JP6989768B2

JP6989768B2 - 無線基地局システムおよび通信方法

Info

Publication number: JP6989768B2
Application number: JP2017241101A
Authority: JP
Inventors: 大介久野; 健司宮本; 悠中山; 尊広久保
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP2019110403A

Description

本発明は、無線基地局システムおよび通信方法に関する。

光・モバイル通信システムを構成する無線アクセス網の１つとして、多数の光張り出し局（ＤＵ：Distributed Unit）を高密度に配置し、無線制御装置（ＣＵ：Central Unit）によって無線信号を集約して信号処理を行う、集中制御型無線アクセス網（Ｃ－ＲＡＮ：Centralized radio access network）がある。ＣＵ－ＤＵ間は、モバイルフロントホール（ＭＦＨ：Mobile fronthaul）と呼ばれる光アクセス網によって通信接続される。

"CU-DU interface: U-plane aspects", 3GPP TSG-RAN Working Group 3 meeting #95 R3-170620, 13-17 Feburary 2017 Yu Nakayama, Daisuke Hisano, Takahiro Kubo, Tatsuya Shimizu, Hirotaka Nakamura, Jun Terada, and Akihiro Otaka, "Novel Rank-Based Low-Latency Scheduling for Maximum Fronthaul Accommodation in Bridged Network", Optical Fiber Communication Conference 2017, 19-23 March 2017

従来のＭＦＨにおいて、無線信号の転送開始から転送完了までの時間は、２５０マイクロ秒（μｓ）以下とされる。これは、無線端末（ＵＥ：User Equipment）とＣＵとの間で行われるハイブリッドＡＲＱ（Automatic repeat request）が高速で行われることに起因している。具体的には、ハイブリッドＡＲＱの制御信号である肯定応答（ＡＣＫ：Acknowledgement）信号および否定応答（ＮＡＫ：Negative-acknowledgement）信号の低遅延転送のために設けられた２５０μｓの遅延要求時間内に、主信号の転送が行われる必要がある。
従来、この遅延要求時間が短いことによって、Ｃ－ＲＡＮに収容されるＤＵの数の上限が制限されるという課題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、主信号と制御信号の分離転送を行うことによって、より多くの光張り出し局を収容することができる無線基地局システムおよび通信方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、時分割複信方式を採用する無線基地局の光張り出し局と前記光張り出し局を集約する集約局とを有し、前記光張り出し局と前記集約局との間を複数の転送装置を介した通信ネットワークによって通信接続し、複数の前記光張り出し局のフローを前記集約局へ転送する無線基地局システムであって、前記光張り出し局は、無線端末から送信され無線区間を伝搬した無線信号を受信する受信部と、前記受信部によって受信された前記無線信号をデータ信号と制御信号とに分離するチャネル分離部と、前記チャネル分離部によって分離された前記データ信号と前記制御信号に対し、前記データ信号よりも前記制御信号を優先して転送するように設定される優先度を識別可能にする識別子を付与して、前記優先度に従って、前記データ信号と前記制御信号とを前記通信ネットワークを介して前記集約局へ転送する識別子付与部と、を備え、前記識別子付与部は、前記制御信号の低遅延転送のために設けられた遅延要求時間内に前記データ信号を転送する無線基地局システムである。

また、本発明の一態様は、上述の無線基地局システムであって、前記集約局は、前記光張り出し局へ転送する下り無線信号を下りデータ信号と下り制御信号とに分離する下りチャネル分離部と、前記下りチャネル分離部によって分離された前記下りデータ信号と前記下り制御信号に対し、前記下りデータ信号と前記下り制御信号とを識別可能にし、かつ、転送における優先度を識別可能にする下り識別子を付与して、前記下り識別子ごとに異なる要求条件に従って、前記下りデータ信号と前記下り制御信号とを前記通信ネットワークを介して前記光張り出し局へ転送する下り識別子付与部と、を備える。

また、本発明の一態様は、上述の無線基地局システムであって、前記光張り出し局は、前記識別子付与部によって付与された前記識別子に従って、前記データ信号よりも優先して前記制御信号を前記集約局へ転送する。

また、本発明の一態様は、上述の無線基地局システムであって、前記集約局は、前記下り識別子付与部によって付与された前記下り識別子に従って、前記下りデータ信号よりも優先して前記下り制御信号を前記光張り出し局へ転送する。

また、本発明の一態様は、時分割複信方式を採用する無線基地局の光張り出し局と前記光張り出し局を集約する集約局とを有し、前記光張り出し局と前記集約局との間を複数の転送装置を介した通信ネットワークによって通信接続し、複数の前記光張り出し局のフローを前記集約局へ転送する無線基地局システムのコンピュータによる通信方法であって、無線端末から送信され無線区間を伝搬した無線信号を受信する受信ステップと、前記受信ステップによって受信された前記無線信号をデータ信号と制御信号とに分離するチャネル分離ステップと、前記チャネル分離ステップによって分離された前記データ信号と前記制御信号に対し、前記データ信号よりも前記制御信号を優先して転送するように設定される優先度を識別可能にする識別子を付与して、前記優先度に従って、前記データ信号と前記制御信号とを前記通信ネットワークを介して前記光張り出し局から前記集約局へ転送する識別子付与ステップと、前記識別子付与ステップにおいて、前記制御信号の低遅延転送のために設けられた遅延要求時間内に前記データ信号を転送するステップと、を有する。

本発明によれば、より多くの光張り出し局を収容することができる。

無線基地局の上りリンク構成を示す図である。下りリンクにおける送信手順を示す図である。３ＧＰＰで定められている７種類のＴＤＤ方式の上下リンク比を示す図である。ＡＣＫ信号およびＮＡＫ信号の返信タイミングの一覧を示す図である。上りリンクのデータ送信手順を示すタイムチャートである。図１に示す無線基地局構成を簡単化した図である。第１の実施形態による無線基地局構成を示す図である。第１の実施形態による無線基地局の動作を示すフローチャートである。第２の実施形態による無線基地局構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。

まず、無線基地局システム（以下、「無線基地局」という）の上りリンク構成を図１に示す。なお、図１に示す無線基地局の上りリンク構成は、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）に寄書として投稿された無線基地局の構成(非特許文献１参照)を参考にしたものである。

Ｃ－ＲＡＮの無線基地局においては、図１に示す（ａ）から（ｅ）までの５つの機能ブロック間のうちいずれかの機能ブロック間を境として、無線基地局の機能が分離され、分離された機能群がそれぞれＣＵ（集約局、無線制御装置）とＤＵ（光張り出し局）とに配備される。例えば、図１に示す（ａ）の機能ブロック間で無線基地局の機能が分離されたＣ－ＲＡＮの無線基地局の場合、ＣＵ側にはＭＡＣ（Media Access Control）レイヤから上位の機能が実装され、ＤＵ側にはＤｅｃｏｄｅｒから下位の機能が実装される。なお、従来のＬＴＥ（登録商標）（Long term evolution）においては、図１に示す（ｅ）の機能ブロック間で無線基地局の機能が分離されている。

ＣＵ－ＤＵ間は、ＭＦＨと呼ばれる光アクセス網によって通信接続される。従来のＭＦＨにおいて、無線信号の転送開始から転送完了までの時間は、２５０μｓ以下とされる。これは、ＵＥ（無線端末）とＣＵとの間で行われるハイブリッドＡＲＱが高速で行われることに起因している。具体的には、ＡＣＫ信号およびＮＡＫ信号の低遅延転送のために設けられた遅延要求時間内に、主信号の転送が行われる必要がある。

ハイブリッドＡＲＱの処理はＭＡＣレイヤにおいて行われる。そのため、図１に示す無線基地局の（ａ）から（ｅ）までの５つの機能ブロック間のうち、どの機能ブロック間で無線基地局の機能が分離された場合であっても、ＣＵ－ＤＵ間の無線信号の転送を２５０マイクロ秒以内に完了させる必要がある。

ＭＦＨにおける遅延に関する要求条件は、ハイブリッドＡＲＱによって律速される。図２に下りリンクにおける送信手順を示す。
上りリンクにおいてＵＥから上りデータ信号が送信されたとき、ＣＵは、３サブフレーム分の処理時間の間に、上りデータ信号の受信に成功したか失敗したかについての判定を行う。ＣＵは、受信に成功したと判定した場合にはＡＣＫ信号をＵＥへ送り返す。また、ＣＵは、失敗したと判定した場合にはＮＡＫ信号をＵＥへ送り返す。

ＵＥは、上りデータ信号を送信してから４サブフレーム以内に、ＡＣＫ信号またはＮＡＫ信号を受信しなければならない。ここで、サブフレームとは、無線フレームを構成する要素を表し、１つの無線フレームは１０個のサブフレームによって構成される。例えば、無線フレーム長が１０μｓである場合、１サブフレームは１μｓである。

なお、下りリンクのデータ送信手順についても、上りリンクのデータ送信手順と同様である。なお、ＡＣＫ信号またはＮＡＫ信号を受信してから再送するまでの時間は、標準化されていないため、実装方法に依存する。

上記のデータ送信手順は、周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency division duplex）方式の場合におけるデータ送信手順である。以下に、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式の場合におけるデータ送信手順について説明する。図３は、３ＧＰＰで定められている７種類のＴＤＤ方式の上下リンク比を示す図である。

図３において、「Ｄ」は下りリンクの信号、「Ｕ」は上りリンクの信号を表す。また、図３において、「Ｓ」は上りリンクと下りリンクの両方の信号とガードインターバルを含むことを表す。
例えば、Ｎｏ．１の項番３のサブフレームが上りデータ信号であることが図３に示されている。

上りリンクのデータ送信手順に関して、基本動作はＦＤＤ方式と同様であるが、ＡＣＫ信号およびＮＡＫ信号の返信タイミングは、全てのタイミングにおいて４サブフレーム後であるというわけではない。なぜならば、ＴＤＤ方式では、上下リンクを時間的に切り替えるため、４サブフレーム後が必ずしも送信可能なサブフレームとは限らないからである。

ＡＣＫ信号およびＮＡＫ信号の返信タイミングの一覧を図４に示す。例えば、この一覧において、Ｎｏ．１の項番３のサブフレームでＣＵが上りデータ信号を受信した場合には、ＣＵは、ＡＣＫ信号またはＮＡＫ信号を６サブフレーム以内に送り返せば良いということが表されている。
図４に示すように、ＡＣＫ信号及びＮＡＫの返信タイミングは４サブフレーム以上の値となる。

図５は、上りリンクのデータ送信手順をタイムチャートで示したものである。図５に示す「ＣＵ内処理時間」は、ＡＣＫ信号およびＮＡＫ信号の発行に要する時間である。その後、送信可能タイミングになるまでの間は待機時間となる。

このため、ＡＣＫ信号の低遅延転送のために設けられた２５０マイクロ秒の遅延要求時間内に主信号の転送を行うことが求められている。
例えば、レイヤ２ブリッジネットワーク（非特許文献２参照）やＴＤＭ－ＰＯＮ（Time Division Multiplexing - Passive Optical Network）を用いてＭＦＨを集線した場合、遅延要求が厳しいために集線可能な無線基地局数が制限される。

図６に、図１に示す無線基地局構成を簡単化した無線基地局構成を示す。なお、無線基地局の機能の分離箇所は、図１に示す（ｂ）から（ｄ）まで機能ブロック間のうちのいずれかであるものとする。

図７に第１の実施形態による無線基地局の構成を示す。第１の実施形態による無線基地局は、ＤＵ１とＣＵ２とを有し、ＤＵ１とＣＵ２との間を複数の転送装置を介した通信ネットワーク（ＭＦＨ）によって通信接続し、複数のＤＵ１のフローをＣＵ２へ転送する無線基地局である。

第１の実施形態による無線基地局は、ＤＵ１に、チャネル分離部１１と、チャネル識別子付与部１２と、を備える。なお、チャネル分離部１１およびチャネル識別子付与部１２は、図１に示すＤｅｃｏｄｅｒ、Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ、または、Ｐｒｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇのいずれかに含まれるが、説明を簡単にするため、チャネル分離部１１とのみ記載している。

チャネル分離部１１は、ＵＥ３から送信され無線区間を伝搬した上りリンクの無線信号を上りデータ信号と上り制御信号（ＡＣＫ信号またはＮＡＫ信号）とに分離する。チャネル分離部１１は、分離された上りデータ信号および上り制御信号をチャネル識別子付与部１２へ転送する。

チャネル識別子付与部１２は、チャネル分離部１１によって分離された上りデータ信号および上り制御信号を取得する。チャネル識別子付与部１２は、上りデータ信号および上り制御信号に対し、上りデータ信号と上り制御信号とを識別可能にする識別子をそれぞれ付与する。

また、上りデータ信号および上り制御信号に付与される上記の識別子は、ＤＵ１からＣＵ２への信号の転送において、上りデータ信号よりも上り制御信号を優先して転送するように優先度を設定可能に構成される。
チャネル識別子付与部１２は、識別子ごとに異なる要求条件に従って、上りデータ信号と上り制御信号とをＭＦＨを介してＣＵ２へ転送する。

ＤＵ１は、ＭＦＨにおいて輻輳を検知した場合、チャネル識別子付与部１２によって付与された識別子に従って、上りデータ信号よりも優先して上り制御信号をＣＵ２へ転送する。

以下、無線基地局の動作の一例について説明する。図８は、無線基地局の動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、ＵＥ３からＤＵ１へ向けて無線信号が送信された際に開始する。

まず、ＤＵ１が備えるアンテナ部（受信部）が、ＵＥ３から送信され無線区間を伝搬した無線信号を受信する（ステップＳ１）。
次に、チャネル分離部１１が、アンテナ部（受信部）によって受信された上り無線信号を、上りデータ信号と上り制御信号とに分離する（ステップＳ２）。

次に、チャネル識別子付与部１２が、チャネル分離部１１によって分離された上りデータ信号と上り制御信号に対し、上りデータ信号と上り制御信号とを識別可能にし、かつ、ＣＵ２への信号の転送における優先度を識別可能にする識別子を付与する（ステップＳ３）。

次に、チャネル識別子付与部１２が、上りデータ信号および上り制御信号に付与された識別子ごとに異なる要求条件に従って、上りデータ信号と上り制御信号とをＭＦＨを介してＣＵ２へ転送する。
以上で、本フローチャートに示す処理が終了する。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態による無線基地局は、上りリンクにおいて、ＵＥ３から受信した無線信号を上りデータ信号と上り制御信号とに分離し、上りデータ信号および上り制御信号に対して優先度を設定可能な識別子を付与して、設定された優先度に従って上りデータ信号および上り制御信号をＤＵ１からＣＵ２へ転送する構成であった。

以下に第２の実施形態による無線基地局は、上記の第１の実施形態による無線基地局の構成に加えて、下りリンクについても上りリンクと同様の処理を行う構成である。

図９に第２の実施形態による無線基地局の構成を示す。第２の実施形態による無線基地局は、ＤＵ１とＣＵ２とを有し、ＤＵ１とＣＵ２との間を複数の転送装置を介した通信ネットワーク（ＭＦＨ）によって通信接続し、ＣＵ２のフローを複数のＤＵ１へ転送する無線基地局である。

第２の実施形態による無線基地局は、ＣＵ２に、チャネル分離部２１と、チャネル識別子付与部３２と、を備える。なお、チャネル分離部２１およびチャネル識別子付与部２２は、図１に示すＤｅｃｏｄｅｒ、Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ、または、Ｐｒｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇのいずれかに含まれるが、説明を簡単にするため、チャネル分離部２１とのみ記載している。

チャネル分離部２１は、下りリンクの無線信号を下りデータ信号と下り制御信号（ＡＣＫ信号またはＮＡＫ信号）とに分離する。チャネル分離部２１は、分離された下りデータ信号および下り制御信号をチャネル識別子付与部２２へ転送する。

チャネル識別子付与部２２は、チャネル分離部２１によって分離された下りデータ信号および下り制御信号を取得する。チャネル識別子付与部２２は、下りデータ信号および下り制御信号に対し、下りデータ信号と下り制御信号とを識別可能にする識別子をそれぞれ付与する。

また、下りデータ信号および下り制御信号に付与される上記の識別子は、ＣＵ２からＤＵ１への信号の転送において、下りデータ信号よりも下り制御信号を優先して転送するように優先度を設定可能に構成される。
チャネル識別子付与部２２は、識別子ごとに異なる要求条件に従って、下りデータ信号と下り制御信号とをＭＦＨを介してＤＵ１へ転送する。

ＣＵ２は、ＭＦＨにおいて輻輳を検知した場合、チャネル識別子付与部２２によって付与された識別子に従って、下りデータ信号よりも優先して下り制御信号をＤＵ１へ転送する。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態による無線基地局は、無線信号をデータ信号と制御信号とに分離し、データ信号および制御信号に対して優先度を設定可能な識別子を付与して、設定された優先度に従ってデータ信号および制御信号を、ＭＦＨを介して転送する構成である。

上記の構成により、優先度の設定によってデータ信号よりも制御信号（ＡＣＫ信号またはＮＡＫ信号）を優先して転送することが可能になるため、遅延要求時間は遵守しつつも、データ信号の許容遅延時間が延伸される。
これにより、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態による無線基地局によれば、例えば、フロントホールをレイヤ２スイッチによって多段に接続した場合などにおいて、Ｃ－ＲＡＮにおける光張り出し局（ＤＵ）の収容数を増加させることが可能である。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。

１…ＤＵ、２…ＣＵ、３…ＵＥ、１１…チャネル分離部、１２…チャネル識別子付与部、２１…チャネル分離部、２２…チャネル識別子付与部

Claims

時分割複信方式を採用する無線基地局の光張り出し局と前記光張り出し局を集約する集約局とを有し、前記光張り出し局と前記集約局との間を複数の転送装置を介した通信ネットワークによって通信接続し、複数の前記光張り出し局のフローを前記集約局へ転送する無線基地局システムであって、
前記光張り出し局は、
無線端末から送信され無線区間を伝搬した無線信号を受信する受信部と、
前記受信部によって受信された前記無線信号をデータ信号と制御信号とに分離するチャネル分離部と、
前記チャネル分離部によって分離された前記データ信号と前記制御信号に対し、前記データ信号よりも前記制御信号を優先して転送するように設定される優先度を識別可能にする識別子を付与して、前記優先度に従って、前記データ信号と前記制御信号とを前記通信ネットワークを介して前記集約局へ転送する識別子付与部と、
を備え、
前記識別子付与部は、前記制御信号の低遅延転送のために設けられた遅延要求時間内に前記データ信号を転送する
無線基地局システム。
前記遅延要求時間は、前記識別子付与部から前記集約局へ前記制御信号のサブフレームが送信された制御信号送信時点から、前記制御信号送信時点から少なくとも４サブフレーム分の時間が経過した時点であって前記集約局から送信される下り制御信号を前記光張り出し局が受信可能になる前記時点まで、の時間から４サブフレーム分の時間を減じた時間である
請求項１に記載の無線基地局システム。
前記集約局は、
前記光張り出し局へ転送する下り無線信号を下りデータ信号と下り制御信号とに分離する下りチャネル分離部と、
前記下りチャネル分離部によって分離された前記下りデータ信号と前記下り制御信号に対し、前記下りデータ信号と前記下り制御信号とを識別可能にし、かつ、転送における優先度を識別可能にする下り識別子を付与して、前記下り識別子に従って、前記下りデータ信号と前記下り制御信号とを前記通信ネットワークを介して前記光張り出し局へ転送する下り識別子付与部と、
を備える請求項１または請求項２に記載の無線基地局システム。
前記光張り出し局は、前記識別子付与部によって付与された前記識別子に従って、前記データ信号よりも優先して前記制御信号を前記集約局へ転送する
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の無線基地局システム。
前記集約局は、前記下り識別子付与部によって付与された前記下り識別子に従って、前記下りデータ信号よりも優先して前記下り制御信号を前記光張り出し局へ転送する
請求項３に記載の無線基地局システム。
時分割複信方式を採用する無線基地局の光張り出し局と前記光張り出し局を集約する集約局とを有し、前記光張り出し局と前記集約局との間を複数の転送装置を介した通信ネットワークによって通信接続し、複数の前記光張り出し局のフローを前記集約局へ転送する無線基地局システムのコンピュータによる通信方法であって、
無線端末から送信され無線区間を伝搬した無線信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップによって受信された前記無線信号をデータ信号と制御信号とに分離するチャネル分離ステップと、
前記チャネル分離ステップによって分離された前記データ信号と前記制御信号に対し、前記データ信号よりも前記制御信号を優先して転送するように設定される優先度を識別可能にする識別子を付与して、前記優先度に従って、前記データ信号と前記制御信号とを前記通信ネットワークを介して前記光張り出し局から前記集約局へ転送する識別子付与ステップと、
前記識別子付与ステップにおいて、前記制御信号の低遅延転送のために設けられた遅延要求時間内に前記データ信号を転送するステップと、
を有する通信方法。