JP2008289046A - Ofdma受信装置およびofdma受信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】送信電力制御によらず、OFDMAによる受信信号の受信レベルを好適に制御すること。
【解決手段】OFDMA方式に基づき移動局と通信する基地局12において、受信信号に対する利得を決定する受信利得決定部42と、受信利得決定部42により決定された利得に応じて、受信信号の受信レベルを制御するAGCアンプ24と、AGCアンプ24により制御された受信レベルを示すRSSIをサブチャネルごとに検出するRSSI検出部32と、受信信号の復調に要する受信レベルの範囲を示す復調可能レンジをサブチャネルごとに取得するとともに、RSSI検出部32により検出された各RSSIが復調可能レンジ内にあるか否かを判定するRSSI判定部40と、を含む。受信利得決定部42は、RSSI検出部32により検出されたRSSIのうち最大のRSSIと、その最大のRSSIが検出されたサブチャネルの復調可能レンジとに基づいて、利得を決定する。
【選択図】図2
【解決手段】OFDMA方式に基づき移動局と通信する基地局12において、受信信号に対する利得を決定する受信利得決定部42と、受信利得決定部42により決定された利得に応じて、受信信号の受信レベルを制御するAGCアンプ24と、AGCアンプ24により制御された受信レベルを示すRSSIをサブチャネルごとに検出するRSSI検出部32と、受信信号の復調に要する受信レベルの範囲を示す復調可能レンジをサブチャネルごとに取得するとともに、RSSI検出部32により検出された各RSSIが復調可能レンジ内にあるか否かを判定するRSSI判定部40と、を含む。受信利得決定部42は、RSSI検出部32により検出されたRSSIのうち最大のRSSIと、その最大のRSSIが検出されたサブチャネルの復調可能レンジとに基づいて、利得を決定する。
【選択図】図2
Description
本発明は、OFDMA受信装置およびOFDMA受信方法に関し、特に、OFDMAによる受信信号の受信レベルを制御する技術に関する。
無線受信装置では、受信レベルがその受信回路構成で決まるダイナミックレンジ(以下「受信ダイナミックレンジ」という。)内にある受信信号だけが正しく復調される。このため、無線受信装置の中には、受信レベルが受信ダイナミックレンジ内に維持されるよう、チャネルごとに受信レベルを制御しているものがある。
この点、所定の周波数帯域内で複数のサブチャネルを用いて通信を行うOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)では、1サブチャネルを構成するサブキャリア(副搬送波)の数や周波数が可変であるため、サブチャネルごとにアナログフィルタを適用することが難しい。このため、AGC(Automatic Gain Control:自動利得制御)では、サブチャネルごとに受信レベルを制御することができず、受信帯域全域で一律に変更することになり、それまで通信可能であったサブチャネルがAGCによって通信不可能となってしまう場合がある。
たとえば、図7は、3台の移動局(PS#A〜C)それぞれから送信される無線信号の基地局における受信レベルを示す図である。同図(A)に示すように、移動局PS#Cの受信レベルは基地局の受信ダイナミックレンジを超えており、逆に、移動局PS#Aの受信レベルは受信ダイナミックレンジ内にある。ここで、移動局PS#Cの受信レベルが受信ダイナミックレンジ内に収まるよう受信信号に対してAGCを適用すると、同図(B)に示すように、受信帯域全域の受信レベルが一律に低下し、それまで受信ダイナミックレンジ内にあった移動局PS#Aの受信レベルが受信ダイナミックレンジを下回ってしまう場合がある。
こうした問題を回避するため、従来、サブチャネルまたはサブキャリアごとに送信信号の送信レベルを制御する送信電力制御により、各サブチャネルの受信レベルを制御していた(たとえば、特許文献1参照)。
特開2000−332723号公報
しかしながら、上記従来の送信電力制御では、送信信号の送信レベルを上げることが規制されている上、逆に送信レベルを下げると送信の際に十分なCNR(Carrier to Noise Ratio:搬送波対雑音電力比)を確保することができないという問題があった。
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、送信電力制御によらず、OFDMAによる受信信号の受信レベルを好適に制御することができるOFDMA受信装置およびOFDMA受信方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るOFDMA受信装置は、直交周波数分割多元接続方式に基づく複数のサブチャネルを用いて、複数の通信装置それぞれから送信される信号を受信するOFDMA受信装置であって、前記受信された信号に対する利得を決定する受信利得決定手段と、前記受信利得決定手段により決定された利得に応じて、前記受信された信号の受信レベルを制御する受信レベル制御手段と、前記受信レベル制御手段により制御された受信レベルを前記サブチャネルごとに検出する受信レベル検出手段と、前記受信された信号の復調に要する受信レベルの範囲である復調可能レンジを前記サブチャネルごとに取得するとともに、前記受信レベル検出手段により検出された各受信レベルが前記復調可能レンジ内にあるか否かを判定する受信レベル判定手段と、を含み、前記受信利得決定手段は、前記受信レベル検出手段により検出された受信レベルのうち最大の受信レベルと、該最大の受信レベルが検出されたサブチャネルの復調可能レンジとに基づいて、前記利得を決定することを特徴とする。
本発明によれば、OFDMAによるサブチャネルごとに復調可能レンジが取得される。また、サブチャネルごとに検出された受信レベルのうち最大の受信レベルを持つサブチャネルを基準として、その受信レベルが復調可能レンジ内(望ましくは復調可能レンジの上限値付近)となるよう受信信号に対する利得が制御される。このため、受信レベルの高い(CNRの高い)サブチャネルにおける通信が優先的に維持されるようになる。また、利得制御後の受信レベルと復調可能レンジとに基づいて、受信信号の復調可否がサブチャネルごとに判定されるようになる。こうして本発明では、送信電力制御によらず、OFDMAによる受信信号の受信レベルを好適に制御することができる。なお、利得制御により受信レベルが復調可能レンジの下限値未満となるサブチャネルでは、そのまま通信を継続することができないため、ハンドオーバその他のチャネル切替処理が行われる。
また、本発明の一態様では、前記受信利得決定手段は、前記最大の受信レベルが、該最大の受信レベルが検出されたサブチャネルの復調可能レンジの上限値と等しくなるよう、前記利得を決定する。この態様によれば、最大の受信レベルを持つサブチャネルを基準として、各サブチャネルの受信レベルがそれぞれの復調可能レンジ内で増幅されるため、スループットの高い通信を実現することができる。
また、本発明の一態様では、前記受信レベル判定手段は、前記OFDMA受信装置の受信ダイナミックレンジと前記各サブチャネルの変調方式とに基づいて、該各サブチャネルの復調可能レンジを取得する。この態様によれば、受信回路構成で決まる受信ダイナミックレンジと、各サブチャネルの変調方式に係る所要受信品質(たとえば所要CNR)とに基づいて、復調可能レンジが決定される。このため、所要受信品質の低い(シンボルレートの低い)変調方式を適用するサブチャネルでは、復調可能レンジの下限値が下がり、受信レベルの低い(CNRの低い)信号による通信が従来よりも維持されやすくなる。
この態様では、前記受信レベル検出手段により検出された受信レベルが復調可能レンジの下限値未満であるサブチャネルの変調方式を、該受信レベルが復調可能レンジ内となるよう、より所要受信品質の低い(シンボルレートの低い)変調方式に変更する変調方式変更手段をさらに含んでもよい。こうすれば、受信レベルの低いサブチャネルにおいても通信が維持されやすくなり、たとえばハンドオーバの起動頻度が低減されるようになる。
また、本発明の一態様では、前記受信ダイナミックレンジは、前記OFDMA受信装置が有するA/Dコンバータのダイナミックレンジである。
また、本発明に係るOFDMA受信方法は、直交周波数分割多元接続方式に基づく複数のサブチャネルを用いて、複数の通信装置それぞれから送信される信号を受信するOFDMA受信方法であって、前記各サブチャネルで受信された信号の受信レベルを検出する受信レベル検出ステップと、前記受信された信号の復調に要する受信レベルの範囲である復調可能レンジを前記サブチャネルごとに取得する復調可能レンジ取得ステップと、前記受信レベル検出ステップで検出された受信レベルのうち最大の受信レベルと、該最大の受信レベルが検出されたサブチャネルの復調可能レンジとに基づいて、前記受信された信号に対する利得を制御する受信利得制御ステップと、前記受信レベル検出ステップで検出された各受信レベルが前記復調可能レンジ内にあるか否かを判定する受信レベル判定ステップと、を含むことを特徴とする。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る移動通信システム10の全体構成図である。同図に示すように、移動通信システム10は、基地局12と複数の移動局14(ここでは3つとする。)を含んで構成されている。移動局14は、たとえば可搬型の携帯電話機、携帯情報端末、またはデータ通信用カードである。
基地局12は、TDD(Time Division Duplex:時分割複信)方式により移動局14それぞれと無線信号の送受信を行い、またOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)方式およびTDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続)方式により多重通信を行う。
以下では、無線信号の受信に関し、基地局12が備える構成および機能についてより詳細に説明する。
図2は、基地局12の受信機能に係るブロック図である。同図に示すように、基地局12は、アンテナ20、受信部22、AGCアンプ24、ADC(A/Dコンバータ)26、DAC(D/Aコンバータ)28、復調部30、制御部34を含んで構成されている。
アンテナ20は、移動局14から送信される無線信号を受信し、受信した無線信号を受信部22に出力する。受信部22は、アンテナ20で受信される無線信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、さらにシンボル同期、ガードインターバル(Guard Interval)の除去などを行ったベースバンド信号をAGCアンプ24に出力する。
AGCアンプ24は、DAC28から入力される利得制御電圧に応じて、受信部22から入力されるベースバンド信号の受信レベルを制御(増幅または減衰)する可変利得アンプである。DAC28から入力される利得制御電圧は、後述する受信利得決定部42により決定される利得に応じた電圧である。
ADC26は、AGCアンプ24により利得制御されたベースバンド信号をディジタル信号に変換し、変換されたディジタル信号を復調部30に出力する。ただし、正常にディジタル変換されるベースバンド信号は、受信レベルがADC26のダイナミックレンジ(ノイズフロアから許容入力レベルまでの範囲)内にある信号に限られる。このダイナミックレンジは、ADC26の有効ビット数(ENOB:Effective Number Of Bits)により決まるSNR(Signal to Noise Ratio:信号対雑音電力比)であり、たとえば有効ビット数が12bitのADCでは72dBとなる。
復調部30は、ADC26から入力されるディジタル信号を、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)により各サブキャリアの位相と振幅を表す複素シンボルのサブキャリア成分に変換する。そして、各サブキャリアの変調方式に応じて、これら複素シンボルを対応するバイナリデータに変換し、変換されたバイナリデータを制御部34に出力する。
また、復調部30は、AGCアンプ24による利得制御後の受信レベルをサブチャネルごとに検出するRSSI検出部32を含んでいる。RSSI検出部32は、上記FFTにより得られた複素シンボルのサブキャリア成分をサブチャネルごとに分類し、分類された複素シンボルから各サブチャネルの受信レベルを示すRSSI(Receive Signal Strength Indication:受信信号強度)を検出する。
制御部34は、CPUやメモリなどから構成されるものであり、基地局12の各部を制御する。また、RSSI閾値テーブル36、変調方式管理部38、RSSI判定部40、受信利得決定部42、チャネル制御部44を含み、AGCアンプ24の制御、変調方式の変更などを行う。これらの機能は、メモリに記憶される各種制御プログラムをCPUが実行することにより実現される。
RSSI閾値テーブル36は、変調方式ごとに、所要CNRおよびその変調方式により変調された信号の復調に要するRSSIの下限値(RSSI閾値)を記憶している。図3は、RSSI閾値テーブル36の一例を示す図である。同図における所要CNRは、変調方式および所望BER(Bit Error Rate:ビット誤り率)に応じて決定される。また、RSSI閾値は、ADC26のダイナミックレンジと変調方式に応じた所要CNRとに基づいて決定される。以下、RSSI閾値の決定方法について具体的に説明する。
図4は、変調方式別の所要CNRを示す図である。同図に示すように、所定のBERを維持するために必要とされるCNRは、シンボルレートの高い変調方式ほど高くなる。また、いずれの変調方式でも、BERを低く抑えようとすればするほど高いCNRが必要となる。たとえば、64QAMにおいてBER=0.001%とするために要するCNRは25.6dBである。これは、64QAMで変調された信号のBERを0.001%以下とするためには、ノイズフロアから25.6dB以上のRSSIが必要であることを意味している。一方、π/4シフトQPSKにおいてBER=0.001%とするために要するCNRは12.9dBである。
また、上記のとおり、受信信号を正しく復調するためには、RSSIが少なくともADC26のダイナミックレンジ内になければならない。図2に示すブロック図において、アンテナ20から復調部30までの受信ゲインが40dBであって、ADC26のダイナミックレンジが72dB(有効ビット数12bit)であるとすれば、ADC26により信号が正しくディジタル変換されるRSSIの範囲(ADC使用可能レンジ)は、アンテナ20入力換算値で(アンテナ20での入力レベルを0dBmとして)−112〜−40dBmとなる。
以上より、受信信号の復調に要するRSSIの範囲を示す復調可能レンジは、復調可能レンジは、ノイズフロアより所要CNRだけ高いレベルから、ADC26の許容入力レベルまでとなる。すなわち、RSSI閾値テーブル36に記憶される各RSSI閾値は、ノイズフロアレベルに各変調方式に応じた所要CNRを加えた値である。
図5は、アンテナ20から復調部30までの受信ゲインが40dB、ADC26のダイナミックレンジが72dBであって、所望BERを0.001%とした場合における、64QAM(A)およびπ/4シフトQPSK(B)に係る復調可能レンジを示す図である。同図(A)に示すように、64QAMに係る復調可能レンジは、ADC26のダイナミックレンジ72dBから所要CNR25.6dBを引いた46.4dB(アンテナ20入力換算値で−86.4〜−40dBm)であり、RSSI閾値は−86.4dBmとなる。また、同図(B)に示すように、π/4シフトQPSKに係る復調可能レンジは、59.1dB(−99.1〜−40dBm)、RSSI閾値は−99.1dBmとなる。図3に示す他の変調方式についても、同様の方法でRSSI閾値が決定される。
変調方式管理部38は、各サブチャネルに適用されている変調方式を管理するものであり、RSSI判定部40からの要求に応じて、それら各サブチャネルの変調方式をRSSI判定部40に通知する。本移動通信システム10では、π/4シフトQPSK、16QAM、64QAM、256QAMなどの変調方式が用いられる。
RSSI判定部40は、RSSI検出部32により検出された各サブチャネルのRSSIから最大のRSSIを選出し、最大RSSIを受信利得決定部42に通知する。
また、RSSI判定部40は、各サブチャネルの変調方式を変調方式管理部38から取得するとともに、それら各変調方式に応じたRSSI閾値をRSSI閾値テーブル36から取得する。そして、サブチャネルごとに、RSSI検出部32により検出されたRSSIが復調可能レンジ内(RSSI閾値以上、ADC26の許容入力レベル以下)にあるか否かを判定する。ここで、RSSIがRSSI閾値を下回るサブチャネルについては、そのRSSIが復調可能レンジ内となるような、より所要CNRの低い(シンボルレートの低い)好適な変調方式が存在するか否かをRSSI閾値テーブル36に基づいてさらに判定する。ここで、好適な変調方式が存在すれば当該変調方式およびそのサブチャネルを、存在しなければそのサブチャネルだけを、判定結果としてチャネル制御部44に通知する。
受信利得決定部42は、RSSI判定部40から通知される最大RSSIとADC26の許容入力レベル(復調可能レンジの上限値)とに基づいて、受信部22から入力されるベースバンド信号のRSSIを調整するための利得を決定する。このとき、最大RSSIがADC26の許容入力レベルと等しくなるよう、利得を決定することが望ましい。こうすれば、最大RSSIを持つサブチャネルを基準として、各サブチャネルのRSSIがそれぞれの復調可能レンジ内で増幅されるため、よりスループットの高い通信を実現できるようになる。こうして決定された利得は、DAC28で利得制御電圧に変換された後、AGCアンプ24に入力される。
チャネル制御部44は、RSSI判定部40から通知される判定結果に基づき、通知されたサブチャネルの変調方式を変更する、もしくはそのサブチャネルが割り当てられた移動局14にハンドオーバを指示する。すなわち、RSSI判定部40から変調方式およびサブチャネルが通知された場合(よりシンボルレートの低い好適な変調方式が存在する場合)には、該サブチャネルの変調方式を通知された変調方式に変更し、サブチャネルだけが通知された場合には、そのサブチャネルが割り当てられた移動局14に対してハンドオーバを指示する。これにより、RSSIの低いサブチャネルにおいても通信が維持されやすくなり、ハンドオーバの起動頻度が低減されるようになる。
次に、基地局12の受信処理を図6に基づいて説明する。図6は、基地局12の受信処理の一部を示すフロー図である。
同図に示すように、無線信号が受信されると、RSSI検出部32は、FFTにより得られた複素シンボルのサブキャリア成分をサブチャネルごとに分類し、各サブチャネルのRSSIを検出する(S100)。次に、受信利得決定部42は、S100で検出されたRSSIのうち最大のRSSIがADC26の許容入力レベルと等しくなるよう利得を決定する(S102)。こうして、決定された利得に応じて、AGCアンプ24は、受信部22から入力されるベースバンド信号の受信レベルを制御する。
AGCアンプ24により利得制御されたベースバンド信号のRSSIがRSSI検出部32により検出されると(S104)、RSSI判定部40は、各サブチャネルの変調方式を変調方式管理部38から取得するとともに(S106)、それら各サブチャネルの変調方式に応じたRSSI閾値をRSSI閾値テーブル36から取得する(S108)。そして、RSSI判定部40は、サブチャネルごとに、S104で検出されたRSSIが復調可能レンジ内(S108で取得したRSSI閾値以上、ADC26の許容入力レベル以下)にあるか否かを判定する(S110)。ここで、RSSIが復調可能レンジ内にあるサブチャネルについては、そのまま本処理を終了する。
一方、S110においてRSSIが復調可能レンジ内にない(RSSI閾値を下回っている)と判定されたサブチャネルについては、そのRSSIが復調可能レンジ内となるような、より所要CNRの低い(シンボルレートの低い)好適な変調方式が存在するか否かをRSSI閾値テーブル36に基づいて判定する(S112)。ここで、好適な変調方式が存在すれば、チャネル制御部44は、そのサブチャネルの変調方式を当該好適な変調方式に変更する(S114)。一方、好適な変調方式が存在しなければ、チャネル制御部44は、そのサブチャネルが割り当てられた移動局14に対してハンドオーバを指示する。
以上説明した移動通信システム10によれば、基地局12において、受信された信号の受信レベルをAGCアンプ24により制御するとともに、ADC26のダイナミックレンジと各サブチャネルの変調方式とに基づいて取得される復調可能レンジに応じて、サブチャネルごとに信号の復調可否を判定する。こうして、移動局14の送信電力制御によることなく、OFDMAによる受信信号の受信レベルを好適に制御することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
たとえば、上記実施形態では、OFDMA方式およびTDMA/TDD方式を採用した移動通信システムに本発明を適用したが、本発明はOFDMA方式を採用する通信システム全般に適用可能である。
また、上記実施形態では、ADC26のダイナミックレンジおよび変調方式に応じた所要CNRのみに基づいて復調可能レンジを決定したが、受信回路を構成する他の要素にさらに基づいて復調可能レンジを決定してもよい。なお、上記実施形態では、復調可能レンジの上限値が全サブチャネルで同じ(ADC26の許容入力レベル)であったが、復調可能レンジの上限値がサブチャネルによって異なるOFDMA受信装置にも、本発明は適用可能である。
また、1サブチャネルを構成するサブキャリアの数がサブチャネルによって異なる通信システムでは、RSSI判定部40が、RSSI検出部32により検出される各サブキャリアのRSSIを該各サブキャリアを構成するサブキャリアの数で割った平均RSSIに基づいて、最大RSSIの選出やRSSIの閾値判定を行うようにしてもよい。
10 移動通信システム、12 基地局、14 移動局、20 アンテナ、22 受信部、24 AGCアンプ、26 ADC(A/Dコンバータ)、28 DAC(D/Aコンバータ)、30 復調部、32 RSSI検出部、34 制御部、36 RSSI閾値テーブル、38 変調方式管理部、40 RSSI判定部、42 受信利得決定部、44 チャネル制御部。
Claims (6)
- 直交周波数分割多元接続方式に基づく複数のサブチャネルを用いて、複数の通信装置それぞれから送信される信号を受信するOFDMA受信装置であって、
前記受信された信号に対する利得を決定する受信利得決定手段と、
前記受信利得決定手段により決定された利得に応じて、前記受信された信号の受信レベルを制御する受信レベル制御手段と、
前記受信レベル制御手段により制御された受信レベルを前記サブチャネルごとに検出する受信レベル検出手段と、
前記受信された信号の復調に要する受信レベルの範囲である復調可能レンジを前記サブチャネルごとに取得するとともに、前記受信レベル検出手段により検出された各受信レベルが前記復調可能レンジ内にあるか否かを判定する受信レベル判定手段と、
を含み、
前記受信利得決定手段は、前記受信レベル検出手段により検出された受信レベルのうち最大の受信レベルと、該最大の受信レベルが検出されたサブチャネルの復調可能レンジとに基づいて、前記利得を決定する、
ことを特徴とするOFDMA受信装置。 - 請求項1に記載のOFDMA受信装置において、
前記受信利得決定手段は、前記最大の受信レベルが、該最大の受信レベルが検出されたサブチャネルの復調可能レンジの上限値と等しくなるよう、前記利得を決定する、
ことを特徴とするOFDMA受信装置。 - 請求項1または2に記載のOFDMA受信装置において、
前記受信レベル判定手段は、前記OFDMA受信装置の受信ダイナミックレンジと前記各サブチャネルの変調方式とに基づいて、該各サブチャネルの復調可能レンジを取得する、
ことを特徴とするOFDMA受信装置。 - 請求項3に記載のOFDMA受信装置において、
前記受信レベル検出手段により検出された受信レベルが復調可能レンジの下限値未満であるサブチャネルの変調方式を、該受信レベルが復調可能レンジ内となるよう、より所要受信品質の低い変調方式に変更する変調方式変更手段をさらに含む、
ことを特徴とするOFDMA受信装置。 - 請求項3または4に記載のOFDMA受信装置において、
前記受信ダイナミックレンジは、前記OFDMA受信装置が有するA/Dコンバータのダイナミックレンジである、
ことを特徴とするOFDMA受信装置。 - 直交周波数分割多元接続方式に基づく複数のサブチャネルを用いて、複数の通信装置それぞれから送信される信号を受信するOFDMA受信方法であって、
前記各サブチャネルで受信された信号の受信レベルを検出する受信レベル検出ステップと、
前記受信された信号の復調に要する受信レベルの範囲である復調可能レンジを前記サブチャネルごとに取得する復調可能レンジ取得ステップと、
前記受信レベル検出ステップで検出された受信レベルのうち最大の受信レベルと、該最大の受信レベルが検出されたサブチャネルの復調可能レンジとに基づいて、前記受信された信号に対する利得を制御する受信利得制御ステップと、
前記受信レベル検出ステップで検出された各受信レベルが前記復調可能レンジ内にあるか否かを判定する受信レベル判定ステップと、
を含むことを特徴とするOFDMA受信方法。
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