JP2009534930A - ワイヤレスシステム用の電気−光ケーブル - Google Patents
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Abstract
ダウンリンク光ファイバ、アップリンク光ファイバ及び電力リンクを含むケーブルを介して互いに光学的且つ電気的に結合された2つの電気−光学(E/O)変換器ユニットを有するワイヤレスシステム用の電気−光ケーブル。第1のE/O変換器は、アクセスポイント装置から高周波(RF)電気信号を受け取り、これら電気信号を対応のRF光信号に変換し、そしてこれら光信号をダウンリンク光ファイバにより第2のE/O変換器に伝送する。第2のE/O変換器は、RF光信号を受け取ってこれらRF光信号を変換して元のRF電気信号に戻す。E/O変換器ユニットの一方のところのRF電気信号は、そのE/O変換器ユニットに接続されているアンテナを駆動する。ワイヤレスアンテナによって受け取られたRF電気信号は、同様に処理され、光信号は、アップリンク光ファイバにより他方のE/O変換器ユニットに送られる。電気−光ケーブルは、アクセスポイント装置に対するアンテナの遠隔配置を可能にし、アンテナ側のE/O変換器ユニットには、他方のE/O変換器ユニットによって提供される電力が供給される。
Description
本発明は、概略的には、ワイヤレス通信システムに関し、詳細には、高周波(RF)光信号と電力の両方をワイヤレスアクセスポイント装置から遠隔アンテナに送ることができるケーブルに関する。
高速移動体データ通信に対してかつて無い需要が増大してワイヤレス通信が急成長している。一例として、いわゆる「ワイヤレスフィディリティ」即ち「WiFi」システムが、高速ワイヤレスインターネットアクセスのために多くの種々の領域(コーヒーショップ、空港、図書館等)に導入されている。
WiFiシステムでは、局所ワイヤレス有効利用範囲は、アクセスポイント装置(これは、「WiFiボックス」又は「ワイヤレスアクセスポイント」とも呼ばれる)及びこれに接続されたアンテナを有する電子ディジタルRF信号送信機/受信機装置(以下、「WiFi装置」と言う)によって提供される。WiFi装置をどこに設置できるかについては、特に屋内WiFi有効利用範囲について制約のある場合が多い。アンテナの設置場所によりWiFi有効利用範囲が決定されるので、アンテナは、典型的には、有効利用範囲を最大にするうえで考慮された場所に配置される。屋内配置場所に関し、例えば、最適なアンテナ位置は、天井又はその近くである場合が多い。
多くの場合、WiFi装置の物理的寸法は、アンテナと同一の場所に設置されることが必要なWiFiボックスには適していない。このため、アンテナが、WiFiボックスから距離を置いたところに配置され、ケーブル、典型的には同軸ケーブルでこれに接続される。ケーブルは、WiFiボックスから送信された高周波(RF)信号をアンテナに送り、又、受信したRF信号をアンテナからWiFiボックスに送る。ケーブルは、RF信号に対して透明であり、即ち、ケーブルは、信号を変調形式、誤りコーディング、正確な搬送周波数等とは無関係に送る。ケーブルにより伝送される信号は、ワイヤレスリンクにより放出されるRF信号と同一である。
WiFiシステムに関する重要な要件は、RF信号品質がケーブルによっては実質的に劣化しないということである。WiFiシステムで用いられる典型的な同軸ケーブルは、極めて長いが、長い同軸ケーブルを用いることは、関心のある周波数でのケーブルロスが非常に大きいので必要な信号品質を維持することができない場合に問題となる。残念ながら、電気信号の増幅によってケーブルロスに関する問題を解決することは中程度のロスレベルに限られる。というのは、強力な信号増幅により、信号対雑音比(SNR)が減少するからである。
本発明の一態様は、ワイヤレスシステム用の電気−光ケーブル装置である。ケーブル装置は、第1及び第2の光ファイバ並びに電力ラインを有する。ケーブル装置は、第1及び第2の光ファイバのそれぞれの互いに反対側の端に光結合されると共に電力ラインのそれぞれの互いに反対側の端に電気的に結合された第1及び第2の電気−光学(E/O)コンバータユニットを更に有する。電力ラインは、電力を第1のE/O変換器ユニットから第2のE/O変換器ユニットに提供して第2のE/O変換器ユニットが別個の電源に接続される必要がないようになっている。各E/O変換器ユニットは、RF電気信号を受信したりすると共に(或いは)送信したりする1つ又は2つ以上のRF電気コネクタを有する。E/O変換器ユニットは、第1及び第2の光ファイバを介する第1及び第2のE/O変換器ユニットのRF電気コネクタ相互間のRF信号通信を可能にするようRF電気信号をRF光信号に変換したりRF光信号をRF電気信号に変換したりするようになっている。
本発明のもう1つの態様は、アクセスポイント装置とワイヤレスアンテナとの間でRF信号を送る電気−光ケーブル装置である。ケーブル装置は、入力RF電気信号及び入力電力を受け取るようアクセスポイント装置に電気的に結合されたE/O変換器ユニットを有する。ケーブル装置は、アンテナに電気的に結合された第2のE/O変換器ユニットを更に有する。ケーブル装置は、第1のE/O変換器ユニットと第2のE/O変換器ユニットを動作可能に接続するコードを有する。コードは、ダウンリンク光ファイバ、アップリンク光ファイバ、電力ライン及びオプションとして保護シースを有する。電力ラインは、電力を第1のE/O変換器ユニットから第2のE/O変換器ユニットに供給する。E/O変換器ユニットの両方は、アクセスポイント装置とアンテナとの間のRF信号通信を可能にするようRF電気信号をRF光信号に変換したりRF光信号をRF電気信号に変換したりするようになっている。
本発明のもう1つの態様は、アクセスポイント装置とワイヤレスアンテナとの間で高周波(RF)信号を伝送する方法である。この方法は、アクセスポイント装置で生じた第1のRF電気信号を第1のE/O変換器ユニットで対応の第1のRF光信号に変換するステップを有する。この方法は、第1のRF光信号を第1の光ファイバにより第1のE/O変換器ユニットから第2のE/O変換器ユニットに伝送するステップを更に有する。この方法は、第1のRF光信号を第2のE/O変換器ユニットで変換して第1のRF電気信号に戻すステップを更に有する。この方法は、アンテナを第2のE/O変換器ユニットで第1のRF電気信号により駆動するステップを更に有する。この方法は、第2のE/O変換器ユニットに第1のE/O変換器ユニットから送られた電力を供給するステップを更に有する。
本発明の追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載されており、この説明から当業者には容易に明らかであり又は本明細書において説明される本発明を実施することにより認識され、本明細書は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付の図面を含む。
上述の概要的説明と以下の詳細は説明の両方は、本発明の実施形態を提供し、特許請求の範囲に記載されている本発明の性質及び特性を理解する概観又は骨組みを提供するようになっている。添付の図面は、本発明の一層の理解を可能にするために添付され、本明細書に組み込まれてその一部をなしている。図面は、本発明の種々の実施形態を記載しており、本明細書の説明と一緒になって、本発明の原理及び作用を説明するのに役立つ。
次に、本発明の現時点において好ましい実施形態を詳細に参照し、かかる実施形態の例が、添付の図面に示されている。可能な場合にはいつでも、同一又は類似の参照符号(例えば、符号は同一であるが、これに“A”又は“B”の添え字が付けられている)は、同一又は類似の部分を示すために図面全体にわたって用いられている。
以下の説明において、「RF信号」という用語は、電気的であるにせよ光学的であるにせよいずれにせよ、高周波信号を有し、「RF電気信号」及び「RF光信号」という用語は、特定の形式のRF信号を示している。
図1は、本発明の電気−光ケーブル装置(以下「ケーブル」という場合がある)10の例示の実施形態の略図である。ケーブル10は、第1の電気−光学(E/O)変換器ユニット20Aを有し、この第1の変換器ユニットは、説明の便宜上且つ向きを表すため、WiFiシステム(図示せず)のアンテナ側と関連している。ケーブル10は、WiFiボックス(即ち、アクセスポイント装置側)のところに第1の電気−光学(E/O)変換器ユニット20Aと同一ではないがこれに類似したE/O変換器ユニット20Bを更に有している。E/O変換器ユニット20A,20Bは、ダウンリンク光ファイバ24により一方向に互いに光結合されており、このダウンリンク光ファイバは、E/O変換器ユニット20Bに光結合された入力端25及びE/O変換器ユニット20Aに光結合された出力端を有している。E/O変換器ユニット20A,20Bは又、アップリンク光ファイバ28により逆方向に互いに光結合されており、このアップリンク光ファイバは、E/O変換器ユニット20Aに光結合された入力端29及びE/O変換器ユニット20Aに光結合された出力端30を有している。例示の実施形態では、ダウンリンク及びアップリンク光ファイバ24,28は、シングルモード光ファイバかマルチモード光ファイバかのいずれかであり、その選択については以下に詳細に説明する。
ケーブル10は、E/O変換器ユニット20A,20Bを互いに電気的に結合すると共に電力信号35により電力をE/O変換器ユニット20BからE/O変換器ユニット20Aに送る電力ライン34を更に有している。例示の実施形態では、電力ラインとしては、標準型電力を運ぶ電線、例えば標準の電気通信用途で用いられる18〜26AWG(アメリカの線番号)が挙げられる。電力ライン34の例示の実施形態について以下に説明する。
ケーブル10は、好ましくはダウンリンク及びアップリンク光ファイバ24,28並びに電力ライン34を被覆してこれらを保護する保護シース36を更に有する。ダウンリンク光ファイバ24、アップリンク光ファイバ28及び電力ライン34は、ケーブルコード38を構成する。例示の実施形態では、ケーブルコード38も又、保護シース36を有する。
E/O変換器ユニット20A,20Bは各々、1つ又は2つ以上のそれぞれのRF電気コネクタ(以下、単に「コネクタ」という場合がある)40A,40Bを有する。例示の実施形態では、コネクタ40A,40Bは、標準形式の同軸ケーブルコネクタ、例えばSMA、逆SMA、TNC、逆TNC等である。種々の形式のコネクタに用いられるRFアダプタが広く市販されていることには注目する価値があり、したがって、ケーブル10をケーブルのアクセスポイント装置側又はアンテナ側の任意のRF同軸インタフェースに合わせて仕様変更できるようになっている。E/O変換器ユニット20Bも又、電力をケーブル10に供給する入力電力ライン44を受け入れる電力コネクタ42を有している。図示の実施形態では、入力電力ライン44は、電源92(図1には示されておらず、以下において説明する図2を参照されたい)から来ており、この電源は、代表的には、従来型電気コンセント又は電源にプラグ接続される。
単一の電気コネクタ40Bが望まれる例示の実施形態では、E/O変換器ユニット20Bは、コネクタ40Bに電気的に結合された信号方向づけ要素50B、例えば電気サーキュレータ又はRFスイッチ(例えば、2:1RFスイッチ)を有する。信号方向づけ要素50Bは、出力ポート52B及び入力ポート54Bを有し、この信号方向づけ要素は、以下に説明するようにダウンリンクRF電気信号とアップリンクRF電気信号を分離するのに役立つ。
E/O変換器ユニット20Bは、出力ポート50Bに電気的に結合されたレーザ60Bを更に有する。また、レーザ60Bは、ダウンリンク光ファイバ24の入力端25に光結合されている。オプションとして、レーザ60Bと出力ポート50Bとの間には、レーザ駆動装置/増幅器64Bが設けられている。RF電力レベル及び用いられるレーザ60Bの形式において、レーザ駆動装置/レーザ増幅器64Bが必要な場合があれば必要ではない場合もある。レーザ60B、又は変形例としてレーザ60B及びレーザ駆動装置/増幅器64Bは、伝送器66Bを構成する。例示の実施形態では、レーザ駆動装置/増幅器64Bは、レーザ60Bのインピーダンスがコネクタ40Bのインピーダンス(例えば、業界標準の50オーム)に整合していない場合、インピーダンス整合回路要素として働く。しかしながら、このインピーダンス整合は、RFコンポーネントシーケンス中の任意の箇所で実施できる。
レーザ60Bは、光ファイバによるRF伝送用途にとって十分な動的範囲を送出するのに適した任意のレーザである。レーザ60Bに適した例示のレーザとしては、レーザダイオード、分散形フィードバック(DFB)レーザ、ファブリ・ペロー(FP)レーザ及び垂直共振器表面発光ダイオードレーザ(VCSEL)が挙げられる。例示の実施形態では、レーザ60Bの波長は、標準の電気通信波長の1つ、例えば850nm、1330nm又は1550nmである。別の例示の実施形態では、非電気通信波長、例えば980nmが用いられる。例示の実施形態では、レーザ60Bは、コスト、電力消費量及びサイズを最小限に抑えるために冷却されない。
レーザ60Bは、ケーブル10の特定の構成に応じて特定のレイジングモードを有するものであれば、シングルモードレーザであっても良くマルチモードレーザであっても良い。ダウンリンク光ファイバ24についてマルチモード光ファイバが用いられる場合、レーザ60Bをシングルモード又はマルチモードで作動させることができる。他方、比較的長いケーブル(例えば、>1km)及び距離が短い場合、ダウンリンク光ファイバ24についてシングルモード光ファイバを用いるのが良い。ダウンリンク及び(又は)アップリンク光ファイバ24,28がシングルモードである場合、対応のレーザは、シングルモードである必要がある。
マルチモード光ファイバは、ケーブルが比較的短い場合にケーブル10の光ファイバダウンリンク及びアップリンクについて、例えば、ケーブルが数メートル、数十メートル又はそれどころか数百メートルであるビルディング内用途について費用効果の良いオプションである。用いられるマルチモード光ファイバの特定の形式は、ケーブルの長さ及び特定用途の周波数範囲で決まる。ケーブル10の最も利用性の高い例は、約2.4GHz又は5.2GHzの周波数帯域で動作するWiFiシステムへの利用である。最長例えば100メートルのケーブル長さに関し、標準の50μmマルチモード光ファイバがダウンリンク及びアップリンク光ファイバに最適である。他方、高帯域幅マルチモード光ファイバは、最長1000メートルまでのケーブル長さに最適である。
引き続き図1を参照すると、E/O変換器ユニット20Bは、光ファイバアップリンク28の出力端30に光結合された光検出器80Bを更に有している。例示の実施形態では、線形インピーダンス変換増幅回路又は増幅器84Bが、光検出器及び信号方向づけ要素50Bの入力ポート54Bに電気的に結合されている。光検出器80B、或いは光検出器80B及び線形増幅器84Bは、受光器90Bを構成する。50オーム同軸コネクタ40Bと光検出器80Bのこれよりも高いインピーダンスとの間のインピーダンス整合は、好ましくは、インピーダンス変換増幅器84Bを用いて達成される。
システムの残部は、好ましくは、標準のインピーダンス、例えば50オームに合わされる。
アンテナ側におけるE/O変換器20Aの構成は、E/O変換器20Bの構成とほぼ同じ又は本質的に同一であり、同一の参照符号は、同一の要素を表している。この結果、E/O変換器ユニット20Aは、受光器90A及び伝送器66Aを有する。受光器90Aでは、光検出器80Aは、ダウンリンク光ファイバ24の出力端26に光結合され、伝送器66Aでは、レーザ60Aは、アップリンク光ファイバ28の入力端29に光結合されている。伝送器66A及び受光器90Aは、信号方向づけ要素50Aの出力ポート52A及び入力ポート54Aにそれぞれ結合されている。
図2は、2つの電気コネクタ40Bを有するE/O変換器ユニット20Bの例示の実施形態の概略拡大図である。2つの電気コネクタ40Bを用いることにより、信号方向づけ要素50Bが不要になっている。図2の例示の実施形態では、上側コネクタ40Bは、RF電気信号150Bを受け取り、下側コネクタ40Bは、RF電気信号280Aを出力する(RF電気信号150B,280Aについては、以下に詳細に説明する)。
図3は、各々が別々のアンテナ130に作動可能に結合された2つのRF電気コネクタ40Aを有するE/O変換器ユニット20Aの例示の実施形態の概略拡大図であり、上側のアンテナは、送信アンテナであり、下側のアンテナは、受信アンテナである。この場合も又、2つのコネクタを用いるこの実施形態により、信号方向づけ要素50Aが不要になっている。例示の実施形態では、E/O変換器ユニット20A,20Bの両方は、各側にデュアルコネクタ40A,40Bを有している。さらに、この例示の実施形態では、図4のケーブル10の略図に示されているように、両方のE/O変換器ユニットのそれぞれの対をなす電気コネクタには、1対のアンテナ130が電気的に接続されている。
種々の追加の電気回路要素、例えばバイアスティー(bias tee)、RFフィルタ、増幅器、周波数分割器等は、説明を分かりやすくすると共に図を分かりやすくするために図示されていない。本発明のケーブルへのかかる要素の利用の仕方は、当業者には明らかであろう。
例示の作動方法
図5は、本発明のケーブル10の例示の実施形態を有する例示のWiFiシステム100の略図である。ケーブル10は、遠隔アンテナをWiFiアクセスポイント装置に動作可能に連結するための透明な〜0dB損失ケーブルとしてWiFiシステム100に用いられている。WiFiシステム100は、RF電気信号源110を有し、このRF電気信号源は、図示の実施形態では、アクセスポイント装置又はWiFiボックスである。RF電気信号源110は、コネクタ112を有し、このコネクタは、ケーブル10のE/O変換器ユニット20Bのコネクタ40Bに接続されている。RF電気信号源110は、電源コード116を有し、この電源コードは、従来型電気コンセント120又は他の電源にプラグ接続されている。WiFiシステム100は、入力電力ライン44を介してE/O変換器ユニットに電気的に結合されると共に電源コード122を介して電気コンセント120にプラグ接続された電源92を更に有する。例示の実施形態では、RF電気信号源110は、電気コンセント120ではなく、電源92にプラグ接続されている。別の例示の実施形態では、入力電力ライン44は、図5の破線によって示されているように、電力タップ124を介して電源コード116から引き出されている。例示の実施形態では、電源タップ124は、電気コンセント120からの電源コード116の第1の部分を受け入れると共にRF電気信号源110からの電源コード116の第2の部分を受け入れるレセプタクル(図示せず)を有する。電源タップ124は、E/O変換器20A,20Bに電力供給するために電源コード116から幾分かの電力を取り出す。E/O変換器20A,20Bは、低電力レベルを用いて動作するので、追加の電力要件は、電源コード116の定格に対してそれほど制約とはならない。
図5は、本発明のケーブル10の例示の実施形態を有する例示のWiFiシステム100の略図である。ケーブル10は、遠隔アンテナをWiFiアクセスポイント装置に動作可能に連結するための透明な〜0dB損失ケーブルとしてWiFiシステム100に用いられている。WiFiシステム100は、RF電気信号源110を有し、このRF電気信号源は、図示の実施形態では、アクセスポイント装置又はWiFiボックスである。RF電気信号源110は、コネクタ112を有し、このコネクタは、ケーブル10のE/O変換器ユニット20Bのコネクタ40Bに接続されている。RF電気信号源110は、電源コード116を有し、この電源コードは、従来型電気コンセント120又は他の電源にプラグ接続されている。WiFiシステム100は、入力電力ライン44を介してE/O変換器ユニットに電気的に結合されると共に電源コード122を介して電気コンセント120にプラグ接続された電源92を更に有する。例示の実施形態では、RF電気信号源110は、電気コンセント120ではなく、電源92にプラグ接続されている。別の例示の実施形態では、入力電力ライン44は、図5の破線によって示されているように、電力タップ124を介して電源コード116から引き出されている。例示の実施形態では、電源タップ124は、電気コンセント120からの電源コード116の第1の部分を受け入れると共にRF電気信号源110からの電源コード116の第2の部分を受け入れるレセプタクル(図示せず)を有する。電源タップ124は、E/O変換器20A,20Bに電力供給するために電源コード116から幾分かの電力を取り出す。E/O変換器20A,20Bは、低電力レベルを用いて動作するので、追加の電力要件は、電源コード116の定格に対してそれほど制約とはならない。
WiFiシステム100は、例えばコネクタ40Aを介してE/O変換器ユニット20Aに電気的に結合されたアンテナ130を更に有する。ワイヤレス通信ユニット142、例えばワイヤレスカードを備えたコンピュータ140又は同等な装置が、WiFiシステム100とワイヤレスRF通信状態にある。
図1のケーブル10及び図5のWiFiシステム100の例示の実施形態を参照すると、WiFiシステムの動作中、RF電気信号ユニット110は、ダウンリンクRF電気信号150B(図1)を出力し、このダウンリンクRF電気信号は、E/O変換器ユニット20B及びこの中の信号方向づけ要素50Bに至る。信号方向づけ要素50Bは、ダウンリンクRF電気信号150Bをレーザ駆動装置/増幅器64Bに差し向ける。レーザ駆動装置/増幅器64Bは、ダウンリンクRF電気信号を増幅し、増幅した信号をレーザ60Bに与える。増幅されたダウンリンクRF電気信号150Bは、レーザ60Bを駆動し、それによりダウンリンクRF光信号160を発生させる。これら光信号は、ダウンリンク光ファイバ24の入力端25に入力され、そしてこの光ファイバを下って進み、これら光信号は、E/O変換器ユニット20Aのところの光ファイバ出力端26で出る。光検出器80Aは、伝送されたダウンリンクRF光信号160を受け取り、これらを変換してダウンリンクRF電気信号150Bに戻す。インピーダンス変換増幅回路84Aは、ダウンリンクRF電気信号150B(図1)を増幅し、次に、この増幅されたダウンリンクRF電気信号は、信号方向づけ要素50Aまで進む。次に、信号方向づけ要素50Aは、これら信号をコネクタ40A及びアンテナ130に差し向ける。
ダウンリンクRF電気信号150Bは、アンテナ130を駆動し、このアンテナは、対応のダウンリンクRFワイヤレス信号200をRF電磁波の形態で出す。RFワイヤレス信号200は、コンピュータ140に設けられているワイヤレス通信ユニット142によって受信される。ワイヤレス通信ユニット142は、RFワイヤレス信号200を対応の電気信号(図示せず)に変換し、この電気信号は、次に、コンピュータ140によって処理される。
コンピュータ140は又、アップリンク電気信号(図示せず)を発生させ、ワイヤレス通信ユニット142は、このアップリンク電気信号をRF電磁波の形態のアップリンクワイヤレスRF信号250に変換する。アップリンクRFワイヤレス信号250は、アンテナ130によって受信され、このアンテナは、これら信号をアップリンクRF電気信号280Aに変換する。アップリンクRF電気信号280Aは、コネクタ40A(図1)でE/O変換器ユニット20Aに入り、信号方向づけ要素50Aにより伝送器66Aに差し向けられる。伝送器66Aは、伝送器66Bと同一の仕方で動作し、この伝送器66Aは、アップリンクRF電気信号280Aを対応のアップリンクRF光信号300に変換する。アップリンクRF光信号300は、アップリンク光ファイバ28の入力端29に結合されてこの光ファイバにより進み、そしてE/O変換器ユニット20Bで光ファイバ出力端30から出る。受光器90Bは、アップリンクRF光信号300を受け取り、これらを変換してアップリンクRF電気信号280A(図1)に戻す。次に、アップリンクRF電気信号280Aは、信号方向づけ要素50Bまで進み、この信号方向づけ要素は、これら信号をコネクタ40Bに差し向けると共にRF電気信号ユニット110に差し向け、このRF電気信号ユニットは、次に、これら信号を更に処理する(例えば、これら信号を濾波し、これら信号をインターネットに送る等する)。
配電
上述したように、E/O変換器ユニット20Bの伝送器66B、受光器90B及び信号方向づけ要素50B(設けられていれば、又、この信号方向づけ要素が電力を必要としている場合)を駆動する電力は、入力電力ライン44により提供され、この入力電力ラインは、図示の実施形態では、電源92から来ている。E/O変換器ユニット20Aの伝送器66A、受光器90A及び信号方向づけ要素50A(設けられていれば、又、この信号方向づけ要素が電力を必要としていれば)を駆動する電力は、電力ライン34により提供され、この電力ラインは、上述したように、ケーブルコード38に含まれている。本発明のケーブル10の好ましい実施形態は、電力消費量が比較的低い点、例えば数ワットのオーダである。
上述したように、E/O変換器ユニット20Bの伝送器66B、受光器90B及び信号方向づけ要素50B(設けられていれば、又、この信号方向づけ要素が電力を必要としている場合)を駆動する電力は、入力電力ライン44により提供され、この入力電力ラインは、図示の実施形態では、電源92から来ている。E/O変換器ユニット20Aの伝送器66A、受光器90A及び信号方向づけ要素50A(設けられていれば、又、この信号方向づけ要素が電力を必要としていれば)を駆動する電力は、電力ライン34により提供され、この電力ラインは、上述したように、ケーブルコード38に含まれている。本発明のケーブル10の好ましい実施形態は、電力消費量が比較的低い点、例えば数ワットのオーダである。
図6は、電力ライン34がE/O変換器ユニット20AでDC/DC電力変換器314に電気的に結合された2本の電線304,306を有する例示の実施形態を示しているケーブル10のアンテナ側の概略拡大図である。DC/DC電力変換器314は、電力信号の電圧をE/O変換器ユニット20A内の電力消費コンポーネントにより必要とされる電力レベルに変更する。例示の実施形態では、電線304,306は、ダウンリンク光ファイバ24及びアップリンク光ファイバ28を包囲しているそれぞれの光ファイバジャケット(図示せず)内に設けられている。図6に示す実施形態と類似した例示の実施形態では、電力ライン34は、互いに異なる電圧レベルを送る3本以上の電線を有する。
遠隔WiFiセル又は「ホットスポット」の形成
図7は、WiFiシステム100の例示の実施形態の概略図であり、WiFiセル又は「ホットスポット」をWiFiボックス110のところ又はその近くに配置されている代表的なWiFiホットスポットに対して建物内にWiFiセル又は「ホットスポット」を遠隔的に設置するために本発明のケーブル10をどのように用いるかを示している。図7は、内壁440,422を互いに交差させることにより画定された4つの別々の部屋412,413,414,415を有する内部建物構造410を示している。WiFiボックス110は、部屋414内に設置され、アンテナ130が従来方式でこれに取り付けられた状態で示されている。WiFiボックス110と関連して、局所WiFi「ホットスポット」440が設けられ、この局所WiFi「ホットスポット」は、WiFiボックス430に直接取り付けられていないとしてもこれに近接して配置されたアンテナ130により部屋414の全てではないにせよその大部分に及ぶ。
図7は、WiFiシステム100の例示の実施形態の概略図であり、WiFiセル又は「ホットスポット」をWiFiボックス110のところ又はその近くに配置されている代表的なWiFiホットスポットに対して建物内にWiFiセル又は「ホットスポット」を遠隔的に設置するために本発明のケーブル10をどのように用いるかを示している。図7は、内壁440,422を互いに交差させることにより画定された4つの別々の部屋412,413,414,415を有する内部建物構造410を示している。WiFiボックス110は、部屋414内に設置され、アンテナ130が従来方式でこれに取り付けられた状態で示されている。WiFiボックス110と関連して、局所WiFi「ホットスポット」440が設けられ、この局所WiFi「ホットスポット」は、WiFiボックス430に直接取り付けられていないとしてもこれに近接して配置されたアンテナ130により部屋414の全てではないにせよその大部分に及ぶ。
また、図7には、E/O変換器ユニット20BでWiFiボックス110に連係された本発明のケーブル10が示されており、アンテナ130が、E/O変換器ユニット20Aに接続されている。ケーブル10は、壁420を貫通して延びて部屋413内に延びている。この形態により、部屋414内の元のフットスポット440から比較的遠ざかって部屋413内に新たなWiFiホットスポット460が形成されている。ケーブル10は、WiFiアンテナ(及び関連のWiFiセル)をWiFiボックスから比較的遠隔の距離を置いたところに設置するのを容易にする。
図7に示す構成の例示の実施形態では、2つのアンテナ130が1度に用いられ、即ち、1つのアンテナがWiFiボックス150で用いられ、1つの遠隔アンテナが、E/O変換器ユニット20Aに電気的に接続されている。この多アンテナ構成により、局所と遠隔の(及びオプションとして互いにオーバーラップした)WiFiホットスポット440,460が同時に提供される。さらに、数本のケーブル10を多数のRFケーブル接続部を備えたWiFiボックス110に接続されるのが良い(2本のかかるケーブル10が図7に示されている)。局所アンテナ130及びケーブル10が用いられる場合又は多数本のケーブル10が用いられる場合、RF電力スプリッタ又は電力分割器(図示せず)が、RF信号を分割するために用いられる。
コンパクトなケーブル設計
例示の実施形態では、本発明のケーブル10はコンパクトに作られ、即ち、E/O変換器ユニット20A,20Bが小形になるように且つコード10が比較的小径のものであるように作られている。例えば、本発明のケーブル10は、従来型同軸ケーブルのオーダのサイズのものであり、したがって、本発明のこのケーブルは、壁、バルクヘッド等に設けられサイズが従来型同軸ケーブルに用いられるサイズと同一又は類似した穴の中に納まるようになっている。今日におけるエレクトロニクス及びフォトニクスは、E/O変換器ユニット20A,20Bが高い集積度を有するように作られており、したがって、ケーブル10のそれぞれの端が従来型同軸ケーブルコネクタとほぼ同一サイズのものであるようになっている。
例示の実施形態では、本発明のケーブル10はコンパクトに作られ、即ち、E/O変換器ユニット20A,20Bが小形になるように且つコード10が比較的小径のものであるように作られている。例えば、本発明のケーブル10は、従来型同軸ケーブルのオーダのサイズのものであり、したがって、本発明のこのケーブルは、壁、バルクヘッド等に設けられサイズが従来型同軸ケーブルに用いられるサイズと同一又は類似した穴の中に納まるようになっている。今日におけるエレクトロニクス及びフォトニクスは、E/O変換器ユニット20A,20Bが高い集積度を有するように作られており、したがって、ケーブル10のそれぞれの端が従来型同軸ケーブルコネクタとほぼ同一サイズのものであるようになっている。
さらに、ケーブル10の例示の実施形態では、E/O変換器ユニット20A,20Bは、取り外し可能であり、例えば、これらE/O変換器ユニットは、それぞれのケーブル端に取り外し可能に係合したりこれから離脱し、その結果、これらE/O変換器ユニットを容易に取り外したり元に戻したりすることができるようになっている。
パッチコード延長部を備えた電気−光ケーブル
図8は、1つ又は2つ以上の電気−光学パッチコード延長部(以下「パッチコード」という場合がある)520を有する本発明の電気−光ケーブル10の例示の実施形態の略図である。図9は、ケーブル10の中央部分の拡大図であり、パッチコード520の細部を、ケーブルの長さを延長する1つ又は2つ以上のパッチコード520の追加に対応するよう上述したようにケーブル10に対して行われた改造と共に示している。
図8は、1つ又は2つ以上の電気−光学パッチコード延長部(以下「パッチコード」という場合がある)520を有する本発明の電気−光ケーブル10の例示の実施形態の略図である。図9は、ケーブル10の中央部分の拡大図であり、パッチコード520の細部を、ケーブルの長さを延長する1つ又は2つ以上のパッチコード520の追加に対応するよう上述したようにケーブル10に対して行われた改造と共に示している。
図8及び図9を参照すると、上述した例示の実施形態としてのケーブル10が、コード38(この実施形態では、「主コード」という)をその長さに沿う一箇所で分割して2つの主コード部分38A,38Bを形成することによって改造されている。この場合、係合可能な電気−光学(E−O)カプラ550,552が、それぞれの露出した端のところに配置されている。この例示の実施形態のケーブル10は、各々がコード(主コード)38の部分538から形成され、1対のE−Oカプラ552,550によりそのそれぞれの端で終端された1つ又は2つ以上のパッチコード520を更に有している。E−Oカプラ550,552は、ダウンリンク光ファイバ24、アップリンク光ファイバ28及び電力ライン34を隣接のコード部分に作動的に結合するよう互いに係合するようになっている。1つ又は2つ以上のパッチコード520を用いることにより、光信号と電力の両方を単にパッチコードを追加し又はパッチコードをケーブルから取り外すことにより種々のケーブル長さにわたって送ることができる。
1つ又は2つ以上のパッチコード520を用いた場合の潜在的な問題は、接続箇所の数の増大に起因した損失の増大である。しかしながら、RF増幅器、例えば増幅器64A,64B,84A,84Bの1つ又は2つ以上を用いると、かかる損失を補償することができる。また、例示の実施形態では、光増幅器560(図9)が、光信号をブーストするようE−Oカプラ550及び(又は)E−Oカプラ552内に配置されている。
例示の周波数範囲
例示の実施形態では、本発明のRF周波数範囲は、2.4GHz〜5.2GHzに収まり、これら周波数は、WiFiシステムで用いられるISM周波数帯の両方をカバーする。これら周波数は、市販の高速レーザ、伝送器及び受光器により容易に得ることができる。別の例示の実施形態では、本発明の周波数範囲は、800MHzから最高(a)2.4GHz、(b)5.2GHz又は(c)5.8GHzまでの範囲内に収まる。例示の実施形態では、周波数範囲は、携帯電話サービス及び(又は)無線認証(RFID)を含むよう選択される。別の例示の実施形態では、本発明の周波数範囲は、約2.4GHz又は約5.2〜約5.8GHzの周波数を中心として±約200MHzの狭い周波数帯しかカバーしない。
例示の実施形態では、本発明のRF周波数範囲は、2.4GHz〜5.2GHzに収まり、これら周波数は、WiFiシステムで用いられるISM周波数帯の両方をカバーする。これら周波数は、市販の高速レーザ、伝送器及び受光器により容易に得ることができる。別の例示の実施形態では、本発明の周波数範囲は、800MHzから最高(a)2.4GHz、(b)5.2GHz又は(c)5.8GHzまでの範囲内に収まる。例示の実施形態では、周波数範囲は、携帯電話サービス及び(又は)無線認証(RFID)を含むよう選択される。別の例示の実施形態では、本発明の周波数範囲は、約2.4GHz又は約5.2〜約5.8GHzの周波数を中心として±約200MHzの狭い周波数帯しかカバーしない。
ケーブル10の主要な損失源は、電気−光学−電気変換プロセスに起因している。例示の実施形態では、この変換損失は、インピーダンス変換増幅回路64A及び(又は)64Bを用いて、例えばE/O変換器ユニット20A及び(又は)20Bでケーブル中のRF信号を増幅することにより補償される。
他のケーブル用途
本発明のケーブルの主要な利点は、このケーブルが各端のところに標準型RFコネクタを用いることができること、小さな物理的寸法を有することができること及びアクセスポイント装置をアンテナに接続して一方を他方に対して遠隔に配置できるということにある。さらに、ケーブルのアンテナ側の端に別途電力を供給する必要はない。というのは、この電力は、ケーブルのアクセスポイント側端部からケーブルを通って来るからである。
本発明のケーブルの主要な利点は、このケーブルが各端のところに標準型RFコネクタを用いることができること、小さな物理的寸法を有することができること及びアクセスポイント装置をアンテナに接続して一方を他方に対して遠隔に配置できるということにある。さらに、ケーブルのアンテナ側の端に別途電力を供給する必要はない。というのは、この電力は、ケーブルのアクセスポイント側端部からケーブルを通って来るからである。
ケーブルユーザは、RF信号をアクセスポイントとアンテナとの間の信号経路の一部分によって伝送するために光ファイバが用いられるという事実を知ろうとする必要はなく、それどころかそのことを知っておく必要はない。光ファイバの損失が低いので、マルチモード光ファイバを用いて比較的長い距離、例えば1km以上にわたり、又、シングルモード光ファイバを用いて10km以上に及ぶよう比較的長いケーブルを用いることができる。本発明のケーブルを任意形式のワイヤレス通信システムに用いることができ、かかるケーブルは、共通のインタフェースを利用する標準型WiFiシステムに用いるのに特に適合性がある。或る特定のWiFi用途に関し、WiFi通信プロトコルは、比較的長い(例えば、10km以上の)ケーブルを用いた場合、RF信号処理において考慮に入れる必要がある場合がある。
上述した1つ又は2つ以上のパッチコードの使用により、ケーブルの長さを容易に延長することができる。例えば上述したような本発明のケーブルを利用したワイヤレスシステムを、幾つかのアクセスポイントが中央の場所に存在し、対応のアンテナがシステムのアンテナ側に電力供給するために利用できる電力が存在しない場所に配置されているようなオフィスビルディング、ショッピングモール、図書館、空港等に用いることができる。
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して種々の改造及び変形を行うことができることは当業者には明らかである。本発明は、本発明の改造例及び変形例が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその均等範囲に属する限り、これらを含む。
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して種々の改造及び変形を行うことができることは当業者には明らかである。本発明は、本発明の改造例及び変形例が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその均等範囲に属する限り、これらを含む。
Claims (20)
- ワイヤレスシステム用の電気−光ケーブル装置であって、
各々が互いに反対側の端を備えた第1及び第2の光ファイバと、互いに反対側の端を備えた電力ラインととを有し、
各々が前記第1及び前記第2の光ファイバの前記互いに反対側の端の各々にそれぞれ光結合された第1及び第2の電気−光学(E/O)変換器ユニットを有し、前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットは、電力を前記第1のE/O変換器ユニットから前記第2のE/O変換器ユニットに提供するよう前記電力ラインの前記互いに反対側の端にそれぞれ電気的に結合され、前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットは、高周波(RF)電気信号を受信すると共に(或いは)送信するそれぞれの1つ又は2つ以上の第1及び第2の高周波(RF)電気コネクタを有し、
前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットは、前記第1及び前記第2の光ファイバを介して前記1つ又は2つ以上の第1及び第2の電気コネクタ相互間のRF信号通信を可能にするよう前記RF電気信号をRF光信号に変換したり前記RF光信号を前記RF電気信号に変換したりするように構成されている、
ことを特徴とするケーブル装置。 - 前記第1のE/O変換器ユニットは、第1のRF電気信号を受信して対応の第1のRF光信号に変換し、該第1のRF光信号は、前記第1の光ファイバにより前記第2のE/O変換器ユニットに伝送され、前記第2のE/O変換器ユニットは、前記第1のRF光信号を変換して前記第1のRF電気信号に戻し、そして該第1のRF電気信号を出力し、
前記第2のE/O変換器ユニットは、第2のRF電気信号を受信して対応の第2のRF光信号に変換し、該第2のRF光信号は、前記第2の光ファイバにより前記第1のE/O変換器ユニットに伝送され、前記第1のE/O変換器ユニットは、前記第2のRF光信号を変換して前記第2のRF電気信号に戻し、そして該第2のRF電気信号を出力する、
請求項1記載のケーブル装置。 - 前記第1及び前記第2の光ファイバの少なくとも一方は、マルチモード光ファイバである、
請求項1記載のケーブル装置。 - 前記第1のE/O変換器ユニットは、入力電力ラインを受け入れてこれに係合する電力コネクタを有する、
請求項1記載のケーブル装置。 - 前記入力電力ラインを介して前記電力コネクタに電気的に接続された電源を有する、
請求項4記載のケーブル装置。 - 前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットの各々のところに設けられた入力及び出力RF電気コネクタを有する、
請求項1記載のケーブル装置。 - 前記入力及び前記出力RF電気コネクタの少なくとも一方には、アンテナが電気的に結合されている、
請求項6記載のケーブル装置。 - 前記第2のE/O変換器ユニットで前記第2の電気コネクタの1つに電気的に接続されたアンテナを有する、
請求項1記載のケーブル装置。 - 前記第1のE/O変換器ユニットに電気的に接続され、入力RF電気信号を発生させて該入力RF電気信号を前記第1のE/O変換器ユニットに与えるRF電気信号ユニットを有する、
請求項1記載のケーブル装置。 - 前記第1のE/O変換器ユニットは、
前記1つ又は2つ以上の第1のRF電気コネクタの1つに電気的に接続され、第1の入力ポート及び第1の出力ポートを有する第1の信号方向づけ要素と、
前記第1の出力ポートに電気的に接続されると共に前記第1の光ファイバの入力端に光結合された第1の伝送器と、
前記第1の入力ポートに電気的に接続されると共に前記第2の光ファイバの出力端に光結合された第1の受光器とを有し、
前記第1の信号方向づけ要素は、前記第1のRF電気信号を前記第1のRF電気コネクタから前記第1の伝送器に送り、前記第2のRF電気信号を前記第1の受光器から前記1つ又は2つ以上の第1のRF電気コネクタの前記1つに送る、
請求項1記載のケーブル装置。 - 前記第2のE/O変換器ユニットは、
前記1つ又は2つ以上の第2のRF電気コネクタの1つに電気的に接続され、第2の入力ポート及び第2の出力ポートを有する第2の信号方向づけ要素と、
前記第2の出力ポートに電気的に接続されると共に前記第2の光ファイバの入力端に光結合された第2の伝送器と、
前記第2の入力ポートに電気的に接続されると共に前記第1の光ファイバの出力端に光結合された第2の受光器とを有し、
前記第2の信号方向づけ要素は、前記第2のRF電気信号を前記第2のRF電気コネクタから前記第2の伝送器に送り、前記第1のRF電気信号を前記第2の受光器から前記1つ又は2つ以上の第2のRF電気コネクタの前記1つに送る、
請求項10記載のケーブル装置。 - 前記第1及び前記第2の光ファイバ並びに前記電力ラインは、前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットにそれぞれ光結合され、全体としての長さを有する第1及び第2の主コード部分を含むコードを構成し、前記ケーブル装置は、前記コードの前記全体としての長さを延長するよう前記第1の主コード部分と前記第2の主コード部分を互いに電気的且つ光学的に結合する1本又は2本以上のパッチコードを更に有する、
請求項1記載のケーブル装置。 - アクセスポイント装置とワイヤレスアンテナとの間でRF信号を送る電気−光ケーブル装置であって、
入力高周波(RF)電気信号及び入力電力を受け取るよう前記アクセスポイント装置に電気的に結合された第1の電気−光学(E/O)変換器ユニットと、
前記アンテナに電気的に結合された第2の電気−光学(E/O)変換器ユニットと、
前記第1のE/O変換器ユニットと前記第2のE/O変換器ユニットを互いに動作可能に接続するケーブルとを有し、該ケーブルは、(a)第1及び第2の光ファイバ、並びに(b)電力を前記第1のE/O変換器ユニットから前記第2のE/O変換器ユニットに提供する電力ラインを有し、
前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットは、前記アクセスポイント装置と前記アンテナとの間のRF信号通信を可能にするようRF電気信号をRF光信号に変換したりRF光信号をRF電気信号に変換したりする、
ことを特徴とするケーブル装置。 - 電力を前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットに供給するよう前記第1のE/O変換器ユニットに電気的に結合された電源を有する、
請求項13記載のケーブル装置。 - 前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットは各々、
RF電気信号を受け取って該RF電気信号をRF光信号に変換する伝送器と、
RF光信号を受け取って該RF光信号をRF電気信号に変換する受光器とを有する、
請求項13記載のケーブル装置。 - 前記第1及び前記第2のE/O変換器ユニットは各々、それぞれ対応した第1及び第2のRF電気コネクタに電気的に結合され、入力ポート及び出力ポートを備えた信号選択要素を有し、前記伝送器は、前記出力ポートに電気的に結合され、前記受光器は、前記入力ポートに電気的に結合されている、
請求項15記載のケーブル装置。 - 前記ケーブルの長さを調節するために用いられる挿入したり取り出したりすることができる電気−光学パッチコード部分を更に有する、
請求項13記載のケーブル装置。 - アクセスポイント装置とワイヤレスアンテナとの間で高周波(RF)信号を伝送する方法であって、
前記アクセスポイント装置からの第1のRF電気信号を第1のE/O変換器ユニットで対応の第1のRF光信号に変換するステップと、
前記第1のRF光信号を第1の光ファイバにより前記第1のE/O変換器ユニットから第2のE/O変換器ユニットに伝送するステップと、
前記第1のRF光信号を前記第2のE/O変換器ユニットで変換して前記第1のRF電気信号に戻すステップと、
前記アンテナを前記第2のE/O変換器ユニットで前記第1のRF電気信号により駆動するステップと、
前記第2のE/O変換器ユニットに前記第1のE/O変換器ユニットから送られた電力を供給するステップとを有する、
ことを特徴とする方法。 - 第2のRF電気信号を電気アンテナで受信するステップと、
前記第2のRF電気信号を対応の第2のRF光信号に変換するステップと、
前記第2のRF光信号を第2の光ファイバにより前記第2のE/O変換器ユニットから前記第1のE/O変換器ユニットに伝送するステップと、
前記第2のRF光信号を前記第1のE/O変換器ユニットで変換して前記第2のRF電気信号に戻すステップと、
前記第2のRF電気信号を前記第1のE/O変換器ユニットから前記アクセスポイント装置に向かって出力するステップとを更に有する、
請求項18記載の方法。 - 電力を前記第1のE/O変換器ユニットに供給し、前記第1のE/O変換器ユニットと前記第2のE/O変換器ユニットを互いに電気的に結合する電力ラインを介して前記電力の幾分かを前記第2のE/O変換器ユニットに送って前記第2のE/O変換器ユニットに給電するステップを有する、
請求項19記載の方法。
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