JP2011139514A - 基地局、無線通信方法及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体通信システムにおいて、妨害波が存在しても送信パワーを増大させることなく高データレートで通信を行うことができるようにする。
【解決手段】無線通信端末との間で通信を行う基地局であって、前記無線通信端末に対して通信チャネルの使用電力に基づく通信チャネルに関する情報を報告するよう要求する要求手段と、前記無線通信端末からの通信チャネルに関する情報に基づいて、前記無線通信端末に対する通信チャネルの割り当てを行うチャネル割り当て手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信端末用の基地局に関し、特に、妨害波の影響に起因する通信障害を低減できる基地局、無線通信方法及び無線通信システムに関するものである。

一般に、無線通信システムでは、複数の無線通信端末が基地局と通信を行っており、基地局とデータ通信中に妨害波が現れて、例えば、搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）が低下すると、所定のＣ／Ｎが確保できる変調レベル（変調クラス）までデータレートを落とすと共に、基地局の送信電力（送信パワー）を上昇させる送信制御を行っている。

ここで、図７を参照して、上述の送信制御について説明すると、いま、基地局と無線通信端末とが通信を行っている際に通信が妨害され（妨害波が現れる：ステップＳ１）、無線通信端末側においてデータレートが悪化したとする（ステップＳ２）。データレートの悪化に起因してＣ／Ｎが悪化すると、無線通信端末はＣ／Ｎの悪化を示すＣ／Ｎ悪化信号を通信品質に関する情報として基地局に送信する（ステップＳ３）。

基地局ではＣ／Ｎ悪化信号を受信すると、無線通信端末に対する変調クラス及び送信パワーを調整する（変調クラスは低データレートの変調クラスに変更し、送信パワーは増大させる：ステップＳ４）。基地局側の送信パワー上昇に起因して、つまり、通信を維持するため、無線通信端末側においても送信パワーを上昇させる（ステップＳ５）。

上述のように送信パワーが上昇すると、他の無線通信端末（つまり、当該無線通信端末の周辺に位置する無線通信端末）に対する妨害となってしまい（ステップＳ６）、さらには、消費電力も増大してしまう。そして、妨害を受ける他の無線通信端末においても同様にして基地局との関係において送信パワーを増大させることになってしまう（ステップＳ７）。

一方、基地局側では、このようにして変調クラス及び送信パワー調整を行った後、この状態を維持すべきか否かを判定し（ステップＳ８）、状態維持であれば、低データレートで通信を維持し（ステップＳ９）、状態維持でなければ、処理はステップＳ２に戻る。

ところで、従来の送信制御においては、無線通信端末と通信を行う際に用いるキャリア（チャネル）の決定を、基地局側で行っており、妨害波があってもその妨害波が同一チャネルによる干渉か又は隣接チャネルによる干渉かを判断することができず、前述のように、基地局では無線通信端末から送信されるＣ／Ｎ悪化信号に応じて送信パワーの調整、変調クラスの変更を行っている。

特開２００４−３２８６３８号公報

前述のように、従来の無線通信システムにおいては、通信中に妨害波が現れると、Ｃ／Ｎが確保できる変調クラスまでデータレートを落とし、基地局の送信パワーを上昇させて通信を維持しているが、送信パワーを上昇させると、他の無線通信端末に対する影響が大きくなってしまい、しかも通信システム自体の負荷も増加してしまう。一方、無線通信端末側においても、送信パワーを増大させるため、その消費電流が増加してしまうことになる。

さらに、無線通信端末が送信を行う際、他の無線通信端末に対する干渉に起因して、インターモジュレーション（ＩＭ）等の歪みが生じ特性の悪化にも繋がる。このような特性の悪化に対処するため、例えば、図８に示すように、無線通信端末はＲＦフロントエンド１０にアイソレータ１３を備える必要がある。

つまり、ＲＦフロントエンド１０には、アンテナ１１を選択的に送信側及び受信側に切り替える送受切替スイッチ１２が備えられ、送受切替スイッチ１２の後段にはアイソレータ１３が接続されるとともに、フィルタ１４が接続されている。そして、アイソレータ１３の後段にはパワーアンプ１５が接続され、フィルタ１４の後段には低雑音増幅器（ＬＮＡ）１６が接続されている。図示のＲＦフロントエンドでは、送信の際にはアイソレータ１３が送受切替スイッチ１２によってアンテナ１１に接続され、受信の際には、送受切替スイッチ１２によってアンテナ１１がフィルタ１４に接続される。

以上のように、従来の無線通信システムでは、妨害波が存在すると通信を維持するためにはデータレートを低下させるとともに送信パワーを増大させなければならず、他の無線通信端末に対する影響が大きくなってしまうばかりでなく、通信システム自体の負荷が増加するにも拘らず、高データレートで通信できないという課題がある。

本発明の目的は、妨害波が存在しても送信パワーを増大させることなく高データレートで通信を行うことのできる基地局、無線通信方法及び無線通信システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明に係る基地局は、無線通信端末との間で通信を行う基地局であって、前記無線通信端末に対して通信チャネルの使用電力に基づく通信チャネルに関する情報を報告するよう要求する要求手段と、前記無線通信端末からの通信チャネルに関する情報に基づいて、前記無線通信端末に対する通信チャネルの割り当てを行うチャネル割り当て手段と、を備えることを特徴とする。

本発明では、無線通信端末によって通信チャネル毎の使用電力状況を検出するので、無線通信端末自体の周辺環境における妨害波の影響を容易に判断できるという効果がある。

本発明では、通信チャネル毎の使用電力に応じて無線通信端末に対する通信チャネルの割り当てを行うことが可能になるので、妨害波の影響が少ない通信チャネルの割り当てを行うようにすれば、無線通信端末及び基地局の送信電力を抑え、しかも高データレートで通信を行うことができ、しかも妨害波の影響が少ない通信チャネルを割り当てるようにすれば、従来必要であったアイソレータを省略することができる。

なお、１タイムスロットで全チャネルの使用電力をスキャン（検出）するようにすれば、通信中のチャネルを維持しつつ、他の未使用タイムスロットを用いてスキャンを行うことができ、通信が中断されることがない。

このようにして、本発明では、妨害波が存在したとしても基地局からの送信電力（送信パワー）を増大させることなく高データレートで通信を行うことができるという効果がある。

本発明の一実施形態における無線通信システムの概略図である。 本発明の一実施形態における基地局の構成ブロック図である。 本発明の一実施形態における無線通信端末の受信装置を示す構成ブロック図である。 本発明の一実施形態における無線通信システムの動作を説明するためのフローチャートである。 チャネルスイープの際、増幅部３４から出力されるＩＦ信号のエンベロープの一例を示す図である。 チャンネルスイープの際、検波回路３６から出力される検波出力の一例を示す図である。 従来の無線通信システムにおける動作を説明するためのフローチャートである。 従来の無線通信システムで用いられる無線通信端末のＲＦフロントエンドの構成ブロック図の一例である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態では、図１に示すように、通信エリアＣＡ内に存在する基地局２０及び無線通信端末３０からなる無線通信システムを想定し、無線通信端末３０が通信エリアＣＡ間を移動する際には他の基地局とのハンドオーバが行われるものとする。なお、図示は省略するが、通信エリアＣＡ内には、複数の無線通信端末が存在する。

図２は、本発明の実施形態に係る基地局２０の構成ブロック図である。この図に示すように、基地局２０は、基地局側アンテナ２１、受信部２２、通信内容把握部２３、チャネルスイープ指示部（要求手段）２４、チャネル割り当て部（チャネル割り当て手段）２５及び送信部２６から構成されている。

基地局側アンテナ２１は、無線通信端末３０から送信されるＲＦ信号を受信し、当該ＲＦ信号を受信信号として受信部２２に出力する。受信部２２は、上記ＲＦ信号を増幅し、ＩＦ信号及びベースバンド信号への周波数変換及び復調を行い、復調信号を通信内容把握部２３及びチャネル割り当て部２６に出力する。通信内容把握部２３は、上記復調信号に基づいて、無線通信端末３０からＣ／Ｎ悪化を示す信号（通信品質が悪化したことを示す情報）を受信したことを検出した場合、当該検出結果をチャネルスイープ指示部２４に出力する。チャネルスイープ指示部２４は、上記検出結果に基づき、無線通信端末３０に、全通信チャネルに対してチャネルスイープの実行を（各通信チャネルの使用電力を検出するように）要求するための、チャネルスイープ指示信号を生成して送信部２６に出力する。

チャネル割り当て部２５は、受信部２２から入力される復調信号に、通信チャネルに関する情報として、チャネルパワーレベル情報（通信チャネルの使用電力を示す情報）が含まれている場合、当該チャネルパワーレベル情報に基づいて、無線通信端末３０に対する通信チャネルの割り当てを行い、当該割り当てた通信チャネルを示す通信チャネル信号を送信部２６に出力する。送信部２６は、上記通信チャネル信号及びチャネルスイープ指示信号の変調及びＲＦ信号への周波数変換を行い、基地局側アンテナ２１を介して無線通信端末３０に送信する。

図３は、無線通信端末３０における受信装置（受信系統）の構成ブロック図である。この図に示すように、無線通信端末３０は、端末側アンテナ３１、ＲＦ／ＩＦ受信部３２、ＰＬＬ制御部３３、増幅部３４、信号ルート切替部３５、検波回路３６、Ａ／Ｄ変換部３７及び信号処理部３８から構成されている。

端末側アンテナ３１は、基地局２１から送信されるＲＦ信号を受信し、当該ＲＦ信号を受信信号としてＲＦ／ＩＦ受信部３２に出力する。ＲＦ／ＩＦ受信部３２は、ＰＬＬ制御部３３によってその受信周波数が選択制御されるものであり、当該ＰＬＬ制御部３３の制御の下、所定の通信チャネルのＲＦ信号（受信信号）を端末側アンテナ３１を介して受信し、上記受信信号をＩＦ信号に変換して増幅部３４に出力する。ＰＬＬ制御部３３は、信号処理部３８の制御の下、ＲＦ／ＩＦ受信部３２における受信周波数を選択的に制御する。増幅部３４は、上記ＩＦ信号を増幅して信号ルート切替部３５に出力する。

信号ルート切替部３５は、信号処理部３８の制御の下、増幅部３４から入力されるＩＦ信号を選択的に第１のルート３５ａまたは第２のルート３５ｂに出力する。なお、第１のルート３５ａは、直接Ａ／Ｄ変換部３７の入力端に接続され、一方、第２のルート３５ｂは、検波回路３６の入力端に接続されている。検波回路３６は、第２のルート３５ｂを介して入力されたＩＦ信号の検波を行い、検波後の信号（検波信号）をＡ／Ｄ変換部３７に出力する。Ａ／Ｄ変換部３７は、第１のルート３５ａを介して入力されたＩＦ信号、または、検波回路３６から入力された検波信号のＡ／Ｄ変換を行い、デジタル受信信号として信号処理部３８に出力する。信号処理部３８は、上記デジタル受信信号に基づいて、所定の信号処理を行い、無線通信端末３０の全体動作を制御する。なお、無線通信端末３０は送信装置（送信系統）も備えているが、図２では省略する。

次に、このように構成された基地局２０及び無線通信端末３０からなる本無線通信システムの動作について説明する。

ここで、図４を参照すると、図７のステップＳ１乃至Ｓ３で説明したように、妨害波が生じて、無線通信端末３０においてデータレートが悪化すると、無線通信端末３０はＣ／Ｎの悪化をＣ／Ｎ悪化信号として基地局２０に送信する。つまり、信号処理部３８ではＣ／Ｎが予め規定された閾値未満となると、図示しない送信装置によってＣ／Ｎ悪化信号を基地局２０に送信する。なお、この時、Ｃ／Ｎ悪化信号はＲＦ周波数帯まで周波数変換されて送信される。

基地局２０において、受信部２２は、基地局側アンテナ２１を介して上記Ｃ／Ｎ悪化信号を受信すると、当該Ｃ／Ｎ悪化信号を増幅した後、ＩＦ信号及びベースバンド信号への周波数変換及び復調を行い、復調信号を通信内容把握部２３及びチャネル割り当て部２６に出力する。通信内容把握部２３は、上記復調信号に基づいて、無線通信端末３０からＣ／Ｎ悪化信号を受信したことを検出した場合、当該検出結果をチャネルスイープ指示部２４に出力する。チャネルスイープ指示部２４は、上記検出結果に基づき、Ｃ／Ｎ悪化信号を送信した無線通信端末３０に、全通信チャネルに対してチャネルスイープの実行を要求するためのチャネルスイープ指示信号を生成し、送信部２６を介して無線通信端末３０に出力する（ステップＳ４ａ）。

チャネルスイープ指示信号は、無線通信端末３０において、端末側アンテナ３１に受信され、当該端末側アンテナ３１を介してＲＦ／ＩＦ受信部３２に入力されたチャネルスイープ指示信号はＩＦ信号に変換されて、増幅部３４を介して信号ルート切替部３５に出力される。通常動作時において、信号ルート切替部３５は、上記ＩＦ信号を第１のルート３５ａを介してＡ／Ｄ変換部３７に出力する。ＩＦ信号は、Ａ／Ｄ変換部３７によってデジタル受信信号に変換され、信号処理部３８に出力される。

信号処理部３８は、上記のようにデジタル受信信号、つまりチャネルスイープ指示を受けた場合、まず、信号ルート切替部３５を制御し、当該信号ルート切替部３５から出力されるＩＦ信号が、第２のルート３５ｂを介して検波回路３６に入力されるようにする。そして、信号処理部３８はＰＬＬ制御部３３を制御し、未使用タイムスロットを用いて、全通信チャネルのチャネルスイープを実行させることにより、パワースキャン（各通信チャネル毎のパワーレベルのスキャン）を実行する（ステップＳ５ａ）。つまり、ＰＬＬ制御部３３は、ＲＦ／ＩＦ受信部３２の受信周波数を全通信チャネルに対応するように変化させ、ＲＦ／ＩＦ受信部３２は、無線通信端末３０周辺の全通信チャネルに対応するＲＦ信号を連続的に受信する。

チャネルスイープを行った結果、増幅部３４からは図５に示すエンベロープを有するがＩＦ信号が出力される。図５は、ある受信周波数における未使用タイムスロットに係るＩＦ信号のエンベロープであり、横軸が時間（μｓｅｃ）、縦軸が電力（ｄＢｍ）である。

ところで、図５に示すようなエンベロープを有するＩＦ信号が、直接Ａ／Ｄ変換部３６に入力された場合、変調方式又は伝送データに起因して平均電力に誤差が生じることがある。このため、上述したように、信号処理部３８は、チャネルスイープ指示を受けた場合、信号ルート切替部３５を制御し、ＩＦ信号が第２のルート３５ｂを介して、検波回路３６に入力されるようにする。

これによって、図５に示すエンベロープを有するＩＦ信号は検波回路３６で検波され、図６に示すように、時間とチャネルとが相互に関連付けられた検波出力が得られる。図６においては、アップリンク（ＴＸ）又はダウンリンク（ＲＸ）における１タイムスロットの検波電圧（ｍＶ）がチャネル毎に示され、図示の例では、０ｃｈから８ｃｈの検波電圧（パワーレベル）が示されている。

図６に示す検波電圧を有する検波信号は、Ａ／Ｄ変換部３７でＡ／Ｄ変換されて、デジタル検波電圧として信号処理部３８に与えられる。信号処理部３８は、デジタル検波電圧に基づいて各通信チャネル毎のパワーレベルを検出し、これらチャネルパワーレベル情報を無線通信端末３０周辺の妨害波情報として、図示しない送信装置によって基地局２０に送信する（ステップＳ６ａ）。

基地局２０において、チャネル割り当て部２５は、受信部４４を介して妨害波情報を取得して、当該妨害波情報に基づいて最適なチャネルを選定し、この最適なチャンネルを通信チャネルとして無線通信端末３０に割り当てる（ステップＳ７ａ）。図６に示す例においては、パワーレベルがゼロであり、しかも隣接するチャネルのパワーレベルもゼロである７ｃｈが通信チャネルとして割り当てられることになる。つまり、チャネル割り当て部２５は、割り当てた通信チャネル（７ｃｈ）を示す通信チャネル信号を、送信部２６を介して無線通信端末３０に出力する。以後、無線通信端末３０は、上記通信チャネル信号が示す通信チャネル（この場合、７ｃｈ）を使用して基地局２０との通信を行なう。

このように、妨害波情報、すなわちチャネルパワーレベル情報に基づいて、最適な通信チャネルを無線通信端末３０に割り当てると、妨害波の影響が極めて少なくなり、その結果、送信パワーを上昇させる必要がなく、省電力で通信が維持されることになり、しかも変調クラスを変更する必要がないため高データレートでの通信が維持される。

以上のように、本実施形態によると、各通信チャネル毎のパワーレベルに応じて、無線通信端末３０に対して妨害波の影響が少ない通信チャネルの割り当てを行うことにより、無線通信端末３０及び基地局２０の送信電力を抑えることができ、且つ高データレートでの通信を行うことが可能である。

なお、上記実施形態では、各通信チャネル毎のパワーレベルを表すチャネルパワーレベル情報に基づいて通信チャネルの割り当てを行う場合について説明したが、これに限らず、無線通信端末３０における信号処理部３８に、各通信チャネル毎のパワーレベルに応じて最適な通信チャネル（割り当てを望む通信チャネル）を選択し、基地局２０に対して当該最適な通信チャネルを示す情報（例えば、図６で示された「７ｃｈ」を示す情報）を送信する機能を持たせても良い。このように、無線通信端末３０側に、最適な通信チャネルを選択させる機能を備えることで、基地局２０における最適な通信チャネルの選定に関わる信号処理の負荷を軽減することができる。
なお、この場合、信号処理部３８では、各通信チャネル毎のパワーレベルに応じて最適な通信チャネルを選択するようにしているが、この他に、以下のような選択を行うようにする。すなわち、信号処理部３８では、各通信チャネル毎のパワーレベルが所定のレベル（無線通信端末３０と基地局２０との通信に影響を及ぼさないレベル）未満の通信チャネルを選択するようにする。これにより、無線通信端末３０は、信号処理部３８で選択された一または複数の通信チャネルを示す情報を基地局２０へ送信することが可能となる。このように、無線通信装置３０は、各通信チャネル毎のパワーレベルが基地局２０との通信に影響を及ぼさないレベルの通信チャネルを、自端末が割り当てを望む通信チャネルとして、当該通信チャネルを示す情報を基地局２０へ送信するようにする。そして、この場合、複数の通信チャネルを示す情報を送信する場合には、例えば、パワーレベルが最も低い通信チャネルから優先的に自端末へ通信チャネルを割り当てるよう要求するようにしても良い。

また、無線通信端末３０については、信号処理部３８に、各通信チャネル毎のパワーレベルに応じて、自端末が割り当てを望まない通信チャネルを一または複数選択し、基地局２０に対して当該割り当てを望まない通信チャネルを示す情報を送信する機能を持たせても良い。なお、ここで、無線通信端末３０が割り当てを望まない通信チャネルとは、各通信チャネルのパワーレベルの内、パワーレベルが最も高いチャネルや、パワーレベルが高く、且つ隣接するチャネルのパワーレベルも比較的高いチャネルをいう。具体的には、図６の例における４ｃｈや０ｃｈである。このように、無線通信端末３０側に、自端末が割り当てを望まない通信チャネルを判断する機能を備えることで、基地局２０では、無線通信端末３０へ割り当てるべき通信チャネルとして、少なくとも、当該無線通信端末３０からの前記割り当てを望まない通信チャネルについては、割り当てないようにすることが可能になる。これにより、基地局２０における最適な通信チャネルの選定に関わる信号処理の負荷を軽減することができる。

なお、この場合、信号処理部３８では、各通信チャネル毎のパワーレベルが所定のレベルを超えるチャネルを選択するようにしても良く、さらに、このような選択を行う場合には、隣接するチャネル同士のパワーレベルに基づいて選択するようにしても良い。

また、基地局２０に自身の送信パワーに関する負荷状況を把握する負荷状況把握手段を設け、チャネルスイープ指示部２４に、上記負荷状況に基づいて、無線通信端末３０に対してチャネルスイープの実行を要求するか否かを判断するような機能を持たせても良い。
例えば、送信パワーに関する負荷が所定の閾値以上となった場合にのみ、無線通信端末３０に対してチャネルスイープの実行を要求することにより、当該チャネルスイープの実行による消費電力の増大を防ぐことができる。

また、上記実施形態では、無線通信端末３０から通信品質に関する情報（Ｃ／Ｎ悪化信号）が送信された場合に、基地局２０がチャネルスイープの実行を要求したが、これに限らず、基地局２０が無線通信端末３０からハンドオーバ要求を受けた場合に、当該無線通信端末３０に対してチャンネルスイープの実行を要求しても良い。これにより、ハンドオーバを行なう度に、周囲の妨害波状況に応じて最適な通信チャネルを割り当てることが可能となる。

また、無線通信端末３０において、パワーレベルが所定のレベル未満のチャネルを通信チャネルとして基地局２０に対して指定し（つまり、複数のチャネルが通信チャネルとして指定されることもある）、基地局２０では予め規定された優先順位に応じて１つのチャネルを通信チャネルとして指定するようにしても良い。また、基地局２０と無線通信端末３０との通信において、ＱｏＳ(Quality of Service)制御方式を採用している場合、当該ＱｏＳ制御方式にて規定されている優先順位で通信チャネルを割り当てるようにしても良い。

なお、基地局２０と無線通信端末３０との通信において、ＱｏＳ制御方式が採用されている場合には、基地局２０における通信チャネルの割り当てを例えば以下のように行なう。すなわち、無線通信端末３０が、複数の通信チャネルを選択し、且つパワーレベルが最も低い通信チャネルから優先的に自端末へ通信チャネルを割り当てるよう基地局２０へ要求する場合には、基地局２０としては、当該無線通信端末３０のＱｏＳに応じて、最も品質の良いＱｏＳの無線通信端末３０からの要求であれば、当該無線通信端末３０からの要求どおりに通信チャネルを割り当てるようにする。

２０…基地局、 ２１…基地局側アンテナ、 ２２…受信部、 ２３…通信内容把握部、 ２４…チャネルスイープ指示部、 ２５…チャネル割り当て部、 ２６…送信部、 ３０…無線通信端末、 ３１…端末側アンテナ、 ３２…ＲＦ／ＩＦ受信部、 ３３…ＰＬＬ制御部、 ３４…増幅部、 ３５…信号ルート切替部、 ３６…検波回路、 ３７…Ａ／Ｄ変換部、 ３８…信号処理部

Claims (1)

1. 無線通信端末との間で通信を行う基地局であって、
   前記無線通信端末に対して通信チャネルの使用電力に基づく通信チャネルに関する情報を報告するよう要求する要求手段と、
   前記無線通信端末からの通信チャネルに関する情報に基づいて、前記無線通信端末に対する通信チャネルの割り当てを行うチャネル割り当て手段と、
   を備えることを特徴とする基地局。

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