JP4860211B2

JP4860211B2 - 無線通信システム、基地局

Info

Publication number: JP4860211B2
Application number: JP2005248953A
Authority: JP
Inventors: 充治千田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: WO2007026682A1; JP2007067614A; CN101253706A; US20090323832A1

Description

本発明は、無線通信システム、基地局に関する。

近年の無線通信システムにおいては、データ通信の高速度化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。

図７は従来の適応変調方式を用いた無線通信システムを示すブロック図である。尚、以下の説明は基地局１から無線通信端末（例えば移動体通信端末）２への通信方向での適応変調方式の場合であるが、無線通信端末２から基地局１への通信方向の場合も同様のことが成立する。
基地局１において、まず、変調方式決定部１１は、上記の変調方式のうち最も標準的な変調方式を送信ベースバンド処理部１２に初期設定する。送信ベースバンド処理部１２は、送信データを上記初期設定された変調方式で変調し、送信RF処理部１３は、変調した信号をRF信号に変換して無線通信端末２に送信する。

無線通信端末２では、受信RF処理部２１で受信した上記RF信号をベースバンド信号に戻した後、受信ベースバンド処理部２２で元のデータを復調する。次に、回線品質検出部２３は、上記復調したデータに基づいて回線品質を示すSNR（信号対雑音比：Signal to noise ratio）の平均値（以下、平均SNRと記載する）を算出し、送信ベースバンド処理部２４に出力する。送信ベースバンド処理部２４は、回線品質情報として上記平均SNRを無線通信端末２の送信データに多重化し、送信RF処理部２５は上記多重化送信データをRF信号に変換して基地局１に送信する。

基地局１において、受信RF処理部１４は上記無線通信端末２からの回線品質情報を含むRF信号をベースバンド信号に戻した後、受信ベースバンド処理部１５で復調するが、このとき上記回線品質情報を抽出して変調方式決定部１１に通知する。変調方式決定部１１は回線品質情報に基づいて次の送信データで用いる変調方式を決定する。この変調方式決定部１１による変調方式決定動作について図８を用いて具体的に説明する。図８は、各変調方式におけるSNRとFER（フレーム誤り率：Frame Error Rate）との関係を示す特性図である。変調方式決定部１１は、FERの値を閾値α以下とする為に、FERが閾値α以下となる変調方式を決定する。ここで、回線品質情報、つまり平均SNRの値がｘ１であったとすると、変調方式決定部１１は、平均SNRの値ｘ１とFERに設定された閾値α（１０^−２）とを比較し、図８の特性図に基づいて変調方式をQPSKに決定する。なお、上記閾値αは、この無線通信システムにおいて最低限要求されるフレーム誤り率である。例えば、平均SNRの値がｘ２ならば、変調方式は64QAMに決定される。変調方式決定部１１は、このように決定した変調方式を送信ベースバンド処理部１２に設定し、送信ベースバンド処理部１２は、送信データを設定された変調方式で変調する。

このような一連の通信処理により、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、通信全体におけるデータ伝送速度の最適化を図ると共に、FERに設定された閾値αを、変調方式を決定する際の基準として用いることで最低限要求されるフレーム誤り率を確保可能な変調方式を決定している。

ところで、例えば無線通信端末２が移動している場合、移動速度に依存してSNRが大きく変動するため、上記のように平均SNRを用いて変調方式を決定しようとすると、SNRが低下した場合には最適な変調方式が決定されず、誤り率特性の劣化が生じてスループットが低下するという問題が生じる。このような問題を解決するために、例えば、特開２００４−３６３７１２号公報には、回線品質の変動を考慮して変調方式を決定する際の基準となる閾値を変更することにより、誤り率特性の劣化を防止し、スループットを向上させる技術が開示されている。
特開２００４−３６３７１２号公報

上記特許文献１の技術では、専ら無線通信端末の移動速度に依存する回線品質の変動のみを考慮しているが、このような無線通信端末の移動速度だけでなく他の要因により回線品質が変動する場合も存在する。例えば、受信方式（シングルアンテナ受信方式、ダイバーシチアンテナ受信方式、アダプティブアレイアンテナ受信方式等）が異なることにより回線品質の変動の度合いも変わってくる。従って、特許文献１の技術は、完全に回線品質の変動に対応しているとはいえなかった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、適応変調方式が採用された無線通信システムにおいて、従来よりもさらに誤り率特性の劣化を効果的に防止してスループットの向上を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の手段を採用した。
本発明に係る無線通信システムは、基地局と無線通信端末との間における無線通信を行い、前記基地局及び前記無線通信端末の少なくとも一方に、前記無線通信におけるノイズ比に対する誤り率が一対一に導出できる関係を変調方式毎に記憶し、変調方式を決定する際に、測定したノイズ比から変調方式毎の誤り率を記憶した関係から導出し、閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定する変調方式決定手段を有する無線通信システムであって、前記変調方式決定手段は、前記閾値を補正するための補正値を、前記ノイズ比の変動の要因である前記無線通信端末の移動速度および受信方式に基づいて求め、前記補正値に基づいて補正された閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定することを特徴とする。

本発明に係る基地局は、無線通信端末との間の無線通信におけるノイズ比に対する誤り率が一対一に導出できる関係を変調方式毎に記憶し、変調方式を決定する際に、測定したノイズ比から変調方式毎の誤り率を記憶した関係から導出し、閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定する基地局であって、閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定する変調方式決定手段を有し、前記変調方式決定手段は、前記閾値を補正するための補正値を、前記ノイズ比の変動の要因である前記無線通信端末の移動速度および受信方式に基づいて求め、前記補正値に基づいて補正された閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定することを特徴とする。

本発明によれば、受信方式による回線品質の変動を考慮して変調方式を決定する際の基準となる閾値を補正することにより、最適な変調方式を選択でき、従来よりもさらに誤り率特性の劣化を効果的に防止し、スループットを向上させることが可能である。

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適応変調方式を採用した基地局１及び無線通信端末（例えば移動体通信端末）２からなる無線通信システムを示すブロック図であり、図７と対応する構成要素には同一符号が付されている。この図に示すように、基地局１は、変調方式決定部１１、送信ベースバンド処理部１２、送信RF処理部１３、受信RF処理部１４及び受信ベースバンド処理部１５から構成されている。一方、無線通信端末２は、受信RF処理部２１、受信ベースバンド処理部２２、回路品質検出部２３、送信ベースバンド処理部２４、送信RF処理部２５及び受信方式検出部２６から構成されている。なお、以下の説明は基地局１から無線通信端末２への通信方向での適応変調方式の場合であるが、無線通信端末２から基地局１への通信方向の場合も同様のことが成立する。

基地局１において、変調方式決定部１１は、初期状態において、変調方式（BPSK、QPSK、16QAM、64QAM)のうち最も標準的な変調方式を送信ベースバンド処理部１２に初期設定する。また、この変調方式決定部１１は、受信ベースバンド処理部１５から入力される回線品質情報及び受信方式情報に基づいて変調方式を決定し、該決定された変調方式を上記送信ベースバンド処理部１２に設定する。なお、この変調方式決定部１１による変調方式の決定処理については後で詳細に説明する。
送信ベースバンド処理部１２は、送信データを上記変調方式決定部１１によって設定された変調方式で変調して送信RF処理部１３に出力する。送信RF処理部１３は、送信ベースバンド処理部１２によって変調された送信データをRF信号に変換して無線通信端末２の受信RF処理部２１に送信する。

無線通信端末２において、受信RF処理部２１は、シングルアンテナ受信方式、ダイバーシチアンテナ受信方式、アダプティブアレイアンテナ受信方式の内、いずれかの受信方式によって上記RF信号を受信し、ベースバンド信号に周波数変換して受信ベースバンド処理部２２に出力する。受信ベースバンド処理部２２は、上記ベースバンド信号を送信元のデータに復調して回線品質検出部２３に出力する。回線品質検出部２３は、上記復調したデータに基づいて回線品質を示すSNRの平均SNRを算出すると共に、SNRの変動量を示すSNR変動データを算出し、これら平均SNRとSNR変動データとを回線品質情報として送信ベースバンド処理部２４に出力する。受信方式検出部２６は、受信RF処理部２１の受信方式を示す受信方式情報を取得し、送信ベースバンド処理部２４に出力する。送信ベースバンド処理部２４は、回線品質情報と受信方式情報とを無線通信端末２の送信データに多重化変調し、送信RF処理部２５に出力する。送信RF処理部２５は、上記多重化変調された送信データをRF信号に変換して基地局１に送信する。

基地局１において、受信RF処理部１４は上記無線通信端末２からの回線品質情報及び受信方式情報を含むRF信号をベースバンド信号に周波数変換し、受信ベースバンド処理部１５に出力する。受信ベースバンド処理部１５は、受信RF処理部１４から入力されたベースバンド信号の復調を行うと共に、回線品質情報及び受信方式情報を抽出して変調方式決定部１１に出力する。

次に、上記のように構成された無線通信システムにおける変調方式決定動作について説明する。図２は、基地局１の変調方式決定部１１の変調方式決定動作を示すフローチャートである。まず、変調方式決定部１１は、無線通信端末２から送信された回線品質情報及び受信方式情報を受信ベースバンド処理部１５から取得する（ステップＳ１）。ここで回線品質情報には、平均SNRとSNRの変動量を示すSNR変動データが含まれている。図３に示すように、SNRは無線通信端末２の移動速度に依存して大きく変動する。図３（ａ）は、移動速度が小さい場合の時間に対するSNRの変動を示すものである。この図に示すように、移動速度が小さい場合は、平均SNRに対する変動量が小さい。また、図３（ｂ）は、移動速度が大きい場合の時間に対するSNRの変動を示すものである。この図に示すように、移動速度が大きい場合は、平均SNRに対する変動量が大きくなることがわかる。

一方、図４に示すように、受信方式に依存してSNRの変動量が変化する。図４（ａ）は、シングルアンテナ受信方式における時間に対するSNRの変動を示すものである。この図に示すように、シングルアンテナ受信方式の場合、平均SNRに対する変動量が大きくなることがわかる。また、図４（ｂ）は、ダイバーシチアンテナ受信方式における時間に対するSNRの変動を示すものである。この図では、例として２本のアンテナA、B（図示せず）によって受信した場合のSNRの変動を示す。曲線ｃ１はアンテナAによるSNRの変動を示し、曲線ｃ２はアンテナBによるSNRの変動を示し、曲線ｃ３はアンテナA、Bによって受信した信号を最大比合成した場合のSNRの変動を示す。この図に示すように、ダイバーシチアンテナ受信方式の場合、最大比合成することによりシングルアンテナ受信方式と比べて平均SNRに対する変動量は小さくなる。

図４（ｃ）は、アダプティブアレイアンテナ受信方式における時間に対するSNRの変動を示すものである。この図では、図４（ｂ）と同様に、例として２本のアンテナA、B（図示せず）によって受信した場合のSNRの変動を示す。曲線ｃ１はアンテナAによるSNRの変動を示し、曲線ｃ２はアンテナBによるSNRの変動を示し、曲線ｃ３はアンテナA、Bによって受信した信号を最大比合成した場合のSNRの変動を示す。アダプティブアレイアンテナ受信方式の場合、ダイバーシチアンテナ受信方式と異なり、目的の希望波にアンテナ指向性のメインローブを向け、また不要な干渉波の方向にヌル点（アンテナの指向性パターンの落ち込んだ点）を向けることで干渉波を除去するため、干渉波耐性が上がり、ダイバーシチアンテナ受信方式と比べて若干平均SNRに対する変動量は小さくなる。

これら図３及び図４を基に、変調方式を決定する際の基準となる閾値αの補正値を決定する。図５は、その閾値αの補正値を示す補正値テーブルの一例であり、補正量の目安を示している。例えば、移動速度が大きく、且つ受信方式がシングルアンテナ受信方式の場合、SNRの変動量は最大となるので閾値αの補正値を最も大きく設定する。この補正値は、図６に示すように、閾値αが小さくなる方向、つまりFERが小さくなる方向に設定される。すなわち、SNRの変動量が最も大きい場合、要求されるフレーム誤り率が最も厳しくなるように設定することにより、平均SNRにバラツキが生じた場合でも誤り率を確保することができ、その結果誤り率特性の劣化を防止し、スループットを向上させることが可能となる。一方、図６に示すように、移動速度が小さく、且つ受信方式がアダプティブアレイアンテナ受信方式の場合、SNRの変動量は最小となるので閾値αの補正値も最小に設定する。これは、SNRの変動量が小さい場合は、平均SNRのバラツキも小さいため誤り率特性が劣化する可能性が少ないためである。図６のような補正値テーブルは、予め変調方式決定部１１の内部メモリに記憶されている。

では、図２に戻ってステップＳ１以降の処理について説明する。変調方式決定部１１は、ステップＳ１で取得した受信方式情報から無線通信端末２がどの受信方式で受信しているかを判定する（ステップＳ２）。そして、変調方式決定部１１は、受信方式の判定が終了すると（ステップＳ３）、回線品質情報の内、SNR変動データ、つまりSNRの変動量から無線通信端末２の移動速度（大、中、小）を判定する（ステップＳ４）。例えば、変動量がより大きいものを移動速度がより大きいと判定する。さらに、変調方式決定部１１は、移動速度の判定が終了すると（ステップＳ５）、ステップ３で判定された受信方式と、ステップＳ５で判定された移動速度とを基に、内部メモリに記憶されている補正値テーブルを参照して補正値を読み出し（ステップＳ６）、閾値αに加算して当該閾値αの補正を行う（ステップＳ７）。

そして、変調方式決定部１１は、平均SNRと上記のように補正された閾値αとを比較して、図６に示す特性図から変調方式を決定する（ステップＳ８）。例えば、図６のように閾値αが補正された場合、補正後αと所要SNR特性を比較し、平均SNRがｘ１であれば従来ではQPSKが決定されていたが、本実施形態ではBPSKが決定されることになる。また、平均SNRがｘ２であれば従来では64QAMが決定されていたが、本実施形態では16QAMが決定されることになる。

以上のように、本実施形態によれば、無線通信端末２の移動速度によるSNRの変動量だけでなく、受信方式の違いによるSNRの変動量をも考慮して閾値αを補正するので、最適な変調方式を選択でき、従来よりもさらに誤り率特性の劣化を効果的に防止し、スループットを向上させることが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。

（１）上記実施形態では、変調方式としてBPSK、QPSK、16QAM、64QAMを用いて説明した
が、これに限らず、他の変調方式も採用可能である。

（２）上記実施形態では、回線品質を示す第１パラメータとしてSNRを検出したが、これに限らず、回線品質を示す第１パラメータならば他のものでも良い。また、誤り率を示す第２パラメータとしてFERを用いたが、例えばBER（ビット誤り率：Bit Error Rate）を用いても良い。

（３）上記実施形態では、受信方式として、シングルアンテナ受信方式、ダイバーシチアンテナ受信方式及びアダプティブアレイアンテナ受信方式を用いて説明したが、これに限らず、他の受信方式を採用しても良い。

本発明の一実施形態における携帯通信システムの構成ブロック図である。本発明の一実施形態における変調方式決定部１１による変調方式決定動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態における無線通信端末２の移動速度に伴うSNRの変動を示す説明図である。本発明の一実施形態における受信方式の違いによるSNRの変動を示す説明図である。本発明の一実施形態における補正値テーブルの一例を示す図である。本発明の一実施形態における変調方式決定部１１による変調方式決定動作の原理を示す説明図である。従来の携帯通信システムの構成ブロック図である。従来の変調方式決定動作の原理を示す説明図である。

符号の説明

１…基地局、１１…変調方式決定部、１２…送信ベースバンド処理部、１３…送信RF処理部、１４…受信RF処理部、１５…受信ベースバンド処理部、２…無線通信端末、２１…受信RF処理部、２２…受信ベースバンド処理部、２３…回路品質検出部、２４…送信ベースバンド処理部、２５…送信RF処理部、２６…受信方式検出部

Claims

基地局と無線通信端末との間における無線通信を行い、
前記基地局及び前記無線通信端末の少なくとも一方に、
前記無線通信におけるノイズ比に対する誤り率が一対一に導出できる関係を変調方式毎に記憶し、変調方式を決定する際に、測定したノイズ比から変調方式毎の誤り率を記憶した関係から導出し、閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定する変調方式決定手段を有する無線通信システムであって、
前記変調方式決定手段は、前記閾値を補正するための補正値を、前記ノイズ比の変動の要因である前記無線通信端末の移動速度および受信方式に基づいて求め、前記補正値に基づいて補正された閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定することを特徴とする無線通信システム。
無線通信端末との間の無線通信におけるノイズ比に対する誤り率が一対一に導出できる関係を変調方式毎に記憶し、変調方式を決定する際に、測定したノイズ比から変調方式毎の誤り率を記憶した関係から導出し、閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定する基地局であって、
閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定する変調方式決定手段を有し、
前記変調方式決定手段は、前記閾値を補正するための補正値を、前記ノイズ比の変動の要因である前記無線通信端末の移動速度および受信方式に基づいて求め、前記補正値に基づいて補正された閾値以下の前記誤り率に対応した変調方式を決定することを特徴とする基地局。