JP2004247798A - 送信方法ならびにそれを利用した無線装置および無線基地局 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンテナ10は、複数の端末装置を接続する。PA24は、送信すべきRFの信号を増幅して、最終出力信号208を出力する。ベースバンド処理部14は、変復調処理やアダプティブアレイ処理を実行する。送信用周波数変換部60は、ベースバンド送信信号202をアナログ−デジタル変換した後に、送信すべきRFの信号に周波数変換する。送信ゲイン調整部28は、ゲイン制御信号204をもとに、送信すべきRFの信号の電力を制御し、PA24に入力する。検波部30は、最終出力信号208を入力し、検波して検波信号206を出力する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は送信方法ならびにそれを利用した無線装置および無線基地局に関する。特に複数のアンテナからの送信方法ならびにそれを利用した無線装置および無線基地局に関する。
【0002】
【従来の技術】
無線通信において、周波数資源の有効利用と通信品質の改善を図るべく、アダプティブアレイ技術が検討されている。アダプティブアレイは、アダプティブビームフォーミングおよびアダプティブヌルステアリングを含み、アダプティブビームフォーミングは、通信対象の無線装置に対して最大の送信電力で送信するための技術であり、アダプティブヌルステアリングは、通信対象でない無線装置に対して干渉を与えないための技術である。アダプティブアレイ技術を有する無線装置は、一般に複数のアンテナで信号を受信し、アダプティブビームフォーミングの実行のために、通信対象の無線装置に対して最大の送信電力になるように送信信号の振幅と位相を制御する。一方、アダプティブヌルステアリングの実行のために、通信対象でない無線装置からの干渉を受けないように信号の振幅と位相を制御する。また、通信を行うのに十分な通信品質が保持できる程度の電力を送出することにより、基地局装置の消費電力を抑え、且つ、他の通信回線への電波妨害を低減させるものがある(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−199437号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。基地局装置が複数の端末装置をひとつのキャリアを使用して、かつTDMA(Time Division Multiple Access:TDMA)によって多重接続している場合、所定の時間あるいは期間において基地局装置と接続している端末装置数はひとつであるが、複数のキャリアを使用した場合、基地局装置は同時に複数の端末装置と接続できる。その結果、基地局装置がひとつの端末装置と通信している場合と、複数の端末装置と通信している場合で、当該基地局装置の送信電力が異なる。
【0005】
後者を想定して送信回路、特に増幅器を設計すれば、複数の端末装置と通信している場合にエネルギー消費量が大きくなり、さらに高コスト化につながるため現実的でない。一方、後者で想定される最大送信電力より低い送信電力を想定して増幅器を設計すれば、送信電力が高くなった場合に、いずれかの増幅器が最大送信可能電力に達する可能性が大きい。この場合、基地局装置がアダプティブアレイ技術を備えていれば、それぞれのアンテナについて制御された信号の振幅を満たさなくなり、アダプティブアレイの特性が劣化する。
【0006】
本発明者はこうした状況を認識して、本発明をなしたものであり、その目的は複数のアンテナから送信される信号の電力を制御する送信方法ならびにそれを利用した無線装置および無線基地局を提供することにある。また、増幅器の非線形領域を考慮した送信方法ならびにそれを利用した無線装置および無線基地局を提供することにある。また、アダプティブアレイにおける送信方法ならびにそれを利用した無線装置および無線基地局を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、無線装置である。この装置は、送信すべき信号にそれぞれ独立に設定可能な複数の重み係数をそれぞれ乗算して、複数の第1の中間信号を生成する信号処理部と、生成した複数の第1の中間信号の周波数を送信する際の無線周波数にそれぞれ変換し、当該複数の第1の中間信号の電力を予め設定した増幅率によってそれぞれ増幅して複数の第2の中間信号を生成する送信調整部と、生成した複数の第2の中間信号を無線周波数領域でそれぞれ増幅して、複数の最終信号を出力する増幅部と、出力した複数の最終信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超えた場合には、送信調整部において設定された増幅率をそれぞれ小さくするように制御する電力制御部とを含む。
【0008】
「増幅率」は、出力する信号と入力した信号の電力の比率を意味するが、入力した信号と出力する信号は、所定のものでよいものとする。すなわち、増幅器を複数備える場合、それらを合成して増幅率を定義してもよく、またそれぞれに対応して増幅率を定義してもよい。
【0009】
電力制御部は、増幅の比をそれぞれ保ったまま線形に小さくするように制御してもよい。また、電力制御部は、増幅率をそれぞれ小さくした後、増幅部から出力する複数の最終信号のそれぞれの電力がしきい値を超えていなければ、増幅率をより大きな値に戻すように制御してもよい。また、電力制御部は、出力した複数の最終信号をそれぞれ検波する検波部と、検波した複数の最終信号を予め設定したしきい値とそれぞれ比較する比較部とを含む。
【0010】
「しきい値」は、処理中固定である必要はなく、必要に応じて変化してもよいものとする。
以上の装置により、複数の信号の電力のいずれかがしきい値より大きくなれば、すべての信号の増幅率を低下させるため、複数の信号間の電力の相対的関係を維持し、かつ増幅器によるひずみを低減できる。
【0011】
本発明の別の態様は、無線基地局である。この無線基地局は、送信すべき信号にそれぞれ独立に設定可能な複数の重み係数をそれぞれ乗算して、複数の第1の中間信号を生成する信号処理部と、生成した複数の第1の中間信号の周波数を送信する際の無線周波数にそれぞれ変換し、当該複数の第1の中間信号の電力を予め設定した増幅率によってそれぞれ増幅して複数の第2の中間信号を生成する送信調整部と、生成した複数の第2の中間信号を無線周波数領域でそれぞれ増幅して、複数の最終信号を出力する増幅部と、出力した複数の最終信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超えた場合には、送信調整部において設定された増幅率をそれぞれ小さくするように制御する電力制御部とを含む。
【0012】
本発明の別の態様は、送信方法である。この方法は、アレイアンテナからの送信対象であり、かつ送信ダイバーシティのための信号処理がされた無線周波数領域の複数の信号の電力を実測し、実測した複数の信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超える場合に、アレイアンテナから送信されるすべての信号の電力を下げるように制御する。
【0013】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【0014】
【発明の実施の形態】
本実施の形態は、アダプティブアレイに関する信号処理を実行するベースバンド処理部、複数のアンテナに対応して設けられた増幅器、複数のアンテナを含んだ基地局装置に関する。当該基地局装置は、複数のキャリアを使用して同時に複数の端末装置を多重接続する。また、複数の増幅器の増幅率の線形領域は、入力される信号が有する可能性のある最高電力ではなく、当該最高電力よりも低い電力に設けられている。本実施の形態の基地局装置は、アダプティブアレイ処理による送信信号の振幅が制御された後に、複数の増幅器で増幅した無線周波数(RF)の送信信号に変換する。さらにRFの送信信号は、検波によってベースバンド信号にそれぞれ変換された後、予め定めたしきい値とそれぞれ比較される。
【0015】
複数のベースバンド信号のうちのひとつの電力がしきい値より大きい場合、基地局装置は、最終的に複数のアンテナから出力される複数の送信信号間の電力の相対的関係が、アダプティブアレイ処理で得られた複数の送信信号間の電力の相対的関係を保持するように、すべての増幅器の増幅率を線形に低下させる。その結果、アダプティブアレイによる効果を維持しつつ、増幅器による送信信号のひずみを低減できる。その後、複数の増幅器に入力される新たなRFの送信信号は、低下した増幅率で増加される。以下、上記の処理が繰り返し実行されるが、複数の検波されたベースバンド信号のすべての電圧が、しきい値より小さい場合には、基地局装置によるカバーエリアの増加を目的として、すべての増幅器の増幅率を線形に増加させる。
【0016】
図1は、本実施の形態に係る基地局装置100の構成を示す。基地局装置100は、アンテナ10と総称する第1アンテナ10a、第2アンテナ10b、第Nアンテナ10n、RF部12と総称する第1RF部12a、第2RF部12b、第NRF部12n、ベースバンド処理部14、ネットワーク処理部16、制御部32を含み、第1RF部12aは、共用器20、LNA(Low Niose Amplifier)22、PA(Power Amplifier)24、受信用周波数変換部26、送信ゲイン調整部28、送信用周波数変換部60、検波部30を含む。また、信号として、ベースバンド受信信号200と総称する第1ベースバンド受信信号200a、第2ベースバンド受信信号200b、第Nベースバンド受信信号200n、ベースバンド送信信号202と総称する第1ベースバンド送信信号202a、第2ベースバンド送信信号202b、第Nベースバンド送信信号202n、ゲイン制御信号204と総称する第1ゲイン制御信号204a、第2ゲイン制御信号204b、第Nゲイン制御信号204n、検波信号206と総称する第1検波信号206a、第2検波信号206b、第N検波信号206n、最終出力信号208を含む。
【0017】
アンテナ10は、所定のRFによって、図示しない複数の端末装置を接続する。ここでは、アンテナ10の本数をNとし、無指向性アンテナや指向性アンテナのいずれかに限定しないものとする。
【0018】
共用器20は、アンテナ10に入出力される信号を送信時と受信時で切り替える。すなわち、送信処理の場合は、後述するPA24から出力された最終出力信号208をアンテナ10に出力し、受信処理の場合は、アンテナ10からの受信したRFの信号を後述するLNA22に出力する。
PA24は、送信すべきRFの信号を増幅して、最終出力信号208を出力する。LNA22は、受信したRFの信号を増幅する。
【0019】
受信用周波数変換部26は、受信したRFの信号をベースバンドの信号に変換する。さらに、アナログ信号をデジタル信号に変換し、ベースバンド受信信号200を出力する。
【0020】
ベースバンド処理部14は、変復調処理やアダプティブアレイ処理を実行する。なお、基地局装置100が同時にM個の端末装置と接続する場合、上記の変復調処理やアダプティブアレイ処理はM個の端末装置に対応するものとする。
【0021】
ネットワーク処理部16は、ベースバンド処理部14で復調した信号やベースバンド処理部14で変調すべき信号と、ネットワーク18とのインターフェースの役割を担う。
送信用周波数変換部60は、ベースバンド送信信号202をデジタル−アナログ変換した後に、送信すべきRFの信号に周波数変換する。なお、中間周波数に変換し、後述する送信ゲイン調整部28における電力制御後に、送信すべきRFの信号への周波数変換を行ってもよい。
【0022】
送信ゲイン調整部28は、ゲイン制御信号204をもとに、送信すべきRFの信号の電力を制御し、PA24に入力する。
検波部30は、最終出力信号208を入力し、検波して検波信号206を出力する。
制御部32は、基地局装置100における各部のタイミングを制御する。
【0023】
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた予約管理機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【0024】
図2は、通信フレームの構成を示す。ここで基地局装置100は、M×Lの端末装置と多重接続しているものとし、周波数軸についてはM個のキャリアを使用してFDMA(Frequency Division Multiple Acsess)を行い、さらに時間軸についてはひとつのキャリアをL個のスロットに分割してTDMAを行う。さらに、ここでは端末装置から基地局装置100への上り回線と、基地局装置100から端末装置への下り回線をTDD(Time Division Duplex)によって、多重化しているため、図2では下り回線のみを記載している。
【0025】
図3は、ベースバンド処理部14の構成を示す。ベースバンド処理部14は、変復調部40と総称する第1変復調部40a、第2変復調部40b、第M変復調部40m、電力制御部42を含み、変復調部40は、受信側乗算部50と総称する第1受信側乗算部50a、第2受信側乗算部50b、第N受信側乗算部50n、合成部52、ウエイト計算部54、信号処理部56、送信側乗算部58と総称する第1送信側乗算部58a、第2送信側乗算部58b、第N送信側乗算部58nを含み、電力制御部42は、電力比較部44、電力設定部46を含む。
【0026】
ウエイト計算部54は、ベースバンド受信信号200から、ベースバンド受信信号200をそれぞれ重み付けするための係数を計算する。また、計算された重み付けの係数は、そのままあるいは所定の変換を施した後に、ベースバンド送信信号202を重み付けする係数として使用される。係数の計算には、LMSアルゴリズムやRLSアルゴリズムなどの適応アルゴリズムや、到来方向推定などが用いられ、そのために、図示しない他の信号が入力されてもよい。
【0027】
受信側乗算部50は、ウエイト計算部54で計算した重み付け係数とベースバンド受信信号200をそれぞれ乗算する。乗算結果は、合成部52で合成される。
信号処理部56は、合成部52で合成された信号を復調処理し、さらに送信すべき信号を変調処理する。
【0028】
送信側乗算部58は、ウエイト計算部54で計算した重み付け係数と信号処理部56で変調された送信すべき信号をそれぞれ乗算して、ベースバンド送信信号202を出力する。
電力比較部44は、検波信号206を入力し、その電力を予め定めてある所定のしきい値とそれぞれ比較し、その結果を出力する。
【0029】
電力設定部46は、電力比較部44の比較結果によって、検波信号206の電力のうちのひとつがしきい値より大きい場合に、送信ゲイン調整部28から出力する送信すべきRFの信号の電力を小さくして、PA24の実質的な増幅率を小さくする。一方、検波信号206の電力のすべてがしきい値より小さい場合に、送信ゲイン調整部28から出力する送信すべきRFの信号の電力を大きくして、PA24の実質的な増幅率を大きくする。ここで実質的な増幅率とは、PA24から出力された最終出力信号208の電力と、送信ゲイン調整部28に入力された信号の電力の比率を指す。また、増幅率を変化させるためにゲイン制御信号204を出力するが、ここではゲイン制御信号204の値は同一であるとする。
【0030】
図4は、送信電力制御処理のフローチャートを示す。送信ゲイン調整部28は、PA24の実質的な増幅率をAにするように信号の増幅率を設定する(S10)。ベースバンド送信信号202が存在しなければ(S12のN)、処理を終了するが、存在する場合(S12のY)、電力比較部44は、検波部30からの最終出力信号208を検波した信号の電力をそれぞれしきい値Bと比較する(S14)。検波信号206の電力のうちひとつがしきい値Bより大きい場合(S16のY)、送信用周波数変換部60はPA24の実質的な増幅率がx下がるように信号の増幅率を低下させる(S18)。一方、検波信号206の電力のすべてがしきい値Bより小さい場合(S16のN)、かつ現在のPA24の実質的な増幅率がAより小さい場合(S20のY)、送信用周波数変換部60はPA24の実質的な増幅率がy上がるように信号の増幅率を増加させる(S22)。なお、現在のPA24の実質的な増幅率がAより小さくない場合(S20のN)、設定を変化させない。
【0031】
図5は、PA24の実質的な増幅率の変動を示す。P1では、増幅率Aに設定されている。P2では、検波信号206のいずれかの電力がしきい値Bより大きくなったため、増幅率はx低下している。P3でも、検波信号206のいずれかの電力がしきい値Bより大きくなったため、増幅率はさらにx低下している。P4では、検波信号206のすべての電力がしきい値Bより小さくなったため、増幅率はy増加している。P5とP6でも、検波信号206のすべての電力がしきい値Bより小さくなったため、増幅率は連続的にy増加している。P7では、検波信号206のすべての電力がしきい値Bより小さくなったため、増幅率は当初のAに復帰している。
【0032】
以上の構成による基地局装置100の動作は、以下の通りである。アンテナ10によって受信された信号は、受信用周波数変換部26によってベースバンド受信信号200に変換される。ウエイト計算部54はベースバンド受信信号200をもとに重み付けの係数を計算し、受信側乗算部50が重み付けの係数とベースバンド受信信号200を乗算した後、合成部52が合成する。信号処理部56は合成した信号を復調処理する。一方、信号処理部56は送信すべき信号を変調処理した後、送信側乗算部58で重み付けの係数と乗算し、ベースバンド送信信号202として出力する。送信用周波数変換部60は、ベースバンド送信信号202をRF周波数に変換した後、送信ゲイン調整部28が増幅する。さらに、PA24によって最終的に増幅された最終出力信号208がアンテナ10から出力される。
【0033】
検波部30は、最終出力信号208を検波して検波信号206を生成し、電力比較部44は、検波信号206のそれぞれの電力をしきい値と比較する。その結果、検波信号206のいずれかの電力がしきい値より大きい場合、電力設定部46は、増幅率を低下させる旨をゲイン制御信号204によって送信ゲイン調整部28に指示する。送信ゲイン調整部28は、ゲイン制御信号204をもとに増幅率を低下させる。
【0034】
本実施の形態によれば、複数のアンテナから出力される信号の電力のいずれかが、予め定めたしきい値より大きい場合に、すべてのアンテナに対応した信号の増幅率を下げるため、増幅器の送信電力のひずみを小さくできる。また、アンテナ間の信号の電力の相対的関係を維持するため、アダプティブアレイの特性を得られる。また、送信電力の測定を最終的に出力される信号に対して実行するため、処理精度が高くなる。
【0035】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【0036】
本実施の形態において、送信ゲイン調整部28はRFの信号に対して増幅率を制御しているが、これに限られず、所定の中間周波数の信号に対して増幅率を制御し、その後RFに周波数変換してもよい。本変形例によれば、より低い周波数の信号について電力制御が可能になる。つまり、最終的な送信信号の電力が制御されればよい。
【0037】
本実施の形態において、電力設定部46は、ゲイン制御信号204によって送信ゲイン調整部28の増幅率を制御したが、これに限らず、PA24の増幅率を直接制御してもよい。本変形例によれば、送信ゲイン調整部28を不要にできる。つまり、最終的な送信信号の電力が制御されればよい。
【0038】
本実施の形態において、電力設定部46は、ゲイン制御信号204を同一の値としているが、これに限らず、ゲイン制御信号204を異なる値としてもよい。
例えば、電力設定部46は予め定めた値をそれぞれ加減して、ゲイン制御信号204を決定する。本変形例によれば、PA24の増幅率の誤差を考慮して、PA24の増幅率を設定でき、最終的にPA24から出力される信号間の電力の相対的関係をアダプティブアレイ処理によって決定された関係とほぼ同一にできる
【0039】
本実施の形態において、電力設定部46は、検波信号206の値に応じて、ゲイン制御信号204の値を次々に更新しているが、これに限らず、所定の期間検波信号206を平均した値をもとに検波信号206を制御してもよい。本変形例によれば、検波信号206の雑音の影響等を考慮でき、ゲイン制御信号204の安定した制御が可能となる。また、ゲイン制御信号204の値の増減に所定のヒステリシスを設定してもよい。
【0040】
本実施の形態において、基地局装置100を想定したが、これに限られず、例えば無線端末装置でもよい。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のアンテナから送信される信号の電力を制御する送信方法ならびにそれを利用した無線装置および無線基地局を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る基地局装置の構成を示す図である。
【図2】図1の通信フレームの構成を示す図である。
【図3】図1のベースバンド処理部の構成を示す図である。
【図4】図1の送信電力制御処理を示すフローチャートである。
【図5】図4の増幅率の変動を示す図である。
【符号の説明】
10 アンテナ、 12 RF部、 14 ベースバンド処理部、 16 ネットワーク処理部、 18 ネットワーク、 20 共用器、 22 LNA、24 PA、 26 受信用周波数変換部、 28 送信ゲイン調整部、 30 検波部、 32 制御部、 40 変復調部、 42 電力制御部、 44電力比較部、 46 電力設定部、 50 受信側乗算部、 52 合成部、54 ウエイト計算部、 56 信号処理部、 58 送信側乗算部、 60送信用周波数変換部、 100 基地局装置、 200 ベースバンド受信信号、 202 ベースバンド送信信号、 204 ゲイン制御信号、 206 検波信号、 208 最終出力信号。
Claims (6)
- 送信すべき信号にそれぞれ独立に設定可能な複数の重み係数をそれぞれ乗算して、複数の第1の中間信号を生成する信号処理部と、
前記生成した複数の第1の中間信号の周波数を送信する際の無線周波数にそれぞれ変換し、当該複数の第1の中間信号の電力を予め設定した増幅率によってそれぞれ増幅して複数の第2の中間信号を生成する送信調整部と、
前記生成した複数の第2の中間信号を無線周波数領域でそれぞれ増幅して、複数の最終信号を出力する増幅部と、
前記出力した複数の最終信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超えた場合には、前記送信調整部において設定された増幅率をそれぞれ小さくするように制御する電力制御部と、を含むことを特徴とする無線装置。 - 前記電力制御部は、増幅の比をそれぞれ保ったまま線形に小さくするように制御することを特徴とする請求項1に記載の無線装置。
- 前記電力制御部は、前記増幅率をそれぞれ小さくした後、前記増幅部から出力する複数の最終信号のそれぞれの電力が前記しきい値を超えていなければ、前記増幅率をより大きな値に戻すように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の無線装置。
- 前記電力制御部は、
前記出力した複数の最終信号をそれぞれ検波する検波部と、
前記検波した複数の最終信号を予め設定した前記しきい値とそれぞれ比較する比較部と、を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の無線装置。 - 送信すべき信号にそれぞれ独立に設定可能な複数の重み係数をそれぞれ乗算して、複数の第1の中間信号を生成する信号処理部と、
前記生成した複数の第1の中間信号の周波数を送信する際の無線周波数にそれぞれ変換し、当該複数の第1の中間信号の電力を予め設定した増幅率によってそれぞれ増幅して複数の第2の中間信号を生成する送信調整部と、
前記生成した複数の第2の中間信号を無線周波数領域でそれぞれ増幅して、複数の最終信号を出力する増幅部と、
前記出力した複数の最終信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超えた場合には、前記送信調整部において設定された増幅率をそれぞれ小さくするように制御する電力制御部と、を含むことを特徴とする無線基地局。 - アレイアンテナからの送信対象であり、かつ送信ダイバーシティのための信号処理がされた無線周波数領域の複数の信号の電力を実測し、前記実測した複数の信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超える場合に、前記アレイアンテナから送信されるすべての信号の電力を下げるように制御することを特徴とする送信方法。
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