(57)【要約】【課題】  鉄道の架線およびレールを通信路として利用して高速な通信を可能とし、良好にデータを伝送する鉄道地上・列車間通信方法および装置を提供する。【解決手段】  駅構内の地上にルータ３に接続された複数の電力線搬送モデム４ａ，４ｂを設置し、地上の電力線搬送モデム４ａ，４ｂと車上の電力線搬送モデム９間のＳＮ比(信号対雑音比)情報を基に、地上に設置する複数の電力線搬送モデム４ａ，４ｂの中から通信するモデムを選択し、選択された電力線搬送モデムを介してルータ３と車上の電力線搬送モデム９間の通信を行うものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駅構内に設置されルータに設置された複数の第１の電力線搬送モデムと、該第１の電力線搬送モデムと架線及びレールを介して接続され車上に設置された第２の電力線搬送モデムとを備え、前記複数の第１の電力線搬送モデムそれぞれと前記第２の電力線搬送モデム間でトレーニング信号を送受信することにより第１の電力線搬送モデムと前記第２の電力線搬送モデム間のそれぞれＳＮ比の情報を算出し、算出されたＳＮ比情報から高いＳＮ比の第１電力線搬送モデムを選択して、該選択された電力線搬送モデムを介して前記ルータと前記第２の電力線搬送モデム間の通信を行う鉄道地上・列車間通信装置。
【請求項２】
地上に設置された複数の第１の電力線搬送モデムと、該複数の第１の電力線搬送モデムに接続されたルータと、該ルータに接続された計算機又はネットワークと、車上に設置された第２の電力線搬送モデムと、該第２の電力線搬送モデムに接続された端末と、前記第１の電力線搬送モデム及び前記第２の電力線搬送モデムに接続される架線とレールとを備え、前記複数の第１の電力線搬送モデムそれぞれと前記第２の電力線搬送モデム間でトレーニング信号を送受信することにより第１の電力線搬送モデムと前記第２の電力線搬送モデム間のそれぞれＳＮ比の情報を算出し、算出されたＳＮ比情報から高いＳＮ比の第１電力線搬送モデムを選択して、該選択された電力線搬送モデムを介して前記計算機又はネットワークと前記端末との通信を行う鉄道地上・列車間通信装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の電力線搬送モデムはＯＦＤＭ通信方式又は直接スペクトル拡散通信方式で通信する請求項１又は２に記載の鉄道地上・列車間通信装置。
【請求項４】
前記トレーニングデータの送受信は、設定された時間間隔又は通信エラーが設定回数を超えたとき実行される請求項１又は２に記載の鉄道地上・列車間通信装置。
【請求項５】
前記ルータは前記第１の電力線搬送モデム及び第２の電力線搬送モデム間のＳＮ比を取得する命令を前記第１の電力線搬送モデム又は前記第２の電力線搬送モデムに出すものであって、前記算出されたＳＮ比に基づいてルーティングテーブルを作成あるいは更新する請求項１又は２に記載の鉄道地上・列車間通信装置。
【請求項６】
架線とレールを通信路として通信する通信方法であって、駅構内に設置されルータに設置された複数の第１の電力線搬送モデムのそれぞれと架線及びレールを介して接続され車上に設置された第２の電力線搬送モデムとでトレーニング信号を送受信することにより前記第１の電力線搬送モデムと前記第２の電力線搬送モデム間のそれぞれＳＮ比の情報を算出し、算出されたＳＮ比情報から高いＳＮ比の第１電力線搬送モデムを選択して、該選択された電力線搬送モデムを介して前記ルータと前記第２の電力線搬送モデム間の通信を行う鉄道地上・列車間通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の架線およびレールを通信路として利用してデータを伝送する鉄道地上・列車間通信方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道分野においては、運行情報や業務支援情報を車両に伝送するニーズがあり、無線を利用した通信方法が提案されている。しかし、運行情報などは高い秘匿性が要求されるため、傍受が容易な無線通信より有線通信が望まれている。
【０００３】
従来の技術として、〔特許文献１〕，〔特許文献２〕に記載のように、架線とレールを通信路とした有線通信方法がある。
【０００４】
〔特許文献１〕には、変電所には、高圧送電線からの電圧を降圧して送電線を通じて架線に電力を送るトランス、インターネット等に接続されるルータ、送電線とルータとの間に接続され両者間の通信信号のやりとりを中継する電力線搬送モデムを備え、電車には、変電所から架線を通じて送られてくる電力を受け取るパンタグラフと電車内ネットワークとの間に接続されて両者間の通信信号のやりとりを中継する電力線搬送モデムを備えた有線モバイル通信方法が記載されている。
【０００５】
〔特許文献２〕には、車両と車両外施設・車両間通信装置を設置し、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，トロリ線、或い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，トロリ線、或いはサードレールとレール間とを通信線として、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り、車両外施設に設置する通信装置は、駅構内，駅ビル内、或いは車両検査場などの場所に設置し、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車両外施設・車両間通信装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１７６９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１２４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
〔特許文献１〕に記載の通信方法は、変電所に地上の電力線搬送モデムを設置しているが、変電所間隔は都市部でも３km〜５km程度、郊外にあっては２０km以上にもなる。減衰特性をシミュレーションした結果、通信信号の減衰は非常に激しく、高速通信することが困難であることが分かった。特に駅構内において停車中や低速で通過中に業務支援情報や運行情報を集中して受信する場合には、数Ｍbps 以上の伝送速度が要求される場合があり、変電所に電力線搬送モデムを設置する通信方法では数ｋbps 程度しか通信速度が得られないという問題がある。
【０００８】
又、〔特許文献１〕に記載の通信方法では、通信する電力線搬送モデムを切替える手順としてローミング機能を使用している。一般的なローミングの方法では、モデム送信信号の受信レベルを測定し、受信レベルのより高いモデムを選択して通信するが、鉄道の場合はインバータノイズが通信路に重畳するため、ノイズによって正確な通信信号の受信レベルが測定できないため正確にモデムの切り替えができないという問題がある。
【０００９】
〔特許文献２〕に記載の車両外施設・車両間通信装置では、駅構内，駅ビル内、或いは車両検査場などの場所に車両外施設・車両間通信装置を設置し、Ｓ／Ｎの評価結果に基づいて搬送波周波数を変更して通信しているが、設置している車両外施設・車両間通信装置のＳＮ比は移動している車両の位置によって変化するため、ＳＮ比が悪化して通信速度が低下しても通信速度を落として通信せざるを得ないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、鉄道の架線およびレールを通信路として利用して高速な通信を可能とし、良好にデータを伝送する鉄道地上・列車間通信方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の鉄道地上・列車間通信方法および装置は、駅構内の地上にルータに接続された複数の電力線搬送モデムを設置し、地上の電力線搬送モデムと車上の電力線搬送モデム間のＳＮ比（信号対雑音比）情報を基に、地上に設置する複数の電力線搬送通信モデムの中から通信するモデムを選択し、選択された電力線搬送モデムを介してルータと車上の電力線搬送モデム間の通信を行うものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、架線とレールを通信路とした比較的減衰の大きな通信体系であっても、駅構内の比較的短い区間に複数のモデムを設置し、高いＳＮ比のモデムを選択して通信を行うので、高速な通信が可能となる。又、インバータノイズが重畳しても、ＳＮ比の計算結果から最もＳＮ比の高い電力線搬送モデムを選択するため、通信状態を良好に保つことができ、より安定して高速な通信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図１から図４により説明する。図１は、本実施形態の鉄道地上・列車間通信装置の構成図、図２は、通信時の処理を示す流れ図、図３は、列車が移動した場合のＳＮ比との関係を説明する図、図４は、他の通信時の処理を示す流れ図である。
【００１４】
図１に示すように、地上側には、駅構内の複数箇所に電力線搬送モデム４ａ，４ｂが設置され、電力線搬送モデム４ａ，４ｂは、ＬＡＮケーブル２を介してルータ３に接続されている。電力線搬送モデム４ａ，４ｂは、標準的な通信規格でルータ３と通信を行うようになっている。電力線搬送モデム４ａ，４ｂを設置する間隔は、数十メートルから１００メートルが適切であるが、列車構成が変化した場合を考慮して、２００メートル乃至400メートルとしても良い。又、駅構内の分岐点の位置を考慮して１km前後の間隔とする場合もある。
【００１５】
電力線搬送モデム４ａ，４ｂは、架線６と図示しない結合器を介して接続され、レール７とも接続されている。架線６には、直流の場合、８００Ｖ又は１５００Ｖ、交流の場合、１５０００Ｖ又は３０００Ｖの高電圧が印加されており、結合器は高電圧に対応するため設けられるが、電力線搬送モデム４ａ，４ｂに結合器が設けられている場合は不要である。ルータ３はＬＡＮケーブル２を介して計算機１に接続され、ＬＡＮケーブル２を介して外部のネットワーク１０或いは鉄道会社の所有するネットワーク１０と接続されている。計算機１としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。
【００１６】
電車１３には、車上に電力線搬送モデム９が設置され、電力線ケーブルにより図示しない結合器、パンタグラフ５を介して架線６と接続されている。但し、上述したように電力線搬送モデム９に結合器が設けられている場合は結合器は不要である。電力線搬送モデム９は、車上の端末１１と接続され、標準的な通信規格で通信を行うようになっている。電力線搬送モデム９は、電力線ケーブルにより車輪１２を介してレール７と接続され、電力線ケーブルには車輪１２を駆動するための図示しないモータ，モータを駆動するためのインバータ８，車両内で使用する機器の電源として使用される変圧器などが接続されている。
【００１７】
図１に示す例では、電力線搬送モデム４ａ，４ｂ，架線６，電力線搬送モデム９，レール間に通信路が形成されているが、架線６の代わりに第３軌条と呼ばれる電力を供給するためのレールを用いる場合は、通信線として第３軌条を用いて通信路を形成する。
【００１８】
電力線搬送モデム４ａ，４ｂ，９では、耐ノイズ性に優れた通信信号が使用され、例えばＯＦＤＭ（Othogonal Frequency Division Multiplexing ）や直接スペクトル拡散方式が用いられる。ＯＦＤＭは、通信帯域の複数の搬送波にデータを割り付けて通信する方式であり、インバータノイズのようにノイズスペクトルに周波数特性がある場合には、ノイズレベルが高い帯域の搬送波に割り付けるデータ量を少なくすることで耐ノイズ性を向上し、ノイズレベルが低い帯域の搬送波は割付データ数を多くすることで高速性が向上するため、耐ノイズ性に優れ、かつ高速伝送が可能な通信方式である。
【００１９】
このように構成された鉄道地上・列車間通信装置の動作について説明する。計算機１あるいはネットワーク１０を経由して送信されたデータは、ルータ３で受信される。ルータ３では、受信したデータの伝送宛先を確認し、伝送宛先が車上の端末１１である場合は、ルータ３は地上の電力線搬送モデム４ａ，４ｂのいずれかを選択してデータを送信する。
【００２０】
ルータ３が車上の電力線搬送モデム９と通信する時に、どちらの電力線搬送モデム４ａ，４ｂを介して通信するかは、図２に示す流れ図により決定される。ここで、図２中で括弧内に示すものが当該処理を行う装置であり、電力線搬送モデム４ａがモデム１に、電力線搬送モデム４ｂがモデム２に、電力線搬送モデム９がモデム３にそれぞれ対応している。
【００２１】
モデム間のＳＮ比を取得する命令を含むデータは、ルータ３から各モデムに送信される。電車１３が地上の電力線搬送モデム４ａ，４ｂの通信可能エリアに入ると、ステップ
５１で、モデム１がトレーニング信号をモデム３に送信する。
【００２２】
ここで、トレーニング信号は、通常のデータと区別して伝送フォーマットが構成され、モデム間のＳＮ比を評価するための予め決められたトレーニング用のデータであり、送信側の電力線搬送モデムと受信側の電力線搬送モデムが通信信号の内容を共有している既知の通信信号である。
【００２３】
ステップ５２で、モデム３がトレーニング信号を受信してＳＮ比を計算する。ＳＮ比の計算は、受信するトレーニング信号が既知であるため、復調された信号点の位置と期待値との差異がノイズ成分であることから計算することができる。ステップ５３で、ステップ５２で得られたＳＮ比の情報をモデム１に送信し、ステップ５４で、ＳＮ比の情報これを受信したモデム１は、ステップ５５で、ルータ３にモデム１とモデム３間のＳＮ比の情報として通知する。
【００２４】
ステップ５６〜ステップ６０では、ステップ５１〜ステップ５５と同様にして得られたモデム２とモデム３間のＳＮ比の情報をルータ３に通知する。ステップ６１で、ルータ３は、ステップ５５とステップ６０で受信した２つのＳＮ比の情報を基にして、ＳＮ比が最も高い組み合わせを選択し、ルーティングテーブルを作成する。このとき、過去に得られた複数回のＳＮ比の情報を参照し、その平均値が最も高いものを選択してもよく、偏差が小さい、即ちＳＮ比が最も安定しているものを選択してもよい。例えば、ステップ５１〜ステップ６０を実行した結果、ＳＮ比が最も高いモデムとしてモデム１が選択された場合、車上の端末１１宛てのデータはモデム１を経由するようにルーティングテーブルが作成される。ルーティングテーブルが作成されると、ステップ６２で、計算機１又は鉄道会社が所有するネットワーク１０と車上の端末１１間でデータを送受信が行われる。
【００２５】
ルータ３は、一般的なルータが有しているルーティングテーブル管理機能の他に、電力線搬送モデム４ａ，４ｂから送られるＳＮ比の情報からルーティングテーブルを作成、又は更新する機能を追加するために、予めファームウェアかソフトウェアがインストールされている。
【００２６】
ステップ６３では、設定された時間が経過したか否か、あるいは通信エラー数が設定された値を超えたか否かが判断され、時間経過を計測して設定された時間が経過したと判断された場合、あるいは通信エラー数をカウントして通信エラー数が設定された値を超えたと判断された場合は、ステップ５１に戻り、再度ステップ５１〜ステップ６２が実行される。設定する時間は、短い場合で１秒、長い場合で６０秒であり、１秒〜６０秒の間の値を設定してもよい。
【００２７】
ここで、ステップ６３を設けることにより、後述するように、電車１３が移動する、あるいはインバータの稼動状況によって、電力線搬送モデム間のＳＮ比が変化するが、このＳＮ比の変化に対応することができる。
【００２８】
地上の電力線搬送モデム４ａ，４ｂのいずれかが受信したデータは、電力線搬送モデム４ａ，４ｂ，９間で通信可能な通信信号に変換されて架線６とレール７に送信される。送信された通信信号は、架線６とレール７を通じてパンタグラフ５と車輪１２を介して車上の電力線搬送モデム９に到達する。車上の電力線搬送モデム９では、受信した信号を標準的な通信規格、例えばＵＳＢ（Ｒ）やEther(Ｒ) に変換して車上の端末１１に送信する。このとき、作成されたルーティングテーブルの内容も送信され、車上の端末１１に通信すべき地上の電力線搬送モデムの情報が通知される。
【００２９】
一方、車上の端末１１から計算機１、あるいはネットワーク１０にデータを送信する場合は、車上の端末１１はルーティングテーブルの内容を参照してデータを送信する電力線搬送モデムを決定し、該当する電力線搬送モデムにデータを送信することにより、計算機１、あるいはネットワーク１０にデータを送信することができる。
【００３０】
図１では、電車１３がモデム１との接続点に近づいている状態であり、モデム１とモデム３間のＳＮ比は徐々に高くなる傾向にあり、この地上に設置した電力線搬送モデム４ａ，４ｂと車上の電力線搬送モデム９の位置関係から、ステップ５１〜ステップ６１で、モデム１とモデム３とで通信するよう選択された場合でも、電車１３が図１に示す矢印方向に移動して図３に示す位置に変化する。この過程において、モデム３とモデム１のＳＮ比はモデム１の架線６との接続点で最も高いＳＮ比となり、接続点を通過すると次第にＳＮ比は低下する。
【００３１】
一方、モデム３とモデム２のＳＮ比は、モデム２の架線６との接続点に近づくに従って徐々に高くなる。本実施例ではステップ６３で、設定された時間ごとにＳＮ比の情報を取得しているので、モデム１とモデム３間のＳＮ比よりモデム２とモデム３間のＳＮ比が高くなる地点、又はタイミングを検知することができる。このため、車上の端末１１との通信に適切な組み合わせを、モデム１とモデム３間の通信からモデム２とモデム３間の通信へ自動的に切替えることができる。
【００３２】
自動的にモデム２とモデム３間の通信に切り替わると、モデム１とモデム３間の通信が完了していなく、必要なデータの伝送が完了していない場合がある。このようなデータの欠落に対する対策として、上位層でデータの続きから伝送できるように通信パケットに連続番号を付している。通信パケットの連続番号を管理して番号が伝送の完了を示す値となっていないことを検知して、データの欠落を検出する。データの欠落が検出されると、再送処理によってデータを補完する。
【００３３】
このような処理をすることによって、ノイズ環境下でもＳＮ比を基にして通信するモデムを選択するので、高いＳＮ比の通信モデムを用いて通信が可能となり、高速に通信できる。又、駅構内に複数の地上の電力線搬送モデムを設置することで、信号減衰やインバータノイズによるＳＮ比の低下が生じても高いＳＮ比のモデムに切替えて通信ができるため、駅構内で集中的に伝送が必要となる運行情報や業務支援情報を高速伝送することが可能である。
【００３４】
図４は、通信時の処理の他の例を示す流れ図である。図２に示す例では、地上に設置する電力線搬送モデムが能動的にＳＮ比の情報を取得する場合を示したが、図４に示す例では、車上の電力線搬送モデム９が能動的にＳＮ比の情報を取得する場合を示している。
【００３５】
ステップ７１で、モデム３はモデム１に対してＳＮ比を計算するためのトレーニング信号の送信要求を送信する。トレーニング信号の送信要求を受信したモデム１では、ステップ７２でトレーニング信号をモデム３に送信し、ステップ７３で、モデム３はトレーニング信号を受信してＳＮ比を計算し、算出したＳＮ比をモデム３に備えるメモリに記録する。
【００３６】
ステップ７４〜ステップ７６で、同様にしてモデ２に対してのＳＮ比を算出してメモリに記録する。ステップ７７で、ステップ７３で得られたモデム１に対するＳＮ比と、及びステップ７６で得られたモデム２に対するＳＮ比から、モデム１とモデム２のどちらと通信するかを判定し、モデム３はモデム１もしくはモデム２を通じてルータ３のルーティングテーブル作成コマンドもしくは更新コマンドを送信する。
【００３７】
ルーティングテーブル作成コマンドもしくは更新コマンドを受信したルータ３は、ステップ７８でルーティングテーブルを作成又は更新する。
【００３８】
ステップ７８以降は、図２と同様である。このように処理することで、図２に示す場合に比べて処理ステップ数が少なくてすむため、ルーティングテーブルの更新を短時間で終了することができる。このため、短縮された時間はデータ伝送の時間に割当てて、通信データ量を増大することができる。
【００３９】
なお、以上では、地上に設置する電力線搬送モデムは４ａ，４ｂの２台で説明したが、３台以上設置してもよく、モデムの設置場所は駅構内に限ったものではなく、例えば操車場や電留線，貨物ターミナルといった場所に設置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
架線とレールを通信路とする地上と列車間の通信において、駅構内に電力線搬送モデムを複数設置することで高ノイズ環境下でも高速通信が可能であり、高いＳＮ比のモデムを選択して通信するので、高速なデータ通信が可能となる。また、停車中に他の列車が駅構内に進入してきた場合や、インバータなどの装置が停止あるいは稼働した場合でも、ルーティングテーブルを更新することでデータが欠落することなく通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態である鉄道地上・列車間通信装置の構成図である。
【図２】通信時の処理を示す流れ図である。
【図３】列車が移動した場合のＳＮ比との関係を説明する図である。
【図４】通信時の処理を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…計算機、２…ＬＡＮケーブル、３…ルータ、４，９…電力線搬送モデム、５…パンタグラフ、６…架線、７…レール、８…インバータ、１０…ネットワーク、１１…車上の端末、１２…車輪、１３…電車。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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