JP4749381B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信先装置との間の無線伝搬路の品質である伝搬路品質に応じて、前記通信先装置に送信可能なデータ量を示す変調クラスを選択する無線通信装置及び無線通信方法に関する。

従来、無線通信システムにおいてデータレートを向上させる技術として、適応変調が知られている。適応変調を使用する無線通信システムにおいて、無線通信装置は、通信先装置との間の無線伝搬路の品質（以下、「伝搬路品質」）が良好であるほど、通信先装置に送信可能なデータ量（データレート）が大きい変調クラスを用いて通信先装置と通信する。

また、無線通信システムにおいて安定した通信を実現する技術として、送信電力制御が知られている。適応変調及び送信電力制御を使用する無線通信システムでは、適応変調によって変調クラスが設定されると、当該変調クラス維持するような送信電力制御が行われることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２９５７３６号公報（第２９〜３０頁、第１１〜１２図）

ところで、無線通信システムにおいて送信されるユーザデータのデータ量は、ダウンリンク（下り方向）又はアップリンク（上り方向）のいずれかに偏っている場合が多い。例えば、無線端末においてコンテンツデータ（ユーザデータ）をダウンロードする場合、アップリンクにおけるデータ量は、無線基地局との無線リンクを維持するための制御データのみである。

しかしながら、従来では、通信先装置に送信するユーザデータが存在しない、又は送信するユーザデータが極めて少ない場合であっても、無線通信装置における変調クラスが維持されるので、変調クラスが必要以上に高く設定されることになる。

したがって、変調クラスが必要以上に高く設定され、当該変調クラス維持するような送信電力制御が行われることによって、無線通信装置における消費電力や、隣接セルに与える干渉が増加するという問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、適応変調を使用する無線通信システムにおいて、無線通信装置が送信するユーザデータが存在しない、又は送信するユーザデータが極めて少ない場合に、変調クラスが必要以上に高く設定されることを回避可能な無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、通信先装置（例えば無線端末２００）との間の無線伝搬路の品質である伝搬路品質（例えばＣＮＲ）に応じて、前記通信先装置に送信可能なデータ量を示す変調クラスを選択する無線通信装置（例えば無線基地局１００）であって、前記伝搬路品質において使用可能な変調クラスの中から、前記送信可能なデータ量が最大である変調クラスを選択する変調クラス選択部（制御部１０８）と、前記通信先装置に送信するユーザデータのデータ量を検出するデータ量検出部（データ量検出部１０６）と、前記データ量検出部によって検出された前記データ量が所定のデータ量以下であるか否かを判定するデータ量判定部（データ量判定部１０７）とを備え、前記変調クラス選択部は、前記データ量判定部によって前記データ量が前記所定のデータ量以下であると判定された場合、前記所定のデータ量に対応する変調クラスを選択することを要旨とする。

このような特徴によれば、変調クラス選択部は、使用可能な変調クラスの中から、送信可能なデータ量（データレート）が最大の変調クラスを選択する。したがって、通信先装置に送信するユーザデータのデータ量が多いときには、より大きい変調クラスを選択することで、ユーザデータのスループットを向上させる。

また、変調クラス選択部は、通信先装置に送信するユーザデータのデータ量が所定のデータ量以下である場合、当該所定のデータ量に対応する変調クラスを選択する。したがって、通信先装置に送信するユーザデータが存在しない、又は送信するユーザデータが極めて少ないときには、変調クラスを適切に設定し、無線通信装置における消費電力や、隣接セルに与える干渉を低減することができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記変調クラス選択部は、前記データ量判定部によって前記データ量が前記所定のデータ量以下であると判定された場合、前記使用可能な変調クラスの中から、前記送信可能なデータ量が最小である変調クラス（ＢＰＳＫ）を選択することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第２の特徴に係り、前記変調クラス選択部は、前記データ量判定部によって前記データ量が前記所定のデータ量以下であると判定された場合、前記通信先装置との通信に適用される変調クラスを、前記送信可能なデータ量が最小である変調クラスに固定することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、通信先装置との間の無線伝搬路の品質である伝搬路品質に応じて、前記通信先装置に送信可能なデータ量を示す変調クラスを選択する無線通信方法であって、前記伝搬路品質において使用可能な変調クラスの中から、前記送信可能なデータ量が最大である変調クラスを選択するステップ（ステップＳ１４Ａ，ステップＳ１４Ｂ）と、前記通信先装置に送信するユーザデータのデータ量を検出するステップ（ステップＳ１１Ａ，ステップＳ１１Ｂ）と、前記検出するステップにおいて検出された前記データ量が所定のデータ量以下であるか否かを判定するステップ（ステップＳ１２Ａ，ステップＳ１２Ｂ）とを備え、前記選択するステップでは、前記判定するステップにおいて前記データ量が前記所定のデータ量以下であると判定された場合、前記所定のデータ量に対応する変調クラスを選択する（ステップＳ１３Ａ，ステップＳ１３Ｂ）ことを要旨とする。

本発明の特徴によれば、適応変調を使用する無線通信システムにおいて、無線通信装置が送信するユーザデータが存在しない、又は送信するユーザデータが極めて少ない場合に、変調クラスが必要以上に高く設定されることを回避可能な無線通信装置及び無線通信方法を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

（１）無線通信システムの構成
まず、本実施形態に係る無線通信システムの構成について説明する。

（１．１）全体概略構成
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。図１に示すように、無線通信システムは、無線基地局１００及び無線端末２００を備える。本実施形態では、無線基地局１００及び無線端末２００は、時分割多元接続−時分割複信（ＴＤＭＡ−ＴＤＤ）方式を用いた無線通信を実行する。

具体的には、無線基地局１００及び無線端末２００は、ｉＢｕｒｓｔ（登録商標）に基づく無線通信を実行する（ｉＢｕｒｓｔ規格については、“High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA)”，WTSC - 2005 - 032，ＡＴＩＳ／ＡＮＳＩを参照）。

ｉＢｕｒｓｔでは、通信レートを高速化することを目的として、伝搬路品質に応じた変調方式及び符号化方式を選択する適応変調（リンクアダプテーション）が導入されている。以下では、伝搬路品質として搬送波対雑音比（ＣＮＲ）を用いる場合について説明する。

（１．２）無線基地局の構成
図２は、無線基地局１００の構成を示す機能ブロック図である。

図２に示すように、無線基地局１００は、アンテナ１０１、無線処理部１０２、信号処理部１０３、バッファ部１０４、上位層処理部１０５、データ量検出部１０６、データ量判定部１０７及び制御部１０８を備える。

無線処理部１０２は、アンテナ１０１を用いて無線信号（ＲＦ信号）の送信又は受信を行う。無線処理部１０２は、受信系統（ＬＮＡ、ダウンコンバータ及びＡ／Ｄ変換器）及び送信系統（Ｄ／Ａ変換器、アップコンバータ及びパワーアンプ）などを有する。

無線処理部１０２は、信号送信時において、信号処理部１０３からのベースバンド信号をアナログ信号に変換する。無線処理部１０２は、当該アナログ信号をアップコンバート及び増幅して無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ１０１から送出する。また、無線処理部１０２は、制御部１０８からの指示に従って、無線信号の送信電力を制御する。

無線処理部１０２は、信号受信時において、アンテナ１０１からの無線信号を増幅、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換することで、無線信号をベースバンド信号に変換する。当該ベースバンド信号は、信号処理部１０３に入力される。

信号処理部１０３は、信号受信時において、ベースバンド信号からユーザデータを復調するとともに、誤り訂正復号を行う。信号処理部１０３は、信号送信時において、制御部１０８から指示される変調クラスを用いて、ユーザデータを変調するとともに、誤り訂正符号化を行う。

また、信号処理部１０３は、信号受信時において、アップリンクＵＬのＣＮＲを測定する。制御部１０８は、測定されたアップリンクＵＬのＣＮＲを無線端末２００に通知する。

バッファ部１０４は、信号受信時において、受信したユーザデータの順序制御を行うため、ユーザデータを一時的に記憶する。バッファ部１０４は、信号送信時において、ユーザデータの送信が完了するまで、当該ユーザデータを一時的に記憶する。

上位層処理部１０５は、ユーザデータを生成する。例えば、上位層処理部１０５は、ＲＴＰ（Transport Protocol for Real-Time Applications : RFC 1889）／ＵＤＰ（User Datagram Protocol : RFC 768）／ＩＰ（Internet Protocol : RFC 791）などの通信プロトコルを実行する。

データ量検出部１０６は、無線端末２００に送信するユーザデータの量（ユーザデータ量）を検出する。ユーザデータ量の検出方法としては、次の（ａ）又は（ｂ）のいずれかが使用される。

（ａ）バッファ部に格納されているユーザデータ量を参照する方法
データ量検出部１０６は、バッファ部１０４を参照することによって、無線端末２００に送信するユーザデータ量を検出する。例えば、バッファ部１０４の送信キューが埋まっている場合、データ量検出部１０６は、ダウンリンクＤＬのトラフィックは非常に多いと判断する。一方、送信キューにユーザデータが無い場合、データ量検出部１０６は、ダウンリンクＤＬのユーザデータ量はゼロであると判断する。

（ｂ）パケットのヘッダ情報を参照する方法
データ量検出部１０６は、上位層処理部１０５からパケットのヘッダ情報を受信し、当該ヘッダ情報に応じて通信の種別を判定する。例えば、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）による音声通話が実行されている場合、データ量検出部１０６は、無線端末２００に送信するユーザデータ量が少ないと判断する。無線端末２００においてコンテンツデータのダウンロードを実行している場合、データ量検出部１０６は、無線端末２００に送信するユーザデータ量が多いと判断する。

データ量判定部１０７は、データ量検出部１０６によって検出されたユーザデータ量を閾値と比較する。当該閾値は、ゼロとしてもよく、予め決められたデータ量としてもよい。本実施形態では、当該閾値は、ＢＰＳＫを用いて送信可能なデータ量（データレート）に設定されている。

データ量判定部１０７は、データ量検出部１０６によって検出されたユーザデータ量が閾値以下であるか否かを判定し、判定結果を制御部１０８に通知する。

制御部１０８は、無線端末２００によって通知されるダウンリンクＤＬのＣＮＲに基づき、ダウンリンクＤＬの通信に適用する変調クラスを選択する（図４参照）。また、制御部１０８は、データ量判定部１０７による判定結果に応じて、無線基地局１００の動作モードを設定する。当該動作モードとしては、変調クラスをＢＰＳＫに固定する「ＢＰＳＫ固定モード」と、所要ＣＮＲを満たす最大の変調クラスを選択する「適応変調モード」が使用される。

なお、制御部１０８は、無線端末２００との通信において、自動再送制御（ＡＲＱ）や、ＣＲＣを用いた誤り検出なども行う。以下では、ＡＲＱに使用される情報（ＡＣＫ及びシーケンス番号）やＣＲＣなどを「制御データ」と呼ぶ。

（１．３）無線端末の構成
図３は、無線端末２００の構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、無線基地局１００は、アンテナ２０１、無線処理部２０２、信号処理部２０３、バッファ部２０４、上位層処理部２０５、データ量検出部２０６、データ量判定部２０７及び制御部２０８を備える。このように無線端末２００は、無線基地局１００と同様の構成を有する。

（２）変調クラス情報
次に、無線基地局１００及び無線端末２００に予め記憶される変調クラス情報について説明する。無線基地局１００の制御部１０８及び無線端末２００の制御部２０８は、図４に示すような変調クラス情報を予め記憶している。

図４に示すように、変調クラス情報は、変調クラスと、当該変調クラスの所要ＣＮＲと、当該変調クラスのデータレート（３スロット合計値）とを対応付けている。本実施形態では、Ｍｏｄ ０〜Ｍｏｄ １０の合計１１段階の変調クラスが利用可能である。

データレートが最小の変調クラスであるＢＰＳＫにおいても、アップリンクＵＬ（１スロット）で６．４ｋｂｐｓ、ダウンリンクＤＬ（１スロット）で３５．２ｋｂｐｓのデータレートが確保されるので、上述した制御データの伝送が可能である。

本実施形態では、無線基地局１００が無線端末２００に送信するユーザデータ量が閾値以下である場合、変調クラスがＢＰＳＫに設定され（ＢＰＳＫ固定モード）、無線端末２００の所要ＣＮＲが確保できるまで、無線基地局１００の送信電力を下げることができる。

同様に、無線端末２００が無線基地局１００に送信するユーザデータ量が閾値以下である場合、変調クラスがＢＰＳＫに設定され（ＢＰＳＫ固定モード）、無線基地局１００の所要ＣＮＲが確保できるまで、無線端末２００の送信電力を下げることができる。

（３）無線通信システムの動作
次に、本実施形態に係る無線通信システムの動作について説明する。

以下では、（３．１）データ通信開始前に動作モードを選択する動作、（３．２）データ通信中に動作モードを選択する動作を説明する。

（３．１）データ通信開始前に動作モードを選択する動作
図５は、無線基地局１００及び無線端末２００において、データ通信開始前に動作モードを選択する動作を示すフローチャートである。なお、無線基地局１００及び無線端末２００は同様の動作を実行するため、無線基地局１００の動作についてのみ説明する。

ステップＳ１１Ａにおいて、無線基地局１００は、無線端末２００に送信するユーザデータ量を検出する。

ステップＳ１２Ａにおいて、無線基地局１００は、ステップＳ１１Ａで検出されたユーザデータ量が閾値以下であるか否かを判定する。ステップＳ１１Ａで検出されたユーザデータ量が閾値以下である場合、処理がステップＳ１３Ａに進む。一方、ステップＳ１１Ａで検出されたユーザデータ量が閾値を超える場合、処理がステップＳ１４Ａに進む。

ステップＳ１３Ａにおいて、無線基地局１００は、動作モードをＢＰＳＫ固定モードに設定する。

ステップＳ１４Ａにおいて、無線基地局１００は、動作モードを適応変調モードに設定する。

ステップＳ１５において、無線基地局１００は、無線端末２００とのデータ通信を開始する。

（３．２）データ通信中に動作モードを選択する動作
次に、データ通信中に動作モードを選択する動作について説明する。以下では、（３．２．１）ダウンリンクの通信における無線基地局及び無線端末の動作、（３．２．２）アップリンクの通信における無線基地局及び無線端末の動作、の順で説明する。また、ダウンリンクＤＬ及びアップリンクＵＬの通信に適用される変調クラスを、無線基地局１００が選択する場合について説明する。

（３．２．１）ダウンリンクの通信における無線基地局及び無線端末の動作
図６は、ダウンリンクＤＬの通信における無線基地局１００及び無線端末２００の動作を示すタイミングチャートである。ここでは、無線基地局１００から無線端末２００へ送信するユーザデータ量がゼロである場合について説明する。

ステップＳ１０１において、無線基地局１００は、無線端末２００に送信するユーザデータ量を検出し、検出したユーザデータ量に応じてダウンリンクＤＬの通信に適用する変調クラスを選択する。ここでは、ユーザデータ量がゼロであるため、ダウンリンクＤＬの通信に適用する変調クラスとしてＢＰＳＫが選択される。

ステップＳ１０２において、無線基地局１００は、無線端末２００によって通知されるダウンリンクＤＬのＣＮＲに応じて、ダウンリンクＤＬの送信電力を制御する。

ステップＳ１０３において、無線端末２００は、無線基地局１００から受信した無線信号に基づき、ダウンリンクＤＬのＣＮＲを測定する。測定されたＣＮＲは、次のフレーム（フレーム２）において、無線基地局１００に通知される。

ステップＳ１０４において、無線基地局１００は、ステップＳ１０１で選択された変調クラスを用いて、ダウンリンクＤＬの通信に適用する変調クラスを設定する。

ステップＳ１０５において、無線端末２００によって通知されるダウンリンクＤＬのＣＮＲに応じて、ダウンリンクＤＬの送信電力を制御する。ここでは、ダウンリンクＤＬの通信にＢＰＳＫが適用されるため、ダウンリンクＤＬの送信電力を減少させることが可能である。

ステップＳ１０６において、無線端末２００は、無線基地局１００から受信した無線信号のＣＮＲを測定する。測定されたＣＮＲは、次のフレーム（フレーム３）において、無線基地局１００に通知される。

（３．２．２）アップリンクの通信における無線基地局及び無線端末の動作
図７は、アップリンクＵＬの通信における無線基地局１００及び無線端末２００の動作を示すタイミングチャートである。ここでは、無線端末２００から無線基地局１００へ送信するユーザデータ量がゼロである場合について説明する。

ステップＳ２０１において、無線基地局１００は、無線端末２００によって送信された無線信号を受信し、受信した無線信号に基づきアップリンクＵＬのＣＮＲを測定する。また、無線端末２００は、アップリンクＵＬのユーザデータ量を無線基地局１００に通知する。

ステップＳ２０２において、無線基地局１００は、無線端末２００によって通知されたユーザデータ量に応じて、アップリンクＵＬの通信に適用する変調クラスを選択する。ここでは、ユーザデータ量がゼロであるため、アップリンクＵＬの通信に適用する変調クラスとしてＢＰＳＫが選択される。

ステップＳ２０３において、無線基地局１００は、ステップＳ２０１で測定されたＣＮＲに応じて、アップリンクＵＬの送信電力を制御する。

ステップＳ２０４において、無線端末２００は、ステップＳ２０２で選択された変調クラスを用いて、アップリンクＵＬの通信に適用する変調クラスを設定する。また、無線端末２００は、アップリンクＵＬのユーザデータ量を検出する。検出されたユーザデータ量は、次のフレーム（フレーム３）において無線基地局１００に通知される。

ステップＳ２０５において、無線基地局１００は、無線端末２００によって送信された無線信号を受信し、受信した無線信号に基づきアップリンクＵＬのＣＮＲを測定する。

ステップＳ２０６において、無線基地局１００は、アップリンクＵＬの送信電力を制御する。ここでは、次のフレーム（フレーム３）においてアップリンクＵＬの通信にＢＰＳＫが適用されるため、無線基地局１００は、無線基地局１００の送信電力を減少させることが可能である。

（４）作用・効果
以上説明したように、本実施形態によれば、無線基地局１００及び無線端末２００は、送信するユーザデータ量が閾値を超えると判定された場合、適応変調モードで動作する。したがって、通信先装置に送信するユーザデータのデータ量が多いときには、より大きい変調クラスを選択することで、ユーザデータのスループットを向上させることができる。

また、無線基地局１００及び無線端末２００は、送信するユーザデータ量が閾値以下であると判定された場合、ＢＰＳＫ固定モードで動作する。したがって、通信先装置に送信するユーザデータが存在しない、又は送信するユーザデータが極めて少ないときには、変調クラスをＢＰＳＫに設定することで、無線通信装置における消費電力や、隣接セルに与える干渉を低減することができる。

また、送信するユーザデータ量が閾値以下となってから、送信するユーザデータ量が閾値を超えるまでの期間において、変調クラスをＢＰＳＫに固定することによって、ＣＮＲに基づく複雑な適応変調処理を省略可能となるので、無線基地局１００及び無線端末２００における処理負荷を低減することができる。

［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態及び変更例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

例えば、上述した実施形態では、ｉＢｕｒｓｔ規格に基づく無線通信システムを例に説明したが、ｉＢｕｒｓｔ規格に基づく無線通信システムに限らず、適応変調を使用する無線通信システムであれば、上述した実施形態に係る無線通信方法を適用可能である。

上述した実施形態では、伝搬路品質としてＣＮＲが使用されていたが、ＣＮＲに代えて、受信電界強度（ＲＳＳＩ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）又はフレーム誤り率（ＦＥＲ）などが使用されてもよい。

また、上述した実施形態では、送信するユーザデータ量が閾値以下である場合、変調クラスがＢＰＳＫに固定されていたが、ＢＰＳＫに限らず、ＢＰＳＫ＋やＱＰＳＫなどであってもよい。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線端末の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局及び無線端末に記憶されている変調クラス情報を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局及び無線端末において、データ通信開始前に動作モードを選択する動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る無線基地局及び無線端末において、データ通信中に動作モードを選択する動作を示すタイミングチャートである（その１）。 本発明の実施形態に係る無線基地局及び無線端末において、データ通信中に動作モードを選択する動作を示すタイミングチャートである（その２）。

符号の説明

１００…無線基地局、１０１…アンテナ、１０２…無線処理部、１０３…信号処理部、１０４…バッファ部、１０５…上位層処理部、１０６…データ量検出部、１０７…データ量判定部、１０８…制御部、２００…無線端末、２０１…アンテナ、２０２…無線処理部、２０３…信号処理部、２０４…バッファ部、２０５…上位層処理部、２０６…データ量検出部、２０７…データ量判定部、２０８…制御部

Claims (3)

1. アップリンクの送信データ量に依存してアップリンク適応変調方式を適用する無線基地局と、前記無線基地局との無線通信を行う無線端末とを備え、
   前記無線端末は、アップリンクの送信データ量を前記無線基地局に通知し、
   前記通知は、周期的に行われることを特徴とする無線通信システム。
2. アップリンクの送信データ量に依存してアップリンク適応変調方式を適用する無線基地局との無線通信を行う無線端末において、
   前記無線端末は、アップリンクの送信データ量を前記無線基地局に通知し、
   前記通知は、周期的に行われることを特徴とする無線端末。
3. アップリンクの送信データ量に依存してアップリンク適応変調方式を適用する無線基地局との無線通信を行う無線端末が、前記アップリンクの送信データ量を前記無線基地局に通知し、
   前記通知は、周期的に行われることを特徴とする無線通信方法。