JP2012235491A - 無線通信方法および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、実効送信電力を増加させることなくリンクバジェットを向上させ、基地局のセルの大きさを拡大させることが可能な通信方法および無線通信装置を提供することを目的としている。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明にかかる無線通信方法の代表的な構成は、同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信を行う通信方法であって、同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較し、比較したエラー率に応じて同期識別信号またはデータ信号もしくは両方の電力を変更することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、通信中に同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信を行う通信方法および無線通信装置に関する。

例えばＰＨＳ（Personal Handy-phone system）などの無線通信の代表的な方式の一つとして、ＴＤＤ−ＴＤＭＡ方式がある（ＴＤＤ：Time Division Duplex：時分割複信、ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access：時分割多重方式）。ＴＤＤは通信経路を時間軸で細分化し、短時間に送信と受信を切り替える方式である。ＴＤＭＡは、１つの周波数を時間軸で細分化し、複数の相手と通信を行う方式である。

ＴＤＭＡ方式においては、無線通信端末から基地局に対して間欠的にバースト信号を送信する。バースト信号内には、前部から同期識別信号（プリアンブルともいう）、データ形式信号、データ信号（バーストデータともいう）を含んでいる。同期識別信号は主に同期を維持してデータの再生を可能とするための信号である。データ形式信号は、次に続くデータ信号の変調方式を示す信号である。具体的には、例えばＰＨＳやＣＤＭＡのＥＶＤＯを例に挙げると、Unique WordやPilot Symbolが同期用シンボル、Modulation Informationがデータ形式信号部分、Data Symbolがデータ信号である。

データ信号の変調方式としては、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（quadrature phase shift keying）、１６ＱＡＭ(QuadratureAmplitude Modulation)や６４ＱＡＭなどがある。またさらに、ＦＥＣ（Forward Error Correction）のような誤り訂正技術などもあわせて用いられる。

ところで、基地局から端末までの電波の到達距離は、リンクバジェットと呼ばれる値で表される（単位はｄＢ）。リンクバジェットが大きいほどに電波の基地局が形成するセルが大きくなり、より少ない基地局によって広範囲の通信をまかなうことができる。

リンクバジェットを向上させようとする場合、送信電力を大きくしたり、アンテナゲインを高くしたりすることにより、電波の絶対電力を向上させることが考えられる。また基地局の設置高さを上げることによりＬＯＳ環境（Line Of Site：見通し内通信）を増大させ、基地局と端末の相互間の到達電力を増加させることも考えられる。

特許文献１（特開平１０−３３６１０４）には、受信機によって測定される移動局からの電波の受信レベルに基づいて、当該移動局が一定の強さの電界強度で電波を受けるためには、どのくらいの送信出力電力の電波を出せばよいかを判断して、当該移動局との通信を行う通信スロットにおける送信機の出力を制御する構成が記載されている。

しかし送信電力は通信規格や法規制によって実効送信電力に制限を受けるため、大きくするには限界がある。また上記特許文献１の構成は、出力電力を調節することによって基地局間の干渉を低減させるものであって、専ら電波到達範囲を減少させる方向に働き、リンクバジェットの向上を図ることには利用できない。

また基地局の設置高さを上げるにはビルの屋上にアンテナを設置することが簡便であるが、必ずしも高いビルがあるとは限らず、また高いビルがあってもアンテナの設置が許可されるとも限らないため、確実性に低い。

これらのことから、さらに他の手段によってリンクバジェットの向上を図る必要がある。

特開平１０−３３６１０４号公報

発明者らがリンクバジェットを向上させるために鋭意検討したところ、より低い実効送信電力でも通信できるようにすることにより、より基地局から離れた位置でも通信できることとなり、リンクバジェットを向上できることに着目した。

より低い実効送信電力でも通信できるようにするためにはＳ／Ｎ比を高くする必要がある。このためには、通信品質、すなわちエラー耐性を向上させるための誤り訂正技術であるＦＥＣを利用することができる。しかしＦＥＣを用いて同期識別信号を処理してしまうと通信ができなくなってしまうため、データ信号のみしか処理することができない。したがってデータ部のエラー耐性は向上するが、ＦＥＣを用いることができない同期識別信号の部分はエラー耐性が向上しない。

図７は従来の実効送信電力とエラー率の関係を説明する図である。図７において、同期識別信号はＢＰＳＫまたはＱＰＳＫを用いたものとし、データ信号はＦＥＣを用いたＦＥＣ−ＢＰＳＫ、ＦＥＣ−ＱＰＳＫを用いたものとする。

図７から、いずれの通信方式においても実効通信電力を上げるほどエラー率（例えばフレームエラー率）が向上する（小さくなる）ことがわかる。そしてＦＥＣを用いたデータ信号は実効通信電力を上げるにしたがって線形にかつ急速にエラー率が向上するのに対し、ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫは実効通信電力を大きくしていってもエラー率の向上は鈍いことがわかる。そして、例えばＢＰＳＫとＦＥＣ−ＢＰＳＫにおけるそれぞれの通信限界であるエラー率の閾値において、実効送信電力には大きな差ｗ０（すなわちエラー耐性の差）が生じている。このことから、システム全体としてのリンクバジェットはＦＥＣを用いない部分で頭打ちとなってしまうことがわかる。

そこで本発明は、実効送信電力を増加させることなくリンクバジェットを向上させ、基地局のセルの大きさを拡大させることが可能な通信方法および無線通信装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる無線通信方法の代表的な構成は、同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信を行う通信方法であって、同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較し、比較したエラー率に応じて同期識別信号またはデータ信号もしくは両方の電力を変更することを特徴とする。

上記方法によれば、バースト信号のうち同期識別信号とデータ信号とでエラー率に応じて個別に電力制御を行うことができるため、適切な電力で無線通信をすることができる。

同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較したとき、エラー耐性の低い方の信号の電力を上げることが好ましい。これにより、同期識別信号とデータ信号のうちエラー率が高い方の信号のみについてエラー率を下げることができ、リンクバジェットを向上させることができる。

同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較したとき、エラー率の高い方の信号の
電力を下げることが好ましい。これにより、同期識別信号とデータ信号のうちエラー率が低い方の信号について電力を削減することができ、効率的に通信を行うことができる。

同期識別信号またはデータ信号の電力を変更するとき、バースト信号全体の実効送信電力を略一定として一方を上げ、他方を下げてもよい。これにより、実効送信電力を増加させることなく、システム全体としてのリンクバジェットを向上させることができる。

同期識別信号またはデータ信号の電力は、同期識別信号およびデータ信号の変調方式に基づくエラー率に応じて変更してもよい。実際に通信中にエラー率を測定してもよいが、変調方式が決定すれば実効送信電力に対するエラー率は計算上および経験上特定され、これに伴って電力の変更量も決定することができる。すなわち、エラー率を考慮することなく変調方式から実効送信電力の変更量を求めて電力制御をすることができる。

また本発明にかかる無線通信装置の代表的な構成は、基地局または無線通信端末と無線通信を行う無線通信装置において、同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信または受信を行う通信部と、バースト信号に含まれる同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較するエラー率比較部と、通信部の出力を制御する電力制御部とを備え、電力制御部は、エラー率比較部の比較結果に応じてバースト信号のうち同期識別信号またはデータ信号もしくは両方の電力を変更することを特徴とする。

上記構成の無線通信装置によれば、バースト信号のうち同期識別信号とデータ信号とでエラー率に応じて個別に電力制御を行うことができるため、適切な電力で無線通信をすることができる。

本発明によれば、エラー率に応じて適切な電力で無線通信を行うことができる。また実効送信電力を増加させることなくシステム全体としてのリンクバジェットを向上させ、基地局のセルの大きさを拡大させることができる。

実施形態にかかる無線通信装置の構成を説明する図である。 定常状態のバースト信号内の電力分布を示す図である。 バースト信号内で電力分布を異ならせた状態を説明する図である。 図３の電力分布における実効送信電力とエラー率の関係を説明する図である。 通信端末の動作を説明するフローチャートである。 各変調方式と電力の変更量の関係を示す図である。 従来の実効送信電力とエラー率の関係を説明する図である。

［第１実施形態］
本発明にかかる無線通信方法および無線通信装置の第１実施形態について説明する。本実施形態において無線通信方法および無線通信装置はＰＨＳ（Personal Handy phone System）を例に用いて説明する。ただし本発明はこれに限定されるものではなく、携帯電話、ＶｏＩＰ、その他基地局または交換局を通じて通信する無線または有線の通信システムであれば、本発明を適用することができる。なお、以下の実施例に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

図１は第１実施形態にかかる無線通信装置の構成を説明する図である。本実施形態において無線通信装置はＰＨＳシステムの通信端末１１０であって、基地局１２０と接続して無線通信を行う。通信端末１１０は、端末側制御部２１０、端末側メモリ２１２、表示部２１４、操作部２１６、および通信部２１８を含んで構成される。

端末側制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により通信端末１１０全体を管理および制御する。端末側制御部２１０は、端末側メモリ２１２に格納されたプログラムを用いて、通信端末１１０を利用した通話機能やメール配信機能を実行する。

端末側メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュ
メモリ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等で構成され、端末側制御部２１０で処理されるプロ
グラムやアプリケーション等を記憶する。

表示部２１４は、カラーまたは単色のディスプレイで構成され、端末側メモリ２１２に記憶された、または通信網を介してアプリケーションサーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

操作部２１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

通信部２１８は、無線通信システムにおける基地局１２０と無線通信を行う。かかる無線通信としては、例えば、基地局１２０内でフレームを時分割した複数のタイムスロットをそれぞれ通信端末１１０のチャネルに割り当てて通信を行うＴＤＤ−ＴＤＭＡ方式が用いられる。したがって通信部２１８は、同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信を行う。

さらに本実施形態において通信端末１１０には、エラー耐性比較部２２０と、通信部２１８の出力を制御する電力制御部２２２とを備えている。

図２は定常状態のバースト信号内の電力分布を示す図である。図２に示すように、バースト信号は、前部から同期識別信号とデータ信号とを含んでいる。同期識別信号は主に同期を維持してデータの再生を可能とするための信号である。データ信号は、通信の目的たるデータ部分である。バースト信号は、ＴＤＭＡ方式においては通信端末１１０から基地局１２０に対して間欠的に送信する。

エラー耐性比較部２２０は、バースト信号に含まれる同期識別信号とデータ信号のエラー耐性を比較する。エラー耐性の尺度として、ある実効送信電力におけるエラー率を用いる。エラー率は本実施形態ではフレームエラー率を用いるものとするが、ビットエラー率やその他の既知のエラー率を用いることでもよい。

電力制御部２２２は、通信部２１８の出力を制御する。特に本実施形態では、バースト信号の出力をバースト信号の途中で増減させることが可能となっている。そして電力制御部２２２は、エラー耐性比較部２２０の比較結果に応じて、バースト信号のうち同期識別信号またはデータ信号もしくは両方の電力を変更する。

図３はバースト信号内で電力分布を異ならせた状態を説明する図である。図３に示すように、電力制御部２２２は、バースト信号のうち同期識別信号とデータ信号とで電力のオフセットを行っている（電力を異ならせている）。図３では、例として同期識別信号の電力を実効送信電力より高くし、データ信号の電力を実効送信電力より低くしている。

このように同期識別信号とデータ信号とを分けて考えるのは、同期識別信号は通常は確実に送受信するために低次変調クラスであるＢＰＳＫもしくはＱＰＳＫを用いるからであり、データ信号は伝送量を増大させるために高次変調クラスを用いる場合が多く、変調方式が異なれば電力に対するエラー率が異なるためである。またなにより、データ信号にはＦＥＣ（Forward Error Correction）を用いることができるが、同期識別信号にはＦＥＣを用いることができないため、この点においても電力に対するエラー率が異なるためである。

そしてバースト信号のうち同期識別信号とデータ信号とでエラー耐性に応じて個別に電
力制御を行うことにより、適切な電力で無線通信をすることができる。

図４は図３の電力分布における実効送信電力とエラー率の関係を説明する図である。ここでバースト信号は、同期識別信号をＢＰＳＫもしくはＱＰＳＫ、データ信号はＦＥＣ−ＢＰＳＫもしくはＦＥＣ−ＱＰＳＫとしている。図２および図７の組合せと図３および図４の組合せの対比において、同期識別信号は電力を増大させたことからエラー率が低下し、曲線が左に寄ったような状態となっている。

そして、例えばＢＰＳＫの曲線が破線で示す定常状態から実線で示す電力増大状態に変化することにより、通信限界であるエラー率の閾値との交点が低電力方向へ移動し、通信可能範囲が拡大される。すなわち、エラー耐性の低い方の信号の電力を上げることにより、エラー率を下げることができ、リンクバジェットを向上させることができる。

また、ＦＥＣを用いることのできるデータ信号は、電力を低下させている。そして、例えばＦＥＣ−ＢＰＳＫの曲線が破線で示す定常状態から実線で示す電力低減状態に変化することにより、エラー率の閾値との交点が高電力方向へ移動する。これにより通信不可能領域が増大するはずであるが、それでもなおＢＰＳＫの通信不可能領域の方が広いために、ＦＥＣ−ＢＰＳＫがボトルネックになることはない。すなわち、エラー耐性の高い方の信号の電力を下げることにより、電力を削減することができ、効率的に通信を行うことができる。

換言すれば、バースト信号内で一部の電力を上げ、他の部分の電力を下げるとすれば、電力を上げた部分のエラー率は改善され（小さくなり）、電力を下げた部分のエラー率は悪化する（大きくなる）。これを利用して、エラー耐性の低い方の信号の電力を上げ、エラー耐性の高い方の信号の電力を下げることにより、両者のエラー耐性の差ｗ１を小さくすることができる。このことから、実効送信電力を増加させることなく、システム全体としてのリンクバジェットを向上させることができる。特に実効送信電力は、消費電力のみならず、通信規格や法規制によって制限を受けるため、実効送信電力を増加させずにリンクバジェットを向上させることができることは大きな意義を有している。

なお、実効送信電力とピーク電力との差についても一定以下であることが求められており、同期種別信号の電力を実効送信電力に対して極端に大きくすることは難しい。しかして、高次変調クラスを用いた場合であっても本実施形態と同様にその利益を得ることができ、その通信可能範囲は大幅に広がることがわかる。したがって、セルの通信可能範囲の外縁を広げるものというよりは、高次変調クラスで通信可能な範囲を広げるものであると捉えることができる。

また高次変調クラスについては、本発明を適用することによって通信品質の改善を期待することができる。即ち、高次変調クラスは高いＳ／Ｎ比が必要になるが、同期・識別信号にはそれほどＳ／Ｎ比が必要でない場合、同期識別信号部分の電力を下げて、データ部分の電力を持ち上げることにより、高次変調クラス部分のＳ／Ｎ比を改善することができる。
［第２実施形態］
本発明にかかる無線通信方法および無線通信装置の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態においては、バースト信号内において同期識別信号をデータ信号よりも電力を上げるよう説明した。しかし、同期識別信号とデータ信号のエラー耐性における関係によっては、電力の変更量が逆転する場合もある。

図５は通信端末の動作を説明するフローチャートである。通信端末１１０はまず適応変調し（Ｓ１０２）、次に同期識別信号とデータ信号とのエラー耐性を比較する（Ｓ１０４）。そして同期識別信号の方がエラー耐性が低い場合には、同期信号の電力を増加してデータ信号の電力を低下させる（Ｓ１０６）。エラー耐性に差がない場合には、電力も偏差なしとする（Ｓ１０８）。またデータ信号の方がエラー耐性が低い場合には、同期識別信号の電力を低下させてデータ信号の電力を増加させる（Ｓ１１０）。そして最適な電力配分とした状態で送信を行う（Ｓ１１２）。

さらに図６は、各変調方式と電力の変更量の関係を示す図である。変更量は実際に通信中にエラー率を測定してもよいが、変調方式が決定すれば実効送信電力に対するエラー率は計算上特定され、これに伴って電力の変更量も決定することができる。

そこで図６に示すように、同期識別信号またはデータ信号の電力を同期識別信号およびデータ信号の変調方式に基づくエラー耐性に応じて変更してもよい。図６（ａ）は変調方式に対する電力変更量のテーブルを示している。図６（ｂ）は変調方式と電力変更量のテーブルをグラフにしたものである。このようにあらかじめテーブルを作成することにより、エラー率を判定することなく変調方式から実効送信電力の変更量を求めて電力制御をすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、通信中に同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信を行う通信方法および無線通信装置として利用することができる。

１１０ …通信端末
１２０ …基地局
２１０ …端末側制御部
２１２ …端末側メモリ
２１４ …表示部
２１６ …操作部
２１８ …通信部
２２０ …エラー耐性比較部
２２２ …電力制御部

Claims (6)

1. 同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信を行う通信方法であって、
   同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較し、
   比較した前記エラー率に応じて同期識別信号またはデータ信号もしくは両方の電力を変更することを特徴とする無線通信方法。
2. 同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較したとき、エラー率の低い方の信号の電力を上げることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
3. 同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較したとき、エラー率の高い方の信号の電力を下げることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
4. 同期識別信号またはデータ信号の電力を変更するとき、バースト信号全体の実効送信電力を略一定として一方を上げ、他方を下げることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
5. 同期識別信号またはデータ信号の電力は、同期識別信号およびデータ信号の変調方式に基づくエラー率に応じて変更することを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
6. 基地局または無線通信端末と無線通信を行う無線通信装置において、
   同期識別信号とデータ信号とを含むバースト信号の送信または受信を行う通信部と、
   前記バースト信号に含まれる同期識別信号とデータ信号のエラー率を比較するエラー率比較部と、
   前記通信部の出力を制御する電力制御部とを備え、
   前記電力制御部は、前記エラー率比較部の比較結果に応じてバースト信号のうち同期識別信号またはデータ信号もしくは両方の電力を変更することを特徴とする無線通信装置。

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