JP7071642B2 - 光無線通信システム、無線送受信装置及び光無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光無線通信システム、無線送受信装置及び光無線通信方法に関する。

近年、マイクロ波帯に比べ広帯域な周波数帯が確保できるミリ波帯の活用が注目されている。しかしながら、ミリ波帯は空気中を伝搬する際の減衰量がマイクロ波帯に比べて大きく、長距離の無線伝送には不向きである。そのためカバーエリアを広げることができず、ユーザ密度が低いエリアにおいてシステムのユーザ収容効率を上げることが難しいという問題があった。

この問題を解決する手法として、図５に示すように、ＲｏＦ（radio on fiber）を用いて収容局側の無線装置のアンテナ部と信号処理部（ベースバンド処理部）を分離することで、アンテナをユーザの加入者無線送受信機（ＳＴＡ＃１、…、＃ｉ、＃ｊ、＃ｎ）の近くに配置し、見かけ上のカバーエリアを拡張することができる手法が提案されている。アンテナ部と信号処理部との間は、ＥＯ（電気／光）変換部、ＯＥ（光／電気）変換部を用いることにより光信号で送受信を行う。図５に示す技術は、ＰＯＮ（passive optical network）技術との組合せにより、ファイバの敷設効率を向上させる手法も検討されている。ＰＯＮを用いたＲｏＦを実現する上では、複数のアンテナ部が加入者無線送受信機と送受信する信号を互いに干渉なく通信させるための手法として、ＴＤＭ（time division multiplexing）－ＰＯＮ（例えば、非特許文献１参照）と、ＷＤＭ（wave division multiplexing）－ＰＯＮ（特許文献１参照）が多く検討されている。

図６に示すアンテナ部と信号処理部（ベースバンド処理部）との間のＴＤＭ－ＰＯＮは、ＴＤＭ制御部のアクセス制御によって、複数のアンテナ部それぞれが通信可能な時間の割当をずらすことで、干渉を回避している。しかしながらＴＤＭを用いる場合は、信号処理部とアンテナ部との間で時間的な同期制御が必要になるという課題がある。一方、図７に示すアンテナ部と信号処理部（ベースバンド処理部）との間のＷＤＭ－ＰＯＮは、波長により複数アンテナ部それぞれの送受信を棲み分けることにより、信号処理部とアンテナ部の通信を擬似的にＰｔｏＰ（Point to Point）通信に置き換えて干渉回避を実現している。同図に示すＡＷＧ（Array Waveguide Gratings；アレイ導波路グレーティング）は、アンテナ部と信号処理部の各組で使用する波長λ_１、λ_２、λ_３の分波及び合波を行う。ＷＤＭ－ＰＯＮは、ＴＤＭ－ＰＯＮと比較して波長が余分に必要になるが、ＴＤＭのような同期制御が不要となるため、信号処理の観点で簡易な実装を実現できる。

しかし、ＷＤＭ－ＰＯＮを用いたＲｏＦでは、多重数分（アンテナ部数分）の信号処理部が必要となる。よって、信号処理部のコストが増大してしまい、ユーザ収容効率を改善するという課題の直接的な解決策とはならない。ユーザ収容効率を改善するためには、特にユーザ密度が低いエリアにおいて、ＴＤＭ－ＰＯＮを用いてアンテナ部を多重して、信号処理部とアンテナ部の数を１対多の関係とすることにより、信号処理部のコストを削減する手法が望ましい。しかしながら上述したように、ＴＤＭ－ＰＯＮを用いる場合は、信号処理部と複数アンテナ部同士の時間的な同期が必要となる。

ＲｏＦを実現する方式は、ＤＲｏＦ（digital RoF）とＡＲｏＦ（analog RoF））に大別される。ＤＲｏＦはＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）規格等で用いられており、送信側（無線送受信機）においてＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）信号を量子化してディジタル信号として光信号に乗せ換え、対向側（アンテナ部）においてＲＦ信号を再生する。ＡＲｏＦはＲＦ信号を直接光強度変調等により送信し、対向側ではディジタル信号処理を行わない。ＡＲｏＦは、対向側でのディジタル信号処理が不要となるため消費電力が抑えられるというメリットがある。しかし、ＡＲｏＦは、アンテナ部での同期処理等、複雑な処理ができないため、ＴＤＭ－ＰＯＮとの組合せが難しいという問題がある。

特開２０１１－１７２１３３号公報

Naotaka Shibata，et.al，"Performance Evaluation of Mobile Front-Haul Employing Ethernet-Based TDM-PON With IQ Data Compression"，IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking，2015年11月，vol. 7，No. 11

ＷＤＭ－ＰＯＮよりもユーザ収容効率がよく、コストを低減可能なＴＤＭ－ＰＯＮによりＲｏＦを実現する場合、複数のアンテナ部の時分割多重を行う必要がある。しかし、消費電力が低いＡＲｏＦのアンテナ部は、時分割多重のような複雑な処理を行うことが難しく、双方向通信を伴うシステムにおいては使用されていない。

上記事情に鑑み、本発明は、コストを抑えながら無線伝送のカバーエリアを広くすることができる光無線通信システム、無線送受信装置及び光無線通信方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、収容局装置と、複数の無線局装置とが無線通信する光無線通信システムであって、前記収容局装置は、光伝送路を介して入力した光信号を変換して得られた電気信号を無線により前記無線局装置に送信する処理と、無線により受信した前記無線局装置からの信号を光信号に変換して前記光伝送路に出力する処理とを行う複数のアンテナ部と、前記無線局装置宛ての信号の生成処理及び前記無線局装置からの信号の受信処理を行う無線送受信機と、前記無線送受信機が生成した前記信号を光信号に変換し、前記光伝送路を介して複数の前記アンテナ部に出力する処理と、複数の前記アンテナ部から前記光伝送路を介して前記無線局装置からの前記信号を入力し、光信号から電気信号に変換して前記無線送受信機に送信する処理とを行う変換部とを備え、前記無線送受信機は、前記無線局装置それぞれに割り当てたタイムスロットのタイミングを通知する第一信号を生成する信号生成部と、前記無線局装置毎に、前記第一信号に対応して前記無線局装置が送信した第二信号の受信時刻と、伝送遅延がないと仮定したときに前記無線局装置が割り当てられた前記タイミングにおいて送信した信号の受信時刻との差分により伝送遅延を算出する伝送遅延算出部と、前記伝送遅延算出部が算出した前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延に基づいて、前記無線局装置へ割り当てるタイムスロット間のガードタイムを決定するガードタイム決定部とを備え、無線局装置は、前記アンテナ部から無線により送信された前記第一信号を受信する受信部と、前記第一信号から自装置に割り当てられた前記タイミングの情報を取得し、前記タイミングにおいて前記第二信号を送信するよう制御する制御部と、前記制御部の制御に従って前記第二信号を無線により前記収容局装置へ送信する送信部とを備える、光無線通信システムである。

本発明の一態様は、上述の光無線通信システムであって、前記無線送受信機は、前記第一信号の送信、前記第一信号に応じて複数の前記無線局装置それぞれが送信した前記第二信号の受信、前記無線局装置それぞれにおける前記伝送遅延の算出、及び、前記ガードタイムの決定を繰り返す。

本発明の一態様は、上述の光無線通信システムであって、前記ガードタイム決定部は、前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延のうち最大の伝送遅延の２倍の値により前記ガードタイムを決定する。

本発明の一態様は、複数の無線局装置と無線通信する収容局装置に用いられる無線送受信装置であって、前記無線局装置それぞれに割り当てたタイムスロットのタイミングを通知する第一信号を生成し、生成した前記第一信号を電気信号から光信号に変換して複数のアンテナ部に送信する変換部に出力する信号生成部と、前記無線局装置毎に、前記第一信号に対応して前記無線局装置が無線により送信し、前記アンテナ部が受信して光信号に変換し、前記変換部が光信号から電気信号に変換した第二信号を受信し、前記第二信号の受信時刻と、伝送遅延がないと仮定したときに前記無線局装置が割り当てられた前記タイミングにおいて送信した信号の受信時刻との差分により伝送遅延を算出する伝送遅延算出部と、前記伝送遅延算出部が算出した前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延に基づいて、前記無線局装置へ割り当てるタイムスロット間のガードタイムを決定するガードタイム決定部と、を備える無線送受信装置である。

本発明の一態様は、収容局装置と、複数の無線局装置とが無線通信する光無線通信システムにおける光無線通信方法であって、前記収容局装置において、無線送受信機が、前記無線局装置それぞれに割り当てたタイムスロットのタイミングを通知する第一信号を生成する信号生成ステップと、変換部が、前記信号生成ステップにおいて生成された前記第一信号を光信号に変換し、光伝送路を介して複数のアンテナ部に送信する第一変換ステップと、複数の前記アンテナ部が、前記第一変換ステップにおいて変換された前記第一信号を、前記光伝送路を介して入力し、入力した前記第一信号を光信号から電気信号に変換して無線により前記無線局装置に送信する第一送信ステップと、前記無線局装置において、無線により送信された前記第一信号を受信する第一受信ステップと、前記第一信号から自装置に割り当てられた前記タイミングの情報を取得し、前記タイミングにおいて第二信号を送信するよう制御する制御ステップと、前記制御ステップにおける制御に従って前記第二信号を無線により前記収容局装置に送信する第二送信ステップと、前記収容局装置において、複数の前記アンテナ部が、無線により受信した前記無線局装置から前記第二信号を光信号に変換して前記光伝送路を介して前記変換部に出力する第二受信ステップと、前記変換部が、前記第二受信ステップにおいて出力された前記第二信号を、前記光伝送路を介して入力し、入力した前記第二信号を光信号から電気信号に変換して前記無線送受信機に送信する第二変換ステップと、前記無線送受信機が、前記無線局装置毎に、前記第一信号に対応して前記無線局装置が送信した前記第二信号の受信時刻と、伝送遅延がないと仮定したときに前記無線局装置が割り当てられた前記タイミングにおいて送信した信号の受信時刻との差分により伝送遅延を算出する伝送遅延算出ステップと、前記伝送遅延算出ステップにおいて算出した前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延に基づいて、前記無線局装置へ割り当てるタイムスロット間のガードタイムを決定するガードタイム決定ステップと、を有する光無線通信方法である。

本発明により、コストを抑えながら無線伝送のカバーエリアを広くすることが可能となる。

本発明の一実施形態による光無線通信システムの構成を示す図である。 同実施形態による光無線通信システムの信号送受信のシーケンス図である。 同実施形態による無線送受信機における伝送遅延更新処理のフロー図である。 同実施形態による光無線通信システムの他の構成を示す図である。 従来の光無線通信システムの構成を示す図である。 従来の光無線通信システムの構成を示す図である。 従来の光無線通信システムの構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
図５に示すＲｏＦを用いた従来の光無線通信システムでは、無線送受信機と物理アンテナとが１対１である。従って、１アンテナによりカバーできるエリアあたりの収容ユーザ数が、無線送受信機に収容可能な最大数よりも少ない場合でも、アンテナ数と同数の無線送受信機を用意する必要がある。そのため、無線送受信機あたりのユーザ収容効率が低くなり、コスト高となる可能性がある。

そこで、本実施形態では、ＲｏＦに光分岐部となるカプラを挿入し、ＰＯＮ（passive optical network）の形態を取ることで、無線送受信機１台に対して複数のアンテナを接続する。そして、ＡＰ機能を持つ収容局側の無線送受信機と、ユーザの加入者無線送受信機との間で、時分割多重の制御を行う。この制御の際、加入者無線送受信機間の時分割によるアクセス多重を、収容局側の無線送受信機が集中制御する。そして、時分割多重制御を行うときに設定されるタイムスロット間のガードタイムについては、収容局側の無線送受信機と全ての加入者無線送受信機間の伝送遅延を考慮した値とし、スロット間干渉を回避する。

このような制御を行うため、収容局側の無線送受信機は、配下の全ての加入者無線送受信機に対して、ＲｏＦ－ＰＯＮ形式の光ファイバネットワークを通じて定期的に等時間間隔でビーコンを無線送信する。ＲｏＦ－ＰＯＮの適用により、収容局側は、無線信号を全ての加入者無線送受信機に対して等価的にブロードキャストすることができる。これら加入者無線送受信機におけるビーコンの受信タイミングは、無線局装置それぞれの伝送遅延によって異なる。この伝送遅延は、収容局側の無線送受信機の信号処理部からアンテナ部までの光ファイバによる光伝送遅延と、アンテナ部から加入者無線送受信機までの無線伝送遅延との和で表される。つまり、伝送遅延は、ＲｏＦによる光伝送区間と無線伝送区間との両方を加算した値である。

収容局側の無線送受信機は、ビーコンにより各加入者無線送受信機に割り当てた送信用のタイムスロットを通知する。収容局側の無線送受信機は、割り当てたタイムスロットにおいて加入者無線送受信機が送信した信号の遅延が０と仮定した場合の信号受信時刻と、割り当てられたスロットにおいて加入者無線送受信機が実際に無線送信した信号の受信時刻との差分に基づいて伝送遅延を算出する。収容局側の無線送受信機は、各加入者無線送受信機の伝送遅延のうち、最も長い伝送遅延に基づいてガードタイムを決める。これにより、収容局側にＲｏＦ－ＰＯＮを適用し、無線送受信機１台に対して複数のアンテナ部を接続しながらも、アンテナ部自体は時分割制御を行う必要がなく、各加入者無線送受信機の信号が無線区間及び光伝送区間において衝突しないようにガードタイムを最低限必要な長さにまで短縮して時分割多重することが可能となる。よって、無線送受信機あたりのユーザ収容効率を改善し、コストを削減することが可能となる。

図１は、本実施形態の一実施形態による光無線通信システム１の構成を示す図である。光無線通信システム１は、収容局装置１０と、Ｎ台の無線局装置２０を備える。以下では、Ｎ台（Ｎは１以上の整数）の無線局装置２０をそれぞれ、無線局装置２０－１～２０－Ｎと記載する。図１には、４台の無線局装置２０－１、２０－ｉ、２０－ｊ、２０－ｎ（ｉ≠ｊ≠ｎかつｉ，ｊ，ｎは２以上Ｎ以下の整数）を記載している。

収容局装置１０は、例えば、アクセスポイント（ＡＰ）装置である。収容局装置１０は、無線送受信機１１０と、ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０と、光ファイバネットワーク１３０と、Ｍ台のアンテナ部１４０とを備える。Ｍ台（Ｍは２以上の整数）のアンテナ部１４０をそれぞれ、アンテナ部１４０－１～１４０－Ｍと記載する。

無線送受信機１１０は、時間同期機能とＡＰ機能を具備する。無線送受信機１１０は、ベースバンド処理部１１１と、周波数変換部１１２と、無線ＭＡＣ（Media Access Control） ＴＤＭ制御部１１３とを備える。

ベースバンド処理部１１１は、ベースバンド信号の生成及び受信を行う。ベースバンド処理部１１１が生成するベースバンド信号は、無線局装置２０に送信する信号である。無線局装置２０に送信する信号には、同期用Ｃ（Control）－Ｐｌａｎｅのビーコンなど、時間同期のための信号が含まれる。Ｃ－Ｐｌａｎｅは、制御用無線通信チャネルである。また、ベースバンド処理部１１１が受信するベースバンド信号は、無線局装置２０から送信された信号である。

周波数変換部１１２は、ベースバンド処理部１１１が生成したビーコンなどの信号に対してアップコンバートなどの周波数変換を行い、ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０に出力する。また、周波数変換部１１２は、ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０から入力した電気信号にダウンコンバートなどの周波数変換を行い、ベースバンド処理部１１１に出力する。

無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、同期用Ｃ－Ｐｌａｎｅのビーコン信号を基に、後述する各無線局装置２０の無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３と同期する。図１に記載されている無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３と各無線局装置２０の無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３との間の線は、同期を行うことを示している。

ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０は、周波数変換部１１２が出力した信号を、ＡＲｏＦにより電気信号から光信号に変換して光ファイバネットワーク１３０に出力する。また、ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０は、アンテナ部１４０が出力した光信号を光ファイバネットワーク１３０から受信し、ＡＲｏＦにより電気信号に変換して無線送受信機１１０に出力する。

光ファイバネットワーク１３０は、ＲｏＦにおいて無線信号を光伝送可能なＰＯＮ形態のネットワークである。光ファイバネットワーク１３０の光分岐部１３１は、例えば、カプラである。光分岐部１３１は、光ファイバ１３２を介してＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０から出力した光信号を受信し、受信した光信号を光ファイバ１３３－１～１３３－Ｍに分岐してアンテナ部１４０－１～１４０－Ｍに出力する。また、光分岐部１３１は、光ファイバ１３３－１～１３３－Ｍを介してアンテナ部１４０－１～１４０－Ｍのそれぞれから受信した光信号を時分割多重し、多重した光信号を、光ファイバ１３２を介してＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０に出力する。

アンテナ部１４０は、ＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１及びアンテナ素子１４２を備える。以下では、アンテナ部１４０－ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）が備えるＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１、アンテナ素子１４２をそれぞれ、ＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１－ｍ、アンテナ素子１４２－ｍと記載する。ＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１－ｍは、ＡＲｏＦにより、光ファイバネットワーク１３０から受信した光信号を電気信号に変換し、アンテナ素子１４２－ｍに出力する。また、ＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１－ｍは、アンテナ素子１４２－ｍが受信した無線信号を、ＡＲｏＦにより電気信号から光信号に変換して光ファイバネットワーク１３０に出力する。アンテナ素子１４２－ｍは、ＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１－ｍが出力した電気信号を無線信号により放射する。また、アンテナ素子１４２－ｍは、無線信号を受信し、ＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１－ｍに出力する。

無線局装置２０は、収容局装置１０からの指示により時間同期する時間同期機能を具備する。無線局装置２０は、アンテナ素子２１と、加入者無線送受信機２２と、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３とを備える。以下では、無線局装置２０－ｋ（ｋは１以上Ｎ以下の整数）が備えるアンテナ素子２１、加入者無線送受信機２２、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３をそれぞれ、アンテナ素子２１－ｋ、加入者無線送受信機２２－ｋ、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３－ｋと記載する。また、加入者無線送受信機２２－ｋをＳＴＡ＃ｋとも記載する。

アンテナ素子２１－ｋは、無線信号を受信し、加入者無線送受信機２２－ｋに出力する。また、アンテナ素子２１－ｋは、加入者無線送受信機２２－ｋが出力した信号を無線により放射する。加入者無線送受信機２２－ｋは、アンテナ素子２１－ｋが受信した無線信号に対して受信処理を行う。また、加入者無線送受信機２２－ｋは、送信データに送信処理を行って生成した送信信号をアンテナ素子２１－ｋに出力する。無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３－ｋは、同期用Ｃ－Ｐｌａｎｅのビーコン信号を基に、収容局装置１０の無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３と同期する。

なお、無線送受信機１１０が送受信する際の信号の中心周波数の変換を、無線送受信機１１０が行ってもよく、アンテナ部１４０が行ってもよい。アンテナ部１４０が行う場合は、ＲｏＦ中はＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）により光変調を行う。

続いて、光無線通信システム１の動作について説明する。収容局装置１０のベースバンド処理部１１１は、時間同期のためのビーコンを生成する。ビーコンには、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３が加入者無線送受信機２２－１～２２－Ｎそれぞれに割り当てた時分割のタイムスロット割当情報が含まれている。周波数変換部１１２は、ベースバンド処理部１１１が生成したビーコンに周波数変換を行って出力する。ビーコンは、ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０、光ファイバネットワーク１３０及びアンテナ部１４０－１～１４０－Ｍに送信され、すべてのアンテナ部１４０－１～１４０－Ｍから全ての無線局装置２０－１～２０－Ｎに送信される。

無線局装置２０－ｋ（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の加入者無線送受信機２２－ｋは、アンテナ素子２１－ｋによりビーコンを受信する。無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３－ｋは、ビーコンに設定されている割当情報に基づいて、自装置に割り当てられたタイムスロットにおいて送受信を行うよう、加入者無線送受信機２２－ｋを制御する。なお、タイムスロット長は固定でも可変でもよいが、ビーコン信号毎に定義する。時分割多重システムでは、タイムスロット同士の干渉を避けるためのガードタイムを設ける。

収容局装置１０の無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、時分割多重を行う際にスロット間の干渉を避けるために必要となるタイムスロット間のガードタイムを以下のように算出する。すなわち、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、各加入者無線送受信機２２－１～２２－Ｎからの送信信号に基づいて、ベースバンド処理部１１１からアンテナ部１４０までのＲｏＦ伝送区間の伝送遅延に、アンテナ部１４０から加入者無線送受信機２２の無線伝送区間の伝送遅延を加えた時間を算出する。無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、各加入者無線送受信機２２について算出した時間の内、最も長い時間に基づいて、タイムスロット間のガードタイムを決定する。本実施形態におけるガードタイムとして、光伝送遅延と無線伝送遅延の和で表される各加入者無線送受信機２２－１～２２－Ｎの伝送遅延の内、最大長の２倍の長さが設定される。なお、１台の加入者無線送受信機２２につき伝送遅延は１つとして考える。１つの加入者無線送受信機２２が複数のアンテナ部１４０と通信が可能な状態にある場合には、その加入者無線送受信機２２はトータルで最も伝送遅延が小さくなるアンテナ部１４０に所属させるものとする。

これにより、アンテナ部１４０が同期処理を行わないＡＲｏＦにおいても、安価にＴＤＭ－ＰＯＮによる双方向伝送が可能となり、結果として低コストで無線伝送エリアの拡張が可能となる。

図２は、光無線通信システム１における信号送受信のシーケンス図である。図２において、ＡＰは収容局装置１０の無線送受信機１１０を、ＳＴＡ＃１～ＳＴＡ＃ｎは加入者無線送受信機２２－１～２２－Ｎ（すなわち、図２ではｎ＝Ｎ）をそれぞれ表している。なお、システムとしての伝送遅延量の最大値を予め定めておいてもよい。また、無線局装置２０－１～２０－Ｎが移動することも考えられるため、ビーコン間隔毎に無線局装置２０－１～２０－Ｎそれぞれの送信タイミングにおいて伝送遅延を都度算出し、次ビーコン発出の際にその伝送遅延量をガードタイムに反映してもよい。この処理については、後述する図３で説明する。

上述のように、無線送受信機１１０の無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、各無線局装置２０の加入者無線送受信機２２に送信タイムスロットを割り当て、それらの割り当てをビーコンに設定する。ここでは、簡単のため、無線局装置２０－ｋにタイムスロット（Time slot）ｋを割り当てたとする。さらに、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、自無線送受信機から無線局装置２０への送信タイミングも同様にビーコンに設定する。その送信タイミングのスロットにおいて宛先となった無線局装置２０の無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３は、加入者無線送受信機２２が受信動作を行うよう制御する。

加入者無線送受信機２２－ｋ（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の伝送遅延Ｄ_ｋは、下記の式（１）により算出される。

Ｄ_ｋ＝（Ｒ_ｋ－Ｔ_ｋ）／２ …（１）

ここでＲ_ｋは、無線送受信機１１０が加入者無線送受信機２２－ｋから実際に信号（ｄａｔａ ｋ）を受信したタイミング（絶対時刻）であり、Ｔ_ｋは無線送受信機１１０から送信したビーコン信号が加入者無線送受信機２２－ｋにおいて受信されるまでの伝送遅延を０と仮定した場合に想定される加入者無線送受信機２２－ｋの送信開始タイミングである。すなわち、Ｔ_ｋは加入者無線送受信機２２－ｋに割り当て、ビーコンに設定して通知したタイムスロットｋの開始時刻である。ベースバンド処理部１１１は、各加入者無線送受信機２２－ｋの伝送遅延Ｄ_ｋを、上記の式（１）により算出する。

光ファイバ１３２、１３３－１～１３３－Ｍにおける下り波長と上り波長が異なる場合、伝送遅延は下りと上りで異なる。そのため、伝送遅延Ｄ_ｋは、正確にはＲ_ｋ－Ｔ_ｋの１／２とはならない。しかし、ガードタイムの設定上は往復伝送遅延が問題となるため、正確な片道遅延を把握する必要はなく上記式（１）で仮定して計算して問題はない。無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、算出した伝送遅延Ｄ_１～Ｄ_Ｎのうち最大値Ｄ_ｍａｘを選択し、最大値Ｄ_ｍａｘの２倍、又は、最大値Ｄ_ｍａｘの２倍に所定の小さな値を加算又は減算してガードタイムを求める。

図３は、無線送受信機１１０における伝送遅延更新処理のフロー図である。まず、収容局装置１０の無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３に、手動又は自動で、次のビーコンにより指定するガードタイム（ＧＴ）の値として、システム上の最大値を設定する（ステップＳ１）。収容局装置１０は、ビーコン信号を送信する（ステップＳ２）。各無線局装置２０－１～２０－Ｎは、受信したビーコンから自装置に割り当てられたタイムスロットの情報を取得し、そのタイムスロットにおいて信号を送信する。収容局装置１０の無線送受信機１１０は、各無線局装置２０－１～２０－Ｎからの送信信号を受信する（ステップＳ３）。無線送受信機１１０のベースバンド処理部１１１は、各無線局装置２０－１～２０－Ｎからの送信信号にスロット間干渉があるか否かを判定する（ステップＳ４）。ベースバンド処理部１１１が、スロット間干渉ありと判断した場合（ステップＳ４：ある）、ステップＳ１に戻り、ガードタイムに、現在の値よりも大きい値の最大値を設定する。

ベースバンド処理部１１１がスロット間干渉はないと判断した場合（ステップＳ４：ない）、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、各無線局装置２０－１～２０－Ｎからの送信信号の受信時刻に基づいて、上述の式（１）により伝送遅延を算出する（ステップＳ５）。無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、全無線局装置２０－１～２０－Ｎについて算出した伝送遅延の中から最大の伝送遅延を選択する（ステップＳ６）。無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３は、次のビーコンにより指定するガードタイムを、ステップＳ６において選択した伝送遅延の２倍の値に設定する（ステップＳ７）。無線送受信機１１０は、ステップＳ２からの処理を繰り返す。

本実施形態は、ＡＲｏＦにおいて特に効果を発揮するものではあるが、ＤＲｏＦにも適用可能である。図４は、ＤＲｏＦを用いた光無線通信システム１ａの構成を示す図である。同図において、図１に示す光無線通信システム１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。光無線通信システム１ａが図１に示す光無線通信システム１と異なる点は、収容局装置１０に代えて収容局装置１０ａを備える点である。

収容局装置１０ａは、無線送受信機１１０と、ＤＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０ａと、光ファイバネットワーク１３０と、Ｍ台（Ｍは２以上の整数）のアンテナ部１４０ａを備える。Ｍ台のアンテナ部１４０ａをそれぞれ、アンテナ部１４０ａ－１～１４０ａ－Ｍと記載する。ＤＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０ａは、周波数変換部１１２が出力した信号を、ＤＲｏＦにより電気信号から光信号に変換して光ファイバネットワーク１３０に出力する。また、ＤＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０ａは、アンテナ部１４０ａが出力した光信号を光ファイバネットワーク１３０から受信し、ＤＲｏＦにより電気信号に変換して無線送受信機１１０に出力する。

アンテナ部１４０ａ－ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）は、ＤＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１ａ－ｍ及びアンテナ素子１４２－ｍを備える。ＤＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１ａ－ｍは、ＤＲｏＦにより、光ファイバネットワーク１３０から受信した光信号を電気信号に変換し、アンテナ素子１４２－ｍに出力する。また、ＤＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部１４１ａ－ｍは、アンテナ素子１４２－ｍが受信した無線信号を、ＤＲｏＦにより電気信号から光信号に変換して光ファイバネットワーク１３０に出力する。

以上説明した実施形態によれば、１つの無線送受信機と、複数の加入者無線送受信機とがＲｏＦ－ＰＯＮを介して干渉することなく時分割により情報の送受信が可能となる。そのため、ＲｏＦを用いて見かけ上のカバーエリアを拡張する光無線通信システムにおいて、収容局側の無線送受信機のユーザ収容効率を向上させることができる。またＰＯＮを活用する効果によりファイバの必要長もスター型と比べて大幅に削減することが可能となる。そのためＲｏＦを用いた光無線通信システムの構築コストを大幅に削減することが可能となる。

なお、上述した実施形態は、ミリ波帯に留まるものではなく、すべての無線周波数に適用可能である。

上述した実施形態によれば、加入者無線送受信装置における同期制御により、ＰＯＮ形態の光ファイバネットワークにおいてＴＤＭ－ＰＯＮによりＡＲｏＦを実現し、低コストで広範囲な無線伝送のカバーエリアを達成することができる。

無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３及び無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３－１～２３－Ｎは、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行することによって上述した機能を備える装置として機能する。なお、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３及び無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３－１～２３－Ｎの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。

以上説明した実施形態によれば、光無線通信システムは、収容局装置と、収容局装置と無線通信する複数の無線局装置とを有する。収容局装置は、複数のアンテナ部と、無線送受信機と、変換部とを備える。複数のアンテナ部は、光伝送路を介して入力した光信号を変換して得られた電気信号を無線により無線局装置に送信する処理と、無線により受信した無線局装置からの信号を光信号に変換して光伝送路に出力する処理とを行う。光伝送路は、例えば、光ファイバネットワーク１３０である。無線送受信機は、無線局装置宛ての信号の生成処理及び無線局装置からの信号の受信処理を行う。変換部は、無線受信機が生成した信号を光信号に変換し、光伝送路を介して複数のアンテナ部に出力する処理と、複数のアンテナ部から光伝送路を介して無線局装置からの信号を入力し、入力した信号を光信号から電気信号に変換して無線送受信機に送信する処理とを行う。変換部は、例えば、ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０、ＤＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部１２０ａである。

無線送受信機は、信号生成部と、伝送遅延算出部と、ガードタイム決定部とを備える。例えば、信号生成部は、ベースバンド処理部１１１であり、伝送遅延算出部及びガードタイム決定部は、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部１１３である。信号生成部は、無線局装置それぞれに割り当てたタイムスロットのタイミングを通知する第一信号を生成する。第一信号は、例えば、ビーコンである。伝送遅延算出部は、無線局装置毎に、第一信号に対応して無線局装置が送信した第二信号の受信時刻と、伝送遅延がないと仮定したときに無線局装置が割り当てられたタイミングにおいて送信した信号の受信時刻との差分により伝送遅延を算出する。ガードタイム決定部は、伝送遅延算出部が算出した無線局装置それぞれの伝送遅延に基づいて、無線局装置に割り当てるタイムスロット間のガードタイムを決定する。例えば、ガードタイム決定部は、無線局装置それぞれの伝送遅延のうち最大の伝送遅延の２倍の値によりガードタイムを決定する。

無線局装置は、受信部と、制御部と、送信部とを備える。例えば、受信部及び送信部は、加入者無線送受信機２２であり、制御部は、無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部２３である。受信部は、収容局装置のアンテナ部から無線により送信された第一信号を受信する。制御部は、第一信号から自装置に割り当てられたタイミングの情報を取得し、そのタイミングにおいて第二信号を送信するよう制御する。送信部は、制御部の制御に従って第二信号を無線により収容局装置へ送信する。

なお、無線送受信機は、第一信号の送信、第一信号に応じて複数の無線局装置それぞれが送信した第二信号の受信、無線局装置それぞれにおける伝送遅延の算出、及び、ガードタイムの決定を繰り返す。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

時分割により無線通信するシステムに利用可能である。

１、１ａ…光無線通信システム， １０、１０ａ…収容局装置， ２０－１、２０－ｉ、２０－ｊ、２０－ｎ…無線局装置， ２１－１、２１－ｉ、２１－ｊ、２１－ｎ…アンテナ素子， ２２－１、２２－ｉ、２２－ｊ、２２－ｎ…加入者無線送受信機， ２３－１、２３－ｉ、２３－ｊ、２３－ｎ…無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部， １１０…無線送受信機， １１１…ベースバンド処理部， １１２…周波数変換部， １１３…無線ＭＡＣ ＴＤＭ制御部， １２０…ＡＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部， １２０ａ…ＤＲｏＦ ＥＯ／ＯＥ変換部， １３０…光ファイバネットワーク， １３１…光分岐部， １３２、１３３－１～１３３－Ｍ…光ファイバ， １４０－１～１４０－Ｍ、１４０ａ－１～１４０ａ－Ｍ…アンテナ部， １４１－１～１４１－Ｍ…ＡＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部， １４１ａ－１～１４１ａ－Ｍ…ＤＲｏＦ ＯＥ／ＥＯ変換部， １４２－１～１４２－Ｍ…アンテナ素子

Claims (5)

1. 収容局装置と、複数の無線局装置とが無線通信する光無線通信システムであって、
   前記収容局装置は、
   光伝送路を介して入力した光信号を変換して得られた電気信号を無線により前記無線局装置に送信する処理と、無線により受信した前記無線局装置からの信号を光信号に変換して前記光伝送路に出力する処理とを行う複数のアンテナ部と、
   前記無線局装置宛ての信号の生成処理及び前記無線局装置からの信号の受信処理を行う無線送受信機と、
   前記無線送受信機が生成した前記信号を光信号に変換し、前記光伝送路を介して複数の前記アンテナ部に出力する処理と、複数の前記アンテナ部から前記光伝送路を介して前記無線局装置からの前記信号を入力し、光信号から電気信号に変換して前記無線送受信機に送信する処理とを行う変換部とを備え、
   前記無線送受信機は、
   前記無線局装置それぞれに割り当てたタイムスロットのタイミングを通知する第一信号を生成する信号生成部と、
   前記無線局装置毎に、前記第一信号に対応して前記無線局装置が送信した第二信号の受信時刻と、伝送遅延がないと仮定したときに前記無線局装置が割り当てられた前記タイミングにおいて送信した信号の受信時刻との差分により伝送遅延を算出する伝送遅延算出部と、
   前記伝送遅延算出部が算出した前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延に基づいて、前記無線局装置へ割り当てるタイムスロット間のガードタイムを決定するガードタイム決定部とを備え、
   無線局装置は、
   前記アンテナ部から無線により送信された前記第一信号を受信する受信部と、
   前記第一信号から自装置に割り当てられた前記タイミングの情報を取得し、前記タイミングにおいて前記第二信号を送信するよう制御する制御部と、
   前記制御部の制御に従って前記第二信号を無線により前記収容局装置へ送信する送信部とを備える、
   光無線通信システム。
2. 前記無線送受信機は、前記第一信号の送信、前記第一信号に応じて複数の前記無線局装置それぞれが送信した前記第二信号の受信、前記無線局装置それぞれにおける前記伝送遅延の算出、及び、前記ガードタイムの決定を繰り返す、
   請求項１に記載の光無線通信システム。
3. 前記ガードタイム決定部は、前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延のうち最大の伝送遅延の２倍の値により前記ガードタイムを決定する
   請求項１又は請求項２に記載の光無線通信システム。
4. 複数の無線局装置と無線通信する収容局装置に用いられる無線送受信装置であって、
   前記無線局装置それぞれに割り当てたタイムスロットのタイミングを通知する第一信号を生成し、生成した前記第一信号を電気信号から光信号に変換して複数のアンテナ部に送信する変換部に出力する信号生成部と、
   前記無線局装置毎に、前記第一信号に対応して前記無線局装置が無線により送信し、前記アンテナ部が受信して光信号に変換し、前記変換部が光信号から電気信号に変換した第二信号を受信し、前記第二信号の受信時刻と、伝送遅延がないと仮定したときに前記無線局装置が割り当てられた前記タイミングにおいて送信した信号の受信時刻との差分により伝送遅延を算出する伝送遅延算出部と、
   前記伝送遅延算出部が算出した前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延に基づいて、前記無線局装置へ割り当てるタイムスロット間のガードタイムを決定するガードタイム決定部と、
   を備える無線送受信装置。
5. 収容局装置と、複数の無線局装置とが無線通信する光無線通信システムにおける光無線通信方法であって、
   前記収容局装置において、
   無線送受信機が、前記無線局装置それぞれに割り当てたタイムスロットのタイミングを通知する第一信号を生成する信号生成ステップと、
   変換部が、前記信号生成ステップにおいて生成された前記第一信号を光信号に変換し、光伝送路を介して複数のアンテナ部に送信する第一変換ステップと、
   複数の前記アンテナ部が、前記第一変換ステップにおいて変換された前記第一信号を、前記光伝送路を介して入力し、入力した前記第一信号を光信号から電気信号に変換して無線により前記無線局装置に送信する第一送信ステップと、
   前記無線局装置において、
   無線により送信された前記第一信号を受信する第一受信ステップと、
   前記第一信号から自装置に割り当てられた前記タイミングの情報を取得し、前記タイミングにおいて第二信号を送信するよう制御する制御ステップと、
   前記制御ステップにおける制御に従って前記第二信号を無線により前記収容局装置に送信する第二送信ステップと、
   前記収容局装置において、
   複数の前記アンテナ部が、無線により受信した前記無線局装置から前記第二信号を光信号に変換して前記光伝送路を介して前記変換部に出力する第二受信ステップと、
   前記変換部が、前記第二受信ステップにおいて出力された前記第二信号を、前記光伝送路を介して入力し、入力した前記第二信号を光信号から電気信号に変換して前記無線送受信機に送信する第二変換ステップと、
   前記無線送受信機が、
   前記無線局装置毎に、前記第一信号に対応して前記無線局装置が送信した前記第二信号の受信時刻と、伝送遅延がないと仮定したときに前記無線局装置が割り当てられた前記タイミングにおいて送信した信号の受信時刻との差分により伝送遅延を算出する伝送遅延算出ステップと、
   前記伝送遅延算出ステップにおいて算出した前記無線局装置それぞれの前記伝送遅延に基づいて、前記無線局装置へ割り当てるタイムスロット間のガードタイムを決定するガードタイム決定ステップと、
   を有する光無線通信方法。

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