JP5982569B2

JP5982569B2 - 基地局システム及び通信装置

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Publication number: JP5982569B2
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Inventors: 縣　亮; 亮縣; 忍難波
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Filing date: 2013-05-29
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Description

本発明は、基地局システム及び通信装置に関するものであり、より具体的には、基地局システムにおいてベースバンドユニットと無線周波数ユニットとの間の通信回線で伝送されるベースバンド信号の圧縮及び解凍処理に関するものである。

無線アクセスネットワークに設置される基地局は、一般に、ベースバンド処理等を実行するベースバンドユニット（ＢＢＵ）と、無線周波数（ＲＦ）の処理等を実行するＲＦユニット（ＲＦＵ）とで構成される。このような基地局の構成として、ＢＢＵとＲＦＵとが一体となった構成が知られている。

これに対し、近年、ＬＴＥ（Long Term Evolution）等の無線アクセスネットワークでは、ＢＢＵとＲＦＵとを異なる場所に設置可能で、また、１つのＢＢＵに対して複数のＲＦＵを光インタフェースによって接続可能な基地局（基地局システム）が普及してきている。このような基地局で、ＢＢＵとＲＦＵとを接続するインタフェースの標準規格として、例えばＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）が策定されている。例えば、ＢＢＵとＲＦＵとは、ＣＰＲＩに準拠した光インタフェースを介して、デジタル化したベースバンド信号を相互に伝送する。なお、ＲＦＵは、リモートラジオヘッド（ＲＲＨ）と称されることもある。

ＢＢＵとＲＦＵとを接続するＣＰＲＩ回線では、基地局の帯域幅の拡大、マルチバンド化、ＭＩＭＯの多重数の増加等によって、大量のトラヒックが生じ、必要となる伝送容量が急激に増大しうる。このような大量のトラヒックは、例えば、ＢＢＵとＲＦＵとの間に多数の光ファイバを敷設することによって収容可能であるが、その敷設工事には高いコストが要求される。また、波長分割多重（ＷＤＭ）によって多数のＣＰＲＩ回線を多重することも考えられるが、光トランシーバ等の装置コストが増大する。

そこで、コストの増大を抑えつつ、大量のトラヒックをＣＰＲＩ回線で収容するため、ＢＢＵとＲＦＵとの間で、ベースバンド信号を圧縮して伝送する技術が検討されている。特許文献１では、ＢＢＵとＲＦＵとの間で伝送される、デジタル化されたベースバンド信号のサンプルを圧縮するためのいくつかの方法が提案されている。具体的には、ハフマン符号化による圧縮、ベースバンド信号サンプルの１次または高次の差分の計算及びその符号化による圧縮、サンプルレート、サンプル幅、バンド幅、及び変調タイプのうち少なくとも１つに基づく圧縮等が提案されている。例えば、ハフマン符号化による圧縮では、ベースバンド信号のサンプル値系列を用いてサンプル値の出現頻度を予め求め、サンプル値の出現頻度が高いほど、そのサンプル値に短い符号を割り当てることで、サンプルの圧縮を行う。

特表２０１１−５２６０９５号公報

しかし、特許文献１に記載のような技術では、以下のような課題がある。例えば、上述のようにハフマン符号化によってデータ圧縮を行う場合、ベースバンド信号に対応するサンプル値の頻度分布が時間的に変動すると、データ圧縮率も時間的に変動する。ここで、図１０に一例として示すように、ＢＢＵとＲＦＵとの間で伝送されるベースバンド信号の平均電力は、数百ミリ秒程度のオーダで変動し、それに応じて、ベースバンド信号に対応するサンプル値（振幅値）の頻度分布も、同様のオーダで変動する。このため、ハフマン符号化による圧縮におけるデータ圧縮率は、時間的に変動することになる。その結果、ＢＢＵとＲＦＵとの間で伝送されるベースバンド信号を圧縮する際のデータ圧縮率を十分に確保することができず、所要のデータ圧縮率（例えば５０％）を達成できない可能性がある。

また、ベースバンド信号サンプルの１次または高次の差分の計算及びその符号化によってデータ圧縮を行う場合、サンプル値（振幅値）の差分の符号化に要するビット数を、ベースバンド信号の時間的な変動によって、所要のデータ圧縮率を達成するビット数に抑えることができない場合が起こりうる。この場合、圧縮に伴う信号品質の劣化を抑えつつ、所要のデータ圧縮率を達成することができない可能性がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、基地局システムにおいてＢＢＵとＲＦＵとの間の通信回線で伝送されるベースバンド信号を、圧縮に伴う信号品質の劣化を抑えつつ、より高いデータ圧縮率で圧縮することを可能にする技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る基地局システムは、ベースバンドユニットと、通信回線を介して前記ベースバンドユニットと接続された無線周波数（ＲＦ）ユニットと、を備える基地局システムであって、前記ＲＦユニットは、前記ベースバンドユニットへの送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成する生成手段と、前記生成手段によって生成されるサンプルデータが示す振幅値の出現頻度を測定し、出現した振幅値と出現頻度との関係を表す頻度分布を生成する測定手段と、前記サンプルデータを圧縮するための、振幅値の量子化処理に用いる複数の閾値を、前記測定手段によって生成された頻度分布に応じて決定する決定手段と、前記決定手段によって決定された複数の閾値を用いた量子化処理により前記サンプルデータを圧縮することで、前記ベースバンドユニットに送信すべき圧縮データを生成する圧縮手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係る基地局システムは、ベースバンドユニットと、通信回線を介して前記ベースバンドユニットと接続された無線周波数（ＲＦ）ユニットと、を備える基地局システムであって、前記ベースバンドユニットは、前記ＲＦユニットへの送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成する生成手段と、前記生成手段によって生成されるサンプルデータが示す振幅値の出現頻度を測定し、出現した振幅値と出現頻度との関係を表す頻度分布を生成する測定手段と、前記サンプルデータを圧縮するための、振幅値の量子化処理に用いる複数の閾値を、前記測定手段によって生成された頻度分布に応じて決定する決定手段と、前記決定手段によって決定された複数の閾値を用いた量子化処理により前記サンプルデータを圧縮することで、前記ＲＦユニットに送信すべき圧縮データを生成する圧縮手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る通信装置は、基地局システムにおいて、通信回線を介して接続された対向装置と通信する通信装置であって、前記対向装置への送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成する生成手段と、前記生成手段によって生成されるサンプルデータが示す振幅値の出現頻度を測定し、出現した振幅値と出現頻度との関係を表す頻度分布を生成する測定手段と、前記サンプルデータを圧縮するための、振幅値の量子化処理に用いる複数の閾値を、前記測定手段によって生成された頻度分布に応じて決定する決定手段と、前記決定手段によって決定された複数の閾値を用いた量子化処理により前記サンプルデータを圧縮することで、前記対向装置に送信すべき圧縮データを生成する圧縮手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、基地局システムにおいてＢＢＵとＲＦＵとの間の通信回線で伝送されるベースバンド信号を、圧縮に伴う信号品質の劣化を抑えつつ、より高いデータ圧縮率で圧縮することができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
基地局システムの構成例を示すブロック図。基地局システムにおけるＲＦＵ及びＢＢＵの構成例を示すブロック図。ＢＢＵ及びＲＦＵの圧縮部の構成例を示すブロック図。ＢＢＵ及びＲＦＵの解凍部の構成例を示すブロック図。頻度分布生成部によって生成される頻度分布の一例を示す図。頻度分布に基づく量子化閾値の決定プロセスを模式的に示す図。頻度分布に基づく量子化閾値の決定プロセスを模式的に示す図。圧縮処理に用いる変換テーブルの一例を示す図。累積分布関数に基づく量子化閾値の決定プロセスを模式的に示す図。ベースバンド信号に対応するサンプル値の頻度分布の一例を示す図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

［第１の実施形態］
まず、図１乃至図８を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。

＜基地局システムの構成＞
図１は、本実施形態に係る基地局システム１００の構成例を示すブロック図である。本実施形態では、基地局システム１００は、コアネットワークに接続された収容局（ＣＯ：Central Office）１１０と、無線通信における無線周波数（ＲＦ）の処理等を実行する複数のＲＦユニット（ＲＦＵ）１２０ａ、１２０ｂとを備える。収容局１１０内には、無線通信におけるベースバンド処理等を実行するベースバンドユニット（ＢＢＵ）１３０が設けられる。ＲＦＵ１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、無線通信のためのサービスエリア１４０ａ、１４０ｂを形成する。ＲＦＵ１２０ａ、１２０ｂは、セルラ通信用のアンテナに接続されており、当該アンテナを介して、自らが形成するサービスエリア内に存在する携帯電話等のユーザ端末との間で無線通信を行う。

本実施形態では、図１に示すように、ＢＢＵを複数のＲＦＵに対して個別に設けるのではなく、ＢＢＵを収容局１１０に集約することで、複数のＲＦＵに対してＢＢＵを共通化している。ＢＢＵ１３０には、任意の数のＲＦＵを、通信回線１５０を介して接続可能である。基地局システム１００では、一例として、２つのＲＦＵ１２０ａ、１２０ｂがＢＢＵ１３０に接続されている。なお、ＲＦＵ１２０ａ、１２０ｂは同様の構成を備えるものとし、以下では、ＲＦＵ１２０と記載した場合、ＲＦＵ１２０ａ、１２０ｂのそれぞれを示すものとする。

通信回線１５０は、ＢＢＵ１３０とＲＦＵ１２０とを結ぶフロントホール回線であり、本実施形態では、ＣＰＲＩに準拠した光回線（ＣＰＲＩ回線）として構成される。ＢＢＵ１３０とＲＦＵ１２０とは、通信回線１５０を介して、デジタル化されたベースバンド信号を相互に伝送する。

図２は、本実施形態に係る基地局システム１００における、ＲＦＵ１２０及びＢＢＵ１３０の構成例を示すブロック図である。ＲＦＵ１２０は、アンテナ２０１と接続されるとともに、受信部（Ｒｘ）２０２、アナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）２０３、圧縮部２０４、解凍部２０５、デジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）２０６、及び送信部（Ｔｘ）２０７を備える。また、ＢＢＵ１３０は、解凍部２１１、信号処理部２１２、及び圧縮部２１３を備える。ＲＦＵ１２０側の圧縮部２０４は、通信回線１５０を介して、ＢＢＵ１３０側の解凍部２１１と接続されている。ＢＢＵ１３０側の圧縮部２１３は、通信回線１５０を介して、ＲＦＵ１２０側の解凍部２０５と接続されている。圧縮部２０４、２１３及び解凍部２０５、２１１の構成については、図３及び図４を用いて後述する。なお、基地局システム１００において、圧縮部２０４、２１３、解凍部２１１、２１３及び信号処理部２１２は、ベースバンド信号（サンプルデータ）の同相（Ｉ）チャネル成分及び直交（Ｑ）チャネル成分のそれぞれのデータについて、個別に後述する処理を実行する。

（上り方向の信号伝送）
まず、基地局システム１００における、ＲＦＵ１２０からＢＢＵ１３０への上り方向の信号伝送について説明する。ＲＦＵ１２０において、１つ以上のユーザ端末から送信された無線信号は、アンテナ２０１で受信される。アンテナ２０１で受信された無線信号は、アナログ信号（アナログ電気信号）に変換された後、Ｒｘ２０２によってＲＦからベースバンド周波数にダウンコンバートされる。これにより、Ｉチャネル成分及びＱチャネル成分を含むベースバンド信号が生成される。Ｒｘ２０２から出力されたベースバンド信号は、ＡＤＣ２０３に入力される。

ＡＤＣ２０３は、入力されたベースバンド信号のＩチャネル成分及びＱチャネル成分のそれぞれを、サンプリング処理及び量子化処理によって、アナログ信号からデジタル信号に変換して、サンプルデータとして出力する。このサンプルデータには、ＩチャネルのデータとＱチャネルのデータとが含まれる。なお、ＡＤＣ２０３は、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリング処理を行うとともに、サンプル幅（量子化ビット数）Ｎビットで量子化処理を行う。ＡＤＣ２０３から出力されたサンプルデータは、圧縮部２０４に入力される。このように、ＲＸ２０２及びＡＤＣ２０３は、ＢＢＵ１３０への送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成する。

圧縮部２０４は、入力されたサンプルデータに対して、１サンプル当たりＮビットのサンプルデータを１サンプル当たりＭビット（Ｍ＜Ｎ）のサンプルデータ（圧縮データ）に変換（圧縮）する圧縮処理を実行する。即ち、圧縮部２０４は、圧縮率（データ圧縮率）Ｍ／Ｎの圧縮処理を実行する。圧縮部２０４から出力されたＭビットの圧縮データは、通信回線１５０を介してＢＢＵ１３０に送信される。

ＢＢＵ１３０では、ＲＦＵ１２０から通信回線１５０を介して受信された圧縮データは、まず、解凍部２１１に入力される。解凍部２１１は、入力された圧縮データに対して、１サンプル当たりＭビットのサンプルデータを１サンプル当たりＮビットのサンプルデータに変換（解凍）する解凍処理を実行する。解凍部２１１から出力されたＮビットのサンプルデータは、信号処理部２１２に出力される。信号処理部２１２は、入力されたサンプルデータ（ベースバンド信号）に対して所定のベースバンド信号処理（復調、誤り訂正等）を行うことで、ユーザデータを抽出する。

（下り方向の信号伝送）
次に、基地局システム１００における、ＢＢＵ１３０からＲＦＵ１２０への下り方向の信号伝送について説明する。ＢＢＵ１３０において、信号処理部２１２は、１つ以上のユーザ端末を宛先として、ＲＦＵ１２０への送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成し、圧縮部２１３に出力する。圧縮部２１３は、圧縮部２０４と同様、入力されたサンプルデータに対して、１サンプル当たりＮビットのサンプルデータを１サンプル当たりＭビット（Ｍ＜Ｎ）のサンプルデータ（圧縮データ）に変換（圧縮）する圧縮処理を実行する。圧縮部２１３から出力されたＭビットの圧縮データは、通信回線１５０を介してＲＦＵ１２０に送信される。

ＲＦＵ１２０では、ＢＢＵ１３０から通信回線１５０を介して受信された圧縮データは、まず、解凍部２０５に入力される。解凍部２０５は、解凍部２１１と同様、入力された圧縮データに対して、１サンプル当たりＭビットのサンプルデータを１サンプル当たりＮビットのサンプルデータに変換（解凍）する解凍処理を実行する。解凍部２１１から出力されたＮビットのサンプルデータは、ＤＡＣ２０６に出力される。ＤＡＣ２０６は、入力されたサンプルデータのＩチャネル成分及びＱチャネル成分のデータを、それぞれアナログ信号に変換して、Ｔｘ２０７に出力する。Ｔｘ２０７は、Ｉチャネル及びＱチャネルの、入力されたアナログ信号を、ベースバンド周波数からＲＦにアップコンバートし、アンテナ２０１に出力する。ＲＦのアナログ信号は、アンテナ２０１から無線信号として送信される。

なお、本実施形態では、上り方向の信号伝送では、ＲＦＵ１２０が、通信回線１５０を介して接続された対向装置と通信する通信装置の一例であり、ＢＢＵ１３０が、対向装置の一例である。一方、下り方向の信号伝送においては、ＢＢＵ１３０が、通信回線１５０を介して接続された対向装置と通信する通信装置の一例であり、ＲＦＵ１２０が、対向装置の一例である。

本実施形態では、圧縮部２０４、２１３による圧縮処理では、圧縮率を可能な限り高めることを可能にするために、通信回線１５０を介して送信されるデジタル化されたベースバンド信号（サンプルデータ）に対して非可逆圧縮を行う。即ち、Ｎビットのサンプルデータから圧縮されたＭビット（Ｍ＜Ｎ）のサンプルデータを解凍部２０５、２１１によってＮビットのサンプルデータに解凍すると、圧縮前のＮビットサンプルデータとは異なるデータとなりうる。これにより、ＲＦＵ１２０とＢＢＵ１３０との間で伝送されるベースバンド信号の品質が劣化しうる。

本実施形態では、圧縮に伴う信号品質の劣化を抑えつつ、ベースバンド信号が時間的に変動する環境下でも高い圧縮率を達成できるようにするために、ベースバンド信号のサンプル値（振幅値）の頻度分布に応じた不均一（非線形）量子化処理によって圧縮処理を行うことを特徴としている。

＜圧縮部＞
図３は、本実施形態に係るＲＦＵ１２０の圧縮部２０４の構成例を示すブロック図である。なお、ＢＢＵ１３０の圧縮部２１３も同様の構成を有する。圧縮部２０４は、バッファ３１１、頻度分布生成部３１２、量子化閾値決定部３１３、符号器３１４、及び圧縮情報付加部３１５を備える。圧縮部２０４に入力されたサンプルデータは、バッファ３１１に保存されるとともに、頻度分布生成部３１２に入力される。

（頻度分布の生成）
頻度分布生成部３１２は、Ｎビットのサンプルデータを用いて、サンプルデータが示すサンプル値（振幅値）の出現頻度を測定し、出現したサンプル値と出現頻度との関係を表す頻度分布を生成する。頻度分布生成部３１２は、サンプルデータに含まれるＩチャネル及びＱチャネルのそれぞれのデータについて、頻度分布を生成する。なお、頻度分布生成部３１２は、所定のサンプル数に対応するサンプルデータ（サンプルデータ系列）を用いて、頻度分布を生成する。また、頻度分布生成部３１２は、１サンプルのサンプルデータが入力されるごとに、頻度分布を更新することが可能である。

ここで、図５は、頻度分布生成部３１２によって生成される頻度分布の一例を示す図である。図５では、５秒間にわたって受信した実際の上りＬＴＥ信号を１６ビット（Ｎ＝１６）のデジタル信号に変換し、そのＩチャネルのデータを用いて生成した頻度分布を示している。なお、横軸は、Ｉチャネルのサンプル値（振幅値）を示し、縦軸は、出現頻度に対応する確率密度を示している。頻度分布生成部３１２によって生成される頻度分布は、ＢＢＵ１３０へ送信されるベースバンド信号の統計的性質に依存する。図５に示す頻度分布は、正規分布５００を示しており、得られた頻度分布が概ね正規分布５００で近似できることがわかる。

頻度分布生成部３１２による処理対象となるベースバンド信号（サンプルデータ）が、図５に示すように正規分布で近似できることが予め分かっている場合には、サンプル値の出現頻度の平均値μ及び標準偏差σを算出することによって、容易に頻度分布を生成できる。この場合、頻度分布生成部３１２は、入力されたサンプルデータ系列を用いてサンプル値の出現頻度を測定し、その測定結果に基づいて、出現頻度の平均値μ及び標準偏差σ（または分散σ²）を算出する。更に、頻度分布生成部３１２は、算出した平均値μ及び標準偏差σによって定まる正規分布Ｎ(μ，σ²)を、頻度分布として生成すればよい。

（量子化閾値の決定）
頻度分布生成部３１２によって生成された頻度分布は、量子化閾値決定部３１３に入力される。量子化閾値決定部３１３は、入力された頻度分布に応じて、符号器３１４でサンプルデータを圧縮（量子化）するための、サンプル値の量子化処理に用いる複数の閾値を決定する。具体的には、例えば、量子化閾値決定部３１３は、ＮビットのサンプルデータをＭビットのサンプルデータに圧縮（量子化）するために、圧縮の際にサンプル値と比較される２^M個の閾値（以下、「量子化閾値」とも称する。）を生成する。

図６及び図７は、量子化閾値決定部３１３による、頻度分布に基づく量子化閾値の決定プロセスを模式的に示す図である。図６では、頻度分布生成部３１２によって、正規分布で近似した頻度分布６００が生成された場合を示している。なお、図６の横軸は、Ｎビットのサンプルデータのサンプル値（振幅値）を１０進数で示しており、縦軸は、各サンプル値の出現頻度を示している。量子化閾値決定部３１３は、図６に示すように、頻度分布６００に基づいて、圧縮率に応じた数（２^M個）の閾値６１０を決定する。閾値６１０は、図７に示すように決定できる。

図７では、ＡＤＣ２０３による量子化で用いる、Ｎ（＝６）ビットのサンプルデータを得るための量子化閾値と、圧縮部２０４による圧縮（量子化）で用いる、Ｍ（＝３）ビットのサンプルデータを得るための量子化閾値とを示している。なお、ＡＤＣ２０３では、間隔が均一の複数の閾値を用いてＮビットの量子化が行われ、Ｎビットのサンプルデータが生成される。一方、圧縮部２０４では、頻度分布生成部３１２によって生成された頻度分布に応じて決定される、間隔が不均一な複数の閾値を用いて、ＮビットサンプルデータがＭビットのサンプルデータに変換（圧縮）される。

圧縮部２０４による圧縮で用いる量子化閾値は、頻度分布に応じて、以下のように決定されうる。具体的には、図７に示すように、量子化閾値決定部３１３は、サンプル値（振幅値）が取りうる範囲を複数の閾値で分割して得られる複数の区間のそれぞれについて、当該区間に含まれる振幅値の出現頻度が高いほど、当該区間の幅（量子化ステップ幅または量子化ステップサイズ）が狭くなるように、複数の閾値を決定すればよい。逆に、振幅値が取りうる範囲を複数の閾値で分割して得られる複数の区間のそれぞれについて、当該区間に含まれる振幅値の出現頻度が低いほど、当該区間の幅が広くなるように、複数の閾値を決定すればよい。

量子化閾値決定部３１３による複数の量子化閾値の決定は、頻度分布を用いて、例えば以下のような手法で実現できる。まず、振幅値が取りうる値の範囲を複数の閾値で分割して得られる複数の区間にそれぞれについて、当該区間に含まれる振幅値の出現頻度の積分値を算出する。更に、算出した積分値が、当該複数の区間について（可能な限り）等しくなるように、複数の量子化閾値を決定すればよい。具体的には、ｊ番目の量子化閾値と（ｊ＋１）番目の量子化閾値との間の区間（量子化ステップ）において振幅値の出現頻度を積分して得られる値が、ｊ＝０,..., ２^M−１のすべてに対して可能な限り等しくなるよう、複数の量子化閾値を決定すればよい。

また、量子化閾値決定部３１３は、決定した複数の量子化閾値に基づいて、ＡＤＣ２０３の出力と符号器３１４の出力との対応関係を決定する。図８は、Ｎ＝６、Ｍ＝３とした場合の、ＡＤＣ２０３の出力と符号器３１４の出力との対応関係の一例を示す図である。量子化閾値決定部３１３は、サンプル値（振幅値）が取りうる範囲を、上述のように決定した量子化閾値を用いて分割して得られる、サンプル値の各区間に対して、１つの符号器３１４出力を割り当てる。例えば、サンプル値（振幅値）が１５〜３１（ＡＤＣ２０３出力が「００１１１１」〜「０１１１１１」）の区間に対して、符号器３１４の出力として「０１１」を割り当てる。量子化閾値決定部３１３は、図８に示すような、ＮビットのサンプルデータをＭビットのサンプルデータに対応付けた変換テーブルを示すデータを、符号器３１４及び圧縮情報付加部３１５に出力する。

（圧縮処理）
圧縮部２０４に入力されたサンプルデータ系列は、量子化閾値決定部３１３で量子化閾値が決定され、図８に示すような変換テーブルが生成されるまでの間、バッファ３１１に保存（バッファリング）される。符号器３１４は、量子化閾値決定部３１３で生成された変換テーブルが入力されると、Ｎビットから成るサンプルデータをバッファ３１１から順に読み出して、読み出したサンプルデータに対して圧縮処理を行う。このように、符号器３１４は、頻度分布生成部３１２による頻度分布の生成に用いたサンプルデータ系列に対し、当該頻度分布に応じて決定した量子化閾値を用いた圧縮処理を適用する。

符号器３１４は、量子化閾値決定部３１３によって決定された複数の量子化閾値を用いた量子化処理により、サンプルデータを圧縮することで、ＢＢＵ１３０に送信すべき圧縮データを生成する。具体的には、符号器３１４は、量子化閾値決定部３１３から出力された変換テーブルを参照することで、バッファ３１１から読み出した、Ｎビットのサンプルデータ（ＡＤＣ２０３の出力）を、対応付けられたＭビットのサンプルデータに変換する。これにより、符号器３１４は、ＮビットのサンプルデータをＭビットのサンプルデータに圧縮して出力する。

（送信処理）
符号器３１４から出力されたサンプルデータ（圧縮データ）は、圧縮情報付加部３１５に入力される。圧縮情報付加部３１５は、入力された圧縮データに、受信側となるＢＢＵ１３０の解凍部２１１における解凍処理で用いる制御情報（圧縮情報）を付加し、通信回線１５０を介してＢＢＵ１３０に送信する。この制御情報には、量子化閾値決定部３１３によって決定された複数の量子化閾値を示す情報が含まれ、例えば、図８に示すような変換テーブルそのものが含まれてもよい。あるいは、圧縮部２０４と解凍部２１１とで、異なる複数の頻度分布に対応した複数の変換テーブルを予め保持しておき、頻度分布生成部３１２によって生成された頻度分布に対応する変換テーブルを使用して、符号器３１４による圧縮処理を行ってもよい。この場合、圧縮情報付加部３１５が送信する制御情報には、使用された変換テーブルを示す情報が含まれればよい。また、圧縮情報付加部３１５は、ＢＢＵ１３０に送信する制御情報として、頻度分布生成部３１２によって算出された平均値μ及び標準偏差σをＢＢＵ１３０に送信してもよい。

＜解凍部＞
図４は、本実施形態に係るＢＢＵ１３０の解凍部２１１の構成例を示すブロック図である。なお、ＲＦＵ１２０の解凍部２０５も同様の構成を有する。解凍部２１１は、圧縮情報抽出部４１１、量子化閾値決定部４１２、バッファ、及び復号器４１４を備える。通信回線１５０を介してＲＦＵ１２０から受信され、解凍部２１１に入力されたデータは、圧縮情報抽出部４１１に入力される。

圧縮情報抽出部４１１は、入力されたデータから、圧縮情報付加部３１５によって圧縮データに付加された制御情報（圧縮情報）を抽出し、当該制御情報を量子化閾値決定部４１２に出力する。更に、圧縮情報抽出部４１１は、入力されたデータに含まれる圧縮データを、バッファ４１３に保存する。量子化閾値決定部４１２は、圧縮情報抽出部４１１から入力された制御情報に基づいて、復号器４１４による解凍処理で用いる複数の量子化閾値を決定する。例えば、量子化閾値決定部４１２は、制御情報から、図８に示すような変換テーブルを取り出して、復号器４１４に出力すればよい。

復号器４１４は、Ｍビットから成る圧縮データ（サンプルデータ）を順にバッファ４１３から読み出すとともに、量子化閾値決定部４１２から入力された変換テーブルを用いて、当該圧縮データを解凍する解凍処理を行う。具体的には、復号器４１４は、Ｍビットから成る圧縮データを、Ｎビットから成るサンプルデータに変換することによって、解凍処理を行う。例えば、復号器４１４は、Ｍビットの圧縮データ（符号器出力）に対応する、複数のＮビットのＡＤＣ出力のうちのいずれかを、解凍されたサンプルデータとして出力すればよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、振幅値の出現頻度が高いほど、当該振幅値に対応する量子化ステップが狭くなるように圧縮処理が行われるため、圧縮前の振幅値と圧縮後の振幅値との誤差を低減することができる。一方、圧縮前の振幅値と圧縮後の振幅値との誤差が大きくなるのは、振幅値の出現頻度が低いサンプルデータに限られる。このため、Ｎビットのサンプルデータに圧縮処理を適用した際に、当該サンプルデータを、Ｍビット（Ｍ＜Ｎ）のサンプルデータでより精度良く表現することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、頻度分布に応じてデータ圧縮に用いる量子化閾値を適応的に制御することによって、圧縮処理に伴う信号品質の劣化（即ち、量子化雑音）を抑えつつ、高い圧縮率でベースバンド信号を圧縮することが可能となる。

なお、頻度分布生成部３１２によって生成される頻度分布は、最小で１サンプル単位で更新していくことが可能である。このため、圧縮処理及び解凍処理に起因した処理遅延量を、低く抑える（例えば１００μｓ以下）ことが可能である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、サンプルデータの頻度分布を正規分布で近似するとともに、当該正規分布に応じて、サンプルデータを圧縮するための複数の量子化閾値を決定する。本実施形態では、特に、頻度分布（正規分布）の累積分布関数を算出し、算出した累積分布関数に基づいて、複数の量子化閾値を決定することを特徴としている。なお、本実施形態に係る基地局システム１００（ＢＢＵ１３０、ＲＦＵ１２０）の構成（図１〜図４）は、第１の実施形態と同様である。以下では、ＲＦＵ１２０からＢＢＵ１３０への上り方向のベースバンド信号伝送を例として、基地局システム１００の、第１の実施形態とは異なる動作について説明する。

＜圧縮部＞
ＲＦＵ１２０の圧縮部２０４において、頻度分布生成部３１２は、入力されるサンプルデータが示すサンプル値（振幅値）の出現頻度を測定し、その平均値μ及び標準偏差σを算出する。頻度分布生成部３１２は、算出した平均値μ及び標準偏差σによって定まる正規分布Ｎ(μ，σ²)を、頻度分布として生成する。なお、頻度分布生成部３１２は、第１の実施形態と同様、Ｉチャネル及びＱチャネルのデータのそれぞれについて、頻度分布を生成する。ここで、次式は、正規分布Ｎ(μ，σ²)の確率密度関数ｆ(ｘ)である。
頻度分布生成部３１２は、算出した平均値μ及び標準偏差σを、振幅値の頻度分布を示す情報として、量子化閾値決定部３１３に出力する。

量子化閾値決定部３１３は、式（１）の確率密度関数ｆ(ｘ)に対応する、次式に示す累積分布関数ｇ(ｘ)を生成する。なお、次式でerf()は誤差関数である。
量子化閾値決定部３１３は、式（２）の累積分布関数ｇ(ｘ)に基づいて、複数の（２^M個の）量子化閾値を決定する。具体的には、量子化閾値決定部３１３は、累積分布関数ｇ(ｘ)の取りうる値の範囲（即ち、［０，１］）を等間隔に分割するための複数の閾値に対応する複数の振幅値を、複数の量子化閾値として決定する。

このように、累積分布関数ｇ(ｘ)の取りうる値の範囲を等間隔に分割する複数のｘの値を求めることは、（振幅値の出現頻度に対応する）確率密度関数ｆ(ｘ)の積分値が等しくなる、ｘの複数の範囲（区間）を求めることと等価である。このため、このような複数のｘの値を求めることによって、上述のように、頻度分布に応じて、複数の量子化閾値を決定することが可能である。即ち、振幅値が取りうる範囲を複数の閾値で分割して得られる複数の区間のそれぞれについて、当該区間に含まれる振幅値の出現頻度が高いほど、当該区間の幅が狭くなるよう、複数の閾値を決定できる。また、各区間について、当該区間に含まれる振幅値の出現頻度が低いほど、当該区間の幅が広くなるように、複数の閾値を決定できる。

ここで、図９を参照しながら、量子化閾値決定部３１３による複数の量子化閾値の決定プロセスについて、より具体的に説明する。まず、図９の９００に示すように、頻度分布生成部３１２は、サンプル値（振幅値）の出現頻度の平均値μ及び標準偏差σを算出することで、実際の頻度分布９０１を正規分布９０２（Ｎ(μ，σ²)）で近似する。

次に、図９の９１０に示すように、量子化閾値決定部３１３は、累積分布関数ｇ(ｘ)に、決定すべき量子化閾値の数２^Mを乗算することで、ｇ(ｘ)を２^Mでスケーリングする。これにより、スケーリングされた累積分布関数ｇ(ｘ)の取りうる値の範囲は、［０，２^M］となる。その結果、ｇ(ｘ)×２^Mが自然数（１，２，...，２^M）となるサンプル値（振幅値）ｘを求めることによって、累積分布関数の取りうる値の範囲を等間隔に分割するための複数の閾値に対応する、複数の振幅値を求めることが可能である。

ただし、振幅値ｘは、Ｎビットで表現される離散値であるため、ｇ(ｘ)×２^Mが自然数（１，２，...，２^M）となる振幅値ｘを厳密に求めることができない可能性がある。このため、量子化閾値決定部３１３は、ｇ(ｘ)×２^Mが２^M個の自然数（１，２，...，２^M）にそれぞれ最も近くなる２^M個の振幅値ｘを特定し、それを２^M個の量子化閾値として決定すればよい。具体的には、Ｎビットサンプルデータが示す振幅値ｘの取りうる値のうち、ｇ(ｘ)×２^M＝ｊ（ｊ＝１，２，...，２^M）に最も近い値を、ｊ番目の量子化閾値として決定する（図９の９２０）。

このようなプロセスによって、ｊ番目の量子化閾値と（ｊ＋１）番目の量子化閾値との間の区間における、振幅値の出現頻度に対応する正規分布Ｎ(μ，σ²)の積分値が、ｊ＝１，２，...，２^M−１の全てについて（可能な限り）等しくなるように、複数の量子化閾値を決定することが可能となる。なお、量子化閾値決定部３１３は、第１の実施形態と同様、決定した複数の量子化閾値に基づいて、図８に示すような変換テーブルを示すデータを生成し、符号器３１４及び圧縮情報付加部３１５に出力する。

符号器３１４は、第１の実施形態と同様の圧縮処理を実行することで、ＮビットのサンプルデータをＭビットのサンプルデータに圧縮して出力する。また、圧縮情報付加部３１５も、第１の実施形態と同様の処理を実行することで、ＢＢＵ１３０の解凍部２１１における解凍処理で用いる制御情報（圧縮情報）を付加した圧縮データを、通信回線１５０を介してＢＢＵ１３０に送信する。なお、圧縮情報付加部３１５は、ＢＢＵ１３０に送信する制御情報として、頻度分布生成部３１２によって算出された平均値μ及び標準偏差σをＢＢＵ１３０に送信してもよい。

＜解凍部＞
ＢＢＵ１３０の解凍部２１１は、第１の実施形態と同様の解凍処理を実行することで、Ｍビットの圧縮データをＮビットのサンプルデータに解凍しうる。ただし、ＲＦＵ１２０から、振幅値の出現頻度の平均値μ及び標準偏差σを制御情報として受信した場合、量子化閾値決定部４１２は、μ及びσに基づいて、復号器４１４による解凍処理で用いる複数の量子化閾値を決定する。この場合、量子化閾値決定部４１２は、ＲＦＵ１２０側の量子化閾値決定部３１３と同様、式（２）に示す累積分布関数ｇ(ｘ)に基づいて、複数の（２^M個の）量子化閾値を決定し、図８に示すような変換テーブルを示すデータを生成する。

復号器４１４は、第１の実施形態と同様の解凍処理を実行することで、Ｍビットの圧縮データをＮビットのサンプルデータに変換（解凍）して出力する。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、頻度分布に応じてデータ圧縮に用いる量子化閾値を適応的に制御することによって、圧縮処理に伴う信号品質の劣化を抑えつつ、高い圧縮率でベースバンド信号を圧縮することが可能となる。

本発明は上記の実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。したがって、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

Claims

ベースバンドユニットと、通信回線を介して前記ベースバンドユニットと接続された無線周波数（ＲＦ）ユニットと、を備える基地局システムであって、
前記ＲＦユニットは、
前記ベースバンドユニットへの送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成されるサンプルデータが示す振幅値の出現頻度を測定し、出現した振幅値と出現頻度との関係を表す頻度分布を生成する測定手段と、
前記サンプルデータを圧縮するための、振幅値の量子化処理に用いる複数の閾値を、前記測定手段によって生成された頻度分布に応じて決定する決定手段と、
前記決定手段によって決定された複数の閾値を用いた量子化処理により前記サンプルデータを圧縮することで、前記ベースバンドユニットに送信すべき圧縮データを生成する圧縮手段と
を備えることを特徴とする基地局システム。
前記決定手段は、
前記振幅値が取りうる値の範囲を前記複数の閾値で分割して得られる複数の区間のそれぞれについて、当該区間に含まれる振幅値の出現頻度が高いほど、当該区間の幅が狭くなり、当該区間に振幅値の出現頻度が低いほど、当該区間の幅が広くなるように、前記複数の閾値を決定することを特徴とする請求項１に記載の基地局システム。
前記決定手段は、
前記振幅値が取りうる値の範囲を前記複数の閾値で分割して得られる複数の区間のそれぞれにおける、前記振幅値の出現頻度の積分値が、前記複数の区間について等しくなるように、前記複数の閾値を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の基地局システム。
前記測定手段は、
前記測定した振幅値の出現頻度から、当該出現頻度の平均値及び標準偏差を算出し、算出した平均値及び標準偏差によって定まる正規分布を、前記頻度分布として生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の基地局システム。
前記決定手段は、前記頻度分布として生成された正規分布の累積分布関数を生成するとともに、生成した累積分布関数に基づいて、前記複数の閾値を決定する
ことを特徴とする請求項４に記載の基地局システム。
前記決定手段は、
前記累積分布関数の取りうる値の範囲を等間隔に分割するための複数の閾値に対応する複数の振幅値を、前記量子化処理に用いる複数の閾値として決定することを特徴とする請求項５に記載の基地局システム。
前記ＲＦユニットは、
前記決定手段によって決定された複数の閾値を示す制御情報とともに前記圧縮データを前記ベースバンドユニットに送信する送信手段を更に備え、
前記ベースバンドユニットは、
前記送信手段によって送信された前記制御情報及び前記圧縮データを受信し、前記制御情報が示す複数の閾値を用いて前記圧縮データを解凍する解凍手段を備える
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の基地局システム。
前記ＲＦユニットは、
前記測定手段によって算出された平均値及び標準偏差を示す制御情報とともに前記圧縮データを前記ベースバンドユニットに送信する送信手段を更に備え、
前記ベースバンドユニットは、
前記送信手段によって送信された前記制御情報及び前記圧縮データを受信し、前記制御情報が示す平均値及び標準偏差に基づいて決定した複数の閾値を用いて、前記圧縮データを解凍する解凍手段を備える
ことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の基地局システム。
前記生成手段は、間隔が均一の複数の閾値を用いて量子化された第１のビット数のデータを、前記サンプルデータとして生成し、
前記決定手段は、前記測定手段によって生成された頻度分布に応じて、前記サンプルデータを前記第１のビット数より少ない第２のビット数のデータに圧縮するための、間隔が不均一な複数の閾値を決定する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の基地局システム。
前記サンプルデータは、同相（Ｉ）チャネルのデータと直交（Ｑ）チャネルのデータとを含み、
前記測定手段、前記決定手段及び前記圧縮手段は、前記サンプルデータに含まれる前記Ｉチャネル及び前記Ｑチャネルのそれぞれのデータについて、個別に処理を実行する
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の基地局システム。
前記ベースバンドユニットと前記ＲＦユニットとは、光回線を介して接続されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の基地局システム。
前記生成手段は、
前記ＲＦユニットに接続されたアンテナを介して受信されたアナログ信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、当該ベースバンド信号をデジタル信号に変換することによって、前記サンプルデータを生成することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の基地局システム。
ベースバンドユニットと、通信回線を介して前記ベースバンドユニットと接続された無線周波数（ＲＦ）ユニットと、を備える基地局システムであって、
前記ベースバンドユニットは、
前記ＲＦユニットへの送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成されるサンプルデータが示す振幅値の出現頻度を測定し、出現した振幅値と出現頻度との関係を表す頻度分布を生成する測定手段と、
前記サンプルデータを圧縮するための、振幅値の量子化処理に用いる複数の閾値を、前記測定手段によって生成された頻度分布に応じて決定する決定手段と、
前記決定手段によって決定された複数の閾値を用いた量子化処理により前記サンプルデータを圧縮することで、前記ＲＦユニットに送信すべき圧縮データを生成する圧縮手段と
を備えることを特徴とする基地局システム。
基地局システムにおいて、通信回線を介して接続された対向装置と通信する通信装置であって、
前記対向装置への送信用のベースバンド信号に対応するデジタル信号を、サンプルデータとして生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成されるサンプルデータが示す振幅値の出現頻度を測定し、出現した振幅値と出現頻度との関係を表す頻度分布を生成する測定手段と、
前記サンプルデータを圧縮するための、振幅値の量子化処理に用いる複数の閾値を、前記測定手段によって生成された頻度分布に応じて決定する決定手段と、
前記決定手段によって決定された複数の閾値を用いた量子化処理により前記サンプルデータを圧縮することで、前記対向装置に送信すべき圧縮データを生成する圧縮手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
前記通信装置は、前記基地局システムの無線周波数（ＲＦ）ユニットであり、
前記対向装置は、前記基地局システムのベースバンドユニットである
ことを特徴とする請求項１４に記載の通信装置。
前記通信装置は、前記基地局システムのベースバンドユニットであり、
前記対向装置は、前記基地局システムの無線周波数（ＲＦ）ユニットである
ことを特徴とする請求項１４に記載の通信装置。