説明

無線通信システム

【課題】移動局無線装置の故障を事前に検出できる無線通信システムを提供する。
【解決手段】移動局無線部を有する移動局と、基地局無線部を有し移動局と無線信号で接続される基地局と、基地局と信号接続され移動局の状態を監視する監視装置とを備え、基地局無線部は移動局無線部に対し所定のタイミングでポーリング信号を送信し、移動局無線部はポーリング信号への応答として基地局無線部に対し所定のタイミングでポーリング応答信号を送信する無線通信システムにおいて、基地局は、移動局に対しポーリング信号を送信した後、移動局からのポーリング応答信号を受信するタイミングにおいて、移動局からの電波の受信電界強度を測定して、該測定した受信電界強度情報を監視装置へ送信し、監視装置は、基地局から受信した受信電界強度情報に基づき、移動局無線部の状態が正常であるか否かを判断する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動局と基地局との間で無線通信を行う無線通信システムに関わり、特に、移動局に搭載される無線装置の故障を事前に検出することのできる無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の無線通信システム、例えば、列車に搭載された移動局である車上局と基地局との間で無線通信を行う列車無線システムにおいては、車上局に設置されている無線装置と基地局に設置されている無線装置の間で、列車運行中の運行情報などの伝送を行っており、この運行情報などのデータを、基地局に接続されている中央装置へ送信し、中央装置内の運行管理システムにより、列車の運行監視等を行っている。運行情報には、列車の運行番号や運行時刻や走行中の線路情報等が含まれている。
【0003】
車上局と基地局の間で運行情報を交信するために、例えば、基地局からのポーリング信号と車上局からのポーリング応答信号が用いられる。基地局からのポーリング信号には、列車の運行番号や走行中の線路情報や運行時刻情報や車上局のID番号(識別番号)や緊急停止指令情報等が含まれる。車上局からのポーリング応答信号には、列車の運行番号や時刻情報や車上局のID番号等が含まれる。
【0004】
例えば、車上局無線装置が故障したため、基地局からのポーリング信号を受信できなくなり、その状態が一定時間継続した場合、安全確保のため、車上局はその列車に非常ブレーキをかけて緊急停止させるように制御する。また、例えば、車上局からのポーリング応答信号の信号レベルが不足するなどにより、基地局においてポーリング応答信号を受信できなくなり、その状態が一定時間継続した場合、基地局はポーリング信号の送信を停止し、その結果、安全確保のため、車上局はその列車を緊急停止させている。
【0005】
このように、従来の列車無線システムにおいては、車上局無線装置が故障するだけで列車を緊急停止させることになるため、車上局無線装置の故障を事前に検出できる技術が望まれている。
【0006】
下記の特許文献1には、基地局からのポーリング信号に対し、移動局(列車)からの列車運行情報を含むポーリング応答信号が複数回受信できない場合に、列車を緊急停止させる無線通信システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2008−103872号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、移動局無線装置の故障を事前に検出できる無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するための、本願発明の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
移動局無線部を有する移動局と、基地局無線部を有し前記移動局と無線信号で接続される基地局と、前記基地局と信号接続され前記移動局の状態を監視する監視装置とを備え、前記基地局無線部は前記移動局無線部に対し所定のタイミングでポーリング信号を送信し、前記移動局無線部は前記ポーリング信号への応答として前記基地局無線部に対し所定のタイミングでポーリング応答信号を送信する無線通信システムであって、
前記基地局は、前記移動局に対しポーリング信号を送信した後、前記移動局からのポーリング応答信号を受信するタイミングにおいて、前記移動局からの電波の受信電界強度を測定して、該測定した受信電界強度情報を前記監視装置へ送信し、
前記監視装置は、前記基地局から受信した受信電界強度情報に基づき、前記移動局無線部の状態が正常であるか否かを判断することを特徴とする無線通信システム。
【0010】
なお、上記発明は、
前記無線通信システムが、前記基地局と信号接続され前記移動局の運行管理を行う中央装置を備え、前記監視装置が、前記中央装置を介して前記基地局と信号接続され前記移動局の状態を監視する構成も含むものである。
また、上記発明は、
前記監視装置と前記中央装置と前記基地局のいずれか又は全てが、適宜、一体となる構成も含むものである。
【発明の効果】
【0011】
本願発明によれば、移動局無線部の故障を事前に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。
【図2】本発明の実施形態における車上局の構成例を示す図である。
【図3】本発明の実施形態における基地局の構成例を示す図である。
【図4】本発明の実施形態における中央装置の構成例を示す図である。
【図5】本発明の実施形態における監視装置の構成例を示す図である。
【図6】本発明の実施形態におけるポーリング信号とポーリング応答信号の構成例を示す図である。
【図7】本発明の実施形態における受信レベル監視方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の実施形態における無線通信システムについて、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態における無線通信システムである列車無線システムの構成例を示す図である。
図1において、10は、移動局としての車上局であり、列車に搭載されている。20は、車上局10と無線信号で接続された基地局であり、列車の線路に沿って複数設置されている。30は、基地局20と有線信号で接続され、車上局10の運行管理を行う中央装置(統制局ともいう)30である。40は、中央装置30と有線信号で接続され、車上局10の状態を監視する監視装置であり、例えばパーソナルコンピュータ(PC)で構成することができる。
【0014】
車上局10の構成例を、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態における車上局の構成例を示す図である。図2に示すように、車上局10は、基地局20との間で電波を送受信するための車上局アンテナ16、車上局制御部11からの送信データを変調し変調された無線信号を車上局アンテナ16を介して周波数f2で基地局20へ送信する車上局送信部13、車上局アンテナ16を介して基地局20から受信した周波数f1の無線信号を復調し受信データとして車上局制御部11へ入力する車上局受信部14、車上局送信部13と車上局アンテナ16が接続、又は車上局受信部14と車上局アンテナ16が接続されるよう切り替える切替器15、車上局記憶部12、上述した車上局10の各構成部を制御する車上局制御部11を備える。
車上局送信部13と車上局受信部14と切替器15と車上局アンテナ16から車上局無線部が構成される。
【0015】
車上局制御部11は、当該車上局10の運行中における故障等の装置状態やポーリングの受信や応答の記録であるログ情報を作成し、車上局記憶部12に格納する。ログ情報は、ポーリング信号の受信時刻やポーリング応答信号の送信時刻を含み、さらに、(1)基地局20からポーリング信号を受信しポーリング応答信号を送信したことを示す正常状態情報、(2)基地局20からポーリング信号を受信できなかったことを示す異常状態情報、(3)受信した情報をポーリング信号として認識できずポーリング応答信号を返さなかったことを示す異常状態情報を含む。
車上局制御部11は、ハードウエア構成としては、CPU(Central Processing Unit)を備えており、CPUは車上局記憶部12に格納された動作プログラムに従って動作する。
【0016】
車上局記憶部12は、半導体メモリやハードディスク等の磁気メモリで構成され、車上局制御部11のCPUの動作プログラムや、後述するポーリング応答信号のフォーマットや、ポーリング応答信号の送信タイミングや、列車の運行番号や、当該車上局10のID番号や、上述した当該車上局10のログ情報等を格納している。
車上局記憶部12に格納されたログ情報は、当該車上局10の運行停止中、例えば車庫などに帰ってから、専用装置や専用伝送路を用いて収集され、監視装置40の監視装置記憶部42に格納される。
【0017】
基地局20の構成例を、図3を用いて説明する。図3は、本実施形態における基地局の構成例を示す図である。図3に示すように、基地局20は、車上局10との間で電波を送受信するための基地局アンテナ26、基地局制御部21からの送信データを変調し変調された無線信号を基地局アンテナ26を介して周波数f1で車上局10へ送信する基地局送信部23、基地局アンテナ26を介して車上局10から受信した周波数f2の無線信号を復調し受信データとして基地局制御部21へ入力する基地局受信部24、基地局送信部23又は基地局受信部24と基地局アンテナ26を接続する共用器25、中央装置30との間で信号を送受信するIF(インタフェース)部27、基地局記憶部22、上述した基地局20の各構成部を制御する基地局制御部21を備える。
基地局送信部23と基地局受信部24と共用器25と基地局アンテナ26から基地局無線部が構成される。
基地局制御部21は、ハードウエア構成としては、CPUを備えており、CPUは基地局記憶部22に格納された動作プログラムに従って動作する。
基地局記憶部22は、半導体メモリやハードディスク等の磁気メモリで構成され、基地局制御部21のCPUの動作プログラムや、後述するポーリング信号のフォーマットや、ポーリング信号の送信タイミングや、列車の運行番号や、送信先の車上局10のID番号や、測定した受信電界強度情報等を格納している。受信電界強度の測定については後述する。
【0018】
中央装置30の構成例を、図4を用いて説明する。図4は、本実施形態における中央装置の構成例を示す図である。図4に示すように、中央装置30は、基地局20との間で信号を送受信する基地局IF(インタフェース)部33、監視装置40との間で信号を送受信する監視IF(インタフェース)部34、中央装置記憶部32、上述した中央装置30の各構成部を制御する中央装置制御部31を備える。
中央装置制御部31は、ハードウエア構成としては、CPUを備えており、CPUは中央装置記憶部32に格納された動作プログラムに従って動作する。
中央装置記憶部32は、半導体メモリやハードディスク等の磁気メモリで構成され、中央装置制御部31のCPUの動作プログラムや、基地局20から受信した後述する受信電界強度情報等を格納している。
【0019】
監視装置40の構成例を、図5を用いて説明する。図5は、本実施形態における監視装置の構成例を示す図である。図5に示すように、監視装置40は、中央装置30との間で信号を送受信する中央装置IF(インタフェース)部43、操作者からの操作や入力を受け付ける操作部44、操作部44から入力されたデータや監視情報等の各種情報を表示する表示部45、監視装置記憶部42、上述した監視装置40の各構成部を制御する監視装置制御部41を備える。
監視装置制御部41は、ハードウエア構成としては、CPUを備えており、CPUは監視装置記憶部42に格納された動作プログラムに従って動作する。
監視装置記憶部42は、半導体メモリやハードディスク等の磁気メモリで構成され、監視装置制御部41のCPUの動作プログラムや、中央装置30から受信した後述する受信電界強度情報等を格納している。
操作部44は、例えばキーボードやタッチパネル、マウス等により構成される。表示部45は、例えばLCD等により構成される。
【0020】
次に、本実施形態の無線通信システムの動作について説明する。
中央装置30は、車上局10の運行管理を行う運行管理システムを備え、該運行管理システムにより列車の運行監視等を行っており、基地局20を介して車上局10との交信を行う。例えば、中央装置30は、列車運行情報として、列車の運行番号や走行中の線路情報や運行時刻情報や車上局10のID番号(識別番号)や緊急停止指令情報等を、基地局20を介して車上局10へ送信する。車上局10は、列車運行情報として、列車の運行番号や位置情報や時刻情報や車上局10のID番号や車上局無線部の動作状態(正常動作、故障等)等の情報を、基地局20を介して中央装置30へ送信する。
【0021】
基地局20は、車上局10に対し、周期的に所定のタイミングで周波数f1のポーリング信号を送信しており、このポーリング信号により、中央装置30から受信した列車運行情報を、車上局10へ送信する。また、車上局10は、ポーリング信号への応答として、基地局20に対し所定のタイミングで周波数f2のポーリング応答信号を送信しており、このポーリング応答信号により列車運行情報を、基地局20を介して中央装置30へ送信する。
【0022】
図6に、ポーリング信号とポーリング応答信号の構成例を示す。図6(a)は基地局20から送信されるポーリング信号の構成例であり、図6(b)は車上局10から送信されるポーリング応答信号の構成例である。
図6(a)に示すように、ポーリング信号は、受信側で同期をとるためのビット同期部61(80ビット)およびフレーム同期部62(31ビット)と、データ部63(116ビット)で構成される。データ部には、このポーリング信号のあて先であるポーリング対象の列車の運行番号(1バイト)や、ポーリング要求指示(1バイト)や、車上局10のID番号や、運行時刻情報や、誤り検出用のデータであるCRC(Cyclic Redundancy Check)等が含まれている。
【0023】
図6(b)に示すように、ポーリング応答信号は、受信側で同期をとるためのビット同期部65(80ビット)およびフレーム同期部66(31ビット)と、データ部67(132ビット)で構成される。データ部には、このポーリング応答信号を出力した列車の運行番号(1バイト)や、車上局10のID番号や、列車上の各種装置のON/OFF情報や、車両モニタ情報である列車位置情報や列車故障情報や、誤り検出用のデータであるCRC(Cyclic Redundancy Check)が含まれている。
【0024】
基地局20は、中央装置30から列車運行情報を含むポーリング指示情報を受信すると、車上局10へポーリング信号を送信し、車上局10からポーリング応答信号を受信すると、中央装置30へ第1のポーリング応答情報を送信する。この第1のポーリング応答情報には、車上局10へ送信したポーリング信号の送信時刻や、車上局10からのポーリング応答信号の受信時刻や、ポーリング応答信号を出力した列車の運行番号(1バイト)や、車上局10のID番号や、車上局無線部の動作状態を示す情報であるポーリング応答信号の受信電界強度情報(2バイト)や、その他の車上局10からのポーリング応答信号内の応答データが含まれる。
【0025】
また、基地局20は、車上局10からポーリング応答信号を受信できなかった場合も、上述した第1のポーリング応答情報を中央装置30へ送信する。この場合の第1のポーリング応答情報には、車上局10へ送信したポーリング信号の送信時刻や、車上局10からのポーリング応答信号の受信予定時刻や、ポーリング無応答(ポーリング応答信号不検出)であった旨の情報や、ポーリング応答信号を出力するはずだった列車の運行番号や、車上局10のID番号や、ポーリング応答信号の受信タイミングにおける受信電界強度情報(2バイト)が含まれる。
【0026】
基地局20は、車上局10からポーリング応答信号を受信するタイミングを基地局記憶部22から読み出し、この読み出したタイミングにおいて、車上局10からの周波数f2の電波の受信レベル、つまり受信電界強度を測定するように構成されており、該測定した受信電界強度の情報を第1のポーリング応答情報に含めて、中央装置30へ送信する。このとき、基地局20は、車上局10からポーリング応答信号が送信されなかったか、あるいは、車上局10からのポーリング応答信号の強度が小さかった等の理由により、車上局10からポーリング応答信号を正常に受信できなかった場合も、ポーリング応答信号を受信するタイミングにおいて、周波数f2の受信電界強度を測定する。測定した受信電界強度データは、AD(アナログ−デジタル)変換を行い、基地局20の基地局記憶部22に格納する。
【0027】
図7を用いて、基地局20が受信電界強度を測定するタイミングを説明する。図7は、本実施形態における受信レベル監視、すなわち受信電界強度監視を説明する図である。図7に示すように、基地局20は、ポーリング信号71を送信した後、所定の時間経過後に、車上局10からポーリング応答信号72を受信し、所定のタイミング73で受信電界強度の測定を開始し、所定の時間74の間、受信電界強度の測定を複数回繰り返し、該複数回の測定結果を平均して中央装置30への報告値とする。
この所定のタイミング73は、例えば、ポーリング応答信号72におけるフレーム同期部66に続くデータ部67の先頭の受信のタイミングであり、又は、ポーリング信号71の送信完了から車上局10が応答を開始し無線出力が安定するまでのタイミングであって例えば145ms程度経過後(図7の75)のタイミングである。また、所定の時間74は、例えば100msであり、この間、10ms周期で受信電界強度の測定を繰り返す。
【0028】
中央装置30は、基地局20から第1のポーリング応答情報を受信すると、該受信した第1のポーリング応答情報に現在時刻情報を付加した第2のポーリング応答情報を作成し、監視装置40へ送信する。つまり、中央装置30は、ポーリング周期ごとに、第2のポーリング応答情報を監視装置40へ送信する。
この第2のポーリング応答情報には、第1のポーリング応答情報と同様に、車上局10へ送信したポーリング信号の送信時刻や、車上局10からのポーリング応答信号の受信時刻や、ポーリング応答信号を出力した列車の運行番号や、車上局10のID番号や、ポーリング応答信号の受信電界強度情報や、その他のポーリング応答信号内の応答データが含まれる。
【0029】
監視装置40は、中央装置30から受信した第2のポーリング応答情報を、監視装置記憶部42に格納するとともに、車上局10毎に受信電界強度情報を調査して、車上局無線部の状態が正常であるか否かを判断し、正常でない車上局10、つまり、該車上局無線部から受信した受信電界強度が所定の受信電界強度未満である車上局10のID番号を抽出する。このようにして、監視装置40は、故障している、あるいは故障しかけている車上局10の無線部についての情報を、監視装置40の表示部45に表示することにより、従来よりも事前の段階で、保守員に対し通知することができる。
【0030】
あるいは、監視装置40は、中央装置30から受信した第2のポーリング応答情報を、監視装置記憶部42に格納されたログ情報と比較し、車上局10ごとに受信状況と受信電界強度を集計することもできる。これにより、車上局無線部が完全に故障する前の段階で、例えば時々故障が発生しているような状態において、車上局10がポーリング信号を受信できてないのか、あるいは、基地局20が車上局10からのポーリング応答信号を受信できてないのか等を調べることができる。
第2のポーリング応答情報には、上述したように、車上局10へ送信したポーリング信号の送信時刻や、車上局10からのポーリング応答信号の受信時刻や、中央装置30で付加された時刻情報や、ポーリング応答信号を出力した列車の運行番号や、車上局10のID番号や、ポーリング応答信号の受信電界強度情報や、その他のポーリング応答信号内の応答データが含まれている。
【0031】
具体的には、監視装置40は、ログ情報と比較し例えば以下のケース1〜3により故障判断を行う。
(ケース1)
上述したログ情報のうち、(1)基地局20からポーリング信号を受信しポーリング応答信号を送信したことを示す正常状態情報と、第2のポーリング応答情報とを比較し、ログ情報によれば、車上局無線部が基地局20からのポーリング信号を正確に受信し、ポーリング応答信号を送信したにも関わらず、第2のポーリング応答情報によれば、基地局20が受信した当該ポーリング応答信号の受信電界強度が所定値以下で正常に受信できていなければ、車上局無線部の送信部(送信機能)に障害があると判断する。
【0032】
(ケース2)
上述したログ情報のうち、(2)基地局20からポーリング信号を受信できなかったことを示す異常状態情報と、第2のポーリング応答情報とを比較し、第2のポーリング応答情報によれば、基地局20がポーリング信号を送信していたにも関わらず、ログ情報によれば、車上局無線部がポーリング信号を受信できていなかった場合、つまり、上記(2)のログ情報の裏付けがとれた場合は、車上局無線部の受信部(受信機能)に障害があると判断する。
【0033】
(ケース3)
上述したログ情報のうち、(3)受信した情報をポーリング信号として認識できずポーリング応答信号を返さなかったことを示す異常状態情報と、第2のポーリング応答情報とを比較し、第2のポーリング応答情報によれば、基地局20がポーリング信号を送信していたにも関わらず、ログ情報によれば、車上局無線部がポーリング信号を正常に受信できていなかったと判断した場合には、車上局無線部の受信部(受信機能)に障害があると判断する。なお、比較の結果、基地局20がポーリング信号を送信していなかった場合には、車上局無線部の受信部は正常であると判断する。
【0034】
以上述べたように、本実施形態によれば、移動局無線部における送信出力低下や受信機能等の故障を事前に検出でき、その結果、列車を緊急停止させることを抑制することができる。
【0035】
なお、本発明は、本発明に係る処理を実行するシステムとしてだけでなく、装置、方法として、或いは、このような方法やシステムを実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして把握することができる。
また、本発明は、CPUがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより制御する構成としてもよく、また、ハードウエア回路として構成してもよい。
また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。例えば、上述した実施形態では、基地局と中央装置と監視装置を分離したが、これらは適宜、一体化できるものであり、例えば、監視装置の機能を中央装置に内蔵するよう構成、あるいは、監視装置と中央装置の機能を基地局に内蔵するよう構成することも可能である。
【0036】
本明細書の記載には、少なくとも次の発明が含まれる。
第1の発明は、
移動局無線部を有する移動局と、基地局無線部を有し前記移動局と無線信号で接続される基地局と、前記基地局と信号接続され前記移動局の状態を監視する監視装置とを備え、前記基地局無線部は前記移動局無線部に対し所定のタイミングでポーリング信号を送信し、前記移動局無線部は前記ポーリング信号への応答として前記基地局無線部に対し所定のタイミングでポーリング応答信号を送信する無線通信システムであって、
前記基地局は、前記移動局に対しポーリング信号を送信した後、前記移動局からのポーリング応答信号を受信するタイミングにおいて、前記移動局からの電波の受信電界強度を測定して、該測定した受信電界強度情報を前記監視装置へ送信し、
前記監視装置は、前記基地局から受信した受信電界強度情報に基づき、前記移動局無線部の状態が正常であるか否かを判断することを特徴とする無線通信システム。
【0037】
第2の発明は、
移動局無線部を有する移動局と、基地局無線部を有し前記移動局と無線信号で接続される基地局と、前記基地局と信号接続され前記移動局の状態を監視する監視装置とを備え、前記基地局無線部は前記移動局無線部に対し所定のタイミングでポーリング信号を送信し、前記移動局無線部は前記ポーリング信号への応答として前記基地局無線部に対し所定のタイミングでポーリング応答信号を送信する無線通信システムであって、
前記移動局は、前記基地局からポーリング信号を受信しポーリング応答信号を送信したことを示す正常状態情報、又は前記基地局からポーリング信号を受信できなかったことを示す異常状態情報を含むログ情報を作成して記憶し、
前記基地局は、前記移動局に対して送信したポーリング信号の送信時刻、前記移動局から受信したポーリング信号の受信時刻、前記移動局からのポーリング応答信号を受信するタイミングにおいて測定した受信電界強度情報を含むポーリング応答情報を作成して前記監視装置へ送信し、
前記監視装置は、前記移動局が記憶したログ情報と、前記基地局から受信したポーリング応答情報とを比較し、前記移動局無線部の状態が正常であるか否かを判断することを特徴とする無線通信システム。
【符号の説明】
【0038】
10…車上局、11…車上局制御部、12…車上局記憶部、13…車上局送信部、14…車上局受信部、15…切替器、16…車上局アンテナ、20…基地局、21…基地局制御部、22…基地局記憶部、23…基地局送信部、24…基地局受信部、25…共用器、26…基地局アンテナ、27…基地局IF部、30…中央装置、31…中央装置制御部、32…中央装置記憶部、33…基地局IF部、34…監視IF部、40…監視装置、41…監視装置制御部、42…監視装置記憶部、43…中央装置IF部、44…操作部、45…表示部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動局無線部を有する移動局と、基地局無線部を有し前記移動局と無線信号で接続される基地局と、前記基地局と信号接続され前記移動局の状態を監視する監視装置とを備え、前記基地局無線部は前記移動局無線部に対し所定のタイミングでポーリング信号を送信し、前記移動局無線部は前記ポーリング信号への応答として前記基地局無線部に対し所定のタイミングでポーリング応答信号を送信する無線通信システムであって、
前記基地局は、前記移動局に対しポーリング信号を送信した後、前記移動局からのポーリング応答信号を受信するタイミングにおいて、前記移動局からの電波の受信電界強度を測定して、該測定した受信電界強度情報を前記監視装置へ送信し、
前記監視装置は、前記基地局から受信した受信電界強度情報に基づき、前記移動局無線部の状態が正常であるか否かを判断することを特徴とする無線通信システム。

【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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【公開番号】特開2012−244385(P2012−244385A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−112233(P2011−112233)
【出願日】平成23年5月19日(2011.5.19)
【出願人】(000001122)株式会社日立国際電気 (5,007)
【Fターム(参考)】