列車無線システム、基地局および移動局
【課題】伝送速度の速い多値変調方式を用いて通信を行う列車無線システムにおいても、電波干渉区間の影響を低減して正常な信号受信が可能な列車無線システムを提供する。
【解決手段】移動局９を搭載した列車１０９の走行路に対応させてゾーンＺ１およびＺ２が設定され、各ゾーンに含まれる基地局１および２と移動局９との間で漏洩同軸ケーブル４〜７を介して無線通信を行う列車無線システムにおいて、移動局９が基地局間境界８付近の地点「Ａ」に達した場合に、基地局１は、移動局９への通信を、これまでに適用していた変調方式Ａよりも伝送速度の遅い変調方式Ｃに切り替えて行う。
【解決手段】移動局９を搭載した列車１０９の走行路に対応させてゾーンＺ１およびＺ２が設定され、各ゾーンに含まれる基地局１および２と移動局９との間で漏洩同軸ケーブル４〜７を介して無線通信を行う列車無線システムにおいて、移動局９が基地局間境界８付近の地点「Ａ」に達した場合に、基地局１は、移動局９への通信を、これまでに適用していた変調方式Ａよりも伝送速度の遅い変調方式Ｃに切り替えて行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基地局と、基地局に接続された漏洩同軸ケーブルを介して移動局と無線通信を行う列車無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに隣接する２つの基地局それぞれに接続された漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）の間には電波干渉区間が存在するが、当該電波干渉区間内に移動局のアンテナ（空中線）が存在すると、正常な電波の受信ができないという問題がある。
【０００３】
特許文献１では、このような問題を解消するために、移動局において、電波干渉区間にあるアンテナからの無線入力信号を遮断するようにアンテナからの無線入力信号を選択的に受信して復調する構成を採ることで、隣接する基地局の境界にできる電波干渉区間において通信エラー等を軽減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９３３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
列車無線システムにおいて基地局と移動局との間で高速通信を行う場合、例えば２５６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のような伝送速度の速い多値変調方式を用いることが多いが、その場合は、互いに隣接する基地局間の境界にできる電波干渉区間が長くなる。一方、移動局のアンテナ位置には制約があるため、電波干渉区間が長くなると、移動局の全てのアンテナが同時に電波干渉区間に入る結果となり、基地局からの信号を正しく受信できなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、伝送速度の速い多値変調方式を用いて通信を行う列車無線システムにおいても、電波干渉区間の影響を低減して正常な信号受信が可能な列車無線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】
【０００７】
本発明に係る列車無線システムの態様は、移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、各ゾーンに含まれる基地局と前記移動局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行う列車無線システムであって、前記基地局は、前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、前記基地局から前記移動局への通信を、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る列車無線システム、基地局および移動局の態様によれば、基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えることで、電波干渉区間が短くなり、通信遮断となる時間が大幅に減少し、通信エラーが低減する。また、これにより列車無線システム全体の通信速度の高速化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態１の列車無線システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の変調方式と電波干渉区間の関係を説明する図である。
【図３】無線フレームと、無線フレームを構成する１つのタイムスロットの構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１の移動局の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態１の基地局の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る実施の形態２の移動局の構成を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態２の基地局の構成を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態２の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る実施の形態３の列車無線システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態３の変調方式と電波干渉区間の関係を説明する図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態３の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る実施の形態４の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
＜システム構成＞
以下、図１〜図６を用いて本発明に係る列車無線システムの実施の形態１について説明する。図１は実施の形態１に係る列車無線システムの構成を示す概念図である。
【００１１】
一般的な列車無線システムにおいては、列車、すなわち移動局の走行路に対応させて複数の無線エリアを設定し、各無線エリアをゾーンと呼称している。ゾーンには、１つの基地局が設けられている。
【００１２】
図１に示す列車無線システムにおいては、ゾーンＺ１とゾーンＺ２との無線エリア境界を基地局間境界８として示し、ゾーンＺ１に含まれる基地局１およびゾーンＺ２に含まれる基地局２が、互いに隣接する基地局として配置されている。また、各基地局からの信号を集約し、移動局との通話やデータ通信、監視を行う中央装置３が配置されている。
【００１３】
移動局９、１０および９９をそれぞれ搭載した列車１０９、１１０および１９９が走行する線路（図示せず）の両側には、基地局１、２の送信電波または移動局９、１０、９９の送信電波を搬送する漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）４、５、６および７が敷設されている。このうち、ＬＣＸ４および５、ＬＣＸ６および７が対をなし、ＬＣＸ４および５は基地局１に接続され、ＬＣＸ６および７は基地局２に接続されている。なお、ＬＣＸ４〜７には、電波を増幅する装置を含む場合があるがここでは省略している。
【００１４】
移動局９、１０および９９は、基地局と無線通信を行い、地上−車上間での通話やデータの伝送を実現するが、図１に示すように３台に限定されるものではなく、さらに多くの移動局がゾーンＺ１およびＺ２内に存在する場合もある。
【００１５】
基地局間境界８は、基地局１および２のそれぞれの無線エリア境界であり、ＬＣＸ４および５の終端部分とＬＣＸ６および７の終端部分との中間にある１０ｍ程度のエリアである。
【００１６】
図１において、ゾーン１に存在している移動局９が、ゾーン２の方向に移動する場合、基地局間境界８に近づくまでは、伝送速度の比較的速い変調方式Ａを使用するが、そのまま、基地局間境界８を通過すると、変調方式Ａでは電波干渉区間が長くなるため、何れの基地局からの信号も正しく受信できなくなる時間が長くなる。
【００１７】
例えばＴＣＰＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）のデータを扱う場合、一時的な通信遮断によりＡＣＫ（Acknowledgment）信号すら通らなくなりスループットが大幅に減少する。
【００１８】
本実施の形態では、これを防ぐため、移動局９が基地局間境界８付近に達すると、伝送速度の比較的遅い変調方式Ｃに切り替える構成を採用する。これにより伝送速度は多少遅くなるが、変調方式Ｃでは、所要Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）が小さいため電波干渉区間が短くなるので、通信遮断となる時間は大幅に減少し、ＴＣＰＩＰのデータの場合でもスループットの低下を抑えることができる。基地局間境界８を通過した後は、再び変調方式Ａに戻す。これは、他の移動局９９にも適用でき、また、ゾーンＺ２からゾーンＺ１方向に走行する移動局１０においても適用できる。なお、所要Ｃ／Ｎとは、正しく受信するために必要な搬送波（希望波）とノイズのレベル比のことである。ここで、正しく受信するとは、無線エリアにおいて誤りなく伝送できることを意味するが、ある程度正しく伝送できればシステムとしての運用はできるので、例えばＢＥＲ（BIT ERROR RATE）が１／１００００００以下（１×１０-6以下）という値で定義される場合もある。
【００１９】
図１においては、変調方式Ａを使用する領域を変調方式Ａ領域として示し、変調方式Ｃを使用する領域を変調方式Ｃ領域として示している。変調方式Ｃ領域は、基地局間境界８と、その近傍の領域とを含むように設定されている。
【００２０】
次に、図２を用いて基地局間境界付近における無線の電波干渉状態を説明する。図２においては、ゾーンＺ１に含まれるＬＣＸ４およびゾーンＺ２に含まれるＬＣＸ６を例示しており、ゾーンＺ１おけるＬＣＸ４の電波の電界強度特性を特性Ｅ１として示し、ゾーンＺ２おけるＬＣＸ６の電波の電界強度特性を特性Ｅ２として示している。
【００２１】
特性Ｅ１およびＥ２は、ＬＣＸの延在方向をＸ軸とし、Ｙ軸に電界強度を示しており、何れも、自らのゾーン内ではほぼ一定の電界強度を有し、基地局間境界に近づくにつれて電界強度が低下し始めるが、隣接するゾーンに入っても電界強度は急速に０となるのではなく、徐々に低下する特性となっている。このため、ＬＣＸ４およびＬＣＸ６からの電波が、それぞれ相手側の電波と干渉する区間（電波干渉区間）が存在している。
【００２２】
図２に示すように、ゾーンＺ１とゾーンＺ２の境目にあたる基地局間境界付近では、基地局１から移動局への下り信号および基地局２から移動局への下り信号が干渉し、移動局は下り信号を正しく受信できない。その電波干渉区間の長さは変調方式によって異なる。
【００２３】
例えば、高速の伝送速度に対応した「変調方式Ａ」では、信号を正しく受信するための所要Ｃ／Ｎは、変調方式Ｃと比較して大きい必要がある。このため、「変調方式Ａ」での電波干渉区間ＡＲは地点「Ａ」から地点「Ｂ」の間となる。一方、「変調方式Ｃ」では、所要Ｃ／Ｎが、変調方式Ａと比較すると小さくて済むので、「変調方式Ｃ」での電波干渉区間ＣＲは、地点「Ｆ」から地点「Ｇ」となり、電波干渉区間ＡＲよりも短いことが判る。
【００２４】
ここで、地点「Ａ」や地点「Ｆ」は、希望波（Ｄ波）と妨害波（Ｕ波）との比によって決定される。すなわち、ゾーンＺ１においてＬＣＸ４からの電波が希望波（Ｄ波）である場合、ゾーンＺ２からの電波は妨害波（Ｕ波）、つまりノイズとなる。ここで、ゾーンＺ１とゾーンＺ２との電界強度が等しくなる位置を地点「Ｃ」とすると、地点「Ｃ」では、Ｄ／Ｕ＝０ｄＢとなる。地点「Ｃ」から、図に向かって右方向、すなわち、ＬＣＸ４の電波の電界強度が高くなる方向へ移動すると、ＬＣＸ４の電波の電界強度は一定になる一方で、ＬＣＸ６の電波の電界強度は徐々に小さくなるので、例えば、Ｄ／Ｕ＝１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢ・・・、と徐々にＤ／Ｕが大きくなる。このＤ／Ｕと、各変調方式における所要Ｃ／Ｎとが一致する地点を、図２では、地点「Ａ」や地点「Ｆ」としている。
【００２５】
図２では、地点「Ａ」および「Ｂ」における電界強度の差Ｒ１を、変調方式Ａでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。また、地点「Ｆ」および「Ｇ」における電界強度の差Ｒ３を、変調方式Ｃでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。
【００２６】
ここで、変調方式の一例としては、例えば変調方式Ａは所要Ｃ／Ｎが３０ｄＢ程度の２５６ＱＡＭを使用し、変調方式Ｃは所要Ｃ／Ｎが１５ｄＢ程度のＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）を使用することが考えられる。また、ＱＰＳＫよりもさらに遅いＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）使用することも考えられる。なお、上記所要Ｃ／Ｎの値は一例であり、受信側の性能等により変化する。
【００２７】
図２より、図１に示した変調方式の切り替え地点は、地点「Ａ」や地点「Ｂ」となり、地点「Ａ」や地点「Ｂ」に達すると、「変調方式Ａ」から「変調方式Ｃ」への切り替えを行う。
【００２８】
このように切り替え地点を設定することで、電波干渉区間の影響を確実に排除できるとともに、遅い伝送速度で通信する区間が長くなり過ぎることを防止できる。
【００２９】
なお、変調方式の切り替え処理には多少の時間がかかるため、走行速度に応じて、切り替え処理時間の分だけ早めに切り替え処理に入ることが効率的である。切り替え処理時間の分だけ早めに切り替え処理を開始することで、実際の切り替えを、より適切なタイミングで行うことができる。
【００３０】
図３には、１つの無線フレームと、無線フレームを構成するタイムスロットの構成を示す。１つの基地局は複数の移動局と通信を行うため、フレームフォーマットは図３の（ａ）部に示すように時分割されて、複数のタイムスロットＳＬを有する構成となっている。このような構成を採ることで、例えば１つのタイムスロットでは移動局９（図１）と１対１で通信を行い、他のタイムスロットでは移動局９９（図１）と１対１で通信を行うことが可能となる。また、いくつかのタイムスロット、例えば先頭のタイムスロットは、基地局と移動局間の無線アクセスの制御用信号の授受に使われることがある。なお、ここでは無線通信に必要な同期ワードは割愛している。
【００３１】
図３において、１つのタイムスロットＳＬは、ヘッダ部分ＨＰとデータ部分ＤＰとに分かれており、ヘッダ部分ＨＰは、最も受信しやすい、すなわち所要Ｃ／Ｎが小さい変調方式、例えば変調方式Ｃを用いて送信されており、ここにデータ部分ＤＰの変調方式を指示する変調方式指示信号が含まれている。移動局の受信部では、タイムスロットＳＬのヘッダ部分ＨＰで指示された変調方式に従ってデータ部分を復調する。このデータ部分ＤＰの変調方式の指示を変更することで、基地局と移動局との通信において、変調方式を変更することができる。
【００３２】
＜移動局の装置構成＞
次に、図４を用いて移動局９の装置構成について説明する。なお、装置構成は移動局１０および９９においても同じである。
【００３３】
移動局９は、送信部９１、受信部９２および制御部９３を備えている。送信部９１および受信部９２にはフィルタや分波器、分配器、合成器を含んだ高周波部（図示せず）を有している。
【００３４】
受信部９２は、アンテナ２０４を介して受信した基地局からのタイムスロットのヘッダ部分に含まれる変調方式の指示信号に従い、適応復調部９２１においてデータ部分の復調処理を行う。制御部９３は受信部９２からの復調データを車両内の運転室や車掌室の操作盤などの各種端末２０１に伝送し、各種端末からの信号のデータを変調信号として送信部９１へ伝送する。また制御部９３は、位置や速度をリアルタイムで管理している車両装置２０２から、位置情報や速度情報を得て、変調方式の切り替えタイミングを検出し、送信部９１へ伝送するデータの中に、変調方式切替要求信号を含ませる。このため、制御部９３は、本列車無線システムにおいて基地局間境界における変調方式を切り替えるべき位置を「位置データ」として記憶している。
【００３５】
鉄道の場合、例えば、新幹線では、東京を起点とする線路の距離で設備の位置を管理しており、「ＸＸ駅−ＹＹ駅間の基地局間境界は１２３．４５６ｋｍ地点である」という情報や、変調方式の切り替え地点の情報が「位置データ」として記憶されている。従って、距離計などにより自車両が路線のどこを走行中なのかの情報をリアルタイムに取得していれば、自車両の速度情報と合わせて、変調方式を切り替えるべきタイミングを算出（検出）することができる。なお、「位置データ」としては距離情報に限定されるものではなく、緯度、経度などのデータでも良い。その場合、移動局はＧＰＳ（Global Positioning System）を搭載することで、自車両の現在位置の緯度、経度を取得できる構成とすれば良い。
【００３６】
送信部９１は、各種データとともに、変調方式切替要求信号をアンテナ２０３を介して基地局に対して送信する。
【００３７】
＜基地局の装置構成＞
次に、図５を用いて基地局１の装置構成について説明する。なお、装置構成は基地局２においても同じである。
【００３８】
基地局１は、送信部１１、受信部１２、制御部１３および高周波部１４を備えている。受信部１２は、ＬＣＸ４および５を介して受信した移動局からの信号を復調し、復調信号を制御部１３へ伝送する。なお、変調方式切替要求信号がある場合には、それも復調して制御部１３へ伝送する。
【００３９】
制御部１３は、移動局に送信すべき信号を変調信号として送信部１１に伝送するとともに、変調方式切替要求信号を受けた場合には、送信部１１に対して変調方式を指示する変調方式指示信号を伝送する。
【００４０】
送信部１１は、制御部１３からの変調方式指示に従い、タイムスロットのヘッダ部分に変調方式の指示信号を含ませ、データ部分は適応変調部１１１においてその変調方式で変調して、高周波部１４からＬＣＸ４および５を介して移動局へ送信する。高周波部１４は、フィルタや分波器、分配器、合成器などを含んでいる。
【００４１】
なお、制御部１３から送信部１１への変調方式の切り替えを指示する代わりに、制御部１３がタイムスロットのヘッダ部に直接に変調方式指示信号を含ませる構成としても良い。
【００４２】
なお、基地局１は、複数の移動局と同時に通信を行うため、制御部１３に含まれている移動局管理部１３１で各移動局と各タイムスロットの関連付けを随時行っている。
【００４３】
＜変調方式の切り替え処理＞
以上説明した、列車無線システムを採用した場合の基地局境界付近における変調方式の切り替え処理の流れを、図２〜図５を参照しつつ図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４４】
移動局９（図６では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認し（ステップＳ１）、自車両が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図２におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ２）。なお、検出周期は一定間隔でなくても良く、走行速度や位置情報により可変としても良い。
【００４５】
移動局９は制御部９３（図４）内に基地局間境界がどこにあるかの位置データを有しており、移動局９は、図２における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局１に対して変調方式Ｃへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ３）。
【００４６】
これを受けた基地局１は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ４）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界付近においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ５）。
【００４７】
移動局９は、変調方式を切り替えるべき位置より処理時間の分だけ手前の地点で変調方式切替要求信号を送信するので、基地局１から変調方式が変更されたタイムスロットのデータが送信されて来るタイミングは、移動局９が変調方式を切り替えるべき位置に達したタイミングと一致することとなる。そのため、変調方式を切り替えるべき位置より処理時間の分だけ手前の地点を検出する動作は、移動局９（自車両）が基地局間境界付近の所定位置に達するタイミングを検出する動作ということができる。
【００４８】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ６）。
【００４９】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認し（ステップＳ７）、自車両が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図２におけるＢ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ８）。
【００５０】
移動局９が地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局２に対して変調方式Ａへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ９）。
【００５１】
これを受けた基地局２は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ａに変更する（ステップＳ１０）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。
【００５２】
これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、地点「Ｂ」通過後、変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ１１）。基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【００５３】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【００５４】
上記説明では、ゾーンＺ１からゾーンＺ２に移動する移動局９を例に採って説明したが、逆方向に走行する移動局１０の場合は、地点「Ａ」と地点「Ｂ」、基地局１と基地局２とが逆の順番で説明されるだけであり、処理手順は同じである。
【００５５】
以上のように、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導の列車無線システムを採用することで、移動局が基地局間境界付近に到達するタイミングの検出の精度を高めることができる。
【００５６】
＜実施の形態２＞
以上説明した実施の形態１に係る列車無線システムは、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導のシステムであったが、実施の形態２に係る列車無線システムでは、基地局主導で変調方式を切り替える構成となっている。
【００５７】
＜移動局の装置構成＞
図７は、実施の形態２に係る列車無線システムを構成する移動局９の装置構成図である。なお、装置構成は移動局１０および９９においても同じである。
【００５８】
移動局９の構成は基本的には図４と同じであるが、制御部９３は「位置データ」を記憶する構成とはなっておらず、変調方式切替要求信号も出力せず、移動局に送信すべき信号のデータを変調信号として送信部９１に与える構成となっている。
【００５９】
＜基地局の装置構成＞
図８は、実施の形態２に係る列車無線システムを構成する基地局１の装置構成図である。なお、装置構成は基地局２においても同じである。
【００６０】
基地局１の構成は基本的に図５と同じであるが、制御部１３は、本列車無線システムにおいて基地局間境界における変調方式を切り替えるべき位置を「位置データ」として記憶している。
【００６１】
この「位置データ」には、東京を起点とする距離の情報や変調方式の切り替え地点の情報が記憶されていると言う点では、図４の移動局における「位置データ」と同じである。
【００６２】
制御部１３では、移動局９から周期的に送信されてくる位置情報によって、移動局９の存在位置をほぼリアルタイムに把握し、その位置の変化から速度を推測することで変調方式を切り替えるべきタイミングを算出することができる。
【００６３】
なお、移動局９から送信される位置情報は、距離情報に限定されるものではなく、移動局９に搭載されたＧＰＳにより取得された緯度、経度などのデータでも良い。その場合、「位置データ」には緯度、経度で表された変調方式を切り替えるべき位置の情報を含んでいるものとする。
【００６４】
基地局に位置データを記憶していることで、位置データに変更があった場合、中央装置（図１）等を介して容易に位置データの更新が可能となる。
【００６５】
＜変調方式の切り替え処理＞
以上説明した、列車無線システムを採用した場合の基地局境界付近における変調方式の切り替え処理の流れを、図２、図３、図７および図８を参照しつつ図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６６】
移動局９（図９では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図７）から周期的に位置情報を取得し、基地局１へ送信している。基地局１は、移動局９からの位置情報を確認することで移動局９の存在位置をほぼリアルタイムに把握する（ステップＳ１１）。そして、移動局９が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図２におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ１２）。すなわち、基地局１は制御部１３（図８）内に基地局間境界がどこにあるかの位置データを有しており、また移動局９の存在位置の変化から速度も推測できるため、移動局９が、図２における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達するタイミングを検出でき、そのタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ１３）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。
【００６７】
これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界付近においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ１４）。
【００６８】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ１５）。
【００６９】
基地局２は、移動局９からの位置情報を確認し（ステップＳ１６）、移動局９が所定の基地局間境界付近、すなわち図２における地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達したか否かを検出する（ステップＳ１７）。
【００７０】
そして、Ｂ地点に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ａに変更する（ステップＳ１８）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界外においては変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ１９）。
【００７１】
基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【００７２】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【００７３】
上記説明では、ゾーンＺ１からゾーンＺ２に移動する移動局９を例に採って説明したが、逆方向に走行する移動局１０の場合は、地点「Ａ」と地点「Ｂ」、基地局１と基地局２とが逆の順番で説明されるだけであり、処理手順は同じである。
【００７４】
＜実施の形態３＞
＜システム構成＞
以下、図１０〜図１２を用いて本発明に係る列車無線システムの実施の形態３について説明する。図１０は実施の形態３に係る列車無線システムの構成を示す概念図であり、図１を用いて説明した実施の形態１の列車無線システムよりも、より細かく変調方式を切り替えることを特徴としている。
【００７５】
図１０に示す列車無線システムにおいては、基地局間境界８では変調方式Ｃを使用し、基地局間境界８付近では変調方式Ｃよりも伝送速度が早く、変調方式Ａよりは伝送速度が遅い変調方式Ｂを使用することで、変調方式を段階的に切り替える構成を採用する。すなわち、移動局９が基地局間境界８付近に達すると、変調方式Ａから変調方式Ｂに切り替え、移動局が基地局間境界８に達すると変調方式Ｂから変調方式Ｃに切り替える構成を採用する。
【００７６】
これにより、伝送速度を段階的に変更することが可能となり、急激に伝送速度が変わることによる不具合を軽減することができる。
【００７７】
基地局間境界８を通過した後は、変調方式Ｂを経て変調方式Ａに戻す。これは、他の移動局９９にも適用でき、また、ゾーンＺ２からゾーンＺ１方向に走行する移動局１０においても適用できる。
【００７８】
図１０においては、変調方式Ａを使用する領域を変調方式Ａ領域として示し、変調方式Ｂを使用する領域を変調方式Ｂ領域として示し、変調方式Ｃを使用する領域を変調方式Ｃ領域として示している。変調方式Ｃ領域は、基地局間境界８のほぼ中央部の領域に設定されている。
【００７９】
なお、移動局および基地局の構成は、それぞれ図４および図５を用いて説明した構成と同じであり、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導のシステムである。
【００８０】
次に、図１１を用いて基地局間境界付近における無線の電波干渉状態を説明する。図１においては、ゾーンＺ１に含まれるＬＣＸ４およびゾーンＺ２に含まれるＬＣＸ６を例示しており、ゾーンＺ１おけるＬＣＸ４の電波の電界強度特性を特性Ｅ１として示し、ゾーンＺ２おけるＬＣＸ６の電波の電界強度特性を特性Ｅ２として示している。
【００８１】
特性Ｅ１およびＥ２は、ＬＣＸの延在方向をＸ軸とし、Ｙ軸に電界強度を示しており、何れも、自らのゾーン内では一定の電界強度を有し、基地局間境界に近づくにつれて電界強度が低下し始めるが、隣接するゾーンに入っても電界強度は急速に０となるのではなく、徐々に低下する特性となっている。このため、ＬＣＸ４およびＬＣＸ６からの電波が、それぞれ相手側の電波と干渉する電波干渉区間が存在している。
【００８２】
電波干渉区間の長さは変調方式によって異なり、例えば、高速の伝送速度に対応した「変調方式Ａ」では、信号を正しく受信するための所要Ｃ／Ｎは、変調方式ＢおよびＣと比較して大きい必要がある。このため、「変調方式Ａ」での電波干渉区間ＡＲは地点「Ａ」から地点「Ｂ」の間となる。一方、「変調方式Ｂ」では、所要Ｃ／Ｎが、変調方式Ａと比較すると小さくて済むので、「変調方式Ｂ」での電波干渉区間ＢＲは、地点「Ｄ」から地点「Ｅ」となり、電波干渉区間ＡＲよりも短いことが判る。また、「変調方式Ｃ」では、所要Ｃ／Ｎが、変調方式Ｂよりも小さくて済むので、「変調方式Ｃ」での電波干渉区間ＣＲは、地点「Ｄ」から地点「Ｅ」となり、電波干渉区間ＢＲよりも短いことが判る。
【００８３】
図１１では、地点「Ａ」および「Ｂ」における電界強度の差Ｒ１を、変調方式Ａでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。また、地点「Ｄ」および「Ｅ」における電界強度の差Ｒ２を、変調方式Ｂでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示し、地点「Ｆ」および「Ｇ」における電界強度の差Ｒ３を、変調方式Ｃでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。
【００８４】
図１１より、図１０に示した変調方式の第１の切り替え地点は、地点「Ａ」や地点「Ｂ」となり、地点「Ａ」や地点「Ｂ」に達すると、「変調方式Ａ」から「変調方式Ｂ」への切り替えを行う。また、変調方式の第２の切り替え地点は、地点「Ｄ」や地点「Ｅ」となり、地点「Ｄ」や地点「Ｂ」に達すると、「変調方式Ｂ」から「変調方式Ｃ」への切り替えを行う。
【００８５】
ここで、変調方式の一例としては、例えば変調方式Ａは所要Ｃ／Ｎが３０ｄＢ程度の２５６ＱＡＭを使用し、変調方式Ｂは所要Ｃ／Ｎが２５ｄＢ程度の６４ＱＡＭあるいは所要Ｃ／Ｎが２０ｄＢ程度の１６ＱＡＭを使用し、変調方式Ｃは所要Ｃ／Ｎが１５ｄＢ程度のＱＰＳＫを使用することが考えられる。なお、上記所要Ｃ／Ｎの値は一例であり、受信側の性能等により変化する。
【００８６】
変調方式Ａとして２５６ＱＡＭを使用した場合、基地局間境界外においては、２５６ＱＡＭを使用することで伝送速度が早くなり、通信の品質を高めることができる。
【００８７】
＜変調方式の切り替え処理＞
以上説明した、列車無線システムを採用した場合の基地局境界付近における変調方式の切り替え処理の流れを、図３〜図５および図１１を参照しつつ図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００８８】
移動局９（図１２では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認し（ステップＳ２１）、自車両が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図１１におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ２２）。なお、検出周期は一定間隔でなくても良く、走行速度や位置情報により可変としても良い。
【００８９】
移動局９は、図１１における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局１に対して変調方式Ｂへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ２３）。
【００９０】
これを受けた基地局１は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｂに変更する（ステップＳ２４）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界付近においては変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ２５）。
【００９１】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認しており（ステップＳ２６）、自車両が存在している位置が基地局間境界内、すなわち図１１におけるＤ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ２７）。
【００９２】
移動局９は、図１１における地点「Ｄ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局１に対して変調方式Ｃへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ２８）。
【００９３】
これを受けた基地局１は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ２９）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界内においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ３０）。
【００９４】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ３１）。
【００９５】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認しており（ステップＳ３２）、移動局９がさらに移動して地点「Ｅ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると（ステップＳ３３）、基地局２に対して変調方式Ｂへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ３４）。
【００９６】
これを受けた基地局２は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみ変調方式Ｂに変更する（ステップＳ３５）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。
【００９７】
これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、地点「Ｅ」通過後、変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ３６）。
【００９８】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認しており（ステップＳ３７）、移動局９がさらに移動して地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると（ステップＳ３８）、基地局２に対して変調方式Ａへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ３９）。
【００９９】
これを受けた基地局２は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみ変調方式Ａに変更する（ステップＳ４０）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。
【０１００】
これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、地点「Ｂ」通過後、変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ４１）。
【０１０１】
基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【０１０２】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【０１０３】
上記においては、３つの変調方式を切り替える例を示したが、変調方式Ｃよりも所要Ｃ／Ｎの小さい変調方式が使える場合は、図１１の地点「Ｆ」から「Ｇ」の区間を当該変調方式で通信するものとし、地点「Ａ」と「Ｆ」との間に地点「Ｄ」以外の新たな地点を設定し、また地点「Ｂ」と「Ｇ」との間に地点「Ｅ」以外の新たな地点を設定することで、４つの変調方式を切り替える構成としても良く、さらに変調方式があるのであれば、５段階以上の切り替えを行うようにしても良い。
【０１０４】
＜実施の形態４＞
以上説明した実施の形態３に係る列車無線システムは、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導のシステムであったが、実施の形態２と同様に、基地局主導で変調方式を切り替える構成としても良い。
【０１０５】
なお、移動局および基地局の構成は、それぞれ図７および図８を用いて説明した構成と同じであり、基地局主導で変調方式の切り替えを行う。
【０１０６】
＜変調方式の切り替え処理＞
基地局主導で変調方式の切り替えを行う列車無線システムを採用した場合の、多段階で変調方式の切り替えを行う処理の流れを、図３、図７、図８および図１１、を参照しつつ図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１０７】
移動局９（図１３では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図７）から周期的に位置情報を取得し、基地局１へ送信している。基地局１は、移動局９からの位置情報を確認することで移動局９の存在位置をほぼリアルタイムに把握する（ステップＳ５１）。
【０１０８】
そして、移動局９が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図１１におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ５２）。すなわち、基地局１は制御部１３（図８）内に基地局間境界がどこにあるかの位置データを有しており、また移動局９の存在位置の変化から速度も推測できるため、移動局９が、図１１における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達するタイミングを検出でき、そのタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｂに変更する（ステップＳ５３）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、図１１のＡＤ間やＥＢ間においては変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ５４）。
【０１０９】
基地局１は、周期的に移動局９からの位置情報を確認しており（ステップＳ５５）、移動局９が移動して、車両が存在している位置が基地局間境界内、すなわち図１１におけるＤ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ５６）。
【０１１０】
そして、図１１における地点「Ｄ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ５７）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界内においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ５８）。
【０１１１】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ５９）。
【０１１２】
基地局２は、周期的に移動局９からの位置情報を確認しており（ステップＳ６０）、移動局９がさらに移動して地点「Ｅ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達したか否かを検出する（ステップＳ６１）。
【０１１３】
そして、Ｅ地点に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｂに変更する（ステップＳ６２）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、図１１のＡＤ間やＥＢ間においては変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ６３）。
【０１１４】
基地局２は、周期的に移動局９からの位置情報を確認しており（ステップＳ６４）、移動局９がさらに移動して、所定の基地局間境界付近、すなわち図１１における地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達したか否かを検出する（ステップＳ６５）。
【０１１５】
そして、Ｂ地点に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ａに変更する（ステップＳ６６）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界外においては変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ６７）。
【０１１６】
基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【０１１７】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【０１１８】
上記説明では、ゾーンＺ１からゾーンＺ２に移動する移動局９を例に採って説明したが、逆方向に走行する移動局１０の場合は、地点「Ａ」と地点「Ｂ」、基地局１と基地局２とが逆の順番で説明されるだけであり、処理手順は同じである。
【０１１９】
また、上記においては、３つの変調方式を切り替える例を示したが、変調方式Ｃよりも所要Ｃ／Ｎの小さい変調方式が使える場合は、図１１の地点「Ｆ」から「Ｇ」の区間を当該変調方式で通信するものとし、地点「Ａ」と「Ｆ」との間に地点「Ｄ」以外の新たな地点を設定し、また地点「Ｂ」と「Ｇ」との間に地点「Ｅ」以外の新たな地点を設定することで、４つの変調方式を切り替える構成としても良く、さらに変調方式があるのであれば、５段階以上の切り替えを行うようにしても良い。
【符号の説明】
【０１２０】
１，２ 基地局、４〜７ ＬＣＸ、８ 基地局間境界、９，１０，９９ 移動局。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基地局と、基地局に接続された漏洩同軸ケーブルを介して移動局と無線通信を行う列車無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに隣接する２つの基地局それぞれに接続された漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）の間には電波干渉区間が存在するが、当該電波干渉区間内に移動局のアンテナ（空中線）が存在すると、正常な電波の受信ができないという問題がある。
【０００３】
特許文献１では、このような問題を解消するために、移動局において、電波干渉区間にあるアンテナからの無線入力信号を遮断するようにアンテナからの無線入力信号を選択的に受信して復調する構成を採ることで、隣接する基地局の境界にできる電波干渉区間において通信エラー等を軽減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９３３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
列車無線システムにおいて基地局と移動局との間で高速通信を行う場合、例えば２５６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のような伝送速度の速い多値変調方式を用いることが多いが、その場合は、互いに隣接する基地局間の境界にできる電波干渉区間が長くなる。一方、移動局のアンテナ位置には制約があるため、電波干渉区間が長くなると、移動局の全てのアンテナが同時に電波干渉区間に入る結果となり、基地局からの信号を正しく受信できなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、伝送速度の速い多値変調方式を用いて通信を行う列車無線システムにおいても、電波干渉区間の影響を低減して正常な信号受信が可能な列車無線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】
【０００７】
本発明に係る列車無線システムの態様は、移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、各ゾーンに含まれる基地局と前記移動局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行う列車無線システムであって、前記基地局は、前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、前記基地局から前記移動局への通信を、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る列車無線システム、基地局および移動局の態様によれば、基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えることで、電波干渉区間が短くなり、通信遮断となる時間が大幅に減少し、通信エラーが低減する。また、これにより列車無線システム全体の通信速度の高速化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態１の列車無線システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の変調方式と電波干渉区間の関係を説明する図である。
【図３】無線フレームと、無線フレームを構成する１つのタイムスロットの構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１の移動局の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態１の基地局の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る実施の形態２の移動局の構成を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態２の基地局の構成を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態２の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る実施の形態３の列車無線システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態３の変調方式と電波干渉区間の関係を説明する図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態３の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る実施の形態４の変調方式の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
＜システム構成＞
以下、図１〜図６を用いて本発明に係る列車無線システムの実施の形態１について説明する。図１は実施の形態１に係る列車無線システムの構成を示す概念図である。
【００１１】
一般的な列車無線システムにおいては、列車、すなわち移動局の走行路に対応させて複数の無線エリアを設定し、各無線エリアをゾーンと呼称している。ゾーンには、１つの基地局が設けられている。
【００１２】
図１に示す列車無線システムにおいては、ゾーンＺ１とゾーンＺ２との無線エリア境界を基地局間境界８として示し、ゾーンＺ１に含まれる基地局１およびゾーンＺ２に含まれる基地局２が、互いに隣接する基地局として配置されている。また、各基地局からの信号を集約し、移動局との通話やデータ通信、監視を行う中央装置３が配置されている。
【００１３】
移動局９、１０および９９をそれぞれ搭載した列車１０９、１１０および１９９が走行する線路（図示せず）の両側には、基地局１、２の送信電波または移動局９、１０、９９の送信電波を搬送する漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）４、５、６および７が敷設されている。このうち、ＬＣＸ４および５、ＬＣＸ６および７が対をなし、ＬＣＸ４および５は基地局１に接続され、ＬＣＸ６および７は基地局２に接続されている。なお、ＬＣＸ４〜７には、電波を増幅する装置を含む場合があるがここでは省略している。
【００１４】
移動局９、１０および９９は、基地局と無線通信を行い、地上−車上間での通話やデータの伝送を実現するが、図１に示すように３台に限定されるものではなく、さらに多くの移動局がゾーンＺ１およびＺ２内に存在する場合もある。
【００１５】
基地局間境界８は、基地局１および２のそれぞれの無線エリア境界であり、ＬＣＸ４および５の終端部分とＬＣＸ６および７の終端部分との中間にある１０ｍ程度のエリアである。
【００１６】
図１において、ゾーン１に存在している移動局９が、ゾーン２の方向に移動する場合、基地局間境界８に近づくまでは、伝送速度の比較的速い変調方式Ａを使用するが、そのまま、基地局間境界８を通過すると、変調方式Ａでは電波干渉区間が長くなるため、何れの基地局からの信号も正しく受信できなくなる時間が長くなる。
【００１７】
例えばＴＣＰＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）のデータを扱う場合、一時的な通信遮断によりＡＣＫ（Acknowledgment）信号すら通らなくなりスループットが大幅に減少する。
【００１８】
本実施の形態では、これを防ぐため、移動局９が基地局間境界８付近に達すると、伝送速度の比較的遅い変調方式Ｃに切り替える構成を採用する。これにより伝送速度は多少遅くなるが、変調方式Ｃでは、所要Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）が小さいため電波干渉区間が短くなるので、通信遮断となる時間は大幅に減少し、ＴＣＰＩＰのデータの場合でもスループットの低下を抑えることができる。基地局間境界８を通過した後は、再び変調方式Ａに戻す。これは、他の移動局９９にも適用でき、また、ゾーンＺ２からゾーンＺ１方向に走行する移動局１０においても適用できる。なお、所要Ｃ／Ｎとは、正しく受信するために必要な搬送波（希望波）とノイズのレベル比のことである。ここで、正しく受信するとは、無線エリアにおいて誤りなく伝送できることを意味するが、ある程度正しく伝送できればシステムとしての運用はできるので、例えばＢＥＲ（BIT ERROR RATE）が１／１００００００以下（１×１０-6以下）という値で定義される場合もある。
【００１９】
図１においては、変調方式Ａを使用する領域を変調方式Ａ領域として示し、変調方式Ｃを使用する領域を変調方式Ｃ領域として示している。変調方式Ｃ領域は、基地局間境界８と、その近傍の領域とを含むように設定されている。
【００２０】
次に、図２を用いて基地局間境界付近における無線の電波干渉状態を説明する。図２においては、ゾーンＺ１に含まれるＬＣＸ４およびゾーンＺ２に含まれるＬＣＸ６を例示しており、ゾーンＺ１おけるＬＣＸ４の電波の電界強度特性を特性Ｅ１として示し、ゾーンＺ２おけるＬＣＸ６の電波の電界強度特性を特性Ｅ２として示している。
【００２１】
特性Ｅ１およびＥ２は、ＬＣＸの延在方向をＸ軸とし、Ｙ軸に電界強度を示しており、何れも、自らのゾーン内ではほぼ一定の電界強度を有し、基地局間境界に近づくにつれて電界強度が低下し始めるが、隣接するゾーンに入っても電界強度は急速に０となるのではなく、徐々に低下する特性となっている。このため、ＬＣＸ４およびＬＣＸ６からの電波が、それぞれ相手側の電波と干渉する区間（電波干渉区間）が存在している。
【００２２】
図２に示すように、ゾーンＺ１とゾーンＺ２の境目にあたる基地局間境界付近では、基地局１から移動局への下り信号および基地局２から移動局への下り信号が干渉し、移動局は下り信号を正しく受信できない。その電波干渉区間の長さは変調方式によって異なる。
【００２３】
例えば、高速の伝送速度に対応した「変調方式Ａ」では、信号を正しく受信するための所要Ｃ／Ｎは、変調方式Ｃと比較して大きい必要がある。このため、「変調方式Ａ」での電波干渉区間ＡＲは地点「Ａ」から地点「Ｂ」の間となる。一方、「変調方式Ｃ」では、所要Ｃ／Ｎが、変調方式Ａと比較すると小さくて済むので、「変調方式Ｃ」での電波干渉区間ＣＲは、地点「Ｆ」から地点「Ｇ」となり、電波干渉区間ＡＲよりも短いことが判る。
【００２４】
ここで、地点「Ａ」や地点「Ｆ」は、希望波（Ｄ波）と妨害波（Ｕ波）との比によって決定される。すなわち、ゾーンＺ１においてＬＣＸ４からの電波が希望波（Ｄ波）である場合、ゾーンＺ２からの電波は妨害波（Ｕ波）、つまりノイズとなる。ここで、ゾーンＺ１とゾーンＺ２との電界強度が等しくなる位置を地点「Ｃ」とすると、地点「Ｃ」では、Ｄ／Ｕ＝０ｄＢとなる。地点「Ｃ」から、図に向かって右方向、すなわち、ＬＣＸ４の電波の電界強度が高くなる方向へ移動すると、ＬＣＸ４の電波の電界強度は一定になる一方で、ＬＣＸ６の電波の電界強度は徐々に小さくなるので、例えば、Ｄ／Ｕ＝１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢ・・・、と徐々にＤ／Ｕが大きくなる。このＤ／Ｕと、各変調方式における所要Ｃ／Ｎとが一致する地点を、図２では、地点「Ａ」や地点「Ｆ」としている。
【００２５】
図２では、地点「Ａ」および「Ｂ」における電界強度の差Ｒ１を、変調方式Ａでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。また、地点「Ｆ」および「Ｇ」における電界強度の差Ｒ３を、変調方式Ｃでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。
【００２６】
ここで、変調方式の一例としては、例えば変調方式Ａは所要Ｃ／Ｎが３０ｄＢ程度の２５６ＱＡＭを使用し、変調方式Ｃは所要Ｃ／Ｎが１５ｄＢ程度のＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）を使用することが考えられる。また、ＱＰＳＫよりもさらに遅いＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）使用することも考えられる。なお、上記所要Ｃ／Ｎの値は一例であり、受信側の性能等により変化する。
【００２７】
図２より、図１に示した変調方式の切り替え地点は、地点「Ａ」や地点「Ｂ」となり、地点「Ａ」や地点「Ｂ」に達すると、「変調方式Ａ」から「変調方式Ｃ」への切り替えを行う。
【００２８】
このように切り替え地点を設定することで、電波干渉区間の影響を確実に排除できるとともに、遅い伝送速度で通信する区間が長くなり過ぎることを防止できる。
【００２９】
なお、変調方式の切り替え処理には多少の時間がかかるため、走行速度に応じて、切り替え処理時間の分だけ早めに切り替え処理に入ることが効率的である。切り替え処理時間の分だけ早めに切り替え処理を開始することで、実際の切り替えを、より適切なタイミングで行うことができる。
【００３０】
図３には、１つの無線フレームと、無線フレームを構成するタイムスロットの構成を示す。１つの基地局は複数の移動局と通信を行うため、フレームフォーマットは図３の（ａ）部に示すように時分割されて、複数のタイムスロットＳＬを有する構成となっている。このような構成を採ることで、例えば１つのタイムスロットでは移動局９（図１）と１対１で通信を行い、他のタイムスロットでは移動局９９（図１）と１対１で通信を行うことが可能となる。また、いくつかのタイムスロット、例えば先頭のタイムスロットは、基地局と移動局間の無線アクセスの制御用信号の授受に使われることがある。なお、ここでは無線通信に必要な同期ワードは割愛している。
【００３１】
図３において、１つのタイムスロットＳＬは、ヘッダ部分ＨＰとデータ部分ＤＰとに分かれており、ヘッダ部分ＨＰは、最も受信しやすい、すなわち所要Ｃ／Ｎが小さい変調方式、例えば変調方式Ｃを用いて送信されており、ここにデータ部分ＤＰの変調方式を指示する変調方式指示信号が含まれている。移動局の受信部では、タイムスロットＳＬのヘッダ部分ＨＰで指示された変調方式に従ってデータ部分を復調する。このデータ部分ＤＰの変調方式の指示を変更することで、基地局と移動局との通信において、変調方式を変更することができる。
【００３２】
＜移動局の装置構成＞
次に、図４を用いて移動局９の装置構成について説明する。なお、装置構成は移動局１０および９９においても同じである。
【００３３】
移動局９は、送信部９１、受信部９２および制御部９３を備えている。送信部９１および受信部９２にはフィルタや分波器、分配器、合成器を含んだ高周波部（図示せず）を有している。
【００３４】
受信部９２は、アンテナ２０４を介して受信した基地局からのタイムスロットのヘッダ部分に含まれる変調方式の指示信号に従い、適応復調部９２１においてデータ部分の復調処理を行う。制御部９３は受信部９２からの復調データを車両内の運転室や車掌室の操作盤などの各種端末２０１に伝送し、各種端末からの信号のデータを変調信号として送信部９１へ伝送する。また制御部９３は、位置や速度をリアルタイムで管理している車両装置２０２から、位置情報や速度情報を得て、変調方式の切り替えタイミングを検出し、送信部９１へ伝送するデータの中に、変調方式切替要求信号を含ませる。このため、制御部９３は、本列車無線システムにおいて基地局間境界における変調方式を切り替えるべき位置を「位置データ」として記憶している。
【００３５】
鉄道の場合、例えば、新幹線では、東京を起点とする線路の距離で設備の位置を管理しており、「ＸＸ駅−ＹＹ駅間の基地局間境界は１２３．４５６ｋｍ地点である」という情報や、変調方式の切り替え地点の情報が「位置データ」として記憶されている。従って、距離計などにより自車両が路線のどこを走行中なのかの情報をリアルタイムに取得していれば、自車両の速度情報と合わせて、変調方式を切り替えるべきタイミングを算出（検出）することができる。なお、「位置データ」としては距離情報に限定されるものではなく、緯度、経度などのデータでも良い。その場合、移動局はＧＰＳ（Global Positioning System）を搭載することで、自車両の現在位置の緯度、経度を取得できる構成とすれば良い。
【００３６】
送信部９１は、各種データとともに、変調方式切替要求信号をアンテナ２０３を介して基地局に対して送信する。
【００３７】
＜基地局の装置構成＞
次に、図５を用いて基地局１の装置構成について説明する。なお、装置構成は基地局２においても同じである。
【００３８】
基地局１は、送信部１１、受信部１２、制御部１３および高周波部１４を備えている。受信部１２は、ＬＣＸ４および５を介して受信した移動局からの信号を復調し、復調信号を制御部１３へ伝送する。なお、変調方式切替要求信号がある場合には、それも復調して制御部１３へ伝送する。
【００３９】
制御部１３は、移動局に送信すべき信号を変調信号として送信部１１に伝送するとともに、変調方式切替要求信号を受けた場合には、送信部１１に対して変調方式を指示する変調方式指示信号を伝送する。
【００４０】
送信部１１は、制御部１３からの変調方式指示に従い、タイムスロットのヘッダ部分に変調方式の指示信号を含ませ、データ部分は適応変調部１１１においてその変調方式で変調して、高周波部１４からＬＣＸ４および５を介して移動局へ送信する。高周波部１４は、フィルタや分波器、分配器、合成器などを含んでいる。
【００４１】
なお、制御部１３から送信部１１への変調方式の切り替えを指示する代わりに、制御部１３がタイムスロットのヘッダ部に直接に変調方式指示信号を含ませる構成としても良い。
【００４２】
なお、基地局１は、複数の移動局と同時に通信を行うため、制御部１３に含まれている移動局管理部１３１で各移動局と各タイムスロットの関連付けを随時行っている。
【００４３】
＜変調方式の切り替え処理＞
以上説明した、列車無線システムを採用した場合の基地局境界付近における変調方式の切り替え処理の流れを、図２〜図５を参照しつつ図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４４】
移動局９（図６では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認し（ステップＳ１）、自車両が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図２におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ２）。なお、検出周期は一定間隔でなくても良く、走行速度や位置情報により可変としても良い。
【００４５】
移動局９は制御部９３（図４）内に基地局間境界がどこにあるかの位置データを有しており、移動局９は、図２における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局１に対して変調方式Ｃへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ３）。
【００４６】
これを受けた基地局１は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ４）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界付近においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ５）。
【００４７】
移動局９は、変調方式を切り替えるべき位置より処理時間の分だけ手前の地点で変調方式切替要求信号を送信するので、基地局１から変調方式が変更されたタイムスロットのデータが送信されて来るタイミングは、移動局９が変調方式を切り替えるべき位置に達したタイミングと一致することとなる。そのため、変調方式を切り替えるべき位置より処理時間の分だけ手前の地点を検出する動作は、移動局９（自車両）が基地局間境界付近の所定位置に達するタイミングを検出する動作ということができる。
【００４８】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ６）。
【００４９】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認し（ステップＳ７）、自車両が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図２におけるＢ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ８）。
【００５０】
移動局９が地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局２に対して変調方式Ａへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ９）。
【００５１】
これを受けた基地局２は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ａに変更する（ステップＳ１０）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。
【００５２】
これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、地点「Ｂ」通過後、変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ１１）。基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【００５３】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【００５４】
上記説明では、ゾーンＺ１からゾーンＺ２に移動する移動局９を例に採って説明したが、逆方向に走行する移動局１０の場合は、地点「Ａ」と地点「Ｂ」、基地局１と基地局２とが逆の順番で説明されるだけであり、処理手順は同じである。
【００５５】
以上のように、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導の列車無線システムを採用することで、移動局が基地局間境界付近に到達するタイミングの検出の精度を高めることができる。
【００５６】
＜実施の形態２＞
以上説明した実施の形態１に係る列車無線システムは、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導のシステムであったが、実施の形態２に係る列車無線システムでは、基地局主導で変調方式を切り替える構成となっている。
【００５７】
＜移動局の装置構成＞
図７は、実施の形態２に係る列車無線システムを構成する移動局９の装置構成図である。なお、装置構成は移動局１０および９９においても同じである。
【００５８】
移動局９の構成は基本的には図４と同じであるが、制御部９３は「位置データ」を記憶する構成とはなっておらず、変調方式切替要求信号も出力せず、移動局に送信すべき信号のデータを変調信号として送信部９１に与える構成となっている。
【００５９】
＜基地局の装置構成＞
図８は、実施の形態２に係る列車無線システムを構成する基地局１の装置構成図である。なお、装置構成は基地局２においても同じである。
【００６０】
基地局１の構成は基本的に図５と同じであるが、制御部１３は、本列車無線システムにおいて基地局間境界における変調方式を切り替えるべき位置を「位置データ」として記憶している。
【００６１】
この「位置データ」には、東京を起点とする距離の情報や変調方式の切り替え地点の情報が記憶されていると言う点では、図４の移動局における「位置データ」と同じである。
【００６２】
制御部１３では、移動局９から周期的に送信されてくる位置情報によって、移動局９の存在位置をほぼリアルタイムに把握し、その位置の変化から速度を推測することで変調方式を切り替えるべきタイミングを算出することができる。
【００６３】
なお、移動局９から送信される位置情報は、距離情報に限定されるものではなく、移動局９に搭載されたＧＰＳにより取得された緯度、経度などのデータでも良い。その場合、「位置データ」には緯度、経度で表された変調方式を切り替えるべき位置の情報を含んでいるものとする。
【００６４】
基地局に位置データを記憶していることで、位置データに変更があった場合、中央装置（図１）等を介して容易に位置データの更新が可能となる。
【００６５】
＜変調方式の切り替え処理＞
以上説明した、列車無線システムを採用した場合の基地局境界付近における変調方式の切り替え処理の流れを、図２、図３、図７および図８を参照しつつ図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６６】
移動局９（図９では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図７）から周期的に位置情報を取得し、基地局１へ送信している。基地局１は、移動局９からの位置情報を確認することで移動局９の存在位置をほぼリアルタイムに把握する（ステップＳ１１）。そして、移動局９が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図２におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ１２）。すなわち、基地局１は制御部１３（図８）内に基地局間境界がどこにあるかの位置データを有しており、また移動局９の存在位置の変化から速度も推測できるため、移動局９が、図２における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達するタイミングを検出でき、そのタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ１３）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。
【００６７】
これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界付近においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ１４）。
【００６８】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ１５）。
【００６９】
基地局２は、移動局９からの位置情報を確認し（ステップＳ１６）、移動局９が所定の基地局間境界付近、すなわち図２における地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達したか否かを検出する（ステップＳ１７）。
【００７０】
そして、Ｂ地点に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ａに変更する（ステップＳ１８）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界外においては変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ１９）。
【００７１】
基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【００７２】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【００７３】
上記説明では、ゾーンＺ１からゾーンＺ２に移動する移動局９を例に採って説明したが、逆方向に走行する移動局１０の場合は、地点「Ａ」と地点「Ｂ」、基地局１と基地局２とが逆の順番で説明されるだけであり、処理手順は同じである。
【００７４】
＜実施の形態３＞
＜システム構成＞
以下、図１０〜図１２を用いて本発明に係る列車無線システムの実施の形態３について説明する。図１０は実施の形態３に係る列車無線システムの構成を示す概念図であり、図１を用いて説明した実施の形態１の列車無線システムよりも、より細かく変調方式を切り替えることを特徴としている。
【００７５】
図１０に示す列車無線システムにおいては、基地局間境界８では変調方式Ｃを使用し、基地局間境界８付近では変調方式Ｃよりも伝送速度が早く、変調方式Ａよりは伝送速度が遅い変調方式Ｂを使用することで、変調方式を段階的に切り替える構成を採用する。すなわち、移動局９が基地局間境界８付近に達すると、変調方式Ａから変調方式Ｂに切り替え、移動局が基地局間境界８に達すると変調方式Ｂから変調方式Ｃに切り替える構成を採用する。
【００７６】
これにより、伝送速度を段階的に変更することが可能となり、急激に伝送速度が変わることによる不具合を軽減することができる。
【００７７】
基地局間境界８を通過した後は、変調方式Ｂを経て変調方式Ａに戻す。これは、他の移動局９９にも適用でき、また、ゾーンＺ２からゾーンＺ１方向に走行する移動局１０においても適用できる。
【００７８】
図１０においては、変調方式Ａを使用する領域を変調方式Ａ領域として示し、変調方式Ｂを使用する領域を変調方式Ｂ領域として示し、変調方式Ｃを使用する領域を変調方式Ｃ領域として示している。変調方式Ｃ領域は、基地局間境界８のほぼ中央部の領域に設定されている。
【００７９】
なお、移動局および基地局の構成は、それぞれ図４および図５を用いて説明した構成と同じであり、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導のシステムである。
【００８０】
次に、図１１を用いて基地局間境界付近における無線の電波干渉状態を説明する。図１においては、ゾーンＺ１に含まれるＬＣＸ４およびゾーンＺ２に含まれるＬＣＸ６を例示しており、ゾーンＺ１おけるＬＣＸ４の電波の電界強度特性を特性Ｅ１として示し、ゾーンＺ２おけるＬＣＸ６の電波の電界強度特性を特性Ｅ２として示している。
【００８１】
特性Ｅ１およびＥ２は、ＬＣＸの延在方向をＸ軸とし、Ｙ軸に電界強度を示しており、何れも、自らのゾーン内では一定の電界強度を有し、基地局間境界に近づくにつれて電界強度が低下し始めるが、隣接するゾーンに入っても電界強度は急速に０となるのではなく、徐々に低下する特性となっている。このため、ＬＣＸ４およびＬＣＸ６からの電波が、それぞれ相手側の電波と干渉する電波干渉区間が存在している。
【００８２】
電波干渉区間の長さは変調方式によって異なり、例えば、高速の伝送速度に対応した「変調方式Ａ」では、信号を正しく受信するための所要Ｃ／Ｎは、変調方式ＢおよびＣと比較して大きい必要がある。このため、「変調方式Ａ」での電波干渉区間ＡＲは地点「Ａ」から地点「Ｂ」の間となる。一方、「変調方式Ｂ」では、所要Ｃ／Ｎが、変調方式Ａと比較すると小さくて済むので、「変調方式Ｂ」での電波干渉区間ＢＲは、地点「Ｄ」から地点「Ｅ」となり、電波干渉区間ＡＲよりも短いことが判る。また、「変調方式Ｃ」では、所要Ｃ／Ｎが、変調方式Ｂよりも小さくて済むので、「変調方式Ｃ」での電波干渉区間ＣＲは、地点「Ｄ」から地点「Ｅ」となり、電波干渉区間ＢＲよりも短いことが判る。
【００８３】
図１１では、地点「Ａ」および「Ｂ」における電界強度の差Ｒ１を、変調方式Ａでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。また、地点「Ｄ」および「Ｅ」における電界強度の差Ｒ２を、変調方式Ｂでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示し、地点「Ｆ」および「Ｇ」における電界強度の差Ｒ３を、変調方式Ｃでの所要Ｃ／Ｎとして模式的に示している。
【００８４】
図１１より、図１０に示した変調方式の第１の切り替え地点は、地点「Ａ」や地点「Ｂ」となり、地点「Ａ」や地点「Ｂ」に達すると、「変調方式Ａ」から「変調方式Ｂ」への切り替えを行う。また、変調方式の第２の切り替え地点は、地点「Ｄ」や地点「Ｅ」となり、地点「Ｄ」や地点「Ｂ」に達すると、「変調方式Ｂ」から「変調方式Ｃ」への切り替えを行う。
【００８５】
ここで、変調方式の一例としては、例えば変調方式Ａは所要Ｃ／Ｎが３０ｄＢ程度の２５６ＱＡＭを使用し、変調方式Ｂは所要Ｃ／Ｎが２５ｄＢ程度の６４ＱＡＭあるいは所要Ｃ／Ｎが２０ｄＢ程度の１６ＱＡＭを使用し、変調方式Ｃは所要Ｃ／Ｎが１５ｄＢ程度のＱＰＳＫを使用することが考えられる。なお、上記所要Ｃ／Ｎの値は一例であり、受信側の性能等により変化する。
【００８６】
変調方式Ａとして２５６ＱＡＭを使用した場合、基地局間境界外においては、２５６ＱＡＭを使用することで伝送速度が早くなり、通信の品質を高めることができる。
【００８７】
＜変調方式の切り替え処理＞
以上説明した、列車無線システムを採用した場合の基地局境界付近における変調方式の切り替え処理の流れを、図３〜図５および図１１を参照しつつ図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００８８】
移動局９（図１２では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認し（ステップＳ２１）、自車両が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図１１におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ２２）。なお、検出周期は一定間隔でなくても良く、走行速度や位置情報により可変としても良い。
【００８９】
移動局９は、図１１における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局１に対して変調方式Ｂへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ２３）。
【００９０】
これを受けた基地局１は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｂに変更する（ステップＳ２４）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界付近においては変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ２５）。
【００９１】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認しており（ステップＳ２６）、自車両が存在している位置が基地局間境界内、すなわち図１１におけるＤ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ２７）。
【００９２】
移動局９は、図１１における地点「Ｄ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると、基地局１に対して変調方式Ｃへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ２８）。
【００９３】
これを受けた基地局１は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ２９）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界内においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ３０）。
【００９４】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ３１）。
【００９５】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認しており（ステップＳ３２）、移動局９がさらに移動して地点「Ｅ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると（ステップＳ３３）、基地局２に対して変調方式Ｂへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ３４）。
【００９６】
これを受けた基地局２は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみ変調方式Ｂに変更する（ステップＳ３５）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。
【００９７】
これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、地点「Ｅ」通過後、変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ３６）。
【００９８】
移動局９は、車両装置２０２（図４）から周期的に位置情報を確認しており（ステップＳ３７）、移動局９がさらに移動して地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達すると（ステップＳ３８）、基地局２に対して変調方式Ａへの切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信する（ステップＳ３９）。
【００９９】
これを受けた基地局２は、移動局９との間で使用しているタイムスロットのみ変調方式Ａに変更する（ステップＳ４０）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。
【０１００】
これにより、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、地点「Ｂ」通過後、変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ４１）。
【０１０１】
基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【０１０２】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【０１０３】
上記においては、３つの変調方式を切り替える例を示したが、変調方式Ｃよりも所要Ｃ／Ｎの小さい変調方式が使える場合は、図１１の地点「Ｆ」から「Ｇ」の区間を当該変調方式で通信するものとし、地点「Ａ」と「Ｆ」との間に地点「Ｄ」以外の新たな地点を設定し、また地点「Ｂ」と「Ｇ」との間に地点「Ｅ」以外の新たな地点を設定することで、４つの変調方式を切り替える構成としても良く、さらに変調方式があるのであれば、５段階以上の切り替えを行うようにしても良い。
【０１０４】
＜実施の形態４＞
以上説明した実施の形態３に係る列車無線システムは、移動局から基地局に対して変調方式の切り替え要求を行う移動局主導のシステムであったが、実施の形態２と同様に、基地局主導で変調方式を切り替える構成としても良い。
【０１０５】
なお、移動局および基地局の構成は、それぞれ図７および図８を用いて説明した構成と同じであり、基地局主導で変調方式の切り替えを行う。
【０１０６】
＜変調方式の切り替え処理＞
基地局主導で変調方式の切り替えを行う列車無線システムを採用した場合の、多段階で変調方式の切り替えを行う処理の流れを、図３、図７、図８および図１１、を参照しつつ図１３に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１０７】
移動局９（図１３では単に移動局と記載）は、車両装置２０２（図７）から周期的に位置情報を取得し、基地局１へ送信している。基地局１は、移動局９からの位置情報を確認することで移動局９の存在位置をほぼリアルタイムに把握する（ステップＳ５１）。
【０１０８】
そして、移動局９が存在している位置が所定の基地局間境界付近、すなわち図１１におけるＡ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ５２）。すなわち、基地局１は制御部１３（図８）内に基地局間境界がどこにあるかの位置データを有しており、また移動局９の存在位置の変化から速度も推測できるため、移動局９が、図１１における地点「Ａ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達するタイミングを検出でき、そのタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｂに変更する（ステップＳ５３）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。なお、ヘッダ部分ＨＰは常に変調方式Ｃで変調している。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、図１１のＡＤ間やＥＢ間においては変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ５４）。
【０１０９】
基地局１は、周期的に移動局９からの位置情報を確認しており（ステップＳ５５）、移動局９が移動して、車両が存在している位置が基地局間境界内、すなわち図１１におけるＤ地点に到達したか否かを検出する（ステップＳ５６）。
【０１１０】
そして、図１１における地点「Ｄ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｃに変更する（ステップＳ５７）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｃを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｃで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界内においては変調方式Ｃで通信を行うこととなる（ステップＳ５８）。
【０１１１】
移動局９が移動して、地点「Ｃ」でゾーンＺ１からゾーンＺ２へ移るが（基地局１から基地局２にハンドオーバーするが）、基地局２から移動局９への通信（下り方向）は、変調方式Ｃを維持している（ステップＳ５９）。
【０１１２】
基地局２は、周期的に移動局９からの位置情報を確認しており（ステップＳ６０）、移動局９がさらに移動して地点「Ｅ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達したか否かを検出する（ステップＳ６１）。
【０１１３】
そして、Ｅ地点に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ｂに変更する（ステップＳ６２）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ｂを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ｂで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、図１１のＡＤ間やＥＢ間においては変調方式Ｂで通信を行うこととなる（ステップＳ６３）。
【０１１４】
基地局２は、周期的に移動局９からの位置情報を確認しており（ステップＳ６４）、移動局９がさらに移動して、所定の基地局間境界付近、すなわち図１１における地点「Ｂ」（正確には処理時間の分だけ手前の地点）に到達したか否かを検出する（ステップＳ６５）。
【０１１５】
そして、Ｂ地点に到達するタイミングに合わせて移動局９との間で使用しているタイムスロットのみを変調方式Ａに変更する（ステップＳ６６）。具体的には、移動局９へ送信するタイムスロットのヘッダ部分ＨＰ（図３）に変調方式Ａを指示する変調方式指示信号を含ませ、データ部分ＤＰ（図３）を変調方式Ａで変調して送信する。これにより、基地局１から移動局９への通信（下り方向）は、基地局間境界外においては変調方式Ａで通信を行うこととなる（ステップＳ６７）。
【０１１６】
基地局間境界を通過した後は、伝送速度の速い通信に戻ることで、列車無線システム全体の伝送速度の高速化を妨げることがない。
【０１１７】
変調方式Ａに変更した後は、次の基地局間境界付近に達するまで変調方式Ａを維持する。
【０１１８】
上記説明では、ゾーンＺ１からゾーンＺ２に移動する移動局９を例に採って説明したが、逆方向に走行する移動局１０の場合は、地点「Ａ」と地点「Ｂ」、基地局１と基地局２とが逆の順番で説明されるだけであり、処理手順は同じである。
【０１１９】
また、上記においては、３つの変調方式を切り替える例を示したが、変調方式Ｃよりも所要Ｃ／Ｎの小さい変調方式が使える場合は、図１１の地点「Ｆ」から「Ｇ」の区間を当該変調方式で通信するものとし、地点「Ａ」と「Ｆ」との間に地点「Ｄ」以外の新たな地点を設定し、また地点「Ｂ」と「Ｇ」との間に地点「Ｅ」以外の新たな地点を設定することで、４つの変調方式を切り替える構成としても良く、さらに変調方式があるのであれば、５段階以上の切り替えを行うようにしても良い。
【符号の説明】
【０１２０】
１，２ 基地局、４〜７ ＬＣＸ、８ 基地局間境界、９，１０，９９ 移動局。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、各ゾーンに含まれる基地局と前記移動局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行う列車無線システムであって、
前記基地局は、
前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、前記基地局から前記移動局への通信を、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えて行うことを特徴とする、列車無線システム。
【請求項２】
前記移動局は、
前記列車から取得した前記列車の位置情報および速度情報と、自らが保持する前記基地局間境界の位置データとに基づいて、前記列車が前記第１の地点に達するタイミングを検出し、該タイミングに合わせて、前記基地局が前記第１の変調方式から前記第２の変調方式に通信切り替えて送信を行うように前記基地局に対して前記第２の変調方式への切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信し、
前記基地局は、
前記移動局からの前記変調方式切替要求信号を受けて、前記移動局に送信する送信信号のヘッダ部分に、前記送信信号のデータ部分の変調方式が前記第２の変調方式であることを指示する変調方式指示信号を含ませ、前記データ部分を前記第２の変調方式で変調して前記移動局に送信する、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項３】
前記移動局は、
前記列車から周期的に取得した前記列車の位置情報を前記基地局に送信し、
前記基地局は、
前記移動局からの前記位置情報と、自らが保持する前記基地局間境界の位置データとに基づいて、前記列車が前記第１の地点に達するタイミングを検出し、該タイミングに合わせて、前記移動局に送信する送信信号のヘッダ部分に、前記送信信号のデータ部分の変調方式が、前記第２の変調方式であることを指示する変調方式指示信号を含ませ、前記データ部分を前記第２の変調方式で変調して前記移動局に送信する、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項４】
前記基地局は、
前記移動局への通信を、前記第１の変調方式から前記第２の変調方式に切り替えた後、前記第１の地点に相対する第２の地点に達した後は、前記基地局から前記移動局への通信を、前記第１の変調方式に切り替えて行う、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項５】
前記基地局は、
前記移動局への通信を、前記第１の変調方式から前記第２の変調方式に切り替えた後、前記第２の地点に達する前に、少なくとも１回、前記第２の変調方式よりもさらに伝送速度の遅い変調方式に切り替える、請求項４記載の列車無線システム。
【請求項６】
前記第１の変調方式は、２５６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭおよびＱＰＳＫの中から選択される、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項７】
前記第１および第２の地点は、
前記基地局からの通信に、前記第１の変調方式を適用した場合に、互いに隣接するゾーンの電界が干渉し合う電波干渉区間の両端位置に相当する、請求項４記載の列車無線システム。
【請求項８】
移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、各ゾーンに含まれる基地局であって、
前記基地局は、前記移動局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行い、前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えて前記基地局から前記移動局への通信を行うことを特徴とする、基地局。
【請求項９】
列車に搭載された移動局であって、
前記移動局は、
前記移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、前記移動局は各ゾーンに含まれる基地局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行い、
前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、前記基地局から前記移動局への通信が、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えられた場合に、それに合わせて変調方式を変更することを特徴とする、移動局。
【請求項１】
移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、各ゾーンに含まれる基地局と前記移動局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行う列車無線システムであって、
前記基地局は、
前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、前記基地局から前記移動局への通信を、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えて行うことを特徴とする、列車無線システム。
【請求項２】
前記移動局は、
前記列車から取得した前記列車の位置情報および速度情報と、自らが保持する前記基地局間境界の位置データとに基づいて、前記列車が前記第１の地点に達するタイミングを検出し、該タイミングに合わせて、前記基地局が前記第１の変調方式から前記第２の変調方式に通信切り替えて送信を行うように前記基地局に対して前記第２の変調方式への切り替えを要求する変調方式切替要求信号を送信し、
前記基地局は、
前記移動局からの前記変調方式切替要求信号を受けて、前記移動局に送信する送信信号のヘッダ部分に、前記送信信号のデータ部分の変調方式が前記第２の変調方式であることを指示する変調方式指示信号を含ませ、前記データ部分を前記第２の変調方式で変調して前記移動局に送信する、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項３】
前記移動局は、
前記列車から周期的に取得した前記列車の位置情報を前記基地局に送信し、
前記基地局は、
前記移動局からの前記位置情報と、自らが保持する前記基地局間境界の位置データとに基づいて、前記列車が前記第１の地点に達するタイミングを検出し、該タイミングに合わせて、前記移動局に送信する送信信号のヘッダ部分に、前記送信信号のデータ部分の変調方式が、前記第２の変調方式であることを指示する変調方式指示信号を含ませ、前記データ部分を前記第２の変調方式で変調して前記移動局に送信する、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項４】
前記基地局は、
前記移動局への通信を、前記第１の変調方式から前記第２の変調方式に切り替えた後、前記第１の地点に相対する第２の地点に達した後は、前記基地局から前記移動局への通信を、前記第１の変調方式に切り替えて行う、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項５】
前記基地局は、
前記移動局への通信を、前記第１の変調方式から前記第２の変調方式に切り替えた後、前記第２の地点に達する前に、少なくとも１回、前記第２の変調方式よりもさらに伝送速度の遅い変調方式に切り替える、請求項４記載の列車無線システム。
【請求項６】
前記第１の変調方式は、２５６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭおよびＱＰＳＫの中から選択される、請求項１記載の列車無線システム。
【請求項７】
前記第１および第２の地点は、
前記基地局からの通信に、前記第１の変調方式を適用した場合に、互いに隣接するゾーンの電界が干渉し合う電波干渉区間の両端位置に相当する、請求項４記載の列車無線システム。
【請求項８】
移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、各ゾーンに含まれる基地局であって、
前記基地局は、前記移動局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行い、前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えて前記基地局から前記移動局への通信を行うことを特徴とする、基地局。
【請求項９】
列車に搭載された移動局であって、
前記移動局は、
前記移動局を搭載した列車の走行路に対応させて無線エリアであるゾーンが複数設定され、前記移動局は各ゾーンに含まれる基地局との間で漏洩同軸ケーブルを介して無線通信を行い、
前記移動局が基地局間境界付近の第１の地点に達した場合に、前記基地局から前記移動局への通信が、これまでに適用していた第１の変調方式よりも伝送速度の遅い第２の変調方式に切り替えられた場合に、それに合わせて変調方式を変更することを特徴とする、移動局。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６０８０６（Ｐ２０１２−１６０８０６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５１５（Ｐ２０１１−１７５１５）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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