JP2020048160A - 移動通信ネットワークの無線装置及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを増加させることなく、無線装置で周波数変換を行える技術を提供する。【解決手段】無線装置は、受信する光信号を光電変換する光電変換手段と、下り方向の通信時、光電変換手段が出力する、変調光と第２連続光とのビートにより得られる第１変調信号を第１無線信号に変換してユーザ装置に送信し、上り方向の通信時、ユーザ装置から受信する第２無線信号を第２変調信号に変換して出力する通信手段と、上り方向の通信時、通信手段が出力する第２変調信号を、光電変換手段が出力する、第１連続光と第２連続光とのビートにより得られる信号により周波数変換する周波数変換手段と、周波数変換手段による周波数変換後の第２変調信号により第３連続光を変調する変調手段と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、レディオ・オーバ・ファイバ（ＲｏＦ）方式を使用する基地局装置の無線装置及び処理装置に関する。

例えば、第５世代の移動通信ネットワークでは、広帯域（高速）通信のため、ミリ波の様な高周波数を利用する。この様な高周波数の無線信号の伝搬距離は短いため、高周波数を利用する基地局装置については高い密度で配置する必要がある。このため、図１に示す様に、基地局装置を無線信号の送受信を行う無線装置（子装置）と、ベースバンド信号の処理や、ベースバンド信号と無線周波数信号との間の周波数変換処理を行う処理装置（親装置）と、に分割する構成が検討されている。多くの処理を行う処理装置については、ある拠点に集中して配置し、多数の無線装置を高い密度で配置することで、効率よく高周波数を利用できる領域を増加させることができる。図１に示す構成において、処理装置と無線装置との間の通信には、所謂、レディオ・オーバ・ファイバ（ＲｏＦ）方式が適用される。具体的には、処理装置は、ベースバンド信号を無線周波数信号に変換し、連続光を当該無線周波数信号で変調した光変調信号を無線装置に送信する。無線装置は、処理装置から受信する光変調信号を光電変換して無線周波数信号を取り出し、増幅やフィルタリング等の必要な処理を行った後、下り信号の無線信号としてアンテナから送信する。

一方、無線装置は、ユーザ装置から受信する無線信号に基づき連続光を変調して処理装置に送信する。ここで、ユーザ装置から受信する無線信号が、高周波数、例えば、６０ＧＨｚであると、無線装置は、６０ＧＨｚの電気信号で連続光を変調する必要がある。この様な、高周波数の電気信号で連続光を変調するための構成は非常に複雑であり、密度高く配置する必要がある無線装置にその様な構成を適用すると通信ネットワークのコストが高くなってしまう。このため、上り方向においては、ユーザ装置から受信する無線信号を、より低い周波数、例えば、１ＧＨｚにダウンコンバートし、ダウンコンバート後の信号（以下、ＩＦ信号と呼ぶ）により連続光を変調する構成とすることが考えられる。しかしながら、周波数変換のための信号を生成する局所発振器を各無線装置に設けると、無線装置のコストアップになる。

ここで、特許文献１は、アンテナ局（子局）において周波数変換に使用する周波数変換用信号を制御局（親局）が生成してアンテナ局に送信する構成を開示している。また、特許文献２は、子局のＰＬＬが使用する基準信号を親局が生成して、子局に送信する構成を開示している。

特開２００１−５３６８８号公報 特開２００９−９４５７２号公報

特許文献１及び特許文献２の構成は、子局が使用する周波数変換信号や基準信号を通信用の信号とは別個に伝送するものである。したがって、特許文献１及び２の構成を、処理装置と無線装置とで構成される基地局装置に適用すると、周波数変換信号や基準信号を処理装置と無線装置との間で伝送するための個別の設備が必要となり、コストアップになる。

本発明は、コストを増加させることなく、無線装置で周波数変換を行える技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、下り方向の通信時、第１周波数の第１連続光と、前記第１周波数とは異なる第２周波数の第２連続光を変調した変調光と、を含む光信号を受信し、上り方向の通信時、前記第１連続光と、前記第２連続光と、を含む光信号を受信する無線装置は、前記受信する光信号を光電変換する光電変換手段と、前記下り方向の通信時、前記光電変換手段が出力する、前記変調光と前記第２連続光とのビートにより得られる第１変調信号を第１無線信号に変換してユーザ装置に送信し、前記上り方向の通信時、前記ユーザ装置から受信する第２無線信号を第２変調信号に変換して出力する通信手段と、前記上り方向の通信時、前記通信手段が出力する前記第２変調信号を、前記光電変換手段が出力する、前記第１連続光と前記第２連続光とのビートにより得られる信号により周波数変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段による周波数変換後の前記第２変調信号により第３連続光を変調する変調手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、コストを増加させることなく、無線装置で周波数変換を行うことができる。

一実施形態による基地局装置の構成図。 一実施形態による無線装置の構成図。 一実施形態による無線装置が受信する光信号及び光電変換後の信号を示す図。 一実施形態による無線装置の構成図。 一実施形態による無線装置が受信する光信号及び光電変換後の信号を示す図。 一実施形態による無線装置の構成図。 一実施形態による無線装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、本発明は、時分割複信（ＴＤＤ）でユーザ装置と通信し、上述した処理装置と無線装置とにより構成される基地局装置に適用される。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。具体的には、例えば、実施形態の説明に必要ではないフィルタや増幅器等については図から省略する。

＜第一実施形態＞
本実施形態において、処理装置は、下り方向の通信時、図３（Ａ）に示す様に、周波数ｆ１の連続光を、例えば、中心周波数がαＨｚの無線周波数信号で強度変調した変調光と、周波数ｆ２の連続光と、を無線装置に送信する。なお、本例において、処理装置は、下側波帯成分（周波数ｆ１−α）を除去し、搬送波成分（周波数ｆ１）と、上側波帯成分（周波数ｆ１＋α）を含む変調光を送信するものとする。一方、上り方向の通信時、処理装置は、図３（Ｂ）に示す様に、周波数ｆ１の連続光及び周波数ｆ２の連続光を無線装置に送信する。なお、具体的な数値例とし、周波数ｆ３＝ｆ２−ｆ１が６０ＧＨｚであり、αが１ＧＨｚであるものとする。

図２は、本実施形態による無線装置の構成図である。なお、図２において、矢印の上側及び右側の周波数は、下り方向の通信時における信号の周波数を示し、矢印の下側及び左側の周波数は、上り方向の通信時における信号の周波数を示している。他の図においても同様とする。

まず、下り方向の通信時について説明する。光電変換部１１は、処理装置から受信する光信号を光電変換して電気信号を帯域通過フィルタ（ＢＰＷ）１２に出力する。ＢＰＷ１２は、周波数ｆ３付近に通過帯域を有する。光電変換部１１は、図３（Ａ）に示す３つの光信号の内の２つの組み合わせそれぞれについて、その周波数差を中心とする電気信号（ビート信号）を出力する。具体的には、搬送波成分（周波数ｆ１）と連続光（周波数ｆ２）のビート信号として、光電変換部１１は、周波数ｆ３＝ｆ２−ｆ１の電気信号（正弦波信号）を出力する。また、上側波帯成分（周波数ｆ１＋α）と連続光（周波数ｆ２）のビート信号として、光電変換部１１は、周波数ｆ３−αの電気信号（変調信号）を出力する。本例では、周波数ｆ３は６０ＧＨｚであり、周波数ｆ３−αは５９ＧＨｚとなる。なお、搬送波成分（周波数ｆ１）と、上側波帯成分（周波数ｆ１＋α）とのビート信号等も光電変換部１１は出力するが、これら不要な信号成分は、ＢＰＷ１２で阻止される。図３（Ｃ）は、下り方向の通信時に、ＢＰＷ１２から切替部１３に入力される信号を示している。

下り方向の通信時、切替部１３は、入力される信号をＢＰＷ１４のみに出力する。ＢＰＷ１４は、周波数ｆ３の正弦波信号を阻止し、周波数ｆ３−αの変調信号を切替部１５に出力する。下り方向の通信時、切替部１５は、周波数ｆ３−αの変調信号をアンテナ１９のみに出力する。したがって、アンテナ１９からは周波数ｆ３−α（本例では５９ＧＨｚ）の無線信号が送信される。

続いて、上り方向の通信時について説明する。ユーザ装置が送信する周波数ｆ３−αの無線信号はアンテナ１９により周波数ｆ３−αの変調信号に変換され切替部１５に出力される。上り方向の通信時、切替部１５は、周波数ｆ３−αの変調信号を周波数変換部１６のみに出力する。一方、上り方向の通信時、光電変換部１１は、図３（Ｄ）に示す様に周波数ｆ３の電気信号（正弦波信号）のみを出力する。この周波数ｆ３の正弦波信号は、ＢＰＷ１２を介して切替部１３に入力される。上り方向の通信時、切替部１３は、入力される信号を周波数変換部１６のみに出力する。周波数変換部１６は、切替部１５から入力される周波数ｆ３−αの変調信号を、切替部１３から入力される周波数ｆ３の正弦波信号でダウンコンバートし、周波数αの変調信号を出力する。ＢＰＷ１７は、周波数αを含む帯域を通過させるフィルタであり、光変調部１８は、周波数αの変調信号で連続光を変調して処理装置に送信する。

以上、処理装置は、下り方向の通信に、所謂、ツートーン方式を使用する。つまり、周波数αの無線周波数信号で連続光（周波数ｆ１）を変調した変調光と、周波数ｆ２の連続光を無線装置に送信し、無線装置では、変調光と連続光との周波数差に対応する無線周波数信号（本例では５９ＧＨｚ）を生成し、この無線周波数信号を無線信号として送信する。一方、通常、上り方向の通信時、処理装置は無線装置に向けて信号を送信しないが、本実施形態では、周波数ｆ１及び周波数ｆ２の連続光を送信し、無線装置では、この２つの連続光を光電変換することで周波数ｆ３＝ｆ２−ｆ１（本例では６０ＧＨｚ）の正弦波信号を生成し、これにより、ユーザ装置から受信した無線周波数（本例では５９ＧＨｚ）の変調信号をダウンコンバートする。この構成により、無線装置に局所発振器を設けたり、ダウコンバートするための信号を処理装置と無線装置との間で伝送するための追加の設備を設けたりすることなく、無線装置においてユーザ装置から受信する無線周波数帯域の変調信号の周波数変換を行うことができる。

＜変形形態＞
本実施形態において、処理装置は、周波数ｆ１の連続光を強度変調し、周波数ｆ１の搬送波成分と周波数ｆ１＋αの上側波帯成分を含む変調光を無線装置に送信するものとした。しかしながら、処理装置は、周波数ｆ１の連続光を位相変調又はＱＡＭ変調することもできる。図５は、この場合の各信号を示している。図５（Ａ）に示す様に、変調光は、周波数ｆ１を中心とし、シンボル速度に応じた帯域幅となる。また、図５（Ｃ）に示す様に、光電変換部１１は、周波数ｆ３の変調信号を出力する。上り方向の通信時に処理装置が出力する信号を示す図５（Ｂ）と、光電変換部１１が出力する電気信号を示す図５（Ｄ）は、それぞれ、図３（Ｂ）及び図３（Ｄ）と同じである。図４は、無線装置の各機能ブロックに信号の周波数を標記したものである。この場合、周波数変換部１６は、ベースバンド信号を出力し、光変調部１８は、ベースバンド信号で連続光を変調する。また、ＢＰＷ１４は省略できる。

なお、本実施形態では、切替部１５に代えてサーキュレータを使用することができる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、図６に示す様に、第一実施形態の切替部１３に代えてスプリッタ２０を使用する。スプリッタ２０の第１出力ポートは、ＢＰＷ１４に接続され、スプリッタ２０の第２出力ポートは、周波数変換部１６に接続され、スプリッタ２０は、入力される電気信号を、常に、ＢＰＷ１４と周波数変換部１６に出力する。具体的には、下り方向の通信時には、周波数ｆ３の正弦波信号と周波数ｆ３−αの変調信号を、ＢＰＷ１４と周波数変換部１６に出力する。下り方向の通信時における、ＢＰＷ１４からアンテナ１９までの処理は、第一実施形態と同様である。一方、本実施形態では、下り方向の通信時に周波数ｆ３の正弦波信号と周波数ｆ３−αの変調信号が周波数変換部１６に出力される。下り方向の通信時、周波数変換部１６には、切替部１５から信号が入力されないため、周波数変換部１６は、周波数ｆ３の正弦波信号と周波数ｆ３−αの変調信号をそのままＢＰＷ１７に出力する。しかしながら、周波数ｆ３の正弦波信号と周波数ｆ３−αの変調信号は、ＢＰＷ１７の阻止帯域の信号であるため、無線装置から処理装置に向けて信号は送信されない。

一方、上り方向の通信時、スプリッタ２０は、周波数ｆ３の正弦波信号をＢＰＷ１４に出力するが、この信号は、ＢＰＷ１４により阻止される。また、上り方向の通信時、スプリッタ２０は、周波数ｆ３の正弦波信号を周波数変換部１６に出力し、切替部１５は、周波数ｆ３−αの変調信号を周波数変換部１６に出力する。下り方向の通信時における、周波数変換部１６から光変調部１８までの処理は、第一実施形態と同様である。なお、本実施形態においても、処理装置は、位相変調又はＱＡＭ変調を使用できる。この場合、上り方向の通信時、スプリッタ２０が切替部１５に出力する周波数ｆ３の正弦波信号は切替部１５で阻止され、無線信号として送信されない。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態において、処理装置は、下り方向の通信時、周波数ｆ１の連続光を任意の変調方法で変調した変調光と、周波数ｆ２の連続光を無線装置に送信する。一方、処理装置は、上り方向の通信時、周波数ｆ１´の連続光と、周波数ｆ２´の連続光を無線装置に送信する。なお、周波数ｆ２と周波数ｆ１との周波数差をｆ３とし、周波数ｆ２´と周波数ｆ１´との周波数差をｆ３´とする。また、周波数ｆ３と周波数ｆ３´との差をαとする。例えば、周波数ｆ３が６０ＧＨｚであり、周波数ｆ３´が５９ＧＨｚであると、αは１ＧＨｚである。図７は、本実施形態による無線装置の構成図である。なお、図７に示す周波数は、上り方向の通信時、処理装置が周波数ｆ１の連続光をＱＡＭ変調する場合を示している。

本実施形態では、第一実施形態の切替部１３に代えて、フィルタ３０を使用する。フィルタ３０は、周波数ｆ３の信号を切替部１５に出力し、周波数ｆ３´の信号を周波数変換部１６に出力する。したがって、下り方向の通信時、周波数ｆ３（本例では６０ＧＨｚ）の変調信号が無線信号としてユーザ装置に送信される。一方、上り方向の通信時、ユーザ装置から受信する周波数ｆ３の変調信号は、フィルタ３０からの周波数ｆ３´の正弦波信号により周波数αの変調信号に変換される。

なお、本実施形態でも、切替部１５をサーキュレータに置き換えることができる。また、第一実施形態と同様に、フィルタ３０に代えて切替部１３を使用することもできる。さらに、第二実施形態と同様に、フィルタ３０に代えてスプリッタ２０を使用することもできる。また、処理装置が送信する周波数ｆ１´及び周波数ｆ２´の１つは、周波数ｆ１又は周波数ｆ２と同じであっても良い。

１１：光電変換部、１９：アンテナ、１６：周波数変換部、１８：光変調部

Claims (7)

1. 下り方向の通信時、第１周波数の第１連続光と、前記第１周波数とは異なる第２周波数の第２連続光を変調した変調光と、を含む光信号を受信し、上り方向の通信時、前記第１連続光と、前記第２連続光と、を含む光信号を受信する無線装置であって、
   前記受信する光信号を光電変換する光電変換手段と、
   前記下り方向の通信時、前記光電変換手段が出力する、前記変調光と前記第２連続光とのビートにより得られる第１変調信号を第１無線信号に変換してユーザ装置に送信し、前記上り方向の通信時、前記ユーザ装置から受信する第２無線信号を第２変調信号に変換して出力する通信手段と、
   前記上り方向の通信時、前記通信手段が出力する前記第２変調信号を、前記光電変換手段が出力する、前記第１連続光と前記第２連続光とのビートにより得られる信号により周波数変換する周波数変換手段と、
   前記周波数変換手段による周波数変換後の前記第２変調信号により第３連続光を変調する変調手段と、
   を備えていることを特徴とする無線装置。
2. 前記下り方向の通信時、前記光電変換手段が出力する信号を前記通信手段に向けて出力し、前記上り方向の通信時、前記光電変換手段が出力する信号を前記周波数変換手段に向けて出力するスイッチ手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
3. 前記光電変換手段が出力する信号を第１出力ポート及び第２出力ポートそれぞれから出力するスプリッタと、
   前記下り方向の通信時、前記スプリッタの前記第１出力ポートから出力される信号を前記通信手段に入力し、前記上り方向の通信時、前記通信手段が出力する前記第２変調信号を前記周波数変換手段に入力するスイッチ手段と、
   前記周波数変換手段と前記変調手段との間に設けられるフィルタと、
   をさらに備え、
   前記スプリッタの前記第２出力ポートから出力される信号は、前記周波数変換手段に入力されることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
4. 下り方向の通信時、第１連続光と変調光とを含む光信号を受信し、上り方向の通信時、第２連続光と第３連続光を含む光信号を受信する無線装置であって、
   前記第１連続光と前記変調光の周波数差は第１周波数であり、前記第２連続光と前記第３連続光との周波数差は前記第１周波数とは異なる第２周波数であり、
   前記無線装置は、
   前記受信する光信号を光電変換する光電変換手段と、
   前記下り方向の通信時、前記光電変換手段が出力する、前記変調光と前記第１連続光とのビートにより得られる第１変調信号を第１無線信号に変換してユーザ装置に送信し、前記上り方向の通信時、前記ユーザ装置から受信する第２無線信号を第２変調信号に変換して出力する通信手段と、
   前記上り方向の通信時、前記通信手段が出力する前記第２変調信号を、前記光電変換手段が出力する、前記第２連続光と前記第３連続光とのビートにより得られる信号により周波数変換する周波数変換手段と、
   前記周波数変換手段による周波数変換後の前記第２変調信号により第３連続光を変調する変調手段と、
   を備えていることを特徴とする無線装置。
5. 前記光電変換手段が出力する前記第１変調信号を前記通信手段に向けて出力し、前記光電変換手段が出力する前記第２連続光と前記第３連続光とのビートにより得られる前記信号を前記周波数変換手段に向けて出力する分岐手段をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の無線装置。
6. 下り方向の通信時、第１周波数の第１連続光と、前記第１周波数とは異なる第２周波数の第２連続光を変調した変調光と、を含む光信号を送信する第１送信手段と、
   上り方向の通信時、前記第１連続光と、前記第２連続光と、を含む光信号を送信する第２送信手段と、
   を備えていることを特徴とする処理装置。
7. 下り方向の通信時、第１連続光と変調光とを含む光信号を送信する第１送信手段と、
   上り方向の通信時、第２連続光と第３連続光とを含む光信号を送信する第２送信手段と、
   を備え、
   前記第１連続光と前記変調光の周波数差は第１周波数であり、前記第２連続光と前記第３連続光との周波数差は前記第１周波数とは異なる第２周波数であることを特徴とする処理装置。

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