JP7590128B2 - Antenna control device and antenna control system - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ制御装置、および、アンテナ制御システムに関する。 The present invention relates to an antenna control device and an antenna control system.
今後普及することが予想される、第5世代携帯電話などの、ミリ波等の高周波の電波を使用する無線通信システムでは、これまで使用してきた周波数帯の電波よりも伝播損失がより大きくなる場合がある。したがって、例えば、屋外から屋内への通信、車両外から車両内への通信等の障害物を介する通信では障害物の内部に当該電波が届きにくい場合もある。そのため、屋外、車両外等の障害物の外側のアンテナでミリ波等の高周波の電波を一旦受信し、同軸ケーブルを介して、屋内、車両内等の障害物の内側に当該受信した高周波の信号を取り込むことも想定される。しかし、同軸ケーブルでは、当該受信した高周波の信号の信号損失が大きくなるために、同軸ケーブルの代わりに、高周波信号経路として、光ファイバを利用する技術が知られている。 In wireless communication systems that use high-frequency radio waves such as millimeter waves, such as fifth-generation mobile phones, which are expected to become more widespread in the future, propagation loss may be greater than with radio waves in the frequency bands that have been used up until now. Therefore, for example, in communications that pass through obstacles, such as communications from outdoors to indoors or communications from outside the vehicle to inside the vehicle, the radio waves may have difficulty reaching the inside of the obstacle. For this reason, it is envisioned that high-frequency radio waves such as millimeter waves are first received by an antenna on the outside of the obstacle, such as outdoors or outside the vehicle, and the received high-frequency signal is then taken into the inside of the obstacle, such as indoors or inside the vehicle, via a coaxial cable. However, since signal loss of the received high-frequency signal is large with a coaxial cable, a technology is known that uses optical fiber as a high-frequency signal path instead of a coaxial cable.
例えば、特許文献1に記載される通信システムは、以下の構成を開示している。すなわち、当該通信システムは、建造物の室外の通信対象と電波を送受信するために、受信した電波から電気信号を生成し、又は、電気信号から送信すべき電波を生成する、建造物の室外に設けられるアンテナを含む。また、当該通信システムは、アンテナに接続され、アンテナから入力される電気信号を光信号に変換し、又は、光信号を電気信号に変換してアンテナに出力する変換器をさらに含む。さらに、当該通信システムは、変換器と建造物の室内の機器との間を接続し、光信号を伝搬する伝搬モードを複数有するマルチモード光ファイバをさらに含む。 For example, the communication system described in Patent Document 1 discloses the following configuration. That is, the communication system includes an antenna provided outside the building that generates an electrical signal from a received radio wave or generates a radio wave to be transmitted from an electrical signal in order to transmit and receive radio waves to and from a communication target outside the building. The communication system also includes a converter connected to the antenna and converts an electrical signal input from the antenna into an optical signal or converts an optical signal into an electrical signal and outputs it to the antenna. Furthermore, the communication system also includes a multimode optical fiber that connects between the converter and equipment inside the building and has multiple propagation modes for propagating optical signals.
例えば、屋外と屋内との間の電波減衰が大きく、屋外アンテナと屋内アンテナとの間をRoF(Radio Over Fiber)で接続した場合、基地局と屋外アンテナとの位置関係は固定である場合が多い。したがって、屋外アンテナの放射方向は基地局の方向に向ければよい場合が多い。 For example, when radio wave attenuation between outdoors and indoors is large and an outdoor antenna is connected to an indoor antenna with RoF (Radio Over Fiber), the positional relationship between the base station and the outdoor antenna is often fixed. Therefore, it is often sufficient to point the radiation direction of the outdoor antenna toward the base station.
しかしながら、屋内アンテナがカバーするべき屋内エリアは工場内やショッピングモール内など比較的広い場合もある。このように、屋内アンテナがカバーするべき屋内エリアが広い場合には、カバーされるべき広いエリアを移動する無線端末と屋内アンテナが適切に通信するために、屋内アンテナに指向性制御機能が必要となる場合がある。ところが上述したように、従来技術では屋内アンテナに指向性制御機能を持たせることを想定していないために、屋内エリアが広い場合には、広い屋内エリアに対応した安定的な通信を実行可能な広い通信エリアを確保することが困難になる場合がある。 However, the indoor area that an indoor antenna should cover may be relatively large, such as inside a factory or a shopping mall. When the indoor area that the indoor antenna should cover is large, the indoor antenna may need to have a directivity control function so that the indoor antenna can properly communicate with wireless terminals moving through the large area that should be covered. However, as described above, conventional technology does not assume that indoor antennas will have a directivity control function, and therefore, when the indoor area is large, it may be difficult to secure a wide communication area capable of performing stable communication corresponding to the large indoor area.
すなわち、第5世代携帯電話などの既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にRoFを適用する場合に、RoFと接続される屋内アンテナに指向性制御機能を付与することができずに、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができない場合がある。 In other words, when applying RoF to existing communication standards that use radio waves in high frequency bands, such as those for fifth generation mobile phones, it may not be possible to provide a directivity control function to the indoor antenna connected to the RoF, making it impossible to achieve stable communication with wireless terminals moving around in a wide indoor area.
本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、高周波数帯の電波を利用する既存の通信規格にRoFを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置等を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the problems inherent in such conventional technology. The object of the present invention is to provide an antenna control device etc. that can provide a directivity control function to an indoor antenna and can provide stable communication with wireless terminals moving in a wide indoor area, even when RoF is applied to existing communication standards that use radio waves in the high-frequency band.
本発明の態様に係るアンテナ制御装置は、基地局と直接無線通信する第一アンテナと電気的に接続され、前記第一アンテナを介して前記基地局と無線通信する第二アンテナの指向性の切り替え回数と、前記第二アンテナと直接無線通信する無線端末が前記基地局とデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数との差分回数を演算し、前記第二アンテナと前記第一アンテナとの間の通信状況を解析する通信状況解析部と、前記データ通信する前の前記アップリンク制御信号の送信回数が、前記第二アンテナの指向性の切り替え回数よりも少ない場合には、前記差分回数だけ、前記データ通信する前に前記無線端末から前記第二アンテナへのアップリンク制御信号を再送させるリンク制御部と、前記アップリンク制御信号の受信ごとに前記第二アンテナの指向性を異なる方向に制御し、再送されるべきすべての前記アップリンク制御信号の再送後に、前記アップリンク制御信号を受信した場合の受信レベルが最大の方向に前記第二アンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を含むことが好ましい。 An antenna control device according to an aspect of the present invention preferably includes: a communication status analysis unit that is electrically connected to a first antenna that directly communicates with a base station, calculates the difference between the number of times that the directivity of a second antenna that wirelessly communicates with the base station via the first antenna is switched and the number of times that a wireless terminal that directly communicates with the second antenna transmits an uplink control signal before data communication with the base station, and analyzes the communication status between the second antenna and the first antenna; a link control unit that, when the number of times that the uplink control signal is transmitted before the data communication is less than the number of times that the directivity of the second antenna is switched, causes the wireless terminal to retransmit the uplink control signal to the second antenna before the data communication by the difference number of times; and a directivity control unit that controls the directivity of the second antenna in a different direction each time the uplink control signal is received, and controls the directivity of the second antenna in a direction with the maximum reception level when the uplink control signal is received after retransmission of all the uplink control signals that should be retransmitted.
本発明の他の態様に係るアンテナ制御装置の通信状況解析部が解析する通信状況は、5Gの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスであることが好ましい。 In another aspect of the present invention, the communication status analyzed by the communication status analysis unit of the antenna control device is preferably an uplink communication sequence of the communication sequence determined by the 5G communication standard.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置の通信状況解析部が解析する通信状況は、5Gの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスおよびダウンリンク通信シーケンスであることが好ましい。 In yet another aspect of the present invention, the communication status analyzed by the communication status analysis unit of the antenna control device is preferably an uplink communication sequence and a downlink communication sequence determined by the 5G communication standard.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置において、前記第二アンテナと前記無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数としてカウントされるアップリンク制御信号は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号、および、RRC(Radio Resource Control)セットアップ要求信号であることが好ましい。 In an antenna control device according to yet another aspect of the present invention, it is preferable that the uplink control signal counted as the number of times the uplink control signal is transmitted before data communication between the second antenna and the wireless terminal is performed is a random access preamble signal and an RRC (Radio Resource Control) setup request signal.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置のリンク制御部は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号だけを再送させる、RRCセットアップ要求信号だけを再送させる、または、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびRRCセットアップ要求信号を再送させることが好ましい。 In yet another aspect of the present invention, the link control unit of the antenna control device preferably retransmits only the random access preamble signal, retransmits only the RRC setup request signal, or retransmits both the random access preamble signal and the RRC setup request signal.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置のリンク制御部は、前記アップリンク制御信号を再送させるために、前記アップリンク制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、前記無線端末に受信させないための、受信阻止信号を生成し、前記リンク制御部から前記受信阻止信号を受信するダウンリンク制御部を、さらに含み、前記ダウンリンク制御部は、前記受信阻止信号を受信すると、前記ダウンリンクの応答信号が前記無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の通信経路に配置されるスイッチによって通信経路を遮断し、または、ダウンリンク側の経路に配置される可変減衰器によって通信経路の減衰量を増加させることが好ましい。 In yet another aspect of the present invention, the link control unit of the antenna control device further includes a downlink control unit that generates a reception blocking signal to prevent the wireless terminal from receiving a downlink response signal, which is a response signal to the uplink control signal, in order to retransmit the uplink control signal, and receives the reception blocking signal from the link control unit, and upon receiving the reception blocking signal, the downlink control unit preferably blocks the communication path using a switch arranged in the downlink communication path at a timing before the downlink response signal is emitted to the wireless terminal, or increases the attenuation of the communication path using a variable attenuator arranged in the downlink path.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置のリンク制御部は、前記第二アンテナと前記第一アンテナの間の通信経路に配置されたアップリンク制御部によって、前記アップリンク制御信号を遅延させるための遅延信号を前記アップリンク制御部に出力することが好ましい。 In yet another aspect of the present invention, the link control unit of the antenna control device preferably outputs a delay signal for delaying the uplink control signal to the uplink control unit by an uplink control unit disposed in the communication path between the second antenna and the first antenna.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置は、前記指向性制御部によって、受信レベルが最大の方向に前記第二アンテナの指向性が制御された後に、前記無線端末から前記第二アンテナに送信される2回目以降のアップリンク信号の受信前に前記第二アンテナの指向性を前記異なる方向の振り幅よりも小さい振り幅で変更し、受信強度計測部によって、変更された前記第二アンテナの指向性に対する前記アップリンク信号の受信強度を計測し、前記指向性制御部によって、変更された前記第二アンテナの指向性ごとの平均化された受信強度が最大になる方向に前記第二アンテナの指向性を制御することが好ましい。 In yet another aspect of the present invention, the antenna control device preferably changes the directivity of the second antenna by a swing smaller than the swing in the different direction before receiving a second or subsequent uplink signal transmitted from the wireless terminal to the second antenna after the directivity of the second antenna is controlled by the directivity control unit in the direction in which the reception level is maximum, measures the reception strength of the uplink signal for the changed directivity of the second antenna by a reception strength measurement unit, and controls the directivity of the second antenna by the directivity control unit in the direction in which the averaged reception strength for each changed directivity of the second antenna is maximum.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御システムは、アンテナ制御装置と、前記第一アンテナと、前記第二アンテナと、前記第一アンテナと前記第二アンテナとを電気的に接続する伝送路と、前記伝送路と前記第一アンテナとの接続部に配置されるO/E(Optical/Electronic signal)変換器と、前記第二アンテナと前記伝送路との接続部に配置されるE/O(Electronic/Optical signal)変換器とを含み、前記伝送路は、光ファイバであることが好ましい。 An antenna control system according to yet another aspect of the present invention includes an antenna control device, the first antenna, the second antenna, a transmission path electrically connecting the first antenna and the second antenna, an O/E (Optical/Electronic signal) converter disposed at the connection between the transmission path and the first antenna, and an E/O (Electronic/Optical signal) converter disposed at the connection between the second antenna and the transmission path, and the transmission path is preferably an optical fiber.
本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御システムにおいて、前記第一アンテナは建造物または移動体の外部に配置され、前記第二アンテナは建造物または移動体の内部に配置され、前記建造物または前記移動体は、基地局から放射されるビーム状の電波に対して空気中よりも大きな伝播損失を生じされることが好ましい。 In an antenna control system according to yet another aspect of the present invention, it is preferable that the first antenna is arranged outside a building or a mobile object, the second antenna is arranged inside the building or the mobile object, and the building or the mobile object experiences a greater propagation loss for the beam-shaped radio waves radiated from the base station than in the air.
本発明によれば、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にRoFを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置等を提供可能となる。 According to the present invention, even if RoF is applied to existing communication standards that use radio waves in the high frequency band, it is possible to provide an indoor antenna with a directivity control function, thereby making it possible to provide an antenna control device or the like that can perform stable communication with wireless terminals moving in a wide indoor area.
(アンテナ制御システムの概要)
本実施形態のアンテナ制御システムは、既存の第5世代携帯電話などの通信規格にRoFを適用した場合に、当該通信規格の初期の通信シーケンスを利用して、簡便な方法で屋内アンテナの指向性を、屋内に配置された移動無線端末の方向に制御する構成を有する。
(Outline of the Antenna Control System)
The antenna control system of this embodiment has a configuration in which, when RoF is applied to a communication standard such as an existing fifth generation mobile phone, the directivity of an indoor antenna is controlled in a simple manner in the direction of a mobile wireless terminal placed indoors by utilizing the initial communication sequence of the communication standard.
具体的には、第5世代携帯電話の通信シーケンスのアップリンクにおけるランダム・アクセス・プリアンブルまたはRRCセットアップリクエストを必要があれば再送させ、屋内アンテナの指向性切り替え可能方向のすべての電波強度等を測定する。測定された電波強度等のパラメータによって、移動無線端末の最適な指向方向を、屋内アンテナ側のアンテナ制御装置と移動無線端末が共有することによって、安定した通信を可能にする。 Specifically, the random access preamble or RRC setup request in the uplink of the 5th generation mobile phone communication sequence is retransmitted if necessary, and the signal strength and other information is measured for all directions in which the indoor antenna's directivity can be switched. Using parameters such as the measured signal strength, the antenna control device on the indoor antenna and the mobile wireless terminal share the optimal directivity direction for the mobile wireless terminal, enabling stable communication.
また、屋内アンテナと通信する無線端末の移動に対応するために、屋内アンテナのビームを初期設定した後のアップリンク信号を受信する場合に、初期設定時よりもビームを小さく振り、無線端末の移動方向に屋内アンテナのビームを向ける制御を行う場合もある。 In addition, in order to accommodate the movement of a wireless terminal communicating with the indoor antenna, when receiving an uplink signal after the indoor antenna beam has been initially set, the beam may be adjusted to be smaller than at the initial setting, and the indoor antenna beam may be controlled to point in the direction of movement of the wireless terminal.
以上の説明による本実施形態に係わるアンテナ制御システムは車両等の移動体に搭載されることができる。この場合には無線端末は車両内に実装され、移動することがない場合もある。ただし、エンターメイント電子機器やナビゲーション装置などは、任意の位置に取り付けられ、また、設置場所が随時変更される場合もある。 The antenna control system according to the present embodiment described above can be mounted on a moving object such as a vehicle. In this case, the wireless terminal is installed inside the vehicle and may not move. However, entertainment electronic devices and navigation devices may be installed in any position, and the installation location may be changed at any time.
(アンテナ制御システムの動作例)
図1~図7を参照して本実施形態に係るアンテナ制御システム1000の動作例について説明する。
(Antenna control system operation example)
An example of the operation of the
図1は、本実施形態に係るアンテナ制御システム1000に含まれる装置の概要を示した図である。ミリ波などの周波数が高い電波は到達距離が短いが、電波が飛ぶ方向を絞り、エネルギーを集中させることで到達距離を伸ばすことが可能となる。4G以前は基地局から広い範囲へ電波を飛ばすが、5Gでは図1に示すように無線端末1台ずつへ向けて電波をビーム状に放射する。この技術は、ビームを形成するので「ビームフォーミング」とも称する。なお、ビームの周辺には電波が届きにくいので、基地局間の干渉を減らすことが可能になる。
Figure 1 is a diagram showing an overview of the devices included in the
また、電波が飛ぶ方向を特定の無線端末がある方向へ絞るためには、無線端末がどこにあるのかを探さなければならない。その仕組みは「ビームスイーピング」と称される場合がある。4G以前では、基地局からある程度の広範囲に電波を送信し、無線端末の位置を特定するが、5Gでは基地局からビームを灯台のように一定周期で回転させながら放出して、無線端末の位置を特定する。すなわち、基地局11に設置される図示しないアレーアンテナと、無線端末21、無線端末23、無線端末24との間では、「ビームスイーピング」機能が実行される。なお、屋外アンテナ200a2が移動体に搭載される場合には、アレーアンテナと屋外アンテナ200a2との間で「ビームスイーピング」機能が実行されてもよい。
Furthermore, in order to narrow down the direction of radio waves to the direction of a specific wireless terminal, it is necessary to find where the wireless terminal is located. This mechanism is sometimes called "beam sweeping." In 4G and earlier, radio waves were transmitted from a base station over a relatively wide area to identify the location of the wireless terminal, but in 5G, a beam is emitted from the base station while rotating at a constant period like a lighthouse to identify the location of the wireless terminal. In other words, a "beam sweeping" function is executed between an array antenna (not shown) installed in base station 11 and
「ビームスイーピング」機能によって、基地局11に設置されるアレーアンテナからビームフォーミングされた電波がビームb1として無線端末21に向けて放射され、ビームb3が無線端末23に向けて放射され、ビームb4が無線端末24に向けて放射される。また、ビームb2が屋外アンテナ200a2に向けて放射される。なお、各ビームはアレーアンテナから放射される電波の分布を表すとともに、アレーアンテナが無線端末等から適切に電波を受信することが可能な範囲を示す領域でもある。
By using the "beam sweeping" function, beamformed radio waves are radiated from the array antenna installed in the base station 11 as beam b1 toward the
また、基地局11は、無線端末21が移動すれば、無線端末21の移動方向にビームb1の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。さらに、基地局11は、無線端末23が移動すれば、無線端末23の移動方向にビームb3の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。同様に、基地局11は、無線端末24が移動すれば、無線端末24の移動方向にビームb4の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。また、屋外アンテナ200a2が移動する場合であれば、移動方向にビームb2の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。4G以前ではある程度の広範囲へ電波を送信するため、基地局のエリア内であれば、無線端末が移動しても電波は無線端末に届いた。しかし、5Gの場合は電波をビーム状に放射するので、無線端末が移動すれば、上述したように、無線端末を追いかける「ビームトラッキング」機能が必要になる。
In addition, when the
そこで、図1に示すように、屋内アンテナ200b2と無線端末31、無線端末32、無線端末33等の無線端末との間で、5Gの通信規格に準拠した指向性制御技術が必要になる。
Therefore, as shown in FIG. 1, directivity control technology that complies with the 5G communication standard is required between the indoor antenna 200b2 and wireless terminals such as
図1のRoFを使用したアップリンク側のシステムには、O/E(Optical/Electronic signal)変換器300a2、E/O(Electronic/Optical signal)変換器300b2もさらに含まれる。また、上述してきたように、RoFを使用したアップリンクのシステムには、屋外アンテナ200a2、伝送路400a2、屋内アンテナ200b2も含まれる。また、RoFを使用したシステムには、無線端末31、無線端末32、無線端末33、無線端末34等の無線端末も含まれる。なお、詳細には、図4に示すように、アップリンク側では、屋内アンテナ200b2、E/O変換器300b2、伝送路400a2、O/E変換器300a2、屋外アンテナ200a2が設けられてもよい。また、ダウンリンク側では、屋外アンテナ200a1、E/O変換器300b1、伝送路400a1、O/E変換器300a1、屋内アンテナ200b1が設けられてもよい。また、屋外アンテナ200a1および屋外アンテナ200a2を総称して屋外アンテナ200aと称する場合もある。さらに、屋内アンテナ200b1および屋内アンテナ200b2を総称して屋内アンテナ200bと称する場合もある。さらに、O/E変換器300a1およびO/E変換器300a2を総称してO/E変換器300aと称する場合もある。さらに、E/O変換器300b1およびE/O変換器300b2を総称してE/O変換器300bと称する場合もある。さらに、伝送路400a1および伝送路400a2を総称して伝送路400aと称する場合もある。
The uplink system using RoF in FIG. 1 further includes an O/E (Optical/Electronic signal) converter 300a2 and an E/O (Electronic/Optical signal) converter 300b2. As described above, the uplink system using RoF also includes an outdoor antenna 200a2, a transmission path 400a2, and an indoor antenna 200b2. The system using RoF also includes wireless terminals such as
屋内アンテナ200b2は、無線端末31からのビームb5を受信し、受信したビームb5から電気信号を生成する機能を有する。E/O変換器300b2は屋内アンテナ200b2に接続され、屋内アンテナ200b2から入力される電気信号を光信号に変換する機能を有する。E/O変換器300b2とO/E変換器300a2との間には伝送路400a2が設けられる。伝送路400a2の一例には光ファイバが挙げられる。光ファイバは光信号の通信帯域における平坦性が良好な周波数特性を有し、光信号の通信帯域における減衰量が実使用可能な範囲内であることが好ましい。なお、光ファイバは、光信号の通信帯域での平坦性、および、減衰量を、光ファイバの外部の部品によって補正可能であってもよい。さらに、光ファイバは、補正可能範囲で上記特性を満足する任意の光ファイバを使用することが可能になる。O/E変換器300a2は屋外アンテナ200a2に接続され、伝送路400a2を介して伝送された光信号を電気信号に変換して屋外アンテナ200a2に出力する機能を有する。屋外アンテナ200a2は、O/E変換器300a2から出力される電気信号から送信すべき電波を生成する機能を有する。
The
無線端末31、無線端末32、無線端末33、無線端末34等の無線端末に含まれる図示しないアンテナは、指向性を有する場合もあれば、無指向性の場合もある。図1の無線端末31の図示しないアンテナは、指向性を有し、図1に示すように3方向にビームを切り替えることが可能である。
Antennas (not shown) included in wireless terminals such as
図2は、図1において、屋内アンテナ200b2が3方向にビームb21、b22、b23と切り替えることが可能である構成の場合に、屋内アンテナ200b2がビームb21を利用して無線端末35とアップリンク無線通信を実行する様子を示した模式図である。なお、ビームb21は、屋内アンテナ200b2が無線端末35から有効に電波を受信可能な範囲を示す領域である。
Figure 2 is a schematic diagram showing how the indoor antenna 200b2 in Figure 1 performs uplink wireless communication with the
図2において、5Gの通信規格の通信シーケンスを利用して、屋内アンテナ200bは3方向にビームb21、b22、b23を順番に切り替える。ビームb21、b22、b23の切り替え順番は、重複のない任意の順番であってもよい。
In FIG. 2, using the communication sequence of the 5G communication standard, the
屋内アンテナ200bのビームの指向性を制御する、図2には図示されないアンテナ制御装置は、無線端末35からの一回のアップリンク送信時に屋内アンテナ200b2の指向方向を3方向のいずれか一つに切り替えて受信強度を測定する。すなわち、無線端末35の一回のアップリンク送信毎に屋内アンテナ200b2の一方向の受信強度が測定される。屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向が上述したように3方向の場合には、無線端末35のアップリンク送信が3回実行されることになる。なお、屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向の数は任意の正の整数値とすることが可能である。屋内アンテナ200b2がビームb21の方向に指向方向が切り替えられている場合に、無線端末35のアップリンク送信電波の受信強度が強い場合がある。この場合には、屋内アンテナ200b2の指向方向はビームb21の方向に選択され、屋内アンテナ200b2と無線端末35との無線通信を適切に実行することが可能になる。
The antenna control device (not shown in FIG. 2) controls the directivity of the beam of the
図3は、図1および図2において実行される5Gの無線通信シーケンスの模式図である。 Figure 3 is a schematic diagram of the 5G wireless communication sequence executed in Figures 1 and 2.
最初に、ステップS301において、基地局からビームフォーミングされたビームを、同期信号およびMIB(Master Information Block)を常時放射する。SSB(Synchronization Signal Block)は同期信号とMIBを常時放射するPBCH(Physical broad Cast Channel)をブロックとしてグループ化していることを示している。基地局はSSBを用いて、無線端末にフレーム同期の確立、下り受信品質の測定、他の報知情報の受信に必要なシステムパラメータの報知といった初期アクセスやモビリティの重要な機能を提供する。通信事業者は基地局ごとに、SSBの送信タイミングおよび送信周期を設定し、無線端末に通知することが可能である。また、無線端末はSSBを検出できた場合には、基地局およびSSBを選択し、タイミング同期および周波数同期を確立する。 First, in step S301, the base station constantly emits a beam formed from a beam, a synchronization signal, and an MIB (Master Information Block). The SSB (Synchronization Signal Block) indicates that the PBCH (Physical broadcast channel) that constantly emits the synchronization signal and the MIB is grouped as a block. The base station uses the SSB to provide important functions for initial access and mobility, such as establishing frame synchronization to the wireless terminal, measuring downstream reception quality, and notifying the wireless terminal of system parameters required for receiving other notification information. The communication carrier can set the transmission timing and transmission cycle of the SSB for each base station and notify the wireless terminal. In addition, if the wireless terminal detects the SSB, it selects the base station and the SSB and establishes timing synchronization and frequency synchronization.
次に、ステップS302において、基地局からビームフォーミングされたビーム方向に、システム情報を含ませて放射する。システム情報は、ランダムアクセスを開始するために必要となる情報であり、上りリンクキャリア情報やランダムアクセス信号構成情報等の情報を含む。無線端末は受信したシステム情報から、選択したSSBに対応付けられたランダムアクセスチャネル(PRACH:Physical Random Access CHannel)のリソースを特定する。 Next, in step S302, the base station radiates a beam formed in the direction of the beam with system information included. The system information is information required to start random access, and includes information such as uplink carrier information and random access signal configuration information. From the received system information, the wireless terminal identifies the resources of the random access channel (PRACH: Physical Random Access CHannel) associated with the selected SSB.
次に、ステップS303において、無線端末は、PRACHリソースから決まるプリアンブルIDとPRACHタイミングでランダム・アクセス・プリアンブル信号を送信する。無線端末は、基地局とランダムアクセスを確立するために、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を送信するのである。そして、無線端末はプリアンブル信号受信応答であるRAR(Random Access Response)を一定ウィンドウ内で待つ。 Next, in step S303, the wireless terminal transmits a random access preamble signal with a preamble ID and PRACH timing determined from the PRACH resource. The wireless terminal transmits the random access preamble signal to establish random access with the base station. Then, the wireless terminal waits for a RAR (Random Access Response), which is a response to receiving the preamble signal, within a certain window.
ステップS304において、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を受信した基地局は、ランダムアクセスに関する制御情報を含むRARを無線端末に送信する。 In step S304, the base station that has received the random access preamble signal transmits an RAR containing control information regarding random access to the wireless terminal.
ステップS305において、無線端末は、RARを受信すると、RARで指定された送信タイミングに、基地局に無線端末と基地局間のリンクとなるRRC(Radio Resource Control)セットアップリクエストを送信する。 In step S305, when the wireless terminal receives the RAR, it transmits an RRC (Radio Resource Control) setup request to the base station at the transmission timing specified in the RAR, which serves as a link between the wireless terminal and the base station.
ステップS306において、RRCセットアップリクエスト信号を受信した基地局は、無線端末とリンクさせるためのRRCに関する制御情報を含むRRCセットアップ信号を無線端末に送信する。 In step S306, the base station that has received the RRC setup request signal transmits an RRC setup signal to the wireless terminal, the RRC setup signal including control information related to RRC for linking with the wireless terminal.
ステップS307において、基地局は無線端末にリンク情報に基づいて、通信データ、制御メッセージを送信する。 In step S307, the base station transmits communication data and control messages to the wireless terminal based on the link information.
なお、ステップS307以降の5Gの無線通信シーケンスの詳細については、本明細書では省略する。 Details of the 5G wireless communication sequence from step S307 onwards are omitted in this specification.
上述したように、5G通信規格では、通信データの送信までに、2回のアップリンクしか存在しないために、屋内アンテナ200b2のビーム切り替え方向が3方向以上ある場合には、屋内アンテナ200b2のビームを3方向以上には切り替えることができない。 As described above, in the 5G communication standard, there are only two uplinks before communication data is transmitted, so if the beam switching direction of the indoor antenna 200b2 is three or more directions, the beam of the indoor antenna 200b2 cannot be switched to three or more directions.
そこで、本実施形態では、ランダム・アクセス・プリアンブル信号、および/または、RRCセットアップリクエスト信号を再送させて、屋内アンテナ200b2のビーム切り替え可能な方向数に適合するようにした。 Therefore, in this embodiment, the random access preamble signal and/or the RRC setup request signal are retransmitted to match the number of directions in which the beam of the indoor antenna 200b2 can be switched.
例えば、屋内アンテナ200b2のビーム切り替え可能な方向数が4である場合には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を2回再送させてもよい。この場合には、RRCセットアップリクエスト信号を再送させる必要はない。 For example, if the number of beam switching directions of the indoor antenna 200b2 is four, the random access preamble signal may be retransmitted twice. In this case, there is no need to retransmit the RRC setup request signal.
また、例えば、屋内アンテナ200b2のビーム切り替え可能な方向数が4である場合には、RRCセットアップリクエスト信号を2回再送させてもよい。この場合には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を再送させる必要はない。 Also, for example, if the number of directions in which the beam of the indoor antenna 200b2 can be switched is four, the RRC setup request signal may be retransmitted twice. In this case, there is no need to retransmit the random access preamble signal.
さらに、例えば、屋内アンテナ200b2のビーム切り替え可能な方向数が4である場合には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を1回再送させ、RRCセットアップリクエスト信号を1回再送させてもよい。 Furthermore, for example, if the number of directions in which the beam of the indoor antenna 200b2 can be switched is four, the random access preamble signal may be retransmitted once, and the RRC setup request signal may be retransmitted once.
上述したように、再送させるアップリンク信号は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびRRCセットアップリクエスト信号のいずれを用いてもよい。 As described above, the uplink signal to be retransmitted may be either a random access preamble signal or an RRC setup request signal.
なお、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を再送させるためには、プリアンブル信号受信応答信号を無線端末が受信しないようにする必要がある。例えば、プリアンブル信号受信応答信号を無線端末が受信するべきタイミングで、ダウンリンク側の屋内アンテナ200b1の通信経路をスイッチでOFFにする、あるいは、当該通信経路の可変減衰器の減衰量を大きくする等の方法がある。同様に、RRCセットアップリクエスト信号を再送させるためには、RRCセットアップ信号を無線端末が受信しないようにする必要がある。そのためには、例えば、RRCセットアップ信号を無線端末が受信するべきタイミングで、屋内アンテナ200b1の通信経路をスイッチでOFFにする、あるいは、当該通信経路の可変減衰器の減衰量を大きくする等の方法がある。詳細については、後述する。 In order to retransmit the random access preamble signal, it is necessary to prevent the wireless terminal from receiving the preamble signal reception response signal. For example, at the timing when the wireless terminal should receive the preamble signal reception response signal, the communication path of the indoor antenna 200b1 on the downlink side can be switched off with a switch, or the attenuation of the variable attenuator of the communication path can be increased. Similarly, to retransmit the RRC setup request signal, it is necessary to prevent the wireless terminal from receiving the RRC setup signal. For example, at the timing when the wireless terminal should receive the RRC setup signal, the communication path of the indoor antenna 200b1 can be switched off with a switch, or the attenuation of the variable attenuator of the communication path can be increased. Details will be described later.
(アンテナ制御システムの構成例)
図4は、アンテナ制御システム1000の構成の一例を示すブロック図である。
(Example of configuration of antenna control system)
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the
アンテナ制御システム1000には、アンテナ制御装置100、屋内アンテナ200b1、200b2、E/O変換器300b1、300b2、O/E変換器300a1、300a2、および、屋外アンテナ200a1、200a2が含まれることが好ましい。さらに、アンテナ制御システム1000には、伝送路として伝送路400a1、400a2が含まれることが好ましい。なお、アップリンク側には、屋内アンテナ200b2、E/O変換器300b2、伝送路400a2、O/E変換器300a2、および、屋外アンテナ200a2が含まれることが好ましい。また、アップリンク側には、遅延素子を含むアップリンク制御部170が含まれることが好ましい。さらに、ダウンリンク側には、屋外アンテナ200a1、E/O変換器300b1、伝送路400a1、O/E変換器300a1、および、屋内アンテナ200b1が含まれることが好ましい。また、ダウンリンク側には、SW(スイッチ)または可変減衰器を含むダウンリンク制御部160が含まれることが好ましい。
The
アンテナ制御装置100は、通信状況解析部110、受信強度計測部120、リンク制御部130、受信強度記憶部140、および、指向性制御部150を含むことが好ましい。また、アンテナ制御装置100に、RoFの通信経路に配置される遅延素子を含むアップリンク制御部170が含まれる構成でもよい。さらに、SW(スイッチ)または減衰器を含むダウンリンク制御部160が含まれる構成でもよい。
The
通信状況解析部110は、屋内アンテナ200b2において受信した電波がアップリンクの制御信号であるか否かを解析する機能を有する。そのために、通信状況解析部110は、屋内アンテナ200b2とE/O変換器300b2との間の通信経路に直接的または間接的に接続され、通信経路を伝搬する信号をモニタする機能を有する。また、通信状況解析部110は、受信強度計測部120で計測されたアップリンクの制御信号の計測回数と屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向数が一致するか否かを判定する機能も有する。通信状況解析部110は、制御信号の計測回数と屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向数が一致する場合には、受信強度レベルが最大になる屋内アンテナ200b2の指向方向情報を受信強度記憶部140から選択する。そして、通信状況解析部110は、当該指向方向情報を指向性制御部150に出力する。制御信号の計測回数が屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向数よりも小さい場合には、通信状況解析部110は、アップリンクの制御信号を再送させるための再送制御信号をリンク制御部130に出力する。なお、通信状況解析部110は、屋外アンテナ200a1において受信した電波がダウンリンクの制御信号または通信データ信号であるか否かを解析する機能を有することも可能である。また、通信状況解析部110は、屋外アンテナ200a1において受信した電波のダウンリンク通信シーケンスを解析することも可能である。この場合には、通信状況解析部110は、屋内アンテナ200b1と屋外アンテナ200a1との間の通信経路に直接的または間接的に接続され、通信経路を伝搬する信号をモニタする機能を有する。
The communication
受信強度計測部120は、通信状況解析部110で制御信号であると判定されたアップリンク信号の受信強度レベルを計測する機能を有する。また、受信強度計測部120は、受信強度レベルと、当該受信強度レベルが計測された時の屋内アンテナ200b2の指向方向を対応付けて、受信強度記憶部140に記憶する機能を有する。また、受信強度計測部120は、無線端末の移動方向を検知するために、他のアップリンク信号の受信強度レベルを計測する機能も有する。
The reception
リンク制御部130は、通信状況解析部110から再送制御信号を受信すると、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ200bのエリアに配置された無線端末に受信させないための受信阻止信号を生成する。リンク制御部130は、受信阻止信号をSWまたは可変減衰器を含むダウンリンク制御部160に出力する。また、リンク制御部130は、屋内アンテナ200b2と屋外アンテナ200a2との間に配置された遅延器として機能する場合のアップリンク制御部170に、アップリンク制御信号を遅延させるための遅延信号を出力することも可能である。
When the
受信強度記憶部140は、屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向数、アップリンク数、および、受信強度計測部120において計測されたアップリンク信号の受信強度レベルを指向方向と対応付けて記憶する機能を有する。
The reception
指向性制御部150は、通信状況解析部110から受信した指向方向情報に対応するように、屋内アンテナ200b1および屋内アンテナ200b2の指向性を制御する機能を有する。
The
ダウンリンク制御部160は、受信阻止信号の入力時に、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ200bから放射させない、または、極めて微弱なレベルで放射させるための機能を有する。例えば、O/E変換器300a1と屋内アンテナ200b1との間にスイッチとして機能するダウンリンク制御部160を設け、ダウンリンクの応答信号を屋内アンテナ200b1から放射するタイミングでダウンリンク制御部160が当該スイッチをOFFにする。このようにして、ダウンリンク制御部160がダウンリンクの応答信号を屋内アンテナ200b1から放射させないようにすることも可能である。また、O/E変換器300a1と屋内アンテナ200b1間に可変減衰器として機能するダウンリンク制御部160を設け、ダウンリンクの応答信号を屋内アンテナ200b1から放射するタイミングでダウンリンク制御部160が可変減衰器の減衰量を大きくする。このようにして、ダウンリンク制御部160が屋内アンテナ200b1から放射されるダウンリンクの応答信号を微弱な電波として、無線端末に受信させないようにすることも可能である。
The
アップリンク制御部170は、遅延素子等の電子デバイスであることが可能である。また、アップリンク制御部170は、屋外アンテナ200a2と屋内アンテナ200b2との間のいずれかの位置に配置することが可能である。図4においては、アップリンク制御部170を屋外アンテナ200a2とO/E変換器300a2との間に配置している。リンク制御部130は、遅延素子として機能するアップリンク制御部170に出力すると、アップリンク制御信号を遅延させることが可能となる。アップリンク制御信号が遅延することによって、アンテナ制御装置100におけるダウンリンク制御信号に対する処理時間を確保することも可能になる。
The
E/O変換器300b、伝送路400a、O/E変換器300a、および、屋外アンテナ200aについては、すでに記述したので重複をさけるために、説明を省略する。ただし、屋外アンテナ200a1および屋外アンテナ200a2は基地局11のアレーアンテナと通信を適切に継続するために、指向性を切り替えられる構成であってもよい。 E/O converter 300b, transmission path 400a, O/E converter 300a, and outdoor antenna 200a have already been described, so to avoid duplication, their explanations will be omitted. However, outdoor antenna 200a1 and outdoor antenna 200a2 may be configured to be able to switch directivity in order to appropriately continue communication with the array antenna of base station 11.
(アンテナ制御システムの動作例)
図5はアンテナ制御システム1000の動作の一例を示すフローチャートである。
(Antenna control system operation example)
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the
ステップS501において、通信状況解析部110は、必要な再送回数を演算し、当該必要な再送回数を設定する。通信状況解析部110は、5G通信規格によって規定されるデータ通信前の制御信号のアップリンク数と、屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向数の差から再送回数を決定することが可能である。通信状況解析部110は、決定された再送回数を再送回数レジスタに記憶することも可能である。なお、データ通信前の制御信号のアップリンク数と、屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向数はあらかじめ受信強度記憶部140に記憶されていてもよい。次に、アンテナ制御装置100はステップS502に進む。
In step S501, the communication
ステップS502において、通信状況解析部110は、アップリンクの制御信号の受信タイミングになったか否かを判定する。アップリンクの制御信号の受信タイミングになった場合(ステップS502:YES)には、アンテナ制御装置100はステップS503に進む。アップリンクの制御信号の受信タイミングになっていない場合(ステップS502:NO)には、アンテナ制御装置100はステップS502を繰り返す。
In step S502, the communication
ステップS503において、受信強度計測部120は、通信状況解析部110で制御信号であると判定されたアップリンク信号の受信強度レベルを計測する。受信強度計測部120は、受信強度レベルと、当該受信強度レベルが計測された時の屋内アンテナ200b2の指向方向を対応付けて、受信強度記憶部140に記憶する。また、受信強度計測部120は、計測回数をカウントするための受信強度計測カウンタをインクリメントする。次に、アンテナ制御装置100はステップS504に進む。
In step S503, the reception
ステップS504において、通信状況解析部110は、受信強度計測数が記憶された受信強度計測カウンタと屋内アンテナ200b2の指向方向数が一致したか否かを判定する。受信強度計測数が記憶された受信強度計測カウンタと屋内アンテナ200b2の指向方向数が一致した場合(ステップS504:YES)には、アンテナ制御装置100はステップS505に進む。受信強度計測数が記憶された受信強度計測カウンタと屋内アンテナ200b2の指向方向数が一致しない場合(ステップS504:NO)には、アンテナ制御装置100はステップS507に進む。
In step S504, the communication
ステップS505は、制御信号の計測回数と屋内アンテナ200b2の切り替え可能な指向方向数が一致する場合であるので、通信状況解析部110は、受信強度レベルが最大になる屋内アンテナ200b2の指向方向情報を受信強度記憶部140から選択する。そして、通信状況解析部110は、当該指向方向情報を指向性制御部150に出力する。指向性制御部150は、通信状況解析部110から受信した当該指向方向情報に対応するように、屋内アンテナ200b2の指向性を制御する。なお、指向性制御部150は、屋内アンテナ200b2の指向性と同一の指向性を有するように屋内アンテナ200b1を制御することも可能である。次に、アンテナ制御装置100はステップS506に進む。
In step S505, since the number of times the control signal is measured matches the number of switchable directional directions of the indoor antenna 200b2, the communication
ステップS506において、アンテナ制御装置100は、受信強度計測カウンタおよび再送回数レジスタの値をリセットする。例えば、受信強度計測カウンタおよび再送回数レジスタの値をゼロにする。次に、アンテナ制御装置100はステップS501に戻る。
In step S506, the
ステップS507において、アンテナ制御装置100は、再送回数レジスタの値がゼロであるか否かを判定する。再送回数レジスタの値がゼロである場合(ステップS507:YES)には、アンテナ制御装置100はステップS502に戻る。再送回数レジスタの値がゼロではない場合(ステップS507:NO)には、アンテナ制御装置100はステップS508に進む。
In step S507, the
ステップS508において、通信状況解析部110は再送回数レジスタの値がゼロではないので、リンク制御部130に再送制御信号を出力する。リンク制御部130が再送制御信号を入力すると、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ200bのエリアに配置された無線端末に受信させないための、受信阻止信号を生成する。リンク制御部130は、受信阻止信号をダウンリンク制御部160に出力する。ダウンリンク制御部160は、リンク制御部130から受信阻止信号が入力されると、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ200b2から放射させない、または、極めて微弱なレベルで放射させる。したがって、屋内アンテナ200b2のエリアに配置されている無線端末は、ダウンリンクの応答信号を受信できないので、アップリンクの制御信号を再送する。アップリンクの制御信号を受信する屋内アンテナ200b2の指向性は次の指向方向に切り替わっている。再送回数レジスタの値はデクリメントされる。再送させるアップリンクの制御信号は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびRRCセットアップリクエスト信号のいずれを用いてもよい。次に、アンテナ制御装置100はステップS502に戻る。
In step S508, the communication
以上説明したように、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にRoFを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置等を提供可能となる。 As explained above, even if RoF is applied to existing communication standards that use radio waves in the high-frequency band, it is possible to provide indoor antennas with a directivity control function, making it possible to provide antenna control devices and the like that can provide stable communication with wireless terminals moving through a wide indoor area.
(無線端末が移動する場合のアンテナ制御システムの動作概要)
図6は、図5における初期の屋内アンテナ200b2のビーム方向を決定した後に、無線端末が移動する場合であっても、屋内アンテナ200b2のビーム方向を無線端末の移動方向に変化させる原理を模式的に示した図である。
(Overview of operation of antenna control system when wireless terminal moves)
Figure 6 is a schematic diagram showing the principle of changing the beam direction of indoor antenna 200b2 in the direction of movement of a wireless terminal even when the wireless terminal moves after the initial beam direction of indoor antenna 200b2 in Figure 5 has been determined.
屋内アンテナ200b2と通信する無線端末との初期接続時には、屋内アンテナ200b2は、ビームを大きく変化させて、ビームの概略方向を決定する。例えば、図5では屋内アンテナ200b2は、ビームを大きく変化させる。そして、図3に示すRRCセットアップ信号の送受信後のアップリンク信号の受信時には、図6に示すように屋内アンテナ200b2は、ビームを小さく変化させる。例えば、RRCセットアップ信号以降のアップリンク信号を受信する場合の屋内アンテナ200b2のビーム方向の変化は、初期接続時の屋内アンテナ200b2のビーム方向変化の1/2倍以下の角度で変化してもよい。一例として、初期接続時の屋内アンテナ200b2のビーム方向変化が30度ごとに変化する場合には、RRCセットアップ信号以降のアップリンク信号を受信する場合の屋内アンテナ200b2のビーム方向の変化は15度以下であってもよい。なお、初期接続時の屋内アンテナ200b2のビームの振り幅よりもRRCセットアップ信号以降のアップリンク信号を受信する場合の屋内アンテナ200b2のビームの振り幅が小さければよい場合もある。 At the time of initial connection with the wireless terminal communicating with the indoor antenna 200b2, the indoor antenna 200b2 changes the beam significantly to determine the approximate direction of the beam. For example, in FIG. 5, the indoor antenna 200b2 changes the beam significantly. Then, at the time of receiving the uplink signal after the transmission and reception of the RRC setup signal shown in FIG. 3, the indoor antenna 200b2 changes the beam slightly as shown in FIG. 6. For example, the change in the beam direction of the indoor antenna 200b2 when receiving the uplink signal after the RRC setup signal may change by an angle of 1/2 or less of the change in the beam direction of the indoor antenna 200b2 at the time of initial connection. As an example, if the change in the beam direction of the indoor antenna 200b2 at the time of initial connection changes every 30 degrees, the change in the beam direction of the indoor antenna 200b2 when receiving the uplink signal after the RRC setup signal may be 15 degrees or less. In addition, there may be cases where the beam swing width of the indoor antenna 200b2 when receiving the uplink signal after the RRC setup signal is smaller than the beam swing width of the indoor antenna 200b2 at the time of initial connection.
一例として、図6に示す屋内アンテナ200b2のビームb24が、初期接続時の屋内アンテナ200b2のビーム方向であるとすると、ビームb24とビームb25との間の角度変化は15度以下であってもよい。また、ビームb24とビームb26との間の角度変化は15度以下であってもよい。また、一例として、初期接続時の屋内アンテナ200b2のビーム方向変化が30度以上変化する場合には、ビームb24とビームb25との間の角度変化およびビームb24とビームb26との間の角度変化は15度以上であってもよい。ビームb24とビームb25との間の角度変化およびビームb24とビームb26との間の角度変化は同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、初期接続直後の、ビームb24とビームb25との間の角度変化およびビームb24とビームb26との間の角度変化は同一であってもよい。例えば、ビームb26の受信強度が一番大きければ、次のビーム掃引では、ビームb26を中心に左右または前後にビームを生成することができる。その後、無線端末の移動方向が判定可能になれば、無線端末の移動速度が速くなれば左右または前後のビームの角度変化を大きく設定してもよい。さらに、無線端末の移動方向が図6に示す方向D1であることが判定可能になれば、前回の受信強度が最大のビーム方向から、方向D1に他のビームを次回のビーム掃引時に配置して、より適切に無線端末の移動方向にビームを向けることも可能になる。 As an example, if the beam b24 of the indoor antenna 200b2 shown in FIG. 6 is the beam direction of the indoor antenna 200b2 at the time of initial connection, the angle change between the beam b24 and the beam b25 may be 15 degrees or less. Also, the angle change between the beam b24 and the beam b26 may be 15 degrees or less. Also, as an example, if the beam direction change of the indoor antenna 200b2 at the time of initial connection changes by 30 degrees or more, the angle change between the beam b24 and the beam b25 and the angle change between the beam b24 and the beam b26 may be 15 degrees or more. The angle change between the beam b24 and the beam b25 and the angle change between the beam b24 and the beam b26 may be the same or different. For example, the angle change between the beam b24 and the beam b25 and the angle change between the beam b24 and the beam b26 immediately after the initial connection may be the same. For example, if the reception strength of the beam b26 is the largest, in the next beam sweep, a beam can be generated left and right or front and rear around the beam b26. Thereafter, if it becomes possible to determine the direction of movement of the wireless terminal, the angle change of the left/right or front/back beams may be set to be large if the speed of movement of the wireless terminal increases. Furthermore, if it becomes possible to determine that the direction of movement of the wireless terminal is direction D1 shown in FIG. 6, it becomes possible to more appropriately point the beam in the direction of movement of the wireless terminal by arranging another beam in direction D1 during the next beam sweep from the beam direction with the maximum reception strength the previous time.
(無線端末が移動する場合のアンテナ制御システムの動作例)
図7は、無線端末が移動する場合であっても、屋内アンテナ200b2のビーム方向を無線端末の移動方向に変化させる動作の一例のフローチャートを示した図である。
(Example of operation of antenna control system when wireless terminal moves)
FIG. 7 is a flowchart showing an example of an operation for changing the beam direction of the indoor antenna 200b2 to the direction of movement of the wireless terminal even when the wireless terminal is moving.
ステップS701において、アンテナ制御装置100は、図5に示す屋内アンテナ200b2の初期のビーム方向を決定するための動作を実行する。次に、アンテナ制御装置100は、ステップS702に進む。
In step S701, the
ステップS702において、アンテナ制御装置100は、RRCセットアップ信号以降の通信が終了したか否かを判定する。RRCセットアップ信号以降の通信が終了した場合(ステップS702:YES)には、アンテナ制御装置100は、ステップS701に戻る。RRCセットアップ信号以降の通信が終了していない場合(ステップS702:NO)には、アンテナ制御装置100は、ステップS703に進む。
In step S702, the
ステップS703において、アンテナ制御装置100は、アップリンク信号の受信タイミングになったか否かを判定する。アップリンク信号の受信タイミングになった場合(ステップS703:YES)には、アンテナ制御装置100は、ステップS704に進む。アップリンク信号の受信タイミングになっていない場合(ステップS703:NO)には、アンテナ制御装置100は、ステップS703を繰り返す。
In step S703, the
ステップS704において、アンテナ制御装置100は、受信したアップリンク信号の受信信号強度を計測し、計測した受信信号強度を屋内アンテナ200b2のビーム方向と対応付けて、受信強度記憶部140に記憶する。また、受信強度記憶部140に屋内アンテナ200b2のビーム方向が同一の受信信号強度が記憶されている場合には、ビーム方向が同一の受信信号強度を平均化した平均化受信信号強度をアンテナ制御装置100が演算する。平均化受信信号強度は、通信状況解析部110が演算することが可能である。なお、平均化の手法は、既知の任意の手法を使用することが可能である。
In step S704, the
ステップS705において、アンテナ制御装置100は、屋内アンテナ200b2のビーム方向を次のビーム方向に変化させる。次に、アンテナ制御装置100は、ステップS706に進む。
In step S705, the
ステップS706において、アンテナ制御装置100は、RRCセットアップ信号以降の通信における、屋内アンテナ200b2のビーム方向の変更履歴を記憶する。記憶場所は、図示しないレジスタ、記憶部等であってもよい。例えば、RRCセットアップ信号以降の通信における、屋内アンテナ200b2のビーム変更方向を3方向として、図6におけるビームb25を左ビーム、ビームb24を中ビーム、ビームb26を右ビームとする。この場合には、一例として、ビーム方向の変更履歴の記憶部には、左ビーム、中ビーム、右ビームの記憶領域が設定され、ステップS705において設定されたビーム方向の記憶領域に情報がセットされる。例えば、数値情報の「1」が設定されてもよい。なお、RRCセットアップ信号以降の通信における、屋内アンテナ200b2のビーム変更方向数に制限はなく、アンテナ制御装置100またはアンテナ制御システム1000が任意の数をビーム変更方向数として設定可能である。次に、アンテナ制御装置100は、ステップS707に進む。
In step S706, the
ステップS707において、アンテナ制御装置100は、屋内アンテナ200b2のビーム方向の変更履歴を読み出し、すべてのビーム変更方向が変更済みであるか否かを判定する。例えば、ビームの変更可能方向のすべての記憶領域に数値情報「1」が記憶されている場合には、アンテナ制御装置100は、すべてのビーム変更方向が変更済みであると判定する。すべてのビーム変更方向が変更済みである場合(ステップS707:YES)には、アンテナ制御装置100は、ステップS708に進む。いずれかのビーム変更方向が変更済みではない場合(ステップS707:NO)には、アンテナ制御装置100は、ステップS702に戻る。
In step S707, the
ステップS708において、アンテナ制御装置100は、受信強度記憶部140に記憶されている平均化受信信号強度が最大となるビーム方向を決定し、平均化受信信号強度が最大となるビーム方向を中ビームとして設定する。また、屋内アンテナ200bのビーム方向の変更履歴の記憶領域をリセットする。一例として、ビーム方向の変更履歴の記憶領域を数値情報の「0」に設定する。なお、平均化受信信号強度のばらつきが大きく安定していない場合には、平均化受信信号強度のばらつきが小さくなるまで平均化個数を増加させた後に、平均化受信信号強度が最大となるビーム方向を中ビームとして設定することが可能である。次に、アンテナ制御装置100は、ステップS702に戻る。
In step S708, the
以上説明したように、RRCセットアップ信号以降の通信における、無線端末からのアップリンク信号を受信する場合に、屋内アンテナ200b2のビーム方向を変化させ、受信強度の平均を演算する。そして、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、中心のビーム方向に設定し、中心のビーム方向の左右または前後に屋内アンテナ200b2のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。また、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、無線端末の移動元方向に設定し、無線端末の予想される移動方向に屋内アンテナ200b2のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。なお、屋内アンテナ200b1のビーム方向は、屋内アンテナ200b2のビーム方向と連動して変化することが可能である。 As described above, when receiving an uplink signal from a wireless terminal in communication after the RRC setup signal, the beam direction of the indoor antenna 200b2 is changed and the average reception strength is calculated. Then, the beam direction with the largest average reception signal strength is set as the central beam direction, and the beam direction of the indoor antenna 200b2 is changed to the left or right or forward or backward from the central beam direction, so that wireless communication can be continued appropriately even when the wireless terminal moves. Also, by setting the beam direction with the largest average reception signal strength to the direction from which the wireless terminal moves and changing the beam direction of the indoor antenna 200b2 to the expected direction of movement of the wireless terminal, wireless communication can be continued appropriately even when the wireless terminal moves. Note that the beam direction of the indoor antenna 200b1 can be changed in conjunction with the beam direction of the indoor antenna 200b2.
(変形例)
上記実施形態における説明では、アンテナ制御システム1000が適用されるRoFシステムは建造物等の構造体の内外に構築される場合を一例として説明している。しかし、実施形態は建造物等の構造体の内外に限定されるものではなく、自動車、列車、飛行機、船舶等の移動体の内外を接続するRoFシステムに適用することが可能である。また、構造体についても、家屋、工場、ショッピングモール等の構造体の内外を接続するRoFシステム全般に本実施形態を適用することが可能である。
(Modification)
In the above embodiment, the RoF system to which the
以下に、本実施形態のアンテナ制御装置100およびアンテナ制御システム1000の特徴について記載する。
The features of the
第1の態様に係るアンテナ制御装置100は、基地局と直接無線通信する第一アンテナである屋外アンテナ200a2と電気的に接続される第二アンテナである屋内アンテナ200b2の通信を解析する通信状況解析部110を含むことが好ましい。通信状況解析部110は、基地局と直接無線通信しない無線端末と、直接無線通信する第二アンテナの指向性の切り替え回数と、第二アンテナと無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数との差分回数を演算することが好ましい。データ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数が、第二アンテナの指向性の切り替え回数よりも少ない場合には、差分回数だけ、データ通信する前に無線端末から第二アンテナへのアップリンク制御信号を再送させるリンク制御部130を含むことが好ましい。アンテナ制御装置100は、アップリンク制御信号の受信ごとに第二アンテナの指向性を異なる方向に制御する指向性制御部150をさらに含むことが好ましい。指向性制御部150は、再送されるべきすべてのアップリンク制御信号の再送後に、アップリンク制御信号を受信した場合の受信レベルが最大の方向に第二アンテナの指向性を制御することが好ましい。
The
上記構成によれば、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にRoFを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置100を提供可能となる。
With the above configuration, even if RoF is applied to existing communication standards that use radio waves in the high-frequency band, it is possible to provide an
第2の態様に係るアンテナ制御装置100の通信状況解析部110が解析する通信状況は、5Gの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスであることが好ましい。
It is preferable that the communication situation analyzed by the communication
上記構成によれば、5Gの通信規格を利用したRoFによる通信であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置100を提供可能となる。
With the above configuration, even in RoF communications using the 5G communications standard, it is possible to provide an
第3の態様に係るアンテナ制御装置100の通信状況解析部110が解析する通信状況は、5Gの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスおよびダウンリンク通信シーケンスであることが好ましい。
It is preferable that the communication status analyzed by the communication
上記構成によれば、5Gの通信規格を利用したRoFによる通信であっても、アップリンク通信シーケンスだけではなく、ダウンリンク通信シーケンスを解析することによって、より確実に屋内アンテナに指向性制御機能を付与することが可能となる。すなわち、アップリンク通信シーケンスおよびダウンリンク通信シーケンスを解析することによって、5Gの通信規格による通信シーケンスをより確実に把握することが可能になる。 According to the above configuration, even in the case of RoF communication using the 5G communication standard, it is possible to more reliably provide the indoor antenna with a directivity control function by analyzing not only the uplink communication sequence but also the downlink communication sequence. In other words, by analyzing the uplink communication sequence and the downlink communication sequence, it is possible to more reliably grasp the communication sequence according to the 5G communication standard.
第4の態様に係るアンテナ制御装置100において、第二アンテナである屋内アンテナ200bと無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数としてカウントされるアップリンク制御信号は、以下の信号であることが好ましい。すなわち、アップリンク制御信号の一例には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号、および、RRCセットアップ要求信号が挙げられる。
In the
上記構成によれば、5Gの通信規格に規定され、確実に使用されるランダム・アクセス・プリアンブル信号およびRRCセットアップ要求信号を使用することで、屋内アンテナの指向性に適した、再送制御がより適切に可能となる。 According to the above configuration, by using the random access preamble signal and the RRC setup request signal that are defined in the 5G communication standard and are used reliably, retransmission control that is suitable for the directionality of indoor antennas can be more appropriately performed.
第5の態様に係るアンテナ制御装置100のリンク制御部130は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号だけを再送させる、または、RRCセットアップ要求信号だけを再送させることが好ましい。または、リンク制御部130は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびRRCセットアップ要求信号を再送させることが好ましい。
The
上記構成によれば、5Gの通信規格に規定され、確実に使用されるRRCセットアップ要求信号および/またはランダム・アクセス・プリアンブル信号を使用することで、種々のパターンで再送制御が可能になり、再送制御の拡張性を向上させることが可能になる。 According to the above configuration, by using the RRC setup request signal and/or random access preamble signal, which are defined in the 5G communication standard and are used reliably, retransmission control becomes possible in various patterns, and the scalability of retransmission control can be improved.
第6の態様に係るアンテナ制御装置100のリンク制御部130は、アップリンク制御信号を再送させるために、アップリンク制御信号の応答信号であるダウンリンクの応答信号を、無線端末に受信させないための受信阻止信号を生成することが好ましい。また、アンテナ制御装置100は、リンク制御部130から受信阻止信号を受信するダウンリンク制御部160をさらに含むことが好ましい。ダウンリンク制御部160は、受信阻止信号を受信すると、ダウンリンクの応答信号が無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の通信経路に配置されるスイッチによって通信経路を遮断することが好ましい。または、ダウンリンク制御部160は、受信阻止信号を受信すると、ダウンリンクの応答信号が無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の経路に配置される可変減衰器によって通信経路の減衰量を増加させることが好ましい。
The
上記構成によれば、簡単な構成で、第二アンテナと無線通信する無線端末にアップリンク制御信号を再送させることが可能になる。また、上記のような簡単な構成なので、再送回数を自由に設定することも可能となる。 The above configuration makes it possible to have a wireless terminal that wirelessly communicates with the second antenna retransmit an uplink control signal with a simple configuration. In addition, the above-described simple configuration also makes it possible to freely set the number of retransmissions.
第7の態様に係るアンテナ制御装置100のリンク制御部130は遅延信号をアップリンク制御部170に出力することが好ましい。当該遅延信号は、第二アンテナと第一アンテナの間の通信経路に配置されたアップリンク制御部170がアップリンク制御信号を遅延させるための信号であることが好ましい。
The
上記構成によれば、アップリンク制御信号を遅延させることによって、受信阻止信号等の信号を生成するための時間に余裕ができる場合もあり、より確実に再送制御させることが可能になる場合もある。 According to the above configuration, by delaying the uplink control signal, there may be some cases where more time is available to generate signals such as reception blocking signals, and retransmission control may be possible more reliably.
第8の態様に係るアンテナ制御装置100は、指向性制御部150によって、受信レベルが最大の方向に第二アンテナの指向性が制御されることが好ましい。また、第二アンテナの指向性が制御された後に、無線端末から第二アンテナに送信される2回目以降のアップリンク信号の受信前に前記第二アンテナの指向性を異なる方向の振り幅よりも小さい振り幅で変更することが好ましい。また、受信強度計測部120によって、変更された第二アンテナの指向性に対するアップリンク信号の受信強度を計測することが好ましい。さらに、指向性制御部150によって、変更された第二アンテナの指向性ごとの平均化された受信強度が最大になる方向に第二アンテナの指向性を制御することが好ましい。
In the
上記構成によれば、RRCセットアップ信号以降の通信における、無線端末からのアップリンク信号を受信する場合に、屋内アンテナ200b2のビーム方向を変化させ、受信強度の平均を演算する。そして、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、中心のビーム方向に設定し、中心のビーム方向の左右または前後に屋内アンテナ200b2のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。また、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、無線端末の移動元方向に設定し、無線端末の予想される移動方向に屋内アンテナ200b2のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。 According to the above configuration, when receiving an uplink signal from a wireless terminal in communication after the RRC setup signal, the beam direction of the indoor antenna 200b2 is changed and the average reception strength is calculated. Then, the beam direction with the greatest average reception signal strength is set as the central beam direction, and the beam direction of the indoor antenna 200b2 is changed to the left or right or forward or backward from the central beam direction, so that wireless communication can be continued appropriately even if the wireless terminal moves. Also, by setting the beam direction with the greatest average reception signal strength in the direction from which the wireless terminal moves and changing the beam direction of the indoor antenna 200b2 in the expected direction of movement of the wireless terminal, wireless communication can be continued appropriately even if the wireless terminal moves.
第9の態様に係るアンテナ制御システム1000は、第1の態様から第8の態様のいずれかのアンテナ制御装置100と、第一アンテナである屋外アンテナ200a2と、第二アンテナである屋内アンテナ200b2とを含むことが好ましい。また、アンテナ制御システム1000は、第一アンテナと第二アンテナとを電気的に接続する伝送路400a2を含むことが好ましい。伝送路400a2は、光ファイバであることが好ましい。アンテナ制御システム1000は、光ファイバと第一アンテナとの接続部に配置されるO/E変換器300a2と、第二アンテナと光ファイバとの接続部に配置されるE/O変換器300b2を、さらに含むことが好ましい。
The
上記構成によれば、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にRoFを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御システム1000を提供可能となる。
With the above configuration, even if RoF is applied to an existing communication standard that uses radio waves in the high-frequency band, it is possible to provide an
第10の態様に係るアンテナ制御システム1000において、第一アンテナである屋外アンテナ200a2は建造物または移動体の外部に配置され、第二アンテナである屋内アンテナ200b2は建造物または移動体の内部に配置されることが好ましい。建造物または移動体は、基地局から放射されるビーム状の電波に対して空気中よりも大きな伝播損失を生じされることが好ましい。
In the
上記構成によれば、建造物または移動体等の高周波電波の減衰が空気よりも大きい物体の内部に配置される無線端末と基地局がRoFを介して5Gの通信規格によって無線通信することが可能になる。 The above configuration enables wireless communication between a wireless terminal placed inside an object such as a building or a moving object where high-frequency radio waves are attenuated more than air and a base station via RoF according to the 5G communication standard.
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 Although the embodiments have been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to the contents described in the above embodiments. Furthermore, the components described above include those that a person skilled in the art would easily imagine and those that are substantially the same. Furthermore, the configurations described above can be combined as appropriate. Furthermore, various omissions, substitutions, or modifications of the configuration can be made without departing from the spirit of the present invention.
100 アンテナ制御装置
110 通信状況解析部
120 受信強度計測部
130 リンク制御部
140 受信強度記憶部
150 指向性制御部
160 ダウンリンク制御部
170 アップリンク制御部
200a 屋外アンテナ
200b 屋内アンテナ
400a 伝送路
1000 アンテナ制御システム
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記第二アンテナの指向性の切り替え回数と、前記無線端末が前記基地局とデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数との差分回数を演算し、前記無線端末と前記基地局との間の通信状況を解析する通信状況解析部と、
前記データ通信する前の前記アップリンク制御信号の送信回数が、前記第二アンテナの指向性の切り替え回数よりも少ない場合には、前記差分回数だけ、前記データ通信する前に前記無線端末から前記第二アンテナへの前記アップリンク制御信号を再送させるリンク制御部と、
前記アップリンク制御信号の受信ごとに前記第二アンテナの指向性を異なる方向に制御し、再送されるべきすべての前記アップリンク制御信号の再送後に、前記アップリンク制御信号を受信した場合の受信レベルが最大の方向に前記第二アンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を含むアンテナ制御装置。 An antenna control device, comprising: a second antenna electrically connected to a first antenna that directly communicates with a base station, the first antenna being configured to control a directivity of the second antenna that directly communicates with a wireless terminal that does not directly communicate with the base station, with respect to the wireless terminal;
a communication status analysis unit that calculates a difference between the number of times the directivity of the second antenna is switched and the number of times an uplink control signal is transmitted before the wireless terminal performs data communication with the base station, and analyzes a communication status between the wireless terminal and the base station;
a link control unit that, when the number of times of transmission of the uplink control signal before the data communication is performed is smaller than the number of times of switching of the directivity of the second antenna, retransmits the uplink control signal from the wireless terminal to the second antenna the difference number of times before the data communication;
a directivity control unit that controls the directivity of the second antenna in a different direction each time the uplink control signal is received, and controls the directivity of the second antenna in a direction in which a reception level is maximum when the uplink control signal is received after all the uplink control signals that should be retransmitted are retransmitted.
前記リンク制御部から前記受信阻止信号を受信するダウンリンク制御部を、さらに含み、
前記ダウンリンク制御部は、前記受信阻止信号を受信すると、前記ダウンリンクの応答信号が前記無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の通信経路に配置されるスイッチによって通信経路を遮断し、または、ダウンリンク側の経路に配置される可変減衰器によって通信経路の減衰量を増加させる請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナ制御装置。 the link control unit generates a reception blocking signal for preventing the wireless terminal from receiving a downlink response signal, which is a response signal to the uplink control signal, in order to retransmit the uplink control signal;
a downlink control unit that receives the reception blocking signal from the link control unit;
5. The antenna control device according to claim 1, wherein, when the downlink control unit receives the reception blocking signal, the downlink control unit blocks the communication path using a switch arranged in the communication path on the downlink side, or increases the attenuation of the communication path using a variable attenuator arranged in the path on the downlink side, at a timing before the downlink response signal is emitted to the wireless terminal.
前記第一アンテナと、
前記第二アンテナと、
前記第一アンテナと前記第二アンテナとを電気的に接続する伝送路と、
前記伝送路と前記第一アンテナとの接続部に配置されるO/E(Optical/Electronic signal)変換器と、
前記第二アンテナと前記伝送路との接続部に配置されるE/O(Electronic/Optical signal)変換器とを含み、前記伝送路は、光ファイバであるアンテナ制御システム。 An antenna control device according to any one of claims 1 to 6,
The first antenna;
The second antenna;
a transmission line electrically connecting the first antenna and the second antenna;
an O/E (Optical/Electronic signal) converter disposed at a connection portion between the transmission line and the first antenna;
An antenna control system including an E/O (Electronic/Optical signal) converter disposed at a connection between the second antenna and the transmission line, the transmission line being an optical fiber.
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