JP5355160B2 - 通信装置およびその制御方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、同報送信によりデータを伝送する技術に関するものである。

送信局から複数の受信局にデータを伝送する場合、複数の受信局に対し１つのパケットで一度にデータを送信する同報通信が効率的であることが知られている。同報通信を行なう場合、各受信局から送信局に対しデータの受信状態を通知するための応答信号が送信される場合がある。なお、応答信号には、正常に受信した場合に送信される肯定応答（Ａｃｋ）信号および受信できなかった場合に送信されるの否定応答（Ｎａｃｋ）信号がある。ただし、同報通信において応答信号を使用する場合、応答信号の利用方法によっては通信が非効率になる可能性がある。

そこで、例えば特許文献１では、受信局において、他の受信局から否定応答信号を検出した場合に受信応答をやめ、肯定応答信号の送信を代表受信局だけが行うことにより受信応答の効率化を行なう技術が開示されている。

特表２００７−５０２５６４号公報

しかしながら、上述の従来技術においては、あるデータに対する否定応答信号を中継局や送信局が受信し損ねた場合、送信局が当該データを再送することができないという問題が生じる。さらに、代表局のみが肯定応答信号を送信する構成では、代表局は他の端末の肯定応答信号を検出する必要があり、受信応答の冗長度は大きく効率が悪いという問題がある。さらに、ＦＤＭＡのように周波数分割された通信においては周波数帯域が狭くなるため特定のマルチパスフェージングに弱くなるという問題があった。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、同報送信によるデータ転送をより効率的に実現可能とする技術を提供することを目的とする。

上述の問題点を解決するため、本発明の通信装置は以下の構成を備える。すなわち、通信装置において、送信装置から複数の通信装置に対して同報送信されたデータを受信する受信手段と、前記受信手段により受信した前記データに対する応答信号を、互いに直交する複数の搬送波のうち、他の通信装置とは異なる搬送波を用いて送信する送信手段と、前記受信手段により受信した前記データを復調した際の情報に基づいて、前記送信手段による前記応答信号の変調を調整する調整手段と、を備える。又は、通信装置において、送信装置から複数の通信装置に対して同報送信されたデータを受信する受信手段と、前記受信手段により受信した前記データに対する応答信号を、互いに直交する複数の搬送波のうち、他の通信装置とは異なる搬送波を用いて送信する送信手段と、前記応答信号の受信電力レベルが前記送信装置において所定の値になるように、前記送信手段による前記応答信号の送信電力レベルを調整する調整手段と、を備える。

本発明によれば、同報送信によるデータ転送をより効率的に実現可能とする技術を提供することができる。

第１実施形態に係る無線通信システムを構成する無線局の配置の概略を示す図である。 第１実施形態における無線局の備える送信機及び受信機の構成の一例を示す図である。 各無線局からの応答信号の周波数の関係を模式的に示す図である。 第２実施形態における無線局の備える送信機及び受信機の構成の一例を示す図である。 第３実施形態における復調部３１２の内部構成を示す図である。 図５に示される復調部３１２を使用した際の合成器からの出力を例示的に示す図である。 第４実施形態における復調部３１２の内部構成を示す図である。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。なお、以下の実施の形態はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

（第１実施形態）
本発明に係る無線通信システムの第１実施形態として、複数の副搬送波を用いる直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）技術を利用する無線通信システムを例に挙げて以下に説明する。なお、説明を簡単にするために、以下では無線局１０１がデータを送信し、無線局１０２〜１０６がデータを受信する形態について説明するが、無線局の各々が、データの送信および受信の双方が行なえるよう構成してもよい。

図１は、第１実施形態に係る無線通信システムを構成する無線局の配置の概略を示す図である。

１０１はＯＦＤＭ技術を利用してデータを同報送信する無線局（送信局）であり、１０２〜１０６は無線局１０１から同報送信されたデータを受信する無線局（受信局）である。また、受信局である無線局１０２〜１０６の各々は、無線局１０１から送信されたデータ受信状況に基づいて肯定応答（Ａｃｋ）信号を送信するよう構成されている。なお、無線局１０２〜１０６の各々は、他の無線局から送信された肯定応答（Ａｃｋ）信号を受信することも可能なように構成されている。

＜無線局の内部構成＞
図２は、無線局の備える送信機及び受信機の構成の一例を示す図である。なお、以下では受信局である無線局１０２〜１０６の備える送信機及び受信機の構成として説明するが、無線局１０１も同様の構成とすることが出来る。

以下では、無線局１０２〜１０６の各々が、受信機３ａにおいて無線局１０１から同報送信されたＯＦＤＭ信号を受信し、送信機３ｂにおいて肯定応答（Ａｃｋ）信号を送信するまでの信号の流れに沿って各機能部の説明を行なう。

３ａは無線局の受信機を示している。３０１は受信アンテナであり、到来する電波を電気信号として受信機内部に取り込む。受信アンテナ３０１により入力された電気信号は、所定のＲＦ帯域のみ抽出するためのＲＦバンドパスフィルタ３０２を介して、電気信号を増幅するためのローノイズアンプ３０３に入力される。その後、ダウンコンバータ３０４によりＲＦ帯域からＩＦ帯域に周波数変換される。なお、３０５は、ダウンコンバータ３０４で利用される第１のローカル周波数発生器である。

さらに、ＩＦ帯域にダウンコンバートされた信号はＩＦバンドパスフィルタ３０６を介して、自動利得制御を行う可変ゲインアンプ３０７に入力される。なお、可変ゲインアンプ３０７における自動利得制御については後述する。

その後、復調器ＩＣ３０８により、同相位相（Ｉ）成分および直交位相（Ｑ）成分のベースバンド信号に分離される。なお、３０９は、復調器ＩＣ３０８で利用される第２のローカル周波数発生器である。そして、Ｉ成分信号およびＱ成分信号はそれぞれ、ベースバンドローパスフィルタ３１０およびＡＤ変換器３１１を介して、ディジタルＩＣとして構成される復調信号処理部３１２に入力される。

復調信号処理部３１２内のＯＦＤＭ復調部３１２０は、入力されたＩ成分信号およびＱ成分信号に基づいてデータを復調する。なお、周波数同期部３１２１は、信号を受信すると当該信号にローカル周波数を同期させるか、もしくは補正演算を行うことにより周波数同期を行う機能部である。また、クロック同期部３１２２も同様に、受信信号に基準クロック（不図示）を同期させるか、もしくは補正演算を行うことによりクロック同期を行う機能部である。復調信号処理部３１２には、可変ゲインアンプ３０７のゲインを制御するためのゲイン制御部３１２３、および、復調信号処理部３１２における同期の状態を示す同期情報（周波数同期情報、クロック同期情報）を保持する同期情報保持部３１２４も含まれる。

通常パケット通信を行うＯＦＤＭ無線局においては、受信局が、送信局から送信されたＯＦＤＭ信号に含まれるプリアンブル及びパイロットを利用して周波数同期およびクロック同期を行う。例えば、第１実施形態においては、受信局である無線局１０２〜１０６は、無線局１０１から同報送信されたＯＦＤＭ信号に含まれるプリアンブルおよびパイロットに基づいて周波数およびクロックを同期させ、当該ＯＦＤＭ信号に含まれるデータを復調する。

なお、図２においては、周波数同期部３１２１は復調信号処理部３１２内で調整するように描かれている。しかし、ローカル周波数発生器３０５や３０９の周波数を調整することにより周波数同期を行なってもよい。またクロック同期部３１２２も復調信号処理部３１２内で調整しているように書かれているが、不図示のクロック発生器を調整してクロック同期をとってもよい。

３ｂは無線局の送信機を示している。変調信号生成部３１３内の周波数調整部３１３２およびクロック調整部３１３３は、同期情報保持部３１２４に保持された同期情報に基づいて、受信機３ａで受信したＯＦＤＭ信号と周波数同期およびクロック同期するための機能部である。受信応答生成部３１３１は、周波数調整部３１３２およびクロック調整部３１３３により調整された周波数およびクロックで応答信号（Ａｃｋ）を生成する。

また、変調信号生成部３１３内には、ＯＦＤＭ信号でデータを送信するためのＯＦＤＭ変調部３１３０が併せて含ま得る。この場合、変調信号生成部３１３は、自身が受信局である場合に送信する応答信号と、自身が送信局である際に送信するＯＦＤＭ送信信号との双方を出力することが可能となる。つまり、この構成の場合、当該無線局は、同報通信の送信局、同報通信の中継局、受信局の全ての役割を実行することが出来る。

なお、図２において周波数調整部３１３２は変調信号生成部３１３内で調整しているように書かれているが、ローカル周波数発生器３０５ｂや３０９ｂの周波数を調整してもよい。また、ローカル周波数発生器３０５ｂや３０９ｂはそれぞれローカル周波数発生器３０５、３０９と共通でもよい。またクロック調整部３１３３も変調信号生成部３１３内で調整しているように書かれているが、不図示のクロック発生器を調整してもよい。

受信応答生成部３１３１またはＯＦＤＭ変調部３１３０からＩ成分信号およびＱ成分信号にとして出力された信号は、ＤＡ変換器３１４を介して変調器ＩＣ３１６に入力される。変調器ＩＣ３１６によりＩＦ帯の変調信号に変換された応答信号は、さらにアップコンバータ３１９によりＲＦ帯に周波数変換され、送信アンテナ３２２を介して出力される。

＜各無線局における応答信号の送信＞
以下では、送信局から受信局へのデータの同報送信の概略手順について説明する。

まず、送信局である無線局１０１は、ＯＦＤＭ技術を用いてデータを同報送信する。受信局である無線局１０２〜１０６は、それぞれ独立して無線局１０１からの受信信号を受信する。そして、無線局１０２〜１０６に各々は、各々のＯＦＤＭ復調部３１２０において正常にデータを復調できた場合に応答信号（Ａｃｋ）を生成し送信する。

ここで、無線局１０２〜１０６は、例えば、周波数調整部３１３２に予め記憶された周波数で応答信号（Ａｃｋ）を送信する。なお、個々の無線局に割り振られ周波数調整部３１３２に記憶されている周波数は、他の受信局と互いに異なりＯＦＤＭ信号の副搬送波の何れかの副搬送波に対応する周波数が設定されている。また、無線局１０１からのＯＦＤＭ信号の受信タイミングに基づいて、無線局１０２〜１０６の各々は、応答信号を同じタイミングで送信するよう構成されている。

このように、構成することにより、同報送信されたデータに対する各受信局からの応答を、非常に短い時間で行なうことが可能となる。特にＰＡＮのように通信する局数が限定される場合の同報通信において、効率的な受信応答が実現でき、通信の効率化が図られる。

＜各無線局における応答信号の受信＞
ところで、各無線局が、他の無線局（受信局）からの応答信号を受信機３ａで受信する場合、アンテナ３０１で受信される各無線局の応答信号の受信レベルが異なる。そのため、各無線局（受信局）からの応答信号を同時に受信した場合、全電力に占める各局の受信電力の割合が無線局毎に異なることになる。

図３は、無線局１０１の送信信号および無線局１０１〜１０６における応答信号の周波数の関係を模式的に示す図である。図３において、横軸は周波数、縦軸は電波の受信強度を示している。受信応答をする各無線局１０２〜１０６が同じ送信電力で応答信号を送信する場合、図３に示すように各無線局における応答信号の受信レベルは無線局間の距離やマルチパスの状況などに応じて異なる。

たとえば図１において、無線局１０１と無線局１０２との間の距離が１ｍ、無線局１０１と無線局１０４との間の距離が５ｍであるとする。受信レベルが距離の２乗に反比例して減少する場合、無線局１０１における無線局１０２の受信レベルは無線局１０４の受信レベルの２５倍になる。

この場合、送信局である無線局１０１のゲイン制御部３１２３は、一般的には、受信レベルの大きい無線局１０２や１０６の影響を大きくうけ、可変ゲインアンプ３０７の受信ゲインの調整（受信ゲイン調整）を行うことになる。その結果、無線局１０１の受信機３ａ（応答受信手段）で受信する、無線局１０４からの応答信号の受信レベルが非常に小さくなる。ただし、送信局である無線局１０１のＡＤ変換器３１１においては無線機１０４の応答信号も復調する必要がある。そこで、無線局１０１のゲイン制御部３１２３は、全受信信号レベルをＡＤ変換器３１１の最大値に自動利得調整したときに、最も受信レベルが小さい（最小の）無線局１０４の信号が判別できるように分解能を設定するよう構成するとよい。

以上説明したように、第１実施形態に係る無線通信システムによれば、送信局である通信装置は、複数の副搬送波を用いてデータを同報送信し、複数の受信局から送信されるデータの受信状況を示す応答信号を、受信局毎に異なり複数の副搬送波の何れかの副搬送波に対応する周波数の搬送波により受信する。また、受信局である通信装置は、送信局から同報送信されたデータの受信状況を示す応答信号を、他の受信局と互いに異なり複数の副搬送波の何れかの副搬送波に対応する周波数の搬送波を用いて送信する。従って、送信局から同報送信されたデータに対する複数の受信局からの応答を非常に短い時間で行なうことが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、過去に各無線局から送信された応答信号の他の無線局での受信レベルに基づいて、応答信号の送信レベルを制御する形態について説明する。なお、システム全体の構成は第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

＜無線局の内部構成＞
図４は、第２実施形態における無線局の備える送信機及び受信機の構成の一例を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素については同じ参照番号で示している。具体的には、受信機３ａにおいて受信応答強度情報保持部３１２５が追加されている。また、送信機３ｂにおいて送信電力を制御するための送信電力調整部３１３４が追加されている。

受信応答強度情報保持部３１２５は、当該無線局が過去に送信した応答信号の他の無線局での受信レベルの情報を保持している。例えば、無線局１０２〜１０６が同じ送信電力レベルで応答信号を送信し、無線局１０１は無線局１０２〜１０６からの応答信号の受信電力レベルを受信応答強度情報保持部３１２５で保持する。さらに、無線局１０１は、受信電力レベルに関する情報を無線局１０２〜１０６に送信し、無線局１０２〜１０６の各々は自身の受信応答強度情報保持部３１２５に当該情報を保持する。このような構成により、無線局１０２〜１０６から応答信号の受信レベル、または無線局間の減衰量が既知の場合、以下の処理が可能である。

例えば、各無線局からの応答信号の他の無線局での受信レベルが図３に示されるようなものであったとする。その場合、無線局１０１での受信レベルが最も低かった無線局１０４は、最大電力で送信を行うよう制御する。一方、無線局１０２、１０３、１０５、及び１０６は、自身の受信応答強度情報保持部３１２５に保持された情報に基づいて送信電力を下げる。ここで、望ましくは、無線局１０１における、各無線局からの応答信号の受信レベルが同程度になるように、無線局１０２〜１０６は応答信号の送信電力制御（送信レベル調整）を行う。

このように構成することにより、無線局１０１の受信部においては各無線局からの応答信号の受信レベルの差が小さくなり、応答信号の復調が容易となる。そのため、無線局１０１がデータの再送を行う場合に各無線局の正確な受信応答が得られることになる。

同様に、例えば無線局１０２が中継局である場合、無線局１０２における各無線局の受信応答が同じレベルになるように各無線局が受信応答の送信レベルを調整する。これにより無線局１０２が応答信号の中継を行う場合においても、各無線局の正確な受信応答が得られる。

なお、受信応答強度情報保持部３１２５に保持された情報に基づいてマルチパスフェージングなどの影響を推定するよう構成してもよい。例えば、受信レベルは十分大きいにもかかわらず受信品質が劣化した場合にマルチパスフェージングが存在すると推定し、応答信号を送信する周波数を各無線局間で入れ替えるよう構成するとよい。つまり、受信品質を各無線局で調べることでマルチパスフェージングの影響を受けにくい組み合わせが選択可能となる。

以上説明したように、第２実施形態に係る無線通信システムによれば、送信局が受信局からの応答信号をより容易に復調可能となるといった効果が期待できる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、送信局の受信部の構成を変更することにより、各受信局からの応答信号をより容易に復調可能とする形態について説明する。なお、システム全体の構成は第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

＜無線局の受信部の構成＞
図５は、ディジタルＩＣの復調部３１２の内部構成を示す図である。ここでは、ＯＦＤＭ復調部３１２０とＩ成分信号のＡＤ変換器３１１Ｉとの間に無線局１０２〜１０６の受信応答用の狭帯域バンドパスフィルタ５０１２〜５０１６と合成器５０５とが挿入されている。同様に、ＯＦＤＭ復調部３１２０とＱ成分信号のＡＤ変換器３１１Ｑとの間には無線局１０２〜１０６の受信応答用の狭帯域バンドパスフィルタ５０２２〜５０２６と合成器５０６とが挿入されている。

また、狭帯域バンドパスフィルタ５０１２〜５０１６と合成器５０５との間、及び、狭帯域バンドパスフィルタ５０２２〜５０２６と合成器５０６との間には各無線局の受信応答ゲイン調整器が挿入されている。これらの狭帯域バンドパスフィルタ、合成器、及びゲイン調整器は各無線局からの受信応答を受信するときのみ使用される。

図６は、図５に示される復調部３１２を使用した際の合成器からの出力を例示的に示す図である。図６に示されるように、各狭帯域フィルタと合成器を用いることで、各無線局（受信局）からの応答信号の帯域外ノイズを除去可能となる。そのため、受信感度が相対的に上がることになる。

以上説明したように、第３実施形態に係る無線通信システムによれば、送信局が受信局からの応答信号をより容易に復調可能となるといった効果が期待できる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、送信局の受信部の構成を変更することにより、各受信局からの応答信号をより少ない演算量で復調可能とする形態について説明する。なお、システム全体の構成は第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

＜無線局の受信部の構成＞
図７は、ディジタルＩＣの復調部３１２の内部構成を示す図である。ここでは、ＯＦＤＭ復調部３１２０と受信応答復調部７０とが分離した構成となっている。さらに、受信応答復調部７０は、各無線局１０２〜１０６に対応する復調部７０２〜７０６が含まれていて、各無線局からの応答信号は個別に復調される。
受信機の構成において、復調演算における有効桁数によっては、大きさが異なる複数の信号の演算は個別に行った方が全体としての演算量が減る場合がある。そこで、第４実施形態においては、各無線局からの受信応答を個別演算することで演算量を減らしている。

Claims (14)

1. 送信装置から複数の通信装置に対して同報送信されたデータを受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信した前記データに対する応答信号を、互いに直交する複数の搬送波のうち、他の通信装置とは異なる搬送波を用いて送信する送信手段と、
   前記受信手段により受信した前記データを復調した際の情報に基づいて、前記送信手段による前記応答信号の変調を調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記データを復調した際の前記情報は、周波数同期情報およびクロック同期情報の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 送信装置から複数の通信装置に対して同報送信されたデータを受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信した前記データに対する応答信号を、互いに直交する複数の搬送波のうち、他の通信装置とは異なる搬送波を用いて送信する送信手段と、
   前記応答信号の受信電力レベルが前記送信装置において所定の値になるように、前記送信手段による前記応答信号の送信電力レベルを調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
4. 前記送信手段は、前記他の通信装置とは異なる周波数の搬送波を用いて応答信号を送信することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の通信装置。
5. 予め割り当てられた周波数を記憶する記憶手段を更に備え、
   前記送信手段は、前記記憶手段により記憶された前記周波数の搬送波を用いて前記応答信号を送信する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の通信装置。
6. 前記送信手段は、前記受信手段による前記データの受信タイミングに基づいて、前記データに対する応答信号を送信することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の通信装置。
7. 前記送信手段は、前記複数の通信装置からの応答信号の受信品質に基づいて割り当てられた周波数の搬送波を用いて前記応答信号を送信することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の通信装置。
8. 前記送信手段は、前記複数の通信装置と同じタイミングで前記応答信号を送信することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の通信装置。
9. 複数の通信相手に対してデータを同報送信する送信手段と、
   前記データに対する受信状況を示す応答信号を、前記複数の通信相手から受信する受信手段と、
   前記複数の通信相手の各々からの応答信号のうち最小の受信電力レベルの応答信号を復調可能なように前記受信手段における受信ゲインを調整する調整手段と、
   を備え、
   前記受信手段は、前記複数の通信相手の各々から、互いに直交する複数の搬送波のうちの互いに異なる搬送波を用いて送信された応答信号を受信する
   ことを特徴とする通信装置。
10. 前記受信手段は、前記複数の搬送波のいずれかに対応する周波数の搬送波により前記応答信号を受信することを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
11. 前記受信手段は、前記複数の通信相手の各々からの応答信号を取り出すための複数の狭帯域フィルタを有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の通信装置。
12. 通信装置の制御方法であって、
    受信手段が、送信装置から複数の通信装置に対して同報送信されたデータを受信する受信工程と、
    送信手段が、前記受信工程により受信した前記データに対する応答信号を、互いに直交する複数の搬送波のうち、他の通信装置とは異なる搬送波を用いて送信する送信工程と、を含み、
    調整手段が、前記受信工程で受信した前記データを復調した際の情報に基づいて、前記送信工程における前記応答信号の変調を調整する調整工程を更に含む
    ことを特徴とする通信装置の制御方法。
13. 通信装置の制御方法であって、
    受信手段が、送信装置から複数の通信装置に対して同報送信されたデータを受信する受信工程と、
    送信手段が、前記受信工程により受信した前記データに対する応答信号を、互いに直交する複数の搬送波のうち、他の通信装置とは異なる搬送波を用いて送信する送信工程と、を含み、
    調整手段が、前記応答信号の受信電力レベルが前記送信装置において所定の値になるように、前記送信工程における前記応答信号の送信電力レベルを調整する調整工程を更に含む
    ことを特徴とする通信装置の制御方法。
14. コンピュータを、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の通信装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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