JP5965372B2 - Communication system and optical signal transmission method - Google Patents
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Description
本発明は、BBU−RRU間で伝送されるデジタルRoF信号の圧縮技術に関する。 The present invention relates to a technique for compressing a digital RoF signal transmitted between BBU and RRU.
セルラーシステムにおいて、セル構成の自由度を向上するため、基地局の機能を信号処理部(BBU:Base Band Unit)とRF部(RRU:Remote Radio Unit)に分割して物理的に離れた構成とする事が検討されている。この時BBU−RRU間において無線信号はRoF技術により伝送される。RoF技術は光伝送方法によりアナログRoF技術とデジタルRoF技術に大別できるが、近年は伝送品質に優れたデジタルRoF技術の検討が盛んであり、CPRI(Common Public Radio Interface)[1]等の標準化団体の下、仕様策定が進められている。またBBU−RRU間の接続媒体として、同軸ケーブルや光ファイバ等が用いられるが、特に光ファイバによって接続する事により、伝送距離を拡大する事ができる。 In a cellular system, in order to improve the degree of freedom of cell configuration, a base station function is physically separated by dividing it into a signal processing unit (BBU: Base Band Unit) and an RF unit (RRU: Remote Radio Unit). It is considered to do. At this time, the radio signal is transmitted between the BBU and the RRU by the RoF technology. RoF technology can be broadly divided into analog RoF technology and digital RoF technology depending on the optical transmission method. Recently, digital RoF technology with excellent transmission quality has been actively studied, and standardization such as CPRI (Common Public Radio Interface) [1]. The specification is being developed under the organization. As a connection medium between BBU and RRU, a coaxial cable, an optical fiber, or the like is used. In particular, the transmission distance can be increased by connecting with an optical fiber.
一つのBBUが複数のRRUを収容する事もできる。これにより、各RRUに必要なBBUを一つに集約する事ができ、運用コスト及び設置コストを削減することが可能となる。このような形態の一例として、BBU−RRU間をPON(Passive Optical Network)システムで接続する形態が提案されている。PONの信号多重方法としては、TDM(Time Division Multiplex)、WDM(Wavelength Division Multiplex),FDM(Frequency Division Multiplex)等が選択できる。 One BBU can accommodate a plurality of RRUs. Thereby, BBU required for each RRU can be collected into one, and it becomes possible to reduce an operation cost and an installation cost. As an example of such a form, a form in which BBU-RRU is connected by a PON (Passive Optical Network) system has been proposed. As a PON signal multiplexing method, TDM (Time Division Multiplex), WDM (Wavelength Division Multiplex), FDM (Frequency Division Multiplex), or the like can be selected.
以後、BBU−RRU間のデジタルRoF伝送技術を関連技術と呼ぶ。また、BBUで作成した無線信号のI軸Q軸ごとのデジタル信号(IQデータ)を光信号に変換してRRUへ伝送し、RRUで受信した光信号を無線信号に変換して、無線端末へと送信するリンクを下りリンクと呼ぶ。一方、無線端末が送信した無線信号をRRUで受信し、受信した無線信号を光信号に変換してBBUへ伝送し、BBUで受信した光信号をIQデータに変換して信号の復調を行うリンクを上りリンクと呼ぶ。 Hereinafter, the digital RoF transmission technology between BBU and RRU is referred to as related technology. Also, a digital signal (IQ data) for each of the I-axis and Q-axis of the radio signal created by the BBU is converted to an optical signal and transmitted to the RRU, and the optical signal received by the RRU is converted to a radio signal and transmitted to the radio terminal. The link to transmit is called a downlink. On the other hand, a link that receives a radio signal transmitted by a radio terminal by RRU, converts the received radio signal to an optical signal and transmits it to the BBU, converts the optical signal received by the BBU to IQ data, and demodulates the signal Is called uplink.
本発明に関連するRRUの装置構成例を図10に示す。RRU91は上りリンクの信号処理のため、無線信号の送/受信を行うアンテナ11と、送信/受信を切り替える送受切替部12と、受信した無線信号の信号電力を信号処理ができるレベルまで増幅する増幅器13と、無線信号をベースバンドにダウンコンバートするダウンコンバート部14と、ダウンコンバートされたアナログ信号をIQデータに変換するA/D変換部15と、IQデータに対してフィルタリング処理を行うベースバンドフィルタ部(上り)16と、IQデータとBBU93−RRU91間の制御信号を多重するフレーム変換部17と、電気信号を光信号に変換して送信する電気−光(E/O)変換部18を有する。送受切替部12は、FDD(Frequency Division Duplex)と、TDD(Time Division Duplex)のどちらにも対応できる。
FIG. 10 shows an example of the RRU apparatus configuration related to the present invention. For uplink signal processing, the RRU 91 includes an
またRRU91は下りリンクの信号処理のため、BBU93から受信した光信号を電気信号に変換する光−電気(O/E)変換部28と、信信号からBBU93−RRU91間の制御信号及びIQデータを取り出すフレーム変換部27と、IQデータに対してフィルタリング処理を行うベースバンドフィルタ部(下り)26と、IQデータをアナログ信号に変換するD/A変換部25と、アナログ信号をアップコンバートするアップコンバート部24と、電力を決められた送信電力まで増幅する増幅器23と、送受切替部12と、アンテナ11を有する。
Further, the
本発明に関連するBBUの装置構成例を図11に示す。BBU93は上りリンクの信号処理のため、光信号を電気信号に変換するO/E変換部31と、受信信号から制御信号及びIQデータを取り出すフレーム変換部32と、IQデータに対して復調を行う変復調部33を有する。またBBU93は下りリンクの信号処理のため、無線信号のIQデータを出力する変復調部33と、IQデータと制御信号を多重するフレーム変換部34と、電気信号を光信号に変換して送信するE/O変換部35を有する。
FIG. 11 shows a device configuration example of BBU related to the present invention. For uplink signal processing, the
CPRIでLTE(Long Term Evolution)信号を伝送する場合を例に取ると、システム帯域幅20MHzのシステムに対しては30.72MHzのサンプリング周波数が用いられ、またI軸とQ軸のそれぞれに対するデジタルサンプリングにおいて上り信号は4〜20ビット、下り信号は8〜20ビットの量子化ビット数が適用される。またフレーム変換部34ではフレーム全体の1/16に制御信号が挿入され、さらに信号は8B/10B符号化した後に伝送される。したがって、デジタルRoF伝送のためには光ファイバ区間で非常に広帯域が必要となる。
Taking an example of transmitting a Long Term Evolution (LTE) signal using CPRI, a sampling frequency of 30.72 MHz is used for a system with a system bandwidth of 20 MHz, and digital sampling for each of the I axis and the Q axis. The number of quantization bits of 4 to 20 bits for the upstream signal and 8 to 20 bits for the downstream signal is applied. The
デジタルRoF伝送の所要帯域を削減する手法として、予測符号化を用いて量子化ビット数を削減する手法がある。該手法では、無線信号の数サンプル点から次サンプル点の振幅値を予測する。図12に、予測の動作例を示す。図12では、過去3つのサンプル点の値から次のサンプル点の値を予測している。予測手法の一つである線形予測法では、過去の数サンプル点にそれぞれ係数を乗算して加算した値を次のサンプル点の予測値とする。この時の係数を、以後予測係数と呼ぶ。予測係数は、実際のサンプル点の値と予測値の差である誤差信号が小さくなるよう設定される。予測の精度が高いほど、誤差信号の振幅値はほとんど0に近くなる。 As a technique for reducing the required bandwidth for digital RoF transmission, there is a technique for reducing the number of quantization bits using predictive coding. In this method, the amplitude value of the next sample point is predicted from several sample points of the radio signal. FIG. 12 shows an example of prediction operation. In FIG. 12, the value of the next sample point is predicted from the values of the past three sample points. In the linear prediction method, which is one of the prediction methods, a value obtained by multiplying and pasting several past sample points by a coefficient is used as a predicted value of the next sample point. The coefficient at this time is hereinafter referred to as a prediction coefficient. The prediction coefficient is set so that an error signal, which is the difference between the actual sample point value and the prediction value, becomes small. The higher the prediction accuracy, the closer the amplitude value of the error signal is to zero.
図13に、誤差信号の確率密度関数の一例を示す。図13では、LTE PHY層のパラメータに基づくOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)無線信号に対して、過去32サンプル点で次のサンプル点の予測値を算出している。予測係数は、512サンプル点ごとに誤差信号のユークリッドノルムが最小となるよう決定した。図13より、誤差信号の振幅値は0付近ほど確率密度が高いとわかる。そこで、この誤差信号をハフマン符号化などのエントロピー符号化により符号化すれば、出現確率の高い振幅値ほど少ないビット数で伝送できるため、デジタルRoF伝送の所要帯域を減少できる。 FIG. 13 shows an example of the probability density function of the error signal. In FIG. 13, for the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) radio signal based on the parameters of the LTE PHY layer, the predicted value of the next sample point is calculated at the past 32 sample points. The prediction coefficient was determined so that the Euclidean norm of the error signal was minimized every 512 sample points. From FIG. 13, it can be seen that the probability value of the amplitude value of the error signal is higher near zero. Therefore, if this error signal is encoded by entropy encoding such as Huffman encoding, an amplitude value having a higher appearance probability can be transmitted with a smaller number of bits, so that the required bandwidth for digital RoF transmission can be reduced.
関連する誤差信号をエントロピー符号化して伝送する方式では、符号化後のビット数が一定ではないため、デジタルRoF伝送の所要帯域が一定でない。このため光ファイバ区間の通信容量を、デジタルRoF伝送の最大所要帯域や、デジタルRoF伝送の平均所要帯域にマージンを持たせた値とする必要があり、所要通信容量の増大につながる。 In the method of entropy encoding and transmitting the related error signal, the number of bits after encoding is not constant, so the required bandwidth for digital RoF transmission is not constant. For this reason, it is necessary to set the communication capacity in the optical fiber section to a value with a margin for the maximum required band for digital RoF transmission and the average required band for digital RoF transmission, leading to an increase in the required communication capacity.
本発明は、BBU−RRU間で伝送されるデジタルRoF信号の量子化ビット数を削減し、所要通信容量の増大を抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the number of quantization bits of a digital RoF signal transmitted between BBU and RRU, and to suppress an increase in required communication capacity.
上記目的を達成するために、本発明では、誤差信号を非線形量子化して伝送することにより、固定の量子化ステップを用いる場合と比べて量子化ビット数を削減し、またデジタルRoF伝送の所要帯域を一定に保つ。 In order to achieve the above object, in the present invention, the error signal is nonlinearly quantized and transmitted, thereby reducing the number of quantization bits compared to the case of using a fixed quantization step, and the required bandwidth for digital RoF transmission. Keep constant.
具体的には、本発明に係る通信システムは、
無線信号を送受信するアンテナ部と前記アンテナ部の制御を行う信号処理部とが光伝送路を用いて接続されている通信システムであって、
前記アンテナ部及び前記信号処理部は、
伝送データの複数のサンプル点を用いて予測係数を算出する予測係数決定部と、
前記予測係数を用いて算出した次のサンプル点の値と伝送データの次のサンプル点の実際の値との差分から誤差信号を生成する誤差予測部と、
前記誤差信号を非線形の量子化ステップサイズで量子化する非線形量子化部と、
前記非線形量子化部の量子化した誤差信号を前記光伝送路に送信する誤差信号伝送部と、
前記誤差信号伝送部の伝送した誤差信号の量子化ステップサイズを一様な量子化ステップサイズに変換する量子化ステップ復元部と、
前記量子化ステップ復元部にて量子化ステップサイズの復元された誤差信号を、前記予測係数決定部の算出した予測係数を用いて伝送データのサンプル点に復元する信号復元部と、
を備え、
前記非線形量子化部は、誤差信号の量子化の際に発生する量子化誤差を算出して前記誤差予測部へ出力し、
前記誤差予測部は、前記量子化誤差を前記伝送データのサンプル点に加算した値及び前記予測係数を用いて、次のサンプル点の値を予測して誤差信号を算出すること、
を特徴とする。
Specifically, the communication system according to the present invention is:
A communication system in which an antenna unit that transmits and receives radio signals and a signal processing unit that controls the antenna unit are connected using an optical transmission line,
The antenna unit and the signal processing unit are
A prediction coefficient determination unit that calculates a prediction coefficient using a plurality of sample points of transmission data;
An error prediction unit that generates an error signal from the difference between the value of the next sample point calculated using the prediction coefficient and the actual value of the next sample point of the transmission data;
A non-linear quantization unit that quantizes the error signal with a non-linear quantization step size;
An error signal transmission unit that transmits the error signal quantized by the nonlinear quantization unit to the optical transmission line;
A quantization step restoring unit that converts the quantization step size of the error signal transmitted by the error signal transmission unit into a uniform quantization step size;
A signal restoration unit that restores the error signal whose quantization step size has been restored by the quantization step restoration unit to a sample point of transmission data using the prediction coefficient calculated by the prediction coefficient determination unit;
Equipped with a,
The nonlinear quantization unit calculates a quantization error that occurs when the error signal is quantized and outputs the quantization error to the error prediction unit,
The error prediction unit predicts the value of the next sample point using the value obtained by adding the quantization error to the sample point of the transmission data and the prediction coefficient, and calculates an error signal;
The shall be the feature.
本発明に係る通信システムでは、前記非線形量子化部は、前記無線信号の平均振幅に応じて量子化ステップサイズを変更してもよい。 In the communication system according to the present invention, the nonlinear quantization unit may change a quantization step size according to an average amplitude of the radio signal.
本発明に係る通信システムでは、前記非線形量子化部は、無線帯域割り当て情報から前記無線信号の特性を推定し、推定した該無線信号の特性に応じて量子化ステップサイズを変更してもよい。 In the communication system according to the present invention, the nonlinear quantization unit may estimate the characteristics of the radio signal from radio band allocation information and change the quantization step size according to the estimated characteristics of the radio signal.
本発明に係る通信システムでは、前記無線信号の特性は、無線信号の使用サブキャリア数であってもよい。 In the communication system according to the present invention, the characteristic of the radio signal may be the number of subcarriers used in the radio signal.
本発明に係る通信システムでは、前記無線信号の特性は、前記無線信号を送受信して通信している無線端末の数であってもよい。 In the communication system according to the present invention, the characteristic of the wireless signal may be the number of wireless terminals that are communicating by transmitting and receiving the wireless signal.
具体的には、本発明に係る光信号伝送方法は、
無線信号を送受信するアンテナ部と前記アンテナ部の制御を行う信号処理部とが光伝送路を用いて接続されている通信システムの光信号伝送方法であって、
前記アンテナ部及び前記信号処理部において、
伝送データの複数のサンプル点を用いて予測係数を算出する予測係数決定手順と、
誤差信号の量子化の際に発生する量子化誤差を算出する量子化誤差決定手順と、
前記量子化誤差を前記伝送データのサンプル点に加算した値及び前記予測係数を用いて、次のサンプル点の値を予測して誤差信号を生成する誤差予測手順と、
前記誤差信号を非線形の量子化ステップサイズで量子化する非線形量子化手順と、
前記非線形量子化手順で量子化した誤差信号を前記光伝送路に送信する誤差信号伝送手順と、
を有する。
Specifically, the optical signal transmission method according to the present invention includes:
An optical signal transmission method of a communication system in which an antenna unit that transmits and receives a radio signal and a signal processing unit that controls the antenna unit are connected using an optical transmission line,
In the antenna unit and the signal processing unit,
A prediction coefficient determination procedure for calculating a prediction coefficient using a plurality of sample points of transmission data;
A quantization error determination procedure for calculating a quantization error generated when the error signal is quantized;
The quantization error using the value and the prediction coefficients by adding the sample points of the transmitted data, an error prediction step of generating an error signal to predict the value of the next sample point,
A non-linear quantization procedure for quantizing the error signal with a non-linear quantization step size;
An error signal transmission procedure for transmitting the error signal quantized by the nonlinear quantization procedure to the optical transmission line;
Have
具体的には、本発明に係る光信号伝送方法は、
無線信号を送受信するアンテナ部と前記アンテナ部の制御を行う信号処理部とが光伝送路を用いて接続されている通信システムの光信号伝送方法であって、
前記アンテナ部及び前記信号処理部において、
前記伝送路を伝送された誤差信号の量子化ステップサイズを一様な量子化ステップサイズに戻す量子化ステップ復元手順と、
前記量子化ステップ復元手順で量子化ステップサイズの復元された誤差信号を、前記伝送路を伝送された誤差信号とともに受信した予測係数を用いて伝送データのサンプル点に復元する信号復元手順と、
を有し、
前記誤差信号は、前記誤差信号の量子化の際に発生する量子化誤差を前記伝送データのサンプル点に加算した値及び前記予測係数を用いて、次のサンプル点の値を予測して算出されていること、
を特徴とする。
Specifically, the optical signal transmission method according to the present invention includes:
An optical signal transmission method of a communication system in which an antenna unit that transmits and receives a radio signal and a signal processing unit that controls the antenna unit are connected using an optical transmission line,
In the antenna unit and the signal processing unit,
A quantization step restoration procedure for returning the quantization step size of the error signal transmitted through the transmission line to a uniform quantization step size;
A signal restoration procedure for restoring the error signal whose quantization step size is restored in the quantization step restoration procedure to a sample point of transmission data using a prediction coefficient received together with the error signal transmitted through the transmission path;
I have a,
The error signal is calculated by predicting the value of the next sample point using the value obtained by adding the quantization error generated when the error signal is quantized to the sample point of the transmission data and the prediction coefficient. That
It is characterized by.
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。 The above inventions can be combined as much as possible.
本発明によれば、固定の量子化ステップを用いる場合と比べて量子化ビット数を削減できる。またデジタルRoF伝送の所要帯域が一定となるため、関連技術と比べて光ファイバ区間の所要通信容量が低減する。 According to the present invention, the number of quantization bits can be reduced as compared with the case where a fixed quantization step is used. Also, since the required bandwidth for digital RoF transmission is constant, the required communication capacity in the optical fiber section is reduced as compared with the related art.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
本実施形態に係る発明は、送信側に非線形量子化部を備え、受信側に量子化ステップ復元部を備える。非線形量子化部は、誤差信号を非線形量子化する。図1に、本発明に係る非線形量子化の一例を示す。本実施形態では、非線形量子化とは、誤差信号の振幅に応じた量子化ステップサイズで、誤差信号を量子化することをいう。量子化ステップサイズは振幅誤差によって異なり、振幅誤差の小さなデータは量子化ステップサイズを小さくし、振幅誤差の大きなデータは量子化ステップサイズを大きくする。そして、受信側の量子化ステップ復元部は、受信した誤差信号のステップサイズを線形量子化のステップサイズに復元する。すなわち、非線形のステップサイズを、誤差信号の振幅によらず量子化ステップが一定である線形量子化のステップサイズに変換する。 The invention according to the present embodiment includes a nonlinear quantization unit on the transmission side and a quantization step restoration unit on the reception side. The nonlinear quantization unit nonlinearly quantizes the error signal. FIG. 1 shows an example of nonlinear quantization according to the present invention. In the present embodiment, nonlinear quantization means that the error signal is quantized with a quantization step size corresponding to the amplitude of the error signal. The quantization step size varies depending on the amplitude error. Data with a small amplitude error reduces the quantization step size, and data with a large amplitude error increases the quantization step size. Then, the quantization step restoration unit on the reception side restores the step size of the received error signal to the linear quantization step size. That is, the nonlinear step size is converted into a linear quantization step size in which the quantization step is constant regardless of the amplitude of the error signal.
(実施形態1)
実施形態1のRRU91の装置構成例を図2に示す。RRU91は、下りリンクの信号処理のため、関連技術と異なり、誤差信号に多重された予測係数を抽出する予測係数抽出部43と、BBU93側で非線形量子化されたデータを元の線形量子化に戻す量子化ステップ復元部41と、通知された予測係数を基に次のサンプル点の予測値を算出して誤差信号を加算することで元のIQデータを復元する信号復元部42を有する。
(Embodiment 1)
FIG. 2 shows a device configuration example of the
RRU91は、上りリンクの信号処理のため、関連技術と異なり、IQデータを基に予測係数を作成して該予測係数に基づき誤差信号を算出して、予測係数及び誤差信号を出力する予測係数決定及び誤差予測部44と、誤差信号を非線形量子化する非線形量子化部45を有する。予測係数決定及び誤差予測部44は、予測係数を決定する予測係数決定部と、誤差信号を出力する誤差予測部とに分離されていてもよいが、本実施形態では一つの構成である例について説明する。予測係数決定及び誤差予測部44で決定した予測係数はフレーム変換部17に出力される。フレーム変換部17は、予測係数を誤差信号と多重する。これにより、予測係数はBBU93側へ通知される。
Unlike the related art, the
実施形態1のBBU93の装置構成例を図3に示す。BBU93は、下りリンクの信号処理のため、関連技術と異なり、IQデータを基に予測係数を作成して該予測係数に基づき誤差信号を算出して、予測係数及び誤差信号を出力する予測係数決定及び誤差予測部54と、誤差信号を非線形量子化する非線形量子化部55を有する。予測係数決定及び誤差予測部54で決定した予測係数はフレーム変換部34に出力される。フレーム変換部34は、予測係数を誤差信号と多重する。これにより、予測係数はRRU91側へ通知される。
An example of the apparatus configuration of the
BBU93は、上りリンクの信号処理のため、関連技術と異なり、誤差信号に多重された予測係数を抽出する予測係数抽出部53と、RRU91側で非線形量子化されたデータを元の線形量子化に戻す量子化ステップ復元部51と、通知された予測係数を基に次のサンプル点の予測値を算出して誤差信号を加算することで元のIQデータを復元する信号復元部52を有する。
The
RRU91はアンテナ部として機能し、BBU93は信号処理部として機能する。下りリンクにおいては、フレーム変換部34、E/O変換部35、O/E変換部28及びフレーム変換部27が誤差信号伝送部として機能する。上りリンクにおいては、フレーム変換部17、E/O変換部18、O/E変換部31及びフレーム変換部32が誤差信号伝送部として機能する。
The
本実施形態に係る光信号伝送方法は、下りリンクの信号処理のときに、BBU93が予測係数決定手順と、誤差予測手順と、非線形量子化手順と、誤差信号伝送手順と、を順に実行した後に、RRU91が量子化ステップ復元手順と、信号復元手順と、を順に実行する。
予測係数決定手順では、予測係数決定及び誤差予測部54が、IQデータの複数のサンプル点を用いて予測係数を算出する。
誤差予測手順では、予測係数決定及び誤差予測部54が、予測係数を用いて算出した次のサンプル点の値と次のサンプル点の実際の値との差分から誤差信号を生成する。
非線形量子化手順では、非線形量子化部55が、誤差信号の振幅に応じた非線形の量子化ステップサイズで、誤差信号を量子化する。
誤差信号伝送手順では、フレーム変換部34が誤差信号を光ファイバへ送信し、フレーム変換部27が誤差信号を受信する。このとき、予測係数抽出部43は、フレーム変換部27の受信した信号から、予測係数を抽出して信号復元部42へ出力する。
量子化ステップ復元手順では、量子化ステップ復元部41が、誤差信号のステップサイズを、誤差信号の振幅によらず量子化ステップが一定である線形量子化のステップサイズに変換する。
信号復元手順では、信号復元部42が、ステップサイズの復元された誤差信号を、予測係数決定及び誤差予測部54の算出した予測係数を用いてIQデータのサンプル点に復元する。
In the optical signal transmission method according to the present embodiment, after downlink signal processing, the
In the prediction coefficient determination procedure, the prediction coefficient determination and
In the error prediction procedure, the prediction coefficient determination and
In the nonlinear quantization procedure, the
In the error signal transmission procedure, the
In the quantization step restoration procedure, the quantization
In the signal restoration procedure, the
本実施形態に係る光信号伝送方法は、上りリンクの信号処理のときに、RRU91が予測係数決定手順と、誤差予測手順と、非線形量子化手順と、誤差信号伝送手順と、を順に実行した後に、BBU93が量子化ステップ復元手順と、信号復元手順と、を順に実行する。
予測係数決定手順では、予測係数決定及び誤差予測部44が、IQデータの複数のサンプル点を用いて予測係数を算出する。
誤差予測手順では、予測係数決定及び誤差予測部44が、予測係数を用いて算出した次のサンプル点の値と次のサンプル点の実際の値との差分から誤差信号を生成する。
非線形量子化手順では、非線形量子化部45が、誤差信号の振幅に応じた非線形の量子化ステップサイズで、誤差信号を量子化する。
誤差信号伝送手順では、フレーム変換部17が誤差信号を光ファイバへ送信し、フレーム変換部32が誤差信号を受信する。このとき、予測係数抽出部53は、フレーム変換部32の受信した信号から、予測係数を抽出して信号復元部52へ出力する。
量子化ステップ復元手順では、量子化ステップ復元部51が、誤差信号のステップサイズを、誤差信号の振幅によらず量子化ステップが一定である線形量子化のステップサイズに変換する。
信号復元手順では、信号復元部52が、ステップサイズの復元された誤差信号を、予測係数決定及び誤差予測部44の算出した予測係数を用いてIQデータのサンプル点に復元する。
In the optical signal transmission method according to the present embodiment, after uplink signal processing, the
In the prediction coefficient determination procedure, the prediction coefficient determination and
In the error prediction procedure, the prediction coefficient determination and
In the nonlinear quantization procedure, the
In the error signal transmission procedure, the
In the quantization step restoration procedure, the quantization
In the signal restoration procedure, the
ここで、予測係数決定及び誤差予測部44及び54における予測係数の算出方法は限定しない。例えば、最小二乗法等により予測係数を求めることができる。
Here, the calculation method of the prediction coefficient in the prediction coefficient determination and
非線形量子化に用いるビット数を一定にしておけば、デジタルRoF伝送の所要帯域は常に一定である。予測係数決定及び誤差予測部44及び54で、一番目のサンプル点の予測値を算出することはできない。一番目のサンプル点の予測値は、サンプル値をそのまま誤差信号として送信しても良いし、一番目のサンプル値だけを別の量子化ステップ/量子化ビット数で量子化して送信しても良い。
If the number of bits used for nonlinear quantization is kept constant, the required bandwidth for digital RoF transmission is always constant. The prediction coefficient determination and
予測係数がa1であり、過去1サンプル点に予測係数a1をかけて次のサンプル点の予測値を算出する場合を例に、信号復元部42及び52における動作の具体例を述べる。
予測係数決定及び誤差予測部44及び54は、i番目のサンプル点Siに予測係数a1を乗算したa1SiをSi+1の予測値として、誤差信号(Si+1−a1Si)を出力する。この誤差信号に非線形量子化を行うことで、Si+1−a1Siが送信される。
Prediction coefficients is a 1, the last sample point over prediction coefficients a 1 as an example the case of calculating a predicted value of the next sample point is described a specific example of an operation of the
Predictive coefficient determination and
量子化ステップ復元部41は、誤差信号(Si+1−a1Si)の量子化ステップを線形量子化に変換する。信号復元部42及び52は、これまでに復元したi番目のサンプル点Si’に予測係数a1をかけて誤差信号を加算し、a1Si’+Si+1−a1Siを出力する。i番目のサンプル点を正確に復元できていると仮定すると、Si=Si’なので、Si+1がi+1番目のサンプル値となり、サンプル値を復元することができる。
The quantization
以上説明したように、本実施形態に係る発明は、誤差信号を非線形量子化して伝送する。これにより、固定の量子化ステップを用いる場合と比べて量子化ビット数を削減し、デジタルRoF伝送の所要帯域を一定に保つことができる。 As described above, the invention according to this embodiment transmits an error signal after nonlinear quantization. As a result, the number of quantization bits can be reduced compared to the case where a fixed quantization step is used, and the required bandwidth for digital RoF transmission can be kept constant.
(実施形態2)
非線形量子化後のビット数が小さいほど、デジタルRoF伝送の所要帯域を削減できるが、誤差信号の量子化誤差が増大する。この時、予測係数決定及び誤差予測部44及び54では量子化誤差の載っていない無線信号のサンプル値を基に誤差を予測するのに対し、信号復元部42及び52では量子化誤差の載った入力信号を基に誤差を予測している。実施形態2では、予測係数決定及び誤差予測部44及び54において非線形量子化誤差を含んで誤差を予測し、信号復元の精度を向上する。
(Embodiment 2)
The smaller the number of bits after nonlinear quantization, the more the required bandwidth for digital RoF transmission can be reduced, but the quantization error of the error signal increases. At this time, the prediction coefficient determination and
実施形態2のRRU91の装置構成例を図4に示す。本実施形態では、予測係数決定及び誤差予測部44に代えて予測係数決定部441及び誤差予測部442を備える。実施形態2のBBU93の装置構成例を図5に示す。本実施形態では、予測係数決定及び誤差予測部54に代えて予測係数決定部541及び誤差予測部542を備える。どちらにおいても、予測係数決定部441及び541で予測係数を決定した後、誤差予測部442及び542で該予測係数を基に誤差信号を算出する。
FIG. 4 shows a device configuration example of the
誤差予測部442及び542で、過去Nサンプル点を基に次サンプル点の値を予測すると仮定する。この時、非線形量子化部45及び55でi+1〜i+N番目(i=0,1,2…)のサンプル点の誤差信号に載る量子化誤差を算出して誤差予測部442及び542へフィードバックし、誤差予測部442及び542ではi+1〜i+N番目のサンプル点の信号に該量子化誤差をそれぞれ加算した値を用いて、i+N+1番目以降のサンプル点の誤差を予測する。
It is assumed that the
予測係数がa1であり、過去1サンプル点の値に係数a1をかけて次のサンプル値を予測する場合を例に、実施形態2の動作例を述べる。
実施形態1の誤差予測部442及び542では、i番目のサンプル点Siに係数を乗算したa1SiをSi+1の予測値として、誤差信号(Si+1−a1Si)を出力する。この誤差信号に非線形量子化を行う。このとき、量子化誤差qiが発生している場合、誤差信号としてSi+1−a1Si+qiが送信される。信号復元部42及び52では、これまでに復元したi番目のサンプル値Si’に係数をかけて誤差信号を加算し、Si+1−a1Si+a1Si’+qiを出力する。i番目のサンプル値を正確に復元できていると仮定すると、Si=Si’なので、Si+1+qiがi+1番目のサンプル値となる。
Prediction coefficients is a 1, by multiplying the coefficients a 1 to a value of the past sampling point as an example a case of predicting a next sample value, describing the operation of the second embodiment.
The
また、i+2番目のサンプル点の誤差信号を非線形量子化した際に量子化誤差qi+1が発生している場合、Si+2−a1Si+1+qi+1が出力されて伝送される。信号復元部42及び52は、i+2番目のサンプル値として、Si+2−a1Si+1+a1(Si+1+qi)+qi+1=Si+2+qi+qi+1を出力する。
In addition, when a quantization error q i + 1 occurs when the error signal of the i + 2nd sample point is nonlinearly quantized, S i + 2 −a 1 S i + 1 + q i + 1 is output and transmitted. The
したがって、量子化誤差qiが発生している場合、実施形態1の信号復元部42及び52で復元された信号には、過去のサンプル点の誤差信号を非線形量子化した際の量子化誤差も載っている。つまり非線形量子化の際の各量子化誤差が、その後信号復元部42及び52で復元された信号に全て加算される。
Therefore, when the quantization error q i occurs, the signal restored by the
一方実施形態2に関して述べる。先ほどと同様に、i番目のサンプル点の誤差信号に非線形量子化を行ったSi+1−a1Si+qiが送信され、信号復元部42及び52でSi+1+qiがi+1番目のサンプル値として出力されたと仮定する。この場合、非線形量子化部45及び55は、量子化誤差qiを誤差予測部442及び542に出力する。誤差予測部442及び542では、i+2番目のサンプル点の誤差信号を予測する際、i+1番目のサンプル点の誤差信号を非線形量子化した際の量子化誤差qiがi+1番目のサンプル値に加算して用いられ、Si+2−a1(Si+qi)が出力される。そして非線形量子化が行われ、Si+2−a1(Si+1+qi)+qi+1’が伝送される。信号復元部42及び52は、i+2番目のサンプル点として、Si+2−a1(Si+1+qi)+a1(Si+1+qi)+qi+1’=Si+2+qi+1’を出力する。したがって、信号復元部42及び52で復元された信号には、過去のサンプル点の誤差を非線形量子化した際の量子化誤差が載っていない。
On the other hand, the second embodiment will be described. As before, i-th S i + 1 was nonlinear quantization error signal sample point -a 1 S i + q i is transmitted, the
したがって、本実施形態に係る通信システムは、量子化誤差が発生した場合であっても、信号復元部42及び52で復元された信号への過去のサンプル点の誤差を非線形量子化した際の量子化誤差の影響を排除することができる。
Therefore, in the communication system according to the present embodiment, even when a quantization error occurs, the quantization when the error of the past sample points to the signal restored by the
(実施形態3)
IQデータの平均電力または平均振幅値に応じて、誤差信号の平均振幅値が変動する。したがって、非線形量子化の際の量子化ステップサイズを無線信号の平均電力または平均振幅値に応じて変えることで、非線形量子化後のビット数を削減できる。そこで実施形態3では、IQデータの信号電力を推定して、推定された信号電力に応じて非線形量子化の際の量子化ステップサイズを変更する。
(Embodiment 3)
The average amplitude value of the error signal varies according to the average power or average amplitude value of the IQ data. Therefore, the number of bits after nonlinear quantization can be reduced by changing the quantization step size at the time of nonlinear quantization according to the average power or average amplitude value of the radio signal. Thus, in the third embodiment, the signal power of IQ data is estimated, and the quantization step size at the time of nonlinear quantization is changed according to the estimated signal power.
実施形態3のRRU91の装置構成例を図6に示す。実施形態1と比べ、RRU91は下りリンクの信号処理のため、BBU93から送信される量子化パラメータを抽出する量子化パラメータ情報抽出部(下り)46を有する。量子化パラメータ情報抽出部(下り)46で得られた量子化パラメータを量子化ステップ復元部41に入力して、量子化パラメータを変更する。量子化パラメータとは、ここでは量子化ステップサイズを指す。RRU91の上りリンクの装置構成は、実施形態1と同じである。
FIG. 6 shows a device configuration example of the
実施形態3のBBU93の装置構成例を図7に示す。実施形態1と比べ、BBU93は下りリンクの信号処理のため、IQデータの平均振幅値または平均電力値より量子化パラメータを決定する量子化パラメータ決定部(下り)56を有する。量子化パラメータ決定部(下り)56で得られた量子化パラメータを非線形量子化部55に入力し、非線形量子化部55の量子化ステップサイズを変更する。量子化パラメータ決定部56で決定された量子化パラメータは、RRU91側へ送信される。BBU93の上りリンクの装置構成は、実施形態1と同じである。
FIG. 7 shows a device configuration example of the
本実施形態に係る通信システムは、実施形態2の発明を組み合わせて動作可能である。 The communication system according to the present embodiment can operate in combination with the invention of the second embodiment.
RRU91で受信された無線信号の電力値が一定になるよう増幅器13で制御される場合、実施形態3は上りリンクに適用できない。RRU91で受信された無線信号の電力値が一定にならない場合、実施形態3は上りリンクにも適用できる。
When the
(実施形態4)
実施形態3では、IQデータから無線信号の平均電力または平均振幅値を推定した。実施形態4では、無線帯域割り当て情報から無線信号の特性を推定し、推定した無線信号の特性に応じて非線形量子化の際の量子化ステップサイズを変更する。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, the average power or average amplitude value of the radio signal is estimated from the IQ data. In the fourth embodiment, the characteristics of a radio signal are estimated from the radio band allocation information, and the quantization step size at the time of nonlinear quantization is changed according to the estimated characteristics of the radio signal.
実施形態4のRRUの装置構成例を図8に示す。実施形態1と比べ、RRU91は下りリンクの信号処理のため、BBU93から送信される量子化パラメータを抽出する量子化パラメータ情報抽出部(下り)46を有する。量子化パラメータ情報抽出部(下り)46で得られた量子化パラメータを量子化ステップ復元部41に入力して、量子化ステップサイズを調整する。
FIG. 8 shows a device configuration example of the RRU of the fourth embodiment. Compared to the first embodiment, the
実施形態1と比べ、RRU93は上りリンクの信号処理のため、BBU93から送信される量子化パラメータを抽出する量子化パラメータ情報抽出部(上り)47を有する。量子化パラメータ情報抽出部(上り)47で得られた量子化パラメータを非線形量子化部45に入力し、非線形量子化部の量子化ステップサイズを変更する。
Compared to the first embodiment, the
実施形態4のBBU93の装置構成例を図9に示す。実施形態1と比べ、BBU93は下りリンクの信号処理のため、無線帯域割当情報(下り)からIQデータの電力を推定して量子化パラメータを決定する量子化パラメータ決定部(下り)56を有する。量子化パラメータ決定部(下り)56で得られた量子化パラメータを非線形量子化部55に入力し、非線形量子化部55の量子化ステップサイズを変更する。量子化パラメータ決定部(下り)56で決定された量子化パラメータは、RRU91側へ送信される。OFDMセルラーシステムでは、下りリンクのIQデータでは、使用サブキャリア数に応じてIQデータの平均電力が異なる。したがって、無線帯域割当情報(下り)から使用サブキャリア数を算出して、使用サブキャリア数に応じて量子化パラメータを変更する。
FIG. 9 shows a device configuration example of the
実施形態1と比べ、BBU93は上りリンクの信号処理のため、無線帯域割当情報(上り)からIQデータの分散を推定して量子化パラメータを決定する量子化パラメータ決定部(上り)57を有する。量子化パラメータ決定部(上り)57で決定された量子化パラメータを量子化ステップ復元部51に入力して、量子化ステップサイズを調整する。また、フレーム変換部34は、量子化パラメータ決定部(上り)57で決定された量子化パラメータをRRU91側へ送信する。上りリンクのIQデータは、増幅器13により振幅値がほぼ一定に制御される。しかし、OFDMAセルラーシステムでは、無線信号の使用サブキャリア数が異なれば、無線信号のPAPR(Peak to Average Power Ratio)が異なる。また、SC−FDMA(Single−Carrier Frequency−Division Multiple Access)セルラーシステムでも、無線端末の数に応じて多重される無線信号数が異なれば、無線信号のPAPRが異なる。PAPRにより、非線形量子化の際のダイナミックレンジをいくつに設定すれば良いかが異なる。そこで、無線帯域割当情報(上り)に応じて、無線信号のPAPRを推定し、量子化ステップサイズを変更する。
Compared with the first embodiment, the
本実施形態に係る通信システムは、実施形態2の発明と組み合わせて動作可能である。 The communication system according to the present embodiment can operate in combination with the invention of the second embodiment.
本発明は情報通信産業に適用することができる。 The present invention can be applied to the information communication industry.
11:アンテナ
12:送受切替部
13:増幅部
14:ダウンコンバート部
15:A/D変換部
16:ベースバンドフィルタ部(上り)
17:フレーム変換部
18:電気−光(E/O)変換部
23:増幅器
24:アップコンバート部
25:D/A変換部
26:ベースバンドフィルタ部(下り)
27:フレーム変換部
28:光−電気(O/E)変換部
31:O/E変換部
32:フレーム変換部
33:変復調部
34:フレーム変換部
35:E/O変換部
41:量子化ステップ復元部
42:信号復元部
43:予測係数抽出部
44:予測係数決定及び誤差予測部
441:予測係数決定部
442:誤差予測部
45:非線形量子化部
46:量子化パラメータ情報抽出部(下り)
47:量子化パラメータ情報抽出部(上り)
51:量子化ステップ復元部
52:信号復元部
53:予測係数抽出部
54:予測係数決定及び誤差予測部
541:予測係数決定部
542:誤差予測部
55:非線形量子化部
56:量子化パラメータ決定部(下り)
57:量子化パラメータ決定部(上り)
91:RRU
93:BBU
11: Antenna 12: Transmission / reception switching unit 13: Amplification unit 14: Down-conversion unit 15: A / D conversion unit 16: Baseband filter unit (upstream)
17: Frame conversion unit 18: Electro-optical (E / O) conversion unit 23: Amplifier 24: Up-conversion unit 25: D / A conversion unit 26: Baseband filter unit (downlink)
27: Frame converter 28: Optical-electrical (O / E) converter 31: O / E converter 32: Frame converter 33: Modulator / demodulator 34: Frame converter 35: E / O converter 41: Quantization step Restoration unit 42: signal restoration unit 43: prediction coefficient extraction unit 44: prediction coefficient determination and error prediction unit 441: prediction coefficient determination unit 442: error prediction unit 45: nonlinear quantization unit 46: quantization parameter information extraction unit (downlink)
47: Quantization parameter information extraction unit (upstream)
51: quantization step restoration unit 52: signal restoration unit 53: prediction coefficient extraction unit 54: prediction coefficient determination and error prediction unit 541: prediction coefficient determination unit 542: error prediction unit 55: nonlinear quantization unit 56: quantization parameter determination Department (down)
57: Quantization parameter determination unit (upstream)
91: RRU
93: BBU
Claims (7)
前記アンテナ部及び前記信号処理部は、
伝送データの複数のサンプル点を用いて予測係数を算出する予測係数決定部と、
前記予測係数を用いて算出した次のサンプル点の値と伝送データの次のサンプル点の実際の値との差分から誤差信号を生成する誤差予測部と、
前記誤差信号を非線形の量子化ステップサイズで量子化する非線形量子化部と、
前記非線形量子化部の量子化した誤差信号を前記光伝送路に送信する誤差信号伝送部と、
前記誤差信号伝送部の伝送した誤差信号の量子化ステップサイズを一様な量子化ステップサイズに変換する量子化ステップ復元部と、
前記量子化ステップ復元部にて量子化ステップサイズの復元された誤差信号を、前記予測係数決定部の算出した予測係数を用いて伝送データのサンプル点に復元する信号復元部と、
を備え、
前記非線形量子化部は、誤差信号の量子化の際に発生する量子化誤差を算出して前記誤差予測部へ出力し、
前記誤差予測部は、前記量子化誤差を前記伝送データのサンプル点に加算した値及び前記予測係数を用いて、次のサンプル点の値を予測して誤差信号を算出すること、
を特徴とする通信システム。 A communication system in which an antenna unit that transmits and receives radio signals and a signal processing unit that controls the antenna unit are connected using an optical transmission line,
The antenna unit and the signal processing unit are
A prediction coefficient determination unit that calculates a prediction coefficient using a plurality of sample points of transmission data;
An error prediction unit that generates an error signal from the difference between the value of the next sample point calculated using the prediction coefficient and the actual value of the next sample point of the transmission data;
A non-linear quantization unit that quantizes the error signal with a non-linear quantization step size;
An error signal transmission unit that transmits the error signal quantized by the nonlinear quantization unit to the optical transmission line;
A quantization step restoring unit that converts the quantization step size of the error signal transmitted by the error signal transmission unit into a uniform quantization step size;
A signal restoration unit that restores the error signal whose quantization step size has been restored by the quantization step restoration unit to a sample point of transmission data using the prediction coefficient calculated by the prediction coefficient determination unit;
Equipped with a,
The nonlinear quantization unit calculates a quantization error that occurs when the error signal is quantized and outputs the quantization error to the error prediction unit,
The error prediction unit predicts the value of the next sample point using the value obtained by adding the quantization error to the sample point of the transmission data and the prediction coefficient, and calculates an error signal;
Communication system that characterized the.
前記アンテナ部及び前記信号処理部において、
伝送データの複数のサンプル点を用いて予測係数を算出する予測係数決定手順と、
誤差信号の量子化の際に発生する量子化誤差を算出する量子化誤差決定手順と、
前記量子化誤差を前記伝送データのサンプル点に加算した値及び前記予測係数を用いて、次のサンプル点の値を予測して誤差信号を生成する誤差予測手順と、
前記誤差信号を非線形の量子化ステップサイズで量子化する非線形量子化手順と、
前記非線形量子化手順で量子化した誤差信号を前記光伝送路に送信する誤差信号伝送手順と、
を有する光信号伝送方法。 An optical signal transmission method of a communication system in which an antenna unit that transmits and receives a radio signal and a signal processing unit that controls the antenna unit are connected using an optical transmission line,
In the antenna unit and the signal processing unit,
A prediction coefficient determination procedure for calculating a prediction coefficient using a plurality of sample points of transmission data;
A quantization error determination procedure for calculating a quantization error generated when the error signal is quantized;
The quantization error using the value and the prediction coefficients by adding the sample points of the transmitted data, an error prediction step of generating an error signal to predict the value of the next sample point,
A non-linear quantization procedure for quantizing the error signal with a non-linear quantization step size;
An error signal transmission procedure for transmitting the error signal quantized by the nonlinear quantization procedure to the optical transmission line;
An optical signal transmission method comprising:
前記アンテナ部及び前記信号処理部において、
前記伝送路を伝送された誤差信号の量子化ステップサイズを一様な量子化ステップサイズに戻す量子化ステップ復元手順と、
前記量子化ステップ復元手順で量子化ステップサイズの復元された誤差信号を、前記伝送路を伝送された誤差信号とともに受信した予測係数を用いて伝送データのサンプル点に復元する信号復元手順と、
を有し、
前記誤差信号は、前記誤差信号の量子化の際に発生する量子化誤差を前記伝送データのサンプル点に加算した値及び前記予測係数を用いて、次のサンプル点の値を予測して算出されていること、
を特徴とする光信号伝送方法。 An optical signal transmission method of a communication system in which an antenna unit that transmits and receives a radio signal and a signal processing unit that controls the antenna unit are connected using an optical transmission line,
In the antenna unit and the signal processing unit,
A quantization step restoration procedure for returning the quantization step size of the error signal transmitted through the transmission line to a uniform quantization step size;
A signal restoration procedure for restoring the error signal whose quantization step size is restored in the quantization step restoration procedure to a sample point of transmission data using a prediction coefficient received together with the error signal transmitted through the transmission path;
I have a,
The error signal is calculated by predicting the value of the next sample point using the value obtained by adding the quantization error generated when the error signal is quantized to the sample point of the transmission data and the prediction coefficient. That
An optical signal transmission method characterized by the above.
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