(57)【要約】  本発明は、通信ネットワークに端末を無線接続するための基地に関し、前記基地は、送信／受信装置を含み、該送信／受信装置は、共に提供される遠隔端末と情報を交換するように適合され、前記基地の送信／受信装置は、拡張型赤外線光源を含んだ送信器を含むことを特徴とする。
2007515088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末を通信ネットワークへ無線接続するための基地において、
前記基地は、送信／受信装置を含み、該送信／受信装置は、共に提供される遠隔端末と情報を交換するように適合され、前記基地の送信／受信装置は、拡張型赤外線光源を含んだ送信器を含むことを特徴とする基地。
【請求項２】
前記基地の送信器は、情報を遠隔端末へ高速のビット速度で送信するように適合されていることを特徴とする請求項１記載の基地。
【請求項３】
発生源の最適な配置を得るための発生源位置制御手段と、基地のサービスエリア内にある端末の送信／受信手段とを含むことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の基地。
【請求項４】
前記拡張型赤外線光源は、レーザー発生手段と、レーザー発生手段によって発せられた放射を拡散するための送信拡散器手段とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基地。
【請求項５】
前記送信拡散器手段は、ホログラフィック型であることを特徴とする請求項４に記載の基地。
【請求項６】
前記拡張型赤外線光源は、レーザー発生手段と、レーザー発生手段によって発せられた放射を拡散するための反射器手段とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
【請求項７】
前記基地の送信／受信手段は、無指向性の受信器を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基地。
【請求項８】
前記無指向性受信器は、少なくとも１つの無指向性の集信装置を含むことを特徴とする請求項７記載の基地。
【請求項９】
前記無指向性集信装置は、半球型であり、光学フィルターを含むことを特徴とする請求項８記載の基地。
【請求項１０】
前記無指向性集信装置は、反射防止表面処理を受けていることを特徴とする請求項８記載の基地。
【請求項１１】
通信ネットワークへ接続するための基地と遠隔端末との間における無線通信の方法であって、前記基地は、前記端末と情報を交換するように適合された送信／受信装置を含み、前記端末も送信／受信装置と共に提供され、
前記方法は、前記基地の送信／受信手段が、拡張型赤外線光源を含む送信器によって情報を前記端末へ送信することを特徴とする方法。
【請求項１２】
情報は、基地から前記端末へ、直接あるいは非直接あるいは複合の視線を持った赤外線リンクを通って送信されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記端末の送信／受信手段は、情報を直接或いは非直接の視線を持った赤外線リンクを通って、基地へ送信することを特徴とする請求項１１または１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
情報は、前記端末と前記基地の間でバーストモードで送信されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ネットワークへの無線接続に関する。
より詳細には、本発明は、遠隔通信ネットワークあるいはデータ通信ネットワークに接続された、ユーザー設備（ユーザー端末）と固定基地との間の高速無線接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動中（ローミング中）に、ますます多くの移動端末ユーザーが、一回限りで、または固定通信ネットワークへ恒常的に、またはオンボード通信ネットワーク（ユーザーが“局地的に固定である”と考えた）へと接続することが必要となっている。これらのローミング接続を容易にするために、オペレータはネットワークを、特に公共の場所（商店、鉄道の駅、空港、商店街、駐車場、運輸システム、カフェ、レストラン等）へと広げなくてはならなかった。
【０００３】
従って、アクセスするための基地（アクセス点としても知られる）は、ある地域内に設けられてきた。それらの基地は、例えば、インターネットなどの通信ネットワークへ接続され、その地域内を移動中の移動端末のユーザーがネットワークに接続することができた。
【０００４】
これと同時に、既に固定ネットワークに接続しているが、大量の情報を快適に交換できる（例えば、大きなファイルを転送したりダウンロードしたりの）充分に高速の接続でない幾らかの専門家あるいは非専門家のユーザー達は、時折、高速接続の恩恵を必要とする。こんなユーザー達は、上記のアクセス基地を使うことが有益であると気付くだろう。
【０００５】
【非特許文献１】European Standard EN-60825-1 "Safety of lasor products PART 1: Equipment classification, requirements and user's guide"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在では、これらのアクセス基地と共に使用できる非接触型（或いは無線）の接続技法がいくつかある。
【０００７】
第１の種類は、移動端末とアクセス基地との間での無線波の形態による情報の交換に基づいて、例えば “ホットスポット（hot spot）”として知られるアクセス基地を持った、無線送信／受信手段と共に提供されるＷｉ−Ｆｉ技術を含む。
【０００８】
しかし、この技術によって、周波数の混雑と、基地の近くの電子機器への干渉という問題が起きる。こういった問題は、特定の状況、例えば、もし基地が航空機内（オンボード機器への干渉）や、病院内（医療機器への干渉）や、特別な産業の環境内に設けられた時には、重大である。
【０００９】
予想される第２の種類の技術は、無誘導の赤外線光学放射の形態での情報の交換に基づいている。現在では、この技術の主な応用例は、まず、数百メートルから数千メートルの距離だけ隔たった２点を接続するように適応させられた、自由空間光通信（ＦＳＯ）型の指向性の強い２点間通信に関する。
【００１０】
この技術は、指向性の強いビームによる送信に依存しているが、これはほんの僅かでもビームが逸れると送信範囲が著しく制限されからであり、またホットスポットのアクセス基地に関しており、収束の角度と範囲の間で折り合うべき別の妥協点があると予想されるような応用例にうまく適応できない。
【００１１】
赤外線技術は、個人用ネットワーク内でも使用され、特に、個人宅あるいは事務所内（“室内”通信）でローカライズされた赤外線送信／受信手段が与えられた異なる機器を内部接続するのに使用される。
【００１２】
この技術を用いると、高速送信によって、放射する光強度を増すことが必要となり、その結果、規制によって与えられる許容範囲を侵しかねない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、高速通信を可能にする無線通信手段を提供することにある。
【００１４】
このために、本発明は、端末を通信ネットワークに無線接続するための基地を提案し、該基地は、やはり送信／受信手段を与えられた遠隔の端末と情報を交換するように適合された送信／受信手段を含み、前記基地の送信／受信手段は、拡張型赤外線光源を含んだ送信機を含むことを特徴とする。
【００１５】
拡張型赤外線源の基本的な考えは、非特許文献１で定義される。拡張型赤外線源は、１００ｍｍの距離で、または上記標準で定義される角度αｍｉｎより大きい角度で、観察者が見た発生源を意味している。
【００１６】
赤外線を用いることで、高速の非接触接続が得られる。本発明が提案する解決法によると、現在は搬送波の周波数を上げて使用される固定式無線基地に比較して、送信ビット速度が上げる。無線技術によると、送信周波数は、予め定められていて上げることはできない。
【００１７】
拡張型発生源は、発光強度が点源に比べて全体的に増えているにも係わらず、依然として目の安全性に関する規制の許容範囲内にある。
【００１８】
目の安全性の基準は、発生源の大きさの関数として定義され、波長に依存する：発生源が大きくなるほど、認証された最大発光強度も大きくなる。従って、１５５０ナノメートル（ｎｍ）の波長では、点源に関する発光強度に１.５の因数を乗算することが可能である。８１０ｎｍの波長では、その因数は３００である。
【００１９】
従って、本発明は、基地が網羅する地域の面積と送信ビット速度との間の良好な妥協を達成する。
【００２０】
本発明が提案する光基地による解決は、使用される交換プロトコルからは見えないものである、なぜなら本発明は物理層レベルに有るからである。この物理層は、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）参照モデルの第１層であり、通信電子データ処理処理機器間の物理的接続を設定するのに使用される。この層は、広くＷｉＦｉ（すなわち８０２.１１ａ又はｂ又はｇ又はｎ）やイーサネット(登録商標)やギガイーサネットやＡＴＭやＳＤＨやＰＤＨやｘＣＤＬやＩＰｖ４やＩＰｖ６のようなデータの交換に使用される様々なプロトコルと互換性がある。
【００２１】
基地の送信器は、高いビット速度での遠隔の端末への情報の送信に有利に適応する。
【００２２】
本発明の文脈において、“高いビット速度”という表現は、１０メガビット／秒（Ｍｂｐｓ）を超えるビット速度、そして１ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）あるいはそれ以上の速さを意味している。
【００２３】
本発明の他の特徴や目的や利点は、制限のない例として提供される添付の図面を参照して詳細な説明を読み進むことにより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１において、光基地１０は、サービスエリア１００内部にある移動端末２０の送信／受信手段との光接続を設定するように適合された送信／受信手段を備える。基地１０は、通信ネットワーク３０に接続される。
【００２５】
基地１０の送信／受信手段は、送信器１２と受信器１４を備える。送信器１２は、拡張型赤外線光源を含む。
【００２６】
赤外線発生源のサービスエリア１００内で、信号対雑音比は、予想される送信に準拠する。
【００２７】
情報１は、基地１０から端末２０へ、直接あるいは非直接あるいは複合の視線を持った赤外線リンクを通って送信される。
【００２８】
情報２は、端末２０から基地１０へ、直接あるいは非直接あるいは複合の赤外線リンクを通って適切に送信することができる。直接あるいは複合のリンクの場合、基地１０と端末２０には、発生源と受信器の位置を監視して発生源と端末２０の送信／受信手段との最適な配置を行うための手段が含まれるだろう。
【００２９】
基地１０の受信器１４は、例えば、無指向性の集信装置（concentrator）を備える無指向性受信器である。この無指向性集信装置は、半球形の光学フィルターと共に設定された半球形のレンズ、あるいは反射防止表面処理と受信器の前面に置かれた平面光学フィルターをを持った半球形レンズの形態を取る。無指向性光受信器１４は、３デシベル（ｄＢ）あるいはそれより大きな利得と、約１８０度の理論的開口角とを持つ。
【００３０】
図２で、本発明の光基地１０が、駐車場の中に設けられる。基地１０には、光信号を送信するように適合された拡張型赤外線源と、予想されたリンクと互換性のある種類の受信器とが含まれる。基地１０は、応用例と互換性のある最小の信号対雑音比と、熟慮した上での誤り率とが達成された、確定したサービスエリア１００内で送信をする。
【００３１】
図２から分かるように、基地１０は、通信空間を構成するサービスエリア１００が水平（構成Ａ）または垂直（構成Ｂ）のいずれかであるような、構成ＡとＢのいずれかを持っている。どちらの場合も、通信空間は、駐車空間（３ｍ×５ｍの矩形）を網羅し、最新の自動車（Ｈｍａｘ＝３ｍ，ｄｅｃ＝５ｍ）を包囲する。ユーザー端末は、乗物の外部もしくは内部の、ガラス表面の後ろ（例えば、風防の後ろ）に設けられる。
【００３２】
表１は、光基地とユーザー端末の間の通信、例えば非接触（無線）赤外線視線非直接リンク（ＷＩｒ  ＬＯＳ−ＮＤリンク）を用いた通信空間内の応用例の主要なパラメータを並べたものである。
【００３３】
表１は、以下のパラメータを載せている。
・“ビット速度”は、特定の予想される応用例が必要とする、送信器と受信器の間の通信のビット速度を意味している。
・“Ｉｒウィンドウ”は、ナノメータで表された、光搬送波の赤外線の範囲を意味している。
・“最小送信出力”は、特定の応用例に必要なビット誤り率（ＢＥＲ）を達成するのに必要な通信空間内で、最小の信号対雑音比を達成するのに必要な最小出力（ｄＢｍ）を意味している。
【００３４】
・“Ｒ（Ψ）”は、発生源の３次元放射モデルを示している（例えば、均等拡散モデルまたは特別なモデル）。
・“ＦＯＶ（視野）”は、送信器または受信器の半開口角を意味している。
・“Ｎｏ  ＥＱ”の印が付いた受信器は、受信処理で等化処理のない受信器である。
・“有効領域”は、フィルターと半球型集信装置とＰＩＮダイオード光検出器を備えた受信器の有効領域を意味している。
【００３５】
・“光検出器（ＰＩＮ）”は、ＰＩＮダイオード光検出器を意味している。
・“領域”は、光検出器のｃｍ２で表した領域を意味している。
・“感度”は、ワット当たりアンペアで表した、光検出器の光検出効率を意味している。
・“最小Ｓ／Ｎに対する受信器感度は、特定の応用例が必要とする信号対電気雑音比を達成するのに要する、受信器に作用する最小光出力を意味している。
・“光学フィルター（半球型）”は、半球型レンズの上に置かれるか、そこに付けられた帯域通過フィルターを意味している。
【００３６】
・“集線装置（半球型）”は、約ｎ２（ここで、ｎはレンズの屈折率）の無指向性光利得を持つ半球型レンズを意味し、通常の屈折率に対して、３ｄＢより大きな光利得に等しい。
・“駐車場ＥＣ”あるいは“列車ＥＣ”は、駐車場もしくは列車内の通信空間（ＥＣ）を意味し、Ｈｍｉｎ×Ｈｍａｘ×ｄｅｃを次元を持つ。
・“ＷＩｒリンク”は、ＬＯＳ−ＮＤタイプの無線赤外線リンクを意味する。
【００３７】
・“変調の種類”は、オンラインデジタルデータの変調の種類を意味し、オンオフキーイング／非ゼロ復帰（ＯＯＫ／ＮＲＺ）タイプである。
・“チャネルの種類”は、使用されるディジタル光チャネルを意味し、強度変調／直接検出（ＩＭ／ＤＤ）タイプである。
・“自由空間減衰”は、送信器と受信器の間の光ビームが起こす幾何学的減衰を意味する。
【００３８】
表１から分かるように、ＩＭ／ＤＤ赤外線チャネルは、８１０ｎｍのウィンドウ内にあり、ＯＯＫ／ＮＲＺ変調を使用する。使用可能なビット速度は、１０Ｍｂｐｓと１００Ｍｂｐｓと１５５Ｍｂｐｓであり、これらは既存の応用例に広く使用されている。この表は、基地で使用される送信／受信部品と、予想される移動端末とは、既存の技術と共に使用可能であるということを示している。
【００３９】
図３は、図１に表される応用例で特に使用できる、眼の安全性階級Ｉの拡張型赤外線源の図である。
【００４０】
拡張型赤外線源は、標準的なレーザーダイオード３２，３４，３６の形態のレーザー送信器手段と、ダイオード３２，３４，３６によって発せられる放射を拡散するための送信拡散器手段４０とを含んでいる。送信拡散器手段４０は、例えば、特定の放射パターンを持つ拡張型発生源の製造の費用が限られている時の単純な解決法を示すホログラフィック拡散器から成る。
【００４１】
発生源の一実施例には、レーザー発生手段と、レーザー発生手段によって発せられた放射を拡散するための反射器手段とが含まれよう。
【００４２】
点源と比較して、拡張型発生源を用いると、安全基準で課せられた制約以内で発することのできる最大平均出力が増加する。拡張型発生源は、より広い通信空間１００を網羅し、予想される通信に対して最大の信号対雑音比を達成することができる。
【００４３】
本例では、拡張型発生源は、観察者に１００ミリラジアンを超える角度で見られ、これは観察者が１００ｍｍの距離にいる場合は、π／４ｃｍ２の領域の１０ｍｍの最小直径に相当する。
【００４４】
８１０ｍｍのパルス拡張型赤外線源を６０°のＦＯＶの高いビット速度で使用した際の、階級Ｉの承認済み平均出力は、表１で設定される最小値を優に上回っている。従って、通信空間を拡大したり、発生源の部品の性能上の制約を緩めたり、発生源のビット速度を増やしたりするのに使用することができる拡張型発生源の出力を増やす余裕がある。
【００４５】
考察する応用例と互換性のある信号対雑音比は、図３に示される通信空間（斜線部１００）全体で達成される。通信空間は、実質的に、発生源からＨｍｉｎの距離にある上部平面と、発生源からＨｍａｘの距離にある下部平面とによって定義される直径ｄｅｃの円筒の形状である。通信空間のＨｍｉｎ×Ｈｍａｘ×ｄｅｃの容積は、表１と２の応用例各々に対して特定される。
【００４６】
基地の受信器には、フィルターと、半球形の集線装置と、広い検出領域（１ｃｍ２）と中位の感度（１ワット当たり０.５３アンペア（Ａ／Ｗ））を持ったＰＩＮダイオード光検出器が含まれる。この種の受信器は、３.５ｄＢの最大利得を持った７０度のＦＯＶを提供することができる。受信器に必要な感度は、背景雑音の高いレベル（５.８μＷ／ｎｍ／ｃｍ２）に対して計算され、−４０.５ｄＢ.ｍ（１０Ｍｂｐｓ）から−３４.５ｄＢ.ｍ（１５５Ｍｂｐｓ）までのビット速度の関数として変化する；結果として特に問題はない。
【００４７】
図４は、列車や航空機や船舶などの輸送システム内の乗員席の上に設けた光基地１０を示している。この基地は、輸送システムに搭載されるローカルエリアネットワークに接続される。この基地は、天井あるいは乗員席に対向する背もたれの上方部に提供される。この種の応用例においては、基地１０によって覆われる通信空間の大きさは、Ｈｍｉｎ＝０.５ｍ，Ｈｍａｘ＝１.５ｍ，ｄｅｃ＝１.５ｍのオーダーである。
【００４８】
表２によって、視界非直接（Wir LOS-ND）リンクの無線赤外線ラインを用いた通信空間内での、光基地とユーザー端末との間の通信の主パラメータが与えられる。この表のパラメータは、表１のそれらと同一である。
【００４９】
図５は、鉄道の駅のプラットフォームに設けられた光基地１０を示している。この水平の基地１０によって、固定した通信ネットワークと、列車がプラットフォームにある時の列車に搭載されるローカルエリアネットワークとの間で情報を送信することができる。
【００５０】
非常に高速で移動している端末で、非常に高速のビット速度での通信を行うことの可能性は限定されたものであり、停止中に送信システムと外部の世界との間で双方向でデータを転送することはとても有益なことである。移動システムには、移動中にバッファを提供するデータ蓄積手段が含まれる。蓄積手段と基地との間の交換は、関連する情報の量を増やすために非常に高速のビット速度で実行され、処理を加速するために接触或いは接続が無しで実行される。
【００５１】
駅の列車の場合、通信空間の水平あるいは垂直の大きさは、Ｈｍｉｎ＝１.５ｍ，Ｈｍａｘ＝３ｍ，ｄｅｃ＝３ｍのオーダーであろう。１５５Ｍｂｐｓの交換ビット速度を用いると、３分間の停車中に３０Ｇビットのデータを送信することが可能である。
【００５２】
この応用例は、例えば駐車場や航空機内で生じる交換のごとき、他の移送システムに広げることができる。交換されるデータは、移動システムの動作にリンクさせることができる（データは移送システム操作者によって交換される）し、あるいは高品質なサービスの関係において乗客への／からの上方を含むこともあろう。
【００５３】
図６は、歩行者用に用意される公的或いは私的な場所に設けられる光基地１０を示している。この応用例によって、歩行者は、端末２０を通信ネットワークに接続する空間に入ることができる。この応用例では、他の上述した応用例と比較して異なる基地パラメータの値となる。例えば、Ｈｍｉｎ＝１.５ｍ，Ｈｍａｘ＝３ｍ，ｄｅｃ＝５ｍの大きさが適当であろう。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
【表２】
2007515088.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の光基地の動作の一般原理の図である。
【図２】本発明の基地を駐車場に応用した一例の図である。
【図３】拡張型赤外線源を構成する様々な部品の図である。
【図４】移送システム内における本発明の基地の一応用例の図である。
【図５】鉄道の駅のプラットフォームに設けられた本発明の基地の一例の図である。
【図６】歩行者が使用できる本発明の基地の一応用例の図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，２…情報
１０…光基地
１２…送信器
１４…受信器
２０…端末
３０…通信ネットワーク
３２，３４，３６…レーザーダイオード
４０…送信拡散器手段
１００…サービスエリア
【図１】
2007515088.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007515088.tif 000009
【図６】
2007515088.tif 000010
【国際調査報告】
2007515088.tif 000011
2007515088.tif 000012
2007515088.tif 000013
2007515088.tif 000014
2007515088.tif 000015
2007515088.tif 000016