JP2007158483A

JP2007158483A - 基地局及び無線通信方法

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Publication number: JP2007158483A
Application number: JP2005347499A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shoji; 裕之庄司
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: JP5037005B2

Abstract

【課題】適応変調方式が採用された無線通信システムにおいて、フェージングが発生する通信環境下であっても、フレームエラーの発生を防止し、安定した通信を行う。
【解決手段】送信信号に基づいて回線品質情報を把握する回線品質把握部と、前記送信信号に含まれる送信電力情報を取得する送信電力情報取得部と、前記回線品質情報及び前記送信電力情報に基づいて無線通信端末側の変調方式を決定する変調方式決定部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局及び無線通信方法に関する。

近年の無線通信システムにおいては、データ通信の高速化・大容量化への要求に対する解決手段の一つとして、複数の変調方式を用意し、回線品質に応じて変調方式を切換える適応変調方式が用いられている。複数の変調方式としてはビットレートの異なるものが用いられ、例えばビットレートの低いものから順に、BPSK（Binary Phase Shift keying）、QPSK（Quadrature Phase Shift keying）、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation）、64QAM(64Quadrature Amplitude Modulation)等の変調方式が用いられている。

このような適応変調方式では、基地局と無線通信端末との間の回線品質情報であるSNR（信号対雑音比：Signal to Noise Ratio）やCNR（搬送波対雑音比：Carrier to Noise Ratio）等を基に、ダウンリンク（下り方向）及びアップリンク（上り方向）の変調方式を適宜変更している。より具体的には、回線品質が良好な場合はビットレートの高い変調方式に切換えてデータ伝送速度を速くし、回線品質が悪い場合はビットレートの低い変調方式に切換えてデータ伝送速度を遅くすることにより、データ伝送速度の最適化を図ると共に、通信に最低限要求される誤り率（フレーム誤り率やビット誤り率等）を確保可能な変調方式を決定している。
例えば、特開２００３−３４７９８０号公報には、上記のような回線品質情報を基に、基地局側の送信ダイバーシチの切替タイミングを制御して回線品質の劣化を低減する技術が開示されている。
特開２００３−３４７９８０号公報

ところで、強いフェージングが発生するような通信環境において、遅延波の影響によりSNR等の回線品質情報が一定の値に固定化されてしまい、無線通信端末が強い送信電力で信号の送信を試みたとしても、想定する変調方式によって通信を行うことができなくなる。その結果、フレームエラーが多発し、安定した通信が行えなくなるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、適応変調方式が採用された無線通信システムにおいて、フェージングが発生する通信環境下であっても、フレームエラーの発生を防止し、安定した通信を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、基地局に係る第１の解決手段として、送信信号に基づいて回線品質情報を把握する回線品質把握部と、前記送信信号に含まれる送信電力情報を取得する送信電力情報取得部と、前記回線品質情報及び前記送信電力情報に基づいて無線通信端末側の変調方式を決定する変調方式決定部とを具備する、という手段を採用する。

また、本発明では、基地局に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記変調方式決定部は、前記送信電力情報の時系列データに基づいて前記無線通信端末側の変調方式を決定することを特徴とする。

また、本発明では、基地局に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記変調方式決定部は、前記回線品質情報及び送信電力情報を示す値に基づいて前記無線通信端末側の変調方式を決定することを特徴とする。

また、本発明では、基地局に係る第４の解決手段として、上記第２または３のいずれかの解決手段において、前記変調方式決定部は、前記時系列データまたは前記回線品質情報及び送信電力情報を示す値が時間経過に対して減少傾向にあると判定した場合に、前記無線通信端末側の変調方式を低レートの変調方式に変更することを特徴とする。

また、本発明では、基地局に係る第５の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記変調方式決定部は、前記回線品質情報と送信電力情報との加算値の時系列データに基づいて前記無線通信端末側の変調方式を決定することを特徴とする。

また、本発明では、基地局に係る第６の解決手段として、上記第１〜５のいずれかの解決手段において、前記回線品質情報は、信号または搬送波と雑音との比、もしくは信号または搬送波と干渉波を含む雑音との比であることを特徴とする。

一方、本発明では、無線通信方法に係る第１の解決手段として、送信信号に基づいて回線品質情報を把握する第１ステップと、前記送信信号に含まれる送信電力情報を取得する第２ステップと、前記回線品質情報及び前記送信電力情報に基づいて無線通信端末側の変調方式を決定する第３ステップとを有する、という手段を採用する。

本発明によれば、適応変調方式が採用された無線通信システムにおいて、フェージングが発生する通信環境下であっても、フレームエラーの発生を防止し、安定した通信を行うことが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１及び２は、本発明の実施形態に係る適応変調方式を採用した無線通信システムを構成する基地局Ｂ及び無線通信端末Ｔの構成ブロック図である。なお、基地局Ｂとして、アダプティブアレーアンテナシステムを採用した送受信機能を有するものを例示して説明する。

図１に示すように、基地局Ｂは、Ｎ個のアンテナ素子１を備えるＲＦ送受信部２、信号処理部３、復調部４、上りSNR算出部５、復号化部６、上り最大送信電力情報取得部７、端末側変調方式決定部８、第1の記憶部９、下りSNR取得部１０、基地局側変調方式決定部１１、第２の記憶部１２、符号化部１３及び変調部１４から構成されている。

アンテナ素子１は、無線通信端末Ｔとの間でＲＦ信号の送受信を行う。ＲＦ送受信部２は、アンテナ素子１からのＮ個の受信信号を増幅してベースバンド信号へ変換後、デジタル信号に変換し、受信信号ｘ₁〜ｘ_Nとして信号処理部３に出力する。

信号処理部３は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小２乗誤差法）ベースなどの適応アルゴリズム、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いて適応信号処理を行うものであり、受信ウエイト算出部３a及び信号合成部３bを備えている。受信ウエイト算出部３aは、上記ＲＦ送受信部２から入力される受信信号ｘ₁〜ｘ_Nに基づいてアレーアンテナの最適な指向性パターンを形成するためのウエイト定数ｗ₁〜ｗ_Nを算出し信号合成部３bに出力する。信号合成部３bは、上記ＲＦ送受信部２から入力される受信信号ｘ₁〜ｘ_Nにそれぞれ対応したウエイト定数ｗ₁〜ｗ_Nを乗じて重み付けした後、これら受信信号を合成して出力信号ｙとして復調部４に出力する。

また、この信号処理部３は、送信時において、変調部１４から入力される変調後の送信データを送信する最適なアンテナ素子１を決定し、上記変調後の送信データをＲＦ送受信部２に出力する。ＲＦ送受信部２は、変調後の送信データをＲＦ信号に変換し、信号処理部３にて決定されたアンテナ素子１から上記ＲＦ信号を無線通信端末Ｔに送信する。

復調部４は、上記出力信号ｙを復調し、復調信号を上りSNR算出部５及び復号化部６に出力する。上りSNR算出部５は、上記復調信号を基に、上りSNR値を算出し（つまりアップリンクにおける回線品質情報を取得する）端末側変調方式決定部８に出力する。復号化部６は、上記復調信号を復号化して受信データを生成し、当該受信データを上り最大送信電力情報取得部７及び下りSNR取得部１０に出力すると共に受信データの信号処理を行うデータ処理部（図示せず）に出力する。

上り最大送信電力情報取得部７は、上記受信データから、無線通信端末Ｔの送信可能電力の上限値と現在端末側で使用している変調方式における送信電力との差分を示す送電電力情報（端末available情報）を取得して端末側変調方式決定部８に出力する。端末側変調方式決定部８は、上記上りSNR値及び端末available情報に基づいて無線通信端末Ｔ側、つまりアップリンク側の変調方式を決定し、当該変調方式を示す端末変調方式情報を送信データに多重化する。また、この端末側変調方式決定部８は、各フレーム毎の上りSNR値及び端末available情報を第1の記憶部９に時系列的に記憶する。第1の記憶部９は、上記端末側変調方式決定部８の要求に応じて、各フレーム毎の上りSNR値及び端末available情報を時系列的に記憶する一方、これらの情報を端末側変調方式決定部８に出力する。

下りSNR取得部１０は、受信データに含まれるダウンリンク側のSNR値（下りSNR値）を取得して基地局側変調方式決定部１１に出力する。基地局側変調方式決定部１１は、上記下りSNR値と第2の記憶部１２に記憶されている基地局Ｂ側の送信可能電力の上限値と現在基地局側で使用している変調方式における送信電力との差分を示す送電電力情報（基地局available情報）とに基づいて基地局Ｂ側、つまりダウンリンク側の変調方式を決定し、当該変調方式を示す基地局変調方式情報を変調部１４に出力する。また、この基地局側変調方式決定部１１は、各フレーム毎の下りSNR値を第２の記憶部１２に時系列的に記憶する。第２の記憶部１２は、予め基地局available情報を記憶しており、上記基地局側変調方式決定部１１の要求に応じて、各フレーム毎の下りSNR値を時系列的に記憶する一方、これらの情報を基地局側変調方式決定部１１に出力する。

符号化部１３は、送信データ（端末変調方式情報を含む）を符号化して変調部１４に出力する。変調部１４は、上記基地局変調方式情報が示す変調方式にて符号化後の送信データを変調して信号処理部３に出力する。

一方、図２に示すように、無線通信端末Ｔは、アンテナ２０、ＲＦ送受信部２１、復調部２２、下りSNR算出部２３、復号化部２４、符号化部２５及び変調部２６から構成されている。

アンテナ２０は、基地局Ｂとの間でＲＦ信号の送受信を行う。ＲＦ送受信部２１は、アンテナ２０によって受信したＲＦ信号を増幅し、ベースバンド信号に変換した後、デジタル信号に変換し、受信信号として復調部２２に出力する。また、このＲＦ送受信部２１は、変調部２６から入力される変調後の送信データをＲＦ信号に変換し、当該ＲＦ信号をアンテナ２０を介して基地局Ｂに送信する。

復調部２２は、上記受信信号を復調し、復調信号を下りSNR算出部２３及び復号化部２４に出力する。下りSNR算出部２３は、上記復調信号を基に、下りSNR値を算出し（つまりダウンリンクにおける回線品質情報を取得する）、当該下りSNR値を示す情報を送信データに多重化する。復号化部２４は、上記復調信号を復号化して受信データ（端末変調方式情報を含む）を生成し、当該受信データを変調部２６に出力すると共に受信データの信号処理を行うデータ処理部（図示せず）に出力する。

符号化部２５は、送信データ（下りSNR値を示す情報及び端末available情報を含む）を符号化して変調部２６に出力する。変調部２６は、受信データに含まれる端末変調方式情報が示す変調方式にて符号化後の送信データを変調してＲＦ送受信部２１に出力する。

次に、このような基地局Ｂ及び無線通信端末Ｔによって構成される本無線通信システムの動作について説明する。

〔無線通信端末Ｔ側の変調方式を決定する場合〕
まず、無線通信端末Ｔ側、つまりアップリンク側の変調方式を決定する場合の動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、基地局Ｂ（具体的にはアンテナ素子１）は、無線通信端末Ｔから送信されるバースト信号（アップリンクバースト信号）を受信する（ステップＳ１）。アンテナ素子１にて受信されたアップリンクバースト信号は、ＲＦ送受信部２において増幅され、ベースバンド信号へ変換後デジタル信号に変換され、受信信号ｘ₁〜ｘ_Nとして信号処理部３に出力される。信号処理部３の信号合成部３bは、上記受信信号ｘ₁〜ｘ_Nにそれぞれに対応したウエイト定数ｗ₁〜ｗ_Nを乗じて重み付けした後、これら受信信号を合成して出力信号ｙとして復調部４に出力する。

復調部４は、上記出力信号ｙを復調し、復調信号を上りSNR値算出部５及び復号化部６に出力する。上りSNR値算出部５は、復調信号に基づいて上りSNR値を算出し、端末側変調方式決定部８に出力する（ステップＳ２）。なお、このSNRは、干渉IをノイズとみなすことによりSINR(Signal to Interference and Noise Ratio)と同等に取り扱うことができる。一方、復号化部６は、復調信号を復号して受信データを生成し、当該受信データを上り最大送信電力情報取得部７に出力する。上り最大送信電力情報取得部７は、受信データに含まれる端末available情報を取得して端末側変調方式決定部８に出力する（ステップＳ３）。

端末側変調方式決定部８は、上記上りSNR値及び端末available情報に基づいて無線通信端末Ｔ側、つまりアップリンク側の変調方式を決定し（ステップＳ４）、当該変調方式を示す端末変調方式情報を送信データに多重化する一方、第1の記憶部９に上記上りSNR値及び端末available情報に記憶する（ステップＳ５）。このような端末変調方式情報を含む送信データは、無線通信端末Ｔに送信され、当該無線通信端末Ｔの復調部２２、復号化部２４により受信データに変換される。そして、無線通信端末Ｔの変調部２６は、受信データに含まれる端末変調方式情報が示す変調方式で送信データの変調を行う。

次に、端末側変調方式決定部８は、上記のように決定した今回の変調方式と前回の変調方式とを比較し、今回の変調方式が前回の変調方式と比べて高レートの変調方式か否かを判定する（ステップＳ６）。このステップＳ６において、「NO」の場合、つまり今回の変調方式が前回の変調方式と同じ若しくは低レートの変調方式であった場合、ステップＳ１に戻る。すなわち、ステップＳ６において、今回の変調方式が前回の変調方式と比べて高レートであると判定されるまで、各フレーム毎の上りSNR値及び端末available情報が時系列的に第1の記憶部９に記憶される。

そして、ステップＳ６において、「YES」と判定された場合、端末側変調方式決定部８は今回取得した上りSNR値（上りSNRn）及び端末available情報（端末ＡＶn）と、第1の記憶部９に記憶されている前回取得した上りSNR値（上りSNRn-1）及び端末available情報（端末ＡＶn-1）とに基づいて無線通信端末Ｔ側の変調方式を決定する。具体的には端末側変調方式決定部８は、下記条件式（１）が満たされているか否かを判定する（ステップＳ７）。
上りSNRn＋端末ＡＶn＜上りSNRn-1＋端末ＡＶn-1 ・・・・（１）

ステップＳ７において、「NO」、つまり上記条件式（１）を満たさない場合は、ステップＳ１に戻る。一方、「YES」、つまり上記条件式（１）を満たす場合、端末側変調方式決定部８は、現在使用されている無線通信端末Ｔ側の変調方式を１ランク低い、すなわち低変調レートの変調方式に変更する（ステップＳ８）。つまり、上記のように１ランク低い変調方式を示す端末変調方式情報を送信データに多重化して無線通信端末Ｔに送信する（ステップＳ９）。以降は、ステップＳ１からの動作を繰り返す。

〔基地局Ｂ側の変調方式を決定する場合〕
次に、基地局Ｂ側、つまりダウンリンク側の変調方式を決定する場合の動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、無線通信端末Ｔ（具体的にはアンテナ２０）は、基地局Ｂから送信されるバースト信号（ダウンリンクバースト信号）を受信する（ステップＳ１０）。アンテナ２０にて受信されたダウンリンクバースト信号は、ＲＦ送受信部２１において増幅され、ベースバンド信号へ変換後デジタル信号に変換され、受信信号として復調部２２に出力される。受信信号は復調部２２にて復調され、復調信号として下りSNR算出部２３及び復号化部２４に出力される。下りSNR算出部２３は、上記復調信号を基に、下りSNR値を算出する（ステップＳ１１）。下りSNR値を示す情報は送信データに多重化され、基地局Ｂに送信される（ステップＳ１２）。

そして、基地局Ｂは、下りSNR値を示す情報が含まれたアップリンクバースト信号を受信する（ステップＳ１３）。アップリンクバースト信号は、復調部４、復号化部６を経て受信データに変換され、下りSNR取得部１０に出力される。下りSNR取得部１０は、受信データに含まれる下りSNR値を取得して基地局側変調方式決定部１１に出力する（ステップＳ１４）。基地局側変調方式決定部１１は、第2の記憶部１２に記憶されている基地局Ｂ側の基地局available情報を取得し（ステップＳ１５）、上記下りSNR値及び基地局available情報に基づいて基地局Ｂ側、つまりダウンリンク側の変調方式を決定し、当該変調方式を示す基地局変調方式情報を変調部１４に出力する（ステップＳ１６）。また、基地局側変調方式決定部１１は、今回取得した下りSNR値及び基地局available情報を第2の記憶部１２に記憶する（ステップＳ１７）。変調部１４は、基地局変調方式情報が示す変調方式にて送信データを変調する。

次に、基地局側変調方式決定部１１は、上記のように決定した今回の変調方式と前回の変調方式とを比較し、今回の変調方式が前回の変調方式と比べて高レートの変調方式か否かを判定する（ステップＳ１８）。このステップＳ１８において、「NO」の場合、つまり今回の変調方式が前回の変調方式と同じ若しくは低レートの変調方式であった場合、ステップＳ１３に戻る。すなわち、ステップＳ１８において、今回の変調方式が前回の変調方式と比べて高レートであると判定されるまで、各フレーム毎の下りSNR値及びそのとき使用された基地局available情報が時系列的に第２の記憶部１２に記憶される。

そして、ステップＳ１８において、「YES」と判定された場合、基地局側変調方式決定部１１は今回取得した下りSNR値（下りSNRn）及び基地局available情報（基地局ＡＶn）と、第２の記憶部１２に記憶されている前回取得した下りSNR値（下りSNRn-1）及び基地局available情報（基地局ＡＶn-1）とに基づいて基地局Ｂ側の変調方式を決定する。具体的には、基地局側変調方式決定部１１は、下記条件式（２）が満たされているか否かを判定する（ステップＳ１９）。
下りSNRn＋基地局ＡＶn＜下りSNRn-1＋基地局ＡＶn-1 ・・・・（２）

ステップＳ１８において、「NO」、つまり上記条件式（２）を満たさない場合は、ステップＳ１３に戻る。一方、「YES」、つまり上記条件式（２）を満たす場合、基地局側変調方式決定部１１は、現在使用されている基地局Ｂ側の変調方式を１ランク低い変調方式に変更する（ステップＳ２０）。つまり、上記のように１ランク低い変調方式を示す基地局変調方式情報を変調部１４に送信する（ステップＳ２１）。以降は、ステップＳ１３からの動作を繰り返す（無線通信端末Ｔは、ステップＳ１０〜Ｓ１２の動作を繰り返す）。

以上のように、本実施形態では、回線品質情報にavailable情報を加え、これらの合計値の今回値が前回値と比べて小さい場合に、１ランク低い変調方式に変更している。これにより、強いフェージングが発生するような通信環境において、遅延波の影響によりSNR等の回線品質情報が一定の値に固定化されるような状況であっても、無線通信端末Ｔ（または基地局Ｂ）が無駄に大きな送信電力で送信を行うことによる他の無線通信端末への干渉波を防ぐことができ、さらに、回線品質情報が一定値に固定化されたために実際には使用できない変調方式が選択されてしまうことを防ぐことができる。

このように、本実施形態によれば、適応変調方式が採用された無線通信システムにおいて、フェージングが発生する通信環境下であっても、適した変調方式を選択することでフレームエラーの発生を防止し、安定した通信を行うことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。

（１）上記実施形態では、回線品質情報とavailable情報との合計値により、１ランク低い変調方式に変更するか否かを判定したが、これに限らず、回線品質情報とavailable情報との乗算値などを用いても良い

（２）上記実施形態では、回線品質情報としてSNRを用いたが、これに限らず、CNR（Carrier to Noise Ratio）、SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)、CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)、SIR（Signal to Interference power Ratio）、CIR(Carrier to Interference power Ratio)等を用いても良い。

本発明の一実施形態に係わる基地局の構成ブロック図である。本発明の一実施形態に係わる無線通信端末の構成ブロック図である。本発明の一実施形態に係わる無線通信システムにおける無線通信端末側の変調方式を決定する場合のフローチャートである。本発明の一実施形態に係わる無線通信システムにおける基地局側の変調方式を決定する場合のフローチャートである。

符号の説明

１…アンテナ素子、２、２１…ＲＦ送受信部、３…信号処理部、４、２２…復調部、５…上りSNR算出部、６、２４…復号化部、７…上り最大送信電力情報取得部、８…端末側変調方式決定部、９…第1の記憶部、１０…下りSNR取得部、１１…基地局側変調方式決定部、１２…第2の記憶部、１３、２５…符号化部、１４、２６…変調部、２０…アンテナ、２３…上りSNR算出部

Claims

送信信号に基づいて回線品質情報を把握する回線品質把握部と、
前記送信信号に含まれる送信電力情報を取得する送信電力情報取得部と、
前記回線品質情報及び前記送信電力情報に基づいて無線通信端末側の変調方式を決定する変調方式決定部と
を具備することを特徴とする基地局。
前記変調方式決定部は、前記送信電力情報の時系列データに基づいて前記無線通信端末側の変調方式を決定することを特徴とする請求項１記載の基地局。
前記変調方式決定部は、前記回線品質情報及び送信電力情報を示す値に基づいて前記無線通信端末側の変調方式を決定することを特徴とする請求項１記載の基地局。
前記変調方式決定部は、前記時系列データまたは前記回線品質情報及び送信電力情報を示す値が時間経過に対して減少傾向にあると判定した場合に、前記無線通信端末側の変調方式を低レートの変調方式に変更することを特徴とする請求項２または３記載の基地局。
前記変調方式決定部は、前記回線品質情報と送信電力情報との加算値の時系列データに基づいて前記無線通信端末側の変調方式を決定することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
前記回線品質情報は、信号または搬送波と雑音との比、もしくは信号または搬送波と干渉波を含む雑音との比であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基地局。
送信信号に基づいて回線品質情報を把握する第１ステップと、
前記送信信号に含まれる送信電力情報を取得する第２ステップと、
前記回線品質情報及び前記送信電力情報に基づいて無線通信端末側の変調方式を決定する第３ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。