JP7502680B2 - 無線通信方法、基地局装置、及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信方法、基地局装置、及び無線通信システムの技術に関する。

近年、無線通信の需要の増加に応えるため、マイクロ波帯に比べ広い帯域が利用可能である高周波数帯の活用が注目されている。しかしながら自由空間における伝搬損失は周波数の二乗に比例して増大するため、高周波数帯通信は伝送距離が短くなり、限られたエリアでしか通信を行うことができないという問題がある。この問題を解決する手段としてＲｏＦ（ｒａｄｉｏ ｏｖｅｒ ｆｉｂｅｒ）を活用したシステム（以下、ＲｏＦシステム）が知られている。ＲｏＦシステムでは、集約局においてＲａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ）信号をＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ－Ｏｐｔｉｃａｌ（Ｅ／Ｏ）変換し、変調された光信号を光ファイバを介して張出局に伝送し、張出局でＯｐｔｉｃａｌ－Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ（Ｏ／Ｅ）変換をして取り出したＲＦ信号をアンテナに入力して放射する。ＲｏＦシステムを利用することにより高周波数帯のＲＦ信号を長距離伝送することが可能となる。また、基地局の機能を集約局と張出局に分離し、張出局の機能を削減することで小型化・低消費電力化し設置性を向上させるシステム構成が検討されている（非特許文献１）。

高周波数帯ＲｏＦシステムでは、張出局から放射された電波でカバーできるエリアを拡大するため、アレイアンテナによるビームフォーミングが必要となる。ビームフォーミングの実現手法はいくつか知られているが、そのひとつに各アレイアンテナから送受信される信号の位相を調整し所望の方向に対して電波を強め合うよう制御するものがある。ＲｏＦシステムにおいては、張出局の簡易化の観点から張出局のビームフォーミングの制御を集約局で行う遠隔ビームフォーミングが必要となる。

ＲｏＦシステムにおける遠隔ビームフォーミング手法のひとつとして、特許文献１がある。図６及び図７は、このような遠隔ビームフォーミングの説明図である。

図６において、集約局１２０は、位相制御部１２１及び多重化／逆多重化部１２２を備える。位相制御部１２１の前段において、ＲＦ信号は光信号に変換され、変調された光信号λ_１～λ_ｎが位相制御部１２１に入力される。位相制御部１２１は、ダウンリンク時に、各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎ（ｎは整数）へのＲＦ信号に対してビームフォーミング方向を制御するための位相差αを付加する。多重化／逆多重化部１２２は、ダウンリンク時には、ＲＦ信号で変調された各波長λ_１～λ_ｎの光信号を合成して、ＷＤＭで光ファイバ１４０に送出する。

張出局１３０は、複数のアンテナ素子１３１－１～１３１－ｎからなるアレイアンテナを有している。各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎのＲＦ信号に対して任意の位相差αを与えることで、ビーム方向を制御することができる。

また、張出局１３０は、多重化／逆多重化部１３３及び変換部１３４－１～１３４－ｎを備えている。多重化／逆多重化部１３３は、ダウンリンク時には、集約局１２０から光ファイバ１４０を介して伝送されてきた光信号から、各波長λ_１～λ_ｎの光信号を分離する。そして、変換部１３４－１～１３４－ｎは、ダウンリンク時には、各波長λ_１～λ_ｎの光信号をＯ／Ｅ変換して、各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎに供給する。

この遠隔ビームフォーミング手法は、各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎに対して十分狭い等間隔で波長を等間隔に割り当てることで、各波長の分散は一定とみなすことができる。この例では、各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎと波長λ_１～λ_ｎとが対応付けて割り当てられている。各波長λ_１～λ_ｎの間隔はΔλ（Δλは十分に小さい波長間隔）となっている。そして、各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎへのＲＦ信号に対して位相差αが与えられている。これにより分散によって生じる隣接波長間の光ファイバ伝送時の位相回転差Δβも等間隔となるため、張出局１３０において各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎへのＲＦ信号の位相差が等間隔になる。それにより、集約局１２０で任意の位相差αを与え、これを制御することで、任意の方向にビームを向けることができる。

ここで、図６に示すように、例えば、リニアアレイ構成でｎ本のアンテナ素子１３１－１～１３１－ｎでビームを形成する場合、アンテナ素子１３１－ｉの番号を＃ｉとすると（ｉ＝１，２，…，ｎ）、番号＃ｉのアンテナ素子１３１－ｉの位相θ_ｉは以下のようになる。

式（１）のθ_IはＲＦ信号の初期位相である。よって、隣接する＃（ｉ＋１）のアンテナ素子１３１－（ｉ＋１）との位相差は

となり、全アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎ間で位相差が等間隔となる。

しかしながら、実際には光ファイバ１４０の分散は波長によって異なるため、図７に示すように、張出局１３０における番号＃ｉのアンテナ素子１３１－ｉの位相には誤差φ_ｉが含まれる。このため、各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎ間の位相差にも誤差が生じる。

光ファイバ１４０の分散が波長によって異なるため、式（４）で示すように各アンテナ素子１３１－１～１３１－ｎ間の位相誤差が生じる。この位相誤差による影響は、波長間隔が狭く素子数が少ない場合にはわずかだが、ＲＦ信号が高くなり波長間隔が広がる、もしくは素子数が増えて分散の差が大きくなると大きくなり、ビームが崩れるという課題がある。

位相誤差の原因となる光ファイバにおける分散の補償方法として、分散補償ファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ： ＤＣＦ）を用いる方法とチャープ・ファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ： ＣＦＢＧ）方式を用いる方法が広く知られている。ＤＣＦ方式は伝送に用いる光ファイバと逆の分散特性を持つＤＣＦモジュールを挿入することで、入力端から出力端までの各波長の伝送速度を一定とする方法である。伝送速度が一定となるため光ファイバ伝送時の位相回転も一定となるため、遠隔ビームフォーミング手法におけるビーム崩れを抑止することができる。しかしながら、この手法では、ＤＣＦモジュールは挿入損失が比較的大きいため、伝送損失が少ないという光ファイバの利点を損なう。また、精度よく分散補償をするためには光ファイバ長情報が必要という課題があり、適用が難しい。

ＣＦＢＧ方式は光ファイバ内でブラッグ反射を起こすことで反射による伝搬時間差を起こすことで伝送時間を一定にする方法である。これにより各波長における光ファイバ伝送時の位相回転も一定となるため、遠隔ビームフォーミング手法におけるビーム崩れを抑止することができる。しかしながら、この手法ではブラッグ条件を満たす波長付近の光だけが反射されるため、補償できる波長範囲が狭いという課題があり、適用が難しい。

特開２０２０－１２０２５２号公報

白戸裕史，伊藤耕大，菅瑞紀，後藤和人，俊長秀紀，北直樹，"ＲｏＦ を適用したミリ波ＦＷＡ システムの提案，"信学総大，Ｂ－５－１１２、２０１９年．

特許文献１の遠隔ビームフォーミング手法では、波長間隔の拡大やアンテナ素子数の増大に伴い、波長分散に起因する光ファイバ伝送時に生じる位相誤差によってビームが崩れてしまう。これを抑止するためには光ファイバ伝送時の位相回転を各波長で一定にする必要がある。その方法として光ファイバの分散補償があるが、既存の分散補償技術を適用することは難しいという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、波長分散に起因する光ファイバ伝送時に生じる位相誤差を補償し、遠隔ビームフォーミング手法において波長間隔の拡大やアンテナ素子数の増大を可能とする技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、集約局と張出局とに分離され、前記集約局と前記張出局との間を光ファイバで接続してなる基地局と、端末局との間で無線で情報を伝送する無線通信方法であって、前記端末局は、トレーニング信号を送信し、前記張出局は、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子で前記トレーニング信号を受信し、前記各アンテナ素子で受信したトレーニング信号を波長分割多重で前記光ファイバを介して前記集約局に伝送し、前記集約局は、前記光ファイバを介して伝送されてきた各素子のトレーニング信号から波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、前記各アンテナ素子間の位相差が等間隔になるような補正位相を求め、ビームフォーミングを行うための位相差に前記補正位相を加算して送信を行う無線通信方法である。

本発明の一態様は、集約局と張出局とに分離され、前記集約局と前記張出局との間を光ファイバで接続してなる基地局装置であって、前記張出局は、各アンテナ素子でトレーニング信号を受信するアレイアンテナと、前記各アンテナ素子で受信したトレーニング信号を波長分割多重で前記光ファイバを介して前記集約局に伝送する伝送部を有し、前記集約局は、前記光ファイバを介して伝送されてきた各素子のトレーニング信号から波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、前記各アンテナ素子間の位相差が等間隔になるような補正位相を求める補正位相算出部を有し、前記集約局は、ビームフォーミングを行うための位相差に前記補正位相を加算して送信を行う基地局装置である。

本発明の一態様は、集約局と張出局とに分離され、前記集約局と前記張出局との間を光ファイバで接続してなる基地局と、端末局との間で無線で情報を伝送する無線通信システムであって、前記端末局は、トレーニング信号を送信するトレーニング信号送信部を有し、前記張出局は、各アンテナ素子で前記トレーニング信号を受信するアレイアンテナと、前記各アンテナ素子で受信したトレーニング信号を波長分割多重で前記光ファイバを介して前記集約局に伝送する伝送部を有し、前記集約局は、前記光ファイバを介して伝送されてきた各素子のトレーニング信号から波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、前記各アンテナ素子間の位相差が等間隔になるような補正位相を求める補正位相算出部を有し、前記集約局は、ビームフォーミングを行うための位相差に前記補正位相を加算して送信を行う無線通信システムである。

本発明により、波長分散に起因する光ファイバ伝送時に生じる位相誤差を補償し、遠隔ビームフォーミング手法において波長間隔の拡大やアンテナ素子数の増大をすることが可能となる。

本発明が適用できる無線通信システムの基本構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムにおける集約局及び張出局の概要を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるビーム方向を示す図である。 本発明の第４の実施形態における張出局の変換部の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態における張出局の変換部の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態における張出局の変換部の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係る無線通信システムにおける集約局及び張出局の概要を示すブロック図である。 遠隔ビームフォーミングの説明図である。 遠隔ビームフォーミングの説明図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明が適用できる無線通信システム１の基本構成を示すブロック図である。図１において、基地局１０は、端末局５０と無線通信を行って情報を伝送する。基地局１０は、集約局２０と張出局３０に分離されている。集約局２０と張出局３０との間は、光ファイバ４０を介して接続されている。光ファイバ４０は、波長分割多重（ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ））により、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎに対応する波長に変換された光信号を伝送する。

基地局１０から端末局５０へのダウンリンクの通信では、集約局２０は、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎに対応するＲＦ信号で各波長の光信号を変調し、ＷＤＭで光ファイバ４０を介して張出局３０に伝送する。張出局３０は、光ファイバ４０を介して伝送されてきた各素子の光信号をＯ／Ｅ変換してＲＦ信号に戻し、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎから端末局５０に向けて放射する。

端末局５０から基地局１０へのアップリンクの通信では、端末局５０は張出局３０へ向けて、ＲＦ信号を放射する。張出局３０は、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎで端末局５０からのＲＦ信号を受信する。そして、張出局３０は、受信した各アンテナ素子３１－１～３１－ｎのＲＦ信号で各波長の光信号を変調し、ＷＤＭで光ファイバ４０を介して、集約局２０に伝送する。集約局２０は、光ファイバ４０を介して伝送されてきた各波長の光信号をＯ／Ｅ変換して各素子の受信ＲＦ信号を取得し、受信信号の信号処理を行う。

なお、この例では、基地局１０から端末局５０へのダウンリンクの通信と端末局５０から基地局１０へのアップリンクの通信とでは、集約局２０と張出局３０との間の光ファイバ４０区間では同一の波長を用い、アンテナ素子３１－１～３１－ｎと端末局５０との間の無線区間では同一の無線周波数を用いるものとする。

また、この例では、１つの端末局５０のみを図示しているが、端末局５０は複数あっても良い。また、この例では、１つの基地局１０のみ図示しているが、基地局１０は複数あっても良い。また、この例では、１つの集約局２０と１つの張出局３０とを光ファイバ４０で接続しているが、１つの集約局２０に対して複数の張出局３０を接続しても良い。

このように、本実施形態では、張出局３０には、複数のアンテナ素子３１－１～３１－ｎからなるアレイアンテナが設けられる。集約局２０において、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎに対するＲＦ信号の位相差を制御することにより、ビームの方向を制御できる。

ここで、集約局２０と各アンテナ素子３１－１～３１－ｎの間では、各素子のＲＦ信号は、ＷＤＭにより異なる波長によって光ファイバ４０を介して信号が伝送される。ところが、光ファイバ４０の区間では、異なる波長は異なる分散を持つため、この異なる分散によって位相回転差が生じ、ビーム崩れが生じる可能性がある。

そこで、本実施形態では、端末局５０にトレーニング信号送信部５１が設けられている。また、集約局２０には、補正位相算出部２５が設けられている。

端末局５０は基地局１０にトレーニング信号を送信し、張出局３０は各アンテナ素子３１－１～３１－ｎでトレーニング信号を受信する。そして、張出局３０は、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎで受信したトレーニング信号をＥ／Ｏ変換し、ＷＤＭで光ファイバ４０を介して集約局２０に伝送する。集約局２０の補正位相算出部２５は、光ファイバ４０を介して伝送されてきた各アンテナ素子３１－１～３１－ｎのトレーニング信号から波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎ間の位相差が等間隔になるような補正位相を求める。そして、集約局２０は、所望の方向にビーム制御を行う際に、ビームフォーミングを行うための位相差に補正位相を加算して送信を行う。

＜本実施形態のよるビームフォーミング原理＞
図２は、本実施形態によるアンテナのビームフォーミングの基本原理を示す図である。

集約局２０は、位相制御部２１と、多重化／逆多重化部２２とを有する。張出局３０は、多重化／逆多重化部３３と、ｎ個（ｎは整数）の変換部３４－１～３４－ｎと、ｎ個のアンテナ素子３１－１～３１－ｎを備える。

張出局３０のｎ個のアンテナ素子３１－１，…，３１－ｎに対して、それぞれ相異なる波長λ_１，…，λ_ｎを固定的に対応させる。

波長λ_１，…，λ_ｎは、十分に小さい波長間隔で等間隔に配置されているものとする。つまり、十分に小さい波長間隔Δλについて、λ_ｉ＝λ_１＋（ｉ－１）Δλ（ｉ＝１，…，ｎ）が成立しているものとする。波長間隔が十分に小さいため、各波長λ_１，…，λ_ｎについて分散値が等しいとみなすことができる。さらに、波長間隔が等間隔であるので、波長λ_１，…，λ_ｎの光信号が同一距離だけ光ファイバを伝送したとき、波長分散による遅延差も等間隔とみなすことができる。

集約局２０は、波長λ_１，…，λ_ｎの光を同一のＲＦ信号により変調した光変調信号を光ファイバ４０に伝送する前に、各素子に対応するＲＦ信号に（ｉ－１）α＋ψ_ｉを加算する。このψ_ｉについては後述する。

集約局２０の多重化／逆多重化部２２は、位相制御部２１が位相調整した波長λ_１，…，λ_ｎの光変調信号を波長多重し、１本の光ファイバ４０により張出局３０まで伝送する。

張出局３０の多重化／逆多重化部３３は、張出局３０と集約局２０との間で光ファイバ４０を介して光信号の入出力を行う際の伝送部となる。具体的に、多重化／逆多重化部３３は、光ファイバ４０を伝送した波長λ_１，…，λ_ｎの光変調信号を固定的に分岐し、波長λ_ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）の光変調信号をアンテナ素子３１－ｉに対応した変換部３４－ｉに向けて出力する。波長λ_１，…，λ_ｎの光変調信号はそれぞれ、変換部３４－１，…，３４－ｎによりＯ／Ｅ変換され、アンテナ素子３１－１，…，３１－ｎからＲＦ信号として放射される。

なお、図６に示す構成では、張出局３０から放射する送信ＲＦ信号のビーム方向は、図３に示すようになる。アンテナ素子３１－１，…，３１－ｎが等間隔ｄで配列されているとする。すなわち、アンテナ素子３１－ｉとアンテナ素子３１－（ｉ＋１）との間隔はｄである。また、各アンテナ素子３１の送信ビーム方向をτ、送信ＲＦ信号の波長をλ_ＲＦ１とする。この場合、以下の式を満たす方向に送信ビームが形成される。図２に示される構成においても、集約局２０は、位相差αを制御しながらビームを走査することで、ビーム方向を制御できる。

前述したように、本実施形態では、端末局５０は基地局１０へトレーニング信号を送信し、集約局２０はトレーニング信号を用いて、波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、この位相差を基に、補正位相を算出する。

すなわち、集約局２０は、アンテナ素子３１－１～３１－ｎの素子間の位相差が等間隔になると想定して、位相差αを制御しながらビームを走査する。通信相手となる端末局５０は、最適なビーム方向となるαを基地局１０に通知する。この時、端末局５０は、通知信号にトレーニング信号を付加して送信する。集約局２０では受信したトレーニング信号から、位相誤差を含む各アンテナ素子３１－１～３１－ｎの素子間の位相差を取得することができる。集約局２０は、取得したアンテナ素子３１－１～３１－ｎ間の位相差から、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎの素子間の位相差が（θ_２－θ_１）となるような補正位相ψ_ｉを求め信号伝送の際に加算する。

取得した素子間の位相差から、各素子間の位相差が（θ_２－θ_１）となるような補正位相ψ_ｉを求め信号伝送の際に加算すると、位相補償後のアンテナ素子ｉの位相θ'ｉは

となり、位相誤差を補償し素子間の位相差を等間隔にすることができる。ここで、Δβ、φ_２、φ_１は定数であるため、αを制御することで任意の方向にビームを形成することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、集約局２０は端末局５０から送られてくるトレーニング信号を用いて波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、アンテナ素子３１－１～３１－ｎの素子間の位相差が等間隔になるような補正位相を求めている。ビームフォーミングを行う際に、集約局２０は、トレーニング信号から求められた補正位相を加算することで、位相誤差の影響を排除して、ビーム崩れを抑止することができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、端末局５０からの通知信号に付加されたトレーニング信号を用いて位相誤差補償を行ったが、ビームサーチとトレーニング信号の受信を同時に行ってもよい。つまり、端末局５０は連続的にトレーニング信号を送信し、集約局２０はビームサーチ（αを走査）しながらトレーニング信号を受信する。集約局２０は、受信したトレーニング信号の位相情報とその時の位相差αから式（３）～式（６）に従い位相誤差補償を行う。

＜第３の実施形態＞
第１の実施形態では、ダウンリンクとアップリンクでは、光ファイバ４０の区間では同じ波長を用い、アンテナ素子３１－１～３１－ｎと端末局５０との間の無線区間では同じ周波数を用いるシステムを想定していたが、ダウンリンクとアップリンクとで無線区間で異なる無線周波数を用いてもよい。光ファイバ伝送時の位相回転は光信号の波長に依存するため、無線区間で異なる周波数を用いた場合でも、第１の実施形態と同様に、式（３）～式（６）に従い位相誤差補償を行うことができる。

＜第４の実施形態＞
第１の実施形態では、ダウンリンクとアップリンクでは、光ファイバ４０の区間では同じ波長を用い、アンテナ素子３１－１～３１－ｎと端末局５０との間の無線区間では同じ周波数を用いるシステムを想定していたが、ダウンリンクとアップリンクとで光ファイバ４０の区間で異なる波長を用いるシステムにも適用可能である。

ここで、トレーニング信号の伝送には信号伝送と同じ波長を用いる必要がある。第１の実施形態では、端末局５０から基地局１０へのアップリンクと基地局１０から端末局５０へのダウンリンクとで同じ波長を用いているので、端末局５０から送られてくるアップリンクのトレーニング信号を基に、基地局１０から端末局５０へのダウンリンクの位相補正量を算出できる。ところが、この第４の実施形態では、ダウンリンクとアップリンクとで波長が異なっているため、端末局５０から送られてくるアップリンクのトレーニング信号からでは、基地局１０から端末局５０へのダウンリンクの位相補正量を算出できない。

そこで、第４の実施形態では、アップリンクのトレーニング信号を、ダウンリンクの位相補償で使われる波長と同一の波長で伝送できるような仕組みを持たせている。

図４（Ａ）～図４（Ｃ）は、第４の実施形態における張出局３０の変換部３４－ｉの構成を示すブロック図である。図４（Ａ）～図４（Ｃ）に示す構成により、張出局３０のＥ／Ｏ変換で、端末局５０から受信したＲＦ信号をアップリンク信号伝送に用いる波長と、位相補償用のトレーニング信号取得に用いる波長の２つの波長で切り替えて変調できる。

図４（Ａ）は、アップリンクのＲＦ信号の伝送に用いる波長と位相補償用のトレーニング信号取得に用いる波長とのそれぞれに対応したレーザー（ＬＤ）６３ａ及び６３ｂを用意しておき、各波長の光信号を変調器６２で変調してＥ／Ｏ変換を行うものである。スイッチ６４により、用途に応じてレーザー６３ａ及び６３ｂが切り替えられる。これにより、トレーニング信号をダウンリンク時の波長と同一の波長で伝送できる。なお、ダウンリンクではトレーニング信号を送る必要はないので、ダウンリンク用のＯ／Ｅ変換器６１の構成には変更はない。

図４（Ｂ)は、可変レーザー（ｔｕｎａｂｌｅ ＬＤ）７３を設け、コントローラ７４により用途により出力波長を変更し、各波長の光信号を変調器７２で変調してＥ／Ｏ変換を行うものである。これにより、トレーニング信号をダウンリンク時の波長と同一の波長で伝送できる。なお、ダウンリンクではトレーニング信号を送る必要はないので、ダウンリンク用のＯ／Ｅ変換器７１の構成には変更はない。

図４（Ｃ）は、それぞれの波長に対応したＥ／Ｏ変換器８２ａ及び８２ｂを用意しておき、用途によりスイッチ８３で切り替えるものである。これにより、トレーニング信号をダウンリンク時の波長と同一の波長で伝送できる。なお、ダウンリンクではトレーニング信号を送る必要はないので、ダウンリンク用のＯ／Ｅ変換器８１の構成には変更はない。

以上のような仕組みによって、アップリンクとダウンリンクどちらの伝送においても式（３）～式（６）に従い位相誤差補償を行うことができる。

＜第５の実施形態＞
第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせて、ダウンリンクとアップリンクでは、光ファイバ４０の区間では異なる波長を用い、アンテナ素子３１－１～３１－ｎと端末局５０との間の無線区間では異なる周波数を用いるシステムにも適用可能である。

＜第６の実施形態＞
第１の実施形態では、ＲＦ信号を用いて光信号を変調するＲｏＦ構成を想定していたが、ＲＦ信号をＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＩＦ）信号に周波数変換してから光伝送を行うＩＦ ｏｖｅｒ ｆｉｂｅｒ（ＩＦｏＦ）構成においても適用可能である。図５は、本発明の第６の実施形態に係る無線通信システムにおける集約局２０及び張出局３０の概要を示すブロック図である。図５では、各素子のＲＦ信号に対して、ミキサ３５－１～３５－ｎとローカル発振器３６とが設けられる。ミキサ３５－１～３５－ｎとローカル発振器３６により、ＲＦ信号がＩＦ信号に周波数変換される。

すなわち、ダウンリンクの通信では、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎ毎に波長分割多重で光ファイバ４０を介して伝送されてきたＩＦ信号は、変換部３４－１～３４－ｎでＯ／Ｅ変換された後、ミキサ３５－１～３５－ｎによりＲＦ信号に周波数変換されて、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎに供給される。また、アップリンクの通信では、各アンテナ素子３１－１～３１－ｎで受信したＲＦ信号は、ミキサ３５－１～３５－ｎによりＩＦ信号に周波数変換され、変換部３４－１～３４－ｎでＥ／Ｏ変換された後、ＷＤＭで光ファイバ４０を介して集約局２０に伝送される。

ＩＦｏＦ構成の場合でも周波数変換前後で信号の位相は保存されるため、ＩＦ信号で式（３）～式（６）に従い位相誤差補償を行うことでＲＦ信号においても位相誤差補償がされた信号でビーム形成が可能である。

なお、ＩＦｏＦ構成では波長分散による光ファイバ伝送時の位相誤差に加えて、周波数変換のためのローカル発振器３６の供給経路の経路長誤差によっても位相誤差が生じる。しかしながら、ローカル発振器３６の供給経路の経路長誤差によって生じる位相誤差も式（３）のφｉに包含することができるため、本発明を適用することでどちらの位相誤差も補償しビーム崩れを抑止することができる。

＜第７の実施形態＞
第３の実施形態と第４の実施形態と第６の実施形態を組み合わせて、ダウンリンクとアップリンクでは、光ファイバ区間では異なる波長を用い、無線区間では異なる周波数を用いるＩＦｏＦシステムにも適用可能である。

＜第８の実施形態＞
トレーニング信号の受信ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が低い場合は、複数回トレーニング信号を受信し平均化した信号を用いることでトレーニング信号のＳＮＲを改善し精度のよい位相誤差補償が可能となる。

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。

本発明は、遠隔ビームフォーミングを行う無線通信方法に適用可能である。

１０…基地局、２０…集約局、２１…位相制御部、２２…多重化／逆多重化部、２５…補正位相算出部、３０…張出局、３１－１～３１－ｎ…アンテナ素子、３３…多重化／逆多重化部、３４…変換部、３５…ミキサ、３６…ローカル発振器、４０…光ファイバ、５０…端末局、５１…トレーニング信号送信部

Claims (10)

1. 集約局と張出局とに分離され、前記集約局と前記張出局との間を光ファイバで接続してなる基地局と、端末局との間で無線で情報を伝送する無線通信方法であって、
   前記端末局は、トレーニング信号を送信し、
   前記張出局は、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子で前記トレーニング信号を受信し、前記各アンテナ素子で受信したトレーニング信号を波長分割多重で前記光ファイバを介して前記集約局に伝送し、
   前記集約局は、前記光ファイバを介して伝送されてきた各素子のトレーニング信号から波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、前記波長間における位相誤差を含んだ位相差を基に、前記各アンテナ素子間の位相差が等間隔になるような補正位相を求め、ビームフォーミングを行うための位相差に前記補正位相を加算して送信を行う無線通信方法。
2. 前記集約局は、ビームフォーミングを行うための位相差を変化させながら前記各アンテナ素子に波長分割多重で前記光ファイバを介して信号を伝送し、
   前記端末局は、ビーム方向が最適になると、前記トレーニング信号を基地局に送信する請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記集約局は、ビームフォーミングを行うための位相差を変化させながら前記各アンテナ素子に波長分割多重で前記光ファイバを介して信号を伝送し、
   前記端末局は、前記トレーニング信号を連続的に基地局に送信する請求項１に記載の無線通信方法。
4. 前記基地局から前記端末局へのダウンリンクの通信と、前記端末局から前記基地局へのアップリンクの通信とで、同一の無線周波数を用いる請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の無線通信方法。
5. 前記基地局から前記端末局へのダウンリンクの通信と、前記端末局から前記基地局へのアップリンクの通信とで、異なる無線周波数を用いる請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の無線通信方法。
6. 前記基地局から前記端末局へのダウンリンクの通信と、前記端末局から前記基地局へのアップリンクの通信とで、各アンテナ素子に対して同一の波長を用いて波長分割多重を行う請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の無線通信方法。
7. 前記基地局から前記端末局へのダウンリンクの通信と、前記端末局から前記基地局へのアップリンクの通信とで、各アンテナ素子に対して異なる波長を用いて波長分割多重を行う請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の無線通信方法。
8. 前記張出局は、ダウンリンクの通信では、各アンテナ素子毎に波長分割多重で前記光ファイバを介して伝送されてきたＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に周波数変換して各アンテナ素子に供給し、
   アップリンクの通信では、前記各アンテナ素子で受信したＲＦ信号をＩＦ信号に周波数変換して、各アンテナ素子毎に波長分割多重で前記光ファイバを介して前記集約局に伝送する請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の無線通信方法。
9. 集約局と張出局とに分離され、前記集約局と前記張出局との間を光ファイバで接続してなる基地局装置であって、
   前記張出局は、各アンテナ素子でトレーニング信号を受信するアレイアンテナと、前記各アンテナ素子で受信したトレーニング信号を波長分割多重で前記光ファイバを介して前記集約局に伝送する伝送部を有し、
   前記集約局は、前記光ファイバを介して伝送されてきた各素子のトレーニング信号から波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、前記波長間における位相誤差を含んだ位相差を基に、前記各アンテナ素子間の位相差が等間隔になるような補正位相を求める補正位相算出部を有し、
   前記集約局は、ビームフォーミングを行うための位相差に前記補正位相を加算して送信を行う基地局装置。
10. 集約局と張出局とに分離され、前記集約局と前記張出局との間を光ファイバで接続してなる基地局と、端末局との間で無線で情報を伝送する無線通信システムであって、
    前記端末局は、トレーニング信号を送信するトレーニング信号送信部を有し、
    前記張出局は、各アンテナ素子で前記トレーニング信号を受信するアレイアンテナと、前記各アンテナ素子で受信したトレーニング信号を波長分割多重で前記光ファイバを介して前記集約局に伝送する伝送部を有し、
    前記集約局は、前記光ファイバを介して伝送されてきた各素子のトレーニング信号から波長間における位相誤差を含んだ位相差を取得し、前記波長間における位相誤差を含んだ位相差を基に、前記各アンテナ素子間の位相差が等間隔になるような補正位相を求める補正位相算出部を有し、
    前記集約局は、ビームフォーミングを行うための位相差に前記補正位相を加算して送信を行う無線通信システム。

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