JP3312901B2

JP3312901B2 - 鉄道用時分割多重通信方式及びその送受信装置

Info

Publication number: JP3312901B2
Application number: JP2000171803A
Authority: JP
Inventors: 豊田中; 敦佐々木; 栄治岡部; 良史黒澤; 哲志山田; 久嗣佐藤; 弘一内山; 清彦立林
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP2001352310A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新幹線などの鉄道
の保守用車両間等の通信を行うための鉄道用時分割多重
通信方式及びその送受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、保守用車両間等の通信には、
１周波数を用いた間欠送受信方式が用いられている。こ
の間欠送受信方式では、各車両は複数パターンの送受信
タイミングを持った送受信機いずれかを搭載しており、
その形の周期で間欠送受信を繰り返しながら移動又は停
止している。複数パターンの送受タイミングは固定され
ており、電源投入時又は移動中などにタイミングが変わ
ることはない。

【０００３】また、この間欠送受信方式は、同期を取っ
ておらず装置間で送信が重なることがあるが、同じパタ
ーンのタイミングを持った送受信機が近づかない限り、
１周期内に最悪でも２回受信できるようになっている。
通信サイクル毎に、以上のような送受信を行って各車両
間の通信を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、鉄道の保守用
車両の台数はかなり多く、例えば特定の管区内に限って
も数百台保有されており、同じパターンのタイミングを
持った送受信機を配置する可能性がある。このため、実
際にはパターン数以上の保守用車両が存在する管区で
は、同じパターンを持った保守用車両が接近しないよう
に運用でカバーしている。

【０００５】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたものであり、鉄道の保守用車両間等の通信を時分
割多重で行う場合に、保守用車両に通信スロットを固定
的に割り当てることなく、保守用車両等の通信状況に応
じて各保守用車両が自動的に空いている通信スロットを
取得できる、鉄道用時分割多重通信方式及びそのための
送受信装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の鉄道用時分割多重通信方式は、それぞれ送受信装置を
搭載し線路上を移動する複数の車両間の通信を、特定周
波数を用いて時分割で多重通信を行う鉄道用時分割多重
通信方式において、各車両において同一の基準信号に基
づいて時刻同期を取って、所定数の通信スロットを持つ
通信サイクルを設定し、各車両では送信時に、受信でき
ている通信スロット番号と自己が送信する通信スロット
番号を通信ステータスとして、送信データに付加して送
信し、各車両では受信時に、受信できている車両からの
前記ステータスの論理和を取り、その時点で当該車両が
通信スロットを取得できていない場合には、前記論理和
で無為となっている通信スロットを空きの通信スロット
と判定し、その空きの通信スロットの１つを自己の通信
スロットとして取得することを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項２に記載の鉄道用時分割多
重通信方式は、請求項１記載の鉄道用時分割多重通信方
式において、受信時に他の車両からの受信がない場合に
は、空きの通信スロットの１つを自己の通信スロットと
して取得するに際して、乱数処理により決定された通信
スロットを取得することを特徴とする。

【０００８】本発明の請求項３に記載の鉄道用時分割多
重通信方式は、それぞれ送受信装置を搭載し線路上を移
動する複数の車両間の通信を、特定周波数を用いて時分
割で多重通信を行う鉄道用時分割多重通信方式におい
て、各車両において同一の基準信号に基づいて時刻同期
を取って、所定数の通信スロットを持つ通信サイクルを
設定し、各車両では送信時に、受信できている通信スロ
ット番号と自己が送信する通信スロット番号を通信ステ
ータスとして、送信データに付加して送信し、各車両で
は受信時に、受信できている車両からの前記ステータス
の論理和を取り、その時点で当該車両が通信スロットを
取得できている場合であって、前記論理和中の自己の送
信した通信スロットが無為となっているときには、自己
の送信した通信スロットが他の車両と競合していると判
定することを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項４に記載の鉄道用時分割多
重通信方式は、請求項３記載の鉄道用時分割多重通信方
式において、競合していると判定された場合であって、
他の車両からの受信があるときには、既に取得している
通信スロット内で通常送信とするか遅延送信とするか、
もしくは送信規制とするかを、乱数処理により決定する
ことを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項５に記載の鉄道用時分割多
重通信方式は、請求項３記載の鉄道用時分割多重通信方
式において、競合していると判定された場合であって、
他の車両からの受信がないときには、自己の通信スロッ
トとして、乱数処理により決定された通信スロットを用
いることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項６に記載の鉄道用時分割多
重通信方式は、請求項１〜５記載の鉄道用時分割多重通
信方式において、前記基準信号をＧＰＳのＰＰＳ信号と
することを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項７に記載の鉄道用時分割多
重通信方式のための送受信装置は、線路上を移動する複
数の車両間の通信を、特定周波数を用いて時分割で多重
通信を行う鉄道用時分割多重通信方式における車両に搭
載される送受信装置であって、ＧＰＳのＰＰＳ信号を基
準信号として通信サイクル及び通信スロットを設定する
通信スロット・サイクル設定手段と、少なくとも位置を
検出する位置検知センサと路線データベースとを有し、
当該車両の位置、方向を含む自己情報を生成する自己情
報生成手段と、他の車両からの無線信号を受信し、該無
線信号に含まれる通信ステータス情報から通信スロット
の状況を検出するスロット検出手段と、自車両が既に通
信スロットを取得し送信を行っている場合に、前記通信
ステータス情報の自車両ビットが有意であるか否かによ
って、競合状態を検出する競合検出手段と、前記競合検
出手段で競合ありが検出された場合に、競合状態を解消
するように調停する競合調停手段と、前記競合調停手段
で調停の結果、通信スロットの獲得に失敗した場合に、
空きスロットを検出する空きスロット検出手段と、自車
両が未だ通信スロットを取得していない場合に前記スロ
ット検出手段で、空きスロットが検出されたとき、自車
両が既に通信スロットを取得し送信を行っている場合に
前記スロット検出手段で他車両からの受信が無いことが
検出されているとき、及び、前記空きスロット検出手段
で空きスロットが検出されたときには、空きスロットの
１つを自車両の通信スロットとして選択するスロット選
択手段と、該スロット選択手段で選択された通信スロッ
ト、前記競合検出手段で競合なしと検出された場合の当
該通信スロット、及び前記競合調停手段での調停の結
果、通信スロットの獲得に成功した場合の当該通信スロ
ットのいずれかの通信スロットを使用して、受信できて
いる通信スロット番号と自己が送信する通信スロット番
号を通信ステータスとして、前記自己情報生成手段の送
信データに付加して送信する無線送信手段と、を有する
ことを特徴とする。

【００１３】本発明の鉄道用時分割多重通信方式、及び
その送受信装置によれば、保守用車両の保有台数が多く
ても、実際に出動する保守用車両にのみ、自動的に且つ
フレキシブルに通信スロットが割り付けられるので、ス
ロットを有効に活用することが可能になる。

【００１４】また、出動した保守用車両が鉄道線路に沿
って広い範囲に分散して移動しつつ作業を行う場合で
も、通信可能エリアに入った時点で時分割多重通信を行
うための通信スロットを自動的に割り付け、逆に通信可
能エリアから外に出た場合にはそれまで使用していた通
信スロットは空きスロットとなるから、広い範囲に亘っ
て分散し且つ移動する車両間の時分割多重通信を、支障
無く効率的に行うことができる。

【００１５】また、時分割多重通信方式の基準信号とし
て、ＧＰＳのＰＰＳ（Pulse Per Second ）信号を用い
ることにより、他に基準局を設置するなどの手だてを講
じる必要が無く、各車両などでの通信サイクル及び通信
スロットを正確に設定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図を参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明の適用される、新幹線等の
鉄道線路と、その線路上を移動する保守用車両及び線路
閉鎖装置の状況を概略的に示す図である。なお、地上子
は、キロ程を示すサインポストであり、鉄道線路に所定
距離毎に配置されている。

【００１８】各保守用車両には、図２に示されるような
車載用送受信装置が搭載されており、線路閉鎖装置には
図３に示されるような線路閉鎖用送受信装置が設置され
ている。

【００１９】図２の車載用送受信装置２００は、車載用
送受信機２１０と、ＧＰＳアンテナ２２０と、無線機ア
ンテナ装置２４０と、地点センサ２５０と、速度センサ
２６０とから構成される。

【００２０】車載用送受信機２１０のＧＰＳ受信機２１
１は、ＧＰＳアンテナ２２０で受信したＧＰＳ信号を受
けて、ＧＰＳ信号から生成したＰＰＳ（Pulse Per Seco
nd）信号を基準信号として制御部２１２に供給するとと
もに、必要に応じて他の位置信号なども制御部２１２に
供給する。なお、このＰＰＳ信号は１秒ごとに得られる
から、基準信号を例えば２秒ごとに与える必要がある場
合には、ＧＰＳデータから同時に得られる時刻データを
利用して奇数秒ごと或いは偶数秒ごとにＰＰＳ信号を得
るようにする。

【００２１】また、表示操作部２３０は、ＬＥＤ付の上
下切替スイッチ２３１，７セグメントＬＥＤ表示器２３
２、ＬＥＤ表示器２３３、テンキー２３４を有し、制御
部２１２と信号のやり取りを行う。

【００２２】地点センサ２５０は、当該車両の線路上の
地点を地上子（サインポスト）からの信号に基づいて検
出して制御部２１２に供給し、速度センサ２６０は当該
車両の車輪の回転に伴う検出パルスを検出して制御部２
１２に供給する。

【００２３】業務用無線機２１４は、アンテナ２４１、
アンテナ共用器２４２、フィルタ２４３からなる無線機
アンテナ装置を介して、当該車載用送受信機２１０から
のデータを外部に送信するとともに、外部の他の車両と
か線路閉鎖装置からデータを受信し、制御部２１２に供
給する。また、スピーカ２１５が設けられ、業務用無線
機２１４からの警報信号を受けて、接近警報等を報知す
る。

【００２４】車載用送受信機２１０の制御部２１２は、
鉄道線路の各路線、路線毎の上り下り別の地上子のキロ
程などの、データベース２１３を有しており、このデー
タベース２１３から当該車両の状況が抽出されて利用さ
れる。また、制御部２１２は、前記した表示操作部２３
０からの操作信号や、地点センサ２５０、速度センサ２
６０などの検出信号及びデータベース２１３からのデー
タに基づいて、自車両の走行している路線や、位置、速
度、方向などのデータを生成する。また、制御部２１２
は、業務用無線機２１４を介して、外部の他の車両とか
線路閉鎖装置との送受信によって、時分割多重通信に必
要な通信処理を行う。なお、制御部２１２から、他の車
両、線路閉鎖装置と接近した場合に、業務用無線機２１
４に接続されるスピーカ２１５に接近警報を行わせるた
めの指令信号及び車両を停止させるためのブレーキへの
指令信号が出力される。

【００２５】図３の線路閉鎖用送受信装置３００は、線
路閉鎖用送受信機３１０と、ＧＰＳアンテナ３２０と、
無線機アンテナ３４１と、から構成される。線路閉鎖装
置は、線路の特定区間を区切って、保守用車両の進入を
禁止するためのものである。従って、その設置される場
所、路線などは、発生した作業毎に決定され、当該線路
閉鎖用送受信装置に設定される。また、その作業の間は
固定的に設置されるから、地点センサなどは設けられて
いない。

【００２６】車載用送受信機３１０のＧＰＳ受信機３１
１は、ＧＰＳアンテナ３２０で受信したＧＰＳ信号を受
けて、ＧＰＳ時刻信号から生成したＰＰＳ信号を基準信
号として制御部３１２に供給するとともに、必要に応じ
て他の位置信号なども制御部３１２に供給する。また、
表示操作部３３０は、ＬＥＤ付の上下切替スイッチ３３
１，７セグメントＬＥＤ表示器３３２、ＬＥＤ表示器３
３３、テンキー３３４を有し、制御部３１２と信号のや
り取りを行う。

【００２７】業務用無線機３１４は、無線機アンテナ３
４１を介して、当該線路閉鎖用送受信機３１０からのデ
ータを外部に送信するとともに、外部の車両とか他の線
路閉鎖装置からデータを受信し、制御部３１２に供給す
る。また、スピーカ３１５が設けられ、業務用無線機３
１４からの警報信号を受けて、接近警報等を報知する。

【００２８】線路閉鎖用送受信機３１０の制御部３１２
は、鉄道線路の各路線、路線毎の上り下り別の地上子の
キロ程などの、データベース３１３を有しており、前記
した表示操作部３３０からの操作信号やデータベース３
１３からのデータに基づいて、当該線路閉鎖装置の設置
されている路線や、位置などのデータを生成する。ま
た、制御部３１２は、業務用無線機３１４を介して、外
部の車両とか他の線路閉鎖装置との送受信によって、時
分割多重通信に必要な通信処理を行う。なお、制御部３
１２から、車両と接近した場合に、業務用無線機３１４
に接続されるスピーカ３１５に接近警報を行わせるため
の指令信号が出力される。

【００２９】この線路に沿って、作業員が保守作業に携
わるが、図４はそのような作業員が携行する携帯用受信
装置４００である。この携帯用受信装置４００は、無線
機用アンテナ４４１と携帯用受信機からなり、送信機能
はなく、車載用送受信装置や線路閉鎖用送受信装置から
送信される電波を所定の受信エリアを持って、受信する
機能のみを有しており、例えば車載用送受信装置等から
送信される電波を受信した際に、車両が接近したことの
警報などを発生して、作業員に注意を喚起するものであ
る。

【００３０】図５は、車載用送受信機２１０の制御部２
１２や線路閉鎖用送受信機３１０の制御部３１２が有し
ているデータベース２１３，３１３の内の路線データベ
ースを説明する図である。

【００３１】図５において、路線データベースとして
は、路線の種別Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）〜Ｒ（ｅｎｄ）と、
各路線Ｒ（Ｎ）の上り・下り別の、地上子番号１〜ｎ〜
ｅｎｄと通算キロ程の対応表が用意されている。この地
上子は、その線路の起点（例えば東京駅のホーム）から
所定の距離（通常は１ｋｍ）毎に設置されており、車両
の通過時に、車両に搭載されている地点センサ２５０に
よりその地上子の存在を検出して、路線データベースか
らキロ程を得る。車両がその地上子間にある間は、速度
センサ２６０からのパルス数を検出して、現在位置を下
記の式のように算出する。Ｐ＝Ｄ（ｎ）＋Ｇ×（ｒ／Ｒ）×ｍなお、Ｐ：現在位置（キロ程）、Ｄ（ｎ）：地上子ｎの
キロ程、Ｇ：ギア比、ｒ：車輪の円周Ｒ：速度センサの
１回転当たりのパルス数、ｍ：地上子ｎ通過後の速度セ
ンサパルス数、である。

【００３２】ところで、鉄道線路の構成上、例えば橋梁
の上であるとか、線路の分岐点であるとかの場合のよう
に、地上子が必ずしも一定距離（例えば１ｋｍ）毎に配
置できない場合があるが、この場合でも地上子番号１〜
ｎ〜ｅｎｄと通算キロ程の対応表とを備えた路線データ
ベースにより、つねに補正された正確な車両位置が検出
できる。

【００３３】なお、鉄道線路が途中で分岐する場合の地
点検出の例を図６に示す。図６（ａ）のように、路線Ａ
から路線Ｂが分岐している場合を想定すると、同図
（ｂ）の路線Ａデータと路線Ｂデータに示すように、分
岐前の地上子Ｎから次の地上子間での距離がほぼ距離１
ａなら分岐無し（検出した地上子はＮ＋１）とし、もし
そうでなければ路線Ｂへ分岐したと判断する。勿論、こ
の分岐に関する路線データもデータベース２１３などに
備えられている。

【００３４】図７は、以上のように構成される車載用送
受信装置或いは線路閉鎖用送受信装置からある通信スロ
ットＳ（ｉ）を使用して送信される、無線通信データの
例を示すものである。通信データとして、図のように、
システムＩＤ、基地ＩＤ、路線ＩＤ、車両ＩＤのほか、
位置情報、速度情報、方向情報及び通信ステータスが、
送信される。なお、通信ステータスは、その時点で受信
できている通信スロット番号と自己が送信する通信スロ
ット番号を表している。

【００３５】さて、以上のように構成される車両用送受
信装置を搭載した保守用車両、及び線路閉鎖用送受信装
置を設けた線路閉鎖装置、さらにはこれらからの電波を
受信する携帯用受信装置を用いる、本発明の実施例に係
る鉄道用時分割多重通信方式について、説明する。

【００３６】まず、この時分割多重通信方式における、
通信サイクルと通信スロットの構成を図８に示してい
る。通信サイクルは、各保守用車両及び線路閉鎖装置の
送受信装置に対して、図８のように、基準信号であるＧ
ＰＳのＰＰＳ信号により各送受信装置それぞれで時刻同
期を取って開始される。そして、各通信サイクル期間を
２秒間とし、通信スロット数として１８スロットに分割
する。この１８の通信スロットは、車両用に通信スロッ
トＳ（１）〜Ｓ（１４）を割り当て、線路閉鎖装置用に
通信スロットＳ（１５）〜Ｓ（１８）を割り当てる。

【００３７】この車両用に割り当てられた通信スロット
Ｓ（１）〜Ｓ（１４）は、特定の車両に固定的に割り当
てられることなく、これらの通信スロットの空き状況に
応じて各車両が空きスロットを取得するように、フレキ
シブルに利用される。一方、線路閉鎖装置用に割り当て
られた通信スロットＳ（１５）〜Ｓ（１８）は、線路閉
鎖装置が線路閉鎖区間に設置されることから、線路閉鎖
装置の設置時に通信スロットを固定的に割り当てること
になる。

【００３８】次に、車両用送受信装置における全体の通
信処理について、順次説明する。図９は、その全体の通
信処理の概要を示す図であり、各車両用送受信装置で同
様に行われる。

【００３９】図９において、通信開始に伴い、通信スロ
ットを取得していないので、まず空きの通信スロットの
検出を行う（）。この空きスロットの検出は、現在
受信できている全車両の送受信装置からの通信ステータ
スの論理和を取り、全ての車両について無為（論理和が
０）となっている通信スロットを空きスロットと判断す
る。

【００４０】この状態を例示すると、車両ｎ，ｍ、ｋか
ら受信した通信ステータスが次のような場合には、論理
和の結果、第２通信スロット、第７通信スロット及び第
１０通信スロットが、空きスロットであると判断され
る。・車両ｎから受信した通信ステータス００１１０１０１００１０１０・車両ｍから受信した通信ステータス１００１１０００１００１０１・車両ｋから受信した通信ステータス１０１１０１０１００１０１０・論理和１０１１１１０１１０１１１１

【００４１】この空きスロットの検出で、空きの通信
スロットがない場合には、編入不可とする。そして、待
機処理に移り、つぎの通信サイクルで再度空きの通信
スロットの検出を行う。この場合、空きの通信スロット
が検出されるまで、この処理が行われる。

【００４２】次に、空きスロットの検出で、空きの通
信スロットがあった場合には、スロット選択処理を行
う。このスロット選択処理では、空きスロットが複数あ
る場合には、例えばその内の若い番号の通信スロットを
自己の通信スロットとして取得し、次の通信処理に移
る。

【００４３】ここで、全ての通信スロットが空きの場
合、即ち他の車両からのデータ受信がない場合には、周
辺（電波到達範囲）に送信している他の車両が存在しな
いが、周辺の車両が同時に通信を開始したとき等に、競
合の状態となる可能性を考慮して、乱数に従って通信ス
ロットを選択して取得する。

【００４４】通信処理では、取得した通信スロットＳ
（ｉ）を使用して通信処理を行い、図７で説明したよう
に、通信データとして、システムＩＤ、基地ＩＤ、路線
ＩＤ、車両ＩＤのほか、位置情報、速度情報、方向情報
に、その時点で受信できている通信スロット番号と自己
が送信する通信スロット番号を表す通信ステータスを付
加して送信する。

【００４５】この後は、通信サイクル毎に通信処理を行
って、取得した通信スロットでの送信と、他のスロット
での受信とを行う。

【００４６】この通信の状態を、全体の時分割多重通信
の状況としてみると、図１０に例示されるようになって
いる。即ち、ＧＰＳのＰＰＳ信号を基準信号とする各通
信サイクルが通信スロットＳ（１）〜Ｓ（ｎ）に分割さ
れ、各車両はそれぞれ取得した通信スロットを使用して
送信し、その他のスロットでは他の車両の送信データを
受信している。

【００４７】この通信処理を、例示として図１１に示す
ように、通信スロットＳ（３）を取得した車両について
みると、基準信号であるＰＰＳ信号から２つの通信スロ
ット分の時間ｔｓｅｌだけ遅延した時点から通信スロッ
トＳ（３）が始まる。通常行われる通常通信では、基本
的に通信スロットＳ（３）の開始とともに通信データの
送信を開始する。

【００４８】ただ、送信の方法としては、通信スロット
Ｓ（３）の開始から所定時間ｔｄだけ遅延させて、通信
データの送信を開始する遅延送信を行えるように構成さ
れている。

【００４９】このように、通信サイクル毎に通信処理を
行って、取得した通信スロットでの送信と、他のスロッ
トでの受信とを行い、時分割多重が行われるが、その通
信サイクル毎に、受信データによる通信ステータスをチ
ェックして、他の送受信装置と同じ通信スロットを使用
している競合状態の検出５を行う。

【００５０】この競合状態の検出は、他の車両からの
データ受信の結果から、受信した通信ステータス中の自
車両の通信スロット（自車両データを送信したスロッ
ト）のビットをチェックすることで、競合状態の有無を
検出する。

【００５１】例えば、自車両から第３通信スロットＳ
（３）を使用してデータを送信したときに次のような通
信ステータス［１０１１１１０１１０１１１１］を付加
して送信したとする。そして、全ての他車両からの受信
データに基づいて、論理和を取った通信ステータス中
の、第３通信スロットＳ（３）のビットが１であれば競
合なしと判定し、もしこの第３通信スロットＳ（３）の
ビットが０であれば競合状態が発生していると判定す
る。

【００５２】自車両の第３通信スロットＳ（３）のビッ
トが空きスロットと判定される要因としては、通信の競
合が発生した場合の他に、通信エラーによりデータが破
壊された場合が考えられるが、データ受信時に区別はで
きないので、自車両の通信スロットのビットが有意でな
いときには競合が発生していると判断する。

【００５３】ところで、このような複数の車両で同時に
同じ通信スロットＳ（ｉ）を使用する「競合」は、例え
ば複数の車両において送受信装置を同時に立ち上げた場
合とか、ある通信エリア内に複数の車両が同時期にその
通信エリア外から入ってきた場合など、に競合状態が発
生する。この競合状態の発生する１例を図１２に示して
いる。

【００５４】図１２において、車両Ａは第１通信スロッ
トＳ（１）、車両Ｂは第２通信スロットＳ（２）、車両
Ｃは第３通信スロット（１）、車両Ｄは第３通信スロッ
トＳ（３）で、送信した状態を示している。なお、この
例では簡単化のために、その他の通信スロットは空きス
ロットとし、かつ、各車両は隣の車両とのみ通信可能な
距離にあることを想定している。

【００５５】この図のように、車両Ａは送信した通信ス
テータスが［１１００］であるのに、受信した通信ステ
ータスが［０１００］であり、自車両が送信した通信ス
ロットＳ（１）が受信した通信ステータスでは０となっ
ているので、競合が発生していると判定する。また、車
両Ｃは送信した通信ステータスが［１１１０］であるの
に、受信した通信ステータスが［０１１０］であり、自
車両が送信した通信スロットＳ（１）が受信した通信ス
テータスでは０となっているので、競合が発生している
と判定する。

【００５６】競合の検出で、競合なしの判定の場合に
は、通信処理４に戻る。通常はほとんどがこの判定とな
る。なお、全ての通信スロットが空きの場合、即ち他の
車両からのデータ受信がない場合には、周辺（電波到達
範囲）に他の車両が存在しないか、或いは周辺には自車
両と同じ通信スロットを使用して送信を行っている車両
がある状態、即ち競合車両のみが存在するか、のいずれ
かである。この時には、後者の競合の状態の可能性を考
慮して、通信サイクル毎に乱数に従って通信スロットを
選択して取得し、次の通信処理に移る。

【００５７】もし、競合の検出で、競合していること
が検出されれば、調停処理６を行う。調停処理におけ
る具体的な処理内容が図１３に示されている。

【００５８】図１３において、競合ありの判定を受け
て、乱数による振り分け処理１３０１を行う。この振り
分けは、通常送信１３０２、遅延送信１３０３及び送信
規制１３０４であり、通常送信１３０２の場合には通信
スロットＳ（ｉ）の開始とともに通信データの送信を開
始し、無条件に当該スロットを獲得１３０５して、通信
処理に戻る。

【００５９】遅延送信１３０３の場合には、図１１のよ
うに、通信スロットＳ（ｉ）の開始から所定時間ｔｄだ
け遅延させて、通信データの送信を開始するが、その遅
延された所定時間ｔｄの間に他の車両からの通信キャリ
アの有無１３０６を監視し、通信キャリアがない場合に
は、当該スロットＳ（ｉ）を獲得１３０５して、通信処
理４に戻る。通信キャリアがあった場合には、他車両が
当該通信スロットＳ（ｉ）を使用しているから、スロッ
ト獲得失敗１３０７として、空きスロットの検出に回
る。

【００６０】送信規制１３０４の場合には、送信を見送
り、スロット獲得失敗１３０７として、空きスロットの
検出に回る。

【００６１】このように乱数による、通常送信１３０
２、遅延送信１３０３、送信規制１３０４の振り分けに
より、競合状態を解消することができる。万一、複数の
車両での乱数振り分けが同じになったとしても、次の通
信サイクルでも同様に調停処理が行われるから、競合状
態は解消される。

【００６２】なお、線路閉鎖装置の送受信装置について
も、車載用送受信装置と同様に、線路閉鎖装置用の４ス
ロット内で動的にスロットが割り当てられる。

【００６３】図１４は、以上の時分割多重通信方式での
各車両の送受信装置の動作ブロックを示す図である。

【００６４】図１４において、通信サイクル・スロット
設定手段１４０１は、車載用送受信装置２００（図３参
照）のＧＰＳ受信機２１１で受信したＧＰＳ信号中のＰ
ＰＳ信号及び時刻信号に基づいて、基準信号を得て、図
８に示すような通信サイクル及び通信スロットＳ（１）
〜Ｓ（１８）を設定し、スロット検出手段１４０４に供
給する。

【００６５】自己情報生成手段１４０２は、車載用送受
信装置２００の地点センサ２５０、速度センサ２６０，
データベース２１３などのデータに基づいて、位置、速
度、進行方向、路線ＩＤなど必要とされる自己情報を生
成して、無線送信手段１４０６に供給する。

【００６６】さて、無線受信手段１４０３は、無線送信
手段１４０６とともに、車載用送受信装置２００の無線
機アンテナ装置２４０，業務用無線機２１４から構成さ
れ、他車両及び線路閉鎖用装置からの送信信号を受信す
る。

【００６７】そして、スロット検出手段１４０４は、通
信サイクル・スロット設定手段１４０１からの通信スロ
ットＳ（１）〜Ｓ（１８）を基にして、各受信信号の通
信ステータスから論理和された通信ステータスを得て、
受信状況を把握する。ここで、当該車両の送受信装置
が、通信開始直後などで未だ自己の通信スロットを取得
していない場合と、既に自己の通信スロットを取得し通
信を行っている場合とで、スロット検出後の動作が異な
る。

【００６８】まず、自己の通信スロットを取得していな
い場合について説明する。通信ステータスから空き通信
スロットがある場合には、空きの通信スロット中の番号
の若い通信スロットを自己の通信スロットとしてスロッ
ト選択１４０５し、無線送信手段１４０６で自己情報生
成手段１４０２からの自己情報及び、通信ステータス等
を付加して、図７に示すようなデータ形式にて、他車両
などに向けて送信する。なお、空き通信スロットがない
場合には、通信サイクル毎にスロット検出を繰り返し、
空きの通信スロットの発生を待つ。

【００６９】一方、既に自己の通信スロットを取得し通
信を行っている場合には、受信した通信ステータスか
ら、他の車両があるか、他の車両が無いかを判断する。
他の車両が無いときには、自車両と同じ通信スロットを
使用して送信を行っている車両がある状態、即ち競合車
両がのみが存在する可能性があるので、この時にはスロ
ット選択１４０５で通信サイクル毎に乱数処理したアト
ランダムの通信スロットを使用して送信する。

【００７０】また、既に自己の通信スロットを取得し通
信を行っている場合で、他の車両からの受信がある時に
は、自己の車両と他車両が同一の通信スロットを使用し
ているがどうかを競合検出手段１４０７により、通信ス
テータスの状況（具体的には自己の通信スロットが有意
であるか否か）から判断する。競合がない、通常の通信
状態の場合には、既に取得している通信スロットを使用
して、無線通信手段１４０６から送信する。この送受信
状態が、普通の通信の状況である。

【００７１】競合検出手段１４０７による検出の結果、
通信ステータスの自己の通信スロットが有意で無く競合
状態が検出されたときには、競合調停手段１４０８にて
図１３に示されるような調停処理を行う。

【００７２】この調停処理の結果、通信スロットの獲得
に成功した場合には、その既に取得している通信スロッ
トを使用して、無線通信手段１４０６から送信する。

【００７３】また、調停処理の結果、通信スロットの獲
得に失敗した場合には、空きスロット検出手段１４０９
にて空きの通信スロットを検出する。空き通信スロット
がある場合には、空きの通信スロット中の番号の若い通
信スロットを自己の通信スロットとしてスロット選択１
４０５し、無線送信手段１４０６で自己情報生成手段１
４０２からの自己情報及び、通信ステータス等を付加し
て、送信する。なお、空き通信スロットがない場合に
は、通信サイクル毎にスロット検出を繰り返し、空きの
通信スロットの発生を待つことになる。

【００７４】

【発明の効果】本発明の鉄道用時分割多重通信方式、及
びその送受信装置によれば、保守用車両の保有台数が多
くても、実際に出動する保守用車両にのみ、自動的に且
つフレキシブルに通信スロットが割り付けられるから、
スロットを有効に活用することができる。

【００７５】また、出動した保守用車両が鉄道線路に沿
って広い範囲に分散して移動しつつ作業を行う場合で
も、通信可能エリアに入った時点で時分割多重通信を行
うための通信スロットを自動的に割り付け、逆に通信可
能エリアから外に出た場合にはそれまで使用していた通
信スロットは空きスロットとなるから、広い範囲に亘っ
て分散し且つ移動する車両間の時分割多重通信を、支障
無く効率的に行うことができる。

【００７６】また、時分割多重通信方式の基準信号とし
て、ＧＰＳのＰＰＳ（Pulse Per Second ）信号を用い
ることにより、他に基準局を設置するなどの手だてを講
じる必要が無く、各車両などでの通信サイクル及び通信
スロットを正確に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用される、新幹線等の鉄道線路、及
び保守用車両及び線路閉鎖装置の状況を示す図。

【図２】本発明の時分割多重通信方式に用いられる車載
用送受信装置の構成図。

【図３】本発明の時分割多重通信方式に用いられる線路
閉鎖用送受信装置の構成図。

【図４】本発明とともに用いられる携帯用受信装置の構
成図。

【図５】路線データベースを説明する図。

【図６】鉄道線路が途中で分岐する場合の地点検出の例
を示す図。

【図７】無線通信データの例を示す図。

【図８】本発明の時分割多重通信方式における、通信サ
イクルと通信スロットの構成を示す図。

【図９】本発明の時分割多重通信方式における、通信処
理の概要を示す図。

【図１０】全体の時分割多重通信の状況を例示する図。

【図１１】通信スロットと、通常通信、遅延送信との関
係を示す図。

【図１２】競合状態の発生する１例を示す図。

【図１３】調停処理における処理内容を示す図。

【図１４】本発明の時分割多重通信方式の送受信装置の
動作ブロックを示す図。

【符号の説明】

２００車載用送受信装置２１０車載用送受信機２１２制御部２１３データベース２１４業務用無線機２１５スピーカ２２０ＧＰＳアンテナ２３０操作表示部２４０無線機アンテナ装置２５０地点センサ２６０速度センサ３００線路閉鎖用送受信装置３１０線路閉鎖用送受信機３１２制御部３１３データベース３１４業務用無線機３１５スピーカ３２０ＧＰＳアンテナ３３０操作表示部３４１無線機アンテナ４００携帯用受信装置４１０携帯用受信機４４１受信用アンテナ１４０１通信サイクル・スロット設定手段１４０２自己情報生成手段１４０３無線受信手段１４０４スロット検出手段１４０５スロット選択手段１４０６無線送信手段１４０７競合検出手段１４０８競合調停手段１４０９空きスロット検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡部栄治東京都渋谷区代々木二丁目２番２号東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者黒澤良史東京都渋谷区代々木二丁目２番２号東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者山田哲志東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者佐藤久嗣東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者内山弘一東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者立林清彦東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号日本無線株式会社内 (56)参考文献特開2001−347946（ＪＰ，Ａ) 特開2000−252910（ＪＰ，Ａ) 黒澤良史，岡部栄治，保守用車の衝突事故防止システムの開発，電子情報通信学会2000年基礎・境界ソサイエティ大会講演論文集，日本，社団法人電子情報通信学会，2000年９月７日，282頁 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04J 3/00 - 3/26 H04L 5/22 - 5/26 H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38 B61L 23/34 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ送受信装置を搭載し線路上を移
動する複数の車両間の通信を、特定周波数を用いて時分
割で多重通信を行う鉄道用時分割多重通信方式におい
て、各車両において同一の基準信号に基づいて時刻同期を取
って、所定数の通信スロットを持つ通信サイクルを設定
し、各車両では送信時に、受信できている通信スロット番号
と自己が送信する通信スロット番号を通信ステータスと
して、送信データに付加して送信し、各車両では受信時に、受信できている車両からの前記ス
テータスの論理和を取り、その時点で当該車両が通信ス
ロットを取得できていない場合には、前記論理和で無為
となっている通信スロットを空きの通信スロットと判定
し、その空きの通信スロットの１つを自己の通信スロットと
して取得することを特徴とする鉄道用時分割多重通信方
式。
【請求項２】請求項１記載の鉄道用時分割多重通信方
式において、受信時に他の車両からの受信がない場合に
は、空きの通信スロットの１つを自己の通信スロットと
して取得するに際して、乱数処理により決定された通信
スロットを取得することを特徴とする鉄道用時分割多重
通信方式。
【請求項３】それぞれ送受信装置を搭載し線路上を移
動する複数の車両間の通信を、特定周波数を用いて時分
割で多重通信を行う鉄道用時分割多重通信方式におい
て、各車両において同一の基準信号に基づいて時刻同期を取
って、所定数の通信スロットを持つ通信サイクルを設定
し、各車両では送信時に、受信できている通信スロット番号
と自己が送信する通信スロット番号を通信ステータスと
して、送信データに付加して送信し、各車両では受信時に、受信できている車両からの前記ス
テータスの論理和を取り、その時点で当該車両が通信ス
ロットを取得できている場合であって、前記論理和中の
自己の送信した通信スロットが無為となっているときに
は、自己の送信した通信スロットが他の車両と競合して
いると判定することを特徴とする鉄道用時分割多重通信
方式。
【請求項４】請求項３記載の鉄道用時分割多重通信方
式において、競合していると判定された場合であって、
他の車両からの受信があるときには、既に取得している
通信スロット内で通常送信とするか遅延送信とするか、
もしくは送信規制とするかを、乱数処理により決定する
ことを特徴とする鉄道用時分割多重通信方式。
【請求項５】請求項３記載の鉄道用時分割多重通信方
式において、競合していると判定された場合であって、
他の車両からの受信がないときには、自己の通信スロッ
トとして、乱数処理により決定された通信スロットを用
いることを特徴とする鉄道用時分割多重通信方式。
【請求項６】請求項１〜５記載の鉄道用時分割多重通
信方式において、前記基準信号をＧＰＳのＰＰＳ信号と
することを特徴とする鉄道用時分割多重通信方式。
【請求項７】線路上を移動する複数の車両間の通信
を、特定周波数を用いて時分割で多重通信を行う鉄道用
時分割多重通信方式における車両に搭載される送受信装
置であって、ＧＰＳのＰＰＳ信号を基準信号として通信サイクル及び
通信スロットを設定する通信スロット・サイクル設定手
段と、少なくとも位置を検出する位置検知センサと路線データ
ベースとを有し、当該車両の位置、方向を含む自己情報
を生成する自己情報生成手段と、他の車両からの無線信号を受信し、該無線信号に含まれ
る通信ステータス情報から通信スロットの状況を検出す
るスロット検出手段と、自車両が既に通信スロットを取得し送信を行っている場
合に、前記通信ステータス情報の自車両ビットが有意で
あるか否かによって、競合状態を検出する競合検出手段
と、前記競合検出手段で競合ありが検出された場合に、競合
状態を解消するように調停する競合調停手段と、前記競合調停手段で調停の結果、通信スロットの獲得に
失敗した場合に、空きスロットを検出する空きスロット
検出手段と、自車両が未だ通信スロットを取得していない場合に前記
スロット検出手段で、空きスロットが検出されたとき、
自車両が既に通信スロットを取得し送信を行っている場
合に前記スロット検出手段で他車両からの受信が無いこ
とが検出されているとき、及び、前記空きスロット検出
手段で空きスロットが検出されたときには、空きスロッ
トの１つを自車両の通信スロットとして選択するスロッ
ト選択手段と、該スロット選択手段で選択された通信スロット、前記競
合検出手段で競合なしと検出された場合の当該通信スロ
ット、及び前記競合調停手段での調停の結果、通信スロ
ットの獲得に成功した場合の当該通信スロットのいずれ
かの通信スロットを使用して、受信できている通信スロ
ット番号と自己が送信する通信スロット番号を通信ステ
ータスとして、前記自己情報生成手段の送信データに付
加して送信する無線送信手段と、を有することを特徴とする鉄道用時分割多重通信方式の
ための送受信装置。