WO2023148984A1

WO2023148984A1 - 無線通信方法、無線通信システムおよび無線送信装置

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Publication number: WO2023148984A1
Application number: PCT/JP2022/004753
Authority: WO
Inventors: 圭太栗山; 隼人福園; 利文宮城; 武鬼沢
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2023-08-10

Abstract

QAMとAPSKに対応する無線送信装置１０および無線受信装置を用いる。無線送信装置１０は送信電力を可変とする電力増幅器２６を備える。SNR劣化量算出部２２は、入出力特性記憶部３０から取得する電力増幅器２６の入出力特性と、QAM変調部１６から取得するQAM変調信号と、APSK変調部１８から取得するAPSK変調信号と、電力増幅器２６の送信電力とに基づいて、QAMで生ずるSNR劣化量｛QAM｝とAPSKで生ずるSNR劣化量｛APSK｝を算出する。変調方式選択部２０は、QAMの要求SNR｛QAM｝とAPSKの要求SNR｛APSK｝を要求SNR記憶部２４から取得し、「要求SNR｛QAM｝＋SNR劣化量｛QAM｝」と「要求SNR｛APSK｝＋SNR劣化量｛APSK｝」を比較し、その値が小さい方の変調方式を選択する。

Description

無線通信方法、無線通信システムおよび無線送信装置

　この開示は、無線通信方法、無線通信システムおよび無線送信装置に係り、特に、送信電力が変化する環境下での利用に適した無線通信方法、無線通信システムおよび無線送信装置に関する。

　下記非特許文献１は、無線通信の多値変調方式の一つであるQAM（Quadrature Amplitude Modulation）についての詳細が記述されている。また、下記非特許文献２は、多値変調方式の他の例であるAPSK（Amplitude Phase Shift Keying）についての詳細が記述されている。これらの方式に代表されるように、無線通信の分野では、様々な多値変調方式が用いられている。

　多値変調方式の別が無線通信の品質に与える影響に関して、下記非特許文献３は、以下の事項を開示している：
　１．多値変調方式毎にPAPR（Peak to Average Power Ratio）が異なること；
　２．PAPRが大きい方式ほど、送信側の電力増幅器が非線形領域を用いる場合に、受信側で信号が誤認され易いこと；
　３．APSKとQAMを比較した場合、PAPRが小さいAPSKの方が、電力増幅器の非線形領域で送信された場合のロバスト性に優れること。

IEEE Std 802.11ac-2013, IEEE, 2013年 ETSI EN 302 307-1 V1.4.1, Digital Video Broadcasting, 2014年11月 "M-APSK Modulation for SC-FDMA Communication Systems", Juraj GAZDA, Denis DUPAK, Dusan KOCUR, Department of Electronics and Multimedia Communications, Faculty of Electrical Engineering and Informatics, Technical University of Kosice, Letna 9, 04200 Kosice, Slovakia, 2011年

　ところで、QAMで用いられるシンボルのコンスタレーションでは、複数のシンボルが格子状に配列される。一方、APSKで用いられるシンボルのコンスタレーションでは、複数のシンボルが、一つまたは複数の同心円状に配置される。両者を対比すると、シンボル数が同じであれば、QAMのコンスタレーション上に並ぶシンボル間の最小ユークリッド距離は、APSKのコンスタレーション上での最小ユークリッド距離より長くなる。

　多値変調方式の通信において、受信側では、受信した信号を、予め記憶してあるコンスタレーション上の何れかのシンボルとして認識する。具体的には、コンスタレーション上で、受信した信号と、その周囲に存在するシンボル夫々との尤度を計算して、最も尤度の高いシンボルを受信信号として認識する。この場合、コンスタレーション上に並ぶシンボル間のユークリッド距離が長いほど、受信信号の識別精度は高くなる。従って、受信信号が歪みを伴うことなく送信されてくる環境下では、最小ユークリッド距離の長いQAMの方が、APSKに比して優れたBER（Bit Error Rate）を確保し易い。

　送信側の電力増幅器が、送信信号を線形領域で増幅できる状況下では、送信信号に歪みが生じ難い。従って、このような状況下では、APSKよりQAMの方が良好な通信品質を確保し易い。他方、送信電力が大きく、電力増幅器が非線形領域で信号を増幅する状況下では、非特許文献３に記載の理由により、APSKを用いる方がQAMを用いる場合より優れた通信品質を確保し易い。

　このように、多値変調方式それぞれの適性を比較してみると、電力増幅器が線形領域を用いるか非線形領域を用いるかに応じて、優劣が逆転することがある。しかしながら、従来、通信に使用する多値変調方式を送信電力に応じて適宜切り替えるという制御は検討されていなかった。この点、従来の無線通信技術は、複数の多値変調方式を切り替えて使用することにより更に改善できる余地を残すものであった。

　本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の多値変調方式を送信電力に応じて適宜切り替えて用いることにより、広い送信電力範囲に亘って優れた通信品質を確保する無線通信方法を提供することを第１の目的とする。

　また、本開示は、複数の多値変調方式を送信電力に応じて適宜切り替えて用いることにより、広い送信電力範囲に亘って優れた通信品質を確保する無線通信システムを提供することを第２の目的とする。

　また、本開示は、複数の多値変調方式を送信電力に応じて適宜切り替えて用いることにより、広い送信電力範囲に亘って優れた通信品質を確保する無線送信装置を提供することを第３の目的とする。

　第１の態様は、上記の目的を達成するため、少なくとも二つの多値変調方式に対応する無線送信装置および無線受信装置を用いる無線通信方法であって、
　前記少なくとも二つの多値変調方式には、第一の変調方式と第二の変調方式が含まれ、
　前記無線送信装置は送信電力を可変とする電力増幅器を備え、
　当該無線送信装置が、
　前記第一の変調方式を用いる場合に確保するべき第一の要求SNRと、前記第二の変調方式を用いる場合に確保するべき第二の要求SNRとを取得するステップと、
　送信信号を前記第一の変調方式で変調して第一の変調信号を生成するステップと、
　送信信号を前記第二の変調方式で変調して第二の変調信号を生成するステップと、
　前記第一の変調信号が所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第一のSNR劣化量を前記電力増幅器の入出力特性に基づいて算出するステップと、
　前記第二の変調信号が前記所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第二のSNR劣化量を前記入出力特性に基づいて算出するステップと、
　前記第一の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第一の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第一の指標を算出するステップと、
　前記第二の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第二の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第二の指標を算出するステップと、
　前記第一の指標と前記第二の指標との比較結果に基づいて、前記第一の変調方式と前記第二の変調方式の一方を通信に用いる方式として選択するステップと、
　選択した変調方式での通信を前記無線受信装置に指令するステップと、
　前記無線受信装置が、指令された前記変調方式で前記無線送信装置との通信を行うステップと、
　を含むことが望ましい。

　また、第２の態様は、少なくとも二つの多値変調方式に対応する無線送信装置および無線受信装置を用いる無線通信システムであって、
　前記少なくとも二つの多値変調方式には、第一の変調方式と第二の変調方式が含まれ、
　前記無線送信装置は、
　送信電力を可変とする電力増幅器を備え、
　前記第一の変調方式を用いる場合に確保するべき第一の要求SNRと、前記第二の変調方式を用いる場合に確保するべき第二の要求SNRとを取得する処理と、
　送信信号を前記第一の変調方式で変調して第一の変調信号を生成する処理と、
　送信信号を前記第二の変調方式で変調して第二の変調信号を生成する処理と、
　前記第一の変調信号が所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第一のSNR劣化量を前記電力増幅器の入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第二の変調信号が前記所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第二のSNR劣化量を前記入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第一の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第一の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第一の指標を算出する処理と、
　前記第二の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第二の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第二の指標を算出する処理と、
　前記第一の指標と前記第二の指標との比較結果に基づいて、前記第一の変調方式と前記第二の変調方式の一方を通信に用いる方式として選択する処理と、
　選択した変調方式での通信を前記無線受信装置に指令する処理と、を実行するように構成され、
　前記無線受信装置が、指令された前記変調方式で前記無線送信装置との通信を行うように構成されていることが望ましい。

　また、第３の態様は、少なくとも二つの多値変調方式に対応し、当該少なくとも二つの多値変調方式に対応する無線受信装置と通信する機能を有する無線送信装置であって、
　前記少なくとも二つの多値変調方式には、第一の変調方式と第二の変調方式が含まれ、
　送信電力を可変とする電力増幅器を備え、
　前記第一の変調方式を用いる場合に確保するべき第一の要求SNRと、前記第二の変調方式を用いる場合に確保するべき第二の要求SNRとを取得する処理と、
　送信信号を前記第一の変調方式で変調して第一の変調信号を生成する処理と、
　送信信号を前記第二の変調方式で変調して第二の変調信号を生成する処理と、
　前記第一の変調信号が所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第一のSNR劣化量を前記電力増幅器の入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第二の変調信号が前記所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第二のSNR劣化量を前記入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第一の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第一の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第一の指標を算出する処理と、
　前記第二の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第二の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第二の指標を算出する処理と、
　前記第一の指標と前記第二の指標との比較結果に基づいて、前記第一の変調方式と前記第二の変調方式の一方を通信に用いる方式として選択する処理と、
　選択した変調方式での通信を前記無線受信装置に指令する処理と、
　を実行するように構成されていることが望ましい。

　第１乃至第３の態様によれば、複数の多値変調方式の使用が可能な環境下で、送信電力に応じて適宜それらを切り換えることにより、広い送信電力範囲で優れた通信品質を確保することが可能になる。

本開示の実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す図である。 APSKのコンスタレーションとQAMのコンスタレーションとを対比して表示した図である。 QAMとAPSKの特性を対比して表示した図である。図１に示す無線送信装置が備える電力増幅器の入出力特性を説明するための図である。 QAMとAPSKの適性を、電力増幅器が線形領域を用いる場合と非線形領域を用いる場合のそれぞれについて対比して表示した図である。本開示の実施の形態１の無線送信装置の構成を説明するためのブロック図である。図６に示す無線送信装置で実施される主要な処理の流れを説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の全体構成］
　図１は、本開示の実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す。図１に示すように、本実施形態のシステムは、無線送信装置１０および無線受信装置１２を備えている。無線送信装置１０は、例えば、通信事業者が管理する無線通信の基地局、或いは無線LAN（Local Area Network）のアクセスポイントであり得る。一方、無線受信装置１２は、ライセンス帯およびアンライセンス帯の双方または一方での通信が可能な端末装置であり得る。

［実施の形態１の特徴］
　本実施形態において、無線送信装置１０および無線受信装置１２は、複数の多値変調方式に対応する機能を備えている。ここでは、具体的には、無線送信装置１０および無線受信装置１２が、それぞれQAM（Quadrature Amplitude Modulation）とAPSK（Amplitude Phase Shift Keying）とに対応している場合について説明する。

　図２は、APSKのコンスタレーションとQAMのコンスタレーションとを対比して表示した図である。より具体的には、図２の左側は、１６個のシンボルを取り扱う１６APSKのコンスタレーションを示す。また、図２の右側は、同じく１６個のシンボルを取り扱う１６ＱＡＭのコンスタレーションを示す。それぞれのシンボルの位置は、振幅と位相を表している。

　１６APSKのコンスタレーションでは、１６のシンボルが、二つの同心円上に８個ずつ等間隔に配置される。一方、１６QAMのコンスタレーションでは、１６のシンボルが格子状に等間隔に配置される。図中には、それぞれのコンスタレーションにおけるシンボル間の最小ユークリッド距離を、双方向の矢印で表している。両者を対比すると、最小ユークリッド距離は、シンボルが格子状に並ぶQAMの場合の方が、APSKの場合に比して大きいことが判る。

　次に、PAPR（Peak to Average Power Ratio）について検討する。コンスタレーション上の個々のシンボルの送信には、振幅が大きいものほど大きな電力を要する。従って、APSKでは、外側の同心円上に並ぶ８個のシンボルを送信する際にピーク電力が生ずる。一方、QAMの場合は、四隅に位置する４個のシンボルを送信する際にピーク電力が生ずる。このため、全てのシンボルについて送信電力を平均化した値に対するピークの送信電力の比率は、APSKの方が小さな値となる。従って、PAPRは、APSKが用いられる場合に、QAMが用いられる場合に比して小さな値になり易い。

　図３は、上述した最小ユークリッド距離、およびPAPRの特性を、QAMとAPSKについて対比して表したものである。図中に示す〇および×は、無線通信において良好なBER（Bit Error Rate）を確保する上での優劣を表している。以下、このような優劣が生ずる理由について説明する。

　図１に示す無線受信装置１２は、無線送信装置１０から通信に用いる変調方式についての指令を受けて、その指令に従った変調方式を選択する。何れの変調方式でも、無線受信装置１２は、受信信号をその振幅と位相に基づいてコンスタレーション上に配置して、その周囲に位置する複数のシンボルのそれぞれについて、受信信号との尤度を計算する。そして、受信信号を、最も尤度の高いシンボルとして認識する。

　コンスタレーション上の最小ユークリッド距離が長いほど、シンボル毎に計算される上記の尤度に大きな差が生じ易い。このため、受信信号が、コンスタレーション上に正しく配置されるとすれば、最小ユークリッド距離が大きいQAMを用いる方が、その距離が小さいAPSKを用いる場合より優れたBERを確保し易い。図３の最右列はその関係を、QAM「〇（大きい）」、APSK「×（小さい）」と表している。

　図４は、図１に示す無線送信装置１０が備える電力増幅器の入出力特性を示す。図４に示すように、電力増幅器は、入力電力がP_B以下の領域では線形な入出力特性を示すが、入力電力がP_Bを超える領域では、その特性が非線形となる。そして、電力増幅器が非線形領域を使って増幅した信号には歪みが重畳する。受信信号に歪みが生じていると、無線受信装置１２において、その受信信号は、コンスタレーション上で本来の位置からずれた位置に配置される。その結果、非線形領域で増幅された信号は、無線受信装置１２において、誤ったシンボルとして誤認され易い。

　無線送信装置１０が無線信号を送信するに際して、平均電力が線形領域に収まっていたとしても、大きな振幅を伴う信号は、電力増幅器の非線形領域に入り込むことがある。そして、このような現象は、通信に用いる多値変調方式のPAPRが大きいほど頻発し易くなる。このため、送信信号に歪みを与えずに、歪みに起因する信号誤認を防止するという観点では、PAPRの小さなAPSKの方が、大きなPAPRを伴うQAMより優れている。図３の中央列はその関係を、QAM「×（大きい）」、APSK「〇（小さい）」と表している。

　図５は、QAMとAPSKの適性を、電力増幅器が線形領域を用いる場合と非線形領域を用いる場合のそれぞれについて対比して表している。電力増幅器への入力電力が線形領域に収まる場合は、何れの変調方式が用いられても歪みの問題が生じない。この場合、最小ユークリッド距離の関係で、APSKを用いるよりQAMを用いた方が良好なBERを得られる。図５の中央列はその関係を、QAM「◎（優）」、APSK「〇（良）」と表している。

　電力増幅器の非線形領域では、入力電力が大きいほど送信信号に重畳する歪みも大きくなる。このため、入力電力が非線形領域に侵入する場合、PAPRが大きい多値変調方式ほど、ピークに対応する信号に、大きな歪みが重畳することになる。そして、送信信号に重畳する歪みが大きいほど、その信号は、無線受信装置１２において誤認され易くなる。このような理由により、電力送信装置が非線形領域を使用する状況下では、大きなPAPRを有するQAMでは、PAPRが低いAPSKの場合に比して、通信品質に大きな劣化が生じ易い。図５の最右列はその関係を、QAM「×（PAPR大のため）」、APSK「△（PAPR低のため）」と表している。

　以上説明した通り、QAMとAPSKの優劣は、電力増幅器の作動領域が線形領域であるか非線形領域であるかに応じて逆転する。このため、本実施形態では、この逆転に対応して、現実の環境下で優れた通信品質が得られるように、通信に用いる多値変調方式をQAMとAPSKとの間で適宜切り替えることとした。

［無線送信装置の構成］
　図６は、上記の機能を実現するために本実施形態において用いられる無線送信装置１０の構成を説明するためのブロック図である。図６に示す各要素は、専用のハードウェアにより構成することができる。また、それらの要素は、専用のハードウェアに加えて、演算処理ユニット、およびその演算処理ユニットに所望の処理を実行させるためのプログラムを用いて構成することも可能である。

　図６に示すように、無線送信装置１０は、情報ビット生成部１４を備えている。情報ビット生成部１４は、無線受信装置１２に向けて送信する情報に対応するビットデータを生成する。情報ビット生成部１４によって生成されたビットデータは、QAM変調部１６とAPSK変調部１８とに提供される。

　QAM変調部１６は、受信したビットデータをQAMの方式で変調する。一方、APSK変調部１８は、そのビットデータをAPSKの方式で変調する。何れの場合も、変調により生成された変調信号は、変調方式選択部２０とSNR（Signal-Noise Ratio）劣化量算出部２２とに提供される。

　変調方式選択部２０には、SNR劣化量算出部２２から、SNR劣化量｛QAM｝およびSNR劣化量｛APSK｝が提供されている。更に、変調方式選択部２０には、要求SNR記憶部２４から、要求SNR｛QAM｝および要求SNR｛APSK｝が提供されている。変調方式選択部２０は、それらの情報に基づいて、複数の多値変調方式の中から、通信に用いる方式を選択する機能を有している。本実施形態では、通信に用いる変調方式としてQAMとAPSKとが想定されているため、変調方式選択部２０は、QAMおよびAPSKの何れかを通信に用いる方式として選択する。尚、変調方式選択部２０が変調方式を選択する処理については後に詳細に説明する。

　変調方式選択部２０がQAMを選択した場合、QAM変調部１６で変調された信号が電力増幅器２６に供給される。一方、変調方式選択部２０がAPSKを選択した場合、APSK変調部１８で変調された信号が電力増幅器２６に供給される。

　電力増幅器２６は、QAM変調部１６またはAPSK変調部１８で生成された変調信号を所望の送信電力に増幅してアンテナ２８に供給する。その結果、アンテナ２８からは、変調方式選択部２０によって選択された変調方式に従い、電力増幅器２６によって所望の電力に増幅された信号が送信される。

　本実施形態における無線送信装置１０は、入出力特性記憶部３０を備えている。入出力特性記憶部３０には、電力増幅器２６の入出力特性が予め記憶されている。例えば、図４に示すような入出力特性のカーブが記憶されている。入出力特性記憶部３０は、その入出力特性の情報をSNR劣化量算出部２２に提供することができる。

　上記の通り、要求SNR記憶部２４は、要求SNR｛QAM｝および要求SNR｛APSK｝を変調方式選択部２０に提供する。所望の通信品質を確保するために必要な要求SNRは、変調方式毎に異なる値となる。要求SNR｛QAM｝は、変調方式としてQAMが用いられる場合に、所望の通信品質を得るために確保するべきSNRの値である。一方、要求SNR｛APSK｝は、APSKが用いられる場合に確保するべきSNRの値である。

　コンスタレーション上の最小ユークリッド距離は、QAMの場合方がAPSKの場合より大きくなる。従って、送信信号が歪みなく送信される状況を前提とすれば、QAMの要求SNRは、APSKの要求SNRより小さな値となる。そして、要求SNRが低いほど通信のロバスト性が高くなるため、上記の前提の下では、要求SNRが小さいQAMの方がAPSKより採用の優先度は高いと評価されることになる。

　SNR劣化量算出部２２は、上記の通り、SNR劣化量｛QAM｝およびSNR劣化量｛APSK｝を変調方式選択部２０に提供する。無線送信装置１０は、電力増幅器２６で増幅した信号を送信する。上述した通り、電力増幅器２６が非線形領域で増幅する信号には歪みが重畳する。送信信号に歪みが重畳していればSNRは劣化する。SNR劣化量｛QAM｝は、QAM変調部１６で変調された信号が電力増幅器２６で増幅された場合に発生すると想定されるSNR劣化量である。また、SNR劣化量｛APSK｝は、APSK変調部１８で変調された信号が電力増幅器２６で増幅された場合に発生すると想定されるSNR劣化量である。

　本実施形態において、SNR劣化量は、EVM（Error Vector Magnitude）に基づいて算出される。EVMは、無線受信装置１２に到達する信号に含まれるシンボルと、コンスタレーション上でのそれらの本来の位置との乖離の大きさである。EVMは、送信信号に含まれるシンボルと、それらに与えられる送信電力と、電力増幅器２６の入出力特性とが判れば、計算により求めることができる。SNR劣化量算出部２２は、QAM変調部１６で生成された変調信号と、入出力特性記憶部３０から取得する入出力特性と、電力増幅器２６が用いる送信電力の設定とに基づいてSNR劣化量｛QAM｝を算出すると共に、APSK変調部１８で生成された変調信号に基づいて、同様にSNR劣化量｛APSK｝を算出する。

　EVMの値は、送信信号の劣化の大きさを表している。このため、EVMは、そのままSNR劣化量として用いることができる。或いは、変調方式毎に平均SNRを算出すると共に、送信信号についての予測SNRをEVMに基づいて算出し、両者の差をSNR劣化量としてもよい。また、EVMは、送信電力に応じて決まる変調方式毎の収束値であってもよいし、送信電力と、送信されるシンボルの組み合わせにより決定される送信データ毎の値であってもよい。

　EVMの値は、送信信号の歪みが大きいほど大きな値となる。送信信号の歪みは、電力増幅器２６が非線形領域を用いる場合に生じ易い。そして、その領域が用いられる場合、PAPRの大きなQAMの信号には、PAPRが小さいAPSKの信号に比して大きな歪みが生じ易い。このため、電力増幅器２６が非線形領域を用いる状況下では、送信信号に歪みが生じ難く、SNR劣化量が小さくなり易いAPSKの方がQAMに比して採用の優先度は高いと評価することができる。

　変調方式選択部２０は、以下の処理により、通信に用いる変調方式を選択する：
（１）要求SNR｛QAM｝＋SNR劣化量｛QAM｝＝「QAM指数」を算出；
（２）要求SNR｛APSK｝＋SNR劣化量｛APSK｝＝「APSK指数」を算出；
（３）QAM指数とAPSK指数を比較して、その値が小さい方の変調方式を選択。

　要求SNRおよびSNR劣化量は、何れも、採用の優先度が高い方式について小さい値となる特性値である。このため、それらの和である「指数」が小さい方式を選択すれば、良好な通信品質を得るうえで採用するべき方式を正しく選択することができる。但し、上記（１）および（２）の処理は、要求SNRとSNR劣化量とを同じ重み付けで扱っているが、本開示はこれに限定されるものではない。上記（１）および（２）の処理は、要求SNRとSNR劣化量の一方、他方に比して大きな重み付けを与えるように変更してもよい。

［実施の形態１における処理の流れ］
　図７は、図６に示す無線送信装置１０で実施される主要な処理の流れを説明するためのフローチャートである。より具体的には、変調方式選択部２０およびSNR劣化量算出部２２において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。

　図７において、ステップ１００の処理は変調方式選択部２０において実行される。ここでは、要求SNR記憶部２４から、要求SNR｛QAM｝および要求SNR｛APSK｝が読み込まれる（ステップ１００）。

　ステップ１０２～１１０の処理はSNR劣化量算出部２２において実行される。具体的には、先ず、入出力特性記憶部３０から、電力増幅器２６の入出力特性が読み込まれる（ステップ１０２）。上記ステップ１００および１０２の処理、つまり、図７において破線の枠で囲まれた処理は、無線送信装置１０の動作開始時に、初期化処理として一度だけ実施させることとしてもよい。

　SNR劣化量算出部２２では、次に、QAM変調部１６からQAMによる変調信号が取得されると共に（ステップ１０４）、APSK変調部１８からAPSKによる変調信号が取得される（ステップ１０６）。続いて、電力増幅器２６に設定されている送信電力でQAMの変調ビットが送信された場合に生ずると予測されるSNR劣化量｛QAM｝が算出される（ステップ１０８）。また、同じ送信電力でAPSKによる変調ビットが送信された場合に生ずると予測されるSNR劣化量｛APSK｝が算出される（ステップ１１０）。

　ステップ１１２～１１６の処理は、変調方式選択部２０において実行される。即ち、上記ステップ１００～１１０の処理が終わると、変調方式選択部２０は、先ず、要求SNR｛QAM｝とSNR劣化量｛QAM｝との和であるQAM指数と、要求SNR｛APSK｝とSNR劣化量｛APSK｝との和であるAPSK指数とを比較する（ステップ１１２）。

　そして、QAM指数＞APSK指数が認められる場合は、通信に用いる変調方式としてAPSKが選択される（ステップ１１４）。他方、上記の関係が認められない場合は、通信に用いる変調方式としてQAMが選択される（ステップ１１６）。尚、上記ステップ１０４～１１６の処理は、送信フレーム毎に繰り返し実行される。

　以上説明した通り、本実施形態の無線通信システムによれば、複数の多値変調方式を、それらの要求SNRおよびSNR劣化量に基づいて、適宜切り替えて用いることができる。そして、電力増幅器２６が如何なる送信電力を用いる場合も、常に、高い通信品質を得るのに有利な変調方式を選択して用いることができる。このため、本実施形態の無線通信システムによれば、広い送信電力範囲に亘って優れた通信品質を安定的に確保することができる。

［実施の形態１の変形例］
　ところで、上述した実施の形態１では、多値変調方式として１６QAMと１６APSKの二つを用いることとしているが、本開示はこれに限定されるものではない。シンボルの数は１６に限定されるものではなく、それら二つの変調方式のシンボル数が異なっていてもよい。また、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）伝送、DFT-s-OFDM（Discrete Fourier Transform-Spread-OFDM）伝送、SC（Single Carrier）伝送などの様々な伝送方式を適用することができる。SISO（Single Input and Single Output）構成、MIMO（Multiple Input and Multiple Output）構成などの様々なシステム構成を適用することができる。更に、FTN（Faster-than-Nyquist）伝送、ナイキスト伝送などの方式も適用することができる。加えて、三つ以上の変調方式を用いて、それらの変調方式の中から最適な変調方式を適宜選択することとしてもよい。

　また、上述した実施の形態１では、要求SNRを、多値変調方式毎の固定値として取り扱うこととしているが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、要求SNRは、通信の要求品質に応じて適宜設定することとしてもよい。このような設定によれば、変調方式の切り替え頻度を下げられる場合がある。

　更に、上述した実施の形態１では、QAM指数およびAPSK指数をフレーム毎に更新して、フレーム毎に最適な変調方式を選択することとしている。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。即ち、SNR劣化量｛QAM｝およびSNR劣化量｛APSK｝を、複数のフレーム毎、或いは一定時間毎に更新することとして、変調方式の切り替え頻度を一フレーム毎より低くしてもよい。

　また、上述した実施の形態１においては、無線送信装置１０が自動送信電力制御部（ATPC: Adaptive Transmission Power Control）を備えていないが、本開示はこれに限定されるものではない。即ち、無線送信装置１０にATPCを組み込んで、電力増幅器２６が用いる送信電力をATCPに指定させることとしてもよい。

１０　無線送信装置
１２　無線受信装置
１６　QAM変調部
１８　APSK変調部
２０　変調方式選択部
２２　SNR劣化量算出部
２４　要求SNR記憶部
２６　電力増幅器
３０　入出力特性記憶部

Claims

　少なくとも二つの多値変調方式に対応する無線送信装置および無線受信装置を用いる無線通信方法であって、
　前記少なくとも二つの多値変調方式には、第一の変調方式と第二の変調方式が含まれ、
　前記無線送信装置は送信電力を可変とする電力増幅器を備え、
　当該無線送信装置が、
　前記第一の変調方式を用いる場合に確保するべき第一の要求SNRと、前記第二の変調方式を用いる場合に確保するべき第二の要求SNRとを取得するステップと、
　送信信号を前記第一の変調方式で変調して第一の変調信号を生成するステップと、
　送信信号を前記第二の変調方式で変調して第二の変調信号を生成するステップと、
　前記第一の変調信号が所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第一のSNR劣化量を前記電力増幅器の入出力特性に基づいて算出するステップと、
　前記第二の変調信号が前記所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第二のSNR劣化量を前記入出力特性に基づいて算出するステップと、
　前記第一の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第一の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第一の指標を算出するステップと、
　前記第二の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第二の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第二の指標を算出するステップと、
　前記第一の指標と前記第二の指標との比較結果に基づいて、前記第一の変調方式と前記第二の変調方式の一方を通信に用いる方式として選択するステップと、
　選択した変調方式での通信を前記無線受信装置に指令するステップと、
　前記無線受信装置が、指令された前記変調方式で前記無線送信装置との通信を行うステップと、
　を含む無線通信方法。
　前記第一の要求SNRは、前記第一の変調方式について設定される固定値であり、前記第二の要求SNRは、前記第二の変調方式について設定される固定値である請求項１に記載の無線通信方法。
　前記第一の要求SNRおよび前記第二の要求SNRは、それぞれ、確立するべき通信の品質に基づいて設定される値である請求項１に記載の無線通信方法。
　前記第一のSNR劣化量を算出するステップは、
　一フレームの前記送信信号に含まれる前記第一の変調信号を対象としたEVMである第一のEVMを推定するステップと、
　当該第一のEVMに基づいて前記第一のSNR劣化量を算出するステップと、を含み、
　前記第二のSNR劣化量を算出するステップは、
　一フレームの前記送信信号に含まれる前記第二の変調信号を対象としたEVMである第二のEVMを推定するステップと、
　当該第二のEVMに基づいて前記第二のSNR劣化量を算出するステップと、を含む請求項１乃至３の何れか1項に記載の無線通信方法。
　前記第一のSNR劣化量を算出するステップは、
　複数フレームに跨る前記送信信号に含まれる前記第一の変調信号を対象としたEVMである第一のEVMを推定するステップと、
　当該第一のEVMに基づいて前記第一のSNR劣化量を算出するステップと、を含み、
　前記第二のSNR劣化量を算出するステップは、
　複数フレームに跨る前記送信信号に含まれる前記第二の変調信号を対象としたEVMである第二のEVMを推定するステップと、
　当該第二のEVMに基づいて前記第二のSNR劣化量を算出するステップと、を含む請求項１乃至３の何れか1項に記載の無線通信方法。
　前記第一のSNR劣化量を算出するステップは、
　前記第一の変調方式についての平均SNRである第一の平均SNRを算出するステップと、
　前記第一のEVMに基づいて、前記第一の変調信号が送信された場合に発生すると予測されるSNRである第一の予測SNRを算出するステップと、
　前記第一の平均SNRと前記第一の予測SNRとの差を前記第一のSNR劣化量として算出するステップとを更に含み、
　前記第二のSNR劣化量を算出するステップは、
　前記第二の変調方式についての平均SNRである第二の平均SNRを算出するステップと、
　前記第二のEVMに基づいて、前記第二の変調信号が送信された場合に発生すると予測されるSNRである第二の予測SNRを算出するステップと、
　前記第二の平均SNRと前記第二の予測SNRとの差を前記第二のSNR劣化量として算出するステップとを更に含む請求項４または５に記載の無線通信方法。
　少なくとも二つの多値変調方式に対応する無線送信装置および無線受信装置を用いる無線通信システムであって、
　前記少なくとも二つの多値変調方式には、第一の変調方式と第二の変調方式が含まれ、
　前記無線送信装置は、
　送信電力を可変とする電力増幅器を備え、
　前記第一の変調方式を用いる場合に確保するべき第一の要求SNRと、前記第二の変調方式を用いる場合に確保するべき第二の要求SNRとを取得する処理と、
　送信信号を前記第一の変調方式で変調して第一の変調信号を生成する処理と、
　送信信号を前記第二の変調方式で変調して第二の変調信号を生成する処理と、
　前記第一の変調信号が所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第一のSNR劣化量を前記電力増幅器の入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第二の変調信号が前記所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第二のSNR劣化量を前記入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第一の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第一の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第一の指標を算出する処理と、
　前記第二の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第二の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第二の指標を算出する処理と、
　前記第一の指標と前記第二の指標との比較結果に基づいて、前記第一の変調方式と前記第二の変調方式の一方を通信に用いる方式として選択する処理と、
　選択した変調方式での通信を前記無線受信装置に指令する処理と、を実行するように構成され、
　前記無線受信装置が、指令された前記変調方式で前記無線送信装置との通信を行うように構成されている無線通信システム。
　少なくとも二つの多値変調方式に対応し、当該少なくとも二つの多値変調方式に対応する無線受信装置と通信する機能を有する無線送信装置であって、
　前記少なくとも二つの多値変調方式には、第一の変調方式と第二の変調方式が含まれ、
　送信電力を可変とする電力増幅器を備え、
　前記第一の変調方式を用いる場合に確保するべき第一の要求SNRと、前記第二の変調方式を用いる場合に確保するべき第二の要求SNRとを取得する処理と、
　送信信号を前記第一の変調方式で変調して第一の変調信号を生成する処理と、
　送信信号を前記第二の変調方式で変調して第二の変調信号を生成する処理と、
　前記第一の変調信号が所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第一のSNR劣化量を前記電力増幅器の入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第二の変調信号が前記所望送信電力で前記電力増幅器によって増幅された場合に発生すると予想される第二のSNR劣化量を前記入出力特性に基づいて算出する処理と、
　前記第一の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第一の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第一の指標を算出する処理と、
　前記第二の要求SNRと前記第一のSNR劣化量とに基づいて、前記第二の変調方式を通信に用いることについての適正を表す第二の指標を算出する処理と、
　前記第一の指標と前記第二の指標との比較結果に基づいて、前記第一の変調方式と前記第二の変調方式の一方を通信に用いる方式として選択する処理と、
　選択した変調方式での通信を前記無線受信装置に指令する処理と、
　を実行するように構成されている無線送信装置。