(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信システムであって、
各チャネルでの通信結果が正常か否かを判定する通信結果判定手段と、各チャネルの通信結果を記憶しておく記憶手段とを備え、
ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、次の無線通信チャネルを通信状態の悪く正常に行われなかった周波数チャネルで行うように構成したことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信システムであって、
各チャネルでの通信結果が正常か否かを判定する通信結果判定手段と、各チャネルの通信結果を記憶しておく記憶手段とを備え、
ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、予め指定されたチャネルで次の無線通信を行うように構成した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】
基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信方法であって、
各チャネルの通信結果を記憶しておき、ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、次の無線通信チャネルを通信状態の悪く正常に行われなかった周波数チャネルで行うことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信方法であって、
各チャネルの通信結果を記憶しておき、ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、予め指定されたチャネルで次の無線通信を行うことを特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局と移動局との間で周波数ホッピング型の通信を行う無線通信システム及び無線通信方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、無線による列車制御方法及び列車制御システム及び無線通信方法において、長期間に渡って高品質な通信回線を維持あるいは更新して高品質な通信回線を提供する技術に関する。数十年の長期間に渡っての高品質な通信回線の維持も期待できる。
【背景技術】
【０００３】
列車制御方法及び列車制御システムにおいては、鉄道通信システムのコスト低減を図ろうという動きがあり、世界的に免許が不要な２.４Ｇ帯の無線周波数を利用した列車制御システムの導入が検討されている。
【０００４】
しかしながら、２.４Ｇ帯の無線周波数を利用したIEEE802.11b/gやBluetooth、などといった規格が多数存在する。これらの規格は、無線ＬＡＮやモバイル機器などさまざまな機器が使用しており、干渉問題が避けて通れない周波数帯域である。
【０００５】
また、列車制御方法及び列車制御システムにおいては、汎用の無線ＬＡＮを使用した無線通信システムの導入が検討されている。汎用の無線ＬＡＮを列車制御システムへ導入するには、移動局が高速に動くため、移動局が基地局を切替えるハンドオーバーに遅滞がないことが求められる。
【０００６】
特許文献１（特開平２００９−１７１０７８号公報）には、周波数ホッピング方式を用いた無線通信システムにおいて、干渉信号や雑音電力の影響が少ない周波数チャネルを選択したいとした発明が開示されている。この発明においては、所定の経路上に沿って設置した基地局と、所定の経路上を移動する移動局からなる無線通信システムにおいて、各基地局は第１と第２のホッピングテーブルを持ち、干渉信号の状況に応じて使用するホッピングテーブルを選択する。ホッピングテーブルは、どちらを選択しても隣接基地局との干渉が発生しないように予め周波数チャネルを設定している。これにより、基地局間で周波数チャネルの使用状況などの事前情報を送受信する必要なく、干渉のない最適な周波数チャネルを選択することができる。
【０００７】
特許文献２（特開平２００８−９９２３３号公報）には、列車制御システムにおいて、列車が移動する線路に沿った複数の無線基地局と列車に搭載された無線移動局の間で列車制御情報を送受信する無線周波数の切換を円滑に行う発明が開示されている。この発明においては、所定の経路上を移動する複数の移動局と所定の経路沿線に設置された複数の基地局との間で無線通信を行う列車制御システムにおいて、基地局ごとに異なる通信周波数を割り当て、移動局は、所定の経路沿線に設置された複数の基地局の通信周波数を探索し、探索した特定の無線周波数により、特定の無線周波数に対応した基地局と前記移動局との間で制御情報を送受信する。
【０００８】
高品質な通信回線を提供する方法には、例えば特許文献１の方法がある。この方法では、予め周波数ホッピングパターンを２パターン持ち、干渉信号の状況に応じて周波数ホッピングパターンを切替える技術が記載されている。
【０００９】
また、遅滞がないハンドオーバーを提供する方法には、例えば特許文献２の方法がある。この方法では、移動局が基地局毎の通信周波数を探索し、見つかった周波数と通信を行う。そのためハンドオーバー前に行うネゴシエーションを不要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２００９−１７１０７８号公報
【特許文献２】特開平２００８−９９２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
周波数の干渉問題に対する一般的な方法として周波数ホッピングがある。周波数ホッピングは、予め決められた周波数ホッピングパターンテーブルに従い周波数を変えながら通信を行う方法である。特許文献１、２においても、周波数ホッピングパターン方式で通信品質を向上させている。
【００１２】
しかしながら、特許文献１、特許文献２の技術は、ハンドオーバーを行うための事前のネゴシエーションがないため、予め決められた周波数ホッピングパターンに従いチャネルを変えて通信を行ったとしても、変えた周波数で干渉を受けずに通信が成功するとは限らない。また、特許文献２で開示されている通信状況に応じて周波数ホッピングパターンを切替える方法では、移動局が存在しない場合も干渉によるエラーと判断されてしまう。
【００１３】
このような問題に対して、本発明の目的は、遅滞の無いハンドオーバーが要求される列車制御方法及び列車制御システムにおいて、実使用環境から得るチャネル干渉を正確に把握することであり、無線通信システム本来の通信の信頼性を低下させることなくチャネル干渉状況を得ることを目的とする。チャネル干渉を正確に把握することで、周波数ホッピングパターンのテーブルを適時更新して行くことが可能となり、高品質の通信を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信方法において、周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われ、且つ次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を、周波数ホッピングパターンテーブルから選択を行わず、無線通信結果が悪く正常に行われなかった周波数チャネルで再度通信を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明の無線通信システムは、基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信システムであって、
各チャネルでの通信結果が正常か否かを判定する通信結果判定手段と、各チャネルの通信結果を記憶しておく記憶手段とを備え、
ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、次の無線通信チャネルを通信状態の悪く正常に行われなかった周波数チャネルで行うように構成したことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の無線通信システムは、基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信システムであって、
各チャネルでの通信結果が正常か否かを判定する通信結果判定手段と、各チャネルの通信結果を記憶しておく記憶手段とを備え、
ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、予め指定されたチャネルで次の無線通信を行うように構成したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の無線通信方法は、基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信方法であって、
各チャネルの通信結果を記憶しておき、ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、次の無線通信チャネルを通信状態の悪く正常に行われなかった周波数チャネルで行うことを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明の無線通信方法は、基地局と移動局間で複数のチャネルを使用して無線通信を行い、無線通信のチャネルが、周波数ホッピングパターンテーブルに基づき変更される無線通信方法であって、
各チャネルの通信結果を記憶しておき、ある周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルでの通信が正常に行われ、且つ、次の周波数ホッピングパターンテーブルに従ったチャネルで通信が正常に行われなかった場合に、次の周期に通信する周波数選択を上記周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、予め指定されたチャネルで次の無線通信を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、通信の信頼性を低下させることなく、チャネル干渉状況を収集することができる。また、正常に通信が行われた直後に干渉状況収集のための通信を行うため、物理的な遮蔽、列車不在による通信エラーを除外することができ、純粋な干渉だけを収集できる。また、下り通信データ、上り通信データのどちらで干渉が発生したか判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例の無線通信システムの構成図。
【図２】本発明の実施例の無線通信システムの基本シーケンス図。
【図３】本発明の実施例のＡＰの機能ブロック図。
【図４】本発明の実施例１のチャネル干渉収集テーブル構成。
【図５】本発明の実施例１の受信結果格納テーブル構成。
【図６】本発明の実施例１の無線通信システムの干渉チャネル収集シーケンス図。
【図７】本発明の実施例１のＡＰ内チャネル選択処理フローチャート。
【図８】本発明の実施例１のＡＰ内ＲＦ受信処理フローチャート。
【図９】本発明の実施例２の受信電界強度送信シーケンス図。
【図１０】本発明の実施例２の応答データフレームの一部。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を適用した無線通信システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施例である無線通信システムの一構成を示した図である。図示の無線通信システムは、所定の経路１１上に３５０ｍ程度毎に配置した基地局１３ａ〜１３ｃが複数設置されている。移動局１２は、所定の経路１１上を移動しながら通信する基地局１３ａ，１３ｂ，１３ｃ・・・を変えていく。
【００２６】
図２は、図１で説明した基地局１３ａ，１３ｂ，１３ｃ・・・と移動局１２の間で行う無線通信システムの基本シーケンスを示した図である。
【００２７】
図示の基本シーケンスを順番に説明すると、複数の各基地局１３ａ，１３ｂ，１３ｃ・・・のアクセスポイント（Access  Point  以下、単にＡＰと記載）２２を統括するアクセスポイントマスタ（Access  Point  Master  以下、単にＡＰＭと記載）２１が、一定周期にＡＰ２２へ通信データを送信する。従来の無線チャネルは１３チャネルあり、周波数が重複しないチャネルが３チャネルであるが、本発明においては周波数が重複しない１６チャネルに分けている。通信は、約５００ｍｓｅｃ間隔で行われている。
【００２８】
図２に示すように、ＡＰ２２は、内部に記憶する周波数ホッピングパターンテーブル２４から送信チャネル（０から１５チャネルの１６チャネルの内の一つのチャネル）を取得し、通信データを移動局ステーション（Station  以下、単にＳＴＡと記載）２３へ送信する。また、一定時間後、周波数ホッピングパターンテーブル２４から次のチャネルを取出し、チャネルを変えて再度通信データを移動局２３へ送信する。２回の送信完了後、移動局２３からの応答データをＡＰＭ２１へ送信する。本実施例のＡＰ２２では、１回の周期に２回の周波数ホッピング（時間ダイバーシティ）を行い移動局２３との通信データの成功確立を向上している。図２では、１回目の送信周波数にチャネル０を取出し、２回目ではチャネル８、周期が変わって３回目ではチャネル４、４回目ではチャネル１２を取出している状態を示している。図２においては、全てのチャネルでの通信が正常であった場合を示している。
【００２９】
図３は、ＡＰ２２の機能ブロックを示した図である。イーサネット（登録商標）部３１は、ＡＰＭ２１と通信データを送受信する機能を司る。無線部３２は、ＳＴＡ２３と通信データを無線で送受信する機能を司る。ＥＴＨ送受信処理３３では、ＡＰＭ２１から受信する通信データをチャネル選択処理３４へ受け渡し、また、ＲＦ受信処理３５から受信する通信データをイーサネット部３１へ受け渡す処理を行う。
【００３０】
チャネル選択処理３４では、ＥＴＨ送受信処理３３から起動されると通信データに含まれる通番を基に、周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを決定し、ＲＦ送信処理３６へ送信要求を行う。また、一定時間後、周波数ホッピングパターンを基にチャネルを変えて、２回目の送信要求を行う。２回目の送信要求では、ＳＴＡ２３からの受信結果を記憶する受信結果格納テーブル３８および、チャネルの収集モードなどを記憶するチャネル干渉収集テーブル３７を参照し、送信チャネルの決定を行う。
【００３１】
ＲＦ受信処理３５では、無線部３２から受信した通信データの合理性チェックを行ない、その結果を受信結果格納テーブル３８およびチャネル干渉収集テーブル３７へ格納するともに正常な通信データをＥＴＨ送受信処理３３へ受け渡す。ＲＦ送信処理３６では、チャネル選択処理３４から起動され、チャネル選択処理３４で決定したチャネルでＲＦ部へ送信を依頼する。
【００３２】
図４は、チャネル干渉収集テーブルの構造を示した図である。チャネル収集範囲４１は、通信結果の悪いチャネルに対してＡＰ３２が送信チャネルとして設定可能なチャネルを設定する。目的は、ＡＰ３２が複数設置された場合に隣接するＡＰ同士でチャネル干渉の収集用のチャネルを重複して送信しないためであり、隣接ＡＰでチャネルが重複しないように設定する。
【００３３】
送信チャネル４２は、送信中のチャネルを設定する。チャネル収集モード４３は、チャネル干渉収集を行うか否かを設定する。固定チャネル４４は、任意のチャネルを設定することで、指定されたチャネル干渉の収集を行う。また、統計データとして正常受信回数、異常受信回数などを記憶する。
【００３４】
図５は、受信結果格納テーブルの構造を示した図である。受信ＮＧチャネル０〜１５（５１）は、ＳＴＡ２３からの通信データが受信ＮＧと判定された場合に該当チャネルに対する受信ＮＧチャネルが設定される。
【００３５】
図６は、チャネル干渉状況を収集するシーケンスである。ＡＰ６２は、ＡＰＭ６１から通信データを受信すると、周波数ホッピングパターンテーブル２４から送信チャネル０を取得し、ＳＴＡ６３へ送信する。ＳＴＡ６３から応答の通信データ受信後、送信チャネルを変えて２回目の送信を行う。
【００３６】
２回目では、受信結果確認テーブルに受信ＮＧチャネルがあるかチェックし、受信ＮＧチャネルがない場合、そのまま周波数ホッピングパターンテーブル２４に従ったチャネル８で送信する。その通信結果は異常であったとすると、チャネル８で送信した通信データに対するＳＴＡ６３からの応答の通信データを受信しなかったため、受信結果格納テーブルの該当チャネルに受信ＮＧ有りを記録する。
【００３７】
次の周期では、周波数ホッピングパターンテーブル２４から送信チャネル４を取得し、ＳＴＡ６３へ通信データの送信を行う。その通信結果は正常であったとする。次に、チャネル４での通信データ送受信が成功したので、チャネル特性を収集する処理として、受信結果確認テーブルに受信ＮＧチャネルがあるかチェックし、更にＮＧだったチャネル８がチャネル収集範囲内であることをチェックし、特性収集チャネルとして再使用する。しかし、図６では再び応答の通信データを受信した場合を示している。受信しなかった場合には、チャネル８は、受信結果格納テーブル３８のチャネル８に受信ＮＧ有りを記録し、統計データ４５として異常受信回数を記録する。
【００３８】
本発明の実施例においては、このように、ＡＰ６２からＳＴＡ６３に対して１回の周期に２回送信する中で、１回目の正常通信後に、干渉チェック用の２回目の送信を行うことで、通信の信頼性を低下させることなく、チャネルの干渉をチェックすることができる。また、１回目の正常通信後にチェック用の通信データを送信することから物理的な遮蔽などによる受信異常である可能性は低く、正確なチャネル干渉のみを測定可能である。
【００３９】
図７は、実施例１におけるチャネル選択処理のフローチャートを示す。電源投入後（ステップ７０）、ＥＴＨ送受信処理からの起動待ち（ステップ７１）となり、起動要求後、通信データ内に含まれる通番を基に周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを選択する（ステップ７２）。チャネル選択後、ＲＦ送信処理へ送信を依頼する（ステップ７３）。その後、通信データ送信に対するＳＴＡ１２の応答結果を判定し（ステップ７４）、確認ＮＧならば、２回目の送信も周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを選択する（ステップ７８）。応答結果判定ＯＫ（正常）ならば、更に受信結果ＮＧチャネル有りかつチャネル収集範囲であるか判定し（ステップ７５）、該当チャネルがあれば、チャネル干渉収集チャネルとして２回目の送信を依頼する（ステップ７６）。ここで（ステップ７５）、応答結果判定ＮＧならば、２回目の送信も周波数ホッピングパターンテーブル２４からチャネルを選択する（ステップ７８）。ＲＦ送信処理（ステップ７７）は、送信要求後、ＥＴＨ送受信処理からの起動待ち（ステップ７１）へ戻る。
【００４０】
この実施例では、ステップ７６で、受信結果格納テーブルから受信ＮＧチャネルを取り出すように構成したが、次の周期に通信する周波数選択を周波数ホッピングパターンテーブルに関わらず、予め指定されたチャネルで次の無線通信を行うように構成することも可能である。
【００４１】
図８は、実施例１におけるＲＦ受信処理のフローチャートを示す。電源投入後（ステップ８０）、ＲＦからの受信データ待ち（ステップ８１）となり、ＲＦからの受信時、受信データに通番エラー、ＣＲＣエラー等を判定し（ステップ８２）、判定ＯＫならば、チャネル干渉収集テーブル３７の該当チャネルに正常受信回数を設定する（ステップ８３）、判定ＮＧならば、受信結果格納テーブル３８に受信ＮＧチャネルを設定（ステップ８５）、受信結果格納テーブル３８に、該当チャネル結果ＮＧを設定（ステップ８６）、チャネル干渉収集テーブル３７の該当チャネル異常受信回数を統計データ４５に設定（ステップ８７）、チャネル干渉収集テーブルの該当チャネルに異常受信内容（通番エラー、ＣＲＣエラー）を設定（ステップ８８）する。ＥＴＨ送受信処理起動（ステップ８４）は、ＲＦからの受信データ待ち（ステップ８１）へ戻る。
【実施例２】
【００４２】
図９は、本発明の実施例２における基本シーケンスを示した図である。図示の基本シーケンスを順番に説明すると、実施例１と同様にＡＰＭ９１から一定周期に各ＡＰ９２ａ，９２ｂ（ＡＰ１及びＡＰ２）へ通信データをブロードキャスト送信する。各ＡＰ１及びＡＰ２の９２ａ，９２ｂは、内部に記憶する周波数ホッピングパターンテーブル２４（図２参照）から送信チャネルを取得し、通信データを移動局ＳＴＡ９３へ送信する。この時、隣接するＡＰ１及びＡＰ２の９２ａ，９２ｂから送信するチャネルは、重複しないように周波数ホッピングパターンテーブル２４を設定しておく。図９に示す最初の周期の第１回目の通信は、チャネル０とチャネル８としている。移動局ＳＴＡ９３では、一定周期で基地局の通信チャネルを探索し、見つかったチャネルの受信電界強度を記憶し、応答データで送信するチャネルに、応答データと探索して見つかったチャネルの受信電界強度を付けてＡＰ９２に送信する。
【００４３】
図９の実施例では、電界強度収集９４ａで、チャネル０とチャネル８が見つかり、チャネル８を使用して、応答データを応答・電界強度データ９５ａとしてＡＰ１（９２ａ）に送信した状態を示す。２回目の電界強度収集９４ｂでは、チャネル４は見つからずチャネル８のみ見つかったので、応答データを応答・電界強度データ９５ｂとしてＡＰ２（９２ｂ）に送信したことを示す。ＡＰＭ９１では、各ＡＰ９２から受信した応答データから下りデータで送信したチャネルの電界強度の有無で下りデータでの干渉か、上りでの干渉かを判定する。
【００４４】
図１０は、ＡＰＭ９１が、各ＡＰ９２ａ及び９２ｂから受信する応答データの一部を示す図である。ＡＰＭ９１では、各ＡＰ９２ａ及び９２ｂから受信した応答データから各ＡＰ１及び２のチャネルの送受信結果を収集する。収集方法は、各ＡＰ１及び２から受信した応答データ１０１（応答・電界強度データ）から送信チャネルをすべて取出す。次に各応答データの中から電界強度値が設定されているチャネルを取出し、送信チャネルと電界強度値が設定されているチャネルが一致する場合は、下りデータまでの干渉はなかったことがわかる。送信チャネルに対応する電界強度値が見つからない送信チャネルは、下りデータ送信がＳＡＴ９３まで届いていないことがわかる。
【符号の説明】
【００４５】
１１：所定の経路、１２：移動局、１３：基地局、１３ａ：１３ｂ：１３ｃ：基地局、２１：ＡＰＭ、２２：ＡＰ（基地局）、２３：ＳＴＡ（移動局）２４：周波数ホッピングパターンテーブル、３１：イーサネット部（ＥＴＨ）、３２：無線部（ＲＦ）、３３：ＥＴＨ送受信処理、３４：チャネル選択処理、３５：ＲＦ受信処理、３６：ＲＦ送信処理、３７：チャネル干渉収集テーブル、３８：受信結果格納テーブル、４１：チャネル収集範囲、４２：送信チャネル、４３：チャネル収集モード、４４：固定チャネル、６１：ＡＰＭ、６２：ＡＰ、６３：ＳＴＡ、９１：ＡＰＭ、９２ａ：ＡＰ１、９２ｂ：ＡＰ２、９３：ＳＴＡ、９４ａ：電界強度収集、９４ｂ：電界強度収集、９５ａ：応答・電界強度データ、９５ｂ：応答・電界強度データ、１０１：ＡＰ応答データの一部
【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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