(57)【要約】光ファイバネットワークは、屋外レーザトランシーバノードを含むことができる。このノードは、光ファイバネットワークの加入者に近接配置できる。前記屋外レーザトランシーバノードは、当該レーザトランシーバノードの周囲温度を制御する能動冷却／加熱装置を必要としない。前記レーザトランシーバノードは、データ帯域幅を所定増分において加入者に提供できる。さらに前記レーザトランシーバノードは、完全にネットワーク側で実行可能な効率的アップグレードを実施できる。前記レーザトランシーバノードは、高速対称データ伝送を提供できる。さらに前記レーザトランシーバノードは、ファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ、分散フィードバックレーザ（ＤＦＢ）、あるいは面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）等の既製ハードウエアを利用して光信号を発生できる。【選択図】図２
2004511177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データサービスハブと、
少なくとも１つの光タップと、
前記光タップに接続した少なくとも１つの加入者光インタフェースと、
前記データサービスハブと前記光タップとの間に配置し、前記データサービスハブと前記光タップとの間で光信号を通信し、光ネットワークシステムの加入者間に帯域幅を分配するレーザトランシーバノードと、
各光タップと前記レーザトランシーバノードとの間に接続し、上り光信号と下り光信号とを搬送する１本以上の光導波路とを備え、前記導波路の数は、前記レーザトランシーバノードにより加入者用光帯域幅を加入者要求に応じて制御可能な範囲で最小にする、光ネットワークシステム。
【請求項２】
前記レーザトランシーバノードは、帯域幅を前記光ネットワークシステムの加入者間に配分するための光タップルーティング装置をさらに備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項３】
前記レーザトランシーバノードは、
光タップルーティング装置に結合した少なくとも１つのマルチプレクサと、
前記少なくとも１つのマルチプレクサに接続し、前記データサービスハブから受信した下り光信号を前記光ネットワークシステムの少なくとも１つの加入者光インタフェースへ伝送する少なくとも１つの光送信器と、
各マルチプレクサに接続し、前記光ネットワークシステムの少なくとも１つの加入者光インタフェースから上り光信号を受信して変換する、少なくとも１つの光受信器とをさらに備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項４】
前記レーザトランシーバノードは、前記少なくとも１つの光送信器および光受信器に接続した少なくとも１つのダイプレクサをさらに備え、各ダイプレクサは、前記データサービスハブから受信した下り無線周波変調光信号を下り光信号に結合し、各ダイプレクサは対応する光導波路に接続する、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項５】
前記レーザトランシーバノードは、前記データサービスハブからギガビットイーサネット光信号を受け取り、当該イーサネット光信号を所定数のグループに分割する、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項６】
前記レーザトランシーバノードは、摂氏マイナス４０度から摂氏プラス６０度の温度範囲で動作する受動冷却装置を備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項７】
前記レーザトランシーバノードは、架空プラント環境において撚り線に取り付け可能である、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項８】
前記レーザトランシーバノードは、地下プラント環境において台座に収容可能である、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項９】
前記レーザトランシーバノードと前記データサービスハブとの間の距離は、０から８０キロメートルの範囲である、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１０】
前記レーザトランシーバノードは、少なくとも１つの光送信器からなり、各光送信器はファブリペローレーザ、分散フィードバックレーザ、あるいは面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の１つからなる、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１１】
前記レーザトランシーバノードは、前記光ネットワークシステムにおいて、少なくとも１つの加入者光インタフェースの光帯域幅を、他の加入者光インタフェースに対し増加あるいは削減する光タップルーティング装置をさらに備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１２】
前記レーザトランシーバノードは、上りおよび下り光信号プロトコルを管理する光タップルーティング装置を備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１３】
前記プロトコルの１つは、時分割複数アクセスプロトコルからなる請求項１１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１４】
前記上りおよび下り光信号のデータビット速度は、実質的に対称である、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１５】
各光導波路は、少なくとも４５０Ｍｂ／ｓのデータ速度を扱う、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１６】
各光タップは、少なくとも１つの光スプリッタを備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１７】
所定グループの加入者光インタフェースにサービスを提供する光タップの１つは、他の光タップに接続する、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１８】
各光タップは、上りおよび下り光信号と共に、下り無線周波変調光信号を伝送する、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項１９】
各加入者光インタフェースは、アナログ光受信器と、デジタル光受信器と、デジタル光送信器とを備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項２０】
前記光導波路は第１セットの光導波路であり、前記光ネットワークシステムは前記データサービスハブとレーザトランシーバノードとの間に配置した第２セットの光導波路をさらに備え、前記第２セットは、上り光信号を前記データサービスハブへ搬送する第１導波路と、下り光信号を前記レーザトランシーバノードへ搬送する第２光導波路とを備える、請求項１記載の光ネットワークシステム。
【請求項２１】
データサービスハブと、
少なくとも１つの光タップと、
前記光タップに接続した少なくとも１つの加入者光インタフェースと、
前記データサービスハブと前記少なくとも１つの加入者光インタフェースとの間に位置し、前記データサービスハブと前記光タップとの間で光信号を通信し、光ネットワークシステムの加入者間に帯域幅を配分し、前記光タップを内蔵するレーザトランシーバノードと、
各光タップと前記レーザトランシーバノードとの間に接続し、上り光信号と下り光信号とを搬送する１本以上の光導波路とを備え、前記光導波路の数は、前記レーザトランシーバノードにより加入者用光帯域幅を加入者要求に応じて制御可能な範囲で最小とした、光ネットワークシステム。
【請求項２２】
各光タップは、光スプリッタを備える、請求項２１記載の光ネットワークシステム。
【請求項２３】
所定グループの加入者光インタフェースにサービスを提供する光タップの１つは、他の光タップに接続する、請求項２１記載の光ネットワークシステム。
【請求項２４】
レーザトランシーバノードにおいてサービスプロバイダから下り光信号を受信し、
前記レーザトランシーバノードにおいてあらかじめ割り当てたマルチプレクサに前記下り信号を分配し、
前記レーザトランシーバノードにおいて加入者間に帯域幅を配分し、
前記予め割り当てたマルチプレクサにおいて前記下り信号を多重化し、
各結合下り光信号を、少なくとも１人の加入者へ、少なくとも１つの光タップを経由し、少なくとも１本の光導波路を介して伝送する各段階を備えた、光信号をデータサービスプロバイダから少なくとも１人の加入者へ通信する方法。
【請求項２５】
各マルチプレクサに加入者を割り当てる段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記サービスプロバイダから下り無線周波変調光信号を受信し、
前記下り無線周波変調光信号に下り光信号を結合する各段階をさらに備えた、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
前記下り光信号を受信する段階は、前記データサービスプロバイダから少なくとも１ギガビットあるいはそれより速いイーサネット光信号を受信する副段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
前記レーザトランシーバノードを摂氏マイナス４０度から摂氏プラス６０度において受動温度冷却装置によって動作させる段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項２９】
前記レーザトランシーバノードを架空プラント環境において撚り線に取り付ける段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
前記レーザトランシーバノードを地下プラント環境において台座に収容する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３１】
前記光信号を介して映像サービス、電話サービス、およびインターネットサービスの一つを提供する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３２】
結合した下り光信号を少なくとも１つの光タップによって分割し、
前記分割した下り光信号を少なくとも１人の加入者へ少なくとも１本の光導波路を介して伝送する各段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３３】
１人から１６人の間の加入者を各光タップに接続する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３４】
ある光タップから他の光タップへ光信号を供給する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも１本の光導波路を１人から１６人の加入者に提供する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３６】
下り電気信号を変換する前記段階は、ファブリペローレーザ、分散フィードバックレーザ、および面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の少なくとも１つを変調して下り光信号を発生する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３７】
帯域幅を分割する前記段階は、前記光ネットワークシステムにおいて、少なくとも１つの加入者光インタフェースの光帯域幅を、他の加入者光インタフェースに対して増加あるいは削減する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３８】
下り電気信号を分割する前記段階は、時分割多重化プロトコルを使用して下り電気信号を予め割り当てたマルチプレクサ間で分割する副段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項３９】
実質的に対称なデータビット速度を上り光信号と下り光信号とに維持する段階をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【請求項４０】
前記光信号を少なくとも４５０Ｍｂ／ｓのデータ速度で伝送する段階をさらに備える、請求項２２記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも１人の加入者が発信する上り光信号を少なくとも１つの光タップへ伝送し、
前記少なくとも１つの光タップからの上り光信号をレーザトランシーバノードにおいて受信し、
前記上り光信号を前記レーザトランシーバノードにおいて電気信号に変換し、
上り電気信号を前記レーザトランシーバノードにおいて結合し、
前記レーザトランシーバノードにおいて少なくとも１人の加入者用帯域幅を配分し、
前記結合した上り電気信号を光信号に変換し、
前記結合した上り光信号をデータサービスプロバイダへ少なくとも１本の光導波路を介して伝送する各段階を備えた、少なくとも１人の加入者からデータサービスプロバイダへ光信号を通信する方法。
【請求項４２】
前記レーザトランシーバノードを摂氏マイナス４０度から摂氏プラス６０度において受動温度冷却装置によって動作させる段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記レーザトランシーバノードを架空プラント環境において撚り線に取り付ける段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項４４】
前記レーザトランシーバノードを地下プラント環境において台座に収容する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項４５】
前記光信号を介して映像サービス、電話サービス、およびインターネットサービスの一つを提供する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項４６】
複数の加入者が発信する上り光信号の各々を少なくとも１つの光タップによって結合する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項４７】
１人から１６人の間の加入者を各光タップに接続する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項４８】
前記レーザトランシーバノードを前記データサービスプロバイダから見て前記光タップに近接配置する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項４９】
ある光タップから他の光タップへ光信号を供給する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項５０】
マルチプレクサに接続した１本の光導波路を１人から１６人の加入者各々に提供する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項５１】
実質的に対称なデータビット速度を上り光信号と下り光信号とに維持する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【請求項５２】
前記光信号を少なくとも４５０Ｍｂ／ｓのデータ速度で伝送する段階をさらに備える、請求項４１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
仮出願への優先権主張
本出願は、２０００年１０月４日に出願し米国出願第６０／２３７，８９４号を付与された仮特許出願「光ファイバケーブルを介して映像、音声、およびデータサービスを提供するシステム」と、２０００年１０月２６日に出願し米国出願第６０／２４４，０５２号を付与された仮特許出願「光ファイバケーブルを介して映像、音声、およびデータサービスを提供するシステム、その２」と、２０００年１２月２８日に出願し米国出願第６０／２５８，８３７号を付与された仮特許出願「光ファイバケーブルを介して映像、音声、およびデータサービスを提供するシステム、その３」と、２０００年１０月２７日に出願し米国出願第６０／２４３，９７８号を付与された仮特許出願「光ファイバケーブルを介して音声およびデータサービスを提供するプロトコル」と、２００１年５月７日に出願し米国出願第６０／２８９，１１２号を付与された仮特許出願「光ファイバケーブルを介して音声およびデータサービスを提供するプロトコル、その２」とに関して優先権を主張すると共に、それらの全内容を参照により組み込む。
【０００２】
技術分野
本発明は、映像、音声、およびデータ通信に関する。さらに詳しくは、データサービスプロバイダと１人以上の加入者との間で光信号を通信するシステムおよび方法に関する。
【０００３】
背景技術
音声や映像トラフィック等、より複雑なデータを送信する通信ネットワークへの依存が高まっており、帯域幅に対する要求が極めて高くなっている。この帯域幅に対する要求に応えるため、通信ネットワークは、かかる複雑なデータを送信するにあたり、光ファイバへの依存を高めている。同軸ケーブルを使用した従来の通信構成は、光ファイバケーブルだけからなる通信ネットワークに徐々に置き換えられている。光ファイバケーブルが同軸ケーブルより優れている点の１つは、光ファイバによって、より多量の情報を搬送できることである。
【０００４】
家庭向け光ファイバ（ＦＴＴＨ）光ネットワーク構成は、多くのデータサービスプロバイダの夢であった。なぜなら光ファイバは、どのような組み合せの高速サービスでも、高信頼ネットワークを介して企業および消費者へ配信できるからである。ＦＴＴＨに関連し、事業向け光ファイバ（ＦＴＴＢ）がある。ＦＴＴＨおよびＦＴＴＢ構成が好ましい理由は、信号品質が向上し、保守が低減し、関連ハードウエアの寿命が延びるからである。しかしながら、ＦＴＴＨおよびＦＴＴＢ構成は、コストが極めて高いと考えられてきた。現在、帯域幅に対する要求の高さ、および改良型光ネットワークの研究開発により、ＦＴＴＨおよびＦＴＴＢは現実的となっている。
【０００５】
業界が導入したＦＴＴＨ構成の一例として、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）がある。ＰＯＮ構成は、全て光ファイバからなるネットワークを提供するものの、多くの欠点を持つため、非実用的である。ＰＯＮ構成の欠点の１つは、ヘッドエンドまたはデータサービスハブを起点とする光ケーブルが多過ぎることである。これは、光信号の使用可能強度における分割数に限度があるためである。他の欠点は、ＰＯＮネットワークの受動的性質による。すなわち、データサービスハブと加入者との間に能動信号源が無いため、データサービスハブと１加入者との間の最大距離は、一般に１０〜２０キロメートルの範囲である。
【０００６】
ＰＯＮ構成の他の重大な欠点は、データサービスハブの必要設備のコストが高いことである。例えば多くのＰＯＮ構成は、フルサービスアクセスネットワーク（ＦＳＡＮ）を支援しており、非同期伝送モード（ＡＴＭ）プロトコルを使用する。このプロトコルを支援するため、複雑で高価な設備が必要となる。
【０００７】
データサービスハブの高コストに加え、従来のＰＯＮ構成は効率的なアップグレードに対応していない。すなわち従来のＰＯＮ構成においてネットワークデータ速度を速めるには、ファイバおよびルータポートを追加するというネットワークの物理的再構築を行わねばならない。
【０００８】
下りおよび上り方向データ速度も、ＰＯＮ構成の欠点である。従来のＰＯＮ構成は、代表的に下り方向は６２２メガビット／秒までを支援するが、上り方向は１５５メガビット／秒の最大速度しか支援しない。上りおよび下り通信方向間でのこのような通信速度の不均衡は好ましくなく、非対称帯域幅と呼ばれる。この非対称帯域幅は、加入者からデータサービスハブへ伝送できる情報量のシーリングあるいは閾値を低める。非対称帯域幅は、必要な光部品の高コストが原因である。
【０００９】
非対称帯域幅問題および加入者とデータサービスハブ間の距離制限に対処するため、業界は従来型の混成家庭向け光ファイバ（ＦＴＴＨ）および混成同軸光ファイバ（ＨＦＣ）構成を提案した。ＨＦＣは、現在多くのケーブルテレビシステムが採用している構成である。このＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成は、能動信号源をデータサービスハブと加入者との間に配置する。この構成において、代表的な能動信号源は、ルータからなる。この従来型ルータは、複数のデータポートを有し、それらが各加入者を支援する設計となっている。すなわち従来型ルータは、各加入者について１つのポートを使用する。このルータの各データポートは光ファイバに接続し、その光ファイバは加入者に接続する。この従来型ＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成におけるデータポートと光ファイバとの間の接続は、ファイバが集中したラストマイルとなる。「ラストマイル」および「ファーストマイル」とは、いずれも、加入者に接続する光ネットワークの最後の部分を示す用語である。
【００１０】
ルータからの光ケーブル数が多いことに加え、ＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成は、従来の同軸ケーブルによって無線周波信号を伝送することを必要とする。同軸ケーブルを使用するため、加入者とデータサービスハブとの間に多くの無線周波（ＲＦ）増幅器が必要となる。例えば同軸型システムの１〜３キロメートル毎に無線周波増幅器が必要となる。ＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成において同軸ケーブルを使用することは、システムの総コストを押し上げる。なぜなら、この構成には２つの独立したネットワークが存在するからである。すなわちＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成は、完全に異なる導波路（同軸ケーブルと光ファイバの組合せ）と、かかる２つの独立したシステムを支援するために必要な光機器とにより、高い保守コストを必要とする。簡単に言えば、ＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成は、光ネットワークと電気ネットワークとを単に接続するだけであり、両ネットワークは互いに別々に動作する。
【００１１】
ＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成の他の欠点は、データサービスハブと加入者との間の能動信号源（一般にルータと呼ぶ）が保護環境を必要とし、これが極めて大きな空間を占めることである。すなわちＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成における従来のルータは、当該ルータと関連機器とを最適温度に維持するための環境キャビネットを必要とする。一般に環境キャビネットは、前記最適温度を維持するため、キャビネット加熱／冷却用の能動温度制御装置を含む。
【００１２】
簡単に言えば、ＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成における従来のルータは、標準室温においてのみ動作できる。従って、あらゆる地形およびあらゆる天候において動作温度を維持するために、電力を消費する能動冷却／加熱装置が必要である。
【００１３】
２つの独立した通信ネットワークを用いるＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成に対し、従来型混成ファイバ同軸（ＨＦＣ）構成がある。この構成は、データサービスハブと加入者との間に能動信号源を配置し、温度制御環境キャビネットを必要としない。しかしながら、加入者とデータサービスハブとの間に配置する能動信号源は、情報信号を光から電気へ単純に変換するだけである。すなわちＨＦＣ構成において加入者とデータサービスハブとの間に配置する能動信号源は、下り光信号を電気信号に変換し、上り電気信号を光信号に変換する。従来型ＨＦＣ構成は、ＨＦＣネットワークのラストマイル等において全信号を支援するため、同軸ケーブルに頼る。従ってＦＴＴＨ／ＨＦＣ構成と同じく、従来型ＨＦＣ構成も、ネットワークの同軸ケーブル側に多数の無線周波増幅器を必要とする。
【００１４】
従来型ＨＦＣ構成の他の欠点は、データサービスハブに存在する。データサービスハブと能動信号源との間の光ファイバで光信号を伝送するため、多数の通信装置が必要となる。例えば、従来型ＨＦＣ構成は、電話サービスを支援する際、ホストデジタルターミナル（ＨＤＴ）と呼ぶ装置を使う。ＨＤＴは、ケーブル側に無線周波インタフェースを含むことができ、他側に電話交換機とのインタフェースまたは交換機へ信号を搬送するケーブルとのインタフェースを含むことができる。
【００１５】
さらに従来型ＨＦＣ構成のデータサービスハブは、ケーブルモデム端末システム（ＣＭＴＳ）を含むことができる。このシステムは、データサービスハブと加入者との間に伝送するデータに対し、低レベルフォーマッティングおよび送信機能を提供する。ＣＭＴＳシステムは、双方向動作できる。すなわちこのシステムは、加入者へ下り信号を送り、加入者から上り信号を受け取ることができる。
【００１６】
一般に従来型ＨＦＣ構成は、データサービスハブにおいて、ＣＭＴＳに加え、いくつかの変調器を含む。この変調器は、小型テレビ送信機を含むことができる。各変調器は、衛星から受信する映像信号を加入者送信用に割り当てたチャネル（周波数）に変換できる。変調器に加え、信号処理装置およびその他装置を用い、加入者へ送信する全テレビ信号を収集する。従来型ＨＦＣ構成は、アナログテレビ階層のサービスを行うため、代表的に７８個以上の前記変調器や処理装置およびそれらの支援装置を含む。デジタル映像階層のサービスを行うには、さらに多くの装置を使用する。
【００１７】
従来型ＨＦＣ構成の他の欠点は、ＣＭＴＳの利用に起因する。前記受動光ネットワーク（ＰＯＮ）と同様、ＣＭＴＳは対称帯域幅を支援できない。すなわち従来型ＨＦＣ構成の帯域幅は、一般に非対称である。これは、データオーバーケーブルサービスインタフェース規格（ＤＯＣＳＩＳ）を使用することが原因である。ＤＯＣＳＩＳ規格の特徴は、加入者の利用可能上り帯域幅を制限することである。これは、ＨＦＣプラントで利用可能な制限付き上り帯域幅の直接的結果である。このような特性は、加入者にとって、ホームサーバやインターネットを介する音声ファイルの交換等、帯域幅に依存するサービスの混成データを送信する時、好ましくない。
【００１８】
従来型ＨＦＣ構成の他の変更形態は、加入者とデータサービスハブとの間に配置した能動信号源の一部としてＣＭＴＳを配置する。この変更形態において、能動信号源は所定の処理を行えるが、この構成における能動信号源の出力は、依然として無線周波エネルギであり、同軸ケーブルによって伝送する。
【００１９】
従って、本分野においては、データサービスプロバイダと加入者との間で光信号を通信するにあたり、同軸ケーブルを必要とせず、同軸ケーブルでのデータ信号伝送を支援する関連ハードウエアやソフトウエアも必要としないシステムおよび方法が求められている。さらに本分野では、データサービスプロバイダと加入者との間で光信号を通信するにあたり、高速対称データ伝送を支援するシステムおよび方法が求められている。すなわち本分野においては、ネットワーク加入者について下りおよび上り共に同一ビットレート伝送が可能な、全て光ファイバからなるネットワークおよび方法が求められている。さらに本分野においては、多数の加入者にサービスを提供でき、データサービスハブにおける接続数を削減できる光ネットワークシステムおよび方法が求められている。
【００２０】
本分野においては、データサービスハブと加入者との間に配置でき、屋外環境条件に耐える設計であり、従来のケーブルテレビ装置のように通信ネットワークのラストマイル内において撚り線に吊り下げたり台座に配置する設計の能動信号源が求められている。さらに本分野においては、少なくとも１ギガビット速度のイーサネット通信を光形式においてデータサービスハブから受け取り、その光帯域幅を所定数の配信グループに配分または割り当てることのできるシステムおよび方法が求められている。さらに本分野においては、光ネットワーク上の１人以上の加入者の要求に基づき、帯域幅を追加したり削減したりできるシステムおよび方法が求められている。さらに本分野においては、ネットワーク側において完全に遂行できる効率的アップグレードが可能な光ネットワークシステムが求められている。すなわち本分野においては、ハードウエアのアップグレードを、データサービスハブと能動信号源との間およびそれら内において実施可能な光ネットワークシステムが求められている。なおこの能動信号源は、データサービスハブと加入者との間に配置する。
【００２１】
発明の開示
本発明は、広く光ファイバネットワークを介してデータおよび放送信号を効率的に伝送するシステムおよび方法に関する。さらに詳しくは、屋外レーザトランシーバまたは処理ノードを光ファイバネットワークの加入者近辺に配置できる光ネットワーク構成に関する。例えば屋外レーザトランシーバノードは、屋外環境条件に耐えるように設計し、従来のケーブルテレビ装置のようにネットワークの「ラストマイル」において撚り線に吊り下げたり台座に取り付ける設計にできる。
【００２２】
加入者光インタフェースとデータサービスハブとの間に配置する従来のルータとは異なり、屋外レーザトランシーバノードは、その周囲温度を制御するための能動冷却／加熱装置を必要としない。またレーザトランシーバノードは、広い温度範囲で動作可能である。レーザトランシーバノードは、能動温度制御装置を必要としないため、それ自体が小型の電子パッケージであり、従来ルータの環境筐体よりも一般に小さい。
【００２３】
従来の電子ケーブルテレビ装置あるいは従来の光処理ノードとは異なり、レーザトランシーバノードは、少なくとも１ギガビット以上の速度で光形式においてデータサービスハブからイーサネット通信データを受信でき、この光帯域幅を所定数の配信グループに分割あるいは割り当てできる。一実施例において、前記レーザトランシーバノードは、各々１６の加入者からなる少なくとも６グループの配信グループに前記光帯域幅を分割できる。
【００２４】
前記レーザトランシーバノードは、適切なプロトコルを使用することにより、１人以上の加入者の要求に基づき、帯域幅を追加したり削減したりできる。すなわちレーザトランシーバノードは、加入ベースで、あるいは必要に応じて、加入者帯域幅を調整できる。レーザトランシーバノードは、予め指定した増分において加入者のデータ帯域幅を提供できる。例えばレーザトランシーバノードは、特定加入者または加入者グループに対し、１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，および４５０メガビット／秒（Ｍｂ／ｓ）の単位で帯域幅を提供できる。
【００２５】
レーザトランシーバノードは、所定増分において帯域幅を提供できることに加え、それ自体の効率的アップグレードをネットワーク側で完全に実施できる。すなわちレーザトランシーバノードを構成するハードウエアのアップグレードは、データサーバハブ（例えばヘッドエンド）とレーザトランシーバノード自体との間およびそれら内において実施できる。従ってネットワークの加入者側は、レーザトランシーバノード、データサービスハブ、またはそれら両方のアップグレード中、影響を受けない。
【００２６】
レーザトランシーバノードは、高速対称データ送信を提供できる。すなわちレーザトランシーバノードは、ネットワーク加入者の下りおよび上り共に同一ビットレートの伝送を実現できる。さらにレーザトランシーバノードは、多数の加入者にサービスを提供できると共にデータサービスハブにおける接続数を削減できる。
【００２７】
レーザトランシーバノードの柔軟性および多様性は、少しの部品で提供できる。レーザトランシーバノードは、光タップルーティング装置を１つ以上のタップマルチプレクサに接続して形成できる。前記光タップルーティング装置は、データサービスハブ光信号とのインタフェースを管理し、各タップマルチプレクサに基づき、データサービスハブ信号を転送し、分割し、割り当てることができる。前記タップマルチプレクサは、レーザ送信器を変調し、特定光タップ用の光信号を発生する。すなわち、信号ポートを各加入者に割り当てる従来のルータとは異なり、光タップルーティング装置は、複数の加入者を単一ポートに割り当てることができる。すなわち、光タップルーティング装置のポートに接続した各タップマルチプレクサは、加入者グループにサービスを提供できる。各タップマルチプレクサは、レーザ送信器を変調し、下り光信号を、光タップに結合した所定グループの加入者に供給できる。加入者は、光タップから、加入者光インタフェースを介し、下り光信号を受信できる。
【００２８】
光タップルーティング装置は、どのタップマルチプレクサが下り電気信号を受信するのかを決定でき、複数の光タップのうちどれが上り信号を発信したかを特定できる。また光タップルーティング装置は、データをフォーマットし、各光タップに接続した各加入者に対するデータ送受信に必要なプロトコルを実行できる（後述する）。光タップルーティング装置は、コンピュータまたはハードワイヤード装置で形成でき、単一ポートに割り当てた加入者グループと通信するためのプロトコルを定義するプログラムを実行する。これら単一ポートは、各タップマルチプレクサに接続する（詳細は後述する）。
【００２９】
レーザトランシーバノードは、光信号を発生する既製ハードウエアをさらに備える。例えばレーザトランシーバノードは、１つ以上のファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ送信器、分散フィードバックレーザ（ＤＦＢ）、または面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）から構成できる。レーザトランシーバノードは、データサービスハブが発信する単方向光信号も支援する。レーザトランシーバノードは、単方向光信号と下り光信号とを結合し、それを単一導波路によって各加入者に伝送できる。単一光信号は、放送映像や他の同様の無線周波変調光信号から形成できる。
【００３０】
レーザトランシーバノードは、本発明の一部である。本発明は効率的なカプラをさらに備える。このカプラは光タップと呼び、レーザトランシーバノードと各加入者光インタフェースとの間に配置する。光タップは、光信号を複数の加入者間で分割し、簡単な設計である。例えば各光タップは、光スプリッタからなり、１人以上の加入者に信号を供給できる。光タップは、縦列接続できる。あるいはレーザトランシーバノードにスター接続できる。光タップは、その光タップの下流側の他の光タップに信号を転送できる。光タップを少数の光導波路に接続することにより、どのレーザトランシーバノードにおいても光導波路の高密度化を避けられる。すなわち光タップは、レーザトランシーバノードから遠い地点において所定数の光導波路に接続することにより、レーザトランシーバノードにおける光導波路の高密度化を避けることができる。
【００３１】
前記した通り、光タップおよびレーザトランシーバノードは、本発明の一部である。本発明は、光タップと、レーザトランシーバノードと、データサービスハブと、加入者光インタフェースと、光タップとレーザトランシーバノードとの間に接続した光導波路とを備えるシステムを含むことができる。
【００３２】
発明を実施するための最良の形態
本発明は、光ネットワーク内に配置したハードウエア、ソフトウエア、またはそれらの組合せによって実施可能である。本発明は、データサービスハブと加入者との間に配置したレーザトランシーバノードを備え、１人以上の加入者の要求に基づき、帯域幅を追加または削減できる。本発明は、データサービスハブに対し、１ギガビット以上のイーサネット通信を光形式において支援でき、その光帯域幅を所定数の加入者グループに配分または割り当てできる。本発明は、所定増分において帯域幅を加入者に提供できる。本発明の柔軟性および多様性は、少数の部品で提供できる。
【００３３】
本発明のレーザトランシーバノードは、光タップルーティング装置を１つ以上のタップマルチプレクサに接続してなることができる。この光タップルーティング装置は、複数の加入者を１つのポートに割り当て、その１つのポートが下り光信号をデータサービスハブから受信するようにできる。本発明のレーザトランシーバノードは、光信号を発生する既製ハードウエアで構成できる。例えば本発明のレーザトランシーバノードは、１つ以上のファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ、分散フィードバックレーザ、または面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）を送信器内に有して構成できる。また本発明は、光タップ等の効率的カプラをレーザトランシーバノードと各加入者光インタフェースとの間に配置してなることができる。
【００３４】
前記光タップは、光信号を複数の加入者間に分割することができ、簡潔な設計とできる。光タップは、レーザトランシーバノードから離れた箇所において限られた数の光導波路に接続でき、レーザトランシーバノードにおける光導波路の高密度化を避けることができる。他の実施例において、前記光タップは本発明のレーザトランシーバノード内に配置できる。
【００３５】
図を参照しながら本発明の態様と動作環境例とを説明する。図を通して同一番号は同一要素を表す。
【００３６】
図１は、本発明に基づく光ネットワークの一例１００を示す機能ブロック図である。光ネットワーク構成例１００はデータサービスハブ１１０を備え、このデータサービスハブは屋外レーザトランシーバノード１２０に接続する。レーザトランシーバノード１２０は、光タップ１３０に接続する。光タップ１３０は複数の加入者光インタフェース１４０に接続できる。光ネットワーク構成例１００の各構成要素間には、光導波路１５０，１６０，１７０，１８０等がある。光導波路１５０〜１８０は矢印で示し、それら矢印の頭は光ネットワーク構成例１００の構成要素間におけるデータの流れ方向の例を示す。図１は、１つのレーザトランシーバノード１２０と、１つの光タップ１３０と、１つの加入者光インタフェース１４０とのみを示すが、図２とその説明から明らかな通り、それぞれ複数のレーザトランシーバノード１２０と光タップ１３０と加入者光インタフェース１４０とを使用しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。本発明の実施例の多くにおいて、一般に複数の加入者光インタフェース１４０を１つ以上の光タップ１３０に接続する。
【００３７】
屋外レーザトランシーバノード１２０は、加入者光インタフェース１４０を使用する１人以上の加入者からの要求に基づき、帯域幅を追加あるいは削減できる。屋外レーザトランシーバノード１２０は、屋外環境条件に耐えるように設計でき、撚り線に吊り下げるか、台座や穴に取り付けるように設計できる。屋外レーザトランシーバノードは、摂氏マイナス４０度から摂氏プラス６０度の温度範囲で動作できる。レーザトランシーバノード１２０は、電力を消費しない受動冷却装置を用いることにより、前記温度範囲で動作できる。
【００３８】
加入者光インタフェース１４０とデータサービスハブ１１０との間に配置する従来のルータとは異なり、屋外レーザトランシーバノード１２０は、レーザトランシーバノード１２０の周囲温度を制御するための能動冷却加熱装置を必要としない。本発明は、より多くの判断用電子機器を、レーザトランシーバノード１２０にではなくデータサービスハブ１１０に配置しようとする。一般にこれら判断用電子機器は、本発明のレーザトランシーバノードに配置する電子機器に比べ、サイズが大きく、より多くの熱を発生する。レーザトランシーバノード１２０は、能動温度制御装置を必要としないため、小型の電子機器であり、従来ルータの環境容器よりも一般に小型である。レーザトランシーバノード１２０を構成する要素の詳細は、図４，７，８，１０，１１，および１２を参照して後述する。
【００３９】
本発明の一実施例において、３本の基幹光導波路１６０，１７０，および１８０（光ファイバで構成できる）は、データサービスハブ１１０から屋外レーザトランシーバノード１２０まで光信号を伝送できる。なお「光導波路」の用語は、本発明において、光ファイバ、平面光案内回路、光ファイバピグテール、およびその他光導波路に適用する。
【００４０】
第１光導波路１６０は、放送映像およびその他信号を伝送できる。信号は従来のケーブルテレビフォーマットで伝送できる。このフォーマットは、放送信号を搬送波に変調し、それによってデータサービスハブ１１０内の光送信器（図示せず）を変調する。第２光導波路１７０は、下り目的サービスを伝送できる。目的サービスとは、１つ以上の加入者光インタフェース１４０へ配信するデータおよび電話サービス等である。第２光導波路１７０は、加入者へ光信号を伝送することに加え、インターネットプロトコル放送パケットを伝送できる。これは当業者に明らかな通りである。
【００４１】
一実施例において、第３光導波路１８０は、屋外レーザトランシーバノード１２０からデータサービスハブ１１０への上りデータ信号を伝送できる。第３光導波路１８０が伝送する光信号は、１人以上の加入者から受け取るデータおよび電話サービスを含むこともできる。第２光導波路１７０と同様、第３光導波路１８０は、ＩＰ放送パケットも伝送できる。これは当業者に明らかな通りである。
【００４２】
上り第３光導波路１８０は、点線で示す。これは、それがオプションであり、本発明の一実施例の一部に過ぎないからである。すなわち第３光導波路１８０は、省略しても構わない。他の実施例において、第２光導波路１７０は、光信号を上り方向および下り方向の両方向に伝送する。これは第２光導波路１７０を示す二重矢印で表現した通りである。本実施例において、第２光導波路１７０は双方向に光信号を伝送するため、２本の光導波路１６０，１７０があれば、光信号を屋外レーザトランシーバノード１２０とデータサービスハブ１１０との間で伝送できる。別の実施例（図示せず）において、単一の光導波路だけで、データサービスハブ１１０とレーザトランシーバノード１２０との間をリンクしても良い。この単一光導波路実施例は、３つの異なる波長を上り信号および下り信号に用いることができる。あるいは１つの波長で双方向データを変調しても良い。
【００４３】
一実施例において、光タップ１３０は、８方向光スプリッタで構成できる。８方向光スプリッタからなる光タップ１３０は、下り光信号を８方向に分割し、８つの異なる加入者光インタフェース１４０にサービスを提供する。上り方向において、光タップ１３０は、８つの加入者光インタフェース１４０から受信する光信号を結合できる。
【００４４】
他の実施例において、光タップ１３０は、４方向スプリッタで構成でき、４つの加入者光インタフェース１４０にサービスを提供できる。さらに他の実施例において、光タップ１３０は、４方向スプリッタをさらに備えることができる。このスプリッタは、通過タップであり、光タップ１３０で受信する光信号の一部を抽出して内蔵の４方向スプリッタに提供すると共に、残りの光エネルギをさらに下り方向に伝送し、他の光タップまたは他の加入者光インタフェース１４０に提供する。本発明は、４方向および８方向光スプリッタに限定するものではない。４方向あるいは８方向スプリッタよりも少ないあるいは多い数の方向スプリッタも本発明範囲である。
【００４５】
図２は、光ネットワーク構成例１００を示す機能ブロック図である。この構成例は、加入者グループ２００をさらに含む。各グループは、各屋外レーザトランシーバノード１２０に対応する。図２は、光ネットワーク構成例１００の多様性を示す。屋外レーザトランシーバノード１２０と光タップ１３０との間に接続した光導波路１５０は、最小数である。図２は、加入者グループ２００の多様性も示す。これは、光タップ１３０により実現する。
【００４６】
各光タップ１３０は、光スプリッタを備えることができる。光タップ１３０は、加入者光インタフェース１４０を単一の光導波路１５０に接続する。この光導波路は、屋外レーザトランシーバノード１２０に接続する。一実施例において、６本の光ファイバ１５０を屋外レーザトランシーバノード１２０に接続するように設計する。光タップ１３０を使用することにより、１６の加入者を６本の光ファイバ１５０の各々に割り当てられる。これら光ファイバは、屋外レーザトランシーバノード１２０に接続する。
【００４７】
他の実施例において、１２本の光ファイバ１５０を屋外レーザトランシーバノード１２０に接続し、８個の加入者光インタフェース１４０を１２本の光ファイバ１５０の各々に割り当てる。当業者には明らかな通り、屋外レーザトランシーバノード１２０と１つの加入者光インタフェース１４０との間に（光タップ１３０を介して）接続した特定の導波路１５０に割り当てる加入者光インタフェース１４０の数は、本発明の範囲および要旨を逸脱することなく、変更可能である。さらに当業者には明らかな通り、特定の光ファイバケーブルに割り当てる加入者光インタフェース１４０の実際の数は、特定の光ファイバ１５０で利用可能な電力量に依存する。
【００４８】
加入者グループ２００に示す通り、加入者に通信サービスを提供する場合、多くの構成が可能である。例えば、光タップ１３０Ａは、加入者光インタフェース１４０Ａ１から加入者光インタフェース１４０ＡＮまでを屋外レーザトランシーバノード１２０に接続できる。さらに光タップ１３０Ａは、光タップ１３０ＡＮ等の他の光タップ１３０をレーザトランシーバノード１２０に接続できる。光タップ１３０と他の光タップ１３０との組合せは、光タップ１３０と加入者光インタフェース１４０との組合せ同様、無限である。光タップ１３０により、レーザトランシーバノード１２０における配信用光導波路１５０の接続を削減できる。さらに、加入者グループ２００にサービスを提供するファイバの総数も削減できる。
【００４９】
本発明の能動レーザトランシーバノード１２０により、レーザトランシーバノード１２０とデータサービスハブ１１０との間の距離は、０〜８０キロメートルの範囲にできる。しかしながら本発明は、この範囲に限定されない。当業者には明らかな通り、この範囲は、本発明の装置のいくつかを構成する各種既製構成要素の選択次第で拡大できる。
【００５０】
当業者には明らかな通り、データサービスハブ１１０と屋外レーザトランシーバノード１２０との間に配置する光導波路は、本発明範囲を逸脱することなく、他の構成も可能である。光導波路は双方向能力を有するため、データサービスハブ１１０と屋外レーザトランシーバノード１２０との間に配置する光導波路は、本発明の範囲および要旨を逸脱することなく、その数および伝送方向を変更できる。
【００５１】
図３は、本発明のデータサービスハブの一例１１０を示す機能ブロック図である。図３に示す一例としてのデータサービスハブ１１０は、２本の基幹光導波路を有するシステム用の設計である。すなわち図３のデータサービスハブ１１０は、屋外レーザトランシーバノード１２０に対する信号を、第１光導波路１６０および第２光導波路１７０によって送受する設計である。この実施例において、第２光導波路１７０は、双方向データ通信を支援する。前記第３光導波路１８０は必要ない。
【００５２】
データサービスハブ１１０は、１つ以上の変調器３１０，３１５を備えることができる。これら変調器はテレビ放送サービスを支援する設計である。前記１つ以上の変調器３１０，３１５は、アナログ型またはデジタル型変調器でよい。一実施例において、少なくとも７８個の変調器をデータサービスハブ１１０に配置できる。当業者には明らかな通り、変調器３１０，３１５の数は、本発明の範囲および要旨を逸脱することなく、変更できる。
【００５３】
変調器３１０，３１５からの信号は、結合器３２０において結合する。結合した信号は、光送信器３２５へ送る。光送信器３２５は、変調器３１０，３１５が発生した無線周波信号を光形式に変換する。
【００５４】
光送信器３２５は、ファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ送信器、分散フィードバックレーザ（ＤＦＢ）、あるいは面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の１つから構成できる。しかしながら他のタイプの光送信器を使用しても、本発明の範囲を逸脱しない。データサービスハブ１１０は、既製の光送信器３２５を使用することにより、光信号を発生する既製ハードウエアを用いて効率的にアップグレードできる。
【００５５】
光送信器が発生する光信号（単方向光信号と呼ぶことが多い）は、増幅器３３０に伝送する。この増幅器は、例えばエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり、単方向光信号を増幅する。増幅した単方向光信号は、単方向信号出力ポート３３５を介してデータサービスハブ１１０の外部へ送る。前記出力ポート３３５は、１本以上の第１光導波路１６０に接続する。
【００５６】
単方向信号出力ポート３３５は、１本以上の第１光導波路１６０に接続する。この導波路は、データサービスハブ１１０が発信する単方向光信号を各レーザトランシーバノード１２０へ伝送する。図３に示すデータサービスハブ１１０は、インターネットルータ３４０をさらに備える。データサービスハブ１１０は、電話交換機３４５をさらに備える。この電話交換機は、光ネットワークシステム１００の加入者への電話サービスを支援する。しかしながらデータサービスハブ１１０は、インターネットプロトコル電話等の他の電話サービスも支援可能である。インターネットプロトコル電話のみをデータサービスハブ１１０が支援する場合、当業者には明らかな通り、電話交換機３４５を省略し、コストの低いＶｏＩＰ機器を使用できる。例えば他の実施例（図示せず）において、電話交換機３４５は、ソフトスイッチおよびゲートウエイ等の他の電話インタフェース装置に置き換えても良い。電話交換機３４５が必要の場合、それをデータサービスハブ１１０から離れて配置し、従来の相互接続手段を使って接続しても良い。
【００５７】
データサービスハブ１１０は、論理インタフェース３５０をさらに備えることができる。この論理インタフェースは、レーザトランシーバノードルーティング装置３５５に接続する。論理インタフェース３５０は、必要に応じボイスオーバインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）ゲートウエイを備え、そのサービスを支援できる。レーザトランシーバノードルーティング装置３５５は、従来のルータでも良く、１つ以上のレーザトランシーバノード１２０との通信用インタフェースプロトコルを支援する。このインタフェースプロトコルは、ギガビット以上のイーサネット、インターネットプロトコル（ＩＰ）、またはＳＯＮＥＴプロトコルの１つで良い。しかしながら本発明は、これらプロトコルに限定されるものではない。他のプロトコルを使用しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【００５８】
論理インタフェース３５０とレーザトランシーバノードルーティング装置３５５とは、レーザトランシーバノード１２０とインターネットルータ３４０とが発信するパケットヘッダを読むことができる。さらに論理インタフェース３５０は、電話交換機３４５とのインタフェースを翻訳できる。論理インタフェース３５０とレーザトランシーバノードルーティング装置３５５とは、パケットヘッダを読み取ると、情報パケットの送り先を決定できる。
【００５９】
レーザトランシーバノードルーティング装置３５５は、下りデータ信号を各光送信器３２５へ供給できる。光送信器３２５が変換したデータ信号は、双方向スプリッタ３６０へ伝送する。光送信器３２５から双方向スプリッタ３６０への光信号は、双方向データ入出力ポート３６５へ伝送できる。このポートは、第２光導波路１７０に接続する。この導波路は、データサービスハブ１１０と各レーザトランシーバノード１２０との間の双方向光データ信号を支援する。各レーザトランシーバノード１２０から受信する上り光信号は、双方向データ入出力ポート３６５に送られ、そこから双方向スプリッタ３６０へ送られる。各光受信器３７０は、双方向スプリッタ３６０からの前記上り光信号を電気信号に変換する。各光受信器３７０は、発生した上り電気信号を、レーザトランシーバノードルーティング装置３５５へ送る。各光受信器３７０は、１つ以上のフォトレセプタまたはフォトダイオードからなり、光信号を電気信号に変換する。
【００６０】
データサービスハブ１１０と各レーザトランシーバノード１２０との間の距離が適度であれば、光送信器３２５は、光信号を１３１０ｎｍにて伝送できる。しかしながらデータサービスハブ１１０と各レーザトランシーバノードとの間の距離がもっと長ければ、光送信器３２５は１５５０ｎｍの波長において光信号を伝送する。この時、適切な増幅装置があっても良いし無くても構わない。
【００６１】
当業者には明らかな通り、各回路における光送信器３２５の選択は、データサービスハブ１１０と屋外レーザトランシーバノード１２０との間に必要な光路長に最適化する。当業者には明らかな通り、前記波長は実際的であるものの、一例に過ぎない。場合によっては、通信ウインドウを１３１０および１５５０ｎｍにおいて異なる方法で使用しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。さらに本発明は、１３１０および１５５０ｎｍ波長領域に限定されない。当業者には明らかな通り、光信号用のさらに短いあるいは長い波長も本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【００６２】
図４は、本発明の屋外レーザトランシーバノード１２０の一例を示す機能ブロック図である。この実施例において、レーザトランシーバノード１２０は、単方向光信号入力ポート４０５を備えることができる。このポートは、データサービスハブ１１０からの光信号を受信できる。これら信号は、第１光導波路１６０を経由したものである。単方向光信号入力ポート４０５で受信した光信号は、放送映像データからなることができる。入力ポート４０５で受信した光信号は、増幅器４１０へ伝送する。この増幅器は、例えばエルビウムドープファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）であり、前記光信号を増幅する。増幅した光信号は、スプリッタ４１５へ送る。このスプリッタは、前記放送映像光信号をダイプレクサ４２０に分配する。これらダイプレクサは、光信号を所定加入者グループ２００へ送る設計である。
【００６３】
レーザトランシーバノード１２０は、双方向光信号入出力ポート４２５をさらに備えることができる。このポートは、レーザトランシーバノード１２０を第２光導波路１７０に接続する。この導波路は、データサービスハブ１１０とレーザトランシーバノード１２０との間において双方向データ流れを支援する。下り光信号は、双方向光信号入力ポート４２５を経由し、光導波トランシーバ４３０へ流れる。このトランシーバは、下り光信号を電気信号に変換する。また光導波トランシーバは、上り電気信号を光信号に変換する。光導波トランシーバ４３０は、光／電気変換器および電気／光変換器を備えることができる。
【００６４】
下りおよび上り電気信号は、光導波トランシーバ４３０と光タップルーティング装置４３５との間で送受される。光タップルーティング装置４３５は、データサービスハブ光信号とのインタフェースを管理し、各タップマルチプレクサ４４０に対しデータサービスハブ信号を転送、分割、または割り当てできる。マルチプレクサ４４０は、光信号を１つ以上の光タップ１３０と送受し、結果として１つ以上の加入者光インタフェース１４０と光信号を送受する。タップマルチプレクサ４４０は、電気信号で動作し、レーザ送信器を変調し、光信号を発生する。これら光信号は、１つ以上の光タップに結合した加入者グループに割り当てる。
【００６５】
光タップルーティング装置４３５は、利用可能な上りデータパケットが到着すると、その通知を各タップマルチプレクサ４４０から受け取る。光タップルーティング装置は、各タップマルチプレクサ４４０に接続し、前記上りデータパケットを受け取る。光タップルーティング装置４３５は、そのパケットを光導波トランシーバ４３０を経由してデータサービスハブ１１０へ中継する。光タップルーティング装置４３５は、全タップマルチプレクサ４４０からやって来る上りデータパケットの各々からソースＩＰアドレスを読み、それを対応するタップマルチプレクサ４４０に関連付けることにより、参照テーブルを構築できる。この参照テーブルは、下り経路にパケットを転送する際、利用できる。各パケットは、光導波トランシーバ４３０から来るため、光タップルーティング装置は、宛先ＩＰアドレス（上りパケット用ソースＩＰアドレスと同じである）を見る。光タップルーティング装置は、前記参照テーブルから、当該ＩＰアドレスがどのポートに接続しているかを決定し、そのポートへ当該パケットを送る。これは、当業者には明らかな通り、標準レイヤ３ルータ機能である。
【００６６】
光タップルーティング装置４３５は、複数の加入者を１つのポートに割り当てることができる。すなわち光タップルーティング装置４３５は、加入者のグループに対応する１つのポートでサービスを提供できる。光タップ１３０は各タップマルチプレクサ４４０に結合し、下り光信号を割り当てられた加入者グループに供給できる。その加入者グループは、加入者光インタフェース１４０によって前記下り光信号を受信する。
【００６７】
つまり光タップルーティング装置４３５は、どのタップマルチプレクサ４４０が下り電気信号を受信するかを決定できる、あるいは複数の光タップのどれが上り光信号（電気信号に変換される）を伝送したかを決定できる。光タップルーティング装置４３５は、データをフォーマットし、各光タップ１３０に接続した各加入者からのデータの送受信に必要なプロトコルを実行する。光タップルーティング装置４３５は、コンピュータまたはハードワイヤード装置で構成でき、各ポートに割り当てた加入者グループとの通信用プロトコルを定義するプログラムを実行する。プロトコルを定義するプログラムの一実施例は、２０００年１０月２７日に出願し米国出願第６０／２４３，９７８号を付与された同時係属出願であって本発明の譲受人に譲渡された仮特許出願「光ファイバケーブルを経由して音声およびデータサービスを提供するためのプロトコル」に記述がある。この出願の全内容は、参照により組み込む。前記プロトコルを定義するプログラムの他の実施例は、２００１年５月７日に出願し米国出願第６０／２８９，１１２号を付与された同時係属出願であって本発明の譲受人に譲渡された仮特許出願「光ファイバケーブルを経由して音声およびデータサービスを提供するためのプロトコル、その２」に記述がある。この出願の全内容は、参照により組み込む。
【００６８】
光タップルーティング装置の各ポートは、各タップマルチプレクサ４４０に接続する。光タップルーティング装置４３５により、レーザトランシーバノード１２０は、加入ベースで、あるいは必要に応じて、あるいは要求に基づき、加入者の帯域幅を調整できる。レーザトランシーバノード１２０は、光タップルーティング装置４３５を経由し、予め指定した増分においてデータ帯域幅を加入者に提供できる。例えばレーザトランシーバノード１２０は、光タップルーティング装置４３５を経由し、特定の加入者または加入者グループに対し、１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，および４５０メガビット／秒（Ｍｂ／ｓ）の単位で帯域幅を提供できる。当業者には明らかな通り、他の加入者帯域幅単位を適用することも本発明の範囲内である。
【００６９】
電気信号は、光タップルーティング装置４３５と各タップマルチプレクサ４４０との間で通信する。タップマルチプレクサ４４０は、光信号を様々な加入者グループに対して送受する。各タップマルチプレクサ４４０は、各光送信器３２５に接続する。前記した通り、各光送信器３２５は、ファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ、分散フィードバックレーザ（ＤＦＢ）、または面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の１つから構成できる。光送信器は、下り光信号を発生し、その信号を加入者光インタフェース１４０へ伝送する。各タップマルチプレクサ４４０は、光受信器３７０にも接続する。各光受信器３７０は、前記したように、フォトレセプタまたはフォトダイオードから構成できる。光送信器３２５と光受信器３７０とは、既製ハードウエアで構成して光信号を発生し受信できるため、レーザトランシーバノード１２０は、アップグレードおよび保守を効率的に行え、極めて高いデータ速度を提供する。
【００７０】
各光送信器３２５と各光受信器３７０とは、双方向スプリッタ３６０に接続する。各双方向スプリッタ３６０は、ダイプレクサ４２０に接続する。このダイプレクサは、スプリッタ４１５から受信する単方向光信号を各光受信器３７０から受信する下り光信号に結合する。このように、放送映像サービスおよびデータサービスは、図２に示すような配信光導波路１５０等の単一光導波路によって供給できる。すなわち、光信号は、各ダイプレクサ４２０から結合信号入出力ポート４４５へ結合できる。このポートは、各配信光導波路１５０に接続する。
【００７１】
従来技術とは異なり、レーザトランシーバノード１２０は、従来のルータを使用しない。レーザトランシーバノード１２０の構成要素は、小型電子筐体内に配置できる。例えばレーザトランシーバノード１２０は、撚り線に吊り下げたり、台座に取り付けることができる。これは、従来のケーブルテレビ装置を「ラストマイル」内に配置したり、ネットワークの加入者隣接地点に配置したりするのと同じである。なお「ラストマイル」とは、加入者に接続する光ネットワークの最後の部分を示す用語である。
【００７２】
光タップルーティング装置４３５は、従来のルータではないため、特定の温度に動作環境を維持する能動温度制御装置を必要としない。すなわちレーザトランシーバノード１２０は、一実施例において摂氏マイナス４０度から摂氏プラス６０度の温度範囲で動作できる。
【００７３】
レーザトランシーバノード１２０は、能動温度制御装置を備えない。このような温度装置は、レーザトランシーバノード１２０を一定温度に保つために電力を消費する。レーザトランシーバノード１２０は、１つ以上の受動温度制御装置４５０を備えることができる。この装置は、電力を消費しない。受動温度制御装置４５０は、１つ以上のヒートシンクまたはヒートパイプを備え、レーザトランシーバノード１２０から熱を除去する。当業者には明らかな通り、本発明は、これら例示した受動温度制御装置に限定されない。当業者には明らかな通り、本発明は、例示した動作温度範囲に限定されない。適切な受動温度制御装置４５０により、レーザトランシーバノード１２０の動作温度範囲は、縮小または拡大できる。
【００７４】
レーザトランシーバノード１２０は、過酷な屋外環境条件に耐えうると共に、高速対称データ伝送を提供できる。すなわちレーザトランシーバノード１２０は、ネットワーク加入者に対し、上りおよび下りとも同一ビットレートでの伝送を行える。これは従来ネットワークに比較すると、優れた点である。一般に従来ネットワークは、前記した通り、対称データ伝送を支援できない。さらにレーザトランシーバノード１２０は、多数の加入者にサービスを提供できると共に、データサービスハブ１１０およびレーザトランシーバノード１２０の両方において接続数を削減できる。
【００７５】
またレーザトランシーバノード１２０は、効率的なアップグレードをネットワーク側からまたはデータサービスハブ１１０側から全て行うことができる。すなわち、レーザトランシーバノード１２０を構成するハードウエアのアップグレードは、データサービスハブ１１０とレーザトランシーバノード１２０との間の位置でおよびそれら内の位置で実施できる。すなわち、ネットワークの加入者側（配信光導波路１５０から加入者光インタフェース１４０まで）には、レーザトランシーバノード１２０、またはデータサービスハブ１１０、または両方のアップグレード中、全く手を触れる必要がない。
【００７６】
本発明の原理を利用して行うアップグレードの一例を説明する。本発明の一実施例において、レーザトランシーバノード１２０の加入者側は、各々１６加入者からなる６グループ、すなわち合計９６加入者にサービスを提供できる。１６加入者の各々は、約４５０Ｍｂ／ｓの速度のデータパスを共有できる。６本のデータパスの合計速度は、６ｘ４５０＝２．７Ｇｂ／ｓである。最も基本的な形態において、レーザトランシーバノード１２０とデータサービスハブ１１０との間のデータ通信パスは、１Ｇｂ／ｓで動作できる。このため、加入者へのデータパスは、１Ｇｂ／ｓしか支援できない。すなわち加入者帯域幅を全て利用できるわけではない。これは一般に問題にならない。その理由は、帯域幅利用の統計的性質である。
【００７７】
アップグレードは、レーザトランシーバノード１２０とデータサービスハブ１１０間の１Ｇｂ／ｓデータパス速度を上げることであろう。これは、１Ｇｂ／ｓデータパスを追加することにより行える。１本のパスを追加すれば、データ速度は２Ｇｂ／ｓに上昇し、加入者側データ速度合計に近づく。第３のデータパスを追加すれば、ネットワーク側データ速度を加入者側データ速度以上にすることができよう。他の実施例において、１リンクのデータ速度を１Ｇｂ／ｓから２Ｇｂ／ｓに上げ、さらに１０Ｇｂ／ｓに上げる。この場合、光リンクを追加せずにリンクをアップグレードできる。
【００７８】
データパス（帯域幅）の追加は、当業者に既知のいずれかの方法で実行できよう。複数の光導波路で動作する複数の光導波トランシーバ４３０を使用することで実行できよう。これら光導波トランシーバは、１本の導波路で複数の波長を使って動作しても良い。あるいは前記したように、より高速の光導波トランシーバ４３０を使用しても良い。このように、レーザトランシーバノード１２０とデータサービスハブ１１０とを１つ以上の１Ｇｂ／ｓリンクで動作するようアップグレードすることにより、加入者領域に手を加えることなく、システムアップグレードを実行できる。
【００７９】
図５は、本発明の一実施例に基づく、１本の光導波路１５０によって加入者光インタフェース１４０に接続した光タップ１３０を示す機能ブロック図である。光タップ１３０は、結合信号入出力ポートから構成できる。このポートは、他の配信光導波路に接続し、この導波路はレーザトランシーバノード１２０に接続する。前記した通り、光タップ１３０は、光スプリッタ５１０で構成できる。この光スプリッタは、４方向または８方向光スプリッタで良い。４方向または８方向分岐よりも少ないまたは多い光タップを使用しても、本発明の範囲を逸脱しない。前記光タップは、下り光信号を分岐し、各加入者光インタフェース１４０にサービスを提供できる。一実施例において、光タップ１３０は４方向光タップであり、通過タイプでも良い。この場合、下り光信号の一部を抽出あるいは分岐し、内蔵する４方向スプリッタに信号を提供し、残りの光エネルギをさらに下流の配信光導波路１５０へ転送する。
【００８０】
光タップ１３０は、効率的カプラであり、レーザトランシーバノード１２０と各加入者光インタフェース１４０との間で光信号を通信できる。光タップ１３０は、縦列接続できる。あるいはレーザトランシーバノード１２０から星形接続しても良い。前記した通り、光タップ１３０は、各光タップ１３０よりも下流側の他の光タップに信号を転送することもできる。
【００８１】
光タップ１３０を限定数あるいは少数の光導波路に接続することにより、どのレーザトランシーバノード１２０においても光導波路が高密度で存在しないようにできる。すなわち一実施例において、光タップは、レーザトランシーバノード１２０から離れた地点において、限定数の光導波路１５０に接続し、レーザトランシーバノードにおける光導波路１５０の高密度化を避ける。しかしながら当業者には明らかな通り、光タップ１３０は、レーザトランシーバノード１２０に内蔵しても良い。これについては、レーザトランシーバノード１２０の他の実施例に関連して図１２を参照しながら詳細を説明する。
【００８２】
加入者光インタフェース１４０は、光タップ１３０からの下り光信号を電気信号に変換する。この電気信号は、適切な通信装置によって処理可能である。加入者光インタフェース１４０は、上り電気信号を上り光信号に変換することもできる。この光信号は、配信光導波路１５０を経由し、光タップ１３０へ伝送できる。加入者光インタフェース１４０は、光ダイプレクサ５１５を備えることができる。この光ダイプレクサは、配信光導波路１５０からの下り光信号を、双方向光信号スプリッタ５２０とアナログ光受信器５２５とに分配する。光ダイプレクサ５１５は、デジタル光送信器５３０が発生する上り光信号を受信できる。デジタル光送信器５３０は、電気２値／デジタル信号を光形式に変換する。これら光信号は、データサービスハブ１１０に伝送できる。逆にデジタル光受信器５４０は、光信号を電気２値／デジタル信号に変換する。この電気信号は、処理装置５５０によって扱える。
【００８３】
本発明は、光信号を様々な波長で伝送できる。ただしここに記載の波長領域は、実際的なものであり、一例に過ぎない。当業者には明らかな通り、１３１０〜１５５０ｎｍ波長領域内、それ以上、あるいはそれ以下の波長も本発明の範囲を逸脱しない。
【００８４】
アナログ光受信器５２５は、下り放送光映像信号を変調無線周波テレビ信号に変換することができる。変換された信号は、変調無線周波単方向信号出力５３５から出力する。変調無線周波単方向信号出力５３５は、テレビセット（図示せず）やラジオ（図示せず）等の無線周波受信器へ供給することもできる。アナログ光受信器５２５は、アナログ変調無線周波送信およびデジタルテレビ用のデジタル変調無線周波送信も処理できる。
【００８５】
双方向光信号スプリッタ５２０は、結合光信号をそれぞれの方向へ伝送できる。すなわち光ダイプレクサ５１５から双方向光スプリッタ５２０へ入る下り光信号は、デジタル光受信器５４０へ伝送する。デジタル光送信器５３０から双方向光スプリッタへ入る上り光信号は、光ダイプレクサ５１５へ送り、そこから光タップ１３０へ送る。双方向光信号スプリッタ５２０は、デジタル光受信器５４０へ接続する。この受信器は、下りデータ光信号を電気信号に変換する。また双方向光信号スプリッタ５２０は、デジタル光送信器５３０にも接続する。この送信器は、上り電気信号を光信号に変換する。
【００８６】
デジタル光受信器５４０は、１つ以上のフォトレセプタまたはフォトダイオードで構成でき、光信号を電気信号に変換する。デジタル光送信器は、１つ以上のレーザで構成できる。このレーザは、例えばファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ、分散フィードバックレーザ、または面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。
【００８７】
デジタル光受信器５４０とデジタル光送信器５３０とは、処理装置５５０に接続する。この処理装置は、埋め込んだアドレスに基づき当該加入者光インタフェース１４０向けのデータを選択する。処理装置５５０が扱うデータは、１つ以上の電話サービスおよびインターネットサービス等のデータサービスからなることができる。処理装置５５０は、電話入出力５５５に接続する。この入出力は、アナログインタフェースでよい。処理装置５５０は、データインタフェース５６０にも接続する。このデータインタフェースは、コンピュータ装置、セットトップボックス、ＩＳＤＮ電話、その他同様の装置へのリンクを提供できる。あるいはデータインタフェース５６０は、ボイスオーバインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）電話やイーサネット電話とのインタフェースでも良い。データインタフェース５６０は、イーサネット（１０ＢａｓｅＴ、１００ＢａｓｅＴ、ギガビット）インタフェース、ＨＰＮＡインタフェース、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）およびＩＥＥＥ１３９４インタフェース、ＡＤＳＬインタフェース、その他同様のインタフェースでも良い。
【００８８】
図６は、本発明の変更実施例に基づくデータサービスハブ例１１０Ｂを示す機能ブロック図である。本例は、上り光信号および下り光信号を別々の光導波路、例えば図１に関連して説明した第２光導波路１７０と第３光導波路１８０とによって伝送する。すなわち本実施例において、第２光導波路１７０は、下り光信号のみを伝送する設計であり、第３光導波路１８０はレーザトランシーバノード１２０からの上り光信号のみを伝送する設計である。
【００８９】
データサービスハブ１１０Ｂは、下り光信号出力ポート６０５をさらに備える。このポートは、第２光導波路１７０に接続する。データサービスハブ１１０Ｂは、上り光信号入力ポート６１０をさらに備える。このポートは、第３光導波路１８０に接続する。データサービスハブ１１０Ｂにより、別々の光導波路１８０および１７０は、それぞれの上りおよび下り光伝送を実行する。本実施例は電力を節約できる。なぜなら、上りおよび下り光信号を結合するための追加要素を省略できるからである。
【００９０】
本実施例に基づくデータサービスハブ１１０Ｂは、電力損失およびクロストークが少ないため、距離の制限をさらに緩和できる。すなわち、受信した電力に比較して多くの光電力を供給している光送信器の各端部においては、上りおよび下り光信号の不完全分離により、受信器が干渉を引き起こすことがある。別々の光導波路を上りおよび下り光信号に使用することにより、かかる干渉を実質的に削減または解消できる。
【００９１】
図７は、他の実施例に基づく屋外レーザトランシーバノード１２０Ｂを示す機能ブロック図である。この屋外レーザトランシーバノードは、別々の光導波路を伝わる上りおよび下り光信号と、下り光信号に混合可能な単方向信号とを受け取ることができる。すなわちレーザトランシーバノード１２０Ｂは、図６に示した実施例のデータサービスハブ１１０Ｂに接続できる。
【００９２】
レーザトランシーバノード１２０Ｂは、下り光信号入力ポート７０５を備えることができる。このポートは、図１に示す第２光導波路１７０に結合する。下り光信号入力ポート７０５は、光受信器７１０に結合する。この光受信器は、下り光信号を電気信号に変換する。光受信器７１０は、その電気信号を光タップルーティング装置４３５へ供給する。
【００９３】
図７のレーザトランシーバノード１２０Ｂは、光送信器７２０をさらに備える。この光送信器は、光タップルーティング装置４３５から受信する電気信号を光信号に変換する。光送信器７２０が発生する光信号は、上り光信号出力ポート７１５に供給する。上り光信号出力ポート７１５は、図１に示すように第３光導波路１８０に結合する。図４に示した実施例のレーザトランシーバノード１２０Ａに比較すると、双方向スプリッタ３６０が第２ダイプレクサ４２０２に置き換わっている。光送信器３２５が発生する光信号は、その波長が各加入者光インタフェース１４０が発生する上り光信号の波長より高い。例えば一実施例において、光送信器３２５は、１４１０〜１４９０ｎｍ間の波長を有する光信号を発生できる。一方、上り光信号は１３１０ｎｍ波長領域にとどまる。
【００９４】
前記したように、および当業者には明らかな通り、これら波長は例に過ぎない。１３１０および１５５０ｎｍにおける通信ウインドウを異なる方法で用いても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。また本発明は、前記波長領域に限定されない。当業者には明らかな通り、前記より短いまたは長い波長の光信号も、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【００９５】
上りおよび下り光信号間に波長領域の差があるため、双方向スプリッタ３６０（図４の実施例に示す）をダイプレクサ４２０に置き換える。追加のあるいは置き換えたダイプレクサ４２０は、図４の実施例に使用した双方向スプリッタ３６０とは損失が異なる。双方向スプリッタ３６０をダイプレクサ４２０に置き換えることは、加入者光インタフェース１４０にも適用できる。すなわち、上りおよび下り光信号がそれぞれ異なる波長領域で動作している場合、加入者光インタフェース１４０の双方向光信号スプリッタ５２０は、ダイプレクサ４２０に置き換えることができる。双方向スプリッタ３６０をダイプレクサ４２０に置き換えると、レーザトランシーバノード１２０と加入者光インタフェース１４０との間の光損失を低減できる。
【００９６】
あるいは、レーザトランシーバノード１２０が上りおよび下り光信号に同一波長を使用している場合、光インタフェース１４０は、図５に示すように、双方向光信号スプリッタ５２０を対応する光電力損失で使用する。当業者には明らかな通り、レーザトランシーバノード１２０の構成要素には、他に様々な代替が可能であり、これらも本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【００９７】
図８は、他の実施例に基づく屋外レーザトランシーバノード１２０Ｃを示す。このノードは、別々の上りおよび下り光導波路からの光信号および複数の光導波路が伝送する単方向信号を受け取ることができる。本実施例において、図８のレーザトランシーバノード１２０Ｃは、複数の単方向信号入力ポート８０５を備えることができる。これら入力ポートは、複数の第１光導波路１６０に結合する。本実施例は、図４のレーザトランシーバノード１２０Ａおよび図７のレーザトランシーバノード１２０Ｂに比較し、図８に示す通り、レーザトランシーバノード１２０Ｃから増幅器４１０を省略している。増幅器４１０は、レーザトランシーバノード１２０Ｃから取り外し、データサービスハブ１１０に配置する。
【００９８】
複数の第１光導波路１６０からの光信号は、第１セットのダイプレクサ４２０１を使用して、第２セットのダイプレクサ４２０２が発信する上りおよび下り光信号と結合する。増幅器４１０（代表的にエルビウムドープファイバ増幅器ＥＤＦＡである）を図８のレーザトランシーバノード１２０Ｃからデータサービスハブ１１０へ移動し、複数の第１光導波路１６０を採用してレーザトランシーバノード１２０Ｃへ信号を送るこの設計は、経済性および光導波路の利用可能性の観点から実施する。
【００９９】
図９は、他の実施例に基づくデータサービスハブ１１０Ｄを示す。このハブは、映像あるいは無線周波信号等の単方向信号と下り光信号とを結合する。本実施例において、データサービスハブ１１０Ｄは、スプリッタ４１５をさらに備える。このスプリッタは、放送映像光信号を各ダイプレクサ４２０へ供給する。各ダイプレクサ４２０は、放送映像光信号と、各光送信器３２５が発生する下りデータ光信号とを結合する。このようにして、図１に示したような第１光導波路１６０を省略できる。なぜなら放送映像光信号は、第２光導波路１７０を介して下りデータ光信号と結合するからである。
【０１００】
図１０は、他の実施例に基づく、図９に示したデータサービスハブ１１０Ｄに結合可能なレーザトランシーバノード１２０Ｄを示す。本実施例において、レーザトランシーバノード１２０Ｄは、結合下り光信号入力１００５を備える。この入力は、第２光導波路１６０に結合する。この第２光導波路は、放送映像サービスとデータサービスとからなる結合下り光信号を提供する。レーザトランシーバノード１２０Ｄは、ダイプレクサ４２０をさらに備える。このダイプレクサは、放送映像信号または無線周波信号を増幅器４１０に供給する。次にこの放送映像信号または無線周波光信号をスプリッタ４１５へ送る。このスプリッタは、前記光信号を第１セットのダイプレクサ４２０１へ送る。図９に示すデータサービスハブ１１０Ｄと図１０に示すレーザトランシーバノード１２０Ｄとの組合せは、これら２つの装置間の光導波路を有効に使う。
【０１０１】
前記した通り、他の実施例において、単一のファイバ（図示せず）だけを使用し、データサービスハブ１１０とレーザトランシーバノード１２０とを動作可能に接続することも可能である。このような実施例においては、異なる波長を使用して上りおよび下り光信号を伝送できる。
【０１０２】
図１１は、他の実施例に基づく屋外レーザトランシーバノード１２０Ｅを示す機能ブロック図である。このノードは、タップマルチプレクサ４４０と各加入者グループとの間に二重トランシーバを使用する。本実施例は、各タップマルチプレクサ４４０が発信する下り光信号を、タップマルチプレクサ４４０の直後において分割する。本実施例において、各光送信器３２５は、他の実施例が１６加入者にサービスを提供するのに対し、８加入者のみにサービスを提供するような設計である。しかしながら各タップマルチプレクサ４４０は、１６またはそれより少ない加入者にサービスを提供する。
【０１０３】
このように、光タップ１３０に帰属する分割損失は、実質的に削減できる。例えば、他の実施例の場合、タップマルチプレクサ４４０直後において下り光信号を分割せず、１６またはそれより少ない加入者にサービスを提供する設計である。この時の理論的分割損失は約１４ｄＢ（許容損失を含む）である。一方、本実施例の場合、８あるいはそれより少ない加入者にサービスを提供するため、理論的分割損失は約１０．５ｄＢに低減する。
【０１０４】
レーザトランシーバノード１２０Ｅにおいて、光受信器３７０は並列にできない。なぜなら常に１つの受信器３７０が各加入者から信号を受信しており、他の受信器３７０は信号を受信していないからである。上り光信号を受信していない受信器３７０は、ノイズを出力し得る。このノイズは、上り光信号を受信している受信器３７０の受信に干渉する。従ってスイッチ１１０５を使用し、現在上り光信号を受信している光受信器３７０を選択する。タップマルチプレクサは、スイッチ１１０５を制御できる。なぜならタップマルチプレクサは、どの光受信器３７０が上り光信号を受信しているかを常に知っているからである。
【０１０５】
図１２は、他の実施例に基づく屋外レーザトランシーバノード１２０Ｆを示す機能ブロック図である。このノードは、光タップ１３０を内蔵する。この構成において、各加入者光インタフェース１４０からの光導波路１５０は、レーザトランシーバノード１２０Ｆに接続できる。代表的に、レーザトランシーバノード１２０Ｆに接続できる光導波路１５０の数は、２つのレーザトランシーバノードで支援できる数である。しかしながら、加入者数が最大数よりも少ない場合、１つのレーザトランシーバノード１２０Ｆを使用して既存の加入者にサービスを提供できる。加入者の数がレーザトランシーバノード１２０の追加を必要とするまでに拡大したら、レーザトランシーバノードを追加すれば良い。
【０１０６】
光タップ１３０をレーザトランシーバノード１２０Ｆに内蔵することにより、２つ以上のレーザトランシーバノード１２０Ｆを、前記理由に基づき共存できる。すなわち本実施例は、２つ以上のレーザトランシーバノード１２０Ｆを互いに隣接して配置できる。このようなレーザトランシーバノード１２０Ｆの配置は、電力を節約し、著しくコストを節約できる。さらにこのような共存設計は、光ネットワーク構成１００を容易に拡張できる。すなわち１つのレーザトランシーバノード１２０Ｆを設置し、より多くの加入者が光ネットワーク構成１００に参加したら、さらにレーザトランシーバノードを設置すればよい。光導波路１５０は、光ネットワーク構成１００の加入者が増えたら、共存するレーザトランシーバノードに接続できる。
【０１０７】
図１３は、本発明のレーザトランシーバノード１２０によって単方向および双方向光信号を処理する方法の実施例を示す。基本的に図１３は、レーザトランシーバノード１２０によって行う処理の概要を提供する。
【０１０８】
以下に説明する処理において、記述通りに本発明を機能させるには、あるステップを他のステップに先行させねばならない。しかしながら本発明は、その機能に変更を生じない限り、記述のステップ順序に限定されない。すなわちあるステップを他のステップの前あるいは後に実行しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【０１０９】
ステップ１３０５は、一実施例に基づくレーザトランシーバノードの全体処理例１３００を開始するステップである。ステップ１３０５において、下り無線周波変調光信号は、図４に示す増幅器４１０によって増幅する。前記した通り、増幅器４１０は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）から形成できる。しかしながら、他の光増幅器も本発明の範囲内である。
【０１１０】
次にステップ１３０７において、加入者間の帯域幅を光タップルーティング装置４３５によって配分する。すなわち光タップルーティング装置４３５は、加入者の帯域幅を、加入条件または必要に応じて調整できる。光タップルーティング装置４３５は、特定の加入者あるいは加入者グループに対し、１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，および４５０Ｍｂ／ｓの単位で帯域幅を提供できる。
【０１１１】
ステップ１３１０において、下り無線周波変調光信号は、タップマルチプレクサ４４０からの下り光信号と結合する。下り光信号の結合は、ダイプレクサ４２０において実行する。その結果ステップ１３１５において、結合した下り光信号を配信光導波路１５０を経由し、各割り当てたグループの光タップ２００へ伝送する。
【０１１２】
ステップ１３２０において、光受信器３７０は上り光信号を受信し、それを上り電気信号に変換する。上り電気信号は、各タップマルチプレクサ４４０に送る。各タップマルチプレクサ４４０から受信した電気信号は、光タップルーティング装置４３５によりステップ１３２５において結合する。さらにステップ１３２５において、光タップルーティング装置４３５からの上り電気信号は、光導波路トランシーバ４３０または光送信器７２０により、光信号に変換する。ステップ１３３０において、上り光信号をデータサービスハブ１１０方向へ伝送する。これは、双方向光導波路１７０または専用上り光導波路１８０を経由する。
【０１１３】
図１４は、本発明に基づくレーザトランシーバノード１２０によって下り光信号を扱う処理の例を示す論理流れ図である。さらに詳しくは、図１４の論理流れ図は、データサービスプロバイダ１１０から少なくとも１人の加入者へ光信号を伝送する方法の一例を示す。
【０１１４】
前記した通り、以下に説明する処理におけるいくつかのステップは、記述通りに本発明を機能させるため、他のステップに先行させねばならない。しかしながら本発明は、その機能に変更を生じない限り、記述のステップ順序に限定されない。すなわちあるステップを他のステップの前あるいは後に実行しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【０１１５】
ステップ１４０５は、データサービスプロバイダから少なくとも１人の加入者へ光信号を伝送する処理例１４００の第１ステップである。ステップ１４０５において、下り光信号をレーザトランシーバノード１２０にて受信する。例えば下り光信号は、図４に示す単方向光信号入力ポート４０５において受信できる。また下り光信号は、図４に示す双方向光信号入出力ポート４２５においても受信できる。
【０１１６】
次にステップ１４１０において、前記下り光信号を電気信号に変換する。すなわち双方向出力信号入出力ポート４２５で受信した下り光信号は、光導波路トランシーバ４３０によって電気信号に変換できる。前記した通り、光導波路トランシーバ４３０は、光／電気変換器で構成できる。次にステップ１４１５において、光タップルーティング装置４３５は、変換された電気信号を、光タップ１３０のグループに割り当てられたタップマルチプレクサ４４０間に分配する。ステップ１４２０において、光タップルーティング装置４３５は、下り帯域幅を加入者に配分する。
【０１１７】
このステップにおいて、光タップルーティング装置４３５は、加入条件あるいは現在の要求に基づき、加入者グループに帯域幅を配分できる。光タップルーティング装置４３５は、１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，および４５０Ｍｂ／ｓの単位において帯域幅を分割できる。しかしながら本発明は、これら増分に限定されない。他の帯域幅増分も、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。光タップルーティング装置４３５は、帯域幅を分割する際、プログラムを実行する。このプログラムは、単一ポートに割り当てた加入者グループと通信するためのプロトコルを定義する。この単一ポートは、各タップマルチプレクサ４４０に接続している。
【０１１８】
ステップ１４２５において、光タップルーティング装置４３５が処理した下り電気信号は、タップマルチプレクサ４４０によって多重化する。そしてステップ１４３０において、光送信器３２５は、下り電気信号を下り光信号に変換する。前記した通り、光送信器３２５は、ファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ送信器、分散フィードバックレーザ（ＤＦＢ）、あるいは面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の１つから構成できる。しかしながら、前記した通り、他のタイプのレーザも本発明の範囲を逸脱しない。
【０１１９】
ステップ１４３５において、第１光導波路１６０から受信した単方向無線周波変調光信号を、スプリッタ４１５によって複数パスに分割する。次にステップ１４４０において、無線周波変調光信号の下りパスを、タップマルチプレクサ４４０が発信した下り光信号のパスと結合する。
【０１２０】
図１５は、本発明に基づくレーザトランシーバノード１２０の一例によって上り光信号を扱う処理例を示す論理流れ図である。すなわち図１５は、少なくとも１人の加入者からデータサービスハブへの光信号の伝送処理を示す。
【０１２１】
前記した通り、以下に説明する処理におけるいくつかのステップは、記述通りに本発明を機能させるため、他のステップに先行させねばならない。しかしながら本発明は、その機能に変更を生じない限り、記述のステップ順序に限定されない。すなわちあるステップを他のステップの前あるいは後に実行しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【０１２２】
ステップ１５０５は、レーザトランシーバノード上り処理例１５００の最初のステップである。ステップ１５０５において、加入者が発信した光タップ１３０への上り光信号は、配信光導波路１５０を経由する。次にステップ１５１０において、光受信器３７０は前記上り光信号を変換する。ステップ１５１５において、前記上り電気信号は光タップルーティング装置４３５において結合する。次にステップ１５２０において、光タップルーティング装置４３５は、上り帯域幅を加入者に配分する。これは、図１４を参照して説明した下り光帯域幅の配分方法と同様である。
【０１２３】
上り光信号に関し、光タップルーティング装置４３５は、時分割複数アクセス（ＴＤＭＡ）を使用し、複数のタップマルチプレクサ４４０が発信する信号を処理あるいは支援できる。当業者には明らかな通り、時分割複数アクセスにおいて、光タップルーティング装置４３５は、１つのタップマルチプレクサ４４０から他のタップマルチプレクサ４４０へ適宜切り換えできる。逆に、下り光信号については、光タップルーティング装置４３５は、時分割多重化（ＴＤＭ）を用いる。当業者には明らかな通り、時分割多重化は、光タップルーティング装置４３５がデータを複数のタップマルチプレクサ４４０へ送る時に発生する。時分割多重化において、信号が取り除かれることはなく、従って受信クロックは同期を維持する。
【０１２４】
ステップ１５２５において、光導波トランシーバ４３０または光送信器７２０は、結合した上り電気信号を上り光信号に変換する。次にステップ１５３０において、結合した上り光信号は、第２光導波路１７０または第３光導波路１８０等の光導波路を介してデータサービスハブ１１０へ伝送する。
【０１２５】
図１６は、本発明に基づく光タップ１３０による単方向および双方向光信号の処理を示す論理流れ図である。前記した通り、以下に説明する処理におけるいくつかのステップは、記述通りに本発明を機能させるため、他のステップに先行させねばならない。しかしながら本発明は、その機能に変更を生じない限り、記述のステップ順序に限定されない。すなわちあるステップを他のステップの前あるいは後に実行しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【０１２６】
ステップ１６０５は、光タップ処理１６００の第１ステップである。ステップ１６０５は、レーザトランシーバノードに接続した配信光導波路１５０等の光導波路からの信号を、結合信号入出力ポート５０５に向かわせる。次にステップ１６１０において、光スプリッタ５１０は、タップした下り光信号を分割する。光スプリッタ５１０は、１つ以上の加入者インタフェース、他のタップ、スプリッタ、またはそれらの組合せに前記下り光信号を分割し、配信光導波路１５０を経由して伝送できる。ステップ１６１５において、光スプリッタ５１０は、下りタップ結合光信号を各加入者へ伝送でき、各加入者からの上り光信号を受信し結合することができる。
【０１２７】
図１７は、本発明に基づく加入者光インタフェース１４０による単方向光信号および双方向光信号の処理例を示す論理流れ図である。前記した通り、以下に説明する処理におけるいくつかのステップは、記述通りに本発明を機能させるため、他のステップに先行させねばならない。しかしながら本発明は、その機能に変更を生じない限り、記述のステップ順序に限定されない。すなわちあるステップを他のステップの前あるいは後に実行しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【０１２８】
ステップ１７０５は、加入者光インタフェース処理１７００の第１ステップである。ステップ１７０５において、光ダイプレクサ５１５は、結合下り光信号を受信する。次にステップ１７１０において、タップマルチプレクサ４４０が発信した下りデータ光信号から無線周波変調下り光信号を分離する。ステップ１７１５において、アナログ光受信器５２５は、前記下り無線周波変調光信号を下り電気光信号に変換する。前記した通り、アナログ光受信器５２５は、アナログ変調信号とデジタルテレビ用デジタル変調信号との両方を扱える。
【０１２９】
ステップ１７２０において、デジタル光送信器５３０は、上り電気信号を光信号に変換する。前記した通りデジタル光送信器５３０は、ファブリペロー（Ｆ−Ｐ）レーザ送信器、分散フィードバックレーザ（ＤＦＢ）、面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）、あるいは他の同様のレーザの１つから構成できる。前記上り電気信号は、電話入出力ポート５５５、またはデータインタフェース５６０，または両方（前記した通り）から発生できる。
【０１３０】
ステップ１７２５において、処理装置５５０は、デジタル光受信器５４０が送り出した下り電気信号を受信する。処理装置５５０は、この電気信号を、電話入出力ポート５５５，またはデータインタフェース５６０，または両方等の適切な出力装置へ伝送する。前記した通り電話入出力ポート５５５，またはデータインタフェース５６０，または両方は、上り電気信号を発生できる。これら信号は、処理装置５５０に送り、次にデジタル光送信器５３０がそれらを光信号に変換する。
【０１３１】
当業者には明らかな通り、本発明の光ネットワーク構成１００は、光信号を介して、映像、電話、およびコンピュータ通信サービスの少なくとも１つを提供できる。また当業者には明らかな通り、無線周波変調信号からなる映像層を光ネットワーク構成例１００から省略しても、本発明の範囲および要旨を逸脱しない。
【０１３２】
本発明は、ネットワーク加入者に対して上りおよび下りとも同一ビットレートでの伝送を実現する全て光ファイバからなるネットワークおよび方法を提供する。さらに本発明は、多数の加入者にサービスを提供できると共にデータサービスハブにおける接続数を削減できる光ネットワークシステムおよび方法を提供する。
【０１３３】
さらに本発明は、データサービスハブと加入者との間に配置可能であり、屋外環境条件に耐えるように設計可能な能動信号源を提供する。この能動信号源は、撚り線に吊り下げるようにあるいは台座に取り付けるように設計できる。すなわち通信ネットワークのラストマイルに配置する従来のケーブルテレビ装置のように設計できる。本発明のシステムおよび方法は、少なくとも１ギガビットあるいはそれより高速なイーサネット通信を光形式においてデータサービスハブから受信でき、その光帯域幅を所定数の配信グループに分割できる。本発明のシステムおよび方法は、光ネットワークの１人以上の加入者の要求に基づき、帯域幅を追加あるいは削減できる。さらに本発明の光ネットワークシステムは、完全にネットワーク側から効率的なアップグレードができる。すなわち光ネットワークシステムは、ハードウエアのアップグレードを、データサービスハブと能動信号源（データサービスハブと加入者との間に配置）との間の位置あるいはそれら内の位置において実行できる。
【０１３４】
前記説明は、本発明の実施例を示すのみであり、本発明には、請求の範囲記載の本発明の範囲および要旨を逸脱することなく、多数の変更が可能であると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づく、光ネットワーク構成の一例における主要部品を示す機能ブロック図である。
【図２】
本発明に関する光ネットワーク構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】
本発明のデータサービスハブの一例を示す機能ブロック図である。
【図４】
本発明に基づく屋外レーザトランシーバノードの一例を示す機能ブロック図である。
【図５】
本発明の一実施例に基づく、単一光導波路によって加入者インタフェースに接続した光タップを示す機能ブロック図である。
【図６】
本発明の別実施例に基づくデータサービスハブの一例を示す機能ブロック図であり、上り光信号と下り光信号とを別々の光導波路を介して伝送する。
【図７】
上りおよび下り光信号と単方向信号とを受け取り可能な屋外レーザトランシーバノードの一例を示す機能ブロック図であり、前記上りおよび下り光信号は別々の光導波路を介して伝送し、前記単方向信号は前記下り光信号と混合できる。
【図８】
光信号を受け取り可能な屋外レーザトランシーバノードの別の例を示す機能ブロック図であり、前記光信号は、別々の上りおよび下り光導波路を伝わる信号と、単方向信号用の複数の光導波路を伝わる信号とを含む。
【図９】
データサービスハブの他の実施例を示す機能ブロック図であり、映像または無線周波信号等の単方向信号と下り光信号とを結合する。
【図１０】
屋外レーザトランシーバノードの他の例を示す機能ブロック図であり、下り光信号と無線周波送信信号あるいは映像データ等の単方向信号とから成る結合下り信号を処理できる。
【図１１】
屋外レーザトランシーバノードの他の例を示す機能ブロック図であり、タップマルチプレクサと各加入者グループとの間に二重トランシーバを用いる。
【図１２】
屋外レーザトランシーバノードの他の例を示す機能ブロック図であり、光タップを内蔵する。
【図１３】
本発明のレーザトランシーバノードによって単方向および双方向光信号を処理する方法の一例を示す論理流れ図である。
【図１４】
本発明に基づくレーザトランシーバノードによって下り光信号を扱う処理の一例を示す論理流れ図である。
【図１５】
本発明に基づくレーザトランシーバノードの一例によって上り光信号を扱う処理の一例を示す論理流れ図である。
【図１６】
本発明に基づく光タップによって単方向および双方向光信号を処理する過程を示す論理流れ図である。
【図１７】
本発明に基づく加入者インタフェースによって単方向光信号および双方向光信号を処理する過程を示す論理流れ図である。
【図１】
2004511177.tif 000003
【図２】
2004511177.tif 000004
【図３】
2004511177.tif 000005
【図４】
2004511177.tif 000006
【図５】
2004511177.tif 000007
【図６】
2004511177.tif 000008
【図７】
2004511177.tif 000009
【図８】
2004511177.tif 000010
【図９】
2004511177.tif 000011
【図１０】
2004511177.tif 000012
【図１１】
2004511177.tif 000013
【図１２】
2004511177.tif 000014
【図１３】
2004511177.tif 000015
【図１４】
2004511177.tif 000016
【図１５】
2004511177.tif 000017
【図１６】
2004511177.tif 000018
【図１７】
2004511177.tif 000019
【国際公開パンフレット】
2004511177.tif 000020
2004511177.tif 000021
2004511177.tif 000022
2004511177.tif 000023
2004511177.tif 000024
2004511177.tif 000025
2004511177.tif 000026
2004511177.tif 000027
2004511177.tif 000028
2004511177.tif 000029
2004511177.tif 000030
2004511177.tif 000031
2004511177.tif 000032
2004511177.tif 000033
2004511177.tif 000034
2004511177.tif 000035
2004511177.tif 000036
2004511177.tif 000037
2004511177.tif 000038
2004511177.tif 000039
2004511177.tif 000040
2004511177.tif 000041
2004511177.tif 000042
2004511177.tif 000043
2004511177.tif 000044
2004511177.tif 000045
2004511177.tif 000046
2004511177.tif 000047
2004511177.tif 000048
2004511177.tif 000049
2004511177.tif 000050
2004511177.tif 000051
2004511177.tif 000052
2004511177.tif 000053
2004511177.tif 000054
2004511177.tif 000055
2004511177.tif 000056
2004511177.tif 000057
2004511177.tif 000058
2004511177.tif 000059
2004511177.tif 000060
2004511177.tif 000061
2004511177.tif 000062
2004511177.tif 000063
2004511177.tif 000064
2004511177.tif 000065
2004511177.tif 000066
2004511177.tif 000067
2004511177.tif 000068
2004511177.tif 000069
2004511177.tif 000070
2004511177.tif 000071
2004511177.tif 000072
2004511177.tif 000073
2004511177.tif 000074
2004511177.tif 000075
2004511177.tif 000076
2004511177.tif 000077
2004511177.tif 000078
2004511177.tif 000079
2004511177.tif 000080
2004511177.tif 000081
2004511177.tif 000082
2004511177.tif 000083
2004511177.tif 000084
2004511177.tif 000085
2004511177.tif 000086
2004511177.tif 000087
2004511177.tif 000088
2004511177.tif 000089
2004511177.tif 000090
2004511177.tif 000091
2004511177.tif 000092
2004511177.tif 000093
2004511177.tif 000094
2004511177.tif 000095
2004511177.tif 000096
2004511177.tif 000097
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004511177.tif 000098
2004511177.tif 000099
【国際調査報告】
2004511177.tif 000100
2004511177.tif 000101
2004511177.tif 000102