JP5124587B2 - 無線セルラ屋内通信のための方法およびシステム - Google Patents

無線セルラ屋内通信のための方法およびシステム Download PDF

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Description

本発明は、屋内通信システムに関し、詳細には、建物およびトンネル内の無線セルラ通信システムに関する。
無線通信システムは、現代通信のますます普及した現象になっている。多くのユーザが、建物や他の限定された構造物内でますます多くのセルラ呼出しやデータ伝送を行うので、適切な容量で高品質の屋内通信範囲を実現する必要がある。
無線通信サービス、たとえばGSMやUMTSを屋外環境から屋内エリアに拡大するための従来の構成が、図1に示されており、中継器Rの使用によって特徴付けられ、この中継器は一般に、建物B内に位置して、外部アンテナA1で受信された無線信号Wsを建物内で再送し、建物B内に位置する移動局Ms、たとえば携帯電話、手持ち式コンピュータなどの無線信号Wsを建物の外部に再送する。ダウンリンクでは、すなわち外部環境からの無線信号Wsが建物B内の移動局に送信されるときは、前記屋外無線信号は、第1の接続Co1に沿って中継局Rに送られ、この中継器Rは、第2の接続Co2に沿って、相互接続された複数の増幅器Amに信号を転送し、増幅器は信号を増幅し、次いでこの信号は、室内アンテナA2〜A4を介して送信される。アップリンク方向では、すなわち移動局Msからの無線信号Wsが建築Bの外部の無線基盤に送信されるときは、中継器Rは、接続Co2に沿って前記信号を受信し、接続Co1に沿って外部アンテナA1にそれを送信する。
屋内通信構造物の中継器Rは、接続Co1に沿って通信コア・ネットワークに接続された基地局で置き換えることも可能である。情報は一般に、建物および限定されたエリア内で、アナログ信号によって配信される。
無線セルラ・サービスを提供する、別の周知の屋内通信システムが、図2に示されている。コア・ネットワークCNは、基地局Bsに接続される。基地局またはオフエア中継器(off−air repeater)OARからの無線周波数(RF:radio frequency )信号は、基地局インターフェースBSI(base station interface)で基地局信号に(アップリンク伝送ではその逆に)デジタル化され、データ・ケーブル、たとえばカテゴリ5(CAT5)や光ファイバを使用してデータ・パケットの形で少なくとも1つのイーサネット(登録商標)・スイッチESに配信される。次いで、イーサネット(登録商標)・スイッチESは、特定のセル・エリアC1、C2にサービスする対応するリモート無線ヘッドRH1〜RH4に情報を配信する。こうしたシステムの一例は、米国特許出願第2005/0157675 A1号に開示されている。こうしたシステムの利点は、低コストの配信ケーブルの使用または再使用によりそれがコスト効率の高い解決策を提供することであり、この配信ケーブルは通常、建物内に完全にまたは部分的に既に存在しており、他のタイプのデジタル通信、たとえばイーサネット(登録商標)・プロトコルを使用したローカル・エリア・ネットワークLAN(local area network)構造に使用される。
セル構成は、標準のイーサネット(登録商標)・スイッチを使用して、データ・フローのセクタ化により達成され得る。通常、イーサネット(登録商標)・ハブは、ダウンリンクのデータ配信およびアップリンクのデータ・パッケージ化のために、各イーサネット(登録商標)・セクタにおいて必要である。ハブ機能は、関連するリモート無線ヘッドのうちの少なくとも1つに置かれる。複合システムでは一連のイーサネット(登録商標)・スイッチが必要であり、ネットワーク容量の制限をもたらすイーサネット(登録商標)・スイッチの1〜n分散特性により、データ・フローのボトルネックが生じることが明らかである。
米国特許出願第2005/0157675 A1号
本発明の目的は、改良型セルおよび負荷バランシング管理を備えた無線セルラ屋内通信のための方法およびシステムを提供することである。
この目的は、請求項1に記載の無線セルラ屋内通信システム、および請求項6に記載の無線セルラ屋内通信のための方法によって達成される。
本発明の無線セルラ屋内通信のためのシステムは、マルチサービスおよびマルチオペレータ機能の柔軟なセル管理のために、分散型の標準イーサネット(登録商標)・スイッチではなく、複素行列機能を備えたセル管理装置を使用する。
セル管理装置は、複数の基地局とイーサネット(登録商標)接続の間のインターフェースである。それは、マルチキャリア、マルチサービスおよびマルチオペレータ機能、ならびに効率的なデータ管理を伴う幅広い範囲の複雑な動作シナリオのためのマルチ機能を提供する。このようにして、リモート無線ヘッドは、周波数分割複信(FDD:frequency division duplex)および時分割複信(TDD:time division duplex)など、それぞれ異なるサービスのために、それぞれ異なる機能で並列に使用することができる。リモート無線ヘッドは、元のイーサネット(登録商標)・ハブ機能性に類似のRFハブによってサービスされる。セル管理装置のコンパクトな配列により、データ集中を回避することができ、複雑なネットワーク内で高いデータ転送を達成することができる。
セル管理装置は、ダウンリンクのパッケージ化および無線ヘッドへのアドレッシング、ならびにアップリンクのパッケージ化解除および基地局へのアドレッシングに関してデータ管理を提供する。セル管理装置がリモート無線ヘッドの周波数割当てを実施するので、それぞれ異なる無線サービスおよびオペレータのためのセル管理を達成することができる。セル管理は、手動で、ソフトウェア制御によって実施されてもよいし、さらには現在のセル・シナリオに自動的に適応されてもよい。
トラフィック活動制御により、リモート無線ヘッド内の未使用の搬送波は、低トラフィックの位置で非活性化することができ、高トラフィックの位置のリモート無線ヘッドにシフトし活性化することができる。基地局の負荷バランシングは、セル管理機能とは独立に実施することができる。このようにして、容量は、ホット・スポットが動的に分散される空港、駅などの複合建築物内の移動しているユーザに従い得る。
コスト最適化は、建物全体の至る所でユーザが移動しているピーク・トラフィックに合わせてセル・アーキテクチュアを設計する必要がもはやないときに達成され得る。さらなるコスト最適化は、容量および通信範囲が必要とされる専用位置にデジタル・インターフェースおよびリモート無線ヘッドを備えた基地局を使用して達成される。さらに、情報がデジタル・ベースバンドで配信されるので、CAT5ケーブルおよび光ファイバなどコスト効率の高いトランスポートを使用し、または最終的に再使用することができる。デジタル配信基盤のLAN特性により、リモート無線ヘッドは有利には、容易に再配置することができる。
無線ヘッドは、高いRF伝送レベルを回避する、移動局の低コスト技術を使用して設計することができる。
次に、本発明の実施形態の一例について、図1から図6を用いて説明する。
従来技術による、アナログ・システム用の第1の一般的な屋内通信システム構造を示す図である。 従来技術による、イーサネット(登録商標)を介した信号のデジタル配信を伴う無線セルラ屋内通信システムを示す図である。 本発明による、分離されたセル構成を伴う無線セルラ屋内通信システムの第1の実施例を示す図である。 本発明による、重複するセル構成を伴う無線セルラ屋内通信システムの第2の実施例を示す図である。 本発明の無線セルラ屋内通信方法による搬送波分散の一実施例を示す図である。 本発明による無線セルラ屋内通信システムの例示的なブロック概略図である。
本発明による無線セルラ屋内通信システム構造の第1の実施例が図3に示されており、コア・ネットワークCNと、基地局Bsと、セル管理装置CMUと、オフエア中継器OARと、デジタル・インターフェースi1〜i3と、RFハブRFH1、RFH2と、リモート無線ヘッドRH1〜RH5とを含む。
ダウンリンク方向では、屋内環境、たとえば建物やトンネルの内部の移動局に宛てられた通信コア・ネットワーク信号が、基地局Bsによって受信される。次いで、前記信号は、第1の接続インターフェースi1、たとえばイーサネット(登録商標)・プロトコルや他の規格(たとえばOBSAIやCPRI)を使用した電気または光接続を介してデジタルの形でセル管理ユニットCMUに送られる。セル管理装置CMUは、ダウンリンクでデータ・パッケージ化を実施し、前記デジタル・パケットを第2のデジタル接続インターフェースi2、たとえばイーサネット(登録商標)・プロトコルを使用した電気または光接続を介してRFハブRFH1およびRFH2に転送し、そしてこれらのRFハブRFH1およびRFH2は、第3の接続インターフェースi3、たとえばイーサネット(登録商標)・プロトコルを使用した電気または光接続を介して、リモート無線ヘッドRH1〜RH5にパケットを送る。
同様に、アップリンク方向では、屋内環境に置かれた移動局によって送信された無線信号Wsは、リモート無線ヘッドRH1〜RH5によって受信され、RFハブ内でデータ・パッケージ化を行い、コア・ネットワークCNに送られる。
基地局は、無線機器なしの従来の基地局である。セル管理装置CMUは、基地局から無線ヘッドRH1〜RH5の透過的操作を提供し、基地局Bsおよびオフエア中継器OARへの標準デジタル・インターフェースと、RFハブRFH1およびRFH2を接続するための少なくとも1つのイーサネット(登録商標)・インターフェースと、データ配信、およびシステム寸法に従ってサイズおよび機能性が構成可能なセル編成のためのインテリジェント切換え装置と、それぞれ異なる基地局を複数のRFハブと組み合わせるための複素行列機能と、完全な透過性のためのマルチサービスおよびマルチオペレータ機能と、静的なセル構成のための柔軟なセル管理、適応セル構成のための自動セル管理とを含む。
CMUは好ましくは、(使用されたエア・インターフェース規格から独立した形の)以下の機能性を含む:
適応セル再構成によって、特に、低トラフィック負荷のエリア内の無線ヘッドから高トラフィック負荷のエリア内の無線ヘッドに未使用の搬送波をシフトすることによって、基地局上および基地局間の効率的な負荷バランシングをサポートするための手段、たとえばエア・インターフェース活動検出およびインターフェース・センシングによって、各無線ヘッド上の各搬送波について個々に負荷識別を行う手段。それによって、エア・インターフェース活動検出は、個々にサポートされたエア・インターフェース・プロトコルに基づいて実現される;無線ヘッドごとの未使用の搬送波を個々に非活性化するための手段;アクティブ搬送波への高負荷を有する無線ヘッドのために搬送波が使用されていない無線ヘッドから、これらの搬送波をシフトするための手段、高負荷の位置(無線ヘッド)で、シフトされた搬送波を活性化するための手段。それによって、適応セル再構成のセル管理装置機構は、アクセス・ノード(たとえばBTS、Node−B、WiMAX基地局)上または基地局間の負荷バランシング機構の変更も、負荷バランシングのサポートのためのアクセス・ノードとCMUの間の専用メッセージングも必要としない。
搬送波または時間、周波数または時間周波数割当てから、たとえばMACアドレスを介して、または無線ヘッドが接続された各々のデジタル回線のコネクタを介して識別された個々の無線ヘッドへのマッピング手段。
セル管理装置と無線ヘッドのそれぞれとの間のデジタル接続上に累積した個々の遅延を調整するための遅延管理手段。
セル管理装置と個々の無線ヘッドの間の信号を同期させるための手段。
セル管理装置と無線ヘッドの間の個々のデジタル・リンクのための障害検出手段。
RFハブは、ダウンリンクではリモート無線ヘッドへのデータ配信、アップリンクではデータ・パッケージ化を提供する。
リモート無線ヘッドRH1〜RH5は、ネットワークへのデジタル・インターフェースを提供する、ユーザへのRFエア・インターフェースである。それは、OBSAIやCPRIなどの規格によるBTSの一部である。リモート無線ヘッドは、各サービスの全RF帯域幅にわたって4つの搬送波を送信するように装備されているが、少なくともアップリンクではチャネル選択的である。このようして、リモート無線ヘッドは、専用のオペレータのためだけに個々に動作することができる。各搬送波の周波数割当てはセル管理装置CMUによってリモートで調整することができるので、リモート無線ヘッドRH1〜RH5は、個々のセルを表すことができ、かつ/またはより大きいセルの一部とすることができる。したがって、両方の場合において、容量および/または通信範囲の拡張を達成することができる。それぞれ異なるタイプのリモート無線ヘッドは、FDDまたはTDD操作用に予定され得る。
図3に、本発明による無線セルラ屋内通信システムが、分離されたセル構成で示されており、すなわち第1のRFハブRFH1が、特定の第1の屋内位置エリアA1内の第1のセル・エリアC1内でサービスを提供する2つのリモート無線ヘッドRH1、RH2に接続され、第2のRFハブRFH2が、特定の第2の屋内位置エリアA2内の第2のセル・エリアC2内でサービスを提供する3つのリモート無線ヘッドRH3〜RH5に接続され、第1および第2の屋内位置エリアA1、A2が、互いに切り離され、または分離されている。もう一方で、図4は、重複したセル構成を提示する、本発明による無線セルラ屋内通信システムを示しており、すなわち、ここでは第1のRFハブRFH1が、2つのリモート無線ヘッドRH1、RH2に接続され、RH1がセルC1内でサービスを提供し、RH2がセルC2内でサービスを提供し、セルC1とC2は、同じ屋内位置エリアA1で重複しており、第2のRFハブRFH2が、3つのリモート無線ヘッドRH3、RH4、RH5に接続され、これらのリモート無線ヘッドもまた、同じ屋内位置エリアA2のそれぞれ異なる重複セルC1、C2でサービスを提供する。
一般化するために述べると、本発明によれば、図3および図4の実施例に示されたセル構成のような他のセル構成が可能である。それぞれのリモート無線ヘッドは、異なるセル・エリアにサービスすることができ、あるいは2つまたは3つ以上のリモート無線ヘッドが同じセル・エリアに属し、前記セル・エリアが特定の屋内位置エリア内で重複し、またはそれぞれ異なる位置エリアに存在する。RFハブは、同じセルにサービスすることも、異なるセルにサービスすることもあるリモート無線ヘッドに接続され得る。
図5は、リモート無線ヘッドRH−1〜RH−Nごとに4つの搬送波について考慮する、本発明の無線セルラ通信方法による搬送波の分散の一例を示している。基地局Bsは、M個の搬送波Ca1〜CaMをセル管理装置CMUに提供し、そしてこのセル管理装置CMUは、次の段階の少なくとも1つのRFハブRFH 1〜X間でそれを分散させる。1つまたは複数のRFハブは、イーサネット(登録商標)・パケット内のメディア・アクセス制御(MAC:medium access control)アドレスMA1〜MA4に従って第1のリモート無線ヘッドRH−1に搬送波1〜4を配分し、MACアドレス5〜8に従って第2のリモート無線ヘッドRH−2に搬送波5〜8を配分し、M=N×4としてMACアドレスM−3〜Mに従って、リモート無線ヘッドRH−Nに搬送波M−3〜Mを配分する。
図6は、本発明による無線セルラ屋内通信システムの例示的なブロック概略図を示している。図の実施例では、セル管理装置CMUは、8つの基地局BS1〜BS8、ならびに8つのRHハブ RFH1〜RFF8に作用する(しかし、もちろん、より多くのまたは少ない基地局BsおよびRFハブもCMUに接続され得る)。それぞれの基地局は、個々のサービスで4つの搬送波を提供することができる。8つのBSは、それぞれ異なるオペレータのそれぞれ異なるサービスをカバーすることができる。インターフェースI1とI3の間のネットワークは完全に透明的であり、リモート無線ヘッドRH1〜RH32は、個々のサービスに専用である。

Claims (15)

  1. 第1のデジタル接続インターフェースを介してセル管理装置に接続された少なくとも1つの基地局を含む無線セルラ屋内通信システムであって、前記セル管理装置が、第2のデジタル接続インターフェースを介して少なくとも1つのRFハブに接続され、前記少なくとも1つのRFハブが、第3のデジタル接続インターフェースを介して少なくとも1つのリモート無線ヘッドに接続され、前記少なくとも1つのリモート無線ヘッドが、限定された環境内の特定のセル・エリアでサービスを提供し、
    前記セル管理装置が
    未使用の搬送波を低トラフィック負荷のエリア内のリモート無線ヘッドから高トラフィック負荷のエリア内のリモート無線ヘッドにシフトすることを含み、適応セル再構成によって基地局上および基地局間の効率的な負荷バランシングを提供する手段と、
    搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てを個々の無線ヘッドにマッピングする手段と、
    前記セル管理装置と前記デジタル無線ヘッドのそれぞれとの間のデジタル接続上に累積した個々の遅延を調整する手段と、
    前記セル管理装置と前記個々のリモート無線ヘッドの間で信号を同期させる手段と、
    前記セル管理装置と前記リモート無線ヘッドの間の個々のデジタル・リンクの障害検出のための手段とを含み、
    前記効率的な負荷バランシングを提供する手段が、
    エア・インターフェース活動検出およびインターフェース・センシングによって前記無線ヘッドのそれぞれの各搬送波について個々に負荷識別を行う手段と、
    リモート無線ヘッドごとの未使用搬送波を個々に非活性化する手段と、
    アクティブ搬送波上の高負荷を有する無線ヘッドのために搬送波が使用されていない無線ヘッドから前記搬送波をシフトする手段と、
    前記リモート無線ヘッドが所定の値を超えた負荷を負う位置で、シフトされた搬送波を活性化する手段とを含む、無線セルラ屋内通信システム。
  2. 前記搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てが、MACアドレスによって識別される、請求項1に記載の無線セルラ屋内通信システム。
  3. 前記第1、第2および第3のデジタル・インターフェースが、イーサネット・プロトコルを使用する電気接続である、請求項1に記載の無線セルラ屋内通信システム。
  4. 前記搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てが、前記無線ヘッドが接続された各々のデジタル回線のコネクタによって識別される、請求項1に記載の無線セルラ屋内通信システム。
  5. 前記第1、第2および第3のデジタル・インターフェースが、イーサネット・プロトコルを使用する光接続である、請求項1に記載の無線セルラ屋内通信システム。
  6. 無線セルラ屋内通信のための方法であって、
    基地局が、第1のデジタル接続インターフェースを介してセル管理装置に/から呼またはデータ情報を送信または受信するステップと、
    セル管理ユニットが、第2のデジタル接続インターフェースを介して少なくとも1つのRFハブに/から呼またはデータ情報を送信または受信するステップと、
    前記少なくとも1つのRFハブが、第3のデジタル接続インターフェースを介して、少なくとも1つのリモート無線ヘッドに/から呼またはデータ情報を送信または受信するステップと、
    前記少なくとも1つのリモート無線ヘッドが、前記限定された環境内の特定のセル・エリアでサービスを提供するステップと、を含み、
    前記セル管理装置が
    適応セル再構成によって基地局上および基地局間の効率的な負荷バランシングを提供するステップであって、未使用の搬送波を低トラフィック負荷のエリア内のリモート無線ヘッドから高トラフィック負荷のエリア内のリモート無線ヘッドにシフトするステップを含むステップと、
    搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てを個々の無線ヘッドにマッピングするステップと、
    前記セル管理装置と前記無線ヘッドのそれぞれとの間のデジタル接続上に累積した個々の遅延を調整するステップと、
    前記セル管理装置と前記個々のリモート無線ヘッドの間で信号を同期させるステップと、
    前記セル管理装置と前記リモート無線ヘッドの間の個々のデジタル・リンクの障害を検出するステップとを含み、
    前記効率的な負荷バランシングを提供するステップが、
    エア・インターフェース活動検出およびインターフェース・センシングによって前記無線ヘッドのそれぞれの各搬送波について個々に負荷識別を行うステップと、
    リモート無線ヘッドごとの未使用搬送波を個々に非活性化するステップと、
    アクティブ搬送波上の高負荷を有する無線ヘッドのために搬送波が使用されていない無線ヘッドから前記搬送波をシフトするステップと、
    前記リモート無線ヘッドが所定の値を超えた負荷を負う位置で、シフトされた搬送波を活性化するステップとを含む方法。
  7. 前記搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てが、MACアドレスによって識別される、請求項6に記載の方法。
  8. 前記搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てが、前記無線ヘッドが接続された各々のデジタル回線のコネクタによって識別される、請求項6に記載の方法。
  9. 前記第1、第2および第3のデジタル・インターフェースが、イーサネット・プロトコルを使用する電気接続である、請求項6に記載の方法。
  10. 前記第1、第2および第3のデジタル・インターフェースが、イーサネット・プロトコルを使用する光接続である、請求項6に記載の方法。
  11. 適応セル再構成介してセル管理装置(CMU)と接続される基地局上および基地局間の効率的な負荷バランシングを提供する手段であって、未使用の搬送波を低トラフィック負荷のエリア内のリモート無線ヘッドから高トラフィック負荷のエリア内のリモート無線ヘッドにシフトすることを含み、前記リモート無線ヘッドは少なくとも一つのRFハブに接続され、前記RFハブがCMUに接続される提供手段と、
    搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てを個々の無線ヘッドにマッピングする手段と、
    前記CMUと前記デジタル無線ヘッドのそれぞれとの間のデジタル接続上に累積した個々の遅延を調整する手段と、
    前記CMUと前記個々のリモート無線ヘッドの間で信号を同期させる手段と、
    前記CMUと前記リモート無線ヘッドの間の個々のデジタル・リンクの障害検出のための手段とを含み、
    前記効率的な負荷バランシングを提供する手段が、
    エア・インターフェース活動検出およびインターフェース・センシングによって前記無線ヘッドのそれぞれの各搬送波について個々に負荷識別を行う手段と、
    リモート無線ヘッドごとの未使用搬送波を個々に非活性化する手段と、
    アクティブ搬送波上の高負荷を有する無線ヘッドのために搬送波が使用されていない無線ヘッドから前記搬送波をシフトする手段と、
    前記リモート無線ヘッドが所定の値を超えた負荷を負う位置で、シフトされた搬送波を活性化する手段とを含む、セル管理装置(CMU)。
  12. 前記搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てが、MACアドレスによって識別される、請求項11に記載のセル管理装置(CMU)。
  13. 前記搬送波、時間、周波数または時間周波数割当てが、前記無線ヘッドが接続された各々のデジタル回線のコネクタによって識別される、請求項11に記載のセル管理装置(CMU)。
  14. 前記第1、第2および第3のデジタル・インターフェースが、イーサネット・プロトコルを使用する電気接続である、請求項11に記載のセル管理装置(CMU)。
  15. 前記第1、第2および第3のデジタル・インターフェースが、イーサネット・プロトコルを使用する光接続である、請求項11に記載のセル管理装置(CMU)。
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