JP5060425B2 - 無線伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを用いてデータを無線伝送する無線伝送装置に関する。

近年、光ファイバを代表とする有線伝送装置では、伝送量がＧｂｐｓの伝送路を一般ユーザでも使える環境が整いつつある。また、無線伝送についても、現状の数１０Ｋｂｐｓのデータ伝送から、数Ｍｂｐｓ、さらに１００Ｍｂｐｓといった大容量のデータ伝送が要求されている。この要求に対して、例えば、変調方式の多値化や周波数帯域の拡大等により伝送量を増大させる手法があるが、最近では、空間的に複数の伝送路を構築するＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）方式が注目されている。

ＭＩＭＯ方式とは、複数のアンテナを用意して、同一周波数帯の電波に複数の伝搬路を空間上に設けることで、伝送量を増大する手法である。しかしながら、例えば、２×２のＭＩＭＯ伝送の場合は、空中線、ＲＦ（Radio Frequency）無線部共に２つが必要となる。４×４のＭＩＭＯ伝送の場合は、空中線、ＲＦ無線部共に４つが必要となる。

このように、ＭＩＭＯ方式によれば、周波数帯域や多値化をせずに伝送量を上げることができるが、送信側はアンテナの本数だけ、ＲＦ無線部が必要となり、消費電力や装置の構成が大きくなるという問題がある。
特開２００７−８１７０２公報 特開２００７−９６７４４公報 特開２００６−１１５４１４公報 特開２００６−４２０７５公報

上述したように、ＭＩＭＯ方式によれば、周波数帯域や多値化をせずに伝送量を上げることができるが、送信側はアンテナの本数だけ、ＲＦ無線部が必要となり、消費電力の増大や装置が大型化してしまうなどの問題がある。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ＭＩＭＯ方式において、消費電力を低減し、装置構成の簡素化を実現する無線伝送装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係る無線伝送装置の一態様は、アンテナ介してＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）信号を送受信する複数の無線部と、前記複数の無線部から送信する送信信号を前記ＭＩＭＯ信号に変換し、前記複数の無線部により受信されたＭＩＭＯ信号から受信信号を復元するＭＩＭＯ処理部と、予め決められた条件に従って、前記ＭＩＭＯ処理部で処理する前記ＭＩＭＯ信号の数を増減させると共に、前記複数の無線部のうち使用しない無線部への電力供給を停止させる制御部とを具備するものである。

また、本発明に係る無線伝送装置の他の態様は、セルを複数のセクタに分割し、前記複数のセクタ毎にＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行う無線伝送装置であって、前記複数のセクタ毎に複数配置されたｍ個（ｍは４以上の整数）のアンテナと、前記アンテナを介してＭＩＭＯ信号を送受信するｎ個（ｎは２≦ｎ＜ｍの整数）の無線部と、前記複数のセクタ毎に送信信号を分離し、前記複数のセクタのそれぞれの受信信号を多重する分離多重部と、前記セクタ毎に分離された送信信号をＭＩＭＯ信号に変換し、前記無線部により受信されるセクタ毎のＭＩＭＯ信号から前記受信信号を復元する複数のＭＩＭＯ処理部と、前記ｎ個の無線部と前記複数のＭＩＭＯ処理部との間を選択的に接続する第１スイッチと、前記ｍ個のアンテナと前記ｎ個の無線部との間を選択的に接続する第２のスイッチと、予め決められた条件に従って、前記複数のＭＩＭＯ処理部でそれぞれ処理する前記ＭＩＭＯ信号の数を増減させると共に、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御して前記複数の無線部を前記複数のセクタに割り当てる制御部とを具備する。

したがってこの発明によれば、ＭＩＭＯ方式において、消費電力を低減し、装置構成の簡素化を実現する無線伝送装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に、この発明の第１の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図１において、ＭＩＭＯ・変復調処理部３は、ネットワーク側信号入力端子１からの入力信号をＭＩＭＯ信号に変換し、所定の変調を行って、ＲＦ無線部７−１，７−２にそれぞれ供給する。ＭＩＭＯ・変復調処理部３から供給された変調波は、ＲＦ電力増幅器４−１により無線周波数帯（ＲＦ：Radio Frequency）の所定の信号レベルまで増幅され、この無線送信信号は合成／分波器６−１により合波される。ＲＦ無線部７−２は、ＲＦ無線部７−１と同様の構成であり、ＲＦ無線部７−１、７−２から供給される無線送信信号は、空中線８−１，８−２からそれぞれ送信される。

一方、空中線８−１，８−２に到来した無線信号は、ＲＦ無線部７−１，７−２によりそれぞれ受信される。ＲＦ無線部７−１では、上記無線信号が合成／分波器６−１により分離され、低雑音増幅器５−１においてこの無線受信信号を低雑音で増幅する。ＲＦ無線部７−２においてもＲＦ無線部７−１と同様に受信処理が行われ、それぞれの無線受信信号がＭＩＭＯ・変復調処理部３に供給される。ＭＩＭＯ・変復調処理部３は、所定の復調を行い、ＭＩＭＯ信号から元の受信信号を復元し、ネットワーク側信号出力端子２へ出力する。

なお、ＲＦ電力増幅器４−１とＭＩＭＯ・変復調処理部３との接続、及び低雑音増幅器５−１とＭＩＭＯ・変復調処理部３との接続は、アナログ信号でも良いし、ディジタル信号でもよく、ディジタル信号の場合は、ＲＦ電力増幅器４−１側にディジタル／アナログ変換部、低雑音増幅器５−１側にアナログ／ディジタル変換部が内在しているものとする。

伝送量測定部９は、ネットワーク側から来る送信データの伝送量と、端末側から来る受信データの伝送量とを測定している。制御部１０は、ＳＩＳＯ（Single-Input Single -Output）信号としての変調方式、帯域などで決まる伝送量を閾値として、伝送量測定部９で測定された伝送量がこの閾値を超えた場合は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３に信号をＭＩＭＯ信号として処理させ、空中線８−１，８−２を用いて２×２のＭＩＭＯ信号として動作させる。一方、測定された伝送量が閾値以下の場合は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３に信号をＳＩＳＯ信号として処理させると共に、使用しないＲＦ無線部７−２への電力供給を停止させる。このような構成となっているため、送信信号及び受信信号の伝送量がＳＩＳＯ信号の最大容量以下の場合は、ＲＦ無線部の片側を停止させて消費電力を低減することが出来る。

なお、図１では、２×２のＭＩＭＯ信号に対して説明したが、Ｍ×ＮのＭＩＭＯ信号の場合も ＳＩＳＯ信号の最大容量の２の整数倍、または、整数倍毎に閾値を設定して、使用するＲＦ無線部の数量を制限することにより、装置全体の消費電力を低減することが可能となる。

（第２の実施形態）
図２に、本発明の第２の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図２の構成では、上記図１の伝送量測定部９の代わりに、接続端末カウント部１１を具備している。その他は、上記第１の実施形態の構成と同様であるため、上記図１と同一部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

接続端末カウント部１１は、接続されている端末数をカウントする。制御部１０は、接続端末カウント部１１によりカウントされた端末数が予め設定した閾値数を超えた場合は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３にＭＩＭＯ信号としての処理を行わせ、ＲＦ無線部７−１及びＲＦ無線部７−２を動作させる。一方、カウントされた端末数が上記閾値数以下の場合は、制御部１０は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３にＳＩＳＯ信号としての処理を行わせると共に、使用しないＲＦ無線部７−２への電力供給を停止させ、装置全体の消費電力を低減させる。

なお、図２では、２×２のＭＩＭＯ信号に対して説明したが、Ｍ×ＮのＭＩＭＯ信号の場合も 接続端末に対する閾値を複数設定することで、使用するＭＩＭＯのアンテナ数とＲＦ無線部の数量を制限することにより、装置全体の消費電力を低減することが出来る。

（第３の実施形態）
図３に、本発明の第３の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図３の構成では、上記図１の伝送量測定部９の代わりに、時刻スケジューラ１２を具備している。その他は、上記第１の実施形態の構成と同様であるため、上記図１と同一部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

時刻スケジューラ１２は、１日の時間帯により、接続されている端末数や伝送量が異なるため、ＭＩＭＯ信号として動作させる時間帯を予め設定する機能を有する。制御部１０は、時刻スケジューラ１２で設定された時刻に従って、ＭＩＭＯ・変復調処理部３にＭＩＭＯ信号として処理させ、ＲＦ無線部７−１及びＲＦ無線部７−２を動作させる。一方、それ以外の時刻では、制御部１０は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３にＳＩＳＯ信号としての処理を行わせると共に、使用しないＲＦ無線部７−２への電力供給を停止させ、装置全体の消費電力を低減させる。

なお、図３では、２×２のＭＩＭＯ信号に対して説明したが、Ｍ×ＮのＭＩＭＯ信号の場合も同様に適用可能である。

（第４の実施形態）
図４に、本発明の第４の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図４では、上記図１の伝送量測定部９の代わりに、統計処理部１３を具備している。その他は、上記第１の実施形態の構成と同様であるため、上記図１と同一部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

統計処理部１３は、過去の接続端末数、伝送量等を含むデータを時刻に対応付けて蓄積し、蓄積されたデータを統計処理することにより時刻毎のトラフィック量を推定する。制御部１０は、統計処理部１３により推定されたトラフィック量が増加する時刻に対して、ＭＩＭＯ・変復調処理部３にＭＩＭＯ信号として処理させ、ＲＦ無線部７−１及びＲＦ無線部７−２を動作させる。それ以外の時刻では、制御部１０は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３にＳＩＳＯ信号として処理させると共に、使用しないＲＦ無線部７−２への電力供給を停止させ、装置全体の消費電力を低減させる。

なお、図４では、２×２のＭＩＭＯ信号に対して説明したが、Ｍ×ＮのＭＩＭＯ信号の場合も推定するトラフィック量に従い閾値を複数設定することで、対応するＭＩＭＯのアンテナ数と使用するＲＦ無線部の数量を制限することにより、装置全体の消費電力を低減することが出来る。

（第５の実施形態）
図５に、本発明の第５の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図５の構成では、１つの領域（セル）を３セクタに分割し、各セクタは２×２のＭＩＭＯ対応となっている。なお、上記図１と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。

ネットワーク側入出力端子２０から入力された信号は、セクタ分離／多重部２１で対象となる端末の存在するセクタ毎に分割され、この分割された信号が各セクタに対応するＭＩＭＯ・変復調処理部３−１〜３−３に供給される。伝送量測定部９は、セクタ毎に分割された信号の伝送量をそれぞれ測定し、測定された伝送量を制御部１０に送る。

制御部１０は、伝送量測定部９で測定されたセクタ毎の伝送量に応じて、ＭＩＭＯ・変復調処理部３−１〜３−３に対しセクタ毎に分割された信号を２×２のＭＩＭＯ信号またはＳＩＳＯ信号に変換させると共に、第１マトリクススイッチ２２及び第２マトリクススイッチ２３を制御して上記ＲＦ無線部７−１〜７−５を各セクタに割り当てる。第１マトリクススイッチ２２は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３−１〜３−３により変換されたＭＩＭＯ信号またはＳＩＳＯ信号を上記制御部１０による制御に従って、ＲＦ無線部７−１〜７−５に導出する。また、ＲＦ無線部７−１〜７−５に入力された信号は、制御部１０による制御に従って第２マトリクススイッチ２３により空中線８−１〜８−６に導出される。

すなわち、制御部１０は、伝送量測定部９により測定された各セクタの伝送量が予め閾値として設定されるＳＩＳＯでの許容伝送量を超えた場合、そのセクタに対応するＭＩＭＯ・変復調処理部３−１〜３−３に対してＭＩＭＯ信号処理を実施させる。これに対応して、制御部１０は、ＲＦ無線部７−１〜７−５のうち２台を第１マトリクススイッチ２２により対応するセクタのアンテナへ接続する。一方、制御部１０は、伝送量測定部９により測定されたセクタ毎の伝送量が上記閾値以下の場合には、そのセクタに対応するＭＩＭＯ・変復調処理部３−１〜３−３に対してＳＩＳＯ信号処理を実施させ、ＲＦ無線部７−１〜７−５のうち１台を第１マトリクススイッチ２２により対応するセクタのアンテナへ接続する。

このように、すべてのセクタにおいて、常に２×２のＭＩＭＯ信号が必要なトラフィックが発生しないのであれば、ＲＦ無線部の数量をアンテナ数より少なくすることが可能となり、システムの消費電力を下げることが出来る。

図６は、セクタ３のトラフィックが少ない場合に、制御部１０が、セクタ３にはＲＦ無線部７−５のみを割り当てＳＩＳＯ信号として動作させ、セクタ１，２は２×２のＭＩＭＯ信号として動作させている状態を示す図である。なお、図７は、この図６の設定時のサービスエリアを１つのセルに対してイメージした図である。

また、セクタ２のトラフィックが減少し、セクタ３の伝送量が増加した場合は、図８に示すように、制御部１０は、第１マトリクススイッチ２２と第２マトリクススイッチ２３とを切り替え、ＭＩＭＯ・変復調処理部３−３とＲＦ無線部７−４とを接続し、セクタ３の空中線８−６へ接続する。また、制御部１０は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３−２はＳＩＳＯ信号動作、ＭＩＭＯ・変復調処理部３−３は２×２のＭＩＭＯ信号動作とさせる。

このようにすることで、２×２のＭＩＭＯで３セクタの場合、空中線６本に対して６台のＲＦ無線部が必要であるが、ＲＦ無線部を１台少なくしても、パフォーマンスを下げずに運用することが可能となり、システム全体の消費電力を減少させることが出来る。また、トラフィック量の増減に従って、動的にＲＦ無線部を割り当てることが出来るので、必要なセクタに対して適切なトラフィック量を与えることが出来る。

図９はさらにＲＦ無線部の数を減らして４台とした場合である。図９では、セクタ１はＭＩＭＯ信号動作、セクタ２，３はＳＩＳＯ信号動作となっている。このように構成した場合、最大トラフィックを要求するセクタに対して、常に２×２のＭＩＭＯ対応をすることが出来る。

（第６の実施形態）
図１０に、本発明の第６の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図１０の構成では、上記図５の伝送量測定部９の代わりに、接続端末カウント部１１を具備している。その他は、上記第５の実施形態の構成と同様であるため、上記図５と同一部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

接続端末カウント部１１は、セクタ毎に接続されている端末数をカウントする。制御部１０は、カウントされたセクタ毎の端末数に応じて各セクタのＭＩＭＯ動作を決定する。すなわち、制御部１０は、ＭＩＭＯ・変復調処理部３−１〜３−３のうち、あらかじめ設定した端末数に達したセクタに対して、２×２のＭＩＭＯ動作を行わせ、それ以外はＳＩＳＯ動作とさせると共に、第１マトリクススイッチ２２及び第２マトリクススイッチ２３を切り替えてＲＦ無線部７−１〜７−５を各セクタに割り当てる。このように構成しても、ＲＦ無線部の数量を削減しても、パフォーマンスを下げずに運用することが可能となり、システム全体の消費電力を減少させることが出来る。

（第７の実施形態）
図１１に、本発明の第７の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図１１の構成では、上記図５の伝送量測定部９の代わりに時刻スケジューラ１２を具備している。その他は、上記第５の実施形態の構成と同様であるため、上記図５と同一部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

時刻スケジューラ１２は、１日の時間帯により、各セクタで接続される端末数や伝送量が異なるため、セクタ毎にＭＩＭＯ信号として動作させる時間帯を予め設定する機能を有する。制御部１０は、時刻スケジューラ１２で設定された時刻に従って、各セクタのＭＩＭＯ動作を決定する。すなわち、あらかじめ設定した時刻に、必要なセクタに対して、２×２のＭＩＭＯ動作を行わせ、それ以外はＳＩＳＯ動作とさせると共に、第１マトリクススイッチ２２及び第２マトリクススイッチ２３を切り替えてＲＦ無線部７−１〜７−５を各セクタに割り当てる。このように構成しても、ＲＦ無線部の数量を削減しても、パフォーマンスを下げずに運用することが可能となり、システム全体の消費電力を減少させることが出来る。

（第８の実施形態）
図１２に、本発明の第８の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図１２の構成では、上記図５の伝送量測定部９の代わりに統計処理部１３を具備している。その他は、上記第５の実施形態の構成と同様であるため、上記図５と同一部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

統計処理部１３は、セクタ毎に過去の接続端末数及び伝送量等を含むデータを時刻に対応付けて蓄積し、蓄積されたデータを統計処理することにより各セクタの時刻毎のトラフィック量を推定する。制御部１０は、統計処理部１３により推定されたトラフィック量に応じて各セクタのＭＩＭＯ動作を決定する。すなわち、統計処理部１３は、過去の各セクタでのトラフィック量や接続端末数に対する情報を統計処理して推測し、制御部１０は、この推測された統計情報に従って、必要なセクタに対して、２×２のＭＩＭＯ動作を行わせ、それ以外はＳＩＳＯ動作とさせると共に、第１マトリクススイッチ２２及び第２マトリクススイッチ２３を切り替えてＲＦ無線部７−１〜７−５を各セクタに割り当てる。このように構成しても、ＲＦ無線部の数量を削減しても、パフォーマンスを下げずに運用することが可能となり、システム全体の消費電力を減少させることが出来る。

なお、上記図５〜図１２では、２×２のＭＩＭＯを例に挙げて説明したが、Ｍ×ＮのＭＩＭＯについても同様に運用することが出来る。

（第９の実施形態）
図１３に、本発明の第９の実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す。
図１３の構成では、上記図８の構成に加えて、端末確認切替信号発生器２４を具備している。その他は、上記第８の実施形態の構成と同様であるため、上記図８と同一部分には同一符号を付し詳しい説明は省略する。

図１３では、セクタ３に対して接続する端末が１台も無い場合を図示している。この場合、セクタ３では、通信状態では無いが、端末の存在は認識する必要があるため、最低１台のＲＦ無線機を接続して、該当セクタ内の端末の有無を確認する必要がある。しかし、この確認は定期的に実施すればよいので、その他の時間は他のセクタに割り当てることが出来る。

そこで、この第９の実施形態では、一定の周期で切替信号を発生する端末確認切替信号発生器２３をさらに設け、この発生した切替信号にしたがって、第１マトリクススイッチ２２及び第２マトリクススイッチ２３を切り替えて、周期的にセクタ３にＲＦ無線部７−４を割り当て、その他の時間はセクタ２に接続するようにする。このように構成することで、セクタ３内の端末の有無の確認しながら、セクタ２では間欠的ではあるが２×２のＭＩＭＯ動作を実行することが出来る。なお、上記第９の実施形態では、２×２のＭＩＭＯを例に挙げたが、Ｍ×ＮのＭＩＭＯについても適応は可能である。

なお、この発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の第１実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 この発明の第２実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 この発明の第３実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 この発明の第４実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 この発明の第５実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 図５に示した無線伝送装置の動作を示す図。 図６の設定時のサービスエリアのイメージを示した図。 図５に示した無線伝送装置の動作を示す図。 図５に示した無線伝送装置の動作を示す図。 この発明の第６実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 この発明の第７実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 この発明の第８実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。 この発明の第９実施形態に係る無線伝送装置の構成例を示す図。

符号の説明

１…ネットワーク側信号入力端子、２…ネットワーク側信号出力端子、３…ＭＩＭＯ・変復調処理部、４…ＲＦ電力増幅部、５…低雑音増幅部、６…合成／分波器、７…ＲＦ無線部、８…空中線、９…伝送量測定部、１０…制御部、１１…接続端末カウント部、１２…時刻スケジューラ、１３…統計処理部、２０…ネットワーク側入出力端子、２１…セクタ分離／多重部、２２…第１第２マトリクススイッチ２３…第２マトリクススイッチ、２４…端末確認切替信号発生器。

Claims (4)

1. 複数のアンテナを介してＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）信号を同一周波数帯の電波に複数の伝送路を空間上に設けることにより送受信する複数の無線部と、
   前記複数の無線部から送信する送信信号を前記ＭＩＭＯ信号に変換し、前記複数の無線部により受信されたＭＩＭＯ信号から受信信号を復元するＭＩＭＯ処理部と、
   前記送信信号及び前記受信信号の伝送量を測定する測定部と、
   前記測定された前記送信信号及び前記受信信号の伝送量のいずれもが、単一伝送路により伝送するＳＩＳＯ（Single-Input Single-Output）信号の伝送容量より少ない場合は、前記ＳＩＳＯ信号で伝送すると共に、前記複数の無線部のうち使用しない無線部への電力供給を停止させる制御部と
   を具備することを特徴とする無線伝送装置。
2. 前記制御部は、前記測定された前記送信信号及び前記受信信号の伝送量の少なくとも一方が、単一伝送路により伝送するＳＩＳＯ信号の伝送容量以上の場合は、前記ＭＩＭＯ処理部で処理する前記ＭＩＭＯ信号の数を前記ＳＩＳＯ信号の伝送路数の整数倍で伝送するように増減させることをさらに特徴とする請求項１に記載の無線伝送装置。
3. 前記ＳＩＳＯ信号の伝送容量は、少なくとも変調方式および帯域のいずれか一方に基づいて決定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線伝送装置。
4. 前記ＭＩＭＯ処理部は、ネットワークに接続され、ネットワークから入力される信号を前記アンテナを介して端末へ送信し、前記アンテナを介して端末から受信した信号を前記ネットワークに出力することを特徴とする請求項１または２に記載の無線伝送装置。

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