CN101502028A - 移动光通信系统和方法 - Google Patents

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Abstract

移动光通信系统(1)包括铁路(2)和车辆(3)。沿着所述铁路设置有多个漏光纤(10)、多个光纤(20)以及多个光接收机(21)。漏光纤包括光泄漏部(13)。光泄漏部间断地以不大于车辆在该车辆行进方向上的长度的间隔来设置。光接收机以不大于车辆在其行进方向上的长度的间隔来设置。沿着车辆在行进方向上的全长，以不大于预定长度的间隔来布置设置在车辆上的多个光接收机(32)。以如下方式对设置在车辆上的两个相邻的光发射机(36)进行设置，即，使得从这两个相邻的光发射机向光纤发射的光的光学图像在车辆行进方向上交叠。

Description

移动光通信系统和方法
技术领域
本发明涉及移动光通信系统和移动光通信方法，特别涉及利用光纤的移动光通信系统和移动光通信方法。
背景技术
本领域所公知的传统移动光通信系统具有设置在移动交通工具上以及沿着移动交通工具的经过路径设置的漏光纤。在这种移动光纤通信系统中，移动交通工具具有光接收单元。该光接收单元接收从沿着移动交通工具的经过路径设置的漏光纤发送来的光信号。沿着移动交通工具的经过路径设置有光接收单元，以便接收从设置在所述移动交通工具上的漏光纤发送来的光信号(例如参考专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-282685号公报
然而，在传统的移动光通信系统中，光在沿着光纤的全长的各个方向上，从漏光纤中漏出。因此存在大量的能量损失。这种能量损失必须通过持续向漏光纤中注入超常规强度的光信号来补偿。因此，将该系统应用到火车等的移动通信中是相当困难的。
具体地讲，尽管光持续从漏光纤中沿着光纤轴的全长漏出，但是设置在移动交通工具上的光接收器仅接受到该漏光的一小部分。尽管如此，必须向光纤提供一定强度的光来保持合适的信噪比。在这种情况下，光源所需要的功率估计为几瓦特。
例如，当光接收单元由半导体器件构成时，该器件的光接收元件的直径被设为0.1mm左右。这是因为在千兆比特级的宽带通信中不能使用尺寸更大的光接收元件。假设将该光接收元件以1米的间隔设置在移动交通工具上，光的利用效率不会超过0.1mm/lm、或1/10000。考虑环境光的影响，让我们也假设如下漏光率，所述漏光率使得光会在100m之后耗尽，并且使得光接收单元必须接收到1μW的光以便保持所需信噪比。此时的输入功率必须为1μW/0.1mm×100m，或者1W。自然，每隔100m必须对信号光进行放大。
即，当安装有直径为0.1mm的光接收元件的移动交通工具行进到100m铁路范围内的任意一点时，所述光接收元件必须接收到至少1μW的光强。假设轨道基本为直线，则光接收元件所经过的轨道的表面面积为100m×0.1mm，或10-2m2。在10-2m2的面积中的任何位置上，至少1μW的光必须被入射在具有直径为0.1mm(即光接收表面面积为0.00785×10-6m2)的光接收电路的光接收元件上。因此，即使假设从光纤中泄漏的光没有扩散，所需要的最小输入功率也要为1μW×10-2m2÷0.00785×10-6m2＝1.27W。然而由于从光纤中泄漏的光实际上会发生空间上的扩散，所以实际上必须输入几倍于该功率的功率。
因此，必须要考虑所泄漏的光的扩散。在光从光纤中辐射出来时所泄漏的光即在空间上扩散。信号光是按时序模式在光纤中传播的比特序列。如果信号比特率为1Gb/s，则每隔20—30cm就要提供一个比特流。由于空间扩散的发生等同于时间失真，因此这种扩散会增加比特差错率。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够通过高效光发送和光接收来降低能量损失的移动光通信系统和移动光通信方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种移动光通信系统。该移动光通信系统包括移动体和光缆。所述移动体包括多个移动体侧光接收装置。所述光缆沿着所述移动体的移动路径铺设，并且具有多个光纤侧光发射装置，所述多个光纤侧光发射装置发射由所述多个移动体侧光接收装置接收的光。所述多个光纤侧光发射装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来布置。所述移动体侧光接收装置在所述移动体的移动方向上以规定间隔来布置，该规定间隔小于或者等于从所述光纤侧光发射装置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度。
优选的是，所述光缆是漏光缆。该漏光缆包括：纤核、包层以及多个光泄漏部。所述包层固定在所述纤核的外侧，并且具有比该纤核的折射率低的折射率。所述多个光泄漏部在所述移动体的移动方向上间断地形成，与所述纤核接触，并且具有比所述纤核的折射率低且比所述包层的折射率高的折射率。所述光泄漏部用作为光纤侧光发射装置。进一步优选的是，所述光泄漏部仅设置在所述光缆的圆周方向的一部分上。进一步优选的是，所述多个光泄漏部中的位于所述移动体的移动方向下游的光泄漏部比该多个光泄漏部中的位于上游的上游光泄漏部具有更高的光泄漏率。进一步优选的是，光泄漏部的纵向长度小于或者等于相当于1比特的传播光信号的空间长度。或者优选的是，所述光纤侧光发射装置是光发射机。
优选的是，所述移动体包括多个移动体。该多个移动体中的每一个都具有多个对应移动体侧光接收装置。所述移动体的移动路径具有：分支位置，在该分支位置处移动路径从单一路径分成多个分支路径；以及会合位置，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径。所述移动体的移动路径具有多个区间，同一时刻在各区间中允许存在多个移动体中的仅一个移动体。各分支路径用作多个区间中的一个。所述移动光通信系统还包括与多个区间一一对应的多个基站。所述多个光纤侧光发射装置在各区间中连接到对应的基站。
本发明进一步提供一种移动光通信系统。该移动光通信系统包括移动体和光缆。所述移动体包括多个移动体侧光发射装置。所述光缆沿着所述移动体的移动路径铺设，并且具有多个光纤侧光接收装置，所述多个光纤侧光接收装置被配置成接收从所述多个移动体侧光发射装置发射来的光。所述移动体侧光发射装置沿着所述移动体的移动方向布置。当所述移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置朝所述移动体的移动路径照射的光学图像具有横越各个光纤侧光接收装置的交叠区域。所述多个光纤侧光接收装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来布置。
优选的是，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置发射的光的波长彼此不同。
进一步优选的是，所述移动体包括多个移动体。该多个移动体的每一个都具有多个对应的移动体侧光发射装置。所述移动体的移动路径包括：分支位置，在该分支位置处移动路径从单一路径分成多个分支路径；以及会合位置，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径。所述移动体的移动路径具有多个区间，同一时刻在各区间中允许存在所述多个移动体中的仅一个移动体。各分支路径用作多个区间中的一个。所述移动光通信系统还包括与多个区间一一对应的多个基站。所述多个光纤侧光发射装置在各区间中连接到对应的基站。
本发明还提供一种移动光通信系统。该移动光通信系统包括移动体、第一光缆以及第二光缆。所述移动体包括多个移动体侧光接收装置和多个移动体侧光发射装置。所述第一光缆沿着所述移动体的移动路径铺设，并且具有用于发射由所述多个移动体侧光接收装置接收的光的多个光纤侧光发射装置。所述第二光缆具有多个光纤侧光接收装置，所述多个光纤侧光接收装置被配置用于接收从所述多个移动体侧光发射装置发射来的光。所述多个光纤侧光发射装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来布置。所述移动体侧光接收装置在所述移动体的移动方向上以规定间隔来布置，该规定间隔小于或者等于从所述光纤侧光发射装置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度。当所述移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置朝向所述移动体的移动路径照射的光学图像具有横越各个光纤侧光接收装置的交叠区域。所述多个光纤侧光接收装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来布置。
优选的是，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置发射的光的波长彼此不同，并且不同于从所述光纤侧光发射装置发射的光的波长。
这里优选的是，所述第一光缆是漏光缆。该漏光缆包括纤核、包层以及多个光泄漏部。所述包层固定在该纤核的外侧，并且具有比所述纤核的折射率低的折射率。所述多个光泄漏部在所述移动体的移动方向上间断地形成，与所述纤核接触，并且具有比所述纤核的折射率低且比所述包层的折射率高的折射率。所述光泄漏部用作所述光纤侧光发射装置。进一步优选的是，所述光泄漏部仅设置在所述光缆的圆周方向的一部分上。进一步优选的是，所述多个光泄漏部中的位于所述移动体的移动方向下游的光泄漏部比该多个光泄漏部中的位于上游的上游光泄漏部具有更高的光泄漏率。或者优选的是，所述光纤侧光发射装置是光发射机。
优选的是，所述移动体包括多个移动体。该多个移动体的每一个都具有对应的移动体侧光发射装置和多个对应的移动体侧光接收装置。所述移动体的移动路径具有：分支位置，在该分支位置处移动路径从单一路径分成多个分支路径；以及会合位置，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径。所述移动体的移动路径具有多个区间，同一时刻在各区间中允许存在多个移动体中的仅一个移动体。各分支路径用作多个区间中的一个。所述移动光通信系统还包括与多个区间一一对应的多个基站。所述多个光纤侧光发射装置在各区间中连接到对应的基站，并且所述多个光纤侧光接收装置在各区间中连接到对应的基站。
本发明还提供一种移动光通信方法。该移动光通信方法包括以下步骤：沿着移动体的移动路径来发送光；从位于所述移动体的移动路径上的多个发射位置发射沿着该移动体的移动路径朝向所述移动体发送的光；以及在所述移动体的多个光接收位置中的至少一个位置处接收朝向该移动体发送的光。所述移动路径上的多个发射位置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。所述移动体的多个光接收位置在所述移动体的移动方向上以规定间隔来布置，该规定间隔小于或者等于从移动路径上的多个发射位置向移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度。
本发明还提供一种移动光通信方法。该移动光通信方法包括以下步骤：从移动体的多个发射位置发射光；在位于所述移动体的移动路径上的多个光接收位置中的至少一个位置处接收发射的光；以及沿着所述移动体的移动路径，发送在位于所述移动体的移动路径上的多个光接收位置中的至少一个位置处所接收到的光。当所述移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧发射位置朝向所述移动体的移动路径照射的光学图像具有横越所述移动路径上的各个光接收位置的交叠区域。移动路径上的所述多个光接收位置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来布置。
优选的是，从任意两个相邻的移动体侧发射位置发射的光的波长彼此不同。
此外，优选的是，本发明提供一种移动光通信方法。该移动光通信方法包括以下步骤：沿着移动体的移动路径来发送光；从多个发射位置发射沿着该移动体的移动路径朝所述移动体发送的光；在所述移动体的多个光接收位置中的至少一个位置处接收朝向该移动体发送的光；从位于移动体上的多个发射位置处发射光；在位于移动体的移动路径上的多个光接收位置中的至少一个位置处接收发射来的光；以及沿着移动体的移动路径，发送在位于移动体的移动路径上的多个光接收位置中的至少一个位置处接收到的光。所述移动路径上的所述多个发射位置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。所述移动体的多个光接收位置在所述移动体的移动方向上以规定间隔来设置，该规定间隔小于或者等于从移动路径上的多个发射位置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度。当所述移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧发射位置朝向所述移动体的移动路径照射的光学图像具有横越移动路径上的各个光接收位置的交叠区域。移动路径上的所述多个光接收位置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。
优选的是，从任意两个相邻的移动体侧发射位置发射的光的波长彼此不同，并且不同于从移动路径上的发射位置发射的光的波长。
根据权利要求1所述的移动光通信系统，所述多个光纤侧光发射装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。移动体侧光接收装置在移动体的移动方向上以规定间隔来设置，该规定间隔小于或者等于从光纤侧光发射装置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度。因此，当移动体位于该移动体的移动路径上的任意一点时，所述多个移动体侧光接收装置中的至少一个能够可靠地接收从光纤侧光发射装置发射的光。因此能够获得无缝的下行链路。
根据权利要求2所述的移动光通信系统，光缆是漏光缆。因此简化了设备安装，由此降低了安装成本。
根据权利要求3所述的移动光通信系统，光泄漏部仅设置在光缆的圆周方向的一部分上。因此，能够在圆周方向上限制从光泄漏部泄漏的光量。通过以这种方式减少不必要的漏光量，能够使光信号传播更长的距离。
根据权利要求4所述的移动光通信系统，多个光泄漏部中的位于移动体的移动方向下游的光泄漏部比多个光泄漏部中的位于上游的上游光泄漏部具有更高的光泄漏率。因此从每个光泄漏部泄漏的光量能够保持恒定，从而保证稳定的光通信。
根据权利要求5所述的移动光通信系统，光泄漏部的纵向长度小于或者等于相当于1比特的传播光信号的空间长度。因此，不会一次向空间发射多个比特信号，从而实现了没有信号失真的稳定下行链路。
根据权利要求6所述的移动光通信系统，光纤侧光发射装置是光发射机。实现了几乎无差错的精确光通信。
根据权利要求7所述的移动光通信系统，所述移动体包括多个移动体。所述多个移动体中的每一个都具有对应的移动体侧光发射装置和多个对应的移动体侧光接收装置。所述移动体的移动路径具有：分支位置，在该分支位置处移动路径从单一路径分成多个分支路径；以及会合位置，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径。移动体的移动路径具有多个区间，同一时刻在各区间中允许存在多个移动体中的仅一个移动体。各分支路径用作多个区间中的一个。该移动光通信系统还包括与多个区间一一对应的多个基站。多个光纤侧光发射装置在各区间中与对应的基站相连接，并且多个光纤侧光接收装置在各区间中与对应的基站相连接。因此，能够实现无移动体之间的串扰情况下的移动体的移动路径中的分支路径上的多个移动体的下行链路。进而，各移动体都能够独立地实现无缝的下行链路。
根据权利要求8所述的移动光通信系统，移动体侧光发射装置沿着移动体的移动方向布置。当所述移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置朝向所述移动体的移动路径照射的光学图像具有横越各个光纤侧光接收装置的交叠区域。所述多个光纤侧光接收装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。因此，当移动体位于该移动体的移动路径上的任意位置时，所述光纤侧光接收装置能够接收从所述多个移动体侧发射装置中的至少一个发射的光。因此能够实现无缝的上行链路。
根据权利要求9所述的移动光通信系统，从任意两个相邻移动体侧光发射装置发射的光的波长彼此不同。这种构造能够避免由从任意两个相邻的移动体侧光发射装置射出的光之间的干扰所引起的噪声。因此，光纤侧光接收装置可靠地接收从移动体侧光发射装置发射的光，由此实现了无串扰的上行链路。
根据权利要求10所述的移动光通信系统，移动体包括多个移动体。该多个移动体中的每一个都具有多个对应的移动体侧光发射装置。移动体的移动路径包括：分支位置，在该分支位置处移动路径从单一路径分成多个分支路径；以及会合位置，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径。移动体的移动路径具有多个区间，同一时刻在各区间中允许存在多个移动体中的仅一个移动体。各分支路径用作多个区间中的一个。该移动光通信系统还包括与多个区间一一对应的多个基站。多个光纤侧光发射装置在各区间中与对应的基站相连接。因此，能够实现在移动体的具有分支路径的移动路径上的多个移动体之间不存在串扰的上行链路。进而，多个移动体能够独立地执行无缝的上行链路。
根据权利要求11所述的移动光通信系统，所述多个光纤侧光发射装置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。所述移动体侧光接收装置在移动体的移动方向上以规定间隔来设置，该规定间隔小于或者等于从所述光纤侧光发射装置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度。当该移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置朝向移动体的移动路径照射的光学图像具有横越各个光纤侧光接收装置的交叠区域。所述多个光纤侧的光接收装置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。当移动体位于该移动体的移动路径上的任意位置时，多个移动体侧光接收装置中的至少一个能够可靠地接收从光发射装置发射的光。当移动体位于该移动体的移动路径上的任意位置时，光纤侧光接收装置能够接收从所述多个移动体侧光发射装置中的至少一个发射的光。因此能够实现无缝的双方向通信。
根据权利要求12所述的移动光通信系统，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置发射的光的波长彼此不同，并且不同于从光纤侧光发射装置发射的光的波长。这种构造能够避免由从任意两个相邻的移动体侧光发射装置以及光纤侧光发射装置射出的光之间的干扰所引起的噪声。因此，光纤侧光接收装置可靠地接收从移动体侧光发射装置发射的光，并且移动体侧光接收装置可靠地接收从光纤侧光发射装置发射的光。由此能够实现无串扰的双方向通信。
根据权利要求13所述的移动光通信系统，第一光缆是漏光缆。因此简化了设备安装，由此降低了安装成本。
根据权利要求14所述的移动光通信系统，光泄漏部仅设置在光缆的圆周方向的一部分上。因此，能够针对圆周方向来限制从光泄漏部泄漏的光量。通过以这种方式减少不必要的漏光量，能够使光信号传播更长的距离。
根据权利要求15所述的移动光通信系统，多个光泄漏部中的位于移动体的移动方向下游的光泄漏部比多个光泄漏部中的位于上游的上游光泄漏部具有更高的光泄漏率。因此，从各个光泄漏部泄漏的光量能够保持恒定，从而保证稳定的光通信。
根据权利要求16所述的移动光通信系统，光纤侧光发射装置是光发射机。实现了几乎无差错的精确光通信。
根据权利要求17所述的移动光通信系统，移动体包括多个移动体。所述多个移动体中的每一个都具有对应的移动体侧光发射装置和多个对应的移动体侧光接收装置。移动体的移动路径具有：分支位置，在该分支位置处移动路径从单一路径分成多个分支路径；以及会合位置，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径。移动体的移动路径具有多个区间，同一时刻在各区间中允许存在多个移动体中的仅一个移动体。各分支路径用作多个区间中的一个。该移动光通信系统还包括与多个区间一一对应的多个基站。多个光纤侧光发射装置在各区间中与对应的基站相连接，并且多个光纤侧光接收装置在各区间中与对应的基站相连接。因此，能够实现在具有分支路径的移动路径上的多个移动体之间不存在串扰的双方向通信。进而，多个移动体能够独立地进行无缝的双方向通信。
根据权利要求18所述的移动光通信系统，移动路径上的多个发射位置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。移动体的多个光接收位置在移动体的移动方向上以规定间隔来设置，该规定间隔小于或者等于从移动路径上的多个发射位置向移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度。因此，当移动体位于该移动体的移动路径上的任意一点时，多个移动体侧光接收位置中的至少一个位置能够可靠地接收从移动路径上的光纤侧光发射位置发射的光。因此能够实现无缝的下行链路。
根据权利要求19所述的移动光通信系统，当移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧发射位置朝向移动体的移动路径照射的光学图像具有横越移动路径上的各个光接收位置的交叠区域。移动路径上的多个光接收位置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。因此，当移动体位于该移动体的移动路径上的任意位置时，在移动路径上的光接收位置能够接收从该移动体的多个光发射位置中的至少一个位置发射的光。因此，能够实现无缝的上行链路。
根据权利要求20所述的移动光通信系统，从任意两个相邻的移动体侧发射位置发射的光的波长彼此不同。这种构造能够避免由从移动体的任意两个相邻发射位置射出的光之间的干扰所引起的噪声。因此移动路径上的光接收位置能够可靠地接收从移动体的发射位置发射的光，由此实现了无串扰的上行链路。
根据权利要求21所述的移动光通信系统，移动路径上的多个发射位置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。移动体的多个光接收位置在该移动体的移动方向上以规定间隔来设置，该规定间隔小于或者等于从移动路径上的多个发射位置向移动体照射的光学图像在移动体的移动方向上的长度。当移动体沿着移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧发射位置朝向移动体的移动路径照射的光学图像具有横越移动路径上的各个光接收位置的交叠区域。移动路径上的多个光接收位置以小于或者等于移动体在移动方向上的长度的间隔来设置。当移动体位于该移动体的移动路径上的任意位置时，该移动体的多个光接收位置中的至少一个位置能够可靠地接收从移动路径上的发射位置发射的光。当移动体位于该移动体的移动路径上的任意位置时，移动路径上的光接收位置能够接收从该移动体的多个光发射位置中的至少一个位置发射的光。因此能够实现无缝的双向通信。
根据权利要求22所述的移动光通信系统，从任意两个相邻的移动体侧发射位置发射的光的波长彼此不同，并且不同于从移动路径上的发射位置发射的光的波长。这种构造能够避免由从移动体的任意两个相邻发射位置以及移动路径上的发射位置射出的光之间的干扰所引起的噪声。因此，移动路径上的光接收位置可靠地接收从移动体的多个光发射位置中的至少一个位置发射的光，并且移动体的多个光接收位置中的至少一个位置可靠地接收从移动路径上的光发射位置发射的光。由此能够实现无串扰的双向通信。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施方式的移动光通信系统的整体结构的说明图；
图2是示出漏光纤的结构的立体图；
图3是沿与该漏光纤的光轴正交的方向所截取的漏光纤的横剖视图；
图4是根据第一实施方式的移动光通信系统的侧视图，其示出了从漏光纤中的光泄漏部射出的光的路径；
图5是示出根据第一实施方式的移动光通信系统中使用的光纤的结构的说明图；
图6是根据第一实施方式的移动光通信系统的侧视图，其示出了从设置在火车上的光发射机射出的光的路径；
图7是示出根据第二实施方式的移动光通信系统的整体结构的说明图；
图8是示出根据修改例的光发射机的结构的说明图；以及
图9是示出根据另一修改例的光发射机的配置的说明图。
参考标记说明
1：移动光通信系统；2 铁路；3：火车；4：基站；5：中继站；6：公共互联网基站；10：漏光纤；11：纤核；12：包层；13：光泄漏部；20：光纤；21：光接收机；25：信号发生器；31：接收光纤；32：光接收机；33：解调器；34：发送光纤；35：信号发生器；36 光发射机；101：移动光通信系统；102a—102d：铁路；103x、103y：火车；104a—104d：基站；105：中继站；106：公共互联网基站；110a—110d：漏光纤；113a—113d：光泄漏部；120a—120d：光纤；121a—121d：光接收机；220、320：光发射机；131x、131y：接收光纤；133x、133y：解调器；134x、134y：发送光纤；135x、135y：信号发生器；136x、136y：光发射机；P1：路径；P2：路径。
具体实施方式
参照图1—6对根据本发明第一实施方式的移动光通信系统进行说明。根据本实施方式的移动光通信系统1用于在新干线(bullet train：高速火车)(或其他铁路交通工具)与互联网(或其他网络)之间执行高速通信。图1是示出移动光通信系统1的整体结构的说明图。移动光通信系统1包括铁路2、火车3、多个基站4、中继站5以及公共互联网基站6。移动光通信系统1还包括沿着铁路2设置的多个漏光纤10、多个光纤20以及多个光接收机21。
火车3沿着铁路2行进。火车3设置有接收光纤31、多个光接收机32、解调器33、发送光纤34、信号发生器35以及多个光发射机36。
基站4以规则间隔沿着铁路2设置，并且通过网络线路分别与互联网基站6连接。中继站5通过网络线路与互联网基站6连接。应该以足够小的间隔来布置基站4，以使在任何时刻任意两个相邻基站4之间最多只存在一辆火车3，由此防止来自铁路2上的多辆火车的信号之间的串扰。例如，设置ATC(Automatic Train Control：自动火车控制)单元来始终监视新干线(bullet train：高速火车)或其他铁路火车的当前位置，并且该ATC规定了在任一时刻只能有一辆火车运行的控制区间。在本实施方式中，优选将基站4安装在与ATC单元相同的位置上。用于新干线等的ATC单元通常以例如3000m的间隔来安装。通常每20km由一个中央控制系统来控制多个ATC单元。因此，本实施方式中的基站4也优选以3000m的间隔来安装，并且多个基站4所连接到的中继站5优选地每隔20km来安装。
在以下的描述中，将火车3行进(参见图1)方向的上游侧简单表示为上游侧，而将该行进方向的下游侧简单表示为下游侧。
首先对下行链路(即，将光从设置在铁路2侧的漏光纤10转发到火车3的配置)进行描述。
各漏光纤10被设置在两个相邻基站4之间。漏光纤10与位于上游侧的基站4或位于下游侧的基站4中的一个基站4相连接。在本实施方式中，漏光纤10与位于上游侧的基站4相连接。基站4向漏光纤10发送光信号。
图2是示出漏光纤10的结构的立体图。图3是沿与该漏光纤10的光轴(火车3的行进方向)正交的方向所截取的漏光纤10的横剖视图。该漏光纤10的纵向方向与火车3的行进方向相同。
如图2和3所示，漏光纤10包括纤核11、包层12以及光泄漏部13。纤核11设置在漏光纤10的中央区域。包层12包围纤核11而设置。光泄漏部13与纤核11接触，并且仅部分在纤核11的圆周方向上延伸。如图2所示，沿着漏光纤10的纵向方向间断地设置有多个光泄漏部13，诸如光泄漏部13A、13B以及13C。光在漏光纤10中的传播方向与火车3的行进方向相同。在本示例中，光泄漏部13A设置在上游侧，而光泄漏部13C侧设置在下游侧。
如果火车3在行进方向上的长度为例如400m，则以小于或者等于400m的间隔来设置光泄漏部13，并且将漏光纤10安装成使得其上设置了光泄漏部13的一侧朝上面对移动的火车3的底面。如图1所示，铁路2的区间41与基站4相邻，并且位于基站4的相对于火车3的行进方向的上游侧。在该区间41中没有设置漏光纤10。即使在铁路2的具有区间41的部分中，位于基站4的上游侧最近处的光泄漏部13与位于基站4的下游侧最近处的光泄漏部13之间的距离也小于或者等于火车3在行进方向上的长度。因此，通常以比火车3的长度更短的间隔来在铁路2上布置光泄漏部13。
L用于表示光泄漏部13的泄漏比。泄漏比L是从光泄漏部13泄漏的光量与在纤核11内行进的光量之比。为了将来自每个光泄漏部13的泄漏光量保持在固定量上，必须朝向下游侧使泄漏比逐渐增加。如果L1表示从漏光纤10的上游端起算的第一个光泄漏部13A的泄漏比，并且Li是从漏光纤10的上游端起算的第i个光泄漏部13的泄漏比，则光泄漏比必须按照下式来变化：Li＝Li-1/(1-Li-1)、或者Li＝1/(1-(i-1)*L1)。例如，如果输入到漏光纤10的光信号量为10mW，并且每个光泄漏部13中的泄漏量为常数50μW，则必须将光泄漏部13配置成为：使光泄漏比从光泄漏部13A的0.5％逐渐增加到光泄漏部13B的0.5025％以及光泄漏部13C的0.5051％。例如通过改变光泄漏部13的折射率或大小来调节泄漏比Li。
此外，光泄漏部13的相对于火车3的行进方向上的长度小于或者等于1比特传输率的波长。如果光泄漏部13的长度在空间上超过1比特传输率的光信号，则一次会有多个比特的信号被发射到空间中。这些多个比特信号在空间上的混合会产生信号失真，并且会大大增加比特差错的可能性。在将漏光纤10的传输率设为1Gb/s时，相当于1比特的光信号的空间长度大致为20-30cm。因此，优选的是光泄漏部13在漏光纤10的纵向方向上的长度小于或者等于相当于1比特的光信号的空间长度。
光接收机32被设置在火车3的底面上，并与漏光纤10相对。光接收机32以小于或者等于固定长度d的间隔、在行进方向上沿着火车3的全长设置(参见图4)。每个光接收机32都由例如半导体光接收元件、信号波形整形器以及半导体激光器构成。光接收机32利用半导体光接收元件暂时将从漏光纤10的光泄漏部13射出的光转换为电信号，并且在对信号波形进行整形后，利用半导体激光器将电信号转换回光信号并输出该光信号。图4是在与火车3的行进方向以及垂直方向均正交的方向上的火车3的侧视图，其示出了从漏光纤10射出的光的路径P1。如图4所示，光接收机32(32A、32B、32C、32D)接收从光泄漏部13射出的光。长度d如下确定。当从侧面(与火车3的行进方向以及垂直方向均正交的方向)观察时，光的路径P1基本上为三角形形状。照射到火车3上的光形成其在火车3行进方向上的长度为d的光学图像。
如图1和5所示，多个光接收机32通过接收光纤31与解调器33相连接。虽然在图1中光接收机32好像是通过单个接收光纤31连接的，但实际上如图5所示，各接收机32(32A、32B、32C)分别通过多个接收光纤31(31A、31B、31C)之一独立地连接到解调器33。每个光接收机32向解调器33发送所接收到的信号，并且解调器33对信号的波形进行再现。各接收光纤31都由相同材料形成。此外，如图5所示，每个接收光纤31具有相同的长度，并且通过回绕来适于布置。由此，在相同时刻由光接收机32接收到的光信号也同时到达解调器33。由于从各光接收机32发送光信号所需要的时间没有变化，所以解调器33能够容易地对信号进行再现。
接下来，对上行链路，即，对使光从火车3发送到沿着铁路2的多个光纤20的构造进行描述。
如图1所示，信号发生器35设置在火车3上，并且多个光发射机36沿着火车3的在行进方向上的全长而被布置在火车3的底面上。光发射机36在火车3行进方向上按照预定间隔设置。各光发射机36通过发送光纤34与信号发生器35连接。
以小于火车3在行进方向上的长度的间隔来设置铁路2上的光接收机21。在本实施方式中，光接收机21位于与光泄漏部13相同的位置上。因此，光接收机21之间的间隔与光泄漏部13之间的间隔相同。光接收机21位于在火车经过时与光发射机36相对的位置上。两个相邻基站4之间存在的所有光接收机21经由光纤20而与这两个相邻基站4中的位于上游侧的基站4连接。每个光接收机21都由例如半导体光接收元件、信号波形整形器以及半导体激光器构成。光接收机21利用半导体光接收元件暂时将从光发射机36射出的光转换为电信号，并且在对信号波形进行整形后，利用半导体激光器将该电信号转换回光信号，并输出该光信号。此外，与图5所示的接收光纤31同样，如图6所示，各光接收机21(21A、21B)通过多个光纤20(20A、20B)中的一个独立地与基站4连接。各光纤20都由相同材料构成。与图5所示的接收光纤31同样，每个光纤20以相同的长度形成，并被部分弯曲以适于配置，由此确保在相同时刻由光接收机21接收到的光信号也同时到达基站4。由于从各光接收机21发送光信号所需要的时间没有变化，所以该构造能够实现几乎无比特差错的光通信。
图6是示出从光发射机36射出的光的路径P2的侧视图。当从侧面(与火车3的行进方向以及垂直方向均正交的方向)观察时，各路径P2基本上为三角形形状。所照射的光在铁路2上形成光学图像。如图6所示，光发射机36以如下方式配置，即从光发射机36照射到设置在铁路2上的光接收机21(21A、21B)上的光形成在火车3的行进方向上交叠的光学图像。换句话说，当火车3沿着铁路2移动时，由从任意两个相邻的光发射机36向铁路2发射的光形成的光学图像具有交叠区域。该交叠区域横越各光接收机21。此外，为了避免噪声干扰，从火车3上的两个相邻光发射机36射出的两束光的波长以及从铁路2上的光泄漏部13射出的单束光的波长彼此具有不同的波长。换句话说，从任意两个相邻的光发射机36射出的光的波长彼此不同，并且也不同于从光泄漏部13射出的光的波长。
利用具有上述结构的移动光通信系统1，从基站4发射的光进入到纤核11的内部，同时被纤核11与包层12之间的边界重复反射。入射到光泄漏部13中的一部分光泄漏到漏光纤10的外部。火车3中的光接收机32接收这部分泄漏光，并经由接收光纤31将所接收到的光转发给解调器33。解调器33对光信号进行再现，并将该信号发送给火车3中的终端(未图示)。同时，由信号发生器35产生的光信号被从光发射机36朝向铁路2射出。光接收机21接收所射出的光信号，并经由光纤20将所接收到的信号发送给基站4。基站4接着向中继站5发送该光信号，在中继站5中利用解调器(未图示)对该信号进行解调，从而将该信号中继到互联网或其他网络。
在本实施方式中，基站4被设置在与ATC单元相同的位置上。因此，在任何时刻在两个相邻的基站4之间只能够存在一辆火车3。这种构造有利于如下所述的通信的无缝转发(越区切换)。对两个相邻的基站4而言，将位于火车3的行进方向的上游侧的基站4表示为上游基站4，而将另一基站4表示为下游基站4。当在上游基站4与下游基站4之间行进时，火车3与上游基站4进行通信。当ATC单元确定火车3已经经过下游基站4时，下游基站4开始向与该下游基站4连接的漏光纤10发送针对火车3的光信号。同时将该下游基站4设置成对由光接收机21接收到的光信号进行处理。这样就完成了下游基站4与火车3之间的通信准备。然而，在此阶段上游基站4继续与火车3进行通信。这些通信可以在火车3经过下游基站4之后结束，或者可以一直持续到下一辆火车3接近，并且通信目标切换为该下一辆火车3为止。即使在火车3经过基站4的瞬间，在中继站5中仍然集中进行该通信越区切换的控制，从而能够进行无缝通信的越区切换。
设置在铁路2上的光接收机21也可以用于对通信进行切换。在中继站5检测到来自火车3的光信号已经输入到与上游基站4连接的光接收机21中的位于下游最远处的光接收机21中时，下游基站4开始向与下游基站4连接的漏光纤10发送针对火车3的光信号。同时将下游基站4设置成对由各光接收机21接收到的光信号进行处理。在中继站5中集中进行该控制。根据这种方法，即使将基站4安装在与ATC单元不同的位置上，也能够执行通信的无缝转发(越区切换)。
根据上述实施方式的移动光通信系统1，以小于或者等于火车在行进方向上的长度的间隔来间断地设置光泄漏部13。因此，能够针对火车3的行进方向来将从光泄漏部13泄漏的光限制到小于从连续形成的光泄漏部发射出的光量。通过以这种方式来减少不必要的光泄漏量，能够使光信号传播更长的距离。此外，火车3在铁路2上的任意一点都能够可靠地接收从光泄漏部13泄漏的光，因此能够获得无缝的下行链路。
此外，多个光接收机32以小于或者等于长度d的行进方向上的固定间隔、沿着火车3的行进方向上的全长被设置在火车3的底面上。因此，至少一个光接收机32能够可靠地接收从光泄漏部13泄漏的光，因此能够获得无缝的下行链路。
根据上述实施方式的移动光通信系统1，多个光泄漏部13的泄漏率顺着光传播方向而逐渐增加。因此，从光泄漏部13泄漏的光量能够保持为恒定，从而保证稳定的光通信。
此外，由于移动光通信系统1采用了漏光纤10，简化了设备安装，从而降低了安装成本。另外，由于光泄漏部13仅在漏光纤的圆周方向的一部分上进行延伸，因此在圆周方向上限制了从光泄漏部13泄漏的光量。通过以这种方式减少不必要的漏光量，能够使光信号传播更长的距离。
此外，光发射机36以如下方式设置，即当火车3沿着铁路2移动时，由从任意两个相邻的光发射机36向铁路2照射的光学图像形成横越光接收机21的交叠区域。因此，光接收机21可靠地接收从至少一个光发射机36射出的光，实现了无缝的上行链路。此外，从任意两个相邻的光发射机36射出的光的波长彼此不同，并且也不同于从光泄漏部13射出的光的波长。这种构造能够避免由从两个相邻的光发射机36射出的光与从光泄漏部13射出的光之间的干扰所引起的噪声。因此，光接收机32可靠地接收从光泄漏部13发射的光，并且光接收机21可靠地接收从光发射机36发射的光，由此实现了不受串扰影响的双向通信。
此外，移动光通信系统1的光接收机21以小于火车3在行进方向上的长度的间隔而沿着火车3的行进方向设置。因此，无论火车3位于铁路2上的哪个位置，光接收机21都能够接收从火车3发送的光信号，从而实现了无缝的上行链路。
根据上述实施方式的移动光通信系统1，光泄漏部13在火车3的行进方向上的长度小于或者等于传输率为1比特的光信号的空间长度。因此，不会一次向空间发射多个比特信号，从而实现了无信号失真的稳定的下行链路。
接着，参照图7对根据本发明第二实施方式的移动光通信系统101进行说明。根据第二实施方式的移动光通信系统101用于执行当一辆火车经过另一辆停止的火车时的无缝光通信。在移动光通信系统101中，轨道分离为随后会重新合并的两个分支。更具体地说，铁路102a在铁路102a的下游端上的分支点B1处分支为铁路102b和铁路102c。铁路102b和102c在位于铁路102b和102c的下游端的会合点B2处会合成铁路102d之前，按照固定间隔相互平行地铺设。基站104a被设置在铁路102a的上游端附近；基站104b被设置在铁路102b的上游端附近；基站104c被设置在铁路102c的上游端附近；并且基站104d被设置在铁路102d的上游端附近。基站104a-104d以如下间隔进行设置：该间隔使在任何时刻在任意两个相邻基站之间最多只能容纳一辆火车。在本实施方式中，基站104a-104d安装在与ATC单元相同的位置上。尽管在图7中铁路102b好像是在α处终止，但是实际上铁路102b在α处仍然是连续的。同样，铁路102c在β处也是连续的。
沿着铁路102a-102d分别设置有多个漏光纤110a-110d和多个普通光纤120a-120d。漏光纤110a-110d和光纤120a-120d分别与各基站104a-104d连接。基站104a-104d通过独立的网络线路与中继站105连接。中继站105利用解调器(未图示)对从基站104a-104d发送的信号进行解调，之后将该信号中继到与中继站105连接的互联网基站106。
火车103x和103y分别设置有多个接收光纤131x和131y、多个发送光纤134x和134y、解调器133x和133y、信号发生器135x和135y以及光发射机136x和136y。设置在火车103x和103y上的这些装置的结构分别与根据第一实施方式的火车3中的接收光纤31、发送光纤34、解调器33、信号发生器35以及光发射机36相同。
光接收机121a-121d位于铁路上的当火车103x或103y在铁路上行进时能够与火车103x中的光发射机136x或火车103y中的光发射机136y相对的位置上。
漏光纤110a-110d、光纤120a-120d以及光接收机121a-121d的结构分别与根据第一实施方式的漏光纤1、光纤20以及光接收机21的结构相同，但如下所述，基站104a-104d附近的结构存在区别。
漏光纤110a-110d分别具有光泄漏部113a-113d。多个光泄漏部113a中的位于下游最远处的光泄漏部113a与多个光泄漏部113b中的位于上游最远处的光泄漏部113b之间的距离小于或者等于火车103x的长度。类似的是，多个光泄漏部113a中的位于下游最远处的光泄漏部113a与多个光泄漏部113c中的位于下游最远处的光泄漏部113c之间的距离小于或者等于火车103y的长度。此外，多个光泄漏部113b中的位于下游最远处的光泄漏部113b与多个光泄漏部113d中的位于上游最远处的光泄漏部113d之间的距离小于或者等于火车103x的长度。类似的是，多个光泄漏部113c中的位于下游最远处的光泄漏部113c与多个光泄漏部113d中的位于上游最远处的光泄漏部113d之间的距离小于或者等于火车103y的长度。因此，在铁路102a-102d上的任何一点上，在与火车103x和103y的长度相同的范围内至少存在光泄漏部113a-113d中的一个。
位于基站104b-104d附近的各光接收机121a-121d具有与位于基站104b-104d附近的各光泄漏部113a-113d相同的结构。因此，在铁路102a-102d的任何点上，在与火车103x和103y的长度相等的范围内存在光接收机121a-121d中的一个。在本实施方式中，光泄漏部113和光接收机121设置在相同的位置上。
如上所述，基站104a-104d设置在与ATC单元相同的位置上。因此，如下所述，第二实施方式的构造也能够实现无缝通信转换(越区切换)。在初始状态下，在铁路102a-102d上不存在火车103x和火车103y。从该状态开始，火车103x行驶到铁路102a上，在此时刻火车103x与基站104a进行通信。接着，火车103x前进到铁路102b上。当ATC单元确定火车103x正在经过基站104b时，基站104b开始向漏光纤110b发送针对火车103x的光信号。同时基站104b被设置成对从光接收机121b接收到的光信号进行处理。这样就完成了基站104b与火车103x之间的通信准备。然而，在此阶段，火车103x与基站104a之间的通信继续进行。这些通信可以在火车103x经过基站104a之后结束，或者可以一直持续到下一辆火车接近，并且通信目标切换为该下一辆火车为止。接下来，火车103x在铁路102b上的预定位置处停止。停止位置可以是例如铁路上与站台相对应的区间。
之后，火车103y行驶到铁路102a上，同时与基站104a进行通信。火车103y前进到铁路102c上。当ATC单元确定火车103y正在经过基站104c时，基站104c开始向漏光纤110c发送针对火车103y的光信号。同时基站104c被设置成对由光接收机121c接收到的光信号进行处理。这样就完成了基站104c与火车103y之间的通信准备。然而，在此阶段，火车103y继续进行与基站104a的通信。这些通信可以在火车103y经过基站104c之后结束，或者可以一直持续到下一辆火车接近，并且通信目标切换为该下一辆火车为止。
这里，火车103y经过火车103x。当ATC单元确定火车103y正在经过基站104d时，基站104d开始向漏光纤110d发送针对火车103y的光信号。同时基站104d被设置成对由光接收机121d接收到的光信号进行处理。这样就完成了基站104d与火车103y之间的通信准备。然而，在此阶段，火车103y继续与基站104d进行通信。这些通信可以在火车103y经过基站104d之后结束，或者可以一直持续到下一辆火车接近，并且通信目标被切换为该下一辆火车为止。
在火车103y经过位于铁路102d的下游的基站(未图示)后，火车103x离开站台。当ATC单元确定火车103x正在经过基站104d时，基站104d开始向漏光纤110d发送针对火车103x的光信号。同时基站104d被设置成对由光接收机121d接收到的光信号进行处理。这样就完成了基站104d与火车103x之间的通信准备。然而，在此阶段，火车103x继续与基站104b进行通信。这些通信可以在火车103x经过基站104d之后结束，或者可以一直持续到下一辆火车接近，并且通信目标切换为该下一辆火车为止。在中继站105中集中进行上述控制处理。利用这种构造，可以在火车103x经过基站104b和基站104d的瞬间无缝地转换通信。也可以在火车103y经过基站104c和基站104d的瞬间执行无缝通信转换(越区切换)。
中继站105也能够分别利用设置在铁路102a-102d上的光接收机121a-121d来对通信进行切换。当火车103x在铁路102a上行进时，在该阶段很可能已经对火车驶入铁路102b的路线进行了设定。由此，中继站105能够根据该路线信息来控制基站104b和104c。在该情况下，当检测到来自火车103x的光信号已经输入到与基站104a连接的多个光接收机121a中的位于下游最远处的光接收机121a中时，基站104b开始向与基站104b连接的漏光纤110b发送针对火车103x的光信号。同时基站104b被设置成对由光接收机121b接收到的光信号进行处理。火车103x在前进到铁路102b之后停止。
接着，当火车103y在铁路102a上行进时，在该阶段很可能已经对火车103y驶入铁路102c的路线进行了设定。由此，中继站105能够根据该路线信息来控制基站104b和104c。在该情况下，当检测到来自火车103y的光信号已经输入到与基站104a连接的多个光接收机121a中的位于下游最远处的光接收机121a中时，基站104c开始向与基站104c连接的漏光纤110c发送针对火车103y的光信号。同时基站104c被设置成对由各光接收机121c接收到的光信号进行处理。接着，当检测到来自火车103y的光信号已经输入到与基站104c连接的多个光接收机121c中的位于下游最远处的光接收机121c中时，基站104d开始向与基站104d连接的漏光纤110d发送针对火车103y的光信号。同时基站104d被设置成对由各光接收机121d接收到的光信号进行处理。
在火车103y经过位于铁路102d的下游端的基站(未图示)后，火车103x从站台出发。当检测到来自火车103x的光信号已经输入到与基站104b连接的多个光接收机121b中的位于下游最远处的光接收机121b中时，基站104d开始向与基站104d连接的漏光纤110d发送针对火车103x的光信号。同时基站104d被设置成对由各光接收机121d接收到的光信号进行处理。在中继站105中集中进行上述控制处理。根据这种方法，即使在将基站安装在与ATC单元不同的位置上时，也能够实现通信的无缝转换。
在根据上述第二实施方式的移动光通信系统101中，当火车103y经过火车103x时，火车103x和103y始终与基站104a-104d中的一个进行通信。因此，火车103x和103y都能够实现无缝的双向通信。
在根据第二实施方式的移动光通信系统101中，在铁路102a-102d上存在多列火车(在本例中为火车103x和103y)。移动光通信系统101还设有分支点B1和会合点B2，在该分支点B1处单一的铁路102a分支为多个铁路102b和102c，在该会合点B2处铁路102b和102c会合成为铁路102d。因此，系统被配置为：在各铁路(各区间)102a-102d中可以最多出现一列火车(火车103x或火车103y)。具体来说，在作为分支铁路的铁路102b和102c中的每一个上可以最多出现一列火车。此外，与铁路102a-102d一一对应地设置基站104a-104d。另外，针对相对应的铁路102a-102d设置有漏光纤110a-110d和光接收机121a-121d。由此，漏光纤110a-110d和光接收机121a-121d连接到相对应的基站104a-104d。因此，火车103x和103y能够独立执行其间无串扰的双向通信。
虽然参照本发明的具体实施方式对本发明进行了详细说明，然而对于本领域的技术人员而言很明显，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型，本发明的范围由随附权利要求限定。例如，上述实施方式中，沿着铁路2设置有光纤20和光接收机21。然而，也可以沿着铁路2仅设置光接收机21，而不沿着铁路2设置光纤20。对于光发射机也是如此。换句话说，可以沿着铁路2仅设置漏光纤10的光泄漏部13，而不沿着铁路2设置漏光纤10的非泄漏部。
如图8所示，也可以采用普通(即，没有光泄漏部)光纤210(210A、210B、210C)来代替漏光纤10，并且可以在与光泄漏部相对应的位置上设置光发射机220。光纤210A在火车行进方向上从上游侧延伸，而下游端与光纤耦合器230连接。光纤210C具有连接到光纤耦合器230的上游端，并且该光纤210C向下游延伸，从而其下游端连接到另一光纤耦合器230(未图示)。因此，光纤210A和210C沿着铁路延伸。光纤210B的一端与光纤耦合器230连接，好像从光纤210A和光纤210C中分支出来。光纤210B的另一端与光发射机220(具体地说是光接收元件221)连接。光发射机220包括光接收元件221、信号处理电路222以及光发射元件223。光接收元件221由光电二极管等形成。光发射元件223由激光器二极管等构成。光接收元件221和信号处理电路222通过电缆226连接。信号处理电路222和光发射元件223通过电缆227连接。当沿着光纤210A传播的光输入到光纤耦合器230中时，该光被分离并且输出到光纤210B和210C中。在从光耦合器230输出后，沿着光纤210B传播的光输入到光接收元件221中。光接收元件221执行光/电转换，即光接收元件221把光信号转换为电信号。光接收元件221经由电缆226向信号处理电路222发送该电信号。信号处理电路222对所输入的电信号进行放大，并且对其波形进行整形，将最后获得的电信号经由电缆227发送给光发射元件223。光发射元件223执行电/光转换，即光发射元件223将该电信号转换回光信号。光发射元件223沿着路径P1向火车3(参见图4)发送该光信号。
另选的是，如图9所示，可以设置普通(即，不包括光泄漏部)光纤310(310A和310B)来代替漏光纤10，并且可以在与光泄漏部相同的各位置上设置光发射机320。光纤310A和310B均沿着铁路2延伸。光发射机320包括光接收元件321、信号处理电路322、光发射元件323以及光发射元件324。光接收元件321和信号处理电路322通过电缆326连接，信号处理电路322和光发射元件323通过电缆327连接，并且信号处理电路322和光发射元件324通过电缆328连接。光纤310A与光接收元件321连接。光接收元件324与光纤310B连接。沿着光纤310A传播的光输入到光接收元件321中。光接收元件321执行将光信号转换为电信号的光/电转换。光接收元件经由电缆326将该电信号发送到信号处理电路322。信号处理电路322对该电信号进行放大，并且对该信号的波形进行整形，将最后得到的电信号经由电缆326发送给光发射元件323，并且经由电缆328将该信号发送给光发射元件324。光发射元件323执行将该电信号转换回光信号的电/光转换。光发射元件323向火车3发送该光信号。光发射元件324也执行将该电信号转换回光信号的电/光转换。光发射元件324向光纤310B发送该光信号。
由于通过光/电转换和电/光转换来对电信号的波形进行了整形，所以利用光发射机220或320的系统能够实现几乎无差错的精确光通信。通过沿着铁路2设置光发射机220或230，消除了沿着铁路2设置与光发射机连接的光纤的必要。
图8和9所示的光发射机220和320也可以分别被配置成执行光-光控制等，而非执行光/电和电/光转换。由于通过光-光控制来对波形进行整形，所以该方法也能够实现几乎无差错的精确光通信。尽管未在图8和图9中示出，但是光纤210B和光接收元件221、光纤310A和光接收元件321、以及光发射元件324和光纤310B应该通过光学部件而恰当地连接。
在上述实施方式中，光发射机36、136x以及136y设置在火车侧。然而，发送漏光纤可以代替光发射机而设置在火车侧，使得能够从光泄漏部发送光信号。
根据本发明的移动光通信系统适用于实施新干线或其他铁路火车与互联网之间的宽带通信。

Claims (22)

1、一种移动光通信系统(1、101)，该移动光通信系统(1、101)包括：
移动体(3、103x、103y)，其包括多个移动体侧光接收装置(32、132x、132y)；以及
光缆(10、110a-110d)，其沿着所述移动体的移动路径(2、102a-102d)铺设，并且具有多个光纤侧光发射装置(13、113a-113d)，该光发射装置(13、113a-113d)发射由所述多个移动体侧光接收装置接收的光，
其中，所述多个光纤侧光发射装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置，
其中，所述移动体侧光接收装置在所述移动体的移动方向上以规定间隔来设置，该规定间隔小于或者等于从所述光纤侧光发射装置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度d。
2、根据权利要求1所述的移动光通信系统，其中，所述光缆是漏光缆，该漏光缆具有：
纤核(11)；
包层(12)，其固定在所述纤核的外侧，并且具有比该纤核的折射率低的折射率；以及
多个光泄漏部(13、113a-113d)，其在所述移动体的移动方向上间断地形成，与所述纤核接触，并且具有比所述纤核的折射率低且比所述包层的折射率高的折射率，所述光泄漏部用作所述光纤侧光发射装置。
3、根据权利要求2所述的移动光通信系统，其中，所述光泄漏部设置在所述光缆的在该光缆的圆周方向上的仅一部分上。
4、根据权利要求2或3所述的移动光通信系统，其中，所述多个光泄漏部中的位于所述移动体的移动方向下游的光泄漏部比所述多个光泄漏部中的位于上游的上游光泄漏部具有更高的光泄漏率。
5、根据权利要求2所述的移动光通信系统，其中，光泄漏部的纵向长度小于或者等于相当于1比特的传播光信号的空间长度。
6、根据权利要求1所述的移动光通信系统，其中，所述光纤侧光发射装置是光发射机(220、320)。
7、根据权利要求1所述的移动光通信系统，其中，所述移动体包括多个移动体(103x、103y)，所述多个移动体中的每一个都具有多个对应的移动体侧光接收装置(132x、132y)，
其中，所述移动体的移动路径具有：
分支位置(B1)，在该分支位置处所述移动路径从单一路径分成多个分支路径(102b、102c)；以及
会合位置(B2)，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径，
其中，所述移动体的所述移动路径具有多个区间(102a-102d)，同一时刻在各区间中允许存在所述多个移动体中的仅一个移动体，
其中，各分支路径用作所述多个区间中的一个，
其中，所述移动光通信系统还包括多个基站(104a-104d)，该多个基站(104a-104d)与所述多个区间一一对应，
其中，所述多个光纤侧光发射装置在各区间中与对应的基站相连接。
8、一种移动光通信系统(1、101)，该移动光通信系统(1、101)包括：
移动体(3、103x、103y)，其包括多个移动体侧光发射装置(36、136x、136y)；以及
光缆(10、110a-110d)，其沿着所述移动体的移动路径(2、102a-102d)铺设，并且具有多个光纤侧光接收装置，该光纤侧光接收装置被配置成接收从所述多个移动体侧光发射装置发射的光，
其中，所述移动体侧光发射装置沿着所述移动体的移动方向来设置，
其中，当所述移动体沿着所述移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置朝向所述移动体的所述移动路径照射的光学图像具有横越各光纤侧光接收装置的交叠区域，
其中，所述多个光纤侧光接收装置以小于或者等于所述移动体在所述移动方向上的长度的间隔来设置。
9、根据权利要求8所述的移动光通信系统，其中，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置发射的光的波长彼此不同。
10、根据权利要求8或9所述的移动光通信系统，其中，所述移动体包括多个移动体(103x、103y)，所述多个移动体中的每一个都具有多个对应的移动体侧光发射装置(136x、136y)，
其中，所述移动体的移动路径包括：
分支位置(B1)，在该分支位置处所述移动路径从单一路径分成多个分支路径(102b、102c)；以及
会合位置(B2)，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径，
其中，所述移动体的所述移动路径具有多个区间(102a-102d)，同一时刻在各区间中允许存在所述多个移动体中的仅一个移动体，
其中，各分支路径用作所述多个区间中的一个，
其中，所述移动光通信系统还包括多个基站(104a-104d)，该多个基站(104a-104d)与所述多个区间一一对应，
其中，所述多个光纤侧光发射装置在各区间中与对应的基站相连接。
11、一种移动光通信系统(1、101)，该移动光通信系统(1、101)包括：
移动体(3、103x、103y)，其包括多个移动体侧光接收装置(32、132x、132y)和多个移动体侧光发射装置(36、136x、136y)；
第一光缆(20、120a-120d)，其沿着所述移动体的移动路径(2、102a-102d)铺设，并且具有多个光纤侧光发射装置(13、113a-113d)，所述多个光纤侧光发射装置(13、113a-113d)发射由所述多个移动体侧光接收装置接收的光；以及
第二光缆(10、110a-110d)，其具有多个光纤侧光接收装置，所述多个光纤侧光接收装置被配置成接收从所述多个移动体侧光发射装置发射的光，
其中，所述多个光纤侧光发射装置以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置，
其中，所述移动体侧光接收装置在所述移动体的移动方向上以规定间隔来设置，该规定间隔小于或者等于从所述光纤侧光发射装置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的所述移动方向上的长度d，
其中，当所述移动体沿着所述移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置朝向所述移动体的所述移动路径照射的光学图像具有横越各光纤侧光接收装置的交叠区域，
其中，所述多个光纤侧光接收装置以小于或者等于所述移动体在所述移动方向上的长度的间隔来设置。
12、根据权利要求11所述的移动光通信系统，其中，从任意两个相邻的移动体侧光发射装置发射的光的波长彼此不同，并且不同于从所述光纤侧光发射装置发射的光的波长。
13、根据权利要求12所述的移动光通信系统，其中，所述第一光缆是漏光缆，该漏光缆包括：
纤核(11)；
包层(12)，其固定在所述纤核的外侧，并且具有比该纤核的折射率低的折射率；以及
多个光泄漏部(13)，其在所述移动体的所述移动方向上间断地形成，与所述纤核接触，并且具有比所述纤核的折射率低且比所述包层的折射率高的折射率，所述光泄漏部用作光纤侧光发射装置。
14、根据权利要求13所述的移动光通信系统，其中，所述光泄漏部设置在所述光缆的在所述光缆的圆周方向上的仅一部分上。
15、根据权利要求13所述的移动光通信系统，其中，所述多个光泄漏部中的位于所述移动体的所述移动方向下游的光泄漏部比所述多个光泄漏部中的位于上游的上游光泄漏部具有更高的光泄漏率。
16、根据权利要求11所述的移动光通信系统，其中，所述光纤侧光发射装置是光发射机(220、320)。
17、根据权利要求11所述的移动光通信系统，其中，所述移动体包括多个移动体(103x、103y)，所述多个移动体中的每一个都具有对应的移动体侧光发射装置(136x、136y)和多个对应的移动体侧光接收装置(132x、132y)，
其中，所述移动体的移动路径具有：
分支位置(B1)，在该分支位置处所述移动路径从单一路径分成多个分支路径(102b、102c)；以及
会合位置(B2)，在该会合位置处多个分支路径重新会合为单一路径，
其中，所述移动体的所述移动路径具有多个区间(102a-102d)，同一时刻在各区间中允许存在所述多个移动体中的仅一个移动体，
其中，各分支路径用作多个区间中的一个，
其中，所述移动光通信系统还包括多个基站(104a-104d)，所述多个基站(104a-104d)与多个区间一一对应，
其中，所述多个光纤侧光发射装置在各区间中与对应的基站相连接，并且所述多个光纤侧光接收装置在各区间中与对应的基站相连接。
18、一种移动光通信方法，该移动光通信方法包括以下步骤：
沿着移动体(3、103x、103y)的移动路径(2、102a-102d)发送光；
从位于所述移动体的所述移动路径上的多个发射位置向所述移动体发射沿着所述移动体的所述移动路径发送来的光；以及
在所述移动体的多个光接收位置中的至少一个位置处接收朝向该移动体发送的光，
其中，以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置所述移动路径上的所述多个发射位置，
其中，在所述移动体的移动方向上以规定间隔来设置所述移动体的所述多个光接收位置，该规定间隔小于或者等于从所述移动路径上的所述多个发射位置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度d。
19、一种移动光通信方法，该移动光通信方法包括以下步骤：
从移动体的多个发射位置发射光；
在位于所述移动体的移动路径上的多个光接收位置中的至少一个位置处接收所发射的光；以及
沿着所述移动体的所述移动路径，发送在位于所述移动体的所述移动路径上的所述多个光接收位置中的所述至少一个位置处所接收到的光，
其中，当所述移动体沿着所述移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧发射位置朝向所述移动体的所述移动路径照射的光学图像具有横越所述移动路径上的各光接收位置的交叠区域，
其中，以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置所述移动路径上的所述多个光接收位置。
20、根据权利要求19所述的移动光通信方法，其中，从任意两个相邻的移动体侧发射位置发射的光的波长彼此不同。
21、一种移动光通信方法，该移动光通信方法包括以下步骤：
沿着移动体(3、103x、103y)的移动路径(2、102a-102d)发送光；
从多个发射位置向所述移动体发射沿着所述移动体的所述移动路径发送来的光；
在所述移动体的多个光接收位置中的至少一个位置处接收朝向该移动体发送的光；
从位于移动体上的多个发射位置发射光；
在位于所述移动体的所述移动路径上的多个光接收位置中的至少一个位置处接收所发射的光；以及
沿着所述移动体的所述移动路径，发送在位于所述移动体的所述移动路径上的所述多个光接收位置中的所述至少一个位置处接收到的光，
其中，以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置所述移动路径上的所述多个发射位置，
其中，在所述移动体的所述移动方向上以规定间隔来设置所述移动体的所述多个光接收位置，该规定间隔小于或者等于从所述移动路径上的所述多个发射位置向所述移动体照射的光学图像在所述移动体的移动方向上的长度d，
其中，当所述移动体沿着所述移动路径移动时，从任意两个相邻的移动体侧发射位置朝向所述移动体的所述移动路径照射的光学图像具有横越所述移动路径上的各光接收位置的交叠区域，
其中，以小于或者等于所述移动体在移动方向上的长度的间隔来设置所述移动路径上的所述多个光接收位置。
22、根据权利要求21所述的移动光通信方法，其中，
从任意两个相邻的移动体侧发射位置发射的光的波长彼此不同，并且不同于从所述移动路径上的所述发射位置发射的光的波长。
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