(57)【要約】【課題】電力増幅器の歪み特性の劣化を防ぐＦＦＲで運用する無線基地局、およびＦＦＲ制御方法を提供する。【解決手段】無線基地局ＢＳは、リンク確立時に各無線端末ＭＳの位置情報を取得し、自セル内で通信中の無線端末ＭＳが自局のカバーするセル境界付近に居る場合、Ｒｅｕｓｅ３のタイミングで所要スループットを満たす高速変調方式で短時間大出力で送信する発熱に対する第２の補償パターンでダウンリンク送信する無線フレーム構成を設定し、セル境界に近い無線端末が居ない場合、Ｒｅｕｓｅ１のタイミングで大出力送信する発熱に対する第１の補償パターンでダウンリンク送信する無線フレーム構成を設定する。【選択図】  図１１
2012005053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線基地局が、それぞれ自局の収容する無線端末が自局のカバーするセル内の中央から境界付近の何処に存在するかの位置情報を取得する位置情報取得手段、および、前記取得された位置情報に基づき、周波数と、サブフレームの送信タイミングと、変調方式と、送信出力とのダウンリンクバーストの無線フレームを設定して前記無線端末との間で通信するＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）動作を制御するスケジュール制御手段を備えるＦＦＲ無線通信システムの無線基地局において、
前記スケジュール制御手段は、
自局が収容する各前記無線端末に対して前記取得した位置情報を参照して自局に固有に割当てられた周波数で第１、第２のサブフレームの順番で送信をする第１、第２の送信タイミングのいずれかを割当るとともに
前記セル境界近くには前記無線端末が存在しない場合、
前記第２の送信タイミングを割り当てた前記無線端末には、前記第１の送信タイミングを割り当てた前記無線端末に対して設定される送信出力よりも大きい出力で送信する第１のパターンの前記無線フレーム構成を設定し、
前記セル境界付近に前記無線端末が存在する場合、
前記境界付近に存在する無線端末に対し前記第１の送信タイミングに、前記第１のサブフレームに割り当てられた時間よりも短い送信時間で当該無線端末との間の所要スループットを満たす高速変調方式とその所要出力で送信し、
続いて中央に近い位置に存在する無線端末に対し前記第２の送信タイミングに送信する第２のパターンの前記無線フレーム構成を設定する
ことを特徴とする無線基地局。
【請求項２】
前記ＦＦＲ無線通信システムは、
ＩＥＥＥ８０２．１６ｄ／ｅであることを特徴とする請求項１記載の無線基地局。
【請求項３】
複数の無線基地局が、それぞれ自局の収容する無線端末が自局のカバーするセル内の中央から境界付近の何処に存在するかの位置情報を取得する位置情報取得手段、および、前記取得された位置情報に基づき、周波数と、サブフレームの送信タイミングと、変調方式と、送信出力とのダウンリンクバーストの無線フレームを設定して前記無線端末との間で通信するＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）動作を制御するスケジュール制御手段を備えるＦＦＲ無線通信システムの無線基地局において、
前記ダウンリンクバーストの送信を行う送信機の電力増幅器の入力側に設けられて入力される前記無線フレームの送信信号に予歪補正を行うＤＰＤ手段と、
前記ＤＰＤ手段に入力される送信信号と前記電力増幅器から出力される送信信号とを比較して前記電力増幅器の歪みを測定した歪情報を前記スケジュール制御手段へ出力する歪計測手段と、
前記歪情報が入力され、入力された歪み情報が所定の値を超えた場合、
自局が収容する各前記無線端末に対して前記取得した位置情報を参照して自局に固有に割当てられた周波数で第１、第２のサブフレームの順番で送信をする第１、第２の送信タイミングのいずれかを割当るとともに
前記セル境界近くには前記無線端末が存在しない場合、
前記第２の送信タイミングを割り当てた前記無線端末には、前記第１の送信タイミングを割り当てた前記無線端末に対して設定される送信出力よりも大きい出力で送信する第１のパターンの前記無線フレーム構成を設定し、
前記セル境界付近に前記無線端末が存在する場合、
前記境界付近に存在する無線端末に対し前記第１の送信タイミングに、前記第１のサブフレームに割り当てられた時間よりも短い送信時間で当該無線端末との間の所要スループットを満たす高速変調方式とその所要出力で送信し、
続いて中央に近い位置に居る前記無線端末に対し前記第２の送信タイミングに送信する第２のパターンの前記無線フレーム構成を設定する
スケジュール制御手段とを
具備することを特徴とする無線基地局。
【請求項４】
前記スケジュール制御手段は、
更にメモリ手段と、電力制御手段とを備え、
前記メモリ手段には、予め前記ＦＦＲ無線通信システムに適用される
周波数と、送信タイミングと、変調方式と、送信出力とのパラメータの組合せからなる前記第１と前記第２とのパターンの無線フレームが新たな無線フレーム構成の候補としてリストにされて記憶され、
前記電力制御手段は、
前記入力された歪み情報が所定の値を超えた場合、前記リストを読み出した内から新たな無線フレーム構成を選択して前記設定することを特徴とする請求項３記載の無線基地局。
【請求項５】
前記リストの前記周波数と、送信タイミングと、変調方式と、送信出力とのパラメータの組合せには、更に予め測定された歪みデータが加えられ、前記電力制御部は、歪みデータを参照して前記第１のパターン、又は第２のパターンから前記無線フレームを選択することを特徴とする請求項４記載の無線基地局。
【請求項６】
複数の無線基地局がそれぞれ自局と通信する無線端末が自局のカバーするセル内の中央から境界付近の何処に存在するかの位置情報を取得する位置情報取得手段、および、前記取得された位置情報に基づき、周波数と、サブフレームの送信タイミングと、変調方式と、送信出力とのダウンリンクバーストの無線フレームを設定して前記無線端末との間で通信するＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）動作を制御するスケジュール制御手段を備えるＦＦＲ無線通信システムの無線基地局のＦＦＲ制御方法において、
前記無線基地局は、位置情報手段と、スケジュール制御手段とを備え、
前記位置情報手段から前記位置情報を入力する前記スケジュール制御手段は、
自局が収容する前記取得した位置情報を参照して各前記無線端末に対して自局に固有に割当てられた周波数で第１、第２の順番で前記ＦＦＲ動作の送信をする送信タイミングのいずれかを割当るとともに
前記セル境界近くには前記無線端末が存在しない場合、
前記第２の送信タイミングを割り当てた前記無線端末には、前記第１の送信タイミングを割り当てた前記無線端末に対して設定される送信出力よりも大きい出力で送信する第１のパターンの前記無線フレーム構成を設定し、
前記セル境界付近に前記無線端末が存在する場合、
前記境界付近に存在する無線端末に対し前記第１の送信タイミングに、前記第１のサブフレームに割り当てられた時間よりも短い送信時間で当該無線端末との間の所要スループットを満たす高速変調方式とその所要出力で送信し、
中央に近い位置に存在する無線端末に対し前記第２の送信タイミングに送信する第２のパターンの前記無線フレーム構成を設定する
ことを特徴とする無線基地局のＦＦＲ制御方法。
【請求項７】
それぞれがＤＰＤ手段と、歪計測手段と、位置情報取得手段と、スケジュール制御手段とを備える複数の無線基地局が、所定の周波数と、サブフレームの送信タイミングと、変調方式と、送信出力とが指定されるダウンリンクバーストの無線フレーム構成のＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）によってそれぞれがカバーするセルに１つ以上の無線端末を収容して通信するＦＦＲ無線通信システムの無線基地局のＦＦＲ制御方法において、
前記ＤＰＤ手段は、
前記ダウンリンクバーストの送信を行う送信機の電力増幅器の入力側に設けられて入力される前記無線フレームの送信信号に予歪補正を行い、
前記歪計測手段は、前記ＤＰＤ手段に入力される送信信号と前記電力増幅器から出力される送信信号とを比較して前記電力増幅器の歪みを測定した歪情報を前記スケジュール制御手段へ出力し、
前記位置情報取得手段は、自局がカバーする前記セル内の中央から境界付近までの間に前記無線端末が存在するかの位置情報を取得して前記スケジュール制御手段へ出力し、
前記歪情報が入力される前記スケジュール制御手段は、入力された歪み情報が所定の値を超えた場合、
前記入力された位置情報を参照して各前記無線端末に対して自局に固有に割当てられた周波数で第１、第２のサブフレームの順番で送信をする第１、第２の送信タイミングのいずれかを割当るとともに
前記セル境界近くに前記無線端末が存在しない場合、
前記第２の送信タイミングが割り当てられた前記無線端末には、前記第１の送信タイミングが割り当てられた前記無線端末に対して設定される送信出力よりも大きい出力で送信する第１のパターンの前記無線フレーム構成を設定し、
前記セル境界付近に前記無線端末が存在する場合、
前記境界付近に存在する無線端末に対し前記第１の送信タイミングに、
前記第１のサブフレームに割り当てられた時間よりも短い送信時間で当該無線端末との間の所要スループットを満たす高速変調方式とその所要出力で送信し、
中央に近い位置に存在する無線端末に対し前記第２の送信タイミングに送信する第２のパターンの前記無線フレーム構成を設定する
ことを特徴とするＦＦＲ無線通信システムの無線基地局のＦＦＲ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）運用を行う無線基地局およびＦＦＲ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やブロードバンドなどの無線通信システムにおいて、セルエッジにおける周波数利用効率（一部スペクトラム利用効率とも称される）およびスループットを向上するセル管理技術として、近年ＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）技術が採用され始め、かつセル内にいて通信相手となる移動通信端末それぞれに対応する送信出力や変調方式を微細に調整する補償型ＦＦＲの導入が進められている。（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
ＦＦＲは、基地局と移動端末との間で形成する無線リンクにおいて要求されるスループットや通信距離に応じて送信タイミングと周波数、送信出力をアダプティブに設定する。この設定は、受信電力や要求スループットから設定され、送信機は必要な出力が得られるよう動作レンジ幅（ダイナミックレンジ）が大きいものが使用される。
【０００４】
ＦＦＲが使用される通信は、ＯＦＤＭを代表とするように広帯域であると共にＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）比の大きな電波が送受信されるため基地局の送信機の電力増幅器は、もともと高ダイナミックレンジが必要とされる上に更に移動端末の位置に対応して調整される送信出力の変化分をカバーしなければならず、出力性能には大きなゆとりが要求されている。
【０００５】
ＦＦＲを用いる通信システムであっても、周波数資源が限られることから基地局のカバーエリアを小さめにするとともに干渉を避けるために比較的小さい送信出力で送信されることもある。そのような場合、送信機の総数は増えるため送信機の電力増幅器の総電力消費量も大きくなるので電力増幅器の高効率化、低電力化が要求される。その結果、低電力化のために送信出力の余裕が抑えられるとＯＦＤＭ変調信号の送信に必要な低歪性が犠牲になる。
【０００６】
これまでのＦＦＲ運用での周波数や送信出力は、単に無線リンクに必要とされる無線通信上の品質を確保するための所要パラメータを満たすように設定されており、所要のピーク電力やダイナミックレンジを満たすために電力増幅器の効率を犠牲にするか、効率を優先した場合、品質に取って好ましくない歪みが発生する問題が有った。また、ＰＡＰＲが大きな信号で電力増幅器を動作させた場合、電力増幅器の熱伝達の遅れにより発熱が速やかに冷却されないことから電力増幅器が高温になり熱による動作歪みを生じるようになる問題があった。
【０００７】
図８は、ＦＦＲで動作する送信機の動作概念を示す。
【０００８】
図８（ａ）は、ＦＦＲで送信する無線フレームのサブフレーム構成を示し、図８（ｂ）は、その送信タイミングに対応する電力増幅器の終段の温度状態を示す一例である。特に、ＰＡＰＲが大きい信号を大出力で送信した後に電力増幅器が高温に維持されるメモリ効果が生じ、冷却されるまでの間歪み特性が劣化することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ／２００９０７２１８４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＦＦＲを用いる無線基地局の運用では、近距離の端末に対してＰＡＰＲが大きい、大出力で送信するとそれ以降のタイミングでは、電力増幅器が冷却されるまでの間高温になるメモリ効果が生じ、続いて送信する送信信号の歪み特性が劣化する問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、電力増幅器の歪み特性の劣化を防ぐＦＦＲで運用する無線基地局、およびＦＦＲ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の無線基地局は、複数の無線基地局が、それぞれ自局の収容する無線端末が自局のカバーするセル内の中央から境界付近の何処に存在するかの位置情報を取得する位置情報取得手段、および、前記取得された位置情報に基づき、周波数と、サブフレームの送信タイミングと、変調方式と、送信出力とのダウンリンクバーストの無線フレームを設定して前記無線端末との間で通信するＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）動作を制御するスケジュール制御手段を備えるＦＦＲ無線通信システムの無線基地局において、前記スケジュール制御手段は、自局が収容する各前記無線端末に対して前記取得した位置情報を参照して自局に固有に割当てられた周波数で第１、第２のサブフレームの順番で送信をする第１、第２の送信タイミングのいずれかを割当るとともに、前記セル境界近くには前記無線端末が存在しない場合、前記第２の送信タイミングを割り当てた前記無線端末には、前記第１の送信タイミングを割り当てた前記無線端末に対して設定される送信出力よりも大きい出力で送信する第１のパターンの前記無線フレーム構成を設定し、前記セル境界付近に前記無線端末が存在する場合、前記境界付近に存在する無線端末に対し前記第１の送信タイミングに、前記第１のサブフレームに割り当てられた時間よりも短い送信時間で当該無線端末との間の所要スループットを満たす高速変調方式とその所要出力で送信し、中央に近い位置に存在する無線端末に対し前記第２の送信タイミングに送信する第２のパターンの前記無線フレーム構成を設定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の無線基地局のＦＦＲ制御方法は、複数の無線基地局がそれぞれ自局と通信する無線端末が自局のカバーするセル内の中央から境界付近の何処に存在するかの位置情報を取得する位置情報取得手段、および、前記取得された位置情報に基づき、周波数と、サブフレームの送信タイミングと、変調方式と、送信出力とのダウンリンクバーストの無線フレームを設定して前記無線端末との間で通信するＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）動作を制御するスケジュール制御手段を備えるＦＦＲ無線通信システムの無線基地局のＦＦＲ制御方法において、前記無線基地局は、位置情報手段と、スケジュール制御手段とを備え、前記位置情報手段から前記位置情報を入力する前記スケジュール制御手段は、自局が収容する前記取得した位置情報を参照して各前記無線端末に対して自局に固有に割当てられた周波数で第１、第２の順番で前記ＦＦＲ動作の送信をする送信タイミングのいずれかを割当るとともに前記セル境界に近くには前記無線端末が存在しない場合、前記第２の送信タイミングを割り当てた前記無線端末には、前記第１の送信タイミングを割り当てた前記無線端末に対して設定される送信出力よりも大きい出力で送信する第１のパターンの前記無線フレーム構成を設定し、前記セル境界付近に前記無線端末が存在する場合、前記境界付近に存在する無線端末に対し前記第１の送信タイミングに、前記第１のサブフレームに割り当てられた時間よりも短い送信時間で当該無線端末との間の所要スループットを満たす高速変調方式とその所要出力で送信し、中央に近い位置に存在する無線端末に対し前記第２の送信タイミングに送信する第２のパターンの前記無線フレーム構成を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力増幅器の歪み特性の劣化を防ぐＦＦＲで運用する無線基地局、およびＦＦＲ制御方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＦＦＲにより運用される無線通信システムのシステム概念図。
【図２】ＦＦＲの運用概念を示す図。
【図３】本発明の実施例に係わる無線基地局ＢＳの一例の動作を説明する機能ブロック図。
【図４】ＩＥＥＥ８０２．１６のＯＦＤＭ無線フレーム構成例を示す図。
【図５】変調・ＲＦ処理部、電力増幅器、スケジューラの動作を説明する機能ブロック図。
【図６】無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３へのシンボルと、周波数の関係を示す一例の図。
【図７】電力増幅器の電力増幅素子に取り付けられたアルミニウムの放熱器における電力投入後の温度上昇の概念図。
【図８】ダウンリンク送信時におけるサブフレーム構成とチップ温度の模式図。
【図９】第１の発熱パターンを説明する図。
【図１０】第２の発熱パターンを説明する図。
【図１１】スケジューラが熱による歪発生を防ぐ無線基地局の送信無線フレームを設定する手順を説明するフローチャート。
【図１２】歪み補償パターンに従って、無線フレームを設定する処理手順を説明するフローチャート。
【図１３】図１１に示す処理手順の変形例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、ＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）により運用される無線通信システムのシステム概念図である。  
図１において、無線通信システムは、無線基地局ＢＳ１と無線端末ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３・・・と、更に隣接する無線基地局、ＢＳ２、ＢＳ３等から構成される。ここでは３つの基地局で周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を繰り返し使用するＦＦＲ方式により各無線基地局ＢＳと無線端末ＭＳ１・・・との間で無線通信を行う。また、各無線基地局ＢＳ１〜ＢＳ３がカバーするエリアをセルｃ１〜ｃ３・・・とする。なお、以下では、特に必要の無い限り各無線基地局ＢＳ１〜ＢＳ３・・・、各無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３・・・に付いての共通事項を説明する場合には単に無線基地局ＢＳ、無線端末ＭＳと表記する。
【００１８】
図２は、ＦＦＲの運用概念を示す図である。
【００１９】
図２（ａ）は無線基地局ＢＳ１〜ＢＳ３が各カバーするエリアのセルｃ１〜ｃ３の周波数の使用方法を表している。
【００２０】
図２（ｂ）は、ＦＦＲを適用した場合の無線基地局の送信信号、即ち、ＯＦＤＭＡ無線フレームの下り（ダウンリンクＤＬ）サブフレーム（以下、無線フレームで総称する。）の一例を示す。なお、詳細にはＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ等の制御情報領域が存在するが、ここでは省略している。
【００２１】
横軸は１回の変調が行われるシンボルを単位とする時間方向を、縦軸は複数のサブキャリアで構成する周波数グループのサブチャネルを単位とする周波数を示している。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、時間方向でサブフレームを２分割し、一方をＲｅｕｓｅ３ゾーンとして、他方をＲｅｕｓｅ１ゾーンとして用いる。Ｒｅｕｓｅ３ゾーンでは、使用可能なサブチャネルを周波数軸方向にｆ１，ｆ２，ｆ３の３つに分割して３つのセルでそれぞれ別個に使用し、Ｒｅｕｓｅ１ゾーンでは、サブチャネルを共通で使用してダウンリンクの送信をする。
【００２３】
この時のセル１〜３の周波数再利用形態の様子を図４に示す。Ｒｅｕｓｅ３ゾーンを用いて送信するタイミング（時間帯）では、セル１、セル２、セル３はそれぞれｆ１，ｆ２，ｆ３を使用しており、セル境界付近に居る無線端末ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ５等までカバーすることができる。また、Ｒｅｕｓｅ１ゾーンを用いるタイミング（時間帯）では隣接セルからの干渉の影響が少ないセル中心付近に居る無線端末ＭＳ１、ＭＳ４等をカバーすることになる。
【００２４】
図３は、本発明の実施例に係わる無線基地局ＢＳの一例の動作を説明する機能ブロック図である。
【００２５】
図３において、各無線基地局ＢＳは、ネットワークインタフェース（Ｉ／Ｆ）１、無線パケット形成部２、変調・ＲＦ処理部３、電力増幅部（ＰＡ）４、スケジューラ５、歪監視部６、ハイブリッド（Ｈ）７、アンテナ８、低雑音増幅器（ＬＮＡ）９、復調・ＲＦ処理部１０、受信計測部１１、データパケット形成部１２を備える。
【００２６】
無線基地局ＢＳは、セル内の無線端末ＭＳとの間の無線通信に当たっては、無線ＬＡＮ等のバックボーンのネットワークとネットワークインタフェース（Ｉ／Ｆ）１を介してパケット信号を入出力する。スケジューラ５の制御によって無線パケット形成部２は送信信号となる無線パケットを形成し、データパケット形成部１２は、無線端末ＭＳから受信した無線パケットをデータパケットに再形成してネットワークＩ／Ｆ１に出力する。
【００２７】
無線パケット形成部２により各無線端末ＭＳとのパケット通信を行う為のフレーム構造の無線パケットに組み替えられ、変調ＲＦ処理部３へ出力される。
【００２８】
図４は、ＩＥＥＥ８０２．１６のＯＦＤＭ無線フレーム構成例である。  
変調ＲＦ処理部３では、この無線フレーム構成に適合させるべく無線パケットを同じくスケジューラの５の制御により各無線端末ＭＳ１・・・との無線リンクに設定された変調や周波数チャネルの無線フレームの送信信号に変換し、送信出力に応じた利得で増幅してＰＡ部４に出力する処理を行う。そして、ＰＡ部４は、所定の電力に増幅しハイブリッド７を介してアンテナ８から無線端末ＭＳへ送信信号の電波を送信する。
【００２９】
一方、アンテナ８で受信した無線端末ＭＳからの受信信号はＬＮＡ９で増幅され、復調・ＲＦ処理部１０でベースバンド信号へ復調されデータパケット形成部１２に入力される。また、ＬＮＡ９の出力は、受信電力等の無線品質が測定され、基地局との間の送信出力や、変調方式の設定等リンク設定パラメータとしてスケジューラ５へ入力される。データパケット形成部１２は復調された受信信号のうち、各無線端末ＭＳと無線基地局ＢＳとの間のネゴシエーションやリンク設定に係わる制御情報をスケジューラ５に出力する。
【００３０】
以上のリンク設定に係わる処理手順は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｄ／ｅの様な標準において規定されている手順であり、スケジュール部５２に予め設定されたプログラムに従って同様に実行される。
【００３１】
本実施例の無線基地局ＢＳでは、ハイブリッド７に入力される送信信号は、更にその一部が歪監視部６へ入力され、歪監視部６が、その測定データをスケジューラ５へフィードバックすることにより、スケジューラ５は、送信機の電力増幅器の動作を反映してシンボル設定等の微調整を行う。
【００３２】
図５は、変調・ＲＦ処理部３、ＰＡ４、スケジューラ５の動作を説明する機能ブロック図である。  
図５において、スケジューラ５は、それぞれの間がバス等で接続される電力制御部５１、図２、図４のアップリンクＵＬ、ダウンリンクＤＬの送受信タイミングを設定するスケジュール部５２、その各タイミングに対応して周波数と変調条件を設定するマッピング部５３、メモリ部５４とを備える。
【００３３】
無線パケット形成部２、歪監視部６、受信計測部１１、データパケット形成部１２とバスとの間は、図示されないバスインタフェース手段によりデータ、情報が入出力される。データパケット形成部１２からは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｄ／ｅ規定に基づく各無線端末ＭＳからの要求パラメータが入力される。
【００３４】
そして、これらの間の監視制御を例えば、電力制御部５１が兼ねて実行することにより、図４に示される無線フレーム構成に必要な情報が無線パケット形成部２と変調・ＲＦ処理部３とへ、送信電力制御信号が変調・ＲＦ処理部３とＰＡ部４とへ出力される。
【００３５】
電力制御部５１は、通常受信計測部１１からの受信レベル情報を元に、送信電力、符号化変調方式などをメモリ部５４に記憶された所定の条件と照合するとともに、無線端末ＭＳからのスループット要求により設定する。
【００３６】
無線基地局ＢＳ１からは、この条件設定に会うように無線パケット内で各無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３への送信タイミングと順序を設定し、それに合うようにパケットのフレーム構成を指定するフレーム制御信号が無線パケット形成部２出力される。
【００３７】
また、変調・ＲＦ処理部３の変調・チャネル設定部３１へは、変調方式や周波数を設定するサブフレーム制御信号がスケジューラ５から出力される。また、電力制御部５１には、受信計測部１１からの受信電力（Ｃ／Ｎ）情報等が入力されると共に、歪監視部６からの歪監視情報が入力される。電力制御部５１は、送信タイミングと、各無線チャネルに併せてＰＡ部４へ入力される送信信号のレベルを調整する利得調整信号を利得調整部３２へ出力する。
【００３８】
基本的には、ＦＦＲにおける基地局の送信制御は、図１における無線端末ＭＳ１が無線基地局１の近距離にあり、受信電力も大きい場合には、無線基地局ＢＳ１は、高スループットの変調方式であっても比較的低電力で無線端末ＭＳ１へ送信すればよく、図２（ｂ）のＲｅｕｓｅ１のタイミングで送信している。また、無線端末ＭＳ３が遠距離にある場合、他の無線基地局ＢＳ２と通信する無線端末ＭＳ５へ高出力で送信しても干渉が避けられるようＲｅｕｓｅ３のタイミングで送信する。
【００３９】
図６は、図２（ｂ）に対応した、無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３へのシンボルと、周波数の関係を示す一例である。
【００４０】
この結果、無線端末ＭＳ１へはＲｅｕｓｅ１のタイミングで１６ＱＡＭ変調、出力ｐ１Ｗ、無線端末ＭＳ２、ＭＳ３へはＲｅｕｓｅ３のタイミングでそれぞれＱＰＳＫ変調、出力ｐ２Ｗ、８ＱＡＭ変調、出力ｐ２Ｗでそれぞれダウンリンク送信される設定が行われる。ここで、出力ｐ２＞出力ｐ１である。
【００４１】
変調・ＲＦ処理部３は、図４に従う無線フレームを構成する送信信号を生成してＰＡ部４へ出力する。ＰＡ部４では、ＤＰＤ（Digital Pre Distortion）４１が入力信号のレベルに対応して予め設定された歪み補正処理を行った信号をアンプ４２に出力する。アンプ４２から出力された送信信号は、ハイブリッド７を介してアンテナ８に出力される。
【００４２】
ＯＦＤＭ変調されたＰＡＰＲが大きい高周波信号は、このＤＰＤによりピーク出力が高い状態であっても歪みを低く抑えられる。しかしながら、ＦＦＲ運用される無線基地局の送信機の電力増幅器では、ＤＰＤを用いても歪補償が不十分であると思われる現象が認められている。その原因は電力増幅器の熱特性に起因し、電力増幅素子が想定外に高温になり、ＤＰＤに想定した歪み特性と異なっている歪みが発生しているためとされている。
【００４３】
図７は、電力増幅器の電力増幅素子に取り付けられた放熱器における電力投入後の温度上昇の概念図である。  
終段の電力増幅素子の発熱を冷却するために、例えば電力増幅素子の容器に大型のアルミ放熱器が取り付けられるが、熱容量が大きく、電源投入後、放熱器温度は指数関数的に上昇し、典型的には数十秒から数分の熱時定数で一定の平衡温度Ｂ℃に達する。従来は、この長い時定数の温度特性で測定したデータに基づき対温度動作を補償していた。
【００４４】
しかし、電力増幅素子の内部の半導体チップではこの平衡温度Ｂ℃よりもΔ℃高い温度であり、増幅動作に応じて微細なタイミングで温度が上下している。このチップにおける熱時定数は放熱器の熱時定数よりもはるかに短く、数マイクロ〜ミリ秒単位であると考えられている。
【００４５】
図８は、ダウンリンク送信時におけるチップ温度の模式図である。  
図８（ａ）は、ＦＦＲで送信する無線フレームのサブフレーム構成を示し、図８（ｂ）は、Ｒｅｕｓｅ３のタイミングに大出力動作を行い、Ｒｅｕｓｅ１のタイミングでは小電力動作をした場合のチップ温度の変化状況を示している。ダウンリンクのプリアンブル送信をｐ０Ｗで送信、そしてＲｅｕｓｅ３で無線端末ＭＳ２、ＭＳ３への送信を出力ｐ２Ｗで行い、Ｒｅｕｓｅ１で無線端末ＭＳ１へ出力ｐ１Ｗで行う。
【００４６】
送信前のチップ温度は、Ｂ＋Δ℃で、送信時間の経過に伴いチップ温度は次第に上昇する。Ｒｅｕｓｅ３の送信が終了しても、電力増幅素子の発熱が容器や放熱器に伝わるまでの熱伝導の遅れ時間があるため、暫く温度が上がり、Ｒｅｕｓｅ１での送信中もｐ１Ｗに相当する以上の温度が保たれるメモリ効果が生じる。そして、Ｒｅｕｓｅ１のタイミングでの送信終了後冷却時間が経過し、送信前のＢ＋Δ℃に戻る。
【００４７】
この時Ｒｅｕｓｅ１のタイミングでは、Ｒｅｕｓｅ３のタイミングでの高出力送信の発熱の影響が残り（メモリ効果）チップ温度が高いのでチップ温度と出力の対応が想定した状態から外れてしまい、送信パワーが下がった状態に対応するＤＰＤの補償が行われても不完全なものとなる。
【００４８】
そこで、本実施例ではＤＰＤ補償からの誤差が小さくなるよう、チップの温度変化がするように電力増幅素子の動作を補正、即ち送信タイミングを制御する。
【００４９】
送信中のＤＰＤ動作が適正か否かについては、歪監視部６が監視する。
【００５０】
歪監視部６は、ＤＰＤ４１に入力される入力信号ｐａと、ハイブリッド７に入力される信号ｐｂとを比較する両信号の解析を行う（歪監視部６では、図示されない遅延・位相調整回路によりこの比較される両信号の遅延時間と位相が揃うように調整されている。）。
【００５１】
一例として、デジタル処理によりアンプ４２の出力信号とＤＰＤ４１への入力信号とを、多項式ｆ（ｘ）＝（ａ１ｘ）＋（ａ２ｘexp2））＋・・・・で近似解析する。
【００５２】
歪監視部６は、両信号における上式の計数ａ１をｐａ／ｐｂとして比較した結果の情報を電力制御部５１に通知する。
【００５３】
電力制御部５１は、予歪補償が適正であればｐａ／ｐｂ＝１となるが、それよりも大きいか小さいかの誤差により想定した予歪からの誤差の有無を判定する。もし、想定以上の誤差である場合、熱によるメモリ効果が発生していると判定する。
【００５４】
このメモリ効果を解消するために以下の様に無線フレーム構成で決まる送信出力のパターンと発熱パターンとが同じ関係に揃う様な方法を採ることが有効と考えられる。
【００５５】
図９は、第１の無線フレーム構成における発熱パターンの関係を説明する図である。  
図９（ａ）は、サブフレーム構成を示し、図９（ｂ）に示されるように送信出力は、最初に送信するＲｅｕｓｅ３のタイミングに送信するＰ４よりもそれに続いてＲｅｕｓｅ１で送信するｐ３の方が大きい。
【００５６】
即ち、第１のパターンでは、従来のＦＦＲの基本的な無線端末と、基地局との距離とに併せて送信出力を取るのと逆の関係にして、Ｒｅｕｓｅ３のタイミングに近距離の低出力で通信できる無線端末ＭＳ１とで通信を行い、その後Ｒｅｕｓｅ１のタイミングで無線端末ＭＳ２、ＭＳ３へ送信する様にしている。スループットが確保出来れば、各無線端末ＭＳへの送信出力を変更しなくても良い。
【００５７】
図９（ａ）では、再ネゴシエーション時により高いスループットが無線端末から要求された場合の対応を含めた変更内容を示している。つまり、高スループット要求の無線端末ＭＳ１の変調方式を６４ＱＡＭ、送信出力を図８の１６ＱＡＭの場合のｐ１Ｗよりも高いｐ４ＷとしＲｅｕｓｅ３の送信タイミングに周波数ｆ１で送信する。そして、Ｒｅｕｓｅ１の送信タイミングで同じ１６ＱＡＭ程度でのスループット要求の無線端末ＭＳ２、ＭＳ３を、ｐ２Ｗよりも高い出力ｐ３Ｗで通信する様にしても良い。
【００５８】
この設定は、無線端末ＭＳ２、ＭＳ３が中央近傍に有ると判定される場合であっても、最初の受信電力が無線端末ＭＳ１よりも低く、遠い場所に存在する状態に特に適している。勿論、無線端末ＭＳ２、ＭＳ３が無線端末ＭＳ１よりも更に中央付近にいる場合は、図８のｐ２Ｗに相当するよりも高い送信出力にする必要は無い事は言うまでもない。
【００５９】
そして、Ｒｅｕｓｅ１のタイミングでのｐ３Ｗの出力で送信した後は、アップリンクＵＬのタイミングになり送信しないので、終段の電力増幅素子はその間冷却時間を取ることができる。ＤＰＤ４１は、入力信号レベル、言い換えれば送信出力に対応してＤＰＤの予歪み量を強調することにより送信信号の歪み量が改善出来る。
【００６０】
このパターンは、無線端末がセル周辺に居らず他の無線基地局との干渉が少ないセル中央付近にいる場合に適している。こうすることにより、６４ＱＡＭの様に特に低歪みな送信が必要な場合でも、発熱の影響を避けることが出来る。
【００６１】
更に、変調方式をより高速のものに切り替える場合、次の図１０に示される例と同様に送信時間を短くしてスループットを同じに保つ様にしても良い。
【００６２】
図１０は、第２の無線フレームにおける発熱パターンの概念を説明する図である。  
図１０（ａ）は、サブフレーム構成を示し、図１０（ｂ）は、ＲｅＵｓｅ３で送信可能な割当時間よりも短い時間で送信する状態を示している。
【００６３】
即ち、第２のパターンは、ＦＦＲの基本的な送信出力の設定方法と同様に基地局から離れた位置にいる。
【００６４】
無線端末ＭＳへの送信出力が大きくなるように出力設定を行うが、送信時間が短く調整される。Ｒｅｕｓｅ３のタイミングでのｐ５Ｗの出力で送信する信号の符号化速度を、例えば１６ＱＡＭではなく、６４ＱＡＭの様に倍以上に高くし、反対に送信継続時間（duration）を、本来のＲｅｕｓｅ３のタイミングに割り当てられている時間の１／２近くに短くしてスループットを確保する。
【００６５】
そして、発熱時間を短くすることによりＲｅｕｓｅ１のタイミングで送信開始する時の温度差を平準化することを目指している。なお、この第２のパターンはセル周辺に比較的、高スループットを要求する無線端末が存在する場合に有効である。
【００６６】
第１、第２の何れのパターンを採用するかについて無線基地局ＢＳは、受信計測部１１からの受信信号強度、また、無線端末ＭＳから位置情報を受信する場合では、データパケット形成部１２から入力される当該無線端末の位置情報からセル周辺に居るかどうかを、スケジューラ５の電力増幅部５１が推定して決定する。
【００６７】
図１１は、スケジューラが熱による歪発生を防ぐ無線基地局の送信無線フレームを設定する手順を説明するフローチャートである。  
図１１において、スケジューラ５の電力制御手段５１は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６等の所定の手順に従って無線端末とのリンク設定手順を開始する。このネゴシエーションで、各無線端末ＭＳから無線基地局ＢＳへは、ネゴシエーションの最初に最大送信電力で送信される。
【００６８】
そしてネゴシエーションの結果、Ｃ／Ｎ、要求スループットが所要の値で確保出来る様に送信電力が調整されるが、最大送信電力時の受信電力レベルは受信計測部１１で測定、監視され、電力制御部５１へ通知される。電力制御部５１は、その受信レベルが予め設定された低い受信レベル領域に有る場合は、当該無線端末ＭＳを自部がカバーするセル境界付近に存在すると判定し、メモリ部５４に端末位置情報として書込記録する。反対に所定のレベルより高い領域にある場合は、中央近傍に存在すると判定して、メモリ部５４に同じく書込記録する（図１１のステップｓ１）。
【００６９】
この端末の位置判定は、従来実施されているネゴシエーション時の開始時の受信電力から当該無線端末ＭＳが、セル境界付近にあるか（自局から遠いか）、それともセル中心近く（自局に近いか）に有るかを判定して、無線端末との通信に割り当てるサブフレームをＲｅｕｓｅ３か、またはＲｅｕｓｅ１のタイミングに設定する処理手順で仕分ける処理と同様なものである。
【００７０】
また、他の方法として、携帯電話システムで利用されているのと同様に、例えば、無線端末ＭＳが、ＧＰＳの様な位置情報取得手段を備えて、緯度経度情報等を無線基地局ＢＳへ通知し、無線基地局ＢＳが予め記憶している地図情報等と参照比較して無線端末が境界付近にいるか、中央近傍なのかの判定をして位置情報を記録するものでも良い。
【００７１】
次に、電力制御手段５１は、更にリンク設定の手順を進め、予め設定された標準（基本）的なシンボル配分手順に従って、無線端末ＭＳとの間の例えば、ＯＦＤＭ無線フレーム設定を行う（ステップｓ２）。
【００７２】
続いて、設定された無線フレームにより各無線端末ＭＳとの間でダウンリンク、アップリンクの通信を行う（ステップｓ３）。そしてこの通信中の歪監視部６は、前述のｐａ／ｐｂを測定して歪量を測定する。もし、歪みが許容内で有れば、各無線端末ＭＳとの間の通信を継続する（ステップｓ４がＹｅｓの場合）。
【００７３】
又許容範囲を超えていれば、無線フレームを再設定するために例えば、無線基地局ＢＳ１は、通信対象とする無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３迄の端末位置情報をメモリ部５４から読出して参照する（ステップｓ６）。そして何れかがセル周辺にいる無線端末であった場合（ステップｓ７がＹｅｓの場合）、第２のパターンとなるＯＦＤＭの無線フレームを再設定し、反対に何れもセル中央付近に有る（ステップｓ７がＮｏの場合）、第１のパターンとなる無線フレーム構成に再設定し、各無線端末ＭＳと通信する（ステップｓ３）。
【００７４】
そして最終的に歪みが許容範囲内になると（ステップｓ４がＹｅｓの場合）その状態で各無線端末と通信を行うか、又は更に次の処理を進める（ステップｓ５）。
【００７５】
次に、歪みを防ぐパターンについて説明する。前述の通り、電力増幅素子のチップは、送信出力に対応して数ミリ秒程度の熱時定数を持って発熱、冷却を繰り返す。チップ温度は、送信時間と出力の組合せに対応して温度変化をするが、その態様は一様ではないので予め送信継続時間（duration）と出力との様々な組合せパターンでのチップ温度の変化を測定する。
【００７６】
そして、これらの組合せのパターンを無線端末との間の通信をメモリ効果が発生したタイミング以降では送信しない第１のパターンか、そのパターンの内メモリ効果が軽減されてから送信する第２のパターンを想定した無線フレーム構成となる候補として、メモリ部５４にテーブル、リスト化して書込記録しておく（ステップｓ１）。
【００７７】
なお、この候補に対応してｐａ／ｐｂの歪データを対応してテーブルのリストに記載し、後述の候補選択の際に利用しても良い。
【００７８】
そして、歪が許容範囲を超えた時、ネゴシエーション時に設定した各無線端末ＭＳとの間の所要スループットを維持可能か、もしくはそれに近くなる無線フレーム構成をテーブル記載の候補から抽出して再設定する。
【００７９】
図１２は、歪みを防ぐ様なパターンの無線フレームを設定する処理手順を説明するフローチャートである。
【００８０】
各無線端末ＭＳが、セル境界から離れて無線基地局ＢＳのカバーエリアの中心近くに有る場合、第１の（歪み補償）パターンに従って、無線フレームが再設定される。すなわち、スケジューラ５の電力制御部５１は、現在の無線フレームの設定条件における各無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３に対するスループットを変調方式と送信継続時間から算出する（ステップｓ８１）。
【００８１】
メモリ部５４には、エリア内に存在する無線端末数に対応して無線フレーム構成（送信出力と変調方式の組合せなどから成るダウンリンクブロックの組合せの候補がリスト化されている。）候補と参照して、ここでは３つの無線端末の組合せの場合を探す（ステップｓ８２）。そして、例えば、抽出された無線フレーム構成としてＲｅｕｓｅ１とＲｅｕｓｅ３との対応を入替る（ステップｓ８３）。
【００８２】
なお、もし、より高いスループットが何れかの無線端末ＭＳから要求されていた場合、無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３の送信出力や変調方式を図９の説明に示すように更に変更（ステップｓ８４、ｓ８５）しても良い。
【００８３】
入れ替える前にＲｅｕｓｅ１のタイミングで行っていた無線端末ＭＳ１への送信は、無線端末ＭＳ２、ＭＳ３とへの大出力送信の前にＲｅｕｓｅ３で送信するので冷却期間にあたり、前の無線端末への送信による発熱の影響を受けることなく低歪みで送信できるようになる。
【００８４】
一方、無線端末ＭＳ２、ＭＳ３への送信は、無線端末ＭＳ１への送信の後になるが、無線端末ＭＳ１が近距離にあるため小出力であり発熱量も小さいため影響が少ない。また、この様な第１のパターンで送信する場合、電力制御部５１は、第１のパターンに応じて予め設定された予歪量を設定する制御情報をＤＰＤ４１へ送信して予歪量を更に調整してもよい。
【００８５】
また、無線端末ＭＳのいくつかが、無線基地局ＢＳのカバーエリアのセル端近くに有る場合、図１０の説明の様に第２のパターンに従って、無線フレームが再設定される。即ち、スケジューラ５の電力制御部５１は、現在の無線フレームの設定条件における各無線端末ＭＳ１〜ＭＳ３に対するスループットを変調方式と送信継続時間から算出する（ステップｓ９１）。
【００８６】
現在とスループット条件を満たす無線フレーム候補を第２の（補償）パターンから探す（ステップｓ９２）。詳細には、現在以上のスループットを与える変調方式で同じスループットが得られる送信継続時間の候補がメモリ部５４に記憶されたリストから読み出されて抽出され、無線端末ＭＳ２、ＭＳ３を６４ＱＡＭ変調方式にして１／２近くの短時間送信に変える（ステップｓ９３）。
【００８７】
また、電力制御部５１は、この第２のパターンに応じて更に予歪量を調整する制御情報をＤＰＤ４１へ送信する処理を行ってもよい。
【００８８】
ステップｓ８２，ステップｓ９２での候補抽出の際、又は、図１３のステップｓ８、ｓ９で最初からリストを参照する際、複数候補がある場合、リストに付記された歪データを更に比較参照してベストのものを選択するとよい。特に前述のパターンに応じて更にＤＰＤの予歪補正をしない場合にこの比較参照は、歪劣化を防ぐ上で有効である。
【００８９】
また、本発明は、上記の主旨を逸脱しない範囲で、実施例の処理手順や構成の組合せを変更しても適用可能である。
【００９０】
図１３は、図１１に示す処理手順の変形例を示すフローチャートである。  
図１３において、無線フレーム構成について、無線端末のセル内での位置を推定して決定する時に、ステップｓ８，ｓ９のチップ温度に起因する補正を最初から併せて考慮する処理手順である。予め、無線フレーム構成に対応して、歪発生を調べて組み合わせたデータをＦＦＲの無線フレーム構成の候補としておき、その歪み特性の良い順から運用するものを選択すれば送信電波の品質も良くなるので受信した時のエラー発生の確率も下がる。従ってエラー処理や再送などを減らすことが可能になるので無線基地局ＢＳと無線端末ＭＳとの総合的なスループットを上げる結果になる。
【００９１】
また、第１のパターンであってもＲｅｕｓｅ１のタイミングに高符号化の変調方式で短時間のダウンリンクバースト送信するものを候補として作成し、それを実際の送信に設定しても良い。
【００９２】
以上、述べた如く、本発明の無線基地局によれば、電力増幅器の歪み特性が劣化することを防いだＦＦＲで運用する無線基地局、およびＦＦＲ制御方法を提供することが出来る。
【符号の説明】
【００９３】
１  ネットワークインタフェース（Ｉ／Ｆ）
２  無線パケット形成部
３  変調・ＲＦ処理部
３１  変調・チャネル設定部
３２  利得調整部
４  電力増幅部（ＰＡ）
４１  ＤＰＤ(Digital Pre Distortion)
４２  アンプ
５  スケジューラ
５１  電力増幅部
５２  スケジュール部
５３  マッピング部
５４  メモリ部
６  歪監視部  
７  ハイブリッド（Ｈ）
８  アンテナ
９  雑音増幅器（ＬＮＡ）
１０  復調・ＲＦ処理部
１１  受信計測部
１２  データパケット形成部
ＢＳ１、・・・  無線基地局
ＭＳ１、・・・  無線端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012005053.tif 000009
【図８】
2012005053.tif 000010
【図９】
2012005053.tif 000011
【図１０】
2012005053.tif 000012
【図１１】
2012005053.tif 000013
【図１２】
2012005053.tif 000014
【図１３】
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