JP6970567B2

JP6970567B2 - 基地局装置及び無線通信システム

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Publication number: JP6970567B2
Application number: JP2017182188A
Authority: JP
Inventors: 弘征澁谷
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Kokusai Denki Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: JP2019057872A

Description

本発明は、列車に搭載された車上局装置との間で無線通信を行う基地局装置及び無線通信システムに関する。

従来の民鉄共通仕様書に準じたＦＤＭＡ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ；周波数分割多元接続）方式の無線通信システム（以後、「ＦＤＭＡ無線システム」という）では、基地局装置は、互いに異なる周波数を使用する複数の無線機を備え、無線機毎に該無線機に電力を供給する電源部が設けられていた。すなわち、ＦＤＭＡ無線システムの基地局装置は、周波数毎に無線機を備え、１無線機につき１電源構造となっていた。このため、４波が必要なＦＤＭＡ無線システムは、共通予備の無線機を含めて５つの無線機を備えるので、５つの電源が必要となる。

列車用の無線通信システムにおいて、基地局装置や車上局装置等の省電力化が検討されている。例えば、特許文献１には、基地局装置や車上局装置の電源が常用電源から非常用電源に切り替わった場合に、ポーリング信号やポーリング応答信号を送信する間隔を通常時よりも長くする発明が開示されている。

特許第６０７４２６０号公報

大規模災害発生時は、電車の運用に必要な電力をできる限り制限することが必要となる。しかしながら、従来のＦＤＭＡ無線システムにおける基地局装置では、大規模災害発生時でも使用する無線機の数を減らすことができないため、使用電力を抑制できないという問題があった。

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、必要に応じて使用する無線機の数を削減し、電力消費を抑制することが可能な基地局装置を提供することを目的とする。

本発明では、上記の目的を達成するために、基地局装置及び無線通信システムを以下のように構成した。
（１）列車に搭載された車上局装置との間で無線通信を行うために、互いに異なる周波数を使用する複数の無線機を備えると共に、無線機毎に電源部が設けられた基地局装置において、ＦＤＭＡ方式で音声データを送信する２つ以上の第１無線機と、ＳＣＰＣ方式で音声データを送信する１つの第２無線機と、前記第１無線機を動作させる第１モードと、前記第２無線機を動作させ、前記第１無線機の電源を遮断する第２モードと、の切り替えを制御する制御部と、を備え、前記第１モード又は前記第２モードのいずれで動作中かにかかわらず、ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データを前記車上局装置へ送信し、前記制御部は、ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データの両方に、前記基地局装置が前記第１モード又は前記第２モードのいずれで動作中かを示すモード情報を格納させることで、前記車上局装置を、前記基地局装置が前記第１モードの場合はＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行うよう動作させ、前記基地局装置が前記第２モードの場合はＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行うよう動作させるよう制御することを特徴とすることを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の基地局装置において、前記制御部は、前記第１無線機のうちの１つを前記第２無線機として動作させることを特徴とする。

（３）互いに異なる周波数を使用する複数の無線機を備えると共に、無線機毎に電源部が設けられた基地局装置が、列車に搭載された車上局装置との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記基地局装置は、ＦＤＭＡ方式で音声データを送信する２つ以上の第１無線機を少なくとも動作させる第１モードと、ＳＣＰＣ方式で音声データを送信する１つの第２無線機を少なくとも動作させ、前記第１無線機の電源を遮断させる第２モードとを切り替え可能に有し、前記第１モード又は前記第２モードのいずれで動作中かにかかわらず、ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データを前記車上局装置へ送信し、ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データの両方に、前記基地局装置が前記第１のモード又は前記第２のモードのいずれで動作中かを示すモード情報が格納されており、前記車上局装置は、前記基地局装置から受信したＦＤＭＡ方式の制御データ又はＳＣＰＣ方式の制御データに格納されたモード情報に基づいて、前記基地局装置が前記第１モードの場合はＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行い、前記基地局装置が前記第２モードの場合はＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行うことを特徴とする。

本発明によれば、必要に応じて使用する無線機の数を削減し、電力消費を抑制することが可能な基地局装置を提供することができる。

本発明の第１実施例に係るＦＤＭＡ無線システムの基地局装置の構成例を示す図である。ＦＤＭＡ方式の通信で使用される報知チャネル（ＢＣＣＨ）のフォーマット例を示す図である。ＳＣＰＣ方式の通信で使用される制御チャネル（ＣＣＨ）のフォーマット例を示す図である。基地局装置の動作モードの切り替えについて説明する図である。基地局装置の動作モードの切り替えについて説明する図である。基地局装置の動作モードの切り替えについて説明する図である。基地局装置の動作モードの切り替えについて説明する図である。本発明装置の第２実施例に係るＦＤＭＡ無線システムの基地局装置の構成例を示す図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明に係る基地局装置は、例えば図１に示すように、互いに異なる周波数を使用する複数の無線機（２１〜２５）を備えると共に、無線機毎に電源部（１２）が設けられた基地局装置において、ＦＤＭＡ方式で音声データを送信する２つ以上の第１無線機（２２，２３）を少なくとも動作させる第１モード（通常モード）と、ＳＣＰＣ方式で音声データを送信する１つの第２無線機（２４）を少なくとも動作させる第２モード（電力制限モード）との切り替えを制御する制御部（２０）を備え、制御部（２０）は、第２モード（電力制限モード）では第１無線機（２２，２３）の電源を遮断することを特徴としている。以下、本発明に係る基地局装置について、実施例を示しつつ具体的に説明する。

（第１実施例）
図１には、第１実施例に係るＦＤＭＡ無線システムの基地局装置の構成例を示してある。本例の基地局装置は、ＦＤＭＡ方式の３つのチャネル（Ｃｃｈ／Ｔ１ｃｈ／Ｔ２ｃｈ）をそれぞれ使用して無線通信を行う無線機２１〜２３と、ＳＣＰＣ方式の無線通信を行う無線機２４と、予備用の無線機２５とを備える共に、これらを制御する制御部２０を備える。無線機２１〜２５は、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆ４のチャネルを用いて、列車に搭載された車上局装置との間で無線通信を行う。すなわち、本例の基地局装置は、合計４つのチャネルを使用する。

無線機２１は、周波数ｆ１を割り当てられており、ＦＤＭＡ方式の制御チャネル（Ｃｃｈ）により制御データの送受信を行う。無線機２２は、周波数ｆ２を割り当てられており、ＦＤＭＡ方式の１番目の通話チャネル（Ｔ１ｃｈ）により音声データの送受信を行う。無線機２３は、周波数ｆ３を割り当てられており、ＦＤＭＡ方式の２番目の通話チャネル（Ｔ２ｃｈ）により音声データの送受信を行う。無線機２４は、周波数ｆ４を割り当てられており、ＳＣＰＣ方式により制御データ及び音声データの送受信を行う。無線機２５は、無線機２１〜２４のいずれかが故障した場合に、その無線機に代わって動作する予備機である。

無線機２１〜２５は、それぞれ、割り当てられた周波数を使用して無線通信を行うための無線部１１と、無線部１１に対して電力を供給する電源部１２とを備える。
制御部２０は、無線機２１〜２５のそれぞれに設けられた電源部１１のうち、任意の電源部１１から供給される電力により動作する。制御部２０は、複数枚（本例では２枚）の制御部基板により多重に構成され、いずれかの制御部基板が通常時に使用される現用基板であり、他の基板は現用基板の故障時等に使用される予備用基板となる。

本例の基地局装置は、通常モードと、電力制限モードとを有する。
通常モードでは、無線機２１〜２３を動作させてＦＤＭＡ方式で制御データ及び音声データを送信すると共に、無線機２４を動作させてＳＣＰＣ方式で制御データ及び音声データを送信する。通常モードの基地局装置は、ＦＤＭＡ方式により所定数（本例では２つ）の車上局装置との間で音声通話に係る通信を行える。
電力制限モードでは、無線機２１を動作させてＦＤＭＡ方式で制御データを送信すると共に、無線機２４を動作させてＳＣＰＣ方式で制御データ及び音声データを送信する。また、電力制限モード時は、無線機２２，２３の電源が遮断される。電力制限モードの基地局装置は、ＳＣＰＣ方式により所定数（本例では２つ）の車上局装置との間で音声通話に係る通信を行える。
制御データは、通話系情報や発報情報などの他に後述のモード情報を含んでおり、常にＦＤＭＡ方式とＳＣＰＣ方式の両方で送信され、車上局装置にて取捨選択される。

制御部２０は、平常時は、基地局装置を通常モードで動作させており、外部の装置又はシステムから電力制限を指示する信号を受信したことに応じて、電力制限モードに切り替える。また、電力制限モードに切り替える際に、無線機２２，２３に対して電源の遮断を指示する。無線機２２，２３の電源部１２は、制御部２０から電源の遮断の指示を受けたことに応じて、無線部１１に対する電力の供給を遮断する。

このように、本例の基地局装置は、電力制限の指示を受けたことに応じて、通常モードから電力制限モードに切り替え、これに伴って、電力制限モードでは不要となる無線機の電源を遮断する。したがって、本例の基地局装置によれば、通常時は全ての無線機２１〜２５に電力が供給されるが、電力制限時には無線機２２，２３に電力が供給されないように制御できるので、電力制限時は通常時の３／５の電力（６０％の電力）で基地局装置を運用させることができる。つまり、必要に応じて使用する無線機の数を削減して、電力消費を抑制することが可能となる。

更に、本例の基地局装置は、制御部２０による制御の下で、無線機２１から送信されるＦＤＭＡ方式の制御データ、及び、無線機２４から送信されるＳＣＰＣ方式の制御データに、基地局装置が通常モード又は電力制限モードのいずれであるかを示すモード情報を格納させることで、車上局装置において制御データ中のモード情報を参照するだけで基地局装置の動作モードを判別できるように構成してある。

図２には、ＦＤＭＡ方式の通信で使用される報知チャネル（ＢＣＣＨ）のフォーマット例を示してある。本例では、ＢＣＣＨの第３オクテット（チャネル情報）における予備ビット（本例では、第８ビット）に、ＦＤＭＡ使用情報をモード情報として格納する。本例のＦＤＭＡ使用情報は、ビット値がオン（１）の場合にＳＣＰＣ方式を使用中（電力制限モードで動作中）であることを示し、ビット値がオフ（０）の場合にＦＤＭＡ方式を使用中（通常モードで動作中）であることを示す。

図３には、ＳＣＰＣ方式の通信で使用される制御チャネル（ＣＣＨ）のフォーマット例を示してある。本例では、ＣＣＨのヘッダ部のオクテット１における予備ビット（本例では、第４ビット）に、ＳＣＰＣ使用情報をモード情報として格納する。本例のＳＣＰＣ使用情報は、ビット値がオン（１）の場合にＦＤＭＡ方式を使用中（通常モードで動作中）であることを示し、ビット値がオフ（０）の場合にＳＣＰＣ方式を使用中（電力制限モードで動作中）であることを示す。

車上局装置は、基地局装置から送信されるＦＤＭＡ方式の制御データ又はＳＣＰＣ方式の制御データの少なくとも一方を受信し、それらに格納されたモード情報（ＦＤＭＡ使用情報又はＳＣＰＣ使用情報）を参照して、基地局装置の動作モードが通常モード又は電力制限モードのいずれであるかを判別する。そして、基地局装置が通常モードの場合は、ＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行うよう動作し、基地局装置が電力制限モードの場合は、ＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行うよう動作する。
これにより、車上局装置を搭載した列車が走行する経路に沿って、通常モードの基地局装置と電力制限モードの基地局装置とが混在していても、車上局装置は音声データを継続的に送受信できるようになる。

以下、図４〜図７を参照して、基地局装置の動作モード（通常モード／電力制限モード）の切り替えについて説明する。なお、列車が走行する経路に沿って基地局装置１〜３があり、基地局装置１，３は通常モードで動作中であり、基地局装置２は電力制限モードで動作中である場合を想定している。通常モードの基地局装置１，３は、その傘下（通信範囲内）に存する列車の車上局装置とＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行える。一方、電力制限モードの基地局装置２は、その傘下に存する列車の車上局装置とＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行える。

（状態１）通常モードの基地局傘下に在線
図４に示すように、車上局装置が、通常モードで動作中の基地局装置１の傘下に在線しているとする。この場合、基地局装置１から送信されるＦＤＭＡ方式の制御データ中のモード情報は通常モードを示しているので、車上局装置は、基地局装置１が通常モードで動作中であることを認識し、ＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行うよう動作する。

（状態２）通常モードの基地局傘下での通話開始
図５に示すように、車上局装置が、中央装置（地上制御装置）などの他の通信装置との間でＦＤＭＡ方式で音声通話を開始したとする。車上局装置は、音声通話の成立後も、基地局装置１の傘下に在線している間はＦＤＭＡ方式で通話を継続する。

（状態３）通常モードの基地局から電力制限モードの基地局へのハンドオフ
図６に示すように、車上局装置がＦＤＭＡ方式で他の通信装置と音声通話を行っている状態で、電力制限モードで動作中の基地局装置２の傘下に移動したとする。この場合、基地局装置２から送信されるＦＤＭＡ方式の制御データ中のモード情報は電力制限モードを示しているので、車上局装置は、ＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行うよう切り替える。基地局装置２はＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行っているので、車上局装置は音声データを継続して送受信することができ、音声通話を継続できる。

（状態４）電力制限モードの基地局から通常モードの基地局へのハンドオフ
図７に示すように、車上局装置がＳＣＰＣ方式で他の通信装置と音声通話を行っている状態で、通常モードで動作中の基地局装置３の傘下に移動したとする。この場合、基地局装置３から送信されるＳＣＰＣ方式の制御データ中のモード情報は通常モードを示しているので、車上局装置は、ＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行うよう切り替える。基地局装置３はＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行っているので、車上局装置は音声データを継続して送受信することができ、音声通話を継続できる。

以上のように、本例の基地局装置は、通常モード又は電力制限モードのいずれにおいても、ＦＤＭＡ方式及びＳＣＰＣ方式の両方で制御データを送信しており、制御部２０による制御の下、それぞれの制御データに、基地局装置が通常モード又は電力制限モードのいずれであるかを示すモード情報を格納する構成となっている。したがって、車上局装置は、ＦＤＭＡ方式又はＳＣＰＣ方式のいずれかの制御データ中のモード情報を参照するだけで、基地局装置の動作モードを特定することができる。これにより、車上局装置は、基地局装置の動作モードの切り替えに追従して（又は、動作モードが異なる基地局装置の傘下への移動に応じて）、ＦＤＭＡ方式又はＳＣＰＣ方式を適宜変更して音声通話を継続することができる。

（第２実施例）
第１実施例では、ＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行う無線機（２２，２３）と、ＳＣＰＣ方式で制御データ及び音声データの送受信を行う無線機（２４）とをそれぞれ独立に備えていた。これに対し、第２実施例では、ＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行う無線機のうちの１つを、電力制限モードにおいて、ＳＣＰＣ方式で制御データ及び音声データの送受信を行う無線機として動作させるものである。
以下では、第１実施例と重複する部分についての説明は適宜省略し、第２実施例に特有の部分について主に説明する。

図８には、第２実施例に係るＦＤＭＡ無線システムの基地局装置の構成例を示してある。本例の基地局装置は、ＦＤＭＡ方式の４つのチャネル（Ｃｃｈ／Ｔ１ｃｈ／Ｔ２ｃｈ／Ｔ３ｃｈ）をそれぞれ使用して無線通信を行う無線機３１〜３４と、予備用の無線機３５とを備える共に、これらを制御する制御部３０を備える。また、無線機３４は、制御部３０からの指示に従って、ＳＣＰＣ方式の無線機として動作することもできる。

制御部３０は、平常時は、基地局装置を通常モードで動作させており、外部の装置又はシステムから電力制限を指示する信号を受信したことに応じて、電力制限モードに切り替える。また、電力制限モードに切り替える際に、無線機３２，３３に対して電源の遮断を指示すると共に、無線機３４に対してＳＣＰＣ方式の無線機として動作するよう指示する。無線機３２，３３の電源部１２は、制御部３０から電源の遮断の指示を受けたことに応じて、無線部１１に対する電力の供給を遮断する。

このように、本例の基地局装置は、電力制限の指示を受けたことに応じて、通常モードから電力制限モードに切り替え、これに伴って、電力制限モードでは不要となる無線機の電源を遮断する。また、ＦＤＭＡ方式の音声データの送受信に用いていた無線機のうちの１つを、ＳＣＰＣ方式の無線機として動作するよう切り替える。したがって、本例の基地局装置によれば、通常時は全ての無線機３１〜３５に電力が供給されるが、電力制限時には無線機３２，３３に電力が供給されないように制御できるので、電力制限時は通常時の３／５の電力（６０％の電力）で基地局装置を運用させることができる。つまり、必要に応じて使用する無線機の数を削減して、電力消費を抑制することが可能となる。

なお、第２実施例では、基地局装置が電力制限モードから通常モードに戻った場合（又は、電力制限モードの基地局装置の傘下から通常モードの基地局装置の傘下に移動した場合）、基地局装置からのＳＣＰＣ方式の制御データ（及び音声データ）の送信が途絶える。そこで、第２実施例における車上局装置は、ＳＣＰＣ方式のデータ受信に失敗した場合に、自動的にＦＤＭＡ方式に変更してもよい。あるいは、ＦＤＭＡ方式の制御データを常に監視し、ＦＤＭＡ方式の制御データ中のモード情報に基づいて基地局装置の動作モードを特定してもよい。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。例えば、上述した種々の拡張例や変形例を組み合わせてもよい。
また、本発明は、本発明に係る処理を実行する方法や方式、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

本発明は、列車に搭載された車上局装置との間で無線通信を行う基地局装置を備えた無線通信システムに利用することができる。

１１：無線部、１２：電源部、２０，３０：制御部、２１〜２５，３１〜３５：無線機

Claims

列車に搭載された車上局装置との間で無線通信を行うために、互いに異なる周波数を使用する複数の無線機を備えると共に、無線機毎に電源部が設けられた基地局装置において、
ＦＤＭＡ方式で音声データを送信する２つ以上の第１無線機と、
ＳＣＰＣ方式で音声データを送信する１つの第２無線機と、
前記第１無線機を動作させる第１モードと、前記第２無線機を動作させ、前記第１無線機の電源を遮断する第２モードと、の切り替えを制御する制御部と、
を備え、
前記第１モード又は前記第２モードのいずれで動作中かにかかわらず、ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データを前記車上局装置へ送信し、
前記制御部は、ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データの両方に、前記基地局装置が前記第１モード又は前記第２モードのいずれで動作中かを示すモード情報を格納させることで、前記車上局装置を、前記基地局装置が前記第１モードの場合はＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行うよう動作させ、前記基地局装置が前記第２モードの場合はＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行うよう動作させるよう制御することを特徴とする基地局装置。
請求項１に記載の基地局装置において、
前記制御部は、前記第１無線機のうちの１つを前記第２無線機として動作させることを特徴とする基地局装置。
互いに異なる周波数を使用する複数の無線機を備えると共に、無線機毎に電源部が設けられた基地局装置が、列車に搭載された車上局装置との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、ＦＤＭＡ方式で音声データを送信する２つ以上の第１無線機を少なくとも動作させる第１モードと、ＳＣＰＣ方式で音声データを送信する１つの第２無線機を少なくとも動作させ、前記第１無線機の電源を遮断させる第２モードとを切り替え可能に有し、前記第１モード又は前記第２モードのいずれで動作中かにかかわらず、ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データを前記車上局装置へ送信し、
ＦＤＭＡ方式の制御データ及びＳＣＰＣ方式の制御データの両方に、前記基地局装置が前記第１のモード又は前記第２のモードのいずれで動作中かを示すモード情報が格納されており、
前記車上局装置は、前記基地局装置から受信したＦＤＭＡ方式の制御データ又はＳＣＰＣ方式の制御データに格納されたモード情報に基づいて、前記基地局装置が前記第１モードの場合はＦＤＭＡ方式で音声データの送受信を行い、前記基地局装置が前記第２モードの場合はＳＣＰＣ方式で音声データの送受信を行うことを特徴とする無線通信システム。