JP4705029B2 - 適応型ハイブリッドａｒｑアルゴリズム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信に関し、特に、適応型ハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）プロトコルを利用する無線通信に関する。

通信システムにおける究極の目的は、通信チャネルを介して、情報源から送信先へ情報を送信することである。無線通信システムにおいて、ノイズ及びマルチパスフェージングは、送信中にビット誤りを発生させる原因となる。種々の誤り制御技術が、伝送誤りを抑制し、ビット誤りを低減するために使用される。殆どの誤り制御技術は、送信中に発生する可能性のあるビット誤りを検出し、また、可能であれば訂正するために送信先で使用されることになる冗長性を、通信チャネルを介して送信される情報に導入する。一般に使用される２つの誤り制御技術は、自動再送要求（ＡＲＱ）及び順方向誤り訂正（ＦＥＣ）である。

ＡＲＱの基礎となる基本原理は、受信機において誤りの検出を可能にする冗長ビット又はチェックビットをメッセージに追加することである。受信機が受信したメッセージ中の誤りを検出する場合、受信機は、再送信の明確な要求を送信することにより又はメッセージの受信を通知しないことにより、メッセージの再送信を要求できる。ＡＲＱは単純であり、誤り率が低い場合には、適度なスループットを達成する。しかし、誤り率が増加するにつれ、より多くのデータを再送する必要があるため、スループットは低下してゆく。

ＦＥＣは、誤り訂正符号を使用して、情報が送信される前に冗長性を追加することにより、誤りを抑制する。追加された冗長性により、受信機は、送信中に発生する殆どの誤りを検出及び訂正できる。ＦＥＣ符号の例としては、ブロック符号、畳み込み符号及びターボ符号がある。

ハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）は、ＡＲＱとＦＥＣとを組み合わせた別の誤り制御技術である。ＨＡＲＱプロトコルは、一般に、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）チャネルに適応され、リンク適応エラーに対する頑強性をさらに保証する。ＨＡＲＱを使用すると、メッセージは、内部符号及び外部符号を使用して２度符号化される。例えば、外部符号は、保護メッセージを形成するために、送信前に情報ビットへ追加されるＣＲＣ符号を含んでもよい。保護メッセージは、畳み込み符号又はターボ符号を使用して符号化される。情報ビット及びＣＲＣビットの双方が符号化される。その後、符号化メッセージは受信端末へ送信され、受信端末はメッセージを復号化し、ＣＲＣチェックを実行する。メッセージ中の誤り数が誤り訂正符号の範囲内である場合、誤りは、再送信せずに訂正される。メッセージ中の誤り数が誤り訂正符号の能力を超える場合にのみ、再送信が要求される。

チェイス合成（ＣＣ：Chase Combining）及び増加的冗長（ＩＲ）が、一般に、ＨＡＲＱプロトコルで使用される。チェイス合成は、ビット反復プロトコルである。第１の送信が１つ以上の誤りとともに受信機で受信される場合、破損したデータパケットはメモリに格納され、再送信が要求される。送信機は、同一のメッセージを再送する。受信機は、復号化の前に、再送信されたデータをメモリに格納された破損したデータと組み合わせる。ＣＣは、ビットエネルギーを蓄積することにより、時間ダイバーシチ効果及び利得を提供する。ＩＲは、再送信の度に追加のパリティビットを送信することにより、追加の符号化利得を提供する。第１の送信信号は、意図的なビット及びＦＥＣ符号器により出力され、かつパンクチャされたパリティビットを含む。再送信の度に、追加のパリティビットが送信される。従って、ＩＲは、再送信の度に有効符号化速度が低下してしまう。

本発明は、少なくとも１つの変化する送信変数に基づく２以上の再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応的に選択することにより、メッセージを送信局から受信局へ通信する方法及び装置に関する。好適な一実施形態において、送信機は、第１の送信において第１のバージョンのメッセージを送信する。第１の送信が成功しなかった場合、制御器は、選択したプロトコルに従って、第１のバージョンのメッセージ又は第２のバージョンのメッセージのいずれかを適応的に選択する。別の好適な実施形態において、コンピュータ可読記録媒体には、上述の手順を実現するコンピュータプログラムが記録されている。

広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）セルラー通信方式に関連して、本発明を以下に説明する。本発明の原理は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、汎ヨーロッパディジタル移動通信システム（ＧＳＭ）又は周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）に基づく他の標準規格を利用する任意のセルラー方式又は無線方式に適用されてもよいことを理解すべきである。本発明の原理は、上述した２以上のエアインタフェースを組み合わせたハイブリッドシステムにおいて利用されてもよいことをさらに理解すべきである。また、図４に示される本発明に係る移動端末４００は、ＧＳＭ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ、ＦＤＭＡ、そのような規格の組み合わせ又は他の任意の規格に基づく任意の標準化技術を使用する基地局送信装置と通信するように設計されてもよい。

図１は、本発明に係るメッセージを送信する無線送信機１０の一例を示す。この応用例のため、本明細書において、用語「メッセージ」は送信されるべきビット列を示すのに使用される。ビット列は、情報ビット、ヘッダビット、チェックビット、すなわちＣＲＣビット、パリティビットの少なくとも１つを含んでもよい。情報ビットは、ユーザデータを表わしてもよく、又は制御メッセージデータを含んでもよい。送信機１０は、例えば、無線通信システムの移動端末４００又は基地局において採用されてもよい。

送信機１０は、ベースバンド伝送部１００及びＲＦ伝送部２００を含む。ベースバンド伝送部１００は、誤り検出符号器１１０、誤り訂正符号器１２０、パンクチャ装置１３０、１以上のバッファ１４０、任意スイッチ１５０及びインタリーバ１６０を含む。ベースバンド伝送部１００は、例えば、ディジタル信号プロセッサ又は他の信号処理回路を含んでもよい。送信機１０は、メモリ１８０に格納されたプログラム命令を実行する制御器１７０の指示の下で動作する。制御器１７０は送信機１０の一部として示されるが、制御器１７０がシステム制御器の一部であってもよいことは、当業者であれば理解できるであろう。

誤り検出符号器１１０は、当該技術分野において周知である任意の誤り検出符号器を含んでもよい。例えば、誤り検出符号器１１０は、巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号器を含んでもよい。ＣＲＣ符号は、少ない冗長性を付加するだけで誤りを検出できるため、通常、ＡＲＱ方式において使用される。誤り検出符号器１１０は、ＣＲＣ符号を使用して、メッセージを送信する前にメッセージに追加されるチェックビットを生成する。チェックビットは、送信中に発生する誤りを検出するために、受信機で使用される。誤り検出符号器１１０は、本発明に関連して、外部符号器として動作する。

誤り訂正符号器１２０は、受信機でビット誤りを検出及び訂正できるようにするために、順方向誤り訂正符号を使用して送信対象のメッセージ（誤り検出符号器１１０により追加されたチェックビットを含む）を符号化する。本発明において、誤り訂正符号器１２０は、内部符号器として動作する。誤り訂正符号器１２０は、例えば、ブロック符号器、畳み込み符号器、ターボ符号器又は他の任意の周知な誤り訂正符号器を含んでもよい。本発明にとって、特定の種類の誤り訂正符号化を使用することは特に重要ではなく、本発明を実現するために、任意の周知な種類の誤り訂正符号化を使用することができる。例として、本発明は、当該技術において周知の並列に連結されたターボ符号を使用してもよい。誤り訂正符号化１２０の出力は、符号化メッセージを含む。

パンクチャ装置１３０は、符号化メッセージから所定数の冗長ビット又はパリティビットを削除し、所望のメッセージの長さ及び符号化速度を達成する。符号化メッセージから一部のビットを削除することで、より少ないビットが送信され、より速い有効符号化速度が達成される。ビットは、所定のパターンに従って削除（パンクチャ）される。図１に示される好適な実施形態において、３つの異なるパンクチャパターンが使用され、３つの異なるバージョンの符号化メッセージが生成される。各バージョンの符号化メッセージは、対応するバッファ１４０に格納される。図１は、バッファＡ、バッファＢ及びバッファＣで示される３つの個別のバッファ１４０を示す。制御器１７０は、スイッチ１５０を制御することで、送信するためにパンクチャされたバージョンの符号化メッセージを選択する。すなわち、制御器１７０は、所望のバッファ１４０をインタリーバ１６０に選択的に接続するよう、スイッチ１５０を切り換える。本発明は、３つのパンクチャパターンに限定されることはなく、従って、３つのバッファにも限定されないことが理解されるであろう。さらに、パンクチャ装置１３０は、図１に示すように、独立型の装置でもよいし、あるいは、誤り訂正符号器１２０又はインタリーバ１６０と組み合わされてもよいことが当業者には理解されるであろう。

インタリーバ１６０は、符号化メッセージのビットの順番を擬似ランダムに並べ替え、送信中に発生する可能性のある誤りの場所をランダム化する。さらに、図１にはバッファ１４０の後段に接続されるインタリーバ１６０が示されているが、本発明は、この特定の構成を必須としないことが当業者には理解されるであろう。例えば、インタリーバ１６０は、パンクチャ装置１３０又はバッファ１４０の前段に配置されてもよい。

ＲＦ伝送部２００は、変調器２１０及び電力増幅器２２０を含む。変調器２１０は、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）又は１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ）等の任意の周知な変調方式に従って、符号化メッセージについてのインタリーブされたビットを信号搬送波上にマッピングする。変調器２１０は、特定の変調方式に従う複数のマッピングを生成するように動作可能であってもよい。電力増幅器２２０は、アンテナ（不図示）が変調されたメッセージを送信する前に、所定量の増幅を変調されたメッセージに提供する。

制御器１７０は、論理回路を含み、メモリ１８０に格納されたプログラムコードの命令に従って、送信機１０の動作を制御する。制御器１７０は、送信機１０を内蔵する装置の他の部分をさらに制御してもよい。制御器１７０は、例えば、単一のマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサを含んでもよい。あるいは、２つ以上のそのような装置が、制御器１７０の機能を実現してもよい。制御器１７０は、特注集積回路又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に内蔵されてもよい。メモリ１８０は、制御器１７０に内蔵されてもよく、あるいは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）及びフラッシュメモリ等のディスクリートメモリデバイスを含んでもよい。メモリ１８０は、制御器１７０と同一のＡＳＩＣの一部であってもよい。

制御器１７０は、適応型ハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）プロトコルを実現するようにプログラムされる。ＨＡＲＱは、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）と自動再送要求（ＡＲＱ）とを組み合わせ、高いデータスループットを達成する。ここで本発明を位置付けるため、ＡＲＱ、ＦＥＣ及びＨＡＲＱについて、以下に簡単に説明する。

ＡＲＱは、誤りとともに受信されたデータの再送信に依存する誤り制御方式である。ＡＲＱ方式において、メッセージはブロックに分割され、ブロックは、少数のパリティビット又は冗長ビットが追加された後で送信される。受信機は、送信中に発生した可能性のある誤りを検出するためにパリティビットを使用する。誤りが検出された場合、受信機は、誤りを含むデータブロックの再送信を要求する。ＡＲＱは単純であり、誤り率が低い場合には、適当なスループットを達成する。しかし、誤り率が増加するにつれ、より多くのデータを再送する必要があるため、スループットは低下する。

ＦＥＣは、誤り訂正符号を採用することで、送信前に情報ビットへ冗長性を追加し、送信中に発生する誤りを検出及び訂正する。シャノンの通信路符号化定理によれば、通信チャネルを介するデータレート（追加された冗長性によるデータレートを含む）がチャネルキャパシティより小さいという条件の下であれば、任意の少ない誤り率でもって情報を送信できる符号化方式が常に存在することが証明されている。冗長性により、受信機は、情報ビットを再送信することなく、誤りを検出及び訂正することができる。ＦＥＣは、誤り率に関係なく、一定のスループットを達成する。しかし、ＦＥＣを採用する方式における復号誤りの確率がＡＲＱ方式における誤りを検出しない確率よりはるかに大きいため、ＦＥＣを使用して高いシステム信頼性を達成するのは困難である。高いシステム信頼性を得るためには、システムの複雑性及び費用を増加させるような長くて強力な符号が必要とされることになろう。

ＨＡＲＱ方式は、ＡＲＱとＦＥＣとを組み合わせることで、純粋なＦＥＣ方式より複雑性が少なく、純粋なＡＲＱ方式と比較してスループットが向上する。ＨＡＲＱに基づく基本的な概念は、誤りの第１の検出及び訂正に対してＦＥＣを使用し、誤りが訂正可能でない場合、再送信を要求することである。ＨＡＲＱ方式は、誤り訂正符号を内部符号として使用し、誤り検出符号を外部符号として使用する。メッセージ中の誤り数が誤り訂正符号の訂正可能範囲内である場合、再送信せずに誤りが訂正される。しかし、メッセージ中の誤り数が誤り訂正符号の訂正可能範囲を超える場合、受信機はメッセージの再送信を要求する。

ＡＲＱ方式において、異なる種類の合成が採用されてもよい。合成の１つの種類はチェイス合成（ＣＣ）として知られている。ＣＣにおいて、第１の送信及び再送信は同一である。受信機は、復号化の前に、第２の送信において受信したデータを第１の送信において受信したデータと組み合わせる。ビットレベルチェイス合成（ＢＬＣＣ）、シンボルレベルチェイス合成（ＳＬＣＣ）及びビットリマップチェイス合成（ＢＲＣＣ）を含む種々のＣＣが存在する。ＢＬＣＣにおいて、受信機は、復調後に、連続する送信の間に受信されたビットを組み合わせる。ＳＬＣＣにおいて、受信機は、復調前に、連続する送信の間に受信されたシンボルを組み合わせる。ＢＲＣＣは、変調器／復調器により採用されるビットマッピングが連続する送信の間で変更される以外は、本質的に、ＢＬＣＣと同様である。ＣＣは、各ビット又は各シンボルに対して、エネルギー蓄積効果に基づく時間ダイバーシチ効果及びソフト合成利得を提供する。

ＡＲＱ方式に対する別の周知の合成技術は、増加的冗長（ＩＲ）である。ＩＲにおいて、追加のパリティビットは、再送信の度に送信される。追加のパリティビットは、再送信の度に有効符号化速度を低下させるため、エネルギー蓄積による利得とともに符号化による利得をもたらす。部分ＩＲにおいて、意図的なビットは、各再送信が自己復号可能であるように常に反復される。全ＩＲにおいて、典型的な再送信は、パリティビットのみを含み、従って、自己復号可能でない可能性がある。

この背景において、本発明に係る適応性のあるＨＡＲＱ方式について次に説明する。最広義の意味において、本発明を実現する送信機１０は、変化する送信変数に基づく２つ以上の潜在的な再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応的に選択する。本明細書において使用されているように、用語「送信変数」は、送信機１０から受信機に対するデータの送信を引き起こす任意の変数を指す。送信変数は、送信に使用される符号化速度又は変調等の制御可能なパラメータでもよいし、あるいは、通信チャネル品質を特徴付ける経時変化する変数、すなわち通信チャネルの信号対雑音比（ＳＮＲ）等の制御不可能な変数でもよい。受信機が再送信を要求した場合、送信機１０は、１つ以上の送信変数の評価に基づいて再送信プロトコルを選択する。

図１に戻り、本発明の好適な一実施形態の動作を説明する。この例において、制御器１７０は、増加的冗長ＡＲＱプロトコル及び反復ＡＲＱプロトコル等の２つ以上の再送信プロトコルから選択するようにプログラムされる。好適な実施形態が、ＣＣ及びＩＲの双方を採用するＷＣＤＭＡ方式における高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）に対して特に有用であってもよい。

誤り検出符号器１１０は、Ｎビットの符号ブロックを形成するために、元の情報ビット上でパリティビットを生成し、そのパリティビットを情報ビットに追加する。誤り検出符号器１１０から出力された符号ブロックは、誤り訂正符号器１２０に入力される。好適な本実施形態における誤り訂正符号器１２０は、符号化速度ｒの畳み込み符号器と、ターボ符号器としてともに動作するパンクチャ装置１３０を含む。誤り訂正符号器１２０に入力されたＮビットの符号語の各々に対して、Ｎ／ｒ個の符号化ビットが誤り訂正符号器１２０から出力される。誤り訂正符号器１２０の符号化速度は、固定でもよいし、可変でもよい。誤り訂正符号器１２０から出力された符号化ビットは、符号化メッセージを含む。

パンクチャ装置１３０は、所定のパンクチャパターンに従って、符号化メッセージから符号化ビットを削除（パンクチャ）することにより異なるバージョンの符号化メッセージを生成する。図１に示される好適な実施形態によると、パンクチャ装置１３０は、３つの異なるバージョンの符号化メッセージを生成し、それらを各バッファ１４０に格納する。符号化メッセージの各バージョンは、誤り訂正符号器１２０から出力された符号化メッセージビットのサブセットを含む。符号化メッセージの各バージョンは、当該技術において周知であるように、受信機に対する命令を含むヘッダビットをさらに含む。第１の送信で送られた第１のバージョンの符号化メッセージは、意図的なビット及びパンクチャされたパリティビットを含む。他のバージョン（例えば、Ｂ、Ｃ等）の符号化メッセージは、パリティビットのみを含んでもよく、あるいは、意図的なビット及びパリティビットの双方を含んでもよい。各バージョンがいくつかの重複するパリティビットを含んでもよいが、一般に、各バージョンは、他のバージョンに含まれないパリティビットを含むべきである。

送信機１０は、第１の送信において第１のバージョンの符号化メッセージ、例えば、バッファＡに格納されたバージョンを送信する。メッセージが適切に復号化されない場合、受信機は、否定応答（ＮＡＣＫ）を送信機１０に送り、再送信をトリガする。ＮＡＣＫに応答して、制御器１７０は、送信機１０にメッセージを再送信させる。送信機１０が第１の送信から所定の時間内に肯定応答（ＡＣＫ）を受信しない場合も、制御器１７０は、メッセージの再送信を開始してもよい。再送信がトリガされると、制御器１７０は、少なくとも１つの変化する送信変数に基づいて、採用すべき再送信プロトコルを判定する。例えば、制御器１７０が変化する送信変数に基づいて、ＣＣが正常な再送信を行なう可能性がより高いと考えられると判定する場合、スイッチ１５０の最初の位置が維持され、送信機１０は、第２の送信において第１のバージョンの符号化メッセージを再送信する。しかし、制御器１７０が、ＩＲが成功する可能性がより高いと判定する場合、制御器１７０は、バッファＢ（又は、バッファＣ）をインタリーバ１６０に接続するようにスイッチ１５０を切り換えることにより、第２の送信において第２のバージョンの符号化メッセージを送信機１０に送信させる。ＩＲが選択される場合、送信機１０は、全てのパリティビットが受信されるまで、再送信の度に異なるバージョンの符号化メッセージを送信してもよい。制御器１７０は、パケット毎にＣＣとＩＲとを切り替えてもよい。

経験的検討では、ＣＣとＩＲとの性能の差が２つの送信変数により判定される。第１の送信変数は、第１の送信の符号化速度を含んでもよい。第２の送信変数は、第１の送信の際の通信チャネルのＳＮＲであるＳＮＲ_１と再送信の際の通信チャネルのＳＮＲであるＳＮＲ_２との差を含んでもよい。簡単のために、以下において、比ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２をＳＮＲ比と呼ぶ。

図２Ａ及び図２Ｂに示されるグラフは、符号化速度及びＳＮＲ比の種々の値に対するＳＬＣＣ及びＩＲの相対的な性能を示す。縦座標軸は、第１の送信についての符号化速度を表わす。横座標軸は、第２の送信後のＳＬＣＣを介したＩＲの利得を表わす。以下において、ＣＣ等の反復プロトコルを介したＩＲの利得を相対プロトコル利得Ｇと呼ぶ。図２Ａは、通信チャネルのＳＮＲが、第２の送信よりも第１の送信の方が高い（ＳＮＲ_１＞ＳＮＲ_２）場合、ここでは、Ｇ_ＳＬＣＣで示されるＳＬＣＣを介したＩＲの相対プロトコル利得を示す。図２Ｂは、通信チャネルのＳＮＲが第２の送信より第１の送信の方が低い（ＳＮＲ_１＜ＳＮＲ_２）場合を示す。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、理論上の性能予測は実線で示され、シミュレーションの性能結果は破線で示される。シミュレーション結果は、表形式で、以下の表１にも示される。図２Ａ及び図２Ｂの相対プロトコル利得Ｇ_ＳＬＣＣは、ＩＲとＳＬＣＣとの間のプロトコルの性能指標を提供する。一般に、ゼロより大きい相対プロトコル利得Ｇ（ｄＢ単位）は、ＩＲが反復プロトコルより性能が優れていることを示す。ゼロより小さい相対プロトコル利得Ｇは、反復プロトコルがＩＲより性能が優れていることを示す。

図２Ａに示されるように、ＳＮＲ_２がＳＮＲ_１より低い（ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＞０ｄｂ）場合、一般に、ＩＲは、全ての符号化速度に対して、ＳＬＣＣより性能が優れている。このシミュレートした性能結果は、理論上のパフォーマンス予測の一般的傾向に合致する。しかし、ＳＮＲ_１がＳＮＲ_２より高い（ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＜０ｄｂ）場合、ＩＲは、必ずしもＳＬＣＣより性能が優れているとは限らない。図２Ｂに示されるように、ＳＬＣＣに対するＩＲの性能は、ＳＮＲの差が大きくなるに従って低下する。性能の低下は、初期の符号化速度が大きくなるに従って著しくなる。例えば、ＳＮＲ_２がＳＮＲ_１より１８ｄＢ高い場合（ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＝−１８ｄＢ）に、符号化速度が０．８である時、相対プロトコル利得Ｇ_ＳＬＣＣは約−７．３ｄＢである。この場合、ＳＬＣＣは、ＩＲより性能が優れている。図２Ａ及び図２Ｂに示されるシミュレーションの結果は、ＩＲが必ずしもＳＬＣＣより優れているとは限らないことを示す。これらの結果は、他の反復プロトコルにも同じことが言える。従って、広く維持される考えに反して、全ての環境に対して優れている単一の再送プロトコルは存在しない。その結果、システム性能は、本発明に従い、現在の状況に基づいて、最高の性能の再送信プロトコルを適応的に選択することにより改善される。

図３は、図１に示される好適な実施形態における制御器１７０の動作を示すフローチャート３００である。図３に示される手順は、送信機１０が第１の符号化メッセージの送信後に受信機からＮＡＣＫを受信した時にトリガされる（ブロック３１０）。手順は、送信機１０が第１の送信後における所定の時間内に肯定応答（ＡＣＫ）を受信しない場合にもトリガされてもよい。再送信が要求されたことを判定した後、制御器１７０は、初期の符号化速度及びＳＮＲ_１とＳＮＲ_２との差に基づいて、相対プロトコル利得Ｇを計算する（ブロック３２０）。好適な実施形態において、相対プロトコル利得Ｇは、ｄＢ単位で計算され、反復プロトコルと比較したＩＲの相対利得を表わす。相対プロトコル利得Ｇがゼロより大きい場合（ブロック３３０）、ＩＲがメッセージの正常な送信を行なう可能性がより高いと考えられる。従って、制御器１７０は、再送信プロトコルとしてＩＲを選択し、異なるバージョンの符号化メッセージを送信するように送信機１０に指示する（ボックス３５０）。上述したように、制御信号は、スイッチ１５０を制御し、バッファ１４０に格納されたあるバージョンの符号化メッセージを選択する。相対プロトコル利得Ｇがゼロより小さい場合（ボックス３３０）、反復プロトコルがメッセージの正常な送信を行なう可能性がより高いと考えられる。従って、制御器１７０は、再送信プロトコルとして反復プロトコルを選択し、前回送信したメッセージを送信機１０に再送させるために、制御信号を出力する（ボックス３４０）。再送信の完了後、制御器１７０は次のＮＡＣＫを待つ（ブロック３６０）。

好適な実施形態において、制御器１７０は、図３のブロック３２０で、メモリ１８０に格納されている事前に計算された相対プロトコル利得を使用して、Ｇ_ＳＬＣＣで示されるＳＬＣＣと比較したＩＲの相対プロトコル利得Ｇを計算してもよい。以下の表１は、メモリ１８０に格納される可能性のある好適なルックアップテーブルを示す。ルックアップテーブルは、特定の変調方式の初期における符号化速度ｒ及びＳＮＲ比（ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２）の種々の値について事前に計算された相対プロトコル利得Ｇ_ＳＬＣＣの値を格納する。表１は、１６ＱＡＭ変調について、ＩＲの性能をＳＬＣＣと関連付けたものである。メモリ１８０は、複数のルックアップテーブルを含んでもよく、各テーブルは、特定の変調方式に対して２つの再送信プロトコルを関連付けるものである。

制御器１７０は、初期の符号化速度ｒを認識している。制御器１７０は、ＳＮＲ比を計算する。通信チャネルのＳＮＲを計算する技術は、当該技術分野において周知であるため、本明細書においては省略する。初期の符号化速度ｒ及びＳＮＲ比の判定後、制御器１７０は、ルックアップテーブルの相対プロトコル利得Ｇ_ＳＬＣＣを参照する。例えば、初期の符号化速度の正確な値及び／又はＳＮＲ比に対する相対プロトコル利得Ｇ_ＳＬＣＣがルックアップテーブルに格納されていない場合、制御器１７０は格納されている事前に計算された値の間を補間する。例示するため、ｒ＝０．４２及びＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＝−１５ｄＢと仮定する。この例において、ｒ＝０．４２及びＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＝−１５ｄＢである場合、相対プロトコル利得Ｇ_ＳＬＣＣが表１を使用して判定される。表１の値の間を補間することにより、Ｇ_ＳＬＣＣ＝−１．１７ｄＢを得る。計算されたＧ_ＳＬＣＣがゼロより小さいため、ＳＬＣＣがＩＲより性能が優れている。従って、制御器１７０は、再送信プロトコルとしてＳＬＣＣを選択するだろう。しかし、ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＝２ｄＢ、Ｇ_ＳＬＣＣ＝０．５７５ｄＢである場合、Ｇ_ＳＬＣＣがゼロより大きいため、制御器１７０は再送信にＩＲを選択するだろう。

上述した例において、制御器１７０がＳＬＣＣ及びＩＲから選択する場合の本発明の一実施形態を説明した。制御器１７０は、ＢＬＣＣ及びＩＲから選択することもできる。一般に、ＢＬＣＣはＳＬＣＣより誤り率が高いため、Ｇ_ＢＬＣＣで示されるＢＬＣＣと比較したＩＲの相対プロトコル利得は、Ｇ_ＳＬＣＣより大きい。以下の式１は、Ｇ_ＢＬＣＣのＧ_ＳＬＣＣに対する関係を与える：
G_BLCC = G_SLCC - L_static ´ D_fading （式１）
式中、Ｇ_ＳＬＣＣは、表１の相対プロトコル利得であり、Ｌ_{ｓｔａｔｉｃ}×Ｄ_{ｆａｄｉｎｇ}は、ＳＬＣＣと比較してＢＬＣＣに関連する損失を表わす。Ｌ_{ｓｔａｔｉｃ}は、再送信を含む現在の送信回数及び符号化速度に基づく静的損失である。所定の静的損失は、メモリ１８０に格納されてもよい。表２は、７回までの送信に対する所定の静的損失の好適なテーブルを示す。本発明は、７回の再送信に限定されないことが当業者には理解されるであろう。Ｄ_{ｆａｄｉｎｇ}は、符号化速度、ＳＮＲ_１及びＳＮＲ_２に基づくフェージング割引係数を表わす。所定のフェージング割引係数は、メモリ１８０に格納されてもよい。表３は、所定のフェージング割引係数の好適なテーブルを示す。Ｇ_ＳＬＣＣを与えると、制御器１７０は、式１に従って、１６ＱＡＭに対するＧ_ＢＬＣＣを計算できる。制御器１７０は、表２からＢＬＣＣに起因する静的損失と、表３からＢＬＣＣに起因する現在のフェージング割引係数とを判定し、その後、それらはＧ_ＳＬＣＣから減算される。

一例として示すため、制御器１７０がＩＲ又はＢＬＣＣのいずれかを選択でき、かつｒ＝０．４２、ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＝−１５ｄＢ及びＦ＝５であると仮定する。上述の例と同様に、Ｇ_ＳＬＣＣ＝−１．１７ｄＢである。表２の値の間を補間することにより、Ｌ_{ｓｔａｔｉｃ}＝−１．７２６ｄＢの静的損失を得て、表３の値の間を補間することにより、Ｄ_{ｆａｄｉｎｇ}＝０．３７９５５のフェージング割引係数を得る。その結果、Ｇ_ＢＬＣＣ＝−１．１７−（−１．７２６×０．３７９５５）＝−０．５１５ｄＢとなり、これは、ＢＬＣＣがＩＲより性能が優れているため、ＢＬＣＣが再送信に対して選択されるべきであることを示す。しかし、ＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２＝＋２ｄＢ、Ｇ_ＢＬＣＣ＝２．２８１ｄＢである場合、これは、ＩＲが再送信に対して選択されるべきであることを示す。

同様の手順を使用して、相対プロトコル利得Ｇ_ＢＲＣＣを判定し、１６ＱＡＭ変調に対してＩＲをＢＲＣＣと比較してもよい。この比較のため、ＢＲＣＣに対応する静的損失及びフェージング割引係数が、メモリ１８０に格納される。上記の表及び例は、例示するためのものであり、本発明に対して限定されるものではないことが当業者には理解されるべきである。

さらに、上述の例は、単一の再送信のみを示しているが、本発明はそれに限定されないことが当業者には理解されるであろう。３回以上の再送信がある場合、有効ＳＮＲの差ＳＮＲＤＩＦＦ_ｅｆｆが、上記の表の第１の再送信に使用された標準のＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２の代わりに使用されてもよい。ＳＮＲＤＩＦＦ_ｅｆｆは、全ての再送信に対する有効ＳＮＲを単に表わしている。式２は、ＳＮＲＤＩＦＦ_ｅｆｆの好適な計算方法を示す。

式２において、Ｆは送信回数を表わす。式２により示されるように、ＳＮＲＤＩＦＦ_ｅｆｆは、各再送信にわたる平均ＳＮＲをＦ回目の送信の際の通信チャネルのＳＮＲと比較する。ＳＮＲＤＩＦＦ_ｅｆｆは、上記の表の第１の再送信に使用された標準のＳＮＲ_１／ＳＮＲ_２比の代わりに使用される。さらに、表２に示されるように、静的損失は再送信の回数に依存してもよい。式２が有効ＳＮＲを判定する好適な方法を表わすが、他の方法が本発明に対する有効ＳＮＲを判定するために使用されてもよいことが当業者には理解されるであろう。

本発明は、移動端末又は無線基地局等の任意の無線通信端末において実現されてもよい。図４は、本発明の送信機１０を実現する移動端末４００の機能ブロック図である。本明細書において使用されるように、用語「移動端末」は、マルチラインディスプレイを有する又は有さない携帯無線電話を含んでもよい。例えば、携帯無線電話は、データ処理、ファクシミリ及びデータ通信機能と組み合わせたパーソナル移動通信システム（ＰＣＳ）；ページャ、ウェブブラウザ、無線電話、インターネット／イントラネットアクセス、オーガナイザ、カレンダ、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機の少なくとも１つを含む携帯情報端末（ＰＤＡ）；無線電話送信装置を含む従来のラップトップ、パームトップ受信機、あるいは、他の機器などである。移動端末４００を「普及したコンピューティング」デバイスと呼ぶこともできる。

移動端末４００は、当該技術分野において周知であるように、マルチプレクサ４３０を介してアンテナ４２０に接続される送信装置４１０を含む。移動端末４００は、システム制御器４４０及びユーザインタフェース４５０をさらに含む。送信装置４１０は、図１に示される送信機１０に対応する送信機４１２及び受信機４１４を含む。送信装置４１０は、例えば、ＨＳＤＰＡが採用されるＷＣＤＭＡ規格又はＵＭＴＳ規格に従って動作してもよい。しかし、本発明はこれらの規格の使用に限定されることはなく、本発明が他の規格に対して拡張又は変形されてもよいことが当業者には理解されるであろう。

マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含んでもよいシステム制御器４４０は、移動端末４００に対して全体的な動作の制御を提供する。システム制御器４４０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であってもよい。システム制御器４４０は、ユーザインタフェース４５０に対して情報を提供し、また、ユーザインタフェース４５０から情報を受信する。ユーザインタフェース４５０は、通常、キーパッド４５２、ディスプレイ４５４、マイクロフォン４５６、スピーカ４５８の少なくとも１つを含む。キーパッド４５２は、オペレータがコマンドを入力し、メニューオプションを選択することを可能にする。ディスプレイ４５４は、オペレータがメニューオプション、入力されたコマンド及び他のサービス情報を見ることを可能にする。マイクロフォン４５６は、オペレータの音声を電気的な音声信号に変換し、スピーカ４５８は、音声信号をオペレータが聞くことができる可聴信号に変換する。移動端末４００が図示されるユーザインタフェース要素の一部を含んでもよく、あるいは、移動端末４００が示されていない又は本明細書では説明されていない追加のユーザインタフェース要素を含んでもよいことは、当業者には理解されるであろう。

図５は、本発明を実現する無線基地局（ＲＢＳ）５００の機能ブロック図である。ＲＢＳ５００を基地局（ＢＴＳ）と呼んでもよい。ＲＢＳ５００は、通信制御リソース部５１０、受信機制御／信号リソース５２０、複数の受信機５３０、送信機制御／信号リソース部５４０、複数の送信機５５０及び無線信号を１つ以上の移動端末４００と送受信するためのアンテナ系５６０を含む。通信制御リソース部５１０は、ＲＢＳ５００と基地局制御器（ＢＳＣ）又はコアネットワーク（不図示）との間のインタフェースを提供する。受信機制御／信号リソース部５２０は、受信機のリソースの割当てを管理する。同様に、送信機制御／信号リソース部５４０は、送信機のリソースの割当てを管理する。受信機５３０は、通常、ＲＡＫＥ受信機を含み、送信機５５０は、図１に示されるように構成されてもよい。ＲＢＳ５００は、例えば、ＨＳＤＰＡが採用されるＷＣＤＭＡ規格又はＵＭＴＳ規格に従って動作してもよい。

当然、本発明は、その本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書で特に示された方法以外の方法で実現されてもよい。これら実施形態は、全ての点において、例示目的で記載れたにすぎず、限定目的で記載されたものではない。添付された特許請求の範囲における趣旨の範囲内で行なわれる全ての変更は、その範囲内に含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明に係るＨＡＲＱ送信機の一例を示すブロック図である。 図２Ａは、再送信のＳＮＲが前回の送信のＳＮＲより低い場合のＣＣを介したＩＲの理論上の利得及び観測した利得を比較する特性図である。 図２Ｂは、再送信のＳＮＲが前回の送信のＳＮＲより高い場合のＣＣを介したＩＲの理論上の利得及び観測した利得を比較する特性図である。 図３は、本発明に係るＨＡＲＱプロトコルを選択する好適な方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明に係る移動端末４００の好適な実施形態を示すブロック図である。 図５は、本発明に係る基地局の好適な実施形態を示すブロック図である。

Claims (17)

1. 送信局から受信局へとメッセージを通信する方法であって、
   ローカルで利用可能な送信変数についての情報を有している前記送信局が、前記メッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択するステップと、
   前記第１の送信において前記メッセージについての前記第１のバージョンを送信するステップと、
   第２の送信において前記メッセージを再送信するステップと
   を含み、
   前記第２の送信において前記メッセージを再送信する前記ステップには、前記再送信プロトコルの適応選択に応じて、第１の再送信プロトコルにしたがった前記メッセージの前記第１のバージョンか、第２の再送信プロトコルにしたがった前記メッセージの前記第２のバージョンを選択的に送信するステップを含むことを特徴とする方法。
2. 送信局から受信局へとメッセージを通信する方法であって、
   ローカルで利用可能な送信変数についての情報を有している前記送信局が、前記メッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択するステップ
   を含み、
   ２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択する前記ステップは、
   前記メッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とから、２以上ある前記再送信プロトコル間の相対的なプロトコル利得を決定するステップと、
   決定された前記相対的なプロトコル利得に基づいて、前記再送信プロトコルを適応選択するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
3. 前記メッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とについての異なる値に対応して、予め計算された複数の相対的なプロトコル利得をメモリに記憶するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 相対的なプロトコル利得を決定する前記ステップは、前記メモリに記憶されている予め計算された複数の前記相対的なプロトコル利得から１つの相対的なプロトコル利得を、前記メッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて選択するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 相対的なプロトコル利得を決定する前記ステップは、
   前記メモリに記憶されている２以上の前記相対的なプロトコル利得を選択するステップと、
   前記メッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、選択された２以上の前記相対的なプロトコル利得間を補間するステップと
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 送信局から受信局へとメッセージを通信する方法であって、
   ローカルで利用可能な送信変数についての情報を有している前記送信局が、前記メッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択するステップ
   を含み、
   ２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択する前記ステップは、前記メッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度に基づいて、増加的冗長プロトコル及び反復プロトコルの一方を適応選択するステップを含むことを特徴とする方法。
7. 前記適応選択するステップは、チェイス合成プロトコルを適応選択するステップを含むことを特徴する請求項６に記載の方法。
8. 送信機を制御するための制御回路であって、
   前記送信機によるメッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択する論理回路
   を含み、
   前記論理回路は、前記送信機によるメッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコル間の相対的なプロトコル利得を決定し、決定した前記相対的なプロトコル利得に基づいて、２以上ある前記再送信プロトコルから１つの前記再送信プロトコルを適応選択するよう構成されていることを特徴とする制御回路。
9. 送信機を制御するための制御回路であって、
   前記送信機によるメッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択する論理回路と、
   前記メッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とについての異なる値に対応して、予め計算された複数の相対的なプロトコル利得を記憶するメモリと
   を含み、
   前記論理回路は、前記メッセージの前記第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの前記後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、前記メモリに記憶されている予め計算された複数の前記相対的なプロトコル利得間を補完することによって、前記メモリに記憶されている予め計算された複数の前記相対的なプロトコル利得から１つの相対的なプロトコル利得を決定するよう構成されていることを特徴とする制御回路。
10. 送信機を制御するための制御回路であって、
    前記送信機によるメッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択する論理回路
    を含み、
    前記論理回路は、増加的冗長プロトコルまたは反復プロトコルを選択するよう構成されていることを特徴とする制御回路。
11. 前記反復プロトコルには、チェイス合成プロトコルが含まれることを特徴とする請求項１０に記載の制御回路。
12. 前記制御回路は、ＡＳＩＣの一部を含むことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の制御回路。
13. 送信回路であって、
    第１の送信において送信するための符号化されたメッセージの第１のバージョンを生成し、第１の再送信プロトコルにしたがって前記符号化されたメッセージの第１の再送信バージョンを生成し、前記第２の再送信プロトコルにしたがって前記符号化されたメッセージの第２の再送信バージョンを生成する信号処理回路と、
    請求項８乃至１２のいずれか１項に記載された制御回路と
    を含むことを特徴とする送信回路。
14. 請求項１３に記載された送信回路を含むことを特徴とする無線通信端末。
15. 送信機の動作を制御するコンピュータプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体であって、
    前記コンピュータプログラムによって前記送信機が、
    前記送信機によるメッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択し、前記送信機はローカルで利用可能な送信変数についての情報を有しているとともに、
    前記第１の送信において、前記メッセージの第１のバージョンを送信し、
    第２の送信において、前記再送信プロトコルを適応選択に応じて、第１の再送信プロトコルにしたがった前記メッセージの第１の再送信バージョンか、第２の再送信プロトコルにしたがった前記メッセージの第２の再送信バージョンを選択的に送信する
    ことを特徴とするコンピュータ可読記録媒体。
16. 送信局から受信局へとメッセージを通信する方法であって、
    ローカルで利用可能な送信変数についての情報を有している前記送信局が、前記メッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択するステップ
    を含み、
    前記送信局は、前記再送信プロトコルとして増加的冗長プロトコルまたは反復プロトコルを選択するよう構成されていることを特徴とする方法。
17. 送信機の動作を制御するコンピュータプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体であって、
    前記コンピュータプログラムによって前記送信機が、前記送信機によるメッセージの第１の送信についての信号対雑音比と前記メッセージの後続の送信の信号対雑音比との間での比と、前記メッセージの送信に使用された符号化速度とに基づいて、２以上ある再送信プロトコルから１つの再送信プロトコルを適応選択し、前記送信機はローカルで利用可能な送信変数についての情報を有しており、
    前記コンピュータプログラムによって前記送信機は、前記再送信プロトコルとして増加的冗長プロトコルまたは反復プロトコルを選択するよう構成されているコンピュータ可読記録媒体。

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