JP2006067236A

JP2006067236A - 無線通信システム

Info

Publication number: JP2006067236A
Application number: JP2004247134A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nanba; 秀夫難波
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】効率の高い無線通信を行なう。
【解決手段】伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する無線通信装置であって、通信相手である他の無線通信装置から受信した伝搬路情報に基づいて、適応変調パラメータを設定する適応変調部（１０８）と、前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、前記他の無線通信装置の移動速度を推定して速度推定情報を出力する速度推定部（１０４）と、前記速度推定情報に基づいて、前記適応変調部が適応変調パラメータを設定する周期を制御する設定周期制御部（１０８）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝搬路の状況に応じて変調を行なう無線通信システムであって、特に、移動局装置の移動速度に応じて、適応変調パラメータの設定周期を制御する無線通信システムに関する。

従来から、無線通信における伝送速度の向上に伴って、使用される周期数帯域も拡大されている。また、移動通信における伝送量の拡大および伝送品質の向上に対する要求も大きく、フェージングなどの静止環境以外で発生する外乱が考慮された通信手法が望まれている。また、占有周波数を広くすると周波数選択性を低下させるため、この周波数選択性の低下の影響が無視できなくなってきている。この周波数選択性の低下を含む様々な外乱に対処するため、時々刻々変化する伝播環境に応じた変調を行なう適応変調技術が開発されてきている。一例としてＯＦＤＭを使用した通信システムで、サブキャリア毎に変調方式を設定するなどの方法が提案されている。
付鑑宇、唐沢好男「マルチパス環境における直交周波数分割多元接続方式（ＯＦＤＭＡ）のスループット特性に関する基礎的検討」、社団法人電子情報通信学会信学技法ＲＣＳ２００１−５３ｐ．１７−２４

上記のような適応変調制御は一定周期毎に行われる。しかし、外乱としてのフェージングの周期が、適応変調制御の周期に近づいてくると適応変調制御が変動に追従しきれなくなり、通信特性が劣化することがある。このフェージング周波数は、通常、移動局装置の移動速度が増すとともに増加する。

一方、適応変調を行なうために必要な情報量は相当な量となる。例えば、サブキャリアを１０２４本使用するシステムにおいて、サブキャリアの変調方式を８通りから選択する場合、最低でも、３０７２ｂｉｔ＝３８４ｂｙｔｅの情報が必要になる。これだけの情報をネットワークに接続されている各移動局装置がフレーム毎に交換するとなると、システム全体で使用できる帯域の相当の割合を占めることとなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、効率の高い無線通信を行なうことが可能な無線通信システムを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明に係る無線通信装置は、伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する無線通信装置であって、通信相手である他の無線通信装置から受信した伝搬路情報に基づいて、適応変調パラメータを設定する適応変調部と、前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、前記他の無線通信装置の移動速度を推定して速度推定情報を出力する速度推定部と、前記速度推定情報に基づいて、前記適応変調部が適応変調パラメータを設定する周期を制御する設定周期制御部と、を備えることを特徴としている。

このように、通信相手の移動速度に基づいて、適応変調部が適応変調パラメータを設定する周期を制御するので、外乱としてのフェージングによる通信特性の劣化を回避することができるようになる一方、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。

（２）また、本発明に係る無線通信装置は、前記速度推定部は、前記他の無線通信装置から受信した信号からドップラー周波数を測定することにより前記他の無線通信装置の移動速度を推定することを特徴としている。

このように、他の無線通信装置の移動速度と関係を有するドップラー周波数を測定することによって、他の無線通信装置の移動速度を推定するので、複雑な処理を必要とすることなく他の無線通信装置の移動速度を推定することが可能となる。

（３）また、本発明に係る無線通信装置は、前記設定周期制御部は、前記適応変調パラメータを設定する周期が、前記推定された他の無線通信装置の移動速度と比例するように前記適応変調部を制御することを特徴としている。

このように、適応変調パラメータを設定する周期が、上記推定された他の無線通信装置の移動速度と比例するように適応変調部を制御するので、他の無線通信装置の移動速度が大きくなった場合は、外乱としてのフェージングの影響を受けにくくするために、適応変調パラメータを設定する周期を短くする。これにより、通信特性の劣化を防止することができる。一方、他の無線通信装置の移動速度が小さくなった場合は、適応変調を行なうために必要な情報量が少なくないことから、適応変調パラメータを設定する周期を長くすることにより、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。

（４）また、本発明に係る無線通信装置は、前記設定周期制御部は、前記推定された他の無線通信装置の移動速度が、第１の値を超えたときに前記適応変調部の動作を停止させ、その後、前記推定された他の無線通信装置の移動速度が第２の値以下となったときに前記適応変調部の動作を再開させることを特徴としている。

このように、他の無線通信装置の移動速度が、第１の値を超えたときに適応変調部の動作を停止させる。すなわち、他の無線通信装置の移動速度が大きくなり、適応変調の動作が追従できないほどフェージング周波数が増加した場合は、適応変調部の動作を停止させる。この移動速度の閾値として、第１の値を定めている。一方、他の無線通信装置の移動速度が小さくなって、適応変調の動作が追従できるようになったら、適応変調の動作を再開する。この移動速度の閾値として、第２の値を定めている。これにより、通信特性および通信効率の向上を図ることが可能となる。

（５）また、本発明に係る無線通信装置は、前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、受信波の変動周期を測定する変動周期測定部を更に備え、前記設定周期制御部は、前記測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）の周期で前記適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御することを特徴としている。

このように、測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）の周期で適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御するので、外乱の影響によって通信特性が劣化することを有効に防止することができる。

（６）また、本発明に係る無線通信装置は、前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、受信波の変動周期を測定する変動周期測定部を更に備え、前記設定周期制御部は、前記測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）に最も近いフレーム周期で前記適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御することを特徴としている。

このように、測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）に最も近いフレーム周期で適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御するので、外乱の影響によって通信特性が劣化することを有効に防止することができる。

（７）また、本発明に係る基地局装置は、伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する基地局装置であって、請求項１から請求項６のいずれかに記載の無線通信装置を備えることを特徴としている。

（８）また、本発明に係る移動局装置は、伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する移動局装置であって、請求項７記載の基地局装置から受信した信号に基づいて伝搬路を推定し、伝播路推定情報を出力する伝搬路推定部と、自局の移動速度を検出して速度情報を出力する速度検出部と、を備え、前記伝搬路推定情報および前記速度情報を前記基地局装置へ送信することを特徴としている。

このように、移動局装置が、自局の速度情報を検出して、基地局装置へ送信するので、基地局装置では、移動局装置の移動速度に基づいて、適応変調パラメータを設定する周期を制御することが可能となる。これにより、外乱としてのフェージングによる通信特性の劣化を回避することができるようになる一方、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。

（９）また、本発明に係る移動局装置は、前記速度検出部は、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部を備え、前記受信したＧＰＳ信号に基づいて自局の移動速度を検出することを特徴としている。

このように、ＧＰＳ信号に基づいて自局の移動速度を検出するので、移動速度を正確に求めることが可能となる。

（１０）また、本発明に係る無線通信システムは、伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する無線通信システムであって、請求項７記載の基地局装置と、請求項８または請求項９記載の移動局装置と、から構成されることを特徴としている。

（１１）また、本発明に係る無線通信方法は、伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する無線通信方法であって、通信相手である他の無線通信装置から受信した伝搬路情報に基づいて、適応変調パラメータを設定するステップと、前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、前記他の無線通信装置の移動速度を推定して速度推定情報を出力するステップと、前記速度推定情報に基づいて、前記適応変調部が適応変調パラメータを設定する周期を制御するステップと、を少なくとも含むことを特徴としている。

本発明によれば、通信相手の移動速度に基づいて、適応変調部が適応変調パラメータを設定する周期を制御するので、外乱としてのフェージングによる通信特性の劣化を回避することができるようになる一方、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。また、他の無線通信装置の移動速度と関係を有するドップラー周波数を測定することによって、他の無線通信装置の移動速度を推定するので、複雑な処理を必要とすることなく他の無線通信装置の移動速度を推定することが可能となる。

また、適応変調パラメータを設定する周期が、上記推定された他の無線通信装置の移動速度と比例するように適応変調部を制御するので、他の無線通信装置の移動速度が大きくなった場合は、外乱としてのフェージングの影響を受けにくくするために、適応変調パラメータを設定する周期を短くする。これにより、通信特性の劣化を防止することができる。一方、他の無線通信装置の移動速度が小さくなった場合は、適応変調を行なうために必要な情報量が少なくないことから、適応変調パラメータを設定する周期を長くすることにより、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。

また、他の無線通信装置の移動速度が、第１の値を超えたときに適応変調部の動作を停止させる。すなわち、他の無線通信装置の移動速度が大きくなり、適応変調の動作が追従できないほどフェージング周波数が増加した場合は、適応変調部の動作を停止させる。この移動速度の閾値として、第１の値を定めている。一方、他の無線通信装置の移動速度が小さくなって、適応変調の動作が追従できるようになったら、適応変調の動作を再開する。この移動速度の閾値として、第２の値を定めている。これにより、通信特性および通信効率の向上を図ることが可能となる。

また、測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）の周期で適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御するので、外乱の影響によって通信特性が劣化することを有効に防止することができる。さらに、測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）に最も近いフレーム周期で適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御するので、外乱の影響によって通信特性が劣化することを有効に防止することができる。

また、移動局装置が、自局の速度情報を検出して、基地局装置へ送信するので、基地局装置では、移動局装置の移動速度に基づいて、適応変調パラメータを設定する周期を制御することが可能となる。これにより、外乱としてのフェージングによる通信特性の劣化を回避することができるようになる一方、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。また、ＧＰＳ信号に基づいて自局の移動速度を検出するので、移動速度を正確に求めることが可能となる。

本実施の形態では、一例として、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下、「ＯＦＤＭ」と呼称する。）を使用してサブキャリア単位で変調方式を変える適応変調方式により無線通信を行なう無線通信システムを説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る基地局装置（ＢＳ）の概略構成を示すブロック図である。この基地局装置１００は、受信アンテナ１０１で無線信号を受信して受信信号を出力し、受信フィルタ１０２において受信アンテナの信号から不必要な信号を除去する。不必要な信号が除去された受信信号は、受信データ処理部１０３に入力され、この受信データ処理部１０３において、受信信号から目的のデータを取り出す処理を行なう。

ドップラー周波数測定部１０４は、受信データ処理部１０３と連動して、受信波のドップラー周波数を測定する。フレームカウンタ１０５は、現在のフレーム番号を管理する。ＭＡＣフレーム処理部１０６は、フレームカウンタ１０５と連動して、受信データ・送信データの処理を行ない、ネットワークＩ／Ｆ１０７とデータをやり取りする。ネットワークＩ／Ｆ１０７は、ＭＡＣフレーム処理部１０６とバックボーンネットワークを接続する。適応変調パラメータ作成部１０８は、ドップラー周波数測定部１０４とＭＡＣフレーム処理部１０６と連動して適応変調パラメータを決定する。

送信データ処理部１０９は、ＭＡＣフレーム処理部１０６からの送信データを信号処理し、送信信号とする。ＲＦアンプ１１０は、送信信号を十分な出力に増幅する。そして、送信フィルタ１１１で不必要な信号を取り除き、送信アンテナ１１２から無線信号を送信する。

図２は、第１の実施形態に係る移動局装置（ＭＳ）の概略構成を示すブロック図である。この移動局装置２００は、受信アンテナ２０１で無線信号を受信して受信信号を出力し、受信フィルタ２０２において受信アンテナの信号から不必要な信号を除去する。不必要な信号が除去された受信信号は、受信データ処理部２０３に入力され、この受信データ処理部２０３において、受信信号から目的のデータを取り出す処理を行なう。

フレームカウンタ２０４は、現在のフレーム番号を管理する。ＭＡＣフレーム処理部２０５は、フレームカウンタ２０４と連動して、受信データ・送信データの処理を行ない、ネットワークＩ／Ｆ２０６とデータをやり取りする。ネットワークＩ／Ｆ２０６は、ＭＡＣフレーム処理部２０５とバックボーンネットワークを接続する。適応変調パラメータ設定部２０７は、ＭＡＣフレーム処理部２０５で得られたデータを利用して適応変調パラメータを各ブロックに設定する。

送信データ処理部２０８は、ＭＡＣフレーム処理部２０５からの送信データを信号処理し、送信信号とする。ＲＦアンプ２０９は、送信信号を十分な出力に増幅する。そして、送信フィルタ２１０で不必要な信号を取り除き、送信アンテナ２１１から無線信号を送信する。

図３は、第１の実施形態に係る無線通信システムの通信のトポロジを示す図である。基地局装置（ＢＳ）２００に、複数の移動局装置２００ａ〜２００ｃがリンクし、すべての通信が基地局装置１００を経由するスター型を構成する。ここで、通信の上り／下りは別周波数を使用するＦＤＤを採用する。また、「上り」とは移動局装置（ＭＳ）から基地局装置（ＢＳ）への通信を意味し、「下り」とは基地局装置（ＢＳ）から移動局装置（ＭＳ）への通信を意味する。

また、ＭＡＣプロトコルは、固定長フレームを利用したものである。スロットは、可変長で、下りの先頭にスロット割り当て情報を付加する。適応変調は、サブキャリア毎に変調方式を、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭからいずれか一つを選択可能とする。サブキャリア数などのＯＦＤＭパラメータはいくつでも良いが、第１の実施形態では、変調方式以外は固定したものとする。適応変調のパラメータは上り下り含めてすべて基地局装置から指示される。スロット内に通信パケットが配置され、すべての通信パケットの先頭にブリアンブルが付加される。このブリアンブルを利用して、パケットの復調に必要なデータの獲得や、伝播路の推定を行なう。そして、ブリアンブルの直後にデータ部が続く。

図４は、第１の実施形態に係る無線通信システムで使用されるフレーム構成の例を示す図であり、図５は、スロットの構成例を示す図である。また、図６は、報知情報の一例を示す図であり、図７は、データパケットの構造の一例を示す図である。

図４に示すように、下りフレームの先頭に報知情報が配置される。報知情報の中には、基地局ＩＤ、フレームカウンタ、上り／下りのスロット割当情報などが含まれる。報知情報の一例を図６に示す。報知情報の後ろには報知情報の内容に従って下りスロットが配置される。上りフレームの先頭には上りランダムスロットが配置される。このランダムスロットは、移動局装置がスロットの割当を受けずに小さなデータを自由に基地局装置に送信するために利用される。例えば、スロットの割当要求や、コネクション制御に利用する。ただし、他の移動局装置もランダムスロットを利用することがあるので、同時にそのランダムスロットを利用した場合は通信に成功しない可能性がある。ランダムスロットの後ろには報知情報の内容に従って上りスロットが配置される。

上り／下りスロット内にはデータパケットが配置される。データパケットの構造の一例を図７に示す。パケットのヘッダ部はすべてのサブキャリアがＢＰＳＫで伝送され、ペイロード部が適応変調されて伝送される。

第１の実施形態では、通信に当たってコネクションを形成することを想定するが、コネクション制御については、例えば、ＡＲＩＢ−ＳＴＤＴ７０のような手順が使用可能である。ただし、本発明はこのような手順に限定されるわけではない。

次に、第１の実施形態に係る無線通信システムにおける適応制御について説明する。変調パラメータの初期値としてすべてのサブキャリアがＢＰＳＫ状態を想定する。この状態を変調パラメータシーケンス番号０に割当てる。パケット中の変調パラメータシーケンス番号に０が指定されていればペイロード部もすべてのサブキャリアがＢＰＳＫである。ＢＰＳＫは、最も情報ビット当たりのエネルギーが高い変調方式であり、伝播路状態が悪い中でも通信が成功する可能性が高い。そのため、第１の実施形態では、ＡＣＫ等通信に失敗した時に大きく性能に影響するデータはこのすべてＢＰＳＫで通信することとする。

適応変調を開始するには、まず移動局装置が、基地局装置の報知情報の先頭に付いているブリアンブルを解析して下り回線の伝播路を推定することから始める。図８に示すように、移動局装置は、推定した下り伝播路情報を送信する（ステップＳ１）。ここで、伝播路情報は、様々なものが利用できるが、第１の実施形態では、「単位時間あたりの各サブキャリア毎の平均受信電力」を利用して伝搬路の推定を行なうものとする。

基地局装置は、移動局装置から受信した下り伝播路情報を利用して下り回線用の適応変調パラメータを設定する。受信電力の大きさに比例する形でサブキャリアの情報量の多い変調方式を選択する。また、下り伝播路情報に付加されていたブリアンブルから上り伝播路とドップラー周波数を推定し、推定した伝播路情報から上り回線用の適応変調パラメータを設定し、推定したドップラー周波数から移動局装置の移動速度を推定し、適応変調パラメータの更新タイミングを設定する。

この更新タイミングは、ドップラー周波数から推定される受信波の変動周期の２倍に最も近いフレーム周期に設定される。ただし、この変動周期が毎フレーム周期、またはこれ以下の周期となる場合は一時的に適応変調制御を停止する。この場合は制御周期を５フレーム周期、適応変調パラメータはすべてＢＰＳＫを設定し、５フレーム間は最も誤り耐性の良い状態を保持するようにする。

図８に示すように、基地局装置から移動局装置に対して上り／下りの適応変調パラメータを送信する（ステップＳ２）。基地局装置は移動局装置から伝播路情報を受け取った次のフレームでこの適応変調パラメータを送信しなければならない。この時変調パラメータシーケンス番号とパラメータ有効時間（ＴＴＬ）を付加する。このパラメータ有効時間の初期値は、設定した更新タイミングを利用する。変調パラメータシーケンス番号は１から一定の数値たとえば６５５３５までとし、１から単純増加させて利用し、一定の数値（例えば６５５３５）まで達したら再び１に戻るものとする。基地局装置は、適応変調パラメータを送信する時に移動局装置が適応変調パラメータＡＣＫを送信するためのスロット割当を行なう。

図９に示すように、移動局装置は、基地局装置が送信した変調パラメータシーケンス番号付きの変調パラメータデータを正常に受け取ったことを確認したら、受信した変調パラメータシーケンス番号を付加して適応変調パラメータＡＣＫを基地局装置に送信する（ステップＳ３）。これ以降、移動局装置は、ＴＴＬに示されたフレーム数の間は変調パラメータシーケンス番号に受信した値を示すことで、指示された適応変調パラメータが使用可能となる。

移動局装置は、ＴＴＬで示された有効期間が切れる直前に、再度、基地局装置の報知情報の先頭に付いているブリアンブルを解析しなおして伝播路を推定し、その下り伝播路情報を移動局装置に送信する。

新しい伝播路情報を受信した基地局装置が伝播路を推定し、ドップラー周波数から移動局装置の移動速度を推定し、再び上り／下りの適応変調パラメータとＴＴＬを設定し、変調パラメータシーケンス番号を更新して移動局装置に送信する。これらの動作を繰り返すことによって、移動局装置の移動速度に応じた間隔で適応変調の制御が行われる。

なお、基地局装置１００において、移動局装置２００から受信した信号に基づいて、受信波の変動周期を測定する変動周期測定部を備えていても良い。この場合、適応変調パラメータ作成部１０８は、変動周期測定部によって測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）の周期で適応変調パラメータを設定することができる。一方、適応変調パラメータ作成部１０８は、変動周期測定部によって測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）に最も近いフレーム周期で適応変調パラメータを設定することもできる。これにより、外乱の影響によって通信特性が劣化することを有効に防止することができる。

次に、エラーが発生して情報の伝達が正常に行われなかった場合の回復方法について説明する。まず、移動局装置から基地局装置に送信する伝播路情報が誤った場合であるが、この場合、移動局装置が、伝播路情報を送った次のフレームで適応変調パラメータが基地局装置から送られてくるかどうかで判断し、送られてこなかった場合は、移動局装置は伝播路情報が誤ったものとして動作する。この場合、移動局装置はすぐに伝播路情報を送信しなおす。

次に、基地局装置が、移動局装置に送信する適応変調パラメータが誤った場合であるが、移動局装置は伝播路情報が誤った場合と区別が付かないため次のフレームで移動局装置から再び伝播路情報を送信する。この場合、基地局装置は再び伝播情報を評価しなおして適応変調パラメータを送信すればよい。移動局装置がどちらの誤りであっても新たに伝播路情報を評価しなおして適応変調パラメータを送信すれば以降は問題なく動作する。

次に、移動局装置が、基地局装置に送信する適応変調パラメータＡＣＫが誤った場合であるが、移動局装置は、直ちに適応変調パラメータの再送を試みる。この送信する適応変調パラメータ中のＴＴＬは、図１０に示すように、再送するまでにかかった時間を減じた値に変更する。またこの時、移動局装置が適応変調パラメータＡＣＫを送信するための割当を行なう。移動局装置は、この再送された適応変調パラメータが正しく受信できていれば適応変調パラメータに従った処理を行ない、適応変調パラメータＡＣＫを送信する。以上のように、仮にエラーが発生した場合であっても適切な通信が実現できる。

以上説明したように、第１の実施形態に係る無線通信システムによれば、移動局装置の移動速度に基づいて、適応変調パラメータを設定する周期を制御するので、外乱としてのフェージングによる通信特性の劣化を回避することができるようになる一方、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。また、移動局装置の移動速度と関係を有するドップラー周波数を測定することによって、移動局装置の移動速度を推定するので、複雑な処理を必要とすることなく移動局装置の移動速度を推定することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、移動局装置がＧＰＳ信号に基づいて自局の移動速度を検出する態様について説明する。図１１は、第２の実施形態に係る基地局装置（ＢＳ）の概略構成を示すブロック図である。この基地局装置３００は、受信アンテナ３０１で無線信号を受信して受信信号を出力し、受信フィルタ３０２において受信アンテナの信号から不必要な信号を除去する。不必要な信号が除去された受信信号は、受信データ処理部３０３に入力され、この受信データ処理部３０３において、受信信号から目的のデータを取り出す処理を行なう。

フレームカウンタ３０４は、現在のフレーム番号を管理する。ＭＡＣフレーム処理部３０５は、フレームカウンタ３０４と連動して、受信データ・送信データの処理を行ない、ネットワークＩ／Ｆ３０６とデータをやり取りする。ネットワークＩ／Ｆ３０６は、ＭＡＣフレーム処理部３０５とバックボーンネットワークを接続する。適応変調パラメータ作成部３０７は、ＭＡＣフレーム処理部３０５と連動して適応変調パラメータを決定する。

送信データ処理部３０８は、ＭＡＣフレーム処理部３０５からの送信データを信号処理し、送信信号とする。ＲＦアンプ３０９は、送信信号を十分な出力に増幅する。そして、送信フィルタ３１０で不必要な信号を取り除き、送信アンテナ３１１から無線信号を送信する。

図１２は、第２の実施形態に係る移動局装置（ＭＳ）の概略構成を示すブロック図である。この移動局装置４００は、受信アンテナ４０１で無線信号を受信して受信信号を出力し、受信フィルタ４０２において受信アンテナの信号から不必要な信号を除去する。不必要な信号が除去された受信信号は、受信データ処理部４０３に入力され、この受信データ処理部４０３において、受信信号から目的のデータを取り出す処理を行なう。

フレームカウンタ４０４は、現在のフレーム番号を管理する。ＭＡＣフレーム処理部４０５は、フレームカウンタ４０４と連動して、受信データ・送信データの処理を行ない、ネットワークＩ／Ｆ４０６とデータをやり取りする。ネットワークＩ／Ｆ４０６は、ＭＡＣフレーム処理部４０５とバックボーンネットワークを接続する。適応変調パラメータ設定部４０７は、ＭＡＣフレーム処理部４０５で得られたデータを利用して適応変調パラメータを各ブロックに設定する。

ＧＰＳ測定部４０８は、ＧＰＳ衛星からの電波を用いて移動局装置４００の移動速度を測定する。送信データ処理部４０９は、ＭＡＣフレーム処理部２０５からの送信データを信号処理し、送信信号とする。この送信信号には、ＧＰＳ測定部４０８で測定された移動局装置４００の移動速度情報も含まれる。ＲＦアンプ４１０は、送信信号を十分な出力に増幅する。そして、送信フィルタ４１１で不必要な信号を取り除き、送信アンテナ４１２から無線信号を送信する。

第１の実施形態と同様に、第２の実施形態における通信のトポロジは、図３に示すような構成となる。すなわち、基地局装置（ＢＳ）２００に、複数の移動局装置２００ａ〜２００ｃがリンクし、すべての通信が基地局装置１００を経由するスター型を構成する。ここで、通信の上り／下りは別周波数を使用するＦＤＤを採用する。また、「上り」とは移動局装置（ＭＳ）から基地局装置（ＢＳ）への通信を意味し、「下り」とは基地局装置（ＢＳ）から移動局装置（ＭＳ）への通信を意味する。

また、ＭＡＣプロトコルは、固定長フレームを利用したものである。スロットは、可変長で、下りの先頭にスロット割り当て情報を付加する。適応変調は、サブキャリア毎に変調方式を、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭからいずれか一つを選択可能とする。サブキャリア数などのＯＦＤＭパラメータはいくつでも良いが、第２の実施形態では、変調方式以外は固定したものとする。適応変調のパラメータは上り下り含めてすべて基地局装置から指示される。スロット内に通信パケットが配置され、すべての通信パケットの先頭にブリアンブルが付加される。このブリアンブルを利用して、パケットの復調に必要なデータの獲得や、伝播路の推定を行なう。そして、ブリアンブルの直後にデータ部が続く。

図４は、第２の実施形態に係る無線通信システムで使用されるフレーム構成の例を示す図であり、図５は、スロットの構成例を示す図である。また、図６は、報知情報の一例を示す図であり図７は、データパケットの構造の一例を示す図である。

第２の実施形態では、通信に当たってコネクションを形成することを想定するが、コネクション制御については、例えば、ＡＲＩＢ−ＳＴＤＴ７０のような手順が使用可能である。ただし、本発明はこのような手順に限定されるわけではない。

次に、第２の実施形態に係る無線通信システムにおける適応制御について説明する。変調パラメータの初期値としてすべてのサブキャリアがＢＰＳＫ状態を想定する。この状態を変調パラメータシーケンス番号０に割当てる。パケット中の変調パラメータシーケンス番号に０が指定されていればペイロード部もすべてのサブキャリアがＢＰＳＫである。ＢＰＳＫは、最も情報ビット当たりのエネルギーが高い変調方式であり、伝播路状態が悪い中でも通信が成功する可能性が高い。そのため、第１の実施形態では、ＡＣＫ等通信に失敗した時に大きく性能に影響するデータはこのすべてＢＰＳＫで通信することとする。

適応変調を開始するには、まず、移動局装置が、基地局装置の報知情報の先頭に付いているブリアンブルを解析して、下り回線の伝播路を推定することから始める。また、移動局装置は、ＧＰＳ測定部（４０８）を利用して自身の移動速度を検出する。移動局装置は、図８に示すように、推定した下り伝播路情報を基地局装置に対して送信する（ステップＳ１）。この時、伝播路情報と共に移動局装置の移動速度を示す速度情報を送信する。伝播路情報は、様々なものが利用できるが、第２の実施形態では、単位時間あたりの各サブキャリア毎の平均受信電力を利用する。

基地局装置は、移動局装置から受信した下り伝播路情報を利用して下り回線用の適応変調パラメータを設定する。受信電力の大きさに比例する形でサブキャリアの情報量の多い変調方式を選択する。また、下り伝播路情報に付加されていたブリアンブルから上り伝播路を推定し、推定した伝播路情報から上り回線用の適応変調パラメータを設定し、下り伝播路情報に付加されていた移動局装置の移動速度から、適応変調パラメータの更新タイミングを設定する。

この更新タイミングは、移動局装置の移動速度から推定される受信波の変動周期の２倍に最も近いフレーム周期に設定される。ただし、この変動周期が毎フレーム周期、またはこれ以下の周期となる場合は、一時的に適応変調制御を停止する。この場合は制御周期を５フレーム周期、適応変調パラメータはすべてＢＰＳＫを設定し、５フレーム間は最も誤り耐性の良い状態を保持するようにする。

次に、図８に示すように、基地局装置から移動局装置に対して、上り／下りの適応変調パラメータを送信する（ステップＳ２）。また、図９に示すように、移動局装置は、基地局装置が送信した変調パラメータシーケンス番号付きの変調パラメータデータを正常に受け取ったことを確認したら、受信した変調パラメータシーケンス番号を付加して適応変調パラメータＡＣＫを基地局装置に送信する（ステップＳ３）。これ以降、移動局装置は、ＴＴＬに示されたフレーム数の間は変調パラメータシーケンス番号に受信した値を示すことで指示された適応変調パラメータが使用可能となる。

移動局装置は、ＴＴＬで示された有効期間が切れる直前に再度基地局装置の報知情報の先頭に付いているブリアンブルを解析しなおして伝播路を推定し、その下り伝播路情報を基地局装置に送信する。

新しい伝播路情報を受信した基地局装置が、伝播路を推定し、ＧＰＳ測定部（４０８）から得られた移動局装置の移動速度情報に基づいて、再び上り／下りの適応変調パラメータとＴＴＬを設定し、変調パラメータシーケンス番号を更新して移動局装置に送信する。

このような動作を繰り返すことで移動局装置の移動速度に応じた間隔で適応変調の制御が行われる。

次に、エラーが発生して情報の伝達が正常に行われなかった場合の回復方法について説明する。まず、移動局装置から基地局装置に送信する伝播路情報が誤った場合であるが、この場合、移動局装置が、伝播路情報を送った次のフレームで適応変調パラメータが基地局装置から送られてくるかどうかで判断し、送られてこなかった場合は、移動局装置は、伝播路情報が誤ったものとして動作する。この場合、移動局装置はすぐに伝播路情報を送信しなおす。

次に、基地局装置が移動局装置に送信する適応変調パラメータが誤った場合であるが、移動局装置は、伝播路情報が誤った場合と区別が付かないため、次のフレームで移動局装置から再び伝播路情報を送信する。この場合、基地局装置は再び伝播情報を評価しなおして適応変調パラメータを送信すればよい。移動局装置がどちらの誤りであっても新たに伝播路情報を評価しなおして適応変調パラメータを送信すれば以降は問題なく動作する。

次に、移動局装置が、基地局装置に送信する適応変調パラメータＡＣＫが誤った場合であるが、移動局装置は、直ちに適応変調パラメータの再送を試みる。この送信する適応変調パラメータ中のＴＴＬは、図１０に示すように、再送するまでにかかった時間を減じた値に変更する。またこの時、移動局装置が、適応変調パラメータＡＣＫを送信するための割当を行なう。移動局装置は、この再送された適応変調パラメータが正しく受信できていれば適応変調パラメータに従った処理を行ない、適応変調パラメータＡＣＫを送信する。以上のように、仮にエラーが発生した場合であっても適切な通信が実現できる。

以上説明したように、第２の実施形態に係る無線通信システムによれば、移動局装置の移動速度に基づいて、適応変調パラメータを設定する周期を制御するので、外乱としてのフェージングによる通信特性の劣化を回避することができるようになる一方、冗長な適応変調を行なうことを防止して通信効率の向上を図ることが可能となる。また、ＧＰＳ信号に基づいて自局の移動速度を検出するので、移動速度を正確に求めることが可能となる。

なお、以上の説明では、移動局装置の移動速度を測定する手法として、ドップラー周波数を使用する場合（第１の実施形態）と、ＧＰＳ信号を利用する場合（第２の実施形態）を示したが、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば、移動局装置として、自動車に搭載された無線通信装置の場合は、車軸センサにより自動車の移動速度を測定しても良い。また、加速度センサを用いて加速度を測定するようにしても良い。さらに、例えば、自動車に搭載される超音波センサ、レーザセンサ、そして対気速度計を用いて移動局装置の移動速度を検出することも可能である。

第１の実施形態に係る基地局装置の概略構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る移動局装置の概略構成を示すブロック図である。通信のトポロジを示す図である。フレームの構成例を示す図である。スロットの構成例を示す図である。報知情報の一例を示す図である。データパケットの構造の一例を示す図である。適応変調制御を行なう場合のシーケンスチャートである。フレームの構成例を示す図である。フレームの構成例を示す図である。第２の実施形態に係る基地局装置の概略構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係る移動局装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００基地局装置
１０４ドップラー周波数測定部
１０６ＭＡＣフレーム処理部
１０８適応変調パラメータ作成部
２００移動局装置
３００基地局装置
３０５ＭＡＣフレーム処理部
３０７適応変調パラメータ作成部
４００移動局装置
４０５ＭＡＣフレーム処理部
４０７適応変調パラメータ設定部
４０８ＧＰＳ測定部

Claims

伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する無線通信装置であって、
通信相手である他の無線通信装置から受信した伝搬路情報に基づいて、適応変調パラメータを設定する適応変調部と、
前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、前記他の無線通信装置の移動速度を推定して速度推定情報を出力する速度推定部と、
前記速度推定情報に基づいて、前記適応変調部が適応変調パラメータを設定する周期を制御する設定周期制御部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
前記速度推定部は、前記他の無線通信装置から受信した信号からドップラー周波数を測定することにより前記他の無線通信装置の移動速度を推定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記設定周期制御部は、前記適応変調パラメータを設定する周期が、前記推定された他の無線通信装置の移動速度と比例するように前記適応変調部を制御することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記設定周期制御部は、前記推定された他の無線通信装置の移動速度が、第１の値を超えたときに前記適応変調部の動作を停止させ、その後、前記推定された他の無線通信装置の移動速度が第２の値以下となったときに前記適応変調部の動作を再開させることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、受信波の変動周期を測定する変動周期測定部を更に備え、
前記設定周期制御部は、前記測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）の周期で前記適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、受信波の変動周期を測定する変動周期測定部を更に備え、
前記設定周期制御部は、前記測定された受信波の変動周期のｎ倍（ｎは自然数）に最も近いフレーム周期で前記適応変調部が適応変調パラメータを設定するように制御することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する基地局装置であって、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の無線通信装置を備えることを特徴とする基地局装置。
伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する移動局装置であって、
請求項７記載の基地局装置から受信した信号に基づいて伝搬路を推定し、伝播路推定情報を出力する伝搬路推定部と、
自局の移動速度を検出して速度情報を出力する速度検出部と、を備え、
前記伝搬路推定情報および前記速度情報を前記基地局装置へ送信することを特徴とする移動局装置。
前記速度検出部は、
ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部を備え、
前記受信したＧＰＳ信号に基づいて自局の移動速度を検出することを特徴とする請求項８記載の移動局装置。
伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する無線通信システムであって、
請求項７記載の基地局装置と、
請求項８または請求項９記載の移動局装置と、から構成されることを特徴とする無線通信システム。
伝搬路の状況に応じて適応的に変調方式を変更する無線通信方法であって、
通信相手である他の無線通信装置から受信した伝搬路情報に基づいて、適応変調パラメータを設定するステップと、
前記他の無線通信装置から受信した信号に基づいて、前記他の無線通信装置の移動速度を推定して速度推定情報を出力するステップと、
前記速度推定情報に基づいて、前記適応変調部が適応変調パラメータを設定する周期を制御するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする無線通信方法。