(57)【要約】【課題】地上車上間通信の信頼性を高めることができる車上制御装置及び無線通信システムを提供する。【解決手段】地上基地局からの信号を受信する送受信アンテナ１０１と、送受信アンテナでの受信レベルを計測する受信レベル計測手段１０５と、列車の停止を検知する検知手段１０６と、検知手段により列車の停止が検知された時、受信レベル計測手段により計測された受信レベルが所定レベル未満である場合、受信レベルが所定レベル以上となる位置まで送受信アンテナを移動させる移動制御手段１００ａとを備える。【選択図】図１
2007153228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上基地局からの信号を受信する送受信アンテナと、
前記送受信アンテナでの受信レベルを計測する受信レベル計測手段と、
列車の停止を検知する検知手段と、
前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを移動させる移動制御手段と、
を備えることを特徴とする車上制御装置。
【請求項２】
前記移動制御手段は、
前記送受信アンテナを回転させる回転駆動手段と、
前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記回転駆動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを回転させる回転制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の車上制御装置。
【請求項３】
前記移動制御手段は、
前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動手段と、
前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記水平移動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車上制御装置。
【請求項４】
車上制御装置と、この車上制御装置と無線通信を行う地上基地局を備え、
前記車上制御装置は、
前記地上基地局からの信号を受信する送受信アンテナと、
前記送受信アンテナでの受信レベルを計測する受信レベル計測手段と、
列車の停止を検知する検知手段と、
前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを移動させる移動制御手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
前記移動制御手段は、
前記送受信アンテナを回転させる回転駆動手段と、
前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記回転駆動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを回転させる回転制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記移動制御手段は、
前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動手段と、
前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記水平移動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車に設けられ列車を制御するための車上制御装置及びこの車上制御装置と地上基地局とを備えた無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の列車制御システムとして、従来の軌道回路、信号システムに代わり、無線通信により地上から列車を制御する方法や、列車から様々な情報を地上に伝送する方法が検討されている。この場合、地上には固定の基地局無線装置、列車上には移動局としての無線装置が実装され、これらの基地局無線装置と車上無線装置との間で、地上車上間通信が行われる。
【０００３】
特開平２−１０９７７０号公報（特許文献１）や文献「馬場、他：『無線による列車制御システム（ＡＴＡＣＳ）』，ＪＲ  ＥＡＳＴ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ，Ｎｏ．５，ｐｐ．３１−３８，２００３．１１．１．」（非特許文献１）にも、制御信号を無線通信する列車制御システムの開発について記載されている。
【０００４】
特許文献１においては、車上制御装置が検知した自己列車の位置と速度情報、地上制御装置から伝達される停止目標位置と臨時速度制限情報等に基づき、車上制御装置が自己列車の保安速度を求める方法に関する発明が記載されている。これにより、従来の地上側の列車位置検知設備が不要となる。
【０００５】
非特許文献１においては、これまでの地上設備主体の制御方式に代えて、情報通信技術をベースに地上・車上の制御分担を機能面から配置した安全・シンプルな鉄道制御システムに関して記載されている。車上設備による制御方式を多く取り入れ、列車それぞれが自己列車の性能に応じて自立的に制御を行うことにより、コストダウン、安全性向上、輸送効率向上の効果がある。
【特許文献１】特開平２−１０９７７０号公報
【非特許文献１】馬場、他：「無線による列車制御システム（ＡＴＡＣＳ）」，  ＪＲ  ＥＡＳＴ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ，Ｎｏ．５，ｐｐ．３１−３８，２００３．１１．１．（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｒｅａｓｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ／ｐａｐｅｒ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、列車制御に無線通信を適用するに当たっては、どんな場所であっても通信が途絶えることがあってはならず、通信の信頼性が極めて重要である。特許文献１や非特許文献１に記載のシステムにおいては、地上設置の基地局アンテナと、車上設置の移動局アンテナの間には直接の見通しが得られず、直接波が受信できない場合が多い。このような場合、例えば車上側アンテナで受信をする場合には、大地からの反射波、様々な線路近傍の構造物からの反射波等、複数で不確かな電波を同時に受信する、いわゆるマルチパス波の受信が行われる。
【０００７】
マルチパス波の受信は、受信される複数の電波の位相と振幅の関係で、ある場所ではそれらが加えあって受信レベルが高くなり、またある場所ではそれらが打ち消しあって受信レベルが低くなる。したがって、受信レベルは場所的に大きく変動するものとなる。場所によっては、受信レベルが極端に低下する極小点となり、通信が不可能になることも有り得る。
【０００８】
地上車上間通信システムの無線回路設計においては、通信可能エリア内で十分にマージンを持った受信レベルが得られるように、無線装置送信機の出力レベル、受信機の感度等を決めていく。しかし、それは確率的に受信可能な場所の割合を高めるものであって、線路上、全ての場所で確実に通信が可能かを保証できるものではない。その線路の特性にもよるが、上記のような受信不可能な場所の発生は避け難いものである。
【０００９】
列車制御に無線通信を適用するにあたっては、どんな場所であっても通信が途絶えることがあってはならない。通信は列車の走行中、停電中を通して継続する必要がある。列車の走行中は、受信レベルの極小点を通過する瞬間に通信が不可能になったとしても、移動していることにより、次の瞬間には極小点を脱しており、すぐにデータを再送することによって多少の時間遅れはあっても、通信の継続が可能になる。しかし、駅で、あるいは何らかの理由により停車した場合に、たまたまそこが受信レベルの極小点であって、通信が不可能な場所であった場合には、地上から列車を制御することができないという重大な事態になる。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、上記のような事態を回避し、地上車上間通信の信頼性を高めることができる車上制御装置及び無線通信システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る車上制御装置及び無線通信システムは、上記課題を解決するために、請求項１記載の発明の車上制御装置は、地上基地局からの信号を受信する送受信アンテナと、前記送受信アンテナでの受信レベルを計測する受信レベル計測手段と、列車の停止を検知する検知手段と、前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを移動させる移動制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明の車上制御装置は、請求項１において、前記移動制御手段は、前記送受信アンテナを回転させる回転駆動手段と、前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記回転駆動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを回転させる回転制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明の車上制御装置は、請求項１又は請求項２において、前記移動制御手段は、前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動手段と、前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記水平移動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明の無線通信システムは、車上制御装置と、この車上制御装置と無線通信を行う地上基地局を備え、前記車上制御装置は、地上基地局からの信号を受信する送受信アンテナと、前記送受信アンテナでの受信レベルを計測する受信レベル計測手段と、列車の停止を検知する検知手段と、前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを移動させる移動制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明の無線通信システムは、請求項４において、前記移動制御手段は、前記送受信アンテナを回転させる回転駆動手段と、前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記回転駆動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを回転させる回転制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明の無線通信システムは、請求項４又は請求項５において、前記移動制御手段は、前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動手段と、前記検知手段により前記列車の停止が検知された時、前記受信レベル計測手段により計測された前記受信レベルが所定レベル未満である場合、前記水平移動手段を作動させて前記受信レベルが所定レベル以上となる位置まで前記送受信アンテナを水平移動させる水平移動制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１乃至６記載の発明によれば、列車が停止した場所が受信レベルの極小点であって、通信が不可能な場所であった場合にも、移動制御手段により通信が可能な位置まで送受信アンテナの移動制御を行うことで通信不能状態を脱することが可能となり、地上車上間通信の信頼性を高めた車上制御装置及び無線通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の車上制御装置及び無線通信システムの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線通信システムは、列車１０８内の装置類と、列車１０８と無線通信を行う沿線上の地上基地局１０９ａ〜１０９ｃと、列車の運行制御を行う中央制御システム１１０と、地上基地局１０９ａ〜１０９ｃと中央制御システム１１０を接続して情報をやり取りする沿線ＬＡＮ１１１とから構成されている。列車１０８は、装置類として、アンテナ回転制御装置１００ａ、送受信アンテナ１０１、無線送受信装置１０２、アンテナ回転駆動装置１０４ａ、受信レベル測定装置１０５、停車検知装置１０６、列車駆動装置１０７を備えている。
【００２０】
送受信アンテナ１０１は、地上基地局１０９ａ〜１０９ｃとの間で無線通信信号を送受信する。無線送受信装置１０２は、送受信アンテナ１０１を介して無線通信信号を送受信する。列車駆動装置１０７は列車１０８を駆動又は停止させる。停車検知装置１０６は、本発明の検知手段に対応し、列車駆動装置１０７から列車駆動停止信号を入力されたときに列車１０８の停止を検知し、列車停止信号を受信レベル測定装置１０５に出力する。受信レベル測定装置１０５は、本発明の受信レベル計測手段に対応し、停車検知装置１０６からの列車停止信号を入力したとき、すなわち列車の停止が検知されたときに、無線送受信装置１０２からの無線通信信号のレベル、すなわち受信レベルを測定する。アンテナ回転制御装置１００ａは、本発明の回転制御手段に対応し、受信レベル測定装置１０５で測定された受信レベルが所定の受信レベル未満である場合、受信レベルが所定のレベル以上になるまで送受信アンテナ１０１を水平面内で回転制御する。アンテナ回転駆動装置１０４ａは、本発明の回転駆動手段に対応し、アンテナ回転制御装置１００ａからの回転制御信号により、送受信アンテナ１０１を回転させる。
【００２１】
図２は本発明の実施例１に係る無線通信システムの動作を示すフローチャート図である。図２を参照し実施例１に係る無線通信システムの動作を説明する。地上側無線装置のアンテナ（基地局アンテナ）は線路近傍に設置されているため、列車側無線装置のアンテナは一般にはその指向性が線路に沿った方向に向けられている。まず、停車検知装置１０６は、列車が停止したか否かの判断を行う（Ｓ２０１）。ここで列車の停車が検知された場合には、受信レベル測定装置１０５が受信レベルを測定する（Ｓ２０５）。受信レベルが一般には通信の可能な限界レベル（レベル１）以上である場合には通信を継続し、レベル１未満である場合にはアンテナ回転駆動装置１０４ａが送受信アンテナ１０１をわずかに回転させる（Ｓ２０７）。回転後、受信レベル測定装置１０５が再び受信レベルを測定する（Ｓ２０９）。受信レベルが充分に通信が可能なレベル（レベル２）以上である場合には通信を再開し、レベル２未満である場合にはアンテナ回転制御装置１００ａが既に送受信アンテナ１０１を１回転させたか否かの判断を行う（Ｓ２１１）。送受信アンテナ１０１が１回転していない場合はＳ２０７に戻り再びアンテナ回転駆動装置１０４ａが送受信アンテナ１０１をわずかに回転させる。送受信アンテナ１０１が既に１回転をしている場合はアンテナ回転制御装置１００ａが最も受信レベルの強かった位置まで送受信アンテナ１０１を回転させる（Ｓ２１３）。回転後、受信レベル測定装置１０５が再び受信レベルの測定を行う（Ｓ２１５）。受信レベルが一般には通信の可能な限界レベル（レベル１）以上である場合には通信を再開し、それ未満であるならば無線通信エラーとなり（Ｓ２１７）、他の通信手段で列車を制御する（Ｓ２１９）。列車が再び走行を開始した場合には、アンテナ回転制御装置１００ａが送受信アンテナ１０１を回転させて、指向性が元の線路に沿った方向になるように戻す。
【００２２】
ここで受信レベルについての補足を行う。例えばＡＭ（振幅変調）方式の場合、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）は２０ｄＢ程度が限界の目安として考えられている。そこでレベル１は、目安としてアナログ方式では信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が２０ｄＢ程度、デジタル方式ではビット誤り率（ＢＥＲ）が１×１０-3程度とする。またレベル２は、目安としてアナログ方式ではＳ／Ｎ比が２５ｄＢ程度、デジタル方式ではＢＥＲが１×１０-4程度とする。もちろん、通信方式により様々な考え方があるため、以上はあくまで１例である。
【００２３】
図３は、本発明の実施例１に係るアンテナ回転駆動装置１０４ａを例示したものである。アンテナ回転駆動装置１０４ａを列車１０８の前方上部に配置し、必要に応じてアンテナ回転駆動装置１０４ａが送受信アンテナ１０１を図３に示すように水平面内で回転させる。
【００２４】
図４及び図５は、本発明の実施例１に係るアンテナ回転駆動装置による受信レベルに対する回転の効果を示したものである。
【００２５】
一般にマルチパス波受信で、受信レベルの極小点は、たとえば到来波が２波の場合で説明すると、２波の振幅がほぼ同じでほぼ逆位相の場合に、それらが打ち消しあうことにより発生する（図４）。図４（ａ）はアンテナの志向性特性及び到来方向の異なる到来波２波を示している。
【００２６】
指向性アンテナを回転させることにより、到来波の方向に対するアンテナ利得が変化させ、到来波２波のそれぞれの振幅を変えることができる（図５）。これにより、２波が逆位相であっても振幅に差が発生し、完全に打ち消しあうことを回避でき、受信レベルは高くなる。
【００２７】
マルチパス波受信の場合の信頼性改善のための対策としては、１例として複数のアンテナで受信するスペースダイバーシティが効果的であるが、実装上、あるいはコスト的観点から複数のアンテナが実装できない場合も多い。本発明の実施例１の形態に係る無線通信システムによれば、一つのアンテナで受信レベルの極小点を回避し、通信の信頼性を高めることができる。もちろん、スペースダイバーシティと本発明の両方の機能を具備することにより、一層の通信の信頼性改善を図ることも可能である。
【実施例２】
【００２８】
図６は、本発明の実施例２に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。尚、本実施例の無線通信システムにおいて、実施例１と共通する構成要素には共通の符号を用いて示してある。実施例１の構成と異なる点としては、アンテナ回転制御装置１００ａの代わりにアンテナ移動制御装置１００ｂを設け、アンテナ回転駆動装置１０４ａの代わりにアンテナ水平移動装置１０４ｂを設けたことを特徴とする。アンテナ移動制御装置１００ｂは、本発明の水平移動制御手段に対応し、受信レベル測定装置１０５で測定された受信レベルが所定の受信レベル未満である場合、受信レベルが所定のレベル以上になるまで送受信アンテナ１０１を水平移動制御する。アンテナ水平移動装置１０４ｂは、本発明の水平移動手段に対応し、アンテナ移動制御装置１００ｂからの移動制御信号により送受信アンテナ１０１を水平移動させる。
【００２９】
図７は本発明の実施例２に係る無線通信システムの動作を示すフローチャート図である。実施例１の動作と異なる点としては、送受信アンテナ１０１をわずかに回転（Ｓ２０７）させる代わりに、送受信アンテナ１０１をわずかに移動（Ｓ２０７ａ）させる。また、送受信アンテナ１０１は１回転したか（Ｓ２１１）を判断する代わりに、送受信アンテナ１０１は移動限界か（Ｓ２１１ａ）を判断する。また、受信レベルの最も強かった位置まで回転（Ｓ２１３）させる代わりに、受信レベルの最も強かった位置まで移動（Ｓ２１３ａ）させる。実施例１に係る無線通信システムとほぼ同様の動作を示すが、受信レベルが低い場合に送受信アンテナ１０１が回転を行う代わりに、水平移動を行う。アンテナが水平移動できる領域を全て水平移動したか否かを判断し（Ｓ２１１ａ）、その後、受信レベルの最も強かった位置までアンテナ水平移動装置が送受信アンテナ１０１を水平移動させる。
【００３０】
図８は、本発明の実施例２に係るアンテナ水平移動装置１０４ｂを例示したものである。アンテナ水平移動装置１０４ｂを列車１０８の前方上部に配置し、必要に応じてアンテナ水平移動装置１０４ｂが送受信アンテナ１０１を図８に示すように水平移動させる。送受信アンテナ１０１は、可動域１２０ａの全域を水平移動し、所定の受信レベル以上となる位置で水平移動を止める。
【００３１】
上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係る無線通信システムによれば、送受信アンテナを水平面内で移動させることにより、送受信アンテナが無指向性であった場合にも、到来方向の異なる２波の位相関係は変化し、完全な逆位相という条件を回避し、受信レベルを高めるとともに、通信の信頼性を高めることができる。
【実施例３】
【００３２】
図９は、本発明の実施例３に係る回転移動装置の使用例図である。尚、本実施例の無線通信システムにおいて、実施例１又は実施例２と共通する構成要素には共通の符号を用いて示してある。構成で実施例１、実施例２と異なる点は回転移動装置１０４ｃが用いられている点のみである。
【００３３】
回転移動装置１０４ｃは、アンテナ回転駆動装置１０４ａとアンテナ水平移動装置１０４ｂの両方の機能を併せ持つ。すなわち、送受信アンテナ１０１は受信レベルが所定のレベル未満であった場合に回転駆動を行い、１回転を行ってもなお、受信レベルが所定のレベル未満であった場合には、水平移動を行って、受信レベルの強い位置を求める。
【００３４】
上述のとおり、本発明の実施例３の形態に係る無線通信システムによれば、送受信アンテナを回転駆動又は水平面内で移動させることにより、より広範な選択肢の中で受信レベルを高め、通信の信頼性を高めることができる。
【００３５】
なお、図９に示すように、可動域１２０ｂが実装上、Ｈ型のような狭い範囲に限定されていたとしても、水平移動手段によって可能な限りより強い受信レベルを確保できる位置を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る車上制御装置及び無線通信システムは、列車と地上基地局との地上車上間無線通信システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１の形態の無線通信システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施例１の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係るアンテナ回転駆動装置を示す。
【図４】本発明の実施例１のアンテナ回転効果を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施例１のアンテナ回転効果を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例２の形態の無線通信システムのブロック図である。
【図７】本発明の実施例２の形態の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係るアンテナ水平移動装置を示す。
【図９】本発明の実施例３に係る回転移動装置を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１００a  アンテナ回転制御装置
１００b  アンテナ移動制御装置
１０１  送受信アンテナ
１０２  無線送受信装置
１０４ａ  アンテナ回転駆動装置
１０４ｂ  アンテナ水平移動装置
１０４ｃ  回転移動装置
１０５  受信レベル測定装置
１０６  停車検知装置
１０７  列車駆動装置
１０８  列車
１０９ａ, １０９ｂ, １０９ｃ  沿線上の地上基地局
１１０  中央制御システム
１１１  沿線ＬＡＮ
１２０ａ, １２０ｂ  可動域
【図１】
2007153228.tif 000003
【図２】
2007153228.tif 000004
【図３】
2007153228.tif 000005
【図４】
2007153228.tif 000006
【図５】
2007153228.tif 000007
【図６】
2007153228.tif 000008
【図７】
2007153228.tif 000009
【図８】
2007153228.tif 000010
【図９】
2007153228.tif 000011