(57)【要約】全てのタイプのグレイデッドインデックスマルチモードファイバにわたる無線信号の送信方法が提供されている。この方法は、光放射線をマルチモードファイバのコア内へと当該コアの中心から離れて発射することにより、マルチモードファイバの利用可能なモードの一部を強く励起させることを含んでいる。励起されるモードの一部は、モード群のうちの僅かな数の範囲内であり、したがって、同様の伝搬定数を有しており、そのため、モード分散およびモード干渉が低減するとともに、ＲＦ送信を助けるファイバ仕様の３ｄＢベースバンド帯域を越える周波数応答通過帯域領域の平滑化およびこの領域からの回復が図れる。
2006510283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−１または複数の光放射線送信器と、
−ファイバ内で励起されるモード数を制限する発射を使用して、前記光放射線送信器または前記各光放射線送信器からの光放射線をマルチモードファイバに結合するための手段と、
−光検出器と、
を備える光通信システムにおいて、
前記光放射線送信器または前記各光放射線送信器がシングルトランスバースモードレーザ送信器であり、使用される送信信号が無線周波数信号である、光通信システム。
【請求項２】
光をファイバに結合する前記手段は、共直線性を有するがファイバ軸に対してオフセットされる発射を生じる、請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記ファイバが６２．５μｍのコア径を有し、マルチモードファイバコアの中心から測定された、前記送信器から放射された光放射線の中心に対するオフセット距離は、約１０μｍ〜約３０μｍである、請求項２に記載の光通信システム。
【請求項４】
マルチモードファイバコアの中心から測定された、前記送信器から放射された光放射線の中心に対するオフセット距離は、約２３μｍ〜約３０μｍである、請求項３に記載の光通信システム。
【請求項５】
添付の本文と図面との任意の適当な組み合わせを参照して実質的に説明しかつ図示した、光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに関し、特に、企業のオフィスビル、ショッピングセンタ、地下鉄、空港等の区画された空間内に設置され或いは当該空間同士を接続するマルチモードファイバを含む光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物内カバレージは、ネットワークオペレータおよび建物内でセルラー方式または無線ＬＡＮシステムを配置したいと考えている建物の所有者にとって、重要でかつ成長する市場である。このカバレージを与える最も効果的でかつ効率的な方法は、建物内に基地局を配置するとともに、分散アンテナシステム（ＤＡＳ）を使用して比較的均一な信号強度を与えることである。ＤＡＳは、同軸ケーブルを使用して構成することができるが、更に長い範囲においては、光ファイバが好ましい。これは、挿入損失がリンク長とは殆ど無関係であり、そのため、システム設計および将来の拡張を簡略化できるからである。
【０００３】
ファイバにわたって無線を使用するアナログオプティカルリンクは、今日、世界中の多くのＤＡＳ設備で使用されている。しかしながら、これらの製品は、必要な送信帯域幅を与えるためにシングルモードファイバ（ＳＭＦ）を使用し、あるいは、マルチモードファイバの帯域幅内にあるダウンコンバートされた中間周波数でマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を使用する。これらの手法の欠点は、第１に、特別に設置されたファイバを必要とし（建物内に設置されたファイバベースの大部分がマルチモードである場合）、第２に、元の無線搬送波にアップコンバートするために必要な遠く離れた局部発信器を安定させかつロックするために低周波基準トーンの同時送信を必要とするという点である。これらの両方の手法により、送信装置およびシステムの設計にコストが更にかかり、また、当該設計が更に複雑になる。
【０００４】
マルチモードファイバは、１３００ｎｍ波長で５００ＭＨｚ．ｋｍという典型的な特定帯域幅を有している。この特定帯域幅は、ファイバの利用可能な全てのモードが励起されるオーバーフィル発射条件と呼ばれる。例として、２ＧＨｚの周辺で動作する現在の第三世代モバイルシステムは、２５０ｍ未満のＤＡＳ長に制限される。このような長さは小さな設備内で用途を有するが、ＤＡＳ用途の大部分は実質的に更に大きい長さを必要とする。
【０００５】
マルチモードファイバに関連する周知の帯域幅問題は、モード分散に起因している。発射状態に応じて、マルチモードファイバは数十個のモードを有している場合がある。この場合、各モードは、ファイバを通じて僅かに異なる速度で伝わる。受信器における見かけ上のこれらのモード間の位相差により干渉が生じ、この干渉によりファイバの帯域幅が制限される。モードの数およびタイプが発射において制限されると、モード分散が大きく減少される可能性があり、ファイバ帯域幅が延びる可能性がある。モード分散が依然として効果的に帯域幅を制限する場合には、副搬送波または無線信号をうまく送信するために使用できる３ｄＢ帯域幅を超える大きな通過帯域応答が存在することが知られている。
【０００６】
標準的なコネクタおよび結合体を使用して信号送信器からの光出力が中心（下位）ファイバモードへと結合される中心発射は、多くのファイバにおいて非常に良く機能する。しかしながら、設置されたファイバのうちのかなりの割合のファイバは、中心発射において使用されると、ファイバコアの屈折率プロファイルの不完全性によって非常に低い性能が引き起こされる。
【０００７】
光出力がファイバ中心から離れて更に上位のモードへと結合されるオフセット発射を殆ど全てのマルチモードファイバにおける優れたベースバンドデジタル送信のために使用できることは知られている。これは、「マルチモード通信システム（ＨＥＷＬＥＴＴ  ＰＡＣＫＡＲＤ  ＣＯＭＰＡＮＹ）」と題された公開されたＰＣＴ特許の国際公開第９７／３３３０号によって例示されるように、データ通信システムで使用される更に従来のＬＥＤではなくレーザ源を使用して達成することができる。前述した研究においては、従来の発射条件（発射状態）を使用すれば低い性能を有してしまうような幾つかのファイバの性能を高めることで特定の（オーバーフィル発射）帯域幅を確保するためにオフセット発射が使用される。
【０００８】
しかしながら、これは、高データ伝送速度デジタルベースバンド信号型システム（例えばギガビットイーサネット）のためにマルチモードファイバの帯域幅を確保することを目的としている。
【０００９】
また、Ｗａｋｅ等は、最近、ファイバの３ｄＢ帯域幅を超えるフラットバンド領域の周波数で動作することによりマルチモードファイバにわたって無線周波数信号を送信できたことを明らかにした（エレクトロニクス学術誌レター、第３７巻、１０８７〜１０８９頁、２００２年）。この研究は、ファイバ送信リンクにわたる新たなタイプの無線通信を実現できる可能性を広げたが、問題に対するしっかりとした確固たる手法を提供するには至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこれらの従来例の両方に勝る。すなわち、本発明の目的は、ファイバ帯域幅を確保することではなく、ファイバのベースバンド帯域幅に必ずしも限定されない安定した動作体制（振幅および位相の両方に関して）で信号送信をファイバにわたって行なうようにすることである。Ｗａｋｅの従来技術は、「良好な」ファイバの特定の実施例において無線周波数信号送信が可能であったことしか明らかにしていない。
【００１１】
本発明の本質は、制限付きモード発射技術を使用する全てのタイプのグレイデッドインデックスマルチモードファイバにおいてしっかりとした確固たる無線周波数信号送信を達成できるという実現性である。これにより、建物内またはＤＡＳ用とのために区画された他の空間内に予め設置されたファイバベース、一般的にはマルチモードファイバをうまく使用することができる。その結果として生じる１つの利点は、ファイバ性能を予め測定する基本的な必要性が全くないという点、あるいは、実際には特にこの用途においてファイバを設置する基本的な必要性が全くないという点であり、これにより、ＤＡＳの設置コストが低くなる。
【００１２】
この手法は、オフセット発射を使用する周知の既存のデジタル通信システムとの基本的な違いである。これらのシステムは、ファイバのベースバンド帯域幅仕様内の動作に制限される。これらのシステムは、それ自体、本発明に適した出発点を全く示唆していない。そしてまた、これらのシステムは、本発明が達成しようとするものを何ら達成することができない。
【００１３】
また、マルチモードファイバリンクにわたる無線送信の分野における殆どの従来技術は、性能の主要な測定基準として、スプリアスフリーダイナミックレンジ（ＳＦＤＲ）に焦点を合わせてきた。ＳＦＤＲは、混変調ひずみ出力がノイズレベルを下回る場合においてリンクを形成することができる最大信号対雑音比として規定される。ＳＦＤＲは、信号、ノイズ、混変調ひずみ出力という要素を組み入れている。
【００１４】
エラーベクトルマグニチュード（ＥＶＭ）は、デジタル変調を伴う送信システムの信号の質の有用な尺度であり、多くの場合、ビット誤り率よりも便利な尺度である。ＳＦＤＲ性能が良好なリンクはエラーベクトルマグニチュード（ＥＶＭ）性能が良好であると一般に考えられている。本発明の試験から得られる結果は、これが誤りであることを証明しており、その代わり、許容できないほど高いＥＶＭに起因するリンクの故障（機能停止）を浮き彫りにしている。これらの故障は、周波数応答またはＳＦＤＲの定常状態測定からは容易に観察できない高レベルのモード位相ノイズの結果として起こる。この故障問題は、ＥＶＭの詳細な測定から明らかであり、従来技術には記載されていなかった。
【００１５】
したがって、繰り返しとなるが、本発明は、この分野の既存の偏見を超える自明でない進歩を与える。そして、その適用によって有利な結果が得られる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
−１または複数の光放射線送信器と、
−ファイバ内で励起されるモード数を制限する発射を使用して、前記光放射線送信器または前記各光放射線送信器からの光放射線をマルチモードファイバに結合するための手段と、
−光検出器と、
を備える光通信システムにおいて、
前記光放射線送信器または前記各光放射線送信器がシングルトランスバースモードレーザ送信器であり、使用される送信信号が無線周波数信号である、光通信システム。
【００１７】
ファイバ内で励起されるモード数を制限する好ましい方法は、共直線性を有するがファイバ軸に対してオフセットされる発射を使用して光をファイバに結合する手段により行なわれる。
【００１８】
そのような光通信システムにおいては、ファイバが６２．５μｍのコア径を有し、マルチモードファイバコアの中心から測定された、前記送信器から放射された光放射線の中心に対するオフセット距離は、約１０μｍ〜約３０μｍであることが好ましい。
【００１９】
最適なオフセット距離は、約２３μｍ〜約３０μｍであることが特に好ましい。
【００２０】
本発明の他の特徴は、以下の説明から明らかとなる。
【００２１】
以下、特に添付図面を参照しながら本発明について説明する。なお、添付図面は、単なる一例として、本発明に係る光通信システムの好適な実施形態を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図面を参照しかつ最初に図１を参照すると、本発明に係る光通信システム１１の好適な実施形態は、複数の発射状態およびファイバ応答を検査して評価するように構成される場合には、信号入力手段１２と、光放射線源１３と、温度監視手段１４と、レンズ付きシングルモードファイバ（ＳＭＦ）１５と、ファイバ間カプラ１６と、出力監視手段１７と、発射手段１８と、マルチモードファイバ１９と、光検出器２０と、信号増幅手段２１と、信号解析手段２２と、電流源２３と、電圧源２４とを備えている。
【００２３】
複雑なデジタル変調フォーマット（３２−ＱＡＭ）を使用した「最悪の場合の」マルチモードファイバにわたる高周波無線信号の送信に対する限られた発射の影響を一連の実験で測定し、それにより、マルチモードファイバを通じたファイバ送信にわたって良質な無線通信を確保するための最良の方法を決定した。それぞれの場合において、オフセット発射は、中心発射よりも良好な、経時的変動が少ない性能を与える。このことは、「最悪の場合の」マルチモードファイバにわたって機能が停止することなくマルチモードファイバネットワークにおけるオフセット発射が優れた無線送信を保証することからも分かる。この一連の測定では、リンク性能測定基準として、エラーベクトルマグニチュード（ＥＶＢ）が使用された。
【００２４】
光放射線源１３はシングルトランスバースモードレーザである。レーザ１３は、１０ギガビットイーサネット用途のために設計された非冷却１３００ｎｍ分布帰還型（ＤＦＢ）装置である。
【００２５】
レーザ１３からの光をレンズ付きシングルモードファイバ１５に結合（カップリング）するとともに、９０／１０カプラ１６を使用してアライメントを制御し、出力損失１７に関してアライメントを監視した。
【００２６】
精密ｘｙｚステージを使用して、「最悪の場合の」マルチモードファイバ１９のリールの様々な組み合わせに対する発射状態を制御した。
【００２７】
６２．５μｍのコア径と０．２８の開口数とを有する５００ｍの長さの「最悪の場合の」マルチモードファイバを使用して、図２〜図４に示される実験結果が得られた。
【００２８】
光検出器２０はフォトダイオードである。フォトダイオード２０は、マルチモードファイバ１９からの入力部と電気プリアンプ２１への出力部とを有しており、低強度変調光を元の電気信号に変換する光受信器を形成している。
【００２９】
信号解析手段２１は、２Ｍｓ／ｓのシンボルレートをもって２ＧＨｚの中心周波数の３２−ＱＡＭ信号を生成して復調することができる。リンク性能の良好な検査を行なうために３２−ＱＡＭ変調が選択された。なぜなら、３２−ＱＡＭ変調は、２５ｄＢを超える信号対雑音比を必要とし、無線音声システムおよびデータ通信変調システムを代表するからである。
【００３０】
図２は、オフセット位置に応じたエラーベクトルマグニチュード（ＥＶＭ）を示している。５０ｍＡのバイアス電流および２５℃の温度でレーザ１３が操作された。このプロットにおける実線は、数分の時間にわたって繰り返された測定によって計算されたＥＶＭの平均値を示している。また、経時的な性能の変動を示す平均値±標準偏差（破線）もプロットされている。
【００３１】
図２から分かるように、動作の最も安定した領域は、１０〜３０μｍのオフセット位置である。この領域においては、ＥＶＭおよび経時的なＥＶＭの変動の両方が非常に低い。また、プロットの中心近傍には、ＥＶＭが低い非常に狭い領域も存在するが、この領域は、許容できない性能の領域によって囲まれているため、最悪の場合のマルチモードファイバを使用して任意の度合いの再現性をもって許容できる中心発射性能を得ることができない。
【００３２】
図３を参照すると、僅かなオフセット（ｚ方向に３μｍ）の影響を監視して、前回の実験が繰り返された。良好な中心発射性能を得ることは前回よりも更に困難である。これに対し、オフセット発射性能は前回と同じくらい良好でかつ安定している。
【００３３】
図４は、レーザ温度が８５℃の場合におけるオフセット位置に応じたリンクのＥＶＭ性能を示している。リンク性能は中心の近傍でかなり悪く、これに対し、オフセット発射は１５〜３０μｍオフセットの間で依然として非常に有効である。中心発射での性能が悪化する理由は、レーザの直線性の低下ではなく、温度に伴う動作波長の変化（ファイバの分散性能を変化させる）に起因していると考えられる。
【００３４】
図５は、それぞれが３００ｍの長さを有する６本の異なるファイバを用いてＥＶＭがどのように変化するかを中心発射（標準的なＦＣ／ＰＣコネクタを使用する）またはオフセット発射（オフセット発射パッチコード）において示している。これらのファイバは、ギガビットイーサネット規格ＩＥＥＥ  ８０２．３ｚ，１９９８に記載されたオフセット発射技術の標準化において使用されるものと同じであった。６本の全てのファイバは、１３００ｎｍのコア径を有するとともに、１３００ｎｍ波長で５００ＭＨｚ．ｋｍという特定限界の近傍に帯域幅を有している。この図から分かるように、オフセット発射は、使用された全てのファイバにおいて良好でかつ一貫した性能を与える。
【００３５】
６本の全てのファイバ同士を接続して全体のリンク長を１．８ｋｍにすると、中心発射を使用した場合、測定されるＥＶＭは１．４％の標準偏差をもって６．１％であった。これに対し、オフセット発射パッチコードを使用した場合、ＥＶＭは０．４％未満の標準偏差をもって１．６％であった。
【００３６】
ＥＶＭの低下を最小限に抑えることは、マルチモードファイバの３ｄＢ帯域幅仕様を超えるＲＦ送信領域の平滑化に関連している。この効果の結果として、送信ヌルに起因する信号損失の感受性がほぼ排除される。
【００３７】
質に関する測定基準としては、以下のものを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３８】
−スプリアスフリーダイナミックレンジ（ＳＦＤＲ）
−エラーベクトルマグニチュード（ＥＶＭ）
−これらのパラメータの経時的な変動（機能停止が生じないようにするため）
使用できるグレイデッドインデックスマルチモードファイバとしては、以下のものを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３９】
−建物の中に設置された古いファイバ
−新しいファイバ
−シリカファイバ
−プラスチックファイバ
−複数の結合部および／またはコネクタを有するファイバ
−低い特定の帯域幅を有するファイバ
−高い特定の帯域幅を有するファイバ
カップリング手段としては、以下のものを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００４０】
−モード調整パッチコードを使用した、シングルモードファイバピッグテールを有するシングルトランスバースモードレーザからグレイデッドインデックスマルチモードファイバへの発射
−レーザレセプタクルパッケージからグレイデッドインデックスマルチモードファイバへの発射（この場合、シングルトランスバースモードレーザから出力される光軸は、ファイバの光軸からオフセットされている）
本発明の範囲は、前記した請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る好適な実施形態を実証するための実験構成を示している。
【図２】短リンク低性能ファイバにわたるＥＶＭおよびオフセット位置を比較した、図１の実験構成を用いて得られる実験結果を示している。
【図３】図２の場合と同様の実験を行なうが更にファイバ軸の延在方向に沿って光放射線送信器へと向かう距離として規定されるｚ方向のオフセットを変えた、図１の実験構成を用いて得られる実験結果を示している。
【図４】レーザ温度が８５℃の場合における図１の実験構成を用いて得られる実験結果を示している。
【図５】オフセット発射および中心発射によって励起される際の複数のマルチモードファイバのＥＶＭを比較した実験結果を示している。
【符号の説明】
【００４２】
１１  元通信システム
１２  信号入力手段
１３  光放射線源
１４  温度監視手段
１５  レンズ付きシングルモードファイバ（ＳＭＦ）
１６  ファイバ間カプラ
１７  出力監視手段
１８  放射手段
１９  マルチモードファイバ
２０  光検出器
２１  信号増幅手段
２２  信号解析手段
２３  電流源
２４  電圧源
【図１】
2006510283.tif 000003
【図２】
2006510283.tif 000004
【図３】
2006510283.tif 000005
【図４】
2006510283.tif 000006
【図５】
2006510283.tif 000007
【国際調査報告】
2006510283.tif 000008
2006510283.tif 000009
2006510283.tif 000010