JPH07240730A - 無線周波数スペクトルを用いた通信システム - Google Patents

無線周波数スペクトルを用いた通信システム

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JPH07240730A
JPH07240730A JP6292026A JP29202694A JPH07240730A JP H07240730 A JPH07240730 A JP H07240730A JP 6292026 A JP6292026 A JP 6292026A JP 29202694 A JP29202694 A JP 29202694A JP H07240730 A JPH07240730 A JP H07240730A
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waveguide
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イー． ダーシー トーマス
Ivan P Kaminow
ピー． カミノフ イワン
Dietrich Marcuse
マルコス デートリッチ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 同軸ケーブルの分配システムが、各加入者へ
の情報の放送を制限するシステムを提供することであ
る。 【構成】 上流側と複数の下流側のポイントとの間の通
信は、下流側への無線周波数信号のスペクトルを、弾性
波でもって波長分割、あるいは周波数分割で分離化し、
この分離化信号を下流側ポイントに分配することによっ
て達成される。上流側への通信は、下流側のポイントか
らの上流方向への信号を、弾性波分離化装置／多重化装
置で、多重化することにより達成される。さらに、サブ
キャリアのスペクトルを水晶中の弾性波に変換し、ルー
タ内の弾性波を第１のスターカプラから不等長の導波路
の弾性波グレーティングを介して、個別の出力を有する
第２の弾性波スターカプラに向けて、この弾性波信号を
電気信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、上流側ポイントと複数
の下流側ポイントとの間を通信する方法と手段に関し、
特に、光ファイバトランクを有する信号源から発信し
て、同軸ケーブル分配ネットワークを介して、加入者に
着信する通信システムに関する。
【０００２】
【従来技術】分配ネットワークのトランク部分に光ファ
イバを採用することにより、加入者が利用できる選択の
範囲が劇的に増加した。光ファイバフィーダは、ノード
で終端すると、そこから短い同軸ケーブルネットワーク
が、例えば、１００から２０００の加入者にサービスす
る。この同軸ケーブルの長さは、１から２ｋｍ以下なの
で、有効利用できるバンド幅は大きく、例えば、１ＧＨ
ｚである。このような広範囲のバンド幅は、従来の振幅
変調痕跡側波帯（amplitude-modulation、vestigial-si
deband：ＡＭ−ＶＳＢ）のビデオチャネルに加えて、様
々なサービスが提供できる。現在のところ、この光ファ
イバ−同軸ケーブルシステムは、分配ネットワークの各
加入者に対し、同一の信号を放送している。これは、通
常のケーブルサービスに対しては有効であるが、プライ
バシーや安全性を提供できず、例えば、このような問題
は、ビジネス、パーソナルデータの転送、有料ビデオオ
ンデマンド、あるいは、特別の電話に対しては有効では
ない。このプライバシーとは、他人が自分の話を洩れ聞
かないことを意味する。一方、安全性とは、不正な無線
周波数の上流側送信者が、通信を中断できないことを意
味する。
【０００３】同時継続の米国特許出願第０８／０２９７
２４号は、このような問題を、同調可能なレーザと周波
数選択性のルータを用いて、回避するような受動型の光
ネットワーク（Passive Optical Network：ＰＯＮ）加
入者ループシステムを開示している。この装置は、ヘッ
ドエンド局と各ユーザとの間に、秘密性のチャネルを提
供できる。しかし、これは、光ファイバが各加入者に直
接分配されなければならない。米国特許第５，１３６，
６７１号は、このような目的のために、適切な光学ルー
タを開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、情報
が暗号化されているか否かを問わず、また、情報が光フ
ァイバトランクから来たか否かを問わず、同軸ケーブル
の分配システムが、各加入者への情報の放送を制限する
システムを提供することである。
【０００５】また、本発明の他の目的は、放送ソースと
加入者との間で、この加入者が他のユーザにアクセスで
きないような秘密性のある下流方向チャネル、および、
上流方向チャネルを提供することである。
【０００６】また、本発明の目的は、光ファイバ素子へ
の接続、および、周波数分割多重化、および、分離化無
線キャリアに適したＲＦルータを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上流側
ポインタ（TV source）と複数の下流側ポイント（加入
者）との間の通信は、下流側への無線周波数信号のスペ
クトルを、表面弾性波（surface-acoustic-wave：ＳＡ
Ｗ）でもって、波長分割、あるいは、周波数分割の分離
化、および、この分離化された信号を下流側ポイントに
分配することによって達成される。
【０００８】さらに、本発明の別の特徴によれば、上流
側への通信は、下流側のポイントからの上流方向への信
号を、表面弾性波分離化／多重化装置により、多重化す
ることにより達成される。
【０００９】さらに、本発明の他の特徴によれば、本発
明の多重化／分離化装置、または、ルータは、ＲＦのサ
ブキャリアのスペクトルを水晶中の表面弾性波に変換
し、このルータ内の表面弾性波を第１のスターカプラか
ら不等長の導波路の弾性波グレーティングを介して、個
別の出力を有する第２の弾性波スターカプラに向けて、
この弾性波信号を電気信号に変換する。
【００１０】さらに、本発明の特徴によれば、光学受信
器は、光ファイバソースからの光学キャリア（搬送波）
を、電気的ＲＦサブキャリアのスペクトルに変換して、
表面弾性波ルータに向ける。
【００１１】
【実施例】図１において、光ファイバフィーダＦＦ１
は、複数の無線周波数（ＲＦ）サブキャリアを含有する
スペクトルを有する光キャリアを、ヘッドエンド局ＨＥ
１から複数のファイバノードＦＮ１に送信する。このフ
ァイバノードＦＮ１は、光ダイオード受信器ＯＰＲ１を
有し、この光ダイオード受信器ＯＰＲ１は、ＲＦサブキ
ャリアのスペクトルを検知、あるいは、復調し、除去す
る。さらに、このファイバノードＦＮ１は、増幅器ＡＭ
１も有する。
【００１２】図２は、ヘッドエンド局ＨＥ１が、光ファ
イバフィーダＦＦ１を介して、ファイバノードＦＮ１に
送信し、光ダイオード受信器ＯＰＲ１により検知された
後の増幅器ＡＭ１の出力点に現れるサブキャリアの周波
数分割バンドのスペクトルＳＰ１を表す。ここで、この
スペクトルＳＰ１は、振幅変調帯縮退サイドバンド（Ａ
Ｍ−ＶＳＢ）、ビデオブロードキャストサービス、デジ
タル直交振幅変調（Quadrature-amplitude-modulatio
n：ＱＡＭ）と、双方向性サービスを、このスペクトル
ＳＰ１のローパス部分ＬＰに有する。このスペクトルＳ
Ｐ１のハイパス部分ＨＰは、各加入者に対し、異なる一
対のサブキャリアでもって特殊サービスを有する。スペ
クトルＳＰ１のローパス部分ＬＰ内のこのサブキャリア
は、各加入者向けのものである。しかし、スペクトルＳ
Ｐ１のハイパス部分ＨＰ内の異なる対のサブキャリア
は、各特定の加入者に対し、個々に向けられたものであ
る。
【００１３】図１のファイバノードＦＮ１において、ヘ
ッドエンドＨＦ１は、スペクトルＳＰ１のハイパス部分
ＨＰ内のサブキャリアをルータＲＯ１に送信する。この
ルータＲＯ１は、スペクトルＳＰ１のハイパス部分ＨＰ
内のサブキャリアのスペクトルを、個別のサブキャリア
に周波数分割分離化（frequency-division demultiple
x）する。異なる対のサブキャリアが、ルータＲＯ１の
各出力ポートＯＰ１から出力ポートＯＰＮに現れる。２
個のサブキャリアが、各出力ポートＯＰ１から出力ポー
トＯＰＮにあらわれて、下流側、および、上流側への送
信が可能となる。ローパスフィルタＬＰＦは、スペクト
ルＳＰ１のローパス部分ＬＰ内のサブキャリアを直接、
あるいは、放送スター（図示せず）を介して、各出力ポ
ートＯＰ１から出力ポートＯＰＮに接続する。
【００１４】各出力ポートＯＰ１から出力ポートＯＰＮ
の同軸ケーブルＣＣ１から同軸ケーブルＣＣＮは、それ
ぞれのサブキャリアを、加入者ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ
３、．．．、ＳＵＮに分配する。同軸ケーブルＣＣ１か
ら同軸ケーブルＣＣＮの各々は、スペクトルＳＰ１のロ
ーパス部分ＬＰ内のサブキャリアの全てを、それが接続
されている加入者ＳＵ１から加入者ＳＵＮのそれぞれに
分配するが、スペクトルＳＰ１のハイパス部分ＨＰ内の
サブキャリアのうち、２つのサブキャリアのみを各加入
者ＳＵ１から加入者ＳＵＮに通過させる。かくして、ル
ータＲＯ１は、出力ポートＯＰ１でスペクトルＳＰ１の
ハイパス部分ＨＰ内の２個のサブキャリアを選択し、同
軸ケーブルＣＣ１が、この２個のサブキャリアとローパ
ス部分ＬＰ内の全てのサブキャリアとを、加入者ＳＵ１
に伝送する。すなわち、出力ポートＯＰ２は、スペクト
ルＳＰ１のハイパス部分ＨＰ内の他の２個のサブキャリ
アを送信し、同軸ケーブルＣＣ２が、この２個のサブキ
ャリアをローパス部分ＬＰ内の全てのサブキャリアと共
に、加入者ＳＵ２に送信する。この同軸ケーブルＣＣ３
は、さらに、スペクトルＳＰ１のハイパス部分ＨＰ内の
第３番目の対のサブキャリアと、ローパス部分ＬＰ内の
全てのサブキャリアを加入者ＳＵ３に送信する。
【００１５】スペクトルＳＰ１のハイパス部分ＨＰ内の
一対のサブキャリアを、同軸ケーブルに伝送することに
より、上流側、および、下流側への通信が可能となる。
上流側への送信は、同軸ケーブルＣＣ１から同軸ケーブ
ルＣＣＮと、ファイバノードＦＮ１と、光ファイバフィ
ーダＦＦ１を介して、ヘッドエンド局ＨＥ１に送信する
ことにより行われる。各加入者ＳＵ１から加入者ＳＵＮ
における構成は、送信器と変調器とを有し、加入者ＳＵ
１からのデータを、ヘッドエンド局ＨＥ１へ上流側に送
信するために、適当な第２のサブキャリアを送信する。
例えば、加入者が、ＣＡＴＶの加入者である場合には、
このＣＡＴＶの加入者は、ヘッドエンド局ＨＥ１に対
し、自分はどのようなプログラムを望んでいるか、ある
いは、双方向のマルチメディアでは、どのようなものに
参加したいのかを正確に指示することができる。
【００１６】図３は、１×ＮルータであるルータＲＯ１
の詳細図である。圧電（ピエゾ）クリスタル材料ＣＲ１
の上に、指を交互に入れ込んだ形状の双方向性トランデ
ューサＩＴ１が形成されている。この圧電クリスタル材
料ＣＲ１は、例えば、水晶、あるいは、リチウムナイオ
バイト、あるいは、他の圧電材料である。この双方向性
トランデューサＩＴ１において、湾曲型に堆積された導
体ＣＳ１の第１の組が、増幅器ＡＭ１からの電気入力で
ある端子Ｔ１に接続されている。この湾曲型に堆積され
た導体ＣＳ１は、増幅器ＡＭ１の入力である他の端子Ｔ
２に接続された第２組の湾曲型に堆積された導体ＣＳ２
と、指を交互に入れたように結合されている。この双方
向性トランデューサＩＴ１は、圧電クリスタル材料ＣＲ
１の表面に、１０9Ｈｚの無線周波数ｆで、表面弾性波
（surface acoustic wave）を発信する。圧電クリスタ
ル材料ＣＲ１上のこの表面弾性波の弾性波速度ｖは、３
×１０5ｃｍ／秒である。その結果、波長Λ＝ｖ／ｆ＝
３×１０5／１０9＝３×１０-4ｃｍ＝３μｍである。こ
の波長は、光波長と同一オーダーとなり、ルータＲＯ１
は、光学ルータに対応するサイズを有することになる。
【００１７】弾性波導波路ＡＷ０は、この表面弾性波を
１×ＭスターカプラＳＣ１を介して、導波路グレーティ
ングＧＲ１に伝搬する。この導波路グレーティングＧＲ
１は、異なる長さのＭ個の金属製導波路ＧＵ１から金属
製導波路ＧＵＭを有する。弾性波導波路ＡＷ０と、１×
ＭスターカプラＳＣ１と、金属製導波路ＧＵ１から金属
製導波路ＧＵＭは、全て金属堆積の形態で形成されてい
る。そして、好ましい形態としては、圧電クリスタル材
料ＣＲ１の表面に、アルミを堆積している。本発明の他
の実施例によれば、弾性波導波路ＡＷ０は、導波路の境
界を包囲する領域内に、リチウムナイオバイト内にチタ
ンを拡散することによって形成されている。この金属製
導波路ＧＵ１から金属製導波路ＧＵＭは、アルミ製の弾
性波導波路ＡＷ１から弾性波導波路ＡＷＮを有する第２
のＭ×ＮスターカプラＳＣ２内で終端する（接続す
る）。この出力パスに面したＮ個の双方向性の双方向性
出力トランデューサＯＴ１から双方向性出力トランデュ
ーサＯＴＮは、この表面弾性波を、出力ポートＯＰ１か
ら出力ポートＯＰＮに沿って、電気信号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ
Ｎに変換する。
【００１８】金属を堆積して形成した金属製導波路ＧＵ
１から金属製導波路ＧＵＭは、異なる長さを有して、導
波路グレーティングＧＲ１を形成し、この導波路グレー
ティングＧＲ１は、異なるＲＦ周波数のバンドを、出力
ポートＯＰ１から出力ポートＯＰＮに送信する。この１
×ＭスターカプラＳＣ１は、金属製導波路ＧＵ１から金
属製導波路ＧＵＭと同一材料で形成されて、円弧状境界
ＢＯ１と円弧状境界ＢＯ２の２つの間で自由空間領域を
形成する。弾性波導波路ＡＷ１は、１×Ｍスターカプラ
ＳＣ１の円弧状境界ＢＯ１内に、半径方向から入る。こ
のＭ個の金属製導波路ＧＵ１から金属製導波路ＧＵＭ
は、焦点Ｆ１は焦点方向に向いて、円弧状境界ＢＯ２か
ら半径方向に外側に向いたアレイを形成する。このアレ
イの各導波路は、幅Ｗを有し、隣接する金属製導波路Ｇ
Ｕ１から金属製導波路ＧＵＭから、角度α´でもって分
離している。
【００１９】このＭ×ＮスターカプラＳＣ２は、１×Ｍ
スターカプラＳＣ１と同一材料で形成され、２個の円弧
状境界ＢＯ３と円弧状境界ＢＯ４を有する自由空間領域
として機能する。金属製導波路ＧＵ１は、円弧状境界Ｂ
Ｏ３に沿って均一に分布するように、Ｍ×Ｎスターカプ
ラＳＣ２の自由空間領域に入る。この弾性波導波路ＡＷ
１から弾性波導波路ＡＷＮは、Ｍ×ＮスターカプラＳＣ
２の自由空間領域の円弧状境界ＢＯ４から半径方向の外
側に向かって出て行く。
【００２０】導波路グレーティングＧＲ１内の各金属製
導波路ＧＵ１から金属製導波路ＧＵＭの長さは、他の全
ての長さとは異なり、所定の、そして、異なる位相シフ
トを、表面弾性波に与える。そして、この表面弾性波と
は、１×ＭスターカプラＳＣ１からＭ×Ｎスターカプラ
ＳＣ２に入るグレーティングの導波路内に伝搬する。金
属製導波路ＧＵ１から金属製導波路ＧＵＮの出力は、か
くして、導波路の長さによって異なる位相を有する。こ
れは、出力ポートＯＰ１から出力ポートＯＰＮに現れる
異なる周波数バンドとなる。各バンドは、所望のサブキ
ャリア周波数のみを有する。
【００２１】ルータＲＯ１の構造は、図２に示したよう
な周波数バンドによって決定される。この周波数バンド
は、スペクトルのハイパス部分ＨＰを有し、すなわち、
ルータの自由空間範囲（free spectral range：ＦＳ
Ｒ）を有し、この周波数バンドの中心周波数は、ｆ1と
して、所望のサブキャリアチャネルのバンド幅をｆcと
して、このチャネル間のガードバンドをｆgとして示さ
れている。前述したように、１０００ＭＨｚ（１０9Ｈ
ｚ）では、圧電クリスタル材料ＣＲ１の上の表面弾性波
の弾性波速度ｖは、３×１０5ｃｍ／秒で、この結果、
波長は３μｍとなる。
【００２２】１０００ＭＨｚのような、所望の中心周波
数ｆ1と、１００ＭＨｚの所望のＦＳＲに対しては、ｑ
＝ｆ1／ＦＳＲを定義する。ルータＲＯ１において、金
属製導波路ＧＵＩの長さをｌiとすると、この導波路
は、固定量、ｌ＝（ｌi−ｌi-1）、だけ減少するとす
る。ｌは、導波路の波長Λと、前に規定したｑでもっ
て、ｌを次のように表すことができる。 ｌ＝ｑ（Λ）＝ｑ（ｖ／ｆ） ここで、Λ＝ｖ／ｆで、ｖは表面弾性波の伝搬速度であ
る。ｌ＝０であると、対称性により、入力パス、すなわ
ち、弾性波導波路ＡＷ０に入るいかなる周波数ｆの表面
弾性波は、ルータの中央出力から出ていく。しかし、ｌ
＝０でないときには、光は、ｌとｆにより決定される異
なるポートから出ていくことになる。それは、出力スタ
ーカプラへの入力にわたる導波路アレイによって導入さ
れる段階的な位相遅延、Φ＝２πｆｌ／ｖ、によって決
定されるからである。
【００２３】入力ポートから出力ポートへの伝送関数
は、図４に示されている。ｆが、ｖ／ｌだけ増加する
と、Φは２πだけ増加して、伝送関数は、周期、すなわ
ち、次式の自由スペクトル範囲でもって繰り返し、 ＦＳＲ＝ｖ／ｌ＝ｆ／ｑ 伝送ピークは、次式で与えられる。 ｆ＝ｑｖ／ｌ ここで、ｑは整数である。Λ＝３μｍ、ｆ＝１０9Ｈ
ｚ、ＦＳＲが１０8であるとすると、ｑ＝１０となる。
【００２４】一般的なマッハツェンダ干渉計、あるい
は、ｑ次の一般的なグレーティングとして動作する素子
の解像度は、次式で表される。 δｆ＝ＦＳＲ／Ｍ＝ｆ／ｑＭ ここで、δｆは、ＦＳＲ内で隣接するチャネルピーク間
の最低分離距離である。隣接するチャネルは、入力スタ
ーカプラのＭ個の入力の１つ、あるいは、出力スターカ
プラのＭ個の出力の１つだけ増分することによりアクセ
スできる。
【００２５】伝送関数の形状は、入力スターカプラの設
計により決定される導波路アレイの一連の励起係数のフ
ーリエ変換の二乗によって与えられる。例えば、理想的
なスターカプラによって生成される均一励起は、次式の
パターンを与え、ここで、ｘ＝πｆ／δｆである。 （ｓｉｎｘ／ｘ）2 ｘ＝３π／２における最近接のサイドローブは、−１３
ｄＢのレベルである。隣接するチャネルは、−４ｄＢの
レベルで、ｘ＝π／２で、メインローブと交差し、ｘ−
０の伝送ピークでヌルとなる。アンテナアレイにおける
ように、エッジ方向へのアレイの励起のテーパーは、伝
送ピークの幅を増加させるが、サイドローブを非常に減
少させることができる。 ｆc＝ＦＳＲ／Ｎ＝（Ｍ／Ｎ）δｆ Ｍ＞Ｎの場合には、隣接するチャネルは、次式で分離さ
れ、パスバンドの中央近傍のクロストークは、隣接する
チャネルのサイドバンドにより決定されて、Ｍ＝Ｎの場
合に比較すると減少している。
【００２６】中心周波数ｆ＝１０００ＭＨｚに対して
は、ルータバンドＦＳＲ＝１００ＭＨｚで、チャネルバ
ンドｆc＝１．５ＭＨｚで、ガードバンドｆg＝ｆcから
２ｆc、である。（次式、および、以降の数式におい
て、＝は、必ずしも厳密な意味での等号ではない場合が
ある。） ｑ＝ｆ1／ＦＳＲ＝１０9／１０8＝１０ ｌ＝ｑΛ＝１０×３＝３０μｍ Ｍ＝ＦＳＲ／δｆ、δｆ＝ｆc Ｍ＝ＦＳＲ／ｆc＝１０8／１．５×１０6＝６７ 上記の値は、図４に示す周波数伝送ダイアグラムの３ｄ
Ｂのオーバーラップに対しての値である。この自由スペ
クトル範囲（ＦＳＲ）は、６７チャネル含むことができ
る。
【００２７】良好なクロストークの特性を得るために、
Ｎ＝Ｍ／３とすると、３個のチャネルの内１個のみが使
用される。このようにして得られた数は、６７／３＝２
２チャネルとなる。
【００２８】６ＭＨｚのチャネルバンドｆcに対して
は、Ｍ＝ＦＳＲ／ｆc＝１０8／６×１０6＝１７、Ｎ＝
Ｍ／３＝１７／３＝５となる。
【００２９】本発明の実施例によれば、Ｎ＝Ｍ／２であ
る。
【００３０】５００ＭＨｚの自由スペクトル範囲（ＦＳ
Ｒ）に対しては、ｆc＝１．５ＭＨｚで、 ｑ＝ｆ1／ＦＳＲ＝１０9／５×１０8＝２ ｌ＝ｑΛ／ｎ＝２×３＝６μｍ Ｍ＝ＦＳＲ／ｆc＝５×１０8／１．５×１０6＝３３０ Ｎ＝Ｍ／３＝１１０ であり、ＦＳＲ＝５００ＭＨｚとｆc＝６ＭＨｚに対し
ては、 Ｍ＝５×１０8／６×１０6＝８３ Ｎ＝Ｍ／３＝２８ となる。
【００３１】１×Ｎのルータが、図３に示されている
が、図５に示すように、Ｎ×Ｎのルータのうち、１個の
入力と選択された出力とを用いることも可能である。図
５では、図３と同一要素には同一番号を付している。し
かし、ルータへの入力導波路は、入力導波路ＩＷ１から
入力導波路ＩＷＮとし、ルータへの出力導波路は、出力
導波路ＯＷ１から出力導波路ＯＷＮで示している。
【００３２】本発明の他のルータＲＯ２で、図１の装置
に用いられるものは、図６に示している。ルータＲＯ２
は、表面弾性波は、固体と空気との間のインタフェース
で容易に反射されることを利用して形成されている。こ
のルータＲＯ２は、導波路のアレイに沿って、平面上の
中点で表面弾性波を反射することにより、このルータの
長さを半分にしている。さらに、このルータの構成を簡
単にするためには、導波路グレーティングを取り除い
て、そのかわりに、自由空間弾性波反射グレーティング
でもって置換することにより行われる。この自由空間弾
性波反射グレーティングは、圧電水晶材料の表面に、適
切な形状の溝を形成することにより形成される。
【００３３】図７において、ＹカットのＬｉＮｂｏ3の
圧電クリスタルＣＲ２の表面に配置されたグレーティン
グ導波路グレーティングＧＲ２は、約１ｃｍ×１ｃｍの
大きさである。この大きさは、当然のことながら、素子
の周波数に関連する。この双方向性トランデューサＩＴ
１は、図１の双方向性トランデューサＩＴ１に対応し、
その弾性波導波路ＡＷ１から弾性波導波路ＡＷＮは、圧
電クリスタルＣＲ２の上に堆積した薄い金属ストリップ
からなる。この金属ストリップの目的は、２つの場合で
異なる。双方向性トランデューサＩＴ１の場合には、こ
の金属フィンガは、入力端子ＴとＴ２に接続されて、レ
イレー（Rayleigh）表面弾性波を励起する。弾性波導波
路ＡＷ１から弾性波導波路ＡＷＮを決定するこの金属ス
トリップは、レイレー波を遅延させる影響を有し、その
結果、この薄い金属層の下でトラップされる。このレイ
レー波を、その表面の金属ストリップにより遅延させる
ことは、狭ストリップ内の光学媒体の誘電定数を上げる
ことにより、誘電体の光学導波路を形成するのと同一の
効果がある。
【００３４】この本発明の実施例によれば、反射波は、
櫛波状のトランデューサにより集められる。しかし、ビ
ームをできるだけ狭いスポットに集光して、解像度を増
加させるのが好ましいので、これらの受信トランデュー
サを近接して配置しすぎると、実際的でもないし、効率
的でもない。このために、図６の実施例は、弾性波をフ
ァンアウトされる弾性波導波路ＡＷ１から弾性波導波路
ＡＷＮに集めて、その結果、この弾性波は、各第３の導
波路の端部に配置される双方向性出力トランデューサＯ
Ｔ１から双方向性出力トランデューサＯＴＮにより検波
されて、クロストークを制限する。本発明の他の実施例
によれば、これらの受信トランデューサは、各第２、ま
たは、第４の導波路の端部に配置される。この弾性波
は、導波路自体の一部により検波されて、そして、この
導波路は、弾性波を収集し検波する２つの目的を有す
る。
【００３５】図６の屈折グレーティングＲＧ１は、圧電
クリスタル材料ＣＲ１の結晶表面に、のこぎり歯状の溝
の形状にエッチングされるか、あるいは、イオンミリン
グされる。このグレーティングの歯ＧＴ１からＧＴＭの
サイズは、図６では拡大して示している。実際の装置に
おいては、このようなのこぎり歯は、この図面のスケー
ルどおりではない。双方向性トランデューサＩＴ１は、
グレーティングにおける弾性波ビームＡＢ１のために配
置されており、反射後、弾性波を収集するための弾性波
導波路の端部に集められる。
【００３６】等方性の表面において、グレーティングの
形状は、図７に示すとおりである。ここで、環状のアー
クを、入力波を集め反射する公称の凹状ミラーの半径Ｒ
でもって規定する。このアークの長さは、次式で表され
る。 Ｓ＝２ΦＲ これにより、単純な凹状ミラーではなく、複屈折グレー
ティングＲＧ１が得られる。ここで、このアークをＭ個
の角度幅のセグメントに分割すると次式のようになり、 ΔΦ＝２Φ／Ｍ そして、環状アークの右端から開始し、アークに沿っ
て、次式で表される距離を歩進することによりグレーテ
ィングのセグメントを規定できる。 ΔＳ＝ＲΔΦ 次のセグメントを描く前に、ある条件で規定される量だ
け半径を大きくする必要がある。その条件は、グレーテ
ィングに入出力する付加距離２ΔＲを伝搬する波は、２
πｑの位相シフトを受ける。ここで、ｑ＝Ｆ／ＦＳＲ
で、その結果、次式のようになる。 ２ΔＲｋ＝２πｑ そして、その結果、次のようになる。 ΔＲ＝πｑ／ｋ ここで、ｋは周波数ｆ0で、位相速度ｖの弾性波の伝搬
定数であり、次式となる。
ｋ＝２πｆ0／ｖ 新たな半径Ｒ＋ΔＲを用いて、ΔＳ＝ＲｄΦの長さの次
のセグメントを描く。このプロセスを所望のグレーティ
ングが、Ｍ個の歯を有するようになるまで実行する。前
述の式中の整数ｑは、グレーティングの次数を規定す
る。
【００３７】このグレーティングは、凹状ミラーと同様
に、周波数ｆ0で弾性波を反射する（ただし、グレーテ
ィングステップに起因するミラー表面のウォークオフに
起因する影響を無視する）。しかし、周波数が、Δｆだ
けかわると、反射ビームは、次式で表される角度だけ、
その方向を変化させる。 Ψ＝ａｒｃｓｉｎ｛ｍｖΔｆ／ｆ0（ｆ0＋Δｆ）ΔＳ｝ 上式は、反射した後、同一の面波フロントに属する波成
分は、２πの倍数内で同位層である、という条件から計
算される。
【００３８】グレーティングは、いくつかの屈折メイン
ローブを引き起こす。設計周波数ｆ0においては、中央
ローブが、凹状ミラーから反射されたかのように発生す
る。しかし、同時にまた、別のメインローブが主グレー
ティング応答の何れかの側に生成される。周波数が変わ
る毎に、中心グレーティングローブは、新たな方向Ψ位
置に移動し、そして、最近接のメインローブは、その元
の位置に近づく。
【００３９】本発明によれば、ヘッドエンド局ＨＥ１
は、特定の異なるサブキャリアを、各加入者ＳＵ１から
加入者ＳＵＮに送信する。このヘッドエンド局ＨＥ１
は、その後、同軸ケーブルＣＣ１から同軸ケーブルＣＣ
Ｎの伴走サブキャリア（companion subcarrier）を介し
て、加入者からの要求のベースに基づいて、そのサブキ
ャリアにキャリアを変調する。本発明は、ヘッドエンド
局ＨＥ１とサブキャリアとの間の専用チャネルを、光通
信分配システム等を介して形成することである。本発明
は、必ずしも光ファイバトランクを用いて実現する必要
はなく、ケーブルのみのシステムでも実現できる。
【００４０】本発明の他の実施例によれば、図５に示さ
れるＮ×Ｎのルータの入力導波路ＩＷ１から入力導波路
ＩＷＮの異なる１つで、複数のヘッドエンド局ＨＥ１
を、各トランデューサに接続する。出力導波路ＯＷ１か
ら出力導波路ＯＷＮは、次に加入者局に接続される各ト
ランデューサに接続される。各ヘッドエンド局ＨＥ１
は、出力導波路ＯＷ１から出力導波路ＯＷＮの特定の１
つで、サブキャリアと、この特定の出力導波路に、適当
な特定のサブキャリア周波数を選択することにより通信
する。ある入力導波路のサブキャリアの特定の組は、あ
る出力導波路の組と通信し、異なる入力導波路における
同一の組のサブキャリアは、異なる出力導波路に出力さ
れる。スペクトルが、隣接する入力に時計方向にシフト
することにより、隣接する出力導波路に沿って、そのス
ペクトルの出力サブキャリアを反時計方向にシフトす
る。
【００４１】本発明の他の実施例によれば、２人のユー
ザは、ルータの個別の入力導波路と個別の出力導波路に
接続される。第１のユーザは、第２のユーザのそのルー
タの出力導波路に出力するサブキャリアの周波数を介し
て送信する。同様に、その後、第２のユーザは、データ
を受信し、そして、そのルータの入力導波路に、第１の
ユーザのルータの出力導波路で出力するサブキャリアの
周波数を介して、ルータの入力導波路に送信する。同様
に、そのルータの異なる入力導波路と出力導波路に接続
される複数のユーザは、それらの間で意図した接続に適
した特定の動作サブキャリアの周波数を選択することに
より通信する。
【００４２】前述の説明において、圧電クリスタル材料
ＣＲ１と圧電クリスタルＣＲ２は、ここに開示した以外
の圧電材料、例えば、セラミック圧電材料で置換するこ
ともできる。さらに、スペクトルのローパス部分は、出
力ポートＯＰ１から出力ポートＯＰＮに直接接続される
のではなく、ルータを介して通過してもよい。また、加
入者ＳＵ１から加入者ＳＵＰにおける送信装置は、ヘッ
ドエンドから入力信号を変調し、その信号をヘッドエン
ドに戻すような変調器のみを用いることもできる。
【００４３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、放
送ソースと加入者との間で、この加入者が他のユーザに
アクセスできないような秘密性のある下流方向チャネ
ル、および、上流方向チャネルを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を表すシステムのブロック
図。
【図２】図１で送信されたバンドのスペクトルを表す
図。
【図３】図１のシステム内の本発明による表面弾性波
（ＳＡＷ）ルータのブロック図。
【図４】図３内の表面弾性波ルータにより生成される送
信バンドを表すスペクトル図。
【図５】図１のシステムに用いられる本発明のＮ×Ｎル
ータのブロック図。
【図６】図１のシステムに用いられる本発明の回折格子
（diffraction-grating）ＳＡＷルータのブロック図。
【図７】図６のルータの構造を表すブロック図。
【符号の説明】
ＨＥ１ ヘッドエンド局 ＦＮ１ ファイバノード ＡＭ１ 増幅器 ＯＰＲ１ 光ダイオード受信器 ＦＦ１ 光ファイバフィーダ ＬＰＦ ローパスフィルタ ＨＰＦ ハイパスフィルタ ＬＰ ローパス部分 ＨＰ ハイパス部分 ＲＯ１ ルータ ＯＰ１、ＯＰ２、．．．、ＯＰＮ 出力ポート ＳＵ１、ＳＵ２、．．．、ＳＵＮ 加入者 ＣＣ１、ＣＣ２、．．．、ＣＣＮ 同軸ケーブル ＣＲ１ 圧電クリスタル材料 ＩＴ１ 双方向性トランデューサ ＣＳ１、ＣＳ２ 湾曲型に堆積された導体 Ｔ１、Ｔ２ 端子 ＡＷ０、ＡＷ１、．．．、ＡＷＮ 弾性波導波路 ＳＣ１ １×Ｍスターカプラ ＳＣ２ 第２のＭ×Ｎスターカプラ ＧＲ１ 導波路グレーティング ＧＵ１、ＧＵ２、．．．、ＧＵＭ 金属製導波路 ＯＴ１、ＯＴ２、．．．、ＯＴＮ 双方向性出力トラン
デューサ Ｅ１、Ｅ２、．．．、ＥＮ 電気信号 ＢＯ１、ＢＯ２、．．．、ＢＯＮ 円弧状境界 ＩＷ１、ＩＷ２、．．．、ＩＷＮ 入力導波路 ＯＷ１、ＯＷ２、．．．、ＯＷＮ 出力導波路 ＡＢ１ 弾性波ビーム ＧＴ１、ＧＴ２、．．．ＧＴＭ グレーティングの歯 ＲＧ１ 屈折グレーティング ＣＲ２ 圧電結晶
フロントページの続き (72)発明者 イワン ピー． カミノフ アメリカ合衆国、07733 ニュー ジャー ジー、ホルムデル、ストーンヘンジ ドラ イブ 12 (72)発明者 デートリッチ マルコス アメリカ合衆国、07738 ニュー ジャー ジー、リンクロフト、マジェスティック アベニュー 29

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線周波数スペクトルで動作する上流側
    ポイントと、前記無線周波数スペクトルの特定部分で動
    作する複数の下流側ポイントとの間で通信するシステム
    において、 上流側ポイントに接続され、前記無線周波数スペクトル
    で動作するに適した無線周波数電気上流側リードを有す
    るトランク（ＦＦ１）と、 下流側ポイントに接続される複数の無線周波数電気下流
    側リード（ＣＣ１，ＣＣ２・・ＣＣＮ）と、 前記上流側リードを、前記複数の下流側リードに接続す
    る表面弾性波波長分離化／多重化装置（ＲＯ１）とを有
    することを特徴とする無線周波数スペクトルを用いた通
    信システム。
  2. 【請求項２】 前記表面弾性波分離化／多重化装置は、
    複数の不等長の導波路を有する波長分離弾性波グレーテ
    ィング（ＧＲ１）を有することを特徴とする請求項１の
    システム。
  3. 【請求項３】 前記表面弾性波分離化／多重化装置は、 表面弾性波（ＳＡＷ）を搬送する材料（ＣＲ１）と、 前記材料（ＣＲ１）の上に堆積されて、上流側端と下流
    側端とを有するグレーティングを形成する複数の不等長
    導波路（ＧＵ１、ＧＵ２・・・ＧＵＭ）と、 前記材料（ＣＲ１）の上に堆積されて、前記上流側リー
    ドに接続される上流側電気−ＳＡＷ間トランデューサ
    （ＩＴ１）と、 前記材料の上に堆積されて、前記上流側トランデューサ
    を、導波路の上流側端部に接続する上流側カプラ（ＳＣ
    １）と、 前記材料の上に堆積されて、前記下流側リードに接続さ
    れる下流側電気−ＳＡＷ間トランデューサ（ＯＴ１，Ｏ
    Ｔ２・・）と、 前記材料の上に堆積されて、前記下流側トランデューサ
    を、導波路の下流側端末に接続する下流側カプラと、 からなることを特徴とする請求項１のシステム。
  4. 【請求項４】 前記上流側カプラは、弾性波スターカプ
    ラで、 前記下流側カプラは、スターカプラであることを特徴と
    する請求項３のシステム。
  5. 【請求項５】 前記グレーティング内の各導波路は、他
    の全ての導波路とはその長さが異なり、前記表面弾性波
    に、所定で異なった段階的な位相シフトを与えることを
    特徴とする請求項３のシステム。
  6. 【請求項６】 前記カプラは、自由空間領域を形成する
    スターカプラであることを特徴とする請求項３のシステ
    ム。
  7. 【請求項７】 前記トランクは、スペクトルを含む光学
    範囲を介して動作する光ファイバ（ＦＦ１）と、この前
    記スペクトルを上流側リードに入力する復調器とを有す
    ることを特徴とする請求項１のシステム。
  8. 【請求項８】 前記表面弾性波波長分離化／多重化装置
    は、 表面弾性波（ＳＡＷ）を搬送する材料（ＣＲ２）と、 所定数ののこぎり歯を有する前記材料中に形成されたグ
    レーティング構造（ＧＴ１，ＧＴ２・・）と、 前記材料中に形成され、前記グレーティング構造体の方
    向に向けられる弾性波用トランデューサと、（ＩＴ１） 前記構造体の上に形成される複数の金属受動パス（ＡＷ
    １、ＡＷ２・・・ＡＷＮ）と、 前記パスの選定された１つを検知する弾性波検知器と、
    からなることを特徴とする請求項１のシステム。
  9. 【請求項９】 無線周波数スペクトルで動作する上流側
    ポイントと、前記無線周波数スペクトルの特定部分で動
    作する複数の下流側ポイントとの間で通信する方法にお
    いて、 （Ａ）上流側ポイントと電気上流側リードとの間で、前
    記無線周波数スペクトルをカバーする信号を送信するス
    テップと，（Ｂ）複数の無線周波数電気下流側リードと
    複数の下流側ポイントとの間で、周波数の特定部分を送
    信するステップと、 （Ｃ）前記上流側リードと前記複数の下流側リードとを
    接続する表面弾性波波長分離化／多重化装置（ＲＯ１）
    でもって、スペクトルおよび特定スペクトル内の信号を
    多重化／分離化するステップと、からなることを特徴と
    する通信方法。
  10. 【請求項１０】 前記（Ｃ）のステップは、 （Ｃ１）表面弾性波（ＳＡＷ）支持材料上に電気−ＳＡ
    Ｗ間の上流側トランデューサでもって、ＳＡＷを確立
    し、前記上流リードに接続するステップと、 （Ｃ２）上流点と下流点とを有する複数の不等長の導波
    路のグレーティングで、干渉を形成するステップと を
    有し、 前記（Ｃ２）のステップは、 （Ｃ２１）上流側トランデューサからのＳＡＷを前記導
    波路に上流側カプラを介して結合するステップと、 （Ｃ２２）導波路の下流端での信号を下流側カプラに結
    合するステップと、 （Ｃ２３）前記導波路の下流側端におけるＳＡＷを、前
    記下流側端に接続された電気−ＳＡＷ間の下流側トラン
    デューサでもって変換するステップと、を有することを
    特徴とする請求項９の通信方法。
  11. 【請求項１１】 前記（Ｃ２）のステップは、グレーテ
    ィング内の不等長の導波路を介してＳＡＷを伝送するこ
    とにより、異なる所定の位相シフトをＳＡＷに与えるこ
    とを特徴とする請求項１０の通信方法。
  12. 【請求項１２】 前記（Ｃ２１）と（Ｃ２２）のステッ
    プは、自由空間領域を形成するスターカプラを介して、
    ＳＡＷを伝送することを特徴とする請求項１０の通信方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記（Ｂ）のステップは、 光学信号内でスペクトルをサブキャリアとして、スペク
    トルを含む光学範囲で動作する光ファイバを介して伝送
    し、この光学信号を分離化することを特徴とする請求項
    １０の通信方法。
  14. 【請求項１４】 上流側ポイントと、複数の下流側ポイ
    ントとの間で無線周波数信号をルーティングするルータ
    において、 表面弾性波（ＳＡＷ）を搬送する材料（ＣＲ１）と、 前記材料（ＣＲ１）上の上流点で堆積されて、電気−Ｓ
    ＡＷ間トランデューサ（ＩＴ１）を有する電気からＳＡ
    Ｗへの生成器と、 前記材料（ＣＲ１）上の下流点で堆積されて、複数の下
    流側ＳＡＷから電気へのトランデューサ（ＩＴ１）を有
    するＳＡＷ検知器と、 前記生成器と検知器間の複数の不等長の弾性波パスを形
    成グレーティングとからなることを特徴とするルータ。
  15. 【請求項１５】 前記生成器は、電気−ＳＡＷ間トラン
    デューサ（ＩＴ１）と前記パスに接続される音響スター
    カプラを有し、 前記検知器は、ＳＡＷ−電気間トランデューサ（ＩＴ
    １）と前記パスに接続される音響スターカプラを有する
    ことを特徴とする請求項１４のルータ。
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