JP2007201725A - 無線通信装置及び方法、並びに信号減衰量推定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適な変調モード、送信電力の組み合わせについての計算量を少なくし、効率的に導出することができる無線通信装置及び方法、並びに信号減衰量推定装置及び方法を提供する。
【解決手段】無線伝送路の信号減衰量を推定するｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７と、ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７で推定された信号減衰量及び変換テーブル１８に基づいて通信消費電力が最小となる送信信号の変調方式及びレベルを算出する最適消費電力計算処理部１９と、最適消費電力計算処理部１９で算出された算出結果に基づいて送信信号の変調方式及びレベルを制御する変調モード・送信電力制御部２０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線通信装置及び方法、並びに信号減衰量推定装置及び方法に関するものである。

近年、無線通信機能を有したバッテリー駆動型端末が広く普及している。無線通信機能としては、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ等の無線ＬＡＮ（Local Area Network）を挙げることができる。

従来、送受信端末間の距離が固定された据え置き型の無線通信機器は、通信速度の最大化及び安定性の向上を大きな課題にしており、バッテリー駆動型の移動端末は、通信速度の最大化及び安定性の向上とともに、再充電することなく連続動作する時間の長時間化を課題にしている。つまり、バッテリー駆動型の無線ＬＡＮデバイスにおいては、消費電力の削減が大きな課題となっている。

消費電力を削減する有効な方法の１つとして、伝送チャネル特性に対して送信電力を最適化する制御方法が注目されている。直感的に考えると、送受信端末間の距離が短ければ、比較的小さな送信電力で通信を行い、端末間の距離が大きくなるに従って送信電力を大きくすれば、無駄な送信電力を抑えられることが容易に想像できる。つまり、データを送信する際、常に受信機側が正常にパケット受信できる範囲内で、送信機側において消費電力値が最小になるように送信電力を制御することによって不要な消費電力を削減することができる。

特許文献１には、受信機が信号を受信する度に、その信号レベルを送信側にフィードバックし、送信信号レベルを適切値に更新する無線中継装置が記載されている。また、特許文献２には、無線ＬＡＮ通信において、受信電力強度のみならず、ＰＥＲ（パケット誤り率）が得られた場合に、最適な送信電力を決定するための方法が記載されている。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈに注目すると、近隣への電波干渉を最小限に抑えるための方策としてＴＰＣ（送信電力制御）が規定されており、ＴＰＣを実装した送信端末の消費電力の削減可能性について記載されている。特に標準化ドラフトへの参考資料となった非特許文献１では、ＴＰＣ実施時の移動端末での省電力効果について詳細に分析している。この非特許文献１には、変調方式及び送信電力の２つを変数にした場合について、送信１ビットあたりの消費電力評価式が導出され、最適な変調方式及び送信電力が評価式によって与えられた場合には、非常に大きな消費電力削減効果があることが記載されている。

特開平７−１４３０４７号公報 特開２００５−１１７３０３号公報 "Energy-Efficient PCF Operation of IEEE 802.11a Wireless LAN", Qiao, etc, IEEE INFOCOM 2002

ところが、特許文献１及び特許文献２においては、送信電力の制御方法が記されているのみで、無線ＬＡＮに規定されている複数の変調方式（誤り訂正符号率の選択を含む）の選択方法について記載されていない。実際、受信特性は変調方式に依存しているため、変調方式ごとに正常に受信するために必要な送信電力レベルは異なっている。したがって、消費電力を必要最小限に抑えるためには、設定可能な送信電力範囲と全ての変調方式の組み合わせを最適に設定しなければならない。

また、非特許文献１には、消費電力評価式の最適解の導出方法について記載されていない。特に、評価式には非連続関数が含まれているので最適解を効率的に求めるのは困難である。例えば、最適解を求める際、可能性のあるパラメータ値を総当りで評価式に代入し、計算結果を比較し、最適解を絞り込んだ場合、膨大な計算量を必要とし、省電力化を実現するのは難しい。

本発明は、これらの問題点を鑑みてなされたものであり、最適な変調モード、送信電力の組み合わせについての計算量を少なくし、効率的に導出することができる無線通信装置及び方法、並びに信号減衰量推定装置及び方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信装置において、上記無線伝送路の信号減衰量を推定する推定手段と、上記送信信号のレベルと第１の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第１の換算テーブルと、上記送信信号のＣ／Ｎと第２の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第２の換算テーブルと、上記推定手段で推定された信号減衰量と、上記第１の換算テーブルと、上記第２の換算テーブルとに基づいて消費電力が最小となる上記送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出手段と、上記算出手段で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信方法において、上記無線伝送路の信号減衰量を推定する推定工程と、上記推定工程で推定された信号減衰量と、上記送信信号のレベルと第１の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第１の換算テーブルと、上記送信信号のＣ／Ｎと第２の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第２の換算テーブルとに基づいて消費電力が最小となる上記送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出工程と、上記算出工程で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御工程とを有することを特徴としている。

また、本発明は、無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信装置において、上記受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定し、当該推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定Ｃ／Ｎを補正し、上記信号減衰量を推定する推定手段と、上記推定手段で推定された信号減衰量に基づいて通信消費電力が最小となる送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出手段と、上記算出手段で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信方法において、上記受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定し、当該推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定Ｃ／Ｎを補正し、上記信号減衰量を推定する推定工程と、上記推定工程で推定された信号減衰量に基づいて通信消費電力が最小となる送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出工程と、上記算出工程で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御工程とを有することを特徴としている。

また、本発明は、無線伝送路の信号減衰量を推定する信号減衰量推定装置において、上記無線伝送路を介して受信した受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記無線伝送路を介して送信する送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定するＣ／Ｎ推定手段と、上記推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定パケット誤り率と上記測定パケット誤り率との比較結果に応じて上記推定Ｃ／Ｎを増減し、上記推定Ｃ／Ｎを補正する補正手段と、上記推定Ｃ／Ｎに基づいて上記信号減衰量を推定する信号減衰量推定手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、無線伝送路の信号減衰量を推定する信号減衰量推定方法において、上記無線伝送路を介して受信した受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記無線伝送路を介して送信する送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定するＣ／Ｎ推定工程と、上記推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定パケット誤り率と上記測定パケット誤り率との比較結果に応じて上記推定Ｃ／Ｎを増減し、上記推定Ｃ／Ｎを補正する補正工程と、上記推定Ｃ／Ｎに基づいて上記信号減衰量を推定する信号減衰量推定工程とを有することを特徴としている。

本発明は、無線伝送路の信号減衰量を推定し、推定した信号減衰量に基づいて通信消費電力が最小となる送信信号の変調方式及びレベルを算出することにより、最適な変調モード及び送信電力の組み合わせについての計算量を少なくし、効率的に導出することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態では、無線ＬＡＮ（Local Area Network）を用いて説明するが、これに限られるものではない。

無線ＬＡＮのネットワークの構築方法は、インフラストラクチャモードとアドホックモードとがある。本発明は、どちらのネットワーク網についても適応可能であるが、ここではインフラストラクチャモードを例にして説明する。また、データ伝送時のアクセス方式にはＤＣＦ（Distributed Coordination Function）モードとＰＣＦ（Point Coordination Function）モードとがあるが、ここではＰＣＦモードを例にして説明する。

図１は、無線ＬＡＮのＰＣＦモード時における、移動端末２からアクセスポイント１へのデータ伝送方法を説明するための図である。図１に示すように、アクセスポイント１は、移動端末２のＭＡＣアドレスを含むＰｏｌｌフレームを、ネットワークに接続された全ての移動端末２_０〜ｎにマルチキャスト送信する。Ｐｏｌｌフレーム（１）送信後の一定期間は、移動端末２_１の送信時間として確保されるので、移動端末２_１は、最大２３１２バイトの所望データをアクセスポイント１へ送信することができる。移動端末２_１から送信されたパケットを正常に受信したアクセスポイント１は、Ａｃｋフレーム（１）にて移動端末２_１へ応答し、データ伝送を完了する。

図２は、消費電力を削減するために制御されるパラメータ例の概念図を示す。例えば、図２（Ａ）に示すように、アンテナより発信される送信電力は、消費電力を削減するために制御されるパラメータの一つである。アンテナより発信される送信電力は、例えば、−１９〜２３ｄＢｍの範囲で規定されており、大きくすれば伝達距離も大きくなるが、パワーアンプ（ＰＡ）部での消費電力も大きくなる。

また、図２（Ｂ）に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇで規定されている変調モードも、消費電力を削減するために制御されるパラメータの一つである。例えば、誤り訂正符号率の選択を含む８つの変調モード（ｍ＝１〜８）がそれぞれ、ＢＰＳＫ（１／２）、ＢＰＳＫ（３／４）、ＱＰＳＫ（１／２）、ＱＰＳＫ（３／４）、１６ＱＡＭ（１／２）、１６ＱＡＭ（３／４）、６４ＱＡＭ（２／３）、６４ＱＡＭ（３／４）で規定され、変調モードを変更することができる場合、データ伝送速度の速い変調モードを選択すれば、単位データあたりの送信時間が短くなるので送信電力は抑えられるが、正しく受信されるための所要Ｃ／Ｎは高くなる。

本発明の具体例として示す無線通信装置は、上述のようなパラメータを最適化し、移動端末２がアクセスポイント１へデータ伝送する際の消費電力量を最小限に抑えるようにするものである。

図３は、移動端末２の構成例を示すブロック図である。この移動端末２は、アンテナ１１と、ＲＦ増幅部１２と、Ｕｐ／Ｄｏｗｎコンバータ１３と、ベースバンド処理部１４、ＭＡＣ処理部１５と、パワーアンプ（ＰＡ）部１６と、Ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７と、変換テーブル１８と、最適消費電力計算処理部１９と、変調モード・送信電力制御部２０とを備えて構成されている。

アンテナ１１は、ＲＦ信号を送受信し、ＲＦ増幅部１２は、アンテナ１１で受信したＲＦ信号を増幅する。

Ｕｐ／Ｄｏｗｎコンバータ１３は、入出力する信号の周波数帯域を変化させる処理を行う。例えば、ベースバンド信号をＲＦ帯の送信信号に変換する。

ベースバンド処理部１４は、Ｕｐ／Ｄｏｗｎコンバータ１３で処理された受信信号を復調処理や誤り訂正処理を施し、ベースバンド信号を生成する。また、送信するベースバンド信号に誤り訂正符号処理や変調処理を施す。

ＭＡＣ処理部１５は、移動端末２に固有のＩＤ番号であるＭＡＣアドレス有し、このＭＡＣアドレスを元にしてデータフレームの送受信処理を行う。

パワーアンプ（ＰＡ）部１６は、Ｕｐ／Ｄｏｗｎコンバータ１３で処理されたＲＦ信号を増幅し、アンテナに供給する。

Ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈに規定された受信機側（この場合アクセスポイント１）で測定される受信感度測定結果、又は移動端末２で得られる受信感度やＰＥＲ（パケット誤り率）測定結果を用いて、伝送路での信号減衰量を推定する。

変換テーブル１８は、後述するように、送信電力及び変調方式についての消費電力テーブルを格納している。

最適消費電力計算処理部１９は、Ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７で推定された伝送路での信号減衰量を元に、変換テーブル１８に格納された送信電力及び変調方式についての消費電力テーブルを用いて、消費電力に関して評価計算する。

変調モード・送信電力制御部２０は、最適消費電力計算処理部１９の消費電力に関する評価計算結果に基づいてベースバンド処理部１４における変調方式を制御するとともに、ＰＡ部１６における送信信号の増幅を制御する。

アンテナ１１より受信した微弱なＲＦ信号は、ＲＦ増幅部１２で増幅され、Ｕｐ／Ｄｏｗｎコンバータ１３により周波数帯を下げられ、ベースバンド処理部１４に入力される。ベースバンド処理部１４では、入力された信号に復調処理及び誤り訂正処理を行い、ベースバンド信号を生成する。

また、ＲＦ信号を送信する場合、ベースバンド処理部１４より必要な誤り訂正符号処理や変調処理が施され、Ｕｐ／Ｄｏｗｎコンバータ１５を経てＲＦ帯の送信信号となる。さらに、送信信号は、ＰＡ部１６で増幅され、アンテナ１１より放出される。また、信号送信の際、変調モード・送信電力制御部２０は、最適消費電力計算処理部１９にて計算された消費電力に関する評価計算結果に基づいて、消費電力が最小になるようにベースバンド処理部１４における変調方式を設定するとともに、ＰＡ部１６における送信信号を増幅する。

続いて、消費電力を最小にするような送信電力レベル及び誤り訂正方式を含む変調方式の最適化制御について説明する。本実施の形態では、上述のような移動端末２の各構成部について電力消費量を定式化し、全ての構成部の合計消費電力を評価対象とする。そして、後述する評価式より、移動端末２から送出されたデータパケットが誤ることなく受信されるまでに要する１ビット当たりの消費電力が最小となるように送信電力及び変調方式を決定する。

まず、非特許文献１に記載されているように、上述の移動端末２の各構成ブロックを消費電力の視点から評価を行い、送信電力と変調方式をパラメータに到達可能な最小消費電力を求める。具体的には、各構成ブロックを消費電力式に置き換え、一連のパケット伝送に掛かる総電力消費量を求める。

送信時の瞬間電力Ｐｔｘと受信時の瞬間電力Ｐｒｘは、以下に示す評価式として近似される。

ここで、Ｐｃｏｍは、ベースバンド処理部１４、ＭＡＣ処理部１５で消費する電力であり、送信時、受信時に同じ電力を消費するものと仮定する。また、Ｐｒｆは、ＲＦ増幅回路１２で消費する電力を示し、Ｐｏｕｔは、アンテナ１１からの送出電力レベルを示す。また、ＰＡ部１６は、図４に示すような送信電力レベルＰｏｕｔに依存した効率ηによって電力を増幅することとする。また、ここでは、移動端末２が送信または受信動作していない場合、無線ＬＡＮデバイスは、微小電力で動作するＤｏｚｅモードに入るものとし、さらに評価式では消費電力をゼロとする。

また、無線ＬＡＮは、パケット伝送時に誤りが生じると再送処理をするように定められており、そのエラー発生パターンによってパケット送信手順が異なってくる。図５にデータ伝送パターンを示す。図５（１）は、１回のデータ伝送で成功した場合であり、総電力量は、受信時（Ｒｘ ｍｏｄｅ）の電力量（Ｔ_ａｐ×Ｐｒｘ）と、送信時（Ｔｘ ｍｏｄｅ）の電力量（Ｔ_ｄａｔａ×Ｐｔｘ）の総和となる。

伝送時のエラーの発生は、例えば、図５（２）に示すようにデータパケットの伝送中に誤りが生じたため再送する場合と、図５（３）に示すようにＡｃｋ／ｐｏｌｌ伝送中に誤りが生じたために再送する場合（図５（３））とに大別される。また、これら２つの組み合わせによるエラーが生じ、最終的にエラー回数Ｎだけパケットを再送した場合が考えられる。これらのエラー発生パターンを考慮に入れると、１ビット当たりの送信に要した消費電力は、下記のように算出することができる。

また、Ｔ^ｍ _ｄａｔａ(Ｌ)、Ｔ^ｍ _{ack/ｐｏｌｌ}、Ｐ^ｍ _{ｅ,ｄａｔａ}(Ｌ)、Ｐ^ｍ _{ｅ,ａｃｋ／ｐｏｌｌ}、Ｐ^ｍ _{ｇｏｏｄ−ｃｙｃｌｅ}(Ｌ)、ａＳＩＦＳＴｉｍｅはそれぞれ下記のように定義される。
Ｔ^ｍ _ｄａｔａ(Ｌ)：長さＬバイトのデータパケットを変調モードｍで送信するのに要する時間
Ｔ^ｍ _{ａｃｋ／ｐｏｌｌ}：Ａｃｋ／Ｐｏｌｌフレームを変調モードｍで送信するのに要する時間
Ｐ^ｍ _{ｅ,ｄａｔａ}(Ｌ)：長さＬバイトのデータパケットを変調モードｍで送信した場合に誤りが生じる確率
Ｐ^ｍ _{ｅ,ａｃｋ／ｐｏｌｌ}：Ａｃｋ／Ｐｏｌｌフレームを変調モードｍで送信した際に誤りが生じる確率
Ｐ^ｍ _{ｇｏｏｄ−ｃｙｃｌｅ}(Ｌ)：長さＬバイトのデータパケットとＡｃｋ／Ｐｏｌｌフレームが変調モードｍにて送信した場合の正常に受信される確率
ａＳＩＦＳＴｉｍｅ：ＳＩＦＳに要する時間

上記（３）式は、１パケットを伝送するのに要する平均消費電力を示した式であり、１パケット伝送に費やした電力をパケットに含まれる総ビット数で割った値を用いることによって、本件で扱う消費電力の評価指数である「１ビット当たりの平均消費電力量」を求めている。

上記（４）式は、（３）式中の平均消費電力ε_ｄａｔａを展開した式であり、その第１項は、図５(２)及び図５(３)に図示すようなパケット誤りが生じた場合に、ＩＥＥＥ８０２．１１パケットの運用規定に従い再送する際、その再送分の平均消費電力ε_{ｒｅ−ｘｍｉｔ}を関数化したものである。そして、第２項は、図５(１)に示すように移動端末２がアクセスポイント１に向かってＬバイトのパケットを送信する際に要する消費電力（送信時間:Ｔ^ｍ _ｄａｔａ(Ｌ)×送信時の瞬時電力:Ｐｔｘ(Ｐｏｕｔ)）である。第３項は図５(１)に示すように、アクセスポイント１から送出されるＡｃｋ及びＰｏｌｌパケットを移動端末２が受信する際に要する消費電力（受信時間:Ｔ^ｍ _{ａｃｋ／ｐｏｌｌ}＋２ａＳＩＦＳＴｉｍｅ×受信時の瞬時電力：Ｐｒｘ）を示す。

また、上記（５）式は、（４）式中の再送分の平均消費電力ε_{ｒｅ−ｘｍｉｔ}を展開した式である。その第１項は、図５(２)に図示したようにＬバイトのパケットの送信中に誤りが生ずる確率に、１パケット再送信するのに要する消費電力を掛け合わせて値を示し、第２項は、図５(３)に図示したようにＡｃｋまたはＰｏｌｌパケット受信中に誤りが生ずる確率に再びパケットを受信するのに要する消費電力を掛け合わせた値を示している。

このように、図５に示すようなエラー発生パターンによって生じる平均消費電力を求めることによって、全てのエラー発生パターンの発生確率を考慮した１ビット当たりの送信に要した消費電力を求めることができる。

さらに、上記（５）式において、Ａｃｋ／Ｐｏｌｌフレームに注目し、アクセスポイント１から送信されるＡｃｋ／Ｐｏｌｌフレームが常にＢＰＳＫ（１／２）で変調され、移動端末２から送信されるデータパケット長が１５００であると仮定すると、Ａｃｋ／Ｐｏｌｌフレーム長は、データパケット長と比較して十分に短く、さらにエラーの発生する確率も十分に低くなる。具体的には、このフレーム伝送中に発生する誤り率Ｐ^１ _{ｅ,ａｃｋ／ｐｏｌｌ}は、データパケットに発生する誤り率Ｐ^１ _{ｅ,Ｌｄａｔａ}より十分小さくなり、また、（１−Ｐ^１ _{ｅ,ａｃｋ／ｐｏｌｌ}）は、１と近似される。この近似された(５)式を用いて、（４）式を簡略化すると、（６）式のように、第１項は、変調モードｍと送出電力Ｐｏｕｔに依存する関数ｆｕｎｃ１と定数ｃ１とから構成され、第２項は、変調モードｍと受信Ｃ／Ｎから導出される誤り率に依存するｆｕｎｃ２とから構成されることが分かる。また、（６）式のように、変数ｍ、送信出力Ｐｏｕｔを持つ第１項ｔｅｒｍ１と、変数ｍ、Ｃ／Ｎを持つ第２項ｔｅｒｍ２との積として表すことができる。

さらに、上記（６）式の両辺の対数をとると、（７）式に示すように、相対消費電力ｌｏｇ（ε’_ｄａｔａ）は、ｌｏｇ（ｔｅｒｍ１）とｌｏｇ（ｔｅｒｍ２）との和算によって計算できることになる。当然、相対消費電力ｌｏｇ（ε’_ｄａｔａ）が最小になるとき、消費電力ε‘_ｄａｔａも最小になる。

本実施の形態における移動端末２は、変換テーブル１８に送信電力レベルＰｏｕｔの入力に対し、ｌｏｇ（ｔｅｒｍ１）を出力する変換テーブルｔａｂｌｅ１ｍと、Ｃ／Ｎを入力の入力に対し、ｌｏｇ（ｔｅｒｍ２）を出力する変換テーブルｔａｂｌｅ２ｍとを、それぞれ各変調モード分（ｍ個分）格納する。これにより、消費電力を最小とする最適な送信電力と変調モードを導出するためには、変換テーブル１８の検索機能と、（７）式の第１項と第２項の和算機能さえあれば十分であり、もはや複雑な数値計算は不要となる。つまり、ｌｏｇ（ｔｅｒｍ１）やｌｏｇ（ｔｅｒｍ２）等の消費電力算出パラメータを用いて消費電力の評価関数を簡略化することにより、最適な変調モード、送信電力の組み合わせについての計算量を少なく、効率的に導出することができる。

図６は、各変調モードについて送信出力レベルＰｏｕｔに対するｌｏｇ（ｔｅｒｍ１）の値をプロットしたグラフである。このグラフは、変換テーブルｔａｂｌｅ１に相当し、各変調モードとも単調増加関数となっている。

また、図７は、各変調モードについてＣ／Ｎに対するｌｏｇ（ｔｅｒｍ２）の値をプロットしたグラフである。このグラフは、変換テーブルｔａｂｌｅ１に相当し、各変調モードとも単調減少関数となっている。

また、送信出力レベルＰｏｕｔとＣ／Ｎは、次式に示す関係を有している。

ここで、ｐａｔｈｌｏｓｓはアクセスポイント１と移動端末２との間の伝送チャネルでの信号減衰量、ｎｏｉｓｅｌｅｖｅｌは受信機内で生じる受信信号の減衰量（固定値）を示す。

つまり、図８に示すように、図７に示すグラフ（ｔａｂｌｅ２）の横軸Ｃ／Ｎは、送信出力レベルＰｏｕｔに変換することができるため、変調モードｍにおける相対消費電力量Ｐｗｍは、変換テーブルｔａｂｌｅ１ｍ及び変換テーブルｔａｂｌｅ２ｍに基づいて和算により求めることができる。

次に、図９に示すフローチャートを参照して、上述した送信出力レベルＰｏｕｔと変調モードｍの２つパラメータを最適化するプロセスについて説明する。

ステップＳ１１において、ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７は、（８）式に基づいてｐａｔｈｌｏｓｓ値の推定を行う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈ標準では、チャネル測定リクエスト機能が規定されており、送信側は受信側に対して受信レベルに関するレポートを提出することを求めることができる。これにより、移動端末２は、このレポートを元に送受信間の伝送路に生じるｐａｔｈｌｏｓｓを推定することができる。また、アクセスポイント１と移動端末２間に独自の情報交換プロトコルを定めて、推定ｐａｔｈｌｏｓｓを求めてもよい。また、後述するフィードバックレポートを用いない推定方法を用いてもよい。

ステップＳ１２において、最適消費電力計算処理部１９は、各変調モードの最小の相対消費電力（ｌｏｇ（ε’_ｄａｔａ））を求めるために、ステップＳ１１にて推定したｐａｔｈｌｏｓｓ値と、変換テーブル１８に格納された変換テーブルｔａｂｌｅ１ｍ及び変換テーブルｔａｂｌｅ２ｍとを用いて、相対消費電力量Ｐｗを計算する。

ここで、Ｐｏｕｔ（ｉ）は、ある単位ステップｉの送信電力レベルを示し、Ｐｏｕｔ＿ｍｉｎからＰｏｕｔ＿ｍａｘまでの範囲をとる。また、ＣＮ（ｉ）は、Ｐｏｕｔ＿ｍｉｎからＰｏｕｔ＿ｍａｘまでの範囲に対応したＣ／Ｎをとる。つまり、最適消費電力計算処理部１９は、ステップＳ１１にて推定したｐａｔｈｌｏｓｓ値を用いてＣＮ（ｉ）をＰｏｕｔ（ｉ）に変換することにより、全てのステップｉについて相対消費電力量を取得することができる。

また、Ｐｏｕｔ＿ｍｉｎからＰｏｕｔ＿ｍａｘの範囲において、最小となる相対消費電力量は、（１０）式で表すことができる。この最小相対消費電力量は、全ての変調モードｍについて計算される。

また、上述のＰｗ関数は、図８に示すように、ｔａｂｌｅ１ｍの単調増加関数とｔａｂｌｅ２ｍの単調減少関数の和算であり、最小となる最適解はたった１つしか存在しない。さらに、単位ステップｉを増加させる過程でＰｗが減少から増加に転じる点が最適解となるため、全ての単位ステップｉについて計算する必要がなく、計算効率の良い計算方法を選択できる。例えば、二分法を用いれば、Ｐｏｕｔ（ｉ）の全ての単位ステップｉについて計算する必要がなくなり計算量を削減できる。

ステップＳ１３において、最適消費電力計算処理部１９は、ステップＳ１２にて計算された全ての変調モードの最小相対電力量を比較し、最も小さい変調モードｍを求め、同時に最適な送信電力レベルＰｏｕｔ（ｍ，ｉ）を求める。

そして、変調モード・送信電力制御部２０は、ステップＳ１３にて求められた変調モードｍと送信電力レベルＰｏｕｔ（ｍ，ｉ）に従って、ベースバンド処理部１４における変調モードを設定するとともに、ＰＡ部１６における送信電力を設定する。

このように移動端末２は、送信電力及び送信モードを最適に選択することにより、送信処理による消費電力量を最小限に抑えることができる。その結果、無線ＬＡＮを搭載したバッテリー駆動型の通信端末の連続動作時間を長くすることができる。

また、最適化パラメータを導出する際には、変換テーブルと簡単な加減算機能と大小比較機能とを必要とするだけであり、最適化処理への多大な演算処理部パワーを必要としないため実装が容易になる。また、計算量が少ないため、伝送チャネルが急激に変化した場合についても、高速に最適化パラメータを新環境へ追随させることができる。

また、上記（８）式において、Ｃ／ＮとＰｏｕｔの関係付けについて説明したが、実際の伝播減衰量は常に変化しており、また測定誤差も含まれているため、Ｃ／Ｎ値に幾らかのマージンを設けることができる。その場合、（８）式は次式で定義される。

ところで、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈで通信する場合、ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７は、ＴＰＣ（送信電力制御）の一連のプロセスの中に、チャネル測定コマンドが定義されているため、受信端末が受信レベルを送信側にフィードバックすることによってｐａｔｈｌｏｓｓを推定することができる。ところが、この報告機能を端末側で実装するかどうかはオプションになっており、無線ＬＡＮネットワーク中には、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ等、複数の規格が混在して構成されている。したがって、このようなフィードバック手段を持たないネットワークでは、次のような方法でｐａｔｈｌｏｓｓを推定する。

この場合、ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部１７は、受信機（ここでは、アクセスポイント１）からの送信パケットの受信レベルより移動端末２から送信される送信パケットの受信レベルを推定し、推定ｐａｔｈｌｏｓｓの概算を求める概算手段と、送信機（移動端末２）が送信パケットへのＡｃｋ受信の有無を用いてパケット誤り率（ＰＥＲ）を取得し、推定ｐａｔｈｌｏｓｓの微調整をする微調整手段とを備えて構成される。

図１０は、フィードバック手段を持たないネットワークにおけるｐａｔｈｌｏｓｓ推定方法の一例を示すフローチャートである。ここで、送受信端末間の伝送路に生じる送信信号の減衰量がほぼ等しく、また、送受信端末双方で同等レベルの送信電力を発信していると仮定する。この場合、移動端末２での受信信号レベルは、アクセスポイント１側での受信信号レベルに近似することができる。したがって、移動端末２側で受信信号レベルを測定し、その結果得られたＣ／Ｎを測定Ｃ／Ｎとする。

すなわち、ステップＳ２１において、概算手段は、測定Ｃ／Ｎに固定値Ｏｆｆｓｅｔを加算したものをアクセスポイント１側の推定Ｃ／Ｎとする。

ステップＳ２２において、概算手段は、図１１に示すようなＰＥＲ ｖｓ. Ｃ／Ｎ変換テーブルを用いて、ステップＳ２１にて得られた推定Ｃ／Ｎと現在の変調モードより、アクセスポイント１側で受信した場合に生じるであろうＰＥＲを特定する。ここでは、このＰＥＲを推定ＰＥＲと呼ぶ。

ステップＳ２３において、微調整手段は、受信機（移動端末２）側のＰＥＲを取得する。具体的には、データパケットを送信した際、アクセスポイント１からＡｃｋが返答されれば送信成功、Ａｃｋが返答されなければ送信失敗とすることにより、次式により導出することができる。このように導出されたＰＥＲを測定ＰＥＲと呼ぶ。

そして、測定ＰＥＲと推定ＰＥＲとを比較して、その差がある一定範囲ＰＥＲｅｒｒよりも小さい場合、ステップＳ２１で推定した推定Ｃ／Ｎと測定Ｃ／Ｎ＋ｏｆｆｓｅｔとの差が十分に小さいと判断される。また、差がある一定範囲ＰＥＲｅｒｒ以上の場合には、推定Ｃ／Ｎと測定Ｃ／Ｎ＋ｏｆｆｓｅｔとの差が大きいと判断される。

ステップＳ２３において、推定Ｃ／Ｎと測定Ｃ／Ｎ＋ｏｆｆｓｅｔとの差が十分に小さい場合、概算手段は、上記（８）式より、推定ｐａｔｈｌｏｓｓを取得する（ステップＳ２４）。すなわち、上記（８）式のＣＮＲを推定Ｃ／Ｎに置換することにより推定ｐａｔｈｌｏｓｓを取得する。

また、ステップＳ２３において、推定Ｃ／Ｎと測定Ｃ／Ｎ＋ｏｆｆｓｅｔとの差が大きい場合、ステップＳ２５に進み、推定ＰＥＲと測定ＰＥＲを比較する。そして、推定ＰＥＲが測定ＰＥＲよりも大きい場合、ステップＳ２６へ遷移し、推定ＰＥＲが測定ＰＥＲ以下の場合、ステップ２７へ遷移する。

ステップ２６において、微調整手段は、推定Ｃ／Ｎと測定Ｃ／Ｎとの誤差を示すｏｆｆｓｅｔ値をΔｏｆｆｓｅｔ分加算処理する。同様に、ステップＳ２７では、ｏｆｆｓｅｔをΔｏｆｆｓｅｔ分減算処理する。そして、ステップＳ２６又はステップＳ２７の処理後、ステップＳ２１に戻り、再度、ｐａｔｈｌｏｓｓ推定処理が行われる。

このように推定Ｃ／Ｎに応じた推定ＰＥＲとＡｃｋの受信により得られた測定ＰＥＲとの差がある閾値よりも大きい場合、推定ＰＥＲと測定ＰＥＲとの比較結果に応じて推定Ｃ／Ｎを増減し、推定Ｃ／Ｎを補正することにより、より正確なｐａｔｈｌｏｓｓを推定することができる。

したがって、たとえ対象とする無線ＬＡＮネットワークが、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈで規格化されている伝送チャネル特性の測定結果についてのフィードバック機能を有していなくても、上述のように、受信レベルの測定とパケット誤り率とを用いることによって、正確なチャネル推定を行うことができ、また、得られた推定結果を用いて、消費電力量を最小限に抑えるのに最適な送信電力及び変調方式を選択することができる。

無線ＬＡＮのＰＣＦモード時における、データの伝送方法を説明するための図である。 消費電力を削減するために制御されるパラメータ例の概念図を示す。 本発明を適用した移動端末２の構成例を示すブロック図である。 送信電力レベルＰｏｕｔに対するた効率ηの値をプロットしたグラフである。 パケット伝送時のエラー発生パターンを模式的に示す図である。 各変調モードについて送信出力レベルＰｏｕｔに対するｌｏｇ（ｔｅｒｍ１）の値をプロットしたグラフである。 各変調モードについてＣ／Ｎに対するｌｏｇ（ｔｅｒｍ２）の値をプロットしたグラフである。 、変調モードｍにおける相対消費電力量Ｐｗｍの算出方法を模式的に示す図である。 送信出力レベルＰｏｕｔと変調モードｍの２つパラメータを最適化するプロセスを示すフローチャートである。 ｐａｔｈｌｏｓｓ推定方法の一例を示すフローチャートである。 各変調モードについてＣ／Ｎに対するＰＥＲの値をプロットしたグラフである。

符号の説明

１ アクセスポイント、２ 移動端末、１１ アンテナ、１２ ＲＦ増幅部、１３ Ｕｐ／Ｄｏｗｎコンバータ、 １４ ベースバンド処理部、１５ ＭＡＣ処理部、１６ ＰＡ部、１７ ｐａｔｈｌｏｓｓ推定部、１８ 変換テーブル、１９ 最適消費電力計算処理部、２０ 変調モード・送信電力制御部

Claims (10)

1. 無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信装置において、
   上記無線伝送路の信号減衰量を推定する推定手段と、
   上記送信信号のレベルと第１の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第１の換算テーブルと、
   上記送信信号のＣ／Ｎと第２の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第２の換算テーブルと、
   上記推定手段で推定された信号減衰量と、上記第１の換算テーブルと、上記第２の換算テーブルとに基づいて消費電力が最小となる上記送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出手段と、
   上記算出手段で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 上記推定手段は、上記受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定し、当該推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定Ｃ／Ｎを補正し、上記信号減衰量を推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. 上記推定手段は、上記推定Ｃ／Ｎを補正する際、上記推定パケット誤り率と上記測定パケット誤り率との比較結果に応じて上記推定Ｃ／Ｎを増減させることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 上記算出手段は、上記推定手段で推定された信号減衰量に基づいて上記送信信号のＣ／Ｎを上記送信信号のレベルに変換し、上記第１の消費電力算出パラメータと上記第２の消費電力算出パラメータとの和が最小となるように上記送信信号の変調方式及びレベルを算出することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
5. 上記算出手段は、上記送信信号の伝送エラー確率に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを算出することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
6. 無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信方法において、
   上記無線伝送路の信号減衰量を推定する推定工程と、
   上記推定工程で推定された信号減衰量と、上記送信信号のレベルと第１の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第１の換算テーブルと、上記送信信号のＣ／Ｎと第２の消費電力算出パラメータとを上記送信信号の変調方式毎に換算する第２の換算テーブルとに基づいて消費電力が最小となる上記送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出工程と、
   上記算出工程で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御工程と
   を有することを特徴とする無線通信方法。
7. 無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信装置において、
   上記受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定し、当該推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定Ｃ／Ｎを補正し、上記信号減衰量を推定する推定手段と、
   上記推定手段で推定された信号減衰量に基づいて通信消費電力が最小となる送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出手段と、
   上記算出手段で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
8. 無線伝送路を介して送信信号を送信するとともに受信信号を受信する無線通信方法において、
   上記受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定し、当該推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定Ｃ／Ｎを補正し、上記信号減衰量を推定する推定工程と、
   上記推定工程で推定された信号減衰量に基づいて通信消費電力が最小となる送信信号の変調方式及びレベルを算出する算出工程と、
   上記算出工程で算出された算出結果に基づいて上記送信信号の変調方式及びレベルを制御する制御工程と
   を有することを特徴とする無線通信方法。
9. 無線伝送路の信号減衰量を推定する信号減衰量推定装置において、
   上記無線伝送路を介して受信した受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記無線伝送路を介して送信する送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定するＣ／Ｎ推定手段と、
   上記推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定パケット誤り率と上記測定パケット誤り率との比較結果に応じて上記推定Ｃ／Ｎを増減し、上記推定Ｃ／Ｎを補正する補正手段と、
   上記推定Ｃ／Ｎに基づいて上記信号減衰量を推定する信号減衰量推定手段と
   を備えることを特徴とする信号減衰量推定装置。
10. 無線伝送路の信号減衰量を推定する信号減衰量推定方法において、
    上記無線伝送路を介して受信した受信信号を測定して得られた測定Ｃ／Ｎに応じて上記無線伝送路を介して送信する送信信号の推定Ｃ／Ｎを推定するＣ／Ｎ推定工程と、
    上記推定Ｃ／Ｎに応じた推定パケット誤り率と上記受信信号を測定して得られた測定パケット誤り率との差がある閾値よりも大きい場合、上記推定パケット誤り率と上記測定パケット誤り率との比較結果に応じて上記推定Ｃ／Ｎを増減し、上記推定Ｃ／Ｎを補正する補正工程と、
    上記推定Ｃ／Ｎに基づいて上記信号減衰量を推定する信号減衰量推定工程と
    を有することを特徴とする信号減衰量推定方法。

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