移動体無線通信システム
【課題】 移動体と地上システム間の無線通信において、回路規模の増大、装置の大型化、および高価格化を招くことなく、ドップラーシフトの影響を排除して安定した品質の無線回線を提供する。
【解決手段】 親局２１のレーダ波により列車２５のドップラーシフト周波数を測定し、測定結果に基いて親局２１の周波数可変発振器を制御することで、親局２１はあらかじめドップラーシフトを補正した送信波を子局２３へ送信し、子局２３からの受信波のドップラーシフトを補正する。また、測定結果の情報をドップラーシフトの影響が少ない周波数のＡＭ変調にて親局２１から子局２３へ伝送することで、子局２３において受信波および送信波のドップラーシフトを補正する。
【解決手段】 親局２１のレーダ波により列車２５のドップラーシフト周波数を測定し、測定結果に基いて親局２１の周波数可変発振器を制御することで、親局２１はあらかじめドップラーシフトを補正した送信波を子局２３へ送信し、子局２３からの受信波のドップラーシフトを補正する。また、測定結果の情報をドップラーシフトの影響が少ない周波数のＡＭ変調にて親局２１から子局２３へ伝送することで、子局２３において受信波および送信波のドップラーシフトを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親局と移動体に搭載された子局との間で無線通信を行う移動体無線通信システムに関し、特に、鉄道の駅等に設置された親局と列車に搭載された子局との間で無線通信を行う列車無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、鉄道の駅周辺において列車運行の安全確保に用いられている自動列車停止（Automatic Train Stop：ＡＴＳ）システムの例を示している。図１２は、図１１の破線で示された（Ａ）の周辺を上から見た平面図である。
【０００３】
このＡＴＳシステムでは、レール１１上の必要箇所に地上子１６が設置され、情報伝送装置１４とケーブル１５で接続される。地上子１６は、停止信号機１３の信号種別や距離情報等のデジタル情報を、列車１２に設置されている車上子１７に伝送し、車上子１７は、地上子１６から受信した情報を情報伝送装置１８を介して運転台装置１９に転送する。
【０００４】
一方、最近、通過列車や停止列車の車上システムと地上システムの間で行うデータ通信の内容に、列車番号情報や運転者識別子等の各種データを加えて、より高度な各種制御を行うニーズが高まっている。
【０００５】
通過列車に対する各種データの送受信を安価に行う方法として、地上システムと車上システムに無線送受信装置を用いることが考えられるが、デジタル移動体通信においては、送信局と受信局の相対速度によってドップラーシフトが発生し、受信信号を正しく復調することが困難となり、ビット誤り率（ＢＥＲ）が劣化することは広く知られている。
【０００６】
ドップラーシフトを補正する方法として、例えば、下記特許文献１のように、全地球測位システム（Global Positioning System ：ＧＰＳ）を利用して移動局の緯度、経度、および移動速度を測定し、あらかじめ測定された基地局との相対位置からドップラーシフトを計算し、その計算結果より送信装置のローカル周波数を微調整するシステムが知られている。
【０００７】
また、下記特許文献２のように、速度検出器を用いて移動体の速度を検出し、ドップラーシフトを補正する方法や、下記特許文献３のように、人工衛星を利用した移動体通信におけるドップラーシフトを補正する方法も知られている。
【０００８】
その他、車両の位置検出装置として、近年、ミリ波帯を用いた安価で高性能な周波数変調連続波（Frequency Modulated-Continuous Wave ：ＦＭ−ＣＷ）方式の車載レーダが一般の乗用車に搭載されおり、前方車両との相対距離と相対速度を計測し、前方車両と衝突した場合の被害を軽減する安全技術として用いられている。
【特許文献１】特開２００３−３０９５１７号公報
【特許文献２】特開平０５−０２２１８３号公報
【特許文献３】特表２００１−５０９３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の列車無線通信システムには、次のような問題がある。
ＡＴＳシステムは、列車への位置通知とデータ通信を行うことにより、列車が停止信号機の指示速度を超えて信号位置に入ろうとした場合、乗務員に警報を発したり、列車を自動で停止させる保安システムである。しかし、既設の線路に新たにＡＴＳシステムを導入する場合、図１１および図１２に示すように、地上子を設置するために信号線や電源線のケーブルをレールの下に潜らせる敷設工事が必要になり、莫大な工事費用が掛かる等、経済的な問題が発生する。
【００１０】
この工事費用の問題を解決する方法として、地上システムに安価で高性能なレーダ装置と無線送受信装置を設け、車上システムに無線送受信装置を設けて、ＡＴＳシステムを構築する方法が考えられる。しかし、マイクロ波帯やミリ波帯の無線送受信装置を用いて高速で移動する列車と地上システム間の通信を行う場合、受信する電波に列車の速度に応じたドップラーシフトが発生し、ＢＥＲが劣化する。
【００１１】
上記特許文献１では、ドップラーシフト補正のためにＧＰＳを用いているが、駅構造物による遮蔽や天候の状況により、ＧＰＳ衛星からの電波の受信が困難な場合や、地下鉄等ではこの方法を適用することができない。
【００１２】
本発明の課題は、高速で移動する列車のような移動体と地上システム間の無線通信において、無線送受信装置の回路規模の増大、大型化、および高価格化を招くことなく、ドップラーシフトの影響を排除して安定した品質の無線回線を提供することである。
【００１３】
本発明のもう１つの課題は、ＡＴＳシステムのような列車運行管理システムを安価に構築することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
図１は、本発明の第１〜第３の局面における移動体無線通信システムの原理図である。
本発明の第１の局面において、無線通信装置は、測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、変調手段１０４、および送信手段１０５を備え、移動体１１１に設置された移動無線通信装置１１２に対してデータを送信する。
【００１５】
測定手段１０１は、レーダ波を送信し、移動体１１１により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する。制御手段１０２は、測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力し、周波数可変発振手段１０３は、その制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する。変調手段１０４は、送信データのベースバンド信号から変調波を生成する。送信手段１０５は、ローカル信号を用いて変調波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された周波数の電波を移動無線通信装置１１２に対して送信する。
【００１６】
このような無線通信装置によれば、ドップラーシフトによる周波数ずれをあらかじめ補正した送信波が、移動無線通信装置１１２に対して送信される。補正されたドップラーシフト分は電波伝搬路のドップラーシフトにより相殺されるため、移動無線通信装置１１２はドップラーシフトの影響を排除した電波を受信することができる。
【００１７】
測定手段１０１および制御手段１０２は、例えば、後述する図３のレーダ装置３１および周波数制御回路３０９にそれぞれ対応し、周波数可変発振手段１０３は、例えば、送信部高周波帯電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０６または送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対応する。変調手段１０４は、例えば、変調回路３１０に対応し、送信手段１０５は、例えば、送信部高周波帯周波数変換器３０５または送信部中間周波数帯周波数変換器３０７、高周波帯送信増幅回路３０４、および送信アンテナ３０３に対応する。
【００１８】
本発明の第２の局面において、無線通信装置は、測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、受信手段１０６、および復調手段１０７を備え、移動体１１１に設置された移動無線通信装置１１２からデータを受信する。
【００１９】
測定手段１０１は、レーダ波を送信し、移動体１１１により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する。制御手段１０２は、測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力し、周波数可変発振手段１０３は、その制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する。受信手段１０６は、移動無線通信装置１１２から電波を受信し、ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する。復調手段１０７は、受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する。
【００２０】
このような無線通信装置によれば、移動無線通信装置１１２からドップラーシフトの影響を受けた電波を受信したとき、その受信波の周波数ずれを補正することができる。
測定手段１０１および制御手段１０２は、例えば、後述する図４のレーダ装置４１および周波数制御回路４０９にそれぞれ対応し、周波数可変発振手段１０３は、例えば、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対応する。受信手段１０６は、例えば、受信部高周波帯周波数変換器４０５または受信部中間周波数帯周波数変換器４０７、高周波帯受信増幅回路４０４、および受信アンテナ４０３に対応し、復調手段１０７は、例えば、復調回路４１０に対応する。
【００２１】
本発明の第３の局面において、無線通信装置は、測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、変調手段１０４、送信手段１０５、受信手段１０６、および復調手段１０７を備え、移動体１１１に設置された移動無線通信装置１１２との間で、周波数変調連続波を用いたパッシブ方式によりデータを送受信する。
【００２２】
測定手段１０１は、レーダ波を送信し、移動体１１１により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数と、レーダ波を送信してから反射されたレーダ波を受信するまでの時間を測定する。制御手段１０２は、測定された周波数および時間に基いて、ドップラーシフトを補正するための周波数変調連続波カーブを示す制御信号を出力し、周波数可変発振手段１０３は、その制御信号に応じて変化する周波数のローカル信号を出力する。
【００２３】
変調手段１０４は、送信データのベースバンド信号から変調波を生成する。送信手段１０５は、ローカル信号を用いて変調波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された周波数の電波を移動無線通信装置１１２に対して送信する。
【００２４】
受信手段１０６は、移動無線通信装置１１２からパッシブ方式により送信された電波を受信し、上記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する。復調手段１０７は、受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する。
【００２５】
このような無線通信装置によれば、ドップラーシフトによる周波数ずれをあらかじめ補正した送信波が移動無線通信装置１１２に対して送信され、移動無線通信装置１１２はドップラーシフトの影響を排除した電波を受信することができる。さらに、移動無線通信装置１１２からドップラーシフトの影響を受けた電波を受信したとき、その受信波の周波数ずれを補正することができる。
【００２６】
測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、変調手段１０４、および復調手段１０７は、例えば、後述する図５のレーダ装置５１、周波数制御回路５１０、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６、変調回路５１２、および復調回路５１３にそれぞれ対応する。送信手段１０５は、例えば、高周波帯送信増幅回路５０４および送信アンテナ５０３に対応し、受信手段１０６は、例えば、受信部高周波帯周波数変換器５０７、高周波帯受信増幅回路５０８、および受信アンテナ５０９に対応する。
【００２７】
本発明の第４の局面において、無線通信装置は、測定手段、生成手段、送信用発振手段、変調手段、および送信手段を備え、移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する。
【００２８】
測定手段は、レーダ波を送信し、移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する。生成手段は、測定された周波数の情報を含む低速伝送通信パケットと、送信データを含む高速伝送通信パケットを生成する。送信用発振手段は、送信用ローカル信号を出力する。変調手段は、低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って変調波を生成し、高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って変調波を生成する。送信手段は、送信用ローカル信号を用いて、生成された変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を移動無線通信装置に対して送信する。
【００２９】
また、移動無線通信装置は、受信手段、復調手段、制御手段、受信用周波数可変発振手段、および受信用変換手段を備え、他の無線通信装置からデータを受信する。
受信手段は、移動体のドップラーシフト周波数の情報を含む低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って生成された電波と、送信データを含む高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って生成された電波を、他の無線通信装置から受信する。復調手段は、低速伝送通信パケットの受信波から包絡線検波により低速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成し、高速伝送通信パケットの受信波の変調成分から高速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成する。
【００３０】
制御手段は、低速伝送通信パケットのベースバンド信号からドップラーシフト周波数の情報を抽出し、抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための受信用制御信号を出力する。受信用周波数可変発振手段は、受信用制御信号に応じた周波数の受信用ローカル信号を出力する。受信用変換手段は、受信用ローカル信号を用いて高速伝送通信パケットの受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出して復調手段に出力する。
【００３１】
このような移動体無線通信システムによれば、最初に、無線通信装置から移動無線通信装置へ、ドップラーシフトの影響が少ない振幅変調にてドップラーシフト周波数の情報が送信され、移動無線通信装置はその情報を用いて受信波の周波数ずれを補正することが可能な状態になる。次に、無線通信装置から移動無線通信装置へ、ドップラーシフトの影響を受けた多値変調による送信データが送信され、移動無線通信装置は受信波の周波数ずれを補正することで、ドップラーシフトの影響を排除した電波を受信することができる。
【００３２】
測定手段は、例えば、後述する図８のレーダ装置８１または図１０のレーダ装置１００１に対応する。生成手段、変調手段、復調手段、および制御手段は、例えば、データパケット生成回路８０９または１０１９、変調回路８１０または１０２０、復調回路８１９または１０３５、および周波数制御回路８１８または１０４２にそれぞれ対応する。
【００３３】
送信用発振手段は、例えば、図８の送信部高周波帯発振器８０６または送信部中間周波数帯発振器８０８、あるいは、図１０の送信部高周波帯発振器１０１６または送信部中間周波数帯発振器１０１８に対応する。送信手段は、例えば、図８の送信部高周波帯周波数変換器８０５または送信部中間周波数帯周波数変換器８０７、高周波帯送信増幅回路８０４、および送信アンテナ８０３、あるいは、図１０の送信部高周波帯周波数変換器１０１５または送信部中間周波数帯周波数変換器１０１７、高周波帯送信増幅回路１０１４、および送信アンテナ１０１３に対応する。
【００３４】
受信手段は、例えば、図８の受信アンテナ８１２および高周波帯受信増幅回路８１３、あるいは、図１０の受信アンテナ１０２９および高周波帯受信増幅回路１０３０に対応する。受信用周波数可変発振手段は、例えば、図８の受信部高周波帯ＶＣＯ８１５または受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７、あるいは、図１０の受信部高周波帯ＶＣＯ１０３２または受信部中間周波数帯ＶＣＯ１０３４に対応する。
【００３５】
受信用変換手段は、例えば、図８の受信部高周波帯周波数変換器８１４または受信部中間周波数帯周波数変換器８１６、あるいは、図１０の受信部高周波帯周波数変換器１０３１または受信部中間周波数帯周波数変換器１０３３に対応する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、地上に設置された親局無線通信装置と列車のような移動体に設置された子局無線通信装置の間でデータの送受信を行う移動体無線通信システムにおいて、親局のレーダ波により移動体のドップラーシフト周波数を測定することで、ドップラーシフトによる周波数ずれをあらかじめ補正した送信波を親局から子局へ送信したり、親局において子局からの受信波の周波数ずれを補正したりすることが可能になる。また、測定されたドップラーシフト周波数の情報を親局から子局へ送信し、子局において親局からの受信波の周波数ずれを補正することも可能になる。
【００３７】
これにより、親局と子局の間でドップラーシフトの影響を排除した無線通信が実現され、移動体の速度に応じて発生するドップラーシフトが引き起こすＢＥＲの劣化が改善される。また、ＧＰＳを用いたシステムのように衛星からの電波を受信しなくても、ドップラーシフトの補正を行えるため、実用に適した列車無線通信システムを構築することができる。
【００３８】
さらに、ドップラーシフトの影響を低減させるための回路の大部分を、デジタル信号処理と安価で容易な構成の変調回路および復調回路で実現できるので、無線通信装置の小型化および低価格化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図２は、列車無線通信システムの概念図である。図２において、地上システムは親局２１および親局制御装置２２からなり、列車２５に搭載された車上システムは、子局２３および子局制御装置２４からなる。ＶおよびＬは、親局２１と子局２３の相対速度および相対距離をそれぞれ表す。また、Ｆ１は、親局２１に備えられた無線送信装置の送信周波数、Ｆ２は、子局２３に備えられた無線送信装置の送信周波数、Ｆ３は、親局２１に備えられたレーダ装置の送信周波数を表す。
【００４０】
以下に説明する第１〜第５の列車無線通信システムでは、親局２１のレーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報を利用してドップラーシフト分を算出し、その結果をもとに親局２１と子局２３の間の通信に用いる無線周波数を補正する。
【００４１】
第１の列車無線通信システムでは、親局２１から子局２３への単方向通信において、親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報に基づいて送信部高周波帯ＶＣＯまたは送信部中間周波数帯ＶＣＯを制御し、ドップラーシフトにより発生する周波数のずれをあらかじめ補正した送信波を出力する。補正されたドップラーシフト分が電波伝搬路のドップラーシフトにより相殺され、子局２３は、正しい周波数の受信波を受け取る。
【００４２】
図３は、このような第１の列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図３のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置３１および親局無線送信装置３２と、子局２３に設置された子局無線受信装置３３からなる。
【００４３】
レーダ装置３１は、レーダ用アンテナ３０１およびドップラー周波数測定回路３０２を備える。親局無線送信装置３２は、送信アンテナ３０３、高周波帯送信増幅回路３０４、送信部高周波帯周波数変換器３０５、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６、送信部中間周波数帯周波数変換器３０７、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８、周波数制御回路３０９、変調回路３１０、およびベースバンド処理回路３１１を備える。
【００４４】
子局無線受信装置３３は、受信アンテナ３１２、高周波帯受信増幅回路３１３、周波数変換器３１４、受信用発振器３１５、復調回路３１６、およびベースバンド処理回路３１７を備える。
【００４５】
次に、図３の列車無線通信システムの動作について説明する。図２を参照すると、地上に設置された親局２１に向かって列車２５に設置された子局２３が速度Ｖで接近しているため、親局無線送信装置３２の送信周波数Ｆ１の電波は、ドップラー効果による影響を受けてドップラーシフトΔＦ１を伴い、Ｆ１＋ΔＦ１となって子局２３に到達する。このとき、周波数Ｆ１の電波の波長をλ１とすると、ΔＦ１＝Ｖ／λ１となる。
【００４６】
また、レーダ装置３１からの送信周波数Ｆ３の電波は、ドップラー効果による影響を受けてドップラーシフトΔＦ３を伴い、Ｆ３＋ΔＦ３となって子局２３に到達し、列車２５により反射されて、さらにドップラーシフトΔＦ３を伴って親局２１に到達する。このため、レーダ装置３１が受信する反射波の周波数は、Ｆ３＋２×ΔＦ３となる。このとき、周波数Ｆ３の電波の波長をλ３とすると、ΔＦ３＝Ｖ／λ３となる。
【００４７】
このように、レーダ用アンテナ３０１は、周波数Ｆ３の電波を出力し、列車２５からの周波数Ｆ３＋２×ΔＦ３の反射波を受信する。ドップラー周波数測定回路３０２は、時々刻々と変化するドップラーシフト分ΔＦ３を抽出し、子局２３を搭載した列車２５の相対速度Ｖを逐次算出する。このとき、レーダ装置３１により観測されるドップラーシフト分をΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）とすると、相対速度Ｖは次式により算出される。
Ｖ＝λ３×ΔＦｒｄ／２ （１）
ドップラー周波数測定回路３０２は、さらに、相対速度Ｖを用いて親局無線送信装置３２の送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１（＝Ｖ／λ１）を逐次計算し、その計算結果を周波数制御回路３０９に出力する。
【００４８】
周波数制御回路３０９は、送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１が補正されるような制御電圧補正値ΔＶＦ１を生成し、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ１を出力するか、または送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ１を出力する。
【００４９】
送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ１を出力する場合は、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対して制御電圧ＶＬＯ２を出力し、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ１を出力する場合は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に対して制御電圧ＶＬＯ１を出力する。
【００５０】
制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ１が送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に出力された場合は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６は周波数ＦＬＯ１−ΔＦ１の信号を出力し、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８は周波数ＦＬＯ２の信号を出力する。また、制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ１が送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に出力された場合は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６は周波数ＦＬＯ１の信号を出力し、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８は周波数ＦＬＯ２−ΔＦ１の信号を出力する。
【００５１】
ベースバンド処理回路３１１は、親局制御装置２２から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路３１０に出力し、変調回路３１０は、送信ベースバンド信号から送信データの変調波を生成して送信部中間周波数帯周波数変換器３０７に出力する。
【００５２】
送信部中間周波数帯周波数変換器３０７は、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８の出力ＦＬＯ２（またはＦＬＯ２−ΔＦ１）をローカル信号として、変調波を中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ−ΔＦ１）に変換する。送信部高周波帯周波数変換器３０５は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６の出力ＦＬＯ１−ΔＦ１（またはＦＬＯ１）をローカル信号として、中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ−ΔＦ１）の出力をドップラーシフト分ΔＦ１が補正された送信周波数Ｆ１−ΔＦ１に変換する。
【００５３】
高周波帯送信増幅回路３０４は、周波数Ｆ１−ΔＦ１の送信波を増幅し、送信アンテナ３０３は、増幅された送信波を子局無線受信装置３３に対して送信する。
親局無線送信装置３２からの送信波Ｆ１−ΔＦ１は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けることによりドップラーシフト分ΔＦ１が相殺される。したがって、子局無線受信装置３３の受信アンテナ３１２には、周波数Ｆ１の受信波が入力される。受信波Ｆ１は、高周波帯受信増幅回路３１３により増幅され、周波数変換器３１４に出力される。
【００５４】
周波数変換器３１４は、受信用発振器３１５の出力をローカル信号として、高周波帯受信増幅回路３１３の出力を周波数変換する。復調回路３１６は、周波数変換された受信信号からドップラーシフト分ΔＦ１が補正された受信ベースバンド信号を抽出し、ベースバンド処理回路３１７に出力する。ベースバンド処理回路３１７は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して子局制御装置２４に転送する。
【００５５】
すなわち、子局無線受信装置３３は、ドップラーシフト分ΔＦ１が補正された電波を受信することで、ドップラーシフトΔＦ１による信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００５６】
以上説明したように、図３の列車無線通信システムによれば、親局２１から子局２３への単方向通信において、レーダ装置３１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を逐次算出することで、ドップラーシフト分ΔＦ１の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【００５７】
また、親局２１においては、ドップラーシフト分ΔＦ１を算出し、補正するための回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、子局２３においては、送信波Ｆ１のドップラーシフト分を補正する特別な回路を必要としない。
【００５８】
次に、第２の列車無線通信システムについて説明する。第２の列車無線通信システムでは、子局２３から親局２１への単方向通信において、親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報に基づいて受信高周波帯ＶＣＯまたは受信中間周波数帯ＶＣＯを制御し、受信波のドップラーシフトによる周波数ずれを補正する。
【００５９】
図４は、このような列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図４のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置４１および親局無線受信装置４２と、子局２３に設置された子局無線送信装置４３からなる。
【００６０】
レーダ装置４１は、レーダ用アンテナ４０１およびドップラー周波数測定回路４０２を備える。親局無線受信装置４２は、受信アンテナ４０３、高周波帯受信増幅回路４０４、受信部高周波帯周波数変換器４０５、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６、受信部中間周波数帯周波数変換器４０７、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８、周波数制御回路４０９、復調回路４１０、およびベースバンド処理回路４１１を備える。
【００６１】
子局無線送信装置４３は、送信アンテナ４１２、高周波帯送信増幅回路４１３、周波数変換器４１４、送信用発振器４１５、変調回路４１６、およびベースバンド処理回路４１７を備える。
【００６２】
次に、図４の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局無線受信装置４２において、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８の出力である受信ローカル信号を制御して、子局無線送信装置４３からの周波数Ｆ２の送信波のドップラーシフト分ΔＦ２を補正する。
【００６３】
子局無線送信装置４３のベースバンド処理回路４１７は、子局制御装置２４から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路４１６に出力し、変調回路４１６は、送信ベースバンド信号から送信データの変調波を生成して周波数変換器４１４に出力する。
【００６４】
周波数変換器４１４は、送信用発振器４１５からの周波数Ｆ２の出力をローカル信号として、送信データの変調波を高周波帯の信号に変換し、高周波帯送信増幅回路４１３は、周波数Ｆ２の送信波を増幅し、送信アンテナ４１２は、増幅された送信波を親局無線受信装置４２に対して送信する。
【００６５】
レーダ装置４１は、図３のレーダ装置３１と同様に、周波数Ｆ３の電波を出力し、ドップラーシフト分ΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）から子局２３の相対速度Ｖを逐次算出する。そして、相対速度Ｖを用いて子局無線送信装置４３の送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２を逐次計算し、その計算結果を周波数制御回路４０９に出力する。
【００６６】
周波数制御回路４０９は、送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２が補正されるような制御電圧補正値ΔＶＦ２を生成し、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ２を出力するか、または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ２を出力する。
【００６７】
受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ２を出力する場合は、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対して制御電圧ＶＬＯ２を出力し、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ２を出力する場合は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に対して制御電圧ＶＬＯ１を出力する。
【００６８】
制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ２が受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に出力された場合は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６は周波数ＦＬＯ１−ΔＦ２の信号を出力し、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８は周波数ＦＬＯ２の信号を出力する。また、制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ２が受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に出力された場合は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６は周波数ＦＬＯ１の信号を出力し、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８は周波数ＦＬＯ２−ΔＦ２の信号を出力する。
【００６９】
子局無線送信装置４３からの送信波Ｆ２は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、受信アンテナ４０３には周波数Ｆ２＋ΔＦ２の受信波が入力される。受信波Ｆ２＋ΔＦ２は、高周波帯受信増幅回路４０４により増幅され、受信部高周波帯周波数変換器４０５に出力される。
【００７０】
受信部高周波帯周波数変換器４０５は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６の出力ＦＬＯ１−ΔＦ２（またはＦＬＯ１）をローカル信号として、高周波帯受信増幅回路４０４からの出力を中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ＋ΔＦ２）に変換する。受信部中間周波数帯周波数変換器４０７は、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８の出力ＦＬＯ２（またはＦＬＯ２−ΔＦ２）をローカル信号として、中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ＋ΔＦ２）の出力を周波数変換し、ドップラーシフト分ΔＦ２が補正された周波数Ｆ２の受信波の変調成分を抽出する。
【００７１】
復調回路４１０は、受信波の変調成分から受信ベースバンド信号を抽出し、ベースバンド処理回路４１１に出力する。ベースバンド処理回路４１１は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して親局制御装置２２に転送する。
【００７２】
すなわち、親局無線受信装置４２は、周波数制御回路４０９により受信部高周波帯ＶＣＯ４０６または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８を制御することで、ドップラーシフト分ΔＦ２を補正するようなローカル信号を生成することができる。このローカル信号を用いて、ドップラーシフトの影響を受けた受信波Ｆ２＋ΔＦ２のドップラーシフト分ΔＦ２を除去することで、ドップラーシフトΔＦ２による信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００７３】
以上説明したように、図４の列車無線通信システムによれば、子局２３から親局２１への単方向通信において、レーダ装置４１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから子局２３の送信波（すなわち、親局２１の受信波）のドップラーシフト分ΔＦ２を逐次算出することで、親局２１の受信波のドップラーシフト分ΔＦ２の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【００７４】
また、親局２１においては、ドップラーシフト分ΔＦ２を算出し、補正するための回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、子局２３においては、送信波Ｆ２のドップラーシフト分を補正する特別な回路を必要としない。
【００７５】
次に、第３の列車無線通信システムについて説明する。第３の列車無線通信システムでは、親局２１と子局２３の間でパッシブ方式を用いた半二重双方向通信を行う。親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報に基いて送受共用ＶＣＯを制御して、ドップラーシフトにより発生する周波数ずれをあらかじめ補正した送信波を出力するとともに、受信波のドップラー周波数による周波数ずれを補正する。
【００７６】
図５は、このような列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図５のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置５１および親局無線送受信装置５２と、子局２３に設置された子局無線送受信装置５３からなる。
【００７７】
レーダ装置５１は、レーダ用アンテナ５０１およびドップラー周波数・相対距離測定回路５０２を備える。親局無線送受信装置５２は、送信アンテナ５０３、高周波帯送信増幅回路５０４、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６、受信部高周波帯周波数変換器５０７、高周波帯受信増幅回路５０８、受信アンテナ５０９、周波数制御回路５１０、メモリ５１１、変調回路５１２、復調回路５１３、およびベースバンド処理回路５１４を備える。
【００７８】
子局無線送受信装置５３は、受信アンテナ５１５、高周波帯受信増幅回路５１６、信号分配器５１７、高周波帯送信増幅回路５１９、送信アンテナ５２０、復調回路５２１、変調回路５２２、およびベースバンド処理回路５２３を備える。
【００７９】
図６は、図５の列車無線通信システムにおける周波数の変化を示すグラフである。図６において、破線５３１は、親局無線送受信装置５２の送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６が出力する信号（送信波の周波数Ｆ１）の周波数変化を表し、実線５３２は、親局無線送受信装置５２が受信する電波の周波数変化を表し、一点鎖線５３３は、子局無線送受信装置５３が受信する電波の周波数変化を表す。
【００８０】
ｔ１は、親局２１と子局２３の相対距離による電波伝搬遅延時間を表し、ｔ３は、親局２１と子局２３の相対距離による往復の電波伝搬遅延時間を表す。ｔ２は、親局２１から子局２３へのパケット送信の時間を表し、ｔ４は、子局２３から親局２１へのパケット送信の時間を表す。ΔＦ１は、子局２３がパケットを受信する際に生じるドップラーシフトであり、２×ΔＦ１は、親局２１がパケットを受信する際に生じるドップラーシフトである。
【００８１】
時間ｔ２における親局無線送受信装置５２から子局無線送受信装置５３へのパケット送信において、親局無線送受信装置５２の変調回路５１２は、振幅変調（ＡＭ変調）信号を生成し、高周波送信増幅回路５０４の駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦする。これにより、親局無線送受信装置５２から高周波帯のＡＭ変調波が出力され、子局無線送受信装置５３の復調回路５２１は、包絡線検波方式を用いてパケットの抽出を行う。
【００８２】
なお、子局無線送受信装置５３が親局無線送受信装置５２からパケットを受信する際、搬送波にドップラーシフトΔＦ１が生じるが、搬送波より遥かに低い周波数帯でＡＭ変調を行い、包絡線検波方式を用いて復調を行うため、搬送波帯でドップラーシフトΔＦ１が生じても、受信ベースバンド帯ではドップラーシフト量は微少となる。したがって、信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００８３】
一方、時間ｔ４における子局無線送受信装置５３から親局無線送受信装置５２へのパケット送信において、レーダ装置５１により測定されるドップラー周波数および相対距離Ｌをもとに、周波数制御回路５１０およびメモリ５１１を用いて送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６を制御することで、親局無線送受信装置５２からドップラーシフト分２×ΔＦ１をあらかじめ補正したＦＭ−ＣＷの送信波が出力される。
【００８４】
子局無線送受信装置５３は、受信したＦＭ−ＣＷ信号をパッシブ方式により折り返し、高周波帯送信増幅回路５１９にローカル信号として供給し、変調回路５２２は、ＦＳＫ（Frequency shift keying）／ＡＭ変調信号を生成して、高周波送信増幅回路５１９の駆動電圧をＦＳＫの周波数に合わせてＯＮ／ＯＦＦする。これにより、子局無線送受信装置５３から高周波帯のＦＳＫ／ＡＭ変調波が出力される。
【００８５】
親局無線送受信装置５２の受信部高周波帯周波数変換器５０７は、ホモダイン方式による検波を行う際、ドップラーシフト分２×ΔＦ１を補正するように制御された送受共用高周波帯ＶＣＯ５０７が出力するＦＭ−ＣＷ信号を、ローカル信号として用いる。したがって、信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００８６】
ところで、親局無線送受信装置５２のメモリ５１１には、例えば、図７に示すように、相対距離Ｌの軸と相対速度Ｖの軸が取られたマトリクス構造の領域が用意され、それぞれの数値の組に対応するＦＭ−ＣＷカーブのデータが格納されている。このＦＭ−ＣＷカーブは、デジタル−アナログ変換可能なデジタルデータであり、その傾きｋは相対速度Ｖおよび相対距離Ｌをパラメータとして、次式によりあらかじめ計算される。
ｋ＝（Ｖ×Ｃ）／（Ｌ×λ） （２）
ここで、Ｃは光速を表し、λは親局無線送受信装置５２の送信波の波長を表す。
【００８７】
時間ｔ４においては、親局無線送受信装置５２のドップラー周波数・相対距離測定回路５０２が、時々刻々と変化する子局２３の相対速度Ｖおよび相対距離Ｌを逐次算出して、周波数制御回路５１０に出力する。周波数制御回路５１０は、受け取った相対速度Ｖおよび相対距離Ｌの組に対応するＦＭ−ＣＷカーブをメモリ５１１から読み出して、制御電圧に変換し、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６に出力する。これにより、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６の周波数変化５３１と親局無線送受信装置５２の受信波の周波数変化５３２を一致させることが可能になる。
【００８８】
次に、図５の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局無線送受信装置５２から子局無線送受信装置５３に向けてパケット送信を行う場合、ベースバンド処理回路５１４は、親局制御装置２２から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路５１２に出力し、変調回路５１２は、送信ベースバンド信号から送信データのＡＭ変調信号を生成して高周波帯送信増幅回路５０４に出力する。
【００８９】
高周波帯送信増幅回路５０４は、変調回路５１２からのＡＭ変調信号により駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御して、高周波帯のＡＭ変調波を出力し、送信アンテナ５０３は、ＡＭ変調波を子局無線送受信装置５３に対して送信する。
【００９０】
親局無線送受信装置５２の送信波Ｆ１は電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、ドップラーシフト分ΔＦ１が生じて、子局無線送受信装置５３の受信アンテナ５１５には受信波Ｆ１＋ΔＦ１が入力される。受信波Ｆ１＋ΔＦ１は、高周波帯受信増幅回路５１６により増幅され、信号分配器５１７を経て復調回路５２１に出力される。
【００９１】
復調回路５２１は、包絡線検波方式を用いて受信波を復調し、受信ベースバンド信号をベースバンド処理回路５２３に出力する。ベースバンド処理回路５２３は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して子局制御装置２４に転送する。
【００９２】
すなわち、親局無線送受信装置５２は搬送波より遥かに低い周波数帯でＡＭ変調を行い、子局無線送受信装置５３は包絡線検波方式を用いて復調を行うため、搬送波帯でドップラーシフトΔＦ１が生じても、受信ベースバンド帯ではドップラーシフト量は微少となる。
【００９３】
一方、子局無線送受信装置５３から親局無線送受信装置５２に向けてパケット送信を行う場合、レーダ装置５１は、図３のレーダ装置３１と同様に、周波数Ｆ３の電波を出力し、ドップラーシフト分ΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）と、電波を送信してから反射波を受信するまでの時間ｔ３を測定する。ドップラー周波数・相対距離測定回路５０２は、ドップラーシフト分ΔＦｒｄから子局２３の相対速度Ｖを逐次算出するとともに、時間ｔ３から子局２３の相対距離Ｌを次式により逐次算出する。
Ｌ＝ｔ３×Ｃ／２ （３）
算出された相対速度Ｖおよび相対距離Ｌは、親局無線送受信装置５２の周波数制御回路５１０に出力され、周波数制御回路５１０は、それらの数値の組に対応するＦＭ−ＣＷカーブをメモリ５１１から読み出して、ドップラーシフト分２×ΔＦ１を補正するための制御電圧を生成する。
【００９４】
送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６は、この制御電圧により制御され、ＦＭ−ＣＷ変調された周波数ＦＬＯのローカル信号を出力する。このローカル信号ＦＬＯは、高周波帯送信増幅回路５０４および送信アンテナ５０３を経て、送信波Ｆ１として子局無線送受信装置５３に対して送信される。
【００９５】
このとき、（２）式の相対速度Ｖをλ×ΔＦ１で置き換え、相対距離Ｌを（３）式のｔ３×Ｃ／２で置き換えると、ＦＭ−ＣＷカーブの傾きｋは次式のようになる。
ｋ＝２×ΔＦ１／ｔ３ （４）
したがって、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６のローカル信号ＦＬＯは、電波伝搬遅延時間ｔ３の間に周波数が２×ΔＦ１だけ増加するように制御されることが分かる。
【００９６】
親局無線送受信装置５２の送信波Ｆ１は電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、ドップラーシフト分ΔＦ１が生じて、子局無線送受信装置５３の受信アンテナ５１５には受信波Ｆ２＝Ｆ１＋ΔＦ１が入力される。受信波Ｆ２は高周波帯受信増幅回路５１６にて増幅され、信号分配器５１７を経て高周波帯送信増幅回路５１９にローカル信号として供給される。
【００９７】
ベースバンド処理回路５２３は、子局制御装置２４から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路５２２に出力し、変調回路５２２は、送信ベースバンド信号から送信データのＦＳＫ／ＡＭ変調信号を生成して高周波帯送信増幅回路５１９に出力する。高周波送信増幅回路５１９は、変調回路５２２からのＦＳＫ／ＡＭ変調信号によりＦＳＫの周波数に合わせて駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御して、高周波帯のＦＳＫ／ＡＭ変調波を出力し、送信アンテナ５２０は、周波数Ｆ２の送信波を親局無線送受信装置５２に対して送信する。
【００９８】
子親局無線送受信装置５３の送信波Ｆ２は電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、ドップラーシフト分ΔＦ１が生じて、親局無線送受信装置５２の受信アンテナ５０９には受信波Ｆ２＋ΔＦ１＝Ｆ１＋２×ΔＦ１が入力される。
【００９９】
高周波帯受信増幅回路５０８は、受信波Ｆ１＋２×ΔＦ１を増幅して受信部高周波帯周波数変換器５０７に出力する。受信部高周波帯周波数変換器５０７は、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６が出力するＦＭ−ＣＷ変調されたローカル信号ＦＬＯを用いて受信波のホモダイン検波を行って、変調成分を抽出する。復調回路５１３は、受信波の変調成分から受信ベースバンド信号を抽出し、ベースバンド処理回路５１４に出力する。ベースバンド処理回路５１４は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して親局制御装置２２に転送する。
【０１００】
受信波Ｆ１＋２×ΔＦ１を受信部高周波帯周波数変換器５０７でホモダイン検波する時点では、親局２１と子局２３間の往復の電波伝搬遅延時間ｔ３が経過しているため、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６から出力されるローカル信号ＦＬＯの周波数は、Ｆ１からＦ１＋２×ΔＦ１に変化している。このため、ローカル信号ＦＬＯの周波数変化分２×ΔＦ１とドップラーシフト分２×ΔＦ１とが相殺される。
【０１０１】
なお、周波数制御回路５１０が制御電圧を出力する際、ＦＭ−ＣＷカーブのデータを格納したメモリ５１１を用いる代わりに、ＦＭ−ＣＷカーブの傾きｋを（２）式によりリアルタイムで算出するようにしてもよい。
【０１０２】
以上説明したように、図５の列車無線通信システムによれば、親局２１と子局２３の間でパッシブ方式にて行う双方向通信において、レーダ装置５１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから子局２３の相対速度Ｖおよび相対距離Ｌが計算され、それらに対応するＦＭ−ＣＷカーブをメモリから読み出して、逐次、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６が制御される。これにより、親局２１の送受信波のドップラーシフト分２×ΔＦ１の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【０１０３】
また、親局２１においては、ドップラーシフト分を補正するための制御回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、さらに、パッシブ方式の通信であるため送受信周波数が同一であり、送受信のローカル信号を生成するＶＣＯが１個だけで済む。子局２３においては、高周波帯発振器を必要とせず、送受信波のドップラーシフト分２×ΔＦ１を補正する特別な回路を必要としない。
【０１０４】
次に、第４の列車無線通信システムについて説明する。第４の列車無線通信システムでは、親局２１から子局２３への単方向通信において、親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報を含むデータパケットを生成し、ドップラーシフトの影響が少ないＡＭ変調にて低速データ伝送を行い、子局２３側において受信波の周波数補正が可能となった後に、多値変調による高速データ伝送に切り替えて送信波を出力する。
【０１０５】
一方、子局２３は、包絡線検波による復調データからドップラー周波数情報を抽出して受信部高周波帯ＶＣＯまたは受信部中間周波数帯ＶＣＯを制御することにより、受信波のドップラーシフトによる周波数ずれを補正し、その後、ヘテロダイン方式またはスーパーヘテロダイン方式を用いて、多値変調された高速データの復調を行う。これにより、ドップラーシフトを補正した親局２１から子局２３への通信が行われる。
【０１０６】
図８は、このような第４の列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図８のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置８１および親局無線送信装置８２と、子局２３に設置された子局無線受信装置８３からなる。
【０１０７】
レーダ装置８１は、レーダ用アンテナ８０１およびドップラー周波数測定回路８０２を備える。親局無線送信装置８２は、送信アンテナ８０３、高周波帯送信増幅回路８０４、送信部高周波帯周波数変換器８０５、送信部高周波帯発振器８０６、送信部中間周波数帯周波数変換器８０７、送信部中間周波数帯発振器８０８、データパケット生成回路８０９、変調回路８１０、およびベースバンド処理回路８１１を備える。
【０１０８】
子局無線受信装置８３は、受信アンテナ８１２、高周波帯受信増幅回路８１３、受信部高周波帯周波数変換器８１４、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５、受信部中間周波数帯周波数変換器８１６、受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７、周波数制御回路８１８、復調回路８１９、およびベースバンド処理回路８２０を備える。
【０１０９】
図９は、図８の列車無線通信システムで用いられる通信パケットの構造およびタイミングの例を示している。通信パケットのタイミング構成９１に示されるように、親局２１から子局２３へは、最初にＮ個の低速伝送通信パケット９２が送信された後に、Ｍ個の高速伝送通信パケット９３が送信され、以後、これらのＮ＋Ｍ個のパケットを基準周期として、データ伝送が行われる。
【０１１０】
低速伝送通信パケット９２は、受信時のタイミング同期を取るための同期データ９０１、ドップラーシフト情報を含む制御データ９０２、および誤り検出符号９０３からなる。高速伝送通信パケット９３は、受信時のタイミング同期を取るための同期データ９０４、ドップラーシフト情報を含む制御データ９０５、情報データ９０６、および誤り検出符号９０７からなる。
【０１１１】
次に、図８の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局無線送信装置８２は、ドップラーシフト情報を含む低速伝送通信パケット９２をドップラーシフトの影響が少ないＡＭ変調波に変換して送信し、その後、高速伝送通信パケット９３を多値変調波に変換して送信する。
【０１１２】
子局無線受信装置８３は、ＡＭ変調が施された受信波から包絡線検波によりドップラーシフト情報を抽出して周波数制御を行い、多値変調が施された受信波に対してドップラーシフト分を補正することで、高速伝送通信パケット９３を正常に受信する。子局無線受信装置８３では、高速データの復調にスーパーヘテロダイン方式が用いられる。
【０１１３】
レーダ装置８１は、図３のレーダ装置３１と同様に、周波数Ｆ３の電波を出力し、ドップラーシフト分ΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）から子局２３の相対速度Ｖを逐次算出する。そして、相対速度Ｖを用いて親局無線送信装置８２の送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を逐次計算し、その計算結果を親局無線送信装置８２に出力する。
【０１１４】
親局無線送信装置８２のデータパケット生成回路８０９は、ドップラーシフト分の計算結果を制御データ９０２および９０５に含めて、通信パケットのタイミング構成９１に示した時系列で、低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３を生成する。高速伝送通信パケット９３を生成する場合は、親局制御装置２２から送信データを受け取り、それを情報データ９０６として用いる。
【０１１５】
ベースバンド処理回路８１１は、データパケット生成回路８０９から通信パケットを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路８１０に出力する。変調回路８１０は、送信ベースバンド信号から送信データの変調波を生成して送信部中間周波数帯周波数変換器８０７に出力する。このとき、低速伝送通信パケット９２は、搬送波より遥かに低い周波数帯でＡＭ変調されてＡＭ変調波に変換され、高速伝送通信パケット９３は多値変調波に変換される。
【０１１６】
送信部中間周波数帯周波数変換器８０７は、送信部中間周波数帯発振器８０８が出力する周波数ＦＬＯ２のローカル信号を用いて、変調波を中間周波数ＦＩＦに変換する。送信部高周波帯周波数変換器８０５は、送信部高周波帯発振器８０６が出力する周波数ＦＬＯ１のローカル信号を用いて、中間周波数ＦＩＦの出力を送信周波数Ｆ１に変換する。高周波帯送信増幅回路８０４は、周波数Ｆ１の送信波を増幅し、送信アンテナ８０３は、増幅された送信波を子局無線受信装置８３に対して送信する。
【０１１７】
親局無線送信装置８２からの送信波Ｆ１は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受け、子局無線受信装置８３の受信アンテナ８１２には、周波数Ｆ１＋ΔＦ１の受信波が入力される。
【０１１８】
ＡＭ変調が施された受信波は、高周波帯受信増幅回路８１３により増幅されて復調回路８１９に出力される。復調回路８１９は、包絡線検波により受信波を復調し、受信ベースバンド信号をベースバンド処理回路８２０に出力する。ベースバンド処理回路８２０は、受信ベースバンド信号から低速伝送通信パケット９２を再生し、その制御データ９０２からドップラーシフト情報を抽出して、周波数制御回路８１８に逐次出力する。
【０１１９】
周波数制御回路８１８は、ドップラーシフト情報からドップラーシフト分ΔＦ１を補正するための制御電圧を生成し、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５の周波数がＦＬＯ１−ΔＦ１となり、受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７の周波数がＦＬＯ２となるように、または受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７の周波数がＦＬＯ２−ΔＦ１となり、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５の周波数がＦＬＯ１となるように制御する。
【０１２０】
一方、多値変調が施された受信波は、高周波帯受信増幅回路８１３により増幅され、受信部高周波帯周波数変換器８１４に出力される。受信部高周波帯周波数変換器８１４は、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５の出力ＦＬＯ１−ΔＦ１（またはＦＬＯ１）をローカル信号として、受信波を周波数変換し、受信部中間周波数帯周波数変換器８１６は、受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７の出力ＦＬＯ２（またはＦＬＯ２−ΔＦ１）をローカル信号として、受信部高周波帯周波数変換器８１４の出力を周波数変換する。
【０１２１】
これにより、ドップラーシフト分ΔＦ１が補正された受信波の多値変調成分が抽出される。復調回路８１９は、多値変調成分からドップラーシフト分ΔＦ１による劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調する。
【０１２２】
ベースバンド処理回路８２０は、受信ベースバンド信号から高速伝送通信パケット９３を再生し、その制御データ９０５からドップラーシフト情報を抽出して、周波数制御回路８１８に逐次出力する。これにより、周波数制御回路８１８は、子局２３の移動速度に依存して変化するドップラーシフト分ΔＦ１をリアルタイムで補正することができる。さらに、ベースバンド処理回路８２０は、高速伝送通信パケット９３の情報データ９０６を抽出して子局制御装置２４に転送する。
【０１２３】
なお、通信パケットのタイミング構成９１において、Ｎ個の低速伝送通信パケット９２とＭ個の高速伝送通信パケット９３が一定周期で交互に送信されているので、子局２３が任意のタイミングで親局２１の通信エリアに到達しても、低速伝送通信パケット９２を一定周期で受信してドップラーシフト分を補正することが可能である。
【０１２４】
以上説明したように、図８の列車無線通信システムによれば、親局２１から子局２３への単方向通信において、レーダ装置８１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１が逐次算出され、親局無線送信装置８２がドップラーシフト分ΔＦ１の情報を含むＡＭ変調による低速伝送通信パケットおよび多値変調による高速伝送通信パケットを周期的に交互に送信する。これにより、子局無線受信装置８３はドップラーシフト分ΔＦ１の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【０１２５】
また、親局無線送信装置８２においては、ドップラーシフト分ΔＦ１を算出し低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３を生成する回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、低速伝送通信パケット９２のためのＡＭ変調回路は容易かつ安価に構成することができる。子局無線受信装置８３においては、包絡線検波回路は容易かつ安価に構成することができる。
【０１２６】
次に、第５の列車無線通信システムについて説明する。第５の列車無線通信システムでは、第４の列車無線通信システムの構成に加えて、親局２１は、ヘテロダイン方式またはスーパーヘテロダイン方式を用いて、多値変調された高速データの復調を行う構成を備え、子局２３は、高速データ伝送のための多値変調信号を生成する構成と、ドップラーシフトを補正した周波数制御信号により送信部高周波帯ＶＣＯまたは送信部中間周波数帯ＶＣＯを制御して送信波を送信する構成とを備える。これにより、ドップラーシフトを補正した、子局２３から親局２１への送信が実現される。
【０１２７】
図１０は、このような第５の列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図１０のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置１００１および親局無線送受信装置１００２と、子局２３に設置された子局無線送受信装置１００３からなる。
【０１２８】
親局無線送受信装置１００２は、図８の親局無線送信装置８２の回路構成に、多値変調を施した受信波の受信回路を追加した構成を有し、子局無線送受信装置１００３は、図８の子局無線受信装置８３の回路構成に、多値変調を施した送信波の送信回路を追加した構成を有する。親局無線送受信装置１００２では、高速データの復調にスーパーヘテロダイン方式が用いられる。
【０１２９】
レーダ装置１００１は、レーダ用アンテナ１０１１およびドップラー周波数測定回路１０１２を備える。親局無線送受信装置１００２は、送信アンテナ１０１３、高周波帯送信増幅回路１０１４、送信部高周波帯周波数変換器１０１５、送信部高周波帯発振器１０１６、送信部中間周波数帯周波数変換器１０１７、送信部中間周波数帯発振器１０１８、データパケット生成回路１０１９、変調回路１０２０、受信アンテナ１０２１、高周波帯受信増幅回路１０２２、受信部高周波帯周波数変換器１０２３、受信部高周波帯発振器１０２４、受信部中間周波数帯周波数変換器１０２５、受信部中間周波数帯発振器１０２６、復調回路１０２７、およびベースバンド処理回路１０２８を備える。
【０１３０】
子局無線送受信装置１００３は、受信アンテナ１０２９、高周波帯受信増幅回路１０３０、受信部高周波帯周波数変換器１０３１、受信部高周波帯ＶＣＯ１０３２、受信部中間周波数帯周波数変換器１０３３、受信部中間周波数帯ＶＣＯ１０３４、復調回路１０３５、送信アンテナ１０３６、高周波帯送信増幅回路１０３７、送信部高周波帯周波数変換器１０３８、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９、送信部中間周波数帯周波数変換器１０４０、送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１、周波数制御回路１０４２、変調回路１０４３、およびベースバンド処理回路１０４４を備える。
【０１３１】
次に、図１０の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局２１と子局２３の間で行う双方向通信において、親局２１の送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を補正することに加えて、子局の送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２も補正する。
【０１３２】
親局２１から子局２３へ送信波Ｆ１を送信する動作と子局２３においてドップラーシフト分ΔＦ１を補正する動作については、図８の場合と同様である。このとき、図９に示した低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３が用いられる。
【０１３３】
子局２３から親局２１へ送信波Ｆ２を送信する際、子局無線送受信装置１００３のベースバンド処理回路１０４４は、子局制御装置２４から高速伝送通信パケット９３を受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路１０４３に出力する。変調回路１０４３は、送信ベースバンド信号から多値変調波を生成して送信部中間周波数帯周波数変換器１０４０に出力する。
【０１３４】
また、ベースバンド処理回路１０４４は、受信した通信パケットからドップラーシフト情報を抽出して、周波数制御回路１０４２に逐次出力する。周波数制御回路１０４２は、ドップラーシフト情報からドップラーシフト分ΔＦ２を補正するための制御電圧を生成し、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９の周波数がＦＬＯ３−ΔＦ２となり、送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の周波数がＦＬＯ４となるように、または送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の周波数がＦＬＯ４−ΔＦ２となり、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９の周波数がＦＬＯ３となるように制御する。
【０１３５】
このとき、周波数制御回路１０４２は、送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を、相対速度Ｖを介して送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２に変換することで、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９および送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の制御電圧を生成する。
【０１３６】
送信部中間周波数帯周波数変換器１０４０は、送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の出力ＦＬＯ４−ΔＦ２（またはＦＬＯ４）をローカル信号として、多値変調波を中間周波数に変換する。送信部高周波帯周波数変換器１０３８は、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９の出力ＦＬＯ３（またはＦＬＯ３−ΔＦ２）をローカル信号として、中間周波数の出力をドップラーシフト分ΔＦ２が補正された送信周波数Ｆ２−ΔＦ２に変換する。
【０１３７】
高周波帯送信増幅回路１０３７は、周波数Ｆ２−ΔＦ２の送信波を増幅し、送信アンテナ１０３６は、増幅された送信波を親局無線送受信装置１００２に対して送信する。
子局無線送受信装置１００３からの送信波Ｆ２−ΔＦ２は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けることによりドップラーシフト分ΔＦ２が相殺される。したがって、親局無線送受信装置１００２の受信アンテナ１０２１には、周波数Ｆ２の受信波が入力される。受信波Ｆ２は、高周波帯受信増幅回路１０２２により増幅され、受信部高周波帯周波数変換器１０２３に出力される。
【０１３８】
受信部高周波帯周波数変換器１０２３は、受信部高周波帯発振器１０２４の出力ＦＬＯ３をローカル信号として、受信波を周波数変換し、受信部中間周波数帯周波数変換器１０２５は、受信部中間周波数帯発振器１０２６の出力ＦＬＯ４をローカル信号として、受信部高周波帯周波数変換器１０２３の出力を周波数変換する。
【０１３９】
これにより、ドップラーシフト分ΔＦ２が補正された受信波の多値変調成分が抽出される。復調回路１０２７は、多値変調成分からドップラーシフト分ΔＦ２による劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調する。ベースバンド処理回路１０２８は、受信ベースバンド信号から高速伝送通信パケット９３を再生して、親局制御装置２２に転送する。
【０１４０】
以上説明したように、図１０の列車無線通信システムによれば、親局２１と子局２３の間の双方向通信において、レーダ装置１００１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１が逐次算出され、親局無線送受信装置１００２がドップラーシフト分ΔＦ１の情報を含むＡＭ変調による低速伝送通信パケットおよび多値変調による高速伝送通信パケットを周期的に交互に送信する。これにより、子局無線送受信装置１００３はドップラーシフト分ΔＦ１およびΔＦ２の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【０１４１】
また、親局無線送受信装置１００２においては、ドップラーシフト分ΔＦ１を算出し低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３を生成する回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、親局無線送受信装置１００２は、一般的な多値変調による無線送受信装置に容易かつ安価な構成のＡＭ変調回路を付加することで実現できる。
【０１４２】
子局無線送受信装置１００３においても、ドップラーシフト情報を抽出して周波数制御信号を生成する回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、子局無線送受信装置１００３は、一般的な多値変調による無線送受信装置に容易かつ安価な構成の包絡線検波回路を付加することで実現できる。
【０１４３】
ところで、図３の親局無線送信装置３２、図４の親局無線受信装置４２、図８の親局無線送信装置８２、子局無線受信装置８３、および図１０の親局無線送受信装置１００２、子局無線送受信装置１００３では、高周波帯および中間周波数帯の発振器を併用して周波数変換を行っているが、いずれか一方の発振器のみを用いた場合でも同様のドップラーシフト補正を行うことが可能である。
【０１４４】
（付記１） 移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記２） 移動体に設置された移動無線通信装置からデータを受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
前記移動無線通信装置から電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記３） 移動体に設置された移動無線通信装置との間で、周波数変調連続波を用いたパッシブ方式によりデータを送受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数と、レーダ波を送信してから反射されたレーダ波を受信するまでの時間を測定する測定手段と、
測定された周波数および時間に基いて、ドップラーシフトを補正するための周波数変調連続波カーブを示す制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じて変化する周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と、
前記移動無線通信装置からパッシブ方式により送信された電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記４） あらかじめ計算された複数の周波数変調連続波カーブのデータを格納する格納手段をさらに備え、前記制御手段は、前記測定された周波数および時間に対応する周波数変調連続波カーブのデータを前記格納手段から読み出して、前記制御信号を生成することを特徴とする付記３記載の無線通信装置。
（付記５） 移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数の情報を含む低速伝送通信パケットと、送信データを含む高速伝送通信パケットを生成する生成手段と、
送信用ローカル信号を出力する送信用発振手段と、
前記低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って変調波を生成し、前記高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って変調波を生成する変調手段と、
前記送信用ローカル信号を用いて、生成された変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記６） 受信用ローカル信号を出力する受信用発振手段と、前記低速伝送通信パケットに含まれる周波数の情報に基いてドップラーシフトが補正された周波数の電波を、前記移動無線通信装置から受信し、前記受信用ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、受信波の変調成分を抽出する受信手段と、前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段とをさらに備えることを特徴とする付記５記載の無線通信装置。
（付記７） 移動体に設置され、他の無線通信装置からデータを受信する移動無線通信装置であって、
前記移動体のドップラーシフト周波数の情報を含む低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って生成された電波と、送信データを含む高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って生成された電波を、前記他の無線通信装置から受信する受信手段と、
前記低速伝送通信パケットの受信波から包絡線検波により低速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成し、前記高速伝送通信パケットの受信波の変調成分から高速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成する復調手段と、
前記低速伝送通信パケットのベースバンド信号から前記ドップラーシフト周波数の情報を抽出し、抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための受信用制御信号を出力する制御手段と、
前記受信用制御信号に応じた周波数の受信用ローカル信号を出力する受信用周波数可変発振手段と、
前記受信用ローカル信号を用いて前記高速伝送通信パケットの受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出して前記復調手段に出力する受信用変換手段と
を備えることを特徴とする移動無線通信装置。
（付記８） 送信用制御信号に応じた周波数の送信用ローカル信号を出力する送信用周波数可変発振手段と、送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、前記送信用ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を前記他の無線通信装置に対して送信する送信手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための送信用制御信号を前記送信用周波数可変発振手段に出力することを特徴とする付記７記載の移動無線通信装置。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の移動体無線通信システムの原理図である。
【図２】列車無線通信システムの概念図である。
【図３】第１の列車無線通信システムの構成図である。
【図４】第２の列車無線通信システムの構成図である。
【図５】第３の列車無線通信システムの構成図である。
【図６】周波数の変化を示す図である。
【図７】ＦＭ−ＣＷカーブのデータ構造を示す図である。
【図８】第４の列車無線通信システムの構成図である。
【図９】通信パケットを示す図である。
【図１０】第５の列車無線通信システムの構成図である。
【図１１】自動列車停止システムを示す図（その１）である。
【図１２】自動列車停止システムを示す図（その２）である。
【符号の説明】
【０１４６】
１１ レール
１２、２５ 列車
１３ 停止信号機
１４、１８ 情報伝送装置
１５ ケーブル
１６ 地上子
１７ 車上子
１９ 運転台装置
２１ 親局
２２ 親局制御装置
２３ 子局
２４ 子局制御装置
３１、４１、５１、６１、８１、１００１ レーダ装置
３２、８２ 親局無線送信装置
３３、８３ 子局無線受信装置
４２ 親局無線受信装置
４３ 子局無線送信装置
５２、１００２ 親局無線送受信装置
５３、１００３ 子局無線送受信装置
９１ 通信パケットのタイミング構成
９２ 低速伝送通信パケット
９３ 高速伝送通信パケット
１０１ 測定手段
１０２ 制御手段
１０３ 周波数可変発振手段
１０４ 変調手段
１０５ 送信手段
１０６ 受信手段
１０７ 復調手段
１１１ 移動体
１１２ 移動無線通信装置
３０１、４０１、５０１、８０１、１０１１ レーダ用アンテナ
３０２、４０２、８０２、１０１２ ドップラー周波数測定回路
３０３、４１２、５０３、５２０、８０３、１０１３、１０３６ 送信アンテナ
３０４、４１３、５０４、５１９、８０４、１０１４、１０３７ 高周波帯送信増幅回路
３０５、８０５、１０１５、１０３８ 送信部高周波帯周波数変換器
３０６、１０３９ 送信部高周波帯ＶＣＯ
３０７、８０７、１０１７、１０４０ 送信部中間周波数帯周波数変換器
３０８、１０４１ 送信部中間周波数帯ＶＣＯ
３０９、４０９、５１０、８１８、１０４２ 周波数制御回路
３１０、４１６、５１２、５２２、８１０、１０２０、１０４３ 変調回路
３１１、３１７、４１１、４１７、５１４、５２３、８１１、８２０、１０２８、１０４４ ベースバンド処理回路
３１２、４０３、５０９、５１５、８１２、１０２１、１０２９ 受信アンテナ
３１３、４０４、５０８、５１６、８１３、１０２２、１０３０ 高周波帯受信増幅回路
３１４、４１４ 周波数変換器
３１５ 受信用発振器
３１６、４１０、５１３、５２１、８１９、１０２７、１０３５ 復調回路
４０５、５０７、８１４、１０２３、１０３１ 受信部高周波帯周波数変換器
４０６、８１５、１０３２ 受信部高周波帯ＶＣＯ
４０７、８１６、１０２５、１０３３ 受信部中間周波数帯周波数変換器
４０８、８１７、１０３４ 受信部中間周波数帯ＶＣＯ
４１５ 送信用発振器
５０２ ドップラー周波数・相対距離測定回路
５０６ 送受共用高周波帯ＶＣＯ
５１１ メモリ
５１７ 信号分配器
５３１ 破線
５３２ 実線
５３３ 一点鎖線
８０６、１０１６ 送信部高周波帯発振器
８０８、１０１８ 送信部中間周波数帯発振器
８０９、１０１９ データパケット生成回路
９０１、９０４ 同期データ
９０２、９０５ 制御データ
９０３、９０７ 誤り検出符号
９０６ 情報データ
１０２４ 受信部高周波帯発振器
１０２６ 受信部中間周波数帯発振器
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ 周波数
Ｌ 相対距離
Ｖ 相対速度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親局と移動体に搭載された子局との間で無線通信を行う移動体無線通信システムに関し、特に、鉄道の駅等に設置された親局と列車に搭載された子局との間で無線通信を行う列車無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、鉄道の駅周辺において列車運行の安全確保に用いられている自動列車停止（Automatic Train Stop：ＡＴＳ）システムの例を示している。図１２は、図１１の破線で示された（Ａ）の周辺を上から見た平面図である。
【０００３】
このＡＴＳシステムでは、レール１１上の必要箇所に地上子１６が設置され、情報伝送装置１４とケーブル１５で接続される。地上子１６は、停止信号機１３の信号種別や距離情報等のデジタル情報を、列車１２に設置されている車上子１７に伝送し、車上子１７は、地上子１６から受信した情報を情報伝送装置１８を介して運転台装置１９に転送する。
【０００４】
一方、最近、通過列車や停止列車の車上システムと地上システムの間で行うデータ通信の内容に、列車番号情報や運転者識別子等の各種データを加えて、より高度な各種制御を行うニーズが高まっている。
【０００５】
通過列車に対する各種データの送受信を安価に行う方法として、地上システムと車上システムに無線送受信装置を用いることが考えられるが、デジタル移動体通信においては、送信局と受信局の相対速度によってドップラーシフトが発生し、受信信号を正しく復調することが困難となり、ビット誤り率（ＢＥＲ）が劣化することは広く知られている。
【０００６】
ドップラーシフトを補正する方法として、例えば、下記特許文献１のように、全地球測位システム（Global Positioning System ：ＧＰＳ）を利用して移動局の緯度、経度、および移動速度を測定し、あらかじめ測定された基地局との相対位置からドップラーシフトを計算し、その計算結果より送信装置のローカル周波数を微調整するシステムが知られている。
【０００７】
また、下記特許文献２のように、速度検出器を用いて移動体の速度を検出し、ドップラーシフトを補正する方法や、下記特許文献３のように、人工衛星を利用した移動体通信におけるドップラーシフトを補正する方法も知られている。
【０００８】
その他、車両の位置検出装置として、近年、ミリ波帯を用いた安価で高性能な周波数変調連続波（Frequency Modulated-Continuous Wave ：ＦＭ−ＣＷ）方式の車載レーダが一般の乗用車に搭載されおり、前方車両との相対距離と相対速度を計測し、前方車両と衝突した場合の被害を軽減する安全技術として用いられている。
【特許文献１】特開２００３−３０９５１７号公報
【特許文献２】特開平０５−０２２１８３号公報
【特許文献３】特表２００１−５０９３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の列車無線通信システムには、次のような問題がある。
ＡＴＳシステムは、列車への位置通知とデータ通信を行うことにより、列車が停止信号機の指示速度を超えて信号位置に入ろうとした場合、乗務員に警報を発したり、列車を自動で停止させる保安システムである。しかし、既設の線路に新たにＡＴＳシステムを導入する場合、図１１および図１２に示すように、地上子を設置するために信号線や電源線のケーブルをレールの下に潜らせる敷設工事が必要になり、莫大な工事費用が掛かる等、経済的な問題が発生する。
【００１０】
この工事費用の問題を解決する方法として、地上システムに安価で高性能なレーダ装置と無線送受信装置を設け、車上システムに無線送受信装置を設けて、ＡＴＳシステムを構築する方法が考えられる。しかし、マイクロ波帯やミリ波帯の無線送受信装置を用いて高速で移動する列車と地上システム間の通信を行う場合、受信する電波に列車の速度に応じたドップラーシフトが発生し、ＢＥＲが劣化する。
【００１１】
上記特許文献１では、ドップラーシフト補正のためにＧＰＳを用いているが、駅構造物による遮蔽や天候の状況により、ＧＰＳ衛星からの電波の受信が困難な場合や、地下鉄等ではこの方法を適用することができない。
【００１２】
本発明の課題は、高速で移動する列車のような移動体と地上システム間の無線通信において、無線送受信装置の回路規模の増大、大型化、および高価格化を招くことなく、ドップラーシフトの影響を排除して安定した品質の無線回線を提供することである。
【００１３】
本発明のもう１つの課題は、ＡＴＳシステムのような列車運行管理システムを安価に構築することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
図１は、本発明の第１〜第３の局面における移動体無線通信システムの原理図である。
本発明の第１の局面において、無線通信装置は、測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、変調手段１０４、および送信手段１０５を備え、移動体１１１に設置された移動無線通信装置１１２に対してデータを送信する。
【００１５】
測定手段１０１は、レーダ波を送信し、移動体１１１により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する。制御手段１０２は、測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力し、周波数可変発振手段１０３は、その制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する。変調手段１０４は、送信データのベースバンド信号から変調波を生成する。送信手段１０５は、ローカル信号を用いて変調波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された周波数の電波を移動無線通信装置１１２に対して送信する。
【００１６】
このような無線通信装置によれば、ドップラーシフトによる周波数ずれをあらかじめ補正した送信波が、移動無線通信装置１１２に対して送信される。補正されたドップラーシフト分は電波伝搬路のドップラーシフトにより相殺されるため、移動無線通信装置１１２はドップラーシフトの影響を排除した電波を受信することができる。
【００１７】
測定手段１０１および制御手段１０２は、例えば、後述する図３のレーダ装置３１および周波数制御回路３０９にそれぞれ対応し、周波数可変発振手段１０３は、例えば、送信部高周波帯電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０６または送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対応する。変調手段１０４は、例えば、変調回路３１０に対応し、送信手段１０５は、例えば、送信部高周波帯周波数変換器３０５または送信部中間周波数帯周波数変換器３０７、高周波帯送信増幅回路３０４、および送信アンテナ３０３に対応する。
【００１８】
本発明の第２の局面において、無線通信装置は、測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、受信手段１０６、および復調手段１０７を備え、移動体１１１に設置された移動無線通信装置１１２からデータを受信する。
【００１９】
測定手段１０１は、レーダ波を送信し、移動体１１１により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する。制御手段１０２は、測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力し、周波数可変発振手段１０３は、その制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する。受信手段１０６は、移動無線通信装置１１２から電波を受信し、ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する。復調手段１０７は、受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する。
【００２０】
このような無線通信装置によれば、移動無線通信装置１１２からドップラーシフトの影響を受けた電波を受信したとき、その受信波の周波数ずれを補正することができる。
測定手段１０１および制御手段１０２は、例えば、後述する図４のレーダ装置４１および周波数制御回路４０９にそれぞれ対応し、周波数可変発振手段１０３は、例えば、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対応する。受信手段１０６は、例えば、受信部高周波帯周波数変換器４０５または受信部中間周波数帯周波数変換器４０７、高周波帯受信増幅回路４０４、および受信アンテナ４０３に対応し、復調手段１０７は、例えば、復調回路４１０に対応する。
【００２１】
本発明の第３の局面において、無線通信装置は、測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、変調手段１０４、送信手段１０５、受信手段１０６、および復調手段１０７を備え、移動体１１１に設置された移動無線通信装置１１２との間で、周波数変調連続波を用いたパッシブ方式によりデータを送受信する。
【００２２】
測定手段１０１は、レーダ波を送信し、移動体１１１により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数と、レーダ波を送信してから反射されたレーダ波を受信するまでの時間を測定する。制御手段１０２は、測定された周波数および時間に基いて、ドップラーシフトを補正するための周波数変調連続波カーブを示す制御信号を出力し、周波数可変発振手段１０３は、その制御信号に応じて変化する周波数のローカル信号を出力する。
【００２３】
変調手段１０４は、送信データのベースバンド信号から変調波を生成する。送信手段１０５は、ローカル信号を用いて変調波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された周波数の電波を移動無線通信装置１１２に対して送信する。
【００２４】
受信手段１０６は、移動無線通信装置１１２からパッシブ方式により送信された電波を受信し、上記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する。復調手段１０７は、受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する。
【００２５】
このような無線通信装置によれば、ドップラーシフトによる周波数ずれをあらかじめ補正した送信波が移動無線通信装置１１２に対して送信され、移動無線通信装置１１２はドップラーシフトの影響を排除した電波を受信することができる。さらに、移動無線通信装置１１２からドップラーシフトの影響を受けた電波を受信したとき、その受信波の周波数ずれを補正することができる。
【００２６】
測定手段１０１、制御手段１０２、周波数可変発振手段１０３、変調手段１０４、および復調手段１０７は、例えば、後述する図５のレーダ装置５１、周波数制御回路５１０、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６、変調回路５１２、および復調回路５１３にそれぞれ対応する。送信手段１０５は、例えば、高周波帯送信増幅回路５０４および送信アンテナ５０３に対応し、受信手段１０６は、例えば、受信部高周波帯周波数変換器５０７、高周波帯受信増幅回路５０８、および受信アンテナ５０９に対応する。
【００２７】
本発明の第４の局面において、無線通信装置は、測定手段、生成手段、送信用発振手段、変調手段、および送信手段を備え、移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する。
【００２８】
測定手段は、レーダ波を送信し、移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する。生成手段は、測定された周波数の情報を含む低速伝送通信パケットと、送信データを含む高速伝送通信パケットを生成する。送信用発振手段は、送信用ローカル信号を出力する。変調手段は、低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って変調波を生成し、高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って変調波を生成する。送信手段は、送信用ローカル信号を用いて、生成された変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を移動無線通信装置に対して送信する。
【００２９】
また、移動無線通信装置は、受信手段、復調手段、制御手段、受信用周波数可変発振手段、および受信用変換手段を備え、他の無線通信装置からデータを受信する。
受信手段は、移動体のドップラーシフト周波数の情報を含む低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って生成された電波と、送信データを含む高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って生成された電波を、他の無線通信装置から受信する。復調手段は、低速伝送通信パケットの受信波から包絡線検波により低速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成し、高速伝送通信パケットの受信波の変調成分から高速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成する。
【００３０】
制御手段は、低速伝送通信パケットのベースバンド信号からドップラーシフト周波数の情報を抽出し、抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための受信用制御信号を出力する。受信用周波数可変発振手段は、受信用制御信号に応じた周波数の受信用ローカル信号を出力する。受信用変換手段は、受信用ローカル信号を用いて高速伝送通信パケットの受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出して復調手段に出力する。
【００３１】
このような移動体無線通信システムによれば、最初に、無線通信装置から移動無線通信装置へ、ドップラーシフトの影響が少ない振幅変調にてドップラーシフト周波数の情報が送信され、移動無線通信装置はその情報を用いて受信波の周波数ずれを補正することが可能な状態になる。次に、無線通信装置から移動無線通信装置へ、ドップラーシフトの影響を受けた多値変調による送信データが送信され、移動無線通信装置は受信波の周波数ずれを補正することで、ドップラーシフトの影響を排除した電波を受信することができる。
【００３２】
測定手段は、例えば、後述する図８のレーダ装置８１または図１０のレーダ装置１００１に対応する。生成手段、変調手段、復調手段、および制御手段は、例えば、データパケット生成回路８０９または１０１９、変調回路８１０または１０２０、復調回路８１９または１０３５、および周波数制御回路８１８または１０４２にそれぞれ対応する。
【００３３】
送信用発振手段は、例えば、図８の送信部高周波帯発振器８０６または送信部中間周波数帯発振器８０８、あるいは、図１０の送信部高周波帯発振器１０１６または送信部中間周波数帯発振器１０１８に対応する。送信手段は、例えば、図８の送信部高周波帯周波数変換器８０５または送信部中間周波数帯周波数変換器８０７、高周波帯送信増幅回路８０４、および送信アンテナ８０３、あるいは、図１０の送信部高周波帯周波数変換器１０１５または送信部中間周波数帯周波数変換器１０１７、高周波帯送信増幅回路１０１４、および送信アンテナ１０１３に対応する。
【００３４】
受信手段は、例えば、図８の受信アンテナ８１２および高周波帯受信増幅回路８１３、あるいは、図１０の受信アンテナ１０２９および高周波帯受信増幅回路１０３０に対応する。受信用周波数可変発振手段は、例えば、図８の受信部高周波帯ＶＣＯ８１５または受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７、あるいは、図１０の受信部高周波帯ＶＣＯ１０３２または受信部中間周波数帯ＶＣＯ１０３４に対応する。
【００３５】
受信用変換手段は、例えば、図８の受信部高周波帯周波数変換器８１４または受信部中間周波数帯周波数変換器８１６、あるいは、図１０の受信部高周波帯周波数変換器１０３１または受信部中間周波数帯周波数変換器１０３３に対応する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、地上に設置された親局無線通信装置と列車のような移動体に設置された子局無線通信装置の間でデータの送受信を行う移動体無線通信システムにおいて、親局のレーダ波により移動体のドップラーシフト周波数を測定することで、ドップラーシフトによる周波数ずれをあらかじめ補正した送信波を親局から子局へ送信したり、親局において子局からの受信波の周波数ずれを補正したりすることが可能になる。また、測定されたドップラーシフト周波数の情報を親局から子局へ送信し、子局において親局からの受信波の周波数ずれを補正することも可能になる。
【００３７】
これにより、親局と子局の間でドップラーシフトの影響を排除した無線通信が実現され、移動体の速度に応じて発生するドップラーシフトが引き起こすＢＥＲの劣化が改善される。また、ＧＰＳを用いたシステムのように衛星からの電波を受信しなくても、ドップラーシフトの補正を行えるため、実用に適した列車無線通信システムを構築することができる。
【００３８】
さらに、ドップラーシフトの影響を低減させるための回路の大部分を、デジタル信号処理と安価で容易な構成の変調回路および復調回路で実現できるので、無線通信装置の小型化および低価格化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図２は、列車無線通信システムの概念図である。図２において、地上システムは親局２１および親局制御装置２２からなり、列車２５に搭載された車上システムは、子局２３および子局制御装置２４からなる。ＶおよびＬは、親局２１と子局２３の相対速度および相対距離をそれぞれ表す。また、Ｆ１は、親局２１に備えられた無線送信装置の送信周波数、Ｆ２は、子局２３に備えられた無線送信装置の送信周波数、Ｆ３は、親局２１に備えられたレーダ装置の送信周波数を表す。
【００４０】
以下に説明する第１〜第５の列車無線通信システムでは、親局２１のレーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報を利用してドップラーシフト分を算出し、その結果をもとに親局２１と子局２３の間の通信に用いる無線周波数を補正する。
【００４１】
第１の列車無線通信システムでは、親局２１から子局２３への単方向通信において、親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報に基づいて送信部高周波帯ＶＣＯまたは送信部中間周波数帯ＶＣＯを制御し、ドップラーシフトにより発生する周波数のずれをあらかじめ補正した送信波を出力する。補正されたドップラーシフト分が電波伝搬路のドップラーシフトにより相殺され、子局２３は、正しい周波数の受信波を受け取る。
【００４２】
図３は、このような第１の列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図３のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置３１および親局無線送信装置３２と、子局２３に設置された子局無線受信装置３３からなる。
【００４３】
レーダ装置３１は、レーダ用アンテナ３０１およびドップラー周波数測定回路３０２を備える。親局無線送信装置３２は、送信アンテナ３０３、高周波帯送信増幅回路３０４、送信部高周波帯周波数変換器３０５、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６、送信部中間周波数帯周波数変換器３０７、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８、周波数制御回路３０９、変調回路３１０、およびベースバンド処理回路３１１を備える。
【００４４】
子局無線受信装置３３は、受信アンテナ３１２、高周波帯受信増幅回路３１３、周波数変換器３１４、受信用発振器３１５、復調回路３１６、およびベースバンド処理回路３１７を備える。
【００４５】
次に、図３の列車無線通信システムの動作について説明する。図２を参照すると、地上に設置された親局２１に向かって列車２５に設置された子局２３が速度Ｖで接近しているため、親局無線送信装置３２の送信周波数Ｆ１の電波は、ドップラー効果による影響を受けてドップラーシフトΔＦ１を伴い、Ｆ１＋ΔＦ１となって子局２３に到達する。このとき、周波数Ｆ１の電波の波長をλ１とすると、ΔＦ１＝Ｖ／λ１となる。
【００４６】
また、レーダ装置３１からの送信周波数Ｆ３の電波は、ドップラー効果による影響を受けてドップラーシフトΔＦ３を伴い、Ｆ３＋ΔＦ３となって子局２３に到達し、列車２５により反射されて、さらにドップラーシフトΔＦ３を伴って親局２１に到達する。このため、レーダ装置３１が受信する反射波の周波数は、Ｆ３＋２×ΔＦ３となる。このとき、周波数Ｆ３の電波の波長をλ３とすると、ΔＦ３＝Ｖ／λ３となる。
【００４７】
このように、レーダ用アンテナ３０１は、周波数Ｆ３の電波を出力し、列車２５からの周波数Ｆ３＋２×ΔＦ３の反射波を受信する。ドップラー周波数測定回路３０２は、時々刻々と変化するドップラーシフト分ΔＦ３を抽出し、子局２３を搭載した列車２５の相対速度Ｖを逐次算出する。このとき、レーダ装置３１により観測されるドップラーシフト分をΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）とすると、相対速度Ｖは次式により算出される。
Ｖ＝λ３×ΔＦｒｄ／２ （１）
ドップラー周波数測定回路３０２は、さらに、相対速度Ｖを用いて親局無線送信装置３２の送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１（＝Ｖ／λ１）を逐次計算し、その計算結果を周波数制御回路３０９に出力する。
【００４８】
周波数制御回路３０９は、送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１が補正されるような制御電圧補正値ΔＶＦ１を生成し、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ１を出力するか、または送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ１を出力する。
【００４９】
送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ１を出力する場合は、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対して制御電圧ＶＬＯ２を出力し、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ１を出力する場合は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に対して制御電圧ＶＬＯ１を出力する。
【００５０】
制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ１が送信部高周波帯ＶＣＯ３０６に出力された場合は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６は周波数ＦＬＯ１−ΔＦ１の信号を出力し、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８は周波数ＦＬＯ２の信号を出力する。また、制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ１が送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８に出力された場合は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６は周波数ＦＬＯ１の信号を出力し、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８は周波数ＦＬＯ２−ΔＦ１の信号を出力する。
【００５１】
ベースバンド処理回路３１１は、親局制御装置２２から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路３１０に出力し、変調回路３１０は、送信ベースバンド信号から送信データの変調波を生成して送信部中間周波数帯周波数変換器３０７に出力する。
【００５２】
送信部中間周波数帯周波数変換器３０７は、送信部中間周波数帯ＶＣＯ３０８の出力ＦＬＯ２（またはＦＬＯ２−ΔＦ１）をローカル信号として、変調波を中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ−ΔＦ１）に変換する。送信部高周波帯周波数変換器３０５は、送信部高周波帯ＶＣＯ３０６の出力ＦＬＯ１−ΔＦ１（またはＦＬＯ１）をローカル信号として、中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ−ΔＦ１）の出力をドップラーシフト分ΔＦ１が補正された送信周波数Ｆ１−ΔＦ１に変換する。
【００５３】
高周波帯送信増幅回路３０４は、周波数Ｆ１−ΔＦ１の送信波を増幅し、送信アンテナ３０３は、増幅された送信波を子局無線受信装置３３に対して送信する。
親局無線送信装置３２からの送信波Ｆ１−ΔＦ１は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けることによりドップラーシフト分ΔＦ１が相殺される。したがって、子局無線受信装置３３の受信アンテナ３１２には、周波数Ｆ１の受信波が入力される。受信波Ｆ１は、高周波帯受信増幅回路３１３により増幅され、周波数変換器３１４に出力される。
【００５４】
周波数変換器３１４は、受信用発振器３１５の出力をローカル信号として、高周波帯受信増幅回路３１３の出力を周波数変換する。復調回路３１６は、周波数変換された受信信号からドップラーシフト分ΔＦ１が補正された受信ベースバンド信号を抽出し、ベースバンド処理回路３１７に出力する。ベースバンド処理回路３１７は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して子局制御装置２４に転送する。
【００５５】
すなわち、子局無線受信装置３３は、ドップラーシフト分ΔＦ１が補正された電波を受信することで、ドップラーシフトΔＦ１による信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００５６】
以上説明したように、図３の列車無線通信システムによれば、親局２１から子局２３への単方向通信において、レーダ装置３１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を逐次算出することで、ドップラーシフト分ΔＦ１の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【００５７】
また、親局２１においては、ドップラーシフト分ΔＦ１を算出し、補正するための回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、子局２３においては、送信波Ｆ１のドップラーシフト分を補正する特別な回路を必要としない。
【００５８】
次に、第２の列車無線通信システムについて説明する。第２の列車無線通信システムでは、子局２３から親局２１への単方向通信において、親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報に基づいて受信高周波帯ＶＣＯまたは受信中間周波数帯ＶＣＯを制御し、受信波のドップラーシフトによる周波数ずれを補正する。
【００５９】
図４は、このような列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図４のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置４１および親局無線受信装置４２と、子局２３に設置された子局無線送信装置４３からなる。
【００６０】
レーダ装置４１は、レーダ用アンテナ４０１およびドップラー周波数測定回路４０２を備える。親局無線受信装置４２は、受信アンテナ４０３、高周波帯受信増幅回路４０４、受信部高周波帯周波数変換器４０５、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６、受信部中間周波数帯周波数変換器４０７、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８、周波数制御回路４０９、復調回路４１０、およびベースバンド処理回路４１１を備える。
【００６１】
子局無線送信装置４３は、送信アンテナ４１２、高周波帯送信増幅回路４１３、周波数変換器４１４、送信用発振器４１５、変調回路４１６、およびベースバンド処理回路４１７を備える。
【００６２】
次に、図４の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局無線受信装置４２において、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８の出力である受信ローカル信号を制御して、子局無線送信装置４３からの周波数Ｆ２の送信波のドップラーシフト分ΔＦ２を補正する。
【００６３】
子局無線送信装置４３のベースバンド処理回路４１７は、子局制御装置２４から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路４１６に出力し、変調回路４１６は、送信ベースバンド信号から送信データの変調波を生成して周波数変換器４１４に出力する。
【００６４】
周波数変換器４１４は、送信用発振器４１５からの周波数Ｆ２の出力をローカル信号として、送信データの変調波を高周波帯の信号に変換し、高周波帯送信増幅回路４１３は、周波数Ｆ２の送信波を増幅し、送信アンテナ４１２は、増幅された送信波を親局無線受信装置４２に対して送信する。
【００６５】
レーダ装置４１は、図３のレーダ装置３１と同様に、周波数Ｆ３の電波を出力し、ドップラーシフト分ΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）から子局２３の相対速度Ｖを逐次算出する。そして、相対速度Ｖを用いて子局無線送信装置４３の送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２を逐次計算し、その計算結果を周波数制御回路４０９に出力する。
【００６６】
周波数制御回路４０９は、送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２が補正されるような制御電圧補正値ΔＶＦ２を生成し、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ２を出力するか、または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ２を出力する。
【００６７】
受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に対して制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ２を出力する場合は、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対して制御電圧ＶＬＯ２を出力し、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に対して制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ２を出力する場合は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に対して制御電圧ＶＬＯ１を出力する。
【００６８】
制御電圧ＶＬＯ１−ΔＶＦ２が受信部高周波帯ＶＣＯ４０６に出力された場合は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６は周波数ＦＬＯ１−ΔＦ２の信号を出力し、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８は周波数ＦＬＯ２の信号を出力する。また、制御電圧ＶＬＯ２−ΔＶＦ２が受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８に出力された場合は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６は周波数ＦＬＯ１の信号を出力し、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８は周波数ＦＬＯ２−ΔＦ２の信号を出力する。
【００６９】
子局無線送信装置４３からの送信波Ｆ２は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、受信アンテナ４０３には周波数Ｆ２＋ΔＦ２の受信波が入力される。受信波Ｆ２＋ΔＦ２は、高周波帯受信増幅回路４０４により増幅され、受信部高周波帯周波数変換器４０５に出力される。
【００７０】
受信部高周波帯周波数変換器４０５は、受信部高周波帯ＶＣＯ４０６の出力ＦＬＯ１−ΔＦ２（またはＦＬＯ１）をローカル信号として、高周波帯受信増幅回路４０４からの出力を中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ＋ΔＦ２）に変換する。受信部中間周波数帯周波数変換器４０７は、受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８の出力ＦＬＯ２（またはＦＬＯ２−ΔＦ２）をローカル信号として、中間周波数ＦＩＦ（またはＦＩＦ＋ΔＦ２）の出力を周波数変換し、ドップラーシフト分ΔＦ２が補正された周波数Ｆ２の受信波の変調成分を抽出する。
【００７１】
復調回路４１０は、受信波の変調成分から受信ベースバンド信号を抽出し、ベースバンド処理回路４１１に出力する。ベースバンド処理回路４１１は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して親局制御装置２２に転送する。
【００７２】
すなわち、親局無線受信装置４２は、周波数制御回路４０９により受信部高周波帯ＶＣＯ４０６または受信部中間周波数帯ＶＣＯ４０８を制御することで、ドップラーシフト分ΔＦ２を補正するようなローカル信号を生成することができる。このローカル信号を用いて、ドップラーシフトの影響を受けた受信波Ｆ２＋ΔＦ２のドップラーシフト分ΔＦ２を除去することで、ドップラーシフトΔＦ２による信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００７３】
以上説明したように、図４の列車無線通信システムによれば、子局２３から親局２１への単方向通信において、レーダ装置４１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから子局２３の送信波（すなわち、親局２１の受信波）のドップラーシフト分ΔＦ２を逐次算出することで、親局２１の受信波のドップラーシフト分ΔＦ２の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【００７４】
また、親局２１においては、ドップラーシフト分ΔＦ２を算出し、補正するための回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、子局２３においては、送信波Ｆ２のドップラーシフト分を補正する特別な回路を必要としない。
【００７５】
次に、第３の列車無線通信システムについて説明する。第３の列車無線通信システムでは、親局２１と子局２３の間でパッシブ方式を用いた半二重双方向通信を行う。親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報に基いて送受共用ＶＣＯを制御して、ドップラーシフトにより発生する周波数ずれをあらかじめ補正した送信波を出力するとともに、受信波のドップラー周波数による周波数ずれを補正する。
【００７６】
図５は、このような列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図５のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置５１および親局無線送受信装置５２と、子局２３に設置された子局無線送受信装置５３からなる。
【００７７】
レーダ装置５１は、レーダ用アンテナ５０１およびドップラー周波数・相対距離測定回路５０２を備える。親局無線送受信装置５２は、送信アンテナ５０３、高周波帯送信増幅回路５０４、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６、受信部高周波帯周波数変換器５０７、高周波帯受信増幅回路５０８、受信アンテナ５０９、周波数制御回路５１０、メモリ５１１、変調回路５１２、復調回路５１３、およびベースバンド処理回路５１４を備える。
【００７８】
子局無線送受信装置５３は、受信アンテナ５１５、高周波帯受信増幅回路５１６、信号分配器５１７、高周波帯送信増幅回路５１９、送信アンテナ５２０、復調回路５２１、変調回路５２２、およびベースバンド処理回路５２３を備える。
【００７９】
図６は、図５の列車無線通信システムにおける周波数の変化を示すグラフである。図６において、破線５３１は、親局無線送受信装置５２の送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６が出力する信号（送信波の周波数Ｆ１）の周波数変化を表し、実線５３２は、親局無線送受信装置５２が受信する電波の周波数変化を表し、一点鎖線５３３は、子局無線送受信装置５３が受信する電波の周波数変化を表す。
【００８０】
ｔ１は、親局２１と子局２３の相対距離による電波伝搬遅延時間を表し、ｔ３は、親局２１と子局２３の相対距離による往復の電波伝搬遅延時間を表す。ｔ２は、親局２１から子局２３へのパケット送信の時間を表し、ｔ４は、子局２３から親局２１へのパケット送信の時間を表す。ΔＦ１は、子局２３がパケットを受信する際に生じるドップラーシフトであり、２×ΔＦ１は、親局２１がパケットを受信する際に生じるドップラーシフトである。
【００８１】
時間ｔ２における親局無線送受信装置５２から子局無線送受信装置５３へのパケット送信において、親局無線送受信装置５２の変調回路５１２は、振幅変調（ＡＭ変調）信号を生成し、高周波送信増幅回路５０４の駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦする。これにより、親局無線送受信装置５２から高周波帯のＡＭ変調波が出力され、子局無線送受信装置５３の復調回路５２１は、包絡線検波方式を用いてパケットの抽出を行う。
【００８２】
なお、子局無線送受信装置５３が親局無線送受信装置５２からパケットを受信する際、搬送波にドップラーシフトΔＦ１が生じるが、搬送波より遥かに低い周波数帯でＡＭ変調を行い、包絡線検波方式を用いて復調を行うため、搬送波帯でドップラーシフトΔＦ１が生じても、受信ベースバンド帯ではドップラーシフト量は微少となる。したがって、信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００８３】
一方、時間ｔ４における子局無線送受信装置５３から親局無線送受信装置５２へのパケット送信において、レーダ装置５１により測定されるドップラー周波数および相対距離Ｌをもとに、周波数制御回路５１０およびメモリ５１１を用いて送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６を制御することで、親局無線送受信装置５２からドップラーシフト分２×ΔＦ１をあらかじめ補正したＦＭ−ＣＷの送信波が出力される。
【００８４】
子局無線送受信装置５３は、受信したＦＭ−ＣＷ信号をパッシブ方式により折り返し、高周波帯送信増幅回路５１９にローカル信号として供給し、変調回路５２２は、ＦＳＫ（Frequency shift keying）／ＡＭ変調信号を生成して、高周波送信増幅回路５１９の駆動電圧をＦＳＫの周波数に合わせてＯＮ／ＯＦＦする。これにより、子局無線送受信装置５３から高周波帯のＦＳＫ／ＡＭ変調波が出力される。
【００８５】
親局無線送受信装置５２の受信部高周波帯周波数変換器５０７は、ホモダイン方式による検波を行う際、ドップラーシフト分２×ΔＦ１を補正するように制御された送受共用高周波帯ＶＣＯ５０７が出力するＦＭ−ＣＷ信号を、ローカル信号として用いる。したがって、信号劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調することができる。
【００８６】
ところで、親局無線送受信装置５２のメモリ５１１には、例えば、図７に示すように、相対距離Ｌの軸と相対速度Ｖの軸が取られたマトリクス構造の領域が用意され、それぞれの数値の組に対応するＦＭ−ＣＷカーブのデータが格納されている。このＦＭ−ＣＷカーブは、デジタル−アナログ変換可能なデジタルデータであり、その傾きｋは相対速度Ｖおよび相対距離Ｌをパラメータとして、次式によりあらかじめ計算される。
ｋ＝（Ｖ×Ｃ）／（Ｌ×λ） （２）
ここで、Ｃは光速を表し、λは親局無線送受信装置５２の送信波の波長を表す。
【００８７】
時間ｔ４においては、親局無線送受信装置５２のドップラー周波数・相対距離測定回路５０２が、時々刻々と変化する子局２３の相対速度Ｖおよび相対距離Ｌを逐次算出して、周波数制御回路５１０に出力する。周波数制御回路５１０は、受け取った相対速度Ｖおよび相対距離Ｌの組に対応するＦＭ−ＣＷカーブをメモリ５１１から読み出して、制御電圧に変換し、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６に出力する。これにより、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６の周波数変化５３１と親局無線送受信装置５２の受信波の周波数変化５３２を一致させることが可能になる。
【００８８】
次に、図５の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局無線送受信装置５２から子局無線送受信装置５３に向けてパケット送信を行う場合、ベースバンド処理回路５１４は、親局制御装置２２から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路５１２に出力し、変調回路５１２は、送信ベースバンド信号から送信データのＡＭ変調信号を生成して高周波帯送信増幅回路５０４に出力する。
【００８９】
高周波帯送信増幅回路５０４は、変調回路５１２からのＡＭ変調信号により駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御して、高周波帯のＡＭ変調波を出力し、送信アンテナ５０３は、ＡＭ変調波を子局無線送受信装置５３に対して送信する。
【００９０】
親局無線送受信装置５２の送信波Ｆ１は電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、ドップラーシフト分ΔＦ１が生じて、子局無線送受信装置５３の受信アンテナ５１５には受信波Ｆ１＋ΔＦ１が入力される。受信波Ｆ１＋ΔＦ１は、高周波帯受信増幅回路５１６により増幅され、信号分配器５１７を経て復調回路５２１に出力される。
【００９１】
復調回路５２１は、包絡線検波方式を用いて受信波を復調し、受信ベースバンド信号をベースバンド処理回路５２３に出力する。ベースバンド処理回路５２３は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して子局制御装置２４に転送する。
【００９２】
すなわち、親局無線送受信装置５２は搬送波より遥かに低い周波数帯でＡＭ変調を行い、子局無線送受信装置５３は包絡線検波方式を用いて復調を行うため、搬送波帯でドップラーシフトΔＦ１が生じても、受信ベースバンド帯ではドップラーシフト量は微少となる。
【００９３】
一方、子局無線送受信装置５３から親局無線送受信装置５２に向けてパケット送信を行う場合、レーダ装置５１は、図３のレーダ装置３１と同様に、周波数Ｆ３の電波を出力し、ドップラーシフト分ΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）と、電波を送信してから反射波を受信するまでの時間ｔ３を測定する。ドップラー周波数・相対距離測定回路５０２は、ドップラーシフト分ΔＦｒｄから子局２３の相対速度Ｖを逐次算出するとともに、時間ｔ３から子局２３の相対距離Ｌを次式により逐次算出する。
Ｌ＝ｔ３×Ｃ／２ （３）
算出された相対速度Ｖおよび相対距離Ｌは、親局無線送受信装置５２の周波数制御回路５１０に出力され、周波数制御回路５１０は、それらの数値の組に対応するＦＭ−ＣＷカーブをメモリ５１１から読み出して、ドップラーシフト分２×ΔＦ１を補正するための制御電圧を生成する。
【００９４】
送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６は、この制御電圧により制御され、ＦＭ−ＣＷ変調された周波数ＦＬＯのローカル信号を出力する。このローカル信号ＦＬＯは、高周波帯送信増幅回路５０４および送信アンテナ５０３を経て、送信波Ｆ１として子局無線送受信装置５３に対して送信される。
【００９５】
このとき、（２）式の相対速度Ｖをλ×ΔＦ１で置き換え、相対距離Ｌを（３）式のｔ３×Ｃ／２で置き換えると、ＦＭ−ＣＷカーブの傾きｋは次式のようになる。
ｋ＝２×ΔＦ１／ｔ３ （４）
したがって、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６のローカル信号ＦＬＯは、電波伝搬遅延時間ｔ３の間に周波数が２×ΔＦ１だけ増加するように制御されることが分かる。
【００９６】
親局無線送受信装置５２の送信波Ｆ１は電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、ドップラーシフト分ΔＦ１が生じて、子局無線送受信装置５３の受信アンテナ５１５には受信波Ｆ２＝Ｆ１＋ΔＦ１が入力される。受信波Ｆ２は高周波帯受信増幅回路５１６にて増幅され、信号分配器５１７を経て高周波帯送信増幅回路５１９にローカル信号として供給される。
【００９７】
ベースバンド処理回路５２３は、子局制御装置２４から送信データを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路５２２に出力し、変調回路５２２は、送信ベースバンド信号から送信データのＦＳＫ／ＡＭ変調信号を生成して高周波帯送信増幅回路５１９に出力する。高周波送信増幅回路５１９は、変調回路５２２からのＦＳＫ／ＡＭ変調信号によりＦＳＫの周波数に合わせて駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御して、高周波帯のＦＳＫ／ＡＭ変調波を出力し、送信アンテナ５２０は、周波数Ｆ２の送信波を親局無線送受信装置５２に対して送信する。
【００９８】
子親局無線送受信装置５３の送信波Ｆ２は電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けるため、ドップラーシフト分ΔＦ１が生じて、親局無線送受信装置５２の受信アンテナ５０９には受信波Ｆ２＋ΔＦ１＝Ｆ１＋２×ΔＦ１が入力される。
【００９９】
高周波帯受信増幅回路５０８は、受信波Ｆ１＋２×ΔＦ１を増幅して受信部高周波帯周波数変換器５０７に出力する。受信部高周波帯周波数変換器５０７は、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６が出力するＦＭ−ＣＷ変調されたローカル信号ＦＬＯを用いて受信波のホモダイン検波を行って、変調成分を抽出する。復調回路５１３は、受信波の変調成分から受信ベースバンド信号を抽出し、ベースバンド処理回路５１４に出力する。ベースバンド処理回路５１４は、受信ベースバンド信号から受信データを抽出して親局制御装置２２に転送する。
【０１００】
受信波Ｆ１＋２×ΔＦ１を受信部高周波帯周波数変換器５０７でホモダイン検波する時点では、親局２１と子局２３間の往復の電波伝搬遅延時間ｔ３が経過しているため、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６から出力されるローカル信号ＦＬＯの周波数は、Ｆ１からＦ１＋２×ΔＦ１に変化している。このため、ローカル信号ＦＬＯの周波数変化分２×ΔＦ１とドップラーシフト分２×ΔＦ１とが相殺される。
【０１０１】
なお、周波数制御回路５１０が制御電圧を出力する際、ＦＭ−ＣＷカーブのデータを格納したメモリ５１１を用いる代わりに、ＦＭ−ＣＷカーブの傾きｋを（２）式によりリアルタイムで算出するようにしてもよい。
【０１０２】
以上説明したように、図５の列車無線通信システムによれば、親局２１と子局２３の間でパッシブ方式にて行う双方向通信において、レーダ装置５１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから子局２３の相対速度Ｖおよび相対距離Ｌが計算され、それらに対応するＦＭ−ＣＷカーブをメモリから読み出して、逐次、送受共用高周波帯ＶＣＯ５０６が制御される。これにより、親局２１の送受信波のドップラーシフト分２×ΔＦ１の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【０１０３】
また、親局２１においては、ドップラーシフト分を補正するための制御回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、さらに、パッシブ方式の通信であるため送受信周波数が同一であり、送受信のローカル信号を生成するＶＣＯが１個だけで済む。子局２３においては、高周波帯発振器を必要とせず、送受信波のドップラーシフト分２×ΔＦ１を補正する特別な回路を必要としない。
【０１０４】
次に、第４の列車無線通信システムについて説明する。第４の列車無線通信システムでは、親局２１から子局２３への単方向通信において、親局２１は、レーダ装置にて測定されたドップラー周波数情報を含むデータパケットを生成し、ドップラーシフトの影響が少ないＡＭ変調にて低速データ伝送を行い、子局２３側において受信波の周波数補正が可能となった後に、多値変調による高速データ伝送に切り替えて送信波を出力する。
【０１０５】
一方、子局２３は、包絡線検波による復調データからドップラー周波数情報を抽出して受信部高周波帯ＶＣＯまたは受信部中間周波数帯ＶＣＯを制御することにより、受信波のドップラーシフトによる周波数ずれを補正し、その後、ヘテロダイン方式またはスーパーヘテロダイン方式を用いて、多値変調された高速データの復調を行う。これにより、ドップラーシフトを補正した親局２１から子局２３への通信が行われる。
【０１０６】
図８は、このような第４の列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図８のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置８１および親局無線送信装置８２と、子局２３に設置された子局無線受信装置８３からなる。
【０１０７】
レーダ装置８１は、レーダ用アンテナ８０１およびドップラー周波数測定回路８０２を備える。親局無線送信装置８２は、送信アンテナ８０３、高周波帯送信増幅回路８０４、送信部高周波帯周波数変換器８０５、送信部高周波帯発振器８０６、送信部中間周波数帯周波数変換器８０７、送信部中間周波数帯発振器８０８、データパケット生成回路８０９、変調回路８１０、およびベースバンド処理回路８１１を備える。
【０１０８】
子局無線受信装置８３は、受信アンテナ８１２、高周波帯受信増幅回路８１３、受信部高周波帯周波数変換器８１４、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５、受信部中間周波数帯周波数変換器８１６、受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７、周波数制御回路８１８、復調回路８１９、およびベースバンド処理回路８２０を備える。
【０１０９】
図９は、図８の列車無線通信システムで用いられる通信パケットの構造およびタイミングの例を示している。通信パケットのタイミング構成９１に示されるように、親局２１から子局２３へは、最初にＮ個の低速伝送通信パケット９２が送信された後に、Ｍ個の高速伝送通信パケット９３が送信され、以後、これらのＮ＋Ｍ個のパケットを基準周期として、データ伝送が行われる。
【０１１０】
低速伝送通信パケット９２は、受信時のタイミング同期を取るための同期データ９０１、ドップラーシフト情報を含む制御データ９０２、および誤り検出符号９０３からなる。高速伝送通信パケット９３は、受信時のタイミング同期を取るための同期データ９０４、ドップラーシフト情報を含む制御データ９０５、情報データ９０６、および誤り検出符号９０７からなる。
【０１１１】
次に、図８の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局無線送信装置８２は、ドップラーシフト情報を含む低速伝送通信パケット９２をドップラーシフトの影響が少ないＡＭ変調波に変換して送信し、その後、高速伝送通信パケット９３を多値変調波に変換して送信する。
【０１１２】
子局無線受信装置８３は、ＡＭ変調が施された受信波から包絡線検波によりドップラーシフト情報を抽出して周波数制御を行い、多値変調が施された受信波に対してドップラーシフト分を補正することで、高速伝送通信パケット９３を正常に受信する。子局無線受信装置８３では、高速データの復調にスーパーヘテロダイン方式が用いられる。
【０１１３】
レーダ装置８１は、図３のレーダ装置３１と同様に、周波数Ｆ３の電波を出力し、ドップラーシフト分ΔＦｒｄ（＝２×ΔＦ３）から子局２３の相対速度Ｖを逐次算出する。そして、相対速度Ｖを用いて親局無線送信装置８２の送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を逐次計算し、その計算結果を親局無線送信装置８２に出力する。
【０１１４】
親局無線送信装置８２のデータパケット生成回路８０９は、ドップラーシフト分の計算結果を制御データ９０２および９０５に含めて、通信パケットのタイミング構成９１に示した時系列で、低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３を生成する。高速伝送通信パケット９３を生成する場合は、親局制御装置２２から送信データを受け取り、それを情報データ９０６として用いる。
【０１１５】
ベースバンド処理回路８１１は、データパケット生成回路８０９から通信パケットを受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路８１０に出力する。変調回路８１０は、送信ベースバンド信号から送信データの変調波を生成して送信部中間周波数帯周波数変換器８０７に出力する。このとき、低速伝送通信パケット９２は、搬送波より遥かに低い周波数帯でＡＭ変調されてＡＭ変調波に変換され、高速伝送通信パケット９３は多値変調波に変換される。
【０１１６】
送信部中間周波数帯周波数変換器８０７は、送信部中間周波数帯発振器８０８が出力する周波数ＦＬＯ２のローカル信号を用いて、変調波を中間周波数ＦＩＦに変換する。送信部高周波帯周波数変換器８０５は、送信部高周波帯発振器８０６が出力する周波数ＦＬＯ１のローカル信号を用いて、中間周波数ＦＩＦの出力を送信周波数Ｆ１に変換する。高周波帯送信増幅回路８０４は、周波数Ｆ１の送信波を増幅し、送信アンテナ８０３は、増幅された送信波を子局無線受信装置８３に対して送信する。
【０１１７】
親局無線送信装置８２からの送信波Ｆ１は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受け、子局無線受信装置８３の受信アンテナ８１２には、周波数Ｆ１＋ΔＦ１の受信波が入力される。
【０１１８】
ＡＭ変調が施された受信波は、高周波帯受信増幅回路８１３により増幅されて復調回路８１９に出力される。復調回路８１９は、包絡線検波により受信波を復調し、受信ベースバンド信号をベースバンド処理回路８２０に出力する。ベースバンド処理回路８２０は、受信ベースバンド信号から低速伝送通信パケット９２を再生し、その制御データ９０２からドップラーシフト情報を抽出して、周波数制御回路８１８に逐次出力する。
【０１１９】
周波数制御回路８１８は、ドップラーシフト情報からドップラーシフト分ΔＦ１を補正するための制御電圧を生成し、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５の周波数がＦＬＯ１−ΔＦ１となり、受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７の周波数がＦＬＯ２となるように、または受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７の周波数がＦＬＯ２−ΔＦ１となり、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５の周波数がＦＬＯ１となるように制御する。
【０１２０】
一方、多値変調が施された受信波は、高周波帯受信増幅回路８１３により増幅され、受信部高周波帯周波数変換器８１４に出力される。受信部高周波帯周波数変換器８１４は、受信部高周波帯ＶＣＯ８１５の出力ＦＬＯ１−ΔＦ１（またはＦＬＯ１）をローカル信号として、受信波を周波数変換し、受信部中間周波数帯周波数変換器８１６は、受信部中間周波数帯ＶＣＯ８１７の出力ＦＬＯ２（またはＦＬＯ２−ΔＦ１）をローカル信号として、受信部高周波帯周波数変換器８１４の出力を周波数変換する。
【０１２１】
これにより、ドップラーシフト分ΔＦ１が補正された受信波の多値変調成分が抽出される。復調回路８１９は、多値変調成分からドップラーシフト分ΔＦ１による劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調する。
【０１２２】
ベースバンド処理回路８２０は、受信ベースバンド信号から高速伝送通信パケット９３を再生し、その制御データ９０５からドップラーシフト情報を抽出して、周波数制御回路８１８に逐次出力する。これにより、周波数制御回路８１８は、子局２３の移動速度に依存して変化するドップラーシフト分ΔＦ１をリアルタイムで補正することができる。さらに、ベースバンド処理回路８２０は、高速伝送通信パケット９３の情報データ９０６を抽出して子局制御装置２４に転送する。
【０１２３】
なお、通信パケットのタイミング構成９１において、Ｎ個の低速伝送通信パケット９２とＭ個の高速伝送通信パケット９３が一定周期で交互に送信されているので、子局２３が任意のタイミングで親局２１の通信エリアに到達しても、低速伝送通信パケット９２を一定周期で受信してドップラーシフト分を補正することが可能である。
【０１２４】
以上説明したように、図８の列車無線通信システムによれば、親局２１から子局２３への単方向通信において、レーダ装置８１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１が逐次算出され、親局無線送信装置８２がドップラーシフト分ΔＦ１の情報を含むＡＭ変調による低速伝送通信パケットおよび多値変調による高速伝送通信パケットを周期的に交互に送信する。これにより、子局無線受信装置８３はドップラーシフト分ΔＦ１の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【０１２５】
また、親局無線送信装置８２においては、ドップラーシフト分ΔＦ１を算出し低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３を生成する回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、低速伝送通信パケット９２のためのＡＭ変調回路は容易かつ安価に構成することができる。子局無線受信装置８３においては、包絡線検波回路は容易かつ安価に構成することができる。
【０１２６】
次に、第５の列車無線通信システムについて説明する。第５の列車無線通信システムでは、第４の列車無線通信システムの構成に加えて、親局２１は、ヘテロダイン方式またはスーパーヘテロダイン方式を用いて、多値変調された高速データの復調を行う構成を備え、子局２３は、高速データ伝送のための多値変調信号を生成する構成と、ドップラーシフトを補正した周波数制御信号により送信部高周波帯ＶＣＯまたは送信部中間周波数帯ＶＣＯを制御して送信波を送信する構成とを備える。これにより、ドップラーシフトを補正した、子局２３から親局２１への送信が実現される。
【０１２７】
図１０は、このような第５の列車無線通信システムにおける親局２１および子局２３の構成例を示している。図１０のシステムは、親局２１に設置されたレーダ装置１００１および親局無線送受信装置１００２と、子局２３に設置された子局無線送受信装置１００３からなる。
【０１２８】
親局無線送受信装置１００２は、図８の親局無線送信装置８２の回路構成に、多値変調を施した受信波の受信回路を追加した構成を有し、子局無線送受信装置１００３は、図８の子局無線受信装置８３の回路構成に、多値変調を施した送信波の送信回路を追加した構成を有する。親局無線送受信装置１００２では、高速データの復調にスーパーヘテロダイン方式が用いられる。
【０１２９】
レーダ装置１００１は、レーダ用アンテナ１０１１およびドップラー周波数測定回路１０１２を備える。親局無線送受信装置１００２は、送信アンテナ１０１３、高周波帯送信増幅回路１０１４、送信部高周波帯周波数変換器１０１５、送信部高周波帯発振器１０１６、送信部中間周波数帯周波数変換器１０１７、送信部中間周波数帯発振器１０１８、データパケット生成回路１０１９、変調回路１０２０、受信アンテナ１０２１、高周波帯受信増幅回路１０２２、受信部高周波帯周波数変換器１０２３、受信部高周波帯発振器１０２４、受信部中間周波数帯周波数変換器１０２５、受信部中間周波数帯発振器１０２６、復調回路１０２７、およびベースバンド処理回路１０２８を備える。
【０１３０】
子局無線送受信装置１００３は、受信アンテナ１０２９、高周波帯受信増幅回路１０３０、受信部高周波帯周波数変換器１０３１、受信部高周波帯ＶＣＯ１０３２、受信部中間周波数帯周波数変換器１０３３、受信部中間周波数帯ＶＣＯ１０３４、復調回路１０３５、送信アンテナ１０３６、高周波帯送信増幅回路１０３７、送信部高周波帯周波数変換器１０３８、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９、送信部中間周波数帯周波数変換器１０４０、送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１、周波数制御回路１０４２、変調回路１０４３、およびベースバンド処理回路１０４４を備える。
【０１３１】
次に、図１０の列車無線通信システムの動作について説明する。このシステムでは、親局２１と子局２３の間で行う双方向通信において、親局２１の送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を補正することに加えて、子局の送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２も補正する。
【０１３２】
親局２１から子局２３へ送信波Ｆ１を送信する動作と子局２３においてドップラーシフト分ΔＦ１を補正する動作については、図８の場合と同様である。このとき、図９に示した低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３が用いられる。
【０１３３】
子局２３から親局２１へ送信波Ｆ２を送信する際、子局無線送受信装置１００３のベースバンド処理回路１０４４は、子局制御装置２４から高速伝送通信パケット９３を受け取り、送信ベースバンド信号を生成して変調回路１０４３に出力する。変調回路１０４３は、送信ベースバンド信号から多値変調波を生成して送信部中間周波数帯周波数変換器１０４０に出力する。
【０１３４】
また、ベースバンド処理回路１０４４は、受信した通信パケットからドップラーシフト情報を抽出して、周波数制御回路１０４２に逐次出力する。周波数制御回路１０４２は、ドップラーシフト情報からドップラーシフト分ΔＦ２を補正するための制御電圧を生成し、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９の周波数がＦＬＯ３−ΔＦ２となり、送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の周波数がＦＬＯ４となるように、または送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の周波数がＦＬＯ４−ΔＦ２となり、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９の周波数がＦＬＯ３となるように制御する。
【０１３５】
このとき、周波数制御回路１０４２は、送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１を、相対速度Ｖを介して送信波Ｆ２のドップラーシフト分ΔＦ２に変換することで、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９および送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の制御電圧を生成する。
【０１３６】
送信部中間周波数帯周波数変換器１０４０は、送信部中間周波数帯ＶＣＯ１０４１の出力ＦＬＯ４−ΔＦ２（またはＦＬＯ４）をローカル信号として、多値変調波を中間周波数に変換する。送信部高周波帯周波数変換器１０３８は、送信部高周波帯ＶＣＯ１０３９の出力ＦＬＯ３（またはＦＬＯ３−ΔＦ２）をローカル信号として、中間周波数の出力をドップラーシフト分ΔＦ２が補正された送信周波数Ｆ２−ΔＦ２に変換する。
【０１３７】
高周波帯送信増幅回路１０３７は、周波数Ｆ２−ΔＦ２の送信波を増幅し、送信アンテナ１０３６は、増幅された送信波を親局無線送受信装置１００２に対して送信する。
子局無線送受信装置１００３からの送信波Ｆ２−ΔＦ２は、電波伝搬路にてドップラーシフトの影響を受けることによりドップラーシフト分ΔＦ２が相殺される。したがって、親局無線送受信装置１００２の受信アンテナ１０２１には、周波数Ｆ２の受信波が入力される。受信波Ｆ２は、高周波帯受信増幅回路１０２２により増幅され、受信部高周波帯周波数変換器１０２３に出力される。
【０１３８】
受信部高周波帯周波数変換器１０２３は、受信部高周波帯発振器１０２４の出力ＦＬＯ３をローカル信号として、受信波を周波数変換し、受信部中間周波数帯周波数変換器１０２５は、受信部中間周波数帯発振器１０２６の出力ＦＬＯ４をローカル信号として、受信部高周波帯周波数変換器１０２３の出力を周波数変換する。
【０１３９】
これにより、ドップラーシフト分ΔＦ２が補正された受信波の多値変調成分が抽出される。復調回路１０２７は、多値変調成分からドップラーシフト分ΔＦ２による劣化が少ない受信ベースバンド信号を抽出して、ＢＥＲの劣化が起きることなくデータを復調する。ベースバンド処理回路１０２８は、受信ベースバンド信号から高速伝送通信パケット９３を再生して、親局制御装置２２に転送する。
【０１４０】
以上説明したように、図１０の列車無線通信システムによれば、親局２１と子局２３の間の双方向通信において、レーダ装置１００１の送受信波のドップラーシフト分ΔＦｒｄから送信波Ｆ１のドップラーシフト分ΔＦ１が逐次算出され、親局無線送受信装置１００２がドップラーシフト分ΔＦ１の情報を含むＡＭ変調による低速伝送通信パケットおよび多値変調による高速伝送通信パケットを周期的に交互に送信する。これにより、子局無線送受信装置１００３はドップラーシフト分ΔＦ１およびΔＦ２の補正をリアルタイムかつ容易に行えるので、安定した通信品質を確保できる。
【０１４１】
また、親局無線送受信装置１００２においては、ドップラーシフト分ΔＦ１を算出し低速伝送通信パケット９２および高速伝送通信パケット９３を生成する回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、親局無線送受信装置１００２は、一般的な多値変調による無線送受信装置に容易かつ安価な構成のＡＭ変調回路を付加することで実現できる。
【０１４２】
子局無線送受信装置１００３においても、ドップラーシフト情報を抽出して周波数制御信号を生成する回路のほとんどがデジタル信号処理で実現可能であり、子局無線送受信装置１００３は、一般的な多値変調による無線送受信装置に容易かつ安価な構成の包絡線検波回路を付加することで実現できる。
【０１４３】
ところで、図３の親局無線送信装置３２、図４の親局無線受信装置４２、図８の親局無線送信装置８２、子局無線受信装置８３、および図１０の親局無線送受信装置１００２、子局無線送受信装置１００３では、高周波帯および中間周波数帯の発振器を併用して周波数変換を行っているが、いずれか一方の発振器のみを用いた場合でも同様のドップラーシフト補正を行うことが可能である。
【０１４４】
（付記１） 移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記２） 移動体に設置された移動無線通信装置からデータを受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
前記移動無線通信装置から電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記３） 移動体に設置された移動無線通信装置との間で、周波数変調連続波を用いたパッシブ方式によりデータを送受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数と、レーダ波を送信してから反射されたレーダ波を受信するまでの時間を測定する測定手段と、
測定された周波数および時間に基いて、ドップラーシフトを補正するための周波数変調連続波カーブを示す制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じて変化する周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と、
前記移動無線通信装置からパッシブ方式により送信された電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記４） あらかじめ計算された複数の周波数変調連続波カーブのデータを格納する格納手段をさらに備え、前記制御手段は、前記測定された周波数および時間に対応する周波数変調連続波カーブのデータを前記格納手段から読み出して、前記制御信号を生成することを特徴とする付記３記載の無線通信装置。
（付記５） 移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数の情報を含む低速伝送通信パケットと、送信データを含む高速伝送通信パケットを生成する生成手段と、
送信用ローカル信号を出力する送信用発振手段と、
前記低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って変調波を生成し、前記高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って変調波を生成する変調手段と、
前記送信用ローカル信号を用いて、生成された変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記６） 受信用ローカル信号を出力する受信用発振手段と、前記低速伝送通信パケットに含まれる周波数の情報に基いてドップラーシフトが補正された周波数の電波を、前記移動無線通信装置から受信し、前記受信用ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、受信波の変調成分を抽出する受信手段と、前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段とをさらに備えることを特徴とする付記５記載の無線通信装置。
（付記７） 移動体に設置され、他の無線通信装置からデータを受信する移動無線通信装置であって、
前記移動体のドップラーシフト周波数の情報を含む低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って生成された電波と、送信データを含む高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って生成された電波を、前記他の無線通信装置から受信する受信手段と、
前記低速伝送通信パケットの受信波から包絡線検波により低速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成し、前記高速伝送通信パケットの受信波の変調成分から高速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成する復調手段と、
前記低速伝送通信パケットのベースバンド信号から前記ドップラーシフト周波数の情報を抽出し、抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための受信用制御信号を出力する制御手段と、
前記受信用制御信号に応じた周波数の受信用ローカル信号を出力する受信用周波数可変発振手段と、
前記受信用ローカル信号を用いて前記高速伝送通信パケットの受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出して前記復調手段に出力する受信用変換手段と
を備えることを特徴とする移動無線通信装置。
（付記８） 送信用制御信号に応じた周波数の送信用ローカル信号を出力する送信用周波数可変発振手段と、送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、前記送信用ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を前記他の無線通信装置に対して送信する送信手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための送信用制御信号を前記送信用周波数可変発振手段に出力することを特徴とする付記７記載の移動無線通信装置。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の移動体無線通信システムの原理図である。
【図２】列車無線通信システムの概念図である。
【図３】第１の列車無線通信システムの構成図である。
【図４】第２の列車無線通信システムの構成図である。
【図５】第３の列車無線通信システムの構成図である。
【図６】周波数の変化を示す図である。
【図７】ＦＭ−ＣＷカーブのデータ構造を示す図である。
【図８】第４の列車無線通信システムの構成図である。
【図９】通信パケットを示す図である。
【図１０】第５の列車無線通信システムの構成図である。
【図１１】自動列車停止システムを示す図（その１）である。
【図１２】自動列車停止システムを示す図（その２）である。
【符号の説明】
【０１４６】
１１ レール
１２、２５ 列車
１３ 停止信号機
１４、１８ 情報伝送装置
１５ ケーブル
１６ 地上子
１７ 車上子
１９ 運転台装置
２１ 親局
２２ 親局制御装置
２３ 子局
２４ 子局制御装置
３１、４１、５１、６１、８１、１００１ レーダ装置
３２、８２ 親局無線送信装置
３３、８３ 子局無線受信装置
４２ 親局無線受信装置
４３ 子局無線送信装置
５２、１００２ 親局無線送受信装置
５３、１００３ 子局無線送受信装置
９１ 通信パケットのタイミング構成
９２ 低速伝送通信パケット
９３ 高速伝送通信パケット
１０１ 測定手段
１０２ 制御手段
１０３ 周波数可変発振手段
１０４ 変調手段
１０５ 送信手段
１０６ 受信手段
１０７ 復調手段
１１１ 移動体
１１２ 移動無線通信装置
３０１、４０１、５０１、８０１、１０１１ レーダ用アンテナ
３０２、４０２、８０２、１０１２ ドップラー周波数測定回路
３０３、４１２、５０３、５２０、８０３、１０１３、１０３６ 送信アンテナ
３０４、４１３、５０４、５１９、８０４、１０１４、１０３７ 高周波帯送信増幅回路
３０５、８０５、１０１５、１０３８ 送信部高周波帯周波数変換器
３０６、１０３９ 送信部高周波帯ＶＣＯ
３０７、８０７、１０１７、１０４０ 送信部中間周波数帯周波数変換器
３０８、１０４１ 送信部中間周波数帯ＶＣＯ
３０９、４０９、５１０、８１８、１０４２ 周波数制御回路
３１０、４１６、５１２、５２２、８１０、１０２０、１０４３ 変調回路
３１１、３１７、４１１、４１７、５１４、５２３、８１１、８２０、１０２８、１０４４ ベースバンド処理回路
３１２、４０３、５０９、５１５、８１２、１０２１、１０２９ 受信アンテナ
３１３、４０４、５０８、５１６、８１３、１０２２、１０３０ 高周波帯受信増幅回路
３１４、４１４ 周波数変換器
３１５ 受信用発振器
３１６、４１０、５１３、５２１、８１９、１０２７、１０３５ 復調回路
４０５、５０７、８１４、１０２３、１０３１ 受信部高周波帯周波数変換器
４０６、８１５、１０３２ 受信部高周波帯ＶＣＯ
４０７、８１６、１０２５、１０３３ 受信部中間周波数帯周波数変換器
４０８、８１７、１０３４ 受信部中間周波数帯ＶＣＯ
４１５ 送信用発振器
５０２ ドップラー周波数・相対距離測定回路
５０６ 送受共用高周波帯ＶＣＯ
５１１ メモリ
５１７ 信号分配器
５３１ 破線
５３２ 実線
５３３ 一点鎖線
８０６、１０１６ 送信部高周波帯発振器
８０８、１０１８ 送信部中間周波数帯発振器
８０９、１０１９ データパケット生成回路
９０１、９０４ 同期データ
９０２、９０５ 制御データ
９０３、９０７ 誤り検出符号
９０６ 情報データ
１０２４ 受信部高周波帯発振器
１０２６ 受信部中間周波数帯発振器
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ 周波数
Ｌ 相対距離
Ｖ 相対速度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
移動体に設置された移動無線通信装置からデータを受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
前記移動無線通信装置から電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
移動体に設置された移動無線通信装置との間で、周波数変調連続波を用いたパッシブ方式によりデータを送受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数と、レーダ波を送信してから反射されたレーダ波を受信するまでの時間を測定する測定手段と、
測定された周波数および時間に基いて、ドップラーシフトを補正するための周波数変調連続波カーブを示す制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じて変化する周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と、
前記移動無線通信装置からパッシブ方式により送信された電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数の情報を含む低速伝送通信パケットと、送信データを含む高速伝送通信パケットを生成する生成手段と、
送信用ローカル信号を出力する送信用発振手段と、
前記低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って変調波を生成し、前記高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って変調波を生成する変調手段と、
前記送信用ローカル信号を用いて、生成された変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
移動体に設置され、他の無線通信装置からデータを受信する移動無線通信装置であって、
前記移動体のドップラーシフト周波数の情報を含む低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って生成された電波と、送信データを含む高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って生成された電波を、前記他の無線通信装置から受信する受信手段と、
前記低速伝送通信パケットの受信波から包絡線検波により低速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成し、前記高速伝送通信パケットの受信波の変調成分から高速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成する復調手段と、
前記低速伝送通信パケットのベースバンド信号から前記ドップラーシフト周波数の情報を抽出し、抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための受信用制御信号を出力する制御手段と、
前記受信用制御信号に応じた周波数の受信用ローカル信号を出力する受信用周波数可変発振手段と、
前記受信用ローカル信号を用いて前記高速伝送通信パケットの受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出して前記復調手段に出力する受信用変換手段と
を備えることを特徴とする移動無線通信装置。
【請求項１】
移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
移動体に設置された移動無線通信装置からデータを受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じた周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
前記移動無線通信装置から電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
移動体に設置された移動無線通信装置との間で、周波数変調連続波を用いたパッシブ方式によりデータを送受信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数と、レーダ波を送信してから反射されたレーダ波を受信するまでの時間を測定する測定手段と、
測定された周波数および時間に基いて、ドップラーシフトを補正するための周波数変調連続波カーブを示す制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じて変化する周波数のローカル信号を出力する周波数可変発振手段と、
送信データのベースバンド信号から変調波を生成する変調手段と、
前記ローカル信号を用いて前記変調波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と、
前記移動無線通信装置からパッシブ方式により送信された電波を受信し、前記ローカル信号を用いて受信波の周波数変換を行い、ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出する受信手段と、
前記受信波の変調成分から受信データのベースバンド信号を生成する復調手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
移動体に設置された移動無線通信装置に対してデータを送信する無線通信装置であって、
レーダ波を送信し、前記移動体により反射されたレーダ波を受信して、ドップラーシフト周波数を測定する測定手段と、
測定された周波数の情報を含む低速伝送通信パケットと、送信データを含む高速伝送通信パケットを生成する生成手段と、
送信用ローカル信号を出力する送信用発振手段と、
前記低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って変調波を生成し、前記高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って変調波を生成する変調手段と、
前記送信用ローカル信号を用いて、生成された変調波の周波数変換を行い、変換された周波数の電波を前記移動無線通信装置に対して送信する送信手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
移動体に設置され、他の無線通信装置からデータを受信する移動無線通信装置であって、
前記移動体のドップラーシフト周波数の情報を含む低速伝送通信パケットに対して搬送波より低い周波数で振幅変調を行って生成された電波と、送信データを含む高速伝送通信パケットに対して多値変調を行って生成された電波を、前記他の無線通信装置から受信する受信手段と、
前記低速伝送通信パケットの受信波から包絡線検波により低速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成し、前記高速伝送通信パケットの受信波の変調成分から高速伝送通信パケットのベースバンド信号を生成する復調手段と、
前記低速伝送通信パケットのベースバンド信号から前記ドップラーシフト周波数の情報を抽出し、抽出された周波数に基いて、ドップラーシフトを補正するための受信用制御信号を出力する制御手段と、
前記受信用制御信号に応じた周波数の受信用ローカル信号を出力する受信用周波数可変発振手段と、
前記受信用ローカル信号を用いて前記高速伝送通信パケットの受信波の周波数変換を行い、前記ドップラーシフトが補正された受信波の変調成分を抽出して前記復調手段に出力する受信用変換手段と
を備えることを特徴とする移動無線通信装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２９５６５７（Ｐ２００６−２９５６５７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１５１４２（Ｐ２００５−１１５１４２）
【出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]