JP7514831B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の通信システムに関する。

そのような通信システムは、たとえば、特許文献１から知られている。その通信システムは、所定の移動経路に沿って案内される車両と、固定局との間の高帯域幅および雑音耐性を有する通信を可能にする。アンテナは、スロットを通って導波路の空洞内に突出し、車両が移動している間に導波路に沿って伝搬する電磁波を受信および／または送信できるように、車両に配置される。固定局の対応するアンテナは、導波路の一端に配置される。

そのようなシステムにおける通信範囲は、スロット付き導波路に沿った電磁波の伝播中の電磁波の減衰によって制限される。大きな長さのスロット付き導波路はまた、いくつかの区画から組み立てる必要があり、これは、温度変化中の長さの熱変化の結果として変形の問題を引き起こす。

独国特許出願公開第１０ ２０１３ ００２ ２２７ Ｂ４号公報

本発明の根本的な問題は、一般的な通信システムのために、車両の移動経路の長さが長くても、信頼できる通信を可能にする広い範囲を実現するための適切な解決策を作成することである。

この問題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する通信システムによって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に示される。

本発明によれば、スロット付き導波路は、所定の移動経路に沿って案内される車両と、車両の移動経路に平行に延在し、車両の送受信デバイスに接続された少なくとも１つのアンテナおよび固定局の送受信デバイスに接続された少なくとも１つのアンテナが突出するスロット付き導波路を使用する固定局との間の通信のための、通信システム内のギャップによって互いに分離された少なくとも２つの区画からなり、車両のアンテナは、車両の移動中にスロットの長手方向に移動される。スロット付き導波路の各区画について、対応する区画内に突出する少なくとも１つのアンテナが設けられ、スロット付き導波路の異なる区画内に突出する２つの隣接するアンテナは、結合デバイスを介して固定局の共通の送受信デバイスと互いに結合される。

スロット導波路の区画間のギャップは、個々の区画の長さの熱変化を可能にし、送受信デバイスは、各区画にアンテナを配置することによって、両方の区画の領域で車両と通信することができる。さらに、結合デバイスを介して両方の区画を互いに結合することにより、区画間のギャップ（空間、隙間）がブリッジされ（ギャップを乗り越えて）、ある区画から別の区画へのギャップを介した通信が可能になる。車両の送受信デバイスは、それら自体の送信信号との衝突を認識するために、またはそれらを最初から回避するために、他の車両の送受信デバイスから送信信号を受信しなければならないので、これは通信のノイズ耐性にとって特に重要である。

第１の適切な実施態様において、結合デバイスは、入力接続および２つの出力接続を有する相互反応的な双方向電力分配器からなり、その入力接続は、送受信デバイスに接続され、その出力接続は、アンテナのうちの１つに接続される。本明細書における入力接続および出力接続という用語は、供給電力が、２つのより小さい部分電力に分割される伝送方向を指し、伝送挙動は相互的である。

代替として、第２の適切な実施態様における結合デバイスは、２つの相互双方向指向性結合器および相互双方向電力分配器を有し、この場合、指向性結合器の入力接続はアンテナのうちの１つに接続され、各指向性結合器の出力接続は、他方の指向性結合器の対応する出力接続に接続され、各指向性結合器の他方の出力接続は、電力分配器の出力接続のうちの１つに接続され、電力分配器の入力接続は、送受信デバイスに接続される。ここでも、電力分配器および指向性結合器の両方における入力接続および出力接続という用語は、供給電力が２つのより小さい部分電力に分割される伝送方向を指し、伝送挙動も相互的である。

第２の実施形態で使用するための電力分配器の特に適切な形態は、ウィルキンソン分配器である。出力接続において互いに接続される２つの双方向指向性結合器は、４つの外部接続を有する構造ユニットを形成するために適切に組み合わせることもできる。

結合デバイスの２つの実施形態において使用される電力分配器は対称であることが好ましく、すなわち、入力において供給される電力は、２つの出力において、２つの等しい部分電力に分割されるが、不可避の損失のために、これらはそれぞれ供給される電力の半分未満である。対称電力分配器の使用は、送受信デバイスから送られる電力が分配されるべきスロット付き導波路の区画が、同じ長さである場合に特に有利である。反対の伝送方向において、信号が出力接続のうちの１つに供給されるとき、入力接続において利用可能な供給電力の割合は、それがどの入力接続に供給されるかに関わらず同じである。

結合デバイスの第３の適切な実施態様では、結合デバイスは、分岐接続および２つの貫通接続を有する相互双方向タップからなり、分岐接続は、送受信デバイスに接続され、貫通接続はおのおの、アンテナのうちの１つに接続される。タップの特定の利点は、２つの貫通接続間の制限された挿入損失にあり、これは、制限された減衰でスロット付き導波路の異なる区画内の２つのアンテナを結合するのに特に有利であり、したがって、ある区画から別の区画への直接信号伝送に有利である。

結合デバイスの第３の実施態様におけるタップは、好ましくは対称的であり、すなわち、信号が分岐接続で供給されると、供給電力の等しい区画が２つの貫通接続のおのおので結合され、その場合、２つの貫通接続で利用可能な電力が供給電力の半分よりもはるかに小さくなるように、ここでも損失が発生する。対称タップの使用は、送受信デバイスから送信される信号が分配されるスロット付き導波路の区画が同じ長さである場合に特に有利である。反対の伝送方向において、信号が１つの貫通接続で供給されるとき、分岐接続において利用可能な供給電力の割合は、どの貫通接続に供給されるかに関わらず同じである。

本発明は、２つの区画からなるスロット付き導波路に限定されないが、スロット付き導波路が、ギャップによって互いに分離されたいくつかの区画を有し、いくつかの送受信デバイスが設けられ、そのおのおのが、スロット付き導波路に割り当てられた結合デバイスを介して、スロット付き導波路の異なる区画にそれぞれ突出する２つのアンテナに接続される場合に特に有用である。したがって、本発明によれば、非常に長い移動経路を有する車両の伝送システムのために、非常に長い伝送経路を実施することができる。

スロット付き導波路がいくつかの区画からなり、したがって固定局のいくつかの異なる送受信デバイスが設けられる場合、これら送受信デバイスはまた、異なるチャネルを介して車両の送受信デバイスと少なくとも部分的に通信することができる。結合デバイスを介した個々の区画の直接接続を介して、固定送受信デバイスと、固定送受信デバイスのアンテナが突出していないスロット導波路の別の区画の領域に位置する車両の送受信デバイスとの間で、スロット導波路の異なる区画間のギャップを介して信号を送信することもできる。したがって、スロット付き導波路の区画の境界上の異なるチャネルにおいて同時通信が可能になる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

アンテナが突出しているスロット付き導波路の概略断面図である。 本発明による通信システムの追加の構成要素のブロック図を有する、図１によるスロット付き導波路の概略縦断面図である。 結合デバイスとして適した反応的双方向電力分配器の回路シンボルを示す図である。 結合デバイスとして適した２つの指向性結合器と双方向電力分配器との組合せのブロック図である。 結合デバイスとして適した双方向タップの回路シンボルを示す図である。

図１は、所定の移動経路（図２）に沿って案内される車両４および５と、固定局６との間の、および／または、いくつかのそのような車両４と５との間の互いの通信のための通信システムにおいて、従来技術で使用されるスロット付き導波路１の概略断面図を示す。車両のアンテナ３は、スロット付き導波路１に沿って伝搬する電磁波を送受信するために、スロット２を通ってスロット付き導波路１内に突出する。車両４または５が、その所定の移動経路に沿って移動すると、アンテナ３はそれと共にスロット付き導波路１の長手方向に移動する。車両４または５は、特に規定の走行経路に沿ってレールを介して案内され得る。

図２に示すように、スロット付き導波路１は、いくつかの別個の区画１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄから構成され、おのおのがギャップ７、８、または９によって互いに分離されている。スロット付き導波路１が単一部品では実現できない長さを有し、温度が変化する区画１Ａ～１Ｄに対して長さの変化が可能でなければならないために、ギャップ７～９が必要である。スロット付き導波路１の全長が長いため、固定局６は、スロット付き導波路１に沿って分散された、以下トランシーバと呼ばれるいくつかの送受信デバイス１０、１１および１２に接続される。各トランシーバ１０～１１は、結合デバイス１３または１４または１５を介して、２つのアンテナ１６Ａおよび１６Ｂ、または１７Ａおよび１７Ｂ、または１８Ａおよび１８Ｂに接続され、そのおのおのは、スロット付き導波路１の２つの隣接する区画１Ａと１Ｂ、または１Ｂと１Ｃ、または１Ｃと１Ｄのうちの１つに突出する。したがって、トランシーバ１０からの信号は、結合デバイス１３を介して区画１Ａおよび１Ｂに結合することができ、信号は、区画１Ａおよび１Ｂから、結合デバイス１３を介してトランシーバ１０に結合することができる。同じことが、区画１Ｂと１Ｃ、トランシーバ１１と結合デバイス１４、ならびに区画１Ｃと１Ｄ、トランシーバ１２と結合デバイス１５にも当然当てはまる。

車両４および５はまた、トランシーバと呼ばれる送受信デバイス１９または２０を装備し、そのおのおのは、２つのアンテナ接続を有し、これらの接続を介して２つのアンテナ２１Ａおよび２１Ｂ、または２２Ａおよび２２Ｂに接続される。アンテナ２１Ａおよび２１Ｂ、ならびにアンテナ２２Ａおよび２２Ｂはおのおの、ギャップ７から９の幅よりも大きいスロット付き導波路１の長手方向において互いからの間隔を有し、それにより、車両４または車両５の各可能な位置において、その２つのアンテナ２１Ａまたは２１Ｂ、および２２Ａまたは２２Ｂのうちの１つは、スロット付き導波路１の区画１Ａ～１Ｄのうちの１つに常に突出し、したがって、送信および受信の準備ができる。

固定局６と車両４との間の双方向通信は、車両４および５の瞬時位置に関わらず、上述した構成により、３つのトランシーバ１０～１２のうちの少なくとも１つ、結合デバイス１３～１５のうちの１つ、および６つの固定アンテナ１６Ａ～１８Ｂのうちの１つ、ならびに車両側のアンテナ２１Ａまたは２１Ｂのうちの１つ、およびトランシーバ１９を介して、いつでも可能である。固定局６と車両５との間の双方向通信についても同様であり、その側ではアンテナ２２Ａまたは２２Ｂの一方およびトランシーバ２０が関与する。

本発明による固定結合デバイス１３は、トランシーバ１０を、割り当てられたアンテナ１６Ａおよび１６Ｂに接続するだけでなく、スロット付き導波路１の隣接する区画１Ａおよび１Ｂのうちの１つに突出するアンテナ１６Ａおよび１６Ｂにも接続する。これに対応して、結合デバイス１４と、区画１Ｂおよび１Ｃ、ならびに結合デバイス１５と、区画１Ｃおよび１Ｄにも適用される。したがって、結合デバイス１３～１５は、同時にギャップ７～９もブリッジし、その区画１Ａ～１Ｄの間のギャップ７～９にわたってスロット付き導波路１に沿った連続的な信号伝送を可能にする。結合デバイス１３～１５は、接続されたアンテナ１６Ａおよび１６Ｂ、または１７Ａおよび１７Ｂ、または１８Ａおよび１８Ｂの間に特定の挿入損失を生成することが理解される。しかしながら、これは、結合デバイス７～９がなければ、ギャップ７～９が引き起こす減衰と比較して非常に限定される。

結合デバイス１３～１５のおのおのの１つの可能な実施態様は、スプリッタとも呼ばれる反応的双方向電力分配器２３であり、それ自体は従来技術に属する。このような反応的相方向電力分配器２３の回路シンボルが図３に示される。これは、その入力接続Ａ１において供給された信号電力を、所定の分割比率にしたがって、出力接続Ａ２およびＡ３に分配するが、供給電力の一部を吸収する。この比率は、対称電力分配器において１：１である。これは、反対の動作方向において、結合器として作用し、接続Ａ２およびＡ３に供給される接続Ａ１における信号電力を結合する。

結合デバイス１３～１５のおのおのの第２の可能な実施態様は、図４に示す２つの指向性結合器２４および２５の組合せであり、それ自体も従来技術に属し、双方向電力分配器２６を有する。指向性結合器２４は、入力接続Ｂ１を出力接続Ｂ２に直接接続し、入力接続Ｂ１を低減衰で第２の出力接続Ｂ３と結合するが、出力接続Ｂ２およびＢ３を互いに分離する。第２の指向性結合器２５の入力接続Ｃ１および出力接続Ｃ２およびＣ３についても同様である。結合デバイス１３～１５のうちの１つの本発明による実施態様のために、２つの指向性結合器の出力接続Ｂ２およびＣ２は互いに接続され、他の出力接続Ｂ３およびＣ３はおのおの、双方向電力分配器２６の出力接続Ｄ２またはＤ３に接続される。本発明によれば、電力分配器２６の入力接続Ｄ１はトランシーバ１３～１５のうちの１つに接続され、指向性結合器２４および２５の入力接続Ｂ１およびＣ１はおのおの、アンテナ１６Ａおよび１６Ｂ、または１７Ａおよび１７Ｂ、または１８Ａおよび１８Ｂのうちの１つに接続される。

指向性結合器２４および２５ならびに電力分配器２６の両方の相互性により、図４の回路は、原則として、両方の伝送方向において、すなわち電力分配器および結合器の両方としても機能する。２つの別個の指向性結合器２４および２５の回路の代わりに、４つの接続Ｂ１、Ｂ３、Ｃ１およびＣ３を有する指向性結合器２７を使用することができ、これは同じ機能を提供し、破線の輪郭によって図４に示される構造ユニットの形態で既に設計されている。指向性結合器２４および２５の入力接続Ｂ１とＣ１との間の結合は、それらの直接接続された出力接続Ｂ２およびＣ２を介して既に生成されているので、この変形例における電力分配器２６は、その２つの出力接続Ｄ２およびＤ３を互いに結合するようには意図されていない。したがって、特にウィルキンソン分配器など、その２つの出力接続を互いに分離する電力分配器は、反応的電力分配器２３の代わりに電力分配器２６としてこの変形形態においてより適している。

結合デバイス１３から１５のおのおのの第３の可能な実施態様は、双方向タップ２８であり、それ自体も従来技術に属する。このような双方向タップ２８の回路シンボルを図５に示す。これは、その分岐接続Ｅ１において供給された信号電力の一部を、貫通接続Ｅ２およびＥ３に所定の比率で結合する。この比率は、対称タップでは１：１である。反対の動作方向では、貫通接続Ｅ２およびＥ３において供給される信号電力の一部を接続Ｅ１と結合する。分岐接続Ｅ１と、貫通接続Ｅ２およびＥ３のおのおのとの結合は、大きな減衰で接続されるが、貫通接続Ｅ２およびＥ３は、比較的限定された減衰で互いに結合される。

一方では、トランシーバ接続とアンテナ接続との間の、他方では、互いのアンテナ接続間の、結合デバイス１３から１５の３つの変形例の挿入損失は、著しく異なる。双方向タップ２８では、アンテナ接続Ｅ２とＥ３との間の挿入損失が一般に最も低い一方、反応的双方向電力分配器２３では、トランシーバ接続Ａ１と、アンテナ接続Ａ２およびＡ３との間の挿入損失が最も低い。２つの指向性結合器２４および２５と、双方向電力分配器２６との組合せにより、アンテナ接続Ｂ１とＣ１との間の挿入損失は、一般に、反応的双方向電力分配器２３単独よりも低いが、双方向タップ２８よりも高く、トランシーバ接続Ｄ１と、アンテナ接続Ｂ１およびＣ１との間の挿入損失は、他の２つの変形例よりも高い。

変形例の選択は、異なる要件を考慮し、検討した後に行われるべきである。スロット付き導波路１の隣接する区画間の可能な限り少ない挿入損失が重要である場合、双方向タップが最適であるように見え、電力分配器を有する２つの指向性結合器の組合せが、２番目に最良の解決策である。スロット付き導波路１の区画１Ａ～１Ｄの長さが異なる場合、結合デバイス１３から１５の非対称な電力分割比率が有用であり得るが、一般に、区画１Ａ～１Ｄの長さがすべて同じになるように選択し、したがって、結合デバイス１３～１５に、対称な電力分割も提供することが適切である。

結合デバイス１３～１５のアンテナ接続間の低い挿入損失が特に重要であるように見える１つの考慮事項は、異なるチャネルを介した異なる固定トランシーバと、車両側の異なるトランシーバとの間の通信であり、チャネルは、特定の幅の周波数帯域を示す。たとえば、図２の構成では、トランシーバ１１が第１のチャネルＸを介してトランシーバ２０と通信し、トランシーバ１２が第２のチャネルＹを介してトランシーバ１９と通信することが望ましい場合があり、そのためには、チャネルＸにおける信号は、ギャップ９を介して送信され、チャネルＹにおける信号は、ギャップ８を介して送信されねばならず、そのためには、アンテナ１７Ａと１７Ｂとの間、またはアンテナ１８Ａと１８Ｂとの間の結合デバイス１４および１５の低い挿入損失が望ましい。

Claims (10)

1. 所定の軌道に沿って案内される少なくとも１つの車両（４；５）と、前記車両（４；５）の前記軌道に平行に延在し、固定局（６）の送受信デバイス（１０；１１；１２）に接続された少なくとも１つの第一のアンテナ（１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂ；１８Ａ，１８Ｂ）が突出し、および前記車両（４；５）の少なくとも１つの第二のアンテナ（２１Ａ，２１Ｂ；２２Ａ，２２Ｂ）が突出するスロット付き導波路（１）を使用する前記固定局（６）との間の通信のための通信システムであって、前記車両（４；５）の前記第二のアンテナ（２１Ａ，２１Ｂ；２２Ａ，２２Ｂ）は、前記車両（４；５）が移動するとき、前記スロット付き導波路（１）の長手方向に移動され、前記スロット付き導波路（１）は、ギャップ（７；８；９）によって互いに分離された少なくとも２つの区画（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ）からなり、前記区画（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ）に突出する少なくとも１つの第一のアンテナ（１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ）は、前記スロット付き導波路（１）の各区画（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ）に対して設けられ、スロット付き導波路（１）の異なる区画（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ）に互いに隣接するとともに突出する２つの隣接する第一のアンテナ（１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂ；１８Ａ，１８Ｂ）は、共通する一つの結合デバイス（１３；１４；１５）を介して前記固定局（６）の共通の送受信デバイス（１０；１１；１２）に相互に結合されることを特徴とする、通信システム。
2. 前記結合デバイス（１３；１４；１５）は、入力接続（Ａ１）および２つの出力接続（Ａ２，Ａ３）を有する相互双方向電力分配器（２３）からなり、前記入力接続（Ａ１）は、前記送受信デバイス（１０；１１；１２）に接続され、前記出力接続（Ａ２，Ａ３）がそれぞれ、第一のアンテナ（１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ）の１つに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記結合デバイス（１３；１４；１５）は、２つの相互双方向指向性結合器（２４；２５）および相互双方向電力分配器（２６）を有し、２つの前記相互双方向指向性結合器（２４；２５）のそれぞれの入力接続（Ｂ１；Ｃ１）は、前記第一のアンテナ（１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂ；１８Ａ，１８Ｂ）のうちの１つに接続され、各相互双方向指向性結合器（２４；２５）のうちの１つの出力接続（Ｂ２；Ｃ２）は、他方の相互双方向指向性結合器（２５；２４）の対応する前記出力接続（Ｃ２；Ｂ２）に接続され、各相互双方向指向性結合器（２４；２５）のうちの他方の出力接続（Ｂ３；Ｃ３）は、前記相互双方向電力分配器（２６）の２つの出力接続（Ｄ２，Ｄ３）のうちの１つに接続され、前記相互双方向電力分配器（２６）の入力コネクタ（Ｄ１）は、前記送受信デバイス（１０；１１；１２）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の通信システム。
4. 前記相互双方向電力分配器（２６）はウィルキンソン分配器であることを特徴とする、請求項３に記載の通信システム。
5. 出力接続（Ｂ２；Ｃ２）の１つにおいて互いに接続された前記２つの相互双方向指向性結合器（２４；２５）が、４つの外部接続（Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ３）を有する構造ユニット（２６）に組み合わされることを特徴とする、請求項３または４に記載の通信システム。
6. 前記相互双方向電力分配器（２３；２６）は対称的であることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の通信システム。
7. 前記結合デバイス（１３；１４；１５）は、分岐接続（Ｅ１）および２つの貫通接続（Ｅ２，Ｅ３）を有する相互双方向タップ（２８）からなり、前記分岐接続（Ｅ１）は、前記送受信デバイス（１０；１１；１２）に接続され、前記貫通接続（Ｅ２，Ｅ３）のおのおのは、前記第一のアンテナ（１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂ；１８Ａ，１８Ｂ）のうちの１つに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の通信システム。
8. 前記相互双方向タップ（２８）が対称的であることを特徴とする、請求項７に記載の通信システム。
9. 前記スロット付き導波路（１）は、ギャップ（７；８；９）によって互いに分離された複数の区画（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ）を有し、前記固定局（６）の複数の送受信デバイス（１０；１１；１２）が設けられ、各送受信デバイス（１０；１２）は、関連付けられた結合デバイス（１３；１４；１５）によって、前記スロット付き導波路（１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂ；１８Ａ，１８Ｂ）の異なる区画（１Ａ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ）内に突出する２つの第一のアンテナ（１６Ａ，１６Ｂ）に接続されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システム。
10. 前記固定局（６）の個々の前記送受信デバイス（１０；１１；１２）は、前記車両（４；５）の前記送受信デバイス（１９；２０）と異なるチャネルを介して少なくとも部分的に通信することを特徴とする、請求項９に記載の通信システム。
    

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