JP2007180755A - 無線通信装置及び無線通信制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所や無線端末が移動している状況下などにおいても、空間多重通信における送受信性能の劣化を防止する。
【解決手段】各アンテナ素子11での受信信号に基づき、受信環境を表す受信環境情報を取得し、該受信環境情報に基づき、等化器14の使用の有無を制御する判定器12を備えたことを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、無線通信装置及び無線通信制御方法に関する。
従来、アダプティブアレーアンテナを有する無線通信装置では、送信処理において、複数のアンテナ素子での受信信号に位相差が生じることを利用して信号の到来方向を推定し、その推定した到来方向に対して送信信号の重み付けを行うことにより、到来方向以外の方向に対する輻射電力を下げることを可能にしている(例えば、特許文献1参照)。また、受信処理においては、受信信号に内包されるユニークワードに基づき、所望信号成分のみ同期検波してアンテナ合成することにより、ダイバーシティゲインを得ることを可能にしている。
特開2003−204295号公報
しかし、上述した従来技術では、アダプティブアレーアンテナによりアンテナ放射パターンを制御する空間的な処理が可能であるが、同一周波数上での処理であるので、遅延時間差の小さいシンボル内遅延による符号間干渉や、所望波との到来方向差が小さい干渉波に対してはその効果が十分に得られないという問題がある。そのため、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所での無線通信や、無線端末が移動している状況下での無線通信においては、送受信性能の劣化が懸念される。
上述した問題に対処するために、時間的な処理が可能な等化器を設けて受信処理を行うことが考えられる。しかし、各アンテナ素子に対応して等化器を設けると、各等化器が位相同期を行うことにより、位相情報を用いて空間的な処理を行うアダプティブアレーアンテナの性能が低下し、空間多重処理を行う場合の多重数の低減等の問題が生じる。また、複数のアンテナ素子による合成ゲインを得るためのアダプティブアレーアンテナの処理以前に等化器を設けると、合成ゲインが得られない時点での受信電界強度の低い信号に対して等化器処理を行うことになり、等化器の性能が十分に発揮されない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所や無線端末が移動している状況下などにおいても、空間多重通信における送受信性能の劣化を防止することのできる無線通信装置及び無線通信制御方法を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子とアダプティブアレーアンテナ処理手段と等化器とを備える無線通信装置において、前記アンテナ素子での受信信号に基づき、受信環境を表す受信環境情報を取得する受信環境情報取得手段と、前記受信環境情報に基づき、前記等化器の使用の有無を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記受信環境情報は空間多重数であり、前記制御手段は、空間多重数が1である場合には前記等化器の使用なしに、空間多重数が2以上である場合には前記等化器の使用ありにそれぞれ制御することを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記受信環境情報はRSSIであり、前記制御手段は、RSSIのレベルが、第1の基準値よりも小さい場合には前記等化器の使用なしに制御することを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記受信環境情報はDSSIも含み、前記制御手段は、RSSIのレベルが前記第1の基準値に達している場合には、RSSIのレベルからDSSIのレベルを差し引いた値を算出し、該算出値が第2の基準値よりも小さいときは前記等化器の使用ありに、一方、該算出値が第2の基準値に達しているときは前記等化器の使用なしにそれぞれ制御することを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記受信環境情報はSINRであり、前記制御手段は、SINRが第3の基準値よりも小さい場合には前記等化器の使用なしに制御することを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記受信環境情報はFERも含み、前記制御手段は、SINRが前記第3の基準値に達している場合において、FERが第4の基準値よりも小さいときは前記等化器の使用なしに、一方、FERが第4の基準値に達しているときは前記等化器の使用ありにそれぞれ制御することを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記受信環境情報はドップラー周波数の推定値であり、前記制御手段は、ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値を計算し、該分散値が第5の基準値よりも小さい場合には前記等化器の使用なしに、一方、該分散値が第5の基準値に達している場合には前記等化器の使用ありにそれぞれ制御することを特徴とする。
本発明に係る無線通信装置においては、前記受信環境情報は、空間多重数、RSSI、DSSI、SINR及びFERであり、前記制御手段は、空間多重数が1である場合には、SINR及びFERに基づき、前記等化器の使用の有無を制御し、空間多重数が2以上である場合には、RSSI及びDSSIに基づき、前記等化器の使用の有無を制御することを特徴とする。
本発明に係る無線通信制御方法は、複数のアンテナ素子とアダプティブアレーアンテナ処理手段と等化器とを備えた無線通信装置における無線通信制御方法であって、前記アンテナ素子での受信信号に基づき、受信環境を表す受信環境情報を取得する過程と、前記受信環境情報に基づき、前記等化器の使用の有無を制御する過程とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、受信環境情報に基づき、等化器の使用の有無を制御するので、受信環境に応じて、アダプティブアレーアンテナの利点(無線伝搬路の空間的問題に対応可能)と、等化器の利点(無線伝搬路の時間的問題に対応可能)とを両者の利点が活かせるように適応的に使い分けすることができる。この結果として、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所や無線端末が移動している状況下などにおいても、空間多重通信における送受信性能の劣化を防止することが可能になる。
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る移動通信システムの構成を示すブロック図である。図1において、基地局装置1は、空間多重方式により複数の移動局装置2との間で無線通信を行う。
図2は、図1に示す基地局装置1に備わる受信機10の構成を示すブロック図である。図3は、図1に示す基地局装置1に備わる送信機20の構成を示すブロック図である。
図2において、受信機10は、複数のアンテナ素子11と、判定器12と、アンテナ素子11の各々に対応して設けられるスイッチ13及び等化器14と、検波合成器15とを有する。判定器12は、各アンテナ素子11での受信信号に基づき、受信環境を表す情報(以下、受信環境情報と称する)を取得する。判定器12は、毎無線フレームにおいて、受信環境情報に基づき、等化器14の処理結果を使用するか否かを判定する。判定器12は、その判定結果に応じてスイッチ13を制御する。具体的には、判定器12は、等化器14の処理結果を使用する場合にはスイッチ13によりアンテナ素子11と等化器14を接続し、一方、等化器14の処理結果を使用しない場合にはスイッチ13によりアンテナ素子11と検波合成器15を接続する。
等化器14は、具体的には遅延線付きフィルタから構成される。等化器14は、アンテナ素子11での受信信号に対する無線伝搬路等化処理を行う。検波合成器15は、スイッチ13の接続により、各アンテナ素子11での受信信号か、もしくは各等化器14の処理結果の信号を使用して、アダプティブアレイアンテナの受信処理を行う。検波合成器15は、アダプティブアレーアンテナの受信処理結果の信号101を出力する。
図3において、送信機20は、複数のアンテナ素子21と、アンテナ素子21の各々に対応して設けられるタップ係数積算部22及びスイッチ23及び乗算器24と、タップ係数記憶部25と、重み係数記憶部26とを有する。なお、図3には、図2に示される判定器12を再掲している。
送信信号201は、各乗算器24により各アンテナ素子21に対応する重み係数が乗じられる。重み係数記憶部26は、上記検波合成器15のアダプティブアレーアンテナの受信処理結果から得られた、アンテナ素子21毎の送信用の重み係数を記憶する。各乗算器24には、重み係数記憶部26から該当するアンテナ素子21の重み係数が入力される。上記乗算器24及び重み係数記憶部26により、アダプティブアレイアンテナの送信処理が行われる。
判定器12は、上記した受信機10での判定結果に応じて、スイッチ23を制御する。具体的には、判定器12は、等化器14の処理結果を使用する場合にはスイッチ23により乗算器24とタップ係数積算部22を接続し、一方、等化器14の処理結果を使用しない場合にはスイッチ13により乗算器24とアンテナ素子21を接続する。
タップ係数積算部22は、乗算器24の乗算結果の信号に対して、上記した受信機10の等化器14で使用されたタップ係数を積算する。タップ係数記憶部25は、上記した受信機10の等化器14で使用されたタップ係数を記憶する。各タップ係数積算部22には、タップ係数記憶部25からタップ係数が入力される。
各アンテナ素子21は、スイッチ23の接続により、各乗算器24の乗算結果の信号か、もしくは各タップ係数積算部22の積算結果の信号を送信する。
上記した受信機10、送信機20の構成により、受信環境に応じて、アダプティブアレーアンテナの処理か、もしくは等化器の処理が無線フレーム毎に選択され、無線信号の受信処理及び送信処理が行われる。
なお、上記した受信機10、送信機20に設けられるそれぞれの複数のアンテナ素子11、21は、同じアンテナ素子を送受で共用するように構成してもよい。
次に、上記した判定器12の動作について実施例を挙げて説明する。
図4は、本発明の実施例1に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。実施例1では、受信環境情報として、空間多重しているユーザ数(空間多重数)を用いる。
図4において、判定処理が開始されると、先ずステップS1では、判定器12は、空間多重(SDMA)情報として空間多重数を受信信号から取得する。ステップS2では、その空間多重数が1であるか判断する。その結果、空間多重数が1であるならば、ステップS3で等化器の使用あり(等化器オン)と判定する。一方、空間多重数が2以上であるならば、ステップS4で等化器の使用なし(等化器オフ)と判定する。
この実施例1によれば、空間多重しているユーザ数が1ではなく、複数のユーザと空間多重通信時には、等化器を使用せず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、ユーザ毎の周波数利用効率を高める。一方、空間多重しているユーザ数が1(シングルユーザモード)である場合には、等化器を使用し、アダプティブアレーアンテナによる干渉波抑止能力は低下するが、符号間干渉除去能力を高める。これにより、空間多重数に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することが可能になる。
図5は、本発明の実施例2に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。実施例2では、受信環境情報として、受信信号の受信電界強度(RSSI)と所望信号の受信電界強度(DSSI)を用いる。
図5において、判定処理が開始されると、先ずステップS11では、判定器12は、RSSIを取得する。ここで、取得するのは一つ前の無線フレームのRSSIである。ステップS12では、そのRSSIのレベルが「−90dBm」より大きいか判断する。その結果、RSSIのレベルが「−90dBm」より大きいならば、ステップS13でDSSIを取得する。ここで、取得するのは一つ前の無線フレームのDSSIである。ステップS14では、そのDSSIのレベルをステップS11で取得したRSSIのレベルから減算し、両者の差分を計算する。ステップS15では、その差分が「20dB」未満であるか判断する。その結果、差分が「20dB」未満であるならば、ステップS16で等化器の使用あり(等化器オン)と判定する。一方、差分が「20dB」以上ならば、ステップS17で等化器の使用なし(等化器オフ)と判定する。
また、ステップS12の判断の結果、RSSIのレベルが「−90dBm」以下ならば、ステップS17で等化器の使用なし(等化器オフ)と判定する。
この実施例2によれば、RSSIのレベルが十分ではない場合には、受信ゲインが得られない等化器処理を行うことは適していないので、等化器は使用しない。一方、RSSIのレベルが十分である場合には、RSSIとDSSIのレベル差に応じた判定を行う。その判定では、RSSIとDSSIのレベル差が十分に小さい場合には、干渉波電力が小さいことが予想されるので、アダプティブアレーアンテナの処理を行わず、等化器処理を行う。一方、RSSIとDSSIのレベル差が十分に小さくない場合には、等化器処理は行わず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、干渉波抑止能力を高める。このように本実施例2によれば、RSSI及びDSSIに基づいた無線伝搬路の状態に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
なお、本実施例では、RSSIのレベルの判定基準として「−90dBm」を、また、RSSIとDSSIのレベル差の判定基準として「20dB」をそれぞれ採用したが、各判定基準は適用する移動通信システムに応じて適宜変更すればよい。
図6は、本発明の実施例3に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。実施例3では、受信環境情報として、受信信号の信号対雑音・干渉電力比(SINR)とフレームエラーレート(FER)を用いる。
図6において、判定処理が開始されると、先ずステップS21では、判定器12は、SINRを取得する。ここで、取得するのは直近の過去10フレームの合計値から算出した値である。ステップS22では、そのSINRが「15dB」より大きいか判断する。その結果、SINRが「15dB」より大きいならば、ステップS23でFERを取得する。ここで、取得するのは直近の過去10フレームの合計値から算出した値である。ステップS24では、そのFERが「0.5」より大きいか判断する。その結果、SINRが「0.5」より大きいならば、ステップS25で等化器の使用あり(等化器オン)と判定する。一方、SINRが「0.5」以下ならば、ステップS26で等化器の使用なし(等化器オフ)と判定する。
また、ステップS22の判断の結果、SINRが「15dB」以下ならば、ステップS26で等化器の使用なし(等化器オフ)と判定する。
この実施例3によれば、SINRが十分な感度レベルではない場合には、受信ゲインが得られない等化器処理を行うことは適していないので、等化器は使用しない。このときには、受信機のパワーコントロール等の処理により補正する。一方、SINRが十分な感度レベルである場合には、FERに応じた判定を行う。その判定では、SINRが十分な感度レベルであるのに、FERが高い場合には、1フレーム内の信号特性が変動するフェージングの影響が大きいと考えられるので、フェージング耐性を高めるために等化器処理を行う。一方、SINRが十分な感度レベルであり、且つ、FERが小さい場合には、無線伝搬路の状態が良好であると考えられるので、等化器処理は行わず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、不要な送信電波の輻射を抑える。このように本実施例3によれば、SINR及びFERに基づいた無線伝搬路の状態に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
なお、本実施例では、SINR及びFERの算出対象フレーム数として「10フレーム」を、また、SINRの判定基準として「15dB」を、また、FERの判定基準として「0.5」をそれぞれ採用したが、算出対象フレーム数及び各判定基準は適用する移動通信システムに応じて適宜変更すればよい。
図7は、本発明の実施例4に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。実施例4では、受信環境情報として、ドップラー周波数を用いる。
図7において、判定処理が開始されると、先ずステップS31では、判定器12は、ドップラー周波数の推定値を取得する。ここで、取得するのは直近の過去10フレームにおける推定値である。ステップS32では、そのドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値を計算する。ステップS33では、その分散値が「6000」より大きいか判断する。その結果、分散値が「6000」より大きいならば、ステップS34で等化器の使用あり(等化器オン)と判定する。一方、分散値が「6000」以下ならば、ステップS35で等化器の使用なし(等化器オフ)と判定する。
この実施例4によれば、ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値が判定基準よりも大きい場合には、無線伝搬路のフェージングの影響が大きいと考えられるので、フェージング耐性を高めるために等化器処理を行う。一方、ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値が判定基準以下の場合には、無線伝搬路の状態が良好であると考えられるので、等化器処理は行わず、アダプティブアレーアンテナの性能を最大限に発揮できるようにして、不要な送信電波の輻射を抑える。このように本実施例4によれば、ドップラー周波数に基づいた無線伝搬路の状態に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
なお、本実施例では、ドップラー周波数の推定値の算出対象フレーム数として「10フレーム」を、また、ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値の判定基準として「6000」をそれぞれ採用したが、算出対象フレーム数及び判定基準は適用する移動通信システムに応じて適宜変更すればよい。
図8は、本発明の実施例5に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。実施例5では、上記実施例1〜3の判定処理を組み合わせている。なお、図8において、図4、図5、図6の各ステップに対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図7において、判定処理が開始されると、先ず判定器12は、空間多重数の判定を行う(ステップS1、S2)。その結果、空間多重数が1であるならば、次に、SINR及びFERに応じた等化器の使用の有無の判定を行う(ステップS21〜S26)。一方、空間多重数が1ではないならば、RSSI及びDSSIに応じた等化器の使用の有無の判定を行う(ステップS11〜S17)。
この実施例5によれば、空間多重数、並びにSINR及びFER、並びにRSSI及びDSSIに基づいた無線伝搬路の状態の詳細に応じて、等化器の使用の有無を判定する。これにより、無線伝搬路の状態の詳細に応じた、アダプティブアレーアンテナと等化器の適切な使用を実現することができる。
なお、上記した実施例5では、上記実施例1〜3を組み合わせたが、適用する移動通信システムに応じて実施例1〜4を適宜選択して組み合わせるように構成してもよい。
上述したように本実施形態によれば、受信環境情報に基づき、等化器の使用の有無を制御する。これにより、アダプティブアレーアンテナの利点(無線伝搬路の空間的問題に対応可能)と、等化器の利点(無線伝搬路の時間的問題に対応可能)とを、受信環境に応じて両者の利点が活かせるように適応的に使い分けすることができる。
具体的には、等化器を有することにより、マルチパスフェージングや符号間干渉に強く、高速移動時の無線通信における最大転送速度の向上に寄与することができる。また、フェージングの影響の小さい時は、アダプティブアレーアンテナによる空間多重処理により、同時に通信できるユーザ数を増やすことができる。また、受信電界強度が小さい状態での通信においては、アダプティブアレーアンテナによる合成処理により、合成ゲインが得られる。この結果として、マルチパスフェージングにより遅延時間差が生じやすい場所や無線端末が移動している状況下などにおいても、空間多重通信における送受信性能の劣化を防止することが可能になる。
以上、本発明の実施形態を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、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明に係る無線通信装置としては、上述した実施形態に係る移動通信システムの基地局装置の他、各種の無線通信システムの無線通信装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る移動通信システムの構成を示すブロック図である。 図1に示す基地局装置1に備わる受信機10の構成を示すブロック図である。 図1に示す基地局装置1に備わる送信機20の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例1に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例2に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例3に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例4に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例5に係る判定器12の処理手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1…基地局装置、2…移動局装置、10…受信機、11,21…アンテナ素子、12…判定器、13,23…スイッチ、14…等化器、15…検波合成器、20…送信機、22…タップ係数積算部、24…乗算器、25…タップ係数記憶部、26…重み係数記憶部

Claims (9)

  1. 複数のアンテナ素子とアダプティブアレーアンテナ処理手段と等化器とを備える無線通信装置において、
    前記アンテナ素子での受信信号に基づき、受信環境を表す受信環境情報を取得する受信環境情報取得手段と、
    前記受信環境情報に基づき、前記等化器の使用の有無を制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記受信環境情報は空間多重数であり、
    前記制御手段は、空間多重数が1である場合には前記等化器の使用なしに、空間多重数が2以上である場合には前記等化器の使用ありにそれぞれ制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  3. 前記受信環境情報はRSSIであり、
    前記制御手段は、
    RSSIのレベルが、第1の基準値よりも小さい場合には前記等化器の使用なしに制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  4. 前記受信環境情報はDSSIも含み、
    前記制御手段は、
    RSSIのレベルが前記第1の基準値に達している場合には、RSSIのレベルからDSSIのレベルを差し引いた値を算出し、
    該算出値が第2の基準値よりも小さいときは前記等化器の使用ありに、一方、該算出値が第2の基準値に達しているときは前記等化器の使用なしにそれぞれ制御する、
    ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。
  5. 前記受信環境情報はSINRであり、
    前記制御手段は、SINRが第3の基準値よりも小さい場合には前記等化器の使用なしに制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  6. 前記受信環境情報はFERも含み、
    前記制御手段は、
    SINRが前記第3の基準値に達している場合において、FERが第4の基準値よりも小さいときは前記等化器の使用なしに、一方、FERが第4の基準値に達しているときは前記等化器の使用ありにそれぞれ制御する、
    ことを特徴とする請求項5に記載の無線通信装置。
  7. 前記受信環境情報はドップラー周波数の推定値であり、
    前記制御手段は、
    ドップラー周波数の推定値の絶対値の分散値を計算し、
    該分散値が第5の基準値よりも小さい場合には前記等化器の使用なしに、一方、該分散値が第5の基準値に達している場合には前記等化器の使用ありにそれぞれ制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  8. 前記受信環境情報は、空間多重数、RSSI、DSSI、SINR及びFERであり、
    前記制御手段は、
    空間多重数が1である場合には、SINR及びFERに基づき、前記等化器の使用の有無を制御し、
    空間多重数が2以上である場合には、RSSI及びDSSIに基づき、前記等化器の使用の有無を制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  9. 複数のアンテナ素子とアダプティブアレーアンテナ処理手段と等化器とを備えた無線通信装置における無線通信制御方法であって、
    前記アンテナ素子での受信信号に基づき、受信環境を表す受信環境情報を取得する過程と、
    前記受信環境情報に基づき、前記等化器の使用の有無を制御する過程と、
    を含むことを特徴とする無線通信制御方法。


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