(57)【要約】【課題】各地上局が複数の地上局アンテナを使用して複数の周波数で車上局と通信する無線通信システムにおいて、周波数利用効率を向上させる。【解決手段】地上局アンテナ３００−１、３００−２は送信周波数ｆ１、ｆ２で車上局４００と通信できる。車上局４００が地上局アンテナ３００−１の通信エリアの内部に存在し、地上局アンテナ３００−２の通信エリアの内部に存在しない場合に、地上局アンテナ３００−２からの送信を停止し、地上局アンテナ３００−１から送信周波数ｆ１、ｆ２で信号を送信し、車上局４００が地上局アンテナ３００−２の通信エリアの内部に存在し、地上局アンテナ３００−１の通信エリアの内部に存在しない場合に、地上局アンテナ３００−１からの送信を停止し、地上局アンテナ３００−２から送信周波数ｆ１、ｆ２で信号を送信するように制御する制御部を、地上局１００は備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数とで信号を送信する機能を有する第１の地上局アンテナと第２の地上局アンテナと、
予め決められた経路を移動する移動体に搭載された車上局が前記第１の地上局アンテナの通信エリアである第１地上局通信エリアの内部に存在するかどうか、および前記第２の地上局アンテナの通信エリアである第２地上局通信エリアの内部に存在するかどうかを求めるエリア判断部と、
前記車上局が前記第１地上局通信エリアの内部に存在し、前記第２地上局通信エリアの内部に存在しない場合に、前記第２の地上局アンテナからの送信を停止し、前記第１の地上局アンテナから前記第１の周波数と前記第２の周波数で信号を送信するように制御し、前記車上局が前記第２地上局通信エリアの内部に存在し、前記第１地上局通信エリアの内部に存在しない場合に、前記第１の地上局アンテナからの送信を停止し、前記第２の地上局アンテナから前記第１の周波数と前記第２の周波数で信号を送信するように制御する送信制御部と、
を備えた地上局。
【請求項２】
前記第１の地上局アンテナは車上局が移動する経路に沿った第１の方向にビームが形成され、前記第２の地上局アンテナは前記第１の方向の反対方向にビームが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の地上局。
【請求項３】
前記送信制御部は、前記車上局が前記第１地上局通信エリアの内部に存在し、かつ、前記第２地上局通信エリアの内部に存在する場合に、前記第１の地上局アンテナから前記第１の周波数の信号を送信し、前記第２の地上局アンテナから前記第２の周波数の信号を送信するように制御する請求項１または請求項２に記載の地上局。
【請求項４】
予め決められた経路を移動する移動体に搭載され、第３の周波数と前記第３の周波数とは異なる第４の周波数とで第１の方向に信号を送信する機能を有する第１の車上局アンテナと、前記第３の周波数および前記第４の周波数で前記第１の方向とは反対の方向である第２の方向に信号を送信する機能を有する第２の車上局アンテナと、
前記移動体に対して前記第１の方向の側に存在する第１の地上局アンテナが前記第１の車上局アンテナの通信エリアである第１車上局通信エリアの内部に存在するかどうか、および前記第２の方向の側に存在する第２の地上局アンテナが前記第２の車上局アンテナの通信エリアである第２車上局通信エリアの内部に存在するかどうかを求めるエリア判断部と、
前記第１の地上局アンテナが前記第１車上局通信エリアの内部に存在し、前記第２の地上局アンテナが前記第２車上局通信エリアの内部に存在しない場合に、前記第２の車上局アンテナからの送信を停止し、前記第１の車上局アンテナから前記第３の周波数と前記第４の周波数とで信号を送信するように制御し、前記第２の地上局アンテナが前記第２車上局通信エリアの内部に存在し、前記第１の地上局アンテナが前記第１車上局通信エリアの内部に存在しない場合に、前記第１の車上局アンテナからの送信を停止し、前記第２の車上局アンテナから前記第３の周波数と前記第４の周波数とで信号を送信するように制御する送信制御部と、
を備えた車上局。
【請求項５】
前記送信制御部が、前記第１の地上局アンテナが前記第１車上局通信エリアの内部に存在し、前記第２の地上局アンテナが前記第２車上局通信エリアの内部に存在する場合に、前記第１の車上局アンテナから前記第３の周波数の信号を送信し、前記第２の車上局アンテナから前記第４の周波数の信号を送信するように制御する請求項４に記載の車上局。
【請求項６】
予め決められた経路を移動する移動体に搭載された車上局と、
第１の周波数および前記第１の周波数とは異なる第２の周波数とで信号を送信する機能を有する第１の地上局アンテナと第２の地上局アンテナと、
前記車上局が前記第１の地上局アンテナの通信エリアである第１地上局通信エリアの内部に存在するかどうか、および前記第２の地上局アンテナの通信エリアである第２地上局通信エリアの内部に存在するかどうかを求めるエリア判断部と、
前記車上局が前記第１地上局通信エリアの内部に存在し、前記第２地上局通信エリアの内部に存在しない場合に、前記第２の地上局アンテナからの送信を停止し、前記第１の地上局アンテナから前記第１の周波数と前記第２の周波数とで信号を送信するように制御し、前記車上局が前記第２地上局通信エリアの内部に存在し、前記第１地上局通信エリアの内部に存在しない場合に、前記第１の地上局アンテナからの送信を停止し、前記第２の地上局アンテナから前記第１の周波数と前記第２の周波数とで信号を送信するように制御する送信制御部とを有する地上局と、
を備えた無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上局、車上局および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
予め定められた経路上を走行する移動体に搭載された車上局と地上局とが無線で通信をすることを想定した無線通信システムがある。この種の無線通信システムに関して、特許文献１は、車上局と車上局の移動経路に沿って分散配置された指向性アンテナを備える地上局とを備える構成を開示する。地上局は、車上局の移動経路に沿ってアンテナビームを形成することによって、移動経路に沿った細長いセルを形成し、車上局と無線通信する。
特許文献１に開示されている構成では、セル間干渉を抑圧するため、隣接セルにおける指向性方向が同一の地上局アンテナの送信周波数は互いに異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１２９４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された無線通信システムでは、上記のように、セル間干渉を抑圧するため２つの周波数を使って送信が行われており、１つの地上局アンテナから送信する周波数は１周波数分のみである。このため、１組の対向する地上局アンテナと車上局アンテナの通信に着目すると、周波数利用効率はシステム全体に割り当てられた全周波数の５０％にとどまり、周波数利用効率が低いという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地上局が複数の地上局アンテナを使用して複数の周波数で車上局と通信する場合に、周波数利用効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る地上局は、第１の周波数と第１の周波数とは異なる第２の周波数とで信号を送信する第１の地上局アンテナと第２の地上局アンテナと、エリア判断部と、送信制御部と、を備える。エリア判断部は、予め決められた経路を移動する移動体に搭載された車上局が第１の地上局アンテナの通信エリアである第１地上局通信エリアの内部に存在するかどうか、および第２の地上局アンテナの通信エリアである第２地上局通信エリアの内部に存在するかどうかを求める。送信制御部は、車上局が第１地上局通信エリアの内部に存在し、第２地上局通信エリアの内部に存在しない場合に、第２の地上局アンテナからの送信を停止し、第１の地上局アンテナから第１の周波数と第２の周波数で信号を送信するように制御し、車上局が第２地上局通信エリアの内部に存在し、第１地上局通信エリアの内部に存在しない場合に、第１の地上局アンテナからの送信を停止し、第２の地上局アンテナから第１の周波数と第２の周波数で信号を送信するように制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、地上局が複数の地上局アンテナを使用して複数の周波数で車上局と通信する場合に、周波数利用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成図、（ｂ）は無線通信システムを上から見た図である。
【図２】（ａ）は図１の状態から車上局が一方の地上局アンテナの方向に移動した状態の無線通信システムの構成図、（ｂ）は無線通信システムを上から見た図である。
【図３】（ａ）は図１の状態から車上局が他方の地上局アンテナの方向に移動した状態の無線通信システムの構成図、（ｂ）は無線通信システムを上から見た図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態に係る地上局の構成を示すブロック図、（ｂ）は地上局の送信部の構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態に係る車上局の構成を示すブロック図、（ｂ）は車上局の送信部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るエリア判断処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係るデータ送出処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る地上局のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図９】（ａ）は本発明の実施の形態に係る車上局の通信エリアを示した無線通信システムの構成図、（ｂ）は無線通信システムを上から見た図である。
【図１０】（ａ）は図９の状態から車上局が一方の地上局アンテナの方向に移動した状態の無線通信システムの構成図、（ｂ）は無線通信システムを上から見た図である。
【図１１】（ａ）は図９の状態から車上局が他方の地上局アンテナの方向に移動した状態の無線通信システムの構成図、（ｂ）は無線通信システムを上から見た図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るエリア判断処理を示すフローチャートである。
【図１３】（ａ）（ｂ）は地上局アンテナが複数組の場合の本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態にかかる地上局、車上局および無線通信システムについて図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
本実施の形態にかかる無線通信システム７は、図１（ａ）に示すように、無線通信する地上局１００、信号を伝送するケーブル２００−１、２００−２、無線信号を送受信する地上局アンテナ３００−１、３００−２、移動可能な車上局４００、無線信号を送受信する車上局アンテナ５００−１、５００−２を備える。車上局４００は、例えば、鉄道車両、自動車など、予め決められた経路を移動する移動体に搭載された無線通信装置である。
【００１１】
地上局１００と車上局４００は、地上局アンテナ３００−１、３００−２と車上局アンテナ５００−１、５００−２を介して周波数分割複信（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）で無線通信する。したがって地上局アンテナ３００−１、３００−２の送信周波数と車上局アンテナ５００−１、５００−２の送信周波数は互いに異なる。また、地上局アンテナ３００−１、３００−２は、本来的には、互いに異なる第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２でそれぞれ信号を送信し、車上局アンテナ５００−１と５００−２は互いに異なる第３の周波数ｆ３と第４の周波数ｆ４でそれぞれ信号を送信する機能を有する。ただし、車上局４００の位置に応じて地上局アンテナ３００−１、３００−２のどちらか一方がｆ１とｆ２の２つの周波数で送信し、車上局アンテナ５００−１、５００−２のどちらか一方がｆ３とｆ４の２つの周波数で送信する。
【００１２】
地上局１００はケーブル２００−１、２００−２を介して、地上局アンテナ３００−１、３００−２へ送信信号を伝送し、また、受信信号を受け取る。ここで、ケーブル２００−１、２００−２は、同軸ケーブル、光ファイバなど、信号を伝送できる有線ケーブルであれば媒体は問わない。また、伝送方式はアナログ方式であってもよいし、デジタル方式であってもよい。
【００１３】
地上局アンテナ３００−１、３００−２は指向性を有しており、図１（ａ）の無線通信システムを上から見た図１（ｂ）に示すように、車上局４００の移動経路に沿ってビームを形成し、ビームの方向が互いに向かい合うように設置される。地上局アンテナ３００−１のビームが形成される方向を第１の方向と呼ぶ。第１の方向とは反対の方向を第２の方向と呼ぶ。地上局アンテナ３００−２のビームは、第２の方向に形成される。地上局アンテナ３００−１のビームは通信エリア６００−１を構成し、地上局アンテナ３００−２のビームは通信エリア６００−２を構成する。車上局アンテナ５００−１と５００−２は、車上局４００に設置され、指向性を有している。車上局アンテナ５００−１は地上局アンテナ３００−１が存在する方向（第２の方向）にビームを形成し、地上局アンテナ３００−１と車上局アンテナ５００−１の間で無線信号を送受信する。また、車上局アンテナ５００−２は地上局アンテナ３００−２が存在する方向（第１の方向）にビームを形成し、地上局アンテナ３００−２と車上局アンテナ５００−２の間で無線信号を送受信する。通信エリア６００−１は、地上局アンテナ３００−１と車上局アンテナ５００−１の間で通信が可能な区間であり、通信エリア６００−２は、地上局アンテナ３００−２と車上局アンテナ５００−２の間で通信が可能な区間である。地上局アンテナ３００−１、３００−２は、車上局４００が経路上のどの位置にいる場合でも、少なくとも一方が車上局アンテナ５００−１、５００−２と通信可能となるような間隔で設置される。
【００１４】
地上局アンテナ３００−１、３００−２は、移動体が移動する経路のある区間を挟むように、互いに対向して配置される。地上局アンテナ３００−１の通信エリア６００−１および地上局アンテナ３００−２の通信エリア６００−２は、重複する部分を有してもよい。地上局アンテナ３００−１に近い部分は、通信エリア６００−２に含まれない。また、地上局アンテナ３００−２に近い部分は、通信エリア６００−１に含まれない。
【００１５】
通信エリア６００−１、６００−２の範囲を示す位置データを地上局１００は後述するエリア判断部１２０が参照できる記憶部に記憶しておく。車上局４００の位置が入力されると、その位置が通信エリア６００−１、６００−２の範囲を示す位置データの範囲内にあるか確認され、車上局４００の位置がそれぞれの通信エリアの内部かどうか判断する。
【００１６】
図１の場合、車上局アンテナ５００−１は通信エリア６００−１の内部に存在し、かつ、車上局アンテナ５００−２は通信エリア６００−２の内部に存在している。この場合、従来と同様に、地上局アンテナ３００−１は周波数ｆ１を使用して車上局アンテナ５００−１に送信し、地上局アンテナ３００−２は周波数ｆ２を使用して車上局アンテナ５００−２に送信する。
【００１７】
これに対して、図２に示すように、車上局４００が地上局アンテナ３００−２の方向に移動し、車上局アンテナ５００−１が通信エリア６００−１の内部から出た場合、地上局アンテナ３００−１と車上局アンテナ５００−１の間の通信は不可能になる。そこで地上局アンテナ３００−１は送信を停止する。これと同時に、地上局アンテナ３００−２は周波数ｆ２に加えてｆ１も使用して車上局アンテナ５００−２に送信する。
【００１８】
上記とは逆に、図３に示すように、車上局４００が地上局アンテナ３００−１の方向に移動し、車上局アンテナ５００−２が通信エリア６００−２の内部から出た場合、地上局アンテナ３００−２と車上局アンテナ５００−２の間の通信が不可能になる。そこで地上局アンテナ３００−２は信号を送信することを停止し、地上局アンテナ３００−１は周波数ｆ１に加えてｆ２も使用して車上局アンテナ５００−１に信号を送信する。このように、ｆ１とｆ２の２つの周波数を使って信号を送信することにより、多くの情報を送信することができ、周波数の利用効率が向上する。
【００１９】
地上局１００は、車上局４００がどの地上局アンテナの通信エリアの内部に存在するかを判断して各地上局アンテナで使用する送信周波数を変更する。地上局１００の構成は、図４（ａ）に示すように、車上局４００に信号を送信する送信部１３０、車上局４００からの信号を受信する受信部１４０、送信部１３０と受信部１４０を制御する制御部１１０を有している。受信部１４０は、地上局アンテナ３００−１、３００−２からケーブル２００−１、２００−２を介して伝送される、受信された車上局４００からの信号を復調して制御部１１０に送出する。制御部１１０内のエリア判断部１２０は車上局４００から送られてきた受信信号に基づいて車上局４００の位置を求めるとともに、車上局４００がどの地上局アンテナの通信エリアの内部に存在しているかどうかを求める。エリア判断部１２０は地上局アンテナの通信エリアの範囲を示す位置情報を記憶する記憶部（図示せず）を有している。制御部１１０は求められた情報にしたがい、送信部１３０の動作を指示するコマンドを作成して送信部１３０に送出する。送信部１３０は、制御部１１０からのコマンドにしたがいデータを送信するケーブルを選択する。制御部１１０は車上局４００に送信すべきデータ信号を送信部１３０に送出する。送信部１３０は制御部１１０から送られてきた信号を変調して選択されたケーブルに送出する。
【００２０】
送信部１３０の構成は、図４（ｂ）に示すように、信号を変調する変調部１３１−１、１３１−２、変調された信号を送信周波数に変換する周波数変換部１３２−１、１３２−２、信号を送るアンテナを選択し、周波数変換された信号を多重する選択多重部１３３を備える。変調部１３１−１、１３１−２は、制御部１１０から入力される送信データに変調処理を施し、送信信号を生成する。制御部１１０は、周波数ｆ１で送信するデータ信号を変調部１３１−１に送り、周波数ｆ２で送信するデータ信号を変調部１３１−２に送る。周波数変換部１３２−１、１３２−２は、変調部１３１−１、１３１−２で生成された送信信号を周波数変換する。
【００２１】
選択多重部１３３は、制御部１１０内のエリア判断部１２０から入力される情報に基づき、周波数変換部１３２−１、１３２−２が出力する信号をそれぞれケーブル２００−１と２００−２に出力、あるいは両信号を多重化してどちらか一方のケーブルに出力する。
【００２２】
車上局４００の構成は地上局１００とほぼ同様であり、図５（ａ）に示すように、地上局１００に信号を送信する送信部４３０、地上局１００からの信号を受信する受信部４４０、送信部４３０と受信部４４０を制御する制御部４１０、車上局４００の位置を検出する位置検出部４２０を有している。受信部４４０は車上局アンテナ５００−１、５００−２で受信された地上局１００からの信号を復調して制御部４１０に送出する。受信部４４０は、受信周波数ｆ１、ｆ２の受信信号を復調する。ただし、車上局アンテナ５００−１、５００−２で受信された信号のうち受信周波数ｆ１またはｆ２の信号の強度が閾値未満の場合は、その周波数の信号に関しては復調しない。制御部４１０は地上局１００に送信すべき信号を送信部４３０に送出する。位置検出部４２０は車上局４００の位置を検出する。制御部４１０は位置検出部４２０で検出された位置情報を送信部４３０に送出する。
【００２３】
送信部４３０の構成は、図５（ｂ）に示すように、信号を変調する変調部４３１−１、４３１−２、変調された信号を送信周波数に変換する周波数変換部４３２−１、４３２−２、信号を送るアンテナを選択する選択多重部４３３を有する。変調部４３１−１、４３１−２は、送信データに変調処理を施し、送信信号を生成する。周波数変換部４３２−１、４３２−２は、変調部４３１−１、４３１−２で生成された送信信号を周波数変換する。後で説明するが、車上局４００の位置に応じて制御部４１０は信号を送るアンテナと送信周波数を選択する。エリア判断部４５０は、位置情報から地上局アンテナ３００−１が車上局アンテナ５００−１の通信エリアの内部に存在するかどうか、および地上局アンテナ３００−２が車上局アンテナ５００−２の通信エリアの内部に存在するかどうかを判断する。具体的には、車上局４００の位置情報から車上局アンテナの通信エリアの範囲を示す位置データを求め、エリア判断部４５０が参照する記憶部に記憶された地上局アンテナの位置情報から車上局アンテナの通信エリアの内部に地上局アンテナが存在するかを判断する。
【００２４】
エリア判断部１２０は、車上局４００からの位置検出情報から車上局４００との通信に使用するアンテナを決定しているが、この決定処理について図６のフローチャートを用いて説明する。地上局１００は車上局４００から送信された情報を受信する（Ｓ１０１）。制御部１１０内のエリア判断部１２０は、受信された情報に位置情報が含まれている場合には、位置情報から車上局４００の位置を決める（Ｓ１０２）。決められた位置から車上局４００が地上局アンテナ３００−１の通信エリア６００−１の内部に存在するかどうか判断される（Ｓ１０３）。
【００２５】
車上局４００が地上局アンテナ３００−１の通信エリア６００−１の内部に存在すると判断された場合は、地上局アンテナ３００−２の通信エリア６００−２の内部に存在するかどうか判断される（Ｓ１０４）。この結果、車上局４００が地上局アンテナ３００−２の通信エリア６００−２の内部に存在すると判断されると、車上局アンテナ５００−１の通信相手は地上局アンテナ３００−１であり、車上局アンテナ５００−２の通信相手は地上局アンテナ３００−２であると決定される（Ｓ１０５）。すなわち、図１に示すように、車上局アンテナ５００−１が通信エリア６００−１の内部に存在し、かつ、車上局アンテナ５００−２が通信エリア６００−２の内部に存在する位置を車上局４００が走行している場合である。
【００２６】
制御部１１０からコマンドを受け取った選択多重部１３３は、周波数変換部１３２−１から出力される信号をケーブル２００−１に出力し、周波数変換部１３２−２から出力される信号をケーブル２００−２に出力する。
これにより、以後、図１に示すように、地上局１００は、地上局アンテナ３００−１から車上局アンテナ５００−１に周波数ｆ１で無線信号を送信し、地上局アンテナ３００−２から車上局アンテナ５００−２に向けて周波数ｆ２で無線信号を送信する。
【００２７】
ステップＳ１０３において車上局４００が地上局アンテナ３００−１の通信エリア６００−１の内部に存在しないと判断されると、車上局４００の通信相手は地上局アンテナ３００−２であると決定される（Ｓ１０７）。すなわち、図２に示すように、車上局４００が通信エリア６００−２に位置している場合である。制御部１１０からエリア判断情報を受け取った選択多重部１３３は、周波数変換部１３２−１から出力される信号と周波数変換部１３２−２から出力される信号を多重化し、ケーブル２００−２に出力する。このとき、ケーブル２００−１に信号を出力しない。
【００２８】
これにより、以後、図２に示すように、地上局１００は、地上局アンテナ３００−２から車上局アンテナ５００−２に向けて周波数ｆ１とｆ２で無線信号を送信する。一方、地上局アンテナ３００−１は信号を送信しない。
【００２９】
ステップＳ１０４において車上局４００が地上局アンテナ３００−２の通信エリア６００−２の内部に存在しないと判断されると、車上局４００の通信相手は地上局アンテナ３００−１であると決定される（Ｓ１０６）。すなわち、図３に示すように、車上局４００が通信エリア６００−１に位置している場合である。制御部１１０からエリア判断情報を受け取った選択多重部１３３は、周波数変換部１３２−１から出力される信号と周波数変換部１３２−２から出力される信号を多重化し、ケーブル２００−１に出力する。
【００３０】
これにより、以後、図３に示すように、地上局１００は、地上局アンテナ３００−１から車上局アンテナ５００−１に向けて周波数ｆ１とｆ２で無線信号を送信する。一方、地上局アンテナ３００−２は信号を送信しない。
【００３１】
エリア判断部１２０は、車上局アンテナ５００−１が地上局アンテナ３００−１の通信エリア６００−１の内部に存在するかどうか、車上局アンテナ５００−２が地上局アンテナ３００−２の通信エリア６００−２の内部に存在するかどうかだけを判断してもよい。その場合には、判断結果に応じて制御部１１０が送信に使用する地上局アンテナと送信周波数を決定する。
【００３２】
後で説明するが、車上局４００は、図６と同様の処理により、自己の位置に応じて、送信に使用するアンテナと信号周波数を切り換える。
【００３３】
このように車上局アンテナ５００−１、５００−２の一方のみが地上局アンテナ３００−１、３００−２の通信エリアの内部に存在する場合に、利用されていない周波数も使用することにより、周波数の利用効率を向上させることができる。したがって、例えば、動画のような大容量のデータ伝送時の伝送量の安定化を図ることができる。
【００３４】
周波数の利用効率向上のために、２つ周波数を使用してどのようにデータを送出するかについてのデータ送出処理は、図７に示すように、送信するデータの種類によってデータ送出の仕方を変える。
送信しようとするデータが高い信頼性が要求されるようなデータの場合は、変調部１３１−１と１３１−２に対して同じデータ信号が制御部１１０から送出される（Ｓ２０２）。これに対して、高い信頼性が要求されるようなデータでない場合は、変調部１３１−１と１３１−２に対して異なるデータ信号が制御部１１０から送出される（Ｓ２０３）。したがって、例えば動画等の大容量のデータを伝送する場合に伝送容量の向上が図れる。
【００３５】
本実施の形態における地上局１００のハードウェア構成は、図８に示すように、処理回路８１０とメモリ８２０とインタフェース回路８００を備えている。図４に示した送信部１３０、受信部１４０、制御部１１０の各部は、処理回路８１０およびメモリ８２０により実現される。処理回路８１０は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の専用の回路で構成することが可能である。あるいは処理回路８１０は、汎用プロセッサあるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサとメモリおよび周辺回路で構成されるハードウェアとメモリに記憶されたプロセッサ上で動作するプログラムとで実現することも可能である。なお、メモリ８２０を処理回路８１０に含める、すわなち、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等に含めたり、あるいは、プロセッサに接続されたメモリに含めたりしてもよい。また、処理回路８１０の一部をＡＳＩＣあるいはＦＰＧＡ等の専用の回路で実現し、一部をプロセッサおよびプログラムで実現する構成にすることも可能である。インタフェース回路８００は、ケーブル２００−１、２００−２とのインタフェース機能を有する回路である。なお、車上局４００も同様のハードウェア構成で実現することができる。
【００３６】
車上局４００は、地上局アンテナの場合と同様に、車上局の位置に応じて地上局アンテナが含まれる車上局の通信エリアを判断して送信アンテナと送信周波数を選択する。車上局４００は、エリア判断部４５０の判断結果に基づき、送信に使用する車上局アンテナ５００−１、５００−２と送信周波数ｆ３、ｆ４を決定する。図９から図１１は、それぞれ図１から図３と同じ車上局４００の位置において、車上局アンテナ５００−１、５００−２の通信エリア７００−１、７００−２と、車上局４００からの送信に使用する周波数の使用状態を図示している。
【００３７】
エリア判断部４５０の決定処理について図１２のフローチャートを用いて説明する。エリア判断部４５０は位置検出部４２０から位置情報を取得する（Ｓ３０１）。位置情報から通信エリア７００−１、７００−２の範囲を決める（Ｓ３０２）。決められた通信エリア７００−１、７００−２の範囲から地上局アンテナ３００−１が車上局アンテナ５００−１の通信エリア７００−１の内部に存在するかどうか判断される（Ｓ３０３）。
【００３８】
地上局アンテナ３００−１が車上局アンテナ５００−１の通信エリア７００−１の内部に存在すると判断された場合、地上局アンテナ３００−２が車上局アンテナ５００−２の通信エリア７００−２の内部に存在するかどうか判断される（Ｓ３０４）。この結果、地上局アンテナ３００−２が車上局アンテナ５００−２の通信エリア７００−２の内部に存在すると判断されると、車上局アンテナ５００−１の通信相手は地上局アンテナ３００−１であり、車上局アンテナ５００−２の通信相手は地上局アンテナ３００−２であると決定される（Ｓ３０５）。すなわち、図９に示すように、車上局アンテナ５００−１の通信エリア７００−１の内部に地上局アンテナ３００−１が存在し、車上局アンテナ５００−２の通信エリア７００−２の内部に地上局アンテナ３００−２が存在するとエリア判断部４５０が判断する場合である。車上局アンテナ５００−１が送信周波数ｆ３で送信し、車上局アンテナ５００−２が送信周波数ｆ４で送信する。
【００３９】
ステップＳ３０３において地上局アンテナ３００−１が車上局アンテナ５００−１の通信エリア７００−１の内部に存在しないと判断されると、車上局４００の通信相手は地上局アンテナ３００−２であると決定される（Ｓ３０７）。すなわち、図１０に示すように、車上局アンテナ５００−１の通信エリア７００−１の内部に地上局アンテナ３００−１が存在せず、車上局アンテナ５００−２の通信エリア７００−２の内部に地上局アンテナ３００−２が存在するとエリア判断部４５０が判断する場合である。車上局アンテナ５００−１は信号を送信せず、車上局アンテナ５００−２が送信周波数ｆ３、ｆ４で送信する。
【００４０】
ステップＳ３０４において地上局アンテナ３００−２が通信エリア７００−２の内部に存在しないと判断されると、車上局４００の通信相手は地上局アンテナ３００−１であると決定される（Ｓ３０６）。すなわち、図１１に示すように、車上局アンテナ５００−１の通信エリア７００−１の内部に地上局アンテナ３００−１が存在し、車上局アンテナ５００−２の通信エリア７００−２の内部に地上局アンテナ３００−２が存在しないとエリア判断部４５０が判断する場合である。車上局アンテナ５００−１が送信周波数ｆ３、ｆ４で送信する。車上局アンテナ５００−２は信号を送信しない。
【００４１】
本実施の形態において、周波数変換部１３２−１、１３２−２は、変調部１３１−１、１３１−２で生成された送信信号を周波数変換するとしたが、変換後の周波数は、中間周波数でもよいし、無線周波数でもよい。周波数変換部１３２−１、１３２−２で変換された後の周波数が中間周波数である場合、地上局アンテナ３００−１、３００−２は、中間周波数から無線周波数への周波数変換機能を備える。また、周波数変換部１３２−１で変換される中間周波数と周波数変換部１３２−２で変換される中間周波数は、互いに異なる周波数である。周波数変換部１３２−１、１３２−２で変換された後の周波数が無線周波数である場合、周波数変換部１３２−１で変換された後の周波数をｆ１、周波数変換部１３２−２で変換された後の周波数をｆ１と異なるｆ２とする。
【００４２】
また本実施の形態において、位置検出部４２０は車上局４００の位置を検出するが、位置を検出するための構成は任意である。例えば、位置検出部４２０として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を使用できる。この場合、車上局４００に搭載されたＧＰＳが車上局４００の位置情報を取得し、車上局４００は、取得された位置情報を地上局１００のエリア判断部１２０に送るようにしてもよい。
また、位置検出部４２０は、地上に設置された地上子からの地上子信号を車上子が検出し、地上子信号から車上局４００の位置を検出する。検出された車上局４００の位置情報を、車上局４００が地上局１００のエリア判断部１２０に送るようにしてもよい。この場合、地上子信号を検出する車上子が位置検出部４２０に相当する。また、位置検出部４２０は、地上局１００と車上局４００との通信の往復時間（ＲＴＴ：Ｒｏｕｎｄ  Ｔｒｉｐ  Ｔｉｍｅ）を用いて車上局４００の位置を算出することもできる。ラウンドトリップタイムを用いる場合は、地上局１００と車上局４００の間の通信に要した時間から地上局１００のエリア判断部１２０が位置を算出する。
【００４３】
また本実施の形態において、車上局４００が有するエリア判断部４５０が車上局の位置に基づき地上局アンテナ３００−１、３００−２が通信エリア７００−１、７００−２の内部に存在するかどうかを判断している。車上局アンテナ５００−１、５００−２が受信周波数ｆ１、ｆ２の信号をそれぞれ受信するかどうかで、地上局アンテナ３００−１、３００−２が通信エリア７００−１、７００−２の内部に存在するかどうかを判断してもよい。なお、車上局アンテナ５００−１が通信エリア６００−１の内部に存在する場合に、地上局アンテナ３００−１が通信エリア７００−１の内部に存在する必要があり、車上局アンテナ５００−２が通信エリア６００−２の内部に存在する場合に、地上局アンテナ３００−２が通信エリア７００−２の内部に存在する必要がある。
【００４４】
例えば、以下のように判断する。車上局アンテナ５００−１が受信周波数ｆ１の信号を受信する場合には、地上局アンテナ３００−１が通信エリア７００−１の内部に存在すると判断する。なお、受信周波数ｆ１の信号を受信するとは、受信信号中の受信周波数ｆ１の信号の強度が閾値以上である場合である。信号を受信しないとは、受信信号中の受信周波数ｆ１の信号の強度が閾値未満である場合である。車上局アンテナ５００−１が受信周波数ｆ１の信号を受信しない場合には、地上局アンテナ３００−１が通信エリア７００−１の内部に存在しないと判断する。車上局アンテナ５００−２が受信周波数ｆ２の信号を受信する場合には、地上局アンテナ３００−２が通信エリア７００−２の内部に存在すると判断する。車上局アンテナ５００−２が受信周波数ｆ２の信号を受信しない場合には、地上局アンテナ３００−２が通信エリア７００−２の内部に存在しないと判断する。
【００４５】
車上局４００が有するエリア判断部４５０が車上局の位置に基づき地上局アンテナ３００−１、３００−２が通信エリア７００−１、７００−２の内部に存在するかどうかを判断し、地上局１００側で地上局アンテナ３００−１、３００−２が受信する信号の受信周波数の信号強度から車上局アンテナ５００−１、５００−２が通信エリア６００−１、６００−２の内部に存在するかどうかを判断してもよい。
【００４６】
また本実施の形態において、地上局１００が変調処理及び周波数変換処理の機能を持つ構成としたが、これに限る必要はなく、地上局アンテナ３００−１、３００−２のそれぞれが変調処理及び周波数変換処理の機能、または、これらの一部の機能を持つようにしてもよい。この場合、地上局１００は、ケーブル２００−１、２００−２を介して送信データとともに車上局４００または車上局アンテナ５００−１、５００−２の位置情報を地上局アンテナ３００−１、３００−２に送り、地上局アンテナ３００−１、３００−２のそれぞれに備えられた選択多重部が送信信号を選択または多重するようにすればよい。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態にかかる無線通信システムは、車上局の移動経路に沿って互いに向かい合うように設置された指向性を有する２つの地上局アンテナが、それぞれ独立な通信エリアを形成するような無線通信システムであり、車上局が一方の地上局アンテナの近くに存在し、他方の地上局アンテナとの通信が行えない場合に、通信が可能な方のアンテナは、他方の地上局アンテナに割り当てられた周波数も用いて、２周波数分の周波数で送信することとした。これにより、車上局が一方の地上局アンテナの近くに存在する場合において、周波数利用効率を向上させることができる。なお、本実施の形態では、指向性をもつアンテナとしたが、これに限らず指向性を有しないアンテナからなる無線通信システムにおいても適用可能である。
【００４８】
実施の形態では、車上局の移動経路の両端に地上局アンテナを配置する例を示した。この発明はこれに限定されず、移動経路に沿って複数対の地上局アンテナを配置し、車上局の位置に応じて、通信に使用する地上局アンテナを適宜切り換えて、地上局１００と車上局４００の間で通信してもよい。
【００４９】
複数組の地上局アンテナを配置した例を図１３に示す。地上局アンテナ３００−２の隣に地上局アンテナ３００−３が配置されており、地上局アンテナ３００−２と反対方向にビームが形成されている。地上局アンテナ３００−３と対向するように地上局アンテナ３００−４が配置されており、地上局アンテナ３００−３、３００−４が地上局アンテナ３００−１、３００−２と同様に一組の地上局アンテナを構成している。また、地上局アンテナ３００−１の隣に地上局アンテナ３００−６が配置されており、地上局アンテナ３００−１と反対方向にビームが形成されている。地上局アンテナ３００−６と対向するように地上局アンテナ３００−５が配置されており、地上局アンテナ３００−５、３００−６が地上局アンテナ３００−１、３００−２と同様に一組の地上局アンテナを構成している。
【００５０】
図を簡潔にするため、通信エリア６００−２、６００−３が重複する範囲を持たないように図示している。車上局４００がどの位置で停止しても通信できるように、実際には、通信エリア６００−２、６００−３が重複する範囲を持つような位置に、地上局アンテナ３００−２、３００−３を設置する。地上局アンテナ３００−１、３００−６も、通信エリア６００−１、６００−６が重複する範囲を持つような位置に設置する。
【００５１】
車上局４００が、図１３（ａ）に示すように、地上局アンテナ３００−２に向かって移動し、車上局アンテナ５００−１が地上局３００−１の通信エリアの内部から出て車上局アンテナ５００−２が地上局アンテナ３００−２の通信エリア６００−２の内部に存在するとき、地上局アンテナ３００−２は周波数ｆ１、ｆ２で車上局アンテナ５００−２に送信する。車上局４００が矢印の方向にさらに移動し、地上局アンテナ３００−２、３００−３の境界を越えると、車上局アンテナ５００−２は地上局アンテナ３００−２の通信エリア６００−２の内部から出る。地上局アンテナ３００−２は車上局４００と通信が不可能になるので、地上局アンテナ３００−２は送信を停止する。このとき車上局アンテナ５００−１は地上局アンテナ３００−３の通信エリア６００−３の内部に存在する。地上局１００は、車上局４００内の位置検出部４２０からの位置検出情報を受信し、車上局４００がどの地上局アンテナの通信エリア内にあるかを判断する。その結果、車上局４００は通信エリア６００−３の内部にのみ存在すると判断され、地上局アンテナ３００−３は周波数ｆ１、ｆ２で車上局アンテナ５００−１に送信する。その後は地上局アンテナ３００−１から３００−２に向かって移動する場合と同様である。
【００５２】
次に車上局４００が、図１３（ｂ）に示すように、地上局アンテナ３００−１に向かって移動し、車上局アンテナ５００−２が地上局３００−２の通信エリアの内部から出て車上局アンテナ５００−１が地上局アンテナ３００−１の通信エリア６００−１の内部に存在するとき、地上局アンテナ３００−１は周波数ｆ１、ｆ２で車上局アンテナ５００−１に送信する。車上局４００が矢印の方向にさらに移動し、地上局アンテナ３００−１、３００−６の境界を越えると、車上局アンテナ５００−１は地上局アンテナ３００−１の通信エリア６００−１の内部から出る。地上局アンテナ３００−１は車上局４００と通信が不可能になるので、地上局アンテナ３００−１は送信を停止する。このとき、車上局アンテナ５００−２は地上局アンテナ３００−６の通信エリア６００−６の内部に存在する。地上局１００は、車上局４００内の位置検出部４２０からの位置検出情報を受信し、車上局４００がどの地上局アンテナの通信エリア内にあるかを判断する。その結果、車上局４００は通信エリア６００−６の内部にのみ存在すると判断され、地上局アンテナ３００−６は周波数ｆ１、ｆ２で車上局アンテナ５００−２に送信する。その後は地上局アンテナ３００−２から３００−１に向かって移動する場合と同様である。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施の形態及び変形例について説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  地上局、１１０  制御部（送信制御部）、１２０  エリア判断部、１３０送信部、１４０受信部、２００−１、２００−２  ケーブル、３００−１  地上局アンテナ（第１の地上局アンテナ）、３００−２  地上局アンテナ（第２の地上局アンテナ）、４００  車上局、４１０  制御部（送信制御部）、４２０  位置検出部、４３０  送信部、４４０  受信部、４５０  エリア判断部、５００−１  車上局アンテナ（第１の車上局アンテナ）、５００−２  車上局アンテナ（第２の車上局アンテナ）、６００−１  通信エリア（第１地上局通信エリア）、６００−２  通信エリア（第２地上局通信エリア）、７００−１  通信エリア（第１車上局通信エリア）、７００−２  通信エリア（第２車上局通信エリア）、７  無線通信システム。
【図１】
2019220926.tif 000003
【図２】
2019220926.tif 000004
【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】
2019220926.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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