の非常通報装置４１を通して車上局装置の無線を経由し指令所の業務員との会話を実現させる。モニタリング装置Ｉ／Ｆ部３６は、車上局装置内の故障情報を集めてモニタリング装置３８へシリアル通信を経由して通知する。
【０００７】
この対向局Ｉ／Ｆ部１７は、図１０に示すように自局と対向局とをＭＳＫ伝送によるＭＳＫ伝送部４２によって接続され、自局の制御情報を対向局へ伝送し、対向局から通知された故障情報を用いて車上局装置の現用予備選択の制御を行っている。
【０００８】
また、対象は異なるが無線基地局システムで、現用と予備用を切り替え可能にシリアル回線で二重化したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３０６３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の列車無線システムにおける車上局装置の対向局Ｉ／Ｆ部では、自局と対向局間の制御データの授受をＭＳＫ信号を用いたＭＳＫ伝送部４２により行っており、ＭＳＫ伝送で送受信できる制御実データは、３２ｂｉｔとなり、伝送時間に自局と対向局側の伝送タイミングのずれを考慮に入れると、２００ｍｓとなる。ＭＳＫ変調器の伝送レートは現状１２００ｂｐｓとなっている。ＭＳＫ伝送では、互いの対向局Ｉ／Ｆ部３７で使用するシステムクロックまでは再生できないので、同期を取ることが現状できない。２００ｍｓという伝送時間が操作器Ｉ／Ｆ部３４から様々な操作を行った時に、人間の目から見て、遅いと感じてしまう動作も出てきている。またＭＳＫ伝送を行うために、ＭＳＫ変復調の信号処理の機能部を有しているが構成が複雑になり、ＦＰＧＡ部の回路規模を大きく占有しており、規格があるが故に伝送レートを変更することもできない。現状ＭＳＫ伝送は、自局と対向局の対向局Ｉ／Ｆ部３７間は一本ずつの送受信引き通し線でしか接続されておらず、この一組の送受信引き通し線が断線してしまえば対向局の制御情報が受信できず、現用予備制御も不可能となり、緊急時における信頼性が何よりも優先される列車無線における問題点となってしまう。
【００１１】
そこで本発明の目的は、信頼性を向上すると共に、伝送時間を短縮することができるようにした列車無線システムの車上局装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するために、車両前後に設けた対向局Ｉ／Ｆ間を伝送路で接続し、この伝送路を通して制御データの授受を行う列車無線システムの車上局装置において、上記伝送路を二重系化し、上記両対向局Ｉ／Ｆに、上記二重系化した伝送路の両側にそれぞれ設けられて受信側では制御データからエラー情報を取得可能な二重系のＳＥＲＤＥＳと、このＳＥＲＤＥＳから取得したエラー情報に基づいて制御データを取得する上記伝送路を切り替え制御するシリアル伝送路二重化制御部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による列車無線システムの車上局装置によれば、二重化した伝送路の端部に二重系のＳＥＲＤＥＳをそれぞれ接続しているため、制御データからエラー情報を取得可能となり、このエラー情報に基づいてシリアル伝送路二重化制御部では、エラーのない方の伝送路から制御データを取得するように切り替える制御することができる。従って、車上局装置においても伝送路の二重系化によって緊急時の制御データを取得することができ、信頼性の高い車上無線システムとすることができる。また、従来のＳＫ伝送では２００ｍｓの伝送時間がかかるのに対して、例えば、１／１０００オーダーの２００ｎｓ〜３００ｎｓとすることができ伝送時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態による車両無線システムの車上局装置における対向局Ｉ／Ｆを示すブロック図である。
【図２】図１に示した車上対向局Ｉ／Ｆ部の要部を示すブロック図である。
【図３】本発明の他の実施の形態による車両無線システムの車上局装置における車上対向局Ｉ／Ｆ部を示すブロック図である。
【図４】一般的な車両無線システムを示すブロック図である。
【図５】他の車両無線システムを示すブロック図である。
【図６】送受信フレームオフセットの説明図である。
【図７】無線チャネルの種類を示す説明図である。
【図８】無線フレームの構成例を示す説明図である。
【図９】従来の車上局装置を示すブロック図である。
【図１０】従来の車上局装置における対向局Ｉ／Ｆの要部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による車上局装置における対向局Ｉ／Ｆの要部を示すブロック図である。
ＴＣ１車両の対向局Ｉ／Ｆ１と、ＴＣ２車両の対向局Ｉ／Ｆ２間を、制御データの授受を行う二重系伝送路の光ファイバ３Ａ，３Ｂで接続している。ＴＣ１車両の対向局Ｉ／Ｆ１では、一方の光ファイバ３Ａの一端部に１系ＤＥ／ＥＯ変換器４Ａおよび１系ＳＥＲＤＥＳ５Ａを接続し、他方の光ファイバ３Ｂの一端部には２系ＤＥ／ＥＯ変換器４Ｂおよび２系ＳＥＲＤＥＳ５Ｂを通して接続状態検出部（ＦＰＧＡ）６を接続している。またＴＣ２車両の対向局Ｉ／Ｆ２でも同様に、一方の光ファイバ３Ａの他端部に１系ＤＥ／ＥＯ変換器４Ａおよび１系ＳＥＲＤＥＳ５Ａを接続し、他方の光ファイバ３Ｂの他端部には２系ＤＥ／ＥＯ変換器４Ｂおよび２系ＳＥＲＤＥＳ５Ｂを通して接続状態検出部（ＦＰＧＡ）６を接続している。この接続状態検出部６にはクロック生成部（ＴＣＸＯ）７と、同期部（ＰＬＬ＋ＶＣＸＯ）８が接続されている。
【００１６】
クロック生成部７は、対向局Ｉ／Ｆ１，２のシステムクロックとなる周波数を接続状態検出部６に与えている。使用するＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂにもよるが、システムクロック×１０またはシステムクロック×２０がシリアル伝送路の伝送レートとなり、例えば、システムクロックを３０．７２ＭＨｚとし、８Ｂ１０Ｂ変換方式のＳＥＲＤＥＳ部を使用した場合、伝送レートは３０７．２Ｍｂｐｓとなり、また１６Ｂ２０Ｂ変換方式のＳＥＲＤＥＳ部を使用した場合、伝送レートは６１４．４Ｍｂｐｓとなる。
【００１７】
ＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂは、例えば８ｂｉｔのパラレルデータに２ｂｉｔを拡張し、符号化した制御実データに、パリティ情報とクロック情報を付加して１０ｂｉｔデータにして伝送するもので、受信側に設けた場合、８ｂｉｔの制御実データ、エラー情報、再生クロックが復元可能である。従って、このＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂは、８Ｂ１０Ｂの機能を除けば高速ＳＰ／ＰＳ変換器である。このＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂは、両車両の対向局Ｉ／Ｆ１，２にシリアル伝送路の２重系制御を行うためにそれぞれ２系統分を実装している。後述するようにＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂの使用によって、制御データからエラー情報を取得可能であり、このエラー情報を利用して二重系光ファイバ３Ａ，３Ｂからの制御データを取得する側を切り替え制御することができる。またＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂには、Ｋ２８．５（ＯｘＢＣ）のフレーム境界線データを定期的に送る必要があり、周期は、６６．６７ｕｓなどが一般的である。
【００１８】
同期部８は、ＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂからの再生クロックをリファレンスクロックとしてＶＣＸＯとつき合わせ、対向側からのタイミング信号に完全同期させている。
【００１９】
図２は、図１に示した車上無線装置の接続状態検出部１３を示すブロック構成図であり、図１０で説明した従来構成の点線で囲んだ部分に対応する構成のみを示している。接続状態検出部１３の内部構成としての追加部は、二重化した１系および２系伝送路の光ファイバ３Ａ，３Ｂ側に設けたＳＥＲＤＥＳＩ／Ｆ１１Ａ，１１Ｂと、送受信フレーマ１２Ａ，１２Ｂと、シリアル伝送路二重化制御部１３である。
【００２０】
ＳＥＲＤＥＳＩ／Ｆ１１Ａ，１１Ｂは、ＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂが高速シリアル信号からデータを再生しているため１系および２系再生クロック１０Ａ，１０Ｂに同期するので、接続状態検出部１３内でバッファを使用し、１系および２系再生クロック１０Ａ，１０Ｂに同期した伝送データ９Ａ，９ＢをＰＬＬ＋ＶＣＸＯに同期したデータヘ乗り換えるようにしている。
【００２１】
送受信フレーマ１２Ａ，１２Ｂの送信側ＴＸは、対向局１／Ｆ内の各種制御データを収集して伝送フレームを形成し、また受信側ＲＸは、伝送フレームから各種制御データを抽出する。
【００２２】
このような構成の対向局１／Ｆにおける接続状態検出部６では、従来のＭＳＫ伝送を使用していないので、シンプルに完全同期式のフレーム伝送となる。この伝送フレームは、８Ｂ１０ＢのＳＥＲＤＥＳを使用する場合にはＯｘＢＣを、また１６Ｂ２０ＢのＳＥＲＤＥＳを使用する場合にはＯｘ５０ＢＣを定期的に挿入すれば、どのようなフレームフォーマットを形成しても良い。８ｂｉｔのデータ幅は、システムクロック１ｃｌｏｃｋ分となる。
【００２３】
シリアル伝送路二重化制御部１３は、図１に示した対向局Ｉ／Ｆ１，２間に付設した２本の光ファイバ３Ａ，３Ｂからなるシリアル伝送路のうち、片方が断したり、その他要因によって伝送路エラーが発生した場合、１系および２系ＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂからのエラー情報１４を取り込んで、エラーのない方の光ファイバ３Ａ，３Ｂに接続された受信側ＲＸの送受信フレーマ１２Ａ，１２Ｂから各種制御データを抽出するように切り替え制御を行う。
【００２４】
ＴＣ２車両側の対向局Ｉ／Ｆ２では、クロック生成部７からのクロックをシリアル伝送送信側、システム監視、現用および予備制御、操作器Ｉ／Ｆ、その他で使用し、同期部８からのクロックをシリアル伝送受信側で使用し、ＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂの再生クロックをシリアル伝送受信側で使用する。一方、ＴＣ１車両側の対向局Ｉ／Ｆ１では、ＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂの再生クロックをシリアル伝送受信側で使用し、同期部８からのクロックをシリアル伝送受信側、シリアル伝送送信側、システム監視、現用および予備制御、操作器Ｉ／Ｆ、その他で使用する。
【００２５】
このような車上局装置によれば、二重系化した伝送路を形成する光ファイバ３Ａ，３Ｂの端部に二重系のＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂをそれぞれ接続しているため、伝送データ９Ａ，９Ｂからエラー情報を取得可能となり、このエラー情報に基づいてシリアル伝送路二重化制御部１３では、光ファイバ３Ａ，３Ｂのうちエラー発生のない方から送受信フレーマ１２Ａ，１２Ｂを介して取得する制御データに切り替えることができる。従って、車上局装置においても伝送路の二重化によって緊急時の制御データを取得することができ、信頼性の高い車上無線システムとすることができる。
【００２６】
また、システムクロックの周波数をＡとするとき、伝送レートはＡ×（１０ｏｒ２０）Ｍｂｐｓとなり、８ｂｉｔのデータはシステムクロック幅となり、伝送遅延はシステムクロックの数クロック分となる。ＳＫ伝送では２００ｍｓ伝送時間がかかるのに対して、例えばシステムクロックを１０，０００ＭＨｚとすると、１ｃｌｏｃｋが１００ｎｓとなり、その数クロック分は２００ｎｓ〜３００ｎｓとなり、伝送時間は、従来の１／１０００オーダーとなる。このようにして従来では、ＭＫＳ伝送を使用していたためにレートが遅く伝送遅延が大きいという問題を解消し、伝送時間を短縮して伝送量の増加も図ることができる。またＳＥＲＤＥＳ５Ａ，５Ｂを使用することで、フレーム境界線データＫ２８．５や、伝送フレームは自由なのでもっと長めの周期のタイミングを埋め込むことができ、対向側からのタイミング信号に同期することで、自局と対向局とは完全同期が可能となる。
【００２７】
また図２に示した接続状態検出部６では、図１０との比較から分かるように従来のＭＳＫ伝送部４２の機能を丸ごと削除できる。これに対して、ＳＥＲＤＥＳＩ／Ｆ１１Ａ，１１Ｂや、送受信フレーマ１２Ａ，１２Ｂ、シリアル伝送路二重化制御部１３を新たに付加することになるが、これらは簡単でシンプルな機能部であり、回路構成を簡単にすることができる。
【００２８】
しかも、伝送フレームも自由に作成でき、伝送量もシステムクロックの周波数を少量あげただけでも、かなりの伝送量が見込めるので、拡張性は無限に広がる。例えば、現状音声は、アナログ引き通し線にて伝送しているが、伝送量をあげることができるため、デジタルでの伝送が可能となる。また、先頭車両にＣＣＤカメラを設けて、リアルタイムで走行状況を対向局へ伝送して、画像表示あるいは画像蓄積なども可能となる。
【実施例２】
【００２９】
図３は、本発明の他に実施の形態による車上局装置の要部である対向局Ｉ／Ｆのブロック構成図である。
この実施の形態では、ＴＣ１車両の対向局Ｉ／Ｆ１と、ＴＣ２車両の対向局Ｉ／Ｆ２間を先の実施の形態では光ケーブル３Ａ，３Ｂによって接続したのに対して、二重の同軸ケーブル１５Ａ，１５Ｂで接続している。ＴＣ１車両の対向局Ｉ／Ｆ１では、一方の同軸ケーブル１５Ａの一端部に１系ＳＥＲＤＥＳ５Ａを接続し、他方の同軸ケーブル１５Ｂの一端部に２系ＳＥＲＤＥＳ５Ｂを通して接続状態検出部６を接続している。またＴＣ２車両の対向局Ｉ／Ｆ２でも同様に、一方の同軸ケーブル１５Ａの他端部に１系ＳＥＲＤＥＳ５Ａを接続し、他方の同軸ケーブル１５Ｂの他端部に２系ＳＥＲＤＥＳ５Ｂを通して接続状態検出部６を接続している。その他の構成は，先の実施の形態と同様であり、詳細な説明を省略する。
【００３０】
この実施の形態による車上局装置でも、先の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明による車両局装置は、図示の構成に限らず他の構成のものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１，２    対向局Ｉ／Ｆ
３Ａ，３Ｂ    光ファイバ
４Ａ，４Ｂ    ＯＥ／ＥＯ変換器
５Ａ，５Ｂ    ＳＥＲＤＥＳ
６    接続状態検出部
７    クロック生成部
８    同期部
９Ａ，９Ｂ    制御データ
１０Ａ，１０Ｂ    再生クロック
１１Ａ，１１Ｂ    ＳＥＲＤＥＳＩ／Ｆ
１２Ａ，１２Ｂ    送受信フレーマ
１３    シリアル伝送路二重化制御部
１４    エラー信号
１５Ａ，１５Ｂ    同軸ケーブル
【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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【図９】
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【図１０】
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