(57)【要約】【課題】、集合住宅やオフィスビル等構造物内の各種配管等の既存インフラを活用して、伝送効率が高く通信内容の漏洩のない通信環境を提供する。【解決手段】金属管１０と、前記金属管１０内に配設される導線と、第１の信号を生成する第１の送受信機５０と、第２の信号を生成する第２の送受信機５０と、前記第１の送受信機５０に接続され前記金属管１０の第１の場所において前記第１の送受信機５０から伝送される前記第１の信号を受けて前記導線に送信し且つ前記導線から伝送される前記第２の信号を受けて前記第１の送受信機５０に伝送する第１の励振器３０と、前記第２の送受信機５０に接続され前記金属管１０の第２の場所において前記第２の送受信機５０から伝送される前記第２の信号を受けて前記導線に送信し且つ前記導線から伝送される前記第１の信号を受けて前記第２の送受信機５０に伝送する第２の励振器３０、を有する情報通信システム。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管と、
前記金属管内に配設される導線と、
第１の信号を生成する第１の送受信機と、
第２の信号を生成する第２の送受信機と、
前記第１の送受信機に接続され、前記金属管の第１の場所において前記第１の送受信機から伝送される前記第１の信号を受けて前記導線に送信し、且つ前記導線から伝送される前記第２の信号を受けて前記第１の送受信機に伝送する第１の励振器と、
前記第２の送受信機に接続され、前記金属管の第２の場所において前記第２の送受信機から伝送される前記第２の信号を受けて前記導線に送信し、且つ前記導線から伝送される前記第１の信号を受けて前記第２の送受信機に伝送する第２の励振器と、を有することを特徴とする情報通信システム。
【請求項２】
金属管と、
第１の信号を生成する第１の送受信機と、
第２の信号を生成する第２の送受信機と、
前記第１の送受信機に接続され、前記金属管の第１の場所において前記第１の送受信機から伝送される前記第１の信号を受けて前記金属管に送信し、且つ前記金属管から伝送される前記第２の信号を受けて前記第１の送受信機に伝送する第１の励振器と、
前記第２の送受信機に接続され、前記金属管の第２の場所において前記第２の送受信機から伝送される前記第２の信号を受けて前記金属管に送信し、且つ前記金属管から伝送される前記第１の信号を受けて前記第２の送受信機に伝送する第２の励振器と、を有することを特徴とする情報通信システム。
【請求項３】
前記金属管は電線管であり、前記導線は電話線であることを特徴する請求項１に記載の情報通信システム。
【請求項４】
前記金属管は電線管であり、前記導線は同軸ケーブルの網組線であることを特徴とする請求項１に記載の情報通信システム。
【請求項５】
前記金属管は電線管であり、前記導線は同軸ケーブルの芯線であることを特徴とする請求項１に記載の情報通信システム。
【請求項６】
前記金属管は、水道管、ガス管、空調ダクト、油送管及び掘削管であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報通信システム。
【請求項７】
前記第１の信号及び前記第２の信号は、５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数の信号であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報通信システム。
【請求項８】
前記金属管は、構造物に配設され、
前記構造物は、集合住宅、ビル、工場、パイプライン施設、自動車、船舶、航空機及び列車車両であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報通信システム。
【請求項９】
金属管の第１の場所と第２の場所との間の情報通信方法において、
前記第１の場所において第１の信号を生成し、
前記第１の信号を前記金属管内に配設された導電体に前記金属管内に配設された第１の励振器を通して送信し、
前記導電体から伝送された前記第１の信号を前記金属管内に配設された第２の励振器を通して前記第２の場所において受信することを特徴とする情報通信方法。
【請求項１０】
金属管の第１の場所と第２の場所との間の情報通信方法において、
前記第１の場所において第１の信号を生成し、
前記第１の信号を前記金属管内に配設された第１の励振器を通して前記金属管に送信し、
前記金属管から伝送された前記第１の信号を前記金属管内に配設された第２の励振器を通して前記第２の場所において受信することを特徴とする情報通信方法。
【請求項１１】
前記金属管は電線管であり、前記導線は電話線であることを特徴する請求項９に記載の情報通信方法。
【請求項１２】
前記金属管は電線管であり、前記導線は同軸ケーブルの網組線であることを特徴とする請求項９に記載の情報通信方法。
【請求項１３】
前記金属管は電線管であり、前記導線は同軸ケーブルの芯線であることを特徴とする請求項９に記載の情報通信方法。
【請求項１４】
前記金属管は、水道管、ガス管、空調ダクト、油送管及び掘削管であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の情報通信方法。
【請求項１５】
前記第１の信号及び前記第２の信号は、５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数の信号であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の情報通信方法。
【請求項１６】
前記金属管は、構造物に配設され、
前記構造物は、集合住宅、ビル、工場、パイプライン施設、自動車、船舶、航空機及び列車車両であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の情報通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムを提供する方法及びシステムに関し、特に建造物等の構造物内の導体を利用して、局所的な準静的電磁界を作出して電波を伝達する方法及びシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報化が進行し情報化社会といわれる現代において、異なるたくさんの機器を比較的低コストで、ワイヤを使わず簡単に接続でき、且つ同じ無線周波帯域の他の利用者との混信を起こさない方法や装置の開発が望まれている。本発明の出願人は、かかる課題を解決すべく、特表２００３−５１２７４８号公報において基本的な方法を提案している。
【０００３】
一方、かかる情報化社会の進行と歩調を合わせて、既存の通信環境の整備や既存インフラを利用した新たな通信環境の提供が望まれている。例えば、特に老朽化したいわゆるマンション等の集合住宅やオフィスビル等において、パーソナルコンピュータの普及に伴って住人が高速通信手段を得ようとする場合、伝送効率の高い通信を可能にする光ファイバを敷設する等の方法が考えられる。しかし、光ファイバ等を敷設すると大規模な工事となり、費用が高額となって敷設できない場合もあり、かかる環境の整備が問題となっている。費用が高額となって通信環境整備の障害となる点は、住人が個人的に家庭用の回線を交換する場合も同様である。
【０００４】
また、近年普及が進んだケーブルテレビは、当初敷設したケーブルが老朽化の時期にさしかかっている。各有線テレビジョン放送会社は、このケーブルの交換が必要となっているが、上述した集合住宅やオフィスビル等においては、共同配管を使用して敷設しているためやはり工事が大規模になり交換費用が高額となる。しかし、かかる費用を利用者負担とした場合同業者との競争上不利となり、現状では有線テレビジョン放送会社が自己負担している。今後更に老朽化が進行した場合工事件数が飛躍的に増大し、有線テレビジョン放送会社の収益を圧迫する。従って早急な対策が望まれている。
【特許文献１】特表２００３−５１２７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、集合住宅やオフィスビル等構造物内の各種配管等の既存インフラを活用して、伝送効率が高く通信内容の漏洩のない通信環境を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、金属管と、前記金属管内に配設される導線と、第１の信号を生成する第１の送受信機と、第２の信号を生成する第２の送受信機と、前記第１の送受信機に接続され、前記金属管の第１の場所において前記第１の送受信機から伝送される前記第１の信号を受けて前記導線に送信し、且つ前記導線から伝送される前記第２の信号を受けて前記第１の送受信機に伝送する第１の励振器と、前記第２の送受信機に接続され、前記金属管の第２の場所において前記第２の送受信機から伝送される前記第２の信号を受けて前記導線に送信し、且つ前記導線から伝送される前記第１の信号を受けて前記第２の送受信機に伝送する第２の励振器と、を有することを特徴とする情報通信システムが提供される。  
【０００７】
また、本発明の別の実施形態によれば、金属管と、第１の信号を生成する第１の送受信機と、第２の信号を生成する第２の送受信機と、前記第１の送受信機に接続され、前記金属管の第１の場所において前記第１の送受信機から伝送される前記第１の信号を受けて前記金属管に送信し、且つ前記金属管から伝送される前記第２の信号を受けて前記第１の送受信機に伝送する第１の励振器と、前記第２の送受信機に接続され、前記金属管の第２の場所において前記第２の送受信機から伝送される前記第２の信号を受けて前記金属管に送信し、且つ前記金属管から伝送される前記第１の信号を受けて前記第２の送受信機に伝送する第２の励振器と、を有することを特徴とする情報通信システムが提供される。
【０００８】
更に、本発明によれば、金属管の第１の場所と第２の場所との間の情報通信方法において、前記第１の場所において第１の信号を生成し、前記第１の信号を前記金属管内に配設された導電体に前記金属管内に配設された第１の励振器を通して送信し、前記導電体から伝送された前記第１の信号を前記金属管内に配設された第２の励振器を通して前記第２の場所において受信することを特徴とする情報通信方法が提供される。
【０００９】
また更に、本発明によれば、金属管の第１の場所と第２の場所との間の情報通信方法において、前記第１の場所において第１の信号を生成し、前記第１の信号を前記金属管内に配設された第１の励振器を通して前記金属管に送信し、前記金属管から伝送された前記第１の信号を前記金属管内に配設された第２の励振器を通して前記第２の場所において受信することを特徴とする情報通信方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、集合住宅やオフィスビル等構造物内の各種配管等の既存インフラを活用して、伝送効率が高く通信内容の漏洩のない通信環境が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるわけではない。また、各実施形態において、同様の構成については同じ符号を付し、改めて説明しない場合がある。
【００１２】
（第１の実施形態）
上述したように、マンション等のいわゆる集合住宅やオフィスビル等においては、例えば各家庭の電源線や電話線等は、共有スペースに設けられた電線管１０といわれる共同配管内に敷設され、各家庭に配線されている。図１は、集合住宅における電線管１０による電話線１１等の配線を示す模式図であり、図２は、図１に示した部分Ａの拡大図である。また図３は、図１に示した部分Ｂの拡大図であり、本発明の第１の実施形態の励振器（ｅｘｃｉｔｅｒ、以下エキサイタと記す。）３０の接続方法を示す図である。図１に示すように、集合住宅等においては、共有部分に配設された共同配管である電線管１０内に各家庭用の電話線１１が敷設され、各家庭に配線される。
【００１３】
電線管１０は、一般的に約５ｃｍ程度の径の金属管であり、鉄、銅、真鍮、アルミニウム等及びそれらの合金の管が用いられている。電線管１０内には、図２に示すように各家庭に配線される複数の電話線１１が敷設され、各階ごとに必要な電話線１１だけが各家庭に引き込まれる。
【００１４】
図３に示すように、各電線管１０の下部には主配電盤（Ｍａｉｎ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｒａｍｅ  以下、ＭＤＦと記す。）２０が配設され、電話局からの回線（図示せず）がＭＤＦ２０を介して各家庭用に分けられる。
【００１５】
かかる配線がされた集合住宅において、伝送効率の高い通信を可能とする方法としては従来２つの方法があった。一つは、集合住宅内ＬＡＮ回線を使用して配線する方法であるが、ＩＳＤＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  総合デジタル通信網）、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ  非対称デジタル加入者線）といった電話回線の普及が進み、ある程度築年数の経過した一般的な集合住宅では電線管１０の内部が回線で詰まった状態で隙間がなく、ＬＡＮケーブルの敷設ができない場合が多い。
【００１６】
もう一つの方法は、ＤＳＬ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ  デジタル加入者線）と呼ばれる既存の電話線１１を利用する方法で、光ファイバが普及するまでの「つなぎ」サービスとして利用されているものであるが、電話局との距離が短くないと十分な伝送効率を確保できない、及びＩＳＤＮと混信するおそれがある等の欠点がある。また、このＤＳＬの代表的な方法であるＶＤＳＬ（Ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ‐ｂｉｔ‐ｒａｔｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）は、１００Ｍｂｐｓの回線を入居者で分割する方法であるが、入居者数が多ければそれだけ通信速度が遅くなり、大規模な集合住宅では高速通信の実効が得られない。
【００１７】
以上説明したとおり、ある程度の築年数が経過したマンション等の集合住宅又はオフィスビル等においては、既存のインフラが障害となって伝送効率の高い通信環境を提供することが困難な場合がある。特に、老朽化が進行した集合住宅等においては顕著である。
【００１８】
本発明の第１の実施形態においては、かかる老朽化した集合住宅やオフィスビル等の構造物において、従来の電線管等の金属管１０及び前記金属管１０内に敷設された電話線１１等の配線をそのまま使用して、伝送効率が高く且つ通信内容の漏洩のない安全性に優れた通信環境を提供することができる。
【００１９】
かかる優れた通信環境を可能にするのは、本発明が励振器を使用して電磁界を発生させ、いわゆるエバネセント空間を発生させることによる。従って、本発明の説明にあたって、かかる励振器について説明する。尚、以下においては、かかる励振器をエキサイタということがある。
【００２０】
励振器は、金属管を含む金属構造中にＲＦ（無線周波数）電流を注入して金属構造を励振させる装置であり、これらの電流は、金属構造の表面を伝わって伝播する。励振器は、他の励振器によって発生した金属構造中の電流を受け取る特性を有する。従って、２つ以上の励振器で構成するシステムは、金属構造からＲＦ電流を注入し又は受信することにより、励振器相互間で通信することができる。本発明の第１の実施形態で使用するエキサイタ３０を、図によって説明する。図４は、本発明の第１の実施形態におけるエキサイタ３０の概略構成図である。
【００２１】
図４において、エキサイタ３０は、抵抗ＲとコンデンサＣ０とを直列に接続したものである。抵抗ＲとコンデンサＣ０の値は適時設計変更可能であるが、本発明者らの実験結果によれば、Ｒ＝５１Ω、Ｃ０＝０．１μＦであることが好ましいことがわかっている。但し、これに限定されるわけではない。また、エキサイタ３０の端子と送受信機５０との接続については、本実施形態においては抵抗Ｒ側の端子を送受信機５０側に接続し、コンデンサＣ０側の端子を導線３１側に接続しているが、反対に接続してもよい。
【００２２】
上述したように抵抗とコンデンサから構成される簡単な構造であるため、エキサイタ３０は軽量小型化することが可能である。なお、かかるエキサイタ３０は励振器の例示であり、励振器はこれに限定されるわけではない。また、エキサイタ３０の代わりに、より広域の周波数帯をカバーできるディスコーンアンテナを使用したいわゆる３Ｄエキサイタを使用してもよいし、２Ｄエキサイタでも良い。かかる３Ｄエキサイタ及び２Ｄエキサイタについては、本発明の出願人の先願である特表２００３−５１２７４８号公報を参照されたい。
【００２３】
かかるエキサイタ３０を使用し、伝送効率が高く安全性に優れた通信環境を構築できる本発明の第1の実施形態について、図３を用いながら説明する。図３において示すように、集合住宅等の電線管１０の下部には、電話局からの回線を集合住宅内の各家庭に分配するＭＤＦ２０が配設されている。ＭＤＦ２０内においては、電話局からの回線（図示せず）が各家庭用の電話線１１の電話線芯線１２と接続され、各家庭用に分配される。本発明の第１の実施形態においては、このＭＤＦ２０の近傍にエキサイタ３０を１個配設し、ＭＤＦ２０内の各家庭用の電話線１１の電話線芯線１２への接続点において、前記エキサイタ３０から並列に引き回した導線３１と前記各家庭用の電話線１１の電話線芯線１２とを接続する。
【００２４】
エキサイタ３０には、別の導線３２を介して送受信機５０が接続される。前記導線３２は一般的には同軸ケーブルが用いられるが、エキサイタ３０と送受信機５０との間は特性インピーダンスが５０Ωである必要があるので、前記特性インピーダンスが確保できれば同軸ケーブルに限られない。
【００２５】
一方、各家庭内の電話線１１の電話線芯線１２にも導線３１を介してエキサイタ３０が接続される。そして前記エキサイタ３０には、送受信機５０が特性インピーダンス５０Ωの導線３２を介して接続される。従って、ＭＤＦ２０と家庭内の電話線１１の終端とは、エキサイタ３０で挟まれた間隔となる。
【００２６】
かかる構成を全体的に示したのが、図５である。図５は、本発明の第１の実施形態の全体構成を模式的に示す図である。金属管（本実施形態においては電線管。）１０の内部を通された電話線１１の電話線芯線１２は、一端がＭＤＦ２０、及び前記ＭＤＦ２０に接続された導線３１を介してエキサイタ３０に接続され、更に別の導線３２を介して送受信機５０に接続される。一方、電話線芯線１２の他の一端は、各家庭内に配設されたエキサイタ３０に接続され、更に導線３１を介して送受信機５０に接続される。なお、エキサイタ３０を配設する位置はこれに限られず、ＭＤＦ２０と金属管１０との間に配設してもよい。但しこの場合には、電話線ごとにエキサイタ３０を接続する必要がある。
【００２７】
かかる構成によって、エキサイタ３０と各家庭用の電話線１１の電話線芯線１２が接続されているため、送受信機５０（この場合、第1の送受信機となる。）から、該送受信機５０に接続された前記エキサイタ３０（この場合、第１の励振器となる。）に所定の無線周波数（ＲＦ）信号（第１の信号）を伝送すると、前記エキサイタ３０は電流を注入して電話線芯線１２を励振させる。これによって、電線管１０と電話線芯線１２との間において準静的電磁界（エバネセント空間）１００を発生させることができる。電線管１０内部においては電話線芯線１２を取り巻く外周は、金属製の前記電線管１０であるため、所定の周波数のＲＦ電流の注入によって電磁界が生じるのである。前記電磁界を伝搬して伝送された前記電流は、他のエキサイタ３０（この場合、第２の励振器となる。）によって受け取られ、該エキサイタ３０に接続された他の送受信機５０（この場合、第２送受信機となる。）に伝送され、該送受信機５０によって復調される。なお、前記所定の無線周波数は、一般的に短波（ＨＦ）、超短波（ＶＨＦ）、極超短波（ＵＨＦ）の下方帯域であるが、本発明の第１の実施形態で使用される周波数は、中波の一部も含む５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数である。但し、一実施形態であり、本発明の無線周波数帯域はこれに限定されるわけではない。
【００２８】
次に、かかる電磁界内において、電波が伝播する状況を説明する。図６は、本発明の第１の実施形態における電線管１０内の電磁界を模式的に示す図である。図６においては電磁界の様子を理解しやすくするために波状の形状で示しているが、これはあくまでもイメージであり、電磁界が波状になっているわけではない。上述したように、電線管１０と前記電線管１０内の電話線１１の電話線芯線１２との間には、所定のＲＦ電流の注入により電磁界１００が生じる。かかる電磁界１００内においては、所定の周波数のＲＦ電流は途中で減衰することなく伝播する。
【００２９】
かかる電波の減衰の状況を、実験結果によって説明する。図７は、本発明の第１の実施形態と同様に、上述したエキサイタ３０を接続し金属管１０内を経由した導線３１の終端における電界強度測定方法の模式図及び測定結果を示す図である。また、図１３は図７に示したエキサイタ３０を接続しただけ（即ち、金属管１０を経由しない。）の導線３１の終端における電界強度測定方法の模式図及び測定結果を示す図である。
【００３０】
図７及び図１３において、導線３１は１８．４ｍの長さのものを用い、導線３１の一端にエキサイタ３０を接続し、更に前記エキサイタ３０にシグナルジェネレータ６０を接続する。図７においては、金属管１０として、マンション等の集合住宅において電線管として一般的に使用されている４７．８ｍｍ径の電線管（丸一鋼管株式会社製  厚鋼電線管Ｇ４２  溶融亜鉛めっき管）を使用した。また、電界強度の測定は、前記導線３１の終端において電界プローブ８０を用い、スペクトラムアナライザ（スペクトル分析器）７０によって導線３１表面の垂直方向の電界を測定した。本実験においては、スペクトラムアナライザ７０としてＮＡＲＤＡ社製ＳＲＭ−３０００セレクティブメータを使用し、また、電界プローブ８０として、同じＮＡＲＤＡ社製１軸式磁界プローブ３５５１／０１を使用した。
【００３１】
実験は、シグナルジェネレータ６０によって、周波数５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの電波を所定の電力（基準電力０．０ｄＢｍ）で、導線３１にエキサイタ３０を介して出力し、１８．４ｍ先の導線３１の終端において電界プローブ８０を用い、前記電波が増幅乃至減衰する状況を測定した。
【００３２】
図７においては、周波数５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの全帯域に渉って、約９５ｄＢμＶ/ｍ以上の電界強度特性を確保でき、電波があまり減衰しないことが把握される。一方図１３に示すように、金属管１０を経由しない場合には、５０ＭＨｚ以上の周波数帯域において電界強度特性が８０ｄＢμＶ/ｍ以下になってしまい、電波がある程度減衰しているのが把握される。以上のように、導線３１を、金属管１０内を経由させることによって、電波の減衰を抑制できることが理解される。本発明の第１の実施形態によれば、電波の減衰を抑制して良好な通信環境が提供できることが理解される。なお、電波が減衰しないのは、導線３１の外周を金属管１０が取り囲んでいるため、磁界が減衰しないためと考えられる。
【００３３】
また、マンション内の電線管１０と同様に、金属管１０及び導線３１を長距離にした場合の効果についても測定試験を行っている。図８は、金属管１０と導線３１の長さを１１０ｍとし、図７と同様に電界強度を測定した測定結果を示す図である。図７においては、導線３１の一端にエキサイタ３０を接続したが、図８においては、導線３１の両端にエキサイタ３０を接続し、また、電力を＋１０ｄＢｍで出力している。測定は周波数５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの全帯域に渉って測定し、受信電力が約３５ｄＢの減衰と良好であった。即ち、導線３１の両端にエキサイタ３０を接続することで、長距離においても電波の減衰が抑制され、１００ＭＨｚ以下の周波数帯域において、伝送ロス特性が非常に少なく、長距離間の通信を行うことが可能であることが理解される。この結果、長距離を配線する集合住宅内の電線管１０においても本発明の効果が発揮されることが把握される。
【００３４】
以上の結果、図１に示すように、マンション等の集合住宅又はオフィスビル等の各家庭又は事務室内の電話線１１の端部にエキサイタ３０を配置し、ＭＤＦ２０近傍に配設したエキサイタ３０から所定の周波数で励振した電話線１１を介すれば、それぞれのエキサイタ３０に接続した送受信機５０を介してエバネセント空間によって電波の減衰を抑制しながら通信できることが理解される。従って、本発明の第１の実施形態によれば、従来の既存インフラである電話線１１をそのまま利用して伝送効率の高い通信環境が確立できる。また、ＭＤＦ２０まで通信会社の提供する光ファイバで接続し、ＭＤＦ２０から各家庭又は事務室までを、ＭＤＦ２０近傍に配設したエキサイタ３０と各家庭内又は事務室内のエキサイタ３０とで励振した従来の電線管１０内の各電話線１１を経由して伝送することで、より伝送効率の高い通信環境の確立が可能となる。
【００３５】
なお、かかる電線管１０内の各家庭用の電話線１１の場合、例えば通話中の会話の漏洩、混信が問題となるが、パソコン通信等はＩＰアドレスで送受信が制御されており、電話による会話のように混信や漏洩は問題とならない。
【００３６】
また、エバネセント波は、電磁界内では減衰が抑制されるが、金属で囲われた外部に漏洩した場合、急激に減衰する特性がある。従って、電線管１０外に通信内容が漏洩することはない。一般的な通信においては、例えば建造物外に電波が漏洩し傍受されることもあるが、本発明の第１の実施形態によればかかる建造物外への通信内容の漏洩がなく、安全性の高い通信環境が提供される。
【００３７】
以上説明したとおり、本発明の第１の実施形態においては、第１に、ある程度の築年数が経過したマンション等の集合住宅又はオフィスビル等において、既存のインフラを利用して伝送効率の高い通信環境を提供することができる。また第２に、既存のインフラを利用するため、伝送効率の高い通信環境を安価に提供することができる。更に第３に、エバネセント空間を利用するため通信内容の漏洩のない安全性が高く、且つ伝送効率の高い通信環境が提供される。
【００３８】
（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態においては、上述したように、ある程度の築年数が経過したマンション等の集合住宅又はオフィスビル等において、既存のインフラを利用して伝送効率の高い通信環境を提供することができる。ここで、既存のインフラには、例えば、ＣＡＴＶ（Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ  Ａｎｔｅｎｎａ  ＴｅｌｅＶｉｓｉｏｎ）と呼ばれる有線テレビジョン放送会社が提供するケーブルテレビ網がある。かかるケーブルテレビ網は、近年多チャンネルやＩＰ電話サービス、高速なインターネット接続サービスを武器に、都市部において加入者数を増大させている。
【００３９】
ここで、ケーブルテレビ網は、１９８０年代にＣＳ／ＢＳ等の専門チャンネルの同時送信による多チャンネル化で普及し、また１９９０年代には、加入者からセンターへデータを送信できる双方向システムのホームターミナルを使用した「都市型ケーブルテレビ」が大都市近郊の行政単位で次々と開局し、加入者数を増やしてきた。しかし、すでに開設から２０年以上経過したケーブルテレビ網が多く、ケーブルの老朽化の問題を抱えている。また、加入者からの伝送効率の高い通信環境を望む要望に対して、光ファイバの敷設が高額となることから、対応に苦慮しているのが現状である。
【００４０】
かかるケーブルテレビ網は、マンション等の集合住宅の場合、電線管等の共同配管内を同軸ケーブル等で配線されている。しかし、上述したように電線管等の共同配管は、パーソナルコンピュータの普及に伴いＡＤＳＬ回線等の各種ケーブルで詰まった状態で空きが無く、老朽化したケーブルを交換する場合及び光ファイバを敷設する場合に大規模な工事となることが多い。営業競争上この工事費をケーブルテレビ加入者の負担とすることができにくく、有線テレビジョン放送会社の負担となり収益を圧迫しつつある。今後更に老朽化が進み、一方で伝送効率の高い通信環境を望む要望が高まれば、この負担は更に増大する。
【００４１】
本発明の第２の実施形態においては、かかるケーブルテレビ網について、従来のインフラを利用しながら伝送効率の高い通信環境を提供することができる。即ち、現状のケーブルテレビ網は、有線テレビジョン放送会社からエリア内のケーブル配線には、幹線に光ファイバケーブル（以下、光ケーブルという。）が用いられ、末端に同軸ケーブルを利用したＨＦＣ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏａｘｉａｌ  光同軸ハイブリッド伝送。）が一般的である。老朽化及び高速通信で問題となるのは、この同軸ケーブルの部分であるが、本発明の第２の実施形態においては、この同軸ケーブルを交換せずにそのまま利用して伝送効率の高い、且つ安全性に優れた通信環境を提供することができる。
【００４２】
マンション等の集合住宅においては、上述したＨＦＣ方式の場合、幹線の光ファイバから共聴設備に接続され、共聴施設から同軸ケーブルで各家庭に配線される。従って、上述した本発明の第１の実施形態と同様に、共聴設備の各家庭用の同軸ケーブルの接続点において、前記同軸ケーブルにエキサイタを導線で接続する。また、前記エキサイタには別の導線を介して送受信機が接続される。
【００４３】
この際、同軸ケーブルと導線との接続方法は２通りの方法がある。即ち、同軸ケーブルの外側の網組線の部分と導線を接続する方法（以下、かかる接続方法を第１接続方法という。）、及び同軸ケーブルの芯線と導線を接続する方法（以下、かかる接続方法を第２接続方法という。）である。本発明の第２の実施形態においては、いずれの接続方法であっても効果を発揮する。
【００４４】
また、各家庭内の同軸ケーブルの端部には、本発明の第１の実施形態と同様にエキサイタが接続される。従って、同軸ケーブルの両端がエキサイタで挟まれた状態となる。前記エキサイタにも導線を介して送受信機が接続される。
【００４５】
かかる構成による本発明の第２の実施形態の効果を、図を基に説明する。図９は、本発明の第２の実施形態における電線管１０内の同軸ケーブル４０の断面模式図である。なお、図９においては、説明上同軸ケーブルの外周部の絶縁プラスチック等は図示を省略している。まず、第１接続方法における効果を図９の同軸ケーブルＡ４０を例に説明する。第１接続方法によれば、同軸ケーブルＡ４０外側の網組線Ａ４２とエキサイタ３０（図示せず）とが導線３１（図示せず）で接続される。エキサイタ３０に所定の周波数のＲＦ電流を注入して網組線Ａ４２を励振させる。同軸ケーブルＡ４０は、金属管である電線管１０の内部を経由しているため、網組線Ａ４２が励振することによって同軸ケーブルＡ４０の外側に位置する網組線Ａ４２と前記電線管１０との間に電磁界Ａ１００が発生する。即ち、網組線Ａ４２と電線管１０との間にエバネセント空間が発生する。従って、エキサイタ３０から注入された所定の周波数のＲＦ電流は網組線Ａ４２の外側を伝播して伝送されるが、このエバネセント空間が発生していることにより、電波が減衰することなく伝播する。即ち、上述した本発明の第１の実施形態で説明したように、電線管１０と同軸ケーブルＡ４０との間は、金属で囲われた空間であるため、本発明の第１の実施形態と同様の理由によって電波が減衰しないのである。なお、上述した所定の周波数は、本発明の第１の実施形態と同様に５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数が用いられる。
【００４６】
第２接続方法における効果を図９の同軸ケーブルＢ４０を例に説明する。第２接続方法によれば、同軸ケーブルＢ４０の同軸ケーブル芯線Ｂ４１とエキサイタ３０（図示せず）とが導線３１（図示せず）で接続される。同軸ケーブル４０は、主に銅線である同軸ケーブル芯線４１をポリエチレン等の絶縁体で包み、その上を網状の金属シールド（網組線４２）で覆ったもので、更にその補強のために網組線４２の外側を塩化ビニール等で覆った多重構造のケーブルである。即ち、図９において同軸ケーブルＢ４０の外周側には網組線Ｂ４２が配設されており、同軸ケーブル芯線Ｂ４１と網組線Ｂ４２との間には、ポリエチレン等の絶縁材が介在しているが、同軸ケーブル芯線Ｂ４１の外側は金属（網組線４２）で囲われた空間である。従って、エキサイタ３０に所定の周波数の電流を注入して同軸ケーブル芯線Ｂ４１を励振させると、同軸ケーブル芯線Ｂ４１の外側に位置する網組線Ｂ４２と前記同軸ケーブル芯線Ｂ４１との間に電磁界Ｂ１００が発生する。即ち、同軸ケーブル芯線Ｂ４１と網組線Ｂ４２との間にエバネセント空間が発生する。従って、エキサイタ３０から注入された所定の周波数のＲＦ電流は同軸ケーブル芯線Ｂ４１の外側を伝播して伝送されるが、このエバネセント空間が発生していることにより、電波が減衰することなく伝播する。この場合も５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数が用いられる。
【００４７】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態においては、同軸ケーブル４０とエキサイタ３０から引き出される導線３１との接続方法が、第１接続方法及び第２接続方法のいずれであっても、電波が減衰することなく伝播する。しかも、電波は、金属で囲まれた空間の中を電磁界によって伝播するため、同軸ケーブル４０がある程度老朽化していても問題とならない。特に第１接続方法によれば、銅線等が細かに編みこまれた網組線４２と電線管１０との間に生じる電磁界１００を利用するため、例えば、同軸ケーブル芯線４１が老朽化して断線が生じても、網組線４２すべてが老朽化して同一箇所で断線する確率は低い。従って、ケーブルテレビ網を交換せずに通信環境を確保することができる。なお、使用したエキサイタ３０は、図４で示したものを使用しているが、これに限定されるわけではなく、３Ｄエキサイタや２Ｄエキサイタであってもよい。
【００４８】
また、本発明の第１の実施形態で図８を基に説明したように、かかるエバネセント空間を利用して通信する場合、エキサイタ３０の間隔が１１０ｍと長距離に広がっても、周波数５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの全帯域に渉って測定して受信電力が約３５ｄＢの減衰しかないため伝送効率の高い良好な通信環境が確保できる。
【００４９】
更に、本発明の第１の実施形態と同様、エバネセント空間を利用するため、電線管１０外又は同軸ケーブル４０外に電波が漏洩しても、急激に電波が減衰するため通信内容が漏洩することはなく、プライバシーの保護上安全性が高い。
【００５０】
以上説明したとおり、本発明の第１の実施形態の変形実施例においては、第１に、老朽化したケーブルテレビ網のインフラをそのまま利用して伝送効率の高い通信環境を提供することができる。また第２に、ケーブルテレビ網の交換が必要ないため、有線テレビジョン放送会社の収益を圧迫することがない。更に第３に、エバネセント空間を利用するため通信内容の漏洩のない安全性が高く、且つ伝送効率の高い通信環境が提供される。
【００５１】
なお、構造物によっては、かかる同軸ケーブル４０が電線管１０等の金属管に配設されず、プラスチック管内に配設されている場合がある。かかる場合でも、本発明の第２の実施形態で対応が可能である。即ち、上述した構成において、同軸ケーブル４０の同軸ケーブル芯線４１に導線を介してエキサイタ３０を接続する。即ち、第２接続方法で接続する。上述した方法においては同軸ケーブル４０が配設された金属管である電線管１０を使用して、同軸ケーブル芯線４１と電線管１０との間に電磁界を形成したが、プラスチック管等ではこれができない。そこで、同軸ケーブル４０の網組線４２をグランドに落とさず、フローティング状態とする。網組線４２は、金属線が細かく編み込みされた構造であるため、フローティングとすることで金属管１０と同様に金属で囲まれた空間を形成することができる。以上の方法によって、上述した第２の実施形態と同様の構成とすることができる。この場合の効果は、上述した本発明の第２の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００５２】
（第３の実施形態）
上述したとおり、本発明の第１及び第２の実施形態においては、集合住宅やオフィスビル等の電話線等の共同配管である電線管等と、前記電線管内に敷設された既存の電話線やケーブルテレビ網を利用して、安価で且つ通信内容の漏洩のない安全性が高く、且つ伝送効率の高い通信環境が提供される。本発明の第３の実施形態においては、集合住宅やオフィスビル等の電線管以外の既存のインフラを利用して、安価で且つ通信内容の漏洩のない安全性が高く、且つ伝送効率の高い通信環境を提供することができる。
【００５３】
集合住宅やオフィスビル等においては、電線管以外にも、共有のスペースに水道管やガス管等の配管が配設されている。かかる配管は、共用スペース内を通される主配管と、主配管から各家庭に引き回される枝配管とから構成される。本発明の第３の実施形態においては、かかる配管のうち、水道管の主配管及び枝配管を利用して伝送効率の高い通信環境を提供することを特徴とする。
【００５４】
図１０及び図１１は、本発明の第３の実施形態を示す模式図である。図１０及び図１１において金属管１０の両端は閉じられている。本発明の第３の実施形態においては、金属管１０（本実施形態においては水道管。）内部にエキサイタ３０を配設し、エキサイタ３０によって導線３３又は金属管１０を励振させてエバネセント空間を発生させ、エバネセント空間を利用して所定の周波数で通信するものである。図１０において、水道管１０内部にエキサイタ３０を２個配設し、エキサイタ３０の間を導線３３で接続する。本実施形態においては、導線３３は、ビニール被覆銅線を使用したがこれに限られるわけではない。但し、エキサイタ３０を含めて導線３３も水道管１０内に配設されるため、完全に防水処理がなされる。それぞれのエキサイタ３０は、水道管１０に設けられた開口を通された導線３４を介して、水道管１０外部に配設された送受信機５０と接続される。導線３４は同軸ケーブルでもよいし、他のケーブルであってもよいが、特性インピーダンスが５０Ωであることが必要であるし、また水道管１０内部においては完全に防水処理がなされる。なお、前記開口は確実に密封され、水漏れ等が起こらないようにされる。
【００５５】
図１１に示す例では、同様に、水道管１０内部にエキサイタ３０を配設し、それぞれのエキサイタ３０は、水道管１０に設けられた開口を通された導線３４を介して、水道管１０外部に配設された送受信機５０と接続される。但し、図１０と異なり、それぞれのエキサイタ３０の間は導線３３で接続されることはなく、エキサイタ３０同士は、直接電気的に接続されることはない。図１０と同様に、水道管１０内部に配設されるエキサイタ３０及び導線３４は、完全に防水処理がなされる。導線３４は同軸ケーブルでもよいし、他のケーブルであってもよいが、特性インピーダンスが５０Ωであることが必要である。なお、前記開口は確実に密封され、水漏れ等が起こらないようにされる。
【００５６】
かかる構成によって、水道管１０外部に配設された送受信機５０から所定の周波数（第１の信号）を水道管１０内部に配設されたエキサイタ３０に伝送する。エキサイタ３０は、該エキサイタ３０に接続された導線３３又は直接水道管１０に所定の周波数のＲＦ電流を注入する。このとき、図１０においてはエキサイタ３０の間を接続する導線３３が励振され、導線３３と水道管１０との間に電磁界（即ち、エバネセント空間）が発生する。一方、図１１の例においては水道管１０自体が励振され、水道管１０内部の側壁間に電磁界が発生する。いずれの場合にも、エキサイタ３０に所定の周波数のＲＦ電流を注入することにより、水道管１０内部に電磁界が発生する。従って、かかる電磁界を利用して、それぞれのエキサイタ３０に接続された送受信機５０によって通信を行うことができる。前記電磁界を伝搬して伝送された電流は、他のエキサイタ３０によって受け取られ、該エキサイタ３０が接続された他の送受信機５０に伝送される。前記他の送受信機５０は前記電流を所定の周波数の信号（第１の信号）に復調する。これによって２つの送受信機５０間において通信が行われる。
【００５７】
本発明の第３の実施形態の効果について図を基に説明する。上述した本発明の第１及び第２の実施形態と同様に、電界強度測定試験を行って、本発明の第３の実施形態の効果を検証している。図１２は、図１０で示した例における導線３３の終端における電界強度測定の模式図及び測定結果を示す図である。但し、図１０と異なり、エキサイタ３０は金属管１０外部に配設されているが、電磁界は金属管１０と導線３３の間で発生するので、エキサイタ３０が配設されている位置は測定結果には影響しない。また、エキサイタ３０は、導線３３の一方側にだけ設けているが、導線３３の両側にエキサイタ３０を設けるのは長距離間の通信を可能にするためであるので、この点も測定結果に影響を与えない。
【００５８】
図１２において、金属管１０内部を経由した１８．４ｍの導線３３の一端に、エキサイタ３０を接続し、更に前記エキサイタ３０に導線３４を介してシグナルジェネレータ６０を接続する。金属管１０には水が注入され、金属管１０の両端は完全に密封されている。また、導線３３は金属管１０両端密封部分を貫通することになるが、かかる貫通部分も完全に防止処理がなされている。使用した金属管１０及びスペクトラムアナライザ７０等は、図７及び図１３で示したものと同様である。また、実験方法も図７及び図１３と同一であるので詳細は省略する。
【００５９】
図１２においては、周波数５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの全帯域のうち、７５ＭＨｚ〜９０ＭＨｚ付近において波信号が弱いが、７５ＭＨｚ以下の帯域においては、図１３で示した導線３１が金属管１０を経由しない場合に比して信号強度が強く、電界強度特性が優れているのが把握される。即ち、周波数５００ｋＨｚ〜７５ＭＨｚまでであれば管内に水が充満した水道管等を使用しても電磁界は影響を受けず、電磁界を利用して通信することで電波の減衰が抑制されるからである。
【００６０】
また、このことから、図８で示したのと同様に導線３３の両端にエキサイタ３０を接続すれば、水道管１０が長距離になっても良好な通信環境を確保することができることが把握される。そして、図８と同様に１００ＭＨｚ以下の周波数は伝送ロス特性が非常に少ないため、伝送効率の高い通信環境を構築することができることも理解される。
【００６１】
以上説明したように、本発明の第３の実施形態においては、周波数５００ｋＨｚ〜７５ＭＨｚのＲＦ電流を使用することで、集合住宅やオフィスビル等の既存の水道管を利用した伝送効率の高い通信環境を構築できる。既存の水道管を使用するため、安価に伝送効率の高い通信環境を構築することができ、また、エバネセント空間を利用するため、通信内容の漏洩のない安全性の高い通信環境を構築できる。
【００６２】
なお、水道管１０内にエキサイタ３０を配設した場合、水流の障害となることが考えられるが、エキサイタは小型化できるので、特に主配管については問題とならない。また、各家庭に引き回される枝配管についても基本的に問題とならないが、各家庭に引き入れられる部分にはいわゆる水道メータが配設されており、かかる水道メータの内部等にエキサイタを配設すれば、水流の障害となることがない。
【００６３】
（第４の実施形態）
上述した本発明の第３の実施形態は、既存の水道管を使用して伝送効率の高い通信環境を構築するものであるが、集合住宅やオフィスビル等においては水道管以外にも各種の配管が敷設されている。本発明の第４の実施形態として、かかる水道管を都市ガス等のガス配管に置き換えることが可能である。
【００６４】
集合住宅やオフィス等においては、ガス配管も共用スペースに集中して敷設されている。電線管や水道管と同様に、ガス管も共用スペースに配管されたメインとなる主配管から枝配管によって各家庭に分配される。従って、このガス配管を利用すれば、同様の安全性が高く、且つ伝送効率の高い通信環境を構築できる。
【００６５】
図１０及び図１１で示したように、金属製のガス管１０内にエキサイタ３０を配設し、それぞれのエキサイタ３０から導線３１を引き出し、ガス管に設けた開口から前記導線３１を引き出して送受信機５０に接続する。開口は、導線３１を引き出した後、確実に密封する。エキサイタ３０の間は、図１０に示すようにビニール被覆導線等の導線３３で接続してもよいし、また図１１のように、エキサイタ３０間はまったく接続しなくてもよい。
【００６６】
送受信機５０からの第１の信号を受けて、エキサイタ３０が所定の周波数のＲＦ電流を導線３３又はガス管１０に注入し、導線３３又はガス管１０を励振させる。これによって、導線３３とガス管１０との間、又はガス管１０の内部側壁間において電磁界が発生する。従って、上述した本発明の第３の実施形態と同様に、かかる電磁界を利用してそれぞれのエキサイタ３０に接続された送受信機５０によって通信を行うことができる。
【００６７】
この場合、本発明の第３の実施形態と異なり、ガス管１０内には気体であるガスが充満しているが、空気と同様に気体であり、効果は図７で示した効果と同様である。従って、５００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの全帯域にわたって効果があり、上述した本発明の第３の実施形態の水道管の場合に比して効果が大きい。
【００６８】
また、ガス管１０であるため、ガス管１０内に配設したエキサイタ３０がガスの流れの障害となることもない。なお、エキサイタ３０のガス管１０内への配設については、エキサイタが小型化できるため、特に主配管については問題とならない。一方、枝配管についても基本的に問題とならないが、本発明の第３の実施形態と同様に、各家庭内に引き入れられる部分に設けられたガスメータ内に配設することも可能である。
【００６９】
なお、いわゆるガス爆発の危険のあるガス管１０内にエキサイタ３０を配設することについては、エキサイタ３０が交流電流を流すものでなくショートしてスパークする等の危険がないため、安全性にまったく問題はない。
【００７０】
以上説明したように、本発明の第４の実施形態においては、集合住宅やオフィスビル等の既存のガス配管を利用して、伝送効率の高い通信環境を構築することができる。また、既存のガス配管を利用するため、安価に伝送効率の高い通信環境を構築することができる。更に、電磁界によるエバネセント空間を利用して通信を行うため、電波がガス管外に漏洩しても急激に減衰するため、通信内容の漏洩の心配がない安全性の高い通信環境を構築することができる。
【００７１】
なお、本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態においては、マンション等の集合住宅やオフィスビル等について説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるわけではない。例えば、工場、研究施設等の大規模な構造物や船舶、航空機、鉄道等の大規模な交通手段等においても、各種の既存の配管を利用して、安全性の高い且つ伝送効率の高い通信環境を構築することができる。特に研究施設等の通信内容の漏洩が問題となる施設については、エバネセント空間を利用した電波は金属で囲まれた空間外では急激に減衰するため、通信内容の傍受等が行い難く好適である。
【００７２】
また、本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態によれば、金属管は水道管及びガス管に限定されるわけではなく、例えば、ビル等における空調ダクト等の金属管であってもよい。例えば、構造物の室外に置かれる送風機と室内に配設されるセンサＶＡＶとの通信に応用することもできる。また、本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態によれば、工場等の各種の油送管やパイプライン等の施設の大規模な輸送管を活用した通信システムに応用することができる。更に、本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態によれば、資源探査用に地下に敷設される地中パイプの掘削管の先端と地上の測定装置との通信等にも応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】集合住宅における電線管１０による電話線１１等の配線を示す模式図である。
【図２】図１に示した部分Ａの拡大図である。
【図３】図１に示した部分Ｂを拡大し、本発明の第１の実施形態のエキサイタ３０の接続方法を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるエキサイタ３０の概略構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の全体構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における電線管１０内の電磁界を模式的に示す図である。
【図７】エキサイタ３０を接続し金属管１０内を経由した導線３１の終端における電界強度測定の模式図及び測定結果を示す図である。
【図８】金属管１０と導線３１の長さを１１０ｍとした場合の図７に示す例の電界強度を測定した測定結果を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における電線管１０内の同軸ケーブル４０の断面模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す模式図である。
【図１２】図１０で示した例における導線３３の終端における電界強度測定の模式図及び測定結果を示す図である。
【図１３】図７に示したエキサイタ３０を接続しただけ（即ち、金属管１０を経由しない。）の導線３１の終端における電界強度測定の模式図及び測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０：金属管（電線管、水道管、ガス管等）
１１：電話線
１２：電話線芯線
２０：主配電盤（ＭＤＦ）
３０：エキサイタ（励振装置）
３１：導線
３２：導線
３３：導線
３４：導線
４０：同軸ケーブル
４１：同軸ケーブル芯線
４２：同軸ケーブル網組線
５０：送受信機
６０：シグナルジェネレータ
７０：スペクトラムアナライザ
８０：電界プローブ
１００：電磁界、電磁界Ａ、電磁界Ｂ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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