(57)【要約】【課題】基地局の機能を信号処理を担う装置と無線通信を担う装置とに分割する場合において、アンテナのビーム位相をより高い精度で制御すること。【解決手段】基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムが行う通信方法であって、前記信号処理装置と前記複数の無線通信装置との間の伝搬遅延時間を各無線通信装置毎に測定するステップと、測定結果に応じて、前記無線通信装置間の前記伝搬遅延時間の差を補正するステップと、を有する通信方法である。【選択図】図２
2018037958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムが行う通信方法であって、
前記信号処理装置と前記複数の無線通信装置との間の伝搬遅延時間を各無線通信装置毎に測定するステップと、
測定結果に応じて、前記無線通信装置間の前記伝搬遅延時間の差を補正するステップと、
を有する通信方法。
【請求項２】
基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムが行う通信方法であって、
前記信号処理装置が、前記複数台の無線通信装置のアンテナ素子のビーム位相を制御するための値を有する情報を前記複数台の無線通信装置に対して送信するステップと、
前記無線通信装置は、前記ビーム位相を制御するための値に応じて、自装置が備えるアンテナ素子のビーム位相を制御するステップと、
を有する通信方法。
【請求項３】
基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムであって、
前記信号処理装置と前記複数の無線通信装置との間の伝搬遅延時間を各無線通信装置毎に測定する測定部と、
測定結果に応じて、前記無線通信装置間の前記伝搬遅延時間の差を補正する補正部と、
を備える通信システム。
【請求項４】
基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムであって、
前記信号処理装置は、前記複数台の無線通信装置のアンテナ素子のビーム位相を制御するための値を有する情報を前記複数台の無線通信装置に対して送信する位相制御部を備え、
前記無線通信装置は、前記ビーム位相を制御するための値に応じて、自装置が備えるアンテナ素子のビーム位相を制御する位相制御部を備える、
を通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置と複数の無銭通信装置とを備えた通信システムにおける通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムの基地局の機能を、信号処理を担う装置（Central node：ＣＮ）と、無線通信を担う装置（Remote node：ＲＮ）とに分割することが検討されている。このように、基地局の機能を物理的に離れた複数の装置で構成することで、基地局構築の柔軟性を高めることが期待されている。また、無線システムの帯域拡大のために、ＲＮに超多素子アンテナを搭載することも検討されている。
【０００３】
近年の移動通信システムでは、Centralized/Cloud-Radio Access Network（Ｃ−ＲＡＮ）アーキテクチャの適用が進められている。Ｃ−ＲＡＮアーキテクチャには、ＲＮの小型化による基地局設置の柔軟性向上が期待されている。さらに、信号処理の集約による基地局間連携機能（Coordinated multi-point transmission and reception：ＣｏＭＰ）の高性能化も期待されている。Ｃ−ＲＡＮにおけるＣＮとＲＮとの間の光リンク部分は、モバイルフロントホール（Mobile Front-haul:ＭＦＨ）と呼ばれる。現行のＭＦＨでは、Common Public Radio Interface（ＣＰＲＩ）と呼ばれる伝送インターフェイスが用いられることが多い。なぜなら、ＣＰＲＩは、無線信号のＩＱサンプリングデータまで伝送するため、ＲＮの構成を簡素化できるというメリットがあるからである。
【０００４】
一つの例として、１台のＣＮに対して３２台のＲＮが接続されたＭＦＨ網を想定する。ＣＮが３２台のＲＮと、それぞれ２本の光ファイバによって接続される。２本の光ファイバのうち、１本は上り通信に用いられ、他の１本は下り通信に用いられる。なお、上りはＲＮからＣＮの方向を示し、下りはＣＮからＲＮの方向を示す。また、全ての光ファイバにおいて、同一の波長を用いて伝送される構成を想定する。無線端末（User equipment:ＵＥ）は、アンテナを２つ備えている。無線端末は、例えばＲＮ１及びＲＮ３２のＣｏＭＰによって無線伝送性能を高めることが出来る。
【０００５】
無線トラフィックの急増に対し、高速化を目的として、複数のキャリア周波数帯を用いることや、信号の多値度を高めることが検討されてきた。今後は、より高いキャリア周波数帯を併せて用いることや、超多素子アンテナによる高精度なビーム制御及び空間多重度の増加が等が求められている。特に、異なるＲＮの超多素子アンテナ間での高精度な協調ビームフォーミングにより電波の利得を確保することで、高い無線通信性能を得ることが期待されている。
【０００６】
上記のように、無線区間の伝送速度が従来よりも遙かに高くなるような状況下においては、ＣＰＲＩのようなインターフェイスに基づく従来の光張り出し方式では、ＭＦＨの所要帯域が膨大になってしまうおそれがある。そのため、ＣＮとＲＮとの間の機能分離によって必要容量を低下させ、経済性を担保する必要がある。
【０００７】
ここで、ＣＮ及びＲＮの機能分割方式の１つとして、ＭＡＣ−ＰＨＹと呼ばれる方式がある。また、ＣｏＭＰをより効果的に行うには、複数のＲＮ間で高精度な時刻同期・周波数同期が必要である。そのため、Precision Time Protocol（ＰＴＰ）やSynchronous Ethernet（ＳｙｎｃＥ）といった技術が用いられてきた。以下、ＭＡＣ−ＰＨＹの従来の技術について説明する。ただし、ＣＮ及びＲＮの間で行われる通信のうち、本発明に関する説明において必要最小限の構成や動作について説明する。
【０００８】
図１０は、ＰＴＰを用いたＭＡＣ−ＰＨＹにおけるＣＮ８００の構成の例を示す図である。ＣＮ８００は、Media Access Control（ＭＡＣ）層以上の機能を有する。ＣＮ８００は、媒体変換器（Media converter:ＭＣ）８０１、無線信号処理部８０２、多重分離器８１０−３、多重分離器８１０−４、多重分離器８１０−５、全地球測位システム（Global positioning system：ＧＰＳ）レシーバ８０３、クロック供給モジュール（Clock supplying module:ＣＳＭ）８０４、ＰＴＰ処理部８０５、ＲＮ−ＰＴＰ処理部８０６、内部時計８０７及びＳｙｎｃＥ処理部８０８を有する。無線信号処理部８０２は、ＰＤＣＰ層処理部８１１、ＲＬＣ層処理部８１２、ＭＡＣ層処理部８１３、スケジューリング制御部８１４及び多重分離器８１０−２を有する。
【０００９】
なお、以下の説明（実施形態の説明を含む）において、四角で示される各機能ブロックについては、左が入力を示し、右が出力（機能又は動作の実行結果）を示す。また、矢印は、信号の伝達方向を示す。ＣＮ８００は、光ファイバによって、上位装置及び複数台（例えば３２台）のＲＮに、イーサネット（登録商標）等のネットワークで接続される。
【００１０】
上位装置から無線区間用の信号が光ファイバ上で伝送され、ＭＣ８０１を介して受信される。ＭＣ８０１は、光信号と電気信号との間で信号を変換する。電気信号は、例えばＵＴＰケーブルを伝送媒体とした電気信号として変換される。無線信号処理部８０２は、主信号及びスケジューリング情報に対しそれぞれ所定の処理を実行する。無線信号処理部８０２は、処理が実行された主信号及びスケジューリング情報を多重し無線信号を生成する。
【００１１】
多重分離器８１０−３は、無線信号とＰＴＰ信号とを多重する。ＰＴＰに関しては、PTP over UDP over IPv4、PTP over UDP over IPv6、PTP over Ethernet等の仕組みが規定されている。また、これらの仕組みのうちいずれのＰＴＰが用いられているか識別するためのＩＤが規定されている。そのため、通信品質を損なうことなく、機能分割時にパケット化された無線信号とＰＴＰ信号との多重分離が実現可能である。
【００１２】
ＣＮが有するＧＰＳレシーバ８０３は、基準となる時刻情報をＧＰＳ衛星から受信する。ＧＰＳレシーバ８０３は、ＰＴＰにおけるグランドマスタ（Grand master:ＧＭ）として機能する。多重分離器８１０−４は、ＰＴＰの上り信号を多重し、下り信号を分離する。ＰＴＰ処理部８０５は、ＣＮにおいてＰＴＰプロトコルに関する一連の処理を行う。例えば、ＰＴＰ処理部８０５は、ＧＰＳレシーバ８０３から出力される信号に基づいて、内部時計８０７の時刻を更新する。また、ＰＴＰ処理部８０５は、ＲＮ９００（ＣＮ８００のスレーブ）とのネゴシエーションにより、ＲＮ９００との時刻同期を確立する。ＲＮ−ＰＴＰ処理部８０６には、多重分離器８１０−３、８１０−４及び８１０−５を介して、ＲＮ９００からＰＴＰ信号が入力される。ＲＮ−ＰＴＰ処理部８０６は、ＰＴＰ処理部８０５に信号を出力する。
【００１３】
ＳｙｎｃＥ処理部８０８は、同期イーサネットの仕組みを用いて高い周波数同期性能を確保する。ＳｙｎｃＥ処理部８０８は、ＣＳＭ８０４から供給されるクロック信号を基に、基準周波数信号を生成する。ＳｙｎｃＥ処理部８０８は、基準周波数信号について、イーサネットの信号速度に周波数変換する。多重分離器８１０−５は、信号を多重し、光信号をＲＮ９００へ送信する。
【００１４】
図１１は、ＰＴＰを用いたＭＡＣ−ＰＨＹにおけるＲＮ９００の構成の例を示す図である。ＲＮ９００は、物理層機能（Physical layer media dependent:ＰＨＹ）を有する。図１１に示すように、ＲＮは、多重分離器９１０−６、多重分離器９１０−７、多重分離器９１０−９、無線信号処理部９０１、中間周波数帯処理部（Intermediate frequency:ＩＦ）９０２、局在発振器（Local oscillator:ＬＯ）９０３、ＰＴＰ処理部９０４、内部時計９０５、ＳｙｎｃＥ処理部９０６、ミキサ９０７を有する。無線信号処理部９０１は、多重分離器９１０−８、符号化／復号化処理部９１１、変復調処理部９１２、ＭＩＭＯ処理部９１３、ＦＦＴ／ｉＦＦＴ処理部９１４及びＰＨＹ制御部９１５を有する。なお、ＣＮ８００に接続されるＲＮ９００について図１１は一例を示しているが、ＣＮ８００に接続されるＲＮ９００の全てが図１１に示される構成を有していてもよい。各ＲＮは、光ファイバを介してＣＮに接続される。ＲＮ９００が備えるアンテナは、多数（例えば２５６）個のアンテナ素子を有してもよい。ＩＦ９０２、ＬＯ９０３及びミキサ９０７は、ＲＮ９００が備えるアンテナが備えるアンテナ素子の数と同じ数設けられる。すなわち、ＩＦ９０２、ＬＯ９０３及びミキサ９０７はアンテナ素子毎に設けられる。
【００１５】
多重分離器９１０−６は、ＣＮ８００から受信された信号を、ＳｙｎｃＥ信号と主信号（すなわち、無線信号とＰＴＰ信号）とに分離する。多重分離器９１０−７は、無線信号とＰＴＰ信号とに分離される。ＰＴＰ処理部９０４は、ＣＮのＲＮ−ＰＴＰ処理部８０６との間で、多重分離器９１０−６、９１０−７及び９１０−９を介して通信を行うことによってＰＴＰネゴシエーションを行う。
【００１６】
無線信号処理部９０１は、主信号及びスケジューリング情報に対しそれぞれ所定の処理を実行する。処理の実行により生成された信号は、ＩＦ９０２、ＬＯ９０３及びミキサ９０７を介して無線信号としてＵＥに対し送信される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】宮本健司ほか，“将来無線アクセスに向けた基地局機能分割方式の提案” 信学技報, vol.105, no.123, CS2015-15, pp. 33-38, 2015年7月.
【非特許文献２】IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems (IEEE Std 1588-2008)
【非特許文献３】ITU-T Recommendation G.826x series
【非特許文献４】吉田誠史 他, “シンクロナスイーサ技術を適用した集合型メディアコンバータ装置の開発” 信学論B, Vol. J96-B, No.3, pp. 310-320, 2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
今後は、複数基地局からの協調ビームフォーミングによって高速伝送特性を確保することが期待されている。その際には、高い時刻同期や周波数同期に加えて、各アンテナ素子から出射されるビームの位相も高精度に制御することが必要である。しかしながら、Ｃ−ＲＡＮ構成のＭＦＨにおいて、そのようなビーム位相の高精度制御手段がない。そのため、無線区間における通信特性に制限が生じるという課題があった。
【００１９】
上記事情に鑑み、本発明は、基地局の機能を信号処理を担う装置と無線通信を担う装置とに分割する場合において、アンテナのビーム位相をより高い精度で制御することを可能とする技術の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一態様は、基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムが行う通信方法であって、前記信号処理装置と前記複数の無線通信装置との間の伝搬遅延時間を各無線通信装置毎に測定するステップと、測定結果に応じて、前記無線通信装置間の前記伝搬遅延時間の差を補正するステップと、を有する通信方法である。
【００２１】
本発明の一態様は、基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムが行う通信方法であって、前記信号処理装置が、前記複数台の無線通信装置のアンテナ素子のビーム位相を制御するための値を有する情報を前記複数台の無線通信装置に対して送信するステップと、前記無線通信装置は、前記ビーム位相を制御するための値に応じて、自装置が備えるアンテナ素子のビーム位相を制御するステップと、を有する通信方法である。
【００２２】
本発明の一態様は、基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムであって、前記信号処理装置と前記複数の無線通信装置との間の伝搬遅延時間を各無線通信装置毎に測定する測定部と、測定結果に応じて、前記無線通信装置間の前記伝搬遅延時間の差を補正する補正部と、を備える通信システムである。
【００２３】
本発明の一態様は、基地局の機能のうち信号処理を行う装置である信号処理装置と、基地局の機能のうち無線通信を行う装置である無線通信装置と、を備え、前記無線通信装置を複数台備える無線通信システムであって、前記信号処理装置は、前記複数台の無線通信装置のアンテナ素子のビーム位相を制御するための値を有する情報を前記複数台の無線通信装置に対して送信する位相制御部を備え、前記無線通信装置は、前記ビーム位相を制御するための値に応じて、自装置が備えるアンテナ素子のビーム位相を制御する位相制御部を備える、を通信システムである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、基地局の機能を信号処理を担う装置と無線通信を担う装置とに分割する場合において、アンテナのビーム位相をより高い精度で制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態における通信システムのシステム構成を示す図である。
【図２】ＲＮ２００が備えるアンテナの具体例を示す図である。
【図３】ＣＮ１００の構成の例を示す図である。
【図４】ＲＮ２００の構成の例を示す図である。
【図５】本実施形態の通信システムにおける処理の流れを示すシーケンスチャートである。
【図６】拡張されたＰＴＰフレームのフォーマットを示す図である。
【図７】拡張されたＰＴＰフレームのフォーマットを示す図である。
【図８】異なるアンテナ素子数におけるビームの相対利得の、ビームの位相ずれ依存性を示す。
【図９】変形例の無線通信システムの構成を示す図である。
【図１０】ＰＴＰを用いたＭＡＣ−ＰＨＹにおけるＣＮ８００の構成の例を示す図である。
【図１１】ＰＴＰを用いたＭＡＣ−ＰＨＹにおけるＲＮ９００の構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本実施形態における通信システムのシステム構成を示す図である。通信システムは、ＣＮ１００と、複数台のＲＮ２００と、を備える。ＣＮ１００は、基地局の機能のうち信号処理を担う装置（信号処理装置）である。ＲＮ２００は、基地局の機能のうち無線通信を担う装置（無線通信装置）である。図１の例では、通信システムは３２台のＲＮ２００（２００−１、２００−２、・・・、２００−３２）を備える。なお、ＲＮの台数は３２台に限定される必要は無い。ＵＥ（ユーザ端末）３００は、複数台のＲＮ２００と通信する。ＣＮ１００は、光ファイバによって、上位装置及び複数台（例えば３２台）のＲＮ２００に、イーサネットで接続される。
【００２７】
図２は、ＲＮ２００が備えるアンテナの具体例を示す図である。ＲＮ２００が備えるアンテナは、多数（例えば２５６）個のアンテナ素子２９を有してもよい。
図３は、ＣＮ１００の構成の例を示す図である。ＣＮ１００は、ＭＣ１０１、無線信号処理部１０２、ＧＰＳ１０３、内部時計１０４、ＰＴＰ処理部１０５、位相制御部１０６、位相情報取得部１０７、ＣＳＭ１０８、ＳｔｎｃＥ処理部１０９、複数の多重分離器１１０（１１０−３、１１０−４、１１０−５、１１０−１０及び１１０−１１）及びＲＮ−ＰＴＰ取得部１１５を備える。
【００２８】
ＭＣ１０１は、上位装置から送信された光信号を受信する。ＭＣ１０１は、光信号と電気信号との間で信号を変換する。電気信号は、例えばＵＴＰケーブルを伝送媒体とした電気信号として変換される。
【００２９】
無線信号処理部１０２は、主信号及びスケジューリング情報に対しそれぞれ所定の処理を実行する。無線信号処理部１０２は、例えばＰＤＣＰ層処理部１１１、ＲＬＣ層処理部１１２、ＭＡＣ層処理部１１３、スケジューリング制御部１１４及び多重分離器１１０−２を備える。ＰＤＣＰ層処理部１１１は、主信号に対して、Packet Data Convergence Protocol（ＰＤＣＰ）に関する処理を行う。ＲＬＣ層処理部１１２は、主信号に対して、Radio Link Control（ＲＬＣ）に関する処理を行う。ＭＡＣ層処理部１１３は、主信号に対して、Media Access Control（ＭＡＣ）に関する処理を行う。
多重分離器１１０−２は、ＰＤＣＰ層処理部１１１、ＲＬＣ層処理部１１２、ＭＡＣ層処理部１１３及びスケジューリング制御部１１４によって処理が実行された主信号及びスケジューリング情報を多重し無線信号を生成する。
【００３０】
ＧＰＳレシーバ１０３は、基準となる時刻情報をＧＰＳ衛星から受信する。ＧＰＳレシーバ１０３は、ＰＴＰにおけるグランドマスタ（Grand master:ＧＭ）として機能する。
内部時計１０４は、ＣＮ１００の各機能部に対し、時刻を示す信号を出力する。
【００３１】
ＰＴＰ処理部１０５は、ＣＮ１００においてＰＴＰプロトコルに関する一連の処理を行う。この処理において、ＰＴＰ処理部１０５は、ＣＮ１００と各ＲＮ２００との間の伝搬遅延時間をＲＮ２００毎に測定し、測定結果に応じて、各ＲＮ２００との伝搬遅延時間の差を補正する。この補正によって、各ＲＮ２００との時刻同期が確立される。例えば、ＰＴＰ処理部１０５は、ＧＰＳレシーバ１０３から出力される信号に基づいて、内部時計１０４の時刻を更新する。また、ＰＴＰ処理部１０５は、ＲＮ２００（ＣＮ１００のスレーブ）とのネゴシエーションにより、ＲＮ２００との時刻同期を確立する。
【００３２】
位相制御部１０６は、メッセージを各ＲＮ２００と送受信することによって、各ＲＮ２００におけるアンテナ素子のビーム位相を制御する。このメッセージは、例えばＰＴＰフレームを拡張することによって定義されてもよい。また、位相制御部１０６は、無線信号処理部１０２のスケジューリング制御部１１４から、無線区間（ＲＮ２００とＵＥ３００との間の通信区間）のスケジューリング情報を取得する。また、位相制御部１０６は、内部時計１０４と接続されており、時刻情報を取得する。位相制御部１０６は、ＰＴＰ処理部１０５と接続されており、ＰＴＰに関する制御信号を取得する。
【００３３】
位相情報取得部１０７は、受信されるメッセージに基づいて、各ＲＮ２００の各アンテナ素子の位相情報を取得する。
ＣＳＭ１０８は、イーサネットの通信経路から取得される信号に基づいて、クロック信号を生成する。ＣＳＭ１０８は、生成されたクロック信号をＳｙｎｃＥ処理部１０９に出力する。
【００３４】
ＳｙｎｃＥ処理部１０９は、ＣＳＭ１０８から供給されるクロック信号に基づいて基準周波数信号を生成する。ＳｙｎｃＥ処理部１０９は、基準周波数信号に基づいてＳｙｎｃＥに関する処理を実行する。
ＲＮ−ＰＴＰ取得部１１５は、ＲＮ２００からＰＴＰ信号が入力される。ＲＮ−ＰＴＰ取得部１１５は、入力されたＰＴＰ信号をＰＴＰ処理部１０５に出力する。
【００３５】
図４は、ＲＮ２００の構成の例を示す図である。ＲＮ２００は、無線信号処理部２０１、ＩＦ２０２、ＬＯ２０３、ミキサ２０４、ＰＴＰ処理部２０６、内部時計２０７、ＳｙｎｃＥ処理部２０８、位相検出部２２１、位相制御部２２２及び複数の多重分離器２１０（２１０−６、２１０−７、２１０−９、２１０−１１及び２１０−１３）を備える。
無線信号処理部２０１は、主信号及びスケジューリング情報に対しそれぞれ所定の処理を実行する。
【００３６】
ＩＦ２０２は、中間周波数帯処理部である。ＬＯ２０３は、局在発信器である。ミキサ２０４は、ＩＦ２０２及びＬＯ２０３から出力される信号に対して処理を行う。ＩＦ２０２、ＬＯ２０３及びミキサ２０４は、ＲＮ２００のアンテナが備えるアンテナ素子の数と同じ数設けられる。すなわち、ＩＦ２０２、ＬＯ２０３及びミキサ２０４はアンテナ素子毎に設けられる。ＩＦ２０２、ＬＯ２０３及びミキサ２０４は、無線信号処理部２０１によって出力された信号を、アンテナ素子を介して無線信号として送出する。
【００３７】
ＰＴＰ処理部２０６は、ＲＮ２００においてＰＴＰプロトコルに関する一連の処理を行う。例えば、ＰＴＰ処理部２０６は、ＣＮ１００（ＲＮ２００のマスタ−）とネゴシエーションすることによって、内部時計２０７の時刻をマスターに同期させる。
内部時計２０７は、ＲＮ２００の各機能部に対し、時刻を示す信号を出力する。
ＳｙｎｃＥ処理部２０８は、基準周波数信号に基づいてＳｙｎｃＥに関する処理を実行する。
位相検出部２２１は、ＲＮ２００が有するＩＦ２０２及びＬＯ２０３のビーム位相の位相情報を検出する。
位相制御部２２２は、位相検出部２２１によって検出された位相情報を取得する。位相制御部２２２は、取得された各アンテナ素子の位相情報を所定のメッセージに格納し、ＣＮ１００に送る。
【００３８】
図５は、本実施形態の通信システムにおける処理の流れを示すシーケンスチャートである。図５に示される例では、ＣＮ１００には２台のＲＮ２００（２００−１及び２００−２）が接続されている。ただし、ＣＮ１００に接続されるＲＮ２００の台数は２台に限定されない。
【００３９】
まず、ＣＮ１００の位相制御部１０６は、ＲＮ２００−１及びＲＮ２００−２に対して、それぞれPhaseget_Req_1及びPhaseget_Req_2というメッセージを送る。Phaseget_Reqというメッセージは、ＣＮ１００がＲＮ２００に対して、ＲＮ２００が有する各アンテナ素子のビーム位相情報をＣＮに通知することを指示するためのメッセージである。ＲＮ２００の位相制御部２２２は、受け取ったPhaseget_Reqに応じて、自装置の各アンテナ素子のビーム位相情報を取得する。そして、ＲＮ２００の位相制御部２２２は、Phaseget_Respメッセージに自装置のビーム位相情報を格納してＣＮ１００に対して送る。すなわち、ＲＮ２００−１及びＲＮ２００−２が、それぞれPhaseget_Resp_1及びPhaseget_Resp_2をＣＮ１００に対して送る。
【００４０】
ＣＮ１００の位相制御部１０６は、Phaseget_respの受信によって、各ＲＮ２００の各アンテナ素子のビーム位相に関する情報を取得する。ＣＮ１００の位相制御部１０６は、ＲＮ２００−１及びＲＮ２００−２が有する各アンテナ素子のビーム位相を揃えるために、各アンテナ素子に設定されるべき位相に関する情報を生成する。ＣＮ１００の位相制御部１０６は、生成された情報を、Phaseset_req1及びPhaseset_req2メッセージに格納する。ＣＮ１００の位相制御部１０６は、Phaseset_req1及びPhaseset_req2メッセージをそれぞれＲＮ２００−１及びＲＮ２００−２に対して送る。ＲＮ２００−１及びＲＮ２００−２の位相制御部２２２は、ＣＮ１００の指示に従って各アンテナ素子の位相を設定する。そして、ＲＮ２００−１及びＲＮ２００−２の位相制御部２２２は、設定後の位相情報を、それぞれPhaseset_Resp1及びPhaseset_Resp2メッセージに格納し、ＣＮ１００に対して送る。ＣＮ１００の位相制御部１０６は、Phaseset_Resp1及びPhaseset_Resp2メッセージを受信する。ＣＮ１００の位相制御部１０６は、受信されたメッセージに基づいて、位相設定後の各ＲＮ２００の各アンテナ素子の位相に関する情報を取得する。このような処理によって、各ＲＮ２００の各アンテナ素子の位相（ビーム位相）をより高い精度で制御することが可能となる。
【００４１】
次に、送受信されるメッセージにおける位相情報の格納方法について説明する。本実施形態においては、IEEE1588にて規定されているＰＴＰフレームを拡張することによって位相情報をメッセージに格納する。図６及び図７は、拡張されたＰＴＰフレームのフォーマットを示す図である。ＰＴＰメッセージはHeader、Body、Suffixという３つのブロックを有する。このうち、Suffixは必ずしも使用する必要はないので説明を割愛する。ＣＮ１００の多重分離器１１０−１３と、ＲＮ２００の多重分離器２１０−１１とは、通常のＰＴＰフレームと拡張されたＰＴＰフレームとを多重分離するスイッチのような機能を有する。
【００４２】
図６に示すように、Headerブロックには多くのフィールドが用意されている。これらのうち、messageTypeというフィールドには、このＰＴＰフレームがどのような性質のメッセージ（例えば、Syncメッセージ、Delay_Req等）であるのかを示す情報が格納される。このフィールドは４ビットの領域である。４ビットで表される値のうち、４、５、６及び７はreservedとして拡張性の余地がある。この４つの値は、それぞれ以下のように定義される。
４:Phaseget_Reqメッセージ
５:Phaseget_Respメッセージ
６:Phaseset_Reqメッセージ
７:Phaseset_Respメッセージ
【００４３】
ＣＮ１００及びＲＮ２００の各機能部は、送受信されるメッセージに対し上記値を格納又は参照することによって、互いに送受信されているＰＴＰフレームがどのようなメッセージであるかを判定することが可能となる。
【００４４】
次に、図７を用いてBodyブロックに入る情報について説明する。Bodyブロックには、アンテナ素子の位相を制御するための情報が格納される。具体的には、以下に示す５つのフィールドが定義される。
【００４５】
・ID_RN：ＲＮ２００を識別するためのＩＤが格納される。値は正の整数で、例えば４ｂｙｔｅの幅を持つ。
【００４６】
・ID_Antenna：各ＲＮ２００が有するアンテナ素子を識別するためのＩＤが格納される。値は正の整数で、例えば４ｂｙｔｅの幅を持つ。
【００４７】
・Phase_Abs：各ＲＮ２００が有する個々のアンテナ素子のビーム位相を示す情報が格納される。位相は絶対値で表される。位相は、０〜２πの間の位相値として表現される。例えば２ｂｙｔｅの幅を持つ。この場合、π／３２７６８の分解能で位相情報を指定することが可能である。
【００４８】
・Phase_Off：ＲＮ２００が有する各アンテナ素子における現在の位相情報を基に、それに対しての変更量（相対値）を示す。０〜２πの間の位相値として表現される。例えば２ｂｙｔｅの幅を持つ。この場合、π／３２７６８の分解能で位相情報を指定することが可能である。
【００４９】
・ToD：時刻情報が格納される。時刻情報は、ＰＴＰにおける表現形式に準ずる。各ＲＮ２００が有する各アンテナ素子の位相が同じタイミングで揃うことを目的として使用される。例えば１０ｂｙｔｅの幅を持つ。ＲＮ２００は、ToDの値が示す時刻に合わせてアンテナ素子の位相制御を実行する。
【００５０】
なお、Phase_Abs及びPhase_Offは、排他的に用いられる。例えば、Phase_Absが用いられる場合には、Phase_Offには０が設定される。例えば、Phase_Offが用いられる場合には、Phase_Absには０が設定される。
【００５１】
なお、上述したように、本実施形態ではビーム位相制御を実現するためのメッセージに拡張されたＰＴＰフレームを用いている。無線通信システム向けの光伝送ネットワークにおいてはもともと高精度な時刻同期機能が求められることから、ＰＴＰのようなプロトコルを採用するケースが想定される。したがって、精密なビーム位相制御にＰＴＰフレームを拡張して用いることは、実現性及び経済性という点で好ましいといえる。
【００５２】
次に、各メッセージの送信処理について詳細に説明する。位相制御部１０６からPhaseget_ReqメッセージがＲＮ２００に対して送信される場合、メッセージは多重分離器１１０−１０、多重分離器１１０−１１、多重分離器１１０−３及び多重分離器１１０−５を介して、ＲＮ２００に送信される。Phaseget_Reqメッセージは、光ファイバを介して伝送され、ＲＮ２００の多重分離器２１０−６、多重分離器２１０−７、多重分離器２１０−１１及び多重分離器２１０−１３を介して位相制御部２２２に入力される。
【００５３】
ＲＮ２００の位相検出部２２１は、ＲＮ２００が有するＩＦ２０２及びＬＯ２０３の位相情報を検出する。位相制御部２２２は、位相検出部２２１によって検出された位相情報を取得する。位相制御部２２２は、取得された各アンテナ素子の位相情報をPhaseget_Respメッセージに格納し、ＣＮ１００に送る。Phaseget_Respメッセージは、多重分離器２１０−１３、多重分離器２１０−１１、多重分離器２１０−７及び多重分離器２１０−６を経由し、光ファイバを介してＣＮ１００に送信される。
【００５４】
ＲＮ２００から送信されたPhaseget_Respメッセージは、ＣＮ１００の多重分離器１１０−５、多重分離器１１０−３、多重分離器１１０−１１及び多重分離器１１０−１０を介して位相情報取得部１０７に入力される。位相情報取得部１０７は、受信されたメッセージに基づいて、各ＲＮ２００の各アンテナ素子の位相を示す情報を取得する。位相情報取得部１０７は、取得された情報を位相制御部１０６に対して出力する。
【００５５】
位相制御部１０６は、各アンテナ素子の位相、内部時計１０４によって提供される時刻情報、スケジューリング制御部１１４から提供される無線区間のスケジューリング情報、ＰＴＰ処理部１０５から提供されるＰＴＰ情報、に基づいて、各アンテナ素子に設定されるべき位相の値を決定する。位相制御部１０６は、決定された位相の値を含むPhaseset_reqメッセージを生成する。そして、位相制御部１０６は、生成されたメッセージをＲＮ２００に送信する。このとき、位相制御部１０６は、スケジューリング制御部１１４によって提供される無線区間のスケジューリング情報と、内部時計１０４によって提供される時刻情報と、に基づいて、ＲＮ２００による無線信号の送信に影響を与えないようなタイミングを選択してPhaseset_ReqメッセージをＲＮ２００に送信する。
【００５６】
Phaseget_Reqメッセージ同様のルートで、Phaseset_Reqメッセージは位相制御部２２２に入力される。Phaseset_Reqメッセージに格納された情報に基づき、位相制御部２２２は、ＩＦ２０２及びＬＯ２０３のビーム位相を制御する。この時、位相制御部２２２は、ＩＦ２０２及びＬＯ２０３のビーム位相を直接制御しても良いし、ＩＦ２０２及びＬＯ２０３のリファレンスクロック用低周波数発振器の位相を制御しても良い。
【００５７】
図８に、異なるアンテナ素子数におけるビームの相対利得の、ビームの位相ずれ依存性を示す。図８は、位相ずれを与えたときに多素子アンテナにより利得がどの程度変化するのが計算した結果を示す。位相ずれの増大と共にビーム利得が減少し、ビーム間の位相ずれをπ／４程度以下にすることで、利得減少が半分程度に抑えられることがわかる。
【００５８】
（変形例）
本実施形態では、基地局の機能をＭＡＣ−ＰＨＹで分割する構成について説明したが、基地局の機能をどこで分割するかは限定されない。例えば、基地局の機能を物理層で分割するような方式に対しても、本実施形態を適宜適用しても良い。
【００５９】
ToDは必ずしも用いられなくてもよい。別の方法としては、位相制御部１０６にはＰＴＰ処理部１０５の出力が入力され、ＣＮ１００と各ＲＮ２００との間の伝搬遅延情報が保持されている。そこで、ToDフィールドは用いずに、伝搬遅延から逆算して位相制御情報をＣＮ１００から送信する時刻をずらしてもよい。この場合、ＲＮ２００は、ビーム位相制御に関するメッセージが届いたら即時に位相制御を実行する。このような形で位相制御のタイミングの同期が制御されてもよい。
【００６０】
図９は、変形例の無線通信システムの構成を示す図である。図９では、図１に示す構成と、ＭＦＨのトポロジーが波長多重型パッシブオプティカルネットワーク（Wavelength division multiplexing passive optical network:WDM-PON）構成である点で異なる。WDM-PONにおいては、複数のＲＮ２００（例えば３２のＲＮ２００）が、互いに異なる固有の波長を割り当てられ、波長フィルタを介してＣＮ１００と１対多の構成で接続されている。WDM-PONの場合は、ＣＮ１００と各ＲＮ２００との距離に加え、波長もＲＮ２００毎に異なる。従って、上りと下りとの伝搬遅延が異なる。この場合、ＰＴＰ処理部１０５において、光ファイバ中における伝搬速度の波長依存性から、正確な伝搬遅延を計算することでビーム位相制御時刻を制御することが可能となる。
【００６１】
上述した実施形態におけるＣＮ１００及びＲＮ２００の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【００６２】
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等も含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１００…ＣＮ，  ２００…ＲＮ，  ３００…ＵＥ，  １０６…位相制御部，  １０７…位相情報取得部，  ２２１…位相検出部，  ２２２…位相制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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