JP2008178122A

JP2008178122A - 送信方法

Info

Publication number: JP2008178122A
Application number: JP2008035394A
Authority: JP
Inventors: Akira Nanba; 晃難波
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-02-16
Filing date: 2008-02-16
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】増幅器へ入力される信号に想定された電力よりも、大きい電力の信号が入力されても、増幅器から出力される信号のひずみを小さくする。
【解決手段】アンテナ１０は、複数の端末装置を接続する。ＰＡ２４は、送信すべきＲＦの信号を増幅して、最終出力信号２０８を出力する。ベースバンド処理部１４は、変復調処理やアダプティブアレイ処理を実行する。送信用周波数変換部６０は、ベースバンド送信信号２０２をアナログ−デジタル変換した後に、送信すべきＲＦの信号に周波数変換する。送信ゲイン調整部２８は、ゲイン制御信号２０４をもとに、送信すべきＲＦの信号の電力を制御し、ＰＡ２４に入力する。検波部３０は、最終出力信号２０８を入力し、検波して検波信号２０６を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に複数のアンテナからの送信方法に関する。

従来、無線通信において、周波数資源の有効利用と通信品質の改善を図るべく、アダプティブアレイ技術が検討されている。アダプティブアレイは、アダプティブビームフォーミングおよびアダプティブヌルステアリングを含み、アダプティブビームフォーミングは、通信対象の無線装置に対して最大の送信電力で送信するための技術であり、アダプティブヌルステアリングは、通信対象でない無線装置に対して干渉を与えないための技術である。アダプティブアレイ技術を有する無線装置は、一般に複数のアンテナで信号を受信し、アダプティブビームフォーミングの実行のために、通信対象の無線装置に対して最大の送信電力になるように送信信号の振幅と位相を制御する。一方、アダプティブヌルステアリングの実行のために、通信対象でない無線装置からの干渉を受けないように信号の振幅と位相を制御する。また、通信を行うのに十分な通信品質が保持できる程度の電力を送出することにより、基地局装置の消費電力を抑え、且つ、他の通信回線への電波妨害を低減させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１９９４３７号公報

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。基地局装置が複数の端末装置をひとつのキャリアを使用して、かつＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）によって多重接続している場合、所定の時間あるいは期間において基地局装置と接続している端末装置数はひとつであるが、複数のキャリアを使用した場合、基地局装置は同時に複数の端末装置と接続できる。その結果、基地局装置がひとつの端末装置と通信している場合と、複数の端末装置と通信している場合で、当該基地局装置の送信電力が異なる。

後者を想定して送信回路、特に増幅器を設計すれば、複数の端末装置と通信している場合にエネルギー消費量が大きくなり、さらに高コスト化につながるため現実的でない。一方、後者で想定される最大送信電力より低い送信電力を想定して増幅器を設計すれば、送信電力が高くなった場合に、いずれかの増幅器が最大送信可能電力に達する可能性が大きい。この場合、基地局装置がアダプティブアレイ技術を備えていれば、それぞれのアンテナについて制御された信号の振幅を満たさなくなり、アダプティブアレイの特性が劣化する。

本発明者はこうした状況を認識して、本発明をなしたものであり、その目的は複数のアンテナから送信される信号の電力を制御する送信方法を提供することにある。また、増幅器の非線形領域を考慮した送信方法を提供することにある。また、アダプティブアレイにおける送信方法を提供することにある。

本発明のある態様は、送信方法である。この方法は、アダプティブアレイアンテナからの送信対象であり、かつ送信のための信号処理がされた無線周波数領域の複数の信号の電力を実測し、実測した複数の信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超える場合に、アレイアンテナから送信されるすべての信号の電力を下げるように制御する。

本発明によれば、複数のアンテナから送信される信号の電力をアダプティブアレイの特性を維持して制御する送信方法を提供できる。

本実施の形態では、アダプティブアレイに関する信号処理を実行するベースバンド処理部、複数のアンテナに対応して設けられた増幅器、複数のアンテナを含んだ基地局装置における送信方法関する。まず、当該基地局装置は、複数のキャリアを使用して同時に複数の端末装置を多重接続する。また、複数の増幅器の増幅率の線形領域は、入力される信号が有する可能性のある最高電力ではなく、当該最高電力よりも低い電力に設けられている。本実施の形態の基地局装置は、アダプティブアレイ処理による送信信号の振幅が制御された後に、複数の増幅器で増幅した無線周波数（ＲＦ）の送信信号に変換する。さらにＲＦの送信信号は、検波によってベースバンド信号にそれぞれ変換された後、予め定めたしきい値とそれぞれ比較される。

複数のベースバンド信号のうちのひとつの電力がしきい値より大きい場合、基地局装置は、最終的に複数のアンテナから出力される複数の送信信号間の電力の相対的関係が、アダプティブアレイ処理で得られた複数の送信信号間の電力の相対的関係を保持するように、すべての増幅器の増幅率を線形に低下させる。その結果、アダプティブアレイによる効果を維持しつつ、増幅器による送信信号のひずみを低減できる。その後、複数の増幅器に入力される新たなＲＦの送信信号は、低下した増幅率で増加される。以下、上記の処理が繰り返し実行されるが、複数の検波されたベースバンド信号のすべての電圧が、しきい値より小さい場合には、基地局装置によるカバーエリアの増加を目的として、すべての増幅器の増幅率を線形に増加させる。

図１は、本実施の形態に係る基地局装置１００の構成を示す。基地局装置１００は、アンテナ１０と総称する第１アンテナ１０ａ、第２アンテナ１０ｂ、第Ｎアンテナ１０ｎ、ＲＦ部１２と総称する第１ＲＦ部１２ａ、第２ＲＦ部１２ｂ、第ＮＲＦ部１２ｎ、ベースバンド処理部１４、ネットワーク処理部１６、制御部３２を含み、第１ＲＦ部１２ａは、共用器２０、ＬＮＡ（ＬｏｗＮｉｏｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２、ＰＡ（ＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）２４、受信用周波数変換部２６、送信ゲイン調整部２８、送信用周波数変換部６０、検波部３０を含む。また、信号として、ベースバンド受信信号２００と総称する第１ベースバンド受信信号２００ａ、第２ベースバンド受信信号２００ｂ、第Ｎベースバンド受信信号２００ｎ、ベースバンド送信信号２０２と総称する第１ベースバンド送信信号２０２ａ、第２ベースバンド送信信号２０２ｂ、第Ｎベースバンド送信信号２０２ｎ、ゲイン制御信号２０４と総称する第１ゲイン制御信号２０４ａ、第２ゲイン制御信号２０４ｂ、第Ｎゲイン制御信号２０４ｎ、検波信号２０６と総称する第１検波信号２０６ａ、第２検波信号２０６ｂ、第Ｎ検波信号２０６ｎ、最終出力信号２０８を含む。

アンテナ１０は、所定のＲＦによって、図示しない複数の端末装置を接続する。ここでは、アンテナ１０の本数をＮとし、無指向性アンテナや指向性アンテナのいずれかに限定しないものとする。

共用器２０は、アンテナ１０に入出力される信号を送信時と受信時で切り替える。すなわち、送信処理の場合は、後述するＰＡ２４から出力された最終出力信号２０８をアンテナ１０に出力し、受信処理の場合は、アンテナ１０からの受信したＲＦの信号を後述するＬＮＡ２２に出力する。ＰＡ２４は、送信すべきＲＦの信号を増幅して、最終出力信号２０８を出力する。ＬＮＡ２２は、受信したＲＦの信号を増幅する。

受信用周波数変換部２６は、受信したＲＦの信号をベースバンドの信号に変換する。さらに、アナログ信号をデジタル信号に変換し、ベースバンド受信信号２００を出力する。

ベースバンド処理部１４は、変復調処理やアダプティブアレイ処理を実行する。なお、基地局装置１００が同時にＭ個の端末装置と接続する場合、上記の変復調処理やアダプティブアレイ処理はＭ個の端末装置に対応するものとする。

ネットワーク処理部１６は、ベースバンド処理部１４で復調した信号やベースバンド処理部１４で変調すべき信号と、ネットワーク１８とのインターフェースの役割を担う。

送信用周波数変換部６０は、ベースバンド送信信号２０２をデジタル−アナログ変換した後に、送信すべきＲＦの信号に周波数変換する。なお、中間周波数に変換し、後述する送信ゲイン調整部２８における電力制御後に、送信すべきＲＦの信号への周波数変換を行ってもよい。

送信ゲイン調整部２８は、ゲイン制御信号２０４をもとに、送信すべきＲＦの信号の電力を制御し、ＰＡ２４に入力する。検波部３０は、最終出力信号２０８を入力し、検波して検波信号２０６を出力する。制御部３２は、基地局装置１００における各部のタイミングを制御する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた予約管理機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図２は、通信フレームの構成を示す。ここで基地局装置１００は、Ｍ×Ｌの端末装置と多重接続しているものとし、周波数軸についてはＭ個のキャリアを使用してＦＤＭＡ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｓｅｓｓ）を行い、さらに時間軸についてはひとつのキャリアをＬ個のスロットに分割してＴＤＭＡを行う。さらに、ここでは端末装置から基地局装置１００への上り回線と、基地局装置１００から端末装置への下り回線をＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）によって、多重化しているため、図２では下り回線のみを記載している。

図３は、ベースバンド処理部１４の構成を示す。ベースバンド処理部１４は、変復調部４０と総称する第１変復調部４０ａ、第２変復調部４０ｂ、第Ｍ変復調部４０ｍ、電力制御部４２を含み、変復調部４０は、受信側乗算部５０と総称する第１受信側乗算部５０ａ、第２受信側乗算部５０ｂ、第Ｎ受信側乗算部５０ｎ、合成部５２、ウエイト計算部５４、信号処理部５６、送信側乗算部５８と総称する第１送信側乗算部５８ａ、第２送信側乗算部５８ｂ、第Ｎ送信側乗算部５８ｎを含み、電力制御部４２は、電力比較部４４、電力設定部４６を含む。

ウエイト計算部５４は、ベースバンド受信信号２００から、ベースバンド受信信号２００をそれぞれ重み付けするための係数を計算する。また、計算された重み付けの係数は、そのままあるいは所定の変換を施した後に、ベースバンド送信信号２０２を重み付けする係数として使用される。係数の計算には、ＬＭＳアルゴリズムやＲＬＳアルゴリズムなどの適応アルゴリズムや、到来方向推定などが用いられ、そのために、図示しない他の信号が入力されてもよい。

受信側乗算部５０は、ウエイト計算部５４で計算した重み付け係数とベースバンド受信信号２００をそれぞれ乗算する。乗算結果は、合成部５２で合成される。信号処理部５６は、合成部５２で合成された信号を復調処理し、さらに送信すべき信号を変調処理する。

送信側乗算部５８は、ウエイト計算部５４で計算した重み付け係数と信号処理部５６で変調された送信すべき信号をそれぞれ乗算して、ベースバンド送信信号２０２を出力する。

電力比較部４４は、検波信号２０６を入力し、その電力を予め定めてある所定のしきい値とそれぞれ比較し、その結果を出力する。

電力設定部４６は、電力比較部４４の比較結果によって、検波信号２０６の電力のうちのひとつがしきい値より大きい場合に、送信ゲイン調整部２８から出力する送信すべきＲＦの信号の電力を小さくして、ＰＡ２４の実質的な増幅率を小さくする。一方、検波信号２０６の電力のすべてがしきい値より小さい場合に、送信ゲイン調整部２８から出力する送信すべきＲＦの信号の電力を大きくして、ＰＡ２４の実質的な増幅率を大きくする。ここで実質的な増幅率とは、ＰＡ２４から出力された最終出力信号２０８の電力と、送信ゲイン調整部２８に入力された信号の電力の比率を指す。また、増幅率を変化させるためにゲイン制御信号２０４を出力するが、ここではゲイン制御信号２０４の値は同一であるとする。

図４は、送信電力制御処理のフローチャートを示す。送信ゲイン調整部２８は、ＰＡ２４の実質的な増幅率をＡにするように信号の増幅率を設定する（Ｓ１０）。ベースバンド送信信号２０２が存在しなければ（Ｓ１２のＮ）、処理を終了するが、存在する場合（Ｓ１２のＹ）、電力比較部４４は、検波部３０からの最終出力信号２０８を検波した信号の電力をそれぞれしきい値Ｂと比較する（Ｓ１４）。検波信号２０６の電力のうちひとつがしきい値Ｂより大きい場合（Ｓ１６のＹ）、送信用周波数変換部６０はＰＡ２４の実質的な増幅率がｘ下がるように信号の増幅率を低下させる（Ｓ１８）。一方、検波信号２０６の電力のすべてがしきい値Ｂより小さい場合（Ｓ１６のＮ）、かつ現在のＰＡ２４の実質的な増幅率がＡより小さい場合（Ｓ２０のＹ）、送信用周波数変換部６０はＰＡ２４の実質的な増幅率がｙ上がるように信号の増幅率を増加させる（Ｓ２２）。なお、現在のＰＡ２４の実質的な増幅率がＡより小さくない場合（Ｓ２０のＮ）、設定を変化させない。

図５は、ＰＡ２４の実質的な増幅率の変動を示す。Ｐ１では、増幅率Ａに設定されている。Ｐ２では、検波信号２０６のいずれかの電力がしきい値Ｂより大きくなったため、増幅率はｘ低下している。Ｐ３でも、検波信号２０６のいずれかの電力がしきい値Ｂより大きくなったため、増幅率はさらにｘ低下している。Ｐ４では、検波信号２０６のすべての電力がしきい値Ｂより小さくなったため、増幅率はｙ増加している。Ｐ５とＰ６でも、検波信号２０６のすべての電力がしきい値Ｂより小さくなったため、増幅率は連続的にｙ増加している。Ｐ７では、検波信号２０６のすべての電力がしきい値Ｂより小さくなったため、増幅率は当初のＡに復帰している。

以上の構成による基地局装置１００の動作は、以下の通りである。アンテナ１０によって受信された信号は、受信用周波数変換部２６によってベースバンド受信信号２００に変換される。ウエイト計算部５４はベースバンド受信信号２００をもとに重み付けの係数を計算し、受信側乗算部５０が重み付けの係数とベースバンド受信信号２００を乗算した後、合成部５２が合成する。信号処理部５６は合成した信号を復調処理する。一方、信号処理部５６は送信すべき信号を変調処理した後、送信側乗算部５８で重み付けの係数と乗算し、ベースバンド送信信号２０２として出力する。送信用周波数変換部６０は、ベースバンド送信信号２０２をＲＦ周波数に変換した後、送信ゲイン調整部２８が増幅する。さらに、ＰＡ２４によって最終的に増幅された最終出力信号２０８がアンテナ１０から出力される。

検波部３０は、最終出力信号２０８を検波して検波信号２０６を生成し、電力比較部４４は、検波信号２０６のそれぞれの電力をしきい値と比較する。その結果、検波信号２０６のいずれかの電力がしきい値より大きい場合、電力設定部４６は、増幅率を低下させる旨をゲイン制御信号２０４によって送信ゲイン調整部２８に指示する。送信ゲイン調整部２８は、ゲイン制御信号２０４をもとに増幅率を低下させる。

本実施の形態によれば、複数のアンテナから出力される信号の電力のいずれかが、予め定めたしきい値より大きい場合に、すべてのアンテナに対応した信号の増幅率を下げるため、増幅器の送信電力のひずみを小さくできる。また、アンテナ間の信号の電力の相対的関係を維持するため、アダプティブアレイの特性を得られる。また、送信電力の測定を最終的に出力される信号に対して実行するため、処理精度が高くなる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施の形態において、送信ゲイン調整部２８はＲＦの信号に対して増幅率を制御しているが、これに限られず、所定の中間周波数の信号に対して増幅率を制御し、その後ＲＦに周波数変換してもよい。本変形例によれば、より低い周波数の信号について電力制御が可能になる。つまり、最終的な送信信号の電力が制御されればよい。

本実施の形態において、電力設定部４６は、ゲイン制御信号２０４によって送信ゲイン調整部２８の増幅率を制御したが、これに限らず、ＰＡ２４の増幅率を直接制御してもよい。本変形例によれば、送信ゲイン調整部２８を不要にできる。つまり、最終的な送信信号の電力が制御されればよい。

本実施の形態において、電力設定部４６は、ゲイン制御信号２０４を同一の値としているが、これに限らず、ゲイン制御信号２０４を異なる値としてもよい。例えば、電力設定部４６は予め定めた値をそれぞれ加減して、ゲイン制御信号２０４を決定する。本変形例によれば、ＰＡ２４の増幅率の誤差を考慮して、ＰＡ２４の増幅率を設定でき、最終的にＰＡ２４から出力される信号間の電力の相対的関係をアダプティブアレイ処理によって決定された関係とほぼ同一にできる。

本実施の形態において、電力設定部４６は、検波信号２０６の値に応じて、ゲイン制御信号２０４の値を次々に更新しているが、これに限らず、所定の期間検波信号２０６を平均した値をもとに検波信号２０６を制御してもよい。本変形例によれば、検波信号２０６の雑音の影響等を考慮でき、ゲイン制御信号２０４の安定した制御が可能となる。また、ゲイン制御信号２０４の値の増減に所定のヒステリシスを設定してもよい。

本実施の形態において、基地局装置１００を想定したが、これに限られず、例えば無線端末装置でもよい。

（付記）
本実施の形態では、無線装置を示す。この装置は、送信すべき信号にそれぞれ独立に設定可能な複数の重み係数をそれぞれ乗算して、複数の第１の中間信号を生成する信号処理部と、生成した複数の第１の中間信号の周波数を送信する際の無線周波数にそれぞれ変換し、当該複数の第１の中間信号の電力を予め設定した増幅率によってそれぞれ増幅して複数の第２の中間信号を生成する送信調整部と、生成した複数の第２の中間信号を無線周波数領域でそれぞれ増幅して、複数の最終信号を出力する増幅部と、出力した複数の最終信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超えた場合には、送信調整部において設定された増幅率をそれぞれ小さくするように制御する電力制御部とを含む。
「増幅率」は、出力する信号と入力した信号の電力の比率を意味するが、入力した信号と出力する信号は、所定のものでよいものとする。すなわち、増幅器を複数備える場合、それらを合成して増幅率を定義してもよく、またそれぞれに対応して増幅率を定義してもよい。
電力制御部は、増幅の比をそれぞれ保ったまま線形に小さくするように制御してもよい。また、電力制御部は、増幅率をそれぞれ小さくした後、増幅部から出力する複数の最終信号のそれぞれの電力がしきい値を超えていなければ、増幅率をより大きな値に戻すように制御してもよい。また、電力制御部は、出力した複数の最終信号をそれぞれ検波する検波部と、検波した複数の最終信号を予め設定したしきい値とそれぞれ比較する比較部とを含む。

「しきい値」は、処理中固定である必要はなく、必要に応じて変化してもよいものとする。
以上の装置により、複数の信号の電力のいずれかがしきい値より大きくなれば、すべての信号の増幅率を低下させるため、複数の信号間の電力の相対的関係を維持し、かつ増幅器によるひずみを低減できる。

本実施の形態に係る基地局装置の構成を示す図である。図１の通信フレームの構成を示す図である。図１のベースバンド処理部の構成を示す図である。図１の送信電力制御処理を示すフローチャートである。図４の増幅率の変動を示す図である。

符号の説明

１０：アンテナ、１２：ＲＦ部、１４：ベースバンド処理部、１６：ネットワーク処理部、１８：ネットワーク、２０：共用器、２２：ＬＮＡ、２４：ＰＡ、２６：受信用周波数変換部、２８：送信ゲイン調整部、３０：検波部、３２：制御部、４０：変復調部、４２：電力制御部、４４：電力比較部、４６：電力設定部、５０：受信側乗算部、５２：合成部、５４：ウエイト計算部、５６：信号処理部、５８：送信側乗算部、６０：送信用周波数変換部、１００：基地局装置、２００：ベースバンド受信信号、２０２：ベースバンド送信信号、２０４：ゲイン制御信号、２０６：検波信号、２０８：最終出力信号。

Claims

アダプティブアレイアンテナからの送信対象であり、かつ送信のための信号処理がされた無線周波数領域の複数の信号の電力を実測し、前記実測した複数の信号の電力のうちのひとつが、予め設定したしきい値を超える場合に、前記アレイアンテナから送信されるすべての信号の電力を下げるように制御することを特徴とする送信方法。