JP5435574B2 - Distributed RoF-MIMO antenna system and cell forming method - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ伝送路および無線伝送路を介して無線信号の送受信を行う光無線ハイブリッドアクセスネットワークにおいて、無線エリアをカバーする無線アンテナを分散させて無線周波数利用効率を高める分散型RoF−MIMOアンテナシステムおよびセル形成方法に関する。 The present invention relates to a distributed RoF-MIMO that increases radio frequency utilization efficiency by distributing radio antennas covering a radio area in an optical radio hybrid access network that transmits and receives radio signals via an optical fiber transmission line and a radio transmission line. The present invention relates to an antenna system and a cell forming method.
無線通信において中央局(CS: Central Station )と基地局(BS:Base Station) との間の伝送路の長距離化、高速化を実現するための技術として、光信号に無線信号を重畳し、無線信号の形式を保存したまま光ファイバを伝送するRoF(Radio on Fiber) 技術がある。 As a technology for realizing long-distance and high-speed transmission paths between a central station (CS) and a base station (BS) in wireless communication, wireless signals are superimposed on optical signals, There is a RoF (Radio on Fiber) technology for transmitting an optical fiber while preserving the format of a radio signal.
図1は、RoFシステムの概要を示す(非特許文献1)。
図1において、CSからBSへの下り方向では、CSは変調された無線信号で光搬送波を変調し、光ファイバ伝送路101を介してBSへ送信する。BSは光信号を受信し、無線信号を復調してアンテナから端末へ無線送信する。BSからCSへの上り方向では、BSはアンテナで受信した無線信号で光搬送波を変調し、光ファイバ伝送路101を介してCSへ送信する。CSは光信号を受信し、無線信号を復調して取り出す。このようなRoF技術を用いることで、信号処理部をCSへ集中させることができるため、BSの構成を簡易化できると同時にネットワークのスケーラビリティが向上する。
FIG. 1 shows an outline of a RoF system (Non-Patent Document 1).
In FIG. 1, in the downstream direction from the CS to the BS, the CS modulates the optical carrier with the modulated radio signal and transmits the modulated optical carrier to the BS via the optical
また、経済的な光アクセスネットワークとして、複数のユーザで光ファイバ伝送路を共有するポイントツーマルチポイント型の受動光ネットワーク(PON: Passive Optical Network )がある。 As an economical optical access network, there is a point-to-multipoint passive optical network (PON) in which an optical fiber transmission line is shared by a plurality of users.
図2は、PONシステムの概要を示す。
図2において、PONシステムは、1つの光加入者線終端装置(OLT: Optical Line Terminal )が複数の光ネットワーク終端装置(ONU: Optical Network Unit)と光ファイバ伝送路101および1対n(nは2以上の整数)の光カプラ102を介して1対nの通信を行うネットワークである。OLTと各ONUとの通信は時分割多重(TDM)方式により行われる。
FIG. 2 shows an overview of the PON system.
In FIG. 2, in the PON system, one optical subscriber line terminator (OLT: Optical Line Terminal) has a plurality of optical network terminators (ONUs), optical
また、PONの実現形態の1つとしてWDM(Wavelength Division Multiplexing)−PONがある(非特許文献2)。WDM−PONシステムは、光カプラ102に代えて光合分波器(WDMフィルタ)を用い、ONU毎に異なる使用波長を割り当てることでOLTと各ONUとの間の通信を実現する。また、ONUに波長を選択できる光源を備えたり、OLT側から供給される連続光を変調する光変調器を備えて変調光を折り返すことでONUのカラーレス化を図ることができ、経済的な運用が可能となる。
Moreover, there exists WDM (Wavelength Division Multiplexing) -PON as one of the implementation forms of PON (nonpatent literature 2). The WDM-PON system uses an optical multiplexer / demultiplexer (WDM filter) instead of the
一方、無線通信における電波の周波数利用効率改善は重要な課題であり、BSと端末(MT:Mobile Terminal)のそれぞれが有する複数の送受信アンテナを用いた空間多重により無線通信の伝送容量を増大させるMIMO(Multiple Input Multiple Output)技術がある。MIMO無線システムでは、複数の送信/受信アンテナ間の距離を広げると、BS−MT間の複数の無線チャネルのマルチパスフェージングの相関が小さくなり、いわゆるリッチスキャッタリング環境の生成が容易となってMIMO空間多重効果を高められ、無線伝送路の伝送容量を増大できることが知られている。 On the other hand, improvement in frequency utilization efficiency of radio waves in wireless communication is an important issue, and MIMO that increases the transmission capacity of wireless communication by spatial multiplexing using a plurality of transmission / reception antennas each of a BS and a terminal (MT: Mobile Terminal) (Multiple Input Multiple Output) technology. In a MIMO radio system, if the distance between a plurality of transmission / reception antennas is increased, the correlation of multipath fading of a plurality of radio channels between BS and MT is reduced, so that a so-called rich scattering environment can be easily generated and the MIMO is facilitated. It is known that the spatial multiplexing effect can be enhanced and the transmission capacity of the wireless transmission path can be increased.
このMIMO無線システムにおいて、BSの複数アンテナで送受信する無線信号をRoFを用いて伝送すれば、MIMOに必要なBSも簡単化でき、複雑なMIMO信号の復調や信号処理をCSで一括して処理することができ、さらにRoFによってBSのアンテナを分散させることが容易となる。また、複数のBS間で1つのMIMOセルを形成する分散型RoF−MIMOアンテナシステムを実現することにより、一層の無線伝送容量の増大、周波数利用効率の改善が可能になっている。 In this MIMO wireless system, if radio signals transmitted and received by multiple BS antennas are transmitted using RoF, the BS required for MIMO can be simplified, and demodulation and signal processing of complex MIMO signals are processed collectively by CS. Furthermore, it becomes easy to disperse the BS antennas by RoF. Further, by realizing a distributed RoF-MIMO antenna system in which one MIMO cell is formed between a plurality of BSs, it is possible to further increase the radio transmission capacity and improve the frequency utilization efficiency.
図3は、分散型RoF−MIMOアンテナシステムの概要を示す(非特許文献3,4)。
図3において、CSと複数のBSは、スター・バス構成の光ファイバ伝送101および光カプラ102を介して接続される。各光ファイバ伝送路上のBSは、それぞれ光カプラ(図示せず)を介して順次接続される。ここで、1つのBSに4本のアンテナを配置し、4個のBSに分散配置された4本のアンテナによって囲まれたMIMO空間を「セル」と定義する。各BSのアンテナ1〜4と、セルを囲むアンテナ1〜4の関係は図3に示す通りである。なお、CS−BSの接続形態、BSのアンテナ数、セルの形状は任意である。
FIG. 3 shows an outline of a distributed RoF-MIMO antenna system (Non-Patent
In FIG. 3, CS and a plurality of BSs are connected via an
従来の分散型RoF−MIMOアンテナシステムでは、CSと複数のBSとの間でそれぞれ送受信される光信号の多重(BS多重)と、BSに設置される複数のアンテナで送受信される無線信号の多重(アンテナ多重)は、TDM(Time Division Multiplexing)で行われる。セル内の端末は、セルを囲むアンテナ1〜4との間で無線通信し、このセルを囲むアンテナ1〜4を収容する4個のBSを介してCSに接続され、CSでMIMO処理が行われる。このような分散型RoF−MIMOアンテナシステムは、複雑なMIMO処理をCSで集中的に行うことができるため、BSを簡易化できる。
In the conventional distributed RoF-MIMO antenna system, multiplexing of optical signals transmitted / received between CS and a plurality of BSs (BS multiplexing) and multiplexing of radio signals transmitted / received by a plurality of antennas installed in the BS are performed. (Antenna multiplexing) is performed by TDM (Time Division Multiplexing). The terminal in the cell communicates wirelessly with the
なお、一層の周波数利用効率を高める場合や、現在3G携帯やWiMAXで使用されている2GHz帯よりも更に高周波を用いる電波形式を用いる無線アクセスシステムが登場した場合、1つのBSがカバーする無線セルのサイズは小さい方が望ましく、マイクロセル構成、さらにサイズの小さいピコセル、フェムトセルの構成が必要になってくる。このとき膨大な数のBSとコアネットワークを接続する光ファイバエントランス回線を効率的、経済的に確保することが課題となってくる。このような場合、分散型RoF−MIMOアンテナシステムには多くのBSとCSを接続する多くの光ファイバエントランス回線が必要となるが、これもPONでRoF伝送を行うことで実現できる。 In addition, when further increasing the frequency utilization efficiency, or when a radio access system using a radio wave format that uses a higher frequency than the 2 GHz band currently used in 3G mobile phones and WiMAX appears, a radio cell covered by one BS It is desirable that the size of the cell is small, and a micro cell configuration and a configuration of a pico cell and a femto cell having a smaller size are required. At this time, it becomes an issue to efficiently and economically secure an optical fiber entrance line connecting a huge number of BSs and the core network. In such a case, the distributed RoF-MIMO antenna system requires many optical fiber entrance lines connecting many BSs and CSs, and this can also be realized by performing RoF transmission with PON.
従来の分散型RoF−MIMOアンテナシステムは、TDM−PONシステムをベースにしたものであり、収容するBS数に比例して処理速度が高速になり、経済的かつ効率的にBS数を増やすことができなかった。また、WDM−PONシステムを用いた分散型RoF−MIMOアンテナシステムを実現し、周波数利用効率、無線伝送容量を改善するCSおよびBSの構成、さらにBSの配置について明らかにされていなかった。 The conventional distributed RoF-MIMO antenna system is based on the TDM-PON system, and the processing speed increases in proportion to the number of BSs accommodated, and the number of BSs can be increased economically and efficiently. could not. Further, a distributed RoF-MIMO antenna system using a WDM-PON system has been realized, and the configurations of CS and BS for improving frequency utilization efficiency and radio transmission capacity, and further, the arrangement of BSs have not been clarified.
本発明は、WDM−PONシステムを用いた分散型RoF−MIMOアンテナシステムにおいて、MIMOの空間多重効果が高まるようなBS配置を実現し、トラフィック分布や端末分布にダイナミックに対応したセルへのリソース配分を実現し、経済的で簡易なBSでMIMOによる無線伝送容量および電波の周波数利用効率を高めることができる分散型RoF−MIMOアンテナシステムおよびセル形成方法を提供することを目的とする。 In the distributed RoF-MIMO antenna system using a WDM-PON system, the present invention realizes a BS arrangement that enhances the spatial multiplexing effect of MIMO, and allocates resources to cells dynamically corresponding to traffic distribution and terminal distribution It is an object to provide a distributed RoF-MIMO antenna system and a cell formation method capable of improving the wireless transmission capacity and the frequency utilization efficiency of radio waves by MIMO with an economical and simple BS.
第1の発明は、1つの中央局(CS)が複数の基地局(BS)と光ファイバ伝送路を介して接続され、複数のBSに分散して設置された複数のアンテナによって囲まれる空間で1つのセルを形成し、各セル内の無線端末とMIMO技術を用いて無線通信を行い、さらに1つのCSと複数のBSとの間でRoF技術を用いて光通信を行う分散型RoF−MIMOアンテナシステムにおいて、CSと複数のBSとの間で、BSごとに異なる波長を割り当ててWDM伝送を行う構成であり、BSは、当該BSに設置される複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を時分割多重し、当該BSに割り当てられた波長の光信号に重畳して送受信する多重・分離手段を備え、CSは、セルを囲む複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を処理する手段と、BSの多重・分離手段との間で、光信号の波長およびタイムスロットを選択することによりセルを形成するBSとそのアンテナを選択してセルの形状を設定するBSアンテナ選択手段を備える。 The first invention is a space in which one central station (CS) is connected to a plurality of base stations (BS) via optical fiber transmission lines and is surrounded by a plurality of antennas distributed and installed in the plurality of BSs. Distributed RoF-MIMO which forms one cell, performs radio communication with a radio terminal in each cell using MIMO technology, and further performs optical communication between one CS and a plurality of BSs using RoF technology In an antenna system, a WDM transmission is performed by assigning different wavelengths to each BS between a CS and a plurality of BSs. The BS transmits a MIMO signal to be transmitted / received via a plurality of antennas installed in the BS. time division multiplexing, comprising a multiplexing and demultiplexing means for transmitting and receiving superimposed on optical signals of wavelengths assigned to the BS, CS is the MIMO signals transmitted and received via a plurality of antennas that surround the cell Means for management, between the multiplexing and demultiplexing means BS, by selecting the BS with its antenna forming a cell by selecting the wavelength of the optical signals and time slots to set the shape of the cell BS antenna selection means Is provided.
第1の発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムにおいて、BSアンテナ選択手段は、セルの形状を設定するBSとそのアンテナをダイナミックに選択し、任意の形状と任意の大きさのセルを形成する構成である。また、BSアンテナ選択手段は、セル内の端末数および要求トラフィックに対応する形状と大きさのセルを形成し、セルごとに必要な無線リソースを提供する構成である。 In the distributed RoF-MIMO antenna system of the first invention, the BS antenna selection means dynamically selects a BS for setting the cell shape and its antenna, and forms a cell of an arbitrary shape and an arbitrary size. It is. The BS antenna selection means is configured to form a cell having a shape and size corresponding to the number of terminals in the cell and the requested traffic, and to provide necessary radio resources for each cell.
第2の発明は、1つの中央局(CS)が複数の基地局(BS)と光ファイバ伝送路を介して接続され、複数のBSに分散して設置された複数のアンテナによって囲まれる空間で1つのセルを形成し、各セル内の無線端末とMIMO技術を用いて無線通信を行い、さらに1つのCSと複数のBSとの間でRoF技術を用いて光通信を行う分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル形成方法において、CSと複数のBSとの間で、BSごとに異なる波長を割り当ててWDM伝送を行う構成であり、BSは、多重・分離手段で、当該BSに設置される複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を時分割多重し、当該BSに割り当てられた波長の光信号に重畳して送受信し、CSは、セルを囲む複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を処理する手段と、BSの多重・分離手段との間に配置したBSアンテナ選択手段で、光信号の波長およびタイムスロットを選択することによりセルを形成するBSとそのアンテナを選択してセルの形状を設定する。
The second invention is a space in which one central station (CS) is connected to a plurality of base stations (BS) through optical fiber transmission lines and surrounded by a plurality of antennas distributed and installed in the plurality of BSs. Distributed RoF-MIMO which forms one cell, performs radio communication with a radio terminal in each cell using MIMO technology, and further performs optical communication between one CS and a plurality of BSs using RoF technology In the antenna system cell formation method, a WDM transmission is performed by assigning different wavelengths for each BS between the CS and a plurality of BSs. The BS is a multiplexing / demultiplexing unit, and a plurality of BSs are installed in the BS. MI through the antenna time division multiplexing MIMO signals for transmission and reception, and transmitting and receiving superimposed on optical signals of wavelengths assigned to the BS, CS is sent and received via a plurality of antennas that surround the cell Means for processing the O signals, the BS antenna selection means disposed between the multiplexing and demultiplexing means BS, by selecting the BS with its antenna forming a cell by selecting the wavelength of the optical signal and a time slot Set the cell shape.
第2の発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル形成方法において、BSアンテナ選択手段は、セルの形状を設定するBSとそのアンテナをダイナミックに選択し、任意の形状と任意の大きさのセルを形成する。また、BSアンテナ選択手段は、セル内の端末数および要求トラフィックに対応する形状と大きさのセルを形成し、セルごとに必要な無線リソースを提供する。 In the cell formation method of the distributed RoF-MIMO antenna system of the second invention, the BS antenna selection means dynamically selects the BS for setting the cell shape and its antenna, and the cell having an arbitrary shape and an arbitrary size. Form. The BS antenna selection unit forms cells having a shape and size corresponding to the number of terminals in the cell and the requested traffic, and provides necessary radio resources for each cell.
本発明では、WDM−PONとRoFを組み合わせCSとBSを接続するエントランス回線を構成し、BSに複数のセルを形成する複数のアンテナを設置することにより、MIMOの送受信アンテナを分散させて、MIMOの空間多重効果を高めることができる。下りリンクでは、CSのBSアンテナ選択手段によりMIMOの空間多重効果が高まるように、MIMO信号を配信するBSおよびアンテナを選択する。上りリンクも同様に、MTから送信され、選択したBSおよびアンテナを介して届くMIMO信号を処理することができる。さらに、RoFによって実現されるBS配置の自由度の高さを利用して、MIMOの空間多重効果が高まるようにBSおよびアンテナを選択することにより、BS−MT間のマルチパス環境を制御することができる。 In the present invention, the WDM-PON and RoF are combined to form an entrance line that connects the CS and the BS, and a plurality of antennas that form a plurality of cells are installed in the BS. The spatial multiplexing effect can be enhanced. In the downlink, the BS and the antenna for distributing the MIMO signal are selected by the BS antenna selection means of the CS so that the MIMO spatial multiplexing effect is enhanced. The uplink can similarly process the MIMO signal transmitted from the MT and arriving via the selected BS and antenna. Further, by utilizing the high degree of freedom of BS arrangement realized by RoF, the BS and the antenna are selected so as to increase the spatial multiplexing effect of MIMO, thereby controlling the multipath environment between BS and MT. Can do.
このように、本発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムでは、MIMOの空間多重効果が高まるようにBSおよびアンテナを選択し、トラヒック分布、端末分布にダイナミックに適応したセルへのリソース配分を実現することができ、経済的で簡易なBSでMIMOによる無線伝送容量、電波の周波数利用効率を増大させることができる。 As described above, in the distributed RoF-MIMO antenna system of the present invention, the BS and the antenna are selected so as to enhance the spatial multiplexing effect of MIMO, and resource allocation to cells dynamically adapted to the traffic distribution and the terminal distribution is realized. It is possible to increase the wireless transmission capacity by MIMO and the frequency utilization efficiency of radio waves with an economical and simple BS.
(セル構成例1)
図4は、本発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル構成例1を示す。
ここでは、格子状に配置した各BSに異なる波長を割り当て、各BSに割り当てられた波長を利用してCSとの間でWDM−PONを構成する。すなわち、CSから各BS宛ての光信号を波長多重した下り信号は、光合分波器15で各光ファイバ伝送路に分波され、さらに各光ファイバ伝送路に接続されるBSごとにそれぞれ割り当てられた波長が分波される。また、各BSから送信された上り信号は、それぞれ光ファイバ伝送路に波長多重され、さらに光合分波器15で波長多重されてCSに伝送される。
(Cell configuration example 1)
FIG. 4 shows a cell configuration example 1 of the distributed RoF-MIMO antenna system of the present invention.
Here, a different wavelength is assigned to each BS arranged in a lattice pattern, and a WDM-PON is configured with the CS using the wavelength assigned to each BS. That is, the downstream signal obtained by wavelength-multiplexing the optical signal addressed to each BS from the CS is demultiplexed to each optical fiber transmission line by the optical multiplexer /
各BSは、ここでは4本のアンテナ1〜4を有し、各アンテナを介して送受信されるMIMO信号は、各BSごとに割り当てられた波長の光信号に重畳して伝送される。1つのBSで送受信される4つのMIMO信号の多重は、各セルで使用される無線周波数チャネルが異なる場合は、電気領域での周波数多重(副搬送波多重,SCM:Subcarrier Multiplexing)で実現できる。また、各セルが同一無線周波数チャネルを使用する場合は、電気領域での時分割多重(TDM:Time Division Multiplexing)または符号分割多重(CDM:Code Division Multiplexing)で実現できる。
Each BS has four
図4では、セルAを囲む4つのBS22,BS32,BS33,BS23に着目し、BS22のアンテナ4、BS32のアンテナ1、BS33のアンテナ2、BS23のアンテナ3によりセルA内の端末とMIMO通信する例を示す。すなわち、CSとセルA内の端末との間で送受信されるMIMO信号は、セルAを囲む4本のアンテナ1〜4をそれぞれ収容するBS22,BS32,BS33,BS23を介してそれぞれ伝送される。また、CSと1つのBSとの間で伝送される4つのMIMO信号は、そのBSの周囲にある4つの異なるセルに対応する4つのアンテナを介して送受信される。このように、MIMOシステムの各アンテナを異なるBSに分散配置することにより、MT−BS間のマルチパスフェージングに生じる相関性を抑圧することができる。
In FIG. 4, paying attention to the four BS22, BS32, BS33, and BS23 surrounding the cell A, MIMO communication is performed with a terminal in the cell A by the
CSは、各セルに対応するRF変復調/MIMO処理部11、BSアンテナ選択部12、各BSに対応する光変復調・アンテナ多重/分離部(Tx/Rx)13、光合分波器14により構成される。
The CS includes an RF modulation / demodulation /
RF変復調/MIMO処理部11は、各セルを囲む4つのBSの各アンテナ1〜4を介して送受信されるMIMO信号を処理する構成である。ここでは、セルAを囲むBS22のアンテナ4、BS32のアンテナ1、BS33のアンテナ2、BS23のアンテナ3を介して送受信するMIMO信号を処理する例を示す。
The RF modulation / demodulation /
光変復調・アンテナ多重/分離部13は、各BSにそれぞれ割り当てた波長の光信号を送受信し、さらに各BSのアンテナ1〜4で送受信するMIMO信号を多重/分離する構成である。ここでは、セルAを囲むBS22,BS32,BS33,BS23に対応する例を示す。例えば、BS22に割り当てた波長をλ(BS22)としたときに、BS22に対応する光変復調・アンテナ多重/分離部13では、波長λ(BS22)の光信号を送受信し、BS22のアンテナ1〜4を介して送受信するMIMO信号を多重/分離する。
The optical modulation / demodulation / antenna multiplexing / demultiplexing
BSアンテナ選択部12は、各セルに対応するMIMO信号を処理するRF変復調/MIMO処理部11と、各BSに対応する光変復調・アンテナ多重/分離部13とを接続する構成である。ここでは、セルAに対応するMIMO信号がBS22のアンテナ4、BS32のアンテナ1、BS33のアンテナ2、BS23のアンテナ3を介して送受信されるように接続する例を示す。
The BS
(光変復調・アンテナ多重/分離部13およびBS22の構成例)
図5は、下りリンクにおける光変復調・アンテナ多重/分離部13およびBS22の構成例を示す。ここでは、各セルで使用される無線周波数チャネルが同じ周波数f1であるワンセル繰り返しセル構成を想定する。
(Configuration example of optical modulation / demodulation / antenna multiplexing / separating
FIG. 5 shows a configuration example of the optical modulation / demodulation / antenna multiplexing / demultiplexing
図5において、BS22に対応する光変復調・アンテナ多重/分離部13は、BS22のアンテナ1〜4から周囲の4つのセルに送信するMIMO信号をTDM処理部に入力し、4つのタイムスロットに割り当てるアンテナ多重を行って光変調器MODに入力し、BS22に対応する波長λ(BS22)の光搬送波を変調する。この光信号は、光合分波器14で他のBSへの光信号と波長多重され、光ファイバ伝送路を介して各BSに伝送される。BS22は、光合分波器15で分波された光信号を入力し、さらに光合分波器16で割り当てられた波長λ(BS22)の光信号を分波し、受光器PDに入力して光電気変換し、RF帯のTDM信号に戻される。TDM信号は、TDM処理部に入力してアンテナごとのMIMO信号に分離され、帯域通過フィルタBPFを介して各アンテナ1〜4からそれぞれ対応するセルに送信され、各セル内の端末に受信される。
In FIG. 5, the optical modulation / demodulation / antenna multiplexing / demultiplexing
なお、ここでは1つのBSに伝送される4つのMIMO信号の多重方法としてTDMを用いた例を示したが、TDMの代わりにCDMを用いることも可能である。また、セルごとに異なる周波数チャネルを使用する場合にはSCMを用いることも可能である。 Although an example in which TDM is used as a multiplexing method of four MIMO signals transmitted to one BS is shown here, CDM can be used instead of TDM. In addition, when a different frequency channel is used for each cell, SCM can be used.
図6は、上りリンクにおけるBS22および光変復調・アンテナ多重/分離部13の構成例を示す。
図6において、BS22の周囲の4セルそれぞれに存在する端末から送信されたMIMO信号はアンテナ1〜4で受信され、帯域通過フィルタBPFを介してTDM処理部に入力し、アンテナ多重されたTDM信号が光変調器MODに入力し、波長λ(BS22)の光搬送波を変調する。この光信号は、他のBSの光信号と光合分波器16,15で波長多重してCSへ伝送される。CSでは波長λ(BS22)の光信号を光合分波器14で分離してBS22に対応する光変復調・アンテナ多重/分離部13に入力し、受光器PDで光電気変換を行ってTDM処理部に入力し、セル対応のMIMO信号に分離される。
FIG. 6 shows a configuration example of the
In FIG. 6, MIMO signals transmitted from terminals existing in each of the four cells around
なお、ここでは、TDMを用いたアンテナ多重としたが、TDMの代わりにCDMを用いることも可能である。また、セルごとに異なる周波数チャネルを使用する場合にはSCMを用いることも可能である。 Although antenna multiplexing using TDM is used here, CDM can be used instead of TDM. In addition, when a different frequency channel is used for each cell, SCM can be used.
(セル構成例2)
図7は、本発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル構成例2を示す。
図7において、セル構成例2は、各BSのアンテナで囲まれるセル形状を三角形とし、3つのアンテナにより構成されるセルを示す。1つのBSは、周囲のセルにMIMO信号を送受信するための6つのアンテナを備える。例えば、セルBは、BS22のアンテナ5、BS32のアンテナ1、BS33のアンテナ3により形成される。
(Cell configuration example 2)
FIG. 7 shows a cell configuration example 2 of the distributed RoF-MIMO antenna system of the present invention.
In FIG. 7, cell configuration example 2 shows a cell configured by three antennas, with the cell shape surrounded by the antennas of each BS being a triangle. One BS includes six antennas for transmitting and receiving MIMO signals to and from surrounding cells. For example, the cell B is formed by the
セルBに対応するCSのRF変復調/MIMO処理部11は、セルBを囲むBS22のアンテナ5、BS32のアンテナ1、BS33のアンテナ3で送受信されるMIMO信号を処理する。このMIMO信号は、BS22,BS32,BS33に対応する光変復調・アンテナ多重/分離部13を介して、それぞれ対応する波長の光信号に重畳して伝送される。
The CS RF modulation / demodulation /
(セル構成例3)
図8は、本発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル構成例3を示す。
図8において、セル構成例3は、各BSのアンテナで囲まれるセル形状を六角形とし、6つのアンテナにより構成されるセルを示す。1つのBSは、周囲のセルにMIMO信号を送受信するための3つのアンテナを備える。例えば、セルCは、BS13のアンテナ3、BS22のアンテナ3、BS32のアンテナ1、BS43のアンテナ1、BS33のアンテナ2、BS23のアンテナ2により形成される。
(Cell configuration example 3)
FIG. 8 shows a cell configuration example 3 of the distributed RoF-MIMO antenna system of the present invention.
In FIG. 8, the cell configuration example 3 shows a cell configured by six antennas with the cell shape surrounded by the antennas of each BS being a hexagon. One BS includes three antennas for transmitting and receiving MIMO signals to surrounding cells. For example, cell C is formed by
セルCに対応するCSのRF変復調/MIMO処理部11は、セルCを囲むBS13のアンテナ3、BS22のアンテナ3、BS32のアンテナ1、BS43のアンテナ1、BS33のアンテナ2、BS23のアンテナ2で送受信されるMIMO信号を処理する。このMIMO信号は、BS13,BS22,BS32,BS43,BS33,BS23に対応する光変復調・アンテナ多重/分離部13を介して、それぞれ対応する波長の光信号に重畳して伝送される。
The RF modulation / demodulation /
(セル構成例4)
図9は、本発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル構成例4を示す。
図9において、セル構成例3では、1つのBSは、周囲のセルにMIMO信号を送受信するための6つのアンテナを備え、各BSごとにMIMO信号を送受信するアンテナを選択することにより、各BSのアンテナで囲まれるセル形状を四角形、三角形、六角形とする例を示す。例えば、セルAは、BS21のアンテナ6、BS31のアンテナ1、BS32のアンテナ3、BS22のアンテナ4により形成される四角形である。セルBは、BS32のアンテナ5、BS42のアンテナ1、BS43のアンテナ3により形成される三角形である。セルCは、BS13のアンテナ5、BS22のアンテナ6、BS32のアンテナ1、BS43のアンテナ2、BS33のアンテナ3、BS23のアンテナ4により形成される六角形である。例えば、CSとBS32との間では、セルAとアンテナ3を介して送受信するMIMO信号と、セルBとアンテナ5を介して送受信するMIMO信号と、セルCとアンテナ1を介して送受信するMIMO信号が多重伝送される。
(Cell configuration example 4)
FIG. 9 shows a cell configuration example 4 of the distributed RoF-MIMO antenna system of the present invention.
In FIG. 9, in the cell configuration example 3, one BS includes six antennas for transmitting and receiving MIMO signals to and from surrounding cells, and by selecting an antenna that transmits and receives MIMO signals for each BS, each BS An example in which the cell shape surrounded by the antenna is a square, a triangle, or a hexagon is shown. For example, the cell A is a quadrangle formed by the
以上示したセル構成例1〜4では、各BSが備えるアンテナ数および各BSのアンテナによって囲まれるセルの形状は予め決まっており、CSのBSアンテナ選択部12はそれに応じて、セル対応のRF変復調/MIMO処理部11と各BS対応の光変復調・アンテナ多重/分離部13のアンテナポートとを接続する構成であった。
In the cell configuration examples 1 to 4 described above, the number of antennas included in each BS and the shape of the cell surrounded by the antennas of each BS are determined in advance, and the BS
次に、セル内の端末数や要求トラフィックが異なり、セルごとに必要な無線リソースが異なる場合に対応するセル構成例を示す。 Next, a cell configuration example corresponding to a case where the number of terminals in a cell and requested traffic are different and required radio resources are different for each cell will be described.
(セル構成例5)
図10は、本発明の分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル構成例5を示す。
図10において、1つのBSは、周囲のセルにMIMO信号を送受信するための4つのアンテナを備えるが、ここではMIMO信号を送受信するアンテナのみを表記するものとする。セル11は、BS11のアンテナ4、により囲まれる。セル23は、BS23のアンテナ4、BS43のアンテナ1、BS45のアンテナ2、BS25のアンテナ3により囲まれる。セル13は、BS13のアンテナ4、BS23のアンテナ1、BS24のアンテナ2、BS14のアンテナ3により囲まれる。セル32は、BS32のアンテナ4、BS42のアンテナ1、BS43のアンテナ2、BS33のアンテナ3により囲まれる。
(Cell configuration example 5)
FIG. 10 shows a cell configuration example 5 of the distributed RoF-MIMO antenna system of the present invention.
In FIG. 10, one BS includes four antennas for transmitting and receiving MIMO signals to and from surrounding cells, but only antennas for transmitting and receiving MIMO signals are described here. The
ここでは、セル13,32には端末や要求トラフィックが集中し、セル11,23には少ない端末数や要求トラフィックがあり、その他のセルには端末が全くない状況を想定している。このとき、セル13,32に対して小さいセルの中でMIMO送受信を行うことにより要求に見合う伝送容量を達成する。一方、セル11,23では、4倍の大きさのセルを構成してアンテナをさらに分散させ、MIMOの空間多重効果を高めるとともに、要求伝送容量が許容できるレベルとなるように端末やBSの送信電力を下げたり、無線回線の情報伝送速度は小さいが受信感度の高い無線方式を選択する。これにより、隣接セルからの被干渉耐性向上、隣接セルへの与干渉レベル軽減を実現することができる。
Here, it is assumed that terminals and requested traffic are concentrated in the
また、BSに設置されたアンテナが端末と通信を行っていない場合、当該アンテナに関する装置機能の一部または全部を休止させる。さらに、BSに設置された4本すべてのアンテナが端末と通信を行っていない場合、当該BSに関する装置機能の一部または全部を休止させる。これにより、無線周波数の利用効率改善、BSの消費電力低減、光伝送の消費電力低減、WDMの波長数に制限がある場合の波長の有効利用を図ることができる。また、セルが大きくなることにより、移動端末のセル間ハンドオーバ処理の複雑さも軽減することができる。 Further, when the antenna installed in the BS is not communicating with the terminal, a part or all of the device functions related to the antenna are suspended. Furthermore, when all four antennas installed in the BS are not communicating with the terminal, some or all of the device functions related to the BS are suspended. As a result, it is possible to improve the radio frequency utilization efficiency, reduce the power consumption of the BS, reduce the power consumption of the optical transmission, and effectively use the wavelengths when the number of WDM wavelengths is limited. Moreover, the complexity of the inter-cell handover process of the mobile terminal can be reduced by increasing the cell size.
このようなセルサイズを可変させたりBSの休止は、図10では省略しているが、図4,図7,図8に示したBSアンテナ選択部12において、各セル対応のRF変復調/MIMO処理部11と各BS対応の光変復調・アンテナ多重/分離部13のアンテナポートとの接続をダイナミックに切り替えることにより対応できる。このBSアンテナ選択部12は、事前に端末分布、要求トラフィックに関する情報から導出したBSアンテナ選択信号で制御され、下りリンクでは、MIMO信号の送信先であるBSの所定アンテナに接続された光変調器に入力されるように経路をスイッチするクロスコネクトスイッチで実現できる。上りリンクでは、所定の4つのBSのアンテナでセル内の端末から受信した4つのMIMO信号が、MIMO信号処理されるグループとなって所定のRF変復調/MIMO処理部11に入力するように、BSアンテナ選択部12は光信号から再生された4つのMIMO信号の経路をスイッチする。
Such a cell size change or BS pause is omitted in FIG. 10, but in the BS
図11は、セル構成例5におけるCSの構成例を示す。
図11において、セル11に送信するMIMO信号は、セル11に対応するRF変復調/MIMO処理部11からBSアンテナ選択部12を介して、BS31のアンテナ1、BS33のアンテナ2、BS13のアンテナ3、BS11のアンテナ4から送信されるように、それぞれBS対応の光変復調・アンテナ多重/分離部(Tx/Rx)13の対応するアンテナポートに入力する。セル13に送信するMIMO信号は、セル13に対応するRF変復調/MIMO処理部11からBSアンテナ選択部12を介して、BS23のアンテナ1、BS24のアンテナ2、BS14のアンテナ3、BS13のアンテナ4から送信されるように、それぞれBS対応の光変復調・アンテナ多重/分離部(Tx/Rx)13の対応するアンテナポートに入力する。セル23に送信するMIMO信号およびセル32に送信するMIMO信号についても同様である。
FIG. 11 shows an example of CS configuration in cell configuration example 5.
In FIG. 11, the MIMO signal transmitted to the
BS対応の光変復調・アンテナ多重/分離部(Tx/Rx)13では、各アンテナポートに入力するMIMO信号をアンテナ多重し、それぞれBS対応の波長の光信号に重畳して各BSまで伝送する。上りリンクについても同様である。 The BS optical modulation / demodulation / antenna multiplexing / separating unit (Tx / Rx) 13 antenna-multiplexes the MIMO signal input to each antenna port, and superimposes each of the MIMO signals on the wavelength corresponding to the BS to transmit to each BS. The same applies to the uplink.
以上説明した実施例では、格子状に配置されたBSと四角形のセル形状における分散型RoF−MIMOアンテナシステムの構成、ならびに同一BS上のアンテナ多重をTDMによる電気多重で実現する場合について説明したが、他の任意のBS配置やセル形状の場合も、BSの任意のアンテナ数に合わせて多重数、装置数を変えれば、同様の原理で構成できることは明らかである。また、アンテナ多重についても他の多重方式、例えばTDMあるいはFDMよる電気多重、またはTDMあるいはCDMあるいはFDM(WDM)による光多重で実現する場合についても適用できる。 In the embodiment described above, the configuration of the distributed RoF-MIMO antenna system in the BS and the square cell shape arranged in a lattice shape and the case where the antenna multiplexing on the same BS is realized by electric multiplexing by TDM have been described. It is apparent that other arbitrary BS arrangements and cell shapes can be configured according to the same principle by changing the number of multiplexing and the number of devices in accordance with the number of BS antennas. The antenna multiplexing can also be applied to other multiplexing schemes such as electrical multiplexing using TDM or FDM, or optical multiplexing using TDM, CDM, or FDM (WDM).
11 RF変復調/MIMO処理部
12 BSアンテナ選択部
13 光変復調・アンテナ多重/分離部(Tx/Rx)
14,15,16 光合分波器
CS 中央局(Central Station )
BS 基地局(Base Station)
11 RF modulation / demodulation /
14, 15, 16 Optical multiplexer / demultiplexer CS Central Station
BS Base Station
Claims (6)
前記CSと前記複数のBSとの間で、前記BSごとに異なる波長を割り当ててWDM(Wavelength Division Multiplexing)伝送を行う構成であり、
前記BSは、
当該BSに設置される複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を時分割多重し、当該BSに割り当てられた波長の光信号に重畳して送受信する多重・分離手段を備え、
前記CSは、
前記セルを囲む複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を処理する手段と、前記BSの前記多重・分離手段との間で、光信号の波長およびタイムスロットを選択することにより前記セルを形成するBSとそのアンテナを選択して前記セルの形状を設定するBSアンテナ選択手段を備えた
ことを特徴とする分散型RoF−MIMOアンテナシステム。 One central station (CS) is connected to a plurality of base stations (BS) via optical fiber transmission lines, and forms one cell in a space surrounded by a plurality of antennas distributed and installed in a plurality of BSs. , Wireless communication with wireless terminals in each cell using MIMO (Multiple Input Multiple Output) technology, and optical communication using RoF (Radio-on-Fiber) technology between one CS and multiple BSs In a distributed RoF-MIMO antenna system that performs
Between the CS and the plurality of BSs, WDM (Wavelength Division Multiplexing) transmission is performed by assigning different wavelengths for each BS,
The BS is
A multiplexing / demultiplexing unit that time-division-multiplexes MIMO signals to be transmitted / received via a plurality of antennas installed in the BS, and transmits / receives the signals superimposed on an optical signal having a wavelength assigned to the BS,
The CS is
The cell is formed by selecting a wavelength and a time slot of an optical signal between a means for processing a MIMO signal transmitted / received via a plurality of antennas surrounding the cell and the multiplexing / demultiplexing means of the BS. A distributed RoF-MIMO antenna system comprising BS antenna selection means for selecting a BS and its antenna and setting the shape of the cell.
前記BSアンテナ選択手段は、前記セルの形状を設定する前記BSとそのアンテナをダイナミックに選択し、任意の形状と任意の大きさのセルを形成する構成である
ことを特徴とする分散型RoF−MIMOアンテナシステム。 The distributed RoF-MIMO antenna system according to claim 1,
The BS antenna selection means is configured to dynamically select the BS for setting the shape of the cell and its antenna to form a cell of an arbitrary shape and an arbitrary size. MIMO antenna system.
前記BSアンテナ選択手段は、前記セル内の端末数および要求トラフィックに対応する形状と大きさのセルを形成し、セルごとに必要な無線リソースを提供する構成である
ことを特徴とする分散型RoF−MIMOアンテナシステム。 The distributed RoF-MIMO antenna system according to claim 2,
The BS antenna selection means is configured to form a cell having a shape and size corresponding to the number of terminals in the cell and the requested traffic, and to provide necessary radio resources for each cell. -MIMO antenna system.
前記CSと前記複数のBSとの間で、前記BSごとに異なる波長を割り当ててWDM(Wavelength Division Multiplexing)伝送を行う構成であり、
前記BSは、
多重・分離手段で、当該BSに設置される複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を時分割多重し、当該BSに割り当てられた波長の光信号に重畳して送受信し、
前記CSは、
前記セルを囲む複数のアンテナを介して送受信するMIMO信号を処理する手段と、前記BSの前記多重・分離手段との間に配置したBSアンテナ選択手段で、光信号の波長およびタイムスロットを選択することにより前記セルを形成するBSとそのアンテナを選択して前記セルの形状を設定する
ことを特徴とする分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル形成方法。 One central station (CS) is connected to a plurality of base stations (BS) via optical fiber transmission lines, and forms one cell in a space surrounded by a plurality of antennas distributed and installed in a plurality of BSs. , Wireless communication with wireless terminals in each cell using MIMO (Multiple Input Multiple Output) technology, and optical communication using RoF (Radio-on-Fiber) technology between one CS and multiple BSs In a cell formation method of a distributed RoF-MIMO antenna system for performing
Between the CS and the plurality of BSs, WDM (Wavelength Division Multiplexing) transmission is performed by assigning different wavelengths for each BS,
The BS is
A multiplexing / demultiplexing unit time-division-multiplexes a MIMO signal to be transmitted / received via a plurality of antennas installed in the BS, and transmits / receives the signal superimposed on an optical signal having a wavelength assigned to the BS,
The CS is
The wavelength and time slot of an optical signal are selected by means of BS antenna selection means arranged between a means for processing a MIMO signal transmitted / received via a plurality of antennas surrounding the cell and the multiplexing / demultiplexing means of the BS cell formation method of distributed RoF-MIMO antenna system, characterized by setting the shape of BS and the cell select that antenna forming the cell by.
前記BSアンテナ選択手段は、前記セルの形状を設定する前記BSとそのアンテナをダイナミックに選択し、任意の形状と任意の大きさのセルを形成する
ことを特徴とする分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル形成方法。 In the cell formation method of the distributed RoF-MIMO antenna system according to claim 4,
The BS antenna selection means dynamically selects the BS for setting the shape of the cell and its antenna, and forms a cell of an arbitrary shape and an arbitrary size. A distributed RoF-MIMO antenna system comprising: Cell forming method.
前記BSアンテナ選択手段は、前記セル内の端末数および要求トラフィックに対応する形状と大きさのセルを形成し、セルごとに必要な無線リソースを提供する
ことを特徴とする分散型RoF−MIMOアンテナシステムのセル形成方法。 In the cell formation method of the distributed RoF-MIMO antenna system according to claim 5,
The BS antenna selection unit forms a cell having a shape and a size corresponding to the number of terminals in the cell and the requested traffic, and provides a necessary radio resource for each cell. Distributed RoF-MIMO antenna System cell forming method.
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