JP2010272927A

JP2010272927A - 無線通信装置

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Publication number: JP2010272927A
Application number: JP2009120733A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Aoki; 雄一青木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】無線通信装置におけるベースバンド処理部から無線処理部へのデータ伝送量を抑える。
【解決手段】ベースバンド処理部と、デジタル伝送路を介してベースバンド処理部に接続された無線通信部とを備える。ベースバンド処理部は、与えられた無線帯域における不使用周波数に関する制御情報を出力する制御部と、制御情報を用いて送信データから周波数領域の変調データを生成する変調部と、制御情報および周波数領域の変調データを無線通信部へ供給するインタフェース部とを有する。無線通信部は、制御情報を用いてベースバンド処理部からの周波数領域の変調データを時間領域の変調データに変換するｉＦＦＴ部と、時間領域の変調データから無線通信の変調信号を生成して送信し、無線通信により受信した変調信号から時間領域の変調データを生成する無線処理部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、FDMA（Frequency Division Multiple Access：周波数分割多元接続）を行う無線通信装置に関する。

無線通信は、OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）やSCFDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access：単一搬送波周波数分割多元接続）等のFDMAを利用するデジタル無線通信が主流となりつつある。これらのFDMAを扱う無線通信装置は、与えられた無線帯域の全てを利用するとは限らず、一部の帯域を利用しない場合もある。

デジタル無線通信に関する技術として、例えば、特許文献１に記載のものがある。同文献に記載のシステムは、無線通信を担うトランシーバに接続されているベースバンドＬＳＩに、OFDMAのためのＦＦＴ／ｉＦＦＴ（高速フーリエ変換／逆高速フーリエ変換）機能が設けられている。このシステムのＦＦＴ機能は、トランシーバからの時間領域（time domain）の信号を周波数領域（frequency domain）の信号に変換する。ｉＦＦＴ機能は、送信する周波数領域の信号を時間領域の信号に変換してトランシーバに供給する。

なお、特許文献１のシステムでは、デジタル信号の実部Iと虚部Qとで異なるインタフェースが用意されているが、これに替えて、例えば特許文献２及び３に記載の技術のように、実部I及び虚部Qをまとめて取り扱う技術もある。

特開２００８−２７８１２０号公報特開２００７−３１８４６２号公報特開２００８−１４１５２５号公報

3GPP TS36.211 V8.5.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation、［online］、２００８年１２月、３ＧＰＰ、［２００９年４月検索］、インターネット＜http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.211/36211-850.zip＞

特許文献１に記載のシステムでは、ＦＦＴ／ｉＦＦＴ機能がベースバンドＬＳＩにある。よって、このベースバンドＬＳＩとトランシーバとの間を流れるデータは、時間領域の信号である。しかしながら、かかる構成には、次のような課題がある。

前述のOFDMAやSCFDMAのような変調形式の場合、与えられた通信帯域の全てが利用されるとは限らないが、時間領域の信号は、利用されない周波数の有無によってデータ量が変わることはない。また、元来、時間領域の信号は、周波数領域の信号に比べて、多様な値をとり得るためデータ量が増大しやすい。よって、上記文献のシステム構成では、ベースバンド処理部と無線処理部との間のデータ伝送量を削減し難いという不都合がある。

そこで、本発明は、無線通信装置におけるベースバンド処理部から無線処理部へのデータ伝送量を抑えるための技術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、ベースバンド処理部と、デジタル伝送路を介して前記ベースバンド処理部に接続された無線通信部とを備え、前記ベースバンド処理部は、与えられた無線帯域における不使用周波数に関する制御情報を出力する制御部と、前記制御情報を用いて送信データから周波数領域の変調データを生成する変調部と、前記制御情報および前記周波数領域の変調データを前記無線通信部へ供給するインタフェース部とを有し、前記無線通信部は、前記制御情報を用いて前記ベースバンド処理部からの周波数領域の変調データを時間領域の変調データに変換するｉＦＦＴ部と、前記時間領域の変調データから無線通信の変調信号を生成して送信し、無線通信により受信した変調信号から時間領域の変調データを生成する無線処理部とを有する。

本発明によれば、無線通信装置におけるベースバンド処理部から無線処理部へのデータ伝送量を抑えることができる。

本発明の第１の実施形態における無線通信装置の構成図である。本発明の実施形態における制御情報および変調データの伝送に関する説明図である。本発明の第２の実施形態における無線通信装置の構成図である。本発明の第３の実施形態における無線通信装置の構成図である。本発明の第４の実施形態における無線通信装置の構成図である。非特許文献１に記載の周波数資源の割り当てに関する説明図である。非特許文献１に記載の周波数資源の割り当てに関する説明図である。周波数領域の信号波形の説明図である。時間領域の信号波形の説明図である。

≪第１の実施形態≫
図１に、本発明の第１の実施形態の構成を示す。無線通信装置101は、無線通信の基地局あるいは無線端末等のノードである。無線通信装置101は、ベースバンド処理部10と、ベースバンド処理部10にデジタル伝送路30を介して接続された無線周波数モジュール20とを備える。無線周波数モジュール20は、本発明に係る無線通信部に対応するものである。

ベースバンド処理部10には、ベースバンド制御部（BB）11，変調器（MOD）12，送信インタフェース部（DTT）13，受信インタフェース部（DRR）14，復調器（De-MOD）15が設けられている。

ＢＢ11は、本発明に係るベースバンド処理部の制御部に対応し、与えられた無線帯域における不使用周波数に関する制御情報を出力する。不使用周波数は、前述したOFDMAやSCFDMAなどの変調形式を利用する無線通信において、現時点では使用されない周波数ブロックである。次世代の携帯電話の通信方式として注目されているLTE（Long Term Evolution）方式の場合、端末から基地局への通信（Uplink）にSCFDMAが適用され、基地局から端末への通信（Downlink）にOFDMAが適用される。

ここで、図６及び図７に、非特許文献１に記載されているSCFDMA（Uplink：上りリンク）およびOFDMA（Downlink：下りリンク）のための周波数資源の割り当てを示す。これらの図において、縦軸は周波数を表し、横軸は時間を表す。図示の「resource grid」とは、ある時間において、あるノード（端末、基地局）に割り当てるべき周波数資源と考えることができる。SCFDMA及びOFDMAともに、ノード間の通信には、与えられた通信帯域のうちの部分的な周波数ブロックが用いられる。

不使用周波数は、通信の開始から終了まで固定されることに限らず、通信中に変更される場合もある。無線通信の基地局は、不使用周波数の値や変更のタイミング等を端末ノードへ通知する。その端末ノードが無線通信装置101である場合、ベースバンド処理部10のＢＢ11は、基地局から通知された情報をもとに制御情報を生成して出力することになる。

変調器12は、ＢＢ11からの制御情報が示す不使用周波数を省略して、送信すべきデータを周波数領域のデータに変調する。ＤＴＴ13は、ＢＢ11からの制御情報および変調器12からの変調データが記述された信号を無線周波数モジュール20へ出力する。

図２に、デジタル伝送路30に上記の信号が流れる様子を示す。ベースバンド処理部10のＤＴＴ13から出力される制御信号には、ヘッダに続いて、ＢＢ11からの制御情報が記述されている。制御情報には、現時点の無線通信に与えられている周波数帯域や、そのうちの不使用周波数の情報を含む。また、必要に応じて、後述の無線周波数モジュール20にて取り扱うサイクリック・プレフィックスと呼ばれるガード信号の情報や、無線通信に適用すべき送信電力の情報等を含ませてもよい。一方、データ信号には、ヘッダに続いて、変調器12で生成した周波数領域（周波数ドメイン）の変調データがセットされている。これらの信号が、デジタル伝送路30を通じて、後述する無線周波数モジュール20のＤＴＲ21により受信される。

なお、制御信号の出力は、データ信号の発生ごとに行ってもよいが、これに替えて、例えば不使用周波数が変更されたときのみに行うようにしてもよい。不使用周波数の変更時のみ制御情報を発行することで、制御信号の頻度が最小限に留められ、その結果、デジタル伝送路30を流れるデータ量を抑えることができる。

無線周波数モジュール20には、図１に示すように、受信インタフェース部（DTR）21，逆ＦＦＴ変換器（iFFT）22，無線処理部23，ＦＦＴ変換器（FFT）24，送信インタフェース部（DRT）25、無線モジュール制御部（CTRL）26が設けられている。ＤＲＴ25は、本発明に係る無線通信部の第２のインタフェース部に対応するものである。

ＤＴＲ21は、ベースバンド処理部10からの制御情報および変調データをｉＦＦＴ22へ供給し、また、そのうちの制御情報をＣＴＲＬ26に渡す。ｉＦＦＴ22は、制御情報を用いて周波数領域の変調データを時間領域のものに変換する。無線処理部23は、時間領域の変調データから無線通信の変調信号を生成し、それを対向ノードに無線送信する。

また、無線処理部23は、対向ノードとの無線通信により受信した変調信号から時間領域の変調データを生成し、それをＦＦＴ24へ出力する。ＦＦＴ24は、現時点でＣＴＲＬ26が保持している制御情報を用いて、時間領域の変調データを周波数領域のものに変換する。ＤＲＴ25は、周波数領域の変調データをベースバンド処理部10へ出力する。

ベースバンド処理部10のＤＲＲ14は、周波数領域の変調データをデジタル伝送路30から受信すると、それを復調器15へ出力する。復調器15は、入力された周波数領域の変調データをベースバンドの受信データに復調する。

図１を参照して、上記構成の無線通信装置101による動作を説明する。無線通信装置101において、変調器12は、ＢＢ11からの制御情報をもとに周波数領域の変調データを生成する。このとき、制御情報が示す不使用周波数に対応するデータは省略される。ＤＴＴ13は、図２に示すような形態で、制御信号およびデータ信号をデジタル伝送路30へ出力する。これにより、デジタル伝送路30には周波数領域の変調データが流れる。

無線周波数モジュール20において、ＤＴＲ21は、上記の制御信号およびデータ信号を受信すると、それらから制御情報および変調データを抽出してｉＦＦＴ22へ供給する。また、制御情報をＣＴＲＬ26へ渡す。ＣＴＲＬ26は、制御情報を受け取る都度、それを現行のものとして記録し、各部からの要求に応じて供給する。

ｉＦＦＴ22は、周波数領域の変調データに対する逆ＦＦＴ処理を行うにあたり、制御情報から不使用周波数を認識する。そして、処理対象の変調データにおける不使用周波数に対応する部分に「０」を設定し、設定後の変調データを時間領域のものに変換する。これにより、不使用周波数が反映された周波数領域の変調データを適切に時間領域のものに変換することができる。

また、ｉＦＦＴ22は、制御情報の内容に応じて前述のガード信号（サイクリック・プレフィックス）を時間領域の変調データに付加する。ｉＦＦＴ22が生成した時間領域の変調データは、無線処理部23に入力される。

無線処理部23において、ＦＩＲフィルタ／時間領域ウィンドウ（FIR/TDW）23aは、ｉＦＦＴ22からの時間領域の変調データの波形を整形する。整形された変調データは、Ｄ-Ａ変換器（D/A）23bによりアナログ信号に変換される。低域透過フィルタ（LPF）23cは、変換されたアナログ信号から必要な周波数の信号を取り出す。取り出された信号は、ミキサ23dにより、ＰＬＬ回路23eからの信号をもとに無線周波数にアップコンバートされる。無線周波数の信号は、ＲＦドライバアンプ（DRV）23fおよびＲＦパワーアンプ（PA）23gにより、制御信号により指示された電力まで増幅されたうえで、スイッチ／デュープレクサ（SW/DUP）23hを介してアンテナから無線信号として出力される。これにより、無線通信装置101における一連の送信処理が完了する。

その後、無線通信装置101が、対向ノードとの無線通信により変調信号を受信したとする。受信した信号は、ローノイズアンプ（LNA）23iにより適切な強度に増幅されたのち、ミキサ23jにより、無線通信装置101での処理に適した周波数にダウンコンバートされる。低域透過フィルタ（LPF）23kは、ダウンコンバートされた変調信号から必要な周波数のデータを取り出す。取り出された変調データは、可変利得アンプ（VGA）23lにより適切な振幅に増幅された後、Ａ-Ｄ変換器（A/D）23mにより、デジタルの変調データに変換される。この変調データは、時間領域から周波数領域への変換処理のためにＦＦＴ24へ入力される。

ＦＦＴ24は、ＣＴＲＬ26から現行の制御情報を取得し、それが表す不使用周波数のデータ部分が省略されるように処理する。これにより、不使用周波数のデータ部分を含まない周波数領域の変調データが生成される。ＤＲＴ25は、ＦＦＴ24が生成した周波数領域の変調データをベースバンド処理部10へ出力する。よって、無線通信の受信時にも、デジタル伝送路30には周波数領域の変調データが流れる。

ベースバンド処理部10において、ＤＲＲ14は、無線周波数モジュール20からの周波数領域の変調データを受信すると、それを復調器15へ出力する。復調器15は、入力された変調データを復調することにより、ベースバンドの受信データを生成する。これにより、無線通信装置101における一連の受信処理が完了する。

このように、本実施形態の無線通信装置101は、無線通信の送受信時に、デジタル伝送路30に周波数領域の信号が流れるよう構成されている。よって、デジタル伝送路30に時間領域の信号が流れる場合に比べ、デジタル伝送路30のデータ伝送量を抑えることができる。なぜなら、前述したように、時間領域の信号は、周波数領域の信号よりもデータ量が増大しやすく、また、不使用周波数の有無によってデータ量が変化することはないからである。

ここで、周波数領域と時間領域との間でのデータ量の違いについて簡単に説明する。図８は、周波数領域の信号（実部I）の波形例であり、図９は、時間領域の信号（実部I）の波形例である。両者は、WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）等で使われるOFDMのQPSKが適用される、同じデータ内容の信号波形である。図８の横軸は周波数で表され、図９の横軸は時間で表されている。

図８より、周波数領域の波形がとる値は、「０」と、絶対値が共通の２つのピーク値（±√２）の３値である。同図の中央付近は、前述の不使用周波数に対応する部分である。この波形の信号を伝送するには、横軸（周波数）の１点あたり２ビット用意すればよい。一方で、図９に示す時間領域の波形では、時間の経過に従って、少なくとも３値を超える多様な値が途切れることなく現れる。よって、この波形の信号を伝送するには、上記の周波数領域信号の場合よりも、多くのビットを必要とすることがわかる。

≪第２の実施形態≫
図３に、本発明の第２の実施形態の構成を示す。本実施形態の無線通信装置102において、前述の実施形態（図１）との差異は、無線周波数モジュール20に２つのスイッチ（SW）27,28が付加される点である。スイッチ27は、本発明に係る第１のスイッチ部に対応し、他方のスイッチ28は第２のスイッチ部に対応するものである。

スイッチ27は、ＤＴＲ21とｉＦＦＴ22との間に設けられている。このスイッチ27は、ＤＴＲ21からの制御信号および周波数領域の変調データを、ＣＴＲＬ26による指示に従って、ｉＦＦＴ22あるいは無線処理部23のＤ-Ａ変換器23bに供給する。スイッチ27がｉＦＦＴ22に接続した場合は、前述の実施形態（図１）と同様に、周波数領域の変調データが時間領域のものに変換される。また、スイッチ27がＤ-Ａ変換器23bに接続した場合は、周波数領域の変調データがそのままアナログ信号に変換される。

他方のスイッチ28は、Ａ-Ｄ変換器23mとＦＦＴ24との間に設けられている。このスイッチ28は、Ａ-Ｄ変換器23mから出力される時間領域のデジタル変調データを、ＣＴＲＬ26による指示に従って、ＦＦＴ24またはＤＲＴ25に供給する。スイッチ28がＦＦＴ24に接続した場合は、前述の実施形態と同様に、時間領域の変調データが周波数領域のものに変換される。また、スイッチ28がＤＲＴ25に接続した場合は、時間領域の変調データがＤＲＴ25によりベースバンド処理部10へ出力される。

なお、ＣＴＲＬ26から各スイッチ27,28への指示は、現行の無線通信の形態に応じて行うようにする。そのためには、例えば、ベースバンド処理部10から無線周波数モジュール20への制御情報に、現行の無線通信の形態や、ＦＦＴ／ｉＦＦＴ処理の要否に関する情報を付加しておく。そして、ＣＴＲＬ26が、その制御情報をもとに、各スイッチ27,28の接続を切り替える。

本実施形態によれば、無線通信の形態に応じて、無線周波数モジュール20におけるＦＦＴ／ｉＦＦＴ処理の要否を制御することができる。これにより、例えば、FDMA信号に一部のCDMAや他の変調方式が混在する通信方式や、CDMA・GSMといった、ＦＦＴ／ｉＦＦＴ処理が不要な通信が発生した場合にも、柔軟に対処することができる。

≪第３の実施形態≫
図４に、本発明の第３の実施形態の構成を示す。本実施形態の無線通信装置103は、第１の実施形態（図１）の無線周波数モジュール20からＦＦＴ24を省略し、ベースバンド処理部10の復調器15をＦＦＴ復調部（FFT/De-MOD）15Aに置き換えたものと同等である。

ＦＦＴ復調部15Aは、ベースバンド処理部10からの変調データのＦＦＴ処理および復調処理を担う。ＦＦＴ復調部15Aは、ＤＲＲ14の出力をＦＦＴ処理して、その処理結果を復調するよう構成することができる。また、この構成に替えて、例えば、変調データを部分的に復調したものをＦＦＴ処理し、その後に残りの部分を復調するという構成であってもよい。

無線通信装置103において、無線通信の送信時の処理は、第１の実施形態のものと同様である。無線通信の受信時は、受信した信号が、時間領域のデジタル変調データの状態で無線周波数モジュール20からベースバンド処理部10へ供給される。ベースバンド処理部10に入力された変調データは、ＦＦＴ復調部15AによりＦＦＴ処理および復調処理が施されることで、ベースバンドの受信データに変換される。この受信データには、不使用周波数のデータ部分も含まれる。

本実施形態によれば、ＦＦＴ処理において不使用周波数の情報は省略されないため、受信データからより多くの情報を得ることが求められる用途に好適である。また、無線周波数モジュール20でのＦＦＴ処理は不要であるから、無線周波数モジュール20での処理負荷を軽減することができる。

≪第４の実施形態≫
図５に、本発明の第４の実施形態の構成を示す。本実施形態の無線通信装置104は、前述した第３の実施形態（図４）に、第２の実施形態（図３）のスイッチ27を付加したものと同等である。

本実施形態によれば、無線送信時の通信形態に応じて、無線周波数モジュール20におけるｉＦＦＴ処理の要否を制御することができる。

本発明の実施は、上記の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において適宜変形が可能である。例えば、周波数分割多元接続の形式は、SCFDMAやOFDMAに限らず、他のFDMAであってもよい。

本発明は、例えば、携帯電話のベースバンドプロセッサとRFICとの間の通信や、携帯電話の基地局あるいは放送局等におけるベースバンド信号処理部と無線周波数モジュールとの通信に適用することができる。

101,102,103,104：無線通信装置
11：ベースバンド制御部（BB）、12：変調器（MOD）、13：送信インタフェース部（DTT）、14：受信インタフェース部（DRR）、15：復調器（De-MOD）、15A：ＦＦＴ復調部（FFT/De-MOD）
21：受信インタフェース部（DTR）、22：逆ＦＦＴ変換器（iFFT）、23：無線処理部、24：ＦＦＴ変換器（FFT）、25：送信インタフェース部（DRT）、26：無線モジュール制御部（CTRL）、27,28：スイッチ（SW）
23a：ＦＩＲフィルタ／時間領域ウィンドウ（FIR/TDW）、23b：Ｄ-Ａ変換器（D/A）、23c：低域透過フィルタ（LPF）、23d,23j：ミキサ、23e：ＰＬＬ回路、23f：ＲＦドライバアンプ（DRV）、23g：ＲＦパワーアンプ（PA）、23h：スイッチ／デュープレクサ（SW/DUP）、23i：ローノイズアンプ（LNA）、23k：低域透過フィルタ（LPF）、23l：可変利得アンプ（VGA）、23m：Ａ-Ｄ変換器（A/D）

Claims

ベースバンド処理部と、デジタル伝送路を介して前記ベースバンド処理部に接続された無線通信部とを備え、
前記ベースバンド処理部は、与えられた無線帯域における不使用周波数に関する制御情報を出力する制御部と、前記制御情報を用いて送信データから周波数領域の変調データを生成する変調部と、前記制御情報および前記周波数領域の変調データを前記無線通信部へ供給するインタフェース部とを有し、
前記無線通信部は、前記制御情報を用いて前記ベースバンド処理部からの周波数領域の変調データを時間領域の変調データに変換するｉＦＦＴ部と、前記時間領域の変調データから無線通信の変調信号を生成して送信し、無線通信により受信した変調信号から時間領域の変調データを生成する無線処理部とを有することを特徴とする無線通信装置。
前記無線通信部は、前記制御情報を用いて前記時間領域の変調データを周波数領域の変調データに変換するＦＦＴ部と、前記周波数領域の変調データを前記ベースバンド処理部へ供給する第２のインタフェース部とを有し、
前記ベースバンド処理部は、前記無線通信部からの周波数領域の変調データからベースバンドの受信データを生成する復調部を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記無線通信部は、前記ベースバンド処理部からの周波数領域の変調データを現行の無線通信形式に応じて前記ｉＦＦＴ部または前記無線処理部へ選択的に供給する第１のスイッチ部と、前記時間領域の変調データを現行の無線通信形式に応じて前記ＦＦＴ部または前記第２のインタフェース部へ選択的に供給する第２のスイッチ部とを有することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
前記無線通信部は、前記時間領域の変調データを前記ベースバンド処理部へ供給する第２のインタフェース部を有し、
前記ベースバンド処理部は、前記無線通信部からの時間領域の変調データを周波数領域の変調データに変換し、当該周波数領域の変調データをベースバンドの受信データに復調するＦＦＴ復調部を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記無線通信部は、前記ベースバンド処理部からの周波数領域の変調データを現行の無線通信形式に応じて前記ｉＦＦＴ部または前記無線処理部へ選択的に供給するスイッチ部を有することを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
前記ｉＦＦＴ部は、前記周波数領域の変調データを時間領域の変調データに変換するとき、当該周波数領域の変調データにおいて前記制御情報が示す不使用周波数の対応部分にゼロのデータ値を設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記ＦＦＴ部は、前記時間領域の変調データから変換された前記周波数領域の変調データにおいて前記制御情報が示す不使用周波数に対応するデータ部分を省略することを特徴とする請求項２又は３記載の無線通信装置。
前記無線通信は、上りリンクにSCFDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）が適用され、下りにOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が適用される通信であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の無線通信装置。