JP4969807B2

JP4969807B2 - 無線通信システム、無線通信端末装置、中継装置、及び無線通信方法

Info

Publication number: JP4969807B2
Application number: JP2005193548A
Authority: JP
Inventors: 真樹野地
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: JP2007013763A

Description

本発明は、無線通信により通信を行う無線通信システム、無線通信端末装置、中継装置、及び無線通信方法に関する。

従来、携帯電話機等の無線通信端末装置は、主に音声情報の授受による通話又は電子メールの送受信を行うために用いられていたが、近年は通信容量が飛躍的に増大して動画像等のデータの授受が可能な無線通信端末装置が普及し始めている。かかる無線通信端末装置では、例えば、通話を行う者同士が互いの顔の画像を液晶ディスプレイに表示させつつ通話するといったことが可能となる。

この種の無線通信端末装置を用いた無線通信システムでは、基地局が無線通信端末装置の瞬時的な受信品質を監視し、受信品質の変動に応じて最良の変調方式、符号化率を自動的に選択してデータ送信する適応変調符号化方式が用いられている。具体的には、受信品質が良い場合には高速通信が可能な変調方式（例えば、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調））で変調が行われ、受信品質が悪い場合には低速の変調方式（例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：四位相偏移変調））で変調が行われる。また、符号化時の符号化率についても、受信品質が良い場合には誤り訂正力の小さいものが用いられ、受信品質が悪い場合には誤り訂正力の大きいものが用いられる。

また、以下の特許文献１には、受信時には受信品質を最適化し、且つ送信時には所望波の到来方向へ放射電力を集中させることで、送信効率を最適化することができる無線装置が開示されている。
特開２００４−２９７６６３号公報

ところで、上記の特許文献１等に開示された技術の通り、受信品質を最適化したとしても、無線通信端末装置の移動により無線の伝搬路の状況が変わり、また、無線通信端末装置が静止していたとしても、周囲に存在する車等の移動体の移動によっても無線の伝搬路の状況が変わる。このような原因又はその他の原因によってフェージング（無線通信において信号の強度等が時間的・空間的に大きく変化する現象）が生ずると受信品質を最適化しようとして出力を無駄に大きくしてしまい、この結果として消費電力が増大し、又はノイズ（妨害電波）の原因になってしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、消費電力及びノイズの増大を防止することができる無線通信システム、無線通信端末装置、中継装置、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
本発明に係る無線通信システムは、基地局と無線通信端末装置との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記基地局及び前記無線通信端末装置の少なくとも一方に、無線信号の外乱による特性変動を検出する変動検出部と、前記変動検出部の検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する目標信号品質決定部と、無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する出力制御部と、を備え、前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする。
前記出力制御部は、前記目標信号品質決定部で決定された前記目標信号品質と前記無線信号の品質を示す品質情報との差分に基づき送信する無線信号の目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が前記目標出力となるよう制御することを特徴とする。
前記変動検出部は、前記無線信号のドップラー周波数を前記無線信号の特性変動として検出することを特徴とする。
前記変動検出部は、前記無線信号のフェージングを前記無線信号の特性変動として検出することを特徴とする。
前記基地局及び前記無線通信端末装置は、受信される前記無線信号から前記品質情報を算出する品質情報算出部を備えることを特徴とする。
前記基地局及び前記無線通信端末装置は、前記品質情報算出部で算出された前記品質情報を相手側に送信する送信部をそれぞれ備えることを特徴とする。
前記基地局及び前記無線通信端末装置は、相手側から送信されてくる前記品質情報を抽出する抽出部を備えることを特徴とする。
前記変動検出部は、前記無線通信端末装置の移動速度を検出する移動速度検出手段を有し、当該移動速度検出手段で検出された前記移動速度に応じて前記目標信号品質を決定することを特徴とする。
本発明に係る無線通信端末装置は、基地局との間で無線通信を行う無線通信端末装置において、無線信号の外乱による特性変動を検出する変動検出部と、前記変動検出部の検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する目標信号品質決定部と、無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する出力制御部と、を備え、前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする。
本発明に係る中継装置は、無線通信端末装置との間で無線通信を行う中継装置において、無線信号の外乱による特性変動を検出する変動検出部と、前記変動検出部の検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する目標信号品質決定部と、無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する出力制御部と、を備え、前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする。
本発明に係る無線通信方法は、基地局と無線通信端末装置との間で無線通信を行う無線通信システムで用いられる無線通信方法であって、無線信号の外乱による特性変動を検出する第１ステップと、前記第１ステップの検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する第２ステップと、無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する第３ステップと、を含み、前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、受信される無線信号の外乱による特性変動を検出し、この検出結果に基づいて、送信する無線信号の目標信号品質を決定し、送信する無線信号の信号品質が目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御しているため、受信される無線信号の外乱による特性変動が生じても無駄に出力が高くならない。このため、消費電力を抑えることができるとともに、ノイズ（妨害電波）の増大を防止することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、中継装置、及び無線通信方法について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の無線通信システムは、基地局１と無線通信端末装置としての移動局２とを含んで構成され、基地局１と移動局２との間で無線通信が行われる。移動局２のユーザと他の移動局（図示省略）のユーザとの間の通信は基地局１を介して行われる。尚、基地局１は一時に複数の移動局との間で無線通信を行うことが多いが、図１では説明の簡略化のために１つの移動局２のみを図示している。また、以下の説明では、説明の便宜のため、基地局１から移動局２への信号の流れを「下り」とし、移動局２から基地局１への信号の流れを「上り」とする。

基地局１は、アンテナ１１、無線受信部１２、復調部１３、復号化部１４、下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５、上りＳＩＮＲ値算出部１６、ドップラー周波数検出部１７、目標ＳＩＮＲ値決定部１８、出力制御部１９、符号化部２０、変調部２１、及び無線送信部２２を含んで構成される。アンテナ１１は、移動局２から送信される電波を受信するとともに、移動局２へ送信すべき信号を電波に乗せて送信する。無線受信部１２は、アンテナ１１で受信される信号の周波数変換等の処理を行って復調部１３に出力する。復調部１３は無線受信部１２からの信号を復調し、復調信号を復号化部１４及び上りＳＩＮＲ値算出部１６に出力する。復号化部１４は、復調部１３からの復調信号を復号化する。

下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５は、復号化部１４で復号された復号信号に含まれる下りＳＩＮＲ報告値を抽出する。ここで、ＳＩＮＲ値とは、信号対干渉波・雑音比（Signal to Interference and Noise Ratio）を示す値であって、基地局１と移動局２とで送受信される無線信号の品質を示す品質情報である。詳細は後述するが、移動局２は基地局１からの無線信号を受信してその品質を示す品質情報である下りＳＩＮＲ値を算出（推定）し、基地局１は移動局２からの無線信号を受信してその品質を示す品質情報である上りＳＩＮＲ値を算出（推定）している。移動局２で算出された下りＳＩＮＲ値が基地局１１に送信（報告）され、下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５で下りＳＩＮＲ報告値として抽出される。尚、基地局１に設けられた上りＳＩＮＲ値算出部１６が、復調部１３から出力される復調信号を用いて上記の上りＳＩＮＲ値を算出する。

ドップラー周波数検出部１７は、復調部１３からの復調信号からアンテナ１１で受信した無線信号の外乱による特性変動としてのドップラー周波数を検出する。ここで、基地局１に対して移動局２が相対的に移動している場合、又は基地局１及び移動局２が共に静止状態にあるが、これらの周囲に車等の移動体が存在する場合等においては、移動局２から送信された無線信号の周波数がドップラー現象により変動する。かかる現象が生ずると、無線信号の受信側におけるＳＩＮＲ値が飽和する場合がある。

図２は、送信側ＳＩＮＲ値と受信側ＳＩＮＲ側との関係を示す図である。基地局１及び移動局２が共に静止しており、且つ、周囲の環境変動によるドップラー現象が生じていない場合には、図２（ａ）に示す通り、送信側ＳＩＮＲ値が上昇すると、これにほぼ比例して受信側ＳＩＮＲ値が上昇する。よって、受信側において受信側ＳＩＮＲ値をある目標ＳＩＮＲ値に設定し、この目標ＳＩＮＲ値が得られるよう送信側における無線信号の送信出力を制御すれば効率的な通信を行うことができる。

しかしながら、例えば移動局２が高速で移動している場合には、図２（ｂ）に示す通り、送信側ＳＩＮＲ値がある値以上になると送信側ＳＩＮＲ値を上昇させても受信側ＳＩＮＲ値が飽和して上昇しなくなる。このため、送信側（移動局２）において無線信号の送信出力を最大にしても目標ＳＩＮＲ値が得られない状況が生ずる。かかる状況においては、その移動局２から最大出力で送信される無線信号は、他の移動局にとっては妨害電波として作用してしまうため、他の移動局でのデータの伝送率（データレート）が低下し、周波数利用効率が低下する可能がある。また、最大出力で送信するため消費電力も大きくなってしまう。

このため、本実施形態の基地局１は上記のドップラー現象の影響の程度を求めるために、ドップラー周波数検出部１７でドップラー周波数を検出している。ここで、ドップラー周波数は、例えば安藤英浩他３名、“パイロットシンボルを用いるドップラー周波数検出”、２０００年信学会総合大会、Ｂ−５−５９，２０００等で報告された正規化内積値を用いて検出することができる。図３は、正規化内積値を用いたドップラー周波数の検出方法を説明するための図である。図３において、横軸は無線信号の搬送波と同相のＩ相成分であり、縦軸は搬送波の位相に直交するＱ相成分である。

例えば、図１に示す無線通信システムがＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division MultipleAccess）方式を用いている場合には、アップリンクの各スロット内の最初の部分に複数連続して存在するＩ／Ｑ符号多重パイロット信号を用いて、正規化内積値を計算する。各スロットのパイロットシンボルの平均値から各スロットのチャネル推定値を計算し、隣接するスロット、又は複数スロット離れたスロットのチャネル推定値同士の正規化内積値を計算する。

図３、各スロットのチャネル推定値を、平均化された受信信号点Ｐ１，Ｐ２として表している。ここで、正規化内積値とは、原点Ｏから見た、平均化された受信信号点Ｐ１から次の平均化された受信信号点Ｐ２への位相変化量θの余弦値cosθである。平均化された受信信号点Ｐ１のベクトルとその成分をａ（x_１，y_１）とし、平均化された受信信号点Ｐ２のベクトル及びその成分をｂ（x_２，y_２）とすると、次式で表される。
正規化内積値cosθ＝（x_１x_２＋y_１y_２）／｛（x_１ ^２＋y_１ ^２）（x_２ ^２＋y_２ ^２）｝^１／２

算出された正規化内積値は、雑音や干渉の影響を受けているので複数スロットにわたって平均化することによりその影響を軽減する。次に、計算された正規化内積値を用いて、予め求めた正規化内積値と以下に示す最大ドップラー周波数の関係式を参照して最大ドップラー周波数を検出する。
ｆ_ｄ＝Ｖ／λ
ここで、Ｖは移動局の移動速度、λは使用される電波の波長である。

図１に戻り、目標ＳＩＮＲ値決定部１８は、ドップラー周波数検出部１７の検出結果に基づいて目標ＳＩＮＲ値を決定する。ここで、目標ＳＩＮＲ値は、受信される無線信号の目標信号品質を示すものである。図４は、ドップラー周波数と決定される目標ＳＩＮＲ値との関係の一例を示す図である。図４に示す通り、ドップラー周波数検出部１７で検出されるドップラー周波数がｆ１よりも低い場合には、目標ＳＩＮＲ値決定部１８は目標ＳＩＮＲ値をＴ１にする。

また、ドップラー周波数検出部１７で検出されるドップラー周波数がｆ１以上であってｆ２以下である場合には、目標ＳＩＮＲ値決定部１８は目標ＳＩＮＲ値を検出されるドップラー周波数に応じてＴ１よりも低い値にする。更に、ドップラー周波数検出部１７で検出されるドップラー周波数がｆ２以上である場合には、目標ＳＩＮＲ値決定部１８は目標ＳＩＮＲ値をＴ１よりも値が低いＴ２にする。このように、ドップラー周波数が高くなる（移動局２の移動速度が高くなる）につれて、目標ＳＩＮＲ値は低い値に決定される。

出力制御部１９は、無線信号の信号品質が目標ＳＩＮＲ決定部１８で決定された目標ＳＩＮＲ値で示される信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する。具体的には、目標ＳＩＮＲ決定部１８で決定された目標ＳＩＮＲ値と、下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５で抽出された下りＳＩＮＲ報告値との差分を求め、この差分から送信する無線信号の増減量を求めて目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が決定した目標出力となるよう制御する。ここで、出力制御部１９は、変調部２１における変調方式を変える制御を行い、又は無線送信部２２の利得を変える制御を行うことにより無線信号の出力を制御する。

尚、上りＳＩＮＲ値算出部１６で算出（推定）された上りＳＩＮＲ値を、出力制御部１９を介して送信データに含ませて符号化部２０に入力してもよい。これにより、移動局２からの無線信号に基づいて算出された上りＳＩＮＲ値を移動局２に対して送信（報告）することができる。

符号化部２０は、移動局２に対して送信すべき送信データを符号化して変調部２１に出力する。変調部２１は入力されるデータの変調等の処理を行って無線送信部２２に出力する。この変調部２１は、例えば１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ等の変調方式により入力されるデータを変調する。無線送信部２２は、変調部２１で変調された信号の周波数変換等の処理を行ってアンテナ１１に出力する。

移動局２は、アンテナ３１、無線受信部３２、復調部３３、復号化部３４、下りＳＩＮＲ値算出部３５、出力制御部３６、符号化部３７、変調部３８、及び無線送信部３９を含んで構成される。アンテナ３１は、基地局１から送信される電波を受信するとともに、基地局１へ送信すべき信号を電波に乗せて送信する。無線受信部３２は、アンテナ３１で受信される信号の周波数変換等の処理を行って復調部３３に出力する。復調部３３は無線受信部３２からの信号を復調し、復調信号を復号化部３４及び下りＳＩＮＲ値算出部３５に出力する。復号化部３４は、復調部３３からの復調信号を復号化する。

下りＳＩＮＲ値算出部３５は、復調部３３から出力される復調信号を用いて、基地局１からの無線信号の品質を示す品質情報である下りＳＩＮＲ値を算出（推定）する。下りＳＩＮＲ値算出部３５で算出された下りＳＩＮＲ値は送信データに含まれた状態で符号化部３７に出力される。これにより、基地局１からの無線信号に基づいて算出された下りＳＩＮＲ値を基地局１に対して送信（報告）することができる。

出力制御部３６は、復号化部３４からの復号化信号を用いて変調部３８及び無線送信部３９を制御することで移動局２が送信する無線信号の出力を制御する。符号化部３７は、基地局１に対して送信すべき送信データを符号化して変調部３８に出力する。変調部３８は入力されるデータの変調等の処理を行って無線送信部３９に出力する。この変調部３８は、例えば１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ等の変調方式により入力されるデータを変調するものであり、その変調式は出力制御部３６によって制御される。無線送信部３９は、変調部３８で変調された信号の周波数変換等の処理を行ってアンテナ３１に出力する。尚、無線送信部３９の利得は、出力制御部３６によって制御される。

次に、上記構成における基地局１及び移動局２間の通信時の動作について説明する。図５は、本発明の第１実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。基地局１から移動局２に無線信号が送信されると（ステップＳ１１）、この無線信号は移動局２に設けられたアンテナ３１で受信される。アンテナ３１で受信された信号は、無線受信部３２で周波数変換等の処理が行われて復調部３３で復調される。復調部３３からの復調信号は、復号化部３４及び下りＳＩＮＲ値算出部３５に出力される。

復調部３３からの復調信号が入力されると、下りＳＩＮＲ値算出部３５はこの復調信号を用いて基地局１からの無線信号の品質を示す品質情報である下りＳＩＮＲ値を算出（推定）する（ステップＳ１２）。算出された下りＳＩＮＲ値は、送信データに含まれた状態で符号化部３７に出力され、変調部３８、無線送信部３９、及びアンテナ３１を介して基地局１に向けて送信される（ステップＳ１３）。尚、送信データ送信時の変調部３８における変調方式及び無線送信部３９の利得は出力制御部３６によって制御される。

移動局２からの無線信号は、基地局１１に設けられたアンテナ１１で受信される。アンテナ１１で受信された信号は、無線受信部１２で周波数変換等の処理が行われて復調部１３で復調される。復調部３３からの復調信号は、復号化部１４、上りＳＩＮＲ値算出部１６、及びドップラー周波数検出部１７に出力される。上りＳＩＮＲ値算出部１６に入力される復調信号によって上りＳＩＮＲ値が算出（推定）され、ドップラー周波数検出部１７に入力される復調信号によってドップラー周波数が算出される（ステップＳ１４）。

また、復号化部１４に復調信号が入力されると、この復調信号は復号化部１４で復号化されて下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５に出力される。そして、復号信号に含まれる下りＳＩＮＲ報告値が抽出される。上りＳＩＮＲ値算出部１６で算出された上りＳＩＮＲ値及び下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５で抽出された下りＳＩＮＲ報告値は出力制御部１９に出力され、出力制御部１９に格納されている上りＳＩＮＲ値及び下りＳＩＮＲ値がそれぞれ更新される（ステップＳ１５）。

ドップラー周波数検出部１７の検出結果は目標ＳＩＮＲ値決定部１８に出力される。目標ＳＩＮＲ値決定部１８は、この検出結果に基づいて目標ＳＩＮＲ値を決定する。例えば、図４を参照して説明した通り、ドップラー周波数検出部１７で検出されるドップラー周波数が低い場合には目標ＳＩＮＲ値をＴ１にし、ドップラー周波数検出部１７で検出されるドップラー周波数が高い場合には目標ＳＩＮＲ値をＴ１よりも値が低いＴ２にする。目標ＳＩＮＲ値決定部１８で決定された目標ＳＩＮＲ値は出力制御部１９に出力される。

出力制御部１９は、送信する無線信号（即ち、移動局２で受信された無線信号）の信号品質が目標ＳＩＮＲ値決定部１８で決定された目標ＳＩＮＲ値で示される信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する。具体的には、入力される目標ＳＩＮＲ値と、下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５で抽出された下りＳＩＮＲ報告値との差分を求め、この差分から送信する無線信号の出力増減量を求めて目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が決定した目標出力となるよう制御する。ここで、出力制御部１９は、変調部２１における変調方式を変える制御を行い、又は無線送信部２２の利得を変える制御を行うことにより無線信号の出力を制御する（ステップＳ１６）。

以上の処理を終えると、基地局１から移動局２に対し、変調部２１における変調方式を示す情報と無線送信部２２で設定された上り送信出力とが送信される（ステップＳ１７）。これにより、基地局１が送信時に用いている変調方式及び送信出力を移動局２側で知ることができる。

以上説明した通り、本実施形態においては、ドップラー周波数検出部１７で検出されるドップラー周波数に応じて目標ＳＩＮＲ値を決定し、この決定した目標ＳＩＮＲ値を用いて基地局１からの無線信号の送信出力を制御している。ここで、目標ＳＩＮＲ値は、ドップラー周波数が低い場合（例えば、移動局２が低速移動している場合）に設定される値よりもドップラー周波数が高い場合（例えば、移動局２が高速移動している場合）に設定される値が低くなるよう設定される。これにより、移動局２の高速移動時において出力が無駄に大きくならず、この結果として消費電力を抑えることができるとともに、ノイズ（妨害電波）の増大を防止することができる。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の構成を示すブロック図である。尚、図６においては、図１に示すブロックと同一のブロックには同一の符号を付してある。図６に示す通り、本実施形態の無線通信システムは、基地局３と無線通信端末装置としての移動局４とを含んで構成され、基地局３と移動局４との間で無線通信が行われる。

基地局３は、アンテナ１１、無線受信部１２、復調部１３、復号化部１４、上りＳＩＮＲ値算出部１６、出力制御部２３、符号化部２０、変調部２１、及び無線送信部２２を含んで構成される。図６に示す基地局２が図１に示す基地局１と異なる点は、図１中の下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５、ドップラー周波数検出部１７、目標ＳＩＮＲ値決定部１８を省略し、図１中の出力制御部１９に代えて出力制御部２３を備えた点である。尚、上りＳＩＮＲ値算出部１６の算出結果が出力制御部２３を介さずに符号化部２０に出力されている点も異なる。出力制御部２３は、復号化部１４からの復号化信号を用いて変調部２１及び無線送信部２２を制御することで送信する無線信号の出力を制御する点において、図１中の出力制御部１９と相違する。

また、移動局４は、アンテナ３１、無線受信部３２、復調部３３、復号化部３４、下りＳＩＮＲ値算出部３５、上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０、ドップラー周波数検出部４１、目標ＳＩＮＲ値決定部４２、出力制御部４３、符号化部３７、変調部３８、及び無線送信部３９を含んで構成される。図６に示す移動局４が図１に示す移動局２と異なる点は、図１中の出力制御部３６に代えて出力制御部４３を備え、復調部３３と出力制御部４３との間にドップラー周波数検出部４１及び目標ＳＩＮＲ値決定部４２を備えた点である。尚、下りＳＩＮＲ値算出部３５の算出結果が出力制御部４３に出力されている点も異なる。
更に、復号化部３４と出力制御部４３との間に上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０を設けた点も相違する。

上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０は、復号化部３４で復号された復号信号に含まれる上りＳＩＮＲ報告値を抽出する。ドップラー周波数検出部４１は、図１に示す基地局１に設けられるドップラー周波数検出部１７と同様のものであり、復調部３３からの復調信号からアンテナ３１で受信した無線信号の外乱による特性変動としてのドップラー周波数を検出する。目標ＳＩＮＲ値決定部４２は、図１に示す基地局１に設けられる目標ＳＩＮＲ値決定部１８と同様のものであり、ドップラー周波数検出部４１の検出結果に基づいて目標ＳＩＮＲ値を決定する。具体的には、図４に示すドップラー周波数と目標ＳＩＮＲ値との関係を用いて目標ＳＩＮＲ値を決定する。

出力制御部４３は、図１に示す基地局１に設けられる出力制御部１９と同様のものであり、送信する無線信号（即ち、基地局３で受信される無線信号）の信号品質が目標ＳＩＮＲ決定部４２で決定された目標ＳＩＮＲ値で示される信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する。具体的には、目標ＳＩＮＲ決定部４２で決定された目標ＳＩＮＲ値と、上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０で抽出された上りＳＩＮＲ報告値との差分を求め、この差分から送信する無線信号の出力増減量を求めて目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が決定した目標出力となるよう制御する。ここで、出力制御部４３は、変調部２８における変調方式を変える制御を行い、又は無線送信部３９の利得を変える制御を行うことにより無線信号の出力を制御する。

尚、下りＳＩＮＲ値算出部３５で算出された下りＳＩＮＲ値を、出力制御部４３を介して送信データに含ませて符号化部３７に入力してもよい。これにより、基地局３からの無線信号に基づいて算出された下りＳＩＮＲ値を基地局３に対して送信（報告）することができる。

次に、上記構成における基地局３及び移動局４間の通信時の動作について説明する。図７は、本発明の第２実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。移動局４から基地局３に無線信号が送信されると（ステップＳ２１）、この無線信号は基地局３に設けられたアンテナ１１で受信される。アンテナ１１で受信された信号は、無線受信部１２で周波数変換等の処理が行われて復調部１３で復調される。復調部１３からの復調信号は、復号化部１３及び上りＳＩＮＲ値算出部１６に出力される。

復調部１３からの復調信号が入力されると、上りＳＩＮＲ値算出部１６はこの復調信号を用いて移動局４からの無線信号の品質を示す品質情報である上りＳＩＮＲ値を算出する（ステップＳ２２）。算出された上りＳＩＮＲ値は、送信データに含まれた状態で符号化部２０に出力され、変調部２１、無線送信部２２、及びアンテナ１１を介して移動局４に向けて送信される（ステップＳ２３）。尚、送信データ送信時の変調部２１における変調方式及び無線送信部２２の利得は出力制御部２３によって制御される。

基地局３からの無線信号は、移動局４に設けられたアンテナ３１で受信される。アンテナ３１で受信された信号は、無線受信部３２で周波数変換等の処理が行われて復調部３３で復調される。復調部３３からの復調信号は、復号化部３４、下りＳＩＮＲ値算出部３５、及びドップラー周波数検出部４１に出力される。下りＳＩＮＲ値算出部３５に入力される復調信号によって下りＳＩＮＲ値が算出され、ドップラー周波数検出部４１に入力される復調信号によってドップラー周波数が算出される（ステップＳ２４）。

また、復号化部３４に復調信号が入力されると、この復調信号は復号化部３４で復号化されて上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０に出力される。そして、復号信号に含まれる上りＳＩＮＲ報告値が抽出される。下りＳＩＮＲ値算出部３５で算出された下りＳＩＮＲ値及び上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０で抽出された上りＳＩＮＲ報告値は出力制御部４３に出力され、出力制御部４３に格納されている下りＳＩＮＲ値及び上りＳＩＮＲ値がそれぞれ更新される（ステップＳ２５）。

ドップラー周波数検出部４１の検出結果は目標ＳＩＮＲ値決定部４２に出力される。目標ＳＩＮＲ値決定部４２は、この検出結果に基づいて目標ＳＩＮＲ値を決定する。例えば、図４を参照して説明した通り、ドップラー周波数検出部４１で検出されるドップラー周波数が低い場合には目標ＳＩＮＲ値をＴ１にし、ドップラー周波数検出部４１で検出されるドップラー周波数が高い場合には目標ＳＩＮＲ値をＴ１よりも値が低いＴ２にする。目標ＳＩＮＲ値決定部４２で決定された目標ＳＩＮＲ値は出力制御部４３に出力される。

出力制御部４３は、送信する無線信号（即ち、基地局３で受信される無線信号）の信号品質が目標ＳＩＮＲ値決定部４２で決定された目標ＳＩＮＲ値で示される信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する。具体的には、入力される目標ＳＩＮＲ値と、上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０で抽出された上りＳＩＮＲ報告値との差分を求め、この差分から送信する無線信号の出力増減量を求めて目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が決定した目標出力となるよう制御する。ここで、出力制御部４３は、変調部３８における変調方式を変える制御を行い、又は無線送信部３９の利得を変える制御を行うことにより無線信号の出力を制御する（ステップＳ２６）。

以上の処理を終えると、移動局４から基地局３に対し、変調部３８における変調方式を示す情報と無線送信部３９で設定された上り送信出力とが送信される（ステップＳ２７）。これにより、移動局４が送信時に用いている変調方式及び送信出力を基地局３側で知ることができる。以上説明した通り、本実施形態においては、移動局４のドップラー周波数検出部４１で検出されるドップラー周波数に応じて目標ＳＩＮＲ値を決定し、この決定した目標ＳＩＮＲ値を用いて移動局４からの無線信号の送信出力を制御している。このため、本実施形態においても、消費電力を抑えることができるとともに、ノイズ（妨害電波）の増大を防止することができる。

〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の構成を示すブロック図である。尚、図８においては、図１又は図６に示すブロックと同一のブロックには同一の符号を付してある。図８に示す通り、本実施形態の無線通信システムは、基地局５と無線通信端末装置としての移動局６とを含んで構成され、基地局５と移動局６との間で無線通信が行われる。

図８に示す基地局５は図１に示す基地局１とほぼ同様の構成であり、また図８に示す移動局６は図６に示す移動局４とほぼ同様の構成である。図８に示す基地局５は、上りＳＩＮＲ値算出部１６の算出結果が出力制御部１９を介さずに符号化部２０に出力されている点が図１に示す基地局１と相違し、図８に示す移動局６は、下りＳＩＮＲ値算出部３５の算出結果が出力制御部４３を介さずに符号化部３７に出力されている点が図１に示す移動局４と相違する。

次に、上記構成における基地局５及び移動局６間の通信時の動作について説明する。図９は、本発明の第３実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。基地局５から移動局６に無線信号が送信されると（ステップＳ１１）、この無線信号は移動局６に設けられたアンテナ３１で受信される。尚、ここでは基地局５の上りＳＩＮＲ値算出部１６で算出された上りＳＩＮＲ値が送信データに含まれており、この上りＳＩＮＲ値も基地局５から送信される無線信号に含まれているとする。

アンテナ３１で受信された信号は、無線受信部３２で周波数変換等の処理が行われて復調部３３で復調される。復調部３３からの復調信号は、復号化部３４、下りＳＩＮＲ値算出部３５、及びドップラー周波数検出部４１に出力される。下りＳＩＮＲ値算出部３５に入力される復調信号によって下りＳＩＮＲ値が算出され、ドップラー周波数検出部４１に入力される復調信号によってドップラー周波数が算出される（ステップＳ３２）。下りＳＩＮＲ値算出部３５で算出された下りＳＩＮＲ値は、送信データに含まれた状態で符号化部３７に入力される。

また、復号化部３４に復調信号が入力されると、この復調信号は復号化部３４で復号化されて上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０に出力される。そして、復号信号に含まれる上りＳＩＮＲ報告値が抽出される。上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０で抽出された上りＳＩＮＲ報告値は出力制御部４３に出力され、出力制御部４３に格納されている上りＳＩＮＲ値が更新される（ステップＳ３３）。

出力制御部４３は、送信する無線信号（即ち、基地局５で受信される無線信号）の信号品質が目標ＳＩＮＲ値決定部４２で決定された目標ＳＩＮＲ値で示される信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する。具体的には、入力される目標ＳＩＮＲ値と、上りＳＩＮＲ報告値抽出部４０で抽出された上りＳＩＮＲ報告値との差分を求め、この差分から送信する無線信号の出力増減量を求めて目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が決定した目標出力となるよう制御する。ここで、出力制御部４３は、変調部３８における変調方式を変える制御を行い、又は無線送信部３９の利得を変える制御を行うことにより無線信号の出力を制御する（ステップＳ３４）。以上の処理を終えると、移動局６から基地局５に対し、下りＳＩＮＲ値を含む無線信号が送信される（ステップＳ３５）。

移動局６から送信された無線信号は基地局５に設けられたアンテナ１１で受信される。アンテナ１１で受信された信号は、無線受信部１２で周波数変換等の処理が行われて復調部１３で復調される。復調部１３からの復調信号は、復号化部１４、上りＳＩＮＲ値算出部１６、及びドップラー周波数検出部１７に出力される。上りＳＩＮＲ値算出部１６に入力される復調信号によって上りＳＩＮＲ値が算出され、ドップラー周波数検出部１７に入力される復調信号によってドップラー周波数が算出される（ステップＳ３６）。上りＳＩＮＲ値算出部１６で算出された下りＳＩＮＲ値は、送信データに含まれた状態で符号化部２０に入力される。

また、復号化部１４に復調信号が入力されると、この復調信号は復号化部１４で復号化されて下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５に出力される。そして、復号信号に含まれる下りＳＩＮＲ報告値が抽出される。下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５で抽出された下りＳＩＮＲ報告値は出力制御部１９に出力され、出力制御部１９に格納されている下りＳＩＮＲ値が更新される（ステップＳ３７）。

出力制御部１９は、送信する無線信号（即ち、移動局６で受信される無線信号）の信号品質が目標ＳＩＮＲ値決定部１８で決定された目標ＳＩＮＲ値で示される信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する。具体的には、入力される目標ＳＩＮＲ値と、下りＳＩＮＲ報告値抽出部１５で抽出された下りＳＩＮＲ報告値との差分を求め、この差分から送信する無線信号の出力増減量を求めて目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が決定した目標出力となるよう制御する。ここで、出力制御部１９は、変調部２１における変調方式を変える制御を行い、又は無線送信部２２の利得を変える制御を行うことにより無線信号の出力を制御する（ステップＳ３８）。以上の処理を終えると、基地局５から移動局６に対し、上りＳＩＮＲ値を含む送信データが送信される（ステップＳ３９）。

以上説明した通り、本実施形態においては、基地局５で上りＳＩＮＲ値を算出するとともに移動局６で下りＳＩＮＲ値を算出し、これらを通信相手に送信することにより、算出値を報告している。かかる報告をしあいつつ、本実施形態においては、基地局５のドップラー周波数検出部１７で検出されるドップラー周波数に応じて目標ＳＩＮＲ値を決定し、この決定した目標ＳＩＮＲ値を用いて基地局５からの無線信号の送信出力を制御しており、また、移動局６ドップラー周波数検出部４１で検出されるドップラー周波数に応じて目標ＳＩＮＲ値を決定し、この決定した目標ＳＩＮＲ値を用いて移動局６からの無線信号の送信出力を制御している。このため、本実施形態においても、消費電力を抑えることができるとともに、ノイズ（妨害電波）の増大を防止することができる。

以上、本発明の実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、中継装置、及び無線通信方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態においては、ドップラー周波数を検出する場合を例に挙げて説明したが、移動局等の移動により生ずる無線信号の周波数変動のみならず、無線環境の変動に伴って生ずる無線信号の位相変化により生ずるフェージングを検出する場合にも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、移動局の移動によって生ずるドップラー周波数を検出していたが、例えば移動局にＧＰＳ（Global Positioning System）機能を設け、この機能を用いて移動局の移動速度情報を求め、得られた移動速度情報から目標ＳＩＮＲ値を決定する用にしてもよい。更に、上記実施形態では、無線信号の品質を示す品質情報として、ＳＩＮＲ値を用いていたが、これ以外に、ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio：搬送波対雑音比）値、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）値、ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio：搬送波対干渉波比）値、又はＳＩＲ（Signal to Interference Ratio：信号対干渉波比）値を用いることもできる。

本発明の第１実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の構成を示すブロック図である。送信側ＳＩＮＲ値と受信側ＳＩＮＲ側との関係を示す図である。正規化内積値を用いたドップラー周波数の検出方法を説明するための図である。ドップラー周波数と決定される目標ＳＩＮＲ値との関係の一例を示す図である。本発明の第１実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の第２実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の第３実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態による無線通信システム、無線通信端末装置、及び中継装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１基地局
２移動局（無線通信端末装置）
３基地局
４移動局（無線通信端末装置）
５基地局
６移動局（無線通信端末装置）
１５下りＳＩＮＲ報告値抽出部（抽出部）
１６上りＳＩＮＲ値算出部（品質情報算出部）
１７ドップラー周波数検出部（変動検出部）
１８目標ＳＩＮＲ値決定部（目標信号品質決定部）
１９出力制御部
２２無線送信部（送信部）
３５下りＳＩＮＲ値算出部（品質情報算出部）
３９無線送信部（送信部）
４０上りＳＩＮＲ報告値抽出部（抽出部）
４１ドップラー周波数検出部（変動検出部）
４２目標ＳＩＮＲ値決定部（目標信号品質決定部）
４３出力制御部

Claims

基地局と無線通信端末装置との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記基地局及び前記無線通信端末装置の少なくとも一方に、
無線信号の外乱による特性変動を検出する変動検出部と、
前記変動検出部の検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する目標信号品質決定部と、
無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する出力制御部と、
を備え、
前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする無線通信システム。
前記出力制御部は、前記目標信号品質決定部で決定された前記目標信号品質と前記無線信号の品質を示す品質情報との差分に基づき送信する無線信号の目標出力を決定し、送信する無線信号の出力が前記目標出力となるよう制御することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
前記変動検出部は、前記無線信号のドップラー周波数を前記無線信号の特性変動として検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線通信システム。
前記変動検出部は、前記無線信号のフェージングを前記無線信号の特性変動として検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線通信システム。
前記基地局及び前記無線通信端末装置は、受信される前記無線信号から前記品質情報を算出する品質情報算出部を備えることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の無線通信システム。
前記基地局及び前記無線通信端末装置は、前記品質情報算出部で算出された前記品質情報を相手側に送信する送信部をそれぞれ備えることを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
前記基地局及び前記無線通信端末装置は、相手側から送信されてくる前記品質情報を抽出する抽出部を備えることを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
前記変動検出部は、前記無線通信端末装置の移動速度を検出する移動速度検出手段を有し、当該移動速度検出手段で検出された前記移動速度に応じて前記目標信号品質を決定することを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の無線通信システム。
基地局との間で無線通信を行う無線通信端末装置において、
無線信号の外乱による特性変動を検出する変動検出部と、
前記変動検出部の検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する目標信号品質決定部と、
無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する出力制御部と、
を備え、
前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする無線通信端末装置。
無線通信端末装置との間で無線通信を行う中継装置において、
無線信号の外乱による特性変動を検出する変動検出部と、
前記変動検出部の検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する目標信号品質決定部と、
無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する出力制御部と、
を備え、
前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする中継装置。
基地局と無線通信端末装置との間で無線通信を行う無線通信システムで用いられる無線通信方法であって、
無線信号の外乱による特性変動を検出する第１ステップと、
前記第１ステップの検出結果に基づいて、無線信号の目標信号品質を決定する第２ステップと、
無線信号の信号品質が前記目標信号品質となるよう送信する無線信号の出力を制御する第３ステップと、
を含み、
前記目標信号品質は、前記特性変動を示す第１の値が第２の値より大きくなると、当該第１の値に設定される目標信号品質が、当該第２の値に設定される目標信号品質より低くなるよう設定されている、ことを特徴とする無線通信方法。