(57)【要約】【課題】  送信すべき送信データの残量に応じて適切な変調方式を動的に変更することで、消費電力および電波干渉の低減を図ることを目的とする。【解決手段】  本発明の無線通信システム１００における移動局は、データ送信部１９２と、基地局１２０への送信データの残量である送信データ残量を計算する残量計算部１８０と、送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択する変調方式選択部１８２と、選択された変調方式への変更を基地局に要求する変調方式要求部１８４と、を備え、基地局は、データ受信部３３０と、適応変調決定部３２０と、移動局から変調方式の変更要求を受け付ける変調方式受付部３２２と、移動局に要求された変調方式が適応変調決定部に決定された変調方式と異なる場合、移動局に要求された変調方式に変更する変調方式変更部３２４と、を備えることを特徴とする。【選択図】    図６
2009206627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と、該基地局と無線通信可能な移動局と、を含み両局間で適応変調が用いられる無線通信システムであって、
前記移動局は、
前記基地局へ送信データを送信するデータ送信部と、
前記基地局への送信データの残量である送信データ残量を計算する残量計算部と、
前記送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択する変調方式選択部と、
その時点で実行されている前記基地局が決定した変調方式の通信レートが、前記選択された変調方式の通信レートより高い場合、該選択された変調方式への変更を前記基地局に要求する変調方式要求部と、
を備え、
前記基地局は、
前記移動局からの送信データを受信するデータ受信部と、
前記受信した送信データの少なくとも信号対干渉雑音比に応じて前記移動局との変調方式を決定する適応変調決定部と、
前記移動局から変調方式の変更要求を受け付ける変調方式受付部と、
前記移動局に要求された変調方式が前記適応変調決定部に決定された変調方式と異なる場合、該移動局に要求された変調方式に変更する変調方式変更部と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記残量計算部は、ＭＡＣ層で管理される送信バッファ内のデータ量を計算することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記変調方式選択部は、前記送信データ残量に基づく通信レートでの通信が可能な変調方式のうち、通信電力が最小の変調方式を選択することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局は、
前記受信した送信データの信号対干渉雑音比が、前記決定または変更された変調方式において許容される信号対干渉雑音比の上下の閾値の中間値となるように制御信号を決定する制御信号決定部と、
前記決定された制御信号を前記移動局に送信する制御信号送信部と、
をさらに備え、
前記移動局は、
前記基地局からの制御信号を受信する制御信号受信部と、
前記基地局からの制御信号に応じて、該基地局への送信データの送信電力を調整する電力調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記移動局は、前記変調方式要求部の代わりに、その時点で実行されている前記基地局が決定した変調方式の通信レートが、前記変調方式選択部に選択された変調方式の通信レートより高い場合、変調方式を強制的に変えることが可能な変位量だけ送信電力の調整量を変位させて、該選択された変調方式に変更する調整量変位部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
基地局と適応変調による無線通信が可能な移動局であって、
前記基地局へ送信データを送信するデータ送信部と、
前記基地局への送信データの残量である送信データ残量を計算する残量計算部と、
前記送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択する変調方式選択部と、
その時点で実行されている前記基地局が決定した変調方式の通信レートが、前記選択された変調方式の通信レートより高い場合、該選択された変調方式への変更を前記基地局に要求する変調方式要求部と、
を備え、
前記基地局が、前記移動局から変調方式の変更要求を受け付けた場合、当該基地局が決定した変調方式を、該移動局に要求された変調方式に変更することを特徴とする移動局。
【請求項７】
移動局と適応変調による無線通信が可能な基地局であって、
前記移動局からの送信データを受信するデータ受信部と、
前記受信した送信データの少なくとも信号対干渉雑音比に応じて前記移動局との変調方式を決定する適応変調決定部と、
前記移動局から、送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式への変更要求を受け付ける変調方式受付部と、
前記移動局に要求された変調方式が前記適応変調決定部に決定された変調方式と異なる場合、該移動局に要求された変調方式に変更する変調方式変更部と、
を備えることを特徴とする基地局。
【請求項８】
基地局と、該基地局と無線通信可能な移動局と、を用いて両局間で適応変調が行われる無線通信方法であって、
前記移動局は、
前記基地局へ送信データを送信し、
前記基地局は、
前記移動局からの送信データを受信し、
前記受信した送信データの少なくとも信号対干渉雑音比に応じて前記移動局との変調方式を決定し、
前記移動局は、
前記基地局への送信データの残量である送信データ残量を計算し、
前記送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択し、
その時点で実行されている前記基地局が決定した変調方式の通信レートが、前記選択された変調方式の通信レートより高い場合、該選択された変調方式への変更を前記基地局に要求し、
前記基地局は、
前記移動局から変調方式の変更要求を受け付け、
前記移動局に要求された変調方式が前記信号対干渉雑音比に応じて決定された変調方式と異なる場合、該移動局に要求された変調方式に変更することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応変調による無線通信が可能な無線通信システム、移動局、基地局および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＨＳ(Personal Handy phone System)や携帯電話等の無線端末が普及し、無線端末の小型化、軽量化と共に通信品質および通信レートの向上が求められている。例えば、通信品質を維持しつつ、通信環境の変化に応じて適応的に変調方式を変え通信レートを向上させる適応変調が採用されつつある。
【０００３】
かかる適応変調は、移動局から基地局に送信される上り送信データの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise Ratio）やビットエラーレートに基づいて移動局と基地局との間の通信環境を推測し、より良い通信環境の下ではより高い通信レートを有する変調方式を選択し、通信環境の悪い状況下では低い通信レートを有する変調方式を選択して、安定した無線通信を実施する方式である。
【０００４】
また、特許文献１においては、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications）やＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）といった各サービスに要求される目標品質、例えば信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）を達成するため、通信レートに関するパラメータを動的に調整し、送信電力を最小限に抑える技術が公開されている。
【特許文献１】特表２００５−５００７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した適応変調を用いた技術においては、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいて変調方式が決まり、サービス毎にパラメータを調整する技術では、そのサービスの種類に基づいて変調方式が決まっている。従って、信号対干渉雑音比が一定の環境下や同一のサービスの下では通信レートが固定されることとなる。
【０００６】
しかし、データ通信中においては、そのアプリケーションにより特に移動局から基地局への上りに関して送信データ量が変動する場合が多い。例えば、電子メールの送信を試みた場合、作成した電子メールを送信する時間帯には送信データが一時的に多くなり、その他の時間帯には少なく、または全くないといった状況が生じ得る。
【０００７】
このような送信データが少ない、即ち、低い通信レートでも十分に送信データを送信できる状況においてまで、従来技術のように信号対干渉雑音比やサービスにのみ基づき過剰に高い通信レートや電力が選択された場合、無駄に電力を消費するだけでなく、周辺の通信機器に対する不要な干渉を招きかねない。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、送信すべき送信データの残量に応じて適切な変調方式を動的に変更することで、消費電力および電波干渉の低減を図ることが可能な、無線通信システム、移動局、基地局および無線通信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、基地局と、基地局と無線通信可能な移動局と、を含み両局間で適応変調が用いられる無線通信システムであって、移動局は、基地局へ送信データを送信するデータ送信部と、基地局への送信データの残量である送信データ残量を計算する残量計算部と、送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択する変調方式選択部と、その時点で実行されている基地局が決定した変調方式の通信レートが、選択された変調方式の通信レートより高い場合、選択された変調方式への変更を基地局に要求する変調方式要求部と、を備え、基地局は、移動局からの送信データを受信するデータ受信部と、受信した送信データの少なくとも信号対干渉雑音比に応じて移動局との変調方式を決定する適応変調決定部と、移動局から変調方式の変更要求を受け付ける変調方式受付部と、移動局に要求された変調方式が適応変調決定部に決定された変調方式と異なる場合、移動局に要求された変調方式に変更する変調方式変更部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
ここでは、残量計算部が送信データ残量を内部的に把握し、変調方式選択部がその把握された送信データ残量に基づいて適切な変調方式を動的に選択している。かかる構成により、送信データ残量が少ないとき、即ち、低い通信レートでも十分に送信データを送信できるときには通信レートの低い変調方式を選択して、データ送信に必要な最低限の伝送路を確保しつつ、消費電力および電波干渉の低減を図ることが可能となる。
【００１１】
残量計算部は、ＭＡＣ層で管理される送信バッファ内のデータ量を計算してもよい。かかる構成により、アプリケーション毎に積算された、送信が必要な送信データの総残量を正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【００１２】
変調方式選択部は、送信データ残量に基づく通信レートでの通信が可能な変調方式のうち、通信電力が最小の変調方式を選択してもよい。
【００１３】
かかる構成により、送信データを送信するのに必要な通信レートを確保しつつ、最小限の消費電力でデータ通信を行うことができ、消費電力および電波干渉のより適切な低減が可能となる。
【００１４】
基地局は、受信した送信データの信号対干渉雑音比が、決定または変更された変調方式において許容される信号対干渉雑音比の上下の閾値の中間値となるように制御信号を決定する制御信号決定部と、決定された制御信号を移動局に送信する制御信号送信部と、をさらに備えてもよく、移動局は、基地局からの制御信号を受信する制御信号受信部と、基地局からの制御信号に応じて、基地局への送信データの送信電力を調整する電力調整部をさらに備えてもよい。
【００１５】
ここでは、移動局の電力調整部と基地局の制御信号決定部とで閉ループが形成され、基地局が受信した送信データの信号対干渉雑音比がそのときの変調方式において許容される信号対干渉雑音比の上下の閾値の中間値となるようにリアルタイムに閉ループ制御される。従って、移動局と基地局との距離や通信環境の変化に拘わらず、受信した送信データの信号対干渉雑音比を安定させることができる。また、基地局における信号対干渉雑音比の目標値を、変調方式の許容される信号対干渉雑音比の上下の閾値の中間値に設定することで、信号対干渉雑音比の変動が変調方式の閾値を跨いでしまうのを防止し、変調方式の煩雑な切換を回避しつつ基地局と移動局との無線通信の安定性向上を図ることが可能となる。
【００１６】
移動局は、変調方式要求部の代わりに、その時点で実行されている基地局が決定した変調方式の通信レートが、変調方式選択部に選択された変調方式の通信レートより高い場合、変調方式を強制的に変えることが可能な変位量だけ送信電力の調整量を変位させて、選択された変調方式に変更する調整量変位部を備えてもよい。
【００１７】
上述したように、変調方式選択部は、送信データ残量が少ないとき、即ち、低い通信レートでも十分に送信データを送信できるときには通信レートの低い変調方式を選択する。ここでは、その変調方式変更のトリガを、移動局自体における送信電力の変化としている。送信電力を、変調方式を強制的に変えることが可能な変位量だけ変位させることで、基地局が適用的に変調方式を変化させ、所望する変調方式に変更することが可能となる。
【００１８】
本発明にかかる他の構成は、基地局と適応変調による無線通信が可能な移動局であって、基地局へ送信データを送信するデータ送信部と、基地局への送信データの残量である送信データ残量を計算する残量計算部と、送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択する変調方式選択部と、その時点で実行されている基地局が決定した変調方式の通信レートが、選択された変調方式の通信レートより高い場合、選択された変調方式への変更を基地局に要求する変調方式要求部と、を備え、基地局が、移動局から変調方式の変更要求を受け付けた場合、当該基地局が決定した変調方式を、移動局に要求された変調方式に変更することを特徴とする。
【００１９】
本発明にかかる他の構成は、移動局と適応変調による無線通信が可能な基地局であって、移動局からの送信データを受信するデータ受信部と、受信した送信データの少なくとも信号対干渉雑音比に応じて移動局との変調方式を決定する適応変調決定部と、移動局から、送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式への変更要求を受け付ける変調方式受付部と、移動局に要求された変調方式が適応変調決定部に決定された変調方式と異なる場合、移動局に要求された変調方式に変更する変調方式変更部と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明にかかる他の構成は、基地局と、基地局と無線通信可能な移動局と、を用いて両局間で適応変調が行われる無線通信方法であって、移動局は、基地局へ送信データを送信し、基地局は、移動局からの送信データを受信し、受信した送信データの少なくとも信号対干渉雑音比に応じて移動局との変調方式を決定し、移動局は、基地局への送信データの残量である送信データ残量を計算し、送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択し、その時点で実行されている基地局が決定した変調方式の通信レートが、選択された変調方式の通信レートより高い場合、選択された変調方式への変更を基地局に要求し、基地局は、移動局から変調方式の変更要求を受け付け、移動局に要求された変調方式が信号対干渉雑音比に応じて決定された変調方式と異なる場合、移動局に要求された変調方式に変更することを特徴とする。
【００２１】
上述した無線通信システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該移動局、基地局、無線通信方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明は、送信すべき送信データの残量に応じて適切な変調方式を動的に変更することで、消費電力および電波干渉の低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２４】
ＰＨＳ端末や携帯電話等に代表される移動局は、所定間隔をおいて固定配置される基地局と無線で通信を行う無線通信システムを構築する。ここでは、理解を容易にするため無線通信システム全体を説明し、その後、移動局としてのＰＨＳ端末および基地局の具体的構成を説明する。また、ここでは、移動局としてＰＨＳ端末を挙げているが、かかる場合に限らず、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、ＤＶＤプレイヤー、リモートコントローラ等無線通信可能な様々な電子機器を移動局として用いることもできる。
【００２５】
（第1の実施形態：無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００の概略的な接続関係を示した説明図である。当該無線通信システム１００は、ＰＨＳ端末１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、基地局１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網１３０と、中継サーバ１４０とを含んで構成される。
【００２６】
上記無線通信システム１００において、ユーザが自身のＰＨＳ端末１１０Ａから他のＰＨＳ端末１１０Ｂへの通信回線の接続を行う場合、ＰＨＳ端末１１０Ａは、通信可能範囲内にある基地局１２０Ａに無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１２０Ａは、通信網１３０を介して中継サーバ１４０に通信相手との通信接続を要求し、中継サーバ１４０は、他のＰＨＳ端末１１０Ｂの無線通信範囲内にある例えば基地局１２０Ｂを選択して基地局１２０Ａと基地局１２０Ｂとの通信経路を確保し、ＰＨＳ端末１１０ＡとＰＨＳ端末１１０Ｂの通信を確立する。
【００２７】
このような無線通信システム１００においては、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との通信品質を維持しつつ、通信環境の変化に応じて適応的に変調方式を変え通信レートを向上させる適応変調を用いることができる。ここでは、このような適応変調を用いて適切な変調方式での通信を行いつつ、一方で、ＰＨＳ端末１１０の内部的な送信データ残量を把握し、その送信データ残量によっては変調方式を消費電力の低い変調方式に変更することを目的としている。
【００２８】
（ＰＨＳ端末１１０）
図２は、ＰＨＳ端末１１０のハードウェア構成を示した機能ブロック図であり、図３は、ＰＨＳ端末１１０の外観を示した斜視図である。ＰＨＳ端末１１０は、端末制御部１６０と、端末メモリ１６２と、表示部１６４と、操作部１６６と、音声入力部１６８と、音声出力部１７０と、端末無線通信部１７２とを含んで構成される。
【００２９】
上記端末制御部１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路によりＰＨＳ端末１１０全体を管理および制御する。また、端末制御部１６０は、基地局１２０への送信データの残量である送信データ残量を計算する残量計算部１８０と、送信データ残量に基づく通信レートに対応した変調方式を選択する変調方式選択部１８２と、その時点で実行されている基地局１２０が決定した変調方式の通信レートが、変調方式選択部１８２により選択された変調方式の通信レートより高い場合、この選択された変調方式への変更を基地局１２０に要求する変調方式要求部１８４と、基地局１２０からの制御信号を受信する制御信号受信部１８６として機能する。さらに、端末制御部１６０は、端末メモリ１６２のプログラムを用いて、通話機能、メール送受信機能、撮像機能、音楽再生機能、ＴＶ視聴機能も遂行する。
【００３０】
ここでは、残量計算部１８０が後述する送信バッファ１８８に蓄積された送信データ残量を内部的に把握し、変調方式選択部１８２がその把握された送信データ残量に基づいて適切な変調方式を動的に選択している。かかる構成により、送信データ残量が少ないとき、即ち、低い通信レートでも十分に送信データを送信できるときには通信レートの低い変調方式を選択して、データ送信に必要な最低限の伝送路を確保しつつ、消費電力および電波干渉の低減を図ることが可能となる。
【００３１】
上記端末メモリ１６２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成され、端末制御部１６０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。また、本実施形態においては、アプリケーションにより生成された送信データを一時的に保持する送信バッファ１８８としても機能する。
【００３２】
上述した残量計算部１８０は、ＭＡＣ層（Media Access Control Layer）で管理される送信バッファ１８８内のデータ量を計算している。ここでＭＡＣ層は、７層で構成されるＯＳＩ（Open System Interconnection）参照モデルのデータリンク層に当たり、物理層を利用して実際に通信パケット(フレーム)のやりとりを行なっている。かかる構成により、アプリケーション毎に積算された、送信が必要な送信データの総残量を正確かつ迅速に把握することが可能となる。また、ここでは、ＭＡＣ層を例示しているが、送信データの残量を把握できる手段であればかかる構成に限られず、既知の様々な手段を用いることができる。
【００３３】
上記表示部１６４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)等で構成され、端末メモリ１６２に記憶された、または通信網１３０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。
【００３４】
上記操作部１６６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。
【００３５】
上記音声入力部１６８は、マイク等の音声認識手段で構成され、通話時に入力されたユーザの音声をＰＨＳ端末１１０内で処理可能な電気信号に変換する。
【００３６】
上記音声出力部１７０は、スピーカで構成され、ＰＨＳ端末１１０で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や、操作部１６６の操作音、アラーム音等も出力できる。
【００３７】
上記端末無線通信部１７２は、通信網１３０における基地局１２０との無線通信を行う。このような無線通信としては、基地局１２０内でフレームを時分割した複数のタイムスロットをそれぞれＰＨＳ端末１１０のチャネルに割り当てて通信を行う時分割多重方式（ＴＤＭ：Time Division Multiplex）等が採用されている。また、端末無線通信部１７２は、基地局１２０からの制御信号に応じて、基地局１２０への送信データの送信電力を調整する電力調整部１９０と、基地局１２０へ送信データを送信するデータ送信部１９２として機能している。
【００３８】
（端末無線通信部１７２）
図４は、端末無線通信部１７２の詳細な回路を示した回路図である。端末無線通信部１７２の送信ベースバンド制御部２００は、送信する信号をベースバンド帯域内で処理する。送信ベースバンド制御部２００で処理されたデジタル信号は、Ｄ／Ａコンバータ２０２および増幅器２０４を通じて実際のアナログ波形に変形される。そして、かかるアナログ波形のスプリアスやアンチエイリアシングノイズを除去するため１次ＩＦ−ＢＰＦ(Intermediate Frequency - Band Pass Filter)２０６を通じ、乗算器２０８でＩＦ局部発振器２１０からの中間信号と乗算し、増幅器２１２で増幅する。ＩＦ局部発振器２１０では、基準発振器２１４からの基準信号から中間周波数を有する中間信号を生成している。
【００３９】
そして、２次ＩＦ−ＢＰＦ２１６を通じた信号を乗算器２１８で送信ＲＦ局部発振器２２０からの送信周波数と乗算（拡散）し、ＲＦ(Radio Frequency)−ＢＰＦ２３２、増幅器２３４およびアッテネータ２３６を介してデュプレクサ２３８に送信される。この増幅器２３４やアッテネータ２３６は、上述した電力調整部１９０として機能し、制御信号受信部１８６が受信した制御信号に応じて、基地局１２０への送信データを増幅または減衰させる。また、デュプレクサ２３８は、データ送信部１９２として機能し、電力調整部１９０で調整された送信データを基地局１２０に送信する。
【００４０】
本実施形態においては、このような電力調整部１９０と、後述する基地局１２０の制御信号決定部３２６とで閉ループが形成され、基地局１２０の受信信号対干渉雑音比（受信ＳＩＮＲ：以下、信号対干渉雑音比を単にＳＩＮＲという。）ＳＩＮＲがそのときの変調方式において許容されるＳＩＮＲの上下の閾値の中間値（以下、単に、変調方式の中間値という。）となるようにリアルタイムに閉ループ制御される。従って、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との距離や通信環境の変化に拘わらず、基地局１２０における受信ＳＩＮＲを安定させることができる。
【００４１】
送信ＲＦ局部発振器２２０は、後述する受信ＲＦ局部発振器２５６と共に局部発振器を構成し、送信ベースバンド制御部２００に応じて基準発振器２１４からの基準信号を送信用のローカル信号に変更する。
【００４２】
デュプレクサ２３８は、増幅器２３４の信号を受け、アンテナ２４０への無線信号を制御しつつ、アンテナ２４０からの信号を受信し、受信系の電気回路に送信する。また、当該基地局１２０をシンプレックスとする場合には、デュプレクサ２３８の代わりに単なるスイッチを設けてもよい。
【００４３】
受信系の流れとして、ＰＨＳ端末１１０からの信号を受信したデュプレクサ２３８は、その受信信号を増幅器２５０に伝達する。増幅器２５０から出力された受信信号は、ＲＦ−ＢＰＦ２５２を通じ乗算器２５４で受信ＲＦ局部発振器２５６からの受信用のローカル信号に除算（逆拡散）され、中間周波数に落とされる。そして、増幅器２５８および１次ＩＦ−ＢＰＦ２６０を通じて、乗算器２６２で、ＩＦ局部発振器２１０からの中間信号で除算され、増幅器２６４および２次ＩＦ−ＢＰＦ２６６を介してＡ／Ｄコンバータ２６８によってデジタル化される。受信ベースバンド制御部２７０は、このようにデジタル化された受信信号をベースバンド帯域内で処理する。
【００４４】
（基地局１２０）
図５は、基地局１２０の概略的な構成を示したブロック図である。基地局１２０は、基地局制御部３１０と、基地局メモリ３１２と、基地局無線通信部３１４と、基地局有線通信部３１６とを含んで構成される。
【００４５】
上記基地局制御部３１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。また、基地局制御部３１０は、受信した送信データの少なくともＳＩＮＲに応じてＰＨＳ端末１１０との変調方式を決定する適応変調決定部３２０と、ＰＨＳ端末１１０から変調方式の変更要求を受け付ける変調方式受付部３２２と、ＰＨＳ端末１１０に要求された変調方式が適応変調決定部３２０に決定された変調方式と異なる場合、ＰＨＳ端末１１０に要求された変調方式に変更する変調方式変更部３２４と、受信した送信データのＳＩＮＲが、変調方式において許容されるＳＩＮＲの上下の閾値の中間値となるように制御信号を決定する制御信号決定部３２６と、決定された制御信号をＰＨＳ端末１１０に送信する制御信号送信部３２８として機能する。ここでは、変調方式決定のパラメータとしてＳＩＮＲを挙げているが、信号対雑音比（ＳＮＲ）や電界強度を用いることもできる。さらに、基地局制御部３１０は、基地局メモリ３１２のプログラムを用いて、ＰＨＳ端末１１０の通信網１３０や他のＰＨＳ端末１１０への通信接続を制御する。
【００４６】
上記基地局メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局制御部３１０で処理されるプログラムや時刻情報等を記憶する。
【００４７】
上記基地局無線通信部３１４は、ＰＨＳ端末１１０との通信を確立し、ＰＨＳ端末１１０の通信品質に応じて、変調方式やコーデックを適応的に変更することもできる。かかる基地局無線通信部３１４は、ＰＨＳ端末１１０からの送信データを受信するデータ受信部３３０としても機能する。
【００４８】
上記基地局有線通信部３１６は、通信網１３０を介して中継サーバ１４０を含む様々なサーバと接続することができる。
【００４９】
かかる基地局１２０は、上述したＰＨＳ端末１１０からの要求に応じて適切な変調方式を動的に変更し、ＰＨＳ端末１１０の消費電力および電波干渉を低減させる。また、基地局１２０の目標ＳＩＮＲをそのときの変調方式において許容されるＳＩＮＲの上下の閾値の中間値とすることで、変調方式の煩雑な切換を回避しつつ基地局と移動局との無線通信の安定性向上を図ることが可能となる。以下、送信データ残量に応じて変調方式を変更する動作と、ＰＨＳ端末１１０の電力調整部１９０と基地局１２０の制御信号決定部３２６との閉ループ制御の動作を詳細に説明する。
【００５０】
（無線通信方法）
図６は、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０とを用いた無線通信方法の具体的な処理を説明するための制御ブロック図である。ここでは、（１）適応変調に基づいて決定された変調方式によってＰＨＳ端末１１０から基地局１２０に送信データを送信し、それに付随して、（２）送信データ残量による変調方式の変更と、（３）そのように設定された変調方式でのＳＩＮＲの制御が実施される。
【００５１】
（１）適応変調に基づいて決定された変調方式による送信データの送信では、図６中実線で示されたように、ＰＨＳ端末１１０において、アプリケーションによって生成された送信データが一時的に送信バッファ１８８に保持され、電力調整部１９０で電力が調整された後、データ送信部１９２がその送信データを基地局１２０に送信する。基地局１２０では、データ受信部３３０がＰＨＳ端末１１０からの送信データを受信した後、適応変調決定部３２０がその送信データの少なくともＳＩＮＲに応じてＰＨＳ端末１１０との変調方式を決定する。こうして、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との間の通信環境に応じた適切な変調方式が選択され、安定した無線通信を実施することができる。
【００５２】
（２）送信データ残量による変調方式の変更では、図６中破線で示されたように、ＰＨＳ端末１１０の残量計算部１８０が基地局１２０への送信データの残量である送信データ残量を計算し、変調方式選択部１８２がその送信データ残量に基づく通信レートでの通信が可能な変調方式のうち、通信電力が最小の変調方式を選択する。
【００５３】
図７は、変調方式と通信レートとの関連付けを例示したテーブルである。ここでは、「ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）」、「ＱＰＳＫ（Quadrature PSK）」、「１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）」、「６４ＱＡＭ」の各変調効率と通信レートが１対１に対応して関連付けられている。例えば、変調方式選択部１８２が送信データ残量に基づき必要な通信レートとして１１．５Ｍｂｐｓを導出した場合、その通信レートでの通信が可能な変調方式、図７では「ＱＰＳＫ」、「１６ＱＡＭ」、「６４ＱＡＭ」のうち通信電力が最小の変調方式「ＱＰＳＫ」が選択されることとなる。
【００５４】
従って、送信データを送信するのに必要な通信レートを確保しつつ、最小限の消費電力でデータ通信を行うことができ、消費電力および電波干渉のより適切な低減が可能となる。
【００５５】
続いて、変調方式要求部１８４は、その時点で実行されている基地局１２０が決定した変調方式と変調方式選択部１８２が選択した変調方式を比較し、実行されている変調方式の通信レートが、選択された変調方式の通信レートより高い場合に、この選択された変調方式への変更を基地局１２０に要求する。ここで、実行されている変調方式の通信レートが、選択された変調方式の通信レートより低かった場合、本来、さらに通信レートの高い変調方式を選択すべきということになるが、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との位置関係や電波環境に基づいてかかる変調方式がやむを得ず選択されているので、変調方式の変更要求は行わない。
【００５６】
基地局１２０では、変調方式受付部３２２がＰＨＳ端末１１０から変調方式の変更要求を受け付け、変調方式変更部３２４がＰＨＳ端末１１０に要求された変調方式が適応変調決定部３２０に決定された変調方式と異なる場合、ＰＨＳ端末１１０に要求された変調方式に変更する。かかる変調方式は、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との通信方向（上り、下り）それぞれを独立して設定することができる。
【００５７】
図８は、変調方式変更部３２４の処理の具体例を示した説明図である。特に図８（ａ）は、目標ＳＩＮＲを、図８（ｂ）および（ｃ）は、受信ＳＩＮＲを示している。ここでは理解を容易にするため、適応変調方式における隣接する変調方式の閾値を０ｄＢ、１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢとしている。従って、図８に示す３つの変調方式は、０〜１０ｄＢ、１０〜２０ｄＢ、２０〜３０ｄＢの受信ＳＩＮＲを許容し、目標ＳＩＮＲとしては、中間値である５ｄＢ、１５ｄＢ、２５ｄＢが採られる。
【００５８】
例えば、適応変調決定部３２０によって２０〜３０ｄＢの変調方式が選択されている状況で、変調方式要求部１８４が変調方式を２段階落とす（−２０ｄＢ）要求をしてきた場合、変調方式変更部３２４は、変調方式を０〜１０ｄＢに変更すると共に、図８（ａ）に実線で示したように目標ＳＩＮＲを２５ｄＢから５ｄＢに変更する。このような変更によって２０〜３０ｄＢの変調方式における図８（ｂ）のような受信ＳＩＮＲが低減され、図８（ｃ）のようになる。従って、消費電力および電波干渉の低減が図られる。
【００５９】
さらに（２）送信データ残量による変調方式の変更では、残量計算部１８０が送信データ残量を内部的に把握し、変調方式選択部１８２がその把握された送信データ残量に基づいて適切な変調方式を動的に選択している。かかる構成により、送信データ残量が少ないとき、即ち、低い通信レートでも十分に送信データを送信できるときには通信レートの低い変調方式を選択して、データ送信に必要な最低限の伝送路を確保しつつ、消費電力および電波干渉の低減を図ることが可能となる。
【００６０】
（３）設定された変調方式でのＳＩＮＲの制御では、図６中一点鎖線で示されたように、基地局１２０の適応変調決定部３２０または変調方式変更部３２４によって設定された変調方式の中間値が目標ＳＩＮＲとして設定され、制御信号決定部３２６に送信される。制御信号決定部３２６では、目標ＳＩＮＲから、データ受信部３３０が受信した受信ＳＩＮＲを減算して、その結果に応じた制御信号を生成する。具体的には、受信ＳＩＮＲと目標ＳＩＮＲ（現行の変調方式の中間値）とを比較し、受信ＳＩＮＲが小さい場合には、ＰＨＳ端末１１０の送信電力を上げる方向に制御信号を決定し、受信ＳＩＮＲが大きい場合にはＰＨＳ端末１１０の送信電力を下げる方向に制御信号を決定する。
【００６１】
かかる制御信号としては、例えば、送信データに含まれる任意のビットを、送信電力を上げる場合「０」に、下げる場合「１」に設定し、１回の送信につき送信電力を１ｄＢずつ変位させることができる。また、このような離散値のみならず、目標ＳＩＮＲと受信ＳＩＮＲとの差分に応じた制御量を制御信号として送信することもでき、この場合、当該閉ループ制御が迅速に定常状態に推移するので、より早期に受信ＳＩＮＲが安定する。
【００６２】
このように基地局１２０における目標ＳＩＮＲを、変調方式の中間値に設定することで、受信ＳＩＮＲの変動が変調方式の閾値を跨いでしまうのを防止し、変調方式の煩雑な切換を回避しつつ基地局１２０とＰＨＳ端末１１０との無線通信の安定性向上を図ることが可能となる。
【００６３】
そして、制御信号送信部３２８がこの制御信号をＰＨＳ端末１１０に送信する。かかる制御信号は、デジタルデータなので、その値に外乱が混合することがない。ＰＨＳ端末１１０では、電力調整部１９０が基地局１２０からの制御信号に応じて、基地局１２０への送信データの送信電力を調整する。調整された送信データはデータ送信部１９２によって基地局１２０に送信される。ここで、送信された送信データは、局間距離の変化等伝播路における外乱としての通信環境の変化を受けてその受信ＳＩＮＲが変化する。
【００６４】
ここでは、移動局の電力調整部１９０と基地局の制御信号決定部３２６とで閉ループが形成され、基地局１２０が受信した送信データのＳＩＮＲがそのときの変調方式において許容されるＳＩＮＲの上下の閾値の中間値となるようにリアルタイムに閉ループ制御される。従って、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との距離や通信環境の変化に拘わらず、受信した送信データのＳＩＮＲを安定させることができる。また、基地局１２０におけるＳＩＮＲの目標値を、変調方式の許容されるＳＩＮＲの上下の閾値の中間値に設定することで、ＳＩＮＲの変動が変調方式の閾値を跨いでしまうのを防止し、変調方式の煩雑な切換を回避しつつ基地局と移動局との無線通信の安定性向上を図ることが可能となる。
【００６５】
（第２の実施形態）
当該無線通信システム１００では、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０とのデータ通信中に、変調方式をＰＨＳ端末１１０からの送信データ残量に応じた適切な変調方式に変更することを目的としている。かかる変調方式の変更は、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０とが既に適応変調に基づく変調方式を用いてデータ通信を行っているので、ＰＨＳ端末１１０が主体となって変調方式を強制的に変更することができなかった。従って、上述した第１の実施形態では、変調方式選択部１８２が変調方式を新たに選択した際、変調方式要求部１８４が一旦基地局１２０に所望する変調方式を送信し、変調方式変更部３２４が主体となって変調方式を変更している。
【００６６】
しかし、ＰＨＳ端末１１０の残量計算部１８０は、送信バッファ１８８の送信データの残量を常に把握しているので、送信データの残量なし、即ち、送信データの送信が行われていないという状態も把握することができる。そこで、本実施形態では、変調方式の変更が生じた場合に、基地局１２０の適応変調が受信ＳＩＮＲの変化に応じて変調方式を自動的に変化させる構成を利用して、変調方式変更のトリガをＰＨＳ端末１１０内で完結する構成を述べる。
【００６７】
第２の実施形態におけるＰＨＳ端末４１０は、図２におけるＰＨＳ端末１１０の変調方式要求部１８４、および基地局１２０の変調方式受付部３２２、変調方式変更部３２４の代わりに、その時点で実行されている基地局が決定した変調方式の通信レートが、変調方式選択部１８２に選択された変調方式の通信レートより高い場合、変調方式を強制的に変えることが可能な変位量だけ送信電力の調整量を変位させて、選択された変調方式に変更する調整量変位部４１２を有している。ここで、変調方式を強制的に変えることが可能な変位量は、現行の変調方式の中間値と、新たな変調方式の中間値との差分である。また、第１の実施形態において既に説明した構成要素は、実質的に機能が同一なので重複説明を省略する。
【００６８】
図９は、ＰＨＳ端末４１０と基地局４２０とを用いた無線通信方法の具体的な処理を説明するための制御ブロック図である。（３）送信電力に関する閉ループに関しては、図６と同様に動作する。閉ループ制御中に調整量変位部４１２が残量計算部１８０から送信された送信データ残量に基づいて変調方式を新たに選択した場合、調整量変位部４１２は、残量計算部１８０から送信データ残量０（ゼロ）の報告を待って、電力調整部１９０の調整量を、変調方式を強制的に変えることが可能な変位量分（上述した図８の例では、１０ｄＢ）だけ変位させる。
【００６９】
すると、基地局１２０で受信される送信データの受信ＳＩＮＲは、かかる変位量の変位によって急激に（例えば１０ｄＢ）変化し、適応変調決定部３２０は、適応変調に基づいて変調方式を変更する。こうして、基地局１２０では目標ＳＩＮＲが新たな変調方式の中間値に更新され、それに応じた制御信号がＰＨＳ端末１１０に送信される。
【００７０】
本実施形態では、このように送信電力を、変調方式を強制的に変えることが可能な変位量だけ変位させることで、基地局１２０が適用的に変調方式を変化させ、所望する変調方式に変更することが可能となる。こうして、簡易な構成で、送信すべき送信データの残量に応じて適切な変調方式を動的に変更することで、消費電力および電波干渉の低減を図ることが可能となる。
【００７１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、適応変調による無線通信が可能な無線通信システム、移動局、基地局および無線通信方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施形態における、無線通信システムの概略的な接続関係を示した説明図である。
【図２】ＰＨＳ端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。
【図３】ＰＨＳ端末の外観を示した斜視図である。
【図４】端末無線通信部の詳細な回路を示した回路図である。
【図５】基地局の概略的な構成を示したブロック図である。
【図６】ＰＨＳ端末と基地局とを用いた無線通信方法の具体的な処理を説明するための制御ブロック図である。
【図７】変調方式と通信レートとの関連付けを例示したテーブルである。
【図８】変調方式変更部の処理の具体例を示した説明図である。
【図９】ＰＨＳ端末と基地局とを用いた無線通信方法の具体的な処理を説明するための制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００  …無線通信システム
１１０、４１０  …ＰＨＳ端末（移動局）
１２０、４２０  …基地局
１８０  …残量計算部
１８２  …変調方式選択部
１８４  …変調方式要求部
１８６  …制御信号受信部
１８８  …送信バッファ
１９０  …電力調整部
３２０  …適応変調決定部
３２２  …変調方式受付部
３２４  …変調方式変更部
３２６  …制御信号決定部
３２８  …制御信号送信部
３３０  …データ受信部
４１２  …調整量変位部
【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】
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【図８】
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【図９】
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