無線周波数搬送システム、光ファイバ無線変換器及び無線変換器
【課題】無線ネットワークのアーキテクチャに関し、より詳細には、無線ネットワークの範囲をトランスペアレントに拡大すると共に、ワイヤレス通信デバイス間で「直接通信」できるようにする。
【解決手段】有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムを導入することで、複数の遠隔した通信エリアを、近くにあるかのように接続できるようになる。これらの通信エリアのうちの１つの中にある全てのワイヤレス通信デバイスが、あたかも見通すことができるかのように、これらの通信エリア内の任意の他のワイヤレス通信デバイスと通信することができるようになる。本発明は、有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムの幾つかの実施の形態で用いることができる２インターフェースの変換器にも関する。
【解決手段】有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムを導入することで、複数の遠隔した通信エリアを、近くにあるかのように接続できるようになる。これらの通信エリアのうちの１つの中にある全てのワイヤレス通信デバイスが、あたかも見通すことができるかのように、これらの通信エリア内の任意の他のワイヤレス通信デバイスと通信することができるようになる。本発明は、有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムの幾つかの実施の形態で用いることができる２インターフェースの変換器にも関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線ネットワークのアーキテクチャに関し、より詳細には、無線ネットワークの範囲をトランスペアレントに拡大すると共に、ワイヤレス通信デバイス間で「直接通信」できるようにするための、有線によるトランスペアレント無線周波数搬送システム(transparent wired radio frequency conveying system)に関する。
【０００２】
これまで、多くの異なる技法及びアーキテクチャを用いて、ワイヤレス通信ネットワークが用いられてきた。無線伝送を用いることは、多数のアーチファクトを受ける通信チャネルを用いることを伴う。受信される信号の電力は、距離と共に急激に減少する。通信は、干渉、フェージング及び移動環境との相互作用を受けるので、結果として、通信エリアにおける無線受信能力は低化する。ワイヤレス通信デバイス間で通信できるようにする通信ネットワークを構築することを目的として、幾つかのアーキテクチャが試されてきた。ワイヤレス通信デバイスは、たとえば、移動電話、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末、及び任意の種類のワイヤレスデバイスを含む。
【０００３】
これらの解決策のうちの１つは、ＵＷＢ（超広帯域）の枠組みの中で検討されるネットワークのような、パーベイシブ且つユビキタスなネットワークから成る。これらのネットワークでは、任意の２つの端末間での直接通信を確立できるようにするために、いずれの端末も、他の端末から見通すことができなければならない。これらのネットワークの短所のうちの１つは、その範囲である。典型的には、ＵＷＢ通信は約１０メートルの範囲を有するが、これは、そのようなネットワークが、この約１０メートルの通信エリアに限定されることを意味する。このネットワークに属する全ての端末が、このように小さなエリア内に存在しなければならない。
【０００４】
現在、最も多く用いられている解決策のうちの１つは、１つのアクセスポイント（ＷｉＦｉのようなワイヤレスネットワークの場合）又は１つの基地局（ＧＳＭ、ＵＭＴＳのようなセルラーネットワークの場合）によって画定されるセルと、そのアクセスポイント（基地局）の周囲にあり、当該アクセスポイント（基地局）で無線伝送が可能な地理的エリアとを基にしており、それらのアクセスポイント（基地局）は、異なるエリアに属すると共に互いに有線で接続される。この解決策の場合、そのエリア内に幾つかの基地局が散在しており、ワイヤレス通信デバイス（移動電話、ＰＤＡ、ノートブック）は、基地局を介して、互いに通信できなければならない。所与のワイヤレス通信デバイスが、別の遠隔したワイヤレス通信デバイスと通信できるようにするために、幾つかの解決策が提案されてきた。セルラーネットワークでは、第１のワイヤレス通信デバイスによって、最初に、その近くにある基地局との通信が確立される。基地局は、ファイバ又は銅線を通じて無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）に送信するために、信号を復調し、その信号を別の形式で変調し直す。ＲＮＣは、二地点間接続で、幾つかの基地局を接続し、その信号を正しい基地局にルーティングするためのルーティング機能を有する。こうして、その通信は、宛先のワイヤレス通信デバイスの近くにある第２の基地局に中継される。その後、最後に、第２の基地局と宛先のワイヤレス通信デバイスとの間に通信が確立される。この解決策は複雑な基地局及び無線ネットワークコントローラを必要とし、また、通信を発見し、設定し、且つワイヤレス通信デバイスを追跡するための通信のルーティングの管理も必要とする。
【０００５】
同様に、互いに離隔している、異なるＷｉＦｉサービスエリアを、ルーティング能力を有するゲートウエイ装置を含む、有線リンク又はネットワークによって互いに接続することができる。
【０００６】
基地局を簡単にすると共に、光リンク及び光ファイバ無線(Radio over Fiber)技法を用いることによって基地局のサービスエリアを拡大するために、第２の解決策が提案されている。そのような解決策では、基地局の代わりに、簡単な変換器が用いられ、全ての信号処理（変調、復調）が無線ネットワークコントローラにおいて果たされる。別の実施の形態では、従来の基地局に付加的なファイバリンクを追加してアンテナをデポートし、基地局の無線サービスエリアを拡張する。これらの解決策はワイヤレスネットワークの場合にも有効である。問題は、全ての通信が中央ノードの中を進み、１台の装置がこれらの通信を処理して２つのワイヤレス通信デバイスをリンクすることである。
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０３４６９２５号明細書（第３欄第３５行目〜第４欄第３６行目、第５欄第２８行目〜第６欄第４２行目、第７欄第２０行目〜５５行目、第８欄第５５行目〜第９欄第３９行目、第１０欄第１１行目〜３１行目、図３）
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／２６６４５２号明細書
【０００８】
これらの問題を克服するために、本発明は、有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムを提案し、このシステムによれば、複数の遠隔した通信エリアを、近くにあるかのように接続できるようになる。本発明によれば、これらの通信エリアのうちの１つの中にある全てのワイヤレス通信デバイスが、あたかも見通すことができるかのように、これらの通信エリア内の任意の他のワイヤレス通信デバイスと通信することができる。
【０００９】
本発明は、無線周波数搬送システムであって、第１の通信エリア内に備えられ、当該第１の通信エリアにおいて受信される第１の無線周波数信号から光信号を生成するトランスペアレント変換手段と、生成された光信号を第１の通信エリアから少なくとも１つの第２の通信エリアに直接移送する光学受動送信手段と、第２の通信エリア内に備えられ、移送された光信号の第２の無線周波数信号への変換を実行するトランスペアレント変換手段と、第２の通信エリア内で上記第２の無線周波数信号を送信する送信手段とを備える、無線周波数搬送システムに関する。
【００１０】
本発明によるシステムは、受動的な光ファイバインフラストラクチャと、能動的なトランスペアレントエア／ワイヤ変換器(air/wire transducer)とを組み合わせることを基にする。無線信号が、エア・トゥ・ワイヤ変換器(air to wire transducer)によって光信号に変換され、有線で１つ又は複数のワイヤ・トゥ・エア変換器に送信されて、周囲に送信される。これらの変換器の間に、能動部品は不要である。そのようなシステムを用いるとき、第１の変換器の近くにあるワイヤレス通信デバイスによって送信される信号は、トランスペアレントに送信され、第２の変換器の近くにある第２のワイヤレス通信デバイスが受信できるようになる。本明細書では、「トランスペアレント」という用語は、エア・トゥ・ワイヤ、又はワイヤ・トゥ・エアのアナログ変換のみが行われ、変換器と端末デバイスとの間のシグナリングも、有線接続ネットワーク内のデジタルＲＦ変調／復調も行われないことを意味する。無線周波数信号は、有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムによって、完全にアナログ形式で送信され、搬送システムのいずれのステージにおいても、変調／復調は不要である。結果として、有線ＲＦ搬送技術内で、ＲＦ信号から情報を再生することもなければ、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）を処理することもない。この搬送システムによれば、端末デバイスにおいて既存の無線ＭＡＣプロトコルのみを用いて、異なる無線通信エリアを互いにリンクすることができ、有線搬送システム用の付加的なＭＡＣプロトコルは不要である。これは、全てのデバイスが無線範囲内に位置することを検出すると直ちに互いに通信できるべきであるような、一群のワイヤレス通信デバイスから成るパーベイシブ且つユビキタスなシステムにおいて特に当てはまり且つ好都合である。
【００１１】
集中管理方式のネットワークでは、光リンク及び変換器を用いて、アンテナが信号処理から分離される。全ての信号処理が中央ノード内に配置されるので、リモートアンテナ及び簡単な基地局が得られる。中央ノードを用いて、幾つかの通信エリアが互いにリンクされる。
【００１２】
これに対して、提案される有線ＲＦ搬送システムは、２つの遠隔したグループのワイヤレス通信デバイスを直接接続することができる。第１のグループのワイヤレス通信デバイスのいずれかが、第２のグループのワイヤレス通信デバイスのいずれかと通信するために光リンクを用いる。有線ＲＦ搬送システムを用いることは、その存在に気が付かないという意味で、ワイヤレス通信デバイスにとって完全にトランスペアレントである。ワイヤレス通信デバイスにとって、その通信は、まさに、ワイヤレス通信デバイスが互いに近くにあるかのように行われる。その搬送システムを用いて、ワイヤレス通信デバイスは互いに見通せるようになる。一方、その有線ＲＦ搬送システムによれば、幾つかの通信が、そのシステムを通じて同時に行われるようになる。その搬送システムは、無線ネットワークの範囲をトランスペアレントに拡張する一種の導波路と見なすことができる。従来技術のシステムによれば、第１のグループの各デバイスは、第２のグループの近くに、リモートアンテナを備えていなければならなかった。
【００１３】
そのようなシステムによれば、パーベイシブ且つユビキタスなネットワークの範囲を拡張できるようになる。
【００１４】
本発明の特定の一実施の形態によれば、変換手段は双方向性である。
【００１５】
この属性は、互いに通信することができる一群のワイヤレス通信デバイスから構成されるパーベイシブ且つユビキタスなネットワークにとって非常に有用である。
【００１６】
本発明の特定の一実施の形態によれば、受動送信手段は、少なくとも１つの光結合器を含む。
【００１７】
本発明の特定の一実施の形態によれば、無線周波数搬送システムは、変換手段であって、無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、上記受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、アンテナを用いて変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、増幅された受信無線信号を、対応する上記光信号に変換する光源と、少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段とを備え、当該インターフェースは１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、上記受動光結合手段は、いずれのインターフェースの入力ポート上において受信される光信号も、上記光検出器に向かって、また全てのインターフェースの出力ポートに送信されるように、且つ光源によって生成される光信号がインターフェースの出力ポートに送信されるように配置される、変換手段を備える。
【００１８】
本実施の形態では、上記変換手段の上記インターフェースは、上記生成された光信号を、上記トランスペアレント変換手段から別のトランスペアレント変換手段に移送する上記受動送信手段に接続される。
【００１９】
そのような２つのインターフェース変換器を用いることによって、任意の数の変換器から成るトランスペアレント分散有線ＲＦ搬送システムを構成できるようになる。そのようなネットワークは、変換器を追加又は除去することによって、容易に変更される。結果として、そのネットワークは、バストポロジネットワークになる。
【００２０】
本発明は、無線変換器であって、無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、アンテナを用いて変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、増幅された受信無線信号を、対応する光信号に変換する光源と、少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段とを備え、インターフェースはそれぞれ１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、上記受動光結合手段は、いずれのインターフェースの入力ポートにおいて受信される光信号も、上記光検出器に向かって、また全てのインターフェースの出力ポートに送信されるように、且つ光源からの光信号が全てのインターフェースの出力ポートに送信されるように配置される、無線変換器にも関する。
【００２１】
そのような変換器によれば、容易且つ円滑なアップグレードの解決策を提供できるようになり、中央光相互接続ハードウエアを変換器内に分散させることができる。この変換器では、エア・トゥ・ワイヤ(air to wire)、又はワイヤ・トゥ・エアのアナログ変換のみが実施され、デジタルＲＦ変調／復調は実施されない。
【００２２】
本発明の特定の一実施の形態によれば、上記受動光結合手段は、１組の２×１基本光結合器を含む。
【００２３】
本発明の特定の一実施の形態によれば、上記２×１基本光結合器は非対称である。
【００２４】
そのような結合器を用いて、出力間のエネルギーバランスが改善される。
【００２５】
本発明の特徴は、一例の実施形態の以下の説明を読むことからさらに明らかになる。その説明は、添付の図面を参照して行われる。
【００２６】
ワイヤレスエリアネットワークは、パーベイシブ且つユビキタスなプライベートローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を可能にする。本明細書では、「パーベイシブ且つユビキタスな」という用語は、全てのワイヤレス通信デバイスが、そのサービスエリアの全ての点において概ね同じサービス品質で通信ネットワークにアクセスできるようにするネットワークを意味する。そのようなパーベイシブ且つユビキタスなワイヤレスプライベートエリアネットワークは、通常のＬＡＮアプリケーションよりも強力な、移動ユーザ中心のアプリケーションを可能にする。しかしながら、高速のデータ速度（１００Ｍビット／秒を超える）が目標とされる一方で、ドア又は壁のような障害物によって遮られるエリアがあることに起因して、ネットワークのユビキタス及びパーベイシブ能力が制限されるので、プライベートエリア全体にわたって十分なサービス品質を保証することはできない。その際、大きな送信電力が必要とされる。一方、プライベートエリア間で電磁スペクトルを公平に分配するために、且つ、たとえば、現時点で又は将来に同じ場所に導入される無線システムを保護するために、電磁送信電力は制御されなければならない。これを果たす方法は、各ワイヤレス通信デバイスの個々の電磁送信電力の上限を定めることにあり、結果として、動作範囲は短くなる。これは典型的には、３．６ＧＨｚと１０．１ＧＨｚとの間の超広帯域規制を考慮しながら、種々の制約を加えて、リンクバジェットが、１０メートルを超えるワイヤレスプライベートローカルエリアネットワークのために必要とされるデータ速度を許容しないようにする場合に相当する。これらの制約の下では、二地点間ワイヤレス通信の典型的な範囲は、目標とされる環境に対応するエリアの典型的な大きさよりも小さい。ここで、目標とされる環境とは、たとえば、数十メートル×数十メートルで、対象とされるべき部屋が隣接しないことがある家庭環境及び企業環境である。さらに、そのパーベイシブ且つユビキタスなワイヤレスプライベートエリアネットワークは、低コストで配置すること、及び場合によっては容易に且つ低コストでアップグレードすることを目標とするために、柔軟に配置されなければならない。
【００２７】
そのようなネットワークの範囲を拡張するための解決策は、大きく損失することなく、２つの異なる点の間で無線信号を搬送する方法を見つけることである。光ファイバ無線(radio over fiber)（ＲｏＦ）技法を用いてこの目的を果たすために、光ファイバを用いることができる。ＲｏＦは、変調されたＲＦ信号を送信するアナログ光リンクである。ＲＦ変調は、大抵の場合にデジタルであり、ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＴＣＭ、ＯＦＤＭ等の任意の通常の形をとる。光変調も、原理的には、種々の形式を有することができるが、強度変調が広く用いられる。これらの技法は、基地局にリモートアンテナを導入するために、また幾つかのリモートアンテナとの間で行われる信号処理を集中処理するために用いられてきた。無線周波数（ＲＦ）信号を、光ファイバにおいて送信されることになる光信号に変換することができ、大きく損失することなく、長距離にわたって送信できるようになる。
【００２８】
図１は、エア・トゥ・ワイヤのトランスペアレント変換器を示す。アンテナ１．１によって受信されるＲＦ信号が増幅器１．２に送信される。増幅されると、電気信号が光源（たとえばレーザダイオード１．３）に送信される。この光源は、光ファイバ１．４に挿入されることになる対応する光信号を送信するための役割を果たす。
【００２９】
図２は、ワイヤ・トゥ・エアの逆トランスペアレント変換器を示す。この変換器は、光ファイバ２．４において光信号を受信する。これらの信号は光検出器（たとえばフォトダイオード２．３）に送信される。この光検出器は、それらの信号を対応するＲＦ信号に変換する。このＲＦ信号は増幅器２．２によって増幅され、アンテナ２．１によって送信される。
【００３０】
図３によって示されるように、エア・トゥ・ワイヤの変換器と、ワイヤ・トゥ・エアの変換器とを組み合わせて、双方向のエア／ワイヤ変換器を形成することができる。そのような双方向変換器は、２つのアンテナ３．１及び３．２を用いることができ、２つの光ファイバから成る光ポートを提供する。第１のものは、光信号の受信専用に用いられ、Ｒｘで示される。第２のものは光信号の送出専用に用いられ、Ｔｘで示される。そのような双方向変換器を実装するとき、２つのアンテナの実装は注意深く行われなければならない。送信と受信との間の結合は避けなければならない。１つの簡単な解決策は、２つのアンテナを十分に離して配置していかなる結合をも避けることであり、４０ｃｍが良好な距離と見なされるであろう。別法では、固有のアンテナを用いることを考えることもできる。
【００３１】
簡単な有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムは単に、図３に示されるような、２つの光ファイバによって互いに接続される、２つの双方向トランスペアレント変換器を用いることによって構築することができる。第１の変換器のＲｘ入力が、第２の変換器のＴｘ出力に接続される。第１の変換器のＴｘ出力が、第２の変換器のＲｘ入力に接続される。そのような有線ＲＦ搬送システムは、双方向に機能して、変換器のうちの１つの近くにおいて送信される任意のＲＦ信号を、他の変換器の近くにトランスペアレントに移送することができる。第１の変換器の近くにある第１のワイヤレス通信デバイスは、第２の変換器の近くに位置する第２のワイヤレス通信デバイスと通信することができる。この属性は、互いに通信することができる一群のワイヤレス通信デバイスから構成されるパーベイシブ且つユビキタスなネットワークにとって非常に有用である。従来技術では、その際、これらのネットワークは、ある通信範囲までに制限され、その範囲は、たとえば、ＵＷＢ（超広帯域）ネットワークの場合には非常に短く、たとえば約１０メートルになることがある。本発明による有線ＲＦ搬送システムによれば、任意の距離だけ離れている２つの別々のネットワークエリアについて、これらを構成する全てのワイヤレス通信デバイスが同じグループ内で近くにあるかのように、これらのネットワークエリアを互いにリンクできるようになる。別法では、入力ポート又は出力ポートのみを提供するために、一方向変換器のみを用いて、一方向の有線トランスペアレントＲＦ搬送システムを構築することができる。そのような場合には、一方向変換器は第１の通信エリアから第２の通信エリアまで一方向においてＲＦ信号を送信するためにのみ用いられることになり、第２の通信エリアから第１の通信エリアへの送信には用いられないであろう。
【００３２】
図４に示されるシステムのための光バジェットが計算される。第１のワイヤレス通信デバイス４．１、たとえば、移動電話又はワイヤレスノートブックが、ワイヤレスに、第１の双方向ＲｏＦ変換器４．３と通信している。ＵＷＢシステムを考えると、ワイヤレス通信リンク４．２は、最大で１０メートルであると考えられる。エア・トゥ・ワイヤ変換器４．３は、レーザの前段に、２つの増幅器、すなわち第１の低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、それに続く高電力増幅器（ＨＰＡ）とを用いている。レーザによって生成される光信号は、その後、光ファイバ４．４を介して、ワイヤ・トゥ・エア変換器４．５に送信される。最後のワイヤレス送信４．６が、変換器４．５と第２のワイヤレス通信デバイス４．７との間で行われる。ワイヤレス伝送の損失は、信号の周波数による。
１０ＧＨｚにおいて１０ｍでは、７２ｄＢの損失が生じる。
５ＧＨｚにおいて１０ｍでは、６６ｄＢの損失が生じる。
３ＧＨｚにおいて１０ｍでは、６２ｄＢの損失が生じる。
１０ＧＨｚにおいて５ｍでは、６６ｄＢの損失が生じる。
５ＧＨｚにおいて５ｍでは、６０ｄＢの損失が生じる。
３ＧＨｚにおいて５ｍでは、５４ｄＢの損失が生じる。
【００３３】
以下の数値は、電力バジェットを計算するために用いられる。これらの値は、市販の部品から得られる。アンテナの利得は７ｄＢである。１０ＧＨｚにおいて用いられるＬＮＡは、２．５ｄＢの雑音指数の場合に４０ｄＢの利得を有し、８ｄＢの最大出力電力を有する。１０ＧＨｚにおいて用いられるＨＰＡは、２．５ｄＢの雑音指数の場合に３０ｄＢの利得を有し、１８ｄＢの最大出力電力を有する。それらのＲｏＦ部品によれば、−３ｄＢのレーザの最大ＲＦ電力で、６６ｄＢの雑音指数の場合に６ｄＢの損失がある。
【００３４】
測定は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、すなわち安価な多モードレーザで実行された。得られた結果は、４．６６ｄＢのＳＮＲで、４８０Ｍｂｐｓにおいて１０-5のビット誤り率が得られることを示す。これは、そのシステムによれば、ワイヤレスで１０メートル離れた２つの接続点にわたって送信するときに、１０ｄＢの光損失が許容されることを意味する。１０ｄＢの損失によって、８×８光結合器を挿入できるようになる。この結合器によって、幾つかのアンテナを接続できるようになり、それゆえ、幾つかの通信エリアを関連付けることができるようになる。ワイヤレス距離が５メートル離れた２つの接続点に短縮される場合には、光損失は概ね１２ｄＢにすることができる。
【００３５】
分布帰還型（ＤＦＢ）レーザで、別の測定が行われた。そのレーザは１２８０ｎｍ〜１６４０ｎｍの範囲内で動作する単一モードレーザであり、高い出力電力（＋１０ｄＢ）を有するが、ＶＣＳＥＬよりも高額である。ワイヤレスで１０メートル離れた２つの接続点の場合、許容される光損失は、約１２ｄＢのＶＣＳＥＬを用いるシステムと全く同じである。しかし、無線の距離が短縮されるとき、許容される光損失は急激に増加する。
【００３６】
この光バジェットは、有線ＲＦ搬送システムの概念が、３つ以上のグループのワイヤレス通信デバイスを接続する分散有線ＲＦ搬送システムに拡張できることを示す。種々のトポロジを考えることができる。第１のトポロジが図５に示される。それは、Ｎ×Ｎ受動光結合器５．１３を基にする。この種の光結合器は市販されており、たとえば、「Laser 2000」社によって提供される「single-mode single-window coupler star and tree」がある。この結合器は、たとえばＮ＝４である場合には、４つの入力５．５、５．６、５．７及び５．８を有する。これらの入力がそれぞれ、４つの出力５．９、５．１０、５．１１及び５．１２に受動的に分割される。各入力／出力対は、光ファイバによって、双方向変換器５．１、５．２、５．３及び５．４に接続される。そのようなアーキテクチャの結果として、任意の選択された数のグループのワイヤレス通信デバイスを相互接続する星形ネットワークが形成され、グループの数は選択された結合器の数Ｎに制限される。このインフラストラクチャは完全にトランスペアレントであり、変換器のうちの１つの近くにおいて送信される全てのＲＦ信号が、他の全ての変換器にトランスペアレントに送信され、それらの近くにおいて送信される。これらの接続は双方向性であり、ワイヤレス通信デバイスが変換器のうちの１つの近くにあれば、任意の２つのワイヤレス通信デバイス間で無線通信できるようになる。結合器のうちの一方の側は光信号の受信専用であり、他方の側は光信号の送出専用である。信号を送信したインターフェースは、信号を受信もすることに留意されたい。それは、エコーになぞらえることができる。ＵＷＢ無線通信を用いるとき、ＵＷＢは送出と受信との間にガード時間を保持するので、送受信しても困らない。
【００３７】
新たな変換器を結合器の空いているブランチに接続することによって、ネットワークに新たな通信エリアを追加することができる。それ以上空いているブランチがない場合には、結合器を入れ替えること、又は主結合器に接続される付加的な結合器を追加することのいずれかによって、分割比を変更することができる。
【００３８】
そうでない場合には、容易且つ円滑なアップグレードの解決策を提供するために、中央光相互接続ハードウエアを変換器内に分散させることができる。それを果たすために、図６に示されるような、２つの二重通信インターフェースを含む２インターフェースの変換器が提案される。この変換器では、アンテナ６．１及び６．２に接続される部分６．３を、図３に示される変換器が占める。したがって、その変換器は、増幅手段と共に、レーザダイオード及びフォトダイオード部品も備える。その変換器は、２つの光インターフェース６．６及び６．７を実装し、各インターフェースは、１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを含む。２つのインターフェース６．６及び６．７と、変換器６．３の入力及び出力との間に、結合器が挿入される。この結合器は、６つの２×１基本結合器から形成される。それらの結合器のうちの３つ６．５は、１つの入力及び２つの出力を有するスプリッタとして用いられる。それらの結合器のうちの３つ６．４は、２つの入力及び１つの出力を有するコンバイナとして用いられる。これらの基本結合器は完全に受動的である。幾つかの実施形態では、出力間のエネルギーバランスを改善するために、非対称な結合器が用いられ、たとえば、２０％〜８０％又は他の実効値が用いられる。この構成によれば、インターフェース６．６及び６．７のうちの一方のいずれかの入力に達する全ての信号は、変換器６．３に、且つ他方のインターフェースの出力に送信される。変換器６．３のアンテナ６．２によって受信される全てのＲＦ信号は、２つのインターフェース６．６及び６．７の出力上に、対応する光信号として送信される。本明細書では、２つのインターフェースで説明されるが、同じ原理を適用して任意の数のインターフェースを有する変換器を構築するができ、いずれのインターフェースの入力ポート上で受信される光信号も、フォトダイオードに向かって、且つ、全てのインターフェースの出力ポートに送信され、レーザダイオードからの光信号は、全てのインターフェースの出力ポートに送信される。
【００３９】
そのような２つのインターフェースの変換器を用いるとき、任意の数の変換器から成るトランスペアレント分散有線ＲＦ搬送システムを構築することができる。そのようなネットワークは、変換器を追加又は除去することによって、容易に変更される。それにより、バストポロジネットワークが形成される。３つの変換器を有する、そのようなネットワークが図７に示される。第１、第２及び第３の変換器７．１、７．２及び７．３が、第１のインターフェース及び第２のインターフェースを有する。第１の変換器の第２のインターフェースは、第２の変換器７．２の第１のインターフェースに接続される。第２の変換器の第２のインターフェースは、第３の変換器７．３の第１のインターフェースに接続される。
【００４０】
このネットワークでは、任意の変換器の任意のアンテナの近くにおいて送信される任意のＲＦ信号が、他の変換器に光学的に送信され、それらの変換器の近くにおいて送信される。星形アーキテクチャでは、信号を全ての変換器に分割するために用いられる全ての光学部品が、中央結合器内に集中して配置される。対照的に、バスアーキテクチャでは、これらの部品は変換器そのものに分散される。２つの手法は、概ね同じ性能をもたらす。
【００４１】
そのようなトランスペアレント分散有線ＲＦ搬送システムは、任意の種類のＲＦ信号を搬送することができる。したがって、システムの周波数帯域幅が、用いられる変換器に適合する限り、用いられる実際のネットワークの種類に関係なく、任意のＲＦ通信システムのサービスエリアを改善するために、この手法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】電気／ファイバトランスペアレント変換器を示す図である。
【図２】ファイバ／電気トランスペアレント変換器を示す図である。
【図３】双方向光ファイバ無線（ＲｏＦ）トランスペアレント変換器の一実施形態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態を用いる、２つのワイヤレス通信デバイス間での通信を示す図である。
【図５】有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムのアーキテクチャの一例を示す図である。
【図６】双方向光ファイバ無線（ＲｏＦ）トランスペアレント変換器の別の実施形態を示す図である。
【図７】有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムのアーキテクチャの別の例を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線ネットワークのアーキテクチャに関し、より詳細には、無線ネットワークの範囲をトランスペアレントに拡大すると共に、ワイヤレス通信デバイス間で「直接通信」できるようにするための、有線によるトランスペアレント無線周波数搬送システム(transparent wired radio frequency conveying system)に関する。
【０００２】
これまで、多くの異なる技法及びアーキテクチャを用いて、ワイヤレス通信ネットワークが用いられてきた。無線伝送を用いることは、多数のアーチファクトを受ける通信チャネルを用いることを伴う。受信される信号の電力は、距離と共に急激に減少する。通信は、干渉、フェージング及び移動環境との相互作用を受けるので、結果として、通信エリアにおける無線受信能力は低化する。ワイヤレス通信デバイス間で通信できるようにする通信ネットワークを構築することを目的として、幾つかのアーキテクチャが試されてきた。ワイヤレス通信デバイスは、たとえば、移動電話、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末、及び任意の種類のワイヤレスデバイスを含む。
【０００３】
これらの解決策のうちの１つは、ＵＷＢ（超広帯域）の枠組みの中で検討されるネットワークのような、パーベイシブ且つユビキタスなネットワークから成る。これらのネットワークでは、任意の２つの端末間での直接通信を確立できるようにするために、いずれの端末も、他の端末から見通すことができなければならない。これらのネットワークの短所のうちの１つは、その範囲である。典型的には、ＵＷＢ通信は約１０メートルの範囲を有するが、これは、そのようなネットワークが、この約１０メートルの通信エリアに限定されることを意味する。このネットワークに属する全ての端末が、このように小さなエリア内に存在しなければならない。
【０００４】
現在、最も多く用いられている解決策のうちの１つは、１つのアクセスポイント（ＷｉＦｉのようなワイヤレスネットワークの場合）又は１つの基地局（ＧＳＭ、ＵＭＴＳのようなセルラーネットワークの場合）によって画定されるセルと、そのアクセスポイント（基地局）の周囲にあり、当該アクセスポイント（基地局）で無線伝送が可能な地理的エリアとを基にしており、それらのアクセスポイント（基地局）は、異なるエリアに属すると共に互いに有線で接続される。この解決策の場合、そのエリア内に幾つかの基地局が散在しており、ワイヤレス通信デバイス（移動電話、ＰＤＡ、ノートブック）は、基地局を介して、互いに通信できなければならない。所与のワイヤレス通信デバイスが、別の遠隔したワイヤレス通信デバイスと通信できるようにするために、幾つかの解決策が提案されてきた。セルラーネットワークでは、第１のワイヤレス通信デバイスによって、最初に、その近くにある基地局との通信が確立される。基地局は、ファイバ又は銅線を通じて無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）に送信するために、信号を復調し、その信号を別の形式で変調し直す。ＲＮＣは、二地点間接続で、幾つかの基地局を接続し、その信号を正しい基地局にルーティングするためのルーティング機能を有する。こうして、その通信は、宛先のワイヤレス通信デバイスの近くにある第２の基地局に中継される。その後、最後に、第２の基地局と宛先のワイヤレス通信デバイスとの間に通信が確立される。この解決策は複雑な基地局及び無線ネットワークコントローラを必要とし、また、通信を発見し、設定し、且つワイヤレス通信デバイスを追跡するための通信のルーティングの管理も必要とする。
【０００５】
同様に、互いに離隔している、異なるＷｉＦｉサービスエリアを、ルーティング能力を有するゲートウエイ装置を含む、有線リンク又はネットワークによって互いに接続することができる。
【０００６】
基地局を簡単にすると共に、光リンク及び光ファイバ無線(Radio over Fiber)技法を用いることによって基地局のサービスエリアを拡大するために、第２の解決策が提案されている。そのような解決策では、基地局の代わりに、簡単な変換器が用いられ、全ての信号処理（変調、復調）が無線ネットワークコントローラにおいて果たされる。別の実施の形態では、従来の基地局に付加的なファイバリンクを追加してアンテナをデポートし、基地局の無線サービスエリアを拡張する。これらの解決策はワイヤレスネットワークの場合にも有効である。問題は、全ての通信が中央ノードの中を進み、１台の装置がこれらの通信を処理して２つのワイヤレス通信デバイスをリンクすることである。
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０３４６９２５号明細書（第３欄第３５行目〜第４欄第３６行目、第５欄第２８行目〜第６欄第４２行目、第７欄第２０行目〜５５行目、第８欄第５５行目〜第９欄第３９行目、第１０欄第１１行目〜３１行目、図３）
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／２６６４５２号明細書
【０００８】
これらの問題を克服するために、本発明は、有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムを提案し、このシステムによれば、複数の遠隔した通信エリアを、近くにあるかのように接続できるようになる。本発明によれば、これらの通信エリアのうちの１つの中にある全てのワイヤレス通信デバイスが、あたかも見通すことができるかのように、これらの通信エリア内の任意の他のワイヤレス通信デバイスと通信することができる。
【０００９】
本発明は、無線周波数搬送システムであって、第１の通信エリア内に備えられ、当該第１の通信エリアにおいて受信される第１の無線周波数信号から光信号を生成するトランスペアレント変換手段と、生成された光信号を第１の通信エリアから少なくとも１つの第２の通信エリアに直接移送する光学受動送信手段と、第２の通信エリア内に備えられ、移送された光信号の第２の無線周波数信号への変換を実行するトランスペアレント変換手段と、第２の通信エリア内で上記第２の無線周波数信号を送信する送信手段とを備える、無線周波数搬送システムに関する。
【００１０】
本発明によるシステムは、受動的な光ファイバインフラストラクチャと、能動的なトランスペアレントエア／ワイヤ変換器(air/wire transducer)とを組み合わせることを基にする。無線信号が、エア・トゥ・ワイヤ変換器(air to wire transducer)によって光信号に変換され、有線で１つ又は複数のワイヤ・トゥ・エア変換器に送信されて、周囲に送信される。これらの変換器の間に、能動部品は不要である。そのようなシステムを用いるとき、第１の変換器の近くにあるワイヤレス通信デバイスによって送信される信号は、トランスペアレントに送信され、第２の変換器の近くにある第２のワイヤレス通信デバイスが受信できるようになる。本明細書では、「トランスペアレント」という用語は、エア・トゥ・ワイヤ、又はワイヤ・トゥ・エアのアナログ変換のみが行われ、変換器と端末デバイスとの間のシグナリングも、有線接続ネットワーク内のデジタルＲＦ変調／復調も行われないことを意味する。無線周波数信号は、有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムによって、完全にアナログ形式で送信され、搬送システムのいずれのステージにおいても、変調／復調は不要である。結果として、有線ＲＦ搬送技術内で、ＲＦ信号から情報を再生することもなければ、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）を処理することもない。この搬送システムによれば、端末デバイスにおいて既存の無線ＭＡＣプロトコルのみを用いて、異なる無線通信エリアを互いにリンクすることができ、有線搬送システム用の付加的なＭＡＣプロトコルは不要である。これは、全てのデバイスが無線範囲内に位置することを検出すると直ちに互いに通信できるべきであるような、一群のワイヤレス通信デバイスから成るパーベイシブ且つユビキタスなシステムにおいて特に当てはまり且つ好都合である。
【００１１】
集中管理方式のネットワークでは、光リンク及び変換器を用いて、アンテナが信号処理から分離される。全ての信号処理が中央ノード内に配置されるので、リモートアンテナ及び簡単な基地局が得られる。中央ノードを用いて、幾つかの通信エリアが互いにリンクされる。
【００１２】
これに対して、提案される有線ＲＦ搬送システムは、２つの遠隔したグループのワイヤレス通信デバイスを直接接続することができる。第１のグループのワイヤレス通信デバイスのいずれかが、第２のグループのワイヤレス通信デバイスのいずれかと通信するために光リンクを用いる。有線ＲＦ搬送システムを用いることは、その存在に気が付かないという意味で、ワイヤレス通信デバイスにとって完全にトランスペアレントである。ワイヤレス通信デバイスにとって、その通信は、まさに、ワイヤレス通信デバイスが互いに近くにあるかのように行われる。その搬送システムを用いて、ワイヤレス通信デバイスは互いに見通せるようになる。一方、その有線ＲＦ搬送システムによれば、幾つかの通信が、そのシステムを通じて同時に行われるようになる。その搬送システムは、無線ネットワークの範囲をトランスペアレントに拡張する一種の導波路と見なすことができる。従来技術のシステムによれば、第１のグループの各デバイスは、第２のグループの近くに、リモートアンテナを備えていなければならなかった。
【００１３】
そのようなシステムによれば、パーベイシブ且つユビキタスなネットワークの範囲を拡張できるようになる。
【００１４】
本発明の特定の一実施の形態によれば、変換手段は双方向性である。
【００１５】
この属性は、互いに通信することができる一群のワイヤレス通信デバイスから構成されるパーベイシブ且つユビキタスなネットワークにとって非常に有用である。
【００１６】
本発明の特定の一実施の形態によれば、受動送信手段は、少なくとも１つの光結合器を含む。
【００１７】
本発明の特定の一実施の形態によれば、無線周波数搬送システムは、変換手段であって、無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、上記受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、アンテナを用いて変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、増幅された受信無線信号を、対応する上記光信号に変換する光源と、少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段とを備え、当該インターフェースは１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、上記受動光結合手段は、いずれのインターフェースの入力ポート上において受信される光信号も、上記光検出器に向かって、また全てのインターフェースの出力ポートに送信されるように、且つ光源によって生成される光信号がインターフェースの出力ポートに送信されるように配置される、変換手段を備える。
【００１８】
本実施の形態では、上記変換手段の上記インターフェースは、上記生成された光信号を、上記トランスペアレント変換手段から別のトランスペアレント変換手段に移送する上記受動送信手段に接続される。
【００１９】
そのような２つのインターフェース変換器を用いることによって、任意の数の変換器から成るトランスペアレント分散有線ＲＦ搬送システムを構成できるようになる。そのようなネットワークは、変換器を追加又は除去することによって、容易に変更される。結果として、そのネットワークは、バストポロジネットワークになる。
【００２０】
本発明は、無線変換器であって、無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、アンテナを用いて変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、増幅された受信無線信号を、対応する光信号に変換する光源と、少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段とを備え、インターフェースはそれぞれ１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、上記受動光結合手段は、いずれのインターフェースの入力ポートにおいて受信される光信号も、上記光検出器に向かって、また全てのインターフェースの出力ポートに送信されるように、且つ光源からの光信号が全てのインターフェースの出力ポートに送信されるように配置される、無線変換器にも関する。
【００２１】
そのような変換器によれば、容易且つ円滑なアップグレードの解決策を提供できるようになり、中央光相互接続ハードウエアを変換器内に分散させることができる。この変換器では、エア・トゥ・ワイヤ(air to wire)、又はワイヤ・トゥ・エアのアナログ変換のみが実施され、デジタルＲＦ変調／復調は実施されない。
【００２２】
本発明の特定の一実施の形態によれば、上記受動光結合手段は、１組の２×１基本光結合器を含む。
【００２３】
本発明の特定の一実施の形態によれば、上記２×１基本光結合器は非対称である。
【００２４】
そのような結合器を用いて、出力間のエネルギーバランスが改善される。
【００２５】
本発明の特徴は、一例の実施形態の以下の説明を読むことからさらに明らかになる。その説明は、添付の図面を参照して行われる。
【００２６】
ワイヤレスエリアネットワークは、パーベイシブ且つユビキタスなプライベートローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を可能にする。本明細書では、「パーベイシブ且つユビキタスな」という用語は、全てのワイヤレス通信デバイスが、そのサービスエリアの全ての点において概ね同じサービス品質で通信ネットワークにアクセスできるようにするネットワークを意味する。そのようなパーベイシブ且つユビキタスなワイヤレスプライベートエリアネットワークは、通常のＬＡＮアプリケーションよりも強力な、移動ユーザ中心のアプリケーションを可能にする。しかしながら、高速のデータ速度（１００Ｍビット／秒を超える）が目標とされる一方で、ドア又は壁のような障害物によって遮られるエリアがあることに起因して、ネットワークのユビキタス及びパーベイシブ能力が制限されるので、プライベートエリア全体にわたって十分なサービス品質を保証することはできない。その際、大きな送信電力が必要とされる。一方、プライベートエリア間で電磁スペクトルを公平に分配するために、且つ、たとえば、現時点で又は将来に同じ場所に導入される無線システムを保護するために、電磁送信電力は制御されなければならない。これを果たす方法は、各ワイヤレス通信デバイスの個々の電磁送信電力の上限を定めることにあり、結果として、動作範囲は短くなる。これは典型的には、３．６ＧＨｚと１０．１ＧＨｚとの間の超広帯域規制を考慮しながら、種々の制約を加えて、リンクバジェットが、１０メートルを超えるワイヤレスプライベートローカルエリアネットワークのために必要とされるデータ速度を許容しないようにする場合に相当する。これらの制約の下では、二地点間ワイヤレス通信の典型的な範囲は、目標とされる環境に対応するエリアの典型的な大きさよりも小さい。ここで、目標とされる環境とは、たとえば、数十メートル×数十メートルで、対象とされるべき部屋が隣接しないことがある家庭環境及び企業環境である。さらに、そのパーベイシブ且つユビキタスなワイヤレスプライベートエリアネットワークは、低コストで配置すること、及び場合によっては容易に且つ低コストでアップグレードすることを目標とするために、柔軟に配置されなければならない。
【００２７】
そのようなネットワークの範囲を拡張するための解決策は、大きく損失することなく、２つの異なる点の間で無線信号を搬送する方法を見つけることである。光ファイバ無線(radio over fiber)（ＲｏＦ）技法を用いてこの目的を果たすために、光ファイバを用いることができる。ＲｏＦは、変調されたＲＦ信号を送信するアナログ光リンクである。ＲＦ変調は、大抵の場合にデジタルであり、ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＴＣＭ、ＯＦＤＭ等の任意の通常の形をとる。光変調も、原理的には、種々の形式を有することができるが、強度変調が広く用いられる。これらの技法は、基地局にリモートアンテナを導入するために、また幾つかのリモートアンテナとの間で行われる信号処理を集中処理するために用いられてきた。無線周波数（ＲＦ）信号を、光ファイバにおいて送信されることになる光信号に変換することができ、大きく損失することなく、長距離にわたって送信できるようになる。
【００２８】
図１は、エア・トゥ・ワイヤのトランスペアレント変換器を示す。アンテナ１．１によって受信されるＲＦ信号が増幅器１．２に送信される。増幅されると、電気信号が光源（たとえばレーザダイオード１．３）に送信される。この光源は、光ファイバ１．４に挿入されることになる対応する光信号を送信するための役割を果たす。
【００２９】
図２は、ワイヤ・トゥ・エアの逆トランスペアレント変換器を示す。この変換器は、光ファイバ２．４において光信号を受信する。これらの信号は光検出器（たとえばフォトダイオード２．３）に送信される。この光検出器は、それらの信号を対応するＲＦ信号に変換する。このＲＦ信号は増幅器２．２によって増幅され、アンテナ２．１によって送信される。
【００３０】
図３によって示されるように、エア・トゥ・ワイヤの変換器と、ワイヤ・トゥ・エアの変換器とを組み合わせて、双方向のエア／ワイヤ変換器を形成することができる。そのような双方向変換器は、２つのアンテナ３．１及び３．２を用いることができ、２つの光ファイバから成る光ポートを提供する。第１のものは、光信号の受信専用に用いられ、Ｒｘで示される。第２のものは光信号の送出専用に用いられ、Ｔｘで示される。そのような双方向変換器を実装するとき、２つのアンテナの実装は注意深く行われなければならない。送信と受信との間の結合は避けなければならない。１つの簡単な解決策は、２つのアンテナを十分に離して配置していかなる結合をも避けることであり、４０ｃｍが良好な距離と見なされるであろう。別法では、固有のアンテナを用いることを考えることもできる。
【００３１】
簡単な有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムは単に、図３に示されるような、２つの光ファイバによって互いに接続される、２つの双方向トランスペアレント変換器を用いることによって構築することができる。第１の変換器のＲｘ入力が、第２の変換器のＴｘ出力に接続される。第１の変換器のＴｘ出力が、第２の変換器のＲｘ入力に接続される。そのような有線ＲＦ搬送システムは、双方向に機能して、変換器のうちの１つの近くにおいて送信される任意のＲＦ信号を、他の変換器の近くにトランスペアレントに移送することができる。第１の変換器の近くにある第１のワイヤレス通信デバイスは、第２の変換器の近くに位置する第２のワイヤレス通信デバイスと通信することができる。この属性は、互いに通信することができる一群のワイヤレス通信デバイスから構成されるパーベイシブ且つユビキタスなネットワークにとって非常に有用である。従来技術では、その際、これらのネットワークは、ある通信範囲までに制限され、その範囲は、たとえば、ＵＷＢ（超広帯域）ネットワークの場合には非常に短く、たとえば約１０メートルになることがある。本発明による有線ＲＦ搬送システムによれば、任意の距離だけ離れている２つの別々のネットワークエリアについて、これらを構成する全てのワイヤレス通信デバイスが同じグループ内で近くにあるかのように、これらのネットワークエリアを互いにリンクできるようになる。別法では、入力ポート又は出力ポートのみを提供するために、一方向変換器のみを用いて、一方向の有線トランスペアレントＲＦ搬送システムを構築することができる。そのような場合には、一方向変換器は第１の通信エリアから第２の通信エリアまで一方向においてＲＦ信号を送信するためにのみ用いられることになり、第２の通信エリアから第１の通信エリアへの送信には用いられないであろう。
【００３２】
図４に示されるシステムのための光バジェットが計算される。第１のワイヤレス通信デバイス４．１、たとえば、移動電話又はワイヤレスノートブックが、ワイヤレスに、第１の双方向ＲｏＦ変換器４．３と通信している。ＵＷＢシステムを考えると、ワイヤレス通信リンク４．２は、最大で１０メートルであると考えられる。エア・トゥ・ワイヤ変換器４．３は、レーザの前段に、２つの増幅器、すなわち第１の低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、それに続く高電力増幅器（ＨＰＡ）とを用いている。レーザによって生成される光信号は、その後、光ファイバ４．４を介して、ワイヤ・トゥ・エア変換器４．５に送信される。最後のワイヤレス送信４．６が、変換器４．５と第２のワイヤレス通信デバイス４．７との間で行われる。ワイヤレス伝送の損失は、信号の周波数による。
１０ＧＨｚにおいて１０ｍでは、７２ｄＢの損失が生じる。
５ＧＨｚにおいて１０ｍでは、６６ｄＢの損失が生じる。
３ＧＨｚにおいて１０ｍでは、６２ｄＢの損失が生じる。
１０ＧＨｚにおいて５ｍでは、６６ｄＢの損失が生じる。
５ＧＨｚにおいて５ｍでは、６０ｄＢの損失が生じる。
３ＧＨｚにおいて５ｍでは、５４ｄＢの損失が生じる。
【００３３】
以下の数値は、電力バジェットを計算するために用いられる。これらの値は、市販の部品から得られる。アンテナの利得は７ｄＢである。１０ＧＨｚにおいて用いられるＬＮＡは、２．５ｄＢの雑音指数の場合に４０ｄＢの利得を有し、８ｄＢの最大出力電力を有する。１０ＧＨｚにおいて用いられるＨＰＡは、２．５ｄＢの雑音指数の場合に３０ｄＢの利得を有し、１８ｄＢの最大出力電力を有する。それらのＲｏＦ部品によれば、−３ｄＢのレーザの最大ＲＦ電力で、６６ｄＢの雑音指数の場合に６ｄＢの損失がある。
【００３４】
測定は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、すなわち安価な多モードレーザで実行された。得られた結果は、４．６６ｄＢのＳＮＲで、４８０Ｍｂｐｓにおいて１０-5のビット誤り率が得られることを示す。これは、そのシステムによれば、ワイヤレスで１０メートル離れた２つの接続点にわたって送信するときに、１０ｄＢの光損失が許容されることを意味する。１０ｄＢの損失によって、８×８光結合器を挿入できるようになる。この結合器によって、幾つかのアンテナを接続できるようになり、それゆえ、幾つかの通信エリアを関連付けることができるようになる。ワイヤレス距離が５メートル離れた２つの接続点に短縮される場合には、光損失は概ね１２ｄＢにすることができる。
【００３５】
分布帰還型（ＤＦＢ）レーザで、別の測定が行われた。そのレーザは１２８０ｎｍ〜１６４０ｎｍの範囲内で動作する単一モードレーザであり、高い出力電力（＋１０ｄＢ）を有するが、ＶＣＳＥＬよりも高額である。ワイヤレスで１０メートル離れた２つの接続点の場合、許容される光損失は、約１２ｄＢのＶＣＳＥＬを用いるシステムと全く同じである。しかし、無線の距離が短縮されるとき、許容される光損失は急激に増加する。
【００３６】
この光バジェットは、有線ＲＦ搬送システムの概念が、３つ以上のグループのワイヤレス通信デバイスを接続する分散有線ＲＦ搬送システムに拡張できることを示す。種々のトポロジを考えることができる。第１のトポロジが図５に示される。それは、Ｎ×Ｎ受動光結合器５．１３を基にする。この種の光結合器は市販されており、たとえば、「Laser 2000」社によって提供される「single-mode single-window coupler star and tree」がある。この結合器は、たとえばＮ＝４である場合には、４つの入力５．５、５．６、５．７及び５．８を有する。これらの入力がそれぞれ、４つの出力５．９、５．１０、５．１１及び５．１２に受動的に分割される。各入力／出力対は、光ファイバによって、双方向変換器５．１、５．２、５．３及び５．４に接続される。そのようなアーキテクチャの結果として、任意の選択された数のグループのワイヤレス通信デバイスを相互接続する星形ネットワークが形成され、グループの数は選択された結合器の数Ｎに制限される。このインフラストラクチャは完全にトランスペアレントであり、変換器のうちの１つの近くにおいて送信される全てのＲＦ信号が、他の全ての変換器にトランスペアレントに送信され、それらの近くにおいて送信される。これらの接続は双方向性であり、ワイヤレス通信デバイスが変換器のうちの１つの近くにあれば、任意の２つのワイヤレス通信デバイス間で無線通信できるようになる。結合器のうちの一方の側は光信号の受信専用であり、他方の側は光信号の送出専用である。信号を送信したインターフェースは、信号を受信もすることに留意されたい。それは、エコーになぞらえることができる。ＵＷＢ無線通信を用いるとき、ＵＷＢは送出と受信との間にガード時間を保持するので、送受信しても困らない。
【００３７】
新たな変換器を結合器の空いているブランチに接続することによって、ネットワークに新たな通信エリアを追加することができる。それ以上空いているブランチがない場合には、結合器を入れ替えること、又は主結合器に接続される付加的な結合器を追加することのいずれかによって、分割比を変更することができる。
【００３８】
そうでない場合には、容易且つ円滑なアップグレードの解決策を提供するために、中央光相互接続ハードウエアを変換器内に分散させることができる。それを果たすために、図６に示されるような、２つの二重通信インターフェースを含む２インターフェースの変換器が提案される。この変換器では、アンテナ６．１及び６．２に接続される部分６．３を、図３に示される変換器が占める。したがって、その変換器は、増幅手段と共に、レーザダイオード及びフォトダイオード部品も備える。その変換器は、２つの光インターフェース６．６及び６．７を実装し、各インターフェースは、１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを含む。２つのインターフェース６．６及び６．７と、変換器６．３の入力及び出力との間に、結合器が挿入される。この結合器は、６つの２×１基本結合器から形成される。それらの結合器のうちの３つ６．５は、１つの入力及び２つの出力を有するスプリッタとして用いられる。それらの結合器のうちの３つ６．４は、２つの入力及び１つの出力を有するコンバイナとして用いられる。これらの基本結合器は完全に受動的である。幾つかの実施形態では、出力間のエネルギーバランスを改善するために、非対称な結合器が用いられ、たとえば、２０％〜８０％又は他の実効値が用いられる。この構成によれば、インターフェース６．６及び６．７のうちの一方のいずれかの入力に達する全ての信号は、変換器６．３に、且つ他方のインターフェースの出力に送信される。変換器６．３のアンテナ６．２によって受信される全てのＲＦ信号は、２つのインターフェース６．６及び６．７の出力上に、対応する光信号として送信される。本明細書では、２つのインターフェースで説明されるが、同じ原理を適用して任意の数のインターフェースを有する変換器を構築するができ、いずれのインターフェースの入力ポート上で受信される光信号も、フォトダイオードに向かって、且つ、全てのインターフェースの出力ポートに送信され、レーザダイオードからの光信号は、全てのインターフェースの出力ポートに送信される。
【００３９】
そのような２つのインターフェースの変換器を用いるとき、任意の数の変換器から成るトランスペアレント分散有線ＲＦ搬送システムを構築することができる。そのようなネットワークは、変換器を追加又は除去することによって、容易に変更される。それにより、バストポロジネットワークが形成される。３つの変換器を有する、そのようなネットワークが図７に示される。第１、第２及び第３の変換器７．１、７．２及び７．３が、第１のインターフェース及び第２のインターフェースを有する。第１の変換器の第２のインターフェースは、第２の変換器７．２の第１のインターフェースに接続される。第２の変換器の第２のインターフェースは、第３の変換器７．３の第１のインターフェースに接続される。
【００４０】
このネットワークでは、任意の変換器の任意のアンテナの近くにおいて送信される任意のＲＦ信号が、他の変換器に光学的に送信され、それらの変換器の近くにおいて送信される。星形アーキテクチャでは、信号を全ての変換器に分割するために用いられる全ての光学部品が、中央結合器内に集中して配置される。対照的に、バスアーキテクチャでは、これらの部品は変換器そのものに分散される。２つの手法は、概ね同じ性能をもたらす。
【００４１】
そのようなトランスペアレント分散有線ＲＦ搬送システムは、任意の種類のＲＦ信号を搬送することができる。したがって、システムの周波数帯域幅が、用いられる変換器に適合する限り、用いられる実際のネットワークの種類に関係なく、任意のＲＦ通信システムのサービスエリアを改善するために、この手法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】電気／ファイバトランスペアレント変換器を示す図である。
【図２】ファイバ／電気トランスペアレント変換器を示す図である。
【図３】双方向光ファイバ無線（ＲｏＦ）トランスペアレント変換器の一実施形態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態を用いる、２つのワイヤレス通信デバイス間での通信を示す図である。
【図５】有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムのアーキテクチャの一例を示す図である。
【図６】双方向光ファイバ無線（ＲｏＦ）トランスペアレント変換器の別の実施形態を示す図である。
【図７】有線によるトランスペアレントＲＦ搬送システムのアーキテクチャの別の例を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数搬送システムであって、
第１の通信エリア内に備えられ、前記第１の通信エリアにおいて受信される第１の無線周波数信号から光信号を生成するトランスペアレント変換手段と、
前記生成された光信号を前記第１の通信エリアから少なくとも１つの第２の通信エリアに直接移送する光学受動送信手段と、
前記第２の通信エリア内に備えられ、前記生成された光信号の第２の無線周波数信号への変換を実行するトランスペアレント変換手段と、
前記第２の通信エリア内で前記第２の無線周波数信号を送信する送信手段と
を備える、無線周波数搬送システム。
【請求項２】
前記変換手段は双方向性であることを特徴とする、請求項１に記載の無線周波数搬送システム。
【請求項３】
前記受動送信手段は、少なくとも１つの光結合器を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線周波数搬送システム。
【請求項４】
変換手段であって、
前記無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、
前記受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、
前記アンテナを用いて前記変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、
前記アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、
前記増幅された受信無線信号を、対応する前記光信号に変換する光源と
を有する変換手段を備え、
前記変換手段は、さらに、
少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段をさらに備え、
前記インターフェースは１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、
前記受動光結合手段は、
いずれの前記インターフェースの前記入力ポート上において受信される光信号も、前記光検出器に向かって、また全ての前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように、且つ
前記光源によって生成される前記光信号が前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように
配置される
ことを特徴とし、かつ、
前記トランスペアレント変換手段の前記インターフェースは、前記生成された光信号を、前記トランスペアレント変換手段から別のトランスペアレント変換手段に移送する前記受動送信手段に接続されることを特徴とする、
請求項２に記載の無線周波数搬送システム。
【請求項５】
光ファイバ無線変換器であって、
無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、
受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、
前記アンテナを用いて前記変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、
前記アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、
前記増幅された受信無線信号を、対応する光信号に変換する光源とを備える
光ファイバ無線変換器において、
前記光ファイバ無線変換器は、
少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段をさらに備え、
前記インターフェースはそれぞれ１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、
前記受動光結合手段は、
いずれの前記インターフェースの前記入力ポート上において受信される光信号も、前記光検出器に向かって、また全ての前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように、且つ
前記光源からの前記光信号が全ての前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように
配置される
ことを特徴とする、光ファイバ無線変換器。
【請求項６】
前記受動光結合手段は、１組の２×１基本光結合器を含むことを特徴とする、請求項５に記載の無線変換器。
【請求項７】
前記２×１基本光結合器のうちの幾つかは非対称であることを特徴とする、請求項６に記載の無線変換器。
【請求項１】
無線周波数搬送システムであって、
第１の通信エリア内に備えられ、前記第１の通信エリアにおいて受信される第１の無線周波数信号から光信号を生成するトランスペアレント変換手段と、
前記生成された光信号を前記第１の通信エリアから少なくとも１つの第２の通信エリアに直接移送する光学受動送信手段と、
前記第２の通信エリア内に備えられ、前記生成された光信号の第２の無線周波数信号への変換を実行するトランスペアレント変換手段と、
前記第２の通信エリア内で前記第２の無線周波数信号を送信する送信手段と
を備える、無線周波数搬送システム。
【請求項２】
前記変換手段は双方向性であることを特徴とする、請求項１に記載の無線周波数搬送システム。
【請求項３】
前記受動送信手段は、少なくとも１つの光結合器を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線周波数搬送システム。
【請求項４】
変換手段であって、
前記無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、
前記受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、
前記アンテナを用いて前記変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、
前記アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、
前記増幅された受信無線信号を、対応する前記光信号に変換する光源と
を有する変換手段を備え、
前記変換手段は、さらに、
少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段をさらに備え、
前記インターフェースは１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、
前記受動光結合手段は、
いずれの前記インターフェースの前記入力ポート上において受信される光信号も、前記光検出器に向かって、また全ての前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように、且つ
前記光源によって生成される前記光信号が前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように
配置される
ことを特徴とし、かつ、
前記トランスペアレント変換手段の前記インターフェースは、前記生成された光信号を、前記トランスペアレント変換手段から別のトランスペアレント変換手段に移送する前記受動送信手段に接続されることを特徴とする、
請求項２に記載の無線周波数搬送システム。
【請求項５】
光ファイバ無線変換器であって、
無線信号を送受信する少なくとも１つのアンテナと、
受信される光信号を対応する無線周波数信号に変換する光検出器と、
前記アンテナを用いて前記変換された無線周波数信号を送信する第１の増幅手段と、
前記アンテナによって受信される無線周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、
前記増幅された受信無線信号を、対応する光信号に変換する光源とを備える
光ファイバ無線変換器において、
前記光ファイバ無線変換器は、
少なくとも２つのインターフェースを結合する受動光結合手段をさらに備え、
前記インターフェースはそれぞれ１つの光入力ポート及び１つの光出力ポートを備え、
前記受動光結合手段は、
いずれの前記インターフェースの前記入力ポート上において受信される光信号も、前記光検出器に向かって、また全ての前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように、且つ
前記光源からの前記光信号が全ての前記インターフェースの前記出力ポートに送信されるように
配置される
ことを特徴とする、光ファイバ無線変換器。
【請求項６】
前記受動光結合手段は、１組の２×１基本光結合器を含むことを特徴とする、請求項５に記載の無線変換器。
【請求項７】
前記２×１基本光結合器のうちの幾つかは非対称であることを特徴とする、請求項６に記載の無線変換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２７８４９９（Ｐ２００８−２７８４９９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−１２１５１５（Ｐ２００８−１２１５１５）
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（５０３１６３５２７）ミツビシ・エレクトリック・インフォメイション・テクノロジー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ (175)
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２１５１５（Ｐ２００８−１２１５１５）
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（５０３１６３５２７）ミツビシ・エレクトリック・インフォメイション・テクノロジー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ (175)
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ ４６， １１１９ ＮＳ Ｓｃｈｉｐｈｏｌ Ｒｉｊｋ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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