(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムであって、
少なくとも第１のキャリア周波数でビデオ信号を生成し送信する、移動体上に提供されるビデオ信号源及び送信機と、
前記第１キャリア周波数で前記送信されたビデオを受信するための少なくとも第１及び第２の受信機であって、少なくとも部分的に重なる検出領域を持ち、相互に離れて配置された第１及び第２受信機と、
受信されたビデオ信号とキャリアのパラメータ以外の指示を使用して前記移動体の位置を示す位置信号を生成するための位置検出器と、
前記位置信号に応答して、前記第１及び第２受信機によって受信されたビデオ信号の１つを選択し、当該選択された信号を出力するコントローラであって、移動体以外の場所に配置されたコントローラと、
を備える通信システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、前記移動体が前記第１受信機から所定距離に来たとき、コントローラは、前記第１受信機により受信された信号の受信から、前記第２受信機に切り替えることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれかに記載のシステムであって、前記第１及び第２受信機がヘリカルアンテナを備えることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムであって、前記アンテナが、地上１.５乃至３メートルの範囲の高さに備えられることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のシステムであって、送信機が複数の周波数上で選択的に送信すべく制御できることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、送信機の送信周波数がコントローラによって制御されることを特徴とするシステム。
【請求項７】
先行する請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記位置検出器が、レーストラックのタイミングシステムによって提供される情報に基いて、前記移動体の位置を判定することを特徴とするシステム。
【請求項８】
先行する請求項のいずれかに記載のシステムであって、少なくとももう１つの移動体上に備えられた少なくとももう１つの送信機を備え、各送信機が同時にビデオ信号を１つ以上の前記受信機に送信することを特徴とするシステム。
【請求項９】
先行する請求項のいずれかに記載のシステムであって、前記受信機と前記コントローラがネットワークにより相互接続されることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムであって、
ネットワークが第１信号ラインと第２信号ラインとを備え、
各受信機の出力が、前記コントローラの制御下で、選択的に、第１信号ラインまたは第２信号ラインに接続されるか、あるいはどちらにも接続されないように、接続可能であり、前記受信機の１つからの出力が第１信号ラインに接続され、第２の受信機からの出力が第２信号ラインに接続され、
前記制御手段が、所望の信号を受信する受信機接続された信号ライン上に信号を出力する
ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムであって、前記制御手段が、所望の受信機に接続されていない信号ラインに接続された出力を更に備えることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
移動体と固定位置との間でビデオ信号を通信する方法であって、
移動体上の送信機からの第１キャリア周波数上でビデオ信号を送信するステップと、
前記第１キャリア周波数上の送信機からの信号を受信するための少なくとも第１及び第２受信機であって、少なくとも部分的に重なる検出領域を持ち、相互に離れて配置された前記第１及び第２受信機を提供するステップと、
受信されたビデオ信号あるいはそのキャリアの信号パラメータ以外の指示を使用して前記移動体の位置を決定するステップと、
前記決定するステップにおいて決定された前記移動体の位置に基いて、前記第１及び第２受信機の一方によって受信された信号を選択し、前記固定位置において出力するステップと
を有する方法。
【請求項１３】
ビデオ信号を第１キャリア周波数で送信するための送信機を備えた移動体と、それぞれが検出領域を有する複数の受信器を備えた固定位置との間のビデオ信号通信のための通信システムを設定する方法であって、前記受信機のそれぞれは、送信機が検出領域にある場合に前記第１キャリア周波数で送信機からの信号を受信することができ、
第１受信機を第１の位置に置くステップと、
前記移動体から送信された信号の反射面による反射が、前記第１受信機における受信パワーレベルを所定レベル以下に落とす前記第１位置からの距離を計算して第１検出領域を定義するステップと、
反射面からの反射が受信パワーを前記所定レベル以下に降下させる距離を計算することによって、後続の各受信機の位置を決定し、検出領域を決定し、前記後続受信機を以前の受信機から離し、後続受信機の検出領域が以前の受信機の検出領域と重複するような距離に配置して連続ストリップを形成し、そこにおいて送信機からの信号が受信機の少なくとも一方によって受信できるような距離に後続受信機を配置するステップと、
前記少なくとも一方の受信機により受信された信号を前記固定位置に提供するための手段を提供するステップと、
受信信号とキャリアのパラメータ以外の指示を使用して移動体の位置を決定し、決定された位置に基づき受信機間の切り替えを制御するための手段を提供するステップと
を有する方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の通信システム設定の方法であって、前記反射面が地面であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の通信システムを設定する方法であって、各受信機の位置の決定が以下のステップ、即ち、
現在の受信機と以前の受信機の検出領域の所定重複量に基づいて受信機が取り得る位置の第１帯域を決定するステップと、
受信機を設置するための実際的位置である第２帯域を決定するために、受信機が取り得る位置の前記第１帯域の一部分を決定するステップと、
受信機の検出領域内にある地面の幾何学的状態及びそこにある障害物を考慮して、第３帯域を定義するために、前記第２帯域内の特定の位置を除外するステップであって、前記第２帯域内の該除外する特定の位置は、要求される送信機位置が全部は受信機の検出領域でカバーされない受信機位置である、前記除外するステップと、
受信機を前記第３帯域に設置するステップと
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、データ送信用システム、特に、オーディオ及びビデオ信号データを移動体へ、及び移動体から送信するシステムに関する。
【０００２】
移動する乗り物と固定地上局との間において、オーディオ、ビデオ、及びデータ信号を実時間で通信するためには、乗り物は、車両の上方に位置するヘリコプタへ信号を向けるためのアンテナを備えることができる。ヘリコプタは、車両からの信号を固定地上局へ、及び固定地上局から、中継する。このような移動乗り物と固定地上局との間のデータ通信システムは、とりわけ、モータレースの分野において、車両からのビデオ、オーディオ、及びデータ信号を提供し、データ及びオーディオ信号を車両に送信し返すのに役だってきた。
【０００３】
従来の乗り物用カメラは、ヘリコプタとの通信用にマイクロ波送信システムを使用する。ヘリコプタは、第２マイクロ波周波数で信号を固定位置へ再送信する。
【０００４】
このようなシステムには多数の欠点がある。信号を提供している車両が、トラックサイドの高い立木や建造物によってさえぎられて、ヘリコプタまでの直線的視界を持たない場合、受信された信号は弱いか完全に不鮮明になっている。そのような場合、ヘリコプタは、車両とのコンタクトを維持するために、車両のほとんど真上に留まる必要がある。これは、困難であり、特に、フォーミュラワンのような高速レースでは、ヘリコプタは、車両の速度に合わせることができない。あるいはまた、ヘリコプタと車両との間の物体を避けるために、ヘリコプタは高い高度で飛ぶことができる。しかしながら、距離が離れると、ヘリコプタが受信する信号の質が落ちる可能性がある。また、空中交通制御の問題も出てくる。ヘリコプタを使用しての信号中継は、更に、天候に依存するという問題がある。天候が飛行に不適当であれば、信号中継機能を提供することは、まったく不可能になる。
【０００５】
また、ヘリコプタを使用しての信号中継は、レースが続く間その局にヘリコプタが留まるために運搬することのできる重量の制限がある。同様に、無線周波システムを動かすために提供することのできる電力にも制限がある。
【０００６】
従って、本発明により提供される通信システムは、
少なくとも第１のキャリア周波数でビデオ信号を生成し送信する、移動体上に提供されるビデオ信号源及び送信機と、
前記第１キャリア周波数で前記送信されたビデオを受信するための少なくとも第１及び第２受信機であって、少なくとも部分的に重なる検出領域を持ち、相互に離れて配置された第１及び第２受信機と、
受信されたビデオ信号とキャリアのパラメータ以外の指示を使用して前記移動体の位置を示す位置信号を生成するための位置検出器と、
前記位置信号に応答して、前記第１及び第２受信機によって受信されたビデオ信号の１つを選択し、当該選択された信号を出力するコントローラであって、移動体以外の場所に配置されたコントローラとを備える。
【０００７】
また、本発明は、移動体と固定位置との間でビデオ信号を通信する方法を提供し、この方法は、
移動体上の送信機からの第１キャリア周波数上でビデオ信号を送信し、
前記第１キャリア周波数上の送信機からの信号を受信するための相互に離れて配置された少なくとも第１及び第２受信機を提供し、
受信されたビデオ信号あるいはそのキャリアの信号パラメータ以外の指示を使用して前記移動体の位置を決定し、
前記第１及び第２受信機の一方によって受信された信号を選択し、前記固定局において出力する
ステップからなる。
【０００８】
更に、本発明は、ビデオ信号を第１キャリア周波数で送信するための送信機を備えた移動体と、それぞれが検出領域を有する複数の受信器を備えた固定位置との間のビデオ信号通信のための通信システムを設定する方法を提供し、前記受信機のそれぞれは、送信機が検出領域にある場合に前記第１キャリア周波数で送信機からの信号を受信することができ、本方法は、
第１受信機を第１の位置に置くステップと、
前記移動体から送信された信号の反射面による反射が、前記第１受信機における受信パワーレベルを所定レベル以下に落とす前記第１位置からの距離を計算して第１検出領域を定義するステップと、
反射面からの反射が受信パワーを前記所定レベル以下に降下させる距離を計算することによって、後続の受信機の位置を決定し、検出領域を決定し、前記後続受信機を以前の受信機から離し、後続受信機の検出領域が以前の受信機の検出領域と重複するような距離に配置して連続ストリップを形成し、そこにおいて送信機からの信号が受信機の少なくとも一方によって受信できるような距離に後続受信機を配置するステップと、
前記少なくとも一方の受信機により受信された信号を前記固定位置に提供するための手段を提供するステップと、
受信信号とキャリアのパラメータ以外の指示を使用して移動体の位置を決定し、決定された位置に従って受信機間の切り替えを制御するための手段を提供するステップと
から成る。
【０００９】
本発明は、好ましくは、受信機間の切り替えが移動体の位置に基づいて行われるように構成される。受信機は、好ましくは、許容できるレベルの信号を受信できる領域が対応する隣接領域の受信器と重なる。
【００１０】
移動体の送信機は多数の異なった周波数で送信できるように構成することができる。同様に、受信機は、多数の異なった周波数で受信できるように構成することができる。送信機及び受信機の動作周波数は、好ましくは、中央の位置から移動体及び受信局に送られるデータメッセージによって制御される。各周波数は、専用アンテナによって受信してもよいし（即ち、各受信機が自身のアンテナを有する）、あるいは単一のアンテナで受信して、ＲＦ信号の一部が各受信機に向けられるＲＦスプリッタを使用してもよい。受信機は、ＲＦ信号内で所望の周波数を選択する。
【００１１】
ビデオ信号は、好ましくは、マイクロ波キャリアを使用して移動体から受信機に送信される。これは、好ましくは、２.５ＧＨｚである。他のデータ信号及びオーディオ信号は、ビデオ信号に変調してもよいし、あるいは別の周波数で送信されてもよく、好ましくは、１００ＭＨｚと４０ＧＨｚの間である。
【００１２】
本発明は、ヘリコプタに基づくシステムの場合のような信号の再送信がないので、ビデオ信号を送信するのに１つの周波数だけですむ。これにより、所与の数の周波数に対して送信されることのできる信号の数を２倍にすることができる。更に、各送信機からの送信が比較的近い範囲における受信機において受信されるので、送信機の出力が小さくてすむ。これにより、同じ周波数を同時に、別の送信機と異なる位置にある受信機との間で使用することができる。これは、ヘリコプタに基づくシステムでは不可能である。そこでは、すべての信号が１つのヘリコプタを介して行かなければならないので、干渉を避けるためには所与の周波数を使用できるのは１つの送信機だけである。
【００１３】
送信される信号が常に少なくとも１つの受信機によって受信されるために充分な受信機を提供することによって、送信に途切れがない。信号は実質的に水平に地面に沿ってトラックサイドの受信機まで送信されるので、立木や建造物は、信号路への障害とはならない。
【００１４】
受信機は、好ましくは、トラックサイドの受信局に装備される。局は、好ましくは、アンテナを備え、オプションとして、付加的受信機を備える。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、具体例として、添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、レーストラック１の一部分の例、及び走行中のレース車両に乗せられたカメラからのビデオ信号を連続的に受信するために、そのようなトラックの一部分の周囲に装備された受信局２（ここでは、局とする）の適当な配置を示す。ここに説明される本発明の実施の形態は、走行中のレース車両からのビデオ信号を外部の放送装置のような固定位置に送るためのシステムに関する。各局は、少なくとも１つのアンテナと１つの受信機を備える。好ましくは、指向性アンテナ（例えば、螺旋（helix）アンテナ）であるが、全方向性アンテナであってもよい。図１中の破線は、各局２のアンテナの検出角度を示す。
【００１７】
アンテナによって受信された信号は、局内の受信機に送られてから、中央局のコントローラに送られ、そこで、受信機の１つからの信号が最適なものとして選択される。選択された信号は、システムからの出力信号、例えば、放送用に使用される。
【００１８】
明らかなように、トラックの周囲に充分な局を配置することによって、車両がトラックの周囲を走行するにつれて、車両から送信されたビデオ信号が常に少なくとも１つの局によって受信されることになる。
【００１９】
この受信の連続性を確保するために、１つの局と隣接する局との間では検出範囲にいくらかの重複がある。この重複（好ましくは、少なくとも２０ｍ）によって、１つの局の検出領域から次の局の検出領域に車両が移動するにつれて、車両は、車両によって送信されるビデオ信号が両方の局のアンテナによって受信される領域を通過する。この領域のある点において、システムは、第１の局からの信号の使用から、次の局からの信号の使用に切り替える。
【００２０】
図２は、多数の局のアンテナ（Ａ2，Ａ3，Ａ4他）を示すトラックの一部分を模式的に示す。車両が右側から入ると、まず、位置Ｐ1を通過する。車両から送信される信号は、まず、アンテナＡ2が受信する。車両が点Ｐ2まで来ると、車両は次のアンテナＡ3の受信範囲に入り、その地点で出力される信号はＡ3とＡ2によって受信される。しかしながら、Ａ2によって受信される信号はまだ出力信号を提供するのに利用される信号である。車両が点Ｐ3を通過すると、システムは、車両からの信号はまだＡ2によって受信されているが、使用信号をＡ2からＡ3に切り替える。車両が位置Ｐ4を通過すると、アンテナＡ2は車両からの信号を受信できなくなるので、アンテナＡ3だけが信号を受信する。この切り替えは、車両がトラックに沿って進むに従って１つの局の受信領域から次へ移動するにつれて反復される。図２から明らかなように、現在利用されているビデオ信号を提供している局のアンテナに車両が到達する前に、距離Ｄ2，Ｄ3，又はＤ4において切り替えが行われる。これにより、切り替えまでに良質の信号が受信されることが保証される。車両がアンテナの位置になるまで切り替えが遅延すると、車両がアンテナの最適受信領域から出るにつれて、アンテナによって受信される信号強度が著しく低下する。
【００２１】
切り替えが行われる点が厳格にどこであるか、ということは非常に重要である。切り替えが早すぎると、例えば、Ｐ2であれば、Ａ3によって受信される信号の強度は弱すぎるかもしれない。前述のように、切り替えが遅すぎると、Ａ2によって受信される信号は弱すぎることになるかもしれない。受信信号が弱ければ、出力信号は歪があるかノイズがある。しかしながら、適切な切り替え点を決定するには、各受信機によって受信される信号の強度を測定して、最も強いものを選択するだけでは不充分である。これは最良の信号を間違って示す可能性があり、間違った切り替え位置を選ぶことにもなる。その理由の１つは、アンテナに間接的に到達する送信信号、つまり何らかの対象物によって反射された信号による干渉である。この現象は、マルチパスとして知られるもので、受信機に到達するまでに異なる長さのパスを取った直接的及び間接的信号である。パス長さの差によって、２つの信号は建設的に干渉して強い信号を提供するかも知れず、あるいは、破壊的に干渉して信号の強度を弱めるかもしれない。更に、車両が移動するにつれて、このパス長さの差は変化する可能性があり、信号強度は非常に弱いものから非常に強いものまで変化する可能性がある。このような変化があるため、信号強度だけを使用して、出力信号に対してどの受信機を使用するかを決めることは困難である。
【００２２】
本発明のシステムは、車両のアンテナに対する位置に基づいて、１つの受信機から次の受信機に切り替える適切な時刻を決定する。そのためには、基地と車両の位置を知る必要がある。これは、いろいろな方法で決めることができる。レーストラック上で、タイムキーピングシステムからのデータを使用することができる。これにより、どの時刻においても車両の位置を正確に決定することができる。しかしながら、他にも位置を決定する方法はいろいろある。よく知られたＧＰＳ（Global Positioning System）のようなシステムの他にも、位置情報を提供するためのカスタムシステムを使用することができ、例えば、局自身を利用して車両からの距離を決定することができる。正確な位置情報が得られない場合も、補間して予測位置を提供するることができる。レーストラックの場合、車両は、かなり予測可能な位置と速度パスに従うので、車両位置の正確な予測ができる。
【００２３】
数キロメートルの長さのレーストラック上で、各局は相互にかなりの距離にあり、中央位置にあるコントローラからもかなりの距離にある。受信機によって受信された信号を中央コントローラまで送り届ける最も簡単な方法は、直接的に、例えば、ケーブルを介して、各受信機をコントローラに接続するやり方である。
【００２４】
モータレースにおいて、カメラは、２台以上の車両に載せるのが好ましい。このシステムでは、複数の車両がビデオ信号を提供することができ、各車両は異なる周波数で送信する。２台以上の車両が同じ局の受信領域にある場合、アンテナは両方の信号を受信する。
【００２５】
このシステムは、付加的カメラを使用できるように発展させることができ、そこでは、レースに参加する車両の数が多い場合に、送信に使用できる周波数の数が限定される。更に、各車両から２つ以上の信号が生成されることが所望される可能性もある（例えば、前方視野と後方視野、あるいは運転手を写すもの）。そのような状況下では多数のチャンネルが必要になる場合がある。使用できる帯域幅が限定されていても、異なる車両により提供される信号に同じ周波数を利用することができる。これが可能なのは、同じ周波数で送信している車両が充分に離れたところにあり、１つの車両から信号を拾う局が、同じ周波数で送信する別の車両からの信号を大量に受信することがない場合である。これを達成するには、車両の位置をモニタし、同じ周波数を使用する２台の車両が相互に干渉するほど近傍にくる危険がある場合は、コントローラが車両の送信機に、近傍にある別の車両が使用していない別の周波数に切り替えるように或いは送信を止めるように指示する。局間の切り替えを決定するのに使用される位置情報は、送信機に対して周波数の指定を決定するのに使用することができる。このようにして、トラックの周囲の異なる位置にある数台の車両は、同時に同じ周波数を使用することができる。これは、周波数ごとに１つの送信機しか使用できないヘリコプタを基地とするシステムと比較して大きな利点である。更に、本発明によれば、各送信機は１つの周波数を使用するだけですむのに、ヘリコプタシステムでは、２つの周波数が必要になる。即ち、ヘリコプタへの送信に使用されるものと、地上局受信機への中継に使用されるものである。
【００２６】
各受信機と中央コントローラとの間の個別接続を行うことにより、受信機と中央コントローラとの間に非常に長いケーブルを多数配置することになる。従って、本発明の他の実施の形態において、すべての受信機が取り付けられる共通「バス」システムを装備する。最も簡単な形態において、これは、２つの接続、即ちＡラインとＢラインとを持ち、各ラインはビデオ信号を送ることができる。これらの２つのラインは、中央位置と多数のノードのそれぞれを接続するように構成される。しかしながら、ラインを中央位置から各ノードに伸ばす代わりに、ラインは中央位置から第１ノードに接続し、次に、第１ノードから第２ノードに接続し、このようにして、最後のノードは好ましくは中央位置に接続されて、リングを形成する。各受信機はそれ自身のノードを持つか、あるいは、２つ以上の受信機に対して１つのノードを備えてもよい。例えば、２０個の受信機を備えた場合、５つのノードを４つの受信機に割り当て、受信機は直接的に各ノードに接続される。
【００２７】
図５は、アンテナＡ2，Ａ3によって提供される信号を受信する２つの局における２つの受信機が接続されるノードの例を示す。図５に模式的に示されるように、各受信機からの信号は、ＡラインかＢラインに接続されるか、あるいはどちらのラインにも接続されない（ＮＣ）。図２を参照すると、車両が点Ｐ1に到達すると、車両によって送信された信号は、Ａ2によって受信され、そのＡ2は、図５に示されるように、Ａラインに接続されている。受信された信号は線を下ってノードからノードへと送られ、最後に中央局によって受信される。車両がＰ2を通過すると、車両に送信される信号は、Ａ3によって受信することができ、ノード内のスイッチがアンテナ３用の受信機から提供される信号をＢラインに接続する。Ａ3からの受信信号は、ノードからノードへと送られ、Ｂラインに到達し、中央位置に戻される。このようにして、位置Ｐ2とＰ4との間で、中央位置は、アンテナＡ2とＡ3で受信された信号に対応する２つのビデオ信号を提供される。図４で示されるように、中央位置は切り替え手段を備える。この切り替え手段は、コントローラによって提供される制御信号によってＡラインまたはＢライン上で提供されるビデオ信号を出力する。本実施の形態において、制御信号は、コンピュータ上で動作する制御ソフトウェアから送られるデータメッセージを備える。ソフトウェアは、ＡラインとＢラインのどちらのビデオ信号が出力されるかを選択する。従って、最初に、ソフトウェアがスイッチを制御し、Ａラインからの信号を出力させ、次に、車両が点Ｐ3を通過すると、ソフトウェアはメッセージを切り替え器に送り、出力がＢラインで受信される（即ち、アンテナＡ3によって受信される）信号に対応する。
【００２８】
２つのシンクロナイザを使用して、Ａライン上のビデオ信号とＡライン上のビデオ信号の同期パルスを確保する。切り替えコマンドが送られると、切り替え器は、現在のビデオ信号の次の垂直ブランキング期間まで待ってから、ＡラインからＢラインへ、あるいは逆に切り替える。画像の歪、例えばフレームロール（frame roll）を避けるために、１つの受信機から次の受信機による信号を切り替える場合、フレームメモリを使用することができる。フレームメモリを使用することによって、同期されていない２つの信号内のフレームから来る問題を避けることができる。
【００２９】
車両が走行を続ける間に、Ａ2からの信号は失われる。次に、車両がＡ4の範囲に入ると、Ａ2に接続されているノードがＡ2をＡラインから離して、Ａ4が接続されているノードが、Ａ4により受信される信号をＡラインに接続することによって、ＡラインとＢラインの両方が車両から受信される信号を中継する。再び、適切な時刻に、ソフトウェアがメッセージを中央位置の切り替え器に送り、Ｂライン上での信号出力からＡライン上の信号出力（Ａ４により受信される信号に対応する）に切り替える。車両がトラックを回るにつれて、このプロセスが反復され、ＡラインとＢラインが交互に出力信号を提供する。１つの受信機（例えば、Ａ2）を切り離して次の受信機を同じライン（例えば、Ａ4）に接続する正確なタイミングは、そのライン上の信号が使用されていないかぎり本質的問題ではない。例えば、Ａ2をＡラインから切り離すのは、Ａ2により受信される信号が弱くなったときでもよいし、あるいは、Ａ4からの信号が充分に強くなったときまで遅らせてもよい。
【００３０】
図５は、ひとたびＲＦ信号が受信されると、それはベースバンドビデオ信号に変換されることを示す。従って、ＡラインとＢラインは、受信周波数が独立であるから、２つ以上の車両からのビデオ信号の送信を提供するのに使用することができる。しかしながら、Ａ/Ｂラインの対（つい）は、単一の車両がトラックを回るのを追跡するのに必要となる２つのビデオ信号を送信することができるだけである。このように、２台の異なった車両がトラックを回るのを追尾できるようにするには、別のライン対、例えば、ＣラインとＤラインを装備することができる。
【００３１】
再び、Ｃ/Ｄライン対は、周波数が独立しているので、特定の受信帯域内の任意の周波数上で送信する車両からのビデオ信号の送信に使用することができる。第２の車両は、Ａ/Ｂライン対により追尾されるときに、同じ周波数上で送信してもよい。しかしながら、これらの車両は、トラックの別の位置にある必要があり、２台の車両から受信機に到達するＲＦ信号が相互に干渉しないようにしなければならない。
【００３２】
このように、余分なライン対を加えることによって、システム能力を１台増やすことができる。更なる対（Ｅ/Ｆライン、他）を加えて、トラックを回る第３の車両以上を追尾することができる。しかしながら、第２の（Ｃ/Ｄライン）システム備えることなしに、同時にトラックの周囲で送信する数台の車両を扱うこともできる。ただし、それらの車両のうち１台からの信号を一度に中継するだけで、他の車両からの他のアンテナによって受信される信号はＡあるいはＢラインには接続されない。
【００３３】
あるいはまた、同じ周波数を使用する２台の車両がトラック上で相互に接近した場合、それらの１台は、その送信周波数を変更するようにとのメッセージを受け取り、このようにして干渉を防止する。
【００３４】
本発明の他の実施の形態において、受信機をネットワーク（例えば、ＬＡＮ）に接続することもできる。ネットワークは、すべての受信機をリンクすることもできるが、あるいは、それらのいくつかだけを他のネットワークとの関係においてリンクすることもできる。このようにして、中央コントローラはどの受信機がその受信信号を送るべきかを指示することができる。
【００３５】
トラックの周囲の受信局のレイアウトは、必要な範囲を最適の数の局でカバーするよう注意深く行う必要がある。理論的には、トラックの周囲に規則的間隔で多数の局を配置するだけで、トラック上のどの位置においても車両から送信される信号が少なくともそれらの１つによって受信されることを保証することもできる。しかしながら、そのようなレイアウトは、システムに別の問題を持ち込む。局間の距離が近すぎると、必要以上の数の局を設置することによる余分なコストを別にしても、切り替えが複雑になり、制御システムが肥大化する。何故なら、送信機からの信号が数個のアンテナによって拾われる可能性があるからである。同様に、接地する基地局の数が少なすぎると、質の悪い信号しか受信できない、あるいは全く信号が受信できない領域が残される。従って、最小数の受信機で、トラック全体をうまくカバーするには、受信局は、次のように配置される。
【００３６】
典型的なヘリックスアンテナが提供する検出領域（あるいは受信エンベロープ）は、３０度の扇形で、最大２００メートルの範囲である。受信エンベロープカットオフ領域は、アンテナの地上からの高さにより（１.５メートルから３メートルとして）、３０乃至６０メートルである。
【００３７】
３０度の扇形は、アンテナのビーム幅として説明され、アンテナ製造者によって提供される仕様である。最大範囲は、受信パワーレベルが放送品質のビデオ信号を生成するのに充分に高い最大距離によって決定される。放送品質映像に使用される最小受信パワーレベルは−６０ｄＢである。
【００３８】
受信エンベロープカットオフ領域は、ビデオ信号が崩壊（break up）するアンテナ前方の距離である。ビデオ映像の崩壊を引き起こすのは、直接的信号が地上からの反射により消去されることに由来する受信パワーレベルの降下である。これが生じる距離は、送信アンテナの高さ及び受信アンテナの地上からの高さに依存する。ＲＦ信号の周波数は、カットオフ点の位置をも変える。反射の量、従ってその降下は、波が進む表面、及び信号波長に依存する。以下の反射式が引き出される。
【数１】
0004022044.tif 000002
式中、Ｐは、反射なしの、即ち自由空間条件下の受信パワーであり、ｈr及びｈtは、反射面に対する受信及び送信高さであり、ｄは受信機と送信機との間の距離である。反射面は地表以外でもあり得る。例えば、壁やバリアである。その場合、ｈr及びｈtの値は、反射面とそれぞれのアンテナとの間の距離になる。
【００３９】
反射式を検討するとわかるように、アンテナ近傍の受信エンベロープを最大にするには、アンテナを地表近くに低く設置するのが好ましい。しかしながら、ＲＦ信号は、アンテナが地面に近づくにつれて減衰し、地面は、受信エンベロープの最大距離を減らす。減衰は、地面が第１フレネル(Fresnel)帯に入る結果である。フレネル帯は、送信機と受信機の間の直進パスを囲む。第１フレネル帯は、直進パスを直接的に囲む帯域である。この帯域は次のように定義される。即ち、送信機と受信機間で偏向した光路長は直接光の光路長の波長の半分以内であると定義される。信号パワーの大部分が第１フレネル帯を通過するので、この帯域内にある対象物も地面を含むどんなものでも、受信信号を減衰させる。従って、アンテナを立てる場合は、妥協が行われる。ふつう、グランプリトラックは、Armcoとして知られている金属バリアで囲まれており、それは、およそ１メートルの高さか、あるいは、３メートルの高さのフェンスを備える。アンテナは、Armcoの上方半メートルに接地され、ＲＦ信号が、金属構造体あるいは前方のタイヤの壁に近すぎることによって減衰されないようにする。従って、アンテナは、これらのトラック特性によって設置されるので、最も一般的なアンテナ設置高さは、１.５メートルと３メートルである。各場所における設置条件は、場所の物理的レイアウトを検討し、各サーキットの最適位置を妨害する可能性のある限定要因を決めるか、あるいは現場検証を行う。
【００４０】
アンテナの高さを決めたら、受信エンベロープを決めることができる。受信エンベロープは、アンテナ範囲（Ｒ4，図６参照）の外側限界と、信号降下が生じる点によって決められる内側限界（Ｒ1，Ｒ2）との間にある。この受信エンベロープを決めた後、隣接局のアンテナの受信エンベロープとの重複量を決めて、１つの局からの信号の使用から、次の局からの信号の使用へ、スムーズに切り替えが行われるようにする。このようにして、隣接アンテナからの信号が受信できなくなる点に対応する範囲Ｒ3が選択されてＲ3とＲ4との間の重複領域を定義する。
【００４１】
実際には、トラック周囲の局のレイアウトを決めるために、第１局（Ｒｘ１）の位置が、長い、例えば、スタート/フィニッシュ直線走路（図７.１を参照）の端部で選択される。次に、このサイト（site）の性能が決められ、その結果により、現在の局（Ｒｘ１）の前の局（Ｒｘ３４）と、それに続く局（Ｒｘ２）の配置が決まる。
【００４２】
図７.１において、Ｒｘ１は、反射式を使用して、３メートルの高さのところに装備され、その場所のドロップアウト点はアンテナ前方６０メートルの点になる。システムの動作は、２０メートルの受信場所の間の最適重複帯域に基づき、これにより、ビデオが切り替えられる点における車両位置にずれがあっても大丈夫になる。正確な位置情報が得られない場合は、重複帯域を拡大し、１つの受信機から次の受信機に切り替えが早すぎたり遅すぎたりすることによって信号が失われるのを防止する。この２０メートルがドロップアウト点に加えられ、後続の局が鮮明な映像を提供しなければならない（点Ａ及びＢ）トラック上の点を決める。
【００４３】
次に、トラックの内側の後続局ピックアップ点（点Ａ）からラインを、車両の走行方向に、トラック周囲の最大可能距離にある周辺フェンスへ引く。このラインは、送信機から受信機まで障害物なしの視野を提供しなければならず、周辺フェンス、建造物、立ち木その他の構造物のような境界線を決めるものと交差してはならない。このプロセスを、トラックの外側の点（点Ｂ）まで反復する。図７.１から明らかなように、結果としてのサイト位置は、すでに決定されたものと異なるかもしれない。尚、また、受信局が周辺フェンス上の点Ａにあったら、ターン２の内側の周辺フェンスのために、ピックアップ点Ｂまでの障害物なしのラインは達成できない。
【００４４】
このようにして決定された位置は、予定された受信エンベロープの間、障害物なしの視野を提供することができるかどうか評価される。図７.１に示されるように、周辺フェンス上の位置Ｃは、トラック上の点Ｃまでの障害物なしの視野が得られる位置として、トラック周辺の最大距離にある。このことは、位置ＡもＢも、受信局の位置として適当ではないということを意味する。最終チェックは、位置Ｃが必要なピックアップ点まで障害物なしの視野を提供するかどうかを確認することである。これが確認されたら、受信局の理想的幾何学的配置を固定することができる。次に、ＲＦ信号を受信局に反射させる周囲の構造物の効果を、反射式を使用して決定しなければならない。
【００４５】
周囲の建造物による、受信局ＲＸ１における破壊的反射を引き起こす効果を判定してから、先行局（ＲＸ３４）の配置を決めることができる。受信局ＲＸ１のための最大ピックアップ距離が決まったら、次に、先行サイトがその距離より２０メートル下手にドロップアウト点２０を持つように配置される（正確な量の重複を確保する）。図７.２において、ＲＸ１に先行する局は、３メートルの高さに配置されているものとして示され、従って、ドロップアウト点より更に６０メートル下手に配置されなければならない。また、図７.２は、受信局ＲＸ２の次のサイトを配置するための手順を示す。
【００４６】
図７.３及び７.４は、反射式が実際の環境にどのように適用されるかを示す。両方の図からわかるように、受信アンテナの高さ（反射面、この場合はフェンスに対する）は、一定値である。図７.３において、調査中のフェンス（フェンス１）は、走行方向に平行であり、送信機の高さも一定距離にある。図７.３に関して、変数は、送信距離だけである。送信する車両は受信局に近づいてくるからである。図７.４からわかるように、送信アンテナの高さは、送信距離が変化するにつれて変化するので、２つの変数がある。反射式の適用は、カーブしたフェンスに関する計算を行う場合に複雑になる（例えば、図中、受信局ＲＸ３の性能を決める場合）。この場合、フェンスに対する受信アンテナの高さも、送信距離が変化するにつれて、連続的に変化する。従って、式は、３つの変数を含む。
【００４７】
尚、反射式の計算によって出されるドロップアウト距離は、反射面に対するアンテナ高さの小さな変化にも非常に敏感である。例えば、送信機の高さは４メートルで、受信機の高さが５メートルであるとすると、第１ドロップアウト点は、３３３メートルにある（送信周波数が２.５ＧＨｚであるとして）。送信機高さが４.５メートルに増えると、第１ドロップアウト点は３７５メートルになる。この簡単な計算から、次のことが引き出される。即ち、車両がトラックの異なるパスを通ると、周囲のものからの反射が受信局性能に与える影響は、大きく変化する可能性がある。また、理論的システム計画を確保するための正確な位置情報は重要であり、できるだけ正確でなければならないことを示す。
【００４８】
反射式を適用する際に考慮しなければならない、もう１つの点は、ＲＦ信号波長及び周波数の項である。前記第１の例を使用すると、周波数は２.４ＧＨｚに下がるので第１ドロップアウト点は３２０メートルの点で、１３メートル差がある。ここから、システムのセットアップは、送信周波数によって異なる、ということが引き出される。
【００４９】
適当なＲＦ式を使用して受信局の理論的配置を決定した後、局設置の具体的条件を考えることができる。周囲の開放口の位置、アクセス状態、受信局とノードとの間のケーブル距離、宣伝用看板の位置、アンテナを設置することのできる構造体、場所の安全性などの要因である。
【００５０】
例えば、図７.２では、受信局ＲＸ３４がノード１（Ｎ１）に接続される。ケーブルの長さは４０メートルで、比較的素早く引っ張り出すことができるが、サイトの手前にはトラックアクセスポイントがあり、溝を掘って、ケーブルを埋めて保護し、アクセスの邪魔にならないようにする必要がある。サイトは、アクセスポイントのまん前ではまずい。何故なら、フェンスがぐらつくとアンテナをブロックする可能性があるからである。従って、受信局は、ノード１と同じくらいの位置に移動させ、ケーブル長さを短くし簡単にする。合計は、局ＲＸ１との重複を増加させるが、局ＲＸ３３との重複は減らす。この例が示すように、すべての重要な要因を、なるべく設計の初期段階で考慮すべきであり、可能な場合は、システムの設計において、小さな調節ができるようにしておくべきである。
【００５１】
上記方法による受信局の視野検討は、狭い検出範囲（例えば、３０度）を持つアンテナを備えた局に関する。しかしながら、これらの原則は、より広い検出角度を持つアンテナを使用する場合にも応用することができる。
【００５２】
各局は、少なくとも１つの受信機を備える。各受信機は、それ専用のアンテナを持つこともできるが、局として単一のアンテナとスプリッタを備え、受信される様々の周波数を分離してそれぞれの受信機に送ることもできる。局は、フィルタ及び復調器４を備え、受信されたマイクロ波送信からビデオ信号を抽出する。次に、このビデオ信号は、個別のサブキャリアに変調されたビデオ映像情報とオーディオ信号とからなるベースバンド信号として、中央コントローラに送られる。あるいはまた、システムは、アンテナ局によって受信された実際の信号、即ち、マイクロ波信号を、受信装置と復調器が配置された中央位置に送り返すこともできる。このタイプのシステムは、ＲＦ信号を必要とし、そのＲＦ信号が光ファイバ伝播システム上で変調され、各サイトは、好ましくは、中央位置への専用ファイバリンクを備える。
【００５３】
アンテナは、好ましくは、螺旋アンテナであるが、その他の適当なアンテナであってもよい（例えば、設置位置やトラックのレイアウトにより、ファン・ビームアンテナ、パッチアンテナ、あるいは全方向性アンテナ）。例えば、全方向性アンテナを湾曲部に使用し、指向性アンテナを直線部分に使用することができる。指向性アンテナは、好ましくは、その設置位置により、３０度から１２０度の角度範囲を持つ。
【００５４】
以上、本発明を、レーストラックに関して説明してきたが、その他にも応用することができる。本システムは、非閉鎖トラック、例えばロードレースにも適用することができる。更に、本システムは、移動体から固定体へのビデオ（あるいは、その他の帯域幅の信号）通信が必要とされるいかなる場合にも使用することができる。これらの適用には、自転車あるいは車両（例えば、警察車両）から道端の受信機へ映像を送って、そこから、他の警察車両や中央制御室に送ることも含まれる。本システムは、移動ビデオ通信システムを提供すべく拡張することができる。
【００５５】
上記実施の形態は、第１に、ビデオデータの通信に関するが、オーディオ及びデータ信号を車両へ送り車両から受信する通信も、またビデオ信号を車両に送り返す通信も提供することができる。明確なことは、ひとたび通信が設定されると、前述のように、その設定されたリンクで車両に信号を送ることが、そこから受信することよりも問題となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーストラックのセクションの周囲の受信局のレイアウトの例を示す。
【図２】受信局間の相対的位置関係の代表例、及び１つの局の受信機から次の局の受信機へ切り替えるためのそれぞれの切り替え位置を示す。
【図３】本発明に基づく受信局の１つのレイアウトを模式的に示す。
【図４】本発明の実施の形態の信号中継システムのレイアウトを模式的に示す。
【図５】信号中継システムにおいて使用されるノードの例を模式的に示す。
【図６Ａ】アンテナの検出範囲の例を示す。
【図６Ｂ】アンテナの検出範囲の例を示す。
【図７．１】本発明による通信システムをセットアップする方法を説明する図である。
【図７．２】本発明による通信システムをセットアップする方法を説明する図である。
【図７．３】本発明による通信システムをセットアップする方法を説明する図である。
【図７．４】本発明による通信システムをセットアップする方法を説明する図である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７．１】
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【図７．２】
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【図７．３】
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【図７．４】
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