JP2012175515A - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送信電力を調整することなく、サイドバンドスプリアスの影響による通信品質の劣化を抑える通信装置及び通信方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る通信装置１０３は、複数の通信相手と無線通信を行う通信装置１０３であって、無線信号を受信する受信部１１１と、受信部１１１が受信した一の通信相手における無線信号の通信品質値を取得する取得部１１３と、取得部１１３が取得した通信品質値が通信品質閾値未満の場合、無線信号の搬送波の周波数を中心とし、一の通信相手が使用する周波数帯域と対称になる周波数帯域を使用する他の通信相手を特定するとともに、当該他の通信相手に対するチャネル制御を行う制御部１１７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信装置及び通信方法に関するものである。

次世代の世界標準の無線通信方式として、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムが３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で標準化されている。ＬＴＥシステムでは、通信方式として、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）やＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）が採用される。近年、ＯＦＤＭやＯＦＤＭＡが採用されたシステム（以下、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムとする）の受信方式、送信方式として、ダイレクトコンバージョン方式が着目されている。ダイレクトコンバージョン方式は、受信ＲＦ（Radio Frequency）信号（受信無線信号）をベースバンド信号に変換する際に、又は、ベースバンド信号を送信ＲＦ信号（送信無線信号）に変換する際に、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）信号への変換を必要としない方式である。ダイレクトコンバージョン方式は、スーパーヘテロダイン方式に比べ、回路構成を簡単化できるため、コストや実装面積の観点から優れている。

そのため、従来、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムの通信装置にダイレクトコンバージョン方式を採用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の送信装置は、直交変調部と、アップコンバートを行うＲＦ部とを、ダイレクトコンバージョン方式により形成している。そのため、ＩＦ信号への周波数変換用のＩＦフィルタを設ける必要がないので、回路規模の縮小化が図れる。

特開２００５−１７５７５４号公報

しかし、ダイレクトコンバージョン方式では、局部信号発生器により、高周波であるＲＦ信号と同じ周波数の信号を生成する必要がある。そのため、生成される信号が高周波であるほど、アップコンバートされた信号の同相成分（Ｉ（In-phase）成分）と直交成分（Ｑ（Quadrature-phase）成分）との間に大きな直交誤差（直交位相誤差及び直交振幅誤差）が発生してしまう。

直交誤差によって、搬送波の周波数ｆｃを中心として希望信号７０１の周波数帯域と対称の周波数帯域にサイドバンドスプリアス（イメージ）７０３が、図７のように発生する。直交誤差が大きいほど、サイドバンドスプリアスも大きくなる。サイドバンドスプリアスは、サイドバンドスプリアスの周波数帯域を使用している移動局にとっては、ノイズ成分となる。つまり、サイドバンドスプリアスは、移動局から送信される無線信号を受信する基地局における、希望信号７０５に関する移動局の通信品質、例えばＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio：信号対干渉雑音比）を劣化させることになる。その結果、サイドバンドスプリアスの周波数帯域を使用している移動局は、通信できなくなることがある。サイドバンドスプリアス７０３の影響を抑えるためには、希望信号７０５を大きくする、又はサイドバンドスプリアス７０３を小さくすることになる。

希望信号７０５を大きくするためには、希望信号７０５に関する移動局の送信電力を大きくすることが考えられる。しかし、トランスミッションパワーコントロールの観点から、当該移動局の送信電力を大きくできない場合がある。トランスミッションパワーコントロールとは、基地局が、各移動局からの信号パワーが基地局端において均一になるように移動局の送信電力を設定することであり、設定可能な送信電力には最大値と最小値が設けられている。そのため、例えば、セルの境界（セルエッジ）の近傍に位置する移動局１０１ａは、基地局から遠く離れているため、最大送信電力で電波を発していることがある。

希望信号７０５を大きくできない場合は、サイドバンドスプリアス７０３を小さくすることになる。サイドバンドスプリアス７０３の大きさは、希望信号７０１の大きさに対応するので、希望信号７０１の大きさを小さくすれば、サイドバンドスプリアス７０３は小さくなる。希望信号７０１を小さくするためには、希望信号７０１に関する移動局の送信電力を小さくすることが考えられる。しかし、例えば、基地局近傍に位置する移動局は、トランスミッションパワーコントロールの観点から、最小送信電力で電波を発していることがある。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、送信電力を調整することなく、サイドバンドスプリアスの影響による通信品質の劣化を抑える通信装置及び通信方法を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による通信装置は、
複数の通信相手と無線通信を行う通信装置であって、
無線信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した一の通信相手における無線信号の通信品質値を取得する取得部と、
前記取得部が取得した通信品質値が通信品質閾値未満の場合、前記無線信号の搬送波の周波数を中心とし、前記一の通信相手が使用する周波数帯域と対称になる周波数帯域を使用する他の通信相手を特定するとともに、当該他の通信相手に対するチャネル制御を行う制御部とを備える通信装置である。

また、前記制御部は、前記チャネル制御として、前記他の通信相手が使用する周波数帯域が拡がるようにチャネルを割り当てることが望ましい。

また、前記制御部は、前記他の通信相手に割り当て可能な他のチャネルが存在する場合に、前記チャネル制御を行うことが望ましい。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明の第１の発明を方法として実現させた通信方法は、
複数の通信相手と無線通信を行う通信装置が通信相手に対するチャネル制御を行う通信方法であって、前記通信装置が、
無線信号を受信するステップと、
受信された一の通信相手における無線信号の通信品質値を取得するステップと、
取得された通信品質値が通信品質閾値未満の場合、前記無線信号の搬送波の周波数を中心とし、前記一の通信相手が使用する周波数帯域と対称になる周波数帯域を使用する他の通信相手を特定するとともに、当該他の通信相手に対するチャネル制御を行うステップと
を含む通信方法である。

上記のように構成された本発明に係る通信装置及び通信方法によれば、一の通信相手が使用する周波数帯域と対称になる周波数帯域を使用する他の通信相手が特定されるとともに、当該他の通信相手が使用する周波数帯域が拡げられる。これにより、他の通信相手の信号に関するサイドバンドスプリアスは小さくなるので、当該サイドバンドスプリアスの影響による一の通信相手の通信品質の劣化を抑えることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な無線通信システム構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る基地局の処理を示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施形態に係る基地局により受信された周波数領域信号を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る基地局により受信された周波数領域信号を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る基地局により受信された周波数領域信号を示す図である。 図７は、従来の基地局により受信された周波数領域信号を示す図である。

以下、本発明の通信装置を基地局に適用した場合の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な無線通信システム構成図である。無線通信システム１１は、ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムを採用しており、複数の移動局１０１（１０１ａ及び１０１ｂ）と、基地局１０３とを有する。移動局１０１は、携帯電話機などの無線通信端末である。そして、移動局１０１は、基地局１０３に送信する無線信号の生成にあたり、直交変調部と、アップコンバートを行うＲＦ部とをダイレクトコンバージョン方式により形成している。基地局１０３は、通信相手である複数の移動局１０１と無線通信を行うものであり、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムではｅＮＢ（evolved Node B）と称されるものである。図１において、領域１０５は、基地局１０３のセル（基地局１０３の電波が届く範囲）を示している。

図２は、本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。基地局１０３は、受信部１１１と、取得部１１３と、記憶部１１５と、制御部１１７とで構成されている。

受信部１１１は、アンテナを介して移動局１０１からＲＦ（Radio Frequency）信号（無線信号）を受信する。

取得部１１３は、受信部１１１が受信した信号から移動局１０１の通信品質情報、例えば、ＳＩＮＲを取得する。移動局１０１のＳＩＮＲとは、移動局１０１から基地局１０３への信号が受ける干渉や雑音の影響の度合いを示す情報であり、ＳＩＮＲの値が大きいほど、基地局１０３の受信品質は良いことを示す。

記憶部１１５は、通信品質閾値などの各種情報を記憶するものであり、ワークメモリなどとしても機能する。通信品質閾値とは、基地局１０３と移動局１０１との間に通信が困難になるほど干渉が発生しているか否かという点に基づいて設定されるものであり、例えば、ＳＩＮＲの値である。基地局１０３と移動局１０１とが通信できるためには、基地局１０３に届いた信号が復調可能な品質を有している必要がある。そこで、通信品質閾値には、基地局１０３による信号の復調を保証するＳＩＮＲの値が設定される。当該値は、通信に採用されている変調方式やコーディングレートなどを勘案して求めることができる。

制御部１１７は、基地局１０３の各機能ブロックをはじめとして基地局１０３の全体を制御及び管理している。制御部１１７は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。制御部１１７の行う処理については、後述の図３、図４、図５及び図６の説明にて詳述する。

続いて、図１に示される基地局１０３が受信信号におけるサイドバンドスプリアスの影響を低減する方法について、図３、図４、図５及び図６を参照して説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る基地局の処理を示すフローチャートである。図４、図５及び図６は、本発明の一実施形態に係る基地局により受信された周波数領域信号を表している。図４、図５及び図６の横軸は周波数［Ｈｚ］であり、縦軸はゲイン［ｄＢ］である。基地局１０３は、チャネルＣＨ１（中心周波数がｆ１である周波数帯域）を移動局１０１ａに割り当て、移動局１０１ａと通信を行っているとする。

基地局１０３の受信部１１１は、移動局１０１ａから無線信号を受信する（ステップＳ１０１）。制御部１１７は、受信した無線信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、ＡＤ（アナログデジタル）変換した後、高速フーリエ変換する。これにより、制御部１１７は、図４に示される周波数領域の信号を得る。信号Ｓａは、移動局１０１ａの希望信号であり、信号Ｓａの周波数帯域は、移動局１０１ａが使用するチャネルＣＨ１の周波数帯域に一致する。信号ＳＳａは、ダウンコンバートにより発生する直交誤差がもたらすサイドバンドスプリアス（中心周波数がｆ２）である。ｆｃは、移動局１０１ａと基地局１０３との間の無線通信で使用される搬送波の周波数である。この周波数ｆｃを中心として、信号Ｓａの周波数帯域（移動局１０１ａが使用する周波数帯域）と、信号Ｓａのスプリアスである信号ＳＳａの周波数帯域とは対称の関係である。つまり、ｆｃ−ｆ１＝ｆ２−ｆｃが成り立つことを意味する。

無線信号の受信後、基地局１０３の取得部１１３は、周波数領域の信号から、移動局１０１ａの通信品質値を計算により取得する（ステップＳ１０２）。

続いて、制御部１１７は、取得された通信品質値と記憶部１１５に記憶されている通信品質閾値とを比較する（ステップＳ１０３）。通信品質値が通信品質閾値以上の場合（ステップＳ１０３のＮｏ）、制御部１１７は、移動局１０１ａとの通信は可能であると判断し、現在の状況を維持する。

ここで、基地局１０３は、移動局１０１ａとの通信中に、移動局１０１ｂとも通信を開始するとする。基地局１０３は、移動局１０１ｂに、周波数ｆｃを中心としてチャネルＣＨ１と対称のチャネルＣＨ２（中心周波数がｆ２である周波数帯域）を割り当てるとする。

受信部１１１が移動局１０１ａ及び移動局１０１ｂからの無線信号を受信し（ステップＳ１０１）、制御部１１７は、受信信号から図５に示される周波数領域の信号を得る。信号Ｓｂ１は、移動局１０１ｂの希望信号であり、信号Ｓｂ１の周波数帯域は、移動局１０１ｂが使用するチャネルＣＨ２の周波数帯域に一致する。信号ＳＳｂ１は、信号Ｓｂ１に関するサイドバンドスプリアス（中心周波数がｆ１）である。信号ＳＳｂ１は、移動局１０１ａの信号Ｓａにとってノイズ（雑音）となる。

周波数領域の信号から、取得部１１３は、移動局１０１ａ及び移動局１０１ｂの通信品質値を取得する（ステップＳ１０２）。例えば、取得部１１３は、通信品質がＳＩＮＲの場合、通信品質値を、（信号Ｓａの最大値）／（信号ＳＳｂ１の最大値）により求めることができる。

続いて、制御部１１７は、移動局１０１ａの通信品質値が通信品質閾値以上であるか否か判断する（ステップＳ１０３）。移動局１０１ａの通信品質値は、サイドバンドスプリアスＳＳｂ１の発生により、通信品質閾値未満になったとする。

通信品質値が通信品質閾値未満であると（ステップＳ１０３のＮｏ）、基地局１０３と移動局１０１ａとの通信が困難になるおそれがある。そこで、制御部１１７は、空いているチャネル（空きチャネル）が存在するか否か判断する（ステップＳ１０４）。

空きチャネルが存在する場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、制御部１１７は、搬送波の周波数ｆｃを中心として、移動局１０１ａが使用するチャネルＣＨ１と対称になるチャネルＣＨ２を使用する移動局１０１ｂ（サイドバンドスプリアスに関連する移動局）を特定する（ステップＳ１０５）。

そして、制御部１１７は、特定された移動局１０１ｂに対するチャネル制御を行う（ステップＳ１０６）。制御部１１７は、チャネル制御として、空きチャネルを移動局１０１ｂに割り当てることができる。空きチャネルの割当てにより、移動局１０１ｂが使用する周波数帯域（使用周波数帯域）が拡がる。使用周波数帯域が拡がると、送信電力が各チャネルに分散するため、各チャネルの信号に関するゲインは小さくなる。例えば、制御部１１７が、チャネルＣＨ２に隣接するチャネルを１つ割り当てると、図６のように、移動局１０１ｂの希望信号は、信号Ｓｂ２及び信号Ｓｂ３となる。一般的に、使用するチャネルを２倍にすると、電力は約３［ｄＢｍ］下がる。そして、信号Ｓｂ２及び信号Ｓｂ３に関するサイドバンドスプリアスは、信号ＳＳｂ２及び信号ＳＳｂ３となる。希望信号が信号Ｓｂ１から信号Ｓｂ２及びＳｂ３に小さくなると、サイドバンドスプリアスも信号ＳＳｂ１から信号ＳＳｂ２及びＳＳｂ３に小さくなる。よって、チャネルＣＨ１の周波数帯域においては、希望信号の大きさは変わらず、サイドバンドスプリアスの信号は小さくなるので、チャネルＣＨ１に関する移動局１０１ｂの通信品質は改善される。

割り当てるチャネル数が多いほど、チャネルＣＨ１の周波数帯域に発生するサイドバンドスプリアスは小さくなるが、その分移動局１０１ｂの希望信号も小さくなるので、移動局１０１ｂの通信品質は劣化する。そのため、制御部１１７は、移動局１０１ｂの通信品質値が通信品質閾値未満にならない範囲で、移動局１０１ｂに空きチャネルを割り当てることができる。

なお、本発明は、ステップＳ１０６において、制御部１１７が、チャネル制御として、現在の使用チャネルＣＨ２に加え、空きチャネルを更に移動局１０１ｂに割り当てることに限定されるわけではない。例えば、制御部１１７は、使用されているチャネルＣＨ２の代わりに空きチャネルを移動局１０１ｂに割り当てることもできる。移動局１０１ｂが使用するチャネルが変わることにより、移動局１０１ｂに関するサイドバンドスプリアスは、移動局１０１ａが使用するチャネルＣＨ１の周波数帯域とは異なる位置に発生することになる。よって、ＣＨ１の周波数帯域におけるノイズが減少し、移動局１０１ａの通信品質は改善される。

このように本実施形態では、制御部１１７は、取得部１１３が取得した通信品質値が通信品質閾値未満の場合、無線信号の搬送波の周波数ｆｃを中心とし、移動局１０１ａが使用する周波数帯域（チャネルＣＨ１）と対称になる周波数帯域（チャネルＣＨ２）を使用する移動局１０１ｂを特定するとともに、移動局１０１ｂに対するチャネル制御を行う。つまり、移動局１０１ｂが使用するチャネルを制御することにより、移動局１０１ｂの使用周波数帯域を拡げたり、変更したりする。これにより、移動局１０１ａが使用するチャネルＣＨ１の周波数帯域に発生するサイドバンドスプリアスを抑えられ、動局１０１ａの通信品質や実効スループットの改善が実現される。つまり、制御部１１７は、移動局１０１ａ又は１０１ｂの送信電力を調整することなく、サイドバンドスプリアスの影響による通信品質の劣化を抑えることができる。通信品質の改善のために送信電力の調整が不要な点は、例えば、移動局１０１ａがセルエッジの近傍に位置し、移動局１０１ａの送信電力を引き上げられない場合に有利である。よって、本実施形態では、セルエッジでの安定した通信の実現が可能となる。安定した通信エリアがセルエッジまで拡がることは、リンクバジェットの改善を意味する。

また、本実施形態では、制御部１１７は、チャネル制御として、移動局１０１ｂが使用する周波数帯域が拡がるようにチャネルを割り当てる。つまり、制御部１１７は、移動局１０１ｂに、使用されているチャネルＣＨ２に加え、空きチャネルを割り当てることにより周波数帯域を拡げる。移動局１０１ｂが使用する周波数帯域（使用周波数帯域）を拡げることにより、チャネルＣＨ１の周波数帯域に発生する移動局１０１ｂのサイドバンドスプリアスが小さくなる。これにより、チャネルＣＨ１を使用する移動局１０１ａの通信品質が改善される。また、制御部１１７は、使用周波数帯域を拡げることにより、移動局１０１ｂとの通信における伝送速度の向上を実現することもできる。更に、制御部１１７は、伝送速度を使用周波数帯域の拡張前後で一定に保つために、移動局１０１ｂとの間で使用される変調方式をより下位の変調方式（多値数の少ない変調方式）に変更することもできる。下位の変調方式はノイズの影響を受けにくくなるので、制御部１１７は、伝送速度を保ちつつ、信号品質を高めることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

上記の実施形態においては、空きチャネルが存在する場合、制御部１１７は、当該空きチャネルを用いて、移動局１０１ｂに対してチャネル制御を行うとして説明したが、移動局１０１ｂのチャネル制御の前に、移動局１０１ａに対してチャネル制御を行うことも可能である。例えば、制御部１１７は、通信品質の悪いチャネルＣＨ１の代わりに空きチャネルを移動局１０１ａに割り当てることができる。これにより、移動局１０１ａの通信品質は、移動局１０１ｂに関するサイドバンドスプリアスの影響を受けなくなるので改善される。しかし、移動局１０１ａによる空きチャネルの使用により、他のサイドバンドスプリアスが発生し、他の移動局に対して通信が困難になるほどの通信品質の劣化を及ぼす可能性もある。このような場合、空きチャネルは移動局１０１ａに割り当て可能なチャネルではない。この場合に、制御部１１７は、移動局１０１ｂに対して、チャネル制御を行うことができる。

また、上述の本発明の実施形態の説明において、例えば、通信品質閾値「以上」または通信品質閾値「未満」のような表現の技術的思想が意味する内容は必ずしも厳密な意味ではなく、通信装置の仕様に応じて、基準となる値を含む場合又は含まない場合の意味を包含するものとする。例えば、通信品質閾値「以上」とは、通信品質値が通信品質閾値に達した場合のみならず、通信品質閾値を超えた場合も含意し得るものとする。また、例えば通信品質閾値「未満」とは、通信品質値が通信品質閾値を下回った場合のみならず、通信品質閾値に達した場合、つまり通信品質閾値以下になった場合も含意し得るものとする。

１１ 無線通信システム
１０１ａ、１０１ｂ 移動局
１０３ 基地局
１０５ 領域（セル）
１１１ 受信部
１１３ 取得部
１１５ 記憶部
１１７ 制御部
ｆｃ 搬送波の周波数
ｆ１ チャネルＣＨ１の中心周波数
ｆ２ チャネルＣＨ２の中心周波数
Ｓａ、Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３ 信号（希望信号）
ＳＳａ、ＳＳｂ１、ＳＳｂ２、ＳＳｂ３ 信号（サイドバンドスプリアス）

Claims (4)

1. 複数の通信相手と無線通信を行う通信装置であって、
   無線信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した一の通信相手における無線信号の通信品質値を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した通信品質値が通信品質閾値未満の場合、前記無線信号の搬送波の周波数を中心とし、前記一の通信相手が使用する周波数帯域と対称になる周波数帯域を使用する他の通信相手を特定するとともに、当該他の通信相手に対するチャネル制御を行う制御部とを備える通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置において、前記制御部は、前記チャネル制御として、前記他の通信相手が使用する周波数帯域が拡がるようにチャネルを割り当てることを特徴とする通信装置。
3. 請求項１又は２に記載の通信装置において、前記制御部は、前記他の通信相手に割り当て可能な他のチャネルが存在する場合に、前記チャネル制御を行うことを特徴とする通信装置。
4. 複数の通信相手と無線通信を行う通信装置が通信相手に対するチャネル制御を行う通信方法であって、前記通信装置が、
   無線信号を受信するステップと、
   受信された一の通信相手における無線信号の通信品質値を取得するステップと、
   取得された通信品質値が通信品質閾値未満の場合、前記無線信号の搬送波の周波数を中心とし、前記一の通信相手が使用する周波数帯域と対称になる周波数帯域を使用する他の通信相手を特定するとともに、当該他の通信相手に対するチャネル制御を行うステップと
   を含む通信方法。

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