JP4920490B2 - 無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチキャリアＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式を用いて通信を行う無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

モバイル・ブロードバンド・アクセスを提供するｉＢｕｒｓｔ（登録商標）システムの無線通信は、マルチキャリアＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式（Time Division Multiple Access/Time Division Duplex方式）で行われている。このｉＢｕｒｓｔ（登録商標）システムでは、１フレームが、上りと下りのタイムスロット数が各３スロットの６スロット構成になっており、上りのタイムスロットと下りのタイムスロットとが対となるチャネルペアが複数構成された通信フレームを用いて、マルチキャリア方式にて通信を行う。

図７は、基地局とユーザ端末との間で４キャリア／１タイムスロットを使用して送受信を行っている場合を示している。ＴＤＤ方式は、上りと下りのタイムスロットが対となって通信を行う方式であり、図では、４キャリアをタイムスロット０で同時に送受信している例を示している。

なお、特許文献１には、ＦＤＤ／ＴＤＤ方式を採用した通信システムにおいて、トラヒックの状態等に応じて柔軟に上下リンクのスロットを割当てることのできるスロット割当装置が開示されている。
特開２００６−５４５９７号公報

ＴＤＤ方式を採用するｉＢｕｒｓｔ（登録商標）システムでは、図７に示すように、上りと下りのタイムスロットの長さを非対称にして通信を行うが、Ｗｅｂ検索やファイルのダウンロードでは、上りに比べて下りのデータ量が大きくなるため、図７に示すように、上りと下りのタイムスロットの長さが非対称であっても、上りが占める時間が無駄になる場合が多く、無線周波数の有効利用においても、ユーザ側の無線通信装置の消費電力においても過剰なものになる。

図８は、無線通信装置における一般的なスーパーヘテロダイン方式の送信部の構成例である。なお、受信部は省略している。ベースバンドで生成された変調信号は、ＤＡ変換器、ローパスフィルタ、ＡＧＣアンプにより利得を調整し、ミキサにより中間周波数から無線周波数へ変換される。ミキサによって発生したスプリアスはバンドパスフィルタにより除去し、パワーアンプにより空中線に必要なレベルまで増幅を行い、送受信の経路を切り替えるスイッチよりアンテナを経て、空中に放射される。

図９に示すように、複数のキャリアを増幅する過程において、上記のパワーアンプをはじめ、構成する部品による相互変調歪みが発生し、妨害波もしくは干渉波を発生する。妨害波もしくは干渉波を抑えるためには、線形性を確保するため、より高出力型のパワーアンプが必要となる。送信部を構成する部品の中でも、パワーアンプが消費電力の大部分を占めるので、高出力であればあるほど消費電力が増加する。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、上りのタイムスロット資源を有効活用できるとともに、無線通信装置の消費電力の低減化にも資する無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ダウンリンクのタイムスロットとアップリンクのタイムスロットとが対となるチャネルペアが複数構成された通信フレームを用いて、マルチキャリア方式にて相手側無線通信装置と通信を行う無線通信装置において、ダウンリンクにおける使用キャリア数を把握する把握手段と、把握したダウンリンクの使用キャリア数に応じて、アップリンクの１タイムスロットを分割し、分割した分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てる、または、アップリンクの１タイムスロットに１キャリアを割り当てるキャリア割当手段と、前記キャリア割当手段でキャリアを割り当てたアップリンクのタイムスロットを用いて、前記相手側無線通信装置からの信号を受信する受信手段とを備えることを特徴とする。

前記把握手段は、ダウンリンクにおける送信電力値に基づいて、使用キャリア数の把握処理を実行する、または、停止することが好ましく、また、前記把握手段は、ダウンリンクにおける送信電力値が所定値に満たない場合に、複数キャリアを使用していると判断し、使用キャリア数の把握処理を実行することが好ましい。

また、前記分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てるとは、周波数軸方向のある特定のキャリアの分割タイムスロットに、前記ダウンリンクで使用されている全キャリアを割り当てることであることが好ましく、または、前記分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てるとは、周波数軸方向の、前記ダウンリンクで使用されている全キャリアの分割タイムスロットに、異なるキャリアを１つづつ割り当てることであることが好ましい。

また、本発明は、ダウンリンクのタイムスロットとアップリンクのタイムスロットとが対となるチャネルペアが複数構成された通信フレームを用いて、無線通信装置と相手側無線通信装置との間でマルチキャリア方式にて通信を行う無線通信システムにおいて、前記無線通信装置が、ダウンリンクにおける使用キャリア数を把握する把握手段と、把握したダウンリンクの使用キャリア数に応じて、アップリンクの１タイムスロットを分割し、分割した分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てる、または、アップリンクの１タイムスロットに１キャリアを割り当てるキャリア割当手段と、前記キャリア割当手段で割り当てたキャリアに関する情報を前記相手側無線通信装置へ通知する送信手段と、前記キャリア割当手段でキャリアを割り当てたアップリンクのタイムスロットを用いて、前記相手側無線通信装置からの信号を受信する受信手段を備え、前記相手側無線通信装置が、前記通知を取得して、取得したキャリアに関する情報に基づいて、アップリンクで信号を送信する手段を備えることを特徴とする。

また、本発明は、ダウンリンクのタイムスロットとアップリンクのタイムスロットとが対となるチャネルペアが複数構成された通信フレームを用いて、マルチキャリア方式にて通信を行う無線通信方法において、無線通信装置が、ダウンリンクにおける使用キャリア数を把握し、把握したダウンリンクの使用キャリア数に応じて、アップリンクの１タイムスロットを分割し、分割した分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当て、または、アップリンクの１タイムスロットに１キャリアを割り当て、割り当てたキャリアに関する情報を相手側無線通信装置へ通知し、前記相手側無線通信装置が、前記通知を取得し、取得したキャリアに関する情報に基づいて、アップリンクで信号を送信し、前記無線通信装置が、キャリアを割り当てたアップリンクのタイムスロットを用いて、前記相手側無線通信装置からの信号を受信することを特徴とする。

本発明は、一度に複数波を送信する必要がなく、また、時間（タイムスロット長）も短縮されるので、上りのタイムスロット資源を有効活用できるとともに、無線通信装置の送信時の消費電力を削減することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の無線通信システムにおいて無線通信装置として用いられる基地局装置の構成を示すブロック図である。基地局装置は、アンテナ１１の他に、送受信の経路を切り替える送受切替スイッチ１２と、送信部（送信手段）１３と、受信部（受信手段）１４と、信号の変復調を行うベースバンド部１５と、基地局装置の各部を統括して制御するシステム制御部１６を有している。システム制御部１６は、キャリア数把握手段（把握手段）１７およびキャリア割当手段１８を有している。

キャリア数把握手段１７は、基地局装置から相手側無線通信装置へのダウンリンクにおける使用キャリア数を把握する。キャリア数把握手段１７は、ダウンリンクにおける送信電力値に基づいて、使用キャリア数の把握処理を実行し、または、停止する。ダウンリンクにおける送信電力値が所定値に満たない場合には、複数キャリアを使用していると判断して、使用キャリア数の把握処理を実行する。

キャリア割当手段１８は、把握したダウンリンクの使用キャリア数に応じて、アップリンクの１タイムスロットを分割し（例えば、把握したダウンリンクの使用キャリア数分に分割し）、分割した分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当て、または、アップリンクの１タイムスロットに１キャリアを割り当てる。

送信部（送信手段）１３は、キャリア割当手段１８で割り当てたキャリアに関する情報を相手側無線通信装置へ通知し、受信部（受信手段）１４は、キャリア割当手段１８でキャリアを割り当てたアップリンクのタイムスロットを用いて、相手側無線通信装置からの信号を受信する。

本発明は、受信時には、従来のタイムスロット長で複数キャリア（ｎキャリア）を同時受信し、一方、送信時には、複数に分割したタイムスロット（ｍタイムスロット）を時分割多重して送信するものである。ｎとｍは同一でもよく、異なっていてもよい。

図２は、本発明の通信システムにおける４キャリア送受信時のタイムスロットの使用例を示す図である。キャリアにおいて、下りタイムスロットに対となる上りタイムスロットをｓｕｂ０〜３に分割している。例えば、キャリア１の下りタイムスロットｔｓ０に対して上りタイムスロットｔｓ０ｓｕｂ０として通信を行い、キャリア２の下りタイムスロットｔｓ０に対して上りタイムスロットｔｓ０ｓｕｂ１、キャリア３の下りタイムスロットｔｓ０に対して上りタイムスロットｔｓ０ｓｕｂ２、キャリア４の下りタイムスロットｔｓ０に対して上りタイムスロットｔｓ０ｓｕｂ３として同時に通信を行う。

したがって、上り区間で同時に複数のキャリアを送信する必要がないため、図９に示すような相互変調歪みの問題は発生しない。また、１波の送信で通信できるため、図３に示すように、歪みを増加することなく、上りの送信出力を増加することが可能となる。図３は、１波送信による歪みの改善例を示す図である。特に下りの送信出力が高いシステムでは、上りの送信出力を上げることによりセル範囲を拡大することができる。反対に出力を制限すれば消費電力の削減にもつながり、バッテリ残量の延長や残量不足時に効果がある。

図４は、送信出力と受信感度および伝搬損失からセル範囲（距離）をイメージした図である。上り方向で複数波（複数キャリア）の合成電力を上限と規定する例として説明している。複数波送信出力（１波当たり）をＰ_Ｔ、受信感度をＰ_Ｒとする。なお、これらは共にアンテナおよび給電線損失を含むものとする。Ｐ_Ｔ−Ｐ_Ｒは、複数波使用時のセル領域に該当する。一方、１波使用時では、図４に示すように、セル領域は拡大する。したがって、スロットを共有する場合の判断は、切り替えのためのマージンをＰ_Ｍとし、送信電力値がＰ_Ｔ−Ｐ_Ｒ−Ｐ_Ｍを越える場合は１波による送信とし、未満となる場合は複数波による送信とする。判断は、基地局装置からでも相手側無線通信装置からでも相互に行うことができる。

さらに下りタイムスロットと上りタイムスロットを対として、またその間隔も拡張する（例えば４フレーム毎に送信するなど）必要がないため、遅延が増加しない。したがって、基地局装置において上り信号の振幅、位相情報をもとに下り信号に対して重み付けを行うアダプティブアレイアンテナシステムでは、その効果の劣化を必要最小限に抑えることができる。この場合の例を図５に示す。図５の上の図は、空間多重した場合を示し、図５の下の図は、その空間毎のスロット配置を示す。

図５について説明する。空間１では、ユーザ１が、キャリア１〜４を使用し、下りタイムスロットではｔｓ０ｓｕｂ０〜３を、上りタイムスロットではキャリア順に、かつ分割スロット順にｔｓ０ｓｕｂ０、ｔｓ０ｓｕｂ１、ｔｓ０ｓｕｂ２、ｔｓ０ｓｕｂ３を使用している。
空間２では、ユーザ２が、同様にキャリア１〜４を使用し、下りタイムスロットでは、ｔｓ０ｓｕｂ０〜３を、上りタイムスロットではキャリア順に、かつ分割スロット順にｔｓ０ｓｕｂ０、ｔｓ０ｓｕｂ１、ｔｓ０ｓｕｂ２、ｔｓ０ｓｕｂ３を使用している。
空間３、４も同様に分割タイムスロットを使用している。すなわち、キャリア割当手段１８は、周波数軸方向のある特定のキャリアの分割タイムスロットに全キャリアを割り当てる。
このように使用することにより、上り、下りそれぞれにおいて、互いの干渉レベルも含むことにより、アダプティブアレイアンテナの効果を劣化させることなく、空タイムスロットを作り出すことができる。

図６は、他の例を示す。空間１では、ユーザ１が、キャリア１〜４を使用し、下りタイムスロットでは、ｔｓ０ｓｕｂ０〜３を、上りタイムスロットではキャリア順に、かつ分割スロット順にｔｓ０ｓｕｂ０、ｔｓ０ｓｕｂ１、ｔｓ０ｓｕｂ２、ｔｓ０ｓｕｂ３を使用している。
空間２では、ユーザ２が、同様にキャリア１〜４を使用し、下りタイムスロットでは、ｔｓ０ｓｕｂ０〜３を使用しているが、上りタイムスロットではキャリア順に、かつ分割スロット順を１つずらしてｔｓ０ｓｕｂ１、ｔｓ０ｓｕｂ２、ｔｓ０ｓｕｂ３、ｔｓ０ｓｕｂ０を使用している。
空間３では、ユーザ３が、同様にキャリア１〜４を使用し、下りタイムスロットでは、ｔｓ０ｓｕｂ０〜３を使用しているが、上りタイムスロットではキャリア順に、かつ分割スロット順をさらに１つずらしてｔｓ０ｓｕｂ２、ｔｓ０ｓｕｂ３、ｔｓ０ｓｕｂ０、ｔｓ０ｓｕｂ１を使用している。
空間４では、ユーザ４が、同様にキャリア１〜４を使用し、下りタイムスロットでは、ｔｓ０ｓｕｂ０〜３を使用しているが、上りタイムスロットではキャリア順に、かつ分割スロット順をさらに１つずらしてｔｓ０ｓｕｂ３、ｔｓ０ｓｕｂ０、ｔｓ０ｓｕｂ１、ｔｓ０ｓｕｂ２を使用している。
すなわち、キャリア割当手段１８は、周波数軸方向の全キャリアの分割タイムスロットに異なるキャリアを１つづつ割り当てる。

これらを多重化したものが、図６の上図となり、上り信号に対して干渉による影響を低減する効果がある。

上述のように、本発明は、一度に複数波を送信する必要がなく、また、時間（タイムスロット長）も短縮されるので、送信時の消費電力を削減することができる。また、複数波を送信するときと同じ出力電流が使用できる場合は、送信出力を増加でき、これに伴いセル範囲を拡大することができる。また、従来と同じ送信出力とした場合では、歪みを低減でき、バックオフを下げることができる。さらに、未使用時間を他ユーザに割り当てることができ、周波数を有効利用できる。また、アダプティブアレイアンテナを用いるシステムでは、効果の劣化を必要最小限に抑えることができる。さらに、空間多重において、多重数を減らすことができるため、干渉量を下げることができる。

なお、上述した実施の形態では、４キャリアを使用する場合について説明したが、本発明は、キャリア数を制限するものではない。また、本発明は、上り、下りを逆とすることにも柔軟に対応することができる。すなわち、上述した実施の形態では、基地局装置について説明したが、本発明は、ユーザ端末である無線通信装置についても適用できるものである。

本発明の無線通信システムにおいて無線通信装置として用いられる基地局装置の構成を示すブロック図である。 本発明の通信システムにおける４キャリア送受信時のタイムスロットの使用例を示す図である。 １波送信による歪みの改善例を示す図である。 送信出力と受信感度および伝搬損失からセル範囲（距離）をイメージした図である。 アップリンクのキャリア割当の例を示す図である。 アップリンクのキャリア割当の他の例を示す図である。 従来の通信システムにおける４キャリア送受信時のタイムスロットの使用例を示す図である。 一般的なスーパーヘテロダイン方式の送信部の構成例を示す図である。 ４キャリア送信時の歪み特性例を示す図である。

符号の説明

１１ アンテナ
１２ 送受切替スイッチ
１３ 送信部
１４ 受信部
１５ ベースバンド部
１６ システム制御部
１７ キャリア数把握手段
１８ キャリア割当手段

Claims (7)

1. ダウンリンクのタイムスロットとアップリンクのタイムスロットとが対となるチャネルペアが複数構成された通信フレームを用いて、マルチキャリア方式にて相手側無線通信装置と通信を行う無線通信装置において、
   ダウンリンクにおける使用キャリア数を把握する把握手段と、
   把握したダウンリンクの使用キャリア数に応じて、アップリンクの１タイムスロットを分割し、分割した分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てる、または、アップリンクの１タイムスロットに１キャリアを割り当てるキャリア割当手段と、
   前記キャリア割当手段でキャリアを割り当てたアップリンクのタイムスロットを用いて、前記相手側無線通信装置からの信号を受信する受信手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記把握手段は、ダウンリンクにおける送信電力値に基づいて、使用キャリア数の把握処理を実行する、または、停止することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記把握手段は、ダウンリンクにおける送信電力値が所定値に満たない場合に、複数キャリアを使用していると判断し、使用キャリア数の把握処理を実行することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てるとは、周波数軸方向のある特定のキャリアの分割タイムスロットに、前記ダウンリンクで使用されている全キャリアを割り当てることであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 前記分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てるとは、周波数軸方向の、前記ダウンリンクで使用されている全キャリアの分割タイムスロットに、異なるキャリアを１つづつ割り当てることであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無線通信装置。
6. ダウンリンクのタイムスロットとアップリンクのタイムスロットとが対となるチャネルペアが複数構成された通信フレームを用いて、無線通信装置と相手側無線通信装置との間でマルチキャリア方式にて通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記無線通信装置は、
   ダウンリンクにおける使用キャリア数を把握する把握手段と、
   把握したダウンリンクの使用キャリア数に応じて、アップリンクの１タイムスロットを分割し、分割した分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当てる、または、アップリンクの１タイムスロットに１キャリアを割り当てるキャリア割当手段と、
   前記キャリア割当手段で割り当てたキャリアに関する情報を前記相手側無線通信装置へ通知する送信手段と、
   前記キャリア割当手段でキャリアを割り当てたアップリンクのタイムスロットを用いて、前記相手側無線通信装置からの信号を受信する受信手段を備え、
   前記相手側無線通信装置は、前記通知を取得して、取得したキャリアに関する情報に基づいて、アップリンクで信号を送信する手段を備えることを特徴とする無線通信システム。
7. ダウンリンクのタイムスロットとアップリンクのタイムスロットとが対となるチャネルペアが複数構成された通信フレームを用いて、マルチキャリア方式にて通信を行う無線通信方法において、
   無線通信装置が、ダウンリンクにおける使用キャリア数を把握し、
   把握したダウンリンクの使用キャリア数に応じて、アップリンクの１タイムスロットを分割し、分割した分割タイムスロットに複数のキャリアを割り当て、または、アップリンクの１タイムスロットに１キャリアを割り当て、
   割り当てたキャリアに関する情報を相手側無線通信装置へ通知し、
   前記相手側無線通信装置が、前記通知を取得し、取得したキャリアに関する情報に基づいて、アップリンクで信号を送信し、
   前記無線通信装置が、キャリアを割り当てたアップリンクのタイムスロットを用いて、前記相手側無線通信装置からの信号を受信することを特徴とする無線通信方法。

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