JP2007096775A - 無線基地局装置および通信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 センタ局1が、送信信号をアレイ処理前のベースバンドの状態で光ファイバに出力し、リモート局2側で、アレイ重みに従った送信信号のアレイ処理とRF信号への変換を行うことによって、アンテナ素子間で発生する送信信号偏差の校正をリモート局側に局所化した無線基地局装置。
【選択図】 図1
Description
センタ局5は、送信データを生成するデータ生成部501と、信号処理部502と、RF部503と、センタ局側光インタフェース部504とからなる。
データ生成部501で生成されたデータは、信号処理部502に入力され、アレイアンテナに供給すべき複数列の送信信号に変換される。信号処理部502は、入力信号に対して、ベースバンド変調、空間方向の変調(アレイ処理)、プローブ信号加算の3つの処理を実行する。
光ファイバで伝送される光信号は、波長によって伝播特性に違いがある。そのため、光ファイバーの出力端では、アレイアンテナに供給される複数の送信信号間で位相や振幅に偏差が生じている。
リモート局側光インタフェース部505は、光ファイバからの入力された複数の送信信号に対して、センタ局側光インタフェース部504とは対照的な処理を実行し、波長多重光信号を複数列のアナログRF信号に変換する。具体的には、先ず、波長分割処理によって、光ファイバから入力された波長多重信号を波長別に分離し、次に、光−電気変換によって、各波長の光信号を電気信号に変換して出力する。
本発明の他の目的は、上記構成の無線基地局において、複数の伝送信号間に発生する位相や振幅の偏差を校正するための校正系を局所化し、検査や調整などの保守作業を容易にすることにある。
本発明の更に他の目的は、センタ局とリモート局とからなり、広帯域通信にも適した無線基地局を提供することにある。
そこで、本発明の無線基地局は、センタ局(センタユニット)が、送信信号をベースバンド信号の状態で、光ファイバを通してリモート局に伝送することを特徴とする。また、本発明の無線基地局は、光ファイバに、アレイ処理を行う前の段階の送信信号とアレイ重み情報とを時間多重して送出することによって、光ファイバ区間でのアンテナ素子間の信号偏差の発生を回避することを特徴とする。本発明の構成によれば、アンテナ素子間の信号偏差の校正系は、リモート局内に局所化されるため、図8に破線で示したような、偏差をなくすための制御信号をリモート局からセンタ局にフィードバックする必要がなくなり、回路構成を簡単化できる。
本発明の無線基地局は、OFDM信号を送信する場合、センタ局で生成したOFDM信号を光ファイバでリモート局に送信し、リモート局側でアレイ信号処理とIFFT処理を行うことを特徴とする。リモート局は、OFDMで必要となるIFFTを実行する前にアレイ処理を行い、周波数領域においてプローブ信号を送信信号に加算する。プローブ信号の検出、偏差の測定結果に基づくアレイ重みの校正は、リモート局内に局所化して行われる。
図1は、本発明による無線基地局の第1の実施例を示す構成図である。
基地局は、光ファイバによって結合されたセンタ局1とリモート局2とからなる。ここに示した基地局は、例えば、セルラ通信に代表される移動体無線通信網用の基地局として使用される。或るサービスエリアで複数の基地局を必要とする場合、サービスエリア内に複数のリモート局2を分散配置し、これらのリモート局に結合された複数のセンタ局1を特定の場所に集中配置することができる。また、図には示していないが、複数のリモート局2を1つのセンタ局1に結合し、同一のセンタ局から各リモート局に送信信号を分配するシステム構成としてもよい。
本発明は、任意のアルゴリズムで決定されたアレイ重みが、各アンテナ素子に実際に供給された送信信号に期待通りに作用するように、送信回路系を校正する仕組みを備えたアレイアンテナ基地局用の送信系を提案するものであり、アレイ重みの決定アルゴリズムに特別な限定を与えるものではない。従って、ここでは、アレイ重みの決定方法と、それに必要な上り回線の信号に関する詳細説明は省略する。
データ生成部101は、移動端末に送信されるユーザデータを出力する。移動通信網において、センタ局1は、各移動端末への送信データをネットワークから受信する。この場合、ネットワークから受信した送信データを一時的に蓄積するバッファが、上記データ生成部101に該当する。
これに対して、本実施例では、送信データをベースバンド帯域で光ファイバ伝送しているため、所要帯域は、高々ベースバンド信号帯域であり、キャリヤの異なる複数チャネルの信号を時間多重しても、合計帯域は大きくならない。従って、複数チャネル信号を多重化する場合でも、光ファイバの本数を従来よりも低減することが可能となる。
リモート局側伝送路インタフェース部104は、光ファイバから受信した光信号を電気信号に変換し、時間多重された信号を分離する。これによって、同一チャネル内信号の多重化の場合、リモート局側伝送路インタフェース部104から送信変調信号(MOD Data)とアレイ重み(Array Weight)が出力される。
後述するように、アンテナ107に供給されたプローブ信号の振幅と位相をプローブ検出部108で検出することによって、アレイ処理部105からアンテナ107までの間で、プローブ信号が付随する送信信号が受けた振幅変化や位相変化を検出できる。信号経路の終端となるアンテナ端などで測定すると、プローブ信号は、アンテナ素子毎に若干異なった振幅と位相が検知される。
簡単化のために、例えば、2周波数のFFTを用いた場合で説明すると、期間T1では、アンテナ素子#1用のプローブ信号を周波数f1で送信し、アンテナ素子#2用のプローブ信号を周波数f2で送信する。次の期間T2では、逆に、アンテナ素子#1用のプローブ信号を周波数f2で送信し、アンテナ素子#2用のプローブ信号を周波数f1で送信する。このように、プローブ信号を周波数分割で送信することによって、コード多重の場合と同様に、送信側と同期して周波数ホップするプローブ検出部を使用することによって、アンテナ素子別のプローブ信号を個別に検出することが可能となる。
アンテナ107は、RF部106で電力増幅されたRF送信信号を空中に送信するためのインタフェースとなる。但し、送信信号の一部は、各アンテナ素子あるいはアンテナへの信号供給ケーブルに弱結合された電磁誘導素子により取り出され、プローブ検出部108に入力される。例えば、アンテナ107に隣接して、送信周波数付近で共振するアンテナ素子やマイクロストリップの共振器を配置することによって、送信信号の一部を電磁結合によってプローム検出部108に取り込むことができる。
例えば、(1)時分割で加算されたプローブ信号の場合は、プローブ信号に同期して受信信号を平均化するアンテナ素子別のプローブ検出手段を使用する。アンテナ素子#1用のプローブ検出手段では、アンテナ素子#1のプローブ信号の送信タイミングに同期して信号を受信し、プローブ信号(符号系列)に同期した符号器の出力に相関演算を行い、相関出力の強さや位相を検出する。必要に応じて、検出された相関出力の時間平均をとることによって、特定のアンテナ素子用の送信信号に加算されたプローブ信号の位相変動、振幅変動を観測する。
上記プローブ検出部108で得られた校正情報は、アレイ処理部105に入力される。アレイ処理部105は、プローブ検出部108から与えられた校正情報に基づいて、アンテナ素子別の送信信号に、位相回転あるいは振幅偏差の補正処理を行う。
図2は、本発明による無線基地局の第2の実施例を示す構成図である。第2の実施例は、リモート局2Aの構成が、第1の実施例と異なっている。
本実施例では、図1に示したアレイ処理部105が、変調送信信号(MOD Data)を処理するアレイ処理部109と、プローブ信号検出部108の出力情報に基づいてアレイ重み(Array Weight)を校正する重み校正部110とに分割されている。
本発明による無線基地局の第3の実施例として、図3に、MIMO(Multi-Input Multi-Outputの略)を採用した場合の無線基地局の構成図を示す。
MIMOでは、アンテナ素子毎に送信信号系列が異なる。そのため、センタ局1Bでベースバンド変調を行った時点で、アンテナ素子毎の複数の変調信号を生成しておく必要がある。従って、MIMOを採用した無線基地局では、第1、第2の実施例のように、センタ局1からリモート局2に、複数のアンテナ素子に共通のベースバンド信号を光ファイバ伝送することはできない。
第1の実施例では、ベースバンド変調部102が、各アンテナ素子に共通の1つの変調送信信号(MOD Data)と、アレイ重み(Array Weight)を出力していた。第3の実施例のベースバンド変調部111は、アンテナ素子数に対応する複数列の変調送信信号(モデム信号)を生成している。これらのモデム信号は、それぞれ異なった情報を搬送している。MIMO信号の生成方法としては、STBC(Space-Time Block-Coding)や、BLAST(Bell Labs Layered Space-Time)が周知となっている。
リモート局側伝送路インタフェース部114では、光ファイバから出力された光信号を電気信号に変換し、時分割多重されたベースバンド信号をベースバンド変調部111の出力と同じ複数列の送信信号に変換して(シリアル−パラレル変換)、アレイ処理部115に供給する。
本実施例によれば、キャリブレーション系を全てリモート局2側に集中配置できるため、保守作業を各リモート局側に局所化して、簡易化することができる。
図4は、本発明の第4の実施例として、直交周波数分割多重(OFDM)型の無線基地局の構成図を示す。
第4の実施例のセンタ局1Cは、データ生成部201と、ベースバンド変調部202と、センタ局側伝送路インタフェース部203とからなる。
センタ局側伝送路インタフェース部203は、パラレル−シリアル変換によって、これらのOFDM変調送信信号とアレイ重みを時間多重し、シリアル情報を光信号に変換して、光ファイバに出力する。
光ファイバからの受信信号は、リモート局側伝送路インタフェース部204で電気信号に変換され、シリアル−パラレル変換によって、周波数チャネル毎の送信信号とアレイ重みに分離して出力される。
本実施例によれば、センタ局1Cからリモート局2CにOFDM信号を送信する無線基地局において、校正系をリモート局に局所化できるため、保守作業を容易にし、且つ、光ファイバ区間での伝送情報量を削減することが可能となる。
図5は、本発明の第5の実施例として、MIMO−OFDM型の無線基地局の構成図を示す。
本実施例において、センタ局1Dは、MIMOとOFDMの両方に適合するために、アンテナ素子毎、周波数領域毎に異なる2次元の送信信号を生成する。
リモート局側伝送路インタフェース部213では、光ファイバから受信した信号を電気信号に変換した後、受信信号のシリアル−パラレル変換によって、アンテナ毎、周波数毎の2次元の送信信号列に分離する。
本実施例によれば、通信方式としてMIMO−OFDMを採用した場合でも、アレイアンテナ209における位相偏差や振幅偏差の校正系をリモート局に局所化することによって、保守作業を簡易にできる。また、センタ局とリモート局とを結合する光ファイバの伝送容量が少なくて済むため、ランニングコストを低減できる。
Claims (16)
- センタ局と、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを備えたリモート局とからなり、上記センタ局とリモート局が光ファイバで結合された無線基地局装置であって、
上記センタ局が、
送信信号をベースバンド変調する変調部と、
上記変調部から出力されたベースバンド信号を光信号に変換して上記光ファイバに送出する第1インタフェース部とを有し、
上記リモート局が、
上記光ファイバから受信した光信号を電気的なベースバンド信号に変換して出力する第2インタフェースと、
上記第2インタフェースから受信したベースバンド信号を、上記アレイアンテナのアンテナ素子と対応する複数列の送信信号に変換して出力する信号処理部と、
上記信号処理部から出力された各送信信号を無線周波数帯の送信信号に変換して、上記アレイアンテナのアンテナ素子に供給するRF部と、
上記アレイアンテナの各アンテナ素子に供給された送信信号から送信信号間に発生した偏差を検出する偏差検出部とを有し、
上記信号処理部が、上記偏差検出部で検出された偏差に基づいて、上記RF部に出力すべき送信信号を校正することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項1に記載の無線基地局装置において、
前記リモート局の信号処理部が、前記第2インタフェースから受信したベースバンド信号をプローブ信号付きの複数列の送信信号に変換して出力し、
前記偏差検出部が、前記アレイアンテナの各アンテナ素子に供給された送信信号からプローブ信号を抽出し、該プローブ信号に基づいて、送信信号間に発生した偏差を検出することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項2に記載の無線基地局装置において、
前記リモート局の信号処理部が、時間多重、コード多重、または周波数多重によって、前記各送信信号にプローブ信号を付加することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項1に記載の無線基地局装置であって、
前記センタ局の変調部が、前記ベースバンド信号と並列的にアレイ重み情報を出力し、
前記第1インタフェース部が、上記変調部から出力されたベースバンド信号とアレイ重み情報とを時間多重した光信号を前記光ファイバに送出し、
前記第2インタフェース部が、上記光ファイバから受信した光信号を電気信号に変換し、ベースバンド信号とアレイ重み情報とに分離して出力し、
前記リモート局の信号処理部が、上記第2インタフェース部から受信したベースバンド信号を上記アレイ重み情報に従って重み付けした複数列の送信信号に変換すると共に、前記偏差検出部で検出された偏差に基づいて、上記アレイ重み情報を適正化することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項1に記載の無線基地局装置であって、
前記センタ局の変調部が、前記ベースバンド信号と並列的にアレイ重み情報を出力し、
前記第1インタフェース部が、上記変調部から出力されたベースバンド信号とアレイ重み情報とを時間多重した光信号を前記光ファイバに送出し、
前記第2インタフェース部が、上記光ファイバから受信した光信号を電気信号に変換し、ベースバンド信号とアレイ重み情報とに分離して出力し、
前記リモート局が、上記第2インタフェース部から出力された重み情報を前記偏差検出部で検出された偏差に基づいて適正化する重み校正部を有し、
前記信号処理部が、上記第2インタフェースから受信したベースバンド信号を上記重み校正部で校正されたアレイ重み情報に従って重み付けして、前記複数列の送信信号に変換することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項1に記載の無線基地局装置であって、
前記センタ局の変調部が、送信信号を周波数チャネルの異なる直交周波数分割多重(OFDM)用の複数列のベースバンド送信信号に変換し、これらの送信信号とアレイ重み情報と並列的に出力し、
前記第1インタフェース部が、上記変調部から出力された複数列のベースバンド信号とアレイ重み情報とを時間多重した光信号を前記光ファイバに送出し、
前記第2インタフェース部が、上記光ファイバから受信した光信号を電気信号に変換し、周波数チャネル別の複数列のベースバンド信号とアレイ重み情報に分離して出力し、
前記リモート局が、上記第2インタフェース部から出力された重み情報を前記偏差検出部で検出された偏差に基づいて適正化する重み校正部を有し、
前記信号処理部が、上記第2インタフェースから受信した複数列のベースバンド信号を上記重み校正部で校正されたアレイ重み情報に従って重み付けした後、アンテナ素子と対応する複数列の送信信号に変換することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項6に記載の無線基地局装置であって、
前記リモート局の信号処理部が、
前記第2インタフェースから受信した各周波数チャネルのベースバンド信号を前記校正されたアレイ重み情報に従って重み付けし、周波数領域信号成分と時間領域信号成分とからなるプローブ信号付きの2次元の送信信号として出力するアレイ処理部と、
上記アレイ処理部から出力された周波数領域の信号成分を逆フーリエ変換によって時間領域の信号成分に変換して、アンテナ素子と対応した複数列の送信信号に変換するOFDM終端部とからなることを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項7に記載の無線基地局装置であって、
前記センタ局の変調部が、アレイ重み情報をその更新周期に応じて間歇的に出力することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項1に記載の無線基地局装置であって、
前記センタ局の変調部が、送信信号をアレイアンテナの各アンテナ素子と対応した複数列のモデム信号に変換して出力し、
前記第1インタフェース部が、上記変調部から出力された複数列のモデム信号を時間多重した光信号を前記光ファイバに送出し、
前記第2インタフェース部が、上記光ファイバから受信した光信号を電気信号に変換し、複数列のモデム信号に分離して出力し、
前記リモート局が、前記偏差検出部で検出された偏差に基づいてアンテナ素子毎の校正用複素ベクトル情報を生成する測定部を有し、
前記信号処理部が、上記測定部から出力された複素ベクトル情報を適用して、上記第2インタフェースから受信した複数列のモデム信号を校正した後、プローブ信号を付加したアンテナ素子別の複数列の送信信号として出力することを特徴とする無線基地局装置。 - 請求項1に記載の無線基地局装置であって、
前記センタ局の変調部が、送信信号をアレイアンテナのアンテナ素子毎、周波数チャネル毎の複数列のモデム信号に変換して出力し、
前記第1インタフェース部が、上記変調部から出力された複数列のモデム信号を時間多重した光信号を前記光ファイバに送出し、
前記第2インタフェース部が、上記光ファイバから受信した光信号を電気信号に変換し、アンテナ素子毎、周波数チャネル毎の複数列のモデム信号に分離して出力し、
前記リモート局が、前記偏差検出部で検出された偏差に基づいてアンテナ素子毎の校正用複素ベクトル情報を生成する測定部を有し、
前記信号処理部が、上記測定部から出力された複素ベクトル情報を適用して、上記第2インタフェースから受信した複数列のモデム信号を校正した後、プローブ信号を付加したアンテナ素子別の複数列の送信信号として出力することを特徴とする無線基地局装置。 - 複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナを備えたリモート局と、該リモート局に光ファイバで結合されたセンタ局とからなる無線基地局装置における通信方法であって、
上記センタ局が、
送信信号をベースバンド信号に変調し、該ベースバンド信号を光信号に変換して上記光ファイバに送出し、
上記リモート局が、
上記光ファイバから受信した光信号を電気的なベースバンド信号に変換し、
該ベースバンド信号を上記アレイアンテナのアンテナ素子と対応する複数列の送信信号に変換し、
上記各送信信号を無線周波数帯の送信信号に変換して、上記アレイアンテナのアンテナ素子に供給し、
上記アレイアンテナの各アンテナ素子に供給された送信信号から送信信号間に発生した偏差を検出し、
上記偏差に基づいて、上記無線周波数帯に変換すべき何れかの送信信号を校正することを特徴とする通信方法。 - 請求項11に記載の通信方法において、
前記リモート局が、前記ベースバンド信号をプローブ信号付きの複数列の送信信号に変換し、前記アレイアンテナの各アンテナ素子に供給された送信信号からプローブ信号を抽出し、該プローブ信号に基づいて、送信信号間に発生した偏差を検出することを特徴とする通信方法。 - 請求項11に記載の通信方法であって、
前記センタ局が、アレイ重み情報を生成し、該アレイ重み情報と前記ベースバンド信号と時間多重した光信号を前記光ファイバに送出し、
前記リモート局が、
前記光ファイバから受信したベースバンド信号を上記アレイ重み情報に従って重み付けした複数列の送信信号に変換し、各送信信号を無線周波数帯の送信信号に変換して、上記アレイアンテナのアンテナ素子に供給し、前記偏差に基づいて上記アレイ重み情報を適正化することを特徴とする通信方法。 - 請求項11に記載の通信方法であって、
前記センタ局が、送信信号を周波数チャネルの異なる直交周波数分割多重(OFDM)用の複数列のベースバンド送信信号に変換し、これらの送信信号とアレイ重み情報とを時間多重して、前記光ファイバに送出し、
前記リモート局が、上記センタ局から受信したアレイ重み情報を前記偏差に基づいて適正化し、上記センタ局から受信した複数列のベースバンド信号を上記センタ局から受信したアレイ重み情報または校正されたアレイ重み情報に従って重み付けして、アンテナ素子と対応する複数列の送信信号に変換することを特徴とする通信方法。 - 請求項11に記載の通信方法であって、
前記センタ局が、送信信号をアレイアンテナの各アンテナ素子と対応した複数列のモデム信号に変換し、時間多重して前記光ファイバに送出し、
前記リモート局が、前記偏差に基づいてアンテナ素子毎の校正用複素ベクトル情報を生成し、該複素ベクトル情報を適用して、上記センタ局から受信した複数列のモデム信号を校正した後、プローブ信号を付加したアンテナ素子別の複数列の送信信号に変換することを特徴とする通信方法。 - 請求項11に記載の通信方法であって、
前記センタ局が、送信信号をアレイアンテナのアンテナ素子毎、周波数チャネル毎の複数列のモデム信号に変換し、時間多重して前記光ファイバに送出し、
前記リモート局が、前記偏差に基づいてアンテナ素子毎の校正用複素ベクトル情報を生成し、該複素ベクトル情報を適用して、上記センタ局から受信した複数列のモデム信号を校正した後、プローブ信号を付加したアンテナ素子別の複数列の送信信号に変換することを特徴とする通信方法。
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