JP2016213833A - 車両のためのアンテナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高速で移動する列車と、線路に沿って位置している基地局との間の通信における改善されたアンテナ切り替え方法を提供する。【解決手段】凸形状車両屋根上に取り付けられている複数のアンテナセットＡ１、Ａ２と、アンテナセットにおいて受信される信号電力Ｐ１、Ｐ２の差の測度に基づいて、第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）と第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）との間で切り替えるように動作可能な切り替えデバイス２０とを有する。第１のアンテナ構成は、線路の方向において交差偏波ビームを提供する第１の固定通信システムと関連付けられており、第２のアンテナ構成は、線路の一区画に平行に延伸する少なくとも２つの漏洩フィーダを含む第２の固定通信システムと関連付けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、通信の分野に関し、特に、所定の経路または線路に従って移動している車両と、そのような線路に沿って位置している基地局との間にワイヤレス通信を確立するためのシステムおよび方法に関する。

移動体通信デバイスがワイヤレスデータ通信に広く使用されるようになってきたことで、電気通信ネットワークの製造業者および運営者がワイヤレスデータ通信に十分な帯域幅およびブロードバンド容量を提供することが大きな課題になっている。特に、運輸関連使用状況において通信関連問題が発生し得る。たとえば、列車では一般的に、多数のユーザが、列車に届く同じ制限された数の基地局を通じて同時にブロードバンドデータ通信サービスを使用することを試みるが、当該列車上では、通過する列車に十分なデータ通信容量を提供することが非常に困難である場合がある。その上、列車の速度が極めて大きく増大することによって、データ通信リソースは広い帯域幅およびブロードバンド容量で、非常に短い期間にわたって提供される必用があるため、この問題が増大している。

米国特許第５５４８８３５明細書において、複数の地上通信設備および列車通信設備を含む列車無線通信システムが記載されている。地上通信設備は、列車がその上を走行する鉄道に沿って所定間隔をおいて配置され、異なる周波数を有する伝送信号を出力するように設計される。列車通信設備は列車内に配置され、列車の走行中に、列車通信設備と地上通信設備のうちの１つとの間に無線チャネルを設定するように設計される。列車通信設備は、複数のアンテナと、アンテナスイッチと、受信機と、アンテナコントローラとを含む。アンテナは、地上通信設備から伝送信号を受信する。アンテナスイッチは、複数のアンテナのうちの１つを選択する。受信機は、選択されたアンテナから出力を復調し、受信信号を出力する。アンテナコントローラは、車両の現在の走行位置を検出するための現在位置検出部を含み、現在位置検出部から現在の走行位置に従ってアンテナスイッチを制御する。

中国実用新案第２０３２７９０８９号明細書において、高速鉄道の二重モード受信システムが記載されている。システムは、第１の信号を受信する第１のアンテナと、第２の信号を受信する第２のアンテナと、それぞれ第１の受信アンテナおよび第２の受信アンテナと接続されている二重モード受信機とを備える。二重モード受信機は、第１の受信モジュールと、第２の受信モジュールと、制御モジュールと、タイムサービスデバイスとを備え、第１の受信モジュールは、第１の信号を第１のトランスポートストリーム（ＴＳ）に復調し、第２の受信モジュールは、第２の信号を第２のＴＳに復調し、制御モジュールは、第１のＴＳおよび第２のＴＳのロック状態または列車の位置情報に基づいて第１のＴＳおよび第２のＴＳの切り替えおよび出力を制御し、タイムサービスデバイスは、第１の受信モジュール、第２の受信モジュールおよび切り替え制御モジュールに対する統一時間基準を提供する。二重モード受信システムによれば、２つのタイプの信号を受信することができ、高速列車が二重モード信号を受信し切り替えることができ、高速列車の信号受信が不連続になる問題が軽減され、環境変化に従って受信モードおよび切り替え戦略を自動的に切り替えることができ、高速鉄道運営のための要件をより良好に満足することができる。

米国特許出願公開第２０１４１９８７１５号明細書は、列車と、列車が走行する線路に沿って配置されている１つまたは複数の基地局との間にワイヤレス通信を確立するための方法およびシステムを記載している。これは、列車上の通信中継器の１つまたは複数のアンテナと、基地局の１つまたは複数のアンテナとの間に通信チャネルを設定することを含み得る。チャネル状態情報（ＣＳＩ）を判定してデータストア内に記憶することができ、ＣＳＩは、通信中継器の現在位置を規定する情報に応じて、通信チャネルを介した通信のために使用することができる。

現代の高速列車または自動車が約２００ｋｍ／ｈ以上で走行することができることを考慮すると、消費者の接続は、たとえば、２０秒ごとに次のモバイルネットワークセルに転送され得る。多くの移動体通信ユーザによる列車内のそのような急速なセル変更は、大きな技術的課題を課し、複数の異なる通信システムが線路全体をカバーすることを必要とする。そのような状況において、高速で信頼可能な切り替えシステムおよび方法を提供することが望ましい場合がある。

米国特許第５５４８８３５明細書 中国実用新案第２０３２７９０８９号明細書 米国特許出願公開第２０１４１９８７１５号明細書

実質的に、少なくとも１つの図面に示されており、かつ／または、当該図面に関連して説明されているような、また、特許請求の範囲により完全に記載されているような、車両のための移動体通信における改善されたアンテナ切り替えのためのシステムおよび／または方法が提供される。

本発明のこれらのおよび他の利点、態様および新規の特徴、ならびに、その示されている実施形態の詳細は、以下の説明および下記にリストされているような添付の図面からより十分に理解される。

第１の固定通信システムの付近にある列車の一例を示す図である。 図１Ａの列車の例示的な概略断面図である。 第２の固定通信システムの付近にある列車の一例を示す図である。 図２Ａの列車の例示的な概略断面図である。 本発明の一例による車両ベースのアンテナシステムの切り替えおよび制御方式を示す図である。

図１Ａは、トランシーバ局の付近において移動している移動列車の上面図を概略的に示す図である。図１Ａを参照すると、機関車１５およびいくつかの客車を備える列車１０が示されており、客車のうち、客車Ｃ１およびＣ２が示されている。列車１０は、鉄道線路１９上にある。アンテナシステム１１Ａに通信可能に結合されている送受信機１１Ｂを備えるトランシーバ局１１がさらに図示されている。アンテナシステム１１Ａは、ＲＦアンテナコリドー１７として参照されている、例示的な放射パターンを生成することができる。客車Ｃ１、Ｃ２は、内部アンテナ１３と、信号反応器１２と、アンテナセットＡ１と、アンテナセットＡ２とを備えることができる。アンテナセットＡ１は、複数のアンテナを含むことができ、そのうちの２つ、Ａ１１およびＡ１２が黒点として示されている。アンテナセットＡ２は、同様に、複数のアンテナを含み、そのうちの２つ、Ａ２１およびＡ２２が黒点として示されている。アンテナＡ１１およびＡ１２は、距離ｄ１だけ離れている。同様に、アンテナＡ２１およびＡ２２は、距離ｄ１だけ離れている。アンテナセットＡ１およびＡ２は、アンテナＡ１２とアンテナＡ２２との間の距離ｄ２によって示されているような、距離ｄ２だけ離れている。一般的に、一方のセットのアンテナは、他方のセットのアンテナに対して、車両の反対側に取り付けられている。図１Ａにおいて、セットＡ１のアンテナＡ１１およびＡ１２は、（走行方向において）右側に取り付けられており、一方で、セットＡ２のアンテナＡ２１およびＡ２２は、左側に取り付けられている。信号反応器１２は、内部アンテナ１３ならびにアンテナセットＡ１およびＡ２に通信可能に結合されている。

列車１０は、図示されているように客車Ｃ１、Ｃ２に機械的に結合されおり、列車１０を、鉄道線路１９に沿ってトランシーバ局１１に向けて（図示の通り）またはトランシーバ局１１から外方に動かす機関車１５によって動力供給される。

トランシーバ局１１は、１つまたは複数のＲＦ技術、たとえば、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、ＷＣＤＭＡ、４Ｇ、ＬＴＥ、ＨＳＤＰＡ、ＨＳＵＰＡ、５Ｇ、ＷｉＭＡＸ８０２．１６のような移動体通信規格に従って無線周波数信号を送信および／または受信するように動作可能であってもよい。トランシーバ局１１はまた、本発明の様々な実施形態によれば、基地局、またはＮｏｄｅＢと称される場合もある。トランシーバ局１１は、移動体通信規格に従って無線および／またはベースバンド信号を生成および処理するための適切な論理、回路および／またはコードを備える送受信機１１Ｂを備える。送受信機１１Ｂにおいて受信および／または生成される信号は、その後アンテナシステム１１Ａを通じてそれぞれ送信および／または受信される。アンテナシステム１１Ａは、一般的には１つまたは複数のアンテナを含んでもよいが、典型的には、たとえば、列車客車Ｃ１、Ｃ２内に設置されているもののようなモバイルトランシーバシステムとの２×２通信のような様々なプロトコルの多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信を許容するために、複数のアンテナを含んでもよい。たとえば、アンテナシステム１１Ａは、交差偏波信号を受信および送信する、すなわち、別様に、たとえば、水平および垂直に偏波されている２つの信号を同時に受信および送信するように構成されてもよい。アンテナシステム１１Ａはまた、本発明の様々な実施形態によれば、他のＭＩＭＯ方式をサポートするように適切に構成されてもよい。アンテナシステム１１Ａは、好都合には鉄道線路１９に沿って受信および送信するように構成されてもよい。そのような好都合な受信／送信領域は、例示的なＲＦアンテナコリドー１７によって示されている。

客車Ｃ１、Ｃ２は、限定ではないが、人間および／または商品の輸送を含む任意の目的に適合されてもよい。内部アンテナ１３は、一般的に客車内部、たとえば、内部アンテナ１３が中に位置する客車Ｃ１、Ｃ２内部に位置するモバイル送受信機（図示せず）に対して無線周波数信号を受信および送信するための適切な論理、回路および／またはコードを備えることができる。内部アンテナ１３から受信するかまたは内部アンテナ１３に送信するモバイル送受信機は、列車乗客によって操作される携帯ハンドセットもしくはコンピュータであってもよく、または、たとえば、機械間通信に使用されるもののような、機械で動作する移動体通信送受信機であってもよい。内部アンテナ１３は一般的に、客車の内部に配置され、その動作周波数に適した任意のタイプのＲＦアンテナタイプを含んでもよい。これは、プリントアンテナ、漏洩フィーダ、または、当業者には明らかであるような、移動体通信技術に適合されている任意の他のアンテナ技術を含んでもよい。

信号反応器１２は、内部アンテナ１３またはアンテナセットＡ１、Ａ２から受信される無線信号を処理するための適切な論理、回路、および／またはコードを備えることができる。その上、信号反応器１２は、アンテナセットＡ１およびＡ２の構成を制御、構成および適合するようにに動作可能であり得る。同様に、信号反応器１２は、内部アンテナ１３またはアンテナセットＡ１、Ａ２を介して伝送するために無線信号を処理するように動作可能である。一般的に、ダウンリンク状況において、信号反応器１２は、トランシーバ局１１からアンテナセットＡ１、Ａ２の１つまたは複数を介して送信される無線信号を受信することができる。その後、信号は、内部アンテナ１３を介した再送のために処理することができる。再処理は、限定ではないが、無線信号の増幅、復号および／または再符号化を含んでもよく、本発明の様々な実施形態に従って、無線周波数、中間周波数、またはベースバンド周波数においてであってもよい。同様に、アップリンク状況において、信号反応器１２は、内部アンテナ１３上で無線信号を受信し、アンテナセットＡ１、Ａ２を介した受信機、たとえば、トランシーバ局１１への送信のためにこれらを適切に処理することができる。

アンテナセットＡ１、Ａ２は、トランシーバ局１１からの受信およびトランシーバ局１１への送信に適した無線通信プロトコルに従って無線信号を受信および送信するための適切な論理、回路および／またはコードを備えることができる。これは、トランシーバ局１１について上述したように、一般的に、１つまたは複数の移動体通信プロトコル／規格を含んでもよい。アンテナセットＡ１、Ａ２は、それぞれ例示的な複数のアンテナＡ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２を使用して、複数のアンテナプロトコル、たとえば、多入力多出力（ＭＩＭＯ）を利用するように動作可能であり得る。アンテナＡ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２は、それらのそれぞれの動作無線周波数において無線周波数信号を受信および送信するための適切な論理、回路および／またはコードを備えることができる。

多くの事例において、送受信機アンテナシステム１１Ａは、一般的に列車１０の高さよりも高い高さにおいて、ほぼ鉄道線路１９に沿って配置され得る。列車よりも高いところにアンテナシステム１１Ａの高さを選択することによって、トランシーバ局１１の有効送信および受信距離を増大させることができ、さらに多くの場合、アンテナセットＡ１、Ａ２と送受信機アンテナシステム１１Ａとの間の見通し線（ＬＯＳ）信号受信／送信をもたらすことができる。

図１Ｂは、図１Ａの列車の例示的な概略断面を示す。 図１Ｂを参照すると、鉄道線路１９上の列車１０の客車Ｃ１および例示的な送受信機アンテナシステム１１Ａが示されている。客車Ｃ１の断面は、アンテナＡ１１およびアンテナＡ２１をさらに示している。アンテナＡ１１は、たとえば、図１Ａに示されているようなアンテナＡ１の一部分である。アンテナＡ２１は、たとえば、図１Ａに示されているようなアンテナＡ２の一部分である。一般的に導電性材料、たとえば、金属から作製される列車屋根１０１がさらに示されている。主に屋根１０１上のアンテナＡ１１およびＡ２１の位置および向きに起因する、アンテナＡ１１およびアンテナＡ２１の何らかの軸の間の角度ｙも示されている。セットのアンテナの向きはまた、セット自体の向きとも考えることができる。図１Ｂにおいて使用されている参照符号は、図１Ａに示され、図１Ａについて記載されているそれぞれの要素に対応する。図示されているように、固定通信システムの送受信機アンテナシステム１１Ａは、列車１０の高さよりも高い高さに位置し得る。

列車屋根１０１は一般的に、湾曲していてもよく（もしくはアーチ状になっていてもよく）、または、他の様態で、図１Ｂの例示的な断面に見られるような凸形状になっていてもよい。たとえば、屋根１０１は、複数の直線セグメントによって示されているように、凸状であるが、湾曲した屋根１０１に近くなっていてもよい。角度ｙは、９０度に近くなるように選択されることが有利であり得、実際には約７５〜１００度であり得る。約９０度の角度ｙを有するこの例示的な構成において、アンテナＡ１１およびＡ２１は、交差偏波することができるＲＦ場を受信および送信するように動作可能であり得る。たとえば、アンテナＡ１１は、送受信機アンテナシステム１１Ａから送信された交差偏波ＲＦ信号の垂直偏波信号成分を主に受信することができ、アンテナＡ２１は、送受信機アンテナシステム１１Ａから送信された交差偏波ＲＦ信号の水平偏波信号成分を主に受信することができる。導電性屋根は、アンテナの接地板として作用することができる。当業者には既知であるように、そのような構成は同様に、アンテナＡ１１およびＡ２１を介して交差偏波信号を送信するために使用することができる。

上述したように、図１Ａおよび図１Ｂに示されているような状況において、送受信機アンテナシステム１１ＡとアンテナセットＡ１およびＡ２との間に強いＬＯＳ信号経路が多くの場合に存在し得る。アンテナＡ１１およびＡ１２は、アンテナＡ１１およびＡ１２の分離ｄ１に起因してわずかに位相シフトした（遅延した）実質的に同じ信号を受信することができる。Ａ１１およびＡ１２において受信される信号間の位相シフトは、Ａ１１とＡ１２との間の分離距離ｄ１、および、送受信機アンテナシステム１１Ａに対するアンテナセットＡ１の幾何学的位置に応じて決まり得る。Ａ１１およびＡ１２において受信された信号は、両方の受信信号を構造的に加算するために、コヒーレントに結合され得る。いくつかの事例において、適応的である可能性がある遅延線が、アンテナＡ１１およびＡ１２において受信される信号間で被る位相シフトを補償するために使用され得る。他の事例において、特に、受信信号間の遅延が相対的に小さいものであり得るときには、アンテナＡ１１およびＡ１２を単純に接続することで十分であり得る。同様に、アンテナＡ２１およびＡ２２において受信される信号も結合され得る。

アンテナセットＡ１とＡ２との間の距離ｄ２は、一般的に、ｄ１を超えるものであり得、客車屋根１０１の特定の形状および選択される特定のアンテナ構成に応じて決まり得る。この理由および（角度ｙによって示されているような）アンテナの角度位置決めから、アンテナセットＡ１およびＡ２において受信される信号は、ほぼ無相関であり得、ＭＩＭＯを含む、様々な複数のアンテナプロトコルにおいて使用することができる。たとえば、上述したように各セット内でアンテナ信号をコヒーレントに結合することによって、各々アンテナセットＡ１およびＡ２について１つの、２つの実効的なアンテナが存在することになる。 たとえば、送受信機アンテナシステム１１Ａが２つの交差偏波アンテナを利用する場合、実効的な２×２ＭＩＭＯチャネルが、客車（たとえば、Ｃ１）と送受信機アンテナシステム１１Ａとの間に生成され得る。

図２Ａは、第２の固定通信システムの付近にある列車の一例を示す。図１Ｂを参照すると、列車１０、鉄道線路１９、およびトランシーバ局１１が示されている。トランシーバ局１１は、アンテナシステム１１Ｃに通信可能に結合されている送受信機１１Ｂを備えることができる。アンテナシステム１１Ｃは、二重一点鎖線によって示されている、ケーブルアンテナとも称されることがある、複数の漏洩フィーダケーブルを含んでもよい。図２Ａ内の参照符号は、図１Ａについて記載されているものと同じ符号を有する実質的に同様の要素を参照し得る。

アンテナシステム１１Ｃ内の漏洩フィーダは、１つまたは複数のＲＦ技術、たとえば、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、ＷＣＤＭＡ、４Ｇ、ＬＴＥ、ＨＳＤＰＡ、ＨＳＵＰＡ、５Ｇ、ＷｉＭＡＸ８０２．１６のような移動体通信規格に従って無線周波数信号を送信および／または受信するように動作可能であってもよい。アンテナシステム１１Ｃの漏洩フィーダケーブルは、鉄道線路１９にほぼ平行に延伸してもよい。

図２Ｂは、図２Ａの列車の例示的な概略断面を示す。図２Ｂを参照すると、列車１０および送受信機アンテナシステム１１Ｃが示されている。送受信機アンテナシステム１１Ｃは、マウント１８上に取り付けられている、複数の漏洩フィーダケーブルを含んでもよく、その２つが点として図示されている。漏洩フィーダ分離距離ｄ３も図示されている。図２Ｂ内の参照符号は、図１Ａ、図１Ｂ、および図２Ａについて記載されているものと同じ符号を有する実質的に同様の要素を参照し得る。

マウント１８は、送受信機アンテナシステム１１Ｃの漏洩フィーダケーブルを、所望の位置において鉄道線路１９に取り付けることを可能にされ得る。たとえば、図２Ｂに示されているように、マウント１８は、複数の漏洩フィーダケーブルを、鉄道線路１９に実質的に平行に、地面の上でおよび／または客車Ｃ１に対して一定の高さで取り付けることができる。さらに、マウント１８は、単一の漏洩フィーダケーブルが、互いに対して望ましい分離距離ｄ３をおいて取り付けられることを可能にすることができる。

図２Ｂに示されているように、トランシーバ局１１が客車Ｃ１（または列車１０の任意の他の客車）に送信しているとき、アンテナシステム１１Ｃの漏洩フィーダケーブルは、一般的に、列車客車屋根１０１の高さよりも低いところに、すなわち、屋根の高さよりも下に取り付けられ得る。この状況において、多くの場合、アンテナシステム１１Ｃから、物理的にアンテナシステム１１Ｃに近い方にある、列車の側面上に取り付けられているアンテナセットまで見通し線が存在し得る。図２Ｂに示されている例において、これはアンテナセットＡ２である。そのような状況において、アンテナＡ２１およびＡ２２は、送受信機アンテナシステム１１Ｃから伝送されるエネルギーのほとんどを受信することができる。他方、漏洩フィーダケーブルから遠い方の、客車の側面上のアンテナが受信する信号は、大幅に弱くなる。この例において、アンテナＡ１１およびＡ１２は、アンテナＡ２１およびＡ２２よりも小さい信号電力を受信することになる。アンテナシステム１１Ｃの漏洩フィーダケーブルの放射特性のために、アンテナＡ２１およびＡ２２において受信される信号は、無相関であり得、したがって、様々なＭＩＭＯ方式が適用されることを可能にし得る。適切なＭＩＭＯ方式は、たとえば、ＬＴＥ移動体通信規格において提案されているような２×２方式であってもよい。上記の状況は、客車からのアンテナシステムＡ１、Ａ２が、送受信機システムアンテナ１１Ｃに送信している状況、および、漏洩フィーダケーブルが鉄道線路１９の他方の側に位置し得る事例に、変更すべきところは変更して適用されることは、当業者には明らかである。

送受信機アンテナシステム１１Ｃ、具体的には漏洩フィーダケーブルは、鉄道線路１９のいずれかの側に設置されてもよく、上述した受信特性から、それぞれアンテナＡ１１とＡ２１、および、Ａ１２とＡ２２を通信可能に結合することが有利である。この事例において、２つの実効的なアンテナ、すなわち、結合されたアンテナＡ１１とＡ２１とからの第１の実効的なアンテナ、および、結合されたアンテナＡ１２とＡ２２とからの第２の実効的なアンテナが形成され得る。物理アンテナＡ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２に基づくこれら２つの実効的なアンテナは、鉄道線路１９のいずれかの側に設置された送受信機アンテナシステム１１Ｃの漏洩フィーダケーブルから受信および／または送信するために使用することができる。言い換えれば、そのような構成は、漏洩フィーダが線路１９のいずれの側に位置しているかにかかわりなく操作することができる。

図３は、本発明の一例による車両ベースのアンテナシステムの切り替えおよび制御方式を示す。図３を参照すると、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび／または図２Ｂに示されているような信号反応器１２内に組み込まれてもよい切り替えデバイス２０、アンテナ構成ＭＯＤＥ（モード）１、およびアンテナ構成ＭＯＤＥ２が示されている。切り替えデバイス２０は、比較器２１とスイッチ２２とを備えることができる。アンテナ構成ＭＯＤＥ１は、アンテナＡ１１とＡ１２、およびアンテナＡ２１とＡ２２がそれぞれ、単一の実効的なアンテナを形成する結合されたアンテナの各対と通信可能に結合することができるように、アンテナＡ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２を備えることができる。アンテナ構成ＭＯＤＥ２は、アンテナＡ１１とＡ２１、およびアンテナＡ１２とＡ２２がそれぞれ、単一の実効的なアンテナを形成する結合されたアンテナの各対と通信可能に結合することができるように、アンテナＡ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２を備えることができる。それぞれＰ１およびＰ２によって指示されている、アンテナセットＡ１およびＡ２の信号電力も図示されている。図３内の参照符号は、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、および図２Ｂにおいて記載されているものと同じ符号を有する実質的に同様の要素を参照し得る。

切り替えデバイス２０または信号反応器１２は、すでに上述した機能に加えて、複数の信号電力を比較し、複数の可能性のあるアンテナ構成モード、たとえば、ＭＯＤＥ１およびＭＯＤＥ２を制御するための適切な論理、回路および／またはコードを備えることができる。比較器２１は、複数の入力信号の信号電力を比較し、スイッチ２２を操作するための適切な論理、回路および／またはコードを備えることができる。スイッチ２２は、複数の構成の間で、および／または、１つもしくは複数の入力と１つもしくは複数の出力との間の信号経路の間で切り替えるように動作可能であるための適切な論理、回路および／またはコードを備えることができる。

鉄道線路１９に沿って、図１Ａおよび図１Ｂに記載されているようなトランシーバ局アンテナシステム１１Ｂを有する、または、図２Ａおよび図２Ｂに記載されているようなトランシーバ局アンテナシステム１１Ｃを有する両方の状況のトランシーバ局１１を、鉄道線路１９の異なる区画において利用することができる。アンテナシステムの選択は、他の要因の中でも、地形、コストおよび／または設置しやすさ、または必要とされるスループットに応じて決まり得る。したがって、車両ベースの構成を、両方のトランシーバ局アンテナシステム１１Ｂおよび１１Ｃによって動作可能であるように適合させることが望ましい。

図１Ａおよび図１Ｂにおいて説明したように、送受信機アンテナシステム１１Ｂを使用する状況において、２つの実効的なアンテナを形成するために、アンテナ対Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２をそれぞれ通信可能に結合することが有利であり得る。いくつかの事例において、アンテナ対は、上述したように、結合されたアンテナ間の位相遅延が、単一の実効的なアンテナを形成するためにほぼ補償され得るように、通信可能に結合されてもよい。これは、アンテナ構成ＭＯＤＥ１と称される。同様に、送受信機アンテナシステム１１Ｃを使用する状況において、アンテナ対Ａ１１、Ａ２１およびＡ１２、Ａ２２をそれぞれ通信可能に結合することが有利であり得る。これは、アンテナ構成ＭＯＤＥ２と称される。

送受信機アンテナシステム１１Ｂが鉄道線路１９の特定の区画に使用されるとき、アンテナセットＡ１およびアンテナセットＡ２の送受信機１１から受信される信号電力は、アンテナ構成ＭＯＤＥ１においては同様である。 したがって、アンテナ構成ＭＯＤＥ１は、図１Ａおよび図１Ｂについて説明されたように、アクティブなままであり得、有利であり得る。他方、アンテナ構成ＭＯＤＥ１において、送受信機アンテナシステム１１Ｃが鉄道線路１９の特定の区画に使用されるとき、アンテナセットＡ１およびアンテナセットＡ２の送受信機１１から受信される信号電力は、大幅に異なる。特に、図２Ａおよび図２Ｂについて説明されたように、客車の、アンテナシステム１１Ｃに近い方にある側のアンテナセットは、他方のアンテナセットよりも大幅に高い信号電力を受信している場合がある。たとえば、図２Ｂに示されているように、アンテナセットＡ２は送受信機アンテナシステム１１Ｃに物理的により近く、一方でアンテナセットＡ１は送受信機アンテナシステム１１Ｂの見通し外にあり得、列車屋根１０１が存在することによって部分的に電磁遮蔽され得るため、アンテナセットＡ２は、アンテナセットＡ１よりも大幅に高い信号電力を受信することになる。したがって、送受信機アンテナ１１Ｃがアクティブである状況においては、図２Ａおよび図２Ｂを参照して上述したように、アンテナ構成ＭＯＤＥ１からアンテナ構成ＭＯＤＥ２に切り替えることが有利であり得る。それぞれの信号電力の比較は、比較器２１において実施され得、それに基づいてスイッチ２２が操作される。本発明の様々な実施形態によれば、信号電力の比較およびアンテナ構成モード間の切り替えは、信号反応器１２に組み込まれてもよく、または、別の設備、たとえば、信号反応器１２に組み込まれない専用ハードウェア切り替えデバイス２１において実施されてもよい。

したがって、アンテナセットＡ１の信号電力（信号電力Ｐ１）およびアンテナセットＡ２の信号電力（信号電力Ｐ２）は、アンテナ構成ＭＯＤＥ１において比較され得る。信号電力Ｐ１が信号電力Ｐ２と実質的に同様である場合、アンテナ構成ＭＯＤＥ１が望ましい場合があり、したがって、アンテナ構成変更が必要ない場合がある。 他方、信号電力Ｐ１が信号電力Ｐ２と大幅に異なる場合、アンテナ構成ＭＯＤＥ２が望ましい場合があり、車両ベースのアンテナシステムが、アンテナ構成ＭＯＤＥ１からアンテナ構成ＭＯＤＥ２へと切り替わり得る。一般的な列車システムにおいて、アンテナ構成モードをＭＯＤＥ１からＭＯＤＥ２へと変更するための例示的な閾値は、約６ｄＢの電力差であり得る。当業者には既知であるように、この閾値は例示であり、特定の通信システムにおける多種多様な要因に応じて決まり得る。その上、閾値は、いくつかの状況においては適応的に変更されてもよい。本発明の事例においては、信号電力Ｐ１〜Ｐ２の差が６ｄＢ以下である場合、アンテナ構成はＭＯＤＥ１のままであるか、または、ＭＯＤＥ１に戻る。他方、信号電力Ｐ１〜Ｐ２の差が６ｄＢを超える場合、アンテナ構成は、先行する状態に応じてＭＯＤＥ１からＭＯＤＥ２に変化するか、または、ＭＯＤＥ２のままである。

本発明の様々な実施形態によれば、当業者には既知であるように、上記の切り替え方式において、上述したような設定電力の代わりに、アンテナセットＡ１およびＡ２から各々１つのアンテナの信号電力を比較することも可能である。たとえば、アンテナＡ１１における電力Ｐ（Ａ１１）、および、アンテナＡ２１の電力Ｐ（Ａ２１）を、切り替え条件を決定するために使用することができる。同様に、たとえば、対Ｐ（Ａ１１）、Ｐ（Ａ２２）、対Ｐ（Ａ１２）、Ｐ（Ａ２１）、対Ｐ（Ａ１２）、Ｐ（Ａ２２）を、切り替え条件を形成するために使用することができる。さらに、たとえば、漏洩フィーダが線路のいずれの側に位置するかを判定するために、電力Ｐ１およびＰ２のいずれがより大きいかを考慮に入れることによって、比較をさらに精緻化することが可能である。そのような事例において、切り替えは、車両のそれぞれの側に位置するアンテナのみを通じて通信リンクを確立するように適合することができる。

上述した比較および切り替え方式は、関連アンテナまたはアンテナセットにおける信号電力に合理的に関係付けられる、信号電力または振幅、平均振幅などに関係付けられる任意の測度の比較に適用可能であることも、当業者には諒解されよう。これは、限定ではないが、平均値、相関値および／またはそのような測度のピーク／トラフ分析を含む。

列車１０を一例として使用して説明されているが、上述したシステムおよび方法は、車両の軌道に沿った２つ以上の異なる固定通信システムの間の車両内設備の高速切り替えを必要とする任意の通信システムに適用することができる。車両は、列車の客車、列車自体、または、ガイドウェイバス、自動車などのような異なるタイプであってもよい。

各セットＡ１、Ａ２の２つのアンテナの間の距離ｄ１は、通信リンクの中心周波数の波長の半分程度またはそれ以上であってもよい。同じことが、漏洩フィーダ１１Ｃアンテナの信号ケーブル間の距離ｄ３にも当てはまる。

参考文献
・米国特許第５５４８８３５号明細書（ＮＥＣ ＣＯＲＰ）１９９４年２月１２日
・中国実用新案第２０３２７９０８９号明細書
２０１３年１１月６日
・米国特許出願公開第２０１４１９８７１５号明細書（ＳＷＩＳＳＣＯＭ ＡＧ）２０１４年７月１７日

Claims (12)

1. 車両（１０、Ｃ１、Ｃ２）と、前記車両（１０、Ｃ１、Ｃ２）の線路（１９）にほぼ沿って位置する複数の固定通信システム（１１Ａ、１１Ｃ）との間にワイヤレス通信を提供するためのシステムであって、前記システムは、
   凸形状車両屋根（１０１）上に取り付けられる複数のアンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）を各々が含むアンテナセット（Ａ１、Ａ２）であって、アンテナセット（Ａ１）の軸はアンテナセット（Ａ２）の軸にほぼ垂直であり、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）は、前記凸形状車両屋根（１０１）の屋根の高さよりも下に取り付けられている、アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と、
   前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）において受信される信号電力（Ｐ１、Ｐ２）の差の測度に基づいて、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）の前記アンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）の第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）と第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）との間で切り替えるように動作可能な切り替えデバイス（２０）とを備え、前記第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）は、前記線路の方向において交差偏波ビーム（１７）を提供する第１の固定通信システム（１１Ａ）と関連付けられており、第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）は、前記線路（１９）の一区画に平行に延伸する少なくとも２つの漏洩フィーダ（１１Ｃ）を含む第２の固定通信システム（１１Ｃ）と関連付けられている、システム。
2. 前記セット（Ａ１、Ａ２）の各々の中の前記アンテナは、通信周波数の波長の少なくとも半分だけ分離されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の固定通信システム（１１Ａ、１１Ｃ）の１つと、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）のアンテナとの間に少なくとも２×２通信リンクが確立される、請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. 前記切り替えデバイス（２０）は反応器（１２）の一部分である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）において、各アンテナセット（Ａ１、Ａ２）内の前記複数のアンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）は、１つの実効的なアンテナを形成するように通信可能に結合されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）において、複数のアンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）は、複数の実効的なアンテナを形成するように通信可能に結合されており、前記複数の結合されたアンテナは、各アンテナセット（Ａ１、Ａ２）の１つまたは複数のアンテナを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記車両は、列車（１０）または列車（１０）の客車（Ｃ１、Ｃ２）である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 車両（１０、Ｃ１、Ｃ２）と、前記車両（１０、Ｃ１、Ｃ２）の線路（１９）にほぼ沿って位置する複数の固定通信システム（１１Ａ、１１Ｃ）との間にワイヤレス通信を提供するための方法であって、前記車両（１０、Ｃ１、Ｃ２）は、凸形状車両屋根（１０１）上に取り付けられている複数のアンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）を各々が含むアンテナセット（Ａ１、Ａ２）を備え、アンテナセット（Ａ１）の軸はアンテナセット（Ａ２）の軸にほぼ垂直であり、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）は、前記凸形状車両屋根（１０１）の屋根の高さよりも下に取り付けられており、前記方法は、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）において受信される信号電力（Ｐ１、Ｐ２）の差の測度に基づいて、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）の前記アンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）の第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）と第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）との間で切り替えるように、切り替えデバイス（２０）を操作するステップを含み、
   前記第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）は、前記線路の方向において交差偏波ビーム（１７）を提供する第１の固定通信システム（１１Ａ）と関連付けられており、第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）は、前記線路（１９）の一区画に平行に延伸する少なくとも２つの漏洩フィーダ（１１Ｃ）を含む第２の固定通信システム（１１Ｃ）と関連付けられている、方法。
9. 前記複数の固定通信システム（１１Ａ、１１Ｃ）のうちの１つと、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）のアンテナとの間に少なくとも２×２通信リンクを確立するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）において、各アンテナセット（Ａ１、Ａ２）内の前記複数のアンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）は、１つの実効的なアンテナを形成するように通信可能に結合されている、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）において、複数のアンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）は、複数の実効的なアンテナを形成するように通信可能に結合されており、前記複数の結合されたアンテナは、各アンテナセット（Ａ１、Ａ２）の１つまたは複数のアンテナを含む、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 列車（１０）または列車の一部分（Ｃ１、Ｃ２）であって、凸形状車両屋根（１０１）上に取り付けられている複数のアンテナ（Ａ１１、Ａ１２およびＡ２１、Ａ２２）を各々が含むアンテナセット（Ａ１、Ａ２）であって、アンテナセット（Ａ１）の軸はアンテナセット（Ａ２）の軸にほぼ垂直であり、前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）は、前記凸形状車両屋根（１０１）の屋根の高さよりも下に取り付けられている、アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と、
    前記アンテナセット（Ａ１、Ａ２）において受信される信号電力（Ｐ１、Ｐ２）の差の測度に基づいて、第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）と第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）との間で切り替えるように動作可能な切り替えデバイス（２０）と
    を備え、
    前記第１のアンテナ構成（ＭＯＤＥ１）は、前記線路の方向において交差偏波ビーム（１７）を提供する第１の固定通信システム（１１Ａ）と関連付けられており、第２のアンテナ構成（ＭＯＤＥ２）は、前記線路（１９）の一区画に平行に延伸する少なくとも２つの漏洩フィーダ（１１Ｃ）を含む第２の固定通信システム（１１Ｃ）と関連付けられている、列車（１０）または列車の一部分（Ｃ１、Ｃ２）。