JP2005348336A - 無線装置および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 自局と対向局との無線通信において双方の出力パワーが異なる場合でも、対向局の受信パワー値を正しく把握し、対向局への伝送速度を適正に決定する無線装置を得る。
【解決手段】 自局の受信パワー値を送信フレームに挿入し、その送信フレームを指示された伝送速度にて無線信号に変調して送信する送信部１と、自局の受信した無線信号の受信パワー値を検出し送信部１に通知すると共に、その無線信号を復調し受信フレームを復元する受信部２と、その復元された受信フレームから対向局において挿入された受信パワー値を抽出し、その抽出した受信パワー値に応じて伝送速度を決定し、送信部１に通知する速度制御部３とを備えた。自局と対向局との無線通信において、自局から送信され、対向局で実際に受信された無線信号の受信パワー値、すなわち、受信フレームに挿入された受信パワー値に応じて伝送速度を決定するので、適正な伝送速度を決定することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線信号の受信パワー値に応じて伝送速度を可変する無線装置および通信システムに関するものである。

従来の無線装置は、自局における受信パワー値から対向局の受信パワー値を一義的に決定し、所望の単位時間当たりに伝送される情報量（以下、スループットと言う）を得るために、予め定められた受信パワー値と伝送速度との関係から伝送速度を決定する構成としている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００３−５０６９６２号公報

従来の無線装置は以上のように構成されているので、自局における受信パワー値から対向局の受信パワー値を決定するため、自局と対向局との出力パワーが同じであることが前提となっている。
ところが実際の通信サービスでは、一般ユーザ宅に配置する端末局を安価に製造する経済的必要性から、高出力パワーを出せる高価な増幅器を端末局に実装することができず、端末局の出力パワーが基地局の出力パワーより下回る場合がある。また、システム設計上、基地局および端末局間における上り／下りのトラヒックバランスを考慮し、通信容量の多い下りトラフィックのスループットを向上させるために、基地局の出力パワーを上げる場合もある。さらに、通信サービス地域の電波状況によっては、隣接する周波数帯への干渉対策から基地局や端末局の出力を下げる場合がある。
上記のように実際の通信サービスでは、経済的理由、システム設計上の理由、サービス地域の電波状況等により、自局および対向局間における出力パワーは同一システム内でもフレキシブルに異なる場合があるため、従来の無線装置では自局の受信パワー値から対向局の受信パワー値を一義的に正しく決定することができず、結果として不正な伝送速度を決定することになりスループットが低下するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、自局と対向局との無線通信において出力パワーが互いに独立に異なる場合でも、対向局の受信パワー値を正しく把握し、対向局への伝送速度を適正に決定する無線装置および通信システムを得ることを目的とする。

この発明に係る無線装置は、対向局から自局に送信するデータおよび対向局の受信パワー値を対向局において変調して得られた無線信号を受信すると共にその無線信号を復調し、対向局で変調される前のデータおよび受信パワー値を復元する受信部と、受信部により復元された受信パワー値に応じて伝送速度を決定する速度制御部と、送信データを無線信号に変調して速度制御部によって決定された伝送速度にて対向局に送信する送信部とを備えたものである。

この発明によれば、自局と対向局との無線通信において、自局から送信され、対向局で実際に受信された無線信号の受信パワー値に応じて伝送速度を決定するので、適正な伝送速度を決定することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による無線装置を示すブロック図であり、図において、送信部１は、自局の受信パワー値を送信フレームに挿入し、その送信レームを指示された伝送速度にて無線信号に変調して送信するものである。受信部２は、自局の受信した無線信号の受信パワー値を検出し、送信部１に通知すると共に、その無線信号を送信部１による変調に対して逆変換の復調を行い、受信フレームを復調するものである。速度制御部３は、受信部２により復調された受信フレームから対向局において挿入された受信パワー値を抽出し、その抽出した受信パワー値に応じて伝送速度を決定し、送信部１に通知するものである。シンセサイザ部４は、送信部１および受信部２に搬送波を供給するものである。送受信切替え部５は、アンテナ部６を送信または受信に切り替えるものである。

送信部１において、フレーム生成部１Ａは、自局の受信パワー値を挿入した送信フレームを生成し、ベースバンド変調部１Ｂは、その送信レームを指示される伝送速度に従い変調するものである。Ｄ／Ａ部１Ｃは、変調されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、直交変調部１Ｄは、搬送波をそのアナログ信号で変調し、高出力増幅部１Ｅは、その変調された無線信号を増幅し、送受信切替え部５を通じてアンテナ部６から送信するものである。
また、受信部２において、低ノイズ増幅部２Ａは、アンテナ部６から送受信切替え部５を通じて受信された無線信号を増幅し、直交検波部２Ｂは、その増幅された無線信号を搬送波に基づいて元の送信されたアナログの無線信号に変換し、Ａ／Ｄ部２Ｃは、アナログの無線信号をデジタルに変換するものである。ベースバンド復調部２Ｄは、そのデジタルの無線信号を送信部１の変調に対して逆変換の復調を行い、受信フレームを復号するものである。自局受信パワー値検出部２Ｅは、そのデジタルの無線信号の受信パワー値を検出し、送信部１に通知するものである。
さらに、速度制御部３において、対向局受信パワー値抽出部３Ａは、受信部２により復号された受信フレームから対向局において挿入された受信パワー値を抽出し、伝送速度選択部３Ｂは、その抽出した受信パワー値に応じて伝送速度を決定し、送信部１に通知するものである。

次に動作について説明する。
先ず、送信データの流れに従い送信部１の動作を中心に説明する。
図１において、フレーム生成部１Ａは、送信フレームを生成する。
図２はデータフレームおよびＡＣＫフレームを示す説明図であり、自局からデータを送信する場合には図２（ａ）のデータフレームを生成し、対向局からのデータフレームを受信し、そのデータ受信通知（以下、ＡＣＫと言う）したい場合には、図２（ｂ）のＡＣＫフレームを生成するものである。
図２（ａ）のデータフレームにおいて、プリアンブルは、データフレームの受信側で同期を取るための固定パターンであり、ヘッダ信号は、伝送速度およびデータの長さ等の情報を含むものであり、データは、送信データが挿入されるものである。また、図２（ｂ）のＡＣＫフレームにおいて、フレーム制御は、プロトコルバージョン、再送フレームかどうかを示す制御情報であり、デュレーションは、仮想キャリアセンス設定やパワーセーブモード端末の識別に用いるものであり、受信局アドレスは、ＡＣＫフレームを送信する局のアドレスであり、ＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）は、フレームの誤り検出符号が設定されるものである。
この実施の形態１の特徴として、フレーム生成部１Ａにより生成されるデータフレームまたはＡＣＫフレームには、受信部２にて検出された受信パワー値が挿入される。
ベースバンド変調部１Ｂは、その生成された送信フレームに対して速度制御部３から指示される伝送速度に従いＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調等、他の変調を行う。Ｄ／Ａ部１Ｃは、ベースバンド変調部１Ｂからのデジタル信号をアナログ信号に変換し、直交変調部１Ｄは、シンセサイザ部４からの搬送波をそのＤ／Ａ部１Ｃからのアナログ信号で変調し、無線信号を生成する。高出力増幅部１Ｅは、その変調された無線信号を増幅し、送受信切替え部５に伝送する。送受信切替え部５は、送受信タイミングを制御し、高出力増幅部１Ｅからの増幅された無線信号をアンテナ部６に伝送し、アンテナ部６は、増幅された無線信号を空中に送信する。

次に、受信データの流れに従い受信部２の動作を中心に説明する。
アンテナ部６にて受信された無線信号は、送受信切替え部５に伝送される。送受信切替え部５は、受信タイミングを制御し、アンテナ部６からの無線信号を低ノイズ増幅部２Ａに伝送する。低ノイズ増幅部２Ａは、受信パワーレベルの小さな無線信号を低ノイズで増幅し、直交検波部２Ｂは、低ノイズで増幅された無線信号をシンセサイザ部４からの搬送波に基づいて元の送信されたアナログの無線信号に変換し、Ａ／Ｄ部２Ｃは、アナログの無線信号をデジタルに変換する。ベースバンド復調部２Ｄは、そのデジタルの無線信号を送信部１のベースバンド変調部１Ｂの変調に対して逆変換の復調を行い、受信フレームを復調し、その復調した受信フレームを復調データとして出力すると共に、速度制御部３に伝送する。自局受信パワー値検出部２Ｅは、そのデジタルの無線信号の受信パワーを検出し、その受信パワーをデジタル的に量子化し、受信パワー値として送信部１のフレーム生成部１Ａに通知する。

次に、この実施の形態１の特徴である速度制御部３の動作を説明する。
対向局受信パワー値抽出部３Ａは、ベースバンド復調部２Ｄから伝送される復調データ中から、図２に示したデータフレームまたはＡＣＫフレームを抽出し、さらに、抽出したフレームから受信パワー値を抽出する。ここで、抽出される受信パワー値は、自局が送信し、対向局が受信した無線信号のパワー値を示すものである。この抽出した受信パワー値は、伝送速度選択部３Ｂに出力される。

ここで、伝送速度選択部３Ｂの動作について説明する前に、この実施の形態１の発明の技術的根拠である受信パワーと伝送速度およびスループットとの関係について述べる。
図３は受信パワー対伝送速度特性を示す特性図であり、無線装置の受信感度特性から受信パワーと伝送速度とは概略、この図３に示すような関係にある。一般的に、各伝送速度毎に復号エラー無く受信できるパワーレベル範囲は限定され、そのパワーレベルは伝送速度が速くなるほど高い傾向にある。
図３の受信パワー対伝送速度特性における受信パワーＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれ伝送速度Ｖ１と伝送速度Ｖ２との選択閾値、伝送速度Ｖ２と伝送速度Ｖ３との選択閾値、伝送速度Ｖ３と伝送速度Ｖ４との選択閾値を示す。
図４は伝送速度選択閾値テーブルを示す説明図であり、受信パワーＰ１，Ｐ２，Ｐ３の選択閾値を示したテーブルである。
図３における受信パワー対伝送速度特性における実線は、受信感度にマッチした最適な速度選択プロファイルを示し、破線は選択閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からずれたポイントで不正に速度選択した場合のプロファイルを示す。

図５は受信パワー対スループット特性を示す特性図であり、この受信パワー対スループット特性は、図３に示したプロファイルに対応した特性の概略である。この受信パワー対スループット特性において、実線は図３に示した最適速度選択を行った時のプロファイルを示し、破線は図３に示した不正速度選択を行った時のプロファイルを示したものである。
不正速度選択を行なうと、破線プロファイルに示すように、速度選択閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３近傍でスループットの低下が発生する。このスループットの低下は、受信パワーが速度選択閾値を下回っているにも関わらず、伝送速度を一段下に変更せずに現状速度を維持すると、受信感度特性が速度に対応できず復号エラーが発生し、その結果、受信局側の要求で再送シーケンスが発生し、トラフィックの情報伝送量が減少してしまうことに起因する。
また、最適速度選択を行なった時のスループットプロファイルは、各伝送速度における最大スループットのプロファイルを包含したものとなる。この実施の形態１では、最適速度選択を行なった時のスループットプロファイルを得ること狙いとしている。

次に、上述した受信パワーと伝送速度およびスループットとの関係を技術的根拠として、伝送速度選択部３Ｂの動作について説明する。
上述のように対向局が受信した無線信号の受信パワー値は、対向局受信パワー値抽出部３Ａにより図２に示した受信フレームから抽出され、伝送速度選択部３Ｂに出力される。
伝送速度選択部３Ｂには、図４に示された伝送速度選択閾値テーブルに基づいた受信パワー値対伝送速度テーブルが予め設けられており、その受信パワー値対伝送速度テーブルに基づいて、対向局受信パワー値抽出部３Ａから入力された対向局の受信パワー値に応じた伝送速度を決定する。例えば、受信パワー値対伝送速度テーブルとしては、
対向局の受信パワー値が、
対向局受信パワー値≧Ｐ１の場合、伝送速度Ｖ１を選択
Ｐ１＞対向局受信パワー値≧Ｐ２の場合、伝送速度Ｖ２を選択
Ｐ２＞対向局受信パワー値≧Ｐ３の場合、伝送速度Ｖ３を選択
Ｐ３＞対向局受信パワー値 の場合、伝送速度Ｖ４を選択
とすると言った内容のものである。
このように、受信パワー値対伝送速度テーブルに基づいて、対向局が受信した無線信号の受信パワー値に応じた伝送速度を決定することにより、対向局の受信感度特性を考慮した伝送速度の決定が可能となり、自局および対向局間におけるスループットを対向局の受信パワー値にて実現可能な最大のスループットに合わせ込むことができる。

次に、この実施の形態１における無線装置を、基地局および端末局からなる通信システムに適用した場合について説明する。
図６はこの実施の形態１による無線装置を基地局および端末局に適用した通信システムを示すブロック図であり、図において、基地局１１を自局の無線装置とし、端末局１２を対向局の無線装置とし、基地局１１がデータフレームを送信し、端末局１２がＡＣＫフレームを返送する基地局１１と端末局１２との一対向間でデータを伝送する例を示したものである。なお、基地局１１および端末局１２の内部構成は、図１に示した無線装置の内部構成と同等のものである。

先ず、基地局１１の動作について説明する。
受信部２にて、端末局１２から受信した無線信号の受信パワー値を検出し、基地局受信パワー値として送信部１に通知する。送信部１は、基地局受信パワー値を図２（ａ）に示したデータフレームに挿入する。また、受信部２は、受信したＡＣＫフレームを復調し、速度制御部３に伝送する。速度制御部３は、図２（ｂ）に示したＡＣＫフレームから受信パワー値を抽出する。この受信パワー値は、端末局１２において基地局１１から送信されたデータフレームを受信した際の受信パワー値（以下、端末局受信パワー値と言う）を示す。速度制御部３は、端末局１２の受信感度特性から導出した伝送速度選択閾値テーブルを予め実装しており、この閾値テーブルを参照し、端末局受信パワー値から伝送速度を決定する。送信部１は、速度制御部３から指示された伝送速度に従い図２（ａ）に示したデータフレームを無線信号に変調し送信する。このように、基地局１１から端末局１２での受信パワー値と受信感度特性を考慮した伝送速度でデータを送信するので、端末局１２においてはその受信パワーで得られる最大のスループットが実現する。

次に、端末局１２の動作について説明する。
受信部２にて、基地局１１から受信した無線信号の受信パワー値を検出し、端末局受信パワー値として送信部１に伝達する。送信部１は、端末局受信パワー値を図２（ｂ）に示したＡＣＫフレームに挿入する。また、受信部２は、受信したデータフレームを復調し、速度制御部３に伝送する。速度制御部３は、図２（ａ）に示したデータフレームから受信パワー値を抽出する。この受信パワー値は、基地局１１において端末局１２から送信されたＡＣＫフレームを受信した際の受信パワー値（以下、基地局受信パワー値と言う）を示す。速度制御部３は、基地局１１の受信感度特性から導出した伝送速度選択閾値テーブルを予め実装しており、この閾値テーブルを参照し、基地局受信パワー値から伝送速度を決定する。送信部１は、速度制御部３から指示された伝送速度に従い図２（ｂ）に示したＡＣＫフレームを無線信号に変調し送信する。このように、端末局１２から基地局１１での受信パワー値と受信感度特性を考慮した伝送速度でデータを送信するので、基地局１１においてはその受信パワーで得られる最大のスループットが実現する。

なお、図６では、通信システムの基本構成として基地局１１と端末局１２との一対向間の場合を示したが、この実施の形態１における無線装置を、より一般的な１つの基地局と、複数の端末局とからなり、その基地局と複数の端末局との間で通信を行なう基地局対複数端末局の通信システムに適用することもできることは自明である。
また、基地局対複数端末局のシステムにおいて、受信感度特性の異なる端末局が複数存在する時は、基地局の伝送速度選択部３Ｂに通信先である端末局毎の伝送速度選択閾値テーブル（受信パワー値対伝送速度テーブル）を実装することにより、端末局毎に上り下りの最大スループットを得ることができる。
この場合の動作は、先ず、基地局の対向局受信パワー値抽出部にて、図２（ｂ）に示した復号されたＡＣＫフレームから受信局アドレスおよび受信パワー値を抽出する。この受信局アドレスは、図６に示す端末局のアドレスであり、端末局が複数ある場合にはそのアドレスから特定を行なう。基地局の伝送速度選択部は、対向局受信パワー値抽出部から入力される受信局アドレスから端末局の特定を行い、同端末局の伝送速度選択閾値テーブル（受信パワー値対伝送速度テーブル）から伝送速度を決定する。
また、図６では基地局１１がデータフレームを送信し、端末局１２がＡＣＫフレームを返送する場合、すなわち、下り方向のデータ送信について示したが、上り方向のデータ送信、すなわち、端末局１２がデータフレームを送信し、基地局１１がＡＣＫフレームを返送する場合についても、この実施の形態１の発明を適用しても良く、同様の効果が得られる。
さらに、この実施の形態１では、自局で検出された受信パワー値を送信データと共に送信フレームに挿入し、対向局からの受信フレームから受信パワー値を抽出することで受信パワー値を通知するようにしたが、受信パワー値を送信データと共にフレームに挿入および抽出することなく、例えば、自局で検出された受信パワー値を送信データとは別チャネルで通知するようにしても良く、受信パワー値に応じて伝送速度を決定すれば、同様に適正な伝送速度を決定することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、自局と対向局との無線通信において、自局から送信され、対向局で実際に受信された無線信号の受信パワー値、すなわち、受信フレームに挿入された受信パワー値に応じて伝送速度を決定するので、適正な伝送速度を決定することができる。
また、受信パワー値対伝送速度テーブルに基づいて、受信パワー値に応じた伝送速度を決定することにより、対向局の受信感度特性を考慮した伝送速度の決定が可能となり、自局および対向局間におけるスループットを対向局の受信パワー値にて実現可能な最大のスループットに合わせ込むことができる。
さらに、基地局および各々の端末局間における各々の端末局の受信感度特性に基づいて予め設定された受信パワー値対伝送速度テーブルに基づいて、受信パワー値に応じた伝送速度を決定することにより、基地局が受信感度の異なる複数の端末局と通信する場合でも、各端末局の受信感度特性を考慮した伝送速度の決定が可能となり、基地局および各々の端末局間における通信のスループットを向上させることができる。

この発明の実施の形態１による無線装置を示すブロック図である。 データフレームおよびＡＣＫフレームを示す説明図である。 受信パワー対伝送速度特性を示す特性図である。 伝送速度選択閾値テーブルを示す説明図である。 受信パワー対スループット特性を示す特性図である。 この実施の形態１による無線装置を基地局および端末局に適用した通信システムを示すブロック図である。

符号の説明

１ 送信部、１Ａ フレーム生成部、１Ｂ ベースバンド変調部、１Ｃ Ｄ／Ａ部、１Ｄ 直交変調部、１Ｅ 高出力増幅部、２ 受信部、２Ａ 低ノイズ増幅部、２Ｂ 直交検波部、２Ｃ Ａ／Ｄ部、２Ｄ ベースバンド復調部、２Ｅ 自局受信パワー値検出部、３ 速度制御部、３Ａ 対向局受信パワー値抽出部、３Ｂ 伝送速度選択部、４ シンセサイザ部、５ 送受信切替え部、６ アンテナ部、１１ 基地局、１２ 端末局。

Claims (4)

1. 対向局から自局に送信するデータおよび対向局の受信パワー値を対向局において変調して得られた無線信号を受信すると共にその無線信号を復調し、上記対向局で変調される前のデータおよび受信パワー値を復元する受信部と、
   上記受信部により復元された受信パワー値に応じて伝送速度を決定する速度制御部と、
   送信データを無線信号に変調して上記速度制御部によって決定された伝送速度にて対向局に送信する送信部とを備えた無線装置。
2. 対向局は、データを送信するためのフレームに受信パワー値を挿入し、この受信パワー値が挿入されたフレームを変調して無線送信し、
   受信部は、対向局から送信された無線信号を受信すると共に復調することによってフレームを復元し、
   速度制御部は、上記受信部により復元されたフレームから対向局において挿入された受信パワー値を抽出し、その抽出した受信パワー値に応じて伝送速度を決定し、送信部に指示することを特徴とする請求項１記載の無線装置。
3. 速度制御部は、
   対向局の受信感度特性に基づいて予め設定された受信パワー値対伝送速度テーブルを有し、その受信パワー値対伝送速度テーブルに基づいて、受信パワー値に応じた伝送速度を決定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線装置。
4. 基地局および複数の端末局からなり、その基地局と複数の端末局との間で通信を行なうシステムを備え、
   上記基地局は、
   端末局から自局に送信するデータおよび端末局の受信パワー値を端末局において変調して得られた無線信号を受信すると共にその無線信号を復調し、上記端末局で変調される前のデータおよび受信パワー値を復元する受信部と、
   上記各々の端末局の受信感度特性に基づいて予め設定された受信パワー値対伝送速度テーブルを有し、その受信パワー値対伝送速度テーブルに基づいて、上記受信部により復元された受信パワー値に応じた伝送速度を決定する速度制御部と、
   送信データを無線信号に変調して上記速度制御部によって決定された伝送速度にて上記端末局に送信する送信部とを備えたことを特徴とする送信システム。

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