JP4911088B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本件は、無線信号を受信してアナログ受信信号を得、利得可変増幅器により振幅を調整しＡ／Ｄ変換器によりデジタル受信信号に変換して復調することによりユーザデータを取り出す無線通信装置および無線受信方法に関する。

近年の無線通信技術の発展が著しく、その無線通信技術の発展に伴って携帯電話機等の無線通信端末も大きな発展を遂げてきている。

ここで、無線通信端末を含む無線通信システムでは、無線通信端末が高速移動することによりレイリーフェージングが生じ、受信信号レベルは５０〜６０ｄＢ程度の極めて大きな変動を生じ、この変動によって復調誤りやＡＤ変換時の量子化誤差増加等による誤り率劣化の問題が生じる。このため、無線通信装置には、受信信号レベルの変化を補償する自動利得制御装置が必要となる。

自動利得制御装置に採用されている自動利得制御方式には、大別してフィードバック利得制御方式とフィードフォワード利得制御方式とが知られている。

フィードバック利得制御方式は、制御目標値と制御された実際の値との偏差が零となるように制御するものであるから、精度が高い利点がある反面、偏差が生じて始めて制御動作が開始されることから、応答速度が遅いという欠点がある。特許文献１には、無線受信信号レベルの変動を電界急変動検出回路で検出し主信号系ＡＧＣドライバー回路の時定数を制御する方式が開示されているが、この特許文献１の技術は、フィードバック利得制御方式を採用しており、応答速度が遅いというフィードバック利得制御方式の根本的な問題が内在している。

一方、フィードフォワード利得制御方式の場合、受信信号レベル検出信号（ＲＳＳＩ）を用いることにより受信信号の変動を直ちに検出して利得制御を行なうことができるため、応答速度が速いという利点がある。しかしながら、受信信号レベル検出信号（ＲＳＳＩ）の特性と自動利得制御特性とが一致しない場合が多く、精度の高い制御を行なうことが困難であるという問題がある。

特許文献２には、２つの可変利得増幅器を直列に配置し、単一の受信電界強度検波回路における対数増幅検波出力を大小２つの時定数を持った２つの時定数回路に入力して２つの可変利得増幅器の利得を制御する２重ループ制御のフィードフォワード利得制御方式が提案されている。この特許文献２の利得制御方式は基本的にフィードフォワード利得制御方式であることから応答速度が速いという利点を有するが、時定数の大きなＡＧＣ制御ループを前段に配し時定数の小さなＡＧＣ制御ループを後段に配しており、受信信号レベルの急激な変動は前段を通り抜け後段の入力振幅が大きく変動することになるので、制御安定性に欠けるというフィードフォワード利得制御方式の欠点がそのまま残ってしまっている。

また上記の特許文献１，２の他にも、特許文献３〜６等の技術も開示されている。しかしながら、特許文献３の特徴は受信タイミング検出回路であってＡＧＣ時定数の制御ではなく、特許文献４は利得制御を行なう際に受信信号から干渉信号Ｉを除去し、希望Ｓ波と雑音Ｎ波のみによって利得を制御することによって高精度な利得制御を行なおうというものであって利得制御値の制御に過ぎない。特許文献５はフィードバック方式とフィードフォワード方式を併用した、これも特許文献４と同様、利得制御値の制御である。さらに特許文献６には、オーバーフロー／アンダーフロー検出部とＵＰ／ＤＯＷＮカウンタによるＡＧＣを行なうための利得制御値の求め方の工夫である。このように、これら特許文献３〜６の技術は、後述する本発明と直接対比すべき技術ではない。
特開平５−１９９１３７号公報 特開平８−２７４５５８号公報 特開２００３−７８４６９号公報 特開２００１−１８９６９２号公報 特開２００４−６４５２５号公報 特開２００２−２９０１７６号公報

本件開示の無線通信装置および無線通信方法の課題は、上記事情に鑑み、受信信号レベルの変化を、速い応答速度と安定性との双方を高い次元で両立させて補償する利得制御方式を採用した無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

本件開示の無線通信装置は、無線信号を受信してアナログ受信信号を得、利得可変増幅器により振幅を調整しＡ／Ｄ変換器によりデジタル受信信号に変換して復調することによりユーザデータを取り出す無線通信装置であって、
アナログ受信信号に基づいて時間的に変動する受信電界強度を検出する受信電界強度検出部と、
受信電界強度検出部で検出された時間的に変動する受信電界強度に基づいて、利得可変増幅器の利得を制御する利得制御部と、
受信電界強度検出部で検出された時間的に変動する受信電界強度に基づいて無線信号の伝搬環境レベルを判定する伝搬環境判定部と、
伝搬環境判定部により判定された伝搬環境レベルに基づいて、受信電界強度検出部で検出された時間的に変動する受信電界強度に基づく利得可変増幅器の利得の変化速度を規定する時定数を、伝搬環境レベルが低いほど大きな時定数に制御する時定数制御部とを備えたことを特徴とする。

本件開示の無線通信装置は、基本的にフィードフォワード利得制御方式を採用しており、受信信号レベルの変動を直ちに検出して利得の制御に用いることにより、高速性が確保されている。また、利得可変増幅器の利得の変化速度を規定する時定数を、伝搬環境レベルが低いほど、すなわち受信電界強度の変動が大きいほど大きな時定数に制御するため、利得制御の安定性も確保される。

ここで、本件開示の無線通信装置において、受信電界強度の上下限しきい値を設定するしきい値設定部を備え、伝搬環境判定部は、受信電界強度検出部で検出された受信電界強度の、単位時間ごとの、しきい値設定部で設定された上下限しきい値に挟まれた強度範囲から外れた回数を計数し、その回数に応じて、単位時間ごとの伝搬環境レベルを判定するものであってもよい。

このような判定方式を採用すると、伝搬環境レベルを十分な精度で容易に判定することができる。

また、本件開示の無線通信装置において、伝搬環境判定部により判定された伝搬環境レベルを当該無線通信装置と通信中の相手側の無線通信装置に向けて送信する送信部を備えることが好ましい。

こうすることにより、相手側の無線通信装置で伝搬環境レベルを知ることができ、伝搬環境レベルの自律判定結果と照合することによって更に高精度な電波伝搬環境特定を推定してその推定した電波伝搬環境特性に応じた送信制御を行なうことが可能となる。

また、本件開示の無線通信方法は、無線信号を受信してアナログ受信信号を得、利得可変増幅器により振幅を調整しＡ／Ｄ変換器によりデジタル受信信号に変換して復調することによりユーザデータを取り出す無線通信方法であって、
アナログ受信信号に基づいて時間的に変動する受信電界強度を検出する受信電界強度検出ステップと、
受信電界強度検出ステップで検出された時間的に変動する受信電界強度に基づいて無線信号の伝搬環境レベルを判定する伝搬環境判定ステップと、
受信電界強度検出ステップで検出された時間的に変動する受信電界強度に基づいて利得可変増幅器の利得を制御するステップであって、伝搬環境判定ステップにより判定された伝搬環境レベルに基づいて、受信電界強度検出ステップで検出された時間的に変動する受信電界強度に基づく利得可変増幅器の利得の変化速度を規定する時定数を、伝搬環境レベルが低いほど大きな時定数に制御する利得制御ステップとを有することを特徴とする。

ここで、上記伝搬環境判定ステップは、受信電界強度検出ステップで検出された受信電界強度の、単位時間ごとの、受信電界強度の上下限しきい値に挟まれた強度範囲から外れた回数を計数し、その回数に応じて、単位時間ごとの伝搬環境レベルを判定するステップであってもよい。

また、上記伝搬環境判定ステップにより判定された伝搬環境レベルを通信中の相手側の無線通信装置に向けて送信する送信ステップを有することことも好ましい態様である。

以上の本件開示の無線通信装置および無線通信方法によれば、受信信号の利得制御の応答性と安定性を高度に両立させることができる。

以下、本件開示の無線通信装置および無線通信方法の発明の実施形態について説明する。

図１は、無線通信システムの概要を示す図である。

ここには、複数の無線通信端末１０Ａ，１０Ｂ，…と複数の基地局２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，…が示されており、無線通信端末１０Ａ，１０Ｂは、その移動位置に応じて、いずれかの基地局との間で無線通信を行なう。各基地局２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、いずれかの無線ネットワーク制御装置３０Ａ，３０Ｂを介して通信網４０に接続されており、その通信網４０を経由して無線通信端末１０Ａ，１０Ｂどうしで通信を行なうことができる。

ここでは、無線通信端末１０Ａ，１０Ｂ，…のそれぞれ、および各基地局２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，…のそれぞれが本件開示の無線通信装置の一実施形態に相当する。

図２は、本実施形態の無線通信装置の受信回路の、受信信号の利得制御の部分を中心に示したブロック図である。

この無線通信装置１００の受信アンテナ１０１で無線信号が受信され、受信信号帯域のみの受信信号を通過させる帯域通過フィルタ１０２と増幅器１０３を経由してラジオ周波数（ＲＦ）帯域の受信信号が得られる。このＲＦ帯域の受信信号は、ミキサ１０４に入力されてローカル発振器１０５からの発振信号とミキシングされ、さらにフィルタ１０６により、ミキサ１０４からの出力に含まれる不要な信号が除去されて中間周波数（ＩＦ）帯域の受信信号に変換される。このＩＦ帯域の受信信号は、利得可変増幅器１０７と、受信電界強度（ＲＳＳＩ）検出部１０８に入力される。このＲＳＳＩ検出部１０８では、受信信号に基づいて受信電界強度が検出され、その検出された受信電界強度が利得制御部１０９と伝搬環境判定部１１０に通知される。

伝搬環境判定部１１０では、ＲＳＳＩ検出部１０８から通知された受信電界強度としきい値設定部１１１から通知されたしきい値とに基づいて、電波の伝搬環境レベルの判定が行なわれ、その判定結果が時定数制御部１１２に通知される。この時定数制御部１１２では、伝搬環境判定部１１０から通知された伝搬環境レベルの判定結果に基づいて、利得制御部１０９における利得の変化速度を規定する時定数が制御される。利得制御部１０９では、ＲＳＳＩ検出部１０８から通知された受信電界強度に基づいて、かつ時定数制御部１１２により制御され時定数に応じた利得変化速度で利得可変増幅器１０７の利得を制御する。

ここで、時定数制御部１１２は、その時定数を、伝搬環境レベルが低い場合に大きな時定数となるように制御する。したがって、利得制御部１０９は、伝搬環境が安定しているとき（伝搬環境レベルが高いとき）は、利得可変増幅器１０７の利得を素速い応答速度で制御し、伝搬環境が不安定なとき（伝搬環境レベルが低いとき）は、その利得可変増幅器１０７の利得をその不安定な伝搬環境に左右されないように安定的に制御する。こうすることにより、利得可変増幅器１０７の利得が高速に、かつ安定的に制御されることになる。

この利得可変増幅器１０７を経由した受信信号は、Ａ／Ｄ変換器１１３によりデジタルの受信信号に変換されて復調回路１１４に入力され、復調回路１１４により、そのデジタルの受信信号からベースバンド信号が取り出される。このベースバンド信号は、後段の図示しない誤り訂正回路等に入力され、制御データとユーザデータが取り出される。

図３は、図２に示す伝搬環境判定部による伝搬環境レベルの判定アルゴリズムを示した図である。

この図３の横軸は時刻ｔ、縦軸は受信電界強度Ｖｒｓｓｉを示している。

また、この図３には、ＲＳＳＩ検出部１０８から通知された現在の平均的な受信電波強度Ｖｒｓｓｉ＿ａｖｅと、しきい値設定部１１１から通知されたしきい値Ｖｔｈ＿ｐｏｓ，Ｖｔｈ＿ｎｅｇも示されている。

図３の実線のカーブは時間的に変化する受信電界強度を示しており、ここでは、所定の単位時間ごとの区間Ｔ１，Ｔ２，・・・に区切って、受信電界強度Ｖｒｓｓｉが、各単位時間内で、平均的な受信電界強度Ｖｒｓｓｉ＿ａｖｅ＋プラス側しきい値Ｖｔｈ＿ｐｏｓと、平均的な受信電界強度Ｖｒｓｓｉ＿ａｖｅ−マイナス側しきい値Ｖｔｈ＿ｎｅｇとに挟まれた受信電界強度範囲を何回外れるかが計数される。

この図３の例では、最初の単位時間幅の区間Ｔ１では、時刻ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの５回外れており（Ｍ＝５）、次の区間Ｔ２では時刻ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊの５回外れており（Ｍ＝５）、次の区間Ｔ３では時刻ｋ，ｌの２回外れており（Ｍ＝２）、さらに次の区間Ｔ４では、時刻ｍの１回のみ外れている（Ｍ＝１）。ここでは、環境変動の大小の判定しきい値としてＭ＝３が設定されており、この場合、区間Ｔ１，Ｔ２は環境変動大と判定され、区間Ｔ３，Ｔ４は環境変動小と判定される。

前述したように、この判定結果は伝搬環境判定部１１０から時定数制御部１１２に伝えられ、この時定数制御部１１２では利得制御部１０９における環境変動大の判定結果が通知されたときは利得制御の時定数を大きな時定数に制御し、環境変動小の判定結果が通知されたときは、小さな時定数に制御する。これにより、上述したように、利得可変増幅器１０９の利得高速応答性と安定性との双方が確保される。

尚、この図３では、簡単のため環境変動を大小の２段階に判定する例について説明したが、伝搬環境判定部１１０をさらに細かく複数段階に判定するように構成してもよい。

図４は、本実施形態の無線通信装置の送信部１２０の概要を示したブロック図である。

ベースバンド処理部１２１には、制御データとユーザデータが入力されて送信用に処理されＲＦ送信部１２２に送られてＲＦ信号への変換等が行なわれ、送信アンテナ１２３を介して電波として放出される。この送信アンテナ１２３は、図２に示す受信アンテナ１０１と共用されていてもよい。

ここで、ベースバンド処理部１２１に入力される制御データには、その一部に、図２に示す伝搬環境判定部１１０における伝搬環境レベルの判定結果を表わす伝搬環境推定パラメータが含まれており、現在通信中の相手側の無線通信装置に向けて送信される。

したがって、相手側の無線通信装置では、その伝搬環境推定パラメータを受信し、その伝搬環境推定パラメータを加味して送信データ量を制限するなどの通信制御を行なうことができ、無線通信の安定性の一層の向上に役立てることができる。

尚、ここでは、図３を参照して各区間Ｔ１，Ｔ２，・・・のそれぞれについて上下のしきい値に挟まれた受信電界強度範囲を外れる回数を計数し、その回数に応じて環境変動の大小を判定したが、例えば、Ｖｒｓｓｉ＿ａｖｅを信号が横切るときの信号の傾きをモニタし、所定の傾き以上の傾きで横切る回数を計数するなど、他のアルゴリズムで環境変動の大小を判定してもよい。

無線通信システムの概要を示す図である。 本実施形態の無線通信装置の受信回路の、受信信号の利得制御の部分を中心に示したブロック図である。 図２に示す伝搬環境判定部による伝搬環境レベルの判定アルゴリズムを示した図である。 本実施形態の無線通信装置の送信部の概要を示したブロック図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ 無線通信端末
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 基地局
３０Ａ，３０Ｂ 無線ネットワーク制御装置
４０ 通信網
１００ 無線通信装置
１０１ 受信アンテナ
１０２ 帯域通過フィルタ
１０３ 増幅器
１０４ ミキサ
１０５ ローカル発振器
１０６ フィルタ
１０７ 利得可変増幅器
１０８ ＲＳＳＩ検出部
１０９ 利得制御部
１１０ 伝搬環境判定部
１１１ しきい値設定部
１１２ 時定数制御部
１１３ Ａ／Ｄ変換器
１１４ 復調回路
１２１ ベースバンド処理部
１２２ ＲＦ送信部
１２３ 送信アンテナ

Claims (4)

1. 無線信号を受信してアナログ受信信号を得、利得可変増幅器により振幅を調整しＡ／Ｄ変換器によりデジタル受信信号に変換して復調することによりユーザデータを取り出す無線通信装置において、
   前記アナログ受信信号に基づいて時間的に変動する受信電界強度を検出する受信電界強度検出部と、
   前記受信電界強度検出部で検出された時間的に変動する受信電界強度に基づき時定数に応じた利得変化速度で前記利得可変増幅器の利得を制御する利得制御部と、
   受信電界強度の上下限しきい値を設定するしきい値設定部と、
   前記受信電界強度検出部で検出された受信電界強度の、単位時間ごとの、前記しきい値設定部で設定された上下限しきい値に挟まれた強度範囲から外れた回数を計数し、該回数に基づいて、該単位時間ごとの、無線信号の伝播環境の良し悪しのレベルを表わす伝播環境レベルを、該回数が大きいほど低いレベルと判定する伝搬環境判定部と、
   前記伝搬環境判定部により判定された伝搬環境レベルに基づいて、前記時定数を、該伝搬環境レベルが低いほど大きな時定数に制御する時定数制御部とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記伝搬環境判定部により判定された伝搬環境レベルを当該無線通信装置と通信中の相手側の無線通信装置に向けて送信する送信部を備えたこととを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 無線信号を受信してアナログ受信信号を得、利得可変増幅器により振幅を調整しＡ／Ｄ変換器によりデジタル受信信号に変換して復調することによりユーザデータを取り出す無線通信方法において、
   前記アナログ受信信号に基づいて時間的に変動する受信電界強度を検出する受信電界強度検出ステップと、
   前記受信電界強度検出ステップで検出された受信電界強度の、単位時間ごとの、受信電界強度の上下限しきい値に挟まれた強度範囲から外れた回数を計数し、該回数に基づいて、該単位時間ごとの、無線信号の伝播環境の良し悪しのレベルを表わす伝播環境レベルを、該回数が大きいほど低いレベルと判定する伝搬環境判定ステップと、
   前記受信電界強度検出ステップで検出された時間的に変動する受信電界強度に基づき時定数に応じた利得変化速度で前記利得可変増幅器の利得を制御するステップであって、前記伝搬環境判定ステップにより判定された伝搬環境レベルに基づいて、前記時定数を、該伝搬環境レベルが低いほど大きな時定数に制御する利得制御ステップとを有することを特徴とする無線通信方法。
4. 前記伝搬環境判定ステップにより判定された伝搬環境レベルを通信中の相手側の無線通信装置に向けて送信する送信ステップを有することとを特徴とする請求項３記載の無線通信方法。

Images