JP2006332937A - 無線アクセスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】無線変調信号を周波数多重して送信する際に、信号多重数が変化した場合も伝送効率を向上させる無線アクセスシステムを提供する。
【解決手段】入力情報を無線変調信号に変換する変調部と複数の前記無線変調信号を周波数多重する周波数多重部と、前記無線変調部から出力された信号を光信号に変換し光伝送路へ送出する第１の光送信部と、前記アンテナ局から出力された光信号を電気信号に変換する第１の光受信部と、前記第１の光送信部から出力された電気信号を復調し情報を得る復調部とを備えるセンター局と、前記光伝送路から入力された光信号を無線信号に変換し、アンテナへ送出する第２の光受信部と、アンテナで受信した無線信号を光信号に変換し光伝送路へ送出する第２の光送信部とを備えるアンテナ局とを有し、信号多重数に応じて、前記アンテナ局が通信できる範囲を調節する機能を有する無線アクセスシステム。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数チャネルの信号を同時通信する無線アクセスシステムに関する特許であり、より特定的には、リモートアンテナを複数の地点へ配置したＤＡＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた無線アクセスシステムにおいて、より効率的な運用を実現するシステムの制御方法に関するものである。

従来のＤＡＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）の構成図を図２に示す。図２においてセンター局１０１とアンテナ局２０１〜２０４は、光ファイバ８５１〜８５４で接続されている。９０１はデジタル通信網であり、例えばイーサーネット等である。８０１は電気ケーブルであり、デジタル通信網とセンター局を接続する。ここで下り系について説明する。センター局１０１において、デジタル通信網より入力されたベースバンド信号は、アンテナ局２０１〜２０４と端末３０１〜３０４間の通信に使用する無線信号に変換され、さらに、本無線信号は光信号に変換された後、光ファイバケーブルへ送出される。アンテナ局２０１〜２０４において、光ファイバ８５１〜８５４から入力された光信号は、無線信号に変換され、アンテナから端末３０１〜３０４へ送信される。

無線ＬＡＮなどの無線アクセスシステムにＤＡＳを適用することで、無線変復調部等を含むアクセスポイントをセンター局に一括して配備できる為、システム管理が容易になり、又、変調フォーマットの変更に対しても柔軟に対応できるなどのメリットをもつ。

さらに、複数の無線信号を周波数多重して光伝送することも可能である為、トラフィックが多い場合においても、同一のセルに複数チャネルの無線信号を送信することにより伝送容量を増加させることが可能である。又、異なるフォーマットの無線信号を多重伝送することで、同一エリアに複数のサービスを同時に提供することも可能である。

しかしながら、無線信号の多重数が増加すると、光源の歪および雑音の影響により、上り系においてダイナミックレンジが制限される。図３〜図６を用いて動作を説明する。図３は、アンテナ局の光送信部の構成、図４はセンター局の光受信部の構成、図５はアンテナ局における送信部へ入力される信号のスペクトラム、図６はセンター局における受信部から出力される信号のスペクトラムを示す。図５に示すように、アンテナ局の送信部へ入力される信号は振幅の異なる３波の変調信号Ｓ２０１〜Ｓ２０３が多重されている。このような信号を光源２１３へ入力すると、図６に示す様に、光源の非線形性による相互変調歪や、相対強度雑音（ＲＩＮ）等の影響で、変調信号Ｓ２０１〜Ｓ２０３のＤＵＲが劣化する。すなわち、Ｓ２０１の様に入力レベルの小さい信号は相互変調歪および雑音に埋もれてしまい正常に受信することができない。従って、光源の非線形性による歪や雑音の影響により、最小受信電力が制限され、ダイナミックレンジの劣化を引き起こす。
Ｇ．Ｐ．ＡＧＲＡＷＡＬ， "ＦＩＢＥＲ−ＯＰＴＩＣ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ"， ｐｐ３８１−ｐｐ３８２，２００２

上述の様に複数の信号を多重伝送する場合、光源の非線形性による歪や雑音の影響を顕著に受ける為、セル半径を制限する方法などを用いてあらかじめ光源へ入力される信号のダイナミックレンジを制限する必要がある。

例えば、このようなシステムを会議室へ設置する場合、高いスループットの実現、複数のサービスの提供等を目的として複数の信号を多重伝送することが考えられる。その場合、多重信号数および会議室の広さに応じて複数のアンテナを設置する必要がある。しかしながら、会議の規模によって必要な伝送容量およびサービスが異なる為、常に最高のパフォーマンスを実現するシステムを構築することは消費電力等の観点から効率が悪い。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、送信信号の多重数に応じて、セル半径を変化させると共に、信号多重数の少ない時は使用するアンテナ局の数を減らすことで、消費電力を低減し、効率的なシステムの運用を実現するものである。

第１の発明は、センター局とアンテナ局を具備し、複数の無線変調信号が周波数多重された信号を用いて通信を行う無線アクセスシステムであって、センター局は、入力情報を無線変調信号に変換する変調部と複数の前記無線変調信号を周波数多重する周波数多重部と、無線変調部から出力された信号を光信号に変換し光伝送路へ送出する第１の光送信部と、前記アンテナ局から出力された光信号を電気信号に変換する第１の光受信部と、第１の光送信部から出力された電気信号を復調し情報を得る復調部とを具備し、アンテナ局は、光伝送路から入力された光信号を無線信号に変換し、アンテナへ送出する第２の光受信部と、アンテナで受信した無線信号を光信号に変換し光伝送路へ送出する第２の光送信部とを具備し、信号多重数に応じて、アンテナ局が通信できる範囲を調節する機能を有することを特徴とする無線アクセスシステム。

第２の発明は、第１の発明に記載の無線アクセスシステムであって、アンテナ局が通信できる範囲の調節をセンター局において制御し、さらに電波を送信する必要がないアンテナ局においては、電波を送信しないようにセンター局で制御することを特徴とする無線アクセスシステム。

第３の発明は、センター局は、信号多重数に対応する情報を含む制御信号を無線変調信号に多重することを特徴とする第１の発明および第２の発明に記載の無線アクセスシステム。

第４の発明は、アンテナ局は、制御信号を基に信号多重数を検出する第１の信号多重数検出部を具備することを特徴とする第２の発明および第３の発明に記載の無線アクセスシステム。

第５の発明は、制御信号を基に信号多重数を検出する第２の信号多重数検出部を具備する無線端末をさらに有することを特徴とする第３の発明に記載の無線アクセスシステム。

第６の発明は、アンテナ局は、信号多重数を基にアンテナで受信した電気信号の振幅を減衰あるいは、増幅する第２の振幅調整部を具備することを特徴とする第４の発明に記載の無線アクセスシステム。

第７の発明は、アンテナ局は、信号多重数を基に無線信号の送信を停止することができる送信制御部を具備することを特徴とする第４の発明に記載の無線アクセスシステム。

第８の発明は、アンテナ局は、信号多重数を基に電源を遮断あるいは供給する電源制御部を具備することを特徴とする第４の発明に記載の無線アクセスシステム。

第９の発明は、無線端末は、信号多重数を基に無線信号の送信電力を増幅あるいは減衰することができる送信電力制御部を具備することを特徴とする第５の発明に記載の無線アクセスシステム。

第１０の発明は、センター局は、制御信号と無線変調信号を周波数多重する周波数多重部を具備することを特徴とする第３の発明に記載の無線アクセスシステム。

第１１の発明は、センター局は、制御信号で変調された光信号を出力する第３の光送信部を具備し、第３の送信部から出力された光信号と第１の光送信部から出力された光信号とを波長多重することを特徴とする第３の発明に記載の無線アクセスシステム。

第１２の発明は、センター局は、入力情報のヘッダ部に、信号多重数に対応する情報を付加することを特徴とする第３の発明に記載の無線アクセスシステム。

第１３の発明は、センター局は、信号多重数に応じて無線変調信号の振幅を調整する第１の振幅調整部を有することを特徴とする第１の発明に記載の無線アクセスシステム。

第１４の発明は、アンテナ局は波長多重された信号を異なる波長ごとに分離する波長分離部を有することを特徴とする第１１の発明に記載の無線アクセスシステム。

上記第１の発明によれば、信号多重数に応じて、アンテナ局が通信できる範囲を調節することができる為、信号多重数が増加した場合においてもデータの損失を伴わず、確実に通信を行うことができる。

上記第２の発明によれば、信号多重数に応じてアンテナ局における電波の送受信を制御することができるため、信号多重数が少ない場合、使用するアンテナの数を減らすことができ、消費電力の観点から効率的なシステム運用が可能になる。

上記第３の発明によれば、信号多重数に対応する情報をセンター局からアンテナ局へ送信することができるため、アンテナ局において信号多重数に応じた制御が可能になる。

上記第４の発明によれば、アンテナ局において信号多重数を検出することで、それに応じた制御が可能になる。

上記第５の発明によれば、端末が信号多重数検出部を具備することで、端末において、信号多重巣に応じた制御が可能になる。

上記第６の発明によれば、信号多重数に応じて、アンテナで受信した電気信号の振幅を制御することが出来るため、信号多重数増加に伴う伝送品質の劣化を最小限に抑えることができる。

上記第７の発明によれば、アンテナ局において、信号多重数に応じて無線信号の送信を停止することができるため、消費電力の低減が可能になる。

上記第８の発明によれば、アンテナ局において、信号多重数に応じてアンテナ局の電源を遮断することができるため、消費電力の低減が可能になる。

上記第９の発明によれば、無線端末において、信号多重数に応じて無線信号の送信電力を制御することができるため、信号多重数が増えた場合、無線端末の送信電力を下げることで、光伝送に伴う信号品質の劣化を低減することができる。

上記第１０の発明によれば、信号多重数の情報を有する制御信号を無線変調信号と周波数多重して光伝送することができるため、光伝送路の数を低減することができる。

上記第１１の発明によれば、信号多重数の情報を有する制御信号を無線変調信号と波長多重して光伝送することができるため、光伝送路の数を低減することができる。

上記第１２の発明によれば、信号多重数の情報をヘッダ部に付加することで、アンテナ局における復調動作のみで、信号多重数の情報を復元することが出来る。

上記第１３の発明によれば、信号多重数に応じて無線変調信号の振幅を調整することができる為、下り系光伝送における伝送品質の劣化を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図１および図７から図１６を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における無線アクセスシステムの構成ならびに動作を説明する図である。まず図１を用いて、本実施形態の構成を説明する。図１は、１台のセンター局１００に４台のアンテナ局２０５〜２０８が光ファイバ８５５を用いてスター型に接続されており、複数のアンテナ局２０５〜２０８により広い通信エリアをカバーする場合を示している。ここで、図１３にアンテナ局２０５〜２０８から送信される無線信号のスペクトラムを模式的に示す。図１３は、４波の無線変調信号Ｓ２１１〜Ｓ２１４が周波数多重されている様子を示している。

まず、下り系の動作について説明する。ネットワーク９０１からの情報は、センター局１００へ入力される。センター局１００では、入力された情報を４波の無線変調信号へ変換した後、それぞれを周波数多重する。さらに、当該信号は、光信号へ変換され光ファイバ８５５へ送出される。センター局１００と各アンテナ局２０５〜２０８はスター型に接続されており、センター局１００から出力された光信号はそれぞれのアンテナ局２０５〜２０８へ分配される。アンテナ局２０５〜２０８は、光ファイバ８５５から入力された光信号を電気信号へ変換し、アンテナより放射する。アンテナ局２０５〜２０８が通信可能な範囲はそれぞれＡ２０５〜Ａ２０８である。上り系は、基本的に下り系と逆の動作である。アンテナ局２０５〜２０８はそれらがカバーする通信エリアＡ２０５〜Ａ２０８に存在する端末から送信された無線信号をアンテナで受信した後光信号に変換し、光ファイバ８５５へ送出する。センター局１００は、光ファイバ８５５から入力された光信号を無線変調信号に変換し、さらに当該無線変調信号を復調することで、端末から送信された情報を得る。

ここで、背景技術の項でも述べたように、無線変調信号の多重数が増加するに伴い、センター局１００およびアンテナ局２０５〜２０８に内蔵される電気／光変換部（通常は半導体レーザーを使用）における電気／光変換特性の非線形性および雑音の影響により、無線変調信号の信号品質が劣化する。図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、電気／光変換部への入力レベルに対するＤＵＲ（Ｄｅｓｉｒｅｄ Ｕｎｄｅｓｉｒｅｄ Ｒａｔｉｏ）を示しており、信号多重数が２チャンネルおよび４チャンネルの場合である。図１５に示すように、入力レベルが小さくなると電気／光変換部の雑音の影響により、ＤＵＲが劣化し、入力レベルが大きくなると電気／光変換部の非線形性に伴う歪の影響でＤＵＲが劣化する。入力レベルのダイナミックレンジは、所要性能を満たす入力レベルの最大値と最小値の差で表される。図１５より信号多重数が２から４へ増加すると、歪の影響により、入力レベルの大きい領域でＤＵＲが劣化し、ダイナミックレンジが狭くなる。図１６に信号多重数に対するダイナミックレンジを計算した例を示す。図１６で分かるように、信号多重数が増加するとダイナミックレンジが減少する。従って、無線信号の多重数の増減に合わせて、各アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲を最適に調整することができる。

従って、本実施形態では、無線変調信号の信号多重数に応じて各アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲Ａ２０５〜Ａ２０８を変化させる。

以下、図７、図８を用いて、アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲の制御方法を具体的に説明する。図７は、センター局の構成、図８は通信可能範囲を制御するアンテナ局２０５〜２０８の構成である。まず、下り系の動作について説明する。図７に示すセンター局１００において、少なくとも１以上の変調部１２０、１２１は、入力情報を複数の無線変調信号に変換する。周波数多重部１３０は、変調部１２０、１２１から出力された無線変調信号と、信号多重数の情報を含む制御信号とを周波数多重する。第１の振幅調整部２４５は、信号多重数の情報をもとに、周波数多重部１３０から出力された信号を光送信部においてＤＵＲが劣化しないレベルに調整する。第１の振幅調整部２４５より出力された信号は、第１の光送信部１４０で光信号に変換され、光ファイバへ送出される。図８に示すアンテナ局２０５〜２０８において、第２の光受信部２２０は、光ファイバから入力された光信号を電気信号に変換する。第１の信号多重数検出部２３０は、第２の光受信部２２０から出力された電気信号の中から、センター局１００で多重された制御信号を抽出し、信号多重数の情報を出力すると同時に、アンテナから送信する無線変調信号を出力する。

次に上り系の動作を説明する。図８に示す第２の振幅調整部２４０は、第１の信号多重数検出部２３０から出力された信号多重数の情報を基に、アンテナで受信した無線信号の振幅を調節する。より具体的には、信号多重数の情報を基に、受信した無線信号の最大振幅が、所要性能を満足する最大入力レベル（図１５参照）を超えないように、アンテナで受信した無線信号の振幅を減衰／増幅する。振幅調整部から出力された信号は、第２の光送信部２５０により光信号に変換され、センター局１００へ送信される。このような方法をとることにより、無線信号の多重数の増減に合わせて、各アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲を最適に調整することができる。

さらに、信号多重数の情報を含む制御信号の多重方法として、図１１に示す様な波長多重を用いても同様の効果が得られる。すなわち、制御信号を第３の光送信部１７０を用いて、第１の光送信部から出力される光信号と異なる波長を有する光信号に変換し、波長合波部１８０により、それぞれの光信号を足し合わせる方法である。

上記の様な実施形態によれば、無線変調信号の信号多重数に応じて各アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲を制御することができる為、信号多重数が増えた場合においても確実に通信することが可能になる。

尚、本実施形態では、各アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲を変化させる方法として、図８に示す第２の光送信部２５０へ入力される信号レベルを第２の振幅調整部２４０において調整する方法を用いているが、アンテナ局２０５〜２０８へ電波を送信する各無線端末において、無線信号のレベルをあらかじめ調整して送信する方法を用いても同様の効果が得られる。すなわち、各無線端末において、無線変調信号に周波数多重された制御信号をもとに、信号多重数の情報を抽出し、その情報をもとに送信する無線信号のレベルを調整する。

（実施の形態２）
上記実施の形態１では無線変調信号の信号多重数に応じて各アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲を変化させる方法を説明した。本実施形態では、上記方法に加えて、電波を送信する必要がないアンテナ局の電源あるいは電波の送信を停止することにより、消費電力の低減を可能にし、システムの効率的な運用を実現する方法について説明する。

以下、図９、図１０、図１２を用いて動作を説明する。

図１２に本実施形態におけるブロック図を示す。本実施形態における基本的な動作は、上記第１の実施形態と同様であるが、信号多重数に応じて電源あるいは電波の送信を遮断することができるアンテナ局２０９、２１０を有する点で異なる。図１２は、例として図１４に示す様に伝送信号多重数を２チャンネルとした時の通信可能範囲を示している。図１２に示す様に、信号多重数が少ない場合とダイナミックレンジを拡大することができる為、通信可能範囲は、信号多重数が４の時（図１参照）と比較して広くすることが出来る。この場合、アンテナ局２０９、２１０の電波の送信を停止しても、通信可能範囲は変わらない。従って、必要のないアンテナ局２０９および２１０からの電波の送信を停止することで、消費電力の低減が可能になる。

次に電波の送信を停止する具体的な方法を説明する。図９、図１０は電波の送信を停止することができるアンテナ局２０９、２１０の構成を示す。図９に示す様に、第１の信号多重数検出部２３０から出力された信号多重数の情報をもとに、電源制御部２６０にて電源を遮断する。別の方法として図１０に示す様に第１の信号多重数検出部２３０から出力された信号多重数の情報をもとに、送信制御部２７０にて無線信号の送信を停止する。

尚、本実施形態では、通信可能範囲を制御するアンテナ局と電波の送信を停止するアンテナ局はそれぞれ異なるとして説明しているが、１つのアンテナ局が両方の機能を具備しても同様の効果が得られる。

上記の様な実施形態によれば、信号多重数が少なく、各アンテナ局２０５〜２０８の通信可能範囲を広く確保することが出来る場合、電波を送信する必要がないアンテナ局２０９、２１０の電源あるいは電波の送信を停止することができる為、消費電力の低減が可能になり、システムの効率的な運用が可能となる。

本発明の無線アクセスシステムは、様々なフォーマットの無線変調信号を周波数多重して長距離伝送する方法として有用である。さらに、効率的な無線アクセスシステムを構築することも可能になる。

本発明の第１の実施形態における無線アクセスシステムの構成図 従来のＤＡＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）の構成図 従来のアンテナ局における送信部の構成図 従来のセンター局における受信部の構成図 従来のアンテナ局における送信部へ入力される信号のスペクトラムを説明する図 従来のセンター局における受信部から出力される信号のスペクトラムを説明する図 本発明第１の実施形態におけるセンター局の構成図 本発明第１の実施形態におけるアンテナ局の構成図 本発明第２の実施形態におけるアンテナ局の構成図 本発明第２の実施形態におけるアンテナ局の構成図 本発明第１の実施形態におけるセンター局の構成図 本発明の第２の実施形態における無線アクセスシステムの構成図 本発明の第１の実施形態におけるアンテナ局から送信される無線信号のスペクトラムを説明する図 本発明の第１の実施形態におけるアンテナ局から送信される無線信号のスペクトラムを説明する図 本発明の第１の実施形態における無線アクセスシステムのＤＵＲを説明する図 本発明の第１の実施形態における無線アクセスシステムのダイナミックレンジを説明する図

符号の説明

１００，１０１ センター局
１１１ 受光素子
１１２ 分波部
１１３，１１４ 復調部
１２０，１２１ 変調部
１３０ 周波数多重部
１４０ 第１の光送信部
１５０ 第１の光受信部
１６０ 復調部
１７０ 第３の光送信部
１８０ 波長合波部
２００〜２１０ アンテナ局
２１１ アンテナ
２１２ レベル調整部
２１３ 光源
２２０ 第２の光受信部
２３０ 第１の信号多重数検出部
２４０ 第２の振幅調整部
２４５ 第１の振幅調整部
２５０ 第２の光送信部
Ｓ２０１〜Ｓ２０３ 周波数多重無線変調信号のスペクトラム
Ｓ２１１〜Ｓ２１４ 周波数多重無線変調信号のスペクトラム
８０１ 電気ケーブル
８５１〜８５５ 光ファイバ
９０１ ネットワーク
Ａ２０５〜Ａ２０８ 各アンテナ局と通信可能な範囲
３０１〜３０４ 無線端末

Claims (14)

1. センター局とアンテナ局を具備し、複数の無線変調信号が周波数多重された信号を用いて通信を行う無線アクセスシステムであって、
   前記センター局は、
   入力情報を無線変調信号に変換する変調部と複数の前記無線変調信号を周波数多重する周波数多重部と、
   前記変調部から出力された信号を光信号に変換し光伝送路へ送出する第１の光送信部と、
   前記アンテナ局から出力された光信号を電気信号に変換する第１の光受信部と、
   前記第１の光送信部から出力された電気信号を復調し情報を得る復調部とを具備し、
   前記アンテナ局は、
   前記光伝送路から入力された光信号を無線信号に変換し、アンテナへ送出する第２の光受信部と、
   アンテナで受信した無線信号を光信号に変換し光伝送路へ送出する第２の光送信部とを具備し、
   信号多重数に応じて、前記アンテナ局が通信できる範囲を調節する機能を有する無線アクセスシステム。
2. 請求項１に記載の無線アクセスシステムであって、前記アンテナ局が通信できる範囲の調節をセンター局において制御し、さらに電波を送信する必要がない前記アンテナ局においては、電波を送信しないように前記センター局で制御する無線アクセスシステム。
3. 前記センター局は、信号多重数に対応する情報を含む制御信号を前記無線変調信号に多重する請求項１または請求項２に記載の無線アクセスシステム。
4. 前記アンテナ局は、前記制御信号を基に信号多重数を検出する第１の信号多重数検出部を具備する請求項または請求項３に記載の無線アクセスシステム。
5. 前記制御信号を基に信号多重数を検出する第２の信号多重数検出部を具備する無線端末をさらに有する請求項３に記載の無線アクセスシステム。
6. 前記アンテナ局は、信号多重数を基にアンテナで受信した電気信号の振幅を減衰あるいは、増幅する第２の振幅調整部を具備する請求項４に記載の無線アクセスシステム。
7. 前記アンテナ局は、信号多重数を基に無線信号の送信を停止することができる送信制御部を具備する請求項４に記載の無線アクセスシステム。
8. 前記アンテナ局は、信号多重数を基に電源を遮断あるいは供給する電源制御部を具備する請求項４に記載の無線アクセスシステム。
9. 前記無線端末は、信号多重数を基に無線信号の送信電力を増幅あるいは減衰することができる送信電力制御部を具備する請求項５に記載の無線アクセスシステム。
10. 前記センター局は、前記制御信号と前記無線変調信号を周波数多重する周波数多重部を具備する請求項３に記載の無線アクセスシステム。
11. 前記センター局は、前記制御信号で変調された光信号を出力する第３の光送信部を具備し、前記第３の光送信部から出力された光信号と前記第１の光送信部から出力された光信号とを波長多重する請求項３に記載の無線アクセスシステム。
12. 前記センター局は、前記入力情報のヘッダ部に、前記信号多重数に対応する情報を付加する請求項３に記載の無線アクセスシステム。
13. 前記センター局は、前記信号多重数に応じて前記無線変調信号の振幅を調整する第１の振幅調整部を有する請求項１に記載の無線アクセスシステム。
14. 前記アンテナ局は前記波長多重された信号を異なる波長ごとに分離する波長分離部を有する請求項１１に記載の無線アクセスシステム。

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