JP4863406B2 - 移動体光通信システム及び移動体光通信方法 - Google Patents

Description

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。

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。）。
特開２００４−２８２６８５号公報

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。

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。

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０．１ｍｍ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１ｍおきに設置すると仮定すると、光の利用効率は０．１ｍｍ／１ｍ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１μＷの光量が必要と仮定する。このときの投入パワーは１μＷ／０．１ｍｍ×１００ｍ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い。

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１μＷ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×０．１ｍｍ、即ち、１０^−２ｍ^２である。この１０^−２ｍ^２の中のどの位置に受光面直径０．１ｍｍすなわち受光面積０．００７８５×１０^−６ｍ^２の受光素子があっても、１μＷ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、１μＷ×１０^−２ｍ^２÷０．００７８５×１０^−６ｍ^２＝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い。

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１Ｇｂ／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。

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る。

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おり、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く、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を特徴とする移動体光通信システムを提供している。

ここで、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、該ファイバ側光送出手段は光送信装置であることが好ましい。

また、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おり、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。

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おり、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とを特徴とする移動体光通信システムを提供している。

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いることが好ましい。

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おり、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移動体光通信システムを提供している。

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く、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。

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いることが好ましい。

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いて、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おり、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を特徴とする移動体光通信方法を提供している。

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おり、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移動体光通信方法を提供している。

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。また、光ファイバケーブルは漏洩光ファ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えられる。

請求項２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。

請求項３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っている。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。

請求項４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。

請求項５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、エラーの少ない精度のよい光通信が達成される。

請求項６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。

請求項７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。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。

請求項８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。

請求項９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ができる。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。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。

請求項１０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えられる。

請求項１１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。

請求項１２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っている。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。

請求項１３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、エラーの少ない精度のよい光通信が達成される。

請求項１４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。

請求項１５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、混線のないアップリンクを達成できる。

請求項１６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ができる。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が、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る。さらに、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ができる。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。

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。 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。 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。 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。 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。 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る。 変更例による光送信装置の構成を示す説明図である。 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

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・・・送信用光ファイバ、
３５・・・信号生成装置、 ３６・・・光送信装置、
１０１・・・移動体光通信システム、
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〜１１０ｄ・・・漏洩光ファイバ、
１１３ａ〜１１３ｄ・・・光漏洩部、
１２０ａ〜１２０ｄ・・・光ファイバ、
１２１ａ〜１２１ｄ・・・受光装置、
２２０，３２０・・・光送信装置、
１３１ｘ，１３１ｙ・・・受信用光ファイバ、
１３３ｘ，１３３ｙ・・・復調装置、
１３４ｘ，１３４ｙ・・・送信用光ファイバ、
１３５ｘ，１３５ｙ・・・信号生成装置、
１３６ｘ，１３６ｙ・・・光送信装置
Ｐ１・・・軌跡、 Ｐ２・・・軌跡。

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。

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。

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３０００ｍ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ＡＴＣ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。

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。

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。

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。

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。

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はコア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。

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、漏洩光ファイバ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の長さより短い間隔で必ず存在する。

光漏洩部１３の漏洩率をＬ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_ｉが Ｌ_ｉ＝Ｌ_ｉ−１／（１−Ｌ_ｉ−１） 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_１とした場合に、Ｌ_ｉが Ｌ_ｉ=１／（１−（ｉ−１）＊Ｌ_１） 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５０μＷ一定とした場合、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Ｌ_ｉ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。

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ってしまう。漏洩光ファイバ１０の伝送レートを１Ｇｂ／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２０〜３０ｃｍ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い。

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である。

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が一本の光ファイバ３１で接続されているように見えるが、実際には図５に示されるように各受光装置３２（３２Ａ，３２Ｂ，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に辿り着く。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。

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。

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の長さ全体に渡って配置されている。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。

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に辿り着く。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。

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、その光像が、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。

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、インターネットなどのネットワークに送出される。

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。

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いても切れ目のない通信の受け渡し（ハンドオーバー）が可能である。

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。

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の移動方向に沿って、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。

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、安定した光通信を行うことができる。

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。

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。

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。

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。

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い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が設けられている。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βで連続している。

線路１０２ａ〜１０２ｄに沿ってそれぞれ、漏洩光ファイバ１１０ａ〜１１０ｄ、複数の光ファイバ１２０ａ〜１２０ｄが設けられている。漏洩光ファイバ１１０a〜１１０ｄ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１０４ａ〜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。

車両１０３ｘ，１０３ｙにはそれぞれ、複数の受信用光ファイバ１３１ｘ，１３１ｙ、送信用光ファイバ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が設けられている。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３４、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。

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１３６ｘ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。

漏洩光ファイバ１１０ａ〜１１０ｄ、光ファイバ１２０ａ〜１２０ｄ、及び受光装置１２１ａ〜１２１ｄ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２１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っている。

漏洩光ファイバ１１０ａ〜１１０ｄ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１１３ｃ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。即ち線路１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ上のいずれの地点からでも、光漏洩部１１３ａ〜１１３ｄのいずれかが、車両１０３ｘおよび車両１０３ｙの長さの範囲内に存在する。

各基地局１０４ｂ〜１０４ｄ近傍における受光装置１２１ａ〜１２１ｄの構成も、それぞれ光漏洩部１１３ａ〜１１３ｄの構成と同様である。即ち線路１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ上のいずれの地点からでも、受光装置１２１ａ〜１２１ｄのいずれかが、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。

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。

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。

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いても構わない。

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（ハンドオーバー）が可能になる。

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。

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１０４ｃ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１２１ｃ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。

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。

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のいずれか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。

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１０２ａ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）１０２ａ〜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、漏洩光ファイバ１１０ａ〜１１０ｄ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〜１１０ｄ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。

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が、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。

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ァイバカプラ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。

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３２０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３２４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。光ファイバ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３２４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、光はいったんＯ／Ｅ、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ァイバは線路２に沿って設けられていなくともよい。

また、図８、９の光送信装置２２０、３２０は、Ｏ／Ｅ、Ｅ／Ｏ変換の代わりに光−光制御などを行う構成でもよい。この場合にも、光はいったん光−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３２１、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。

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いう構成であってもよい。

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 (16)

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−１１３ｄ）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おり、
   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く、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移動体光通信システム。
2. 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１記載の移動体光通信システム。
3. 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１または２に記載の移動体光通信システム。
4. 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１に記載の移動体光通信システム。
5. 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。
6. 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−１１３ｄ）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おり、
   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移動体光通信システム。
7. 複数の移動体側光送出手段（３６、１３６ｘ、１３６ｙ）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おり、
   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とを特徴とする移動体光通信システム。
8. 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７記載の移動体光通信システム。
9. 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−１１３ｄ）を有する第１の光ファイバケーブル（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−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おり、
   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移動体光通信システム。
10. 該第１の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く、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（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９に記載の移動体光通信システム。
11. 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１０記載の移動体光通信システム。
12. 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１０記載の移動体光通信システム。
13. 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９記載の移動体光通信システム。
14. 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９記載の移動体光通信システム。
15. 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いて、
    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おり、
    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を特徴とする移動体光通信方法。
16. 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、
    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おり、
    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移動体光通信方法。

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