JP4951537B2 - 無線通信ネットワークおよび無線基地局装置および無線通信ネットワークにおける通信方法 - Google Patents
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Description
本願発明は、無線通信技術に関し、特に、無線基地局装置の構成および無線通信ネットワークの構成、および無線通信方法に関する。
現在、無線通信システムは、W-CDMAやCDMA-2000等の第3世代携帯電話システムから、第3.9世代携帯電話システムといわれるLTE(Long Term Evolution)やUMB(Ultra Mobile Broadband)、WiMAX等、さらには第4世代携帯電話システムといった次世代システムへの移行が進んでいる。第3.9世代や第4世代の携帯電話システムにおいては数百Mbpsの通信速度を実現するための仕様検討がすすめられており、データレートの高速化進む一方である。このようなデータレートの高速化やマルチアンテナシステムの採用に伴い、次世代の携帯電話システムにおいては、現状のシステムより基地局装置の大型化、複雑化が避けられない。
一方で、通信トラフィックの都市部への集中が進み、通信事業者は、基地局装置の設置スペースが限られた中で、効率的な基地局配置を行わなければならないという課題を抱えている。
基地局装置の設計・構築をより柔軟に行うことができる技術のひとつに、CPRI(Common Public Radio Interface)がある。CPRIは、基地局装置内のディジタルベースバンド信号処理機能を有するベースバンドユニット(BBユニット)と、高周波無線信号処理機能を担う無線信号処理ユニット(RFユニット)を分離し、BBユニットとRFユニット間を光ファイバ等で接続し、その間の結ぶインタフェースの技術である。基地局装置をBBユニットとRFユニットに分離し、ユニット間を光ファイバ等でケーブル接続することにより、基地局装置の設置条件を緩和し、より柔軟な基地局配置を可能にすることができる。
基地局装置の設計・構築をより柔軟に行うことができる技術のひとつに、CPRI(Common Public Radio Interface)がある。CPRIは、基地局装置内のディジタルベースバンド信号処理機能を有するベースバンドユニット(BBユニット)と、高周波無線信号処理機能を担う無線信号処理ユニット(RFユニット)を分離し、BBユニットとRFユニット間を光ファイバ等で接続し、その間の結ぶインタフェースの技術である。基地局装置をBBユニットとRFユニットに分離し、ユニット間を光ファイバ等でケーブル接続することにより、基地局装置の設置条件を緩和し、より柔軟な基地局配置を可能にすることができる。
上記CPRIは、W-CDMAやUMTS等をターゲットとした、ディジタルベースバンド信号を光ファイバやメタリックケーブルにより伝送するためのインタフェース規格である。W-CDMAやUMTSといった無線規格は、3.84MHzのチップレートを使用しており、そのためCPRIのフレーム構造も3.84MHzのベーシックフレームを基本とした階層構造をとっている。一つのベーシックフレームは、16ワードに分割されており、先頭の1ワードには制御データ、残りの15ワードにディジタルサンプルデータが格納される。また、CPRI規格には、614.4Mbps〜3.072Gbpsまでのラインビットレートが定義されており、各ラインビットレートに応じて、ベーシックフレーム内の各ワードの大きさが1〜5バイトとなる。このベーシックフレームを基本フレームとして、256個のベーシックフレームで1個のハイパーフレーム、150個のハイパーフレームでノードBフレームという階層構造をとっている。
上述のように、CPRIインタフェースはもともとW-CDMAやUMTS等をターゲットとした規格であり、3.84MHzのベーシックフレームを基本としている。従って、W-CDMAやUMTSのシステムは、ベーシックフレームの周期と、チップデータの周期が1:1で対応するため、CPRIインタフェースとの親和性が高いといえる。しかし、CDMA-2000やWiMAX等のシステムは、ベーシックフレームの周期が異なるため、CPRIのチップデータ周期とCDMA-2000やWiMAXのベーシックフレームの周期の比が分数比となってしまう。そのためチップデータとベーシックフレームとの同期が取れず、CDMA-2000やWiMAXはCPRIインタフェースとの親和性が低く、CPRIインタフェースを用いて伝送するにはレートマッチングのためのなんらかの処理が必要であった。
W-CDMAやUMTS以外の無線システムのディジタルベースバンド信号をCPRIインタフェースを用いて伝送するための技術としては、例えば特許文献1および非特許文献1に示すものがある。
特許文献1は、CDMA-2000規格におけるディジタルベースバンド信号を、CPRIインタフェースを用いて伝送できるようにする技術である。CDMA-2000規格におけるチップレートは1.2288MHzでありCPRIインタフェースにおけるベーシックフレームの伝送レートである3.84MHzとCDMA-2000規格におけるチップレートの比は25/8となる。このレートの違いを吸収するために、特許文献１では、1個のCDMAチップデータを3個のベーシックフレームで送信し、8個のCDMAチップデータ(8×3＝24ベーシックフレーム)に1個のヌル(Null)ベーシックフレームを挿入する。これにより、CDMAチップレートとCPRIインタフェースの伝送レートとのレートマッチングを行っている。
また、非特許文献1(CPRI Specification V3.0 p32-p37)は、CPRIインタフェースをWiMAXへの適用する技術に関するものである。非特許文献１には、WiMAXのディジタルサンプルデータをCPRIインタフェースの伝送レートへマッピングする方法としていくつかの方法が記載されている。その何れの方法も、スタフィングビット(stuffing bits)と呼ばれる余剰なデータをCPRIフレーム内に挿入することによりレートマッチングを行っている。
特許文献1は、CDMA-2000規格におけるディジタルベースバンド信号を、CPRIインタフェースを用いて伝送できるようにする技術である。CDMA-2000規格におけるチップレートは1.2288MHzでありCPRIインタフェースにおけるベーシックフレームの伝送レートである3.84MHzとCDMA-2000規格におけるチップレートの比は25/8となる。このレートの違いを吸収するために、特許文献１では、1個のCDMAチップデータを3個のベーシックフレームで送信し、8個のCDMAチップデータ(8×3＝24ベーシックフレーム)に1個のヌル(Null)ベーシックフレームを挿入する。これにより、CDMAチップレートとCPRIインタフェースの伝送レートとのレートマッチングを行っている。
また、非特許文献1(CPRI Specification V3.0 p32-p37)は、CPRIインタフェースをWiMAXへの適用する技術に関するものである。非特許文献１には、WiMAXのディジタルサンプルデータをCPRIインタフェースの伝送レートへマッピングする方法としていくつかの方法が記載されている。その何れの方法も、スタフィングビット(stuffing bits)と呼ばれる余剰なデータをCPRIフレーム内に挿入することによりレートマッチングを行っている。
上記の特許文献１および非特許文献１のような処理により、ディジタルベースバンド信号のサンプリングレートと、CPRIインタフェースの伝送レートとのレートマッチングを行うためには、無線基地局装置は、送信側でのヌルデータの挿入処理および受信側でのヌルデータの削除処理が必要となる。これにより、無線基地局装置の回路規模が増大してしまう。
また、RFユニットで受信するサンプルデータは、無線システム毎に異なったサンプリングレートであるので、RFユニットはシステム毎に異なる仕様のものを用意する必要がある。もし、RFユニットを複数の無線通信システムに適用できるものとしようとするならば、RFユニットに複数の無線システムへの対応するための構成を設ける必要があり、RFユニットの回路規模が増大してしまう。
本願発明の目的は、RFユニットにおける処理量を削減し、RFユニットの装置規模の小型化を図ることである。
また、本願発明の目的は、BBユニットとRFユニットとに分割された無線基地局装置において、無線システムによらずRFユニットを共通化することにある。
本願発明の他の目的は、BBユニットとRFユニット間インタフェースの伝送帯域を効率的に利用し、信号品質を改善することである。
また、本願発明の目的は、BBユニットとRFユニットとに分割された無線基地局装置において、無線システムによらずRFユニットを共通化することにある。
本願発明の他の目的は、BBユニットとRFユニット間インタフェースの伝送帯域を効率的に利用し、信号品質を改善することである。
本願発明は、上記課題を解決するためになされたもので、第１の無線通信方式により無線通信を行う第１の無線通信システムと、第１の無線通信方式とは異なる無線通信方式により無線通信を行う少なくともひとつの第２の無線通信システムが含まれ、IPネットワークとから受信したIPパケットを第１、第２の無線通信システムの無線端末に送信するとともに、無線端末から受信したデータをIPネットワークに送信する無線通信ネットワークであって、第１、第２の無線通信システムの無線基地局装置は、IPパケットを受信し、ディジタルベースバンド信号の変復調を行うベースバンド部と、高周波無線信号の送受信およびディジタルベースバンド信号への変換を行う高周波無線部とが伝送路により接続される構成とし、ベースバンド部において、第１、第２の無線通信システムの無線通信方式に固有のサンプリング周波数のディジタルベースバンド信号を、無線通信システムによらない共通のサンプリング周波数の共通ベースバンド信号に変換し、第１、第２の無線通信システムともに、高周波無線部と前記ベースバンド部間の信号の送受信を、前記共通ベースバンド信号により行うようにしたものである。
本願発明によれば、余剰なサンプルデータの挿入および削除処理やRFユニットでのフィルタリング処理が不要になり、RFユニットの装置規模の小型化を図ることができる。
また、本願発明によれば、BBユニットの出力部におけるディジタルサンプルデータのサンプリングレートを、無線システムに依存しない共通のサンプリングレートとすることが可能となり、無線システムによらずRFユニットを共通化することができる。
また、本願発明によれば、BBユニットとRFユニット間のインタフェースの伝送帯域に合わせてオーバサンプル処理を行うのて、伝送効率の向上を図りつつ、SN比の向上が図れる。
また、本願発明によれば、BBユニットの出力部におけるディジタルサンプルデータのサンプリングレートを、無線システムに依存しない共通のサンプリングレートとすることが可能となり、無線システムによらずRFユニットを共通化することができる。
また、本願発明によれば、BBユニットとRFユニット間のインタフェースの伝送帯域に合わせてオーバサンプル処理を行うのて、伝送効率の向上を図りつつ、SN比の向上が図れる。
以下、本願発明を実施例を用いて説明する。
図1は、本願発明の一実施例におけるネットワーク構成図である。
図１に示すように、本願発明の一実施例においては、ネットワーク全体は、IPネットワーク１００、BBユニット２００、３００、共通RFユニット４００、４０１、４０２、４０３、ユーザ端末５００、５０１、とにより構成される。本願発明においては、無線基地局は基地局装置内のディジタルベースバンド信号処理機能を有するベースバンドユニット(BBユニット)と、高周波無線信号処理機能を担う無線信号処理ユニット(RFユニット)に分離されて構成される。BBユニットとRFユニット間はCPRIインタフェースが使用され、光ファイバによりケーブル接続される。BBユニットとRFユニットの間は、数kmから数十km離れて設置してもよい。ここで示した無線基地局は、セルラー通信に代表される移動体無線通信システムを例とした場合について示している。
図１に示すように、本願発明の一実施例においては、ネットワーク全体は、IPネットワーク１００、BBユニット２００、３００、共通RFユニット４００、４０１、４０２、４０３、ユーザ端末５００、５０１、とにより構成される。本願発明においては、無線基地局は基地局装置内のディジタルベースバンド信号処理機能を有するベースバンドユニット(BBユニット)と、高周波無線信号処理機能を担う無線信号処理ユニット(RFユニット)に分離されて構成される。BBユニットとRFユニット間はCPRIインタフェースが使用され、光ファイバによりケーブル接続される。BBユニットとRFユニットの間は、数kmから数十km離れて設置してもよい。ここで示した無線基地局は、セルラー通信に代表される移動体無線通信システムを例とした場合について示している。
図1に示したネットワークは、2つの異なる無線システムから構成される場合を例として示している。図１では、2つの異なる無線通信システムとして、UMBシステムと、LTEシステムを例としてあげているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、また無線通信システムの種類も2つに限られるものではない。また、図１には、UMB、LTEそれぞれのシステムにおいて、ひとつのBBユニットに2つづつ共通RFユニットが接続されている場合を例として示しているが、BBユニットに接続されるRFユニットの数は、これに限定されるものではない。
まず、UMBシステムを例に、下りリンクにおける信号の流れについて説明する。
IPネットワーク１００からユーザ端末５００宛にIPパケットが送信される。このIPパケットは該当するユーザ端末が存在する無線基地局へ送信され、その無線基地局のBBユニット２００にて受信される。このIPパケットは、BBユニットにてUMBシステムに適合したディジタルベースバンド信号への変調処理が行われ、UMBシステムにおけるサンプリングレートのディジタルベースバンド信号が生成される。ここで生成されたディジタルベースバンド信号はさらに無線通信システムによらない共通のサンプリングレートへの変換処理が行われる。そして、無線通信システムによらない共通のサンプリングレートでCPRIのフレーミングが行われ、CPRIインタフェースによりRFユニット４００へ送信される。
IPネットワーク１００からユーザ端末５００宛にIPパケットが送信される。このIPパケットは該当するユーザ端末が存在する無線基地局へ送信され、その無線基地局のBBユニット２００にて受信される。このIPパケットは、BBユニットにてUMBシステムに適合したディジタルベースバンド信号への変調処理が行われ、UMBシステムにおけるサンプリングレートのディジタルベースバンド信号が生成される。ここで生成されたディジタルベースバンド信号はさらに無線通信システムによらない共通のサンプリングレートへの変換処理が行われる。そして、無線通信システムによらない共通のサンプリングレートでCPRIのフレーミングが行われ、CPRIインタフェースによりRFユニット４００へ送信される。
RFユニットは、無線通信システムによらない共通のサンプリングレートで送信されてきたディジタルベースバンド信号を受信する。RFユニットにおいては、受信したディジタルベースバンド信号は、D-A変換処理、高周波信号へのアップコンバート処理、増幅処理等が行われ、アンテナを通して該当のユーザ端末へ送信される。
次に、上りリンクにおける信号の流れについて説明する。
ユーザ端末５００から送信される上りデータは、アンテナを介してRFユニット４００へ高周波無線信号として入力される。RFユニット内では、下りリンクとは逆に高周波信号から無線通信システムによらない共通のサンプリングレートのベースバンド信号へのダウンコンバート処理、A-D変換処理が行われ、無線通信システムによらない共通のサンプリングレートのディジタルベースバンド信号が生成される。RFユニットにて生成された無線通信システムによらない共通のサンプリングレートのディジタルベースバンド信号は、CPRIインタフェースによりBBユニット２００へ送信され、BBユニットにて無線通信システムによらない共通のサンプリングレートからUMBシステムのベースバンド信号へのレート変換処理、ディジタルベースバンド復調処理が行われ、IPパケットに乗せられてIPネットワークへと送信される。
上記のネットワーク上でのデータの流れは、LTEシステムおよびUMBシステムによらず、どの無線通信システムにおいても共通である。
ユーザ端末５００から送信される上りデータは、アンテナを介してRFユニット４００へ高周波無線信号として入力される。RFユニット内では、下りリンクとは逆に高周波信号から無線通信システムによらない共通のサンプリングレートのベースバンド信号へのダウンコンバート処理、A-D変換処理が行われ、無線通信システムによらない共通のサンプリングレートのディジタルベースバンド信号が生成される。RFユニットにて生成された無線通信システムによらない共通のサンプリングレートのディジタルベースバンド信号は、CPRIインタフェースによりBBユニット２００へ送信され、BBユニットにて無線通信システムによらない共通のサンプリングレートからUMBシステムのベースバンド信号へのレート変換処理、ディジタルベースバンド復調処理が行われ、IPパケットに乗せられてIPネットワークへと送信される。
上記のネットワーク上でのデータの流れは、LTEシステムおよびUMBシステムによらず、どの無線通信システムにおいても共通である。
本願発明においては、各無線システムにおけるBBユニット２００、３００、は無線システム毎に異なる専用のBBユニットであるが、RFユニット４００、４０１、４０２、４０３、は無線システムに依存しない共通のものである。
次に、無線基地局の構成について説明する。
図2に、本願発明の一実施例における無線基地局の構成を示す。
本願発明の一実施例における無線基地局は、BBユニット２０１と、無線通信システムによらない共通RFユニット４００により構成される。BBユニットとRFユニット間のインタフェースはCPRIインタフェースが用いられ、光ファイバ等によりケーブル接続されている。図２は説明を解りやすくするためにBBユニットとRFユニットはひとつづつしか図示していないが、図１においても説明したように、BBユニットには、複数のRFユニットが接続されうる。
図2に、本願発明の一実施例における無線基地局の構成を示す。
本願発明の一実施例における無線基地局は、BBユニット２０１と、無線通信システムによらない共通RFユニット４００により構成される。BBユニットとRFユニット間のインタフェースはCPRIインタフェースが用いられ、光ファイバ等によりケーブル接続されている。図２は説明を解りやすくするためにBBユニットとRFユニットはひとつづつしか図示していないが、図１においても説明したように、BBユニットには、複数のRFユニットが接続されうる。
無線通信システムによらない共通のRFユニット４００は、例えば、建物の屋上等に設置される小型の装置である。共通RFユニットは、O/E、E/O変換部４１０、D/A変換部４２０、A/D変換部４３０、高出力増幅部４４０、低雑音増幅部４５０により構成される。O/E、E/O変換部４１０は、BBユニット２０１との光インタフェースを終端し、光信号から電気信号への変換および電気信号から光信号への変換を行う。また、CPRIインタフェースのフレーミング処理およびデフレーミング処理もここで行う。D/A変換部４２０はディジタルベースバンド信号からアナログベースバンド信号への変換および、無線周波数へのアップコンバート処理を行う。高出力増幅部４４０はD/A変換部からの高周波無線信号を増幅し、アンテナへ送出する。低雑音増幅部４５０はアンテナにて受信した上り高周波無線信号を増幅しA/D変換部へ送る。A/D変換部４３０では、受信した高周波無線信号からアナログベースバンド信号へのダウンコンバートおよびアナログベースバンド信号からディジタルベースバンド信号への変換を行う。
本願発明においては、BBユニットは無線通信システム毎に処理内容が異なる。まず、UMBシステムの場合を例にとって説明する。
BBユニット２０１は外部回線インタフェース部２１１と、ベースバンド変復調部２２１と、レート変換部２３１と、O/E、E/O変換部２４１により構成され、IPネットワークとのIPパケットの送受信、ディジタルベースバンド変復調処理、RFユニットとのディジタルサンプルデータの送受信を行う。
BBユニット２０１は外部回線インタフェース部２１１と、ベースバンド変復調部２２１と、レート変換部２３１と、O/E、E/O変換部２４１により構成され、IPネットワークとのIPパケットの送受信、ディジタルベースバンド変復調処理、RFユニットとのディジタルサンプルデータの送受信を行う。
まず、外部回線インタフェース部２１１は、下りリンクにおけるIPネットワークからの受信IPパケットの終端、および上りリンクにおけるIPネットワークへのIPパケットの送信を行う機能を有する。
ベースバンド変復調部２２１では、通信路符号化および復号化、QPSK等のデジタ変復調、OFDM変復調等の無線通信における一般的なベースバンド変復調処理が行われ、I/Qマッピングされたディジタルベースバンド信号の入出力を行う。
ここで入出力されるディジタルベースバンド信号は、無線システムにより異なるサンプリングレートのディジタルベースバンド信号である。
UMBシステムの場合、サブキャリア間隔は9.6kHzであり、サービス帯域幅10MHzではFFTポイント数は1024ポイント(うち有効サブキャリア数は960ポイント)であるため、サンプリングレートは9.8304Mspsとなる(１０００)。また、サービス帯域幅5MHzではFFTポイント数は512ポイント(うち有効サブキャリア数は480ポイント)となり、サンプリングレートは4.9152Mspsとなる。
一方、LTEシステムの場合には、サブキャリア間隔は15kHzであり、サービス帯域幅10MHzではFFTポイント数は1024ポイント(うち有効サブキャリア数は601ポイント)であるため、サンプリングレートは15.36Mspsとなる(１００１)。また、サービス帯域幅5MHzでは、FFTポイント数は512ポイント(うち有効サブキャリア数は301ポイント)となり、サンプリングレートは7.86Mspsとなる。
このように、UMBシステムの場合には、1.2288MHzのベースクロック周波数の整数倍のサンプリングレートとなり、LTEシステムの場合には、3.84MHzのベースクロック周波数の整数倍のサンプリングレートとなる。
UMBシステムの場合、サブキャリア間隔は9.6kHzであり、サービス帯域幅10MHzではFFTポイント数は1024ポイント(うち有効サブキャリア数は960ポイント)であるため、サンプリングレートは9.8304Mspsとなる(１０００)。また、サービス帯域幅5MHzではFFTポイント数は512ポイント(うち有効サブキャリア数は480ポイント)となり、サンプリングレートは4.9152Mspsとなる。
一方、LTEシステムの場合には、サブキャリア間隔は15kHzであり、サービス帯域幅10MHzではFFTポイント数は1024ポイント(うち有効サブキャリア数は601ポイント)であるため、サンプリングレートは15.36Mspsとなる(１００１)。また、サービス帯域幅5MHzでは、FFTポイント数は512ポイント(うち有効サブキャリア数は301ポイント)となり、サンプリングレートは7.86Mspsとなる。
このように、UMBシステムの場合には、1.2288MHzのベースクロック周波数の整数倍のサンプリングレートとなり、LTEシステムの場合には、3.84MHzのベースクロック周波数の整数倍のサンプリングレートとなる。
そこで本願発明では、ベースバンド変復調部２２１の出力段に、レート変換部２３１を挿入し、サンプリングレート変換処理を行う。このサンプリングレート変換処理では、BBユニットから出力されるディジタルベースバンド信号のサンプリングレートが、無線システムに依存せず共通のサンプリングレートであり、かつCPRIインタフェースとの親和性の高いサンプリングレートとなるようにレート変換を行う(１００２)。つまり、無線通信システムによる違いをBBユニットで吸収し、以降の処理がシステムに依存せず共通化できるようにしている。BBユニットにおいては、上りリンクについても、CPRIインタフェースから伝送されて来る無線通信システムによらない共通のサンプリングレートのディジタルベースバンド信号から各無線システムに対応したサンプリングレートへの変換を行う。
O/E、E/O変換部２４１は、レート変換部２３１から送られるディジタルベースバンド信号をCPRIインタフェースへのフレーミング処理を行い、電気信号から光信号へ変換し、光ファイバでRFユニットへ伝送する。
また、上りリンクについては、RFユニットからの光ファイバで伝送されてくるディジタルベースバンド信号を終端し、光信号から電気信号への変換、およびCPRIインタフェースのデフレーミング処理を行い、レート変換部２３１へディジタルベースバンド信号を転送する。
また、上りリンクについては、RFユニットからの光ファイバで伝送されてくるディジタルベースバンド信号を終端し、光信号から電気信号への変換、およびCPRIインタフェースのデフレーミング処理を行い、レート変換部２３１へディジタルベースバンド信号を転送する。
つぎに、本願発明の処理フローを説明する。
図３および図４は、本願発明の一実施例における処理フローを説明する図である。
ここで、図３はUMBシステムにおける無線基地局を示し、図４はLTEシステムにおける無線基地局を示している。本願発明においては、図３、図４のBBユニット２００、３００は無線システム毎に異なる専用のものである。一方、RFユニット４００は、無線システムに依存せず、図３に示したUMBシステムの無線基地局と、図４に示したLTEシステムの無線基地局で共通のものとなる。図３および図４において、それぞれBBユニットとRFユニット間はCPRIインタフェースを用いた光ファイバによりケーブル接続されている。
図３および図４は、本願発明の一実施例における処理フローを説明する図である。
ここで、図３はUMBシステムにおける無線基地局を示し、図４はLTEシステムにおける無線基地局を示している。本願発明においては、図３、図４のBBユニット２００、３００は無線システム毎に異なる専用のものである。一方、RFユニット４００は、無線システムに依存せず、図３に示したUMBシステムの無線基地局と、図４に示したLTEシステムの無線基地局で共通のものとなる。図３および図４において、それぞれBBユニットとRFユニット間はCPRIインタフェースを用いた光ファイバによりケーブル接続されている。
以下の実施例では、サービス帯域幅を10MHzとした場合を例にとって説明する。サービス帯域幅を10MHzとした場合、UMBシステムにおけるディジタルベースバンド信号のサンプリングレートは9.8304Mspsであり、LTEシステムにおけるディジタルベースバンド信号のサンプリングレートは15.36Mspsである。
まず、図３のUMBシステムにおける無線基地局について説明する。
まず、下りリンクの処理について説明する。
下りリンクでは、ベースバンド変復調部２２０から9.8304Mspsのディジタルベースバンド信号が入力される。このディジタルベースバンド信号をBBユニット内のレート変換部２３０にて25/16倍にサンプリングレートの変換を行う。これにより、サンプリングレートが15.36Mspsとなり、CPRIインタフェースとの親和性の高い、3.84MHzの整数倍ディジタルベースバンド信号が生成される。またここで、レート変換と同時にディジタルベースバンド信号のフィルタリングを行うことができる。レート変換と同時にディジタルベースバンド信号のフィルタリングを行うことにより、従来RFユニットで行っていたフィルタリング処理を削除できる。従って、本実施例の構成とすることにより、従来よりRFユニットの装置規模を小型化することが可能となる。さらに本実施例においては、レート変換部２３０では、25/16倍にサンプリングレートを上げる処理を行うので、ナイキスト周波数が広がり、ディジタルベースバンド信号のS/N比が改善されるという効果もある。
上りリンクでは、CPRIインタフェースで伝送されるサンプリングレートは下りと同様に15.36Mspsであるとする。このディジタルベースバンド信号を下りリンクとは逆に16/25倍のサンプリングレート変換を行うことにより、9.8304Mspsのディジタルベースバンド信号を生成し、これをベースバンド変復調部２２０へ入力する。
まず、下りリンクの処理について説明する。
下りリンクでは、ベースバンド変復調部２２０から9.8304Mspsのディジタルベースバンド信号が入力される。このディジタルベースバンド信号をBBユニット内のレート変換部２３０にて25/16倍にサンプリングレートの変換を行う。これにより、サンプリングレートが15.36Mspsとなり、CPRIインタフェースとの親和性の高い、3.84MHzの整数倍ディジタルベースバンド信号が生成される。またここで、レート変換と同時にディジタルベースバンド信号のフィルタリングを行うことができる。レート変換と同時にディジタルベースバンド信号のフィルタリングを行うことにより、従来RFユニットで行っていたフィルタリング処理を削除できる。従って、本実施例の構成とすることにより、従来よりRFユニットの装置規模を小型化することが可能となる。さらに本実施例においては、レート変換部２３０では、25/16倍にサンプリングレートを上げる処理を行うので、ナイキスト周波数が広がり、ディジタルベースバンド信号のS/N比が改善されるという効果もある。
上りリンクでは、CPRIインタフェースで伝送されるサンプリングレートは下りと同様に15.36Mspsであるとする。このディジタルベースバンド信号を下りリンクとは逆に16/25倍のサンプリングレート変換を行うことにより、9.8304Mspsのディジタルベースバンド信号を生成し、これをベースバンド変復調部２２０へ入力する。
次に、図４を用いてLTEシステムにおける無線基地局について説明する。
LTEシステムはW-CDMAやUMTS等と同様に3.84MHzをベースとしたシステムである。そのため、もともとCPRIインタフェースとの親和性は高く、10MHz帯域幅でのディジタルベースバンド信号のサンプリングレートは15.36Mspsである。
従って、下りリンクでは、ベースバンド変復調部３２０から入力されるディジタルベースバンド信号、レート変換部３３０にて1/1倍のサンプリングレート変換を行い、そのままCPRIインタフェースで伝送する。
上りリンクについても同様にCPRIインタフェースで伝送される15.36Mspsのディジタルベースバンド信号を、レート変換部３３０にて1/1倍のサンプリングレート変換を行い、ベースバンド変復調部３２０へ入力する。
LTEシステムはW-CDMAやUMTS等と同様に3.84MHzをベースとしたシステムである。そのため、もともとCPRIインタフェースとの親和性は高く、10MHz帯域幅でのディジタルベースバンド信号のサンプリングレートは15.36Mspsである。
従って、下りリンクでは、ベースバンド変復調部３２０から入力されるディジタルベースバンド信号、レート変換部３３０にて1/1倍のサンプリングレート変換を行い、そのままCPRIインタフェースで伝送する。
上りリンクについても同様にCPRIインタフェースで伝送される15.36Mspsのディジタルベースバンド信号を、レート変換部３３０にて1/1倍のサンプリングレート変換を行い、ベースバンド変復調部３２０へ入力する。
次に、レート変換部２３０、３３０の詳細な内容について図５および図６を用いて説明する。
本実施例におけるレート変換処理の具体例として、図５にディジタルローパスフィルタ型の場合と図６にDFT(Discrete Fourier Transform)型の場合の例を示して以下説明する。ここでは例として、図３で示したUMBシステム用のBBユニットに用いるレート変換部を示している。
本実施例におけるレート変換処理の具体例として、図５にディジタルローパスフィルタ型の場合と図６にDFT(Discrete Fourier Transform)型の場合の例を示して以下説明する。ここでは例として、図３で示したUMBシステム用のBBユニットに用いるレート変換部を示している。
まず、ディジタルローパスフィルタ型のレート変換処理について説明する。
図５は、本願発明の一実施例におけるディジタルローパスフィルタ型のレート変換部の一例である。
ディジタルローパスフィルタとしてFIRフィルタを用いている。レート変換部６００の構成は、オーバサンプリング部６１０、６６０、FIRフィルタ部６３０、６４０、ダウンサンプリング部６２０、６５０により構成される。
まず下りリンクでは、レート変換部６００へ入力されるディジタルベースバンド信号のサンプリングレートは9.8304Mspsである。オーバサンプリング処理部６１０では、このサンプルデータを25倍の補完処理を行いオーバサンプリングする。オーバサンプリング処理された信号は折り返し雑音成分を含んでいるため、2000タップのFIRフィルタ６３０にてローパスフィルタ処理を行い、この折り返し雑音成分の除去を行う。最後に、この信号をダウンサンプリング部６５０にて1/16倍で間引き処理を行いダウンサンプリングすることにより15.36Mspsの信号を生成する。
次に上りリンクでは、下りリンクとは逆の処理を行う。まず、CPRIインタフェースから入力される15.36Mspsのディジタルベースバンド信号を、オーバサンプリング処理部６６０にて16倍の補完処理を行いオーバサンプリングする。ここでのオーバサンプリングされた信号も下りリンクでのオーバサンプリング後の信号と同様に折り返し雑音成分を含んでいるため、2000タップのFIRフィルタにてローパスフィルタ処理を行い、折り返し雑音成分の除去を行う。そして最後に、この信号をダウンサンプリング部６２０にて1/25倍の間引き処理を行いダウンサンプリングすることにより9.8304Mspsの信号を生成する。
図５は、本願発明の一実施例におけるディジタルローパスフィルタ型のレート変換部の一例である。
ディジタルローパスフィルタとしてFIRフィルタを用いている。レート変換部６００の構成は、オーバサンプリング部６１０、６６０、FIRフィルタ部６３０、６４０、ダウンサンプリング部６２０、６５０により構成される。
まず下りリンクでは、レート変換部６００へ入力されるディジタルベースバンド信号のサンプリングレートは9.8304Mspsである。オーバサンプリング処理部６１０では、このサンプルデータを25倍の補完処理を行いオーバサンプリングする。オーバサンプリング処理された信号は折り返し雑音成分を含んでいるため、2000タップのFIRフィルタ６３０にてローパスフィルタ処理を行い、この折り返し雑音成分の除去を行う。最後に、この信号をダウンサンプリング部６５０にて1/16倍で間引き処理を行いダウンサンプリングすることにより15.36Mspsの信号を生成する。
次に上りリンクでは、下りリンクとは逆の処理を行う。まず、CPRIインタフェースから入力される15.36Mspsのディジタルベースバンド信号を、オーバサンプリング処理部６６０にて16倍の補完処理を行いオーバサンプリングする。ここでのオーバサンプリングされた信号も下りリンクでのオーバサンプリング後の信号と同様に折り返し雑音成分を含んでいるため、2000タップのFIRフィルタにてローパスフィルタ処理を行い、折り返し雑音成分の除去を行う。そして最後に、この信号をダウンサンプリング部６２０にて1/25倍の間引き処理を行いダウンサンプリングすることにより9.8304Mspsの信号を生成する。
次に、DFT型のレート変換処理について説明する。
図６は本願発明の一実施例におけるDFT型のレート変換部の一例である。
DFT型レート変換部の構成は、Cyclic Prefix削除部(以下、CP削除部)７１０、７８０、DFT処理部７３０、７６０、IDFT処理部７４０、７５０、Cyclic Prefix挿入部(以下、CP挿入部)７２０、７７０により構成される。
まず下りリンクについて説明する。レート変換部７００へ入力される信号は、サンプリングレート9.8304MspsのCyclic Prefixを含む時間領域信号のOFDMシンボルである。Cyclic Prefixとは、マルチパスの影響を低減させるために、本来のOFDMシンボルの後半の一部分をコピーし、OFDMシンボルの前半へ接続したものである。CP削除部７１０では、レート変換部７００へ入力されるOFDMシンボルからCyclic Prefix部分を削除し、1024点の本来のOFDMシンボルを取り出す。DFT処理部７３０では、CP削除部からの1024点のOFDMシンボルに対し、DFT変換を行い周波数領域の信号へ変換する。DFT処理された1024点の周波数領域信号に対して、元の信号帯域外の高周波領域に0を挿入することで1600点の信号とし、IDFT処理部７５０にて1600点のIDFT変換を行うことで、再度時間領域信号へ変換する。ここでの時間領域信号のサンプリングレートは、9.8304Mspsの信号に対して1600/1024倍された信号となるため、15.36Mspsとなる。さらにCP挿入部７７０にて、OFDMシンボルの後半の一部分をCyclic Prefixとして前半部分にコピーし、15.36MspsのOFDMシンボルを生成する。
次に上りリンクでは、CPRIインタフェースから入力されるCyclic Prefixを含む、サンプリングレート15.36MspsのOFDMシンボルに対して、まずCP削除部７８０にてCyclic Prefixを削除し、1600点のOFDMシンボルを取り出す。DFT処理部７６０では、この1600点のOFDMシンボルに対して、DFT変換を行い周波数領域の信号へ変換する。次にこの1600点の周波数領域信号から、低周波領域の1024点のみを取り出し、IDFT処理部７４０にて1024点のIDFT変換を行い、再度時間領域の信号に変換する。ここでの時間領域信号のサンプリングレートは、15.36Mspsの信号に対して、1024/1600倍された信号となるため、9.8304Mspsとなる。さらにCP挿入部７２０にてOFDMシンボルの後半一部をCyclic Prefixとして前半部分にコピーし、9.8304MspsのOFDMシンボルを生成する。
図６は本願発明の一実施例におけるDFT型のレート変換部の一例である。
DFT型レート変換部の構成は、Cyclic Prefix削除部(以下、CP削除部)７１０、７８０、DFT処理部７３０、７６０、IDFT処理部７４０、７５０、Cyclic Prefix挿入部(以下、CP挿入部)７２０、７７０により構成される。
まず下りリンクについて説明する。レート変換部７００へ入力される信号は、サンプリングレート9.8304MspsのCyclic Prefixを含む時間領域信号のOFDMシンボルである。Cyclic Prefixとは、マルチパスの影響を低減させるために、本来のOFDMシンボルの後半の一部分をコピーし、OFDMシンボルの前半へ接続したものである。CP削除部７１０では、レート変換部７００へ入力されるOFDMシンボルからCyclic Prefix部分を削除し、1024点の本来のOFDMシンボルを取り出す。DFT処理部７３０では、CP削除部からの1024点のOFDMシンボルに対し、DFT変換を行い周波数領域の信号へ変換する。DFT処理された1024点の周波数領域信号に対して、元の信号帯域外の高周波領域に0を挿入することで1600点の信号とし、IDFT処理部７５０にて1600点のIDFT変換を行うことで、再度時間領域信号へ変換する。ここでの時間領域信号のサンプリングレートは、9.8304Mspsの信号に対して1600/1024倍された信号となるため、15.36Mspsとなる。さらにCP挿入部７７０にて、OFDMシンボルの後半の一部分をCyclic Prefixとして前半部分にコピーし、15.36MspsのOFDMシンボルを生成する。
次に上りリンクでは、CPRIインタフェースから入力されるCyclic Prefixを含む、サンプリングレート15.36MspsのOFDMシンボルに対して、まずCP削除部７８０にてCyclic Prefixを削除し、1600点のOFDMシンボルを取り出す。DFT処理部７６０では、この1600点のOFDMシンボルに対して、DFT変換を行い周波数領域の信号へ変換する。次にこの1600点の周波数領域信号から、低周波領域の1024点のみを取り出し、IDFT処理部７４０にて1024点のIDFT変換を行い、再度時間領域の信号に変換する。ここでの時間領域信号のサンプリングレートは、15.36Mspsの信号に対して、1024/1600倍された信号となるため、9.8304Mspsとなる。さらにCP挿入部７２０にてOFDMシンボルの後半一部をCyclic Prefixとして前半部分にコピーし、9.8304MspsのOFDMシンボルを生成する。
以上のように、本実施例による無線基地局の構成をとることにより、異なる無線システムにおいても、CPRIインタフェースのような共通のインタフェースを使用でき、RFユニットを共通化することが可能となる。さらに、BBユニットでのレート変換部において、ベースバンド信号のフィルタリング処理も同時に行うことが可能となり、RFユニットでの処理を簡略化することでの装置の小型化を図ることも出来る。またさらに、BBユニットにおけるオーバサンプリング処理によるナイキスト周波数の拡大により、ベースバンド信号のSN比が改善されるという効果も得られる。さらには、スタッフィングビットやヌルデータのような余剰なデータの挿入は不要なため、BBユニットとRFユニット間の伝送帯域を効率的に利用することができる。
１００：IPネットワーク
２００、２０１、３００：BBユニット
２１０、２１１、３１０：外部回線インタフェース部
２２０、２２１、３２０：ベースバンド変復調部
２３０、２３１、３３１：レート変換部
２４０、２４１、３４０：BBユニット内E/O、O/E変換部
４００、４０１、４０２、４０３：RFユニット
４１０：RFユニット内E/O、O/E変換部
４２０：D/A変換部
４３０：A/D変換部
４４０：高出力増幅部
４５０：低雑音増幅部
５００、５０１：ユーザ端末
６００：ディジタルローパスフィルタ型レート変換部
６１０、６６０：オーバサンプリング部
６２０、６５０：ダウンサンプリング部
６３０、６４０：FIRフィルタ部
７００：DFT型レート変換部
７１０、７８０：CP削除部
７２０、７７０：CP挿入部
７３０、７６０：DFT処理部
７４０、７５０：IDFT処理部
１０００：UMBシステムのディジタルベースバンド信号
１００１：LTEシステムのディジタルベースバンド信号
１００２：レート変換後のディジタルベースバンド信号
２００、２０１、３００：BBユニット
２１０、２１１、３１０：外部回線インタフェース部
２２０、２２１、３２０：ベースバンド変復調部
２３０、２３１、３３１：レート変換部
２４０、２４１、３４０：BBユニット内E/O、O/E変換部
４００、４０１、４０２、４０３：RFユニット
４１０：RFユニット内E/O、O/E変換部
４２０：D/A変換部
４３０：A/D変換部
４４０：高出力増幅部
４５０：低雑音増幅部
５００、５０１：ユーザ端末
６００：ディジタルローパスフィルタ型レート変換部
６１０、６６０：オーバサンプリング部
６２０、６５０：ダウンサンプリング部
６３０、６４０：FIRフィルタ部
７００：DFT型レート変換部
７１０、７８０：CP削除部
７２０、７７０：CP挿入部
７３０、７６０：DFT処理部
７４０、７５０：IDFT処理部
１０００：UMBシステムのディジタルベースバンド信号
１００１：LTEシステムのディジタルベースバンド信号
１００２：レート変換後のディジタルベースバンド信号
Claims (9)
- IPネットワークから受信したIPパケットを、無線端末に送信するとともに、無線端末から受信したデータをIPネットワークへ送信する無線基地局であって、前記IPパケットを受信し、ディジタルベースバンド信号の変復調を行うベースバンド部と、高周波無線信号の送受信およびディジタルベースバンド信号への変換を行う高周波無線部とから構成され、前記ベースバンド部と高周波無線部が伝送路により接続される無線基地局において、
前記ベースバンド部は、サンプリングレート変換部を有し、該サンプリングレート変換部は、前記IPネットワークから受信したIPパケットを復調して得たディジタルベースバンド信号が、前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースで規定される基本サンプリング周波数と整数比である場合には１／１のサンプリングレート変換を行い、前記IPネットワークから受信したIPパケットを復調して得たディジタルベースバンド信号が、前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースで規定される基本サンプリング周波数と分数比となる場合には、前記基本サンプリング周波数の整数倍となるようにサンプリングレート変換を行うことで無線通信システムによらない共通のサンプリング周波数の共通ベースバンド信号に変換し、
前記高周波無線部と前記ベースバンド部間の信号の送受信を、前記共通ベースバンド信号により行うことを特徴とする無線基地局。 - 前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースとして、CPRI(Common Public Radio Interface)インタフェースを用い、前記共通ベースバンド信号のサンプリングレートが、3.84MHzの整数倍のサンプリングレートであることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
- 前記サンプリングレート変換部において、サンプリングレート変換処理にディジタルローパスフィルタを用いることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
- 前記サンプリングレート変換部において、サンプリングレート変換処理に離散フーリエ変換フィルタを用いることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
- 第１の無線通信方式により無線通信を行う第１の無線通信システムと、前記第１の無線通信方式とは異なる無線通信方式により無線通信を行う少なくともひとつの第２の無線通信システムが含まれ、IPネットワークとから受信したIPパケットを前記第１、第２の無線通信システムの無線端末に送信するとともに、無線端末から受信したデータをIPネットワークに送信する無線通信ネットワークであって、
前記無線通信ネットワークの無線基地局装置は、前記第１、第２の無線通信システムからIPパケットを受信し、ディジタルベースバンド信号の変復調を行うベースバンド部と、高周波無線信号の送受信およびディジタルベースバンド信号への変換を行う高周波無線部とが伝送路により接続される構成であって、
前記ベースバンド部は、サンプリングレート変換部を有し、該サンプリングレート変換部は、前記IPネットワークから受信したIPパケットを復調して得たディジタルベースバンド信号が、前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースで規定される基本サンプリング周波数と整数比である場合には１／１のサンプリングレート変換を行い、前記IPネットワークから受信したIPパケットを復調して得たディジタルベースバンド信号が、前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースで規定される基本サンプリング周波数と分数比となる場合には、前記基本サンプリング周波数の整数倍となるようにサンプリングレート変換を行うことで無線通信システムによらない共通のサンプリング周波数の共通ベースバンド信号に変換し、
前記第１、第２の無線通信システムいずれにおいても、前記高周波無線部と前記ベースバンド部間の信号の送受信を、前記共通ベースバンド信号により行うことを特徴とする無線通信ネットワーク。 - 前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースとして、CPRI(Common Public Radio Interface)インタフェースを用い、前記共通ベースバンド信号のサンプリングレートが、3.84MHzの整数倍のサンプリングレートであることを特徴とする請求項５に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記サンプリングレート変換部において、サンプリングレート変換処理にディジタルローパスフィルタを用いることを特徴とする請求項５に記載の無線通信ネットワーク。
- 前記サンプリングレート変換部において、サンプリングレート変換処理に離散フーリエ変換フィルタを用いることを特徴とする請求項５に記載の無線通信ネットワーク。
- 第１の無線通信方式により無線通信を行う第１の無線通信システムと、前記第１の無線通信方式とは異なる無線通信方式により無線通信を行う少なくともひとつの第２の無線通信システムが含まれ、IPネットワークとから受信したIPパケットを前記第１、第２の無線通信システムの無線端末に送信するとともに、無線端末から受信したデータをIPネットワークに送信する無線通信ネットワークにおける通信方法であって、
前記無線通信ネットワークの無線基地局装置は、前記第１、第２の無線通信システムからIPパケットを受信し、ディジタルベースバンド信号の変復調を行うベースバンド部と、高周波無線信号の送受信およびディジタルベースバンド信号への変換を行う高周波無線部とが伝送路により接続される構成であり、
前記ベースバンド部において、前記IPネットワークから受信したIPパケットを復調して得たディジタルベースバンド信号が、前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースで規定される基本サンプリング周波数と整数比である場合には１／１のサンプリングレート変換を行い、前記IPネットワークから受信したIPパケットを復調して得たディジタルベースバンド信号が、前記ベースバンド部と前記高周波無線部との間のインタフェースで規定される基本サンプリング周波数と分数比となる場合には、前記基本サンプリング周波数の整数倍となるようにサンプリングレート変換を行うことで、無線通信システムによらない共通のサンプリング周波数の共通ベースバンド信号に変換し、
前記第１、第２の無線通信システムともに、前記高周波無線部と前記ベースバンド部間の信号の送受信を、前記共通ベースバンド信号により行うことを特徴とする無線通信ネットワークにおける通信方法。
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