(57)【要約】【課題】高速かつ高品質で移動体通信が可能な移動体光通信システムおよび移動体光通信方法を提供する。【解決手段】送信部２１は、送信する情報に従って変調された光信号を光源２２に放出させ、その光信号を光学部材２３によって移動体１１の移動方向に沿って一次元方向に広げる。移動体１１には受光部１２が設けられており、送信部２１からの光信号を受光し、復調部１３により復調して情報を受信することができる。移動体１１の移動に従って、受光部１２は一次元方向に広げられた光信号のパターンに沿って移動することになり、パターンの幅だけ移動体１１が移動するまで光信号を受光して情報を受信することができる。送信部２１を所定の間隔で設けておけば、連続した通信が可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に対して情報を送信する移動体光通信システムにおいて、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして送出する送信手段を固定側に設け、前記パターンの光信号を受光して復調し前記情報を取得する受信手段を前記移動体に設けたことを特徴とする移動体光通信システム。
【請求項２】
移動体から情報を送信する移動体光通信システムにおいて、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして送出する送信手段を移動体側に設け、前記パターンの光信号を受光して復調し前記情報を取得する受信手段を固定側に設けたことを特徴とする移動体光通信システム。
【請求項３】
前記送信手段は、光源としてレーザダイオードを用い、シリンドリカルレンズによりレーザ光を１次元的に広げることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体光通信システム。
【請求項４】
移動体に対して情報を送信する移動体光通信方法において、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして固定側に設けた送信手段から送出し、前記パターンの光信号を前記移動体に設けた受信手段で受光して復調し前記情報を取得することを特徴とする移動体光通信方法。
【請求項５】
移動体から情報を送信する移動体光通信方法において、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして移動体側に設けた送信手段から送出し、前記パターンの光信号を固定側に設けた受信手段により受光して復調し前記情報を取得することを特徴とする移動体光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体と地上との間で光を用いた通信を行うための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
列車などの移動体と地上を結ぶ通信手段としては、従来より無線が用いられている。一般に携帯電話などで用いられている方法では、基地局を設置し、その基地局と移動局との間で通信を行っている。しかし、トンネル内などでは電波が遮断されるため、通信を行うことができない。そのため、例えば電話などでは通話が途切れたり、データ通信を行っている場合にはセッションが切れてしまうといった問題がある。また、基地局との距離に応じて電波が減衰するため、それほど伝送速度を上げられない。さらに、フェージングなどの影響も受け、通信品質はそれほどよくない。
【０００３】
新幹線などでは、線路上あるいは線路脇に漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ：Ｌｅａｋｙ  Ｃｏａｘｉａｌ  Ｃａｂｌｅ）を敷設し、公衆電話の通信に利用している。この漏洩同軸ケーブルは、ケーブルに高周波の電流を流すと周囲に電磁波が輻射される性質を利用したものである。この漏洩同軸ケーブルは、走行する新幹線などの列車に近接して敷設されているため、距離による減衰量はそれほど変動せず、高品質の通信が可能である。またトンネル内などでも漏洩同軸ケーブルを敷設しておけば通信を行うことができる。しかし、トンネル内では壁面による電波の反射が発生するため、マルチパスフェージングの影響を強く受け、通信特性が著しく劣化するという欠点がある。また、通信速度についても、２．６Ｍｂｐｓ程度であり、さらなる高速化が望まれている。
【０００４】
また、一般に普及しているワイヤレスＬＡＮや携帯電話を利用する実験も行われている。例えば、５ＧＨｚ帯のＯＦＤＭ方式のワイヤレスＬＡＮで時速１００ｋｍまでの速度では通信が可能であることが確認されたが、それ以上の移動速度では通信が困難である。また、４５ＧＨｚ帯の電波を用いたミリ波を用いて列車と地上との間で通信を行う試みもあるが、通信速度は６．３Ｍｂｐｓ程度であり、それ以上の通信速度はまだ実現されていない。
【０００５】
電波ではなく、光を用いた列車通信方式を、例えば特許文献１や特許文献２などにおいて提案している。この方式は送信側で光ファイバの側面から光を漏洩させ、受信側でその漏洩された光を受光することにより通信を行うものである。これにより、光ファイバに沿って連続的に通信を行うことができる。光源となるレーザの性能によりＧｂｐｓ以上の通信性能を実現することができる。しかし、漏洩光の強度が弱く、その結果、通信距離が短いという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８２６８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８４２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、高速かつ高品質で移動体通信が可能な移動体光通信システムおよび移動体光通信方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、移動体に対して情報を送信する移動体光通信システムにおいて、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして送出する送信手段を固定側に設け、前記パターンの光信号を受光して復調し前記情報を取得する受信手段を前記移動体に設けたことを特徴とするものである。また移動体から情報を送信する移動体光通信システムにおいて、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして送出する送信手段を移動体側に設け、前記パターンの光信号を受光して復調し前記情報を取得する受信手段を固定側に設けたことを特徴とするものである。送信手段は、例えば光源としてレーザダイオードを用い、シリンドリカルレンズによりレーザ光を１次元的に広げるように構成することができる。
【０００９】
また本発明は、移動体に対して情報を送信する移動体光通信方法において、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして固定側に設けた送信手段から送出し、前記パターンの光信号を前記移動体に設けた受信手段で受光して復調し前記情報を取得することを特徴とするものである。また移動体から情報を送信する移動体光通信方法において、情報により変調された光信号を前記移動体の進行方向に沿って広げられたパターンとして移動体側に設けた送信手段から送出し、前記パターンの光信号を固定側に設けた受信手段により受光して復調し前記情報を取得することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、無線通信の媒体として光を利用しており、その特性からフェージングの影響や電磁ノイズの影響を無視できるほど小さく抑えることができる。また、光を用いることによって、Ｇｂｐｓ以上の高速な通信を実現することができる。さらに、光信号を広げたパターンとする際に、シリンドリカルレンズなどのように光学的に行うことができ、機械的な機構を排除して送信手段を簡略化し、また機械的な故障は発生せず、さらに通信速度が機械的な動作速度に影響されないなど、様々な効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。図中、１１は移動体、１２は受光部、１３は復調部、２１は送信部、２２は光源、２３は光学部材である。移動体１１は、一定の経路を移動するものであり、例えば列車や搬送車などが考えられるが、本発明はこれらに限られるものではない。ここでは一例として移動体１１が列車であるものとして説明する。
【００１２】
移動体１１が移動する経路には、適当な間隔で送信部２１が設置されている。例えば列車の軌道脇や側壁に敷設したり、あるいは軌道内に設けることもできる。あるいは電車であれば架線を張るための支柱などの架設設備に設けることもできる。
【００１３】
送信部２１は、情報により変調された光信号を移動体１１の進行方向に沿って広げられたパターンとして送出する。図１では、このパターンを移動体１１の側面に黒く直線状に示したパターンで示している。送信部２１としては、光源２２及び光学部材２３を含んで構成することができる。変調された光信号を送出するための光源２２は、例えばレーザダイオードなど、高速に点滅あるいは光量が制御可能な半導体発光素子により構成される。
【００１４】
また光学部材２３は、光源２２から放出された光を、移動体１１の進行方向に沿って広げる。特にレーザは一般的に鋭い指向性を有しているので、例えば光学部材２３としてシリンドリカルレンズなどを用い、一次元方向に放射角度を広げることができる。なお、移動体１１の進行方向に沿って一次元方向に光を広げるには、シリンドリカルレンズのような正レンズ（凸レンズ）でも、あるいは負レンズ（凹レンズ）でもよい。図１においては、負レンズを用いた例を示している。この光学部材２３を用いて光を広げることによって、光源２２の出射方向を機械的に制御するための構成を不要にすることができ、その結果、システムを簡略化することができるとともに、機械的な故障等に対するメンテナンスを不要にすることができる。
【００１５】
なお、光のパターンは、移動体１１に設けられた受光部１２が、移動体１１の移動に従って移動する軌跡に合わせて投影する。また、そのように送信部２１を設置することになる。
【００１６】
移動体１１には、受光部１２、復調部１３等が設けられている。受光部１２は、送信部２１から放出される光信号を受光して電気信号に変換するものである。受光部１２としては、例えばＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなど、種々の受光素子を用いることができる。レンズなどの光学素子を併用し、受光量を増やすこともできるが、移動体１１の移動に従って送信部２１との相対的な角度は変化する。そのため、広い受光角度に対応できる光学素子を用いる必要がある。また、このような光学素子を用いずに、直接、受光素子で受光することも可能であり、その場合には受光方向を広範囲にカバーすることができる。
【００１７】
復調部１３では、受光部１２で受光し、変換された電気信号を復調し、送信部２１から送られてきた情報を取得する。
【００１８】
このような構成において、送信部２１は一般的には固定され、移動体１１に投影する一次元のパターン中に少なくとも移動体１１（特に受光部１２）が存在する間は、光信号を移動体１１の移動方向に一次元状のパターンとして放射する。移動体１１に設けられた受光部１２は、この光信号の一次元状のパターンに沿って、移動体１１の移動とともに移動する。このように受光部１２は移動体１１とともに移動するが、パターン中においては同じ光信号を受光することができる。従って、受光部１２がパターンの一端から他端まで移動する間、送信部２１からの光信号を受光することができる。
【００１９】
具体例として、送信部２１の光源２２が移動体１１から２ｍ離れた位置に設置されている場合、光信号を２０°〜４０°の角度で広げることにより、移動体１１の移動方向に２５ｍのパターンを投影することができる。この２５ｍのパターンは、新幹線の１車両の長さである。移動体１１の受光部１２は、移動体１１が２５ｍ移動する間、送信部２１から送られてくる情報を受信することができる。移動体１１が２００ｋｍ／ｈの速度で走行中でも、０．５秒弱程度の通信時間を確保することができ、十分、Ｇ（ギガ）ビット以上のデータ転送が可能である。もちろん、どの程度の長さのパターンを投影するかは、光源２２から放射される光の強度や、受光部１２の受光感度などに応じて、任意に設定可能である。
【００２０】
また、送信部２１を所定の間隔で設けておき、各送信部２１から投影されるパターンを移動体１１側で途切れることなく受光できるように形成すれば、連続した通信が可能である。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図である。図中、１１は移動体、１４は光源、１５は光学部材、３１は受信部、３２は受光部、３３は通信部である。上述の第１の実施の形態では、固定側の送信部２１から情報を送信する場合について示したが、この第２の実施の形態では、移動体１１の側から情報を送信する例を示している。
【００２２】
移動体１１が移動する経路には、適当な間隔で受信部３１が設置されている。例えば列車の軌道脇や側壁に敷設したり、あるいは軌道内に設けることもできる。あるいは電車であれば架線を張るための支柱などの架設設備に設けることもできる。
【００２３】
移動体１１には、光源１４および光学部材１５を含む送信部が設けられている。光源１４は、上述の光源２２と同様であり、例えばレーザダイオードなど、高速に点滅あるいは光量が制御可能な半導体発光素子により構成され、情報に応じて変調された光信号を放射する。光学部材１５も、上述の光学部材２３と同様であり、光源１４から放射された光信号を、移動体１１の進行方向に沿って一次元方向に放射角度を広げるものである。例えば正レンズであるシリンドリカルレンズや、図２に示すような凹レンズなどを用いることができる。
【００２４】
固定側の受信部３１には、受光部３２、通信部３３等が設けられている。受光部３２は、移動体１１の光源１４から放出され、光学部材１５によって一次元方向に広げられた光信号を受光して電気信号に変換するものである。受光部３２としては、例えばＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなど、種々の受光素子を用いることができる。もちろん、レンズなどの光学素子を併用してもよい。
【００２５】
通信部３３では、受光部１２で受光し、変換された電気信号を復調し、送信部２１から送られてきた情報を取得して、その情報を例えば外部へ送信することができる。例えばケーブルあるいは無線によって、サーバやセンターのコンピュータなどへ移動体１１からの情報を転送することができる。
【００２６】
このような構成において、移動体１１からは光信号が一次元のパターンとして放射される。受信部３１は一般的には固定されており、移動体１１が移動してくることにより移動体１１から放射される光信号が受光可能となる。移動体１１がさらに移動しても、一次元状のパターンの中であれば、移動体１１からの光信号を受光することができる。従って、受光部３２にパターンの一端がかかってから、パターンが移動してパターンの他端が抜けるまでの間、移動体１１からの光信号を受光して、情報を受信することができる。
【００２７】
図３は、本発明の第３の実施の形態を示す概略構成図である。図中、図１および図２と同様の部分には同じ符号を付して重複する説明を省略する。１６は中継ノード、１７はネットワーク、１８は端末装置、４１は中継ノード、４２はネットワーク、４３はサーバ装置である。この第３の実施の形態では、図１に示した第１の実施の形態における固定側から移動体１１への通信と、図２に示した第２の実施の形態における移動体１１から固定側への通信とを組み合わせた構成を示している。
【００２８】
移動体１１にはネットワーク１７が設けられ、少なくとも移動体１１内の端末装置１８および中継ノード１６を通信可能に接続している。中継ノード１６は、受光部１２で固定側の送信部２１からの光信号を受光して出力される電気信号を復調し、ネットワーク１７に送出するとともに、ネットワーク１７を通じて送信するための情報を受け取り、情報に従って光源１４を駆動制御し、移動体１１側から情報を光信号として放射させる。放射される光信号は、第２の実施の形態でも説明したように、光学部材１５によって一次元方向に広げられる。
【００２９】
なお、移動体１１における端末装置１８は、乗客が所有するコンピュータであってもよいし、移動体１１の運行管理に用いるコンピュータでもよいし、あるいは、移動体１１そのものを制御するための制御装置であってもよい。
【００３０】
固定側の構成として、ここでは、所定の間隔で中継ノード４１が設けられ、これらの中継ノード４１がネットワーク４２で通信可能に接続されている。また、このネットワーク４２を通じて、サーバ装置４３との通信が可能である。サーバ装置４３は、さらに外部のネットワーク、例えばインターネットなどを通じて通信可能であってよい。
【００３１】
各中継ノード４１には、情報を送信するための図１に示した光源２２および光学部材２３を有するとともに、移動体１１からの光信号を受光するための受光部３２を有している。各中継ノード４１は、送信するための情報をネットワーク４２を通じて受け取り、情報に従って光源２２を駆動制御し、移動体１１へ向けて情報を光信号として放射させる。それとともに、受光部３２で移動体１１からの光信号を受光して出力される電気信号を復調し、ネットワーク４２に送出する。
【００３２】
なお、移動体１１の移動に伴って、移動体１１が受光できる光信号のパターンは、隣接する中継ノード４１からのパターンに切り替わってゆく。同様に、移動体１１から放射される光信号を受光する中継ノード４１も、移動体１１の移動に従って順に切り替わってゆくことになる。このような切換を、移動体１１の移動に従って行うことにより、多くの移動体１１が同じ軌道上を移動している場合でも、個々の移動体１１に対して別々の通信を行うことができる。
【００３３】
例えばいくつかの中継ノード４１から放射する光信号によって同じ情報を送信すれば、実質的に一次元のパターンの長さを長くした場合と同様に機能させることができる。これによって、切換のタイミングを長くすることが可能である。また、移動体１１側に中継ノード１６を複数設けることも可能であり、これによって、固定側の中継ノード４１を設置する間隔を広げることも可能である。例えば列車であれば各車両に中継ノード１６を設けておけば、中継ノード４１の間隔を最大で列車の１編成分まで広げることができる。
【００３４】
この第３の実施の形態では、移動体１１と固定側との間で双方向の通信を行うことができる。このとき、双方向とも光信号を用いているので、Ｇｂｐｓ以上の高速な双方向通信が可能である。
【００３５】
利用形態の具体例としては、例えばサーバ装置が移動体１１から情報を受け取り、その情報に従って移動体１１に指示を送ることにより移動体１１を制御することができる。また、例えば乗務員とセンター職員の間で会話あるいは映像を含めたやりとりを行うこともできる。さらに、乗客が電話やインターネットを利用することも可能であり、移動体１１外から映像情報を配信することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１…移動体、１２…受光部、１３…復調部、１４…光源、１５…光学部材、１６…中継ノード、１７…ネットワーク、１８…端末装置、２１…送信部、２２…光源、２３…光学部材、３１…受信部、３２…受光部、３３…通信部、４１…中継ノード、４２…ネットワーク、４３…サーバ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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