JP3676166B2 - 送信器においてのコーディング／変調方式から１つを選択するための方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信に関し、特に、無線システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の多くの無線データネットワークは、一連の固定長の物理層ブロック（単に「ブロック」と呼ぶ）にて基地局と移動体の間でデータを送信する。各ブロックは、多くのペイロードビットとパリティビットからなる。それらは、フォワードエラー訂正コード（コーディング）方式によって生成される。一般に、ブロック当たりのパリティビットを増やすと検出し訂正することができるエアリングエラーの数を増やすことができる。
【０００３】
しかし、ブロック当たりのパリティビットの数を増やすと、明らかに利用可能なペイロードビットの数が減ってしまう。従って、ジェネラルパケットラジオサービス（ＧＰＲＳ）ネットワークのような無線データネットワークはエアリンク上でデータを送信するのに複数のコーディング方式を用いる。受信した信号対音比（ＳＮＲ）が高ければ、エアリンクビットエラーレートは低くなる。結果として、パリティビットの数が少ないコーディング方式が適切な保護を与えることが多い。ＳＮＲが低ければ、エアリンクエラーに対してデータを保護するのに「強い」コーディングが必要となる。強いコーディングは各ブロックにより多くのパリティビットを加える。
【０００４】
セルラーエアリンクのエラーパフォーマンスは、移動体がセル内を移動するにつれて変化する。エアリンクを最も有効に利用するため、セルラーエアリンクの品質の変化に応じてコーディング方式が動的に選択される。現在のコーディング方式選択アルゴリズムは、チャネル品質指標（ＣＱＭ）の関数である。ＣＱＭは、例えば、ソフトビットないしソフトシンボル情報、ブロックないしビットエラーレート評価、受信信号強度、および／または搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）の関数である。
【０００５】
例えば、与えられたコーディング方式におけるＣ／Ｉに関して、ブロックエラーを発生させる伝送の部分は、受信信号のＣ／Ｉ値が増えると減る。シミレーションないし解析技術を用いると、ペイロードビットがＣ／Ｉの関数としてエアリンク上を運ばれたレートを評価することができる。無線データネットワークにおいて利用可能な全てのコーディング方式に対してスループット対Ｃ／Ｉ曲線をプロットすると、コーディング方式を切り替えるのに有利なＣ／Ｉの値を示す。
【０００６】
図１には、３つのコーディング方式Ｉ、II、IIIに対するスループットＣ／Ｉのプロットを示してある。コーディング方式Ｉは最も強く、コーディング方式IIIは最も弱い。Ｃ／Ｉ切り替えポイントは、しばしば送信器においてハードコーディングされる。Ｃ／Ｉ測定に基づいて、送信器は評価された受信Ｃ／Ｉレベルにて最もよいパフォーマンス（最も高いスループット／最も低い遅延）を与えるコーディング方式へと切り替わる。
【０００７】
エンハンスドＧＰＲＳ、北米ＴＤＭＡパケットデータチャネルのような他のシステムにて、類似な選択技術が用いられている。例えば、チャネルコーディングレートの代わりあるいはこれに加えて、変化するＣ／Ｉに対して同様なトレードオフを実現するために変調方式（信号コンステレーションサイズ）を変化するものがある。従って、北米ＴＤＭＡパケットデータチャネルにおいて、チャネルコーディングレートは固定化され（５／６に)、変調方式は４レベル（ＤＱＰＳＫ)と８レベル（コヒレント８ＰＳＫ）の間で切り替えられる（１６レベル（未だ規定されていない）まで拡張することができる)。
【０００８】
この場合、もし３つのフォーマットＩ、II、IIIを３つの変調方式と考えれば、図１に示したようなものと同じパフォーマンスのトレードオフが適用される。（本明細書において、「コーディング／変調方式」は、信号を送信するのに用いられるコーディング方式、変調方式、コーディングおよび変調方式のいずれをも意味する。）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
我々は、ＣＱＭのみ（例えば、Ｃ／Ｉ）に基づくコーディング／変調方式を選択することはブロックにおける空きバンド幅をいずれも有利に用いていないことを観測した。従って、データ方向は特定のブロックに対して最大化されていない。例えば、ペイロードビットはまとまったブロック数で常に送られる。１バイトのペイロードを送られることを望む送信器は、どのコーディング／変調器方式を用いているかに関わらず１ブロックを送らなければならない。しかし、もしコーディング／変調方式の選択がＣＱＭのみに基づいていれば、パリティビットの数が最も少ないコーディング／変調方式が、空きバンド幅がブロックにおいて利用可能であることに関わらず用いられる。結果的に、パリティビットの数が最も少ないコーディングを用いると、データ保護のレベルが低くなり、エアリンクを有効利用ができなくなってしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるコーディング／変調選択方式は、ＣＱＭ測定およびブロックにて送られるペイロードビットの量を考慮する。結果として、与えられたペイロードビットの量に対して最も強いコーディング／変調方式を用いることができる。
【００１１】
一実施例において、送信器は、無線データネットワーク上でデータを送信する際にｋのコーディング／変調方式のうちの１つを用いる。送信器はまず、Ｃ／Ｉ測定の関数としてコーディング／変調方式Ｃを選択する。続いて送信器は、コーディング／変調方式Ｃを用いてデータパケット群Ｄを送信するのに必要なブロック数Ｂを計算する。また、送信器は、選択されたコーディング／変調方式Ｃよりも強い各コーディング／変調方式に対して、データパケット群Ｄを送信するのに必要なブロック数を計算する。
【００１２】
最終的に送信器は、最も強いコーディング／変調方式を用いてＢブロックにおけるデータパケット群Ｄを送信するコーディング／変調方式を選択する。結果として、各ブロックは利用可能な最も強いコーディング／変調方式を用いて送信される。従って、再送信は少なくなり、パケット送信遅延は、低くなって変動は少なくなり、最大スループットを高く実現することができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２には、本発明の原理に従う無線送信器部分のブロック図を示す。本発明のコンセプト以外は、図２における要素は周知であり、詳細には説明しない。同様に、対応する受信器や送信器の他の部分（図示せず）のような無線システムの残りの部分は周知であり詳細には説明しない。
【００１４】
送信器部分１００は、受信器１０５、コントローラ１１０、送信器バッファ１１５、送信器１２０を備える。受信器１０５は受信された無線信号を処理し、信号１０６によってＣ／Ｉの測定値ないし評価および回復したデータを与える。（本明細書において、信号は、シグナリング情報を与える多くの方法のうちのいずれをも意味する。例えば、これは、受信器１０５が別々のＩＣまたはコントローラ１１０の一部である場合においてソフトウェアレジスタによって、あるいはハードワイヤのシリアルまたはパラレル信号路により与えられる。）
【００１５】
コントローラ１１０は、メモリー（図示せず）を有する格納プログラム制御マイクロプロセッサであり、送信バッファ１１５にて送信のためにペンディング状態であるデータ量Ｄを表す信号１１６および測定したＣ／Ｉを受信する。本発明の原理に従い、下で詳細に述べるように、コントローラ１１０は、選択したコーディング／変調方式が与えられた測定Ｃ／ＩおよびデータＤに対して最大の利用可能保護を用いてデータＤを送信するように、ｋの利用可能コーディング／変調方式（各コーディング／変調方式は異なる量のエラー保護を与える）からコーディング／変調方式を選択する。コントローラ１１０は選択したコーディング／変調方式を用いてデータＤを送信するために送信器１２０を制御する。
【００１６】
図３において、コントローラ１１０にて用いられる本発明の原理を用いる方法の流れ図を示した。Ｃ／Ｉを１０５により測定ないし評価する（２１０)。コントローラ１１０により測定したＣ／Ｉを用い（２１５)、従来技術（例えば、ｋ＝３利用可能なコーディング／変調方式に対して図１に示したものと類似のスループット対Ｃ／Ｉ曲線に従う選択を行う）の技術を用いて測定したＣ／Ｉにおけるスループットを最大にする（ｋの利用可能なコーディング／変調方式から）コーディング／変調方式Ｃを選択する。
【００１７】
コーディング／変調方式Ｃを選択すると、コントローラ１１０は、選択したコーディング／変調方式Ｃにてデータ量Ｄを表すデータパケットのセットを送信するのに必要な物理層ブロックＢの数を決める（２２０)。コントローラ１１０は、同じ物理層ブロックの数Ｂを用いて、データＤをまた送信するｋの利用可能なコーディング／変調方式のうちの最も強いコーディング／変調方式Ｃ^*を決める（２２５)。コントローラ１１０はコーディング／変調方式Ｃ^*を用いて送信を待つパケットを送信するために送信器１２０を制御する。
【００１８】
ＧＰＲＳネットワークにおいて、ＧＰＲＳにて用いられる４つのコーディング／変調方式全てに対して、ＴＣＰ（トランスミッションコントロールプロトコル）アクノーレッジメント（肯定応答）パケット（ネイティブＴＣＰ／ＩＰヘッダー圧縮がＧＰＲＳにより適用される後）が１つの物理層ブロックに収まることを我々は認識した。ＴＣＰアクノーレッジパケットは、ＧＰＲＳネットワーク上を運ばれるデータパケットの大部分を構成することがしばしばである。実際にインターネットパケットの大部分は１もしくは２のＧＰＲＳエアリンクブロックへと収まるであろう。例えば、インターネットバックボーン測定により、パケットの約半分の長さが６４バイト以下の長さであることを示している。従って、ＧＰＲＳネットワークに本発明の原理を用いると、ＴＣＰ／ＩＰトラフィックの部分に対して効率を改善し再伝送率を下げることができる。
【００１９】
本明細書において、離散的な機能ブロック（例えば、送信バッファ１１５）によって本発明の原理を示したが、これらブロックのいずれの機能をも１もしくは複数の適切にプログラムされたプロセッサないしプロセッシング回路（例えば、デジタルシグナルプロセッサ、離散的回路要素、ＩＣ）によって実現することができる。またＣ／Ｉに関連して本発明の原理を説明したが、いずれのＣＱＭをも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スループット対Ｃ／Ｉ曲線のグラフ図。
【図２】本発明の原理を用いる送信器部分。
【図３】本発明の原理を用いる方法の流れ図。
【符号の説明】
２１０ ＣＱＭを測定
２１５ 測定したＣＱＭの関数としてｋのチャネルコーディングから１つを選択
２２０ 選択したコーディング／変調方式を用いて、データＤを送信するのに必要なブロック数Ｂを決める
２２５ データＤをＢのブロックで送信する最も強いコーディング／変調方式を選択
２３０ 選択した最も強いコーディング／変調方式を用いて送信

Claims (6)

1. 送信器においてｋ個のコーディング／変調方式のうちから最も強いコーディング／変調方式を選択するための方法であって、
   （ａ）チャネル品質指標（ＣＱＭ）を測定するステップと、
   （ｂ）測定されたＣＱＭの関数として、該ｋ個のコーディング／変調方式のうちの最初の１つを選択するステップと、
   （ｃ）該最初のコーディング／変調方式を用いて与えられた量Ｄのデータを送信するのに必要なブロック数Ｂを計算するステップと、
   （ｄ）できるだけ多くのパリティビットを用いて、Ｄ個のデータのすべてをＢ個のブロックで送信することとなる次のコーディング／変調方式であって、最も強いコーディング／変調方式から成る次のコーディング／変調方式を、該ｋ個のコーディング／変調方式の中から選択するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記ステップ（ｄ）が、前記選択された次のコーディング／変調方式よりも高い保護を与える他のコーディング／変調方式の各々に対してＤ個のデータを送信するのに必要なブロック数をそれぞれ計算するステップを含む請求項１記載の方法。
3. 前記送信器が、無線送信器である請求項１記載の方法。
4. チャネル品質指標（ＣＱＭ）を測定する際に用いる受信回路と、
   （ａ）チャネル品質指標（ＣＱＭ）を測定し、
   （ｂ）該測定されたＣＱＭの関数として、ｋ個のコーディング／変調方式のうちの最初の１つを選択し、
   （ｃ）該最初のコーディング／変調方式を用いて与えられた量Ｄのデータを送信するのに必要なブロック数Ｂを計算し、および
   （ｄ）できるだけ多くのパリティビットを用いて、Ｄ個のデータのすべてをＢ個のブロックで送信することとなる次のコーディング／変調方式であって、最も強いコーディング／変調方式から成る次のコーディング／変調方式を、該ｋ個のコーディング／変調方式の中から選択する、
   よう動作するプロセッサと、を備えることを特徴とする送信器。
5. 前記送信器が、各ブロックがデータビットおよびパリティビットからなる固定長のブロックを送信する請求項４記載の送信器。
6. 前記送信器が無線送信器である請求項４記載の送信器。

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