JP5277169B2 - Ｐｏｎを介した無線 - Google Patents

Description

本発明は、無線装置へ信号を送信し且つ無線装置から信号を受信するのに小型の加入者宅内機器（ＣＰＥ）が使用される建物内にネイティブ（native）無線信号を送達するのに使用されるパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）に関する。

セルラーネットワークのような無線ネットワークの大きな課題の１つは、室内カバレッジである。無線アンテナは典型的には建物の外側に配置されるが、多くの場合、ユーザは建物の内側に位置している。そのため、無線信号は建物の壁を通過しなければならない。信号は壁を通過する間に減衰し、通信品質を低下させる。

この室内カバレッジに関する課題はよく知られており、この課題に対処する方法がいくつか存在する。主に、リピータ及び室内分散アンテナシステム（ＤＡＳ）である。いずれの方法も典型的には、オフィスビル、公共建築物、ショッピングセンター、及びキャンパスのような人口密度の高い場所に使用されている。

ここで、ＰＯＮアーキテクチャの簡潔な概要を提供する。ＰＯＮは、光ファイバを基にしたアクセスネットワークである。このネットワークは、ポイントツーマルチポイントネットワークとして構築され、光加入者線端局装置（ＯＬＴ）として知られる単一の光インタフェースが、中央局（ＣＯ）又はヘッドエンド（ＨＥ）に配置され、複数のユーザ（典型的には１６〜６４のユーザ数）にサービス提供する。ＯＬＴは、光ファイバ（通常フィーダと呼ばれる）を介して、複数の光ファイバ（通常、配線又はドロップと呼ばれる）に光信号を分割するパッシブスプリッタに接続される。パッシブスプリッタは、ＣＯに配置することもできる（集中型スプリット：centralized split）し、フィールド内のパッシブキャビネットに配置することもできる（分散型スプリット：distributed split）。配線（又はドロップ）は、光信号を電気信号に変換する光加入者線終端装置（ＯＮＵ）で終端する。ＯＮＵは、加入者宅に配置することもできるし（ＦＴＴＨ−ファイバ・ツー・ザ・ホームとしても知られている）、建物のインフラストラクチャ（たとえば、ＣＡＴ ５）を使用してエンドユーザに電気信号を転送する加入者の建物に配置することもでき（ＦＴＴＢとしても知られている）、また銅線（たとえば、ＤＳＬ）を使用してエンドユーザに電気信号を転送するカーブ（the curb）に配置することもできる（ＦＴＴＣとしても知られている）。ＰＯＮには、ＡＰＯＮ、ＢＰＯＮ、ＥＰＯＮ、ＧＰＯＮ、及びＧｅＰＯＮのようないくつかの種類が存在する。すべての種類は、パッシブ分割の同じ基本アーキテクチャを共有し、データレート及びプロトコルによって互いに異なる。図１は、１つの典型的なＰＯＮを示す。

携帯電話のような無線通信のための改善された室内カバレッジが必要とされているが、従来の解決法は、これに関してＰＯＮアーキテクチャを採用する可能性を有効に利用していない。

［発明の概要］
本発明は、商業ビル及び公共建築物はもちろん民家及びアパートのような住宅立地にも関する室内カバレッジの課題に対処する。無線装置へ信号を送信し且つ無線装置から信号を受信するのに小型の加入者宅内機器（ＣＰＥ）が使用される建物内にネイティブ無線信号を送達するのにパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）が使用される本発明によれば、携帯電話技術（すなわち、ＧＳＭ９００、ＧＳＭ１８００、ＰＣＳ、ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ、ｉＤＥＮ等）、無線ＬＡＮ技術（たとえば、ＷｉＦｉ）、ＷｉＭＡＸ、及び他の ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ技術．１のような多くの種類の無線技術がサポートされる。

本発明の一態様によれば、無線信号を通信するためのシステムが提供され、当該システムは、中央局（ＣＯ）とネットワーク加入者との間のパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）を備え、ＣＯは光加入者線端局装置（ＯＬＴ）及び無線基地局を有する。ＲＦ／光変換器が、基地局無線周波数（ＲＦ）信号を、対応する光信号に変換し且つ対応する光信号から変換する。ネットワーク加入者のうちの１人又は複数人のロケーションにおいてＰＯＮを介して少なくとも１つの光加入者線終端装置（ＯＮＵ）と通信するために、光結合器がＯＬＴの信号とＲＦ／光変換器の信号とを結合し、その結果、ＯＬＴの信号及び変換された無線基地局の信号は、ＰＯＮを介して共に搬送される。

ファイバマウント無線アンテナユニット（fiber mounted wireless antenna unit）（ＦＭＣＡ）は、光インタフェース及び無線アンテナを有し、無線ＲＦ信号と光信号との間の変換を実行することを含めて、無線アンテナの無線信号をＯＮＵと通信する。ＦＭＣＡは、変換された無線基地局信号をＰＯＮから取得し、それらの無線基地局信号を変換し直して、無線アンテナを使用してＦＭＣＡによって伝送するために再変換されたＲＦ信号を提供し、また、無線アンテナから無線ＲＦ信号を取得し、それらの無線ＲＦ信号を変換してＣＯにおける無線基地局へのＰＯＮを介した通信のために光信号を提供する。このように、当該システムは、加入者のロケーションでの無線カバレッジを提供する。

一実施の形態によれば、ＦＭＣＡ及びＯＮＵは一つに統合されている。

他の実施の形態は、ＰＯＮを介して使用される周波数が、無線通信信号専用であるか、又は無線信号とＰＯＮを介して搬送される他の信号との間で共有されるかを伴う。

本発明は、同封の図面を参照することによってより容易に理解されるであろう。図面では、本発明の中心原理を不明瞭にすることを避けるために多くの特殊性は省かれている。

従来技術によるＰＯＮアーキテクチャの非常に簡略な概略図である。 本発明の一実施形態による無線サポートを有するＰＯＮの非常に簡略な概略図である。 本発明の一実施形態による、ＣＡＴＶアプリケーションと、ＧＳＭ９００及びＧＳＭ１８００の２つの無線帯域とによって共有されるダウンリンク波長のスペクトルを描写する図である。 本発明の一実施形態による、信号が、無線周波数からＰＯＮアプリケーションによって使用されていない周波数にシフトされているスペクトルを描写する図である。

本発明は、以下に述べる特定の明確な実施形態に関して原理的に説明される。本論考は読者に本発明の原理を教示するための役割を果たすが、本発明の一部として考えられ得る、任意の且つあらゆる可能な実施形態を説明することは実際的ではない。したがって、例示的な実施形態が本発明を教示するために提供され、添付の特許請求の範囲は、本発明の精神内に入る主題の範囲を画定するために提供される。

ここで、ＰＯＮの論考に戻ると、２種類の伝送、すなわちデジタル伝送及びＲＦ伝送がＰＯＮを介して使用される。デジタル伝送は典型的には、ＩＰパケットがＡＴＭ（たとえば、ＡＰＯＮ、ＢＰＯＮ、及びＧＰＯＮ）又はイーサネット（登録商標）（たとえば、ＥＰＯＮ、ＧＰＯＮ、ＧｅＰＯＮ）のいずれかを介して搬送されるインターネットアクセスに使用される。デジタル伝送は典型的には、双方向伝送であり、ここで各方向は異なる波長によって搬送される。典型的な波長は、アップストリームに対して１３１０ｎｍであり、ダウンストリームに対して１４９０ｎｍ（ＡＰＯＮ、ＢＰＯＮ、及びＧＰＯＮ）又は１５５０ｎｍ（ＥＰＯＮ、及びＧｅＰＯＮ）である。あまり一般的ではないが、別の選択肢は、各方向に対して異なるファイバを使用することである。

ＲＦ伝送は通例、ダウンストリーム方向においてＣＡＴＶ伝送に使用される。ＣＡＴＶ ＲＦ信号は、典型的には１５５０ｎｍの波長で光信号に変換され、ＰＯＮに沿ってＯＮＵに転送される。ＯＮＵは、光信号をＲＦ信号に変換し直す。ＯＮＵのＲＦ出力は、ＣＡＴＶセットトップボックスのＲＦ入力に接続され、既存のＣＡＴＶのヘッドエンド機器及びセットトップボックスを使用しながらＰＯＮを介したＣＡＴＶ信号の伝送を可能にする。

以下のセクションは、ＰＯＮインフラストラクチャを使用して室内無線カバレッジを提供するシステムを説明する。そのようなシステムの主な用途がたとえ室内カバレッジであっても、当該システムは、ＰＯＮが配備されており且つ既存の室外無線カバレッジが不十分であるロケーションにおける室外カバレッジにも同様に使用することもできる。

提案されている本発明によれば、ネイティブ無線信号は、ＣＯと各ネットワーク加入者との間でＰＯＮを介して転送される。無線基地局はＣＯに設置され、好ましくはＯＬＴと同一の場所に配置される。基地局ＲＦ信号は、ＲＦ／光変換器を使用して光信号に変換される。光信号は、ＯＬＴ光信号と結合され、ＰＯＮに沿ってＯＮＵまで伝搬される。光インタフェース及び無線アンテナを備えているＦＭＣＡ（Fiber Mounted Cellular Antenna）（ファイバマウントセルラアンテナ）と呼ばれる小型のＣＰＥは、加入者宅に設置され、ＯＮＵと同じ場所に配置されるか、又はさらにはＯＮＵに統合されるのが好ましい。ＦＭＣＡは、無線基地局のＲＦ信号から生じた光信号を分離し、ＲＦ信号に変換し直す。これらのＲＦ信号は、無線アンテナを使用してＦＭＣＡによって伝送され、ＦＭＣＡの近傍において無線カバレッジを提供する。

アップストリーム方向において、無線信号は、ＦＭＣＡによって受信され、光信号に変換される。これらの信号は、ＯＮＵによって生成された光信号と結合され、ＰＯＮを介してＣＯに転送される。アップストリーム方向において、ＰＯＮパッシブスプリッタは、結合器として機能し、いくつかのＦＭＣＡによって生成された光信号を結合することに留意されたい。結合された光信号は、ＣＯにおいて受信され、ＣＯにおいて、ＦＭＣＡから生じた光信号はＲＦ信号に変換し直される。これらの信号は、無線基地局のＲＦ入力に転送される。このように、基地局は、各ＦＭＣＡのアンテナによって受信されるすべての信号を受信する。

以下のセクションは、無線信号をＰＯＮの他の信号に結合するためのいくつかの方法を説明する。各方法は、アップストリーム方向又はダウンストリーム方向のいずれかで実施することができ、また各方向は異なる方法を使用して実施することができることに留意されたい。

専用波長、無線周波数（電波周波数）（air frequency）
図２は、無線サポートを有するＰＯＮを示す。

すでに説明したように、ＰＯＮ信号はいくつかの波長によって搬送される。典型的には、１４９０ｎｍ及び１５５０ｎｍの波長がダウンストリームトラフィックに使用され、１３１０の波長がアップストリームトラフィックに使用される。提案されている本発明によれば、無線信号は、ＰＯＮによって使用されていないさらなる波長によって搬送される。双方向に対して単一のファイバを使用してＰＯＮが実施される場合、２つの波長を次のように使用するべきである。すなわち、一方の波長は無線ダウンストリーム信号に使用されるべきであり、他方の波長は無線アップストリーム信号に使用されるべきである。ダウンストリーム波長はすべてのＰＯＮ加入者のダウンストリームトラフィックを搬送し、アップストリーム波長はすべてのＰＯＮ加入者からのアップストリームトラフィックを搬送する。各方向に１つずつ２つのファイバを使用して実施されるＰＯＮの場合、同じ波長が双方向に対して使用され得る。無線アプリケーションに使用される波長は、ＰＯＮパッシブスプリッタによってサポートされる範囲内にあるべきであることに留意されたい。たとえば、１４９０ｎｍの波長を使用しないＥＰＯＮにおいて、この波長を双方向のうちの一方向の無線トラフィックを搬送するのに使用することができる。

ＲＦ信号は、一切の周波数変換も他の処理も伴わずに、無線(air)で使用される同じ周波数において、専用波長でそのままで光信号に変換される。異なる技術（たとえば、ＵＭＴＳ、ＧＳＭ）及び異なる無線（たとえば、セルラ）オペレータは、異なる周波数を使用しているため、異なる無線ネットワーク（同じ技術又は異なる技術のいずれか、同じオペレータ又は異なるオペレータのいずれか）の信号は、一つに結合され、ネットワーク間で一切重なることなく同じＰＯＮを介して伝搬され得る。

専用波長、シフトされる周波数
ここで説明される結合方法は、上記で説明した結合方法と同様である。いずれの方法においても、ＲＦ信号は専用波長によって搬送されるが、この方法では、ＲＦ信号の周波数は、通例、より低い周波数にシフトされる（又は、変換される）。ＧＳＭ帯域又はＵＭＴＳ帯域のような全無線帯域の、ＲＦから光への変換及びその逆の変換は、高価な広帯域ＲＦ／光変換器を必要とする。無線オペレータは帯域のわずかな部分（たとえば、１０ＭＨｚ）しか使用していないため、帯域のこの部分を、より低い周波数にシフトし、光信号に変換し、ネットワークの他方の終端においてＲＦ周波数に変換し直して、元の周波数にシフトし直すことができる。このようにして、より狭い帯域及びより安価なコンポーネントを使用することができる。この方法はまた、各ネットワークの実際の帯域をＰＯＮの一方の終端において異なる周波数帯域にシフトすることによって複数の無線ネットワークをサポートし、その帯域をＰＯＮの他方の終端において元の無線周波数にシフトし直すこともできる。

共有波長、無線周波数
図３は、ＣＡＴＶアプリケーションと、ＧＳＭ９００及びＧＳＭ１８００の２つの帯域とによって共有されるダウンリンク波長のスペクトルを描写する。

場合によっては、既存のＰＯＮアプリケーション及び無線アプリケーションによって単一の波長が共有されることがある。無線ＲＦ周波数範囲が、既存のＰＯＮアプリケーションによって使用される周波数を下回るか又は上回る場合、２つの信号はＲＦから光に変換する前に結合され得る。これは、実際は、各アプリケーションが自身の周波数範囲を使用する周波数分割多重化（ＦＤＭ）である。結合された信号は、光からＲＦに変換されるとともに、ネットワークの他方の終端において単一のＲＦ／光変換器を使用してＲＦから光に変換される。

たとえば、或るＢＰＯＮネットワーク又はＧＰＯＮネットワークにおいて、１５５０ｎｍ波長は、５０ＭＨｚ〜８６０ＭＨｚの周波数範囲内のＣＡＴＶ信号を搬送するのに使用される。ＧＳＭ９００ネットワークは、ダウンリンク信号に対して９００ＭＨｚを上回る周波数を利用するため、ＧＳＭ９００ダウンリンク信号は、ヘッドエンド／ＣＯにおいてＲＦから光に変換される前にＣＡＴＶ ＲＦ信号と結合することができる。ネットワークの遠端において、信号は、光からＲＦに変換した後にフィルタを使用して分離され得る。８６０ＭＨｚを下回る低い方の帯域はＣＡＴＶ受信機（たとえば、セットトップボックス）にルーティングされ、９００ＭＨｚを上回る高い方の帯域は、無線での伝送のためにＦＭＣＡにルーティングされる。無線ネットワークによって使用される周波数範囲と既存のＰＯＮアプリケーションによって使用される周波数範囲との間で重なりが存在しない限り、この方法において同様に複数の無線ネットワークをサポートすることができることに留意されたい。たとえば、ＣＡＴＶに使用される波長を、８６０ＭＨｚを下回る周波数範囲を使用する無線ネットワークと共有することはできない。

共有波長、シフトされる周波数
上述したように、広帯域ＲＦ信号の光信号への変換及びその逆の変換は、高価な広帯域ＲＦ／光変換器を必要とする。「共有波長、無線周波数」において紹介された方法は、既存のＰＯＮアプリケーション及び無線ネットワークの結合範囲のＲＦ／光変換を必要とする。そのセクションにおいて説明された例を考慮すると、ＣＡＴＶアプリケーションによって使用される周波数範囲は、５０ＭＨｚに始まり、８６０ＭＨｚで終わる。この信号をＵＭＴＳ信号に結合することによって、結果的に全帯域幅は２ＧＨｚを超える。ＲＦ／光変換器の帯域幅（及びコスト）を削減するために、ＵＭＴＳ信号を、無線周波数からＰＯＮアプリケーションによって使用されていない周波数にシフトすることができる。図４を参照されたい。周波数シフトは、無線帯域全体（たとえば、ＵＭＴＳ帯域全体）で、又は無線オペレータによって実際に使用される、帯域の一部（たとえば、ＵＭＴＳ帯域内で搬送波毎に５ＭＨｚ）で行うことができる。複数のネットワークの場合、各ネットワークの信号を異なる未使用周波数範囲にシフトすることができる。以下の図は、ＣＡＴＶアプリケーションと、２つのＧＳＭネットワーク及び２つのＵＭＴＳネットワークの４つの無線ネットワークとによって共有されるダウンリンク波長のスペクトルを描写する。これらのネットワークによって使用される全帯域幅は２５ＭＨｚである。

当該技術分野に精通している者（one familiar with this field：当業者）は理解するように、多くの変形及び変更を本発明の範囲及び精神から逸脱することなく行うことができる。さまざまな代替形態を上記で提示した。そして他の代替形態を、関心のある読者は思い付くであろう。

Claims (7)

1. 無線信号を通信するためのシステムであって、
   中央局（ＣＯ）とネットワーク加入者との間のパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）であって、前記ＣＯは光加入者線端局装置（ＯＬＴ）及び無線基地局を有する、パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）、
   無線基地局無線周波数（ＲＦ）信号を周波数シフトするとともに、前記無線基地局ＲＦ信号を、対応する光信号に且つ該光信号から変換するＲＦ／光変換器、
   前記ネットワーク加入者のうちの１人又は複数人のロケーションにおいて少なくとも１つの光加入者線終端装置（ＯＮＵ）と前記ＰＯＮを介して通信するために、前記ＯＬＴの信号と前記ＲＦ／光変換器の信号とを結合する光結合器であって、それによって、前記ＯＬＴの信号及び変換された無線基地局信号を前記ＰＯＮを介して共に搬送する、光結合器、並びに
   光インタフェース及び無線アンテナを有すると共に、無線ＲＦ信号と光信号との間の変換を実行することを含めて、前記無線アンテナの無線信号を前記ＯＮＵと通信するファイバマウント無線アンテナユニット（ＦＭＣＡ）、
   を備え、
   前記ＦＭＣＡは、
   前記変換された無線基地局信号を前記ＰＯＮから取得し、該変換された無線基地局信号を変換し直して、前記無線アンテナを使用して該ＦＭＣＡによって伝送するために、再変換されたＲＦ信号を提供し、
   また、前記無線アンテナから無線ＲＦ信号を取得し、該無線ＲＦ信号を変換して、前記ＣＯにおける前記無線基地局へ前記ＰＯＮを介して通信するために、光信号を提供し、
   それによって、前記ネットワーク加入者のうちの前記１人又は複数人の前記ロケーションでの無線カバレッジを提供する、無線信号を通信するためのシステム。
2. 前記ＦＭＣＡ及び前記ＯＮＵは互いに統合されている、請求項１に記載の無線信号を通信するためのシステム。
3. 前記光信号に変換された無線信号は、専用周波数で前記ＰＯＮを介して搬送される、請求項１に記載の無線信号を通信するためのシステム。
4. 前記無線信号は、前記光信号への変換の前に、前記ＰＯＮを介して搬送されることになる他のＲＦ信号と結合される、請求項１に記載の無線信号を通信するためのシステム。
5. 前記無線信号のネイティブ周波数は、光信号への変換の前に周波数変換される、請求項４に記載の無線信号を通信するためのシステム。
6. 請求項１に記載のシステムにおいて動作するように構成される、中央局（ＣＯ）。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて動作するように構成される、ファイバマウント無線アンテナユニット（ＦＭＣＡ）。

Images