通信システムおよび子局端末
【課題】列車無線システムにおいて、列車乗務員が用いる移動局は、できるだけ高データレートでデータの送受信を行い、鉄道保守員等が携帯する移動局は電池駆動であり、長時間駆動という観点からデータレートを低くし、消費電力を減らしたいという両者の要求を満たす通信システムを提供する。
【解決手段】指令局と列車に搭載された移動局間のデータ通信時は、送受信スロット内の全データを用い、指令局と鉄道保守員が携帯する移動局間のデータ通信時は、送受信スロット内の一部データを用いることで、指令局と列車に搭載された移動局間のデータ通信は高データレートで行いつつ、指令局と鉄道保守員が携帯する移動局間のデータ通信は低データレートで行うことが可能となる。
【解決手段】指令局と列車に搭載された移動局間のデータ通信時は、送受信スロット内の全データを用い、指令局と鉄道保守員が携帯する移動局間のデータ通信時は、送受信スロット内の一部データを用いることで、指令局と列車に搭載された移動局間のデータ通信は高データレートで行いつつ、指令局と鉄道保守員が携帯する移動局間のデータ通信は低データレートで行うことが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親局と子局端末との間で音声データ、画像データ等の各種データの通信を行う通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
親局と子局端末との間で通信を行う通信システムとしては、電話回線や光ファイバ等の有線を介して通信を行う有線通信システムや無線電波を介して通信を行う無線通信システムがある。また、時間軸上で一定時間に分割してデータを格納して多重通信を行う時分割多重方式や周波数軸上で一定周波数に分割してデータを格納して多重通信を行う周波数多重方式があるが、いずれも親局、子局端末間でデータ通信を行う点では同じである。ここで、従来の時分割多重方式の無線通信システムの一例として、電車等の列車に代表される移動体に搭載された移動局と地上中央局等の基地局との通信を実現する列車無線システムが知られている。この種の列車無線システムにおいては、ＴＤＭＡスロットを構成するタイムスロットの一部を用いて地上中央局と列車に搭載された移動局間で通信を行い、前記タイムスロットの残りを用いて前記地上中央局と線路保守員が携帯する移動局間で通信を行い、前記線路保守員が携帯する移動局にスロットを選択するスロット選択機能を設ける構成としている。このシステムでは、線路保守員が携帯する移動局より地上中央局と列車に搭載された移動局間の通信に用いるタイムスロットを選択することで、線路保守員は地上中央局と列車に搭載された移動局間の通話内容を聴取することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、従来の列車無線システムでは、線路保守員が携帯する移動局に設けられたスロット選択機能により、地上中央局と列車に搭載された移動局間の通話内容を受信することが可能となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１２４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の列車無線システムは、以上のように構成されているので、線路保守員は列車乗務員に対する緊急通報等を聞いて、迅速に安全対策等を取ることが可能であるが、このとき、単位時間あたりに地上中央局から送信されるデータ量、すなわちデータレートは一定であり、列車乗務員、線路保守員ともに同じデータから復号される音声を聞いていた。ここで、基地局と移動局間のデータ伝送時のデータレートが高いほど、消費電力が高い。その一方で、鉄道保守員等が携帯する移動局（以下、携帯型移動局）は電池駆動であり、長時間駆動という観点からデータレートを低くし、消費電力を減らしたいという要求がある。一つの基地局と一つの移動局での通信、いわゆる一対一の通信の場合、双方のデータレートを変更する処理を経ることで、移動局に応じた適切なデータレートを設定することが可能である。ところが、一つの基地局から複数の移動局への同報のような通信、いわゆる一対多の通信の場合、基地局、移動局を含めたすべての局のデータレートを同じにする必要があることから、例えば、列車内に備えられた移動局（以下、列車搭載型移動局）と基地局との通信のデータレートが高い場合、携帯型移動局でも高データレートで基地局と通信をせざるを得ず、長時間駆動が不可能という問題があった。
【０００６】
ここで、一対多通信の例を図１８に示す。図１８において、１００は指令局、２００は基地局、３００は列車内に備えられた列車搭載型移動局、４００は鉄道保守員が携帯する携帯型移動局、５００は指令局１００と基地局２００を接続し、指令局１００から基地局２００へ指令信号を伝送する下り回線、６００は指令局１００と基地局２００を接続し、列車搭載型移動局３００または携帯型移動局４００からの応答信号を伝送する上り回線である。図１８において、基地局２００を経由して指令局１００から列車搭載型移動局３００および携帯型移動局４００への同報を行う場合、列車搭載型移動局３００は、架線等より電源が供給されることから、できるだけ高データレートでデータの送受信を行うことが望ましい。一方、携帯型移動局４００は、電池駆動により電源が供給されることから、できるだけ低データレートでデータの送受信を行うことで、データ送受信時の消費電力を低く抑え、長時間通話が可能となるようにすることが望まれる。列車搭載型移動局３００と携帯型移動局４００の、互いに相反する要求を満たすには、高データレート用、低データレート用の二つの回線を別回線として用意する必要があるが、この場合、同一通話内容を送信することになり、無線周波数の利用効率が悪いという問題があった。この問題は、無線周波数を有線回線に置き換えることで、無線通信システムに限らず、有線通信システム等の親局と子局端末との間でデータ通信を行う通信システム一般に共通する問題である。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、親局から子局端末へ送信するデータレートは高いデータレートの状態を保ちつつ、子局端末の状況に応じて、受信するデータ量を選択・受信することで、高データレートでのデータ通信が可能な第１の子局端末、低データレートでのデータ通信が可能な第２の子局端末および親局で構成される通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る通信システムは、送信信号を主要データと付加データとに変調して送信する親局と、前記親局が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記親局の送信信号を復調する第１の子局端末または、前記親局が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調する第２の子局端末の間で通信を行う通信システムにおいて、前記第１の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データと付加データとに変調して送信し、前記第２の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データのみに変調して送信し、前記親局は前記第１の子局端末が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記第１の子局端末の送信信号を復調する一方、前記第２の子局端末が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記第２の子局端末の送信信号を復調するよう構成されたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データと付加データとに変調して送信し、該主要データと付加データとから前記親局の送信信号を復調し、第２の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データのみに変調して送信し、前記親局が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調するよう構成したので、別回線を必要とせずに高データレートおよび低データレートでのデータ通信が可能な子局端末、親局で構成される通信システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１〜図１７に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムを示す図であり、図２は、図１の移動体通信システムにおける指令局１の回路ブロック図、図３は、基地局２ａ〜２ｎの回路ブロック図、図４は、列車搭載型移動局３の回路ブロック図、図５は、携帯型移動局４の回路ブロック図である。図６は、指令局１、基地局２ａ〜２ｎ、列車搭載型移動局３および携帯型移動局４間の通信手順を示すシーケンス図である。図７、図８は、それぞれ符号化部１２−１（３４−２）、４７−２での処理の一部を示す図、図９、図１０は、符号化部１２−１（３４−２）、４７−２での処理内容をフローチャートの形にしたものであり、図１１、図１２は、それぞれ復号化部３４−１（または１２−２）、４７−１（または１２−２）での処理の一部を示す図、図１３、図１４、図１５は、復号化部３４−１、４７−１、１２−２での処理内容をフローチャートの形にしたものである。図１６は、ＳＷ部４３、４６の処理を示す図である。また、図１７は、標本化による折り返し歪除去フィルタの一例を示す図である。以下では、本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムとその構成要素の説明をし、その後動作について説明する。
【００１１】
図１において、１は交換的な機能、基地局を制御する機能、基地局をひとまとめにしたゾーンを制御する機能を有する指令局、２ａ，２ｂ，・・・，２ｎは列車の走行路に沿って設置された基地局、３は列車に搭載され、基地局２ａを経由して指令局１との通信を行う列車搭載型移動局、４は鉄道保守員等が携帯し、基地局２ａを経由して指令局１との通信を行う携帯型移動局である。また、５は指令局１と複数の基地局２ａ〜２ｎ間を接続し、指令局１の指令員から基地局２ａ〜２ｎへ指令信号を伝送する下り回線、６は指令局１と複数の基地局２ａ〜２ｎ間を接続し、基地局２ａ〜２ｎから指令局１への列車搭載型移動局３または携帯型移動局４からの応答信号を伝送する上り回線である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一部分を示す。
【００１２】
図２において、１１はマイク、１２は信号処理部であり、アナログの指令信号をディジタルの指令信号に変換する符号化部１２−１と、ディジタルの応答信号をアナログの応答信号に変換する復号化部１２−２を備える。１３はデータ多重部であり、指令信号を下り回線５に伝送する際に必要なフレームフォーマットの生成を行うフレーム生成部１３−１と、応答信号を復号する際に必要なフレーム同期を行うフレーム同期部１３−２を備えている。１４は下り回線５と上り回線６に接続されたネットワークインタフェース、１５はスピーカである。
【００１３】
図３において、２１は下り回線５と上り回線６に接続されたネットワークインタフェース、２２はデータ多重部であり、無線回線で送信する際に必要なフレーム同期を行うフレーム同期部２２−１と、応答信号を上り回線６に伝送する際に必要なフレームフォーマットを生成するフレーム生成部２２−２を備えている。２３は無線通信部であり、指令信号の変調を行う変調部２３−１と、応答信号の復調を行う復調部２３−２を備えている。２４はアンテナ２５を送信と受信で共用するための共用部である。
【００１４】
図４において、３１はアンテナ、３２はアンテナ３１を送信と受信で共用するための共用部、３３は無線通信部であり、指令信号の復調を行う復調部３３−１と、応答信号の変調を行う変調部３３−２を備えている。３４は信号処理部であり、ディジタルの指令信号をアナログの指令信号に変換する復号化部３４−１と、アナログの応答信号をディジタルの応答信号に変換する符号化部３４−２を備えている。３５はスピーカ、３６はマイクである。
【００１５】
図５において、４１はアンテナ、４２はアンテナ４１を送信と受信で共用するための共用部、４３はメモリ部４５に格納された情報に基づいて、アンテナ４１で受信した指令信号を復調部４４−１に入力するかどうかを切り替えるＳＷ部（スイッチ部）、４４は無線通信部であり、指令信号の復調を行う復調部４４−１と、応答信号の変調を行う変調部４４−２を備えている。４６はメモリ部４５に格納された情報に基づいて、ディジタルの応答信号を変調部４４−２に入力するかどうかを切り替えるＳＷ部（スイッチ部）、４７は信号処理部であり、ディジタルの指令信号をアナログの指令信号に変換する復号化部４７−１と、アナログの応答信号をディジタルの応答信号に変換する符号化部４７−２を備えている。４８はスピーカ、４９はマイクである。
【００１６】
次に、図６を参照しながら動作について説明する。図６のステップステップＳＴ１において、指令局１の指令員による指令信号が下り回線５を介して基地局２ａ〜２ｎに伝送される。図２の指令局１において、マイク１１から指令員により入力されたアナログの指令信号は、信号処理部１２の符号化部１２−１によりディジタルの指令信号に変換される。ここで、この変換および変換後のディジタル信号の並び替えの具体的内容について図７、図９を参照しながら説明する。
【００１７】
図７は、マイク１１から指令員により入力されたアナログ信号（音声電圧波形）がディジタル信号に変換され、その後間引きに基づいてディジタル信号が並び替えられる様子の一例を示す図である。図７（ａ）は、マイク１１から指令員により入力されたアナログ信号、図７（ｂ）は、標本化処理（アナログ信号からディジタル信号への変換）および間引きに基づく並び替えの様子を示す。また、図９は図７で示した符号化部１２−１の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００１８】
図７において、７−１はマイク１１から指令員により入力された音声電圧波形（アナログ信号）であり、８、９はともに音声電圧波形７−１を一定間隔（標本化周期：Ｔｓ）で標本化した後のディジタル信号であり、図７の例では、１つの黒丸サンプルデータ８に対して３つの白丸サンプルデータとなるように、すなわち、黒丸サンプルデータ８と白丸サンプルデータ９が１：３の割合となるように図には表示されている。図７において、アナログの指令信号である音声電圧波形７−１が標本化され、ディジタルの指令信号に変換され、変数ｉの初期化がされる（図９のＳ１、Ｓ２）。そして、矢印（実線、点線）に示すように、間引きデータ（黒丸サンプルデータ８）は区間ａに格納され、間引きデータ以外のデータ（白丸サンプルデータ９）は、区間ｂに格納される。これは、図９のＳ３において、変数ｉがａより小さいならば、間引きデータを区間ａに格納後、変調し（図９のＳ４）、変数ｉがａ以上であれば、間引きデータ以外のデータを区間ｂに格納後、変調（図９のＳ５）することに相当する。その後、変数ｉをインクリメントし（図９のＳ６）、変数ｉがｎ（＝ａ＋ｂ）になるまで、上記処理は繰り返し実行される（図９のＳ７）。なお変調の際、フレーム内データ（ｎサンプル）が、データ多重部１３のフレーム生成部１３−１に入力される。
【００１９】
フレーム生成部１３−１では、符号化部１２−１で得られたディジタルの指令信号に識別符号が付与されるとともに、下り回線５にディジタルの指令信号を伝送する際に必要なフレームフォーマットが生成される。フレーム生成部１３−１により生成された指令信号は、ネットワークインタフェース１４を介して下り回線５に出力され基地局２ａ〜２ｎに伝送される。
【００２０】
図６のステップＳＴ２において、基地局２ａは、無線回線を介して指令局１から伝送されたディジタルの指令信号を列車搭載型移動局３および携帯型移動局４に送信する。このとき、図３の基地局２において、下り回線５から入力された指令信号は、ネットワークインタフェース２１を介してデータ多重部２２のデータ同期部２２−１に入力され、無線回線で送信する際に必要なフレーム同期が行われる。フレーム同期部２２−１により得られた指令信号は、無線通信部２３の変調部２３−１に入力され、搬送波（搬送周波数はｆ１とする）にのせて無線通信に適した電気信号、すなわち、変調信号に変換される。その後、共用部２４を介して、アンテナ２５から周波数ｆ１の電波として列車搭載型移動局３および携帯型移動局４に輻射される。
【００２１】
そして、図４の列車搭載型移動局３および図５の携帯型移動局４において、基地局２ａより送信された指令信号を受信する。以下では、各移動局の動作について説明する。
【００２２】
図４の列車搭載型移動局３において、アンテナ３１が周波数ｆ１の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部３２を介して無線通信部３３の復調部３３−１に入力され、基地局２の変調部２３−１の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの指令信号が取り出される。復調部３３−１により復調されたディジタルの指令信号は、信号処理部３４の復号化部３４−１に入力され、指令局１の符号化部１２−１での処理の逆の処理、すなわち、ディジタルの指令信号が並び替えられ、ディジタルの指令信号からアナログの指令信号へ変換される。ここで、この変換および変換前のディジタル信号の並び替えの具体的内容について図１１、図１３を参照しながら説明する。
【００２３】
図１１は、復調部３４−１により復調されたディジタル信号に対して、信号が並び替えられ、その後アナログ信号（音声電圧波形）に変換される様子の一例を示す図である。図１１（ａ）は、ディジタル信号の並び替えおよびディジタル信号からアナログ信号への変換、図１１（ｂ）は、変換後のアナログ信号（音声電圧波形）である。また、図１３は図１１で示した復号化部３４−１の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００２４】
図１１において、復号化部３４−１に入力されたディジタル信号は、矢印（実線、点線）に示すように、指令局１の構成要素である符号化部１２−１での並び替え処理（図１３のＳ９とＳ１０、図７（ｂ）参照）および標本化処理の逆の処理（図１３のＳ１１）がなされることで、アナログ信号に変換される。その後、変換後のアナログの指令信号がスピーカ３５に供給される。このようにして、列車搭載型移動局３を使用する列車乗務員は指令局１の指令員からの指令内容を聴取することができる。
【００２５】
続いて、図５の携帯型移動局４において、アンテナ４１が周波数ｆ１の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部４２を介してスイッチ部（以下、ＳＷ部）４３に入力される。ＳＷ部４３では、メモリ部４５の内容に従い、変調信号を無線通信部４４の復調部４４−１に入力するかどうかの切替を行う。本実施の形態１の例では、メモリ部４５の内容の一例として、信号処理部１２、３４および４７で間引きをする際の間引き率について示したが、移動局によってデータレートを変更する際のレート率を示す情報では他の情報でも構わない。変調信号を復調部４４−１に入力するときはスイッチをＯＮ（接続）し、入力しないときはスイッチをＯＦＦ（切断）する。ここで、ＳＷ部４３の処理の具体的内容について図１６を参照しながら説明する。
【００２６】
図１６は、ＳＷ部４３、４６の処理を示す図であり、図１６において、区間ａではスイッチＯＮ（接続）、区間ｂではスイッチＯＦＦ（切断）であることを示す。なお、ＳＷ部４３、４６のスイッチ動作として、本実施の形態１の例では、メモリ部４５にａ、ｂの比（本実施の形態１の場合、１：３）を予め格納しておき、メモリ部４５の内容に従ってなされる場合について説明したが、同等の機能を有する方法であれば他の方法でも構わない。
【００２７】
ＳＷ部４３において、スイッチＯＮの区間に復調部４４−１に入力された変調信号は、基地局２の変調部２３−１の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの指令信号が取り出される。なお、スイッチＯＦＦの区間では、復調部４４−１に変調信号は入力されないことから、復調部４４−１の回路をＯＦＦする。
【００２８】
復調部４４−１により復調されたディジタルの指令信号は、信号処理部４７の復号化部４７−１に入力され、ディジタルの指令信号からアナログの指令信号に変換される。ここで、この変換および変換前のディジタル信号の並び替えと０データ付与の具体的内容について図１２、図１４を参照しながら説明する。
【００２９】
図１２（ａ）は、復調部４４−１により復調されたディジタル信号に対して、メモリ部４５の内容に従って、データの並び替えおよび０データの付与が行われる様子を示し、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示すディジタル信号からアナログ信号へ変換され、標本化による折り返し歪除去のためのローパスフィルタ（低域通過フィルタ）処理された後のアナログ信号（音声電圧波形）が得られる様子を示す。なお、７−２は、図７、図１１に示した７−１とは異なる。また、図１４は図１２で示した復号化部４７−１の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００３０】
図１２において、復調部４４−１により復調されたディジタル信号のうち、１つの黒丸サンプルデータに対して、３つの０データ、すなわち、黒丸サンプルデータ８と０データ（灰色）が１：３の割合となるように０データを付加し（図１４のＳ１２）、標本化処理の逆の処理を行うことで、アナログ信号に変換される。その後、図１７に示すようなローパスフィルタ（カットオフ周波数＞標本化周波数の1/2）を通す（図１４のＳ１３）ことにより、標本化処理による折り返し歪が除去されたアナログ信号が得られる。復号化部４７−１により得られたアナログの指令信号がスピーカ４８に供給される。このようにして、携帯型移動局４を使用する鉄道保守員は指令局１の指令員からの指令内容を聴取することができる。
【００３１】
図６のステップＳＴ３において、列車搭載型移動局３を使用する列車乗務員が指令局１からの指令内容に対して応答した場合、列車搭載型移動局３は列車乗務員による応答信号を、指令信号の周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で、基地局２ａに対して電波として輻射する。このとき、図４の列車搭載型移動局３において、マイク３６から列車乗務員により入力されたアナログの応答信号は、信号処理部３４の符号化部３４−２によりディジタルの応答信号に変換される。ここで、この変換の具体的内容は図７、フローチャートは図９と同様であるので、詳細説明は省略する。
【００３２】
符号化部３４−２で得られたディジタルの応答信号は、無線通信部３３の変調部３３−２において、搬送波（搬送周波数はｆ２）にのせて無線通信に適した電気信号、すなわち、変調信号に変換される。その後、共用部３２を介して、アンテナ３１から周波数ｆ２の電波として基地局２ａに輻射される。
【００３３】
そして、図６のステップＳＴ３で、列車搭載型移動局３が搭載され、走行している列車の付近に存在し、送受信エリアにある例えば基地局２ａが列車搭載型移動局３からの応答信号を受信すると、図６のステップＳＴ４において、基地局２ａは受信したディジタルの応答信号を上り回線６により指令局１に伝送する。
【００３４】
このとき、図３の基地局２において、アンテナ２５が周波数ｆ２の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部２４を介して無線通信部２３の復調部２３−２に入力され、列車搭載型移動局３の変調部３３−２の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの応答信号が取り出される。復調部２３−２により復調されたディジタルの応答信号は、データ多重部２２のフレーム生成部２２−２に入力され、識別符号が付与されるとともに、上り回線６にディジタルの応答信号を伝送する際に必要なフレームフォーマットが生成される。フレーム生成部２２−２により生成された応答信号は、ネットワークインタフェース２１を介して上り回線６に出力され指令局１に伝送される。
【００３５】
そして、図６のステップＳＴ４で、指令局１が基地局２ａからの応答信号を受信すると、図２の指令局１において、上り回線６から入力された応答信号は、ネットワークインタフェース１４を介してデータ多重部１３のデータ同期部１３−２に入力され、復号する際に必要なフレーム同期が行われる。フレーム同期部１３−２により得られた応答信号は、信号処理部１２の復号化部１２−２に入力され、列車搭載型移動局３の符号化部３４−２での処理の逆の処理、すなわち、ディジタルの応答信号が並び替えられ、ディジタルの応答信号からアナログの応答信号へ変換される。ここで、この変換の具体的内容は図９と同様であるが、処理内容は復号化部３４−１とは異なることから、以下では、復号化部１２−２の処理内容について図１５を参照しながら説明する。
【００３６】
図１５は、復号化部１２−２の処理内容を示すフローチャートであり、図１３、図１４と異なる点は、基地局２ａ〜２ｎより受信する応答信号が列車搭載型移動局３からの応答信号か、それとも携帯型移動局４からの応答信号かによって、復号化処理の内容が異なることである。図６のＳＴ４では、列車搭載型移動局３からの応答信号を基地局２ａ経由で受信することから、列車搭載型移動局３の構成要素である復号化部３４−１の処理（図１３参照）、すなわち、図１５のＳ１４において、Ｎｏに相当する処理を行う。また、図６のＳＴ６では、携帯型移動局４からの応答信号を基地局２ａ経由で受信することから、携帯型移動局４の構成要素である復号化部４７−１の処理（図１４参照）、すなわち、図１５のＳ１４において、Ｙｅｓに相当する処理を行う。
【００３７】
復号化部１２−２で得られたアナログの応答信号はスピーカ１５に供給される。この結果、列車搭載型移動局３を使用する列車乗務員と指令局１の指令員とが通話することができる。
【００３８】
また、図６のステップＳＴ５において、携帯型移動局４を使用する鉄道保守員が指令局１からの指令内容に対して応答した場合、携帯型移動局４は鉄道保守員による応答信号を、指令信号の周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で、基地局２ａに対して電波として輻射する。このとき、図５の携帯型移動局４において、マイク４９から鉄道保守員により入力されたアナログの応答信号は、信号処理部４７の符号化部４７−２によりディジタルの応答信号に変換される。ここで、この変換および変換後のディジタル信号の間引きの具体的内容について図８、図１０を参照しながら説明する。
【００３９】
図８は、マイク４９から鉄道保守員により入力されたアナログ信号（音声電圧波形）がディジタル信号に変換され、その後間引きされる様子の一例を示す図である。図８（ａ）は、マイク４９から鉄道保守員により入力されたアナログ信号、図８（ｂ）は、標本化処理および間引き後のディジタル信号の様子を示す。また、図１０は、図８で示した符号化部４７−２の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００４０】
図８において、アナログの応答信号である音声電圧波形７−１が標本化され、ディジタルの応答信号に変換され、変数ｉの初期化がされる（図１１のＳ１、Ｓ２）。その後、間引き処理により、矢印（実線）に示すように、図８（ｂ）に表示された間引きデータ（黒丸サンプルデータ８）のみが区間ａに格納される。残りの区間ｂには例えば振幅０の０データが格納されている。これは、図１１のＳ３において、変数ｉがａより小さいならば、間引きデータを区間ａに格納後、変調し（図１１のＳ４）、変数ｉがａ以上であれば、変調（送信）回路をオフ（図１１のＳ８）することに相当する。その後、区間ａ、区間ｂに格納されたデータはＳＷ部４６に入力される。ＳＷ部４６では、ＳＷ部４３と同様、メモリ部４５の内容に従い、ディジタルの応答信号を無線通信部４４の変調部４４−２に入力するかどうかの切替を行う。本実施の形態１の例では、メモリ部４５の内容の一例として、信号処理部１２、３４および４７で間引きをする際の間引き率について示したが、移動局によってデータレートを変更する際のレート率を示す情報では他の情報でも構わない。ディジタルの応答信号を変調部４４−２に入力するときはスイッチをＯＮ（接続）し、入力しないときはスイッチをＯＦＦ（切断）する。ここで、ＳＷ部４６の処理の具体的内容は図１６と同様であるので、詳細説明は省略する。
【００４１】
ＳＷ部４６において、スイッチＯＮの区間に変調部４４−２に入力されたディジタルの応答信号は、搬送波（搬送周波数はｆ２）にのせて無線通信に適した電気信号、すなわち、変調信号に変換される。その後、共用部４２を介して、アンテナ４１から周波数ｆ２の電波として基地局２ａに輻射される。なお、スイッチＯＦＦの区間では、変調部４４−２にディジタルの応答信号は入力されないことから、変調部４４−２の回路をＯＦＦする。
【００４２】
そして、図６のステップＳＴ５で、携帯型移動局４を所有する鉄道保守員の付近に存在し、送受信エリアにある例えば基地局２ａが携帯型移動局４からの応答信号を受信すると、図６のステップＳＴ６において、基地局２ａは受信したディジタルの応答信号を上り回線６により指令局１に伝送する。
【００４３】
このとき、図３の基地局２において、アンテナ２５が周波数ｆ２の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部２４を介して無線通信部２３の復調部２３−２に入力され、列車搭載型移動局３の変調部３３−２の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの応答信号が取り出される。復調部２３−２により復調されたディジタルの応答信号は、データ多重部２２のフレーム生成部２２−２に入力され、識別符号が付与されるとともに、上り回線６にディジタルの応答信号を伝送する際に必要なフレームフォーマットが生成される。フレーム生成部２２−２により生成された応答信号は、ネットワークインタフェース２１を介して上り回線６に出力され指令局１に伝送される。
【００４４】
そして、図６のステップＳＴ６で、指令局１が基地局２ａからの応答信号を受信すると、図２の指令局１において、上り回線６から入力された応答信号は、ネットワークインタフェース１４を介してデータ多重部１３のデータ同期部１３−２に入力され、復号する際に必要なフレーム同期が行われる。フレーム同期部１３−２により得られた応答信号は、信号処理部１２の復号化部１２−２に入力され、携帯型移動局４の符号化部４７−２での処理の逆の処理、すなわち、データの並び替え、０データの付与およびローパスフィルタ処理が行われ、ディジタルの応答信号からアナログの応答信号へ変換される。ここで、この変換の具体的内容は図１２と同様であるが、復号化部１２−２の処理内容は図１５に示すフローチャートと同様である（図１５のＳ１４において、Ｙｅｓに相当する）ことから、詳細説明は省略する。
【００４５】
復号化部１２−２で得られたアナログの応答信号はスピーカ１５に供給される。この結果、携帯型移動局４を使用する鉄道保守員と指令局１の指令員とが通話することができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態１によれば、指令局１、列車搭載型移動局３間のデータ送受信時はフレーム内の全区間のデータ（主要データと付加データ）を用い、指令局１、携帯型移動局４間のデータ送受信時はフレーム内の一部区間のデータ（主要データ）を用いる構成とすることにより、指令局１、列車搭載型移動局３間では高データレートでのデータ通信を行うことが可能であり、指令局１、携帯型移動局４間では低データレートでのデータ通信を行うことが可能となる。
【００４７】
また、指令局１、携帯型移動局４間のデータ送受信において、データ送受信を行なわない区間では、無線通信回路をオフする構成とすることにより、指令局１、携帯型移動局４間のデータ通信時の消費電力が抑えられ、長時間駆動可能な携帯型移動局４を提供することが可能となる。
【００４８】
なお、本実施の形態１の例では、列車無線システムにおける指令局１、列車搭載型移動局３間または指令局１、携帯型移動局４間の通話について示したが、同様の機能を有する指令局、基地局および複数の移動局で構成される無線通信システムであれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００４９】
また、本実施の形態１の例では、ＴＤＭＡスロットを構成するタイムスロットを用いて無線通信を行う場合について示したが、ＴＤＭＡ以外のＦＤＭＡ等の他の通信方式を用いた無線通信においても、同様の効果を得ることが可能である。
【００５０】
また、本実施の形態１の例では、指令局１、列車搭載型移動局３間または指令局１、携帯型移動局４間の無線通信システムについて示したが、無線電波周波数を有線回線に置き換えることで、光ファイバ等の有線通信システムにおいても、同様の効果を得ることが可能である。
【００５１】
さらに、本実施の形態１の例では、指令局１、列車搭載型移動局３間または指令局１、携帯型移動局４間で送受信するデータとして、音声通話用のＰＣＭデータを用い、所定の割合で間引きを行うことでレート変換する場合について説明したが、ＣＥＬＰ方式に代表される、合成による分析（ＡｂＳ：Analysis by Synthesis）法等で用いる音声符号化データまたは画像通信に用いる画像符号化データを用い、符号化データの全データを送受信する場合と一部データを送受信する場合でレート変換するような構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムを示す図である。
【図２】図１の移動体通信システムにおける指令局１の回路ブロック図である。
【図３】図１の移動体通信システムにおける基地局２の回路ブロック図である。
【図４】図１の移動体通信システムにおける列車搭載型移動局３の回路ブロック図である。
【図５】図１の移動体通信システムにおける携帯型移動局４の回路ブロック図である。
【図６】図１の移動体通信システムにおける指令局１、基地局２、列車搭載型移動局３および携帯型移動局間４の通信手順を示すシーケンス図である。
【図７】アナログ信号（音声電圧波形）からディジタル信号への変換およびディジタル信号の並び替えの一例を示す図である。
【図８】アナログ信号（音声電圧波形）からディジタル信号への変換および間引きに基づくディジタル信号の並び替えの一例を示す図である。
【図９】符号化部３４−２、１２−１の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１０】符号化部４７−２の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１１】ディジタル信号の並び替えおよびディジタル信号からアナログ信号（音声電圧波形）への変換の一例を示す図である。
【図１２】ディジタル信号からアナログ信号（音声電圧波形）への変換の一例を示す図である。
【図１３】復号化部３４−１の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１４】復号化部４７−１の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１５】復号化部１２−２の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１６】図５に示した携帯型移動局４のＳＷ部４３の処理の内容を示す図である。
【図１７】図１０に示すディジタル信号からアナログ信号への変換において、標本化処理による折り返し歪を除去するためのローパスフィルタの一例を示す図である。
【図１８】一対多通信の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１：指令局、２，２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ：基地局、３：列車搭載型移動局、４：携帯型移動局、５：下り回線、６：上り回線、７−１、７−２：音声電圧波形（アナログ信号）、８：黒丸サンプルデータ（ディジタル信号）、９：白丸サンプルデータ（ディジタル信号）、１１：マイク、１２：信号処理部、１２−１:符号化部、１２−２：復号化部、１３：データ多重部、１３−１：フレーム生成部、１３−２：フレーム同期部、１４：ネットワークインタフェース、１５：スピーカ、２１：ネットワークインタフェース、２２：データ多重部、２２−１：フレーム同期部、２２−２：フレーム生成部、２３：無線通信部、２３−１：変調部、２３−２：復調部、２４：共用部、２５：アンテナ、３１：アンテナ、３２：共用部、３３：無線通信部、３３−１：復調部、３３−２：変調部、３４：信号処理部、３４−１：復号化部、３４−２：符号化部、３５：スピーカ、３６：マイク、４１：アンテナ、４２：共用部、４３、４６：ＳＷ部、４４：無線通信部、４４−１：復調部、４４−２：変調部、４５：メモリ部、４７：信号処理部、４７−１：復号化部、４７−２：符号化部、４８：スピーカ、４９：マイク、１００：指令局、２００：基地局、３００：列車搭載型移動局、４００：携帯型移動局、５００：下り回線、６００：上り回線、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親局と子局端末との間で音声データ、画像データ等の各種データの通信を行う通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
親局と子局端末との間で通信を行う通信システムとしては、電話回線や光ファイバ等の有線を介して通信を行う有線通信システムや無線電波を介して通信を行う無線通信システムがある。また、時間軸上で一定時間に分割してデータを格納して多重通信を行う時分割多重方式や周波数軸上で一定周波数に分割してデータを格納して多重通信を行う周波数多重方式があるが、いずれも親局、子局端末間でデータ通信を行う点では同じである。ここで、従来の時分割多重方式の無線通信システムの一例として、電車等の列車に代表される移動体に搭載された移動局と地上中央局等の基地局との通信を実現する列車無線システムが知られている。この種の列車無線システムにおいては、ＴＤＭＡスロットを構成するタイムスロットの一部を用いて地上中央局と列車に搭載された移動局間で通信を行い、前記タイムスロットの残りを用いて前記地上中央局と線路保守員が携帯する移動局間で通信を行い、前記線路保守員が携帯する移動局にスロットを選択するスロット選択機能を設ける構成としている。このシステムでは、線路保守員が携帯する移動局より地上中央局と列車に搭載された移動局間の通信に用いるタイムスロットを選択することで、線路保守員は地上中央局と列車に搭載された移動局間の通話内容を聴取することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、従来の列車無線システムでは、線路保守員が携帯する移動局に設けられたスロット選択機能により、地上中央局と列車に搭載された移動局間の通話内容を受信することが可能となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１２４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の列車無線システムは、以上のように構成されているので、線路保守員は列車乗務員に対する緊急通報等を聞いて、迅速に安全対策等を取ることが可能であるが、このとき、単位時間あたりに地上中央局から送信されるデータ量、すなわちデータレートは一定であり、列車乗務員、線路保守員ともに同じデータから復号される音声を聞いていた。ここで、基地局と移動局間のデータ伝送時のデータレートが高いほど、消費電力が高い。その一方で、鉄道保守員等が携帯する移動局（以下、携帯型移動局）は電池駆動であり、長時間駆動という観点からデータレートを低くし、消費電力を減らしたいという要求がある。一つの基地局と一つの移動局での通信、いわゆる一対一の通信の場合、双方のデータレートを変更する処理を経ることで、移動局に応じた適切なデータレートを設定することが可能である。ところが、一つの基地局から複数の移動局への同報のような通信、いわゆる一対多の通信の場合、基地局、移動局を含めたすべての局のデータレートを同じにする必要があることから、例えば、列車内に備えられた移動局（以下、列車搭載型移動局）と基地局との通信のデータレートが高い場合、携帯型移動局でも高データレートで基地局と通信をせざるを得ず、長時間駆動が不可能という問題があった。
【０００６】
ここで、一対多通信の例を図１８に示す。図１８において、１００は指令局、２００は基地局、３００は列車内に備えられた列車搭載型移動局、４００は鉄道保守員が携帯する携帯型移動局、５００は指令局１００と基地局２００を接続し、指令局１００から基地局２００へ指令信号を伝送する下り回線、６００は指令局１００と基地局２００を接続し、列車搭載型移動局３００または携帯型移動局４００からの応答信号を伝送する上り回線である。図１８において、基地局２００を経由して指令局１００から列車搭載型移動局３００および携帯型移動局４００への同報を行う場合、列車搭載型移動局３００は、架線等より電源が供給されることから、できるだけ高データレートでデータの送受信を行うことが望ましい。一方、携帯型移動局４００は、電池駆動により電源が供給されることから、できるだけ低データレートでデータの送受信を行うことで、データ送受信時の消費電力を低く抑え、長時間通話が可能となるようにすることが望まれる。列車搭載型移動局３００と携帯型移動局４００の、互いに相反する要求を満たすには、高データレート用、低データレート用の二つの回線を別回線として用意する必要があるが、この場合、同一通話内容を送信することになり、無線周波数の利用効率が悪いという問題があった。この問題は、無線周波数を有線回線に置き換えることで、無線通信システムに限らず、有線通信システム等の親局と子局端末との間でデータ通信を行う通信システム一般に共通する問題である。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、親局から子局端末へ送信するデータレートは高いデータレートの状態を保ちつつ、子局端末の状況に応じて、受信するデータ量を選択・受信することで、高データレートでのデータ通信が可能な第１の子局端末、低データレートでのデータ通信が可能な第２の子局端末および親局で構成される通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る通信システムは、送信信号を主要データと付加データとに変調して送信する親局と、前記親局が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記親局の送信信号を復調する第１の子局端末または、前記親局が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調する第２の子局端末の間で通信を行う通信システムにおいて、前記第１の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データと付加データとに変調して送信し、前記第２の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データのみに変調して送信し、前記親局は前記第１の子局端末が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記第１の子局端末の送信信号を復調する一方、前記第２の子局端末が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記第２の子局端末の送信信号を復調するよう構成されたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データと付加データとに変調して送信し、該主要データと付加データとから前記親局の送信信号を復調し、第２の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データのみに変調して送信し、前記親局が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調するよう構成したので、別回線を必要とせずに高データレートおよび低データレートでのデータ通信が可能な子局端末、親局で構成される通信システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１〜図１７に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムを示す図であり、図２は、図１の移動体通信システムにおける指令局１の回路ブロック図、図３は、基地局２ａ〜２ｎの回路ブロック図、図４は、列車搭載型移動局３の回路ブロック図、図５は、携帯型移動局４の回路ブロック図である。図６は、指令局１、基地局２ａ〜２ｎ、列車搭載型移動局３および携帯型移動局４間の通信手順を示すシーケンス図である。図７、図８は、それぞれ符号化部１２−１（３４−２）、４７−２での処理の一部を示す図、図９、図１０は、符号化部１２−１（３４−２）、４７−２での処理内容をフローチャートの形にしたものであり、図１１、図１２は、それぞれ復号化部３４−１（または１２−２）、４７−１（または１２−２）での処理の一部を示す図、図１３、図１４、図１５は、復号化部３４−１、４７−１、１２−２での処理内容をフローチャートの形にしたものである。図１６は、ＳＷ部４３、４６の処理を示す図である。また、図１７は、標本化による折り返し歪除去フィルタの一例を示す図である。以下では、本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムとその構成要素の説明をし、その後動作について説明する。
【００１１】
図１において、１は交換的な機能、基地局を制御する機能、基地局をひとまとめにしたゾーンを制御する機能を有する指令局、２ａ，２ｂ，・・・，２ｎは列車の走行路に沿って設置された基地局、３は列車に搭載され、基地局２ａを経由して指令局１との通信を行う列車搭載型移動局、４は鉄道保守員等が携帯し、基地局２ａを経由して指令局１との通信を行う携帯型移動局である。また、５は指令局１と複数の基地局２ａ〜２ｎ間を接続し、指令局１の指令員から基地局２ａ〜２ｎへ指令信号を伝送する下り回線、６は指令局１と複数の基地局２ａ〜２ｎ間を接続し、基地局２ａ〜２ｎから指令局１への列車搭載型移動局３または携帯型移動局４からの応答信号を伝送する上り回線である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一部分を示す。
【００１２】
図２において、１１はマイク、１２は信号処理部であり、アナログの指令信号をディジタルの指令信号に変換する符号化部１２−１と、ディジタルの応答信号をアナログの応答信号に変換する復号化部１２−２を備える。１３はデータ多重部であり、指令信号を下り回線５に伝送する際に必要なフレームフォーマットの生成を行うフレーム生成部１３−１と、応答信号を復号する際に必要なフレーム同期を行うフレーム同期部１３−２を備えている。１４は下り回線５と上り回線６に接続されたネットワークインタフェース、１５はスピーカである。
【００１３】
図３において、２１は下り回線５と上り回線６に接続されたネットワークインタフェース、２２はデータ多重部であり、無線回線で送信する際に必要なフレーム同期を行うフレーム同期部２２−１と、応答信号を上り回線６に伝送する際に必要なフレームフォーマットを生成するフレーム生成部２２−２を備えている。２３は無線通信部であり、指令信号の変調を行う変調部２３−１と、応答信号の復調を行う復調部２３−２を備えている。２４はアンテナ２５を送信と受信で共用するための共用部である。
【００１４】
図４において、３１はアンテナ、３２はアンテナ３１を送信と受信で共用するための共用部、３３は無線通信部であり、指令信号の復調を行う復調部３３−１と、応答信号の変調を行う変調部３３−２を備えている。３４は信号処理部であり、ディジタルの指令信号をアナログの指令信号に変換する復号化部３４−１と、アナログの応答信号をディジタルの応答信号に変換する符号化部３４−２を備えている。３５はスピーカ、３６はマイクである。
【００１５】
図５において、４１はアンテナ、４２はアンテナ４１を送信と受信で共用するための共用部、４３はメモリ部４５に格納された情報に基づいて、アンテナ４１で受信した指令信号を復調部４４−１に入力するかどうかを切り替えるＳＷ部（スイッチ部）、４４は無線通信部であり、指令信号の復調を行う復調部４４−１と、応答信号の変調を行う変調部４４−２を備えている。４６はメモリ部４５に格納された情報に基づいて、ディジタルの応答信号を変調部４４−２に入力するかどうかを切り替えるＳＷ部（スイッチ部）、４７は信号処理部であり、ディジタルの指令信号をアナログの指令信号に変換する復号化部４７−１と、アナログの応答信号をディジタルの応答信号に変換する符号化部４７−２を備えている。４８はスピーカ、４９はマイクである。
【００１６】
次に、図６を参照しながら動作について説明する。図６のステップステップＳＴ１において、指令局１の指令員による指令信号が下り回線５を介して基地局２ａ〜２ｎに伝送される。図２の指令局１において、マイク１１から指令員により入力されたアナログの指令信号は、信号処理部１２の符号化部１２−１によりディジタルの指令信号に変換される。ここで、この変換および変換後のディジタル信号の並び替えの具体的内容について図７、図９を参照しながら説明する。
【００１７】
図７は、マイク１１から指令員により入力されたアナログ信号（音声電圧波形）がディジタル信号に変換され、その後間引きに基づいてディジタル信号が並び替えられる様子の一例を示す図である。図７（ａ）は、マイク１１から指令員により入力されたアナログ信号、図７（ｂ）は、標本化処理（アナログ信号からディジタル信号への変換）および間引きに基づく並び替えの様子を示す。また、図９は図７で示した符号化部１２−１の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００１８】
図７において、７−１はマイク１１から指令員により入力された音声電圧波形（アナログ信号）であり、８、９はともに音声電圧波形７−１を一定間隔（標本化周期：Ｔｓ）で標本化した後のディジタル信号であり、図７の例では、１つの黒丸サンプルデータ８に対して３つの白丸サンプルデータとなるように、すなわち、黒丸サンプルデータ８と白丸サンプルデータ９が１：３の割合となるように図には表示されている。図７において、アナログの指令信号である音声電圧波形７−１が標本化され、ディジタルの指令信号に変換され、変数ｉの初期化がされる（図９のＳ１、Ｓ２）。そして、矢印（実線、点線）に示すように、間引きデータ（黒丸サンプルデータ８）は区間ａに格納され、間引きデータ以外のデータ（白丸サンプルデータ９）は、区間ｂに格納される。これは、図９のＳ３において、変数ｉがａより小さいならば、間引きデータを区間ａに格納後、変調し（図９のＳ４）、変数ｉがａ以上であれば、間引きデータ以外のデータを区間ｂに格納後、変調（図９のＳ５）することに相当する。その後、変数ｉをインクリメントし（図９のＳ６）、変数ｉがｎ（＝ａ＋ｂ）になるまで、上記処理は繰り返し実行される（図９のＳ７）。なお変調の際、フレーム内データ（ｎサンプル）が、データ多重部１３のフレーム生成部１３−１に入力される。
【００１９】
フレーム生成部１３−１では、符号化部１２−１で得られたディジタルの指令信号に識別符号が付与されるとともに、下り回線５にディジタルの指令信号を伝送する際に必要なフレームフォーマットが生成される。フレーム生成部１３−１により生成された指令信号は、ネットワークインタフェース１４を介して下り回線５に出力され基地局２ａ〜２ｎに伝送される。
【００２０】
図６のステップＳＴ２において、基地局２ａは、無線回線を介して指令局１から伝送されたディジタルの指令信号を列車搭載型移動局３および携帯型移動局４に送信する。このとき、図３の基地局２において、下り回線５から入力された指令信号は、ネットワークインタフェース２１を介してデータ多重部２２のデータ同期部２２−１に入力され、無線回線で送信する際に必要なフレーム同期が行われる。フレーム同期部２２−１により得られた指令信号は、無線通信部２３の変調部２３−１に入力され、搬送波（搬送周波数はｆ１とする）にのせて無線通信に適した電気信号、すなわち、変調信号に変換される。その後、共用部２４を介して、アンテナ２５から周波数ｆ１の電波として列車搭載型移動局３および携帯型移動局４に輻射される。
【００２１】
そして、図４の列車搭載型移動局３および図５の携帯型移動局４において、基地局２ａより送信された指令信号を受信する。以下では、各移動局の動作について説明する。
【００２２】
図４の列車搭載型移動局３において、アンテナ３１が周波数ｆ１の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部３２を介して無線通信部３３の復調部３３−１に入力され、基地局２の変調部２３−１の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの指令信号が取り出される。復調部３３−１により復調されたディジタルの指令信号は、信号処理部３４の復号化部３４−１に入力され、指令局１の符号化部１２−１での処理の逆の処理、すなわち、ディジタルの指令信号が並び替えられ、ディジタルの指令信号からアナログの指令信号へ変換される。ここで、この変換および変換前のディジタル信号の並び替えの具体的内容について図１１、図１３を参照しながら説明する。
【００２３】
図１１は、復調部３４−１により復調されたディジタル信号に対して、信号が並び替えられ、その後アナログ信号（音声電圧波形）に変換される様子の一例を示す図である。図１１（ａ）は、ディジタル信号の並び替えおよびディジタル信号からアナログ信号への変換、図１１（ｂ）は、変換後のアナログ信号（音声電圧波形）である。また、図１３は図１１で示した復号化部３４−１の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００２４】
図１１において、復号化部３４−１に入力されたディジタル信号は、矢印（実線、点線）に示すように、指令局１の構成要素である符号化部１２−１での並び替え処理（図１３のＳ９とＳ１０、図７（ｂ）参照）および標本化処理の逆の処理（図１３のＳ１１）がなされることで、アナログ信号に変換される。その後、変換後のアナログの指令信号がスピーカ３５に供給される。このようにして、列車搭載型移動局３を使用する列車乗務員は指令局１の指令員からの指令内容を聴取することができる。
【００２５】
続いて、図５の携帯型移動局４において、アンテナ４１が周波数ｆ１の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部４２を介してスイッチ部（以下、ＳＷ部）４３に入力される。ＳＷ部４３では、メモリ部４５の内容に従い、変調信号を無線通信部４４の復調部４４−１に入力するかどうかの切替を行う。本実施の形態１の例では、メモリ部４５の内容の一例として、信号処理部１２、３４および４７で間引きをする際の間引き率について示したが、移動局によってデータレートを変更する際のレート率を示す情報では他の情報でも構わない。変調信号を復調部４４−１に入力するときはスイッチをＯＮ（接続）し、入力しないときはスイッチをＯＦＦ（切断）する。ここで、ＳＷ部４３の処理の具体的内容について図１６を参照しながら説明する。
【００２６】
図１６は、ＳＷ部４３、４６の処理を示す図であり、図１６において、区間ａではスイッチＯＮ（接続）、区間ｂではスイッチＯＦＦ（切断）であることを示す。なお、ＳＷ部４３、４６のスイッチ動作として、本実施の形態１の例では、メモリ部４５にａ、ｂの比（本実施の形態１の場合、１：３）を予め格納しておき、メモリ部４５の内容に従ってなされる場合について説明したが、同等の機能を有する方法であれば他の方法でも構わない。
【００２７】
ＳＷ部４３において、スイッチＯＮの区間に復調部４４−１に入力された変調信号は、基地局２の変調部２３−１の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの指令信号が取り出される。なお、スイッチＯＦＦの区間では、復調部４４−１に変調信号は入力されないことから、復調部４４−１の回路をＯＦＦする。
【００２８】
復調部４４−１により復調されたディジタルの指令信号は、信号処理部４７の復号化部４７−１に入力され、ディジタルの指令信号からアナログの指令信号に変換される。ここで、この変換および変換前のディジタル信号の並び替えと０データ付与の具体的内容について図１２、図１４を参照しながら説明する。
【００２９】
図１２（ａ）は、復調部４４−１により復調されたディジタル信号に対して、メモリ部４５の内容に従って、データの並び替えおよび０データの付与が行われる様子を示し、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示すディジタル信号からアナログ信号へ変換され、標本化による折り返し歪除去のためのローパスフィルタ（低域通過フィルタ）処理された後のアナログ信号（音声電圧波形）が得られる様子を示す。なお、７−２は、図７、図１１に示した７−１とは異なる。また、図１４は図１２で示した復号化部４７−１の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００３０】
図１２において、復調部４４−１により復調されたディジタル信号のうち、１つの黒丸サンプルデータに対して、３つの０データ、すなわち、黒丸サンプルデータ８と０データ（灰色）が１：３の割合となるように０データを付加し（図１４のＳ１２）、標本化処理の逆の処理を行うことで、アナログ信号に変換される。その後、図１７に示すようなローパスフィルタ（カットオフ周波数＞標本化周波数の1/2）を通す（図１４のＳ１３）ことにより、標本化処理による折り返し歪が除去されたアナログ信号が得られる。復号化部４７−１により得られたアナログの指令信号がスピーカ４８に供給される。このようにして、携帯型移動局４を使用する鉄道保守員は指令局１の指令員からの指令内容を聴取することができる。
【００３１】
図６のステップＳＴ３において、列車搭載型移動局３を使用する列車乗務員が指令局１からの指令内容に対して応答した場合、列車搭載型移動局３は列車乗務員による応答信号を、指令信号の周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で、基地局２ａに対して電波として輻射する。このとき、図４の列車搭載型移動局３において、マイク３６から列車乗務員により入力されたアナログの応答信号は、信号処理部３４の符号化部３４−２によりディジタルの応答信号に変換される。ここで、この変換の具体的内容は図７、フローチャートは図９と同様であるので、詳細説明は省略する。
【００３２】
符号化部３４−２で得られたディジタルの応答信号は、無線通信部３３の変調部３３−２において、搬送波（搬送周波数はｆ２）にのせて無線通信に適した電気信号、すなわち、変調信号に変換される。その後、共用部３２を介して、アンテナ３１から周波数ｆ２の電波として基地局２ａに輻射される。
【００３３】
そして、図６のステップＳＴ３で、列車搭載型移動局３が搭載され、走行している列車の付近に存在し、送受信エリアにある例えば基地局２ａが列車搭載型移動局３からの応答信号を受信すると、図６のステップＳＴ４において、基地局２ａは受信したディジタルの応答信号を上り回線６により指令局１に伝送する。
【００３４】
このとき、図３の基地局２において、アンテナ２５が周波数ｆ２の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部２４を介して無線通信部２３の復調部２３−２に入力され、列車搭載型移動局３の変調部３３−２の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの応答信号が取り出される。復調部２３−２により復調されたディジタルの応答信号は、データ多重部２２のフレーム生成部２２−２に入力され、識別符号が付与されるとともに、上り回線６にディジタルの応答信号を伝送する際に必要なフレームフォーマットが生成される。フレーム生成部２２−２により生成された応答信号は、ネットワークインタフェース２１を介して上り回線６に出力され指令局１に伝送される。
【００３５】
そして、図６のステップＳＴ４で、指令局１が基地局２ａからの応答信号を受信すると、図２の指令局１において、上り回線６から入力された応答信号は、ネットワークインタフェース１４を介してデータ多重部１３のデータ同期部１３−２に入力され、復号する際に必要なフレーム同期が行われる。フレーム同期部１３−２により得られた応答信号は、信号処理部１２の復号化部１２−２に入力され、列車搭載型移動局３の符号化部３４−２での処理の逆の処理、すなわち、ディジタルの応答信号が並び替えられ、ディジタルの応答信号からアナログの応答信号へ変換される。ここで、この変換の具体的内容は図９と同様であるが、処理内容は復号化部３４−１とは異なることから、以下では、復号化部１２−２の処理内容について図１５を参照しながら説明する。
【００３６】
図１５は、復号化部１２−２の処理内容を示すフローチャートであり、図１３、図１４と異なる点は、基地局２ａ〜２ｎより受信する応答信号が列車搭載型移動局３からの応答信号か、それとも携帯型移動局４からの応答信号かによって、復号化処理の内容が異なることである。図６のＳＴ４では、列車搭載型移動局３からの応答信号を基地局２ａ経由で受信することから、列車搭載型移動局３の構成要素である復号化部３４−１の処理（図１３参照）、すなわち、図１５のＳ１４において、Ｎｏに相当する処理を行う。また、図６のＳＴ６では、携帯型移動局４からの応答信号を基地局２ａ経由で受信することから、携帯型移動局４の構成要素である復号化部４７−１の処理（図１４参照）、すなわち、図１５のＳ１４において、Ｙｅｓに相当する処理を行う。
【００３７】
復号化部１２−２で得られたアナログの応答信号はスピーカ１５に供給される。この結果、列車搭載型移動局３を使用する列車乗務員と指令局１の指令員とが通話することができる。
【００３８】
また、図６のステップＳＴ５において、携帯型移動局４を使用する鉄道保守員が指令局１からの指令内容に対して応答した場合、携帯型移動局４は鉄道保守員による応答信号を、指令信号の周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で、基地局２ａに対して電波として輻射する。このとき、図５の携帯型移動局４において、マイク４９から鉄道保守員により入力されたアナログの応答信号は、信号処理部４７の符号化部４７−２によりディジタルの応答信号に変換される。ここで、この変換および変換後のディジタル信号の間引きの具体的内容について図８、図１０を参照しながら説明する。
【００３９】
図８は、マイク４９から鉄道保守員により入力されたアナログ信号（音声電圧波形）がディジタル信号に変換され、その後間引きされる様子の一例を示す図である。図８（ａ）は、マイク４９から鉄道保守員により入力されたアナログ信号、図８（ｂ）は、標本化処理および間引き後のディジタル信号の様子を示す。また、図１０は、図８で示した符号化部４７−２の処理内容をフローチャートの形で示したものである。
【００４０】
図８において、アナログの応答信号である音声電圧波形７−１が標本化され、ディジタルの応答信号に変換され、変数ｉの初期化がされる（図１１のＳ１、Ｓ２）。その後、間引き処理により、矢印（実線）に示すように、図８（ｂ）に表示された間引きデータ（黒丸サンプルデータ８）のみが区間ａに格納される。残りの区間ｂには例えば振幅０の０データが格納されている。これは、図１１のＳ３において、変数ｉがａより小さいならば、間引きデータを区間ａに格納後、変調し（図１１のＳ４）、変数ｉがａ以上であれば、変調（送信）回路をオフ（図１１のＳ８）することに相当する。その後、区間ａ、区間ｂに格納されたデータはＳＷ部４６に入力される。ＳＷ部４６では、ＳＷ部４３と同様、メモリ部４５の内容に従い、ディジタルの応答信号を無線通信部４４の変調部４４−２に入力するかどうかの切替を行う。本実施の形態１の例では、メモリ部４５の内容の一例として、信号処理部１２、３４および４７で間引きをする際の間引き率について示したが、移動局によってデータレートを変更する際のレート率を示す情報では他の情報でも構わない。ディジタルの応答信号を変調部４４−２に入力するときはスイッチをＯＮ（接続）し、入力しないときはスイッチをＯＦＦ（切断）する。ここで、ＳＷ部４６の処理の具体的内容は図１６と同様であるので、詳細説明は省略する。
【００４１】
ＳＷ部４６において、スイッチＯＮの区間に変調部４４−２に入力されたディジタルの応答信号は、搬送波（搬送周波数はｆ２）にのせて無線通信に適した電気信号、すなわち、変調信号に変換される。その後、共用部４２を介して、アンテナ４１から周波数ｆ２の電波として基地局２ａに輻射される。なお、スイッチＯＦＦの区間では、変調部４４−２にディジタルの応答信号は入力されないことから、変調部４４−２の回路をＯＦＦする。
【００４２】
そして、図６のステップＳＴ５で、携帯型移動局４を所有する鉄道保守員の付近に存在し、送受信エリアにある例えば基地局２ａが携帯型移動局４からの応答信号を受信すると、図６のステップＳＴ６において、基地局２ａは受信したディジタルの応答信号を上り回線６により指令局１に伝送する。
【００４３】
このとき、図３の基地局２において、アンテナ２５が周波数ｆ２の電波を受信すると、受信された変調信号は、共用部２４を介して無線通信部２３の復調部２３−２に入力され、列車搭載型移動局３の変調部３３−２の処理の逆の処理、すなわち、搬送波を含んだ変調信号からディジタルの応答信号が取り出される。復調部２３−２により復調されたディジタルの応答信号は、データ多重部２２のフレーム生成部２２−２に入力され、識別符号が付与されるとともに、上り回線６にディジタルの応答信号を伝送する際に必要なフレームフォーマットが生成される。フレーム生成部２２−２により生成された応答信号は、ネットワークインタフェース２１を介して上り回線６に出力され指令局１に伝送される。
【００４４】
そして、図６のステップＳＴ６で、指令局１が基地局２ａからの応答信号を受信すると、図２の指令局１において、上り回線６から入力された応答信号は、ネットワークインタフェース１４を介してデータ多重部１３のデータ同期部１３−２に入力され、復号する際に必要なフレーム同期が行われる。フレーム同期部１３−２により得られた応答信号は、信号処理部１２の復号化部１２−２に入力され、携帯型移動局４の符号化部４７−２での処理の逆の処理、すなわち、データの並び替え、０データの付与およびローパスフィルタ処理が行われ、ディジタルの応答信号からアナログの応答信号へ変換される。ここで、この変換の具体的内容は図１２と同様であるが、復号化部１２−２の処理内容は図１５に示すフローチャートと同様である（図１５のＳ１４において、Ｙｅｓに相当する）ことから、詳細説明は省略する。
【００４５】
復号化部１２−２で得られたアナログの応答信号はスピーカ１５に供給される。この結果、携帯型移動局４を使用する鉄道保守員と指令局１の指令員とが通話することができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態１によれば、指令局１、列車搭載型移動局３間のデータ送受信時はフレーム内の全区間のデータ（主要データと付加データ）を用い、指令局１、携帯型移動局４間のデータ送受信時はフレーム内の一部区間のデータ（主要データ）を用いる構成とすることにより、指令局１、列車搭載型移動局３間では高データレートでのデータ通信を行うことが可能であり、指令局１、携帯型移動局４間では低データレートでのデータ通信を行うことが可能となる。
【００４７】
また、指令局１、携帯型移動局４間のデータ送受信において、データ送受信を行なわない区間では、無線通信回路をオフする構成とすることにより、指令局１、携帯型移動局４間のデータ通信時の消費電力が抑えられ、長時間駆動可能な携帯型移動局４を提供することが可能となる。
【００４８】
なお、本実施の形態１の例では、列車無線システムにおける指令局１、列車搭載型移動局３間または指令局１、携帯型移動局４間の通話について示したが、同様の機能を有する指令局、基地局および複数の移動局で構成される無線通信システムであれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００４９】
また、本実施の形態１の例では、ＴＤＭＡスロットを構成するタイムスロットを用いて無線通信を行う場合について示したが、ＴＤＭＡ以外のＦＤＭＡ等の他の通信方式を用いた無線通信においても、同様の効果を得ることが可能である。
【００５０】
また、本実施の形態１の例では、指令局１、列車搭載型移動局３間または指令局１、携帯型移動局４間の無線通信システムについて示したが、無線電波周波数を有線回線に置き換えることで、光ファイバ等の有線通信システムにおいても、同様の効果を得ることが可能である。
【００５１】
さらに、本実施の形態１の例では、指令局１、列車搭載型移動局３間または指令局１、携帯型移動局４間で送受信するデータとして、音声通話用のＰＣＭデータを用い、所定の割合で間引きを行うことでレート変換する場合について説明したが、ＣＥＬＰ方式に代表される、合成による分析（ＡｂＳ：Analysis by Synthesis）法等で用いる音声符号化データまたは画像通信に用いる画像符号化データを用い、符号化データの全データを送受信する場合と一部データを送受信する場合でレート変換するような構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムを示す図である。
【図２】図１の移動体通信システムにおける指令局１の回路ブロック図である。
【図３】図１の移動体通信システムにおける基地局２の回路ブロック図である。
【図４】図１の移動体通信システムにおける列車搭載型移動局３の回路ブロック図である。
【図５】図１の移動体通信システムにおける携帯型移動局４の回路ブロック図である。
【図６】図１の移動体通信システムにおける指令局１、基地局２、列車搭載型移動局３および携帯型移動局間４の通信手順を示すシーケンス図である。
【図７】アナログ信号（音声電圧波形）からディジタル信号への変換およびディジタル信号の並び替えの一例を示す図である。
【図８】アナログ信号（音声電圧波形）からディジタル信号への変換および間引きに基づくディジタル信号の並び替えの一例を示す図である。
【図９】符号化部３４−２、１２−１の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１０】符号化部４７−２の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１１】ディジタル信号の並び替えおよびディジタル信号からアナログ信号（音声電圧波形）への変換の一例を示す図である。
【図１２】ディジタル信号からアナログ信号（音声電圧波形）への変換の一例を示す図である。
【図１３】復号化部３４−１の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１４】復号化部４７−１の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１５】復号化部１２−２の処理内容を示すフローチャートの一例である。
【図１６】図５に示した携帯型移動局４のＳＷ部４３の処理の内容を示す図である。
【図１７】図１０に示すディジタル信号からアナログ信号への変換において、標本化処理による折り返し歪を除去するためのローパスフィルタの一例を示す図である。
【図１８】一対多通信の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１：指令局、２，２ａ，２ｂ，・・・，２ｎ：基地局、３：列車搭載型移動局、４：携帯型移動局、５：下り回線、６：上り回線、７−１、７−２：音声電圧波形（アナログ信号）、８：黒丸サンプルデータ（ディジタル信号）、９：白丸サンプルデータ（ディジタル信号）、１１：マイク、１２：信号処理部、１２−１:符号化部、１２−２：復号化部、１３：データ多重部、１３−１：フレーム生成部、１３−２：フレーム同期部、１４：ネットワークインタフェース、１５：スピーカ、２１：ネットワークインタフェース、２２：データ多重部、２２−１：フレーム同期部、２２−２：フレーム生成部、２３：無線通信部、２３−１：変調部、２３−２：復調部、２４：共用部、２５：アンテナ、３１：アンテナ、３２：共用部、３３：無線通信部、３３−１：復調部、３３−２：変調部、３４：信号処理部、３４−１：復号化部、３４−２：符号化部、３５：スピーカ、３６：マイク、４１：アンテナ、４２：共用部、４３、４６：ＳＷ部、４４：無線通信部、４４−１：復調部、４４−２：変調部、４５：メモリ部、４７：信号処理部、４７−１：復号化部、４７−２：符号化部、４８：スピーカ、４９：マイク、１００：指令局、２００：基地局、３００：列車搭載型移動局、４００：携帯型移動局、５００：下り回線、６００：上り回線、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を主要データと付加データとに変調して送信する親局、
前記親局が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記親局の送信信号を復調する第１の子局端末および、
前記親局が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調する第２の子局端末を有し、
前記第１の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データと付加データとに変調して送信し、
前記第２の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データのみに変調して送信し、
前記親局は前記第１の子局端末が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記第１の子局端末の送信信号を復調する一方、前記第２の子局端末が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記第２の子局端末の送信信号を復調することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
送信信号を主要データと付加データとに変調して送信する親局と通信する子局端末であって、
前記親局の送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調することを特徴とする子局端末。
【請求項３】
列車無線通信システムに適用される通信システムであって、
親局は音声信号等の各種データ信号を送受信する基地局であり、
第１の子局端末は列車に搭載される移動体無線端末であり、
第２の子局端末は携帯型無線端末であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
第２の子局端末は主要データの送受信時のみに送受信回路の電源をオンすることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項１】
送信信号を主要データと付加データとに変調して送信する親局、
前記親局が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記親局の送信信号を復調する第１の子局端末および、
前記親局が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調する第２の子局端末を有し、
前記第１の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データと付加データとに変調して送信し、
前記第２の子局端末は前記親局に送信する送信信号を主要データのみに変調して送信し、
前記親局は前記第１の子局端末が送信する主要データと付加データとを受信し、該主要データと付加データとから前記第１の子局端末の送信信号を復調する一方、前記第２の子局端末が送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記第２の子局端末の送信信号を復調することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
送信信号を主要データと付加データとに変調して送信する親局と通信する子局端末であって、
前記親局の送信する主要データを受信し、該主要データのみから前記親局の送信信号を復調することを特徴とする子局端末。
【請求項３】
列車無線通信システムに適用される通信システムであって、
親局は音声信号等の各種データ信号を送受信する基地局であり、
第１の子局端末は列車に搭載される移動体無線端末であり、
第２の子局端末は携帯型無線端末であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
第２の子局端末は主要データの送受信時のみに送受信回路の電源をオンすることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２９６４２４（Ｐ２００９−２９６４２４Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４９１８２（Ｐ２００８−１４９１８２）
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【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２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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