JP4206104B2

JP4206104B2 - 適応変調方式を使用した無線通信方法及び無線通信装置

Info

Publication number: JP4206104B2
Application number: JP2006122566A
Authority: JP
Inventors: 岳彦小林
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2006217663A

Description

この発明は、複数の無線通信装置間で適応変調方式を使用して双方向通信を行うシステムで使用される無線通信方法及び無線通信装置に関する。

無線伝送路では、フェージングや降雨減衰等の影響により伝送品質が時間に応じて変化し易い。例えば、雑音や干渉波、減衰が多い状況下では伝送品質が劣化し易く、逆に雑音や干渉波、減衰が少ない状況下では伝送品質が良好になる傾向がある。そこで従来では、上記のような伝送路における伝送品質の時間変化に対処するため、適応変調方式が提唱されている。

例えば、伝送品質が良好なときには、伝送効率を優先させるため、変調方式として４ビットを複素数平面にマッピングする１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）や、６ビットを複素数平面にマッピングする６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の多値変調方式を使用してデータを伝送する。この結果、短時間に多くの情報源符号化データを送信することが可能となる。

これに対し伝送品質が劣化しているときには、伝送誤りに対する耐性を優先させるために、変調方式として２ビットを複素数平面にマッピングするＱＰＳＫ（Phase Shift Keying）を使用してデータを伝送する。このようにすると、伝送品質が劣化している状態にあるにもかかわらず、誤りの少ないデータ送信が可能となる。

ところで、変調方式を適応的に変化させる手段としては、従来例えば以下のようなものが知られている。
（１）受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）または等化器の等化誤差出力をもとに自局の受信状態を判定し、この受信状態の判定結果に基づいて自局の送信に使用する変調方式を選択するもの（例えば、特許文献１を参照）。
（２）自局が送信した無線信号の受信品質を相手局に検出させて変調方式を決定させ、相手局からこの決定された変調方式の通知を受けることにより自局の変調方式を可変設定するもの（例えば、特許文献２を参照）。
特開平１０−９３６５０号公報特開平１０−４１８７６号公報

ところが、（１）はＴＤＤ（Time Division Duplex）システムのように上り伝送路と下り伝送路が同一周波数を使用するシステムであれば、上り伝送路と下り伝送路の伝搬路特性がほぼ同一と見なせるので妥当性がある。しかし、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）システムのように上り伝送路と下り伝送路が異なる周波数を使用するシステムでは、上り伝送路と下り伝送路の伝搬路特性が一般に異なるので、適切な変調方式を選択できるとは限らない。

一方（２）の方法では、ＦＤＤシステムのように上り伝送路と下り伝送路の伝搬路特性が異なるシステムにおいても、伝搬路特性に応じた最適な変調方式を設定可能である。しかし、各局がそれぞれ独立して相手局の変調方式を決定するため、上り伝送路と下り伝送路とで異なる変調方式が設定される場合がある。このような場合、対称性伝送路においては上りと下りとの間の対称性を保持できなくなり、また非対称性伝送路においては所期の伝送比率を維持できなくなってしまうという不具合を生じる。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、双方向多重の方式に関わらず上り伝送路と下り伝送路の変調方式を常に一致させることが可能で、さらに第１の通信装置と第２の通信装置との間で変調方式の変更タイミングを一致させることにより変調方式の変更が行われても円滑な双方向通信を実現可能とした適応変調方式を使用した無線通信方法及び無線通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明は、第１の通信装置と第２の通信装置との間で適応変調方式を使用して双方向通信を行うシステムで使用される無線通信方法及び無線通信装置にあって、上記第１の通信装置から第２の通信装置へ情報を伝送するための第１の伝送路の状態を第２の通信装置で推定して、この推定された第１の伝送路の状態を第１の通信装置に通知する。またそれと共に、上記第２の通信装置から第１の通信装置へ情報を伝送するための第２の伝送路の状態を第１の通信装置で推定する。そして、第１の通信装置において、上記第２の通信装置から通知された第１の伝送路の状態と、第１の通信装置で推定された第２の伝送路の状態とに基づいて上記双方向通信に使用する変調方式を決定し、自装置の変調方式を上記決定された変調方式に変更したのち、上記第１の通信装置と第２の通信装置との間で双方向通信を行う。

したがってこの発明によれば、第１の通信装置において、第１及び第２の各伝送路の伝搬路特性を両方とも考慮した上で変調方式が決定される。このため、ＴＤＤシステムは勿論のことＦＤＤシステムにおいても、伝送路の状態に応じた適切な変調方式を設定することができ、しかも第１の伝送路と第２の伝送路で使用される変調方式を常に一致させることが可能となる。したがって、対称性伝送路にあっては第１及び第２の伝送路間の対称性を確実に保持することができ、また非対称性伝送路にあっては変調方式により非対称伝送の比率が変化しないようにして安定な非対称伝送を維持することが可能となる。さらに、第１及び第２の伝送路の変調方式を第１の通信装置において統括的に決定するようにしている。このため、例えば変調方式の変更条件を変更する必要性が生じた場合でも、第１の通信装置の変更のみで対応できる利点がある。

さらにこの発明では、上記変調方式を変更する際に、第１の通信装置から第２の通信装置へ上記決定された変調方式の指示情報を通知することにより第２の通信装置が自身の変調方式を変更し、第１の通信装置は上記指示情報を送信してから第２の通信装置が変調方式を変更するまでに要する時間を推定して、この推定された時間に基づいて第１の通信装置が自身の変調方式を変更するタイミングを遅延制御するようにしている。
したがって、第１の通信装置と第２の通信装置との間で、変調方式の変更タイミングを一致させることができ、これにより変調方式の変更が行われても、円滑な双方向通信を実現できる。

またこの発明は、上記双方向通信に際し、第１及び第２の通信装置が、伝送レートが第１の値以上のときには第１の情報及びこの第１の情報より重要度の低い第２の情報をそれぞれ伝送し、伝送レートが第１の値未満に低下したときには第１の情報を優先的に伝送するＱｏＳ（Quality of Service）制御を行う場合に、上記変調方式を変更する際に、第１の通信装置において変調方式の変更形態を判定し、変調方式が第１の伝送レートに対応する第１の変調方式から上記第１の伝送レートより低速の第２の伝送レートに対応する第２の変調方式に変更されると判定された場合に、第１の通信装置が上記ＱｏＳ制御による伝送情報の切替制御に必要な時間を経たのち変調方式を変更する過程又は手段をさらに備えることを特徴とするものである。
この発明によれば、伝搬路特性の劣化に伴い伝送レート及び変調方式を低速に変更する場合に、ＱｏＳ制御に必要な時間を考慮して変調方式の変更が行われる。このため、伝送レート及び変調方式の変更に対しＱｏＳ制御が間に合わなくなる不具合は回避され、これにより情報の損失は防止される。

またこの発明は、変調方式を決定するための手段、及び決定された変調方式を使用して双方向通信を行うための手段として、以下のような各種構成を採用することも特徴とする。
第１の構成は、第１の伝送路と第２の伝送路とが対称性を有する場合に、第１の伝送路の状態と第２の伝送路の状態のうち品質が悪い方を選択し、この選択された伝送路の状態に応じて変調方式を決定するものである。
このような構成によれば、第１及び第２の各伝送路で使用される変調方式は伝搬路品質が劣化している側の伝搬路品質に基づいて決定される。すなわち、伝搬路品質の確保を優先して変調方式が決定される。したがって、ＦＤＤシステムにおいて第１及び第２の各伝送路のうち一方の伝搬路品質が劣化している場合でも、当該伝搬路品質が劣化している伝送路における伝送誤り耐性を維持して、システムとして誤りの少ない安定な無線通信が可能となる。

第２の構成は、第１の伝送路と第２の伝送路とが非対称性を有する場合に、第１の伝送路の状態と第２の伝送路の状態のうち伝送帯域が広い方の伝送路の状態を選択し、この選択された伝送路の状態に応じて変調方式を決定するものである。
このような構成によれば、第１及び第２の各伝送路のうち伝送帯域が広い側の伝送路の伝搬路品質に応じて変調方式が決定される。すなわち、伝送効率の確保を優先して変調方式が決定される。したがって、例えば広帯域側の伝送路の伝搬路品質より狭帯域側の伝送路の伝搬路品質が劣化している場合に、狭帯域側の伝送路の伝搬路品質に拘束されることなく広帯域側伝送路の伝送容量を十分に確保することが可能となる。

第３の構成は、過去に推定された第１及び第２の伝送路の状態と過去に決定された変調方式のうちの少なくとも一方を履歴情報として記憶しておき、新たに推定された第１及び第２の伝送路の状態と、上記記憶された履歴情報とに基づいて変調方式を決定するものである。
このように構成すると、上り及び下り各伝送路の最新の伝搬路品質ばかりでなく、過去の伝搬路品質も考慮した上で変調方式が決定される。このため、伝搬路品質の一時的変動の影響を軽減して変調方式を安定的に決定することが可能となる。

要するにこの発明では、双方向伝送路を構成する第１及び第２の各伝送路の状態をそれぞれ推定し、この推定された各伝送路の状態を両方とも考慮して当該各伝送路に対し共通の変調方式を選択し変更するようにしている。さらに、上記変調方式を変更する際に、第１の通信装置から第２の通信装置へ上記決定された変調方式の指示情報を通知して第２の通信装置が自身の変調方式を変更し、第１の通信装置は上記指示情報を送信してから第２の通信装置が変調方式を変更するまでに要する時間を推定して、この推定された時間に基づいて第１の通信装置が自身の変調方式を変更するタイミングを遅延制御するようにしている。

したがってこの発明によれば、双方向多重の方式に関わらず上り伝送路と下り伝送路の変調方式を常に一致させることができ、さらに第１の通信装置と第２の通信装置との間で変調方式の変更タイミングを一致させることができ、これにより変調方式の変更が行われても円滑な双方向通信を実現可能な適応変調方式を使用した無線通信方法及び無線通信装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
図１は、この発明に係わる無線通信システムの第１の実施形態を示すブロック構成図である。このシステムは、基地局２００と複数の端末局１００との間を、上り回線と下り回線とからなる双方向伝送路により接続したものである。双方向伝送方式としては、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式が使用される。なお、各端末局１００は同一構成であるため、図では１局のみを示し他の局の図示は省略している。

端末局１００は、送信系として無線フレーム符号化部１０１と、変調部１０２と、送信ＲＦ部１０３とを備え、また受信系として受信ＲＦ部１０６と、復調部１０５と、無線フレーム復号部１０４とを備えている。そして、これらの送信系及び受信系を共用器１０７を介してアンテナ１０８に接続している。

無線フレーム符号化部１０１は、図示しない情報入出力ユニットから供給された送信データに対し誤り訂正符号化処理を行ったのち、上り伝送フレームのデータフィールドに挿入する。変調部１０２は適応変調方式に対応する機能を備え、上記符号化送信データが挿入された上り伝送フレームを、指定された変調方式に従い変調信号に変換して送信ＲＦ部１０３に供給する。送信ＲＦ部１０３は周波数変換器及び送信電力増幅器を備える。そして、上記変調部１０２から供給された変調信号を、上り回線用の無線周波数に変換すると共に所定の送信電力レベルに増幅し、この増幅された無線信号を共用器１０７を介してアンテナ１０８に給電し送信させる。

受信ＲＦ部１０６は、低雑音増幅器及び周波数変換器を備える。そして、アンテナ１０８により受信された無線信号を、低雑音増幅器で増幅したのち周波数変換器により中間周波数またはベースバンド周波数の受信信号に変換する。復調部１０５は、上記受信ＲＦ部１０６により周波数変換された受信信号を、上記変調部１０２に設定された変調方式に対応する復調方式により復調し、下り伝送フレームを無線フレーム復号部１０４に入力する。無線フレーム復号部１０４は、上記入力された下り伝送フレームに挿入されている情報データに対し、誤り訂正復号処理及びデータを伸長するための復号処理を行う。そして、これらの復号処理により再生された受信データを、図示しない情報入出力ユニットに供給する。

ところで端末局１００は、この発明に係わる機能として、下り回線の伝搬路を推定する機能と、その推定結果を基地局２００に通知する機能と、基地局２００から指示された変調方式を設定する機能とを備えている。下り回線の伝搬路を推定する機能は伝搬路推定部１０９に設けられる。伝搬路推定部１０９は、上記復調部１０５から下り回線の受信信号を取り込んで、そのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を検出する。そして、このＲＳＳＩの検出値を伝搬路推定結果として無線フレーム符号化部１０１に供給する。

伝搬路推定結果を基地局２００に通知する機能は、無線フレーム符号化部１０１に設けられる。無線フレーム符号化部１０１は、図２（ｂ）に示すように同期ワード（ＳＷ）と、上り用適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）と、情報データフィールド（ＤＡＴＡ）とから構成される上り伝送フレームを生成する。そして、上記伝搬路推定部１０９から供給されたＲＳＳＩ検出値を、上記上り適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）に挿入して、基地局２００に向け送信する。

基地局２００から指示された変調方式を設定する機能は、無線フレーム復号部１０４に設けられる。基地局２００から伝送される下り伝送フレームは、図２（ａ）に示すように同期ワード（ＳＷ）と、下り用適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）と、情報データフィールド（ＤＡＴＡ）とから構成される。無線フレーム復号部１０４は、受信された下り伝送フレームの下り用適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）から変調指示データを抽出する。そして、この抽出された変調指示データに従い、変調部１０２及び復調部１０５に対し変調方式を指定する。この変調方式の指定タイミングは、上り及び下りの各伝送フレームの送受信タイミングに同期するように設定される。

一方、基地局２００は次のように構成される。すなわち、基地局２００も上記端末局１００と同様、送信系として無線フレーム符号化部２０１と、変調部２０２と、送信ＲＦ部２０３とを備え、また受信系として受信ＲＦ部２０６と、復調部２０５と、無線フレーム復号部２０４とを備えている。そして、これらの送信系及び受信系を共用器２０７を介してアンテナ２０８に接続したものとなっている。

無線フレーム符号化部２０１は、図示しない情報処理装置から供給された送信データに対し誤り訂正符号化処理を行ったのち、上り伝送フレームのデータフィールドに挿入する。変調部２０２は適応変調方式に対応する機能を備え、上記符号化送信データが挿入された下り伝送フレームを、指定された変調方式に従い変調信号に変換して送信ＲＦ部２０３に供給する。送信ＲＦ部２０３は周波数変換器及び送信電力増幅器を備える。そして、上記変調部２０２から供給された変調信号を、下り回線用の無線周波数に変換すると共に所定の送信電力レベルに増幅し、この増幅された無線信号を共用器２０７を介してアンテナ２０８に給電し送信させる。

受信ＲＦ部２０６は、低雑音増幅器および周波数変換器を備える。そして、アンテナ２０８により受信された無線信号を、低雑音増幅器で増幅したのち周波数変換器により中間周波数またはベースバンド周波数の受信信号に周波数変換する。復調部２０５は、上記受信ＲＦ部２０６により周波数変換された受信信号を、上記変調部２０２に設定された変調方式に対応する復調方式に従い復調して上り伝送フレームを再生し、この再生された上り伝送フレームを無線フレーム復号部２０４に入力する。無線フレーム復号部２０４は、上記入力された上り伝送フレームに挿入されている情報データに対し、誤り訂正復号処理及びデータを伸長するための復号処理を行う。そして、これらの復号処理により再生された受信データを、図示しない情報処理装置に供給する。

ところで基地局２００は、この発明に関係する機能として、上り回線の伝搬路を推定する機能と、端末局１００から通知される下り回線のＲＳＳＩ検出値の受信機能と、変調方式の決定機能と、その決定結果を端末局１００に通知する機能とを備えている。上り回線の伝搬路を推定する機能は、伝搬路推定部２０９に設けられる。伝搬路推定部２０９は、上記復調部２０５から上り回線の受信信号を取り込んでそのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を検出する。

下り回線のＲＳＳＩ検出値の受信機能は、無線フレーム復号部２０４に設けられる。端末局１００から伝送される上り伝送フレームは、先に図２（ａ）に示したように同期ワード（ＳＷ）と、上り用適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）と、情報データフィールド（ＤＡＴＡ）とから構成される。無線フレーム復号部２０４は、受信された上り伝送フレームの上り用適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）からＲＳＳＩ検出値を抽出する。

変調方式の決定機能は適応変調制御部２１０に設けられる。適応変調制御部２１０は、上記伝搬路推定部２０９から上り回線のＲＳＳＩ検出値を取り込むと共に、上記無線フレーム復号部２０４から下り回線のＲＳＳＩ検出値を取り込む。そして、この取り込まれた上り回線及び下り回線の各ＲＳＳＩ検出値のうち小さい方を予め設定したしきい値と比較することにより、変調方式を決定する。そして、この決定された変調方式を無線フレーム符号化部２０１に通知すると共に、変調部２０２及び復調部２０５にそれぞれ設定する。その設定タイミングは、上記変調方式を端末局１００に通知したのち端末局１００において変調方式が設定されるまでの処理遅延を考慮して設定される。

決定された変調方式を端末局１００に通知する機能は、無線フレーム符号化部２０１に設けられる。無線フレーム符号化部２０１は、図２（ａ）に示すように同期ワード（ＳＷ）と、下り用適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）と、情報データフィールド（ＤＡＴＡ）とから構成される下り伝送フレームを生成する。そして、上記適応変調制御部２１０から通知された変調方式指示データを、上記下り適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）に挿入して、端末局１００に向け送信する。

次に、以上のように構成されたシステムによる適応変調方式の制御動作を説明する。図４はその動作手順を示すシーケンス図である。
基地局２００と端末局１００との間で情報データの通信が開始されると、端末局１００では伝搬路推定部１０９において定期的に下り回線の伝搬路品質の推定が行われる。この伝搬路品質の推定は、推定対象とする下り伝送フレームのデータフィールドの受信期間において、受信信号のＲＳＳＩの平均値を検出することによりなされる。上記下り回線のＲＳＳＩ平均値が検出されると、この検出されたＲＳＳＩ平均値は無線フレーム符号化部１０１において、図４に示すように次の上り伝送フレームの適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）に挿入される。そして、変調部１０２で変調され、さらに送信ＲＦ部１０３で無線信号に変換されたのち、アンテナ１０７から基地局２００に向け送信される。

一方基地局２００においては、伝搬路推定部２０９により定期的に上り回線の伝搬路品質の推定が行われる。この伝搬路品質の推定も、上記端末局１００と同様に、推定対象とする上り伝送フレームのデータフィールドの受信期間において、受信信号のＲＳＳＩの平均値を検出することによりなされる。またそれと共に基地局２００では、端末局１００から上り伝送フレームが受信されるごとに、この受信された上り伝送フレームの適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）から、下り回線のＲＳＳＩ平均値が抽出される。

さて、上記上り回線のＲＳＳＩ平均値及び下り回線のＲＳＳＩ平均値が得られると、適応変調制御部２１０において変調方式を決定するための処理が行われる。この変調方式の決定処理は、用意された複数の変調方式に対応してＲＳＳＩのしきい値を予め設定しておき、上り回線のＲＳＳＩ平均値及び下り回線のＲＳＳＩ平均値のうち品質が劣化している側を上記しきい値と比較することによりなされる。

例えば、いま変調方式としてＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭが用意されているとすると、これらの変調方式のＣ／Ｎ（搬送波電力対雑音電力比）に対するビット誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）の特性の理論値は図３に示すように表される。なお、同図では横軸をＣ／Ｎとしているが、このＣ／Ｎは適切に構成された通信装置においてはＲＳＳＩと等価である。同図において、所要ＢＥＲを１．０×１０^-4とすると、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭにそれぞれ対応して、しきい値はＶ_2-1，Ｖ_1-2，Ｖ_3-2，Ｖ_2-3に設定される。

そして、このような条件の下で適応変調制御部２１０では、次のように変調方式が決定される。すなわち、先ず変調方式としてＱＰＳＫが設定されている状態で、上り回線のＲＳＳＩ平均値及び下り回線のＲＳＳＩ平均値のうち品質が劣化している側がしきい値Ｖ_1-2を超えると、変調方式として１６ＱＡＭが選択される。一方、それ以外の場合にはＱＰＳＫが維持される。

また、変調方式として１６ＱＡＭが設定されている状態で、上り回線のＲＳＳＩ平均値及び下り回線のＲＳＳＩ平均値のうち品質が劣化している側がしきい値Ｖ_2-3を超えると、変調方式として６４ＱＡＭが選択される。これに対し、ＲＳＳＩ値がしきい値Ｖ_2-1を下回ると、変調方式としてＱＰＳＫが選択される。

同様に、変調方式として６４ＱＡＭが設定されている状態で、上り回線のＲＳＳＩ検出値及び下り回線のＲＳＳＩ検出値のうち品質が劣化している側がしきい値Ｖ_3-2を下回ると、変調方式として１６ＱＡＭが選択される。これに対し、それ以外の場合には６４ＱＡＭが維持される。
なお、しきい値Ｖ_2-1＝Ｖ_1-2，Ｖ_3-2＝Ｖ_2-3としないのは、境界付近で変調方式の変更が頻発しないようにするためである。

以上のように変調方式が決定されると、適応変調制御部２１０では上記決定された変調方式への変更指示データが作成され、この変更指示データは無線フレーム符号化部２０１に通知される。無線フレーム符号化部２０１は、上記変更指示データを図３に示すように後続の下り伝送フレームの適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）に挿入し、変調部２０２へ出力する。この結果、上記変更指示データは、変調部２０２で変調され、さらに送信ＲＦ部２０３で無線信号に変換されたのち、アンテナ２０７から通信相手の端末局１００に向け送信される。

これに対し端末局１００では、上記基地局２００から下り伝送フレームが受信されると、無線フレーム復号部１０４において、上記受信された下り伝送フレームの適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）から変更指示データが抽出される。そして、この抽出された変更指示データに従い、次の上り及び下りの各伝送フレームの開始時点で、無線フレーム復号部１０４から変調部１０２及び復調部１０５に対しそれぞれ変調方式及びそれに対応する復調方式の設定指示が与えられ、これにより変調部１０２及び復調部１０５にはそれぞれ上記受信された変更指示データに応じた変調方式及びそれに対応する復調方式が設定される。したがって、以後端末局１００から送信される上り伝送フレームは、上記設定された変調方式により変調されて送信される。

また基地局２００では、上記変調方式が決定されると、適応変調制御部２１０から変調部２０２及び復調部２０５に対しそれぞれ変調方式及びそれに対応する復調方式の設定指示が与えられ、これにより変調部２０２及び復調部２０５にはそれぞれ上記決定された変調方式及びそれに対応する復調方式が設定される。

なお、このとき上記変調部２０２及び復調部２０５に対する変調方式及び復調方式の設定タイミングは、図３に示すように上記変更指示データを送信した下り伝送フレームの次のフレームの開始時点に設定される。このため、基地局２００における変調方式及び復調方式の変更タイミングは、端末局１００における変調方式及び復調方式の変更タイミングと一致する。したがって、以後基地局２００と端末局１００との間では、上記変更された変調方式及び復調方式に従い相互に同期がとれた状態で情報データの双方向通信が可能となる。

以上述べたように第１の実施形態では、端末局１００の伝搬路推定部１０９において下り回線のＲＳＳＩ平均値を検出して、この検出結果を上り伝送フレームの適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）により基地局２００に通知する。一方基地局２００においては、上記端末局１００から下り回線のＲＳＳＩ平均値を受信すると共に、伝搬路推定部２０９により上り回線のＲＳＳＩ平均値を検出する。そして、適応変調制御部２１０において、上記受信された下り回線のＲＳＳＩ平均値と上記検出された上り回線のＲＳＳＩ平均値とを比較して値が悪い側を選択し、この選択されたＲＳＳＩ平均値をしきい値Ｖ_2-1，Ｖ_1-2，Ｖ_3-2，Ｖ_2-3と比較することにより変調方式を決定する。そして、変調方式の変更指示データを下り伝送フレームの適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）により端末局１００に通知し、これにより変調部１０２及び復調部１０５にそれぞれ上記決定された変調方式及びそれに対応する復調方式を設定させる。またそれと共に基地局２００において、上記端末局１００における設定タイミングに同期して、変調部２０２及び復調部２０５にそれぞれ上記決定された変調方式及びそれに対応する復調方式を設定するようにしている。

したがってこの実施形態によれば、上り及び下りの各回線の伝搬路特性を両方とも考慮した上で変調方式が決定される。このため、上り回線と下り回線との間で変調方式を常に一致させることができる。したがって、対称性伝送路にあっては上り及び下りの各回線間の対称性を確実に保持することができ、また非対称性伝送路にあっては変調方式により非対称伝送の比率が変化しないようにして安定な非対称伝送を維持することができる。

また、変調方式の決定に際しては、伝搬路特性が劣化している側の回線品質に応じて変調方式が設定される。すなわち、伝搬路品質の確保を優先して変調方式が決定される。したがって、ＦＤＤシステムにおいて上り及び下りの各回線のうち一方のみ伝搬路特性が劣化している場合でも、当該伝搬路特性が劣化している回線における伝送誤り耐性を維持して、システムとして誤りの少ない安定な双方向無線情報通信が可能となる。

さらに、上り及び下りの各回線の変調方式を基地局２００において統括的に決定している。このため、例えばしきい値を変更する必要性が生じた場合でも、基地局２００の変更のみで対応できる利点がある。
さらに、基地局２００における変調方式の設定タイミングを、端末局１００における設定タイミングに同期させるべく遅延制御している。このため、基地局２００と端末局１００との間で変調方式の変更タイミングを一致させることができ、これにより変調方式の変更が行われても、円滑な双方向通信を実現できる。

（第２の実施形態）
この発明の第２の実施形態は、基地局及び端末局が、所定速度以上の伝送速度が得られるときにはすべてのデータを伝送し、伝送速度が所定速度以下に低下したときには実時間性が要求されるデータや制御データ等の重要度の高いデータを優先的に伝送する、いわゆるＱｏＳ（Quality of Service）制御手段を備えている場合に、この発明に係わる適応変調制御を上記ＱｏＳ制御と組み合わることで、より効果的なＱｏＳ制御を行うようにしたものである。

図５は、この発明の第２の実施形態を説明するためのシステムのシーケンス図である。なお、基地局及び端末局の基本構成については上記第１の実施形態と同一なので、本実施形態においても図１を使用して説明する。

基地局２００及び端末局１００は６４個の伝送フレームを１周期として、次のように適応変調及びＱｏＳ制御を実行する。先ず、フレーム番号が“０”〜“９”までの１０フレーム期間においてそれぞれ、上り回線及び下り回線の伝搬路特性を推定する。この伝搬路特性の推定は、各フレーム“０”〜“９”においてそれぞれ受信データの等化誤差を算出することにより行われる。端末局１００は、上記算出された下り回線の１０フレーム分の等化誤差を、上り伝送フレームの適応変調制御チャネル（ＭＣＨＵ）を使用して、順次或いは一括して基地局へ送信する。一方基地局２００は、上記端末局１００から送信された等化誤差を受信し、適応変調制御部内のメモリに一旦格納する。また同様に、自局内の伝搬路推定部２０９において算出された上り回線の１０フレーム分の等化誤差を適応変調制御部２１０内のメモリに格納する。

次に、基地局２００の適応変調制御部２１０は、フレーム“１１”の伝送期間において、上記メモリから下り回線の１０フレーム分の等化誤差、及び上り回線の１０フレーム分の等化誤差をそれぞれ読み出し、これらの等化誤差の平均値をそれぞれ算出する。そして、この算出された下り回線の等化誤差平均値と、上り回線の等化誤差平均値とを比較し、これらのうち等化誤差平均値の大きい側を選択する。すなわち、上り回線及び下り回線のうち伝搬路特性の劣化している側を選択する。続いて適応変調制御部２１０は、上記選択された等化誤差平均値を予め設定されたしきい値と比較し、当該等化誤差平均値に応じた最適な変調方式を決定する。この最適変調方式を決定するためのアルゴリズムとしては、第１の実施形態で述べたアルゴリズムを使用可能である。

次に基地局２００の適応変調制御部２１０は、上記決定された変調方式の変更内容に応じて変調方式の通知制御を実行する。すなわち、先ず変調方式が、例えば６４ＱＡＭや１６ＱＡＭのような高能率の変調方式からＱＰＳＫのような低能率の変調方式に変更される場合には、図５に示すようにフレーム“１２”の期間においてその適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）を使用して、変調方式の変更指示データを端末局１００に通知する。すなわち、上記変調方式を決定するための処理の直後に送信される下り伝送フレームを使用して変調方式が通知される。

端末局１００は、上記変調方式の変更指示データが到来すると、この変更指示データに対応する伝送速度変更情報を即時ＱｏＳ制御部１１１に与える。そして、フレーム“０”の開始時点において、変調部１０２及び変調部１０５に対し変調方式及びそれに対応する復調方式の切替設定を行う。したがって、端末局１００のＱｏＳ制御部１１１は、フレーム“１２”で伝送速度変更情報を受け取ってからフレーム“０”で変調方式が切り替えられるまでの十分長い期間を利用して、ＱｏＳ制御のための準備処理を行うことが可能となる。このため、ＱｏＳ制御の対応遅れによる情報データの損失は未然に回避される。

また、基地局２００の適応変調制御部２１０は、上記端末局１００に対する変更指示動作と同様に、自局のＱｏＳ制御部２１１に対しても伝送速度変更情報をフレーム“１２”の期間に与える。そして、フレーム“０”の開始時点において、変調部２０２及び変調部２０５に対し変調方式及びそれに対応する復調方式の切替設定を行う。したがって、基地局２００のＱｏＳ制御部２１１においても、フレーム“１２”で伝送速度変更情報を受け取ってからフレーム“０”で変調方式が切り替えられるまでの十分長い期間を利用して、ＱｏＳ制御のための準備処理を行うことが可能となる。このため、ＱｏＳ制御の対応遅れによる情報データの損失は回避される。

一方、変調方式が、例えばＱＰＳＫや１６ＱＡＭのような低能率の変調方式から１６ＱＡＭまたは６４ＱＡＭのような高能率の変調方式に変更されたとする。この場合、基地局２００の適応変調制御部２１０は、図５に示すようにフレーム“６３”の期間において、その適応変調制御チャネル（ＭＣＨＤ）を使用して変調方式の変更指示データを端末局１００に通知する。すなわち、変調方式の切替タイミング（フレーム“０”の開始時点）の直前のフレームを使用して変調方式が通知される。このため、端末局１００では、前記第１の実施形態と同様に、変更指示データを受信したフレームの次のフレーム開始時点で変調方式を切り替えることができる。すなわち、遅延制御を行うことなく変調方式の切替制御が可能となる。

また、基地局２００の適応変調制御部２１０は、自局のＱｏＳ制御部２１１に対しても同様に、伝送速度変更情報をフレーム“６３”の期間に与える。そして、フレーム“０”の開始時点において、変調部２０２及び変調部２０５に対し変調方式及びそれに対応する復調方式の切替設定を行う。

このように第２の実施形態によれば、ＱｏＳ制御部１１１，２１１に対する伝送速度変更情報の供給タイミングを、変調方式が高能率の変調方式から低能率の変調方式に変更される場合と、低能率の変調方式から高能率の変調方式に変更される場合とで異ならせるようにしている。このため、伝送速度が高速から低速に切り替わる場合に、十分長い期間を利用してＱｏＳ制御のための準備処理を行うことが可能となり、これによりＱｏＳ制御の対応遅れによる情報データの損失を確実に回避することが可能となる。

（その他の実施形態）
前記各実施形態では、上り回線と下り回線のうち伝搬路特性が劣化している側の回線品質に応じて変調方式を決定するようにした。しかしそれに限定されるものではなく、例えば上り回線と下り回線の伝送帯域が非対称の場合、伝送帯域が広い側を選択し、この選択された側の回線の伝搬路品質をしきい値と比較することにより変調方式を決定するようにしてもよい。

このようにすると、伝送効率の確保を優先して変調方式が決定される。このため、例えば広帯域側の伝送路の伝搬路品質より狭帯域側の伝送路の伝搬路品質が劣化している場合に、狭帯域側の伝送路の伝搬路品質に拘束されることなく広帯域側伝送路の伝送容量を十分に確保することが可能となる。これは、例えば端末局からインターネット等の通信ネットワーク上にあるサーバに対しアクセスし、このサーバからアプリケーション・プログラムや大容量のデータ等をダウンロードする場合に、特に有効である。

また、過去に設定した変調方式を履歴情報として記憶しておき、変調方式を決定する際に、上り回線及び下り回線の各ＲＳＳＩ検出値と、上記記憶された履歴情報とを考慮して新たな変調方式を決定するようにしてもよい。このようにすると、例えば６４ＱＡＭからＱＰＳＫへの変更というような変調能率の差の大きい変更を避け、６４ＱＡＭ→１６ＱＡＭ→ＱＰＳＫのように変調方式を段階的に円滑に変更することが可能となる。

さらに、上り回線の伝搬路特性の推定値と下り回線の伝搬路特性の推定値との平均値を算出し、この算出された平均値をしきい値と比較することにより変調方式を決定するようにしてもよい。また、上記平均値を算出する際に、上り回線の伝搬路特性の推定値及び下り回線の伝搬路特性の推定値にそれぞれ上り回線と下り回線の重要度に応じて定めた重み係数を乗算したのち平均値を算出するようにしてもよい。

さらに、前記各実施形態では、伝搬路特性を受信信号のＲＳＳＩを検出するか、または等化誤差を算出することにより推定するようにしたが、信号と雑音との比（Ｅｃ／Ｎｏ）等の品質を表すその他の値を検出することにより推定するようにしてもよい。また、前記各実施形態では適応変調制御部を基地局に設けた場合を例にとって説明したが、適応変調制御部を端末局に設けてもよい。

その他、システムの種類、第１及び第２の通信装置の構成、第１及び第２の通信装置における適応変調制御手順とその内容、変調方式の種類と数等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の第１の実施形態に係わる無線通信システムの構成を示すブロック図。図１に示したシステムで使用される伝送フレームフォーマットを示す図。図１に示したシステムの動作説明に使用する誤り率特性図。図１に示したシステムの動作シーケンスを説明するための図。この発明の第２の実施形態に係わる無線通信システムの動作シーケンスを示す図。

符号の説明

１００…端末局、２００…基地局、１０１，２０１…無線フレーム符号化部、１０２，２０２…変調部、１０３，２０３…送信ＲＦ部、１０４，２０４…無線フレーム復号部、１０５，２０５…復調部、１０６，２０６…受信ＲＦ部、１０７，２０７…共用器、１０８，２０８…アンテナ、１０９，２０９…伝搬路推定部、２１０…適応変調制御部。

Claims

第１の通信装置と第２の通信装置との間で、適応変調方式を使用して双方向通信を行う無線通信方法であって、
前記第１の通信装置から第２の通信装置へ情報を伝送するための第１の伝送路の状態を推定する過程と、
前記推定された第１の伝送路の状態を前記第２の通信装置から第１の通信装置に通知する過程と、
前記第２の通信装置から第１の通信装置へ情報を伝送するための第２の伝送路の状態を推定する過程と、
前記第１の通信装置において、前記第２の通信装置から通知された前記第１の伝送路の状態と、前記推定された第２の伝送路の状態とに基づいて、前記双方向通信に使用する変調方式を決定する過程と、
前記第１及び第２の通信装置がそれぞれ、自身の変調方式を前記決定された変調方式に変更する過程と、
前記変更された変調方式を使用して、前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で前記双方向通信を行う過程と
を具備し、
前記変調方式を変更する過程は、
前記第１の通信装置から前記第２の通信装置へ、前記決定された変調方式の指示情報を通知する過程と、
前記第１の通信装置から通知された指示情報に従い、前記第２の通信装置が自身の変調方式を変更する過程と、
前記第１の通信装置において、前記指示情報を送信してから前記第２の通信装置が変調方式を変更するまでに要する時間を推定する過程と、
前記推定された時間に基づいて、前記第１の通信装置が自身の変調方式を変更するタイミングを遅延制御する過程と
を備えることを特徴とする無線通信方法。
前記双方向通信に際し、前記第１及び第２の通信装置が、伝送レートが第１の値以上のときには第１の情報及びこの第１の情報より重要度の低い第２の情報をそれぞれ伝送し、伝送レートが第１の値未満に低下したときには第１の情報を優先的に伝送するＱｏＳ（Quality of Service）制御を行う場合に、
前記変調方式を変更する過程は、
前記第１の通信装置において変調方式の変更形態を判定する過程と、
前記変更形態を判定する過程により、変調方式が第１の伝送レートに対応する第１の変調方式から前記第１の伝送レートより低速の第２の伝送レートに対応する第２の変調方式に変更されると判定された場合に、前記第１の通信装置が前記ＱｏＳ制御による伝送情報の切替制御に必要な時間を経たのち変調方式を変更する過程と
を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
第１の通信装置と第２の通信装置との間で適応変調方式を使用して双方向通信を行い、かつ前記第２の通信装置が前記第１の通信装置から第２の通信装置へ情報を伝送するための第１の伝送路の状態を推定して第１の通信装置に通知する機能を備えるシステムにおいて、前記第１の通信装置として使用される無線通信装置であって、
前記第２の無線通信装置から通知される、前記第１の伝送路の状態を受信する手段と、
前記第２の通信装置から第１の通信装置へ情報を伝送するための第２の伝送路の状態を推定する手段と、
前記第２の通信装置から通知された前記第１の伝送路の状態と、前記推定された第２の伝送路の状態とに基づいて、前記双方向通信に使用する変調方式を決定する手段と、
前記双方向通信に使用する変調方式を前記決定された変調方式に変更する手段と、
前記変更された変調方式を使用して、前記第２の通信装置との間で双方向通信を行う手段と
を具備し、
前記変調方式を変更する手段は、
前記決定された変調方式の指示情報を前記第２の通信装置へ送信する手段と、
前記指示情報を送信してから前記第２の通信装置が変調方式を変更するまでに要する時間を推定する手段と、
前記推定された時間に基づいて、前記双方向通信に使用する変調方式を変更するタイミングを遅延制御する手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
前記システムが、伝送レートが第１の値以上のときには第１の情報及びこの第１の情報より重要度の低い第２の情報をそれぞれ伝送し、伝送レートが第１の値未満に低下したときには第１の情報を優先的に伝送するＱｏＳ（Quality of Service）制御手段を備える場合に、
前記変調方式を変更する手段は、
前記変調方式の変更形態を判定する手段と、
前記変更形態を判定する手段により、変調方式が第１の伝送レートに対応する第１の変調方式から前記第１の伝送レートより低速の第２の伝送レートに対応する第２の変調方式に変更されると判定された場合に、前記ＱｏＳ制御手段による伝送情報の切替制御に必要な時間を経たのち変調方式を変更する手段と
を、さらに備えることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
前記変調方式を決定する手段は、
前記第１の伝送路と第２の伝送路とが対称性を有する場合に、前記第１の伝送路の状態と第２の伝送路の状態のうち品質が悪い方を優先的に選択し、この選択された伝送路の状態に応じて変調方式を決定することを特徴とする請求項３又は４記載の無線通信装置。
前記変調方式を決定する手段は、
前記第１の伝送路と第２の伝送路とが非対称性を有する場合に、前記第１の伝送路の状態と第２の伝送路の状態のうち、伝送帯域が広い方の伝送路の状態を優先的に選択し、この選択された伝送路の状態に応じて変調方式を決定することを特徴とする請求項３又は４記載の無線通信装置。
前記変調方式を決定する手段は、
過去に推定された前記第１及び第２の伝送路の状態と、過去に決定された変調方式のうち、少なくとも一方を履歴情報として記憶する手段と、
新たに推定された第１及び第２の伝送路の状態と、前記記憶された履歴情報とに基づいて、前記双方向通信に使用する変調方式を決定する手段と
を備えることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の無線通信装置。