JP2009171392A - 通信装置及び送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変調方式をＯＦＤＭＡとする場合において、送信電力を目標値に設定し、維持することができる通信装置又は送信方法を提供する。
【解決手段】情報が時間軸と周波数軸とに多重化された下りサブフレームを生成して送信信号を出力し、増幅し、増幅後の出力に基づく送信電力を検出する通信装置又は送信方法であって、下りサブフレームに含まれるプリアンブルの時間領域内において検出される送信電力が、端末数に応じたサブチャネルの割当数や、割り当てる情報量に影響されないことに着目し、プリアンブルの時間領域内に検出タイミングを設定し、検出した送信電力（検波電圧）が、目標値としての上限値・下限値の範囲内になるように出力を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、変調方式としてＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続)を採用したＴＤＤ(Time Division Duplexing：時分割複信)の無線通信に関する。

ＯＦＤＭＡは、次世代無線通信規格の一つであるＷｉＭＡＸに採用されている（非特許文献１参照。）。例えば、基地局の通信装置と複数の端末との間での送受信には、変調方式として、このＯＦＤＭＡを採用した時分割の無線通信を行うことができる。この場合、基地局の通信装置から端末へのダウンリンクと、端末から通信装置へのアップリンクとが交互に行われる。ダウンリンクの下りサブフレームは、時間軸上で各端末宛の下りバーストに分割され、多重化されるとともに、周波数軸上でも論理的なサブチャネルに分割され、多重化される（非特許文献２参照。）。

ＩＥＥＥ規格、８０２．１６ 改訂版ワイヤレス・ブロードバンド教科書、高速ＩＰワイヤレス編、第５章、２００６年６月２１日発行、株式会社インプレスＲ＆Ｄ

上記のようなＯＦＤＭＡの通信方式において、基地局の通信装置から送信する際の送信電力が適切な値に比して過大になると、端末での受信レベルが過大となる不具合が生じ、また、他の電波にも影響を与えることになって好ましくない。逆に、送信電力が過小になれば、端末は、良好な受信ができなくなる。従って、送信電力は、適切な目標値に設定され、維持されなければならない。送信電力を目標値に設定し、維持するためには、送信電力を通信装置内で検出してフィードバック制御を行うことが考えられる。

しかしながら、上記のような下りサブフレームでは、通信相手となる端末の数が時々刻々に変化し、フレームの周波数軸上のサブチャネル割当数が変化するため、それに応じて送信電力も変化する。また、端末数が変化しなくても、１端末に割り当てられる情報量が変化すると、同様に、送信電力が変化する。従って、通信装置内部で送信電力を検出しても、検出した当該送信電力が適切か否かを判断することは困難である。
かかる問題点に鑑み、本発明は、変調方式をＯＦＤＭＡとする場合において、送信電力を目標値に設定し、維持することができる通信装置又は送信方法を提供することを目的とする。

本発明は、１又は複数の端末と無線通信を行う通信装置であって、前記端末に対して、情報が時間軸と周波数軸とに多重化された下りサブフレームを生成し、これに基づく送信信号を出力する通信部と、前記送信信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力に基づく送信電力を検出する電力検出部と、前記送信電力が所定の目標値となるように前記通信部の出力を制御し、かつ、前記送信電力の検出タイミングを、前記下りサブフレームに含まれるプリアンブルの時間領域内とする制御部とを備えたものである。
上記のように構成された通信装置では、プリアンブルの時間領域内で送信電力が検出され、この送信電力が所定の目標値となるように、通信部の出力が制御される。

また、上記通信装置において、通信部は送受信の切替信号を生成する切替信号生成部を備えており、制御部は、当該切替信号生成部が、送信を開始するための切替信号を出力した時点から所定時間後を、プリアンブルの時間領域内であるとすることができる。
この場合、下りサブフレームの先頭にあるプリアンブル内で、確実に、送信電力を検出することができる。

また、上記通信装置において、電力検出部は増幅器の出力を検出して検波する手段を備え、制御部は、検波して得た電圧が所定の範囲内に入るように通信部の出力を制御するようにしてもよい。
この場合、所定の範囲内とすることにより、目標値に幅を持たせることができるので、出力の制御が過敏に行われることを、抑制することができる。

一方、本発明は、１又は複数の端末と無線通信を行うための送信方法であって、前記端末に対して、情報が時間軸と周波数軸とに多重化された下りサブフレームを生成し、これに基づく送信信号を出力し、前記送信信号を増幅し、増幅後の出力に基づく送信電力を検出し、前記送信電力が所定の目標値となるように前記送信信号の出力を制御し、かつ、前記送信電力の検出タイミングを、前記下りサブフレームに含まれるプリアンブルの時間領域内とするものである。
上記のような送信方法では、プリアンブルの時間領域内で送信電力が検出され、この送信電力が所定の目標値となるように、出力が制御される。

本発明の通信装置又は送信方法によれば、変調方式をＯＦＤＭＡとする場合において、送信電力を目標値に設定し、維持することができる。

以下、本発明の実施形態に係る通信装置及び送信方法について、図面を参照して説明する。図１は、例えば基地局１に設置された通信装置２と、アンテナ３０１を有する１又は複数の（１台のみ図示。）端末３とが、上り／下りの無線通信を行う状態を示す図である。通信方式はＴＤＤが使用され、変調方式はＯＦＤＭＡが採用される。

図２は、基地局１の通信装置２から送信される基地局送信信号（ＤＬ：ダウンリンク）、端末３から通信装置２に送信される端末送信信号（ＵＬ：アップリンク）、及び、通信装置２におけるＴＤＤ制御を示す図である。通信装置２におけるダウンリンクの送信とアップリンクの受信とは交互に行われ、アップリンクと次のダウンリンクとの間には受信から送信への切替用ギャップＲＴＧが、また、ダウンリンクと次のアップリンクとの間には送信から受信への切替用ギャップＴＴＧが設けられる。切替信号は、これらのギャップＲＴＧ，ＴＴＧの範囲内で出力される。

図３は、通信装置２の内部回路の主要部を示す回路図である。図において、送受信用のアンテナ２０１には切替器２０２（例えば半導体スイッチング素子を用いて構成される。）が接続されており、２つの電路Ｌｓ、Ｌｒのうち、いずれか一方の電路とアンテナ２０１とを接続することができる。電路Ｌｒは受信用の電路であり、増幅器２０３（パワーアンプ）を介して通信部２０４内の無線部２０５に接続されている。無線部２０５は、アッテネータ（減衰器）２０６を内蔵しており、設定された減衰率で入出力を減衰させることができる。

無線部２０５の出力はアッテネータ２０６を介して増幅器２０８（パワーアンプ）に与えられ、この増幅器２０８の出力端子が、送信用の電路Ｌｓに接続されている。電路Ｌｓには方向性結合器２０９が設けられており、その出力側には増幅・検波器２１０，２１１が設けられている。これらの方向性結合器２０９及び増幅・検波器２１０，２１１は、増幅器２０８の出力に基づく送信電力を検波電圧の形で検出する電力検出部２１２を構成している。方向性結合器２０９は、増幅器２０８から出力される電力を増幅・検波器２１１側に出力し、アンテナ２０１からの反射波の電力を増幅・検波器２１０側へ出力する。増幅・検波器２１０，２１１の出力は、Ａ／Ｄコンバータ２１３，２１４でディジタル信号化された後、制御部２１５に入力される。

制御部２１５は、アッテネータ２０６の減衰率を制御することができる。通信部２０４は、無線部２０５の他、切替信号生成部２０７を備えている。この切替信号生成部２０７は送信／受信の切替をするための切替信号を生成し、制御部２１５に提供する。また、切替信号生成部２０７は切替信号を切替器２０２に送って、電路Ｌｒ，Ｌｓのいずれか一方を選択させる。

通信装置２は、前述のように、ＴＤＤ制御により、送信（ダウンリンク）と受信（アップリンク）とを交互に繰り返している。受信時は、切替器２０２が電路Ｌｒを選択しており、端末３からの送信信号はアンテナ２０１で受信された後、増幅器２０３で増幅され、通信部２０４内の無線部２０５に提供される。一方、送信時は、切替器２０２が電路Ｌｓを選択しており、無線部２０５により生成される送信信号はアッテネータ２０６を介して出力された後、増幅器２０８で増幅され、アンテナ２０１から送信される。

図４の（ａ）は、送信（ダウンリンク）時に、無線部２０５から送信される信号を時間軸対周波数軸上で見た下りサブフレームの一例を示す図であり、横軸が時間、縦軸が周波数を表している。この図は、ある下りサブフレームと、その次の下りサブフレームとを示している。なお、２つの下りサブフレーム間には、アップリンクの上りサブフレームが存在するが、ここでは省略して、下りサブフレームのみを示している。

下りサブフレームは、先頭のプリアンブルと、次のＤＬ（ダウンリンク）マップと、各端末宛（Ｎ台）の情報であるＤＬバーストとによって構成されている（この例ではＮ＝６であり、ＤＬバーストは、＃１〜＃６である。）。ＤＬバースト＃１〜＃６は、図示のように、時間軸と周波数軸とに多重化されて生成された６つの領域に割り当てられている。そして、どの領域に何を割り当てるかの情報が、ＤＬマップに記載されている。

図４の（ａ）に示す下りサブフレームに基づく送信信号は、図３の無線部２０５（アッテネータ２０６を含む。）から出力され、増幅器２０８で増幅される。増幅器２０８の出力する電力は、方向性結合器２０９により検出され、増幅・検波器２１１で検波され、検波電圧となって、Ａ／Ｄコンバータ２１４でディジタル信号化された後、制御部２１５に入力される。なお、制御部２１５は、ディジタル信号を受け取るタイミングをＡ／Ｄコンバータ２１４に指示することができる。また、反射波の電力も同様に、方向性結合器２０９により検出され、増幅・検波器２１０で検波され、検波電圧となって、Ａ／Ｄコンバータ２１３でディジタル信号化された後、制御部２１５に入力される。制御部２１５は、２つの検波電圧に基づいて送信電力に相当する検波電圧を求める。なお、２つの検波電圧の比に基づいて、アンテナ２０１の異常を検出することも可能である。

図４の（ｂ）は、（ａ）の下りサブフレームに基づく送信電力（検波電圧）を示すグラフである。図示のように、下りサブフレームに対応する時間帯における送信電力の波形は、下りサブフレームの周波数軸における輪郭線の形態を、ほぼそのまま反映したものとなる。なお、２つの下りサブフレーム間は送信のタイミングではないが、過渡的に残留電圧が尾を引いて低下する波形となる。

次に、図５の（ａ）は、下りサブフレームの他の例を示す図である。この下りサブフレームは、図４の（ａ）と同様に、先頭のプリアンブルと、次のＤＬマップと、各端末宛の情報であるＤＬバーストとによって構成されているが、通信相手となる端末数がＭ台に減少している（Ｍ＜Ｎ）。ここで、例えばＭ＝３であり、ＤＬバーストは、＃１〜＃３の３個となっている。ＤＬバーストの数がＮからＭに減少したことにより、ＤＬマップ及びＤＬバーストの時間帯における周波数軸でのサブフレームの輪郭線は、二点鎖線の位置から実線の位置まで下がっている。一方、プリアンブルは、全端末に共通にブロードキャスト送信される情報であるため、端末数には影響されず、時間軸及び周波数軸上で一定の領域となっている。

図５の（ｂ）は、（ａ）の下りサブフレームに基づく送信電力（検波電圧）を示すグラフである。図示のように、下りサブフレームに対応する時間帯における送信電力の波形は、下りサブフレームの周波数軸における輪郭線の形態を、ほぼそのまま反映したものとなる。従って、Ｎ台のときと比較すれば、Ｍ台のときのＤＬマップ及びＤＬバーストの時間帯における送信電力は、低下する。しかし、プリアンブルは、端末数に影響されず、一定の送信電力となる。

そこで、プリアンブルの時間領域で送信電力を検出すれば、端末数に影響されることなく、送信電力を検出することができる。図５の（ｃ）は、下りサブフレームを送信するタイミングを示すタイムチャートである。この信号は、切替信号生成部２０７（図３）から出力されるものであり、信号の立ち上がり及び立ち下がりがそれぞれ、受信から送信への切替信号及び送信から受信への切替信号となる。図示のように、切替信号が出力されるタイミングは、下りサブフレームの開始・終了のタイミングとは僅かにずれている。

下りサブフレームにおけるプリアンブルの時間領域は一定であり、例えば１００μｓである。従って、制御部２１５（図３）は、この時間領域内の所定の検出タイミングにおいて、送信電力の検出を行うものとする。プリアンブルの時間領域内で送信電力を検出すれば、端末数の影響を受けることなく、送信電力を検出することができる。例えば、図５の（ｃ）における受信から送信への切替信号を起点として、そこから所定時間Δｔ（例えば数十μｓ）の経過時の送信電力を検出することにより、確実に、プリアンブルの時間領域内で送信電力を検出することができる。なお、プリアンブル以外の時間領域では、送信電力の検出を行わない。

図６は、制御部２１５によって実行される、送信電力の制御の一例を示すフローチャートである。図において、処理が開始されると、制御部２１５は、検波電圧Ｖを測定する（ステップＳ１）。検波電圧の目標値には一定の幅を持たせ、上限値Ｖ_H以下で、かつ、下限値Ｖ_L以上とする。そこで、制御部２１５は、検波電圧が、上限値Ｖ_Hより大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。ここで、判断結果が「ＮＯ」すなわち、検波電圧Ｖが上限値以下であれば、制御部２１５は、続いて、検波電圧Ｖが、下限値Ｖ_Lより小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。ここで「ＮＯ」すなわち、検波電圧Ｖが下限値以上であれば、検波電圧は目標値の範囲内にあるので正常と判断し、引き続き、制御部２１５は、ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返す。

一方、ステップＳ２において検波電圧Ｖが、上限値Ｖ_Hより大きい場合には、制御部２１５はまず、アッテネータ２０６の減衰率の設定が上限にあるか否かを判断し（ステップＳ４）、上限でなければ、アッテネータ２０６の減衰率を一定値だけ上げることにより、通信部２０４を、その出力が大きくなる方向へ制御する（ステップＳ５）。そして、制御部２１５は再び、検波電圧Ｖを測定し（ステップＳ１）、ステップＳ２の判断を行う。こうして、Ｖ≦Ｖ_Hの関係が満たされるまで、減衰率を下げ続ける処理が繰り返される。

また、ステップＳ３において検波電圧Ｖが、下限値Ｖ_Lより小さい場合には、制御部２１５はまず、アッテネータ２０６の減衰率の設定が下限にあるか否かを判断し（ステップＳ６）、下限でなければ、アッテネータ２０６の減衰率を一定値だけ下げることにより、通信部２０４を、その出力が小さくなる方向へ制御する（ステップＳ７）。そして、制御部２１５は再び、検波電圧Ｖを測定し（ステップＳ１）、ステップＳ３の判断を行う。こうして、Ｖ≧Ｖ_Lの関係が満たされるまで、減衰率を上げ続ける処理が繰り返される。
なお、ステップＳ４において減衰率が上限にある場合や、ステップＳ６において減衰率が下限にある場合には、制御部２１５は、通信部２０４に対して、送信を停止させる処理を行う（ステップＳ８）。

以上の処理により、プリアンブルで検出される送信電力が、目標値としての上限値・下限値の間になるような制御が行われる。従って、変調方式をＯＦＤＭＡとする場合において、送信電力を目標値に設定し、維持することができる通信装置又は送信方法を提供することができる。
また、目標値を上限値・下限値の範囲内とすることにより、目標値に幅を持たせることができるので、出力の制御が過敏に行われることを、抑制することができる。
また、送信電力は、プリアンブルで最大となる。従って、プリアンブルで検出される送信電力が、目標値としての上限値・下限値の間になるような制御が行われることにより、フレーム全体の送信電力が過大となることを防止できる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

基地局に設置された通信装置と、アンテナを有する１又は複数の（１台のみ図示。）端末とが、無線通信を行う状態を示す図である。 基地局の通信装置から送信される信号、端末から通信装置に送信される信号、及び、通信装置におけるＴＤＤ制御を示す図である。 通信装置の内部回路の主要部を示す回路図である。 （ａ）は、下りサブフレームの一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の下りサブフレームに基づく送信電力（検波電圧）を示すグラフである。 （ａ）は、下りサブフレームの他の例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の下りサブフレームに基づく送信電力（検波電圧）を示すグラフである。また、（ｃ）は、下りサブフレームを送信するタイミングを示すタイムチャートである。 制御部によって実行される、送信電力の制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１：基地局、２：通信装置、３：端末、２０１：アンテナ、２０２：切替器、２０３：増幅器、２０４：通信部、２０５：無線部、２０６：アッテネータ、２０７：切替信号生成部、２０８：増幅器、２０９：方向性結合器、２１０：増幅・検波器、２１１：増幅・検波器、２１２：電力検出部、２１３：Ａ／Ｄコンバータ、２１４：Ａ／Ｄコンバータ、２１５：制御部、３０１：アンテナ

Claims (4)

1. １又は複数の端末と無線通信を行う通信装置であって、
   前記端末に対して、情報が時間軸と周波数軸とに多重化された下りサブフレームを生成し、これに基づく送信信号を出力する通信部と、
   前記送信信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力に基づく送信電力を検出する電力検出部と、
   前記送信電力が所定の目標値となるように前記通信部の出力を制御し、かつ、前記送信電力の検出タイミングを、前記下りサブフレームに含まれるプリアンブルの時間領域内とする制御部と
   を備えたことを特徴とする通信装置。
2. 前記通信部は送受信の切替信号を生成する切替信号生成部を備えており、前記制御部は、当該切替信号生成部が、送信を開始するための切替信号を出力した時点から所定時間後を、前記プリアンブルの時間領域内であるとする請求項１記載の通信装置。
3. 前記電力検出部は前記増幅器の出力を検出して検波する手段を備え、前記制御部は、検波して得た電圧が所定の範囲内に入るように前記通信部の出力を制御する請求項１記載の通信装置。
4. １又は複数の端末と無線通信を行うための送信方法であって、
   前記端末に対して、情報が時間軸と周波数軸とに多重化された下りサブフレームを生成し、これに基づく送信信号を出力し、
   前記送信信号を増幅し、
   増幅後の出力に基づく送信電力を検出し、
   前記送信電力が所定の目標値となるように前記送信信号の出力を制御し、かつ、前記送信電力の検出タイミングを、前記下りサブフレームに含まれるプリアンブルの時間領域内とする
   ことを特徴とする送信方法。

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