(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局と、前記基地局の通信エリア内を移動する移動局と、前記基地局を制御する基地局制御装置とを備える無線通信システムであって、
前記基地局と前記移動局は、同一の情報を複数回繰り返し送信する連送を行うものであり、
前記基地局は、ホッピングパターンを生成するためのホッピングテーブルを記憶部に記憶し、当該ホッピングテーブルを用いて前記移動局に対して周波数ホッピングによるチャネルアクセスを行うものであり、
前記基地局制御装置は、特定の周波数帯域を分割したチャネルに順に番号を付与し、当該番号のビットリバース順に選択して周波数グループに分割し、当該周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、当該複数の小ホッピングテーブルを用いてホッピングテーブルを生成し、当該ホッピングテーブルを前記基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
無線通信システムが自システムのみで、近接する他のシステムがない場合には、
基地局制御装置は、複数の小ホッピングテーブルを連結してホッピングテーブルを生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
無線通信システムが複数近接して存在し、位相が同期している場合には、
基地局制御装置は、複数の小ホッピングテーブルを巡回シフトさせて複数のホッピングテーブルを生成し、複数のシステムで異なるホッピングテーブルを用いることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
無線通信システムが２つ近接して存在し、位相が同期していない場合には、
基地局制御装置は、複数の小ホッピングテーブルの中から半数の小ホッピングテーブルを連結して第１のホッピングテーブルを生成し、残り半数のホッピングテーブルを連結して第２のホッピングテーブルを生成し、前記２つのシステムで異なるホッピングテーブルを用いることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項５】
無線通信システムが３以上近接して存在し、位相が同期していない場合には、
基地局制御装置は、複数の小ホッピングテーブルの中から異なる小ホッピングテーブルを選択して前記３以上の複数のホッピングテーブルを生成し、前記３以上の複数のシステムで異なるホッピングテーブルを用いることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項６】
基地局は、記憶するホッピングテーブルを参照し、回線品質の情報に基づいて周波数チャネルを選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の無線通信システム。
【請求項７】
基地局が周波数ホッピングによるチャネルアクセスを行う無線通信システムで用いられる移動局であって、
２つのスロットで同一の情報を２回繰り返して送信する連送により前記スロット毎に周波数ホッピングされた信号を受信し、記憶部に記憶するホッピングテーブルに従った周波数チャネルで前記基地局に自情報を送信するものであり、
当該ホッピングテーブルが、特定の周波数帯域を分割したチャネルに順に番号を付与し、当該番号のビットリバース順に選択して周波数グループに分割し、当該周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、当該複数の小ホッピングテーブルを用いて生成されたことを特徴とする移動局。
【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係り、特に、移動局と基地局との無線通信を、システム内の干渉、システム間の干渉、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムからの干渉などの影響が少ない周波数チャネルを選択する無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
近年、ライセンス不要で利用可能な帯域である２．４ＧＨｚ帯を用いた無線通信システムの利用が拡大している。
２．４ＧＨｚ帯は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）帯と呼ばれ、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）などといった無線規格に準拠するシステムの他、様々な産業機器、医療機器にも用いられている。
【０００３】
この他にも、２．４ＧＨｚ帯を用いた無線通信システムのひとつとして、鉄道用信号システムであるＣＢＴＣ（Communication Based Train Control）システムがある。
鉄道用信号システムは、システムにどのような故障が生じたとしても安全側に制御するフェイルセーフという考えに基づいて構成され、列車の安全な運行を約束する要となるシステムである。
鉄道用信号システムは、鉄道輸送の中で重要な機能を担っていることから、システムの停止による輸送障害が社会に与える影響はきわめて大きい。このため、高信頼性（高稼動率）を保障する無線通信システムが必要である。
【０００４】
しかしながら、２．４ＧＨｚ帯を用いる無線システムにおいて高信頼通信を実現するためには、以下の４つの干渉を特に考慮する必要がある。
第１に、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）等から受ける干渉（被干渉）、第２に、ＷＬＡＮ等の他のシステムへ与える干渉（与干渉）、第３に、複数の基地局（ＡＰ）が同じ周波数チャネルを用いることによる干渉（システム内干渉）、第４に、例えば、並行して走る複数の軌道（線路）がある場合など、近接する複数のＣＢＴＣシステム間で発生する干渉（システム間干渉）がある。
【０００５】
特に第１の被干渉については、近年の無線ＬＡＮの普及を考えると、多くの干渉が発生すると考えられ、特に対策を行う必要がある。
以上のことから、干渉の多い２．４GHz帯を用いるCBTCシステムにおいて高信頼通信を実現することは容易ではない。
【０００６】
［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００９−２２５１３５号公報「列車無線通信システムにおける周波数チャネルの選択方法および車上無線端末」（株式会社日立製作所）［特許文献１］、特開２００９−１７１０７８号公報「無線通信システム、基地局及び周波数チャネル選択方法」（株式会社日立製作所）［特許文献２］がある。
【０００７】
特許文献１には、列車編成の前後に設置された移動局（ＳＴＡ：Station）を用い、列車の軌道に沿って設置された基地局（ＡＰ：Access Point）との通信を行うことが記載されている。
ＳＴＡは、ＡＰからのパイロット信号を元にチャネルサーチを行うことで、ハンドオーバーし、シームレスな通信を実現する。
【０００８】
ＡＰとＳＴＡの間の通信は、２回の繰り返し通信（連送）を行うこととし、これにより時間ダイバーシチを実現している。また、ＡＰ毎に異なる周波数チャネルを利用し、さらに、送信を行うごとに周波数チャネルを変更する周波数ホッピングを行うことで、周波数ダイバーシチも実現している。
さらに、同一車両編成のＳＴＡは、同一の列車制御情報を送ることとし、これにより空間ダイバーシチを実現する。以上の、時間、周波数、空間のダイバーシチによって高信頼通信を実現している。
【０００９】
特許文献２は、特許文献１に基づき、周波数ホッピングの方法について提案を行ったものである。
特許文献２では、周波数ホッピングに第１と第２のホッピングテーブルを用いる。基本的には第１のホッピングテーブルに従って行われるが、ＡＰの集中制御装置であるＡＰマスタ（ＡＰＭ）から指示された位相に対応する周波数チャネルの回線品質が悪い場合、そのＡＰは第２のホッピングテーブルに従って利用する周波数チャネルを決定する。これにより、干渉が多く回線品質の悪い周波数チャネルの利用を回避する。
但し、次回の送信時は再び第１のホッピングテーブルを用いることとし、第２のホッピングテーブルを用いるかどうかは改めて回線品質を元に決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２２５１３５号公報
【特許文献２】特開２００９−１７１０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の無線通信振システムでは、特に特許文献２の周波数ホッピング方式では、以下の三つの問題点がある。
［第１の問題点］
第１の問題点として、特許文献２では回線品質が悪い場合に必ず第２の周波数テーブルを用いることとしているが、実際には変更先の周波数チャネルの回線品質が更に悪い可能性があるため、回線品質の良い方を用いるべきである。しかしながら、回線品質の良い相手を選択できないため、回線品質を良好にすることができないという問題点があった。
【００１２】
［第２の問題点］
第２の問題点として、特許文献２で例示されているテーブルでは、無線ＬＡＮへの干渉を十分に考慮していないため、テーブルの変更によって隣接するＡＰ同士が周波数の近いチャネルを使用してしまうケースがあり、与干渉が生じるという問題点があった。
また、この場合には、同時に他の無線ＬＡＮからの干渉を受ける可能性があり、被干渉が生じるという問題点もあった。
このため、周波数ダイバーシチが十分得られず、反って特性が劣化する可能性がある。従って、周波数チャネルを変更した場合でも、隣接するＡＰの利用するチャネルが十分離れていることを保障する必要がある。
【００１３】
［第３の問題点］
第３の問題点として、特許文献２では、システム間干渉を考慮していないため、複数のＣＢＴＣシステムが近接する場合には、システム間干渉が発生する可能性があるという問題点があった。
【００１４】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、システム内干渉、システム間干渉、無線ＬＡＮからの干渉を回避し、高品質な無線通信システム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】
【００１５】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、複数の基地局と、基地局の通信エリア内を移動する移動局と、基地局を制御する基地局制御装置とを備える無線通信システムであって、基地局と移動局が、同一の情報を複数回繰り返し送信する連送を行うものであり、基地局が、ホッピングパターンを生成するためのホッピングテーブルを記憶部に記憶し、当該ホッピングテーブルを用いて移動局に対して周波数ホッピングによるチャネルアクセスを行うものであり、基地局制御装置が、特定の周波数帯域を分割したチャネルに順に番号を付与し、当該番号のビットリバース順に選択して周波数グループに分割し、当該周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、当該複数の小ホッピングテーブルを用いてホッピングテーブルを生成し、当該ホッピングテーブルを基地局に送信することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記無線通信システムにおいて、無線通信システムが自システムのみで、近接する他のシステムがない場合には、基地局制御装置が、複数の小ホッピングテーブルを連結してホッピングテーブルを生成することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、上記無線通信システムにおいて、無線通信システムが複数近接して存在し、位相が同期している場合には、基地局制御装置が、複数の小ホッピングテーブルを巡回シフトさせて複数のホッピングテーブルを生成し、複数のシステムで異なるホッピングテーブルを用いることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上記無線通信システムにおいて、無線通信システムが２つ近接して存在し、位相が同期していない場合には、基地局制御装置が、複数の小ホッピングテーブルの中から半数の小ホッピングテーブルを連結して第１のホッピングテーブルを生成し、残り半数のホッピングテーブルを連結して第２のホッピングテーブルを生成し、２つのシステムで異なるホッピングテーブルを用いることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、上記無線通信システムにおいて、無線通信システムが３以上近接して存在し、位相が同期していない場合には、基地局制御装置が、複数の小ホッピングテーブルの中から異なる小ホッピングテーブルを選択して３以上の複数のホッピングテーブルを生成し、３以上の複数のシステムで異なるホッピングテーブルを用いることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、上記無線通信システムにおいて、基地局が、記憶するホッピングテーブルを参照し、回線品質の情報に基づいて周波数チャネルを選択することを特徴とする。
【００２１】
本発明は、基地局が周波数ホッピングによるチャネルアクセスを行う無線通信システムで用いられる移動局であって、２つのスロットで同一の情報を２回繰り返して送信する連送によりスロット毎に周波数ホッピングされた信号を受信し、記憶部に記憶するホッピングテーブルに従った周波数チャネルで基地局に自情報を送信するものであり、当該ホッピングテーブルが、特定の周波数帯域を分割したチャネルに順に番号を付与し、当該番号のビットリバース順に選択して周波数グループに分割し、当該周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、当該複数の小ホッピングテーブルを用いて生成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基地局と移動局が、同一の情報を複数回繰り返し送信する連送を行うものであり、基地局が、ホッピングパターンを生成するためのホッピングテーブルを記憶部に記憶し、当該ホッピングテーブルを用いて移動局に対して周波数ホッピングによるチャネルアクセスを行うものであり、基地局制御装置が、特定の周波数帯域を分割したチャネルに順に番号を付与し、当該番号のビットリバース順に選択して周波数グループに分割し、当該周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、当該複数の小ホッピングテーブルを用いてホッピングテーブルを生成し、当該ホッピングテーブルを基地局に送信する無線通信システムとしているので、干渉を回避し、高品質な無線通信を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システムの概略図である。
【図２】ＡＰ及びＳＴＡの無線通信装置の構成ブロック図である。
【図３】ＣＢＴＣシステムのチャネル割り当てを示す図である。
【図４】ＣＢＴＣシステムの動作タイミングチャートである。
【図５】ビットリバースマップを示す図である。
【図６】ビットリバース順による周波数グループの分類処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、基地局と移動局は、同一の情報を複数回繰り返し送信する連送を行い、基地局が、ホッピングパターンを生成するためのホッピングテーブルを用いて移動局に対して周波数ホッピングによるチャネルアクセスを行い、基地局制御装置が、特定の周波数帯域を分割したチャネルに順に番号を付与し、当該番号のビットリバース順に選択して周波数グループに分割し、当該周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、当該複数の小ホッピングテーブルを用いてホッピングテーブルを生成し、当該ホッピングテーブルを基地局に送信するものであり、システム内干渉、システム間干渉、無線ＬＡＮからの干渉を回避し、高品質な無線通信を実現できるものである。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの特徴を説明する。
２．４ＧＨｚ帯に設けられた複数の周波数チャネルを用いるＣＢＴＣシステムにおいて、まず、任意の２チャネルが２０ＭＨｚ以上離れるような組み合わせとなるように周波数グループに分割する。
尚、２０ＭＨｚ以上離れる組み合わせにするのは、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮの帯域幅を考慮し、グループ内のいずれかのチャネルを選択することで干渉を回避するためである。従って、ＩＥＥＥ８０２．１１系以外の無線システムに注目して干渉回避を行う場合は、該無線システムの帯域幅の分だけ周波数の離れた組み合わせを作成する。
【００２６】
そして、周波数グループごとに、以下の４つの特徴を持つ小ホッピングテーブルを作成する。
［第１の特徴］
ホッピングテーブルの各要素には複数のチャネルを割当てられている。
但し、割当てられている複数の周波数チャネルのうち、任意の２チャネルは必ず２０ＭＨｚ以上離れている。尚、２０ＭＨｚ以上離れていることを特徴とするのは、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線LANの帯域幅を考慮し、干渉を回避するためである。従って、ＩＥＥＥ８０２．１１系以外の無線システムに注目して干渉回避を行う場合は、該無線システムの帯域幅を周波数間隔とする。
【００２７】
［第２の特徴］
各周波数チャネルは、各ホッピングパターンにつき１回だけ割当てられている。
［第３の特徴］
ホッピングパターンのある位相と次の位相からそれぞれ任意の周波数チャネルを選択した場合、それらの周波数チャネルは必ず２０ＭＨｚ以上離れている。尚、２０ＭＨｚ以上離れていることを特徴とするのは、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線LANの帯域幅を考慮し、干渉を回避するためである。従って、ＩＥＥＥ８０２．１１系以外の無線システムに注目して干渉回避を行う場合は、該無線システムの帯域幅を周波数間隔とする。
【００２８】
［第４の特徴］
隣接するＡＰ（基地局）に割当てられるホッピングパターンの任意の位相において、それぞれのパターンから任意の周波数チャネルを選択した場合、必ず２０ＭＨｚ以上離れている。尚、２０ＭＨｚ以上離れていることを特徴とするのは、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線LANの帯域幅を考慮し、干渉を回避するためである。従って、ＩＥＥＥ８０２．１１系以外の無線システムに注目して干渉回避を行う場合は、該無線システムの帯域幅を周波数間隔とする。
【００２９】
グループ毎に作られた以上のような特徴を持つ小ホッピングテーブルを位相方向に並べることで、ひとつのホッピングテーブルとする。
このとき、近接する複数のシステムが存在し、これらの位相が同期している場合、全てのシステムが全ての周波数グループを使用することとし、各システム間ではグループ単位で位相を巡回シフトした関係を持つこととする。近接する複数のシステムが存在し、これらの位相が同期していない場合、周波数グループを各システムに等しく分配し、同一の周波数グループを用いないようにする。
【００３０】
このようにして作られたホッピングテーブルを基に各ＡＰが用いるホッピングパターンを割り当てる。
各ＡＰが使用する周波数チャネルは、ＡＰＭ（ＡＰマスタ）から指示される位相に従って行われる。各ＡＰは、ＡＰＭに指示された位相に対応する複数の周波数チャネルの中から最も回線品質の良い周波数チャネルを用いる。
【００３１】
また、同程度の回線品質であった場合には最も利用履歴の少ない周波数チャネルを用いても良い。
回線品質の判定基準は、ビット誤り率の履歴や、パケット誤り率の履歴や、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio：信号対干渉雑音電力比）の履歴やキャリアセンスによる瞬時干渉電力などであっても良い。
【００３２】
更に、２つのスロットを用いて同一情報の通信を２回繰り返す連送において、１回も通信に成功しなかった場合には、次の連送では、最後の連送で用いた周波数チャネルと最も周波数間隔の大きい周波数チャネルを用いても良い。
あるいは、ある連送において、１回も通信に成功しなかった場合には、次の連送では、最後に使用した周波数チャネルと２０ＭＨｚ以上離れたチャネルを優先して用いても良い。
【００３３】
［無線通信システム：図１］
本発明の実施の形態に係る無線通信システムについて図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの概略図である。
本発明の実施の形態に係る無線通信システム（本無線通信システム）は、図１に示すように、軌道１０１に沿って設置された基地局（ＡＰ：Access Point）２０１，２０２，２０３と、列車１０２の車上無線局である移動局（ＳＴＡ：Station）３０１，３０２と、ＡＰの集中制御装置（ＡＰＭ：Access Point Master）４０１と、列車制御上位システム（指令装置）４０２と、ＡＰ２０１〜２０３、ＡＰＭ４０１、上位システムをつなぐ有線のネットワークであるバックボーンネットワーク（Back-Bone Network）１０３とを基本的に有している。
尚、本無線通信システムは、ＣＢＴＣシステムを前提にしている。
【００３４】
［無線通信システムの各部］
基地局（ＡＰ）２０１，２０２，２０３は、隣接するＡＰで干渉しないようにするため、異なるチャネルを用いて無線通信を行っている。
例えば、ある特定の時間帯（スロット）では、ＡＰ２０１では、チャネルはＣＨ１を用い、ＡＰ２０２ではＣＨ５を用い、ＡＰ２０３ではＣＨ９を用いてＳＴＡ３０１，３０２と無線通信を行っている。
また、例えば、別の時間帯（スロット）では、ＡＰ２０１では、チャネルはＣＨ９を用い、ＡＰ２０２ではＣＨ１３を用い、ＡＰ２０３ではＣＨ５を用いてＳＴＡ３０１，３０２と無線通信を行っている。
【００３５】
ＳＴＡ３０１，３０２は、列車軌道１０１を列車１０２に伴って進行方向に移動し、チャネルサーチを行いながらＡＰ２０１，２０２，２０３と順次ハンドオーバーを行うことで、シームレスな無線通信を実現する。
ここで、ＳＴＡは、列車１０２の前後に各一台設けられており、それぞれが別の装置となっている。
【００３６】
ＡＰＭ４０１は、ＡＰ２０１，２０２，２０３と上位システム４０２との間でゲートウェイの役割をし、上位システム４０２から送られてくる列車１０２の制御情報を、ＡＰ２０１，２０２，２０３を介してＳＴＡ３０１，３０２に伝達し、ＡＰ２０１，２０２，２０３を介してＳＴＡ３０１，３０２から送られてくる列車１０２の位置情報等を上位システム４０２に伝達して、上位システム４０２とＳＴＡ３０１，３０２との中継の役割をする。
【００３７】
また、ＡＰＭ４０１は、各ＡＰの送信タイミングと、周波数ホッピングの位相同期の制御を行うものであり、各ＡＰ２０１、２０２、２０３に対して送受信の指示を行い、各ＡＰ２０１、２０２、２０３に送受信を行わせる。
【００３８】
［ＡＰ及びＳＴＡ：図２］
本無線通信システムにおけるＡＰ及びＳＴＡの構成について図２を参照しながら説明する。図２は、ＡＰ及びＳＴＡの無線通信装置の構成ブロック図である。
ＡＰ及びＳＴＡの無線通信装置は、図２に示すように、無線送受信機能を具備しており、アンテナ５０１と、ＲＦ（Radio Frequency）部５０２と、ＢＢ（Base Band）信号処理部５０３と、ＭＡＣ（Media Access Control）処理部５０４と、記憶部５０５と、主制御部５０６と、インタフェース部５０７とを備えている。
【００３９】
［無線通信装置の各部］
ＡＰ及びＳＴＡの無線通信装置の各部を具体的に説明する。
アンテナ５０１は、送受信における空間と無線機との間のインタフェース機能を備える。
ＲＦ（Radio Frequency）部５０２は、無線部であり、送信時のベースバンド信号の無線周波数帯への変換処理機能等と、受信時の無線周波数帯からベースバンド信号への変換処理機能等を具備する。
ＲＦ部５０２は、ＳＩＮＲ、瞬時干渉電力を測定し、その情報を主制御部５０６に出力する。
【００４０】
ＢＢ（ベースバンド）信号処理部５０３は、送信時のパイロット信号の付加や誤り訂正符号化やベースバンド変調処理機能等と、受信時のパイロット信号の検出による同期処理や誤り訂正復号処理やベースバンド復調機能等を具備する。
尚、ＢＢ信号処理部５０３にＳＩＮＲ、瞬時干渉電力を測定する機能を具備し、ＲＦ部５０２の代わりにＳＩＮＲ、瞬時干渉電力を測定するようにしてもよい。
【００４１】
ＭＡＣ（Media Access Control）処理部５０４は、送受信に使用する周波数チャネルの決定処理、送受信のタイミングの制御、送信時のパケットへの無線機の識別ＩＤ（識別子）の付加処理、受信時の送信元無線機の識別処理等を行う機能を具備する。
記憶部５０５は、ホッピングテーブルや各周波数チャネルの回線品質の情報を記憶する。回線品質の情報は、主制御部５０６からＳＩＮＲ、瞬時干渉電力の情報として入力される。
そして、ホッピングテーブルの生成に本実施の形態の特徴がある。
【００４２】
主制御部５０６は、無線機全体を制御する。
特に、主制御部５０６は、ＲＦ部５０２からＳＩＮＲ、瞬時干渉電力の情報を入力し、記憶部５０５に回線品質の情報を記憶させ、ホッピングテーブルを参照してＲＦ部５０２にどのチャネルを用いて無線電波を作るかの指示を出力する。
インタフェース部５０７は、無線通信すべきデータの入出力処理を行う。
【００４３】
［ＣＢＴＣシステムのチャネル割り当て：図３］
次に、ＣＢＴＣシステムにおけるチャネル割り当てについて図３を参照しながら説明する。図３は、ＣＢＴＣシステムのチャネル割り当てを示す図である。
本無線通信システムでは、図３に示すように、２．４００ＧＨｚ〜２．４８０ＧＨｚの範囲を１６チャネルに分割し、１周波数チャネルあたり５ＭＨｚの帯域を割り当て、周波数の低いチャネルから昇順にＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７、ＣＨ８、ＣＨ９、ＣＨ１０、ＣＨ１１、ＣＨ１２、ＣＨ１３、ＣＨ１４、ＣＨ１５、ＣＨ１６とチャネル番号を割り当てることとする。
【００４４】
［本無線通信システムの動作：図４］
次に、本無線通信システムの動作について図４を参照しながら説明する。図４は、ＣＢＴＣシステムの動作タイミングチャートである。図４に上位システム４０２、ＡＰ２０１、２０２、ＳＴＡ３０１、３０２の通信の動作例を示している。
図４の例では、ＡＰ２０１とＳＴＡ３０２、ＡＰ２０２とＳＴＡ３０１がそれぞれ通信を行っている。
【００４５】
［スーパーフレーム］
図４に示すように、ＡＰとＳＴＡの間の通信は、スーパーフレームをひとつの単位とする。
スーパーフレームは２つのスロット（スロット１，２）で構成されており、２つのスロットでは同一情報の通信が２回繰り返されている。このような連送によって時間ダイバーシチ効果を得られる。また、スロット毎に、周波数ホッピングを行うため、周波数ダイバーシチ効果も得られる。更に、列車前方のＳＴＡ３０２と列車後方のＳＴＡ３０１は同一の情報をやり取りしており、これにより空間ダイバーシチ効果を得られる。
【００４６】
スロット１では、ＡＰ２０１とＳＴＡ３０２との通信に、ＣＨ１が割り当てられ、ＡＰ２０２とＳＴＡ３０１との通信に、ＣＨ５が割り当てられている。
また、スロット２では、ＡＰ２０１とＳＴＡ３０２との通信に、ＣＨ９が割り当てられ、ＡＰ２０２とＳＴＡ３０１との通信に、ＣＨ１３が割り当てられている。
【００４７】
各スロットは、ＡＰ送信期間（下り期間）、前方ＳＴＡ送信期間、後方ＳＴＡ送信期間に分割されている。
ＡＰ送信期間では、ＡＰから６４車両編成分の情報（電文）がブロードキャスト形式で順次時分割で送信される。
各ＳＴＡ送信期間では、あらかじめ決められた車両毎の送信タイミングで、各ＳＴＡが自車両に関する情報の送信を行う。但し、車両毎の送信タイミングは、ＡＰＭ４０１からの指示によって決定してもかまわない。このような方法によって、ＡＰと各ＳＴＡの通信が互いに干渉を起こすことはない。
【００４８】
［周波数ホッピングのホッピングテーブル］
ここからは、周波数ホッピングのホッピングパターンを生成するために用いられるホッピングテーブルの作成例について説明する。
尚、ホッピングテーブルは、ＡＰＭ４０１で生成してもよいし、上位システム４０２で生成するようにしてもよい。
そして、生成されたホッピングテーブルは、ＡＰに送信され、ＡＰの記憶部に記憶される。また、ＡＰからＳＴＡにホッピングテーブルを送信して、ＳＴＡが利用できるようにしてもよい。
【００４９】
本無線通信システムにおいては、ＣＨ１からＣＨ１６の全１６チャネルを周波数グループ内の任意の２チャネルが２０ＭＨｚ以上の間隔を有するという条件の下、周波数チャネルを周波数グループに分割し、周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、小ホッピングテーブルを連結することでホッピングテーブルを作成する。
【００５０】
［周波数グループの作成手順：図５］
まず、周波数グループの作成手順について説明する。ビットリバースの順に選択し、周波数グループに分割する。具体的には、図５に示す手順によって行う。図５は、ビットリバースマップを示す図である。
ビットリバースによるチャネル番号の設定は、ｉ番目の数字を４ビットの２進数で表し、その４ビットの順番を反転（リバース）し、それを１０進数にして「ビットリバース順」を得て、更に＋１して「チャネル番号」を得たものである。
【００５１】
例えば、ｉ＝１の場合、２進数の４ビットは「０００１」であり、順番を反転させると「１０００」となり、それを１０進数にすると「ビットリバース順」が「８」となり、＋１して「チャネル番号」が「９」となる。
また、ｉ＝２の場合、２進数の４ビットは「００１０」であり、順番を反転させると「０１００」となり、それを１０進数にすると「ビットリバース順」が「４」となり、＋１して「チャネル番号」が「５」となる。
以上のようにして、ビットリバースによるチャネル番号が設定される。
【００５２】
図５のビットリバースマップに基づいて、ｉ＝０〜３，４〜７，８〜１１，１２〜１５の４つのグループに分け、チャネル番号を束にする。
このような手続きによって、ｇ1＝｛１,５，９，１３｝、ｇ2＝｛２，６，１０，１４｝、ｇ3＝｛３，７，１１，１５｝、ｇ4＝｛４，８，１２，１６｝の４グループに分割される。
【００５３】
ビットリバース順では、ｉ番目とｉ＋１番目の差が平均的に最も大きくなる特徴を持っており、なるべく離れた周波数間隔のチャネルグループを作成する上で好適である。
尚、本実施の形態では、２０ＭＨｚ間隔で周波数チャネルを順次選択し、周波数グループを作成しても同様の結果が得られる。
【００５４】
［ビットリバース順による周波数グループの分類処理：図６］
次に、上記ｇ1、ｇ2、ｇ3、ｇ4を得るためのビットリバース順による周波数グループの分類処理について図６を参照しながら説明する。図６は、ビットリバース順による周波数グループの分類処理のフローチャートである。
図６に示すように、ｉ＝０，ｊ＝１を設定する（Ｓ１）。ここで、ｉはビットリバースマップにおける１０進数の番数であり、ｊは周波数グループの番号である。
【００５５】
次に、ｉに対応するチャネル番号をビットリバースマップから読み出し（Ｓ２）、ｊ番目のグループｇj内の全チャネルと２０ＭＨｚ以上離れているか否かを判定する（Ｓ３）。
ｇj内の全チャネルと２０ＭＨｚ以上離れている場合（Ｙｅｓの場合）には、周波数グループｇjに追加する（Ｓ４）。
【００５６】
そして、ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）し（Ｓ５）、ｉが「１５」より大きくなったか否か（ｉ＞１５）を判定する（Ｓ６）。ｉ＞１５となった場合（Ｙｅｓの場合）、処理を終了し、ｉ≦１５の場合（Ｎｏの場合）、処理Ｓ２に戻る。
【００５７】
また、判定処理Ｓ３で、ｇj内の全チャネルと２０ＭＨｚ以上離れていない場合（Ｎｏの場合）には、ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）し（Ｓ７）、ｉが「１５」より大きくなったか否か（ｉ＞１５）を判定する（Ｓ８）。ｉ＞１５となった場合（Ｙｅｓの場合）、処理を終了し、ｉ≦１５の場合（Ｎｏの場合）、処理Ｓ２に戻る。
【００５８】
［小ホッピングテーブルの作成］
続いて任意の２チャンネルが必ず２０ＭＨｚ以上の間隔を持つことを特徴とする各周波数グループｇ1、ｇ2、ｇ3、ｇ4に対して、小ホッピングテーブルの作成を行う。
小ホッピングテーブルの作成においては、グループ内の周波数チャネルを昇順に並べ、それをビットリバース順で読み出し、２チャンネルずつ各位相に割り当てる。ビットリバースで読み出すことにより、各位相の周波数間隔が平均的に最も大きくなるように設計できる。
【００５９】
このようにして、作成される小ホッピングテーブルは以下の［数１］の通りである。尚、本実施の形態では、ホッピングテーブルを行列によって表記することとし、各行列の各行はホッピングパターンに対応し、各ＡＰの並び順に周期的に割り当てられることとする。
また、各列は位相に対応し、上り下りの送受信を行う毎に位相を１つずつ進めることとする。各ホッピングパターンの各位相には複数のチャンネルを割り当てることとし、ＡＰとＳＴＡは各時点における位相に対応したチャネルの中から１つを選択して通信を行うこととし、選択基準については後述する。
【００６０】
【数１】
0005788750.tif 000002
【００６１】
これらの小ホッピングテーブルは、各行及び各列について同じ周波数チャネルは１つずつしか存在しないことを特徴としている。
また、隣り合う任意の２つのチャネルは必ず２０ＭＨｚ以上離れていることも特徴である。
【００６２】
このようにして作られた小ホッピングテーブルＧ1、Ｇ2、Ｇ3、Ｇ4に基づき、これらを連結することで実際にシステムで用いるホッピングテーブルを作成する。
このため、連送毎に１つのグループを用いることが可能で、同一連送内に限れば、連続する２回の送信は必ず２０ＭＨｚ以上離れたチャネルを使うことができ、無線ＬＡＮからの干渉に対しても、十分な周波数ダイバーシチを得られる。
【００６３】
以下、他のＣＢＴＣシステムとの関係に基づき場合分けして、ホッピングテーブルの例を示す。
［（１）近接するシステムがなく、自システムのみの場合］
近接するシステムがなく、自システムのみの場合には、例えば、小ホッピングテーブルＧ1、Ｇ2、Ｇ3、Ｇ4を用いて下記［数２］のようなホッピングテーブルＴを作成すればよい。
【００６４】
【数２】
0005788750.tif 000003
【００６５】
ホッピングテーブルＴは、各行及び各列について各チャネルが１つずつしか存在しないことを特徴としており、これによって、１６チャネルを偏りなく使用できるため、ＣＢＴＣシステム以外のシステムへの干渉を小さくできる。
【００６６】
［（２）２〜４つのＣＢＴＣシステムが近接して存在し、これらの位相が同期している場合］
２〜４つのＣＢＴＣシステムが近接して存在し、これらの位相が同期している場合には、ホッピングテーブルＴを下記［数３］〜［数６］のように各グループ（小ホッピングテーブル）単位で巡回シフトしたホッピングテーブルを定義し、各システムに割り当てる。これにより、最大４つのシステムが干渉を起こすことなく共存できる。
【００６７】
システム１のホッピングテーブル：Ｔ(1)
【数３】
0005788750.tif 000004
【００６８】
システム２のホッピングテーブル：Ｔ(2)
【数４】
0005788750.tif 000005
【００６９】
システム３のホッピングテーブル：Ｔ(3)
【数５】
0005788750.tif 000006
【００７０】
システム４のホッピングテーブル：Ｔ(4)
【数６】
0005788750.tif 000007
【００７１】
［（３）２つのＣＢＴＣシステムが近接して存在し、これらの位相が同期していない場合］
２つのＣＢＴＣシステムが近接して存在し、これらの位相が同期していない場合には、小ホッピングテーブルＧ1〜Ｇ4の中から２つずつシステムに割り当て、例えば下記［数７］〜［数８］のようなホッピングテーブルを用いる。
【００７２】
具体的には、２つのＣＢＴＣシステムに対して、小ホッピングテーブルＧ1〜Ｇ4の中から半数の小ホッピングテールを連結して第１のホッピングテーブルを生成し、残り半数の小ホッピングテーブルを連結して第２のホッピングテーブルを生成し、各システムが異なるホッピングテーブルを用いるようにしたものである。
【００７３】
システム１のホッピングテーブル：Ｔ(1)
【数７】
0005788750.tif 000008
【００７４】
システム２のホッピングテーブル：Ｔ(2)
【数８】
0005788750.tif 000009
【００７５】
［（４）３つまたは４つのＣＢＴＣシステムが近接して存在し、これらの位相が同期していない場合］
３つまたは４つのＣＢＴＣシステムが近接して存在し、これらの位相が同期していない場合には、各システムにＧ1〜Ｇ4の小ホッピングテーブルを１つずつ割当て、これをそのまま用いる。
システム１のホッピングテーブル：  Ｔ(1)＝Ｇ1
システム２のホッピングテーブル：  Ｔ(2)＝Ｇ2
システム３のホッピングテーブル：  Ｔ(3)＝Ｇ3
システム４のホッピングテーブル：  Ｔ(4)＝Ｇ4
【００７６】
以上のように、周波数グループを基に作成したホッピングテーブルを用い、各ＡＰにホッピングパターンを割り当てる。例えば、ホッピングテーブルとして
Ｔ＝［Ｇ1  Ｇ2  Ｇ3  Ｇ4］を用いる場合には、１行目をＡＰ２０１、２行目をＡＰ２０２、１行目をＡＰ２０３といったように、軌道に沿って配置されている順にパターンを繰り返し割り当てる。
このようにして割り当てられたホッピングパターンを用いて、ＡＰＭから巡回的に指示される位相に従って、使用する周波数チャネルを決定する。
【００７７】
［周波数チャネルの選択］
以下、各位相に割り当てられた複数の周波数チャネルから１つの周波数チャネルを選択する方法について説明する。
周波数チャネルの選択は、回線品質の情報が得られるＡＰでホッピングテーブルを参照して行うものであるが、回線品質の情報をＡＰＭに伝送するようにすれば、ＡＰＭで周波数チャネルの選択をし、選択結果をＡＰに送信するようにしてもよい。
【００７８】
チャネルの選択には、回線品質の良い方を判定し、そのチャネルを用いることとする。また、他システムへの干渉（与干渉）の最小化を目的として１６チャネルをなるべく偏りなく使用するため、回線品質が同程度である場合は、これまでの使用回数が少ない方を用いることとする。
【００７９】
回線品質の基準としては、ビット誤り率の履歴、パケット誤り率の履歴、ＳＩＮＲの履歴、キャリアセンスによる瞬時干渉電力などを用いても良い。
ビット誤り率の履歴、パケット誤り率の履歴、ＳＩＮＲの履歴は、ＡＰ自身の受信結果に基づく情報の他に、ＳＴＡがＡＰに位置情報等を送信する際に、受信結果も併せてＡＰに返送することで、情報を取得することができる。
また、瞬時干渉電力の取得は、ＡＰが各スロットで送信を開始する前に、キャリアセンスにより、干渉電力のセンシングを行うことで取得することができる。
【００８０】
更に、ある連送で、１回も通信に成功しなかった場合には、次の連送では最後の連送で用いた周波数ＣＨから最も離れた周波数チャネルを用いる。このようにして、通信の連続失敗による、列車制御システムのダウンをできるだけ回避することができる。
【００８１】
以上のような周波数ホッピングシステムによって、システム内干渉、システム間干渉、無線ＬＡＮからの干渉、他システムへの干渉を回避しながら、最大４つのシステムが共存可能な周波数ホッピングを実現できる。
【００８２】
［実施の形態の効果］
本無線通信システムによれば、ＡＰＭ４０１が、特定の周波数帯域を分割したチャネルに順に番号を付与し、当該番号のビットリバース順に選択して周波数グループに分割し、当該周波数グループ毎に小ホッピングテーブルを作成し、当該複数の小ホッピングテーブルを用いてホッピングテーブルを生成し、ＡＰが、ＳＴＡに対してそのホッピングテーブルを参照して周波数ホッピングによるチャネルアクセスを行うようにしているので、システム内干渉、システム間干渉、無線ＬＡＮからの干渉を回避し、高品質な無線通信を実現できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、システム内干渉、システム間干渉、無線ＬＡＮからの干渉を回避し、高品質な無線通信システムに好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１０１...軌道、  １０２...列車、  １０３...バックボーンネットワーク、  ２０１，２０２，２０３...基地局（ＡＰ）、  ３０１，３０２...移動局（ＳＴＡ）、  ４０１...集中制御装置（ＡＰＭ）、  ４０２...上位システム（指令装置）、  ５０１...アンテナ、  ５０２...ＲＦ部（無線部）、  ５０３...ＢＢ（ベースバンド）信号処理部、  ５０４...ＭＡＣ処理部、  ５０５...記憶部、  ５０６...主制御部、  ５０７...インタフェース部
【図１】
0005788750.tif 000010
【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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