JP5195920B2 - 無線通信システムおよび無線装置 - Google Patents

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Description

本発明は無線信号を送受信する無線通信システムおよび無線装置に関する。
近年のディジタルマイクロ波無線通信システムでは、周波数利用効率が良好であることから変調方式に直交振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)方式が採用され、さらに、伝送路の状態に応じて適応的に変調多値数を変化させる技術が用いられる(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載されたディジタルマイクロ波無線通信システムでは、無線信号を受信した無線装置が受信レベルを測定し、その受信レベルに応じて変調多値数の切り替え要否を判定し、切り替えが必要な場合は所要の変調多値数を通信相手の無線装置へ通知し、それぞれの無線装置で変調多値数を切り替えている。
特開2007−221357号公報
上述した特許文献1の無線通信システムでは、測定時点における受信レベルの値から所要の変調多値数を決定する。このため、例えば伝送路の特性が降雨減衰等に起因して急激に劣化している場合、伝送路の状態に適した変調多値数への切り替えに遅れが生じ、充分な回線品質を確保できないことがある。
また、特許文献1に記載の無線通信システムでは、無線信号を送受信している2つの無線装置のうち、一方の無線装置でのみ受信レベルを監視している。このため、該一方の無線装置から通信相手である他方の無線装置へ変調多値数を通知する場合、その伝送路の特性がフェージング等に起因して劣化していると、変調多値数が他方の無線装置へ通知されずに変調方式を切り替えることができず、良好な回線品質を確保できないことがある。
本発明は上記したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、伝送路の特性が急激に劣化している場合でも良好な回線品質を確保できる無線通信システム及び無線装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の無線通信システムは、第1の無線装置と、前記第1の無線装置の通信相手である第2の無線装置とを有し、前記第1の無線装置は、伝送路の特性を示す状態を測定し、前記状態の値が第1の閾値以上である場合に、変調方式の切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階増加させた変調方式に決定し、前記状態の値が第1の閾値より小さい閾値である第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が予め設定された基準値以下のとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階低下させた変調方式に決定し、前記状態の値が前記第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が前記基準値よりも大きいとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を2段階以上低下させた変調方式に決定し、復調方式を前記切り替え後の変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、前記切り替え後の変調方式を示す情報を前記第2の無線装置へ送信し、前記第2の無線装置は、前記第1の無線装置から受信した前記切り替え後の変調方式を示す情報にしたがって、変調方式を前記切り替え後の変調方式へ切り替える。
また、本発明の無線装置は、伝送路の特性を示す状態を測定する状態測定部と、前記状態測定部で測定した前記状態の値が第1の閾値以上である場合に、変調方式の切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階増加させた変調方式に決定し、前記状態の値が第1の閾値より小さい閾値である第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が予め設定された基準値以下のとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階低下させた変調方式に決定し、前記状態の値が前記第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が前記基準値よりも大きいとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を2段階以上低下させた変調方式に決定し、復調方式を前記切り替え後の変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、通信相手の無線装置へ送信するフレームに前記切り替え後の変調方式を示す情報を付加する変調方式決定部と、前記通信相手の無線装置から受信したフレームから前記切り替え後の変調方式を示す情報を抽出し、抽出した前記情報にしたがって変調方式を前記切り替え後の変調方式へ切り替える変調方式制御部とを有する。
また、本発明の適応変調方法では、伝送路の特性を示す状態を測定し、前記状態の値が第1の閾値以上である場合に、変調方式の切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階増加させた変調方式に決定し、前記状態の値が第1の閾値より小さい閾値である第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が予め設定された基準値以下のとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階低下させた変調方式に決定し、前記状態の値が前記第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が前記基準値よりも大きいとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を2段階以上低下させた変調方式に決定し、復調方式を前記切り替え後の変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、前記切り替え後の変調方式を示す情報を通信相手の無線装置へ送信し、前記通信相手の無線装置から前記切り替え後の変調方式を示す情報を受信すると、変調方式を前記切り替え後の変調方式へ切り替える。
本発明では、伝送路の特性が急激に劣化している場合でも良好な回線品質を確保できる。また、変調方式の切り替え判定に用いる受信レベルを下げても(すなわち、所要の受信レベルからのマージン量を減らしても)良好な回線品質を確保できるため、変調方式が同じであっても切り替え判定に用いる受信レベルを下げられ、回線品質を確保しつつ伝搬距離を延ばすことできる。
本発明の実施形態に係る無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。 図1に示した変調方式決定部において行われる変調方式の決定手順を示すフローチャートである。 受信レベルに応じて変調方式が切り替わる様子の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る無線通信システムの他の構成例を示すブロック図である。
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1は本発明の実施形態に係る無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。
本実施形態の無線通信システムは、フレーム形式でデータを送受信する無線装置1,2を備えた構成である。
図1に示すように、無線装置1は、符号化部11、変調部12、送信部13、変調方式制御部14、受信部21、復調部22、復号化部23、受信レベル測定部24および変調方式決定部25を備えている。
また、無線装置2は、符号化部111、変調部112、送信部113、変調方式制御部114、受信部121、復調部122、復号化部123、受信レベル測定部124および変調方式決定部125を備えている。
図1に示す無線装置1及び無線装置2は同様の構成である。したがって、以下では、無線装置1を例にして、無線装置1,2が備える各構成要素について説明する。
符号化部11は、送信するデータを符号化する。
変調部12は、符号化部11で符号化されたデータを、変調方式制御部14が指定する変調方式で変調して、変調された無線信号を出力する。
送信部13は、変調部12で変調された無線信号をアンテナ3経由で送信する。
受信部21は、無線装置2の送信部113から送信された無線信号をアンテナ3経由で受信する。
復調部22は、変調方式決定部25で決定した変調方式にしたがって、受信部21で受信した無線信号を、該変調方式に対応する復調方式で復調し、復調された信号を出力する。
復号化部23は、復調部22で復調された信号を復号する。
受信レベル測定部24は、復調部22で復調された信号に基づいて、受信した信号の受信レベルを測定する。
変調方式決定部25は、受信レベル測定部24で測定された受信レベルに基づいて変調方式の切り替え要否を判断し、変調方式の切り替えが必要な場合は受信レベル及びその変化量の値に応じて最適な変調方式を決定する。変調方式決定部25は、変調方式を決定すると、復調部22で用いる復調方式を、該決定した変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、無線装置2へ送信するフレームに対して切り替え後の変調方式を示す情報及びその切り替えタイミングを示す情報を付加する。
変調方式制御部14は、無線装置2から無線信号を受信すると、受信したフレームから変調方式を示す情報及びその切り替えタイミングを示す情報をそれぞれ抽出し、該抽出した情報にしたがって変調部12で用いる変調方式を切り替える。
無線装置2が備える符号化部111、変調部112、送信部113、変調方式制御部114、受信部121、復調部122、復号化部123、受信レベル測定部124および変調方式決定部125、ならびに、アンテナ4も、上記と同様の機能を備えているため、ここではその説明を省略する。
図1に示す無線装置1,2は、周知の電力増幅器、LNA(Low Noise Amplifier)、各種の論理回路、D/A(Digital to Analog)コンバータ、A/D(Analog to Digital)コンバータ、プログラムにしたがって動作するCPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等を使用して実現される。
以下、無線装置1から無線装置2へデータを送信する場合を例にして、本実施形態の無線通信システムの動作について説明する。
無線装置2は、無線装置1から送信された無線信号を受信部121で受信すると、受信した無線信号を復調部122で復調する。
受信レベル測定部124は、復調部122から出力された信号を用いて受信した無線信号の受信レベルを測定し、変調方式決定部125に出力する。
変調方式決定部125は、受信レベル測定部124から受け取った受信レベルの値に基づいて変調方式の切り替え要否を判定すると共に受信レベルの変化量を算出する。変調方式の切り替えが必要な場合、変調方式決定部125は、受信レベル及びその変化量の値に応じて切り替え後の変調方式を決定する。変調方式決定部125は、変調方式を決定すると、所定のタイミング(すなわち、以下に述べる切り替えタイミング)で、復調部122の復調方式を決定した変調方式に対応する復調方式へ切り替える。また、変調方式決定部125は、決定した変調方式を通信相手である無線装置1へ通知するため、無線装置2から送信するフレームのヘッダ部に対して、切り替え後の変調方式を示す情報及び送信側と受信側で変調方式および復調方式の切り替えを同期させるための切り替えタイミングを示す情報を付加し、これらの情報が付加されたフレームを無線装置1に送信する。
無線装置1では、変調方式制御部14が、無線装置2から送信されたフレームのヘッダ部に付加された変調方式を示す情報及び切り替えタイミングを示す情報をそれぞれ抽出し、該抽出した情報にしたがって指定されたタイミングで、変調部12の変調方式を指定された方式へ切り替える。
同様に、無線装置1では、変調方式決定部25が、受信レベル及びその変化量に基づいて変調方式を決定し、復調部22の復調方式を、決定した変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、無線装置2へ送信するフレームに対して変調方式を示す情報及び切り替えタイミングを示す情報を付加して送信する。この場合、無線装置2は、無線装置1から受信したフレームから変調方式を示す情報及び切り替えタイミングを示す情報を抽出し、該抽出した情報にしたがって変調部12の変調方式を指定されたタイミングで指定された変調方式に切り替える。
本実施形態の無線通信システムが備える無線装置1,2は、受信レベルをそれぞれ測定し、受信レベル及びその変化量に応じて、無線装置1から無線装置2への送信に用いる変調方式、及び無線装置2から無線装置1への送信に用いる変調方式をそれぞれ独立に切り替える。すなわち、本実施形態の無線装置1,2は、送信と受信とで異なる変調方式を用いることが可能な構成である。
次に、図1に示した変調方式決定部において行われる変調方式の決定方法について図2および図3を用いて説明する。
図2は図1に示した変調方式決定部において行われる変調方式の決定手順を示すフローチャートである。また、図3は受信レベルに応じて変調方式が切り替わる様子の一例を示す模式図である。
なお、以下では無線装置2が備える変調方式決定部125を例にして変調方式の決定方法を説明するが、無線装置1が備える変調方式決定部25も同様の手順で変調方式を決定する。
また、以下では受信レベル及びその変化量に応じてQAM方式の変調多値数を切り替える例で説明するが、変調方式にはBPSK(Binary Phase Shift Keying)方式やQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)方式も併用してよい。通常、所定の回線品質を確保するのに必要な各変調方式の受信レベルは、低い方からBPSK、QPSK、QAMの順であり、QAM方式では変調多値数が少ないほど所要の受信レベルが低くて済む。
まず、変調方式決定部125は、受信レベル測定部124から測定した受信レベルの値Prを受け取ると(ステップS1)、該受信レベルの値Prと現在の変調方式Mで必要な受信レベルの値Prmとを比較し、PrとPrmの差αtを算出する(ステップS2)。
次に、変調方式決定部125は、現在の変調方式Mで必要な受信レベルに対するマージン判定を行う(ステップS3)。マージン判定には、上記αt、並びに変調方式毎に予め設定された値γおよびβを用いる。
ここで、γは、受信レベルが充分に高いために変調多値数を増やすことができるか否かの判定に用いる指標値であり、下記の値を用いる。
γ=Prm+1−Prm+δ … (δ:マージン量)
Prm+1は、変調多値数を1段階増やした場合(例えば、現在の変調方式が64QAMの場合は128QAM)に必要な受信レベルを示している。
βは、受信レベルが低いために、変調多値数を低下させるべきか否かの判定に用いる指標値である。
すなわち、変調方式決定部125は、PrとPrmの差αtがβより高いか否かを判定するとともに、PrとPrmの差αtがPrm+1−Prm+δ(つまり、γ)より低いか否かを判定する(図3のF)。
ここで、PrとPrmの差αtがγ以上の場合(ステップS4)、現在の変調方式よりも変調多値数を1段階増加させても(例えば、現在の変調方式が64QAMの場合は128QAM)良好な回線品質を確保できる。このため、変調方式決定部125は変調多値数を1段階大きな値に変更する。
但し、変調方式決定部125は、所定の処理サイクル毎にN回連続してPrとPrmの差αtがγ以上であるときに変調多値数を増加させる(図3のB)。なお、Nは予め設定した正の整数とする。このような処理を実行することで、回線の状態が不安定な場合に、変調多値数の切り替え処理と変調多値数を切り替えられた値から元の値に戻す処理とを繰り返すことが防止される。変調方式決定部125は、PrとPrmの差αtがγ以上の場合がN回連続しない場合は、現在の変調方式を維持する(図3のA)。
変調方式決定部125は、変調多値数の切り替えが完了すると、切り替え後の変調多値数に対応したγの値を用いて上記と同様の処理を繰り返す。このとき、マージン量δも切り替え後の変調多値数に対して最適な値を用いることで、回線の状態が不安定であるために変調多値数の切り替え処理と変調多値数を切り替えられた値から元の値に戻す処理とを繰り返すのを防止する。
PrとPrmの差αtがβとγの間の値にある場合(ステップS3)、現在の変調方式は現在の回線状態に最適であるため、変調方式決定部125は現在の変調方式をそのまま維持する(図3のC)。
PrとPrmの差αtがβ以下の場合(ステップS3)、伝送路の特性が劣化しているため現在の変調方式では良好な回線品質を確保できない。そのため、変調方式決定部125は変調多値数を低下させる。
βの値は任意の値に設定可能である。βの値を適切に設定することで、変調方式を適切なタイミングで切り替えることが可能であり、また変調多値数を最適な値に切り替えることができる。
さらに、変調方式決定部125は、伝送路の特性が急激に劣化しているのか、徐々に劣化しているのかを判断するため、現在の時刻tにおけるPrとPrmの差αtと、過去の時刻t−xにおけるPrとPrmの差αt−xとの差(変化量)を算出する(ステップS5)。
本実施形態では、この変化量が予め設定された基準値k以下であるか否かに応じて変調方式の切替方法を変更する。
この基準値kも任意の値に設定可能である。kの値を適切に設定することで、変調方式を適切なタイミングで切り替えることが可能であり、また変調多値数を最適な値に切り替えることができる。
変化量がk以下の場合、回線品質が徐々に悪化していると判断できるため、変調方式決定部125は、現在の変調方式よりも変調多値数を1段階低下させた変調方式(例えば、現在の変調方式が128QAMの場合は64QAM)に変更する(図3のD)。
一方、変化量がkよりも大きい場合、回線品質が急激に悪化していると判断できるため、変調方式決定部125は、現在の変調方式よりも変調多値数を2段階低下させた変調方式(例えば、現在の変調方式が128QAMの場合は32QAM)へ変更する(図3のE)。
変調多値数を1段階ではなく、2段階低下させる理由について以下に説明する。
上述したように、変調方式決定部125が変調方式の切り替えを決定すると、該変調方式決定部125を備える無線装置2は、通信相手である無線装置1へ決定した変調方式を通知する必要がある。無線装置2は、送信するフレームに変調方式を示す情報と切り替えタイミングを示す情報とを付加して送信する。無線装置1は、受信したフレームからこれらの情報を抽出し、該情報にしたがって変調部12の変調方式を指定された方式へ切り替える。そのため、受信レベルを測定してから無線装置1,2で変調方式や復調方式が切り替わるまでに遅れが生じる。
よって、伝送路の特性が急激に劣化している場合、変調多値数を1段階低下させても、切り替え後の受信レベルが該変調方式で必要な受信レベルよりもさらに低くなることがあり、所定の回線品質が得られない可能性がある。
したがって、本実施形態の無線通信システムでは、上記変化量がkより大きい場合、伝送路の特性が急激に劣化していると判断して、変調多値数を2段階低下させる。このように変調多値数を2段階低下させると、伝送容量は低下するが、良好な回線品質を確保できる。なお、変調多値数を低下させる段階数は2段階に限定されるものでなく、3段階以上であっても良い。
本実施形態では、受信レベル及びその変化量に応じて変調方式を切り替えることで、伝送路の特性が急激に劣化しても良好な回線品質を確保できる。
受信レベルの変化量を用いて変調方式を切り替えない場合、伝送路の特性が急激に劣化しているときでも良好な回線品質を確保するには、変調方式を早めに切り替える必要がある。このため、所要の受信レベルから十分なマージン量を備えた受信レベルを検出した時点で変調方式を切り替える必要がある。
それに対して本実施形態では、変調方式の切り替え判定に用いる受信レベルを下げても(すなわち、所要の受信レベルからのマージン量を減らしても)良好な回線品質を確保できる。したがって、変調方式が同じであっても切り替え判定に用いる受信レベルを下げることができるため、回線品質を確保しつつ伝搬距離を延ばすことできる。
なお、上記説明では、受信レベルを監視することで伝送路特性の状態を把握する例を示した。しかし、伝送路の特性を示す状態は受信レベルに限られるものではない。例えば、誤り訂正手段を持つ無線通信システムでは、図4に示すように、伝送路の特性を示す状態を測定する状態測定部の一形態である上記受信レベル測定部24、124に代えて、無線信号の所定時間当たりのシンドロームエラー数を検出するエラー検出測定部26、126を備える。そして、該測定したシンドロームエラー数及びその変化量を用いて上記と同様に変調方式を切り替えるようにする。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更を加えることができる。
例えば、無線装置を構成する各部の処理を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませて実行させ、上述した処理を行ってもよい。
この出願は、2008年12月17日に出願された日本出願特願2008−320862号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
本発明は無線信号を送受信する無線通信システムおよび無線装置に適用することができる。本発明によれば、伝送路の特性が急激に劣化している場合でも良好な回線品質を確保できる。また、変調方式の切り替え判定に用いる受信レベルを下げても(すなわち、所要の受信レベルからのマージン量を減らしても)良好な回線品質を確保できるため、変調方式が同じであっても切り替え判定に用いる受信レベルを下げられ、回線品質を確保しつつ伝搬距離を延ばすことできる。
1、2 無線装置
11、111 符号化部
12、112 変調部
13、113 送信部
14、114 変調方式制御部
21、121 受信部
22、122 復調部
23、123 復号化部
24、124 受信レベル測定部
25、125 変調方式決定部
26、126 エラー検出測定部

Claims (10)

  1. 第1の無線装置と、前記第1の無線装置の通信相手である第2の無線装置とを有し、
    前記第1の無線装置は、伝送路の特性を示す状態を測定し、前記状態の値が第1の閾値以上である場合に、変調方式の切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階増加させた変調方式に決定し、前記状態の値が第1の閾値より小さい閾値である第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が予め設定された基準値以下のとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階低下させた変調方式に決定し、前記状態の値が前記第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が前記基準値よりも大きいとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を2段階以上低下させた変調方式に決定し、復調方式を前記切り替え後の変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、前記切り替え後の変調方式を示す情報を前記第2の無線装置へ送信し、
    前記第2の無線装置は、前記第1の無線装置から受信した前記切り替え後の変調方式を示す情報にしたがって、変調方式を前記切り替え後の変調方式へ切り替える無線通信システム。
  2. 前記第1の無線装置は、前記切り替え後の変調方式を示す情報とともに切り替えタイミングを示す情報を前記第2の無線装置へ送信し、
    前記第2の無線装置は、前記第1の無線装置から受信した前記切り替えタイミングを示す情報にしたがって、前記切り替えタイミングで前記変調方式を切り替える請求項1に記載の無線通信システム。
  3. 前記第1の無線装置から前記第2の無線装置への送信に用いる変調方式と、前記第2の無線装置から前記第1の無線装置への送信に用いる変調方式とを独立に切り替える請求項1または2に記載の無線通信システム。
  4. 伝送路の特性を示す状態を測定する状態測定部と、
    前記状態測定部で測定した前記状態の値が第1の閾値以上である場合に、変調方式の切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階増加させた変調方式に決定し、前記状態の値が第1の閾値より小さい閾値である第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が予め設定された基準値以下のとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階低下させた変調方式に決定し、前記状態の値が前記第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が前記基準値よりも大きいとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を2段階以上低下させた変調方式に決定し、復調方式を前記切り替え後の変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、通信相手の無線装置へ送信するフレームに前記切り替え後の変調方式を示す情報を付加する変調方式決定部と、
    前記通信相手の無線装置から受信したフレームから前記切り替え後の変調方式を示す情報を抽出し、抽出した前記情報にしたがって変調方式を前記切り替え後の変調方式へ切り替える変調方式制御部と
    を有する無線装置。
  5. 前記変調方式決定部は、前記通信相手の無線装置へ送信する前記フレームに対して、前記切り替え後の変調方式を示す情報とともに切り替えタイミングを示す情報を付加し、
    前記変調方式制御部は、前記通信相手の無線装置から受信した切り替えタイミングを示す情報にしたがって、前記切り替えタイミングで前記変調方式を切り替える請求項4に記載の無線装置。
  6. 前記切り替えタイミングは、前記無線装置と前記通信相手の無線装置との間で前記復調方式および前記変調方式の切り替えを同期させるためのタイミングである請求項5に記載の無線装置。
  7. 前記伝送路の特性を示す状態は、無線信号の受信レベルである請求項5または6に記載の無線装置。
  8. 前記伝送路の特性を示す状態は、無線信号の所定時間当たりのシンドロームエラー数である請求項5または6に記載の無線装置。
  9. 伝送路の特性を示す状態を測定し、
    前記状態の値が第1の閾値以上である場合に、変調方式の切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階増加させた変調方式に決定し、前記状態の値が第1の閾値より小さい閾値である第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が予め設定された基準値以下のとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を1段階低下させた変調方式に決定し、前記状態の値が前記第2の閾値以下である場合において、前記状態の変化量の値が前記基準値よりも大きいとき、前記切り替え後の変調方式を、変調多値数を2段階以上低下させた変調方式に決定し、復調方式を前記切り替え後の変調方式に対応する復調方式へ切り替えると共に、前記切り替え後の変調方式を示す情報を通信相手の無線装置へ送信し、
    前記通信相手の無線装置から前記切り替え後の変調方式を示す情報を受信すると、変調方式を前記切り替え後の変調方式へ切り替える適応変調方法。
  10. 前記切り替え後の変調方式を示す情報とともに切り替えタイミングを示す情報を前記通信相手の無線装置へ送信し、
    前記通信相手の無線装置から前記切り替えタイミングを示す情報を受信すると、前記切り替えタイミングで前記変調方式を切り替える請求項9に記載の適応変調方法。
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