JP4838144B2 - 通信装置、通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、通信システム及び通信方法に関し、特にサブキャリア通信システムにおける適応伝送技術、即ち無線通信直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにて適応変調及び符号化を行う通信装置、通信システム及び通信方法に関する。

ＯＦＤＭ技術は、現在、高速無線データ伝送を解決するために主流となっている技術である。ＯＦＤＭ技術の原理は、伝送する高速データを直交する多数のサブキャリアを用いて伝送するというものであり、各サブキャリア上のデータレートは相対的に低い。一般の周波数分割多重システムと比較すると、ＯＦＤＭにおけるサブキャリアの直交性はシステムのスペクトル利用率を向上させる。ＯＦＤＭでは信号帯域幅全体を複数の狭いサブキャリア周波数帯域に区分するため、各サブキャリアの帯域幅がチャネルの帯域幅よりも小さくなることによってフラットフェージングとなる。このように、モノキャリアシステムと比較して、ＯＦＤＭにおけるフラットフェージングは、より容易に実現が可能である。現在、ＯＦＤＭ技術の非対称ディジタル加入者線（ＡＤＳＬ）、ディジタルテレビ放送（ＤＶＢ）、及びワイヤレスＡＴＭ（ＷＡＴＭ）システムへの応用が成功している。

無線システムのスペクトル利用率を向上させるために、フェージングチャネルの高速無線データ伝送には適応型、高スペクトル利用率の伝送技術の採用が求められている。フェージングチャネルにおいて、固定符号化変調と比較して、適応変調・符号化（ＡＭＣ）の技術はシステムのスループット及び誤り率（ＢＥＲ）性能を有効に向上させることができる。ここで言うスループットとは、システムのスペククトル利用率であって、すなわち単位スペクトル帯域幅、単位時間内で伝送する情報量である。ＡＭＣ技術の基本的な考え方は、現時点のチャネル特性に基づいて、送信電力、シンボル伝送レート、座標サイズ、符号化率及び符号化メカニズムのうちいずれか１種類または数種類を適応的に変更するというものであり、チャネル条件が良好な場合には多くの情報を伝送してスペクトル利用率を高める一方、チャネル条件が悪い場合には少ない情報を伝送して一定の受信ＢＥＲ要求を保証する。

ＯＦＤＭにおけるＡＭＣ方法を紹介する前に、まずＯＦＤＭ伝送におけるチャネル特性について簡単に紹介する。

図１はＯＦＤＭのチャネル特性の一例を示す図である。

ここで、２つの横軸はそれぞれ時間領域上のＯＦＤＭシンボルと周波数領域上のサブキャリアの番号を示し、縦軸はＯＦＤＭシンボル及びサブキャリアに対応するチャネル利得である。伝送中のチャネルの時間領域拡散及び時間領域拡散により、ＯＦＤＭのチャネルは時間領域及び周波数領域いずれにおいても変動している。

上述の通り、ＡＭＣの考え方は現時点のチャネル特性に基づいて送信の変調及び符号化のパラメータを変更するというものである。ＯＦＤＭについては、この場合の適応的とは時間領域及び周波数領域という２つの領域において適応的ということである。現在、適応的な構成としては、ＯＦＤＭにおけるＡＭＣは、サブキャリアに基づいたＡＭＣとサブバンドに基づいたＡＭＣの２通りに分けられる。ここで言うサブキャリアに基づいたＡＭＣは各サブキャリアを適応の最小単位とし、ＯＦＤＭの各サブキャリアで異なる変調方式及び符号化方式を用いて伝送を行うことである。サブキャリアに基づいたＡＭＣには、実現の難易度が高いという点に加えて、フィードバックのオーバーヘッドが大きすぎるという問題点がある。一般に、実際のシステムにおいてサブキャリアに基づいたＡＭＣ方法を実現することは困難である。ＯＦＤＭにおけるもう一つの適応構成として現在比較的一般的に用いられているのは、独立符号化を用いたサブバンドＡＭＣ構成、すなわち従来のサブバンド適応方法である。

図２に従来のサブバンド適応変調及び符号化を示す。

この構成において、ＯＦＤＭ周波数領域上の全てのサブキャリアはいくつかのサブバンドに区分される。ここで言うサブバンドとは、周波数領域上で隣接する位置にあるサブキャリアにより形成されたサブキャリアグループを示す。例えば図２では、サブバンドの総数はＮである。そして、隣接するいくつか（図２の場合、Ｍ個）のＯＦＤＭシンボルにおける同一のサブバンドにより一つの変調符号化ブロックを形成する。図２の従来のサブバンド適応においては、各変調符号化ブロックはそれぞれのチャネル特性に基づいて符号化変調パラメータの推定、及び独立した符号化を行う。図２の各符号化変調ブロック内の数字は当該符号化変調ブロックの符号化変調パラメータが属する等級を表す。

一般に、各符号化変調パラメータの等級に対応する符号化変調パラメータはシステムの初期段階で決定される。例えば、表１にその一例として等級と符号化パラメータと変調パラメータの関係を示す。なお、本発明は表１に限定されるものではない。

次に、図３にＯＦＤＭに従来のサブバンド適応方法を実現するブロック図を示す。

図３Ａ及び図３Ｂは従来のＯＦＤＭとＡＭＣとを結合したＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムを示すブロック図である。

図３Ａの通信装置（送信側）と図３Ｂの通信装置（受信側）との間で通信を行うと仮定した場合、典型的な例としては図３Ａが基地局（ＡＰ）、図３Ｂが移動端末（ＵＥ）である。また、図３Ａから図３Ｂへの伝送にはＡＭＣメカニズムを用いると仮定する。

図３Ａの送信側において、伝送する情報ビットはまず適応変調・符号化部３０１を経て、出力されたシリアル変調シンボルは更にそれぞれシリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）器３０２、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）器３０３を通過して周波数帯域のシンボルが時間領域に変換され、更にパラレル／シリアル変換（Ｐ／Ｓ）器３０４を経た後にガードインターバル挿入部３０５によってガードインターバルが挿入される。そして、アンテナ３０６を介して送信される。図３Ｂの受信側では、受信アンテナ３１６を介して送信側から送信された送信信号を受信した後、まずガードインターバル除去部３１５によって送信側において挿入されたガードインターバルが除去され、更にそれぞれシリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）器３１４、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）器３１３を通過して時間領域シンボルから周波数領域に変換され、そしてパラレル／シリアル変換（Ｐ／Ｓ）器３１２によってパラレル／シリアル変換処理が施されて、最後に適応復調・復号部３１１により出力されて受信データが得られる。

図３Ａの送信側から図３Ｂの受信側への適応伝送は、主に送信側の適応変調・符号化部３０１及び受信側における適応復調・復号部３１１により実現される。先に述べたように、適応変調及び符号化の意味は、現時点のチャネル特性に基づいて送信側で変調及び符号化のパラメータを適応的に調節し、受信側で送信側に対応するパラメータを用いて復調及び復号を行うということである。一般的なシステムにおいては、適応復調・復号部３１１が必要とする適応パラメータは、受信側からのフィードバックによるものである。各データブロックを送信する前に、受信側は、必ずまずチャネル推定部３１９によって現時点の送信側から受信側への伝送のチャネルを推定し、ＯＦＤＭの各サブキャリアにおけるチャネル特性を取得する。そして、受信側はこれらのチャネル特性に基づいて、パラメータ選択部３１８によって現時点で送信側がデータを送信する場合のＯＦＤＭの各サブバンドに用いる変調及び符号化のパラメータを決定する。パラメータ選択部３１８によって得られた各サブバンドにおける適応変調及び符号化のパラメータには２通りの用途がある。

１つ目の用途は、送信側が現時点でデータを送信する場合のＯＦＤＭの各サブバンドにおける変調及び符号化のパラメータとして用いる。受信側のサブバンドＡＭＣパラメータ選択部３１８は、ＯＦＤＭ各サブバンドの変調及び符号化のパラメータを選択した後、受信側のパラメータ送信部３２０、受信側のアンテナ３１６、送信側のアンテナ３０６、送信側のパラメータ受信・抽出部３０７というフィードバック経路によって、これらのパラメータを送信側に送り返す。送信側はこれらのパラメータを抽出した後に、ＡＭＣ制御部３０８によって適応変調・符号化部３０１を制御する。

２つ目の用途は、受信側が復調及び復号を行う場合のパラメータとして用いる。ＡＭＣ伝送では、受信側は必ず送信側と一致する変調及び符号化のパラメータに基づいて受信データの復調及び復号を行うことによって、はじめて正確な情報ビットを得ることができる。従って、サブバンドＡＭＣパラメータ選択部３１８がＡＭＣパラメータを取得した後、更にそれを適応復調・復号部３１７に送り、適応復調・復号部３１７に一時的に保存して、受信側の適応復調・復号部３１１の制御に用いなければならない。

従来のＯＦＤＭにおいてサブバンドＡＭＣを用いる方法についてより明確に記述するために、図４Ａ及び図４Ｂでは図３Ａのモジュール３０９及び図３Ｂのモジュール３２１を細分化している。

図４Ａ及び図４Ｂは、従来のサブバンド適応変調・符号化を実現する構成を示す図である。

図３Ａの送信側では、適応変調・符号化部３０１は適応符号化部４０１、インタリーブ部４０２及び適応変調部４０３を有し、適応変調・符号化部３０１から出力されたデータはシリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）器３０２を経て逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）器３０３に送られる。送信側のＡＭＣ制御部３０８は、図３Ａのパラメータ受信・抽出部３０７がフィードバックチャネルから取得した各サブバンドの変調及び符号化のパラメータに基づいて、適応変調・符号化部３０１を制御する。従来のサブバンド適応においては、ＯＦＤＭの各サブバンドに対して独立した符号化変調を行う。すなわち、全てのサブバンドはそれぞれ独自の変調及び符号化のパラメータを有する。ＡＭＣ制御部３０８は取得した各サブバンドの符号化パラメータＣ及び変調パラメータＭによって適応変調・符号化部３０１を制御する。また、ＡＭＣ制御部３０８は、さらに符号化パラメータＣと変調パラメータＭとに基づいて各サブバンドにおいて伝送する情報ビット数を取得し、それによって対応するインタリーブ行列ＩＴを生成し、適応変調・符号化部３０１のインタリーブ部４０２を制御する。送信側では、ＡＭＣの後に、シリアルなデータストリーム４０４が得られる。これは順番にサブバンド１,２,……Ｎにおいて送信するデータを含み、その変調及び符号化方式はそれぞれ、（Ｃ_１，Ｍ_１）,（Ｃ_２，Ｍ_２）,……，（Ｃ_Ｎ，Ｍ_Ｎ）である。その後、これらのデータをシリアル／パラレル変換した後にＯＦＤＭの対応するサブバンドに順次マッピングして送信する。

送信側が各データブロックを送信するために必要なＡＭＣパラメータはいずれも受信側からフィードバックされる。すなわち、送信側で各データブロックを送信する前に、必ず先に受信側によって送信側の送信するデータブロック用にＡＭＣパラメータを選択しなければならない。受信側がパラメータを選択する手順は、まず受信した信号によって、チャネル推定を行なう。チャネル推定の方法としては、パイロットに基づいた方法や、ブラインドチャネル推定等が挙げられる。その後、チャネル推定部３１９は取得したＯＦＤＭの各サブキャリアのチャネル特性をサブバンドＡＭＣパラメータ選択部３１８に送る。サブバンドＡＭＣパラメータ選択部３１８では、まずこれによりＯＦＤＭにおける各サブバンドの性能について分析を行ない、更に選択されたＡＭＣパラメータの集合の中からそれぞれのサブバンドに適するＡＭＣパラメータを選択する。このようにして取得されたＡＭＣパラメータは、フィードバックチャネルを通じて送信側に送り返され、送信側が送信を行う場合に実際の適応変調及び符号化の動作に用いられる一方で、当該受信側の適応復調・復号制御部４０９に用いられる。同時に、時間遅延を考慮すると、現時点で取得したパラメータを記憶するためのパラメータ記憶部４１０が必要となる。受信側の適応復調・復号部３１１は、適応復調部４０８、デインタリーブ部４０７及び適応復号部４０６を有する。

サブキャリアの適応と比較して、図３Ａ〜図４Ｂに示すような従来のサブバンドの独立符号化による適応方法は、適応の実現難易度を効果的に低減させることができるとともに、システムのフィードバックオーバーヘッドを効果的に減少させることもできる。しかしながら、このような方法にも依然として、各サブバンド間のダイバーシチ能力を有効に利用することができないという欠点が存在する。

ダイバーシチは無線伝送品質を改善するために重要な方法である。ここで言うダイバーシチについて概括的に述べると、送信側があるリソースを用いて情報の冗長度を増加させ、互いに冗長な情報を可能な限り独立して変形または減衰させて、受信側でその情報を総合的に利用して合成し、一定のシステム利得を得るという技術である。簡単に述べると、同時に複数の経路を利用して伝送を行ない、受信側でのある経路の欠損が他の経路により補償されるという技術である。

本願は従来のＯＦＤＭ適応変調及び符号化におけるサブバンドを用いた独立符号化方式の基礎に加えて、サブバンドを一定の方法で組み合わせてサブバンドクループとし、各サブバンドグループに対してジョイント符号化を行うという方法の特許を求める。従来のＡＭＣ方法では各サブバンドが独立してパラメータを選択して符号化を行うため、本願の方法は一見従来のＡＭＣの考え方に逆行しているように見受けられる。しかしながら、この方法にはサブバンド間のダイバーシチを適用しているため、より大きな符号化利得を得ることができる。また、ここで提起する方法によってサブバンドグループ内の変調符号化パラメータの選択を行えば、従来の方法と比較して伝送スループットの損失を招くことはない。両者を組み合わせることにより、本願が特許を求める方法はＯＦＤＭにおける適応伝送の性能の向上を促進する。

本発明の目的は、サブキャリア通信システムの周波数領域上の全てのサブバンドを一定の規則に基づいて組み合わせていくつかのサブバンドグループとした後、各サブバンドグループに対してジョイント符号化を行う際に用いる変調及び符号化のパラメータを選択することにより、従来のサブバンド適応方法と比較して、システムのスペクトル利用率、特に高速フェージング及びチャネル推定誤差のもとでのスペクトル利用率を向上させることができるとともに、適応の実現難易度を低下させ、フィードバックオーバーヘッドの減少を実現することができる通信装置、通信シテム及び通信方法を提供することである。

本発明の通信装置は、サブバンド毎にチャネル推定を行うチャネル推定手段と、前記チャネル推定の結果に基づいて変調パラメータ及び符号化パラメータを複数のサブバンドからなるサブバンドグループ毎に決定するパラメータ決定手段と、前記パラメータ決定手段で決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータの情報であるパラメータ情報を通信相手に送信するパラメータ情報送信手段と、前記パラメータ情報送信手段にて送信したパラメータ情報の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで通信相手にて前記サブバンドグループ毎に変調及び符号化されたデータを含む受信信号を受信する受信手段と、前記受信手段にて受信した受信信号を前記パラメータ決定手段で決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで前記サブバンドグループ毎に復調及び復号して前記受信信号に含まれる前記データを取得するデータ取得手段と、を具備する構成を採る。

本発明の通信システムは、変調及び符号化したデータを送信する基地局装置と、前記データを受信する通信端末装置と、を具備する通信システムであって、前記通信端末装置は、サブバンド毎にチャネル推定を行うチャネル推定手段と、前記チャネル推定の結果に基づいて変調パラメータ及び符号化パラメータを複数のサブバンドからなるサブバンドグループ毎に決定するパラメータ決定手段と、前記パラメータ決定手段で決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータの情報であるパラメータ情報を前記基地局装置へ送信するパラメータ情報送信手段と、前記パラメータ情報送信手段にて送信したパラメータ情報のパラメータで前記基地局装置にて前記サブバンドグループ毎に変調及び符号化されたデータを含む受信信号を受信する受信手段と、前記受信手段にて受信した受信信号を前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで前記サブバンドグループ毎に復調及び復号して前記受信信号に含まれる前記データを抽出するデータ抽出手段と、を具備し、前記基地局装置は、前記送信手段にて送信された前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び符号化パラメータに従って変調及び符号化する適応変調・符号化手段と、前記適応変調・符号化手段で変調及び符号化されたデータを送信するデータ送信手段と、を具備する構成を採る。

本発明の通信方法は、サブバンド毎にチャネル推定を行うステップと、前記チャネル推定の結果に基づいて変調パラメータ及び符号化パラメータを複数のサブバンドからなるサブバンドグループ毎に決定するステップと、決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータの情報であるパラメータ情報を通信端末装置が送信するステップと、前記通信端末装置が送信した前記パラメータ情報を基地局装置が受信するステップと、受信した前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び符号化パラメータに従ってデータを変調及び符号化するステップと、変調及び符号化されたデータを前記基地局装置が送信するステップと、前記基地局装置が送信した前記データを含む受信信号を通信端末装置が受信するステップと、受信した前記受信信号を前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで前記サブバンドグループ毎に復調及び復号して前記受信信号に含まれる前記データを抽出するステップと、を具備するようにした。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。本発明を明確に説明するために、ここではＯＦＤＭシステムを例に記述する。本発明の適応変調方式及び符号化方式はサブキャリアを用いて通信を行う他のいかなるサブキャリア通信システムにも適用可能である。

本発明は従来のＯＦＤＭ適応変調・符号化においてサブバンドの独立符号化変調を用いた基礎の上に、サブバンドを一定の方式で組み合わせてサブバンドグループとし、各サブバンドグループに対してジョイント符号化を行うことである。また、当該発明はサブバンドをサブバンドグループとする各種の方法を提起するとともに、サブバンド内でジョイント符号化を行う際に用いる変調及び符号化のパラメータの選択方法も提起する。なお、これらについては後述する。

図５Ａ及び図５Ｂは本発明の方法を実現するＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム構成を示す図である。

本発明についてより明確に記述するために、図１〜図４Ｂに示した従来技術において既知の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、本発明と従来の技術の区別し得る構成についてのみ記載している。

図３Ａ及び図３Ｂに示す従来のＯＦＤＭ−ＡＭＣシステム構成と比較して、本発明のＯＦＤＭ−ＡＭＣを応用したシステムは以下の相違点を有する。

図５Ｂに示すモジュール５０５に含まれる、パラメータ決定手段であるサブバンドグループＡＭＣパラメータ選択部５０４はサブバンドグループのＡＭＣパラメータを選択し、図３Ｂのモジュール３２１に含まれるサブバンドＡＭＣパラメータ選択部３１６は各サブバンドのＡＭＣパラメータを選択する。これは、従来のＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムではサブバンド適応変調及び符号化の単位はサブバンドであるのに対し、本発明のＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムにおいては、適応変調及び符号化の単位はサブバンドグループであるためである。本発明では、ＯＦＤＭにおける周波数領域の全てのサブバンドを組み合わせパターンによっていくつかのサブバンドグループとし、更に各サブバンドグループに対して適応変調及び符号化を行っている。また、本発明のＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムは、図５Ｂのパラメータ送信部３２０、受信側のアンテナ３１６、送信側のアンテナ３０６及び送信側のパラメータ受信・抽出部３０７の順の一連のフィードバックルートにおいて、伝送されるのは、変調パラメータ及び符号化パラメータの情報であるパラメータ情報としての、サブバンドグループに関するＡＭＣパラメータであって、図３に示す従来のＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムのようなサブバンドに関するＡＭＣパラメータではないという点である。

また、送信側においては、適応送信制御部５０１が図３Ａに示すＡＭＣ制御部３０８と置き換えられている。本発明の技術では、送信側がＯＦＤＭにおいてサブバンドグループに対して適応変調及び符号化を行い、サブバンドグループはＯＦＤＭの各サブバンドを組み合わせパターンに基づいて組み合わせることによって形成される。従って、適応送信制御部５０１は、適応変調・符号化部３０１内のサブバンドグループのＡＭＣに対して制御を行なわなければならない一方で、各サブバンドグループにて送信する情報ビットを、符号化及び変調後にＯＦＤＭ内の対応するサブバンドにマッピングして伝送を行うように、適応変調及び符号化後のシリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）器３０２に対しても制御を行わなければならない。

また、受信側においては、適応受信制御部５０３が図３Ｂに示す適応復調・制御部３１７に置き換えられている。適応受信制御部５０３は、データ取得手段である適応復調・復号部３１１に対して制御を行わなければならない一方で、適応復調及び復号の前段であるパラレル／シリアル変換（Ｐ／Ｓ）器３１２に対しても制御を行ない、同一のサブバンドグループ内の受信シンボルを合成して復調及び復号を行う。

図５Ａのモジュール５０２及び図５Ｂのモジュール５０５を細分化して図６Ａ及び図６Ｂに示す。

図６Ａ及び図６Ｂは本発明の提起する方法を実現するための構成を示す図である。

送信側において、図４Ａに示す従来のサブバンド適応との相違点は、適応変調及び符号化の単位がサブバンドではなくサブバンドグループであるということであり、この場合に適応変調・符号化部３０１の出力６０３は、順次サブバンドグループ１,２,……Ｋにおける送信データを含み、その変調方式及び符号化方式はそれぞれ、（Ｃ_１，Ｍ_１）,（Ｃ_２，Ｍ_２）,……，（Ｃ_Ｋ，Ｍ_Ｋ）であって、このＫはＯＦＤＭ内で分割されたサブバンドグループの総数である。また、送信側は、ＡＭＣ操作に対して制御を行う以外に、組み合わせパターン記憶部６０１に記憶されている、サブバンドの組み合わせパターンに基づいて、シリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）部３０２におけるシリアル／パラレル変換に対しても制御を行なわなければならず、それによって各サブバンドグループで送信する情報ビットを符号化及び変調後にＯＦＤＭ中の対応するサブバンドにマッピングして伝送する。

受信側において、図４Ｂに示す従来のサブバンド適応との相違点は、適応復調及び符号化の単位がサブバンドではなぐサブバンドグループであることである。また、受信側は、適応復調及び復号に対して制御を行う以外に、組み合わせパターン記憶部６０５に記憶されている、サブバンドの組み合わせパターンに基づいて、パラレル／シリアル変換（Ｐ／Ｓ）部３１２におけるパラレル／シリアル変換に対しても制御を行なわなければならず、それによってＯＦＤＭの同一サブバンドグループ内の受信シンボルを合成して復調及び復号を行う。更に、図６Ｂに示すように、サブバンドグループＡＭＣパラメータ選択部５０４も図４Ｂと異なる。図６Ｂでは、パラメータ選択部４１１にて、ＯＦＤＭの各サブバンドのパラメータを選択・取得した上で、更に組み合わせパターン記憶部６０７に記憶されている組み合わせパターンに基づいて、サブバンドグループのパラメータ選択部６０６にて、ＯＦＤＭの各サブバンドグループの適応パラメータを選択しなければならない。

図７は本発明の実施の形態の適応符号化方式及び変調方式を実現するための処理を示すフロー図である。具体的には、本発明の技術の実現過程は以下の通りである。

第一段階として、受信側によって送信側ＯＦＤＭにおける各サブバンドグループ内の適応変調及び符号化のパラメータを決定し、決定したパラメータを送信側にフィードバックする。この過程は受信側のチャネル推定（ステップ９０１）、ＯＦＤＭ各サブバンドの適応パラメータ選択（ステップ９０２）、ＯＦＤＭ各サブバンドグループの適応パラメータ選択（ステップ９０３）、及びパラメータのフィードバック（ステップ９２１）を含む。

ステップ９０１におけるチャネル推定は、パイロットに基づいたチャネル推定やブラインドチャネル推定等の既存の一般的な方法を用いることができる。

ステップ９０２におけるＯＦＤＭ各サブバンドの適応パラメータ選択は、従来の各サブバンドの独立した符号化の場合に、ＯＦＤＭの各サブバンドにおいて適応伝送を行う際に用いる変調及び符号のパラメータを示す。独立した符号化であるため、各サブバンド内のパラメータはチャネル特性の違いによって異なる。

この操作においては、まず表１及び表２に示すパラメータの集合のように、選択の候補となる適応パラメータの集合を決定する必要がある。その後、現時点の各サブバンドにおけるチャネル特性に基づいて適合する変調及び符号化のパラメータを選択し、同時にそれに対応する伝送情報ビット数を決定する。ここで、チャネル特性に基づいてパラメータを選択する既存の方法は、サブバンドの最低信号対雑音比に基づく方法、サブバンドの平均信号対雑音比に基づく方法、容量に基づく方法、平均信号対雑音比と他の統計的特性との組み合わせに基づく方法等、多岐にわたる。本実施の形態においては、平均信号対雑音比に基づく方法を例に簡単に説明を行う。

平均信号対雑音比に基づく方法は、まず理論分析またはシミュレーションといった方法により各種の変調及び符号化のパラメータが必要とする信号対雑音比の閾値（表２参照）を決定し、その場合のスループット能力、すなわち各種の変調及び符号化のパラメータに対応するスペクトル利用率は、数値上は符号化率と各シンボルに含まれるビット数の積に等しい。その後、各サブバンドについて、内部のサブキャリア上の平均信号対雑音比を計算する。最後に、当該サブバンドに閾値がその平均信号対雑音比より低く、かつスループット能力が最高となる変調及び符号化のパラメータを当該サブバンドにおける変調及び符号化のパラメータとして選択する。表２は、各等級における、符号化パラメータと変調パラメータと信号対雑音比閾値とスループット能力の関係を示すものである。例えば、サブバンド内の平均信号対雑音比が０,２,４,６,８である場合に、表２に示すパラメータによれば、選択する変調及び符号化のパラメータに対応する等級はそれぞれ１,１,２,３,４である。それに対応して、当該サブバンド内に割り当てられる情報ビット数が決定される（数値上は当該サブバンド内のサブキャリアの総数と、選択された符号化及び変調のパラメータに対応するスループット能力との積に等しい）。

ステップ９０３におけるＯＦＤＭ各サブバンドグループの適応パラメータ選択は、従来の適応方法においては、ＯＦＤＭの各サブバンドに対して独立して変調及び符号化を行っていたのに対し、本願の方法では、適応伝送の単位はサブバンドではなくサブバンドグループである。従って、まず一定の組み合わせ方法（または組み合わせパターン）に基づいてＯＦＤＭ周波数領域の全てのサブバンドをいくつかのサブバンドグループとする。組み合わせの方法としては、隣接するサブバンドを組み合わせる方法、間隔の開いたサブバンドを組み合わせる方法、全てのサブバンドを組み合わせる方法及びその他の規則により組み合わせる方法がある。隣接するサブバンドを組み合わせる方法、即ち周波数軸上で隣接する複数のサブバンドを選択する方法は、図８に示すように、隣接する位置にあるいくつかのサブバンドを一つのサブバンドグループとする方法である。図８は隣接するサブバンドを組み合わせる例を示す図である。また、サブバンドグループは、サブバンドの組み合わせパターンを有し、サブバンドは特定の数のサブキャリア変調シンボル内の、周波数上隣接する位置にある同数のサブキャリアにより形成される。

図８において、ＯＦＤＭの時間領域が同一の位置の、周波数領域上のＮ個のサブバンドをいくつかのサブバンドグループとする。ここで、周波数上隣接する位置にあるサブバンドを一つのサブバンドグループとする。すなわち、図中の同一の網掛けパターンにあるサブバンドは同一のサブバンドグループに属している。

また、間隔の開いたサブバンドを組み合わせる方法、即ち周波数軸上に配列したサブバンドの中から所定の間隔で複数のサブバンドを選択する方法は、図９に示すように、間隔の開いたいくつかのサブバンドを選択して一つのサブバンドグループとする方法である。図９は間隔の開いたサブバンドを組み合わせる例を示す図である。

図９において、ＯＦＤＭの周波数領域上で間隔の開いたサブバンドを選択し、合成して一つのサブバンドグループとする。すなわち、図中の同一の網掛けパターンにあるサブバンドは同一のサブバンドグループに属している。

また、全てのサブバンドを組み合わせる方法、即ち所定の時間領域毎に全てのサブバンドを選択する方法は、図１０に示すように、周波数領域の全てのサブバンドを一つのサブバンドグループに合成する方法である。図１０は全てのサブバンドを組み合わせる例である。

図１０において、ＯＦＤＭの時間領域が同一の位置の、周波数領域上の全てのＮ個のサブバンドを合成して一つのサブバンドグループとする。

また、その他の規則により組み合わせる方法は、サブバンドグループにおいて各サブバンドの変調及び符号化のパラメータ、割り当てられる情報ビット数が決定した後に、サブバンドグループ内で割り当てられる情報ビット数及びジョイント符号化パラメータが以下の通り決定される。まず、各サブバンド内に割り当てられる情報ビット数の和を求めてサブバンドグループ全体に割り当てられる情報ビット数とし、次いで各サブバンド内で最大の変調等級を当該サブバンドグループで統一して変調に用いる変調方式とし、次いでサブバンドグループ内に割り当てられる情報ビット数と変調方式から符号化率を求める。

この過程は、例えば一つのサブバンドグループにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄという４つのサブバンドがあり、各サブバンドに含まれるサブキャリア数は５１２であって、各サブバンドに対応する符号化及び変調のパラメータの等級はそれぞれ、０、１、２、３となると仮定する。これにより、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各サブバンドグループ内に割り当てられる情報ビット数はそれぞれ、Ａについては５１２＊０＝０になり、Ｂについては５１２＊０．５＝２５６になり、Ｃについては５１２＊１＝５１２になり、Ｄについては５１２＊１．５＝７６８になる。そのため、当該サブバンドグループ内の情報ビット数の総計は、０＋２５６＋５１２＋７６８＝１５３６である。そして、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各サブバンドグループにおいて最高の変調等級を選択し（ここではサブバンドＤに対応する変調等級が最高である）、８ＰＳＫをサブバンドグループ全体で統一の変調パラメータとする。それに対応して、当該サブバンドグループで統一して符号化に用いる符号化率は１５３６／（５１２＊３＊４）＝１／４となる。

ここで、推定によって求められるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのサブバンドそれぞれにおける伝送情報ビット数の和を求めてサブバンドグループ内で伝送する情報ビット数とする。実際の動作では、この数値に対して重み付け演算を行っても良い。例えば、チャネル変動が比較的早い場合を考えると、推定したチャネル特性の誤差が比較的大きくなるので、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのサブバンドにおける伝送情報ビット数の和を求めた後に０．９による重み付けを行って、サブバンド内の情報ビット数の総和として、（０＋２５６＋５１２＋７６８）＊０．９≒１３８２とする。

ステップ９２１におけるパラメータのフィードバックは、受信側でＯＦＤＭの各サブバンドグループの適応パラメータを取得した後、フィードバックチャネルを通じて送信側に返送し、送信側でこのパラメータに基づいて実際の動作を行う。

第二段階として、送信側は受信側からフィードバックされたＯＦＤＭ各サブバンドグループ内の適応パラメータに基づいて、各サブバンドグループに対応する数の伝送用情報ビットを割り当てるとともに、対応するパラメータごとに各サブバンドグループ内でジョイント符号化及び変調を行う（ステップ９１１）。例えば、上述の仮定に基づくと、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのサブバンドにより形成されたサブバンドグループにジョイント変調及び符号化を行うが、その場合の変調及び符号化のパラメータは８ＰＳＫ及び１／４Ｔｕｒｂｏコードである。続いて、サブバンドの組み合わせパターンに基づいて、変調後のシンボルをＯＦＤＭの対応するサブバンドに割り当てて送信を行う（ステップ９１２）。具体的には、シリアル／パラレル変換器３０２でのシリアル／パラレル変換、逆高速フーリエ変換部３０３での逆高速フーリエ変換、パラレル／シリアル変換器３０４でのパラレル／シリアル変換及びガードインターバル挿入部３０５でのガードインターバルの挿入を含む。

第三段階として、受信側では、まずガードインターバル除去３１５でのガードインターバルの除去、シリアル／パラレル変換器３１４でのパラレル／シリアル変換、高速フーリエ変換部３１３での高速フーリエ変換、パラレル／シリアル変換器３１２でのパラレル／シリアル変換を経るとともに、パラレル／シリアル変換器３１２を制御することによって、受信したＯＦＤＭの各サブバンドグループ内のデータをサブバンドの組み合わせパターンに基づいて抽出し（ステップ９０４）、その後第一段階において取得した各サブバンドグループ内の適応パラメータによって、各サブバンドグループに対して適応復調及び復号を行なうとともに、最終的に送信する元のデータを取得する（ステップ９０５）。

本発明はＯＦＤＭの各サブバンドに対して組み合わせ及びジョイント符号化を行ない、サブバンド間のダイバーシチ能力を効率良く利用することによって、システムのスペクトル利用率、特に高速フェージング及びチャネル推定誤差のもとでのスペクトル利用率を効果的に向上させるとともに、適応の実現難易度とフィードバックのオーバーヘッドを減少させる。

図１１は異なるフィードバック遅延時間の下での、本発明の方法と従来の方法の性能の比較結果を示す図である。

図１２は異なるチャネル推定誤差の下での、本発明の方法と従来の方法の性能の比較結果を示す図である。

ここで、シミュレーションとしてＯＦＤＭシステムの信号帯域幅が１０ＭＨｚ、サブキャリアの総数が１０２４であって１６のサブバンドに分割され、各サブバンドが時間領域上で８つのＯＦＤＭシンボルを跨いでいると仮定する。Ｔｕｒｂｏコードの分量の循環システム畳み込み（ＲＳＣ）多項式は（１３,１１）_ＯＣＴ、復号には４次反復、及び最大事後確率（ＭＡＰ）アルゴリズムを採用するとする。システムにはＡＲＱを採用する。シミュレーションに用いるチャネルモデルはＭ．１２２５車載チャネルモデルＡとする。具体的に実施する場合、サブバンド全体を組み合わせる方法を用いて、１つのサブバンドは平均信号対雑音比パラメータ推定方法を用いる。図１１及び図１２におけるｆ_ｄτとＭＳＥとはそれぞれ最大ドップラー周波数偏移とフィードバック時間遅延との積、及びチャネル推定誤差を表す。従来の方法については図２に示す通りである。図１１及び図１２の結果から理解できるように、理想的な場合（ｆ_ｄτ＝０,ＭＳＥなし）であるか高速フェージング（ｆ_ｄτが存在する）またはチャネル推定誤差（ＭＳＥが存在する）の場合であるかに関わらず、従来の方法と比較して、本発明が提起する方法はいずれも一定の性能利得を有する。また、この場合１６個のサブバンドすべてを１つのサブバンドグループに合成すれば、フィードバックのオーバーヘッドは元の１／１６となる。

上述のように、好ましい実施の形態とあわせて本発明について説明した。しかしながら、本発明の思想及び範囲内で種々修正、置換及び変更して実施することができることは当業者にとって自明である。従って、本発明は上述の実施の形態に限られない。

本発明にかかる通信装置、通信システム及び通信方法は、特にサブキャリア通信システムにおける適応伝送技術、即ち無線通信直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにて適応変調及び符号化を行うのに好適である。

ＯＦＤＭのチャネル特性の例を示す図 従来の適応変調及び符号化を示す図 従来のＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムの送信側の構成を示すブロック図 従来のＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムの受信側の構成を示すブロック図 従来の送信側の適応変調・符号化部を含むモジュールを示す図 従来の受信側の適応復調・復号部を含むモジュールを示す図 本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムの送信側の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ−ＡＭＣシステムの受信側の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る送信側の適応変調・符号化部を含むモジュールを示す図 本発明の実施の形態に係る受信側の適応復調・復号部を含むモジュールを示す図 本発明の実施の形態に係る適応変調及び符号化の方法を示す図 本発明の実施の形態に係るサブバンドグループの例を示す図 本発明の実施の形態に係るサブバンドグループの例を示す図 本発明の実施の形態に係るサブバンドグループの例を示す図 本発明の実施の形態に係る適応変調及び符号化と従来の適応変調及び符号化との性能の比較結果を示す図 本発明の実施の形態に係る適応変調及び符号化と従来の適応変調及び符号化との性能の比較結果を示す図

Claims (12)

1. サブバンド毎にチャネル推定を行うチャネル推定手段と、
   前記チャネル推定の結果に基づいて変調パラメータ及び符号化パラメータを複数のサブバンドからなるサブバンドグループ毎に決定するパラメータ決定手段と、
   前記パラメータ決定手段で決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータの情報であるパラメータ情報を通信相手に送信するパラメータ情報送信手段と、
   前記パラメータ情報送信手段にて送信したパラメータ情報の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで通信相手にて前記サブバンドグループ毎に変調及び符号化されたデータを含む受信信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段にて受信した受信信号を前記パラメータ決定手段で決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで前記サブバンドグループ毎に復調及び復号して前記受信信号に含まれる前記データを取得するデータ取得手段と、
   を具備する通信装置。
2. 前記サブバンドグループを構成するサブバンドを選択するためのパターンをあらかじめ記憶するパターン記憶手段を具備し、
   前記パラメータ決定手段は、前記パターン記憶手段に記憶されている前記パターンに基づいて選択されたサブバンドからなる前記サブバンドグループ毎の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータを決定する請求項１記載の通信装置。
3. 前記パラメータ決定手段は、周波数軸上で隣接する複数のサブバンドを選択する前記パターンにより構成される前記サブバンドグループ毎に前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータを決定する請求項２記載の通信装置。
4. 前記パラメータ決定手段は、周波数軸上に配列したサブバンドの中から所定の間隔で複数のサブバンドを選択する前記パターンにより構成される前記サブバンドグループ毎に前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータを決定する請求項２記載の通信装置。
5. 前記パラメータ決定手段は、所定の時間領域毎に全てのサブバンドを選択する前記パターンにより構成される前記サブバンドグループ毎に前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータを決定する請求項２記載の通信装置。
6. 前記パラメータ決定手段は、前記サブバンドグループ内のサブバンド毎に前記変調パラメータを求めるとともに、求めた前記変調パラメータの内で最も等級が高い前記変調パラメータを前記サブバンドグループの前記変調パラメータとして決定する請求項１記載の通信装置。
7. 前記パラメータ決定手段は、前記サブバンドグループ内の全てのサブバンドに割り当て可能な情報ビット数が前記サブバンドグループに割り当てられるように前記符号化パラメータを決定する請求項１記載の通信装置。
8. 前記パラメータ決定手段は、前記サブバンドグループ内の全てのサブバンドに割り当て可能な情報ビット数の和に前記サブバンドグループ毎の重み付けした結果の情報ビット数が前記サブバンドグループに割り当てられるように前記符号化パラメータを決定する請求項１記載の通信装置。
9. 請求項１記載の通信装置の通信相手である基地局装置であって、前記基地局装置は、前記送信手段にて送信された前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び符号化パラメータに従ってデータを変調及び符号化する適応変調・符号化手段と、前記適応変調・符号化手段で変調及び符号化されたデータを送信するデータ送信手段と、を具備する基地局装置。
10. 変調及び符号化したデータを送信する基地局装置と、前記データを受信する通信端末装置と、を具備する通信システムであって、前記通信端末装置は、サブバンド毎にチャネル推定を行うチャネル推定手段と、前記チャネル推定の結果に基づいて変調パラメータ及び符号化パラメータを複数のサブバンドからなるサブバンドグループ毎に決定するパラメータ決定手段と、前記パラメータ決定手段で決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータの情報であるパラメータ情報を前記基地局装置へ送信するパラメータ情報送信手段と、前記パラメータ情報送信手段にて送信したパラメータ情報のパラメータで前記基地局装置にて前記サブバンドグループ毎に変調及び符号化されたデータを含む受信信号を受信する受信手段と、前記受信手段にて受信した受信信号を前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで前記サブバンドグループ毎に復調及び復号して前記受信信号に含まれる前記データを抽出するデータ抽出手段と、を具備し、前記基地局装置は、前記送信手段にて送信された前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び符号化パラメータに従って変調及び符号化する適応変調・符号化手段と、前記適応変調・符号化手段で変調及び符号化されたデータを送信するデータ送信手段と、を具備する通信システム。
11. サブバンド毎にチャネル推定を行うステップと、前記チャネル推定の結果に基づいて変調パラメータ及び符号化パラメータを複数のサブバンドからなるサブバンドグループ毎に決定するステップと、決定された前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータの情報であるパラメータ情報を通信端末装置が送信するステップと、前記通信端末装置が送信した前記パラメータ情報を基地局装置が受信するステップと、受信した前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び符号化パラメータに従ってデータを変調及び符号化するステップと、変調及び符号化されたデータを前記基地局装置が送信するステップと、前記基地局装置が送信した前記データを含む受信信号を通信端末装置が受信するステップと、受信した前記受信信号を前記パラメータ情報の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータで前記サブバンドグループ毎に復調及び復号して前記受信信号に含まれる前記データを抽出するステップと、を具備する通信方法。
12. 前記サブバンドグループを構成するサブバンドを選択するためのパターンをあらかじめ記憶するステップを具備し、
    記憶されている前記パターンに基づいて選択されたサブバンドからなる前記サブバンドグループ毎の前記変調パラメータ及び前記符号化パラメータを決定する請求項１１記載の通信方法。

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