JP4151931B2 - 無線通信システム、無線基地局および制御局 - Google Patents
無線通信システム、無線基地局および制御局 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に遠隔地にある可変指向性アレーアンテナの各素子の信号を、光ファイバで伝送する無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＩＴＳ （Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される移動通信の無線基地局を光ファイバで制御局に収容するＲａｄｉｏ ｏｎ Ｆｉｂｅｒ （ＲＯＦ）技術が注目されている。光ファイバに無線信号をそのまま光伝送させることにより、変復調器及び制御器等は制御局に一括収容し、無線基地局の構成を簡単化して小型化する。そのため、多数の無線基地局を道路沿い、地下街、トンネル等に配置することが可能となる。
【０００３】
一方、無線基地局では、周波数帯域の逼迫、あるいは干渉波等の問題を解決するべく、アダプティブアンテナが注目されている。アダプティブアンテナは、アレーアンテナを備え、各アンテナ素子に給電する電気信号によってアレーアンテナの指向性が変化する可変指向性アンテナである。無線基地局から端末局へ通信では、無線基地局から送信する無線信号の放射パターンを信号演算回路により導出し、端末局の移動及び位置に合わせて適応的にアンテナの指向性を変え、端末局から無線基地局への通信では、無線基地局で受信した信号からビーム形成回路により所望の信号を導出する。
【０００４】
このアダプティブアンテナをＲＯＦで収容する無線基地局に適用する方法として、図８に概念図で示すように、１つのアンテナに１本の光ファイバを割り当てる手法がある。ここで、移動通信で考えられているアンテナブランチ数は、通常４〜８本である。この場合、無線基地局と制御局では、電気―光変換器及び光―電気変換器が、ブランチ数組み必要となり、構成規模が大きくなる問題がある。図８は、制御局から伝送した信号を無線基地局から送信する場合の構成であるが、無線基地局で受信した信号を制御局に伝送する場合も同様である。ＲＯＦを適用する目的の１つは、無線基地局を小型化することであるが、アダプティブアンテナを組み込むことで、制御局、無線基地局に複数の光−電気／電気−光変換器を必要となるため、装置が複雑となりコストが上昇する。また、このような構成では、各ブランチにおいてそれぞれ異なる光ファイバを用いているため、光ファイバの伸縮により伝送途中における各ブランチ間の相対的な位相差が、それぞれ独立に常に変動してしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
アダプティブアンテナをＲＯＦで収容する手段として、１つのアンテナに１本の光ファイバを割り当てる手法が取られている。移動通信で考えられているアンテナブランチ数は、通常、４〜８本である。無線基地局と制御局では、電気―光変換器及び光―電気変換器がブランチ数組み必要となり、構造が複雑となりコストが上昇するという問題がある。また、個々の光ファイバの伸縮により、伝送途中でビーム形成のための相対的な位相情報が変動してしまうという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、可変指向性アレーアンテナをもつ無線基地局と、制御局の間をＲＯＦで伝送するシステムにおいて、アレーアンテナの各素子の信号を周波数の異なる複数の信号に周波数変換し、さらにこれらの複数の信号と一定の周波数だけはなれた参照信号を多重して、同一の光ファイバで伝送する無線通信システムを提案する。本発明により、電気―光変換器及び光―電気変換器が削減でき、無線基地局側の構成が大幅に簡素化されるため、安価で小型なシステムを構築できる。また、本構成では、すべての信号を１本の光ファイバを用いて伝送するため、伝送途中の各光ファイバの伸縮による相対的な位相変動がなくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。ここでは、無線基地局から放射する信号の指向性の制御を制御局で行う方法について説明する。また、アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【０００８】
１０１は伝送する情報を含む中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号である。ＩＦ信号は１０２の分配器でアンテナ素子数と同じ数（ｎ）に分配され、それぞれ重み付け回路１０４１、１０４２〜１０４ｎによって振幅および位相の両方もしくはどちらか一方の変化（Ｗ１、Ｗ２〜Ｗｎ）をうける。振幅および（もしくは）位相の変化量は、所望のアンテナ指向性が得られるように信号演算回路１０３で計算される。これらの信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換される。１０８１、１０８２〜１０８ｎはそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号を発生する発振器でこれらの局部発信信号と重み付けされたＩＦ信号は、１０５１、１０５２〜１０５ｎで示すミキサで混合された後、１０６１、１０６２〜１０６ｎで示すフィルタによって、周波数ｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦで示される和の周波数成分（もしくは周波数ｆ１−ｆＩＦ、ｆ２−ｆＩＦ〜ｆｎ−ｆＩＦで示される差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。以降は和の周波数成分のみを取り出したものとして説明する。これらの信号は１０７によって多重される。ここで、１０８１、１０８２〜１０８ｎから出力された信号の一部は、分岐回路１０９１、１０９２〜１０９ｎで分岐され、ミキサに入力されずそのまま１０７に入力され、他の周波数成分と多重される。多重された信号を周波数軸でみると、たとえば１１０に示すような間隔で並んでいる。周波数軸上の信号の配列はたとえば図３に示すような間隔で並んでいても構わない。これらの信号を１１１で電気−光変換（Ｅ／Ｏ変換）して１１２の光ファイバで伝送する。電気−光変換器としては、内部変調器をもつレーザー光源などを用いる。伝送された信号を１１３で光−電気変換（Ｏ／Ｅ変換）する。光−電気変換器としてはフォトダイオードなどを用いる。光−電気変換された信号は１１０で示す信号と同じになる。光−電気変換された信号は１１４で２つに分けられ、それぞれ１１５および１１６に示すｎ分配回路でｎ分配される。１１４、１１５、１１６のかわりに、図２の２０１で示すような２ｎ分配回路を用いた場合でもその後の信号処理は同じである。１１５で分配された信号は帯域通過フィルタ１２４１、１２４２〜１２４ｎでそれぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出され、１１８１、１１８２〜１１８ｎで示されるミキサの一方の入力端子に入力される。一方１１６で分配された信号は、１１７１、１１７２〜１１７ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出され、それぞれ１１８１、１１８２〜１１８ｎで示されるミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで出力された信号を１１９１、１１９２〜１１９ｎで示される帯域通過フィルタを通し、ｆＩＦの周波数成分を取り出す。ここで１１９１から出力される信号は１０４１で重み付けされたＩＦ信号が得られ、以下同様に１１９２から出力される信号は１０４２で重み付けされたＩＦ信号、１１９ｎから出力される信号は１０４ｎで重み付けされたＩＦ信号が得られる。これらのＩＦ信号は、発振器１２０、ミキサ１１２１、１１２２〜１１２ｎおよび帯域通過フィルタ１２２１、１２２２〜１２２ｎによってｆＲＦに周波数変換され、アレーアンテナの各素子１２３１、１２３２〜１２３ｎによって空間に放射される。ここで、アンテナから放射されるビームの指向性は、１０４１、１０４２〜１０４ｎの重みづけ回路で与えた振幅、位相により形成される。実際には各コンポーネントのばらつきなどで、得られたＩＦ信号の振幅および位相は、必ずしも１０４１、１０４２〜１０４ｎで与えた振幅および位相とは異なる値となるが、この問題については、あらかじめキャリブレーションを行なって各ブランチにおける較正値を得ておき、１０４１、１０４２〜１０４ｎで重みを与える際にこれらの較正値を含んだ値を与えることにより、制御局においてアンテナに給電される振幅および（もしくは）位相を制御可能である。
【０００９】
このような構成とすることで、制御局の電気−光変換器および無線基地局の光−電気変換器が大幅に削減できる。また、すべての信号を周波数多重して同一の光ファイバで送ることにより、光ファイバの伸縮による各信号の相対的な位相の変動を抑圧できる。
（第２の実施例）
図４は、本発明の第２の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。第１の実施例と同様に、無線基地局から放射する信号の指向性の制御を制御局で行う方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１０】
第２の実施例にかかる構成は第１の実施例と共通する部分が多いため、第１の実施例との差分について説明する。フィルタやＯ／Ｅ、Ｅ／Ｏ変換器などの帯域が十分にとれる場合、制御局において４０１で示す無線周波数ｆＲＦのＲＦ信号を周波数変換して送る方法であってもかまわない。この場合、制御局の構成は図１と同じである。したがって４０７で多重された信号は、４１０に示すように並んでいる。これらを４１１で電気−光変換し、４１２の光ファイバで送り、４１３で光−電気変換して電気信号に戻すと、光−電気変換された信号は４１０で示す信号と同じになる。この信号を４１５で２ｎ分配する。このうちｎ個の信号は、４２４１、４２４２〜４２４ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１＋ｆＲＦ、ｆ２＋ｆＲＦ〜ｆｎ＋ｆＲＦの周波数成分のみを抽出され、それぞれ４１８１、４１８２〜４１８ｎに示すミキサの一方の入力端子に入力される。残りのｎ個の信号は、４１７１、４１７２〜４１７ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出され、それぞれ４１８１、４１８２〜４１８ｎで示されるミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで出力された信号を４１９１、４１９２〜４１９ｎで示される帯域通過フィルタを通し、ｆＲＦの周波数成分を取り出す。この信号は、制御局において、４０４１、４０４２〜４０４ｎで与えられた振幅、位相を持っているため、アンテナから放射されるＲＦ信号の指向性は、この振幅、位相情報に従って形成される。
【００１１】
本実施例においては、無線基地局において、ＩＦ信号からＲＦ信号への周波数変換がなくなるため、第１の実施例に比べ、さらに構造が簡単になる。
（第３の実施例）
図５は、本発明の第３の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。本実施例は、無線基地局で受信した信号を制御局に伝送し、制御局でビーム形成を行なうための信号を得る方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１２】
５０１１、５０１２〜５０１ｎはアレーアンテナの各素子で、ここで受信されたＲＦ信号は、ミキサ５０３１、５０３２〜５０３ｎにおいて発振器５０２からのｆＲＦ−ＩＦの周波数の信号と混合され、帯域通過フィルタ５０４１、５０４２〜５０４ｎにより差周波数ｆＩＦのみを得ることで周波数変換され、ＩＦ信号となる。これらの信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換される。５０６１、５０６２〜５０６ｎはそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号を発生する発振器で、これらの局部発信信号とアンテナで受信し周波数変換された周波数ｆＩＦのＩＦ信号は、５０５１、５０５２〜５０５ｎで示すミキサで混合された後、５０８１、５０８２〜５０８ｎで示すフィルタによって、和の周波数（もしくは差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。これらの信号は５０９によって多重される。ここで、５０６１、５０６２〜５０６ｎから出力された信号の一部は、分岐回路５０７１、５０７２〜５０７ｎで分岐され、ミキサに入力されずそのまま５０９に入力され、他の周波数成分と多重される。多重された信号を周波数軸でみると、たとえば図１の１１０に示すような間隔、あるいは図３に示すような間隔で並んでいる。これらの信号を５１０で電気−光変換（Ｅ／Ｏ変換）して５１１の光ファイバで伝送する。伝送された信号を５１２で光−電気変換（Ｏ／Ｅ変換）する。光−電気変換された信号は５１３で２つに分けられ、それぞれ５１４および５１５に示すｎ分配回路でｎ分配される。５１４で分配された信号は５２０１、５２０２〜５２０ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出され、それぞれ５１７１、５１７２〜５１７ｎで示されるミキサの一方の入力端子に入力される。一方５１５で分配された信号は、５１６１、５１６２〜５１６ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出され、それぞれ５１７１、５１７２〜５１７ｎで示されるミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで出力された信号を５１８１、５１８２〜５１８ｎで示される帯域通過フィルタを通し、ｆＩＦの周波数成分を取り出す。ここで５１８１から出力されるＩＦ信号は５０４１から出力されるＩＦ信号が得られ、以下同様に５１８２から出力される信号は５０４２から出力されるＩＦ信号、５１８ｎから出力される信号は５０４ｎから出力されるＩＦ信号が得られる。すなわちこれらのＩＦ信号は、各アンテナ素子５０１１、５０１２〜５０１ｎで受信した各信号を周波数変換した信号となっている。これらのＩＦ信号をビーム形成回路５１９で信号処理をすれば、所望の信号が得られる。実際には各コンポーネントのばらつきや周波数による位相差などで、ビーム形成回路５１９に入力されるＩＦ信号の振幅および位相は、必ずしもアンテナ５０１１、５０１２〜５０１ｎで受信した振幅および位相とは異なる値となるが、この問題については、あらかじめキャリブレーションを行なって各ブランチにおける較正値を得ておき、ビーム形成回路５１９で信号処理を行なう際に補正することで、制御局においてアンテナ受信信号を信号処理できる。
【００１３】
このような構成とすることで、無線基地局の電気−光変換器および制御局の光−電気変換器が大幅に削減できる。また、すべての信号を周波数多重して同一の光ファイバで送ることにより、光ファイバの伸縮による各信号の相対的な位相の変動を抑圧できる。
【００１４】
受信アンテナにおいても、第２の実施例同様、各コンポーネントの周波数帯域が十分であれば、５０２、５０３１〜５０３ｎ、５０４１〜５０４ｎなどによってアンテナ受信信号である周波数ｆＲＦの信号を中間周波数ｆＩＦに変換することなく伝送可能であり、無線基地局の構成がさらに簡単になる。
（第４の実施例）
図６は、本発明の第４の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。本実施例は、アンテナ送信信号および受信信号の両方を、制御局で信号処理するための方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１５】
６０１は伝送する情報を含む中間周波数ｆＩＦをもつＩＦ信号である。この信号は、図１に示す第１の実施例の制御局側の構成と全く同じ手順で信号処理され、６１２で示す光ファイバによって、無線基地局に伝送される。伝送された光信号は、光−電気変換器６１３で電気信号に変換され２ｎ分配器６１５で２ｎ分岐される。このうちｎ個のブランチは、６５０１、６５０２〜６５０ｎで示される帯域通過フィルタでそれぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出された後、ミキサ６１８１、６１８２〜６１８ｎの一方の入力端子に入力する。残るｎ個のブランチは６１６１、６１６２〜６１６ｎで示される帯域通過フィルタでそれぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出された後、これらｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のそれぞれの一部が分岐され、一方はミキサ６１８１、６１８２〜６１８ｎのもう一方の入力端子に入力する。混合された信号から、帯域通過フィルタ６１９１、６１９２〜６１９ｎにより周波数ｆＩＦのＩＦ信号のみを抽出し発振器６２０、ミキサ６２１１、６２１２〜６２１ｎ、帯域通過フィルタ６２２１、６２２２〜６２２ｎによって周波数変換され、アンテナから放射する周波数ｆＲＦのＲＦ信号を得る。ＲＦ信号はサーキュレータ６２３１、６２３２〜６２３ｎを介してアンテナ素子６２４１、６２４２〜６２４ｎに給電され、空間に放射される。
【００１６】
一方アンテナ素子６２４１、６２４２〜６２４ｎで受信したＲＦ信号は、サーキュレータ６２３１、６２３２〜６２３ｎを介して６２５１、６２５２〜６２５ｎで示されるミキサの一方の入力端子にそれぞれ入力する。これらのＲＦ信号は、発振器６２０、ミキサ６２５１、６２５２〜６２５ｎ、帯域通過フィルタ６２６１、６２６２〜６２６ｎによって中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号に周波数変換される。これらのＩＦ信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換されるため、６２９１、６２９２〜６２９ｎで示すミキサの一方の入力端子に入力される。ここで前記帯域通過フィルタ６１６１、６１６２〜６１６ｎを出力後、それぞれ分岐されたｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のもう一方の信号は、６２９１、６２９２〜６２９ｎで示すミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで混合された信号は、６３０１、６３０２〜６３０ｎで示すフィルタによって、和の周波数（もしくは差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。周波数変換された信号は、６４０に示す多重化回路に入力する。ここで、前記帯域通過フィルタ６１６１、６１６２〜６１６ｎを出力後、それぞれ分岐されたそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの信号の一部は、さらに分岐され、ミキサに入力されずそのまま６４０に入力され、他の周波数成分と多重される。多重した信号は、電気−光変換器６４１で光信号に変換され光ファイバ６４２により無線基地局から制御局に伝送される。伝送された信号は、図５に示す第３の実施例の制御局側の信号処理と同様の手順により信号処理され、６４８に示すビーム形成回路より、所望のアンテナ受信信号を得る。
【００１７】
このような構成とすることで、無線基地局のアンテナから放射されるＲＦ信号の指向性制御と、無線基地局のアンテナで受信したＲＦ信号の信号処理の両方が制御局側で可能となる。またこの構成では、無線基地局側の周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの発振器を省略できるため、無線基地局の構成が簡単になり、小型化等に有利である。
（第５の実施例）
図７は、本発明の第５の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。本実施例は、アンテナ送信信号および受信信号をそれぞれ制御局で信号処理するための方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１８】
第５の実施例にかかる構成のうち、送信側（制御局 → 無線基地局）の構成は、第４の実施例と全く同じため、受信側（無線基地局 → 制御局）の構成のみ説明する。アレーアンテナの各素子７２４１、７２４２〜７２４ｎで受信したＲＦ信号は、サーキュレータを介してミキサ７２５１、７２５２〜７２５ｎの一方の入力端子にそれぞれ入力する。これらのＲＦ信号は、発振器７２０、ミキサ７２５１、７２５２〜７２５ｎ、帯域通過フィルタ７２６１、７２６２〜７２６ｎによって中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号に周波数変換される。これらのＩＦ信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換されるため、７２９１、７２９２〜７２９ｎで示すミキサの一方の入力端子に入力される。分岐回路７１７１、７１７２〜７１７ｎから分岐した信号はそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの信号で、それぞれ７２９１、７２９２〜７２９ｎで示すミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで混合された信号は、７３０１、７３０２〜７３０ｎで示すフィルタによって、和の周波数（もしくは差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。周波数変換された信号は、７４０に示す多重化回路に入力する。多重された信号は、７４１で電気−光変換され、光ファイバ７４２で制御局に伝送され、７４３で光−電気変換される。光−電気変換された信号は、ｎ分配器７４４でｎ分配され、７４９１、７４９２〜７４９ｎで示される帯域通過フィルタでそれぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出された後、それぞれミキサ７４６１、７４６２〜７４６ｎの一方の入力端子に入力する。ミキサ７４６１、７４６２〜７４６ｎのもう一方の入力端子には、送信側の周波数変換で用いた周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号を発生する発振器７０８１、７０８２〜７０８ｎの局部発信信号を入力する。ミキサ７４６１、７４６２〜７４６ｎから出力した信号は、帯域通過フィルタ７４７１、７４７２〜７４７ｎによって中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号のみ取り出される。ここで７４７１から得られる信号は、７２４１で示すアンテナ素子で受信した信号を周波数変換した信号に対応しており、同様に、７４７２から得られる信号は、７２４２で示すアンテナ素子で受信した信号に対応し、７４７ｎから得られる信号は、７２４ｎで示すアンテナ素子で受信した信号に対応している。これらの信号をビーム形成回路７４８で信号処理をすることで所望の信号が取り出せる。
【００１９】
このような構成とすることで、図６に示す第４の実施例に比べ、アンテナ受信信号を無線基地局から制御局への信号伝送の際に必要なコンポーネントをさらに削減可能であり、制御局および無線基地局の構成が簡単になり、小型化等に有利である。ただし本構成の場合には、受信側についてはｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号は光ファイバ７４２を通らないため、この分の遅延差分をビーム形成回路７４８において補正をする必要がある。これついては、あらかじめキャリブレーションを行なって各ブランチにおける較正値を得、それに基づいてビーム形成回路内で補正を行なえば良い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の無線通信システムでは、制御局および無線基地局の電気−光変換器／電気−光変換器の数を大幅に低減可能である。従って無線基地局が小型でかつ低価格で構成できる。このため無線基地局の数を増やし、通信エリアを拡大できる。
【００２１】
また、本発明の無線通信システムでは、すべての信号を１本の光ファイバを用いて伝送するため、伝送途中の各光ファイバの伸縮による相対的な位相変動がなくなる。このためシステムの動作が安定する。
【００２２】
さらに本発明の無線通信システムでは、１つの制御局が複数の無線基地局を収容している場合に、光分岐／合成回路、ファイバーアンプなどの数が少なくてすむため、システム全体のコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図。
【図２】本発明にかかる無線基地局の別の構成を示す図。
【図３】周波数マップの別の例。
【図４】本発明の第２の実施例を示す図。
【図５】本発明の第３の実施例を示す図。
【図６】本発明の第４の実施例を示す図。
【図７】本発明の第５の実施例を示す図。
【図８】従来の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０１、６０１…ＩＦ信号
１０２、１１５、１１６、５１４、５１５、７４４…ｎ分配器
１０３…信号演算回路
１０４１、１０４２、１０４ｎ、４０４１、４０４２、４０４ｎ…重み付け回路
１０５１、１０５２、１０５ｎ、１１８１、１１８２、１１８ｎ、
１２１１、１２１２、１２１ｎ、４１８１、４１８２、４１８ｎ、
５０３１、５０３２、５０３ｎ、５０５１、５０５２、５０５ｎ
５１７１、５１７２、５１７ｎ、６１８１、６１８２、６１８ｎ、
６２１１、６２１２、６２１ｎ、６２５１、６２５２、６２５ｎ、
６２９１、６２９２、６２９ｎ、６４６１、６４６２、６４６ｎ、
７２５１、７２５２、７２５ｎ、７２９１、７２９２、７２９ｎ、
７４６１、７４６２、７４６ｎ…ミキサ
１０６１、１０６２、１０６ｎ、１１７１、１１７２、１１７ｎ、
１１９１、１１９２、１１９ｎ、１２２１、１２２２、１２２ｎ、
１２４１、１２４２、１２４ｎ、４１７１、４１７２、４１７ｎ、
４１９１、４１９２、４１９ｎ、５０４１、５０４２、５０４ｎ、
５０８１、５０８２、５０８ｎ、５１６１、５１６２、５１６ｎ、
５１８１、５１８２、５１８ｎ、５２０ｎ、５２０１、５２０２、
５２０ｎ、６１６１、６１６２、６１６ｎ、６１９１、６１９２、
６１９ｎ、６２２１、６２２２、６２２ｎ、６２６１、６２６２、
６２６ｎ、６３０１、６３０２、６３０ｎ、６４５１、６４５２、
６４５ｎ、６４７１、６４７２、６４７ｎ、６４９１、６４９２、
６４９ｎ、６５０１、６５０２、６５０ｎ、７２６１、７２６２、
７２６ｎ、７３０１、７３０２、７３０ｎ、７４７１、７４７２、
７４７ｎ、７４９１、７４９２、７４９ｎ…帯域通過フィルタ
１０７、４０７、５０９、６４０、７４０…多重化回路
１０８１、１０８２、１０８ｎ、１２０、５０２、５０６１、
５０６２、５０６ｎ、６２０、７０８１、７０８２、７０８ｎ、
７２０…発振器
１０９１、１０９２、１０９ｎ、１１４、５０７１、５０７２、
５０７３、５１３、６１７１、６１７２、６１７ｎ、６２８１、
６２８２ ６２８ｎ、７１７１、７１７２、７１７ｎ…分岐回路
１１０、４１０…周波数マップ
１１１、４１１、５１０、６４１、７４１…電気−光変換器
１１２、４１２、５１１、６１２、６４２、７４２…光ファイバ
１１３、４１３、５１２、６１３、６４３、７４３…電気−光変換器
１２３１、１２３２、１２３ｎ、４２３１、４２３２、４２３ｎ、
５０１１、５０１２、５０１ｎ、６２４１、６２４２、６４２ｎ、
７２４１、７２４２、７２４ｎ…アンテナ素子
２０１、４１５、６１５、６４４…２ｎ分配器
４０１…ＲＦ信号
５１９、６４８、７４８…ビーム形成回路
６２３１、６２３２、６２３ｎ、６２３１、７２３２、７２３ｎ…サーキュレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に遠隔地にある可変指向性アレーアンテナの各素子の信号を、光ファイバで伝送する無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＩＴＳ （Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される移動通信の無線基地局を光ファイバで制御局に収容するＲａｄｉｏ ｏｎ Ｆｉｂｅｒ （ＲＯＦ）技術が注目されている。光ファイバに無線信号をそのまま光伝送させることにより、変復調器及び制御器等は制御局に一括収容し、無線基地局の構成を簡単化して小型化する。そのため、多数の無線基地局を道路沿い、地下街、トンネル等に配置することが可能となる。
【０００３】
一方、無線基地局では、周波数帯域の逼迫、あるいは干渉波等の問題を解決するべく、アダプティブアンテナが注目されている。アダプティブアンテナは、アレーアンテナを備え、各アンテナ素子に給電する電気信号によってアレーアンテナの指向性が変化する可変指向性アンテナである。無線基地局から端末局へ通信では、無線基地局から送信する無線信号の放射パターンを信号演算回路により導出し、端末局の移動及び位置に合わせて適応的にアンテナの指向性を変え、端末局から無線基地局への通信では、無線基地局で受信した信号からビーム形成回路により所望の信号を導出する。
【０００４】
このアダプティブアンテナをＲＯＦで収容する無線基地局に適用する方法として、図８に概念図で示すように、１つのアンテナに１本の光ファイバを割り当てる手法がある。ここで、移動通信で考えられているアンテナブランチ数は、通常４〜８本である。この場合、無線基地局と制御局では、電気―光変換器及び光―電気変換器が、ブランチ数組み必要となり、構成規模が大きくなる問題がある。図８は、制御局から伝送した信号を無線基地局から送信する場合の構成であるが、無線基地局で受信した信号を制御局に伝送する場合も同様である。ＲＯＦを適用する目的の１つは、無線基地局を小型化することであるが、アダプティブアンテナを組み込むことで、制御局、無線基地局に複数の光−電気／電気−光変換器を必要となるため、装置が複雑となりコストが上昇する。また、このような構成では、各ブランチにおいてそれぞれ異なる光ファイバを用いているため、光ファイバの伸縮により伝送途中における各ブランチ間の相対的な位相差が、それぞれ独立に常に変動してしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
アダプティブアンテナをＲＯＦで収容する手段として、１つのアンテナに１本の光ファイバを割り当てる手法が取られている。移動通信で考えられているアンテナブランチ数は、通常、４〜８本である。無線基地局と制御局では、電気―光変換器及び光―電気変換器がブランチ数組み必要となり、構造が複雑となりコストが上昇するという問題がある。また、個々の光ファイバの伸縮により、伝送途中でビーム形成のための相対的な位相情報が変動してしまうという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、可変指向性アレーアンテナをもつ無線基地局と、制御局の間をＲＯＦで伝送するシステムにおいて、アレーアンテナの各素子の信号を周波数の異なる複数の信号に周波数変換し、さらにこれらの複数の信号と一定の周波数だけはなれた参照信号を多重して、同一の光ファイバで伝送する無線通信システムを提案する。本発明により、電気―光変換器及び光―電気変換器が削減でき、無線基地局側の構成が大幅に簡素化されるため、安価で小型なシステムを構築できる。また、本構成では、すべての信号を１本の光ファイバを用いて伝送するため、伝送途中の各光ファイバの伸縮による相対的な位相変動がなくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。ここでは、無線基地局から放射する信号の指向性の制御を制御局で行う方法について説明する。また、アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【０００８】
１０１は伝送する情報を含む中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号である。ＩＦ信号は１０２の分配器でアンテナ素子数と同じ数（ｎ）に分配され、それぞれ重み付け回路１０４１、１０４２〜１０４ｎによって振幅および位相の両方もしくはどちらか一方の変化（Ｗ１、Ｗ２〜Ｗｎ）をうける。振幅および（もしくは）位相の変化量は、所望のアンテナ指向性が得られるように信号演算回路１０３で計算される。これらの信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換される。１０８１、１０８２〜１０８ｎはそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号を発生する発振器でこれらの局部発信信号と重み付けされたＩＦ信号は、１０５１、１０５２〜１０５ｎで示すミキサで混合された後、１０６１、１０６２〜１０６ｎで示すフィルタによって、周波数ｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦで示される和の周波数成分（もしくは周波数ｆ１−ｆＩＦ、ｆ２−ｆＩＦ〜ｆｎ−ｆＩＦで示される差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。以降は和の周波数成分のみを取り出したものとして説明する。これらの信号は１０７によって多重される。ここで、１０８１、１０８２〜１０８ｎから出力された信号の一部は、分岐回路１０９１、１０９２〜１０９ｎで分岐され、ミキサに入力されずそのまま１０７に入力され、他の周波数成分と多重される。多重された信号を周波数軸でみると、たとえば１１０に示すような間隔で並んでいる。周波数軸上の信号の配列はたとえば図３に示すような間隔で並んでいても構わない。これらの信号を１１１で電気−光変換（Ｅ／Ｏ変換）して１１２の光ファイバで伝送する。電気−光変換器としては、内部変調器をもつレーザー光源などを用いる。伝送された信号を１１３で光−電気変換（Ｏ／Ｅ変換）する。光−電気変換器としてはフォトダイオードなどを用いる。光−電気変換された信号は１１０で示す信号と同じになる。光−電気変換された信号は１１４で２つに分けられ、それぞれ１１５および１１６に示すｎ分配回路でｎ分配される。１１４、１１５、１１６のかわりに、図２の２０１で示すような２ｎ分配回路を用いた場合でもその後の信号処理は同じである。１１５で分配された信号は帯域通過フィルタ１２４１、１２４２〜１２４ｎでそれぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出され、１１８１、１１８２〜１１８ｎで示されるミキサの一方の入力端子に入力される。一方１１６で分配された信号は、１１７１、１１７２〜１１７ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出され、それぞれ１１８１、１１８２〜１１８ｎで示されるミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで出力された信号を１１９１、１１９２〜１１９ｎで示される帯域通過フィルタを通し、ｆＩＦの周波数成分を取り出す。ここで１１９１から出力される信号は１０４１で重み付けされたＩＦ信号が得られ、以下同様に１１９２から出力される信号は１０４２で重み付けされたＩＦ信号、１１９ｎから出力される信号は１０４ｎで重み付けされたＩＦ信号が得られる。これらのＩＦ信号は、発振器１２０、ミキサ１１２１、１１２２〜１１２ｎおよび帯域通過フィルタ１２２１、１２２２〜１２２ｎによってｆＲＦに周波数変換され、アレーアンテナの各素子１２３１、１２３２〜１２３ｎによって空間に放射される。ここで、アンテナから放射されるビームの指向性は、１０４１、１０４２〜１０４ｎの重みづけ回路で与えた振幅、位相により形成される。実際には各コンポーネントのばらつきなどで、得られたＩＦ信号の振幅および位相は、必ずしも１０４１、１０４２〜１０４ｎで与えた振幅および位相とは異なる値となるが、この問題については、あらかじめキャリブレーションを行なって各ブランチにおける較正値を得ておき、１０４１、１０４２〜１０４ｎで重みを与える際にこれらの較正値を含んだ値を与えることにより、制御局においてアンテナに給電される振幅および（もしくは）位相を制御可能である。
【０００９】
このような構成とすることで、制御局の電気−光変換器および無線基地局の光−電気変換器が大幅に削減できる。また、すべての信号を周波数多重して同一の光ファイバで送ることにより、光ファイバの伸縮による各信号の相対的な位相の変動を抑圧できる。
（第２の実施例）
図４は、本発明の第２の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。第１の実施例と同様に、無線基地局から放射する信号の指向性の制御を制御局で行う方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１０】
第２の実施例にかかる構成は第１の実施例と共通する部分が多いため、第１の実施例との差分について説明する。フィルタやＯ／Ｅ、Ｅ／Ｏ変換器などの帯域が十分にとれる場合、制御局において４０１で示す無線周波数ｆＲＦのＲＦ信号を周波数変換して送る方法であってもかまわない。この場合、制御局の構成は図１と同じである。したがって４０７で多重された信号は、４１０に示すように並んでいる。これらを４１１で電気−光変換し、４１２の光ファイバで送り、４１３で光−電気変換して電気信号に戻すと、光−電気変換された信号は４１０で示す信号と同じになる。この信号を４１５で２ｎ分配する。このうちｎ個の信号は、４２４１、４２４２〜４２４ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１＋ｆＲＦ、ｆ２＋ｆＲＦ〜ｆｎ＋ｆＲＦの周波数成分のみを抽出され、それぞれ４１８１、４１８２〜４１８ｎに示すミキサの一方の入力端子に入力される。残りのｎ個の信号は、４１７１、４１７２〜４１７ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出され、それぞれ４１８１、４１８２〜４１８ｎで示されるミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで出力された信号を４１９１、４１９２〜４１９ｎで示される帯域通過フィルタを通し、ｆＲＦの周波数成分を取り出す。この信号は、制御局において、４０４１、４０４２〜４０４ｎで与えられた振幅、位相を持っているため、アンテナから放射されるＲＦ信号の指向性は、この振幅、位相情報に従って形成される。
【００１１】
本実施例においては、無線基地局において、ＩＦ信号からＲＦ信号への周波数変換がなくなるため、第１の実施例に比べ、さらに構造が簡単になる。
（第３の実施例）
図５は、本発明の第３の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。本実施例は、無線基地局で受信した信号を制御局に伝送し、制御局でビーム形成を行なうための信号を得る方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１２】
５０１１、５０１２〜５０１ｎはアレーアンテナの各素子で、ここで受信されたＲＦ信号は、ミキサ５０３１、５０３２〜５０３ｎにおいて発振器５０２からのｆＲＦ−ＩＦの周波数の信号と混合され、帯域通過フィルタ５０４１、５０４２〜５０４ｎにより差周波数ｆＩＦのみを得ることで周波数変換され、ＩＦ信号となる。これらの信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換される。５０６１、５０６２〜５０６ｎはそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号を発生する発振器で、これらの局部発信信号とアンテナで受信し周波数変換された周波数ｆＩＦのＩＦ信号は、５０５１、５０５２〜５０５ｎで示すミキサで混合された後、５０８１、５０８２〜５０８ｎで示すフィルタによって、和の周波数（もしくは差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。これらの信号は５０９によって多重される。ここで、５０６１、５０６２〜５０６ｎから出力された信号の一部は、分岐回路５０７１、５０７２〜５０７ｎで分岐され、ミキサに入力されずそのまま５０９に入力され、他の周波数成分と多重される。多重された信号を周波数軸でみると、たとえば図１の１１０に示すような間隔、あるいは図３に示すような間隔で並んでいる。これらの信号を５１０で電気−光変換（Ｅ／Ｏ変換）して５１１の光ファイバで伝送する。伝送された信号を５１２で光−電気変換（Ｏ／Ｅ変換）する。光−電気変換された信号は５１３で２つに分けられ、それぞれ５１４および５１５に示すｎ分配回路でｎ分配される。５１４で分配された信号は５２０１、５２０２〜５２０ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出され、それぞれ５１７１、５１７２〜５１７ｎで示されるミキサの一方の入力端子に入力される。一方５１５で分配された信号は、５１６１、５１６２〜５１６ｎで示される帯域通過フィルタによって、それぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出され、それぞれ５１７１、５１７２〜５１７ｎで示されるミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで出力された信号を５１８１、５１８２〜５１８ｎで示される帯域通過フィルタを通し、ｆＩＦの周波数成分を取り出す。ここで５１８１から出力されるＩＦ信号は５０４１から出力されるＩＦ信号が得られ、以下同様に５１８２から出力される信号は５０４２から出力されるＩＦ信号、５１８ｎから出力される信号は５０４ｎから出力されるＩＦ信号が得られる。すなわちこれらのＩＦ信号は、各アンテナ素子５０１１、５０１２〜５０１ｎで受信した各信号を周波数変換した信号となっている。これらのＩＦ信号をビーム形成回路５１９で信号処理をすれば、所望の信号が得られる。実際には各コンポーネントのばらつきや周波数による位相差などで、ビーム形成回路５１９に入力されるＩＦ信号の振幅および位相は、必ずしもアンテナ５０１１、５０１２〜５０１ｎで受信した振幅および位相とは異なる値となるが、この問題については、あらかじめキャリブレーションを行なって各ブランチにおける較正値を得ておき、ビーム形成回路５１９で信号処理を行なう際に補正することで、制御局においてアンテナ受信信号を信号処理できる。
【００１３】
このような構成とすることで、無線基地局の電気−光変換器および制御局の光−電気変換器が大幅に削減できる。また、すべての信号を周波数多重して同一の光ファイバで送ることにより、光ファイバの伸縮による各信号の相対的な位相の変動を抑圧できる。
【００１４】
受信アンテナにおいても、第２の実施例同様、各コンポーネントの周波数帯域が十分であれば、５０２、５０３１〜５０３ｎ、５０４１〜５０４ｎなどによってアンテナ受信信号である周波数ｆＲＦの信号を中間周波数ｆＩＦに変換することなく伝送可能であり、無線基地局の構成がさらに簡単になる。
（第４の実施例）
図６は、本発明の第４の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。本実施例は、アンテナ送信信号および受信信号の両方を、制御局で信号処理するための方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１５】
６０１は伝送する情報を含む中間周波数ｆＩＦをもつＩＦ信号である。この信号は、図１に示す第１の実施例の制御局側の構成と全く同じ手順で信号処理され、６１２で示す光ファイバによって、無線基地局に伝送される。伝送された光信号は、光−電気変換器６１３で電気信号に変換され２ｎ分配器６１５で２ｎ分岐される。このうちｎ個のブランチは、６５０１、６５０２〜６５０ｎで示される帯域通過フィルタでそれぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出された後、ミキサ６１８１、６１８２〜６１８ｎの一方の入力端子に入力する。残るｎ個のブランチは６１６１、６１６２〜６１６ｎで示される帯域通過フィルタでそれぞれｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のみを抽出された後、これらｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のそれぞれの一部が分岐され、一方はミキサ６１８１、６１８２〜６１８ｎのもう一方の入力端子に入力する。混合された信号から、帯域通過フィルタ６１９１、６１９２〜６１９ｎにより周波数ｆＩＦのＩＦ信号のみを抽出し発振器６２０、ミキサ６２１１、６２１２〜６２１ｎ、帯域通過フィルタ６２２１、６２２２〜６２２ｎによって周波数変換され、アンテナから放射する周波数ｆＲＦのＲＦ信号を得る。ＲＦ信号はサーキュレータ６２３１、６２３２〜６２３ｎを介してアンテナ素子６２４１、６２４２〜６２４ｎに給電され、空間に放射される。
【００１６】
一方アンテナ素子６２４１、６２４２〜６２４ｎで受信したＲＦ信号は、サーキュレータ６２３１、６２３２〜６２３ｎを介して６２５１、６２５２〜６２５ｎで示されるミキサの一方の入力端子にそれぞれ入力する。これらのＲＦ信号は、発振器６２０、ミキサ６２５１、６２５２〜６２５ｎ、帯域通過フィルタ６２６１、６２６２〜６２６ｎによって中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号に周波数変換される。これらのＩＦ信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換されるため、６２９１、６２９２〜６２９ｎで示すミキサの一方の入力端子に入力される。ここで前記帯域通過フィルタ６１６１、６１６２〜６１６ｎを出力後、それぞれ分岐されたｆ１、ｆ２〜ｆｎの周波数成分のもう一方の信号は、６２９１、６２９２〜６２９ｎで示すミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで混合された信号は、６３０１、６３０２〜６３０ｎで示すフィルタによって、和の周波数（もしくは差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。周波数変換された信号は、６４０に示す多重化回路に入力する。ここで、前記帯域通過フィルタ６１６１、６１６２〜６１６ｎを出力後、それぞれ分岐されたそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの信号の一部は、さらに分岐され、ミキサに入力されずそのまま６４０に入力され、他の周波数成分と多重される。多重した信号は、電気−光変換器６４１で光信号に変換され光ファイバ６４２により無線基地局から制御局に伝送される。伝送された信号は、図５に示す第３の実施例の制御局側の信号処理と同様の手順により信号処理され、６４８に示すビーム形成回路より、所望のアンテナ受信信号を得る。
【００１７】
このような構成とすることで、無線基地局のアンテナから放射されるＲＦ信号の指向性制御と、無線基地局のアンテナで受信したＲＦ信号の信号処理の両方が制御局側で可能となる。またこの構成では、無線基地局側の周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの発振器を省略できるため、無線基地局の構成が簡単になり、小型化等に有利である。
（第５の実施例）
図７は、本発明の第５の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図中に左側の破線で囲んである部分が制御局、右側が無線基地局である。本実施例は、アンテナ送信信号および受信信号をそれぞれ制御局で信号処理するための方法について説明する。アンテナ素子の数をｎ素子とするが、図では１、２およびｎのブランチのみを示している。また通信媒体としては光ファイバを用いる。
【００１８】
第５の実施例にかかる構成のうち、送信側（制御局 → 無線基地局）の構成は、第４の実施例と全く同じため、受信側（無線基地局 → 制御局）の構成のみ説明する。アレーアンテナの各素子７２４１、７２４２〜７２４ｎで受信したＲＦ信号は、サーキュレータを介してミキサ７２５１、７２５２〜７２５ｎの一方の入力端子にそれぞれ入力する。これらのＲＦ信号は、発振器７２０、ミキサ７２５１、７２５２〜７２５ｎ、帯域通過フィルタ７２６１、７２６２〜７２６ｎによって中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号に周波数変換される。これらのＩＦ信号は周波数多重するために、それぞれ異なる周波数に変換されるため、７２９１、７２９２〜７２９ｎで示すミキサの一方の入力端子に入力される。分岐回路７１７１、７１７２〜７１７ｎから分岐した信号はそれぞれ異なる周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの信号で、それぞれ７２９１、７２９２〜７２９ｎで示すミキサのもう一方の入力端子に入力される。ミキサで混合された信号は、７３０１、７３０２〜７３０ｎで示すフィルタによって、和の周波数（もしくは差の周波数）成分のみを取り出すことによって、異なる周波数に変換される。周波数変換された信号は、７４０に示す多重化回路に入力する。多重された信号は、７４１で電気−光変換され、光ファイバ７４２で制御局に伝送され、７４３で光−電気変換される。光−電気変換された信号は、ｎ分配器７４４でｎ分配され、７４９１、７４９２〜７４９ｎで示される帯域通過フィルタでそれぞれｆ１＋ｆＩＦ、ｆ２＋ｆＩＦ〜ｆｎ＋ｆＩＦの周波数成分のみを抽出された後、それぞれミキサ７４６１、７４６２〜７４６ｎの一方の入力端子に入力する。ミキサ７４６１、７４６２〜７４６ｎのもう一方の入力端子には、送信側の周波数変換で用いた周波数ｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号を発生する発振器７０８１、７０８２〜７０８ｎの局部発信信号を入力する。ミキサ７４６１、７４６２〜７４６ｎから出力した信号は、帯域通過フィルタ７４７１、７４７２〜７４７ｎによって中間周波数ｆＩＦのＩＦ信号のみ取り出される。ここで７４７１から得られる信号は、７２４１で示すアンテナ素子で受信した信号を周波数変換した信号に対応しており、同様に、７４７２から得られる信号は、７２４２で示すアンテナ素子で受信した信号に対応し、７４７ｎから得られる信号は、７２４ｎで示すアンテナ素子で受信した信号に対応している。これらの信号をビーム形成回路７４８で信号処理をすることで所望の信号が取り出せる。
【００１９】
このような構成とすることで、図６に示す第４の実施例に比べ、アンテナ受信信号を無線基地局から制御局への信号伝送の際に必要なコンポーネントをさらに削減可能であり、制御局および無線基地局の構成が簡単になり、小型化等に有利である。ただし本構成の場合には、受信側についてはｆ１、ｆ２〜ｆｎの局部発信信号は光ファイバ７４２を通らないため、この分の遅延差分をビーム形成回路７４８において補正をする必要がある。これついては、あらかじめキャリブレーションを行なって各ブランチにおける較正値を得、それに基づいてビーム形成回路内で補正を行なえば良い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の無線通信システムでは、制御局および無線基地局の電気−光変換器／電気−光変換器の数を大幅に低減可能である。従って無線基地局が小型でかつ低価格で構成できる。このため無線基地局の数を増やし、通信エリアを拡大できる。
【００２１】
また、本発明の無線通信システムでは、すべての信号を１本の光ファイバを用いて伝送するため、伝送途中の各光ファイバの伸縮による相対的な位相変動がなくなる。このためシステムの動作が安定する。
【００２２】
さらに本発明の無線通信システムでは、１つの制御局が複数の無線基地局を収容している場合に、光分岐／合成回路、ファイバーアンプなどの数が少なくてすむため、システム全体のコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図。
【図２】本発明にかかる無線基地局の別の構成を示す図。
【図３】周波数マップの別の例。
【図４】本発明の第２の実施例を示す図。
【図５】本発明の第３の実施例を示す図。
【図６】本発明の第４の実施例を示す図。
【図７】本発明の第５の実施例を示す図。
【図８】従来の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０１、６０１…ＩＦ信号
１０２、１１５、１１６、５１４、５１５、７４４…ｎ分配器
１０３…信号演算回路
１０４１、１０４２、１０４ｎ、４０４１、４０４２、４０４ｎ…重み付け回路
１０５１、１０５２、１０５ｎ、１１８１、１１８２、１１８ｎ、
１２１１、１２１２、１２１ｎ、４１８１、４１８２、４１８ｎ、
５０３１、５０３２、５０３ｎ、５０５１、５０５２、５０５ｎ
５１７１、５１７２、５１７ｎ、６１８１、６１８２、６１８ｎ、
６２１１、６２１２、６２１ｎ、６２５１、６２５２、６２５ｎ、
６２９１、６２９２、６２９ｎ、６４６１、６４６２、６４６ｎ、
７２５１、７２５２、７２５ｎ、７２９１、７２９２、７２９ｎ、
７４６１、７４６２、７４６ｎ…ミキサ
１０６１、１０６２、１０６ｎ、１１７１、１１７２、１１７ｎ、
１１９１、１１９２、１１９ｎ、１２２１、１２２２、１２２ｎ、
１２４１、１２４２、１２４ｎ、４１７１、４１７２、４１７ｎ、
４１９１、４１９２、４１９ｎ、５０４１、５０４２、５０４ｎ、
５０８１、５０８２、５０８ｎ、５１６１、５１６２、５１６ｎ、
５１８１、５１８２、５１８ｎ、５２０ｎ、５２０１、５２０２、
５２０ｎ、６１６１、６１６２、６１６ｎ、６１９１、６１９２、
６１９ｎ、６２２１、６２２２、６２２ｎ、６２６１、６２６２、
６２６ｎ、６３０１、６３０２、６３０ｎ、６４５１、６４５２、
６４５ｎ、６４７１、６４７２、６４７ｎ、６４９１、６４９２、
６４９ｎ、６５０１、６５０２、６５０ｎ、７２６１、７２６２、
７２６ｎ、７３０１、７３０２、７３０ｎ、７４７１、７４７２、
７４７ｎ、７４９１、７４９２、７４９ｎ…帯域通過フィルタ
１０７、４０７、５０９、６４０、７４０…多重化回路
１０８１、１０８２、１０８ｎ、１２０、５０２、５０６１、
５０６２、５０６ｎ、６２０、７０８１、７０８２、７０８ｎ、
７２０…発振器
１０９１、１０９２、１０９ｎ、１１４、５０７１、５０７２、
５０７３、５１３、６１７１、６１７２、６１７ｎ、６２８１、
６２８２ ６２８ｎ、７１７１、７１７２、７１７ｎ…分岐回路
１１０、４１０…周波数マップ
１１１、４１１、５１０、６４１、７４１…電気−光変換器
１１２、４１２、５１１、６１２、６４２、７４２…光ファイバ
１１３、４１３、５１２、６１３、６４３、７４３…電気−光変換器
１２３１、１２３２、１２３ｎ、４２３１、４２３２、４２３ｎ、
５０１１、５０１２、５０１ｎ、６２４１、６２４２、６４２ｎ、
７２４１、７２４２、７２４ｎ…アンテナ素子
２０１、４１５、６１５、６４４…２ｎ分配器
４０１…ＲＦ信号
５１９、６４８、７４８…ビーム形成回路
６２３１、６２３２、６２３ｎ、６２３１、７２３２、７２３ｎ…サーキュレータ
Claims (4)
- 複数のアンテナ素子に給電する電気信号によって指向性が変化する可変指向性アレーアンテナを備えた無線基地局と、
前記可変指向性アレーアンテナの放射パターンを導出する信号演算回路および前記可変指向性アレーアンテナの受信信号から所望の信号を導出するビーム形成回路を備えた制御局とを備え、
前記無線基地局と前記制御局とを通信媒体で接続し、
前記複数のアンテナ素子に給電する電気信号を前記制御局から前記通信媒体により前記無線基地局に伝送し、前記複数のアンテナ素子で受信した電気信号を前記無線基地局から前記通信媒体により前記制御局へ伝送することを特徴とする無線通信システムにおいて、
前記制御局から前記通信媒体により前記無線基地局へ伝送する第１の信号は、前記複数のアンテナ素子に給電する第１の電気信号をそれぞれ周波数の異なる複数の局部発信信号により異なる周波数に周波数変換した電気信号と、前記局部発信信号とを多重した信号であり、
前記無線基地局から前記通信媒体により前記制御局へ伝送する第２の信号は、前記複数のアンテナ素子で受信した第２の電気信号を前記第１の信号から抽出された複数の局部発信信号により異なる周波数に周波数変換した電気信号と、前記第１の信号から抽出された複数の局部発信信号とを多重した信号であり、かつ、前記制御局において前記複数の局部発信信号が抽出され該抽出される複数の局部発信信号を用いて前記第２の電気信号が抽出される信号であることを特徴とする無線通信システム。 - 複数のアンテナ素子に給電する電気信号によって指向性が変化する可変指向性アレーアンテナを備え、
前記可変指向性アレーアンテナの放射パターンを導出する信号演算回路および前記可変指向性アレーアンテナの受信信号から所望の信号を導出するビーム形成回路を備えた制御局と通信媒体で接続され、
前記複数のアンテナ素子に給電する電気信号を前記制御局から前記通信媒体により伝送されることを特徴とする無線基地局において、
前記制御局から前記通信媒体により伝送される第１の信号は、前記複数のアンテナ素子に給電する第１の電気信号をそれぞれ周波数の異なる複数の局部発信信号により異なる周波数に周波数変換した電気信号と、前記局部発信信号とを多重した信号であり、
前記通信媒体により前記制御局へ伝送する第２の信号は、前記複数のアンテナ素子で受信した第２の電気信号を前記第１の信号から抽出した複数の局部発信信号により異なる周波数に周波数変換した電気信号と、前記第１の信号から抽出した複数の局部発信信号とを多重した信号であり、かつ、前記制御局において前記複数の局部発信信号が抽出され該抽出される複数の局部発信信号を用いて前記第２の電気信号が抽出される信号であることを特徴とする無線基地局。 - 複数のアンテナ素子に給電する電気信号によって指向性が変化する可変指向性アレーアンテナを備えた無線基地局と通信媒体で接続され、
前記可変指向性アレーアンテナの放射パターンを導出する信号演算回路および前記可変指向性アレーアンテナの受信信号から所望の信号を導出するビーム形成回路を備え、
前記複数のアンテナ素子に給電する電気信号を前記通信媒体により前記無線基地局へ伝送することを特徴とする制御局において、
前記通信媒体により前記無線基地局へ伝送する第１の信号は、前記複数のアンテナ素子に給電する第１の電気信号をそれぞれ周波数の異なる複数の局部発信信号により異なる周波数に周波数変換した電気信号と、前記局部発信信号とを多重した信号であり、
前記無線基地局から前記通信媒体により伝送される第２の信号は、前記複数のアンテナ素子で受信された第２の電気信号を前記第１の信号から抽出された複数の局部発信信号により異なる周波数に周波数変換された電気信号と、前記第１の信号から抽出された複数の局部発信信号とを多重された信号であり、かつ、前記制御局が前記複数の局部発信信号を抽出し該抽出する複数の局部発信信号を用いて前記第２の電気信号を抽出する信号であることを特徴とする制御局。 - 前記無線基地局と前記制御局を接続する通信媒体は光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
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