JP2005191905A - 移動体通信システム、および移動体通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 移動体通信システムにおいて、高速な通信を可能とする。
【解決手段】 移動体通信システムは、移動体の移動経路に沿って設置される複数のROF子局7a〜7nと、光ファイバ5a〜5nを介して複数のROF子局7a〜7nに対して信号を送信する親局3とを備える。親局3は、光ファイバ5a〜5nを介して、複数のROF子局7a〜7nへ同じ信号を送信し、すべての子局で同じ無線信号を放射する。これにより、複数のROF子局7a〜7nのそれぞれにより形成される複数の通信エリアが移動体の移動経路に沿って形成される1つの通信エリア(B)となるようにシステムは動作する。
【選択図】 図1
【解決手段】 移動体通信システムは、移動体の移動経路に沿って設置される複数のROF子局7a〜7nと、光ファイバ5a〜5nを介して複数のROF子局7a〜7nに対して信号を送信する親局3とを備える。親局3は、光ファイバ5a〜5nを介して、複数のROF子局7a〜7nへ同じ信号を送信し、すべての子局で同じ無線信号を放射する。これにより、複数のROF子局7a〜7nのそれぞれにより形成される複数の通信エリアが移動体の移動経路に沿って形成される1つの通信エリア(B)となるようにシステムは動作する。
【選択図】 図1
Description
この発明は移動体通信システムおよび移動体通信方法に関し、特に車両などの移動体と地上設備との間で高速な通信を行なうことを可能とする移動体通信システムおよび移動体通信方法に関する。
従来より、軌道上を移動する新幹線や道路上を移動する自動車などの車両と、地上設備との間でデータ通信を行なうシステムとして、
(1) 携帯電話やLCX(Leaky Coaxial Cable:漏洩同軸ケーブル)を利用した通信システム、
(2) PHSや無線LAN(IEEE802.11bなど)を利用した通信システム、
(3) 通信衛星を利用した通信システム、
などのシステムが知られている。
(1) 携帯電話やLCX(Leaky Coaxial Cable:漏洩同軸ケーブル)を利用した通信システム、
(2) PHSや無線LAN(IEEE802.11bなど)を利用した通信システム、
(3) 通信衛星を利用した通信システム、
などのシステムが知られている。
PHS電話機とLCXとを用いて高速移動通信サービスを提供する技術が以下の特許文献1に記載されており、また高速移動体通信におけるフレーム同期を確立させる方式が以下の特許文献2に開示されている。
特開平10−66141号公報
特許第3111934号公報
しかしながら、上記従来のシステムにおいては以下のような問題があった。
携帯電話やLCXを利用した通信システムにおいては、使用できる無線メディアの規格により、データ通信速度が低速(数百kbps以下)であるという問題がある。
PHSや無線LANを利用するシステムにおいては、移動体が高速で移動している場合通信ができないという問題がある。これは、無線基地局の出力が小さいため、通信エリアが小さく(数百メートル以下)、移動体が高速で移動すると、移動体のエリア滞在時間が短くなり、通信確立(ハンドオーバー)のための時間が十分取れなくなり、接続が不可能となるためである。
たとえば、数十Mbpsでのデータ通信が可能な無線LAN(IEEE802.11aなど)では、通信エリアは500m程度である。時速300km/hで走行する新幹線においては、500mの通信エリアの滞在時間が6秒程度となる。また、通信エリア内に入ったからといって即座に通信ができるわけではなく、通信確立(ハンドオーバー)のために数秒要するため、実効的な通信速度が低下したり、通信確立に失敗する可能性が高くなる。
一方、携帯電話などは通信エリアが大きい(数km以下)が、通信速度が限られてくるという問題がある(数百kbps以下)。
通信衛星を利用した通信システムを採用すると、トンネルや地下道で通信できないという問題があり、移動体からの衛星捕捉が困難であるという問題がある。さらに、通信衛星を利用するためには移動体に衛星を追尾するアンテナを設ける必要があり通信に関するコスト、装置自体のコストの両者が高くなるという問題を有している。
この発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、高速な移動体通信を提供することができる移動体通信システムおよび移動体通信方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、移動体通信システムは、移動体の移動経路に沿って設置される複数の子局と、複数の子局に対して信号を送信する親局と、複数の子局のそれぞれと、親局とを接続する伝送路とを備え、親局は、伝送路を介して複数の子局へ同じ信号を送信し、すべての子局で同じ無線信号を放射することにより、複数の子局のそれぞれにより形成される複数の通信エリアが移動経路に沿って形成される1つの通信エリアとなるように動作する。
好ましくは、伝送路は光ファイバである。
好ましくは、複数の子局のそれぞれにより形成される通信エリアの径は、数百メートルの規模である。
好ましくは移動体は、複数の子局のそれぞれと通信する第1の通信機器と、移動体内の無線端末と通信する第2の通信機器とを備え、第1の通信機器と第2の通信機器との間での信号の伝送を仲介する。
好ましくは移動体通信システムは、伝送路において、複数の子局から放射される無線信号の遅延時間差をなくすための遅延器をさらに備える。
好ましくは移動体通信システムは、伝送路の長さを調整することで、複数の子局から放射される無線信号の遅延時間差をなくすことを特徴とする。
好ましくは移動体通信システムは、複数の子局と、親局と、伝送路とからなる移動体通信システムを複数セット用い、移動経路に沿って形成される1つの通信エリアを移動経路に沿って複数形成する移動体通信システムであって、隣接する通信エリア同士においては、無線信号のチャンネルを変えることを特徴とする。
この発明の他の局面に従うと、移動体通信方法は、上述のいずれかに記載の移動体通信システムを用い、移動体と複数の子局との間で通信を行なうことを特徴とする。
本発明の実施の形態の1つにおける移動体通信システムでは、無線通信メディアとして高速データ伝送可能な無線LAN(IEEE802.11aなど)、PHSなどを利用する。高速移動体に対してもハンドオーバー可能なように光ファイバ無線中継装置を用いて、1基地局がカバーできる通信エリアを拡大する。これにより、新幹線などの高速移動体の車内でも無線LANのような数十Mbps程度の高速データ通信を連続で利用することが可能となる。
無線LAN、PHSなどの高速データ通信可能な無線メディアは小出力(500mW以下であり、100mWなど)のものが多く、通信エリアの径は一般に数百mと小さい。小出力の無線基地局で大きな通信エリアを構成するために、本実施の形態においては、光ファイバ無線中継装置で光出力を分岐させ、移動体の移動経路に沿って設置された複数の子局(アンテナ)から同じ電波を放射する。子局が移動経路に沿って直線状に並べられることで、複数の通信エリアにより構成される1つの通信エリアを作ることができ、事実上大きな通信エリアを得ることができる。
図1は、本発明の実施の形態の1つにおける移動体通信システムの構成を示す図である。
図1(A)を参照して、移動体通信システムは、地上設備である無線基地局1と、無線基地局1に接続される光ファイバ無線中継装置(ROF(Radio on Fiber)親局)3と、移動体の移動経路に沿って設置される複数のROF子局7a〜7nと、ROF親局3と複数のROF子局7a〜7nのそれぞれとを接続する伝送路である光ファイバ5a〜5nとを備えている。
ROF親局3により無線基地局1から送られてきた信号を分岐し、すべての光ファイバ5a〜5nで同じ信号を中継し、すべてのROF子局7a〜7nで同じ無線信号を放射することにより、複数のROF子局7a〜7nのそれぞれにより形成される複数の通信エリア(図1(A)の斜線で示されるエリア)が接続される。これにより、図1(B)に示されるように移動体の移動経路に沿った擬似的な1つの通信エリアを構成することができる。たとえば、ROF子局7a〜7nのそれぞれにより形成される通信エリアの径が数百mの規模であれば、擬似的に形成された通信エリア(図1(B))は数km程度の規模とすることができる。
実際には、光ファイバの損失、中継信号の遅延の問題などで中継できる距離に制限があるため、より長空間連続してデータ通信を行なうためには、図1に示されるシステムを移動体の移動経路(移動方向)に沿って隣接して複数配置する必要がある。
図2は、図1の無線基地局1の構成を示すブロック図である。
図を参照して、無線基地局1は、LANと接続されるインターフェイス11と、LANからの信号TXをRF信号に変換するモジュレータ13と、モジュレータ13からの信号を増幅する増幅器15と、RF信号をROF親局との間で授受するための共用器21と、ROF親局3からの信号を共用器21を介して受信し、それを増幅する増幅器19と、増幅器19からのRF信号をLAN用の信号RXに変換するデモジュレータ17とを備えている。
図3は、図1のROF親局の構成を示す図である。
図を参照して、ROF親局3は、無線基地局1と接続され、RF信号のやり取りを行なう共用器31と、共用器31に接続されるE/O(電気→光)変換器33と、O/E(光→電気)変換器35とを備えている。
E/O変換器33は、光アッテネータ37と、増幅器39と、レーザダイオード41と、レーザダイオード41からの光を分配する分配器43とを備えている。分配器43からの光出力が、光ファイバ5a〜5nを介してROF子局7a〜7nに伝達される。
また、O/E変換器35は、光ファイバ5a〜5nを介して入力したROF子局7a〜7nからの光信号を電気信号に変換するフォトダイオード45a〜45nと、フォトダイオード45a〜45nの出力を増幅する増幅器47a〜47nと、増幅器47a〜47nの出力を合成する合成器49と、合成器の出力レベルを調整するアッテネータ51とを備えている。
図4は、図1のROF子局7a〜7nの1つの構成を示すブロック図である。
図を参照して、ROF子局は、光ファイバ5a〜5nを介して送られてきたROF親局3からの光信号を電気信号に変換するフォトダイオード71と、フォトダイオード71の出力を増幅する増幅器73と、移動体からのRF信号を増幅する増幅器77と、増幅器77の信号を光信号に変換するレーザダイオード79と、移動体との間で無線通信を行なうためのアンテナ81と、アンテナ81に接続される共用器75とを備えている。
以上のように通信システムを構成することで、一般的に小さな通信エリアしか構成できない小出力の無線基地局にて大きな通信エリアを構成することができる。結果として、高速移動体でもエリア内の滞在時間が長くなり、通信確立に必要な時間を含めても十分にデータ通信ができる時間を確保することができる。これにより、高速な移動体に対しても高速なデータ通信を実現することができる。
また、ROF子局が提供する通信エリア自体は小さいため、必要な場所に限定して通信エリアを構成することができる。したがって、隣接する通信エリアに対する影響を軽減することができるため、トータルとして効率的な通信エリアを構成することができるという効果がある。
なお、ROF子局7a〜7nは、移動体の移動経路に沿って設置されるが、新幹線や列車などとの通信においては軌道(線路)に沿った設置となり、自動車などとの通信においては道路に沿った設置となる。これにより、軌道上または道路上に沿った帯状の通信エリアを確保することが可能となる。
また、伝送路として光ファイバを用いることにより低損失で無線信号を中継できるため、エリア拡大を図ることができる。
図5は、図1の通信システムを複数用い、図1(B)の通信エリアを連続する場合を示す図である。
ROF親局3で中継できる距離は伝送損失や遅延の問題があり有限であるため、数km程度となる。したがって、より長い区間の通信エリア構成には、図1(B)の通信エリアをさらに連続的に並べる必要がある。このとき、各々隣接する通信エリア間のチャンネルを異ならせるとしても、移動経路に従った2つ程度のチャンネルの繰返しで全体の通信エリアを構成することができる。なぜならば、各通信エリア(図1(B))が帯状(直線状)に配置されているため、隣接エリアからの影響が少なく、少ないチャンネルの繰返しで通信システム全体を構成できるためである。
図5(A)を参照して、図1(B)に示される通信エリアを移動体の移動経路に沿って複数設置する場合に、上述したとおり各々の隣接する通信エリア間のチャンネルは2程度(f1,f2)の繰返しで全体の通信エリアを構成することができる。これにより、システムとして使用されるチャンネルが少なくなるため、図5(B)に示されるように移動体(車両など)側でシステムで使用しているチャンネル分の移動無線局を搭載することが現実のものとなる。それぞれのチャンネル(f1,f2)専用の無線局を用いることで、同期確立の時間を極めて短くすることができる。
たとえば、周波数でチャンネルを分け2周波数(f1,f2)のみを使用すれば、車上にそれぞれのチャンネル専用の無線局を搭載することができ、これにより同期確立に要する時間を小さくすることができ、実効的な通信速度を高めることができる。
結果として、以下のような効果がある。
(1) 通信エリアが変わった場合でもチャンネルの変更が車両側で容易に推定でき、通信確立の時間を短縮することができる。
(2) 通信エリア内でのデータ伝送速度を上げるため、チャンネルを多重することが容易となる。
また、上述のような通信システムを新幹線などの長い車両に適用する場合には、車両の先頭と最後尾など、複数箇所に無線移動局を設置することが好ましい。通信エリアをまたいだ場合でも、いずれかの無線移動局が通信可能になっているため、通信ができない状態を回避することができるからである。また、複数の無線移動局が通信可能になっていれば、実効的なデータ伝送速度を向上させることができる。
本実施の形態における移動体通信システムの利用例として、移動体内で業務用や公衆用の電話(IP電話)を実現することができる。また、たとえば、本実施の形態における移動体通信システムを利用して、移動体内のディスプレイ装置に画像データ伝送を行なったり、音声サービスを行なったりすることが可能である。
図6は、図1〜図5に示される移動体通信システムを地上設備と新幹線との間の通信に応用した例を示す図である。
図を参照して、システムは、地上設備と軌道設備とに分かれ、地上設備においてはネットワークに接続された認証サーバ101と、イーサネット(R)スイッチ(SW)109と、ルータ105と、コンテンツサーバ103と、ブロードバンドルータ107とを備えているものとする。ブロードバンドルータ107を介して、ネットワークはインターネットなどの外部のネットワークへ接続することが可能である。
イーサネット(R)SW109には、光リンク111が接続されており、これにより軌道設備との間でデータの伝送が可能となっている。
軌道設備は、地上設備の光リンク111と接続する光リンク201aと、光リンク201aと接続されるイーサネット(R)SW203aと、軌道に沿って隣のイーサネット(R)SW203bと接続するための光リンク205a,201b,205bと、各イーサネット(R)SW203a,203bに接続される802.11a基地局207a,207b(図1の無線基地局1に相当)と、802.11a基地局207a,207bに接続されるROF親局209a,209b(図1のROF親局3に相当)と、複数のROF子局213a,213b(図1のROF子局7a〜7nに相当)と、ROF親局209a,209bとROF子局213a,213bとを接続するための光ファイバ211a,211b(図1の光ファイバ5a〜5nに相当)とを備えている。
ROF子局213a,213bによりそれぞれ通信エリアC1,C2がストリートセル(無線通信ゾーン)として構成され、この中に位置する列車Tとの間で通信を行なうことができる。
ここでは、列車Tの中に複数の列車内設備が設けられるものとしており、列車内設備は、802.11a移動局301と、列車内サーバ(ルータ、キャッシュサーバ)303と、列車内にある乗客や乗務員の端末と通信を行なうための802.11bアクセスポイント(AP)305とを備えている。上述のとおり、列車内設備は、列車の先頭部分、および終端部分などを含む複数箇所に設置されることが望ましい。
図7は、図6のROF子局213aの1つと、列車Tとの関係を示す図である。
図に示されるように、ここではROF子局213aの1つは列車の軌道に沿って設置される支柱に取付けられるものとし、これにより指向性をもって列車Tが通行する方向にストリートセルC1を構成するものとする。
以上のような装置構成により、地上設備と新幹線との間での高速な通信を行なうことが可能となる。
なお、図6のシステムにおいては軌道に沿って光リンクとイーサネット(R)SWとを接続していき、1つのネットワークに複数の802.11a基地局を接続するようにしているため、列車の進行に伴ってネットワークを切替える必要が無く、既存のシステムを使用できるというメリットがある。但し、802.11a基地局をそれぞれ異種のネットワークに接続し、その異種のネットワーク同士を接続する構成にしてもよい。
さらに、図6のシステムにおいては、列車内設備として802.11a移動局、サーバ、802.11bアクセスポイントを設けているため、列車内に無線LANを構成することができ、ユーザが直接に子局にアクセスするよりも、通信の環境をよくすることができる。また、802.11a移動局のアンテナを車外に設けるようにすると、車両による電波遮蔽をなくすことができ、良好な通信を提供することができるようになる。
また、802.11aから802.11bへの変更など、通信のメディアを変更することで、車両内のユーザの利便性を高めることができる。
ただし、車両内のユーザの端末が直接に子局と通信するようにシステムを構成してもよい。
図8は、本発明の第2の実施の形態における移動体通信システムの構成を示す図であり、図1に対応する図である。
図8を参照して、本実施の形態においては、図1に示される第1の実施の形態の移動体通信システムの構成に、以下の構成を加えている。すなわち、光ファイバ5a〜5nの途中に、光ファイバの伝送経路の長さによるROF親局3とROF子局7a〜7nとの間の信号の伝送時間差をなくすための遅延器9が備えられる。これにより、分岐した各々の出力の遅延量を調整することができ、ROF子局7a〜7nのアンテナから出力される各無線信号の遅延時間差をなくすことができる。
遅延時間差がなくなれば、比較的簡単な無線移動局で良好な通信を実現できる。また、無線LANなどに使用されるOFDM変調方式ではガードインターバル時間を小さくすることができ、実効的な通信速度を高めることができる。
すなわち、遅延器を用いない場合、ROF親局とROF子局との間にd=500mの距離差があると、500mにおける信号伝達の時間差は(光速c=3×108m、光ファイバ屈折率n=1.5、信号の伝達速度をVとして)、
d/V
=d/(c/n)
=500/(3×108/1.5)
=2.5μS
となる。従って、1.5kmの距離差があれば、遅延は7.5μSとなる。本実施の形態においては、このような遅延差を解消することができる。特に、光ファイバを伝送路として用いる場合、光ファイバ長を各分岐出力ごとに等しい長さに調整することで簡単に遅延器9を構成することができ、コスト的にも安価に構成することができる。
d/V
=d/(c/n)
=500/(3×108/1.5)
=2.5μS
となる。従って、1.5kmの距離差があれば、遅延は7.5μSとなる。本実施の形態においては、このような遅延差を解消することができる。特に、光ファイバを伝送路として用いる場合、光ファイバ長を各分岐出力ごとに等しい長さに調整することで簡単に遅延器9を構成することができ、コスト的にも安価に構成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 無線基地局、3 ROF親局、5a〜5n 光ファイバ、7a〜7n ROF子局、9 遅延器、101 認証サーバ、103 コンテンツサーバ、105 ルータ、107 ブロードバンドルータ、111 光リンク、201a,201b,205a,205b 光リンク、207a,207b 基地局、209a,209b 親局、211a,211b 光ファイバ、213a,213b ROF子局、301 802.11a移動局、303 列車内サーバ、305 802.11bアクセスポイント、C1,C2 通信エリア、T 列車。
Claims (8)
- 移動体の移動経路に沿って設置される複数の子局と、
前記複数の子局に対して信号を送信する親局と、
前記複数の子局のそれぞれと、前記親局とを接続する伝送路とを備え、
前記親局は、前記伝送路を介して前記複数の子局へ同じ信号を送信し、すべての子局で同じ無線信号を放射することにより、前記複数の子局のそれぞれにより形成される複数の通信エリアが前記移動経路に沿って形成される1つの通信エリアとなるように動作する、移動体通信システム。 - 前記伝送路は光ファイバである、請求項1に記載の移動体通信システム。
- 前記複数の子局のそれぞれにより形成される通信エリアの径は、数百メートルの規模である、請求項1または2に記載の移動体通信システム。
- 前記移動体は、
前記複数の子局のそれぞれと通信する第1の通信機器と、
前記移動体内の無線端末と通信する第2の通信機器とを備え、
前記第1の通信機器と前記第2の通信機器との間での信号の伝送を仲介する、請求項1〜3のいずれかに記載の移動体通信システム。 - 前記伝送路において、前記複数の子局から放射される無線信号の遅延時間差をなくすための遅延器をさらに備えた、請求項1〜4のいずれかに記載の移動体通信システム。
- 前記伝送路の長さを調整することで、前記複数の子局から放射される無線信号の遅延時間差をなくすことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の移動体通信システム。
- 前記複数の子局と、前記親局と、前記伝送路とからなる移動体通信システムを複数セット用い、前記移動経路に沿って形成される1つの通信エリアを前記移動経路に沿って複数形成する移動体通信システムであって、
隣接する通信エリア同士においては、無線信号のチャンネルを変えることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の移動体通信システム。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の移動体通信システムを用い、
前記移動体と前記複数の子局との間で通信を行なうことを特徴とする、移動体通信方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003430484A JP2005191905A (ja) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 移動体通信システム、および移動体通信方法 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007074223A (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Maspro Denkoh Corp | デジタル放送再送信システム |
JP2007096943A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | 移動体通信装置 |
JP2007194754A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Nec Corp | 移動体通信システム及びそれに用いるセル配置方法 |
JP2011147048A (ja) * | 2010-01-18 | 2011-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | 移動体通信システムおよびそれに用いられる中継機、基地局 |
JP2013538527A (ja) * | 2010-08-31 | 2013-10-10 | コーニング インコーポレイテッド | セル内で交互にハンドオーバーを実施する分散アンテナシステムを備える広帯域無線移動体通信システム |
-
2003
- 2003-12-25 JP JP2003430484A patent/JP2005191905A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |