JP4320242B2 - ソフトウェア無線機 - Google Patents

Description

本発明は、各通信方式に対応してそれぞれ１本のデータ伝送用バスを使用して内部の送受信処理を行っている複数の送受信処理部を有するソフトウェア無線機に関し、特に、それぞれが実行すべき通信方式に対応する直交変復調処理用ソフトウェアをそれぞれ与えられ、それぞれの通信方式の直交変復調処理を行う複数の直交変復調部と、それぞれの伝送レートが固定である複数本のデータ伝送用バスによって複数の直交変復調部と接続され、実行すべき通信方式に対応するベースバンド処理ソフトウェアが与えられ、各直交変復調部とデータ伝送用バスを介して送受信用データを授受するとともに、各直交変復調部と協働してベースバンド処理を行うベースバンド処理部とを有するソフトウェア無線機に関する。

近年の半導体技術の著しい進歩や無線端末の急激な普及などにより、様々な周波数帯域を使用する多数の無線方式が提案されるとともに、その無線方式に対応した様々なハードウェアが提供されている。これらの傾向は、有限な周波数資源を有効に利用するために、新たな周波数帯域の使用の開拓、および、新しい無線方式の開発の分野で継続され、今後においても、新たに提供されるハードウェアの種類は増大して行くものと考えられる。このような状況において、従来の方法によって無線通信を行おうとすれば、無線方式に対応した無線通信機をそれぞれ使用しなければならず、複数の通信方式の無線通信を行おうとすると、当然ながらハードウェア規模が増大し、コストもかさみ、同一のインターフェースを有していない場合には、操作性の悪化が予想される。

そこで、使用する無線通信機は１台、すなわち、ハードウェアを共通として、内部にはデジタル信号処理用の複数種のソフトウェアを用意し、その中から所望の無線方式に対応したソフトウェアを選択し、あるいは、所望の無線方式に対応したパラメータを設定して無線方式を切り替えることにより、多数の無線方式に対応した無線通信を行うことができるソフトウェア無線機が開発されている。図５は、ソフトウェア無線機の一例に用いられている変復調部の基本概念を示すブロック図であって、この変復調部は、送信装置部Ａと、受信装置部Ｂと、ソフトウェア制御部Ｃとから構成されている。

図５において、送信装置部Ａの変調処理部１１０は、送信用のデータ信号Ｐを入力するとともに、ソフトウェア制御部Ｃのソフトウェアメモリ部１１４から変調処理用ソフトウェアを受け取り、受け取った変調処理用ソフトウェアに基づきデータ信号Ｐに変調処理を行って送信部１１１に引き渡す。送信部１１１は、無線信号Ｑに変換して無線伝送する。受信装置部Ｂの受信部１１２は、無線信号Ｒを受信し、出力を受信信号として復調処理部１１３に引き渡す。復調処理部１１３は、受信信号を入力するとともに、ソフトウェアメモリ部１１４から復調処理用ソフトウェアを受け取り、受け取った復調処理用ソフトウェアに基づき受信信号からデータ信号Ｓを生成出力する。この場合、ソフトウェア制御部Ｃのソフトウェア入出力部１１５は、ソフトウェアメモリ部１１４が必要とするソフトウェアなどを外部ダウンロード機器から受け取りソフトウェアメモリ部１１４に供給する。

このようなソフトウェア無線機の変復調部の変調処理部１１０や復調処理部１１３においては、通信システムに応じて、音声符号化や音声復号化、および、デジタル変復調処理やアナログ変復調処理などを行っており、一般的にＦＰＧＡやＤＳＰなどのプログラマブルデバイスで構成している。また、上述のように、共通のハードウェアを用いて、複数の変調方式の送受信信号の処理を行う場合、変調方式の数だけ調整個所、すなわち、パラメータがあるが、ソフトウェアによってフレキシブルに制御している。この場合、変調方式によって送受信するデータのデータ伝送レートは様々であるが、通信用ソフトウェアの変更や前記パラメータの変更などを行うことにより伝送レートの変更も可能にしている。

しかしながら、伝送レートの上限はＣＰＵやＤＳＰなどの演算処理性能、データ伝送バス幅、動作ＣＬＫ周波数など、ハードウェアに負うところが大きく、従来のソフトウェアのみでは所望の伝送レートを獲得することが容易でない場合がある。また、無線機のハードウェアを大きくして所望の伝送レートを得ようとするのは、無線機を小型化、高密度化したいという要求に合致しない。すなわち、ハードウェアのサイズを大きくせずに、伝送効率を向上させることができる技術が要求されているわけである。

図６は、上述のようなソフトウェア無線機のデータ処理ブロックを示すブロック図である。このソフトウェア無線機において、高周波部１０２は、送受信アンテナ部１０１を介して無線信号を受信し、受信した無線信号を受信信号として直交変復調部１０３〜１０６に引き渡し、直交変復調部１０３〜１０６からの送信信号を送受信アンテナ部１０１を介して無線信号として送信する。直交変復調部１０３〜１０６は、高周波部１０２からの受信信号を直交復調し、バス部１０８を介してベースバンド処理部１０７に引き渡し、ベースバンド処理部１０７に処理させ、受信データとして出力させる。この例では、バス部１０８は、データ伝送用バス１２０〜１２３を含み、直交変復調部１０３〜１０６とベースバンド処理部１０７とは、データ伝送用バス１２０〜１２３の何れかを選択してデータ伝送に使用できるように、それぞれが全てのデータ伝送用バス１２０〜１２３で機械的には並列に接続されている。さらに、直交変復調部１０３〜１０６は、ベースバンド処理部１０７によって処理された送信データを受け取り、直交変調を行い、高周波部１０２および送受信アンテナ部１０１を介して無線信号として送信する。

通信制御部１０９は、上述の各部１０１〜１０７と制御信号をやり取りし、これらを適宜に制御する。例えば、使用する変復調方式などをユーザから指示されると、その指示内容を各部に通知するとともに、必要なプログラム、アプリケーション、パラメータなどのデータファイルを転送する。また、通信制御部１０９は、各部のリアルタイム情報（使用中、アラーム、警報など）の通知を受け取り、ユーザに通知する機能をも有している。

図７は、このような通信制御部１０９の制御によって、直交変復調部１０３〜１０６とベースバンド処理部１０７とがデータ伝送用バス１２０〜１２３を使用する典型的な例を示している。すなわち、直交変復調部１０３〜１０６とベースバンド処理部１０７とは、それぞれの無線方式に基づく通信を行うために、太線で示されたデータ伝送用バス１２０〜１２３の１本をそれぞれ使用している。図７に示されるような状態のときに、例えば、直交変復調部１０４が作動を休止すると、データ伝送用バス１２１は使用されないままとなる。この場合に、直交変復調部１０３がデータ伝送用バス１２０の代わりにデータ伝送用バス１２１を使用するように切り替えると、データ伝送用バス１２０が使用されないこととなる。

なお、その他の従来例としては、共通の受信回路を用いて複数の通信方式による受信処理を実行する機能を有するとともにし、共通の送信回路を用いて複数の通信方式による送信処理を実行する機能を有することによって、中継対象となる信号を受信し、受信した受信中継対象信号の通信方式とは異なる通信方式で当該受信中継対象信号を送信するソフトウェア送受信機の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１７４３９４号公報（図１）

上述のソフトウェア無線機においては、ハードウェアが共通であって、ソフトウェアのみを変更して各種無線方式に対応するようにしている。このために、上述の例においては直交変復調部１０３〜１０６は、いずれも共通の仕様で作成されており、データ伝送用バス１２０〜１２３の仕様（バスサイズなど）も等しくされている。このように、それぞれの無線チャネルが同じように機能するために、ハードウェアの内部においては、それぞれの無線チャネルに等しく固定的なデータ伝送バスサイズが与えられており、この固定的なデータ伝送サイズがそれより大きなバスサイズを必要とする通信方式に対しては技術的な隘路になっている。なお、ここでは直交変復調部とベースバンド処理部との間のデータ伝送用バスについてのみ述べたが、データ信号および制御信号などのような信号を伝送するものであれば、同様な問題が発生し得ることはいうまでもない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ハードウェア内部で各無線チャネルに等しく固定的に設定されていた従来のデータ伝送サイズをソフトウェアによって適応的に分配結合制御することによって、従来の固定的なデータ伝送バス幅では得られなかった伝送レートを用いる無線方式にも柔軟に対応できるソフトウェア無線機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係るソフトウェア無線機は、各通信方式に対応してそれぞれ１本のデータ伝送用バスを使用して内部の送受信処理を行っている複数の送受信処理部を有するとともに、処理すべき通信方式の伝送レートが送受信処理部の処理可能な伝送レートを超えている場合には、複数の送受信処理部を結合させて当該通信方式の送受信処理を実行させる通信制御部を有する。

より具体的には、それぞれが処理すべき通信方式に対応する直交変復調処理用ソフトウェアをそれぞれ与えられ、それぞれの通信方式の直交変復調処理を行う複数の直交変復調部と、それぞれの伝送レートが固定である複数本のデータ伝送用バスによって複数の直交変復調部と接続され、実行すべき通信方式に対応するベースバンド処理ソフトウェアが与えられ、各直交変復調部とデータ伝送用バスを介して送受信用データを授受するとともに、各直交変復調部と協働してベースバンド処理を行うベースバンド処理部とを有するソフトウェア無線機において、処理すべき通信方式の伝送レートが１本の前記データ伝送用バスの固定伝送レートを超える場合には、前記ベースバンド処理部が複数の直交変復調部およびデータ伝送用バスと協働して当該通信方式を実行させる通信制御部を有するという構成にしてもよい。

以上に詳述したように本発明によれば、通常の通信方式に対しては送受信処理部が従来通りに対応できるとともに、処理すべき通信方式の伝送レートが送受信処理部の処理可能な伝送レートを超えていて、従来方法では通信処理が不可能である場合にも、通信制御部が複数の送受信処理部を結合させて伝送レートを大きなものとし、当該通信方式の送受信処理を実行させることにより、１台のソフトウェア無線機の物理的な大きさを変更させずに、より多くの通信方式に柔軟に対応することができる。換言すれば、ソフトウェア無線機のハードウェア内部で各無線チャネルに等しく固定的に設定されていた従来のデータ伝送バス幅をソフトウェアによって適応的に分配結合制御することによって、従来の固定的なデータ伝送バス幅では得られなかった伝送レートを実現し、その伝送レートを必要とする無線通信方式に対応できるソフトウェア無線機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のソフトウェア無線機の実施の形態のデータ処理ブロックを示すブロック図、図２は、図１で示されるソフトウェア無線機の通信制御部の制御によって、直交変復調部とベースバンド処理部とがデータ伝送用バスをどのように使用するかを説明するためのブロック図、図３は、図１で示される通信制御部の制御の下で、直交変復調部とベースバンド処理部とがデータ伝送用バスを使用する通信動作の一例を説明するためのフローチャート、図４（ａ）は、図２において太線で表示されているデータ伝送用バスの１本を用いて伝送する場合の伝送状態を説明するための図、図４（ｂ）は、図２において太線で表示されているデータ伝送用バスの２本を用いて伝送する場合の伝送状態を説明するための図、図４（ｃ）は、図４（ａ）および図４（ｂ）の動作の経過を示す時間軸である。

図１で示されるソフトウェア無線機において、高周波部２は、送受信アンテナ部１を介して無線信号を受信し、受信した無線信号を受信信号として直交変復調部３〜６に引き渡し、他方、直交変復調部３〜６からの送信信号を送受信アンテナ部１を介して無線信号として送信する。直交変復調部３〜６は、高周波部２からの受信信号を直交復調し、バス部８を介してベースバンド処理部７に引き渡し、ベースバンド処理部７に処理させ、受信データとして出力させる。他方、直交変復調部３〜６は、ベースバンド処理部７によって処理された送信データを受け取り、直交変調を行い、高周波部２および送受信アンテナ部１を介して無線信号として送信する。この例において、バス部８は、４本のデータ伝送用バス２０〜２３を含み、直交変復調部３〜６とベースバンド処理部７とは、データ伝送用バス２０〜２３のそれぞれによって接続されている。したがって、データ伝送用バスによる接続構造そのものは、図６で示される従来例と実質的に同じである。

通信制御部９は、上述の各部１〜７と制御信号をやり取りし、制御状態を監視情報として参照情報記憶部（図３）に記憶し、参照情報記憶部に取り入れた通信方式のプログラムに従って、各部を適宜に制御する。例えば、使用する変復調方式などをユーザから指示されると、その指示内容を各部に通知するとともに、必要なプログラム、アプリケーション、パラメータなどのデータファイルを参照情報記憶部に転送させる。また、通信制御部９は、各部のリアルタイム情報（使用中、アラーム、警報など）の通知を受け取り、ユーザに通知する機能をも有している。図２は、このような通信制御部９の制御によって、直交変復調部３〜６とベースバンド処理部７とがデータ伝送用バス２０〜２３を使用する一例を示している（後述）。この場合、送受信アンテナ部１や高周波部２も実行する通信方式に合致するように通信制御部９によって制御されていることはいうまでもない。

次に、通信制御部９の制御の下で、送受信処理部を構成するために、直交変復調部３〜６とベースバンド処理部７とがデータ伝送用バス２０〜２３を使用して送受信処理部を構成して通信処理を行う動作の一例について図２および図３を参照して説明する。この場合、使用可能な通信方式は、下記の表１で示される通信方式ＣＭＡ，ＣＭＢ，ＣＭＤ，ＣＭＤのいずれかであるとする（個々のデータ伝送用バスの伝送レートの上限は５００ｋｂｐｓである）。すなわち、

表 １
通信方式 伝送レート（ｋｂｐｓ）
Ａ １５０
Ｂ ２００
Ｃ ３００
Ｄ １０００

のように各通信方式の伝送レート（上限）は定められている。なお、ここでいう伝送レートは、Ｉ相およびＱ相多重、かつ、送受信多重とされる場合の個々のデータのデータレートの４倍であるものとする。

初期状態として、直交変復調部３，４は、通信を行っておらず、データ伝送用バス２０，２１は使用されておらず、通直交変復調部５は、データ伝送用バス２２を使用して通信方式Ａの通信を行い、直交変復調部６は、データ伝送用バス２３を使用して通信方式Ｃの通信を行っているものとする。これらの通信方式Ａ，Ｃの伝送レートは、いずれも５００ｋｂｐｓよりも低いので、データ伝送用バス２２，２３の使用で充分である。このとき、通通信制御部９がユーザ入力によって通信方式Ｄを指定した通信要求を図３に示されたように受け取ると（Ｓ１１）、通通信制御部９は、参照情報記憶部の監視情報をチェックし、現状のハードウェアの使用状況を確認する（Ｓ１２）。ハードウェアの使用状況を確認した結果、ハードウェアに空きがあるか否かを判断する（Ｓ１３）。

上述の初期状態の前提から、直交変復調部３，４およびデータ伝送用バス２０，２１は使用されておらず、通通信制御部９は、ハードウェアに空きがあると判断して、参照情報記憶部に格納されている通信方式Ｄの仕様を参照し、通信要求された通信方式Ｄの仕様を確認する（Ｓ１４）。そこで、通通信制御部９は、通信要求された通信方式Ｄの伝送レートは、既設のデータ伝送用バス（上限は５００ｋｂｐｓ）で充分か否かを判断する（Ｓ１５）。通信方式Ｄの伝送レートは、１０００ｋｂｐｓなので、既設のデータ伝送用バスでは充分でなく、２本のデータ伝送用バスを使用しなければならないと判断されるので、通通信制御部９は、監視情報を参照して、他に未使用のデータ伝送用バスがあるか否かを判断する（Ｓ２０）。判断の結果、データ伝送用バス２０，２１は使用されていないので、他に未使用のデータ伝送用バスがあると判断する。

他に未使用のデータ伝送用バスがあって要求された伝送レート１０００ｋｂｐｓの通信を行うことが可能であると判断すると、通通信制御部９は、通信運用計画を作成する（Ｓ１６）。すなわち、通通信制御部９は、通信方式Ｄの仕様を参照して、通信方式Ｄを実行するための直交変復調部３，４の割り当て、直交変復調部３，４とベースバンド処理部７とが使用するデータ伝送用バス２０，２１の割り当て、それらが使用するプログラムおよびパラメータに関する内容を通信運用計画として作成する。通通信制御部９は、作成した通信運用計画に基づいて各部に必要な通知を行う（Ｓ１７）。通知の完了後に、直交変復調部３，４とデータ伝送用バス２０，２１とを使用して、要求された伝送レート１０００ｋｂｐｓの通信を開始する（Ｓ１８）。この場合に、データ伝送用バス２０〜２３がソフトウェア的に組み立てられ使用されている状態を示しているのが図２における太線である。

図４を参照して、図２において太線で表示されているデータ伝送用バスの伝送状態について説明する。図４（ａ）は、通信方式Ａに従って通信を行うとした直交変復調部５（または、通信方式Ｃに従って通信を行うとした直交変復調部６についても同じ）の伝送状態を示し、図４（ｂ）は、通信方式Ｄに従って通信を行う直交変調部３，４の伝送状態を示し、図４（ｃ）は時間軸を示している。この場合、ＩおよびＱは、直交するＩ相およびＱ相を示しており、Ｔｘは送信データを示し、Ｒｘは受信データを示し、数字は順序を示すシーケンス番号を示している。

図４（ａ）のようにデータ伝送用バスを１本用いる場合には、シーケンス番号が０のデータの授受が開始されてからシーケンス番号１のデータの授受が開始されるまで、時間ｔ１から時間ｔ５まで要している。しかし、図４（ｂ）では、時間ｔ１から時間ｔ３までであり、半分の時間で実行されている。図４（ａ）に示されるように伝送レートがデータレートの４倍であって、５００ｋｂｐｓ以下であれば、データ伝送用バスを１本用いることで通信は可能であるが、５００ｋｂｐｓを超えると通信ができなくなる。そこで、図４（ｂ）のような構成にすれば、伝送レートは図４（ａ）の伝送レートの倍になり、１０００ｋｂｐｓまでの通信が可能になる。すなわち、データレートの４倍である伝送レートが使用する通信方式の場合に、１本のデータ伝送用バスの固定された伝送レート５００ｋｂｐｓを超えている場合には、空きのもう１本のデータ伝送用バスを併用して伝送レート１０００ｋｂｐｓまでの通信を可能にする。

なお、上述の例における初期状態の前提と異なり、データ伝送用バス２０，２１が既に使用されている場合には、全てのデータ伝送用バス２０〜２３が使用されていることとなるので、通信制御部９は、ステップＳ１３において、ハードウェアに空きが無いと判断し、通信不可能であることをユーザに通知して終了する。また、初期状態の前提と異なり、データ伝送用バス２０，２１の一方が既に使用されている場合には、通信制御部９は、ステップＳ２０において他に未使用のデータ伝送用バスが無い（通信方式Ｄの１０００ｋｂｐｓの伝送レートには不十分）と判断し、ステップＳ１９に移行して、通信不可能をユーザに通知して終了する。もちろん、この場合に通信要求されたのが通信方式Ｄでなく、通信方式Ａ，Ｂ，Ｃのうちの何れかであればステップＳ１５からステップＳ１６を経由して通信を行うことができる。

上述の例においては、送受信のデータレートが同じであることを前提として説明しているが、送受信のデータレートが異なる場合には、送受信のデータレート比に基づいて多重を組み合わせることにより、データ伝送用バスをより効率的に使用することができる。また、ソフトウェア無線機のハードウェアに余裕があれば、データ伝送用バスを４本よりも数多く用いて（例えば、６本）伝送の負荷が大きい通信方式には多くのデータ伝送用バスを割り当てるということも好ましい。すなわち、要求された通信方式による通信を開始するために、データ伝送用バスの割り当てなどの制御をソフトウェアで行わせ、パラメータの設定などを通知することにより、自由度が高く効率的なソフトウェア無線機を運用することができる。また、上述の例では伝送レートが１０００ｋｂｐｓまでの例で説明したが、この伝送レートを超えるような通信方式に対しては、さらに同様な方法で追加のデータ伝送用バスを用いてもよいことはいうまでもない。

本発明のソフトウェア無線機の実施の形態のデータ処理ブロックを示すブロック図である。 図１で示されるソフトウェア無線機の通信制御部の制御によって、直交変復調部とベースバンド処理部とがデータ伝送用バスをどのように使用するかを説明するためのブロック図である。 図１で示される通信制御部の制御の下で、直交変復調部とベースバンド処理部とがデータ伝送用バスを使用する通信動作の一例を説明するためのフローチャートである。 （ａ）は、図２において太線で表示されているデータ伝送用バスの１本を用いて伝送する場合の伝送状態を説明するための図である。 （ｂ）は、図２において太線で表示されているデータ伝送用バスの２本を用いて伝送する場合の伝送状態を説明するための図である。 （ｃ）は、（ａ）および（ｂ）の動作の経過を示す時間軸である。 ソフトウェア無線機の従来例の変復調部の基本概念を示すブロック図である。 ソフトウェア無線機の従来例のデータ処理ブロックを示すブロック図である。 図６のデータ処理ブロックにおいて、通信制御部の制御によって、直交変復調部とベースバンド処理部とがデータ伝送用バスを使用する典型的な例を示す図である。

符号の説明

１ 送受信アンテナ、２ 高周波部、３，４，５，６ 直交変復調部、７ ベースバンド処理部、８ バス部、９ 通信制御部、２０，２１，２２，２３ データ伝送用バス、Ｓ１１〜Ｓ２０ ステップ。

Claims (1)

1. 通信方式に対応してそれぞれ１本のデータ伝送用バスを使用して内部の送受信処理を行っている複数の送受信処理部を有するソフトウェア無線機において、
   前記送受信処理部を制御する通信制御部と、該通信制御部の制御状態を監視情報として記憶する情報記憶部と、通信要求が入力される通信要求入力部とを有し、
   前記通信制御部は、
   前記通信要求入力部から通信要求が入力されると、
   前記情報記憶部に記憶してある監視情報から前記複数の送受信処理部の中に既設のデータ伝送用バスを含めて空きがあるか否かを判定し、
   前記複数の送受信処理部の中に既設のデータ伝送用バスを含めて空きがある場合は前記通信要求された通信方式及び伝送レートが空いている送受信処理部と空いている既設のデータ伝送用バスの伝送レートで充分か否かを判定し、
   充分な場合は空いている送受信処理部に対して空いている既設のデータ伝送用バスを含め使用割り当てを行い、
   不充分な場合は前記監視情報から更に複数の送受信処理部の中に既設のデータ伝送用バスを含めて空きがあるか否かを判定し、
   複数の送受信処理部の中に既設のデータ伝送用バスを含めて更に空きがある場合は、前記通信要求された通信方式及び伝送レートが空いている複数の送受信処理部と空いている各々のデータ伝送用バスの伝送レートで充分か否かを判定し、
   充分な場合は空いている複数の送受信処理部に対して各々のデータ伝送用バスを含めて使用割り当てを行い、
   不充分な場合は、通信不可を通知して処理を終了することを特徴とするソフトウェア無線機。

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