WO2022149244A1 - 分散アンテナシステム、無線通信方法、及び集約局 - Google Patents

分散アンテナシステム、無線通信方法、及び集約局 Download PDF

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圭太 栗山
正文 吉岡
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a distributed antenna system, a wireless communication method, and an aggregate station.
  • Massive MIMO Multiple Input Multiple Output
  • non-orthogonal multiple access non-orthogonal multiple access
  • NOMA Non-Orthogonal Multiple Access
  • each base station performs a beam search as an initial access of NR (New Radio).
  • NR New Radio
  • each base station sequentially sends out a synchronous signal block (SS (Synchronization Signals) / PBCH (Physical Broadcast CHannel) block) by a directional analog beam in each direction of the surroundings, and the received power is the highest.
  • Data communication is started by adopting a beam in a direction (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • DAS Distributed Antenna System
  • each base station arranged at high density similarly searches for a beam and determines a beam to be adopted, for example, when a plurality of base stations and a plurality of user terminals (UEs) are in a linear relationship.
  • UEs user terminals
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a distributed antenna system capable of preventing radio wave interference even when a plurality of base stations and a plurality of user terminals are in a positional relationship in which they are lined up in a straight line.
  • the purpose is to provide a wireless communication method and a centralized station.
  • the distributed antenna system is a distributed antenna system including a plurality of base stations that perform MIMO transmission to a user terminal at the same frequency and an aggregate station that aggregates information used by each of the base stations. Based on a receiving unit in which the centralized station receives communication path information between each user terminal accommodated from each of the base stations for each user terminal, and a communication path information for each user terminal received by the receiving unit.
  • the determination unit for determining whether or not the plurality of base stations and the plurality of user terminals are aligned in a straight line, and the determination that the plurality of base stations and the plurality of user terminals are aligned in a straight line.
  • the transmission beam transmitted by each of the plurality of base stations arranged in a straight line to each of the plurality of user terminals is based on the communication path information for each user terminal received by the reception unit.
  • the base station is based on a calculation unit that calculates the transmission weight of each transmission beam transmitted by each of the plurality of base stations so as to be deviated by half a wavelength or more for each user terminal, and a transmission weight calculated by the calculation unit.
  • Each has a control unit that controls to transmit each transmission beam.
  • the wireless communication method is a wireless communication method performed by a plurality of base stations that perform MIMO transmission to a user terminal at the same frequency and an aggregation station that aggregates information used by each of the base stations.
  • the aggregation station receives communication path information between each user terminal accommodated from each of the base stations for each user terminal, and a plurality of received communication path information for each user terminal.
  • the transmission beam transmitted by each of the plurality of base stations arranged in a straight line to each of the plurality of user terminals is shifted by half a wavelength or more for each user terminal.
  • a calculation step of calculating the transmission weight of each transmission beam transmitted by each of the plurality of base stations, and a control step of controlling each of the base stations to transmit each transmission beam based on each of the calculated transmission weights is characterized by including.
  • the aggregation station is an aggregation station that aggregates information used by each of a plurality of base stations that perform MIMO transmission to a user terminal at the same frequency, and is a user accommodated from each of the base stations. Based on the receiving unit that receives the communication path information between each terminal for each user terminal and the communication path information for each user terminal received by the receiving unit, the plurality of base stations and the plurality of user terminals are directly aligned. A user terminal received by the receiving unit when the determining unit determines whether or not the base stations are lined up and the determination unit determines that the plurality of base stations and the plurality of user terminals are lined up in a straight line.
  • a calculation unit that calculates the transmission weight of each transmission beam transmitted by each station, and a control unit that controls each of the base stations to transmit each transmission beam based on each transmission weight calculated by the calculation unit. It is characterized by having.
  • the present invention it is possible to prevent radio wave interference even when a plurality of base stations and a plurality of user terminals are in a positional relationship in which they are lined up in a straight line.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the configuration example of the distributed antenna system which concerns on one Embodiment. It is a functional block diagram which illustrates the function which a base station has. It is a functional block diagram which illustrates the function which the aggregation station which concerns on one Embodiment has.
  • (A) is a diagram schematically showing an operation example when the base station is searching for a beam.
  • (B) is a diagram schematically showing a state in which a beam adopted by a base station is determined.
  • (A) is a diagram schematically showing an operation example when a plurality of base stations in a high-density environment are searching for a beam as an initial access of NR.
  • (B) is a diagram schematically showing a state in which a plurality of base stations determine a beam to be adopted without causing radio wave interference.
  • (C) is a diagram schematically showing a state in which a beam adopted by a plurality of base stations causes radio wave interference.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an operation example when a 5G base station searches for a beam as an initial access of NR and determines a beam to be adopted.
  • FIG. 4A is a diagram schematically showing an operation example when the base station is searching for a beam.
  • FIG. 4B is a diagram schematically showing a state in which the beam adopted by the base station is determined.
  • the base station 1 applies, for example, a plurality of synchronization signal blocks (SS / PBCH blocks) to a plurality of beams having directivity in different directions, and sequentially applies them in each of the surrounding directions. It is sent in the order of (beam # 1, beam # 2, beam # 3, ...), and the position of the user terminal 2 is searched.
  • SS / PBCH blocks synchronization signal blocks
  • the base station 1 adopts the beam # 2 in the direction in which the received power from the user terminal 2 is the highest, and starts the data communication.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an operation example when a plurality of base stations in a high-density environment search for a beam as an initial access of NR and determine a beam to be adopted.
  • FIG. 5A is a diagram schematically showing an operation example when a plurality of base stations in a high-density environment are searching for a beam as an initial access of NR.
  • FIG. 5B is a diagram schematically showing a state in which a plurality of base stations determine a beam to be adopted without causing radio wave interference.
  • FIG. 5C is a diagram schematically showing a state in which a beam adopted by a plurality of base stations causes radio wave interference.
  • the base station 1-1 and the base station 1-2 sequentially emit a beam having the same frequency in each of the surrounding directions (beam # 1, beam # 2, beam # 3, ... ⁇ ⁇ Send in the order of) and search for the user terminal 2 in each cell.
  • the base station 1-1 adopts the beam # 3 and the base station 1-2 adopts the beam # 4, the beam # 3 emitted by the base station 1-1
  • the direction is different from the direction of the beam # 4 emitted by the base station 1-2, and radio wave interference does not occur.
  • the base station 1-1 adopts the beam # 2 and the base station 1-2 adopts the beam # 5
  • the base station 1-1 and the base station 1- The user terminal 2 accommodated by 1, the user terminal 2 accommodated by the base station 1-2, and the base station 1-2 are arranged in a straight line.
  • the base station 1-1, the user terminal 2 accommodated by the base station 1-1, the user terminal 2 accommodated by the base station 1-2, and the base station 1-2 cause radio wave interference with each other.
  • the base station 1-1, the user terminal 2 accommodated by the base station 1-1, the user terminal 2 accommodated by the base station 1-2, and the base station 1-2 cause radio wave interference with each other.
  • the distributed antenna system according to the next embodiment will be described below so as to prevent radio wave interference even when a plurality of base stations and a plurality of user terminals are in a positional relationship in which they are lined up in a straight line. It is configured to have such a function.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the distributed antenna system 10 according to the embodiment.
  • the distributed antenna system 10 includes, for example, a base station 30-1 in which a user terminal 20 is housed in a cell, a base station 30-2 in which a user terminal 20 is housed in a cell, and an aggregation station 40. Has.
  • base station 30-1 adopts beam # 2
  • base station 30-2 adopts beam # 5.
  • the base station 30-1 and the base station 30-2 each perform MIMO transmission to the user terminal 20 in the own station cell at the same frequency.
  • the base station 30-1, the user terminal 20 accommodated by the base station 30-1, the user terminal 20 accommodated by the base station 30-2, and the base station 30-2 are arranged in a straight line. There is.
  • the aggregation station 40 aggregates the information used by each of the base station 30-1 and the base station 30-2, and controls the base station 30-1 and the base station 30-2, respectively.
  • the aggregation station 40 performs distributed digital MIMO signal processing. At this time, the aggregation station 40 acquires the communication path information (CSI: Channel State Information) between each of the base station 30-1 and the base station 30-2 and the user terminal 20, and the base station 30-1 and the base station 40. 30-2 Each of them calculates a transmission weight for beam formation (see, for example, Non-Patent Document 2 below).
  • CSI Channel State Information
  • Non-Patent Document 2 Hayato Fukuzono, 4 outsiders, "Experimental study of simultaneous transmission of multiple access points using implied feedback", IEICE Transactions B, Vol.J99-B No.9 (Sep. 2016), p.705-723
  • base station 30 when any of a plurality of configurations such as base station 30-1 and base station 30-2 is not specified, it is simply abbreviated as base station 30 and the like.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating the functions of the base station 30.
  • the base station 30 has a plurality of antennas 31, a communication unit 32, a control unit 33, a transmission unit 34, and a reception unit 35.
  • Each of the plurality of antennas 31 is connected to the transmitting unit 34 and the receiving unit 35, enabling MIMO transmission between the base station 30 and the user terminal 20.
  • the communication unit 32 includes a reception unit 320 and a transmission unit 322, and performs bidirectional communication with the aggregation station 40 via, for example, an optical fiber (not shown).
  • the receiving unit 320 receives the information transmitted by the aggregation station 40, and outputs the received information to the control unit 33.
  • the transmission unit 322 transmits the information input from the control unit 33 to the aggregation station 40.
  • the control unit 33 includes, for example, a CPU 330 and a memory 332, and controls each unit constituting the base station 30. For example, the control unit 33 performs predetermined processing on the information input from the communication unit 32 and outputs the information to the transmission unit 34. Further, the control unit 33 performs predetermined processing on the information input from the reception unit 35 and outputs the information to the communication unit 32.
  • the transmission unit 34 has a plurality of transmission signal conversion units 340.
  • the transmission signal conversion unit 340 is composed of a pulse shaping unit (Pulse Shaping: performing necessary band limitation by a roll-off filter or the like), a DAC (Digital to Analog Conversion) unit, an RF (Radio Frequency) unit, and the like (not shown). .. Then, the transmission signal conversion unit 340 performs processing for converting the signal input from the control unit 33 into a high frequency signal and transmitting it from the antenna 31.
  • Pulse Shaping performing necessary band limitation by a roll-off filter or the like
  • DAC Digital to Analog Conversion
  • RF Radio Frequency
  • the plurality of antennas 31 radiate the transmission beam in a predetermined direction, so that the base station 30 transmits a signal to the user terminal 20 located in the predetermined direction. Further, the base station 30 receives the beam transmitted by the user terminal 20 located in a predetermined direction by the plurality of antennas 31.
  • the receiving unit 35 has a plurality of received signal conversion units 350.
  • the received signal conversion unit 350 includes an RF unit (not shown), an ADC (Analog to Digital Conversion) unit, a pulse molding unit, and the like. Then, the reception signal conversion unit 350 frequency-converts the high-frequency reception signal received by each of the plurality of antennas 31 into a low-frequency baseband signal, and outputs the frequency to the control unit 33.
  • the receiving unit 35 receives the communication path information (CSI) between each user terminal 20 accommodated in the own station for each user terminal and outputs the communication path information (CSI) to the control unit 33.
  • the base station 30 may be configured such that the receiving unit 35 receives the control signal for CSI and the control unit 33 estimates the CSI.
  • the base station 30 may be configured to perform explicit beamforming or may be configured to perform implicit beamforming.
  • FIG. 3 is a functional block diagram illustrating the functions of the aggregation station 40 according to the embodiment.
  • the aggregation station 40 includes a control unit 41, a communication unit 42, a determination unit 43, a calculation unit 44, an information bit generation unit 45, a modulation unit 46, and a beam forming unit 47.
  • the control unit 41 includes, for example, a CPU 410 and a memory 412, and controls each unit constituting the aggregation station 40. A specific example of the function provided by the control unit 41 will be described later.
  • the communication unit 42 includes a reception unit 420 and a transmission unit 422, and performs bidirectional communication with each of the base station 30-1 and the base station 30-2 via, for example, an optical fiber (not shown).
  • the receiving unit 420 receives the communication path information between each of the user terminals 20 accommodated from each of the base station 30-1 and the base station 30-2 for each user terminal and outputs the communication path information to the determination unit 43.
  • the transmission unit 422 transmits the signal output by the beam forming unit 47 to the base station 30-1 and the base station 30-2, respectively, according to the control of the control unit 41.
  • the determination unit 43 determines whether or not the plurality of base stations 30 and the plurality of user terminals 20 are aligned in a straight line based on the communication path information for each user terminal 20 received by the reception unit 420, and the determination result is obtained. Is output to the calculation unit 44.
  • the calculation unit 44 says, "The digital beam in MIMO transmission does not depend on directivity (the characteristics of the MIMO channel become uncorrelated) if the distances between the transmitting stations and the receiving stations are more than half a wavelength. : (For example, see Non-Patent Document 3 below) ”, each base station 30 calculates the transmission weight of each transmission beam to be transmitted, and outputs the calculation result to the beam forming unit 47.
  • Non-Patent Document 3 Kazuhiko Fukawa, "Chapter 6 Diversity Technology", Electronic Information and Communication Society "Knowledge Base” 4 groups (mobile / wireless) -1 volume (wireless communication basics), November 9, 2010, p.1 -9
  • the calculation unit 44 uses the communication path information for each user terminal 20 received by the reception unit 420. Based on this, each of the plurality of base stations 30 transmits so that the transmission beam transmitted by each of the plurality of base stations 30 arranged in a straight line to each of the plurality of user terminals 20 is deviated by half a wavelength or more for each user terminal 20. The transmission weight of each transmission beam is calculated, and the calculation result is output to the beam forming unit 47.
  • the calculation unit 44 includes a plurality of base stations 30 so that the transmission beam transmitted by each of the plurality of base stations 30 arranged in a straight line to each of the plurality of user terminals 20 increases the gain for each user terminal 20.
  • the transmission weight of each transmission beam transmitted by each may be calculated.
  • the calculation unit 44 may have an LTE (long term evolution) -Advanced CoMP (Coordinated Multi-Point) with JT (Joint Transmission) function. At this time, the calculation unit 44 causes the base station 30-1 and the base station 30-2 to simultaneously transmit signals having the same phase, so as to strengthen the signals at the receiving points without interfering with each other. Calculation is performed for coherent transmission to the user terminal 20.
  • LTE long term evolution
  • CoMP Coordinatd Multi-Point
  • JT Joint Transmission
  • the calculation unit 44 transmits each of the plurality of base stations 30 as in the conventional case.
  • the transmission weight of each transmission beam is calculated, and the calculation result is output to the beam forming unit 47.
  • the information bit generation unit 45 generates data information bits to be transmitted to the base station 30-1 and the base station 30-2, respectively, and outputs the data information bits to the modulation unit 46.
  • the data information bit is, for example, a bit string corresponding to a data signal input from the outside (not shown), a data signal generated internally, or the like.
  • the information bit generation unit 45 may have an error correction coding function, an interleaving function, or the like that generate an error correction code at a predetermined coding rate.
  • the modulation unit 46 modulates the data information bits for each of the base station 30-1 and the base station 30-2 generated by the information bit generation unit 45 by a predetermined modulation method (for example, quadrature amplitude modulation (QAM)). Then, each of the modulated data signals is output to the beam forming unit 47.
  • a predetermined modulation method for example, quadrature amplitude modulation (QAM)
  • each of the base station 30-1 and the base station 30-2 forms a predetermined transmission beam for each of the data signals modulated by the modulation unit 46 based on the transmission weight calculated by the calculation unit 44. Processing is performed so that the processing can be performed, and the processing result is output to the transmission unit 422. That is, the beam forming unit 47 performs processing so as to prevent radio wave interference in the distributed antenna system 10.
  • the transmission unit 422 transmits the signal (processing result) output by the beam forming unit 47 to the base station 30-1 and the base station 30-2, respectively, according to the control of the control unit 41. do.
  • control unit 41 has a function of controlling each of the base station 30-1 and the base station 30-2 to transmit each transmission beam based on each transmission weight calculated by the calculation unit 44.
  • the plurality of base stations 30 in which the aggregation station 40 is arranged in a straight line based on the communication path information for each user terminal 20 are each a plurality of user terminals 20. Since the transmission weight of each transmission beam transmitted by each of the plurality of base stations 30 is calculated so that the transmission beam transmitted to the user terminal 20 deviates by more than half a wavelength, the plurality of base stations 30 and the plurality of users Even when the terminals 20 are in a positional relationship in which they are lined up in a straight line, radio wave interference can be prevented.
  • each function of the base station 30 and the aggregation station 40 may be partially or wholly configured by hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array), or may be configured by hardware such as a CPU or the like. It may be configured as a program executed by the processor of.
  • hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array)
  • the base station 30 and the aggregation station 40 can be realized by using a computer and a program, and the program can be recorded on a storage medium or provided through a network.

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Abstract

集約局が基地局それぞれから収容しているユーザ端末それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信し、受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、複数の基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいるか否かを判定し、複数の基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいると判定した場合に、受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとに半波長以上ずれるように、複数の基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出し、算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、基地局それぞれが各送信ビームを送信する。

Description

分散アンテナシステム、無線通信方法、及び集約局
　本発明は、分散アンテナシステム、無線通信方法、及び集約局に関する。
　第５世代移動通信システム（５Ｇ）などの無線通信システムにおいては、周波数の利用効率を向上させるための技術として、多素子アンテナを用いたＭａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）や、非直交多元接続（ＮＯＭＡ：Non-Orthogonal Multiple Access）などが知られている。
　例えば、５Ｇの基地局が高密度に配置されている環境（高密度環境）において、各基地局は、ＮＲ（New Radio）の初期アクセス(initial access)としてビーム探索を行う。このとき、各基地局は、指向性のあるアナログビームによる同期信号ブロック（ＳＳ（Synchronization Signals）／ＰＢＣＨ（Physical Broadcast CHannel）　ｂｌｏｃｋ）を周囲の各方向へ順次に送出し、最も受信電力が高かった方向のビームを採用してデータ通信を開始する（例えば非特許文献１参照）。
　また、より効率的なＭＩＭＯ伝送を可能とするシステムとして、分散アンテナシステム（ＤＡＳ：Distributed Antenna System）が知られている。
武田一樹、外５名、「５ＧにおけるＮＲ物理レイヤ仕様」、NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル、Vol.26 No.3 (Nov. 2018)、p.47-58
　しかしながら、高密度に配置された各基地局が同様にビーム探索して採用するビームを決定する場合、例えば複数の基地局と複数のユーザ端末（ＵＥ）が一直線上に並ぶ位置関係にある場合、相互に電波干渉を生じさせるという問題があった。
　本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、複数の基地局と複数のユーザ端末が一直線上に並ぶ位置関係にある場合にも、電波干渉を防止することができる分散アンテナシステム、無線通信方法、及び集約局を提供することを目的とする。
　本発明の一態様にかかる分散アンテナシステムは、ユーザ端末に対してＭＩＭＯ伝送を同一周波数で行う複数の基地局と、前記基地局それぞれが用いる情報を集約する集約局とを備える分散アンテナシステムにおいて、前記集約局が、前記基地局それぞれから収容しているユーザ端末それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信する受信部と、前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいるか否かを判定する判定部と、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいると前記判定部が判定した場合に、前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとに半波長以上ずれるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出する算出部と、前記算出部が算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、前記基地局それぞれが各送信ビームを送信するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、ユーザ端末に対してＭＩＭＯ伝送を同一周波数で行う複数の基地局と、前記基地局それぞれが用いる情報を集約する集約局とが行う無線通信方法において、前記集約局が前記基地局それぞれから収容しているユーザ端末それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信する受信工程と、受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいるか否かを判定する判定工程と、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいると判定した場合に、受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとに半波長以上ずれるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出する算出工程と、算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、前記基地局それぞれが各送信ビームを送信するように制御する制御工程とを含むことを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる集約局は、ユーザ端末に対してＭＩＭＯ伝送を同一周波数で行う複数の基地局それぞれが用いる情報を集約する集約局において、前記基地局それぞれから収容しているユーザ端末それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信する受信部と、前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいるか否かを判定する判定部と、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいると前記判定部が判定した場合に、前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとに半波長以上ずれるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出する算出部と、前記算出部が算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、前記基地局それぞれが各送信ビームを送信するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
　本発明によれば、複数の基地局と複数のユーザ端末が一直線上に並ぶ位置関係にある場合にも、電波干渉を防止することができる。
一実施形態にかかる分散アンテナシステムの構成例を示す図である。 基地局が有する機能を例示する機能ブロック図である。 一実施形態にかかる集約局が有する機能を例示する機能ブロック図である。 （ａ）は、基地局がビーム探索している場合の動作例を模式的に示す図である。（ｂ）は基地局が採用するビームを決定した状態を模式的に示す図である。 （ａ）は、高密度環境における複数の基地局がＮＲの初期アクセスとしてビーム探索している場合の動作例を模式的に示す図である。（ｂ）は複数の基地局が電波干渉を発生させることなく採用するビームを決定した状態を模式的に示す図である。（ｃ）は複数の基地局が採用したビームが電波干渉を発生させている状態を模式的に示す図である。
　まず、本発明がなされるに至った背景について具体的に説明する。図４は、５Ｇの基地局がＮＲの初期アクセスとしてビーム探索し、採用するビームを決定する場合の動作例を模式的に示す図である。図４（ａ）は、基地局がビーム探索している場合の動作例を模式的に示す図である。図４（ｂ）は基地局が採用するビームを決定した状態を模式的に示す図である。
　図４（ａ）に示したように、基地局１は、例えば複数の同期信号ブロック（ＳＳ／ＰＢＣＨ　ｂｌｏｃｋ）をそれぞれ異なる方向に指向性のある複数のビームに適用し、周囲の各方向へ順次（ビーム＃１、ビーム＃２、ビーム＃３・・・の順）に送出し、ユーザ端末２の位置を探索する。
　そして、基地局１は、図４（ｂ）に示したように、ユーザ端末２からの受信電力が最も高かった方向のビーム＃２を採用してデータ通信を開始する。
　図５は、高密度環境における複数の基地局がＮＲの初期アクセスとしてビーム探索し、採用するビームを決定する場合の動作例を模式的に示す図である。図５（ａ）は、高密度環境における複数の基地局がＮＲの初期アクセスとしてビーム探索している場合の動作例を模式的に示す図である。図５（ｂ）は複数の基地局が電波干渉を発生させることなく採用するビームを決定した状態を模式的に示す図である。図５（ｃ）は複数の基地局が採用したビームが電波干渉を発生させている状態を模式的に示す図である。
　図５（ａ）に示したように、基地局１－１及び基地局１－２は、例えば同一周波数のビームをそれぞれ周囲の各方向へ順次（ビーム＃１、ビーム＃２、ビーム＃３・・・の順）に送出し、それぞれのセル内でユーザ端末２を探索する。
　図５（ｂ）に示したように、基地局１－１がビーム＃３を採用し、基地局１－２がビーム＃４を採用した場合、基地局１－１が放射するビーム＃３の方向と、基地局１－２が放射するビーム＃４の方向とが異なり、電波干渉は発生しない。
　一方、図５（ｃ）に示したように、基地局１－１がビーム＃２を採用し、基地局１－２がビーム＃５を採用した場合、基地局１－１、基地局１－１が収容するユーザ端末２、基地局１－２が収容するユーザ端末２、及び基地局１－２が一直線上に並ぶ位置関係となる。この場合、基地局１－１、基地局１－１が収容するユーザ端末２、基地局１－２が収容するユーザ端末２、及び基地局１－２は、相互に電波干渉を発生させてしまうことがある。
　そこで、次に説明する一実施形態にかかる分散アンテナシステムは、複数の基地局と複数のユーザ端末が一直線上に並ぶ位置関係にある場合にも、電波干渉を防止することができるように、以下のような機能を備えるように構成されている。
　図１は、一実施形態にかかる分散アンテナシステム１０の構成例を示す図である。図１に示すように、分散アンテナシステム１０は、例えばユーザ端末２０をセル内に収容する基地局３０－１と、ユーザ端末２０をセル内に収容する基地局３０－２と、集約局４０とを有する。
　基地局３０－１及び基地局３０－２は、例えば同一周波数のビームをそれぞれ周囲の各方向へ順次に送出し、それぞれのセル内でユーザ端末２０を探索する。
　例えば、基地局３０－１はビーム＃２を採用し、基地局３０－２はビーム＃５を採用する。そして、基地局３０－１及び基地局３０－２は、それぞれ自局セル内のユーザ端末２０に対して同一周波数でＭＩＭＯ伝送を行う。このとき、基地局３０－１、基地局３０－１が収容するユーザ端末２０、基地局３０－２が収容するユーザ端末２０、及び基地局３０－２は、一直線上に並ぶ位置関係となっている。
　集約局４０は、基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれが用いる情報を集約し、基地局３０－１及び基地局３０－２をそれぞれ制御する。
　なお、分散アンテナシステム１０は、例えば集約局４０が分散デジタルＭＩＭＯ信号処理を行う。このとき、集約局４０は、基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれとユーザ端末２０との間の通信路情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を取得し、基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれがビーム形成を行うための送信ウェイトを算出する（例えば、以下の非特許文献２参照）。
　［非特許文献２］福園隼人、外４名、「インプリシットフィードバックを用いた複数アクセスポイント同時送信の実験的検討」、電子情報通信学会論文誌Ｂ、Vol.J99-B No.9 (Sep. 2016)、p.705-723
　以下、基地局３０－１及び基地局３０－２のように複数ある構成のいずれかを特定しない場合には、単に基地局３０などと略記する。
　次に、基地局３０の具体的な構成例について説明する。図２は、基地局３０が有する機能を例示する機能ブロック図である。図２に示すように、基地局３０は、複数のアンテナ３１、通信部３２、制御部３３、送信部３４、及び受信部３５を有する。
　複数のアンテナ３１それぞれは、送信部３４及び受信部３５に接続されており、基地局３０とユーザ端末２０との間でＭＩＭＯ伝送を可能にしている。
　通信部３２は、受信部３２０及び送信部３２２を備え、集約局４０との間で例えば図示しない光ファイバを介して双方向の通信を行う。受信部３２０は、集約局４０が送信した情報を受信し、受信した情報を制御部３３に対して出力する。送信部３２２は、制御部３３から入力された情報を集約局４０に対して送信する。
　制御部３３は、例えばＣＰＵ３３０及びメモリ３３２を備え、基地局３０を構成する各部を制御する。例えば、制御部３３は、通信部３２から入力された情報に対して所定の処理を行い、送信部３４に対して出力する。また、制御部３３は、受信部３５から入力された情報に対して所定の処理を行い、通信部３２に対して出力する。
　送信部３４は、複数の送信信号変換部３４０を有する。送信信号変換部３４０は、図示しないパルス成形（Pulse Shaping：ロールオフフィルタなどにより必要な帯域制限を行う）部、ＤＡＣ（Digital to Analog Conversion）部及びＲＦ（Radio Frequency）部などにより構成されている。そして、送信信号変換部３４０は、制御部３３から入力される信号を高周波信号に変換してアンテナ３１から送出するための処理を行う。
　そして、複数のアンテナ３１が所定の方向に送信ビームを放射することにより、基地局３０は、所定の方向に位置するユーザ端末２０に対して信号を送信する。また、基地局３０は、複数のアンテナ３１によって所定の方向に位置するユーザ端末２０が送信するビームを受信する。
　受信部３５は、複数の受信信号変換部３５０を有する。受信信号変換部３５０は、図示しないＲＦ部、ＡＤＣ（Analog to Digital Conversion）部及びパルス成形部などにより構成されている。そして、受信信号変換部３５０は、複数のアンテナ３１それぞれにより受信された高周波の受信信号を低周波のベースバンド信号に周波数変換し、制御部３３に対して出力する。
　ここで、受信部３５は、自局が収容しているユーザ端末２０それぞれとの間の通信路情報（ＣＳＩ）をユーザ端末ごとに受信し、制御部３３に対して出力する。なお、基地局３０は、受信部３５がＣＳＩ用の制御信号を受信し、制御部３３がＣＳＩを推定するように構成されてもよい。
　つまり、基地局３０は、エクスプリシットビームフォーミングを行うように構成されてもよいし、インプリシットビームフォーミングを行うように構成されてもよい。
　次に、集約局４０の具体的な構成例について説明する。図３は、一実施形態にかかる集約局４０が有する機能を例示する機能ブロック図である。図３に示すように、集約局４０は、制御部４１、通信部４２、判定部４３、算出部４４、情報ビット生成部４５、変調部４６、及びビーム形成部４７を有する。
　制御部４１は、例えばＣＰＵ４１０及びメモリ４１２を備え、集約局４０を構成する各部を制御する。なお、制御部４１が備える機能の具体例については後述する。
　通信部４２は、受信部４２０及び送信部４２２を備え、基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれとの間で例えば図示しない光ファイバを介して双方向の通信を行う。受信部４２０は、基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれから収容しているユーザ端末２０それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信し、判定部４３に対して出力する。送信部４２２は、制御部４１の制御に応じて、ビーム形成部４７が出力した信号を基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれに対して送信する。
　判定部４３は、受信部４２０が受信したユーザ端末２０ごとの通信路情報に基づいて、複数の基地局３０と複数のユーザ端末２０とが一直線上に並んでいるか否かを判定し、判定結果を算出部４４に対して出力する。
　算出部４４は、『ＭＩＭＯ伝送におけるデジタルビームは、送信局同士及び受信局同士の距離がそれぞれ半波長以上離れていれば、指向性に依存しない（ＭＩＭＯ通信路の特性が無相関になる）こと：（例えば、以下の非特許文献３参照）』に基づいて、基地局３０それぞれが送信すべき各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出し、算出結果をビーム形成部４７に対して出力する。
　［非特許文献３］府川和彦、「６章　ダイバーシチ技術」、電子情報通信学会「知識ベース」　４群（モバイル・無線）－１編（無線通信基礎）、２０１０年１１月９日、p.1-9
　例えば、算出部４４は、複数の基地局３０と複数のユーザ端末２０とが一直線上に並んでいると判定部４３が判定した場合、受信部４２０が受信したユーザ端末２０ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の基地局３０それぞれが複数のユーザ端末２０それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末２０ごとに半波長以上ずれるように、複数の基地局３０それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出し、算出結果をビーム形成部４７に対して出力する。
　また、算出部４４は、一直線上に並んでいる複数の基地局３０それぞれが複数のユーザ端末２０それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末２０ごとにゲインを高めるように、複数の基地局３０それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出してもよい。
　つまり、算出部４４は、ＬＴＥ（long term evolution）－ＡｄｖａｎｃｅｄのＣｏＭＰ（Coordinated Multi-Point） with ＪＴ（Joint Transmission）の機能を備えていてもよい。このとき、算出部４４は、基地局３０－１及び基地局３０－２に位相を揃えた信号を同時に送信させる協調動作をさせて、互いに干渉をさせずに受信点で信号を強め合うようにユーザ端末２０に対するコヒーレント伝送をさせるための算出を行う。
　また、算出部４４は、複数の基地局３０と複数のユーザ端末２０とが一直線上に並んでいないと判定部４３が判定した場合には、従来と同様に、複数の基地局３０それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出し、算出結果をビーム形成部４７に対して出力する。
　情報ビット生成部４５は、基地局３０－１及び基地局３０－２に対してそれぞれ送信するデータ情報ビットを生成し、変調部４６に対して出力する。データ情報ビットは、例えば外部(不図示)から入力されるデータ信号や、内部で生成するデータ信号などに対応するビット列である。なお、情報ビット生成部４５は、所定の符号化率で誤り訂正符号を生成する誤り訂正符号化機能やインターリーブ機能などを有してもよい。
　変調部４６は、情報ビット生成部４５が生成した基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれに対するデータ情報ビットを所定の変調方式（例えば直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）など）で変調し、変調したデータ信号それぞれをビーム形成部４７に対して出力する。
　ビーム形成部４７は、算出部４４が算出した送信ウェイトに基づいて、変調部４６が変調したデータ信号それぞれに対し、基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれが所定の送信ビームを形成することができるように処理を行い、処理結果を送信部４２２に対して出力する。つまり、ビーム形成部４７は、分散アンテナシステム１０における電波干渉を防止するように処理を行う。
　そして、上述したように、送信部４２２は、制御部４１の制御に応じて、ビーム形成部４７が出力した信号（処理結果）を基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれに対して送信する。
　つまり、制御部４１は、算出部４４が算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、基地局３０－１及び基地局３０－２それぞれが各送信ビームを送信するように制御する機能を備えている。
　このように、一実施形態にかかる分散アンテナシステム１０は、集約局４０がユーザ端末２０ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の基地局３０それぞれが複数のユーザ端末２０それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末２０ごとに半波長以上ずれるように、複数の基地局３０それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出するので、複数の基地局３０と複数のユーザ端末２０が一直線上に並ぶ位置関係にある場合にも、電波干渉を防止することができる。
　また、基地局３０及び集約局４０それぞれが有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
　例えば、基地局３０及び集約局４０は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　１０・・・分散アンテナシステム、２０・・・ユーザ端末、３０－１，３０－２・・・基地局、３１・・・アンテナ、３２・・・通信部、３３・・・制御部、３４・・・送信部、３５・・・受信部、４０・・・集約局、４１・・・制御部、４２・・・通信部、４３・・・判定部、４４・・・算出部、４５・・・情報ビット生成部、４６・・・変調部、４７・・・ビーム形成部、３２０・・・受信部、３２２・・・送信部、３３０・・・ＣＰＵ、３３２・・・メモリ、３４０・・・送信信号変換部、３５０・・・受信信号変換部、４１０・・・ＣＰＵ、４１２・・・メモリ、４２０・・・受信部、４２２・・・送信部

Claims (6)

  1. 　ユーザ端末に対してＭＩＭＯ伝送を同一周波数で行う複数の基地局と、前記基地局それぞれが用いる情報を集約する集約局とを備える分散アンテナシステムにおいて、
    　前記集約局は、
    　前記基地局それぞれから収容しているユーザ端末それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信する受信部と、
    　前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいるか否かを判定する判定部と、
    　複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいると前記判定部が判定した場合に、前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとに半波長以上ずれるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出する算出部と、
    　前記算出部が算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、前記基地局それぞれが各送信ビームを送信するように制御する制御部と
    　を有することを特徴とする分散アンテナシステム。
  2. 　前記算出部は、
    　一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとにゲインを高めるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出すること
    　を特徴とする請求項１に記載の分散アンテナシステム。
  3. 　ユーザ端末に対してＭＩＭＯ伝送を同一周波数で行う複数の基地局と、前記基地局それぞれが用いる情報を集約する集約局とが行う無線通信方法において、
    　前記集約局が前記基地局それぞれから収容しているユーザ端末それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信する受信工程と、
    　受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいるか否かを判定する判定工程と、
    　複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいると判定した場合に、受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとに半波長以上ずれるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出する算出工程と、
    　算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、前記基地局それぞれが各送信ビームを送信するように制御する制御工程と
    　を含むことを特徴とする無線通信方法。
  4. 　前記算出工程では、
    　一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとにゲインを高めるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出すること
    　を特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。
  5. 　ユーザ端末に対してＭＩＭＯ伝送を同一周波数で行う複数の基地局それぞれが用いる情報を集約する集約局において、
    　前記基地局それぞれから収容しているユーザ端末それぞれとの間の通信路情報をユーザ端末ごとに受信する受信部と、
    　前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいるか否かを判定する判定部と、
    　複数の前記基地局と複数のユーザ端末とが一直線上に並んでいると前記判定部が判定した場合に、前記受信部が受信したユーザ端末ごとの通信路情報に基づいて、一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとに半波長以上ずれるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出する算出部と、
    　前記算出部が算出した送信ウェイトそれぞれに基づいて、前記基地局それぞれが各送信ビームを送信するように制御する制御部と
    　を有することを特徴とする集約局。
  6. 　前記算出部は、
    　一直線上に並んでいる複数の前記基地局それぞれが複数のユーザ端末それぞれに対して送信する送信ビームがユーザ端末ごとにゲインを高めるように、複数の前記基地局それぞれが送信する各送信ビームの送信ウェイトをそれぞれ算出すること
    　を特徴とする請求項５に記載の集約局。
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