JP2012248968A - 無線通信装置及び通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理負荷を軽減しつつ、適切なマルチアンテナ制御を可能とした無線通信装置及び通信制御方法を提供する。
【解決手段】ＵＥ１は、ｅＮＢ２からの４つの下りリソースブロックを用いた下り無線信号を受信した場合、当該下り無線信号の受信電力値の差が閾値以上である場合には、下りリソースブロック毎に受信ウェイトを算出し、当該下り無線信号の受信電力値の差が閾値未満である場合には、４つのリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトを算出する。更に、ＵＥ１は、算出した受信ウェイトを用いたＡＡＳと、チャネル等化処理とを行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のアンテナを用いて、無線信号を受信するマルチキャリア方式の無線通信装置、及び、当該無線通信装置における通信制御方法に関する。

従来より、複数のアンテナを用いて、無線信号を受信するマルチキャリア方式の無線通信装置は、干渉抑圧の技術を採用している。例えば、特許文献１では、無線通信装置は、無線信号である既知信号（パイロット信号）の受信状況に基づいて、アダプティブアレイ制御（ビームフォーミング及びヌルステアリング）のために、各アンテナ毎にアンテナウェイトを算出する。

特許第３４９７６７２号公報

周波数選択性フェージングを考慮すると、上述した無線通信装置は、できるだけ狭い周波数帯毎にアンテナウェイトを算出することが望ましい。しかしながら、無線通信装置が、狭い周波数帯域毎にアンテナウェイトを算出することが、当該無線通信装置の処理負担の増大をもたらす。一方、無線通信装置が、広い周波数帯に対応するアンテナウェイトを算出する場合には、処理負担は小さくなる。しかしながら、周波数選択性フェージングが大きい場合においては、無線通信装置が、算出したアンテナウェイトを適用しても、適切にビームフォーミングやヌルステアリングが行われない場合がある。

上記問題点に鑑み、本発明は、処理負荷を軽減しつつ、適切なマルチアンテナ制御を可能とした無線通信装置及び通信制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。本発明の第１の特徴は、複数のアンテナ（アダプティブアレイアンテナ１０８Ａ、アダプティブアレイアンテナ１０８Ｂ、アダプティブアレイアンテナ１０８Ｃ、アダプティブアレイアンテナ１０８Ｄ）を用いて、無線信号を受信するマルチキャリア方式の無線通信装置（ＵＥ１）であって、前記無線通信装置は、周波数選択性フェージングが大きいと見なされる場合においては、複数の周波数帯のそれぞれを制御の単位としてマルチアンテナ制御を行い、前記周波数選択性フェージングが小さいと見なされる場合においては、前記複数の周波数帯を制御の単位としてマルチアンテナ制御を行うことを要旨とする。

このような無線通信装置は、周波数選択性フェージングが大きいと見なされる場合においては、複数の周波数帯のそれぞれを制御の単位としてマルチアンテナ制御を行い、前記周波数選択性フェージングが小さいと見なされる場合においては、前記複数の周波数帯を制御の単位としてマルチアンテナ制御を行う。従って、周波数選択性フェージングが大きいと見なされる場合においては、狭い周波数帯毎にマルチアンテナ制御が行われることにより、適切なマルチアンテナ制御が可能となり、周波数選択性フェージングが小さいと見なされる場合においては、広い周波数帯でマルチアンテナ制御が行われることにより、処理負荷を軽減しつつ、適切なマルチアンテナ制御が可能となる。

本発明の特徴は、前記無線通信装置は、前記制御の単位毎にアンテナウェイトを算出することを要旨とする。

本発明の特徴は、前記無線通信装置は、ビームフォーミング用のアンテナウェイト及びヌルステアリング用のアンテナウェイトの少なくとも何れかを算出することを要旨とする。

本発明の特徴は、前記無線通信装置は、前記アンテナウェイトを推定対象の周波数帯域に適用することを要旨とする。

本発明の特徴は、前記無線通信装置は、周波数方向に分散して配置される既知信号の受信電力の差が閾値以上である場合に、周波数選択性フェージングが大きいと判断することを要旨とする。

本発明の特徴は、複数のアンテナを用いて、無線信号の受信を行うマルチキャリア方式の無線通信装置における通信制御方法であって、前記無線通信装置が、周波数選択性フェージングが大きいと見なされる場合においては、複数の周波数帯のそれぞれを制御の単位としてマルチアンテナ制御を行い、前記周波数選択性フェージングが小さいと見なされる場合においては、前記複数の周波数帯を制御の単位としてマルチアンテナ制御を行うステップを含むことを要旨とする。

本発明によれば、処理負荷を軽減しつつ、適切なマルチアンテナ制御が可能となる。

本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体概略構成図である。 本発明の実施形態に係る無線端末の構成図である。 本発明の実施形態に係る、ＰＤＳＣＨのフォーマットを示す図である。 本発明の実施形態に係る、既知信号の配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る、周波数選択性フェージングの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る、無線端末の動作を示すフローチャートである。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。具体的には、無線通信システムの構成、無線端末の動作、作用・効果、その他の実施形態について説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

（１）無線通信システムの構成
（１．１）無線通信システムの全体概略構成
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システム１０の全体概略構成図である。

図１に示す無線通信システム１０は、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）において、規格が策定されたＬＴＥ（Long Term Evolution）に対応する無線通信システムである。無線通信システム１０は、無線端末（ＵＥ１と、無線基地局（ｅＮＢ）２とを含む。

図１において、ｅＮＢ２は、図示しない他のｅＮＢとともに、Ｅ−ＵＴＲＡＮ（Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network）を構成する。ＵＥ１は、ｅＮＢ２が提供する通信可能エリアであるセル３に存在する。なお、図１では、ＵＥ１は、１つのみが示されているが、実際には複数のＵＥ１がセル３内に存在する。

ｅＮＢ２と、ＵＥ１との間の下りの無線通信にはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）、上りの無線通信にはＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）が採用される。ここで、下りとは、ｅＮＢ２からＵＥ１へ向かう方向を意味し、上りとは、ＵＥ１からｅＮＢ２へ向かう方向を意味する。

ｅＮＢ２は、セル３内のＵＥ１に対して、無線リソースとしてのリソースブロック（ＲＢ：Resource Block）を割り当てる。

リソースブロックは、下りの無線通信に用いられる下りリソースブロック（下りＲＢ）と、上りの無線通信に用いられる上りリソースブロック（上りＲＢ）とがある。複数の下りリソースブロックは、周波数方向に配列される。同様に、複数の上りリソースブロックは、周波数方向に配列される。

下りリソースブロックは、時間方向に、下りの制御情報伝送用の制御情報チャネル（ＰＤＣＣＨ：Physical Downlink Control CHannel）と、下り方向のユーザデータ伝送用の共有データチャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared CHannel）とにより構成される。

一方、上りリソースブロックは、上りの無線通信に使用可能な全周波数帯の両端に、上りの制御情報伝送用の制御情報チャネル（ＰＵＣＣＨ：Physical Uplink Control CHannel）が構成され、中央部に、上りのユーザデータ伝送用の共有データチャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared CHannel）が構成される。

以下、ｅＮＢ２とＵＥ１との間で無線通信が行われる場合について説明する。なお、以下では、初期状態において、ＵＥ１には下りリソースブロックと上りリソースブロックとが割り当てられているものとする。

（１．２）無線端末の構成
図２は、ＵＥ１の構成図である。図２に示すように、ＵＥ１は、アダプティブアレイ方式の無線端末であり、制御部１０２、記憶部１０３、無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）受信処理部１０４、ベースバンド（ＢＢ：Base band）処理部１０６、アダプティブアレイアンテナ１０８Ａ、アダプティブアレイアンテナ１０８Ｂ、アダプティブアレイアンテナ１０８Ｃ、アダプティブアレイアンテナ１０８Ｄを含む。なお、図２に示すＵＥ１は、本実施形態において必要な構成のみを示している。

制御部１０２は、例えばＣＰＵによって構成され、ＵＥ１が具備する各種機能を制御する。記憶部１０３は、例えばメモリによって構成され、ＵＥ１における制御などに用いられる各種情報を記憶する。

ＲＦ受信処理部１０４は、アダプティブアレイアンテナ１０８Ａ乃至アダプティブアレイアンテナ１０８Ｄを介して、ｅＮＢ２からの無線周波数帯の下り無線信号を受信する。ＲＦ受信処理部１０４は、図示しないローノイズアンプ（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）、ミキサを内蔵している。ＲＦ受信処理部１０４は、受信した無線周波数帯の下り無線信号を増幅し、ベースバンド信号に変換（ダウンコンバート）する。更に、ＲＦ受信処理部１０４は、ベースバンド信号をＢＢ処理部１０６へ出力する。

ＢＢ処理部１０６は、ＣＰ（Cyclic Prefix）除去部１２２、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部１２４、ＡＡＳ（Adaptive Array System）処理部１２６、チャネル等化部１２８、復調復号部１３０を含む。

ＣＰ除去部１２２は、入力されたベースバンド信号からＣＰ（Cyclic Prefix）を除去する。ＣＰは、ＯＦＤＭシンボルの終わりの部分の複製であり、マルチパスによって引き起こされるシンボル間干渉を抑制するために設けられたガード・インターバルの期間に含まれる。ＦＦＴ処理部１２４は、ＣＰが除去されたベースバンド信号に対して、高速フーリエ変換を行い、周波数領域の信号を得る。

ＡＡＳ処理部１２６は、周波数領域の信号に基づいて、各アダプティブアレイアンテナ１０８Ａ乃至アダプティブアレイアンテナ１０８Ｄ毎に、ｅＮＢ２からの下り無線信号の受信時において信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）が最大となるアンテナウェイト（受信ウェイト）を算出する。

図３は、１つのリソースブロック（ＲＢ）に対応するＰＤＣＣＨのフォーマットを示す図である。図３に示すように、ＰＤＣＣＨは、時間方向では、１［ｍｓ］の時間長を有する１つのサブフレームによって構成される。サブフレームは、時間帯Ｓ１乃至時間帯Ｓ１４からなる。これら時間帯Ｓ１乃至時間帯Ｓ１４のうち、時間帯Ｓ１乃至時間帯Ｓ７は、前半のスロット（スロット１）を構成し、時間帯Ｓ８乃至時間帯Ｓ１４は、後半のスロット（スロット２）を構成する。スロット１における中央の時間帯Ｓ４は、既知信号であるパイロット信号の伝送に用いられる。同様に、スロット２における中央の時間帯Ｓ１１は、既知信号であるパイロット信号の伝送に用いられる。

また、図３に示すように、ＰＤＣＣＨは、周波数方向では、１８０［ｋＨｚ］の周波数幅を有する。また、ＰＤＣＣＨは、１５［ｋＨｚ］の周波数幅を有する１２個のサブキャリアＦ１乃至Ｆ１２からなる。

図４は、パイロット信号の配置を示す図である。図４に示すように、本実施形態では、パイロット信号の伝送に用いられるサブキャリアは、３つのサブキャリア間隔で配置される。１つの下りリソースブロックに着目すると、サブキャリアＦ３、Ｆ７、Ｆ１１が、パイロット信号の伝送に用いられるサブキャリアである。

ＡＡＳ処理部１２６は、以下のようにして受信ウェイトを算出する。なお、以下において、ＵＥ１には、周波数が連続する４つの下りリソースブロックが割り当てられているものとする。

具体的には、ＡＡＳ処理部１２６は、４つの下りリソースブロックに対応する周波数領域の信号に含まれる、パイロット信号を検出する。上述したように、１つの下りリソースブロックには、３つのパイロット信号が含まれる。従って、ＡＡＳ処理部１２６は、４つの下りリソースブロックに対応する周波数領域の信号に含まれる、１２個のパイロット信号を検出する。

ＡＡＳ処理部１２６は、検出した１２個のパイロット信号の受信電力を測定する。次に、ＡＡＳ処理部１２６は、測定した受信電力のうち、最大の受信電力と最小の受信電力との差（受信電力差）を取得する。

ＡＡＳ処理部１２６は、受信電力差が予め定められた閾値α以上である場合には、周波数選択性フェージングが大きいと見なす。この場合、ＡＡＳ処理部１２６は、下りリソースブロック毎に受信ウェイトを算出することを決定する。一方、ＡＡＳ処理部１２６は、受信電力差が予め定められた閾値α未満である場合には、周波数選択性フェージングが小さいと見なす。この場合、ＡＡＳ処理部１２６は、４つの下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトを算出することを決定する。

図５は、周波数選択性フェージングの一例を示す図である。図５（ａ）は、受信電力差ｄが大きく、図５（ｂ）は、受信電力差ｄが小さい。ＡＡＳ処理部１２６は、図５（ａ）における受信電力差ｄが閾値α以上である場合には、下りリソースブロック毎に受信ウェイトを算出することを決定する。また、ＡＡＳ処理部１２６は、図５（ｂ）における受信電力差ｄが閾値α未満である場合には、４つの下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトを算出することを決定する。

下りリソースブロック毎の受信ウェイトを算出する場合には、ＡＡＳ処理部１２６は、下りリソースブロックのそれぞれについて、当該下りリソースブロックに含まれる３つのパイロット信号の受信電力値から１つの受信電力値を導出する。例えば、ＡＡＳ処理部１２６は、３つのパイロット信号の受信電力値の平均値を算出する。あるいは、ＡＡＳ処理部１２６は、３つのパイロット信号の受信電力値のうち、２番目に大きな値である中間値を取得する。

次に、ＡＡＳ処理部１２６は、導出した１つの受信電力値に基づいて、１つの下りリソースブロック内のＰＵＳＣＨの周波数帯に対応する受信ウェイトを算出する。

上述の処理が、４つの下りリソースブロック毎、且つ、アダプティブアレイアンテナ１０８Ａ乃至アダプティブアレイアンテナ１０８Ｄ毎に行われることにより、１６個の受信ウェイトが算出される。

一方、４つの下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトを算出する場合には、ＡＡＳ処理部１２６は、４つの下りリソースブロックに含まれる１２個のパイロット信号の受信電力値から１つの受信電力値を導出する。例えば、ＡＡＳ処理部１２６は、１２個のパイロット信号の受信電力値の平均値を算出する。あるいは、ＡＡＳ処理部１２６は、１２個のパイロット信号の受信電力値のうち、６番目あるいは７番目に大きな値である中間値を取得する。

次に、ＡＡＳ処理部１２６は、導出した１つの受信電力値に基づいて、４つの下りリソースブロック内のＰＵＳＣＨの周波数帯に対応する受信ウェイトを算出する。

上述の処理が、アダプティブアレイアンテナ１０８Ａ乃至アダプティブアレイアンテナ１０８Ｄ毎に行われることにより、４個の受信ウェイトが算出される。

その後、ＡＡＳ処理部１２６は、受信ウェイトを、対応するチャネル推定対象の周波数帯域に適用する。具体的には、ＡＡＳ処理部１２６は、算出した受信ウェイトと、順次入力される周波数領域の信号とを合成する重み付け処理を行う。更に、ＡＡＳ処理部１２６は、ＦＦＴ処理部１２４からの周波数領域の信号をチャネル等化部１２８へ出力する。

チャネル等化部１２８は、入力された周波数領域の信号に対して、チャネル等化処理を行う。

復調復号部１３０は、チャネル等化処理がなされた信号に対して復調及び復号処理を行う。これにより、ｅＮＢ２が送信したデータが得られる。データは制御部１０２へ出力される。

（２）無線端末の動作
図６は、ＵＥ１の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、ｅＮＢ２は、周波数の連続する４つの下りリソースブロックを用いて、無線周波数帯の下り無線信号を送信する。ＵＥ１は、無線周波数帯の下り無線信号を受信する。

ステップＳ１０２において、ＵＥ１は、受信した４つの下りリソースブロックに対応する下り無線信号に含まれるパイロット信号の受信電力を測定する。

ステップＳ１０３において、ＵＥ１は、パイロット信号の受信電力値のうち、最大の受信電力値と最小の受信電力値との差（受信電力差）ｄが閾値α以上であるか否かを判定する。

受信電力差ｄが閾値α以上である場合、ステップＳ１０４において、ＵＥ１は、下りリソースブロック毎にアンテナウェイト（受信ウェイト）を算出する。一方、受信電力差ｄが閾値α未満である場合、ステップＳ１０５において、ＵＥ１は、４つの下りリソースブロックに対応する１つのアンテナウェイト（受信ウェイト）を算出する。

ステップＳ１０４又はステップＳ１０５における受信ウェイトの算出後、ステップＳ１０６において、ＵＥ１は、受信ウェイトを、対応するチャネル推定対象の周波数帯域に適用する処理（ＡＡＳ処理）を行う。

ステップＳ１０７において、ＵＥ１は、チャネル等化処理を行う。

（３）作用・効果
以上説明したように、本実施形態によれば、ＵＥ１は、ｅＮＢ２からの４つの下りリソースブロックを用いた下り無線信号を受信した場合、当該下り無線信号の受信電力値の差が閾値以上である場合には、下りリソースブロック毎に受信ウェイトを算出し、当該下り無線信号の受信電力値の差が閾値未満である場合には、４つのリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトを算出する。更に、ＵＥ１は、算出した受信ウェイトを用いたＡＡＳと、チャネル等化処理とを行う。

従って、ＵＥ１は、周波数選択性フェージングが大きいと見なされる場合においては、狭い周波数帯毎にマルチアンテナ制御を行うことにより、適切なマルチアンテナ制御が可能となり、周波数選択性フェージングが小さいと見なされる場合においては、広い周波数帯でマルチアンテナ制御を行うことにより、処理負荷を軽減しつつ、適切なマルチアンテナ制御が可能となる。

（４）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した実施形態では、ＵＥ１は、下り無線信号に含まれるパイロット信号の受信電力値の差に基づいて、下りリソースブロック毎の受信ウェイトの算出と、４つの下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトの算出とを切り替えた。しかし、ＵＥ１は、下り無線信号に含まれる他の既知信号の受信電力の差に基づいて、下りリソースブロック毎の受信ウェイトの算出と、４つの下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトの算出とを切り替えるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ＵＥ１は、下り無線信号に含まれるパイロット信号の受信電力値の差が閾値以上である場合には、下りリソースブロック毎の受信ウェイトの算出を行い、閾値未満である場合には、４つの下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトの算出を行った。しかし、受信ウェイトの算出手法はこれに限定されない。ＵＥ１は、下り無線信号に含まれるパイロット信号の受信電力値の差が閾値以上である場合には、第１の所定数の下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトの算出を行い、閾値未満である場合には、第１の所定数よりも多い下りリソースブロックに対応する１つの受信ウェイトを算出するようにしてもよい。

上述した実施形態では、ＬＴＥの無線端末であるＵＥ１について説明したが、複数のアンテナを用いて、無線信号を受信するマルチキャリア方式の無線通信装置であれば、同様に本発明を適用できる。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

ＵＥ１…無線端末、ｅＮＢ２…無線基地局、３…セル、１０…無線通信システム、１０２…制御部、１０３…記憶部、１０４…ＲＦ受信処理部、１０６…ＢＢ処理部、１０７…ＲＦ送信処理部、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄ…アダプティブアレイアンテナ、１２０…ＲＢ割当部、１２２…ＣＰ除去部、１２４…ＦＦＴ処理部、１２６…ＡＡＳ処理部、１２８…チャネル等化部、１３０…復調復号部

Claims (6)

1. 複数のアンテナを用いて、無線信号を受信するマルチキャリア方式の無線通信装置であって、
   前記無線通信装置は、周波数選択性フェージングが大きいと見なされる場合においては、複数の周波数帯のそれぞれを制御の単位としてマルチアンテナ制御を行い、前記周波数選択性フェージングが小さいと見なされる場合においては、前記複数の周波数帯を制御の単位としてマルチアンテナ制御を行う無線通信装置。
2. 前記無線通信装置は、前記制御の単位毎にアンテナウェイトを算出する請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記無線通信装置は、ビームフォーミング用のアンテナウェイト及びヌルステアリング用のアンテナウェイトの少なくとも何れかを算出する請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記無線通信装置は、前記アンテナウェイトを推定対象の周波数帯域に適用する請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記無線通信装置は、周波数方向に分散して配置される既知信号の受信電力の差が閾値以上である場合に、周波数選択性フェージングが大きいと判断する請求項１に記載の無線通信装置。
6. 複数のアンテナを用いて、無線信号の受信を行うマルチキャリア方式の無線通信装置における通信制御方法であって、
   前記無線通信装置が、周波数選択性フェージングが大きいと見なされる場合においては、複数の周波数帯のそれぞれを制御の単位としてマルチアンテナ制御を行い、前記周波数選択性フェージングが小さいと見なされる場合においては、前記複数の周波数帯を制御の単位としてマルチアンテナ制御を行うステップを含む通信制御方法。

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