JP2010199923A

JP2010199923A - 無線通信装置

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Publication number: JP2010199923A
Application number: JP2009041768A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kobayashi; 隆宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】無線通信のリソースを有効活用して、伝送レートを向上させることができる無線通信装置を提供する。
【解決手段】ＯＦＤＭ信号のチャネル帯域にガードバンドを設けて通信を行う無線通信装置１は、ガードバンドにあるサブキャリアの送信電力およびチャネル帯域のうちガードバンドにないサブキャリアの送信電力制御を行い、ガードバンドのサブキャリアの送信電力が、このガードバンドにないサブキャリアに対する送信電力よりも低くなるように信号処理部にて制御されたＯＦＤＭ信号を送信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置に関するものであり、特に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式により無線通信を行う通信装置に関するものである。

近年、無線通信システムや放送システムにおける信号伝送の基本的な変調方式として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が採用されることが多くなっている。これは、現代の高度情報化社会において、様々な状況下で、信号伝送速度をますます高速化させる必要性に応じたものであるといえる。信号の高速伝送を行うためには、より短い時間で１つの信号を送ることが要求される。しかしながら、このような伝送に用いられる信号は、建物から反射波などの影響（マルチパス）によって、受信品質の劣化が大きくなる。ＯＦＤＭを用いた伝送方式は、低速の無線回線（サブキャリア）を複数束ねて（マルチキャリア）伝送するなどの技術を導入することにより、反射波などによる影響に対して耐性を高めることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−４４０４８号公報

一般的に、ＯＦＤＭ変調方式による、マルチキャリアを用いる無線装置は、通信を行うに際してあるチャネルに割り当てられた帯域内において、複数のサブキャリアを配置する。しかしながら、上記特許文献１の図３および図６にも示されているように、従来、ＯＦＤＭを用いた無線通信装置においては、通信を行うに際して、割り当てられた帯域内に配置された全てのサブキャリアが使用されるわけではない。これは、割り当てられた帯域内に配置された全てのサブキャリアを用いると、隣接チャネルに対して、漏洩電力の影響が及ぶためである。

図９は、帯域外への輻射規定を満足するために、あるチャネルに割り当てられた周波数帯域の両端において、幾つかのサブキャリアを使用しないように構築された通信システムのサブキャリアの配置を概略的に示す図である。図９において、実線で示すサブキャリアは、通信に使用するサブキャリアである。一方、破線で示すサブキャリアは、通信に使用しないサブキャリアである。このような、通信に利用されないサブキャリアが配置される周波数帯域は、「ガードバンド」と呼ばれている。

図１０（Ａ）は、図９に示したサブキャリアの１つの変調波スペクトルを表す図である。各サブキャリアは、図１０（Ａ）に示すように、周波数軸上で広がりを有している。図１０（Ｂ）は、あるチャネルに割り当てられた周波数帯域の境界付近において、各サブキャリアが複数配置されている様子を示す図である。ＯＦＤＭのマルチキャリア伝送においては、図１０（Ａ）に示したようなサブキャリアが複数配置されるため、図１０（Ｂ）に示すような変調波スペクトルになる。図１０（Ｂ）に示すように、チャネルに割り当てられた帯域の境界付近に配置されたサブキャリア（破線で示す）を通信に使用してしまうと、帯域外への電力の輻射が大きくなり、隣接するチャネルに影響を与えてしまう。なお、図１０（Ｂ）において、実際の信号の強さは、各サブキャリアを重ね合わせた量になり、この重ね合わせた量だけ、帯域外に対して漏洩電力の影響を及ぼすことになる。

図９に破線で示したサブキャリアも含め、帯域内に配置されたサブキャリアをより多く通信に活用することができれば、通信速度をさらに向上させることができて有利である。しかしながら、上述したように、実際には帯域外へ漏洩があるため、一般的に、帯域両端に配置される幾つかのサブキャリアは、通常の通信に使用されていない。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、無線通信のリソースを有効活用して、伝送レートを向上させることができる無線通信装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る無線通信装置の発明は、
ＯＦＤＭ信号のチャネル帯域にガードバンドを設けて通信を行う無線通信部を有する無線通信装置であって、
前記ガードバンドにあるサブキャリアの送信電力および前記チャネル帯域のうち前記ガードバンドにないサブキャリアの送信電力を制御する信号処理部を備え、
前記無線通信部は、前記ガードバンドのサブキャリアの送信電力が、当該ガードバンドにないサブキャリアに対する送信電力よりも低くなるように前記信号処理部にて制御されたＯＦＤＭ信号を送信することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、
前記ガードバンド以外のサブキャリアで送信する信号の変調を行う第１の変調部と、
前記ガードバンドのサブキャリアで送信する信号の変調を行う第２の変調部とを備え、
前記第２の変調部は、前記第１の変調部と異なる変調クラスを用いるものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、
前記信号処理部が、前記無線通信装置と、該無線通信装置により送信される信号を受信する受信装置である他の無線通信装置との間の距離に応じて、前記ガードバンドのサブキャリアに対する送信電力を制御するものである。

本発明の無線通信装置によれば、電力を抑圧した状態で、ガードバンドに配置されたサブキャリアを用いて通信を行うことができる。したがって、隣接するチャネルに漏洩電力の影響を与えることなく、無線通信のリソースを有効に活用することにより、伝送レートを向上させることができる。

本発明の実施の形態によるサブキャリアの配置を概略的に示す図である。本発明の実施の形態に係る無線通信装置の要部の概略構成を示すブロック図である。漏洩電力に係るシミュレーションに用いた本発明の実施の形態によるサブキャリアの配置を概略的に示す図である。ガードバンドのサブキャリアを使用しない時の電力スペクトルを示す図である。ガードバンドに配置されるサブキャリアの４本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。ガードバンドに配置されるサブキャリアの８本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。ガードバンドに配置されるサブキャリアの１６本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。ガードバンドに配置されるサブキャリアの２０本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。あるチャネルに割り当てられた周波数帯域のサブキャリアの配置を概略的に示す図である。サブキャリアの変調波スペクトルを概略的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する本発明による実施の形態は、携帯電話と無線通信を行うに際して携帯電話端末に電波を送信する基地局装置を想定して説明する。しかしながら、本発明は、携帯電話端末と無線通信を行う基地局装置に限定されるものではなく、複数の搬送波を用いて無線通信を行う通信装置であれば、任意の通信装置に適用することができる。例えば、無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸ（Worldwide interoperability for Microwave Access）、３ＧＰＰＬＴＥ（3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution）、地上波デジタル放送など、多くの無線通信システムや放送システムでデータを送信する場面に利用することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信装置によるサブキャリアの配置を概略的に示す図である。上述したように、一般的にＯＦＤＭにより変調を行う無線通信装置は、あるチャネルに割り当てられている周波数帯域内に複数のサブキャリアを配置するが、図９に示したように、その両端にあるサブキャリアを通信に用いていない。このように、あるチャネルに割り当てられた周波数帯域内の両端付近に存在するサブキャリアのうち、通常の通信には用いられないサブキャリアが配置される帯域を、以下、単に「ガードバンド」と記す。

本実施の形態に係る無線通信装置は、ガードバンド以外のサブキャリア（図１にて実線で示すサブキャリア）を用いて通常の通信を行うが、それと共に、図１に破線で示すように、ガードバンドのサブキャリアも用いて通信を行う。ただし、上述したように、本来、ガードバンドは、チャネルに割り当てられた帯域外への電力の輻射によって、隣接するチャネルに影響を及ぼすことがないように設けられている。したがって、このガードバンドのサブキャリアを用いた通信は、ガードバンド以外のサブキャリアに対する送信電力と比べて十分に電力を低くして行う。なお、図１において、あるチャネルに割り当てられた帯域の境界付近における帯域端（ガードバンド）のサブキャリアを破線により示してある。また、あるチャネルに割り当てられた帯域内におけるガードバンド以外のサブキャリアを実線により示してある。

具体的には、このようなガードバンドのサブキャリアを用いて通信を行うには、このチャネルに割り当てられた帯域外への漏洩電力規定を満足する範囲内に抑える（低くする）必要がある。しかしながら、この漏洩電力規定を満足する範囲内で行う通信であれば、例えば、当該無線通信装置の直近に存在する（他の）無線通信装置に対して基準信号などの制御信号を送信するなどの通信を行うことが可能である。他にも、直近に存在する無線通信装置同士であれば、これらの装置間で、それぞれ送信電力を低減させて通信を行うこともできる。

図２は、本実施の形態に係る無線通信装置の要部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る無線通信装置１は、第１の変調部１０と、第２の変調部２０と、ＩＦＦＴ処理部３０と、帯域制限フィルタ４０と、無線通信部５０と、アンテナ６０と、電力制御部７０と、を備えている。なお、図２においては、無線通信装置１によるデータの送信に係る機能ブロックにのみ着目して示してある。

第１の変調部１０は、第１のデータの入力を受けて、このデータを例えば６４ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)などの所定の変調方式により変調（マッピング）する。第２の変調部２０は、第２のデータの入力を受けて、このデータを例えばＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)などの所定の変調方式により変調する。ＩＦＦＴ処理部３０は、第１の変調部１０により変調されたデータ、および第２の変調部２０により変調されたデータの入力を受けて、これらのデータにＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform(逆高速フーリエ変換))処理を施す。また、第１の変調部１０および第２の変調部２０は、ガードバンドにあるサブキャリアの送信電力およびチャネル帯域のうちガードバンドにないサブキャリアの送信電力を制御する。したがって、本実施の形態において、第１の変調部１０および第２の変調部２０は信号処理部を構成する。

帯域制限フィルタ４０は、ＩＦＦＴ処理部３０によりＩＦＦＴ処理された信号にフィルタ処理を施し、所定の帯域以下の周波数になるように帯域制限をかける。無線通信部５０は、帯域制限フィルタ４０により帯域制限された信号の送信電力を増幅または抑制するなどの処理を行う。電力制御部７０は、無線通信部５０が信号を送信する際の送信電力の増幅または抑制を制御する。すなわち、電力制御部７０は、ＯＦＤＭ信号全体の電力を制御する。アンテナ６０は、無線通信部５０により増幅または抑制された信号の電波を送出する。なお、実際の送信処理を行う際には、ガードインターバル挿入、デジタル／アナログ変換、およびＲＦ(Radio Frequency)帯域への周波数変換などの処理も必要になるが、これらは公知技術であるため、説明を省略する。

本実施の形態においては、第１の変調部１０により変調される第１のデータは、通常の無線通信により送信するデータとする。本実施の形態においては、無線通信装置１は、携帯電話の端末と通信を行う基地局装置を想定しているため、上述の通常の無線通信により送信するデータとは、本実施の形態においては、携帯電話の端末に送信するデータのことを指す。また、本実施の形態においては、第２の変調部２０により変調する第２のデータは、例えば、無線通信装置１のメンテナンスを行うために、当該無線通信装置１の状態を無線通信により送出する監視制御データとする。

このようにして送出される監視制御データは、例えば、直近の外部に配置した、図示しない制御端末が受信することができる。当該制御端末は、無線通信装置１の監視制御データを受信することにより、無線通信装置１の状態を知ることができるため、この監視制御データに基づいて、無線通信装置１の監視および制御を行うことができる。

なお、本実施の形態に係る無線通信装置１は、ガードバンドのサブキャリアに対する送信電力を、ガードバンド以外のサブキャリアに対する送信電力よりも低くして送信を行う。このような送信電力の制御は、第２の変調部２０が、ガードバンドのサブキャリアの電力を下げて、ＩＱ平面上のマッピングを第１の変調部１０のサブキャリアの電力より小さい電力になるようにして行う。この際、ガードバンドのサブキャリアで送信するデータの変調を行う第２の変調部２０の変調クラスを高くしてしまうと、送信された信号を受信する受信側の無線通信装置において適切に復調できない恐れがある。なお、「変調クラスが高い」とは、デジタル変調の各種方式において、１シンボルに複数のビットをのせる多値変調の中で、１シンボルにのせるビット数の多い変調方式を指す。

したがって、ガードバンドのサブキャリアで送信するデータの変調を行う第２の変調部２０の変調クラスは、ガードバンド以外のサブキャリアで送信するデータの変調を行う第１の変調部１０よりも低い変調クラスにするのが好適である。例えば、第１の変調部１０の変調方式を６４ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)とする場合には、第２の変調部２０の変調方式は、それよりも低い例えばＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)やＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)などにする。このように、本実施の形態においては、第２の変調部は、第１の変調部と異なる変調クラスを用いることができる。

このような、ガードバンドのサブキャリアを用いる通信は、隣接チャネルへの漏洩電力の観点から送信電力を低くして行う必要があるため、無線通信装置１から距離が離れた（他の）通信装置との間においては、良好な通信を行うことができない恐れもある。しかしながら、無線通信装置１と通信を行う通信装置が、無線通信装置１の直近に配置する際に有線接続が困難な場合などは、このように送信電力の低い通信であっても、良好に無線通信を行うことができる。なお、本実施の形態によるガードバンドを用いた通信は、図１に示すように、割り当てられた帯域の帯域端に近づくにつれて、サブキャリアの送信電力を低くして行うようにするのが好適である。

また、無線通信装置１と、この無線通信装置１が送信するデータを受信する（他の）無線通信装置との間の距離に応じて、無線通信装置１のガードバンドのサブキャリアに対する送信電力を高くすることもできる。具体的には、送信側の無線通信装置１と、受信側の（他の）無線通信装置との間の距離がある程度離れている場合、無線通信装置１のガードバンドのサブキャリアに対する送信電力を強める必要がある。この場合、第２の変調部２０は、無線通信装置１と、この無線通信装置１により送信される信号を受信する受信装置である他の無線通信装置との間の距離に応じて、ガードバンドのサブキャリアに対する送信電力を制御する。このような制御により、ガードバンドに対する漏洩電力規定を満足する範囲内において、無線通信装置１のガードバンドのサブキャリアに対する送信電力を高くして送信を行う。

このように、本実施の形態に係る無線通信装置１によれば、チャネル帯域外への電力の漏洩を考慮しつつ、ガードバンドに配置されるサブキャリアを用いて通信を行う。したがって、本実施の形態に係るガードバンドに配置されるサブキャリアによる通信においては、通信の用途は限定的になるものの、無線通信のリソースを有効活用することより、伝送レートを向上させることができる。

次に、本実施の形態に係る無線通信装置１のサブキャリアを用いて通信を行う際の、隣接チャネルへの漏洩電力について、シミュレーションを行った例を示して説明する。なお、以下、全てのシミュレーションにおいて、第１の変調部１０に入力する第１のデータ、および、第２の変調部２０に入力する第２のデータは、いずれもランダムデータとする。このランダムデータとは、例えば０または１のビットをランダムに配列したデータ列とする。

図３は、漏洩電力に係るシミュレーションに用いた本発明の実施の形態によるサブキャリアの配置を概略的に示す図である。図３に示すチャネル（以下、「チャネルＡ」とする）の例においては、ある周波数帯域に２５６本のサブキャリアが割り当てられているものとし、チャネル両端付近の２０本ずつのサブキャリアは、ガードバンドに配置されるサブキャリアとする。したがって、無線通信装置１は、チャネル両端付近の２０本ずつのサブキャリアを除いた２１６本のサブキャリアを用いて、通常の通信を行う。ガードバンド以外の帯域に配置されるこれらのサブキャリア２１６本についての変調クラスは６４ＱＡＭを用いるものとする。図３において、ガードバンドに配置されるサブキャリアは破線により表し、ガードバンド以外の帯域に配置されるサブキャリアは実線により表す。

図４は、縦軸の単位をｄＢ（デシベル）として、図３に示したチャネルを構成する各サブキャリアが合成された電力スペクトル図である。図４（Ａ）に示す例では、チャネルＡのチャネル帯域を、中心周波数を０として（±）５ＭＨｚとしている。サブキャリア数は、上述したように２５６本とし、各サブキャリア同士の間隔は３７．５ｋＨｚにしている。なお、中央のＤＣキャリアは未使用としている。本例では、比較のため、まず、図４において、従来通りに、ガードバンドに配置されるサブキャリアを用いずに通信を行う場合の電力スペクトルを示す。

なお、図４において、太線の破線は、例として、次世代ＰＨＳにおける送信マスクの範囲を示している。チャネルに割り当てられた周波数帯域外に対する漏洩電力規定を満足するためには、電力スペクトルが、このマスクを超えないようにしなければならない。図４に示す電力スペクトルにおいては、アナログフィルタを用いることにより、中心周波数から１０ＭＨｚを超える成分を除去するのが望ましい。以下に示す例においては、１０ＭＨｚを超える成分をアナログフィルタで除去する前段階のスペクトルを示している。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）における周波数帯域０〜１０ＭＨｚを拡大して示す図である。図４（Ｂ）に示す例では、チャネルＡの（右側の）ガードバンドに配置されたサブキャリアは通信に関与していないため、チャネルに割り当てられた周波数の帯域端（５ＭＨｚ）付近では、電力スペクトルが、マスクよりも充分に低くなっている。

次に、ガードバンドに配置されたサブキャリアを用いて通信を行う場合の電力スペクトルを示す。図５は、チャネルＡの左右両端のガードバンドに配置されるサブキャリアのうち、それぞれ４本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。なお、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における周波数帯域０〜１０ＭＨｚを拡大して示す図である。ガードバンドに配置されるサブキャリアのうち、通信に用いるこれらのサブキャリアの変調クラスはＱＰＳＫを用いるものとする。また、ガードバンドに配置されるサブキャリアの電力は、ガードバンド以外の帯域に配置されるサブキャリアの平均電力に対して−９ｄＢとする。

図５（Ａ）を図４（Ａ）と比較しても大差は認められない。しかしながら、図５（Ｂ）を図４（Ｂ）と比較すると、チャネルＡに割り当てられた周波数の帯域端（５ＭＨｚ）付近において、ガードバンドに配置されるサブキャリアの電力スペクトルが僅かにマスクに近づくので、マージンが僅かに減少している。このように、本実施の形態による無線通信装置１は、ガードバンドに配置されるサブキャリアを用いて、低い送信電力により、周波数帯域外に対する漏洩電力規定を満足する通信を行うことができる。

図６は、図５の例において、チャネルＡの左右両端のガードバンドに配置されるサブキャリアのうち、それぞれ８本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における周波数帯域０〜１０ＭＨｚを拡大して示す図である。図６（Ｂ）を図５（Ｂ）と比較すると、チャネルＡに割り当てられた周波数の帯域端（５ＭＨｚ）付近において、ガードバンドに配置されるサブキャリアの電力スペクトルがマスクに近づき、マージンがさらに減少している。

図７は、図５の例において、チャネルＡの左右両端のガードバンドに配置されるサブキャリアのうち、それぞれ１６本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における周波数帯域０〜１０ＭＨｚを拡大して示す図である。図７（Ｂ）を図６（Ｂ）と比較すると、チャネルＡに割り当てられた周波数の帯域端（５ＭＨｚ）付近において、ガードバンドに配置されるサブキャリアの電力スペクトルがマスクにさらに近づき、マージンがさらに減少している。

図８は、図５の例において、チャネルＡの左右両端のガードバンドに配置されるサブキャリアのうち、それぞれ２０本ずつを使用して通信を行う場合の電力スペクトルを示す図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）における周波数帯域０〜１０ＭＨｚを拡大して示す図である。図８（Ｂ）を図７（Ｂ）と比較すると、チャネルＡに割り当てられた周波数の帯域端（５ＭＨｚ）付近において、ガードバンドに配置されるサブキャリアの電力スペクトルがマスクにさらに一層近づき、マージンがさらに減少している。

図５〜図８を比較すると、チャネルＡの左右両端のガードバンドに配置されるサブキャリアのうち、通信に用いるサブキャリア数が増大するにつれて、マスクに対するマージンが減少しているのが分かる。また、ガードバンドに配置されて通信に用いるサブキャリアに対する送信電力は、帯域制限フィルタの処理により、チャネルに割り当てられた帯域の端に行くほど弱くなるようにできる。

本実施の形態による無線通信装置１によれば、上述したような諸条件に適合するような仕様の通信において、ガードバンドに配置されたサブキャリアを用いて通信を行うことができる。したがって、本実施の形態による無線通信装置１は、隣接するチャネルに漏洩電力の影響を与えることなく、無線通信のリソースを有効に活用することができ、これにより伝送レートを向上させることができる。

なお、本発明は、上述した各実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能である。特に、上述した、発明を実施するための形態の説明においては、無線通信装置のデータの送信に係る部分について主眼を置いて説明したものであり、それ以外の通信機能に係る構成または動作および処理などは、当業者であれば適宜変更を加えて実施することができる。

１無線通信装置
１０第１の変調部
２０第２の変調部
３０ＩＦＦＴ処理部
４０帯域制限フィルタ
５０無線通信部
６０アンテナ
７０電力制御部

Claims

ＯＦＤＭ信号のチャネル帯域にガードバンドを設けて通信を行う無線通信部を有する無線通信装置であって、
前記ガードバンドにあるサブキャリアの送信電力および前記チャネル帯域のうち前記ガードバンドにないサブキャリアの送信電力を制御する信号処理部を備え、
前記無線通信部は、前記ガードバンドのサブキャリアの送信電力が、当該ガードバンドにないサブキャリアに対する送信電力よりも低くなるように前記信号処理部にて制御されたＯＦＤＭ信号を送信することを特徴とする無線通信装置。
前記ガードバンド以外のサブキャリアで送信する信号の変調を行う第１の変調部と、
前記ガードバンドのサブキャリアで送信する信号の変調を行う第２の変調部とを備え、
前記第２の変調部は、前記第１の変調部と異なる変調クラスを用いる、請求項１に記載の無線通信装置。
前記信号処理部は、前記無線通信装置と、該無線通信装置により送信される信号を受信する受信装置である他の無線通信装置との間の距離に応じて、前記ガードバンドのサブキャリアに対する送信電力を制御する、請求項１に記載の無線通信装置。