JP4899554B2 - 無線通信システム、無線通信方法、及びその信号処理プログラム - Google Patents
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Description
エラー検出手段1804この受信情報系列Bkの誤り率を算出して、制御手段1805へ出力する。制御手段1805は、このエラー検出手段1804で算出された誤り率と、アプリケーション別に定められた目標誤り率との比較結果に応じて、AD変換手段1801と、フィルタ手段1802と、復調手段1803のビット幅を決定する。
この図20において、ステップS1901では、AD変換手段1801はアナログ信号である受信ベースバンド信号Aを所定周波数でサンプリングし、所定ビット幅のディジタル信号に変換する。続いて、ステップS1902で、フィルタ手段1802によりディジタル信号に変換された信号の高周波成分が除去される。
次のステップS1903では、復調手段1803が高周波成分を除去された信号を復調し、これにより受信情報系列Bkが得られる。ステップS1904で、エラー検出手段1804は受信情報系列Bkの誤り率を算出し、算出した誤り率をアプリケーション別に定められた目標誤り率と比較する。
誤り率が目標誤り率より低く且つビット幅が下限値より高い場合は、ステップS1913でビット幅を1ビット減らし、下限値より高くない場合はビット幅を変化させずに終了する。誤り率が目標誤り率より低くなく、ビット幅が上限値より低い場合は、ステップS1914でビット幅を1ビット増やし、上限値より低くない場合はビット幅を変化させずに終了する。
これにより、回線の伝送路状態に応じて、変調手段やディジタル/アナログ変換手段のビット数を増減させ、これにより、全体的に送信機の消費電力を削減することを可能とした無線通信システムを実現することができる。
これにより、回線の伝送信号にかかる電力対干渉雑音の電力比に応じてディジタル信号処理のビット数を増減制御し、これにより、送信機の消費電力を削減することが可能な無線通信システムを実現することができる。
これにより、変復調方式の内容に応じてディジタル信号処理のビット数を増減制御し、これにより、送信機の消費電力を削減することが可能な無線通信装置を実現することができる。
これにより、回線の伝送路状態に応じて変調手段、ディジタル/アナログ変換手段のビット数を増減させるようにしたので、かかる点において送信側の消費電力を有効に削減することができる。
これにより、回線の伝送信号についての電力対干渉雑音の電力比に対応して前記ディジタル信号処理時にビット数の増減制御が成され、これにより、送信側の消費電力を効率よく削減することができる。
これにより、変復調方式の内容に応じてディジタル信号処理のビット数を増減制御が成され、これにより、送信側の消費電力を効率よく削減することができる。
次に、本発明の第1実施形態を図1乃至図5に基づいて説明する。
最初に、この実施形態の要部を説明し、その後に全体的な構成内容を説明する。
(構成)
この図1及び図2に示すように、本実施形態は、回線(α)と回線(β)とを送受信する形態であり、図1に示す無線通信機としての送信側の無線装置Aは、送信部0110と、受信部0120と、アンテナ手段0151とを具備し、図2に示す受信側の無線装置Bは、当該無線装置Bの受信部0130と、無線装置Bの送信部0140と、アンテナ手段0152を具備する。
又、前述した受信側(無線装置B)には、前記回線(α)の伝送路状態を測定する伝送路状態測定手段0134と、この伝送路状態測定手段0134で測定された伝送路状態の良否を前記回線の逆回線(β)を用いて送信側へ伝達する伝送路状態逆伝達手段としての受信側送信部0140とを装備されている。
図1で、無線装置Aの送信部0110は、変調手段0111と、DA(ディジタル/アナログ)変換手段0112と、RF(無線周波数)変換手段0113と、ビット幅選択手段0114とを含んでいる。又、無線装置Aの受信部0120は、ベースバンド信号変換手段0121と、AD(アナログ/ディジタル)変換手段0122と、復調手段0123とを含んでいる。
ここで、上記変調手段0111とDA(ディジタル/アナログ)変換手段0112とによって、前述したディジタル信号処理手段0110Aが構成されている。
変調手段0111は、送信信号として与えられた送信情報系列Akを振幅や位相で表される信号空間にマッピングし、ビット幅選択手段0114から入力されるビット幅情報Dのビット幅にてDA変換手段0112へ出力する。
DA変換手段0112は、変調手段0111から入力されたディジタル信号をビット幅選択手段0114から入力されるビット幅情報Dのビット幅でアナログ信号に変換し、RF変換手段0113へ出力する。
RF変換手段0113は、DA変換手段0112から入力されたベースバンド信号を高周波数の無線周波数へアップコンバートし、アンテナ手段0151へ出力する。
アンテナ手段0151は、RF変換手段0113から入力された無線周波数信号を増幅し、回線(α)を介して無線装置Bの受信部0130へ送信する。
図2に示すアンテナ手段0152は、無線装置Aの送信部0110から回線(α)を介して到来した信号を受信及び増幅し、無線装置Bの受信部0130へ出力する。
ベースバンド信号変換手段0131は、アンテナ手段0152から入力された高周波数の無線周波数信号を低周波数のベースバンド信号へダウンコンバートし、AD変換手段0132へ出力する。
復調手段0133は、AD変換手段0132から入力されたディジタル信号を復調し、回線(α)受信情報系列Bkを得る。伝送路状態測定手段0134は、AD変換手段0132から入力されたディジタル信号を用いて回線(α)の伝送路状態を測定し、測定結果を無線装置Bの送信部0140へ出力する。
変調手段0141は、無線装置Bの受信部0130から入力された回線(α)伝送路状態を、振幅や位相で表される信号空間にマッピングし、DA変換手段0142へ出力するように機能する。
アンテナ手段0152は、RF変換手段0143から入力された無線周波数信号を増幅し、回線(β)を介して無線装置Aの受信部0120へ送信する。
図1に示すアンテナ手段0151は、無線装置Bの送信部0140から回線(β)を介して到来した信号を受信及び増幅し、無線装置Aの受信部0120へ出力する。
ベースバンド信号変換手段0121は、アンテナ手段0151から入力された高周波数の無線周波数信号を低周波数のベースバンド信号へダウンコンバートし、AD変換手段0122へ出力する。AD変換手段0122は、ベースバンド信号変換手段0121から入力されたアナログ信号を標本化及び量子化し、ディジタル信号へ変換し、復調手段0123へ出力する。
復調手段0123は、AD変換手段0122から入力されたディジタル信号を復調して回線(α)伝送路情報Cを取得し、無線装置Aの送信部0110のビット幅選択手段0114へ出力する。
次に、本第1実施形態の全体的な動作を図3のフローチャートを参照して詳述する。
この図3に示すフローチャートは、無線装置Aの送信部0110から送信された回線(α)の伝送路状態を、無線装置Bの受信部0130にて測定し、測定した伝送路状態を回線(α)伝送路情報Cとして無線装置Bの送信部0140から回線(β)を通じて無線装置Aの受信部0120にて受信し、無線装置Aの送信部0110において回線(α)の伝送路状態に応じてビット幅を変化させる一連の動作を示したものである。
ここで、上述した変調工程及びディジタル/アナログ変換工程を含むディジタル信号処理工程、および伝送工程の実行内容を機能化し、これをコンピュータで実行するように構成してもよい。
AD変換手段0132は、ベースバンド信号変換手段0131にてベースバンド信号に変換されたアナログ信号をディジタル信号に変換する(ステップS0222)。
伝送路状態測定手段0134は、AD変換されたディジタル信号から回線(α)の伝送路状態を無線装置Aと無線装置B間で既知の情報であるパイロットチャネル等を参照して測定する(ステップS0223:伝送路状態測定工程)。
ここで、上述した伝送路状態測定工程および伝送路状態伝達工程の内容を機能化し、これをコンピュータで実行するように構成してもよい。
このようにして、選択されたビット幅は無線装置Aの送信部0110の変調手段0111とDA変換手段0112に通知され、変調手段0111とDA変換手段0112は、通知されたビット幅に従ってディジタル信号処理を行う(信号ビット幅選択工程)。
ここで、上述した信号ビット幅選択工程の内容を機能化し、これをコンピュータで実行するように構成してもよい。
次に、本発明の第2の実施形態を、図6乃至図8に基づいて説明する。
ここで、前述した第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いるものとする。
この第2の実施形態は、図6に示すように、回線(α)と回線(β)を送受信し、回線(α)の変復調方式を伝送路状態に応じて変える適応変復調制御を適用した例である。
無線装置Aの送信部0510は、変調手段0511と、DA変換手段0512と、RF変換手段0513と、変復調方式選択手段0514と、ビット幅選択手段0515を含んでいる。また、無線装置Aの受信部0520は、ベースバンド信号変換手段0521と、AD変換手段0522と、復調手段0523とを含んでいる。
その他、図6には図示していないが、適応変復調制御を行うために、選択された変復調方式を無線装置Bの受信部0130に通知する手段を有している。
変調手段0511は、送信情報系列Akを変復調方式選択手段0514から入力される変復調方式に従って振幅や位相で表される信号空間にマッピングし、ビット幅選択手段0515から入力されるビット幅情報Dのビット幅でDA変換手段0512へ出力する。
DA変換手段0512は、変調手段0511から入力されたディジタル信号をビット幅選択手段0515から入力されるビット幅情報Dのビット幅にてアナログ信号に変換し、RF変換手段0513へ出力する。
ここで、上記無線装置Aの送信部0510における各構成手段が有する動作機能の内容をプログラム化してコンピュータに実行させるように構成してもよい。
RF変換手段0513は、DA変換手段0512にてアナログ信号に変換された信号をステップS0613で無線周波数にアップコンバートして送信する(伝送工程)。
受信側のAD変換手段0132は、ベースバンド信号変換手段0131にてベースバンド信号に変換されたアナログ信号を、ステップS0622でディジタル信号に変換する。又、同じく受信側の伝送路状態測定手段0134は、AD変換されたディジタル信号から、ステップS0623で、回線(α)の伝送路状態を無線装置Aと無線装置Bとの間で既知の情報であるパイロットチャネル等を参照して測定する(伝送路状態測定工程)。
DA変換手段は、変調された回線(α)の伝送路状態の情報Cを、ステップS0632で、ディジタル信号からアナログ信号に変換する。RF変換手段0143は、DA変換されたアナログ信号を、ステップS0633で、無線周波数にアップコンバートして送信する(伝送路状態伝達工程)。
AD変換手段0522は、ベースバンド信号変換手段0521にてベースバンド信号に変換されたアナログ信号を、ステップS0642で、ディジタル信号に変換する。
復調手段0523は、AD変換手段0522でディジタル信号に変換された信号を、ステップS0643で復調し、回線(α)の伝送路情報Cを取得する。
ここで、上記変復調方式選択手段0514および信号ビット幅選択手段0515が備えている動作機能をプログラム化しコンピュータに実行させるように構成してもよい。
判定ステップS0652で、変復調方式がM1であれば、ステップS0655に進んでビット幅をB1とし、M1でなければ次の判定、ステップS0653に進む。
判定ステップS0653で、変復調方式がM1でなく、M2であれば、ステップS0656に進んでビット幅をB2とし、M2でなければ次の判定、ステップS0654に進む。
判定ステップS0654で、変復調方式がM1でもM2でなく、Mnであれば、ステップS0657に進んで、ビット幅をビット幅をBnとし、Mnでなければ、ステップS0658に進んでビット幅をビット幅をB(n+1)とする。
伝送路状態が劣悪で変調多値数が少ない変復調方式が選択されている場合は、高精度の変調精度を必要としないため、ビット幅を減少させ、変復調方式に応じて使用するビット幅を可変させることで送信部0510の消費電力を削減する効果が得られる。
次に、本発明の具体的な例を実施例(1)として図9〜図14に基づいて更に詳細に説明する。
この実施例(1)は、回線(α)と回線(β)の送受信を行い、回線(α)に複数の搬送波を互いに干渉することなく配置するOFDM(直交波周波数分割多重)方式を採用した例である。
また、図10に示すように本実施例(1)の信号受信側は、回線(α)の受信処理を行う無線装置Bの受信部0910と、回線(β)の送信処理を行う無線装置Bの送信部0920と、アンテナ手段0931とから構成される。
実施例(1)で、無線装置Aの受信部0820は、バンドパスフィルタ手段0821と、ベースバンド信号変換手段0822と、ローパスフィルタ手段0823と、AD変換手段0824と、逆拡散手段0825と、受信信号の尤度を算定する尤度生成手段0826と、ターボ復号化手段0827と、復号されたビット列から回線(α)のSIRを取り出す回線(α)SIR抽出手段0828とを備えて構成される。
実施例(1)で、無線装置Bの受信部0910は、バンドパスフィルタ手段0911と、ベースバンド信号変換手段0912と、ローパスフィルタ手段0913と、AD変換手段0914と、GI除去手段0915と、FFT(高速フーリエ変換)手段0916と、尤度生成手段0917と、ターボ復号化手段0918と、回線(α)の伝送路状態として回線(α)の信号対干渉雑音の電力比を測定する回線(α)SIR測定手段0919とを備える。
この実施例(1)で、無線装置Bの送信部0920は、ターボ符号化手段0921と、変調手段0922と、拡散手段0923と、DA変換手段0924と、ローパスフィルタ手段0925と、RF変換手段0926と、バンドパスフィルタ手段0927とを備えている。
無線装置Aの送信部ビット幅選択手段0819にて、無線装置Bの受信部0910より通知された回線(α)のSIRを参照して、判定ステップS1010を実行し、SIRが10〔dB〕より小さいかどうかを判定し、小さければ変調出力ビット選択手段ステップS1011を実行する。小さくなければ次の判定ステップS1020を行う。
更に、GI付加出力ビット選択手段ステップS1013を実行して、GI付加手段0814の出力ビット幅を18ビットとし、無線装置Aの送信部0810のGI付加手段0814とDA変換手段0815に出力する。
更に、GI付加出力ビット選択手段ステップS1023を実行して、GI付加手段0814の出力ビット幅を16ビットとし、無線装置Aの送信部0810のGI付加手段0814とDA変換手段0815とに出力する。
続いてIFFT出力ビット選択手段ステップS1032を実行して、IFFT手段0813の出力ビット幅を14ビットにし、無線装置Aの送信部0810のIFFT手段0813とGI付加手段0814とに出力する。
続いてIFFT出力ビット選択手段ステップS1042を実行して、IFFT手段0813の出力ビット幅を12ビットとすることとし、無線装置Aの送信部0810のIFFT手段0813とGI付加手段0814とに出力する。
前記の選択されたビット幅は無線フレーム毎又は複数無線フレーム毎に無線装置Aの送信部0810のディジタル信号処理部のビット幅に反映させる。但し、送信する無線フレームが図12のようにパイロットチャネル1101、1103と、データチャネル1102とから構成され、受信側にてSIRをパイロットチャネルを用いて測定できる場合には、パイロットチャネルの処理ビット幅を固定とし、ビット幅の可変対象チャネルはデータチャネルとすることが望ましい。
SIRが高いときは、演算出力ビット幅を減らし、SIRが低いときは、演算出力ビット幅を増やすことで回線(α)のIFFTの消費電力を削減する。特にIFFTは演算量が大きいため、ビット幅削減効果による電力削減の効果が顕著である。これにより、伝送路状態が良好なときに演算出力ビット数を低減し、伝送路状態が悪いときはビット数を増加させて、スループットなどの通信品質を維持しつつ、ディジタル信号処理回路での消費電力を低減することができる。
次に、本発明の他の具体例としての実施例(2)を、図15〜図18に基づいて説明する。
この実施例(2)では、回線(α)と回線(β)で送受信を行い、回線(α)に変復調方式としてQPSK、16QAM、64QAM、256QAMに対応した適応変復調制御を採用し、さらに拡散手段を採用した例を説明する。
また、図16に示すように、この実施例(2)の受信側は、回線(α)の受信処理を行う無線装置Bの受信部1510と、回線(β)の送信処理を行う無線装置Bの送信部1520と、アンテナ手段1531とにより構成されている。
この実施例(2)における無線装置Aの送信部1410は、誤り訂正符号化手段としてターボ符号化手段1411と、QPSK、16QAM、64QAM、256QAMのディジタル変調を行う変調手段1412と、送信信号を拡散符号で拡散する第1の拡散手段1413と、この第1の拡散手段とは別の拡散符号で拡散する第2の拡散手段1414と、DA変換手段1415と、ローパスフィルタ手段1416と、RF変換手段1417と、バンドパスフィルタ手段1418とを備えている。
ここで、上述した無線装置Aの送信部1410の各構成手段の実行内容をプログラム化しコンピュータに実行させるように構成してもよい。
無線装置Aの受信部1420は、バンドパスフィルタ手段1421と、ベースバンド信号変換手段1422と、ローパスフィルタ手段1423と、AD変換手段1424と、逆拡散手段1425と、尤度生成手段1426と、ターボ復号化手段1427と、復号されたビット列から回線(α)のSIRを取り出す回線(α)SIR抽出手段1428とを備えて構成される。
無線装置Bの受信部1510は、バンドパスフィルタ手段1511と、ベースバンド信号変換手段1512と、ローパスフィルタ手段1513と、AD変換手段1514と、無線装置Aの送信部1410の第2の拡散手段1414と同一の拡散符号を用いて逆拡散する第2の逆拡散手段1515と、第1の拡散手段1413と同一の拡散符号を用いて逆拡散する第1の逆拡散手段1516と、QPSK、16QAM、64QAM、256QAMに対応した尤度生成手段1517と、ターボ復号化手段1518と、回線(α)の伝送路状態として回線(α)の信号対干渉雑音の電力比を測定する回線(α)SIR測定手段1519とを備える。
無線装置Bの送信部1520はターボ符号化手段1521と、変調手段1522と、拡散手段1523と、DA変換手段1524と、ローパスフィルタ手段1525と、RF変換手段1526と、バンドパスフィルタ手段1527とを備える。
ここで、上述した無線装置Bの送信部1520における各構成手段の実行内容をプログラム化しコンピュータに実行させるように構成してもよい。
選択された変復調方式がQPSKならば、変調出力ビット幅選択手段ステップS1611を実行し、QPSKでなければ次の判定ステップS1620を行う。
続いて、第2の拡散手段出力ビット幅選択手段ステップS1613で、第2の拡散手段1414の出力ビット幅を12ビットとし、無線装置Aの送信部1410の第2の拡散手段1414とDA変換手段1415に出力する。
判定ステップS1620で、変復調方式が16QAMの場合は、変調出力ビット幅選択手段ステップS1621で、変調手段1412のディジタル変調後のビット幅を12ビットとし、選択したビット幅を無線装置Aの送信部1410の変調手段1412と第1の拡散手段1413とに出力する。
続いて、第2の拡散手段出力ビット幅選択手段ステップS1623で、第2の拡散手段1414の出力ビット幅を14ビットとし、無線装置Aの送信部1410の第2の拡散手段1414とDA変換手段1415に出力する。
判定ステップS1630で、変復調方式が64QAMであった場合、変調出力ビット幅選択手段S1631を実行し、変調手段1412のディジタル変調後のビット幅を14ビットとし、選択したビット幅を無線装置Aの送信部1410の変調手段1412と第1の拡散手段1413へ出力する。
続いて、第2の拡散手段出力ビット幅選択手段ステップS1633を実行し、第2の拡散手段1414の出力ビット幅を16ビットとし、無線装置Aの送信部1410の第2の拡散手段1414とDA変換手段1415とに出力する。
さらに続いて、第2の拡散手段出力ビット幅選択手段ステップS1643を実行し、第2の拡散手段1414の出力ビット幅を18ビットとし、無線装置Aの送信部1410の第2の拡散手段1414とDA変換手段1415に出力する。
前記の選択されたビット幅は無線フレーム毎又は複数無線フレーム毎に無線装置Aの送信部1410のディジタル信号処理部のビット幅に反映させる。
そして、例えば、伝送路状態、或いは伝送路状態に基づいて選択された変復調方式に対応して、前述したように送信側のディジタル信号処理のビット数を増減させて、ディジタル信号処理部の消費電力を削減することができるので、これにより、特に電池などの有限な電源から電源供給を受けている携帯電話システムの携帯端末などのような場合、通話時間、データ通信量及び待ち受け時間を増大させることができる。
この消費電力と信号精度の関係を利用し、スループットなどの通信品質を一定に保つことが望ましい無線通信方式の場合には、伝送路状態が良好な時に送信側のディジタル信号処理回路で使用するビット数を低減し、伝送路状態が悪い時はビット数を増加させることによって、スループットなどの通信品質を維持しつつ、ディジタル信号処理回路での消費電力を低減することができる。
0110A ディジタル信号処理手段
0111、0141、0511、0812、0922、1412、1522 変調手段
0112、0142、0512、0815、0924、1415、1524 DA変換手段
0114、0515、0819、14111 ビット幅選択手段(信号対干渉雑音電力比ビット幅選択手段、変復調方式ビット幅選択手段)
0120、0520、0820、1420 無線装置Aの受信部
0130、0910、1510 無線装置Bの受信部
0134 伝送路状態測定手段
0140、0920、1520 無線装置Bの送信部(伝送路状態逆伝達手段)
0514、1419 変復調方式選択手段
0828、1428 回線(α)SIR抽出手段
0919、1519 回線(α)SIR測定手段
1804 エラー検出手段
1805 制御手段
A 送信側の無線装置
B 受信側の無線装置
α 回線
β 回線(逆回線)
Claims (3)
- 送信側の送信部にディジタル信号処理手段を有し、このディジタル信号処理手段により処理した信号を回線を介して受信側にディジタル伝送又はアナログ伝送して通信を行う無線通信システムにおいて、
前記受信側に、前記回線の信号対干渉雑音の電力比を測定する伝送路状態測定手段と、この測定された信号対干渉雑音の電力比を前記回線の逆回線を用いて送信側へ伝達する伝送路状態逆伝達手段とを装備し、
前記送信側に、前記受信側の伝送路状態逆伝達手段によって前記逆回線から通知された回線の信号対干渉雑音の電力比を参照し、当該信号対干渉雑音の電力比が低い場合に前記ディジタル信号処理手段に含まれる逆フーリエ変換部の演算ビット幅を減少させ、当該信号対干渉雑音の電力比が高い場合に前記逆フーリエ変換部の演算ビット幅を増加させるビット幅選択手段を装備したことを特徴とする無線通信システム。 - ディジタル信号処理した伝送信号をディジタル伝送又はアナログ伝送して通信を行う無線通信方法であって、
送信側送信部で伝送信号をディジタル信号処理を行うディジタル信号処理工程と、
このディジタル信号処理工程で処理された信号を回線を介してディジタル伝送又はアナログ伝送して通信を行う伝送工程と、
受信側で前記回線の信号対干渉雑音の電力比を測定する伝送路状態測定工程と、
この伝送路状態測定工程で測定した前記信号対干渉雑音の電力比を前記回線の逆回線を用いて送信側へ伝達する伝送路状態伝達工程と、
送信側でこの伝送路状態伝達工程により逆回線から通知された前記信号対干渉雑音の電力比を参照し、当該信号対干渉雑音の電力比が低い場合に前記ディジタル信号処理工程に含まれる逆フーリエ変換処理の演算ビット幅を減少させ、当該信号対干渉雑音の電力比が高い場合に前記逆フーリエ変換処理の演算ビット幅を増加させる信号ビット幅選択工程と、
を有することを特徴とする無線通信方法。 - 無線通信システムの送信側にあって、伝送用の信号についてディジタル信号処理を行うディジタル信号処理機能と、
このディジタル信号処理機能によって処理された信号を回線を介してディジタル伝送又はアナログ伝送して通信を行う伝送機能と、
受信側から逆回線を介して送られてくる前記回線の信号対干渉雑音の電力比を参照し、当該信号対干渉雑音の電力比が低い場合に前記ディジタル信号処理に含まれる逆フーリエ変換処理の演算ビット幅を減少させ、当該信号対干渉雑音の電力比が高い場合に前記逆フーリエ変換処理の演算ビット幅を増加させる信号ビット幅選択機能と、
を送信側コンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする無線通信用信号処理プログラム。
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