JP2011124779A - 無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数選択性フェージングが生じた場合でも、安定した通信が行える無線通信システムを提供する。
【解決手段】伝送路状態推定部３１は、受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器２３の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出する。マルチキャリア設定部３２は、算出された伝送路の周波数特性に応じて、キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数等のマルチキャリア変調のパラメータを設定する。これにより、周波数選択性フェージングが生じた場合でも、安定した無線通信を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、幹線系無線ネットワークや携帯電話の基地局間通信等に用いて好適な無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法に関する。

幹線系無線ネットワークや携帯電話の基地局間通信等に用いるディジタルマイクロ波通信装置に対しては、常に安定した通信品質や大容量での伝送が要望されている。このような安定した大容量の無線通信を可能にするものとして適応変調が知られている。

適応変調とは、送信側の変調方式などのパラメータを伝送路の状態変化に応じて最適な値に変化させる方法である。すなわち、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調では、多値数が多いほど伝送速度は高速化できるが、多値数が多くなると、伝送路状態が悪い場合にエラーが生じやすい。そこで、伝送路の状態が良好な場合には、例えば６４値ＱＡＭ変調で信号の伝送を行い、フェージング等により伝送路の状態が悪い場合には、例えばＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調で信号の伝送を行うことにより、伝送路の状態変化に応じた最適な無線通信を行う（特許文献１）。これにより、伝送路の状態変化に応じた最適な無線通信を行うことができ、常に安定した通信品質を保持できる。

特開平１０−２４７９５５号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような適応変調では、伝送路の特性に応じて、ディジタル変調の多値数のみを変化させるようにしている。この場合、周波数に依存しないような伝送路状態の変化については信号の多値数を変更することによって高い通信品質を確保できるようになるが、周波数選択性フェージングのような周波数依存性のある伝送路特性の変化については効果が少ない。

すなわち、図７及び図８は、周波数選択フェージングの特性を示すグラフである。図７及び図８において、横軸は周波数を示し、縦軸は伝送路状態を示している。干渉波により発生した周波数選択性フェージングの場合には、図７に示すように、特定の周波数で伝送特性が特に劣化するという特徴を持っている。さらに、伝送特性が劣化する周波数は時間によって遷移するため、例えば図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すような時間により変化する周波数特性を持つ周波数選択性フェージングが生じた場合には、どのように多値数を変更しても、安定した通信品質の維持、高い伝送品質の確保はできない。

上述の課題を鑑み、本発明は、周波数選択性フェージングが生じた場合でも、安定した通信が行える無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

上述の課題を鑑み、本発明は、入力信号を一次変調した後キャリア変調で二次変調して伝送する無線通信システムであって、受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出する伝送路状態推定手段と、伝送路状態推定手段で算出された伝送路の周波数特性に応じて、キャリア変調のパラメータを設定するキャリアパラメータ設定手段とを備えることを特徴とする無線通信システムである。

本発明は、入力信号を一次変調した後、一次変調された信号をキャリア変調で二次変調して送信する送信系と、受信信号に対してキャリア変調の二次変調の復調を行った後、一次変調の復調を行う受信系とを有する無線通信装置であって、受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出する伝送路状態推定手段と、伝送路状態推定手段で算出された伝送路の周波数特性に応じて、送信系及び受信系のキャリア変調のパラメータを設定するキャリアパラメータ設定手段とを備えことを特徴とする。

本発明は、入力信号を一次変調した後、キャリア変調で二次変調して伝送する無線通信方法であって、受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出する工程と、算出された伝送路の周波数特性に応じて、キャリア変調のパラメータを設定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出し、算出された伝送路の周波数特性に応じて、キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数等のキャリア変調のパラメータを設定することで、周波数選択性フェージングが生じた場合でも、安定した無線通信を行うことができる。

本発明の第１の実施形態の無線通信装置を示すブロック図である。 トランスバーサル形自動等化器の構成を示すブロック図である。 マルチキャリアパラメータ設定部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の無線通信装置におけるマルチキャリアパラメータの設定の説明図である。 本発明の第１の実施形態の無線通信装置おけるマルチキャリアパラメータの設定の説明図である。 本発明の第２の実施形態の無線通信装置を示すブロック図である。 周波数選択フェージングの特性を示すグラフである。 周波数選択フェージングの特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の無線通信装置１を示すブロック図である。図１において、エラー訂正符号化部１１と、ディジタル変調部１２と、マルチキャリア変調部１３と、Ｄ／Ａ変換器１４と、送信部１５とから、送信系の回路が構成される。

エラー訂正符号化部１１には入力データが供給される。エラー訂正符号化部１１により、入力データに対してエラー訂正符号が付加される。エラー訂正符号化部１１の出力信号は、ディジタル変調部１２に供給される。

ディジタル変調部１２は、入力データを一次変調するものである。ディジタル変調部１２の変調方式としては、例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ（１６値ＱＡＭ、３２値ＱＡＭ）等が用いられる。

ディジタル変調部１２の出力信号は、マルチキャリア変調部１３に供給される。マルチキャリア変調部１３は、ディジタル変調部１２で一次変調された信号を、マルチキャリアで二次変調するものである。マルチキャリア変調部１３の変調方式としては、例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が用いられる。また、マルチキャリア変調部１３でのパラメータ（キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数）は、マルチキャリアパラメータ設定部３２により設定可能とされている。

マルチキャリア変調部１３の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器１４でアナログ信号に変換された後、送信部１５に供給される。送信部１５で、送信信号が所定の搬送送信周波数にアップコンバートされ、電力増幅された後、アンテナ１６から送信される。

次に、受信系の回路について説明する。図１において、受信部２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、トランスバーサル形自動等化器２３と、マルチキャリア復調部２４と、ディジタル復調部２５と、エラー訂正部２６とから、受信系の回路が構成される。

図１において、アンテナ１６の受信信号は、受信部２１に供給される。受信部２１で、受信信号が増幅され、ベースバンド信号にダウンコンバートされる。受信部２１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２２でディジタル信号に変換された後、トランスバーサル形自動等化器２３に供給される。

トランスバーサル形自動等化器２３は、伝送路の特性を推定してトランスバーサル形ＦＩＲフィルタの重み係数を最適に設定し、伝送路の歪みを補償するものである。また、伝送路状態推定部３１は、トランスバーサル形自動等化器２３により推定されたフィルタの重み係数から伝送路の周波数特性を算出し、この伝送路の周波数特性をマルチキャリアパラメータ設定部３２に設定する。マルチキャリアパラメータ設定部３２は、この周波数特性に基づいて、マルチキャリア変調部１３及びマルチキャリア復調部２４でのキャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数を設定する。

トランスバーサル形自動等化器２３の出力信号は、マルチキャリア復調部２４に供給される。マルチキャリア復調部２４は、例えばＯＦＤＭによる二次変調の復調を行う。マルチキャリア復調部２４でのパラメータ（キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数）は、マルチキャリアパラメータ設定部３２により設定可能とされている。

マルチキャリア復調部２４の出力信号は、ディジタル復調部２５に供給される。ディジタル復調部２５は、例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭによる一次変調の復調を行う。

ディジタル復調部２５の出力信号は、エラー訂正部２６に供給される。エラー訂正部２６は、ディジタル復調部２５からのデータのエラー訂正処理を行う。

上述のように、本発明の第１の実施形態においては、伝送路状態推定部３１で、トランスバーサル形自動等化器２３により推定されたフィルタの重み係数から、伝送路の周波数特性が算出され、この周波数特性に基づいて、マルチキャリア変調部１３及びマルチキャリア復調部２４でのパラメータ（キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数）が設定している。このことについて、以下に説明する。

図２は、トランスバーサル形自動等化器２３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、トランスバーサル形自動等化器２３は、トランスバーサル形ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ５１と、誤差検出部５２と、重み係数決定部５３とから構成されている。伝送路の特性を受けた受信信号は、トランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１で等化された後、誤差検出部５２に供給される。誤差検出部５２は、例えば、既知信号が入力信号として入力されたときのトランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１の出力信号Ｄ_ｏｕｔから、本来の信号とトランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１で等化した信号との誤差を検出し、この誤差を重み係数決定部５３に供給する。重み係数決定部５３は、この誤差検出部５２からの誤差が最小となるように、トランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１の重み係数Ｃ_ｊ（−Ｎ≦ｊ≦Ｎ）を決定する。

このようなトランスバーサル形自動等化器２３では、トランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１の重み係数Ｃ_ｊ（−Ｎ≦ｊ≦Ｎ）から、伝送路の周波数特性を推定できる。すなわち、トランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１では、以下の式（フェージングの補償式）に示すように、重み付け加算による積和演算が行われる。なお、このトランスバーサル形自動等化器２３の処理において、トランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１における入力信号Ｄ_ｉｎは入力された順番に各タイミングで遅延され、あるタイミングで入力された信号と相対的に−ＮからＮずれたタイミングで入力された２Ｎ＋１個の信号が生成される。そして、以下の式により、それぞれのタイミングにおいて重み係数が重み係数決定部５３で算出され、重み付け加算による積和演算が行われることにより、フェージングの影響を補償する。

このトランスバーサル形ＦＩＲフィルタ５１の重み係数は時間領域の係数である。伝送路の周波数特性は、以下の式（重み係数の離散フーリエ変換式）に示すように、各タイミングにおける時間領域の重み係数の値を離散的フーリエ変換により周波数領域に変換することで算出できる。

図３は、マルチキャリアパラメータ設定部３２の構成を示すブロック図である。図３に示すように、マルチキャリアパラメータ設定部３２は、キャリア数決定部６１と、キャリア帯域決定部６２と、キャリア周波数決定部６３とを有している。

上述のように、伝送路状態推定部３１により、トランスバーサル形自動等化器２３により推定されたフィルタの重み係数から、伝送路の周波数特性が算出される。この伝送路の周波数特性がキャリア数決定部６１、キャリア帯域決定部６２、キャリア周波数決定部６３に供給される。マルチキャリアパラメータ設定部３２のキャリア数決定部６１、キャリア帯域決定部６２、キャリア周波数決定部６３において、この周波数特性に基づいて、マルチキャリア変調のキャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数が決定され、マルチキャリア変調部１３及びマルチキャリア復調部２４に設定される

図４及び図５は、本発明の第１の実施形態の無線通信装置におけるマルチキャリアパラメータの設定の説明図である。例えば、伝送路状態推定部３１で推定された伝送路の周波数特性が図４（Ａ）に示すような状態であったとする。図４（Ａ）では、通信に使用可能な周波数帯域Ｆ１のうち、周波数ｆａの付近で干渉性の周波数選択性フェージングが発生している。この場合には、図４（Ｂ）に示すように、キャリア周波数をｆｂに設定し、キャリア帯域をＦ２に設定する。これにより、干渉波により発生した周波数選択性フェージングの影響を軽減させることができる。

また、例えば、伝送路状態推定部３１で推定された伝送路の周波数特性が図５（Ａ）に示すような状態であったとする。図５（Ａ）では、通信に使用可能な周波数帯域Ｆ３のうち、周波数ｆｃの付近で干渉性フェージングが発生している。この場合には，図５（Ｂ）に示すように、キャリア周波数をｆｄとｆｅとに設定し、キャリア帯域をＦ４とＦ５に設定する。これにより、干渉波により発生した周波数選択性フェージングの影響を軽減させることができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態の無線通信装置を示すブロック図である。図６において、エラー訂正符号化部１１１と、変調部１１２と、マルチキャリア変調部１１３と、Ｄ／Ａ変換器１１４と、送信部１１５とから、送信系の回路が構成される。エラー訂正符号化部１１１、変調部１１２、マルチキャリア変調部１１３、Ｄ／Ａ変換器１１４、送信部１１５、アンテナ１１６は、図１に示した本発明の第１の実施形態の無線通信装置１の送信系におけるエラー訂正符号化部１１、ディジタル変調部１２、マルチキャリア変調部１３、Ｄ／Ａ変換器１４、送信部１５、アンテナ１６と同様である。

また、図６において、受信部１２１と、Ａ／Ｄ変換器１２２と、トランスバーサル形自動等化器１２３と、マルチキャリア復調部１２４と、復調部１２５と、エラー訂正部１２６とから、受信系の回路が構成される。受信部１２１、Ａ／Ｄ変換器１２２、トランスバーサル形自動等化器１２３、マルチキャリア復調部１２４、復調部１２５と、エラー訂正部１２６は、図１に示した本発明の第１の実施形態の無線通信装置１の受信系における受信部２１、Ａ／Ｄ変換器２２、トランスバーサル形自動等化器２３、マルチキャリア復調部２４、ディジタル復調部２５、エラー訂正部２６と同様である。

前述の第１の実施形態においては、伝送路状態推定部３１で、トランスバーサル形自動等化器２３により推定された伝送路の特性から伝送路の周波数特性を算出し、この周波数特性に基づいて、マルチキャリア変調部１３及びマルチキャリア復調部２４のパラメータ（キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数）を設定している。

これに対して、この第２の実施形態においては、伝送路の特性から算出された周波数特性に基づいて、マルチキャリア変調部１１３及びマルチキャリア復調部１２４でのパラメータ（キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数）を設定すると共に、エラー訂正部１２６からのエラーレートに基づいて、ディジタル変調パラメータ設定部１３３により、変調部１１２及び復調部１２５でのパラメータ（変調方式、ＱＡＭでの多値数）を設定している。このため、この実施形態では、周波数選択性フェージング以外の要因から起こる伝送路状態の劣化が生じても、通信品質を維持することが可能となる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施形態では、マルチキャリア変調部１３の変調方式としてＯＦＤＭを例にして説明しているが、ＯＦＤＭではキャリア周波数に制限（シンボルレートの整数倍）がかかってしまうため、キャリア周波数を自由に制御することがでない。したがって、必要最小限のキャリア数（信号間のピークファクタ軽減などのため）で伝送できる変調方式であれば、当該変調方式はどのようなものであってもよい。また上述した実施形態では変調方式にマルチキャリア変調方式を用いているが、シングルキャリ変調方式を用いるようにしてもよい。

１１，１１１：エラー訂正符号化部
１２，１１２：変調部
１３，１１３：マルチキャリア変調部
１４，１１４：Ｄ／Ａ変換器
１５，１１５：送信部
１６，１１６：アンテナ
２１，１２１：受信部
２２，１２２：Ａ／Ｄ変換器
２３，１２３：トランスバーサル形自動等化器
２４，１２４：マルチキャリア復調部
２５，１２５：復調部
２６，１２６：エラー訂正部
３１，１３１：伝送路状態推定部
３２，１３２：マルチキャリアパラメータ設定部
１３３：ディジタル変調パラメータ設定部
５１：トランスバーサル形ＦＩＲフィルタ

Claims (9)

1. 入力信号を一次変調した後キャリア変調で二次変調して伝送する無線通信システムであって、
   受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出する伝送路状態推定手段と、
   前記伝送路状態推定手段で算出された伝送路の周波数特性に応じて、前記キャリア変調のパラメータを設定するキャリアパラメータ設定手段と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記キャリア変調のパラメータは、キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数のうちの一部又はその組み合わせであ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. さらに、受信信号のエラーレートに応じて、前記一次変調のパラメータを設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。
4. 前記一次変調のパラメータは、ディジタル変調の多値数であることを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 入力信号を一次変調した後、前記一次変調された信号をキャリア変調で二次変調して送信する送信系と、受信信号に対してキャリア変調の二次変調の復調を行った後、一次変調の復調を行う受信系とを有する無線通信装置であって、
   受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出する伝送路状態推定手段と、
   前記伝送路状態推定手段で算出された伝送路の周波数特性に応じて、前記送信系及び前記受信系のキャリア変調のパラメータを設定するキャリアパラメータ設定手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
6. 前記キャリア変調のパラメータは、キャリア数、キャリア帯域、キャリア周波数のうちの一部又はその組み合わせであることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. さらに、受信信号のエラーレートに応じて、前記送信系及び受信系の一次変調のパラメータを設定することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
8. 前記一次変調のパラメータは、ディジタル変調の多値数であることを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 入力信号を一次変調した後、キャリア変調で二次変調して伝送する無線通信方法であって、
   受信信号の伝送路の等化を行うトランスバーサル形自動等化器の係数を離散的フーリエ変換して伝送路の周波数特性を算出する工程と、
   前記算出された伝送路の周波数特性に応じて、前記キャリア変調のパラメータを設定する工程とを含む
   ことを特徴とする無線通信方法。

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