JP2006295681A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アダプティブアレイアンテナを用いた指向性通信が可能であり、マルチキャリア信号に発生しうるピークを小さく抑えることができる無線通信装置を提供すること。
【解決手段】 無線通信装置１００に、送信信号としてのピーク抑圧されたマルチキャリアベースバンド信号を生成する送信ベースバンド部１１０と、位相基準を順次変更し、各位相基準および前記指向性を形成する方向に応じて各乗算器１２０で用いる前記送信ウェイトを形成する送信ウェイト形成部１３０と、各乗算器１２０にて前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号を位相基準と対応づけて記憶し、最適位相基準に対応するマルチキャリアベースバンド信号を送信する送信部１６０と、前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号のピーク電力に基づいて、前記順次変更した位相基準のうちから前記最適位相基準を判定する最適基準位相判定部１５０とを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置に関し、特にアダプティブアレイアンテナを用いた指向性通信が可能な無線通信装置に関する。

従来より、複数のアンテナを用いて指向性送信を行うアダプティブアレイアンテナ（ＡＡＡ）の技術が知られている。ＡＡＡを用いた送信では、ベースバンド信号に複素数の重み付けをして各アンテナで送信することにより指向性を持たせた送信を可能としている。重み付けは、周波数によって位相回転量が異なるため、マルチキャリア伝送においてはサブキャリア毎に異なるものとなる。

また、近年、通信システムのスループットを増加させるため、周波数帯の異なる複数のサブキャリア（搬送波）に送信データをマッピングする、マルチキャリア通信方式が行われている。一般に、マルチキャリア方式では、複数のキャリアに重畳された送信信号が時間軸上で加算されるため、瞬時的に高いピーク電力が生じうる。この高いピーク電力の信号を非線形増幅器に入力した場合、その出力信号は非線形歪みを受けて増幅され、伝送特性の劣化や、帯域外輻射の原因となる。

このマルチキャリア方式におけるピーク電力を抑圧する方法が特許文献１に開示されている。ここでは、変調後のサブキャリアに、それぞれ所定の位相回転を与えることにより、近接するサブキャリアの位相が揃うことを防止してピーク値を小さくしている。すなわち、サブキャリアごとの位相が揃うことにより大きなピークが発生するが、サブキャリアごとの位相をランダムにすることでピーク発生確率を低減している。
特開平５−１３０１９１号公報

しかしながら、マルチキャリア信号をＡＡＡにより送信しようとする場合、折角マルチキャリアベースバンド信号のピークを抑圧しても、ＡＡＡ処理において複素数の重み付けを行うため位相の回転が起こり、新たなピークが出現するという問題がある。一方、ＡＡＡ処理における重み付けされたベースバンド信号に対して位相回転を施してピークを抑圧する方法も考えられるが、これでは送信したい方向に指向性が形成されないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、アダプティブアレイアンテナを用いた指向性通信が可能な無線通信装置であって、マルチキャリア信号に発生しうるピークを小さく抑えることができる無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、複数のアンテナと、各アンテナから送信される送信信号に送信ウェイトを乗算する乗算器とを具備し、各乗算器で用いる前記送信ウェイトを調整して指向性のある無線送信が可能な無線通信装置であって、前記送信信号としてのピーク抑圧されたマルチキャリアベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成手段と、前記指向性を形成する方向の基準となる位相基準を順次変更し、各位相基準および前記指向性を形成する方向に応じて各乗算器で用いる前記送信ウェイトを形成する送信ウェイト形成手段と、各乗算器にて前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号を位相基準と対応づけて記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたマルチキャリアベースバンド信号のうち、最適位相基準に対応するマルチキャリアベースバンド信号を送信する送信手段と、前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号のピーク電力に基づいて、前記順次変更した位相基準のうちから前記最適位相基準を判定する判定手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、アダプティブアレイアンテナを用いた指向性通信が可能な無線通信装置であって、マルチキャリア信号に発生しうるピークを小さく抑えることができる無線通信装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。

（実施の形態１）
図１に示すように本実施の形態の無線通信装置１００は、送信ベースバンド部１１０と、乗算器１２０−１〜Ｍと、送信ウェイト形成部１３０と、電力算出部１４０−１〜Ｍと、最適基準位相判定部１５０と、送信部１６０と、複数のアンテナ１７０−１〜Ｍとを有する。また、送信ウェイト形成部１３０は、送信ウェイト算出部１３１と、位相基準変更制御部１３２とを有する。また、送信部１６０は、ＲＡＭ１６１−１〜Ｍと、Ｄ／Ａ変換部１６２−１〜Ｍと、無線送信部１６３−１〜Ｍとを有する。

送信ベースバンド部１１０は、送信データを入力しサブストリームに分配する。そして、各サブストリームを異なるサブキャリアで変調し、変調後の信号を合成してマルチキャリアベースバンド信号（例えば、ＯＦＤＭベースバンド信号）を生成する。なお、送信ベースバンド部１１０は、マルチキャリアベースバンド信号に発生しうるピークを抑圧する機能を有している。

ピーク抑圧されたマルチキャリアベースバンド信号は、アンテナ１７０の数だけ用意されている乗算器１２０に入力される。各乗算器１２０は、送信ウェイト算出部１３１にて算出されたウェイトと、送信ベースバンド部１１０からのマルチキャリアベースバンド信号とをサブキャリア毎に乗算し、ウェイト乗算後のマルチキャリアベースバンド信号を対応する電力算出部１４０およびＲＡＭ１６１に出力する。

送信ウェイト算出部１３１は、指向性を形成する方向を示す送信方向情報と、位相基準情報とに基づいて、各乗算器１２０に出力する各サブキャリアのウェイトを算出する。すなわち、各サブキャリアの「送信ウェイトベクトル」を算出する。なお、「送信ウェイトベクトル」とは、乗算器１２０−１〜Ｍにて乗算するウェイトをサブキャリア毎にベクトル表記したものである。

位相基準変更制御部１３２は、位相基準を順次変更するように位相基準情報を生成し、送信ウェイト算出部１３１、ＲＡＭ１６１および最適基準位相判定部１５０に出力する。

ここで、アダプティブアレイ送信における「送信ウェイトベクトル」について説明する。アダプティブアレイ送信においては、ベースバンド信号に対して、各アンテナ１７０毎にウェイトを乗算し位相回転、振幅の調整を行うことにより指向性を形成する。マルチキャリア伝送においては、周波数によって時間あたりの位相変化量が異なるため、サブキャリア毎にウェイトが異なる。すなわち、高い周波数のサブキャリアに関しては、ウェイトの位相回転量が小さく、逆に周波数が低いサブキャリアでは位相回転量が大きい。

また、各アンテナ１７０の離間間隔が半波長である等間隔リニアアレイアンテナを用いて、ある方向に送信するフーリエビームを形成するときには、各アンテナ１７０のウェイトは中心周波数においては下記の式で表される。

まず、第１番目のアンテナ１７０を位相基準とした場合には、式１のウェイトベクトルで表される。

また、任意のアンテナ１７０を位相基準とすると、式２のウェイトベクトルで表される。

ただし、ｄは各アンテナ１７０の離間距離、λ_ＴＸは送信信号波長、θは送信方向、Ｍはアンテナ１７０の数を意味する。

これら式１および式２から、隣り合うアンテナ１７０間の位相差が同一であれば、所望の方向への送信指向性を形成することができることが分かる。

そして、例えば、アンテナ１７０の数Ｍが８であり、ｍ_offsetが０の場合には、これらの数値を式２に代入すると、式１と同じになる、すなわちアレイアンテナの端が位相基準となる。また、ｍ_offsetが３．５とすると、アレイアンテナの中心が位相基準となる。

このように同じ方向に向けた送信指向性を形成する場合でも、位相基準を変化させることによりウェイトベクトルは変化する。すなわち、同じ方向に向けた送信指向性を形成する場合でも、位相基準を変化させて複数の異なるウェイトベクトルを用意することができる。

図１に戻り、各電力算出部１４０は、対応する乗算器１２０からの出力信号である、ウェイト乗算後のマルチキャリアベースバンド信号について、平均電力値を算出するとともに電力の最高値（ピーク電力）を検出する。そして、電力算出部１４０にて求められた平均電力値およびピーク電力値は、最適基準位相判定部１５０に入力される。

最適基準位相判定部１５０は、位相基準変更制御部１３２からの位相基準情報と、この位相基準情報にかかる、各アンテナ１７０に対応する乗算器１２０からの出力信号より求められた平均電力値およびピーク電力値（アンテナ１７０と同数）とが入力され、対応づけて記憶する。なお、上述のとおり位相基準変更制御部１３２は位相基準が順次変更されるように位相基準情報を生成して出力しているので、最適基準位相判定部１５０は、各位相基準情報に対応する平均電力値およびピーク電力値を記憶することとなる。

そして、最適基準位相判定部１５０は、一時記憶している、各位相基準情報に対応する平均電力値およびピーク電力値に基づいて、送信電力が最適となるような基準位相（最適基準位相）を判定する。

詳細には、「最適基準位相判定」は、例えば、各々の位相基準において、各アンテナ１７０に対応する、アンテナ１７０と同数の平均電力値およびピーク電力値の中から、電力値が最大となるピーク電力（以下、「最大ピーク電力」という）、又は平均電力値に対するピーク電力値の比率（以下、「ＰＡＰＲ」という）のうち最大のもの（以下、「最大ＰＡＰＲ」という）を求める。この「最大ピーク電力」又は「最大ＰＡＰＲ」は、位相基準変更制御部１３２にて変更される変更位相基準のすべてについて求められる。そして、最適基準位相判定部１５０は、求めた「最大ピーク電力」又は「最大ＰＡＰＲ」のうちで最も小さい「最大ピーク電力」又は「最大ＰＡＰＲ」が求められた位相基準情報を最適基準位相であると判定する。

そして、最適基準位相判定部１５０は、最適基準位相に対応する位相基準情報を各ＲＡＭ１６１に対して出力する。

各ＲＡＭ１６１は、位相基準変更制御部１３２からの位相基準情報と、この位相基準情報から求められたウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号とを対応づけて記憶している。そして、最適基準位相判定部１５０からの最適基準位相に対応する位相基準情報が入力すると、この位相基準情報に対応するマルチキャリアベースバンド信号をＤ／Ａ変換部１６２に出力する。

このマルチキャリアベースバンド信号は、各Ｄ／Ａ変換部１６２および無線送信部１６３にて所定の処理が施され、対応するアンテナ１７０を介して送信される。

このように実施の形態１によれば、無線通信装置１００に、送信信号としてのピーク抑圧されたマルチキャリアベースバンド信号を生成する送信ベースバンド部１１０と、指向性を形成する方向の基準となる位相基準を順次変更し、各位相基準および前記指向性を形成する方向に応じて各乗算器で用いる前記送信ウェイトを形成する送信ウェイト形成部１３０と、各乗算器１２０にて前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号を位相基準と対応づけて記憶するＲＡＭ１６１と、ＲＡＭ１６１に記憶されたマルチキャリアベースバンド信号のうち、最適位相基準に対応するマルチキャリアベースバンド信号を送信する送信部１６０と、前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号のピーク電力に基づいて、前記順次変更した位相基準のうちから前記最適位相基準を判定する最適基準位相判定部１５０とを設けた。

こうすることにより、ある方向に指向性を形成した通信を行う場合、位相基準を順次変更してすべての位相基準におけるマルチキャリアベースバンド信号のピーク電力に基づいて、最適な位相基準を判定することができるので、マルチキャリア信号に発生しうるピークを小さく抑えつつ、指向性を持たせたマルチキャリア信号通信を行うことができる。

さらに、無線通信装置１００に、前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号から前記ピーク電力又は平均電力に対するピーク電力の比率を算出する電力算出部１４０を設け、最適基準位相判定部１５０が、前記位相基準ごとに前記ピーク電力又は前記平均電力に対するピーク電力の比率の最大値を算出し、すべての位相基準において前記最大値が最も小さい前記位相基準を前記最適位相基準として判定するようにした。

（実施の形態２）
実施の形態１においては、電力算出部１４０にて、送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号からピーク電力又は平均電力に対するピーク電力の比率を算出し、最適基準位相判定部１５０にて、位相基準ごとにピーク電力又は平均電力に対するピーク電力の比率の最大値を算出し、すべての位相基準においてその最大値が最も小さい位相基準を最適位相基準として判定する。これに対して、実施の形態２においては電力算出部にて、送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号から平均電力を算出し、最適基準位相判定部にて、位相基準ごとに平均電力の最大値と最小値との差分を算出し、その差分が最も小さい位相基準を最適位相基準として判定する。なお、本実施の形態の無線通信装置は、実施の形態１の無線通信装置１００と同様の構成を有している。

すなわち、各電力算出部は、対応する乗算器からの出力信号である、ウェイト乗算後のマルチキャリアベースバンド信号について、平均電力値を算出する。そして、電力算出部にて求められた平均電力値は、最適基準位相判定部に入力される。

最適基準位相判定部は、位相基準変更制御部からの位相基準情報と、この位相基準情報にかかる、各アンテナに対応する乗算器からの出力信号より求められた平均電力値（アンテナと同数）が入力され、対応づけて記憶する。

そして、最適基準位相判定部は、一時記憶している、各位相基準情報に対応する平均電力値に基づいて、送信電力が最適となるような基準位相（最適基準位相）を判定する。

すなわち、「最適基準位相判定」は、位相基準ごとに平均電力の最大値と最小値との差分を算出し、その差分が最も小さい位相基準を最適位相基準として判定する。

このように実施の形態２によれば、無線通信装置に、送信信号としてのピーク抑圧されたマルチキャリアベースバンド信号を生成する送信ベースバンド部と、指向性を形成する方向の基準となる位相基準を順次変更し、各位相基準および前記指向性を形成する方向に応じて各乗算器で用いる前記送信ウェイトを形成する送信ウェイト形成部と、各乗算器にて前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号を位相基準と対応づけて記憶するＲＡＭと、ＲＡＭに記憶されたマルチキャリアベースバンド信号のうち、最適位相基準に対応するマルチキャリアベースバンド信号を送信する送信部と、前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号のピーク電力に基づいて、前記順次変更した位相基準のうちから前記最適位相基準を判定する最適基準位相判定部とを設けた。

さらに、上記無線通信装置に、前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号から平均電力を算出する電力算出部を設け、前記最適基準位相判定部は、前記位相基準ごとに前記平均電力の最大値と最小値との差分を算出し、すべての位相基準において前記差分が最も小さい前記位相基準を前記最適位相基準として判定するようにした。

こうすることにより、ある方向に指向性を形成した通信を行う場合、位相基準を順次変更してすべての位相基準におけるマルチキャリアベースバンド信号のピーク電力に基づいて、最適な位相基準を判定することができるので、マルチキャリア信号に発生しうるピークを小さく抑えつつ、指向性を持たせたマルチキャリア信号通信を行うことができる。なお、方向が異なる多数の受信装置に対し、同時に指向性送信を行う場合、それぞれの受信装置ごとに位相基準を異なるものとすることも可能となる。

本発明の無線通信装置は、アダプティブアレイアンテナを用いた指向性通信が可能な無線通信装置であって、マルチキャリア信号に発生しうるピークを小さく抑えることができる効果を有し、特にＯＦＤＭ通信方式が適用される無線通信装置に有用である。

本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１００ 無線通信装置
１１０ 送信ベースバンド部
１２０ 乗算器
１３０ 送信ウェイト形成部
１３１ 送信ウェイト算出部
１３２ 位相基準変更制御部
１４０ 電力算出部
１５０ 最適基準位相判定部
１６０ 送信部
１６１ ＲＡＭ
１６２ Ｄ／Ａ変換部
１６３ 無線送信部
１７０ アンテナ

Claims (3)

1. 複数のアンテナと、各アンテナから送信される送信信号に送信ウェイトを乗算する乗算器とを具備し、各乗算器で用いる前記送信ウェイトを調整して指向性のある無線送信が可能な無線通信装置であって、
   前記送信信号としてのピーク抑圧されたマルチキャリアベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成手段と、
   前記指向性を形成する方向の基準となる位相基準を順次変更し、各位相基準および前記指向性を形成する方向に応じて各乗算器で用いる前記送信ウェイトを形成する送信ウェイト形成手段と、
   各乗算器にて前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号を位相基準と対応づけて記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されたマルチキャリアベースバンド信号のうち、最適位相基準に対応するマルチキャリアベースバンド信号を送信する送信手段と、
   前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号のピーク電力に基づいて、前記順次変更した位相基準のうちから前記最適位相基準を判定する判定手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号から前記ピーク電力又は平均電力に対するピーク電力の比率を算出する算出手段を具備し、
   前記判定手段は、前記位相基準ごとに前記ピーク電力又は前記平均電力に対するピーク電力の比率の最大値を算出し、すべての位相基準において前記最大値が最も小さい前記位相基準を前記最適位相基準として判定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記送信ウェイトが乗算されたマルチキャリアベースバンド信号から平均電力を算出する算出手段を具備し、
   前記判定手段は、前記位相基準ごとに前記平均電力の最大値と最小値との差分を算出し、すべての位相基準において前記差分が最も小さい前記位相基準を前記最適位相基準として判定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。

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