JP4909301B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、集中基地局と複数の遠隔基地局が光伝送路を介して接続され、複数の遠隔基地局と無線端末局が無線回線を介して接続され、無線端末局と集中基地局が遠隔基地局を介して通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

光伝送路を介して集中基地局と複数の遠隔基地局を接続し、サービスエリアを面的展開する無線通信システムでは、遠隔基地局の送信電力低減および小型化による経済化、また複数セルの集中監視によるチャネルの動的制御が可能であり、またハンドオーバ切替頻度の軽減など様々な利点を有し、また複数の遠隔基地局を選択するサイトダイバーシチによる通信品質の改善も容易であり、携帯電話システムなどへの適用が検討されている（非特許文献１，２）。

図５は、従来の無線通信システムにおける集中基地局および遠隔基地局の構成例を示す。

図５において、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ａは光ファイバ１１，１２を介して接続され、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ｂは光ファイバ１３，１４を介して接続される。遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂはそれぞれ異なる無線ゾーンを形成し、無線端末局３１は遠隔基地局２００Ａの無線ゾーンに位置し、無線端末局３２は遠隔基地局２００Ａの無線ゾーンに位置する。集中基地局１００にはバックボーンネットワーク２０が接続される。

バックボーンネットワーク２０から無線端末局３１に対して送信されるデータ信号は、集中基地局１００のデータバッファ部１０１を介してフレーム構築部１０２Ａに入力する。フレーム構築部１０２Ａは、制御部１０３から入力するタイミング信号をもとに無線フレームを構築して変調器１０４Ａに出力する。変調器１０４Ａは、無線フレームのデータ信号を変調し無線周波数帯に変換して合波器１０５Ａに出力する。また、制御部１０３は遠隔基地局２００Ａの制御に用いる制御信号を出力し、変調器１０６Ａはこの制御信号を変調し、データ信号とは異なる無線周波数帯に変換して合波器１０５Ａに出力する。異なる無線周波数帯に変換されたデータ信号と制御信号は合波器１０５Ａで周波数多重され、さらに電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）１０７Ａで光信号に変換され、光ファイバ１１を介して遠隔基地局２００Ａに伝送される。

遠隔基地局２００Ａに伝送された光信号は、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）２０１で電気信号に変換され、分波器２０２に入力する。分波器２０２は、無線周波数帯で周波数多重されたデータ信号と制御信号を分波し、データ信号は増幅器２０３で増幅され、さらにスイッチ（ＳＷ）２０４を介してアンテナ２０５から無線端末局３１に送信される。一方、分波器２０２で分波された制御信号は復調器２０６に入力して復調され、タイミング制御信号として増幅器２０３のオンオフ制御およびスイッチ２０４の送受信切替制御に用いられる。

無線端末局３１から送信された信号は、遠隔基地局２００Ａのアンテナ２０５に受信され、スイッチ２０４を介して増幅器２０７に入力して最適レベルに調整され、さらに電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）２０８で光信号に変換され、光ファイバ１２を介して集中基地局１００に伝送される。集中基地局１００に伝送された光信号は、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）１０８Ａで電気信号に変換され、復調器１０９Ａに入力する。復調器１０９Ａでは、無線端末局３１から送信されたデータ信号を復調し、データバッファ部１０１を介してバックボーンネットワーク２０に出力する。また、制御部１０３では、復調器１０９Ａから入力する信号をもとに、次回以降の無線フレームに対する集中基地局１００および遠隔基地局２００Ａの送受信タイミングや送信電力などを決定する制御信号を生成する。

一方、バックボーンネットワーク２０から無線端末局３２に対して送信されるデータ信号も同様であり、集中基地局１００のデータバッファ分波器１０１、変調器１０４Ｂ、合波器１０５Ｂ、電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）１０７Ｂ、光ファイバ１３を介して遠隔基地局２００Ｂに伝送され、さらに遠隔基地局２００Ｂの光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）２０１、分波器２０２、増幅器２０３、スイッチ（ＳＷ）２０４を介してアンテナ２０５から無線端末局３２に送信される。また、遠隔基地局２００Ｂの分波器２０２で分波された制御信号は復調器２０６に入力して復調され、タイミング制御信号として増幅器２０３のオンオフ制御およびスイッチ２０４の送受信切替制御に用いられる。

無線端末局３２から送信された信号は、遠隔基地局２００Ｂのアンテナ２０５に受信され、スイッチ（ＳＷ）２０４、増幅器２０７、電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）２０８、光ファイバ１４を介して集中基地局１００に伝送され、さらに集中基地局１００の光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）１０８Ｂを介して復調器１０９Ｂに入力し、復調されたデータ信号がデータバッファ部１０１を介してバックボーンネットワーク２０に出力される。また、制御部１０３では、復調器１０９Ｂから入力する信号をもとに、次回以降の無線フレームに対する集中基地局１００および遠隔基地局２００Ｂの送受信タイミングや送信電力などを決定する制御信号を生成する。
引馬章裕 他、「ＦＯＭＡエリアの経済的拡大に向けた無線基地局装置の開発」、ＮＴＴDoCoMoテクニカル・ジャーナル、Vol.12, No.1, pp.50-56, 2004 K.Morita and H.Ohtsuka,"The new generation of wireless communications based on fiber-radio technologies", IEICE Trans.Commun.,vol.E76-B, No.9, pp.1061-1068, 1993

ところで、無線ＬＡＮなどのように無線基地局間の非同期が前提の無線通信システムの場合には、集中基地局に光ファイバで接続された遠隔基地局間のタイミング調整は必要ない。しかし、ＷｉＭＡＸ(Worldwide interoperability for microwave access) などのように、無線基地局間の同期が必要な無線通信システムでは、集中基地局に光ファイバで接続された遠隔基地局間の同期のためのタイミング調整が必要になる。

また、無線端末局から複数の異なる遠隔基地局を介して伝送する信号を集中基地局で最大比合成し、また集中基地局から複数の遠隔基地局を介して伝送する信号を無線端末局で最大比合成する合成サイトダイバーシチは、選択サイトダイバーシチより搬送波レベル対雑音比ＣＮＲ（Carrier-to-Noise Ratio) の改善効果は大きい。ただし、合成サイトダイバーシチを行うためには、遠隔基地局間の同期、すなわち無線端末局と集中基地局が複数の異なる遠隔基地局を介して接続される各伝送路の遅延時間を測定し、受信／送信タイミングの調整が必要になる。

本発明は、無線端末局と集中基地局が複数の異なる遠隔基地局を介して通信を行う無線通信システムにおいて、集中基地局からの制御により遠隔基地局間の同期を実現する無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

さらに本発明は、無線端末局と集中基地局が複数の異なる遠隔基地局を介して通信を行う無線通信システムにおいて、無線端末局から集中基地局への上り方向および集中基地局から無線端末局への下り方向における合成サイトダイバーシチを可能にする無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、集中基地局と複数の遠隔基地局が光伝送路を介して接続され、複数の遠隔基地局と無線端末局が無線回線を介して接続され、無線端末局と集中基地局が遠隔基地局を介して通信を行う無線通信システム（無線通信方法）において、集中基地局は、集中基地局から無線端末局に送信するデータ信号と、複数の遠隔基地局をそれぞれ制御する制御信号と、ＰＮ系列符号信号を互いに異なる無線周波数帯の信号に変換して合波し、その合波した信号を光信号に変換し、光伝送路を介して複数の遠隔基地局に送信する送信手段と、複数の遠隔基地局で折り返され、光伝送路を介して集中基地局に送信された光信号を受信して電気信号に変換し、ＰＮ系列符号信号を出力する受信手段と、複数の遠隔基地局ごとに、送信手段および受信手段からそれぞれＰＮ系列符号信号を入力して相関を検波し、相関信号を出力する相関検波手段と、複数の遠隔基地局に対応する相関信号から遅延時間差を検出し、集中基地局と複数の遠隔基地局との間の遅延時間が同じになるように各遠隔基地局に対する遅延時間を決定する制御手段と、決定した遅延時間に従って、集中基地局から複数の遠隔基地局に送信するデータ信号の遅延量を設定し、かつ複数の遠隔基地局から集中基地局に受信するデータ信号の遅延量を設定する遅延手段とを備え、複数の遠隔基地局は、それぞれ受信した光信号を電気信号に変換し、データ信号と制御信号とＰＮ系列符号信号に分波し、分波したＰＮ系列符号信号と、遠隔基地局から集中基地局に送信するデータ信号を合波し、その合波した信号を光信号に変換して集中基地局に折り返すループバック手段を備え、さらに、集中基地局の制御手段は、無線端末局から送信され複数の遠隔基地局を介して中継送信されたデータ信号から、無線端末局と複数の遠隔基地局との遅延時間をそれぞれ検出し、複数の遠隔基地局について当該遅延時間が所定の時間Ｔ以内であるＴ内遠隔基地局群と、所定の時間Ｔ以上であるＴ外遠隔基地局群に区分し、Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を合成して出力し、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を破棄し、無線端末局に送信するデータ信号を複数の遠隔基地局に送信する際に、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対してこのデータ信号が無線端末局で干渉とならないように制御信号により制御する構成であり、複数の遠隔基地局は、ループバック手段で分波した制御信号に従って、集中基地局から無線端末局に中継送信するデータ信号の送信電力を制御する手段を備える。

第２の発明の無線通信システム（無線通信方法）において、集中基地局の制御手段は、無線端末局から送信され複数の遠隔基地局で中継送信されたデータ信号から、無線端末局と複数の遠隔基地局との伝搬路係数をそれぞれ検出し、Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を合成する際に、伝搬路係数に応じたデータ信号の重み付けにより最大比合成されるように制御し、無線端末局に送信するデータ信号をＴ内遠隔基地局群の遠隔基地局に送信する際に、伝搬路係数に応じたデータ信号の重み付けにより無線端末局で最大比合成されるように制御する構成である。

第２の発明の無線通信システム（無線通信方法）において、集中基地局の制御手段は、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対して無線端末局に送信するデータ信号の送信を停止する制御を行う構成である。

第２の発明の無線通信システム（無線通信方法）において、集中基地局の制御手段は、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対して無線端末局に送信するデータ信号の送信電力を低減する制御を行う構成である。

第２の発明の無線通信システム（無線通信方法）において、集中基地局の制御手段は、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局が無線端末局に与える干渉量を推定し、当該干渉量が無線端末局の許容値以下であれば、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局への制御を行わない構成である。

第２の発明の無線通信システム（無線通信方法）において、遠隔基地局と無線端末局はＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号により無線通信を行い、所定の時間ＴがＯＦＤＭ信号に規定されるガードインターバルに設定される。

本発明は、集中基地局と複数の遠隔基地局との間の遅延時間を調整することにより、集中基地局から複数の遠隔基地局を介して無線端末局にデータ信号を伝送する際に、複数の遠隔基地局における送信タイミングを同期させることができる。また、無線端末局から複数の遠隔基地局を介して集中基地局にデータ信号を伝送する際に、集中基地局における受信タイミングを同期させることができる。

本発明は、複数の遠隔基地局間の同期をとることにより、集中基地局から複数の遠隔基地局を介して無線端末局にデータ信号を伝送する際に、無線端末局で複数の遠隔基地局から受信するデータ信号の最大比合成などが可能になり、ダイバーシチ効果により同一周波数干渉を抑制して通信品質を改善することができる。また、無線端末局から複数の遠隔基地局を介して集中基地局にデータ信号を伝送する際に、集中基地局で複数の遠隔基地局から受信するデータ信号の最大比合成などが可能になり、ダイバーシチ効果により同一周波数干渉を抑制して通信品質を改善することができる。

（本発明の無線通信システムの原理構成）
図１は、本発明の無線通信システムの原理構成を示す。

図１において、バックボーンネットワーク２０に接続される集中基地局１００と複数の遠隔基地局２００が光ファイバ１０を介して接続され、複数の遠隔基地局２００がそれぞれ無線セル（図中六角形で示す）を形成し、図ではその１つの無線セル内に無線端末局３０が位置する。なお、無線端末局３０は位置する無線セルを形成する遠隔基地局２００だけでなく、近隣の遠隔基地局２００とも信号送受信を可能とする。遠隔基地局２００は、集中基地局１００と無線端末局３０との間の中継処理を行う。集中基地局１００は、複数の遠隔基地局２００が中継するすべての信号をモニタし、各遠隔基地局ごとに送信電力、周波数、送受信タイミングなどを制御する機能を有する。

無線ＬＡＮやＷｉＭＡＸなどのＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を用いた無線通信システムでは、マルチパス耐性をもたせるためにＧＩ（ガードインターバル）が設けられている。例えば、遠隔基地局２００から送信された信号を無線端末局３０が受信する場合に、主波と遅延波の時間差がＧＩ以内であれば、それらは干渉波ではなく同一信号とみなせるため、主波と遅延波を合成して搬送波対干渉・雑音比ＣＩＮＲ（Carrier-to-Interference-plus-Noise Ratio) を改善できる。

集中基地局１００から複数の遠隔基地局２００に無線端末局３０宛の信号を送信し、各遠隔基地局２００がその同一信号を中継送信し、無線端末局３０が受信する場合も同様であり、複数の遠隔基地局２００から送信された同一信号が無線端末局３０にＧＩ以内の時間差で受信されれば、合成サイトダイバーシチの効果を得ることができる。逆方向も同様であり、無線端末局３０の送信信号が複数の遠隔基地局２００を介して集中基地局１００に受信し、それぞれの受信信号の時間差がＧＩ以内であれば、合成サイトダイバーシチの効果を得ることができる。

そのために本発明では、まず集中基地局１００がそれぞれ個別の光ファイバ１０を介して接続される複数の遠隔基地局２００間の同期をとるために遅延調整を行う。すわなち、集中基地局１００と複数の遠隔基地局２００との間のそれぞれの遅延時間を測定し、集中基地局１００から複数の遠隔基地局２００に送信した同一信号が、各遠隔基地局２００から同一のタイミングで中継送信されるように、集中基地局１００から各遠隔基地局２００に送信するタイミングを調整する。逆方向についても同様であり、集中基地局１００と複数の遠隔基地局２００との間のそれぞれの遅延時間に応じて、集中基地局１００における各遠隔基地局２００からの受信信号のタイミングを調整する。

次に、本発明ではこのような複数の遠隔基地局２００間の同期をとった集中基地局１００において、無線端末局３０との遅延時間差がＧＩ以内で信号合成が有効となる遠隔基地局２００を選択する。ここでは、無線端末局３０との遅延時間差がＧＩ以内の遠隔基地局２００のグループをＧＩ内遠隔基地局群とし、その他の遠隔基地局２００のグループをＧＩ外遠隔基地局群とする。図１の破線で示す円は、無線端末局３０との遅延時間差がＧＩ以内となる範囲を示しており、その範囲内の遠隔基地局２００を経由することにより無線端末局３０および集中基地局１００でのダイバーシチ合成が有効となる。

まず集中基地局１００は、複数の遠隔基地局２００についてＧＩ内遠隔基地局群かＧＩ外遠隔基地局群かを選択する処理を行う。集中基地局１００は、無線端末局３０から遠隔基地局２００を介して伝送された信号を受信したときに、それぞれ復調したデータ信号の先頭部分のプリアンブル部からフレームタイミングや送信局を検出し、さらに復調したプリアンブルを既知のプリアンブルで除算することにより遠隔基地局２００と無線端末局３０との間の伝搬路係数を推定する。次に集中基地局１００は、複数の遠隔基地局２００からの受信信号が１つの無線端末局３０から送信された信号でありかつ遅延時間差がＧＩ以内となる遠隔基地局２００を、無線端末局３０に対するＧＩ内遠隔基地局群とし、それ以外の遠隔基地局２００を無線端末局３０に対するＧＩ外遠隔基地局群として選択する。無線端末局３０に対するＧＩ内遠隔基地局群の遠隔基地局２００からの受信信号については、伝搬路係数を用いて合成後のＣＩＮＲが最大になるように重み付け処理を行って合成する。無線端末局３０に対するＧＩ外遠隔基地局群の遠隔基地局２００からの受信信号は干渉波として破棄し、また受信信号が異なる無線端末局から送信されたものであればそれぞれ個別に受信処理する。

一方、集中基地局１００が無線端末局３０に信号を送信するために、集中基地局１００から無線端末局３０に対するＧＩ内遠隔基地局群の複数の遠隔基地局２００へ信号を送信する際に、無線端末局３０で合成後にＣＩＮＲが最大になるように、送信信号に重み付け処理を行って送信する。これにより、ＧＩ内遠隔基地局群の複数の遠隔基地局２００から同一の信号が同時にかつ適当な重み付けがされて送信され、それぞれの信号をＧＩ以内で受信する無線端末局３０は信号合成を行ってＣＩＮＲを改善することができる。

また、集中基地局１００は、無線端末局２に対するＧＩ外遠隔基地局群の遠隔基地局２００に対しては、無線端末局３０宛の信号を送信しないか送信電力を低減するなどの制御を行う。これにより、無線端末局３０にはＧＩ外遠隔基地局群の遠隔基地局２００からの信号は届かず、干渉波とならない。

（本発明の無線通信システムの実施形態）
図２は、本発明の無線通信システムの実施形態を示す。ここでは、集中基地局１００、遠隔基地局２００Ａおよび２００Ｂ、無線端末局３０において、サイトダイバーシチ処理を想定した構成に限定して示しており、図５に示すように集中基地局１００と無線端末局３１，３２がそれぞれ対応する遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂを介して接続するための構成は省略されている。

図２において、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ａは光ファイバ１１，１２を介して接続され、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ｂは光ファイバ１３，１４を介して接続される。無線端末局３０は遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂの双方と通信可能な位置にあるものとする。集中基地局１００にはバックボーンネットワーク２０が接続される。

集中基地局１００を構成するデータバッファ部１０１、フレーム構築部１０２Ａ、制御部１０３、データ信号用の変調器１０４Ａ、合波器１０５Ａ，１０５Ｂ、制御信号用の変調器１０６Ａ，１０６Ｂ、Ｅ／Ｏ１０７Ａ，１０７Ｂ、Ｏ／Ｅ１０８Ａ，１０８Ｂ、復調器１０９Ａ，１０９Ｂは、図５に示す従来のものと同様の構成である。ただし、ここでは送信ダイバーシチを行うためにフレーム構築部１０２Ａおよび変調器１０４Ａのみ記載し、変調器１０４Ａから出力するデータ信号をそれぞれ遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂに送信する構成とし、遠隔基地局２００Ｂへ独立に送信するデータ信号を処理するフレーム構築部１０２Ｂおよび変調器１０４Ｂは省略している。

遠隔基地局２００Ａおよび２００Ｂを構成するＯ／Ｅ２０１、ＳＷ２０４、アンテナ２０５、復調器２０６、増幅器２０７、Ｅ／Ｏ２０８は、図５に示す従来のものと同様の構成である。

本実施形態では、以上の構成に加えて遠隔基地局間同期のために、集中基地局１００に符号発生器１１１Ａ，１１１Ｂ、相関検波器１１２Ａ，１１２Ｂ、下り方向に挿入する遅延線１１３Ａ，１１３Ｂ、上り方向に挿入する遅延線１１４Ａ，１１４Ｂ、分波器１１５Ａ，１１５Ｂを備え、遠隔基地局２００Ａおよび２００Ｂに分波器２１１および合波器２１３を備える。さらに、遠隔基地局２００Ａおよび２００Ｂに増幅・減衰器２１２を備え、無線端末局３０でダイバーシチ合成するための信号レベルを調整する。また、集中基地局１００に復調器１０９Ａ，１０９Ｂの各出力を合成する合成器１１６を備える。なお、集中基地局１００において、復調器１０９Ａ，１０９Ｂでそれぞれ復調されたデータ信号がダイバーシチ合成の対象でなければその一方を破棄するか、双方のデータ信号を個別にデータバッファ分波器１０１に出力する（図面ではその経路は省略）。

（遠隔基地局間の同期処理系）
図３は、本発明の無線通信システムにおける遠隔基地局間の同期処理系の構成を示す。ここでは、図２に示す集中基地局１００および遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂの実施形態から遠隔基地局間の同期処理に関するものを抽出した構成を示す。

図３において、符号発生器１１１Ａは相関性に優れるＰＮ系列符号を生成し、変調器１０６Ａに出力する。変調器１０６Ａは、このＰＮ系列符号信号を変調して例えばＢＰＳＫ信号に変換し、データ信号および制御信号とは異なる無線周波数帯に変換して合波器１０５Ａに出力する。合波器１０５Ａは、遅延線１１３Ａを介して入力するデータ信号と、制御信号またはＢＰＳＫ信号を周波数多重する機能を有する。合波器１０５Ａから出力される無線周波数帯のＢＰＳＫ信号は、Ｅ／Ｏ１０７Ａで光信号に変換され、光ファイバ１１を介して遠隔基地局２００Ａに伝送される。

遠隔基地局２００Ａに伝送された光信号は、Ｏ／Ｅ２０１で電気信号に変換され、分波器２１１に入力する。分波器２１１は、周波数多重されたデータ信号と、制御信号またはＢＰＳＫ信号を分波する機能を有し、分波されたＢＰＳＫ信号は合波器２１３に入力する。合波器２１３は、遠隔基地局２００Ａから集中基地局１００に送信するデータ信号と、集中基地局１００にループバックするＢＰＳＫ信号を周波数多重する機能を有する。合波器２１３から出力される無線周波数帯のＢＰＳＫ信号は、Ｅ／Ｏ２０８で光信号に変換され、光ファイバ１２を介して集中基地局１００に伝送される。

集中基地局１００に伝送された光信号は、Ｏ／Ｅ１０８Ａで電気信号に変換され、分波器１１５Ａに入力する。分波器１１５Ａは、周波数多重されたデータ信号とＢＰＳＫ信号を分波する機能を有し、分波されたＢＰＳＫ信号は相関検波器１１２Ａに入力し、データ信号は遅延線１１４Ａに入力する。相関検波器１１２Ａは、符号発生器１１１Ａから出力されるＰＮ系列符号信号と、遠隔基地局２００Ａを経由してループバックしてきたＢＰＳＫ信号の相関を検波し、相関信号を制御部１０３に出力する。

同様に、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ｂとの間においてもＰＮ系列符号信号を変調したＢＰＳＫ信号をループバックし、相関検波器１１２Ｂで符号発生器１１１Ｂから出力されるＰＮ系列符号信号との相関を検波し、相関信号を制御部１０３に出力する。なお、図２および図３に示す実施形態は、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂに伝送された光信号を電気信号に変換し、ＢＰＳＫ信号を分波器２１１で分波して合波器２１３に入力し、再度光信号に変換してループバックする構成であるが、ＢＰＳＫ信号のみを変換した光信号の場合には、光カプラ等を用いて光ファイバ１１から光ファイバ１２、光ファイバ１３から光ファイバ１４に光信号のままでループバックする構成としてもよい。

制御部１０３は、相関検波器１１２Ａ，１１２Ｂから出力される相関信号から遅延時間差を検出し、その遅延時間が同じになるように、遠隔基地局２００Ａに対応する遅延線１１３Ａ，１１４Ａと、遠隔基地局Ｂに対応する遅延線１１３Ｂ，１１４Ｂの値を調整する。例えば、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ａの往復遅延時間に対して集中基地局１００と遠隔基地局２００Ｂの往復遅延時間が２τ遅くなっていれば、集中基地局１００から遠隔基地局２００Ａへの下り方向の遅延線１１３Ａに遅延量τを設定し、上り方向の遅延線１１４Ａに遅延量τを設定する。これにより、集中基地局１００から遅延線１１３Ａ，１１３Ｂを介して遅延調整して送信したデータ信号は、光ファイバ１１，１３を介して遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂに同時に受信され、同じタイミングで中継送信することができる。また、遠隔基地局２００Ａおよび２００Ｂから同時に送信したデータ信号は、光ファイバ１２，１４を介してその遅延差に対応して集中基地局１００に順次受信され、遅延線１１４Ａ，１１４Ｂを介して遅延調整して同じタイミングで復調することができる。

このようにして遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂ間の同期をとることができるが、以上の同期処理を図１に示す集中基地局１００と全ての遠隔基地局２００との間で行う。

（サイトダイバーシチの処理系）
図４は、本発明の無線通信システムにおけるサイトダイバーシチの処理系の構成を示す。ここでは、図２に示す集中基地局１００および遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂの実施形態からサイトダイバーシチ処理に関するものを抽出した構成を示す。なお、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂは、すでに遠隔基地局間の同期がとれているものとする。

図４において、バックボーンネットワーク２０から無線端末局３０に対して送信されるデータ信号は、集中基地局１００のデータバッファ部１０１を介してフレーム構築部１０２Ａに入力する。フレーム構築部１０２Ａは、制御部１０３から入力するタイミング信号をもとに無線フレームを構築して変調器１０４Ａに出力する。変調器１０４Ａは、無線フレームのデータ信号を変調し、さらに無線周波数帯に周波数変換する。この無線周波数帯のデータ信号は、遅延線１１３Ａ，１１３Ｂを介してそれぞれ合波器１０５Ａ，１０５Ｂに入力する。また、制御部１０３は遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂの制御に用いる制御信号を出力し、変調器１０６Ａ，１０６Ｂはそれぞれの制御信号を変調し、データ信号とは異なる無線周波数帯に変換して合波器１０５Ａ，１０５Ｂにそれぞれ出力する。異なる無線周波数帯に変換されたデータ信号と制御信号は合波器１０５Ａ，１０５Ｂでそれぞれ周波数多重され、さらにＥ／Ｏ１０７Ａ，１０７Ｂで光信号に変換され、それぞれ光ファイバ１１，１３を介して遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂに伝送される。

なお、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂの遅延時間差は、遠隔基地局間の同期処理による遅延線１１３Ａ，１１３Ｂの遅延設定により解消され、集中基地局１００で２分岐されたデータ信号は同時に遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂに到着する。

遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂに伝送された光信号は、それぞれＯ／Ｅ２０１で電気信号に変換され、分波器２１１に入力する。分波器２１１は、無線周波数帯で周波数多重されたデータ信号と制御信号を分波し、データ信号は増幅・減衰器２１２で増幅または減衰され、さらにスイッチ（ＳＷ）２０４を介してアンテナ２０５から無線端末局３０に送信される。一方、分波器２１１で分波された制御信号は復調器２０６に入力して復調され、タイミング制御信号として増幅・減衰器２１２の制御およびスイッチ２０４の送受信切替制御に用いられる。なお、増幅・減衰器２１２の制御について後述する。

無線端末局３０から送信された信号は、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂのアンテナ２０５に受信され、それぞれスイッチ２０４を介して増幅器２０７に入力して最適レベルに調整され、さらにＥ／Ｏ２０８で光信号に変換され、それぞれ光ファイバ１２，１４を介して集中基地局１００に伝送される。集中基地局１００に伝送された光信号は、Ｏ／Ｅ１０８Ａ，１０８Ｂで電気信号に変換され、遅延線１１４Ａ，１１４Ｂを介して復調器１０９Ａ，１０９Ｂに入力する。ここで、集中基地局１００と遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂの遅延時間差は、遠隔基地局間の同期処理による遅延線１１４Ａ，１１４Ｂの遅延設定により解消され、無線端末局３０から遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂを介してそれぞれ集中基地局１００に伝送された信号は、同時に復調器１０９Ａ，１０９Ｂに入力して復調される。

復調器１０９Ａ，１０９Ｂは、無線端末局３０から送信され、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂを介して集中基地局１００に中継伝送された信号をそれぞれ復調する。このとき、復調したデータ信号の先頭部分のプリアンブル部からフレームタイミングや送信局を検出し、さらに復調したプリアンブルを既知のプリアンブルで除算することにより、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂと無線端末局３０との間の伝搬路係数（伝搬路の複素振幅など）をそれぞれ推定し、制御部１０３に通知する。制御部１０３は、復調器１０９Ａ，１０９Ｂで復調したデータ信号が共に無線端末局３０から送信されたものであることを確認すると、それぞれ検出されるプリアンブル部のタイミングを比較し、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂと無線端末局３０の伝搬路差を検出する。この伝搬路差がすでに説明したＧＩ以下であれば、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂは無線端末局３０に対するＧＩ内遠隔基地局群として確認できる。

制御部１０３は、この確認処理により復調器１０９Ａ，１０９Ｂで復調したデータ信号を合成することによりＣＩＮＲの改善が可能と判断し、復調器１０９Ａ，１０９Ｂからデータ信号が合成器１１６に入力されるように制御する。このとき、制御部１０３は、合成後のＣＩＮＲが最大になるような重み付け係数を算出し、復調器１０９Ａ，１０９Ｂに通知する。復調器１０９Ａ，１０９Ｂはこの重み付け係数に応じて復調したデータ信号にそれぞれ重み付け処理して出力する。合成器１１６は、最大比合成によりＣＩＮＲを改善したデータ信号をビット判定し、データバッファ部１０１を介してバックボーンネットワーク２０に出力する。

また、制御部１０３は、復調器１０９Ａ，１０９Ｂで復調したデータ信号のプリアンブル部のタイミングを比較し、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂと無線端末局３０の伝搬路差がＧＩ以上となる場合には、各データ信号は互いに干渉波となるので、例えば各データ信号のＳＮＲを比較して大きい方を選択して合成器１１６に入力し、他方のデータ信号を破棄する。

一般に、３以上の遠隔基地局から伝送されたデータ信号については、例えば各データ信号のＳＮＲを比較し、ＳＮＲが最大となるデータ信号を送信した遠隔基地局を基準として、プリアンブル部のタイミングを比較して得られる上記伝搬路差がＧＩ以下となるデータ信号を合成器１１６で最大比合成し、ＧＩ以上となるデータ信号を破棄する。

また、制御部１０３は、復調器１０９Ａ，１０９Ｂで復調したデータ信号の送信局が異なる場合には、それぞれ個別にビット判定してデータバッファ部１０１を介してバックボーンネットワーク２０に出力する制御を行う。なお、このための処理系は図面では省略されている。

また、制御部１０３は復調器１０９Ａ，１０９Ｂから取得した情報に基づいて、集中基地局１００から無線端末局３０に送信するデータ信号が遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂでそれぞれ中継送信されるときに、無線端末局３０で合成後のＣＩＮＲが最大になるように変調器１０４Ａで重み付け処理を行う。変調器１０４で重み付け処理されたデータ信号は、遅延線１１３Ａ，１１３Ｂを介してそれぞれ遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂに送信される。これにより、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂから同一の信号が同時にかつ重み付けされて送信され、それぞれの信号をＧＩ以内で受信する無線端末局３は最大比合成を行ってＣＩＮＲを改善する。

また、制御部１０３は、受信したデータ信号のプリアンブル部のタイミングを比較し、遠隔基地局２００Ａ，２００Ｂと無線端末局３０の伝搬路差がＧＩ以上となる場合に、そのＳＮＲを比較して小さい方の遠隔基地局から無線端末局３０に送信する信号が干渉波となるために、当該遠隔基地局に対して
(1) 送信を停止する、
(2) 送信電力を低減する、
(3) 無線端末局３０における干渉量を推定し、当該干渉量が許容値以下と推定されれば 特に制御せずに送信しない
などの制御信号を送信し、復調器２０６から増幅・減衰器２１２を制御して行う。

一般に、３以上の遠隔基地局に送信するデータ信号については、同様に基準となる遠隔基地局に対して伝搬路差がＧＩ以下となるＧＩ内遠隔基地局群の遠隔基地局に対してデータ信号を送信し、ＧＩ以上となるＧＩ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対するデータ信号について (1)〜(3) のいずれかの制御を行う。

本発明の無線通信システムの原理構成を説明する図。 本発明の無線通信システムの実施形態を示す図。 本発明の無線通信システムにおける遠隔基地局間の同期処理系の構成例を示す図。 本発明の無線通信システムにおけるサイトダイバーシチの処理系の構成例を示す図。 従来の無線通信システムにおける集中基地局および遠隔基地局の構成例を示す図。

符号の説明

１０，１１，１２，１３，１４ 光ファイバ
２０ バックボーンネットワーク
３０，３１，３２ 無線端末局
１００ 集中基地局
１０１ データバッファ部
１０２ フレーム構築部
１０３ 制御部
１０４ 変調器（データ信号用）
１０５ 合波器
１０６ 変調器（制御信号用）
１０７ 電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）
１０８ 光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）
１０９ 復調器
１１１ 符号発生器
１１２ 相関検波器
１１３，１１４ 遅延線
１１５ 分波器
１１６ 合成器
２００ 遠隔基地局
２０１ 光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）
２０３ 増幅器
２０４ スイッチ（ＳＷ）
２０５ アンテナ
２０６ 復調器
２０７ 増幅器
２０８ 電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）
２１１ 分波器
２１２ 増幅・減衰器
２１３ 合波器

Claims (12)

1. 集中基地局と複数の遠隔基地局が光伝送路を介して接続され、複数の遠隔基地局と無線端末局が無線回線を介して接続され、無線端末局と集中基地局が遠隔基地局を介して通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記集中基地局は、
   前記集中基地局から前記無線端末局に送信するデータ信号と、前記複数の遠隔基地局をそれぞれ制御する制御信号と、ＰＮ系列符号信号を互いに異なる無線周波数帯の信号に変換して合波し、その合波した信号を光信号に変換し、前記光伝送路を介して前記複数の遠隔基地局に送信する送信手段と、
   前記複数の遠隔基地局で折り返され、前記光伝送路を介して前記集中基地局に送信された光信号を受信して電気信号に変換し、前記ＰＮ系列符号信号を出力する受信手段と、
   前記複数の遠隔基地局ごとに、前記送信手段および前記受信手段からそれぞれＰＮ系列符号信号を入力して相関を検波し、相関信号を出力する相関検波手段と、
   前記複数の遠隔基地局に対応する前記相関信号から遅延時間差を検出し、前記集中基地局と前記複数の遠隔基地局との間の遅延時間が同じになるように各遠隔基地局に対する遅延時間を決定する制御手段と、
   前記決定した遅延時間に従って、前記集中基地局から前記複数の遠隔基地局に送信するデータ信号の遅延量を設定し、かつ前記複数の遠隔基地局から前記集中基地局に受信するデータ信号の遅延量を設定する遅延手段とを備え、
   前記複数の遠隔基地局は、それぞれ受信した光信号を電気信号に変換し、前記データ信号と前記制御信号と前記ＰＮ系列符号信号に分波し、分波した前記ＰＮ系列符号信号と、前記遠隔基地局から前記集中基地局に送信するデータ信号を合波し、その合波した信号を光信号に変換して前記集中基地局に折り返すループバック手段を備え、
   さらに、前記集中基地局の前記制御手段は、前記無線端末局から送信され前記複数の遠隔基地局を介して中継送信されたデータ信号から、前記無線端末局と前記複数の遠隔基地局との遅延時間をそれぞれ検出し、前記複数の遠隔基地局について当該遅延時間が所定の時間Ｔ以内であるＴ内遠隔基地局群と、所定の時間Ｔ以上であるＴ外遠隔基地局群に区分し、Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を合成して出力し、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を破棄し、前記無線端末局に送信するデータ信号を前記複数の遠隔基地局に送信する際に、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対してこのデータ信号が前記無線端末局で干渉とならないように前記制御信号により制御する構成であり、
   前記複数の遠隔基地局は、前記ループバック手段で分波した前記制御信号に従って、前記集中基地局から前記無線端末局に中継送信するデータ信号の送信電力を制御する手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記集中基地局の前記制御手段は、前記無線端末局から送信され前記複数の遠隔基地局で中継送信されたデータ信号から、前記無線端末局と前記複数の遠隔基地局との伝搬路係数をそれぞれ検出し、前記Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を合成する際に、前記伝搬路係数に応じたデータ信号の重み付けにより最大比合成されるように制御し、前記無線端末局に送信するデータ信号を前記Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局に送信する際に、前記伝搬路係数に応じたデータ信号の重み付けにより前記無線端末局で最大比合成されるように制御する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記集中基地局の前記制御手段は、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対して前記無線端末局に送信するデータ信号の送信を停止する制御を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記集中基地局の前記制御手段は、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対して前記無線端末局に送信するデータ信号の送信電力を低減する制御を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記集中基地局の前記制御手段は、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局が前記無線端末局に与える干渉量を推定し、当該干渉量が前記無線端末局の許容値以下であれば、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局への制御を行わない構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記遠隔基地局と前記無線端末局はＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号により無線通信を行い、前記所定の時間ＴがＯＦＤＭ信号に規定されるガードインターバルに設定された
   ことを特徴とする無線通信システム。
7. 集中基地局と複数の遠隔基地局が光伝送路を介して接続され、複数の遠隔基地局と無線端末局が無線回線を介して接続され、無線端末局と集中基地局が遠隔基地局を介して通信を行う無線通信方法において、
   前記集中基地局は、
   送信手段で、前記集中基地局から前記無線端末局に送信するデータ信号と、前記複数の遠隔基地局をそれぞれ制御する制御信号と、ＰＮ系列符号信号を互いに異なる無線周波数帯の信号に変換して合波し、その合波した信号を光信号に変換し、前記光伝送路を介して前記複数の遠隔基地局に送信する処理を行い、
   受信手段で、前記複数の遠隔基地局で折り返され、前記光伝送路を介して前記集中基地局に送信された光信号を受信して電気信号に変換し、前記ＰＮ系列符号信号を出力する処理を行い、
   相関検出手段で、前記複数の遠隔基地局ごとに、前記送信手段および前記受信手段からそれぞれＰＮ系列符号信号を入力して相関を検波し、相関信号を出力する処理を行い、
   制御手段で、前記複数の遠隔基地局に対応する前記相関信号から遅延時間差を検出し、前記集中基地局と前記複数の遠隔基地局との間の遅延時間が同じになるように各遠隔基地局に対する遅延時間を決定する処理を行い、
   遅延手段で、前記決定した遅延時間に従って、前記集中基地局から前記複数の遠隔基地局に送信するデータ信号の遅延量を設定し、かつ前記複数の遠隔基地局から前記集中基地局に受信するデータ信号の遅延量を設定する処理を行い、
   前記複数の遠隔基地局は、ループバック手段で、それぞれ受信した光信号を電気信号に変換し、前記データ信号と前記制御信号と前記ＰＮ系列符号信号に分波し、分波した前記ＰＮ系列符号信号と、前記遠隔基地局から前記集中基地局に送信するデータ信号を合波し、その合波した信号を光信号に変換して前記集中基地局に折り返す処理を行い、
   さらに、前記集中基地局の前記制御手段は、前記無線端末局から送信され前記複数の遠隔基地局を介して中継送信されたデータ信号から、前記無線端末局と前記複数の遠隔基地局との遅延時間をそれぞれ検出し、前記複数の遠隔基地局について当該遅延時間が所定の時間Ｔ以内であるＴ内遠隔基地局群と、所定の時間Ｔ以上であるＴ外遠隔基地局群に区分し、Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を合成して出力し、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を破棄し、前記無線端末局に送信するデータ信号を前記複数の遠隔基地局に送信する際に、Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対してこのデータ信号が前記無線端末局で干渉とならないように前記制御信号により制御する処理を行い、
   前記複数の遠隔基地局は、前記ループバック手段で分波した前記制御信号に従って、前記集中基地局から前記無線端末局に中継送信するデータ信号の送信電力を制御する処理を行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
8. 請求項７に記載の無線通信方法において、
   前記集中基地局の前記制御手段は、前記無線端末局から送信され前記複数の遠隔基地局で中継送信されたデータ信号から、前記無線端末局と前記複数の遠隔基地局との伝搬路係数をそれぞれ検出し、前記Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局から受信するデータ信号を合成する際に、前記伝搬路係数に応じたデータ信号の重み付けにより最大比合成されるように制御し、前記無線端末局に送信するデータ信号を前記Ｔ内遠隔基地局群の遠隔基地局に送信する際に、前記伝搬路係数に応じたデータ信号の重み付けにより前記無線端末局で最大比合成されるように制御する処理を行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
9. 請求項７に記載の無線通信方法において、
   前記集中基地局の前記制御手段は、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対して前記無線端末局に送信するデータ信号の送信を停止する制御を行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
10. 請求項７に記載の無線通信方法において、
    前記集中基地局の前記制御手段は、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局に対して前記無線端末局に送信するデータ信号の送信電力を低減する制御を行う
    ことを特徴とする無線通信方法。
11. 請求項７に記載の無線通信方法において、
    前記集中基地局の前記制御手段は、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局が前記無線端末局に与える干渉量を推定し、当該干渉量が前記無線端末局の許容値以下であれば、前記Ｔ外遠隔基地局群の遠隔基地局への制御を行わない
    ことを特徴とする無線通信方法。
12. 請求項７に記載の無線通信方法において、
    前記遠隔基地局と前記無線端末局はＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号により無線通信を行い、前記所定の時間ＴがＯＦＤＭ信号に規定されるガードインターバルに設定された
    ことを特徴とする無線通信方法。

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