JP4199794B2 - データ送信方法及び装置並びにデータ受信方法及び装置 - Google Patents

データ送信方法及び装置並びにデータ受信方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、データ通信方法及び装置に関し、より詳細には、データ伝送に伴う平均電力の制限下において、一定のエラーレートで規定される通信品質で、有限通りの変調方式の組み合わせでデータ伝送レートを向上可能なデータ通信方法及び装置に関し、更に詳細には、マルチキャリア変復調方式に適用可能なデータ通信方法及び装置に関する。
エンドユーザに対して一定のエラーレート（誤り率）でデータを伝送できる多種多様なデータ通信システムが開発されている。ここで、データ通信に要求されるサービス品質ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を達成するために、データ通信に使用される伝送路の品質特性を、通常ＳＮ比（信号対雑音比）の測定等によって特定し、特定された伝送路特性に対して所定のサービス品質ＱｏＳを満足して最大限のデータ伝送レートを達成可能な一つの変調方式が利用可能な選択肢の中から選択され使用される（例えば、下記の特許文献１、特許文献２を参照）。ここで、利用可能な各変調方式は、各変調方式の伝送特性（変調多値数：シンボル当たりの情報量）に応じて要求されるＳＮ比（閾値ＳＮ比）が予め設定され、伝送路の品質特性を示すＳＮ比が上記閾値ＳＮ比を上回る伝送路に使用された場合に、上記要求されるサービス品質ＱｏＳを満足する。実用上の理由から、多くの通信システムでは利用可能な変調方式の選択肢が少数に限定されており、その際の利用可能な各変調方式間での上記閾値ＳＮ比の間隔が大きいと問題となる。即ち、選択された変調方式の閾値ＳＮ比と伝送路の実際のＳＮ比の差が大きくなる可能性が生じる。閾値ＳＮ比に対する伝送路の実際のＳＮ比の超過分がデータ伝送に利用されず、結果として伝送路のデータ伝送能力が有効に利用されないことになる。
データ伝送に伴う平均電力に対する制約が緩和されている場合に、送信されるシンボル（ディジタル変調後の基本となる信号波形の単位）は、利用可能な変調方式の次に大きな閾値ＳＮ比に到達するように信号電力を僅かに増大させて伝送路のＳＮ比を増大させることで、伝送路が実際に有するＳＮ比を有効に利用できるようになる（例えば、下記の特許文献３参照）。しかしながら、通信規格によっては、監督機関によって送信電力等が厳格に規定されており、上述の送信シンボルの電力を増大させる技術が利用できない場合がある。
上記問題に対処して伝送レートを向上させるために、幾つかの通信システムでは、利用可能な変調方式を相当数用意して、閾値ＳＮ比の間隔を縮小する試みがなされている。しかしながら、斯かる多くの変調方式を用意する対処法では、たとえ、他の設計選択やパラメータによって誘起される所定の追加的な限定に対処可能としても、送信機及び受信機の複雑度は著しく増大する。
他の従来システムでは、閾値ＳＮ比に対する伝送路の実際のＳＮ比の超過分を有効に利用するために、送信側で幾つかのエンコード（符号化）されたデータストリームを線形合成或いはプリエンコードして得られた情報シンボルを送信し、受信側で情報シンボルを逆合成或いはプリデコードする対処が提案されている（例えば、下記の特許文献４参照）。しかし、斯かる対処法では、膨大な計算量を要し、相関する雑音等の不利な伝送路条件によって通信品質の劣化を被ることになる。
米国特許第５４７９４４７号明細書 米国特許第５５９６６０４号明細書 米国特許第６０７５８２１号明細書 米国特許第６９８５５３４号明細書
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、データ伝送に伴う平均電力を一定限度内に抑制しつつ、複数の変調方式を利用して伝送路の実際のＳＮ比の有効利用を可能にして、データ伝送レートを向上可能なデータ送信方法及び装置並びにデータ受信方法及び装置を提供する点にある。
上記目的を達成するための本発明に係るデータ送信方法は、送信データを複数の１ビットまたは２ビット以上のデータ片に分割して、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式を用いて前記データ片毎にディジタル変調を施して、１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信するデータ送信方法であって、
前記２以上の変調方式毎に前記変調多値数が大きいほど大きく調整される固有の送信電力で定まる前記送信データの送信に要する平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記データ片当りの平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記各データ片に割り当てる前記変調方式毎の利用率を設定する利用率設定工程と、
前記利用率設定工程で設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対して、前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てて前記送信データを前記データ片に分割する変調方式割当工程と、
前記各データ片に対して、前記変調方式割当工程で夫々割り当てられた前記変調方式でディジタル変調を施す変調工程と、を有することを第１の特徴とする。
上記第１の特徴のデータ送信装置は、更に、前記変調工程において前記２以上の変調方式で夫々変調される前記データ片毎の送信出力が、一定の基準送信出力となるように設定されており、前記基準送信出力でディジタル変調された前記各データ片の送信出力に実数または複素数の増減係数を乗じて、前記各データ片の送信電力が前記変調方式毎に固有の送信電力となるように調整する出力調整工程を有し、前記利用率設定工程において、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率とともに前記増減係数を夫々設定することを第２の特徴とする。
ここで、変調多値数が相互に異なる変調方式では、信号出力が同じであれば、一定の伝送路の品質特性（ＳＮ比）に対して、変調多値数が多いほどデータ伝送レートは高くなる反面、ノイズに弱くなりエラーレートが高くなりサービス品質ＱｏＳが低下する。そこで耐ノイズ性を向上させてエラーレートを低減するには、信号出力を大きくすれば良いが、そうすると一定の送信データの送信に要する平均送信電力が増加して、当該平均送信電力の最大値が規定されている場合等には、問題となる。ここで、変調多値数とは、変調信号波形の１データ状態を示す基本単位部分に含まれる情報量（状態数）を意味する。因みに、当該基本単位部分は一般にシンボルと呼ばれる。
そこで、上記第１または第２の特徴のデータ送信方法によれば、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式を用い、変調方式毎の送信出力が、変調多値数が大きいほど高く設定され、平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、平均ビットレートが、平均送信電力の規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、変調方式毎の利用率が設定され、当該利用率に基づいて、各データ片に対して２以上の変調方式の中から選択された１つの変調方式を各別に割り当てるので、各データ片に対して単一の変調方式を一律に使用した場合に比べて、平均送信電力と最大エラーレートが同じであれば、平均ビットレートを向上させることができる。
特に、上記第２の特徴のデータ送信方法によれば、変調方式毎に固有の送信電力の調整を、使用する伝送路の品質特性（ＳＮ比）に合わせて最適化できるので、更に、エラーレートの低減、或いは、平均ビットレートの向上を図ることができる。
上記第１または第２の特徴のデータ送信方法は、更に、前記利用率設定工程において、前記利用率の可能な複数通りの組み合わせが予め計算され格納しているテーブルを用いて、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率を前記テーブルに格納された前記利用率の可能な複数通りの組み合わせの中から最適な組み合わせを選択して設定することを第３の特徴とする。
上記第３の特徴のデータ送信方法によれば、予め利用率の組み合わせがテーブル化され想定済みであるので、使用する利用率に応じて各データ片に変調方式を割り当てる処理が簡易化できる。尚、各利用率は分数表記可能な有理数となる。
上記何れかの特徴のデータ送信方法は、更に、前記予め用意された変調方式の数が２であることを第４の特徴とする。
上記第４の特徴のデータ送信方法によれば、２つの変調方式の夫々に対して要求されるＳＮ比を、使用する伝送路の品質特性（ＳＮ比）に対して一方が高く、他方が低くなるように、２つの変調方式が選択されることで、要求されるＳＮ比が低い方の、つまり変調多値数が小さい変調方式の送信電力を小さく、逆に、要求されるＳＮ比が高い方の、つまり変調多値数が大きい変調方式の送信電力を小さくすることで、上記第１乃至第３の特徴のデータ送信方法の作用効果を奏することができる。また、使用する変調方式が２つだけであるので、夫々の送信電力の調整幅（一方は増大幅、他方は減少幅）を小さく抑えることができ、効率的な送信電力の調整が可能となる。更に、使用する変調方式が２つだけであるので、予め用意すべき変調回路の簡単化が図れる。
上記何れかの特徴のデータ送信方法は、更に、前記変調工程において、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記各データ片を、各別に割り当てた前記変調方式でディジタル変調することを第５の特徴とする。ここで、前記変調方式割当工程において、前記変調工程で前記タイムスロット毎に逐次ディジタル変調され前記１つの伝送路または前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記各データ片に前記変調方式を各別に割り当てることが好ましい。
上記第５の特徴のデータ送信方法によれば、１つの伝送路または複数の副伝送路の１つに、２以上の変調方式を用いてタイムスロット毎にデータ片にディジタル変調を施して時系列に連続して送信する場合において、上記第１乃至第４の特徴のデータ送信方法の作用効果を奏することができる。
上記第１乃至第４の何れかの特徴のデータ送信方法は、更に、前記変調工程において、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記変調方式割当工程で前記利用率に基づいて前記変調方式が各別に割り当てられた複数の前記データ片の夫々に対して、対応する前記変調方式で並列にディジタル変調を施し、前記変調工程においてディジタル変調された前記データ片の夫々を、前記副伝送路毎の前記変調方式の時系列パターンが前記利用率を満足するように、前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続するマッピング工程を有することを第６の特徴とする。ここで、前記マッピング工程において、前記タイムスロット毎に逐次出力され前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記変調工程でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続することが好ましい。
上記第６の特徴のデータ送信方法によれば、送信データを複数の副伝送路に分けて、各副伝送路において２以上の変調方式を用いてタイムスロット毎にデータ片にディジタル変調を施して時系列に連続して送信する場合において、上記第１乃至第４の特徴のデータ送信方法の作用効果を奏することができる。
上記第６の特徴のデータ送信方法は、更に、前記複数の副伝送路に出力された前記データ片の夫々に対して、複数のサブキャリアを各別に割り当てて多重化処理を施す多重化工程を有することを第７の特徴とする。
上記第７の特徴のデータ送信方法によれば、送信データを複数の副伝送路に分けて、各副伝送路において２以上の変調方式を用いてタイムスロット毎にデータ片にディジタル変調を施した上で、各副伝送路の送信信号をマルチキャリア変調により多重化して１つの伝送路（無線有線を問わない）で送信データを送信する場合において、上記第１乃至第４の特徴のデータ送信方法の作用効果を奏することができる。
上記第６または第７の特徴のデータ送信方法は、前記複数の副伝送路が、複数の副伝送路群に区分されて構成されており、前記利用率設定工程において、前記送信データを前記副伝送路群毎に割り当てて、更に、前記副伝送路群に割り当てられた前記送信データの部分毎に、前記変調方式毎の利用率を設定し、前記変調方式割当工程において、前記副伝送路群毎に、前記利用率設定工程で設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対し前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てる処理を行い、前記マッピング工程において、前記変調工程でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記各副伝送路群内の副伝送路に各別に振り分けて接続する処理を、前記副伝送路群毎に独立して行うことを第８の特徴とする。ここで、前記副伝送路群毎に各別に設定された前記各変調方式の前記利用率の夫々が分数で表され、前記副伝送路群毎の前記各利用率の分子の最大公約数が１で、分母が前記各利用率の分子の総和であって、前記副伝送路群毎の副伝送路の数が、前記各利用率の分母に等しいことが好ましい。
上記第８の特徴のデータ送信方法によれば、送信データを多数の副伝送路に並列に分割する場合に、副伝送路群毎に区分して、上記第６または第７の特徴のデータ送信方法を採用することができ、副伝送路群毎の処理を簡単化でき、各副伝送路群において同様の処理を採用することで、送信システム全体の簡素化が図れる。
上記第５乃至第８の特徴のデータ送信方法は、前記伝送路または複数の副伝送路の伝送品質に係る特性をモニターする伝送品質モニター工程と、前記伝送品質モニター工程でモニターした前記特性の変化に適応するように、前記利用率を調整して、前記時系列パターンを変更することを第９の特徴とする。
上記第９の特徴のデータ送信方法によれば、伝送路または複数の副伝送路の伝送品質に係る特性が経時変化した場合でも、当該特性の変化に適応して、利用率を再調整して、時系列パターンを変更することができるので、各データ片に対して単一の変調方式を一律に使用した場合に比べて、平均送信電力と最大エラーレートが同じであれば、平均ビットレートを向上させることができるという本発明に係るデータ送信方法の効果を十分に奏することができる。
上記目的を達成するための本発明に係るデータ受信方法は、上記何れかの特徴のデータ送信方法により１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信された前記複数のデータ片の夫々に対して、ディジタル変調に用いた前記変調方式に対応する復調方式によるディジタル復調を施して、元の前記送信データに合成するデータ受信方法であって、前記データ片の夫々に対して、前記データ送信方法の前記変調方式割当工程で割り当てられた前記変調方式に対応する復調方式を、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の復調方式の中から各別に選択して割り当てる復調方式割当工程と、前記各データ片に対して選択された前記復調方式で各別にディジタル復調を施す復調工程と、を有することを第１の特徴とする。
上記第１の特徴のデータ受信方法は、更に、前記データ送信方法が、上記第２の特徴のデータ送信方法であって、前記復調工程で前記各データ片がディジタル復調される前に、前記データ送信方法の前記利用率設定工程で設定した前記増減係数に基づいて、前記各データ片の入力調整を行う入力調整工程を有することを第２の特徴とする。
上記第１の特徴のデータ受信方法は、更に、前記データ送信方法が、上記第６乃至第８の何れかの特徴のデータ送信方法であって、前記データ送信方法の前記マッピング工程において前記複数の副伝送路に各別に振り分けられた前記データ片の夫々を、前記変調工程でディジタル変調された前記変調方式に対応する復調方式で各別にディジタル復調を施す復調回路に振り分けて接続するデマッピング工程を有することを第３の特徴とする。
上記第３の特徴のデータ受信方法は、更に、前記データ送信方法が、上記第７の特徴のデータ送信方法であって、前記データ送信方法の前記多重化工程で多重化処理された信号を、逆多重化処理によって複数の副伝送路に再分配する逆多重化工程を有することを第４の特徴とする。
上記第１乃至第４の特徴のデータ受信方法によれば、上記各特徴のデータ送信方法によってディジタル変調され送信された送信データを受信及び復調して、元の送信データに復元できる。
上記目的を達成するための本発明に係るデータ送信装置は、送信データを複数の１ビットまたは２ビット以上のデータ片に分割して、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式を用いて前記データ片毎にディジタル変調を施して、１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信するデータ送信装置であって、前記データ片の夫々に対して、前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てる変調方式制御手段と、前記各データ片に対して選択された前記変調方式でディジタル変調を施す変調回路手段と、を少なくとも備えてなり、
前記変調方式制御手段が、前記変調方式毎に前記変調多値数が大きいほど大きく調整される固有の送信電力で定まる前記送信データの送信に要する平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記データ片当りの平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記各データ片に割り当てられる前記変調方式毎の利用率を設定し、設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対し前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てて前記送信データを前記データ片に分割することを第１の特徴とする。
上記第１の特徴のデータ送信装置は、更に、前記２以上の変調方式で夫々変調される前記データ片毎の基準送信出力が相互に等しく設定され、前記変調回路手段が、前記変調方式毎に固有の送信電力を、前記基準送信出力に実数または複素数の増減係数を乗じることで調整可能に構成され、前記変調方式制御手段が、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率と前記増減係数を夫々設定し、設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対し各別に、前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を選択して割り当て、設定した前記増減係数に基づいて、前記変調回路手段に対して前記データ片毎の出力調整の制御を行うことを第２の特徴とする。
上記第１または第２の特徴のデータ送信装置は、更に、前記利用率の可能な複数通りの組み合わせが予め計算されテーブルに格納されており、前記変調方式制御手段が、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率を前記テーブルに格納された前記利用率の可能な複数通りの組み合わせの中から最適な組み合わせを選択して設定することを第３の特徴とする。
上記何れかの特徴のデータ送信装置は、更に、前記予め用意された変調方式の数が２であることを第４の特徴とする。
上記何れかの特徴のデータ送信装置は、更に、前記変調方式制御手段が、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記各データ片を、各別に割り当てた前記変調方式に対応する前記変調回路手段に逐次入力させることを第５の特徴とする。ここで、前記変調方式制御手段が、前記変調回路手段から前記タイムスロット毎に逐次出力され前記１つの伝送路または前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記各データ片に前記変調方式を各別に割り当てること好ましい。
上記第１乃至第４の何れかの特徴のデータ送信装置は、更に、前記変調回路手段が、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記変調方式制御手段によって前記利用率に基づいて前記変調方式を各別に割り当てられた複数の前記データ片の夫々を、対応する前記変調方式で並列にディジタル変調を施すように複数の変調回路を備えて構成され、前記変調回路手段でディジタル変調された前記データ片の夫々を、前記副伝送路毎の前記変調方式の時系列パターンが前記利用率を満足するように、前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続するマッピング回路を備えることを第６の特徴とする。ここで、前記マッピング回路が、前記マッピング回路から前記タイムスロット毎に逐次出力され前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記変調回路手段でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続することが好ましい。
上記第６の特徴のデータ送信装置は、更に、前記複数の副伝送路に出力された前記データ片の夫々に対して、複数のサブキャリアを各別に割り当てて多重化処理を施す多重化回路を備えることを第７の特徴とする。
上記第６または第７の特徴のデータ送信装置は、更に、前記複数の副伝送路が、複数の副伝送路群に区分されて構成されており、前記変調方式制御手段が、前記送信データを前記副伝送路群毎に割り当てて、更に、前記副伝送路群に割り当てられた前記送信データの部分毎に、前記変調方式毎の利用率を設定し、前記データ片の夫々に対し前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てる処理を行い、前記マッピング回路が、前記変調回路手段でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記各副伝送路群内の副伝送路に各別に振り分けて接続する処理を、前記副伝送路群毎に独立して行うことを第８の特徴とする。ここで、前記副伝送路群毎に各別に設定された前記各変調方式の前記利用率の夫々が分数で表され、前記副伝送路群毎の前記各利用率の分子の最大公約数が１で、分母が前記各利用率の分子の総和であって、前記副伝送路群毎の副伝送路の数が、前記各利用率の分母に等しいことが好ましい。
上記何れかの特徴のデータ送信装置によれば、夫々対応する特徴のデータ送信方法によるデータ送信が実現でき、本発明に係るデータ送信方法の奏する作用効果を発揮する。
上記目的を達成するための本発明に係るデータ受信装置は、上記何れかの特徴のデータ送信装置から１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信された前記複数のデータ片の夫々に対して、ディジタル変調に用いた前記変調方式に対応する復調方式によるディジタル復調を施して、元の前記送信データに合成するデータ受信装置であって、前記データ片の夫々に対して、前記データ送信装置の前記変調方式制御手段で割り当てられた前記変調方式に対応する復調方式を、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の復調方式の中から各別に選択して割り当てる復調方式制御手段と、前記各データ片に対して選択された前記復調方式で各別にディジタル復調を施す復調回路手段と、を少なくとも備えてなることを第１の特徴とする。
上記第１の特徴のデータ受信装置は、更に、前記データ送信装置が、上記第２の特徴のデータ送信装置であって、前記復調方式制御手段が、前記データ送信装置の前記変調方式制御手段で設定した前記増減係数に基づいて、前記復調回路手段に対してディジタル復調前の前記各データ片の入力調整の制御を行うことを第２の特徴とする。
上記第１の特徴のデータ受信装置は、更に、前記データ送信装置が、上記第６乃至第８の何れかの特徴のデータ送信装置であって、前記データ送信装置の前記マッピング回路によって前記複数の副伝送路に各別に振り分けられた前記データ片の夫々を、前記変調回路手段でディジタル変調された前記変調方式に対応する復調方式で各別にディジタル復調を施す前記復調回路手段の複数の復調回路の夫々に振り分けて接続するデマッピング回路を備えることを第３の特徴とする。
上記第３の特徴のデータ受信装置は、更に、前記データ送信装置が、上記第７の特徴のデータ送信装置であって、前記データ送信装置の前記多重化回路で多重化処理された信号を、逆多重化処理によって複数の副伝送路に再分配する逆多重化回路を備えることを第４の特徴とする。
上記第１乃至第４の特徴のデータ受信装置によれば、上記各特徴のデータ送信装置によってディジタル変調され送信された送信データを受信及び復調して、元の送信データに復元できる。
以下、本発明に係るデータ送信方法及び装置並びにデータ受信方法及び装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下、本発明に係るデータ送信方法及びデータ受信方法を適宜「本発明方法」と略称し、また、本発明に係るデータ送信装置及びデータ受信装置を適宜「本発明装置」と略称する。
本発明方法及び装置は、送信データを複数の１ビットまたは２ビット以上のデータ片に分割して、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式を用いて前記データ片毎にディジタル変調を施して、１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信する際の情報量を、送信データの送信に要する平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、データ片当りの平均ビットレートが所定値以上であるという制約下において改善する技術内容を含む。
〈背景説明〉
先ず、本発明方法及び装置の具体的な説明を始める前に、本発明方法及び装置で利用する変調方式の変調多値数、閾値ＳＮ比、及び、伝送路の有効ＳＮ比との間の関係について説明し、更に、背景技術の欄で簡単に説明した閾値ＳＮ比の間隔を縮小するために多くの変調方式を用意する対処法の問題点につき、再度詳細に検討する。
標準的な通信システムにおいては、信号の減衰、歪、ノイズの重畳、干渉等の伝送路の影響によってデータの送信が損なわれることがある。その結果、場合によってはイコライズ処理等の初期処理後において、受信信号はそのＳＮ比により特徴付けられる。受信信号の復調に起因するエラーレート（誤り率）は、採用した変調方式と、伝送路の平均送信電力等の特性及び伝送路の影響に起因するＳＮ比とによって、本質的に決定される。従って、多くの通信システムは様々な変調方式を利用することができる。そして、受信側で測定される伝送路のＳＮ比によって、利用できる変調方式の中で何れの変調方式が当該通信システムにおける所定の要求エラーレートを満足できるかが決定される。通常、目標とするサービス品質ＱｏＳに達する変調方式の一部の中から、最も高いデータ伝送レートを示す変調方式の１つが選択され、ユーザが利用可能なリソースが最大化される。
当該処理を図解して図１に示す。図１において、閾値ＳＮ比Ｔ１〜Ｔ３は、変調方式Ｍ１〜Ｍ３に対応して、夫々の変調方式を用いた場合に要求されるＳＮ比の受信側で測定されるＳＮ比の下限値を示している。ここで、変調方式Ｍ１〜Ｍ３は、各変調方式における変調多値数（または、１シンボル当たりのビット数）がＭ１，Ｍ２，Ｍ３の順番に多くなり、従って、同じ信号出力では同順番にノイズの影響を受けやすくなり、対応する閾値ＳＮ比Ｔ１〜Ｔ３が、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の順番に高くなっている。また、５種類の副伝送路Ｓ１〜Ｓ５の頂部の黒丸は、各副伝送路のＳＮ比の受信側で測定される実測値であり、有効ＳＮ比を示している。例えば、副伝送路Ｓ３の有効ＳＮ比ＴＭ３は、変調方式Ｍ１及びＭ２の閾値ＳＮ比Ｔ１及びＴ２以上であるので、要求されるサービス品質ＱｏＳに適合することが分かる。ここで、変調方式Ｍ１より変調方式Ｍ２の方がより多くのデータを伝送可能であるので、変調方式Ｍ２が選択されることになる。
典型的には、送信機側で利用可能な変調方式は、種々のコンスタレーション（信号点配置）を有するものがある。例えば、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）方式等は、変調多値数に応じて、４‐ＱＡＭ（４値ＱＡＭ）、１６‐ＱＡＭ（１６値ＱＡＭ）、６４‐ＱＡＭ（６４値ＱＡＭ）等が存在し、夫々が固有のコンスタレーションを有する。また、送信機側で利用可能な変調方式は、送信対象の初期データを、伝送路または副伝送路を介して送信する信号に変換するのに要する全ての操作が含まれ、場合によって種々の前方誤り訂正方式（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）とともに用いられる。尚、本発明では、同じ形式の変調方式であっても変調多値数の異なるものは、伝送特性が異なるため、別個の変調方式として相互に区別して扱う。つまり、例えば、４‐ＱＡＭと１６‐ＱＡＭと６４‐ＱＡＭ等は、同形式ではあるが、夫々別個の変調方式として扱う。
送信機側で利用可能な種々の変調多値数を有する変調方式の数（変調多値数別に計数する）は有限であり、当該変調方式の夫々に、サービス品質ＱｏＳの仕様を満足する固有の閾値ＳＮ比を備えることが要求されるので、伝送路または副伝送路で有効なＳＮ比と、当該ＳＮ比で利用可能な変調方式との間の対応関係を示す所謂ローディングテーブルを規定することができる。ひいては、各変調方式がシンボル（変調信号波形の基本単位）毎に伝送可能な情報量（通常は１シンボル当たりのビット数で表現される）が明確に規定されるため、閾値ＳＮ比は、伝送路または副伝送路の伝送容量とも対応する。図２に、斯かるローディングテーブルの一例を示す。図２のローディングテーブルでは、所定のサービス品質ＱｏＳを想定し、ＱＡＭ形式の各変調方式（変調多値数別）の閾値ＳＮ比の一例（概略値）を示している。
送信機側で利用可能な変調方式に依存して、変調多値数の隣接する変調方式間の閾値ＳＮ比の差（例えば、図１に示すＴ１とＴ２の差ΔＴ１２、Ｔ２とＴ３の差ΔＴ２３）が重要となる。高品質伝送を確保するには、使用される変調方式の閾値ＳＮ比は、伝送路の有する有効ＳＮ比より低くなければならない。また、大抵は当該有効ＳＮ比が最大限に利用されない。例えば、図１に示すように、副伝送路Ｓ３の有効ＳＮ比ＴＭ３は、使用する変調方式Ｍ２の閾値ＳＮ比Ｔ２を超過している。結果として、実測ＳＮ比ＴＭ３と閾値ＳＮ比Ｔ２の差ΔＴＭ３２は有効に利用されない。従って、変調方式Ｍ２より変調多値数の大きい変調方式であって、閾値ＳＮ比が有効ＳＮ比以下の変調方式が利用可能であれば、当該変調方式に比べて実際に使用する変調方式では、情報伝送能力が低いため送信効率が低下する。例えば、伝送路の有効ＳＮ比が１８ｄＢの場合を想定すると、図２に示すローディングテーブルでは、１６‐ＱＡＭの変調方式が使用されることになるが、実際に使用されるＳＮ比は、対応する閾値ＳＮ比の１４ｄＢで十分であり、４ｄＢ分のＳＮ比の差が、送信効率向上に有効に利用されない。
ところで、ローディングテーブルにおいて、例えば、同じサービス品質ＱｏＳを満足でき、１シンボル当たり５ビットを伝送可能で、閾値ＳＮ比が１７ｄＢの変調方式（３２‐ＱＡＭ）が利用可能であれば、１６‐ＱＡＭに代えて当該３２‐ＱＡＭを使用することで、伝送レートは１シンボル当たり４ビットから５ビットに向上するので、２５％改善される。しかしながら、上述の如く、多くの変調方式を用意する当該対処法では、送信機及び受信機の複雑度等の実用上の問題点によって、実際の通信システムでは、多くの利用可能な変調方式の組み合わせを用意することができない。
〈本発明の技術的特徴の概要〉
本発明方法及び装置では、中間的な変調多値数の変調方式を新たに追加せずにローディングテーブルを拡張するために、通信システムに利用可能な変調多値数の異なる固有の変調方式の中からタイムスロット毎に１つの変調方式を選択して、時系列に複数の変調方式を使い分けることにより、実質的に中間的な変調多値数を有する変調方式を実現する手法を採用する。更に、タイムスロット毎に送信されるデータ全体での平均送信電力を一定値に抑制するために、使用する変調方式毎に送信出力を増加或いは減少させる出力調整が行われる。以下、実質的に中間的な変調多値数を有する変調方式と、本発明装置において予め利用可能に用意されている変調方式（本発明方法及び装置に固有の変調方式）とを区別するために、適宜必要に応じて、前者を「合成変調方式」と称する。
一例として、２つの変調多値数の異なる変調方式を使用して、タイムスロット毎に当該２つの変調方式を出力調整しながら使い分ける本発明方法について、図３を参照して説明する。図３（Ａ）に示すように、連続するタイムスロットの一部（ｔ１，ｔ３，ｔ４，ｔ５，・・・）において、変調方式Ｍ２による変調信号を平均送信電力ＰＡ２で送信し、他の一部（ｔ２，ｔ５，ｔ７，・・・）において、変調方式Ｍ３による変調信号を平均送信電力ＰＡ３で送信する。ここで、データ全体での平均送信電力Ｐａｖｅが一定の規定値に維持されるように、或いは、当該規定値を少なくとも超えないように、変調方式Ｍ２とＭ３の夫々の使用率を慎重に設定する必要がある。また、受信機側で測定される伝送路のＳＮ比は、各タイムスロットでの送信電力に依存する。図３（Ｂ）に示すように、第１のタイムスロット群（ｔ１，ｔ３，ｔ４，ｔ５，・・・）では、平均送信電力Ｐａｖｅより送信電力を減少させて調整しているため、伝送路のＳＮ比Ｔ２ｘは、当初の有効ＳＮ比から変調方式Ｍ２の閾値ＳＮ比Ｔ２を僅かに超える値まで低下し、また、第２のタイムスロット群（ｔ２，ｔ５，ｔ７，・・・）では、平均送信電力Ｐａｖｅより送信電力が増加するように調整しているため、伝送路のＳＮ比Ｔ３ｘは、当初の有効ＳＮ比から変調方式Ｍ３の閾値ＳＮ比Ｔ３を僅かに超える値まで上昇している。
要求されるサービス品質ＱｏＳを満足して効率的なデータ伝送を達成するには、各変調方式のタイムスロット毎の送信出力を、伝送路の受信機側で実測されるＳＮ比が夫々の閾値ＳＮ比等しくなるように調整しつつ、更に、調整後の各変調方式のタイムスロット毎の送信電力の平均送信電力Ｐａｖｅが、一定の規定値以下となるように、各変調方式の使用率を適切に設定する必要がある。換言すれば、平均送信電力Ｐａｖｅが所定の規定値以下であり、且つ、タイムスロット毎の平均ビットレート（伝送レート）が、平均送信電力の規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下、つまり、平均送信電力と要求されるサービス品質ＱｏＳが同じという条件下で、単一の変調方式を全てのタイムスロットに共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、各タイムスロットに割り当てる変調方式毎の利用率を設定する。
〈第１実施形態〉
次に、簡単化された本発明方法及び装置の一実施形態について説明する。図４に、本実施形態の本発明装置の一般化された概略の機能ブロック構成を示す。図４に示すように、本発明装置は、データ源１００と伝送路１１０の間に設けられた送信装置１０１と、伝送路１１０とデータ受信点１２０の間に設けられた受信装置１１１を備えて構成される。送信装置１０１は、変調方式制御手段１０２と、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式に対応する変調回路１０４からなる変調回路手段１０３を備えて構成される。また、受信装置１１１は、復調方式制御手段１１２と、各変調回路１０４に対応する復調回路１１４からなる復調回路手段１１３を備えて構成される。
送信装置１０１側では、変調方式制御手段１０２が、上述の要領で複数の変調方式間の利用率を算出して、算出した利用率に基づいて、タイムスロット毎に、複数の変調回路１０４の１つに対応する変調方式を各別に選択して、選択した変調方式の変調多値数で定まる１シンボル当たりの伝送ビット数に応じたビット長のデータ片をデータ源１００の送信データから受け取り、選択した変調方式に対応する１つの変調回路１０４に接続して当該データ片を供給する。当該データ片は、変調回路１０４によって、タイムスロット毎に選択された変調方式でディジタル変調され、伝送路の有効ＳＮ比が閾値ＳＮ比となるように後述する増減係数を乗じて出力調整された信号レベルで伝送路１１０に逐次出力される。
一方、受信装置１１１側では、復調方式制御手段１１２が、伝送路１１０から受信したタイムスロット毎のディジタル変調されたデータ片（シンボル）を、変調方式制御手段１０２がタイムスロット毎に割り当てた変調方式の時系列パターンに同調して、タイムスロット毎に対応する復調方式の復調回路１１４の１つを順次選択して供給する。当該ディジタル変調された各データ片は、復調回路１１４によって、後述する増減係数の逆数を乗じて入力調整された後、タイムスロット毎に選択された当該復調方式で復調され、データ受信点１２０に逐次供給される。
ここで、重要な点は、変調方式制御手段１０２と復調方式制御手段１１２における夫々の変調回路１０４の選択と復調回路１１４の選択が相互に同調して、同じデータ片に対しては、変調方式と復調方式が対応する必要がある。例えば、送信装置１０１側の或るタイムスロットにおいて、４‐ＱＡＭの変調回路１０４で変調されたデータ片は、受信装置１１１側で復調回路手段１１３内の４‐ＱＡＭに対応する復調回路１１４で復調されるように、復調方式制御手段１１２は同調制御を行う。
次に、各変調回路１０４から出力される変調信号波形の出力レベルの調整について説明する。本発明装置で利用可能な変調多値数の異なる固有の変調方式の中から使用する変調方式を選択し、選択された各固有の変調方式で変調された変調信号波形の出力レベルが、夫々初期状態において一定の基準送信出力となるように設定され、各固有の変調方式が同じ平均送信電力を有する場合を想定する。この場合、選択された変調方式での各変調信号波形の出力レベルは、夫々に固有の増減係数を乗じて調整される。ここで、伝送路の伝送品質条件（ＳＮ比等で表される）に依存して、要求されるサービス品質ＱｏＳを満足し、且つ、送信データ全体での平均送信電力が一定の規定値以下となるように、各タイムスロットにおいてどのように変調方式を、つまり如何なる増減係数で、如何なる利用率で使用すべきかの工夫が必要となる。ここで、増減係数は、変調信号波形の出力レベル（例えば電圧レベル）に対する調整係数とすると、送信電力は増減係数の２乗で変化する。
次に、本発明方法で必要となるローディングテーブルの拡張手法について説明する。ここで、ローディングテーブルは、変調多値数の異なる複数の変調方式の新規な変化パターンで規定される合成変調方式が得られ、当該合成変調方式に要求される閾値ＳＮ比が所定のサービス品質ＱｏＳを満足するように拡張される。変調方式制御手段１０２と復調方式制御手段１１２が各タイムスロットでどの変調方式が使用されたかの経過を把握するという機能を有するが、実用上の理由から、当該変化パターンは、当該機能が容易に実施できるように選択されることが多い。本実施形態では、各変調方式の使用率が単純な分数に限定することで、変調方式制御手段１０２と復調方式制御手段１１２の上記機能が簡単化される。
上記変化パターン中の各タイムスロットにおいて、変調多値数の異なるＮ個の変調方式の夫々が、使用率Ｒｎで発生する。ｎは、変調方式を区別する指数（整数）で、ｎ＝０〜Ｎ−１であり、使用率Ｒｎは、一連のタイムスロット中で変調方式ｎが使用されるタイムスロットの占有比率で与えられる。使用率Ｒｎは下記の数１の関係を満たす。一例として、２つの変調方式を使用する場合で、各変調方式が使用されるタイムスロット数が同数の場合は、各使用率Ｒ０、Ｒ１は夫々１／２となる。
Figure 0004199794
更に、タイムスロット毎に使用される各変調方式ｎは、実数または複素数で表される増減係数Ｐｎを伴って発生する。全ての変調方式夫々の平均出力レベルが、出力調整前の初期状態で、同じ一定の基準送信出力であると想定すると、本発明方法による増減係数Ｐｎで出力調整することで送信データ全体の平均送信電力が、出力調整前から増加しないことを条件とすると、増減係数Ｐｎは下記の数２の関係を満たす必要がある。
Figure 0004199794
但し、数２に示す条件では、変調後の送信ゲインは出力調整されないものとする。尚、数２に示す関係は、典型例であって、特定の状況に対応するように当業者にとって容易に変形され得る。
次に、利用可能な変調方式の上記数１と数２を満足する利用率Ｒｎと増減係数Ｐｎに基づく変化パターン（例えば、時系列パターン）で規定される新たな合成変調方式の閾値ＳＮ比を、目標のサービス品質ＱｏＳを満足するように特定する必要がある。本実施形態では、当該合成変調方式の閾値ＳＮ比は、当該変化パターン中の個々の変調方式が、他の変調方式から独立して、受信装置１１１側において目標のサービス品質ＱｏＳを満足する伝送路の有効ＳＮ比となるように設定される。尚、各変調方式で変調され増減係数Ｐｎで出力調整された信号に対して受信装置１１１側で実測されるＳＮ比が各変調方式の閾値ＳＮ比と等しくなるように、各変調方式の増減係数Ｐｎが設定されている。
ここで、２つの変調多値数の異なる変調方式だけを使用する簡単化された実施形態を想定して、ローディングテーブルを拡張する手法について引き続き説明する。
ここで、当該２つの変調方式は、初期（拡張前）のローディングテーブル（通信システムにおいて利用可能な変調方式のみを含む）において閾値ＳＮ比が隣接する２つの変調方式を使用する。また、当該２つの変調方式の利用率Ｒ０，Ｒ１は、上述の如く夫々簡単な分数で表記されるものに限定する。
合成変調方式の閾値ＳＮ比Ｔｃを、目標のサービス品質ＱｏＳを満足する最小値に設定して、各変調方式の利用率Ｒ０，Ｒ１及び増減係数Ｐ０，Ｐ１が設定されると、ローディングテーブルは、当該合成変調方式を含むローディングテーブルに拡張される。尚、上述の如く、増減係数Ｐ０，Ｐ１は、数２に示す平均送信電力の制約、及び、使用される各変調方式で変調され当該増減係数で出力調整された信号に対して受信装置１１１側で実測されるＳＮ比が各変調方式の目標のサービス品質ＱｏＳを満足する閾値ＳＮ比以上となるように決定される。
図５に、上記要領で拡張されたローディングテーブルの一例を示す。図５に示すローディングテーブルでは、２つの変調方式として、図２の初期ローディングテーブル中の１６‐ＱＡＭと６４‐ＱＡＭを使用し、利用率Ｒ０，Ｒ１として分母が２〜５の範囲の簡単な分数に限定した。図５に示すように、拡張されたローディングテーブルは、２つの変調方式１６‐ＱＡＭと６４‐ＱＡＭの間を補間する９通りの合成変調方式を含む。９通りの合成変調方式の夫々は、平均送信電力を増加させず、且つ、目標のサービス品質ＱｏＳを満足する。
一例として、図５中の利用率Ｒ０，Ｒ１が夫々１／２の合成変調方式（＃５）では、１シンボル当たりの伝送ビット数が４ビットの１６‐ＱＡＭと１シンボル当たりの伝送ビット数が６ビットの６４‐ＱＡＭを夫々１／２の比率で使用するため、平均的な伝送ビット数は、５ビット／シンボルとなっている。また、受信装置１１１側で要求されるＳＮ比（閾値ＳＮ比）は１７．２ｄＢと、１６‐ＱＡＭの１４ｄＢと６４‐ＱＡＭの１９ｄＢの間の値となっている。
図５に示す実施例では、増減係数Ｐｎ（ｎ＝０，１）で出力調整された信号に対して受信装置１１１側で実測されるＳＮ比ＴＰｎが、下記の数３に示す関係式で与えられる場合を想定している。尚、数３に示す関係式は、最小平均２乗誤差（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ：ＭＭＳＥ）による周波数領域等化（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ：ＦＤＥ）の使用を想定した関係式である。
Figure 0004199794
ここで、ＴＯｎは、出力調整前のＳＮ比、つまり、Ｐｎ＝１のときのＳＮ比で、合成変調方式の閾値ＳＮ比に相当する。また、数３において、各ＳＮ比ＴＰｎ、ＴＯｎはデシベル表示ではなく、ノイズ電力と信号電力の比で与えられる。デシベル表示値を得るには、数３で得られた値の常用対数に１０を乗じればよい。数３を解いてＴＯｎを算出することで、各合成変調方式の閾値ＳＮ比が得られる。
図５の拡張ローディングテーブル中の利用率Ｒ０，Ｒ１が夫々３／５，２／５の合成変調方式（＃４）では、利用率Ｒ０，Ｒ１が数１を満足するとともに、対応する増減係数Ｐ０，Ｐ１が数２の関係式（不等号に代えて等号とした場合）を満足する。ここで、ＴＰ０＝２５．１１８９（＝１４ｄＢ）、Ｐ０＝０．７２６２を夫々数３に代入すると、ＴＯ０＝４７．１９５４（＝１６．７３９ｄＢ）が得られ、同様に、ＴＰ１＝７９．４３２８（＝１９ｄＢ）、Ｐ１＝１．３０７３を夫々数３に代入すると、ＴＯ１＝４７．１９５４（＝１６．７３９ｄＢ）が得られ、結果として、１６．７３９ｄＢの閾値ＳＮ比が特定された。
尚、増減係数ＰｎとＳＮ比ＴＰｎ、ＴＯｎの間の関係は、数３に示す関係式に限定されるものではなく、伝送路特性や受信装置側の特性に応じて当業者が適宜変更可能である。例えば、ＭＭＳＥ−ＦＤＥに代えてＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）等化を使用する場合には、数３の関係式は他の関係式に変更する必要がある。また、図５に示す実施例では、増減係数Ｐｎは実数を例にしたが、複素数であってもよい。
図５の拡張ローディングテーブル中の９通りの合成変調方式について、上記要領で夫々閾値ＳＮ比が特定され、伝送路または副伝送路の有効ＳＮ比が与えられると、その有効ＳＮ比以下で最も近い閾値ＳＮ比を有する合成変調方式を選択して、つまり、当該合成変調方式に対応する２つの変調方式１６‐ＱＡＭと６４‐ＱＡＭの変化パターンを用いることで、平均送信電力を増加させず、且つ、目標のサービス品質ＱｏＳを満足する最も効率的なデータ送信が実現できることになる。例えば、伝送路の有効ＳＮ比が１８ｄＢの場合には、利用率Ｒ０，Ｒ１が夫々１／３，２／３の合成変調方式（＃７）を用いることで、平均ビットレートは５．３ビット／シンボルとなり、図２の拡張前のローディングテーブルで利用可能な１６‐ＱＡＭの４ビット／シンボルと比べて、３２．５％向上している。
以上、本実施形態における本発明方法として、有限個の利用可能な変調方式から合成変調方式を導出して、合成変調方式の利用率で各変調方式を選択して対応する増減係数で出力調整を施すことで、平均送信電力を増加させず、且つ、目標のサービス品質ＱｏＳを満足する最も効率的なデータ送信が実現できることを説明したが、当該本発明方法は、図４に例示するような単一伝送路のシステムに適用できるだけでなく、マルチキャリアシステムやその他の複数の副伝送路を用いる通信システムに適用可能である。この場合、斯かる通信システムにおいて、図４に例示する本発明方法及び装置を各サブキャリアまたは副伝送路単位で独立して個別に適用することで、同様の効果を奏することができる。
〈第２実施形態〉
次に、上記第１実施形態の本発明方法及び装置をマルチキャリアシステムやその他の複数の副伝送路を用いる通信システムに適用する他の実施形態について説明する。本第２実施形態では、本発明方法及び装置を各サブキャリアまたは副伝送路単位で独立して個別に適用した場合に生じるシステム構成の複雑化を回避する工夫がなされている。
先ず、上記第１実施形態の本発明方法及び装置を各サブキャリアまたは副伝送路単位で独立して個別に適用した場合の問題点について説明する。
上記第１実施形態の本発明方法及び装置を用いて、多くの副伝送路を介してデータ送信する場合、副伝送路と同数の変調方式制御手段と復調方式制御手段を、送信装置側と受信装置側で夫々使用する必要がある。各副伝送路において、変調方式制御手段と復調方式制御手段が同調して、タイムスロット毎にどの変調方式が使用されたかの経過を把握することが必要であるが、副伝送路の数が増加すると、当該把握作業が益々困難になり複雑化する。更に、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）等のマルチキャリアシステムへの適用を考えた場合、複数の副伝送路を介して各タイムスロットで送信される送信データの総ビット数を一定数に規制すると都合の良い場合がある。上記第１実施形態の本発明方法及び装置を各サブキャリアまたは副伝送路単位で独立して個別に適用した場合、タイムスロット毎の総ビット数は、一定ではなく変化することになる。
本第２実施形態では、上記問題点に対処するために、複数の副伝送路を１または複数の副伝送路群に分割し、各副伝送路群に対して同じ変調方式の変化パターン（時系列パターン）を適用する。各副伝送路群において、タイムスロット毎に変調多値数の異なる複数の変調方式を用いて変調された複数の送信データ列が、各副伝送路群に属する副伝送路上を送信される。任意の１つの副伝送路群について、変調された複数の送信データ列のタイムスロット毎のシンボル当たりのビット数の総数は一定である。つまり、或る１つの副伝送路では、タイムスロット毎のシンボル当たりのビット数は、使用する変調方式の変化に応じて時系列に沿って変化するが、或る１つのタイムスロットにおける同じ副伝送路群内の複数の副伝送路の夫々のシンボル当たりのビット数の総数は、常に一定値になるように制御される。従って、１つの副伝送路群においてタイムスロット毎に送信される総情報量は常に一定に維持される。更に拡張して考えると、全ての副伝送路でタイムスロット毎に送信される総情報量は常に一定に維持されることになる。
本第２実施形態の副伝送路群に分割する手法では、変調方式制御手段と復調方式制御手段の必要数を大幅に削減することができる。つまり、各副伝送路群で、同じ変調方式制御手段と復調方式制御手段を共通に使用できる。
図６に、本第２実施形態の本発明装置の一般化された概略の機能ブロック構成を示す。図６に示すように、本発明装置は、データ源２００と複数の副伝送路２１０の間に設けられた送信装置２０１と、複数の副伝送路２１０とデータ受信点２２０の間に設けられた受信装置２１１を備えて構成される。
送信装置２０１は、変調方式制御手段２０２と、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式に対応する変調回路２０４からなる変調回路手段２０３と、データ源２００からの送信データを各変調回路２０４に分割して並列に供給する分割回路２０６と、各変調回路２０４から出力される変調信号をタイムスロット毎に変化させながら複数の副伝送路２１０に分配して出力するマッピング回路２０８を備えて構成される。また、受信装置２１１は、復調方式制御手段２１２と、各変調回路２０４に対応する復調回路２１４からなる復調回路手段２１３と、マッピング回路２０８で分配された変調信号を、対応する復調方式でディジタル復調を施す復調回路２１４に振り分けて接続するデマッピング回路２１６と、各復調回路２１４で復調されたデータ片を合成して元の送信データを生成する合成回路２１８を備えて構成される。尚、図６では図示していないが、変調方式制御手段２０２と復調方式制御手段２１２は、複数の副伝送路２１０を構成する複数の副伝送路群（図示せず）毎に設けられている。
尚、図６に示す変調方式制御手段２０２と復調方式制御手段２１２を副伝送路群毎に設けられた個々の制御手段と見れば、図６の機能ブロック構成を１つの副伝送路群に対するブロック構成として捉え、これらが１または複数並列に配置され本発明装置が構成されると解釈することも可能である。
次に、変調方式制御手段２０２の分割回路２０６とマッピング回路２０８に対する制御について説明する。ここで、或る１つの副伝送路群毎の各副伝送路の有効ＳＮ比は夫々同じであり、各副伝送路に対して共通に、平均送信電力を増加させず、且つ、目標のサービス品質ＱｏＳを満足する変調多値数の異なる複数の変調方式の変化パターンの利用率Ｒｎと増減係数Ｐｎが、上記第１実施形態の本発明方法の要領で導出される。以下の説明では、５本の副伝送路から成る１つの副伝送路群に対して、変調多値数の異なる２つの変調方式１６‐ＱＡＭと６４‐ＱＡＭを、夫々の利用率Ｒ０，Ｒ１を２／５，３／５として使用する場合について説明する。この場合の増減係数Ｐ０，Ｐ１は、平均送信電力とサービス品質ＱｏＳに対する条件が同じであれば、図５の拡張ローディングテーブルに示す増減係数Ｐ０，Ｐ１と同じになる。尚、利用率Ｒ０，Ｒ１は分数表記されるが、そのときの分母が副伝送路群の副伝送路の数に等しくなるように利用率が選択される。
本実施形態では、図７に示すように、５本の副伝送路２１０（Ｔｏｎｅ０〜４）から成る１つの副伝送路群に対して、５個の変調回路２０４（Ｃ０〜Ｃ４）を用意し、その内の２つを１６‐ＱＡＭの変調回路とし、他の３つを６４‐ＱＡＭとし、その比率を利用率Ｒ０，Ｒ１と同じにする。タイムスロット毎に、１６‐ＱＡＭの変調回路では、１シンボル当たり４ビットが変調され、６４‐ＱＡＭの変調回路では、１シンボル当たり６ビットが変調されるので、常に各タイムスロットで合計２６ビットのデータが変調され、５本の副伝送路にマッピングされる。図８に、分割回路２０６によるタイムスロット毎の２６ビットデータの各変調回路への割り振りと、マッピング回路２０８による５本の副伝送路へのマッピング処理を示すマッピングテーブルの一例を示す。
図８に示すように、分割回路２０６はタイムスロット毎に同じ２６ビットを４ビット×２、６ビット×３に分割して、各４ビットを１６‐ＱＡＭの変調回路Ｃ０，Ｃ１に、各６ビットを６４‐ＱＡＭの変調回路Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に夫々割り付ける。タイムスロットｔ０〜ｔ１０の間で当該割り付けは変わらない。変調回路Ｃ０，Ｃ１では、４ビットデータに対して１６‐ＱＡＭのディジタル変調を施し、増減係数Ｐ０で出力調整を行う。また、変調回路Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４では、６ビットデータに対して６４‐ＱＡＭのディジタル変調を施し、増減係数Ｐ１で出力調整を行う。図８中、Ｔｏｎｅ０〜４は、５本の副伝送路に対応している。
マッピング回路２０８は、５つの変調回路Ｃ０〜Ｃ４からの対応する増減係数Ｐ０，Ｐ１で出力調整された変調信号を、変調回路Ｃ４，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１，Ｃ０の順に循環的に各副伝送路Ｔｏｎｅ０〜４にマッピングする。副伝送路Ｔｏｎｅ０では、タイムスロットｔ０〜ｔ４の間で、マッピングパターンが変調回路Ｃ０，Ｃ４，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１と変化し、副伝送路Ｔｏｎｅ１では、タイムスロットｔ０〜ｔ４の間で、マッピングパターンが変調回路Ｃ１，Ｃ０，Ｃ４，Ｃ３，Ｃ２と変化し、副伝送路Ｔｏｎｅ２では、タイムスロットｔ０〜ｔ４の間で、マッピングパターンが変調回路Ｃ２，Ｃ１，Ｃ０，Ｃ４，Ｃ３と変化し、副伝送路Ｔｏｎｅ３では、タイムスロットｔ０〜ｔ４の間で、マッピングパターンが変調回路Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１，Ｃ０，Ｃ４と変化し、副伝送路Ｔｏｎｅ４では、タイムスロットｔ０〜ｔ４の間で、マッピングパターンが変調回路Ｃ４，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１，Ｃ０と変化し、５つの変調回路Ｃ０〜Ｃ４に対するマッピングパターンは、５タイムスロット毎に周期的に繰り返される。また、各副伝送路Ｔｏｎｅ０〜４においても、１６‐ＱＡＭと６４‐ＱＡＭが利用率Ｒ０，Ｒ１が２／５，３／５の比率で使用されるように、５タイムスロット毎に周期的に繰り返される。
このように、１つの副伝送路群において、各副伝送路Ｔｏｎｅ０〜４へのマッピングが同じパターンで１タイムスロット毎にシフトしながら実施されるので、単純なマッピングルールでマッピング処理を実行できるので、変調方式制御手段２０２の分割回路２０６とマッピング回路２０８に対する制御は簡単に実現できる。以上、同様の分配及びマッピング処理が、各副伝送路群で行われる。
上記マッピングパターンによりマッピング回路２０８で各副伝送路２１０に分配された変調信号は、各副伝送路２１０を介して送信された後に、デマッピング回路２１６で上記マッピングパターンを逆転して、各副伝送路２１０の信号を、対応する復調回路２１４（Ｄ０〜Ｄ４）に振り分けて供給する。例えば、図８に示すタイムスロットｔ０の各副伝送路Ｔｏｎｅ０〜４の各データ片（変調信号）がデマッピング回路２１６に入力すると、デマッピング回路２１６は、副伝送路Ｔｏｎｅ０のデータ片を変調回路Ｃ０（１６‐ＱＡＭ）に対応する復調回路Ｄ０に、副伝送路Ｔｏｎｅ１のデータ片を変調回路Ｃ１（１６‐ＱＡＭ）に対応する復調回路Ｄ１に、副伝送路Ｔｏｎｅ２のデータ片を変調回路Ｃ２（６４‐ＱＡＭ）に対応する復調回路Ｄ２に、副伝送路Ｔｏｎｅ３のデータ片を変調回路Ｃ３（６４‐ＱＡＭ）に対応する復調回路Ｄ３に、副伝送路Ｔｏｎｅ４のデータ片を変調回路Ｃ４（６４‐ＱＡＭ）に対応する復調回路Ｄ４に、夫々分配する。同様に、タイムスロットｔ１の各副伝送路Ｔｏｎｅ０〜４の各データ片（変調信号）がデマッピング回路２１６に入力すると、デマッピング回路２１６は、図８に示すタイムスロットｔ１のマッピング元の各変調回路Ｃ０〜Ｃ４に対応する復調回路Ｄ０〜Ｄ４に夫々分配する。以下、タイムスロットｔ２以降のデータ片についても途切れなくデマッピング処理を繰り返す。復調回路２１４では、受信した変調信号レベルを対応する増減係数Ｐ０，Ｐ１の逆数倍に出力逆調整を行い、夫々の対応する復調処理を施して、夫々４ビット×２、６ビット×３の５つのデータ片（合計２６ビット）に復調し、合成回路２１８で２６ビットのデータ片に合成され、データ受信点２２０に出力される。以上、同様のデマッピング処理及び合成処理が、各副伝送路群で行われる。
ここで、マッピング回路２０８及びデマッピング回路２１６で使用するマッピングパターンは、図８に示すような周期的な繰り返しパターンに限定されるものではない。例えば、マッピングパターンは、図９に例示するような擬似乱数パターン、或いは、実施上の問題を考慮した他の特別な特徴を含むパターンであっても構わない。図９に例示するような擬似乱数パターンを使用する場合は、十分長いタイムスロット数を考慮すれば、各副伝送路において各変調方式の平均的な利用率が、設定された利用率を満足する。
上記第１実施形態では、単一の伝送路または副伝送路に設定された利用率に基づいて時系列に変調方式を割り当てる手法であったため、２つの変調方式に対応する変調回路及び復調回路は夫々１つずつで十分であった。これに対し、本第２実施形態では、各副伝送路群において、２つの変調方式を使用する場合であっても、副伝送路の数と同数の変調回路２０４及び復調回路２１４を使用する点が特徴的である。また、１つの副伝送路群中の副伝送路の数は、分数表記される利用率の分母と一致させることで、設定された利用率を満足する副伝送路群の構成を簡易に実現できることになる。
ここで注目すべきは、副伝送路群のサイズ（副伝送路の数）を適度な範囲内に抑えるために、使用可能な利用率の値（分数）を規定することができる点である。同じ副伝送路群中の副伝送路は夫々同じ時系列パターンを用いるので、適度な数の副伝送路が同じ時系列パターンを使用するのが実用的である。副伝送路群による伝送路構成を採用し、副伝送路群のサイズを適度な範囲内に抑えるために、限られた状況においては、一部の副伝送路群の平均ビットレートを意図的に抑制する場合があり得る。当該ケースにおいては、伝送品質を劣化させず、目標のサービス品質ＱｏＳを満足する低めの閾値ＳＮ比となる時系列パターンに置換することが可能である。例えば、変調多値数の異なる２つの変調方式１６‐ＱＡＭと６４‐ＱＡＭを夫々の利用率Ｒ０，Ｒ１を１／５，４／５として使用する場合は、副伝送路群のサイズは５であるが、何らかの理由で４が適切な場合は、利用率Ｒ０，Ｒ１を１／４，３／４として使用することができる。この場合、図５の拡張ローディングテーブルを参照すれば、閾値ＳＮ比は１８．３７ｄＢから１８．１６５４ｄＢと低くなり、平均ビットレートは５．６ビット／シンボルから５．５ビット／シンボルに抑制される。このように副伝送路群の平均ビットレートを選択的に抑制できる点は重要である。仮に斯かる平均ビットレートの抑制ができないとすれば、副伝送路群のサイズが大きいと効率的なマッピング処理が困難或いは不可能となることから、多くの副伝送路が副伝送路群を形成せずに、個別に第１実施形態で示した時系列パターンを用いることになるためである。
〈第３実施形態〉
次に、上記第２実施形態の本発明方法及び装置をマルチキャリアシステムに適用する実施形態について説明する。上記第２実施形態の本発明方法及び装置の応用例として、マッピング処理により複数の副伝送路に分散された変調信号をマルチキャリア変調により多重化して、１つの伝送路を介して送信し、受信装置側で逆多重化により多重化された信号を複数の副伝送路に再分配し、デマッピング処理により各復調回路に供給して復調後のデータをデータ受信点に出力するマルチキャリアシステムが考えられる。
図１０に、本第３実施形態の本発明装置の一般化された概略の機能ブロック構成を示す。図１０に示すように、本発明装置は、データ源３００と伝送路３１０の間に設けられた送信装置３０１と、伝送路３１０とデータ受信点３３０の間に設けられた受信装置３１１を備えて構成される。
送信装置３０１は、変調方式制御手段３０２と、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式に対応する変調回路３０４と変調回路３０４から夫々一定の基準送信出力で出力される変調信号を設定された増減係数で出力調整するゲイン調整器３０５からなる変調回路手段３０３と、データ源３００からの送信データを各変調回路３０４に分割して並列に供給する分割回路３０６と、各変調回路３０４からゲイン調整器３０５を介して出力される変調信号をタイムスロット毎に変化させながら複数の副伝送路３０８に分配して出力するマッピング回路３０７と、副伝送路３０８に出力された変調信号に対して逆離散的フーリエ変換処理（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＩＤＦＴ）により直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式のマルチキャリア変調を行うＩＤＦＴ回路３０９を備えて構成される。尚、説明の簡単のため、図１０において、逆離散的フーリエ変換処理後の並直列変換処理、及び、逆離散的フーリエ変換処理に追加して行われる、サイクリックプレフィックス（ガードインターバル）の連結処理、パイロットシンボルの挿入処理、フィルタリングやウィンドウ処理、当業者に自明なその他の関連処理等を行う回路手段の記載は省略している。
受信装置３１１は、復調方式制御手段３１２と、伝送路３１０から受信したマルチキャリア変調信号に対して離散的フーリエ変換処理（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ＤＦＴ）によりＯＦＤＭ方式のマルチキャリア復調を行い各サブキャリアに対応する信号を複数の副伝送路３１８に分配するＤＦＴ回路３１９と、チャンネル等化器３２０と、各変調回路３０４に対応する復調回路３１４と各復調回路３１４に入力する入力信号を設定された増減係数の逆数倍して入力調整する逆ゲイン調整器３１５からなる復調回路手段３１３と、マッピング回路３０７で分配された変調信号を、逆ゲイン調整器３１５を介して対応する復調方式でディジタル復調を施す復調回路３１４に振り分けて接続するデマッピング回路３１６と、各復調回路３１４で復調されたデータ片を合成して元の送信データを生成する合成回路３１７を備えて構成される。尚、説明の簡単のため、図１０において、離散的フーリエ変換処理前のフロントエンド処理、標本化処理、直並列変換処理等を行う回路手段の記載は省略している。
チャンネル等化器３２０は、伝送路ひずみの補正を行う回路手段の一例で、例えば、上述のＭＭＳＥ等化やゼロフォーシング等化等の処理を行う。尚、伝送路が低ＳＮ比の場合には、ＭＭＳＥ等化の方が好ましい。一般的なシステムにおけるのと同様に、本システムの簡単化された実施形態では、チャンネル等価器３２０は伝送路特性との等価処理完了後は特性変更されない。
図示していないが、上記第２実施形態と同様に、複数の副伝送路３０８は複数の副伝送路群に分割して構成されており、マッピング回路３０７は、副伝送路群毎に固有のマッピング処理を行う。同様に、複数の副伝送路３１８も複数の副伝送路群に分割して構成されており、デマッピング回路３１６副伝送路群毎に固有のデマッピング処理を行う。変調方式制御手段３０２、分割回路３０６、マッピング回路３０７、復調方式制御手段３１２、デマッピング回路３１６、及び、合成回路３１７の各処理は、上記第２実施形態と同様であるので、重複する説明は割愛する。
上記第２実施形態では、変調回路２０４が出力調整機能を有し、復調回路２１４が入力調整機能を有する構成例を説明したが、出力調整機能及び入力調整機能を夫々変調回路２０４、復調回路２１４から分離しても構わない。本第３実施形態では、ゲイン調整器３０５を各変調回路３０４とマッピング回路３０７の間に配置し、逆ゲイン調整器３１５をデマッピング回路３１６と各復調回路３１４の間に配置することで、出力調整機能及び入力調整機能の分離を行っている。
また、図１０では、説明の簡単のため、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式に対応する各変調回路３０４は、夫々複数のデータ入力列の入力端子と複数のデータ出力列の出力端子を備えている。１つの変調回路３０４への各データ入力列は、当該変調回路３０４内で相互に独立してディジタル変調されて各別に出力される。同様に、各復調回路３１４も、夫々複数のデータ入力列の入力端子と複数のデータ出力列の出力端子を備えている。１つの復調回路３１４への各データ入力列は、当該復調回路３１４内で相互に独立してディジタル復調されて各別に出力される。
本第３実施形態では、上記第２実施形態の本発明方法及び装置をマルチキャリアシステムに適用する実施形態について説明したが、マルチキャリア変調方式は、ＯＦＤＭ方式に限定されるものではない。
次に、本発明方法及び装置の別実施形態について説明する。
〈１〉上記各実施形態において、本発明方法は、平均送信電力と要求されるサービス品質ＱｏＳが同じという条件下で、単一の変調方式を全てのタイムスロットに共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、伝送路の有効ＳＮ比に応じて設定された利用率や増減係数を算出した上で、これらのパラメータを用いて、変調方式の割り当て（第２及び第３実施形態では、マッピング処理が該当）及び出力調整を行う。しかし、伝送路の有効ＳＮ比は、ノイズ源や干渉が新たに発生したり、或いは、消滅・軽減したりすることで、経時変化する場合がある。利用率及び増減係数は、有効ＳＮ比が経時変化する場合には、当該変化に応じてリアルタイムで修正することで、本発明方法による高いビットレートでの高効率伝送が享受できる。
第１実施形態を例に具体的に説明すると、図１１に示すように、受信装置１１１内に、伝送路１１０の有効ＳＮ比を常時或いは定期的に計測するＳＮ比監視手段１１９を設け、ＳＮ比監視手段が実測した有効ＳＮ比が変動したか否かを、変調方式制御手段１０２が常時或いは定期的にモニターする構成とする。変調方式制御手段１０２は、有効ＳＮ比が変動したことを検出すると、現状の変調方式の変化パターン（時系列パターン）で規定される合成変調方式の閾値ＳＮ比が、変動後の有効ＳＮ比以下であるか否かを判断し、変動後の有効ＳＮ比を超える場合には、閾値ＳＮ比が変動後の有効ＳＮ比以下で最大となる合成変調方式を、例えば、図５の拡張ローディングテーブルの中から選択して、当該合成変調方式に変更する。また、現行の合成変調方式の閾値ＳＮ比が、変動後の有効ＳＮ比以下を維持している場合であっても、閾値ＳＮ比が変動後の有効ＳＮ比以下で最大となる合成変調方式が他に存在する場合には、当該他の合成変調方式に変更する。変更後の合成変調方式の利用率と増減係数を使用して、変調方式の変化パターンの変更を行う。復調方式制御手段１１２は、変更後の変化パターンに同調して、タイムスロット毎に対応する復調方式の復調回路１１４の１つを順次選択して供給する。
また、複数の副伝送路を備える第２または第３実施形態では、１つの伝送路に対する時系列パターンを変更する代わりに、マッピング回路２０８，３０７のマッピング処理におけるマッピングパターンが、上述の変化パターンの変更と同様に変更される。また、必要に応じて、副伝送路群のサイズを変更した上で、マッピングパターンの変更を行うようにしても構わない。
〈２〉上記各実施形態において、図４、図６及び図１０において、本発明装置の概略の機能ブロック構成を例示したが、本発明装置の構成が、これらの例示した構成に限定されるものではない。また、各ブロックの具体的な実現方法も、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア等を利用した種々の実現方法が可能である。
〈３〉上記各実施形態において、本発明装置で利用可能な変調多値数の異なる固有の変調方式として、１６‐ＱＡＭや６４‐ＱＡＭ等のＱＡＭ方式を想定して説明したが、変調方式としては、ＱＡＭ方式に限定されるものではない。また、ローディングテーブルの拡張に使用する２つの変調方式の変調多値数は、必ずしも１６値と６４値に限定されるものではない。
本発明は、データ伝送に伴う平均電力の制限下において、一定のエラーレートで規定される通信品質で、有限通りの変調方式の組み合わせでデータ伝送レートを向上可能なデータ通信方法及び装置に利用可能であり、特に、マルチキャリア変復調方式に適用可能なデータ通信方法及び装置に有用である。
変調方式毎の閾値ＳＮ比と副伝送路の有効ＳＮ比の関係を示す図 変調方式毎の閾値ＳＮ比とシンボル当たりのビット数の関係を示すローディングテーブルの一例を示す図 タイムスロット毎に２つの変調多値数の異なる変調方式を出力調整しながら使い分ける本発明に係るデータ送信方法の概念を説明する図 本発明に係るデータ送信装置とデータ受信装置の第１実施形態における一般化された概略の機能ブロック構成を示すブロック図 ２つの変調多値数の異なる変調方式を使用して生成された合成変調方式のシンボル当たりの平均ビット数、閾値ＳＮ比、２つの変調方式の各利用率と増減係数の関係を示す拡張されたローディングテーブルの一例を示す図 本発明に係るデータ送信装置とデータ受信装置の第２実施形態における一般化された概略の機能ブロック構成を示すブロック図 図６に示すデータ送信装置とデータ受信装置の１つの副伝送路群における回路構成の一具体例を示すブロック図 図７に示すマッピング回路による５本の副伝送路への周期的なマッピング処理の一例を示すマッピングテーブル 図７に示すマッピング回路による５本の副伝送路への擬似ランダムなマッピング処理の一例を示すマッピングテーブル 本発明に係るデータ送信装置とデータ受信装置の第３実施形態における一般化された概略の機能ブロック構成を示すブロック図 本発明に係るデータ送信装置とデータ受信装置の別実施形態における一般化された概略の機能ブロック構成を示すブロック図
符号の説明
１００，２００，３００： データ源
１１０，３１０： 伝送路
１０１，２０１，３０１： 送信装置
１２０，２２０，３３０： データ受信点
１１１，２１１，３１１： 受信装置
１０２，２０２，３０２： 変調方式制御手段
１０４，２０４，３０４： 変調回路
１０３，２０３，３０３： 変調回路手段
１１２，２１２，３１２： 復調方式制御手段
１１４，２１４，３１４： 復調回路
１１３，２１３，３１３： 復調回路手段
１１９： ＳＮ比監視手段
２１０，３０８，３１８： 副伝送路
２０６，３０６： 分割回路
２０８，３０７： マッピング回路
２１６，３１６： デマッピング回路
２１８，３１７： 合成回路
３０５： ゲイン調整器
３０９： ＩＤＦＴ回路
３１５： 逆ゲイン調整器
３１９： ＤＦＴ回路
３２０： チャンネル等化器
Ｃ０〜Ｃ４： 変調回路
Ｄ０〜Ｄ４： 復調回路
Ｍ１〜Ｍ３： 変調方式
ＰＡ２，ＰＡ３： 変調方式別の平均送信電力
Ｐａｖｅ： データ全体での平均送信電力
Ｓ１〜Ｓ５： 副伝送路
ＴＭ３： 有効ＳＮ比
Ｔｏｎｅ０〜４： 副伝送路
Ｔ１〜Ｔ３： 閾値ＳＮ比
Ｔ２ｘ，Ｔ３ｘ： 伝送路のＳＮ比
ｔ０〜ｔ１０： タイムスロット

Claims (31)

  1. 送信データを複数の１ビットまたは２ビット以上のデータ片に分割して、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式を用いて前記データ片毎にディジタル変調を施して、１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信するデータ送信方法であって、
    前記２以上の変調方式毎に前記変調多値数が大きいほど大きく調整される固有の送信電力で定まる前記送信データの送信に要する平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記データ片当りの平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記各データ片に割り当てる前記変調方式毎の利用率を設定する利用率設定工程と、
    前記利用率設定工程で設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対して、前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てて前記送信データを前記データ片に分割する変調方式割当工程と、
    前記各データ片に対して、前記変調方式割当工程で夫々割り当てられた前記変調方式でディジタル変調を施す変調工程と、を有することを特徴とするデータ送信方法。
  2. 前記変調工程において前記２以上の変調方式で夫々変調される前記データ片毎の送信出力が、一定の基準送信出力となるように設定されており、
    前記基準送信出力でディジタル変調された前記各データ片の送信出力に実数または複素数の増減係数を乗じて、前記各データ片の送信電力が前記変調方式毎に固有の送信電力となるように調整する出力調整工程を有し、
    前記利用率設定工程において、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率とともに前記増減係数を夫々設定することを特徴とする請求項１に記載のデータ送信方法。
  3. 前記利用率設定工程において、前記利用率の可能な複数通りの組み合わせが予め計算され格納しているテーブルを用いて、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率を前記テーブルに格納された前記利用率の可能な複数通りの組み合わせの中から最適な組み合わせを選択して設定することを特徴とする請求項１または２に記載のデータ送信方法。
  4. 前記予め用意された変調方式の数が２であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のデータ送信方法。
  5. 前記変調工程において、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記各データ片を、各別に割り当てた前記変調方式でディジタル変調することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のデータ送信方法。
  6. 前記変調方式割当工程において、前記変調工程で前記タイムスロット毎に逐次ディジタル変調され前記１つの伝送路または前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記各データ片に前記変調方式を各別に割り当てることを特徴とする請求項５に記載のデータ送信方法。
  7. 前記変調工程において、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記変調方式割当工程で前記利用率に基づいて前記変調方式が各別に割り当てられた複数の前記データ片の夫々に対して、対応する前記変調方式で並列にディジタル変調を施し、
    前記変調工程においてディジタル変調された前記データ片の夫々を、前記副伝送路毎の前記変調方式の時系列パターンが前記利用率を満足するように、前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続するマッピング工程を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のデータ送信方法。
  8. 前記マッピング工程において、前記タイムスロット毎に逐次出力され前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記変調工程でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続することを特徴とする請求項７に記載のデータ送信方法。
  9. 前記複数の副伝送路に出力された前記データ片の夫々に対して、複数のサブキャリアを各別に割り当てて多重化処理を施す多重化工程を有することを特徴とする請求項７または８に記載のデータ送信方法。
  10. 前記複数の副伝送路が、複数の副伝送路群に区分されて構成されており、
    前記利用率設定工程において、前記送信データを前記副伝送路群毎に割り当てて、更に、前記副伝送路群に割り当てられた前記送信データの部分毎に、前記変調方式毎の利用率を設定し、
    前記変調方式割当工程において、前記副伝送路群毎に、前記利用率設定工程で設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対し前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てる処理を行い、
    前記マッピング工程において、前記変調工程でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記各副伝送路群内の副伝送路に各別に振り分けて接続する処理を、前記副伝送路群毎に独立して行うことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載のデータ送信方法。
  11. 前記各変調方式の前記利用率の夫々が分数で表され、前記副伝送路群毎の前記各利用率の分子の最大公約数が１で、分母が前記各利用率の分子の総和であって、
    前記副伝送路群毎の副伝送路の数が、前記各利用率の分母に等しいことを特徴とする請求項１０に記載のデータ送信方法。
  12. 前記伝送路または複数の副伝送路の伝送品質に係る特性をモニターする伝送品質モニター工程と、
    前記伝送品質モニター工程でモニターした前記特性の変化に適応するように、前記利用率を調整して、前記時系列パターンを変更することを特徴とする請求項６〜１１の何れか１項に記載のデータ送信方法。
  13. 請求項１〜１２の何れか１項に記載のデータ送信方法により１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信された前記複数のデータ片の夫々に対して、ディジタル変調に用いた前記変調方式に対応する復調方式によるディジタル復調を施して、元の前記送信データに合成するデータ受信方法であって、
    前記データ片の夫々に対して、前記データ送信方法の前記変調方式割当工程で割り当てられた前記変調方式に対応する復調方式を、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の復調方式の中から各別に選択して割り当てる復調方式割当工程と、
    前記各データ片に対して選択された前記復調方式で各別にディジタル復調を施す復調工程と、を有することを特徴とするデータ受信方法。
  14. 前記データ送信方法が、請求項２に記載のデータ送信方法であって、
    前記復調工程で前記各データ片がディジタル復調される前に、前記データ送信方法の前記利用率設定工程で設定した前記増減係数に基づいて、前記各データ片の入力調整を行う入力調整工程を有することを特徴とする請求項１３に記載のデータ受信方法。
  15. 前記データ送信方法が、請求項７〜１１の何れか１項に記載のデータ送信方法であって、
    前記データ送信方法の前記マッピング工程において前記複数の副伝送路に各別に振り分けられた前記データ片の夫々を、前記変調工程でディジタル変調された前記変調方式に対応する復調方式で各別にディジタル復調を施す復調回路に振り分けて接続するデマッピング工程を有することを特徴とする請求項１３に記載のデータ受信方法。
  16. 前記データ送信方法が、請求項９に記載のデータ送信方法であって、
    前記データ送信方法の前記多重化工程で多重化処理された信号を、逆多重化処理によって複数の副伝送路に再分配する逆多重化工程を有することを特徴とする請求項１５に記載のデータ受信方法。
  17. 送信データを複数の１ビットまたは２ビット以上のデータ片に分割して、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の変調方式を用いて前記データ片毎にディジタル変調を施して、１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信するデータ送信装置であって、
    前記データ片の夫々に対して、前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てる変調方式制御手段と、
    前記各データ片に対して選択された前記変調方式でディジタル変調を施す変調回路手段と、を少なくとも備えてなり、
    前記変調方式制御手段が、前記変調方式毎に前記変調多値数が大きいほど大きく調整される固有の送信電力で定まる前記送信データの送信に要する平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記データ片当りの平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記各データ片に割り当てられる前記変調方式毎の利用率を設定し、設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対し前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てて前記送信データを前記データ片に分割することを特徴とするデータ送信装置。
  18. 前記２以上の変調方式で夫々変調される前記データ片毎の基準送信出力が相互に等しく設定され、
    前記変調回路手段が、前記変調方式毎に固有の送信電力を、前記基準送信出力に実数または複素数の増減係数を乗じることで調整可能に構成され、
    前記変調方式制御手段が、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率と前記増減係数を夫々設定し、設定した前記利用率に基づいて、前記データ片の夫々に対し各別に、前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を選択して割り当て、設定した前記増減係数に基づいて、前記変調回路手段に対して前記データ片毎の出力調整の制御を行うことを特徴とする請求項１７に記載のデータ送信装置。
  19. 前記利用率の可能な複数通りの組み合わせが予め計算されテーブルに格納されており、
    前記変調方式制御手段が、前記平均送信電力が所定の規定値以下であり、且つ、前記平均ビットレートが、前記平均送信電力の前記規定値が同じで最大エラーレートが同じであるという条件下で単一の変調方式を全てのデータ片に共通に使用した場合の平均ビットレート以上となるように、前記利用率を前記テーブルに格納された前記利用率の可能な複数通りの組み合わせの中から最適な組み合わせを選択して設定することを特徴とする請求項１７または１８に記載のデータ送信装置。
  20. 前記予め用意された変調方式の数が２であることを特徴とする請求項１７〜１９の何れか１項に記載のデータ送信装置。
  21. 前記変調方式制御手段が、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記各データ片を、各別に割り当てた前記変調方式に対応する前記変調回路手段に逐次入力させることを特徴とする請求項１７〜２０の何れか１項に記載のデータ送信装置。
  22. 前記変調方式制御手段が、前記変調回路手段から前記タイムスロット毎に逐次出力され前記１つの伝送路または前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記各データ片に前記変調方式を各別に割り当てることを特徴とする請求項２１に記載のデータ送信装置。
  23. 前記変調回路手段が、時系列に連続するタイムスロット毎に、前記変調方式制御手段によって前記利用率に基づいて前記変調方式を各別に割り当てられた複数の前記データ片の夫々を、対応する前記変調方式で並列にディジタル変調を施すように複数の変調回路を備えて構成され、
    前記変調回路手段でディジタル変調された前記データ片の夫々を、前記副伝送路毎の前記変調方式の時系列パターンが前記利用率を満足するように、前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続するマッピング回路を備えることを特徴とする請求項１７〜２０の何れか１項に記載のデータ送信装置。
  24. 前記マッピング回路が、前記マッピング回路から前記タイムスロット毎に逐次出力され前記複数の副伝送路の１つに入力される一連の前記データ片に割り当てられた前記変調方式の時系列パターンが、所定数の前記タイムスロット毎に繰り返す周期的パターン、或いは、擬似ランダムなパターンとなるように、前記変調回路手段でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記複数の副伝送路に各別に振り分けて接続することを特徴とする請求項２３に記載のデータ送信装置。
  25. 前記複数の副伝送路に出力された前記データ片の夫々に対して、複数のサブキャリアを各別に割り当てて多重化処理を施す多重化回路を備えることを特徴とする請求項２３または２４に記載のデータ送信装置。
  26. 前記複数の副伝送路が、複数の副伝送路群に区分されて構成されており、
    前記変調方式制御手段が、前記送信データを前記副伝送路群毎に割り当てて、更に、前記副伝送路群に割り当てられた前記送信データの部分毎に、前記変調方式毎の利用率を設定し、前記データ片の夫々に対し前記２以上の変調方式の中から１つの変調方式を各別に選択して割り当てる処理を行い、
    前記マッピング回路が、前記変調回路手段でディジタル変調された前記データ片の夫々を前記各副伝送路群内の副伝送路に各別に振り分けて接続する処理を、前記副伝送路群毎に独立して行うことを特徴とする請求項２３〜２５の何れか１項に記載のデータ送信装置。
  27. 前記副伝送路群毎に各別に設定された前記各変調方式の前記利用率の夫々が分数で表され、前記副伝送路群毎の前記各利用率の分子の最大公約数が１で、分母が前記各利用率の分子の総和であって、
    前記副伝送路群毎の副伝送路の数が、前記各利用率の分母に等しいことを特徴とする請求項２６に記載のデータ送信装置。
  28. 請求項１７〜２７の何れか１項に記載のデータ送信装置から１つの伝送路または複数の副伝送路を介して送信された前記複数のデータ片の夫々に対して、ディジタル変調に用いた前記変調方式に対応する復調方式によるディジタル復調を施して、元の前記送信データに合成するデータ受信装置であって、
    前記データ片の夫々に対して、前記データ送信装置の前記変調方式制御手段で割り当てられた前記変調方式に対応する復調方式を、変調多値数が相互に異なる予め用意された２以上の復調方式の中から各別に選択して割り当てる復調方式制御手段と、
    前記各データ片に対して選択された前記復調方式で各別にディジタル復調を施す復調回路手段と、を少なくとも備えてなることを特徴とするデータ受信装置。
  29. 前記データ送信装置が、請求項１８に記載のデータ送信装置であって、
    前記復調方式制御手段が、前記データ送信装置の前記変調方式制御手段で設定した前記増減係数に基づいて、前記復調回路手段に対してディジタル復調前の前記各データ片の入力調整の制御を行うことを特徴とする請求項２８に記載のデータ受信装置。
  30. 前記データ送信装置が、請求項２３〜２７の何れか１項に記載のデータ送信装置であって、
    前記データ送信装置の前記マッピング回路によって前記複数の副伝送路に各別に振り分けられた前記データ片の夫々を、前記変調回路手段でディジタル変調された前記変調方式に対応する復調方式で各別にディジタル復調を施す前記復調回路手段の複数の復調回路の夫々に振り分けて接続するデマッピング回路を備えることを特徴とする請求項２８に記載のデータ受信装置。
  31. 前記データ送信装置が、請求項２５に記載のデータ送信装置であって、
    前記データ送信装置の前記多重化回路で多重化処理された信号を、逆多重化処理によって複数の副伝送路に再分配する逆多重化回路を備えることを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
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