JP2011135486A - 無線通信装置、そのコンピュータプログラムおよびデータ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膨大な演算処理を必要とすることなく、無線通信装置の送信電力を削減することができる無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信端末１１〜３２ごとのチャネル品質を受信データから推定し、無線通信セル１〜３の負荷を受信データから推定する。そして、推定されたチャネル品質と負荷とに対応して多値変調度が高い変調方式を少数の無線通信端末１１〜３２に適用するとともに多値変調度が低い変調方式を多数の無線通信端末１１〜３２に適用する。このため、多値変調度が最高の変調方式を適用する無線通信端末１１〜３２が常に最少となるように制御を実行することができるので、膨大な演算処理などを必要とすることなく、送信電力を最少化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、適応変調を実行する無線通信装置に関し、特に、無線通信セルに位置する無線通信端末ごとに変調方式を切り換える無線通信装置、そのコンピュータプログラムおよびデータ処理方法、に関する。

送信機と受信機の間のチャネル品質が時間や場所に対応して変動する無線通信システムにおいて、チャネル品質に対応して適応的に変調方式を変更する方法が知られている。これは適応変調と呼ばれる技術であり、移動通信システムや無線ローカルエリアネットワークにおいて広く用いられている。

ここで、図９を参照して適応変調を用いた無線通信システムの例を説明する。図９において、送信機１００に対して送信信号が入力されると、適切な変調方式と多値変調度を選択して信号の変調および符号化処理を実行する。

ここで、変調方式の選択は、受信機１２０から帰還チャネル１３０を介して得られたチャネル品質の推定結果に基づき実行される。送信機１００は選択した変調方式に対して、所要の信号対雑音比であるＳＮＲ(Signal-to-Noise Ratio)を満足するように電力制御を実行し、信号を送信する。送信された信号はチャネル１１０において時変の電力利得と雑音が加えられ、受信機１２０に到達する。

受信機１２０では信号の復調および復号処理を実行し、受信信号を取り出す。また、受信機１２０はチャネル推定を実行し、帰還チャネル１３０を介して送信機１００にチャネル品質の情報を伝達する。

一般に無線通信で多く用いられている適応変調は、回線容量を最大化するように変調方式の選択を実行する。すなわち、帰還チャネルから得られたチャネル品質の推定結果に対して、最も１シンボルあたりの伝達情報量が多い変調方式を選択する。

例えば、１シンボルあたりの情報量がそれぞれ２、４、６[bits]であるＱＰＳＫ(Quarterly Phase Shift Keying)変調、１６ＱＡＭ(quadrature amplitude modulation)変調、６４ＱＡＭ変調の所要ＳＮＲをＺ１、Ｚ２、Ｚ３[dB]とすれば、チャネル品質がＺ３以上の場合にはＱＰＳＫ変調、１６ＱＡＭ変調、６４ＱＡＭ変調の何れも適用可能となる。

このとき、１６ＱＡＭ変調を適用すればＱＰＳＫ変調の２倍、６４ＱＡＭ変調を適用すればＱＰＳＫの４倍の回線容量を得ることができる。このようにＳＮＲが良好な場合、多値変調度を上げることにより平均スループットを向上するだけでなく、逆に変調多値レベルを下げることにより送信電力を低減することも可能である。

例えば、６４ＱＡＭ変調の代わりに１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ変調を適用すれば送信電力を、それぞれＺ３−Ｚ２、Ｚ３−Ｚ１[dB]に低減でき、無線通信の省電力化を図ることができる(非特許文献１)。

また、適応多値変調による無線通信装置の省電力化に関する従来の技術もある。その技術では、転送するデータ量が所定の閾値未満であるか、または、利用可能な無線リソース量が所定の値以上の場合に、多値変調度を下げることにより省電力化を図る。

さらに、繁忙時間帯以外の場合に送信部、受信部または両方の部分的停止を実行することにより省電力化を測る。また、転送するデータ量が所定の閾値以上の場合、低値変調から多値変調へと切り換えることにより回線容量の増大を図る(特許文献１)。

また、ＩＥＥＥ ８０２．１６標準に従う無線通信システムの上り回線において、多値変調度・符号化方式（Modulation and Coding Scheme, ＭＣＳ）のレベル（ＭＣＳレベル）を適応的に切り換えることにより、省電力制御を実行する方法もある。

この技術では、回線容量（上りサブフレームの利用率）に空きがある場合、Expand SchemeとReplacement Schemeの二段階で省電力制御を実行する。まず、Expand Schemeでは、最も送信電力が低減できる余地がある移動端末から順番に選択し、その移動端末のＭＣＳレベルを変更して送信電力が最も低い多値変調度を適用する。

これを繰り返し、回線容量の空きがなくなるか、または、全部の移動端末のＭＣＳレベルの変更を完了できた場合にはReplacement Schemeに移る。つぎに、Replacement Schemeでは、二つの移動端末を比較し、互いにＭＣＳレベルを変更した場合に送信電力を低減でき、かつ回線容量の空きがあればＭＣＳレベルの変更を実行する(非特許文献２)。

さらに、超多値変調方式を採用した適応変調方式において、送信電力制御によるエラーの発生を防止する無線通信装置の提案もある。その技術は、適応変調方式を用いた無線通信装置であって、他の無線通信装置からの無線信号を受信して受信信号を出力する受信部と、受信信号の伝搬路状況に基づいて最適な変調方式を決定し、目標変調方式情報として出力する回線品質判定部と、目標変調方式情報に基づいて目標送信電力を決定し、所定の時間間隔ごとに所定の増分量で送信電力が目標送信電力に近づくレベル設定値を決定し、送信電力が目標送信電力に達したときに目標変調方式情報に従って変調方式情報を出力する送信制御部と、変調方式情報で指示された変調方式を用いて他の無線通信装置への送信信号を生成する送信部と、レベル設定値に従って送信信号のレベルを調整する送信レベル調整部とを備える(特許文献２)。

また、既存の装置構成を用いて適応変調を実現する無線送信装置、送信電力制御方法および送信電力制御プログラムの提案もある。その技術では、送信電力は、多値数の異なる複数の変調方式の間で最大電力が均一となるように制御されることから、変調信号の電力変動範囲は複数の変調方式間で等しくなる。

これにより、多値数の多い変調方式（ピークファクタが大）に合わせて電力増幅器を大型・高出力化する必要がなく、既存の小型・小出力の電力増幅器で対応することができる。

さらに、多値数の少ない変調方式においても、ハードウェアの能力が十分に活かされ、能力に無駄が生じない。これは、適応変調への移行においても、従来の無線送信装置の設計変更を簡易にし、移行に伴なう装置規模およびコストの増加を抑える(特許文献３)。

特開２００８−２５２２８２号公報 特開２００５−２３６７０９号公報 特開２００９−０６０６３８号公報

Andrea Goldsmith, 「ゴールドスミス ワイヤレス通信工学」、丸善、2007、pp. 369-389. W. Kim, J. Yoon, J. Baek. and Y. Suh, "Power Efficient Uplink Resource Allocation Schemes in IEEE 802.16 OFDMA Systems", IEICE Transactions on Communications, Vol. E92-B, No. 9, pp. 2891-2902, 2009.09.

しかし、一般に無線通信セル内には様々なチャネル品質の無線通信端末が混在する。適用可能な多値変調度は無線通信端末によって異なり、無線通信セル容量は時変である。このため、輻輳を回避しつつ消費電力を最少化するには、無線通信端末ごとに多値変調度を適切に設定する必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、低負荷時に低い多値変調度の変調方式に切り換える省電力制御方法が開示されているが、様々なチャネル品質の無線通信端末群の中からどの無線通信端末を選択して変調方式を変更するかについては述べられていない。このため、必ずしも送信電力を最も低減するように端末や変調方式が選択されないという課題がある。

多値変調度に対応して必要な送信電力・所要ＳＮＲは指数的に増加する傾向があり、最も高い送信電力となる多値変調度の端末数をできるだけ少なくするのが送信電力削減に有効である。

しかしながら、非特許文献２に記載された方法では、回線容量に空きがある範囲で最も送信電力の低減余地の大きい端末から順番に選択して最も低い送信電力となる多値変調度へと切り換える方式をとっており、必ずしも送信電力が最少化されないという問題があった。

また、Replacement Scheme処理では任意の二つの無線通信端末に対して電力削減効果のある多値変調度を探索しており、無線通信端末の組み合わせが多くなると計算量が膨大になるという課題がある。

さらに、特許文献２，３の技術では、無線通信端末のチャネル品質と無線通信セルの負荷とに対応して、無線通信端末ごとに適正な多値変調度を設定し、無線通信装置の送信電力を低減することができる。

しかし、特許文献２，３の技術では、例えば、多値変調度が高度な変調方式が多数の無線通信端末に一度に設定されるようなことが発生する可能性があるので、無線通信装置を確実に省電力化することができない。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、無線通信端末との間のチャネル品質が様々な無線通信セルを収容する無線通信装置において、無線通信端末ごとに適切な多値変調度を選択することにより、膨大な演算処理などを必要とすることなく、無線通信装置の送信電力を削減することができる無線通信装置、そのコンピュータプログラムおよびデータ処理方法、を提供するものである。

本発明の無線通信装置は、無線通信セルに位置する複数の無線通信端末と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線通信手段と、無線通信端末ごとのチャネル品質を受信データから推定する品質推定手段と、無線通信セルの負荷を受信データから推定する負荷推定手段と、推定されたチャネル品質と負荷とに対応して多値変調度が高い変調方式を少数の無線通信端末に適用するとともに多値変調度が低い変調方式を多数の無線通信端末に適用する変調度選択手段と、を有する。

本発明のコンピュータプログラムは、無線通信セルに位置する複数の無線通信端末と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線通信装置のコンピュータプログラムであって、無線通信端末ごとのチャネル品質を受信データから推定する品質推定処理と、無線通信セルの負荷を受信データから推定する負荷推定処理と、推定されたチャネル品質と負荷とに対応して多値変調度が高い変調方式を少数の無線通信端末に適用するとともに多値変調度が低い変調方式を多数の無線通信端末に適用する変調度選択処理と、を無線通信装置に実行させる。

本発明のデータ処理方法は、無線通信セルに位置する複数の無線通信端末と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線通信装置のデータ処理方法であって、無線通信端末ごとのチャネル品質を受信データから推定する品質推定動作と、無線通信セルの負荷を受信データから推定する負荷推定動作と、推定されたチャネル品質と負荷とに対応して多値変調度が高い変調方式を少数の無線通信端末に適用するとともに多値変調度が低い変調方式を多数の無線通信端末に適用する変調度選択動作と、を有する。

なお、本発明の各種の構成要素は、その機能を実現するように形成されていればよく、例えば、所定の機能を発揮する専用のハードウェア、所定の機能がコンピュータプログラムにより付与された無線通信装置、コンピュータプログラムにより無線通信装置に実現された所定の機能、これらの任意の組み合わせ、等として実現することができる。

また、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。

また、本発明のコンピュータプログラムおよびデータ処理方法は、複数の処理および動作を順番に記載してあるが、その記載の順番は複数の処理および複数の動作を実行する順番を限定するものではない。

このため、本発明のコンピュータプログラムおよびデータ処理方法を実施するときには、その複数の処理および複数の動作の順番は内容的に支障しない範囲で変更することができる。

さらに、本発明のコンピュータプログラムおよびデータ処理方法は、複数の処理および複数の動作が個々に相違するタイミングで実行されることに限定されない。このため、ある処理および動作の実行中に他の処理および動作が発生すること、ある処理および動作の実行タイミングと他の処理および動作の実行タイミングとの一部ないし全部が重複していること、等でもよい。

本発明の無線通信装置では、無線通信セルに位置する複数の無線通信端末と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信手段が無線通信する。ただし、無線通信端末ごとのチャネル品質を受信データから品質推定手段が推定し、無線通信セルの負荷を負荷推定手段が推定する。そして、変調度選択手段が推定されたチャネル品質と負荷とに対応して多値変調度が高い変調方式を少数の無線通信端末に適用するとともに多値変調度が低い変調方式を多数の無線通信端末に適用する。このため、多値変調度が最高の変調方式を適用する無線通信端末が常に最少となるように制御を実行することができるので、膨大な演算処理などを必要とすることなく、送信電力を最少化することができる。

本発明の実施の形態の無線通信装置の回路構造を示すブロック図である。 無線通信装置と無線通信端末との関係を示す模式図である。 多値変調度割合テーブルのデータ構造を示す模式図である。 無線通信装置のデータ処理方法のメインルーチンを示すフローチャートである。 多値変調度増加処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 多値変調度減少処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 実施の第二の形態における多値変調制御のサブルーチンを示すフローチャートである。 実施の第三の形態における多値変調制御のサブルーチンを示すフローチャートである。 一従来例の無線通信装置の回路構造を示すブロック図である。

本発明の実施の一形態を図１ないし図８を参照して以下に説明する。本実施の形態の無線通信装置１０は、図１、２に示すように、無線通信セル１〜３に位置する複数の無線通信端末１１〜３２と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線送信部３１０と、無線通信端末１１〜３２ごとのチャネル品質を受信データから推定する品質推定部２９０と、無線通信セル１〜３の負荷を受信データから推定する負荷推定部(図示せず)と、推定されたチャネル品質と負荷とに対応して多値変調度が高い変調方式を少数の無線通信端末１１〜３２に適用するとともに多値変調度が低い変調方式を多数の無線通信端末１１〜３２に適用する変調度選択部２６０と、を有する。

図１に示した以外の無線通信装置１０の要素、例えば、電源ユニットやコア網との接続回線、制御用ＣＰＵ(Central Processing Unit)や高周波増幅器などについては、当業者にとって良く知られているため、説明は割愛する。

なお、本実施の形態の無線通信装置１０では、負荷推定部は、例えば、後述するように、公知の手法と同様に、上述の図示しない制御用ＣＰＵが、無線通信セル１の負荷の短時間平均を過去の送信履歴情報より推定することなどで実現される。

より具体的には、本実施の形態の無線通信装置１０は、いわゆる携帯電話システムの無線基地局からなり、無線通信端末１１〜３２は、いわゆる携帯電話端末からなる。このような無線通信端末１１〜３２は自由に移動するため、そのチャネル品質および無線通信セル１〜３の負荷は常時変動する。

本実施の形態の無線通信装置１０は、図２に示すように、三つの無線通信セル１〜３を収容し、これらの無線通信セル１〜３ごとに、通信順序、変調方式、送信電力、などを決定するスケジューリングを実行している。

無線通信セル１は、さらに、エリア１ａ、エリア１ｂ、エリア１ｃの三つの領域に分けられる。このうちエリア１ａは無線通信装置１０から最も遠く、ＳＮＲが低い条件となる。

このため、エリア１ａ内部に存在する無線通信端末１１、１２は、ともにＱＰＳＫ変調のみ適用可能とする。エリア１ｂは、エリア１ａとエリア１ｃの中間であり、エリア１ｂ内部に存在する無線通信端末２１、２２は、ともにＱＰＳＫ変調または１６ＱＡＭ変調が適用可能とする。

エリア１ｃは、無線通信装置１０から最も近い領域であり、ＳＮＲが高い条件となる。このため、エリア１ｃ内部に存在する無線通信端末３１、３２は、ともにＱＰＳＫ変調、１６ＱＡＭ変調、６４ＱＡＭ変調の何れも適用可能とする。

図１は、本発明における無線通信装置１０の内部構成を示している。無線通信装置１０の内部には無線通信端末１１〜３２ごとの送信バッファ部２１１〜２３２があり、図１においては、図２の無線通信端末１１，１２，２１，２２，３１，３２に対応する六個の送信バッファ部２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２が例示されている。

これらの送信バッファ部２１１〜２３２は、各々の無線通信端末１１〜３２のチャネル品質（ＳＮＲ）に対応して、バッファグループ１（２１０）、バッファグループ２（２２０）、およびバッファグループ３（２３０）に分類される。

これらの送信バッファ部２１１〜２３２とバッファグループ１〜３（２１０〜２３０）との関係は固定的ではなく、時変のチャネル品質に対応して動的に変動する。変調度選択部２４０〜２６０は、それぞれのバッファグループ１〜３の無線通信端末１１〜３２に対して、適用可能な多値変調度と、その割合を指示する。

例えば、変調度選択部２４０は、バッファグループ１に属する無線通信端末１１、１２のデータを送信バッファ部２１１、２１２から取り出す場合には、必ずＱＰＳＫ変調を適用するように送信端末選択部２７０に通知する。

一方、変調度選択部２５０は、バッファグループ２に属する無線通信端末２１、２２のデータを送信バッファ部２２１、２２２から取り出す場合、変調度制御部２８０によって定められた確率に対応してＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭ変調を適用するように送信端末選択部２７０に通知する。

また、変調度選択部２６０は、バッファグループ３に属する無線通信端末３１、３２のデータを送信バッファ部２３１、２３２から取り出す場合、変調度制御部２８０によって定められた確率に対応してＱＰＳＫ、１６ＱＡＭまたは６４ＱＡＭ変調を適用するように送信端末選択部２７０に通知する。

送信端末選択部２７０は、無線通信セル１の負荷およびチャネル品質に対応して送信端末を選択し、無線送信部３１０を介して無線インタフェースに送信データを出力する。変調度制御部２８０は、無線通信セル１の負荷状況とチャネル品質の推定結果に対応して、変調度選択部２４０〜２６０に対して適用すべき多値変調の割合を出力する。

品質推定部２９０は、無線受信部３００から得た受信信号情報に基づき、無線通信端末１１〜３２と無線通信装置１０間のチャネル品質推定を実行し、結果を変調度制御部２８０および変調度選択部２４０、２５０、２６０に出力する。

つぎに、無線通信装置１０の送信動作について図面を参照して説明する。図３は変調度制御部２８０が管理する無線通信端末１１〜３２群ごとの多値変調度割合テーブル４００である。

多値変調度割合テーブル４００には、通信端末グループ４１０、適用可能な変調方式４２０、スペクトル効率［ｂｐｓ／Ｈｚ］４３０、端末数割合情報（％ＵＥ）４４０が含まれる。

通信端末グループ４１０には、無線通信端末１１〜３２のグループ情報（Group １，２または３）が格納される。Group １はＱＰＳＫ変調のみ適用可能な無線通信端末１１〜１２のグループ、Group ２はＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭ変調が適用可能な無線通信端末２１〜２２のグループ、Group ３はＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ変調が、何れも適用可能な無線通信端末３１〜３２のグループである。

ここでは符号化による影響は考慮せず、ＱＰＳＫ変調の場合はスペクトル効率が２、１６ＱＡＭの場合は４、６４ＱＡＭの場合は６［ｂｐｓ／Ｈｚ］になると単純に想定する。

Group １、２、３に属する無線通信端末１１〜３２の割合がそれぞれｘ１、ｘ２、ｘ３とし、ｘ１、ｘ２、ｘ３の合計が１になるよう正規化する。Group ２に属する無線通信端末１１〜３２のうち、１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合をγ（０≦γ≦１）とすれば、Group ２でＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合は（１−γ）・ｘ２、１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合はγ・ｘ２となる。

また、Group ３に属する無線通信端末１１〜３２のうち、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合をそれぞれβ（０≦β≦１）、α（０≦α≦１）とすれば、Group ３でＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合は（１−α−β）・ｘ３、１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の個数はβ・ｘ３、６４ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の個数はα・ｘ３となる。

このとき、無線チャネルの帯域幅をＢＷ［Ｈｚ］とすれば、無線通信セル１の容量Ｓは無線通信端末１１〜３２の割合とスペクトル効率の乗算により、
［数１］
Ｓ＝［２（ｘ１＋（１−γ）・ｘ２＋（１−α−β）・ｘ３）＋４（γ・ｘ２＋β・ｘ３）＋６（α・ｘ３）］・ＢＷ ...数式１
と求められる。

なお、従来の一般的な省電力制御を実行しない適応変調方式の場合は、チャネル品質に対応して最も高い多値変調度を選択するため、グループ３は全部６４ＱＡＭ変調（α＝１、β＝０）、グループ２は全部１６ＱＡＭ変調（γ＝１）に対応する。

図４に変調度制御部２８０が実行する多値変調制御の動作フローを示す。まず、多値変調制御の動作を開始すると（ステップ５００）、通信端末グループごとに多値変調を適用する割合α、β、γを全部ゼロに初期化する（ステップ５０１）。

つぎに、データを送信すべき無線通信端末１１〜３２（ＵＥ）が有る限り多値変調制御を繰り返し（ステップ５０２：Ｙ）、送信すべき無線通信端末１１〜３２がなくなった場合（ステップ５０２：Ｎ）には動作を終了する（ステップ５０３）。

なお、ステップ５０２およびにおける条件判定は送信すべき無線通信端末１１〜３２の有無でなくても良く、予め定めた一定の周期ごとに繰り返し実行するなど他の条件を用いても良い。

無線通信端末１１〜３２ごとのチャネル品質情報を品質推定部２９０から取得し（ステップ５０４）、チャネル品質に従い無線通信端末１１〜３２ごとのキューをGroup １，２，３に分類する（ステップ５０５）。

つぎに、無線通信セル１の負荷の短時間平均を過去の送信履歴情報より推定する（ステップ５０６）。ここで前述の数式１によって求められる無線通信セル１の容量に対する無線通信セル１の負荷の割合が予め定めた閾値１を超過した場合（ステップ５０７：Ｙ）、輻輳状態とみなし、後述する多値変調度増加処理５０８を実行する。

一方、無線通信セル１の容量に対する無線通信セル１の負荷の割合が予め定めた閾値２よりも小さく輻輳が緩和された場合には（ステップ５０９：Ｙ）、多値変調度低減処理（ステップ５１０）を実施する。

最後に多値変調度の割合を更新して（ステップ５１１）変調度選択部２４０、２５０、２６０に出力し、ステップ５０２に戻る。

図５に多値変調度増加処理の動作フローを示す。多値変調度増加処理を開始すると（ステップ６００）、まず、Group ３で１６ＱＡＭに変更可能なＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在するか（α＋β＜１）を調べる（ステップ６０１）。

これが存在した場合（ステップ６０１：Ｙ）、Group ３で１６ＱＡＭに変更可能なＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合を増加し、α＝０、β＝β＋Δとして（ステップ６０２）処理を終了する（ステップ６０３）。ただしΔは一度の制御で変更する多値変調度の割合をあらわす。

つぎに、Group ３で１６ＱＡＭに変更可能なＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在しなかった場合（ステップ６０１：Ｎ）、Group ２で１６ＱＡＭに変更可能なＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在するか（γ＜１）を確かめる（ステップ６０４）。

これが存在した場合（ステップ６０４：Ｙ）、１６ＱＡＭに変更可能なＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合を増加し、γ＝γ＋Δとして（ステップ６０５）処理を終了する（ステップ６０６）。

最後にGroup ２、Group ３何れもで１６ＱＡＭに変更可能なＱＰＳＫ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在しなかった場合（ステップ６０４：Ｎ）、Group ３で６４ＱＡＭに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在するか（β＜１）を調べる（ステップ６０７）。

これが存在した場合（ステップ６０７：Ｙ）、Group ３で６４ＱＡＭに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合を増加し、α＝α＋Δ、β＝β−Δとして（ステップ６０８）処理を終了する（ステップ６０９）。

Group ３で６４ＱＡＭに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在しなかった場合（ステップ６０７：Ｎ）は、すでに無線通信セル１が最大容量に達しているため処理を終了する（ステップ６１０）。

図６に多値変調度減少処理の動作フローを示す。多値変調度減少処理を開始すると（ステップ７００）、Group ３で１６ＱＡＭに変更可能な６４ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在するか（α＞０）を確かめる（ステップ７０１）。

これが存在した場合（ステップ７０１：Ｙ）、Group ３の６４ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合を減少し、α＝α−Δ、β＝β＋Δとして（ステップ７０２）、処理を終了する（ステップ７０３）。

つぎに、Group ３で１６ＱＡＭに変更可能な６４ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在しなかった場合（ステップ７０１：Ｎ）、Group ２でＱＰＳＫに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在するか（γ＞０）を調べる（ステップ７０４）。

これが存在した場合（ステップ７０４：Ｙ）、Group ２でＱＰＳＫに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合を減少し、α＝０、γ＝γ−Δとして（ステップ７０５）処理を終了する（ステップ７０６）。

Group ２でＱＰＳＫに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在しなかった場合（ステップ７０４：Ｎ）は、Group ３でＱＰＳＫに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在するか（β＞０）を調べる（ステップ７０７）。

これが存在した場合（ステップ７０７：Ｙ）、Group ３でＱＰＳＫに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２の割合を減少し、α＝γ＝０、β＝β−Δとして（ステップ７０８）処理を終了する（ステップ７０９）。

最後にGroup ２、Group ３においてＱＰＳＫに変更可能な１６ＱＡＭ変調を適用する無線通信端末１１〜３２が存在しなかった場合（ステップ７０７：Ｎ）、すでに無線通信端末１１〜３２の全部がＱＰＳＫ変調となっているため、処理を終了する（ステップ７１０）。

上述のように、本実施の形態の無線通信装置１０では、無線通信セル１の負荷と無線通信端末１１〜３２のチャネル品質とに対応して、多値変調度が最高の変調方式を適用する無線通信端末１１〜３２が常に最少となるように制御を実行する。このため、無線通信装置１０における送信電力を最少化できる。

非特許文献１によれば、Ｍ値ＱＡＭ変調においてある誤り率Ｐｂを達成するための所要ＳＮＲは、Ｍ≧４，ガウス性雑音、ＳＮＲの範囲を０から３０ｄＢとして
［数２］
ＳＮＲ≧（−ｌｎ（５Ｐｂ）／１．５）（Ｍ−１）・ｌｏｇ２Ｍ ...数式２
で与えられる。

上記の数式２に、Ｍ＝４、１６、６４を代入することにより、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭを想定した場合の所要ＳＮＲの比は６、６０、３７８で与えられる。

従来の一般的な省電力制御を実行しない適応変調方式（α＝１、β＝０、γ＝１）の送信電力に対する本発明の送信電力の割合を省電力効率ηとすれば、ηは
［数３］
η＝［６（ｘ１＋（１−γ）・ｘ２＋（１−α−β）・ｘ３）＋６０（γ・ｘ２＋β・ｘ３）＋３７８（α・ｘ３）］／［６・ｘ１＋６０・ｘ２＋３７８・ｘ３］ ...数式３
となる。

また、本実施の形態の無線通信装置１０では、非特許文献２に示された技術のように、任意の無線通信端末１１〜３２の組み合わせに対して多値変調度の変更によって送信電力が削減されるか否かのような判断を必要とせず、端末グループごとに予め決めた多値変調度の割合に従って適用する変調方式が自動的に決まるため、送信スケジューリングに伴う計算量を削減できる。

本実施の形態の無線通信装置１０では、上述のように無線通信端末１１〜３２ごとのチャネル品質を受信データから推定し、無線通信セル１〜３の負荷を受信データから推定する。そして、推定されたチャネル品質と負荷とに対応して多値変調度が高い変調方式を少数の無線通信端末１１〜３２に適用するとともに多値変調度が低い変調方式を多数の無線通信端末１１〜３２に適用する。

このため、多値変調度が最高の変調方式を適用する無線通信端末１１〜３２が常に最少となるように制御を実行することができるので、膨大な演算処理などを必要とすることなく、送信電力を最少化することができる。

本発明の他の実施例として、その基本的構成は上記の通りであるが、変調度制御部２８０が実行する無線通信セルの輻輳判定処理について、ＬＴＥ(Long Term Evolution)等におけるリソースブロックの利用率を採用することもできる。

図７は本発明の実施の第二の形態における変調度制御部２８０が実行する多値変調制御の動作フローである。第一の実施の形態における図４との差異は、無線通信セルの輻輳判定処理（ステップ５２０、５２１および５２２）において、推定した無線通信セル容量に対する無線通信セル負荷の比率ではなく、リソースブロック利用率を直接採用していることである。このようにリソースブロックの利用率を採用することにより、無線通信セル容量の推定が難しい場合も、効率的に無線通信セルの輻輳を回避することができる。

さらに本発明の他の実施例として、変調度制御部２８０が実行する無線通信セルの輻輳判定処理について、送信バッファ部２１１〜２３２に蓄積された送信データのキュー長を採用することもできる。

図８は本発明の実施の第三の形態における変調度制御部２８０が実行する多値変調制御の動作フローである。第一の実施の形態における図４との差異は、無線通信セルの輻輳判定処理（ステップ５３０、５３１および５３２）において、推定した無線通信セル容量に対する無線通信セル負荷の比率の代わりに、送信バッファ部２１１〜２３２のキュー長を採用していることである。

このように送信バッファ部２１１〜２３２のキュー長を適用することにより、無線通信セル容量の推定やリソースブロック利用率の算出が難しい場合も、効率的に無線通信セルの輻輳を回避することができる。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では複数の無線通信セル１〜３に位置する複数の無線通信端末１１〜３２と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線通信装置１０が、一つの無線通信セル１〜３の負荷と、そこに位置する複数の無線通信端末１１〜３２のチャネル品質と、に対応して無線通信端末１１〜３２に適用する変調方式を切り換えることを例示した。

しかし、上述のような無線通信装置１０が、複数の無線通信セル１〜３の負荷と、そこに位置する複数の無線通信端末１１〜３２のチャネル品質と、に対応して、複数の無線通信セル１〜３に位置する複数の無線通信端末１１〜３２の変調方式を統合的に切り換えてもよい。

さらに、本実施の形態では無線通信装置の各部がハードウェアとして個々に形成されていることを例示した。しかし、演算処理を実行する、無線送信部３１０、品質推定部２９０、変調度選択部２４０〜２６０、等は、ソフトウェアであるコンピュータプログラムによるコンピュータ装置の機能として論理的に実現することもでき、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせとして実現することもできる。

なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。

１〜３ 無線通信セル
１ａ エリア
１ｂ エリア
１ｃ エリア
１０ 無線通信装置
１１，１２，２１，２２，３１，３２ 無線通信端末
１００ 送信機
１１０ チャネル
１２０ 受信機
１３０ 帰還チャネル
２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２ 送信バッファ部
２４０ 変調度選択部
２５０ 変調度選択部
２６０ 変調度選択部
２７０ 送信端末選択部
２８０ 変調度制御部
２９０ 品質推定部
３００ 無線受信部
３１０ 無線送信部
４００ 多値変調度割合テーブル
４１０ 通信端末グループ
４２０ 変調方式

Claims (7)

1. 無線通信セルに位置する複数の無線通信端末と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線通信手段と、
   前記無線通信端末ごとのチャネル品質を受信データから推定する品質推定手段と、
   前記無線通信セルの負荷を受信データから推定する負荷推定手段と、
   推定された前記チャネル品質と前記負荷とに対応して多値変調度が高い前記変調方式を少数の前記無線通信端末に適用するとともに多値変調度が低い前記変調方式を多数の前記無線通信端末に適用する変調度選択手段と、
   を有する無線通信装置。
2. 前記変調度選択手段は、事前に規定されている所定の確率に対応して前記無線通信端末に前記変調方式を適用する請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記変調度選択手段は、
   前記チャネル品質と適用できる前記変調方式に対応して無線通信端末を複数の通信端末グループに分類し、
   前記無線通信セルの負荷に対応して各々の前記通信端末グループごとに適用する前記変調方式の割合を定め、
   前記通信端末グループごとに適用する前記変調方式の割合に従って前記無線通信端末の各々の多値変調度を設定する請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. 前記負荷推定手段は、前記無線通信セルの負荷をリソースブロックの利用率を用いて推定する請求項１ないし３の何れか一項に記載の無線通信装置。
5. 前記負荷推定手段は、前記無線通信セルの負荷を送信バッファのキュー長を用いて推定する請求項１ないし３の何れか一項に記載の無線通信装置。
6. 無線通信セルに位置する複数の無線通信端末と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線通信装置のコンピュータプログラムであって、
   前記無線通信端末ごとのチャネル品質を受信データから推定する品質推定処理と、
   前記無線通信セルの負荷を受信データから推定する負荷推定処理と、
   推定された前記チャネル品質と前記負荷とに対応して多値変調度が高い前記変調方式を少数の前記無線通信端末に適用するとともに多値変調度が低い前記変調方式を多数の前記無線通信端末に適用する変調度選択処理と、
   を前記無線通信装置に実行させるコンピュータプログラム。
7. 無線通信セルに位置する複数の無線通信端末と切換自在な複数種類の変調方式で無線通信する無線通信装置のデータ処理方法であって、
   前記無線通信端末ごとのチャネル品質を受信データから推定する品質推定動作と、
   前記無線通信セルの負荷を受信データから推定する負荷推定動作と、
   推定された前記チャネル品質と前記負荷とに対応して多値変調度が高い前記変調方式を少数の前記無線通信端末に適用するとともに多値変調度が低い前記変調方式を多数の前記無線通信端末に適用する変調度選択動作と、
   を有するデータ処理方法。

Images