本發(fā)明的實(shí)施方式涉及使用標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行無(wú)線通信的無(wú)線通信系統(tǒng)以及無(wú)線通信裝置。

背景技術(shù)：

作為用于使列車安全地行駛以及停止的代表性的保護(hù)裝置，已知自動(dòng)列車停止裝置(ats：automatictrainstop，自動(dòng)列車制動(dòng))、自動(dòng)列車控制裝置(atc：automatictraincontrol，自動(dòng)列車控制)。另外，作為代表性的駕駛支援裝置，已知自動(dòng)駕駛裝置(ato：automatictrainoperation，自動(dòng)列車駕駛)、固定位置停止裝置(tasc：trainautomaticstop-positioncontroller，列車自動(dòng)制動(dòng)位置控制器)。

現(xiàn)有的保護(hù)裝置、駕駛支援裝置使用應(yīng)答器、軌道電路來(lái)進(jìn)行車身的位置探測(cè)，存在為了設(shè)置應(yīng)答器、軌道電路而耗費(fèi)成本這樣的問題。

基于這樣的背景，研究了將rfid(radiofrequencyidentification，射頻識(shí)別)用于位置探測(cè)。rfid是指讀取器以無(wú)線方式讀取在標(biāo)簽內(nèi)所存儲(chǔ)的個(gè)體識(shí)別信息的規(guī)格。與使用應(yīng)答器、軌道電路來(lái)進(jìn)行位置探測(cè)相比，rfid能夠以非常便宜的成本導(dǎo)入，保養(yǎng)費(fèi)用的成本也比較低。

在使用rfid進(jìn)行車身的位置探測(cè)的情況下，最好在車身側(cè)設(shè)置讀取器、在地上側(cè)設(shè)置標(biāo)簽。其原因是如果使地上側(cè)的標(biāo)簽為不需要電源的無(wú)源型，則不需要與標(biāo)簽的設(shè)置相伴的附帶設(shè)備，能夠抑制地上側(cè)的設(shè)備成本。

在利用標(biāo)簽和讀取器的無(wú)線通信中，標(biāo)簽和讀取器的距離越近則越穩(wěn)定，但在標(biāo)簽和讀取器的距離近時(shí)無(wú)線通信范圍變窄，在列車高速行駛時(shí)可能會(huì)發(fā)生跳讀。相反，在標(biāo)簽和讀取器的距離遠(yuǎn)離時(shí)無(wú)線通信范圍擴(kuò)大，所以列車高速行駛時(shí)的跳讀的頻度降低，但其另一方面，在列車低速行駛時(shí)位置精度降低。

這樣，在標(biāo)簽和讀取器的距離長(zhǎng)的情況下和短的情況下分別具有長(zhǎng)處和短處，所以如果可以，最好在與讀取器相距的距離不同的多個(gè)部位設(shè)置標(biāo)簽。

但是，車身系統(tǒng)要求高的可靠性，考慮到由于某些情形而無(wú)法正常地進(jìn)行無(wú)線通信的情況等，需要做成雙重系統(tǒng)。如上所述，在軌道上和軌道旁分別設(shè)置標(biāo)簽的情況下，在關(guān)于軌道上的標(biāo)簽和軌道旁的標(biāo)簽分別做成雙重系統(tǒng)時(shí)，天線的數(shù)量增加，讀取器側(cè)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。

在一個(gè)天線中在不同方向上具有指向性的情況下，通過使天線元件的尺寸比使用頻率的波長(zhǎng)更大，能夠使其具有向兩個(gè)方向的指向性。然而，在920mhz帶的rfid中，波長(zhǎng)是約33cm，包括包裝的天線的尺寸比現(xiàn)有的應(yīng)答器車上元件的尺寸大的可能性高。在雙重系統(tǒng)中，需要兩個(gè)該尺寸的天線元件，難以確保設(shè)置于車身的空間。

另外，在軌道的中央部設(shè)置標(biāo)簽的情況下，在其正上方的車身的底部設(shè)置讀取器的天線時(shí)，在車身的底部設(shè)置有馬達(dá)等各種配置于駕駛室下的機(jī)器，來(lái)自天線的電波被這些配置于駕駛室下的機(jī)器反射而無(wú)法穩(wěn)定地進(jìn)行與標(biāo)簽的無(wú)線通信。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明想要解決的課題在于提供一種不耗費(fèi)設(shè)備成本就能夠在列車與地上之間穩(wěn)定地進(jìn)行無(wú)線通信的無(wú)線通信系統(tǒng)以及無(wú)線通信裝置。

本實(shí)施方式提供一種無(wú)線通信系統(tǒng)，具備：

第一標(biāo)簽，設(shè)置于比列車所行駛的軌道更靠外側(cè)的地面上，通過以無(wú)線方式接收到的電力而被驅(qū)動(dòng)；

第二標(biāo)簽，設(shè)置于比在行駛方向上延伸的所述列車的側(cè)面更靠外側(cè)、且比所述第一標(biāo)簽更靠上方，通過以無(wú)線方式接收到的電力而被驅(qū)動(dòng)；

無(wú)線通信部，設(shè)置于所述列車，在與所述第一標(biāo)簽及所述第二標(biāo)簽之間進(jìn)行無(wú)線通信；以及

天線，設(shè)置于所述列車，具有向所述第一標(biāo)簽及所述第二標(biāo)簽的方向的電波增益。

附圖說(shuō)明

圖1是表示第一實(shí)施方式的無(wú)線通信系統(tǒng)1的概略結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2是表示在支桿(stay)上設(shè)置有第二標(biāo)簽的例子的框圖。

圖3是表示在站臺(tái)下設(shè)置有第二標(biāo)簽的例子的框圖。

圖4是表示使天線5的電波增益模式立體性地示意化的一個(gè)例子的圖。

圖5是表示天線5具有無(wú)指向性模式的例子的圖。

圖6是表示天線的波束的擴(kuò)展的圖。

圖7是表示第二實(shí)施方式的無(wú)線通信系統(tǒng)1的概略結(jié)構(gòu)的框圖。

(符號(hào)說(shuō)明)

1：無(wú)線通信系統(tǒng)；2：第一標(biāo)簽；3：第二標(biāo)簽；4：無(wú)線通信部；5：天線；5a：第一天線部；5b：第二天線部；6：列車；7：軌道；8：地面；9：站臺(tái)；10：支桿；11：位置檢測(cè)部；12：標(biāo)簽id對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。在以下實(shí)施方式中，以無(wú)線通信系統(tǒng)以及無(wú)線通信裝置內(nèi)的特征性結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作為中心進(jìn)行說(shuō)明，但在無(wú)線通信系統(tǒng)以及無(wú)線通信裝置中可能存在在以下說(shuō)明中省略的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作。但是，這些省略的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作也包含于本實(shí)施方式的范圍。

(第一實(shí)施方式)

圖1是表示第一實(shí)施方式的無(wú)線通信系統(tǒng)1的概略結(jié)構(gòu)的框圖。圖1的無(wú)線通信系統(tǒng)1具備第一標(biāo)簽2、第二標(biāo)簽3、無(wú)線通信部4以及天線5。

第一標(biāo)簽2設(shè)置于比列車6所行駛的軌道(鐵路)7更靠外側(cè)的地面8上。以均勻或者不均勻的間隔在地面8上設(shè)置有多個(gè)第一標(biāo)簽2。第一標(biāo)簽2既可以配置為與地面8相接，也可以安裝于從地面8向上方延伸的支桿等。

第二標(biāo)簽3設(shè)置于比在行駛方向上延伸的列車6的側(cè)面6a更靠外側(cè)、且比第一標(biāo)簽2更靠上方。第二標(biāo)簽3既可以安裝于例如站臺(tái)9的側(cè)壁等，也可以如圖2所示安裝于從地面8向上方延伸的支桿10等。進(jìn)而，也可以如圖3所示在從站臺(tái)9向下方延伸的支桿10等懸掛地安裝。也以均勻或者不均勻的間隔設(shè)置有多個(gè)第二標(biāo)簽3。

第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3是通過從無(wú)線通信部4以無(wú)線方式接收到的電力所驅(qū)動(dòng)的無(wú)源型的標(biāo)簽。在第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3的內(nèi)部設(shè)置有存儲(chǔ)個(gè)體識(shí)別信息的未圖示的存儲(chǔ)部。個(gè)體識(shí)別信息是識(shí)別各標(biāo)簽的信息，其數(shù)據(jù)形式?jīng)]有特別限定。也可以在該存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)除了個(gè)體識(shí)別信息以外的信息。

天線5安裝于列車6的車身的底部6b。無(wú)線通信部4與天線5電連接。無(wú)線通信部4在與第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3之間進(jìn)行無(wú)線通信。無(wú)線通信部4既可以僅具有作為接收在第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3中存儲(chǔ)的個(gè)體識(shí)別信息的讀取器的功能，也可以還兼具作為向這些標(biāo)簽寫入某些信息的寫入器的功能。

通過天線5接收到的無(wú)線信號(hào)被輸入到無(wú)線通信部4，進(jìn)行解調(diào)處理。由于第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3是無(wú)源型，所以首先從天線5向第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3輻射電波，第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3積蓄通過所接收到的電波獲得的電力，使用所積蓄的電力從各標(biāo)簽的天線5輻射包括個(gè)體識(shí)別信息的電波。無(wú)線通信部4的天線5接收從第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3發(fā)送的電波，將通過所接收到的電波獲得的高頻信號(hào)從天線5供給到無(wú)線通信部4。無(wú)線通信部4對(duì)該高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，取得個(gè)體識(shí)別信息。

天線5例如設(shè)置于第一標(biāo)簽2的上方。更具體而言，天線5最好設(shè)置于與列車6的底部6b中的底部6b的短邊方向中央相比從第一標(biāo)簽2側(cè)的位置至第二標(biāo)簽3側(cè)的列車6的側(cè)面6a的端部6c的范圍內(nèi)。第一標(biāo)簽2設(shè)置于比軌道7更靠外側(cè)的地面8上，所以天線5配置于比列車6的底部6b的短邊方向中央更靠外側(cè)。列車6的底部6b的中央附近設(shè)置有馬達(dá)等各種電氣機(jī)器、支撐列車6的車身的轉(zhuǎn)向架等配置于駕駛室下的機(jī)器，由天線5收發(fā)的電波發(fā)生漫反射，電波特性不怎么良好。列車6的底部6b的邊緣側(cè)并沒有多少配置于駕駛室下的機(jī)器，所以能夠通過在配置于駕駛室下的機(jī)器少的部位設(shè)置天線5來(lái)穩(wěn)定地收發(fā)電波。

另外，如圖1所示，在第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3的直線距離比較近的情況下，兩方的標(biāo)簽在與列車6側(cè)的共同的天線5之間都能夠穩(wěn)定地進(jìn)行無(wú)線通信。因此，在列車6側(cè)不設(shè)置各標(biāo)簽專用的多個(gè)天線5元件也可，能夠削減列車6側(cè)的rfid的設(shè)備成本。

在圖1的例子中，示出了第一標(biāo)簽2的設(shè)置面的法線方向和第二標(biāo)簽3的設(shè)置面的法線方向正交的例子。在該情況下，天線5配置為例如相對(duì)兩方的標(biāo)簽的法線方向傾斜。

天線5例如是在矩形形狀的基板上所形成的非對(duì)稱構(gòu)造的平面天線5。圖4是表示使天線5的電波增益模式立體地示意化的一個(gè)例子的圖。圖4的天線5在第一標(biāo)簽2的方向和第二標(biāo)簽3的方向上具有更大的電波增益。在圖4的例子中，示出了從天線5至第二標(biāo)簽3的距離比天線5至第一標(biāo)簽2的距離短的情況。在該情況下，使從天線5向第二標(biāo)簽3的方向的電波增益小于從天線5向第一標(biāo)簽2的方向的電波增益。為了制作具有如圖4的電波增益模式的天線5，能夠通過調(diào)整構(gòu)成平面天線5的天線方向圖(antennapattern)的形狀、尺寸以及供電點(diǎn)的位置等來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4的平面天線5具有層疊有形成天線方向圖的平板和形成接地的整體模(solidpattern)的平板的構(gòu)造。

此外，為了小型化，最好使天線5的矩形形狀的基板的長(zhǎng)邊方向的長(zhǎng)度為比使用頻率的波長(zhǎng)小的尺寸。能夠使天線方向圖為倒l形狀或者倒f形狀等來(lái)減小天線5的形狀。

這樣，圖1以及圖4的天線5具備在第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3的方向上具有更大的電波增益的電波增益模式，但如圖5所示，還可能有如下情況：即使是具有接近無(wú)指向性模式的電波增益的天線5，也能夠與第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3穩(wěn)定地進(jìn)行無(wú)線通信。

無(wú)線通信部4所取得的個(gè)體識(shí)別信息例如被用于列車6的位置探測(cè)。在進(jìn)行列車6的位置探測(cè)的情況下，例如在列車6內(nèi)設(shè)置位置探測(cè)部11和標(biāo)簽id對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)12即可。標(biāo)簽id對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)12存儲(chǔ)有各標(biāo)簽的個(gè)體識(shí)別信息和各標(biāo)簽的設(shè)置場(chǎng)所信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系。位置探測(cè)部11使用從第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3接收到的個(gè)體識(shí)別信息并參照標(biāo)簽id對(duì)照數(shù)據(jù)庫(kù)12，讀出對(duì)應(yīng)的設(shè)置場(chǎng)所信息，探測(cè)列車6的當(dāng)前位置。

此外，也可以出于除了列車6的位置探測(cè)以外的目的來(lái)使用在第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3中存儲(chǔ)的個(gè)體識(shí)別信息。例如，還能夠通過取得在預(yù)定時(shí)間以內(nèi)所通過的個(gè)體識(shí)別信息的信息，進(jìn)行列車6的速度探測(cè)?；蛘撸部梢詮牧熊?以有線或者無(wú)線方式向未圖示的列車運(yùn)行管理中心發(fā)送在第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3中存儲(chǔ)的個(gè)體識(shí)別信息，進(jìn)行各列車6的運(yùn)行管理。

最好無(wú)論列車6在高速行駛中還是在低速行駛中都能夠進(jìn)行利用第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3的位置檢測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的應(yīng)答器車上元件與地上元件的間隔是約25cm，具有能夠在時(shí)速160km/h下連續(xù)地接收八個(gè)電文的能力。

另一方面，將在rfid中一幀接收所需的時(shí)間設(shè)為5ms時(shí)，時(shí)速160km/h下的八幀量的移動(dòng)距離為1.78m。因此，標(biāo)簽的可讀取的范圍預(yù)留10％的富余而為1.96m。在假設(shè)將列車6側(cè)的天線5和標(biāo)簽的距離設(shè)為30cm時(shí)，如果忽略天線5和標(biāo)簽的尺寸，則天線5的波束的擴(kuò)展如圖6所示即使最低也需要148°。在該情況下，相對(duì)列車6行進(jìn)方向的位置探測(cè)誤差是±98cm。

另外，在將列車6側(cè)的天線5和標(biāo)簽的距離設(shè)為10cm時(shí)，如果將天線5的波束擴(kuò)展設(shè)為相同的148°，則標(biāo)簽的可讀取范圍為65cm，位置探測(cè)誤差是±32.5cm。在可讀取范圍是65cm時(shí)，可連續(xù)讀取八幀的最高速度是58.5km/h，只要是58.5km/h以下的速度，就能夠使位置探測(cè)精度提高。

這樣，取決于列車6的最高速度和位置探測(cè)精度，列車6側(cè)的天線5(例如讀取器天線5)和標(biāo)簽的最佳距離不同。一般而言，列車6接近站臺(tái)9地行駛，列車6的側(cè)面6a和站臺(tái)9的距離與列車6的車身底部6b和其下的地面8的距離相比能夠縮短。因此，在本實(shí)施方式中，在軌道7的外側(cè)的地面8設(shè)置第一標(biāo)簽2，并且在站臺(tái)9的側(cè)面6a等設(shè)置第二標(biāo)簽3，使第一標(biāo)簽2和天線5的距離大于第二標(biāo)簽3和天線5的距離，在高速行駛時(shí)用天線5接收第一標(biāo)簽2的個(gè)體識(shí)別信息來(lái)提高高速下的讀取特性，在低速行駛時(shí)用天線5接收第二標(biāo)簽3的個(gè)體識(shí)別信息來(lái)提高低速下的位置探測(cè)精度。

這樣，在第一實(shí)施方式中，在比列車6的軌道7更靠外側(cè)的地面8上設(shè)置第一標(biāo)簽2，并且在列車6的側(cè)面6a側(cè)設(shè)置第二標(biāo)簽3，能夠通過在列車6的底部6b側(cè)設(shè)置的天線5與第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3穩(wěn)定地進(jìn)行無(wú)線通信，所以不耗費(fèi)設(shè)備成本就能夠用列車6側(cè)的天線5接收在第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3中存儲(chǔ)的個(gè)體識(shí)別信息，能夠使用rfid來(lái)探測(cè)列車6的位置。與以往那樣使用應(yīng)答器、軌道電路相比，使用非常便宜的設(shè)備成本即可實(shí)現(xiàn)。

另外，例如通過使從第一標(biāo)簽2至天線5的距離比從第二標(biāo)簽3至天線5的距離長(zhǎng)，能夠使用第一標(biāo)簽2可靠地進(jìn)行列車6的高速行駛時(shí)的位置探測(cè)，而且能夠使用第二標(biāo)簽3高精度地進(jìn)行列車6的低速行駛時(shí)的位置探測(cè)。

進(jìn)而，通過調(diào)整天線5的電波增益模式以使得電波增益在第一標(biāo)簽2的方向和第二標(biāo)簽3的方向上變大，能夠僅用一個(gè)天線5與第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3進(jìn)行無(wú)線通信，能夠削減列車6側(cè)的rfid設(shè)備成本。

另外，在本實(shí)施方式中，將第一標(biāo)簽2設(shè)置于軌道7的外側(cè)的地面8上，所以能夠?qū)⒌谝粯?biāo)簽2和第二標(biāo)簽3配置得近，另外天線5的設(shè)置場(chǎng)所也能夠配置于列車6的底部6b的邊緣側(cè)。由此，能夠在來(lái)自配置于列車6的底部6b的各種配置于駕駛室下的機(jī)器的電波干擾少的部位處設(shè)置天線5，能夠在電波干擾少的狀態(tài)下使天線5與第一標(biāo)簽2以及第二標(biāo)簽3進(jìn)行無(wú)線通信。

(第二實(shí)施方式)

第二實(shí)施方式在列車6側(cè)與各標(biāo)簽對(duì)應(yīng)起來(lái)地設(shè)置獨(dú)立的天線元件。其中，針對(duì)每?jī)蓚€(gè)天線元件連接有一個(gè)無(wú)線通信部4，通過兩個(gè)天線元件作為一個(gè)天線發(fā)揮功能。

圖7是表示第二實(shí)施方式的無(wú)線通信系統(tǒng)1的概略結(jié)構(gòu)的框圖。圖7的無(wú)線通信系統(tǒng)1除了設(shè)置于列車6的底部6b的邊緣側(cè)的天線5的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式不同以外，其它與第一實(shí)施方式共同。

圖7的天線5具有第一天線部5a和第二天線部5b。第一天線部5a在第一標(biāo)簽2的方向上具有指向性，在第二標(biāo)簽3的方向上不具有指向性。第一天線部5a專用于與第一標(biāo)簽2的無(wú)線通信。第二天線部5b在第二標(biāo)簽3的方向上具有指向性，在第一標(biāo)簽2的方向上不具有指向性。第二天線部5b專用于與第二標(biāo)簽3的無(wú)線通信。

相互分離地配置第一天線部5a和第二天線部5b。即，第一天線部5a和第二天線部5b能夠相互無(wú)關(guān)地發(fā)送接收電波。第一天線部5a和第二天線部5b既可以在共同的基板上分別使用不同的天線方向圖來(lái)形成，也可以在獨(dú)立的基板上形成。在圖7中，示意地表示在獨(dú)立的基板上形成第一天線部5a和第二天線部5b的例子，但這不過是一個(gè)例子。

使第一天線部5a和第二天線部5b分別僅在一個(gè)方向上具有指向性即可，所以與第一實(shí)施方式那樣在兩個(gè)方向上具有指向性的天線5相比，天線5的設(shè)計(jì)變得容易。

其中，在第一標(biāo)簽2和第一天線部5a的距離大于第二標(biāo)簽3和第二天線部5b的距離的情況下，需要第一天線部5a這一方具有比第二天線部5b大的天線增益。

這樣，在第二實(shí)施方式中，對(duì)第一標(biāo)簽2對(duì)應(yīng)起來(lái)第一天線部5a，對(duì)第二標(biāo)簽3對(duì)應(yīng)起來(lái)第二天線部5b，所以即使第一標(biāo)簽2和第二標(biāo)簽3分別設(shè)置于不同的方向，也能夠以最佳電波增益與各標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信，能夠提高例如位置探測(cè)精度。

雖然說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式僅為例示，未意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式能夠通過其它各種方式實(shí)施，能夠在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種省略、置換、變更。這些實(shí)施方式、其變形包含于發(fā)明的范圍、要旨，并且包含于權(quán)利要求書記載的發(fā)明和其均等的范圍。