JP2010068526A - 高データレート無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】７０ＭＨｚ超の周波数で、約１．２５Ｇｂｐｓ以上のデータレートで動作する高データレート通信システムを提供する。
【解決手段】
ミリ波通信システムであって、約２度以下の電力半値幅を有するビームを発射する少なくとも１つのアンテナおよび高性能変調器を有し、前記高性能変調器は、オフ状態では、伝送線路間でＲＦ短絡を呈し、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信停止の状態となり、オン状態では、ＲＦ短絡が解除されて、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信可能な状態となる第１のトランシーバと、約２度以下の電力半値幅を有するビームを発射する少なくとも１つのアンテナおよび高性能変調器を有し、前記高性能変調器は、オフ状態では、伝送線路間でＲＦ短絡を呈し、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信停止の状態となり、オン状態では、ＲＦ短絡が解除されて、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信可能な状態となる第２のトランシーバと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信システム、詳細には高データレート無線通信システムに関する。

（ポイントトゥーポイントおよびポイントトゥーマルチポイント無線通信）
電磁スペクトルの一部を使用する無線通信リンクは周知である。大部分のそうした無線通信は、商業ラジオおよびテレビを含め、少なくとも送信されるデータに関して一方向のポイントトゥーマルチポイントである。しかし、ポイントトゥーポイント無線通信の多くの実例が存在する。近年極めて普及してきた移動電話システムは、低データレートのポイントトゥーポイント通信の実例である。電話システム中継線上のマイクロ波送信機は、極めて高データレートでの先行技術ポイントトゥーポイント無線通信の別の例である。先行技術は、赤外および可視波長のポイントトゥーポイントレーザー通信の少数の実例を含む。

（高データレート情報伝送の必要性）
より高速な情報伝送の必要性は急速に増大している。今日そして、近い将来に、情報の伝送は、その量がビット／秒で測定されるディジタルとなって行くはずである。典型的な電話の会話をディジタルで伝送するには、約５，０００ビット／秒（５Ｋｂｉｔ／秒）を利用する。インターネットに接続された典型的なパーソナルコンピュータモデムは、例えば５６Ｋｂｉｔ／秒で動作する。音楽は、６４Ｋｂｉｔ／秒のディジタルデータレートでＭＰ３技術を用いて良質にリアルタイムでポイントトゥーポイントに伝送され得る。ビデオは、約５００万ビット／秒（５Ｍｂｉｔ／秒）のデータレートでリアルタイムに伝送され得る。放送品質のビデオは一般に４５または９０Ｍｂｐｓである。（電話会社やケーブル会社といった）ポイントトゥーポイント通信サービスを提供する会社は、各自のポイントトゥーポイント顧客のための通信リンクの一部として働く中継線を建設する。これらの中継線は一般に、多重化技法を用いて何百または何千ものメッセージを同時に伝達する。従って、大容量中継線は、ギガビット（１０億ビット（Ｇｂｉｔ）／秒）範囲で伝送できなければならない。大部分の現代の中継線は光ファイバー線を利用している。典型的な光ファイバー線は約２〜１０Ｇｂｉｔ／秒を伝達することができ、多くの別個のファイバーが１つの中継線に包含できるので、その結果、光ファイバー中継線はほとんど際限なく所望の任意の量の情報を伝達するように設計および構成され得る。しかし、光ファイバー中継線の建設は高額（時として極めて高額）であり、特にそのルートが私有地上にあったり環境上の紛争を生じたりする場合、それらの線の設計および建設はしばしば多くの歳月を要することがある。しばしば、建設中のある特定の中継線の潜在的使用者からの予想収益は、光ファイバー中継線のコストに引き合わない。ディジタルマイクロ波通信は１９７０年代半ばから利用可能となっている。１８〜２３ＧＨｚ無線周波スペクトルでのサービスは、２ないし７マイルで運用し、（各々１．５４４Ｍｂｐｓでの）４ないし８のＴ１リンクをサポートするポイントトゥーポイントサービスを提供する「近距離マイクロ波」と呼ばれる。近年、１１〜３８ＧＨｚ帯でのマイクロ波システム運用は、高次変調方式を用いて（「ＯＣ−３標準」として知られる標準送信周波数である）最高１５５Ｍｂｐｓで伝送するように設計されているとのことである。

（データレート対周波数）
帯域幅効率のよい変調方式は、原則的に、電波波長からマイクロ波波長を含むスペクトル域における使用可能帯域幅の１〜１０ビット／Ｈｚのレートでのデータの伝送を可能にする。従って、１〜数十Ｇｂｐｓのデータ伝送要求条件は、伝送に使用可能な帯域幅のうち数百ＭＨｚを必要とする。ラジオ、テレビ、電話、緊急サービス、軍用その他のサービス間の周波数スペクトルの公平な共用は一般に、特定の周波数帯割当てを約１０％部分帯域幅（すなわち、中心周波数の約１０％に等しい周波数の範囲）に制限する。ＡＭラジオの大きな部分帯域幅（例えば５５０〜１６５０ＧＨｚ）は例外であり、２０％部分帯域幅のＦＭラジオもまた、１０％部分帯域幅をめったに上回らない最近の周波数割当てに比べて変則的である。

（高性能変調器の必要性）
データレートが増加するにつれて、無線送信機において使用される変調器の性能に対する要求もそうなっている。先行技術の変調方法は、高データレートおよび適度に高い電力出力の両方の同時的な要求を満たすには十分ではない。

（信頼性要求条件）
無線データ伝送に一般に求められる信頼性は、極めて高く、光ファイバーを含むハードワイヤードリンクに求められるそれに合致する。誤り率の典型的な仕様は、１００億分の１ビット（１０^−１０ビット誤り率）未満であり、９９．９９９％のリンクアベイラビリティ（年当たり５分のダウンタイム）である。これは、霧および雪の際の、また多くの地域において最大１００ｍｍ／時間の降雨量時の、全天候リンクアベイラビリティを必要とする。

（気象条件）
上記のアベイラビリティ要求条件とともに、気象関連の減衰は、極めて長い電波よりも短い全部の波長で無線データ伝送の有効レンジを制限する。（図１６参照。）（レーザー通信リンクといった）光リンクの場合の激しい暴風雨における典型的レンジは、１００メートルであり、マイクロ波リンクの場合１０，０００メートルである。

電磁放射の大気減衰は、マイクロ波およびミリ波帯において周波数とともに一般に増加する。しかし、酸素および水蒸気分子における回転遷移の励起は、６０および１１８ＧＨｚ（酸素）近辺ならびに２３および１８３ＧＨｚ（水蒸気）近辺の帯域において優先的に放射の吸収を生じる。大角度の散乱による降雨減衰は、３からほぼ２００ＧＨｚまでの周波数について単調に増加する。使用可能帯域幅が最も高い、それより高いミリメートル波周波数（すなわち、１０ミリメートル〜１ミリメートルの波長に対応する３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）では、極めて悪天候での降雨減衰が、信頼できる無線リンク性能を１マイル以下の距離に制限する。１０ＧＨｚ近辺およびそれ以下のマイクロ波周波数では、１０マイルまでのリンク距離が大雨でも高い信頼性で達成できるが、使用可能帯域幅はかなり低くなる。

必要とされるのは、使用可能なミリ波スペクトルの効率的使用が可能な高データレート無線通信リンクである。

本発明は、７０ＧＨｚ超の周波数で、約１．２５Ｇｂｐｓ以上のデータレートで動作する高データレート通信システムを提供する。好ましい実施形態は、“オフ”（すなわち無送信）の間逆バイアスにされ、“オン”（または送信）の間順バイアスにされるダイオードを含む共振ＬＣ回路を備える変調器を含む。変調器は、無線ミリ波通信リンクのための高性能トランシーバの一部である。好ましい実施形態は、ミリメートルスペクトルの７１〜７６ＧＨｚ部分内で動作し、１０^−１０未満のビット誤り率による１．２５Ｇｂｐｓのデータ伝送レートを付与する、８マイル超の通信リンクを提供する。第１のトランシーバは、両方とも上記のスペクトル域内の第１の帯域幅で送信し第２の帯域幅で受信する。第２のトランシーバは、第２の帯域幅で送信し第１の帯域幅で受信する。これらのトランシーバは、データチャネルの効率的な空間的および方向的分割を保証するために十分に小さいビームの広がりを付与するアンテナを備えており、その結果、ほとんど無限数のトランシーバが同じスペクトルを同時に使用することができる。好ましい実施形態において、第１および第２のスペクトル域は、７１．８±０．６３ＧＨｚおよび７３．８±０．６３ＧＨｚであり、電力半値幅は約０．２度以下である。好ましくは、極めて悪い気象条件の場合にリンクを引き継ぐバックアップトランシーバセットが設けられる。移動体用途に特に有用な他の実施形態では、トランシーバのうちの少なくとも１つはＧＰＳロケータを含む。

全二重ミリ波リンクの略図である。 ミリ波周波数で動作する１．２５Ｇｂｐｓ送信機を示すブロック図である。 ミリ波周波数で動作する１．２５Ｇｂｐｓ受信機を示すブロック図である。 ７１．８〜７３．８ＧＨｚ周波数で動作する１．２５Ｇｂｐｓディジタル無線機のスペクトルプランを示す。 ７１．８〜７３．８ＧＨｚ周波数で動作する１．２５Ｇｂｐｓディジタル無線機のスペクトルプランを示す。 ６０ｄＢ信号減衰および１．２５Ｇｂｐｓデータレートによるミリ波受信機から測定された出力電圧（アイダイヤグラム）である。 ６０ｄＢ信号減衰および１．２５Ｇｂｐｓデータレートによるミリ波受信機から測定された出力電圧（アイダイヤグラム）である。 分離形送受信アンテナ機器構成のレイアウトを示すブロック図である。 単一アンテナ機器構成のミリ波トランシーバのレイアウトを示すブロック図である。 試作機デモンストレーションの４１時間にわたる経路損を表示する。 先行技術の変調器の特徴を示す。 先行技術の変調器の特徴を示す。 “オン”の間逆バイアスにされ“オフ”の間順バイアスにされるダイオードを使用する高周波ＲＦ通信システムを製作する１つの試みの結果を示す。 “オン”の間逆バイアスにされ“オフ”の間順バイアスにされるダイオードを使用する高周波ＲＦ通信システムを製作する１つの試みの結果を示す。 “オン”の間逆バイアスにされ“オフ”の間順バイアスにされるダイオードを使用する高周波ＲＦ通信システムを製作する１つの試みの結果を示す。 “オン”の間逆バイアスにされ“オフ”の間順バイアスにされるダイオードを使用する高周波ＲＦ通信システムを製作する１つの試みの結果を示す。 ダイオードが“オフ”（すなわち無送信）の間逆バイアスにされ“オン”（または送信）の間順バイアスにされる、高周波ＲＦ変調を付与するための共振ＬＣ回路を生じる同調スタブを含む本発明の好ましい実施形態を示す。 ダイオードが“オフ”（すなわち無送信）の間逆バイアスにされ“オン”（または送信）の間順バイアスにされる、高周波ＲＦ変調を付与するための共振ＬＣ回路を生じる同調スタブを含む本発明の好ましい実施形態を示す。 ダイオードが“オフ”（すなわち無送信）の間逆バイアスにされ“オン”（または送信）の間順バイアスにされる、高周波ＲＦ変調を付与するための共振ＬＣ回路を生じる同調スタブを含む本発明の好ましい実施形態を示す。 ダイオードが“オフ”（すなわち無送信）の間逆バイアスにされ“オン”（または送信）の間順バイアスにされる、高周波ＲＦ変調を付与するための共振ＬＣ回路を生じる同調スタブを含む本発明の好ましい実施形態を示す。 無干渉ベース（１３Ａ）で、および干渉が存在し得る状況（１３Ｂ）で動作する２つのデータリンクを図示している。 無干渉ベース（１３Ａ）で、および干渉が存在し得る状況（１３Ｂ）で動作する２つのデータリンクを図示している。 無線機ＣＰＵデータを他の外部ユーザデータと結合および抽出するためにイーサネット（登録商標）スイッチがリンクの各端に使用されているデータリンクのブロック図を示す。 リンクによって渡されているデータストリームからデータを結合および抽出するためにイーサネット（登録商標）スイッチが使用されている無線機のブロック図を示す。 種々のレベルの相対湿度でミリ波周波数について周波数の関数として大気減衰を示す。 ミリ波トランシーバの構成部品を示す。 Ｉ／Ｏ回路ボード７０を示す。 Ｉ／Ｏ回路ボード７０を示す。 信号コンディショニング・クロックリカバリ回路ボード７１を示す。 信号コンディショニング・クロックリカバリ回路ボード７１を示す。 ミリ波通信トランシーバのブロック図を示す。 ミリ波通信トランシーバのブロック図を示す。 ミリ波通信トランシーバのブロック図を示す。 ＩＦ回路ボード８０を示す。 ＩＦ回路ボード８０を示す。 給電ホーン５１の細部を示す。 給電ホーン５１の細部を示す。 給電ホーン５１の細部を示す。 帯域フィルタ１１，１４および１９の細部を示す。 ダイオード変調器１５の細部を示す。 ダイオード変調器１５の細部を示す。 ガン発振器８および１７の細部を示す。 ミクサ７の細部を示す。 ミクサ７の細部を示す。 低ノイズ増幅器１０の細部を示す。 低ノイズ増幅器１０の細部を示す。

（高データレートトランシーバの必要性）
無線通信リンクの価値は、それが確実に動作できる距離を含む多くの要因に依存する。通信リンクのハードウェアセットの運用レンジが長くなればなるほど、その潜在的な経済的価値は大きくなる。同じハードウェアが（低減した経済的価値に対応する）短距離状況に適用され得ながら、そのハードウェアが長距離状況に適用される場合、より高い経済的価値が実現され得る。比較のために、光ファイバーは一般に、大都市環境において設備するためにマイル当たり５００，０００ドル以上かかる。それゆえ、約１ギガビット／秒超を要求するほど大きくはないが（ツイストペア銅線や低周波無線の能力に比較して大きい）大量の帯域幅を必要とする状況については、本発明は、光ファイバーのコストに近づき得る経済的価値を有する。従って、約１ギガビット／秒の無線リンクは、それが５マイルの距離で動作できるならば約２５０万ドルの、またはそれが１０マイルの距離で動作できるならば５００万ドルの競争的価値に近づき得る。このように、より長いレンジが経済的に極めて望ましい。

長距離（約１０マイル（１６ｋｍ）程度）にわたる高データレートリンク（例えば１．２５Ｇｂｓ）を提供することを目的として、そのような長距離にわたって当然生じる信号損失の量を計算することは有益である。両端に１．２メートル（４フィート）直径のアンテナを使用し２５Ｃ、相対湿度８５％で平均海面における約７３ＧＨｚでの動作を仮定すれば、１０マイル（１６ｋｍ）リンクについて６０ｄＢの信号損失を伴う。

（試作機デモンストレーション）
本発明に有用なミリ波送信機および受信機の試作機デモンストレーションを図１〜７によって説明する。この実施形態により、出願人らは、１０^−１２未満のビット誤り率による１．２５Ｇｂｐｓの７１〜７６ＧＨｚレンジでのディジタルデータ伝送を実証した。

（トランシーバシステム）
図１は、局Ａと局Ｂとの間の全二重無線データリンクが各局サイトでミリ波トランシーバを使用することによってどのように達成されるかを示している。トランシーバハードウェアは、一対のミリ波アンテナを含むミリ波送信機および受信機ペアよりなる。ミリ波送信機信号は、高速ダイオードスイッチにより振幅変調される。受信機は、受信信号スペクトルを７１．８〜７３．８ＧＨｚ周波数から２．０±０．６２５ＧＨｚの中間周波数（ＩＦ）レンジに変換するミリ波ダウンコンバータを含む。それはまた、自動増幅率制御回路（ＡＧＣ）、検波器および、送信機によって送られたベースバンドディジタルデータを抽出するためのデータ／クロックリカバリ回路も含む。

全二重無線リンクをサポートするために使用されるミリ波ハードウェアは、並行して動作する２つの送受信機ペアよりなる。局Ａの送信機は７３．８ＧＨｚの中心周波数で送信し、局Ｂの受信機は７１．８ＧＨｚのローカル発振器を使用して入信電波信号を２ＧＨｚを中心とする中間周波数にダウンコンバートする。局Ｂの送信機は７１．８ＧＨｚの中心周波数（ＩＦ）で送信し、７３．８ＧＨｚのローカル発振器が局Ａの受信機において使用される。両者の場合とも、ＩＦ周波数は同じ２ＧＨｚ周波数を中心としている。各トランシーバは、両方の送信機および受信機回路に単一のミリ波ローカル発振器を使用するが、局ＡおよびＢにおいて使用される周波数は、図３Ａおよび３Ｂに示すように、２ＧＨｚ異なる。

（ミリ波リンク機器構成）
局ＡおよびＢ間の全二重無線リンクの略図が図１に示されている。好ましい実施形態において、リンクは、局ごとに１つのトランシーバである、２０１および２０２として指定されたミリ波トランシーバを用いて形成される。局Ａのトランシーバは、パラボラアンテナ２１５およびパラボラアンテナ２２０とそれぞれ接続されている送信機２０５および受信機２１０よりなる。局Ａのトランシーバは剛性支持構造２３０に取り付けられている。局Ｂのハードウェア機器構成は、局Ａのそれと類似である。局Ｂのトランシーバは、パラボラアンテナ２７０およびパラボラアンテナ２６５とそれぞれ接続されている送信機２５０および受信機２５５よりなる。局Ｂのトランシーバは剛性支持構造２８０に取り付けられている。局Ａから局Ｂに送信されるミリ波信号は７３．８ＧＨｚに中心周波数を有し、局Ｂから局Ａに送信される信号は７１．８ＧＨｚに中心がある。反対方向に送信される信号は、クロストーク干渉をさらに低減するために互いに直角な偏波を有する。

（ミリ波送信機および受信機）
一方向のディジタル無線リンクは、局Ａにあるミリ波送信機および局Ｂにある受信機によってサポートされる。送信機のブロック図が図２Ａに図示されている。受信機のブロック図は図２Ｂに例示されている。送信機において、送信電力は、（例えば、スペイセク・ラブズ・インコーポレーテッド（Spacek Labs Inc.）社（カリフォルニア州サンタバーバラ）から型名ＧＥ−７３８として入手可能な）７３．８ＧＨｚで共振する空洞同調ガンダイオードローカル発振器（ＬＯ）１により生成される。ＬＯ１からの電力は、高速ダイオードスイッチ変調器２によって振幅変調される。変調器は少なくとも１５ｄＢの変調深度を可能にし、それはリンク性能を最適化するために調整される。変調器２とＬＯ１との間に配置されたアイソレータ３（例えば、ＭＲＩインコーポレーテッド（MRI Inc.）社（カリフォルニア州チーノー）から型名ＷＪＥ−ＷＩとして入手可能な）は、スイッチ変調器２によって反射された電力がＬＯ１に入り影響を及ぼすのを防ぐ。ダイオードスイッチ変調器２は、ギガビット・イーサネット（登録商標）標準（ＩＥＥＥ標準協議会による８０２．３ｚ）に従って１．２５ギガビット／秒のデータレートでスイッチドライバ４によって制御される。変調信号は、光ファイバー５でもたらされ、光トランシーバ６（例えば８５０ｎｍの光学波長で動作するフィニスター（Finisar）社の型名ＦＴＲＪ−８５１９−１）において電気信号に変換される。振幅変調されたミリ波信号は、（隔壁またはＥ面導波管フィルタといった）導波管帯域フィルタ７を用いて７３ないし７４．６ＧＨｚの１．６ＧＨｚ幅の通過帯域でろ波される。構成部品２、３、４および７は、ミリ波モジュール８内にパッケージされている。モジュールおよび各構成部品には、それらの特性の温度変動を低減するためにヒートシンクが設けられている。ミリ波信号は、導波管フィルタ７から、それが垂直偏波で自由空間に放射されるカセグレンディッシュアンテナ２１５に伝わる。

図２Ｂに示された局Ｂの受信機は、カセグレンアンテナ２６５（例えば、ミリテク（Millitech）社から型名ＣＲＡ−Ｒ４８Ｇとして入手可能な）により入信垂直偏波ミリ波電力を集電し、それをミリ波受信機モジュール１２と接続している導波管１１に伝える。受信機のフロントエンドには２０ｄＢの増幅率の低ノイズ増幅器１３がある。増幅後、信号は、７３〜７４．６ＧＨｚ周波数帯の外部の信号を阻止する導波管帯域フィルタ１４に伝えられる。このろ波された信号はその後、（例えば、スペイセク・ラブズ・インコーポレーテッド（Spacek Labs Inc.）社（カリフォルニア州サンタバーバラ）から型名Ｍ７４−２として入手可能な）ミクサ１５および、（例えば、スペイセク・ラブズ・インコーポレーテッド（Spacek Labs Inc.）社（カリフォルニア州サンタバーバラ）から型名ＧＥ−７１８として入手可能な）７１．８ＧＨｚ周波数で動作するローカルガン発振器１６を用いて２±０．６２５ＧＨｚの中間周波数帯にダウンコンバートされる。結果的に得られた中間周波（ＩＦ）信号３５は、ＩＦ回路３３においてベースバンド信号３７に変換される。ＩＦ回路３３において、中間周波信号３５は、（例えば、ミニサーキッツ（MiniCircuits）社（ニューヨーク州ブルックリン）から型名ＥＲＡ−１として入手可能な）増幅器１７によって増幅され、１．２ないし２．８ＧＨｚの通過帯域を有するマイクロストリップ帯域フィルタ１８によってろ波される。フィルタ１８は、送信されたディジタル信号における時間ジッタを最小限にするためにその通過帯域内でその時点で１００ピコ秒未満の遅延時間変動を伴うフラットな群遅延応答を有する。信号の小部分が、（例えば、ミニサーキッツ（MiniCircuits）社（ニューヨーク州ブルックリン）から型名Ｄ１８Ｐとして入手可能な）カプラ２０によりマイクロストリップ線路１９からピックオフされ、信号電力を監視するための検波器２１（例えば、ヒーローテック・インコーポレーテッド（Herotek Inc.）社（カリフォルニア州サンホゼ）から型名ＤＴＭ１８０として入手可能な）によって低周波電圧に変換される。残りの信号は、３０ｄＢほどの大きさの入力電力変動について安定した電力出力を維持する自動増幅率制御回路（ＡＧＣ）２２（例えば、ヒッタイト・コーポレーション（Hittite Corp.）社（マサチューセッツ州チェルムズフォード）から型名ＨＭＣ３４６ＭＳ８Ｇとして入手可能な）に向けられる。ＡＧＣ２２への信号レベルフィードバック３８がカプラ２３によって供給される。増幅器２４は、信号電力を検波器２５の適正な動作のために必要なレベルにする。ビデオ帯域幅の７００ＭＨｚを供給するためには特注のマイクロ波検波器回路が要求される。結果的に得られる検波された信号のベースバンド成分は、（例えば、ミニサーキッツ（MiniCircuits）社（ニューヨーク州ブルックリン）から型名ＳＣＬＦ−１０００として入手可能な）ローパスフィルタ２７（通過帯域ＤＣ１０００ＭＨｚ）によって高周波成分から分離され、以後の処理に適切なレベルに増幅器２８において増幅される。ろ波されたベースバンド信号３７は、コンディショニングのためにクロック・データリカバリ回路２９（例えば、ヴィテッセ・セミコンダクター・コーポレーション（Vitesse Semiconductor Corp.）社（カリフォルニア州カマリロ）から型名ＶＳＣ８１２２として入手可能な）に入る。データリカバリ回路２９のデータ出力は、電気電圧信号を、光ファイバーケーブル３１によって伝送される光データ信号に変換する光トランシーバ３０（例えば、フィニスター（Finisar）社（カリフォルニア州サニーヴェール）から型名ＦＴＲＪ−８５１９として入手可能な）に接続されている。クロック／データリカバリ回路のクロック出力３２は、回路試験のために設けられている。

送信機Ａでのベースバンド入力から受信機Ｂでのベースバンド出力への信号スペクトル変換が図３Ａおよび３Ｂに例示されている。１．２５Ｇｂｐｓのデータレートで、ベースバンド信号スペクトルは、約１２０ＭＨｚから約６３０ＭＨｚ（０．６３ＧＨｚ）までの周波数帯７０を占める。信号スペクトルがフィルタによってこの周波数帯に限定された状態で、交流の高低電圧レベルから構成される１．２５Ｇｂｐｓデータレートは、６２５ＭＨｚ周波数の正弦波信号に対応する。局Ａの送信機の出力スペクトル７１は、７３．８ＧＨｚの中心搬送波７２および、中心搬送波に対するベースバンド信号を鏡映する２つの側波帯７３よりなる。側波帯の強度に対する中心搬送波の強度は、変調器２における信号の変調深度を変えることによって調整され得る。送信された信号の帯域幅は、７４として示された特性を備える導波管帯域フィルタ７によって制限される。送信機Ａからの信号が受信機Ｂに着信した時、そのスペクトル形状７５は送信信号７１のそれに類似のままである。低ノイズ増幅器１３による増幅後、その特性が７６として示されている受信機帯域フィルタ１４によって白色熱雑音の多くがスペクトルから除去される。７１．８ＧＨｚの受信機のローカル発振器信号は７７として示されている。ミリ波ミクサ１５において、スペクトル７５を有する受信信号およびスペクトル７７を有するローカル発振器は、相互作用して中間周波数スペクトル７８を生じる。中間周波数スペクトル７８は、下位周波数に変換されたスペクトル７５の複製である。中間周波数スペクトル７８は、２ＧＨｚを中心とし、他の全部のスペクトル成分を除去するためにフィルタ１８により帯域制限されている。検波時、中間スペクトル７８は、ベースバンドスペクトル８０に変換され、本来送信された１．２５Ｇｂｐｓディジタル信号に含まれた信号成分を保持するためにローパスフィルタ２７で制限される。ローパスフィルタ２７の特性は８１として示されている。

図４Ａおよび４Ｂは、送信機Ａから送信され受信機Ｂによって受信された１．２５Ｍｂｐｓの疑似ランダムビットストリーム（ＰＲＢＳ７）ディジタル信号の測定されたアイダイヤグラムを示している。局ＡおよびＢ間で伝搬した時に６０ｄＢ減衰された生の検波信号が、図４Ａに示されている。ノイズが存在するにもかかわらず、埋め込まれた信号は、１０^−１０ビット誤り率（ＢＥＲ）で復元された。いくぶん少ない５８ｄＢの信号減衰による類似の測定は、１０^−１２というＢＥＲ結果を与えた。データ／クロックリカバリ回路２９は、図２Ｂに図示したように、生の検波信号を受け取り、そのＢＥＲ特性に著しい影響を及ぼすことなく、図４Ｂに示すように低ジッタのきれいな信号に変換する。データ／クロックリカバリ回路２９は、光ネットワーク機器と互換性のある標準化出力を供給する。

別の一方向リンクが、図１に示された全二重リンクを創成するために上述の一方向リンクを補完するように使用される。この第２のリンクで使用される送信機および受信機の機器構成は、図２Ａおよび２Ｂに示されたものと類似である。それが図２Ａに示されたものと異なるのは、局Ｂにある送信機のローカル発振器が７１．８ＧＨｚ周波数で共振し、局Ａにある受信機のローカル発振器が周波数７３．８ＧＨｚで共振し、局Ｂから局Ａに伝搬するミリ波信号が垂直ではなく水平に偏波されるという点である。当業者はまた、帯域フィルタ、低ノイズ増幅器およびミクサを含むミリ波モジュール８および１２で使用されるミリ波構成部品の帯域通過特性が、第２のリンクで使用されるローカル発振器によって決定される中心周波数を備える１．２５Ｇｂｐｓ信号に適応するために相応に調整される必要があることも理解されよう。

（分離形アンテナトランシーバの機器構成）
図１に示された分離形アンテナトランシーバ機器構成において、受信機および送信機の各々は、ミリ波信号の送信および受信に個別のアンテナを使用する。この機器構成は、図１に示されたように同じ場所に配備された受信機と送信機との間の信号分離を最大限にする。図５は、そのような機器構成のためのトランシーバハードウェアのレイアウトおよび接続を示している。トランシーバの電子構成部品は、ハーメチックシールされた金属製送信機エンクロージャ３９および受信機エンクロージャ４０によって保護されている。パラボラ送信アンテナ４１および受信アンテナ４２はエンクロージャに取り付けられており、アンテナホーン４５および４６はそれぞれ、エンクロージャ３９および４０内のハーメチックシールされたポート４７および４８を通じてミリ波送信機モジュール４３および受信機モジュール４４に接続している。トランシーバへの電力は、外部の＋１２ボルト電源５６によって供給される。ミリ波送信機モジュール４３および、送信機に変調入力を供給する光ボード５０は、送信機エンクロージャ３９内にパッケージされている。光ボード５０は、ファイバー５３でもたらされる光信号を電圧信号に変換する。

ミリ波受信機モジュール４４、中間周波ボード５１、クロック／データリカバリ回路ボード５２および光回路ボード５７は、受信機エンクロージャ４０内に配置されている。ＩＦボード５１によって検波された中間周波信号は、クロックリカバリボード５２においてコンディショニングされ、その後、光回路ボード５７によってファイバー５８に伝送される。エンクロージャに取り付けられたハーメチックシールされたコネクタは、電力入力および、外部接続された光ファイバー５３および光ファイバー５８、パワー検波器出力５９、クロック出力５４および電力ケーブル５５との間の信号入出力を供給する。ＲＦＩ／ＥＭＩフィルタ６０は、受信機および送信機回路を電力ケーブル５５において誘導される外部干渉から保護する。

（単一アンテナトランシーバの機器構成）
単一アンテナトランシーバ機器構成と言える別の実施形態において、送信機および受信機は両方とも、各々の局ロケーションに共通のディッシュアンテナを使用する。単一アンテナトランシーバ機器構成の例が、図６に９９として示されている。単一アンテナトランシーバ機器構成では、送信機および受信機双方の電子構成部品は、同一のハーメチックシールされたトランシーバエンクロージャ１００の内部にパッケージされている。送受信アンテナ１０１は、ハーメチックシールされたポート１０３を通じてエンクロージャ内のミリ波構成部品と通信するホーン１０２を有する。ミリ波受信機１０４および送信機１０５の両モジュール、ＩＦ受信機１０６、クロック／データリカバリ１０７および光ファイバートランシーバ１０８の各ボードは、分離形アンテナトランシーバ機器構成において使用されるものと類似である。単一のアンテナで信号を送受信するために、トランシーバ９９は、アンテナホーンとミリ波送信機および受信機モジュールとの間に配置された送受切換え器構成部品１０９を含む。送受切換え器１０９は、送信機１０５によって生成されたミリ波電力１１０をアンテナホーンに振り向けると同時に、それが受信機１０４に入るのを防ぐ。受信された電力１１１は、受信機１０４に導かれ、送信機には入らない。送受切換え器１０９に使用され得る市販の構成部品は、ミリテク・コーポレーション（Millitech Corp.）社によって製造される型名ＯＭＴ−１２ＲＲ１２５といった偏分波器である。Ｏ
ＭＴは、受信機および送信機ポート間で少なくとも２５ｄＢの分離を付与することができる。

（測定経路損失）
図７は、本発明の無線機トランシーバを組み込んでいる通信リンクの経路損失の測定データを示している。データは、４１時間の期間にわたっており、１０秒間隔で取られた。リンクは８マイル（１３ｋｍ）の距離に及んでいる。図７に例証されたリンク損失の変化は主に、（湿度変化によって支配される）経時的な気象変動に起因する。

（超狭ビーム幅）
４フィート直径のディッシュアンテナは、７２ＧＨｚで約０．２度の電力半値幅を発射する。（アンテナパターンにおける最初のヌルまでの）全電力ビーム幅は０．４５度より狭い。これは、約８００の独立したビームが、４フィートディッシュのアレイから相互干渉を伴うことなく単一の送信機ロケーションから赤道まわりに方位角で発射され得ることを示唆する。１０マイルの距離では、４００フィート離れて置かれた２つの受信機は、同じ送信機ロケーションからの独立したデータチャネルを受信することができる。逆に言えば、１つのロケーションの２つの受信機は、送信機が４００フィート離れた程度に近くても、１０マイル遠くの２つの送信機からの独立したデータチャネルを弁別することができる。より大きな指向性のためにはより大きいディッシュが使用され得る。

（剛性アンテナ支持）
わずか約０．２度の電力半値幅を有する通信ビームは、極めて安定したアンテナ支持を必要とする。マイクロ波通信に使用されるもののような先行技術のアンテナ塔は一般に、約０．６〜１．１度以上の角度安定性を得るように設計される。従って、本発明は、ビーム方向のいっそう良好な制御を必要とする。良好な性能のために、受信アンテナは、送信ビームの電力半値フットプリントの範囲内に常に位置していなければならない。１０マイル時、０．２度ビームの電力半値フットプリントは約１５０フィートである。初期アラインメントの間に、ビームは、受信トランシーバアンテナが電力半値フットプリントエリアのほぼ中心に位置するように方向づけられなければならない。送信機アンテナのための支持は、受信トランシーバアンテナが電力半値フットプリントの外部になるほどビーム方向が大きく変わらないように、十分に堅固でなければならない。従って、この例では、送信アンテナは、±０．０９度の範囲内で方向的に安定していなければならない。

アンテナのこの剛性支持は、２つのトランシーバ間の連続通信を設計通りに保証するだけでなく、狭ビーム幅および剛性アンテナ支持は、同じスペクトル帯で動作するいずれかの近隣リンクとの干渉の可能性を低減する。

（バックアップマイクロ波トランシーバペア）
厳しい気象条件の間において、データ伝送品質はミリ波周波数で悪化するはずである。従って、本発明の好ましい実施形態では、良質な伝送における所定の激減が検出された時にいつでも自動的に作動する、バックアップ通信リンクが設けられる。好ましいバックアップシステムは、１０．７〜１１．７ＧＨｚ帯で動作するマイクロ波トランシーバペアである。この周波数帯は、固定ポイントトゥーポイント運用にＦＣＣによってすでに割当てられている。ＦＣＣサービス規則は、この帯域を４０ＭＨｚの最大帯域幅のチャネルに区分し、ディジタル伝送の最大データレートを４５Ｍｂｐｓ全二重に制限している。この帯域内でこのデータレートを提供するトランシーバは、ウェスタン・マルチプレックス・コーポーレーション（Western Multiplex Corporation）社（型名Ｌｙｎｘ ＤＳ−３，Ｔｓｕｎａｍｉ １００ＢａｓｅＴ）およびＤＭＣストラテックス・ネットワークス（DMC Stratex Networks）社（型名ＤＸＲ７００およびＡｌｔｉｕｍ１５５）といった供給業者から市販されている。これらのディジタル無線機はＦＣＣパート１０１規則の下に認可されている。マイクロ波アンテナは２４インチ直径のカセグレンディッシュアンテナである。この直径で、ディッシュアンテナの電力半値幅は３．０度であり、全電力ビーム幅は７．４度であるので、干渉の危険はＭＭＷアンテナの場合よりも高い。これを補償するために、ＦＣＣは、１０．７〜１１．７ＧＨｚ帯内でのスペクトル調整のために別個の１２の送信チャネルおよび１２の別個の受信チャネルを割当てている。

ミリ波リンクの故障および、冗長マイクロ波チャネルへのスイッチングの検出は、シスコ（Cisco）社、ファウンドリー・ネットワークス（Foundry Networks）社およびジュニパー・ネットワークス（Juniper Networks）社といった供給業者から市販されているネットワークルーティングスイッチングハードウェアの既存の自動化機能である。

（狭ビーム幅アンテナ）
ミリ波周波数で付与される狭アンテナビーム幅は、低周波数では不可能な、エアウェーブの地理的分割を可能にする。このことは、帯域分割（周波数共用）の必要をなくすので、低いＲＦ周波数でこれまで可能であったよりも、よりいっそう大きい帯域幅での、従って極めて高データレートでの無線通信を可能にする。

無干渉を保証するために十分に狭いビーム幅を備えるアンテナを製造および配備できる能力は、通信アンテナにおける先行技術の機能を上回る、機械的公差、ポインティング精度および、電子ビームステアリング／追跡機能を必要とする。７０ＧＨｚを超える周波数での長距離通信のための好ましいアンテナは、家庭用の直接放送衛星ディッシュより１００倍高く、航空機の高解像度気象レーダーアンテナより３０倍高い、５０ｄＢを超える増幅率を有する。しかし、干渉が潜在的な問題ではない場合には、４０〜４５ｄＢの増幅率を備えるアンテナが好ましいかもしれない。

高増幅率用途に使用される大部分のアンテナは、多様な幾何学形状の１つにおいて大型放物面一次集電器を利用する。主焦点アンテナは、放物面の焦点に直接受信機を置いている。カセグレンアンテナは、焦点の前方に凸双曲面二次反射器を置いて一次の開口を通じて焦点を反射させディッシュの背後への受信機の取付を可能にしている。（これはディッシュが一般に背後からも支持されるので都合がよい。）グレゴリアンアンテナは、副鏡がパラボラの焦点の後方に置かれた凹楕円体であること以外、カセグレンアンテナと同様である。オフセットパラボラは、より少ない開口妨害および改善した取付幾何学形状のために焦点をディッシュの中心から離して回転させている。カセグレン、主焦点およびオフセットパラボラアンテナは、ＭＭＷ通信システムのための好ましいディッシュ幾何学形状である。

好ましい一次放物面反射器は、導電性パラボラである。ディッシュの好ましい表面許容差は、４０ＧＨｚ未満の用途については約千分の１５インチ（１５ミル）であるが、７２ＧＨｚでの使用の場合５ミルに近くなる。典型的なハイドロフォームドアルミニウムディッシュは１５ミルの表面許容差を与えるが、（スペーサ層を囲む２つのアルミニウム層を用いた）二重スキンラミネートはこれを５ミルまで改善することができよう。カセグレン幾何学形状における二次反射器は、困難を伴うことなく１ミルの許容差に作られ得る、小型の機械加工アルミニウム“ロリポップ”である。二次反射器および受信機導波管ホーンのためのマウントは好ましくは、アンテナ試験レンジに関する現場アラインメントのための機械的微調整を含む。

（フラットパネルアンテナ）
長距離ＭＭＷ通信のための別の好ましいアンテナは、参照によってここに採り入れられる２０００年３月１４日発行の米国特許第６，０３７，９０８号において本発明者らの１人らによって記載されたものといった、フラットパネルスロットアレイアンテナである。そのアンテナは、横断電磁（ＴＥＭ）モードで放射開口を通じて進行波を伝搬する平面フェーズドアレイアンテナである。通信アンテナは、平面フェーズドアレイを組み込んでいるが、ハイブリッド進行波／コーポレートフィードを付加することによって先行技術におけるアンテナの周波数走査特性を排除する、当該アンテナの変種を含むであろう。５ミルの表面許容差を保持する平面プレートは、放物表面よりも製作するのに著しく安価で容易である。平面スロットアレイは、高額な高精密機械加工よりもむしろ、本質的に極めて精密である回路基板処理技法（例えばフォトリソグラフィー）を利用する。

（粗位置決めおよび高精度位置決め）
高増幅率アンテナの位置決めは、粗位置取りおよび高精度位置取りを必要とする。粗位置取りは、照準合わせされたライフルスコープやレーザーポインタといった視覚的視野を用いて最初に行われ得る。アンテナは、微調整の前にその最終粗位置でロックされる。微調整は、遠隔送信機をオンにして実行される。高精度位置決めが調整され固定される際に、受信機に接続された電力計が最大出力について監視される。

５０ｄＢ超の増幅率レベルで、風荷重および、塔または建物のたわみが許容できないレベルのビームワンダーを生じることがあり得る。脆弱なアンテナマウントは、無線顧客へのサービスの損失をもたらすだけでなく、他の認可されたビーム経路に対する干渉を図らずも生じることにもなり得る。特定の“パイプ”内だけでの伝送を維持するために、電子ビームステアリングのための何らかの方法が必要かもしれない。

（変調器）
（先行技術の変調器）
図８Ａおよび８Ｂはそれぞれ、“オン”および“オフ”の２つの異なる状態における従来の先行技術のＲＦ変調器のごく簡略化した概略図を示す。ＲＦ信号８００Ａは、左からポート８０２Ａで伝送線路８０１Ａに入る。図８Ａにスイッチ開状態または“オン”状態で示された変調器スイッチ８０３Ａが、伝送線路８０１Ａに沿ってポート８０４Ａで右に出るまで続くＲＦ信号８０５Ａの量を制御するために使用される。

図８Ｂは、スイッチ閉または“オフ”状態の変調器を示している。この場合、スイッチ８０３Ｂは伝送線路３０１Ｂ上で短絡として働くので、従って、ＲＦ電力８００Ｂをポート８０２Ｂに向けて反射させ、ポート８０４Ｂには著しく低減した信号を生じる。これは、大部分の先行技術の変調器の動作の本質である。

動作周波数（変調速度およびＲＦ周波数の両方）が十分に低く保たれている限り、図８Ａおよび８Ｂの従来の変調器は満足に働く。しかし、変調速度またはＲＦ周波数のどちらか一方が約５０ＧＨｚの範囲まで増加した場合、これらの従来の変調器は低減した性能に苦しむ。

図９Ａは、６０〜１２０ＧＨｚの範囲において良好に動作するダイオードに基づく変調器の簡略化した概略図を示す。この実施形態において、Ｍ／Ａ−ＣＯＭ社（マサチューセッツ州ローウェル）から入手可能なダイオードＭＡ４Ｅ２０３８または相当品は、高周波通信モジュールでの使用のために改修されている。図９Ｂは、逆バイアスされたスイッチ開状態におけるこのダイオードのシミュレートされた送信および反射信号を示している。低周波時、送信は極めて高く、反射は極めて低い。残念なことに、より高い周波数を見た場合、このダイオードスイッチの性能は、６０ＧＨｚに近づくにつれて急速に劣化する。この周波数で、反射の量は送信の量に匹敵するようになり、それゆえ、良好な“オン”状態の概念は深刻に損なわれる。

類似の状況は図１０Ａおよび１０Ｂに示された“オフ”状態でも生じる。図１０Ａは、図９Ａのダイオードに基づく変調器であるが、スイッチ閉つまりいわゆる“オフ”状態での簡略化した概略図を示す。図１０Ｂは、順バイアスにされたスイッチ閉状態のそのシミュレートされたダイオードの対応するシミュレートされた送信および反射信号を示している。低周波性能だけを見れば、送信は図８Ｂにおいてと同様に極めて低く、反射もやはり図８Ｂにおいてと同様に極めて高い。残念なことに、より高い周波数で見た場合、このダイオードスイッチの性能は、６０ＧＨｚに近づくにつれて急速に劣化する。この周波数で、送信の量は反射の量に匹敵するようになり、それゆえ、良好な“オフ”状態の概念もやはり深刻に損なわれる。

（本発明の高性能変調器）
本発明の変調器は、高周波信号の高データレート変調が可能である。この著しく改善された性能は、図１１Ａに示すようにダイオードＭＡ４Ｅ２０３８への同調スタブ１１５の追加の結果である。改修されたダイオードに基づく変調器は、７２ＧＨｚの範囲で動作することができる。図１１Ｂは、逆バイアスされたスイッチ開状態におけるこのシミュレートされたダイオードのシミュレートされた送信および反射信号を示している。約７２ＧＨｚの周波数範囲において、反射は極めて高く、送信は極めて低い。この実施形態に使用されるスイッチング規約が従来の変調器のそれの反対であることに読者は留意しなければならない。これは、ダイオードオフ状態において、同調スタブ１１０５、ダイオードキャパシタンス１１０６およびリード線インダクタンス１１０７の全部が組み合わさり、正しく同調された時に、７２ＧＨｚまたはその近傍で点１１０９において伝送線路間でＲＦ短絡を呈する共振ＬＣ回路を形成するからである。

図１２Ａは、ここでは順バイアスにされたダイオード状態である点以外、図１１Ａと同じ回路を示す。この場合、７２ＧＨｚまたはその近傍で、送信信号は大きくなるのに対し、反射信号は図１２Ｂに示すように比較的小さくなる。やはりこれは、ダイオードのバイアス条件に関して従来のダイオード変調器のそれと反対である“オン／オフ”関係で働く変調器と一致している。図１２Ａに示された状態において、同調回路は、ダイオードへの順バイアスの適用によって（７２ＧＨｚ送信に関する限り）「調整ずれ」に投入されている。

図１２Ａおよび１２Ｂのモデルが伝送線路におけるＲＦ信号のダイオード“スイッチング”または変調に対するいかなる導電性寄与も前提としていないという事実は、特に注目に値する。この場合、ダイオードのキャパシタンスは（変調器信号から）ダイオードへのわずかな順バイアスの結果として変化した（１０の倍率で増加した）と仮定される。ダイオードがわずかに順バイアスにされた時に接合容量の大きな増加を示すという事実は、周知である（例えば、Ｒ．ラドウィグ（R.Ludwig）およびＲ．ブレッコ（R.Bretchko）著、『アール・エフ・サーキット・デザイン、セオリー・アンド・アプリケーションズ（RF Circuit Design, Theory and Applications）』、プレンティス・ホール（Prentice Hall）、２０００年刊、ｐ．２８７参照）。従って、本発明は、ダイオードコンダクタンスにおいて誘起される変化によってではなく、ダイオードキャパシタンスにおいて誘起される変化によってＲＦ信号を変調することができる。

この新規な変調モードの意味するところは、スイッチングダイオードにおける潜在的に電力浪費的な状況が回避され得るということである。導電性スイッチングを使用する従来の変調器では、ダイオードの抵抗が伝送線路の特性インピーダンスに対応する値を通って交差した時に、大量の電力が抵抗により散逸する。例えば、ダイオードが５０オーム伝送線路を変調するために使用されて５０オームの抵抗に順バイアスにされた場合、最大電力はダイオード接合抵抗に転移し（そして、そこにおいて散逸が生じる）。この「整合」状態の間に、電力の半分は散逸し得る。このように、導電性遷移の間に、スイッチングプロセスが極めて非効率的である時間が存在する。対照的に、本発明の変調器は、ダイオードをそのような不可逆な遷移によって駆動する必要がない。それゆえ、従来のコンダクタンススイッチングの間に生起する非効率的プロセスは、完全に回避される。

（適応性電力送信機制御の必要性）
ミリ波ポイントトゥーポイント開放空間通信リンクは、１度未満内に制限され得る。通信レンジもまた限定される。従って、同じスペクトル域が何度も繰り返し使用することができ、極めて高データレートでほとんど無限の通信チャネルを提供する。しかし、これらのポイントトゥーポイント無線通信リンクが増加するにつれて、特にそれらのリンクが同一または重なり合う周波数で動作する場合、近隣リンク間の干渉を防止する必要性が増大する。ミリ波通信リンクは通常、狭ビームに設計されるが、２つの近接して位置するリンクが互いに干渉し得る可能性または、構造物、地勢または他の物体から反射したエネルギーが別の通信リンクの経路内をそれに沿って反射しながら進み、干渉を生じる可能性が存在する。図１３Ａは、無干渉ベースで動作する一群のポイントトゥーポイント通信リンクを例示している。図１３Ｂは同じリンクを例示しているが、建物や樹木といった障害物４０が、送信信号の一部の何らかの反射を生じ、信号の１つが他の信号の１つ以上に干渉する可能性をもたらしている。複数のリンク間での潜在的な干渉を最小限にするために、信頼できる通信を実現するために要求される最小限必要な電力レベルで各リンクの送信機を動作させることが望ましい。各リンクの最小送信電力レベルは、リンク距離、気象条件、地勢、大気および他の要因に応じて異なる。天候といったそれらの要因の一部は、時間の関数として変動する。本発明は、変化する条件の下で最小限必要な送信電力を維持するために、適応性送信機電力制御を提供する。天候および大気の状態が変化すると、リンク経路の減衰も変化し、受信信号を相当に変化させる。しかし、送信電力は、受信機での信号のレベルを所要の範囲内に維持するために監視および調整される。

（第１の好ましい実施形態）
出願人らによって製作および試験された第１の好ましい実施形態において、ミリ波データリンクは、リンクの端間で双方向にイーサネット（登録商標）データパケットを渡すように機器構成されている。データリンクのブロック図が図１４に図示されている。リンクの各端で使用されるミリ波トランシーバのブロック図が図１５に図示されている。リンク４２の一端（「トランシーバＡ」と指定）は７２ＧＨｚで送信し、７５ＧＨｚで受信し、そして他方端４４（「トランシーバＢ」と指定）は７５ＧＨｚで送信し、７２ＧＨｚで受信する。２フィートの直径を有するディッシュアンテナ２４が、約０．３４度の放射ビーム幅を得るために各端で使用される。

端Ａでの受信信号強度は、リンク端Ｂによって送信された電力を制御するために使用される。リンク端Ｂでの受信信号強度は、リンク端Ａによって送信された電力を制御するために使用される。Ａで受信された信号強度は、ＡからＢに流れるデータストリームを介して端Ｂに伝達される。Ｂで受信された信号強度は、ＢからＡに流れるデータストリームを介して端Ａに伝達される。受信信号強度は、リンク端ＡおよびＢの間の経路で変化する状態について受信信号強度を所要の範囲内に保つような形で送信電力を調整するために使用される。

リンク端Ａでの受信信号強度は、自動増幅率制御（ＡＧＣ）回路５を経て中央処理装置（ＣＰＵ）２７Ａによって検出される（図１５参照）。ＣＰＵ２７はこのデータをメッセージパケットに符号化し、それらは３２Ａで示されたイーサネット（登録商標）接続を通じてイーサネット（登録商標）スイッチ２６Ａへ送られ、後者はＣＰＵメッセージパケットをリンク端Ｂへの送信のためにユーザネットワーク３０Ａから無線機に流れる他のイーサネット（登録商標）メッセージトラヒックと結合する。ＣＰＵメッセージはＡからＢへのデータリンクをわたりリンク端Ｂのイーサネット（登録商標）スイッチ２６Ｂに流れ、後者は（リンク端Ａからの）ＣＰＵメッセージをリンク端ＢのＣＰＵ２７Ｂに送る。リンク端ＢのＣＰＵは、イーサネット（登録商標）メッセージパケットを解釈し、Ａで受信された信号強度を抽出する。リンク端ＢのＣＰＵ２７ＢはＡで受信された信号強度を所定の範囲と比較し、そして受信信号強度が所定の範囲の下の閾値より低い場合、ＣＰＵ Ｂはリンク端Ｂでの送信電力レベルを増大させる。リンク端Ａで受信された信号強度が所定の範囲の上の閾値を超えていると判断された場合、ＣＰＵ Ｂはリンク端Ｂでの送信電力レベルを減少させる。リンク端Ｂでの送信電力レベルの増大または減少は、送信信号経路の（ディジタルに制御される）可変減衰器２５を介してＣＰＵによって遂行される。リンク端Ａによって送信された電力レベルは、リンク端Ｂで測定された信号強度を用いて同様にして調整され、データリンクによってリンク端Ａに渡される。読者は、図１５が、ローカル発振器周波数を除いて同一であることからリンクの両端を表現しており、図１５においてＡおよびＢが構成部品の参照で省かれていることに留意しなければならない。トランシーバについては以下に詳述する。

（トランシーバ）
リンクハードウェアは、一対のＭＭＷアンテナ２４および一対のイーサネット（登録商標）スイッチ２６（各トランシーバについて１つ）を含むミリ波トランシーバペアよりなる。ＭＭＷ信号は振幅変調および単側波帯ろ波されており、低減レベル搬送波を含む。チューナ受信機は、ヘテロダインミクサ、位相固定された中間周波数（ＩＦ）およびＩＦパワー検波器を含む。トランシーバＡ（図１４）は７１〜７３ＧＨｚで送信し、トランシーバＢ（図１４）は７４〜７６ＧＨｚで送信する。トランシーバＡは７４〜７６ＧＨｚで受信し、トランシーバＢは７１〜７３ＧＨｚで受信する。

リンク端Ａのトランシーバは、ミリフレクト・コーポレーション（Milliflect Corporation）社による製造のディッシュアンテナ２４より構成され、無線機電子部品は本発明者らによって製造され、ＣＰＵ２７はダイヤモンド・システム・コーポレーション（Diamond Systems Corporation）社によって製造され、外部イーサネット（登録商標）スイッチ２６はヒューレット・パッカード・コーポレーション（Hewlett Packard Corporation）社によって製造されている。アンテナ２４によって受信された信号は、偏分波器１２および７１〜７３ＧＨｚ帯域フィルタ１１を通過し、低ノイズ増幅器１０によって増幅される。増幅後、信号は、ミクサ７によって７５ＧＨｚローカル発振器８の信号と混合され、２〜４ＧＨｚダウンコンバート信号を得る。この結果生じる２〜４ＧＨｚ信号は、自動増幅率制御（ＡＧＣ）回路５に送られる前に、ヒッタイト・コーポレーション（Hittite Corp.）社製の増幅器６によって増幅され、４によって帯域ろ波される。ＡＧＣ回路を通過した後に、信号は検波器回路３によって電力検波および低域ろ波され、ベースバンドデータ信号を得る。ベースバンドデータ信号は、クロック・データリカバリ回路２（アナログ・デバイセズ（Analog Devices）社のＡＤＮ２８０９クロックリカバリチップを使用している）に渡され、これは、フィニスター・インコーポレーテッド（Finisar Incorporated）社による製造の光ファイバーインタフェース１によって光信号に変換される前に、データ波形形状をきれいにする。

ユーザネットワークから入信するデータはイーサネット（登録商標）スイッチ２６によって取得され、そこでそれは、トランシーバＣＰＵ２７および他のユーザネットワークからの他のイーサネット（登録商標）データと結合される。イーサネット（登録商標）スイッチからの結合されたデータストリームは、光ファイバーコンバータ１に送られ、７５ＧＨｚガン発振器１７の出力をダイオード変調器１５によって変調するために使用される。変調された信号は、可変減衰器２５を通されてから帯域フィルタ１４によって帯域ろ波され、信号をアンテナ２４に転送する偏分波器１２に送られる。

ＡＧＣ回路５は、受信信号強度を検知し、そのレベルを調整して検波器回路３に一定レベルを呈示する。ＡＧＣ回路５はまた、検知した信号レベルをＣＰＵ２７にも送り、後者はそのレベルをイーサネット（登録商標）スイッチ２６を通じてリンクの他方端へ送る。リンクの他方端で、イーサネット（登録商標）スイッチ２６は、可変減衰器２５に指令するために信号強度情報を使用し、送信信号電力を調整するＣＰＵ２７に信号強度情報を転送する。

（商業ユニット）
商業用途に準備されたミリ波通信リンクが、出願人らによって製作および試験されている。そのリンクを図１７〜図２７Ｂによって以下に詳述する。この実施形態は、０．１から１０マイル超の距離にわたり１５５、６２２、１２４４、２４８８および１２５０Ｍｂｐｓのデータレートをサポートすることができる無線ポイントトゥーポイントデータ通信リンクトランシーバを含む。指定されたデータレートは通常、ＯＣ−４、ＯＣ−１２、ＯＣ−２４、ＯＣ−４８およびギガビットイーサネット（登録商標）として知られる。完全なポイントトゥーポイントデータリンクは、説明されたトランシーバの１つをデータリンクの各端で使用する。好ましい実施形態において、データリンクの一端のトランシーバは７４〜７６ＧＨｚ周波数範囲で送信し、７１〜７３ＧＨｚレンジで受信する。データリンクの他方端のトランシーバは、７１〜７３ＧＨｚ周波数範囲において送信し、７４〜７６ＧＨｚで受信する。各リンクの各端におけるトランシーバの動作は、周波数の選択を除き同一である。好ましい実施形態において、トランシーバ電子部品エンクロージャは、２フィート直径のディッシュアンテナに直接取り付けられている。２フィートアンテナの使用により、晴天時に最高５マイルのリンク距離が１０^−１２未満のビット誤り率（ＢＥＲ）で達成可能となり、または最高１マイルの距離が時間当たり１．５インチまでの降雨量で達成可能となる。トランシーバ電子部品および耐候性屋外エンクロージャの具体化は開示されている。

（ＧＰＳ位置取り）
好ましい実施形態において、データリンクの各端のトランシーバは、ＧＰＳ衛星から信号を受信し、トランシーバ位置を計算し、コマンドを受けてかまたは定期的にかのどちらかで、その位置を遠隔ロケーションに報告する、ＧＰＳ受信機およびＣＰＵを組み込んでいる。データリンク通信電子部品およびＧＰＳ受信機は、共通のエンクロージャに収容されている。データリンク通信は、ミリ波周波数および２フィート直径のディッシュアンテナを用いて行われる。ＧＰＳ衛星信号は、外側に取り付けられたかまたは、電子部品エンクロージャの一部として組み込まれた小型アクティブアンテナによって受信される。

トランシーバは、ユーザネットワークに接続するために光ファイバーインタフェースを使用し、７４〜７６ＧＨｚ周波数帯で本発明の別の実施形態に無線でデータを送信する。トランシーバは、７１〜７３ＧＨｚ周波数帯で他方のトランシーバからデータを受信し、そのデータを光ファイバーインタフェースによってユーザネットワークに送る。本発明のトランシーバは、ミリ波電子部品、中間周波（ＩＦ）電子部品、入出力電子部品および屋外適合エンクロージャより構成される。トランシーバはまた、電源および、状態・健全性の監視および無線機制御のための中央処理装置（ＣＰＵ）も含み、カセグレンディッシュアンテナに直接接続されている。情報は、単純なオン／オフキーイング（振幅変調）を用いてミリ波リンクによって送られる。

動作時、本発明の好ましい実施形態は、データリンクエンドポイントの位置を自動的に決定するためにＧＰＳ受信機を使用し、これらの位置をリンク運用センターに報告する。さらに、最初に現場に配備される時、本発明はまず、リンク送信機が作動した場合に潜在的に干渉を受けるような動作帯域における他の信号を聴取する。他の信号がその帯域にすでに存在するとわかった場合、リンクはオペレータに通知し、自身のいずれかの信号を送信する前に何らかのオーバライドコマンドを要求するはずである。この動作プロトコルは、既存のデータリンクに干渉する新しく配備されるデータリンクの可能性を低減する。

（好ましい実施形態の特徴）
受信周波数範囲 ７１〜７３ＧＨｚ
送信周波数範囲 ７４〜７６ＧＨｚ
送信機出力電力 ４０ｍｗ（＋１６ｄＢｍ）
データレート（ユーザ選択可能） １５５、６２２、１２４４または１２５０Ｍｂｐｓ
ユーザネットワークとの接続 光ファイバー接続、タイプＬＣ
ユーザ電力との接続 １１０ＶＡＣ
電力消費 ＜５０ワット
重量（アンテナ除く） ２３ポンド
高さ（アンテナ除く） １３インチ
幅（アンテナ除く） １３インチ
奥行き（アンテナまたは給電ホーン除く） １０インチ
奥行き（アンテナ除く） １４インチ
ユーザＣＰＵインタフェース １０ｂａｓｅＴイーサネット（登録商標）−ウェブブラウザインタフェースまたはＲＳ２３２シリアルリンク

グローバル位置取りシステム（ＧＰＳ）受信機はＣＰＵに付属され、ＧＰＳ受信機はＧＰＳ衛星信号を物理的位置座標に変換する。ＣＰＵは、ＧＰＳ受信機からこれらの座標を読み取り、それらをデータリンクを通じて遠隔ロケーション（リンクまたはネットワーク運用センター）に報告する。ＣＰＵボードは業界標準のＰＣ／１０４フォームファクタで製作されており、ＧＰＳ受信機が“スタック”に容易に差し込まれるのを可能にする。好ましい実施形態のＧＰＳ受信機は、アクティブアンテナを備える、リアル・タイム・デバイセズ・ＵＳＡ・インコーポレーテッド（Real Time Devices USA, Incorporated）社（ペンシルバニア州ステートカレッジ）が製造する型番ＧＰＳ１４０ＨＲである。

（トランシーバの説明）
トランシーバ電子部品の説明は、図２０Ａおよび２０Ｂによって行う。トランシーバ４２は、ミリフレクト・コーポレーション（Milliflect Corporation）社による製造のディッシュアンテナ２４、ハーモニー・キャスティングズ（Harmony Castings）社による製造の無線機電子部品エンクロージャ４３、ミリ波送信機、ミリ波受信機、ＩＦ電子部品、中央処理装置（ＣＰＵ）２７およびＩ／Ｏ電子部品より構成される。アンテナ２４によって受信された信号は、給電ホーン５１を通り偏分波器１２および７１〜７３ＧＨｚ帯域フィルタ１１に伝わり、低ノイズ増幅器１０によって増幅される。増幅後、信号は第２の帯域フィルタ１１によってろ波され、ミクサ７によって７５ＧＨｚローカル発振器８の信号と混合され、２〜４ＧＨｚダウンコンバート信号を得る。この結果生じる２〜４ＧＨｚ信号は、自動増幅率制御（ＡＧＣ）回路５に送られる。ＡＧＣ回路を通過した後に、信号は検波器回路３によって電力検波および低域ろ波され、ベースバンドデータ信号を得る。ベースバンドデータ信号はその後、クロック・データリカバリ回路２（アナログ・デバイセズ（Analog Devices）社のＡＤＮ２８１９クロックリカバリチップを使用している）に渡され、これは転じて、光ファイバーインタフェース１によって光信号に変換される前に、データ波形形状をきれいにする。

ユーザネットワークから入信するデータは、光ファイバーコンバータ１に送られ、ダイオード変調器１５による７５ＧＨｚガン発振器１７の出力を変調するために使用される。変調された信号は、帯域フィルタ１４を通じて渡され、信号を給電ホーン５１を経てアンテナ２４に転送する偏分波器１２に送られる。

（本発明の重要な構成部品の詳細な説明）
本発明の重要な構成部品のいくつかは出願人らによって製作されている。これらの構成部品の詳細な説明は、図１７〜図２７Ｂに関して行う。これらの構成部品は、当業に標準の技法を用いて製造され得る。

（電源）
電源は、標準の１１０ＶＡＣに接続されており、Ｉ／Ｏボード７０および信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１を介して種々の無線機構成部品に＋１２Ｖ、＋５Ｖ、−１２Ｖを供給する。電源６１は、ＩＣＰ・アメリカ（ICP America）社（カリフォルニア州ポモーナ）から購入した型番ＡＣＥ８９０、または相当品である。

（Ｉ／Ｏ回路ボード）
ユーザネットワーク、ＡＣ主電源および外界との接続は、図１８ＡおよびＢに示されたＩ／Ｏ回路ボード７０によってなされる。Ｉ／Ｏ回路ボード７０は、内カバー５３に取り付けられている。Ｉ／Ｏ回路ボードは、光ファイバーインタフェース１、電源６１との接続、ＣＰＵ２７から外部環境へのイーサネット（登録商標）接続７１、ＣＰＵ２７から外部環境へのＵＳＢ接続およびＣＰＵ２７から外部環境へのＲＳ２３２シリアルリンク接続を含む。ＰＣボードは、プロト・クィック・インコーポレーテッド（Proto-Qwik Incorporated）社（カリフォルニア州サンディエゴ）または相当するＰＣボード製作供給業者によって製造され、社内で組み立てられる。

（光ファイバーインタフェース）
図１５に示された光ファイバーインタフェース１は、ユーザネットワークへの、またそれからの光信号を、無線機によって使用される電気信号に変換する。装置は、最高１．２５Ｇｂｐｓのデータレートをサポートし、フィニスター・インコーポレーテッド（Finisar Incorporated）社（カリフォルニア州サニーヴェール）によって製造される部品＃ＦＴＲＪ−８５１９−１または相当品である。光ファイバーインタフェース１は、図１８ＡおよびＢに示すようにＩ／Ｏ回路ボード７０に配置されている。

（信号コンディショニング・クロックリカバリボード）
信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１は、図１７ならびに図１９ＡおよびＢに示されている。ボードは、内カバー５３に取り付けられており、ＣＰＵ２７を支持する。電力は、電源６１から、Ｉ／Ｏボード７０を経て、信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１を通じてＣＰＵ２７および他の無線機電子部品に供給される。ＰＣボードは、プロト・クィック・インコーポレーテッド（Proto-Qwik Incorporated）社（カリフォルニア州サンディエゴ）または相当するＰＣボード製作供給業者によって製造され、社内で組み立てられる。信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１は、以下の機能を実行する回路を含む。
電源６１によって供給された＋１２Ｖをガン発振器８および１７のための＋１０Ｖに変換する。
＋５Ｖを他の回路による使用のために＋３．３Ｖに変換する。
＋１２Ｖ、＋１０Ｖ、＋５Ｖおよび＋３．３Ｖを無線機の他の回路に供給する。
＋１２Ｖ、＋１０Ｖ、＋５Ｖおよび＋３．３Ｖ電圧測定値をＣＰＵ２７に供給する。
＋１２Ｖ、＋１０Ｖ、＋５Ｖおよび＋３．３Ｖ電流測定値をＣＰＵ２７に供給する。
パワー検波器回路３を通じて無線機によって受信されたディジタルデータをリクロックし復元する。（アナログ・デバイセズ（Analog Devices）社（マサチューセッツ州ノーウッド）による製造の部品＃ＡＤＮ２８１９のクロック・データリカバリ回路７３を用いて）。また、基本回路設計はアナログ・デバイセズ社によって提供され、信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１の設計に採り入れられている。
２^７疑似ランダムビットストリーム（ＰＲＢＳ７）を、テキサス・インスツルメンツ・コーポレーション（Texas Instruments, Corporation）社（テキサス州ダラス）による製造の部品＃ＴＬＫ１５０１のＰＲＢＳ発生器７４を用いて生成および検波する。また、基本回路設計はテキサス・インスツルメンツ社によって提供され、信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１の設計に採り入れられている。
ダイオード変調器１５に呈示されるデータストリームを、入力側の光ファイバーコンバータ１、ＰＲＢＳ発生器７４およびクロック・データリカバリ回路７３の間でスイッチングおよび選択する。データストリームは、トライクイント・セミコンダクター（Triquint Semiconductor）社（オレゴン州ヒルズバラ）による製造の部品＃ＴＱ８００４のクロスバースイッチ回路７２によって選択される。
クロック・データリカバリ回路７３およびＰＲＢＳ発生器７４が１５５、６２２、１２４４および１２５０Ｍｂｐｓのデータレートで動作できるようにする発振器回路７５を用いてクロック信号を生成する。
ＩＦ回路ボード８０のＡＧＣ回路７６により受信信号のレベルを検知し、そのレベルをＣＰＵボード２７に呈示する。
ダイオード変調器１５により送信信号のレベルを検知し、そのレベルをＣＰＵボード２７に呈示する。

（ＣＰＵボード）
中央処理装置（ＣＰＵボード２７）は、種々の無線機パラメータおよび機能の状態の監視、報告および制御を実行する。ＣＰＵ２７は、ダイヤモンド・システムズ・コーポレーション（Diamond Systems Corporation）社（カリフォルニア州ニューアーク）が製造する型名“プロメテウス（Prometheus）”である。ＣＰＵ２７は、“ＰＣ／１０４”フォームファクタ互換であり、フラッシュメモリからリナックス（Linux）オペレーティングシステムの修正バージョンを実行する。ＣＰＵ２７は、（Ｉ／Ｏボード７０を通過した）１０ｂａｓｅＴイーサネット（登録商標）接続および２つのＲＳ２３２シリアルリンクを介して外部環境と通信する。ソフトウェアは、イーサネット（登録商標）またはシリアル接続を通じて遠隔ロケーションからの更新を可能にするように構成されている。ＣＰＵボード２７は、１６のアナログおよび２４のディジタル入出力信号を含み、それらは信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１を通じて無線機電子部品に接続される。ＣＰＵ２７のアナログ入出力信号は、信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１を通じて、＋１２Ｖ、−１２Ｖ、＋５Ｖ、＋３．３Ｖおよび、これらの給電の各々で流れる電流を監視するために使用される。ＣＰＵ２７のアナログ入出力はまた、信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１を通じて無線機のＡＧＣレベル（受信信号強度）およびＴＸ電力（送信電力レベル）を検知するために使用される。ＣＰＵ２７からのディジタル出力信号は、トライクイント・セミコンダクター（Triquint Semiconductor）社（オレゴン州ビーヴァートン）による製造のデータ経路クロスバースイッチ７２を構成し、発振器回路７５によるデータ経路に使用されるクロック周波数を設定するために使用される。ＰＣボードは、プロト・クィック・インコーポレーテッド（Proto-Qwik Incorporated）社（カリフォルニア州サンディエゴ）または相当するＰＣボード製作供給業者によって製造され、社内で組み立てられる。

（ＩＦ回路ボード）
ＩＦ回路ボード８０は、ミクサ７からの２〜４ＧＨｚ中間周波（ＩＦ）信号を受信し、検波されたディジタルデータストリームをクロック・データリカバリ回路７３へ出力する。ＩＦボード８０は、図１７ならびに図２１ＡおよびＢに示されている。ＩＦボード８０は、以下の機能を実行する回路を含む。
ミクサ７の出力を約３０ｄＢ増幅し、増幅された信号を、ヒッタイト・マイクロウェーブ・コーポレーション（Hittite Microwave Corporation）社（マサチューセッツ州チェルムズフォード）による製造の部品＃ＨＭＣ３４６ＭＳ８Ｇの可変減衰器７９に渡す。
周波数帯を２〜４ＧＨｚに制限するために可変減衰器７９の出力を増幅および帯域ろ波し、このろ波信号を検波器回路７８に呈示する。可変減衰器７９は約３０ｄＢのレンジを有しており、受信信号レベルにおける幅広い変動を可能にする。
検波器回路７８によって検波された信号レベルを検知し、可変減衰器７９を調整して、ミニ・サーキッツ・インコーポレーテッド（Mini-Circuits Incorporated）社（ニューヨーク州ブルックリン）による製造の部品＃の検波器回路７８の出力において一定のプリセット信号レベルを維持する。検知された信号レベルは、信号コンディショニング・クロックリカバリボード７１を介してＣＰＵ２７にも渡される。
ミニ・サーキッツ・インコーポレーテッド（Mini-Circuits Incorporated）社（ニューヨーク州ブルックリン）による製造の部品＃ＡＤＥ−３０Ｗの検波器回路７８を用いて信号の電力を検波する。

（給電ホーン）
給電ホーン５１は、カセグレンアンテナ２４によって受信された信号を、偏分波器１２に接続された円形導波管に変換する。給電ホーン５１の詳細な図面が図２２Ａ、ＢおよびＣに示されている。給電ホーン５１は、数個のねじによって前ハウジング５２に取り付けられ、水が導波管および偏分波器１２に入るのを防ぐためにプラスチックディスク（図示せず）により端でシールされている。給電ホーン５１と前ハウジング５２との間のＯリング（図示せず）は、この境界面での水の進入を防止する。給電ホーン５１は、シソン・エンジニアリング（Sisson Engineering）社（マサチューセッツ州ノースフィールド）または相当する機械工場によって製造され得る。

（偏分波器）
偏分波器（ＯＭＴ）１２は、給電ホーンならびに５１および帯域フィルタ１１および１４に取り付けられている。ＯＭＴ１２は、アンテナ２４から給電ホーン５１を通じて帯域フィルタ１１へ水平偏波で信号を導き、帯域フィルタ１４を経てダイオード変調器１５から給電ホーン５１を経てアンテナ２４に信号を垂直偏波で伝えるために使用される。ＯＭＴ１２は、異なる偏波による信号を２つの別個の経路に分離するかまたは、異なる偏波による信号を共通の経路に結合し、その共通の経路は給電ホーン５１を介してアンテナ２４に接続されている。ＯＭＴ１２の使用は、送信機と受信機との間にアンドゥ干渉を伴わずに単一のアンテナを送信および受信の両方に使用され得るようにする。ＯＭＴ１２は、シソン・エンジニアリング（Sisson Engineering）社（マサチューセッツ州ノースフィールド）または相当する機械工場によって製造され得る。

（帯域フィルタ）
帯域フィルタ１１および１４は、ダイオード変調器１５からの送信信号と低ノイズ増幅器１０との間にさらなる分離を付与するために使用される。帯域フィルタハウジングの機械的図面が図２３に示されている。ハウジングは、シソン・エンジニアリング（Sisson Engineering）社（マサチューセッツ州ノースフィールド）または相当する機械工場によって製造され得る。帯域フィルタ１１、１４および１９の内部には、アドバンスド・メタル・エッチング（Advanced Metal Etching）社（インディアナ州リゴニア）により製造された格子パターンを含むシムがある。シムの格子パターンは、帯域フィルタが機能するスペクトル域を決定する。７１〜７３ＧＨｚおよび７４〜７６ＧＨｚで動作する帯域フィルタの格子パターンは、フィルタ製造者によって設定された基準に従って選択される。帯域フィルタ１１および１９は、７１〜７３ＧＨｚの範囲における周波数を通過させるように機器構成されている。帯域フィルタ１４は７４〜７６ＧＨｚの範囲の周波数を通過させるように機器構成されている。様々な寸法の帯域フィルタシムが、異なる通過帯域周波数を得るために帯域フィルタ内部に使用される。フィルタシム寸法の詳細は、供給元から入手可能である。

ガン発振器１７は、７４〜７６ＧＨｚのスペクトル域を備える信号を生じるためにダイオード変調器１５によって（クロスバースイッチ７２を経て光ファイバーコンバータ１からの）データとともに変調される７５ＧＨｚの送信信号を生成する。帯域フィルタ１４は、７４ないし７６ＧＨｚの周波数を通過させ、他の周波数を阻止するように機器構成されており、その結果、７４〜７６ＧＨｚの範囲における信号だけが送信され、ガン発振器１７および変調器１５からの不要な放出は除去され得る。

アンテナ２４から給電ホーン５１およびＯＭＴ１２を経て入信する信号は、帯域フィルタ１１を通されて、低ノイズ増幅器１０によって増幅される。帯域フィルタ１１は７１ないし７３ＧＨｚの周波数だけを低ノイズ増幅器１０に通過させるように機器構成され、変調器１５および帯域フィルタ１４からの（送信のための７４〜７６ＧＨｚの）信号が直接受信機に通過しないように保証する。低ノイズ増幅器１０からの信号は帯域フィルタ１９によって再びろ波されて、低ノイズ増幅器１０によって導入されたあらゆる望ましくないスペクトル成分も除去する。

（ダイオード変調器１５）
ダイオード変調器１５は、データストリームをガン発振器１７の連続出力上に付与するために使用される。ダイオード変調器１５は、（クロスバースイッチ７２を経て）光ファイバーコンバータ１からのデータストリームに現れる１および０に従って、ガン発振器１７からの信号をオン／オフにする。このオン／オフ開閉信号は、帯域フィルタ１４、ＯＭＴ１２および給電ホーン５１を通じてアンテナ２４に送られる。

ダイオード変調器の図面が図２４に示されている。ハウジングは、シソン・エンジニアリング（Sisson Engineering）社（マサチューセッツ州ノースフィールド）または相当する機械工場によって製作されている。変調器ダイオードは、ＭＡＣＯＭコーポレーション（MACOM Corporation）社（マサチューセッツ州ローウェル）から購入した部品＃ＭＡ４
Ｅ２０３８、または相当品である。ダイオードは、ヴィテッセ・セミコンダクター（Vitesse Semiconductor）社（カリフォルニア州カマリロ）が製造する部品＃ＶＳＣ７９２８のダイオードドライバチップによって駆動される。変調器回路については上述されている。

（ガン発振器８および１７）
ガン発振器８および１７は、７５ＧＨｚのＣＷ（連続波）信号を生成するために使用される。ガン発振器ハウジングの図面が図２５に示されている。ハウジングは、シソン・エンジニアリング（Sisson Engineering）社（マサチューセッツ州ノースフィールド）または相当する機械工場によって製作されている。ダイオードは、フィルトロニック・ソリッド・ステート（Filtronic Solid State）社（カリフォルニア州サンタクララ）が製造する部品＃ＬＳＷ９１７７Ｓ２、または相当品である。空洞９２における同調ロッド９１の深さを調整することによって、発振周波数は、７１〜７６ＧＨｚから調整され得る。

ガン発振器１７の出力は、送信機のための電源を形成し、ダイオード変調器１５に渡される。ガン発振器１７は約６０ミリワットの出力電力を生成し、そしてこれは、変調器１５、帯域フィルタ１４、ＯＭＴ１２および給電ホーン５１を通過した後、アンテナ２４への約４０ミリワットの電力となる。

ガン発振器８の出力は、受信機へのローカル発振器信号であり、ミクサ７に渡され、そこでそれは、アンテナ２４によって受信され帯域フィルタ１１、低ノイズ増幅器１０および第２の帯域フィルタ１１を経た７２〜７４ＧＨｚ信号と混合される。

（低ノイズ増幅器１０）
低ノイズ増幅器１０は、受信信号のための第１の増幅器として働く。アンテナ２４によって受信された信号は、給電ホーン５１、ＯＭＴ１２および帯域フィルタ１１を経て低ノイズ増幅器１０に通過する。低ノイズ増幅器１０の出力は、第２の帯域フィルタ１１を介してミクサ７に渡される。低ノイズ増幅器は、６ｄＢの雑音指数を有し、７０ないし９５ＧＨｚの信号を増幅するように設計されている。低ノイズ増幅器１０のためのハウジングは、図２７ＡおよびＢに示されており、シソン・エンジニアリング（Sisson Engineering）社（マサチューセッツ州ノースフィールド）または相当する機械工場によって製造される。

（ミクサ）
ガン発振器８および第２の帯域フィルタ１１からの信号はミクサ７に渡され、後者は、帯域フィルタ１１からの入信受信信号をガン発振器８からのローカル発振器信号と混合して、増幅器６を経てＩＦボード８０に送られる２〜４ＧＨｚ中間周波（ＩＦ）信号を生じる。ミクサハウジングは図２７ＡおよびＢに示されており、シソン・エンジニアリング（Sisson Engineering）社（マサチューセッツ州ノースフィールド）または任意の適格な機械工場によって製造される。ミクサダイオードは、アジレント・コーポレーション（Agilent Corporation）社（カリフォルニア州パロアルト）が製作する部品＃ＨＳＣＨ９２０１、または相当品である。

（アンテナ）
トランシーバに使用されるアンテナ２４は、ディッシュ要素９４および二次反射器９３より構成されるカセグレンフィード機器構成による２フィートディッシュアンテナである。ディッシュ要素９４は、ミリフレクト・コーポレーション（Milliflect Corporation）社（コロラド州コロラドスプリングス）による製造の部品＃である。二次反射器９３は、マラソン・マシン（Marathon Machine）社（カリフォルニア州サンディエゴ）または類似の機械工場によって製造されている。ディッシュ要素９４で集電された信号は、二次反射器９３で、その後、給電ホーン５１を通じて無線機電子部品に反射される。無線機電子部品からの信号は、給電ホーン５１から二次反射器９３に伝わり、ディッシュ要素９４から自由空間に反射する。

（エンクロージャ）
エンクロージャは、図１７に示されており、ハーモニー・キャスティングズ（Harmony Castings）社（ペンシルバニア州ハーモニー）による製造の前ハウジング５２、内カバー５３、後ハウジング５４、後部カバー５５および、３Ｄ・エンジニアリング（3D Engineering）社（フロリダ州ポンパノビーチ）による製造のガスケットシール５６、５７および５８より構成される。ハウジング、シールおよびカバーは、ミリ波および他の電子構成部品を収容する前室および、電源６１およびＩ／Ｏボード７０との接続部を収容する後室を形成する。給電ホーン５１は、前ハウジング内に突出しており、水密シールを形成するためにＯリング（図示せず）によってシールされている。前室は水密であり、また後室も、後部カバーが適位置に置かれ、コンジット接続穴６２がコンジットにシールまたは接続されると、水密である。２室化設計により、工場作業は前室において行うことができ、またフィールド／据付作業は前室電子部品をあらゆる劣悪な環境作用にさらすことなく後室において行えるようになる。

（トランシーバにつき単一のローカル発振器）
上述の好ましい実施形態では、各トランシーバは、送信用のローカル発振器および受信用の別個のローカル発振器を備えていた。他の好ましい実施形態において、各トランシーバは、ただ１つのローカル発振器を備える。トランシーバは、７２ＧＨｚまたは７５ＧＨｚのどちらかで送信し、それぞれ７５ＧＨｚまたは７２ＧＨｚで受信する。例えば、１つのリンクで、７５ＧＨｚで送信し、７２ＧＨｚで受信したいとする。７５ＧＨｚでＬＯを動作させた場合、それを送信信号用に変調することができる。

７２ＧＨｚの入信信号は、この同じＬＯ信号と混合され、ＩＦ回路への３ＧＨｚ中間周波（ＩＦ）信号を生じる。データリンクの他方端では、７２ＧＨｚで送信し、７５ＧＨｚで受信したい。リンクのこの他方端のＬＯは、７２ＧＨｚで動作させられ、送信信号用に変調される。この同じＬＯ周波数は、７５ＧＨｚの入信ＲＦと混合されて、やはり３ＧＨｚのＩＦ信号を生じる。この方式は、ＩＦ周波数の量だけ分離されている送信周波数および受信周波数を選択をしたことからうまく働く。７１〜７６ＧＨｚ帯で使用可能な全スペクトルの量および、無線機によって使用されるデータレート（１．２５ＧＨｚ）に起因して、そうしたものおよびＩＦを選択することができる。

（他の実施形態）
７１〜７６ＧＨｚ、８１〜８６ＧＨｚおよび９２〜１００ＧＨｚといったいずれかのミリ波搬送周波数範囲が本発明の実施において利用され得る。同様に、５．２〜５．９ＧＨｚ、５．９〜６．９ＧＨｚ、１０．７〜１１．７ＧＨｚ、１７．７〜１９．７ＧＨｚおよび２１．２〜２３．６ＧＨｚといった、いくつかの現に割当てられているマイクロ波帯のうちのいずれかが、バックアップリンクに利用され得る。ＭＭＷおよびマイクロ波チャネル両者の変調帯域幅は、増大させることができ、やはりＦＣＣスペクトル割当てによってのみ制限される。また、ＦＣＣ放出規則に合致した手段においてリンク距離にわたり変調搬送波を送信することができる、任意のフラット、コンフォーマルまたは形状のアンテナが使用され得る。ホーン、主焦点、オフセットパラボラ、および平面スロットアレイはすべて含まれる。

送信電力は、選択した搬送周波数またはその周波数のいずれかの分周波で共振するガンダイオード源、注入ロックド増幅器またはＭＭＷ管源により生成され得る。電源電力は、ダイオードスイッチ、ミクサまたは、二相または連続相変調器を用いて、振幅、周波数または位相変調され得る。変調は、単純な双状態ＡＭ変調の形を取ることができるし、または、例えば量子化振幅変調（ＱＡＭ）を用いて、２より多くのシンボル状態を含むこともできる。両側波帯（ＤＳＢ）、単側波帯（ＳＳＢ）または残留側波帯（ＶＳＢ）技法が、１つのＡＭ側波帯を通過、抑圧または低減し、それによって帯域幅効率に影響を与えるために使用され得る。また、単純なＦＭ、二相または４相位相変調（ＱＰＳＫ）を含む、位相または周波数変調方式も使用され得る。全搬送波または抑圧搬送波による送信が使用され得る。ディジタルソース変調は、適格なシンボル伝送方式を用いて、ヘルツ単位の変調帯域幅の最大２５６倍のビット／秒単位のいずれかのデータレートで実行され得る。アナログ変調もまた実行され得る。モノリシックまたは個別構成部品の電力増幅器が、出力電力を高めるために変調器の後に組み込むことができる。直線または円偏波が、送信機および受信機チャネル間に偏波および周波数ダイバーシチを付与するために搬送周波数とのいずれかの組合せで使用され得る。同様に単一トランシーバにおいて空間ダイバーシチを付与するために、１つのディッシュの代わりに一対のディッシュを使用することができる。

ＭＭＷガンダイオードおよびミリ波増幅器は、リン化インジウム、ヒ化ガリウムまたは変成ＩｎＰ・オン・ＧａＡｓ上に作成され得る。ミリ波増幅器は、短距離リンクの場合、完全に削除され得る。検波器は、シリコンまたはヒ化ガリウムを用いて作ることができる。ミクサ／ダウンコンバータは、モノリシック集積回路上に作るかまたは、ドープしたシリコン、ヒ化ガリウムまたはリン化インジウム上に個別のミクサダイオードから作ることができる。フェーズロックループは、マイクロプロセッサ制御されたクアドラチュア（Ｉ／Ｑ）コンパレータまたはスキャンフィルタを使用することができる。検波器は、シリコンまたはヒ化ガリウム上に製作され得るかまたは、アンチモン化インジウムを用いてヘテロ構造ダイオードより構成され得る。

バックアップトランシーバは、ＦＣＣパート１０１認可規則の範囲に含まれる、交代帯域を使用することができる。ネットワーク用途において、ルータまたはスイッチは一般に、ミリ波リンクおよびマイクロ波リンクを同時に使用するためにデータストリームを分割する。厳しい天候の間には、ミリ波リンクはデータを送達するのをやめ、ルータまたはスイッチは、天候が良くなりミリ波リンクが自動的に運用を再開するような時まで、マイクロ波バックアップリンクによって全部のデータを自動的に送るはずである。アンテナは、適格な増幅率を得るために適切な任意の大きさの、カセグレン、オフセットまたは主焦点ディッシュまたは、フラットパネルスロットアレイアンテナとすることができる。

システムにおいて使用されるアンテナは、直径１インチから数フィートまで、種々の大きさのものとしてよい。フラットパネルアンテナがディッシュアンテナの代わりに使用され得る。カセグレン給電よりむしろ主焦点アンテナが使用されることもある。アンテナは、指向性である必要はなく、または、いくつかの方向にビームを形成し得る。好ましい周波数範囲は、上述の通り７１ＧＨｚ〜７６ＧＨｚであり、また８１ＧＨｚ〜８６ＧＨｚの周波数範囲である。９２〜９５ＧＨｚを含む他の周波数帯も使用され得る。ミリ波送信電力またはローカル発振器を実現する種々の方法が、周波数倍化集積電力増幅器、ガン発振器、準光学増幅器または他の技法を含め、使用され得る。本発明のオン／オフキーイング具体化の場合、ＰＩＮダイオード変調器、電圧制御増幅器、準光学変調器または他の技法を含む、送信電力を変調する種々の方法が使用され得る。ダイオードパワー検波器、同期検波または他の方法を含む、受信信号を増幅および検波する種々の方法が使用され得る。オン／オフキーイング以外の変調技法が、本発明の具体化において使用され得る。ここで指定されたもの以外のＧＰＳ受信機が使用されるか、または、（ＧＰＳの使用による以外の）位置決定のための別の技法が使用され得る。

上記の説明は多くの仕様を含んでいるが、読者はこれらを本発明の範囲に対する限定として解釈してはならず、単にその好ましい実施形態の実例としてのみ解釈しなければならない。例えば、技術的水準の変調方式とともに上に詳述した好ましい実施形態の説明において言及された完全に割当てられたミリ波帯域は、１０Ｇｂｉｔ／秒を上回る速度でのデータの転送を可能にし得る。そのようなデータレートは、今後２年以内に実用になると予想されている標準である、１０ギガビットイーサネット（登録商標）に合致するリンクを可能にするであろう。本発明は、光ファイバー通信が利用できず、通信サイト間の距離が約１５マイル未満であるが、自由空間レーザー通信装置によって合理的にサービスされ得る距離よりも長い、そうしたロケーションにおいて特に有用である。約１マイルから約１０マイルまでのレンジが本発明の適用には理想的である。しかし、ほとんど好天が得られる地域では、システムは２０マイル以上の距離まで良好なサービスを提供することができよう。従って、読者は、本発明の範囲を、上に挙げた実例によってではなく、添付した特許請求の範囲およびそれらの合法的な等価物によって判断しなければならない。

Claims (25)

1. ミリ波通信システムであって、
   Ａ）第１のサイトに位置し、第２のサイトとの間で７０ＧＨｚ超の周波数かつ約１．２５Ｇｂｐｓ以上のデータレートで大気を通じてディジタル情報を送信および受信することができ、
   １）約２度以下の電力半値幅を有するビームを発射する少なくとも１つのアンテナ、並びに、
   ２）ａ）ダイオードキャパシタンスおよびリード線インダクタンスにより規定されるダイオード、および、ｂ）同調部、を含む高性能変調器、を有し、
   前記同調部、前記ダイオードキャパシタンス、および前記リード線インダクタンスの全部が組み合わされて共振ＬＣ回路が形成されており、
   オフ状態においては、同調されて、伝送線路間でＲＦ短絡を呈し、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信停止の状態となり、
   オン状態においては、同調されずに、伝送線路間でのＲＦ短絡が解除されて、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信可能な状態となる第１のトランシーバと、
   Ｂ）前記第２のサイトに位置し、前記第１のサイトとの間で７０ＧＨｚ超の周波数かつ約１．２５Ｇｂｐｓ以上のデータレートで大気を通じてディジタル情報を送信および受信することができ、
   １）約２度以下の電力半値幅を有するビームを発射する少なくとも１つのアンテナ、並びに、
   ２）ａ）ダイオードキャパシタンスおよびリード線インダクタンスにより規定されるダイオード、および、ｂ）同調部、を含む高性能変調器、を有し、
   前記同調部、前記ダイオードキャパシタンス、および前記リード線インダクタンスの全部が組み合わされて共振ＬＣ回路が形成されており、
   オフ状態においては、同調されて、伝送線路間でＲＦ短絡を呈し、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信停止の状態となり、
   オン状態においては、同調されずに、伝送線路間でのＲＦ短絡が解除されて、７０ＧＨｚ超の送信周波数において送信可能な状態となる第２のトランシーバと、
   を備えるミリ波通信システム。
2. 前記第２のトランシーバにおける受信信号強度から導出された情報に基づき前記第１のトランシーバの送信電力を制御し、前記第１のトランシーバにおける受信信号強度から導出された情報に基づき前記第２のトランシーバの送信電力を制御するための電力制御手段をさらに備える請求項１に記載のミリ波通信システム。
3. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの一方は、約７１．８±０．６３ＧＨｚの範囲の周波数で送信し、約７３．８±０．６３ＧＨｚの範囲の周波数で情報を受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
4. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの一方は、約９２．３〜９３．２ＧＨｚの範囲の周波数で送信し、約９４．１〜９５．０ＧＨｚの範囲の周波数で情報を受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
5. 異常な気象条件の場合に前記第１および第２のサイト間で情報の連続した転送を行うように機器構成されたバックアップトランシーバシステムをさらに備える、請求項１に記載のミリ波通信システム。
6. 前記バックアップトランシーバシステムは、１１．７ＧＨｚ未満の周波数範囲で動作するように機器構成されている、請求項５に記載のミリ波通信システム。
7. 前記バックアップトランシーバシステムは、マイクロ波システムである、請求項５に記載のミリ波通信システム。
8. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの各々は、通常の気象条件の間に１０^−ｌ０未満のビット誤り率で情報を送信および受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
9. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの両方は５０ｄＢ超の増幅率を付与するアンテナを有する、請求項１に記載のミリ波通信システム。
10. 前記第１のトランシーバは、７１ないし７６ＧＨｚの周波数で情報を送信および受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
11. 前記第１のトランシーバは、８１ないし８６ＧＨｚの周波数で情報を送信および受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
12. 前記第１のトランシーバは、７１ないし８６ＧＨｚの周波数で情報を送信および受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
13. 前記第１のトランシーバは、９２ないし９５ＧＨｚの周波数で情報を送信および受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
14. 前記第１のトランシーバは、７１ないし９５ＧＨｚの周波数で情報を送信および受信するように機器構成されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
15. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの各々が有する前記高性能変調器における前記同調部は、前記オン状態の間は前記ダイオードを逆バイアス状態とし、前記オフ状態の間は前記ダイオードを順バイアスとする、請求項１に記載のミリ波通信システム。
16. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの各々は、送信アンテナおよび受信アンテナの２つのアンテナを含む、請求項１に記載のミリ波通信システム。
17. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの各々は、送信および受信するために機器構成された１つのアンテナだけを含む、請求項１に記載のミリ波通信システム。
18. 前記第１のトランシーバまたは前記第２のトランシーバのうちの少なくとも１つは、ＧＰＳユニットを含む、請求項１に記載のミリ波通信システム。
19. 前記第１のトランシーバおよび前記第２のトランシーバの各々が有する前記高性能変調器における前記同調部は、同調スタブを含む、請求項１に記載のミリ波通信システム。
20. 前記第１のサイトおよび前記第２のサイトは少なくとも１マイル分離されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
21. 前記第１のサイトおよび前記第２のサイトは少なくとも１０マイル分離されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
22. 前記第１のサイトおよび前記第２のサイトは少なくとも２マイル分離されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
23. 前記第１のサイトおよび前記第２のサイトは少なくとも７マイル分離されている、請求項１に記載のミリ波通信システム。
24. 前記アンテナのうちの少なくとも１つはカセグレンアンテナである、請求項１に記載のミリ波通信システム。
25. 前記アンテナのうちの少なくとも１つはフラットパネルアンテナである、請求項１に記載のミリ波通信システム。

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