JP3703736B2 - ディジタル光リンクを利用した移動通信網システム - Google Patents

ディジタル光リンクを利用した移動通信網システム Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信網システムに関し、特に、ディジタル光伝送方式の光リンクを利用して、ＤＣＳの基地局、移動電話網、パーソナルコミュニケーションシステム(ＰＣＳ)、及び次世代移動通信システム(ＩＭＴ２０００)などに適用できる移動通信網システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、従来技術の実施形態に従う基地局を制御する移動通信網システムは、移動局(Mobile station；ＭＳ)１２、基地局(Base Transceiver System：ＢＴＳ)５、基地局制御器(Base Station Controller；ＢＳＣ)３、交換機(Mobile Switching Center；ＭＳＣ)２、及び一般電話網(Public Switching Telephone Network；ＰＳＴＮ)１からなる。移動局１２は、加入者が移動通信網を利用して通信できるようにする端末機であり、基地局５は、移動局１２に無線で連結されて移動局１２を制御し、通話チャンネルを連結させる。そして、基地局制御器３は、無線リンク及び有線リンクを制御し、他の通信網との接続を遂行する。このとき、１つの基地局制御器３は、多数の基地局５を制御するためにＥ１/Ｔ１リンクを利用する。このような多数の基地局５の設置には莫大な費用がかかり、また、限定されたサービス領域(cell coverage)であるセルを有する。セルのサイズは、そのサービス程度に従って、マクロセル(macro cell)(約５ｋｍ〜３０ｋｍ)、マイクロセル(micro cell)(約５００ｍ〜１ｋｍ)、そして、低軌道衛星を利用したメガセル(mega cell)(１００ｋｍ)などに分けられる。参照番号６は、標準基地局のサービス領域を意味する。
【０００３】
しかし、セル領域以外の基地局５の設置が難しい地域及びセル内の電波陰影地域のサービスのために、副搬送波多重方式(Sub-carrier Multiplexing；ＳＣＭ)を利用した光中継器(optical repeater)７が開発されて使用されている。このような光中継器７は、低密度の通話地域に低費用で広いサービス領域の確保を要求する事業者に対応するためのシステムであって、スキー場、ゴルフ場、及び道路に沿って形成されるサービス領域の延長、遠く離れた村など、費用上標準基地局５の設置が難しく、予想されるトラヒック量もあまり多くない地域での通話カバレージの確保のために、多数の遠隔基地局(光中継器)を設置し、１つの標準基地局５が管理する方式で、標準基地局５の設置に従う莫大な費用が効率的に節減できる方案である。参照番号８は、光中継器のサービス領域を意味する。
【０００４】
このような従来方式に従って、標準基地局５の光分配装置１１は、それぞれの光中継器７へ光ファイバ１０を通じてデータを伝送する。従って、従来方式は、各中継器７に相当する光ファイバ１０を布設すべきである。また、高速道路の周辺、トンネル、及びビル内でも各中継器７に関連した光ファイバ１０を独立的に備えなければならない。その結果、それぞれの光中継器７に相当する光ファイバ１０を並列に使用するので、多くの専用回線を活用すべきである短所がある。
【０００５】
結果的に、従来の移動通信網システムは、高速大容量及びマルチメディアサービスには不適であり、光中継器と基地局との間のアクセス及び運用に難点がある。
従来の移動通信網システムは、既存の基地局のセル領域の以外に広いサービス領域を確保するために、多数の光中継器を設置し、標準基地局は前記光中継器を制御する。前記標準基地局内に設置された光分配器は、それぞれの光中継器の数に合う光ファイバを利用して、基地局に送信された信号と移動局から送信された信号とを伝送して受信する。このような側面からみて、従来の移動通信網システムは、高速道路の周辺や建物内に設置のとき構造的な弱点を有する。また、光ファイバを並列に設置すると、光ファイバの設置及び専用線の使用料が増加する。そして、標準基地局と光中継器との間の距離は制限され、各光中継器間のアクセスが円滑でない。それに加えて、事業者は、標準基地局のみならず、光中継器を設置すべきである二重の負担を抱えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ディジタル光通信ネットワークを利用して高速大容量及びマルチメディアサービスが可能であり、設置に莫大な資金が必要な標準基地局及び光中継器を追加設置しなくても各基地局が経済的に実現でき、基地局間の効率的なアクセスが行える移動通信網システムを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、都心の電波陰影地域、ビル内及び高速道路の周辺などに１本の光ファイバで多数の小型基地局を一列に連結することにより、設置上の容易及び多様な構造で運用できるのでサービス領域を向上させ、専用線の使用料が大幅に減少させられる移動通信網システムを提供することにある。
【０００８】
本発明のまた他の目的は、新たな概念のディジタル光伝送技術、光トランスポンダ、及び光トランスポンダを活用した小型基地局装置と基地局との間の基本網構造を利用して、基地局の周波数割当ての使用効率及び増設が容易な移動通信網システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、ディジタル光リンクを利用した移動通信網システムにおいて、多数の小型基地局を制御する基地局制御器と、Ｅ１/Ｔ１リンクを利用して前記基地局制御器に連結されるように、前記基地局制御器が運営できる余分の基地局の容量を受信する小型基地局制御器と、ディジタル光リンクを利用して前記小型基地局制御器にそれぞれ連結され、前記ディジタル光リンクに沿って一列に配列される小型基地局装置と、ディジタル光ネットワークを通じて連結された前記小型基地局装置に該当する信号を分離または合成して、前記小型基地局装置のＲＦ部分と連結させるとともにそれ以外の信号を増幅して次段の前記小型基地局装置へ伝送し、前記小型基地局装置を前記ディジタル光リンクに沿って一列に連結させる光トランスポンダとから構成されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳しく説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明らかにするため、公知の機能及び構成に対する詳細な説明は省略するものとする。
【００１１】
移動通信網システムにおいて、ディジタル光通信ネットワークを利用した小型基地局装置は、基地局と移動局との間のデータ通信が可能であるようにするもので、既存に設置された基地局や新たに設置される基地局に適用可能なシステムで構成される。このようなシステムを図２を参照して説明する。
【００１２】
図２は、本発明に従うディジタル光リンクを利用した移動通信網システムの構成を示す。
前記移動通信網システムは、基地局制御器３が運営できる余分の容量を受信する小型基地局制御器１８、ディジタル光リンクＯＬ１，ＯＬ２〜ＯＬｎを利用し、一列(in line)に前記小型基地局制御器１８へ連結された小型基地局装置(ＢＴＳ１，ＢＴＳ２〜ＢＴＳｎ)１４、及び前記小型基地局装置１４を相互整合させる整合装置などで構成される。そして、前記ディジタル光通信網に連結された小型基地局装置１４は、既存の標準基地局５の代わり、多数の小型基地局装置を一列に配列するための光トランスポンダ(optical transponder)(図５に図示)をさらに含む。
【００１３】
前記基地局制御器３からＥ１/Ｔ１リンクに連結された標準基地局５の以外に、基地局制御器３が運用可能な標準基地局５に該当する容量やそれ以上の容量を有する小型基地局装置１４を運用するように、小型基地局制御器１８を作って小型基地局装置１４と整合させる。１本の光ファイバを利用して一列に前記それぞれの小型基地局装置１４を連結できる光リンク(ＯＬ１，ＯＬ２〜ＯＬｎ)は、メイン基地局制御器３の容量に従って多数増設できる。そして、前記それぞれの光リンク(ＯＬ１，ＯＬ２〜ＯＬｎ)に沿って多数の小型基地局装置１４が各基地局装置１４の光トランスポンダにより配置されることができる。前記各小型基地局装置１４のセルは、マイクロ及びピコ(pico)セルの形態で形成できる。本発明に従う前記のような構造を有する移動通信網システムは、基地局が高速道路の周辺やトンネルなどで一列に設置されるべきである場合、または遠距離で所定の構造で小型基地局装置を設置する必要性がある場合適切に使用できる。
【００１４】
前記小型基地局装置１４は、波長分割多重方式(ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing)の光通信網を利用して、１本の光ファイバ、すなわち、光信号によりディジタル化されたデータが送受信でき、光トランスポンダを利用して相互連結される。このような通信網構造の小型基地局装置１４は、既存の標準基地局５及び光中継器の役割を行う。図２の参照番号６は、標準基地局のサービス領域を示し、参照番号１５は、小型基地局装置のサービス領域を示す。
【００１５】
図３は、本発明に従う小型基地局制御器１８の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、前記小型基地局制御器１８は、基地局制御器から受信されたデータ及び制御信号を各小型基地局装置１４の光リンクＯＬ１，ＯＬ２〜ＯＬｎに伝送するリンク制御部１９、リンク整合装置２０、送信部(Ｔｘ)２１、受信部(Ｒｘ)２２、ディジタル処理部(Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ)２５、多重化処理部(ＭＵＸ、ＤＥＭＵＸ)２６及び光変換部(Ｅ/Ｏ、Ｏ/Ｅ)３１とからなる。そして、前記光変換部３１は、電光変換部２９から入力された特定の波長の光信号を光リンクへ伝送するか、または光リンクから伝送された特定の光信号を光電変換部３０へ伝送するための光結合器(ＷＤＭ)３４を含む。
【００１６】
前記リンク制御部１９は、メイン基地局制御器から伝送されたデータをリンク別、ＦＡ別、セクタ別に区分して、夫々の光リンクＯＬ１，ＯＬ２〜ＯＬｎ３６へ前記データを伝送する。前記リンク整合装置２０は、小型基地局装置から端末機へ伝送された順方向信号３２と前記端末機から小型基地局装置へ伝送された逆方向信号３３とを区分し、アナログ中間周波数(intermediate Frequency；以下、ＩＦと略称する。)信号をディジタル処理部２５へ伝送する。その後、前記ディジタル処理部２５から入力された逆方向ＩＦ信号を前記リンク制御部１９へ伝送する。そして、前記ディジタル処理部２５は、アナログ／ディジタル変換部２３を利用して順方向アナログ信号をディジタル信号へ変換し、また、ディジタル／アナログ変換部(Ｄ/Ａ)２４を利用して逆方向ディジタル信号をアナログ信号へ変換して小型基地局制御器１８に伝送する。
【００１７】
順方向ディジタル信号は、多重化器(ＭＵＸ)２７により小型基地局装置の数に合うように多数のチャンネルで多重化される。前記ディジタル信号は、電光変換部(Ｅ/Ｏ)２９により特定な波長の光信号へ変換される。また、小型基地局装置から受信されたディジタル化された光信号は、光電変換部３０を経て逆多重化器(ＤＥＭＵＸ)２８により逆多重化される。そして、前記アナログ信号は、ディジタル信号に復調された後基地局制御器へ伝送される。
【００１８】
図４は、本発明に従う光リンクを利用した小型基地局装置の構成を示すブロック図である。
図４を参照すると、各小型基地局装置のＦＡ及びセクタに従って区分されてディジタル化された光信号は、光ファイバ３６を通じて前記各小型基地局装置(ＢＴＳ１，ＢＴＳ２〜ＢＴＳｎ)へ伝送される。前記光ファイバ３６を通じて伝送された多数の信号は、小型基地局装置の光トランスポンダ(ＴＰ１，ＴＰ２〜ＴＰｎ)によりそれぞれの小型基地局装置へ伝送される。１本の光リンクに連結された多数の小型基地局装置(ＢＴＳ１，ＢＴＳ２〜ＢＴＳｎ)が１本の光ファイバ３６に連結されても、ディジタル信号のサイズは、それぞれの光トランスポンダ(ＴＰ１，ＴＰ２〜ＴＰｎ)によって増幅または再生される。それに従って、遠距離でも前記ディジタル信号のサイズが一定に保持される。
【００１９】
このような構造で、各電波が低い道路またはトンネルで一列に小型基地局装置を設置するために、ｎ個の小型基地局装置(ＢＴＳ１，ＢＴＳ２〜ＢＴＳｎ)へ伝送される変調信号は、それぞれの光トランスポンダが区別できる信号帯域に変換される。
【００２０】
前記それぞれの小型基地局装置(ＢＴＳ１，ＢＴＳ２〜ＢＴＳｎ)へ伝送される順方向信号を多重化させ、光送信器を利用して光信号へ変換する。その後、小型基地局装置(ＢＴＳ１，ＢＴＳ２〜ＢＴＳｎ)から伝送される逆方向信号は、電気信号へ変換され、それぞれの信号を逆多重化させて区別する。各小型基地局装置の光トランスポンダ(ＴＰ１，ＴＰ２〜ＴＰｎ)は、このような連続された信号の中で各小型基地局装置に該当する信号のみを分離及び合成して、前記小型基地局装置のＲＦ部分に連結させ、それ以外の信号を増幅して次段の小型基地局装置へ伝送する。
【００２１】
送信器の特定の光波長は、光結合器及び光ファイバ３６を通じて前記各小型基地局装置の光トランスポンダ(ＴＰ１，ＴＰ２〜ＴＰｎ)へ伝送される。そして、多数の小型基地局装置に集まった信号は、小型基地局制御器の受信器によって光電変換される。これら光電変換された信号は、多数の小型基地局装置(ＢＴＳ１，ＢＴＳ２〜ＢＴＳｎ)と小型基地局制御器との通信のために、リンク制御器によって伝送される。図４の信号経路を参照すると、細い実線は電気信号の伝送路を、太い実線は、光信号の伝送路を意味する。
【００２２】
図５は、本発明に従う光トランスポンダの内部構成を示す図である。図５を参照して、任意のｎ-１番目の小型基地局装置の光トランスポンダの機能を説明する。
順方向光信号５９は、光結合器６０を通じて各波長別に分離される。前記分離された光信号６１は、光電変換部(Ｏ/Ｅ)６２で光電変換され、光電変換された電気信号６３は、高周波分離器８４によって２つの信号に分けられる。１つの電気信号９２は電光変換部７０へ、他の１つの電気信号６９はｎ-１番目の逆多重化器６５へ伝送される。前記高周波分離器８４によって分離された電気信号６４は、逆多重化器６５によって逆多重化された後、ディジタル／アナログ変換部６６によってアナログ信号へ変換される。そして、ディジタル化された信号８６は、小型基地局装置のＲＦ部分へ伝送される。前記信号は、中間周波数と合成されて無線周波数へ変換された後、電力増幅器によってアンテナを通じて空中で端末機へ伝送される。そして、高周波分離器８４によって分離された他の信号９２は、電光変換部７０によって光信号７１に変調された後、光結合器７２によって次段のｎ番目の小型基地局の光トランスポンダ(ＴＰｎ)７３へ伝送される。
【００２３】
一方、次段の小型基地局装置の光トランスポンダ７３から受信された逆方向信号は、光結合器７２によって波長に従って分離された後、前記分離された光信号８１は、光電変換部８０によって光電変換される。その後、前記光電変換された電気信号は、多重化器７７によってｎ-１番目の小型基地局の逆方向信号７８と多重化された後、電光変換部７６によってｎ-２番目の光トランスポンダ(ＴＰｎ-２)へ伝送される。
【００２４】
図６は、本発明に従う小型基地局装置のＲＦ部分８９の構成を示すブロック図である。図６を参照して小型基地局装置のＲＦ部分８９を説明する。
小型基地局装置のＲＦ部分８９は、無線網を通じて移動局１２へ伝送された順方向信号を処理する順方向信号処理部１１０と、無線網を通じて移動局１２から伝送された逆方向信号を処理する逆方向信号処理部１００と、前記順方向信号処理部１１０から受信された信号をアンテナ９４を利用して無線網を通じて移動局１２へ伝送するか、または移動局１２から受信された信号を逆方向信号処理部１００へ伝送するデュープレクサー９５とからなる。具体的に、ｎ-１番目の小型基地局に入力された順方向信号は、アナログ増幅器８７によって増幅される。次いで、前記増幅された信号は、必要な帯域に従ってフィルタ８８によってフィルタリンクされ、周波数上向変換器(frequency up-converter)９０を通じて無線信号に変調される。そして、前記変調された信号は、他のフィルタ９１によってさらにフィルタリンクされ、前記フィルタリンクされた信号９３は、電力増幅器９２によって増幅される。その後、デュープレクサー９５へ伝送される。前記デュープレクサー９５は、アンテナ９４を利用して移動局１２との無線送受信を遂行する。前記移動局１２から伝送された逆方向信号９６は、デュープレクサー９５を通じて低雑音増幅器９７によって増幅される。フィルタ９８により要求される周波数のみが周波数下向変換器(frequency down-converter)９９へ伝送され、フィルタ１０１により要求される周波数のみが増幅器１０２へ伝送される。その後、前記伝送された信号は、前記増幅器１０２により増幅されて光トランスポンダのアナログ／ディジタル変換器へ伝送される。
【００２５】
結果的に、小型基地局装置のＲＦ部分８９は、アンテナ９４を通じて移動局１２から受信された信号のうち必要な帯域をフィルタリンクし、前記信号を光トランスポンダへ伝送する。前記信号は、ｎ-１番目の小型基地局の逆方向信号とさらに合成され、光送信器によって光信号へ変換されて次段の小型基地局装置の光トランスポンダへ伝送される。各小型基地局装置の光電変調された信号は、各小型基地局装置の光結合器によって追加されて小型基地局制御器へ伝送される。
【００２６】
一方、以上のような本発明では、具体的な実施形態をあげて説明してきたが、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当技術分野における通常の知識を有する者であれば自明であろう。
【００２７】
【発明の効果】
前述したように、本発明に従うディジタル光リンク及び光トランスポンダを利用した移動通信用基地局は、高速・大容量及びマルチメディアサービスを提供する長所を有する。従って、各基地局の周波数割当ての使用及び増設を容易にできる。さらに、本発明に従う移動通信基地局は、相当な設置費用を要求する標準基地局及び光中継器を別途に設置することなく、経済的な網構造が実現でき、同時に、基地局間の効率的なアクセス動作が遂行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に従う移動通信網システムの構成を示す図である。
【図２】 本発明に従うディジタル光リンクを利用した移動通信網システムの構成を示す図である。
【図３】 本発明に従う小型基地局制御器の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明に従う小型基地局装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明に従う小型基地局装置での光トランスポンダの構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明に従う小型基地局装置のＲＦ部分の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３ 基地局制御器
５ 標準基地局
１２ 移動局
１４ 小型基地局装置
１８ 基地局制御器
１９ リンク制御部
２０ リンク整合装置
２１ 送信部(Ｔｘ)
２２ 受信部(Ｒｘ)
２３ アナログ／ディジタル変換部
２４，６６ ディジタル／アナログ変換部
２５ ディジタル処理部
２６ 多重化処理部
２７，７７ 多重化器
２８，６５ 逆多重化器
２９，７０，７６ 電光変換部
３０，６２，８０ 光電変換部
３１ 光変換部
３２ 順方向信号
３３，７８，９６ 逆方向信号
３４，６０，７２ 光結合器
３６ 光ファイバ
５９，６１，７１，８１ 光信号
６３，６９ 電気信号
７３ 光トランスポンダ
８４ 高周波分離器
８６ ディジタル化信号
８７ アナログ増幅器
８８，９１，１０１ フィルタ
８９ ＲＦ部分
９０ 周波数上向変換器
９２ 電力増幅器
９４ アンテナ
９５ デュープレクサー
９７ 低雑音増幅器
９９ 周波数下向変換器
１００ 逆方向信号処理部
１０２ 増幅器
１１０ 順方向信号処理部

Claims (4)

  1. リンクを利用した移動通信網システムにおいて、
    多数の小型基地局を制御する基地局制御器と、
    Ｅ１/Ｔ１リンクを利用して前記基地局制御器に連結されるように、前記基地局制御器が運営できる余分の基地局の容量を受信する小型基地局制御器と、
    ディジタル光リンクを利用して前記小型基地局制御器にそれぞれ連結され、前記ディジタル光リンクに沿って一列に配列される小型基地局装置と、
    ディジタル光ネットワークを通じて連結された前記小型基地局装置に該当する信号を分離または合成して、前記小型基地局装置のＲＦ部分と連結させるとともにそれ以外の信号を増幅して次段の前記小型基地局装置へ伝送し、前記小型基地局装置を前記ディジタル光リンクに沿って一列に連結させる光トランスポンダとから構成されることを特徴とするディジタル光リンクを利用した移動通信網システム。
  2. 前記小型基地局制御器は、
    前記基地局制御器から受信されたデータをリンク、ＦＡ、及びセクタに区分して、前記それぞれの小型基地局装置の光リンクに連結させるリンク制御部と、
    前記小型基地局装置から端末機へ伝送された信号と前記端末機から前記小型基地局装置へ伝送された信号とを区分して、順方向アナログＩＦ信号をディジタル処理部へ伝送し、前記ディジタル処理部から提供された逆方向ＩＦ信号を前記リンク制御部へ伝送するリンク整合装置と、
    順方向ディジタル信号を小型基地局装置の数に合うように多数のチャンネルで多重化するか、または逆方向ディジタル信号を逆多重化する多重化処理部と、からなる請求項１に記載のディジタル光リンクを利用した移動通信網システム。
  3. 前記ディジタル光リンクは、前記基地局制御器の容量に従って増設できる構成である請求項１に記載のディジタル光リンクを利用した移動通信網システム。
  4. 前記光トランスポンダは、
    前段の光トランスポンダから入力される順方向光信号を波長に分離する第１光結合器と、
    前記第１光結合器によって分離された順方向光信号を光電変換する第１光電変換器と、
    前記第１光電変換器によって光電変換された電気信号を２つの信号に分離する高周波分配器と、
    前記高周波分配器によって分離及び入力された２つの電気信号のうちの１つを逆多重化して前記小型基地局装置のＲＦ部分へ出力する逆多重化器と、
    前記高周波分配器によって分離及び入力された２つの電気信号のうちの他の１つを電光変換する第１電光変換器と、
    前記第１電光変換器によって電光変換された光信号を分離して次段の前記光トランスポンダへ伝送する第２光結合器と、
    前記第２光結合器から受信された信号を光電変換する第２光電変換器と、
    前記第２光電変換器によって受信された電気信号を多重化する多重化器と、
    前記多重化器によって多重化された前記電気信号を電光変換して、前記第１光結合器を通じて前段の光トランスポンダへ出力する第２電光変換器と
    から構成される請求項１に記載のディジタル光リンクを利用した移動通信網システム。
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