JP4209315B2 - 伝送モード選択方法 - Google Patents

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Description

本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより独立なデータを送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間の伝達関数行列をもとに受信局側でデータの復調を行うことにより無線通信を実現するMIMO（Multi ple Input Multiple Output）技術を適用した高速無線アクセスシステムにおいて、変調モード、誤り訂正の符号化率、同一周波数チャネル上での送信信号の重畳数の組み合わせにより多数の伝送モードを実現し、伝送品質と効率を両立しながら通信を行う適応変調方式に関し、特に、伝送路の通信状態を速やかに精度良く推定し、最適な伝送モードを選択するための技術に関する。
本発明は、特に、2.4GHz帯または5GHz帯を用いた高速無線アクセスシステムの伝送速度の高速化を行うためにおいて利用される。
近年、2.4GHz帯または5GHz帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、IEEE802.11b規格、IEEE802.11a規格、IEEE802.11g規格などの普及が目覚しい。これらのシステムは、パケットベースで無線通信を行い、異なる変調方式及び符号化率を組み合わせた複数の伝送モードをサポートしている。無線パケットの送信時には、無線パケットの先頭に位置するヘッダ部分は共通の伝送モードを用い、このヘッダ部分に、それ以降のデータ領域に対して用いる伝送モードの情報を収容して伝送する。受信局では、受信した無線パケットのヘッダ部分を参照し、ヘッダ部に付与された伝送モード情報を取得し、ここに記載された伝送モードを用いて後続するデータ領域の復調を行う。
これらのシステムでは、変調方式および誤り訂正の符号化率（＝Ｒ）の組み合わせとして、BPSK R=1/2（6Mbps相当）、BPSK R=3/4（9Mbps相当）、QPSK R=1/2（12Mbps相当）、QPSK R=3/4（18Mbps相当）、16QAM R=1/2（24Mbps相当）、16QAM R=3/4（36Mbps相当）、64QAM R=2/3（48Mbps相当）、64QAM R=3/4（54Mbps相当）の様に複数の変調モードが規定されている。伝送レートの高い伝送モードほど伝送効率は高いが、一方で伝送レートの低い伝送モードほど通信の信頼性が高い。運用においては、所望のPER（Packet Error Rate）を満足する範囲で最大の伝送レートを実現する伝送モードを適応的に利用するレートアダプテーションと呼ばれる技術を用い、無線パケット単位で伝送モードを変更することが可能である。
図９に、従来方式におけるレートアダプテーションの概要を示す。横軸に伝送速度を示し、BPSK R=1/2（6Mbps相当）、BPSK R=3/4（9Mbps相当）、QPSK R=1/2（12Mbps相当）、QPSK R=3/4（18Mbps相当）、16QAM R=1/2（24Mbps相当）、16QAM R=3/4（36Mbps相当）、64QAM R=2/3（48Mbps相当）、64QAM R=3/4（54Mbps相当）の順で利用可能な伝送モードが並んでいる。説明の都合上、各伝送モードには通し番号としてｋ=１〜８が付与され、それぞれの伝送モードをPHY（１）〜PHY（８）と表記することとする。
図１０に、従来方式における伝送モード選択方法をフローチャートで示す。同図において、データの送信にあたっては、前回用いられた伝送モードを参照し（ステップ１０００）、これをPHY（ｋ）とした場合、何らかの方法にて、通信をPHY（ｋ）で続けた場合に所望のPER特性が得られるかどうかを判断する（ステップ１００１）。ここで所望のPER特性を満足可能でないと判断された場合には（ステップ１００２）、伝送レートをひとつ下げ、PHY（ｋ-1）にして通信を行う（ステップ１００３）。
逆に、所望のPER特性を満足可能であると判断された場合には（ステップ１００２）、さらに、通信をPHY（ｋ+1）にて行った場合に所望の特性が得られるかどうかを判断する（ステップ１００４）。ここで所望の特性を満足可能であると判断された場合には（ステップ１００５）、伝送レートをひとつ上げ、PHY（ｋ+1）にして通信を行う（ステップ１００６）。その他の場合には、伝送レートをそのままに、PHY（ｋ）にて通信を行う（ステップ１００７）。
このレートアダプテーションにおいて、所望の特性が得られるかどうかの判断の手法として、以下のよう方法が提案されている（非特許文献１参照）。
図１１は、従来方式における無線パケット毎の伝送モード設定方法の概要を示す図である。同図において、101a〜109aは無線パケット、101b〜109bはACKパケットを示す。無線パケットの送信時には、送信局は適当な伝送モード（例えば36Mbpsのモード）を選択し、無線パケット101aの送信を行う。受信局は無線パケット101aが正常に受信できた場合、ACKパケット101bを送信する。
無線パケットが101a〜103aまで、連続ｎ回送信に成功した場合、送信局は次の無線パケット104aに対して、より伝送効率の高い伝送モード（例えば48Mbpsのモード）を用いて送信する。
ここで、例えば無線パケット104a〜106aの連続したｍ個の無線パケットに対してACKパケットが返ってこなかったとする。この場合には、その際に使用していた伝送モードよりも伝送効率の低い、即ち信頼性が高い伝送モード（例えば36Mbpsのモード）を選択し、それ以降の無線パケット107a〜109aを送信する。
上記文献では、ここでのパラメータn、mを最適化するため、伝送モードを変更した直後と、変更後に1回でも無線パケットの送信に成功した場合でパラメータを変更するなどの提案も行われているが、基本的に過去の無線パケットの送信の成功・失敗の履歴情報をもとに伝送モードの選択を行っている。
この様に、伝送モードの選択肢が1次元的に並んでいる場合には、過去の送信の成功／失敗に関する履歴情報などから、伝送レートを上げるか、下げるか、維持するかのみを判断すれば良かった。
一方、IEEE802.11g規格、IEEE802.11a規格などの無線LANシステムでは、最大で54Mbpsの伝送速度を実現しているが、無線LANの普及に伴い更なる伝送速度の高速化が求められている。そのための技術としては、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術が有力である。このMIMO技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ／受信アンテナ間の伝達関数行列を求め、この行列を用いて送信局側で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。
ここで、N本の送信アンテナを用いてN系統の信号を送信し、M本のアンテナを用いて信号を受信する場合を考える。まず、送受信局の各アンテナ間にはN×M個の伝送のパスが存在し、第i送信アンテナから送信され第j受信アンテナで受信される場合の伝達関数をhj,iとし、これを第(j,i)成分とするN行M列の行列をHと表記する。
さらに、第i送信アンテナからの送信信号をtiとし(t1, t2, t3,… tN)を成分とする列ベクトルをTx、第j受信アンテナでの受信信号をrjとし(r1, r2, r3,… rM)を成分とする列ベクトルをRx、第j受信アンテナの熱雑音をnjとし(n1, n2, n3, nM)を成分とする列ベクトルをnと表記する。
この場合、以下の関係式が成り立つ。
Figure 0004209315
 したがって、受信局側で受信した信号Rxをもとに、送信信号Txを推定する技術が開発されている。このMIMO技術における受信信号推定技術の例としては、ZF（Zero Forcing）法、MLD（Maximum Likelihood Detection）法と呼ばれる方法などがあげられる。
これらの技術を用いれば、複数の信号系列を同一周波数チャネル上で重畳するために、より高速な伝送レートを実現可能である。図１２に、ＭＩＭＯ技術を用いた場合に実現可能な伝送レートを示す。ここでは、重畳する各信号系列の伝送モードは、図９に示した従来の伝送モードそのままであり、各重畳数毎にBPSK R=1/2、BPSK R=3/4、QPSK R=1/2、QPSK R=3/4、16QAM R=1/2、16QAM R=3/4、64QAM R=2/3、64QAM R=3/4の伝送モードが設定されている。
また、例えば64QAM R=3/4の様に同一のモードであるならば、重畳数に比例して伝送レートが倍増する。図では、横軸に伝送レートをとり、各重畳数毎に横に分類して、該当する伝送レートのところに配置して示している。説明の都合上、実現可能な伝送レートには通し番号ｋを付与し、複数の重畳数ｍで同一の伝送レートを実現可能な場合には、その伝送モードをPHY（ｋ,ｍ）で表記した。例えば、64QAM R=3/4（54Mbps相当）を用いた場合、重畳数１の場合はPHY（9,1）、重畳数２の場合にはPHY（12,2）、重畳数３の場合にはPHY（14,3）と表記されている。
井上他、「IEEE802.11無線ＬＡＮにおけるレートアダプテーション機能」電子情報通信学会2002年ソサイエティ大会予稿B-5-192
上述の図１２に示した様に、MIMO技術を用いる場合には、利用可能な伝送モードが「伝送レート」及び「重畳数」に対して、2次元的に存在している。最適な伝送モード、すなわち所望の伝送特性、品質を満足しながら最も伝送レートが高い伝送モードは１つ存在すると考えられるが、現時点でその最適伝送モードが選択されていた場合であっても、状況の変化に対応して伝送モードを変更する場合、どの伝送モードにすべきかの判断が難しい。
例えば、伝送速度54MbpsのPHY（9,1）（重畳数１）を用いて行っていた通信の品質が劣化したとする。通常であれば、伝送レートを48Mbpsに下げればよいと考えがちだが、MIMO技術を適用する場合にはそれほど単純ではない。例えば、64QAMを用いるPHY（9,1）では特性が不十分であっても、重畳数を2に上げる代わりに16QAM R=3/4を用いるPHY（10,2）ならば十分な特性が得られるという状況は存在する。このPHY（10,2）の伝送レートは72Mbpsであり、PHY（9,1）よりも伝送レートは高い。
この様に、MIMO技術を用いる場合のレートアダプテーションは、２次元的な選択肢の中で伝送モードの変更を判断しなければならないため、図１０に示したような簡易な判断にて最適伝送モードを判断するのが困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、MIMO技術を適用する無線LANシステムにおいて、最適な伝送モードを効率的に推定するための簡易な実現方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、Ｍ（Ｍ＞０：整数）本の送信アンテナから同時に同一周波数を用いて異なるM系統の信号系列を重畳して送信することが可能な送信局と、N（N＞０：整数）本の受信アンテナにて受信された信号から前記M系統の信号系列を再生することが可能な受信局より構成され、且つ前記送信局及び受信局は、異なる変調方式及び符号化率及び信号系列の重畳数ｍ（M≧ｍ＞０：整数）の組み合わせとして規定される複数の伝送モードの無線通信に対応し、伝送状況に応じて伝送モードを適応的に切り替えるレートアダプテーション制御を行う無線通信システムにおいて、変調方式及び符号化率及び信号系列の重畳数ｍの組み合わせとして実現可能な伝送速度がK（K＞１：整数）種類であり、この中で伝送速度が低い方からｋ（１≦ｋ≦K：整数）番目の伝送速度がR(k)とし、該伝送速度R(k)を実現する伝送モードの中で信号系列の重畳数がi（１≦i：整数）である伝送モードをPHY（ｋ,i）と表記した場合において、前記送信局は、伝搬路状況に応じたレートアダプテーション制御のためのNRA（１＜NRA：NRAは整数）種類のレートアダプテーションモードを規定し、その全レートアダプテーションモードの中の第ｊ（１≦ｊ≦NRA：ｊは整数）番目のレートアダプテーションモードMode[j]が選択された場合に伝送レートR(k)を実現するために用いる信号系列の重畳数をRA[j,k] （１≦RA[j,k]≦M：RA[j,k]は整数）として与えるテーブルを備え、該テーブルにより第ｊ番目の前記レートアダプテーションモードMode[j]において使用する伝送モードが
Mode[1]：｛PHY（1,RA[1,1]）, PHY（2,RA[1,2]）, PHY（3,RA[1,3]）,…, PHY（K,RA[1,K]）｝、
Mode[2]：｛PHY（1,RA[2,1]）, PHY（2,RA[2,2]）, PHY（3,RA[2,3]）,…, PHY（K,RA[2,K]）｝、
………
Mode[NRA]：｛PHY（1,RA[NRA,1]）, PHY（2,RA[NRA,2]）, PHY（3,RA[NRA,3]）,…, PHY（K,RA[NRA,K]）｝、
で与えられる状況において、通信の開始時または通信中において適宜ひとつのレートアダプテーションモードとしてMode[ｊ]を選択する第１のステップと、通信における送信データの誤りの有無の履歴及び又は通信の相手局から受信される信号のうちの既知の信号パターンの受信状態より最後に通信に用いた伝送モードにて所定の伝送品質を満足できるか否かを判断する第２のステップと、前記判断において、最後に通信に用いた伝送モードPHY（ｋ,RA[ｊ,ｋ]）にて所定の伝送品質を満足できないと判断された場合には伝送モードを1段階下げPHY（ｋ-1,RA[ｊ,ｋ-1]）とする第３のステップと、通信における送信データの誤りの有無の履歴及び又は通信の相手局から受信される信号のうちの既知の信号パターンの受信状態より最後に通信に用いた伝送モードよりも伝送レートの高い伝送モードの通信にて所定の伝送品質を満足できるか否かを判断する第４のステップと、前記判断において、最後に通信に用いた伝送モードPHY（ｋ,RA[ｊ,ｋ]）よりも伝送レートの高い伝送モードの通信にて所定の伝送品質を満足できると判断された場合には伝送モードを1段階上げPHY（ｋ+1,RA[ｊ,ｋ+1]）とする第５のステップと、前記選択された伝送モードを用いて無線パケットを送信する第６のステップとを実施することを特徴とする。
従来の技術とは、送信信号系列の重畳数と変調モード（及び符号化率）の2次元的なパラメータにて規定される伝送モードに対し、前記送信局は、伝搬路状況に応じたレートアダプテーション制御のためのNRA（１＜NRA：NRAは整数）種類のレートアダプテーションモードを規定し、その全レートアダプテーションモードの中の第ｊ（１≦ｊ≦NRA：ｊは整数）番目のレートアダプテーションモードMode[j]が選択された場合に伝送レートR(k)を実現するために用いる信号系列の重畳数をRA[j,k] （１≦RA[j,k]≦M：RA[j,k]は整数）として与えるテーブルを備え、該テーブルにより第ｊ番目の前記レートアダプテーションモードMode[j]において使用する伝送モードがMode[1]：｛PHY（1,RA[1,1]）, PHY（2,RA[1,2]）, PHY（3,RA[1,3]）,…, PHY（K,RA[1,K]）｝、Mode[2]：｛PHY（1,RA[2,1]）, PHY（2,RA[2,2]）, PHY（3,RA[2,3]）,…, PHY（K,RA[2,K]）｝、…Mode[NRA]：｛PHY（1,RA[NRA,1]）, PHY（2,RA[NRA,2]）, PHY（3,RA[NRA,3]）,…, PHY（K,RA[NRA,K]）｝で与えられる状況において、通信の開始時または通信中において適宜ひとつのレートアダプテーションモードとしてMode[ｊ]を選択するステップを実施し、それ以降は同一のレートアダプテーションモードMode[ｊ]内に閉じて１次元的に適応的な伝送モード切り替えを行う点で異なっている。
この結果、2次元的なレートアダプテーション制御では、伝送モード変更の際の切り替え先の伝送モードの選択肢が多岐にのぼり、適切な伝送モードの選択が困難であり、場合によっては不適切な伝送モード選択により不要な再送を多発させ、伝送効率の低下と共に伝送品質まで劣化させる危険性があったのに対し、簡易な制御で確実なレートアダプテーション制御が可能となる。
さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の伝送モード選択方法において、前記送信局は、前記レートアダプテーションモード毎に、レートアダプテーションモードMode[j]に含まれるK種類の伝送モード{PHY（k,RA[j,k]）}のうち、所定の伝送モードを運用時に未使用とすることを特徴とする。
一般には、規定された伝送モードの中には、条件次第ではあまり有効でない伝送モードも存在するが、そのような伝送モードは状況に応じて飛ばして運用することが好ましく、これにより効率が向上する。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の伝送モード選択方法において、前記レートアダプテーションモード群｛Mode[j]｝は、送信する信号系列の重畳数がm’ (１≦m’≦M：整数)である部分レートアダプテーションモード群｛Mode[j]｝m’毎に分類されて管理され、送信する信号系列の重畳数の上限値がm’であると判断された場合には前記部分レートアダプテーションモード群｛Mode[j]｝m’の中からレートアダプテーションモードをひとつ選択することを特徴とする。
レートアダプテーションモードとしては多数のモードが存在することになるが、環境に応じて選択可能な伝送モードは限定される。特にMIMO技術の適用に際しては、伝搬環境に応じて、重畳可能な信号系列の多重数には上限がある。この上限値を見究めることが可能であれば、この上限値毎にグループ化し、そのグループ毎に閉じてレートアダプテーションモードを適宜切り替える方法が有効である。上記の方法は、このための簡易な実現方法を提供するためのものである。
レートアダプテーションモードは一旦選択すれば固定のものではなく、状況に応じて適宜変更すべきものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の伝送モード選択方法において、前記レートアダプテーションモードとしてMode[j]を選択している場合に、k1>k2>k3なる整数に対し、伝送モードがPHY（k1,RA[j,k1]）からPHY（k2,RA[j,k2]）へ、PHY（k2,RA[j,k2]）からPHY（k3,RA[j,k3]）へ、…と2回またはそれ以上の所定の回数の伝送モードの変更が行われたにもかかわらず、その間に一度も無線パケットの送信に成功出来なかった場合には、これをトリガとしてレートアダプテーションモードを変更することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の伝送モード選択方法において、前記レートアダプテーションモードとしてMode[j]を選択している場合に、k1<k2<k3なる整数に対し、伝送モードがPHY（k1,RA[j,k1]）からPHY（k2,RA[j,k2]）へ、PHY（k2,RA[j,k2]）からPHY（k3,RA[j,k3]）へ、…と2回またはそれ以上の所定の回数の伝送モードの変更が行われたにもかかわらず、その間に一度も無線パケットの送信に失敗することがなかった場合には、これをトリガとしてレートアダプテーションモードを変更することも好ましい。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４または５のいずれかに記載の伝送モード選択方法において、通信開始時又はレートアダプテーションモードの変更時から所定の時間が経過するまでの間は、何らかのレートアダプテーションモード切り替えのトリガが検出された場合であってもこれを無視し、レートアダプテーションモードの変更を禁止することを特徴とする。
以上は、レートアダプテーションモード切り替えの適切なトリガを与えるための簡単な実現方法である。
また、請求項７に記載の発明は、Ｍ（Ｍ＞０：整数）本の送信アンテナから同時に同一周波数を用いて異なるM系統の信号系列を重畳して送信することが可能な送信局と、N（N＞０：整数）本の受信アンテナにて受信された信号から前記M系統の信号系列を再生することが可能な受信局より構成され、且つ前記送信局及び受信局は、異なる変調方式及び符号化率及び信号系列の重畳数ｍ（M≧ｍ＞０：整数）の組み合わせとして規定される複数の伝送モードの無線通信に対応し、伝送状況に応じて伝送モードを適応的に切り替えるレートアダプテーション制御を行う無線通信システムの伝送モード選択方法において、前記送信局は、無線パケットの送信時において、送信する信号系列の重畳数がｍである所定の伝送モードを用いて無線パケットを送信する第１のステップと、該無線パケットが誤ることなしに正常に送信に成功したか失敗したかを判断する第２のステップと、送信する信号系列の重畳数がｍs+１の時に送信に失敗し且つ送信する信号系列の重畳数がｍsの時に送信に成功する正の整数ｍsを検索する第３のステップとを実施することを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項３に記載の伝送モード選択方法において、前記送信局は、無線パケットの送信時において、送信する信号系列の重畳数がｍである所定の伝送モードを用いて無線パケットを送信する第１のステップと、該無線パケットが誤ることなしに正常に送信に成功したか失敗したかを判断する第２のステップと、送信する信号系列の重畳数がｍs+１の時に送信に失敗し且つ送信する信号系列の重畳数がｍsの時に送信に成功する正の整数ｍsを検索する第３のステップと、を実施し、送信する信号系列の重畳数の上限値ｍ’として前記第３のステップにおいて検索された正の整数ｍsを用いることを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の伝送モード選択方法において、前記送信局は、無線パケットの送信時において、送信する信号系列の重畳数がｍである所定の伝送モードを用いて無線パケットを送信する第１のステップと、該無線パケットが誤ることなしに正常に送信に成功したか失敗したかを判断する第２のステップと、送信する信号系列の重畳数がｍs+１の時に送信に失敗し且つ送信する信号系列の重畳数がｍsの時に送信に成功する正の整数ｍsを検索する第３のステップとを所定の時間以上経過するごとに実行することを特徴とする。
本発明によれば、MIMO技術を適用した無線LANシステムにおいて、フェージングにより時間的に伝送特性が激しく変動する環境において、その変動に適応するように伝送モードを変更するレートアダプテーション制御を、簡易な手法で効率的且つ安定的に実施することが可能となる。その結果、システム全体のスループット特性の劣化を抑えながら、再送による遅延特性、PER特性を改善することが実現可能である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における最適レートアダプテーションモードの選択手順を示す。同図において、無線端末は、電源投入時や伝搬路状態が変化したと判断された時、ないしは所定の周期にて伝搬路推定を行い（ステップ１００）、その伝搬路推定結果より最適レートアダプテーションモードMode[j]を選択する（ステップ１０１）。
ステップ１００における伝搬路推定の処理例としては、例えば既知の信号パターンを伝送し、各送信アンテナ／受信アンテナ間の伝達関数情報を収集し、その情報から判断する。その中で、例えばMIMO技術を適用可能ではない状態と判断されれば、図９で示した従来のレートアダプテーション制御に対応したレートアダプテーションモードMode[j]を選択するし、３つの信号系列の重畳が可能と判断されれば、最大伝送レートが162Mbps（=54Mbps×3）となるレートアダプテーションモードMode[j]の中からひとつを選択する。
図２に、本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法におけるひとつのレートアダプテーションモード内の伝送モード変更の概要を示す。レートアダプテーションモードMode[j]が選択された場合、例えば第ｋ番目の伝送レートの伝送モードはPHY（k,RA[j,k]）で与えられる。例えば、図９にあるように、k=6であれば36Mbpsを表すが、この中には重畳数が１、２、３の3種類の伝送モードが存在する。レートアダプテーションモードにおいては、この中のどれを選択するかをテーブルとしてもち、ここではそれをRA[j,k]として表記している。
この様に設定されたレートアダプテーションモードの中では、1次元的に伝送モードを変更し、例えばPHY（k,RA[j,k]）からであれば、伝送特性が良い場合にはPHY（k+1,RA[j,k+1]）に変更し、伝送特性が悪ければPHY（k-1,RA[j,k-1]）に変更する。
図３に、本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における最適伝送モードの選択手順を示す。同図において、データの送信にあたっては、前回用いられた伝送モードを参照し（ステップ３００）、これをPHY（k,RA[j,k]）とした場合、何らかの方法にて、通信をPHY（k,RA[j,k]）で続けた場合に所望のＰＥＲ特性が得られるかどうかを判断する（ステップ３０１）。ここで所望のＰＥＲ特性を満足可能でないと判断された場合には（ステップ３０２）、伝送レートをひとつ下げ、PHY（k-1,RA[j,k-1]）にして通信を行う（ステップ３０３）。
逆に、所望のＰＥＲ特性を満足可能であると判断された場合には（ステップ３０２）、通信をPHY（k+1,RA[j,k+1]）にて行った場合に所望の特性が得られるかどうかを判断する（ステップ３０４）。ここで所望のＰＥＲ特性を満足可能であると判断された場合には（ステップ３０５）、伝送レートをひとつ上げ、PHY（k+1,RA[j,k+1]）にして通信を行う（ステップ３０６）。その他の場合には、伝送レートをそのままに、PHY（k,RA[j,k]）にて通信を行う（ステップ３０７）。
図４は、本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における、ひとつのレートアダプテーションモード内の伝送モード変更の概要を示す。図２においては選択可能な伝送レートに付与された番号ｋは連続的に使用されるが、必ずしも連続的である必要はない。例えば、図９に示した従来方式であっても、9Mbpsを実現するBPSK R=3/4は特性的にほとんど用いられることはない。これと同様に、本発明においても必ずしも全ての伝送モードを利用する必要はなく、図４における右側に示すように、状況に応じてひとつ又は複数の伝送モードを飛ばして伝送モード変更を行うことも可能である。
図５に、本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における最適伝送モードの選択例を示す。一般に、MIMO技術を適用する場合には、その伝搬路上に複数のMIMOのパスが必要となる。少々複雑ではあるが、直感的には壁、障害物等による反射により、送受信局間に安定した伝送路が何本確保できるかにより、MIMOチャネルの重畳数の上限が存在する。つまり、この様なパスが2本しかないと判断された場合には、レートアダプテーションモードとしては重畳数３の伝送モードを含まないように設定されるのが好ましい。
従って、最大重畳数毎にレートアダプテーションモードをグループ化し、レートアダプテーションモードを変更してMode[j]→Mode[j’]とする際にも、同一のグループ内に限定して別のレートアダプテーションモードを選択する。例えば、重畳数２であれば、図５にあるように各伝送レートにおいて重畳数１又は２のものをひとつ選ぶ形で、伝送レートが低い方から高い方に1次元的に遷移するレートアダプテーションモードをひとつ選ぶことになる。
図６に、本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法におけるレートアダプテーションモード変更処理の一例を示す。基本的な動作は図１に示したものと同様であるが、伝送モードの変更が行われた場合において、状態の変化の履歴をState値として記録する。伝送モード（伝送レート）の変更に応じてState値を加減算し、その値の絶対値が所定値以上になった場合に急激な伝搬路の変化があったものと判断して、レートアダプテーションモードの変更処理を行う。
図６において、データの送信にあたっては、前回用いられた伝送モードを参照し（ステップ６００）、これをPHY（k,RA[j,k]）とした場合、何らかの方法にて、通信をPHY（k,RA[j,k]）で続けた場合に所望のＰＥＲ特性が得られるかどうかを判断する（ステップ６０１）。
ここで所望のＰＥＲ特性を満足可能でないと判断された場合には（ステップ６０２）、伝送レートをひとつ下げ、PHY（k-1,RA[j,k-1]）にして通信を行い（ステップ６０３）、State値を１だけ減算する（ステップ６０４）。
一方、所望のＰＥＲ特性を満足可能であると判断された場合には（ステップ６０２）、通信をPHY（k+1,RA[j,k+1]）にて行った場合に所望の特性が得られるかどうかを判断する（ステップ６０５）。
ここで所望のＰＥＲ特性を満足可能であると判断された場合には（ステップ６０６）、伝送レートをひとつ上げ、PHY（k+1,RA[j,k+1]）にして通信を行うとともに（ステップ６０７）、State値を１だけ加算する（ステップ６０８）。
その他の場合には、伝送レートをそのままに、PHY（k,RA[j,k]）にて通信を行う（ステップ６０９）。
次いで、送信に成功した場合には（ステップ６１０）、伝送モードの変化がなかった場合には、State値をゼロにリセットし（ステップ６１１）、この処理を終了する。また、送信に失敗した場合には（ステップ６１０）、State値の絶対値が２以上であるか否かを判定する。
ステップ６１２でState値の絶対値が２以上であると判定した場合には、急激な伝搬路の変化があったものと判断して、レートアダプテーションモードの変更処理、すなわち最適レートアダプテーションモードの再選択を実施し（ステップ６１３）、この処理を終了する。
また、ステップ６１２でState値の絶対値が２以上でないと判定した場合には、そのままこの処理を終了する。
次に、図７に本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法におけるレートアダプテーションモード変更処理の他の例を示す。レートアダプテーションモードの見直し／再選択は、所定の周期で定期的に行っても良い。例えば、１０分とか１時間などの時間を設定し、その時間が経過するごとに（ステップ７００）、伝搬路推定を実施し（ステップ７０１）、最適レートアダプテーションモードを選択する（ステップ７０２）。
図８に、本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における適用可能な最大重畳数判定の処理内容を示す。図５で示した最適伝送モードの選択例では適用可能な最大重畳数を判断し、これをもってレートアダプテーションモードをグループ化したが、この選択方法としては以下のような方法が考えられる。
図８において、最大重畳数の判断処理を開始すると、まず重畳数ｍを２に設定する（ステップ８００）。その後、BPSK R=1/2にてデータパケットの送信を行う（ステップ８０１）。送信に成功した場合には（ステップ８０２）、重畳数ｍを1段階上げて（ステップ８０３）、再度ステップ８０１に戻る。送信に失敗した場合には（ステップ８０２）、最大重畳数は最後に送信に成功した重畳数と設定する（ステップ８０４）。
なお、ここで送信するデータパケットは一般のユーザデータを収容したものであっても、制御情報を収容したものであってもどちらでも構わない。また、BPSK R=1/2を用いるとしたが、QPSK R=1/2の様に他の信頼性の高い伝送モードを用いても構わない。
以上述べた実施例は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することが出来る。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における最適レートアダプテーションモードの選択手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法おけるひとつのレートアダプテーションモード内の伝送モード変更の概要を示す説明図。 本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における最適伝送モードの選択手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法におけるひとつのレートアダプテーションモード内の伝送モード変更の概要を示す説明図。 本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における最適伝送モードの選択例を示す説明図。 本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法におけるレートアダプテーションモードの変更処理の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法におけるレートアダプテーションモード変更処理の他の例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る伝送モード選択方法における適用可能な最大重畳数判定の処理内容を示すフローチャート。 従来方式におけるレートアダプテーションの概要を示す説明図。 従来方式における伝送モードの選択手順を示すフローチャート。 従来方式における無線パケット毎の伝送モード設定方法の概要を示す説明図。 MIMO技術を用いた場合に実現可能な伝送レートを示す説明図。
符号の説明
101a〜109a…無線パケット
101b〜103b,107b〜109b…ACKパケット

Claims (9)

  1. Ｍ（Ｍ＞０：整数）本の送信アンテナから同時に同一周波数を用いて異なるM系統の信号系列を重畳して送信することが可能な送信局と、N（N＞０：整数）本の受信アンテナにて受信された信号から前記M系統の信号系列を再生することが可能な受信局より構成され、且つ前記送信局及び受信局は、異なる変調方式、符号化率及び信号系列の重畳数ｍ（M≧ｍ＞０：整数）の組み合わせとして規定される複数の伝送モードの無線通信に対応し、伝送状況に応じて伝送モードを適応的に切り替えるレートアダプテーション制御を行う無線通信システムの伝送モード選択方法において、
    変調方式及び符号化率及び信号系列の重畳数ｍの組み合わせとして実現可能な伝送速度がK（K＞１：整数）種類であり、この中で伝送速度が低い方からｋ（１≦ｋ≦K：整数）番目の伝送速度がR(k)とし、該伝送速度R(k)を実現する伝送モードの中で信号系列の重畳数がi（１≦i：整数）である伝送モードをPHY（ｋ,i）と表記した場合において、
    前記送信局は、伝搬路状況に応じたレートアダプテーション制御のためのNRA（１＜NRA：NRAは整数）種類のレートアダプテーションモードを規定し、その全レートアダプテーションモードの中の第ｊ（１≦ｊ≦NRA：ｊは整数）番目のレートアダプテーションモードMode[j]が選択された場合に伝送レートR(k)を実現するために用いる信号系列の重畳数をRA[j,k] （１≦RA[j,k]≦M：RA[j,k]は整数）として与えるテーブルを備え、該テーブルにより第ｊ番目の前記レートアダプテーションモードMode[j]において使用する伝送モードが
    Mode[1]：｛PHY（1,RA[1,1]）, PHY（2,RA[1,2]）, PHY（3,RA[1,3]）,…, PHY（K,RA[1,K]）｝、
    Mode[2]：｛PHY（1,RA[2,1]）, PHY（2,RA[2,2]）, PHY（3,RA[2,3]）,…, PHY（K,RA[2,K]）｝、
    ………
    Mode[NRA]：｛PHY（1,RA[NRA,1]）, PHY（2,RA[NRA,2]）, PHY（3,RA[NRA,3]）,・・・, PHY（K,RA[NRA,K]）｝、
    で与えられる状況において、
    通信の開始時または通信中において適宜ひとつのレートアダプテーションモードとしてMode[ｊ]を選択する第１のステップと、
    通信における送信データの誤りの有無の履歴及び又は通信の相手局から受信される信号のうちの既知の信号パターンの受信状態より最後に通信に用いた伝送モードにて所定の伝送品質を満足できるか否かを判断する第２のステップと、
    前記第２ステップにおける判断において、最後に通信に用いた伝送モードPHY（ｋ,RA[ｊ,ｋ]）にて所定の伝送品質を満足できないと判断された場合には伝送モードを1段階下げPHY（ｋ-1,RA[ｊ,ｋ-1]）とする第３のステップと、
    通信における送信データの誤りの有無の履歴及び又は通信の相手局から受信される信号のうちの既知の信号パターンの受信状態より最後に通信に用いた伝送モードよりも伝送レートの高い伝送モードの通信にて所定の伝送品質を満足できるか否かを判断する第４のステップと、
    前記第４のステップにおける判断において、最後に通信に用いた伝送モードPHY（ｋ,RA[ｊ,ｋ]）よりも伝送レートの高い伝送モードの通信にて所定の伝送品質を満足できると判断された場合には伝送モードを1段階上げPHY（ｋ+1,RA[ｊ,ｋ+1]）とする第５のステップと、
    前記選択された伝送モードを用いて無線パケットを送信する第６のステップと、
    を実施することを特徴とする伝送モード選択方法。
  2. 前記送信局は、前記レートアダプテーションモード毎に、レートアダプテーションモードMode[j]に含まれるK種類の伝送モード{PHY（k,RA[j,k]）}のうち、所定の伝送モードを運用時に未使用とすることが可能であることを特徴とする請求項1に記載の伝送モード選択方法。
  3. 前記レートアダプテーションモード群｛Mode[j]｝は、送信する信号系列の重畳数がm’ (１≦m’≦M：整数)である部分レートアダプテーションモード群｛Mode[j]｝m’毎に分類されて管理され、送信する信号系列の重畳数の上限値がm’であると判断された場合には前記部分レートアダプテーションモード群｛Mode[j]｝m’の中からレートアダプテーションモードをひとつ選択することを特徴とする請求項２に記載の伝送モード選択方法。
  4. 前記レートアダプテーションモードとしてMode[j]を選択している場合に、k1>k2>k3なる整数に対し、伝送モードがPHY（k1,RA[j,k1]）からPHY（k2,RA[j,k2]）へ、PHY（k2,RA[j,k2]）からPHY（k3,RA[j,k3]）へ、…と2回またはそれ以上の所定の回数の伝送モードの変更が行われたにもかかわらず、その間に一度も無線パケットの送信に成功出来なかった場合には、これをトリガとしてレートアダプテーションモードを変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の伝送モード選択方法。
  5. 前記レートアダプテーションモードとしてMode[j]を選択している場合に、k1<k2<k3なる整数に対し、伝送モードがPHY（k1,RA[j,k1]）からPHY（k2,RA[j,k2]）へ、PHY（k2,RA[j,k2]）からPHY（k3,RA[j,k3]）へ、…と2回またはそれ以上の所定の回数の伝送モードの変更が行われたにもかかわらず、その間に一度も無線パケットの送信に失敗することがなかった場合には、これをトリガとしてレートアダプテーションモードを変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の伝送モード選択方法。
  6. 通信開始時又はレートアダプテーションモードの変更時から所定の時間が経過するまでの間は、前記トリガが検出された場合であってもこれを無視し、レートアダプテーションモードの変更を禁止することを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の伝送モード選択方法。
  7. Ｍ（Ｍ＞０：整数）本の送信アンテナから同時に同一周波数を用いて異なるM系統の信号系列を重畳して送信することが可能な送信局と、N（N＞０：整数）本の受信アンテナにて受信された信号から前記M系統の信号系列を再生することが可能な受信局より構成され、且つ前記送信局及び受信局は、異なる変調方式、符号化率及び信号系列の重畳数ｍ（M≧ｍ＞０：整数）の組み合わせとして規定される複数の伝送モードの無線通信に対応し、伝送状況に応じて伝送モードを適応的に切り替えるレートアダプテーション制御を行う無線通信システムの伝送モード選択方法において、
    前記送信局は、
    無線パケットの送信時において、送信する信号系列の重畳数がｍである所定の伝送モードを用いて無線パケットを送信する第１のステップと、
    該無線パケットが誤ることなしに正常に送信に成功したか失敗したかを判断する第２のステップと、
    送信する信号系列の重畳数がｍs+１の時に送信に失敗し且つ送信する信号系列の重畳数がｍsの時に送信に成功する正の整数ｍsを検索する第３のステップと、
    を実施することを特徴とする伝送モード選択方法。
  8. 前記送信局は、
    無線パケットの送信時において、送信する信号系列の重畳数がｍである所定の伝送モードを用いて無線パケットを送信する第１のステップと、
    該無線パケットが誤ることなしに正常に送信に成功したか失敗したかを判断する第２のステップと、
    送信する信号系列の重畳数がｍs+１の時に送信に失敗し且つ送信する信号系列の重畳数がｍsの時に送信に成功する正の整数ｍsを検索する第３のステップと、
    を実施し、
    送信する信号系列の重畳数の上限値ｍ’として前記第３のステップにおいて検索された正の整数ｍsを用いることを特徴とする請求項３に記載の伝送モード選択方法。
  9. 前記送信局は、
    無線パケットの送信時において、送信する信号系列の重畳数がｍである所定の伝送モードを用いて無線パケットを送信する第１のステップと、
    該無線パケットが誤ることなしに正常に送信に成功したか失敗したかを判断する第２のステップと、
    送信する信号系列の重畳数がｍs+１の時に送信に失敗し且つ送信する信号系列の重畳数がｍsの時に送信に成功する正の整数ｍsを検索する第３のステップと、
    を所定の時間以上経過するごとに実行することを特徴とする請求項８に記載の伝送モード選択方法。

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