JP4748678B2

JP4748678B2 - パイロット信号配置を適応的に変更する無線装置、プログラム及び通信方法

Info

Publication number: JP4748678B2
Application number: JP2006138551A
Authority: JP
Inventors: 暁秋王; 聡小西
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: JP2007312060A

Description

本発明は、パイロット信号配置を適応的に変更する無線装置、プログラム及び通信方法に関する。

従来、移動体通信システムについて、フェージング環境にあっても高品質かつ高速な伝送を実現するために「適応変調方式」の技術がある。適応変調方式は、伝送品質に応じて、適応的に変調パラメータ（変調方式及び符号化方式）を選択することができる。伝送品質が悪いときは、低い伝送速度の変調方式を採用して伝送品質を改善する。伝送品質が良いときは、高い伝送速度の変調方式を採用する。適応変調方式は、無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａや、ＨＳＤＰＡ(High Speed Downlink Packet Access）等で用いられている。

適応変調方式では、通常、変調方式及び符号化率との組み合わせのセットが用意されている。用意されている複数の変調方式は、伝送速度及び誤り耐性が互いに異なる。このセットを、ＭＣＳ(Modulation and Coding Scheme)セットという。

また、高速無線伝送を実現するために、周波数選択性フェージングに強く且つ周波数利用効率が高い、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式が採用されてきている。例えば、無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１ａも、ＯＦＤＭ方式を採用している。

ＯＦＤＭ方式によれば、受信装置は、伝送路特性を推定し、伝送歪みを補正する必要がある。伝送歪みの補正には、伝送路特性の推定の精度が非常に重要となる。通常、送信装置は、伝送路特性の推定のための情報である「パイロット信号」を適切なタイミングで送信する。受信装置は、それらパイロット信号の歪みを用いて伝送路特性を推定する。

特開２００５−２５２７４５号公報特開２００４−２０７９５８号公報

従来技術によれば、パイロット信号は、常に一定の時間間隔及び周波数間隔で配置されていた。従って、いずれの伝送品質、即ちいずれのＭＣＳセットであっても、常に同じ配置で、パイロット信号は挿入される。通常、パイロット信号配置は、当該システムで対応可能であって通常の伝送品質を想定して決定されている（静止的な配置方法）。従って、伝送品質が良好な場合は、必要以上のパイロット信号が挿入されているので、伝送効率が強制的に損なわれていた。一方で、伝送品質が悪い場合、パイロット信号の挿入が不足することとなり、伝送路特性の推定精度が悪くなっていた。

従って、本発明は、変調方式及び符号化率を適応的に変更可能であって、パイロット信号配置も適応的に変更することにより伝送効率を高めることができる無線装置、プログラム及び通信方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、トレーニング信号における伝送品質に基づいて、変調方式及び符号化率を適応的に変更可能な無線装置において、
変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルと、
パイロット信号配置テーブルを参照して、前記変調方式及び符号化率のセットが適応的に変更された際に、パイロット信号配置情報を選択するパイロット信号配置選択手段と、
パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と
を有し、
パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に短く配置する
ことを特徴とする。

本発明によれば、トレーニング信号における伝送品質に基づいて、変調方式及び符号化率を適応的に変更可能な無線装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルと、
パイロット信号配置テーブルを参照して、前記変調方式及び符号化率のセットが適応的に変更された際に、パイロット信号配置情報を選択するパイロット信号配置選択手段と、
パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と
してコンピュータを機能させ、
パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に短く配置する
ようにコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、基地局と、該基地局と無線リンクを介して通信する移動局とを有するシステムにおける上りリンク通信方法において、
移動局が、変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルを予め有しており、
基地局が、移動局へトレーニング信号を送信する第１のステップと、
移動局が、受信したトレーニング信号の伝送品質を測定し、該伝送品質に基づいて、変調方式及び符号化率のセットを選択する第２のステップと、
移動局が、パイロット信号配置テーブルを参照して、変調方式及び符号化率のセットに対応するパイロット信号配置情報を選択する第３のステップと、
移動局が、変調方式、符号化率及びパイロット信号配置情報を基地局へ送信する第４のステップと、
パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入する第５のステップと
を有し、
パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に短く配置する
ことを特徴とする。

本発明によれば、基地局と、該基地局と無線リンクを介して通信する移動局とを有するシステムにおける下りリンク通信方法において、
基地局が、変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルを予め有しており、
基地局が、移動局へトレーニング信号を送信する第１のステップと、
移動局が、受信したトレーニング信号の伝送品質を測定し、該伝送品質の情報を、基地局へ送信する第２のステップと、
基地局が、受信した伝送品質の情報に基づいて、変調方式及び符号化率のセットを選択する第３のステップと、
基地局が、パイロット信号配置テーブルを参照して、選択された変調方式及び符号化率のセットに対応するパイロット信号配置情報を選択する第４のステップと、
基地局が、変調方式、符号化率及びパイロット信号配置情報を移動局へ送信する第５のステップと、
基地局が、パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入する第６のステップと
を有し、
パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に短く配置する
ことを特徴とする。

本発明の無線装置、プログラム及び通信方法によれば、変調方式及び符号化率を適応的に変更可能であって、パイロット信号配置も適応的に変更することにより伝送効率を高めることができる。伝送品質が良好であれば、挿入されるパイロット信号の数を減少させることにより、伝送効率を上げることができる。また、伝送品質が悪ければ、挿入されるパイロット信号の数を増加させることにより、伝送路特性の推定精度を高めることができる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

表１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａで用いられるＭＣＳセットの一例である。

表１によれば、変調方式には、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying：２相位相変調）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４相位相変調）、１６ＱＡＭ（16-Quadrature Amplitude Modulation：１６値直交振幅変調）、及び、６４ＱＡＭ（64-Quadrature Amplitude Modulation：６４値直交振幅変調）がある。

符号化率(coding rate)には、１／２、２／３、３／４がある。「符号化率」とは、符号器(encoder)へ入力されたオリジナル情報と、その符号器から出力された符号化情報との比をいう。

データを伝送する前に測定した伝送品質に基づいて、表１のＭＣＳセットから最適のＭＣＳを選択する。例えば、上りリンクについては、移動局が、基地局からの受信信号の伝送品質、例えばＳＩＲ(Signal to Interference Ratio：信号帯干渉比)を測定し、その伝送品質に基づいて、最適のＭＣＳを選択する。

図１は、第１のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。

図１によれば、縦方向は周波数方向であり、横方向は時間方向である。周波数方向は、サブキャリア毎に表されており、Ｎｆ＝４の間隔でパイロット信号が配置されている。時間方向は、トレーニング信号、ＳＩＧＮＡＬ、データ部の順に表される。トレーニング信号は、ＰＬＣＰ(Physical Layer Convergence Protocol)プリアンブルであって、受信同期処理に必要な固定波形信号である。ＳＩＧＮＡＬは、後続するデータ部の伝送速度（即ち、選択されたＭＣＳセットの情報）及びデータ長が含まれる。
いる。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａによれば、周波数方向のサブキャリア数は、情報伝送に用いられる４８本のサブキャリアと、４本のパイロット信号用サブキャリアとの、合計５２本である。中心周波数のサブキャリア番号を０として、サブキャリア番号−２１、−７、＋７、＋２１の４本のサブキャリアが、パイロット信号の送信に用いられる。

表２は、基地局から移動局へ向けて送信される下りリンクフレーム構成を表す。「Ｐ」は、パイロット信号を表す。

表３は、移動局から基地局へ向けて送信される上りリンクフレーム構成を表す。

図２は、第２のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。時間方向にＮｔ＝６の間隔で、パイロット信号が配置されている。

図３は、第３のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。周波数方向にＮｆ＝２の間隔で、且つ時間方向にＮｔ＝２の間隔で、パイロット信号が配置されている。

図４は、第４のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。周波数方向にＮｆ＝２の間隔で、且つ時間方向にＮｔ＝３の間隔で、パイロット信号が配置されている。

図５は、第５のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。周波数方向にＮｆ＝３の間隔で、且つ時間方向にＮｔ＝３の間隔で、パイロット信号が配置されている。

図６は、第６のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。周波数方向にＮｆ＝４の間隔で、且つ時間方向にＮｔ＝３の間隔で、パイロット信号が配置されている。

表４は、ＭＣＳセット毎に、パイロット信号配置を対応付けたＭＣＰＳ(Modulation, Coding and Pilot Scheme)テーブルである。

パイロット信号配置情報は、高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、パイロット信号間隔が大きく、低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、パイロット信号間隔が小さい。

伝送推定の精度を向上させるためには、周波数方向間隔Ｎｆ及び時間方向間隔Ｎｔを小さくするのが好ましい。しかし、必要以上のパイロット信号を挿入すると、伝送効率が損なわれることとなる。時間方向間隔Ｎｔは、伝送路特性の時間的変化の速度に影響する。これは、最大ドップラー周波数によって決定される。また、周波数方向間隔Ｎｆは、伝送の最大遅延広がりに影響する。

図７は、本発明における送信装置の機能構成図である。

図７によれば、送信装置１は、符号化部１０１と、インタリーブ部１０２と、パイロット信号挿入部１０３と、直列並列変換部１０４と、サブキャリア変調部１０５と、逆フーリエ変換部１０６と、並列直列変換部１０７と、ガードインターバル付加部１０８と、Ｄ／Ａ変換部１０９と、直交変調部１１０と、無線送信部１１１と、アンテナ１１２と、無線受信部１１３と、伝送品質検出部１１４とを有する。これら機能部は、ＯＦＤＭ方式の一般的な構成である。

適応変調方式に対応するために、符号化部１０１を制御する符号化制御部１１５と、サブキャリア変調部を制御する変調方式制御部１１６とを有する。符号化制御部１１５及び変調方式制御部１１６に対して、変調方式及び符号化率を指示するために、ＭＣＰＳ選択部１１７と、ＭＣＰＳテーブル１１８とを更に有する。また、ＭＣＰＳ送信部１１９及びＭＣＰＳ受信部１２０も有する。これら機能部は、送信装置に搭載されたコンピュータを実行させるプログラムによっても実現できる。

符号化部１０１は、符号化制御部１１５から通知される符号化率に基づいて、符号化処理をする。インタリーブ部１０２は、誤り訂正の効果を高めるために符号化された送信ビットの順番を入れ替える処理をする。パイロット信号挿入部１０３は、ＭＣＰＳ選択部１１７から通知されるパイロット信号配置に基づいて、パイロット信号を挿入する。

直列並列変換部１０４は、送信するデータ列をサブキャリア数に応じて分割する。サブキャリア変調部１０５は、サブキャリア毎に任意に変調する。また、変調方式制御部１１６から通知される変調方式に基づいて、適応的に変調方式を変更することができる。尚、ＩＥＥＥ８０２．１１ａによれば、サブキャリア変調部１０４は全て、同じ変調方式を用いる。

逆フーリエ変換部１０６は、複数のサブキャリア変調信号を、時間領域へ変換する。並列直列変換部１０７は、複数のキャリア信号を直列データ列に変換する。ガードインターバル(GI: Guard Interval)付加部１０８は、干渉を低減させるために挿入される冗長時間であるガードインターバルを付加する。これにより、マルチパス遅延波の干渉を回避することができる。

Ｄ／Ａ変換部１０９は、デジタル信号をアナログ信号へ変換する。直交変調部１１０は、複素数表現のベースバンド信号を、中間周波数の無線信号に変換する。無線送信部１１１は、無線信号を増幅して、アンテナ１１２へ送信する。

無線受信部１１３は、アンテナ１１２から無線信号を受信する。伝送品質検出部１１４は、無線受信部１１３における受信信号について伝送品質を検出する。伝送品質は、例えばＢＥＲ(Bit Error Rate)である。

ＭＣＰＳテーブル１１８は、前述した表４のテーブルを記憶する。ＭＣＰＳ選択部１１７は、伝送品質に応じて、変調方式及び符号化率のセットを選択する。伝送品質が良好であれば、高速の変調方式であって且つ大きい符号化率が選択される。伝送品質が劣悪であれば、低速の変調方式であって且つ小さい符号化率が選択される。

ＭＣＰＳ選択部１１７は、選択された変調方式及び符号化率のセットに対応するパイロット信号配置情報を導出する。パイロット信号配置情報は、高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、パイロット信号間隔（Ｎｆ及びＮｔ）が大きく、低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、パイロット信号間隔が小さい。変調方式は変調方式制御部１１６へ通知され、符号化率は符号化制御部１１５へ通知され、パイロット信号配置情報はパイロット信号挿入部１０３へ通知される。

ＭＣＰＳ送信部１１９は、ＭＣＰＳ選択部１１７によって選択された変調方式及び符号化率のセットの情報を、相手方無線装置へ送信する。ＭＣＰＳ受信部１２０は、相手方無線装置から、変調方式及び符号化率のセットの情報を受信し、ＭＣＰＳ選択部１１７へ通知する。

図８は、本発明における基地局及び移動局間のシーケンス図である。

上りリンク
（Ｓ８０１）基地局は、トレーニング信号を含むフレームを移動局へ送信する。
（Ｓ８０２）移動局は、受信信号から伝送品質のＳＩＮＲを検出する。
（Ｓ８０３）移動局は、伝送品質のＳＩＮＲから、ＭＣＰＳ（変調方式、符号化率及びパイロット信号配置情報のセット）を選択する。
（Ｓ８０４）移動局は、選択されたＭＣＰＳの情報を基地局へ送信する。
（Ｓ８０５）移動局は、選択されたＭＣＰＳに基づいて、変調方式、符号化率及びパイロット信号配置を設定する。
（Ｓ８０６）基地局は、移動局から受信したＭＣＰＳに基づいて、変調方式、符号化率及びパイロット信号配置を設定する。
（Ｓ８０７）移動局は、ＳＩＧＮＡＬを生成し、データ部にパイロット信号を配置する。
（Ｓ８０８）移動局は、データフレームを基地局へ送信する。

下りリンク
（Ｓ８１１）基地局は、トレーニング信号を含むフレームを移動局へ送信する。
（Ｓ８１２）移動局は、受信信号から伝送品質のＳＩＮＲを検出する。
（Ｓ８１３）移動局は、伝送品質のＳＩＮＲの情報を基地局へ送信する。
（Ｓ８１４）基地局は、受信した伝送品質のＳＩＮＲから、ＭＣＰＳを選択する。
（Ｓ８１５）基地局は、選択されたＭＣＰＳの情報を移動局へ送信する。
（Ｓ８１６）基地局は、選択されたＭＣＰＳに基づいて、変調方式、符号化率及びパイロット信号配置を設定する。
（Ｓ８１７）移動局は、基地局から受信したＭＣＰＳに基づいて、変調方式、符号化率及びパイロット信号配置を設定する。
（Ｓ８１８）基地局は、ＳＩＧＮＡＬを生成し、データ部にパイロット信号を配置する。
（Ｓ８１９）基地局は、データフレームを移動局へ送信する。

以上、詳細に説明したように、本発明の無線装置、プログラム及び通信方法によれば、変調方式及び符号化率を適応的に変更可能であって、パイロット信号配置も適応的に変更することにより伝送効率を高めることができる。伝送品質が良好であれば、挿入されるパイロット信号の数を減少させることにより、伝送効率を上げることができる。また、伝送品質が悪ければ、挿入されるパイロット信号の数を増加させることにより、伝送路特性の推定精度を高めることができる。

前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

第１のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。第２のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。第３のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。第４のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。第５のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。第６のパイロット信号配置を表すフレーム構成図である。本発明における送信装置の機能構成図である。本発明における基地局及び移動局間のシーケンス図である。

符号の説明

１送信装置
１０１符号化部
１０２インタリーブ部
１０３パイロット信号挿入部
１０４直列並列変換部
１０５サブキャリア変調部
１０６逆フーリエ変換部
１０７並列直列変換部
１０８ガードインターバル付加部
１０９デジタル／アナログ変換部
１１０直交変調部
１１１無線送信部
１１２アンテナ
１１３無線受信部
１１４伝送品質検出部
１１５符号化制御部
１１６変調方式制御部
１１７ＭＣＰＳ選択部
１１８ＭＣＰＳテーブル
１１９ＭＣＰＳ送信部
１２０ＭＣＰＳ受信部

Claims

トレーニング信号における伝送品質に基づいて、変調方式及び符号化率を適応的に変更可能な無線装置において、
変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルと、
前記パイロット信号配置テーブルを参照して、前記変調方式及び符号化率のセットが適応的に変更された際に、パイロット信号配置情報を選択するパイロット信号配置選択手段と、
前記パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と
を有し、
前記パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、前記時間方向及び前記周波数方向の両方向に短く配置する
ことを特徴とする無線装置。
無線装置間のトレーニング信号における伝送品質に基づいて、変調方式及び符号化率を適応的に変更可能な無線装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルと、
前記パイロット信号配置テーブルを参照して、前記変調方式及び符号化率のセットが適応的に変更された際に、パイロット信号配置情報を選択するパイロット信号配置選択手段と、
前記パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入するパイロット信号挿入手段と
してコンピュータを機能させ、
前記パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、前記時間方向及び前記周波数方向の両方向に短く配置する
ようにコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
基地局と、該基地局と無線リンクを介して通信する移動局とを有するシステムにおける上りリンク通信方法において、
前記移動局が、変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルを予め有しており、
前記基地局が、前記移動局へトレーニング信号を送信する第１のステップと、
前記移動局が、受信した前記トレーニング信号の伝送品質を測定し、該伝送品質に基づいて、変調方式及び符号化率のセットを選択する第２のステップと、
前記移動局が、前記パイロット信号配置テーブルを参照して、前記変調方式及び符号化率のセットが適応的に変更された際に、パイロット信号配置情報を選択する第３のステップと、
前記移動局が、前記変調方式、前記符号化率及び前記パイロット信号配置情報を前記基地局へ送信する第４のステップと、
前記パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入する第５のステップと
を有し、
前記パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、前記時間方向及び前記周波数方向の両方向に短く配置する
ことを特徴とする上りリンク通信方法。
基地局と、該基地局と無線リンクを介して通信する移動局とを有するシステムにおける下りリンク通信方法において、
前記基地局が、変調方式及び符号化率のセット毎に、パイロット信号配置情報を対応付けたパイロット信号配置テーブルを予め有しており、
前記基地局が、前記移動局へトレーニング信号を送信する第１のステップと、
前記移動局が、受信した前記トレーニング信号の伝送品質を測定し、該伝送品質の情報を、前記基地局へ送信する第２のステップと、
前記基地局が、受信した前記伝送品質の情報に基づいて、変調方式及び符号化率のセットを選択する第３のステップと、
前記基地局が、前記パイロット信号配置テーブルを参照して、前記変調方式及び符号化率のセットが適応的に変更された際に、パイロット信号配置情報を選択する第４のステップと、
前記基地局が、前記変調方式、前記符号化率及び前記パイロット信号配置情報を前記移動局へ送信する第５のステップと、
前記基地局が、前記パイロット信号配置情報に基づいてパイロット信号を挿入する第６のステップと
を有し、
前記パイロット信号配置テーブルのパイロット信号配置情報は、
高速の変調方式であって且つ大きい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、時間方向及び周波数方向の両方向に長く配置し、
低速の変調方式であって且つ小さい符号化率であるほど、前記パイロット信号同士の間隔を、前記時間方向及び前記周波数方向の両方向に短く配置する
ことを特徴とする下りリンク通信方法。