JP4913820B2 - ワイヤレス通信システムにおけるデータワードの送信の適応的な符号化、変調、および送信のための方法および送信ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス通信システムにおいてデータワードを符号化、変調、および送信するための方法および送信ユニットに関し、より具体的には本発明は、あるチャネルにわたって高いスループットが得られるように、データワードを符号化し、変調し、そのチャネルを通してデータワードを受信機へ送信することに関する。

通信システムにおいて送信機から受信機へ送信されるデータは、一般的に、送信機と受信機との間のリンクを通して送信される前に符号化され変調される。

ワイヤレス通信システムにおいて、送信機と受信機との間のリンクはワイヤレスリンクである。この文書において、このリンクのことを以下ではチャネルと呼ぶ。チャネルはデータの送信に周波数間隔を使用する。チャネルはサブチャネルに分割される場合もあり、各サブチャネルは、データを送信するのに周波数間隔の断片（ｆｒａｃｔｉｏｎ）を使用する。データは、チャネルを通して送信される前に符号化され変調される。一般的に通信システムにおいては、例えば送信時間間隔（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ：ＴＴＩ）またはタイムフレームなどと呼ぶある時間内で送信機から受信機へのリンクを通して送信される全部のデータを符号化および変調するのに、１つの変調および符号化スキームが使用される。

ＧＳＭ、Ｗ‐ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、ＷｉＭＡＸなどのワイヤレスシステムにおいて、周波数間隔にわたるチャネル品質は、固定の通信システムにおけるリンク品質よりもはるかにばらつく可能性がある。結果として、符号化データワードは概してサブチャネルを通して送信され、異なる品質をエクスペリエンスするであろう。例えば周波数間隔にわたる信号対干渉雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ：ＳＩＮＲ）を測定することなどにより、チャネル品質は推定可能である。広帯域ワイヤレスシステムについては、チャネルは広い周波数範囲をカバーする、すなわち周波数間隔が広い。ゆえに、ＴＴＩ内での周波数間隔全体にわたるチャネル品質変動（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は、狭帯域システムに対するかかる変動よりも普通は高い。

このためチャネル適応が広く使用されており、それにより変調および符号化スキームは、例えばチャネル品質などのチャネル条件にしたがってチャネルに対し動的に選択される。かかる動的選択は、例えば高速ダウンリンクパケットアクセス（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ：ＨＳＤＰＡ）またはＣＤＭＡ ＥＶ‐ＤＯ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｏｎｌｙ）というワイヤレス技術において行われる。ＣＤＭＡ ＥＶ‐ＤＯは、会話サービスのみを支援する従来のチャネルに加え、いくつかのデータサービス専用チャネルを有するＣＤＭＡ２０００発展の第１のステップである。既存のワイヤレス通信システムにおいて、伝統的にチャネル適応は、単一変調モードおよび単一符号化レートがチャネルに対するＴＴＩまたはタイムフレームごとに使用されるように設計される。すなわち、同じ符号化レートおよび同じ変調モードがＴＴＩごとに使用され、送信に使用される全部のサブチャネルに対しデータを符号化し変調する。

チャネルを通してデータを送信する際、ある送信電力レベルに対して、チャネルにわたり高いスループットを得ることに関心がある。

当発明者により行われたシミュレーションは、高いチャネル品質変動をエクスペリエンスするチャネルに対するスループットに先天的損失があることを示す。シミュレーション結果によると、チャネルが低いチャネル品質変動をエクスペリエンスする場合よりも、チャネルが高いチャネル品質変動をエクスペリエンスする場合の方が、より低い均一符号化レートが必要である。別の観点から見ると、品質変動が大きくなればなるほど、同じ目標ブロックエラーレート（ｂｌｏｃｋ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ：ＢＬＥＲ）を達成するためにはより高い送信電力が必要になる。このシミュレーション結果を図１のグラフに示す。このシミュレーションにおいて、１つのチャネルの各サブチャネルは第１または第２の信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）状態のいずれかをとる場合がある。例の図はＳＮＲとして与えられているが、それは例の図が、ＳＮＲがＳＩＮＲに等しいところのリンクシミュレーション結果または単一セルのシミュレーション結果であるためである。グラフにおける曲線は、あるＢＬＥＲを得るために必要な平均ＳＮＲおよび対応する必要な符号化レートを示す。各曲線は、２つのＳＮＲ状態間のｄＢでのあるオフセットに対応する。図１に見られるように、ある平均ＳＮＲについて、２つのＳＮＲ状態が広く隔たっている場合は、それらが互いにより近接する場合と比べて、同じＢＬＥＲを得るためには、より低い符号化レートが必要である。例えば、２状態が同レベルを有する、すなわち０ｄＢに対するオフセット（０ｄＢ曲線）である場合、符号化レートは８ｄＢの平均ＳＮＲレベルに対し０．９である可能性がある。しかし、２状態が３０ｄＢに対するオフセットであるが（３０ｄＢ曲線すなわちグラフにおいて最も上にある曲線を参照）なお８ｄＢの平均ＳＮＲレベルが使用される場合、符号化レートは０．４３でなければならない。逆に、２状態が０ｄＢに対するオフセットであり、０．４３の符号化レートが使用される場合、３０ｄＢオフセットで同じ０．４３の符号化レートの場合に対する８ｄＢの平均ＳＮＲレベルと比較すると、同じＢＬＥＲを得るためには０ｄＢの平均ＳＮＲレベルが使用可能である。

さらなるシミュレーションは図２の４つのグラフのような結果となり、チャネルスループットに対するチャネル品質分散の影響のヒントをさらにいくつか与えることとなった。図２のグラフは、異なるチャネル品質条件に対する正規化スループットを示す。図２において、ＳＮＲは対数正規分布していると想定される。左上のグラフは、チャネルにわたるＳＮＲに対する標準偏差が５ｄＢであり、右上のグラフでは１０ｄＢであり、左下のグラフでは１５ｄＢであり、右下のグラフでは２０ｄＢである。各グラフにおける連続線は、完全（ｐｅｒｆｅｃｔ）リンク適応、すなわち各サブチャネルがそのＳＮＲレベル（または状態）に基づいて個別の変調および符号化スキーム（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ：ＭＣＳ）を割当てられている場合に対するスループットを示す。各グラフにおける破線は、フレームごとの単一のＭＣＳ選択、すなわちＳＮＲレベルにかかわらずに１つの変調および符号化スキームが全部のサブチャネルに対して選択されている場合に対するスループットを示す。このシミュレーションにおいて、単一ＭＣＳおよび完全リンク適応方法がブロックサイズにかかわらずに比較できるように、単一ＭＣＳおよび完全リンク適応の両方に同じコードブロックサイズが使用されている。また、必要なオーバーヘッド情報のあり得るサイズの違いも無視している。図２における変調は、単一ＭＣＳの場合と完全リンク適応の場合との両方に対し、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭという変調スキームの中から選択されている。変調スキームが使用されている受信機に通信するためには、ＯＦＤＭシンボルごとに２ビット使用する必要があるため、複式状態チャネルのｄＢでのＳＮＲの期待値の増加とともに、正規化スループットは０から最大値の６ビット／シンボルまで上昇する。

図２は、ブロックサイズが同じであり、オーバーヘッド情報が同じであるという想定を用いると、同じＭＣＳがチャネル全体に使用される場合と、別々のＭＣＳが各サブチャネルに選択される場合との間で、スループットにギャップがあることを示す。図２は、ギャップが増大すればするほど、チャネル変動も大きくなることを示す。すなわち、このシミュレーションは、チャネルが１ＴＴＩ／フレームの間で大きくばらつく場合、リンク適応に明白な改善の余地があることを示している。図２において示されたパフォーマンスの違いは実際の符号およびコードブロックサイズに関係があることに留意されたい。完全符号および無限に大きなコードブロックという理想的な場合においては、同じブロックサイズが使用される場合、パフォーマンスの違いはなくなるであろうと予想される。

以上に示したように、フレームまたはＴＴＩごとの単一ＭＣＳ選択の欠点は以下を含む。
必須の均一符号化レートおよび変調モードが、高品質のサブチャネルを通して送信されるデータに対する（良チャネル状態に対する）スループットを制限することを原因とする、深刻な品質変動を伴うチャネルのスループット損失。
チャネル推定は、低品質のチャネル状態に対するエラーの傾向がより強い。均一ＭＣＳリンク適応における不良チャネル推定について、低品質状態の含有は、より良い品質の状態からエネルギーを効果的に減じる。

図１および２において、変調および符号化スキームがチャネル品質レベルに適応されるとする場合にはスループットがより高くなるということ、または同じブロックサイズが想定される場合にはＳＮＲレベルがより高くなるということが示されている。したがって解決方法は、ＭＣＳ適応がサブチャネルごとにその品質状態に応じて行われるところの完全リンク適応方法を用いることであるということが想定され得る。けれども、完全リンク適応方法には以下のような他の欠点がある。
コードワードの各断片が自身のＭＣＳを有するためにコードブロックは小さくされなければならないことが原因で、パフォーマンス、すなわち実際のスループットが制限される。図２は、２つの方法のスループットをコードブロックサイズにかかわらず比較可能とすることを目的として、同じコードブロックサイズが２つの方法において想定されるところのシミュレーションである。
各コードブロックに使用されるＭＣＳを受信機に通知するのに、多すぎるオーバーヘッドが必要とされる。
全体において、コードブロックサイズおよびオーバーヘッド情報のサイズが含まれる場合、完全リンク適応方法に対しては実際のスループットは乏しいであろう。

最近は、リンク適応に対し、ＴＴＩ／フレームごとの混合変調（ｍｉｘｅｄ‐ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の提案もある。このような提案は、２００５年８月２９日〜９月２日英国ロンドンにおける３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃４２ ｏｎ ＬＴＥ Ｒ１‐０５０９４２にてＮＴＴ ＤｏＣｏＭｏ、ＮＥＣ、ＳＨＡＲＰにより発表された、題名：ＡＭＣ ａｎｄ ＨＡＲＱ Ｕｓｉｎｇ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｃｈａｎｎｅｌ‐ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｉｎ ＭＩＭＯ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＭＩＭＯチャネル送信における周波数ドメインチャネル依存スケジューリングを用いたＡＭＣおよびＨＡＲＱ）という標準化への寄書において説明されている。この文書において、変調適応はチャンクまたはサブチャネルごとにその状態または品質レベルに応じて行われる。高いＳＩＮＲをエクスペリエンスするサブチャネルにはより高位の変調モードが使用され、低いＳＩＮＲをエクスペリエンスするサブチャネルにはより低位の変調モードが使用されるため、このスキームはいくつかのパフォーマンスの改善をもたらす。しかしながら、送信符号化および変調データワード断片ごとにどの変調スキームが使用されているかを、受信機に通知することが必要であるため、混合変調スキームは、単一ＭＣＳの場合と比較すると、重大な追加の信号送信コストを必要とする。４つの異なる変調スキームから選ぶ場合、各符号化および変調データワード断片は、使用変調スキームを述べる２ビットを含むことを必要とするであろう。

以上に示すように、チャネルにわたり高いスループットを得る必要性があり、高い品質変動をエクスペリエンスするチャネルに対するスループットを改善するための余地がある。

本発明の目的は、ワイヤレス通信システムにおいてチャネルを通して送信ユニットから受信ユニットへ送信されるデータに対し高いスループットを達成することであり、このチャネルは、その周波数帯域にわたり大きい品質変動をエクスペリエンスする。

上記目的は、独立請求項の特徴部分において説明する方法、送信ユニット、およびコンピュータプログラム製品により達成される。

本発明によれば、高い品質変動をエクスペリエンスするチャネルに対するスループットは、各サブチャネルの品質を推定することと、各サブチャネルの推定品質に基づき、サブチャネルを多くのグループに分類することと、品質グループごとに１つの符号化レートを選択することとにより増加する。データワードが符号化される場合、符号化データワードの断片がどのサブチャネルに対し変調されるのかに応じ、選択符号化レートにしたがってデータワードの各断片は符号化されるであろう。チャネル品質は、例えばチャネルの周波数帯域にわたる信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）または信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定することにより推定されてもよく、または受信チャネルにおいてサブチャネルごとの受信ビット情報レートを測定し、その結果を送信ユニットへ通信することにより推定されてもよい。

高い品質変動をエクスペリエンスするチャネルのサブチャネルが２つ、３つ、または４つのグループに分類される場合、最適に近いスループットが得られ、チャネルが非常に高い品質変動をエクスペリエンスするならば３つまたは４つのグループが好ましく、チャネルが並みのチャネル品質変動をエクスペリエンスするならば２つのグループが好ましいことを、シミュレーションが示している。チャネルが低い品質変動を有する場合には、全部のサブチャネルが１つの同じグループに分類されるということがあり得る場合もある。１つのグループのうちのチャネル品質の拡散にとって良い値は、受信ビット情報レート（ＲＢＩＲ）における０．３の拡散である。

本発明における利点は、サブチャネルをそのサブチャネル品質レベルにしたがってグループに分類し、グループごとに１つの符号化レートを選択することにより、均一の符号化レートを使用することと比べ、ある送信電力に対するチャネルスループットが増大する、ということである。

本発明におけるさらなる利点は、サブチャネルまたは状態ごとに１つの符号化レートを使用することとパフォーマンスは同等であるが、信号送信コストはより低い、ということである。

なお本発明のさらなる利点は、本発明の実施形態が２つ、３つ、または４つのみの異なる品質グループを使用する場合、コードブロックごとに使用される符号化レートで通信するには、１または２ビットのみ必要である、すなわち低い信号送信コストで高いスループットが得られるということである。

別の利点は、１つの符号化ブロックのうちで複式符号化レートを実施する応用で説明される方法のいずれかを使用することにより、パフォーマンスはさらに向上する。

同封の図面を参照しながら、以下でより詳細に本発明を説明することにする。

本発明の好適な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明をさらに十分に以下で説明することとする。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的かつ完全になり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供されているのである。

ワイヤレス通信システムにおいて、特に広帯域システムについて、より具体的には直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：ＯＦＤＭ）をもとにしたシステムである広帯域システムについては、チャネルは、その周波数範囲にわたってチャネル品質の大きな変動を有する場合があり、そのため符号化および変調データワードは、送信されると、非常に多様な品質のチャネル状態をエクスペリエンスするであろう。

図１および２に結果を示してある、当発明者により実行されたシミュレーションから分かるように、高いチャネル品質変動をエクスペリエンスするチャネルに対するスループットに先天的損失がある。

その周波数範囲にわたり高い品質変動をエクスペリエンスするチャネルに対してさえ、送信データの高いスループットを得ることができるように、本発明の方法により以下が提案される。すなわち、
各サブチャネルの品質を推定することと、
推定した各サブチャネルの品質に基づき、サブチャネルを多くの品質グループに分類することと、
品質グループごとに符号化レートを選択することとである。

その後、どのサブチャネルに対し符号化データワードの断片が変調されることになるかに応じて、選択した符号化レートにしたがってデータワードの各断片が符号化されるように、送信されるデータワードが符号化される。

すなわちサブチャネルは、それらのチャネル品質レベルに応じて、多くのグループに分類される。グループごとに、グループのスループットを最大化またはほぼ最大化するように符号化レートが選択される。あるサブチャネルを通して送信されることになるデータワードの断片が、サブチャネルが分類されたクラスに対し選択符号化レートで符号化されるように、データワードは符号化される。

本発明の一実施形態によれば、グループごとの符号化レートは、グループが不変チャネルすなわち変動なしのチャネルであるかのように、グループのスループットを最大化またはほぼ最大化するように選択可能である。不変チャネルの最適リンク適応について、ＳＩＮＲ対スループット写像は凸曲線である。ゆえに符号化レートは、以下の公式にしたがって、グループに対し選択されるであろう。
Mean(throuphput(SINR_i))>=throughput(Mean[SINR_i])

グループにおける個別のサブチャネルごとのＳＩＮＲの関数としてのスループットの平均値が、グループにおけるサブチャネルの全ＳＩＮＲに対する平均値の関数としてのスループットよりも高いであろうということを、上記不等式は表す。グループごとの符号化レートは、不等式の右辺にしたがって選択されるであろう。ＳＩＮＲ対スループットは凸曲線であるため、不等式の右辺にしたがって符号化レートを選択することは、どうしても楽観的になりすぎはしない最適選択への近似であろう。したがって、高すぎる符号化レート（すなわち弱すぎる符号化）が適用される危険性はない。

ＲＢＩＲ対スループット写像に同様の公式が使用可能である。グループのスループットが最大化するような符号化レートをグループごとに選択する他の方法も使用可能である。

サブチャネルを品質グループに分類し、１つの符号化レートをクラスの全部のサブチャネルに選択することによれば、均一ＭＣＳ選択が使用される場合と比較して、サブチャネルごとにより適した符号化レートが選択可能であり、これによりパフォーマンスが向上するであろう。同時に、コードブロックのサイズは大きく保たれることも可能である。また、特にグループの数が低く保たれている場合、選択符号化レートを受信機に通知するためには、少数のビットのみ必要であろう。全体において、チャネル全体で１つのＭＣＳを用いるのと比べ、チャネルのスループットは増加する。また、オーバーヘッド情報は低く保たれることが可能であるため、個別のＭＣＳが各サブチャネルに用いられる場合と比較すると、スループットはより高いであろう。図６に示すシミュレーションに見られるように、スループットは高くなり、また信号送信の追加のオーバーヘッドは低く保たれることが可能であるため、２つ、３つ、または４つの異なる品質グループが最良選択であることを、シミュレーションは示している。例えば、２つのグループのみが選択される場合、選択符号化レートを受信ユニットに通知するためには、コードブロックごとに１つの追加ビットが必要であろう。グループの最適数は、チャネル品質の変動に依存する。すなわち、チャネル品質の変動が高くなればなるほど、品質グループの最適数は高くなる。非常に高いチャネル品質変動については、オーバーヘッドの追加ビットがスループットを減少させるだけでなく、より良い符号化レートを選択することがスループットを増加させるであろうことから、４グループまでを有することが最適であろう。他方で、チャネル品質変動が低いなら、１つの品質グループのみで十分である場合がある。

図３は、ワイヤレス通信システムにおいてチャネルを通してデータワードを送信ユニットから受信ユニットへ送信するための、本発明の一実施形態による方法を示す。上記方法は、チャネルの各サブチャネルの品質を推定すること３０１から始まる。送信チャネルにより使用される周波数間隔の断片であるサブ周波数間隔を、サブチャネルがカバーする。サブチャネルによりカバーされるサブ周波数間隔は、推定方法に依存する。一実施形態によれば、周波数間隔にわたりサブ周波数ごとにサンプリングされる、チャネルの最近得られたあるいは瞬間の品質測定に基づいて品質が推定される場合、または品質の統計分布に基づいて品質が推定される場合がある。したがってサブ周波数間隔は、いくつのサンプルがチャネル周波数間隔にわたり採られるかに依存する場合がある。品質が推定された後、サブチャネルは、サブチャネルごとに推定された品質に応じて多くの品質グループに分類される３０２。グループのスループットを最大化する符号化レートがグループごとに選択される３０３。その後、どのサブチャネルへ符号化データワードの断片が変調されることになるかに応じて、選択符号化レートにしたがってデータワードの各断片が符号化されるというように、選択符号化レートでデータワードは符号化される３０４。その後、変調方法が選択される３０５。変調方法は、例えば全部のサブチャネルに対し均一変調方法を選択することにより選択されてもよく、または、品質グループごとまたはサブチャネルごとに変調方法を選択することにより選択されてもよく、または、以上の選択方法にいかなる混合によって選択されてもよい。その後、符号化データワードは変調され３０６、符号化および変調データワードはチャネルを通して受信ユニットへ送信される３０７。

以下では、本発明による別の方法を説明する。上記方法は、一例として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）をもとにしたワイヤレス通信システムにおける送信ユニットから受信ユニットへのデータの送信を用いる。図４は、上記方法による複式符号化レート（ｍｕｌｔｉ‐ｃｏｄｅ ｒａｔｅ）リンク適応のフローチャートを説明する。上記方法において、チャンクという概念は、チャネル品質における変動が小さな、時間および周波数ドメインにおける小さいエリアを決定するために使用する。かかるチャンクは、短い時間にわたり、チャネル品質が推定される図３のサブチャネルと比較される。上記方法は、チャンク品質を推定し４０１、それによりチャンクを選別することから開始する。この推定は、送信ユニットにより実行されてもよく、または受信ユニットにより実行されてもよい。例えば、チャンク品質を測定し、送信ユニットへそのチャンク品質を送信する受信ユニットにより、チャンク品質は推定されてもよい。その後チャンクは、例えばチャネル品質変動に応じて、好ましくは２つ、３つ、または４つのグループに、分類される４０２。チャンクを分類する異なる方法がある。一例としては、正規化された符号化ビットごとの相互情報（ｍｕｔｕａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｅｒ ｃｏｄｅｄ ｂｉｔ：ＭＩＰＢ）、またの名を受信ビット情報レート（ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｂｉｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒａｔｅ：ＲＢＩＲ）に基づくものがある。ＲＢＩＲとは、チャネルが理想的なものである場合、あるレベルのノイズで、ある変調スキームが適用されるチャンクの情報送信効率の指標である。ＲＢＩＲは、グループに対する品質測定範囲を決定するときに使用する効果的な品質指標であるということを、数的研究が示している。グループごとにＲＢＩＲ動的範囲をある範囲に限定するように、分類が行われる。本発明の有利な実施形態によれば、動的ＲＢＩＲ範囲は、グループごとに約０．３に限定される。各グループがＲＢＩＲ０．３以内または約ＲＢＩＲ０．３の品質変動を有する場合、チャネルは非常に最適に近いスループットを達成可能であることを、シミュレーションは示している。対応するシミュレーション結果を図６に与える。その後、選択符号化レートおよび変調モードを用いてデータワードが符号化および変調され、結局は受信機へ送信される前に、リンク（またはチャネル）は、グループごとに、チャネル条件に適応した変調モードおよび符号化レートを選択することにより適応される４０３。チャンクまたはサブチャネルをグループに分類する際には、他のチャネル品質インジケータも使用可能である。チャネル品質インジケータはＳＩＮＲでも、ＲＢＩＲでも、スループットまたは正規化スループットでも、または他のいかなるＳＩＮＲの非線形関数でも、または他のいかなるチャネル品質インジケータであってもよい。チャネル品質がチャネル品質インジケータを得るように推定された後は、分類はチャネル品質インジケータに基づく。

異なる符号化レートをデータワードに実施する異なる方法がある。本発明の第１の実施形態によれば、各グループは、個別に符号化レートが設定されたコードブロックを有する。

本発明の第２の実施形態によれば、グループは同じコードブロックを共有するが、それでも異なる符号化レートを有する。これにより変調には、レート整合アルゴリズムが必要となり、そして恐らくはインターリービングパターンも必要となる。この実施形態において、非均等エラー保護（ｕｎｅｑｕａｌ ｅｒｒｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ：ＵＥＰ）が、異なる選択符号化レートを異なるグループに設定するように使用される。これにより、規格化体３ＧＰＰにより定義され、技術仕様書３ＧＰＰ ＴＳ ２５．２１２として公表されているいわゆるターボ符号（Ｔｕｒｂｏ ｃｏｄｅ）へのレート整合アルゴリズムのいくつかの変調が必要となり、かかる符号が使用される場合は、恐らくインターリービングパターンへのレート整合アルゴリズムも必要となる。非均等エラー保護のためのあり得る方法の例は以下のとおりである。
低い符号化レートを必要とするグループにおいて反復を行うこと。この場合、符号化レートに基づき初期符号化が、最良グループ、すなわち最高の選択符号化レートを有するグループに対して選択される。より低い選択符号化レートを有するグループについては、符号化レートは、周波数ドメインにわたり符号化データを反復することにより低減され、したがって保護容量が増加する。反復は、ある拡散パターンで拡散させるなど他の実施形態により行われる場合もある。
不規則パンクチャ（ｐｕｎｃｔｕｒｅ）レートを使用すること。この場合、初期符号化は、最低の選択符号化レートを有するグループに基づく。最高の選択符号化レートを有するグループについては、符号化ビットのうちいくつかは、より高い符号化レートを得るために削除される。畳み込み符号の一例が、非均等エラー保護と呼ばれるスキームであり、このスキームはレート互換性パンクチャ化畳み込み（Ｒａｔｅ‐Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ Ｐｕｎｃｔｕｒｅｄ Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ：ＲＣＰＣ）符号に基づく。ＲＣＰＣ符号は、１９９８年４月におけるチャルマース工科大学の通信システムグループからの技術報告書２１、フレンゲル（Ｆｒｅｎｇｅｒ）らによるＭｕｌｔｉｒａｔｅ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｃｏｄｅｓ（マルチレート畳み込み符号）において説明されている。畳み込み符号は、どのビットを削除するかを決定する符号である。またこの符号は、例えばＲＣＰＣにおける任意のパンクチャパターンでの１／３レートなどの、マザーコードにも基づく。
データワードの断片を異なる部分に分割すること。その場合、データワードの断片の第１の部分は高品質のグループを通して送信され、データワードの断片の第２の部分は低品質のグループを通して送信される。例えば、高い符号化レートを有するより良いグループは、第１の送信パケットの一部を含むのみである。低い符号化レートを有するグループは、第１の送信パケットおよび第２の送信パケットの一部を含む。ターボ符号については、混成自動再送信要求‐インクリメント冗長（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ‐Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ：ＨＡＲＱ‐ＩＲ）のような構造が可能である場合がある。また、異なる符号化レートをデータワードに実施するための第１および第２の実施形態の混合も使用可能である。

例えばグループごとになど、変調モードが選択可能である。本発明の一実施形態によれば、各グループは、ある品質グループの全部のサブチャネルに対し単一の変調モードを有する。本発明の別の実施形態によれば、変調モードは各チャネルの状態に適応される。例えば、変調モードは、ＯＦＤＭをもとにしたシステムにおいてはチャンクごとに選択される。変調モードがチャンクまたはサブチャネルごとに選択される場合、より多くのオーバーヘッド信号送信が必要である。

図５は、ワイヤレス通信システムにおいてデータワードを受信ユニットへチャネルを通して送信するように構成された、本発明による送信ユニット５００を説明する。送信ユニットは、チャネルの各サブチャネルの品質を推定するための手段５０６を有するプロセッサ５０４を備える。各サブチャネルの品質は、各サブチャネルの品質を示す測定に基づいて推定されてもよい。この測定は、移動局など、送信ユニットが設置され得るところのノードの受信機５０５を介してプロセッサ５０４に受信されてもよい。プロセッサ５０４は、各サブチャネルの品質に基づいてサブチャネルを多くの品質グループに分類するための手段５０７も有する。プロセッサは、グループごとに符号化レートを選択するように構成される選択手段５０８をさらに有し、この符号化レートはグループのスループットを最大化する。選択手段は、グループごとまたはサブチャネルごとに変調方法を選択するように構成されてもよい。どのサブチャネルに対し符号化データワードの断片が変調されることになるかに応じ、プロセッサにより選択された符号化レートにしたがってデータワードの各断片が符号化されるように、データワードを符号化するためのエンコーダ５０１を、送信ユニット５００はさらに含む。このため、処理ユニットは、エンコーダに選択符号化レートを通知するように構成される。エンコーダ５０１から符号化データワードを受信し、符号化データワードを変調するように構成される変調器５０２も、送信ユニットは備える。プロセッサ５０４は、変調器が符号化データワードを変調するのに使用すべき変調方法を変調器５０２に通知するようにさらに構成されてもよい。符号化および変調データワードを変調器から受信し、その符号化および変調データワードを受信ユニットへ送信するように構成される送信ブロック５０３を、送信ユニットはさらに含む。推定手段５０６、分類手段５０７、および選択手段５０８は、送信ユニット５００内の別々のユニットであってもよく、処理ユニット内に設置されていてもよい。

本発明による送信ユニットは、主にハードウェアに実装されるものとして説明してきた。けれども、本発明はソフトウェアに実装されてもよく、ソフトウェアとハードウェアとの組合せに実装されてもよい。この場合、本発明の方法請求項に記載されるステップを行うための対応する手段が、コンピュータプログラムソフトウェアとともに送信ユニットに実装される。

図６は、ＯＦＤＭをもとにしたシステムについてのシミュレーション結果を示す。この結果は、異なるリンク適応解決方法との間の比較を示す。全部の解決方法を以下にリストアップする。ここで、ＬＡ１およびＬＡ２は、本発明が提案するアイデアである。例の図は、信号対雑音比（ＳＮＲ）が信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に等しいところのリンクシミュレーション結果であるため、ＳＮＲとして与える。
ＬＡ０：完全リンク適応、すなわちチャネル状態（またはチャネル状態に基づく各サブチャネル）ごとの変調および符号化レート適応。
ＬＡ１：複式符号化レートで、変調適応はチャンクごと。
ＬＡ２：複式符号化レートで、単一変調モードは符号化レートごと（グループに関するＭＣＳ適応）。
ＬＡ３：単一符号化レートで、変調適応はチャンクに関する。
ＬＡ４：単一ＭＣＳ。

シミュレーションにおける想定は以下を含む。
フレームごとに１００チャンク、チャンクごとに１２８シンボルのＯＦＤＭシステムが想定される。
送信される電力は全部のチャンクで共通である。
マルチ状態（ｍｕｌｔｉ‐ｓｔａｔｅ）のチャネルを１００の状態として、通常分布のＳＮＲ＿ｄＢに対してモデリングしており、標準偏差が、左上のグラフでは５ｄＢ、右上のグラフでは１０ｄＢ、左下のグラフでは１５ｄＢ、右上のグラフでは２０ｄＢである。大きな変動（２０ｄＢ）は、非常に広い帯域についての場合、またはユーザがセルの境界の近傍にいる場合をモデリングするのに使用される。
使用する変調モードの候補は｛ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ｝である。ＢＩＣＭ‐ｌｏｇＭＡＸアルゴリズムが受信ユニットにおいて使用される。
符号化適応は、ＢＬＥＲの目標である１％を達成するために、０から１までのいずれの符号化レートを選択することが可能である。
完全チャネル認識（ｐｅｒｆｅｃｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）が、送信ユニットおよび受信ユニットの両方において想定される。
チャンク分類はＲＢＩＲに基づき、各グループの、Ｄ_ＲＢＩＲと表すＲＢＩＲ範囲を０．３以内に制限することによる。
同じコードブロックサイズが全部のリンク適応解決方法に対して想定される。また、ヘッダサイズが異なることにより信号送信コストが異なることについては考慮していない。図６において、チャネルが１つのフレームのうちでひどく変化する場合、ＬＡ１およびＬＡ２はＬＡ４よりも明らかに優れているということが分かる。ＬＡ１は、完全リンク適応すなわちＬＡ０に非常に近い。ＬＡ２およびＬＡ３は、そのパフォーマンスの面で互いに非常に近い。

以下、５つの異なるリンク適応解決方法に対する信号送信コストを比較する。
ＬＡ４は、送信機と受信機との間のＭＣＳの通信のみ必要とし、したがって最も少ないオーバーヘッドしかかからない。
ＬＡ２は、２番目に効率がよく、グループインデックスについて各チャンクに通知するために、複数のＭＣＳ情報および追加の信号送信を必要とする。２つのグループのみを使用する場合は、図６による結果を得るには十分であると証明されているが、この場合グループインデックスをマークするには１ビットで十分である。
ＬＡ３は、チャンクに関する変調適応を共通符号化レートで実施し、したがってその信号送信コストはＬＡ２の次である。２つのグループのみが使用される場合、符号化レート情報ビットは１ビットのみ必要であるが、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、および６４ＱＡＭのうちの変調モードをチャンクごとにマークするのには２ビット必要である。
ＬＡ１は、複式符号化レート情報およびグループインデックスを各チャンクに通知するのに、ＬＡ３よりも、いくつか追加の信号送信を必要とする。
ＬＡ０は、受信ユニットにチャンクごとの符号化レートおよび変調モード情報を通信することが必要であるため、最も効率が悪い。

以上に示すように、サブチャネルがグループに分類され、各グループが選択符号化レートを使用する場合、高いチャネル品質変動をその周波数帯域を通してエクスペリエンスするチャネルにわたる全スループットは増加するであろう。グループごとに１つの符号化レートを使用することにより、チャネル分類に応じて、１〜４つのグループなど、限られた数のグループのみが使用される場合は特に、信号送信コストは低くなるであろうが、しかし信号送信コストに依存しないスループットは依然として高いであろう。

図面および明細書において、本発明の好適な実施形態および例を開示してきた中で、具体的な言葉を使用しているが、これらの言葉は包括的および説明的な意味で使用しているだけであって、添付の特許請求の範囲において説明する本発明の範囲を限定することを目的としているのではない。

当発明者が行ったシミュレーションの結果の図を示す。このグラフは、受信機内のデコーダに必要とされるＳＮＲをｙ軸に、異なる符号化レートについてはｘ軸に示す。 ＳＮＲの標準偏差が５、１０、１５、２０ｄＢである４つの場合についてＳＮＲの異なる平均値に対するチャネルにわたるスループットのシミュレーション結果の４つの異なるグラフを示す。 本発明の方法の一実施形態によるフローチャートを説明する。 本発明の方法の別の実施形態によるフローチャートを説明する。 本発明の一実施形態による送信ユニットの概略ブロック図を示す。 本発明の異なる実施形態を従来技術と比較するシミュレーション結果の４つの異なるグラフを示す。このグラフは、ＳＮＲの標準偏差が５、１０、１５、２０ｄＢである場合の、ＳＮＲの異なる平均値に対するチャネルにわたるスループットを示す。

Claims (15)

1. ワイヤレス通信システムにおいてチャネルを通して送信ユニットから受信ユニットへデータワードを、適応的チャネル符号化を使用して送信するための方法において、
   前記チャネルは複数のサブチャネルに分割され、前記チャネルは送信のための周波数間隔を割り当てられ、各サブチャネルはそれぞれのサブ周波数間隔を割り当てられ、
   各サブ周波数間隔は、前記周波数間隔の断片であり、
   前記方法は、
   前記データワードをある１つ以上の符号化レートで符号化するステップ（３０４）と、
   前記符号化データワードを前記複数のサブチャネルに対し変調するステップと、前記符号化データワードの断片がサブチャネルに対し変調されることと、
   前記符号化および変調データワードを前記受信ユニットへ前記チャネルを通して送信するステップ（３０７）と
   を含み、
   前記方法は、
   各サブチャネルの品質を推定するステップ（３０１）と、
   各サブチャネルの前記推定品質に基づき、前記サブチャネルを複数の品質グループに分類するステップ（３０２）と、
   前記推定品質における推定ブロックエラーレートを考慮して、品質グループごとに符号化レートを選択するステップ（３０３）と
   をさらに含むことを特徴とし、
   前記データワードを符号化するステップは、前記データワードの同じ品質グループに属するサブチャネルに変調されるべき１つ以上の断片を、前記選択符号化レートにしたがって個別のコードブロックとして符号化することを含み、
   前記サブチャネルは、同じ品質グループのサブチャネルについての情報送信効率を表す指標の動的範囲が所定の閾値を超えないように、前記複数の品質グループに分類される、
   方法。
2. 前記符号化データワードを変調するステップは、
   品質グループごとに１つの変調方法を選択すること（３０５）と、
   前記符号化データワードの各断片がどのサブチャネルに対し変調されるのかに応じ、前記選択変調方法にしたがって前記符号化データワードの各断片を変調すること（３０６）と
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記符号化データワードを変調するステップは、
   サブチャネルごとに変調方法を選択すること（３０５）と、
   前記符号化データワードの各断片がどのサブチャネルに対し変調されるのかに応じ、前記選択変調方法にしたがって前記符号化データワードの各断片を変調すること（３０６）と
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 各サブチャネルの前記品質を推定するステップ（３０１）は、各サブチャネルに対する信号対雑音比（ＳＮＲ）または信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の測定に基づく、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記指標は、受信ビット情報レート（ＲＢＩＲ）である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
6. ＲＢＩＲの前記動的範囲についての前記閾値は、０．３である、請求項５に記載の方法。
7. 前記分類ステップ（３０２）は、前記サブチャネルを２つ、３つ、または４つの異なる品質グループに分類することを含む、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
8. ワイヤレス通信システムにおいてチャネルを通して受信ユニットへデータワードを、適応的チャネル符号化を使用して送信するように適応される、ワイヤレス通信システムにおける送信ユニット（５００）において、
   前記チャネルは複数のサブチャネルに分割され、前記チャネルは送信のための周波数間隔を割り当てられ、各サブチャネルはそれぞれのサブ周波数間隔を割り当てられ、
   各サブ周波数間隔は、前記周波数間隔の断片であり、
   前記送信ユニットは、
   前記データワードをある１つ以上の符号化レートで符号化するように適応されるエンコーダ（５０１）と、
   前記複数のサブチャネルに対し前記符号化データワードを変調するように適応される変調器（５０２）と、前記変調器は前記データワードの断片をサブチャネルに対し変調するようにさらに適応されることと、
   前記チャネルを通して前記受信ユニットへ前記符号化および変調データワードを送信するように適応される送信部（５０３）と
   を備え、
   前記送信ユニットは、
   各サブチャネルの品質を推定するための手段（５０６）と、
   各サブチャネルの前記推定品質に基づき、前記サブチャネルを複数の品質グループに分類するための手段（５０７）と、
   前記推定品質における推定ブロックエラーレートを考慮して、品質グループごとに符号化レートを選択するように構成される選択手段（５０８）と
   をさらに備えることを特徴とし、
   前記エンコーダ（５０１）は、前記データワードの同じ品質グループに属するサブチャネルに変調されるべき１つ以上の断片を、前記選択符号化レートにしたがって個別のコードブロックとして符号化するようにさらに構成され、
   前記サブチャネルは、同じ品質グループのサブチャネルについての情報送信効率を表す指標の動的範囲が所定の閾値を超えないように、前記複数の品質グループに分類される、
   送信ユニット（５００）。
9. 前記選択手段（５０８）は、品質グループごとに１つの変調方法を選択するようにさらに構成され、前記変調器（５０２）は、前記符号化データワードの各断片がどのサブチャネルに対し変調されるのかに応じ、前記選択変調方法にしたがって前記符号化データワードの各断片を変調するようにさらに構成される、請求項８に記載の送信ユニット（５００）。
10. 前記選択手段（５０８）は、サブチャネルごとに変調方法を選択するようにさらに構成され、前記変調器（５０２）は、前記符号化データワードの各断片がどのサブチャネルに対し変調されるのかに応じ、前記選択変調方法にしたがって前記符号化データワードの各断片を変調するようにさらに構成される、請求項８に記載の送信ユニット（５００）。
11. 前記推定手段（５０６）は、各サブチャネルに対する信号対雑音比（ＳＮＲ）または信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の測定に基づき、各サブチャネルの前記品質を推定するように構成される、請求項８〜１０のいずれかに記載の送信ユニット（５００）。
12. 前記指標は、受信ビット情報レート（ＲＢＩＲ）である、請求項８〜１０のいずれかに記載の送信ユニット（５００）。
13. ＲＢＩＲの前記動的範囲についての前記閾値は、０．３である、請求項１２に記載の送信ユニット（５００）。
14. 前記分類手段（５０７）は、前記サブチャネルを２つ、３つ、または４つの異なる品質グループに分類するように構成される、請求項８〜１３のいずれかに記載の送信ユニット（５００）。
15. 送信ユニット（５００）に存在するデジタルコンピュータ装置のメモリにロード可能であるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが前記コンピュータ装置上で動作すると、請求項１〜７のいずれかに記載の方法を行うソフトウェアコード部分を備える、コンピュータプログラム。

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