JP5118219B2 - 無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に複数のアンテナを使用する無線装置に関する。

ワイヤレス通信において、一般的に限りある周波数資源の有効利用が望まれている。周波数資源を有効利用するために、例えば同一の周波数の電波が可能な限り近い距離で繰り返し使用される。その場合、同一周波数を使用する近接の基地局装置等からの同一チャネル干渉によって、通信品質が悪化する。同一チャネル干渉による通信品質の悪化を防ぐ技術のひとつが、アダプティブアレイアンテナ技術である。アダプティブアレイアンテナ技術は、複数のアンテナにおいて受信した信号に対して、異なった重み係数にて重みづけしてからの合成を実行する。

重み係数の適応的な更新のために、例えば、ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムやＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ）アルゴリズムなどの適応アルゴリズムが使用される。また重み係数は、送信側から受信側までの伝送路における応答特性にもとづいて、計算される場合もある。さらに、アダプティブアレイアンテナ技術を備えた無線装置が、送信用の重み係数も導出し、当該送信用の重み係数にて、送信すべき信号を重みづけしてから送信する場合もある。このようにアダプティブアレイアンテナ技術は、受信した信号から希望すべき成分を抽出し、信号を送信する際の指向性を調節するので、同一チャネル干渉による通信品質の悪化を防止できる（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第ＷＯ００／０７９７０２号パンフレット

多素子型の無線装置において、アダプティブアレイ受信やＭＲＣ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）受信などの処理を行う場合、一般的に、アンテナ数が増加すれば、受信特性は向上する。しかしながら、信号の期間が短かったり、変調方式の多値数が小さいとき、所望の信号が入力されない状況においても復調結果にエラーが生じない現象が発生することがある。ここで、信号の期間が短かったり、変調方式の多値数が小さいときとは、例えば、第２世代コードレス電話システムでのユニークワードに相当する。このような場合では、入力信号の所望の波形が含まれていない場合でも、アンテナ数が増加すれば、各アンテナに適当なウエイトを増加すると所望の信号と同等の波形が生成される。さらに、ユニークワードでの受信エラーをトリガーにして、ハンドオーバやスロット切替の処理を実行する場合、上記の現象が発生すると、無線品質が悪化しても受信エラーが検出されないので、ハンドオーバ等が実行されない。その結果、音声品質の悪化、スループット低下、無線異常切断が発生する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、信号の期間が短かったり、変調方式の多値数が小さいときに正確に受信処理を実行する通信技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の無線装置は、複数のアンテナと、複数のアンテナのうち、少なくともひとつのアンテナの使用を決定する決定部と、決定部において使用を決定したアンテナを介してパケット信号を受信する受信部と、受信部において受信したパケット信号を処理する処理部とを備える。受信部において受信したパケット信号は、少なくとも第１信号の区間と第２信号の区間を含む。決定部は、第２信号の区間において使用を決定すべきアンテナ数よりも、第１信号の区間において使用を決定すべきアンテナ数を少なくする。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、信号の期間が短かったり、変調方式の多値数が小さいときに正確に受信処理を実行できる。

本発明の実施例に係る基地局装置の構成を示す図である。 図１の基地局装置において受信されるパケット信号のフォーマットを示す図である。 図１の制御部に記憶される切替規則を示す図である。 図１の基地局装置による受信処理を示すフローチャートである。

本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例は、第２世代コードレス電話システム等に対応し、複数のアンテナを備えた基地局装置に関する。基地局装置は、複数のアンテナのそれぞれにおいてパケット信号を受信し、受信したパケット信号に対して、アダプティブアレイ信号処理を実行する。当該パケット信号は、先頭からプリアンブル、ユニークワード、データ、ＣＲＣビットを順に配置する。なお、基地局装置は、ユニークワードとデータのそれぞれに対して誤り検出を実行する。データに対する受信特性を向上するためには、アンテナ数は多い方が好ましい。しかしながら、アンテナ数の増加によって、複数のアンテナのそれぞれにパケット信号が受信されていなくても、アダプティブアレイ信号処理が、ユニークワードと同等の波形を形成する可能性が生じる。さらに、ユニークワードの変調多値数が小さく、かつユニークワード区間が短ければ、ユニークワードに対する誤りが検出されにくくなる。これに対応するため、基地局装置は、以下の処理を実行する。

基地局装置は、例えば、８つのアンテナを備える。しかしながら、基地局装置は、８つのアンテナのうちの４つにて受信したパケット信号に対して、アダプティブアレイ信号処理を実行することによって、ユニークワードを受信する。また、また、基地局装置は、ユニークワードの受信終了後、８つのアンテナにて受信したパケット信号に対して、アダプティブアレイ信号処理を実行することによって、データ信号を受信する。その結果、ユニークワードに対して、使用するアンテナの数を少なくするので、受信していないパケット信号を検出してしまう可能性が減少される。一方、データに対して、使用するアンテナの数を多くするので、受信特性が改善される。

図１は、本発明の実施例に係る基地局装置１００の構成を示す。基地局装置１００は、アンテナ１０と総称される第１アンテナ１０ａ、第２アンテナ１０ｂ、第３アンテナ１０ｃ、第８アンテナ１０ｈ、ＲＦ部１２と総称される第１ＲＦ部１２ａ、第２ＲＦ部１２ｂ、第３ＲＦ部１２ｃ、第８ＲＦ部１２ｈ、切替部１４、受信処理部１６、送信処理部１８、制御部２０を含む。また、受信処理部１６は、同期処理部２２、受信用アダプティブアレイ処理部２４、復調部２６、判定部２８を含み、送信処理部１８は、送信用アダプティブアレイ処理部３０、変調部３２を含む。

ＲＦ部１２は、受信処理として、アンテナ１０を介して図示しない端末装置から受信した無線周波数のパケット信号に対して周波数変換を実行し、ベースバンドのパケット信号を生成する。さらに、ＲＦ部１２は、ベースバンドのパケット信号を切替部１４に出力する。一般的に、ベースバンドのパケット信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線によって伝送されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。また、ＲＦ部１２には、ＡＧＣやＡ／Ｄ変換部も含まれる。

ＲＦ部１２は、送信処理として、切替部１４から入力したベースバンドのパケット信号に対して周波数変換を実行し、無線周波数のパケット信号を生成する。さらに、ＲＦ部１２は、無線周波数のパケット信号をアンテナ１０から送信する。なお、ＲＦ部１２は、受信したパケット信号と同一の無線周波数帯を使用しながら、パケット信号を送信する。つまり、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）が使用されているものとする。また、ＲＦ部１２には、ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、Ｄ／Ａ変換部も含まれる。

ここで、パケット信号の構成を説明する。図２は、基地局装置１００において受信されるパケット信号のフォーマットを示す。パケット信号は、４シンボルのプリアンブル、８シンボルのユニークワード、９０シンボルのデータ、８シンボルのＣＲＣを含むように構成される。パケット信号の変調方式は、複数種類規定されるが、ここでは、所定数の変調多値数であるπ／４シフトＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）あるいはＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）を説明の対象とする。また、ユニークワードの区間は、データの区間よりも区間長が短くなるように規定されている。図１に戻る。

切替部１４は、制御部２０からの指示にしたがって、ＲＦ部１２、受信処理部１６、送信処理部１８との間において、信号線を切りかえる。制御部２０から受信処理の指示を受けつけると、切替部１４は、ＲＦ部１２から入力したパケット信号を受信処理部１６へ出力する。一方、制御部２０から送信処理の指示を受けつけると、切替部１４は、送信処理部１８から入力したパケット信号をＲＦ部１２へ出力する。また、切替部１４には、図示しないサーキュレータが含まれる。

同期処理部２２は、切替部１４から受けつけたパケット信号に対して同期処理を実行する。なお、同期処理として公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。受信用アダプティブアレイ処理部２４は、同期処理部２２から受けつけたパケット信号に対してアダプティブアレイ信号処理を実行する。なお、アダプティブアレイ信号処理に使用すべき信号の数は、制御部２０によって指示される。ここでは、制御部２０からの指示内容を具体的に説明する。図３は、制御部２０に記憶される切替規則を示す。区間欄２００とアンテナ欄２０２が含まれている。受信の際のユニークワード（ＵＷ）区間において、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第１アンテナ１０ａから第４アンテナ１０ｄを選択するように指示される。

その結果、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第１ＲＦ部１２ａから第４ＲＦ部１２ｄによって受信したパケット信号をアダプティブアレイ信号処理に使用する。つまり、その期間において、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第５ＲＦ部１２ｅから第８ＲＦ部１２ｈによって受信されたパケット信号をアダプティブアレイ信号処理に使用しない。また、受信の際のデータ区間において、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第１アンテナ１０ａから第８アンテナ１０ｈを選択するように指示される。その結果、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第１ＲＦ部１２ａから第８ＲＦ部１２ｈによって受信したパケット信号をアダプティブアレイ信号処理に使用する。このような動作は、制御部２０において使用を決定したアンテナ１０を介してパケット信号を受信することともいえる。

受信用アダプティブアレイ処理部２４は、複数のアンテナ１０のうち、少なくともひとつのアンテナの使用を決定するが、データ区間において使用を決定すべきアンテナ１０の数よりも、ユニークワード区間において使用を決定すべきアンテナ１０の数を少なくする。図１に戻る。なお、プリアンブルの区間において、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第１アンテナ１０ａから第４アンテナ１０ｄによって受信したパケット信号に対する受信ウエイトベクトルの初期値を生成する。これに加えて、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第１アンテナ１０ａから第８アンテナ１０ｈによって受信したパケット信号に対する受信ウエイトベクトルの初期値を生成する。前者の初期値は、ユニークワードを受信する際に使用され、後者の初期値は、データを受信する際に使用される。

復調部２６は、受信用アダプティブアレイ処理部２４から受けつけたパケット信号、つまりアダプティブアレイ信号処理がなされたパケット信号を復調する。なお、前述のごとく、変調方式は、π／４シフトＱＰＳＫあるいはＢＰＳＫであるので、復調部２６は、それに応じた処理を実行する。復調結果は、判定部２８に出力される。判定部２８は、復調部２６から入力したパケット信号に対して誤りを検出する。より詳細に説明すると、判定部２８は、パケット信号に含まれたユニークワードに対して誤りを検出する。また、判定部２８は、パケット信号に含まれたデータに対してもＣＲＣを使用しながら誤りを検出する。判定部２８は、検出の結果を制御部２０に出力する。

変調部３２は、送信すべきパケット信号を変調する。送信用アダプティブアレイ処理部３０は、変調部３２から受けつけたパケット信号に対してアダプティブアレイ信号処理を実行する。なお、アダプティブアレイ信号処理に使用すべき信号の数は、制御部２０によって指示される。再び図３を参照しながら説明すると、送信の際、送信用アダプティブアレイ処理部３０は、第１アンテナ１０ａから第４アンテナ１０ｄを選択するように指示される。その結果、送信用アダプティブアレイ処理部３０は、第１ＲＦ部１２ａから第４ＲＦ部１２ｄへ出力すべきパケット信号をアダプティブアレイ信号処理によって生成する。

つまり、送信用アダプティブアレイ処理部３０は、パケット信号を送信する際、ユニークワード区間において使用を決定したアンテナ１０を選択する。図１に戻る。送信用アダプティブアレイ処理部３０は、第１ＲＦ部１２ａから第４ＲＦ部１２ｄのそれぞれに対応したパケット信号を切替部１４に出力する。最終的に、第１ＲＦ部１２ａから第４ＲＦ部１２ｄは、第１アンテナ１０ａから第４アンテナ１０ｄを介してパケット信号を送信する。

制御部２０は、基地局装置１００の動作を制御する。制御部２０は、送信タイミングおよび受信タイミングを制御し、これに応じて各構成要素に動作を指示する。特に、制御部２０は、受信タイミングのうち、ユニークワード区間とデータ区間とを管理し、管理内容に応じた前述の指示を受信用アダプティブアレイ処理部２４に出力する。さらに、制御部２０は、判定部２８から判定結果を受けつけ、判定結果の内容に応じて、チャネル切替やハンドオーバの実行を決定する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた通信機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

以上の構成による基地局装置１００の動作を説明する。図４は、基地局装置１００による受信処理を示すフローチャートである。受信処理のタイミングであり（Ｓ１０のＹ）、ＵＷ区間であれば（Ｓ１２のＹ）、制御部２０は、第１アンテナ１０ａから第４アンテナ１０ｄを選択する（Ｓ１４）。また、制御部２０は、選択した結果を受信用アダプティブアレイ処理部２４に通知する。一方、ＵＷ区間でなく（Ｓ１２のＮ）、つまりデータ区間であれば、制御部２０は、第１アンテナ１０ａから第８アンテナ１０ｈを選択する（Ｓ１６）。また、制御部２０は、選択した結果を受信用アダプティブアレイ処理部２４に通知する。なお、受信処理のタイミングでなければ（Ｓ１０のＮ）、つまり送信処理のタイミングであれば、制御部２０は、第１アンテナ１０ａから第４アンテナ１０ｄを選択する（Ｓ１８）。また、制御部２０は、選択した結果を送信用アダプティブアレイ処理部３０に通知する。

本発明の実施例によれば、データ区間において使用すべきアンテナ数よりも、ユニークワード区間において使用すべきアンテナ数を少なくするので、パケット信号を入力していない状態にパケット信号を検出する可能性を低減できる。また、パケット信号を入力していない状態にパケット信号を検出する可能性が低減されるので、パケット信号の復調結果の誤判定を抑制できる。また、パケット信号の復調結果の誤判定が抑制されるので、音声品質の悪化、スループットの低下、無線異常切断等の問題を回避できる。また、音声品質の悪化、スループットの低下、無線異常切断等の問題が回避されるので、通信の品質を維持できる。また、データ区間において使用すべきアンテナ数は、ユニークワード区間において使用すべきアンテナ数に合わせて少なくしないので、データ区間における受信特性を改善できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施例において、変調方式はπ／４シフトＱＰＳＫあるいはＢＰＳＫとしている。しかしながらこれに限らず例えば、これらよりも変調多値数の多い変調方式が使用されてもよい。一例が、１６ＱＡＭである。その際、制御部２０は、受信用アダプティブアレイ処理部２４に対して、第１アンテナ１０ａから第８アンテナ１０ｈを選択するように指示してもよい。その結果、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、第１ＲＦ部１２ａから第８ＲＦ部１２ｈによって受信したパケット信号をアダプティブアレイ信号処理に使用する。つまり、受信用アダプティブアレイ処理部２４は、所定数以下の変調多値数でなければ、データ区間と同一のアンテナ１０を使用してもよい。また、ユニークワードの区間が長い場合に対しても、同様の処理が実行されてもよい。本変形例によれば、ユニークワードの区間長および変調方式に応じた処理を実行できる。

本実施例において、受信処理部１６は、アダプティブアレイ信号処理を実行する。しかしながらこれに限らず例えば、受信処理部１６は、最大比合成処理を実行してもよい。本変形例によれば、さまざまな信号処理技術に本発明を適用できる。

１０ アンテナ、 １２ ＲＦ部、 １４ 切替部、 １６ 受信処理部、 １８ 送信処理部、 ２０ 制御部、 ２２ 同期処理部、 ２４ 受信用アダプティブアレイ処理部、 ２６ 復調部、 ２８ 判定部、 ３０ 送信用アダプティブアレイ処理部、 ３２ 変調部、 １００ 基地局装置。

Claims (2)

1. 複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナのうち、少なくともひとつのアンテナの使用を決定する決定部と、
   前記決定部において使用を決定したアンテナを介してパケット信号を受信する受信部と、
   前記受信部において受信したパケット信号を処理する処理部とを備え、
   前記受信部において受信したパケット信号は、所定の変調多値数を使用する第１信号の区間と、第１信号の区間での変調多値数より大きい変調多値数を使用するとともに第１信号の区間よりも長い第２信号の区間とを含み、
   前記処理部は、第２信号の区間に対する受信ウェイトベクトルを生成する場合に、前記複数のアンテナのそれぞれにて受信したパケット信号を使用し、前記第１信号の区間に対する受信ウェイトベクトルを生成する場合に、前記複数のアンテナのそれぞれにて受信したパケット信号のうち、一部のアンテナにて受信したパケット信号を使用することを特徴とする無線装置。
2. パケット信号を送信する送信部をさらに備え、
   前記決定部は、前記送信部からパケット信号を送信する際、第１信号の区間において使用を決定したアンテナを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線装置。

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