JP2006520167A - 超広帯域無線システムおよびｐｏｎ - Google Patents

Abstract

受動光ネットワーク（ＰＯＮ）を介して複数の近隣住宅または共同体アクセスセンタに対して、音声、データおよび映像信号を含む超広帯域（ＵＷＢ）通信サービスを行うためのシステムおよび方法が提供される。ユーザアクセスを備える複数の近隣住宅に供するために、近隣ペデスタルを具備することができる。公共アクセスセンタは、ユーザ共同体に供するために複数の信号受信箇所に到達するように、ＰＯＮを介して超広帯域信号を提供することができる。ＵＷＢ装置への電力は、電力網を介して供給できる。代替的には、ＵＷＢ装置の電力消費が低いことから、ＰＯＮ／ＵＷＢ装置へ電力供給するのに中心金属部材を有する金属外被付きファイバケーブルまたはソーラーパネルを利用することも可能である。

Description

本発明は、一般に超広帯域通信、特に無線伝送による超広帯域通信サービスの提供および伝送に関する。

超広帯域無線（ＵＷＢ）装置における研究努力は、１９５０年代〜１９６０年代にかけて米国および欧州の軍事研究所で開始された。軍部が最も関心を抱いていたのは、従来のレーダシステムを用いては不可能であると思われる樹木およびその他の障害物を通して「見る」手段としてのＵＷＢ技術の開発であった。

超広帯域無線は、１０億分の１または１兆分の１秒単位の非常に短い時間長のパルスを使用し、従来のレーダに比べ低いコストで優れたレンジ分解能を提供する。各該パルスは、そのタイミング、振幅、極性またはその他の特性を変調して情報を伝送する状態で、数ギガヘルツの無線スペクトルを網羅する。物体のセンチメートルレベルの位置特定は、例えば、エコーリターンタイミング、標的三角測量等といった従来のレーダで採用されてきた方法を利用して推測される。この正確な位置特定技術は、なかでも自動車衝突警報システム、壁貫通検知応用分野、土壌の特性評価および工業用の水準測定等において実証されてきている。

近年まで、ＵＷＢは、米国および外国における規則上の制約により規制されてきた。しかしながら、これらの規則の緩和および通信規格内へのＵＷＢの採用に伴い、民生部門からの関心が膨らみ、この技術を商業的利用へと移行させるに至った。ＵＷＢの商品化が実現可能であり得る一つの特定の分野は、高速通信の分野である。従来のＵＷＢ方法およびシステムは軍事用途には適したものであり得たが、かかる実現はなお、要求の厳しい顧客への伝送、拡張可能性、保守容易性、融通性およびシステムおよびサービスオペレーション全体を含めた商業上の通信利用分野での要求を満たすものではない。

従って、商業的利用分野において展開可能な改良型の超広帯域無線による方法、システムおよび装置に対する要請が存在する。

特定の一実施形態においては、波長分割マルチプレクサと、電気−光信号変換器と、光−電気信号変換器に連係する超広帯域通信装置とを含むシステムが提供される。別の実施形態においては、該システムは、光信号キャリアと、光信号キャリアに応答する超広帯域通信装置を含んでいる。

別の実施形態においては、光信号から生成した信号を受信するための第１の入力と、該第１の入力に連係する超広帯域送受信機と、該超広帯域送受信機に応答するアンテナと、を含む通信システムが開示される。該アンテナは、無線信号が、複数の異なる信号受信箇所に到達するように位置づけられる。

別の実施形態においては、アンテナと、出力信号を送出しかつ該アンテナに連係する超広帯域送受信機と、該出力信号を音声、映像およびデータ信号に変換するためのユーザインタフェースと、を含むユーザアクセス通信装置が開示される。

さらなる実施形態においては、無線超広帯域信号の通信方法が開示される。この方法は、超広帯域受信機で第１の無線信号を受信する段階と、この受信信号を光信号に変換する段階と、光学機器を通して該光信号による通信を行う段階と、を含む。

別の実施形態においては、電源入力と、この電源入力に連係する超広帯域送受信機と、を含む通信装置が開示される。該電源入力は、中心金属部材を含む金属外装付きファイバケーブルにて搬送されるエネルギーを受取るように構成されている。もう一つの実施形態においては、該通信装置は、１組の適切に標準化されたゲージ格子間銅線対にて搬送されるエネルギーを受取るように構成された電源入力を含む。さらに別の実施形態においては、電源入力は、電力網にて搬送された後に電力変圧器により変成されたエネルギーを受取るように構成されている。

もう一つの実施形態においては、光学機器と、該光学機器からの光信号を搬送するための光ケーブルと、該光信号に連係する超広帯域送受信機と、該超広帯域送受信機に連係するアンテナと、を含む通信アクセスセンタが開示される。

具体的実施形態が、本明細書および図面中に記述され示されている。例示を単純化し明確化するため、図に示された要素は必ずしも一定の比率で拡大縮小して描かれていない。例えば、ある要素のサイズは、明確さのために、その他の要素に比べ誇張されている。なお異なる図面中における同じ参照記号は、類似のまたは同一の構成要素を示す。

本明細書は、概ね、超広帯域（ＵＷＢ）通信システム、装置および方法に向けられている。

具体的には、図１は、簡略化されたブロック図にてＵＷＢ通信システムの概観を例示している。ＵＷＢ通信システムは、光信号キャリア１０２を含み、該キャリア１０２は波長分割マルチプレクサ１０４に結合し、該マルチプレクサ１０４は、光−電気信号（Ｏ／Ｅ）変換器１０６および１０８にそれぞれ結合する。特定の実施例においては、光学キャリア１０２からＯ／Ｅ変換器１０６および１０８への光信号入力は、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）を介して搬送される。他の実施形態においては、光学キャリア１０２からの光信号入力は、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）１０４を介して、Ｏ／Ｅ変換器１０６および１０８に搬送される。

光−電気信号（Ｏ／Ｅ）変換器１０６は、ＵＷＢ送信機１１７への入力を有し、一方Ｏ／Ｅ変換器１０８はＵＷＢ受信機１１６からの入力を有する。送信機１１７および受信機１１６は、超広帯域通信送受信機１１０の一部分である。送受信機１１０は、超広帯域変調器（図７に示す）を含むと共に、該送受信機１１０は、通信中、標準的に２ギガヘルツより大きい帯域幅を使用する。特定の実施形態においては、光学キャリア１０２からの光信号に連係する超広帯域変調技術が、送受信機１１０によって利用される。変調技術の一例としては、システムの動作中、パルス位置変調が利用される。

送受信機１１０にはアンテナ１１２が含まれ、このアンテナ１１２は送信機１１７および受信機１１６に結合される。アンテナ１１２は、ＵＷＢ通信送受信機装置１１０に連係して、通信情報の送受信を可能にする。この通信情報は、データ、映像信号、オーディオ信号、音声信号等であり得る。

本明細書に開示するシステムは、各個別住宅までの付加的な電線またはケーブルの敷設を要することなしに、近隣といった複数の異なる信号受信箇所に対して高速デジタル通信サービスを提供するための融通性をもたらす。これは、ペデスタル（pedestal）型の機器ハウジングを使用することによって実現可能である。図２を参照すると、近隣領域へＵＷＢ通信サービスを提供する一実施形態のブロック図が示されている。

本明細書に開示するような近隣の概念、つまりクラスタによると、近接した場所にある住宅、例えばそのそれぞれの区画にある家２０２，２０４，２０６および２０８は、地役権（easement）領域２１０といった地役権領域のある土地境界線により分離されている。地役権領域２１０は、さまざまな住宅２０２，２０４，２０６および２０８の土地境界線に隣接して存在し、該地役権領域２１０内に設置された機器ハウジングまたはペデスタル２１２に対して光信号を搬送するためのケーブル配線を収納する。特定の実施例においては、ケーブル配線は、受動光ネットワークの一部をなす光ファイバケーブルである。

光学機器であるペデスタル２１２は、受動光ネットワークＰＯＮ／ＵＷＢインタフェース２１１を収容している。ペデスタル２１２内の受動光ネットワーク／ＵＷＢインタフェース２１１は、光信号から生成した信号を受信するための第１の入力と、該第１の入力に連係する超広帯域送受信機とを含んでなる。さらに、それぞれの住宅２０２〜２０８の各々に対して無線信号２２０を送信するために、ＵＷＢ送受信機に連係するアンテナが配置されている。

ＵＷＢ放送信号のレンジが比較的短いことから、クラスタ、この例では住宅２０２〜２０８からなるクラスタの中心にペデスタル２１２を配置することが望ましい。従って、ペデスタル２１２を、住宅２０２〜２０８といった近隣住宅に供するための近隣ペデスタルとみなすことができる。送信無線信号にアクセスするために、近接した住宅２０２〜２０８の各々には、各住宅２０２〜２０８内にてアンテナツリーを付けた矩形によって表わした、例えばＵＷＢ送受信機およびアンテナといったユーザアクセスインタフェースが装備されることになる。このように装備された各住宅２０２〜２０８は、近隣ペデスタル２１２により提供されるＵＷＢ通信を利用することが可能になる。ユーザアクセスインタフェースは、図４にさらに詳細に示されており、一方近隣ペデスタル２１２の詳細は図３に提示されている。

近隣ペデスタル２１２と接続して使用するための送受信機３０４の例が、図３のブロック図に示されている。送受信機３０４は、波長分割マルチプレクサ３０６と、電源３１６と、光−電気信号変換器３０８，３１０および３１２と、ＵＷＢ送信機３１７および３１９と、ＵＷＢ受信機３１６と、アンテナ３１４とを含む。特定の一実施形態においては、受動光ネットワーク３０２によって波長分割マルチプレクサ３０６に対して光信号が与えられる。以上で論述した通り、他の実施形態においては、光信号は、ＩＴＵ−Ｔ，Ｇ．９８３．１、Ｇ．９８３．２およびＧ．９８３．３規格に沿った受動光ネットワーク（ＰＯＮ）によって搬送され得る。

多重化技術においては、異なる信号を搬送するために異なる波長を使用し、これにより種々の光キャリア信号を多重化する。波長分割マルチプレクサ３０６は、光−電気信号（Ｏ／Ｅ）変換器３０８，３１０および３１２のそれぞれに対して送信すべき信号を、受信する。Ｏ／Ｅ変換器３０８〜３１２は、音声／データ信号、音声／データおよび映像信号または映像信号の変換に使用できる。例えば、Ｏ／Ｅ変換器３０８は、音声／データ信号を光信号から電気信号に変換し、この信号をＵＷＢ送信機３１７に渡すことができ、この送信機は今度はこの信号をアンテナ３１４に送出する。Ｏ／Ｅ変換器３１２は、映像信号を光信号から電気信号へ変換し、この変換された電気信号をＵＷＢ送信機３１９に渡すことができる。ＵＷＢ送信機３１９は、放送のため、変換された映像信号をアンテナ３１４まで送出する。該システムは双方向の伝送、すなわち送信と受信を行うことから、アンテナ３１４からの信号は、ＵＷＢ受信機３１６により受信され、Ｏ／Ｅ３１０に渡され、光信号に変換され、受動光ネットワーク３０２との結合および伝送のため波長分割マルチプレクサ３０６に送出される。

本明細書で開示する通信システムのためのユーザアクセス通信装置の例が、図４のブロック図に示されている。ユーザアクセス通信装置は、アンテナ４０２と、出力信号を生成するＵＷＢ送受信機とからなる。ＵＷＢ送受信機は、ＵＷＢ受信機４０４と、ＵＷＢ送信機４０８と、ＵＷＢ受信機４１０とからなる。ユーザアクセス通信装置は、受信信号を、音声、データおよび映像信号に変換するために供される。

ＵＷＢ受信機４０４および４１０は、アンテナ４０２から無線信号を受信する。ＵＷＢ受信機４０４は、該ＵＷＢ受信機４０４からの出力信号を、音声／データの下流情報に変換するため、音声／データインタフェース４１２に接続される。音声／データインタフェース４１２は、ユーザが音声／データ情報にアクセスできるようにするために、ＲＪ４５、ＲＪ１１、または当該技術分野において既知のその他の適切な手段を利用できる。

ＵＷＢ受信機４１０は、映像インタフェース４１６に接続されている。映像インタフェース４１６は、ＵＷＢ受信機４１０からの信号を可視の映像下流信号へと変換する。映像インタフェース４１６は、テレビセット、映像モニタまたはその他の表示装置（図示せず）等を介して、ユーザが受信映像を見ることができるようにするため、同軸ケーブルまたはその他の当該技術分野において既知の手段を利用することができる。

さらに、双方向音声／データ／映像シグナリングインタフェース４１４を含むユーザアクセスインタフェースが、ペデスタル２１２（図２）の送受信機に対しアンテナ４０２を介して送受信するためにＵＷＢ送信機４０８およびＵＷＢ受信機４０４へ音声／データ／映像シグナリングを提供すべく、ＵＷＢ送信機４０８とＵＷＢ受信機４０４との両方に結合される。これにより双方向通信システムが提供される。アウトバウンド伝送のための音声および／またはデータ信号の入力は、標準電話通信および／またはデータ信号を介して、または当該技術分野において既知のその他の手段を介して達成可能である。

超広帯域無線の所要電力が低いことから、当該システムは、経済的な電力供給を受けることができる。特定の実施形態においては、電源３１６（図３）用の電源入力は、図５Ａを見ればわかるように、金属外装付きファイバケーブルを通して搬送されるエネルギーを受けるように構成できる。該電源ケーブルは、外部ケーブル外装５１０でとり囲まれた内部ケーブル金属外装５０８を含む。内部ケーブル金属外装５０８により画定された空間の内部に、複数の光ファイバ５０２，５０４が配置される。金属製中心部材５０６がケーブルの中心領域にある。金属製中心部材５０６が負の電圧を有し、内部ケーブル金属外装５０８が正の電圧を有する場合、所要の構成要素、例えばペデスタル２１２のＰＯＮ／ＵＷＢインタフェース、に電力供給するのに十分な電流が供給されるであろう。

図５Ｂに示されているもう一つの実施形態においては、電源入力は、一組の格子間ゲージ銅線対５１２を通して供給されるエネルギーを受取るように構成できる。この特定の実施形態においては、中心部材５０６および内部ケーブル外装５１４は非金属でよい。しかしながら、前述の通り、複数の光ファイバ５０２および５０４が、内部ケーブル外装５１４内に収容されることになる。格子間対５１２により供給される電気エネルギーは、ペデスタル２１２のＰＯＮ／ＵＷＢインタフェースに電力を提供するために使用でき、このようにして給電されるであろう。

太陽エネルギーを使用することが有利な気候においては、ＵＷＢ送受信機に対する電力は、適切なバッテリーバックアップ電力を備えたソーラーパネルによって供給できる。ＰＯＮ／ＵＷＢシステムの所要電力が低いことから、この実施形態は、商業的実施に適したものである。代替的には、ＰＯＮ／ＵＷＢシステム用の電源入力は、図６に示すように、商用電力網より搬送される電力を利用するように構成することもできる。この実施形態の電源構成は、商用電源６０２と、電気消費量（すなわちｋＷ時）を決めるための電気計器と、電源変圧器６０４と、ペデスタル６０６および６０９の各ファイバケーブル挿入点にあるＤＣ電源６０７とを含んでなる。

図７は、実施例によるＵＷＢ送受信機アーキテクチャの一例を示す簡略化された回路図である。通信情報は、いくつかの異なる技術を用いて変調できる。例えば、パルス振幅は＋／−１変化（バイポーラシグナリング）または＋／−Ｍ変化（Ｍは任意のパルス振幅変調ＰＡＭ）、パルスのオン／オフ切換え（オン／オフ・キーイングまたはＯＯＫ）、またはパルス位置変調またはＰＰＭとして知られるパルス位置ディザリングで変調できる。送信モードでの動作のために、情報ビット７１２をシフトさせるための超広帯域変調器７１０が設けられる。

受信モードでは、アンテナ７１１により収集されたエネルギーは、帯域通過フィルタ７０２によりろ過され、送受信スイッチ７１６を介して低ノイズ増幅器７０４を通して転送され、整合フィルタまたは相関型受信機７０６のいずれかを通過する。この整合フィルタは、受信パルスの形状に整合させたインパルスを有し、適正な（整合する）パルス形状を有するＲＦエネルギーが与えられたときにその出力にインパルスを生成することになる。元の情報７１４はこのとき、調整可能な高利得スレッショルド回路７０８で再生される。

もう一つの実施形態は、図８のブロック図に示されるような通信アクセスセンタを包含している。この通信アクセスセンタは、光学機器８０４を通して提供するためのコンテンツ供給源８０２を含む。光ケーブル８１０は、光学機器８０４からアクセスセンタ８０６まで光信号を搬送する。アクセスセンタ８０６は、Ｏ／Ｅ変換器８０８を有し、変換した信号をＵＷＢ送受信機８１２へ（またはＵＷＢ送受信機８１２から）供給する。ＵＷＢ送受信機は、アンテナ８１４に結合されている。

特定の実施形態においては、アンテナ８１４は、無線信号が複数の信号受信箇所に到達するように位置づけられている。共同体アクセスセンタ８０６は、いくつか挙げるだけでも、例えば公共のまたは私用のレクリエーションセンタ、公共図書館またはインターネットカフェ内といったような、ユーザ共同体に供するための場所において設置可能である。

本明細書で記述されている方法、システムおよび装置は、融通性ある実施を提供する。本発明は、ある特定の例を用いて記載されてきたが、当業者にとっては、本発明がこれらのわずかな例に制限されないことは明白であろう。さらに、本明細書中で教示されている通りの方法を利用する上で用いるのに適したものでありうる種々のタイプの超広帯域送受信機、送信機、受信機および給電装置が現在入手可能である。また、いくつかの実施例が本明細書でそのいくつかの変形形態と共に示され詳述されてきたが、当業者であればその他の数多くの変形実施形態を構築できるということにも留意されたい。上記では特定の実施形態に関して利益、その他の利点および問題に対する解決法が記述されてきた。しかしながら、これらの利益、その他の利点および問題に対する解決策、および任意の利益、利点または解決策を発生させ得るかまたはより強調させ得る何らかの要素は、本発明の決定的に重大な、所要の、または不可欠の特徴または要素としてみなされるべきものではない。従って、本発明は、本明細書に記載の特定の形態に制限することを意図していず、逆に、添付の特許請求の範囲によって提供されるような本発明の精神および範囲内に合理的に含まれ得るような変形形態、修正および等価物を網羅することを意図している。

統合型受動光ネットワーク／超広帯域通信システム（ＰＯＮ／ＵＷＢ）の簡略化したブロック図である。 近隣領域への統合型ＰＯＮ／ＵＷＢ通信サービスの応用を例示するブロック図である。 異なる波長を介して多数の供給源からデータを伝送する統合型ＰＯＮ／ＵＷＢ通信システムの簡略化したブロック図である。 適切な音声、データおよび映像インタフェースを備える、ＵＷＢ通信システムユーザアクセス装置の簡略化したブロック図である。 統合型ＰＯＮ／ＵＷＢ通信装置のための電源入力の横断面図を例示する図（その１）である。 統合型ＰＯＮ／ＵＷＢ通信装置のための電源入力の横断面図を例示する図（その２）である。 ＵＷＢ通信装置のための商用電源の利用を例示するブロック図である。 標準的ＰＯＮ／ＵＷＢ送受信機アーキテクチャの一例を示す回路図である。 ＰＯＮ／ＵＷＢ通信共同体アクセスポイントの簡略化したブロック図である。

Claims (31)

1. 波長分割マルチプレクサと、
   光−電気信号変換器と、
   該光−電気信号変換器に連係する超広帯域通信装置と、
   を備えてなるシステム。
2. 前記超広帯域通信装置は、超広帯域変調器を含む送受信機であり、該送受信機は少なくとも２ＧＨｚの帯域幅を有する請求項１に記載のシステム。
3. 前記超広帯域通信装置が、受信機である請求項１に記載のシステム。
4. 前記超広帯域通信装置が、送信機である請求項１に記載のシステム。
5. 前記超広帯域通信装置に連係するアンテナをさらに含んでなる請求項１に記載のシステム。
6. 前記波長分割マルチプレクサが、前記光−電気信号変換器に直接結合される請求項１に記載のシステム。
7. 前記波長分割マルチプレクサへの光信号入力が、受動光ネットワークを介して伝送される請求項１に記載のシステム。
8. 波長分割マルチプレクサと、
   波長分割マルチプレクサに結合された光信号キャリアと、
   前記光信号キャリアに連係する超広帯域通信装置と、
   を備えてなるシステム。
9. 前記超広帯域通信装置が、パルス位置変調を用いる請求項８に記載のシステム。
10. 前記超広帯域通信装置が、前記光信号に作用する超広帯域変調技術を用いる請求項８に記載のシステム。
11. 光信号から生成した信号を受信するための第１の入力と、
    該第１の入力に連係する超広帯域送受信機と、
    前記超広帯域送受信機に連係しかつ、無線信号が、複数の異なる信号受信箇所に到達するように位置づけられるアンテナと、
    を備えてなる通信システム。
12. 前記複数の異なる信号受信箇所のうちの第１のものが第１の住宅内にあり、前記複数の異なる信号受信箇所のうちの第２のものが第２の住宅内にある請求項１１に記載のシステム。
13. 前記第２の住宅が、前記第１の住宅の近くにある請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第１の住宅が土地境界線の第１の側によって画定された第１のロット上にあり、前記第２の住宅が土地境界線の第２の側によって画定された第２のロット上にある請求項１３に記載のシステム。
15. 地役権領域が、前記第１の住宅の土地境界線に隣接して存在しており、前記光信号が該地役権領域内に配置された光学機器によって伝送される請求項１４に記載のシステム。
16. 前記複数の異なる信号受信箇所が、前記複数の近隣住宅によって形成されたクラスタの中心に位置づけられており、当該通信システムが、該近隣住宅に供するための近隣ペデスタルを備えてなる請求項１１に記載のシステム。
17. アンテナと、
    該アンテナに連係し出力信号を生成する超広帯域送受信機と、
    前記出力信号を音声、映像およびデータ信号に変換するためのユーザインタフェースと、
    を含むユーザアクセス通信装置。
18. 前記ユーザインタフェースが、音声インタフェース、およびデータインタフェース、音声／データ／映像信号シグナリングインタフェースおよび／または映像インタフェースを含む請求項１７に記載のユーザアクセス通信装置。
19. 無線超広帯域信号の通信方法において、
    超広帯域受信機で第１の無線信号を受信する段階と、
    該受信信号を光信号に変換する段階と、
    光学機器を介して該光信号の通信を行う段階と、
    を有してなる方法。
20. 超広帯域送信機への第２の無線信号を受信する段階と、
    該第２の無線信号を第２の光信号に変換する段階と、
    前記光学機器を介し前記第２の光信号の通信を行う段階と、
    をさらに有してなる請求項１９に記載の方法。
21. 前記光信号が、音声およびデータ情報を含む請求項１９に記載の方法。
22. 波長分割マルチプレクサに対し前記光信号の通信を行う段階をさらに含んでなる請求項１９に記載の方法。
23. 前記光信号が、受動光ファイバネットワークを介して伝送される請求項１９に記載の方法。
24. 中心金属部材を含む金属外装付きファイバケーブルを通して搬送されたエネルギーを受入れるように構成された電源入力と、
    該電源入力に連係する超広帯域送受信機と、
    を備えてなる通信装置。
25. １組の格子間ゲージ銅線対にて供給されるエネルギーを受入れるように構成された電源入力と、
    該電源入力に連係する超広帯域送受信機と、
    を備えてなる通信装置。
26. 前記金属外装付きファイバケーブルが、複数の光ファイバを含む請求項２４に記載の通信装置。
27. 前記電源入力に結合された少なくとも１つのソーラーパネルをさらに含む請求項２４に記載の通信装置。
28. 電力網にて搬送された後、電源変圧器により変成されたエネルギーを受入れるように構成された電源入力と、
    該電源入力に連係する超広帯域送受信機と
    を備えてなる通信装置。
29. 光学機器と、
    該光学機器からの光信号を伝送するための光ケーブルと、
    該光信号に連係する超広帯域送受信機と、
    該超広帯域送受信機に連係するアンテナと、
    を備えてなる通信アクセスセンタ。
30. 無線信号が複数の信号受信箇所に到達するように前記アンテナが位置づけられる請求項２９に記載の通信アクセスセンタ。
31. 当該通信アクセスセンタが、ユーザ共同体に供する共同体アクセスセンタである請求項２９に記載の通信アクセスセンタ。

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