特許 7431132 無線通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-05

(45)【発行日】2024-02-14

(54)【発明の名称】無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 3/46 20150101AFI20240206BHJP

   H04W 16/30 20090101ALI20240206BHJP

   H04W 24/08 20090101ALI20240206BHJP

   H04W 24/06 20090101ALI20240206BHJP

   H04L 1/06 20060101ALI20240206BHJP

【ＦＩ】

H04B3/46

H04W16/30

H04W24/08

H04W24/06

H04L1/06 180

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020159567

(22)【出願日】2020-09-24

(65)【公開番号】P2022053002

(43)【公開日】2022-04-05

【審査請求日】2023-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】水口 修平

(72)【発明者】

【氏名】中野 雄介

【審査官】対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０４９６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０８０７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２３６５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４３２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１４５０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４９６０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０２１４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３４１４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １／６０

Ｈ０４Ｂ ３／４６－３／４９３

Ｈ０４Ｂ １７／００－１７／４０

Ｈ０４Ｂ ７／２４－７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

Ｈ０４Ｂ ７／０２－７／１２

Ｈ０４Ｌ １／０２－１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共通の送信データで変調された第１の信号、第２の信号をそれぞれ送信する第１の基地局、第２の基地局と、前記第１の信号、前記第２の信号がそれぞれ逆向きに同時に流されるように前記第１の基地局及び前記第２の基地局に接続された漏洩同軸ケーブルと、が用いられ、前記漏洩同軸ケーブルから発せられた前記第１の信号及び前記第２の信号が移動局に受信される無線通信システムであって、
前記第１の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記第２の信号を受信可能とされ、前記第２の信号を認識できなかった場合に、前記漏洩同軸ケーブルに障害があると認識する、
又は、
前記第２の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記第１の信号を受信可能とされ、前記第１の信号を認識できなかった場合に、前記漏洩同軸ケーブルに障害があると認識する、
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

前記第１の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して受信された受信信号と前記第１の信号との相互相関解析を行うことにより当該受信信号が前記第２の信号であるか否かを認識する、
又は
前記第２の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して受信された受信信号と前記第２の信号との相互相関解析を行うことにより当該受信信号が前記第１の信号であるか否かを認識する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。

【請求項3】

前記第１の信号及び前記第２の信号は時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）方式又は差動時空間ブロック符号化（ＤＳＴＢＣ）方式により発せられることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同一内容の通信を行う複数の基地局が設けられる無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

列車等の移動体（移動局）を含んで構成される無線通信システムにおいては、移動局の移動に際して移動局と基地局との間の通信が常時可能であることが要求される。このため、中央装置から指示された同一内容の通信を同一周波数で送信し、異なる場所に複数の基地局が設けられ、移動局は移動に際してこのうち最も通信状態が良好となる一つの基地局と通信することができる。

【0003】

各基地局にはそれぞれこの基地局が移動局と通信可能となる通信可能エリアが設定され、移動局の移動に際しては、隣接する通信可能エリア間を移動することによって、直接の通信の対象となる基地局が切り替わる。ここで、隣接する２つの基地局の通信可能エリアを部分的に重複させることによって、移動に際して移動局に対する通信が一次的に不可能となる期間（領域）をなくすことができる。一方で、理想的には各基地局から発せられる信号は同一であるが、実際にはこれらの信号は、基地局毎の発信周波数の誤差等に起因し、完全に同一とはならない。このため、このように通信可能エリアが重複した領域では、２つの電波が干渉して受信データの再生が困難となる場合がある。

【0004】

このため、特許文献１には、基地局と移動局の間の通信を時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ：Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式、あるいは差動時空間ブロック符号化（ＤＳＴＢＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式で行うことによって、隣接する２つの基地局からの信号を直交関係とし、干渉が発生しないようにする技術が記載されている。

【0005】

また、列車のトンネル内での通行の際の通信を行わせるためには、例えば特許文献２に記載されたような漏洩同軸ケーブルが用いられる。漏洩同軸ケーブル（Ｌｅａｋｙ Ｃｏａｘｉａｌ Ｃａｂｌｅ：ＬＣＸ）は、伝送経路となるケーブルとして敷設されると共に、伝送される電波を漏洩させることによってアンテナとしても機能し、長いトンネル内においても敷設が容易である。前記のような直交関係にある２つの基地局からの電波を用いる場合には、例えばＬＣＸを挟んで両側に２つの基地局が設けられ、各基地局が発した信号は共通のＬＣＸを互いに逆向きに流れる。こうした場合においても各信号を前記のように直交関係とすれば、干渉は発生せず、かつ移動局が通信不可能となる領域は発生しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－３４１４７号公報

【文献】特開平３－２９５３２３号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このようにＬＣＸを用いた場合においては、ＬＣＸが事故等により切断した場合には、この切断地点から先では、その反対側にある基地局からの通信が不可能となる。このような状況は、ＬＣＸの点検作業や、移動局が移動中に通信不可能となる期間が発生したことによって認識することができる。しかしながら、ＬＣＸの点検を行う頻度は限定される。また、移動局の移動中において通信が不可能となる期間は、実際に移動局が経路を移動する場合（実際に列車が走行した場合）においてのみ初めてこの認識が可能となり、移動局がこの経路に存在しない状態で基地局側のみでこの認識をすることは困難であった。このため、ＬＣＸの切断を迅速に基地局が認識することは困難であった。

【0008】

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、上記課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、共通の送信データで変調された第１の信号、第２の信号をそれぞれ送信する第１の基地局、第２の基地局と、前記第１の信号、前記第２の信号がそれぞれ逆向きに同時に流されるように前記第１の基地局及び前記第２の基地局に接続された漏洩同軸ケーブルと、が用いられ、前記漏洩同軸ケーブルから発せられた前記第１の信号及び前記第２の信号が移動局に受信される無線通信システムであって、前記第１の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記第２の信号を受信可能とされ、前記第２の信号を認識できなかった場合に、前記漏洩同軸ケーブルに障害があると認識する、又は、前記第２の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記第１の信号を受信可能とされ、前記第１の信号を認識できなかった場合に、前記漏洩同軸ケーブルに障害があると認識する。
前記第１の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して受信された受信信号と前記第１の信号との相互相関解析を行うことにより当該受信信号が前記第２の信号であるか否かを認識する、又は前記第２の基地局は、前記漏洩同軸ケーブルを介して受信された受信信号と前記第２の信号との相互相関解析を行うことにより当該受信信号が前記第１の信号であるか否かを認識してもよい。
前記第１の信号及び前記第２の信号は時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）方式又は差動時空間ブロック符号化（ＤＳＴＢＣ）方式により発せられてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によると、複数の基地局と移動局との間の通信のために漏洩同軸ケーブルが用いられた無線通信システムにおいて、漏洩同軸ケーブルの破損による通信の障害を基地局側から迅速に認識することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。

【図2】実施の形態に係る無線通信システムにおいて漏洩同軸ケーブルが正常である場合における信号の流れを示す図である。

【図3】実施の形態に係る無線通信システムにおいて漏洩同軸ケーブルが切断した場合における信号の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本発明を実施するための形態を図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システム１の構成を説明する図である。この無線通信システム１は列車無線通信のために用いられ、図１における中央装置１００から送信データを移動中の移動局２００（列車）に送信するために用いられる。この無線通信１においては、隣接する２つの基地局（第１の基地局）１０Ａ、基地局（第２の基地局）１０Ｂが用いられている。基地局１０Ａ、基地局１０Ｂにはこれらから離間した中央装置１００が接続されており、中央装置１００は基地局１０Ａ、１０Ｂに対して同一のデータ（送信データ）を送信する。

【0013】

この送信データは、図中上側で水平方向に沿って移動する移動局２００に対して最終的に送信される。このための送信アンテナとして、漏洩同軸ケーブル（Ｌｅａｋｙ Ｃｏａｘｉａｌ Ｃａｂｌｅ：ＬＣＸ）５０Ａ、５０Ｂが用いられる。ＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂは直列に接続され、ＬＣＸ５０Ａは基地局１０Ａに、ＬＣＸ５０Ｂは基地局１０Ｂに接続される。実際には基地局１０Ａと移動局２００とが通信可能である通信エリアは図１における左側に、基地局１０Ｂと移動局２００とが通信可能である通信エリアは図１における右側に、それぞれ広がっており、図１において示された領域は、これらの通信エリアが隣接して部分的に重複した領域である。図１では簡略化して示されているが、実際にはＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂは図中の水平方向で長く、基地局１０Ａ、１０Ｂは図中水平方向で十分に離間している。ＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂは、列車（移動局２００）の進行方向に沿って敷設される。

【0014】

このように通信エリアが重複した領域において、基地局１０Ａは前記の送信データで変調したＡ系列信号（第１の信号）をＬＣＸ５０Ａに供給し、基地局１０Ｂは前記の送信データで変調したＢ系列信号（第２の信号）をＬＣＸ５０Ｂに供給する。Ａ系列信号とＢ系列信号の搬送波の周波数は同一に設定されるが、実際には基地局毎の発振周波数の誤差等により、これらの周波数には微小な差が存在する。ここで、Ａ系列信号とＢ系列信号の変調においては時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ：Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式、あるいは差動時空間ブロック符号化（ＤＳＴＢＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｉｎｇ）方式が採用され、Ａ系列信号とＢ系列信号は直交関係とされる。

【0015】

このため、図１におけるＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂ中をＡ系列信号とＢ系列信号は互いに逆向きに流れるが、Ａ系列信号とＢ系列信号とが干渉することによる悪影響は発生しない。このため、図１において移動局２００は、Ａ系列信号、Ｂ系列信号のどちらを受信しても、これを復調することによって前記の送信データを認識することができる。ただし、前記のようにＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂは十分に長いため、ＬＣＸ５０Ａ中においてはＡ系列信号がＢ系列信号よりも優勢であり、ＬＣＸ５０Ｂ中においてＢ系列信号がＡ系列信号よりも優勢である。

【0016】

ここで、基地局１０ＡはＡ系列信号を発すると共に、基地局１０Ｂが発したＢ系列信号もＬＣＸ５０Ａを介して受信する。同様に、基地局１０ＢはＢ系列信号を発すると共に、基地局１０Ａが発したＡ系列信号もＬＣＸ５０Ｂを介して受信する。こうした動作を行うための基地局１０Ａの構成について説明する。基地局１０Ａにおいては、基地局１０Ａ全体の制御や後述するような信号の相互相関処理演算を行うＣＰＵを具備する制御部１１Ａが設けられる。また、前記のＳＴＢＣ又はＤＳＴＢＣで制御部１１Ａが中央装置１００から受信した送信データで変調したＡ系列信号を生成する送信部１２Ａ、Ｂ系列信号を受信する受信部１３Ａが設けられる。また、ＬＣＸ５０Ａ側には、Ａ系列信号を通過させると共に基地局１０Ｂ側から受信したＢ系列信号を通過させるため、これらの信号に対応する周波数Ｆ１の帯域フィルタであるフィルタ１４Ａが設けられる。送信部１２Ａ、受信部１３Ａ、フィルタ１４Ａは、サーキュレータ１５Ａで接続されている。サーキュレータ１５Ａは、送信部１２Ａ側（Ｘ）からの入力をフィルタ１４Ａ側（Ｙ）に出力し、フィルタ１４Ａ側（Ｙ）から入力したＢ系列信号を受信部１３Ａ側（Ｚ）に出力させる。

【0017】

また、基地局１０Ａは移動局２００が発した信号を受信するため、この信号を受信する受信部１６Ａが設けられ、この信号に対応する周波数Ｆ２の帯域フィルタであるフィルタ１７ＡもＬＣＸ５０Ａ側に設けられる。この周波数はＡ系列信号、Ｂ系列信号の周波数とは異なる。

【0018】

基地局１０Ｂにおいても、基地局１０Ａと同様に、制御部１１Ｂ、Ｂ系列信号を生成する送信部１２Ｂ、Ａ系列信号を受信する受信部１３Ｂ、これらに対応するフィルタ１４Ｂ、サーキュレータ１５Ｂ、移動局２００からの信号を受信する受信部１６Ｂ、これに対応するフィルタ１７Ｂが設けられる。

【0019】

図２は、図１の構成におけるＡ系列信号、Ｂ系列信号等の流れを示し、ここでは移動局２００の記載は省略されている。ここでは、まず、矢印Ｃ１、Ｃ２で示されるように、制御部１１Ａ、１１Ｂに対して同一の送信データが中央装置１００から送信される。制御部１１Ａ、１１Ｂはそれぞれこの送信データに基づいてＡ系列信号、Ｂ系列信号を送信部１２Ａ、１２Ｂに生成・送信させる。

【0020】

Ａ系列信号は、図２における破線矢印Ａで示されるように、送信部１２Ａ、サーキュレータ１５Ａ、フィルタ１４Ａを順次通過し、ＬＣＸ５０Ａ、ＬＣＸ５０Ｂを通過する。これによって、移動局２００はＡ系列信号を受信することができる。同様に、Ｂ系列信号は、図２における点線矢印Ｂで示されるように、送信部１２Ｂ、サーキュレータ１５Ｂ、フィルタ１４Ｂを順次通過し、ＬＣＸ５０Ｂ、ＬＣＸ５０Ａを通過する。これによって、移動局２００はＢ系列信号を受信することができる。このため、移動局２００は、図１に示された範囲では、Ａ系列信号、Ｂ系列信号のどちらも受信することができる。

【0021】

一方、図２の破線矢印Ａで示されるように、Ａ系列信号はＬＣＸ５０Ｂを通過してから基地局１０Ｂのフィルタ１４Ｂを通過し、サーキュレータ１５Ｂのフィルタ１４Ｂ側（Ｙ）から受信部１３Ｂ側（Ｚ）に流れる。これにより、Ａ系列信号は受信部１３Ｂで受信され、制御部１１ＢはＡ系列信号がＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂを介して流れたことを認識する。ただし、前記のように、ＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂは図中水平方向で十分に長く、基地局１０Ａ、１０Ｂは十分に離間しているため、ＬＣＸ５０Ｂを通過後のＡ系列信号の強度は同じ箇所におけるＢ系列信号の強度よりも低い。同様に、図２の点線矢印Ｂで示されたように、Ｂ系列信号はＬＣＸ５０Ａを通過してから基地局１０Ａ側に流れ、基地局１０Ａの制御部１１ＡはＢ系列信号がＬＣＸ５０Ｂ、５０Ａを介して流れたことを認識する。この際、ＬＣＸ５０Ａを通過後のＢ系列信号の強度は同じ箇所におけるＡ系列信号の強度よりも低い。

【0022】

一方、基地局１０Ａにおいて、送信部１２Ａから発せられたＡ系列信号は、図２の破線矢印ＤＡで示されるように、送信部１２Ａ側（Ｘ）からフィルタ１４Ａ側（Ｙ）に出力される強度の１０^－６程度となる低い強度となるものの、サーキュレータ１５Ａを介して受信部１３Ａ側（Ｚ）にも流れる。このため、受信部１３ＡはＡ系列信号とＢ系列信号とを共に受信するが、前記のようにこれらは直交関係とされるため、制御部１１Ａは、Ａ系列信号とＢ系列信号を個別に認識することができる。Ａ系列信号とＢ系列信号で送信される送信データは同一であるため、制御部１１Ａは、例えば受信された２つの信号の相互相関係数を算出し、その値が大きくなり２つの信号に相関があると判定された場合に、受信部１３Ａが受信した２つの信号はＡ系列信号とＢ系列信号であると推定することができる。すなわち、この場合において、基地局１０Ａは、Ｂ系列信号を受信したと推定することができる。同様に、基地局１０Ｂにおいても、受信された２つの信号に相関があると制御部１１Ｂによって判定された場合に、基地局１０ＢがＡ系列信号を受信したと推定することができる。

【0023】

一方、図３は、ＬＣＸ５０ＡがＰの箇所で切断された場合を図２と同様に示す。切断以外の原因でＰの箇所で信号の伝搬を阻害するような障害が発生した場合においても同様である。この場合は、Ａ系列信号はＰの箇所より右側、Ｂ系列信号はＰの箇所よりも左側には流れないため、基地局１０Ｂ側でＡ系列信号を、基地局１０Ａ側でＢ系列信号を、それぞれ受信することができない。制御部１１ＡがＡ系列信号以外の信号を有意に認識できなかった場合、あるいはＡ系列信号の他に信号が受信されたがこの受信信号とＡ系列信号との間に相関が認められなかった場合には、この受信信号はＢ系列信号ではない同一周波数であるＢ系列信号以外の信号であると推定することができる。同様に、基地局１０Ｂ側でも２つの信号に相関が認められなかった場合には、Ａ系列信号が受信されなかったと推定をすることができる。

【0024】

この場合には、基地局１０Ａ、基地局１０Ｂ側では、ＬＣＸ５０Ａ又はＬＣＸ５０Ｂが切断したと推定することができる。すなわち、移動局２００の受信状況を用いずに、基地局１０Ａ、１０Ｂ側でＬＣＸ５０Ａ又はＬＣＸ５０Ｂの障害を認識することができる。一般的には、Ａ系列信号が基地局１０Ａから発せられる時には同時にＢ系列信号も基地局１０Ｂから発せられるため、中央装置１００から送信データが発せられれば上記の判定を行うことができる。このため、ＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂに障害が発生した場合において、この障害を基地局１０Ａ、１０Ｂ側で迅速に認識することができる。

【0025】

なお、上記の例では、制御部１１Ａ（１１Ｂ）において認識された２つの信号の相互相関係数が算出されたが、２つの信号の相関の有無を判断するために他の手法を用いることもできる。

【0026】

また、上記の例では、制御部１１Ａ（制御部１１Ｂ）が送信部１２Ａ（送信部１２Ｂ）が発したＡ系列信号（Ｂ系列信号）、及びＢ系列信号（Ａ系列信号）を認識するために、サーキュレータ１５Ａ（サーキュレータ１５Ｂ）が用いられた。しかしながら、各基地局が自身の側から発した信号と他方の基地局が発した信号を共に受信することが可能な限りにおいて、他の構成を用いることもできる。

【0027】

また、上記の例では、Ａ系列信号（第１の信号）とＢ系列信号（第２の信号）が混在した場合においても干渉による悪影響が生じないように、これらはＳＴＢＣ方式、あるいはＤＳＴＢＣ方式で生成されるものとしたが、同様にこれらの信号における干渉が発生しないような他の方式でＡ系列信号、Ｂ系列信号を生成して用いることもできる。

【0028】

また、図の構成においては、基地局１０Ａ、１０Ｂはそれぞれが同様の構成を具備し、それぞれが上記のようにＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂの障害を検知できるものとされた。しかしながら、各基地局が上記と同様の信号を送信し、このうち一方の基地局のみで上記の判定が可能とされていてもよい。

【0029】

また、前記のように、図１においては、基地局１０Ａの通信エリアと基地局１０Ｂの通信エリアとが重複した領域が、ＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂが敷設された領域とされたが、実際の列車無線通信においては、より多くの基地局が設けられる。こうした場合においても、隣接する２つの基地局間において図１と同様の構成を実現することが可能である。すなわち、基地局を２つ以上有する場合には、隣接する２つの基地局間において上記の構成を適用することができ、これらの間で使用される漏洩同軸ケーブルの障害を基地局側から迅速に認識することができる。

【0030】

また、上記の例では、中央装置１００から移動局２００に対して送信されるべき送信データが基地局１０Ａ、１０Ｂに送信されることによってＡ系列信号（第１の信号）、Ｂ系列信号（第２の信号）が生成・送信され、これを用いてＬＣＸ５０Ａ、５０Ｂの障害が検知されるものとした。しかしながら、例えば中央装置１００から受信した送信データによらずに、各基地局が漏洩同軸ケーブルの検査のためにおいてのみ上記と同様のＡ系列信号、Ｂ系列信号を発することによって上記と同様に漏洩同軸ケーブルの検査を行なってもよい。この場合においては、共通のデータで変調されたＡ系列信号、Ｂ系列信号が同時に送信される設定とすれば、上記の動作を同様に行わせることができる。

【0031】

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0032】

１ 無線通信システム
１０Ａ 基地局（第１の基地局）
１０Ｂ 基地局（第２の基地局）
１１Ａ、１１Ｂ 制御部
１２Ａ、１２Ｂ 送信部
１３Ａ、１３Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ 受信部
１４Ａ、１４Ｂ、１７Ａ、１７Ｂ フィルタ
１５Ａ、１５Ｂ サーキュレータ
５０Ａ、５０Ｂ 漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）
１００ 中央装置
２００ 移動局

【図1】

【図2】

【図3】