(57)【要約】【課題】アンテナ設置が難しいトンネルなどの構造物が少なくない路線を運行する都市圏の公共交通機関に適した、次世代移動体無線通信網を実現するための実用的な光通信システムを提供する。【解決手段】無線通信システムは、移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、制御装置と、上記複数の中継ポストと上記制御装置との間をそれぞれ結ぶ通信経路を切り替える経路選択手段と、を有し、上記移動経路に沿った上記移動体の移動に応じて、上記経路選択手段が上記通信経路を切り替える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、制御装置と、前記複数の中継ポストと前記制御装置との間をそれぞれ結ぶ通信経路を切り替える経路選択手段と、を有し、
前記移動経路に沿った前記移動体の移動に応じて、前記経路選択手段が前記通信経路を切り替える無線通信システム。
【請求項２】
移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、複数の送受信機と、前記複数の中継ポストと前記複数の送受信機との間をそれぞれ結ぶ通信経路を切り替える経路選択手段と、を有し、
前記移動経路に沿った移動体の移動に応じて、前記経路選択手段が前記通信経路を切り替える無線通信システム。
【請求項３】
前記移動経路に沿った移動体の移動に応じて、前記経路選択手段に前記通信経路の切り替えを指示する制御手段をさらに備える、請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記複数の中継ポストは、前記移動体の前記移動経路に沿って、複数列に設置されており、
前記通信経路は、前記複数の中継ポストと前記複数の送受信機との間をそれぞれ結んでいる、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記経路選択手段の通信経路に直列に接続され、前記制御手段により制御されるマトリクス構成の区間選択手段をさらに備える、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、一つの列に設置された前記複数の中継ポストと前記送受信機との間を結ぶ通信経路を切り替えるように制御する、請求項４または請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストと前記送受信機との間を結ぶ通信経路をそれぞれ切り替えるように制御する、請求項４または請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記移動体は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、一つの列に設置された前記複数の中継ポストを経由して、前記送受信機と通信する、請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記移動体は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、前記移動経路からの距離がより遠い方に設置された前記複数の中継ポストのいずれかを経由して、前記送受信機と通信する、請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、集中制御基地局と、前記複数の中継ポストと前記集中制御基地局との間をそれぞれ結ぶ光ファイバとを有し、
前記集中制御基地局は、少なくともｎ台の光送受信機（ｎは自然数）、ベースバンド信号多重分離器、マトリクス規模１×ｍの経路選択手段（ｍは自然数）、および移動体無線通信事業者の基地局との通信手段を備え、
前記移動経路に沿った移動体の移動に応じて、前記経路選択手段は前記光ファイバを切り替える、光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムおよび光通信システムに関し、特に公共交通機関などの移動体の利用者の携帯無線通信機器を対象とした無線通信システムおよび光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレットＰＣ（Personal Computer）の普及により、移動体無線通信網の通信需要は急速に増加している。今後、これら移動体無線通信機器の利用目的に占める割合が増えると見込まれるストリーミング型配信サービスにおいては、１０Ｍｂｐｓ超の下り通信速度を要する高画質・高音質コンテンツの占める割合が年々高くなると予想される。こうした高品位コンテンツでも快適に視聴できる第４世代移動体無線通信方式としてＬＴＥ−Ａ（Long Term Evolution Advanced）の標準化が進められ、世界中でこの規格に対応する移動体無線通信機器や関連設備の整備が進められている。
【０００３】
こうした移動体無線通信需要は、人が多く集まる駅やバスターミナル周辺に集中する傾向があり、特に朝夕の通勤・通学時間帯に突出することになる。こうした通勤・通学客がほどなく移動中にまで移動体無線通信機器を利用し始めるようになるのは、先進国の例からごく自然な成り行きである。
【０００４】
移動体無線通信サービスのうち、今後その占める割合が増えると予想されるフルハイビジョン動画のような高品位コンテンツを視聴するには、圧縮フォーマットにも依るが一般に１０Ｍｂｐｓ級の伝送速度が必要とされる。通勤・通学時間帯にこうした高品位コンテンツを列車１編成あたり約３００人の乗客が視聴したとすると、その全通信速度（下り）は３Ｇｂｐｓに達する。
【０００５】
この３Ｇｂｐｓという値は、ＬＴＥ−Ａ（３ＧＰＰカテゴリー８）で規格化された下り通信速度のうちでも最高速に匹敵する。こうした通信速度を実現できる施設は当然設置コストも高いことからごく限られた中核的な無線基地局でのみ用いられ、大半の無線基地局は下り通信速度３００Ｍｂｐｓという３ＧＰＰカテゴリー６などに対応する施設になると考えられる。それゆえ、列車１編成あたり３Ｇｂｐｓの下り通信速度を実現しようとすると、こうした３００Ｍｂｐｓの下り通信速度に対応した中小の無線基地局にして少なくとも１０基分必要という計算になる。実際には、乗客が利用する移動体無線通信機器は新旧の規格に対応したものが混在するうえ、都市圏ではビル等による電波遮蔽で電波が途切れないように設置間隔を狭める箇所も出てくるので、必要な無線基地局の数はさらに多くなると考えられる。
【０００６】
以上の見積りは、あくまで列車１編成あたりを想定した場合である。通勤・通学時間帯には同一路線上に複数編成が狭い間隔を保って運行するのが普通である。このため、上述の高品位コンテンツサービスをストレスなく利用可能な移動体無線通信網を整備しようとすると、上記見積りに列車編成数を掛けたに等しい、膨大な数の無線基地局を設置する必要がある。
【０００７】
こうして路線に沿って多数の無線基地局が密に設置された場合、隣接する無線基地局間の電波干渉も課題であり、周波数割り当て管理や送信波電力制御などの干渉対策が不可欠になる。また、隣接する通話エリア（セル）間境界におけるハンドオーバ処理の負荷も、無線基地局の数に比例して増加する。
【０００８】
また、通勤・通学客は、朝方は自宅のある郊外から職場や学校のある都市中心部へ向かって移動し、夕方には逆に都市中心部から郊外へと帰路に就く。その結果、大都市を取り巻く人口密度分布も都市部では日中が高くなり、郊外では夜間に高くなる。仮に、移動体無線通信網をもしピーク時の利用客見込みに合わせて構築した場合、回線が繋がりにくい問題は避けられるが、人口密度分布がまばらな時間帯にはその稼働率が低下してしまう。一方、昼夜平均程度の利用客見込みに合わせて構築した場合は、設備投資が過剰になることこそ無いが、人口密度分布が上昇する時間帯に繋がりにくくなる状態が日々繰り返されてしまう。
【０００９】
こうした移動中の公共交通機関内という移動体無線通信機器利用シーンでは、乗客が所持する多数の移動体無線通信機器も当然のことながら車両とともにひと塊で移動する。例えば、大都市圏におけるラッシュ時の通勤・通学列車の場合、その数は列車１編成あたり数千台にのぼると見積もられる。
【００１０】
現行の移動体無線通信方式では、乗客が利用する移動体無線通信機器は個々に無線基地局と回線接続する。そして、公共交通機関内の乗客が利用する膨大な数の移動体無線通信機器は、無線基地局と何らかの形で回線が繋がった（通信中あるいは待ち受け）状態で列車とともにひと塊で移動することになる。そのため、無線基地局は、移動する列車内の膨大な移動体無線通信機器を時々刻々追尾しながら、それらの回線接続状態を維持し続けなければならない。移動体無線携帯機器側も、同様に無線基地局側の電波を常に追尾し続ける必要がある。
【００１１】
都市化が進行して通勤・通学に公共交通機関を利用し始めることによって生じるこうした課題は、次の(1)〜(3)に起因すると考えられる。
(1) 移動体無線通信で利用できる周波数幅が不足していること
(2) 無線基地局舎が固定設置されているため、通信需要の昼夜変動に応じた柔軟な帯域割り当てが難しいこと
(3) ひと塊で移動する多数の移動体無線通信機器が個々に無線基地局と接続を試みる回線接続の非効率性
これらのうち、課題(1)の周波数幅に起因するものについては、残念ながらマイクロ波帯の電波を利用する限り今後も大きな改善は期待できない。課題(2)についても、無線基地局舎が動き回れるようには造られていないので、現状ではアンテナを複数組合せた指向性制御（ビームフォーミング）技術を駆使して利用者密度分布の大きな変動に対応するなどの対応が必要である。ただし、その場合も各アンテナ間の振幅／位相制御が複雑化する割に利得の改善効果には限りがあり、無線基地局インフラのコストを押し上げる要因となる。
【００１２】
上記課題(3)については、乗客の携帯する移動体無線通信機器との送受信を、固定設置された無線基地局ではなく、何か別の基地局手段に引き受けさせて（ハンドオフさせて）１本に集約するという、公共交通機関に適した巧妙な仕組みを作ることができるとよい。こうすれば、無線基地局への膨大な接続処理の負荷を、効率的に分散できると考えられる。大都市圏の通勤・通学客の通信需要や分布変動に対応可能な新しい移動体無線通信網を構築するには、課題(3)で述べたような新しい無線基地局の概念を採り入れるのが現実的と考えられる。
【００１３】
こうした問題を解決するためには、無線基地局の役割を次の(1)および(2)の２つに分けて適切に役割分担させる形態が実用的と、考えられる。これにより、大都市周辺における一日を通じた通信需要変動にも対応可能な第４世代以降のサービスを限られた周波数資源やインフラ投資で効率良く提供するのである。
(1) 閑散時の利用者密度分布に合わせ比較的広域をカバーする固定の無線基地局
(2) 公共交通機関の移動に合わせて動き回るフローティングな無線基地局
ここで、前者は第３世代以前に採り入れられた広域通話エリア（マクロセル）の概念に相当し、後者は移動体無線通信機器との接続を維持したまま動き回る「仮想の通話エリア」と見なすと直観的に捉え易い。つまり、電車やバスなどの公共交通機関を丸ごと一つの動き回る「仮想の通話エリア」と見なし、その乗客が携帯する多数の移動体無線通信機器の通信を１本に集約する手段を公共交通機関内に設ける。そして、これと広域モバイルアクセス網を集中制御する基地局の間を１本の高速通信回線で繋ぐことによって、上述の課題に対する効率的な解決策を提供する新しい枠組みである。
【００１４】
こうした「動き回る仮想の通話エリア」という概念は、ムービングセルと呼ばれる。非特許文献１では、移動体としてバスを仮定し、バス利用客の移動体無線通信機器の通信を内部に設置した小型移動無線基地局で集約して、これとバス外部にある固定設置されたマクロセル無線基地局の間で通信を行うシステムの概念が開示されている。
【００１５】
今後、高品位コンテンツを利用する利用客の占める割合は年々増加し、それにつれて全通信速度も年々増えていくことが予想される。このため、非特許文献１が開示するような、公共交通機関の小型移動無線基地局がマクロセル無線基地局と直接無線通信を行うという構成では、列車１編成の全通信需要を一本に束ねて送受信しようとした場合、通信速度が決定的に不足すると予想される。この点については、複数の小型移動無線基地局を用いることで全体の通信速度を上げること自体は技術的に可能であるが、電波干渉対策や協調制御が必要なうえ、移動体側の小型移動無線基地局の機器コストが跳ね上がるなど、実用化にあたっての課題が多い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｙｕｔａｏ  Ｓｕｉ他、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ（２０１３年６月、６２〜６８ページ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のとおり、大都市圏において通勤・通学客が利用する移動体無線通信機器の下り全通信速度は、ＬＴＥ−Ａ世代では列車１編成当たり最大数Ｇｂｐｓのオーダに達すると予想される。こうした大容量の通信を実現するにあたってはＭＩＭＯ技術を利用することが期待されており、アンテナをアレイ状に並べた高機能の基地局を用いる検討が進められている。一方、大都市では限られた土地をできるだけ有効利用するため、地下にトンネルを掘って路線を通さざるを得ない場合が少なくない。
【００１８】
しかし、一般にトンネル内はその断面積が狭いため、移動する列車を常時追尾できるような高機能な無線基地局機器を、余裕をもって設置すること自体が難しい。また、鉄道の場合には電力架線支持用の構造物（梁）も路線上に一定間隔で設置されていることから、列車側の屋根部分にアンテナのような一定の高さのある構造物を取り付けるにあたっても、その高さが自ずと制約を受けることになる。こうした制約を避けるために高さを抑えた低姿勢アンテナを用いた場合、そのビーム指向性やの設計自由度も制約を受け、結果として高い通信速度を得ることが難しくなると懸念される。トンネル向けのアンテナとして現在利用されている漏洩同軸線路を用いた漏れ波アンテナは、次世代の移動体無線通信規格が謳う数Ｇｂｐｓの通信速度や指向性制御を実現することが難しい。
【００１９】
こうした理由から、トンネル内を運行する都市圏の鉄道路線で通勤・通学客が第５世代以降の移動体無線通信サービスを快適に利用できる移動体無線通信網は、未だ開発されるに至っていない。
【００２０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、例えばアンテナ設置が難しいトンネルなどの構造物が少なくない路線を運行する都市圏の公共交通機関に適した、次世代移動体無線通信網を実現するための実用的な無線通信システムおよび光通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明に係る無線通信システムは、移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、制御装置と、上記複数の中継ポストと上記制御装置との間をそれぞれ結ぶ通信経路を切り替える経路選択手段と、を有し、
上記移動経路に沿った上記移動体の移動に応じて、上記経路選択手段が上記通信経路を切り替える。
【００２２】
本発明に係る光通信システムは、移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、集中制御基地局と、上記複数の中継ポストと上記集中制御基地局との間をそれぞれ結ぶ光ファイバとを有し、
上記集中制御基地局は、少なくともｎ台の光送受信機（ｎは自然数）、ベースバンド信号多重分離器、マトリクス規模１×ｍの経路選択手段（ｍは自然数）、および移動体無線通信事業者の基地局との通信手段を備え、
上記移動経路に沿った移動体の移動に応じて、上記経路選択手段は上記光ファイバを切り替える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、膨大なトラヒックを無線基地局網へ流し込むことなく、移動体の移動経路の脇の通信経路へ効率よく効果的にオフロードできるようになり、より高速な通信速度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の最上位概念の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。
【図２Ｂ】図２Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。
【図３Ｂ】図３Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。
【図４Ａ】本発明の第３の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。
【図４Ｂ】図４Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。
【図５Ａ】本発明の実施例１の光通信システムを示す概観図である。
【図５Ｂ】図５Ａの列車と空間光通信中継ポストとの通信を示す概観図である。
【図６Ａ】本発明の実施例２の光通信システムを示す概観図である。
【図６Ｂ】図６Ａの列車と空間光通信中継ポストとの通信を示す概観図である。
【図７Ａ】本発明の実施例３の光通信システムを示す概観図である。
【図７Ｂ】図７Ａの列車と空間光通信中継ポストとの通信を示す概観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。具体的な実施形態を説明する前に、本発明の最上位概念の実施形態による無線通信システムを説明する。図１は、本発明の最上位概念の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。
【００２６】
図１の無線通信システムは、移動体３の移動経路に沿って設置された複数の中継ポスト４と、制御装置６と、複数の中継ポスト４との間を結ぶ複数の通信経路を切り替える経路選択手段８と、を有する。図１の無線通信システムでは、制御装置６と経路選択手段８との間に、送受信装置７をさらに有する。中継ポスト４は、移動体３の移動経路に沿って複数箇所、例えば２箇所以上、に配置される。経路選択手段８および送受信装置７の設置数は、対象とする移動経路や区間の移動体３の数を考慮して決められる。図１では複数の経路選択手段８および複数の送受信装置７を図示しているが、対象とする移動経路や区間の移動体３の数が１つの場合には、経路選択手段８および送受信装置７は少なくとも１つあればよい。
【００２７】
図１の光通信システムは、上記移動経路に沿った移動体３の移動に応じて、経路選択手段８は複数の中継ポスト４との間を結ぶ複数の通信経路を切り替える。これにより、移動体３の通信機器は移動体３の移動経路に沿って設置された複数の中継ポスト４のうちの少なくとも一つを中継として、無線通信システムの送受信装置８と通信することができる。以下、より具体的な実施形態について、本発明を説明する。
【００２８】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態による無線通信システムについて、説明する。図２Ａは、本発明の第１の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。図２Ｂは、図２Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。
【００２９】
以下、移動体無線通信システムの構成について、光通信システムを説明する。図２Ａに示すように、本光通信システムは、少なくとも集中制御基地局１０１と、光ファイバ１０２と、中継ポストの一例としての光中継ポスト１０４と、を含む。
【００３０】
集中制御基地局１０１は、移動体無線通信事業者の基地局との通信手段１０５、ベースバンド信号多重分離器１０６、ｎ台（ｎは自然数）の光送受信機１０７、および１：ｍ（ｍは自然数）の光経路選択手段１０８を、少なくとも備える。
【００３１】
光中継ポスト１０４は、移動体１０３の移動経路の脇に適当な間隔で複数設置されている。図２Ａでは、ｍ本（ｍは自然数）の光中継ポスト１０４が移動体１０３の移動経路に設置されているものとする。図２Ｂに示すように、光中継ポスト１０４は、ビーム走査手段１０９ａと、ビーム捕捉・追尾手段１１０ａとを、少なくとも備える。各光中継ポスト１０４は、光ファイバ１０２を介して送られてきた信号をビーム捕捉・追尾機構１１０ａが定めた標的位置に向けて送信する機能、および標的位置から送られてきた信号を受信して光ファイバ１０２へ出力する機能を有する。この場合の標的位置は、具体的には光中継ポスト１０４の最寄りを走行する移動体１０３のビーム走査手段１０９ｂである。
【００３２】
光ファイバ１０２は、その片端が光経路選択手段１０８に、もう片端が光中継ポスト１０４にそれぞれ接続されている。ｍ本の光中継ポスト１０４に対応して、ｍ本の光ファイバ１０２が一つの光経路選択手段１０８に接続されている。一つの光経路選択手段１０８は、ｍ本の光ファイバ１０２の一本を光通信経路として選択する。また図２Ａでは、各光中継ポスト１０４と複数の光経路選択手段１０８とが光ファイバ１０２でそれぞれ接続されている。光経路選択手段１０８は、１：ｍ光合分波器か、１：ｍ波長合分波器か、１×ｍ光スイッチを含んで構成することができる。
【００３３】
移動体１０３は、移動経路の一例として、２つのターミナル１００ａ、１００ｂ間に設けられた路線を走行する。図２Ａでは、２つのターミナル１００ａ、１００ｂ間に複数列の路線が設けられた場合を示している。そして一つの路線に１〜ｎ番の移動体１０３が存在しており、もう一つの路線にｎ＋１〜２ｎ番の移動体１０３が存在している。図２Ａでは、路線全体として２ｎ台の移動体１０３が存在している場合を示している。
【００３４】
移動体１０３は図２Ｂに示すように、ビーム走査手段１０９ｂ、ビーム捕捉・追尾手段１１０ｂ、光送受信機１１１、小型移動無線基地局１１２、および信号線１１３を備える。信号線１１３を介して、移動体１０３のビーム走査手段１０９ｂと小型移動無線基地局１１２とは互いに接続されている。小型移動無線基地局１１２は、移動体１０３内の複数の移動体無線通信機器１１４に通信サービスを提供する。
【００３５】
移動体１０３のビーム走査手段１０９ｂは、ビーム捕捉・追尾機構１１０ｂが定めた標的位置に向けて信号を送信する機能を有する。この場合の標的位置は、具体的には移動体１０３の最寄りの光中継ポスト１０４のビーム走査手段１０９ａである。ビーム捕捉・追尾機構１１０ｂは、移動体１０３とその最寄りの光中継ポスト１０４の相対位置関係をもとに相手の標的位置（ビーム走査手段１０９ａ）を算出する機能を有する。
【００３６】
続いて、本実施形態の光通信システムの動作について説明する。集中制御基地局１０１へ送られてきた各移動体無線通信事業者（図示せず）からの信号は、通信手段１０５でそれぞれ受信されたのち、ベースバンド分離多重器１０６によって受取先である移動体１０３毎にそれぞれ分離される。この分離された各移動体無線通信事業者からの信号は、ベースバンド分離多重器１０６によって受取先である移動体１０３毎に多重化された後、光経路選択手段１０８によって路線上の移動体１０３毎に割り当てられ、それに対応する各光送受信機１０７を駆動する。光送受信機１０７は、一芯双方向光ファイバ通信が可能である。
【００３７】
光送受信機１０７からの出力信号光は、これに接続された光経路選択手段１０８へ導かれ、これらに接続された光ファイバ１０２を介して光中継ポスト１０４のビーム走査手段１０９ａへ送られる。光中継ポスト１０４のビーム捕捉・追尾機構１１０ａは、移動体１０３との相対位置関係をもとに相手の標的位置（ビーム走査手段１０９ｂ）を算出する機能を有する。
【００３８】
ビーム走査手段１０９ａ、１０９ｂが相手の標的位置（ビーム走査手段１０９ｂ、１０９ａ）を算出するにあたっては、例えば次の手法(1)〜手法(3)、あるいはこれら３つの方法の幾つかを組合せるなどの方法などが利用できると、考えられる。
(1) 移動体１０３と光中継ポスト１０４との相対位置に対する標的位置を予めデータベース化して、これを参照する。
(2) 相手の発する信号ないしは位置参照用光ビーム（光ビーコン）の受光強度が最大となる方向を、空間ビーム走査しながら探す。
(3) ＣＣＤカメラ(Charge Coupled Device Camera)等で撮影した標的位置近傍の映像情報から、画像処理技術を用いて抽出する。
【００３９】
本実施形態の移動体１０３は、走行中に常時数ｃｍオーダの揺れが生じている可能性がある。相手の標的位置でこの揺れ幅より広く信号ビームが拡がっていれば、上記手法(1)が適用できる。上記手法(2)については、もし移動体１０３あるいは光中継ポスト１０４側のいずれかの通信機器に何らかの不具合が生じて信号・光ビーコンのいずれも発することが出来ない場合は、もう片方が標的位置を探索すること自体ができなくなる懸念がある。上記手法(3)は、相手の信号ないしは光ビーコンの有無に関わらず標的位置を画像情報から抽出できることから、電源故障等の不具合への耐性に優れると考えられる。
【００４０】
移動体１０３のビーム走査手段１０９ｂが受信した信号は、光送受信機１１１で復調され、信号線１１３を介して移動体１０３内に配置された小型移動無線基地局１１２へ送信される。信号線１１３は、ビーム走査手段１０９ｂおよびビーム捕捉・追尾機構１１０ｂ〜小型移動無線基地局１１２間の相互通信を、電気信号ないしは光信号の形で、有線伝送あるいは無線伝送する機能を有する。光送受信機１１１は、一芯双方向光ファイバ通信が可能である。
【００４１】
小型移動無線基地局１１２は、信号線１１３を介して光送受信機１１１から受けた信号を、移動体１０３内の複数の移動体無線通信機器１１４へ送信する機能を有する。また、移動体１０３内の複数の移動体無線通信機器１１４が送信した信号は、上述の逆の順に経由して、集中制御基地局１０１の移動体無線通信事業者の基地局との通信手段１０５まで伝搬し、そこから各移動体無線通信事業者の基地局へ送られる。
【００４２】
本実施形態の光通信システムでは、移動体１０３とともにひと塊で移動する多数の移動体無線通信機器１１４がやり取りする膨大なデータを、移動体１０３に設けた小型移動無線基地局１１２で一束にまとめる。こうしてまとめたデータを移動体１０３から、路線脇に設けた光中継ポスト１０４へ空間伝送し、ここからさらに光ファイバ１０２を介して送ることにより、集中制御基地局１０１との間で通信することが可能である。
【００４３】
これにより、移動体無線通信の通信需要が最も高くなる公共交通機関の通勤通学時間帯においても、膨大なトラヒックを無線基地局網へ流し込むことなく路線脇の光ファイバ網へ効率よく効果的にオフロードできるようになる。その結果として、より高速な通信速度を実現できるようになる。
【００４４】
また本実施形態の光通信システムでは、移動体の位置を時々刻々追尾するにあたって、複数のアンテナの振幅や位相の組合せを変えて指向性を制御する、すなわちビームフォーミングを行う、といった必要を最小限に抑えることができる。
【００４５】
このため、移動体１０３に設けた小型移動無線基地局１１２と外部に固定設置されたマクロセル無線基地局との間で直接無線通信するムービングセル技術に比べて、マクロセル無線基地局が移動体１０３を追尾捕捉する負荷を大幅に軽減できる。これにより、移動体をビームフォーミング技術で追尾するような煩雑なアンテナ制御が不要となり、よりシンプルなアンテナ構成の無線基地局で済ませられる。その結果として、マクロセル無線基地局側の通信機器コスト低減が期待される。
【００４６】
また本実施形態の光通信システムでは、移動体１０３の移動経路に沿って適当な間隔で複数設置されている。これにより、移動体に設けた小型移動無線基地局が外部に固定設置されたマクロセル無線基地局に向かって直接無線通信するムービングセル技術に比べて、ビルやトンネルといった大都市につきものの電波遮蔽構造物に関する課題が実用上無視できる。このため本実施形態の光通信システムでは、都市中心部のビル密集地区や地下鉄などでも、電波が途切れて通信できなくなる心配がない。また、電波遮蔽構造物を避けるために無線基地局を見通し距離より狭い間隔で設置する必要も無くなることから、無線基地局の設置や維持管理に要するコストを抑えることにも寄与すると期待される。
【００４７】
さらに、本実施形態の光通信システムでは、移動体無線通信網を無線だけで構築する場合に比べて、無線基地局の設置密度を減らすことができる。これにより、複数の無線基地局間での干渉の影響も軽減され、無線基地局に割り当てる周波数リソースの管理も容易になると期待される。さらに、移動体が隣接する通話エリアとの境界を跨いで移動する際、ハンドオーバの頻度が大幅に抑えられ、その処理で発生する負荷も効果的に抑えることが可能となる。
【００４８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態による無線通信システムについて、説明する。図３Ａは、本発明の第２の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。図３Ｂは、図３Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。
【００４９】
以下、移動体無線通信システムの構成について、光通信システムを説明する。図３Ａに示すように、本光通信システムは第１の実施形態と同様に、少なくとも集中制御基地局３０１と、光ファイバ３０２と、中継ポストの一例としての光中継ポスト３０４と、を含む。
【００５０】
集中制御基地局３０１は、第１の実施形態と同様に、移動体無線通信事業者の基地局との通信手段３０５、ベースバンド信号多重分離器３０６、ｎ台（ｎは自然数）の光送受信機３０７、および１：ｋ（ｋは自然数）の光経路選択手段３０８ａを少なくとも備える。
【００５１】
光中継ポスト３０４は、移動体３０３の移動経路の脇に適当な間隔で複数設置されている。図３Ａでは、ｍ本（ｍは自然数）の光中継ポスト３０４が移動体３０３の移動経路に設置されている。図３Ｂに示すように、光中継ポスト３０４は、ビーム走査手段３０９ａと、ビーム捕捉・追尾手段３１０ａとを少なくとも備える。
【００５２】
第１の実施形態との構成上の差は、集中制御基地局３０１のベースバンド信号多重分離器３０６とｎ台の光送受信機３０７との間に、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段３０８ｂが設けられていることである。これらを除く個々の構成要素は上述した第１の実施形態とほぼ同様であるため、構成の詳細な説明は省略する。
【００５３】
続いて、本光通信システムの動作について説明する。本実施形態の光通信システムでは、信号を送受信すべき光中継ポスト３０４を、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段３０８ｂと１×ｋ光経路選択手段３０８ａとを組合せて、選択する。
【００５４】
本実施形態においても光ファイバ３０２は、その片端が光経路選択手段３０８ａに、もう片端が光中継ポスト３０４にそれぞれ接続されている。本実施形態でも、ｍ本の光中継ポスト３０４に対応してｍ本の光ファイバ３０２が存在するが、この光ファイバ３０２はｍ本より少ないｋ本づつグループ化されて一つの１×ｋ光経路選択手段３０８ａに接続されている。一つの光経路選択手段３０８ａは、ｋ本の光ファイバ３０２の一本を光通信経路として選択する。
【００５５】
本光通信システムでは、路線上に移動体３０３がｎ編成運行しているものとする。移動体３０３は、移動経路の一例として、２つのターミナル３００ａ、３００ｂ間に設けられた路線を走行する。以下、この路線を編成数に等しいｎ区間に分けて取り扱う。信号を送受する移動体３０３の最寄りの光中継ポスト３０４を選択するにあたっては、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段３０８ｂを用いて、信号を送受する移動体３０３が走行している区間をまず選択する。
【００５６】
本実施形態では、計ｎ台の光送受信機３０７は、それぞれが計ｎ区間のいずれかに対応しており、区間選択手段３０８ｂからの信号で変調される。光送受信機３０７から出力された変調信号光は、１×ｋ光経路選択手段３０８ａおよび光ファイバ３０２を介して、上記区間を走行する移動体３０３の最寄りの光中継ポスト３０４へ送信される。各光送受信機３０７はいずれもｋ本の光中継ポスト３０４をカバーし、１×ｋ光経路選択手段３０８ａのポートを順次切り替えることにより、この区間を走行する移動体３０３を順次追尾する。
【００５７】
この区間を越えて移動体３０３が移動経路を移動する場合には、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段３０８ｂを用いて隣接する区間をカバーする光送受信機３０７へ切り替えることで、対応する。光中継ポスト３０４から集中制御基地局３０１側へ送信された信号は、この逆の道筋を辿って移動体通信事業者へと送られる。これらを除く個々の構成要素の働きは第１の実施形態と同じであるので、それらの詳細な説明は省略することとする。
【００５８】
移動体３０３側の構成や動作は、第１の実施形態と同様である。移動体３０３は図３Ｂに示すように、ビーム走査手段３０９ｂ、ビーム捕捉・追尾手段３１０ｂ、光送受信機３１１、小型移動無線基地局３１２、および信号線３１３を備える。信号線３１３を介して、移動体３０３のビーム走査手段３０９ｂと小型移動無線基地局３１２とは互いに接続されている。小型移動無線基地局３１２は、移動体３０３内の複数の移動体無線通信機器３１４に通信サービスを提供する。
【００５９】
本実施形態にかかる光通信システムによれば、第１の実施形態と同様に、移動体３０３とともにひと塊で移動する多数の移動体無線通信機器３１４がやり取りする膨大なデータを、移動体３０３に設けた小型移動無線基地局３１２で一束にまとめる。こうしてまとめたデータを移動体３０３から、路線脇に設けた光中継ポスト３０４へ空間伝送し、ここからさらに光ファイバ３０２を介して送ることにより、集中制御基地局３０１との間で通信することが可能である。
【００６０】
これにより、移動体無線通信の通信需要が最も高くなる公共交通機関の通勤通学時間帯においても、膨大なトラヒックを無線基地局網へ流し込むことなく路線脇の光ファイバ網へ効率よく効果的にオフロードできるようになる。
【００６１】
また本実施形態の光通信システムでは、移動体の位置を時々刻々追尾するにあたって、複数のアンテナの振幅や位相の組合せを変えて指向性を制御する、すなわちビームフォーミングを行う、必要を最小限に抑えることができる。
【００６２】
また本実施形態の光通信システムでは、移動体３０３の移動経路に沿って適当な間隔で光中継ポスト３０４が複数設置されている。これにより、ビルやトンネルといった大都市につきものの電波遮蔽構造物に関する課題が実用上無視できる。
【００６３】
さらに本実施形態の光通信システムでは、信号を送受信すべき光中継ポスト３０４を、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段３０８ｂと１×ｋ光経路選択手段３０８ａとを組合せて、選択する。これにより、第１の実施形態の光経路選択手段１０８がｍ本の光ファイバ３０２から経路選択していたのに対し、本実施形態の光経路選択手段３０８ａはｋ本（単純計算ではｍ／ｎ本）の光ファイバ３０２から経路選択する構成となる。これにより、光経路選択手段３０８ａのマトリクス規模を抑えることが可能である。
【００６４】
本実施形態では、移動経路上を運行している移動体３０３の編成数を考慮して、移動経路を編成数に等しいｎ区間に分けて取り扱っている。また、信号を送受する移動体３０３の最寄りの光中継ポスト３０４を選択する際に、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段３０８ｂを用いて、信号を送受する移動体３０３が走行している区間をまず選択している。これにより、光経路選択手段３０８ａのマトリクス規模を抑えることが可能である。この効果は、多数の中継ポストを必要とする路線の場合に、顕著になる。この特徴は、製造歩留りやコスト、挿入損失、ポート間ばらつきなどの観点から実用上有用である。
【００６５】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態による無線通信システムについて、説明する。図４Ａは、本発明の第３の実施形態の無線通信システムを示す概観図である。図４Ｂは、図４Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。
【００６６】
以下、移動体無線通信システムの構成について、光通信システムを説明する。図４Ａに示すように、本光通信システムも第２の実施形態と同様に、少なくとも集中制御基地局と、光ファイバ５０２と、中継ポストの一例としての光中継ポストとを含む。第２の実施形態との構成上の差は、集中制御基地局が路線の上り用／下り用で互いに分離され、かつ互いに路線の反対側のターミナル側に設けられている点である。
【００６７】
図４Ａではｍ本（ｍは自然数）の光中継ポスト５０４ａが移動体５０３（１〜ｎ番）の移動経路の脇に設置されており、ｍ本（ｍは自然数）の光中継ポスト５０４ｂが移動体５０３（ｎ＋１〜２ｎ番）の移動経路に設置されている。光中継ポスト５０４ａおよび光中継ポスト５０４ｂは、説明の便宜上異なる参照番号を付与したものであって、構成や動作は第１の実施形態の光中継ポスト１０４や第２の実施形態の光中継ポスト３０４と同じである。図４Ｂに示すように、光中継ポスト５０４ａ、５０４ｂは、ビーム走査手段５０９ａと、ビーム捕捉・追尾手段５１０ａとを少なくとも備える。
【００６８】
一つの集中制御基地局５０１ａは、移動体無線通信事業者の基地局との通信手段５０５、ベースバンド信号多重分離器５０６、ｎ台の光送受信機５０７、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段５０８ｂ、および１：ｋの光経路選択手段５０８ａを備える。
【００６９】
もう一つの集中制御基地局５０１ｂもまた、移動体無線通信事業者の基地局との通信手段５０５、ベースバンド信号多重分離器５０６、ｎ台の光送受信機５０７、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段５０８ｂ、および１：ｋの光経路選択手段５０８ａを備える。
【００７０】
そして図４Ａに示すように、一つの集中制御基地局５０１ａはターミナル５００ａ側に設けられており、もう一つの集中制御基地局５０１ｂはターミナル５００ｂ側に設けられている。これにより集中制御基地局が路線の上り用／下り用で互いに分離され、かつ互いに路線の反対側のターミナル側に設けられている。これらを除く個々の構成要素の働きは、第１の実施形態や第２の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施形態の光通信システムにおいても第２の実施形態と同様に、一つの集中制御基地局５０１ａは、信号を送受信すべき光中継ポスト５０４ａを、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段５０８ｂと１×ｋ光経路選択手段５０８ａとを組合せて、選択する。もう一つの集中制御基地局５０１ｂは、信号を送受信すべき光中継ポスト５０４ｂを、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段５０８ｂと１×ｋ光経路選択手段５０８ａとを組合せて、選択する。
【００７２】
移動体５０３側の構成や動作は、第１の実施形態および第２の実施形態と同様である。移動体５０３は図４Ｂに示すように、ビーム走査手段５０９ｂ、ビーム捕捉・追尾手段５１０ｂ、光送受信機５１１、小型移動無線基地局５１２、および信号線５１３を備える。信号線５１３を介して、移動体５０３のビーム走査手段５０９ｂと小型移動無線基地局５１２とは互いに接続されている。小型移動無線基地局５１２は、移動体５０３内の複数の移動体無線通信機器５１４に通信サービスを提供する。
【００７３】
本実施形態では、２つの集中制御基地局５０１ａ、５０１ｂのうち片側の機能が停電等の障害で万が一正常に機能しなくなった場合、或いは設備交換やメンテナンス等で機能停止しているような場合に、対処できる。すなわちこのような場合にも、もう片側の集中制御基地局が正常に機能できる状態であれば、上り／下りの反対側の光中継ポストを利用することで、通信サービスを継続することを可能にするものである。
【００７４】
例えば、一つの路線を移動している移動体５０３（ｎ＋１〜２ｎ番）は、もう一つの路線脇に設けた光中継ポスト５０４ａへ空間伝送し、ここからさらに光ファイバ５０２を介して送ることにより、集中制御基地局５０１ａとの間で通信することが可能である。また、もう一つの路線を移動している移動体５０３（１〜ｎ番）は、もう一つの路線脇に設けた光中継ポスト５０４ｂへ空間伝送し、ここからさらに光ファイバ５０２を介して送ることにより、集中制御基地局５０１ｂとの間で通信することが可能である。
【００７５】
また、上り／下り計２系統の光ファイバ５０２のうち片側の系統が事故や災害、工事などで機能停止している場合でも、もう片側の系統に異常がなければ、同様に上り／下りの反対側の光中継ポストを利用することで通信サービスを継続することが可能である。
【００７６】
本実施形態によれば、第１および第２の実施形態と同様に、移動体５０３とともにひと塊で移動する多数の移動体無線通信機器５１４がやり取りする膨大なデータを、移動体５０３に設けた小型移動無線基地局５１２で一束にまとめる。こうしてまとめたデータを移動体５０３から、路線脇に設けた光中継ポストへ空間伝送し、ここからさらに光ファイバ５０２を介して送ることにより、集中制御基地局５０１ａ、５０１ｂとの間で通信することが可能である。
【００７７】
さらに、第２の実施形態と同様に、一つの集中制御基地局５０１ａは、信号を送受信すべき光中継ポスト５０４ａを、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段５０８ｂと１×ｋ光経路選択手段５０８ａとを組合せて、選択する。またもう一つの集中制御基地局５０１ｂは、信号を送受信すべき光中継ポスト５０４ｂを、マトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段５０８ｂと１×ｋ光経路選択手段５０８ａとを組合せて、選択する。これにより第２の実施形態と同様に、光経路選択手段５０８ａのマトリクス規模を抑えることが可能である。
【００７８】
さらに本実施形態によれば、二つの集中制御基地局５０１ａ、５０１ｂのうちの一つの集中制御基地局が正常に機能できる状態であれば、上り／下りの反対側の光中継ポスト５０４ａ、または５０４ｂを利用することで、通信サービスを継続することができる。また、上り／下り計２系統の光ファイバ５０２のうち片側の系統が事故や災害、工事などで破断してしまった場合でも、同様に上り／下りの反対側の光中継ポスト５０４ａ、５０４ｂを利用することで、通信サービスを継続することが可能である。本実施形態の構成を用いることにより、第２の実施形態に比べて、障害への耐性に優れた光通信システムを実現することができる。
【実施例】
【００７９】
上述した本発明の実施形態の光通信システムについて、以下に実施例を説明する。
【００８０】
（実施例１）
実施例１は、第１の実施形態にかかる鉄道向け光通信システムについての動作検証例である。図５Ａは、本発明の実施例１の光通信システムを示す概観図である。図５Ａは、鉄道向け光通信システムを示す。図５Ｂは、図５Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。以下、鉄道向け光通信システムの構成について説明する。
【００８１】
本実施例の光通信システムは、集中制御基地局２０１、光ファイバ２０２、列車２０３、中継ポストの一例としての空間光通信中継ポスト２０４により、主に構成される。
【００８２】
集中制御基地局２０１は、４つの移動体無線通信事業者の基地局との通信手段２０５、ベースバンド信号多重分離器２０６、３２台の光送受信機２０７、光経路選択用１×６４光スイッチ２０８を備える。ここで各光送受信機２０７は、移動体無線通信システム用の規格であるＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）規格対応で、波長１５５０ｎｍ帯用のものとする。
【００８３】
図５Ａでは、計１２８本の光ファイバ２０２が、片側が光経路選択用１×６４光スイッチ２０８に、もう片端が空間光通信中継ポスト２０４にそれぞれ接続されている。列車２０３は、２つのターミナル駅２００ａ、２００ｂ間の路線上に上り／下り１６編成、計３２編成が走行している。路線の上り／下りに各６４本、計１２８本割り当てられた空間光通信中継ポスト２０４は、列車２０３の移動経路の脇に約３００ｍ間隔で設置されている。図５Ｂに示すように、空間光通信中継ポスト２０４は、いずれも光ビーム走査手段２０９ａ、ビーム捕捉・追尾手段２１０ａを備える。光ビーム走査手段２０９ａは光ファイバ２０２に接続されており、光送受信機２０７から受けた信号を列車２０３へ送信する機能および列車２０３から受けた信号を光送受信機２０７へ送信する機能を有する。
【００８４】
図５Ｂに示すように列車２０３は、その内部に光ビーム走査手段２０９ｂ、ビーム捕捉・追尾手段２１０ｂ、光送受信機２１１、小型移動無線基地局２１２を備える。光送受信機２１１と小型移動無線基地局２１２とは、光ファイバ２１３を介して互いに接続されている。ビーム捕捉手段２１０ａおよびビーム捕捉手段２１０ｂは、標的位置近傍を可視光ビーコンで走査する機能ならびにその輝点位置や列車２０３の映像を画像処理することにより、互いの標的位置を正確に知る機能を備える。その精度は、３００ｍ先方の標的位置で±５ｃｍ以内である。なお、光ビーム走査手段２０９ａ、光ビーム走査手段２０９ｂは、光ファイバ中を伝搬する信号光を、レンズを用いて平行光（コリメート光）に変換する機能を有する光学鏡筒である。
【００８５】
小型移動無線基地局２１２は、乗客の移動体無線通信機器２１４との間で無線通信を行う機能を有する。移動体無線通信機器２１４から小型移動無線基地局２１２が受信した信号は、ＲＦ(Radio Frequency)フロントエンド受信機（図示せず）で受信される。その後、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)変換器（図示せず）でデジタイズされて、光ファイバ２１３を介して列車２０３の光送受信機２１１へ送信される。
【００８６】
その逆も同様に、光送受信機２１１が送信した信号は光ファイバ２１３を介して小型移動無線基地局２１２へ送信される。小型移動無線基地局２１２のＤ／Ａ(Digital to Analog)変換器（図示せず）でアナログＲＦ信号に変換された後、ＲＦフロントエンド送信器（図示せず）から、移動体無線通信機器２１４へ送信される。列車２０３の光ビーム走査手段２０９ｂは、空間光通信中継ポスト２０４の光ビーム走査手段２０９ａとの間でコリメート結合を実現する機能を備える。光ファイバ２０２は１芯双方向光通信を行う。
【００８７】
図５Ａの１×６４光スイッチ２０８は、路線に沿って進行する列車２０３の最寄りの空間光通信中継ポスト２０４と、それに対応する光送受信機２０７との接続を実現する。同一の光送受信機２０７で６４本の空間光通信中継ポスト２０４をカバーし、これらに繋がる１×６４光スイッチ２０８のポートを順次切り替えることにより、この区間を走行する列車２０３を順次追尾する。
【００８８】
１×６４光スイッチ２０８は、１：６４光合分波器を用いて、６４本の空間光通信中継ポスト２０４に同一の信号光を送受する構成としても良い。またあるいは、光送受信機２０７、２１１を波長可変型とし、１×６４光スイッチ２０８を１：６４波長合分波器に置き換えることで、１×６４光スイッチとしての機能を波長可変機能で実現させても良い。
【００８９】
この実施例１の構成により、時速９０ｋｍで運行する列車２０３内の複数の乗客が利用する計３００台の移動体無線通信機器２１４に対し、それぞれ通信速度１０Ｍｂｐｓ（下り）、合計３Ｇｂｐｓ（下り）の高速通信サービスを提供可能となった。
【００９０】
（実施例２）
実施例２は、第２の実施形態にかかる鉄道向け光通信システムについての動作検証例である。図６Ａは、本発明の実施例２の光通信システムを示す概観図である。鉄道向け光通信システムを示す。図６Ｂは、図６Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。以下、鉄道向け光通信システムの構成について説明する。
【００９１】
本実施例の光通信システムは、実施例１と同様に、集中制御基地局４０１、光ファイバ４０２、列車４０３、中継ポストの一例としての空間光通信中継ポスト４０４により、主に構成される。集中制御基地局４０１は、通信手段４０５、ベースバンド信号多重分離器４０６、光送受信機４０７、および光経路選択手段を備える。なお図６Ｂに示すように、空間光通信中継ポスト４０４は、いずれも光ビーム走査手段４０９ａ、ビーム捕捉・追尾手段４１０ａを備える。
【００９２】
本実施例の本光通信システムと実施例１のそれとの違いは、ベースバンド信号分離多重器４０６とｎ台の光送受信機４０７の間にマトリクス規模１６×１６のパケットスイッチ４０８ｂが設けられていることである。ならびに本実施例の本光通信システムと実施例１のそれとの違いは、光経路選択手段として１×４光スイッチ４０８ａが用いられていることである。これらを除く個々の構成要素は実施例１と同じであるため、構成の詳細な説明は実施例１に譲る。
【００９３】
なお、図６Ｂに示すように列車４０３は、その内部に光ビーム走査手段４０９ｂ、ビーム捕捉・追尾手段４１０ｂ、光送受信機４１１、小型移動無線基地局４１２を備える。光送受信機４１１と小型移動無線基地局４１２とは、光ファイバ４１３を介して互いに接続されている。小型移動無線基地局４１２は、列車４０３内の複数の移動体無線通信機器４１４に通信サービスを提供する。
【００９４】
続いて、本実施例の本光通信システムの動作について説明する。本光通信システムでは、２つのターミナル駅４００ａ、４００ｂ間の路線上に列車４０３が上り／下り各１６編成、計３２編成運行している。以下、上り／下りの各路線とも、それぞれを運行中の車両編成数に等しい１６区間に分けて取り扱う。信号を送受する列車４０３の最寄りの空間光通信中継ポスト４０４を選択するにあたっては、まずマトリクス規模１６×１６のパケットスイッチ４０８ｂを用いて、信号を送受する列車４０３が走行している区間をまず選択する。計１６台の光送信機４０７は、それぞれが計１６区間のいずれかに対応していて、パケットスイッチ４０８ｂからの信号で変調される。光送信機４０７から出力された変調信号光は、１×４光スイッチおよび光ファイバ４０２を介して、上記区間を走行する列車４０３の最寄りの空間光通信中継ポスト４０４へ送信される。
【００９５】
各光送受信機４０７はいずれも４本の空間光通信中継ポスト４０４をカバーし、１×４光スイッチ４０８ａのポートを順次切り替えることにより、この区間を走行する列車４０３を順次追尾する。この区間を越えて列車４０３が移動する場合には、マトリクス規模１６×１６のパケットスイッチ４０８ｂを用いて隣接する区間をカバーする光送受信機４０７へ切り替えることで対応する。
【００９６】
これらを除く個々の構成要素の働きは実施例１と同じであるため、それらの働きの詳細な説明は実施例１に譲る。
【００９７】
本実施例は、上記構成に限られない。例えば、光送受信機４０７、４１１を波長可変型とし、１×４光スイッチ４０８ａの代わりに１：４波長合分波器を用いることで、光送受信機４０７、４１１の波長可変動作によって１×４光スイッチとしての機能を実現させる構成としても良い。
【００９８】
本実施例の構成により、光経路選択手段の挿入損失が１×６４光スイッチを用いた実施例１の場合に比べ約２．５ｄＢ低減できた。これにより、実施例１と同じ通信速度を提供しつつ、空間光通信中継ポスト４０４〜列車４０３間の空間光通信の受信感度マージンを約２．５ｄＢ改善することが可能となり、降雨時の信号光減衰の影響が大幅に軽減された。
【００９９】
（実施例３）
実施例３は、第３の実施形態にかかる鉄道向け光通信システムについての動作検証例である。図７Ａは、本発明の実施例３の光通信システムを示す概観図である。鉄道向け光通信システムを示す。図７Ｂは、図７Ａの移動体と中継ポストとの通信を示す概観図である。以下、鉄道向け光通信システムの構成について説明する。
【０１００】
本実施例の光通信システムは、実施例１および実施例２と同様に、集中制御基地局６０１、光ファイバ６０２、列車６０３、中継ポストの一例としての空間光通信中継ポスト６０４により、主に構成される。集中制御基地局６０１は、通信手段６０５、ベースバンド信号多重分離器６０６、光送受信機６０７、光経路選択用１×４光スイッチ６０８ａ、マトリクス規模１６×１６のパケットスイッチ６０８ｂ、を備える。なお図７Ｂに示すように、空間光通信中継ポスト６０４は、いずれも光ビーム走査手段６０９ａ、ビーム捕捉・追尾手段６１０ａを備える。
【０１０１】
図７Ａに示すように、本実施例では、集中制御基地局６０１と光ファイバ６０２が上り用／下り用で互いに分離され、かつ互いに路線の反対側のターミナル駅側に設けられている点で、実施例２と異なる。二つの集中制御基地局６０１のうち、一つの集中制御基地局６０１はターミナル駅６００ａ側に配置されており、もう一つの集中制御基地局６０１はターミナル駅６００ｂ側に配置されている。これらを除く個々の構成要素の働きは、実施例２と同じであるため、構成の詳細な説明は実施例２に譲る。
【０１０２】
なお図７Ｂに示すように列車６０３は、その内部に光ビーム走査手段６０９ｂ、ビーム捕捉・追尾手段６１０ｂ、光送受信機６１１、小型移動無線基地局６１２を備える。光送受信機６１１と小型移動無線基地局６１２とは、光ファイバ６１３を介して互いに接続されている。小型移動無線基地局６１２は、列車６０３内の複数の移動体無線通信機器６１４に通信サービスを提供する。
【０１０３】
本実施例では、２つの集中制御基地局６０１のうちいずれか一つが正常に機能できる状態であれば、上り用／下り用のいずれか正常に動作する側の空間光通信中継ポスト６０４を利用することで、通信サービスを継続することが可能である。集中制御基地局６０１のうち片側の集中制御基地局を活用し、上り用／下り用の正常に動作する空間光通信中継ポスト６０４を利用することで、通信サービスを継続することが可能である。
【０１０４】
また、上り／下り計２系統の光ファイバ６０２のうち片側の系統が事故や災害、工事などで機能停止している場合でも、異常の無い側の空間光通信中継ポスト６０４を利用することで、通信サービスを継続することが可能である。このように、本実施例の構成を用いることにより、実施例２に比べて障害への耐性に優れた光通信システムを実現することができる。
【０１０５】
本実施例の構成により、列車６０３内の複数の乗客が利用する計３００台の移動体無線通信機器６１４に対し、それぞれ通信速度１０Ｍｂｐｓ（下り）、合計３Ｇｂｐｓ（下り）の高速通信サービスを提供し続けることが可能である。集中制御基地局６０１の一方が停電等で正常動作しなくなったり、光ファイバ６０２のうち上り用ないしは下り用の一方が事故などで正常に動作しなくなったりした場合でも、障害に強い移動体無線通信網を実現する光通信システムを構築できる。
【０１０６】
〔その他の実施形態〕
なお、本発明は上記実施形態や実施例に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。これらも、本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【０１０７】
例えば、空間光通信手段を、ミリ波帯などＲＦ信号で通信を行う無線送受信機で置き換えても同様な機能を実現できる。なお、その際には、移動体と中継ポストの相対位置が時々刻々変わっても通信が途切れないよう、ＲＦ信号をビーム走査する機能が必要で、フェーズドアレイアンテナ技術などの応用が期待される。同様に、帯域幅に制約があるＲＦ信号を用いる場合には、移動体無線通信機器のＲＦ信号をデジタイズしてデジタル信号の形で移動体の信号線で伝送させる代わりに、移動体無線通信機器のベースバンド信号の形で伝送させるのが現実的である。
【０１０８】
光経路選択手段として光スイッチを利用する場合、光学材料の屈折率が温度で変化する性質を利用した熱光学型光スイッチや、半導体基板に形成された可動鏡を静電的に駆動するマイクロエレクトロメカニカル光スイッチなどが利用可能である。
【０１０９】
光送受信機としては、例えば移動体無線通信システム用の規格であるＣＰＲＩに適合した光送受信機や、幹線系光ファイバ通信システム向けのデジタルコヒーレント光送受信機、光インターコネクション向けの光送受信機などが利用できると期待される。
【０１１０】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、制御装置と、前記複数の中継ポストと前記制御装置との間をそれぞれ結ぶ通信経路を切り替える経路選択手段と、を有し、
前記移動経路に沿った前記移動体の移動に応じて、前記経路選択手段が前記通信経路を切り替える無線通信システム。
（付記２）移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、複数の送受信機と、前記複数の中継ポストと前記複数の送受信機との間をそれぞれ結ぶ通信経路を切り替える経路選択手段と、を有し、
前記移動経路に沿った移動体の移動に応じて、前記経路選択手段が前記通信経路を切り替える無線通信システム。
（付記３）前記移動経路に沿った移動体の移動に応じて、前記経路選択手段に前記通信経路の切り替えを指示する制御手段をさらに備える、付記２に記載の無線通信システム。
（付記４）前記複数の中継ポストは、前記移動体の前記移動経路に沿って、複数列に設置されており、
前記通信経路は、前記複数の中継ポストと前記複数の送受信機との間をそれぞれ結んでいる、付記１乃至付記３のいずれか一つに記載の無線通信システム。
（付記５）前記経路選択手段の通信経路に直列に接続され、前記制御手段により制御されるマトリクス構成の区間選択手段をさらに備える、付記１乃至付記４のいずれか一つに記載の無線通信システム。
（付記６）前記制御手段は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、一つの列に設置された前記複数の中継ポストと前記送受信機との間を結ぶ通信経路を切り替えるように制御する、付記４または付記５に記載の無線通信システム。
（付記７）前記制御手段は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストと前記送受信機との間を結ぶ通信経路をそれぞれ切り替えるように制御する、付記４または付記５に記載の無線通信システム。
（付記８）前記移動体は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、一つの列に設置された前記複数の中継ポストを経由して、前記送受信機と通信する、付記４乃至付記７のいずれか一つに記載の無線通信システム。
（付記９）前記移動体は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、前記移動経路からの距離がより近い方に設置された前記複数の中継ポストのいずれかを経由して、前記送受信機と通信する、付記８に記載の無線通信システム。
（付記１０）前記移動体は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、前記移動経路からの距離がより遠い方に設置された前記複数の中継ポストのいずれかを経由して、前記送受信機と通信する、付記８に記載の無線通信システム。
（付記１１）移動体の移動経路に沿って設置された複数の中継ポストと、集中制御基地局と、前記複数の中継ポストと前記集中制御基地局との間をそれぞれ結ぶ光ファイバとを有し、
前記集中制御基地局は、少なくともｎ台の光送受信機（ｎは自然数）、ベースバンド信号多重分離器、マトリクス規模１×ｍの経路選択手段（ｍは自然数）、および移動体無線通信事業者の基地局との通信手段を備え、
前記移動経路に沿った移動体の移動に応じて、前記経路選択手段は前記光ファイバを切り替える、光通信システム。
（付記１２）前記複数の中継ポストは、前記移動体と前記集中制御基地局との間で送受される信号を中継する機能を有する、付記１１に記載の光通信システム。
（付記１３）前記集中制御基地局の前記経路選択手段のマトリクス規模が１×ｋ（ｋは自然数）で、前記ベースバンド信号多重分離器と前記光送受信機の間にマトリクス規模ｎ×ｎの区間選択手段がさらに設けられ、前記中継ポストの数がｋ×ｎである、付記１１または付記１２に記載の光通信システム。
（付記１５）前記複数の中継ポストは、前記移動体の前記移動経路に沿って、複数列に設置されており、
前記移動体は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、前記移動経路からの距離がより近い方に設置された前記複数の中継ポストのいずれかを経由して、前記光送受信機と通信する、付記１１乃至付記１４のいずれか一つに記載の光通信システム。
（付記１６）前記複数の中継ポストは、前記移動体の前記移動経路に沿って、複数列に設置されており、
前記移動体は、前記複数列に設置された前記複数の中継ポストのうち、前記移動経路からの距離がより遠い方に設置された前記複数の中継ポストのいずれかを経由して、前記光送受信機と通信する、付記１１乃至付記１４のいずれか一つに記載の光通信システム。
（付記１７）集中制御基地局が、２か所に分散配置されていることを特徴とする、付記１１乃至付記１６に記載の光通信システム。
（付記１８）前記複数の中継ポストは、前記移動体の前記移動経路に沿って、複数列に設置されており、
分散配配置された集中制御基地局の一つが、一つの列の前記複数の中継ポストを使用し、分散配配置された集中制御基地局のもう一つが、もう一つの列の前記複数の中継ポストを使用する、付記１７に記載の光通信システム。
（付記１９）前記経路選択手段が、ｎ台の１×ｋ光スイッチか、ｎ台の１：ｋ光合分波器か、ｎ台の１：ｋ波長合分波器のいずれかである、付記１１乃至付記１８のいずれか一つに記載の光通信システム。
【符号の説明】
【０１１１】
１００ａ、１００ｂ、３００ａ、３００ｂ、５００ａ、５００ｂ    ターミナル
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ａ、５０１ｂ、６０１    集中制御基地局
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２    光ファイバ
１０３、３０３、５０３    移動体
１０４、３０４、５０４ａ、５０４ｂ    光中継ポスト
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５    通信手段
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６    ベースバンド信号多重分離器
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７    光送受信機
１０８、３０８ａ、５０８ａ    光経路選択手段
１０９ａ、１０９ｂ、３０９ａ、３０９ｂ、５０９ａ、５０９ｂ    ビーム走査手段
１１０ａ、１１０ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、３１０ａ、３１０ｂ    光ビーム捕捉・追尾手段
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１    光送受信機
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２    小型移動無線基地局
１１３、３１３、５１３    信号線
１１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４    移動体無線通信機器
２００ａ、２００ｂ、４００ａ、４００ｂ、６００ａ、６００ｂ    ターミナル駅
２０３、４０３、６０３    列車
２０４、４０４、６０４    空間光通信中継ポスト
２０８    １×６４光スイッチ
２０９ａ、２０９ｂ、４０９ａ、４０９ｂ、６０９ａ、６０９ｂ    光ビーム走査手段
２１３、４１３、６１３    光ファイバ
３０８ｂ、５０８ｂ    区間選択手段
４０８ａ、６０８ａ    １×４光スイッチ
４０８ｂ、６０８ｂ    パケットスイッチ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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