JP6397376B2 - 送信電力制御方法、無線通信システム及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、送信電力制御を行う送信電力制御方法、無線通信システム及び無線通信装置に関する。

ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）のように、複数の送信局装置が同じ周波数帯域を同時利用するとき、マルチユーザ干渉が生じ、伝送品質が大きく劣化する。マルチユーザ干渉による伝送品質劣化を軽減するための技術として、ある送信局装置の復調情報から、送信局装置が他の送信局装置へ与える干渉の干渉レプリカ信号を生成し、この干渉レプリカ信号を受信信号から除去してから他の送信局装置の復調を行う逐次干渉キャンセラ（Successive Interference Canceller,ＳＩＣ）が知られている。

ＳＩＣによって各送信局装置の送信信号を順に復調していく際に、ＳＩＮＲ（signal-to-interference-plus-noise ratio）が送信局装置ごとに異なっていると、一部の送信局装置の復調特性が劣化する問題がある。そこで、ＳＩＣ適用時でも復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするために送信電力制御（Transmit Power Control,ＴＰＣ）が必要となる。

以下、ＳＩＣ適用時でも復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣ（例えば、非特許文献１参照）について説明する。ＳＩＣにおける復調順位がｋ番目（ｋ＝１〜Ｋ，Ｋは同時通信する送信局数）の送信局装置を復調時のＳＩＮＲ_ｋは以下の式で表される。

ここでＰ_ｋはｋ番目の送信局装置の送信電力、Ｌ_ｋはｋ番目の送信局装置と受信局装置間の伝搬損失、ε_ｋはｋ番目の送信局装置の干渉レプリカ信号を除去後の残留干渉の割合、Ｎは受信局装置における雑音電力を表す。

（１）式に表すＳＩＮＲが一定となるためのＰ_ｋは以下の（２）式〜（４）式で表される。

ここでＰ_Ｔは受信局装置における全送信局装置からの総受信電力を表す。Ｐ_Ｔは全送信局装置のＰ_ｋを求めるまで定まらない。したがって、Ｐ_ｋを解析的に求めることはできない。

そこで、図６に示すように、Ｐ_Ｔとして予め適当な値を定め（ステップＳ３１）、Ｐ_ｋを算出する（ステップＳ３２）方法がある。図６は、ＳＩＣ適用時に復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣにおける各送信局装置の送信電力を算出するための従来の処理動作を示すフローチャートである。ＴＰＣによってｋ番目の送信局装置の送信電力を（２）式のＰ_ｋに設定することで、復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にすることができる。

J.G. Andrews and T.H. Meng, "Optimum power control for successive interference cancellation with imperfect channel estimation," IEEE Trans. Wireless Comm. vol.2, no.2, pp.375-383, Mar. 2003.

図６に示す従来の送信電力制御の方法では、予め定めたＰ_Ｔに基づいてＰ_ｋを算出するとき、Ｐ_ｋの値に上限を定めることができない。したがって、送信電力に上限がある環境では、Ｐ_ｋの値が上限値を超えてしまうために、復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣを適用できないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＳＩＣ適用時に復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣを適用可能にする送信電力制御方法、無線通信システム及び無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、受信局装置において同時受信した複数送信局装置からの送信信号を復調時に、逐次干渉キャンセラによって干渉を低減する無線通信システムが行う送信電力制御方法であって、送信電力の上限値及び制御精度を決定する条件決定ステップと、前記受信局装置における総受信電力の初期値を決定する初期値決定ステップと、前記総受信電力に基づき、前記受信局装置での復調時に全送信局装置のＳＩＮＲが一定になる各送信局装置の送信電力を算出するステップと、前記送信電力の上限値から、算出した全送信局装置の前記送信電力の中で最大のものを引いた差が０以上、かつ前記送信電力が前記制御精度以下であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定の結果に基づき前記受信局装置における前記総受信電力を補正しながら前記送信電力を算出する処理を繰り返す補正ステップとを有する送信電力制御方法である。

本発明の一態様は、前記送信電力制御方法であって、前記補正ステップでは、前記受信局装置における前記総受信電力を補正する際の補正量を適応的に変化させる。

本発明の一態様は、前記送信電力制御方法であって、前記補正ステップでは、前記補正量を適応的に変化させる際に、１度目の補正は、所定の条件を満たすか否かに基づいて、前記補正量の初期値を正の値または負の値に設定し、２度目の補正以降は、所定の条件を満たす場合に、前記補正量の絶対値を小さくし、前記総受信電力と全送信局装置の前記送信電力とを前回の補正時の値に戻す。

本発明の一態様は、受信局装置において同時受信した複数送信局装置からの送信信号を復調時に、逐次干渉キャンセラによって干渉を低減する無線通信システムであって、送信電力の上限値及び制御精度を決定する条件決定手段と、前記受信局装置における総受信電力の初期値を決定する初期値決定手段と、前記総受信電力に基づき、前記受信局装置での復調時に全送信局装置のＳＩＮＲが一定になる各送信局装置の送信電力を算出する手段と、前記送信電力の上限値から、算出した全送信局装置の前記送信電力の中で最大のものを引いた差が０以上、かつ前記送信電力が前記制御精度以下であるか否かを判定する判定手段と、前記判定の結果に基づき前記受信局装置における前記総受信電力を補正しながら処理を繰り返す補正手段とを備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、受信局装置において同時受信した複数送信局装置からの送信信号を復調時に、逐次干渉キャンセラによって干渉を低減する無線通信システムにおける前記受信局装置として動作する無線通信装置であって、送信電力の上限値及び制御精度を決定する条件決定手段と、総受信電力の初期値を決定する初期値決定手段と、前記総受信電力に基づき、復調時に全送信局装置のＳＩＮＲが一定になる各送信局装置の送信電力を算出する手段と、前記送信電力の上限値から、算出した全送信局装置の前記送信電力の中で最大のものを引いた差が０以上、かつ前記送信電力が前記制御精度以下であるか否かを判定する判定手段と、前記判定の結果に基づき前記総受信電力を補正しながら前記送信電力を算出する処理を繰り返す補正手段とを備える無線通信装置である。

本発明によれば、送信電力に上限がある環境でも、ＳＩＣ適用時に復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣを適用することが可能になるという効果が得られる。

本発明の一実施形態による送信電力制御の処理動作を示すフローチャートである。 予め定めた総受信電力に基づき、各送信局装置の送信電力を算出する処理動作を示すフローチャートである。 図１に示す送信電力制御の処理動作の変形例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による送信局装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による受信局装置の構成を示すブロック図である。 ＳＩＣ適用時に復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣにおける各送信局装置の送信電力を算出するための従来の処理動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。本実施形態では、従来の処理に加えて、送信局装置の最大送信電力の上限値Ｐ_ｍと制御精度Ｐ_ａを予め定めるステップ、反復的に全送信局装置中の最大送信電力がＰ_ｍを超えていないかつ収束しているか判定するステップ及び総受信電力Ｐ_Ｔを補正するステップを実行する。

次に、図１を参照して、同実施形態による無線通信システムにおける送信電力制御の処理動作を説明する。図１は同実施形態による無線通信システム（受信局装置）における送信電力制御の処理動作を示すフローチャートである。

まず、送信電力の上限値Ｐ_ｍ及び制御精度Ｐ_ａを決定する（ステップＳ１）。続いて、受信局装置における総受信電力Ｐ_Ｔの初期値を決定する（ステップＳ２）。例えば、総受信電力Ｐ_Ｔの初期値は、全送信局装置の送信電力がＰ_ｍである場合の受信電力Σ（Ｐ_ｍ／Ｌ_ｋ）とする。ここで、Ｌ_ｋはｋ番目に復調される送信局装置と受信局装置間の伝搬損失である。

次に、総受信電力Ｐ_Ｔに基づき、各送信局装置の送信電力Ｐ_ｋを算出する（ステップＳ３）。送信電力Ｐ_ｋを算出する処理動作の詳細は後述する。そして、予め定めた総受信電力Ｐ_Ｔに基づき、全送信局装置分の送信電力Ｐ_ｋを算出した後、送信電力Ｐ_ｍから送信電力Ｐ_ｋの最大値を引いた差が０以上かつＰ_ａ以下の条件（以下、条件１という）を満たすか否かを判定する（ステップＳ４）。

この判定の結果、条件１を満たさない場合は、総受信電力Ｐ_Ｔに補正量Δを加えてＰ_Ｔの補正を行い（ステップＳ５）、補正した総受信電力Ｐ_Ｔに基いて再度Ｐ_ｋを算出する（ステップＳ３）。そして、総受信電力Ｐ_Ｔの補正及び送信電力Ｐ_ｋの算出を条件１を満たすまで繰り返す。

このように、送信電力制御によって、各送信局装置の送信電力を以上のように算出した送信電力Ｐ_ｋにすれば、ＳＩＣ適用時の復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にしつつ、送信電力Ｐ_ｋの最大値は予め定めた上限値を予め定めた制御精度以内で下回るため、送信電力に制限がある環境でも常に送信電力制御を適用することができる。

次に、図２を参照して、図１に示すステップＳ３の処理動作（送信電力Ｐ_ｋを算出する処理動作）の詳細を説明する。図２は、予め定めた総受信電力Ｐ_Ｔに基づき、全送信局装置分の送信電力Ｐ_ｋを算出する処理動作を示すフローチャートである。

まず、受信局装置において最初に復調される送信局装置の送信電力Ｐ_１の初期値を決定する（ステップＳ２１）。例えば、送信電力Ｐ_１の初期値はＰ_ｍとする。次に、（２）式〜（４）式に基づき、全送信局装置分の送信電力Ｐ_ｋを算出する（ステップＳ２２、Ｓ２３）。

次に、Σ（Ｐ_ｋ／Ｌ_ｋ）が先に定めた総受信電力Ｐ_Ｔの値に十分収束しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。判定精度は予め定められ、全送信局装置で統一してもよいし、各送信局装置ごとに設定してもよい。収束していない場合は、送信電力Ｐ_１に補正量Δ’を加えてＰ_１の補正を行い（ステップＳ２５）、補正した送信電力Ｐ_１に基づいて再度全送信局装置分の送信電力Ｐ_ｋを算出する。

補正量Δ’は、予め定めておいてもよいし、Σ（Ｐ_ｋ／Ｌ_ｋ）と先に定めた総受信電力Ｐ_Ｔの差に応じて変化させてもよい。送信電力Ｐ_１の補正及び送信電力Ｐ_ｋの算出をΣ（Ｐ_ｋ／Ｌ_ｋ）が先に定めたＰ_Ｔの値に十分収束するまで繰り返す。この処理動作によって、予め定めた総受信電力Ｐ_Ｔに基づき、全送信局装置分の送信電力Ｐ_ｋを算出することができる。

次に、図３を参照して、図１に示す受信局装置が行う送信電力制御の処理動作の変形例を説明する。図３は、図１に示す送信電力制御の処理動作の変形例を示すフローチャートである。図３は、補正量Δを適応的に変化させて送信電力制御を行う場合の処理動作を示している。図３において、図１に示す処理と同一の処理には、同一の符号を付与してその説明を省略する。

図３に示す条件１（ステップＳ４）を満たさない場合、総受信電力Ｐ_Ｔを補正する際の補正量Δは、大きすぎれば収束せず、小さすぎれば収束に時間がかかるため、適応的に変化させることが望ましい。

条件１を満たさなかったときに、１周目の処理（１度目の補正）であるか否かを判定し（ステップＳ６）、１周目である場合は、Ｐ_ｍ−ｍａｘ（Ｐ_ｋ）＞０であるか否かを判定する（ステップＳ７）。この判定の結果、Ｐ_ｍ−ｍａｘ（Ｐ_ｋ）＞０であれば、Δの初期値を正の値に設定する（ステップＳ８）。

一方、ステップＳ７において、Ｐ_ｍ−ｍａｘ（Ｐ_ｋ）＞０でなければ、Δの初期値を負の値に設定する（ステップＳ９）。このようにすることにより、補正量Δの初期値を設定する。補正量Δの初期値の符号は、Ｐ_ｍからＰ_ｋの最大値を引いた差の符号と一致し、絶対値は０＜｜Δ｜＜Ｐ_Ｔの範囲で予め定めておく。例えば、｜Δ｜＝Ｐ_Ｔ／２に定めておけばよい。

次に、再び条件１を満たさなかった場合（２度目以降の補正）は、補正量Δが正の値かつＰ_ｋの最大値からＰ_ｍを引いた差が０を上回る（Δ＞０かつｍａｘ（Ｐ_ｋ）−Ｐ_ｍ＞０；条件３、ステップＳ１０）とき、あるいは補正量Δが負の値かつＰ_ｍからＰ_ｋの最大値を引いた差がＰ_ａを上回る（Δ＜０かつＰ_ｍ−ｍａｘ（Ｐ_ｋ）＞Ｐ_ａ；条件２、ステップＳ１１））とき、Δの絶対値を小さくし、総受信電力Ｐ_Ｔと送信電力Ｐ_ｋを前回のＰ_Ｔの補正前の値に戻す（ステップＳ１２）。例えば、補正量Δの更新値Δ_ｎｅｗは更新前のΔ_ｏｌｄに対して、Δ_ｎｅｗ＝Δ_ｏｌｄ／２にしてもよい。

条件１を満たさずとも、条件２及び条件３のいずれも満たさない場合は、Δの変更並びにＰ_ＴとＰ_ｋを前回の値に戻すことはしない。次に、Ｐ_ＴにΔを加えてＰ_Ｔの補正を行う処理（ステップＳ５）に進む。以上のようにして、補正量Δを適応的に変化させることで、条件１を安定的かつすばやく満たすことができる。

以上のようにして、送信電力に上限がある環境でも、ＳＩＣ適用時に復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣは常に適用可能になる。

次に、図４を参照して、同実施形態による送信局装置のうちの１つの構成と動作を説明する。図４は、送信局装置のうちの１つの構成を示すブロック図である。以下の動作は、受信局装置が送信制御電力量を算出するために送信局装置が既知のトレーニング信号を送信することから始まってもよいし、既に確立されている通信の中で行われてもよい。

送信局装置は、アンテナを備えた無線部（受信）１と、チャネル推定部２と、復調部３と、送信信号系列生成部４、変調部５、送信電力制御部６と、アンテナを備える無線部（送信）とを備える。

図４に示す送信局装置において、無線部（受信）１は、アンテナで受信した信号波に周波数変換処理を施し、周波数変換された信号をディジタル変換する。チャネル推定部２は、ディジタル変換された信号を元にチャネル推定を行う。復調部３は、ディジタル変換された信号とチャネル推定部で得られたチャネル推定結果を元に誤り訂正複号及び多値復調を施し、元の信号を復号する。送信信号系列生成部４は送りたい情報を２値のディジタル情報である送信信号系列として生成する。

変調部５は、生成された送信信号系列に対し、多値変調と誤り訂正符号化を実施する。送信電力制御部６は、変調された信号に対し、復調部で複号した信号に含まれる送信電力制御量情報を元に送信電力を制御する。無線部（送信）７は、送信電力制御された信号に対し、アナログ変換を施し、アナログ変換された信号を周波数変換してアンテナから送信する。

次に、図５を参照して、同実施形態による受信局装置の構成と動作を説明する。図５は、受信局装置の構成を示すブロック図である。

受信局装置は、アンテナを備える無線部（受信）１１と、チャネル推定部１２と、復調部１３と、干渉レプリカ生成部１４と、送信電力制御算出部１５と、送信信号系列生成部１６と、変調部１７と、アンテナを備える無線部（送信）１８とを備える。

図５に示す受信局装置において、無線部（受信）１１は、アンテナで受信した信号波に対して周波数変換処理を施し、周波数変換された信号をディジタル変換する。チャネル推定部１２は、ディジタル変換された信号を元にチャネル推定を行う。

復調部１３は、ディジタル変換された信号とチャネル推定部で得られたチャネル推定結果を元に誤り訂正複号及び多値復調を施し、元の信号を復号する。干渉レプリカ生成部１４は、チャネル推定部１２で得られたチャネル推定結果及び復調部１３で複号された信号を元に干渉レプリカ信号を生成し、ディジタル変換された信号から減算することで干渉を低減する。

送信電力制御量算出部１５は、チャネル推定部１２で得られたチャネル推定結果及び図１、図３に示す送信電力制御の処理で得られた送信局装置の送信電力値に基づいて送信電力制御量を算出する。

送信信号系列生成部１６は、送りたい情報及び送信電力制御量情報を２値のディジタル情報である送信信号系列として生成する。変調部１７は、生成された送信信号系列に対し、多値変調と誤り訂正符号化を実施する。無線部（送信）１８は、変調された信号に対し、アナログ変換を施し、アナログ変換された信号を周波数変換してアンテナから送信する。

以上説明したように、符号分割多元接続を用いた無線通信において、送信局装置ごとに異なるＳＩＮＲとなっている場合、マルチステージ干渉キャンセラを適用すると一部の送信局装置において復調特性が劣化するという問題を有している。この問題に対し、ＳＩＮＲを一定とするよう送信電力制御行う手法が提案されているが、予め定めた受信局装置における全送信局装置からの総受信電力に基づいて送信電力を制御するため、ある送信局装置において制御した送信電力が、法規等で定める送信電力の上限値を超えてしまうという問題を有している。

本実施形態では、受信局装置における全送信局装置からの総受信電力を、送信電力が上限値以下となるよう補正を行いながら、ＳＩＮＲが一定となるよう送信電力制御を行うようにした。この結果、上限値以下となるよう送信電力を補正し、かつＳＩＮＲが一定となるよう送信電力を送信することが可能になる。

前述した実施形態における送信局装置及び受信局装置の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能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て、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。

ＳＩＣ適用時に復調時の全ての送信局装置のＳＩＮＲを一定にするＴＰＣを適用可能にすることが不可欠な用途に適用できる。

１・・・無線部（受信）、２・・・チャネル推定部、３・・・復調部、４・・・送信信号系列生成部、５・・・変調部、６・・・送信電力制御部、７・・・無線部（送信）、１１・・・無線部（受信）、１２・・・チャネル推定部、１３・・・復調部、１４・・・干渉レプリカ生成部、１５・・・送信電力制御量算出部、１６・・・送信信号系列生成部、１７・・・変調部、１８・・・無線部（送信）

Claims (5)

1. 受信局装置において同時受信した複数の送信局装置からの送信信号の復調時に、逐次干渉キャンセラによって干渉を低減する無線通信システムが行う送信電力制御方法であって、
   前記送信局装置の送信電力の上限値、及び前記送信電力の上限値から全送信局装置の送信電力の中で最大のものを引いた差の最大値である制御精度を決定する条件決定ステップと、
   前記受信局装置における総受信電力の初期値を決定する初期値決定ステップと、
   前記総受信電力に基づき、前記受信局装置での復調時に全送信局装置のＳＩＮＲが一定になる各送信局装置の送信電力を算出する送信電力算出ステップと、
   前記送信電力の上限値から前記送信電力算出ステップで算出した全送信局装置の前記送信電力の中で最大のものを引いた差が０以上かつ前記制御精度以下の条件を満たすか否かを判定し、満たす場合に処理を終了させる判定ステップと、
   前記判定ステップでの判定結果が否である場合に、前記受信局装置における前記総受信電力を補正し、前記送信電力算出ステップの処理を再度実行させる補正ステップと
   を有する送信電力制御方法。
2. 前記補正ステップでは、前記受信局装置における前記総受信電力を補正する際の補正量を適応的に変化させる請求項１に記載の送信電力制御方法。
3. 前記補正ステップでは、前記補正量を適応的に変化させる際に、
   １度目の補正は、所定の条件を満たすか否かに基づいて、前記補正量の初期値を正の値または負の値に設定し、
   ２度目以降の補正は、所定の条件を満たす場合に、前記補正量の絶対値を小さくし、前記総受信電力と全送信局装置の前記送信電力とを前回の補正時の値に戻す請求項２に記載の送信電力制御方法。
4. 受信局装置において同時受信した複数の送信局装置からの送信信号のを復調時に、逐次干渉キャンセラによって干渉を低減する無線通信システムであって、
   前記送信局装置の送信電力の上限値、及び前記送信電力の上限値から全送信局装置の送信電力の中で最大のものを引いた差の最大値である制御精度を決定する条件決定手段と、
   前記受信局装置における総受信電力の初期値を決定する初期値決定手段と、
   前記総受信電力に基づき、前記受信局装置での復調時に全送信局装置のＳＩＮＲが一定になる各送信局装置の送信電力を算出する送信電力算出手段と、
   前記送信電力の上限値から前記送信電力算出手段が算出した全送信局装置の前記送信電力の中で最大のものを引いた差が０以上かつ前記制御精度以下の条件を満たすか否かを判定し、満たす場合に処理を終了させる判定手段と、
   前記判定手段の判定結果が否である場合に、前記受信局装置における前記総受信電力を補正し、前記送信電力算出手段に処理を再度実行させる補正手段と
   を備える無線通信システム。
5. 受信局装置において同時受信した複数の送信局装置からの送信信号の復調時に、逐次干渉キャンセラによって干渉を低減する無線通信システムにおける前記受信局装置として動作する無線通信装置であって、
   前記送信局装置の送信電力の上限値、及び前記送信電力の上限値から全送信局装置の送信電力の中で最大のものを引いた差の最大値である制御精度を決定する条件決定手段と、
   総受信電力の初期値を決定する初期値決定手段と、
   前記総受信電力に基づき、復調時に全送信局装置のＳＩＮＲが一定になる各送信局装置の送信電力を算出する送信電力算出手段と、
   前記送信電力の上限値から前記送信電力算出手段が算出した全送信局装置の前記送信電力の中で最大のものを引いた差が０以上かつ前記制御精度以下の条件を満たすか否かを判定し、満たす場合に処理を終了させる判定手段と、
   前記判定手段の判定結果が否である場合に、前記受信局装置における前記総受信電力を補正し、前記送信電力算出手段に処理を再度実行させる補正手段と
   を備える無線通信装置。

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