無線基地局装置
【課題】良好な無線伝送特性と装置の高信頼性とを実現する。
【解決手段】無線基地局装置は、複数のアンテナ素子21〜24を備え、複数のアンテナ素子21〜24毎に無線信号を送受信する複数の無線装置1と、無線信号を受信した場合に、複数の無線装置1の各アンテナ素子21〜24により受信された信号を任意の組み合わせで選択し、無線信号を送信する場合に、変調信号を上記組み合わせに従って複数の無線装置1へ出力する第1スイッチ手段と、組み合わせ毎の受信信号をもとにDBF(Digital Beam Forming)を行う機能と、変調信号を生成する機能とを有する複数の信号処理部413と、複数の信号処理手段413の後段に配置される複数のアクセス制御部421と、複数のアクセス制御部421を信号処理部413に選択的に接続する第2スイッチ44とを具備し、第2スイッチ44は、第1スイッチ手段の機能を集約し、現用系#0と予備系#1とを備える。
【解決手段】無線基地局装置は、複数のアンテナ素子21〜24を備え、複数のアンテナ素子21〜24毎に無線信号を送受信する複数の無線装置1と、無線信号を受信した場合に、複数の無線装置1の各アンテナ素子21〜24により受信された信号を任意の組み合わせで選択し、無線信号を送信する場合に、変調信号を上記組み合わせに従って複数の無線装置1へ出力する第1スイッチ手段と、組み合わせ毎の受信信号をもとにDBF(Digital Beam Forming)を行う機能と、変調信号を生成する機能とを有する複数の信号処理部413と、複数の信号処理手段413の後段に配置される複数のアクセス制御部421と、複数のアクセス制御部421を信号処理部413に選択的に接続する第2スイッチ44とを具備し、第2スイッチ44は、第1スイッチ手段の機能を集約し、現用系#0と予備系#1とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、ビーム形成方式(DBF:Digital Beam Forming)を用いて移動局との間で無線通信を行う無線基地局装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の送受信アンテナを用いてデジタル信号処理により指向性パターンを提供する方法としてDBF(Digital Beam Forming)が知られている。このDBF方式を用いることで、妨害を受けたくない方向へ指向性を弱めたり、安定して受信したい端末の方向へ強い指向性を向けたりすることで周波数利用率の向上やエリア拡大などの利点を教授できる。
【0003】
そこで、例えば、特許文献1には、DBF方式により無線基地局のアンテナの指向性を制御し、不感エリアを低減する基地局アンテナ装置が提案されている。また、特許文献2には、複数のアレイアンテナを統合的に制御する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−308037号公報
【特許文献2】特開2001−177328号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の間隔は、装置の設置スペース等の制限から、十数センチから1メートル前後の場合が殆どであり、この技術によって得られる指向性や利得にも限界がある。また、無線基地局装置は、建物の屋上などに設置されるため、小型でかつ長期運用できることが望ましい。
【0006】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、良好な無線伝送特性と装置の高信頼性とを実現する無線基地局装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、この発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子毎に無線信号を送受信する複数の無線装置と、前記無線信号を受信した場合に、前記複数の無線装置の各アンテナ素子により受信された信号を任意の組み合わせで選択し、前記無線信号を送信する場合に、変調信号を前記組み合わせに従って前記複数の無線装置へ出力する第1スイッチ手段と、前記組み合わせ毎の受信信号をもとにDBF(Digital Beam Forming)を行う機能と、前記変調信号を生成する機能とを有する複数の信号処理手段と、前記複数の信号処理手段の後段に配置される複数のアクセス制御手段と、前記複数のアクセス制御手段を前記信号処理手段に選択的に接続する第2スイッチ手段とを具備し、前記第2スイッチ手段は、前記第1スイッチ手段の機能を集約し、現用系と予備系とを備えることを特徴とする無線基地局装置を提供する。
【発明の効果】
【0008】
したがってこの発明によれば、良好な無線伝送特性と装置の高信頼性とを実現する無線基地局装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第1実施形態に係る無線基地局装置の全体構成図。
【図2】本発明の第1実施形態に係る無線装置を示すブロック図。
【図3】本発明の第1実施形態に係る無線基地局装置を示すブロック図。
【図4】第1実施形態の指向性パターンを示す図。
【図5】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の一例を示す図。
【図6】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図7】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図8】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図9】本発明の第2実施形態に係る変復調装置を示すブロック図。
【図10】第2実施形態に係る変復調装置の信号経路の一例を示す図。
【図11】第2実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図12】第2実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図13】第3実施形態に係る変復調装置の信号経路の一例を示す図。
【図14】第3実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、複数の無線装置が有する各アンテナ素子の受信信号を任意に組み合わせてDBF処理を行うことで、従来方式より高利得で柔軟な指向性制御を実現すると共に、一部の機能を冗長化して装置の信頼性を高めるものである。
【0011】
図1は、本発明の第1実施形態に係る無線基地局装置の全体構成図を示す。この無線基地局装置は、1つの変復調装置4に複数の無線装置1−nが光ファイバ3などの伝送路を介して接続される。変復調装置4は、インタフェースケーブル6を介して通信ネットワーク5に接続される。無線装置1−nは、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ2−nを備え、DBF(Digital Beam Forming)方式により所望の指向性パターンのビームを形成して端末7との間で無線通信を行う。
【0012】
図2に、無線装置のブロック図を示す。無線装置1は、光ファイバ3を介して変復調装置4に接続される。無線装置1は、周波数変換部101と、デジタル/アナログ変換部102と、電気/光変換部103とを備える。また、無線装置1には、4つのアンテナ素子21,22,23,24を有するアレイアンテナ2が接続される。
【0013】
図3に、変復調装置のブロック図を示す。変復調装置4は、第3スイッチ45(現用系#0/予備系#1)、無線アクセス制御部42−1,42−2、第2スイッチ44(#0/#1)、変復調部41−1,41−2,第1スイッチ43(#0/#1)、及びインタフェース部46−1,46−2を備える。無線アクセス制御部42−1,42−2は、振り分けスイッチ422と、データの伝送制御を行うアクセス制御部421と、振り分けスイッチ423とを備える。変調部41−1,41−2は、振り分けスイッチ412と、DBF処理を行う信号処理部413とを備える。インタフェース部46−1,46−2は、光/電気変換部461と、振り分けスイッチ462とを備える。
【0014】
この変復調装置4は、無線アクセス制御部42、第1スイッチ43、第2スイッチ44、及び第3スイッチ45を冗長化することで信頼性を向上させている。冗長化された無線アクセス制御部42−1,42−2は、第3スイッチ45及び第2スイッチ44によって経路が切り替えられる。第1スイッチ43は、複数の無線装置1のアレイアンテナ2を構成する各アンテナ素子21〜24を任意に組み合わせて選択し、DBF形成する受信信号をグループ化して信号処理部413へ導く。
【0015】
変復調部41−1,41−2の振り分けスイッチ412およびインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチ462は、第1スイッチ43(#0/#1)を選択する振り分けスイッチである。第2スイッチ44から入力された変調前の信号は、振り分けスイッチ412により信号処理部413へ送られる。また、信号処理部413で変調された変調後の信号は、振り分けスイッチ412により第1スイッチ43へ送られる。
【0016】
このように構成された無線基地局装置の動作を説明する。DBFはデジタル信号処理によって実現されるので、受信の場合を例にすると、アレイアンテナ2−k,2−jで受信した無線信号は、無線装置1−k,1−jの周波数変換部101でデジタル変換しやすい低い周波数(中間周波数)に変換された後、デジタル/アナログ変換部102にてアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル化された信号は、電気/光変換部103、光ファイバ3を経て変復調装置4のインタフェース部46へ送られて電気/光変換部461、振り分けスイッチ462、第1スイッチ43、及び変復調部41−1,41−2の振り分けスイッチ412を経由して信号処理部413に導かれてアンテナ間のデータを演算して、例えば上記図4のような指向性パターンが得られる。
【0017】
図4では、第1スイッチ43により無線装置1−kのアンテナ素子21,22と無線装置1−jのアンテナ素子23,24とがグループ化されている。指向性の強い方向から受信する信号は強められ、逆に指向性の弱い方向の信号は弱められるので、端末71の送信した信号は無線装置1−k、1−jのアンテナ素子において高レベルで受信でき、端末72の送信した信号は、逆に受信レベルが低くなるので、端末71は端末72の混信を避け安定した通信ができる。
【0018】
一方、送信の際には、信号処理部413はアレイアンテナより所望の指向性パターンで信号が送信できるようグループ化されたアンテナ素子ごとに演算処理されたデジタルを送出し、受信とは逆の経路をたどり無線装置1−k,1−jのデジタル/アナログ変換部102にて中間周波数に変換し、周波数変換部101で所定の周波数へ変換した後、アレイアンテナ2−k,2−jより信号は送出される。
【0019】
受信同様に指向性の強い方向へは高いレベルで信号が送出され、指向性の弱い方向へは低いレベルで信号が送出される。
【0020】
このようにして、妨害を受けたくない方向へ指向性を弱めたり、安定して送受信したい端末の方向へ強い指向性を向けたりすることで周波数利用率の向上やエリア拡大などの利点を享受できる。
【0021】
第1スイッチ43は、DBFを形成するアンテナ素子の信号をグループ化して信号処理へ導くためのもので、信号処理部413に前置することで変復調装置4に入出力される複数のアンテナ素子の信号を任意のグループに組み合わせることができ、従来と比較してDBF形成するアンテナ素子のグループを柔軟に変更できるように構成することができる。
【0022】
次に、冗長時の信号の経路について説明する。
図5は、図3の変復調装置における信号の経路を説明するものである。図5は、装置の内部に不具合が一切無い正常時の送信動作における通信経路を示す。
【0023】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0024】
変調後の信号9は、第1スイッチ45の#0およびインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチ462にてDBFの組み合わせに従いスイッチされ光ファイバ3を経て無線装置1−kないし1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われ所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0025】
続いて、装置の内部に故障が起きた場合の送信動作における通信経路について説明する。図6は、無線アクセス制御部42−1が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0026】
第3スイッチ45、第2スイッチ44を操作して故障した無線アクセス制御部42−1の代わりに無線アクセス制御部42−2を選択することで通信経路を確保している。
【0027】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−2、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図5の場合と同様である。
【0028】
図7は、第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0029】
無線アクセス制御部42−1の振り分けスイッチ422,423及び変復調部41−1の振り分けスイッチ412を操作して、故障した第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0の代わりに第3スイッチ45の#1、第2スイッチ44の#1を選択することで通信経路を確保している。
【0030】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#1、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#1を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図5の同様である。
【0031】
図8は、第1スイッチ43の#0が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0032】
変復調部41−1の振り分けスイッチ412及びインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチ462を操作して、故障した第1スイッチ43の#0の代わりに第1スイッチ43の#1を選択することで通信経路を確保している。
【0033】
変調後の信号9は、第1スイッチ43の#1およびインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチにてDBFの組み合わせに従いスイッチされ光ファイバ3を経て無線装置1−kないし1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われ所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0034】
以上説明してきたように、第1実施形態の無線システムは高機能なDBFと冗長性の両方を提供することができる。
【0035】
(第2実施形態)
上記第1実施形態によれば、高機能なDBFと冗長性の両方を備えた無線基地局装置を提供することが可能となる。その反面、スイッチ手段を多用するため、回路が複雑になる。また、回路が複雑であると、小型化や省電力化を阻害する。第2実施形態では、上記第1の実施形態の無線基地局装置の構成を一部簡略化する手法を提案する。
【0036】
すなわち、本発明の第2実施形態は、上記第1実施形態で示した図5の構成における振り分けスイッチ462、及び第1スイッチ43に相当するスイッチを省略することで、回路構成を簡易にし、装置の小型化及び省電力化を実現するものである。
【0037】
図9は、第2実施形態に係る変復調装置のブロック図である。図5の構成との違いは、第1スイッチ43及び振り分けスイッチ462の機能を、第2スイッチ44及び振り分けスイッチ412に集約したことにある。変調部41−1,41−2は、光/電気変換部411と、振り分けスイッチ412と、信号処理部413とを備える。第2スイッチ44から入力された変調前の信号は、振り分けスイッチ412により信号処理部413へ送られる。また、信号処理部413で変調された変調後の信号は、振り分けスイッチ412により電気/光変換部411又は第2スイッチ44へ送られる。
【0038】
図10は、第2実施形態の変復調装置における信号の経路を説明するものである。図10は、装置の内部に不具合が一切無い正常時の送信動作における通信経路を示す。
【0039】
通信ネットワーク5から入力された変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0040】
変調後の信号9は、DBFの組み合わせに従い、振り分けスイッチ412は、無線装置1−kへ出力する信号は電気/光変換部411側へスイッチし、無線装置1−jへ出力する信号は第2スイッチ44の#0側へスイッチする。それぞれの変調後の信号9は、無線装置1−k及び無線装置1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われた後、所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0041】
続いて、装置の内部に故障が起きた場合の送信動作における通信経路について説明する。図11は、無線アクセス制御部42−1が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0042】
第3スイッチ45、第2スイッチ44を操作して故障した無線アクセス制御部42−1の代わりに無線アクセス制御部42−2を選択することで通信経路を確保している。
【0043】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−2、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図10の場合と同様である。
【0044】
図12は、第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0045】
無線アクセス制御部42−1の振り分けスイッチ422,423、及び変復調部41−1の振り分けスイッチ412を操作して、故障した第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0の代わりに第3スイッチ45の#1、第2スイッチ44の#1を選択することで通信経路を確保している。
【0046】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#1、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#1を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0047】
変調後の信号9は、DBFの組み合わせに従い、振り分けスイッチ412は、無線装置1−kへ出力する信号を電気/光変換部411側へスイッチし、無線装置1−jへ出力する信号を第2スイッチ44の#1側へスイッチする。それぞれの変調後の信号9は、無線装置1−k及び無線装置1−jへ導かれ、D/A変換、周波数変換が行われた後、所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0048】
以上説明したように、第2実施形態である図9の構成では、上記第1実施形態の図5の構成における振り分けスイッチ462、及び第1スイッチ43に相当するスイッチが独立して存在しない。その代わりに、振り分けスイッチ412、及び第2スイッチ44間の通信帯域は変調前信号8と変調後信号9が同時に通過できるだけの帯域を確保するように構成している。
【0049】
このように構成することで、振り分けスイッチ412及び第2スイッチ44を経由して変調後信号9を通過させることができ、図5の構成における振り分けスイッチ462、および第1スイッチ43に相当するスイッチを省略することが可能である。すなわち、上記第1実施形態に比較して少ないスイッチ構成で高度なDBFと冗長性の両者を具備した無線基地局装置を実現できる。
【0050】
(第3実施形態)
上記第2実施形態では、第2スイッチ44の#0,#1の通信帯域は、変調前信号8と変調後信号9とが同時に通過できるだけの帯域を確保するように構成している。第3実施形態は、変調前信号8を第2スイッチ44の#0に通過させ、変調後信号9を第2スイッチ44の#1に通過させるようにすることで、第2スイッチ44の通信帯域を分散させるものである。
【0051】
第3実施形態の構成は、上記第2実施形態の図9と同様であり、信号の経路のみが異なるものである。
【0052】
図13は、第3実施形態の変復調装置における信号の経路を説明するものである。図13は、変復調装置の内部に不具合が一切無い正常時の送信動作における通信経路を示す。
【0053】
通信ネットワーク5から入力された変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0054】
変調後の信号9は、DBFの組み合わせに従い、振り分けスイッチ412は無線装置1−kへ出力する信号は電気/光変換部411側へスイッチし、無線装置1−jへ出力する信号は第2スイッチ44の#1側へスイッチする。それぞれの変調後の信号9は無線装置1−kおよび無線装置1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われ所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0055】
続いて、装置の内部に故障が起きた場合の送信動作における通信経路について説明する。図14は、無線アクセス制御部42−1が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0056】
第3スイッチ45、第2スイッチ44を操作して故障した無線アクセス制御部42−1の代わりに無線アクセス制御部42−2を選択することで通信経路を確保している。
【0057】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−2、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図13の場合と同様である。
【0058】
以上述べたように、上記第3実施形態では、冗長化された第2スイッチ44の予備系#1を用いることで、変調後信号9を通過させるための経路を確保している。これにより、第2実施形態と比較して、第2スイッチ44は必要な通信帯域を低減することが可能となり、高度なDBFと冗長性の両者を具備した無線基地局装置をさらに小型化することが可能である。
【0059】
なお、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【0060】
1−n…無線装置、2−n…アレイアンテナ、3…光ファイバ、4…変復調装置、5…通信ネットワーク、6…インタフェースケーブル、7…端末、21〜24…アンテナ素子、101…周波数変換部、102…デジタル/アナログ変換部、103…電気/光変換部、43…第1スイッチ、44…第2スイッチ、45…第3スイッチ、42−1,42−2…無線アクセス制御部、421…アクセス制御部、422,423…振り分けスイッチ、41−1,41−2…変復調部、411…電気/光変換部、412…振り分けスイッチ、413…信号処理部、46−1,46−2…インタフェース部、461…電気/光変換部、462…振り分けスイッチ。
【技術分野】
【0001】
この発明は、ビーム形成方式(DBF:Digital Beam Forming)を用いて移動局との間で無線通信を行う無線基地局装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の送受信アンテナを用いてデジタル信号処理により指向性パターンを提供する方法としてDBF(Digital Beam Forming)が知られている。このDBF方式を用いることで、妨害を受けたくない方向へ指向性を弱めたり、安定して受信したい端末の方向へ強い指向性を向けたりすることで周波数利用率の向上やエリア拡大などの利点を教授できる。
【0003】
そこで、例えば、特許文献1には、DBF方式により無線基地局のアンテナの指向性を制御し、不感エリアを低減する基地局アンテナ装置が提案されている。また、特許文献2には、複数のアレイアンテナを統合的に制御する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−308037号公報
【特許文献2】特開2001−177328号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子の間隔は、装置の設置スペース等の制限から、十数センチから1メートル前後の場合が殆どであり、この技術によって得られる指向性や利得にも限界がある。また、無線基地局装置は、建物の屋上などに設置されるため、小型でかつ長期運用できることが望ましい。
【0006】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、良好な無線伝送特性と装置の高信頼性とを実現する無線基地局装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、この発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子毎に無線信号を送受信する複数の無線装置と、前記無線信号を受信した場合に、前記複数の無線装置の各アンテナ素子により受信された信号を任意の組み合わせで選択し、前記無線信号を送信する場合に、変調信号を前記組み合わせに従って前記複数の無線装置へ出力する第1スイッチ手段と、前記組み合わせ毎の受信信号をもとにDBF(Digital Beam Forming)を行う機能と、前記変調信号を生成する機能とを有する複数の信号処理手段と、前記複数の信号処理手段の後段に配置される複数のアクセス制御手段と、前記複数のアクセス制御手段を前記信号処理手段に選択的に接続する第2スイッチ手段とを具備し、前記第2スイッチ手段は、前記第1スイッチ手段の機能を集約し、現用系と予備系とを備えることを特徴とする無線基地局装置を提供する。
【発明の効果】
【0008】
したがってこの発明によれば、良好な無線伝送特性と装置の高信頼性とを実現する無線基地局装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第1実施形態に係る無線基地局装置の全体構成図。
【図2】本発明の第1実施形態に係る無線装置を示すブロック図。
【図3】本発明の第1実施形態に係る無線基地局装置を示すブロック図。
【図4】第1実施形態の指向性パターンを示す図。
【図5】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の一例を示す図。
【図6】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図7】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図8】第1実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図9】本発明の第2実施形態に係る変復調装置を示すブロック図。
【図10】第2実施形態に係る変復調装置の信号経路の一例を示す図。
【図11】第2実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図12】第2実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【図13】第3実施形態に係る変復調装置の信号経路の一例を示す図。
【図14】第3実施形態に係る変復調装置の信号経路の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、複数の無線装置が有する各アンテナ素子の受信信号を任意に組み合わせてDBF処理を行うことで、従来方式より高利得で柔軟な指向性制御を実現すると共に、一部の機能を冗長化して装置の信頼性を高めるものである。
【0011】
図1は、本発明の第1実施形態に係る無線基地局装置の全体構成図を示す。この無線基地局装置は、1つの変復調装置4に複数の無線装置1−nが光ファイバ3などの伝送路を介して接続される。変復調装置4は、インタフェースケーブル6を介して通信ネットワーク5に接続される。無線装置1−nは、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナ2−nを備え、DBF(Digital Beam Forming)方式により所望の指向性パターンのビームを形成して端末7との間で無線通信を行う。
【0012】
図2に、無線装置のブロック図を示す。無線装置1は、光ファイバ3を介して変復調装置4に接続される。無線装置1は、周波数変換部101と、デジタル/アナログ変換部102と、電気/光変換部103とを備える。また、無線装置1には、4つのアンテナ素子21,22,23,24を有するアレイアンテナ2が接続される。
【0013】
図3に、変復調装置のブロック図を示す。変復調装置4は、第3スイッチ45(現用系#0/予備系#1)、無線アクセス制御部42−1,42−2、第2スイッチ44(#0/#1)、変復調部41−1,41−2,第1スイッチ43(#0/#1)、及びインタフェース部46−1,46−2を備える。無線アクセス制御部42−1,42−2は、振り分けスイッチ422と、データの伝送制御を行うアクセス制御部421と、振り分けスイッチ423とを備える。変調部41−1,41−2は、振り分けスイッチ412と、DBF処理を行う信号処理部413とを備える。インタフェース部46−1,46−2は、光/電気変換部461と、振り分けスイッチ462とを備える。
【0014】
この変復調装置4は、無線アクセス制御部42、第1スイッチ43、第2スイッチ44、及び第3スイッチ45を冗長化することで信頼性を向上させている。冗長化された無線アクセス制御部42−1,42−2は、第3スイッチ45及び第2スイッチ44によって経路が切り替えられる。第1スイッチ43は、複数の無線装置1のアレイアンテナ2を構成する各アンテナ素子21〜24を任意に組み合わせて選択し、DBF形成する受信信号をグループ化して信号処理部413へ導く。
【0015】
変復調部41−1,41−2の振り分けスイッチ412およびインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチ462は、第1スイッチ43(#0/#1)を選択する振り分けスイッチである。第2スイッチ44から入力された変調前の信号は、振り分けスイッチ412により信号処理部413へ送られる。また、信号処理部413で変調された変調後の信号は、振り分けスイッチ412により第1スイッチ43へ送られる。
【0016】
このように構成された無線基地局装置の動作を説明する。DBFはデジタル信号処理によって実現されるので、受信の場合を例にすると、アレイアンテナ2−k,2−jで受信した無線信号は、無線装置1−k,1−jの周波数変換部101でデジタル変換しやすい低い周波数(中間周波数)に変換された後、デジタル/アナログ変換部102にてアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル化された信号は、電気/光変換部103、光ファイバ3を経て変復調装置4のインタフェース部46へ送られて電気/光変換部461、振り分けスイッチ462、第1スイッチ43、及び変復調部41−1,41−2の振り分けスイッチ412を経由して信号処理部413に導かれてアンテナ間のデータを演算して、例えば上記図4のような指向性パターンが得られる。
【0017】
図4では、第1スイッチ43により無線装置1−kのアンテナ素子21,22と無線装置1−jのアンテナ素子23,24とがグループ化されている。指向性の強い方向から受信する信号は強められ、逆に指向性の弱い方向の信号は弱められるので、端末71の送信した信号は無線装置1−k、1−jのアンテナ素子において高レベルで受信でき、端末72の送信した信号は、逆に受信レベルが低くなるので、端末71は端末72の混信を避け安定した通信ができる。
【0018】
一方、送信の際には、信号処理部413はアレイアンテナより所望の指向性パターンで信号が送信できるようグループ化されたアンテナ素子ごとに演算処理されたデジタルを送出し、受信とは逆の経路をたどり無線装置1−k,1−jのデジタル/アナログ変換部102にて中間周波数に変換し、周波数変換部101で所定の周波数へ変換した後、アレイアンテナ2−k,2−jより信号は送出される。
【0019】
受信同様に指向性の強い方向へは高いレベルで信号が送出され、指向性の弱い方向へは低いレベルで信号が送出される。
【0020】
このようにして、妨害を受けたくない方向へ指向性を弱めたり、安定して送受信したい端末の方向へ強い指向性を向けたりすることで周波数利用率の向上やエリア拡大などの利点を享受できる。
【0021】
第1スイッチ43は、DBFを形成するアンテナ素子の信号をグループ化して信号処理へ導くためのもので、信号処理部413に前置することで変復調装置4に入出力される複数のアンテナ素子の信号を任意のグループに組み合わせることができ、従来と比較してDBF形成するアンテナ素子のグループを柔軟に変更できるように構成することができる。
【0022】
次に、冗長時の信号の経路について説明する。
図5は、図3の変復調装置における信号の経路を説明するものである。図5は、装置の内部に不具合が一切無い正常時の送信動作における通信経路を示す。
【0023】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0024】
変調後の信号9は、第1スイッチ45の#0およびインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチ462にてDBFの組み合わせに従いスイッチされ光ファイバ3を経て無線装置1−kないし1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われ所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0025】
続いて、装置の内部に故障が起きた場合の送信動作における通信経路について説明する。図6は、無線アクセス制御部42−1が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0026】
第3スイッチ45、第2スイッチ44を操作して故障した無線アクセス制御部42−1の代わりに無線アクセス制御部42−2を選択することで通信経路を確保している。
【0027】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−2、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図5の場合と同様である。
【0028】
図7は、第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0029】
無線アクセス制御部42−1の振り分けスイッチ422,423及び変復調部41−1の振り分けスイッチ412を操作して、故障した第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0の代わりに第3スイッチ45の#1、第2スイッチ44の#1を選択することで通信経路を確保している。
【0030】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#1、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#1を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図5の同様である。
【0031】
図8は、第1スイッチ43の#0が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0032】
変復調部41−1の振り分けスイッチ412及びインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチ462を操作して、故障した第1スイッチ43の#0の代わりに第1スイッチ43の#1を選択することで通信経路を確保している。
【0033】
変調後の信号9は、第1スイッチ43の#1およびインタフェース部46−1,46−2の振り分けスイッチにてDBFの組み合わせに従いスイッチされ光ファイバ3を経て無線装置1−kないし1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われ所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0034】
以上説明してきたように、第1実施形態の無線システムは高機能なDBFと冗長性の両方を提供することができる。
【0035】
(第2実施形態)
上記第1実施形態によれば、高機能なDBFと冗長性の両方を備えた無線基地局装置を提供することが可能となる。その反面、スイッチ手段を多用するため、回路が複雑になる。また、回路が複雑であると、小型化や省電力化を阻害する。第2実施形態では、上記第1の実施形態の無線基地局装置の構成を一部簡略化する手法を提案する。
【0036】
すなわち、本発明の第2実施形態は、上記第1実施形態で示した図5の構成における振り分けスイッチ462、及び第1スイッチ43に相当するスイッチを省略することで、回路構成を簡易にし、装置の小型化及び省電力化を実現するものである。
【0037】
図9は、第2実施形態に係る変復調装置のブロック図である。図5の構成との違いは、第1スイッチ43及び振り分けスイッチ462の機能を、第2スイッチ44及び振り分けスイッチ412に集約したことにある。変調部41−1,41−2は、光/電気変換部411と、振り分けスイッチ412と、信号処理部413とを備える。第2スイッチ44から入力された変調前の信号は、振り分けスイッチ412により信号処理部413へ送られる。また、信号処理部413で変調された変調後の信号は、振り分けスイッチ412により電気/光変換部411又は第2スイッチ44へ送られる。
【0038】
図10は、第2実施形態の変復調装置における信号の経路を説明するものである。図10は、装置の内部に不具合が一切無い正常時の送信動作における通信経路を示す。
【0039】
通信ネットワーク5から入力された変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0040】
変調後の信号9は、DBFの組み合わせに従い、振り分けスイッチ412は、無線装置1−kへ出力する信号は電気/光変換部411側へスイッチし、無線装置1−jへ出力する信号は第2スイッチ44の#0側へスイッチする。それぞれの変調後の信号9は、無線装置1−k及び無線装置1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われた後、所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0041】
続いて、装置の内部に故障が起きた場合の送信動作における通信経路について説明する。図11は、無線アクセス制御部42−1が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0042】
第3スイッチ45、第2スイッチ44を操作して故障した無線アクセス制御部42−1の代わりに無線アクセス制御部42−2を選択することで通信経路を確保している。
【0043】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−2、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図10の場合と同様である。
【0044】
図12は、第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0045】
無線アクセス制御部42−1の振り分けスイッチ422,423、及び変復調部41−1の振り分けスイッチ412を操作して、故障した第3スイッチ45の#0、第2スイッチ44の#0の代わりに第3スイッチ45の#1、第2スイッチ44の#1を選択することで通信経路を確保している。
【0046】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#1、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#1を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0047】
変調後の信号9は、DBFの組み合わせに従い、振り分けスイッチ412は、無線装置1−kへ出力する信号を電気/光変換部411側へスイッチし、無線装置1−jへ出力する信号を第2スイッチ44の#1側へスイッチする。それぞれの変調後の信号9は、無線装置1−k及び無線装置1−jへ導かれ、D/A変換、周波数変換が行われた後、所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0048】
以上説明したように、第2実施形態である図9の構成では、上記第1実施形態の図5の構成における振り分けスイッチ462、及び第1スイッチ43に相当するスイッチが独立して存在しない。その代わりに、振り分けスイッチ412、及び第2スイッチ44間の通信帯域は変調前信号8と変調後信号9が同時に通過できるだけの帯域を確保するように構成している。
【0049】
このように構成することで、振り分けスイッチ412及び第2スイッチ44を経由して変調後信号9を通過させることができ、図5の構成における振り分けスイッチ462、および第1スイッチ43に相当するスイッチを省略することが可能である。すなわち、上記第1実施形態に比較して少ないスイッチ構成で高度なDBFと冗長性の両者を具備した無線基地局装置を実現できる。
【0050】
(第3実施形態)
上記第2実施形態では、第2スイッチ44の#0,#1の通信帯域は、変調前信号8と変調後信号9とが同時に通過できるだけの帯域を確保するように構成している。第3実施形態は、変調前信号8を第2スイッチ44の#0に通過させ、変調後信号9を第2スイッチ44の#1に通過させるようにすることで、第2スイッチ44の通信帯域を分散させるものである。
【0051】
第3実施形態の構成は、上記第2実施形態の図9と同様であり、信号の経路のみが異なるものである。
【0052】
図13は、第3実施形態の変復調装置における信号の経路を説明するものである。図13は、変復調装置の内部に不具合が一切無い正常時の送信動作における通信経路を示す。
【0053】
通信ネットワーク5から入力された変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−1、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。
【0054】
変調後の信号9は、DBFの組み合わせに従い、振り分けスイッチ412は無線装置1−kへ出力する信号は電気/光変換部411側へスイッチし、無線装置1−jへ出力する信号は第2スイッチ44の#1側へスイッチする。それぞれの変調後の信号9は無線装置1−kおよび無線装置1−jへ導かれD/A変換、周波数変換が行われ所望のアンテナ素子(2−k―21/22、2−j−23/24)より出力される。
【0055】
続いて、装置の内部に故障が起きた場合の送信動作における通信経路について説明する。図14は、無線アクセス制御部42−1が故障した場合の送信動作における通信経路を示している。
【0056】
第3スイッチ45、第2スイッチ44を操作して故障した無線アクセス制御部42−1の代わりに無線アクセス制御部42−2を選択することで通信経路を確保している。
【0057】
通信ネットワーク5から入力される変調前の信号8は第3スイッチ45の#0、無線アクセス制御部42−2、第2スイッチ44の#0を経由して変復調部41−1に導かれて信号処理413にて変調され同時にDBFの演算処理が行われる。以降は図13の場合と同様である。
【0058】
以上述べたように、上記第3実施形態では、冗長化された第2スイッチ44の予備系#1を用いることで、変調後信号9を通過させるための経路を確保している。これにより、第2実施形態と比較して、第2スイッチ44は必要な通信帯域を低減することが可能となり、高度なDBFと冗長性の両者を具備した無線基地局装置をさらに小型化することが可能である。
【0059】
なお、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【0060】
1−n…無線装置、2−n…アレイアンテナ、3…光ファイバ、4…変復調装置、5…通信ネットワーク、6…インタフェースケーブル、7…端末、21〜24…アンテナ素子、101…周波数変換部、102…デジタル/アナログ変換部、103…電気/光変換部、43…第1スイッチ、44…第2スイッチ、45…第3スイッチ、42−1,42−2…無線アクセス制御部、421…アクセス制御部、422,423…振り分けスイッチ、41−1,41−2…変復調部、411…電気/光変換部、412…振り分けスイッチ、413…信号処理部、46−1,46−2…インタフェース部、461…電気/光変換部、462…振り分けスイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子毎に無線信号を送受信する複数の無線装置と、
前記無線信号を受信した場合に、前記複数の無線装置の各アンテナ素子により受信された信号を任意の組み合わせで選択し、前記無線信号を送信する場合に、変調信号を前記組み合わせに従って前記複数の無線装置へ出力する第1スイッチ手段と、
前記組み合わせ毎の受信信号をもとにDBF(Digital Beam Forming)を行う機能と、前記変調信号を生成する機能とを有する複数の信号処理手段と、
前記複数の信号処理手段の後段に配置される複数のアクセス制御手段と、
前記複数のアクセス制御手段を前記信号処理手段に選択的に接続する第2スイッチ手段と
を具備し、
前記第2スイッチ手段は、前記第1スイッチ手段の機能を集約し、現用系と予備系とを備えることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項2】
前記第1スイッチ手段の機能は、前記第2スイッチ手段の予備系で行なわれることを特徴とする請求項1記載の無線基地局装置。
【請求項1】
複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子毎に無線信号を送受信する複数の無線装置と、
前記無線信号を受信した場合に、前記複数の無線装置の各アンテナ素子により受信された信号を任意の組み合わせで選択し、前記無線信号を送信する場合に、変調信号を前記組み合わせに従って前記複数の無線装置へ出力する第1スイッチ手段と、
前記組み合わせ毎の受信信号をもとにDBF(Digital Beam Forming)を行う機能と、前記変調信号を生成する機能とを有する複数の信号処理手段と、
前記複数の信号処理手段の後段に配置される複数のアクセス制御手段と、
前記複数のアクセス制御手段を前記信号処理手段に選択的に接続する第2スイッチ手段と
を具備し、
前記第2スイッチ手段は、前記第1スイッチ手段の機能を集約し、現用系と予備系とを備えることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項2】
前記第1スイッチ手段の機能は、前記第2スイッチ手段の予備系で行なわれることを特徴とする請求項1記載の無線基地局装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2011−182194(P2011−182194A)
【公開日】平成23年9月15日(2011.9.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−44436(P2010−44436)
【出願日】平成22年3月1日(2010.3.1)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年9月15日(2011.9.15)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年3月1日(2010.3.1)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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