JP6053128B2 - 分散型無線通信基地局システム、信号処理装置、無線装置、及び分散型無線通信基地局システムの動作方法 - Google Patents

分散型無線通信基地局システム、信号処理装置、無線装置、及び分散型無線通信基地局システムの動作方法 Download PDF

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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:BaseBand 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(Radio over Fiber)技術により光ファイバを通して伝送される。RoF技術はアナログ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)等の標準団体の下、使用策定が進められている(例えば、非特許文献1参照。)。
また、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/設置コストの削減が可能となる。このような形態の一例として、図5に示すように、BBU110−RRU120間をPON(Passive Optical Network)130で接続する形態が提案されている。この方式では、OLT(Optical Line Terminal)140−光スプリッタ間の帯域は一定であるが、光スプリッタ−ONU(Optical Network Unit)150間の帯域はONU150の所要帯域に合わせて変更する事ができる。PON130の信号多重方法としては、TDM、WDM、FDM等が採用できる。本発明の適用領域は図5に限定されるものではなく、BBU110が1つ以上のRRU120を収容する場合に適用できる。
本発明は、BBU110からRRU120へ送信する情報量の削減技術に関する。
LTE(Long Term Evolution)やWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)等のセルラーシステムにおいて、端末がユーザデータを送受信するためには、端末固有の通信チャネル(無線帯域)が必要である。この無線帯域の割当は基地局により行われる。LTEシステムを例に取ると、図6に示すよう、基地局は最小1ms周期でスケジューリングを行い各端末へ無線帯域割当を行う。
無線帯域割当はリソースブロック(RB:Resource Block)単位で行われ、1RBは180kHz、0.5msである。システム帯域幅が20MHzの場合には、周波数軸上に110個のRBが存在する。また1RBの中には、通常のサイクリックプレフィックスを想定すると、7シンボル(サイクリックプレフィックスを入れて1シンボル71.4μs)が挿入されている。
一方基地局が端末へ送信する信号には、各端末向けのユーザデータだけでなく、制御情報(スケジューリング情報やACK/NACK判定結果等)、端末がチャネル推定を行うための参照信号(全端末向けに送信されるセル固有参照信号や、個別の端末向けに送信されるUE固有参照信号等がある)、各端末が基地局と同期を取るための同期信号等が送信される。ここで、ユーザデータや制御情報に含まれる情報は時間に応じて変動するが、参照信号や同期信号に含まれる情報は通常固定的に使用されるパラメータ(基地局のセルID等)によって決まるため、時間に応じて変動せず常に同じである。
また、参照信号や同期信号の送信に利用される無線帯域の周波数位置も固定である。そこで以後は基地局から端末へ送信する信号を、時間に応じて含まれる情報が変動する時変動データと、常に含まれる情報が同じである固定データの2種類に大別する。図6では空間多重数が1の時のRBに対する参照信号の挿入位置の一例が示されている。
以後、BBU110−RRU120間のデジタルRoF伝送技術を関連技術と呼ぶ。また、BBU110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RRU120へ伝送し、RRU120で受信した光信号を無線信号に変換して、端末へと送信するリンクを下りリンクと呼ぶ。一方、端末が送信した無線変調信号をRRU120で受信し、受信した無線信号を光信号に変換してBBU110へ伝送し、BBU110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。
本発明に関連するRRU120の装置構成例を図7に示す。RRU120は上りリンクのため、無線信号の送/受信を行うアンテナと、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21と、無線信号をダウンコンバートするダウンコンバート部22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23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)24と、IQデータ及びRoF区間での制御信号を多重するフレーム変換部25と、電気信号を光信号に変換して送信するE/O変換部26とを有する。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。
またRRU120は下りリンクのため、BBU110から受信した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RoF区間での制御信号及び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)33と、IQデータをアナログ信号に変換するD/A変換部34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35と、電力を決められた送信電力まで増幅する増幅器36と、送受切替部12とアンテナ11とを有する。
本発明に関連するBBU110の装置構成例を図8に示す。BBU110は下りリンクのため、時変動データに対して一次変調を行う一次変調部312と、固定データに対して一次変調を行う一次変調部311と、一次変調された時変動データ及び一次変調された固定データを多重する多重部313と、多重された一次変調信号を二次変調する二次変調部314と、二次変調部314により出力されるIQデータ及びRoF区間での制御信号を多重するフレーム変換部51と、電気信号を光信号に変換して送信するE/O変換部52とを有する。ここで、一次変調はQPSK、16QAM等のシンボルマッピングであり、二次変調はCDMA変調のための拡散やOFDM変調のためのIFFTと考える事ができる。また、二次変調が存在せず一次変調のみ存在する場合もありえる。また多重部313は周波数領域での多重または時間領域での多重等を行う。この際多重される信号の周波数位置または時間位置は、スケジューラで決定される。
またBBU110は上りリンクのため、光信号を電気信号に変換するO/E変換部41と、受信信号からRoF区間での制御信号及びIQデータを取り出すフレーム変換部42と、IQデータに対して二次復調を行う二次復調部324と、二次復調された信号を一次変調された時変動データ及び一次変調された固定データに分離する分離部323と、分離された時変動データを一次復調する一次復調部322と、分離された固定データを一次復調する一次復調部321とを有する。ここで二次復調とは、二次変調部314がIFFT処理を行う場合にはFFT処理、二次変調部314が拡散処理を行う場合は逆拡散処理を指す。一次復調とは、一次変調されたQPSK,16QAM等のシンボルに対して硬判定/軟判定を行う処理を指す。
また、二次変調部314が存在しない場合は、二次復調部324も存在しない。二次変調部324がマッピングの動作を含み、信号を所定の無線帯域へ割り当てても良い。この時、二次復調部324はデマッピングの動作を含み、所定の無線帯域から信号を取り出す。
CPRI,"CPRI Specification V5.0," Sep., 2011, http://www.cpri.info/spec.html
関連技術においては、時変動データも固定データも両方ともBBUからRRUへ伝送される。しかし、固定データに含まれる情報は常に同じであるため、同じ情報をBBUからRRUへ伝送している事となり、BBU−RRU間の帯域を無駄に利用している可能性がある。
本発明は、BBUからRRUへ送信される情報量を削減することを目的とする。
上記目的を解決する為に、本発明は、RRUに固定データを記憶しておき、BBUから受信した時変動データと加算し、無線信号として送信を行う。これにより、BBUからRRUへ固定データを送る必要がなくなるため、BBUからRRUへ送信される情報量を削減することができる。
具体的には、本発明の分散型無線通信基地局システムは、
複数の無線端末と無線信号を送受信する基地局の機能が信号処理装置(BBU:BaseBand Unit)及び前記無線信号処理装置と光伝送路でRoF(Radio over Fiber)伝送する無線装置(RRU:Remote Radio Unit)に分割されている分散型無線通信基地局システムであって、
前記RRUは、前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうちの時間的に変動しない固定データを保持するバッファ機能と、
前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうちの時間的に変動する時変動データでありかつ前記BBUから受信した時変動データと前記バッファ機能の保持する前記固定データを加算し、前記無線信号として前記無線端末に送信する無線信号送信機能と、を備え、
前記BBUは、前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうち前記固定データを除く前記時変動データを前記RRUへ送信する時変動データ送信機能
を備える。
また、本発明の分散型無線通信基地局システムの動作方法は、
複数の無線端末と無線信号を送受信する基地局の機能がBBU及び前記BBUと光伝送路でRoF伝送するRRUに分割されている分散型無線通信基地局の動作方法であって、
前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうち時間的に変動しない固定データを前記RRUが予め保持し、
前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうち前記固定データを除く時間的に変動する時変動データを、前記BBUから前記RRUへ送信する時変動データ送信手順と、
前記RRUにおいて、前記BBUからの前記時変動データと前記RRUの保持する前記固定データを加算し、前記無線信号として前記無線端末に送信する無線信号送信手順と、
を行う。
本発明に係る分散型無線通信基地局システムでは、
前記固定データは、全端末向けに送信されるセル固有参照信号を含む。
また、本発明の無線装置は、前記分散型無線通信基地局システムが備えるRRUである。
本発明に係る分散型無線通信基地局システムは、RRUから無線端末へ送信する情報のうち時間的に変動しない固定データを保持するバッファ機能と、RRUから無線端末へ送信する情報のうち固定データを除く時変動データをRRUへ送信する時変動データ送信機能と、BBUからの時間的に変動する時変動データとバッファ機能の保持する固定データを加算し、無線信号として無線端末に送信する無線信号送信機能を備える。
これにより、BBUからRRUへ固定データを送る必要がなくなることで、送信する情報量を削減することができるため、BBU−RRU間の下りリンクにおける所要帯域を減少することができる。
また、本発明の分散型無線通信基地局システムでは、
前記バッファ機能は、複数の固定データを保持し、
前記時変動データ送信機能は、前記複数の固定データのうちのどの固定データを用いるかを示す制御信号を送信し、
前記無線信号送信機能は、前記バッファ機能の保持する前記複数の固定データのうちの前記制御信号に応じた固定データを、前記BBUからの前記時変動データと加算してもよい。
また、本発明の分散型無線通信基地局システムでは、
前記制御信号は、新たな固定データ及び当該新たな固定データの書き込み命令を含み、
前記バッファ機能は、前記書き込み命令を受けると、保持する固定データを新たな固定データに更新してもよい。
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。
本発明によれば、BBUからRRUへ送信する情報量が減少するため、BBU−RRU間の下りリンクにおける所要帯域を減少することができる。
実施形態1に係る無線装置を説明する図である。 実施形態1に係る信号処理装置を説明する図である。 本発明適用時のLTEシステムの動作を説明する図である。 実施形態2に係る無線装置を説明する図である。 本発明に関連する無線装置と信号処理装置の構成を説明する図である。 LTEシステムの無線帯域割当手法を説明する図である。 本発明に関連する無線装置を説明する図である。 本発明に関連する信号処理装置を説明する図である。
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。
(実施形態1)
本実施形態に係る分散型無線通信基地局システムは、複数の無線端末101と無線信号を送受信する基地局の機能がBBU110及びRRU120に分割されている。RRU120とBBU110は、光伝送路でRoF伝送する。
本実施形態に係る分散型無線通信基地局システムの動作方法は、時変動データ送信手順、無線信号送信手順を順に有する。RRU120は、バッファ機能と、無線信号送信手順を実行する無線信号送信機能と、を備える。BBU110は、時変動データ送信手順を実行する時変動データ送信機能を備える。
バッファ機能は、RRU120から無線端末101へ送信する情報のうち時間的に変動しない固定データを保持する。また、無線信号送信機能は、BBU110からの時間的に変動する時変動データとバッファ機能の保持する固定データを加算し、無線信号として無線端末101に送信する。時変動データ送信機能は、RRU120から無線端末101へ送信する情報のうち固定データを除く時変動データをRRU120へ送信する。
本発明適用時のRRU120の装置構成例を図1に示す。RRU120は、バッファ機能を実現する為にバッファ331を備え、無線信号送信機能を実現する為に加算器334を備える。RRU120の上りリンクの構成は関連技術と同じである。一方RRU120は下りリンクのために、BBU110から受信した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RoF区間での制御信号及びIQデータを取り出すフレーム変換部32と、RoF区間での制御信号を基に固定データのIQデータを出力制御する出力制御部332と、固定データのIQデータを保存し出力制御部332の出力命令を受けた際に保存した固定データのIQデータを出力するバッファ331と、バッファ331の出力とIQデータを加算する加算器334と、加算器334からの信号に対してフィルタリング処理を行うフィルタバンク部(下り)33と、IQデータをアナログ信号に変換するD/A変換部34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35と、無線信号の電力を増幅する増幅器36とを有する。
本発明適用時のBBU110の装置構成例を図2に示す。BBU110は、時変動データ送信機能を実現する為にフレーム変換部51と、E/O変換部52と、を備える。BBU110の上りリンクの構成は、関連技術と同じである。一方BBU110は下りリンクのため、時変動データを一次変調する一次変調部312と、一次変調された信号を二次変調する二次変調部314と、二次変調部314より出力された時変動データのIQデータとRoF区間での制御信号を多重するフレーム変換部51と、電気信号を光信号に変換して送信するE/O変換部52とを有する。このように、関連技術と異なり、BBU110からRRU120へ送信するのは時変動データであり、BBU110は固定データのIQデータをRRU120に対して送信しない。
図3に、LTEシステムへ本発明を適用した際の動作例を示す。BBU110からは時変動データのみが送信されるため、関連技術と比べてBBU110からRRU120へ送信される情報量が低下する。図3のように、制御情報を送信した後に送信すべきユーザデータが無い場合は、その区間においてBBU110はRRU120へ信号を送る必要が無いため、BBU110−RRU120間の帯域を使用する必要が無く、BBU110−RRU120間の帯域を有効利用できる。この時変動データを受信したRRU120は、RRU120のバッファ331より出力される固定データと時変動データを加算して送信する。
BBU110が固定データを送信しないため、無線信号の使用周波数帯域幅が削減される。このため、BBU110からRRU120へ信号を送信する際のサンプリング周波数を落として送信する情報量を削減する事もできる。
RRU120のバッファ331は複数の固定データ(固定データ#1、固定データ#2、…)を有する事もできる。この時、BBU110がどの固定データをRRU120に出力させるかを決定し、選択した固定データを出力する命令をRoF区間での制御信号に載せてRRU120へ伝送する。RRU120は、RoF区間での制御信号からどの固定データを出力するかを認識し、バッファ331に対して出力命令を出す。
また、RRU120のバッファ331に保存されている固定データを書き換える事も可能である。固定データを書き換える必要が生じた際は、BBU110が新たな固定データと固定データを書き換える命令をRoF区間での制御信号に載せ、RRU120へ伝送する。RRU120は、RoF区間での制御信号から新たな固定データを取り出し、バッファ331内の固定データを書き換える。
RRU120のバッファ331内の固定データは、RRU120の電源を入れた時点である固定データが保存されているように設定しておいても良い。RRU120の電源を入れた時点でRRU120のバッファ331に固定データが保存されていない場合は、RoF区間での制御信号を用いてBBU110からRRU120へ固定データの情報を送る必要がある。
(実施形態2)
実施形態2では、BBU110は一度だけ固定データをRRU120へ伝送し、以後RRU120はその固定データを記憶して使用する。これにより、新たな固定データをBBU110からRRU120へ通知する際、実施形態1ではBBU110がRoF区間での制御信号に載せてRRU120へ伝送するが、実施形態2ではRoF区間での制御信号に固定データを載せずに通知が可能となる。
実施形態2適用時のRRU120の装置構成を図4に示す。実施形態1と異なり、RRU120は下りリンクのために固定データ抽出部333を有する。固定データ抽出部333は、受信したIQデータの中から固定データを取り出して出力し、出力した固定データはバッファ331に記憶される。固定データ抽出部333はBBU110から固定データが送信される場合のみ動作し、その動作タイミングはRoF区間での制御信号により通知される。固定データがマッピングされている無線帯域の時間軸上/周波数軸上の位置は、予め固定データ抽出部333が記憶しておいても良いし、RoF区間での制御信号を用いてBBU110から固定データ抽出部333へ通知しても良い。
実施形態2適用時のBBU110の装置構成は、関連技術の装置構成と同じである。ただし固定データの一次変調部312は、固定データの初回送関連信時、または固定データの書き換えタイミング時のみ動作し、その後は動作せず何も出力しない。
前記BBUと前記RRU間に、下りリンクの信号から固定データを除去する機能を持つアダプタを付加しても良い。この場合は、前記BBUで固定データを除去する必要がないため、既存のBBUを用いて本発明を実施できる。
また、前記BBUと前記RRU間に、下りリンクの信号に固定データを加算する機能を持つアダプタを付加しても良い。この場合は、前記RRUで固定データを加算する必要がないため、既存のRRUを用いて本発明を実施できる。
本発明は情報通信産業に適用することができる。
11:アンテナ
12:送受切替部
21、36:増幅器
22:ダウンコンバート部
23:A/D変換部
24:ベースバンドフィルタ部(上り)
32、42:フレーム変換部
26:E/O変換部
31、41:O/E変換部
33:ベースバンドフィルタ部(下り)
34:D/A変換部
35:アップコンバート部
101:無線端末
110:BBU
120:RRU
130:PONシステム
140:OLT
150:ONU
311、312:一次変調部
313:多重部
314:二次変調部
321、322:二次復調部
323:分離部
324:二次複調部
331:バッファ
332:出力制御部
333:固定データ抽出部
334:加算器

Claims (4)

  1. 複数の無線端末と無線信号を送受信する基地局の機能が信号処理装置(BBU:BaseBand Unit)及び前記無線信号処理装置と光伝送路でRoF(Radio over Fiber)伝送する無線装置(RRU:Remote Radio Unit)に分割されている分散型無線通信基地局システムであって、
    前記RRUは、前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうちの時間的に変動しない固定データを保持するバッファ機能と、
    前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうちの時間的に変動する時変動データでありかつ前記BBUから受信した時変動データと前記バッファ機能の保持する前記固定データを加算し、前記無線信号として前記無線端末に送信する無線信号送信機能と、
    前記BBUから受信したIQデータから固定データを取り出して出力し、出力した前記固定データを当該RRUが有する前記バッファ機能に記憶し、前記BBUから固定データが送信される間だけ起動処理を開始し、前記起動処理のタイミングがRoF区間における制御信号で通知され、前記固定データがマッピングされている無線帯域の時間軸上及び周波数軸上の位置を予め記憶する固定データ抽出部と、を備え、
    前記BBUは、前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうち前記固定データを除く前記時変動データを前記RRUへ送信する時変動データ送信機能を備える、
    分散型無線通信基地局システム。
  2. 前記固定データは、全端末向けに送信されるセル固有参照信号を含むことを特徴とする請求項1に記載の分散型無線通信基地局システム。
  3. 請求項1又は2に記載の分散型無線通信基地局システムが備える無線装置。
  4. 複数の無線端末と無線信号を送受信する基地局の機能がBBU及び前記BBUと光伝送路でRoF伝送するRRUに分割されている分散型無線通信基地局の動作方法であって、
    前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうち時間的に変動しない固定データを前記RRUがバッファ機能で予め保持する記憶手順と、
    前記RRUから前記無線端末へ送信する情報のうち前記固定データを除く時間的に変動する時変動データを、前記BBUから前記RRUへ送信する時変動データ送信手順と、
    前記RRUにおいて、前記BBUからの前記時変動データと前記RRUの保持する前記固定データを加算し、前記無線信号として前記無線端末に送信する無線信号送信手順と、
    前記BBUから受信したIQデータから固定データを取り出して出力し、出力した前記固定データを当該RRUが有する前記バッファ機能に記憶し、前記BBUから固定データが送信される間だけ起動処理を開始し、前記起動処理のタイミングがRoF区間における制御信号で通知され、前記固定データがマッピングされている無線帯域の時間軸上及び周波数軸上の位置を予め記憶する固定データ抽出手順と、
    を行うことを特徴とする分散型無線通信基地局システムの動作方法。
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