JP4668061B2

JP4668061B2 - 基地局及び無線通信方法

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Publication number: JP4668061B2
Application number: JP2005375068A
Authority: JP
Inventors: 裕之庄司
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007180754A

Description

本発明は、基地局及び無線通信方法に関する。

近年の無線通信システムにおいては、データ通信の高速化・大容量化への要求に対する解決手段の一つとして、複数の変調方式を用意し、回線品質に応じて変調方式を切換える適応変調方式が用いられている。複数の変調方式としてはビットレートの異なるものが用いられ、例えばビットレートの低いものから順に、BPSK（Binary Phase Shift keying）、QPSK（Quadrature Phase Shift keying）、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation）、64QAM(64Quadrature Amplitude Modulation)等の変調方式が用いられている。

このような適応変調方式では、基地局と無線通信端末との間の回線品質情報であるSNR（信号対雑音比：Signal to Noise Ratio）やCNR（搬送波対雑音比：Carrier to Noise Ratio）等を基に、ダウンリンク（下り方向）及びアップリンク（上り方向）の変調方式を適宜変更している。より具体的には、回線品質が良好な場合はビットレートの高い変調方式に切換えてデータ伝送速度を速くし、回線品質が悪い場合はビットレートの低い変調方式に切換えてデータ伝送速度を遅くすることにより、データ伝送速度の最適化を図ると共に、通信に最低限要求される誤り率（フレーム誤り率やビット誤り率等）を確保可能な変調方式を決定している。
例えば、特開２００３−３４７９８０号公報には、上記のような回線品質情報を基に、基地局側の送信ダイバーシチの切替タイミングを制御して回線品質の劣化を低減する技術が開示されている。
特開２００３−３４７９８０号公報

ところで、上記のような適応変調方式に加え時分割多重接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式を採用した無線通信システムにおいて、ＶｏＩＰを用いて音声データを送受信する場合、この音声データは他の画像データ等と比較して小さなデータであるため、スロットを効率良く利用できない。すなわち、多数のＶｏＩＰユーザが存在する場合、システムのリソースを大量に浪費してしまう。この結果、システムが本来有する伝送能力に対して収容可能なＶｏＩＰユーザ数が減少してしまう。

そこで、スロットをさらに細分化したサブスロットを用いてＶｏＩＰ音声データの送受信を行うことにより、システムのリソースを効率良く使用する方法が提案されている。しかしながら、ＶｏＩＰ音声データの音声品質を確保するために、低レートの変調方式が使用されるため、上記のようにサブスロットに溜まった音声データを効率良く送信することができず、結局システムのリソースを有効活用できないという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＴＤＭＡ方式を採用した無線通信システムのリソースを最大限有効活用し、システムが収容可能なＶｏＩＰユーザ数を増やすことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、基地局に係る第１の解決手段として、無線通信端末との通信信号の伝送率を判定する判定部と、前記通信信号から通信品質情報を把握する通信品質把握部と、前記通信品質情報に基づいて前記通信信号の変調方式を決定する変調方式決定部と、無線通信端末との通信に割り当てられたフレーム数に応じて前記通信品質情報を把握する際に参照するフレーム数を増減させる参照フレーム数調整部とを具備する、という手段を採用する。

また、本発明では、基地局に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記無線通信端末との通信において、スロットを細分化したサブスロットを使用することを特徴とする。

また、本発明では、基地局に係る第３の解決手段として、上記第１または２の解決手段において、前記変調方式決定部は、前記通信品質情報を算出する際に参照する前記フレーム数が少ないほど低い変調レートの変調方式を決定することを特徴とする。例えば、割り当てうる最大変調レートを低い変調レート等にすることにより達成することができる。

また、本発明では、基地局に係る第４の解決手段として、上記第１〜３のいずれかの解決手段において、前記変調方式決定部は、決定した変調方式を基に、通信品質が維持できる程度のマージンを有する無線通信端末側の送信パワーを決定することを特徴とする。

また、本発明では、基地局に係る第５の解決手段として、上記第１〜４のいずれかの解決手段において、前記通信品質情報は、信号または搬送波と雑音との比、もしくは信号または搬送波と干渉波を含む雑音との比であることを特徴とする。

一方、本発明では、無線通信方法に係る第１の解決手段として、無線通信端末との通信信号の伝送率を判定する第１ステップと、前記通信信号から通信品質情報を把握する第２ステップと、前記無線通信端末との通信に割り当てられたフレーム数に応じて前記通信回線品質情報を把握する際に参照するフレーム数を増減させる第３ステップと、前記通信品質情報に基づいて前記通信信号の変調方式を決定する第４ステップとを有する、という手段を採用する。

また、本発明では、無線通信方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記第３ステップでは、前記通信信号の伝送率が所定の値以下であると判定され、前記無線通信端末との通信に割り当てられたフレーム数が減少した場合に、前記通信品質情報を把握する際に参照するフレーム数を減少させることを特徴とする。

また、本発明では、無線通信方法に係る第３の解決手段として、上記第１または２の解決手段において、前記無線通信端末との通信において、スロットを細分化したサブスロットを使用することを特徴とする。

また、本発明では、無線通信方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜３のいずれかの解決手段において、前記第４ステップでは、前記通信品質情報を把握する際に参照する前記フレーム数が少ないほど割り当てうる変調レートを低い変調レートとすることを特徴とする。例えば、割り当てうる最大変調レートを低い変調レート等にすることにより達成することができる。

また、本発明では、無線通信方法に係る第５の解決手段として、上記第１〜４のいずれかの解決手段において、前記第４ステップでは、決定した変調方式を基に、通信品質が維持できる程度のマージンを有する無線通信端末側の送信パワーを決定することを特徴とする。

また、本発明では、無線通信方法に係る第６の解決手段として、上記第１〜５のいずれかの解決手段において、前記通信品質情報は、信号または搬送波と雑音との比、もしくは信号または搬送波と干渉波を含む雑音との比であることを特徴とする。

本発明によれば、ＴＤＭＡ方式を採用した無線通信システムのリソースを最大限有効活用でき、システムが収容可能なＶｏＩＰユーザ数を増やすことが可能である。

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。図１は、本発明の実施形態に係るＴＤＭＡ方式によりユーザ端末（無線通信端末）との無線通信を行う基地局の構成ブロック図である。なお、本基地局として、アダプティブアレーアンテナシステムを採用した送受信機能を有するものを例示して説明する。

図１に示すように、本基地局は、Ｎ個のアンテナ素子１を備えるＲＦ送受信部２、信号処理部３、復調部４、平均SNR算出部５（通信品質把握部）、復号化部６、ユーザ判定部７（判定部）、参照フレーム数調整部７ａ、変調方式決定部８、符号化部９及び変調部１０から構成されている。

アンテナ素子１は、図示しないユーザ端末との間でＲＦ信号の送受信を行う。ＲＦ送受信部２は、アンテナ素子１からのＮ個の受信信号を増幅してベースバンド信号へ変換後、デジタル信号に変換し、受信信号ｘ₁〜ｘ_Nとして信号処理部３に出力する。

信号処理部３は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小２乗誤差法）ベースなどの適応アルゴリズム、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いて適応信号処理を行うものであり、受信ウエイト算出部３a及び信号合成部３bを備えている。受信ウエイト算出部３aは、上記ＲＦ送受信部２から入力される受信信号ｘ₁〜ｘ_Nに基づいてアレーアンテナの最適な指向性パターンを形成するためのウエイト定数ｗ₁〜ｗ_Nを算出し信号合成部３bに出力する。信号合成部３bは、上記ＲＦ送受信部２から入力される受信信号ｘ₁〜ｘ_Nにそれぞれ対応したウエイト定数ｗ₁〜ｗ_Nを乗じて重み付けした後、これら受信信号を合成して出力信号ｙとして復調部４に出力する。

また、この信号処理部３は、送信時において、変調部１０から入力される変調後の送信データを送信する最適なアンテナ素子１を決定し、上記変調後の送信データをＲＦ送受信部２に出力する。ＲＦ送受信部２は、変調後の送信データをＲＦ信号に変換し、信号処理部３にて決定されたアンテナ素子１から上記ＲＦ信号をユーザ端末に送信する。

復調部４は、上記出力信号ｙを復調し、復調信号を平均SNR算出部５及び復号化部６に出力する。平均SNR算出部５は、上記復調信号を基に、上り方向における所定のフレーム数の平均SNR値（通信線品質情報）を算出（把握）して変調方式決定部８に出力する。以下、このように平均SNR値を算出する際に参照するフレーム数を参照フレーム数という。復号化部６は、上記復調信号を復号化して受信データを生成し、当該受信データをユーザ判定部７に出力すると共に受信データの信号処理を行うデータ処理部（図示せず）に出力する。

ユーザ判定部７は、上記受信データに基づいてユーザがＶｏＩＰユーザか否かを判定し、その判定結果を参照フレーム数調整部７ａに出力する。より具体的には、このユーザ判定部７は、ユーザ端末との通信におけるデータの伝送率が所定の値、例えば本基地局の提供する最大の伝送率に対し半分以下であるか否かを判定することによって、ユーザがＶｏＩＰユーザか否かを判定する。
参照フレーム数調整部７ａは、ユーザ判定部７から入力される判定結果に基づいて、上記平均SNR算出部５において平均SNR値を算出するための参照フレーム数を決定し、参照フレーム数情報として平均SNR算出部５に出力する。つまり、平均SNR算出部５は、参照フレーム数調整部７ａが決定する参照フレーム数に対する平均SNR値を算出する。また、この参照フレーム数調整部７ａは、ユーザ端末との通信に割り当てるフレーム数を制御するためのフレーム数変更情報を送信データに多重化する。

変調方式決定部８は、平均SNR算出部５にて算出された平均SNR値に基づいてユーザ端末側の変調方式を決定し、当該変調方式を示す端末変調方式情報を送信データに多重化する。また、この変調方式決定部８は、決定した変調方式に基づいて、ユーザ端末側における送信パワーを制御するための送信パワー情報を生成し、当該送信パワー情報も送信データに多重化する。

符号化部９は、送信データ（端末変調方式情報、送信パワー情報及び参照フレーム数情報を含む）を符号化して変調部１０に出力する。変調部１０は、所定の変調方式にて符号化後の送信データを変調して信号処理部３に出力する。

次に、このように構成された本基地局の動作について図２のフローチャートを用いて説明する。
まず、基地局はユーザ端末からのアクセスを検知すると、ユーザ端末とのセッション接続を確立する（ステップＳ１）。そして、セッション接続確立後、ユーザ判定部７は、ユーザ端末から受信した受信データに基づいて、ユーザ端末との通信におけるデータの伝送率が所定の値、例えば基地局の提供する最大の伝送率に対し半分以下であるか否かを判定することで、基地局にアクセスしたユーザがＶｏＩＰユーザか否かを判定する（ステップＳ２）。

上記ステップＳ２において、「YES」、つまりユーザがＶｏＩＰユーザであった場合、ユーザ判定部７は、その判定結果を参照フレーム数調整部７ａに出力する。参照フレーム数調整部７ａは、ユーザ端末との通信においてサブスロットを使用し、通信を２フレームおきに行うか否かを判定する（ステップＳ３）。このサブスロットを使用するか否か、また通信を２フレームおきに行うか否かは基地局側に予め設定されているものである。なお、ユーザ端末との通信を何フレームおきに行うかは適宜変更しても良く、また、サブスロットを使用するか否かも適宜変更可能である。ただし、ユーザ端末との通信は少なくとも２フレームおき以上の間隔を有することが好ましく、またサブスロットを使用した方が好ましい。このようにすることで、より効率的にスロットもしくはサブスロットに溜まったＶｏＩＰ音声データを送信することができる。

ステップＳ３において、「YES」、つまりユーザがＶｏＩＰユーザであった場合に、サブスロットを使用して通信を２フレームおきに行なうと基地局に予め設定されていた場合、参照フレーム数調整部７ａは、平均SNR算出部５に参照フレーム数情報を出力し、平均SNR値を算出するための参照フレーム数ｎを変更するように要求する（ステップＳ４）。
また、この時、参照フレーム数調整部７ａは、ユーザ端末との通信に割り当てるフレーム数を制御するためのフレーム数変更情報（この場合２フレームで通信を行うよう、ユーザ端末に変更を要求する）を送信データに多重化する。

適応変調方式において、通常、参照フレーム数ｎは６に設定されている。つまり通常、６フレーム分の復調信号から上り方向のSNR値の平均値を算出し、この平均SNR値に基づいてユーザ端末側の変調方式の決定を行っている。本実施形態では、この参照フレーム数ｎ＝６を、ユーザ端末との通信に割り当てるフレーム数、つまりここでは「２」で除算する。すなわち、参照フレーム数調整部７ａは、上記平均SNR算出部５に対し、３フレーム分の復調信号からSNR値の平均値を算出するように要求し、平均SNR算出部５は、この要求に応じて参照フレーム数ｎ＝３の平均SNR値を算出して変調方式決定部８に出力する（ステップＳ５）。

このように、ユーザ端末との通信に割り当てるフレーム数を増加した分だけ、平均SNR値を算出するための参照フレーム数ｎを減らすことにより、平均SNR値、つまり上り方向の通信品質情報の取得が遅れることを防止している。

そして、変調方式決定部８は、上記参照フレーム数ｎ＝３の平均SNR値に基づいてユーザ端末側の変調方式を決定する（ステップＳ６）。図３は、各変調方式におけるSNR値とBER（ビット誤り率：Bit Error Rate）との関係を示す特性図である。この特性図に基づき、SNR値として平均SNR値を使用して、BERが閾値Ｌ以下となる変調方式を決定する。ここで、上記閾値Ｌは、この無線通信システムにおいて最低限要求されるビット誤り率である。

しかしながら、本実施形態では、参照フレーム数ｎを減らすことにより、平均SNR値に誤差が発生する可能性がある。従って、参照フレーム数ｎが少ないほど上記閾値Ｌを小さくし、低い変調レートの変調方式が決定されるようにすることでＶｏＩＰ音声データの音声品質を確保する。変調方式決定部８は、このように決定された変調方式を示す端末変調方式情報を送信データに多重化する。

また、ユーザ端末側において、上記変調方式決定部８にて決定された変調方式に切り替わるタイミングと、送信パワー調整を行うタイミングとでは遅延が生じるため、上り方向の通信品質に劣化が生じる可能性がある。そこで、変調方式決定部８は、決定した変調方式を基に、上り方向の通信品質が維持できる程度のマージンを有する送信パワーを決定し、当該送信パワーを示す送信パワー情報を送信データに多重化する（ステップＳ７）。

上記のような端末変調方式情報及び送信パワー情報を含む送信データは、ユーザ端末に送信され、ユーザ端末は上記端末変調方式情報が示す変調方式を選択して変調を行い、また送信パワー情報が示す送信パワーで送信を行う。また、送信データにはフレーム数変更情報も含まれているので、ユーザ端末は、基地局が変更を要求したフレーム数で通信を行う。

なお、ステップＳ２及びステップＳ３において、「NO」の場合、つまりユーザがＶｏＩＰユーザではなく、ユーザ端末との通信に割り当てるフレーム数を増加しない場合、通常動作が行われる。すなわち、基地局は通常のフレーム数にてユーザ端末との通信を行い、また、平均SNR値も通常の６フレーム分の平均値が算出される。

以上のように、本実施形態によれば、ユーザ端末との通信に割り当てるフレーム数を増加することで、効率良くスロットまたはサブスロットに溜まったＶｏＩＰ音声データを送信することができる。さらに、上記フレーム数の増加に対応して最適な変調方式を決定することにより、誤り率特性の劣化によるスループットの低下を防止することができる。
すなわち、ＴＤＭＡ方式を採用した無線通信システムのリソースを最大限有効活用でき、システムが収容可能なＶｏＩＰユーザ数を増やすことが可能である。

なお、上記実施形態では、通信品質情報としてSNRを用いたが、これに限らず、CNR（Carrier to Noise Ratio）、SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)、CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)、SIR（Signal to Interference power Ratio）、CIR(Carrier to Interference power Ratio)等を用いても良い。

本発明の一実施形態に係わ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係わる基地局の動作フローチャートである。本発明の一実施形態に係わる変調方式決定方法の説明図である。

符号の説明

１…アンテナ素子、２…ＲＦ送受信部、３…信号処理部、４…復調部、５…平均SNR算出部、６…復号化部、７…ユーザ判定部、７ａ…参照フレーム数調整部、８…変調方式決定部、９…符号化部、１０…変調部

Claims

無線通信端末との通信信号の伝送率を判定する判定部と、
前記通信信号から通信品質情報を把握する通信品質把握部と、
前記通信品質情報に基づいて前記通信信号の変調方式を決定する変調方式決定部と、
無線通信端末との通信に割り当てられたフレーム数に応じて前記通信品質情報を把握する際に参照するフレーム数を増減させる参照フレーム数調整部と、
を具備することを特徴とする基地局。
前記無線通信端末との通信において、スロットを細分化したサブスロットを使用することを特徴とする請求項１記載の基地局。
前記変調方式決定部は、前記通信品質情報を算出する際に参照する前記フレーム数が少ないほど低い変調レートの変調方式を決定することを特徴とする請求項１または２記載の基地局。
前記変調方式決定部は、決定した変調方式を基に、通信品質が維持できる程度のマージンを有する無線通信端末側の送信パワーを決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の基地局。
前記通信品質情報は、信号または搬送波と雑音との比、もしくは信号または搬送波と干渉波を含む雑音との比であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の基地局。
無線通信端末との通信信号の伝送率を判定する第１ステップと、
前記通信信号から通信品質情報を把握する第２ステップと、
前記無線通信端末との通信に割り当てられたフレーム数に応じて前記通信回線品質情報を把握する際に参照するフレーム数を増減させる第３ステップと、
前記通信品質情報に基づいて前記通信信号の変調方式を決定する第４ステップと、
を有することを特徴とする無線通信方法。
前記第３ステップでは、前記通信信号の伝送率が所定の値以下であると判定され、前記無線通信端末との通信に割り当てられたフレーム数が減少した場合に、前記通信品質情報を把握する際に参照するフレーム数を減少させることを特徴とする請求項６記載の無線通信方法。
前記無線通信端末との通信において、スロットを細分化したサブスロットを使用することを特徴とする請求項６または７に記載の無線通信方法。
前記第４ステップでは、前記通信品質情報を把握する際に参照する前記フレーム数が少ないほど割り当てうる変調レートを低い変調レートとすることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の無線通信方法。
前記第４ステップでは、決定した変調方式を基に、通信品質が維持できる程度のマージンを有する無線通信端末側の送信パワーを決定することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の無線通信方法。
前記通信品質情報は、信号または搬送波と雑音との比、もしくは信号または搬送波と干渉波を含む雑音との比であることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の無線通信方法。