JP4942636B2 - 無線通信装置および無線通信装置の通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、適応変調方式を採用する無線通信装置、および無線通信装置の通信制御方法に関するものである。

従来の移動体通信システムとして、通信速度を向上させるために、例えば、ＦＥＲ(Frame Error Rate)やＳＩＮＲ (信号対雑音比)等で表される通信品質に応じて、変調クラス（Mod Class）を適宜変更する適応変調方式（リンクアダプテーション）を採用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、ｉＢｕｒｓｔ(登録商標)やＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access)等における無線通信基地局では、ＳＤＭＡ(Spatial Division Multiple Access)方式を採用して、複数のアンテナを用い、その複数のアンテナによる指向性をユーザ側のユーザ端末に応じて適宜制御することにより空間分割して、同一周波数、同一時間帯で複数のユーザ端末との通信を可能にしている。
特開２００６−１４２０５号公報

ところで、無線通信で送受信するデータ量は、変調クラスが高くなればなるほど、すなわち変調多値数が多くなればなるほど、多くなる。したがって、無線通信装置に内蔵されるＤＳＰ(Digital Signal Processor)等のハードウェアでの演算処理量も、変調クラスが高くなればなるほど、多くなる。

また、通信中のユーザ端末が高速（例えば、８０ｋｍ／ｈ〜）で移動しているような場合、フェージング等の影響で通信品質が頻繁に変動し、送受信するデータの誤りが増加するため、通信品質に応じた変調クラスに頻繁に変更しなければならず、当該変調クラスの変更処理によって、ハードウェアの演算処理量が、さらに多くなる。

このため、例えば、ＳＤＭＡ方式の無線通信基地局に、上記の適応変調方式を単に採用すると、高い変調クラスを選択した状態では、送受信するデータ量が多くなって、１ユーザ端末のデータ処理にかかる時間が長くなるだけでなく、送受信するデータの誤りに起因する変調クラスの変更が頻繁に行なわれるため、ハードウェアの処理能力の制約から、多元接続数（多重数）を多くできなくなる、という問題がある。

この問題を解決する方法としては、例えば、より高速処理が可能なハードウェアを用いることが考えられるが、このようにすると基地局のコストアップを招くことになる。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、ハードウェアを有効利用して、適応変調方式を採用しながら、ＳＤＭＡ方式による多重数を効率よく増加できる無線通信装置および無線通信装置の通信制御方法を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、適応変調方式を採用する無線通信装置であって、
ユーザ端末に対する送受信データを処理する演算処理量を把握する演算処理量把握部と、
前記演算処理量把握部で把握された演算処理量が所定値に満たない場合には、通信品質に基づいて通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第１の制御を実行し、前記演算処理量把握部で把握された演算処理量が前記所定値を超える場合には、前記第１の制御にて設定される変調クラスの上限よりも低い変調クラスを上限として、通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第２の制御を実行する変調クラス制御部と、
を有することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、
前記通信中のユーザ端末の移動速度を把握する移動速度把握部と、
を更に有し、
前記変調クラス制御部は、
前記第２の制御では、
前記把握された移動速度に応じて、前記通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する、
ことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の無線通信装置において、
前記変調クラス制御部における第２の制御では、
前記把握された移動速度が第２の所定値を超える前記通信中のユーザ端末に設定する変調クラスを制御する、
ことを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の無線通信装置において、
前記変調クラス制御部における第２の制御では、
前記把握する移動速度が第２の所定値を超える通信中のユーザ端末数が所定数を超えているときに、当該第２の所定値を超えるユーザ端末に設定する変調クラスを制御する、
ことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項３または４に記載の無線通信装置において、
前記変調クラス制御部における第２の制御では、
前記把握する移動速度が前記第２の所定値を超える通信中のユーザ端末に設定する変調クラスを、所定の設定値以下となるように制限する、
ことを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
前記変調クラス制御部における第２の制御では、
通信中の全ユーザ端末に対する変調クラスの合計値が第３の所定値以下となるように、ユーザ端末に対する変調クラスを制御する、
ことを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
前記変調クラス制御部は、
前記演算処理量が所定値を超えていて、かつ、新たなユーザ端末からの通信要求を受けた場合に、前記第２の制御を実行する、
ことを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項８に係る発明は、適応変調方式を採用する無線通信装置の通信制御方法であって、
ユーザ端末に対する送受信データを処理する演算処理量を把握する演算処理量把握ステップと、
前記把握された演算処理量が所定値に満たない場合には、通信品質に基づいて通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第１の制御を実行し、前記把握された演算処理量が演算処理量が前記所定値を超える場合には、前記第１の制御にて設定される変調クラスの上限よりも低い変調クラスを上限として、通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第２の制御を実行する制御ステップと、
を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、ユーザ端末に対する送受信データを処理する演算処理部の演算処理量が所定値を超えたか否かの状態に応じて、通信中のユーザ端末に対する変調クラスの制御するようにしたので、ハードウェアを有効利用して、適応変調方式を採用することができる。これにより、例えば、ＳＤＭＡ方式による多重数を効率よく増加することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る無線通信装置である基地局を使用する移動体通信システムの一例を示すものである。この移動体通信システム１は、基地局２と、複数のユーザ端末３と、基地局２に接続されたネットワーク４とを含んで構成されている。

基地局２は、適応変調方式により各ユーザ端末３との無線通信の変調クラスを制御するとともに、ＳＤＭＡ方式により複数のユーザ端末３と多元接続して、同一周波数、同一時間帯で同時に通信が可能となっている。

ユーザ端末３は、通信システムで使用される公知の携帯電話端末やＰＨＳ端末等の端末装置で、基地局２との通信においては、基地局２から指定された変調クラスで、音声信号やパケット等を送信するようになっている。

通信ネットワーク４は、移動体通信システム１の交換機ネットワークであってもよいし、移動体通信システム１がＩＰ電話による通信システムである場合などには、ＴＣＰ／ＩＰ網であってもよい。

図２は、本実施の形態に係る基地局２の要部の構成を示す機能ブロック図である。基地局２は、複数のアンテナ２０を有する送受信部２１、復調部２２、通信品質取得部２３、変調クラス決定部２４、移動速度取得部２５、変調クラス制御部２６、変調部２７、および制御部２８を有している。制御部２８は、ＤＳＰ等のハードウェアを有して構成されており、演算処理部２９および演算処理量把握部２Ａを含んでいる。なお、図２では、通信品質取得部２３、変調クラス決定部２４、移動速度取得部２５および変調クラス制御部２６を、便宜上、制御部２８から分離して示しているが、制御部２８内に構成することもできる。

以下、図３に示すフローチャートを参照しながら、本実施の形態に係る基地局２の動作について説明する。

ユーザ端末３からの送信信号は、複数のアンテナ２０を介して送受信部２１で受信し（ステップＳ１）、その受信信号を復調部２２で復調して（ステップＳ２）、通信品質取得部２３及び移動速度取得部２５に供給するとともに、制御部２８に供給する。

通信品質取得部２３では、復調部２２からの復調信号に基づいて、ユーザ端末毎にＦＥＲやＳＩＮＲを検出して通信品質を取得し（ステップＳ３）、その取得した通信品質結果を変調クラス決定部２４に供給して、当該変調クラス決定部２４は、通信品質を把握し、通信品質に応じた最適な変調クラスを決定し（ステップＳ４）、その結果を変調クラス制御部２６に供給する。

また、移動速度取得部２５では、復調部２２からの復調信号に基づいて、ユーザ端末毎の移動速度（移動速度を示す値）を取得し（ステップＳ５）、その取得した移動速度を変調クラス制御部２６に供給する。この移動速度の取得は、復調信号におけるフレーム内に予め埋め込まれた、ユーザ端末３が自ら取得した移動速度に関する情報を基地局２へ送信し、基地局２は当該情報を含む信号を受信して読み取る。或いは、基地局２が、フレームに含まれる複数の既知信号における位相変化から推定してもよい。更に、フェージング速度（移動速度に相当）推定方法を利用してもよい。

一方、制御部２８では、演算処理部２９において、復調部２２からの復調信号をユーザ端末３毎にデコード処理するとともに、演算処理量把握部２Ａにおいて、演算処理部２９での演算処理量を把握する（ステップＳ６）。また、制御部２８では、復調部２２からの復調信号に基づいて、新たなユーザ端末３からの通信要求（接続要求）が有るか否かを検出する（ステップＳ７）。

その結果、新たなユーザ端末３からの通信要求がない場合には、その旨を変調クラス制御部２６に通知する。これに対し、新たなユーザ端末３からの通信要求がある場合には、次に、ステップＳ５で把握した演算処理部２９の演算処理量が所定値を超えるか否かを判定して（ステップＳ８）、その結果を変調クラス制御部２６に通知する。

変調クラス制御部２６では、制御部２８からの通知に基づいて、ステップＳ７で新たなユーザ端末３からの通信要求がない場合や、新たな通信要求がある場合でも、ステップＳ８で演算処理部２９の演算処理量が所定値を超えていない場合には、ステップＳ４において、変調クラス決定部２４で決定された通信中のユーザ端末３毎の変調クラスを変調部２７に供給する。これにより、変調部２７では、制御部２８からのユーザ端末３毎の送信信号を、変調クラス制御部２６からの変調クラスに基づいて変調して（ステップＳ１２）、その変調された送信信号を、変調クラスの識別信号（指定信号）とともに、送受信部２１を経て複数のアンテナ２０から、対応するユーザ端末３に向けて送信する（ステップＳ１３）。これにより、対応するユーザ端末３との間で、基地局２から指定した変調クラスで、音声信号やパケット等の通信を実行する。

これに対し、ステップＳ８で演算処理部２９の演算処理量が所定値を超えている場合には、移動速度取得部２５より供給される移動速度に応じて、通信中のユーザ端末に対する変調クラスの制御を行なう。まず、変調クラス制御部２６において、通信中のユーザ端末３の移動速度を把握し、移動速度が第２の所定値を超えるユーザ端末３があるか否か（所定の条件に該当するか）を判定する（ステップＳ９）。

その結果、移動速度取得部２５で取得された移動速度が、第２の所定値を超えるユーザ端末３がいないと判定された場合には、変調クラス決定部２４で決定された変調クラスを変更することなく変調部２７に供給して、ステップＳ１２に移行する。

一方、移動速度取得部２５で取得された移動速度が、第２の所定値を超えるユーザ端末３がいると判定された場合には、変調クラス決定部２４で決定された、移動速度が第２の所定値を超えるユーザ端末３毎の変調クラスが設定値以下か否かを判定する（ステップＳ１０）。ここで、変調クラスの設定値は、多重数と変調クラスとの組み合せにおいて、周波数利用効率が最良となるように設定する。また、ユーザ端末の移動速度に応じて変調クラスの設定値を割り当ててもよい。

その結果、変調クラス決定部２４で決定された変調クラスが、設定値を超えると判定されたユーザ端末３に対しては、変調クラス制御部２６において変調クラスを設定値以下に制御して（ステップＳ１１）、その変更された変調クラスを変調部２７に供給し、設定値以下の場合には、変調クラス決定部２４で決定された変調クラスを変更することなく変調部２７に供給して、ステップＳ１２に移行する。

このように、演算処理部２９の演算処理量が所定値を超えた状態で、新たなユーザ端末３からの通信要求を受けた際に、通信中のユーザ端末３に対して適応変調方式により決定された変調クラスを設定値以下となるように制限すれば、新たなユーザ端末３を空間多重することができるので、ハードウェアを有効利用して、ＳＤＭＡ方式による多重数を効率よく増加することができる。

しかも、変調クラスの上限を抑えるので、復調もし易くなる。すなわち、変調クラスには、例えば、表１に示すように、ＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)、ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)等の変調方式による変調クラスがあり、信号の伝送レート（スループット）は、変調クラスによって異なり、１シンボルの多値化の度合い（ビット／シンボル）が大きいほど、すなわち変調クラスが高いほど、高速となる。しかし、変調クラスが高いほど、シンボル間距離は近くなるため、信号の分離が困難になる。したがって、変調クラスの上限を抑えれば、より高い変調クラスを用いる場合よりも、シンボル間距離を遠くできるので、復調もし易くなる。図４に、一例として、ＱＰＳＫのコンスタレーションを示す。

（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態においては、図２に示した基地局２の構成において、演算処理部２９の演算処理量が所定値を超えた状態で、新たなユーザ端末３からの通信要求を受けた際に、通信中の全ユーザ端末３に対して適応変調方式により決定された変調クラスの合計値が、第３の所定値以下となるように、ユーザ端末３の変調クラスを制御する。

図５は、本実施の形態に係る基地局２の動作を示すフローチャートである。図５において、図３に示した処理と同じ処理を行うステップには、同じ参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、ステップＳ８において、演算処理部２９の演算処理量が所定値を超えている場合には、変調クラス制御部２６において、変調クラス決定部２４で適応変調方式により決定された通信中の全ユーザ端末３における変調クラスの合計値が第３の所定値以下か否かを判定する（ステップＳ３０）。ここで、変調クラスの合計値は、第１実施の形態と同様に多重数と変調クラスとの組み合せにおいて、周波数利用効率が最良となるように設定する。

判定の結果、変調クラスの合計値が第３の所定値以下の場合には、ステップＳ４で決定された変調クラスを変更することなく変調部２７に供給して、ステップＳ１２に移行する。

一方、変調クラスの合計値が第３の所定値を超えると判定された場合には、その合計値が第３の所定値以下となるように、変調クラス制御部２６においてユーザ端末３の変調クラスを制御する。まず、変調クラス制御部２６において、通信中のユーザ端末３のうち、移動速度が第２の所定値を超えるユーザ端末３があるか否か（所定の条件に該当するか）を判定する（ステップＳ３１）。

移動速度取得部２５で取得された移動速度が、第２の所定値を超えるユーザ端末３がいると判定された場合には、変調クラス決定部２４で決定された、移動速度が第２の所定値を超えるユーザ端末３毎の変調クラスが設定値以下か否かを判定する（ステップＳ３２）。

その結果、第２の所定値を超える移動速度のユーザ端末３のうち、変調クラス決定部２４で決定された変調クラスが、設定値を超えるユーザ端末３がいると判定された場合には、変調クラス制御部２６において、当該ユーザ端末３の変調クラスを設定値以下に制御して（ステップＳ３３）、合計値が第３の所定値以下となったか判定する（ステップＳ３４）。判定の結果、合計値が第３の所定値以下となった場合には、合計値が第３の所定値以下となったユーザ端末３毎の変調クラスを変調部２７に供給し、ステップＳ１２に移行する。

一方、ステップＳ３１において、移動速度取得部２５で取得された移動速度が、第２の所定値を超えるユーザ端末３がいないと判定された場合や、ステップＳ３２において、変調クラス決定部２４で決定された変調クラスが、設定値を超えると判定されたユーザ端末３がない場合や、ステップＳ３４において、合計値が第３の所定値以下とならない場合には、その合計値が第３の所定値以下となるように、変調クラス制御部２５において、さらに他のユーザ端末３を含むユーザ端末３の変調クラスを制御して（ステップＳ３５）、合計値が第３の所定値以下となったユーザ端末３毎の変調クラスを変調部２６に供給して、ステップＳ８に移行する。

ここで、ステップＳ３５では、例えば、通信中の全ユーザ端末３の変調クラスを一律に低下させたり、変調クラスの高い方から順番に変調クラスを低下させたり、あるいは、第１実施の形態における、移動速度が第２の所定値を超えるユーザ端末と同様に設定値を設けて、各ユーザ端末３の変調クラスを設定値以下にしたりして、変調クラスの合計値を第３の所定値以下に制御することができたかを判定する（ステップＳ３６）。なお、ステップＳ３６において、変調クラスの合計値を第３の所定値以下に制御できない場合には、新たな接続要求を拒否する（ステップＳ３７）。

このように、演算処理部２９の演算処理量が所定値を超えた状態で、新たなユーザ端末３からの通信要求を受けた際に、通信中のユーザ端末３に対して適応変調方式により決定された変調クラスの合計値を第３の所定値以下となるように制限すれば、新たなユーザ端末３を空間多重することができるので、ハードウェアを有効利用して、ＳＤＭＡ方式による多重数を効率よく増加することができるなど、第１実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、演算処理量把握部２Ａでは、演算処理部２９における演算量を把握し、変調クラス制御部２６では、把握した演算量に基づいて通信中のユーザ端末に対して適応変調方式により決定された変調クラスを制御しているが、この場合の演算処理部２９における「演算量」には、「演算数」も含まれる。

本発明の第１実施の形態に係る無線通信装置である基地局を使用する移動体通信システムの一例を示す図である。 図１に示す基地局の要部の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施の形態に係る基地局の動作を示すフローチャートである。 ＱＰＳＫのコンスタレーションを示す図である。 本発明の第２実施の形態に係る基地局２の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 移動体通信システム
２ 基地局
３ ユーザ端末
４ ネットワーク
２０ アンテナ
２１ 送受信部
２２ 復調部
２３ 通信品質取得部
２４ 変調クラス決定部
２５ 移動速度取得部
２６ 変調クラス制御部
２７ 変調部
２８ 制御部
２９ 演算処理部
２Ａ 演算処理量把握部

Claims (8)

1. 適応変調方式を採用する無線通信装置であって、
   ユーザ端末に対する送受信データを処理する演算処理量を把握する演算処理量把握部と、
   前記演算処理量把握部で把握された演算処理量が所定値に満たない場合には、通信品質に基づいて通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第１の制御を実行し、前記演算処理量把握部で把握された演算処理量が前記所定値を超える場合には、前記第１の制御にて設定される変調クラスの上限よりも低い変調クラスを上限として、通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第２の制御を実行する変調クラス制御部と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   前記通信中のユーザ端末の移動速度を把握する移動速度把握部と、
   を更に有し、
   前記変調クラス制御部は、
   前記第２の制御では、
   前記把握された移動速度に応じて、前記通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項２に記載の無線通信装置において、
   前記変調クラス制御部における第２の制御では、
   前記把握された移動速度が第２の所定値を超える前記通信中のユーザ端末に設定する変調クラスを制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項２に記載の無線通信装置において、
   前記変調クラス制御部における第２の制御では、
   前記把握する移動速度が第２の所定値を超える通信中のユーザ端末数が所定数を超えているときに、当該第２の所定値を超えるユーザ端末に設定する変調クラスを制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項３または４に記載の無線通信装置において、
   前記変調クラス制御部における第２の制御では、
   前記把握する移動速度が前記第２の所定値を超える通信中のユーザ端末に設定する変調クラスを、所定の設定値以下となるように制限する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
   前記変調クラス制御部における第２の制御では、
   通信中の全ユーザ端末に対する変調クラスの合計値が第３の所定値以下となるように、ユーザ端末に対する変調クラスを制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
   前記変調クラス制御部は、
   前記演算処理量が所定値を超えていて、かつ、新たなユーザ端末からの通信要求を受けた場合に、前記第２の制御を実行する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
8. 適応変調方式を採用する無線通信装置の通信制御方法であって、
   ユーザ端末に対する送受信データを処理する演算処理量を把握する演算処理量把握ステップと、
   前記把握された演算処理量が所定値に満たない場合には、通信品質に基づいて通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第１の制御を実行し、前記把握された演算処理量が演算処理量が前記所定値を超える場合には、前記第１の制御にて設定される変調クラスの上限よりも低い変調クラスを上限として、通信中のユーザ端末に対する変調クラスを設定する第２の制御を実行する制御ステップと、
   を有することを特徴とする通信制御方法。

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