平成26年度信号通信技術交流会発表内容開発の背景と目標シミュレータの概要無線式列車制御システム用ネットワークシミュレータによる性能評価シミュレーションモデルとシミュレータの構成主な入力パラメータと計算の流れシミュレーション実行例無線伝送品質のシミュレーション例シミュレータによる安定性の評価例信号・情報技術研究部（ネットワーク・通信）川﨑邦弘シミュレータの用途と今後の展開シミュレーションモデルの概要開発の背景と目標無線式列車制御システムの通信ネットワークモデル無線式列車制御システムの信頼性 ⇒ 無線通信システムの性能に依存安定性（運転阻害に至る確率）の観点から無線通信システムの設計は適切か？伝送異常に対する対策は適切か？を手軽に評価・判断できるツールが欲しい無線通信システムの伝送品質をシミュレーションで予測し、列車運行の安定性を評価するシステムを開発地上装置地上装置間LAN ネットワーク構成定義シミュレーション条件列車の追跡・管理地上装置制御電文現場端末制御電文の送信タイミングを制御（ハンドオーバー処理も模擬）走行パターン無線データ伝送回線シミュレータ【【RADTRACE】シミュレータ走行パターン車上無線局情報源符号化されたユーザーデータ現場端末現場端末無線基地局無線基地局車上無線局車上無線局車上制御装置車上制御装置無線データ伝送回線 FLR, Latency BER CINR 【TCNET】：OMNEST上に構築無線伝送制御サブモデル暗号化・（L2相当）復号化・訂正符号誤り訂正ビット列無線伝送回線サブモデル復調・（L1相当）ダイバーシチ変調信号波無線伝送路サブモデル（無線伝送路サブモデル（L0相当）鉄道沿線の雑音・干渉を考慮【RADTRACE】：Cで記述 slow: 無線データ伝送回線シミュレータの設定無線基地局制御電文の発信元／受信先地上装置地上LAN シミュレータの構成無線列車制御システム用通信ネットワークシミュレータ【】無線列車制御システム用通信ネットワークシミュレータ【TCNET】地上装置地上装置鉄道沿線における無線データ伝送回線モデル車上制御装置走行の模擬評価結果シミュレーション評価結果結果のグラフ (Excelマクロ) ルータ拠点装置地上装置シミュレータのスクリーンショット fast: 装置の配置、ネットワーク構成、各装置の機能や処理手順、伝送路などをGUIで設定伝送プロトコルなどはC++ でプログラミング SWハブ現場装置無線基地局無線伝送品質は、内蔵した RADTRACEでシミュレーション列車 ※受信レベルの測定データ等を読み込んでシミュレーションすることも可 1 ・フレームフォーマット・符号化方式（CRC, RS）・変復調方式（１次・２次）・伝送速度・占有帯域幅，フィルタ特性・受信部のNFと温度・送信出力、高周波部の損失（送受別に設定）・ダイバーシチありの場合はアンテナ間の相関・雑音電力密度、遅延プロファイル BS3(f3) 線形データ・線形（緯度，経度，RL）・各点ごとの伝搬条件（遮蔽、フェージング）北緯系東経 WGS84 妨害源2 妨害源データ BS7(f3) （基地局と同じ様式） BS1(f1) BS7(f4) BS4(f4) 妨害源1 BS2(f2) 無線伝送品質のシミュレーション例 -20 BS5(f1) 基地局データ（1局毎に個別設定） BS6(f2) ・アンテナの位置（キロ程，緯度，経度，アンテナ高）・ハンドオーバー方式（ゾーン固定，レベル判定）・アンテナの種類、指向方向（上り方・下り方別に設定）・送信周波数、受信周波数・送信出力、高周波部の損失（送受別に設定）・ダイバーシチありの場合はアンテナ間の相関係数・雑音電力密度、遅延プロファイルシミュレータによるシステムの安定性の評価最終的なシミュレータからの出力各装置における全ての制御電文の伝送タイミング、損失率国際規格IEC 62280が想定している脅威の再現・評価結果 • 削除、破壊、挿入、繰り返し、順序誤り、遅延シミュレーション対象線区内において列車が緊急停止する確率列車非常停止の発生確率制御電文の伝送遅延の分布拠点装置：通信断検知位置フレームロス発生位置（車上→地上）フレームロス発生位置（地上→車上）車上制御装置：通信断検知位置列車位置（m）本シミュレータの主な用途とご利用パターン主な用途基地局の配置、無線局の諸元の検討・評価地上ネットワークの構成、プロトコル等の検討・評価妨害発生時や故障時、トラフィック増大に対する耐性の評価沿線の伝搬・雑音環境の変化による影響の予測 ☆シミュレータで様々な条件を試行し、実験規模を削減 ☆電波法や安全面で実験が困難な条件下での性能を評価本シミュレータのご利用パターン無線式列車制御システムの仕様、線区の条件、評価したい事項等をご指定頂いて、総研がシミュレーションを実行して評価結果を提供導入予定の無線式列車制御システムの仕様に合わせてシミュレータをカスタマイズして提供シミュレータの一部の機能をプログラムライブラリとしてパッケージ化して提供 BS1 ルベ -40 レ音雑／ -60 ルベ）レ波 mB -80 渉干 d（／ -100 ルベレ -120 信受 -140 BS2 都市 BS3 99% BS4 BS5 開放地値 BS6 BS7 BS8 BS9 郊外 11.E+00 -1 1.E-01 10 50% 1% 値 -2 1.E-02 10 訂正前のBER 値雑音レベル -3 1.E-03 10 BER／／ FLR 無線通信システムに関する入力データ車上局データ無線機仕様（全局共通）・アンテナの位置（高さ、先頭からの距離） -4 1.E-04 10 -5 10 1.E-05 訂正後のBER 0 5 干渉波レベル 10 15 km 列車位置（） 20 25 1.E-06Free Error シミュレータによる設計・評価の基本的な流れ線区の条件、無線式列車制御初期値となるパラメータファイルの作成システムの仕様、沿線環境、シミュレーション条件（シナリオ）の作成想定される障害など（IEC 62280, IEC/TS 62773）シミュレータ実行伝搬環境の確認・反映（実測値があれば活用）伝搬状態は妥当？無線通信ネットワークの設計・評価所要伝送品質を満足？無線通信ネットワークに対する要求条件の検討・評価列車停止確率列車停止確率は許容以下？は許容以下？無線通信ネットワークの耐性、余裕を評価全シナリオをクリア？全シナリオをクリア？ No Yes No Yes No Yes Yes No 電波伝搬に関するパラメータを調整基地局配置、アンテナの性能、無線機の諸元、ネットワーク構成、プロトコル等の見直し所要伝送品質の見直し列車停止判断基準の見直し妨害源、伝搬環境、妨害源、伝搬環境、故障、伝搬環境、故障、障害等の条件を変更 OK! 現在の取り組みと今後の展開ミリ波通信、広帯域通信（SS, OFDM）への対応 • IEEE 802.11系を使用するCBTCにも一部対応可 – IEEE 802.11a/gの変復調とフレームフォーマットを実装済 • ミリ波による超大容量通信のシミュレーション基地局の自動配置、チャンネル配置の最適化 • 伝送品質、基地局配置上の制約、コストを入力として最適な配置案を数理的に求めて提示する手法を開発中列車運行・旅客行動シミュレータとの連携 • ダイヤ乱れ時を考慮したシステム設計の支援音声通信など様々な無線システムへの対応 • 業務用の無線通信システムの設計支援に活用できる総合的な通信環境シミュレータへの展開 2