2013年09月09日09:04
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铁路领域数据通信的高速化存在两个“瓶颈”场所。一个是位于地下的车站，另一个是高速移动的列车中。
一般来说，地下车站不仅很难收到地面设备发出的电波，而且难以安装通信装置。施工只能在没有列车运行的凌晨1～5点（4个小时）进行，但考虑到安装准备和清理工作，每天能够施工的时间实际上只有3个小时左右。 而且，地下车站除了铁路运营商的设备之外，还安装了很多用于防灾的无线设备及手机网络设备等，安装地下通信装置的面积十分有限。
WiMAX在地下车站普及
UQ通信公司运营的“WiMAX”服务解决了这些问题，并在地下车站快速普及。实际上，东京都营地铁、东京Metro、横浜市营地铁的所有车站在2012年完成了WiMAX的设置（图7）。除了地铁之外，东急电铁田园城市线中央林间站等地下车站也采用了WiMAX。此外，福冈市地铁、名古屋铁路的地下车站也开始设置WiMAX。
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图7 地下车站纷纷设置WiMAX WiMAX正在地下车站迅速普及（a）。在站台安装了指向性天线（b）。检票口附近则使用无指向性天线。因地下安装面积有限，基站比地面用产品要小。 |
WiMAX需要在站台、检票口附近等场所安装专用基站和天线。具体来说，为了能够让电波到达地铁隧道和站台，需要在站台两端安装指向性天线，在检票口附近的天花板上安装无指向性天线。这些天线和两台基站就是用于地下车站的WiMAX通信系统的基本构成。
因为不在地铁隧道内安装通信设备，所以可以省去相应的人力和物力。但如果车站之间的距离很长或者路线曲折，仅靠在站台安装的指向性天线，有些地方会收不到电波。但WiMAX只被用来进行数据通信，因此，即便通信在中途中断，与语音通话中断相比更难以察觉。而且，因为通信速度快，只要能够再次连接，数据通信就不会出现大问题，因此只在站台上安装了天线。
不仅是地下车站，WiMAX在地面车站中也正在普及。目前已被JR东日本Water Business经营的“新一代自动售货机”和JR东日本Retail Net的便利店“NEWDAYS”的POS机采用。JR东日本Retail Net表示，对采用WiMAX起到决定性作用的是，不需要布线并可实现稳定通信等。包括NEWDAYS在内，该公司经营的120家店铺均采用了WiMAX（截止2012年4月20日）。
此外，WiMAX还被用于J·ADvision之类的标牌设备及车站内的监控摄像头。
利用激光达到数百Mbps的通信速度
铁路领域数据通信的另一个瓶颈场所是高速行驶的列车中。旨在提高高速列车中的数据传输速度的研发目前也已展开。日本铁路综合技术研究所（铁道综研）研发的激光通信技术便是其中之一。
目前，日本的新干线采用的是基于泄漏同轴电缆（LCX：leaky coaxial cable）的方式，1节车厢的数据传输速度最大为2Mbps。而铁道综研则打算利用激光实现数百Mbps以上的数据传输速度。
具体方法是，通过让安装在列车上和地面的通信装置相互照射激光实现收发数据（图8）。此时，通过使用可动式反光镜进行激光扫描，就可在通信装置之间可靠地收发激光。
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图8 利用激光实现高速通信 铁道综研利用安装在列车上和地面的通信装置实现双向激光通信（a）。使用可动式反光镜进行激光扫描。根据列车的行进情况在地面的多台通信装置之间切换，从而实现高速移动过程中的通信（b）。 |
扫描时要用波长与通信用激光不同的“信标光”来调整反光镜（图9）。利用将受光区域分成四个的“4分割传感器”来检测这种信标光，并根据检测结果改变反光镜的方向。
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图9 利用信标光来调整反光镜的朝向 铁道综研的激光通信装置是利用信标光来调整激光扫描所使用的反光镜的朝向。通过将受光区域分成四个的“4分割传感器”来检测信标光，如果各个区域的受光量存在差别，反光镜的朝向就会出现偏差，为了补偿这种差别，需要改变反光镜的朝向（a）。采用经由广角镜头或者望远镜头的4分割传感器。前者可迅速捕捉信标光，后者可微调反光镜的朝向。另外，信标光与激光的波长不同（b）。 |
而且，通过在地面安装多台通信装置，并采用根据列车的行进情况在装置间切换的“高速切换”技术，即便列车在多台装置之间高速行驶，也能实现稳定的数据通信。
铁道综研试制出了采用这种机制的激光通信装置并在并非新干线的普通铁路线上进行了测试，结果显示，当列车以120k～130km的时速行驶时，可以获得最大约850Mbps的数据传输速度（UDP通信时的数值。TCP通信时约为500Mbps～700Mbps）。试验时，在地面和车辆之间双向传输高清视频，并流畅地显示了各自接收的视频。而且，虽然没有实施高速切换，但在以240k～270km的时速行驶的新干线上，可在约0.7秒内用通信装置进行激光跟踪。
今后，铁道综研将以实用化为目标，提高追踪性能、降低成本并确保可靠性。（作者：狩集浩志、根津祯、野泽哲生、河合基伸，日经技术在线！ 供稿）
