JP4719496B2 - 移動体無線通信システム - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (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。 - 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。 - 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。
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