JP4875260B2 - 地上装置と車上装置間の情報伝送方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道の信号装置に対する情報伝送方法に係り、特に、地上装置と車上装置間の情報伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道の列車と地上間の情報伝送方法において、軌道には電車電流に起因する雑音が発生するため、新幹線等では、地上側より交流の電車電源周波数に同期した搬送波に制限速度等の制御情報を変調信号として乗せて、この信号を軌道へ送信し、車上側ではレールに近接するように取り付けた受電器で信号を受信し、電車電源周波数によって同期検波を行うことで雑音に強いシステムとしたＡＴＣ（Automatic Train Control System：自動列車制御装置）を用いている。
【０００３】
また、在来線では、電車電源とは非同期の変調信号を送受信する方式のＡＴＣを用いている。また、最近では、スペクトラム拡散通信方式を応用した軌道回路の研究も行われており、耐雑音性能の改善を主な目的としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スペクトラム拡散通信方式を応用した軌道回路の研究にあっては、耐雑音性能の向上を目的としたものであったため、多元接続方法の確立には至っておらず、伝送速度が遅く、情報量も少ないという問題があった。また、スペクトラム拡散通信方式を応用した鉄道の列車と地上間の情報伝送システムとして実用化されているものは存在しないし、多元接続を実現する情報伝送システムも存在しない。
【０００５】
本発明の課題は、鉄道の地上と列車間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立して、情報の伝送速度を高めることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
地上装置（例えば、図１の地上装置２００）から軌道（例えば、図１のレールＬ）を介して車上装置（例えば、図１の車上装置３００）に列車の制限速度等の制御情報を伝送するための地上装置と車上装置間の情報伝送方法において、
前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式を適用し、自己相関の高いＭ系列符号（例えば、図１のＭ系列符号）を用いて同期を確立するとともに、要素が１または−１のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号（例えば、図１の直交符号Ａ〜Ｃ）を用いて前記制御情報を多重伝送し、前記車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することを特徴としている。
【０００７】
この請求項１記載の発明によれば、
地上装置から軌道を介して車上装置に列車の制限速度等の制御情報を伝送するための地上装置と車上装置間の情報伝送方法において、前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式が適用され、自己相関の高いＭ系列符号を用いて同期が確立されるとともに、要素が１または−１のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号を用いて前記制御情報が多重伝送され、前記車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器が並列に構成される。
【０００８】
したがって、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【００１０】
また、請求項１記載の発明によれば、
前記車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した自動列車制御システム１００の一実施の形態を示す図である。図２は、自動列車制御システム１００において利用される同期チャネル、データ伝送チャネルの周波数設定ｆ１〜ｆ３と、その各チャネルに設定する符号形態との対応関係と、そのチャネル構成を模式的に示す図である。図３は、同期チャネルで伝送されるＧＯＬＤ系列のデータの一例と、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例とを示す図である。
【００１２】
図１は、本実施の形態における自動列車制御システム１００の制御系の構成を示すブロック図である。この図１において、自動列車制御システム１００は、地上装置２００と、列車に搭載された車上装置３００とから構成される。
地上装置２００は、データ多重化変換部２０１、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying；４相位相変調）変調部２０２〜２０８、拡散変調部２０９〜２１５、加算器２１６，２１７、周波数変換部２１８〜２２０、局部発振器２２１〜２２３、加算器２２４、及び電力増幅器２２５により構成される。
【００１３】
図１において、地上装置２００には、図中の左端部に示す外部からデジタル化されたシリアル形態の列車制御データ（送信データ）が、データ多重化変換部２０１に入力される。
データ多重化変換部２０１は、出力段に接続された同期確立用のＱＰＳＫ変調部２０２と、多重化用の６個分のＱＰＳＫ変調部２０３〜２０８に応じて、外部から入力されたシリアル形態の列車制御データを、同期確立用の多重化列車制御データＤ０としてＱＰＳＫ変調部２０２に出力するとともに、多重化用として６分割に多重変換処理した多重化列車制御データＤ１〜Ｄ６としてＱＰＳＫ変調部２０３〜２０８に出力する。
【００１４】
ＱＰＳＫ変調部２０２は、データ多重化変換部２０１から入力された多重化列車制御データＤ０から、同期確立用の４相の位相変調信号Ｐ０を生成して拡散変調部２０９に出力する。ＱＰＳＫ変調部２０３〜２０８は、それぞれデータ多重化変換部２０１から入力された多重化列車制御データＤ１〜Ｄ６から、４相の位相変調信号Ｐ１〜Ｐ６を生成して拡散変調部２１０〜２１５に出力する。
【００１５】
拡散変調部２０９は、ＱＰＳＫ変調部２０２から入力された位相変調信号Ｐ０から、自己相関性の良いＭ系列符号を用いて同期信号Ｔとする拡散変調同期信号Ｔ０を生成して周波数変換部２１８に出力する。拡散変調部２１０は、ＱＰＳＫ変調部２０３から入力された位相変調信号Ｐ１から、相互相関性が良く多元化しやすい特性を持つ直交符号Ａを用いて拡散変調信号Ａ１を生成して加算器２１６に出力する。
【００１６】
また、拡散変調部２１１及び拡散変調部２１２は、同様の特性を持つ直交符号Ｂ及び直交符号Ｃを用いて、ＱＰＳＫ変調部２０４及びＱＰＳＫ変調部２０５から入力された各位相変調信号Ｐ２，Ｐ３から、それぞれ拡散変調信号Ｂ２，Ｃ３を生成して加算器２１６に出力する。
【００１７】
また、拡散変調部２１３〜２１５は、拡散変調部２１０〜２１２と同様の機能を有し、それぞれ同様の特性を持つ直交符号Ａ〜Ｃを用いて、ＱＰＳＫ変調部２０６〜２０８から入力された位相変調信号Ｐ４〜Ｐ６から拡散変調信号Ａ４，Ｂ５，Ｃ６を生成して加算器２１７に出力する。なお、直交符号Ａ〜Ｃは、それぞれ異なる直交符号である。
【００１８】
加算器２１６は、拡散変調部２１０〜２１２から入力された拡散変調信号Ａ１，Ｂ２，Ｃ３を加算（多重化）し、その加算信号（多重信号）Ｍ１を周波数変換部２１９に出力する。また、加算器２１７は、拡散変調部２１３〜２１５から入力された拡散変調信号Ａ４，Ｂ５，Ｃ６を加算（多重化）し、その加算信号（多重信号）Ｍ２を周波数変換部２２０に出力する。
【００１９】
周波数変換部２１８は、拡散変調部２０９から入力された拡散変調同期信号Ｔ０を、局部発振器２２１から入力された局部発振周波数ｆ１により周波数変調し、その周波数変調信号Ｆ１を加算器２２４に出力する。
【００２０】
周波数変換部２１９は、加算器２１６から入力された加算信号Ｍ１を、局部発振器２２２から入力された局部発振周波数ｆ２により周波数変調し、その周波数変調信号Ｆ２を加算器２２４に出力する。
【００２１】
周波数変換部２２０は、加算器２１７から入力された加算信号Ｍ２を、局部発振器２２３から入力された局部発振周波数ｆ３により周波数変調し、その周波数変調信号Ｆ３を加算器２２４に出力する。なお、局部発振器２２１〜２２３が局部発振する周波数は、互いに異なるものであり、所定の周波数帯域に亘って拡散変調同期信号Ｔ０と、拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ１と、拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ２とを拡散させる。
【００２２】
加算器２２４は、周波数変換部２１８から入力された周波数変調信号Ｆ１と、周波数変換部２１９から入力された周波数変調信号Ｆ２と、周波数変換部２２０から入力された周波数変調信号Ｆ３とを加算して、その加算信号Ｍ３を電力増幅器２２５に出力する。電力増幅器２２５は、レールＬに接続されており、加算器２２４から入力された加算信号Ｍ３を所望の送信電力で増幅してレールＬに送信する。
【００２３】
したがって、地上装置２００からレールＬに送信された加算信号Ｍ３は、周波数ｆ１で周波数変調された拡散変調同期信号Ｔ０と、周波数ｆ２で周波数変調された拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ１と、周波数ｆ３で周波数変調された拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ２とが多重化されたものとなる。
すなわち、図２に示すように、周波数ｆ１で周波数変調されて、Ｍ系列符号を含む同期チャネルと、周波数ｆ２で周波数変調されて、直交符号１〜３が符号多重されたデータ伝送チャネルと、周波数ｆ３で周波数変調されて、直交符号１〜３が符号多重されたデータ伝送チャネルとが設定されて、スペクトラム拡散通信方式でレールＬに送信されることになる。
【００２４】
また、図３に同期チャネルで伝送されるＧｏｌｄ系列のデータの一例と、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例とを示す。
図３（ａ）は、図１の自動列車制御システム１００において、同期チャネルで伝送されるＧｏｌｄ系列のデータの一例を示す図である。この場合、ＰＮ符号として周期３１のＧｏｌｄ系列３３個を採用した例である。このようなＧｏｌｄ系列の符号を用いて同期チャネルを設定することにより、自己相関の高いＭ系列を同期確立に利用できる。
【００２５】
同図（ｂ）は、図１の自動列車制御システム１００において、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例を示す図である。この場合、周期８の直交符号を行列式の形式で示した例である。この場合、各行の数字列を拡散符号として、８種類の拡散符号が得られる。このような拡散符号を用いて、符号長を長く構成すれば、周期１６や周期３２等のより多くの直交符号を拡散符号として容易に設定できる。
【００２６】
車上装置３００は、受電器３０１、前置増幅器３０２、周波数変換部３０３〜３０５、局部発振器３０６〜３０８、逆拡散部３０９〜３１５、ＱＰＳＫ復調部３１６〜３２２、及びデータ多重化逆変換部３２３により構成される。
【００２７】
受電器３０１は、地上装置２００からレールＬに送信された加算信号Ｍ３を電磁誘導作用により受電し、その受電した加算信号Ｍ３を前置増幅器３０２に出力する。前置増幅器３０２は、受電器３０１から入力された加算信号Ｍ３を所定の増幅率で増幅して周波数変換部３０３〜３０５に出力する。
【００２８】
周波数変換部３０３は、前置増幅器３０２から入力された加算信号Ｍ３を、局部発振器３０６から入力された局部発振周波数ｆ１により検波して、拡散変調同期信号Ｔ０を逆拡散部３０９に出力する。
【００２９】
周波数変換部３０４は、前置増幅器３０２から入力された加算信号Ｍ３を、局部発振器３０７から入力された局部発振周波数ｆ２により検波して、加算信号Ｍ１を逆拡散部３１０〜３１２に出力する。
【００３０】
周波数変換部３０５は、前置増幅器３０２から入力された加算信号Ｍ３を、局部発振器３０８から入力された局部発振周波数ｆ３により検波し、加算信号Ｍ２を逆拡散部３１３〜３１５に出力する。
【００３１】
逆拡散部３０９は、周波数変換部３０３から入力された拡散変調同期信号Ｔ０を、上記と同様のＭ系列符号を用いて逆拡散して位相変調信号Ｐ０とし、その位相変調信号Ｐ０をＱＰＳＫ復調部３１６に出力する。ＱＰＳＫ復調部３１６は、位相変調信号Ｐ０を復調して同期信号Ｔを逆拡散部３１０〜３１５が用いる直交符号Ａ〜Ｃにそれぞれ付加する。
【００３２】
逆拡散部３１０は、周波数変換部３０４から入力された加算信号Ｍ１から、上記と同様の直交符号Ａ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ａ１を抽出し、その拡散変調信号Ａ１から位相変調信号Ｐ１を再生してＱＰＳＫ復調部３１７に出力する。
【００３３】
逆拡散部３１１は、周波数変換部３０４から入力された加算信号Ｍ１から、上記と同様の直交符号Ｂ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｂ２を抽出し、その拡散変調信号Ｂ２から位相変調信号Ｐ２を再生してＱＰＳＫ復調部３１８に出力する。
【００３４】
逆拡散部３１２は、周波数変換部３０４から入力された加算信号Ｍ１から、上記と同様の直交符号Ｃ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｃ３を抽出し、その拡散変調信号Ｃ３から位相変調信号Ｐ３を再生してＱＰＳＫ復調部３１９に出力する。
【００３５】
逆拡散部３１３は、周波数変換部３０５から入力された加算信号Ｍ２から、上記と同様の直交符号Ａ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ａ４を抽出し、その拡散変調信号Ａ４から位相変調信号Ｐ４を再生してＱＰＳＫ復調部３２０に出力する。
【００３６】
逆拡散部３１４は、周波数変換部３０５から入力された加算信号Ｍ２から、上記と同様の直交符号Ｂ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｂ５を抽出し、その拡散変調信号Ｂ５から位相変調信号Ｐ５を再生してＱＰＳＫ復調部３２１に出力する。
【００３７】
逆拡散部３１５は、周波数変換部３０５から入力された加算信号Ｍ２から、上記と同様の直交符号Ｃ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｃ６を抽出し、その拡散変調信号Ｃ６から位相変調信号Ｐ６を再生してＱＰＳＫ復調部３２２に出力する。
【００３８】
ＱＰＳＫ復調部３１７は、逆拡散部３１０から入力された位相変調信号Ｐ１を復調して多重化列車制御データＤ１をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３１８は、逆拡散部３１１から入力された位相変調信号Ｐ２を復調して多重化列車制御データＤ２をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３１９は、逆拡散部３１２から入力された位相変調信号Ｐ３を復調して多重化列車制御データＤ３をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。
【００３９】
ＱＰＳＫ復調部３２０は、逆拡散部３１３から入力された位相変調信号Ｐ４を復調して多重化列車制御データＤ４をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３２１は、逆拡散部３１４から入力された位相変調信号Ｐ５を復調して多重化列車制御データＤ５をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３２２は、逆拡散部３１５から入力された位相変調信号Ｐ６を復調して多重化列車制御データＤ６をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。
【００４０】
データ多重化逆変換部３２３は、ＱＰＳＫ復調部３１７〜３２２からそれぞれ入力された多重化列車制御データＤ１〜Ｄ６を多重化逆変換処理して、元のシリアル形態の列車制御データ（受信データ）を出力する。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の自動列車制御システム１００では、地上装置２００と車上装置３００との間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用して、デジタル化した列車制御データを多重化して多元接続するため、自己相関の高いＭ系列符号を用いて同期信号を生成するとともに、相互相関特性が良く同じチップ長でデータ種類を多く取ることができる直交符号を用いて拡散変調信号を生成するようにした。
【００４２】
このため、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【００４３】
また、車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成したことにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【００４４】
なお、上記実施の形態に示した自動列車制御システム１００における多重化段数は、あくまで一例であり、要求される情報伝送容量の仕様等に応じて適宜変更可能であることは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【００４６】
また、車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成したことにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態における自動列車制御システム１００の制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の自動列車制御システム１００において利用される同期チャネル、データ伝送チャネルの周波数設定ｆ１〜ｆ３と、その各チャネルに設定する符号形態との対応関係と、そのチャネル構成を模式的に示す図である。
【図３】図１の自動列車制御システム１００において、同期チャネルで伝送されるＧＯＬＤ系列のデータの一例と（同図（ａ））、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例（同図（ｂ））とを示す図である。
【符号の説明】
１００ 自動列車制御システム
２００ 地上装置
２０１ データ多重化変換部
２０２〜２０８ ＱＰＳＫ変調部
２０９〜２１５ 拡散変調部
２１６、２１７、２２４ 加算器
２１８〜２２０ 周波数変換部
２２１〜２２３ 局部発振器
２２５ 電力増幅器
３００ 車上装置
３０１ 受電器
３０２ 前置増幅器
３０３〜３０５ 周波数変換器
３０６〜３０８ 局部発振器
３０９〜３１５ 逆拡散部
３１６〜３２２ ＱＰＳＫ復調部
３２３ データ多重化逆変換部
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道の信号装置に対する情報伝送方法に係り、特に、地上装置と車上装置間の情報伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道の列車と地上間の情報伝送方法において、軌道には電車電流に起因する雑音が発生するため、新幹線等では、地上側より交流の電車電源周波数に同期した搬送波に制限速度等の制御情報を変調信号として乗せて、この信号を軌道へ送信し、車上側ではレールに近接するように取り付けた受電器で信号を受信し、電車電源周波数によって同期検波を行うことで雑音に強いシステムとしたＡＴＣ（Automatic Train Control System：自動列車制御装置）を用いている。
【０００３】
また、在来線では、電車電源とは非同期の変調信号を送受信する方式のＡＴＣを用いている。また、最近では、スペクトラム拡散通信方式を応用した軌道回路の研究も行われており、耐雑音性能の改善を主な目的としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スペクトラム拡散通信方式を応用した軌道回路の研究にあっては、耐雑音性能の向上を目的としたものであったため、多元接続方法の確立には至っておらず、伝送速度が遅く、情報量も少ないという問題があった。また、スペクトラム拡散通信方式を応用した鉄道の列車と地上間の情報伝送システムとして実用化されているものは存在しないし、多元接続を実現する情報伝送システムも存在しない。
【０００５】
本発明の課題は、鉄道の地上と列車間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立して、情報の伝送速度を高めることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
地上装置（例えば、図１の地上装置２００）から軌道（例えば、図１のレールＬ）を介して車上装置（例えば、図１の車上装置３００）に列車の制限速度等の制御情報を伝送するための地上装置と車上装置間の情報伝送方法において、
前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式を適用し、自己相関の高いＭ系列符号（例えば、図１のＭ系列符号）を用いて同期を確立するとともに、要素が１または−１のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号（例えば、図１の直交符号Ａ〜Ｃ）を用いて前記制御情報を多重伝送し、前記車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することを特徴としている。
【０００７】
この請求項１記載の発明によれば、
地上装置から軌道を介して車上装置に列車の制限速度等の制御情報を伝送するための地上装置と車上装置間の情報伝送方法において、前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式が適用され、自己相関の高いＭ系列符号を用いて同期が確立されるとともに、要素が１または−１のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号を用いて前記制御情報が多重伝送され、前記車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器が並列に構成される。
【０００８】
したがって、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【００１０】
また、請求項１記載の発明によれば、
前記車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した自動列車制御システム１００の一実施の形態を示す図である。図２は、自動列車制御システム１００において利用される同期チャネル、データ伝送チャネルの周波数設定ｆ１〜ｆ３と、その各チャネルに設定する符号形態との対応関係と、そのチャネル構成を模式的に示す図である。図３は、同期チャネルで伝送されるＧＯＬＤ系列のデータの一例と、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例とを示す図である。
【００１２】
図１は、本実施の形態における自動列車制御システム１００の制御系の構成を示すブロック図である。この図１において、自動列車制御システム１００は、地上装置２００と、列車に搭載された車上装置３００とから構成される。
地上装置２００は、データ多重化変換部２０１、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying；４相位相変調）変調部２０２〜２０８、拡散変調部２０９〜２１５、加算器２１６，２１７、周波数変換部２１８〜２２０、局部発振器２２１〜２２３、加算器２２４、及び電力増幅器２２５により構成される。
【００１３】
図１において、地上装置２００には、図中の左端部に示す外部からデジタル化されたシリアル形態の列車制御データ（送信データ）が、データ多重化変換部２０１に入力される。
データ多重化変換部２０１は、出力段に接続された同期確立用のＱＰＳＫ変調部２０２と、多重化用の６個分のＱＰＳＫ変調部２０３〜２０８に応じて、外部から入力されたシリアル形態の列車制御データを、同期確立用の多重化列車制御データＤ０としてＱＰＳＫ変調部２０２に出力するとともに、多重化用として６分割に多重変換処理した多重化列車制御データＤ１〜Ｄ６としてＱＰＳＫ変調部２０３〜２０８に出力する。
【００１４】
ＱＰＳＫ変調部２０２は、データ多重化変換部２０１から入力された多重化列車制御データＤ０から、同期確立用の４相の位相変調信号Ｐ０を生成して拡散変調部２０９に出力する。ＱＰＳＫ変調部２０３〜２０８は、それぞれデータ多重化変換部２０１から入力された多重化列車制御データＤ１〜Ｄ６から、４相の位相変調信号Ｐ１〜Ｐ６を生成して拡散変調部２１０〜２１５に出力する。
【００１５】
拡散変調部２０９は、ＱＰＳＫ変調部２０２から入力された位相変調信号Ｐ０から、自己相関性の良いＭ系列符号を用いて同期信号Ｔとする拡散変調同期信号Ｔ０を生成して周波数変換部２１８に出力する。拡散変調部２１０は、ＱＰＳＫ変調部２０３から入力された位相変調信号Ｐ１から、相互相関性が良く多元化しやすい特性を持つ直交符号Ａを用いて拡散変調信号Ａ１を生成して加算器２１６に出力する。
【００１６】
また、拡散変調部２１１及び拡散変調部２１２は、同様の特性を持つ直交符号Ｂ及び直交符号Ｃを用いて、ＱＰＳＫ変調部２０４及びＱＰＳＫ変調部２０５から入力された各位相変調信号Ｐ２，Ｐ３から、それぞれ拡散変調信号Ｂ２，Ｃ３を生成して加算器２１６に出力する。
【００１７】
また、拡散変調部２１３〜２１５は、拡散変調部２１０〜２１２と同様の機能を有し、それぞれ同様の特性を持つ直交符号Ａ〜Ｃを用いて、ＱＰＳＫ変調部２０６〜２０８から入力された位相変調信号Ｐ４〜Ｐ６から拡散変調信号Ａ４，Ｂ５，Ｃ６を生成して加算器２１７に出力する。なお、直交符号Ａ〜Ｃは、それぞれ異なる直交符号である。
【００１８】
加算器２１６は、拡散変調部２１０〜２１２から入力された拡散変調信号Ａ１，Ｂ２，Ｃ３を加算（多重化）し、その加算信号（多重信号）Ｍ１を周波数変換部２１９に出力する。また、加算器２１７は、拡散変調部２１３〜２１５から入力された拡散変調信号Ａ４，Ｂ５，Ｃ６を加算（多重化）し、その加算信号（多重信号）Ｍ２を周波数変換部２２０に出力する。
【００１９】
周波数変換部２１８は、拡散変調部２０９から入力された拡散変調同期信号Ｔ０を、局部発振器２２１から入力された局部発振周波数ｆ１により周波数変調し、その周波数変調信号Ｆ１を加算器２２４に出力する。
【００２０】
周波数変換部２１９は、加算器２１６から入力された加算信号Ｍ１を、局部発振器２２２から入力された局部発振周波数ｆ２により周波数変調し、その周波数変調信号Ｆ２を加算器２２４に出力する。
【００２１】
周波数変換部２２０は、加算器２１７から入力された加算信号Ｍ２を、局部発振器２２３から入力された局部発振周波数ｆ３により周波数変調し、その周波数変調信号Ｆ３を加算器２２４に出力する。なお、局部発振器２２１〜２２３が局部発振する周波数は、互いに異なるものであり、所定の周波数帯域に亘って拡散変調同期信号Ｔ０と、拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ１と、拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ２とを拡散させる。
【００２２】
加算器２２４は、周波数変換部２１８から入力された周波数変調信号Ｆ１と、周波数変換部２１９から入力された周波数変調信号Ｆ２と、周波数変換部２２０から入力された周波数変調信号Ｆ３とを加算して、その加算信号Ｍ３を電力増幅器２２５に出力する。電力増幅器２２５は、レールＬに接続されており、加算器２２４から入力された加算信号Ｍ３を所望の送信電力で増幅してレールＬに送信する。
【００２３】
したがって、地上装置２００からレールＬに送信された加算信号Ｍ３は、周波数ｆ１で周波数変調された拡散変調同期信号Ｔ０と、周波数ｆ２で周波数変調された拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ１と、周波数ｆ３で周波数変調された拡散変調信号Ａ〜Ｃを含む加算信号Ｍ２とが多重化されたものとなる。
すなわち、図２に示すように、周波数ｆ１で周波数変調されて、Ｍ系列符号を含む同期チャネルと、周波数ｆ２で周波数変調されて、直交符号１〜３が符号多重されたデータ伝送チャネルと、周波数ｆ３で周波数変調されて、直交符号１〜３が符号多重されたデータ伝送チャネルとが設定されて、スペクトラム拡散通信方式でレールＬに送信されることになる。
【００２４】
また、図３に同期チャネルで伝送されるＧｏｌｄ系列のデータの一例と、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例とを示す。
図３（ａ）は、図１の自動列車制御システム１００において、同期チャネルで伝送されるＧｏｌｄ系列のデータの一例を示す図である。この場合、ＰＮ符号として周期３１のＧｏｌｄ系列３３個を採用した例である。このようなＧｏｌｄ系列の符号を用いて同期チャネルを設定することにより、自己相関の高いＭ系列を同期確立に利用できる。
【００２５】
同図（ｂ）は、図１の自動列車制御システム１００において、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例を示す図である。この場合、周期８の直交符号を行列式の形式で示した例である。この場合、各行の数字列を拡散符号として、８種類の拡散符号が得られる。このような拡散符号を用いて、符号長を長く構成すれば、周期１６や周期３２等のより多くの直交符号を拡散符号として容易に設定できる。
【００２６】
車上装置３００は、受電器３０１、前置増幅器３０２、周波数変換部３０３〜３０５、局部発振器３０６〜３０８、逆拡散部３０９〜３１５、ＱＰＳＫ復調部３１６〜３２２、及びデータ多重化逆変換部３２３により構成される。
【００２７】
受電器３０１は、地上装置２００からレールＬに送信された加算信号Ｍ３を電磁誘導作用により受電し、その受電した加算信号Ｍ３を前置増幅器３０２に出力する。前置増幅器３０２は、受電器３０１から入力された加算信号Ｍ３を所定の増幅率で増幅して周波数変換部３０３〜３０５に出力する。
【００２８】
周波数変換部３０３は、前置増幅器３０２から入力された加算信号Ｍ３を、局部発振器３０６から入力された局部発振周波数ｆ１により検波して、拡散変調同期信号Ｔ０を逆拡散部３０９に出力する。
【００２９】
周波数変換部３０４は、前置増幅器３０２から入力された加算信号Ｍ３を、局部発振器３０７から入力された局部発振周波数ｆ２により検波して、加算信号Ｍ１を逆拡散部３１０〜３１２に出力する。
【００３０】
周波数変換部３０５は、前置増幅器３０２から入力された加算信号Ｍ３を、局部発振器３０８から入力された局部発振周波数ｆ３により検波し、加算信号Ｍ２を逆拡散部３１３〜３１５に出力する。
【００３１】
逆拡散部３０９は、周波数変換部３０３から入力された拡散変調同期信号Ｔ０を、上記と同様のＭ系列符号を用いて逆拡散して位相変調信号Ｐ０とし、その位相変調信号Ｐ０をＱＰＳＫ復調部３１６に出力する。ＱＰＳＫ復調部３１６は、位相変調信号Ｐ０を復調して同期信号Ｔを逆拡散部３１０〜３１５が用いる直交符号Ａ〜Ｃにそれぞれ付加する。
【００３２】
逆拡散部３１０は、周波数変換部３０４から入力された加算信号Ｍ１から、上記と同様の直交符号Ａ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ａ１を抽出し、その拡散変調信号Ａ１から位相変調信号Ｐ１を再生してＱＰＳＫ復調部３１７に出力する。
【００３３】
逆拡散部３１１は、周波数変換部３０４から入力された加算信号Ｍ１から、上記と同様の直交符号Ｂ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｂ２を抽出し、その拡散変調信号Ｂ２から位相変調信号Ｐ２を再生してＱＰＳＫ復調部３１８に出力する。
【００３４】
逆拡散部３１２は、周波数変換部３０４から入力された加算信号Ｍ１から、上記と同様の直交符号Ｃ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｃ３を抽出し、その拡散変調信号Ｃ３から位相変調信号Ｐ３を再生してＱＰＳＫ復調部３１９に出力する。
【００３５】
逆拡散部３１３は、周波数変換部３０５から入力された加算信号Ｍ２から、上記と同様の直交符号Ａ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ａ４を抽出し、その拡散変調信号Ａ４から位相変調信号Ｐ４を再生してＱＰＳＫ復調部３２０に出力する。
【００３６】
逆拡散部３１４は、周波数変換部３０５から入力された加算信号Ｍ２から、上記と同様の直交符号Ｂ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｂ５を抽出し、その拡散変調信号Ｂ５から位相変調信号Ｐ５を再生してＱＰＳＫ復調部３２１に出力する。
【００３７】
逆拡散部３１５は、周波数変換部３０５から入力された加算信号Ｍ２から、上記と同様の直交符号Ｃ及び同期信号Ｔを用いて逆拡散して拡散変調信号Ｃ６を抽出し、その拡散変調信号Ｃ６から位相変調信号Ｐ６を再生してＱＰＳＫ復調部３２２に出力する。
【００３８】
ＱＰＳＫ復調部３１７は、逆拡散部３１０から入力された位相変調信号Ｐ１を復調して多重化列車制御データＤ１をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３１８は、逆拡散部３１１から入力された位相変調信号Ｐ２を復調して多重化列車制御データＤ２をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３１９は、逆拡散部３１２から入力された位相変調信号Ｐ３を復調して多重化列車制御データＤ３をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。
【００３９】
ＱＰＳＫ復調部３２０は、逆拡散部３１３から入力された位相変調信号Ｐ４を復調して多重化列車制御データＤ４をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３２１は、逆拡散部３１４から入力された位相変調信号Ｐ５を復調して多重化列車制御データＤ５をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。ＱＰＳＫ復調部３２２は、逆拡散部３１５から入力された位相変調信号Ｐ６を復調して多重化列車制御データＤ６をデータ多重化逆変換部３２３に出力する。
【００４０】
データ多重化逆変換部３２３は、ＱＰＳＫ復調部３１７〜３２２からそれぞれ入力された多重化列車制御データＤ１〜Ｄ６を多重化逆変換処理して、元のシリアル形態の列車制御データ（受信データ）を出力する。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の自動列車制御システム１００では、地上装置２００と車上装置３００との間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用して、デジタル化した列車制御データを多重化して多元接続するため、自己相関の高いＭ系列符号を用いて同期信号を生成するとともに、相互相関特性が良く同じチップ長でデータ種類を多く取ることができる直交符号を用いて拡散変調信号を生成するようにした。
【００４２】
このため、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【００４３】
また、車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成したことにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【００４４】
なお、上記実施の形態に示した自動列車制御システム１００における多重化段数は、あくまで一例であり、要求される情報伝送容量の仕様等に応じて適宜変更可能であることは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、鉄道の地上装置と車上装置間の情報伝送方法にスペクトラム拡散通信方式を適用する際に、多重化データの同期確立方法と多元接続方法とを確立でき、従来の情報伝送方法よりも耐雑音性能を改善し、かつ従来より多量の列車制御情報を高速度で伝送することができる。
【００４６】
また、車上装置において、同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成したことにより、復号化した多重化データの処理速度を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態における自動列車制御システム１００の制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の自動列車制御システム１００において利用される同期チャネル、データ伝送チャネルの周波数設定ｆ１〜ｆ３と、その各チャネルに設定する符号形態との対応関係と、そのチャネル構成を模式的に示す図である。
【図３】図１の自動列車制御システム１００において、同期チャネルで伝送されるＧＯＬＤ系列のデータの一例と（同図（ａ））、データ伝送チャネルで伝送される直交符号の一例（同図（ｂ））とを示す図である。
【符号の説明】
１００ 自動列車制御システム
２００ 地上装置
２０１ データ多重化変換部
２０２〜２０８ ＱＰＳＫ変調部
２０９〜２１５ 拡散変調部
２１６、２１７、２２４ 加算器
２１８〜２２０ 周波数変換部
２２１〜２２３ 局部発振器
２２５ 電力増幅器
３００ 車上装置
３０１ 受電器
３０２ 前置増幅器
３０３〜３０５ 周波数変換器
３０６〜３０８ 局部発振器
３０９〜３１５ 逆拡散部
３１６〜３２２ ＱＰＳＫ復調部
３２３ データ多重化逆変換部
Claims (1)
- 地上装置から軌道を介して車上装置に列車の制限速度等の制御情報を伝送するための地上装置と車上装置間の情報伝送方法において、
前記地上装置から車上装置間への制御情報の伝送に際して、スペクトラム拡散通信方式を適用し、自己相関の高いＭ系列符号を用いて同期を確立するとともに、要素が１または−１のいずれかであり、かつ各行が互いに直交する正方行列による直交符号を用いて前記制御情報を多重伝送し、
前記車上装置において、
同期の確立を１サイクルの受信データのみで行うために、該受信データに含まれた拡散符号長に等しい数の相関器を並列に構成することを特徴とする地上装置と車上装置間の情報伝送方法。
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