JP7446678B2 - 無線受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線受信装置に関し、特に、伝搬路の環境に応じて変調方式を切り替える適応変調方式を用いて運用される無線通信システムにおける受信に纏わる機序としての無線受信装置に関する。

デジタル変復調無線システムにおいては、種々の伝搬路環境に応じて変調方式を切り替える適応変調方式を用いて、最適なタイミングで変調方式を切り替えることによって回線品質劣化を改善することが行われている。適応変調方式を用いたデジタル無線通信装置に関する技術として、例えば、複数の変調符号化方式の中からデータ通信に用いる変調符号化方式を適応的に選択するデータ通信装置であって、受信信号からデータ通信の回線品質を測定する品質測定手段と、前記複数の変調符号化方式の中の２つの、マルチパスおよびフェージングによる擾乱が無い、白色ガウスノイズのみによる理想条件下における回線品質に対するスループットの特性（静特性）を示す曲線の交点での回線品質の値から求まる閾値と、前記品質測定手段で測定された前記回線品質とを比較することにより、いずれかの前記変調符号化方式を選択する適応変調制御手段とを有するデータ通信装置が知られている（特許文献１）。

特許第４５０６９７９号公報

ところで、伝搬路環境に応じて変調方式を切り替える適応変調方式は、変調方式が高多値になるほど伝搬路環境の変動の影響を受け易くなるため、低多値から高多値に切り替えるとき、或いは高多値から低多値に切り替えるときの判定が的確に行われない場合には回線品質の低下を招くことになる。従来の適応変調では、復調器の推定Ｃ／Ｎ（即ち、搬送波対雑音比）や受信レベルといった情報から最適な変調方式を選択するようにしている。具体的には例えば特許文献１に記載の技術では、信号電力対干渉電力比に応じて変調多値数を切り替えるようにしており、フェージング環境と静特性とで最適閾値をテーブルとして予め持って制御するようにしている。しかしながら、高多値化に伴うフェージングに対する等化限界の低下や細かな受信レベルの揺らぎによる性能劣化に対応するには情報として不十分である、という問題がある。

そこで本発明は、伝搬路の変化の予兆を検出して変調方式の切り替えを的確に行うことにより、伝搬路環境の変動に対して性能保持が困難な高多値変調方式においても性能を劣化させずに運用することが可能な、無線受信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、適応変調方式を用いて無線通信を行う無線通信装置を構成する無線受信装置であり、クロック再生処理におけるクロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率を検出するクロック検出部と、キャリア再生処理におけるキャリア位相の遅れおよび進みの発生比率を検出するキャリア検出部と、タップ係数の更新処理における更新前後でのタップ係数の変動の大きさを検出するタップ係数検出部と、のうちの少なくとも１つを備え、前記クロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率、前記キャリア位相の遅れおよび進みの発生比率、ならびに前記タップ係数の変動の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて直角位相振幅変調の変調多値数を切り替える、ことを特徴とする無線受信装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無線受信装置において、受信信号強度を検出するＲＳＳＩ検出部と、搬送波対雑音比を検出するＣ／Ｎ検出部と、のうちの少なくとも１つをさらに備え、前記クロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率、前記キャリア位相の遅れおよび進みの発生比率、ならびに前記タップ係数の変動の大きさのうちの少なくとも１つに加えて、前記受信信号強度と前記搬送波対雑音比とのうちの少なくとも１つに基づいて、直角位相振幅変調の変調多値数を大きくするように切り替える、ことを特徴とする。

発明者の知見によると、クロックタイミングの遅れや進みの発生比率、キャリア位相の遅れや進みの発生比率、およびタップ係数の変動の大きさはいずれも、伝搬路環境が不安定な状態になっていることを示唆／暗示する指標であり、伝搬路環境の悪化を予兆する情報として用いて有用な指標である。したがって、請求項１に記載の発明や請求項２に記載の発明によれば、伝搬路の変化の予兆を検出して変調方式の切り替えを的確に行うことができ、変調方式の切り替え時の信頼性を向上させることが可能となるとともに、伝搬路環境の変動に対して性能保持が困難な高多値変調方式においても性能を劣化させずに運用することが可能となる。

上記の発明者の知見について、伝搬環境の変動の代表的な例として直接波と遅延波との合成による周波数選択制フェージングに関して説明すると、周波数選択制フェージングによるノッチ周波数変動は合成される２波のキャリア位相差や遅延差（クロック位相差）の変化により発生する。よって、ノッチ周波数の変動が発生したときは受信したキャリア位相やクロック位相が大きく変化し、通常の機器のクロック偏差やキャリア周波数偏差の変動とは異なる挙動となるため、クロックタイミングの遅れや進みの発生比率、キャリア位相の遅れや進みの発生比率は伝搬路環境が不安定になっている指標になりうると考えられる。また、フェージングによる周波数歪を補正する等化器のタップの変動が伝搬環境の悪化の予兆になるのは明らかであると言える。

この発明の実施の形態における無線通信システムの概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態に係る無線受信装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図２の無線受信装置の制御部に関係する概略構成を示す機能ブロック図である。 図２の無線受信装置における処理手順を示すフローチャートである。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。なお、以下では、この発明の特徴的な構成について説明し、通信対象のデータの送受信を行う際の従来と同様の仕組みについては説明を簡略にしたり省略したりする。

図１は、この発明の実施の形態における無線通信システム１００の概略構成を示す図である。

無線通信システム１００を構成する無線通信の送受信局のそれぞれに、無線通信装置１０１およびアンテナ１０２が配置される。無線通信装置１０１同士は、アンテナ１０２を介して無線回線１０３によって相互に接続される。

無線通信システム１００では、変調方式として、直角位相振幅変調が用いられる。なお、直角位相振幅変調は「ＱＡＭ」とも表記される（ＱＡＭ：Ｑuadrature Ａmplitude Ｍodulation の略）。

図２は、この発明の実施の形態に係る無線受信装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。なお、図２に示す無線受信装置１は、無線通信システム１００における無線通信装置１０１に対して、特に受信に纏わる機序として適用される。

この実施の形態に係る無線受信装置１は、適応変調方式を用いて無線通信を行う無線通信装置を構成する無線受信装置であり、クロック再生処理におけるクロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率を検出するクロック検出部６３と、キャリア再生処理におけるキャリア位相の遅れおよび進みの発生比率を検出するキャリア検出部６４と、タップ係数の更新処理における更新前後でのタップ係数の変動の大きさを検出するタップ係数検出部６５と、を備え、クロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率、キャリア位相の遅れおよび進みの発生比率、ならびにタップ係数の変動の大きさに基づいて直角位相振幅変調の変調多値数を切り替える、ようにしている。

この実施の形態に係る無線受信装置１は、また、受信信号強度を検出するＲＳＳＩ検出部６１と、搬送波対雑音比を検出するＣ／Ｎ検出部６２と、を備え、クロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率、キャリア位相の遅れおよび進みの発生比率、ならびにタップ係数の変動の大きさのうちの少なくとも１つに加えて、受信信号強度と搬送波対雑音比とに基づいて、直角位相振幅変調の変調多値数を大きくするように切り替える、ようにしている。

無線通信装置１０１同士がアンテナ１０２および無線回線１０３を介して伝送データとしての無線フレームの送受信を行う際に、或る通信において受信側になる無線通信装置１０１のアンテナ１０２が無線フレームを受信すると、アンテナ１０２は受信した無線フレームを電気信号へと変換して出力する。

電気信号に変換された無線フレーム（受信波信号）は、所定の周波数帯域の信号のみを通過させる受信フィルタ（図示省略）を必要に応じて通過したうえで、低雑音増幅器１１へと入力される。低雑音増幅器１１は、無線フレーム（受信波信号）を増幅して出力する。

この実施の形態に係る無線受信装置１は、大まかな構成として自動利得制御部２０と、クロック再生部３０と、キャリア再生部４０と、等化器５０と、を含む機序として構成される。

自動利得制御部２０（尚、「ＡＧＣ（Ａutomatic Ｇain Ｃontrol の略）」とも呼ばれる）は、ＡＴＴ２１、電力検出器２２、Ｄ／Ａ変換器２３、およびローパスフィルタ２４を備える。

ＡＴＴ２１は、減衰器（尚、「アッテネータ（attenuator）」とも呼ばれる）を含み、低雑音増幅器１１から出力される無線フレーム（受信波信号）を、外部からの信号に応じて減衰量を調整して減衰させて出力する。ＡＴＴ２１における減衰量は、Ｄ／Ａ変換器２３およびローパスフィルタ２４を介して供給される電力検出器２２による電力の検出結果に応じて所定の制御が行われて変化する。

電力検出器２２は、帯域制限部１８から出力される信号の電力を検出する。電力検出器２２の出力は、Ｄ／Ａ変換器２３へと入力されてＤ／Ａ変換器２３においてデジタル－アナログ変換処理が施されたうえで、ローパスフィルタ２４へと入力される。

ローパスフィルタ２４は、Ｄ／Ａ変換器２３から出力される、電力検出器２２における検出電力のアナログ信号の入力を受け、前記検出電力のアナログ信号を平滑化したうえでＡＴＴ２１およびＡＴＴ１５に対して出力する。そして、ＡＴＴ２１およびＡＴＴ１５は、ローパスフィルタ２４から出力される検出電力のアナログ信号によって制御される。

検波回路１２は、ＡＴＴ２１から出力される減衰処理後の無線フレーム（受信波信号）の入力を受け、前記無線フレームに対して直交復調処理を施して同相成分のベースバンド信号Ｉおよび直交成分のベースバンド信号Ｑを出力する。なお、検波回路１２は同相検波回路と直交検波回路とから構成され、直交復調処理後のベースバンド信号は同相成分と直交成分とからなるが、分かり易さを考慮して、図面では、同相成分のベースバンド信号Ｉと直交成分のベースバンド信号Ｑとを１つの信号線で表す。また、ＡＴＴ２１から出力される減衰処理後の無線フレームは、同相検波回路および直交検波回路に対して分配供給される。

局部発振器１３は、所定の固定周波数を持つ局部発振信号を生成し、生成した局部発振信号を検波回路１２へと出力し、検波回路１２における周波数変換の基準となる信号を発振する。なお、局部発振器１３から出力される局部発振信号は、図示していない分配器で２分配されたうえで、一方は０°位相の局部発振信号として同相検波回路へと供給され、他方は９０°移相されたうえで９０°位相の局部発振信号として直交検波回路へと供給される。

パワーアンプ１４は、検波回路１２から出力される信号（具体的には、同相成分のベースバンド信号Ｉ，直交成分のベースバンド信号Ｑ）を増幅して出力する。

ＡＴＴ１５は、減衰器を含み、パワーアンプ１４から出力される信号を、外部からの信号に応じて減衰量を調整して減衰させて出力する。ＡＴＴ１５における減衰量は、Ｄ／Ａ変換器２３およびローパスフィルタ２４を介して供給される電力検出器２２による電力の検出結果に応じて所定の制御が行われて変化する。

Ａ／Ｄ変換器１６は、ＡＴＴ１５から出力される減衰処理後の信号（具体的には、同相成分のベースバンド信号Ｉ，直交成分のベースバンド信号Ｑ）の入力を受け、前記信号（同相成分のベースバンド信号Ｉと直交成分のベースバンド信号Ｑとのそれぞれ）に対してアナログ－デジタル変換処理を施して受信信号（同相成分、直交成分）を出力する。

デジタル信号処理型復調器１７（図中では、ＤＤＥＭと表記）は、Ａ／Ｄ変換器１６から出力される受信信号（同相成分、直交成分）の入力を受け、前記受信信号に対して復調処理を施して復調信号（同相成分、直交成分）を出力する。

帯域制限部１８は、デジタルデータ伝送における符号間干渉防止に要求される伝達特性を形成するためのフィルタであり、デジタルデータ伝送におけるＲＯＦ（Ｒoll－Ｏff Ｆilter の略）を用いて構成され、デジタル信号処理型復調器１７から出力される復調信号（同相成分、直交成分）の入力を受け、前記復調信号に対して帯域制限処理を施して出力する。

クロック再生部３０は、クロックタイミング検出部３１、ローパスフィルタ３２、および電圧制御型発振器３３を備える。

クロックタイミング検出部３１は、デジタル信号処理型復調器１７から出力されて帯域制限部１８を経た同相成分のベースバンド信号Ｉと直交成分のベースバンド信号Ｑとについて、クロック再生のクロックタイミングのずれの程度を検出して、検出したクロックタイミングのずれの程度をクロックタイミング誤差信号として出力する。なお、クロックタイミングのずれの検出の仕法は、例えばアーリーレイト方式が用いられる。

ローパスフィルタ３２は、クロックタイミング検出部３１から出力されるクロック位相の誤差成分の入力を受け、前記クロック位相の誤差成分を平滑化して出力する。

電圧制御型発振器３３は、ローパスフィルタ３２から出力されるクロック位相の誤差成分によって制御され、０系の無線フレームと１系の無線フレームとで位相同期したクロックをＡ／Ｄ変換器１６のクロック入力端子に対して入力する。

キャリア再生部４０は、複素乗算回路４１、キャリア位相誤差検出部４２、ループフィルタ４３、および数値制御発振器４４を備える。

複素乗算回路４１は、Ａ／Ｄ変換器１６から出力されてデジタル信号処理型復調器１７および帯域制限部１８を経て入力されるデジタル信号の復調信号（同相成分、直交成分）と、数値制御発振器４４から出力される局部発振信号とを乗算して混合処理し、前記デジタル信号の復調信号（同相成分と直交成分とのそれぞれ）をベースバンド帯の復調信号（同相成分、直交成分）に周波数変換する。複素乗算回路４１には、周波数変換キャリアとして、数値制御発振器４４から出力される局部発振信号が供給される。

キャリア位相誤差検出部４２は、誤差計算部５６から出力される、理想シンボルと受信シンボルとの間の位相誤差の入力を受け、理想シンボルと受信シンボルとの間のキャリア位相の誤差成分を検出し、検出したキャリア位相の誤差成分をループフィルタ４３に対して出力する。なお、キャリア位相の誤差成分の検出の仕法は、特定の手法に限定されるものではなく、理想シンボルと受信シンボルとの間のキャリア位相の差を特定／計算することができる手法の中から適当な手法が適宜選択される。

ループフィルタ４３は、キャリア位相誤差検出部４２から出力されるキャリア位相の誤差成分の入力を受け、前記キャリア位相の誤差成分を平均化したうえで数値制御発振器４４の周波数制御端子に対して出力する。

数値制御発振器４４（尚、「ＮＣＯ(Ｎumerical Ｃontrolled Ｏscillator の略)」とも呼ばれる）は、ループフィルタ４３で平均化されたキャリア位相の誤差成分に対応するキャリア再生基準信号（局部発振信号）を生成し、生成したキャリア再生基準信号を複素乗算回路４１へと出力する。

等化器５０は、ＦＦ等化部５１、ＦＢ等化部５２、タップ更新部５３、加算器５４、シンボル判定部５５、および誤差計算部５６を備える。

ＦＦ等化部５１は、複素乗算回路４１から出力される周波数変換された復調信号に対してフィードフォワード等化を適用するための仕組みであり、すなわちセンタータップからみて現在あるいは未来のデータを合成するタップ（フィードフォワードタップ）であり、タップ係数可変のトランスバーサルフィルタを用いて構成され、フィードフォワード等化器として機能する（ＦＦ：Ｆeed Ｆorward の略）。ＦＦ等化部５１は、タップ更新部５３から出力されるタップ係数に従って等化処理を行う。

ＦＢ等化部５２は、デジタルサンプルに対してフィードバック等化を適用するための仕組みであり、すなわちセンタータップからみて過去のデータを合成するタップ（フィードバックタップ）であり、タップ係数可変のトランスバーサルフィルタを用いて構成され、シンボル判定部５５の判定結果を受けるフィードバック等化器として機能する（ＦＢ：Ｆeed Ｂack の略）。ＦＢ等化部５２は、タップ更新部５３から出力されるタップ係数に従って等化処理を行う。

加算器５４は、ＦＦ等化部５１の出力とＦＢ等化部５２の出力とを足し合わせる機能を備える。

シンボル判定部５５は、加算器５４からの出力についてシンボル判定を行う機能を備える。

誤差計算部５６は、シンボル判定部５５から出力される信号について、理想シンボルと受信シンボルとの間の位相誤差を計算する機能を備える。誤差計算部５６は、具体的には減算器によって構成される。

タップ更新部５３は、ＦＦ等化部５１のタップ係数およびＦＢ等化部５２のタップ係数を計算・更新し、前記計算・更新したタップ係数をＦＦ等化部５１とＦＢ等化部５２とのそれぞれに対して出力する。タップ更新部５３は、下記の数式１で表されるＬＭＳアルゴリズムを適応アルゴリズムとして用いてタップ係数の計算・更新処理を行う（ＬＭＳ：Ｌeast Ｍean Ｓquares の略）。
（数１） ｈ(ｎ＋１)＝ｈ(ｎ)＋μｅ_nｘ(ｎ)
ここに、ｈ(ｎ＋１)：時刻ｎ＋１のタップ係数ベクトル
ｈ(ｎ)：時刻ｎのタップ係数ベクトル
μ：ステップサイズパラメータ
ｅ_n：理想シンボルと受信シンボルとの間の誤差
ｘ(ｎ)：入力信号

数式１における、誤差ｅ_nは誤差計算部５６によって計算されてタップ更新部５３へと入力され、入力信号ｘ(ｎ)は複素乗算回路４１から出力されてタップ更新部５３へと入力される。また、数式１におけるステップサイズパラメータμは、ＬＭＳアルゴリズムによる係数の更新量を決定づけて適応動作の収束速度と推定精度との間のバランスを調節するパラメータであり、μ＞０である。この発明の説明では、ＬＭＳアルゴリズムにおけるステップサイズパラメータであって、等化処理において用いられるタップ係数を計算し更新する際のステップサイズパラメータのことを単に「ステップサイズ」と呼ぶ。

復号部１９は、シンボル判定部５５から出力される信号（同相成分と直交成分とのそれぞれ）に対して復号処理を施し、復号化したデータ（並列復調データ）を出力する。なお、無線通信システム１００において用いられる復号方式は、特定の方式には限定されない。

復号部１９から出力される復号処理後のデータは、例えば、さらに並直列変換されて１系列の復調データとされるなどした上で、データ回線終端装置（データ通信装置やデータ回線装置と呼ばれる機器を含む）へと入力される。

ここで、無線通信装置１０１は、伝搬路環境に応じて、無線フレームの変調方式のパラメータ、具体的には直角位相振幅変調の変調多値数の切り替えを行う（延いては、伝送容量を変更する）適応変調方式によって通信を行う。無線通信装置１０１は、無線フレームの変調方式を切り替える適応変調として、直角位相振幅変調の変調多値数を例えば４から４０９６までの範囲のうちのいくつかの変調多値数で段階的に切り替えながら、データ伝送を行う。無線通信装置１０１は、あくまで一例として挙げると、具体的には例えば１６ＱＡＭ、１０２４ＱＡＭ、および４０９６ＱＡＭの中からいずれかを選択しながら、データ伝送を行う。

無線通信装置１０１は、例えば、フェージングが発生していないなどで伝搬路の状態が良好であるときには変調多値数を大きくして（例えば、４０９６に設定して）伝送容量を拡大させ、また、フェージングの影響があるものの影響の程度は大きくないなどで伝搬路の状態が中庸である（即ち、特別良好ではないものの特別不良でもない）ときには変調多値数を中位にして（例えば、１０２４に設定して）伝送容量と伝送品質とのバランスをとり、さらに、フェージングの影響が大きいなどで伝搬路の状態が不良であるときには変調多値数を小さくして（例えば、１６に設定して）伝送容量を縮小させる。

無線受信装置１は、直角位相振幅変調の変調多値数の切り替えを制御して適応変調を運用するための構成として制御部６０を有するとともに、適応変調に必要な情報を収集するための構成としてＲＳＳＩ検出部６１、Ｃ／Ｎ検出部６２、クロック検出部６３、キャリア検出部６４、およびタップ係数検出部６５を有する（図２、図３参照）。

ＲＳＳＩ検出部６１は、自動利得制御部２０のローパスフィルタ２４から出力される信号（即ち、電力検出器２２における検出電力に相当するアナログ信号）の入力を受け、前記信号について受信信号強度を検出する（尚、ＲＳＳＩ：Ｒeceived Ｓignal Ｓtrength Ｉndicator の略）。

Ｃ／Ｎ検出部６２は、等化器５０の誤差計算部５６から出力される信号（即ち、理想シンボルと受信シンボルとの間の位相誤差に相当する信号）の入力を受け、前記信号についてＣ／Ｎ（即ち、搬送波対雑音比）を検出する。

クロック検出部６３は、クロック再生部３０のクロックタイミング検出部３１から出力されるクロックタイミング誤差信号（即ち、クロック再生のクロックタイミングのずれの程度に相当する信号）の入力を受け、前記クロックタイミング誤差信号について、クロック再生処理におけるクロックタイミングの遅れや進みの発生比率を計算する。

クロックタイミングの遅れや進みの発生比率は、分母をシンボル数とするとともに、分子を前記分母のシンボル数の範囲における「遅れ」検出数と「進み」検出数との差の絶対値とした値として計算される。発明者の知見によると、クロック再生処理における「遅れ」検出数と「進み」検出数との差は伝搬路環境の悪化を予兆する情報として用いて有用な指標であり、「遅れ」検出数と「進み」検出数との差が大きいときにフェージング変動の予兆があると判断される。

キャリア検出部６４は、キャリア再生部４０のキャリア位相誤差検出部４２から出力されるキャリア位相の誤差成分（即ち、理想シンボルと受信シンボルとの間のキャリア位相の誤差成分）の入力を受け、前記キャリア位相の誤差成分について、キャリア再生処理におけるキャリア位相の遅れや進みの発生比率を計算する。

キャリア位相の遅れや進みの発生比率は、分母をシンボル数とするとともに、分子を前記分母のシンボル数の範囲における「遅れ」検出数と「進み」検出数との差の絶対値とした値として計算される。発明者の知見によると、キャリア再生処理における「遅れ」検出数と「進み」検出数との差は伝搬路環境の悪化を予兆する情報として用いて有用な指標であり、「遅れ」検出数と「進み」検出数との差が大きいときにフェージング変動の予兆があると判断される。

タップ係数検出部６５は、等化器５０のタップ更新部５３から出力されるＦＦ等化部５１のタップ係数およびＦＢ等化部５２のタップ係数の入力を受け、前記タップ係数について、タップ係数の更新処理における更新前後でのタップ係数の変動の大きさを計算する。

更新前後でのタップ係数の変動の大きさは、更新前のタップ係数と更新後のタップ係数との差の絶対値として計算される。発明者の知見によると、タップ係数の更新処理における更新前のタップ係数と更新後のタップ係数との差は伝搬路環境の悪化を予兆する情報として用いて有用な指標であり、更新前のタップ係数と更新後のタップ係数との差が大きいときにフェージング変動の予兆があると判断される。

次に、上記のような構成の無線受信装置１の動作や作用などについて、図４も参照しながら説明する。

まず、送信側の無線通信装置１０１から送信された無線フレームを無線回線１０３を介して受信側の無線通信装置１０１が受信すると、受信側の無線通信装置１０１において、無線受信装置１の自動利得制御部２０によって受信波信号の利得の制御処理が行われ、また、クロック再生部３０によってクロックの再生処理が行われるとともに、キャリア再生部４０によってキャリアの再生処理が行われ、さらに、等化器５０によってタップ係数の更新処理が行われる（ステップＳ０）。

上記の各処理が行われる際に、ＲＳＳＩ検出部６１は受信信号強度ＲＳＳを検出して制御部６０へと出力し、Ｃ／Ｎ検出部６２は搬送波対雑音比Ｃ／Ｎを検出して制御部６０へと出力する。また、クロック検出部６３はクロック再生処理におけるクロックタイミングの遅れや進みの発生比率（「クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰ」と呼ぶ）を計算して制御部６０へと出力し、キャリア検出部６４はキャリア再生処理におけるキャリア位相の遅れや進みの発生比率（「キャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰ」と呼ぶ）を計算して制御部６０へと出力し、さらに、タップ係数検出部６５はタップ係数の更新処理における更新前後でのタップ係数の変動の大きさ（「タップ係数の変動量ＴＣＡ」と呼ぶ）を計算して制御部６０へと出力する。

制御部６０は、ＲＳＳＩ検出部６１およびＣ／Ｎ検出部６２から出力される情報に加えて、クロック検出部６３、キャリア検出部６４、およびタップ係数検出部６５から出力される情報を用いて、直角位相振幅変調の変調多値数の切り替えを制御して、適応変調方式によって通信を行う。

制御部６０は、具体的には、まず、クロック検出部６３から出力されるクロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰが第１のクロック閾値ＣＴ１以上であるか否か、キャリア検出部６４から出力されるキャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰが第１のキャリア閾値ＣＰ１以上であるか否か、および、タップ係数検出部６５から出力されるタップ係数の変動量ＴＣＡが第１のタップ係数閾値ＴＣ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。

ここで、クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰ、キャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰ、およびタップ係数の変動量ＴＣＡはいずれも、発明者の知見によると、伝搬路環境が不安定な状態になっていることを示唆／暗示する指標であり、伝搬路環境の悪化を予兆する情報として用いて有用な指標である。

上記の発明者の知見も踏まえ、第１のクロック閾値ＣＴ１は、伝搬路環境が安定しているか否かを判断するための、延いては伝搬路環境が悪化するか否かを判断するための閾値であり、特定の値に限定されるものではなく、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機における実際の値の挙動が確認されるなどした上で、適宜設定される。第１のクロック閾値ＣＴ１は、例えば、フェージングが発生しているなどで伝搬路の状態が不安定になっていると考えられるときの、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機におけるクロックタイミングのずれ発生比率の実際の値に基づいて設定されるようにしてもよい。

第１のキャリア閾値ＣＰ１および第１のタップ係数閾値ＴＣ１も同様に、伝搬路環境が安定しているか否かを判断するための、延いては伝搬路環境が悪化するか否かを判断するための閾値であり、特定の値に限定されるものではなく、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機における実際の値の挙動が確認されるなどした上で、それぞれ適宜設定される。第１のキャリア閾値ＣＰ１および第１のタップ係数閾値ＴＣ１は、例えば、フェージングが発生しているなどで伝搬路の状態が不安定になっていると考えられるときの、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機におけるキャリア位相のずれ発生比率の実際の値やタップ係数の変動量の実際の値に基づいてそれぞれ設定されるようにしてもよい。

そして、クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰ、キャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰ、およびタップ係数の変動量ＴＣＡの３つの指標のうちの少なくとも１つが各々に対応して設定されている第１の閾値ＣＴ１，ＣＰ１，ＴＣ１以上である場合は（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部６０は、直角位相振幅変調の変調多値数を小さくすることを決定する（ステップＳ２）。なお、直角位相振幅変調の変調多値数が、すでに、予め設定されている範囲の最小の変調多値数である場合には、最小の変調多値数のまま維持される。

直角位相振幅変調の変調多値数を小さくすることを決定した無線通信装置１０１は、例えば、通信の相手方となる無線通信装置１０１に対して、通信で用いる直角位相振幅変調の変調多値数を通知するための制御情報を送信したりなどする。そのうえで、制御部６０は、直角位相振幅変調の変調多値数の切り替え制御の処理手順をステップＳ１の処理に戻す。

一方、クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰ、キャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰ、およびタップ係数の変動量ＴＣＡの３つの指標のいずれもが各々に対応して設定されている第１の閾値ＣＴ１，ＣＰ１，ＴＣ１未満である場合は（ステップＳ１：Ｎｏ）、制御部６０は、続けて、ＲＳＳＩ検出部６１から出力される受信信号強度ＲＳＳが信号強度閾値ＲＳＴ以上であるか否か、および、Ｃ／Ｎ検出部６２から出力される搬送波対雑音比Ｃ／ＮがＣ／Ｎ閾値ＣＮＴ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

信号強度閾値ＲＳＴやＣ／Ｎ閾値ＣＮＴは、瞬時の伝搬路環境が安定しているか否かを判断するための閾値であり、特定の値に限定されるものではなく、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機における実際の値が確認されるなどした上で、それぞれ適宜設定される。信号強度閾値ＲＳＴは、例えば、フェージングが発生していないなどで伝搬路の状態が良好であると考えられるときの、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機における受信信号強度の実際の値に基づいて設定されるようにしてもよい。また、Ｃ／Ｎ閾値ＣＮＴは、例えば、フェージングが発生していないなどで伝搬路の状態が良好であると考えられるときの、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機におけるＣ／Ｎ（搬送波対雑音比）の実際の値に基づいて設定されるようにしてもよい。

そして、受信信号強度ＲＳＳの値が信号強度閾値ＲＳＴ未満であったり搬送波対雑音比Ｃ／Ｎの値がＣ／Ｎ閾値ＣＮＴ未満であったりする場合は（ステップＳ３：Ｎｏ）、制御部６０は、直角位相振幅変調の変調多値数の切り替え制御の処理手順をステップＳ１の処理に戻す。

一方、受信信号強度ＲＳＳの値が信号強度閾値ＲＳＴ以上であるとともに搬送波対雑音比Ｃ／Ｎの値がＣ／Ｎ閾値ＣＮＴ以上である場合は（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御部６０は、続けて、クロック検出部６３から出力されるクロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰが第２のクロック閾値ＣＴ２以下であるか否か、キャリア検出部６４から出力されるキャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰが第２のキャリア閾値ＣＰ２以下であるか否か、および、タップ係数検出部６５から出力されるタップ係数の変動量ＴＣＡが第２のタップ係数閾値ＴＣ２以下であるか否かを判断する（ステップＳ４）。

上記した発明者の知見も踏まえ、第２のクロック閾値ＣＴ２は、伝搬路環境が安定しているか否かを判断するための、延いては伝搬路環境が悪化するか否かを判断するための閾値であり、特定の値に限定されるものではなく（但し、ＣＴ２≦ＣＴ１）、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機における実際の値の挙動が確認されるなどした上で、適宜設定される。第２のクロック閾値ＣＴ２は、例えば、フェージングが発生していないなどで伝搬路の状態が安定していると考えられるときの、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機におけるクロックタイミングのずれ発生比率の実際の値に基づいて設定されるようにしてもよい。

第２のキャリア閾値ＣＰ２および第２のタップ係数閾値ＴＣ２も同様に、伝搬路環境が安定しているか否かを判断するための、延いては伝搬路環境が悪化するか否かを判断するための閾値であり、特定の値に限定されるものではなく（但し、ＣＰ２≦ＣＰ１、ＴＣ２≦ＴＣ１）、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機における実際の値の挙動が確認されるなどした上で、それぞれ適宜設定される。第２のキャリア閾値ＣＰ２および第２のタップ係数閾値ＴＣ２は、例えば、フェージングが発生していないなどで伝搬路の状態が安定していると考えられるときの、無線受信装置１を含む無線通信装置１０１実機におけるキャリア位相のずれ発生比率の実際の値やタップ係数の変動量の実際の値に基づいてそれぞれ設定されるようにしてもよい。

ここで、第１のクロック閾値ＣＴ１と第２のクロック閾値ＣＴ２とは、異なる値に設定されるようにしてもよく、或いは、同じ値に設定されるようにしてもよい。第１のクロック閾値ＣＴ１と第２のクロック閾値ＣＴ２とが同じ値に設定される場合には、ステップＳ１の処理における条件が、クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰが第１のクロック閾値ＣＴ１より大きいか否か、とされるか、或いは、ステップＳ４の処理における条件が、クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰが第２のクロック閾値ＣＴ２（＝ＣＴ１）未満であるか否か、とされる。第１のキャリア閾値ＣＰ１と第２のキャリア閾値ＣＰ２とについても同様であり、また、第１のタップ係数閾値ＴＣ１と第２のタップ係数閾値ＴＣ２とについても同様である。

そして、クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰ、キャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰ、およびタップ係数の変動量ＴＣＡの３つの指標のいずれもが各々に対応して設定されている第２の閾値ＣＴ２，ＣＰ２，ＴＣ２以下である場合は（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、制御部６０は、直角位相振幅変調の変調多値数を大きくすることを決定する（ステップＳ５）。なお、直角位相振幅変調の変調多値数が、すでに、予め設定されている範囲の最大の変調多値数である場合には、最大の変調多値数のまま維持される。

直角位相振幅変調の変調多値数を大きくすることを決定した無線通信装置１０１は、例えば、通信の相手方となる無線通信装置１０１に対して、通信で用いる直角位相振幅変調の変調多値数を通知するための制御情報を送信したりなどする。そのうえで、制御部６０は、直角位相振幅変調の変調多値数の切り替え制御の処理手順をステップＳ１の処理に戻す。

一方、クロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰ、キャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰ、およびタップ係数の変動量ＴＣＡのうちの少なくとも１つが各々に対応して設定されている第２の閾値ＣＴ２，ＣＰ２，ＴＣ２よりも大きい場合は（ステップＳ４：Ｎｏ）、制御部６０は、直角位相振幅変調の変調多値数の切り替え制御の処理手順をステップＳ１の処理に戻す。

発明者の知見によると、クロックタイミングの遅れや進みの発生比率、キャリア位相の遅れや進みの発生比率、およびタップ係数の変動の大きさはいずれも、伝搬路環境が不安定な状態になっていることを示唆／暗示する指標であり、伝搬路環境の悪化を予兆する情報として用いて有用な指標である。したがって、この実施の形態に係る無線受信装置１によれば、伝搬路の変化の予兆を検出して変調方式の切り替えを的確に行うことができ、変調方式の切り替え時の信頼性を向上させることが可能となるとともに、伝搬路環境の変動に対して性能保持が困難な高多値変調方式においても性能を劣化させずに運用することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。具体的には、上記の実施の形態に係る無線受信装置１を構成する自動利得制御部２０、クロック再生部３０、キャリア再生部４０、および等化器５０の具体的な回路構成は上記の実施の形態における構成には限定されない。

また、上記の実施の形態ではクロックタイミングのずれ発生比率ＣＴＰ、キャリア位相のずれ発生比率ＣＰＰ、およびタップ係数の変動量ＴＣＡの３つの指標が用いられるようにしているが、前記３つの指標のうちの１つのみが用いられるようにしたり２つが用いられるようにしたりしてもよい。

また、上記の実施の形態では直角位相振幅変調の変調多値数を大きくすることを決定する（ステップＳ５）際に受信信号強度ＲＳＳが信号強度閾値ＲＳＴ以上であるか否か、および、搬送波対雑音比Ｃ／ＮがＣ／Ｎ閾値ＣＮＴ以上であるか否かが判断される（ステップＳ３）ようにしているが、この発明はそのような処理手順に限定されるものではなく、直角位相振幅変調の変調多値数を大きくするか否かを判断する際に受信信号強度ＲＳＳと搬送波対雑音比Ｃ／Ｎとのうちの一方のみについて各々に対応して設定されている閾値ＲＳＴ，ＣＮＴ以上であるか否かが判断されるようにしてもよく、さらに言えば、直角位相振幅変調の変調多値数を大きくするか否かを判断する際には受信信号強度ＲＳＳおよび搬送波対雑音比Ｃ／Ｎは考慮されないようにしてもよい。すなわち、上記の実施の形態におけるステップＳ３の処理はこの発明において必須の処理手順ではなく、ステップＳ１の処理において「Ｎｏ」の場合に続いてステップＳ４の処理が行われるようにしてもよい。

１ 無線受信装置
１１ 低雑音増幅器
１２ 検波回路
１３ 局部発振器
１４ パワーアンプ
１５ ＡＴＴ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ デジタル信号処理型復調器
１８ 帯域制限部
１９ 復号部
２０ 自動利得制御部
２１ ＡＴＴ
２２ 電力検出器
２３ Ｄ／Ａ変換器
２４ ローパスフィルタ
３０ クロック再生部
３１ クロックタイミング検出部
３２ ローパスフィルタ
３３ 電圧制御型発振器
４０ キャリア再生部
４１ 複素乗算回路
４２ キャリア位相誤差検出部
４３ ループフィルタ
４４ 数値制御発振器
５０ 等化器
５１ ＦＦ等化部
５２ ＦＢ等化部
５３ タップ更新部
５４ 加算器
５５ シンボル判定部
５６ 誤差計算部
６０ 制御部
６１ ＲＳＳＩ検出部
６２ Ｃ／Ｎ検出部
６３ クロック検出部
６４ キャリア検出部
６５ タップ係数検出部
１００ 無線通信システム
１０１ 無線通信装置
１０２ アンテナ
１０３ 無線回線

Claims (2)

1. 適応変調方式を用いて無線通信を行う無線通信装置を構成する無線受信装置であり、
   クロック再生処理におけるクロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率を検出するクロック検出部と、
   キャリア再生処理におけるキャリア位相の遅れおよび進みの発生比率を検出するキャリア検出部と、
   タップ係数の更新処理における更新前後でのタップ係数の変動の大きさを検出するタップ係数検出部と、のうちの少なくとも１つを備え、
   前記クロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率、前記キャリア位相の遅れおよび進みの発生比率、ならびに前記タップ係数の変動の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて直角位相振幅変調の変調多値数を切り替える、
   ことを特徴とする無線受信装置。
2. 受信信号強度を検出するＲＳＳＩ検出部と、
   搬送波対雑音比を検出するＣ／Ｎ検出部と、のうちの少なくとも１つをさらに備え、
   前記クロックタイミングの遅れおよび進みの発生比率、前記キャリア位相の遅れおよび進みの発生比率、ならびに前記タップ係数の変動の大きさのうちの少なくとも１つに加えて、
   前記受信信号強度と前記搬送波対雑音比とのうちの少なくとも１つに基づいて、
   直角位相振幅変調の変調多値数を大きくするように切り替える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
   

Images