(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた複数の周波数チャネルの候補から１つの周波数チャネルを時間スロット毎に選択する使用チャネル選択部と、
前記使用チャネル選択部が選択した前記周波数チャネルを用いて、無線通信を行う無線通信部と、
を備え、
前記使用チャネル選択部は、前記無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、前記無線通信に用いるセルからのセル数が前記周波数チャネルの候補の数以内であって前記第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する前記周波数チャネルと、選択した前記周波数チャネルとが重複することを許容し、
前記無線通信部が前記無線通信に用いるセルと、全ての時間スロットにおいて同一の前記周波数チャネルを用いるセルとの間のセル数は、前記周波数チャネルの候補の数よりも大きいことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記使用チャネル選択部は、前記時間スロット間の周波数チャネルの間隔と、セル間のオフセットとを用いて、使用する前記周波数チャネルを決定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】
前記使用チャネル選択部は、異なる２つの前記時間スロット間の周波数チャネルの間隔と、セル間のオフセットとを用いて、前記時間スロット毎に複数の前記周波数チャネルを抽出し、前記周波数チャネル毎の通信品質を示す品質値に基づいて、前記複数の周波数チャネルのうちの１つを選択することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記無線通信装置は、予め定められた経路に沿って設置され、前記セルを形成する複数の基地局のいずれか１つ、または前記経路に沿って移動する移動局であり、前記無線通信は前記基地局と、当該基地局が形成するセル内に位置する前記移動局との間で行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記無線通信装置は前記基地局であって、
前記使用チャネル選択部は、予め前記基地局毎に割り当てられた前記時間スロット間の周波数チャネルの間隔と、セル間のオフセットとを用いて、使用する前記周波数チャネルを選択することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記無線通信装置は前記移動局であって、
前記使用チャネル選択部は、前記無線通信の相手装置である前記基地局から予め前記基地局毎に割り当てられた前記時間スロット間の周波数チャネルの間隔と、セル間のオフセットとを取得し、取得した前記時間スロット間の周波数チャネルの間隔と前記セル間のオフセットとを用いて、使用する前記周波数チャネルを選択することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記無線通信装置は、前記セルを形成する基地局であって、
前記無線通信部は、前記使用チャネル選択部が前記時間スロット毎に選択した前記周波数チャネルを示す選択情報を前記基地局が形成する前記セル内に位置する移動局に通知することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記経路は線路であって、前記移動局は前記線路上を走行する列車に搭載されることを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記使用チャネル選択部は、前記時間スロット毎に使用する周波数チャネルを定めたホッピングパターンのテーブルを有しており、当該テーブルに従って使用する前記周波数チャネルを選択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１０】
予め定められた経路に沿って配置される基地局と、前記基地局が形成するセル内に位置し、前記経路に沿って移動する移動局とを備え、
前記基地局と前記移動局との間で、複数の周波数チャネルの候補の中から時間スロット毎に使用する周波数チャネルを切り替えて無線通信を行い、
前記基地局および前記移動局のそれぞれは、前記無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、前記無線通信に用いるセルからのセル数が前記周波数チャネルの候補の数以内であって前記第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する前記周波数チャネルと、選択した前記周波数チャネルとが重複することを許容し、
前記無線通信に用いるセルと、全ての時間スロットにおいて同一の前記周波数チャネルを用いるセルとの間のセル数は、前記周波数チャネルの候補の数よりも大きいことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
予め定められた経路に沿って配置される基地局と、前記基地局が形成するセル内に位置し、前記経路に沿って移動する移動局との間で、複数の周波数チャネルの候補の中から時間スロット毎に使用する周波数チャネルを切り替えて無線通信を行う無線通信方法であって、
前記基地局および前記移動局のそれぞれは、前記無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、前記無線通信に用いるセルからのセル数が前記周波数チャネルの候補の数以内であって前記第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する前記周波数チャネルと、選択した前記周波数チャネルとが重複することを許容し、
前記無線通信に用いるセルと、全ての時間スロットにおいて同一の前記周波数チャネルを用いるセルとの間のセル数は、前記周波数チャネルの候補の数よりも大きいことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１２】
予め定められた複数の周波数チャネルの候補から選択された周波数チャネルを用いて
無線通信を行う無線通信装置を制御する制御回路であって、
前記無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、前記無線通信に用いるセルからのセル数が前記周波数チャネルの候補の数以内であって前記第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する前記周波数チャネルと、選択した前記周波数チャネルとが重複することを許容する処理を無線通信装置に実行させ、
前記無線通信装置が前記無線通信に用いるセルと、全ての時間スロットにおいて同一の前記周波数チャネルを用いるセルとの間のセル数は、前記周波数チャネルの候補の数よりも大きいことを特徴とする制御回路。
【請求項１３】
予め定められた複数の周波数チャネルの候補から選択された周波数チャネルを用いて
無線通信を行う無線通信装置を制御するプログラムを記憶した記憶媒体において、該プログラムは、
前記無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、前記無線通信に用いるセルからのセル数が前記周波数チャネルの候補の数以内であって前記第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する前記周波数チャネルと、選択した前記周波数チャネルとが重複することを許容する処理を無線通信装置に実行させ、
前記無線通信装置が前記無線通信に用いるセルと、全ての時間スロットにおいて同一の前記周波数チャネルを用いるセルとの間のセル数は、前記周波数チャネルの候補の数よりも大きいことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数ホッピングを用いる無線通信装置、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、線路沿いに設置された地上局と列車との間で無線通信を行い、この無線通信を用いて伝送された情報に基づいて、列車の運行制御、速度制御などを行う無線列車制御システムが注目されている。無線列車制御システムでは、電波の利用免許が不要な２．４ＧＨｚのＩＳＭ（Industry−Science−Medical）帯が使用されることが多い。ＩＳＭ帯は、無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのシステムによって広く使用されているため、他のシステムの電波との干渉を抑制するためにスペクトラム拡散技術が用いられることがある。スペクトラム拡散技術は、信号を元の信号よりも広い帯域に拡散して通信する技術である。【０００３】
特許文献１には、スペクトラム拡散技術の一種である周波数ホッピングを用いる無線通信システムが開示されている。周波数ホッピングは、時間スロット毎に異なる周波数チャネルを使用して無線通信を行う技術である。特許文献１に記載のシステムでは、同じ時間スロットに対応する周波数チャネルが互いに異なる２つのホッピングパターンを準備しておき、電波状況に応じて、使用する周波数チャネルを時間スロット毎に２つのホッピングパターンの中から選択している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
しかしながら、全ての時間スロットで同時に用いられる周波数チャネルが重複しないホッピングパターンの数は、用いられる周波数チャネルの候補の数と同じとなる。このため、上記特許文献１に記載の技術によれば、同一のホッピングパターンを用いるセルの間隔は、最大でも周波数チャネルの候補の数となる。上記の無線列車制御システムのように基地局が線路に沿って並べられる場合などは、基地局間の見通しがよいことが多く、他の基地局からの電波の干渉を受ける可能性が高まり、システム内の電波の干渉が増大するという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システム内の電波の干渉を抑制することが可能な無線通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線通信装置は、予め定められた複数の周波数チャネルの候補から１つの周波数チャネルを時間スロット毎に選択する使用チャネル選択部と、使用チャネル選択部が選択した周波数チャネルを用いて、無線通信を行う無線通信部とを備える。使用チャネル選択部は、無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、無線通信に用いるセルからのセル数が周波数チャネルの候補の数以内であって第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと、選択した周波数チャネルとが重複することを許容する。無線通信部が無線通信に用いるセルと、全ての時間スロットにおいて同一の周波数チャネルを用いるセルとの間のセル数は、周波数チャネルの候補の数よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる無線通信装置は、システム内の電波の干渉を抑制することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの構成を示す図
【図２】図１に示す基地局の機能構成を示す図
【図３】図１に示す車両の概略構成を示す図
【図４】図１に示す移動局の機能構成を示す図
【図５】図１に示す基地局および移動局の機能を実現するための処理回路の構成の第１の例を示す図
【図６】図１に示す基地局および移動局の機能を実現するための処理回路の構成の第２の例を示す図
【図７】図１に示す無線通信システムの動作を示すシーケンス図
【図８】図７に示す動作中に伝送されるフレーム構成を示す図
【図９】図１に示す無線通信システムの各基地局への周波数チャネルの割当方法の概念を示す図
【図１０】図２および図４に示す使用チャネル選択部が生成するホッピングパターンの一例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる無線通信システムの構成を示す図
【図１２】図１１に示す監視装置が生成するデータベースの構成の一例を示す図
【図１３】図１１に示す基地局の構成を示す図
【図１４】図１３に示す使用チャネル選択部が生成するホッピングパターンの第１のパターンの一例を示す図
【図１５】図１３に示す使用チャネル選択部が生成するホッピングパターンの第２のパターンの一例を示す図
【図１６】図１３に示す使用チャネル選択部が生成するホッピングパターンの第１のパターンの変形例を示す図
【図１７】図１３に示す使用チャネル選択部が生成するホッピングパターンの第２のパターンの変形例を示す図
【図１８】図１１に示す移動局の構成を示す図
【図１９】図１１に示す無線通信システムの動作を示すシーケンス図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態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。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システム１０の構成を示す図である。無線通信システム１０は、基地局１Ａ−１と、基地局１Ａ−２と、移動局２Ａと、有線ネットワーク５と、管理装置６とを有する。
【００１２】
基地局１Ａ−１および基地局１Ａ−２は、予め定められた経路４に沿って配置される無線通信装置である。以下、基地局１Ａ−１および基地局１Ａ−２のそれぞれを特に区別する必要がない場合、基地局１Ａ−１および基地局１Ａ−２をまとめて基地局１Ａと称する。基地局１Ａが配置される経路４は、線路などである。経路４が線路である場合、車両３は列車となる。また経路４が道路であって、車両３が自動車であってもよい。以下、経路４が線路であり、車両３が列車である場合について説明する。基地局１Ａは、経路４に沿って数十メートルから数百メートルの間隔で設置される。
【００１３】
移動局２Ａは、車両３に搭載された無線通信装置である。車両３は、経路４に沿って移動する。図１には１台の車両３と１台の移動局２Ａとが示されているが、実際には無線通信システム１０は複数の移動局２Ａを備えている。
【００１４】
複数の基地局１Ａは、有線ネットワーク５に接続されている。管理装置６は、有線ネットワーク５に接続されており、車両３の運行を管理する。管理装置６は、基地局１Ａと移動局２Ａとの間で行われる無線通信を用いて伝送された情報に基づいて、車両３の運行制御、速度制御などを行う。無線式の列車制御システムは、従来の固定閉塞区間による列車運行制御方式と比較して、軌道回路が不要であるため、導入コストおよびメンテナンスコストを低減することができる。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可能なため、列車の運行密度を上げることが可能となり、運行コストを低減することができる。
【００１５】
無線通信システム１０が無線通信に用いる周波数帯域は、電波の利用免許が不要な周波数帯域であり、ＩＳＭ帯などである。ＩＳＭ帯は、上記の通り無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど複数のシステムによって利用されている。一般的にセル構成をとる無線通信システムでは、セルの大きさは送信機の送信電力と受信機の受信感度に大きく依存し、セルの端での受信レベルが受信感度付近となるように基地局が配置される。これに対して本実施の形態にかかる基地局１Ａは、他システムからの干渉が多い中でも通信ができるように、基地局１Ａが形成するセルの端部における受信レベルが受信感度よりも高いレベルとなるような間隔で配置することができる。またシステム間の電波の干渉を低減するために、基地局１Ａと移動局２Ａとは周波数ホッピングを用いた無線通信を行い、用いる周波数チャネルを時間スロット毎に切り替える。移動局２Ａは、移動局２Ａが搭載される車両３の現在の位置情報を、無線通信を用いて基地局１Ａに送信している。基地局１Ａは、それぞれの車両３が先行する車両３と衝突せずに安全に停止することができる限界の位置である停止限界位置など、管理装置６が車両３の運行制御、速度制御などのために生成する制御情報を、無線通信を用いて移動局２Ａに伝送する。
【００１６】
しかしながら、上記の構成によって他システムからの電波の干渉を低減することはできても、基地局１Ａをセルの端部における受信レベルが受信感度よりも高いレベルとなるような間隔で配置した場合には、同じ周波数チャネルを使用するより遠くの基地局１Ａからの電波が干渉として入り込んでくる可能性が高まり、システム内の電波の干渉が生じることがある。また基地局１Ａを線路など見通しのよい経路４に沿って配置するため、同じ周波数チャネルを使用するより遠くの基地局１Ａからの電波が干渉として入り込んでくる可能性が高まる。システム内の電波の干渉を低減するために、全ての時間スロットにおいて同じ周波数チャネルを用いるホッピングパターンが同一の基地局１Ａ同士の間の距離を離すことが望ましい。
【００１７】
図２は、図１に示す基地局１Ａの機能構成を示す図である。基地局１Ａは、通信アンテナ１１と、無線通信部１２と、変復調部１３と、基地局制御部１４と、使用チャネル選択部１５とを有する。
【００１８】
通信アンテナ１１は、送信時に無線通信部１２から入力された無線信号を空中に放射するとともに、空中を伝搬してきた無線信号を受信して無線通信部１２に入力する。無線通信部１２は、送信時には変復調部１３から入力されたデジタルで変調された信号をアナログ信号に変換し、キャリア周波数に周波数変換する。無線通信部１２は、受信時には通信アンテナ１１から入力されたアナログ信号をベースバンド帯に周波数変換し、周波数変換したアナログ信号をデジタル信号に変換する無線処理を行う。無線通信部１２は、後述する使用チャネル選択部１５が選択する周波数チャネルを用いて、無線処理を行う。
【００１９】
変復調部１３は、送信時には送信データに対して符号化処理および変調処理を行い、受信時には受信した信号に対して復調処理および復号処理を行う。基地局制御部１４は、送信時には有線ネットワーク５側からのデータの送信制御を行うと共に、受信時には、受信データを有線ネットワーク５側に出力する制御を行う。使用チャネル選択部１５は、与えられた条件に基づいて、無線通信を行う際に用いる周波数チャネルを時間スロット毎に選択し、選択した周波数チャネルを識別する周波数チャネル番号を無線通信部１２に出力する。使用チャネル選択部１５の詳細な機能は後述する。
【００２０】
図３は、図１に示す車両３の概略構成を示す図である。車両３は、移動局２Ａと、車上制御装置３１と、位置検出装置３２とを有する。移動局２Ａは、通信アンテナ１１を有する。車上制御装置３１は、移動局２Ａが受信したデータに基づいて、車両３の停止、速度変更など車両３の制御を行う。位置検出装置３２は、車両３の位置を検出する。位置検出装置３２は、一定の時間周期で車両３の位置を検出して位置情報を生成し、生成した位置情報を移動局２Ａに出力することができる。位置検出装置３２は、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）受信機を用いて位置情報を取得してもよいし、基地局１Ａから移動局２Ａに伝送された起点位置情報と車軸の回転速度を計測する速度発電機から得られる移動距離とに基づいて車両３の現在位置を計算してもよい。
【００２１】
図４は、図１に示す移動局２Ａの機能構成を示す図である。以下、基地局１Ａの構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して同様の機能についての説明を省略する。移動局２Ａは、通信アンテナ１１と、無線通信部１２と、変復調部１３と、移動局制御部２４と、使用チャネル選択部１５とを有する。移動局制御部２４は、送信時には位置検出装置３２が出力した位置情報に基づいて送信データを生成して、生成した送信データを変復調部１３に出力する。移動局制御部２４は、受信時には変復調部１３から出力された復調データを車上制御装置３１に出力する。
【００２２】
次に、基地局１Ａおよび移動局２Ａの機能を実現するためのハードウェア構成について説明する。基地局１Ａおよび移動局２Ａの無線通信部１２は、周波数変換などを行うアナログ回路、アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータなどを用いて構成される。変復調部１３、基地局制御部１４、使用チャネル選択部１５および移動局制御部２４は、処理回路である。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、コンピュータプログラムを用いる処理回路であってもよい。
【００２３】
専用のハードウェアを用いる場合、処理回路は、図５に示す処理回路９０である。図５は、図１に示す基地局１Ａおよび移動局２Ａの機能を実現するための処理回路の構成の第１の例を示す図である。
【００２４】
処理回路９０は、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、およびＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）のいずれか、またはこれらを組み合わせたものである。変復調部１３、基地局制御部１４、使用チャネル選択部１５および移動局制御部２４の機能の一部または全部は、専用のハードウェアである処理回路９０を用いて実現することができる。
【００２５】
コンピュータプログラムを用いる場合、処理回路は、図６に示す処理回路９１である。図６は、図１に示す基地局１Ａおよび移動局２Ａの機能を実現するための処理回路の構成の第２の例を示す図である。処理回路９１は、プロセッサ９２と、メモリ９３とを備える。
【００２６】
プロセッサ９２は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）であり、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）などとも呼ばれる。
【００２７】
メモリ９３は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクなどである。
【００２８】
プロセッサ９２は、メモリ９３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、変復調部１３、基地局制御部１４、使用チャネル選択部１５および移動局制御部２４の機能の一部または全部は、プロセッサ９２およびメモリ９３を備える処理回路９１を用いて実現することができる。またメモリ９３は、プロセッサ９２が実行する各処理における一時メモリとしても用いられる。
【００２９】
続いて、無線通信システム１０の動作について説明する。図７は、図１に示す無線通信システム１０の動作を示すシーケンス図である。図７では、ｎ個の移動局２Ａが基地局１Ａのセル内に位置している状態を想定している。以下、複数の移動局２Ａのそれぞれを区別する場合、移動局２Ａ−１，移動局２Ａ−２，移動局２Ａ−ｎなどと示す。
【００３０】
管理装置６は、それぞれの車両３の停止限界位置を算出する（ステップＳ１０１）。図７に示す一連の動作は繰り返し実行され、管理装置６は、前回の一連の動作を行うことでそれぞれの車両３の位置情報を移動局２Ａから取得しており、これらの位置情報を用いて停止限界位置を算出する。
【００３１】
管理装置６は、算出した停止限界位置を基地局１Ａに送信する（ステップＳ１０２）。基地局１Ａの基地局制御部１４は、管理装置６が送信した停止限界位置を受信すると、基地局１Ａのセル内に位置する移動局２Ａの全てに伝達する情報である報知情報を生成して変復調部１３に出力する（ステップＳ１０３）。報知情報は、移動局２Ａがフレームのホッピングパターンを生成するために必要なホッピング情報、フレーム番号、セル番号、それぞれの移動局２Ａに対する時間スロットの割当情報などを含む。
【００３２】
基地局１Ａの変復調部１３は、変調処理などを行った報知情報を無線通信部１２に出力する。無線通信部１２は、変復調部１３が出力した報知情報を基地局１Ａのセル内に位置する全ての移動局２Ａに送信する（ステップＳ１０４）。このとき基地局１Ａの使用チャネル選択部１５は、前回送信したフレームに含まれる報知情報を用いて移動局２Ａに通知したホッピング情報に基づいて、報知情報を送信するために使用する周波数チャネルを選択する。無線通信部１２は、選択された周波数チャネルを用いて報知情報を送信する。
【００３３】
基地局１Ａの無線通信部１２が報知情報を送信すると、基地局１Ａの使用チャネル選択部１５および移動局２Ａの使用チャネル選択部１５のそれぞれは、各時間スロットにおいて使用する周波数チャネルを選択してホッピングパターンを生成する（ステップＳ１０５）。このとき移動局２Ａの使用チャネル選択部１５は、基地局１Ａから受信する報知情報に含まれるホッピング情報に基づいて、自身が割り当てられた時間スロットを把握することができる。移動局２Ａの無線通信部１２は、割り当てられた時間スロットにおいて、基地局１Ａが使用する周波数チャネルと同じ周波数チャネルを用いて無線処理を行うことで、基地局１Ａと無線通信することができる。なお、図７のステップＳ１０５はホッピングパターンを生成するステップであり、時間スロット毎に使用する複数の周波数チャネルをまとめて選択することとしているが、本発明はかかる例に限定されない。使用する周波数チャネルの選択は、時間スロット毎に１つずつ行われてもよい。ホッピングパターンを生成する方法の詳細については後述する。
【００３４】
基地局１Ａの基地局制御部１４は、管理装置６から受信した移動局２Ａが搭載された車両３の停止限界位置をそれぞれ異なる時間スロットを用いてそれぞれの移動局２Ａに送信する（ステップＳ１０６）。具体的には、基地局制御部１４は、報知情報を送信した時間スロットに続く時間スロットを用いて移動局２Ａ−１の停止限界位置＃１を移動局２Ａ−１に送信し、さらに次の時間スロットを用いて移動局２Ａ−２の停止限界位置＃２を移動局２Ａ−２に送信する。同様の処理をｎ番目の移動局２Ａ−ｎの停止限界位置＃ｎを移動局２Ａ−ｎに送信するまで繰り返す。
【００３５】
停止限界位置の送信に続いて、各移動局２Ａは、自身が割り当てられた時間スロットを用いて、移動局２Ａの現在位置を示す位置情報、つまり各移動局２Ａが搭載された車両３の位置情報を基地局１Ａに送信する（ステップＳ１０７）。具体的には、移動局２Ａ−１は、停止限界位置＃ｎが伝送された時間スロットに続く時間スロットを用いて移動局２Ａ−１の位置情報＃１を基地局１Ａに送信する。移動局２Ａ−２は移動局２Ａ−２の位置情報＃２を基地局１Ａに送信し、同様の処理が移動局２Ａ−ｎが位置情報＃ｎを基地局１Ａに送信するまで繰り返される。基地局１Ａは、それぞれの移動局２Ａから位置情報を受信すると、受信した位置情報を、有線ネットワーク５を介して管理装置６に送信する（ステップＳ１０８）。
【００３６】
図７に示す動作は、繰り返し実行されるため、ステップＳ１０８において管理装置６に送信された位置情報は、次回の一連の動作におけるステップＳ１０１において管理装置６が停止限界位置を算出する際に用いられる。図７に示す一連の動作は、数百ミリ秒程度の時間周期で実行される。このような構成をとることで、停止限界位置が一定の周期で更新され、列車の運行が可能となる。なんらかの異常によって停止限界位置の更新が途絶えた場合、車上制御装置３１は、停止限界位置の更新が途絶えた時点で車両３を停止させる制御を行う。また移動局２Ａの移動局制御部２４は、車両３が移動して隣接する基地局１Ａのセル内に移動局２Ａが位置するようになると、通信先の基地局１Ａを切り替えるハンドオーバ処理を行う。
【００３７】
図８は、図７に示す動作中に伝送されるフレーム構成を示す図である。ｎ台の移動局２Ａが基地局１Ａの形成するセル内に位置しているとき、基地局１Ａとｎ台の移動局２Ａとの間で伝送されるｉ番目のフレーム＃ｉは、報知情報＃ｉと、ｎ個の停止限界位置＃１から停止限界位置＃ｎと、ｎ個の位置情報＃１から位置情報＃ｎとを含む。各フレームは、固定時間長の時間スロットから構成される。各フレームの先頭時間スロットには、報知情報が格納される。報知情報、停止限界位置および位置情報は、それぞれ異なる時間スロットを用いて伝送される。
【００３８】
図９は、図１に示す無線通信システム１０の各基地局１Ａへの周波数チャネルの割当方法の概念を示す図である。図９に示す例では、周波数チャネルの候補の数は１６である。基地局１Ａ−１と基地局１Ａ−２とは、同一の時間スロットで異なる周波数チャネルを使用する。特定の基地局１Ａに着目した場合、時間スロット毎に使用する周波数チャネルを１つずつずらしている。
【００３９】
全ての時間スロットで他のホッピングパターンと周波数チャネルが重ならないホッピングパターンは、最大で周波数チャネルの候補の数まで生成することができる。つまり、周波数チャネルの候補がｆ０からｆ１５までの１６個である場合、１６個のホッピングパターンを生成することができる。この場合、全ての時間スロットで周波数チャネルが同一のホッピングパターンが割り当てられるセルの間隔は、最大でも１６セルとなる。
【００４０】
システム構成によっては、基地局１Ａ間の見通しが悪く、セル数が１６個離れた基地局１Ａからの電波からの干渉を受ける可能性が低い場合もある。しかしながら、線路などの経路４に沿って基地局１Ａが配置される本実施の形態においては、より遠くに配置された基地局１Ａからの電波の干渉を受ける可能性があるため、全ての時間スロットで周波数チャネルが同一のホッピングパターンが割り当てられるセルの間隔を拡大することが望ましい。したがって、本実施の形態では、周波数チャネルの候補の数以内のセルにおいて、使用する周波数チャネルが一部重複することを許容して、全ての時間スロットで周波数チャネルが同一のホッピングパターンが割り当てられるセルの間隔を周波数チャネルの候補の数よりも大きくする。
【００４１】
具体的には、使用チャネル選択部１５は、無線通信部１２が無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接セルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択する。無線通信部１２が無線通信に用いるセルは、基地局１の使用チャネル選択部１５にとっては、基地局１が形成するセルであり、移動局２Ａの使用チャネル選択部１５にとっては、移動局２Ａの位置をカバーするセルである。このとき使用チャネル選択部１５は、選択する周波数チャネルが、セル間隔が第１のセル数よりも大きく周波数チャネルの候補の数以内の遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと重複することを許容する。
【００４２】
使用する周波数チャネルを上記のように選択することによって、周波数チャネルの候補の数以内のセルの中でも電波が到達する可能性が高い近接セルとは使用する周波数チャネルが重複しないため電波の干渉を抑制することができる。また、使用する周波数チャネルが重複するセルを、周波数チャネルの候補の数以内のセルの中では電波が到達する可能性が比較的低い遠隔セルとすることで、電波の干渉の発生する可能性を抑制することができる。このとき使用チャネル選択部１５は、遠隔セルが複数存在するように第１のセル数を定めて、複数の遠隔セルと順番に周波数チャネルの重複が生じるように、使用する周波数チャネルを選択する。このように第１のセル数を定めることで、遠隔セルのうちの２つのセルに着目した場合、全ての時間スロットで周波数チャネルが重複しなくなるため、電波の干渉の発生を抑制することが可能になる。
【００４３】
なお、同一の周波数チャネルを用いる基地局１Ａからの電波が干渉を引き起こした場合であっても情報を正しく伝送するために、複数のフレームに渡って同一の情報を複数回伝送することが望ましい。１つのフレーム内である車両３に割り当てられる時間スロットの位置がフレーム間で同じであったとしても、周波数チャネルの候補の数がフレーム内の時間スロット数と異なれば、同じ車両３に割り当てられる周波数チャネルはフレーム毎に異なる。このように同じ車両３に割り当てられる周波数チャネルがフレーム毎に変化するため、特定の周波数チャネルを用いた通信の品質が低下しているような状況であっても、同じフレームを複数回送信することで、情報を正しく伝送することができる。
【００４４】
また、図８に示した例では、１つのフレーム当たり、１つの車両３に１つの時間スロットを割り当てることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。１つのフレーム内で１つの車両３に複数の時間スロットが割り当てられてもよい。１つのフレーム内で１つの車両３に複数の時間スロットが割り当てられる場合であっても、時間スロット毎に使用する周波数チャネルは変わるため、耐干渉性を向上させることができる。
【００４５】
図１０は、図２および図４に示す使用チャネル選択部１５が生成するホッピングパターンの一例を示す図である。図１０に示す例では、周波数チャネルの候補の数が１６である。各時間スロットとセルに対応する数字は、周波数チャネルを識別する周波数チャネル番号である。セル＃１６に着目した場合、時間スロット＃０の周波数チャネル＃０および時間スロット＃４の周波数チャネル＃１２は、１６セル離れたセル＃０と重複する。時間スロット＃１の周波数チャネル＃７は１５セル離れたセル＃１と重複する。時間スロット＃２の周波数チャネル＃１４は１４セル離れたセル＃２と重複する。時間スロット＃３の周波数チャネル＃５は１３セル離れたセル＃３と重複する。このように、セル＃１６に割り当てる周波数チャネルと重複する周波数チャネルを割り当てるセルをセル＃０からセル＃３の４つのセルにまとめて、セル＃４からセル＃１５には同じ時間スロットでセル＃１６に割り当てる周波数チャネルと異なる周波数チャネルを割り当てる。
【００４６】
それぞれのセルに割り当てた周波数チャネルが図１０を用いて説明したようなホッピングパターンを形成するために、使用チャネル選択部１５が周波数チャネルを選択する方法について、次に説明する。
【００４７】
使用チャネル選択部１５は、次に示す数式（１）を用いて、各時間スロットで使用する周波数チャネルを選択することで、ホッピングパターンを生成することができる。
【００４８】
p[i,j]=mod(j*d[m]+s[n],16)  …（１）
【００４９】
ここでMはシステム内のセル数であり、Nはフレーム内のスロット数である。この場合、セル番号iは０からＭ−１の値をとり、フレーム内の時間スロット番号jは０からＮ−１の値をとる。mod(A,B)は、ＡをＢで除したときの剰余である。mは、セル番号iを周波数チャネルの候補の数１６で除したときの商をさらに２で除したときの剰余であり、下記の数式（２）で表され、０または１の値をとる。mは、１６セル毎に異なる値をとるため、１６セル離れたホッピングパターンが異なる周波数チャネルを含むものとなる。nは、セル番号iを周波数チャネルの候補の数１６で除したときの剰余であり、下記の数式（３）で表され、０から１５の値のいずれかをとる。nは、セル毎に値をとる。
【００５０】
m=mod(i/16,2)    …（２）
n=mod(i,16)      …（３）
【００５１】
d[m]は時間スロット間での周波数チャネルの間隔であり、この例ではmの値によって３または７の値をとる。s[n]はセル間のホッピングパターンのオフセットであり、この例ではnの値によって0,4,8,12,1,5,9,13,3,7,11,15,2,6,10および14のいずれか１つの値をとる。
【００５２】
上記の数式（１）を用いると、使用チャネル選択部１５は、スロット間での周波数チャネルの間隔d[m]が一定の場合、異なるオフセットs[n]間では、同じ時間スロットで異なる周波数チャネルが選択されることになる。またd[m]を周波数チャネルの候補の数分のセル毎に変えることで、周波数チャネルの候補の数だけ離れたセルで異なる周波数チャネルが選択されることになる。
【００５３】
数式（１）では、周波数チャネルの候補の数１６の剰余をとっているため、d[m]の取り得る値としては１から１５となる。１以外の候補の数の約数を選択した場合、使用されない周波数チャネルが生じて、周波数チャネルの候補の数よりも短い周期でホッピングパターンが繰り返されることになる。したがって、ここではd[m]の値として奇数を用いている。d[m]の組み合わせは、d[m]の異なるセルの間で同じ周波数チャネルが選択される割合に影響を与える。d[m]が３または７をとる場合、その差は４となるため、４つ後の時間スロットでは周波数チャネル１６個分の差となり、数式（１）のように１６で剰余をとった場合、d[0](=3)とd[1](=7)との周波数チャネルの関係は、４つ前の時間スロットと同じになる。つまり、ある時間スロットで周波数チャネルが重複した場合には、４つ後の時間スロットでも重複することになる。
【００５４】
つまり、d[m]の値の差を４とした場合、セル間での周波数チャネルの重複は、s[n]が４の倍数だけ異なるセル同士で生じる。上記の通り、本実施の形態ではs[n]=(0,4,8,12,1,5,9,13,3,7,11,15,2,6,10,14)であり、値が４の倍数となるものを近接するセルにまとめて配置している。このため、s[0]からs[3]に関しては４つの時間スロット毎に１スロットの割合で周波数チャネルの重複が生じ、s[4]からs[15]に関しては周波数チャネルの重複が生じない。
【００５５】
上記の例では４つのセルで４つの時間スロット毎に１つの割合で周波数チャネルが重複するが、d[m]の組み合わせを変えることで、８つのセルで８つの時間スロット毎に１つの割合で周波数チャネルが重複するようにしたり、２つのセルで２つの時間スロット毎に１つの割合で周波数チャネルが重複するようにしたりできる。
【００５６】
無線通信システム１０では、d[m]およびs[n]の値を各基地局１Ａに予め割り当てておき、基地局１Ａの使用チャネル選択部１５は、基地局制御部１４から与えられたd[m]およびs[n]の値を用いて使用する周波数チャネルを時間スロット毎に選択することでホッピングパターンを生成する。このd[m]およびs[n]の値は、上記のホッピング情報に含まれ、各基地局１Ａのセル内に位置する移動局２Ａに伝送される。移動局２Ａの使用チャネル選択部１５は、移動局制御部２４を経由して取得したd[m]およびs[n]の値を用いて使用する周波数チャネルを時間スロット毎に選択することでホッピングパターンを生成する。
【００５７】
上記の方法を実行することで、図１０に示すようなホッピングパターンを生成することができる。図１０には時間スロット＃０から時間スロット＃１５が示されているが、時間スロット＃１６以上についても同様である。またセル＃０からセル＃３１までが示されているが、セル＃３２ではセル＃０と同一のホッピングパターンが再び使用される。つまり、全ての時間スロットにおいて使用する周波数チャネルが重複するセルの間隔は、３２セルとなり、周波数チャネルの候補の数１６よりも大きくなる。
【００５８】
なお、フレーム内の時間スロット数と周波数チャネルの候補の数とが倍数関係にある場合、フレーム内の特定の時間スロットに割り当てられる周波数チャネルが複数のフレーム間で重複してしまうため、オフセットを設けてフレーム毎に割り当てられる周波数チャネルをずらすことが望ましい。この場合、複数のフレームに渡って同じ情報を複数回伝送すれば、同じ情報の伝送の全てで周波数チャネルが重複するのは３２セル離れたセルとなる。
【００５９】
また、d[m]の配列数を増やすことで、全ての時間スロットにおいて使用する周波数チャネルが重複するセルの間隔を上記の例よりも大きくすることが可能になる。
【００６０】
上記の実施の形態では、無線通信を行うための処理と並行して使用する周波数チャネルの選択を行うこととしたが、本発明はかかる例に限定されない。使用する周波数チャネルを選択するタイミングは、上記の例に限らず、無線通信を開始する前であればよい。上記の方法を用いて予め使用する周波数チャネルを選択してホッピングパターンをテーブルとして保持しておき、使用チャネル選択部１５がテーブルに従って時間スロット毎に周波数チャネルを選択してもよい。予めホッピングパターンのテーブルを生成しておくことで、基地局１Ａおよび移動局２Ａの使用チャネル選択部１５は、上記の数式（１）に示す計算を行うための回路を有する必要がなくなり、回路構成を簡易にすることができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる無線通信装置である基地局１Ａおよび移動局２Ａによれば、無線通信部１２が無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、選択する周波数チャネルは、セル間隔が周波数チャネルの候補の数以内であって第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと重複することが許容される。このような周波数チャネルが用いられることで、全ての時間スロットにおいて使用する周波数チャネルが重複するホッピングパターンを使用するセルの間隔を周波数チャネルの候補の数よりも大きくすることができる。したがってシステム内の電波の干渉を抑制することが可能になり、安定した無線通信を実現することが可能になる。
【００６２】
実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる無線通信システム２０の構成を示す図である。無線通信システム２０は、実施の形態１における周波数チャネルの選択方法に加えて、２つのホッピングパターンを生成して、生成した２つのホッピングパターンから時間スロット毎に周波数チャネルを選択する構成を有する。無線通信システム２０は、無線通信システム１０の基地局１Ａの代わりに基地局１Ｂを有し、移動局２Ａの代わりに移動局２Ｂを有する。また無線通信システム２０は、システム内の通信品質の状態を監視する監視装置７を有する。
【００６３】
なお図１１では２台の基地局１Ｂ−１および基地局１Ｂ−２を示しているが、無線通信システム２０は３台以上の基地局１Ｂを備えることができる。また図１１では１台の車両３と１台の移動局２Ｂとを示しているが、無線通信システム２０は複数の車両３に搭載された複数の移動局２Ｂを備えることができる。
【００６４】
監視装置７は、有線ネットワーク５に接続されており、有線ネットワーク５を介して基地局１Ｂと通信することができる。基地局１Ｂおよび移動局２Ｂのそれぞれは、通信品質を示す品質値を測定する機能を有しており、監視装置７は、基地局１Ｂおよび移動局２Ｂのそれぞれが測定した品質値を収集して、収集した品質値に基づいてシステム内の通信品質、つまり電波環境の状態を監視する。監視装置７は、通信品質が悪化したことを検知すると、システム管理者に警告を出す。通信品質は、使用する周波数チャネル毎に異なると共に、セル内の測定位置によっても変化する。したがって品質値は使用する周波数チャネルおよびセル内の測定位置と共に管理されることが望ましい。このため基地局１Ｂおよび移動局２Ｂのそれぞれは、品質値を監視装置７に送信する際に、使用した周波数チャネルと測定位置とを監視装置７に送信する。監視装置７は、周波数チャネル毎、測定位置毎の品質値のデータベースを生成して記憶する。
【００６５】
図１２は、図１１に示す監視装置７が生成するデータベースの構成の一例を示す図である。図１２の横軸はそれぞれの基地局１Ｂのセル内における品質値の測定位置を示し、図１２の縦軸は、周波数チャネルを示す。監視装置７は、受信した品質値と対応づけられた測定位置および周波数チャネルに対応する記憶領域に品質値を格納する。測定位置は、基地局１Ｂのセルを一定の距離で分割したブロックを定義しておき、このブロックを用いて表される。監視装置７は基地局１Ｂ毎に品質値を管理しており、図１２の例では、位置を示すブロックｌ11からｌ1Cは基地局１Ｂ−１の形成するセル内の位置を示しており、ブロックｌ21からｌ2Cは基地局１Ｂ−２の形成するセル内の位置を示している。
【００６６】
データベースに記憶する品質値は、セル内の測定位置ごとの電波環境つまり通信品質を示すデータであり、信号と雑音の比率である信号対干渉雑音電力比、受信側で誤ったデータを受信する確率であるパケット誤り率などである。
【００６７】
信号対干渉雑音電力比が用いられる場合、各基地局１Ｂは受信電力を測定し、各移動局２Ｂは受信電力と干渉雑音電力とを測定する。監視装置７は、基地局１Ｂが送信したデータを移動局２Ｂが受信するときの通信品質と、移動局２Ｂが送信したデータを基地局１Ｂが受信するときの通信品質とを監視するために、両者を示す品質値のそれぞれを格納するデータベースを生成することができる。
【００６８】
監視装置７は、測定毎に品質値の平均化を行いながらデータベースを更新することができる。平均化は、最新の品質値から一定期間内の品質値を用いた移動平均が用いられてもよいし、忘却係数が用いられてもよい。監視装置７は、生成したデータベースに格納された品質値を、それぞれの基地局１Ｂに配信する。具体的には、監視装置７はデータベースから各基地局１Ｂの形成するセル内のブロックに対応付けて記憶された品質値を、ブロックすなわち測定位置および周波数チャネルとの対応づけを保ったまま各基地局１Ｂに配信する。
【００６９】
図１３は、図１１に示す基地局１Ｂの構成を示す図である。基地局１Ｂは、通信アンテナ１１と、無線通信部１２と、変復調部１１３と、基地局制御部１１４と、使用チャネル選択部１１５と、通信品質測定部１１６と、通信品質記憶部１１７とを有する。
【００７０】
通信アンテナ１１および無線通信部１２の機能は実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。変復調部１１３は、変復調部１３と同様の機能を有し、基地局制御部１１４は、基地局制御部１４と同様の機能を有し、使用チャネル選択部１１５は、使用チャネル選択部１５と同様の機能を有する。変復調部１１３、基地局制御部１１４および使用チャネル選択部１１５の機能は、通信品質を示す品質値を用いた処理を行う点が変復調部１３、基地局制御部１４および使用チャネル選択部１５と異なる。
【００７１】
通信品質測定部１１６は、変復調部１１３から受信信号に対する処理結果を受け取ると、受け取った処理結果を用いて受信信号の通信品質を示す品質値を測定する。具体的には、通信品質測定部１１６は、通信を行っていないときの電波環境を干渉雑音電力として測定すると共に、受信電力の電力値を測定する。通信品質測定部１１６は、測定した受信信号の電力値と、干渉雑音電力とを用いて、信号対干渉雑音電力比を算出する。通信品質測定部１１６は、品質値を測定したときに使用していた周波数チャネルおよび測定位置と共に、測定した品質値を基地局制御部１１４に出力する。測定位置は、品質値を算出するために用いた干渉雑音電力を測定した移動局２Ｂの位置である。
【００７２】
基地局制御部１１４は、通信品質測定部１１６が出力した品質値、周波数チャネルおよび測定位置を、有線ネットワーク５を介して監視装置７に送信する。基地局制御部１１４は、通信アンテナ１１を介して移動局２Ｂから品質値、周波数チャネルおよび測定位置を受信した場合、受信した品質値を、有線ネットワーク５を介して監視装置７に送信する。
【００７３】
基地局制御部１１４は、監視装置７がデータベースから配信する測定位置および周波数チャネルと対応付けられた品質値を取得して、取得した品質値を測定位置および周波数チャネルと対応づけた状態で通信品質記憶部１１７に記憶させる。なお、ここでは品質値を監視装置７に集約した後で各基地局１Ｂに配信する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。基地局１Ｂのセル内の測定位置と周波数チャネルとに対応づけられた品質値のデータベースを作成することができればよく、各基地局１Ｂが基地局１Ｂ毎のデータベースを生成して、データベースのコピーを監視装置７に送付してもよい。
【００７４】
使用チャネル選択部１１５は、通信品質記憶部１１７に記憶された品質値に基づいて、使用する周波数チャネルを選択する。使用チャネル選択部１１５は、時間スロット毎に複数の周波数チャネルを抽出して、抽出した周波数チャネルの中から、周波数チャネル毎の品質値に基づいて、抽出した周波数チャネルのうち最も通信品質が良好な１つの周波数チャネルを選択する。このとき使用チャネル選択部１１５は、選択した周波数チャネルが含まれるホッピングパターンを識別する情報であって、選択した周波数チャネルを示す選択情報を記憶する。
【００７５】
使用チャネル選択部１１５が時間スロット毎に２つの周波数チャネルを抽出する方法について説明する。使用チャネル選択部１１５は、次に示す数式（４）を用いて、時間スロット毎に２つの使用チャネルを選択することで、２つのホッピングパターンを生成することができる。
【００７６】
p[i,j,k]=mod(j*d[k]+s[mod(n+8*k,16],16)    …（４）
【００７７】
ここでkは生成する２つのホッピングパターンを識別する値であり、0または1の値をとる。数式（４）の中の記号の定義は、ｋ以外は実施の形態１と同様である。使用チャネル選択部１１５は、数式（４）を用いて、周波数チャネルの候補の中から時間スロット毎に２つの周波数チャネルを抽出して２つのホッピングパターンを生成する。数式（４）では、数式（１）の周波数チャネル選択方法と比較して、d[k]を変えてs[n]を８セル分ずらしたパターンとなる。数式（４）を用いてホッピングパターンを生成した場合、セル間のセル数が１から４の近接セルでは、周波数チャネルの重複が生じず、セル間のセル数が５から８の４つの遠隔セルでは、４回に１回の割合で周波数チャネルの重複が生じる。
【００７８】
図１４は、図１３に示す使用チャネル選択部１１５が生成するホッピングパターンの第１のパターンの一例を示す図である。図１５は、図１３に示す使用チャネル選択部１１５が生成するホッピングパターンの第２のパターンの一例を示す図である。図１４に示すホッピングパターンおよび図１５に示すホッピングパターンは、数式（４）を用いて生成される一対のホッピングパターンである。
【００７９】
図１４および図１５ではセル＃１５までしか示していないが、セル＃１６はセル＃０と同じホッピングパターンとなる。図１４のセル＃８のホッピングパターンに着目した場合、図１４に示すパターンだけを見た場合には、時間スロット＃０の周波数チャネルと周波数チャネルが重複するのは、１６セル離れたセルとなる。またセル＃８において周波数チャネル＃０を選択した場合、セル＃０の周波数チャネルと重複する。このように時間スロット毎に２つのホッピングパターンのいずれを選択した場合であっても、セル間のセル数が１から４の近接セルでは周波数チャネルの重複が生じず、セル間のセル数が５から８の遠隔セルでは４つの時間スロット毎に１回の割合で周波数チャネルの重複が許容される。また、全ての時間スロットに渡って周波数チャネルが重複するセル間のセル数は１６となる。
【００８０】
通常、周波数チャネルの候補の数が１６であり、２つの周波数チャネルを抽出して２つのホッピングパターンを生成する場合、全ての時間スロットに渡って周波数チャネルが重複しないホッピングパターンは８個生成することができる。このため、８セル毎に同じホッピングパターンを繰り返すことになるが、本実施の形態では遠隔セルとの周波数チャネルの重複を許容することで、全ての時間スロットに渡って周波数チャネルが重複するセルの間の間隔を１６に拡大することができる。
【００８１】
また、上記の例ではセル番号によらず時間スロット間での周波数チャネルの間隔は一定であることとしたが、実施の形態１と同様にセル番号iによって時間スロット間での周波数チャネルの間隔を変えてもよい。この場合、実施の形態１と同様に、全ての時間スロットに渡って周波数チャネルが重複するセルの間の間隔をさらに拡大することができる。セル番号iによって時間スロット間での周波数チャネルの間隔を変える場合、使用チャネル選択部１１５は、下記の数式（５）を用いて、各時間スロットで使用する周波数チャネルを選択することで、ホッピングパターンを生成することができる。
【００８２】
p[i,j,k]=mod(j*d[k,m]+s[mod(n+8*k,16)],16)    …（５）
【００８３】
数式（５）を用いる場合、mは実施の形態１と同様にセル番号iを１６で除したときの商をさらに２で除したときの剰余である、上記の数式（２）で表され、０または１の値をとる。この場合、時間スロット間での周波数チャネルの間隔d[k,m]は下記の数式（６）で表される。
【００８４】
d[k,m]=(d[0,m],d[1,m])＝((3,11),(7,15))      …（６）
【００８５】
図１６は、図１３に示す使用チャネル選択部１１５が生成するホッピングパターンの第１のパターンの変形例を示す図である。図１７は、図１３に示す使用チャネル選択部１１５が生成するホッピングパターンの第２のパターンの変形例を示す図である。図１６に示すホッピングパターンおよび図１７に示すホッピングパターンは、数式（５）を用いて生成される一対のホッピングパターンである。
【００８６】
図１６および図１７に示す２つのホッピングパターンを用いることで、全ての時間スロットで周波数チャネルが重複するセル間のセル間隔を３２とすることができ、数式（４）を用いる場合よりも拡大することができる。
【００８７】
基地局１Ｂの使用チャネル選択部１１５は、２つの周波数チャネルの中から１つの周波数チャネルを選択すると、選択した周波数チャネルを示す選択情報を生成して基地局制御部１１４に出力する。基地局制御部１１４は、選択情報を移動局２Ｂに送信する。
【００８８】
図１８は、図１１に示す移動局２Ｂの構成を示す図である。移動局２Ｂは、通信アンテナ１１と、無線通信部１２と、変復調部１１３と、通信品質測定部１２６と、移動局制御部１２４と、使用チャネル選択部１２５とを有する。
【００８９】
通信アンテナ１１および無線通信部１２の機能は実施の形態１と同様であり、変復調部１１３の機能は図１３に示す基地局１Ｂの変復調部１１３の機能と同様である。移動局制御部１２４および使用チャネル選択部１２５は、通信品質を示す品質値を用いた処理を行う点が移動局制御部２４および使用チャネル選択部１５と異なる。
【００９０】
通信品質測定部１２６は、変復調部１１３から受信信号に対する処理結果を受け取ると、受け取った処理結果を用いて受信信号の通信品質を示す品質値を測定する。具体的には、通信品質測定部１２６は、受信信号の電力値と、通信を行っていないときの電波環境を示す干渉雑音電力とを測定する。通信品質測定部１２６は、測定した電力値を干渉雑音電力で除して信号対干渉雑音電力比を算出し、品質値とする。通信品質測定部１２６は、測定した品質値と、測定した干渉雑音電力と、品質値の測定位置と、使用した周波数チャネルとを移動局制御部１２４に出力する。
【００９１】
移動局制御部１２４は、通信品質測定部１２６が出力した品質値と、測定位置と、周波数チャネルとを基地局１Ｂに送信する。また移動局制御部１２４は、基地局１Ｂから選択情報とホッピング情報とを受信すると、使用チャネル選択部１２５に出力する。
【００９２】
使用チャネル選択部１２５は、複数の周波数チャネルのうち、時間スロット毎に基地局１Ｂが選択した周波数チャネルを選択して無線通信部１２に出力する。使用チャネル選択部１２５は、移動局制御部１２４から選択情報とホッピング情報とを受信すると、使用チャネル選択部１１５と同様の方法で複数のホッピングパターンを生成し、時間スロット毎に選択情報に従って周波数チャネルを選択する。このような構成によって、基地局１Ｂと同じ周波数チャネルを用いて無線通信を行うことが可能になる。
【００９３】
図１３に示す基地局１Ｂおよび図１８に示す移動局２Ｂの機能を実現するためのハードウェア構成について説明する。変復調部１１３、基地局制御部１１４、使用チャネル選択部１１５、通信品質測定部１１６、通信品質記憶部１１７、移動局制御部１２４、使用チャネル選択部１２５および通信品質測定部１２６は、処理回路である。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、コンピュータプログラムを用いる処理回路であってもよい。
【００９４】
専用のハードウェアを用いる場合、処理回路は、図５に示す処理回路９０である。コンピュータプログラムを用いる場合、処理回路は、図６に示す処理回路９１である。基地局１Ｂおよび移動局２Ｂの機能は、専用のハードウェアである処理回路９０とコンピュータプログラムを用いる処理回路９１とを組み合わせて用いることで実現してもよい。
【００９５】
続いて、図１１に示す無線通信システム２０の動作を説明する。図１９は、図１１に示す無線通信システム２０の動作を示すシーケンス図である。
【００９６】
なお、基地局１Ｂ、移動局２Ｂ及び管理装置６の間において位置情報および停止限界位置を伝送する動作については実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。また以下の説明中において、動作の詳細を上述している場合、ここでは説明を省略する。実際には、無線通信システム２０は複数台の基地局１Ｂと、それぞれの基地局１Ｂのセル内に位置する複数の移動局２Ｂとを備えるが、ここでは簡単のため、１台の基地局１Ｂと１台の移動局２Ｂとを示す。
【００９７】
移動局２Ｂの通信品質測定部１２６は、一定の周期で品質値を測定する（ステップＳ２０１）。移動局２Ｂは、測定した品質値を、無線通信を用いて基地局１Ｂに送信する（ステップＳ２０２）。基地局１Ｂの基地局制御部１１４は、移動局２Ｂから受信した品質値を、有線ネットワーク５を用いて監視装置７に送信する（ステップＳ２０３）。
【００９８】
基地局１Ｂの通信品質測定部１１６は、一定の周期で品質値を測定して測定した品質値を基地局制御部１１４に出力する（ステップＳ２０４）。基地局１Ｂの基地局制御部１１４は、有線ネットワーク５を用いて品質値を監視装置７に送信する（ステップＳ２０５）。
【００９９】
監視装置７は、受信した品質値を用いて、品質値データベースを更新する（ステップＳ２０６）。監視装置７は、品質値データベースを基地局１Ｂに送信する（ステップＳ２０７）。
【０１００】
基地局１Ｂは、監視装置７が送信した品質値データベースを通信品質記憶部１１７に記憶すると、使用チャネル選択部１１５は、時間スロット毎に２つの周波数チャネルを生成する（ステップＳ２０８）。そして、使用チャネル選択部１１５は、２つの周波数チャネルから１つの周波数チャネルを、品質値に基づいて、時間スロット毎に選択する（ステップＳ２０９）。基地局１Ｂは、ステップＳ２０９で選択した周波数チャネルを示す選択情報を生成して、生成した選択情報を移動局２Ｂに送信する（ステップＳ２１０）。基地局１Ｂは、選択情報と、d[k]と、s[n]とを、実施の形態１で説明した報知情報に格納して移動局２Ｂに送信することができる。
【０１０１】
移動局２Ｂの使用チャネル選択部１２５は、基地局１Ｂから受信したd[k]と、s[n]とを用いて、２つのホッピングパターンを生成して、選択情報を用いて２つのホッピングパターンから時間スロット毎に１つの周波数チャネルを選択して１つのホッピングパターンを生成する（ステップＳ２１１）。
【０１０２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【０１０３】
例えば、上記の実施の形態では、無線通信はＩＳＭ帯を用いて行うこととしたが、本発明はかかる例に限定されない。他のシステムと干渉が生じうる無線帯域を用いるシステムに対して、本発明の技術を適用することができる。
【０１０４】
また、上記の実施の形態では、経路４が線路であって、車両３が列車であり、列車の運行制御、速度制御などを行うための制御情報を基地局から移動局に無線通信を用いて伝送する無線列車制御システムについて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。経路４が高速道路などの道路であって車両３が自動車であり、基地局が路側機に備えられた路車間通信システムであってもよい。自動車が自動運転機能を備える場合、上記の実施の形態と同様に自動車の制御情報が無線通信を用いて伝送される。或いは、基地局から移動局に伝送される情報が車両３の制御に用いられる情報でなく単純に車両３の搭載する表示装置などに表示される情報であってもよい。
【０１０５】
上記の実施の形態２では、無線通信を行うための処理と並行して、時間スロット毎に２つの周波数チャネルを抽出することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。上記と同様の方法を用いて、２つのホッピングパターンを予め作成しておき、使用チャネル選択部１１５が保持しておいてもよい。この場合、使用チャネル選択部１１５は、品質値に基づいて、予め生成された２つのホッピングパターンの中から時間スロット毎に使用する周波数チャネルを選択する。予めホッピングパターンのテーブルを生成しておくことで、基地局１Ｂの使用チャネル選択部１１５および移動局２Ｂの使用チャネル選択部１２５は、上記の数式（４）または数式（５）に示す計算を行うための回路を有する必要がなくなり、回路構成を簡易にすることができる。
【０１０６】
以上説明したように、本発明の実施の形態２にかかる無線通信装置である基地局１Ｂおよび移動局２Ｂによれば、実施の形態１と同様に、無線通信部１２が無線通信に用いるセルからのセル数が予め定められた第１のセル数以内の近接するセルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと異なる周波数チャネルを選択し、選択する周波数チャネルは、セル間隔が周波数チャネルの候補の数以内であって第１のセル数よりも大きい遠隔セルが同じ時間スロットにおいて使用する周波数チャネルと重複することが許容される。このような周波数チャネルが用いられることで、全ての時間スロットにおいて使用する周波数チャネルが重複するホッピングパターンを使用するセルの間隔を周波数チャネルの重複を許容しない場合よりも拡大することができる。したがってシステム内の電波の干渉を抑制することが可能になり、安定した無線通信を実現することが可能になる。
【０１０７】
また基地局１Ｂおよび移動局２Ｂによれば、上記のように選択された２つの周波数チャネルの中から、品質値に基づいて、時間スロット毎に周波数チャネルが選択される。このため、その時々の電波状況が良好な周波数チャネルを選択することができる。したがって、電波の干渉をさらに抑制することが可能になり、安定した無線通信を実現することが可能になる。
【０１０８】
また上記の実施の形態１および実施の形態２では、各セルで使用する周波数チャネルは、基地局１Ａおよび基地局１Ｂの内部だけで閉じた処理によって、選択される。システム内の１つの装置で、システムが備える複数の基地局１Ａおよび基地局１Ｂが使用する周波数チャネルを選択する場合には、列車位置情報を集約したり、選択したホッピングパターンを配信する際の応答時間が問題となる。これに対して本実施の形態１および実施の形態２では、周波数チャネルを選択するために複数の装置間で大量のデータを送受信する必要がない。このため、応答時間を考慮する必要がなく、周波数チャネルを切り替える際の即応性が向上する。
【符号の説明】
【０１０９】
１Ａ，１Ａ−１，１Ａ−２，１Ｂ，１Ｂ−１，１Ｂ−２  基地局、２Ａ，２Ａ−１，２Ａ−２，２Ａ−ｎ，２Ｂ  移動局、３  車両、４  経路、５  有線ネットワーク、６  管理装置、７  監視装置、１０，２０  無線通信システム、１１  通信アンテナ、１２  無線通信部、１３，１１３  変復調部、１４，１１４  基地局制御部、１５，１１５，１２５  使用チャネル選択部、２４，１２４  移動局制御部、３１  車上制御装置、３２  位置検出装置、９０，９１  処理回路、９２  プロセッサ、９３  メモリ、１１６，１２６  通信品質測定部、１１７  通信品質記憶部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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