JP2008167031A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力制御情報の復調および検出による遅延があり、高速なフェージング変動に対しては、電力制御を追従させることができない。
【解決手段】無線通信装置(100)は、相手側無線通信装置から送信された信号を受信する受信部(110)と、相手側無線通信装置に信号を送信する送信部(180)と、相手側無線通信装置から受信した信号に基づき、該相手側無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成部(140)と、相手側無線通信装置と自装置との相対的な移動状態を示す移動状態情報を取得する移動状態情報取得部(150)と、移動状態情報取得部により取得された移動状態情報に応じて、電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号として、相手側無線通信装置に送信するように送信部を制御する、または、電力制御に関する情報を、復調を要する信号として、相手側無線通信装置に送信するように送信部を制御する制御部(160)とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。

現行の例えばiBurst（登録商標）プロトコルでは、電波伝播環境に適応した通信を行うために、リンクアダプテーションおよび送信電力制御を行っている（例えば、特許文献１を参照されたい）。プロトコル上では、送信電力制御およびリンクアダプテーションは、制御遅延２フレーム以上となっている。このため、現行のシステムでは、送信電力制御を行うにあたって使用する制御情報としては、２フレーム以上前の情報を用いている。
特表平９-５１０８４４号公報

従来の技術では、端末の移動に伴い時々刻々と変化する電波伝播環境に対応するため、上述した送信電力制御やリンクアダプテーションによって、最適な制御を行って、スループットの向上および接続状態を安定させるよう努力をする。例えば、時速３ｋｍｐｈで移動する端末の場合は（周波数帯域が２.５７ＧＨｚと仮定する。）、電波伝搬路変動の急変する頻度の指標であって、端末の移動状態（速度）を示す指標となる最大ドップラー周波数７.１Ｈｚ程度であり、１フレーム５ｍｓｅｃとすると、約３０フレームで１回、位相・振幅が急激に変動する可能性が高い。但し、必ずこの周期でフェージングによるレベルダウン（落ち込み）が発生するわけではない。従って、数フレームの間（例えば、隣接または数フレーム離れたフレーム間）では、フェージング状況が大きく変動している可能性は低い。よって、現行システムのように、「２フレーム前」の電波伝播環境から計算された制御情報を用いた制御を「現行フレーム」に対して行ったとしても信頼度は高い。

しかしながら、端末の移動速度がある一定レベルよりも速くなると、この努力が報われないことがある。例えば、端末移動速度が約５０ｋｍｐｈのとき、最大ドップラー周波数は１２５Ｈｚとなる。この場合には、約８ｍｓｅｃに一度、位相・振幅に急激な変化が起こる。従って、約５０ｋｍｐｈで移動する端末（ユーザ）の場合は、「あるフレーム(ｍ)」の受信レベル（即ち電力）は「その次のフレーム(ｍ＋１)」の受信レベルと大きく違う場合があり、実際送信するときの電波伝播環境の参考にならない可能性が高い。２フレームも前の電力制御情報に基づき、送信電力を制御することは意味を成さなくなる可能性が高い。

リンクアダプテーションはある程度変動があったときでも、ある程度の変動を吸収させるような、平均的なレベルに基づき制御を行って安定感のあるスループットを出すよう制御しても良い。しかしながら、このような制御手法は、電力制御側において、必要な電力を十分に供給しているということが前提となる。電力制御では「即時（現時点の）フレーム」のＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）を用いて、相手側端末へ指示すべき電力制御情報を生成して、電力制御を行う。電力制御は瞬時に行って適応変調は平均的な実力値をベースに制御することが有効であると思われる。

端末の移動速度は、端末を携行する人の移動状況（静止状態、徒歩、車、電車など）によって異なり、全ての端末（人）の移動状態（電波伝播環境）に適応できる制御が望ましい。従って、できる限り遅延の少ない反応の早い制御を実現する必要がある。最小限の遅延は１フレーム遅延での電力制御となる。現在の遅延量から遅延時間を短縮することで、電力の無駄を防ぎ、他ユーザ（端末）への干渉電力を軽減することが可能になり、最終的には通信システム全体としてのスループットも向上させることが可能である。現状の無線通信システムでは、電力制御情報を復調が必要な信号（ＲＭＵメッセージ、ＵＭメッセージ）として送信しているため、電力制御情報を復調して読み出すための遅延が「約２フレーム分」発生している。このような２フレーム遅延では、上述したように、高速で移動する端末との通信に対して有効な送信電力制御ができていなかった。このため不要な電力放射を行ったり、フレームエラーとなるような信号を送信したりするという問題があった。

上述したように、無線通信システムで、少なくとも一方の端末が高速な移動を行っている場合、フェージングによって希望信号電力の変動が頻繁に発生するようになる。しかしながら、現行システムでは、電力制御情報を復調が必要となる信号（メッセージ）として送信されていたため、電力制御情報の復調および検出（読み取り）による遅延があり、高速なフェージング変動に対しては、追従できないという問題があった。

本発明の目的は、移動速度が速い無線通信装置装置と通信を行うときに、その移動状況（電波伝播環境）および希望信号電力変動周期に追随して最適な電力制御を行う技法（装置および方法）を提供することである。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による無線通信装置（基地局装置、無線通信端末など）は、
相手側無線通信装置から送信された信号を受信する受信部と、
（受信信号を検波する検波部と、）
前記相手側無線通信装置に信号を送信する送信部と、
前記相手側無線通信装置から受信した信号に基づき、該相手側無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成部と、
前記相手側無線通信装置と自装置との相対的な移動状態を示す移動状態情報を取得する移動状態情報取得部（例えば、前記相手側無線通信装置から受信した信号の周波数および基準周波数に基づき、装置間の相対的な移動状態を表す最大ドップラー周波数を算出し、算出した最大ドップラー周波数から相対的な移動速度をする計算手段など）と、
前記移動状態情報取得部により取得された移動状態情報に応じて、前記電力制御情報生成部により生成された前記電力制御に関する情報を、（復調せずに、相関テーブルを参照することによって）受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号（例えば、ＦＡＣＣＨメッセージに格納した情報）、または、復調を要する信号（ＵＭメッセージに格納した情報）として、前記相手側無線通信装置に送信するように前記送信部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする。
前記無線通信装置は、アダプティブアレイアンテナを用いた空間分割多元接続方式（SDMA;Spatial Division Multiple Access）の基地局装置、または、空間分割多元接続方式（SDMA;Spatial Division Multiple Access）の無線通信装置とすることが好適である。

また、第２の発明による無線通信装置は、
前記移動状態情報は、前記相手側無線通信装置と自装置との相対的な移動速度であり、
前記制御部は、前記相対的な移動速度が所定の閾値を超える場合、
前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように前記送信部を制御する、
ことを特徴とする。

また、第３の発明による無線通信装置は、
前記制御部は、前記相対的な移動速度が前記所定の閾値以下の場合、
少なくとも前記相手側通信装置に伝達すべきリンクアダプテーションに関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように、前記送信部を制御し、
かつ、前記電力制御に関する情報を、復調を要する信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように、前記送信部を制御する、
ことを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、本発明を方法として実現させた第４の発明による無線通信方法は、
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信方法であって、
前記第１の無線通信装置が、（演算手段（ＣＰＵ，ＤＳＰなどのプロセッサ）を用いて）、前記第２の無線通信装置から受信した信号に基づき、該第２の無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成ステップと、
前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置と前記第１の無線通信装置との相対的な移動状態を示す移動状態情報を取得する移動状態情報取得ステップ（例えば、前記相手側無線通信装置から受信した信号の周波数および基準周波数に基づき、装置間の相対的な移動状態を表す最大ドップラー周波数を算出する算出手段など）と、
前記第１の無線通信装置が、前記移動状態情報取得ステップにより取得された移動状態情報に応じて、前記生成された前記電力制御に関する情報を、（復調せずに、相関テーブルを参照することによって）受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号（例えば、ＦＡＣＣＨメッセージに格納した情報）、または、復調を要する信号として、前記第２の無線通信装置に送信する制御ステップと、
を含むことを特徴とする。

また、第５の発明による無線通信方法は、
前記第２の無線通信装置が、前記第１の無線通信装置から受信した、前記電力制御に関する情報を含む信号を、（復調せずに、相関テーブルを参照することによって）受信信号の相関に基づいて該情報を読み取り、該読み取った電力制御に関する情報に基づき、（次フレームにおいて、例えば可変減衰器を調整して前記第２の無線通信装置に対応するスロットに対する）自装置の送信電力を制御して、前記第１の無線通信装置に送信する送信ステップ、
をさらに含むことを特徴とする。

上述したように本発明は「移動状態情報」に基づき制御を行う構成を取ることもできるが、移動状態情報や受信信号など基づき推定される「希望信号電力変動周期」をベースとして制御を行う構成を取ることも可能である。
例えば、希望信号電力変動周期をベースとした第６の発明による無線通信装置は、
相手側無線通信装置から送信された信号を受信する受信部と、
前記相手側無線通信装置に信号を送信する送信部と、
前記相手側無線通信装置から受信した信号に基づき、該相手側無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成部と、
前記相手側無線通信装置から受信した信号に基づき、希望信号電力変動周期を推定する希望信号受信電力変動周期推定部と、
前記希望信号電力変動周期推定部により推定された希望信号電力変動周期に応じて、前記電力制御情報生成部により生成された前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号、または、復調を要する信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように前記送信部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする。

また、第７の発明による無線通信方法は、
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信方法において、
前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から受信した信号に基づき、該第２の無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成ステップと、
前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から受信した信号に基づき、希望信号電力変動周期を推定する希望信号電力変動周期推定ステップと、
前記第１の無線通信装置が、前記希望信号電力変動周期推定ステップにより推定された希望信号電力変動周期に応じて、前記生成された前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号、または、復調を要する信号として、前記第２の無線通信装置に送信する制御ステップと、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、高速で移動している端末（および、高速移動中の端末と通信している基地局）の電力制御の伝搬路追従性を向上することができ、トータルのスループットを向上させることが可能となる。これによって、従来技術では、電力制御の追従ができていなかったような「移動速度が速い端末」と通信を行うときに、その移動状況（電波伝播環境）や希望信号電力変動周期に追随して最適な電力制御を行うことが可能となり、より安定した通信品質をユーザに提供することができるようになる。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明による基地局のハードウェア構成図である。図に示すように、基地局１０は、アダプティブアレイアンテナＡＮＴ、受信した信号を処理するＲＦ処理部１１、およびＲＦ処理部１１による処理を経た信号を処理する信号処理部１２から構成される。信号処理部１２は、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）１−３を具え、ＤＳＰ１−３ではタイムスロット１−３の処理をそれぞれ別個に行っている。本構成では、ＤＳＰ１−３は、キャリア周波数ごとに独立に動作しているものとする。図１は基地局（装置）であるが、端末装置も同様にタイムスロットごとに別の演算装置（ＤＳＰなど）を用いて信号処理を行っている。各ＤＳＰでは該当タイムスロットの送受信処理時間にあわせて処理を行う。送受信の処理が全部で１フレーム(５ｍｓｅｃ)以内に収まる必要がある。このような構成の基地局および端末装置を用いて、システムを動作させるものとする。

本発明の構成および原理の理解に資するために、本発明の説明に先立ち、従来方式の電力制御技法について説明する。従来は、以下に示したような手法を用いて送信電力制御およびリンクアダプテーションを行っている。

図７に、従来技術における電力制御についてのメッセージ（信号）使用形態(ＲＭＵ(RLC:Radio Link Control Message Unit)ヘッダ、ＵＭ(Unaknowledge Mode)メッセージ)を説明するシーケンス図を示す。なお、基地局を例にして説明するが、原理的には端末側の構成・処理も同様である。
＜基地局側の電力制御＞
ＲＭＵヘッダ(ヘッダ内の１ｂｉｔ):電力制御情報ＰＣＩ（電力上昇、もしくは、減少）を格納する。
ＵＭメッセージ(ヘッダ内の５−６ｂｉｔ): 電力制御情報ＰＣＩ（現在電力値の情報）を格納する。
上記のように、本明細書では、電力制御情報をＰＣＩ（Power Control Information）と呼ぶものとする。

なお、リンクアダプテーションは、下記のようにＦＡＣＣＨ(高速付随制御チャネル;Fast Associated Control Channel)で送信している。
＜基地局側のリンクアダプテーション（適応変調制御）＞
ＦＡＣＣＨ(１６ｂｉｔを使っているが、実質情報量は４ｂｉｔである):リンクアダプテーションのための情報を格納する（ダウンリンクの変調クラス、(アップリンク)推奨変調クラス、(アップリンク)現変調クラス、ダウンリンク上昇可能電力幅が含まれる）。

ここで、ＵＭメッセージ並びにＲＭＵヘッダとＦＡＣＣＨメッセージとの違いを説明する。ＲＭＵヘッダやＵＭメッセージは、検波および復調処理後でなければ内容を読み取る（判定）ことがができないが、一方、ＦＡＣＣＨは検波後（即ち検波によってタイミングがあえば）には、復調処理を経ずに、そこに格納されているデータ内容を読み取る（判定）ことができる。ＦＡＣＣＨメッセージは、相関関係を規定するテーブルを参照して、固定パターンの中から相関の高いデータを検出してメッセージを読み取る（取得）ことができるが、処理に１．５フレームほどの時間を必要とするため、あるフレーム[ｍ]で読み取ったデータに基づく制御情報を次フレーム[ｍ＋１]の送信に反映させることはできない。

＜送信電力制御:ＵＭメッセージの使用法＞
基地局側の処理
基地局ＢＳは、端末ＵＴから送信された現在のフレームであるフレームｋのアップリンク信号ＵＬ１の検波処理を行った後、受信信号に基づきＳＩＮＲ（或いはＤＳＳＩ）情報を得る。得られたＳＩＮＲ情報に基づき、端末に指示すべき電力制御情報ＰＣＩを、次のダウンリンク信号ＤＬ１の対応するスロットのＲＭＵヘッダとＵＭメッセージに格納する。端末ＵＴから送信されたアップリンク信号ＵＬ１を受信した同一タイムスロットのダウンリンク送信までの間に検波、ＳＩＮＲ情報生成、電力制御情報格納の一連の処理を終える。このようにして、電力制御情報をＲＭＵヘッダとＵＭメッセージを用いて、次回のダウンリンク信号ＤＬ１で送信することが可能である。

端末ＵＴでは、受信したダウンリンク信号ＤＬ１の中の、電力制御情報ＰＣＩを含むＲＭＵヘッダとＵＭメッセージを読み取り、次フレームｋ＋１のアップリンク信号ＵＬ２の送信時までに、ダウンリンク信号ＤＬ１で指示・指定された電力制御を行いたいが、メッセージの復調処理には時間がかかるため、次フレームｋ＋１のアップリンク信号ＵＬ２の送信時に間に合わせることができない。このため、復調処理を経て読み取った電力制御情報は、「さらにその次のフレームｋ＋２」のアップリンク信号ＵＬ３で反映することになる。つまり、送信電力制御は２フレーム前の情報を元に行っており、「２フレーム長の遅延」が発生していることになる。参考として、現行
iBurst（登録商標）システムにおけるアップリンク（ＵＬ）−ダウンリンク（ＤＬ）間、ダウンリンク（ＤＬ）−アップリンク（ＵＬ）間の時間差を表に示す。

端末ＵＴも、同様に基地局ＢＳからのダウンリンク信号を受信した次フレームのアップリンクまで(１１７５μｓｅｃ以内)に検波処理を含む一連の処理を終えることができるので、電力制御情報を送信することができる。しかし、この電力制御情報を含むメッセージは、検波処理の他に「復調処理」も必要とするＲＭＵヘッダとＵＭメッセージであるため、電力制御情報を含むメッセージを基地局（ＢＳ）側が受信して、検波、復調して読み取った電力制御情報を次フレームに反映するのには間に合わない(１１００μｓｅｃ以内とならない)。このため、やはり「さらに次のフレーム（２つ後のフレーム）」で反映することになる。ダウンリンクの電力制御もアップリンクと同様に２フレーム前の情報を用いて行っているということになる。また、ＲＭＵヘッダに、電力の上昇指示、下降指示を示す情報をフレーム毎に格納して送信している。このため、従来の送信電力制御では、電波伝播環境が落ち着いている静止状態だったとしても、常に電力レベルの変動を繰り返している、という特徴があった。

＜リンクアダプテーション:ＦＡＣＣＨメッセージの使用法＞
基地局ＢＳは、端末ＵＴからのアップリンク信号を受信し、受信したアップリンク信号に検波処理を施して、検波処理後のＦＡＣＣＨメッセージを解析する。アップリンク信号のＦＡＣＣＨメッセージは、偶数フレームのときには自装置の上昇可能電力値ＡＰ(Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ)を、奇数フレームのときは送信している信号の変調クラス(ＣＭＣ)を基地局へ伝達している。偶数フレームで上昇可能電力値ＡＰを受信した基地局ＢＳは、検波処理を行い受信信号のＳＩＮＲと、端末の上昇可能電力値ＡＰから、適切な変調クラスを判定する。当該フレーム内(偶数フレーム)のダウンリンクのＦＡＣＣＨメッセージは、現在の変調クラスを報告している。このため、次フレーム(奇数フレーム)のダウンリンクのＦＡＣＣＨを用いて、アップリンクに使用する変調クラスの推奨クラス(ＲＭＣ)を通知する。受信した端末ＵＴは該当の変調クラスでの送信を行うが、端末ＵＴ側の変調クラス変更は、次のフレームで制御の変更を実現する。該当フレームのＦＡＣＣＨでは使用している変調クラス(ＣＭＣ)を通知する。このため、アップリンクは奇数フレームで変調クラスが変更になり、偶数フレームでは変更はない。このようにして、リンクアダプテーション制御は、３フレームの制御遅延が発生することになる。

端末ＵＴはダウンリンク信号を受信した後、検波によってＳＩＮＲを測定する。この結果から、端末ＵＴで必要な電力、即ち、基地局に指示すべき電力を計算し、これを電力制御情報ＰＣＩとする。次フレームのアップリンク信号でＵＭメッセージやＲＭＵヘッダに電力制御情報を格納して、この次フレームのアップリンク信号を基地局ＢＳに送信する。基地局ＢＳ側では、この電力制御情報が格納されたメッセージを検波、復調処理後に取り出すことができる。「復調処理」を通るため、同一フレーム内のダウンリンク送信（即ち、受信の直後のフレーム）には間に合わない。このため、さらに次のフレームのダウンリンクで変調クラスを変更してデータを送信することができる。このとき、ＦＡＣＣＨでは変更後の変調クラスを伝える(ダウンリンク偶数フレーム)。ダウンリンクは偶数フレームで変調クラスを変更し、奇数フレームでは変更を行わない。ＦＡＣＣＨメッセージには、４ビットの情報を格納することがである。現行iBurst（登録商標）通信システムでは、変調クラス：ＭｏｄＣｌａｓｓ(０から１０まで)と上昇可能電力幅 (０から１５ｄＢまで)の情報を次のように割り当てている。

次に本発明による送信電力制御およびリンクアダプテーションの動作を説明する。
＜ＦＡＣＣＨを用いた電力制御＞
上述したようにＦＡＣＣＨメッセージは復調処理が不要なため、メッセージの取得がＵＭメッセージに比べて早く処理できる。この特徴を生かし、処理遅延を低減した送信電力制御を実現する。ＦＡＣＣＨ４ビットに、電力制御情報ＰＣＩを割り当てる。これによって、復調処理まで待たずに電力制御制御が行えるため、アップリンクの次のダウンリンクでメッセージを送信でき、受信したメッセージを基にした制御が次のフレームのアップリンクで実現できる。ダウンリンクも同様に実現できる。また、このようにＦＡＣＣＨを用いた電力制御を行う際に、ＦＡＣＣＨにどのようなレベル変動を割り当てるか、によって状況は変わるが、電力を変動させない０ｄＢ変動に対応することも可能である。

＜ＵＭメッセージを用いたリンクアダプテーション＞
上記の処理をした場合、ＦＡＣＣＨで送信していたリンクアダプテーションの情報はＵＭメッセージなどの復調が必要となるメッセージに格納することになる。例として今まで送信していた情報をＵＭメッセージで送信する場合について説明する。ＦＡＣＣＨを電力制御情報の格納に使用してしまうと、リンクアダプテーション情報を送信する手段がなくなってしまう。従って、リンクアダプテーション情報を、これを今まで電力制御で使用していたＵＭメッセージに格納して送信することにする。これによって、リンクアダプテーション情報は復調を要するため時間がかかるが、もともと２フレーム遅延であったことから、遅延量には変化がない。

また、上記処理を行う場合、即ち、無線通信端末が高速移動するような状況では、無線環境が劣悪化するため、このような状況下において、例えば、無線通信端末が音声による通信を行っている場合には、多値数の少ない変調方式（例えばＱＰＳＫ）に固定して、通信品質よりも通信接続の維持を優先させることが望まれる。このため、リンクアダプテーションの情報に関しては、上記ＵＭメッセージを用いて多値数の少ない変調方式に関する情報を送信するようにし、無線通信端末との間で、当該多値数の少ない変調方式での通信が確立された場合には、ＦＡＣＣＨを用いた電力制御に関する情報の送信を行っている間、即ち、無線通信端末が高速移動している間、当該リンクアダプテーションの情報を送信しないようにする、といった制御を行ってもよい。

上述した動作を行うことによって、必要な送信電力をより迅速かつタイムリーに変更することができるようになる。これによって、従来技術ではスループットがでないような高速移動端末に対してもスループットを向上させることができる。また、不要な電力を放射せず、適切な電力での通信が可能となる。また、従来方式では、電力を上昇下降のどちらかで制御していたが、変動なし、という制御も実現可能となった。シーケンスによる電力のふれをなくすことによって、電力のターゲットに対してマージンを取る量が小さくできると考えられる。

図２は、本発明の一実施態様による基地局の機能ブロック図である。図に示すように、基地局１００は、複数のアンテナでアレイを構成するアダプティブアレイアンテナＡＮＴ、受信部１１０、検波部１２０、復調部１３０、電力制御情報生成部１４０、移動状態情報取得部１５０、制御部１６０、変調部１７０、および、送信部１８０を備える。基地局１００は、複数の無線通信端末に対して、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）を行う機能を備え、アップリンク信号のスロットとダウンリンク信号のスロットとが非対称のスロット長を持つフレーム構成、および、３つのタイムスロットに分割されたアップリンク、ダウンリンク信号をサポートしているものとする。受信部１１０は、無線通信端末（図示せず）から送信された信号をアダプティブアレイアンテナＡＮＴを介して受信し、検波部１２０は、受信信号を検波する。また、送信部１８０は、無線通信端末に信号をアダプティブアレイアンテナＡＮＴを介して送信する。また、復調部１３０は検波後の受信信号を復調し、変調部１７０は送信すべき情報を変調する。電力制御情報生成部１４０は、無線通信端末から受信した信号に基づき、当該無線通信端末に指示すべき電力制御に関する情報を生成する。移動状態情報取得部１５０は、無線通信端末と自装置との相対的な移動状態を示す移動状態情報（移動速度）を取得する。移動状態情報取得部１５０は、最大ドップラー周波数計算部１５２、および移動速度計算部１５４を備える。最大ドップラー周波数計算部１５２は、無線通信端末から受信した信号の周波数から予め既知の基準周波数を減算することによって、装置間の相対的な移動状態を表す最大ドップラー周波数を算出する。また、移動速度計算部１５４が、算出した最大ドップラー周波数から、所定の計算式を使って相対的な移動速度を計算する。

基地局１００は、記憶部（図示せず）をさらに備え、記憶部は所定の閾値を格納している。制御部１６０は、移動状態情報取得部１５０により計算された移動速度と、所定の閾値とを比較して、移動速度が所定の閾値を超える場合には、電力制御情報ＰＣＩを、復調せずに、相関テーブルを参照して、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号（ＦＡＣＣＨメッセージに格納した情報）として、無線通信端末に送信するように送信部１８０を制御する。また、制御部１６０は、移動速度が所定の閾値以下の場合には、電力制御情報ＰＣＩを、復調を要する信号（ＵＭメッセージに格納した情報）として、無線通信端末に送信するように送信部１８０を制御する。所定の閾値は、フレーム長、ダウンリンク、アップリンク信号の各タイムスロット長、１フレームあたりのスロット数などに基づき、フェージングが発生しない数値になるように、適宜、予め設定しておく。

図３は、本発明の一実施態様による基地局の機能ブロック図であり、希望信号電力変動周期をベースとした構成である。図に示すように、基地局２００は、複数のアンテナでアレイを構成するアダプティブアレイアンテナＡＮＴ、受信部２１０、検波部２２０、復調部２３０、電力制御情報生成部２４０、希望信号受信電力変動周期推定部２５０、制御部２６０、変調部２７０、および、送信部２８０を備える。図３では、希望信号受信電力変動周期推定部２５０以外は図２と同様の構成である。希望信号受信電力変動周期推定部２５０は、最大ドップラー周波数計算部２５２を備える。最大ドップラー周波数計算部２５２は、無線通信端末から受信した信号の周波数から予め既知の基準周波数を減算することによって、装置間の相対的な移動状態を表す最大ドップラー周波数を算出する。希望信号受信電力変動周期推定部２５０は、算出された最大ドップラー周波数に基づき、希望信号電力変動周期を推定する。これ以降の処理は、図２の場合と同様であるが、移動速度の代わりに推定された希望信号受信電力変動周期を使う点、および、これに伴う設定閾値ならびにその判定処理のみが異なる。

図４は、本発明の一実施態様による基地局ＢＳと端末ＵＴとの電力制御についてのメッセージ（信号）使用形態(ＦＡＣＣＨメッセージ)を説明するシーケンス図である。この例では、端末ＵＴが所定の閾値を超える移動速度で移動しており、基地局ＢＳが、電力制御情報ＰＣＩをＦＡＣＣＨに格納する動作をしているものとする。なお、基地局を例にして説明するが、原理的には端末側の構成・処理も同様である。端末ＵＴは、アップリンク信号ＵＬ１を基地局ＢＳに送信する。基地局ＢＳは、端末ＵＴから送信された現在のフレームであるフレームｋのアップリンク信号ＵＬ１の検波処理を行った後、受信信号に基づきＳＩＮＲ（或いはＤＳＳＩ：希望波受信レベル）情報を得る。得られたＳＩＮＲ情報に基づき、端末ＵＴに指示すべき電力制御情報ＰＣＩを、次のダウンリンク信号ＤＬ１の対応するスロットのＦＡＣＣＨメッセージに格納して、ダウンリンク信号ＤＬ１を送信する。端末ＵＴは、ダウンリンク信号ＤＬ１のＦＡＣＣＨ内のＰＣＩを復調せずに読み取り、読み取った電力制御情報ＰＣＩ（この場合は、１ティック電力増加指示）に基づきアップリンク信号ＵＬ２をより大きな電力レベルで基地局ＢＳに送信する。以降、フレームｋ＋１のアップリンク信号ＵＬ２に基づく電力制御情報ＰＣＩも次のダウリンク信号ＤＬ２のＦＡＣＣＨ内に格納されて送信され、次フレームのフレームｋ＋２のアップリンク信号ＵＬ２は、前のフレームｋ＋１のアップリンク信号ＵＬ１に基づく電力制御情報ＰＣＩを反映することが可能である。即ち、１フレーム長遅延（５ｍｓ）で電力制御情報を反映した制御が可能となり、例えば、従来例で挙げたような、端末移動速度が約５０ｋｍｐｈの場合における約８ｍｓに一回のフェージング現象が発生する恐れがある電波伝播環境であっても電力制御を追随させることが可能となる。また、作図および説明の便宜上、アップリンク信号、ダウンリンク信号を１つの端末が占有する形式で説明してあるが、アップリンク信号、ダウンリンク信号の各信号は、複数のスロットに分割されており、各スロットを異なる端末が占有し、スロット単位で上述したような電力制御を行うことが可能であることに注意されたい。

＜基地局―端末間の相対移動速度の取得＞
最大ドップラー周波数以外に、基地局と無線端末との間の相対速度を得る方法として、信号の到達タイミングより求める方法を説明する。”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC- 2005-032(ATIS/ANSI)”では、無線端末は基地局の送信するダウンリンク信号に同期させる為に、基地局の送信する報知情報チャンネルバーストを定期的にモニタリングして、受信位置を調整する。無線端末は受信位置決定後、基地局との距離に応じたアップリンク送信タイミングを知る為に、コンフィギュレーションチャネルバーストを基地局に送信する。基地局はコンフィギュレーションチャネルバーストの受信位置から、本来のアップリンク受信位置との差分情報を含むコンフィギュレーションバーストを無線端末に返信する。無線端末は基地局から得た差分情報を元に送信タイミングの調整を行う。この時基地局は、同一無線端末の差分情報から当該無線端末の自基地局との距離を得る事ができ、かつこの差分情報を過去複数回に渡って記録する制御を行い、その時間的変化を調べる事により、当該無線端末の基地局からの相対速度を得る事ができる。差分情報は無線端末でも共有しているため、相対速度の取得は無線端末側でも容易に実施可能である。

図５は、本発明の一実施態様による基地局ＢＳと端末ＵＴとの電力制御についてのメッセージの流れ、および、処理を説明するシーケンス図である。図に示すように、端末ＵＴは、最初にステップＵ１０にて、電力制御の基礎情報となるべきアップリンクＵＬ信号を基地局ＢＳに送信する。基地局ＢＳは、ステップＢ１０にて、送信されたアップリンクＵＬ信号を受信し、受信した信号を検波する（ステップＢ１１）。検波後の受信信号から、端末ＵＴに指示すべき電力制御情報ＰＣＩを生成し、生成した電力制御情報ＰＣＩを、復調不要なＦＡＣＣＨメッセージに格納して、このＦＡＣＣＨメッセージを含むダウンリンクＤＬ信号として送信する（ステップＢ１２）。

端末ＵＴは、ダウンリンクＤＬ信号を受信し（ステップＵ１１）、検波する（ステップＵ１２）。次にステップＵ１３にて、検波後の受信信号のＦＡＣＣＨ内の電力制御情報ＰＣＩを読み取る。ＦＡＣＣＨは復調不要であるため、読み取った電力制御情報ＰＣＩを使って次回のアップリンクＵＬ信号の電力制御を行う（ステップＵ１４）。そして、ステップＵ１５にて、電力制御を施されたアップリンク信号ＵＬを基地局ＢＳに送信する。このように、基地局ＢＳと端末ＵＴとに跨る一連の電力制御処理が、１フレーム長の間に実行され、端末の高速移動によるフェージングの影響を軽減・抑止できる電力制御が可能となる。そして、最後に基地局ＢＳが、電力調整済みのアップリンクＵＬ信号を受信する（ステップＢ１３）。

図６は、本発明の一実施態様による無線通信方法の処理を示すフローチャートである。図に示すように、ステップＳ１０にて、相手端末からの信号を受信する。ステップＳ１１にて、受信した信号を検波し、検波後の信号から、相手端末に指示すべき電力制御情報ＰＣＩを生成する（ステップＳ１２）。次にステップＳ１３にて、自装置と相手端末との相対的な移動速度を最大ドップラー周波数に基づき計算する。移動速度と所定の閾値を比較して、
「移動速度＞所定の閾値」
である場合には、ステップＳ１５に進み、電力制御情報ＰＣＩを復調不要な信号であるＦＡＣＣＨに格納して、次回の送信タイミングで送信する。ステップＳ１４の条件を満たさない場合は、ステップＳ１６に進み、電力制御情報ＰＣＩを復調と要する信号であるＲＭＵ、或いはＵＭに格納して、次回の送信タイミングで送信する。ステップＳ１５の処理をした場合は、自装置または相手端末が所定の閾値を超える高速移動中であるため、この高速移動に追随できるように、素早く現在の伝播環境に対応する高速な電力制御が実現である。一方、ステップＳ１６の処理をした場合は、自装置または相手端末が所定の閾値以下であり、現在の伝播環境に対して十分に対応できると考えられるため、復調が必要な信号として電力制御情報ＰＣＩを送信する。

本発明では、電力制御メッセージの送信信号として復調不要なＦＡＣＣＨを使って電力制御を行うことによって、高速なフェージング変動に対応できるシステムを実現する。即ち、本発明では、複数アンテナを有した無線通信基地局装置において、フェージング現象の発生が想定される速度に至った場合には、現行のプロトコルを変更し、送信電力制御情報をＦＡＣＣＨに入れ、リンクアダプテーション情報をＲＭＵ,ＵＭメッセージに入れることによって、送信電力制御の遅延時間短縮を実現し、フェージング発生による影響を受けることを抑止し、電力制御追従能力を向上させることが可能となる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、基地局と無線通信端末装置との間で、本発明を実現する各機能を分散することも可能である。例えば、基地局に相対的な速度情報を算出する機能を配置し、無線通信端末装置が、基地局から相対的な速度情報を受信して本発明を実現させることも可能である。

本発明による基地局のハードウェア構成図である。 本発明の一実施態様による基地局の機能ブロック図である。 本発明の一実施態様による基地局の機能ブロック図である。 本発明の一実施態様による基地局ＢＳと端末ＵＴとの電力制御についてのメッセージ使用形態を説明するシーケンス図である。 本発明の一実施態様による基地局ＢＳと端末ＵＴとの電力制御についてのメッセージの流れ、および、処理を説明するシーケンス図である。 本発明の一実施態様による無線通信方法の処理を示すフローチャートである。 従来技術における電力制御についてのメッセージ（信号）使用形態(ＲＭＵヘッダ、ＵＭメッセージ)を説明するシーケンス図である。

符号の説明

１０ 基地局
１１ ＲＦ処理部
１２ 信号処理部
１００，２００ 基地局
１１０，２１０ 受信部
１２０，２２０ 検波部
１３０，２３０ 復調部
１４０，２４０ 電力制御情報生成部
１５０ 移動状態情報取得部
２５０ 希望信号電力変動周期推定部
１５２，２５２ 最大ドップラー周波数計算部
１５４ 移動速度計算部
１６０、２６０ 制御部
１７０，２７０ 変調部
１８０，２８０ 送信部
ＡＮＴ アダプティブアレイアンテナ
ＡＰ 上昇可能電力値
ＢＳ 基地局
ＵＴ 端末
ＰＣＩ 電力制御情報
ＤＬ１−３ ダウンリンク信号
ＵＬ１−３ アップリンク信号

Claims (7)

1. 相手側無線通信装置から送信された信号を受信する受信部と、
   前記相手側無線通信装置に信号を送信する送信部と、
   前記相手側無線通信装置から受信した信号に基づき、該相手側無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成部と、
   前記相手側無線通信装置と自装置との相対的な移動状態を示す移動状態情報を取得する移動状態情報取得部と、
   前記移動状態情報取得部により取得された移動状態情報に応じて、前記電力制御情報生成部により生成された前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号、または、復調を要する信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように前記送信部を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   前記移動状態情報は、前記相手側無線通信装置と自装置との相対的な移動速度であり、
   前記制御部は、前記相対的な移動速度が所定の閾値を超える場合、
   前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように前記送信部を制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項２に記載の無線通信装置において、
   前記制御部は、前記相対的な移動速度が前記所定の閾値以下の場合、
   少なくとも前記相手側通信装置に伝達すべきリンクアダプテーションに関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように、前記送信部を制御し、
   かつ、前記電力制御に関する情報を、復調を要する信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように、前記送信部を制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
4. 第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信方法において、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から受信した信号に基づき、該第２の無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成ステップと、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置と前記第１の無線通信装置との相対的な移動状態を示す移動状態情報を取得する移動状態情報取得ステップと、
   前記第１の無線通信装置が、前記移動状態情報取得ステップにより取得された移動状態情報に応じて、前記生成された前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号、または、復調を要する信号として、前記第２の無線通信装置に送信する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
5. 請求項４に記載の無線通信方法において、
   前記第２の無線通信装置が、前記第１の無線通信装置から受信した、前記電力制御に関する情報を含む信号を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取り、該読み取った電力制御に関する情報に基づき、自装置の送信電力を制御して、前記第１の無線通信装置に送信する送信ステップ、
   をさらに含むことを特徴とする無線通信方法。
6. 相手側無線通信装置から送信された信号を受信する受信部と、
   前記相手側無線通信装置に信号を送信する送信部と、
   前記相手側無線通信装置から受信した信号に基づき、該相手側無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成部と、
   前記相手側無線通信装置から受信した信号に基づき、希望信号電力変動周期を推定する希望信号受信電力変動周期推定部と、
   前記希望信号電力変動周期推定部により推定された希望信号電力変動周期に応じて、前記電力制御情報生成部により生成された前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号、または、復調を要する信号として、前記相手側無線通信装置に送信するように前記送信部を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。
7. 第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信方法において、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から受信した信号に基づき、該第２の無線通信装置に指示すべき電力制御に関する情報を生成する電力制御情報生成ステップと、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から受信した信号に基づき、希望信号電力変動周期を推定する希望信号電力変動周期推定ステップと、
   前記第１の無線通信装置が、前記希望信号電力変動周期推定ステップにより推定された希望信号電力変動周期に応じて、前記生成された前記電力制御に関する情報を、受信信号の相関に基づいて該情報を読み取ることが可能な信号、または、復調を要する信号として、前記第２の無線通信装置に送信する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。

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