2013年09月09日09:04
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鐵路領域數據通信的高速化存在兩個“瓶頸”場所。一個是位於地下的車站，另一個是高速移動的列車中。
一般來說，地下車站不僅很難收到地面設備發出的電波，而且難以安裝通信裝置。施工隻能在沒有列車運行的凌晨1∼5點（4個小時）進行，但考慮到安裝准備和清理工作，每天能夠施工的時間實際上隻有3個小時左右。 而且，地下車站除了鐵路運營商的設備之外，還安裝了很多用於防災的無線設備及手機網絡設備等，安裝地下通信裝置的面積十分有限。
WiMAX在地下車站普及
UQ通信公司運營的“WiMAX”服務解決了這些問題，並在地下車站快速普及。實際上，東京都營地鐵、東京Metro、橫?市營地鐵的所有車站在2012年完成了WiMAX的設置（圖7）。除了地鐵之外，東急電鐵田園城市線中央林間站等地下車站也採用了WiMAX。此外，福岡市地鐵、名古屋鐵路的地下車站也開始設置WiMAX。
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圖7 地下車站紛紛設置WiMAX WiMAX正在地下車站迅速普及（a）。在站台安裝了指向性天線（b）。檢票口附近則使用無指向性天線。因地下安裝面積有限，基站比地面用產品要小。 |
WiMAX需要在站台、檢票口附近等場所安裝專用基站和天線。具體來說，為了能夠讓電波到達地鐵隧道和站台，需要在站台兩端安裝指向性天線，在檢票口附近的天花板上安裝無指向性天線。這些天線和兩台基站就是用於地下車站的WiMAX通信系統的基本構成。
因為不在地鐵隧道內安裝通信設備，所以可以省去相應的人力和物力。但如果車站之間的距離很長或者路線曲折，僅靠在站台安裝的指向性天線，有些地方會收不到電波。但WiMAX隻被用來進行數據通信，因此，即便通信在中途中斷，與語音通話中斷相比更難以察覺。而且，因為通信速度快，隻要能夠再次連接，數據通信就不會出現大問題，因此隻在站台上安裝了天線。
不僅是地下車站，WiMAX在地面車站中也正在普及。目前已被JR東日本Water Business經營的“新一代自動售貨機”和JR東日本Retail Net的便利店“NEWDAYS”的POS機採用。JR東日本Retail Net表示，對採用WiMAX起到決定性作用的是，不需要布線並可實現穩定通信等。包括NEWDAYS在內，該公司經營的120家店鋪均採用了WiMAX（截止2012年4月20日）。
此外，WiMAX還被用於J·ADvision之類的標牌設備及車站內的監控攝像頭。
利用激光達到數百Mbps的通信速度
鐵路領域數據通信的另一個瓶頸場所是高速行駛的列車中。旨在提高高速列車中的數據傳輸速度的研發目前也已展開。日本鐵路綜合技術研究所（鐵道綜研）研發的激光通信技術便是其中之一。
目前，日本的新干線採用的是基於泄漏同軸電纜（LCX：leaky coaxial cable）的方式，1節車廂的數據傳輸速度最大為2Mbps。而鐵道綜研則打算利用激光實現數百Mbps以上的數據傳輸速度。
具體方法是，通過讓安裝在列車上和地面的通信裝置相互照射激光實現收發數據（圖8）。此時，通過使用可動式反光鏡進行激光掃描，就可在通信裝置之間可靠地收發激光。
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圖8 利用激光實現高速通信 鐵道綜研利用安裝在列車上和地面的通信裝置實現雙向激光通信（a）。使用可動式反光鏡進行激光掃描。根據列車的行進情況在地面的多台通信裝置之間切換，從而實現高速移動過程中的通信（b）。 |
掃描時要用波長與通信用激光不同的“信標光”來調整反光鏡（圖9）。利用將受光區域分成四個的“4分割傳感器”來檢測這種信標光，並根據檢測結果改變反光鏡的方向。
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圖9 利用信標光來調整反光鏡的朝向 鐵道綜研的激光通信裝置是利用信標光來調整激光掃描所使用的反光鏡的朝向。通過將受光區域分成四個的“4分割傳感器”來檢測信標光，如果各個區域的受光量存在差別，反光鏡的朝向就會出現偏差，為了補償這種差別，需要改變反光鏡的朝向（a）。採用經由廣角鏡頭或者望遠鏡頭的4分割傳感器。前者可迅速捕捉信標光，后者可微調反光鏡的朝向。另外，信標光與激光的波長不同（b）。 |
而且，通過在地面安裝多台通信裝置，並採用根據列車的行進情況在裝置間切換的“高速切換”技術，即便列車在多台裝置之間高速行駛，也能實現穩定的數據通信。
鐵道綜研試制出了採用這種機制的激光通信裝置並在並非新干線的普通鐵路線上進行了測試，結果顯示，當列車以120k∼130km的時速行駛時，可以獲得最大約850Mbps的數據傳輸速度（UDP通信時的數值。TCP通信時約為500Mbps∼700Mbps）。試驗時，在地面和車輛之間雙向傳輸高清視頻，並流暢地顯示了各自接收的視頻。而且，雖然沒有實施高速切換，但在以240k∼270km的時速行駛的新干線上，可在約0.7秒內用通信裝置進行激光跟蹤。
今后，鐵道綜研將以實用化為目標，提高追蹤性能、降低成本並確保可靠性。（作者：狩集浩志、根津禎、野澤哲生、河合基伸，日經技術在線！ 供稿）
