JP2010534450A - ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムのためのマルチポート型アキュムレータ装置 - Google Patents

Abstract

ＲｏＦ（radio-over-fiber：光ファイバにより無線周波信号を伝送する方式）ワイヤレスピコセルラーシステムのためのマルチポート型アキュムレータ装置であって、テールケーブルポートを支持したハウジングと、多数のＲｏＦトランスポンダポートを有するアキュムレータ装置。テールケーブルポートは、テールケーブルポートとＲｏＦトランスポンダポートの各々との間におけるアップリンク及びダウンリンク光信号の光伝送を可能にするようＲｏＦトランスポンダポートに光結合されている。テールケーブルポートは又、複数のＲｏＦトランスポンダポートの各々に電力を供給するよう各ＲｏＦトランスポンダポートに電気的に接続されている。マルチポート型アキュムレータは、各ＲｏＦトランスポンダポートのところに一つずつの状態で２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダを支持している。各ＲｏＦトランスポンダは、ピコセルラーカバレージサブエリアを形成する指向性アンテナを有し、組み合わせ状態のサブエリアは、マルチポート型アキュムレータのためのピコセルラーカバレージエリアを構成する。マルチポート型アキュムレータは、各ＲｏＦトランスポンダを光ファイバＲＦ通信リンクによって支持された一対のダウンリンク及びアップリンク光ファイバに個別に接続する必要なく、多数のＲｏＦトランスポンダの迅速な設置及び配備可能にする。

Description

本発明は、一般に、ワイヤレス通信システムに関し、特に、ＲｏＦ（radio-over-fiber：光ファイバにより無線周波信号を伝送する方式の意）伝送のための光ファイバを利用したワイヤレスピコセルラーシステムに用いられるトランスポンダ、トランスポンダシステム及び方法に関する。

高速移動体データ通信に対してかつて無いほどの需要増大につれて、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」システム、即ち「ＷｉＦｉ」システム及びワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）が、多種多様な領域（コーヒーショップ、空港、図書館等）に配備されつつある。ワイヤレス通信システムは、「クライアント」と呼ばれるワイヤレス装置と通信し、このワイヤレス装置は、アクセスポイント装置と通信するためにはワイヤレス範囲、即ち「セルカバレージエリア」内に位置しなければならない。

ワイヤレス通信システムを配備する１つの手法では、半径がほぼ数メートルから最大約２０メートルまでの無線周波数（ＲＦ）カバレージエリアである「ピコセル」が用いられる。ピコセルは狭い領域をカバーするので、典型的には、ピコセル１つ当たりほんの僅かなユーザ（クライアント）しか存在しない。これにより、ワイヤレスシステムユーザ相互間で共有されるＲＦ帯域幅の大きさを最小限に抑えることができる。また、ピコセルは、狭い領域について選択的なワイヤレスカバレージが可能であり、もしそうでなければ、狭い領域は、従来型基地局により作られる大きなセルによりカバーされた場合に信号強度が貧弱になる。

従来型ワイヤレスシステムでは、ピコセルは、ヘッドエンドコントローラに接続されたワイヤレスアクセスポイント装置により作られ、これらピコセルの中心は、このワイヤレスアクセスポイント装置に位置している。ワイヤレスアクセスポイント装置は、ディジタル情報処理エレクトロニクス、ＲＦ送信機／受信機及びＲＦ送信機／受信機に作動的接続されたアンテナを含む。所与のピコセルのサイズは、アクセスポイント装置により送られるＲＦ電力の大きさ、受信機感度、アンテナ利得及びＲＦ環境並びにワイヤレスクライアント装置のＲＦ送信機／受信機感度によって決定される。クライアント装置は、通常、固定されたＲＦ受信感度を有し、したがって、アクセスポイント装置の上述の特性が、ピコセルサイズを決定するようになる。多くのアクセスポイント装置を組み合わせることにより、「ピコセルラーカバレージエリア」と呼ばれる領域をカバーするピコセルのアレイが作られる。高密度に集積されたピコセルラーアレイは、ピコセルラーカバレージエリアにわたり高いデータ処理能力を発揮する。

先行技術のワイヤレスシステム及びネットワークは、アクセスポイント装置が中央局にリンクされた別々の処理ユニットとして取り扱われるワイヤ利用信号分配システムである。これにより、ワイヤレスシステム／ネットワークは、特に多くのピコセルが広い領域をカバーすることが必要な場合、比較的複雑になると共にスケール変更するのが困難になる。さらに、アクセスポイント装置のところで行われるディジタル情報処理では、これらアクセスポイント装置を起動してヘッドエンドコントローラによって制御する必要があり、それにより、広いピコセルラーカバレージエリアを作り出すために多くのアクセスポイント装置の分布及び使用が一段と複雑になる。

ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムは、光ファイバを利用してＲＦ信号をＲｏＦトランスポンダに伝送し、ＲｏＦトランスポンダは、ＲＦ光信号を電気ＲＦ信号に変換し、次に、ワイヤレス電磁（ＥＭ）信号に変換し、又この逆の関係に変換する。従来型ワイヤレスシステムアクセスポイントとは異なり、ＲｏＦトランスポンダは、一般に、信号処理機能を全く必要とせず、かくして、広いピコセルラーカバレージエリアを生じさせるためのＲｏＦトランスポンダの分配が単純化される。

ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムは一般に、堅固であるが、幾つかの欠点がある。１つの欠点は、線形配列（リニアアレイ）のトランスポンダを備えた光ファイバケーブルの製造及び布設が比較的困難なことにある。各トランスポンダは、通常「テザーケーブル」によりアップリンク光ファイバ及びダウンリンク光ファイバに光結合されると共に電力ラインに結合される必要がある。これには、ケーブル内のアップリンク及びダウンリンク光ファイバ並びに電力ラインに接近し、光ファイバ及び電力ラインをスプライス接続し、次にこれらをトランスポンダに接続するという手間がかかり且つ時間のかかるプロセスが必要である。トランスポンダを分配するための線形配列方式のもう１つの欠点は、この方式がシステムをいったん配備すると容易にはスケール変更できないということにある。これにより、特定のワイヤレス環境の要望又は幾何学的配置の変化に対応するようピコセルカバレージエリアを迅速に且つ費用をかけないで変更するのが困難である。

本発明の一態様は、２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダを作動的に支持し、アップリンク及びダウンリンク光信号及び電力を運ぶテールケーブルへの結合を提供するマルチポート型アキュムレータ装置にある。この装置は、ハウジングと、ハウジングによって支持された２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダポートとを有し、各ＲｏＦトランスポンダポートは、ＲｏＦトランスポンダの各々にそれぞれ作動的に結合するよう構成されている。この装置は、ハウジングによって支持されていて、テールケーブルに作動的に結合するよう構成されたテールケーブルポートを更に有する。テールケーブルポートは、アップリンク及びダウンリンク光信号並びに電力を各ＲｏＦトランスポンダに提供するよう各ＲｏＦトランスポンダポートに光学的に結合されると共に電気的に結合されている。

本発明の別の態様は、ＲｏＦワイヤレスピコセルラーカバレージエリアを形成する方法にある。この方法は、２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダをハウジングで作動的に支持するステップと、２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダのためのダウンリンク光信号をテールケーブルによりハウジングに設けられているテールケーブルポートに提供するステップとを有する。この方法は、ハウジングを介してダウンリンク光信号をＲｏＦトランスポンダのうちの１つ又は２つ以上に分配して１つ又は２つ以上のＲｏＦトランスポンダがピコセルラーカバレージエリアの形成に寄与するようにするステップを更に有する。

本発明の別の観点は、ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムのための複数のＲｏＦトランスポンダを支持するマルチポート型アキュムレータ装置にある。この装置は、ハウジングと、ハウジングによって支持された複数のＲｏＦトランスポンダポートとを有する。各ＲｏＦトランスポンダポートは、ＲｏＦトランスポンダの各々にそれぞれ作動的に結合するようになっている。この装置は、ハウジング内において複数のＲｏＦトランスポンダポートに光学的に結合されていて、複数のＲｏＦトランスポンダポートとの間でアップリンク及びダウンリンク光信号の光伝送を可能にするテールケーブルを更に有する。テールケーブルは又、電力を複数のＲｏＦトランスポンダポートの各々に提供するようハウジング内において複数のＲｏＦトランスポンダポートに電気的に結合されている。

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た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。

したがって、種々の基本電子回路要素及び信号調節コンポーネント、例えばバイアスティー（bias tee）、ＲＦフィルタ、増幅器、電力分割器等は全て、説明を容易にすると共に図面を分かりやすくするために図示されていない。本発明のシステムへのかかる基本電子回路要素及びコンポーネントの利用は、当業者には明らかでる。

光ファイバを利用したＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムの一般化された実施形態の略図であり、単一のトランスポンダ並びにその関連のピコセル及びピコセルカバレージエリアを示す図である。 図１のシステムのためのヘッドエンドユニットの例示の実施形態の概略詳細図である。 図１のシステムの分配ユニット及びトランスポンダの例示の実施形態の概略詳細図である。 図３に示されたトランスポンダの別の例示の実施形態の拡大図であり、このトランスポンダが、アンテナ要素の指向性を高めるレフレクタと共に前記トランスポンダハウジング内に設けられた送信アンテナ要素及び受信アンテナ要素を有する状態を示す図である。 ４つのトランスポンダポートを備えた本発明のマルチポート型アキュムレータの例示の実施形態の概略斜視図である。 頂壁が取り除かれた状態の図５のマルチポート型アキュムレータの例示の実施形態の平面図であり、テールケーブルポートをトランスポンダポートに結合する内部アップリンク及びダウンリンク光ファイバ部分並びに電力ライン部分を示す図である。 図６のマルチポート型アキュムレータの側面図であり、テールケーブルポートに接続されたテールケーブルを示す図である。 図７とほぼ同じ図であるが、テールケーブルポートとトランスポンダポートのうちの１つとの間の光結合部及び電気的結合部を示すよう側壁が取り除かれた状態を示す図である。 図７とほぼ同じ図であり、マルチポート型アキュムレータ及びテールケーブルのあらかじめスタブが取り付けられた形態の例示の実施形態を示す図である。 図８とほぼ同じ図であり、マルチポート型アキュムレータ及びテールケーブルのあらかじめスタブが取り付けられた形態の例示の実施形態を示す図である。 図１に示されたＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムに類似しているが、多数のマルチポート型アキュムレータを利用している本発明のＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムの例示の実施形態の略図である。 図１１のマルチポート型アキュムレータのうちの１つの拡大平面図であり、マルチポート型アキュムレータによって支持された４つのトランスポンダと関連した４つのピコセルラーカバレージサブエリアで構成されたものとして関連のピコセルラーカバレージエリアを示す図である。 調節可能なアンテナ指向性を備えたアンテナシステムを有するマルチポート型アキュムレータ用トランスポンダの例示の実施形態を示す図である。 ６つのトランスポンダを支持した六角形のハウジングを備えたマルチポート型アキュムレータの例示の実施形態の概略平面図である。 ３つのトランスポンダを支持した三角形のハウジングを有するマルチポート型アキュムレータの例示の実施形態の概略平面図である。

次に、本発明の或る特定の実施形態を詳細に参照するが、かかる実施形態の例は、添付の図面に示されている。可能な限り、図面全体を通じて同一又は類似の部分を示すために同一又は類似の参照符号が用いられている。

一般化された光ケーブル利用型ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステム
図１は、光ファイバ利用型ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステム１０の一般化された例示の実施形態の略図である。システム１０は、ヘッドエンドユニット２０、分配ユニット２６、少なくとも１つのＲｏＦトランスポンダユニット（「トランスポンダ」）３０、ヘッドエンドユニットを分配ユニットに光結合する一次光ファイバＲＦ通信リンク３４及び１つ又は２つ以上のトランスポンダを分配ユニットに結合する少なくとも１つの二次光ファイバＲＦ通信リンク３６を有し、かくして、トランスポンダとヘッドエンドユニットが互いに結合されている。例示の実施形態では、光ファイバＲＦ通信リンク３４，３６は、少なくとも１本の光ファイバ、好ましくは、２本の光ファイバ（例えば、以下に説明するようにアップリンク光ファイバ及びダウンリンク光ファイバ）を有する。以下に詳細に説明するように、システム１０は、実質的に中心がトランスポンダ３０に一致しているピコセル４０を形成するようになっている。１つ又は２つ以上のトランスポンダ３０は、ピコセルラーカバレージエリア４４を形成している。分配ユニット２６は、一次光ファイバＲＦ通信リンク３４を多数の二次ＲＦ光ファイバ通信リンク（以下、「テールケーブル」という）３６に分割するようになっており、テールケーブルは、所与のインフラストラクチャ全体における多数のトランスポンダ３０の分配を容易にする。

ヘッドエンドユニット２０は、多くの光ファイバによるＲＦ用途のうちの任意の１つ、例えば無線移動識別（ＲＦＩＤ）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）通信又はセルラー電話サービスを行い又はその使用を容易にするようになっている。ピコセル４０内には、コンピュータの形態をしたクライアント機器４５が示されている。クライアント機器４５は、電磁ＲＦ信号を受信すると共に（或いは）送信するようになったアンテナ４６（例えば、ワイヤレスカード）を有する。

図２は、図１のシステム１０の例示の実施形態の概略詳細図である。例示の実施形態では、ヘッドエンドユニット２０は、特定のワイヤレスサービス又は用途のための電気ＲＦサービス信号を出すサービスユニット５０を有している。例示の実施形態では、サービスユニット５０は、電気ＲＦサービス信号を以下に説明するように１つ又は２つ以上の外部ネットワーク２２３から送る（又は調整し、次に送る）ことによりかかる信号を提供する。特定の例示の実施形態では、これは、ＩＥＥＥ８０．１１規格で特定されている、即ち、２．４〜２．５ＧＨｚ及び５．０〜６．０ＧＨｚの周波数範囲のＷＬＡＮ信号分配を提供することを含む。別の例示の実施形態では、サービスユニット５０は、電気ＲＦサービス信号を直接発生させることによりかかる信号を提供する。別の例示の実施形態では、サービスユニット５０は、ピコセルラーカバレージエリア４４内のクライアント機器相互間の電気ＲＦサービス信号の配信を協調させる。

サービスユニット５０は、電気−光（Ｅ／Ｏ）変換器６０に電気的に結合されており、このＥ／Ｏ変換器は、以下に詳細に説明するように、サービスユニットから電気ＲＦサービス信号を受信し、これを対応の光信号に変換する。例示の実施形態では、Ｅ／Ｏ変換器６０は、本発明の光ファイバによるＲＦ用途にとって十分なダイナミックレンジを送り出すのに適したレーザを含み、オプションとして、レーザに電気的に結合されたレーザ励振器／増幅器を含む。Ｅ／Ｏ変換器６０のための適当なレーザの例としては、レーザダイオード、分散型フィードバック（ＤＦＢ）レーザ、ファブリ−ペロー（ＦＰ）レーザ及び面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が挙げられる。

ヘッドエンドユニット２０は、サービスユニット５０に電気的に結合された光−電気（Ｏ／Ｅ）変換器６２を更に有する。Ｏ／Ｅ変換器６２は、光ＲＦサービス信号を受信し、これを対応の電気信号に変換する。例示の実施形態では、Ｏ／Ｅ変換器は、光検出器、即ち、線形増幅器に電気的に結合された光検出器である。Ｅ／Ｏ変換器６０とＯ／Ｅ変換器６２は、「変換器対ユニット」６６を構成している。

例示の実施形態では、サービスユニット５０は、ＲＦ信号を変調／復調するＲＦ信号変調装置／復調装置ユニット７０、ディジタル信号処理ユニット（「ディジタル信号プロセッサ」）７２、データを処理したり論理及びコンピュータ処理動作を実施したりする中央処理装置（ＣＰＵ）７４及びデータ、例えばＲＦＩＤタグ情報又はＷＬＡＮにより伝送されるべきデータをストレージするメモリユニット７６を有している。例示の実施形態では、互いに異なる信号チャネルと関連した互いに異なる周波数は、ＣＰＵ７４からの指令に基づいて互いに異なるＲＦ搬送周波数を発生させるＭ／Ｄユニット７０によって生じる。また、以下に説明するように、特定の組み合わせ状態のピコセルと関連した共通周波数は、同一のＲＦ搬送周波数を発生させるＭ／Ｄユニット７０によって生じる。

図３は、分配ユニット２６及びトランスポンダ３０を含む図１のシステム１０の部分の例示の実施形態の概略詳細図である。トランスポンダ３０は、変換器対６６を有し、このコンバータ対のＥ／Ｏ変換器６０及びＯ／Ｅ変換器６２は、ＲＦ信号方向づけ要素１０６、例えばサーキュレータによりアンテナシステム１００に電気的に結合されている。信号方向づけ要素１０６は、以下に説明するようにダウンリンク及びアップリンク電気ＲＦサービス信号を方向づけるのに役立つ。例示の実施形態では、アンテナシステム１００は、例えば２００６年８月１６日に出願された米国特許出願第１１／５０４，９９９号明細書に開示されている１つ又は２つ以上の指向性パッチアンテナを有し、この米国特許出願を参照により引用し、その開示内容を本明細書の一部とする。別の例示の実施形態では、アンテナシステムは、例えば２００７年２月６日に出願された米国特許出願第１１／７０３，０１６号明細書に開示されている指向性向上手段を有し、この米国特許出願を参照により引用し、その開示内容を本明細書の一部とする。アンテナシステム１００について以下に詳細に説明する。トランスポンダ３０は、例示の実施形態では種々のトランスポンダ要素のうちの幾つか又は全てを収容したハウジング１０２を更に有している。例示の実施形態では、アンテナシステム１００のうち幾分か又は全ては、ハウジング１０２の外部に位置している。例示の実施形態では、ハウジング１０２は、変換器対ユニット６６を構成する要素のみを収容している。

図４は、トランスポンダ３０に関する別の例示の実施形態の拡大図であり、この場合、アンテナシステム１００は、２つのアンテナ、即ち、Ｏ／Ｅ変換器６２に電気的に結合された送信アンテナ１０１Ｔ及びＥ／Ｏ変換器６０に電気的に結合された受信アンテナ１０１Ｒを有している。この２つのアンテナを用いる実施形態は、ＲＦ信号方向づけ要素１０６を不要にしている。また、図３のトランスポンダ３０の例示の実施形態が変換器対ユニット６６内にＤＣ電力変換器１８０を有し、アンテナシステム１００がハウジング１０２内に位置していることに注目されたい。図４は又、トランスポンダ３０がコネクタ３１を有し、このコネクタがテールケーブル３６の対応のコネクタプラグ３７に結合されるようになっている例示の実施形態を示している。図４は又、例えば上述の米国特許出願第１１／７０３，０１６号明細書に記載されているアンテナシステムの指向性を向上させるようアンテナシステム１００に対して配置された少なくとも１つのアンテナレフレクタ１０４を有する例示の実施形態を示している。

本発明のトランスポンダ３０は、トランスポンダの好ましい実施形態がほんの数個の信号調節要素を有し、ディジタル情報処理機能を備えていないという点において非ＲｏＦワイヤレス通信システムと関連した典型的なアクセスポイント装置とは異なっている。これとは異なり、情報処理機能は、ヘッドエンドユニット２０内に、特定の例ではサービスユニット５０内に遠隔に配置されている。これにより、トランスポンダ３０は、非常にコンパクトであり且つ事実上メンテナンスフリーとなることができる。更に、トランスポンダ３０の好ましい例示の実施形態は、消費する電力が非常に少なく、ＲＦ信号に対して透明であり、しかも、以下に説明するように局所電力源を必要としない。

図２及び図３を参照すると、例示の実施形態では、光ファイバＲＦ通信リンク３４及びテールケーブル３６は、少なくとも１本のダウンリンク光ファイバ１３６Ｄ及び少なくとも１本のアップリンク光ファイバ１３６Ｕを有している。光ファイバＲＦ通信リンク３４のダウンリンク及びアップリンク光ファイバ１３６Ｄ，１３６Ｕは、変換器対６６をヘッドエンドユニット２０のところで分配ユニット２６に光結合しており、テールケーブル３６のダウンリンク及びアップリンク光ファイバは、分配ユニット２６をトランスポンダ３０のところで変換器対に結合している。かくして、各トランスポンダ３０は、ヘッドエンドユニット２０に光結合されている。

例示の実施形態では、本発明の光ファイバ利用型ワイヤレスピコセルラーシステム１０は、既知の通信波長、例えば、８５０ｎｍ、１３００ｎｍ又は１５５０ｎｍを採用している。別の例示の実施形態では、システム１０は、他のこれよりも共通性が低いが、適当な波長、例えば９８０ｎｍを採用している。

システム１０の例示の実施形態は、ダウンリンク及びアップリンク光ファイバ１３６Ｄ，１３６Ｕについて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を有する。光ファイバの特定の形式は、システム１０の用途で決まる。多くの建物内配備用途では、最大伝送距離は、代表的には、３００メートルを超えない。意図したＲｏＦ伝送のための最大距離は、ダウンリンク及びアップリンク光ファイバ１３６Ｄ，１３６Ｕについてマルチモード光ファイバが用いられていることを考えると、考慮に入れられる必要がある。例えば、１４００ＭＨｚ．ｋｍというマルチモードファイバ帯域幅と距離の積が最大３００ｍまで５．２ＧＨｚの伝送に十分であることが判明した。

例示の実施形態では、本発明は、ダウンリンク及びアップリンク光ファイバ１３６Ｄ，１３６Ｕ並びに１０Ｇｂ／ｓデータ伝送に指定された市販のＶＣＳＥＬを用いて８５０ｎｍで動作するＥ／Ｏ変換器６０について５０μｍマルチモード光ファイバを採用している。より特定の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１３６Ｄ，１３６ＵについてＯＭ３型５０μｍマルチモード光ファイバが用いられる。

ワイヤレスシステム１０は、電力信号１６２を発生させる電源１６０を更に有している。電源１６０は、ヘッドエンドユニット２０内の電力消費要素に電力を供給するためにヘッドエンドユニット２０に電気的に結合されている。例示の実施形態では、電力ライン１６８は、ヘッドエンドユニットを通り、分配ユニット２６を通って各トランスポンダ３０まで延びていて、変換器対６６のＥ／Ｏ変換器６０及びＯ／Ｅ変換器６２、オプションとしてのＲＦ信号方向づけ要素１０６（もし要素１０６が受動型装置、例えばサーキュレータではない場合）及び任意他の電力消費要素（図示せず）に電力を供給するようになっている。変形例として、電力ライン１６８は、分配ユニット２６から延び、この分配ユニットも又、オプションとして、電源１６０（図３）を有する。例示の実施形態では、電力ライン１６８は、単一の電圧を運ぶ２本の電線１７０，１７２を有し、これら電線は、トランスポンダ３０のところでＤＣ電力変換器１８０に電気的に結合されている。ＤＣ電力変換器１８０は、Ｅ／Ｏ変換器６０及びＯ／Ｅ変換器６２に電気的に結合されており、このＤＣ電力変換器は、電力信号１６２の電圧又はレベルをトランスポンダ３０内の電力消費コンポーネントの必要とする電力レベルに変更する。例示の実施形態では、ＤＣ電力変換器１８０は、電力ライン１６８によって運ばれる電力信号１６２の種類に応じて、ＤＣ／ＤＣ電力変換器かＡＣ／ＤＣ電力変換器かのいずれかである。例示の実施形態では、電力ライン１６８は、標準型電力運搬電線、例えば、標準型通信及び他の用途に用いられている撚り銅線対（例えば、１８‐２６ＡＷＧ（アメリカンワイヤゲージ））から成る。別の例示の実施形態では、電力ライン１６８（破線）は、ヘッドエンドユニット２０から又はこれを通るのではなく、電源１６０からトランスポンダ３０まで直接延びている。別の例示の実施形態では、電力ライン１６８は、３本以上の電線から成り、多数種類の電圧を運ぶ。

例示の実施形態では、ヘッドエンドユニット２０は、ネットワークリンク５３（図２）を介して外部ネットワーク５２に作動的に結合されている。

マルチポート型アキュムレータ
上述したように、トランスポンダの線形配列を採用したＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムには、その製造及び配備に関して幾つかの欠点がある。したがって、本発明の一観点は、トランスポンダ３０をよりコンパクトであり且つより容易に製造できると共に配備できるＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムに統合することによってこれら欠点及び他の欠点に取り組む。

図５は、本発明のマルチポート型アキュムレータ装置２００（「マルチポート型アキュムレータ」）の例示の実施形態の概略斜視図である。マルチポート型アキュムレータ２００は、多くの側壁２０４、頂壁２０６及び底壁２０８を備えたハウジング２０２を有する。ハウジング２０２は、２つ又は３つ以上のトランスポンダコネクタポート２１２を有し、これらトランスポンダコネクタポートは、側壁２０４の対応の２つ又は３つ以上に形成されている。図５のマルチポート型アキュムレータ２００は、４つの側壁２０４Ａ，２０４Ｂ，２０４Ｃ，２０４Ｄを備えた矩形（正方形）のハウジング２０２の例示の実施形態を示しており、これら４つの側壁に関連してこれらには、４つのＲｏＦトランスポンダコネクタポート（「トランスポンダポート」）２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃ，２１２Ｄが設けられている。ハウジング２０２は、頂壁２０６に設けられたテールケーブルポート２１４を更に有している。ハウジング２０２は、一般的に、多種類の適当な材料、例えば金属又はプラスチックで製作可能である。

図６は、頂壁２０６が取り外された状態のマルチポート型アキュムレータ２００の平面図であり、テールケーブルコネクタポート（「テールケーブルポート」）２１４及び関連のトランスポンダポート２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃ，２１２Ｄを介してこの装置２００に作動的に結合された４つのトランスポンダ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを示している。装置２００は、各トランスポンダポート２１２について、光ファイバ部分２３６Ｕ，２３６Ｄを有し、これら光ファイバ部分は、テールケーブル３６のアップリンク及びダウンリンク光ファイバ１３６Ｕ，１３６Ｄに対応している。この結果、各光ファイバ部分２３６ＵＡ，２３６ＤＡは、一端部がトランスポンダポート２１２Ａに光結合されると共に他端部がテールケーブルポート２１４に光結合されており、その他については図６を参照されたい。

同様に、装置２００は、各トランスポンダポート２１２について、一端部がトランスポンダポートに接続され、他端部がテールケーブルポート２１４に接続された電力ライン部分２６８を有している。このように、電力ライン部分２６８Ａは、トランスポンダポート２１２Ａをテールケーブルポート２１４に電気的に接続しており、その他については図６を参照されたい。

図７は、図６のマルチポート型アキュムレータ２００の側面図であり、テールケーブルポート２１４に接続されたテールケーブルコネクタプラグ３７を用いてテールケーブル３６をマルチポート型アキュムレータに接続した状態を示している。図８は、側壁２０４Ｂが取り外された状態の図７に示されている装置２００の側面図であり、光ファイバ部分２３６ＵＣ，２３６ＤＣ及び電力ライン部分２６８Ｃによるテールケーブルポート２１４とトランスポンダポート２１２Ｃとの間の光結合及び電気的結合状態を示している。他のトランスポンダポート２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃは、同様に、テールケーブルポート２１４に結合されている。

図９及び図１０は、それぞれ、図７及び図８とほぼ同じであり、テールケーブルポート２１４を必要としないあらかじめスタブが取り付けられた形態でマルチポート型アキュムレータ２００及びテールケーブル３６の例示の実施形態を示している。あらかじめスタブが取り付けられた形態の実施形態では、別々の光ファイバ部分２３６Ｕ，２３６Ｄを用いて各ＲＦトランスポンダポート２１２に結合するのではなく、アップリンク及びダウンリンク光ファイバ１３６Ｕ，１３６Ｄは、テールケーブルから被覆除去状態で引き出されて関連のＲＦトランスポンダポートに直接接続される。

例示の実施形態では、テールケーブル３６は、マルチポート型アキュムレータ２００とは反対側の端部のところに設けられていて、結合関係をなすコネクタソケット２７（図３）のところで分配ユニット２６に結合可能なコネクタプラグ３７を有している。同様に、本発明の別の実施形態は、テールケーブル３６に類似したテールケーブルを有し、かかるテールケーブルは、トランスポンダ、例えばトランスポンダ３０を結合するのにケーブルポート、例えばケーブルポート２１２Ａ〜２１２Ｄではなく、コネクタプラグ３７に類似したコネクタプラグを有している。本発明の更に別の実施形態は、トランスポンダは永続的に接続された永続的に設けられたケーブル組立体を備えるマルチポート型アキュムレータを含む。

マルチポート型アキュムレータを用いる一般的な作動方法
図１１は、図１に示されているＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムに類似しているが、トランスポンダ３０を配備するために本発明の１つ又は２つ以上のマルチポート型アキュムレータ２００を利用したＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステム１０の例示の実施形態の略図である。図１１の最も下に位置するマルチポート型アキュムレータは、図９及び図１０と関連して説明した上述のあらかじめスタブが取り付けられた形態をしていることに注目されたい。

図１１並びに図２を参照すると、システム１０の動作にあたり、ヘッドエンドユニット２０内のサービスユニット５０は、その特定の用途に対応した電気ダウンリンクＲＦサービス信号ＳＤ（「電気信号ＳＤ」）を発生させる。例示の実施形態では、これは、ディジタル信号プロセッサ７２によって達成され、このディジタル信号プロセッサは、所望の電気信号ＳＤを発生させるためにＲＦ搬送波上に変調される電気信号（図示せず）をＲＦ・Ｍ／Ｄユニット７０に与える。

電気信号ＳＤは、Ｅ／Ｏ変換器６０によって受け取られ、このＥ／Ｏ変換器は、この電気信号を対応の光ダウンリンクＲＦ信号ＳＤ′（「光信号ＳＤ′」）に変換し、この光信号ＳＤ′は、次に、一次光ファイバＲＦ通信リンク３４の所与の本数の（例えば、５本の）ダウンリンク光ファイバ１３４Ｄに差し向けられる。この場合、例示の実施形態では、光信号ＳＤ′は、所与の変調指数を有するよう調整されることが注目される。さらに、例示の実施形態では、Ｅ／Ｏ変換器６０の変調電力は、アンテナシステム１００からの伝送電力を変化させるよう制御される（例えば、図示していない１つ又は２つ以上の利得調節増幅器によって）。例示の実施形態では、アンテナシステム１００に供給される電力の大きさは、関連のピコセル４０のピコセルカバレージエリア４４のサイズを定めるよう変えられる。

光信号ＳＤ′は、ダウンリンク光ファイバ１３４Ｄにより分配ユニット２６に至り、この分配ユニットは、信号ＳＤ′を５本のテールケーブル３６のダウンリンク光ファイバ１３６Ｄに差し向けるのに役立つ。次に、光信号ＳＤ′は、それぞれのテールケーブル３６により関連のマルチポート型アキュムレータ２００に至る。各ダウンリンク光ファイバ１３６Ｄ中の光信号ＳＤ′は、次に、テールケーブルポート２１４を介して関連のダウンリンク光ファイバ部分２３６Ｄに差し向けられ、関連のトランスポンダコネクタポート２１２に差し向けられる。次に、各光信号ＳＤ′は、関連のトランスポンダ３０内のＯ／Ｅ変換器６２によって受け取られる。各Ｏ／Ｅ変換器６２は、光信号ＳＤ′を変換して電気信号ＳＤに戻し、この電気信号は、次に、信号方向づけ要素１０６に至る。すると、信号方向づけ要素１０６は、電気信号ＳＤをアンテナシステム１００に差し向ける。電気信号ＳＤは、アンテナシステム１００に送られ、それにより、アンテナシステムは、対応の電磁ダウンリンクＲＦ信号ＳＤ″（「電磁信号ＳＤ″」）を放出して関連のピコセルラーカバレージエリアを作る。

図１２は、図１１のマルチポート型アキュムレータ２００のうちの１つの拡大平面図であり、マルチポート型アキュムレータと関連したピコセルラーカバレージエリア４４を示している。マルチポート型アキュムレータ２００によって支持された各トランスポンダ３０のアンテナシステム１００は、指向性があるので、ピコセルラーカバレージエリア４４は、２つ又は３つ以上のサブエリア４４Ａ，４４Ｂ，．．．等、例えば図１２に示されているようなサブシステム４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄで構成されている。クライアント装置４５がピコセルラーカバレージサブエリアのうちの１つ（例えば、図１２に示されているようなサブエリア４４Ａ）内に位置している場合、クライアント装置は、クライアント装置アンテナ４６（図１）を介して電磁信号ＳＤ″を受け取り、このクライアント装置アンテナは、例えばワイヤレスカード又は携帯電話アンテナの一部であって良い。アンテナ４６は、クライアント装置内で電磁信号ＳＤ″を電気信号ＳＤに変換する（信号ＳＤはここでは示されていない）。次に、クライアント装置４５は、電気信号ＳＤを処理し、例えばメモリに信号情報を記憶し、情報をＥメール又はテキストメッセージ等として表示する。

例示の実施形態では、クライアント装置４５は、電気アップリンクＲＦ信号ＳＵ（クライアント装置には示されていない）を発生させ、この電気アップリンクＲＦ信号ＳＵは、アンテナ４６によって電磁アップリンクＲＦ信号ＳＵ″（「電磁信号ＳＵ″」）に変換される。

クライアント装置４５がピコセルラーカバレージサブエリア４４Ａ内に位置しているので、電磁信号ＳＵ″は、トランスポンダ３０Ａのアンテナシステム１００によって検出される。アンテナシステム１００は、電磁信号ＳＵ″を変換して電気信号ＳＵに戻す。電気信号ＳＵは、信号方向づけ要素１０６によってＥ／Ｏ変換器６０に差し向けられ、このＥ／Ｏ変換器は、この電気信号を対応の光アップリンクＲＦ信号ＳＵ′（「光信号ＳＵ′」）に変換し、この光信号ＳＵ′は、次に、トランスポンダポート２１２Ａのところでアップリンク光ファイバ部分２３６Ｕ中に差し向けられる。光信号ＳＵ′は、光ファイバ部分２３６Ｕによってテールケーブルポート２１４に至り、このテールケーブルポートは、この光信号をテールケーブルポートに接続された関連のテールケーブル３６の関連のアップリンク光ファイバ１３６Ｕ上に差し向けるのに役立つ。

光信号ＳＵ′は、アップリンク光ファイバ１３６Ｕにより分配ユニット２６に至り、ここで、光信号は、一次ＲＦ光ファイバ通信リンク１３４の関連のアップリンク光ファイバ１３４Ｕに差し向けられる。次に、光信号ＳＵ′は、一次ＲＦ光ファイバ通信リンク１３４によりヘッドエンドユニット２０に至り、ここで、この光信号は、Ｏ／Ｅ変換器６２によって受け取られる。Ｏ／Ｅ変換器６２は、光信号ＳＵ′を変換して電気信号ＳＵに戻し、この電気信号は、次に、サービスユニット５０に差し向けられる。サービスユニット５０は、この電気信号ＳＵを受け取って処理し、かかる処理は、例示の実施形態では、次のステップ、即ち、信号情報を記憶するステップ、信号をディジタル処理し又は調節するステップ、信号をネットワークリンク２２４経由で１つ又は２つ以上の外部ネットワーク５２上に送るステップ及び信号を他のピコセルラーカバレージエリア４４又はサブエリア４４Ａ，４４Ｂ等内に位置する１つ又は２つ以上のクライアント装置４５に送るステップのうちの１つ又は２つ以上を含む。例示の実施形態では、信号ＳＵの処理は、この電気信号をＲＦ信号Ｍ／Ｄユニット７０内で復調し、次に復調された信号をディジタル信号プロセッサ７２で処理するステップを含む。

アンテナシステム指向性が調節可能なトランスポンダ
図１３は、指向性が調節可能なアンテナシステムを有するトランスポンダ３０の例示の実施形態を示している。図１３のトランスポンダ３０は、各々が互いに異なる指向性（即ち、ＥＭ放射線パターン）を有する２つ又は３つ以上のアンテナ要素１０１、例えば図示の３つのアンテナ要素１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃを有している。アンテナ要素１０１は、アンテナスイッチ３００に電気的に接続されており、このアンテナスイッチは、使用されるべきアンテナシステム１００のアンテナ要素１０１を切り換える。

例示の実施形態では、アンテナ要素１０１Ａは、ピコセルカバレージエリア４４の全て又は実質的に全てについてカバレージを提供するよう構成され、アンテナ要素１０１Ｂは、２つのピコセルカバレージサブエリア（例えば、サブエリア４４Ａ，４４Ｂ）をカバーするよう構成され、他方、アンテナ要素１０１Ｃは、ピコセルカバレージサブエリア４４Ａをカバーするよう構成されている。これにより、マルチポート型アキュムレータ２００は、マルチポート型アキュムレータ２００のトランスポンダ３０のうちの１つ、幾つか又は全てを用いてピコセルカバレージエリア４４の何割か又は全てを形成することができる。図示の実施形態では、アンテナスイッチ３００は、アンテナ３０２を含み、このアンテナスイッチは、アンテナ３０２によって受信されたワイヤレス切り換え信号ＳＳにより切り換え可能であるように構成されている。別の例示の実施形態では、切り換え信号ＳＳは、非ワイヤレスであり、ヘッドエンドユニット２０又は分配ユニット２６に源を発する。

他のマルチポート型アキュムレータハウジング幾何学的形態
説明の目的上、マルチポート型アキュムレータ２００は、４つのトランスポンダ３０を支持した矩形のハウジング２０２と関連して上述されている。図１４は、６つのトランスポンダ３０を作動的に支持した六角形のマルチポート型アキュムレータ２００の例示の実施形態の概略平面図である。同様に、図１５は、３つのトランスポンダ３０を作動的に支持した三角形のハウジングを備えたマルチポート型アキュムレータ２００の例示の実施形態の概略平面図である。本発明の別の実施形態は、任意の幾何学的形態の任意の数のトランスポンダを有する変形例としてのアキュムレータを含む。

本発明の思想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ということが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、かかる改造例及び変形例を含むものである。

Claims (20)

1. ２つ又は３つ以上のＲｏＦ（radio-over-fiber）トランスポンダを作動的に支持し、アップリンク及びダウンリンク光信号及び電力を運ぶテールケーブルへの結合を提供するマルチポート型アキュムレータ装置であって、
   ハウジングを有し、
   前記ハウジングによって支持された２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダポートを有し、各ＲｏＦトランスポンダポートは、前記ＲｏＦトランスポンダの各々にそれぞれ作動的に結合するよう構成されており、
   前記ハウジングによって支持されていて、前記テールケーブルに作動的に結合するよう構成されたテールケーブルポートを有し、前記テールケーブルポートは、前記アップリンク及びダウンリンク光信号並びに前記電力を各ＲｏＦトランスポンダに提供するよう各ＲｏＦトランスポンダポートに光学的に結合されると共に電気的に結合されている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記テールケーブルポートは、前記テールケーブルによって支持されたアップリンク及びダウンリンク光ファイバの２つ又は３つ以上の外部対を受け入れるようになっており、
   前記テールケーブルポートは、アップリンク及びダウンリンク光ファイバ部分の２つ又は３つ以上の内部対を介してそれぞれ前記２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダポートに光結合されており、
   前記テールケーブルポートは、前記アップリンク及びダウンリンク光ファイバの外部対を前記アップリンク及びダウンリンク光ファイバの内部対に光結合するよう構成されている、
   請求項１記載の装置。
3. 前記テールケーブルポートは、前記テールケーブルによって支持されていて、前記電力を運ぶ外部電力ラインを受け入れるようになっており、
   前記テールケーブルポートは、２つ又は３つ以上の内部電力ライン部分によりそれぞれ前記２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダポートに電気的に結合されており、
   前記テールケーブルポートは、電力を前記ＲｏＦトランスポンダの各々に提供するよう前記外部電力ラインを前記２つ又は３つ以上の内部電力ライン部分に電気的に結合するよう構成されている、
   請求項２記載の装置。
4. 前記ハウジングは、４つの側壁及び４つのＲｏＦトランスポンダポートを有し、各トランスポンダポートは、各側壁によってそれぞれ支持されている、
   請求項１記載の装置。
5. 前記装置には、ピコセルラーカバレージエリアが関連しており、前記ピコセルラーカバレージエリアは、前記２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダによりそれぞれ形成された２つ又は３つ以上のピコセルラーカバレージサブエリアで構成されている、
   請求項１記載の装置。
6. 前記ＲｏＦトランスポンダのうちの少なくとも１つは、調節可能なアンテナ指向性を備えたアンテナシステムを有する、
   請求項１記載の装置。
7. 前記ＲｏＦトランスポンダのうちの少なくとも１つは、パッチアンテナを有する、
   請求項１記載の装置。
8. ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステムであって、請求項１記載のマルチポート型アキュムレータ装置を２つ又は３つ以上有し、各マルチポート型アキュムレータ装置は、前記テールケーブルの各々にそれぞれ対応関係をなして光結合されている、ＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステム。
9. ダウンリンク光信号を発生させ、アップリンク光信号を受け取るよう構成されたヘッドエンドユニットと、
   前記アップリンク及びダウンリンク光信号を各マルチポート型アキュムレータ装置の前記トランスポンダと前記ヘッドエンドユニットとの間で分配するよう前記ヘッドエンドユニット及び各テールケーブルに光結合された分配ユニットとを更に有する、
   請求項８記載のＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステム。
10. ＲｏＦ（radio-over-fiber）ワイヤレスピコセルラーカバレージエリアを形成する方法であって、
    ２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダをハウジングで作動的に支持するステップと、
    前記２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダのためのダウンリンク光信号をテールケーブルにより前記ハウジングに設けられているテールケーブルポートに提供するステップと、
    前記ハウジングを介して前記ダウンリンク光信号を前記ＲｏＦトランスポンダのうちの１つ又は２つ以上に分配して前記１つ又は２つ以上のＲｏＦトランスポンダがピコセルラーカバレージエリアの形成に寄与するようにするステップとを有する、
    ことを特徴とする方法。
11. 各ＲｏＦトランスポンダは、前記ダウンリンク光信号を受け取り、前記ピコセルラーカバレージエリアの一部分を構成するピコセルラーカバレージサブエリアを形成する、
    請求項１０記載の方法。
12. 前記２つ又は３つ以上のＲｏＦトランスポンダを前記テールケーブルポートに光学的に結合されると共に電気的に結合されたＲｏＦトランスポンダポートのところで作動的に支持するステップを更に有する、
    請求項１０記載の方法。
13. 前記テールケーブル中の電力を電力ラインで運ぶステップと、
    前記ハウジングを介して電力を前記テールケーブルポート及び前記ＲｏＦトランスポンダポートの各々に接続された電力ライン部分に分配して前記ＲｏＦトランスポンダの各々に電力供給するステップとを更に有する、
    請求項１２記載の方法。
14. 各ＲｏＦトランスポンダは、アンテナシステムを有し、前記方法は、前記アンテナシステムのうちの少なくとも１つの指向性を調節して前記ピコセルラーカバレージエリアへの前記対応のＲｏＦをトランスポンダの寄与度を調節するステップを更に有する、
    請求項１０記載の方法。
15. ＲｏＦ（radio-over-fiber）ワイヤレスピコセルラーシステムのための複数のＲｏＦトランスポンダを支持するマルチポート型アキュムレータ装置であって、
    ハウジングを有し、
    前記ハウジングによって支持された複数のＲｏＦトランスポンダポートを有し、各ＲｏＦトランスポンダポートは、前記ＲｏＦトランスポンダの各々にそれぞれ作動的に結合するようになっており、
    前記ハウジング内において前記複数のＲｏＦトランスポンダポートに光学的に結合されていて、前記複数のＲｏＦトランスポンダポートとの間でアップリンク及びダウンリンク光信号の光伝送を可能にするテールケーブルを有し、
    前記テールケーブルは、電力を前記複数のＲｏＦトランスポンダポートの各々に提供するよう前記ハウジング内において前記複数のＲｏＦトランスポンダポートに電気的に結合されている、
    ことを特徴とする装置。
16. 各ＲｏＦトランスポンダポートにそれぞれ作動的に結合されたＲｏＦトランスポンダを更に有する、
    請求項１５記載の装置。
17. 各ＲｏＦトランスポンダは、指向性アンテナシステムを有し、前記指向性アンテナシステムは、関連のピコセルラーカバレージサブエリアを形成するよう構成され、前記ピコセルラーカバレージサブエリアは、前記ＲｏＦトランスポンダのうちの２つ又は３つ以上により形成されるピコセルラーカバレージエリアを構成する、
    請求項１６記載の装置。
18. 前記ハウジングによって支持され、各ＲｏＦトランスポンダポートに光学的に結合されると共に電気的に結合されたテールケーブルポートと、
    テールケーブル端部のところで前記テールケーブルに作動的に固定されたテールケーブルプラグとを更に有し、
    前記テールケーブルは、前記テールケーブルプラグにより前記テールケーブルポートに作動的に結合されている、
    請求項１５記載の装置。
19. 請求項１８記載の装置を２つ又は３つ以上有するＲｏＦワイヤレスピコセルラーシステム。
20. 各ＲｏＦトランスポンダポートは、前記ハウジングの内部に位置するダウンリンク及びアップリンク光ファイバ部分により前記テールケーブルポートに光結合されている、
    請求項１８記載の装置。

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