WO2020031602A1 - 無線通信装置および通信制御方法 - Google Patents

無線通信装置および通信制御方法 Download PDF

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WO2020031602A1
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compression
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高野　裕昭
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ソニー株式会社
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    • H04W88/085—Access point devices with remote components

Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless communication device and a communication control method.
  • a base station system that provides a wireless service includes a baseband processing unit (BBU; Base @ Band @ Unit) that processes a baseband signal, and a wireless unit (RRH; Remote) that transmits and receives radio waves from an antenna. Radio @ Head) is the mainstream.
  • BBU Base @ Band @ Unit
  • RRH wireless unit
  • Radio @ Head is the mainstream.
  • Documents that disclose such a separated base station include, for example, Patent Documents 1 and 2.
  • the BBU when the BBU is arranged on a cloud base on the network and the RRH is a simple configuration including an antenna, an RF circuit, and an AD / DA converter, the number of antennas is particularly small. It is important how to reduce the amount of data in the case of an increase.
  • a new and improved wireless communication capable of effectively reducing the amount of data between the RRH and the BBU in a configuration of a separated base station in which a BBU is arranged on a cloud base on a network.
  • a device and a communication control method are proposed.
  • the antenna device includes: an antenna element arranged two-dimensionally; and an arrangement unit that arranges IQ data of a signal output from the antenna element at each time while maintaining the arrangement of the antenna element.
  • a wireless communication device is provided.
  • a wireless communication apparatus including: a beam forming unit that performs a beam forming process on data.
  • a communication control method including:
  • acquiring IQ data of signals output from two-dimensionally arranged antenna elements performing compression processing on the IQ data, and setting the IQ data before the compression processing.
  • Performing a beamforming process on the data a communication control method is provided.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a RAN.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an NR. It is explanatory drawing which shows the example of arrangement
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing that data of a plurality of RRHs is aggregated by a switch before a BBU. It is an explanatory view showing a format of an I / Q data container.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of an RRH according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of an RRH according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example in which data after AD conversion is stored as two-dimensional complex data. It is explanatory drawing which shows the example of an antenna element. It is explanatory drawing which shows the example of a storage of the data derived from a different polarization in a container.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a transmission order in an optical fiber.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the meaning of compressing a signal of an array antenna.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration in which a beamforming process is performed after an FFT (fast Fourier transform) in a BBU.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of an RRH 100 and a BBU 200 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of an RRH 100 and a BBU 200 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a format example of a weight vector.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state in which data of a plurality of users is multiplexed.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a scheduling example.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of an RRH 100 and a BBU 200 according to the embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of data transmitted from a BBU to an RRH. It is explanatory drawing which shows the example of the indicator which outputs to RRH from BBU. It is explanatory drawing which shows the example of the indicator which outputs to RRH from BBU.
  • the mainstream is a separated type base station that is separated into a baseband processing unit (BBU) that processes a baseband signal and a radio unit (RRH) that transmits and receives radio waves from an antenna.
  • BBU baseband processing unit
  • RRH radio unit
  • a general-purpose interface such as the CPRI (Common Public Radio Interface) standard is defined.
  • the baseband processing unit is also called a radio control device (Radio @ Equipment @ Controller: REC), and the radio unit is also called a radio device (Radio @ Equipment: RE).
  • user data also referred to as U-plane data, a digital baseband signal, or a data signal
  • IQ In-phase and quadrature
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the RAN.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the NR.
  • EPC Evolved Packet Core
  • a feature of NR is that high-speed, large-capacity communication is realized using a frequency band from 6 GHz to 100 GHz.
  • the cellular system is composed of RAN and CN. Most of the cost of a cellular system is required in the RAN part. This is because, compared to CN, the number of units to be installed is thousands, which is very large. It is considered that the level of CN is several tens.
  • Base stations require a great deal of computer cost. However, the number of terminals connected to each base station changes with time. Not all base stations always use the maximum processing power. Therefore, if the capability of the computer of the base station can be shared among a plurality of base stations, the cost of the computer can be reduced. Also, the power consumed by the base station can be reduced.
  • the base station is composed of an analog part composed of an antenna and an RF circuit, an AD / DA converter arranged at the boundary between the analog part and the digital part, and a digital part for performing complicated digital signal processing.
  • the digital part can be constituted by an FPGA (Field Programmable Gate Array) or a DSP (Digital Signal Processor), but can also be processed by a general-purpose computer.
  • C-RAN Cloud RAN, Centralized RAN, Clean RAN
  • Cloud RAN Centralized RAN, Clean RAN
  • the function of the base station is separated into two, RRH and BBU.
  • the antenna, the RF circuit, and the AD / DA converter are arranged on the RRH, and the PHY / MAC digital signal processing portion of the other digital section is arranged on the BBU.
  • C-RAN processes the BBU part in the cloud.
  • the BBU portion arranged in the cloud can process the BBUs of a plurality of base stations by a common server, the cost of the base station can be reduced. Since a general-purpose processing server corresponding to the processing amount required for a plurality of base stations may be prepared, low cost can be realized.
  • base stations need to be located in many places.
  • the range covered by one base station becomes narrower, and it is required to arrange a large number of base stations. For this reason, there is a great demand for a further reduction in the cost of the RRH.
  • FIG. 3 shows a conceptual diagram in which a BBU is arranged in a server in a house, and an RRH is connected to a part of an outdoor antenna unit by a front hole which is an optical fiber.
  • the BBU is connected to the core network by an optical fiber serving as a backhaul.
  • the optical fiber is a typical example, and can be replaced with ADSL or wireless communication.
  • Table 1 shows examples of RRH functions
  • Table 2 shows examples of BBU functions.
  • the front hole is between RRH and BBU, and the backhaul is between BBU and S-GW.
  • the fronthaul is an interface required by separating a base station into RRH and BBU.
  • the front hall may be connected wirelessly, it is usually connected via a wired optical interface.
  • the communication speed required for the conventional fronthaul is a number generally said to be about 10 Gbps.
  • data flowing through the backhaul interface is a bit string determined from the signal points on the I / Q axis.
  • the information amount of data flowing to the backhaul interface is a bit string determined by integrating signals from a plurality of antennas, and thus remains at a maximum of several Gbps.
  • the backhaul becomes an interface between a gateway (S-GW in EPC terms) that bundles a plurality of base stations.
  • the switch at the preceding stage of the S-GW needs to bundle information from several tens to several thousands of base stations, and therefore requires a processing capacity of several terabits / s. Therefore, although data processing in the core network is not easy, the processing speed can be reduced by placing the BBU on the cloud side and offloading traffic. On the other hand, in the front hall, a speed of about 10 Gbps is required even with one line at present. Therefore, the front hall becomes a critical point.
  • the data transfer rate required at the fronthaul depends on the number of AD / DA converters. Usually, the AD converter often requires a larger number of bits than the DA converter. For example, if the AD converter expresses a waveform with 10 bits, the DA converter expresses the waveform with 8 bits. Naturally, as the number of bits of the AD converter increases, the data transfer rate required for the fronthaul increases.
  • the sampling rate of the AD converter also affects the data transfer rate.
  • the frequency bandwidth operated by the RAN is 20 MHz
  • an AD converter of 40 Msps (sampling @ per @ second) is required. This is due to the sampling theorem that sampling must be performed at twice the frequency being handled. Since a wide frequency bandwidth such as 1 GHz is assumed in the NR of 5 G, the sampling frequency required for the AD converter is 2 Gsps.
  • the next factor is the number of component carriers.
  • a maximum of 32 1 GHz wide component carriers (Component @ Career; CC) can be used. This is called carrier aggregation. As the number of component carriers increases, the burden on the front hall increases accordingly.
  • the next factor is the number of AD converters. For example, when there are 30 antennas, 30 AD converters are required.
  • Table 3 summarizes factors that affect the transfer speed of the fronthaul.
  • a DA / AD converter corresponding to all the antennas may be required. This is called Full Digital Antenna architecture.
  • the degree of freedom of the directivity of the antenna is the largest. Different antennas may have different directivities for different frequencies.
  • Analogue / Digital Hybrid Antenna architecture As shown in FIG. 4, the number of branches that can digitally adjust both the amplitude and the phase can be reduced by connecting to a plurality of antennas via a phase shifter that can adjust only the phase in the analog section. This is the architecture. Considering the effect on the front hall, it is desirable to use Hybrid Antenna Architecture that can reduce the number of branches.
  • Table 4 shows the required fronthaul throughput for each use case in consideration of the Hybrid Antenna architecture described above.
  • the speed of a normal Ethernet (registered trademark) cable is about 1 Gbps.
  • the maximum speed as a service is 1 Gbps. This is considered to be due to the fact that connection to an Ethernet (registered trademark) cable may not be able to be used effectively even at speeds of 1 Gbps or higher.
  • the optical fiber itself can transfer at 10 Gbps in the case of the time-division multiplexing method, and 10 Gbps when using the wavelength-division multiplexing method or multilevel modulation. It is considered that 10 Gbps is the maximum value as actually used commercially. Therefore, the communication speed that can be used for the fronthaul is 10 Gbps when a dedicated optical fiber is drawn in an outdoor RRH, and 1 Gbps when the RRH is drawn in a home. Of course, it is conceivable that communication at a higher speed can be used for the fronthaul.
  • Option 1 is 614.4 Mbit / s
  • Option 10 is a fronthaul capable of transmitting 24.33 Gbit / s. Basically, it specifies how to receive a synchronization signal and how to multiplex I / Q data by TDM, and does not specify how to reduce the number of signals to be transmitted.
  • the I / Q bit string itself defines one antenna and one carrier as an I / Q bit string (AxC container).
  • a plurality of antennas and component carriers are realized by multiplexing the AxC container.
  • CPRI is not a standard in 3GPP, it is defined as applicable to 3GPP. In the future, CPRI may be taken in for studying the 3GPP standard and standardized.
  • reception data and transmission data of base station In many cases, data received by the base station requires a larger data amount than data transmitted.
  • the present embodiment is applicable to both reception and transmission of the base station, but first, the technology will be described using the signal flow on the reception side of the base station. The reason is that the radio signal processing generally requires a larger signal processing capability on the receiving side, and the C-RAN is essentially aimed at reducing the signal processing on the receiving side. This is because it is important to explain with the processing of (1).
  • the access speed to the memory is 10 GB / s and the access speed to the HDD is 100 MB / s
  • a method of storing data in the hard disk and transferring the data to the cloud later using the fronthaul is used.
  • a method of preparing a different hard disk for, for example, one CC or one DA converter will be required.
  • the cost due to the memory becomes extremely large. Therefore, basically, it is less burdensome for the RRH to sequentially transmit data to the cloud using a wired network while processing data with the RRH.
  • the RRH stores information from AD converters corresponding to a plurality of antenna elements corresponding to one time in one container.
  • the RRH according to the present embodiment creates a data structure of the front hall by arranging the containers in time series. Correlated signals received by a plurality of antenna elements are stored in the same container by RRH, so that there is an advantage that compression is easy before storing in a container. Also, when processing data on the BBU side of the cloud, it is easier to process when information on a plurality of antenna elements arrives at the same time. This is because it is possible to solve the disadvantage that it is necessary to wait for data of a plurality of antenna elements when performing antenna signal processing on the BBU side.
  • the two-dimensional array antenna has a configuration in which antenna elements are arranged in a vertical direction and a horizontal direction.
  • the input of radio waves to each antenna element only has a different phase, and basically the same signal arrives. This is true when the signal source is far enough compared to the spacing between the elements of the antenna (called far solution approximation).
  • the phase difference between the antennas differs for each signal source.
  • the phase difference between the antennas is reduced. It can be compressed in an inclusive form.
  • the I / Q information is arranged like pixels of video data while maintaining the two-dimensional structure, and
  • the information of Q is packed in a container so as to keep the time, that is, data at different times becomes a two-dimensional image at different times.
  • two-dimensional discrete Fourier transform for image-based compression.
  • the input data to the two-dimensional discrete Fourier transform can be given as a complex number
  • two-dimensional complex data can be obtained from the data in which the antennas are arranged two-dimensionally. After the two-dimensional complex data is subjected to the two-dimensional Fourier transform, the low-frequency components are extracted, so that the data can be compressed.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the RRH according to the embodiment of the present disclosure.
  • the RRH 100 shown in FIG. 7 includes a two-dimensional array antenna 110, an RF circuit 120, an AD converter 130, a two-dimensional data generator 140, a data compressor 150, and an E / O converter 160.
  • the two-dimensional array antenna 110 is an antenna in which an antenna for receiving a radio wave from a terminal as a communication partner or transmitting a radio wave toward the terminal is arranged in an array. Is an analog circuit that executes a reception process on a signal received by the array antenna 110 of FIG.
  • the RF circuit 120 may include a mixer, a filter, an amplifier, and the like.
  • the AD converter 130 is a circuit that converts an analog signal output from the RF circuit 120 into a digital signal.
  • the two-dimensional data generator 140 generates two-dimensional complex data as described later from the data output by the AD converter 130.
  • the data compression unit 150 performs a compression process on the two-dimensional complex data generated by the two-dimensional data creation unit 140. At this time, the data compression unit 150 performs compression in consideration of the correlation between the antenna elements of the two-dimensional array antenna 110. Then, the E / O converter 160 converts the electric signal into an optical signal for transmission from the RRH to the BBU via an optical fiber.
  • FIG. 8 shows an example in which data after AD conversion from antennas arranged two-dimensionally is stored as two-dimensional complex data by the two-dimensional data creation unit 140.
  • D (i, j) indicates that the data is I / Q data corresponding to the i-th data in the vertical direction and the j-th data in the horizontal direction.
  • the data in FIG. 8 is the data of the two-dimensional antenna at one time
  • the data in FIG. 8 arranged in time series is a series of data.
  • the division of the container may be as shown in FIG. 8, or may be packed in the container at regular intervals.
  • the certain period of time is a unit of time of one sample of the AD converter.
  • the compression algorithm in the data compression unit 150 is informed of the number of vertical and horizontal images (4 ⁇ 4 in the example of FIG. 8). That becomes the interface between the container block (two-dimensional data creation unit 140) and the compression function (data compression unit 150).
  • This notification itself may be set as a configuration of the base station or may be set as a standard.
  • the connection between the antenna and the analog circuit may be changed in one RRH.
  • the RRH 100 rearranges the containers according to the change and notifies the BBU of the size of the array antenna array. That is, the RRH 100 may use only a part of the data from the two-dimensional array antenna 110 and store the data in the container by the two-dimensional data creation unit 140. Thereby, the BBU can decompress the compressed data even when the connection between the antenna and the analog circuit is changed in the RRH.
  • N antenna elements of 5G NR are arranged in the horizontal direction and M antenna elements in the vertical direction, N ⁇ M antenna elements are required as shown in FIG.
  • a method of preparing another set of N ⁇ M antenna elements using polarization may be used.
  • Antenna elements with different polarization planes are located at approximately the same location. It may be considered that two antenna elements for receiving different polarized waves are arranged at each of the N ⁇ M antenna elements.
  • Such an antenna is called a cross-polarized antenna.
  • a method of storing I / Q data in a container in such an antenna configuration will be described.
  • the RRH 100 stores data derived from different polarizations in a container so as not to be mixed with each other.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of storing data derived from different polarizations in a container. When an operation such as compression is applied to the stored data, the operation is performed separately so that data derived from different polarizations are not mixed.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the order of transmission in the optical fiber when transmitting from the RRH 100 to the BBU 200.
  • an optical fiber in a system called a single core, data is transmitted sequentially. Therefore, data is transmitted from the RRH 100 to the BBU 200 via the optical fiber in the order as shown in FIG.
  • FIG. 12 illustrates the meaning of compressing the signal of the array antenna.
  • FIG. 12 shows a one-dimensional array antenna for the sake of simplicity.
  • signals that are the same but differ only in the phase difference based on the optical path difference length can be received by the array antenna. Therefore, in the case of FIG. 12, even if the number of antennas is large, there are essentially only two different signals, and even if there are many antennas, there are only two signals. That is, the data after the AD conversion includes a redundant signal.
  • the RRH 100 can efficiently compress the data while maintaining the antenna structure by applying the compression algorithm. Further, even if signals arriving from different directions arrive at resource blocks having different frequencies, the data compression unit 150 can compress the signal blocks while leaving these signal components.
  • beamforming realized in the analog domain can use only beams in the same direction at the same time, even at different frequencies.
  • beamforming is realized only in the digital domain. That is, as described above, since beamforming is performed in the frequency domain, it is possible to apply a beam having different directivity for each frequency.
  • the number of AD converters corresponding to the number of branches (N in the example of FIG. 4) is maintained until the beamforming process is applied to the data after AD conversion. It is necessary to handle I / Q data.
  • a beamforming process is located after an FFT (Fast Fourier Transform).
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing a configuration in which a beam forming process is performed after an FFT (Fast Fourier Transform) in a BBU.
  • the BBU 200 shown in FIG. 13 includes an O / E conversion unit 210, a data decompression unit 220, a fast Fourier transform unit 230, a beam forming unit 240, and a control unit 250.
  • the O / E converter 210 converts an optical signal sent from the RRH 100 via an optical fiber into an electric signal.
  • the data decompression unit 220 decompresses the data compressed by the RRH 100 and restores the data.
  • the fast Fourier transform unit 230 performs a fast Fourier transform process on the data restored by the data decompression unit 220.
  • the beamforming unit 240 performs the beamforming process on the data after the fast Fourier transform process has been performed by the fast Fourier transform unit 230.
  • the control unit 250 executes the basic functions of the BBU 200.
  • the basic functions of the BBU 200 include, for example, data decoding, scheduling, and QOS control.
  • the beamforming process by the beamforming unit 240 is specifically a multiplication process of antenna weights, and a process of multiplying the received data after the AD converter by the antenna weights (I / Q complex numbers) corresponding to each branch. It is. Therefore, the fronthaul has to carry I / Q data by the number of AD converters corresponding to the number of branches.
  • the beamforming process is performed in the time domain, that is, before the FFT for the base station used for the C-RAN.
  • the beamforming process (antenna weight multiplication process) is performed immediately after the AD converters substantially corresponding to the number of antenna elements.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration example of the RRH 100 and the BBU 200 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the beam forming unit 145 that performs the beam forming process is provided after the I / Q bit string generation block of the RRH 100 and before the data compression unit 150. Come.
  • the RRH 100 according to the embodiment of the present disclosure can reduce the amount of data to be transferred by performing beamforming processing at this position. For example, even when the RRH 100 has 200 antennas, if the MIMO data of one layer of one user is taken out, the data becomes one AD converter. That is, the RRH 100 according to the embodiment of the present disclosure can reduce the data amount to 1/200 by performing the beamforming process in the time domain.
  • control may be performed such that the base station does not perform multiplexing in the frequency direction by scheduling. .
  • the base station broadcasts the system information in advance to notify the terminal that the restriction of not performing multiplexing in the frequency direction is given to the terminal.
  • the antenna weighting coefficient used in the beamforming process is notified from the BBU 200 to the RRH 100. This is because the BBU 200 knows in which direction beamforming is required at each time. Therefore, the block diagram of the RRH 100 and the BBU 200 is as shown in FIG. 15 in consideration of notifying the antenna weight.
  • the RRH 100 is provided with an O / E converter 170
  • the BBU 200 is provided with an E / O converter 260.
  • the control unit 250 notifies the RRH 100 of information on the antenna weighting factor via the E / O conversion unit 260.
  • information on the antenna weight notified from BBU 200 is sent from O / E conversion section 170 to beamforming section 145. Thereby, the RRH 100 can obtain information on the antenna weight from the BBU 200.
  • the signal output from the antenna is multiplied by the weight coefficient of the array antenna to extract this different signal source.
  • the compression algorithm can also compress the signal in the time direction of one signal source.
  • beams in five directions can be used simultaneously on the same sample.
  • One beam at that time is a beam corresponding to the same direction over the entire frequency band. Therefore, it is possible to handle beams in a plurality of directions.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing a format example of a weight vector used in the beam forming process.
  • the weight vector does not change from sample to sample.
  • the same weight vector is used for about several hundred samples. Therefore, when an effective weight vector is being transmitted from the base station to the terminal, the enable signal is set to 1 as shown in FIG.
  • the beam is processed in the time domain (before FFT).
  • the antenna configuration is such that 32 digital circuits are connected to eight analog Phase ⁇ shifters.
  • the analog Phase shifter can adjust only the phase.
  • Eight digital circuits can adjust both amplitude and phase.
  • the adjustment of the analog phase shifter is also performed at the RRH stage (in the time domain and before the FFT), but the control line for the phase adjustment comes from the BBU.
  • a signal that has been roughly subjected to analog beam processing becomes eight digital signals.
  • the BBU performs antenna signal processing on the eight digital signals. It is a feature of the present embodiment that the control of the phase shifter of the analog part is controlled from the BBU.
  • beamforming composed of Phase shifter cannot process beams in different directions using resources with different frequencies, so it is necessary to process data facing one terminal within a specific time. become.
  • the SN of the received data is originally bad and the transmitted signal is data of a low-order modulation method such as QPSK instead of 256QAM, there is no problem even if the I / Q data is largely compressed. There are many. Conventionally, there is no information on how much compression is possible, and compression cannot be performed efficiently.
  • the present embodiment is characterized in that an indicator relating to compression is transmitted from the BBU to the RRH.
  • ⁇ ⁇ ⁇ Data arrives at the base station in a state where data of a plurality of users are multiplexed. Therefore, a signal arriving at the same time often includes data of a plurality of users.
  • one user may be transmitting data using QPSK, while another user may be transmitting data using 256QAM.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram showing a state in which data of a plurality of users is multiplexed.
  • FIG. 17 shows how data of different modulation schemes and coding rates from a plurality of users are multiplexed in the frequency direction. If the beamforming process is performed in the BBU, a large amount of data needs to be transmitted from the RRH to the BBU.
  • the data in the RRH is I / Q data, and the user cannot be separated at that stage. Therefore, since the I / Q data uniformly uses only QPSK, it cannot be said that the data can be largely compressed.
  • the scheduler in the MAC (Media Access Control) of the BBU performs scheduling so that different modulation schemes and coding rates are not assigned to resource blocks of different frequencies at the same time.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example in which scheduling is performed so that different modulation schemes and coding rates are not assigned to resource blocks of the same time and different frequencies. Then, the BBU notifies the RRH of information on the modulation scheme and coding rate of I / Q data corresponding to each resource block.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a functional configuration example of the RRH 100 and the BBU 200 according to the present embodiment.
  • the BBU 200 notifies the RRH 100 of information on the modulation scheme and the coding rate for the I / Q bit string at a granularity corresponding to a resource block.
  • the RRH 100 can optimally perform compression using the information notified from the BBU 200.
  • the scheduler 252 in the MAC (control unit 250) of the BBU 200 may notify the RRH 100 of information on a representative modulation scheme and coding rate in resource blocks of the same time and of different frequencies.
  • the representative modulation scheme or coding rate may be, for example, a modulation scheme or coding rate capable of transmitting data with the largest amount of information.
  • the RRH 100 selects a compression ratio that does not increase noise excessively for the 64QAM coding rate 3/4 resource block, and compresses the I / Q bit sequence.
  • the information notified from the BBU 200 to the RRH 100 may be, for example, an indicator relating to compression and having a predetermined number of bits.
  • the indicator relating to compression is composed of 3 bits. Then, the BBU 200 may notify the RRH 100 of an indicator regarding compression as information that 0 is the highest compression ratio and 7 is the lowest compression ratio.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing an example of information of an indicator notified from the BBU 200 to the RRH 100.
  • the BBU 200 thus generates information on the compression ratio for each resource block and notifies the RRH 100 of the information.
  • the RRH 100 performs a compression process on the I / Q bit string using the information on the compression ratio sent from the BBU 200.
  • One base station may simultaneously multiplex data of a plurality of users into resource blocks of the same time and the same frequency by spatial multiplexing.
  • the BBU 200 not only considers the modulation scheme and the coding rate of different resource blocks included in different frequencies in one time, but also uses multi-user MIMO (MU-MIMO) to assign different users to one resource.
  • MU-MIMO multi-user MIMO
  • An indicator related to compression is notified in consideration of the situation multiplexed in the block.
  • the amount of data flowing to a communication path (for example, an optical fiber) between the RRH 100 and the BBU 200 increases, and when a large amount of data is accumulated in a buffer mounted on the RRH 100, the RRH 100 Send a buffer status report.
  • a communication path for example, an optical fiber
  • the MAC scheduler mounted on the BBU 200 allocates the modulation scheme to the uplink resources permitted to the terminal. Is set to a low modulation scheme such as QPSK instead of 64QAM. Further, the scheduler may perform control such as limiting the number of terminals to be spatially multiplexed by MU-MIMO.
  • FIG. 21 is a flowchart showing an operation example of the RRH 100 and the BBU 200 according to the present embodiment.
  • the BBU 200 notifies a terminal about uplink scheduling (step S101).
  • the terminal transmits uplink data based on the scheduling notified from the BBU 200 (Step S102).
  • the RRH 100 generates an I / Q bit sequence from the data received from the terminal, and further compresses the generated I / Q bit sequence (step S103).
  • the RRH 100 After compressing the I / Q bit string, the RRH 100 checks the buffer status (step S104). If a large amount of data is accumulated in the buffer, the RRH 100 transmits a buffer status report to the BBU 200 (step S105). ).
  • the RRH 100 transmits the uplink data including the compressed I / Q bit sequence to the BBU 200 (Step S106).
  • the BBU 200 When the BBU 200 receives the uplink data from the RRH 100, the BBU 200 decompresses the received uplink data and executes a baseband process on the decompressed data (Step S107).
  • the BBU 200 notifies the terminal about the uplink scheduling in consideration of the buffer status report transmitted to the BBU 200 by the RRH 100 (step S108).
  • a plurality of RRHs are constantly receiving data from terminals. Sending an I / Q bit string generated by AD-converting all the received data to the BBU should be avoided as much as possible because the data amount is large. This is because, as shown in FIG. 5, a plurality of RRH data may cause a congestion at the switch.
  • the transmission power of the received signal may be very small.
  • MTC Machine Type Commination
  • the RRH acquires a command to acquire an I / Q from the BBU only when data is being received from the BBU.
  • the BBU scheduler notifies the RRH of such a command. For example, if there is meaningful data, the BBU notifies the RRH of 1; if it has no meaning, the BBU notifies the RRH of 0. Since the data itself is transmitted and received as a resource block, it actually becomes 1 or 0 at a break between resource blocks.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram showing an example of data sent from the BBU to the RRH.
  • FIG. 22 shows a case where one OFDM corresponds to a unit of a resource block in the time direction. What is shown here is a case where uplink data exists or does not exist for each OFDM.
  • CoMP Coordinatd Multi-Point
  • a plurality of RRHs cooperate to transmit and receive data.
  • the three RRHs shown in FIG. 5 operate in cooperation, the uplink signals of one terminal are simultaneously received by the three RRHs, the received signals are transferred to the BBU, and the three signals are transmitted by the BBU.
  • This is a technique for improving the quality of reception by combining signals of two RRHs.
  • whether CoMP is performed with two RRHs or CoMP is performed with three RRHs differs depending on the situation. In such a case, transferring the I / Q data obtained in all the RRHs to the BBU wastefully uses the resources of the fronthaul.
  • the resources of the fronthaul are effectively used as follows.
  • RRH-1 When there is one RRH (referred to as RRH-1) to which UL is assigned by the scheduler, and no such scheduling information is output from the other two RRHs (referred to as RRH-2 and RRH-3). think of.
  • RRH-2 and RRH-3 the other two RRHs
  • the uplink data transmitted from the terminal is transmitted to the RRH-2 and RRH- at the timing when the uplink resource is allocated to the RRH-1 by the scheduler. 3 must also be received.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram illustrating an example of an enable signal output from the BBU to the RRH.
  • uplink resource that may or may not have an uplink signal.
  • the uplink resources where there may be uplink signals are shown in Table 5 below.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating an example of an indicator that is output from the BBU to the RRH.
  • FIG. 23 also shows an enable signal indicating a resource that ensures that uplink data arrives.
  • FIG. 23 shows an uncertain enable signal as an indicator that indicates the location of a resource where uplink data may come.
  • the uncertain enable signal is a signal that becomes 1 at the resource location where the data shown in Table 5 arrives.
  • the RRH determines that the I / Q data generated by the reception is not transferred to the BBU when the reception level is equal to or lower than a predetermined threshold value in the uplink resource for which the uncertain enable signal is 1. Can be. In order to realize this processing by RRH, it is desirable not to multiplex a resource to which uplink data is likely to come and a resource to which uplink data is known to surely come in the frequency direction.
  • RRH May follow scheduling towards resources for which it is known that uplink data will come reliably.
  • FIG. 24 is an explanatory diagram showing an example of an indicator output from the BBU to the RRH.
  • FIG. 24 shows that a resource to which uplink data is likely to come and a resource to which uplink data is known to surely come are multiplexed at the same time, for example, in the frequency direction (FDM multiplexing). It is an example of the indicator in the case of having done.
  • the enable signal and the uncertain enable signal are high at the same time.
  • the RRH performs the receiving process according to the scheduling of the resource for which the uplink data is known to come reliably, that is, according to the enable signal.
  • the RRH executes a process for reducing the amount of data transmitted to the BBU.
  • the processing for reducing the data amount includes compression of the I / Q bit string and selection of data to be transferred.
  • the RRH can acquire various information related to the reduction of the data amount from the BBU.
  • the RRH can execute a process for reducing the amount of data transmitted to the BBU based on information acquired from the BBU.
  • an operator or a user can arrange low-cost base stations in various places. Further, the operator can provide the user with a stable and inexpensive wireless communication environment by promoting effective use of the frequency. Then, the user can enjoy a service provided by a stable and inexpensive wireless communication environment.
  • the two-dimensional data creation unit 140 according to the present embodiment can function as an example of an arrangement unit according to the present disclosure.
  • the data compression unit 150 according to the present embodiment may function as an example of the compression unit according to the present disclosure.
  • each step in the processing executed by each device in this specification does not necessarily have to be processed in chronological order in the order described as a sequence diagram or a flowchart.
  • each step in the processing executed by each device may be processed in an order different from the order described in the flowchart, or may be processed in parallel.
  • a computer program for causing hardware such as a CPU, a ROM, and a RAM built in each device to exhibit the same function as the configuration of each device described above can be created.
  • a storage medium storing the computer program can be provided. Further, by configuring each functional block shown in the functional block diagram by hardware, a series of processing can be realized by hardware.
  • Antenna elements arranged two-dimensionally An arrangement unit that arranges IQ data of a signal output from the antenna element at each time while maintaining the arrangement of the antenna element;
  • a wireless communication device comprising: (2) The wireless communication device according to (1), further including a compression unit that performs a compression process on the two-dimensional IQ data arranged by the arrangement unit. (3) The wireless communication device according to (2), wherein the arrangement unit notifies the compression unit of information on the size of the two-dimensional array. (4) The wireless communication device according to (2) or (3), wherein the compression unit performs compression in consideration of a correlation between the antenna elements.
  • the antenna elements have different polarization planes
  • the wireless communication device acquires information about a weight coefficient used in the beamforming process from another device.
  • the beam forming unit includes: a notifying unit that notifies a device that performs wireless communication with the own device of information indicating that only a beam forming process in the same direction is to be performed at the same time resource; The wireless communication device according to (9).
  • the wireless communication device (11) The wireless communication device according to (10), wherein the notification unit notifies the information as system information.
  • the beamforming unit uses the same information on the weight coefficient over a predetermined number of samples.
  • a compression unit that performs compression processing on IQ data of a signal output from the antenna element;
  • a beam forming unit that performs a beam forming process on the IQ data before the compression process by the compression unit;
  • a wireless communication device comprising: (14) The wireless communication device according to (13), wherein the beamforming unit acquires information about a weight coefficient used in the beamforming process from another device.
  • the beamforming unit includes: a notification unit configured to notify information that only the beamforming process in the same direction is to be performed in the resource at the same time to a device that performs wireless communication with the own device.

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Abstract

２次元に配列されたアンテナ素子（１１０）と、前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを、前記アンテナ素子の配列を保った状態で時刻毎に配置する配置部（１４０）と、を備える、無線通信装置（１００）が提供される。

Description

無線通信装置および通信制御方法
　本開示は、無線通信装置および通信制御方法に関する。
　現在、無線サービスを提供する基地局システムの構成として、ベースバンド信号を処理するベースバンド処理部（ＢＢＵ；Ｂａｓｅ　Ｂａｎｄ　Ｕｎｉｔ）と、アンテナから電波を送信したり受信したりする無線部（ＲＲＨ；Ｒｅｍｏｔｅ　Ｒａｄｉｏ　Ｈｅａｄ）とに分離した形態の分離型基地局が主流となっている。そのような分離型基地局を開示した文献として、例えば特許文献１、２などがある。
特開２０１８－１４６９７号公報 特開２０１８－２３０３５号公報
　このような分離型基地局の構成のうち、ＢＢＵをネットワーク上のクラウドベースに配置し、ＲＲＨを、アンテナ、ＲＦ回路、およびＡＤ／ＤＡ変換器という簡易な構成とした場合に、特にアンテナ数が増大した場合のデータ量をどのように抑えるかが重要となる。
　そこで、本開示では、ＢＢＵをネットワーク上のクラウドベースに配置した分離型基地局の構成においてＲＲＨとＢＢＵとの間のデータ量を効果的に削減することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置及び通信制御方法を提案する。
　本開示によれば、２次元に配列されたアンテナ素子と、前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを、前記アンテナ素子の配列を保った状態で時刻毎に配置する配置部と、を備える、無線通信装置が提供される。
　また本開示によれば、２次元に配列されたアンテナ素子と、前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータに対する圧縮処理を実行する圧縮部と、前記圧縮部による圧縮処理の前に、前記ＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行するビームフォーミング部と、を備える、無線通信装置が提供される。
　また本開示によれば、２次元に配列されたアンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを取得することと、前記ＩＱデータを、前記アンテナ素子の配列を保った状態で時刻毎に配置することと、を含む、通信制御方法が提供される。
　また本開示によれば、２次元に配列されたアンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを取得することと、前記ＩＱデータに対する圧縮処理を実行することと、前記圧縮処理の前に、前記ＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行することと、を含む、通信制御方法が提供される。
　以上説明したように本開示によれば、ＢＢＵをネットワーク上のクラウドベースに配置した分離型基地局の構成においてＲＲＨとＢＢＵとの間のデータ量を効果的に削減することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置及び通信制御方法を提供することが出来る。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
ＲＡＮの概略構成を示す説明図である。 ＮＲの概略構成を示す説明図である。 ＲＲＨとＢＢＵの配置例を示す説明図である。 Analogue/Digital　Hybrid　Antenna　architectureを示す説明図である。 複数のＲＲＨのデータをＢＢＵの前のスイッチで集約することを示す説明図である。 Ｉ／Ｑのデータコンテナのフォーマットを示す説明図である。 本開示の実施の形態に係るＲＲＨの構成例を示す説明図である。 ＡＤ変換後のデータを２次元の複素データとして格納する例を示す説明図である。 アンテナ素子の例を示す説明図である。 異なる偏波に由来するデータのコンテナへの格納例を示す説明図である。 光ファイバー内での送信の順番の例を示す説明図である。 アレーアンテナの信号を圧縮することの意味について説明するための説明図である。 ＢＢＵにおいてＦＦＴ（高速フーリエ変換）の後段にビームフォーミング処理を行う構成を示す説明図である。 本開示の実施の形態に係るＲＲＨ１００とＢＢＵ２００の機能構成例を示す説明図である。 本開示の実施の形態に係るＲＲＨ１００とＢＢＵ２００の機能構成例を示す説明図である。 重みベクトルのフォーマット例を示す説明図である。 複数のユーザのデータが多重された状態を示す説明図である。 スケジューリング例を示す説明図である。 本実施形態に係るＲＲＨ１００とＢＢＵ２００の機能構成例を示す説明図である。 ＢＢＵ２００からＲＲＨ１００に通知するインジケータの情報の例を示す説明図である。 本実施形態に係るＲＲＨ１００及びＢＢＵ２００の動作例を示す流れ図である。 ＢＢＵからＲＲＨに送られるデータの例を示す説明図である。 ＢＢＵからＲＲＨに出力するインジケータの例を示す説明図である。 ＢＢＵからＲＲＨに出力するインジケータの例を示す説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．本開示の実施の形態
　　１．１．経緯
　　１．２．実施形態の説明
　　１．３．
　２．まとめ
　＜１．本開示の実施の形態＞
　［１．１．経緯］
　本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、本開示の実施の形態の経緯について説明する。
　上述したように、ベースバンド信号を処理するベースバンド処理部（ＢＢＵ）と、アンテナから電波を送信したり受信したりする無線部（ＲＲＨ）とに分離した形態の分離型基地局が主流となっている。ここで、ベースバンド処理部と無線部との間のインターフェースとして、たとえば、ＣＰＲＩ（Common　Public　Radio　Interface）規格などの汎用インターフェースが定義されている。ＣＰＲＩ規格において、ベースバンド処理部は無線制御装置（Radio　Equipment　Controller：ＲＥＣ）とも呼ばれ、無線部は無線装置（Radio　Equipment：ＲＥ）とも呼ばれる。また、ＣＰＲＩ規格において、無線制御装置と無線装置との間で伝送されるユーザデータ（Ｕ－ｐｌａｎｅデータ、デジタルベースバンド信号、データ信号とも称呼する）はＩＱ（In-phase　and　Quadrature）データとも呼ばれる。
　（New　Radio　AccessとNew　Coreについて）
　３ＧＰＰ（Third　Generation　Partnership　Project）では、ＬＴＥ（Long　Term　Evolution）というＲＡＮ（Radio　Access　Network）の後継として、ＮＲ（New　Radio　Access）が検討されている。図１は、ＲＡＮの概略構成を示す説明図である。図２は、ＮＲの概略構成を示す説明図である。またＥＰＣ（Evolved　Packet　Core）というコアネットワーク（ＣＮ）の後継として、Ｎｅｗ　Ｃｏｒｅが検討されている。
　ＮＲの特徴は、６ＧＨｚ以上１００ＧＨｚまでの周波数帯を用いて、高速大容量の通信を実現することである。セルラーシステムは、ＲＡＮとＣＮで構成される。セルラーシステムの費用の大部分は、ＲＡＮ部分で必要となる。ＣＮと比べて、設置する台数が数千台となり、非常に数が多いからである。ＣＮの方は、数十台のレベルであると考えられる。
　（Ｃ－ＲＡＮについて）
　基地局は、非常に多くの計算機コストを必要とする。しかし、各基地局に接続する端末の数は、時間とともに変化する。全ての基地局で、処理能力の最大値を常に使用しているわけではない。従って、基地局の計算機の能力を複数の基地局間で共用することができれば、計算機のコストを下げることが可能になる。また、基地局で消費する電力を削減することもできる。
　基地局は、アンテナとＲＦ回路とからなるアナログ部分、アナログ部分とデジタル部分境界に配置されるＡＤ／ＤＡ変換器，複雑なデジタル信号処理を行うデジタル部分で構成されている。デジタル部分は、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）やＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）で構成することも可能であるが、汎用の計算機で処理することも可能になってきている。
　Ｃ－ＲＡＮ（Ｃｌｏｕｄ　ＲＡＮ、Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ＲＡＮ、Ｃｌｅａｎ　ＲＡＮ）は、ネットワーク側のサーバを使って膨大な計算量を処理することができるＲＡＮである。
　上述したように、基地局の機能をＲＲＨとＢＢＵの２つに分離した場合を考える。例えば、アンテナとＲＦ回路とＡＤ／ＤＡ変換器をＲＲＨに配置し、それ以外のデジタル部のＰＨＹ／ＭＡＣのデジタル信号処理部分をＢＢＵに配置する。ＢＢＵの部分をクラウドで処理するのがＣ－ＲＡＮである。
　クラウドに配置するＢＢＵの部分は、複数の基地局のＢＢＵを共通のサーバで処理することができるので、基地局のコストを下げることができる。複数の基地局に必要な処理量に対応する汎用の処理サーバを用意すればいいので、低コストが実現できる。
　一方、基地局は多くの場所に配置される必要がある。特に、使用する周波数が高くなってくると、一台の基地局がカバーする範囲が狭くなり、非常に多くの基地局を配置することが求められる。そのため、ＲＲＨのより一層の低コスト化が非常に求められている。
　以上より、将来のセルラーネットワークは、Ｃ－ＲＡＮのＲＲＨとＢＢＵで構成される可能性が高いといえる。図３に、家屋内には、サーバの中にＢＢＵを配置して、屋外のアンテナユニットの部分にＲＲＨを光ファイバーであるフロントホールで接続している概念図を示す。ＢＢＵは、コアネットワークとバックホールである光ファイバーで繋がっている。もちろん、光ファイバーは、典型的な例であり、ＡＤＳＬや無線通信で置き換えることも可能である。
　表１にＲＲＨの機能の例を、表２にＢＢＵの機能の例を、それぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（フロントホールとバックホール）
　図３に示すように、ＲＲＨとＢＢＵの間がフロントホールであり、ＢＢＵとＳ－ＧＷの間がバックホールになる。フロントホールは、基地局をＲＲＨとＢＢＵに分離することにより必要となったインターフェースである。フロントホールを無線で接続することもあるが、通常は、有線の光インターフェースで接続する。
　従来のフロントホールに求められる通信速度は、１０Ｇｂｐｓ程度が一般的に言われている数字である。フロントホールでは、ＡＤ変換後、またはＤＡ変換前のデータを転送する必要があり、Ｉ／Ｑ軸の信号点のままデータを転送する必要があり、そのため、フロントホールのインターフェースに必要とされるデータ転送速度は大きい。
　一方、バックホールのインターフェースに流れるデータは、Ｉ／Ｑ軸の信号点から判定したビット列である。バックホールのインターフェースに流れるデータの情報量は、複数のアンテナからの信号を総合して判定したビット列になるため、最大でも数Ｇｂｐｓに留まる。バックホールは、複数の基地局を束ねるゲートウェイ（ＥＰＣの言葉だとＳ－ＧＷ）との間のインターフェースになる。
　従って、Ｓ－ＧＷの前段のスイッチは、数１０から数１０００もの基地局からの情報を束ねる必要があるため、数テラｂｉｔ／ｓの処理能力が必要となる。よって、コアネットワークの中のデータ処理も決して楽ではないが、ＢＢＵをクラウド側に置き、トラフィックのオフロードを行うことにより、処理速度を減らすことができる。一方、フロントホールでは、１本の線で、現状でも、１０Ｇｂｐｓ程度の速度が求められる。従ってフロントホールがクリティカルポイントとなる。
　（フロントホールで求められるデータ転送速度）
　フロントホールで求められるデータ転送速度は、ＡＤ／ＤＡ変換器の数に依存する。通常は、ＡＤ変換器の方がＤＡ変換器よりも多くのビット数を必要とすることが多い。例えば、ＡＤ変換器が１０ビットで波形を表現するとしたら、ＤＡ変換器は８ビットで波形を表現する。当然、ＡＤ変換器のビット数が増えていくと、フロントホールに求められるデータ転送速度は増加していく。
　また、ＡＤ変換器のサンプリングレートもデータ転送速度に影響を与える。ＲＡＮでオペレーションしている周波数帯域幅が２０ＭＨｚの時には、４０Ｍｓｐｓ（sampling　per　second）のＡＤ変換器が必要となる。これは、扱っている周波数の２倍の周波数でサンプリングする必要があるというサンプリング定理によるものである。５ＧのＮＲでは、１ＧＨｚ等の広帯域の周波数帯域幅が想定されているので、ＡＤ変換器に求められるサンプリング周波数は２Ｇｓｐｓになる。
　次に影響を与えるのが、コンポーネントキャリアの数である。１ＧＨｚ幅のコンポーネントキャリア（Component　Career；ＣＣ）を最大で３２個使用することができる。これをキャリアアグリゲーションという。コンポーネントキャリアの数が増えれば、その分だけフロントホールへの負担が増加する。
　次に影響を与えるのが、ＡＤ変換器の数である。例えばアンテナが３０本ある場合には、３０個のＡＤ変換器が必要となる。
　表３に、フロントホールの転送速度に影響を与える要素をまとめている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３によると、フロントホールの転送速度は、１２×２Ｇ×３２×３２＝２４Ｔｂｐｓが最大で必要となってしまう。
　（Hybrid　Antenna　architectureについて）
　例えば、２５６本のアンテナを基地局が備える場合に、その全てのアンテナに対応したＤＡ／ＡＤ変換機が必要な場合がある。これをFull　Digital　Antenna　architectureという。この場合は、全てのアンテナの振幅と位相をデジタル領域で調整することが可能となるので、アンテナの指向性の自由度は一番大きい。異なる周波数毎に異なるアンテナの指向性を持たせることもできる。
　しかしこの方法は、ＲＦの回路も増大し、ＡＤ／ＤＡ変換機も多く必要とする。さらに、デジタル領域での信号処理量も増大する。
　そこで、考えられたのが、Analogue/Digital　Hybrid　Antenna　architectureである。図４に示すように、アナログ部で、位相だけを調整できる位相調整器（phase　shifter）を介して複数のアンテナにつなぐことにより、デジタル的に振幅／位相の両方を調整できるブランチの数を減らすというアーキテクチャである。フロントホールへの影響を考えると、ブランチ数を減らすことができるHybrid　Antenna　architectureを使用することが望ましい。
　（様々なユースケース）
　ここでは、上述のHybrid　Antenna　architectureも考慮して、ユースケース毎に必要なフロントホールのスループットを表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　通常のイーサネット（登録商標）ケーブルの速度は、１Ｇｂｐｓ程度である。また、家庭まで光ファイバーが引かれているが、サービスとしての最大速度は、１Ｇｂｐｓである。これは、イーサネット（登録商標）ケーブルと接続することを考えると、１Ｇｂｐｓ以上の速度を出しても有効に活用出来ない可能性があるからだと考えられる。
　現状では、家庭内やオフィス内で許容できるフロントホールの速度は、１Ｇｂｐｓ程度であるといえる。従って、現状では、ユースケース１のみがＣ－ＲＡＮを実現できる。もちろん、それ以外のユースケースで、以下で説明する技術を適用できないわけではない。
　光ファイバー自体の能力は、時分割多重方式の場合は１０Ｇｂｐｓ、波長分割多重方式や多値変調を使用すると１０Ｔｂｐｓでの転送が可能である。実際に商用で使用されているものとしては、１０Ｇｂｐｓが最大値と考えられる。従って、屋外のＲＲＨに専用の光ファイバーを引く場合には１０Ｇｂｐｓ、家庭内にＲＲＨを引く場合には１Ｇｂｐｓがフロントホールに使用できる通信速度となる。もちろん、それ以上の速度での通信をフロントホールに使用できることも考えられる。
　（Common　Public　Radio　Interface（ＣＰＲＩ））
　ＣＰＲＩの規格が存在する。Ｏｐｔｉｏｎ１は、６１４．４Ｍｂｉｔ／ｓであり、Ｏｐｔｉｏｎ１０は、２４．３３Ｇｂｉｔ／ｓを送信可能なフロントホールになっている。基本的に、どのように同期信号を来るか、Ｉ／ＱデータをどのようにＴＤＭで多重するかを規定しているものであり、どのように送信すべき信号を減らすかの規格ではない。
　Ｉ／Ｑのビット列自体は、１つのアンテナ、１つのキャリアのものをＩ／Ｑのビット列（ＡｘＣコンテナ）にして定義している。複数のアンテナとコンポーネントキャリアのものは、このＡｘＣコンテナを多重することで行っている。なおＣＰＲＩは３ＧＰＰでの規格ではないが、３ＧＰＰに適用可能と規定されており、将来的には、ＣＰＲＩを３ＧＰＰの規格検討のために取り込んで、規格化される可能性がある。
　（基地局の受信データと送信データについて）
　基地局が受信するデータの方が送信するデータよりも大きなデータ量を必要とする場合が多い。本実施形態は、基地局の受信と送信のどちらにも適用可能であるが、まずは、基地局の受信側の信号の流れを用いて技術を説明していく。この理由は、無線信号処理は、一般的に受信側の方が大きな信号処理能力を必要とし、Ｃ－ＲＡＮは、本質的に受信側の信号処理の削減を狙ったものといえるため、受信側の処理で説明することが重要であると考えるからである。
　まとめると、フロントホールに求められるバックホールとの間のデータ転送量を減らしたい。ＲＲＨが生成するデータ全てを転送できる光ファイバーが仮に存在したとしても、図５に示すように、複数のＲＲＨのデータをＢＢＵの前のスイッチで集約することから、このスイッチでデータパケットが輻輳すると、パケットロスを引き起こす。従って、各ＲＲＨがＢＢＵへ送信するデータ量を減らすことが常に求められている。
　前提として、メモリへのアクセス速度を１０ＧＢ／ｓ、ＨＤＤへのアクセス速度を１００ＭＢ／ｓとした場合、ハードディスクへデータを溜め込んでおいて、後でフロントホールを使ってクラウドへデータを転送するという方法を採る場合には、例えば１ＣＣ分や１ＤＡ変換器分毎に、異なるハードディスクを用意する等の方法が必要となるだろう。アクセス速度がＨＤＤより速いメモリを使ってデータを溜めるという方法もあるが、メモリによるコストが非常に大きくなる。従って、基本的には、ＲＲＨでデータを処理しながら、有線ネットワークを使用してクラウドへ順次送信してしまった方が、ＲＲＨの負担は少ない。
　そこで、本実施形態では、以下で説明するように、ＲＲＨがＢＢＵへ送信するデータ量を効果的に削減し、ＲＲＨの処理負担を軽減させるための技術を説明する。
　［１．２．実施形態の説明］
　（１．Ｉ／Ｑのデータコンテナのフォーマット）
　１つのアンテナ、１つのコンポーネントキャリアに対応するビット列を一つの処理単位であるコンテナとして定義すると、図６に示すように、異なるアンテナ間の関係が完全に分離される。異なるアンテナで受信するデータに相関があることを用いて圧縮をすることを考えると、複数のアンテナの情報を一つのコンテナに格納した方が、圧縮アルゴリズムにより情報を圧縮し易い。
　本実施形態では、ＲＲＨは、１つの時刻に対応する複数のアンテナ素子に対応するＡＤ変換器からの情報を１つのコンテナに格納する。そして本実施形態に係るＲＲＨは、このコンテナを時系列的に並べることにより、フロントホールのデータ構造を作る。複数のアンテナ素子で受信した相関のある信号は、ＲＲＨで同じコンテナに格納されるため、コンテナに格納する前に圧縮がしやすいというメリットがある。また、クラウドのＢＢＵ側でデータを処理する場合も、複数のアンテナ素子の情報が同時刻に届いた方が処理しやすい。ＢＢＵ側でアンテナ信号処理を行う時に、複数のアンテナ素子のデータを待つ必要があったという欠点を解決することができるからである。
　２次元アレーアンテナは、アンテナ素子が垂直方向と水平方向に配置された構成を有する。各アンテナ素子への電波の入力は、位相が異なっているだけであり、基本的に同じ信号が到来する。これは、信号発生源がアンテナの素子間の間隔に比べて十分に遠い場合に成り立つ（遠方解近似という）。
　従って、アンテナ素子間の情報を情報圧縮アルゴリズムで圧縮することが可能になる。信号発生源が到来する方向により、信号発生源ごとにアンテナ間の位相の差が異なることになるが、例えば、通常の動画像の圧縮に用いられる圧縮アルゴリズムを用いると、アンテナ間の位相差を包含した形で圧縮することができる。
　本実施形態では、２次元アレーアンテナのようにアンテナ素子を２次元に配置した場合には、その２次元構造を保ったままＩ／Ｑの情報を映像データの画素のように配置し、Ｉ／Ｑの情報を、時刻を保つように、すなわち、異なる時刻のデータは異なる時刻の２次元画像となるようにコンテナに詰めていく。
　ここで、画像にはＩ／Ｑという概念はないが、画像系の圧縮は、２次元離散フーリエ変換を基本とする方法がある。この場合、２次元離散フーリエ変換への入力データは、複素数で与えることができるので、アンテナを２次元に配置したデータからは、２次元の複素データが得られる。２次元の複素データを２次元フーリエ変換した後に、低周波数成分を取り出すことにより、データの圧縮が可能となる。
　図７は、本開示の実施の形態に係るＲＲＨの構成例を示す説明図である。図７に示したＲＲＨ１００は、２次元のアレーアンテナ１１０、ＲＦ回路１２０、ＡＤ変換部１３０、２次元データ作成部１４０、データ圧縮部１５０、Ｅ／Ｏ変換部１６０を含んで構成される。
　２次元のアレーアンテナ１１０は、通信相手となる端末からの電波を受信したり、端末に向けて電波を送信したりするアンテナがアレー状に配置されたものである、ＲＦ回路１２０は、２次元のアレーアンテナ１１０が受信した信号に対する受信処理を実行するアナログ回路である。ＲＦ回路１２０は、ミキサ、フィルタ及びアンプなどを含んでもよい。
　ＡＤ変換部１３０は、ＲＦ回路１２０が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。２次元データ作成部１４０は、ＡＤ変換部１３０が出力するデータから、後述するような２次元の複素データを生成する。データ圧縮部１５０は、２次元データ作成部１４０が生成した２次元の複素データに対する圧縮処理を実行する。この際、データ圧縮部１５０は、２次元のアレーアンテナ１１０のアンテナ素子間の相関を考慮して圧縮する。そしてＥ／Ｏ変換部１６０は、電気信号を、ＲＲＨから光ファイバーでＢＢＵに送信するために光信号に変換する。
　図８は、２次元に配置されたアンテナからのＡＤ変換後のデータを、２次元データ作成部１４０によって２次元の複素データとして格納する例を示す。D(i,j)は、垂直方向のi番目、水平方向のj番目に対応したＩ／Ｑデータであることを示している。
　図８のデータは、１つの時間での２次元アンテナのデータになるため、この図８のデータを時系列的に並べたものが一連のデータになる。コンテナの区切りは、図８に示したようなものにしても良いし、一定程度の時間ごとにコンテナに詰めても良い。ここで一定程度の時間とは、ＡＤ変換器の１サンプルの時間が単位である。
　ここで重要なのは、データ圧縮部１５０での圧縮アルゴリズムに対して、縦横の画像数（図８の例でいうと、４×４）という情報を伝えることである。それが、コンテナブロック（２次元データ作成部１４０）と圧縮機能（データ圧縮部１５０）との間のインターフェースになる。この通知自体は、基地局のコンフィギュレーションとして設定しても良いし、規格として定めても良い。
　なお、１つのＲＲＨの中では、アナログ回路の数が限られている。そのため、１つのＲＲＨの中で、アンテナとアナログ回路の接続を変更する場合がある。ＲＲＨ１００は、その場合に、アレーアンテナの水平方向と垂直方向のアンテナ数も変化するため、その変化に対応してコンテナを組み換え、そのアレーアンテナの配列のサイズをＢＢＵに通知する。すなわち、ＲＲＨ１００は、２次元のアレーアンテナ１１０からのデータの内、一部のデータだけを用いて、２次元データ作成部１４０によってコンテナに格納しても良い。これによりＢＢＵでは、ＲＲＨの中で、アンテナとアナログ回路の接続を変更した場合でも、圧縮されたデータを解凍することができる。
　（２．偏波を用いたアンテナシステムに対応したコンテナへの格納方法）
　５Ｇ　ＮＲのアンテナ素子は、水平方向にＮ、垂直方向にＭ個のアンテナ素子を配置した場合には、図９に示したようにＮ×Ｍ個のアンテナ素子が必要となる。加えて、偏波を用いて、さらにもう一組のＮ×Ｍ個のアンテナ素子を用意する方法が用いられる場合がある。異なる偏波面を有するアンテナ素子は、ほぼ同一の場所に置かれる。Ｎ×Ｍ個のアンテナ素子のそれぞれの場所には、異なる偏波を受信するアンテナ素子が２つ配置されていると考えても良い。そのようなアンテナはクロス偏波アンテナと呼ばれる。このようなアンテナ構成の場合のＩ／Ｑデータのコンテナへの格納方法を説明する。
　本実施形態に係るＲＲＨ１００は、異なる偏波に由来するデータは、互いに混じり合わないようにコンテナに格納する。図１０は、異なる偏波に由来するデータのコンテナへの格納例を示す説明図である。この格納されたデータに圧縮等の操作を加える場合も、異なる偏波に由来するデータが混じり合わないように別々に行う。
　図１１は、ＲＲＨ１００からＢＢＵ２００に送信する際の、光ファイバー内での送信の順番の例を示す説明図である。光ファイバーにおいて、シングルコアと呼ばれる方式では、データをシーケンシャルに送信している。従って、図１１に示したような順番で、データがＲＲＨ１００からＢＢＵ２００に、光ファイバーを介して送信される。
　図１２で、アレーアンテナの信号を圧縮することの意味について説明する。図１２では、説明を簡単にするために、１次元アレーアンテナの図を示している。２つの異なる信号が送信され、一つの信号を異なるアンテナで受信する場合、信号は同一であるが、光路差長に基づいた位相差のみ異なる信号がアレーアンテナで受信できる。したがって、図１２の場合には、アンテナ数が多くても、本質的には、２つの異なる信号のみ存在しており、多くのアンテナがあったとしても、２つの信号しかないことになる。つまり、ＡＤ変換後のデータには冗長な信号が含まれているということになる。
　従って、本実施形態に係るＲＲＨ１００は、アンテナの構造を保ったままのデータに対して、圧縮アルゴリズムを適用することにより、効率よく圧縮することができる。また、周波数が異なるリソースブロックに異なる方角から到来する信号が来ていたとしても、データ圧縮部１５０は、これらの信号成分を残したまま圧縮することが可能である。
　（３．ビームフォーミングを考慮したＩ／Ｑビット列の生成）
　デジタル領域だけでビームフォーミングを実現する場合、周波数領域で異なるビームを用意することが可能である。従ってデジタル領域だけでビームフォーミングを実現する場合、異なる周波数では、異なるビームの方向を提供することが可能である。
　一方、アナログ領域で実現するビームフォーミングは、同じ時刻では、異なる周波数であっても同じ方角へのビームしか使用することができない。通常は、デジタル領域だけでビームフォーミングを実現する。すなわち先に述べたように、周波数領域でビームフォーミングを行うので、周波数毎に異なる指向性を持つビームを適用することができる。
　しかし、この方法をＣ－ＲＡＮに適用すると、ＡＤ変換後のデータに対してビームフォーミング処理を適用するまでは、ブランチ数（図４の例ではＮ個）に対応するＡＤ変換器の数だけ、Ｉ／Ｑデータを取り扱う必要がある。通常、受信時は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）の後段にビームフォーミング処理が位置する。
　図１３は、ＢＢＵにおいてＦＦＴ（高速フーリエ変換）の後段にビームフォーミング処理を行う構成を示す説明図である。図１３に示したＢＢＵ２００には、Ｏ／Ｅ変換部２１０、データ解凍部２２０、高速フーリエ変換部２３０、ビームフォーミング部２４０、および制御部２５０が備えられている。
　Ｏ／Ｅ変換部２１０は、光ファイバーでＲＲＨ１００から送られてきた光信号を電気信号に変換する。データ解凍部２２０は、ＲＲＨ１００で圧縮されたデータを解凍してデータを復元する。高速フーリエ変換部２３０は、データ解凍部２２０によって復元されたデータに対する高速フーリエ変換処理を実行する。ビームフォーミング部２４０は、高速フーリエ変換部２３０により高速フーリエ変換処理が行われた後のデータに対してビームフォーミング処理を実行する。制御部２５０は、ＢＢＵ２００の基本機能を実行する。ＢＢＵ２００の基本機能としては、例えばデータのデコード、スケジューリング処理、ＱＯＳ制御などがある。
　ビームフォーミング部２４０によるビームフォーミング処理は、具体的にはアンテナ重みの乗算処理であり、各ブランチに対応するアンテナ重み（Ｉ／Ｑの複素数）を受信したＡＤ変換機後のデータに乗算するという処理である。従って、フロントホールは、ブランチ数に対応するＡＤ変換器の数だけ、Ｉ／Ｑデータを運ぶ必要があった。
　そこで本実施形態では、Ｃ－ＲＡＮに用いる基地局用としてビームフォーミング処理を時間領域、すなわちＦＦＴの前で行う。ビームフォーミング処理を時間領域で行う場合には、実質的なアンテナ素子の数だけ存在するＡＤ変換器の直後で、ビームフォーミング処理（アンテナ重み乗算処理）を実施する。これを行うことにより、ＡＤ変換器の数だけＩ／ＱデータをＲＲＨからＢＢＵに送信する必要があったのを、アンテナポートの数だけＩ／ＱデータをＲＲＨからＢＢＵに送信すれば良くなり、ＲＲＨからＢＢＵへ送信されるデータ量を削減することが出来る。
　図１４は、本開示の実施の形態に係るＲＲＨ１００とＢＢＵ２００の機能構成例を示す説明図である。図１４に示したように、本開示の実施の形態では、ビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部１４５を、ＲＲＨ１００のＩ／Ｑビット列の生成ブロックの後段で、かつ、データ圧縮部１５０の前段に持ってくる。
　本開示の実施の形態に係るＲＲＨ１００は、この位置でビームフォーミング処理を行うことにより、転送するデータ量を削減することが出来る。例えば、ＲＲＨ１００が２００本のアンテナを持っている場合でも、１台のユーザの１つのレイヤのＭＩＭＯのデータを取り出すと、ＡＤ変換機１つ分のデータになる。つまり、本開示の実施の形態に係るＲＲＨ１００は、ビームフォーミング処理を時間領域で行うことでデータ量を１／２００に削減できる。
　この方法を採用した場合、同時刻に、異なる周波数で、異なるフォーミングを行うことはできない。この制約に対しては、裏を返せば、各ユーザに対して、周波数方向での多重を行わなければ良いので、基地局がスケジューリングで周波数方向での多重を行わないような制御を行えば良い。ただし、基地局は、周波数方向での多重を行わないという制限をかけていることを、予めシステム情報としてブロードキャストして端末に通知しておく。
　ビームフォーミング処理において用いられるアンテナ重み係数は、ＢＢＵ２００からＲＲＨ１００に通知される。各時間で、どの方向のビームフォーミングが必要であるかは、ＢＢＵ２００が把握しているからである。従って、ＲＲＨ１００とＢＢＵ２００のブロック図は、このアンテナ重みを通知することを考慮すると図１５のようになる。図１５には、ＲＲＨ１００にＯ／Ｅ変換部１７０が設けられ、ＢＢＵ２００にＥ／Ｏ変換部２６０が設けられている。
　制御部２５０は、Ｅ／Ｏ変換部２６０を通じて、アンテナ重み係数に関する情報をＲＲＨ１００に通知する。ＲＲＨ１００では、ＢＢＵ２００から通知されたアンテナ重みに関する情報が、Ｏ／Ｅ変換部１７０からビームフォーミング部１４５に送られる。これにより、ＲＲＨ１００はアンテナ重みに関する情報をＢＢＵ２００から得ることが出来る。
　上述したように、異なる信号源が２つの場合、アレーアンテナのアンテナには、本質的に、光路差に基づいて位相だけ変化した信号が到来する。従って、アンテナの数が多くても本質的には、信号源の数だけ異なる信号が存在する。このビームフォーミングを考慮したＩ／Ｑビット列の生成では、アレーアンテナの重み係数を、アンテナから出力される信号に乗算することにより、この異なる信号源を取り出している。また圧縮アルゴリズムは、一つの信号源の時間方向の信号も圧縮することが可能である。
　ビームフォーミングを考慮したＩ／Ｑビット列の生成方法では、同一サンプルでは一つの方向のフォーミングのみを取り扱うということで説明した。確かにこの方法では、同一サンプルの周波数領域では、１つの方向のビームだけを取り扱う。しかし、同一サンプルで、異なる方向のビームが全く扱えないわけではない。
　例えば、５つの方向のビームを同時に同一サンプルで使用することができる。その時の一つのビームは、全周波数帯に渡って同一の方向に対応したビームということである。したがって、複数の方向のビームを扱うことが可能となる。
　図１６は、ビームフォーミング処理で用いられる、重みベクトルのフォーマット例を示す説明図である。重みベクトルは、サンプル毎に変わるようなものではない。少なくとも、１リソースブロックの間は同じビームを使用することを考えると、例えば数１００サンプル程度は、同じ重みベクトルが使用される。したがって、有効な重みベクトルを基地局から端末へ送信しているときは、図１６のようにイネーブル信号を１にする。
　このビームフォーミングを考慮したＩ／Ｑビット列の生成方法では、時間領域（ＦＦＴ前）でビームの処理をすると説明した。Hybrid　Antenna　architectureの場合には、表４のユースケース９に示したように３２個のデジタル回路が、それぞれ８個のアナログ構成されたPhase　shifterにつながっているアンテナ構成になる。このユースケースでは、合計で３２×８＝２５６個のアンテナを使ってビームフォーミングを行う。
　この場合、アナログのPhase　shifterは、位相のみを調整できる。デジタルの８つの回路は、振幅と位相の両方を調整できる。このアナログのPhase　shifterの調整も、ＲＲＨの段階（時間領域であり、ＦＦＴ前でもある）で行うが、その位相の調整の制御線は、ＢＢＵから来るものである。大まかにアナログのビーム処理がなされた信号は、８本のデジタル信号になる。ＢＢＵは、この８本のデジタル信号に対してアンテナ信号処理を行う。アナログ部分のPhase　shifterの位相の制御は、ＢＢＵから制御するということが本実施形態の特徴である。
　また、Phase　shifterで構成するビームフォーミングは、周波数が異なるリソースを使って異なる方向のビームを作ることができないので、特定の時間内においては、一つの端末の方向を向いているデータを処理することになる。
　（４．ＲＲＨからＢＢＵへ伝送するＩ／Ｑビット列の減少）
　データを大きく圧縮すると、データ量は少なくなるが、その代わりに圧縮されたデータを元に戻す時にデータが劣化する。圧縮率の調整は、例えば、２次元フーリエ変換を使って圧縮するようなアルゴリズムの場合は、低周波成分をどの程度送るかを調整することで行うことができる。データの劣化の典型的な例としては、圧縮されたデータを元に戻した時に、Ｉ／Ｑ平面上のデータに雑音が印加されたようなデータである。
　受信データのＳＮが元々悪く、送信されている信号が２５６ＱＡＭではなく、ＱＰＳＫのような低次変調方式のデータである場合には、Ｉ／Ｑデータを大きく圧縮してしまっても問題がないことが多い。従来は、そのような、どの程度圧縮可能かという情報が無く、圧縮を効率良く行うことができなかった。
　ＲＲＨとＢＢＵの間に、ＲＲＨが送信する最大レートを転送する光ファイバーを敷設出来た場合であっても、さらに圧縮して、転送するデータの量を減らしたいという要求がある。図５に示したように、数多くのＲＲＨがスイッチを介してＢＢＵに接続されるため、そのスイッチへの負荷を減らさないとパケットロスが起こりうるからである。
　そこで本実施形態では、ＢＢＵからＲＲＨに圧縮に関するインジケータを送信することを特徴とする。
　基地局には、複数のユーザのデータが多重された状態でデータが到来する。従って、同一時刻に到来した信号の中には、複数のユーザのデータが入っている場合が多い。ここで、あるユーザは、ＱＰＳＫでデータを送信しているかもしれないが、別のユーザは、２５６ＱＡＭを用いてデータを送信しているかもしれない。
　ＡＤ変換後のＩ／Ｑデータの段階では、これらのユーザのデータは分離されていない。ユーザのデータが分離されるのは、ビームフォーミング処理を行い、その後にＦＦＴを行って、データを周波数領域のデータに変換した後である。
　図１７は、複数のユーザのデータが多重された状態を示す説明図である。図１７には、周波数方向に複数のユーザからの異なる変調方式や符号化レートのデータが多重されている様子が示されている。ＢＢＵの中でビームフォーミング処理を行う構成とすると、ＲＲＨからＢＢＵに大量のデータを送信する必要がある。
　従ってＲＲＨからＢＢＵへ送信するデータの量を減少させるためには、ＲＲＨで大きくデータを圧縮させなければならない。しかし、ＲＲＨの中のデータはＩ／Ｑデータであり、その段階では、ユーザの分離ができていない。従って、そのＩ／Ｑデータが一律にＱＰＳＫしか使っていないので大きく圧縮して良い、といえるわけではない。
　そこで、ＢＢＵのＭＡＣ（Media　Access　Control）の中にあるスケジューラは、同一の時間の異なる周波数のリソースブロックには、異なる変調方式や符号化レートを割り当てないようにスケジューリングを行う。
　図１８は、同一の時間の異なる周波数のリソースブロックには、異なる変調方式や符号化レートを割り当てないようにスケジューリングを行った例を示す説明図である。そしてＢＢＵは、各リソースブロックに対応するＩ／Ｑデータの変調方式や符号化レートの情報をＲＲＨに通知する。
　図１９は、本実施形態に係るＲＲＨ１００とＢＢＵ２００の機能構成例を示す説明図である。ＢＢＵ２００は、リソースブロックに相当する粒度で、Ｉ／Ｑビット列に対して、変調方式や符号化レートの情報をＲＲＨ１００に通知する。ＲＲＨ１００は、ＢＢＵ２００から通知された情報を用いて、最適に圧縮を行うことができる。
　ＢＢＵ２００のＭＡＣ（制御部２５０）の中にあるスケジューラ２５２は、同一の時間の異なる周波数のリソースブロックの中の代表的な変調方式や符号化レートの情報をＲＲＨ１００に通知してもよい。ここで、代表的な変調方式や符号化レートとは、例えば、最も多くの情報量でデータを送ることができる変調方式や符号化レートでもよい。
　例えば、変調方式は６４ＱＡＭで、符号化レートは３／４のリソースブロックと、変調方式はＱＰＳＫで、符号化レートは１／２のリソースブロックとがあった場合を考える。この場合、その時刻のリソースブロックに対応するＩ／Ｑビット列には、変調方式は６４ＱＡＭで、符号化レートは３／４のリソースブロックが含まれている。従って、ＲＲＨ１００は、その６４ＱＡＭの符号化レート３／４のリソースブロックに対して、雑音が増えすぎないような圧縮率を選択して、Ｉ／Ｑビット列を圧縮する。
　ＢＢＵ２００からＲＲＨ１００に通知する情報は、例えば、所定のビット数からなる、圧縮に関するインジケータであってもよい。０～７の８段階で圧縮率を規定する場合、圧縮に関するインジケータは３ビットで構成される。そして、０が最も圧縮率が高く、７が最も圧縮率が低い、という情報として、ＢＢＵ２００からＲＲＨ１００に圧縮に関するインジケータを通知しても良い。
　図２０は、ＢＢＵ２００からＲＲＨ１００に通知するインジケータの情報の例を示す説明図である。ＢＢＵ２００は、このようにリソースブロック毎に圧縮率の情報を生成してＲＲＨ１００に通知する。ＲＲＨ１００は、ＢＢＵ２００から送られてきた圧縮率の情報を用いて、Ｉ／Ｑビット列に対して圧縮処理を実行する。
　１台の基地局で、複数のユーザのデータを、空間多重で同時に同じ時間、同じ周波数のリソースブロックに多重する場合がある。この場合には、ＢＢＵ２００は、１つの時間における異なる周波数に含まれる異なるリソースブロックの変調方式や符号化レートを考慮するだけでなく、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）で、異なるユーザが一つのリソースブロックに多重されている状況も考慮して、圧縮に関するインジケータを通知する。
　ＲＲＨ１００でデータを圧縮した結果、ＢＢＵ２００との間の通信路（例えば光ファイバー）へ流すデータ量が多くなり、ＲＲＨ１００に搭載しているバッファにデータが多く溜まった場合は、ＲＲＨ１００からＢＢＵ２００に対して、バッファステータスレポートを送信する。
　ＢＢＵ２００でＲＲＨ１００からバッファステータスレポートを受け取り、ＲＲＨ１００でのデータ量が多いことをＢＢＵ２００で認識した場合には、ＢＢＵ２００に搭載しているＭＡＣのスケジューラは、端末に許可するアップリンクのリソースに割り当てる変調方式を、６４ＱＡＭ等ではなく、ＱＰＳＫのような低い変調方式にする。またスケジューラは、ＭＵ－ＭＩＭＯで空間多重する端末の数を制限する等の制御を行っても良い。
　図２１は、本実施形態に係るＲＲＨ１００及びＢＢＵ２００の動作例を示す流れ図である。ＢＢＵ２００は、端末に対してアップリンクのスケジューリングに関する通知を行う（ステップＳ１０１）。端末は、ＢＢＵ２００から通知されたスケジューリングに基づいてアップリンクデータを送信する（ステップＳ１０２）。
　ＲＲＨ１００は、端末から受信したデータからＩ／Ｑビット列を生成し、さらに、その生成したＩ／Ｑビット列を圧縮する（ステップＳ１０３）。
　Ｉ／Ｑビット列を圧縮すると、続いてＲＲＨ１００は、バッファステータスのチェックを行い（ステップＳ１０４）、バッファにデータが多く溜まった場合は、ＲＲＨ１００からＢＢＵ２００に対して、バッファステータスレポートを送信する（ステップＳ１０５）。
　その後、ＲＲＨ１００は、ＢＢＵ２００に対して、圧縮したＩ／Ｑビット列からなるアップリンクデータを送信する（ステップＳ１０６）。
　ＢＢＵ２００は、ＲＲＨ１００からアップリンクデータを受信すると、受信したアップリンクデータの解凍、及び解凍後のデータに対するベースバンド処理を実行する（ステップＳ１０７）。
　そしてＢＢＵ２００は、アップリンクデータに対するベースバンド処理を完了すると、端末に対して、ＲＲＨ１００がＢＢＵ２００に送信したバッファステータスレポートを考慮した、アップリンクのスケジューリングに関する通知を行う（ステップＳ１０８）。
　複数のＲＲＨは、端末からデータを常に受信している。この全ての受信データをＡＤ変換して生成するＩ／Ｑビット列をＢＢＵに送ることは、データ量が多いためになるべく避けたい。図５に示すように、複数のＲＲＨのデータがスイッチでコンジェスチョンを起こす場合があるからである。
　そのため、ＲＲＨからＢＢＵへ送信するデータ量をなるべく削減したい。しかし、ＲＲＨが全くデータを受信していないことを、ＡＤ変換器の受信データの大きさに基づいて判断することは可能かもしれないが、受信する信号の送信電力が非常に小さい場合がある。例えば、ＭＴＣ（Machine　Type　Commination）端末が送信するデータを、複数回受信するUP　link　repetitionで、初めて受信できるようなケースである。従って、受信電力の大きさのみによってデータの有無を判断することは困難である。
　そこで、本実施形態に係るＲＲＨは、ＢＢＵからデータを受信している時だけ、Ｉ／Ｑを取得するような指令をＢＢＵから取得する。ＢＢＵのスケジューラは、そのような指令をＲＲＨに通知する。例えば、意味があるデータがある場合には、ＢＢＵはＲＲＨに１を通知し、意味がないデータの場合には、ＢＢＵはＲＲＨに０を通知する。データ自体は、リソースブロックとして送受信しているため、実際には、リソースブロックの切れ目で１になったり０になったりすることになる。
　図２２は、ＢＢＵからＲＲＨに送られるデータの例を示す説明図である。図２２では、１ＯＦＤＭがリソースブロックの時間方向の単位に相当するケースを示している。ここで示しているのは、１ＯＦＤＭ毎にアップリンクデータが存在したり、また存在しなかったりするケースである。
　複数のＲＲＨが協調動作してデータを送受信するＣｏＭＰ（Coordinated　Multi-Point、多地点協調）という方法がある。例えば、図５に示す３台のＲＲＨが協調して動作し、１台の端末のアップリンク信号を、その３台のＲＲＨが同時に受信して、その受信信号をＢＢＵまで転送し、ＢＢＵで３台のＲＲＨの信号を合成することにより、受信の品質を高める技術である。ここで、２台のＲＲＨでＣｏＭＰを行うか、３台のＲＲＨでＣｏＭＰを行うのかは、状況により異なる。このような場合に、全てのＲＲＨで得られるＩ／ＱデータをＢＢＵに転送することは、フロントホールのリソースを無駄に使用することになる。
　本実施形態では、以下のようにフロントホールのリソースを有効活用する。スケジューラによって、ＵＬを割り当てている１つのＲＲＨ（ＲＲＨ－１とする）があり、他の２つのＲＲＨ（ＲＲＨ－２、ＲＲＨ－３とする）からは、そのようなスケジューリング情報が出ていない場合を考える。このような場合であっても、ＣｏＭＰを行う際には、スケジューラでＲＲＨ－１にアップリンクのリソースが割り当てられているタイミングで、端末から送信されたアップリンクデータを、ＲＲＨ－２、ＲＲＨ－３でも受信する必要がある。
　従って、ＢＢＵは、ＲＲＨに対して、Ｉ／Ｑデータを送信すべきかどうかを示すイネーブル信号を出力する。ＢＢＵは、イネーブル信号を出力する際には、受信したデータから生成するＩ／ＱデータがＣｏＭＰで使用されているデータであるかどうか、ＲＲＨ間の協調受信を考慮する。図２２は、ＢＢＵからＲＲＨに出力するイネーブル信号の例を示す説明図である。
　端末からのアップリンク信号が確実に来ることが分かっているアップリンクリソースに加えて、アップリンク信号が有るかもしれないし、無いかもしれないというアップリンクリソースがある。アップリンク信号があるかもしれないアップリンクリソースを以下の表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　このようにアップリンクの信号が来るかもしれないし、来ないかもしれないアップリンクリソースにおいて、全ての時間のＩ／ＱデータをＲＲＨからＢＢＵに転送することは、非常に無駄である。
　本実施形態に係るＢＢＵは、表５に示した信号が到達するリソースの場所を把握しているため、ＢＢＵからＲＲＨに、アップリンクのデータが来る可能性があるリソースの場所をインジケータで示す。図２３は、ＢＢＵからＲＲＨに出力するインジケータの例を示す説明図である。
　図２３には、アップリンクのデータが確実に到来するリソースを示すイネーブル信号も示してある。図２３には、アップリンクのデータが来る可能性があるリソースの場所を示すインジケータとして、不確実なイネーブル信号を示している。不確実なイネーブル信号は、表５に示したデータが到来するリソースの場所では１となる信号である。
　ＲＲＨは、不確実なイネーブル信号が１であるアップリンクリソースにおいて、受信のレベルが所定の閾値以下の場合には、その受信により生成したＩ／ＱデータをＢＢＵに転送をしないという判断を行うことができる。この処理をＲＲＨで実現するためには、アップリンクのデータが来る可能性があるリソースと、アップリンクのデータが確実に来ることが分かっているリソースとは、周波数方向で多重しないことが望ましい。
　しかし、アップリンクのデータが来る可能性があるリソースと、アップリンクのデータが確実に来ることが分かっているリソースとを同一時間で、例えば周波数方向で（ＦＤＭ多重）多重した場合には、ＲＲＨは、アップリンクのデータが確実に来ることが分かっているリソースの方のスケジューリングに従ってもよい。
　図２４は、ＢＢＵからＲＲＨに出力するインジケータの例を示す説明図である。図２４に示したのは、アップリンクのデータが来る可能性があるリソースと、アップリンクのデータが確実に来ることが分かっているリソースとを同一時間で、例えば周波数方向で（ＦＤＭ多重）多重した場合のインジケータの例である。
　図２４の例では、イネーブル信号と、不確実なイネーブル信号とが同一時間でハイになっている。この場合は、ＲＲＨは、アップリンクのデータが確実に来ることが分かっているリソースの方のスケジューリングに従って、すなわち、イネーブル信号の方に従って受信処理を実行する。
　まとめると、本実施形態では、ＲＲＨはＢＢＵへ送信するデータ量を削減するための処理を実行する。データ量を削減するための処理としては、上述したように、Ｉ／Ｑビット列の圧縮や、転送するデータの選択などがある。
　そして、ＲＲＨは、データ量の削減に関する様々な情報をＢＢＵから取得することができる。ＲＲＨは、ＢＢＵから取得した情報に基づいて、ＢＢＵへ送信するデータ量を削減するための処理を実行することが出来る。
　＜２．まとめ＞
　本実施形態を適用することにより、オペレータやユーザは、低コスト基地局を様々な場所に配置することが可能になる。またオペレータは、周波数の有効利用を促進することにより、安定した安価な無線通信環境によるサービスをユーザに提供することができる。そしてユーザは、安定した安価な無線通信環境によるサービスを享受することが可能となる。
　ここで、本実施形態における２次元データ作成部１４０は、本開示の配置部の一例として機能しうる。また本実施形態におけるデータ圧縮部１５０は、本開示の圧縮部の一例として機能しうる。
　本明細書の各装置が実行する処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、各装置が実行する処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
　また、各装置に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した各装置の構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供されることが可能である。また、機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアで構成することで、一連の処理をハードウェアで実現することもできる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　２次元に配列されたアンテナ素子と、
　前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを、前記アンテナ素子の配列を保った状態で時刻毎に配置する配置部と、
を備える、無線通信装置。
（２）
　前記配置部が配置した２次元のＩＱデータに対する圧縮処理を行う圧縮部をさらに備える、前記（１）に記載の無線通信装置。
（３）
　前記配置部は、前記圧縮部へ２次元の配列のサイズの情報を通知する、前記（２）に記載の無線通信装置。
（４）
　前記圧縮部は、前記アンテナ素子間の相関を考慮して圧縮する、前記（２）または（３）に記載の無線通信装置。
（５）
　前記アンテナ素子は、それぞれ異なる偏波面を有し、
　前記配置部は、同一の時刻のＩＱデータであっても異なる偏波面からのデータは区別して配置する、前記（１）～（４）のいずれかに記載の無線通信装置。
（６）
　前記配置部は、一部の前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを配置する、前記（１）～（５）のいずれかに記載の無線通信装置。
（７）
　前記圧縮部による圧縮処理後のデータを他装置へ出力する出力部をさらに備える、前記（２）に記載の無線通信装置。
（８）
　前記圧縮部による圧縮処理の前に、前記配置部が配置した２次元のＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行するビームフォーミング部をさらに備える、前記（２）に記載の無線通信装置。
（９）
　前記ビームフォーミング部は、他装置から前記ビームフォーミング処理で用いる重み係数に関する情報を取得する、前記（８）に記載の無線通信装置。
（１０）
　前記ビームフォーミング部は、同時刻のリソースでは同一の方角のビームフォーミング処理のみを実行する旨の情報を、自装置と無線通信を行う装置に対して通知する通知部を備える、前記（８）または（９）に記載の無線通信装置。
（１１）
　前記通知部は、前記情報をシステム情報として通知する、前記（１０）に記載の無線通信装置。
（１２）
　前記ビームフォーミング部は、所定のサンプル数に渡って同一の前記重み係数に関する情報を使用する、前記（９）に記載の無線通信装置。
（１３）
　２次元に配列されたアンテナ素子と、
　前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータに対する圧縮処理を実行する圧縮部と、
　前記圧縮部による圧縮処理の前に、前記ＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行するビームフォーミング部と、
を備える、無線通信装置。
（１４）
　前記ビームフォーミング部は、他装置から前記ビームフォーミング処理で用いる重み係数に関する情報を取得する、前記（１３）に記載の無線通信装置。
（１５）
　前記ビームフォーミング部は、同時刻のリソースでは同一の方角のビームフォーミング処理のみを実行する旨の情報を、自装置と無線通信を行う装置に対して通知する通知部を備える、前記（１３）または（１４）に記載の無線通信装置。
（１６）
　前記通知部は、前記情報をシステム情報として通知する、前記（１５）に記載の無線通信装置。
（１７）
　前記ビームフォーミング部は、所定のサンプル数に渡って同一の前記重み係数に関する情報を使用する、前記（１４）に記載の無線通信装置。
（１８）
　２次元に配列されたアンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを取得することと、
　前記ＩＱデータを、前記アンテナ素子の配列を保った状態で時刻毎に配置することと、を含む、通信制御方法。
（１９）
　２次元に配列されたアンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを取得することと、
　前記ＩＱデータに対する圧縮処理を実行することと、
　前記圧縮処理の前に、前記ＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行することと、を含む、通信制御方法。
　１００　　ＲＲＨ
　２００　　ＢＢＵ

Claims (19)

  1. 　２次元に配列されたアンテナ素子と、
    　前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを、前記アンテナ素子の配列を保った状態で時刻毎に配置する配置部と、
    を備える、無線通信装置。
  2. 　前記配置部が配置した２次元のＩＱデータに対する圧縮処理を行う圧縮部をさらに備える、請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 　前記配置部は、前記圧縮部へ２次元の配列のサイズの情報を通知する、請求項２に記載の無線通信装置。
  4. 　前記圧縮部は、前記アンテナ素子間の相関を考慮して圧縮する、請求項２に記載の無線通信装置。
  5. 　前記アンテナ素子は、それぞれ異なる偏波面を有し、
    　前記配置部は、同一の時刻のＩＱデータであっても異なる偏波面からのデータは区別して配置する、請求項１に記載の無線通信装置。
  6. 　前記配置部は、一部の前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを配置する、請求項１に記載の無線通信装置。
  7. 　前記圧縮部による圧縮処理後のデータを他装置へ出力する出力部をさらに備える、請求項２に記載の無線通信装置。
  8. 　前記圧縮部による圧縮処理の前に、前記配置部が配置した２次元のＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行するビームフォーミング部をさらに備える、請求項２に記載の無線通信装置。
  9. 　前記ビームフォーミング部は、他装置から前記ビームフォーミング処理で用いる重み係数に関する情報を取得する、請求項８に記載の無線通信装置。
  10. 　前記ビームフォーミング部は、同時刻のリソースでは同一の方角のビームフォーミング処理のみを実行する旨の情報を、自装置と無線通信を行う装置に対して通知する通知部を備える、請求項８に記載の無線通信装置。
  11. 　前記通知部は、前記情報をシステム情報として通知する、請求項１０に記載の無線通信装置。
  12. 　前記ビームフォーミング部は、所定のサンプル数に渡って同一の前記重み係数に関する情報を使用する、請求項９に記載の無線通信装置。
  13. 　２次元に配列されたアンテナ素子と、
    　前記アンテナ素子から出力される信号のＩＱデータに対する圧縮処理を実行する圧縮部と、
    　前記圧縮部による圧縮処理の前に、前記ＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行するビームフォーミング部と、
    を備える、無線通信装置。
  14. 　前記ビームフォーミング部は、他装置から前記ビームフォーミング処理で用いる重み係数に関する情報を取得する、請求項１３に記載の無線通信装置。
  15. 　前記ビームフォーミング部は、同時刻のリソースでは同一の方角のビームフォーミング処理のみを実行する旨の情報を、自装置と無線通信を行う装置に対して通知する通知部を備える、請求項１３に記載の無線通信装置。
  16. 　前記通知部は、前記情報をシステム情報として通知する、請求項１５に記載の無線通信装置。
  17. 　前記ビームフォーミング部は、所定のサンプル数に渡って同一の前記重み係数に関する情報を使用する、請求項１４に記載の無線通信装置。
  18. 　２次元に配列されたアンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを取得することと、
    　前記ＩＱデータを、前記アンテナ素子の配列を保った状態で時刻毎に配置することと、を含む、通信制御方法。
  19. 　２次元に配列されたアンテナ素子から出力される信号のＩＱデータを取得することと、
    　前記ＩＱデータに対する圧縮処理を実行することと、
    　前記圧縮処理の前に、前記ＩＱデータに対するビームフォーミング処理を実行することと、を含む、通信制御方法。
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