JP7205393B2 - 無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置 - Google Patents

無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置に関する。
加入者系無線通信システムでは、例えば複数の音声回線を収容する加入者局と、ネットワークに接続された基地局とが、無線通信を行うことにより、同時に発生する複数の呼についての音声通信を実現している。
例えば、非特許文献１には、無線インタフェースプロトコルアーキテクチャの概要が示されている。また、非特許文献２には、サービス提供事業者が考慮すべき品質パラメータの特定と評価方法が示されている。
3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN);Overall description; Stage 2(Release 12), 3GPP TS 36.300 V12.2.0 (2014-06) ＴＴＣ標準Ｓｔａｎｄａｒｄ、ＩＰ電話の通話品質評価法、２００８年８月２５日、社団法人 情報通信技術委員会、第５版
デジタル無線システムにおいては、ＳＮＲ（signal to noise ratio）に応じて変調次数を変更する技術が知られている。しかしながら、従来は、通信の品質をより高めるための効果的な制御となっていない場合があった。
本発明は、通信の品質を効果的に高めることができる無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる無線通信システムは、複数の回線を収容して送信機から受信機へ信号を送信する無線通信システムにおいて、通信している回線数を観測する回線数観測部と、通信それぞれの品質を観測する品質観測部と、前記回線数観測部が観測した回線数、前記品質観測部が観測した通信それぞれの品質、及び前記回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定する決定部と、前記決定部が決定した変調方式により、信号を変調する変調部とを有することを特徴とする。
また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、複数の回線を収容して送信機から受信機へ信号を送信する無線通信方法において、通信している回線数を観測する回線数観測工程と、通信それぞれの品質を観測する品質観測工程と、観測した回線数、観測した通信それぞれの品質、及び前記回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定する決定工程と、決定した変調方式により、信号を変調する変調工程とを含むことを特徴とする。
また、本発明の一態様にかかる無線通信装置は、複数の回線を収容して信号を送信する無線通信装置において、通信している回線数を観測する回線数観測部と、通信それぞれの品質を観測する品質観測部と、前記回線数観測部が観測した回線数、前記品質観測部が観測した通信それぞれの品質、及び前記回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定する決定部と、前記決定部が決定した変調方式により、信号を変調する変調部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、通信の品質を効果的に高めることができる。
一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 一実施形態にかかる加入者局の構成例を示す図である。 決定部が決定する変調方式の選択肢を例示する図である。 一実施形態にかかる基地局の構成例を示す図である。 決定部の動作例を示すフローチャートである。 （ａ）は、電話端末などの同時に通話している回線数が減少したときの無線通信システムの動作状態を示す図である。（ｂ）は、同時に通話している回線数の減少に応じた無線通信システムの動作結果を示す図である。 （ａ）は、電話端末などの同時に通話している回線数が増加したときの無線通信システムの動作状態を示す図である。（ｂ）は、同時に通話している回線数の増加に応じた無線通信システムの動作結果を示す図である。
以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１０の構成例を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１０は、ネットワーク２０に接続された基地局３０と、基地局３０との間で例えば音声通信などの全二重の無線通信を行う加入者局４０とを有するデジタル加入者系無線システムである。
無線通信システム１０は、デジタル無線通信を行うものであれば、音声回線を収容するものに限られることなく、データ通信の回線を収容するものであってもよい。
基地局３０は、内部に設けられたインターフェース部３００がネットワーク２０に接続された無線通信装置であり、送信機及び受信機の機能を備える。インターフェース部３００は、基地局３０の内部の信号と、基地局３０の外部の信号とのインターフェースをとるように制御を行う。
加入者局４０は、内部に設けられたインターフェース部４００が例えば複数の電話端末５０－１～５０－４などに接続された無線通信装置であり、送信機及び受信機の機能を備える。インターフェース部４００は、加入者局４０の内部の信号と、加入者局４０の外部の信号とのインターフェースをとるように制御を行う。
ここでは、例えば電話端末５０－１，５０－２が同時に通話中であり、電話端末５０－３が通話を終了し、電話端末５０－４が非通話である状態を示している。
図２は、一実施形態にかかる加入者局４０の構成例を示す図である。図２に示すように、加入者局４０は、インターフェース部４００、回線数観測部４０１、誤り率観測部４０２、品質観測部４０３、決定部４０４、変調部４０５、送信信号変換部４０６、分離部４０７、受信信号変換部４０８、及び復調部４０９を有する。
インターフェース部４００は、外部の電話端末５０－１～５０－４などに接続されており、電話端末５０－１～５０－４などから入力される信号を回線数観測部４０１、品質観測部４０３、及び変調部４０５に対して出力する。また、インターフェース部４００は、復調部４０９から入力される信号を電話端末５０－１～５０－４などに対して出力する。
回線数観測部４０１は、同時に通信している（例えば同時に呼が発生している）回線数を観測し、観測した回線数を決定部４０４に対して出力する。
誤り率観測部４０２は、後述する復調部４０９から入力される受信信号の誤り率を算出し、例えば算出した誤り率と受信信号を品質観測部４０３及び決定部４０４に対して出力する。なお、誤り率も信号の品質を示すパラメータの１つである。
品質観測部４０３は、インターフェース部４００から入力される信号、及び誤り率観測部４０２から入力される信号それぞれに対して、例えばＲ値（総合通話品質指標：Rating Factor）などを含む信号の品質を観測し、観測した信号それぞれの品質を決定部４０４に対して出力する。
決定部４０４は、回線数観測部４０１が観測した回線数、品質観測部４０３が観測した信号それぞれの品質、及び複数の回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定し、決定した結果を変調部４０５に対して出力する。変調方式には、例えば１シンボルが４値のＱＰＳＫ（Quadrature Phase shift Keying）、１６値の１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、及び６４値の６４ＱＡＭなどがある。
図３は、決定部４０４が決定する変調方式の選択肢を例示する図である。図３に示すように、例えばＱＰＳＫで変調した場合、無線スループットが１００ｋｂｐｓであり、所要品質を満たしつつ収容可能な音声回線数が１回線となっている。１６ＱＡＭで変調した場合には、無線スループットが２００ｋｂｐｓであり、所要品質を満たしつつ収容可能な音声回線数が２回線となっている。６４ＱＡＭで変調した場合には、無線スループットが３００ｋｂｐｓであり、所要品質を満たしつつ収容可能な音声回線数が３回線となっている。
これらの変調方式には、変調方式の次数を下げると、所要品質を満たしつつ収容可能な回線数は減少するが、通信品質は向上するという特性がある。高ＳＮＲ・高次変調（６４ＱＡＭなど）のときに、回線の所要スループットに対して無線スループットが余剰に大きい場合には、変調次数を低次変調（ＱＰＳＫなど）に下げて、通信品質を高く安定させることが望ましい。
そこで、決定部４０４は、例えば品質観測部４０３が観測した通信それぞれの品質が所要品質を満たしつつ、変調次数が最小となるように変調方式を決定する。なお、複数の回線それぞれの所要スループットを示す情報は、決定部４０４が予め備えていてもよいし、図示しない記憶部が記憶していてもよい。
変調部４０５（図２）は、決定部４０４が決定した変調方式により、送信信号を変調し、送信信号変換部４０６に対して変調した送信信号を出力する。例えば、変調部４０５は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、又は２５６ＱＡＭのいずれかによって送信信号を変調（適応変調）する。
送信信号変換部４０６は、変調部４０５が変調した送信信号を所定の高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号に変換し、分離部４０７に対して出力する。
分離部４０７は、アンテナを介して高周波信号を送受信するＲＦ回路を有し、送信信号と受信信号とを分離する機能を備える。
受信信号変換部４０８は、分離部４０７が分離した高周波の受信信号をベースバンド信号に変換し、復調部４０９に対して出力する。
復調部４０９は、変調方式に対応する復調方式によって受信信号を復調し、復調した受信信号を誤り率観測部４０２及びインターフェース部４００に対して出力する。
図４は、一実施形態にかかる基地局３０の構成例を示す図である。図４に示すように、基地局３０は、インターフェース部３００、回線数観測部４０１、誤り率観測部４０２、品質観測部４０３、決定部４０４、変調部４０５、送信信号変換部４０６、分離部４０７、受信信号変換部４０８、及び復調部４０９を有する。
なお、図４に示した基地局３０を構成する部分のうち、図２に示した加入者局４０を構成する部分と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。
インターフェース部３００は、外部のネットワーク２０に接続されており、ネットワーク２０などから入力される信号を回線数観測部４０１、品質観測部４０３、及び変調部４０５に対して出力する。また、インターフェース部３００は、復調部４０９から入力される信号をネットワーク２０に対して出力する。
次に、無線通信システム１０の動作例について説明する。ここでは、まず、決定部４０４の動作例について詳述する。図５は、決定部４０４の動作例を示すフローチャートである。
図５に示すように、決定部４０４は、まず回線数観測部４０１から入力される同時に通信している回線数の増減の有無を判定する（Ｓ１００）。ここで、決定部４０４は、同時に通信している回線数が増加していると判定した場合には、Ｓ１０２の処理に進む。また、決定部４０４は、同時に通信している回線数の増減がないと判定した場合には、Ｓ１０４の処理に進む。また、決定部４０４は、同時に通信している回線数が減少していると判定した場合には、Ｓ１０６の処理に進む。
Ｓ１０２の処理において、決定部４０４は、無線通信が所要スループットを満たしているか否かを判定する。決定部４０４は、無線通信が所要スループットを満たしていないと判定した場合にはＳ１０８の処理に進み、満たしていると判定した場合にはＳ１１０の処理に進む。
Ｓ１０４の処理において、決定部４０４は、無線通信の品質（Ｒ値を含む）の劣化の有無を判定する。決定部４０４は、無線通信の品質に劣化があると判定した場合にはＳ１０６の処理に進み、劣化がないと判定した場合にはＳ１１０の処理に進む。
Ｓ１０６の処理において、決定部４０４は、無線通信が所要品質を満たしているか否かを判定する。決定部４０４は、無線通信が所要品質を満たしていると判定した場合にはＳ１１０の処理に進み、満たしていないと判定した場合にはＳ１１２の処理に進む。
Ｓ１０８の処理において、決定部４０４は、変調部４０５が送信信号を変調する変調方式の変調次数を上げる決定を行い、Ｓ１００の処理に戻る。
Ｓ１１０の処理において、決定部４０４は、変調部４０５が送信信号を変調する変調方式の変調次数を維持する決定を行い、Ｓ１００の処理に戻る。
Ｓ１１２の処理において、決定部４０４は、変調部４０５が送信信号を変調する変調方式の変調次数を下げる決定を行い、Ｓ１００の処理に戻る。
次に、無線通信システム１０の具体的な動作例を図６，７を用いて説明する。図６は、無線通信システム１０の動作の第１例を示す図である。図６（ａ）は、電話端末５０－１などの同時に通話している回線数が減少したときの無線通信システム１０の動作状態を示す図である。図６（ｂ）は、同時に通話している回線数の減少に応じた無線通信システム１０の動作結果を示す図である。
図６（ａ）に示すように、例えば無線通信システム１０は、同時に通話している３台の電話端末５０－１～５０－３のうち、電話端末５０－３が通話を終了したとする。無線通信システム１０は、３回線の通話を収容していたため、信号を６４ＱＡＭの変調により伝送していた（図３参照）。
上述したように、変調方式には、変調方式の次数を下げると、所要品質を満たしつつ収容可能な回線数は減少するが、通信品質は向上するという特性がある。つまり、同時に通話をしている回線数が３から２に減少すると、Ｒ値、ＳＮＲ、ＰＥＲ（Packet Error Rate）などによって表される通信品質が無線通信システム１０によって実現可能な通信品質に対して低い状態となる。
そこで、無線通信システム１０は、図６（ｂ）に示したように、同時に２回線を収容可能な１６ＱＡＭの変調により信号を伝送するように変調方式を変更する。図３にも示したように、無線通信システム１０は、１６ＱＡＭの変調により信号を伝送することにより、無線スループットは減少するが、２回線を収容することができる。
つまり、無線通信システム１０は、回線数観測部４０１が観測した回線数、品質観測部４０３が観測した通信それぞれの品質、及び回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定して変更するので、同時に通信を行う電話端末５０－１，５０－２の通信品質を向上させることができる。
図７は、無線通信システム１０の動作の第２例を示す図である。図７（ａ）は、電話端末５０－１などの同時に通話している回線数が増加したときの無線通信システム１０の動作状態を示す図である。図７（ｂ）は、同時に通話している回線数の増加に応じた無線通信システム１０の動作結果を示す図である。
図７（ａ）に示すように、例えば無線通信システム１０は、同時に通話している２台の電話端末５０－１，５０－２に対し、電話端末５０－３の通話が追加されたとする。無線通信システム１０は、２回線の通話を収容していたため、信号を１６ＱＡＭの変調により伝送していた（図３参照）。
上述した複数の変調方式では、変調方式の次数を上げると、所要品質の範囲内でＰＥＲなどの通信品質は低下するが、無線スループットを向上させることができる。
そこで、無線通信システム１０は、図７（ｂ）に示したように、同時に３回線を収容可能な６４ＱＡＭの変調により信号を伝送するように変調方式を変更する。図３にも示したように、無線通信システム１０は、６４ＱＡＭの変調により信号を伝送することにより、無線スループットが増加し、３回線を収容することができる。
つまり、無線通信システム１０は、回線数観測部４０１が観測した回線数、品質観測部４０３が観測した通信それぞれの品質、及び回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定して変更するので、同時に通信を行う電話端末５０－１～５０－３のＲ値を含む通信品質を向上させることができる。
なお、無線通信システム１０は、基地局３０及び加入者局４０が信号を送信する場合には少なくとも変調部４０５を備えている必要がある。しかし、基地局３０及び加入者局４０は、いずれかのみが回線数観測部４０１、誤り率観測部４０２、品質観測部４０３及び決定部４０４を備え、相互に通信を行って観測した情報を共有し、変調次数を変更する構成であってもよい。
このように、無線通信システム１０は、接続回線数に応じて必要最低限の変調次数を採用するので、最大限に通信品質を安定化することができる。
なお、上述した実施形態における基地局３０及び加入者局４０を構成する各部は、一部又は全部が、ハードウェアによって構成されてもよいし、プログラムをプロセッサに実行させることによって構成されてもよい。
また、基地局３０及び加入者局４０を構成する各部は、一部又は全部がプログラムをプロセッサに実行させることによって構成されている場合、当該プログラムが記録媒体に記録されて供給されてもよいし、ネットワークを介して供給されてもよい。
１０・・・無線通信システム、２０・・・ネットワーク、３０・・・基地局、４０・・・加入者局、５０－１～５０－４・・・電話端末、３００，４００・・・インターフェース部、４０１・・・回線数観測部、４０２・・・誤り率観測部、４０３・・・品質観測部、４０４・・・決定部、４０５・・・変調部、４０６・・・送信信号変換部、４０７・・・分離部、４０８・・・受信信号変換部、４０９・・・復調部

Claims (8)

  1. 複数の回線を収容して送信機から受信機へ信号を送信する無線通信システムにおいて、
    通信している回線数を観測する回線数観測部と、
    通信それぞれの品質を観測する品質観測部と、
    前記回線数観測部が観測した回線数、前記品質観測部が観測した通信それぞれの品質、及び前記回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定する決定部と、
    前記決定部が決定した変調方式により、信号を変調する変調部と
    を有することを特徴とする無線通信システム。
  2. 前記決定部は、
    前記品質観測部が観測した通信それぞれの品質が所要品質を満たしつつ、変調次数が最小となるように変調方式を決定すること
    を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 前記回線の少なくとも１つは、音声回線であること
    を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
  4. 複数の回線を収容して送信機から受信機へ信号を送信する無線通信方法において、
    通信している回線数を観測する回線数観測工程と、
    通信それぞれの品質を観測する品質観測工程と、
    観測した回線数、観測した通信それぞれの品質、及び前記回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定する決定工程と、
    決定した変調方式により、信号を変調する変調工程と
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
  5. 前記決定工程では、
    観測した通信それぞれの品質が所要品質を満たしつつ、変調次数が最小となるように変調方式を決定すること
    を特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。
  6. 前記回線の少なくとも１つは、音声回線であること
    を特徴とする請求項４又は５に記載の無線通信方法。
  7. 複数の回線を収容して信号を送信する無線通信装置において、
    通信している回線数を観測する回線数観測部と、
    通信それぞれの品質を観測する品質観測部と、
    前記回線数観測部が観測した回線数、前記品質観測部が観測した通信それぞれの品質、及び前記回線それぞれの所要スループットに基づいて、信号を送信するための変調方式を決定する決定部と、
    前記決定部が決定した変調方式により、信号を変調する変調部と
    を有することを特徴とする無線通信装置。
  8. 前記決定部は、
    前記品質観測部が観測した通信それぞれの品質が所要品質を満たしつつ、変調次数が最小となるように変調方式を決定すること
    を特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
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