(57)【要約】【課題】ピコ的なインフラを大量に設置可能なように送受信の小型ＲＦモジュールを提供すること、及びその小型ＲＦモジュールを用いてインフラを構築・運用する手段を提供する。【解決手段】Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局は、それぞれＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用送信モジュール１２、ＵｐＬｉｎｋ用受信モジュール１３、ＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４を有する。ネットワーク層的に末端の列車の通信装置に接続を図る際に、これらのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局を複数経由して無線で接続することで、局地的な災害等の際に通信ネットワークを最低限維持することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短距離無線通信仕様に基づく上り方向送信器及び上り方向受信器と、前記短距離無線通信仕様と同じ仕様又は異なる仕様の何れかに基づく下り方向送信器及び下り方向受信器と、を含む短距離無線通信用基地局を２以上有し、
これらの短距離無線通信用基地局を複数経由して、特定の列車の通信装置と接続を維持することが可能なことを特徴とする列車無線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、緊急災害時の列車無線、特に近距離無線通信方式を用いた列車無線システムの構築に関する。
【背景技術】
【０００２】
列車無線システムは、列車の乗務員と運転指令所などが音声通話をする際に用いられる無線通信システムである。図１は一般的な列車無線システムの構成を表す概念図である。
【０００３】
この列車無線システムは操作卓１０１、中央装置１０２、光ファイバ１０３、基地局１１１、１１２、１１３、列車２００、架線２０１、線路２０２、車上局２０３を含んで構成される。
【０００４】
操作卓１０１は、中央装置１０２などを操作するための列車指令室内の操作用入出力装置である。
【０００５】
中央装置１０２は、各基地局を制御するための制御装置である。
【０００６】
基地局１１１、１１２、１１３は、車上局２０３との間で実際の通信を行うための固定局である。各基地局と中央装置１０２との間は、光ファイバ１０３を用いて接続される。
【０００７】
光ファイバ１０３は、各基地局及び中央装置１０２との間を接続する２重系の光ファイバ網である。図上ではバス型のトポロジで表しているが、ネットワークトポロジはスター型などでも問題ではない。
【０００８】
架線２０１は、列車２００に電力を供給するための給電線である。
【０００９】
線路２０２は、列車２００の運行のための軌道である。
【００１０】
車上局２０３は、列車２００に設置された無線局である。車上局２０３は各基地局との間で、通信を行うこととなる。
【００１１】
この構成下で、災害が発生したときに列車無線システムには以下のような問題が生じる可能性が考えられる。
・送電線による車上への電力供給が止まる。
・線路２０２から列車２００が脱線し、送電線２０１から給電が停止する。
・車上局２０３が破損する。
・各基地局への電源供給の停止、物理的、電気的な破壊。
・操作卓１０１、中央装置１０２への電源供給の停止、物理的、電気的な破壊。
・光ファイバ１０３の切断。
【００１２】
特にインフラ側設備における災害時のインパクトは大きく、中央装置１０２との音声通話切断の可能性が大きくなる。車上局２０３側には正副２系統を用意する等の工夫があるが、インフラ側設備が破壊されてしまうと意味が極めて薄くなってしまう。
【００１３】
一般的に、電源供給の停止に対しては、二次電池や太陽電池などで対応する方法などが知られている。また通信網の切断に対しては無線を使用する、インフラの大規模な障害に対してはピコセルを多数用いるインフラ（以下ピコ的なインフラ）で対処する、などの対応が知られている。
【００１４】
また、これらの問題への対抗する先行技術としては、特開２００５−１４２９９０号公報（特許文献１）なども上げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１４２９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、二次電池では充電可能量に限界があり、また太陽電池では発電能力により消費可能電力の上限が決まってくる。当然、この消費電力の中には通信網切断時に用いられる無線通信設備の消費電力も含まれる。
【００１７】
本発明の目的は、ピコ的なインフラを大量に設置可能なように送受信の小型ＲＦモジュールを提供すること、及びその小型ＲＦモジュールを用いてインフラを構築・運用する手段を提供することにある。
【００１８】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００２０】
本発明の代表的な実施の形態に関わる列車無線システムは、短距離無線通信仕様に基づく上り方向送信器及び上り方向受信器と、この短距離無線通信仕様と同じ仕様又は異なる仕様の何れかに基づく下り方向送信器及び下り方向受信器と、を含む短距離無線通信用基地局を２以上有し、これらの短距離無線通信用基地局を複数経由して、特定の列車の通信装置と接続を維持することが可能なことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、太陽電池、二次電池などで動作可能な通信網を災害時にも維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一般的な列車無線システムの構成を表す概念図である。
【図２】本発明に関わるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局に付いてのブロック図である。
【図３】Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信モジュールの内部構成を表すブロック図である。
【図４】本発明に関わるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局の配置の例に関わる概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。しかし、特に明示した場合を除き、それは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものでなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００２４】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合を除き、必ずしも必須のものでないことは言うまでもない。
【００２５】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図２は本発明に関わるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局に付いてのブロック図である。
【００２７】
本発明におけるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局は、光ファイバ１０３断線時に無線通信によって接続を維持するための短距離無線通信用基地局である。
【００２８】
このＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局は、ＣＰＵ１０、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用送信モジュール１２、ＵｐＬｉｎｋ用受信モジュール１３、ＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４、保守用シリアルＩ／Ｆ１５を含んで構成される。本Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局に４つの送信モジュール／受信モジュールが用意されている理由は、音声による全二重通信を行う際にＤｏｗｎＬｉｎｋとＵｐＬｉｎｋで送受信が必要となる為である。
【００２９】
なお、これらのモジュールには通常の電源による電力供給のほか、二次電池、太陽電池による電力供給も可能なように構成される。このために、緊急時に太陽電池、又は二次電池で動作するにはＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの低消費短距離無線規格が採用されている。
【００３０】
ＣＰＵ１０は、このＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局全体を制御する中央処理装置である。本実施の形態のように組み込み機器に用いる場合には、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）で回路構成をする場合が多いが、これに拘るものでは無い。
【００３１】
ＣＰＵ１０は、ＤｏｗｎＬｉｎｋ（下り方向）用受信モジュール１１、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用送信モジュール１２、ＵｐＬｉｎｋ（上り方向）用受信モジュール１３、ＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４との間をシリアルインターフェースで接続されている。これらのシリアルインターフェースは単一方向への通信ができればよい。これは、ＵｐＬｉｎｋ、ＤｏｗｎＬｉｎｋが固定されているためである。
【００３２】
また、ＣＰＵ１０と保守用シリアルＩ／Ｆ１５との間もシリアルインターフェースで接続されている。外部からの設定を受け入れる、又は、外部へアクセスログなどを出力する、などの観点から双方向通信が可能であることが望ましい。ただし、機能を制限しても良い場合には、何れか一方向の通信しかできなくとも良い。
【００３３】
ＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用送信モジュール１２、ＵｐＬｉｎｋ用受信モジュール１３、ＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に基づく送受信器である。送信モジュールは送信器としての、受信モジュールは受信器としての機能があれば良いが、実際には双方とも同じ送受信モジュールを用意し、その能力を送信器または受信器に制限することになるであろう。また、通常１Ｃｈｉｐ形式でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に基づく送受信器は構成される。
【００３４】
ＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１から受信したデータが他のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局宛のものであれば、ＣＰＵ１０はＤｏｗｎＬｉｎｋ用送信モジュール１２からそのデータをデータリンク層的に隣接するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局に送信する。
【００３５】
ＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１から受信したデータが自局宛のものであれば、それに関連する処理をＣＰＵ１０は行う。応答の必要があれば、ＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４経由で、データリンク層的には隣接する基地局に、ネットワーク層的には該データの送信元である中央装置１０２に応答を返す。
【００３６】
ＵｐＬｉｎｋ用受信モジュール１３で受信したデータは、そのままＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４からデータリンク層的に隣接するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局に送信する。なお、後述するが、本システムでは中央装置１０２をマスタとするマスタ・スレイブ方式でシステムが構成されているため、ＵｐＬｉｎｋでは自局宛の送信が生じることは無い。このため、ＵｐＬｉｎｋのＣＰＵ１０の処理はＤｏｗｎＬｉｎｋのＣＰＵ１０の処理より軽くすることが可能となる。
【００３７】
図３は、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１などに適用されるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信モジュールの内部構成を表すブロック図である。
【００３８】
このＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信モジュールは、制御モジュール３０１、ＲＦモジュール３０２、バンドパスフィルタ３０３、電圧レギュレータ３０４を含んで構成される。
【００３９】
制御モジュール３０１は、上位のＣＰＵ１０から送信される情報源符号化後のデータに冗長性を持たせて、誤り検出・訂正ができる形態にする、ないしは受信したデータに対して誤り検出・訂正を実行するモジュールである。制御モジュール３０１で取り扱われるデータはデジタルデータである。従って、実際には制御モジュール３０１はＣＰＵまたはＤＳＰで構成されることが多い。
【００４０】
ＲＦモジュール３０２は、制御モジュール３０１より送られてくる冗長性のあるデータを伝送路符号化する、あるいはアンテナから受信されたアナログ信号から冗長性のあるデータを取り出すベースバンド処理を行うモジュールである。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは２．４ＧＨｚ帯（ＩＳＭバンド）で７９チャネルによる周波数ホッピングを伴う通信を行う。これに伴う送受信ＧＦＳＫ変復調処理、周波数ホッピング処理、拡散符号化処理などの諸機能をＲＦモジュール３０２が提供する。
【００４１】
ＲＦモジュール３０２では、ミキシングなども行われ、それに伴う高周波クロックの供給も必要とする。ただし、これらについては一般の技術と相違が無いので、本図では省略している。
【００４２】
バンドパスフィルタ３０３は、ＲＦモジュール３０２で行われるミキシング処理などによって生じる高調波成分などを原因とするノイズを除去するバンドパスフィルタである。
【００４３】
電圧レギュレータ３０４は、制御モジュール３０１及びＲＦモジュール３０２に一定の電圧を供給するレギュレータである。本発明では、通常の動作に用いられる電圧電源、太陽電池、二次電池など、複数の電圧供給源が存在する。このため、電圧レギュレータ３０４により、制御モジュール３０１などに一定の電圧を供給することで動作を安定させる必要がある。
【００４４】
なお、ＣＰＵ１０が制御モジュール３０１に対して無線通信を送信あるいは受信のみに制限する機能を持たせることが望ましい。これは単一の処理に特化させることで電力消費を低下させる狙いがある。これにより、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用送信モジュール１２、ＵｐＬｉｎｋ用受信モジュール１３、ＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４の特性の差を持たせることが可能となる。
【００４５】
なお、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは近距離無線通信を想定した規格であり、無線出力が低い。従って送信用に増幅器を必要とせず、小型化が可能となる。図２のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局の物理的な大きさも例えば５ｃｍ×５ｃｍ程度の大きさの物を想定する。
【００４６】
次に、図２のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局をどのように配置するか説明する。
【００４７】
図４は、本発明に関わるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局の配置の例に関わる概念図である。
【００４８】
本発明では、線路２０２沿いに光ファイバ１０３が並走する形で付設される。この光ファイバ１０３にはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局１２１、１２２、１２３、１２４、１２５が接続されている。なお、図面ではＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局は５つしか存在しないが、実際には、これよりもはるかに多い数のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局が必要となる。
【００４９】
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局の配置の間隔は約１００ｍを想定している。これはＢｌｕｅｔｏｏｔｈクラス１の通信可能距離（１００ｍ）を念頭に置いたものである。このようにすることで、線路沿いのいずれの箇所で車両が停止したとしても、２以上の基地局の通信可能範囲に含まれる。これにより、１のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局への送電が停止したとしても、他のいずれかの基地局でバックアップすることが可能となる。
【００５０】
また、既述の通り、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈにより、各Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局間は無線通信を行えるようになっている。これにより、光ファイバ１０３が何れか一箇所で断線したとしても、普通区間のみ、または全区間で無線通信を行えるようにする。
【００５１】
次に車両内の運用について説明する。
【００５２】
車上局２０３に代えて、本発明に関わる車両内の運行従事者はＢｌｕｅｔｏｏｔｈヘッドセット２５１を着用する。このヘッドセット２５１には一般的なヘッドセットＩＤのほかに、列車と同じ編成番号が付与される構成をとる。１つの編成中には同じ編成番号が付与され異なるヘッドセットＩＤを有するヘッドセット２５１が複数個存在する。
【００５３】
音声会話の主導権は列車司令室側が握ることとなる。すなわち、列車指令室からの音声は、同一の列車内の各ヘッドセットが共通して聞くことができる。司令室は、保守メンテナンスツールで会話したいヘッドセットＩＤを指定し、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局を介して現地のヘッドセット２５１と音声通話を行う。ヘッドセットＩＤを指定されていないヘッドセットは、指定されたヘッドセットと列車司令室との間の会話のモニタをするだけとなる。
【００５４】
また、司令室から指定したヘッドセットと会話を行うために必要な情報としては、上記のヘッドセットＩＤ及び編成番号だけでは足らない。通信の上り／下りを表すＤｉｒｅｃｔｉｏｎ  ＩＤが必要である。このＤｉｒｅｃｔｉｏｎ  ＩＤは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局が有するＤｏｗｎＬｉｎｋ用受信モジュール１１、ＤｏｗｎＬｉｎｋ用送信モジュール１２、ＵｐＬｉｎｋ用受信モジュール１３、ＵｐＬｉｎｋ用送信モジュール１４のいずれを用いて送受信するかを表す。
【００５５】
本発明では、緊急災害時に確実な音声伝達を行えることだけを意識している。このため、全区間無線通信を行う場合には、中央装置１０２より離れたＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局になればなるほど、音声の伝播遅延が大きくなることとなる。
【００５６】
例えば、２０ｋｍ先のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局の通信可能範囲に存在する列車との間で通信を行おうとする場合には、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局が２００個必要となる。一つのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局で伝播遅延が４０ｍｓｅｃ発生する場合には、８秒もの伝播遅延が生じることとなる。こうなると、同時通話というよりも応答通話となる。
【００５７】
この改善のためには、中央装置１０２の配下に制御局などを配置し、一つの制御局が担当する区間の長さを一定以上にならないようにするなどが考えられる。
【００５８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
【００５９】
たとえば、上記では上り方向、下り方向で同じＢｌｕｅｔｏｏｔｈ仕様に基づく送受信器を使用した。これを上りと下りで異なる通信仕様を採用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は緊急災害時に中央装置、基地局が何らかの外的要因によりシステムとして機能しない場合における列車無線システムに適用される。
【符号の説明】
【００６１】
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５…Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基地局、
２００…列車、２０１…架線、２０２…線路、２０３…車上局、
２５１…ヘッドセット、
３０１…制御モジュール、３０２…ＲＦモジュール、
３０３…バンドパスフィルタ、３０４…電圧レギュレータ。
【図１】
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【図２】
2012124559.tif 000004
【図３】
2012124559.tif 000005
【図４】
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