(57)【要約】【課題】無線通信システムにおいて、基地局において制御可能な移動局数の上限に達した後でも、必要なデータを削減することなく、新たに制御が必要となる移動局のためのタイムスロットを確保可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】無線通信システムは、基地局１１と複数の移動局２ａ，２１〜２６とを備えている。基地局１１は、制御可能な移動局数の上限に達した後、送信信号の各フレームに含まれる複数の同報通信用タイムスロットの一部を、移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる移動局２ａとの無線通信を行うことが可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と、
前記基地局との間で無線通信を行うことが可能な複数の移動局と、
を備え、
前記基地局から各前記移動局へ送信される第１の送信信号の各フレームは、複数の同報通信用タイムスロットと複数の移動局制御用タイムスロットとを含み、
前記基地局は、制御可能な移動局数の上限に達した後、前記第１の送信信号の各前記フレームに含まれる複数の前記同報通信用タイムスロットの一部を、前記移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる前記移動局との無線通信を行うことが可能である、無線通信システム。
【請求項２】
前記基地局は、制御可能な移動局数の上限に達した後、前記第１の送信信号の各前記フレームに含まれる複数の前記同報通信用タイムスロットの一部を、前記移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる前記移動局との無線通信を行うための必要な時間を確保可能である、請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
各前記移動局から前記基地局へ送信される第２の送信信号の各フレームは、通信データとプリアンブルとを含み、
各前記移動局は、前記第２の送信信号の各前記フレームに含まれる前記プリアンブルの一部を削減することで、前記基地局との無線通信に使用するタイムスロットを短縮することが可能である、請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局と接続される拠点装置をさらに備え、
前記拠点装置は、各前記移動局の位置情報または走行速度に基づいて前記プリアンブルの削減量を決定する、請求項３記載の無線通信システム。
【請求項５】
各前記移動局から前記基地局へ送信される第２の送信信号の各フレームは、通信データとガードタイムとを含み、
各前記移動局は、前記第２の送信信号の各前記フレームに含まれる前記ガードタイムの一部を削減することで、前記基地局との無線通信に使用するタイムスロットを短縮することが可能である、請求項１記載の無線通信システム。
【請求項６】
各前記移動局は、受信した前記第１の送信信号に基づいて、予め定められた低速基準値未満で走行中の他の前記移動局があることを認識した場合に、前記第２の送信信号の各前記フレームに含まれる前記ガードタイムの一部を削減する、請求項５記載の無線通信システム。
【請求項７】
各前記移動局は、前記基地局との無線通信に使用するタイムスロットを短縮したことで生じた時間を、新たに制御が必要となる前記移動局に割り当てることが可能である、請求項３または請求項５記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムを列車無線通信システムに適用した場合の通信方式として、時分割多重方式が採用されている。これは、複数の信号を一定の時間（タイムスロット）毎に区切り、その区切り毎に各信号を配列し、順次送信する方式である。移動局は、通信中の基地局のカバーエリアから、隣接する基地局のカバーエリアへと移動する際、周波数と、自身に割り当てられた送信の順番（タイムスロット番号）を切り替えながら、通信を継続させる。
【０００３】
従来の列車無線通信システムでは、移動先となる基地局が空きスロットを持たない場合、その基地局のカバーエリア内へ、新たに移動局を進入させることはできない。一基地局が制御できる移動局数を増加させるためには、伝送速度の増加および移動局毎の送信時間短縮が必要となる。
【０００４】
特許文献１には、送信信号に含まれるユニークワードをタイムスロット毎に間引きし、送信時間を増加させる方式について開示されている。ユニークワードは同期を正確に実施するために重要なデータであることから、都度の同期誤差測定により、ユニークワードの間引き数が決定される。ユニークワードを間引きされたタイムスロットは、制御データおよび通信データにかける送信時間を増やすことが可能となる。
【０００５】
以上より、列車無線通信システムにおいても、データの間引きにより送信時間を増加させることで、１フレーム当りのタイムスロット数を増やし、一基地局が制御できる移動局数を増加させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−８７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
時分割多重方式を使用した列車無線通信システムにおいて、基地局からの送信信号は、１フレームが、２つ以上の同報通信用タイムスロットと、２つ以上の移動局制御用タイムスロットに分割されている。１つの移動局制御用タイムスロットにつき１台の移動局が割り当てられ、１フレーム内の移動局制御用タイムスロット数を超えた分の移動局は、基地局のカバーエリア内に進入することができない。
【０００８】
基地局において制御可能な移動局数の上限を超えて、新たな移動局をカバーエリア内に進入させる場合は、各移動局用に割り当てられた送信時間を短縮させる等して、新たな移動局制御用タイムスロットを確保する必要がある。しかし、送信時間の短縮のために削減されるデータによっては、列車の運行に支障を来す可能性がある。
【０００９】
特許文献１に記載のような従来の時分割多重方式を用いた無線通信システムでは、各タイムスロットのユニークワードの挿入頻度を減らし、タイムスロット毎に送信できるデータを増加させることを可能としていた。しかし、１フレーム当りのタイムスロット数は変化しないため、新しい移動局用のタイムスロットを確保することができない。
【００１０】
そこで、本発明は、無線通信システムにおいて、基地局において制御可能な移動局数の上限に達した後でも、必要なデータを削減することなく、新たに制御が必要となる移動局のためのタイムスロットを確保可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る無線通信システムは、基地局と、前記基地局との間で無線通信を行うことが可能な複数の移動局とを備え、前記基地局から各前記移動局へ送信される第１の送信信号の各フレームは、複数の同報通信用タイムスロットと複数の移動局制御用タイムスロットとを含み、前記基地局は、制御可能な移動局数の上限に達した後、前記第１の送信信号の各前記フレームに含まれる複数の前記同報通信用タイムスロットの一部を、前記移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる前記移動局との無線通信を行うことが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基地局から各移動局へ送信される第１の送信信号の各フレームは、複数の同報通信用タイムスロットと複数の移動局制御用タイムスロットとを含み、基地局は、制御可能な移動局数の上限に達した後、第１の送信信号の各フレームに含まれる複数の同報通信用タイムスロットの一部を、移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる移動局との無線通信を行うことが可能である。したがって、基地局が制御可能な移動局数の上限に達した後でも、必要なデータを削減することなく、新たに制御が必要となる移動局のためのタイムスロットを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る無線通信システムの１つである列車無線通信システムの全体構成図である。
【図２】実施の形態１に係る無線通信システムが備える基地局から移動局へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【図３】実施の形態１に係る無線通信システムが備える移動局から基地局へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【図４】基地局が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局が基地局のカバーエリアに進入するとき、基地局から移動局へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【図５】基地局が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局が基地局のカバーエリアに進入するとき、各移動局から基地局へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【図６】実施の形態２に係る無線通信システムにおいて、基地局が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局が基地局のカバーエリアに進入するとき、各移動局から基地局へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る無線通信システムの全体構成図である。
【００１５】
図１は、無線通信システムを列車無線通信システムに適用した場合の例である。図１に示すように、無線通信システムは、拠点装置（図示省略）、基地局１１，１２、および移動局２ａ，２１〜２６を備えている。なお、図１では、移動局２２〜２６（図３参照）の図示を省略している。
【００１６】
最初に前提となる技術の動作を説明した後、本実施の形態１に係る無線通信システムの動作を説明する。移動局２ａは、基地局１２のカバーエリア３２を走行中に、基地局１１のカバーエリア３１とのハンドオーバゾーンに差し掛かっている。カバーエリア３１では、移動局２１が走行中であり、基地局１１との通信を実施している。
【００１７】
移動局２ａはカバーエリア３１に進入するために、基地局１１との通信を試みる。このとき、基地局１１の送信信号に空きスロットがあれば、そのタイムスロットは基地局１１と移動局２ａとの通信用タイムスロットである移動局制御用タイムスロットとして使用される。基地局１１に空きスロットがない場合、移動局２ａはカバーエリア３１内への進入が不可能となる。
【００１８】
基地局１１，１２は光回線にて拠点装置と接続され、各移動局２ａ，２１の現在位置の位置情報を拠点装置へ伝達している。移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に近づくと、拠点装置は基地局１１の空きスロットの有無を確認する。
【００１９】
空きスロットがある場合、拠点装置は、当該空きスロットを移動局２ａとの通信用に割り当てる。拠点装置は、基地局１２を通して、移動局２ａへカバーエリア３１における通信用タイムスロット番号を伝達する。空きスロットがない場合、拠点装置は、移動局２ａに停車指示を出し、空きスロットができるまで待機させる。空きスロットは、カバーエリア３１内にある1台以上の移動局が、別のカバーエリアに移動する、または基地局１１との通信を切断し非運用状態に遷移すると発生する。
【００２０】
無線通信システムにおいて、基地局１１，１２から移動局２ａ，２１〜２６への通信（以下「Ａ→Ｂ」という）には、ＴＤＭ（time division multiplexing）方式が採用され、移動局２ａ，２１〜２６から基地局１１，１２への通信（以下「Ｂ→Ａ」という）にはＴＤＭＡ（time division multiple access）方式が採用される。
【００２１】
図２は、基地局１１，１２から移動局２ａ，２１〜２６へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【００２２】
図２に示すように、Ａ→Ｂの送信信号の１フレームは、複数の移動局制御用タイムスロット（＃０〜＃５）と複数の同報通信用タイムスロットの、二種のタイムスロットの配列により構成されている。移動局制御用タイムスロットは、ＳＷ，ＣＲＣ，ＦＥＣなど各移動局２ａ，２１〜２６に固有のデータと通信データとを格納したものである。同報通信用タイムスロットは、全移動局共通のデータを格納したものである。一度の通信で制御できる移動局数は、１フレーム内の移動局制御用タイムスロット数に依存する。なお、Ａ→Ｂの送信信号が第１の送信信号に相当する。
【００２３】
図３は、移動局２ａ，２１〜２６から基地局１１，１２へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【００２４】
図３に示すように、各移動局２ａ，２１〜２６は、送信信号を時間毎に区切り、基地局１１へ順番に送信する。この順番は、図２に示した移動局制御用タイムスロットにより決定される。
【００２５】
Ｂ→Ａにおいて各移動局２ａ，２１〜２６は、移動速度、基地局１１との距離、および周辺環境等が異なる。そのため、基地局１１が備える受信機に送信信号が到着する時間に遅延が生じ、各移動局２ａ，２１〜２６が正しい順番で送信信号を送信していたとしても、隣接する伝送路にて信号同士の衝突が発生する可能性がある。この衝突を回避するため、Ｂ→Ａの送信信号の１フレームにおいては、図３に示すように、Ｇ（ガードタイム）を設ける必要がある。なお、Ｂ→Ａの送信信号が第２の送信信号に相当する。
【００２６】
図４は、基地局１１が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するとき、基地局１１から移動局２ａへ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【００２７】
図４に示すように、基地局１１は、制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するとき、送信信号の各フレームに含まれる複数の同報通信用タイムスロットの一部を書き換えて、移動局２ａを制御するための移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる移動局２ａとの無線通信を行う。
【００２８】
なお、基地局１１は、制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するかどうかに関わらず、送信信号の各フレームに含まれる複数の同報通信用タイムスロットの一部を書き換えて、移動局２ａを制御するための移動局制御用タイムスロットとして予め準備していてもよい。すなわち、基地局１１は、新たに制御が必要となる移動局２ａとの無線通信を行うための必要な時間を確保していてもよい。
【００２９】
図５は、基地局１１が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するとき、各移動局２ａ，２１〜２６から基地局１１へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。
【００３０】
図５に示すように、基地局１１が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するとき、各移動局２ａ，２１〜２６は、送信信号の各フレームに含まれるＰＲ（プリアンブル）の一部を削減することで、各移動局２ａ，２１〜２から基地局１１への送信信号の送信時間を短縮することが可能である。すなわち、各移動局２ａ，２１〜２６は、基地局１１との無線通信に使用するタイムスロットを短縮することが可能である。これにより、新たに制御が必要となる移動局２ａと基地局１１との無線通信の際の送信時間に割り当てることが可能である。
【００３１】
なお、基地局１１が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するかどうかに関わらず、各移動局２ａ，２１〜２６は、送信信号の各フレームに含まれるＰＲの一部を予め削減して準備していてもよい。これにより、各移動局２ａ，２１〜２６は、新たに制御が必要となる移動局２ａと基地局１１との無線通信を行うための必要な時間を確保可能である。
【００３２】
ＰＲは、受信時のタイミング同期に用いられている。同期ずれを防ぐため、ＰＲの全削減は実施しない。ＰＲの削減量は，各移動局２ａ，２１〜２６によって異なる。基地局１１，１２は、制御を行っている各移動局２ａ，２１〜２６の現在位置の位置情報および走行速度を拠点装置へ伝達している。
【００３３】
フレームフォーマットの変更は、拠点装置からの指示によって実施される。拠点装置は、基地局１２を通して移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１へ接近中との情報を得ると、カバーエリア３１内にある各移動局２１〜２６と、カバーエリア３１へ接近中の移動局２ａの位置情報または移動速度に基づいて、削減可能なＰＲの削減量を決定する。このＰＲの削減量から、移動局２ａ用に必要とされる送信時間を確保できた場合、拠点装置は基地局１１に移動局２ａの受け入れ指示を出す。
【００３４】
受け入れ指示を出された基地局１１は、図４に示すように，同報通信用タイムスロットの一部を移動局２ａ用に割り当て、割り当てたタイムスロット番号（＃ａ）を拠点装置へ送信する。各移動局２ａ，２１〜２６への送信信号には、ＰＲの削減量の指示が含まれている。各移動局２ａ，２１〜２６は、自身が送信するＰＲを指示された分だけ削減する。拠点装置は、基地局１１から取得した移動局２ａ用のタイムスロット番号を、基地局１２を通して移動局２ａへ通知する。通知を受けた移動局２ａは、カバーエリア３１への侵入後、割り当てられたタイムスロット番号を使用し、基地局１１と通信を開始する。
【００３５】
移動局２ａのタイムスロットを確保後、基地局１１のカバーエリア３１内にある移動局２１が、隣接する基地局のカバーエリアへ進入しようとする際は、再度Ａ→ＢとＢ→Ａのフレームフォーマットが変更される。移動局２１の位置情報を取得した拠点装置は、移動局２１のハンドオーバ処理完了後に、基地局１１へフレームフォーマットを図２のように戻すよう指示を出す。このとき、移動局２ａに移動局２１の使用していたタイムスロット番号が割り当てられる。
【００３６】
以上のように、実施の形態１に係る無線通信システムでは、基地局１１は、制御可能な移動局数の上限に達した後、送信信号の各フレームに含まれる複数の同報通信用タイムスロットの一部を、移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる移動局２ａとの無線通信を行う。
【００３７】
したがって、基地局１１が制御可能な移動局数の上限に達した後でも、必要なデータを削減することなく、新たに制御が必要となる移動局２ａのためのタイムスロットを確保することができる。これにより、移動局２ａをカバーエリア３１内に進入させることが可能となる。
【００３８】
基地局１１は、制御可能な移動局数の上限に達した後、送信信号の各フレームに含まれる複数の同報通信用タイムスロットの一部を、移動局制御用タイムスロットとして使用することで、新たに制御が必要となる移動局２ａとの無線通信を行うための必要な時間を確保可能である。したがって、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入する前に予め準備しておくことができる。
【００３９】
各移動局２ａ，２１〜２６から基地局１１へ送信される送信信号の各フレームは、通信データとＰＲとを含み、各移動局２ａ，２１〜２６は、送信信号の各フレームに含まれるＰＲの一部を削減することで、基地局１１との無線通信に使用するタイムスロットを短縮することが可能である。したがって、基地局１１へ送信する各移動局２ａ，２１に固有のデータの情報量を減らすことなく、短縮されたタイムスロットを、基地局１１との通信を希望する他の移動局２ａと基地局１１との通信用タイムスロットとして割り当てることができる。
【００４０】
無線通信システムは、基地局１１と接続される拠点装置をさらに備え、拠点装置は、各移動局２ａ，２１〜２６の位置情報または走行速度に基づいてＰＲの削減量を決定するため、各移動局２ａ，２１〜２６ごとにＰＲを効果的に削減することができる。
【００４１】
各移動局２ａ，２１〜２６は、基地局１１との無線通信に使用するタイムスロットを短縮したことで生じた時間を、新たに制御が必要となる移動局２ａに割り当てることが可能である。したがって、移動局２ａをカバーエリア３１内に進入させることが可能となる。
【００４２】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る無線通信システムについて説明する。図６は、実施の形態２に係る無線通信システムにおいて、基地局１１が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するとき、各移動局２ａ，２１〜２６から基地局１１へ送信される送信信号のデータフレームフォーマットを示す図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００４３】
実施の形態１では、Ｂ→Ａにおいて、ＰＲを削減したものを示したが、実施の形態２ではＧを削減した場合の送信時間の確保方法について説明する。Ａ→Ｂに関しては実施の形態１の場合と同様に、同報通信用タイムスロットを移動局制御用タイムスロットとして使用する。
【００４４】
図６に示すように、フレーム内のＧの一部を削減することで、各移動局２ａ，２１〜２から基地局１１への送信信号の送信時間を短縮することが可能である。すなわち、各移動局２ａ，２１〜２６は、基地局１１との無線通信に使用するタイムスロットを短縮することが可能である。これにより、新たに制御が必要となる移動局２ａと基地局１１との無線通信の際の送信時間に割り当てることが可能である。
【００４５】
なお、基地局１１が制御可能な移動局数の上限に達した後、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するかどうかに関わらず、各移動局２ａ，２１〜２６は、送信信号の各フレームに含まれるＧの一部を予め削減して準備していてもよい。これにより、各移動局２ａ，２１〜２６は、新たに制御が必要となる移動局２ａと基地局１１との無線通信を行うための必要な時間を確保可能である。
【００４６】
Ｇは、各移動局２ａ，２１〜２６の送信信号同士の衝突を防ぐために設けられている。各移動局２ａ，２１〜２６は基地局１１からの情報を基に、各送信信号が衝突しないよう、順番に送信している。しかし、移動局２ａ，２１〜２６の周辺環境による反射等で、送信信号が基地局１１へ到着するタイミングは不正確である。送信信号が遅延した場合、他の移動局からの送信信号と干渉を起こし、正しく受信されない可能性がある。そのため、Ｇを設け、送信信号同士の衝突を防いでいる。
【００４７】
このように、移動局２ａ，２１〜２６の周辺環境の変動が速い高速走行時等、干渉が発生しやすい状況での、Ｇの大幅な削減は許容できない。そこでＧの削減は、緊急時等で低速走行をしている移動局がある場合に限り実施する。すなわち、制御されていない移動局２ａが基地局１１のカバーエリア３１に進入するとき、各移動局２ａ，２１〜２６は、基地局１１から受信した送信信号に基づいて、予め定められた低速基準値未満で走行中の他の移動局があることを認識した場合に、送信信号の各フレームに含まれるＧの一部を削減する。なお、フレームフォーマットの変更については、実施の形態１のＰＲの削減方法と同様である。
【００４８】
以上のように、実施の形態２に係る無線通信システムでは、各移動局２ａ，２１〜２６から基地局１１へ送信される送信信号の各フレームは、通信データとＧとを含み、各移動局２ａ，２１〜２６は、送信信号の各フレームに含まれるＧの一部を削減することで、基地局１１との無線通信に使用するタイムスロットを短縮することが可能である。
【００４９】
したがって、基地局１１へ送信する各移動局２ａ，２１に固有のデータの情報量を減らすことなく、短縮されたタイムスロットを、基地局１１との通信を希望する他の移動局２ａと基地局１１との通信用タイムスロットとして割り当てることができる。
【００５０】
各移動局２ａ，２１〜２６は、受信した送信信号に基づいて、予め定められた低速基準値未満で走行中の他の移動局があることを認識した場合に、送信信号の各フレームに含まれるＧの一部を削減するため、新たに制御が必要となる移動局２ａのためのタイムスロットを確保することと、各移動局２ａ，２１〜２６の送信信号同士の衝突の防止とを両立することができる。
【００５１】
ここで、基地局１１と移動局が見通し環境にあり、周囲に遮蔽物のない状況においては、Ｇは不要であると考えられるため、ＰＲと異なり、移動局の状況次第ではＧを全て削減できる可能性もある。
【００５２】
各移動局２ａ，２１〜２６は、基地局１１との無線通信に使用するタイムスロットを短縮したことで生じた時間を、新たに制御が必要となる移動局２ａに割り当てることが可能である。したがって、移動局２ａをカバーエリア３１内に進入させることが可能となる。
【００５３】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
２ａ  移動局、１１，１２  基地局、２１〜２６  移動局。
【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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