專利名稱：移動光通信系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動光通信系統(tǒng)和移動光通信方法，特別涉及利用光纖 的移動光通信系統(tǒng)和移動光通信方法。
背景技術：
本領域所公知的傳統(tǒng)移動光通信系統(tǒng)具有設置在移動交通工具上以 及沿著移動交通工具的經過路徑設置的漏光纖。在這種移動光纖通信系 統(tǒng)中，移動交通工具具有光接收單元。該光接收單元接收從沿著移動交 通工具的經過路徑設置的漏光纖發(fā)送來的光信號。沿著移動交通工具的 經過路徑設置有光接收單元，以便接收從設置在所述移動交通工具上的 漏光纖發(fā)送來的光信號(例如參考專利文獻l)。
專利文獻1:日本特開2004-282685號公報
然而，在傳統(tǒng)的移動光通信系統(tǒng)中，光在沿著光纖的全長的各個方 向上，從漏光纖中漏出。因此存在大量的能量損失。這種能量損失必須 通過持續(xù)向漏光纖中注入超常規(guī)強度的光信號來補償。因此，將該系統(tǒng) 應用到火車等的移動通信中是相當困難的。
具體地講，盡管光持續(xù)從漏光纖中沿著光纖軸的全長漏出，但是設 置在移動交通工具上的光接收器僅接受到該漏光的一小部分。盡管如此， 必須向光纖提供一定強度的光來保持合適的信噪比。在這種情況下，光 源所需要的功率估計為幾瓦特。
例如，當光接收單元由半導體器件構成時，該器件的光接收元件的 直徑被設為0.1 mm左右。這是因為在千兆比特級的寬帶通信中不能使用 尺寸更大的光接收元件。假設將該光接收元件以1米的間隔設置在移動 交通工具上，光的利用效率不會超過0.1mm/lm、或1/10000?？紤]環(huán)境 光的影響，讓我們也假設如下漏光率，所述漏光率使得光會在100 m之后耗盡，并且使得光接收單元必須接收到1 的光以便保持所需信噪 比。此時的輸入功率必須為1 jiW/0.1mmxl00m，或者1W。自然，每隔 100 m必須對信號光進行放大。
艮口，當安裝有直徑為0.1 mm的光接收元件的移動交通工具行進到 lOOm鐵路范圍內的任意一點時，所述光接收元件必須接收到至少1 的光強。假設軌道基本為直線，則光接收元件所經過的軌道的表面面積 為100mx0.1mm，或10—2m2。在l(T2 m2的面積中的任何位置上，至少 1 pW的光必須被入射在具有直徑為0.1 mm (即光接收表面面積為 0.00785x10—6 m2)的光接收電路的光接收元件上。因此，即使假設從光 纖中泄漏的光沒有擴散，所需要的最小輸入功率也要為lpWxl0—2 m2+ 0.00785x10—6 m2=1.27 W。然而由于從光纖中泄漏的光實際上會發(fā)生空 間上的擴散，所以實際上必須輸入幾倍于該功率的功率。
因此，必須要考慮所泄漏的光的擴散。在光從光纖中輻射出來時所 泄漏的光即在空間上擴散。信號光是按時序模式在光纖中傳播的比特序 列。如果信號比特率為1Gb/s，則每隔20—30cm就要提供一個比特流。 由于空間擴散的發(fā)生等同于時間失真，因此這種擴散會增加比特差錯率。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠通過高效光發(fā)送和光接收來降低 能量損失的移動光通信系統(tǒng)和移動光通信方法。
為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種移動光通信系統(tǒng)。該移動光通 信系統(tǒng)包括移動體和光纜。所述移動體包括多個移動體側光接收裝置。 所述光纜沿著所述移動體的移動路徑鋪設，并且具有多個光纖側光發(fā)射 裝置，所述多個光纖側光發(fā)射裝置發(fā)射由所述多個移動體側光接收裝置 接收的光。所述多個光纖側光發(fā)射裝置以小于或者等于所述移動體在移 動方向上的長度的間隔來布置。所述移動體側光接收裝置在所述移動體 的移動方向上以規(guī)定間隔來布置，該規(guī)定間隔小于或者等于從所述光纖 側光發(fā)射裝置向所述移動體照射的光學圖像在所述移動體的移動方向上 的長度。優(yōu)選的是，所述光纜是漏光纜。該漏光纜包括纖核、包層以及多 個光泄漏部。所述包層固定在所述纖核的外側，并且具有比該纖核的折 射率低的折射率。所述多個光泄漏部在所述移動體的移動方向上間斷地 形成，與所述纖核接觸，并且具有比所述纖核的折射率低且比所述包層 的折射率高的折射率。所述光泄漏部用作為光纖側光發(fā)射裝置。進一步 優(yōu)選的是，所述光泄漏部僅設置在所述光纜的圓周方向的一部分上。進 一步優(yōu)選的是，所述多個光泄漏部中的位于所述移動體的移動方向下游 的光泄漏部比該多個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。進一步優(yōu)選的是，光泄漏部的縱向長度小于或者等于相當于1 比特的傳播光信號的空間長度?；蛘邇?yōu)選的是，所述光纖側光發(fā)射裝置 是光發(fā)射機。
優(yōu)選的是，所述移動體包括多個移動體。該多個移動體中的每一個 都具有多個對應移動體側光接收裝置。所述移動體的移動路徑具有分 支位置，在該分支位置處移動路徑從單一路徑分成多個分支路徑；以及 會合位置，在該會合位置處多個分支路徑重新會合為單一路徑。所述移 動體的移動路徑具有多個區(qū)間，同一時刻在各區(qū)間中允許存在多個移動 體中的僅一個移動體。各分支路徑用作多個區(qū)間中的一個。所述移動光 通信系統(tǒng)還包括與多個區(qū)間一一對應的多個基站。所述多個光纖側光發(fā) 射裝置在各區(qū)間中連接到對應的基站。
本發(fā)明進一步提供一種移動光通信系統(tǒng)。該移動光通信系統(tǒng)包括移 動體和光纜。所述移動體包括多個移動體側光發(fā)射裝置。所述光纜沿著 所述移動體的移動路徑鋪設，并且具有多個光纖側光接收裝置，所述多 個光纖側光接收裝置被配置成接收從所述多個移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射 來的光。所述移動體側光發(fā)射裝置沿著所述移動體的移動方向布置。當 所述移動體沿著移動路徑移動時，從任意兩個相鄰的移動體側光發(fā)射裝 置朝所述移動體的移動路徑照射的光學圖像具有橫越各個光纖側光接收 裝置的交疊區(qū)域。所述多個光纖側光接收裝置以小于或者等于所述移動 體在移動方向上的長度的間隔來布置。
優(yōu)選的是，從任意兩個相鄰的移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長
10彼此不同。
進一步優(yōu)選的是，所述移動體包括多個移動體。該多個移動體的每 一個都具有多個對應的移動體側光發(fā)射裝置。所述移動體的移動路徑包 括分支位置，在該分支位置處移動路徑從單一路徑分成多個分支路徑; 以及會合位置，在該會合位置處多個分支路徑重新會合為單一路徑。所 述移動體的移動路徑具有多個區(qū)間，同一時刻在各區(qū)間中允許存在所述 多個移動體中的僅一個移動體。各分支路徑用作多個區(qū)間中的一個。所 述移動光通信系統(tǒng)還包括與多個區(qū)間一一對應的多個基站。所述多個光 纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中連接到對應的基站。
本發(fā)明還提供一種移動光通信系統(tǒng)。該移動光通信系統(tǒng)包括移動體、 第一光纜以及第二光纜。所述移動體包括多個移動體側光接收裝置和多 個移動體側光發(fā)射裝置。所述第一光纜沿著所述移動體的移動路徑鋪設， 并且具有用于發(fā)射由所述多個移動體側光接收裝置接收的光的多個光纖 側光發(fā)射裝置。所述第二光纜具有多個光纖側光接收裝置，所述多個光 纖惻光接收裝置被配置用于接收從所述多個移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射來 的光。所述多個光纖側光發(fā)射裝置以小于或者等于所述移動體在移動方 向上的長度的間隔來布置。所述移動體側光接收裝置在所述移動體的移 動方向上以規(guī)定間隔來布置，該規(guī)定間隔小于或者等于從所述光纖側光 發(fā)射裝置向所述移動體照射的光學圖像在所述移動體的移動方向上的長 度。當所述移動體沿著移動路徑移動時，從任意兩個相鄰的移動體側光 發(fā)射裝置朝向所述移動體的移動路徑照射的光學圖像具有橫越各個光纖 側光接收裝置的交疊區(qū)域。所述多個光纖側光接收裝置以小于或者等于 所述移動體在移動方向上的長度的間隔來布置。
優(yōu)選的是，從任意兩個相鄰的移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長 彼此不同，并且不同于從所述光纖側光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長。
這里優(yōu)選的是，所述第一光纜是漏光纜。該漏光纜包括纖核、包層 以及多個光泄漏部。所述包層固定在該纖核的外側，并且具有比所述纖 核的折射率低的折射率。所述多個光泄漏部在所述移動體的移動方向上 間斷地形成，與所述纖核接觸，并且具有比所述纖核的折射率低且比所述包層的折射率高的折射率。所述光泄漏部用作所述光纖側光發(fā)射裝置。 進一步優(yōu)選的是，所述光泄漏部僅設置在所述光纜的圓周方向的一部分 上。進一步優(yōu)選的是，所述多個光泄漏部中的位于所述移動體的移動方 向下游的光泄漏部比該多個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?；蛘邇?yōu)選的是，所述光纖側光發(fā)射裝置是光發(fā)射機。
優(yōu)選的是，所述移動體包括多個移動體。該多個移動體的每一個都 具有對應的移動體側光發(fā)射裝置和多個對應的移動體側光接收裝置。所 述移動體的移動路徑具有分支位置，在該分支位置處移動路徑從單一 路徑分成多個分支路徑；以及會合位置，在該會合位置處多個分支路徑 重新會合為單一路徑。所述移動體的移動路徑具有多個區(qū)間，同一時刻 在各區(qū)間中允許存在多個移動體中的僅一個移動體。各分支路徑用作多 個區(qū)間中的一個。所述移動光通信系統(tǒng)還包括與多個區(qū)間一一對應的多 個基站。所述多個光纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中連接到對應的基站，并 且所述多個光纖側光接收裝置在各區(qū)間中連接到對應的基站。
本發(fā)明還提供一種移動光通信方法。該移動光通信方法包括以下步 驟沿著移動體的移動路徑來發(fā)送光；從位于所述移動體的移動路徑上 的多個發(fā)射位置發(fā)射沿著該移動體的移動路徑朝向所述移動體發(fā)送的 光；以及在所述移動體的多個光接收位置中的至少一個位置處接收朝向 該移動體發(fā)送的光。所述移動路徑上的多個發(fā)射位置以小于或者等于移 動體在移動方向上的長度的間隔來設置。所述移動體的多個光接收位置
在所述移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來布置，該規(guī)定間隔小于或者等 于從移動路徑上的多個發(fā)射位置向移動體照射的光學圖像在所述移動體 的移動方向上的長度。
本發(fā)明還提供一種移動光通信方法。該移動光通信方法包括以下步 驟從移動體的多個發(fā)射位置發(fā)射光；在位于所述移動體的移動路徑上 的多個光接收位置中的至少一個位置處接收發(fā)射的光；以及沿著所述移 動體的移動路徑，發(fā)送在位于所述移動體的移動路徑上的多個光接收位 置中的至少一個位置處所接收到的光。當所述移動體沿著移動路徑移動 時，從任意兩個相鄰的移動體側發(fā)射位置朝向所述移動體的移動路徑照射的光學圖像具有橫越所述移動路徑上的各個光接收位置的交疊區(qū)域。
移動路徑上的所述多個光接收位置以小于或者等于所述移動體在移動方
向上的長度的間隔來布置。
優(yōu)選的是，從任意兩個相鄰的移動體側發(fā)射位置發(fā)射的光的波長彼 此不同。
此外，優(yōu)選的是，本發(fā)明提供一種移動光通信方法。該移動光通信
方法包括以下步驟沿著移動體的移動路徑來發(fā)送光；從多個發(fā)射位置
發(fā)射沿著該移動體的移動路徑朝所述移動體發(fā)送的光；在所述移動體的
多個光接收位置中的至少一個位置處接收朝向該移動體發(fā)送的光；從位
于移動體上的多個發(fā)射位置處發(fā)射光；在位于移動體的移動路徑上的多
個光接收位置中的至少一個位置處接收發(fā)射來的光；以及沿著移動體的
移動路徑，發(fā)送在位于移動體的移動路徑上的多個光接收位置中的至少
一個位置處接收到的光。所述移動路徑上的所述多個發(fā)射位置以小于或
者等于移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。所述移動體的多個光
接收位置在所述移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來設置，該規(guī)定間隔小
于或者等于從移動路徑上的多個發(fā)射位置向所述移動體照射的光學圖像
在所述移動體的移動方向上的長度。當所述移動體沿著移動路徑移動時，
從任意兩個相鄰的移動體側發(fā)射位置朝向所述移動體的移動路徑照射的 光學圖像具有橫越移動路徑上的各個光接收位置的交疊區(qū)域。移動路徑
上的所述多個光接收位置以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長 度的間隔來設置。
優(yōu)選的是，從任意兩個相鄰的移動體側發(fā)射位置發(fā)射的光的波長彼 此不同，并且不同于從移動路徑上的發(fā)射位置發(fā)射的光的波長。
根據權利要求1所述的移動光通信系統(tǒng)，所述多個光纖側光發(fā)射裝 置以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。移動 體側光接收裝置在移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來設置，該規(guī)定間隔 小于或者等于從光纖側光發(fā)射裝置向所述移動體照射的光學圖像在所述 移動體的移動方向上的長度。因此，當移動體位于該移動體的移動路徑 上的任意一點時，所述多個移動體側光接收裝置中的至少一個能夠可靠地接收從光纖側光發(fā)射裝置發(fā)射的光。因此能夠獲得無縫的下行鏈路。
根據權利要求2所述的移動光通信系統(tǒng)，光纜是漏光纜。因此簡化 了設備安裝，由此降低了安裝成本。
根據權利要求3所述的移動光通信系統(tǒng)，光泄漏部僅設置在光纜的 圓周方向的一部分上。因此，能夠在圓周方向上限制從光泄漏部泄漏的 光量。通過以這種方式減少不必要的漏光量，能夠使光信號傳播更長的 距離。
根據權利要求4所述的移動光通信系統(tǒng)，多個光泄漏部中的位于移 動體的移動方向下游的光泄漏部比多個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。因此從每個光泄漏部泄漏的光量能夠保持 恒定，從而保證穩(wěn)定的光通信。
根據權利要求5所述的移動光通信系統(tǒng)，光泄漏部的縱向長度小于 或者等于相當于1比特的傳播光信號的空間長度。因此，不會一次向空 間發(fā)射多個比特信號，從而實現了沒有信號失真的穩(wěn)定下行鏈路。
根據權利要求6所述的移動光通信系統(tǒng)，光纖側光發(fā)射裝置是光發(fā) 射機。實現了幾乎無差錯的精確光通信。
根據權利要求7所述的移動光通信系統(tǒng)，所述移動體包括多個移動 體。所述多個移動體中的每一個都具有對應的移動體側光發(fā)射裝置和多 個對應的移動體側光接收裝置。所述移動體的移動路徑具有分支位置， 在該分支位置處移動路徑從單一路徑分成多個分支路徑；以及會合位置， 在該會合位置處多個分支路徑重新會合為單一路徑。移動體的移動路徑 具有多個區(qū)間，同一時刻在各區(qū)間中允許存在多個移動體中的僅一個移 動體。各分支路徑用作多個區(qū)間中的一個。該移動光通信系統(tǒng)還包括與 多個區(qū)間一一對應的多個基站。多個光纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中與對 應的基站相連接，并且多個光纖側光接收裝置在各區(qū)間中與對應的基站 相連接。因此，能夠實現無移動體之間的串擾情況下的移動體的移動路 徑中的分支路徑上的多個移動體的下行鏈路。進而，各移動體都能夠獨 立地實現無縫的下行鏈路。
根據權利要求8所述的移動光通信系統(tǒng)，移動體側光發(fā)射裝置沿著移動體的移動方向布置。當所述移動體沿著移動路徑移動時，從任意兩 個相鄰的移動體側光發(fā)射裝置朝向所述移動體的移動路徑照射的光學圖 像具有橫越各個光纖側光接收裝置的交疊區(qū)域。所述多個光纖側光接收 裝置以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。因 此，當移動體位于該移動體的移動路徑上的任意位置時，所述光纖側光 接收裝置能夠接收從所述多個移動體側發(fā)射裝置中的至少一個發(fā)射的 光。因此能夠實現無縫的上行鏈路。
根據權利要求9所述的移動光通信系統(tǒng)，從任意兩個相鄰移動體側 光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長彼此不同。這種構造能夠避免由從任意兩個 相鄰的移動體側光發(fā)射裝置射出的光之間的干擾所引起的噪聲。因此， 光纖側光接收裝置可靠地接收從移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光，由此實 現了無串擾的上行鏈路。
根據權利要求IO所述的移動光通信系統(tǒng)，移動體包括多個移動體。 該多個移動體中的每一個都具有多個對應的移動體側光發(fā)射裝置。移動 體的移動路徑包括分支位置，在該分支位置處移動路徑從單一路徑分 成多個分支路徑；以及會合位置，在該會合位置處多個分支路徑重新會 合為單一路徑。移動體的移動路徑具有多個區(qū)間，同一時刻在各區(qū)間中 允許存在多個移動體中的僅一個移動體。各分支路徑用作多個區(qū)間中的 一個。該移動光通信系統(tǒng)還包括與多個區(qū)間一一對應的多個基站。多個 光纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中與對應的基站相連接。因此，能夠實現在 移動體的具有分支路徑的移動路徑上的多個移動體之間不存在串擾的上 行鏈路。進而，多個移動體能夠獨立地執(zhí)行無縫的上行鏈路。
根據權利要求11所述的移動光通信系統(tǒng)，所述多個光纖側光發(fā)射裝 置以小于或者等于移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。所述移動 體側光接收裝置在移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來設置，該規(guī)定間隔 小于或者等于從所述光纖側光發(fā)射裝置向所述移動體照射的光學圖像在 所述移動體的移動方向上的長度。當該移動體沿著移動路徑移動時，從 任意兩個相鄰的移動體側光發(fā)射裝置朝向移動體的移動路徑照射的光學 圖像具有橫越各個光纖側光接收裝置的交疊區(qū)域。所述多個光纖側的光
15接收裝置以小于或者等于移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。當 移動體位于該移動體的移動路徑上的任意位置時，多個移動體側光接收 裝置中的至少一個能夠可靠地接收從光發(fā)射裝置發(fā)射的光。當移動體位 于該移動體的移動路徑上的任意位置時，光纖側光接收裝置能夠接收從 所述多個移動體側光發(fā)射裝置中的至少一個發(fā)射的光。因此能夠實現無 縫的雙方向通信。
根據權利要求12所述的移動光通信系統(tǒng)，從任意兩個相鄰的移動體 側光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長彼此不同，并且不同于從光纖側光發(fā)射裝 置發(fā)射的光的波長。這種構造能夠避免由從任意兩個相鄰的移動體側光 發(fā)射裝置以及光纖側光發(fā)射裝置射出的光之間的干擾所引起的噪聲。因 此，光纖側光接收裝置可靠地接收從移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光，并 且移動體側光接收裝置可靠地接收從光纖側光發(fā)射裝置發(fā)射的光。由此 能夠實現無串擾的雙方向通信。
根據權利要求13所述的移動光通信系統(tǒng)，第一光纜是漏光纜。因此 簡化了設備安裝，由此降低了安裝成本。
根據權利要求14所述的移動光通信系統(tǒng)，光泄漏部僅設置在光纜的 圓周方向的一部分上。因此，能夠針對圓周方向來限制從光泄漏部泄漏 的光量。通過以這種方式減少不必要的漏光量，能夠使光信號傳播更長 的距離。
根據權利要求15所述的移動光通信系統(tǒng)，多個光泄漏部中的位于移 動體的移動方向下游的光泄漏部比多個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，從各個光泄漏部泄漏的光量能夠保 持恒定，從而保證穩(wěn)定的光通信。
根據權利要求16所述的移動光通信系統(tǒng)，光纖側光發(fā)射裝置是光發(fā) 射機。實現了幾乎無差錯的精確光通信。
根據權利要求17所述的移動光通信系統(tǒng)，移動體包括多個移動體。 所述多個移動體中的每一個都具有對應的移動體側光發(fā)射裝置和多個對 應的移動體側光接收裝置。移動體的移動路徑具有分支位置，在該分 支位置處移動路徑從單一路徑分成多個分支路徑；以及會合位置，在該會合位置處多個分支路徑重新會合為單一路徑。移動體的移動路徑具有 多個區(qū)間，同一時刻在各區(qū)間中允許存在多個移動體中的僅一個移動體。 各分支路徑用作多個區(qū)間中的一個。該移動光通信系統(tǒng)還包括與多個區(qū) 間一一對應的多個基站。多個光纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中與對應的基 站相連接，并且多個光纖側光接收裝置在各區(qū)間中與對應的基站相連接。 因此，能夠實現在具有分支路徑的移動路徑上的多個移動體之間不存在 串擾的雙方向通信。進而，多個移動體能夠獨立地進行無縫的雙方向通 信。
根據權利要求18所述的移動光通信系統(tǒng)，移動路徑上的多個發(fā)射位 置以小于或者等于移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。移動體的 多個光接收位置在移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來設置，該規(guī)定間隔 小于或者等于從移動路徑上的多個發(fā)射位置向移動體照射的光學圖像在 所述移動體的移動方向上的長度。因此，當移動體位于該移動體的移動 路徑上的任意一點時，多個移動體側光接收位置中的至少一個位置能夠 可靠地接收從移動路徑上的光纖側光發(fā)射位置發(fā)射的光。因此能夠實現 無縫的下行鏈路。
根據權利要求19所述的移動光通信系統(tǒng)，當移動體沿著移動路徑移 動時，從任意兩個相鄰的移動體側發(fā)射位置朝向移動體的移動路徑照射 的光學圖像具有橫越移動路徑上的各個光接收位置的交疊區(qū)域。移動路 徑上的多個光接收位置以小于或者等于移動體在移動方向上的長度的間 隔來設置。因此，當移動體位于該移動體的移動路徑上的任意位置時， 在移動路徑上的光接收位置能夠接收從該移動體的多個光發(fā)射位置中的 至少一個位置發(fā)射的光。因此，能夠實現無縫的上行鏈路。
根據權利要求20所述的移動光通信系統(tǒng)，從任意兩個相鄰的移動體 側發(fā)射位置發(fā)射的光的波長彼此不同。這種構造能夠避免由從移動體的 任意兩個相鄰發(fā)射位置射出的光之間的干擾所引起的噪聲。因此移動路 徑上的光接收位置能夠可靠地接收從移動體的發(fā)射位置發(fā)射的光，由此 實現了無串擾的上行鏈路。
根據權利要求21所述的移動光通信系統(tǒng)，移動路徑上的多個發(fā)射位
17置以小于或者等于移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。移動體的 多個光接收位置在該移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來設置，該規(guī)定間 隔小于或者等于從移動路徑上的多個發(fā)射位置向移動體照射的光學圖像 在移動體的移動方向上的長度。當移動體沿著移動路徑移動時，從任意 兩個相鄰的移動體側發(fā)射位置朝向移動體的移動路徑照射的光學圖像具 有橫越移動路徑上的各個光接收位置的交疊區(qū)域。移動路徑上的多個光 接收位置以小于或者等于移動體在移動方向上的長度的間隔來設置。當 移動體位于該移動體的移動路徑上的任意位置時，該移動體的多個光接 收位置中的至少一個位置能夠可靠地接收從移動路徑上的發(fā)射位置發(fā)射 的光。當移動體位于該移動體的移動路徑上的任意位置時，移動路徑上 的光接收位置能夠接收從該移動體的多個光發(fā)射位置中的至少一個位置 發(fā)射的光。因此能夠實現無縫的雙向通信。
根據權利要求22所述的移動光通信系統(tǒng)，從任意兩個相鄰的移動體 側發(fā)射位置發(fā)射的光的波長彼此不同，并且不同于從移動路徑上的發(fā)射 位置發(fā)射的光的波長。這種構造能夠避免由從移動體的任意兩個相鄰發(fā) 射位置以及移動路徑上的發(fā)射位置射出的光之間的干擾所引起的噪聲。 因此，移動路徑上的光接收位置可靠地接收從移動體的多個光發(fā)射位置 中的至少一個位置發(fā)射的光，并且移動體的多個光接收位置中的至少一 個位置可靠地接收從移動路徑上的光發(fā)射位置發(fā)射的光。由此能夠實現 無串擾的雙向通信。


圖1是示出根據本發(fā)明的第一實施方式的移動光通信系統(tǒng)的整體結 構的說明圖2是示出漏光纖的結構的立體圖3是沿與該漏光纖的光軸正交的方向所截取的漏光纖的橫剖視
圖4是根據第一實施方式的移動光通信系統(tǒng)的側視圖，其示出了從 漏光纖中的光泄漏部射出的光的路徑；
18圖5是示出根據第一實施方式的移動光通信系統(tǒng)中使用的光纖的結 構的說明圖6是根據第一實施方式的移動光通信系統(tǒng)的側視圖，其示出了從 設置在火車上的光發(fā)射機射出的光的路徑；
圖7是示出根據第二實施方式的移動光通信系統(tǒng)的整體結構的說明
圖8是示出根據修改例的光發(fā)射機的結構的說明圖；以及
圖9是示出根據另一修改例的光發(fā)射機的配置的說明圖。
參考標記說明
1:移動光通信系統(tǒng)；2鐵路；3:火車；4:基站；5:中繼站；6: 公共互聯網基站；10:漏光纖；11:纖核；12:包層；13:光泄漏部； 20:光纖；21:光接收機；25:信號發(fā)生器；31:接收光纖；32:光接 收機；33:解調器；34:發(fā)送光纖；35:信號發(fā)生器；36光發(fā)射機；101-移動光通信系統(tǒng)；102a—102d:鐵路;103x、 103y:火車;104a—104d: 基站；105:中繼站；106:公共互聯網基站；110a—110d:漏光纖；113a —113d:光泄漏部；120a—120d:光纖；121a-121d:光接收機；220、 320:光發(fā)射機；131x、 131y:接收光纖;133x、 133y:解調器；134x、 134y:發(fā)送光纖；135x、 135y:信號發(fā)生器；136x、 136y:光發(fā)射機； Ph路徑；P2:路徑。
具體實施例方式
參照圖1—6對根據本發(fā)明第一實施方式的移動光通信系統(tǒng)進行說 明。根據本實施方式的移動光通信系統(tǒng)1用于在新干線(bullettrain:高 速火車)(或其他鐵路交通工具)與互聯網(或其他網絡)之間執(zhí)行高速 通信。圖1是示出移動光通信系統(tǒng)1的整體結構的說明圖。移動光通信 系統(tǒng)1包括鐵路2、火車3、多個基站4、中繼站5以及公共互聯網基站 6。移動光通信系統(tǒng)1還包括沿著鐵路2設置的多個漏光纖10、多個光纖 20以及多個光接收機21。
火車3沿著鐵路2行進?；疖?設置有接收光纖31、多個光接收機
1932、解調器33、發(fā)送光纖34、信號發(fā)生器35以及多個光發(fā)射機36。
基站4以規(guī)則間隔沿著鐵路2設置，并且通過網絡線路分別與互聯 網基站6連接。中繼站5通過網絡線路與互聯網基站6連接。應該以足 夠小的間隔來布置基站4，以使在任何時刻任意兩個相鄰基站4之間最多 只存在一輛火車3，由此防止來自鐵路2上的多輛火車的信號之間的串擾。 例如，設置ATC (Automatic Train Control:自動火車控制)單元來始終 監(jiān)視新干線(bullettrain:高速火車)或其他鐵路火車的當前位置，并且 該ATC規(guī)定了在任一時刻只能有一輛火車運行的控制區(qū)間。在本實施方 式中，優(yōu)選將基站4安裝在與ATC單元相同的位置上。用于新干線等的 ATC單元通常以例如3000 m的間隔來安裝。通常每20 km由一個中央控 制系統(tǒng)來控制多個ATC單元。因此，本實施方式中的基站4也優(yōu)選以 3000 m的間隔來安裝，并且多個基站4所連接到的中繼站5優(yōu)選地每隔 20km來安裝。
在以下的描述中，將火車3行進(參見圖1)方向的上游側簡單表 示為上游側，而將該行進方向的下游側簡單表示為下游側。
首先對下行鏈路(即，將光從設置在鐵路2側的漏光纖10轉發(fā)到火 車3的配置)進行描述。
各漏光纖10被設置在兩個相鄰基站4之間。漏光纖10與位于上游 側的基站4或位于下游側的基站4中的一個基站4相連接。在本實施方 式中，漏光纖10與位于上游側的基站4相連接。基站4向漏光纖10發(fā) 送光信號。
圖2是示出漏光纖10的結構的立體圖。圖3是沿與該漏光纖10的 光軸(火車3的行進方向)正交的方向所截取的漏光纖10的橫剖視圖。 該漏光纖10的縱向方向與火車3的行進方向相同。
如圖2和3所示，漏光纖10包括纖核11、包層12以及光泄漏部13。 纖核11設置在漏光纖10的中央區(qū)域。包層12包圍纖核11而設置。光 泄漏部13與纖核11接觸，并且僅部分在纖核11的圓周方向上延伸。如 圖2所示，沿著漏光纖10的縱向方向間斷地設置有多個光泄漏部13，諸 如光泄漏部13A、 13B以及13C。光在漏光纖10中的傳播方向與火車3的行進方向相同。在本示例中，光泄漏部13A設置在上游側，而光泄漏 部13C側設置在下游側。
如果火車3在行進方向上的長度為例如400 m，則以小于或者等于 400 m的間隔來設置光泄漏部13，并且將漏光纖10安裝成使得其上設置 了光泄漏部13的一側朝上面對移動的火車3的底面。如圖1所示，鐵路 2的區(qū)間41與基站4相鄰，并且位于基站4的相對于火車3的行進方向 的上游側。在該區(qū)間41中沒有設置漏光纖10。即使在鐵路2的具有區(qū)間 41的部分中，位于基站4的上游側最近處的光泄漏部13與位于基站4的 下游側最近處的光泄漏部13之間的距離也小于或者等于火車3在行進方 向上的長度。因此，通常以比火車3的長度更短的間隔來在鐵路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是從光泄漏部13泄漏 的光量與在纖核11內行進的光量之比。為了將來自每個光泄漏部13的 泄漏光量保持在固定量上，必須朝向下游側使泄漏比逐漸增加。如果L, 表示從漏光纖10的上游端起算的第一個光泄漏部13A的泄漏比，并且 Li是從漏光纖10的上游端起算的第i個光泄漏部13的泄漏比，則光泄漏 比必須按照下式來變化L「L卜!/(l-U!)、或者L「1/(1- (i-l) *L,)。例 如，如果輸入到漏光纖10的光信號量為10 mW，并且每個光泄漏部13 中的泄漏量為常數50 pW，則必須將光泄漏部13配置成為使光泄漏比 從光泄漏部13A的0.5%逐漸增加到光泄漏部13B的0.5025%以及光泄 漏部13C的0.5051%。例如通過改變光泄漏部13的折射率或大小來調節(jié) 泄漏比Li。
此外，光泄漏部13的相對于火車3的行進方向上的長度小于或者等 于1比特傳輸率的波長。如果光泄漏部13的長度在空間上超過1比特傳 輸率的光信號，則一次會有多個比特的信號被發(fā)射到空間中。這些多個 比特信號在空間上的混合會產生信號失真，并且會大大增加比特差錯的 可能性。在將漏光纖10的傳輸率設為1 Gb/s時，相當于1比特的光信號 的空間長度大致為20-30 cm。因此，優(yōu)選的是光泄漏部13在漏光纖10 的縱向方向上的長度小于或者等于相當于1比特的光信號的空間長度。光接收機32被設置在火車3的底面上，并與漏光纖10相對。光接 收機32以小于或者等于固定長度d的間隔、在行進方向上沿著火車3的 全長設置(參見圖4)。每個光接收機32都由例如半導體光接收元件、信 號波形整形器以及半導體激光器構成。光接收機32利用半導體光接收元 件暫時將從漏光纖10的光泄漏部13射出的光轉換為電信號，并且在對 信號波形進行整形后，利用半導體激光器將電信號轉換回光信號并輸出 該光信號。圖4是在與火車3的行進方向以及垂直方向均正交的方向上 的火車3的側視圖，其示出了從漏光纖10射出的光的路徑Pl。如圖4 所示，光接收機32 (32A、 32B、 32C、 32D)接收從光泄漏部13射出的 光。長度d如下確定。當從側面(與火車3的行進方向以及垂直方向均 正交的方向)觀察時，光的路徑P1基本上為三角形形狀。照射到火車3 上的光形成其在火車3行進方向上的長度為d的光學圖像。
如圖l和5所示，多個光接收機32通過接收光纖31與解調器33相 連接。雖然在圖1中光接收機32好像是通過單個接收光纖31連接的， 但實際上如圖5所示，各接收機32 (32A、 32B、 32C)分別通過多個接 收光纖31 (31A、 31B、 31C)之一獨立地連接到解調器33。每個光接收 機32向解調器33發(fā)送所接收到的信號，并且解調器33對信號的波形進 行再現。各接收光纖31都由相同材料形成。此外，如圖5所示，每個接 收光纖31具有相同的長度，并且通過回繞來適于布置。由此，在相同時 刻由光接收機32接收到的光信號也同時到達解調器33。由于從各光接收 機32發(fā)送光信號所需要的時間沒有變化，所以解調器33能夠容易地對 信號進行再現。
接下來，對上行鏈路，即，對使光從火車3發(fā)送到沿著鐵路2的多 個光纖20的構造進行描述。
如圖1所示，信號發(fā)生器35設置在火車3上，并且多個光發(fā)射機 36沿著火車3的在行進方向上的全長而被布置在火車3的底面上。光發(fā) 射機36在火車3行進方向上按照預定間隔設置。各光發(fā)射機36通過發(fā) 送光纖34與信號發(fā)生器35連接。
以小于火車3在行進方向上的長度的間隔來設置鐵路2上的光接收機21。在本實施方式中，光接收機21位于與光泄漏部13相同的位置上。 因此，光接收機21之間的間隔與光泄漏部13之間的間隔相同。光接收 機21位于在火車經過時與光發(fā)射機36相對的位置上。兩個相鄰基站4 之間存在的所有光接收機21經由光纖20而與這兩個相鄰基站4中的位 于上游側的基站4連接。每個光接收機21都由例如半導體光接收元件、 信號波形整形器以及半導體激光器構成。光接收機21利用半導體光接收 元件暫時將從光發(fā)射機36射出的光轉換為電信號，并且在對信號波形進 行整形后，利用半導體激光器將該電信號轉換回光信號，并輸出該光信 號。此外，與圖5所示的接收光纖31同樣，如圖6所示，各光接收機21
(21A、 21B)通過多個光纖20 (20A、 20B)中的一個獨立地與基站4 連接。各光纖20都由相同材料構成。與圖5所示的接收光纖31同樣， 每個光纖20以相同的長度形成，并被部分彎曲以適于配置，由此確保在 相同時刻由光接收機21接收到的光信號也同時到達基站4。由于從各光 接收機21發(fā)送光信號所需要的時間沒有變化，所以該構造能夠實現幾乎 無比特差錯的光通信。
圖6是示出從光發(fā)射機36射出的光的路徑P2的側視圖。當從側面
(與火車3的行進方向以及垂直方向均正交的方向)觀察時，各路徑P2 基本上為三角形形狀。所照射的光在鐵路2上形成光學圖像。如圖6所 示，光發(fā)射機36以如下方式配置，即從光發(fā)射機36照射到設置在鐵路2 上的光接收機21 (21A、 21B)上的光形成在火車3的行進方向上交疊的 光學圖像。換句話說，當火車3沿著鐵路2移動時，由從任意兩個相鄰 的光發(fā)射機36向鐵路2發(fā)射的光形成的光學圖像具有交疊區(qū)域。該交疊 區(qū)域橫越各光接收機21。此外，為了避免噪聲干擾，從火車3上的兩個 相鄰光發(fā)射機36射出的兩束光的波長以及從鐵路2上的光泄漏部13射 出的單束光的波長彼此具有不同的波長。換句話說，從任意兩個相鄰的 光發(fā)射機36射出的光的波長彼此不同，并且也不同于從光泄漏部13射 出的光的波長。
利用具有上述結構的移動光通信系統(tǒng)1，從基站4發(fā)射的光進入到 纖核11的內部，同時被纖核11與包層12之間的邊界重復反射。入射到光泄漏部13中的一部分光泄漏到漏光纖10的外部?；疖?中的光接收 機32接收這部分泄漏光，并經由接收光纖31將所接收到的光轉發(fā)給解 調器33。解調器33對光信號進行再現，并將該信號發(fā)送給火車3中的終 端(未圖示)。同時，由信號發(fā)生器35產生的光信號被從光發(fā)射機36朝 向鐵路2射出。光接收機21接收所射出的光信號，并經由光纖20將所 接收到的信號發(fā)送給基站4?；?接著向中繼站5發(fā)送該光信號，在中 繼站5中利用解調器(未圖示)對該信號進行解調，從而將該信號中繼 到互聯網或其他網絡。
在本實施方式中，基站4被設置在與ATC單元相同的位置上。因此， 在任何時刻在兩個相鄰的基站4之間只能夠存在一輛火車3。這種構造有 利于如下所述的通信的無縫轉發(fā)(越區(qū)切換)。對兩個相鄰的基站4而言， 將位于火車3的行進方向的上游側的基站4表示為上游基站4,而將另一 基站4表示為下游基站4。當在上游基站4與下游基站4之間行進時，火 車3與上游基站4進行通信。當ATC單元確定火車3已經經過下游基站 4時，下游基站4開始向與該下游基站4連接的漏光纖10發(fā)送針對火車 3的光信號。同時將該下游基站4設置成對由光接收機21接收到的光信 號進行處理。這樣就完成了下游基站4與火車3之間的通信準備。然而， 在此階段上游基站4繼續(xù)與火車3進行通信。這些通信可以在火車3經 過下游基站4之后結束，或者可以一直持續(xù)到下一輛火車3接近，并且 通信目標切換為該下一輛火車3為止。即使在火車3經過基站4的瞬間， 在中繼站5中仍然集中進行該通信越區(qū)切換的控制，從而能夠進行無縫 通信的越區(qū)切換。
設置在鐵路2上的光接收機21也可以用于對通信進行切換。在中繼 站5檢測到來自火車3的光信號已經輸入到與上游基站4連接的光接收 機21中的位于下游最遠處的光接收機21中時，下游基站4幵始向與下 游基站4連接的漏光纖10發(fā)送針對火車3的光信號。同時將下游基站4 設置成對由各光接收機21接收到的光信號進行處理。在中繼站5中集中 進行該控制。根據這種方法，即使將基站4安裝在與ATC單元不同的位 置上，也能夠執(zhí)行通信的無縫轉發(fā)(越區(qū)切換)。
24根據上述實施方式的移動光通信系統(tǒng)1，以小于或者等于火車在行
進方向上的長度的間隔來間斷地設置光泄漏部13。因此，能夠針對火車 3的行進方向來將從光泄漏部13泄漏的光限制到小于從連續(xù)形成的光泄 漏部發(fā)射出的光量。通過以這種方式來減少不必要的光泄漏量，能夠使 光信號傳播更長的距離。此外，火車3在鐵路2上的任意一點都能夠可 靠地接收從光泄漏部13泄漏的光，因此能夠獲得無縫的下行鏈路。
此外，多個光接收機32以小于或者等于長度d的行進方向上的固定 間隔、沿著火車3的行進方向上的全長被設置在火車3的底面上。因此， 至少一個光接收機32能夠可靠地接收從光泄漏部13泄漏的光，因此能 夠獲得無縫的下行鏈路。
根據上述實施方式的移動光通信系統(tǒng)1，多個光泄漏部13的泄漏率 順著光傳播方向而逐漸增加。因此，從光泄漏部13泄漏的光量能夠保持 為恒定，從而保證穩(wěn)定的光通信。
此外，由于移動光通信系統(tǒng)1采用了漏光纖10，簡化了設備安裝， 從而降低了安裝成本。另外，由于光泄漏部13僅在漏光纖的圓周方向的 一部分上進行延伸，因此在圓周方向上限制了從光泄漏部13泄漏的光量。 通過以這種方式減少不必要的漏光量，能夠使光信號傳播更長的距離。
此外，光發(fā)射機36以如下方式設置，即當火車3沿著鐵路2移動時， 由從任意兩個相鄰的光發(fā)射機36向鐵路2照射的光學圖像形成橫越光接 收機21的交疊區(qū)域。因此，光接收機21可靠地接收從至少一個光發(fā)射 機36射出的光，實現了無縫的上行鏈路。此外，從任意兩個相鄰的光發(fā) 射機36射出的光的波長彼此不同，并且也不同于從光泄漏部13射出的 光的波長。這種構造能夠避免由從兩個相鄰的光發(fā)射機36射出的光與從 光泄漏部13射出的光之間的干擾所引起的噪聲。因此，光接收機32可 靠地接收從光泄漏部13發(fā)射的光，并且光接收機21可靠地接收從光發(fā) 射機36發(fā)射的光，由此實現了不受串擾影響的雙向通信。
此外，移動光通信系統(tǒng)1的光接收機21以小于火車3在行進方向上 的長度的間隔而沿著火車3的行進方向設置。因此，無論火車3位于鐵 路2上的哪個位置，光接收機21都能夠接收從火車3發(fā)送的光信號，從
25而實現了無縫的上行鏈路。
根據上述實施方式的移動光通信系統(tǒng)1 ，光泄漏部13在火車3的行 進方向上的長度小于或者等于傳輸率為1比特的光信號的空間長度。因 此，不會一次向空間發(fā)射多個比特信號，從而實現了無信號失真的穩(wěn)定 的下行鏈路。
接著，參照圖7對根據本發(fā)明第二實施方式的移動光通信系統(tǒng)101 進行說明。根據第二實施方式的移動光通信系統(tǒng)101用于執(zhí)行當一輛火 車經過另一輛停止的火車時的無縫光通信。在移動光通信系統(tǒng)101中， 軌道分離為隨后會重新合并的兩個分支。更具體地說，鐵路102a在鐵路 102a的下游端上的分支點Bl處分支為鐵路102b和鐵路102c。鐵路102b 和102c在位于鐵路102b和102c的下游端的會合點B2處會合成鐵路102d 之前，按照固定間隔相互平行地鋪設?；?04a被設置在鐵路102a的 上游端附近；基站104b被設置在鐵路102b的上游端附近；基站104c被 設置在鐵路102c的上游端附近；并且基站104d被設置在鐵路102d的上 游端附近?；?04a-104d以如下間隔進行設置該間隔使在任何時刻在 任意兩個相鄰基站之間最多只能容納一輛火車。在本實施方式中，基站 104a-104d安裝在與ATC單元相同的位置上。盡管在圖7中鐵路102b好 像是在a處終止，但是實際上鐵路102b在(x處仍然是連續(xù)的。同樣，鐵 路102c在卩處也是連續(xù)的。
沿著鐵路102a-102d分別設置有多個漏光纖110a-110d和多個普通光 纖120a-120d。漏光纖110a-110d和光纖120a-120d分別與各基站104a-104d 連接?；?04a-104d通過獨立的網絡線路與中繼站105連接。中繼站 105利用解調器(未圖示)對從基站104a-104d發(fā)送的信號進行解調，之 后將該信號中繼到與中繼站105連接的互聯網基站106。
火車103x和103y分別設置有多個接收光纖131x和131y、多個發(fā) 送光纖134x和134y、解調器133x和133y、信號發(fā)生器135x和135y以 及光發(fā)射機136x和136y。設置在火車103x和103y上的這些裝置的結構 分別與根據第一實施方式的火車3中的接收光纖31、發(fā)送光纖34、解調 器33、信號發(fā)生器35以及光發(fā)射機36相同。
26光接收機121a-121d位于鐵路上的當火車103x或103y在鐵路上行 進時能夠與火車103x中的光發(fā)射機136x或火車103y中的光發(fā)射機136y 相對的位置上。
漏光纖110a-110d、光纖120a-120d以及光接收機121a-121d的結構 分別與根據第一實施方式的漏光纖1、光纖20以及光接收機21的結構相 同，但如下所述，基站104a-104d附近的結構存在區(qū)別。
漏光纖110a-110d分別具有光泄漏部113a-113d。多個光泄漏部113a 中的位于下游最遠處的光泄漏部113a與多個光泄漏部113b中的位于上游 最遠處的光泄漏部113b之間的距離小于或者等于火車103x的長度。類 似的是，多個光泄漏部113a中的位于下游最遠處的光泄漏部113a與多個 光泄漏部113c中的位于下游最遠處的光泄漏部113c之間的距離小于或者 等于火車103y的長度。此外，多個光泄漏部113b中的位于下游最遠處 的光泄漏部113b與多個光泄漏部113d中的位于上游最遠處的光泄漏部 113d之間的距離小于或者等于火車103x的長度。類似的是，多個光泄漏 部113c中的位于下游最遠處的光泄漏部113c與多個光泄漏部113d中的 位于上游最遠處的光泄漏部113d之間的距離小于或者等于火車103y的 長度。因此，在鐵路102a-102d上的任何一點上，在與火車103x和103y 的長度相同的范圍內至少存在光泄漏部113a-113d中的一個。
位于基站104b-104d附近的各光接收機121a-121d具有與位于基站 104b-104d附近的各光泄漏部113a-113d相同的結構。因此，在鐵路 102a-102d的任何點上，在與火車103x和103y的長度相等的范圍內存在 光接收機121a-121d中的一個。在本實施方式中，光泄漏部113和光接收 機121設置在相同的位置上。
如上所述，基站104a-104d設置在與ATC單元相同的位置上。因此， 如下所述，第二實施方式的構造也能夠實現無縫通信轉換(越區(qū)切換)。 在初始狀態(tài)下，在鐵路102a-102d上不存在火車103x和火車103y。從該 狀態(tài)開始，火車103x行駛到鐵路102a上，在此時刻火車103x與基站104a 進行通信。接著，火車103x前進到鐵路102b上。當ATC單元確定火車 103x正在經過基站104b時，基站104b開始向漏光纖110b發(fā)送針對火車103x的光信號。同時基站104b被設置成對從光接收機121b接收到的光 信號進行處理。這樣就完成了基站104b與火車103x之間的通信準備。 然而，在此階段，火車103x與基站104a之間的通信繼續(xù)進行。這些通 信可以在火車103x經過基站104a之后結束，或者可以一直持續(xù)到下一 輛火車接近，并且通信目標切換為該下一輛火車為止。接下來，火車103x 在鐵路102b上的預定位置處停止。停止位置可以是例如鐵路上與站臺相 對應的區(qū)間。
之后，火車103y行駛到鐵路102a上，同時與基站104a進行通信。 火車I03y前進到鐵路102c上。當ATC單元確定火車103y正在經過基站 104c時，基站104c開始向漏光纖110c發(fā)送針對火車103y的光信號。同 時基站104c被設置成對由光接收機121c接收到的光信號進行處理。這 樣就完成了基站104c與火車103y之間的通信準備。然而，在此階段， 火車103y繼續(xù)進行與基站104a的通信。這些通信可以在火車103y經過 基站104c之后結束，或者可以一直持續(xù)到下一輛火車接近，并且通信目 標切換為該下一輛火車為止。
這里，火車I03y經過火車103x。當ATC單元確定火車103y正在經 過基站104d時，基站104d開始向漏光纖110d發(fā)送針對火車103y的光 信號。同時基站104d被設置成對由光接收機121d接收到的光信號進行 處理。這樣就完成了基站104d與火車103y之間的通信準備。然而，在 此階段，火車103y繼續(xù)與基站104d進行通信。這些通信可以在火車103y 經過基站104d之后結束，或者可以一直持續(xù)到下一輛火車接近，并且通 信目標被切換為該下一輛火車為止。
在火車103y經過位于鐵路102d的下游的基站(未圖示)后，火車 103x離開站臺。當ATC單元確定火車103x正在經過基站104d時，基站 104d開始向漏光纖110d發(fā)送針對火車103x的光信號。同時基站104d被 設置成對由光接收機121d接收到的光信號進行處理。這樣就完成了基站 104d與火車103x之間的通信準備。然而，在此階段，火車103x繼續(xù)與 基站104b進行通信。這些通信可以在火車103x經過基站104d之后結束， 或者可以一直持續(xù)到下一輛火車接近，并且通信目標切換為該下一輛火車為止。在中繼站105中集中進行上述控制處理。利用這種構造，可以 在火車103x經過基站104b和基站104d的瞬間無縫地轉換通信。也可以 在火車103y經過基站104c和基站104d的瞬間執(zhí)行無縫通信轉換(越區(qū) 切換)。
中繼站105也能夠分別利用設置在鐵路102a-102d上的光接收機 121a-121d來對通信進行切換。當火車103x在鐵路102a上行進時，在該 階段很可能已經對火車駛入鐵路102b的路線進行了設定。由此，中繼站 105能夠根據該路線信息來控制基站104b和104c。在該情況下，當檢測 到來自火車103x的光信號已經輸入到與基站104a連接的多個光接收機 121a中的位于下游最遠處的光接收機121a中時，基站104b開始向與基 站104b連接的漏光纖110b發(fā)送針對火車103x的光信號。同時基站104b 被設置成對由光接收機121b接收到的光信號進行處理。火車103x在前 進到鐵路102b之后停止。
接著，當火車103y在鐵路102a上行進時，在該階段很可能已經對 火車103y駛入鐵路102c的路線進行了設定。由此，中繼站105能夠根 據該路線信息來控制基站104b和104c。在該情況下，當檢測到來自火車 103y的光信號已經輸入到與基站104a連接的多個光接收機121a中的位 于下游最遠處的光接收機121a中時，基站104c開始向與基站104c連接 的漏光纖110c發(fā)送針對火車103y的光信號。同時基站104c被設置成對 由各光接收機121c接收到的光信號進行處理。接著，當檢測到來自火車 103y的光信號已經輸入到與基站104c連接的多個光接收機121c中的位 于下游最遠處的光接收機121c中時，基站104d幵始向與基站104d連接 的漏光纖110d發(fā)送針對火車103y的光信號。同時基站104d被設置成對 由各光接收機121d接收到的光信號進行處理。
在火車103y經過位于鐵路102d的下游端的基站(未圖示)后，火 車103x從站臺出發(fā)。當檢測到來自火車103x的光信號已經輸入到與基 站104b連接的多個光接收機121b中的位于下游最遠處的光接收機121b 中時，基站104d開始向與基站104d連接的漏光纖llOd發(fā)送針對火車103x 的光信號。同時基站104d被設置成對由各光接收機121d接收到的光信號進行處理。在中繼站105中集中進行上述控制處理。根據這種方法，即使在將基站安裝在與ATC單元不同的位置上時，也能夠實現通信的無縫轉換。
在根據上述第二實施方式的移動光通信系統(tǒng)101中，當火車103y經過火車103x時，火車103x和103y始終與基站104a-104d中的一個進行通信。因此，火車103x和103y都能夠實現無縫的雙向通信。
在根據第二實施方式的移動光通信系統(tǒng)101中，在鐵路102a-102d上存在多列火車(在本例中為火車103x和103y)。移動光通信系統(tǒng)101還設有分支點Bl和會合點B2，在該分支點Bl處單一的鐵路102a分支為多個鐵路102b和102c,在該會合點B2處鐵路102b和102c會合成為鐵路102d。因此，系統(tǒng)被配置為在各鐵路(各區(qū)間)102a-102d中可以最多出現一列火車(火車103x或火車103y)。具體來說，在作為分支鐵路的鐵路102b和102c中的每一個上可以最多出現一列火車。此外，與鐵路102a-102d——對應地設置基站104a-104d。另外，針對相對應的鐵路102a-102d設置有漏光纖110a-110d和光接收機121a-121d。由此，漏光纖110a-110d和光接收機121a-121d連接到相對應的基站104a-104d。因此，火車103x和103y能夠獨立執(zhí)行其間無串擾的雙向通信。
雖然參照本發(fā)明的具體實施方式
對本發(fā)明進行了詳細說明，然而對于本領域的技術人員而言很明顯，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以對本發(fā)明進行各種修改和變型，本發(fā)明的范圍由隨附權利要求限定。例如，上述實施方式中，沿著鐵路2設置有光纖20和光接收機21。然而，也可以沿著鐵路2僅設置光接收機21，而不沿著鐵路2設置光纖20。對于光發(fā)射機也是如此。換句話說，可以沿著鐵路2僅設置漏光纖10的光泄漏部13，而不沿著鐵路2設置漏光纖10的非泄漏部。
如圖8所示，也可以采用普通(即，沒有光泄漏部)光纖210(210A、210B、 210C)來代替漏光纖IO，并且可以在與光泄漏部相對應的位置上設置光發(fā)射機220。光纖210A在火車行進方向上從上游側延伸，而下游端與光纖耦合器230連接。光纖210C具有連接到光纖耦合器230的上游端，并且該光纖210C向下游延伸，從而其下游端連接到另一光纖耦合器
30230 (未圖示)。因此，光纖210A和210C沿著鐵路延伸。光纖210B的一端與光纖耦合器230連接，好像從光纖210A和光纖210C中分支出來。光纖210B的另一端與光發(fā)射機220 (具體地說是光接收元件221)連接。光發(fā)射機220包括光接收元件221、信號處理電路222以及光發(fā)射元件223。光接收元件221由光電二極管等形成。光發(fā)射元件223由激光器二極管等構成。光接收元件221和信號處理電路222通過電纜226連接。信號處理電路222和光發(fā)射元件223通過電纜227連接。當沿著光纖210A傳播的光輸入到光纖耦合器230中時，該光被分離并且輸出到光纖210B和210C中。在從光耦合器230輸出后，沿著光纖210B傳播的光輸入到光接收元件221中。光接收元件221執(zhí)行光/電轉換，即光接收元件221把光信號轉換為電信號。光接收元件221經由電纜226向信號處理電路222發(fā)送該電信號。信號處理電路222對所輸入的電信號進行放大，并且對其波形進行整形，將最后獲得的電信號經由電纜227發(fā)送給光發(fā)射元件223。光發(fā)射元件223執(zhí)行電/光轉換，即光發(fā)射元件223將該電信號轉換回光信號。光發(fā)射元件223沿著路徑Pl向火車3 (參見圖4)發(fā)送該光信號。
另選的是，如圖9所示，可以設置普通(即，不包括光泄漏部)光纖310 (310A和310B)來代替漏光纖10，并且可以在與光泄漏部相同的各位置上設置光發(fā)射機320。光纖310A和310B均沿著鐵路2延伸。光發(fā)射機320包括光接收元件321、信號處理電路322、光發(fā)射元件323以及光發(fā)射元件324。光接收元件321和信號處理電路322通過電纜326連接，信號處理電路322和光發(fā)射元件323通過電纜327連接，并且信號處理電路322和光發(fā)射元件324通過電纜328連接。光纖310A與光接收元件321連接。光接收元件324與光纖310B連接。沿著光纖310A傳播的光輸入到光接收元件321中。光接收元件321執(zhí)行將光信號轉換為電信號的光/電轉換。光接收元件經由電纜326將該電信號發(fā)送到信號處理電路322。信號處理電路322對該電信號進行放大，并且對該信號的波形進行整形，將最后得到的電信號經由電纜326發(fā)送給光發(fā)射元件323，并且經由電纜328將該信號發(fā)送給光發(fā)射元件324。光發(fā)射元件323執(zhí)行將該電信號轉換回光信號的電/光轉換。光發(fā)射元件323向火車3發(fā)送該光信號。光發(fā)射元件324也執(zhí)行將該電信號轉換回光信號的電/光轉換。光發(fā)射元件324向光纖310B發(fā)送該光信號。
由于通過光/電轉換和電/光轉換來對電信號的波形進行了整形，所以利用光發(fā)射機220或320的系統(tǒng)能夠實現幾乎無差錯的精確光通信。通過沿著鐵路2設置光發(fā)射機220或230，消除了沿著鐵路2設置與光發(fā)射機連接的光纖的必要。
圖8和9所示的光發(fā)射機220和320也可以分別被配置成執(zhí)行光-光控制等，而非執(zhí)行光/電和電/光轉換。由于通過光-光控制來對波形進行整形，所以該方法也能夠實現幾乎無差錯的精確光通信。盡管未在圖8和圖9中示出，但是光纖210B和光接收元件221、光纖310A和光接收元件321、以及光發(fā)射元件324和光纖310B應該通過光學部件而恰當地連接。
在上述實施方式中，光發(fā)射機36、 136x以及136y設置在火車側。然而，發(fā)送漏光纖可以代替光發(fā)射機而設置在火車側，使得能夠從光泄漏部發(fā)送光信號。
根據本發(fā)明的移動光通信系統(tǒng)適用于實施新干線或其他鐵路火車與互聯網之間的寬帶通信。
3權利要求
1、一種移動光通信系統(tǒng)(1、101)，該移動光通信系統(tǒng)(1、101)包括移動體(3、103x、103y)，其包括多個移動體側光接收裝置(32、132x、132y)；以及光纜(10、110a-110d)，其沿著所述移動體的移動路徑(2、102a-102d)鋪設，并且具有多個光纖側光發(fā)射裝置(13、113a-113d)，該光發(fā)射裝置(13、113a-113d)發(fā)射由所述多個移動體側光接收裝置接收的光，其中，所述多個光纖側光發(fā)射裝置以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長度的間隔來設置，其中，所述移動體側光接收裝置在所述移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來設置，該規(guī)定間隔小于或者等于從所述光纖側光發(fā)射裝置向所述移動體照射的光學圖像在所述移動體的移動方向上的長度d。
2、 根據權利要求1所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述光纜是漏光纜，該漏光纜具有纖核(11);包層(12)，其固定在所述纖核的外側，并且具有比該纖核的折射率低的折射率；以及多個光泄漏部(13、 113a-113d)，其在所述移動體的移動方向上間斷地形成，與所述纖核接觸，并且具有比所述纖核的折射率低且比所述包層的折射率高的折射率，所述光泄漏部用作所述光纖側光發(fā)射裝置。
3、 根據權利要求2所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述光泄漏部設置在所述光纜的在該光纜的圓周方向上的僅一部分上。
4、 根據權利要求2或3所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述多個光泄漏部中的位于所述移動體的移動方向下游的光泄漏部比所述多個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、 根據權利要求2所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，光泄漏部的縱向長度小于或者等于相當于1比特的傳播光信號的空間長度。
6、 根據權利要求1所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述光纖側光發(fā)射裝置是光發(fā)射機(220、 320)。
7、 根據權利要求l所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述移動體包括多個移動體(103x、 103y)，所述多個移動體中的每一個都具有多個對應的移動體側光接收裝置(132x、 132y)，其中，所述移動體的移動路徑具有分支位置(Bl)，在該分支位置處所述移動路徑從單一路徑分成多個分支路徑(102b、 102c);以及會合位置(B2)，在該會合位置處多個分支路徑重新會合為單一路徑，其中，所述移動體的所述移動路徑具有多個區(qū)間(102a-102d)，同一時刻在各區(qū)間中允許存在所述多個移動體中的僅一個移動體，其中，各分支路徑用作所述多個區(qū)間中的一個，其中，所述移動光通信系統(tǒng)還包括多個基站(104a-104d)，該多個基站(104a-104d)與所述多個區(qū)間——對應，其中，所述多個光纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中與對應的基站相連接。
8、 一種移動光通信系統(tǒng)(i、 101)，該移動光通信系統(tǒng)(1、 101)包括:移動體(3、 103x、 103y)，其包括多個移動體側光發(fā)射裝置(36、136x、 136y);以及光纜(IO、 110a-110d)，其沿著所述移動體的移動路徑(2、 102a-102d)鋪設，并且具有多個光纖側光接收裝置，該光纖側光接收裝置被配置成接收從所述多個移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光，其中，所述移動體側光發(fā)射裝置沿著所述移動體的移動方向來設置，其中，當所述移動體沿著所述移動路徑移動時，從任意兩個相鄰的移動體側光發(fā)射裝置朝向所述移動體的所述移動路徑照射的光學圖像具有橫越各光纖側光接收裝置的交疊區(qū)域，其中，所述多個光纖側光接收裝置以小于或者等于所述移動體在所述移動方向上的長度的間隔來設置。
9、 根據權利要求8所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，從任意兩個相鄰的移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長彼此不同。
10、 根據權利要求8或9所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述移動 體包括多個移動體(103x、 103y)，所述多個移動體中的每一個都具有多 個對應的移動體側光發(fā)射裝置(136x、 136y),其中，所述移動體的移動路徑包括-分支位置(Bl)，在該分支位置處所述移動路徑從單一路徑分成多個 分支路徑(102b、 102c);以及會合位置(B2)，在該會合位置處多個分支路徑重新會合為單一路徑，其中，所述移動體的所述移動路徑具有多個區(qū)間(102a-102d)，同 一時刻在各區(qū)間中允許存在所述多個移動體中的僅一個移動體，其中，各分支路徑用作所述多個區(qū)間中的一個，其中，所述移動光通信系統(tǒng)還包括多個基站(104a-104d)，該多個 基站(104a-104d)與所述多個區(qū)間一一對應，其中，所述多個光纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中與對應的基站相連接。
11、 一種移動光通信系統(tǒng)(1、 101)，該移動光通信系統(tǒng)(1、 101) 包括移動體(3、 103x、 103y)，其包括多個移動體側光接收裝置(32、 132x、 132y)和多個移動體側光發(fā)射裝置(36、 136x、 136y);第一光纜(20、 120a-120d)，其沿著所述移動體的移動路徑(2、 102a-102d)鋪設，并且具有多個光纖側光發(fā)射裝置(13、 113a-113d)， 所述多個光纖側光發(fā)射裝置(13、 113a-113d)發(fā)射由所述多個移動體側 光接收裝置接收的光；以及第二光纜(10、 110a-110d)，其具有多個光纖側光接收裝置，所述多個 光纖側光接收裝置被配置成接收從所述多個移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光，其中，所述多個光纖側光發(fā)射裝置以小于或者等于所述移動體在移 動方向上的長度的間隔來設置，其中，所述移動體側光接收裝置在所述移動體的移動方向上以規(guī)定 間隔來設置，該規(guī)定間隔小于或者等于從所述光纖側光發(fā)射裝置向所述 移動體照射的光學圖像在所述移動體的所述移動方向上的長度d,其中，當所述移動體沿著所述移動路徑移動時，從任意兩個相鄰的移動體側光發(fā)射裝置朝向所述移動體的所述移動路徑照射的光學圖像具 有橫越各光纖側光接收裝置的交疊區(qū)域，其中，所述多個光纖側光接收裝置以小于或者等于所述移動體在所 述移動方向上的長度的間隔來設置。
12、 根據權利要求ll所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，從任意兩個相 鄰的移動體側光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長彼此不同，并且不同于從所述 光纖側光發(fā)射裝置發(fā)射的光的波長。
13、 根據權利要求12所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述第一光纜 是漏光纜，該漏光纜包括-纖核(11);包層(12)，其固定在所述纖核的外側，并且具有比該纖核的折射率低的折射率；以及多個光泄漏部(13)，其在所述移動體的所述移動方向上間斷地形成， 與所述纖核接觸，并且具有比所述纖核的折射率低且比所述包層的折射 率高的折射率，所述光泄漏部用作光纖側光發(fā)射裝置。
14、 根據權利要求13所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述光泄漏部設置在所述光纜的在所述光纜的圓周方向上的僅一部分上。
15、 根據權利要求13所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述多個光泄漏部中的位于所述移動體的所述移動方向下游的光泄漏部比所述多個光 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、 根據權利要求11所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述光纖側光 發(fā)射裝置是光發(fā)射機(220、 320)。
17、 根據權利要求11所述的移動光通信系統(tǒng)，其中，所述移動體包 括多個移動體(103x、 103y),所述多個移動體中的每一個都具有對應的 移動體側光發(fā)射裝置(136x、 136y)和多個對應的移動體側光接收裝置(132x、 132y)，其中，所述移動體的移動路徑具有-分支位置(Bl)，在該分支位置處所述移動路徑從單一路徑分成多個 分支路徑(102b、 102c);以及5會合位置(B2)，在該會合位置處多個分支路徑重新會合為單一路徑， 其中，所述移動體的所述移動路徑具有多個區(qū)間(102a-102d)，同 一時刻在各區(qū)間中允許存在所述多個移動體中的僅一個移動體， 其中，各分支路徑用作多個區(qū)間中的一個，其中，所述移動光通信系統(tǒng)還包括多個基站(104a-104d)，所述多 個基站(104a-104d)與多個區(qū)間——對應，其中，所述多個光纖側光發(fā)射裝置在各區(qū)間中與對應的基站相連接， 并且所述多個光纖側光接收裝置在各區(qū)間中與對應的基站相連接。
18、 一種移動光通信方法，該移動光通信方法包括以下步驟-沿著移動體(3、 103x、 103y)的移動路徑(2、 102a-麵)發(fā)送光；從位于所述移動體的所述移動路徑上的多個發(fā)射位置向所述移動體 發(fā)射沿著所述移動體的所述移動路徑發(fā)送來的光；以及在所述移動體的多個光接收位置中的至少一個位置處接收朝向該移 動體發(fā)送的光，其中，以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長度的間隔來設 置所述移動路徑上的所述多個發(fā)射位置，其中，在所述移動體的移動方向上以規(guī)定間隔來設置所述移動體的 所述多個光接收位置，該規(guī)定間隔小于或者等于從所述移動路徑上的所 述多個發(fā)射位置向所述移動體照射的光學圖像在所述移動體的移動方向 上的長度d。
19、 一種移動光通信方法，該移動光通信方法包括以下步驟 從移動體的多個發(fā)射位置發(fā)射光；在位于所述移動體的移動路徑上的多個光接收位置中的至少一個位 置處接收所發(fā)射的光；以及沿著所述移動體的所述移動路徑，發(fā)送在位于所述移動體的所述移 動路徑上的所述多個光接收位置中的所述至少一個位置處所接收到的光，其中，當所述移動體沿著所述移動路徑移動時，從任意兩個相鄰的 移動體側發(fā)射位置朝向所述移動體的所述移動路徑照射的光學圖像具有 橫越所述移動路徑上的各光接收位置的交疊區(qū)域，其中，以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長度的間隔來設 置所述移動路徑上的所述多個光接收位置。
20、 根據權利要求19所述的移動光通信方法，其中，從任意兩個相 鄰的移動體側發(fā)射位置發(fā)射的光的波長彼此不同。
21、 一種移動光通信方法，該移動光通信方法包括以下步驟 沿著移動體(3、 103x、 103y)的移動路徑(2、 102a-102d)發(fā)送光； 從多個發(fā)射位置向所述移動體發(fā)射沿著所述移動體的所述移動路徑發(fā)送來的光；在所述移動體的多個光接收位置中的至少一個位置處接收朝向該移 動體發(fā)送的光；從位于移動體上的多個發(fā)射位置發(fā)射光；在位于所述移動體的所述移動路徑上的多個光接收位置中的至少一 個位置處接收所發(fā)射的光；以及沿著所述移動體的所述移動路徑，發(fā)送在位于所述移動體的所述移 動路徑上的所述多個光接收位置中的所述至少一個位置處接收到的光，其中，以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長度的間隔來設 置所述移動路徑上的所述多個發(fā)射位置，其中，在所述移動體的所述移動方向上以規(guī)定間隔來設置所述移動 體的所述多個光接收位置，該規(guī)定間隔小于或者等于從所述移動路徑上 的所述多個發(fā)射位置向所述移動體照射的光學圖像在所述移動體的移動 方向上的長度d，其中，當所述移動體沿著所述移動路徑移動時，從任意兩個相鄰的 移動體側發(fā)射位置朝向所述移動體的所述移動路徑照射的光學圖像具有 橫越所述移動路徑上的各光接收位置的交疊區(qū)域，其中，以小于或者等于所述移動體在移動方向上的長度的間隔來設 置所述移動路徑上的所述多個光接收位置。
22、 根據權利要求21所述的移動光通信方法，其中，從任意兩個相鄰的移動體側發(fā)射位置發(fā)射的光的波長彼此不同，并 且不同于從所述移動路徑上的所述發(fā)射位置發(fā)射的光的波長。
全文摘要
移動光通信系統(tǒng)(1)包括鐵路(2)和車輛(3)。沿著所述鐵路設置有多個漏光纖(10)、多個光纖(20)以及多個光接收機(21)。漏光纖包括光泄漏部(13)。光泄漏部間斷地以不大于車輛在該車輛行進方向上的長度的間隔來設置。光接收機以不大于車輛在其行進方向上的長度的間隔來設置。沿著車輛在行進方向上的全長，以不大于預定長度的間隔來布置設置在車輛上的多個光接收機(32)。以如下方式對設置在車輛上的兩個相鄰的光發(fā)射機(36)進行設置，即，使得從這兩個相鄰的光發(fā)射機向光纖發(fā)射的光的光學圖像在車輛行進方向上交疊。
文檔編號G02B6/00GK101502028SQ200780029390
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權日2006年8月7日
發(fā)明者中嶋和利, 中村共則, 大杉晃, 天野嘉久, 山內豐彥, 浟 王, 花嶋正昭 申請人:濱松光子學株式會社