WO2008018281A1 - Mobile optical communication system and mobile optical communication method - Google Patents

Description

明 細 書

移動体光通信システム及び移動体光通信方法

技術分野

[0001] 本発明は、移動体光通信システム及び移動体光通信方法に関し、特に光ファイバ を用いた移動体光通信システム及び移動体光送信方法に関する。

背景技術

[0002] 従来の移動体光通信システムとして、漏洩光ファイバを移動体及び移動体の経路 に沿って設けたものが知られている。当該移動体光通信システムにおいては、移動 体の経路に沿って設けられた漏洩光ファイバから送出された光信号が、移動体の受 光部にて受光される。また、移動体に設けられた漏洩光ファイバから送出された光信 号が移動体の経路に設けられた受光部にて受光される（例えば、特許文献 1参照。 ) 特許文献 1 :特開 2004— 282685号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかし、従来の移動体光通信システムでは、漏洩光ファイバの周方向の全方位に、 かつ長手方向の全てに渡って光が漏れ出る。そのため、膨大なエネルギーのロスが 生じ、それを補うために非常識的な強度の光信号を漏洩光ファイバに送り込み続け なければなかった。そのため列車などの移動体通信に用いることは困難であった。

[0004] すなわち、漏洩光ファイバからは、ファイバ軸全体から常に光が漏洩しているのに 対し、移動体に設けられた受光部は、そのわずか一部のみを受光しているに過ぎな い。それでも S/Nを確保するためにはある量以上の強度をファイバに送らなければ ならず、そのために光源が必要とするパワーは、計算上数ワットにものぼる。

[0005] 例えば、受光部を半導体素子で構成した場合、受光素子の大きさは直径 0. lmm 程度となる。これは受光素子の大きさが大き過ぎるとブロードバンドに必要なギガビッ トクラスの通信には使えないためである。この受光素子を移動体に lmおきに設置す ると仮定すると、光の利用効率は 0. lmm/lmで 1万分の 1にしかならない。また漏 洩率として、 100mで光が漏洩し尽くすと仮定し、外乱光の影響を考慮して必要な S

/Nを確保するために、受光部に； 1 Wの光量が必要と仮定する。このときの投入パ ヮ一は; W/O. Imm X IOOmで 1Wも必要になる。当然ながら、信号光は 100m 毎に増幅しなければならなレ、。

[0006] すなわち、沿線 100mに渡り、直径 0. 1mmの受光素子を乗せた移動体が軌道上 のどこを走っていても、受光素子に 1 Wの到達が必要となる。軌道がほぼ直線と仮 定した場合、直径 0. 1mmの受光素子が軌道に沿って走る面積は、 100m X O. lm m、即ち、 10_²m²である。この 10_²m²の中のどの位置に受光面直径 0. 1mmすな わち受光面積 0. 00785 X 10— ⁶m²の受光素子があっても、 1 Wが入射していなけ ればならない。したがって、光ファイバから漏洩された光が広がらないと仮定しても、 投入パワーは最低でも、 l ^ W X lO— ²m²÷ 0. 00785 X 10— ⁶m²= 1. 27Wが必要 となる。実際には、光ファイバから漏洩された光は空間的に広がるため、この何倍もの パワーを投入しなければならなレ、。

[0007] また、漏洩光の広がりを考慮する必要がある。漏洩光はファイバから放射された瞬 間から空間的に広がってしまう。信号光はファイバ中を時系列のパターンとして伝播 してくるビット列である。例えば lGb/s (毎秒 1ギガビット）の信号の場合、 20〜30cm 毎のビット列となっている。これが空間的に広がることは、時間的な歪みを生じること に相当するので、ビットエラーの増大につながることになる。

[0008] そこで本発明は、効率的に光を送受信することによりエネルギーロスを減少させるこ とが可能な移動体光通信システム及び移動体光通信方法を提供することを目的とす

課題を解決するための手段

[0009] 上記目的を達成するために、本発明は、複数の移動体側受光手段を有する移動 体と、該移動体の移動経路に沿って敷設され、該複数の移動体側受光手段が受光 可能な光を送出する複数のファイバ側光送出手段を有する光ファイバケーブルと、を 備えた移動体光通信システムであって、該複数のファイバ側光送出手段は該移動体 の移動方向における長さ以下の間隔で並設され、該移動体側受光手段は、該移動 体の移動方向に沿って、該ファイバ側光送出手段から該移動体に照射された光像の 該移動体の移動方向における長さ以下の所定間隔で並設されている移動体光通信 システムを提供している。

[0010] ここで、該光ファイバケーブルは、コアと該コアよりも屈折率が低く該コアに外接した クラッドと、該コアに接して形成され屈折率が該コアの屈折率より低ぐかつ該クラッド の屈折率より高い光漏洩部であって、該移動体の移動方向に断続的に複数設けら れた光漏洩部とを有する漏洩光ファイバケーブルであり、該光漏洩部は該ファイバ側 光送出手段として機能することが好ましい。また、該光漏洩部は該光ファイバケープ ルの周方向の一部に設けられていることが好ましい。さらに、該複数の光漏洩部のう ち、該移動体の移動方向下流側の該光漏洩部の方が上流側の該光漏洩部より光の 漏洩率が高いことが好ましい。さらに、該光漏洩部の長手方向の長さは、伝播する光 信号の 1ビットに相当する空間的な長さ以下であることが好ましい。あるいは、該ファ ィバ側光送出手段は光送信装置であることが好ましい。

[0011] また、該移動体は、それぞれ該複数の移動体側受光手段を有する複数の移動体を 備え、該移動経路には、 1本の経路が複数の分岐経路に分岐する分岐位置と、該複 数の分岐経路が再び 1本の経路に合流する合流位置が設けられ、該移動経路は、 各区間に該複数の移動体のうち 1台のみが存在するように設定される複数の区間を 有し、各分岐経路は、該複数の区間のうちの一区間として機能し、各区間に 1対 1で 対応するように複数の基地局が設けられ、各区間における該複数のファイバ側光送 出手段は対応する該基地局に接続されてレ、ることが好まし!/、。

[0012] また、本発明は、複数の移動体側光送出手段を有する移動体と、該移動体の移動 経路に沿って敷設され、該複数の移動体側光送出手段から送出された光を受光可 能な複数のファイバ側受光手段を有する光ファイバケーブルと、を備えた移動体光 通信システムであって、該複数の移動体側光送出手段は移動体の移動方向に沿つ て配置され、該移動体が該移動経路に沿って移動したときに、任意の隣接する 2つ の移動体側光送出手段から該移動経路に向けて照射されたそれぞれの光像は重な る領域を有し、該重なる領域は、各ファイバ側受光手段を通過するように配置されて おり、該複数のファイバ側受光手段は該移動体の移動方向における長さ以下の間隔 で並設されてレ、ることを特徴とする移動体光通信システムを提供して!/、る。 [0013] また、任意の隣接する 2つの移動体側光送出手段から送出される光の波長は互い に異なってレ、ることが好まし!/、。

[0014] さらに、該移動体は、それぞれ該複数の移動体側光送出手段を有する複数の移動 体を備え、該移動経路には、 1本の経路が複数の分岐経路に分岐する分岐位置と、 該複数の分岐経路が再び 1本の経路に合流する合流位置が設けられ、該移動経路 は、各区間に該複数の移動体のうち 1台のみが存在するように設定される複数の区 間を有し、各分岐経路は、該複数の区間のうちの一区間として機能し、各区間に 1対 1で対応するように複数の基地局が設けられ、各区間における該複数のファイバ側受 光手段は対応する該基地局に接続されてレ、ることが好まし!/、。

[0015] さらに本発明は、複数の移動体側受光手段と複数の移動体側光送出手段とを有す る移動体と、該移動体の移動経路に沿って敷設され、該複数の移動体側受光手段 が受光可能な光を送出する複数のファイバ側光送出手段を有する第 1の光ファイバ ケーブルと、該複数の移動体側光送出手段から送出された光を受光可能な複数の ファイバ側受光手段を有する第 2の光ファイバケーブルと、を備えた移動体光通信シ ステムであって、該複数のファイバ側光送出手段は該移動体の移動方向における長 さ以下の間隔で並設され、該移動体側受光手段は、該移動体の移動方向に沿って 、該ファイバ側光送出手段から該移動体に照射された光像の該移動体の移動方向 における長さ以下の所定間隔で並設されており、該移動体が該移動経路に沿って移 動したときに、任意の隣接する 2つの移動体側光送出手段から該移動経路に向けて 照射されたそれぞれの光像は重なる領域を有し、該重なる領域は、各ファイバ側受 光手段を通過するように配置されており、該複数のファイバ側受光手段は該移動体 の移動方向における長さ以下の間隔で並設されていることを特徴とする移動体光通 信システムを提供している。

[0016] また、任意の隣接する 2つの移動体側光送出手段から送出される光の波長は、互 いに異なり、且つファイバ側光送出手段から送出される光の波長とも異なっているこ とが好ましい。

[0017] ここで、該第 1の光ファイバケーブルは、コアと、該コアよりも屈折率が低く該コアに 外接したクラッドと、該コアに接して形成され屈折率が該コアの屈折率より低ぐかつ 該クラッドの屈折率より高い光漏洩部であって該移動体の移動方向に断続的に複数 設けられた光漏洩部とを有する漏洩光ファイバケーブルであり、該光漏洩部は該ファ ィバ側光送出手段としているのが好ましい。また、該光漏洩部は該第 1の光ファイバ ケーブルの周方向の一部に設けられていることが好ましい。さらに、該複数の光漏洩 部のうち、該移動体の移動方向下流側の該光漏洩部の方が上流側の該光漏洩部よ り光の漏洩率が高いことが好ましい。あるいは、該ファイバ側光送出手段は光送信装 置であることが好ましい。

[0018] また、該移動体は、それぞれ該複数の移動体側光送出手段と該複数の移動体側 受光手段とを有する複数の移動体を備え、該移動経路には、 1本の経路が複数の分 岐経路に分岐する分岐位置と、該複数の分岐経路が再び 1本の経路に合流する合 流位置が設けられ、該移動経路は、各区間に該複数の移動体のうち 1台のみが存在 するように設定される複数の区間を有し、各分岐経路は、該複数の区間のうちの一区 間として機能し、各区間に 1対 1で対応するように複数の基地局が設けられ、各区間 における該複数のファイバ側光送出手段及び複数のファイバ側受光手段は対応す る該基地局に接続されて!/、ること力 S好ましレ、。

[0019] また、本発明は、移動体の経路に沿って光を伝達し、該移動体の経路上に設けら れた複数の送出位置から、該移動体の経路に沿って伝達された光を該移動体に向 けて送出し、該移動体に向けて送出された光を、該移動体の複数の受光位置のうち 少なくとも一つの受光位置で受光する移動体光通信方法において、該経路上の該 複数の送出位置は、該移動体の移動方向の長さ以下の間隔で設けられ、該移動体 の該複数の受光位置は、該移動体の移動方向に沿って、該経路上の該複数の送出 位置から該移動体に照射された光像の該移動体の移動方向における長さ以下の所 定間隔で並設されてレ、る移動体光通信方法を提供して!/、る。

[0020] また、本発明は、移動体の移動方向に沿って該移動体に設けられた複数の送出位 置から光を送出し、該送出された光を、該移動体の経路上に設けられた複数の受光 位置のうち少なくとも一つの受光位置で受光し、該移動体の経路上の該複数の受光 位置のうち少なくとも一つの受光位置で受光された光を、該移動体の経路に沿って 伝達する移動体光通信方法にお!/、て、該移動体が該移動体の経路に沿って移動し たときに、任意の隣接する 2つの移動体側送出位置力 該移動体の経路に向けて照 射されたそれぞれの光像は重なる領域を有し、該重なる領域は、該移動体の経路上 の各受光位置を通過するように配置されており、該経路上の該複数の受光位置は該 移動体の移動方向における長さ以下の間隔で並設されていることを特徴とする移動 体光通信方法を提供して!/、る。

[0021] また、任意の隣接する 2つの移動体側送出位置から送出される光の波長は互いに 異なっていることが好ましい。

[0022] また、本発明は、移動体の経路に沿って光を伝達し、該移動体の経路上に設けら れた複数の送出位置から、該移動体の経路に沿って伝達された光を該移動体に向 けて送出し、該移動体に向けて送出された光を、該移動体の複数の受光位置のうち 少なくとも一つの受光位置で受光し、該移動体の移動方向に沿って該移動体に設け られた複数の送出位置から光を送出し、該送出された光を、該移動体の経路上に設 けられた複数の受光位置のうち少なくとも一つの受光位置で受光し、該移動体の経 路上の該複数の受光位置のうち少なくとも一つの受光位置で受光された光を、該移 動体の経路に沿って伝達する移動体光通信方法にお!/、て、該経路上の該複数の送 出位置は、該移動体の移動方向における長さ以下の間隔で設けられ、該移動体の 該複数の受光位置は、該移動体の移動方向に沿って、該経路上の該複数の送出位 置から該移動体に照射された光像の該移動体の移動方向における長さ以下の所定 間隔で並設され、該移動体が該移動体の経路に沿って移動したときに、任意の隣接 する 2つの移動体側送出位置から該移動体の経路に向けて照射されたそれぞれの 光像は重なる領域を有し、該重なる領域は、該移動体の経路上の各受光位置を通 過するように配置されており、該経路上の該複数の受光位置は該移動体の移動方向 における長さ以下の間隔で並設されていることを特徴とする移動体光通信方法を提 供している。

[0023] また、任意の隣接する 2つの移動体側送出位置から送出される光の波長は、互い に異なり、且つ経路上の送出位置から送出される光の波長とも異なっていることが好 ましい。

発明の効果 [0024] 請求項 1記載の移動体光通信システムによれば、複数のファイバ側光送出手段は 移動体の移動方向における長さ以下の間隔で並設され、移動体側受光手段は、移 動体の移動方向に沿って、ファイバ側光送出手段から移動体に照射された光像の移 動体の移動方向における長さ以下の所定間隔で並設されている。このため、移動体 が移動体の経路上のいずれの地点にいても、ファイバ側光送出手段から送出された 光を複数の移動体側受光手段のうち少なくとも一つの移動体側受光手段で確実に 受信すること力 Sできる。よって、シームレスなダウンリンクが達成される。

[0025] 請求項 2記載の移動体光通信システムによれば、光ファイバケーブルは漏洩光ファ ィバケーブルであるため、装置の設置が容易になり、装置の設置にかかる費用を抑 X_られる。

[0026] 請求項 3記載の移動体光通信システムによれば、光漏洩部は光ファイバケーブル の周方向の一部に設けられている。このため光漏洩部から漏れ出る光の量を周方向 に関して限定することができる。これにより、光の無駄な漏洩を減らすことが出来、長 距離に渡って光信号を伝播させることができる。

[0027] 請求項 4記載の移動体光通信システムによれば、移動体の移動方向下流側の光 漏洩部の方が上流側の光漏洩部より光の漏洩率が高くなつてレ、る。このため各光漏 洩部から漏れ出る光の量を一定にすることができる。よって、安定した光通信が達成 される。

[0028] 請求項 5記載の移動体光通信システムによれば、光漏洩部の長手方向の長さは、 伝播する光信号の 1ビットに相当する空間的な長さ以下であるため、複数個のビット 信号が一度に空間に放射されることはない。よって、信号の歪みのない安定したダウ ンリンクが達成できる。

[0029] 請求項 6記載の移動体光通信システムによれば、ファイバ側光送出手段は光送信 装置であるため、エラーの少なレ、精度のよ!/、光通信が達成される。

[0030] 請求項 7記載の移動体光通信システムによれば移動経路には、移動体は、それぞ れ複数の移動体側受光手段を有する複数の移動体を備えてレ、る。 1本の経路が複 数の分岐経路に分岐する分岐位置と、複数の分岐経路が再び 1本の経路に合流す る合流位置が設けられている。そして、移動経路は、各区間に複数の移動体のうち 1 台のみが存在するように設定される複数の区間を有している。また、各分岐経路は、 該複数の区間のうちの一区間として機能する。さらに、各区間に 1対 1で対応するよう に複数の基地局が設けられている。各区間における複数のファイバ側光送出手段は 対応する基地局に接続されている。このため、分岐経路を有する移動経路において 、複数の車両の間で混線がないダウンリンクを行うことができる。また、複数の車両が 独立してシームレスなダウンリンクを行うことができる。

[0031] 請求項 8記載の移動体光通信システムによれば、複数の移動体側光送出手段は 移動体の移動方向に沿って配置されている。移動体が移動経路に沿って移動したと きに、任意の隣接する 2つの移動体側光送出手段から移動経路に向けて照射された それぞれの光像は重なる領域を有し、重なる領域は、各ファイバ側受光手段を通過 するように配置されている。複数のファイバ側受光手段は移動体の移動方向におけ る長さ以下の間隔で並設されている。このため、移動体が移動体の経路上のいずれ の地点にいても、複数の移動体側光送出手段のうち少なくとも一つの移動体側光送 出手段から送出された光がファイバ側受光手段に受信される。よって、シームレスな アップリンクを達成できる。

[0032] 請求項 9記載の移動体光通信システムによれば、任意の隣接する 2つの移動体側 光送出手段から送出される光の波長は互いに異なっている。このため、任意の隣接 する 2つの移動体側光送出手段から照射される光による干渉ノイズを避けることがで きる。よって、ファイバ側受光手段は確実に移動体側光送出手段から送出される光を 受光する。従って、混線のないアップリンクを達成できる。

[0033] 請求項 10記載の移動体光通信システムによれば移動経路には、移動体は、それ ぞれ複数の移動体側光送出手段を有する複数の移動体を備えて!/、る。 1本の経路 が複数の分岐経路に分岐する分岐位置と、複数の分岐経路が再び 1本の経路に合 流する合流位置が設けられている。そして、移動経路は、各区間に複数の移動体の うち 1台のみが存在するように設定される複数の区間を有している。また、各分岐経 路は、該複数の区間のうちの一区間として機能する。さらに、各区間に 1対 1で対応 するように複数の基地局が設けられている。各区間における複数のファイバ側光受 光手段は対応する基地局に接続されている。このため、分岐経路を有する移動経路 において、複数の車両の間で混線がないアップリンクを行うことができる。また、複数 の車両が独立してシームレスなアップリンクを行うことができる。

[0034] 請求項 1 1記載の移動体光通信システムによれば、複数のファイバ側光送出手段 は移動体の移動方向における長さ以下の間隔で並設されている。移動体側受光手 段は、移動体の移動方向に沿って、ファイバ側光送出手段から移動体に照射された 光像の移動体の移動方向における長さ以下の所定間隔で並設されている。さらに、 移動体が移動経路に沿って移動したときに、任意の隣接する 2つの移動体側光送出 手段から移動経路に向けて照射されたそれぞれの光像は重なる領域を有し、重なる 領域は、各ファイバ側受光手段を通過するように配置されている。複数のファイバ側 受光手段は移動体の移動方向における長さ以下の間隔で並設されている。このため 、移動体が移動体の経路上のいずれの地点にいても、光送出手段から送出された 光を複数の移動体側受光手段のうち少なくとも一つの移動体側受光手段で確実に 受信すること力 Sできる。また、移動体が移動体の経路上のいずれの地点にいても、複 数の移動体側光送出手段のうち少なくとも一つの移動体側光送出手段から送出され た光がファイバ側受光手段に受信される。従って、シームレスな双方向通信を達成で きる。

[0035] 請求項 12記載の移動体光通信システムによれば、任意の隣接する 2つの移動体 側光送出手段から送出される光の波長は、互いに異なり、且つファイバ側光送出手 段から送出される光の波長とも異なっている。このため、任意の隣接する 2つの移動 体側光送出手段から照射される光及びファイバ側光送出手段から送出される光によ る干渉ノイズを避けることができる。よって、ファイバ側受光手段は確実に移動体側光 送出手段から送出される光を受光し、移動体側受光手段はファイバ側光送出手段か ら送出される光を確実に受光することができる。従って、混線のない双方向通信を達 成できる。

[0036] 請求項 13記載の移動体光通信システムによれば、光ファイバケーブルは漏洩光フ アイバケーブルであるため、装置の設置が容易になり、装置の設置にかかる費用を抑 X_られる。

[0037] 請求項 14記載の移動体光通信システムによれば、光漏洩部は光ファイバケーブル の周方向の一部に設けられている。このため光漏洩部から漏れ出る光の量を周方向 に関して限定することができる。これにより、光の無駄な漏洩を減らすことが出来、長 距離に渡って光信号を伝播させることができる。

[0038] 請求光 15記載の移動体光通信システムによれば、移動体の移動方向下流側の光 漏洩部の方が上流側の光漏洩部より光の漏洩率が高くなつてレ、る。このため各光漏 洩部から漏れ出る光の量を一定にすることができる。よって、安定した光通信が達成 される。

[0039] 請求項 16記載の移動体光通信システムによれば、ファイバ側光送出手段は光送 信装置であるため、エラーの少なレ、精度のよ!/、光通信が達成される。

[0040] 請求項 17記載の移動体光通信システムによれば移動経路には、移動体は、それ ぞれ複数の移動体側光送出手段と複数の移動体側受光手段とを有する複数の移動 体を備えている。 1本の経路が複数の分岐経路に分岐する分岐位置と、複数の分岐 経路が再び 1本の経路に合流する合流位置が設けられている。そして、移動経路は 、各区間に複数の移動体のうち 1台のみが存在するように設定される複数の区間を 有している。また、各分岐経路は、該複数の区間のうちの一区間として機能する。さら に、各区間に 1対 1で対応するように複数の基地局が設けられている。各区間におけ る複数のファイバ側光送出手段および複数のファイバ側光受光手段は対応する基地 局に接続されている。このため、分岐経路を有する移動経路において、複数の車両 の間で混線がない双方向通信を行うことができる。また、複数の車両が独立してシー ムレスな双方向通信を行うことができる。

[0041] 請求項 18記載の移動体光通信方法によれば、経路上の複数の送出位置は、移動 体の移動方向における長さ以下の間隔で設けられ、移動体の複数の受光位置は、 移動体の移動方向に沿って、経路上の複数の送出位置から移動体に照射された光 像の移動体の移動方向における長さ以下の所定間隔で並設されている。このため、 移動体が移動体の経路上のいずれの地点にいても、経路上の送出位置から送出さ れた光を複数の移動体の受光位置のうち少なくとも一つの移動体の受光位置で確実 に受信すること力できる。よって、シームレスなダウンリンクが達成される。

[0042] 請求項 19記載の移動体光通信方法によれば、移動体が移動体の経路に沿って移 動したときに、任意の隣接する 2つの移動体側光送出位置力 移動体の経路に向け て照射されたそれぞれの光像は重なる領域を有し、重なる領域は、移動体の経路上 の各受光位置を通過するように配置されて!、る。経路上の複数の受光位置は移動体 の移動方向における長さ以下の間隔で並設されている。このため、移動体が移動体 の経路上のいずれの地点にいても、複数の移動体の光送出位置のうち少なくとも一 つの移動体の光送出位置から送出された光が経路上の受光位置に受信される。よつ て、シームレスなアップリンクが達成される。

[0043] 請求項 20記載の移動体光通信方法によれば、任意の隣接する 2つの移動体側光 送出位置から送出される光の波長は互いに異なっている。このため、任意の隣接す る 2つの移動体の送出位置から照射される光による干渉ノイズを避けることができ、経 路上の受光位置は確実に移動体の送出位置から送出される光を受光する。従って、 混泉のなレ、アップリンクを達成できる。

[0044] 請求項 21記載の移動体光通信方法によれば、経路上の複数の送出位置は、移動 体の移動方向における長さ以下の間隔で設けられている。移動体の複数の受光位 置は、移動体の移動方向に沿って、経路上の複数の送出位置から移動体に照射さ れた光像の移動体の移動方向における長さ以下の所定間隔で並設されている。移 動体が移動体の経路に沿って移動したときに、任意の隣接する 2つの移動体側送出 位置から移動体の経路に向けて照射されたそれぞれの光像は重なる領域を有し、重 なる領域は、移動体の経路上の各受光位置を通過するように配置されている。経路 上の複数の受光位置は移動体の長さ以下の間隔で並設されている。このため、移動 体が移動体の経路上のいずれの地点にいても、経路上の送出位置から送出された 光を複数の移動体の受光位置のうち少なくとも一つの移動の受光位置で確実に受 信すること力 Sできる。また、移動体が移動体の経路上のいずれの地点にいても、複数 の移動体の光送出位置のうち少なくとも一つの移動体の光送出位置から送出された 光力 経路上の受光位置に受信される。よって、シームレスな双方向通信が達成され

[0045] 請求項 22記載の移動体光通信方法によれば、任意の隣接する 2つの移動体側送 出位置から送出される光の波長は、互いに異なり、且つ経路上の送出位置から送出 される光の波長とも異なっている。このため、任意の隣接する 2つの移動体の送出位 置から照射される光及び経路上の送出位置から送出される光による干渉ノイズを避 けること力 Sできる。よって、経路上の受光位置は確実に少なくとも一つの移動体の送 出位置から送出される光を受光し、少なくとも一つの移動体の受光位置は確実に経 路上の送出位置から送出される光を受光する。従って、混線のない双方向を達成で きる。

図面の簡単な説明

[0046] [図 1]本発明の第 1の実施の形態による移動体光通信システムの全体構成を示す説 明図である。

[図 2]第 1の実施の形態による移動体光通信システムに用いられる漏洩光ファイバの 構造を示す斜視図である。

[図 3]図 2の漏洩光ファイバを光軸方向に直交する方向に切断した面による断面図で ある。

[図 4]第 1の実施の形態による移動体光通信システムに用いられる漏洩光ファイバの 光漏洩部から照射される光の軌跡を示す側面図である。

[図 5]第 1実施の形態による移動体光通信システムに用いられる光ファイバの構成を 示す説明図である。

[図 6]第 1の実施の形態による移動体光通信システムにおいて、車両側に設けられた 光送信装置から照射される光の軌跡を示す側面図である。

[図 7]第 2の実施の形態による移動体光通信システムの全体構成を示す説明図であ

[図 8]変更例による光送信装置の構成を示す説明図である。

[図 9]別の変更例による光送信装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

[0047] 1···移動体光通信システム、 2···線路、 3···車両、

4·· '基地局、 5·· '中継局、

6·· 'インターネット公衆基地局、 10· · '漏洩光ファイバ、

11···コア、 12···クラッド、 13··•光漏洩部、 20·· '光ファイバ、

21·· '受光装置、 25·· •信号生成装置、

31·· '受信用光ファイバ、 32· • -受光装置、

33·· •復調装置、 34·· •送信用光フアイ

35·· •信号生成装置、 36· ··光送信装置、

101· ··移動体光通信シ ヽ ，、

102a〜； 102d…線路、

103x, 103y…車両、

104a〜； 104d…基地局、

105···中継局、 106· · 'インターネット公衆基地局、

110a〜； 11 Od' ··漏洩光ファイバ、

113a〜； 113(1···光漏洩部、

120a~120d- "光ファイバ、

121a〜； 121(1···受光装置、

220, 320···光送信装置、

131x, 131y •受信用光フアイ

133x, 133y •復調装置、

134x, 134y •送信用光フアイ

135x, 135y •信号生成装置、

136x, 136y •光送信装置

Ρ1···軌跡、 P2- 発明を実施するための最良の形態

本発明の第 1の実施の形態による移動体光通信システムについて図 1乃至図 6に 基づき説明する。本実施の形態による移動体光通信システム 1は、新幹線などの鉄 道車両と、インターネットなどのネットワークとの間で高速通信を行うためのシステムで ある。図 1は移動体光通信システム 1の全体構成を示す説明図である。移動体光通 信システム 1は線路 2、車両 3、複数の基地局 4、中継局 5、インターネット公衆基地局 6を備えている。線路 2に沿って複数の漏洩光ファイバ 10、複数の光ファイバ 20、複 数の受光装置 21が設けられている。

[0049] 車両 3は線路 2に沿って移動する。車両 3には、受信用光ファイバ 31、複数の受光 装置 32、復調装置 33、送信用光ファイバ 34、信号生成装置 35、複数の光送信装置 36が設けられている。

[0050] 複数の基地局 4は線路上に一定の間隔で設けられている。基地局 4はそれぞれ中 継局 5にネットワーク回線によって接続されている。中継局 5はインターネット公衆基 地局 6にネットワーク回線によって接続されている。複数の基地局 4が設けられる間隔 は、線路上に複数の車両が存在する場合、複数の車両の間で信号が混線しないよう に、各基地局 4の間に車両 3が最大でも 1台のみ存在するような間隔であればよい。 例えば、新幹線などの鉄道車両において、車両の現在位置は ATC (自動列車制御 装置）によって常時監視されており、その制御区間内には必ず一台の車両しか走行 していない。このため、本実施の形態でも、 ATCが設置された箇所に基地局 4を設 置するのが好適である。例えば、新幹線などで設置されている ATCは主として 3000 m間隔で設置されており、 ATCの集中制御方式では主として 20km毎に複数の AT Cを集中制御している。よって本実施の形態においても、例えば、基地局 4は 3000m 毎に設置され、複数の基地局 4を束ねる中継局 5は 20km毎に設置されるのが好適 である。

[0051] 以下では、車両 3の移動方向（図 1)に関して上流側を単に上流側と表し、車両 3の 移動方向に関して下流側を単に下流側と表す。

[0052] まず、ダウンリンク、即ち線路 2側に設けられた漏洩光ファイバ 10から車両 3に光を 送信するための構成について説明する。

[0053] 各漏洩光ファイバ 10は隣接する 2つの基地局 4の間に敷設されている。 2つの基地 局 4のうち上流側もしくは下流側いずれか一方の基地局 4に漏洩光ファイバ 10が接 続されている。本実施の形態では、漏洩光ファイバ 10は上流側の基地局 4に接続さ れているとする。基地局 4は漏洩光ファイバ 10に光信号を送信する。

[0054] 図 2は漏洩光ファイバ 10の構造を示す斜視図である。図 3は漏洩光ファイバ 10を光 軸方向（車両 3の移動方向）に直交する方向に切断した面による断面図である。漏洩 光ファイバの長手方向は車両 3の移動方向と等しい。 [0055] 図 2、図 3に示すように、漏洩光ファイバ 10はコア 11、クラッド 12、光漏洩部 13を備 えている。コア 11は漏洩光ファイバ 10の中心部分に設けられている。クラッド 12はコ ァ 11に外接している。光漏洩部 13はコア 11に接して、コア 11の周方向の一部に設 けられている。図 2に示すように、光漏洩部 13は長手方向に沿って断続的に複数、 例えば光漏洩部 13A, 13B, 13Cのように設けられている。漏洩光ファイバ 10内の 光の伝播方向と車両 3の進行方向とは同じである。この場合、光漏洩部 13Aが設け られた方を上流側、 13Cが設けられた方を下流側とする。

[0056] 例えば車両 3の移動方向における長さ（車両 3の長さ）を 400mとした場合、光漏洩 部 13は車両 3の移動方向の長さ 400m以下の間隔で設けられており、漏洩光フアイ ノ 10は光漏洩部 13が設けられた箇所が移動する車両 3の底面と対向するように上を 向くように敷設されている。図 1に示すように、基地局 4の近傍で、車両 3の移動方向 に関して上流側の線路 2上には漏洩光ファイバ 10が設けられていない区間 41が存 在する。このような区間 41においても、基地局 4の上流側であって基地局 4に最も近 い光漏洩部 13と、基地局 4の下流側であって基地局 4に最も近い光漏洩部 13との距 離は車両 3の移動方向の長さ以下である。即ち、線路 2上には、光漏洩部 13が車両 3の長さより短!/、間隔で必ず存在する。

[0057] 光漏洩部 13の漏洩率をしとする。漏洩率 Lはコア 11内を進行する光の量に対する 、光漏洩部 13から漏れ出る光の量の割合である。各光漏洩部 13の漏洩量を一定に するために、下流側に行くほど漏洩率を漸次増加させる。すなわち、漏洩光ファイバ 10の上流から数えて i番目の光漏洩部 13の漏洩率 Lが L =L / (1 -L ) にな るように、あるいは 1番目の光漏洩部 13Aの漏洩率を Lとした場合に、しが L =l/ ( 1一（i 1) * L ) となるように、漏洩率を変化させる。例えば、光ファイバ 10への光信 号の投入量を 10mWとし、各光漏洩部 13における漏洩量を 50 W—定とした場合 、光漏洩部 13Aの漏洩率は 0. 5%、光漏洩部 13Bの漏洩率は 0. 5025%、光漏洩 部 13Cの漏洩率は 0. 5051 %、となるように、漸次増加させて設置する。漏洩率 は 、例えば光漏洩部 13の屈折率または大きさを変化させることにより調整する。

[0058] また、車両 3の移動方向における光漏洩部 13の長さは、伝送レートの 1ビット分の 波長の長さ以下とする。もし光漏洩部 13の長さが伝送レートの 1ビット分の光信号の 空間的な長さ以上になると、複数個のビット信号が一度に空間に放射される。これら の複数のビット信号が空間的に混じりあってしまった場合には信号の歪みが生じてし まい、ビットエラーの可能性が非常に大きくなつてしまう。漏洩光ファイバ 10の伝送レ ートを lGb/sとすると、 1ビットに相当する光信号の空間的な長さはおよそ 20〜30c m程度である。このため光漏洩部 13の長手方向の長さも 1ビットに相当する光信号の 空間的な長さ以下とするのが好ましレ、。

[0059] 車両 3の底面には、複数の受光装置 32が漏洩光ファイバ 10に対向して配置されて いる。複数の受光装置 32は、一定の長さ d (図 4)以下の間隔で車両 3の移動方向に 沿って、車両 3の移動方向全体にわたって配置されている。受光装置 32は、例えば 半導体受光素子と、信号波形整形装置及び半導体レーザとで構成される。受光装 置 32は、漏洩光ファイバ 10の光漏洩部 13から照射された光を、半導体受光素子で 一旦電気信号に変換し、信号波形を整形した後、半導体レーザにより電気信号を光 信号に再び変換して出力する。図 4は漏洩光ファイバ 10から照射された光の軌跡 P1 を車両 3の移動方向及び上下方向に直交する方向から見た側面図である。図 4に示 すように、光漏洩部 13から照射された光が受光装置 32 (32A, 32B, 32C, 32D)で 受光される。長さ dは以下のようにして決定される。側面（車両 3の移動方向および上 下方向と直交する方向）から見ると光の軌跡 P1は略三角形状である。この光が車両 3に照射され光像が形成される。この光像の車両 3の移動方向における長さが dであ

[0060] 図 1及び図 5に示されるように、複数の受光装置 32は光ファイバ 31によって復調装 置 33に接続されている。図 1では、複数の受光装置 32がー本の光ファイバ 31で接 続されているように見える力 実際には図 5に示されるように各受光装置 32 (32A, 3 2B, 32C)は、複数の光ファイバ 31 (31A, 31B, 31C)によりそれぞれ独立して復調 装置 33に接続されている。各受光装置 32で受光された信号は復調装置 33に送ら れる。復調装置 33は信号の波形を再生する。各光ファイバ 31は同じ材質で作られて いる。また、図 5に示すように、各光ファイバ 31は屈曲して配線されることにより、同じ 長さとなるように構成されている。このため、同時刻に各受光装置 32で受信された光 信号は同時に復調装置 33に迪り着く。よって、各受光装置 32から送られてくる光信 号にズレがないため、復調装置 33で信号の再生を容易に行うことができる。

[0061] 次に、アップリンク、即ち車両 3から線路 2側の光ファイバ 20に光を送信するための 構成について説明する。

[0062] 図 1に示されるように、車両 3には信号生成装置 35が設けられている。車両 3の底 面には複数の光送信装置 36が車両 3の移動方向に沿って、車両 3の長さ全体に渡 つて配置されている。また複数の光送信装置 36は車両 3の移動方向に沿って、所定 の間隔で設けられている。各光送信装置 36は信号生成装置 35と光ファイバ 34によ り接続されている。

[0063] 線路 2上の受光装置 21は、車両 3の移動方向の長さより短い間隔で設けられてい る。本実施の形態では光漏洩部 13と受光装置 21とは同じ箇所に配置されている。す なわち、各受光装置 21間の間隔と各光漏洩部 13間の間隔は同じになっている。受 光装置 21は車両 3の移動により、光送信装置 36に対向可能な位置に設けられてい る。隣接する 2つの基地局 4の間に存在する全ての受光装置 21は、隣接する基地局 4のうち上流側の基地局 4に光ファイバ 20によって接続されている。受光装置 21は、 例えば半導体受光素子と、信号波形整形装置及び半導体レーザとで構成される。受 光装置 21は、光送信装置 36から照射された光を、半導体受光素子で一旦電気信号 に変換し、信号波形を整形した後、半導体レーザにより電気信号を光信号に再び変 換して出力する。また、図 5に示した光ファイバ 31と同様に、実際には図 6に示すよう に、各受光装置 21 (21A, 21B)は複数の光ファイバ 20 (20A, 20B)によりそれぞれ 独立して基地局 4に接続されている。各光ファイバ 20は同じ材質で作られている。図 5に示す光ファイバ 31と同様に、各光ファイバ 20は一部を屈曲して配線されることに より、同じ長さとなるように構成されている。このため、同時刻に各受光装置 21で受信 された光信号は同時に基地局 4に迪り着く。よって、各受光装置 21から送られてくる 光信号にズレがないため、ビットエラーの少ない光通信が達成される。

[0064] 図 6は、光送信装置 36から照射された光の軌跡 P2を示す側面図である。側面（車 両 3の移動方向及び上下方向に直交する方向）から見ると光の軌跡 P2は略三角形 状をしている。この光が線路 2上に照射され光像を形成する。図 6に示すように、隣り 合う光送信装置 36は、それぞれの光送信装置 36から線路上に設置された受光装置 21 (21A, 21B)に照射された場合には、その光像力 車両 3の移動方向において受 光装置 21上で重なるように配置されている。言い換えれば、車両 3が線路 2に沿って 移動したときに任意の隣接する 2つの光送信装置 36から線路 2に向けて照射された それぞれの光像は重なる領域を有し、その重なる領域は、各受光装置 21を通過する ように配置されている。また、車両 3側の隣り合った 2つの光送信装置 36から放射さ れる光（2ビーム）と、線路 2側の光漏洩部 13から放射される光（1ビーム）との、少なく とも 3ビームの波長は、干渉ノイズを避けるために互いに異なっている。即ち、任意の 隣接する 2つの光送信装置 36から照射される光の波長は、互いに異なり、且つ光漏 洩部 13から送出される光の波長とも異なっている。

[0065] 上記説明した移動体光通信システム 1の構成によれば、基地局 4から送信された光 は、コア 11とクラッド 12の間で反射を繰り返しながらコア 11の内部を進行する。光漏 洩部 13に入射した光の一部は漏洩光ファイバ 10の外部へと漏れ出る。外部に漏れ 出た光は車両 3の受光装置 32で受光される。受光された光は光ファイバ 31を介して 復調装置 33に伝送され、復調装置 33で光信号が再生される。復調装置 33で再生さ れた光信号は車両 3内の図示しない端末に送られる。一方、車両 3の信号生成装置 35によって生成された光信号は光送信装置 36から線路 2側へと照射される。照射さ れた光信号は受光装置 21で受光され光ファイバ 20を介して基地局 4へと送られる。 基地局 4から中継局 5に送られた信号は、復調装置（図示せず）で復調されて、インタ 一ネットなどのネットワークに送出される。

[0066] 本実施の形態では ATCと基地局 4は同じ位置に設けられている。つまり、隣接する 2つの基地局 4の間には車両 3は最大でも 1台しか存在しない。このような場合には以 下のような切れ目のない通信の受け渡し (ハンドオーバー）が可能になる。隣接する 2 つの基地局 4のうち車両 3の移動方向上流側の基地局 4を上流側基地局 4とし、他方 の基地局 4を下流側基地局 4と表現する。車両 3は、上流側基地局 4と下流側基地局 4との間を走行し、上流側基地局 4と通信を行っている。車両 3が下流側基地局 4を通 過中であることを ATCが判断すると同時に、下流側基地局 4は、下流側基地局 4に 接続された漏洩光ファイバ 10に車両 3向けの光信号を送る。同時に下流側基地局 4 は各受光装置 21で受信される光信号を処理するように設定される。これにより下流 側基地局 4と車両 3との通信の準備が完了する。ただしこの段階では、それまで通信 を行っていた上流側基地局 4でも、車両 3との間の通信を続けている。この通信は、 車両 3が下流側基地局 4を通過した後に終了してもよいし、次の車両 3が進入してき て、その車両 3に通信対象を切り替えるまで続けていても構わない。これらの制御は、 中継局 5において集中管理されて行われる。これにより、基地局 4を通過する瞬間で も、切れ目の無い通信の受け渡しが可能になる。

[0067] また、通信の切り替えに、線路側に設置された受光装置 21を利用することもできる 。上流側基地局 4に接続された受光装置 21のうち最も下流側にある受光装置 21に、 車両 3からの光信号が入力されたことを検知した瞬間に、下流側基地局 4は、下流側 基地局 4に接続された漏洩光ファイバ 10に、車両 3向けの光信号を送る。同時に下 流側基地局 4は各受光装置 21で受信される光信号を処理するように設定される。こ れらの制御は、中継局 5において集中管理されて行われる。この方法によれば、基地 局 4の設置場所が ATCの設置場所と異なって!/、ても切れ目のな!/、通信の受け渡し（ ハンドオーバー）が可能である。

[0068] 上述した実施の形態による移動体光通信システム 1によれば、光漏洩部 13は車両 3の移動方向の長さ以下の間隔をおいて、不連続に設けられている。このため、光漏 洩部が連続的に設けられる場合と比べて、光漏洩部 13から漏れ出る光の量を車両 3 の移動方向に関して限定することができる。これにより、光の無駄な漏洩を減らすこと が出来、長距離に渡って光信号を伝播させることができる。また、車両 3が線路 2上の いずれの地点に位置していても、車両 3は光漏洩部 13から漏れ出た光を確実に受 信すること力 Sできる。よって、シームレスなダウンリンクが達成される。

[0069] また、複数の受光装置 32は、一定の長さ d以下の間隔で車両 3の移動方向に沿つ て、車両 3の移動方向における長さの全体にわたって、車両 3の底面に配置されてい る。このため、光漏洩部 13から漏れ出た光を複数の受光装置 32のうち少なくとも一 つの受光装置 32で確実に受信することができる。よって、シームレスなダウンリンクが 達成される。

[0070] また、上述した実施の形態による移動体光通信システム 1によれば、複数設けられ た光漏洩部 13の漏洩率は光の伝播方向下流側に向かって漸次増加している。この ため各光漏洩部 13から漏れ出る光の量を常に一定にすることができる。よって、安定 した光通信を fiうことができる。

[0071] また移動体光通信システム 1は、漏洩光ファイバ 10を用いているため装置の設置が 容易であり、装置の設置に関わるコストを削減できる。また、光漏洩部 13は周方向の 一部に設けられている。このため光漏洩部 13から漏れ出る光の量を周方向に関して 限定すること力 Sできる。これにより、光の無駄な漏洩を減らすことが出来、長距離に渡 つて光信号を伝播させることができる。

[0072] 更に、複数の光送信装置 36は、車両 3が線路 2に沿って移動したときに、任意の隣 接する 2つの光送信装置 36から線路 2に向けて照射されたそれぞれの光像は重なる 領域を有し、この重なる領域は受光装置 21を通過するように配置されている。よって 、複数の光送信装置 36のうち少なくとも一つの光送信装置 36から放射された光は確 実に受光装置 21に受信される。よって、シームレスなアップリンクが達成される。また 、任意の隣接する 2つの光送信装置 36から照射される光の波長は、互いに異なり、 且つ光漏洩部 13から送出される光の波長とも異なっている。このため、任意の隣接 する 2つの光送信装置 36から照射される光および光漏洩部 13から送出される光によ る干渉ノイズを避けることができる。このため、受光装置 32は確実に光漏洩部 13から 送出される光を受光し、受光装置 21は確実に光送信装置 36から送出される光を受 光する。従って、混線のない双方向通信が達成できる。

[0073] また、移動体光通信システム 1の受光装置 21は、車両 3の移動方向に沿って、車両 3の移動方向の長さより短い間隔で設けられている。よって、車両 3が線路 2のいずれ の位置に位置していても、車両 3から送信された光信号は受光装置 21に受信される 。よって、シームレスなアップリンクを達成できる。

[0074] また上述した実施の形態による移動体光通信システム 1によれば、車両 3の移動方 向における光漏洩部 13の長さは、伝送レートの 1ビット分の光信号の空間的な長さ以 下である。よって、複数個のビット信号が一度に空間に放射されることはない。よって 、信号の歪みのない安定したダウンリンクを達成できる。

[0075] 本発明の第 2の実施の形態による移動体光通信システム 101について図 7に基づ き説明する。第 2の実施の形態による移動体光通信システム 101は、車両が、停車中 の別の車両を追レ、越す際のシームレスな光通信を実現する。移動体光通信システム 101では線路が分岐し、再び結合している。即ち、線路 102aは下流側の端部の分 岐点 B1において、線路 102bと線路 102cに分岐する。線路 102bと線路 102cとが一 定の区間並列して設けられたのちそれぞれの下流側端部の合流点 B2において線路 102dに接続される。線路 102aの上流側端部近傍に基地局 104aが設けられている 。また、線路 102bの上流側端部近傍に基地局 104bが設けられている。線路 102c の上流側端部近傍に基地局 104cが設けられて!/、る。また線路 102dの上流側端部 に基地局 104dが設けられている。基地局 104a〜； 104dが設けられる間隔は、基地 局 104a〜104dのそれぞれの間に車両が最大でも 1台のみとなるような間隔である。 本実施の形態においても基地局 104a〜104dは、 ATCの設置場所に設置されてい る。なお図 7では、線路 102bは αで途切れているが実際には αで連続している。同 様に線路 102cも /3で連続している。

[0076] 線路 102a〜102dに沿ってそれぞれ、漏洩光ファイバ 110a〜； 110d、複数の光フ アイバ 120a〜 120d力 S設けられて!/、る。漏洩光ファイバ 110a〜 11 Od及び複数の光 ファイバ 120a〜； 120dはそれぞれ基地局 104a〜； 104dに接続されている。基地局 1 04a〜； 104dはそれぞれネットワーク回線によって中継局 105に接続されており、送ら れてきた信号は復調装置（図示せず）で復調されて、さらに接続されているインター ネット基地局 106へ送出される。

[0077] 車両 103x, 103yにはそれぞれ、複数の受信用光ファイバ 131x, 131y、送信用 光ファイノ 134x, 134y、復調装置 133x, 133y、信号生成装置 135x, 135y、及び 光送信装置 136x, 136y力 S設けられている。車両 103x, 103yのこれらの装置の構 成は、第 1の実施の形態の車両 3の複数の受信用光ファイバ 31、送信用光ファイバ 3 4、復調装置 33、信号生成装置 35、及び光送信装置 36とそれぞれ同様である。

[0078] 受光装置 121a〜121dは、車両 103xまたは車両 103yの移動により光送信装置 1 36xまたは光送信装置 136yに対向可能な位置に設けられている。

[0079] 漏洩光ファイバ 110a〜； 110d、光ファイノ 120a〜； 120d、及び受光装置 121a〜l 21 dの構成は第 1の実施の形態の漏洩光ファイバ 1、光ファイバ 20、及び受光装置 2 1とそれぞれ同様である。但し、基地局 104b〜； 104d近傍の構成は以下のようになつ ている。

[0080] 漏洩光ファイバ 110a〜； 11 Odはそれぞれ光漏洩部 113a〜； 113dを有する。複数の 光漏洩部 113aのうち最も下流側にある光漏洩部 113aと、複数の光漏洩部 113bのう ち最も上流側にある光漏洩部 113bとの距離は車両 103xの長さ以下である。以下同 様に、複数の光漏洩部 113aのうち最も下流側にある光漏洩部 113aと、複数の光漏 洩部 113cのうち最も上流側にある光漏洩部 113cとの距離は車両 103yの長さ以下 である。複数の光漏洩部 113bのうち最も下流側にある光漏洩部 113bと、複数の光 漏洩部 113dのうち最も上流側にある光漏洩部 113dとの距離は車両 103xの長さ以 下である。同様に、複数の光漏洩部 1 13cのうち最も下流側にある光漏洩部 113cと、 光漏洩部 113dのうち最も上流側にある光漏洩部 113dとの距離は車両 103yの長さ 以下である。 gち,線路 102a, 102b, 102c, 102d上のいずれの地点、力、らでも、光漏 洩部 113a〜； 113dのいずれ力、が、車両 103xおよび車両 103yの長さの範囲内に存 在する。

[0081] 各基地局 104b〜； 104d近傍における受光装置 121a〜； 121dの構成も、それぞれ 光漏浪咅 113a〜； 113dの構成と同様である。 gち,線路 102a, 102b, 102c, 102d 上のいずれの地点からでも、受光装置 121a〜121dのいずれ力、が、車両 103xおよ び車両 103yの長さの範囲内に存在する。なお、本実施の形態では光漏洩部 113と 受光装置 121は同じ箇所に設けられている。

[0082] 上述したように、基地局 104a〜104dは、 ATCの設置場所と同じ場所に設置され ている。そのため、以下に示すように第 2の実施の形態においても切れ目の無い通 信の受け渡し (ハンドオーバー）が可能である。初めの状態では、線路 102a〜102d 上に車両 103x、 103yは共に存在しない。そこに、車両 103xが線路 102a上を進行 して来る。この時点では車両 103xは基地局 104aと通信を行っている。車両 103xは 線路 102bに進入する。車両 103xが基地局 104bを通過中であることを ATCが判断 すると同時に、基地局 104bは、漏洩光ファイバ 110bに、車両 103x向けの光信号を 送る。同時に基地局 104bは受光装置 121bで受信される光信号を処理するように設 定される。これにより、基地局 104bと車両 103xとの通信の準備が完了する。ただしこ の段階では、それまで通信を行っていた基地局 104aでも、車両 103xとの間の通信 を続けている。この通信は、車両 103xが基地局 104bを通過した後に終了してもよい し、次の車両が進入してきて、その車両に通信対象を切り替えるまで続けていても構 わない。続いて、車両 103xは線路 102b上の所定の位置に停車する。例えば、停車 位置はホームが設置された区間などである。

[0083] 次に車両 103yが、基地局 104aと通信を行いながら線路 102a上を走行して来る。

車両 103yは線路 102cに進入する。車両 103yが基地局 104cを通過中であることを ATCが判断すると同時に、基地局 104cは、漏洩光ファイバ 110cに、車両 103y向 けの光信号を送る。同時に基地局 104cは受光装置 121cで受信される光信号を処 理するように設定される。これにより、基地局 104cと車両 103yとの通信の準備が完 了する。ただしこの段階では、それまで通信を行っていた基地局 104aでも、車両 10 3yとの間の通信を続けている。この通信は、車両 103yが基地局 104cを通過した後 に終了してもよいし、次の車両が進入してきて、その車両に通信対象を切り替えるま で続けていても構わない。

[0084] さらに車両 103yは停車中の車両 103xを追い越す。車両 103yが基地局 104dを 通過中であることを ATCが判断すると同時に、基地局 104dは漏洩光ファイバ 110d に、車両 103y向けの光信号を送る。同時に基地局 104dは受光装置 121dで受信さ れる光信号を処理するように設定される。これにより、基地局 104dと車両 103yとの通 信の準備が完了する。ただしこの段階では、それまで通信を行っていた基地局 104c でも、車両 103yとの間の通信を続けている。この通信は、車両 103yが基地局 104d を通過した後に終了してもよいし、次の車両が進入してきて、その車両に通信対象を 切り替えるまで続けて!/、ても構わなレ、。

[0085] 車両 103yが線路 102dの下流側の基地局（図示せず）を通過した後に車両 103x がホームを発車する。車両 103xが基地局 104dを通過中であると ATCが判断すると 同時に、基地局 104dは漏洩光ファイバ 110dに、車両 103x向けの光信号を送る。 同時に基地局 104dは受光装置 121dで受信される光信号を処理するように設定さ れる。これにより、基地局 104dと車両 103xとの通信の準備が完了する。ただしこの 段階では、それまで通信を行っていた基地局 104bでも、車両 103xとの間の通信を 続けている。この通信は、車両 103xが基地局 104dを通過した後に終了してもよいし 、次の車両が線路 102bに進入してきて、その車両に通信対象を切り替えるまで続け ていても構わない。以上の制御は、中継局 105において集中管理されて行われる。 以上より、車両 103xが基地局 104b, 104dを通過する瞬間でも、切れ目の無い通信 の受け渡しが可能になる。また、車両 103yが基地局 104c, 104dを通過する瞬間で も、切れ目の無い通信の受け渡し (ノ、ンドオーバー）が可能になる。

[0086] また、通信の切り替えに、それぞれの線路 102a〜； 102dに設置されたそれぞれの 受光装置 121a〜121dを利用することもできる。車両 103xが線路 102aを走行して いるとする。この段階で、車両 103xが線路 102bに進むことは予め決められているは ずであり、中継局 105はこの情報を元に基地局 104bないし 104cの制御を行うことが 可能である。この場合には、基地局 104aに接続された複数の受光装置 121aのうち 最も下流側にある受光装置 121aに、車両 103xからの光信号が入力されたことを検 知した瞬間に、基地局 104bは、基地局 104bに接続された漏洩光ファイバ 110bに、 車両 103x向けの光信号を送る。同時に基地局 104bは各受光装置 121bで受信さ れる光信号を処理するように設定される。車両 103xは線路 102bに進入し停車する

〇

[0087] 次に、車両 103yが線路 102aを走行しているとする。この段階で、車両 103yが線 路 102cに進むことは予め決められているはずであり、中継局 105はこの情報を元に 基地局 104bないし 104cの制御を行うことが可能である。この場合には、基地局 104 aに接続された複数の受光装置 121aのうち最も下流側にある受光装置 121aに、車 両 103yからの光信号が入力されたことを検知した瞬間に、基地局 104cは、基地局 1 04cに接続された漏洩光ファイバ 110cに車両 103y向けの光信号を送る。同時に基 地局 104cは各受光装置 121cで受信される光信号を処理するように設定される。そ して、基地局 104cに接続された受光装置 121cのうち最も下流側にある受光装置 12 lcに、車両 103yからの光信号が入力されたことを検知した瞬間に、基地局 104dは 、基地局 104dに接続された漏洩光ファイバ 110dに、車両 103y向けの光信号を送 る。同時に基地局 104dは各受光装置 121dで受信される光信号を処理するように設 定される。

[0088] 車両 103yが線路 102dの下流側の基地局（図示せず）を通過した後、車両 103x が発車する。基地局 104bに接続された受光装置 121bのうち最も下流側にある受光 装置 121bに、車両 103xからの光信号が入力されたことを検知した瞬間に、基地局 104dは、基地局 104dに接続された漏洩光ファイバ 110dに、車両 103x向けの光信 号を送る。同時に基地局 104dは各受光装置 121dで受信される光信号を処理する ように設定される。以上の制御は、中継局 105において集中管理されて行われる。こ の方法によれば、基地局の設置場所と ATCの設置場所が異なる場合でも、切れ目 のない通信の受け渡しが可能である。

[0089] 上述した第 2の実施の形態による移動体光通信システム 101によれば、車両 103x を車両 103yが追い越す際に、車両 103x, 103yは、基地局 104a〜104dのいずれ 力、と常に通信を行っている。このため、車両 103x, 103y共にシームレスな双方向通 信が可能である。

[0090] また、第 2の実施の形態による移動体光通信システム 101によれば線路 102a〜d には、複数の車両（この例では車両 103x、 103y)が存在する。また、一本の線路 10 2aが複数の線路 102b、 102cに分岐する分岐点 B1と、線路 102b、 102cが再び 1 本の線路 102dに合流する合流点 B2が設けられている。そして、各線路（各区間） 10 2a〜； 102dには、最大で 1台の車両のみ（車両 103xまたは車両 103y)が存在するよ うに設定されている。すなわち、分岐経路である線路 102b、 102cにおいてもそれぞ れ車両は最大で 1台のみ存在するように設定されている。さらに、線路 102a〜； 102d に 1対 1で対応するように基地局 104a〜104dが設けられている。そして、漏洩光ファ ィバ 110a〜； UOdおよび受光装置 121a〜121dが対応する線路 102a〜102dに設 けられている。よって、漏洩光ファイバ 110a〜； UOdおよび受光装置 121a〜； 121dは 、対応する基地局 104a〜； 104dに接続されている。このため、車両 103x、 103yの 間で混線がない双方向通信を行うことができる。また、車両 103x、 103yが独立して 、シームレスな双方向通信を行うことができる。

[0091] 本発明による移動体光通信システム及び移動体光通信方法は上述した実施の形 態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能であ る。例えば、光ファイバ 20及び受光装置 21は線路 2に沿って設けられていた力 受 光装置 21が線路 2に沿って設けられていれば、光ファイバ 20は線路 2に沿って設け られていなくともよい。また、光送出手段に関しても同様に、光漏洩部 13が線路 2に 沿って設けられていれば、漏洩光ファイバ 10の非漏洩部は線路 2に沿って設けられ ていなくともよい。

[0092] また、図 8のように、漏洩光ファイバ 10の代わりに通常の（光漏洩部を有さない）光 ファイバ 210 (210A、 210B、 210C)を用い、光漏洩部に相当する位置に光送信装 置 220を設けてもよい。光ファイバ 210Aは車両移動方向上流側から延びており、下 流側端部がファイバカプラ 230に接続されている。光ファイバ 210Cはその上流側端 部がファイバカプラ 230に接続され、下流側に延び、さらに下流側の図示せぬフアイ バカプラ 230に接続されている。即ち、光ファイバ 210A、 210Cは線路に沿って延 設されている。光ファイバ 210Bは、光ファイバ 210A及び 210Cから枝分かれするよ うな形で、一端がファイバカプラ 230に接続されている。光ファイバ 210Bの他端は光 送信装置 220 (受光素子 221)に接続している。光送信装置 220は、フォトダイオード などからなる受光素子 221、信号処理回路 222、レーザダイオードなどからなる発光 素子 223を備える。発光素子 221と信号処理回路 222とは、電気ケーブル 226で接 続され、信号処理回路 222と、発光素子 223とは電気ケーブル 227で接続されてい る。光ファイバ 210Aを伝播してきた光は、ファイバカプラ 230に入力され、 2つの光 に分岐されて、光ファイバ 210B、 210Cに出力される。ファイバカプラ 230から出力さ れ、光ファイバ 210Bを伝播してきた光は受光素子 221に入力される。受光素子 221 は、光信号を電気信号に変換する O/E変換を行う。 O/E変換によって生成された 電気信号は、受光素子 221から、電気ケーブル 226を通って信号処理回路 222に 送信される。信号処理回路 222は、入力された電気信号を増幅し、波形を整形する。 増幅、及び、波形整形された電気信号は、光ケーブル 227を通って発光素子 223に 送信される。発光素子 223は電気信号を光信号に変換する E/O変換を行い、車両 3 (図 4参照）に向けて光（軌跡 P1)を送出する。

[0093] あるいは、図 9のように、漏洩光ファイバ 10の代わりに通常の（光漏洩部を有さない )光ファイバ 310 (310A、 310B)を用い、光漏洩部に相当する位置に光送信装置 3 20を設けてもよい。光ファイバ 310A、 310Bは共に線路 2に沿って延設されている。 光送信装置 320は、受光素子 321、信号処理回路 322、発光素子 323、発光素子 3 24を備える。受光素子 321と信号処理回路 322とは、電気ケーブル 326で接続され ている。信号処理回路 322と、発光素子 323とは電気ケーブル 327で接続され、信 号処理回路 322と、発光素子 324とは電気ケーブル 328で接続されている。光フアイ ノ 310Aは受光素子 321と接続されている。また、発光素子 324は光ファイバ 310B と接続されている。ファイバ 310Aを伝播してきた光は、受光素子 321に入力される。 受光素子 321は、光信号を電気信号に変換する O/E変換を行う。電気信号は、受 光素子 321から、電気ケーブル 326を通って信号処理回路 322に送信される。信号 処理回路 322は、電気信号を増幅し、波形を整形する。増幅、及び、波形整形され た電気信号は、電気ケーブル 326を通って発光素子 323に送信されると共に、電気 ケーブル 328を通って発光素子 324に送信される。発光素子 323は電気信号を光 信号に変換する E/O変換を行い、車両 3に向けて光を送出する。また、発光素子 3 24は電気信号を光信号に変換する E/O変換を行い、光ファイバ 310Bに光を送出 する。

光送信装置 220、 320を用いることによって、光はいつたん θ/Ε、 E/O変換を経 て波形が整形されるため、エラーの少ない精度のよい光通信が達成できる。尚、光送 信装置 220、 320が線路 2に沿って設けられていれば、光送信装置に接続する光フ アイバは線路 2に沿って設けられていなくともよい。

[0094] また、図 8、 9の光送信装置 220、 320は、 θ/Ε、 E/O変換の代わりに光一光制 御などを行う構成でもよい。この場合にも、光はいつたん光一光制御を経て波形が整 形されるため、エラーの少ない精度のよい光通信が達成できる。なお、図 8、 9には図 示されていないが、光ファイバ 210Bと受光素子 221、光ファイバ 310Aと受光素子 3 21、及び、発光素子 324と光ファイバ 310Bは、しかるべき光学部品を介して適切に 接続されるものとする。

[0095] また、上述した実施の形態では車両側に光送信装置 36、 136x、 136yを設けてい た。しかし、車両側に光送信装置の代わりに送信用の漏洩光ファイバを設け、光漏洩 部から光信号を送出するとレ、う構成であってもよレ、。

産業上の利用可能性

[0096] 本発明の移動体通信システムは、新幹線などの鉄道車両と、インターネットとの間 でブロードバンド通信を行うのに適している。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の移動体側受光手段（32、 132x、 132y)を有する移動体（3, 103x、 103y) と、

該移動体の移動経路（2、 102a— 102d)に沿って敷設され、該複数の移動体側受 光手段が受光可能な光を送出する複数のファイバ側光送出手段（13、 113a— 113 d)を有する光ファイバケーブル（10、 110a— 110d)と、を備えた移動体光通信シス テム（1、 101)であって、

該複数のファイバ側光送出手段は該移動体の移動方向における長さ以下の間隔 で並設され、

該移動体側受光手段は、該移動体の移動方向に沿って、該ファイバ側光送出手 段から該移動体に照射された光像の該移動体の移動方向における長さ（d)以下の 所定間隔で並設されていることを特徴とする移動体光通信システム。

[2] 該光ファイバケーブルは、コア（11)と、該コアよりも屈折率が低く該コアに外接した クラッド（12)と、該コアに接して形成され屈折率が該コアの屈折率より低ぐかつ該ク ラッドの屈折率より高い光漏洩部（13、 113a— 113d)であって該移動体の移動方向 に断続的に複数設けられた光漏洩部とを有する漏洩光ファイバケーブルであり、 該光漏洩部は該ファイバ側光送出手段として機能することを特徴とする請求項 1記 載の移動体光通信システム。

[3] 該光漏洩部は該光ファイバケーブルの周方向の一部に設けられていることを特徴と する請求項 2記載の移動体光通信システム。

[4] 該複数の光漏洩部のうち、該移動体の移動方向下流側の該光漏洩部の方が上流 側の該光漏洩部より光の漏洩率が高いことを特徴とする請求項 2または 3記載の移動 体光通信システム。

[5] 該光漏洩部の長手方向の長さは、伝播する光信号の 1ビットに相当する空間的な 長さ以下であることを特徴とする請求項 2に記載の移動体光通信システム。

[6] 該ファイバ側光送出手段は光送信装置（220、 320)であることを特徴とする請求項 1記載の移動体光通信システム。

[7] 該移動体は、それぞれ該複数の移動体側受光手段（132x、 132y)を有する複数 の移動体（103x、 103y)を備え、

該移動経路には、 1本の経路が複数の分岐経路（102b、 102c)に分岐する分岐位 置 (B1)と、該複数の分岐経路が再び 1本の経路に合流する合流位置 (B2)が設けら れ、

該移動経路は、各区間に該複数の移動体のうち 1台のみが存在するように設定さ れる複数の区間（102a— 102d)を有し、

各分岐経路は、該複数の区間のうちの一区間として機能し、

各区間に 1対 1で対応するように複数の基地局（104a— 104d)が設けられ、 各区間における該複数のファイバ側光送出手段は対応する該基地局に接続され ていることを特徴とする請求項 1記載の移動体光通信システム。

[8] 複数の移動体側光送出手段（36、 136x、 136y)を有する移動体（3、 103x、 103 y)と、

該移動体の移動経路（2、 102a— 102d)に沿って敷設され、該複数の移動体側光 送出手段から送出された光を受光可能な複数のファイバ側受光手段（21、 121a— 1 21 d)を有する光ファイバケーブル（10、 110a— 110d)と、を備えた移動体光通信シ ステム（1、 101)であって、

該複数の移動体側光送出手段は移動体の移動方向に沿って配置され、 該移動体が該移動経路に沿って移動したときに、任意の隣接する 2つの移動体側 光送出手段から該移動経路に向けて照射されたそれぞれの光像は重なる領域を有 し、該重なる領域は、各ファイバ側受光手段を通過するように配置されており、 該複数のファイバ側受光手段は該移動体の移動方向における長さ以下の間隔で 並設されていることを特徴とする移動体光通信システム。

[9] 任意の隣接する 2つの移動体側光送出手段から送出される光の波長は互いに異な つていることを特徴とする請求項 8記載の移動体光通信システム。

[10] 該移動体は、それぞれ該複数の移動体側光送出手段（136x、 136y)を有する複 数の移動体（103x、 103y)を備え、

該移動経路には、 1本の経路が複数の分岐経路（102b、 102c)に分岐する分岐位 置 (B1)と、該複数の分岐経路が再び 1本の経路に合流する合流位置 (B2)が設けら れ、

該移動経路は、各区間に該複数の移動体のうち 1台のみが存在するように設定さ れる複数の区間（102a— 102d)を有し、

各分岐経路は、該複数の区間のうちの一区間として機能し、

各区間に 1対 1で対応するように複数の基地局（104a— 104d)が設けられ、 各区間における該複数のファイバ側受光手段は対応する該基地局に接続されてい ることを特徴とする請求項 8または 9記載の移動体光通信システム。

[11] 複数の移動体側受光手段（32、 132x、 132y)と複数の移動体側光送出手段（36 、 136x、 136y)とを有する移動体（3、 103x、 103y)と、

該移動体の移動経路（2、 102a— 102d)に沿って敷設され、該複数の移動体側受 光手段が受光可能な光を送出する複数のファイバ側光送出手段（13、 113a— 113 d)を有する第 1の光ファイノ ケープレ（20、 120a— 120d)と、

該複数の移動体側光送出手段から送出された光を受光可能な複数のファイバ側 受光手段（21、 121a— 121d)を有する第 2の光ファイバケーブル（10、 110a— 110 d)と、を備えた移動体光通信システム（1、 101)であって、

該複数のファイバ側光送出手段は該移動体の移動方向における長さ以下の間隔 で並設され、

該移動体側受光手段は、該移動体の移動方向に沿って、該ファイバ側光送出手 段から該移動体に照射された光像の該移動体の移動方向における長さ（d)以下の 所定間隔で並設されており、

該移動体が該移動経路に沿って移動したときに、任意の隣接する 2つの移動体側 光送出手段から該移動経路に向けて照射されたそれぞれの光像は重なる領域を有 し、該重なる領域は、各ファイバ側受光手段を通過するように配置されており、 該複数のファイバ側受光手段は該移動体の移動方向における長さ以下の間隔で 並設されていることを特徴とする移動体光通信システム。

[12] 任意の隣接する 2つの移動体側光送出手段から送出される光の波長は、互いに異 なり、且つファイバ側光送出手段から送出される光の波長とも異なっていることを特徴 とする請求項 11記載の移動体光通信システム。

[13] 該第 1の光ファイバケーブルは、コア（1 1)と、該コアよりも屈折率が低く該コアに外 接したクラッド（12)と、該コアに接して形成され屈折率が該コアの屈折率より低ぐか っ該クラッドの屈折率より高い光漏洩部であって該移動体の移動方向に断続的に複 数設けられた光漏洩部（13)とを有する漏洩光ファイバケーブルであり、

該光漏洩部は該ファイバ側光送出手段として機能することを特徴とする請求項 11 または 12記載の移動体光通信システム。

[14] 該光漏洩部は該第 1の光ファイバケーブルの周方向の一部に設けられていることを 特徴とする請求項 13記載の移動体光通信システム。

[15] 該複数の光漏洩部のうち、該移動体の移動方向下流側の該光漏洩部の方が上流 側の該光漏洩部より光の漏洩率が高いことを特徴とする請求項 13記載の移動体光 通信システム。

[16] 該ファイバ側光送出手段は光送信装置であることを特徴とする請求項 11記載の移 動体光通信システム。

[17] 該移動体は、それぞれ該複数の移動体側光送出手段（136x、 136y)と該複数の 移動体側受光手段（132x、 132y)とを有する複数の移動体（103x、 103y)を備え、 該移動経路には、 1本の経路が複数の分岐経路（102b、 102c)に分岐する分岐位 置 (B1)と、該複数の分岐経路が再び 1本の経路に合流する合流位置 (B2)が設けら れ、

該移動経路は、各区間に該複数の移動体のうち 1台のみが存在するように設定さ れる複数の区間（102a— 102d)を有し、

各分岐経路は、該複数の区間のうちの一区間として機能し、

各区間に 1対 1で対応するように複数の基地局（104a— 104d)が設けられ、 各区間における該複数のファイバ側光送出手段及び複数のファイバ側受光手段は 対応する該基地局に接続されていることを特徴とする請求項 11記載の移動体光通 信システム。

[18] 移動体（3、 103x、 103y)の経路（2、 102a— 102d)に沿って光を伝達し、

該移動体の経路上に設けられた複数の送出位置から、該移動体の経路に沿って 伝達された光を該移動体に向けて送出し、 該移動体に向けて送出された光を、該移動体の複数の受光位置のうち少なくとも 一つの受光位置で受光する移動体光通信方法において、

該経路上の該複数の送出位置は、該移動体の移動方向における長さ以下の間隔 で設けられ、

該移動体の該複数の受光位置は、該移動体の移動方向に沿って、該経路上の該 複数の送出位置から該移動体に照射された光像の該移動体の移動方向における長 さ（d)以下の所定間隔で並設されていることを特徴とする移動体光通信方法。

[19] 移動体の移動方向に沿って該移動体に設けられた複数の送出位置から光を送出 し、

該送出された光を、該移動体の経路上に設けられた複数の受光位置のうち少なくと も一つの受光位置で受光し、

該移動体の経路上の該複数の受光位置のうち少なくとも一つの受光位置で受光さ れた光を、該移動体の経路に沿って伝達する移動体光通信方法にお!、て、 該移動体が該移動体の経路に沿って移動したときに、任意の隣接する 2つの移動 体側送出位置から該移動体の経路に向けて照射されたそれぞれの光像は重なる領 域を有し、該重なる領域は、該移動体の経路上の各受光位置を通過するように配置 されており、

該経路上の該複数の受光位置は該移動体の移動方向における長さ以下の間隔で 並設されて!/、ることを特徴とする移動体光通信方法。

[20] 任意の隣接する 2つの移動体側送出位置から送出される光の波長は互いに異なつ ていることを特徴とする請求項 19記載の移動体光通信方法。

[21] 移動体（3、 103x、 103y)の経路（2、 102a— 102d)に沿って光を伝達し、

該移動体の経路上に設けられた複数の送出位置から、該移動体の経路に沿って 伝達された光を該移動体に向けて送出し、

該移動体に向けて送出された光を、該移動体の複数の受光位置のうち少なくとも 一つの受光位置で受光し、

該移動体の移動方向に沿って該移動体に設けられた複数の送出位置から光を送 出し、 該送出された光を、該移動体の経路上に設けられた複数の受光位置のうち少なくと も一つの受光位置で受光し、

該移動体の経路上の該複数の受光位置のうち少なくとも一つの受光位置で受光さ れた光を、該移動体の経路に沿って伝達する移動体光通信方法にお!、て、 該経路上の該複数の送出位置は、該移動体の移動方向における長さ以下の間隔 で設けられ、

該移動体の該複数の受光位置は、該移動体の移動方向に沿って、該経路上の該 複数の送出位置から該移動体に照射された光像の該移動体の移動方向における長 さ（d)以下の所定間隔で並設され、

該移動体が該移動体の経路に沿って移動したときに、任意の隣接する 2つの移動 体側送出位置から該移動体の経路に向けて照射されたそれぞれの光像は重なる領 域を有し、該重なる領域は、該移動体の経路上の各受光位置を通過するように配置 されており、

該経路上の該複数の受光位置は該移動体の移動方向における長さ以下の間隔で 並設されて!/、ることを特徴とする移動体光通信方法。

任意の隣接する 2つの移動体側送出位置から送出される光の波長は、互いに異な り、且つ経路上の送出位置から送出される光の波長とも異なっていることを特徴とす る請求項 21記載の移動体光通信方法。