JP7038192B2 - 無線通信装置、無線通信システム及び送信電力制御方法 - Google Patents
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Description
ディジタル無線通信の送信装置、受信装置として、周波数ホッピング方式を用いて無線伝送を行う無線通信装置が普及している。周波数ホッピング方式とは、周波数シンセサイザによって無線変調周波数(搬送波周波数)を特定の周期で切り替えて無線伝送を行う無線伝送の一方式である。
尚、周波数ホッピング方式を用いた無線通信装置としては、特許第5841462号公報「ゲートウェイ無線通信装置、無線通信システム、及び通信制御方法」(特許文献1)、特許第3820395号公報「無線受信装置及び無線通信方法」(特許文献2)がある。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る無線通信装置(本無線通信装置)は、時分割多元接続(TDMA:Time Division Multiple Access)通信方式で、周波数ホッピング方式を用いた無線通信装置であって、送信側の装置において、搬送波周波数に対応して、送信部の電力増幅器や予想される伝送路の特性に基づく電力特性の情報を含めて送信し、受信側の装置において、受信信号の電力特性を測定し、送信側から送信された電力特性の情報と比較して誤差を判定して、フィードバック用誤差情報として送信側の装置に送信し、送信側の装置が、当該フィードバックされた誤差情報に基づいて、送信電力を調整するものであり、実際に受信側で測定された電力特性に基づいて送信側の装置における送信電力をきめ細かく調整することができ、通信品質を改善することができるものである。
本無線通信装置の構成について説明する前に、本無線通信装置を用いた無線通信システム(本無線通信システム)について簡単に説明する。図1は、本無線通信システムの概略構成図である。
図1に示すように、本無線通信システムは、無線通信装置A(10)と、無線通信装置B(20)とで無線通信を行うシステムである。無線通信装置A(10)及び無線通信装置B(20)は、本無線通信装置である。
つまり、無線通信装置A(10)にとっての相手装置は無線通信装置B(20)であり、無線通信装置B(20)にとっての相手装置は無線通信装置A(10)である。
フィードバックされる情報については後述する。
次に、無線通信装置Aの構成について図2を用いて説明する。図2は、無線通信装置Aの構成ブロック図である。
図2に示すように、無線通信装置A(10)は、上述したように、送信部11と、受信部12とを備えている。
更に、送信部11は、送信処理部110と、送信電力制御部120とを備え、受信部12は、受信処理部130と、情報判定部140とを備えている。
ここで、送信電力制御部120と、情報判定部140とが本無線通信装置の特徴部分となっている。
送信部11の送信処理部110は、送信データに各種信号処理を施して、送信フレームを生成して送信する。送信処理部110の具体的な構成については後述する。
具体的には、送信電力制御部120は、搬送波周波数毎に、予め前提として設定した電力特性(前提電力特性)の情報及びそれに基づいて算出された送信電力を記憶している。
前提電力特性は、送信処理部110で用いられている電力増幅器に起因する非線形歪や、伝送路の特性によって生じる歪を考慮して予測した電力特性であり、歪値として表現されている。送信電力は前提電力特性に基づいて決定される。
送信電力制御部120の動作については、後述する。
情報判定部140は、本無線通信装置の特徴部分であり、受信した信号に基づいて、実際の電力特性を測定する。ここで、電力特性とは歪の特性である。
そして、情報判定部140は、相手装置(無線通信装置B(20))から受信した受信データに含まれる前提電力特性情報と、測定した電力特性の値とを比較してその差分を求め、フィードバックする誤差情報(相手装置用誤差情報、ここでは装置B用誤差情報)として、送信処理部110を介して相手装置(無線通信装置B(20))に送信する。
そして、送信処理部110は、情報判定部140から入力された相手装置用誤差情報を送信フレームに含めて相手装置に送信するものである。
これにより、相手装置において、上述したように前提送信電力の更新と、実際の電力特性に応じた送信電力の調整が行われるものである。
尚、情報判定部140の動作については、後述する。
無線通信装置A(10)の動作について図2を用いて簡単に説明する。ここでは、説明を簡単にするために、無線通信装置A(10)を装置A、無線通信装置B(20)を装置Bとして説明する。
装置Aにおいて、送信時には、周波数ホッピングにより搬送波周波数が特定されると、送信電力制御部120は、当該搬送波周波数に対応する前提電力特性情報を、相手装置である装置Bに送信するために送信処理部110に出力し、当該前提電力特性に基づいて送信電力を決定し、送信処理部110に指示する。
送信処理部110では、入力された送信データに前提電力特性情報を付加して、指示された送信電力で装置Bに送信する。
更に、送信電力制御部120は、受信した装置A用誤差情報に基づいて、前提電力特性情報を更新し、自装置から送信する際の送信電力を調整する。
このようにして、無線通信装置A(10)の動作が行われる。
次に、無線通信装置B(20)の構成について図3を用いて説明する。図3は、無線通信装置B(20)の構成ブロック図である。
図3に示すように、無線通信装置B(20)は、図2に示した無線通信装置A(10)と同等の構成であり、送信部21と、受信部22とを備えている。更に、送信部21は、送信処理部210と、送信電力制御部220を備え、受信部22は、受信処理部230と、情報判定部240とを備えている。
尚、無線通信装置B(20)において、相手装置用誤差情報は装置A用誤差情報であり、自装置用誤差情報は装置B用誤差情報である。
次に、装置Aの送信電力制御部120及び装置Bの送信電力制御部220に設けられている送信電力制御テーブルについて図4を用いて説明する。図4は、送信電力制御テーブルの説明図である。
実際に送信電力制御テーブルに記憶されている情報の内容は、無線通信装置A(10)と無線通信装置B(20)とで通常異なっているが、基本的な構成は同一であるため、共通の構成として図4を用いて説明する。
上述したように、前提電力特性情報は、電力増幅器に起因する非線形歪や伝搬路に基づいて予測される歪の情報である。
また、電力制御値は、予め設定されたデフォルトの送信電力値からの制御量を示す情報である。
これにより、本無線通信装置では、ホッピング周波数毎に、実際の電力特性を反映した送信電力制御を可能とし、通信品質を向上させることができるものである。
次に、本無線通信装置の送信処理部の構成について図5を用いて説明する。図5は、送信処理部の構成を示す構成ブロック図である。
尚、無線通信装置A(10)の送信処理部110と無線通信装置B(20)の送信処理部210は、同一の構成であるため、共通の構成として図5を用いて説明する。
図5に示すように、送信処理部110(210)は、送信フレーム生成部31と、UW(Unique Word:ユニークワード)付加部32と、変調信号生成部33と、直交変調部34と、送信無線機35と、送信アンテナ36とを備えている。
送信フレーム生成部31は、送信データを所定のデータ長に分割し、送信フレームの先頭に、UW付加部32からのユニークワードと、相手装置用誤差情報と、前提電力特性情報を付加して送信フレーム(フレーム1、フレーム2、…)を生成する。
また、前提電力特性情報は、送信電力制御部120(220)から出力されるものである。
送信無線機35は、無線変調周波数(搬送波周波数)を発生する周波数シンセサイザを用いて、送信IF信号から送信RF信号に周波数変換を行う。
送信アンテナ36は、送信無線機35からの送信RF信号を無線空間へ放出することで、無線送信を行う。
次に、本無線通信装置の送信処理部110(220)の動作について図5を用いて説明する。
送信フレーム生成部31において、送信データと、UW付加部32からのユニークワードと、情報判定部140(240)からのフィードバック用誤差情報と、送信電力制御部120(220)からの前提電力特性情報とが入力されると、先頭部分にユニークワードとフィードバック用誤差情報と前提電力特性情報とを含む所定のデータ長の送信フレームが生成される。
ここで、前提電力特性情報は、周波数ホッピングによって切り替えられた搬送波周波数に対応する電力特性である。
送信無線機35の搬送波周波数は周波数ホッピングによって切り替えられ、送信電力制御部120(220)は、切り替えられた搬送波周波数の前提電力特性情報に対応する送信電力を送信無線機35に設定する。
このようにして、送信処理部110(210)における処理が行われる。
次に、本無線通信装置の受信処理部の構成について図6を用いて説明する。図6は、受信処理部の構成を示す構成ブロック図である。
尚、無線通信装置A(10)の受信処理部130と無線通信装置B(20)の受信処理部230は、同一の構成であるため、共通の構成として図6を用いて説明する。
図6に示すように、受信処理部130(230)は、受信アンテナ41と、受信無線機42と、直交検波部43と、同期処理部44と、等化処理部45と、復調データ生成部46とを備えている。
受信無線機42は、相手装置の送信処理部で用いられたものと同一の周波数シンセサイザが備えられており、当該シンセサイザを用いて送信時の周波数ホッピングパターンを再現して、受信IF信号への周波数変換を行う。
受信無線機42は、相手装置の送信処理部の搬送波周波数切り替えのタイミングと同期を取って変調周波数の切り替えを行っており、適正な周波数を用いて受信IF信号への変換を行うことができる。
同期処理部44は、受信ベースバンド信号に含まれるUWと予め受信装置が持つUWとの複素相関演算を行い、受信ベースバンド信号の同期点を検出し、その結果得られた受信フレームを、等化処理部45と、情報判定部140(240)に出力する。
復調データ生成部46は、等化処理部45の出力に対してQAMデマッピング処理等のデータ復調処理を行い、その結果得られた受信データを外部へ出力する。
次に、本無線通信装置の受信処理部130(230)の動作について図6を用いて説明する。
受信アンテナ41で受信された無線信号は、受信無線機42で受信IF信号に変換され、直交検波部43で直交検波されて、I相及びQ相の受信ベースバンド信号に変換される。
受信ベースバンド信号は、同期処理部44で同期検出処理が施されて受信フレームが抽出される。
また、受信フレームは、等化処理部45において歪が補償され、復調データ生成部46で復調処理が施されて、受信データが出力される。復調された前提電力特性情報は、情報判定部140(240)に出力され、復調された自装置用誤差情報は、送信電力制御部120(220)に出力される。
このようにして、受信処理部130(230)における動作が行われる。
次に、本システムにおける送信電力制御の動作について、図1~6を用いて説明する。
ここでは、図1,2に示した無線通信装置A(10)(装置A)が、図1,3に示した無線通信装置B(20)(装置B)に送信を行い、フィードバックされた情報に基づいて送信電力制御を行う場合を例として説明する。
送信処理部110では、送信データにユニークワード及び前提電力特性情報を付加して、送信無線機35から設定された送信電力で送信する。
また、受信フレームに対して、等化処理部45で歪補償を行い、復調データ生成部46で受信データを抽出する。
受信データ中に含まれる前提電力特性情報は、情報判定部240に出力される。
装置Bの送信処理部210では、送信データに、UWや自己の前提電力特性情報と共に、装置A用誤差情報を付加して送信する。これにより、装置A用誤差情報は装置Aにフィードバックされる。
そして、送信電力制御部120が、送信電力制御テーブルの前提電力特性情報及びそれに対応する送信電力値を更新して、更新された送信電力を送信処理部110の送信無線機35に設定する。
このようにして、本システムにおける送信電力の制御が行われるものである。
また、いずれの装置においても、情報判定部140(240)が、受信信号中の前提電力特性情報と検出した電力特性に基づいて相手装置用誤差情報を算出すると共に、送信電力制御部120(220)が、受信信号中の相手装置用誤差情報を自装置用誤差情報として認識して、自装置の送信電力を調整するものである。
本発明の実施の形態に係る無線通信装置によれば、周波数ホッピング方式を用いた無線通信装置であって、送信処理部110が、搬送波周波数に対応して送信電力算出の前提とする前提電力特性情報を送信フレームに含めて、送信電力制御部110から設定された送信電力で相手装置に送信し、送信電力制御部120が、相手装置からフィードバックされた自装置用誤差情報に基づいて、前提電力特性情報を更新すると共に送信電力を調整して送信処理部110に設定するようにしているので、相手装置から、送信電力の根拠としていた前提電力特性と実際の電力特性との差分の情報を受信することにより、実際に受信側で測定された電力特性に基づいて前提電力特性情報を更新して、送信電力をきめ細かく調整することができ、通信品質を改善することができる効果がある。
次に、本発明の別の実施の形態に係る無線通信装置(別の無線通信装置)について説明する。
別の無線通信装置の基本的な構成は、図2,図3に示した本無線通信装置と同様であるが、送信処理部及び受信処理部の構成が異なっている。
特に、別の無線通信装置は、1フレームが2つのデータスロットで構成される伝送データの通信に対応したものである。
別の無線通信装置の送信部の構成について図7を用いて説明する。図7は、別の無線通信装置の送信部の構成ブロック図である。
図7に示すように、別の無線通信装置の送信部は、送信データスロット生成部301と、UWメモリ302と、送信データスロット格納メモリ303と、送信フレーム生成部304と、変調信号生成部305と、直交変調部306と、送信無線機307と、送信アンテナ308と、送信電力制御部309とを備えている。
尚、送信データスロット生成部301、送信データ格納メモリ303、送信フレーム生成部304以外の構成部分は、上述した本無線通信装置の各部と同等の構成及び動作であるため、詳細な説明は省略する。
その際、別の無線通信装置の送信データスロット生成部301は、送信電力制御部309からの前提電力特性情報と、後述する情報判定部からの相手装置用誤差情報を、各送信データスロットに付加して送信データスロット格納メモリ303に格納する。
送信フレーム生成部304は、送信データスロット格納メモリ303から出力される送信データスロットを用いて、異なる内容の2つの送信データスロットをフレームに割り当てることで送信フレームを生成する。送信フレームの生成方法は、後述する。
次に、別の無線通信装置の受信部の構成について図8を用いて説明する。図8は、別の無線通信装置の受信部の構成ブロック図である。
図8に示すように、別の無線通信装置の受信部は、受信アンテナ329と、受信無線機330と、直交検波部331と、同期処理部332と、受信データスロット抽出部333と、第1データスロット等化処理部334と、第1データスロット格納メモリ335と、第2データスロット等化処理部336と、第2データスロット格納メモリ337と、データシンボル等化誤差比較部338と、受信データシンボル選択部339と、復調データ生成部340と、情報判定部341とを備えている。
第1データスロット等化処理部334及び第2データスロット等化処理部336に用いる等化器としては、判定帰還型等化器やビタビ等化器等、どのような等化器を用いてもよい。
第1データスロット格納メモリ335及び第2データスロット格納メモリ337は、それぞれ、等化処理結果及び等化誤差を、時系列で複数スロット分格納する構成となっている。
通常、欠落したデータシンボルの等化誤差電力は、欠落していないものと比較して大きくなる。別の無線通信装置では、このことを利用して信頼性の高いデータシンボルを選択するようにしている。
そして、相手装置用誤差情報を送信処理部に出力して、相手装置に送信させる。
次に、別の無線通信装置における送信フレームの構成について図9を用いて説明する。図9は、別の無線通信装置における送信フレームを示す説明図であり、(a)は送信データスロット、(b)は送信フレーム及び送信タイミングを示している。
ここでは、1つの送信フレームに2つの送信データスロットが含まれる場合について説明する。
つまり、各データスロットは、周波数ホッピングの搬送波周波数切り替えの間隔とは異なる間隔となる2つのフレームに割り当てられて送信されるものである。
次に、別の無線通信装置の受信データシンボル選択部339おける受信データシンボルの選択方法について、図10を用いて説明する。図10は、別の無線通信装置の受信データシンボルの選択方法の説明図である。
図10において、受信RF信号の波形上の太線は、送信側の装置の周波数ホッピングにより受信RF信号で発生した無信号区間を示しており、この区間で搬送波周波数の切り替えが行われたことを表している。また、受信フレーム、受信データシンボル及び受信データスロットにおける網掛け部分は、同一のデータスロットについて2回送信される内の、最初に送信されたスロットデータ又はシンボルデータであることを表している。
ここで、無信号区間に重なったことにより欠落したデータシンボルには×印を付している。
また、同一のデータスロットは、各送信フレームにおいて異なる順番で配置されており、つまり、一方がある送信フレームの第1送信データスロットに配置され、他方が別の送信フレームの第2送信データスロットに配置されているため、受信側の装置において、一方のデータスロットの等化処理結果は、第1データスロット格納メモリ335に格納され、他方のデータスロットの等化処理結果は、第2データスロット格納メモリ337に格納されることになる。
これにより、別の無線通信装置では、例えば、第1受信フレームF1及び第4受信フレームF4からそれぞれ欠落していない、信頼性の高い受信データシンボルを選択でき、受信データスロットS1を再構成することができる。
図10において、第1受信フレームF1の第2受信データスロットS1を構成する受信データシンボルDnと、第5受信フレームF5の第1受信データスロットS2を構成する受信データシンボルD1及びD2は、周波数ホッピングによる無信号区間とは重なっていないが、受信状態の悪化により、劣化又は欠落している。
図10では、受信状態の悪化により劣化したデータシンボルには、斜線を付している。
この場合、別の無線通信装置は、受信データスロットの数だけデータスロット等化処理部及び対応するデータスロット格納メモリが必要となり、また、データシンボル等化誤差比較部338は、各データスロット格納メモリに格納された同一のデータスロットを構成する同位置のデータシンボルの等化誤差を比較する構成とする必要がある。
また、受信データシンボル選択部339は、データシンボル等化誤差比較部からの比較結果に基づいて、等化誤差電力が最小となる受信データシンボルを選択して読み出す必要がある。
本発明の別の実施の形態に係る無線通信装置及び無線通信システムによれば、上述した本無線通信装置及び本無線通信システムと同様に、実際に受信側で測定された電力特性に基づいて送信電力をきめ細かく調整することができ、通信品質を改善することができると共に、送信側で、同一のデータスロットが複数のフレームに含まれるよう無線データを生成して周波数ホッピング方式で送信し、受信側で、受信した受信フレームから、データシンボルによって構成されるデータスロットを抽出してデータシンボル毎の品質を算出し、異なる受信フレームに含まれる同一のデータスロットにおける同位置のデータシンボルの品質を比較し、品質が最も良好なデータシンボルを選択してデータスロットを再構成して復調することにより、周波数ホッピング方式における搬送波周波数の切り替えに起因するバーストデータ誤りを防止して、無線通信の品質を一層向上させることができる効果がある。
34,306…直交変調部、 35,307…送信無線機、 36,308…送信アンテナ、 41,329…受信アンテナ、 42,330…受信無線機、 43,331…直交検波部、 44,332…同期処理部、 45…等化処理部、 46,340…復調データ生成部、 110,210…送信処理部、 120,220,309…送信電力制御部、 130,230…受信処理部、 140,240…情報判定部、 301…送信データスロット生成部、 302…UWメモリ、 303…送信データスロット格納メモリ、 333…受信データスロット抽出部、 334…第1データスロット等化処理部、
335…第1スロットデータ格納メモリ、 336…第2データスロット等化処理部、
337…第2スロットデータ格納メモリ、 338…データシンボル等化誤差比較部、
339…受信データシンボル選択部
Claims (7)
- 周波数ホッピング方式を用いて通信を行う無線通信装置であって、
送信データから送信フレームを生成し、設定された送信電力で前記送信フレームを相手装置に無線送信する送信処理部と、
送信電力の前提となる自装置の前提電力特性情報を前記送信処理部に出力すると共に、前記自装置の前提電力特性情報に基づく送信電力を前記送信処理部に設定する送信電力制御部と、
受信信号から受信フレームを抽出して復調する受信処理部と、
前記受信信号から電力特性を測定し、前記受信処理部で復調された相手装置の前提電力特性情報と前記測定された電力特性とを比較して差分を算出し、前記差分を相手装置用誤差情報として送信処理部に出力する情報判定部とを備え、
前記送信処理部が、前記自装置の前提電力特性情報と、前記相手装置用誤差情報とを前記送信フレームに含めて送信し、
前記送信電力制御部が、前記相手装置から受信した受信フレームに含まれる自装置用誤差情報に基づいて前記自装置の前提電力特性情報を更新し、前記更新された自装置の前提電力特性情報に基づく送信電力を前記送信処理部に設定する無線通信装置。 - 前提電力特性情報が、周波数ホッピング方式によって切り替えられる各搬送波周波数に対応している請求項1記載の無線通信装置。
- 前記送信処理部が、送信データを複数のデータスロットに分割し、同一内容のデータスロットが複数の異なる送信フレームに含まれるように送信フレームを生成し、
前記受信処理部が、受信フレームから、データシンボルによって構成されるデータスロットを抽出し、前記データスロットの波形等化処理を行うと共に前記データスロットを構成するデータシンボルの品質を算出し、異なる受信フレームに含まれる複数の同一のデータスロットについて、データシンボル毎の品質を比較して、品質が最も良好なデータシンボルを選択してデータスロットを再構成して復調する請求項1又は2記載の無線通信装置。 - 第1の無線通信装置と第2の無線通信装置とが、周波数ホッピング方式を用いて通信を行う無線通信システムであって、
前記第1の無線通信装置が、送信電力の前提となる前記第1の無線通信装置の前提電力特性情報を送信フレームに含めて、前記第1の無線通信装置の前提電力特性に基づく送信電力で前記第2の無線通信装置に送信すると共に、前記第2の無線通信装置からフィードバックされた第1の無線通信装置用誤差情報に基づいて、前記第1の無線通信装置の前提電力特性情報を更新し、送信電力を調整する装置であり、
前記第2の無線通信装置が、前記第1の無線通信装置からの受信信号を復調して前記第1の無線通信装置の前提電力特性情報を抽出すると共に、前記受信信号から電力特性を測定して、前記復調された第1の無線通信装置の前提電力特性情報と前記測定された電力特性とを比較して差分を算出し、前記差分を前記第1の無線通信装置用誤差情報として前記第1の無線通信装置にフィードバックする装置である無線通信システム。 - 前記第1の無線通信装置が、送信データを複数のデータスロットに分割し、同一内容のデータスロットが複数の異なる送信フレームに含まれるように送信フレームを生成する装置であり、
前記第2の無線通信装置が、受信信号を復調する際に、受信フレームから、データシンボルによって構成されるデータスロットを抽出し、前記データスロットの波形等化処理を行うと共に前記データスロットを構成するデータシンボルの品質を算出し、異なる受信フレームに含まれる複数の同一のデータスロットについて、データシンボル毎の品質を比較して、品質が最も良好なデータシンボルを選択してデータスロットを再構成して復調する装置である請求項4記載の無線通信システム。 - 第1の無線通信装置と第2の無線通信装置とが、周波数ホッピング方式を用いて通信を行う無線通信システムにおける送信電力制御方法であって、
前記第1の無線通信装置が、送信電力算出の前提とする前記第1の無線通信装置の前提電力特性情報を送信フレームに含めて、前記第1の無線通信装置の前提電力特性に基づく送信電力で前記第2の無線通信装置に送信し、
前記第2の無線通信装置が、前記第1の無線通信装置からの受信信号を復調して前記第1の無線通信装置の前提電力特性情報を抽出すると共に、前記受信信号から電力特性を測定して、前記復調された第1の無線通信装置の前提電力特性情報と前記測定された電力特性とを比較して差分を算出し、前記差分を前記第1の無線通信装置用誤差情報として前記第1の無線通信装置にフィードバックし、
前記第1の無線通信装置が、前記第2の無線通信装置からフィードバックされた第1の無線通信装置用誤差情報に基づいて、前記第1の無線通信装置の前提電力特性情報を更新し、送信電力を調整する送信電力制御方法。 - 前記第1の無線通信装置が、送信データを複数のデータスロットに分割し、同一内容のデータスロットが複数の異なる送信フレームに含まれるように送信フレームを生成し、
前記第2の無線通信装置が、受信信号を復調する際に、受信フレームから、データシンボルによって構成されるデータスロットを抽出し、前記データスロットの波形等化処理を行うと共に前記データスロットを構成するデータシンボルの品質を算出し、異なる受信フレームに含まれる複数の同一のデータスロットについて、データシンボル毎の品質を比較して、品質が最も良好なデータシンボルを選択してデータスロットを再構成して復調する請求項6記載の送信電力制御方法。
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