JP2009004882A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズの大きいデータを送信する場合であっても伝送効率の良い無線通信を行うことができる無線通信装置を提供する。
【解決手段】送信データを変調して無線送信する無線通信装置において、送信データのデータサイズをデータサイズ判定部２２により判定すると共に、伝送路の通信品質例えば等化誤差を等化器２１により検出する。変調方式決定部２３は、データサイズ判定部２２で判定されたデータサイズと等化器２１により検出された等化誤差に基いて送信データの変調方式を決定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、送信データを変調して無線送信する無線通信装置に係り、特に複数の変調方式の中から使用する変調方式を選択する無線通信装置に関する。

従来、例えばデジタル無線通信を行う無線通信装置では、高信頼性の通信を行うために、無線伝送路の通信品質に基づいて変調方式を切替える最適変調方式が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。上記変調方式としては、例えば、（ａ）ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、（ｂ）１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、（ｃ）６４ＱＡＭ、（ｄ）２５６ＱＡＭ等が用いられる。

そして、上記各変調方式について、それぞれ無線伝送路の通信品質を例えば等化誤差等により検出し、その等化誤差に基づいて所要の通信品質を保ちつつ最大の伝送速度となる変調方式を選択することにより伝送効率の向上を図っている。

ここで、従来における最適変調方式を採用してＴＤＤ（Time Division Duplex）方式により無線通信を行う無線通信装置では、例えば図７に示すように各変調方式１〜４における伝送路の等化誤差テーブルを予め変復調部の制御部に作成しておき、伝送路の等化誤差を検出して上記等化誤差テーブルを参照し、最適な変調方式を選択する。

この場合、変調方式１〜４としては多値数の異なる変調方式、例えば、変調方式１としてはＱＰＳＫ、変調方式２としては１６ＱＡＭ、変調方式３としては６４ＱＡＭ、変調方式４としては２５６ＱＡＭが用いられる。

上記多値数としては、例えばＱＰＳＫでは「４」であり、１６ＱＡＭでは「１６」であり、６４ＱＡＭでは「６４」であり、２５６ＱＡＭでは「２５６」である。

通常、変調方式の多値数が少ないほど低速であるが耐性が強く、変調方式の多値数が多いほど高速であるが耐性が弱い。このため通常、通信回線の品質が同一である場合には、変調方式の多値数が少ないほど誤り率が小さく、変調方式の多値数が多いほど誤り率が大きい。

上記図７に示す等化誤差テーブルでは、各変調方式毎に等化誤差の閾値がハッチングで示すように「０」〜「１０」の範囲内でそれぞれ異なる値、例えば変調方式１では「９」〜「１０」、変調方式２では「６」〜「８」、変調方式３では「４」〜「５」、変調方式４では「０」〜「３」に予め設定されている。

無線通信装置は、無線通信を行う際、受信データから各変調方式における等化誤差を取得し、上記等化誤差テーブルを参照して最適な変調方式を決定する。

以下、従来の無線通信装置における変調方式の決定動作について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。無線通信装置は、受信データから各変調方式における等化誤差を取得し（ステップＳ１）、図７に示した等化誤差テーブルを参照し、まず、変調方式４における等化誤差が閾値範囲内か、つまり「０」〜「３」内かどうかを判定し（ステップＳ２）、閾値範囲内であれば変調方式４に決定する（ステップＳ３）。

上記ステップＳ２で変調方式４の等化誤差が閾値範囲内ではないと判定された場合は、変調方式３における等化誤差が閾値範囲（「４」〜「５」）内かどうかを判定し（ステップＳ４）、閾値範囲内であれば変調方式３に決定する（ステップＳ５）。

上記ステップＳ４で変調方式３の等化誤差が閾値範囲内ではないと判定された場合は、変調方式２における等化誤差が閾値範囲（「６」〜「８」）内かどうかを判定し（ステップＳ６）、閾値範囲内であれば変調方式２に決定する（ステップＳ７）。

上記ステップＳ６で変調方式２の等化誤差が閾値範囲内ではないと判定された場合は、変調方式１に決定する（ステップＳ８）。

上記のように従来の無線通信装置は、各変調方式における等化誤差を取得し、予め設定した等化誤差テーブルを参照して等化誤差の閾値から変調方式を決定する。
特開２００４−１４０７２６号公報

上記従来の無線通信装置は、無線伝送路の通信品質に基づいて変調方式を決定し、所要の誤り率以下であることを満たしつつ伝送効率の良い無線通信を行うようにしている。

しかし、無線通信を行う場合、通信条件としては無線伝送路の通信品質の他、送信するデータの量、すなわちデータサイズも伝送効率に影響する。サイズの大きいデータを送信する場合に伝送速度の遅い変調方式を用いると、誤り率を小さくできるものの伝送時間が長くなる。

従来の無線通信装置は、変調方式を決定する際、無線伝送路の通信品質のみに基づいて変調方式を決定しており、データサイズについては全く考慮していないので、サイズの大きいデータを送信する場合に伝送効率が低下するという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、無線伝送路の通信品質及びデータサイズに基づいて変調方式を選択し、サイズの大きいデータを送信する場合であっても伝送効率の良い無線通信を行う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。

本発明に係る無線通信装置は、送信データを変調して無線送信する無線通信装置において、前記送信データのデータサイズを判定するデータサイズ判定部と、前記送信データの伝送路の通信品質を検出する通信品質検出部と、前記データサイズ判定部で判定したデータサイズと前記通信品質検出部で検出した通信品質に基いて前記送信データの変調方式を決定する変調方式決定部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、送信データのサイズ及び伝送路の通信品質を検出し、前記データサイズ及び通信品質に基づいて最適の変調方式を選択することにより、所要の誤り率以下であることを満たしつつ伝送効率の良い無線通信を行うことができ、サイズの大きいデータを送信する場合であっても伝送効率の良い無線通信を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

本実施形態に係る無線通信装置は、デジタル無線通信システムを用いている。このデジタル無線通信システムでは、例えばＴＤＤ（Time Division Duplex）方式によりデジタル無線通信が行われ、伝送される無線信号はフレーム構成を有している。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の全体構成を示すブロック図である。

図１において、１１ａは受信用アンテナで、受信機１２に接続される。また、１１ｂは送信用アンテナで、送信機１３に接続される。なお、上記受信用アンテナ１１ａ及び送信用アンテナ１１ｂは、共用器を用いて１つのアンテナを受信及び送信に兼用しても良い。

そして、上記受信機１２及び送信機１３は、モデム部１４に接続される。このモデム部１４は、受信機インターフェース１５、信号増幅部１６、変復調部１７、制御部１８により構成される。上記モデム部１４の変復調部１７は、例えばパーソナルコンピュータ等の端末装置１９に接続される。

上記受信機１２は、通信相手となる無線通信装置、例えば基地局等から送られてくる無線信号を受信用アンテナ１１ａにより受信し、その受信信号を受信機インターフェース１５を介して変復調部１７へ出力する。

上記変復調部１７は、受信データを復調して端末装置１９へ出力し、また、端末装置１９から出力される送信データを変調し、信号増幅部１６で増幅して送信機１３へ送出する。送信機１３は、信号増幅部１６で増幅された送信データを送信アンテナ１１ｂから相手の無線通信装置へ送信する。

上記変復調部１７は、多値数が異なる複数の変復調方式を備え、制御部１８によって切替え制御される。多値数が異なる変調方式としては、例えば、（ａ）ＱＰＳＫ、（ｂ）１６ＱＡＭ、（ｃ）６４ＱＡＭ、（ｄ）２５６ＱＡＭ等が用いられる。

上記制御部１８は、通信相手の無線通信装置との回線接続時に送信側から送られてくるデータのサイズを判定すると共に、それぞれ異なる変調方式により変調された検査データから無線通信の伝送路の通信品質を検出し、上記データサイズ及び各変調方式の通信品質に基づいて変調方式を決定し、その変調方式を送信側の無線通信装置へ通知する。

図２は、上記変復調部１７及び制御部１８の主要部の構成例を示したもので、伝送路の通信品質を検出する手段として等化器２１を用いた場合の例を示している。

制御部１８は、データサイズ判定部２２及び変調方式決定部２３を備えている。等化器２１は、受信信号とトレーニングパターンとを乗算器２１１により乗算することで各変調方式における等化誤差の値を求めて変調方式決定部２３へ出力する。この場合、等化器２１は、送信側の無線通信装置から送られてくる検査データから各変調方式毎に伝送路の等化誤差を検出する。上記送信側の無線通信装置から送られてくる検査データを含む送信データのフォーマットについては詳細を後述する。

ここで、等化器２１における等化アルゴリズムの一般的なものとして、ＲＬＳ（Re cursive Least mean Square error）やＬＭＳ（Least Mean Square error）等で代表される平均２乗誤差最小化（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）のアルゴリズムを用いることにより、等化の過程において送信信号と相関のある信号を抽出することができる。

上記データサイズ判定部２２は、詳細を後述するように伝送データに含まれるメールサイズを検出して例えば「小」、「中」、「大」のどのサイズであるかを判定し、その判定結果を変調方式決定部２３へ出力する。この場合、データサイズ判定部２２は、例えば１ｋバイト（byte）未満のデータを「小」、６０ｋバイト以上のデータを「大」、その中間、つまり１ｋバイト以上〜６０ｋバイト未満のデータを「中」と判定する。

変調方式決定部２３は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように「小」、「中」、「大」のデータサイズ別に等化誤差テーブル２５ａ〜２５ｃを備え、データサイズ判定部２２で判定されたデータサイズに従って等化誤差テーブル２５ａ〜２５ｃを選択し、この選択された等化誤差テーブル２５ａ〜２５ｃを参照し、等化器２１で検出された各変調方式における等化誤差に基づいて変調方式を決定する。図３では、例えば変調方式１〜４の４つの変調方式の中から１つの変調方式を決定する場合の例を示し、例えば変調方式１としてＱＰＳＫ、変調方式２として１６ＱＡＭ、変調方式３として６４ＱＡＭ、変調方式４として２５６ＱＡＭを用いている。上記変調方式１〜４は、多値数が少ないほど低速であるが耐性が強く、変調方式の多値数が多いほど高速であるが耐性が弱いという特性を有している。

図３（ａ）はデータサイズ「小」の場合の等化誤差テーブル２５ａを示し、変調方式１の閾値を「７」〜「１０」、変調方式２の閾値を「４」〜「６」、変調方式３の閾値を「２」〜「３」、変調方式４の閾値を「０」〜「１」に設定している。

図３（ｂ）はデータサイズ「中」の場合の等化誤差テーブル２５ｂを示し、変調方式１の閾値を「９」〜「１０」、変調方式２の閾値を「６」〜「８」、変調方式３の閾値を「３」〜「５」、変調方式４の閾値を「０」〜「２」に設定している。

図３（ｃ）はデータサイズ「大」の場合の等化誤差テーブル２５ｃを示し、変調方式１の閾値を「１０」、変調方式２の閾値を「７」〜「９」、変調方式３の閾値を「５」〜「６」、変調方式４の閾値を「０」〜「４」に設定している。

上記のようにデータサイズ「小」の場合の等化誤差テーブル２５ａは、伝送路の通信品質が低下するに従って伝送速度が遅くても誤り率の小さい変調方式を選択する閾値の幅を大きく設定する。データサイズ「大」の場合の等化誤差テーブル２５ｃは、伝送路の通信品質が向上するに従って誤り率が大きくても伝送速度の早い変調方式を選択する閾値の幅を大きく設定する。データサイズ「中」の場合の等化誤差テーブル２５ｂは、データサイズ「小」の場合の等化誤差テーブル２５ａとデータサイズ「大」の場合の等化誤差テーブル２５ｃの略中間に閾値を設定する。

次に上記実施形態におけるデータ伝送時の動作を図４に示すシーケンスに従って説明する。図４は、端末装置Ａから端末装置Ｂ側にデータを送信する場合のシーケンスを示している。送信側の無線通信装置は、端末装置Ａから送信データが変復調部に送られてくると（ステップＡ１）、まず、回線接続のためのデータを受信側の無線通信装置へ送信する（ステップＡ２）。

図５は送信側の無線通信装置から送信される送信データのデータフォーマットを示し、（ａ）は回線接続時のフォーマット、（ｂ）はデータブロックのフォーマットを示している。

回線接続時におけるデータフォーマットは、図５（ａ）に示すように同期スロット３１、データの変調方式を示す変復調情報３２、送信データの全体のサイズを示すメールサイズ３３、宛先３４、回線検査データ３５からなっている。回線検査データ３５としては、複数の変調方式、例えば変調方式１（ＱＰＳＫ）により変調した検査データ３５ａ、変調方式２（１６ＱＡＭ）により変調した検査データ３５ｂ、変調方式３（６４ＱＡＭ）により変調した検査データ３５ｃ、変調方式４（２５６ＱＡＭ）により変調した検査データ３５ｄを含んでいる。

回線接続後は、図５（ｂ）に示すブロック単位でデータが送信される。図５（ｂ）は１ブロックのデータフォーマットを示し、同期スロット４１、データの変調方式を示す変復調情報４２、１ブロックのデータサイズを示すブロックサイズ４３、同期スロット４４、データ４５からなっている。データ４５は、データ＃１〜＃ｎにそれぞれパケット番号等のＤＴ（データ）パケットヘッダを付加してなる複数パケットのデータを含んでいる。

図４の説明に戻ると、データ受信側の無線通信装置は、送信側の無線通信装置から送られてくる信号を受信機１２で受信し、モデム部１４の受信機インターフェース１５を介して変復調部１７へ出力する。モデム部１４は、受信データ中の宛先３４を確認し、回線接続処理を行って回線応答を通信相手の無線通信装置へ送出する（ステップＡ３）。

また、このときモデム部１４の制御部１８は、受信データのメールサイズ３３から伝送データのサイズを判定すると共に回線検査データ３５中の検査データ３５ａ〜３５ｄから各変調方式１〜４における等化誤差を求め、上記データサイズ及び等化誤差に基づいて最適な変調方式を決定する。この最適変調方式を決定する処理動作については詳細を後述する。

上記制御部１８において決定された変調方式は、上記ステップＡ３の回線応答時にデータ送信側の無線通信装置へ送られる。送信側の無線通信装置は、データ受信側の無線通信装置で決定した変調方式が送られてくると、変復調部にて上記変調方式を用いて送信データを変調し、図５（ｂ）に示すデータフォーマットに従って同期スロット４１，変復調情報４２、ブロックサイズ４３、同期スロット４４等と共にデータ４５をブロック単位で順次送信する（ステップＡ４−１〜Ａ４−Ｎ）。受信側の無線通信装置は、送信側の無線通信装置から送られてくるデータを受信すると、この受信データを変復調部１７にて変復調情報４２に従って各ブロック毎に順次復調し、端末装置（Ｂ）１９へ出力する（ステップＡ５−１〜Ａ５−Ｎ）。尚、図示は省略するが、受信側の変復調部１７では受信ブロックの誤り検出も行い、誤りがあったブロックについては送信側に再送を要求する。送信側では、再送要求があったブロックを再送する。

送信側の無線通信装置は、Ｎブロックの全データの送信を終了すると、受信側の無線通信装置との回線接続を解除し（ステップＡ６）、データの送信処理を終了する。

次に上記モデム部１４の制御部１８において、最適変調方式を決定する場合の処理動作を図６に示すフローチャートを参照して説明する。制御部１８は、回線接続時の受信データ（図５（ａ））における回線検査データ３５中の検査データ３５ａ〜３５ｄから各変調方式１〜４における等化誤差を図２に示す等化器２１により順次求め（ステップＢ１）、変調方式決定部２３へ出力する。

また、上記制御部１８は、上記回線接続時の受信データのメールサイズ３３を取得し、データサイズが「小」、「中」、「大」のどの大きさであるかを判定、すなわちデータサイズが１ｋバイト未満か６０ｋバイト以上か、あるいはその中間であるかを判定し（ステップＢ２）、その判定結果を変調方式決定部２３へ出力する。

変調方式決定部２３は、データサイズ判定部２２で判定されたデータサイズに従って図３（ａ）〜（ｃ）に示す等化誤差テーブルを選択する（ステップＢ３）。すなわち、変調方式決定部２３は、データサイズ判定部２２で判定されたデータサイズが「小」であれば図３（ａ）に示す等化誤差テーブル２５ａを選択し、データサイズが「中」であれば図３（ｂ）に示す等化誤差テーブル２５ｂを選択し、データサイズが「大」であれば図３（ｃ）に示す等化誤差テーブル２５ｃを選択する。

次に変調方式決定部２３は、上記データサイズに基づいて選択された等化誤差テーブルを使用し、上記ステップＢ２で取得した変調方式４における等化誤差が等化誤差テーブルの閾値内であるかどうかを判定する（ステップＢ４）。

例えばデータサイズが「小」で図３（ａ）に示す等化誤差テーブル２５ａが選択された場合は、変調方式４における等化誤差が閾値「０」〜「１」内かどうかを判定し（ステップＢ４）、閾値内であれば変調方式４に決定する（ステップＢ５）。上記ステップＢ４で、変調方式４における等化誤差が閾値「０」〜「１」内ではないと判定された場合は、変調方式３における閾値「２」〜「３」内かどうかを判定し（ステップＢ６）、閾値内であれば変調方式３に決定する（ステップＢ７）。

また、上記ステップＢ６で、変調方式３における等化誤差が閾値「２」〜「３」内ではないと判定された場合は、変調方式２における閾値「４」〜「６」内かどうかを判定し（ステップＢ８）、閾値内であれば変調方式２に決定する（ステップＢ９）。

上記ステップＢ８で、変調方式２における等化誤差が閾値「４」〜「６」内ではないと判定された場合は、変調方式１に決定する（ステップＢ１０）。

また、上記ステップＢ３において、データサイズが「中」で図３（ｂ）に示す等化誤差テーブル２５ｂが選択された場合は、変調方式４における等化誤差が閾値「０」〜「２」内かどうかを判定し（ステップＢ４）、閾値内であれば変調方式４に決定する（ステップＢ５）。上記ステップＢ４で、変調方式４における等化誤差が閾値「０」〜「２」内ではないと判定された場合は、変調方式３における閾値「３」〜「５」内かどうかを判定し（ステップＢ６）、閾値内であれば変調方式３に決定する（ステップＢ７）。

上記ステップＢ６で、変調方式３における等化誤差が閾値「３」〜「５」内ではないと判定された場合は、変調方式２における閾値「６」〜「８」内かどうかを判定し（ステップＢ８）、閾値内であれば変調方式２に決定する（ステップＢ９）。

上記ステップＢ８で、変調方式２における等化誤差が閾値「６」〜「８」内ではないと判定された場合は、変調方式１に決定する（ステップＢ１０）。

また、上記ステップＢ３において、データサイズが「大」と判断された場合は、図３（ｃ）に示す等化誤差テーブル２５ｃが選択され、上記の場合と同様に変調方式４→３→２→１の順に各変調方式の等化誤差が等化誤差テーブル２５ｃの閾値と比較されて変調方式が決定される。

上記のように伝送するデータのサイズ及び各変調方式１〜４の等化誤差に基づいて変調方式を決定することにより、所要の誤り率以下であることを満たしつつ伝送効率の良い無線通信が可能な最適な変調方式を決定することができる。すなわち、データサイズが小さい場合には、伝送路の通信品質が低下するに従って伝送速度が遅くても誤り率の小さい変調方式を選択する閾値の幅を大きく設定することにより、誤り率の小さい変調方式を選択する確率が大きくなり、伝送路の通信品質が低い場合でも誤り率を小さくすることができる。この場合、データの伝送速度が遅くなるが、データサイズが小さいので、短時間でデータを伝送することができる。

また、データサイズが大きい場合には、伝送路の通信品質が向上するに従って誤り率が大きくても伝送速度の早い変調方式を選択する閾値の幅を大きく設定することにより、伝送速度の早い変調方式を選択する確率が大きくなり、データを効率的に伝送することができる。即ち、データサイズが大きい場合、通信品質が多少低下した環境においても、低い誤り発生率を期待して遅い伝送速度で送信するよりも速い伝送速度で送信し、誤りブロックを再送した方が、送信データが確達するまでに要するトータルの時間を短縮することができる。

なお、上記実施形態では、伝送路の通信品質を等化器を用いて検出する場合について示したが、その他、例えばＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator：受信信号強度）の測定値に基づくＣ／Ｎ値（Carrier energy /Noise ratio）により通信品質を求めるようにしても良い。

また、誤り訂正符号化及び誤り訂正復号により誤りを訂正する方式（ＦＥＣ（Forward Error Correction）方式）を用いる通信方式においては、受信信号の変調方式とＦＥＣ前（誤り訂正前）のＢＥＲ（Bit Error Rate：ビット誤り率）に基づいて換算されるＣ／Ｎ値を推定し、この換算Ｃ／Ｎ値から通信品質を求めるようにしても良い。

また、上記実施形態では、モデム部１４において４つの変調方式を切替える場合について説明したが、変調方式の数は任意に設定し得るものである。

また、上記実施形態では、各変調方式１〜４における等化誤差を別個に検出する場合について示したが、その他、例えば１つの変調方式における等化誤差を検出し、この等化誤差から他の変調方式の等化誤差を推測するようにしても良い。この場合、各変調方式１〜４における等化誤差は略同じであると見なし、検出した１つの変調方式における等化誤差を他の変調方式の等化誤差として用いても良い。

また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の一実施形態に係る無線通信装置の全体構成を示すブロック図である。 同実施形態における無線通信装置の主要部の構成例を示すブロック図である。 同実施形態における等化誤差テーブルの一例を示す図である。 同実施形態におけるデータ伝送時の動作を説明するためのシーケンスである。 同実施形態における送信データのデータフォーマットを示す図である。 同実施形態における最適変調方式を決定する場合の処理動作を示すフローチャートである。 従来の無線通信装置における最適変調方式を選択する場合に使用する等化誤差テーブルを示す図である。 従来の無線通信装置における最適変調方式を選択する場合の処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ａ…受信用アンテナ、１１ｂ…送信アンテナ、１２…受信機、１３…送信機、１４…モデム部、１５…受信機インターフェース、１６…信号増幅部、１７…変復調部、１８…制御部、１９…端末装置、２１…等化器、２２…データサイズ判定部、２３…変調方式決定部、２５ａ〜２５ｃ…等化誤差テーブル。

Claims (1)

1. 送信データを変調して無線送信する無線通信装置において、
   前記送信データのデータサイズを判定するデータサイズ判定部と、
   前記送信データの伝送路の通信品質を検出する通信品質検出部と、
   前記データサイズ判定部で判定したデータサイズと前記通信品質検出部で検出した通信品質に基いて前記送信データの変調方式を決定する変調方式決定部と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。

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