(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間光広帯域アクセスシステムにおいて用いる、ソースと複数の宛先との間の通信のための装置であって、
前記ソースにおいて、レーザビームを、前記複数の宛先のおのおのにステアリングするための手段；
前記ステアリングするための手段に接続され、前記複数の宛先のおのおのから、変調されたレーザビームを受信するための手段；
通信信号を通信網から受信し、及び通信信号を前記通信網に送信するための手段；
前記ステアリングするための手段と前記通信信号を前記通信網から受信するための手段とに接続された手段であって、前記複数の宛先のおのおのに向けてステアリングされるレーザビームを、前記通信網から受信された通信信号にて変調するための手段；および
前記通信信号を前記通信網に送信するための手段に接続された手段であって、前記複数の宛先のおのおのから受信されたレーザビームを復調し、受信された信号を前記通信網に送信するようにする手段を含み、前記ステアリングするための手段は、
前記変調され送信されるレーザビームを、あるサイクルの間、前記複数の宛先の各アクティブな宛先にステアリングする手段からなり、
前記サイクルが、前記ソースと複数の宛先との間の通信のための装置と前記複数の宛先の各アクティブな宛先との間で伝送されるデータの遅延の許容限度内に収まるような期間に制限されることを特徴とする、ソースと複数の宛先との間の通信のための装置。
【請求項２】
前記システムが、さらに、前記複数の宛先のおのおのに設置された宛先装置を備え、前記宛先装置が：
前記ソースと複数の宛先との間の通信のための装置に向けてレーザビームを送信するためのレーザビーム手段；
前記ソースと複数の宛先との間の通信のための装置からレーザビームを受信するための受信手段；
前記送信されるレーザビームを前記複数の宛先の前記おのおのからのデータにて変調するための手段；および
データを前記複数の宛先のおのおのに送信するために前記受信されるレーザビームを復調するための手段から構成されることを特徴とする請求項１の自由空間光広帯域アクセスシステム。
【請求項３】
複数の前記ソースと複数の宛先との間の通信のための装置からなる第一のセットが一つの塔の上に設置され、前記複数の装置のおのおのが、前記塔の上に設置された前記複数の装置がカバーできるエリアのあるセクタ内の複数の宛先にサービスを提供することを特徴とする請求項１の自由空間光広帯域アクセスシステム。
【請求項４】
前記ソースと複数の宛先との間の通信のための装置の一つ以上が、あるセクタ内の複数の宛先と、冗長経路を介して、通信できることを特徴とする請求項３のシステム。
【請求項５】
前記ステアリングするための手段に接続された、前記ソースのデフレクションを補償するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項６】
前記補償するための手段が、前記宛先のおのおのにおいて受信された信号のエラー率が高いことを検出するための手段を含むことを特徴とする請求項５の装置。
【請求項７】
前記補償するための手段が、複数の受信光ダイオードと、前記複数のダイオードのおのおののにおいて信号強度エラー率を測定し、前記レーザビームの角度を修正するための手段を含むことを特徴とする請求項５の装置。
【請求項８】
前記補償するための手段が、前記レーザビームが設置された塔のデフレクションの急速な変化を検出するための手段を含むことを特徴とする請求項５の装置。
【請求項９】
前記塔のデフレクションの急速な変化が、風に起因し、加速度計によって検知されることを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１０】
前記補償するための手段が、前記レーザビームが設置された塔のデフレクションのゆるやかな変化を検出するための手段を含むことを特徴とする請求項５の装置。
【請求項１１】
前記塔のデフレクションのゆるやかな変化が、前記塔の不均一な加熱に起因し、全ての側面に配置された温度センサによって検知されることを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記通信信号を通信網から受信するための手段と前記通信信号を前記通信網に送信するための手段との間で通信するためのソース間バックボーン／網がさらに含まれることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項１３】
さらに、前記ソースの前記レーザビーム（装置）から信号を受信し、変調されたレーザビームを、変調されたレーザビームを受信するための前記手段に送信する複数の宛先ユニットを備えることを特徴とする請求項１の自由空間光広帯域アクセスシステム。
【請求項１４】
前記宛先ユニットが、顧客の屋内装置とインタフェースする室内部分と、前記ソースと複数の宛先との間の通信のための装置と通信するための屋外部分から構成されることを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１５】
前記宛先ユニットが、さらに、受信された信号のエラー率を測定し、エラー率情報を、前記ソースと複数の宛先との間の通信のための装置に送信するための手段を備えることを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１６】
さらに、信号対雑音比を向上させるための光フィルタを備えることを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１７】
さらに、太陽光が集中することによる破壊から設備を保護するためのフィルタを備えることを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１８】
信号を宛先ユニットに送信するために用いられるレーザビームの波長と、信号を宛先ユニットから送信するために用いられる波長が異なることを特徴とする請求項８の装置。
【請求項１９】
さらに、信号対雑音比を向上するための光フィルタを備えることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２０】
さらに、太陽光が集中することによる破壊から設備を保護するためのフィルタを備えることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２１】
あるセクタ内の複数の宛先にサービスを提供する前記複数の装置のおのおのが、隣接するセクタの縁に位置する宛先にもサービスを提供することにより、隣接するセクタにサービスを提供するユニット間の負荷のバランスが図られることを特徴とする請求項３のシステム。
【請求項２２】
さらに、前記エリアの全セクタをカバーする第二のセットの装置を具備することを特徴とする請求項３のシステム。
【請求項２３】
前記第二のセットの装置に割当てられる第二のセットのセクタと、前記第一のセットの装置に割当てられる第一のセットのセクタとが角度的に変位されることを特徴とする請求項２２のシステム。
【請求項２４】
各セクタが４５°の基本角度をカバーし、前記第二のセットのセクタが前記第一のセットのセクタから、２２．５°だけ変位されることを特徴とする請求項２３のシステム。
【請求項２５】
データが登り流方向と下り流方向に同時に伝送され、登り流の送信のための波長と下り流の送信のための波長が異なることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２６】
前記複数の宛先のうちのアクティブな宛先のおのおのが、所定の短い時間期間内に、少なくとも一度はサービスを提供され、非アクティブな宛先は、重負荷状況においては、それより低い割合でサービスを提供されることを特徴とする請求項２６の装置。
【請求項２７】
前記複数の宛先のおのおのが電力用のバックアップ蓄電池を備え、これによって、前記装置によってサービスを提供される電話ユーザに対して、信頼性のある電力が供給されることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２８】
発散や気象条件に対する耐性を改善するとともに、目に対する安全性を向上するビームエクスパンダをさらに備えることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２９】
各アクティブなユーザ宛先に対して、各サイクルの時間の上限が設定され、前記時間の上限に達する前に特定のアクティブなユーザ宛先との間で伝送するために利用できるデータがなくなった場合は、次のアクティブなユーザ宛先との間の伝送が開始されることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３０】
各アイドルなユーザ宛先が、少なくともユーザアクティビティサイクル当たり一度はテストされ、そのアイドルなユーザ宛先がアクティブになったか調べられることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３１】
前記ユーザアクティビティサイクルが、前記変調され送信されたレーザビームをステアリングするための前記サイクルより長いことを特徴とする請求項３０の装置。
【請求項３２】
設置の際に、前記ソースについてのおおむねのデフレクション角度が、グローバルポジショニング装置（GPS）を用いてユーザの位置を決定して前記ユーザの位置から前記ソースの位置への角度を計算することにより、計算されることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３３】
前記角度の計算を中央の運用管理保守プロビジョニング（ＯＡＭ＆Ｐ）局が遂行し、結果を前記ソースに通知することを特徴とする請求項３２の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連する特許出願】
本出願は、本出願の発明者により１９９９年１月１９日付で出願された仮出願第６０／１１６，３７８号の優先権を請求するものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域自由空間光通信システムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
家庭もしくは企業（事業所）へのマルチギガビット通信に対する需要は急速な増加を見せている。このような高（広）帯域幅は、コンピュータアクセス、ウエブサーフィング、マルチメディア、音声、電子メール、ビデオアプリケーションなどをサポートするために必要となる。ただし、不幸なことに、ＤＳＬ（Asymmetric、Symmetric、およびRate Adaptiveを含むDigital Subscriber Line：非対称、対称、速度適応を含むデジタル加入者線）、ケーブルモデム、無線広帯域、衛星、および加入者へのファイバは、全て、それらの展開を妨げる問題を抱える。例えば、ＤＳＬは、地中銅線を再使用し、従って、布設は簡単で安価であるが、ただし、ループ特性と関連する技術的な制約を持ち、帯域幅は数Ｍｂｐｓに制限される。無線広帯域のネットワーク展開も簡単で安価であるが、ただし、規制とスペクトル割当の問題を抱える。ファイバおよび衛星の展開は帯域幅は豊富であるが、ただし、費用が割高となる。実際、ユーザは、現在大きな企業イントラネット施設によって享受されるのと同程度の品質、信頼度、速度を、どこにいても利用できることを期待している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、しばしば、ポイント・ツウ・ポイント地上マイクロ波システムが用いられている。このサービスにおいては、アンテナが、サービスを希望する加入者を直接に見通すことができる高い塔の上に設置される。このようなアンテナが、各加入者に対して１つ設置される。加入者のアンテナと塔に設置されたアンテナとは、おのおのが、互いの方向に向くように、整合される。このシステムは、高価となる。つまり、塔の上に設置されたアンテナが、各加入者に毎に必要となることに加えて、システムを設置する際に、そのアンテナを、加入者の位置と整合することが必要となる。さらに、このシステムの信頼度は、各アンテナとそれと関連するエレクトロニクスの信頼度によっても制限される。
【０００５】
現在使用されているもう一つのシステムとして、ＬＭＤＳ（Local Multi-Point Distrubution System：ローカルマルチポイント配信システム）がある。このシステムにおいては、中央の全方向性アンテナが複数の加入者を扱い、各加入者は、中央アンテナの方向を向くように設置された指向性アンテナを持つ。この構成では、全ての加入者が無線スペクトラムの単一のスライスを共有する必要があることに加えて、無線システムは広く放射されるために、無線スペクトラムの使用について個々にライセンス（認可）を得る必要があり、これらと関連する問題を抱える。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従来の技術が抱える上述の問題の解決および技術的な進歩が本発明によって達成される。本発明によると、高いプラットホーム上の適当な箇所に設置されたＯＬＳＴ（optical line-of-sight tranceiver：見通し内光トランシーバ）を用いて、そのＯＬＳＴの見通しエリア内の複数の加入者のおのおのに、ステアブルな（操舵可能な）変調されたレーザビームが送信される。ＯＬＳＴがある特定の加入者にステアリングされたとき（向けられたとき）、ＯＬＳＴの方も、顧客からの信号を受信し、こうして、反対の方向の通信も確立され、これによって、特定の顧客に向けてステアリングされた信号が正常に受信されているか否かのフィードバックも可能となる。長所として、この構成では、塔上に設置することを必要とされるＯＬＳＴの数が大幅に低減されるとともに、ポイント・ツウ・ポイント配信システムで必要とされる、塔の上に設置される個々のＯＬＳＴを、手作業にて、顧客のアンテナと整合させることに伴う設置（据付）の問題も解消される。ＯＬＳＴは、塔のセクタと呼ばれるある角度領域内の複数の顧客を扱うことができる。数人から数百人の加入者が単一の仮想パイプ（塔の一つのセクタ）を共有し、あるセクタ内の顧客は、数百Mbpsの帯域幅を共有して利用することができる。
【０００７】
一つの好ましい実施例においては、塔の上に、塔の周囲の様々なセクタを扱うために、一群の立体角（方位角、仰角）を持つセクタＯＬＳＴが設置される。好ましい実施例においては、８個の異なるセクタを扱う（に割当てられた）一群の８個のＯＬＳＴが各ハブの部分として設置される。長所として、こうすることで、各ＯＬＳＴに要求されるステアリングの角度を制限することができる。
【０００８】
好ましい実施例においては、各顧客には全反復サイクルの内のある時間スライスが供給され、この時間スライスの間に、セクタＯＬＳＴと顧客との間で、ある下り流波長と、これとは広く離された別の登り流波長を用いて、情報が伝送される。この反復サイクルは、典型的には、２０ミリ秒とされるが、割当てられる時間サイクルの量は、ハブと特定の顧客との間で伝送されるべきデータの量に依存して決めることができる。さらに、個々の全時間サイクルにおいて伝送することができるデータの量は、同一の時間サイクルにおいて扱われる他の顧客の需要や、システム要素の電子的、機械的、および光学的設計に依存する。好ましくは、このサイクル時間は、双方向に伝送される情報の遅延を、対話サービスや音声伝送をサポートするのに必要なレベルに押えることができるような期間に制限される。
【０００９】
好ましい実施例においては、ペアの光検流計（あるいは他のビームステアリング装置）を用いて、送信および受信ミラーの角度が、レーザが、特定のＯＬＳＴが現在それと通信している単一の加入者に向けられるように、あるいは、その加入者からレーザを受信できるように制御される。ただし、レーザビームをステアリングするために、他のビームステアリング装置、例えば、結晶ベースのビームデフレクタ（偏向器）を用いることもできる。光検流計は、例えば、General Scanning Corporationや、Cambridge Scientific Corporationによって製造されている。この技法を用いると、レーザビームおよび受信装置を、ある顧客から別の顧客に迅速に移動させることができ、レーザビームを移動させるためのオーバヘッドを最小限に押さえることができる。走査システムは、以下の２つの事象の一つが発生したとき、すなわち、各方向において伝送されるべきデータの全ての伝送が終了したとき、あるいは、顧客に対して割当てられた時間スライスが終了したとき、ビームを次の顧客に移動させる。時間スライスのサイズは、音声サービスなどの遅延に敏感なサービスの遅延を押さえるために、ビームの順番が、各アクティブな（稼働中の）顧客に、遅延を許容できる範囲内に押さえるために要求される最大期間、例えば、２０ミリ秒内に、少なくとも一度は、回ってくることが保証されるようなサイズに選択される。レーザを駆動するデータ（通信網からのデータ）と、光アセンブリによって受信されるデータ（顧客からのデータ）は、交換装置、例えば、ルータを介してやりとりされ、ルータは、塔（ハブ）を相互接続するとともに、塔（ハブ）を長距離設備に接続する、広帯域バックボーン網に接続される。
【００１０】
一つの好ましい実施例においては、全体を統括するユニットが、各ＯＬＳＴ内のローカル制御ユニットに対して、どの加入者がどのＯＬＳＴによって制御される（扱われる）べきかを指令する。長所として、こうすることで、２つのセクタのどちらによっても扱うこともできるセクタが重複するエリア内の加入者を相対的に忙しくない方のセクタによって扱うことが可能となり、システム全体の容量が増加する。
【００１１】
各加入者の端末は、２つの固定光アセンブリから構成され、両方とも、設置時に慎重に整合され、永久的に固定される。第一の光アセンブリは、登り流データにてバースト的に変調されるレーザ（装置）から成り、送信のタイミングは、ハブのスキャナがその加入者をポイントした結果として送信される下り流バーストと一致するように慎重に同期される。第二の光アセンブリは、下り流リンクを終端する（下り流データを受信する）レンズと光受信機から成る。下り流受信機からの、ハブに向けて送信され、ハブによって受信されるデータは、その後、通常のローカルエリア網に送られる。ローカルエリア網は、加入者端末とユーザが接続することを必要とする様々な装置をバックボーン網に接続し、バックボーン網は、複数のハブを相互接続するとともに、これらを他の伝送もしくは交換システムに接続する。
【００１２】
好ましい実施例においては、下り流の信号と登り流の信号に異なる波長が用いられ、これによって、長所として、登り流と下り流のクロストークが最小に押さえられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
加入者は、高速インターネットアクセスを要望しているととともに、これに対して正当な料金を支払う意志もある。広帯域（＞１Mbps）アクセスシステムの展開は、期待するほど進展していない。新たなサービス（例えば、テレコミュニケーションやウエブビデオなど）は、２〜２０Mbpsを要求する。新たなインターネット／イントラネットバックボーンは、十分な容量を持つが；ただし、アクセスがボトルネックとなっている。他方において、現代のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）は、インターネットアクセスデータを１０〜１００Mbpsにて処理する能力を持つ。
【００１４】
現存の広帯域アクセス技法は、様々な制約を抱える。ケーブルモデムの展開は、主に、単方向プラントの更新の問題のために遅れており、ＤＳＬの展開は、ループのクオリフィケーション（品質）、ＣＰＥのアベイラビリティ、規制などにより、遅れている。ＳＤＶ（switched digital video：スイッチドデジタルビデオ）に至っては、死産のようにさえ見え、ＦＴＴＸ（企業、カーブ、家庭、サービスエリア、その他へのファイバ）は、建設コストが高くつく。
【００１５】
ＬＭＤＳ（Local Multi-point Distribution System：ローカルマルチポイント配信システム）やＭＭＤＳ（Multi-point Multi-gigabit：マルチポイントマルチギガビット配信システム）などの広帯域無線も、有望ではあるが、幾つかの問題を抱える。つまり、各施設に対してＦＣＣスペクトルのライセンス（認可）が必要とされ；国際ライセンスに至っては取得は全く困難であり；塔構造のために住民からの反発を招く恐れがあり；降雨フェージングのために、．９９９９９サービス信頼度を保証するために、レンジ（塔間の間隔）は、約１．５マイル（約２．４キロ）に制限される。ポイント・ツウ・ポイントシステムは、設置の費用が、ポイント・ツウ・マルチポイントシステムの約２倍となり、他方、ポイント・ツウ・マルチポイントシステムは、容量、信頼度、プライバシーなどの問題を抱える。
【００１６】
従って、広帯域無線の多くの長所、例えば、設置の簡単さ、スケーラビィリティ（拡張性）、ほぼユニバーサルな（どこからでも可能な）アクセスなどは持つが、短所、例えば、スペクトルライセンスの問題や、共有媒体の欠点、つまり、容量、信頼度、プライバシーなどの問題は持たない広帯域アクセス網に対する要請が存在する。
【００１７】
自由空間（フリースペース）光システムは、これらの問題の多くを解決する。このシステムのトポロジーは、ポイント・ツウ・マルチポイントのマイクロ波無線配信ＬＭＤＳサービスとほぼ同一である。つまり、このシステムは、（恐らくは多くのセクタを持つ）中央ハブと、各加入者の所に設置された“アンテナ”様の要素から構成されるが、ただし、このシステムは、マイクロ波無線の代わりに、自由空間（フリースペース）光リンクと、レーザ（ＬＡＳＥＲ）を用いる。光ビーム走 査技法がハブの所で、ビームをあるユーザから次のユーザに迅速に移動させるために用いられ、任意の数の仮想ポイント・ツウ・ポイントリンクが形成される。赤外光の２つの異なる波長が、登り方向と下り方向に対して用いられる。好ましい実施例においては、１３１０ナノメートルの波長が登り方向に対して用いられ、１５５０ナノメートルの波長が下り方向に対して用いられる。各ハブは、最高、８個までの（幾分重さなる）セクタから構成することができる。各セクタは、各方向に対して、１５５なるビット速度、つまり、６２２ｂｐｓの容量を持つ。各ハブは、約２マイル（約３キロ）の半径を有し、最大で、約１０，０００世帯を扱うことができる。適正なサービス受信率と使用率を想定した場合、各アクティブな住宅加入者は、５Ｍｂｐｓなる平均（持続可能双方向）データ速度と、最高１００Ｍｂｐｓなるピーク速度を持ち、企業（事業）加入者は、最高４５Ｍｂｐｓなる平均速度と、６２２Ｍｂｐｓなるピーク速度を持つ。典型的な遅延は、１００ミリ秒以下（最良の場合で約１０ミリ秒、最悪の場合で約３００ミリ秒）であり、このシステムは、．９９９９９なる信頼度を保証する。このシステムは、ユーザから見た場合は、ＩＰプロトコル、エッジルータ、およびバックボーンへのＯＣ−３もしくはＯＣ−１２リンクを用いる大きなスイッチドイーサネットハブのように思える。設置時間には、典型的には、ＤＢＳ（Direct Broadcast Satellite：直接放送衛星）のそれと類似する衛星ディッシュを取り付けるために、約１時間が必要となるだけである。
【００１８】
設置（据付）手続きは極めて単純である。自由空間光広帯域アクセス網の設置と整合は２つの段階からなる。
【００１９】
最初に、中央ハブのサイト（場所）が選択される。通常は、これは、頑丈なビルや塔の上の、対象の加入者集団への視界が妨げられないような位置（場所）に選択される。次に、中央ハブが設置され、信頼できる電気設備、避雷設備、およびバックボーンフィーダリンクが設けられる。
【００２０】
加入者端末を設置するためには、現場担当者によって、最初に、ロケーション（所在地の状況）が調査され、端末を設置する位置（場所）や、利用すべき中央ハブとそのセクタが決定される。これらは、差動ＧＰＳ（Global Positioning System：グローバルポジショニングシステム）を実装したラップトップコンピュータを用いて、無線モデムから中央ＯＡＭ＆Ｐ局（Operation,Administration,Maintenance,Provisioning Bureau:運用管理保守プロビジョニング局）までの地理的ロケーションを知ることで行なわれる。次に、加入者端末の屋外ユニットが堅固に設置され、ハブに照準が合わせられる（“bore-sighted”）。典型的には、加入者端末はハブと、約１度の公差にて整合される。その後、ケーブルが張られ、室内ユニットが設置される。次に、担当者は、加入者のＰＣ上のアプリケーションソフトウエアを実行し、ＯＡＭ＆Ｐ局に電話を掛け、加入者に対する最適な中央ハブを決定（識別）する。次に、担当者は、選択された中央ハブに対して、加入者の位置を計算するように要請し（コマンドし）、走査角度を修正することで、ビームの方向を合わせ、最後に、新たな加入者を走査リストに追加する。すると、ハブは、最初は、加入者のおおよその位置にビームを移動させ、次に、微調節過程を遂行することで、最適な走査角度を決定し、この結果を格納する。次に、リンクの登りと下りの両方向について、ビットエラー率のテストが遂行され、必要であれば、加入者端末の微調節が行なわれる。次に、インターネットアドレスが更新され、課金が開始され、こうして設置（据付）は終了する。
【００２１】
システムの信頼性を向上させるために、第一の中央ハブの上に第二の中央ハブを設置することもできる。個の８セクタから構成されるシステムの場合は、第二の中央ハブは、最良な冗長が得られるように、第一の中央ハブから約２２．５度だけオフセットされる。第二のハブは、両方が作動している場合は、システムの容量を増加させることができ、第一のハブが故障した場合は、システムの半分の容量を確保することができる。加えて、第一のハブの一つのセクタが故障した場合に、第二のハブを用いて、これに対処することもできる。この場合は、２２．５度のオフセットが存在するために、第二のハブの２つのセグメント（セクタ）が用いられる。
【００２２】
加えて、塔の頂上のもう一つのハブを、塔間の通信のために使用し、塔への光ファイバ接続の必要性を省くこともできる。この場合、これら相互接続された塔は、ネットワークを形成し、特定のトラヒックを受信するために通常用いられている特定の塔が故障した場合は、そのトラヒックを別の塔にルートすることもできる。この場合、このトラヒックは、ハブ間を必要な回数だけホップした後に、高速データバックボーンに直接に接続されたハブに到達する。
【００２３】
要約すると、本発明による自由空間光広帯域網は、他の広帯域アクセスアーキテクチャに対するユニークな代替を提供する。このシステムは、マイクロ波無線網の多くの長所、例えば、同程度のサービスのために利用可能な時間と、コスト面での長所を持ち、他方において、スペクトルのライセンス（認可）や、共有媒体であることに由来する他の短所は持たない。このシステムで提供できるサービスには、ウエブアクセス、在宅勤務（ワークアットホーム）、ＶＰＮ、ビデオオンデマンド、電話などが含まれる。このシステムは、家庭用モードでは、殆どのタイプのＤＳＬを超えるスループットを持ち、企業（事業）用モードでは、ＤＳ３の容量を有する。さらに、幾つかのゆるやかな（グレースフルな）成長シナリオが用意されており、“pay as you grow（成長の段階に応じた）”展開が可能である。．９９９９９の信頼度をサポートするために、冗長設備を簡単に追加することができる。加入者当たりのコストは、ＬＭＤＳと（ＲＦスペクトルのライセンスを取得するかなりなコストを除いても）同程度であり、ＤＳＬ、ＨＦＣ、ＳＤＢ、ＦＴＴＸなどよりは低い。このシステムは、設置（据付）が非常に簡単である（器用な人であればエンドユーザでも据付けることができる）。
【００２４】
これらの全てが付録の図面に示される。
図１は、自由空間広帯域光アクセスシステム（ＦＳＢＯＡＳ）を図解するブロック図である。
【００２５】
塔１、例えば、現存の貯水塔が、中央ハブ２を設置するために用いられる。ハブは、多数の潜在的な加入者を直接に見通すことができるような十分に高い位置に設置される。ハブは、これら加入者の様々な異なるグループを分担する複数のセクタから構成される。加入者局２１、２２、．．．、２５は、セクタＡ内に位置し、通常は、中央ハブのセクタＡのＯＬＳＴが分担し、加入者局４３、．．．４４は、通常は、中央ハブのセクタＢのＯＬＳＴが分担する。
【００２６】
図２Ａ／２Ｂは、中央ハブのアーキテクチャの詳細を示すブロック図である。図２Ｂに示すように、中央ハブ２は、８個のセクタユニット２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８から構成され、これらユニットは、全て、コントロール／ルータ論理２１０によって制御される。図２Ａに示すように、コントロール／ルータ論理２１０は、バックボーン網に接続され、このバックボーン網は、コントロール／ルータ論理２１０が加入者との間でやりとりされている通信信号を、これら信号を配信するための網に接続する。別の構成として、コントロール／ルータ論理２１０にて、イントラハブ（ハブ内）トラヒックを制御することもできる。図２Ｂは、これら８個セクタの内のセクタ２０１を詳細に示す。このセクタ２０１は、自身のセクタ論理２１１を備え、セクタ論理２１１は、コントロール／ルータ論理２１０の制御下で、セクタ２０１の動作を制御する。コントロール／ルータ論理２１０は、プロトコルのチェックと変換、制御機能、およびＯＡＭ＆Ｐ（運用管理保守プロビジョニング）を遂行し、セクタ論理２１１は、ミラーの制御、レーザ電力の制御、およびビット誤り率の計算を遂行する。保守機能は、各セクタ論理２１１内でローカル的に供給することも、コントロール／ルータ論理２１０から供給することも、両者によって供給することもできる。
【００２７】
図２Ａに示すように、バックボーン網からの信号は、ハブのレーザ２１２に通され、この信号によってレーザ２１２の出力が変調される。好ましい実施例においては、下り流波長、つまり、加入者に送信される光信号の波長は、１５５０ナノメートル（ｎｍ）とされる。レーザ２１２の出力は、ビームエクスパンダ（拡大器）２１３によって拡大される。この拡大は、加入者によって受信されるビームの発散（ダイバージェンス）の低減、信号を遮る降雨・降雪からの干渉の低減、光電力密度の低減（目に対する安全性の向上）などに有効である。ビームエクスパンダ２１３の出力は、ビームスプリッタ（分割器）２１４に入る。ビームスプリッタ２１４は、送信された（下り流）ビームの通過を許す機能と、登り流ビームを光ダイオード２２０に向ける（当てる）機能を持つ。ビームスプリッタ２１４は、さらに、フィルタとして、登り流波長を中心とする狭い波長帯域を選択する機能を持つ。この機能は、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を改善することに加えて、時折光ダイオードに直接に当る太陽光がこれを損傷することを防止する。
【００２８】
下り流ビームを所定の目標に向けるシステムと、登りビームを選択するシステムは、両方とも、同一の見通しライン内に横たわるために、同一システムとされる。（出力）ビームスプリッタ２１４は、下り流ビームをミラー２１６に向けるが、Ｘ軸の方向／偏向（デフレクション）が第一の検流計２１５によって制御される。ミラー２１６の出力は、ミラー２１８に向けられ、Ｙ軸の方向／偏向（デフレクション）が第二の検流計２１７によって制御される。ミラー２１８の出力は、下り流ビームを形成し、これは、そのセクタが現在通信している加入者に向けられる。登り流ビーム（実際にはもっと広いが、説明の便宜上、非常に狭いビームとして示される）は、ミラー２１８の所に受信される。この登り流ビームは、例えば、設置（据付）際に、加入者の出力ビーム（登り流ビーム）を適当なセクタに向けた結果として送信される。ミラー２１８は、ビームが常にミラー２１８に当るように、幾分大きめに作られ、ミラー２１６に近接して配置される。登り流ビームは、ミラー２１８とミラー２１６によって、次々と反射された後に、ビームスプリッタ２１４の所に到着し、ここから、レンズ系２１９に偏向（デフレクト）される。レンズ系２１９は、この登り流ビームを光ダイオード２２０に向ける。好ましい実施例においては、登り流ビームは、下り流ビームと容易に分離できるように、１３１０ナノメートルなる波長とされる。光ダイオード２２０の出力は、次に、セクタ論理２１１を経て、コントロール／ルータ論理２１０に至り、ここから、バックボーン網へと送信される。塔の周囲に時折もしくは常時風が存在するような環境では、整合を維持するためにサーボ機構が用いられる。目標精度は、２つのタイプの外乱によって影響を受ける。第一の外乱は、塔の風による横揺れの影響である。このため、加速度センサが、ビーム角度を補償するために、コントロール／ルータ論理２１０に組み込まれる。もう一つの外乱は、太陽からの不均一な加熱による塔のデフレクション（傾き）である。このため、各セクタには、温度センサ２３０が設けられ、コントロール／ルータ論理２１０は、各温度センサの出力を用いて、垂直からの塔のデフレクション（傾き）を推定し、走査角度を修正する。
【００２９】
一つの実施例においては、ペアのハブが上下に互いに２２．５°だけオフセットするように積み重ねて用いられる。平時は、各ハブが加入者の半分のみを担当し、一方のハブがなんらかの理由で故障した場合は、他方のハブで全ての加入者を低減された容量にて扱われる。低減された容量でも全ての通信が維持される可能性は非常に高いことに注意する。このようにペアのハブを２２．５°だけオフセットさせて用いた場合、一方のハブの一つのセクタが故障したとき、他方のハブの２つのセクタにて故障したセクタのトラヒックを（それが既に扱っているトラヒックに追加する形で）受け持つことで追加の保護を提供することができる。ハブは、バックボーン網に、光ファイバリンクを用いて、あるいは、塔上に別個のハブもしくはトラヒックハブの一つの部分として設置された自由空間レーザリンクを用いて接続される。信号は、次に、塔の相互接続メッシュを通じてバックボーン網に送られる。複数の塔の一つが故障した場合は、その塔によって扱われていた信号は、このメッシュの網を構成する他の塔を介して再ルートされる。
【００３０】
塔が高い安定性を持つこと、もしくは、その移動（傾き）が検出および補償できることは非常に重要なことである。移動（傾き）は、塔が風の影響で動いたときの加速度を検知すること、あるいは、様々なリンクのビット誤り率を測定するフィードバック技法を用いることで検出され、塔が移動した（傾いた）ことが検出されると、偏向角が補償される。このためには、顧客（下流）ユニットによって、ビットエラー率が測定され、これらエラー率が登り方向に報告される。顧客（下流）ユニットによる高いエラー率の検出は、ハブからの送信角度を、少なくとも一時的に、変更すべきであることの指標となる。様々な異なる角度を試し、され、結果を内挿、あるいは他の宛先に対して外挿することで、エラー率が最も低くなる角度が見つけられる。加えて、光ダイオード２２０を象限光検出器にて置換することもできる。象限光検出器は、５個の光ダイオードのアセンブリから成り、１個が中央に配置され、残りの４個がその周囲に対称的に配置される。そして、周囲のいずれかの光ダイオード上に検出される信号が上昇した場合、ビーム修正信号がセクタ論理２１１に送られる。セクタ論理２１１は、これに基づいて走査角度を修正することで、ビームの中心を修正する。
【００３１】
図３は、加入者局のアーキテクチャの詳細を示す。ユニット３０１は、加入者局の屋外部である。１５５０ナノメートルなる波長にて送信された下り流信号は、最初に、フィルタ３１１に入り、これを通過して、レンズ３１３に到着する。レンズ３１３は、下り流信号をピンホール３１５に集め、ピンホール３１５は、信号のエネルギーを光ダイオードユニット３１７に集中させる。フィルタ３１１は、ハブからの１５５０ナノメートルの信号のみを通過させ、これによって、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を増加させると共に、太陽がハブの真後ろに来る年２日の数分間において、光ダイオード３１９が溶融するのを回避する。光ダイオード３１９の出力は、前置増幅器３２１に供給され、前置増幅器３２１は、これを、トランシーバ論理３４１に供給する。トランシーバ論理３４１は、電力ユニット３４３から電力を受ける。電力ユニット３４３は、オプションとして、バックアップ蓄電池（図示せず）を備えることも考えられる。トランシーバ論理３４１は、電話に接続された電話インタフェース、すなわち、ＰＯＴＳ（Plain Old Telephone Service：旧式の簡易電話サービス）インタフェース３４５；テレビジョンセットに接続されたビデオインタフェース３４７；および一つあるいは複数のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を駆動するための１０／１００Ｍｅｇａｂｉｔ（より線対）イーサネットユニット３４９に接続される。反対の方向においては、トランシーバ論理３４１は、ドライバ３３１に接続される。ドライバ３３１は、１３１０ナノメートルの波長にて動作するレーザ３３３を変調する。レーザ３３３の出力は、ビームエクスパンダ（拡大器）３３５に供給される。ビームエクスパンダ３３５は、ビームを塔に送り返すが、これは、降雨・降雪等による発散劣化を低減するとともに、目に対する安全性を向上させる役割を果たす。
【００３２】
図４は、ハブのセクタを制御する過程を解説する。動作ブロック４０１において、サイクルが開始される。このサイクルは、データの遅延を制限するために、全体で２０ミリ秒に制限される。動作ブロック４０３において、スキャナが、次のユーザ（このユーザは最初は第一のユーザである）に移される。動作ブロック４０４において、タイマがリセットされ、タイミング（刻時）動作が開始される。次に、動作ブロック４０５において、ハブがプリアンブルを送信する。次に、動作ブロック４０７において、ユーザ端末が、プリアンブルの受信に応答して、ハブに同期し、動作ブロック４０９において、ユーザ端末がプリアンブルを受信したことの確認（アクノレッジ）を送り返す。次に、平行して、ハブは、動作ブロック４１１において、下り流データを送信し、ユーザ端末は、動作ブロック４１３において登り流データを送信する。次に、定期的に、テスト４１５において、タイマをチェックし、時間切れ（タイムウント）が発生したテストされる。まだ時間切れとなってない場合は、テスト４１７において、登り流および／あるいは下り流方向に伝送されるべきデータがまだ残っているか（データキューが空であるか）決定される。伝送すべきデータが残ってない（データキューが空である）場合は、動作ブロック４１９に進み、次のユーザが選択される。伝送すべきデータが残っている場合は、次のデータが伝送され、その後、テスト４１５が再び試みられる。テスト４１５において、タイマがタイムアウトしたことが示された場合は、動作ブロック４１９に進み、その後、動作は、動作ブロック４０３から再開される。
【００３３】
加えて、ハブは、定期的に、非アクティブな（稼働中でない）端末をチェックし、任意の非アクティブな端末がアクティブになる（稼働する）ことを希望してないか決定する。このために、ハブは、専用のプリアンブルを非アクティブな端末に送信し、非アクティブな端末は、アクティブとなることを希望する場合は、専用のアクノレッジメント（返事）を送り返す。この専用のアクノレッジメントに応答して、新たにアクティブとなった端末がアクティブな走査リストに追加され、次にサイクルにおいて、訪問される。リアルタイムを節約するために、各サイクルにおいて、アイドルな端末の一部のみが尋問（チェック）される。各アイドルな端末が一秒間に少なくとも一度尋問（チェック）される限り、十分なサービス時間を確保することができる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、上述の実施例は、単に、一例として示したものであり、当業者においては、本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な形態が明らかであると思われる。これら他の代替も本発明に入るものであり、本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハブ、塔、加入者の間の関係を図解するシステムの略図である。
【図２Ａ】中央ハブの技術的詳細を図解するブロック図である。
【図２Ｂ】中央ハブの技術的詳細を図解するブロック図である。
【図３】加入者局の技術的詳細を図解するブロック図である。
【図４】ＯＬＳＴの制御を図解する流れ図である。
【符号の説明】
１  塔
２  中央ハブ
２１〜４４  加入者局
２０１〜２０８  セクタユニット
２１０  コントロール／ルータ論理（ハブ論理ユニット）
２１１  セクタ論理
２１２  レーザ
２１３  ビームエクスパンダ（拡大器）
２１４  ビームスプリッタ（分割器）
２１５  第一の検流計
２１６  ミラー
２１７  第二の検流計
２１８  ミラー
２１９  レンズ系
２２０  光ダイオード
２３０  温度センサ
３０１  屋外ユニット
３０４  室内ユニット
３１１  フィルタ
３１３  レンズ
３１５  ピンホール
３１７  光ダイオードユニット
３１９  光ダイオード
３２１  前置増幅器
３３１  ドライバ
３３３  レーザ
３３５  ビームエクスパンダ（拡大器）
３４１  トランシーバ論理
３４３  電力ユニット
３４５  ＰＯＴＳインタフェース
３４７  ビデオインタフェース
３４９  １０／１００Ｍｅｇａｂｉｔイーサネットユニット
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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