JP5613456B2

JP5613456B2 - 無線通信端末

Info

Publication number: JP5613456B2
Application number: JP2010119406A
Authority: JP
Inventors: 高橋　宏和; 宏和高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: JP2011249998A

Description

本発明は、無線通信端末に関する。

現在、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式に基づくＬＴＥ（Long Term Evolution）及びＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）などを採用した通信システムが登場している。これらの通信システムでは、基地局の置局形態として高出力のマクロセル基地局がカバーしきれないセルの間に低出力のマイクロセル基地局が配置されている。

しかしながら、マクロセル基地局のセルのエッジに端末が存在する場合には、当該端末は高レベルの電力をマクロセル基地局に送信するので、端末の電波が干渉波となって、マイクロセル基地局のセル内の端末のダウンリンク性能(受信特性)が劣化する。例えば、マクロセル基地局のセル内の端末が高速で移動する(あるいは、固定通信している電波が高速移動している物体に反射される)ことにより端末が出力するＯＦＤＭ信号に周波数偏差（ドップラーシフト）が生じた場合に、当該ＯＦＤＭ信号が干渉波となってマイクロセル基地局のセル内の端末の受信特性を劣化させる。特に、干渉波の周波数から希望波サブキャリアの周波数を引き、当該演算結果をサブキャリアの周波数間隔で割った余り（オフセット周波数）がサブキャリア周波数間隔の１／２倍になるような場合には、干渉波とサブキャリアとが有相関となって受信特性が最も劣化する（例えば、図５（ａ）参照）。

そのため、このような問題を解決するものとして、下記特許文献１には、ＧＰＳ衛星を利用して移動局の移動速度、緯度及び経度を算出し、当該移動速度、緯度及び経度に基づいて移動局と基地局との角度を求め、当該角度から移動局からの送信波のドップラーシフト分を算出し、当該算出結果に基づいて移動局の送信波を微調整することにより、送信波のドップラーシフト分を補正する移動体通信システムが開示されている。

特開２００１‐１１９３３３号公報

ところで、上記従来技術では、ドップラーシフトを補正することによって、結果的にドップラーシフトが原因の干渉波の発生を抑制できるが、干渉波が発生する原因はドップラーシフトだけではなく、様々な原因があり、ドップラーシフト以外の原因によって干渉波が発生した場合に、当該干渉波による受信特性の劣化を抑えることができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、干渉波による受信特性の劣化を抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、無線通信端末に係る第１の解決手段として、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア通信方式に基づいて無線信号を受信する端末であって、受信信号に干渉波が存在する場合に、当該干渉波の周波数から希望波サブキャリアの周波数を引き、当該演算結果をサブキャリアの周波数間隔で割った余り（オフセット周波数）を算出し、前記オフセット周波数に基づいて受信周波数設定を変更する通信手段を具備するという手段を採用する。

本発明では、無線通信端末に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、基地局からの無線信号を受信する端末であって、前記通信手段は、前記オフセット周波数を算出し、前記オフセット周波数に基づいて受信周波数設定を変更し、前記オフセット周波数に基づいて送信周波数を変更するように指示を前記基地局に送信するという手段を採用する。

本発明では、無線通信端末に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記通信手段は、受信信号のエラー率が所定のしきい値を越えた場合に、前記受信信号の干渉波を検出し、前記受信信号に干渉波が存在する場合に、前記オフセット周波数を算出するという手段を採用する。

本発明では、無線通信端末に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記エラー率は、ＦＥＲ（Frame Error Rate）であるという手段を採用する。

本発明によれば、通信手段が、受信信号に干渉波が存在する場合に、当該干渉波の周波数から希望波サブキャリアの周波数を引き、当該演算結果をサブキャリアの周波数間隔で割った余り（オフセット周波数）を算出し、前記オフセット周波数に基づいて受信周波数設定を変更する。このように、オフセット周波数に基づいて受信周波数設定を変更することで、干渉波と無相関である信号を受信できるため、当該信号を復調することで干渉波による受信特性の劣化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る端末Ａを備える無線通信システムＳを示すシステム構成図である。本発明の実施形態に係る端末Ａの機能ブロック図である。マイクロセル基地局Ｃの機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る端末Ａの動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る端末Ａのオフセット周波数に基づいて受信周波数設定の変更を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
無線通信システムＳは、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式が採用された通信システムであり、図１に示すように本実施形態に係る端末（無線通信端末）Ａ，Ｂ、マイクロセル基地局Ｃ及びマクロセル基地局Ｄから構成されている。

端末Ａは、マイクロセル基地局ＣのセルＣＬ１内に位置し、マイクロセル基地局Ｃと通信して音声通信またはデータ通信を実行する。
端末Ｂは、マクロセル基地局ＤのセルＣＬ２内に位置し、マクロセル基地局Ｄと通信して音声通信またはデータ通信を実行する。

マイクロセル基地局Ｃは、高出力のマクロセル基地局Ｄ及びその他のマクロセル基地局（図示略）のセルの隙間をカバーする低出力の基地局であり、セルＣＬ１を形成し、セルＣＬ１内に位置する端末ＡとＯＦＤＭ方式によって通信する。
マクロセル基地局Ｄは、高出力の基地局であり、セルＣＬ２を形成し、セルＣＬ２内に位置する端末ＢとＯＦＤＭ方式によって通信する。

続いて、端末Ａの機能構成を、図２を参照して説明する。
端末Ａは、受信部１、送信部２及び制御部３から構成されている。なお、受信部１、送信部２及び制御部３は、本実施形態における通信手段を構成する。
受信部１は、アンテナ１ａ、増幅器１ｂ、ミキサ１ｃ、周波数調整部１ｄ、Ａ／Ｄコンバータ１ｅ及びＯＦＤＭ復調処理部１ｆから構成される。

アンテナ１ａは、受信した受信信号を増幅器１ｂに出力する。
増幅器１ｂは、アンテナ１ａから入力された受信信号を増幅し、ミキサ１ｃに出力する。
ミキサ１ｃは、増幅器１ｂから入力された受信信号と、周波数調整部１ｄから入力される局部信号とをミキシングすることで、受信信号をＩＦ周波数のＩＦ受信信号に周波数変換（ダウンコンバート）し、当該ＩＦ受信信号をＡ／Ｄコンバータ１ｅに出力する。

周波数調整部１ｄは、ＩＦ周波数変換用の局部信号を生成し、ミキサ１ｃに出力するものであり、基準パルス発振器１ｄ‐１、カウンタ１ｄ‐２、位相比較器１ｄ‐３、ループフィルタ１ｄ‐４及び局部信号発振器１ｄ‐５から構成されている。
基準パルス発振器１ｄ‐１は、水晶振動子またはセラミック振動子から構成され、この振動子の周期的な振動に基づいて基準パルス信号を生成し、位相比較器１ｄ‐３に出力する。
カウンタ１ｄ‐２は、局部信号発振器１ｄ‐５から入力される局部信号を制御部３によりレジスタに設定された分周比に基づいて分周し、分周されたパルス信号を位相比較器１ｄ‐３に出力する。

位相比較器１ｄ‐３は、基準パルス発振器１ｄ‐１から入力された基準パルス信号と、カウンタ１ｄ‐２から入力されたパルス信号との位相差に基づいた位相差パルス信号を生成し、当該位相差パルス信号をループフィルタ１ｄ‐４に出力する。
ループフィルタ１ｄ‐４は、位相比較器１ｄ‐３から入力された位相差パルス信号を積分した電圧信号を局部信号発振器１ｄ‐５に出力する。
局部信号発振器１ｄ‐５は、ループフィルタ１ｄ‐４から入力された電圧信号に基づく周波数を有するＩＦ周波数変換用の局部信号を生成し、ミキサ１ｃに出力する。

Ａ／Ｄコンバータ１ｅは、ミキサ１ｃから入力されるＩＦ受信信号をデジタル変換し、デジタルＩＦ受信信号としてＯＦＤＭ復調処理部１ｆに出力する。
ＯＦＤＭ復調処理部１ｆは、Ａ／Ｄコンバータ１ｅから入力されたデジタルＩＦ受信信号にフーリエ変換処理、デジタル復調処理、パラレル−シリアル変換処理などのＯＦＤＭ方式に基づく復調処理を施し、ベースバンド受信信号として制御部３に出力する。ＯＦＤＭ復調処理部１ｆは、フーリエ変換処理の際にデジタルＩＦ受信信号に含まれる干渉波を検出し、干渉波の周波数を制御部３に通知する。また、ＯＦＤＭ復調処理部１ｆは、デジタルＩＦ受信信号に基づいて受信信号のＦＥＲ（Frame Error Rate）を検出し、当該ＦＥＲを制御部３に通知する。

送信部２は、送信回路部２ａ及びアンテナ２ｂから構成される。
送信回路部２ａは、制御部３から入力されたベースバンド送信信号を変調し、送信信号としてアンテナ２ｂに出力する。
アンテナ２ｂは、送信回路部２ａから入力された送信信号を外部に送信する。
制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び各部との信号の入出力を行うインタフェース回路などから構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラム、受信部１が受信した受信信号に基づいて端末Ａの全体動作を制御する。なお、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムには端末用干渉抑制プログラムが含まれており、制御部３はこの端末用干渉抑制プログラムに基づいて干渉波による受信特性の劣化を抑制する。

続いて、マイクロセル基地局Ｃの機能構成を、図３を参照して説明する。
マイクロセル基地局Ｃは、受信部１１、送信部１２及び制御部１３から構成されている。
受信部１１は、アンテナ１１ａ及び受信回路部１１ｂから構成される。
アンテナ１１ａは、受信した受信信号を受信回路部１１ｂに出力する。
受信回路部１１ｂは、制御部１３の制御の下、受信信号を復調し、ベースバンド受信信号として制御部１３に出力する。

送信部１２は、ＯＦＤＭ変調処理部１２ａ、Ｄ／Ａコンバータ１２ｂ、ミキサ１２ｃ、周波数調整部１２ｄ、増幅器１２ｅ及びアンテナ１２ｆから構成される。
ＯＦＤＭ変調処理部１２ａは、制御部１３から入力されたベースバンド送信信号にシリアル−パラレル変換処理、デジタル変調処理及び逆フーリエ変換処理などのＯＦＤＭ方式に基づく変調処理を施し、デジタルＩＦ送信信号としてＤ／Ａコンバータ１２ｂに出力する。

Ｄ／Ａコンバータ１２ｂは、ミキサ１２ｃから入力されるデジタルＩＦ送信信号をアナログ変換し、ＩＦ送信信号としてミキサ１２ｃに出力する。
ミキサ１２ｃは、Ｄ／Ａコンバータ１２ｂから入力されたＩＦ送信信号と、周波数調整部１ｄから入力される局部信号とをミキシングすることで、ＩＦ送信信号をＲＦ周波数の送信信号に周波数変換（アップコンバート）し、当該送信信号を増幅器１２ｅに出力する。

周波数調整部１２ｄは、ＲＦ周波数変換用の局部信号を生成し、ミキサ１２ｃに出力するものであり、基準パルス発振器１２ｄ‐１、カウンタ１２ｄ‐２、位相比較器１２ｄ‐３、ループフィルタ１２ｄ‐４及び局部信号発振器１２ｄ‐５から構成されている。
基準パルス発振器１２ｄ‐１は、水晶振動子またはセラミック振動子から構成され、この振動子の周期的な振動に基づいて基準パルス信号を生成し、位相比較器１２ｄ‐３に出力する。
カウンタ１２ｄ‐２は、局部信号発振器１２ｄ‐５から入力される局部信号を制御部１３によりレジスタに設定された分周比に基づいて分周し、分周されたパルス信号を位相比較器１２ｄ‐３に出力する。

位相比較器１２ｄ‐３は、基準パルス発振器１２ｄ‐１から入力された基準パルス信号と、カウンタ１２ｄ‐２から入力されたパルス信号との位相差に基づいた位相差パルス信号を生成し、当該位相差パルス信号をループフィルタ１２ｄ‐４に出力する。
ループフィルタ１２ｄ‐４は、位相比較器１２ｄ‐３から入力された位相差パルス信号を積分した電圧信号を局部信号発振器１２ｄ‐５に出力する。
局部信号発振器１２ｄ‐５は、ループフィルタ１２ｄ‐４から入力される電圧信号に基づく周波数を有するＲＦ周波数変換用の局部信号を生成し、ミキサ１２ｃに出力する。

増幅器１２ｅは、ミキサ１２ｃから入力された送信信号を増幅し、アンテナ１２ｆに出力する。
アンテナ１２ｆは、増幅器１２ｅから入力された送信信号を外部に送信する。
制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び各部との信号の入出力を行うインタフェース回路などから構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラム、受信部１１が受信した受信信号に基づいてマイクロセル基地局Ｃの全体動作を制御する。なお、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムには基地局用干渉抑制プログラムが含まれており、制御部１３はこの基地局用干渉抑制プログラムに基づいて干渉波による端末Ａの受信特性の劣化を抑制する。

次に、上記構成の本実施形態に係る端末Ａの動作について図４を参照して説明する。
まず、端末Ａの制御部３は、マイクロセル基地局Ｃから受信部１が受信信号を受信すると、ＯＦＤＭ復調処理部１ｆに受信信号のＦＥＲを検出させ、ＯＦＤＭ復調処理部１ｆからの通知に基づいて受信信号のＦＥＲが所定のしきい値を越えたか否か判定する（ステップＳ１）。
制御部３は、ステップＳ１において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわちＦＥＲが所定のしきい値を越えていない場合には、ステップＳ１で待機する。制御部３は、ステップＳ１において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわちＦＥＲが所定のしきい値を越えた場合には、ＯＦＤＭ復調処理部１ｆに干渉波を検出させ、ＯＦＤＭ復調処理部１ｆの通知に基づいて干渉波が存在するか否か判定する（ステップＳ２）。

制御部３は、ステップＳ２において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわち受信信号に干渉波が存在しない場合には、マクロセル基地局Ｄに対してハンドオーバを促す（ステップＳ３）。制御部３は、ステップＳ２において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわち受信信号に干渉波が存在する場合には、干渉波の周波数から希望波サブキャリアの周波数(中心周波数)を引き、当該演算結果をサブキャリアの周波数間隔で割った余り（オフセット周波数）を算出する（ステップＳ４）。
すなわち、以下（１）式に基づいてオフセット周波数Δf_aを算出する。
オフセット周波数Δf_a = ｜干渉波の周波数f_a - 希望波サブキャリ干渉波の周波数f_c｜modサブキャリアの周波数間隔fs …（１）

例えば、図５（a）に示すように、サブキャリアの周波数間隔が１５ｋＨｚである場合に、上記ステップＳ４において干渉波の周波数から希望波サブキャリアの周波数を引いた値を１５ｋＨｚで割り、その余り７．５ｋＨｚがオフセット周波数になる。なお、このようにオフセット周波数（７．５ｋＨｚ）がサブキャリアの周波数間隔（１５ｋＨｚ）の１／２倍になる場合には、受信特性が最も劣化する。

図４に戻り、制御部３は、ステップＳ４の後に、受信部１の受信周波数設定をオフセット周波数に基づいて変更する（ステップＳ５）。例えば、図５（ａ）に示すようにオフセット周波数が７．５ｋＨｚである場合には、図５（ｂ）に示すようにサブキャリアの受信周波数設定を７．５Ｈｚシフト、すなわちサブキャリアの受信周波数設定を７．５ｋＨｚ高くする。なお、制御部３は、カウンタ１ｄ‐２のレジスタの設定を変更することで受信周波数設定を変更する。

図４に戻り、制御部３は、ステップＳ５の後に、送信周波数をオフセット周波数に基づいて変更するように指示をマイクロセル基地局Ｃに向けて送信部２に送信させる（ステップＳ６）。マイクロセル基地局Ｃの制御部１３は、端末Ａから受信部１１が指示を受信すると、送信部１２の送信周波数をオフセット周波数に基づいて変更する。例えば、図５（ａ）に示すようにオフセット周波数が７．５ｋＨｚである場合には、図５（ｂ）のようにサブキャリアの送信周波数を７．５Ｈｚシフト、すなわちサブキャリアの送信周波数を７．５ｋＨｚ高くする。なお、制御部１３は、カウンタ１２ｄ‐２のレジスタの設定を変更することで送信周波数を変更する。

図４に戻って、制御部３は、ステップＳ６の後に、ＯＦＤＭ復調処理部１ｆからの通知に基づいて受信信号のＦＥＲが所定のしきい値を越えたか否か判定する（ステップＳ７）。制御部３は、ステップＳ７において『ＹＥＳ』と判定した場合には、すなわち受信信号のＦＥＲが所定のしきい値を越えた場合には、受信信号が改善しないとしてステップＳ３において、マクロセル基地局Ｄに対してハンドオーバをする。制御部３は、ステップＳ７において『ＮＯ』と判定した場合には、すなわち受信信号のＦＥＲが所定のしきい値を越えていない場合には、そのままマイクロセル基地局Ｃとの通信状態を維持する（ステップＳ８）。

以上のように、本実施形態に係る端末Ａでは、ＯＦＤＭ復調処理部１ｆがデジタルＩＦ受信信号から干渉波を検出し、制御部３は、干渉波の周波数から希望波サブキャリアの周波数を引き、当該演算結果をサブキャリアの周波数間隔で割った余り（オフセット周波数）を算出し、受信部１の受信周波数設定をオフセット周波数に基づいて変更する。これにより、受信周波数設定をオフセット周波数に基づいて変更することで、例えば、端末Ｂの高速移動により送信信号に周波数偏差（ドップラーシフト）が生じて、端末Ａに対する干渉波になったとしても、干渉波と無相関である信号を受信できるため、当該信号を復調することで干渉波による受信特性の劣化を抑制することができる。また、端末Ａでは、演算処理がオフセット周波数の算出のみであるので、処理が簡単であり、開発コストを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）本発明の実施形態では、受信周波数設定をオフセット周波数分高くしたが、本発明はこれに限定されない。サブキャリアの周波数間隔からオフセット周波数を引いて求められた値分受信周波数設定を低くするようにしてもよい。

（２）本発明の実施形態では、ＦＥＲを基準に受信信号のエラー率を判断したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、ＢＥＲ（Bit Error Rate：ビットエラー率）を基準に受信信号のエラー率を判断し、ＢＥＲが所定のしきい値を越える場合に、ステップＳ２を実行するようにしてもよい。

Ｓ…無線通信システム、Ａ，Ｂ…端末、Ｃ…マイクロセル基地局、Ｄ…マクロセル基地局、ＣＬ１，ＣＬ２…セル、１…受信部、１ａ…アンテナ、１ｂ…増幅器、１ｃ…ミキサ、１ｄ…周波数調整部、１ｄ‐１…基準周波数発振器、１ｄ‐２…カウンタ、１ｄ‐３…位相比較器、１ｄ‐４…ループフィルタ、１ｄ‐５…局部信号発振器、１ｅ…Ａ／Ｄコンバータ、１ｆ…ＯＦＤＭ復調処理部、２…送信部、２ａ…送信回路部、２ｂ…アンテナ、３…制御部、１１…受信部、１１ａ…アンテナ、１１ｂ…受信回路部、１２…送信部、
１２ａ…ＯＦＤＭ変調処理部、１２ｂ…Ｄ／Ａコンバータ、１２ｃ…ミキサ、１２ｄ…周波数調整部、１２ｄ‐１…基準周波数発振器、１２ｄ‐２…カウンタ、１２ｄ‐３…位相比較器、１２ｄ‐４…ループフィルタ、１２ｄ‐５…局部信号発振器、１２ｅ…増幅器、１２ｆ…アンテナ、１３…制御部

Claims

複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア通信方式に基づいて基地局からの無線信号を受信する端末であって、
受信信号に干渉波が存在する場合に、当該干渉波の周波数から希望波サブキャリアの周波数を引き、当該演算結果をサブキャリアの周波数間隔で割った余り（オフセット周波数）を算出し、前記オフセット周波数に基づいて受信周波数設定を変更すると共に、前記オフセット周波数に基づいて送信周波数を変更するように指示を前記基地局に送信し、前記受信周波数設定を変更した後の受信信号のエラー率が所定のしきい値を越えた場合に、前記基地局にハンドオーバさせる通信手段を具備することを特徴とする無線通信端末。
前記通信手段は、受信信号のエラー率が所定のしきい値を越えた場合に、前記受信信号の干渉波を検出し、前記受信信号に干渉波が存在する場合に、前記オフセット周波数を算出することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
前記エラー率は、ＦＥＲ（Frame Error Rate）であることを特徴とする請求項２に記載の無線通信端末。