(57)【要約】【課題】車両外施設・車両間通信に関し、システム構築のコストを低減でき、電車走行中にも、駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場などに設置した通信装置と安定した通信をおこなうことが可能な車両外施設・車両間通信装置及び通信方法並びに通信装置の取り付け方法を提供することにある。【解決手段】駅構内あるいは駅ビル１内や車両検査場と各車両１０に通信装置５ａ，５ｂを設け、これらの通信装置５ａ，５ｂを、き電線８又はトロリ線（電車線）９又はサードレールと、レール１２とを介して接続し、これら、き電線８又はトロリ線（電車線）９又はサードレールと、レール１２とを通信線として通信装置５ａ，５ｂ間で通信を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外施設に設置された通信装置と情報の送受信を行う車両に設置された車両外施設・車両間通信装置であって、
前記車両外施設に設置された通信装置と、電力を供給する電力供給ルートで接続し、前記車両外施設に設置された通信装置を通信先として、前記電力供給ルートを通信線として通信することを特徴とする車両外施設・車両間通信装置。
【請求項２】
車両に設置された通信装置と情報の送受信を行う車両外施設に設置された車両外施設・車両間通信装置であって、
前記車両に設置された通信装置と、電力を供給する電力供給ルートで接続し、前記車両に設置された通信装置を通信先として、前記電力供給ルートを通信線として通信することを特徴とする車両外施設・車両間通信装置。
【請求項３】
前記車両に設置された車両外施設・車両間通信装置は、前記電力供給ルートとして、集電装置とレールとを介して電力を供給する電力線に接続し、前記集電装置とレールと電力線とを通信線として通信することを特徴とする請求項１に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項４】
前記車両外施設に設置された車両外施設・車両間通信装置は、前記電力供給ルートとして、き電線又はトロリ線又はサードレールと、レール間とに電力を供給する電力線に接続し、前記き電線又はトロリ線又はサードレールと、前記レールとを通信線として通信を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項５】
前記車両に設置された車両外施設・車両間通信装置は、前記電力供給ルートとして、集電装置を介して電力を供給する電力線に接続し、前記集電装置と電力線とを通信線として通信することを特徴とする請求項１に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項６】
前記車両外施設に設置された車両外施設・車両間通信装置は、前記電力供給ルートとして、電力を供給する２本の電車線に接続し、前記電車線を通信線として通信を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項７】
前記車両外施設・車両間通信装置は、その通信手段において複数の搬送波信号を用いて各搬送波信号に送信データを割り付けて通信するものであって、各搬送波信号に対して、信号とノイズとの比であるＳ／Ｎを推定又は測定し、その推定又は測定したＳ／Ｎの値に応じて、各搬送波信号への送信データ割り付け量を変更して通信を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項８】
前記車両外施設・車両間通信装置は、その通信手段において複数の搬送波信号を用い、各搬送波信号に送信データを割り付けて通信するものであって、各搬送波信号に対して伝送誤り率を評価し、この評価した伝送誤り率に応じて、各搬送波信号への送信データ割り付け量を変更して通信を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項９】
前記車両外施設・車両間通信装置は、その通信手段において直交周波数多重分割通信方式によって通信を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項１０】
前記車両外施設・車両間通信装置は、その通信手段において少なくとも１本の搬送波信号を用い、その搬送波信号に送信データを割り付けて通信するものであって、搬送波信号に対してあらかじめ定められている、信号とノイズとの比であるＳ／Ｎが得られるか否かを判定し、この判定結果があらかじめ定められているＳ／Ｎ以下の場合に、あらかじめ定められている異なった周波数に前記搬送波信号の周波数を変更して通信を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項１１】
前記車両外施設・車両間通信装置は、その通信手段において通信信号をより広い帯域に拡散して通信するスペクトル拡散通信方式によって通信を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項１２】
前記車両外施設・車両間通信装置は、その通信手段において、複数の搬送波に異なる情報を割り付けるとともに、前記個々の搬送波に割り付ける情報と同じ情報を少なくとも２本以上の搬送波にそれぞれ割り付け、同じ情報を割り付けた搬送波を周波数軸上に隣接するように配置した状態で通信することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項１３】
前記車両外施設・車両間通信装置は、その通信手段において、複数の搬送波に異なる情報を割り付けるとともに、前記個々の搬送波に割り付ける情報と同じ情報信号を少なくとも２本以上の搬送波にそれぞれ割り付け、隣り合った同じ情報を割り付けた搬送波の周波数間隔を１００ｋＨｚ以上離隔した状態で通信することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項１４】
前記車両外施設・車両間通信装置は、前記各通信手段での通信において少なくとも１ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下の周波数を利用して通信を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の車両外施設・車両間通信装置。
【請求項１５】
車両と車両外施設とに設置された車両外施設・車両間通信装置を用いて情報の送受信を行う車両外施設・車両間通信方法であって、
車両に設置された乗客向けの表示装置又は乗務員向けの表示装置に、少なくとも画像情報であって、前記表示装置に表示する情報を通信することを特徴とする車両外施設・車両間通信方法。
【請求項１６】
前記車両外施設・車両間通信方法であって、前記車両の点検又は保守に使用する保守情報を、前記車両からリアルタイムで車両検査を行う車両検査場に送信することを特徴とする請求項１５に記載の車両外施設・車両間通信方法。
【請求項１７】
前記車両外施設・車両間通信方法は、電力を供給するき電線とき電線との間の空間を前記車両外施設・車両間通信装置で接続するとともに、前記車両外施設・車両間通信装置でプロトコール変換された信号で相互にデータの授受を行うことにより、通信することを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の車両外施設・車両間通信方法。
【請求項１８】
車両外施設に設置された通信装置と情報の送受信を行う車両に設置された車両外施設・車両間通信装置の取り付け方法であって、
前記車両の天井と車両外部の屋根の二重構造でできる空間と、前記車両の床の二重構造でできる空間と、前記車両の内側壁と外側壁の二重構造でできる空間とのいずれかに取り付け、
集電装置とレールとを介して車両に電力を供給する電力線に接続するとともに、前記車両外施設に設置された通信装置に、前記電力線で接続し、前記電力線を通信線とする車両外施設・車両間通信装置の取り付け方法。
【請求項１９】
前記車両外施設・車両間通信装置の車両への取り付け方法であって、前記車両外施設・車両間通信装置と、レールに接続するための車輪とを数メートルから数十メートルの長さの電力線で接続することを特徴とする請求項１８に記載の車両外施設・車両間通信装置の取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両外施設と車両との間で情報の送受信を行う車両外施設・車両間通信装置及び車両外施設・車両間通信方法並びにこれら通信装置の取り付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電車内の乗客に対し各種情報の提供サービスが行われるようになってきており、専用の通信ケーブルを新たに敷設して客車入り口の上部に設置したテロップ表示器に情報を通信して表示させたりしている。これらの提供情報は記録装置からの再生であり、最新の情報ではないことが多い。このため、車両外施設側と車両間の通信（これを「車両外施設・車両間通信」という）を行って、最新情報を車内に提供することが望まれるようになってきている。このような車両外施設・車両間通信について、従来技術としては次のものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１には、電車内に電力線搬送モデムを接続し、車両外施設側の変電所に電力線搬送モデムを接続し、架線を利用して両者間で通信する技術が開示されている。また、特許文献２には、車両内の乗客が座ったまま所望の商品を無線通信により注文できる技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３１７６９７号公報（段落〔０００５〕−〔００１５〕）
【特許文献２】
特開２００２−２１５９１４号公報（段落〔０００５〕−〔００１２〕）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１での従来技術においては、架線を利用して車両外施設側の変電所に設置した電力線搬送モデムと電車内に設置した電力線搬送モデム間で通信を行うが、電気ノイズの影響については何ら考慮されていない。電車には、走行性能向上や快適な走行のために、モータ駆動用、各種制御用の各種容量のインバータが取り付けてある。このインバータを構成するスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、サイリスタなどの半導体スイッチング素子）からは、そのオン・オフ動作によって電磁ノイズが発生する。この電磁ノイズは、スイッチング素子がオンあるいはオフした際に、回路内の配線によるインダクタンス、浮遊容量及びスイッチング素子のスイッチング速度によって決まる高周波ノイズである。この周波数を実験により評価した結果、数百ｋＨｚから数十ＭＨｚ、場合によっては数百ＭＨｚまで及ぶことが分かった。さらに、車両は、速度制御のためにモータ電圧の周波数が可変になっており、この周波数の基本波やその高調波が発生することにより数十ｋＨｚ以下の電磁ノイズも発生する。ノイズは低周波成分ほどパワーが高く、走行時における電磁ノイズは数ＭＨｚ以下が主体であることも分かった。これらのノイズはインバータ機器に電力を供給している電力線に重畳される。さらに、走行中に、トロリ線（電車線ともいう）とパンタグラフ間の放電によって数ＭＨｚ程度までの電磁ノイズ、場合によっては数百ＭＨｚまでの電磁ノイズが発生し、これが前記架線に重畳される。この結果、前記両電力線搬送モデム間の通信にとっては、これらのノイズが障害となり、通信が困難になることが分かった。さらに、架線はそのケーブル長が長く、アマチュア無線、ラジオやテレビなどの放送局あるいは中継局からの電波がこの架線に重畳してしまうことが分かった。架線がまるでアンテナのようになってしまい、前記両電力線搬送モデム間の通信にとってノイズとなり、通信が困難になることが分かった。
【０００５】
また、無線による通信については、電車が移動しているため、車両外施設側において、線路脇に多数のアンテナを敷設しないと、気象条件や建物、トンネル、駅構内構造物、土壁などの影響で安定した通信ができないという問題がある。この結果、通信システムが高価なものになるという問題が生じる。
【０００６】
また、特許文献１での従来技術は、架線を利用しての通信によって、外部ネットワークに接続し、電子メールやＷＷＷなどを利用できるようにすることにある。しかし、車両運行の安全性や乗客へのサービス向上のためには、車両の保守や検査などに必要な保守情報、電車の運行管理情報、車内広告用情報とＴＶ番組などを送受信可能とする必要があり、駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場などとの通信を主とする必要がある。車内広告情報やＴＶ番組は、電車の通過する地域（地方）の情報を表示するために電車が駅に到着あるいは通過する際に、最新の情報を電車内に取り込むことが必要であり、駅ビル近郊での大容量通信がもとめられる。
【０００７】
そこで、本発明は、車両外施設・車両間通信に関し、システム構築のコストを低減できて、電車走行中にも、駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場などに設置した通信装置と安定した通信をおこなうことが可能な車両外施設・車両間通信装置及び通信方式並びに通信装置取り付け方法を提供することを目的とする。
【０００８】
なお、本発明における車両とは、電車、モノレール車両、トロリ電車、タイヤ電車なども含む。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、車両と車両外施設とに車両外施設・車両間通信装置（以下、通信装置と略称する）を設置し、車両に設置された通信装置は、集電装置とレールを介して車両に電力供給する電力線に接続され、車両外施設に設置された通信装置は、き電線又はトロリ線又はサードレールと、レール間とに電力を供給する電力線に接続し、この通信装置間で、き電線又はトロリ線又はサードレールと、レールとを通信線として通信を行う。そして、これらの通信手段は、複数の搬送波信号（マルチキャリアともいう）を用い、各搬送波信号に送信データを割り付けて通信するものであり、スペクトル拡散方式や周波数変更方式などの方法で行う。また、車両外施設に設置する通信装置は、駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場などのいずれかの場所に設置し、少なくとも画像情報であって、車両に設置された乗客向けの表示装置又は乗務員向けの表示装置に表示する情報を送信したり、車両の点検又は保守に使用する保守情報を送信する。詳細は発明の実施の形態で述べる。
【００１０】
本発明によれば、Ｓ／Ｎの高い搬送波信号による通信や、Ｓ／Ｎの高い周波数帯域での通信や、通信帯域より広い帯域に拡散して通信するスペクトル拡散通信によるＳ／Ｎ向上を図った通信により、トロリ線とパンタグラフ間の放電によって電磁ノイズが発生したり、列車のインバータが動作して電磁ノイズが発生したり、アマチュア無線、ラジオやテレビなどの放送局あるいは中継局からの電波が架線に重畳しても、これに大きく影響を受けることなく、既設のき電線、トロリ線、サードレール、レールを通信路として車両外施設から車両への情報及び車両から車両外施設への情報又はこれらのいずれかを安定して送信することが可能になる。また、この通信のために新たなケーブル敷設工事を行う必要がない。
【００１１】
さらに、車両外施設側に設置する通信装置は、駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場などのいずれかの場所に設置し、前記車両へ電力を供給するトロリ線とレールとに接続して、車両側に設置する通信装置と通信することにより、列車が駅に停止した際にトロリ線とパンタグラフ間の放電がなくなり、加えて列車のインバータの動作によって発生する電磁ノイズが低減し、通信のＳ／Ｎが大幅に向上して通信速度が向上し、大量のデータを通信可能になる。また、列車が駅に停止せずに通過する場合であっても、速度を減速するために、トロリ線とパンタグラフ間の放電によって生じるノイズや、列車のインバータの動作によって発生する電磁ノイズが低減し、通信のＳ／Ｎが向上して通信速度が向上し、比較的大量のデータが通信可能になる。
【００１２】
また、車両外施設側から車両への通信により、乗務員に最新の座席予約状況を提供できたり、乗客に提供する広告情報、ＴＶ番組（ニュース、各種スポーツの実況あるいは録画情報など）を最新の情報に更新して提供できるようになる。また、通常時あるいはダイヤが乱れた時の列車運行情報（次の停車駅名、次の停車駅への到着予想時刻）などの情報提供が可能になったり、乗客の状況（特に、マナーの悪い乗客の状況、盗難、セキュリティなど）をカメラで監視した画像情報や、モータ、インバータなどの機器の温度、振動、電圧、電流などの保守に必要な保守データを車両外施設側に送信し、車両外施設側で遠隔監視したり、集中管理することが可能になり、その結果、到着予定駅あるいは機関区、電車区、運転所、車庫などでの対応準備が事前にできるようになり、効率的に作業を進めることができるなどの効果がある。また、モータ、インバータなどの機器の温度、振動、電圧、電流などの車両の保守や検査に必要な保守データなどは、車両を検査する車両検査場にリアルタイムで送信したり、又は、保守データを車両内に、例えば、蓄積サーバなどに蓄積しておき、後日車両検査場で出力することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の実施形態は、（１）き電線又はトロリ線又はサードレールと、レールとを通信線として、車両側に設置する車両外施設・車両間通信装置（適宜、「通信装置」と略称する）と車両外施設に設置する通信装置間で通信する第一の実施形態と、（２）通信装置間で一度プロトコール変換された信号で相互にデータ授受を行い、き電線又はトロリ線又はサードレールと、レールとを通信線として、車両側に設置する通信装置と車両外施設に設置する通信装置間で通信する第二の実施形態と、（３）２本の電車線を通信線として、車両側に設置する通信装置と車両外施設に設置する通信装置間で通信する第三の実施形態とに大別して説明する。また、本発明の実施形態における車両とは、電車、モノレール車両、トロリ電車、タイヤ電車なども含む。また、以下の説明において、駅ビルには駅舎も含む。駅舎とは、鉄道駅などの本屋にあたる建物である。き電線とは、変電所からトロリ線（電車線ともいう）に電力を供給する設備を総称してき電線路といい、その主電線をき電線という。トロリ線は、送電線という電気的機能とともに、パンタグラフ（集電装置ともいう）によりしゅう動されるという機械的機能をも担っている。サードレールは、地下鉄に多く用いられ、駅区間ではホームと反対側に設備し、電力を供給するものである。なお、地下鉄においても電車屋根上の電車線から電力を供給し、電車内の主回路を通った後、レールに流れるものもある。以降、車両外施設・車両間通信装置は、適宜、通信装置と略称する。
【００１４】
〔第一の実施形態〕
図１は、第一の実施形態の車両外施設・車両間通信装置の構成を示す図である。その代表例として、交流電車を対象に示している。駅ビルあるいは駅構内１のいずれかの場所（例えば、発券管理室、駅員室など）又は図示しないが車両検査場に通信装置５ａが設置してあり、通信装置５ａはサーバ７に接続されている。サーバ７は端末６に接続されているが、通信網２にも接続されており、例えば、広告センタ３、座席予約センタ４などの外部のサービスセンタ他に接続されている。通信装置５ａの構造については後記するが、通信装置５ａは電車に電力を供給するための、き電線（ちょう架線ともいう）８とレール１２に接続されている。電車は車両１０、１１他から編成されている。電車はパンタグラフ（集電装置ともいう）１５を介して変電所１３、１４からの電力供給を受ける。図中では車両１０が変電所１３からの電力供給を受ける状況を示している。き電線８は変電所１３、１４からの電力をトロリ線（電車線ともいう）９を介して電車に供給するためのものである。トロリ線９は送電線という電気的機能と共にパンタグラフ１５によりしゅう動されるという機械的機能をも担っている。パンタグラフ１５を介して供給される電力は保護回路１７を介してトランス１８に供給され、車輪１６ａ、レール１２を介して変電所１３にもどる。このトランス１８の二次側にコンバータ／インバータ（Ｃ／Ｉ）１９が接続され、このコンバータ／インバー１９により電動機２０ａ、２０ｂが制御され、車輪１６ａ、１６ｂを駆動する。また、き電線（ちょう架線ともいう）８とトロリ線（電車線ともいう）９を総称して架線、あるいは架空線ということもある。
【００１５】
通信装置５ｂはフューズ２１を介して、パンタグラフ１５を介して電力供給する電力線３１と車輪側に接続される電力線３２に接続される。フューズ２１は電力線３１、３２に接続した通信装置５ｂが短絡故障して電車への電力供給に支障をきたすことがないようにするために設けている。通信装置５ａと５ｂは、き電線８、トロリ線９、車輪１６ａ、レール１２を通信路として相互に情報を通信する。なお、この通信については、後記する。
【００１６】
また、電車内には通信線２４が敷設されており、通信装置２３、２５ａ、２５ｂ間で情報の送受が行われる。通信装置５ｂはサーバ２２を介して通信装置２３に接続されており、通信装置２３を介して通信装置２５ａ、２５ｂと通信することが可能になる。通信装置２５ａ、２５ｂは、車両内の状況を監視するカメラ２７ａ、２７ｂが接続されており、カメラ２７ａ、２７ｂで監視した画像情報を通信装置２３、通信サーバ２２を介して通信装置５ｂに通信することが可能になる。また、図示していないが、加速度振動計、温度センサ、電圧センサ、電流センサなどの各種センサの出力であるデータは、データ収集装置２８ａ、２８ｂで取り込まれ、保守データとして通信装置２５ａ、２５ｂに取り込まれ、保守データを通信装置２３、通信サーバ２２を介して通信装置５ｂに通信することが可能になる。
【００１７】
さらに、これらの監視画像情報及び保守データは、通信装置５ｂから、き電線８、トロリ線９、車輪１６ａ、レール１２を通信路として駅ビルあるいは駅構内１に設置してある通信装置５ａに通信される。この結果、この監視画像及び保守データが端末６に取り込まれ、駅員がこの端末を利用して防犯チェックや乗客のマナーチェックをしたり、電車の正常あるいは異常状態を把握することが可能になる。
【００１８】
モータ、インバータなどの機器の温度、振動、電圧、電流などの車両の保守や検査に必要な保守データなどは、車両を検査する車両検査場にリアルタイムで送信したり、又は、保守データを車両内に、例えば蓄積サーバなどに蓄積しておき、後日車両検査場で出力することが可能になる。最新の保守情報をリアルタイムに車両検査場に送信する場合、電車が車両検査場の近くを通過する際に減速しても、通信装置５ａ，５ｂでの送受信は、電車に取り付けられている各種制御用のインバータなどの動作によって生じるノイズに影響されないので、保守情報などの安定した送信が可能となる。
【００１９】
監視画像については、通信網２を介して、図示していないが管理センタの画像サーバに蓄積し、必要に応じて蓄積した画像情報を利用して防犯チェックや乗客のマナーチェックをすることが可能になる。
【００２０】
通信装置２５ａ、２５ｂに接続される表示装置２６ａ、２６ｂは通信装置２３から送信される情報を表示するためのものである。これらは、広告センタ３、座席予約センタ４などからの情報が通信網２を介して送信され、通信装置５ａで一度受信され、さらに、き電線８、トロリ線９、車輪１６ａ、レール１２を通信路として通信装置５ｂに送信される。この送信されてきた情報はサーバ２２に取り込まれ、サーバ２２に保存されたり、通信装置２３、通信装置２５ａ、２５ｂを介して表示装置２６ａ、２６ｂに表示される。この結果、乗客は広告情報、イベント情報を見たり、ＴＶ番組（ニュース、各種スポーツの実況あるいは録画情報など）を見ることが可能になる。広告情報、イベント情報、ＴＶ番組などの少なくとも画像情報は、車両に固定された表示装置、例えば、車両の戸袋の上に設置された表示装置に表示可能な情報であれば特に限定されない。電車が駅に到着あるいは通過する際に、最新の情報を電車内に取り込むことが可能になり、乗客に最新情報を提供することが可能となり、乗客の快適さを維持できるようになる。電車は駅に到着あるいは通過する際には減速するが、この時電車に取りつけられている各種制御用のインバータなどが動作しても、通信装置５ａ，５ｂでの送受信は後記するノイズに影響されないので、画像情報などの大容量の送受信が可能になる。
【００２１】
車両内にいる乗務員が、例えば、サーバ２２を利用して、座席予約センタ４から送信され、サーバ２２に保存された最新の座席予約情報を入手し、座席指定席の空席状況を把握することが可能になると共に検札も容易になる。また、通常時あるいはダイヤが乱れた時の列車運行情報（次の停車駅名、次の停車駅への到着予想時刻）などの、駅ビルあるいは駅構内へ又は駅ビルあるいは駅構内からの情報の提供なども可能になる。
【００２２】
なお、１台の変電所から供給する電力の供給範囲には制限があり、ほぼ数十Ｋｍの区間である。交流電圧の供給においては、各変電所からの電力を送電するき電線８やトロリ線９は区間ごとに、き電線間の空間（エアセクションともいう）３０ａ、絶縁器（絶縁セクションともいう）３０ｂで絶縁されている。このため、電車のパンタグラフ１５が、例えば変電所１４に接続されているトロリ線９をしゅう動している際には、通信装置５ｂは通信装置５ａと通信ができなくなる。この問題を解決するために、高周波コンデンサ２９をき電線間の空間３０ａ（絶縁器３０ｂに相当）の両端に接続し、商用周波数の交流電圧は抑制し、高周波の通信信号を通過させるようにしている。
【００２３】
なお、変電所１３、１４から直流電圧が送電される場合には、き電線間の空間３０ａ、絶縁器３０ｂは必要なく、き電線８やトロリ線９が絶縁されていないので、高周波コンデンサ２９は不要になる。
【００２４】
また、結合器６５はコンデンサとトランスから成っている。コンデンサで商用周波数の交流電圧あるいは直流電圧をカットあるいは十分抑制させ、トランスのインダクタンスとこのコンデンサの静電容量の値で決まる高周波通過特性を持たせることにより、後記するメガヘルツ（ＭＨｚ）の通信帯域の通信信号を減衰させることなしに、き電線８やレール１２に重畳させるようにしている。
【００２５】
通信装置５ａは、外部機器（サーバ７、端末６など）との接続や保守性を考慮して、駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場内に設置する。また、通信装置５ａの構成要素である結合器６５のコンデンサを駅あるいは駅ビルや車両検査場などいずれかの場所の建屋外に設置し、結合器のトランス、その他の信号処理回路部分５ａ’を駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場内などのいずれかの場所に設置しても構わない。これは、高圧が印加されているコンデンサは安全性を考慮して、建屋外に設置し、信号処理回路部分５ａ’は外部機器（サーバ７、端末６など）との接続や保守性を考慮することによるものである。また、さらに安全性強化のために、結合器６５そのものを駅あるいは駅ビルや車両検査場などいずれかの場所の建屋外に設置し、その他の信号処理回路部分５ａ’を駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場内などのいずれかの場所に設置することもある。信号処理回路部分５ａ’とは、通信装置５ａにおいて結合器６５を除いた部分を示す。本発明の実施の形態において、通信装置５ａの駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場などへの設置は、前記の設置形態を全て含むものである。
【００２６】
また、各変電所からき電線８とレール１２間に送電する電力は独立した系統となっているために、複線や、上りと下りがある線路では、これらの各系統に対応して独立に、車両外施設側と車両側に通信装置をそれぞれ備える必要がある。つまり、駅ビルあるいは駅構内１に設置する通信装置５ａは電力を供給している線路ごとに通信装置５ａを設置する必要がある。従って、上り列車と下り列車とでそれぞれ独立に車両外施設側と通信が可能になり、同一の周波数帯をそれぞれ利用しても混信したり、通信障害が発生することがないという効果を奏する。
【００２７】
通信装置５ａと通信装置５ｂ間で通信する情報は、前記監視画像やＴＶ画像や広告情報、保守データなどを含んでおり、大容量の情報であるため、少なくとも通信速度は、１Ｍｂｐｓ以上が要求される。このため、通信装置５ａと通信装置５ｂは、後記するメガヘルツ（ＭＨｚ）帯域を利用して大容量通信を行う。
【００２８】
電車には、走行性能向上や快適な走行のために、モータ駆動用、各種制御用の各種容量のインバータが取り付けてある。コンバータ／インバータ（Ｃ／Ｉ）１９はその代表であり、複数の車両に対して１台設置されており、１編成列車では複数のコンバータ／インバータが取り付けられることになる。このコンバータ／インバータ１９（以下では、インバータと表現することもある）を構成するスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、サイリスタなどの半導体スイッチング素子）からは、そのオン・オフ動作によって電磁ノイズが発生する。この電磁ノイズは、スイッチング素子がオンあるいはオフした際に、回路内の配線によるインダクタンスや浮遊容量及びスイッチング素子のスイッチング速度によって決まる高周波ノイズである。この周波数を実験により評価した結果、数百ｋＨｚから数十ＭＨｚ、場合によっては数百ＭＨｚまで及ぶことが分かった。さらに、車両１０は、速度制御のためにモータ電圧の周波数が可変になっており、この周波数の基本波やその高調波が発生することにより数十ｋＨｚ以下の電磁ノイズも発生する。ノイズは低周波成分ほどパワーが高く、走行時における電磁ノイズは数ＭＨｚ以下が主体であることも分かった。これらのノイズはインバータ機器に電力を供給している架線に重畳される。さらに、走行中に、トロリ線９とパンタグラフ１５間の放電によって数百ｋＨｚの電磁ノイズが主体であるが、数ＭＨｚ程度までの電磁ノイズ、場合によっては数百ＭＨｚまでの電磁ノイズが発生し、これが前記架線に重畳される。さらに、架線はそのケーブル長が長く、アマチュア無線、ラジオやテレビなどの放送局あるいは中継局からの電波がこの架線に重畳してしまうことが分かった。架線がまるでアンテナのようになってしまい、通信装置５ａと通信装置５ｂ間の通信にとってノイズとなり、通信が困難になることが分かった。
【００２９】
列車走行時における電磁ノイズは前記したように数ＭＨｚ以下が主体であるが、その一例を図２に示す。図２ではノイズと通信の送信信号及び受信信号を合わせて示している。これらの関係については後記する。ノイズは、約１ＭＨｚ以下のパワーが高く、約５ＭＨｚ以上ではあまり高くないことが分かる。通信帯域としては１ＭＨｚ以上及び３０ＭＨｚ以下が望ましいが、５ＭＨｚ以上及び３０ＭＨｚ以下とすればさらに良い。このような１ＭＨｚ以上及び３０ＭＨｚ以下の通信帯域はいわゆる中波及び短波の帯域と同一であるため、電車が走行中に、パンタグラフがトロリ線から物理的に離れても、通信信号はパンタグラフとトロリ線間の空間を無線として伝播することができるため、車両外施設と車両間の通信が途絶えることがないという効果がある。しかし、前記両帯域でもノイズは重畳しており、この帯域を利用する通信にとって障害になってしまう。特に、通信路としてき電線８、トロリ線９、レール１２を利用しているため、信号減衰がかなり大きいため、この影響は大である。
【００３０】
通信装置５ａ，５ｂは、このようなノイズの影響を非常に低減した通信を可能にするものであり、図３を参照して以下に説明する。図１で示した通信装置５ａ，５ｂは同一構成であり、図３に示す通信装置５ａを基に説明する。通信装置５ａは、結合器６５、バンドパスフィルタ（ＢＰフィルタ）５０，６０、受信アンプ５１、送信アンプ５９、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）５２、ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）５８、等化器５３、復調器５４、変調器５７、アクセスコントローラ５５、プロトコール変換器５６からなっている。
【００３１】
通信装置５ａは、サーバ７とのインタフェースをとるために、プロトコール変換器５６を設けている。サーバ７は、パソコンをベースとした装置で構成すると各種汎用ソフトウェアを利用でき、情報管理やデータ処理などが容易になるため、プロトコール変換器５６は、例えばイーサ（Ｒ）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）などのインタフェースとすることが有効である。プロトコール変換器５６は、サーバ７から車両に提供するためのデータを外部から受け取ると、このデータを通信装置５ａで扱う所定フォーマットの通信パケットに変換する。アクセスコントローラ５５は、プロトコール変換器５６からの通信パケットを受信すると、このデータを変調器５７に出力する。変調器５７は、別途入力している搬送波ごとのデータ割り付け量情報５５ｂに基づいて、各搬送波に前記データを割り付ける。このことをビット割り付けともいう。搬送波にデータが割り付けられた信号はＤ／Ａ５８によりアナログ信号に変換され、送信アンプ５９によって増幅され、ＢＰフィルタ６０、結合器６５を介してき電線８、レール１２に電圧として出力され、通信装置５ｂに送信される。
【００３２】
一方、通信装置５ｂから送信されてきた信号は、結合器６５を介し、ＢＰフィルタ５０によって通信帯域以外の信号を抑制し通信帯域の信号を受信アンプ５１に出力する。受信アンプ５１は、受信信号を増幅してＡ／Ｄ５２に出力し、Ａ／Ｄ５２によってディジタル信号に変換された信号が等化器５３に出力される。等化器５３は、通信路の通信路歪（伝送路歪ともいう）を補正するためのものであり、通信路歪の補正処理を行った信号が復調器５４に出力される。復調器５４では、別途入力している搬送波ごとのデータ割り付け量情報５５ａに基づいて、各搬送波に割り付けられているデータを取り出し、アクセスコントローラ５５に出力する。アクセスコントローラ５５では、この取り出したデータを所定フォーマットの通信パケットに変換し、プロトコール変換器５６に出力する。プロトコール変換器５６は、この通信パケットを、情報管理やデータ処理を容易にするためのインタフェース（例えばイーサ（Ｒ）やＵＳＢなど）が取れるようにプロトコールの変換をしてサーバ７に情報を出力する。
【００３３】
アクセスコントローラ５５は、復調器５４及び変調器５７にデータ割り付け量情報５５ａ，５５ｂを出力するが、この情報で示されるデータ割り付け量は常に一定ではなく、一定時間ごとに通信装置５ａと５ｂ間の通信特性に対するトレーニング（学習ともいう）を行って搬送波ごとにＳ／Ｎを推定（測定あるいは判定という）するか、あるいは通信時の伝送誤り率を評価し、これらの結果に応じて、搬送波ごとあるいは全搬送波に対してデータ割り付け量を変更する。また、Ｓ／Ｎ（信号とノイズの強さの比）の推定と伝送誤り率の評価とを併用してデータ割り付け量を変更しても良い。このように、通信装置５ａと５ｂ間で通信路の通信特性（伝送誤りやＳ／Ｎ）をダイナミックに評価し、この結果に基づいて変復調の処理（データ割り付け量の変更）を変更することで伝送エラーを発生させないように通信することが可能になる。以下では、この点を詳細に説明する。
【００３４】
なお、通信装置５ｂは、車両１０の内側壁と外側壁の二重構造でできている空間を利用して設置する。すなわち、車両１０の天井と屋根（車両外部）との間の空間、又はドアの戸袋などの空間に設置する。これらの個所は、いずれも二重構造であり、この空間に設置することにより新たなスペースを必要とすることがなく、また車内の美観を損なうこともない。
【００３５】
図２に示したように、ノイズは低周波ほどパワーが高い。具体的には、１ＭＨｚ以下が高く、７ＭＨｚ近傍でノイズの部分的なピークがあるものの５ＭＨｚ以上ではあまり高くない。通信装置５ａから通信装置５ｂにデータを送信するとして、通信装置５ａが通信路に送信した信号の強さが図２に示したように一定であっても（図２の送信信号参照）、通信路の特性が周波数依存性を持っているため、通信装置５ｂで受信した信号の強さは、高周波ほど低下し、かつ変動している。これは、通信線のインダクタンスや通信線の往路及び復路間の静電容量により通信信号の減衰や、通信路の分岐点や端点での反射、さらには放送局から出力される電波（放送波）などによるものである。また、き電線、トロリ線、レールを通信路としているために、通常の通信用信号線と比較し、信号の減衰がかなり大きい。安定した監視画像の通信（通信速度は１Ｍｂｐｓ程度以上）のためには、受信信号とノイズの強さの比（ｄＢ表現では差）であるＳ／Ｎを所定以上とする必要があり、受信信号の高周波帯域での減衰を評価すると、３０ＭＨｚ以下の周波数帯域を通信帯域として使用することが望ましい。帯域を狭くすると、通信速度が低くなるという問題があるため、通信帯域としては少なくとも１ＭＨｚ以上で３０ＭＨｚ以下が望ましい。さらに、通信帯域として５ＭＨｚ以上で３０ＭＨｚ以下の帯域を利用すると、ノイズの影響が低くなり、より安定した高速通信が可能である。等化器５３は、通信路の通信路歪を補正し、復調器５４が正しくデータを復調するために必要である。等化器５３は、通信におけるプリアンブル信号を用いて通信路歪を評価し、この評価の結果を用いて通信路歪を補正する。図２のように、等化器５３は減衰した受信信号の通信路歪を補正するが、その際ノイズ成分も増幅されるためＳ／Ｎは改善されない。この等化器５３がなければ、通信路歪の影響でデータの復元にエラーが生じる。つまり伝送エラーになってしまう。この点についても後記する。
【００３６】
搬送波として使用帯域内で複数の搬送波（マルチキャリア）を用いる場合を例に、Ｓ／Ｎを評価してデータ割り付け量を変更する仕組みについて以下に説明する。図４にマルチキャリアのスペクトルを示す。帯域Δｆの搬送波は、使用帯域に複数割り当てるが、搬送波と搬送波が重ならないようにするために、搬送波間で所定帯域だけスペースを取るのが一般的である。各搬送波には所定の送信データのビットが割り付けられる。マルチキャリアの特殊なケースであるＯＦＤＭ（直交周波数多重分割）は、図５に示すように、搬送波のピーク点では、他の搬送波のパワーがゼロとなるように各搬送波が配置され、各搬送波の帯域をΔｆとすると、時間１／（Δｆ／２）での逆フーリエ変換による直交性の維持を図っている。このため、一般のマルチキャリアとは異なって、各搬送波が重なり合っても信号が復元可能であるため、使用帯域が一般のマルチキャリアより狭くて良く、周波数利用効率が一般のマルチキャリアより高いという特徴をもっている。なお、ＯＦＤＭもマルチキャリアの一種である。
【００３７】
搬送波を用いて通信する方式として、前記のような複数の搬送波を用いて通信する方式（マルチキャリア通信方式という）と、単一の搬送波（単一キャリアともいう）を用いて通信する方式（単一キャリア通信方式という）があり、いずれも搬送波（キャリア）にデータ（ビット）を割り付けて伝送する。このように搬送波（キャリア）にデータを割り付けて伝送するわけであるが、キャリアごとのＳ／Ｎによりそのデータ割り付け量には制限がある。マルチキャリア通信方式は、使用帯域内で複数の狭帯域のキャリアを設けて通信する方式である。このため、き電線８、レール１２に重畳したノイズの内、特定の周波数のノイズのパワーが高いと、そのノイズの周波数に合致するキャリアのＳ／Ｎが他のキャリアよりも低くなり、そのキャリアへのデータ割り付け量が低くなるだけであり、全キャリアとして高いデータ割り付け量を維持できる。この結果、高い通信速度を確保することが可能である。このように、マルチキャリア通信方式は、複数のキャリアを用いて通信しているため、Ｓ／Ｎの低くなった特定の搬送波（キャリア）に対してデータ割り付け量が低くなるだけである。これに対して、単一キャリア通信方式では、特定の周波数のノイズのレベルが高いだけであっても、キャリアが一つであるため、そのキャリアに割り付けるデータ量が低くなり、マルチキャリア通信方式と比べ、かなり通信速度が低下する。特に車両における動きのある監視画像を伝送するためには１Ｍｂｐｓ以上の通信速度が必要であるために、単一キャリア通信方式より、マルチキャリア通信方式の方が適している。
【００３８】
各搬送波（キャリア）ごとに複数の波形（振幅と位相が異なる）を使用し、この波形にデータ（ビット）を割り付けて伝送するが、多数の送信波形を用いて伝送する際の変調は多値変調と呼ばれ、各キャリアごとのＳ／Ｎによりそのデータ割り付け量（ビット割り付け量ともいう）には制限があり、図６のような関係になっている。例えば、伝送誤り率を１／１０５に設定すれば、２５６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ、ＢＰＳＫでは、Ｓ／Ｎがそれぞれ約２２．５ｄＢ、約１７．７ｄＢ、約１３．５ｄＢ、約９．５ｄＢ、約６．３ｄＢ必要である。２５６ＱＡＭでは８ビットの割り付けが可能であり、６４ＱＡＭは６ビット、１６ＱＡＭは４ビット、ＱＰＳＫは２ビット、ＢＰＳＫは１ビットの割り付けが可能であり、Ｓ／Ｎが約６．３ｄＢ未満であれば、ビットの割り付けをしない。なお、ＱＡＭはＱｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＱＰＳＫはＱｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ、ＢＰＳＫはＢｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇと呼ばれ、ＱＡＭは振幅変調、ＱＰＳＫ及びＢＰＳＫは位相変調である。前記例では１２８ＱＡＭ、３２ＱＡＭなどを示していないが、その他のＱＡＭもある。なお、誤り訂正機能を付加することにより、伝送誤り率を１／１０５から１／１０７程度にすることが可能である。従って、例えば、通信速度が１Ｍｂｐｓであれば、確率的に１０秒に１回誤りが発生することになり、誤りが発生した伝送フレームあるいはパケットを再送することにより、問題なく安定した通信が可能になる。
【００３９】
〔Ｓ／Ｎの推定評価〕
次に、図７を用いて、Ｓ／Ｎの評価について、適宜図３を参照しながら説明する。図７は、通信装置５ａから通信装置５ｂにＳ／Ｎを評価するためのトレーニングデータを送信してＳ／Ｎを算出する例を示している。逆に、通信装置５ｂから通信装置５ａにＳ／Ｎを評価するためのトレーニングデータを送信してＳ／Ｎを算出する場合も同一である。通信装置５ａから通常のデータを送信する場合は、ステップ１からステップ５の手順により実施しており、Ｓ／Ｎ評価のための処理は割込み処理によって実施する。ここでは、割込み処理として、一定時間ごとに起動する割込み処理を例にしている。図７に示す処理は、アクセスコントローラ５５によってなされる。通常のデータ送信においては、まずステップ１にて、プロトコール変換器５６から取り込んだデータを基に通信装置内のパケットデータを作成する。次にステップ２で、作成したパケットデータを変調器５７に出力する。これによって、データが変調され通信装置５ｂに送信される。通信装置５ｂから送信されてくるデータについては、ステップ３で復調器５４からのパケットデータを取り込む。ステップ４にてＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  Ｃｈｅｃｋ：巡回冗長検査）の評価を実施して、伝送誤り検出を行う。ステップ５にて、伝送誤りがあれば、通信装置５ｂに再送要求をし、伝送誤りがなければ取り込んだデータをプロトコール変換器５６に出力する。
【００４０】
このような通常のデータ通信処理を実施している状態で、Ｓ／Ｎ評価のための割込み処理を実施する。ステップ６で、あらかじめ用意しているトレーニングデータを変調器５７に出力する。この結果、トレーニングデータが変調されて、通信装置５ｂに送信される。これに対して、通信装置５ｂは、ステップ１０でトレーニングデータを受信し、ステップ１１で搬送波ごとのＳ／Ｎを計算する。この計算については後記する。さらに、ステップ１２で、搬送波番号とビット割り付け量とをペアとしてパケットデータに変換し、変調器５７に出力する。搬送波番号とビット割り付け量とのペアをビット割り付け情報とよぶ。この結果、通信装置５ｂから通信装置５ａにビット割り付け情報（搬送波番号とビット割り付け量）が送信されてくる。また、自局である、通信装置５ｂ自体のビット割り付け情報を更新するためにビット割り付け情報テーブルの書き換えを実施する。このビット割り付け情報は、通信装置５ａから伝送されてきたデータを通信装置５ｂの復調器５４で復調する際に使用する。その後、通信装置５ａは通信装置５ｂから送信されてくるビット割り付け情報をステップ７で受信し、ステップ８にてビット割り付け情報テーブルの書き換えを実施する。この処理が終了すると、ステップ９にてビット割り付け情報テーブルの書き換え完了を示すＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を通信装置５ｂに送信する。通信装置５ｂでは、ステップ１３にてＡＣＫを受信し、処理を終了する。この処理が終了すると、逆に、通信装置５ｂから通信装置５ａにトレーニング情報を送信し、通信装置５ｂから通信装置５ａへの伝送に対するＳ／Ｎを評価する。これは、通信線のＳ／Ｎが対称になっていれば必要はないが、Ｓ／Ｎに対称性がない場合には有効である。車両外施設・車両間通信の場合、ノイズ源であるインバータが通信装置５ｂ側にあるため、通信装置５ｂ側のノイズが通信装置５ａのノイズより強いことが考えられる。従って、通信装置５ｂにおけるＳ／Ｎが低くなるため、通信装置５ａから通信装置５ｂにデータを送信する場合には、各搬送波に割り付けるビットをＳ／Ｎに応じて低くする必要が生じる。このように各通信装置でのＳ／Ｎに差がある場合には、双方向でのＳ／Ｎ評価を実施し、この結果得られるビット割り付け情報を各アクセスコントローラ５５に記憶しておき、変調及び復調に対応して利用する。
【００４１】
トレーニングデータを送信するか通常のデータを送信するかを区別する必要があるが、これは図８のように伝送フォーマットを構成することにより実現できる。この伝送フォーマットは、プリアンブル信号、ヘッダ、データ、ＣＲＣからなっており、ヘッダにおいてトレーニング情報か通常のデータ情報かを示すようにしている。ヘッダがトレーニング情報を示せば、データの中にはトレーニング用データが入っており、ヘッダがデータ情報を示せば、データの中には通常の送信データが入っている。トレーニング用データとしては、２５６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、ＱＰＳＫなどがあるが、ここでは理解を容易にするために、ＱＰＳＫを例に説明する。なお、プリアンブル信号はシンボル同期のために用いる。ＱＰＳＫは各搬送波に２ビットを割り付ける変調方式であり、信号点配置は図９のようになっている。Ｉ軸は信号の同相成分を表し、Ｑ軸は信号の直交成分を表している。信号点へのデータ割り付けは、例えば、第１象限の信号点でデータ“００”を示し、第２象限の信号点でデータ“０１”、第３象限の信号点でデータ“１１”、第４象限の信号点でデータ“１０”を表す。そこで、全ての象限のデータを送信した方がＳ／Ｎをより一層正確に評価することが可能である。厳密でなければ、２ビットからなる適当なデータを利用しても良い。例えば、第１象限と第３象限のデータで構成し、“００”、“１１”としても良いし、すべて第１象限のデータとし、“００”としても良い。
【００４２】
図７のトレーニング用データとして“００”、“０１”、“１１”、“１０”が設定される。そして、この場合、図２において、アクセスコントローラ５５から変調器５７に出力するビット割り付け情報として各搬送波ごとに２ビットの割り付け（ＱＰＳＫ）であることを出力する。これにより、変調器５７はＱＰＳＫ変調により、２ビットづつのトレーニング用データを、各搬送波に割り付け伝送する。トレーニングの場合には、各搬送波のＳ／Ｎを評価することが目的であるため、全搬送波に対してＱＰＳＫ変調を施してデータを送信する。トレーニングの際にはあらかじめＱＰＳＫ変調で伝送することが決まっているため、受信側ではＱＰＳＫで復調する。なお、ＱＰＳＫではどの信号点に対しても振幅が一定であり、位相が異なるだけであり、復調処理が簡単であるが、２５６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどを利用してトレーニングを実施しても良い。
【００４３】
Ｓ／Ｎの評価は以下のように実施される。ＱＰＳＫの場合、通信線上にノイズもなく減衰もなければ、復調した際の信号点は図１０のようになる。しかし、通信線上にはノイズがあり、かつ減衰もする。減衰については図２に示すように等化器５３によって補正されるため、復調された信号は信号点配置において、基本的には真値の周りに復元されることになる。図１０において、丸で示した範囲が復調後の信号点位置である。原点から真値までの距離が信号の強さＳであり、真値から復調後の信号点位置までの距離がノイズの強さＮである。従って、両者の比を計算すればＳ／Ｎが求まる。トレーニングでは、変調方式をあらかじめ定めているので、真値がどこにあるかをあらかじめ通信装置に記憶させておくことができる。真値を用いてＳ／Ｎを計算する方式の他には、平均値を用いる方式がある。これは、復調後の信号点位置の平均を算出し、この結果を用いて原点からの距離をＳとし、各復調後の信号点位置からの距離をＮとする方式である。なお、いずれの方式においても、ノイズをより正確に評価（推定あるいは測定）するためには、各搬送波に対して何度もトレーニングデータを送信する必要がある。セキュリティを考慮すると１秒ごとに監視画像情報を画像蓄積サーバで保存することが必要と思われるため、秒オーダ、望ましくは１秒ごとにトレーニングを実施するのがよい。
【００４４】
〔伝送誤り率評価〕
次に、トレーニングをイベントで実施する方式について説明する。このための処理を図１１に示す。図７と異なる点は、一定時間ごとにトレーニングを実施するのではなく、通常のデータ伝送を実施し、伝送誤りが多数発生する場合に、トレーニングを実施させるようにしている点である。このために、ステップ４でのＣＲＣによる誤りチック結果を基に、ステップ５で所定時間内での誤り発生頻度（伝送誤り率）を算出し、この結果があらかじめ定めた所定値以上の場合にトレーニングを実施する。トレーニングについては、図７と同様に、ステップ６からステップ１３を実施することにより達成される。このトレーニングが終了したら、通常のデータ通信を実施する。なお、この例では、通信装置５ｂから通信装置５ａへのデータ送信時に発生した伝送誤り率に基づいて、通信装置５ａから通信装置５ｂへのトレーニングを示したが、逆に、通信装置５ａから通信装置５ｂへのデータ送信時に発生した伝送誤り率に基づいて、通信装置５ｂから通信装置５ａへのトレーニングも同様にして実施される。
【００４５】
このように、伝送誤り率に応じてトレーニングをすること（イベント駆動のトレーニング）、つまり、Ｓ／Ｎが悪化したときにトレーニングをするため、一定時間ごとにトレーニングを実施する方式に比べ伝送効率が高くなるとういう特徴がある。
【００４６】
さらに、このイベント駆動のトレーニングと一定時間ごとに行うトレーニングとを併用するとさらに伝送効率がよくなる。つまり、イベント駆動のトレーニングによりＳ／Ｎが悪化したときのトレーニングが可能であり、Ｓ／Ｎが改善した場合には一定時間のトレーニングにより、高いＳ／Ｎ状態でのデータ割り付けが可能になるため、通信速度をより一層速くできる。イベント駆動のトレーニングのみでは悪化したときのトレーニングによって決まるデータ割り付け量のみになってしまうため、伝送路のＳ／Ｎが向上しても既にトレーニング済のデータ割り付け量のままであり、通信速度の改善ができないが、両方式を併用することにより、Ｓ／Ｎ低下時にイベント駆動のトレーニングによりデータ割り付け量が低下しても、一定時間ごとのトレーニングにより、伝送路のＳ／Ｎが向上していれば、データ割り付け量は多くなる。このように伝送路のＳ／Ｎ状態に応じて最適なデータ割り付け量が決定できる。このための処理は、アクセスコントローラ５５により、イベント駆動のトレーニングを図１１の処理で実施し、一定時間ごとのトレーニングを割込み処理（図７参照）で実施すればよい。
【００４７】
〔ＯＦＤＭ通信〕
前記に加え、ＯＦＤＭを含むマルチキャリア通信方式を利用して通信装置５ａ，５ｂ間で通信することにより、十分なＳ／Ｎが確保できない周波数が存在し、この結果、データの割り付けのできないキャリアが存在しても、その他の周波数のＳ／Ｎが高ければ、これらの周波数の搬送波に多くのデータ割り付けが可能になり、全体として１Ｍｂｐｓ以上の十分な通信速度を確保できる効果がある。さらに、ＯＦＤＭは周波数利用効率が高いため、一般のマルチキャリア通信方式より狭い帯域で同等の通信速度を確保することが可能になる。このため、インバータノイズによりＳ／Ｎが周波数によって変化するが、そのＳ／Ｎの変化がある程度の周波数範囲にわたっていても、ＯＦＤＭでは比較的Ｓ／Ｎの高い周波数帯域を使用周波数帯域として設定し、通信速度を確保できるという特徴がある。
【００４８】
〔単一搬送波のＳ／Ｎ評価〕
次に、単一キャリア（単一搬送波）を使用した場合のＳ／Ｎ評価について説明する。単一キャリアを使用して、マルチキャリアと同一の通信速度を実現するには単一キャリアの帯域を広くする必要がある。単一キャリアの帯域を広くすることにより、通信速度を速くすることが可能になる。変調方式としては、マルチキャリアと変わらないため、図７及び図１１に示したトレーニングがそのまま適用できる。また、Ｓ／Ｎ評価も図１０に示す通りである。
【００４９】
〔搬送波周波数の変更方式〕
次に、Ｓ／Ｎ評価結果に基づいて搬送波（キャリア）周波数を変更する方式を説明する。図７及び図１１ではデータ割り付け量を変更することを示したが、この代わりに、データ割り付け量を変更せずに搬送波の周波数をＳ／Ｎが同等以上の周波数帯に変更（シフトともいう）することも可能である。この場合、図２に示したデータ割り付け量情報５５ａ，５５ｂの代わりに搬送波周波数変更情報がアクセスコントローラ５５から変調器５７、復調器５４に出力される。なお、あらかじめＳ／Ｎの測定を実施しておき、どの周波数帯に変更するかを決めておく。この方式では、単一キャリアの場合、搬送波が１本であるため、この変更処理は容易である。ただし、通信の使用帯域は、周波数変更が可能なように十分広い帯域である必要がある。
【００５０】
〔スペクトル拡散通信方式〕
通信装置５ａ，５ｂとして、スペクトル拡散通信方式を適用した実施形態について、通信装置５ａを代表としてその構成を図１２に示す。図３と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図３と異なる点は、変調器５７及び復調器５４に係わる部分であり、その他は同一である。ＯＦＤＭを含めたマルチキャリア方式は、各搬送波ごとにビット割り付け変更を行ったが、スペクトル拡散通信方式はこのような処理はなく、その代わりにベースバンドの帯域をより広い帯域に拡散して通信し、復調時に帯域をベースバンドの帯域に圧縮して、データを復元する方式である。このスペクトル拡散通信方式は、通信路上にランダムなノイズが重畳される状況下での通信に対してＳ／Ｎを高くすることができ、安定した通信が可能であり、インバータ機器から特定周波数帯域でのノイズ（周波数選択性ノイズという）のレベルが高くなるような場合の通信に好適である。図３との相違点を説明する。変調器５７は、スペクトル拡散通信方式の場合、１次変調器とも呼ばれ、通常の伝送で用いられる振幅変調、周波数変調、位相変調（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ）、位相と振幅を同時に変調する１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭなどの各種変調方式が採用される。変調器５７の出力信号（１次変調された信号）は、スペクトル拡散変調器６３に入力される。スペクトル拡散変調器６３は、１次変調された信号に対して拡散符号発生器６４から出力されるＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍ  Ｎｏｉｓｅ）系列と呼ばれる特殊な波形を乗積されてＤ／Ａ５８に出力する。この処理をアナログ処理回路で実現することも可能であり、その場合にはＤ／Ａ５８が不要である。これらの処理により、拡散変調された信号が通信装置５ａから通信装置５ｂに送信されることになる。拡散変調後の帯域幅は、１次変調の帯域幅とＰＮ系列のそれの和になる。通常は帯域拡散の倍率が大きいので、実質的にＰＮ系列の帯域幅が拡散信号の帯域幅になる。従って、使用帯域は１次変調の帯域幅（ベースバンドの帯域）より広い帯域にする必要があり、拡散率は５倍以上とするが、列車の場合、ノイズレベルが比較的高いため、少なくとも１０倍以上が望ましい。車両内への情報提供（映像情報含む）、車両からの監視画像の伝送のために、通信装置５ａから通信装置５ｂへの通信、通信装置５ｂから通信装置５ａへの通信に対し、それぞれ最低でも１Ｍｂｐｓの通信速度が要求されるため、ベースバンドの帯域は少なくとも１ＭＨｚ以上が必要であり、その１０倍の帯域である１０ＭＨｚ以上の帯域が使用帯域として必要である。しかも、図２に示したように、その測定結果から判断して１ＭＨｚ以上、望ましくは５ＭＨｚ以上を使用することが有効である。つまり、車両の場合、少なくとも５ＭＨｚ以上の帯域を使用帯域として使用することが望ましい。
【００５１】
一方、復調については、次のように処理される。Ａ／Ｄ５２の出力信号はタイミング／同期回路６１及びスペクトル拡散逆拡散器６２に出力される。スペクトル拡散逆拡散器６２では送信側で用いたものとまったく同一のＰＮ系列を再度乗積して、１次変調の信号を復元する。この処理を帯域圧縮とも呼ぶ。この帯域圧縮により、Ｓ／ＮのうちＳが向上し、車両走行時のインバータノイズのような周波数選択性ノイズのＮが抑制される。このため、復調器５４での復調処理におけるＳ／Ｎが十分高く、通信路上でのノイズの影響を受けることなく、元の信号を復元することが可能になる。なお、タイミング／同期回路６１は、スペクトル拡散逆拡散器６２にてＰＮ系列を再度乗積するための同期をとるために用いられる。また、タイミング／同期回路６１及びスペクトル拡散逆拡散器６２がアナログ回路で実現される場合にはＡ／Ｄ５２は不要になる。
【００５２】
以上のように、スペクトル拡散通信方式を用いて通信装置５ａ，５ｂ間で通信することにより、マルチキャリア通信方式の時に必要であったビット割り付け量を決定するためのトレーニングを実施する必要がない。このため情報通信においてトレーニングのために一時的に伝送中断が発生することがないという特徴を持たせることが可能になる。
【００５３】
〔ＯＦＤＭ通信とスペクトル拡散通信を併用した通信方式〕
図１３は、ＯＦＤＭ通信とスペクトル拡散通信とを併用した通信方式を示す構成図である。図３及び図１２と異なる点は、変調器５７’、復調器５４’、スペクトル拡散変調器６３、スペクトル拡散逆拡散器６２に係わる部分であり、その他は同一である。図３では、変調器５７、復調器５４は、それぞれ搬送波の直交性処理のために、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）、フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うが、図１３では、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）、フーリエ変換（ＦＦＴ）の処理を変調器５７’、復調器５４’内で実施するのではなく、スペクトル拡散逆拡散器６２とＡ／Ｄ５２の間、スペクトル拡散変調器６３とＤ／Ａ５８の間に独立して設置するようにしている。つまり、送信時には、変調器５７’によるデータＩ，Ｑの値がスペクトル拡散変調器６３により、ＰＮ系列の拡散符号により乗積（拡散）する。この処理をスペクトル拡散ともいう。この拡散された信号に対して逆フーリエ変換器６７にて逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施すことにより、各々の搬送波（サブキャリア）の直交関係が保たれるようになる。この直交された信号はＤ／Ａ５８に出力される。この結果、限られた周波数帯域で大量のデータを送信することができるようになる。一方、受信時には、Ａ／Ｄ５２の出力信号がタイミング／同期回路６１、フーリエ変換器６６に取り込まれる。フーリエ変換器６６では、入力信号をフーリエ変換（ＦＦＴ）することにより、１次変調の信号でありかつ拡散された信号を出力する。この出力信号はスペクトル拡散逆拡散器６２に出力され、スペクトル拡散逆拡散器６２では送信側で用いたものとまったく同一のＰＮ系列を再度乗積して、１次変調の信号を復元する。この処理をスペクトル逆拡散ともいう。復元圧縮により、Ｓ／ＮのうちＳが向上し、車両走行時のインバータノイズのような周波数選択性ノイズのＮが抑制される。このため、復調器５４’での復調処理でのＳ／Ｎが十分高く、通信路上でのノイズの影響を受けることなく、元の信号を復元することが可能になる。なお、タイミング／同期回路６１は、フーリエ変換器６６のＦＦＴ処理及びスペクトル拡散逆拡散器６２にてＰＮ系列を再度乗積するための同期をとるために用いられる。前記実施形態では、逆フーリエ変換器６７とフーリエ変換器６６を、それぞれスペクトル拡散変調器６３とＤ／Ａ５８の間、Ａ／Ｄ５２とスペクトル拡散逆拡散器６２の間に設置しているために、サブキャリアごとの直交性が維持できるが、逆フーリエ変換器６７とフーリエ変換器６６をそれぞれ変調器５７’、復調器５４’内に設けると、スペクトル拡散、スペクトル逆拡散した際に、直交性が維持できなくなり、正しくデータが送受信できなくなるという問題が生じる。直交性が図られたサブキャリアは、搬送波のピークで他の搬送波がゼロになっているが、この状態の信号を拡散すると、この関係を保証できなくなる。図１３では、このようなことが起こらないように、送信時にはスペクトル拡散した後に逆フーリエ変換をし、受信時にはフーリエ変換した後にスペクトル逆拡散をするように工夫しており、ノイズが多かったり、信号減衰が多い車両外施設・車両間通信において、Ｓ／Ｎを向上させて大量のデータを通信できるようにしている。
【００５４】
〔複数搬送波のスペクトル拡散、同一情報が割り付けられている搬送波の周波数軸上への配置〕
図１５は、搬送波に情報を分割して割り付け、同一情報が割り付いている個々の搬送波を互いに干渉することなく周波数軸上に割り当てた図である。図１４は、本発明に係る通信装置５ａにおける、図１５又は図１６に示す割り付けを行うための構成を示す図である。
図１４において、まず、変調器５７ａの処理について説明する。アクセスコントローラ５５から送られたデータは、コンスタレーションマッパ５７ｂにより図９に示した信号点配置にしたがってＩ値Ｑ値に変換され、この変換により得られたＩ値Ｑ値の情報が帯域割付装置５７ｃに出力される。帯域割付装置５７ｃでは、アクセスコントローラ５５から送られるデータマッピング情報を基にコンスタレーションマッパ５７ｂから出力された情報をコピーしてキャリア割付装置５７ｄに出力する。データマッピング情報は、あらかじめ、どの搬送波（サブキャリア）にどのデータを割り付ける（マッピング）かを示す情報であり、これに従って図１５あるいは図１６のデータマッピングが行われる。キャリア割付装置５７ｄでは、帯域割付装置５７ｃから出力されてきた複数の情報それぞれに搬送波を乗算し、Ｄ／Ａ５８に出力する。
【００５５】
次に、復調器５４ａの処理について説明する。Ａ／Ｄ５２でサンプリングされたアナログ信号は、検波回路５４ｄにおいて各搬送波（サブキャリア）ごとに検波が行われる。検波回路５４ｄの出力信号は、図１５あるいは図１６に示すように同一データを割り付けた各搬送波（サブキャリア）から得られたＩ値Ｑ値であるため、例えば、データａのように複数の同一データを含んだＩ値Ｑ値（ダイバーシティ枝と呼ぶ）から構成されている。検波回路５４ｄの出力は帯域選択／合成装置５４ｃに出力され、帯域選択／合成装置５４ｃにてアクセスコントローラ５５から受け取ったデータマッピング情報を基にしてダイバーシティ枝の選択又は合成を行う。この結果はコンスタレーションデマッパ５４ｂに出力される。帯域選択／合成装置５４ｃとしては、あらかじめ定めている選択合成方式、等利得合成方式、最大比合成方式のいずれかの方式で実現する。選択合成方式は、各ダイバーシティ枝の受信レベルを比較して、最も受信レベルが高い値をコンスタレーションデマッパに出力する。等利得合成方式は、各ダイバーシティ枝の位相を同相になるよう調整してから各ダイバーシティ枝を加算もしくは平均した値をコンスタレーションデマッパ５４ｂに出力する。最大比合成方式は、各ダイバーシティ枝の位相が同相になるように調整してから、各ダイバーシティ枝に対して通信路環境（フェージングやＳＮ）に応じた重み係数を付けて加算を行った値をコンスタレーションデマッパ５４ｂに出力する。コンスタレーションデマッパ５４ｂは、帯域選択／合成装置５４ｃにより同一データを選択又は合成した結果得られたＩ値Ｑ値に応じて、図１０に示したように信号点を同定しデータを取り出し、この結果をアクセスコントローラ５５に出力する。
【００５６】
図１５によれば、例えば、情報（データａ）は、搬送波８２，８３，８４に割り付いており、この時、搬送波８２，８３，８４は少なくともオーバラップしない程度に近接して周波数軸上に配置される。情報（データｂ）及び情報（データｎ）は、それぞれ搬送波８５〜８７、搬送波８８〜９０に割り当てられる。
【００５７】
従って、この方式は、搬送波それぞれに対して直接拡散する場合と比較して１つの搬送波の帯域幅が相対的に狭くなるため、電力線特有の伝送路特性である周波数選択性フェージングをフラットフェージングにする効果がより大きくなり、これにより通信の信頼性がより向上する。また、電力線ではランダムに減衰が起こる場合があり、この時の減衰の幅は狭いため、同一情報を割り付けた搬送波のうち、減衰により１つの搬送波が情報を失っても、他の搬送波に割り付けられた同一情報は健全であるため、それら健全な情報を用いて、送信された情報を復元でき、通信の安定性が向上する。
【００５８】
〔複数搬送波のスペクトル拡散、同一情報が割り付けられている搬送波の周波数軸上への離隔した配置〕
図１６は、複数搬送波に情報を分割して割り付け、同一情報が割り付いている個々の搬送波を離隔して周波数軸上に割り当てた図である。図１６において、例えば、情報（データａ）は、搬送波９１，９４，９７に割り付けられている。そして、同一の情報を割り付けた複数搬送波９１，９４，９７は、搬送波同士が互いに干渉を起こさず、且つ、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚ以上の間隔をあけて任意の周波数に割り当てられている。従って、前記した図１５との違いは、同一情報が割り付けられている搬送波９１，９４，９７が、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚ以上の間隔をあけて割り付けられていることである。
【００５９】
図１６に示す割り付けでは、図１５によって得られる効果のほかに、電力線特有の伝送路特性における特性改善を行うことが可能である。例えば、電力線の減衰周波数特性としては深い減衰があると、その両側数十ｋＨｚから数百ｋＨｚに渡っては、深い減衰が継続している場合がある。実験の結果、通信信号の急激な減衰量の落ち込み時の周波数幅は約１００ｋＨｚである。従って、図１５のように同一情報が割り付けられている搬送波が近接して配置された場合（例えば、図１５で搬送波８２，８３，８４は同一情報）、同一情報が割り付けられた全ての搬送波が歪んでしまうために、結果としてビット誤りを引き起こす可能性が高くなる。これに対し、図１６は、同一情報が割り付けられている搬送波同士が離隔した配置構成となるため、同一情報が割り付けられた全ての搬送波が同時に歪を受けることを回避することができる。すなわち、隣り合った同一情報を割り付けた搬送波の周波数間隔を１００ｋＨｚ以上離隔した状態で通信することで、歪を受けることを回避することができる。この結果、送信された情報を復元でき、通信の安定性を向上させることができる。
【００６０】
１ＭＨｚから３０ＭＨｚの帯域を使うことでより安定した通信ができることはもちろんであるが、ノイズレベルの高い１ＭＨｚ以下の周波数帯においても、十分なＳＮ比が確保できる帯域が局所的に存在し、前記のように狭い帯域幅の搬送波であれば１ＭＨｚ以下の帯域を利用しても通信が可能である。この結果、さらに多くの搬送波を利用して通信することができ、より一層の高速通信を行うことができる。
【００６１】
〔ＯＦＤＭ出力信号のサンプリングによるスペクトル拡散〕
図１７は、ＯＦＤＭ出力信号のサンプリングによるスペクトル拡散方式の構成を示す図である。図１７に示す通信装置５ａには、送信側に直並列変換器１０３、逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）６７、並直列変換器１０４、Ｄ／Ａ５８、ホールド制御装置１０５、ＧＩ（Ｇｕａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）付加器１０６を備えている。また、受信側に受信アンプ１００、サンプリング同期回路１０１、Ａ／Ｄ５２、ＧＩ除去器１０２、直並列変換器１０３、フーリエ変換器（ＦＦＴ）６６、並直列変換器１０４を備えている。送信時、直並列変換器１０３に送られたデータは、直並列変換器１０３においてデータを並列にし、その並列データに対して逆フーリエ変換器６７によりＯＦＤＭ変調処理を行う。そして、並直列変換器１０４によりシリアルデータに変換された後、Ｄ／Ａ５８によりアナログ信号に変換される。
【００６２】
図１８は、図１７の通信装置５ａにおけるホールド制御装置１０５の出力波形を示した図である。ホールド制御装置１０５は、Ｄ／Ａ出力波形に対し、図１８に示すようにパルス状又はインパルス状に近い信号（ホールド時間制御回路出力波形１０７）に変換する。ホールド制御装置１０５は、ホールド時間を制御する手段を持った回路であり、例えば、半導体スイッチング素子などで代用することが可能である（図示せず）。
【００６３】
図１８に示すホールド時間制御回路出力波形（ＯＦＤＭ信号波形）１０７の周波数スペクトルの概念図は図１９のようになる。ホールド時間を制御して、時間軸信号をパルス又はインパルス状に近い波形にすることで、スペクトル１０８〜１１２が周波数軸上に複数現れる。一般にＯＦＤＭにスペクトル拡散や帯域割り付けを適用する場合には、拡散後の帯域幅に比例して、一連の変復調処理を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）の処理能力の高速性が要求される。
【００６４】
一方、本発明によれば、ＯＦＤＭ変調は、ベースバンド処理を行うことができる演算量があればよく、拡散又は帯域割り付けは、ホールド制御装置１０５により実行されるため、ＤＳＰやＣＰＵの処理は少なくてすむ。通信装置５ａを安価にできる効果がある。
【００６５】
再度、図１７において、受信処理（ＯＦＤＭ復調）について説明する。まず、通信装置５ａは他の通信装置により送信された送信信号を受信して、ＢＰフィルタ５０により不要な帯域外の信号を除去した後、受信アンプ１００によりＡ／Ｄ５２に適切な値が入力するように受信信号のゲイン調整を行う。同時にサンプリング同期回路１０１により有値の部分（送信側におけるＤ／Ａ５８の出力状態時間に相当する部分）とＡ／Ｄ５２のサンプリングクロックが合致するようにサンプリングクロックの同期を行う。この同期情報を基にＡ／Ｄ５２において受信アンプ１００通過後の信号の有値部分のみサンプリングを行う。サンプリング同期回路１０１により、有値部分にサンプリングクロックの同期を取るので、Ａ／Ｄ５２はベースバンド部分のみを処理することができる能力を持った動作周波数のものでよい。
【００６６】
図１７、図１８及び図１９用いて説明した一連の処理では、ＯＦＤＭに複数の同一スペクトル１０８〜１１２を発生させて（図１９参照）送信することで、受信側での周波数ダイバーシティ効果により、通信の信頼性が向上している。また、同時に、ＯＦＤＭをスペクトル拡散することで生じるＤＳＰやＣＰＵの演算量を低減している。なお、受信時は、ヌル値部分に乗ったノイズはサンプリングされないため、逆拡散効果、すなわち変調時のＳＮ比と比較して復調時にＳＮ比が改善する効果が得られる。
【００６７】
〔車両内の通信装置の接続構成〕
図２０は、代表的な交流電車を対象として車両内の通信装置の接続構成例を示す図である。図１に示した保護回路１７の構成要素を含めて、主に電力供給系統（主回路と一般的にいう）と通信装置５ｂの接続関係を示している。パンタグラフ１５は電力線３１を介し、真空遮断機１７ａ、保護設置装置１７ｄに接続され、真空遮断機１７ａはラインスイッチ１７ｂ、避雷器１７ｃに接続されている。さらにラインスイッチ１７ｂはトランス１８に接続されている。トランス１８は電力線３２を介して車輪１６ａに接続されると共に、接地抵抗器３４、電力線３２’を介して車両（車体）１０に接続される。ラインスイッチ１７ｂ、避雷器１７ｃも車輪１６ａに接続される。接地抵抗器３４は迷走電流が流れないようにすることを主目的として設置されるが、車両によっては接地抵抗器３４がなく、トランス１８が直接車両（車体）１０、車輪１６ａに接続される場合もある。なお、接地抵抗器３４は、例えば、０．５オーム程度の低抵抗である。真空遮断機１７ａ、ラインスイッチ１７ｂ、避雷器１７ｃ及び保護設置装置１７ｄが保護回路１７（図１参照）である。通信装置５ｂは、フューズ２１を介して、パンタグラフ１５に接続されている電力線３１と、接地抵抗器３４に接続されている電力線３２’あるいは車両（車体）１０に接続されている。従って、真空遮断機１７ａ、ラインスイッチ１７ｂが開状態となっても通信が可能となるように構成されている。また、フューズ２１を取り付けることにより、通信装置５ｂが短絡故障しても、フューズ２１が断状態となり、主回路に影響を及ぼすことがないようにしている。トランス１８の二次側にコンバータ／インバータ（Ｃ／Ｉ）１９が接続されるが、接地抵抗器３４はコンバータ／インバータ１９のスイッチングノイズが車両１０から外部に出ないようにする効果もある。そこで、この機能を利用して、通信装置５ｂの片方を接地抵抗器３４と車輪１６ａとの間に接続することにより、前記スイッチングノイズによる通信装置５ｂへの影響を一層低減させることができる。図２０では、通信装置５ｂの片側を車両（車体）１０に接続した構成を示しているが、前記したように接地抵抗器３４は、例えば、０．５オーム程度の低抵抗であるため、通信装置５ｂの片側を車両（車体）１０ではなく、車輪１６ａ側の電力線３２に接続してもよい。さらに、トランス１８は巻き線が多数本あるが、これらの巻き線間に静電容量が存在し、高周波、特にメガヘルツ（ＭＨｚ）以上の信号を吸収してしまう。従って、通信装置５ｂの両端は等価回路的にはトランス１８の両端に接続されるため、通信装置５ｂの通信信号がこのトランス１８で吸収されるという問題が生じる。電線はインダクタンスを持っており、電線長が数ｍから１０ｍ程度であれば、周波数が高くなるとインピーダンスが高くなり、通信帯域の１ＭＨｚから３０ＭＨｚまでの範囲では、数オームから十数オームを得ることが可能になる。そこで、通信装置５ｂとトランス１８との間の電線長を長くして、通信装置５ｂの通信信号がトランス１８の前記静電容量で吸収されないようにする。これについては、図２２でさらに説明する。なお、コンバータ／インバータ（Ｃ／Ｉ）１９は、コンバータ１９ａ、コンデンサ１９ｃ及びインバータ１９ｂからなっている。また、車両によっては保護回路の構成が多少異なる場合があるが、基本的な構成は同様であり、本発明の接続構成は同様に適用できる。
【００６８】
図２１は、代表的な直流電車を対象として車両内の通信装置の接続構成例を示す図である。通信装置５ｂの接続構成は、基本的には図２０と同様であり、同様な効果を得ている。避雷器１７ｃは電力線３１と３２（あるいは車体１０）間に接続される。インバータ装置１９’は、インバータ１９ｂ、リアクトル１９ｄ及びコンデンサ１９ｃからなるフィルタで構成されている。また、車両によっては保護回路の構成が多少異なる場合があるが、基本的な構成は同様であり、本発明の接続構成は同様に適用できる。
【００６９】
直流電車の場合には、変電所は直流電圧を出力するために、変電所にコンバータを備えており、コンバータからスパイクノイズ（スイッチングノイズとも言う）が発生し、これが直流電圧に重畳される。従って、変電所に通信装置を設置するのではなく、駅、駅舎、駅ビル、駅構内に通信装置を設置することにより、列車に設置した通信装置との通信において、上記ノイズによる影響を低くできるという効果がある。さらにこのノイズの周波数はコンバータ構造に依存するが、数百ＫＨｚまでの低周波ノイズであるため、通信の周波数をメガヘルツ（ＭＨｚ）以上としているために、このノイズの影響を受けにくいという効果もある。このことは、後記するモノレールについても同様の効果をもたらすものである。
【００７０】
図２２は、交流電車（直流電車も同様）を対象に通信装置の設置構成を示す例である。真空遮断機１７ａ、保護接地装置１７ｄは車両の屋根に設置され、ラインスイッチ１７ｂ、トランス１８、コンバータ／インバータ１９（１９’）は床下に接続される。コンバータ／インバータ１９（１９’）は隣接した別車両の床下に設置されることもある。トランス１８は、直流電車の場合には設置されない。通信装置５ｂは、その構成要素である結合器６５のコンデンサを車両の屋根に設置し、結合器６５のトランス、その他の信号処理回路部分５ｂ’は車体の内側に設置する。これは、高圧が印加されているコンデンサは安全性を考慮して、車外に設置し、信号処理回路部分５ｂ’は外部機器（表示装置、サーバなど）との接続や保守性を考慮したことによるものである。通信装置５ｂは、フューズ２１を介して、パンタグラフ１５側の電力線３１と車輪１６ｂ（１６ａでも良い）側の電力線３２に接続される。なお、電力線３２は車両１０、車輪１６ｂ（１６ａ）に接続されている。車両長は、一般車両が２０ｍで、新幹線が２５ｍであるため、通信装置５ｂから車輪１６ｂ側の電力線３２までの電線長は数ｍから数十ｍになる。従って、通信装置５ｂの通信信号がトランス１８の静電容量で吸収されないようにすることが可能になる。また、安全性強化のために、結合器６５そのものを車両１０の屋根に設置し、その他の信号処理回路部分５ｂ’を車体の内側に設置することもある。
【００７１】
また、車両１０が直流電圧で駆動される場合には、車両、駅、駅ビル、車両検査場などいずれにおいても、レールに接続される電圧はゼロボルトであるため、レールに接続される結合器６５のコンデンサを取り除き、直接トランスの１次側をレールに接続するように配線することにより、トランスの直流抵抗はほぼゼロであるために、トランスの１次側と２次側が接続してしまうような故障が発生しても、トランスの２次側に高圧電圧が印加されることがなく、ほぼゼロボルトになるため、通信装置５ｂを故障させることがないという効果がある。このことは、後記するモノレールについても同様であり、電車線の負側に接続される結合器６５のコンデンサを取り除き、直接トランスの１次側をレールに接続するように配線することにより同様な効果を得ることができる。
【００７２】
なお、通信装置５ｂの信号処理部５ｂ’は、車両１０の内側壁と外側壁の二重構造でできている空間を利用して設置する。すなわち、車両１０の天井と屋根（車両外部）との間の空間、さらにはドアの戸袋などの空間に設置する。これらの個所は、いずれも二重構造であり、この空間に設置することにより新たなスペースを必要とすることがなく、また車内の美観を損なうこともない。
【００７３】
図２３は、結合器の他の構成例を示した図であり、変流器７０、７１を利用して、通信装置５ｂと電力線３１あるいは３２とを磁気的に接続するようにしている。符号５ｂ”は通信装置５ｂにおいて結合器６５、ＢＰフィルタ５０，６０を除いた部分を示す。変流器７０、７１を利用して、間接的に接続しているために、高電圧が通信装置５ｂに印加されるところがないため、大型のコンデンサが不要になる。さらに、通信装置５ｂが短絡しても、電力線３１あるいは３２側、つまり主回路側に影響を及ぼすことがないため、フューズ２１が不要になる。特にフューズ２１は高圧タイプにする必要があり、大型で取り付けを含めコストアップになるという問題があるが、これを解消できる。変流器７０、７１はクランプ型とすることにより、電力線３１あるいは３２を途中で切断することなしに容易に取り付けることができる。また、変流器７０、７１の磁路途中に空隙をもたらすことにより、商用周波数の交流電流や直流電流による飽和問題を解決できる。
【００７４】
これまでの説明では、トロリ線９とレール１２とにより車両に電力を供給している例を示したが、トロリ線９の代わりに、レール１２に併設して敷設されたサードレールとレール１２とにより車両１０に電力を供給する場合もある（図示せず）。パンタグラフ１０（集電装置ともいう）はこのサードレールをしゅう動して電力供給を受ける。この場合、パンタグラフ１０を含め、サードレール、レール１２が通信路となる。その他については、これまで説明したことと同一である。また、このことは以下の実施形態にも適用できることである。
【００７５】
〔第二の実施形態〕
次に、通信装置間で一度プロトコール変換された信号で相互にデータ授受を行い、き電線又はトロリ線又はサードレールと、レールとを通信線（通信路）として、車両側に設置する通信装置と車両外施設側に設置する通信装置間で通信する第二の実施形態について、図２４を用いて説明する。図１と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。前記したように、１台の変電所から供給する電力の供給範囲には制限があり、ほぼ数十Ｋｍの区間である。交流電圧の供給においては、各変電所からの電力を送電するき電線８やトロリ線９は区間ごとに、き電線間の空間３０ａ、絶縁器３０ｂで絶縁されている。このため、電車のパンタグラフ１５が、例えば、変電所１４に接続されているトロリ線９をしゅう動している際には、通信装置５ｂは通信装置５ａと通信ができなくなる。この問題を解決するために、通信装置３３ａ、３３ｂで、き電線間の空間３０ａを接続し、車両と駅間に、き電線間の空間３０ａ、絶縁器３０ｂが存在しても、車両と駅間の通信を可能にしている。特に、き電線間の空間３０ａ、絶縁器３０ｂと駅間の距離が数Ｋｍから数十Ｋｍにもなるため、通信信号の減衰が極めて大きくなるため、通信エラーが多発する可能性が高い。この問題を解決するために、図２４に示すように、通信装置３３ａと３３ｂ間で一度プロトコール変換された信号で相互にデータ授受を行い、再び、き電線８、トロリ線９を利用して通信するようにしている。これにより、一度、通信信号がディジタル信号に変換され、Ｓ／Ｎが向上した後に、再び、き電線８、トロリ線９を利用して通信を行うことができ、前記問題を解決できる。
【００７６】
〔第三の実施形態〕
次に、モノレールのように電車線が正負２本ある場合に、これらを通信線（通信路）として、車両側に設置する通信装置と車両外施設側に設置する通信装置間で通信する第三の実施形態について、図２５を用いて説明する。モノレールの場合、コンクリート製のレール３５に２本の電車線９ａ、９ｂが敷設されており、この２本の電車線９ａ，９ｂに変電所１３（直流電圧出力）から電力が供給されている。車両は２台のパンタグラフ（集電装置ともいう）１５ａ、１５ｂを介して電車線９ａ、９ｂから車両１０’に電力を取り込んでいる。このパンタグラフ１５ａ、１５ｂに通信装置５ｂが接続されており、パンタグラフ１５ａ、１５ｂ、電車線９ａ、９ｂを介して、駅ビルあるいは駅構内１のいずれかの場所（例えば、発券管理室、駅員室など）又は車両検査場（図示せず）に設置している通信装置５ａと通信する。その他については、図１と同一である。この場合には、２本の電車線９ａ，９ｂがほぼ平行して敷設されているために、２本の電車線９ａ，９ｂの平衡度が比較的高いため、通信信号による外部への漏洩電界が抑制されるという効果もある。
【００７７】
以上説明した本発明は、前記した実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、電磁ノイズを発生するインバータが取り付けられた乗り物に限らず、外部からノイズが入ってくる環境、例えばインバータ機器の多い工場や地域などのノイズ源の近くを走行する乗り物などにも適用できる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、車両外施設・車両間通信に関し、システム構築のコストを低減できて、電車走行中にも、駅構内あるいは駅ビル内や車両検査場などに設置した通信装置と安定した通信をおこなうことが可能となる。列車走行時にノイズが発生してもこれに大きく影響を受けることなく、き電線又はトロリ線（電車線）又はサードレールと、レールとを介して、車両外施設と車両間で監視画像、保守データ、広告やイベント情報、座席予約情報などの通信が可能になる。また、地下鉄に本発明を適用すると、き電線、トロリ線、サードレール、レール、パンタグラフが地下にあるため、放送波がこれらに重畳されることが極めて低くなり、車両に設置した通信装置と、駅、駅構内あるいは駅ビル（駅舎含む）内や車両検査場などに設置した通信装置間の通信において、伝送誤りを低くでき、高い伝送速度を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を説明する図である。
【図２】通信特性を説明する図である。
【図３】図１の通信装置の構成図である。
【図４】一般のマルチキャリアのスペクトルを説明する図である。
【図５】ＯＦＤＭのスペクトルを説明する図である。
【図６】ガウス雑音下での通信誤り特性を説明する図である。
【図７】一定時間ごとのＳ／Ｎ評価のための処理フロー図である。
【図８】伝送フォーマットを説明する図である。
【図９】ＱＰＳＫの信号点配置を説明する図である。
【図１０】ＱＰＳＫのＳ／Ｎ評価を説明する図である。
【図１１】イベント駆動によるＳ／Ｎ評価のための処理フロー図である。
【図１２】スペクトル拡散通信方式を適用した通信装置の構成図である。
【図１３】ＯＦＤＭ通信とスペクトル拡散通信を併用した通信装置の構成図である。
【図１４】帯域割り付けを行う通信装置の構成図である。
【図１５】複数搬送波のスペクトル拡散において、同一情報が割り付けられている搬送波の周波数軸上への配置を説明する図である。
【図１６】複数搬送波のスペクトル拡散において、同一情報が割り付けられている搬送波の周波数軸上への離隔した配置を説明する図である。
【図１７】ＯＦＤＭ出力信号のサンプリングによるスペクトル拡散方式を適用した通信装置の構成図である。
【図１８】ホールド制御装置の出力波形を示す図である。
【図１９】ホールド制御装置の出力波形の周波数スペクトルの概念図である。
【図２０】交流電車への通信装置の接続構成例を示す図である。
【図２１】直流電車への通信装置の接続構成例を示す図である。
【図２２】電車への通信装置の設置例を示す図である。
【図２３】結合器の他の構成例を示す図である。
【図２４】本発明の第二の実施形態を説明する図である。
【図２５】本発明の第三の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
１・・・駅ビル／駅構内
５ａ、５ｂ・・・通信装置
８・・・き電線（ちょう架線）
９、９ａ、９ｂ・・・トロリ線（電車線）
１０、１０’、１１・・・車両
１２・・・レール
１３、１４・・・変電所
１５、１５ａ、１５ｂ・・・パンタグラフ
１９・・・コンバータ／インバータ
【図１】
2004312410.tif 000003
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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