(57)【要約】  移動体との無線通信を効率よく実施することが可能な無線通信システムを提供する。  列車２００が走行する線路に沿って設置され、第１の周波数によるレーダー信号の送受信と、第１の周波数とは異なる第２の周波数による通信信号の送受信とを行う複数の地上無線機２５０と、列車２００に搭載され、第２の周波数による通信信号の送受信を行う車上無線機２２０と、複数の地上無線機２５０によるレーダー信号の受信レベルに基づいて、車上無線機２２０の通信相手となる地上無線機２５０の切り替えを制御する切替制御装置２８０とを備える。そして、車上無線機２２０の通信相手になった地上無線機２５０は、レーダー信号の送信と通信信号の送信を同時に行い、車上無線機２２０の通信相手になっていない地上無線機２５０は、レーダー信号の送信を行う一方で通信信号の送信は行わないように構成されている。
2020059065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の経路を走行する移動体との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記経路に沿って設置され、第１の周波数によるレーダー信号の送受信と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数による通信信号の送受信とを行う複数の基地局と、
前記移動体に搭載され、前記第２の周波数による前記通信信号の送受信を行う移動局と、
前記複数の基地局による前記レーダー信号の受信レベルに基づいて、前記移動局の通信相手となる基地局の切り替えを制御する切替制御装置とを備え、
前記移動局の通信相手でない基地局は、前記レーダー信号の送信を行う一方で前記通信信号の送信は行わず、前記移動局の通信相手になった基地局は、前記レーダー信号の送信と前記通信信号の送信を同時に行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記切替制御装置は、前記通信相手の基地局に対して前記移動体の進行方向の下流側に隣接する基地局による前記レーダー信号の受信レベルが、所定の閾値を上回った場合に、前記隣接する基地局を前記移動局の新たな通信相手に選択し、基地局の切り替えを行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記切替制御装置は、前記通信相手の基地局に対して前記移動体の進行方向の下流側に隣接する基地局による前記レーダー信号の受信レベルが、前記通信相手の基地局による前記レーダー信号の受信レベルを上回った場合に、前記隣接する基地局を前記移動局の新たな通信相手に選択し、基地局の切り替えを行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
前記複数の基地局の各々は、前記レーダー信号及び前記通信信号の送受信に使用する１以上のアンテナを有し、前記アンテナは、該基地局に対して前記移動体の進行方向の上流側に向けられていることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
前記複数の基地局の各々は、前記レーダー信号の送信及び前記通信信号の送受信に使用する第１のアンテナと、前記レーダー信号の受信に使用する第２のアンテナとを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
前記複数の基地局の各々は、前記レーダー信号の送信及び前記通信信号の送信に使用する第１のアンテナと、前記レーダー信号の受信に使用する第２のアンテナと、前記通信信号の受信に使用する第３のアンテナとを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項６に記載の無線通信システムにおいて、
前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと同じ偏波方向に設定され、
前記第３のアンテナは、前記第１のアンテナの偏波方向に対して９０度回転させた偏波方向に設定されたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
移動体が走行する所定の経路に沿って配置され、前記経路に沿って配置される他の基地局と連携して動作する基地局であって、
第１の周波数によるレーダー信号の送受信を行う機能と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数による通信信号の送受信を行う機能とを有し、
当該基地局及び前記他の基地局による前記レーダー信号の受信レベルに基づいて、前記移動体に搭載された移動局の通信相手となるか否かの切り替えが行われ、
前記移動局の通信相手でない場合は、前記レーダー信号の送信を行う一方で前記通信信号の送信は行わず、前記移動局の通信相手になった場合は、前記レーダー信号の送信と前記通信信号の送信を同時に行うことを特徴とする基地局。
【請求項９】
所定の経路を走行する移動体に搭載された移動局と、前記経路に沿って設置された複数の基地局との間で行われる無線通信方法において、
前記複数の基地局は、第１の周波数によるレーダー信号の送受信を行う機能と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数による通信信号の送受信を行う機能とを有し、
前記複数の基地局による前記レーダー信号の受信レベルに基づいて、前記移動局の通信相手となる基地局の切り替えを行い、
前記移動局の通信相手でない基地局は、前記レーダー信号の送信を行う一方で前記通信信号の送信は行わず、前記移動局の通信相手になった基地局は、前記レーダー信号の送信と前記通信信号の送信を同時に行うことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の経路を移動する移動体との間で無線通信を行う無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の経路に沿って走行する移動体として、道路を走行する自動車や軌道上を走行する列車などがある。このような移動体との無線通信に関し、例えば、軌道を走行する列車との間で無線通信を実現する技術の一つとして、漏洩同軸ケーブルによる地上−車上間通信がある。この通信方式では、列車の走行経路である線路に沿って配設された同軸ケーブルの外周に一定間隔でスリットを設けておき、スリットから漏洩してきた電波を車上側で受信して通信に使用する。現在、この通信方式による通信速度は、数Ｍｂｐｓ程度である。【０００３】
移動体との間でより高速大容量の無線通信を実現する場合には、マイクロ波・ミリ波などの高周波数帯電波を使用する方法が考えられる。しかしながら、マイクロ波・ミリ波帯において高利得のアンテナを使用する場合、アンテナの放射パターンは狭い範囲に限られるので、通信可能エリアはおよそ線状の範囲に限られてくる。【０００４】
また、移動体との間で連続的な無線通信を確立するには、移動体の通信対象となる地上無線機を移動体の進行経路に沿って複数台配備し、移動体の進行に応じて通信相手となる地上無線機を適宜選択し、切り替える必要がある。移動体が列車等の場合には、軌道回路等から検出した移動体位置情報をトリガとして、移動体に搭載された地上無線機との通信に適した地上無線機を選択し、切り替える方法が考えられる。しかしながら、この方法はあくまで移動体位置情報を切替信号として使用可能な場合にのみ適用可能であり、移動体位置情報が使用不可能な場合には、何らかの別の方法で地上無線機の切り替えを行う必要がある。【０００５】
移動体位置情報を独自に検出する方法として、地上無線機からレーダー信号を送出する方法がある。例えば、特許文献１には、駅ホームに設置された地上無線機から車両側に送信したレーダー信号の反射波を解析することで、車両までの距離や車両の移動速度を測定し、列車の停止を検知した場合に、レーダー動作からデータ伝送動作に切り替える無線通信方法が開示されている。この方法は、レーダー動作中はデータ伝送動作を行えないので、移動中の列車との無線通信には適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１７７８７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、移動体との無線通信を効率よく実施することが可能な無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、無線通信システムを以下のように構成した。
すなわち、所定の経路を走行する移動体との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記経路に沿って設置され、第１の周波数によるレーダー信号の送受信と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数による通信信号の送受信とを行う複数の基地局と、前記移動体に搭載され、前記第２の周波数による前記通信信号の送受信を行う移動局と、前記複数の基地局による前記レーダー信号の受信レベルに基づいて、前記移動局の通信相手となる基地局の切り替えを制御する切替制御装置とを備え、前記移動局の通信相手でない基地局は、前記レーダー信号の送信を行う一方で前記通信信号の送信は行わず、前記移動局の通信相手になった基地局は、前記レーダー信号の送信と前記通信信号の送信を同時に行うことを特徴とする。【０００９】
ここで、一構成例として、前記切替制御装置は、前記通信相手の基地局に対して前記移動体の進行方向の下流側に隣接する基地局による前記レーダー信号の受信レベルが、所定の閾値を上回った場合に、前記隣接する基地局を前記移動局の新たな通信相手に選択し、基地局の切り替えを行ってもよい。【００１０】
あるいは、別の構成例として、前記切替制御装置は、前記通信相手の基地局に対して前記移動体の進行方向の下流側に隣接する基地局による前記レーダー信号の受信レベルが、前記通信相手の基地局による前記レーダー信号の受信レベルを上回った場合に、前記隣接する基地局を前記移動局の新たな通信相手に選択し、基地局の切り替えを行ってもよい。【００１１】
なお、前記複数の基地局の各々は、前記レーダー信号及び前記通信信号の送受信に使用する１以上のアンテナを有し、前記アンテナは、該基地局に対して前記移動体の進行方向の上流側に向けられていることが好ましい。【００１２】
また、一構成例として、前記複数の基地局の各々は、前記レーダー信号の送信及び前記通信信号の送受信に使用する第１のアンテナと、前記レーダー信号の受信に使用する第２のアンテナとを有してもよい【００１３】
あるいは、別の構成例として、前記複数の基地局の各々は、前記レーダー信号の送信及び前記通信信号の送信に使用する第１のアンテナと、前記レーダー信号の受信に使用する第２のアンテナと、前記通信信号の受信に使用する第３のアンテナとを有してもよい。
この場合、前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと同じ偏波方向に設定され、前記第３のアンテナは、前記第１のアンテナの偏波方向に対して９０度回転させた偏波方向に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、移動体との無線通信を効率よく実施することが可能な無線通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の無線通信システムの問題点について説明する図である。
【図２】従来の無線通信システムの問題点について説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る無線通信システムについて説明する図である。
【図４】図３の無線通信システムによる地上無線機の切り替え制御について説明する図である。
【図５】図３の無線通信システムによる地上無線機の切り替え後の様子を示す図である。
【図６】図３の無線通信システムにおける地上無線機の第１構成例を示す図である。
【図７】図３の無線通信システムにおける地上無線機の第２構成例を示す図である。
【図８Ａ】レーダー動作中の送信機出力の例を示す図である。
【図８Ｂ】レーダー動作中のレーダー受信部の受信機入力の例を示す図である。
【図９Ａ】レーダー動作及び通信動作中の送信機出力の例を示す図である。
【図９Ｂ】レーダー動作及び通信動作中のレーダー受信部の受信機入力の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る無線通信システムの説明に先立って、従来の無線通信システムの問題点について、図１及び図２を参照して説明する。
図１及び図２に示す従来の無線通信システムは、線路を走行する移動体である列車１００に搭載された通信端末１１０及び車上無線機１２０と、線路に沿って離散的に配置された複数の地上無線機１５０と、車上無線機１２０の通信相手となる地上無線機１５０の切り替えを制御する切替制御装置１８０と、切替制御装置１８０を介して各地上無線機１５０と接続された通信端末１９０とを有する。
【００１７】
車上無線機１２０は、列車１００の進行に伴って移動する移動局であり、地上無線機１５０は、固定的に設置されて移動局（車上無線機１２０）と通信する基地局である。車上側の通信端末１１０と地上側の通信端末１９０は、車上無線機１２０といずれかの地上無線機１５０とによる無線通信を介して、互いに通信することができる。図示の例では、地上無線機１５０として３つの地上無線機１５０−１〜１５０−３を示しているが、地上無線機１５０の数は任意である。
【００１８】
図示のシステムは、切替制御装置１８０が、車上無線機１２０の通信相手となる地上無線機１５０を列車１００の移動に合わせて適切に切り替えることで、地上−車上間通信を連続的に確立するように構成されている。なお、切り替えを実施せずに全ての地上無線機１５０を送信状態にすることが考えられるが、無線エリアが重複する地上無線機１５０で同一の周波数を使用する場合には混信の可能性がある。また、隣接する地上無線機１５０で異なる周波数を使用することも考えられるが、車上無線機１２０側で周波数を適宜切り替えて接続し直す必要があり、通信の連続性を確保できない。また、通信対象の車上無線機１２０が明らかに存在しないにも関わらず、地上無線機１５０から常に通信信号を送出する必要があり、消費電力の増大に繋がる。
【００１９】
これらの対策として、移動体が列車等の場合には、軌道回路等から検出される移動体位置情報をトリガとして、移動体に搭載された車上無線機１２０との通信に最適な地上無線機１５０を選択し、切り替える方法が考えられる。図１は、移動体位置情報に基づいて地上無線機１５０−１に切り替えることが適切と判断された場合の様子を示している。図２は、列車１００が図１よりも進行したことで、移動体位置情報に基づいて地上無線機１５０−２に切り替えることが適切と判断された場合の様子を示している。
【００２０】
上記の方法は、移動体位置情報を切替信号として使用可能な場合にのみ適用可能であり、移動体位置情報が使用不可能な場合には、何らかの別の方法で地上無線機の切り替えを行う必要がある。
そこで、本発明では、地上無線機から通信信号とは別にレーダー信号を送出することで、移動体位置情報を用いずに移動体の位置を特定できるようにしてある。
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る無線通信システムについて、図３〜図９を参照して説明する。まず、図３を参照して、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略的な構成について説明する。
本例の無線通信システムは、線路を走行する移動体である列車２００に搭載された通信端末２１０及び車上無線機２２０と、線路に沿って離散的に配置された複数の地上無線機２５０と、車上無線機２２０の通信相手となる地上無線機２５０の切り替えを制御する切替制御装置２８０と、切替制御装置２８０を介して各地上無線機２５０と接続された通信端末２９０とを有する。
【００２２】
車上無線機２２０は、列車２００の進行に伴って移動する移動局であり、地上無線機２５０は、固定的に設置されて移動局（車上無線機２２０）と通信する基地局である。車上側の通信端末２１０と地上側の通信端末２９０は、車上無線機２２０といずれかの地上無線機２５０とによる無線通信を介して、互いに通信することができる。図示の例では、地上無線機２５０として３つの地上無線機２５０−１〜２５０−３を示しているが、地上無線機２５０の数は任意である。
【００２３】
地上無線機２５０は、通信信号の送受信だけでなく、レーダー信号の送受信も行えるように構成してある。レーダー信号には、通信信号の周波数とは異なる周波数が使用される。地上無線機２５０は、レーダー信号及び通信信号の送受信に使用する１以上のアンテナを有しており、各アンテナは、地上無線機２５０に対して列車２００の進行方向の上流側に向けられている。地上無線機２５０は、線路を第１方向（例えば、上り方向）に進行する列車２００に対するものと、第１方向とは逆の第２方向（例えば、下り方向）に進行する列車２００に対するものとがある。第１方向に進行する列車２００に対する地上無線機２５０と、第２方向に進行する列車２００に対する地上無線機２５０とでは、アンテナが互いに逆方向に向けられることになる。なお、１台の地上無線機２５０に第１方向に対するアンテナと第２方向に対するアンテナを設けることで、１台の地上無線機２５０で第１方向及び第２方向の両方に対応させてもよい。
【００２４】
車上無線機２２０と地上無線機２５０の間の通信に使用される周波数は、列車２００の進行方向に応じて異なるが、システム全体で共通のものが使用される。すなわち、システム内の全ての地上無線機２５０が、車上無線機２２０との通信に共通の周波数を使用する。したがって、列車２００の進行に伴って車上無線機２２０の通信相手となる地上無線機２５０が切り替わったとしても、車上無線機２２０は通信を継続することができる。
【００２５】
また、本例では、地上無線機２５０から送信するレーダー信号の周波数も、システム全体で共通のものを使用している。レーダーに使用される周波数（例えば、９０ＧＨｚ帯）の指向性を考えると、地上無線機２５０を設置する位置次第で、同一周波数でも干渉が発生しないからである。ただし、干渉の可能性がより低減されるように、隣接する地上無線機２５０においてレーダー信号の周波数を異ならせてもよい（例えば、周波数ｆ１のレーダー信号を送出する地上無線機と周波数ｆ２のレーダー信号を送出する地上無線機を交互に配置する）。レーダー信号の周波数を異ならせる場合は、レーダー信号用の帯域を複数に分割して使用すればよい。
【００２６】
地上無線機２５０から送信されたレーダー信号は、地上無線機２５０に近づいてくる列車２００（主に列車の前面部分）で反射され、レーダー信号の送信元の地上無線機２５０で受信される。地上無線機２５０は、列車２００によって反射されたレーダー信号（反射波）の受信レベルを測定し、切替制御装置２８０に送信する。切替制御装置２８０は、各々の地上無線機２５０で測定されたレーダー信号の受信レベルに基づいて、車上無線機２２０の通信相手となる地上無線機２５０の切り替えを制御する。以下、切替制御装置２８０による切り替え制御について、図４を参照して説明する。
【００２７】
図４の横軸は、地上無線機２５０の設置位置を表している。列車２００は、図４の左側から右側に向かって進行しているものとする。地上無線機２５０−１との通信が可能な区間Ｓ１は、地上無線機２５０−１の位置から列車進行方向の上流側（図面左側）に遡った所定範囲の区間である。地上無線機２５０−２との通信が可能な区間Ｓ２は、地上無線機２５０−２の位置から列車進行方向の上流側に遡った所定範囲の区間である。地上無線機２５０−３との通信が可能な区間Ｓ３は、地上無線機２５０−３の位置から列車進行方向の上流側に遡った所定範囲の区間である。図４では、通信区間Ｓ１〜Ｓ３が互いに重複しないように設定してあるが、一般的には、隣接する通信区間で一部が重複するように設定される。
【００２８】
図４には、地上無線機２５０−１によるレーダー信号の受信レベルＬ１及び閾値Ｔｈ１と、地上無線機２５０−２によるレーダー信号の受信レベルＬ２及び閾値Ｔｈ２と、地上無線機２５０−３によるレーダー信号の受信レベルＬ３及び閾値Ｔｈ３も示してある。地上無線機２５０−１は、受信レベルＬ１が閾値Ｔｈ１を上回っている場合に車上無線機２２０の通信相手となるように、切替制御装置２８０によって制御される。つまり、切替制御装置２８０は地上無線機２５０−１の通信信号の送受信機能をオンに制御する。地上無線機２５０−２，２５０−３に対しても同様である。なお、各々の地上無線機２５０で測定された受信レベル（Ｌ１〜Ｌ３）と比較する閾値（Ｔｈ１〜Ｔｈ３）は、それぞれ、同一の値でもよいし、地上無線機２５０の性能や設置環境などの要因に応じて異なる値でもよい。
【００２９】
車上無線機２２０の通信相手となる地上無線機２５０の切り替えについて、順を追って説明する。なお、地上無線機２５０−１〜２５０−３のいずれも、継続的にレーダー信号を送信しているものとする。地上無線機２５０によるレーダー信号の受信レベルは、車上無線機２２０を搭載した列車２００が地上無線機２５０に近づくにつれて、次第に増加する。また、列車２００が地上無線機２５０にある程度近づいた後は、アンテナの持つ通信可能角度から次第に外れていくため、受信レベルは減少していく。
【００３０】
最初は、列車２００に最も近い地上無線機２５０−１で、受信レベルＬ１が増加する。切替制御装置２８０は、地上無線機２５０−１の受信レベルＬ１を閾値Ｔｈ１と比較し、受信レベルＬ１が閾値Ｔｈ１を上回っている場合に、地上無線機２５０−１を車上無線機２２０の通信相手に選択して、地上無線機２５０−１からレーダー信号と共に通信信号が送出されるように制御する。また、切替制御装置２８０は、地上無線機２５０−１の通信信号の受信も行われるように制御する。
【００３１】
その後、列車２００が地上無線機２５０−２に近付くにつれ、地上無線機２５０−２の受信レベルＬ２が次第に増加し、反対に地上無線機２５０−１の受信レベルＬ１が次第に減少する。切替制御装置２８０は、地上無線機２５０−２の受信レベルＬ２を閾値Ｔｈ２と比較し、受信レベルＬ２が閾値Ｔｈ２を上回っている場合に、地上無線機２５０−２を車上無線機２２０の新たな通信相手に選択して、地上無線機２５０−２からレーダー信号と共に通信信号が送出、受信されるように制御する。このとき、地上無線機２５０−１の受信レベルＬ１は閾値Ｔｈ１を下回っているので、切替制御装置２８０は、地上無線機２５０−１による通信信号の送受信が停止されるように制御する。
【００３２】
図５には、車上無線機２２０の通信相手が地上無線機２５０−１から地上無線機２５０−２に切り替えられた後の様子を示してある。図５に示すように、地上無線機２５０−１が持つ通信可能角度から外れた位置に列車２００が存在する場合、地上無線機２５０−１から送出されるレーダー信号は、列車２００には反射しない（あるいは、地上無線機２５０−１とは違う方向に反射される）。このとき、車上無線機２２０は、列車２００に最も近い地上無線機２５０−２と通信を確立する。
【００３３】
同様に、列車２００が地上無線機２５０−３に近付くにつれ、地上無線機２５０−３の受信レベルＬ３が次第に増加し、反対に地上無線機２５０−２の受信レベルＬ２が次第に減少する。切替制御装置２８０は、地上無線機２５０−３の受信レベルＬ３を閾値Ｔｈ３と比較し、受信レベルＬ３が閾値Ｔｈ３を上回っている場合に、地上無線機２５０−３を車上無線機２２０の新たな通信相手に選択して、地上無線機２５０−３からレーダー信号と共に通信信号が送出されるように制御する。このとき、地上無線機２５０−２の受信レベルＬ２は閾値Ｔｈ２を下回っているので、切替制御装置２８０は、地上無線機２５０−２からの通信信号の送出が停止されるように制御する。
このようにして、列車２００の進行に伴って、車上無線機２２０の通信相手となる地上無線機２５０が自動的に切り替えられる。
【００３４】
次に、地上無線機２５０の具体的な構成について、図６及び図７を参照して説明する。
図６には、地上無線機２５０の第１構成例を示してある。第１構成例の地上無線機２５０は、主たる機能部として、レーダー信号を処理するレーダー信号処理部２５１と、通信信号の変調及び復調を行う変復調部２５２と、通信信号の送信及び受信に加えてレーダー信号の送信を行う通信送受信部２７０と、レーダー信号の受信を行うレーダー用受信部２６０とを備えている。
【００３５】
レーダー信号処理部２５１は、レーダー用受信部２６０により受信されたレーダー信号の受信レベルを測定し、受信レベルを切替制御装置２８０に送信する処理などを行う。
変復調部２５２は、切替制御装置２８０による制御に従って、通信端末２９０から入力された通信信号を変調して通信送受信部２７０から送信させる処理や、通信送受信部２７０により受信された通信信号を復調して通信端末２９０に出力する処理などを行う。また、変復調部２５２は、レーダー信号処理部２５１による制御に従って、レーダー信号を通信送受信部２７０から送信させる処理も行う。
【００３６】
レーダー信号処理部２５１からは、送信機２７１をレーダー用途として適切に動作させるためのレーダー同期信号が出力される。例えば、ＦＭＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダーの場合、送信機２７１に対してある周波数帯域幅Δfで周波数掃引した周波数変調を行う必要がある。この場合、レーダー信号処理部２５１からは、送信機２７１を周波数帯域幅Δfで掃引動作させるための同期信号が出力される。
また、パルスレーダーの場合、送信機２７１からは、ある時間幅Δτでのみ送信波がパルス状に出力される。この送信パルス波は、ある時間間隔で繰り返し出力されるものである。この場合、レーダー信号処理部２５１からは、送信機２７１を時間幅Δτで出力動作させ、かつある時間間隔で繰り返し出力させるための同期信号が出力される。
【００３７】
通信送受信部２７０は、通信信号の送信動作及びレーダー信号の送信動作を行う送信機２７１と、通信信号の受信動作を行う受信機２７２と、通信信号の送受信用及びレーダー信号の送信用である送受信アンテナ２７４と、送信機２７１及び受信機２７２を送受信アンテナ２７４と接続するためのアンテナ共用器２７３とを備えている。
【００３８】
アンテナ共用器２７３を使用する場合、通信動作の際には、送信周波数と受信周波数は周波数分割される。このため、アンテナ共用器２７３から送信された送信周波数を、同一のアンテナ共用器２７３で受信することができない。そこで、レーダー信号の受信を別途行うためにレーダー用受信部２６０を設ける必要がある。
【００３９】
レーダー用受信部２６０は、レーダー信号の受信用である受信アンテナ２６１と、受信アンテナ２６１による受信信号からレーダー信号以外の成分を除去してレーダー信号成分を抽出するための受信ＢＰＦ（Band-Pass Filter；帯域通過フィルタ）２６２と、レーダー信号の受信動作を行う受信機２６３とを備えている。レーダー用受信部２６０の受信機２６３には、通信送受信部２７０の送信機２７１から出力されるレーダー信号成分が入力され、レーダー信号の受信動作において使用される。
【００４０】
レーダー用受信部２６０の受信機２６３には、通信送受信部２７０の送信機２７１から出力されるレーダー信号成分が入力される。この送信機２７１から出力されるレーダー信号成分は受信機２６３に内蔵される周波数混合器のＬＯ信号として使用される。このとき、受信ＢＰＦ２６２から出力されたレーダー受信信号は、この周波数混合器によって次段のレーダー信号処理部において取扱い可能な周波数まで下方周波数変換される。
【００４１】
通信送受信部２７０の送信機２７１は、通信用の送信機及びレーダー用の送信機として共用される。ここで、通信用とレーダー用で送信機を共用する場合には、通信信号とレーダー信号を時分割で送信する方法と、通信信号とレーダー信号を周波数分割で送信する方法とが考えられる。通信信号とレーダー信号を時分割で送信する方法では、通信動作とレーダー動作とを同時に行うことはできないので、レーダー動作中は通信動作を停止する必要がある。これに対し、通信信号とレーダー信号を周波数分割で送信する方法では、通信動作とレーダー動作とを同時に行うことできるので、レーダー動作中に通信動作を停止する必要がない。本システムは、列車２００の位置を特定するために継続的にレーダー動作を実施する必要があるので、通信信号とレーダー信号を周波数分割で送信する方法を採用している。
【００４２】
図７には、地上無線機２５０の第２構成例を示してある。以下では、第１構成例と異なる部分に着目して説明し、第１構成例と同様な部分については説明を省略する。
第２構成例の地上無線機２５０の通信送受信部２７０は、第１構成例のように同一のアンテナ（２７４）を送受信で共用するのではなく、送信用と受信用に別個のアンテナを備えている。すなわち、第２構成例の通信送受信部２７０は、通信信号の送信動作及びレーダー信号の送信動作を行う送信機２７１と、通信信号の受信動作を行う受信機２７２と、通信信号の送信用及びレーダー信号の送信用である送信アンテナ２７５と、通信信号の受信用である受信アンテナ２７６とを備えている。
【００４３】
ただし、第２構成例のように、送信機及び受信機がそれぞれ個別の送信アンテナ及び受信アンテナを有する構成では、一般的に、これらアンテナ間での直接波の受信は通信誤りの原因となる。そこで、送信アンテナ２７５と受信アンテナ２７６は、偏波方向を９０度回転させて直交させることで、直接波の受信を低減させている。
【００４４】
一方、反射波を積極的に使用するレーダー動作の場合は、送信アンテナと受信アンテナの偏波方向は同一である方が望ましい。そこで、第２構成例の地上無線機２５０は、送信アンテナ２７５に対して偏波方向を９０度回転させた受信アンテナ２７６とは別に、送信アンテナ２７５に対して偏波が０度（すなわち、同じ偏波方向）の受信アンテナ２６１を持つレーダー用受信部２６０を備えている。
【００４５】
次に、図８及び図９を参照して、地上無線機２５０によるレーダー動作及び通信動作について説明する。本システムでは、上述したように、通信信号とレーダー信号を周波数分割で送信する構成となっている。
通信動作を開始する前（レーダー動作だけを行っている場合）は、通信送受信部２７０の送信機２７１の出力は、図８Ａに示すような状態となる。すなわち、送信機２７１からは、レーダー信号のみが出力される。このとき、レーダー受信部２６０の受信機２６３の入力（受信ＢＰＦ２６２の出力）は、図８Ｂに示すような状態となる。受信機２６３では、受信ＢＰＦ２６２で帯域制限された受信電力（レーダー信号の受信電力）が観測される。この受信電力が上述した閾値（図４のＴｈ１〜Ｔｈ３）を上回ったと判断されたときに、通信動作が開始される。
【００４６】
レーダー動作及び通信動作の実行中は、通信送受信部２７０の送信機２７１の出力は、図９Ａに示すような状態となる。つまり、レーダー信号が配置された周波数とは別の周波数に、通信信号が配置される。図９Ａでは、４つのチャネルを通信信号に使用しているが、例示に過ぎず、より多く又は少ない数のチャネルを使用して通信を行ってもよい。これら通信信号は、通信対象となる相手側の受信機（車上無線機２２０の受信機）に入力される。これにより、通信対象となる無線局間（すなわち、地上無線機２５０と車上無線機２２０間）で通信が行われる。このときも、通信送受信部２７０の送信機２７１からはレーダー信号が引き続き出力されている。なお、通信送受信部２７０の受信機２７２においては、レーダー信号は不要であるので、適宜、フィルタ等でレーダー信号成分の通過を阻止させてもよい。
【００４７】
レーダー動作及び通信動作の実行中は、レーダー受信部２６０の受信機２６３の入力（受信ＢＰＦ２６２の出力）は、図９Ｂに示すような状態となる。通信送受信部２７０の送信機２７１からはレーダー信号だけでなく通信信号も出力されている（図９Ａ）が、レーダー信号以外の成分は受信ＢＰＦ２６２で帯域制限されるので、図８Ａと同様に、レーダー信号の受信電力のみを観測できる。この受信電力が上述した閾値を下回ったと判断されたときに、通信動作が停止される。つまり、通信送受信部２７０の送信機２７１の出力はレーダー信号のみとなり、通信信号の出力は停止される。
【００４８】
このとき、他の地上無線機において、受信電力が上述した閾値（図４のＴｈ１〜Ｔｈ３）を上回ったと判断されると、その地上無線機で通信動作が開始される。このように、本システムでは、通信信号とレーダー信号を周波数分割することで、両方の信号を同時に送受信することができ、列車の進行に伴って車上無線機の通信相手となる地上無線機を切り替えながら通信を続けることが可能となる。
【００４９】
ここで、これまでの説明は、隣接する２つの地上無線機（例えば、２５０−１と２５０−２、または２５０−２と２５０−３）において、一方の受信レベルが閾値を上回る場合には他方の受信レベルが閾値を下回るような関係となっているが、これは理想であり、このような関係で閾値を設定することは難しい。このため、隣接する２つの地上無線機において、一方の受信レベルが閾値を上回る状態と他方の受信レベルが閾値を上回る状態とが部分的に重なるように、閾値を設定しても構わない。そして、列車の進行方向の上流側の地上無線機（例えば、２５０−１）が車上無線機の通信相手である場合に、下流側の地上無線機（例えば、２５０−２）の受信レベルが閾値を上回ったことに応じて、下流側の地上無線機を車上無線機の新たな通信相手とするよう制御すればよい。このような構成により、隣接する２つの地上無線機間での切り替えの際に通信が劣化又は切断されることを抑制でき、車上無線機との間で安定した通信を実現することが可能となる。
【００５０】
なお、車上無線機の通信相手となる地上無線機は、別の方法で選択してもよい。一例として、各々の地上無線機で測定された受信レベル同士を比較する方法が挙げられる。すなわち、列車の進行方向の上流側の地上無線機（例えば、２５０−１）が車上無線機の通信相手である場合に、下流側の地上無線機（例えば、２５０−２）の受信レベルが上流側の地上無線機の受信レベルを上回ったことに応じて、下流側の地上無線機を車上無線機の新たな通信相手とするよう制御すればよい。
【００５１】
また、上述した実施形態では、地上無線機２５０が車上無線機２２０と通信信号を送受信中もレーダー信号を送信する例を示したが、地上無線機２５０によるレーダー信号の送受信は当該地上無線機２５０の通信信号の送受信が起動した場合は停止させてもよい。この場合、切替制御装置２８０はレーダー信号反射波の受信レベルが閾値を上回って通信信号の送受信をオンにした地上無線機２５０に対してはレーダー信号の送受信機能をオフにする。一方、切替制御装置２８０は他の地上無線機２５０はレーダー信号の送受信機能のオンを維持したままとし、他の地上無線機２５０のレーダー信号反射波の受信レベルが閾値を超えると、当該他の地上無線機２５０の通信信号の送受信をオンに制御するとともにレーダー信号の送受信をオフにする。そして、切替制御装置２８０は直前まで車上無線機２２０と通信を行っていた（通信信号の送受信機能をオンにしていた）地上無線機２５０のレーダー送受信機能のみをオンにするよう制御する。これにより、地上無線機２５０は通信信号の送受信機能をオンにしている間はレーダー信号の送受信を停止するので消費電力を低減できるとともに、離接する地上無線機２５０間のレーダー信号が干渉するおそれを低減できる。
【００５２】
以上のように、本例の無線通信ステムは、列車２００が走行する線路に沿って設置され、第１の周波数によるレーダー信号の送受信と、第１の周波数とは異なる第２の周波数による通信信号の送受信とを行う複数の地上無線機２５０と、列車２００に搭載され、第２の周波数による通信信号の送受信を行う車上無線機２２０と、複数の地上無線機２５０によるレーダー信号の受信レベルに基づいて、車上無線機２２０の通信相手となる地上無線機２５０の切り替えを制御する切替制御装置２８０とを備える。そして、車上無線機２２０の通信相手でない地上無線機２５０は、レーダー信号の送信を行う一方で通信信号の送信は行わず、車上無線機２２０の通信相手になった地上無線機２５０は、レーダー信号の送信と通信信号の送信を同時に行うように構成されている。
【００５３】
このような構成により、外部システムから移動体位置情報を別途受け取ることなく、自システム内で独自に列車２００の位置を特定できるので、システムの簡略化を図ることができる。また、通信中の地上無線機２５０は、通信信号とレーダー信号を周波数分割で同時に送受信できるので、レーダー動作のために通信動作を停止させる必要がない。このため、列車２００の位置を常に把握して、車上無線機２２０の通信相手に適した車上無線機２５０を選択することが可能となる。また、本例の地上無線機２５０は、１つの送信機２７１からレーダー信号と通信信号を出力できるように構成してあるので、レーダー用と通信用に別々の送信器を備える必要がなく、装置コストの削減、装置の小型化を図ることもできる。したがって、列車２００との無線通信を効率よく実施することが可能な無線通信システムを提供することができる。
【００５４】
ここで、本例の無線通信システムでは、列車２００が本発明に係る「移動体」に対応し、地上無線機２５０が本発明に係る「基地局」に対応し、車上無線機２５０が本発明に係る「移動局」に対応し、切替制御装置２８０が本発明に係る「切替制御装置」に対応している。
【００５５】
以上、本発明について実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された無線通信システムに限定されるものではなく、上記以外の無線通信システムにも広く適用できることは言うまでもない。例えば、自動車、リニアモーターカー、モノレール、空港における飛行機、施設や敷地内を移動する車両のなどの所定の経路を走行する他の移動体との間で無線通信を行う無線通信システムに、本発明を適用することができる。
また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法や方式、そのような方法や方式を実現するためのプログラム、そのプログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、所定の経路を走行する移動体との間で無線通信を行う種々の無線通信システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００：列車、  １１０：通信端末、  １２０：車上無線機、  １５０−１〜１５０−３：地上無線機、  １８０：切替制御装置、  １９０：通信端末、
２００：列車、  ２１０：通信端末、  ２２０：車上無線機、  ２５０−１〜２５０−３：地上無線機、  ２５１：レーダー信号処理部、  ２５２：変復調部、  ２６０：レーダー受信部、  ２６１：受信アンテナ、  ２６２：受信ＢＰＦ、  ２６３：受信機、  ２７０：通信送受信部、  ２７１：送信機、  ２７２：受信機、  ２７３：アンテナ共用器、  ２７４：送受信アンテナ、  ２７５：送信アンテナ、  ２７６：受信アンテナ、  ２８０：切替制御装置、  ２９０：通信端末
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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