JP4932913B2 - 周波数選択性に基づいてｍｃｓインデックスを選択する装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、変調及びコーディング方式（ＭＣＳ：Modulation and Coding scheme）に関するもので、より詳細には、周波数選択性に基づいてＭＣＳインデックスを選択する装置及び方法に関する。
一般に、次世代無線移動通信システムは、高速のマルチメディアサービスを提供する。マルチメディアサービスの使用が次第に拡大するに伴い、より速くて、より高信頼で、より良いマルチメディアサービスを願う無線通信使用者たちの要求も増加してきている。
このように変化する要求を満たすために、より効率的で改善されたサービスを提供するための研究が行なわれている。すなわち、データ伝送を向上させるための様々な方法が研究されており、特に、周波数資源使用を向上させるための方法が研究されている。
マルチメディア及び通信サービスの急速な使用増加及び普及に伴い、より速くてより高信頼の無線通信サービスへのニーズも急激に増加している。なお、無線通信システムの収容容量（capacity）も増加する必要がある。このために、現存する制限された無線資源の効率性を増大させ、より効率良く利用することによって収容容量の改善することができる。
本発明は、周波数選択性に基づいてＭＣＳインデックスを選択する装置及び方法を提案し、従来技術の様々な限界点及び短所を実質的に克服することができる。
本発明の目的は、無線通信システムで周波数選択性に基づいてＭＣＳインデックスを選択する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、無線通信システムで事前に設定されたＭＣＳセットから、同じ周波数効率性を有するＭＣＳインデックスを選択する方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、所定コーディング率臨界値未満のコーディング率を有する第１ＭＣＳテーブル及びコーディング率臨界値以上のコーディング率を有する第２ＭＣＳテーブルを備えた無線通信システムにおいてＭＣＳインデックスを選択する方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、無線通信システムでＭＣＳインデックスを選択する装置を提供することにある。
本発明のさらなる長所、目的、特徴は、以下の説明で提示され、これらの部分は、関連技術を研究する当業者には明白であり、本発明の実行によって得ることができる。本発明の目的及び他の長所は、添付の図面だけでなく、発明の詳細な説明で特に指摘した構造及び請求項によって達成されて実現されることができる。
これらの目的及び長所を達成するために、本発明による目的が以下に広範囲に開示され具体化される。無線通信システムにおいてＭＣＳ（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）インデックスを選択する方法は、受信チャネルの周波数選択性を測定する段階と、前記測定された周波数選択性が、所定周波数選択性臨界値以上である場合、所定コーディング率臨界値未満のコーディング率（Coding rate）を有するＭＣＳインデックスを選択する段階と、前記測定された周波数選択性が、前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記所定コーディング率臨界値以上のコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択する段階と、を含む。
本発明の他の様態において、同じ周波数効率性を有する変調及びコーディング方式（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）セットが事前に設定されている無線通信システムにおいてＭＣＳインデックスを選択する方法は、受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定する段階と、前記測定されたＳＮＲと事前に設定されたＳＮＲとを比較することによって決定された第１ＭＣＳインデックスが、前記ＭＣＳセット範囲内にある場合、受信チャネルの周波数選択性を測定する段階と、前記測定された前記周波数選択性が、所定周波数選択性臨界値以上である場合、前記ＭＣＳセット内で事前に設定されたコーディング率臨界値未満のコーディング率を有する第２ＭＣＳインデックスを再選択する段階と、前記測定された前記周波数選択性が、前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記ＭＣＳセット内で前記事前に設定されたコーディング率臨界値以上のコーディング率を有する第２ＭＣＳインデックスを再選択する段階と、を含む。
本発明のさらに他の様態において、所定コーディング率臨界値未満のコーディング率を有する第１ＭＣＳテーブル及び前記コーディング率臨界値以上のコーディング率を有する第２ＭＣＳテーブルを備えた無線通信システムにおいてＭＣＳインデックスを選択する方法は、受信チャネルの周波数選択性を測定する段階と、前記測定された前記周波数選択性が、所定周波数選択性臨界値以上である場合、前記第１ＭＣＳテーブルからＭＣＳインデックスを選択する段階と、測定された前記周波数選択性が、前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記第２ＭＣＳテーブルからＭＣＳインデックスを選択する段階と、を含む。
また、本発明のさらに他の様態において、無線通信システムにおいてＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）インデックスを選択する装置は、受信チャネルの周波数選択性を測定する周波数選択性測定モジュールと、前記測定された前記周波数選択性が、所定周波数選択性臨界値以上である場合、所定コーディング率臨界値未満のコーディング率（Coding rate）を有するＭＣＳインデックスを選択し、前記測定された前記周波数選択性が、前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記所定コーディング率臨界値以上のコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択するＭＣＳインデックス選択モジュールと、を含む。
本発明は、例えば、以下の事項も提供する。
（項目１）
無線通信システムで変調及びコーディング方式（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）インデックスを選択する方法であって、
受信チャネルの周波数選択性を測定する段階と、
前記測定された周波数選択性が所定周波数選択性臨界値以上である場合、所定コーディング率臨界値未満のコーディング率（coding rate）を有するＭＣＳインデックスを選択する段階と、
前記測定された周波数選択性が、前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記所定コーディング率臨界値以上のコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択する段階と、
を含む、ＭＣＳインデックス選択方法。
（項目２）
前記周波数選択性測定段階は、
前記受信チャネル状況による多重経路遅延プロファイル（multi-path delay profile）、コヒーレンス帯域幅（Coherence Bandwidth）、前記受信チャネルの各副搬送波間の相関（correlation）度合、電力勾配及び電力分散値のうちいずれか一つ以上を測定する、項目１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目３）
前記周波数選択性測定段階及び前記ＭＣＳインデックス選択段階はそれぞれ、受信側で行なわれる、項目１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目４）
前記周波数選択性測定段階は、受信側で行なわれ、
前記受信側が、前記測定された周波数選択性を送信側に伝送する段階をさらに含み、
前記ＭＣＳインデックス選択段階は、前記送信側で行なわれる、項目１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目５）
前記ＭＣＳインデックスは、各チャネル別に選択される、項目１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目６）
前記周波数選択性測定段階は、前記受信チャネルの一つの副搬送波または一つ以上の副搬送波で構成されたグループ別周波数選択性を測定し、
前記ＭＣＳインデックス選択段階は、前記一つの副搬送波または前記一つ以上の副搬送波で構成されたグループ別ＭＣＳインデックスを選択する、項目１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目７）
受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ:Signal to Noise Ratio）を測定する段階と、
前記測定されたＳＮＲをＭＣＳルックアップ（look-up）テーブルのＳＮＲ臨界値と比較する段階と、
変調及びコーディング率を表すＭＣＳインデックスを決定する段階と、
前記ＭＣＳインデックスがＭＣＳインデックスセットに含まれるか否かを判定する段階と、
前記ＭＣＳインデックスが前記ＭＣＳインデックスセットに含まれない場合、前記決定されたＭＣＳインデックスを利用する段階をさらに含む、項目１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目８）
前記ＭＣＳルックアップテーブルは、所定のフレームエラー率（ＦＥＲ：Frame Error Rate）を満たすＳＮＲ臨界値を表すリンクカーブテーブル（link curve table）を含む、項目７に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目９）
前記ＭＣＳインデックスセットは、前記ＭＣＳルックアップテーブル内に同じ周波数効率性を有するＭＣＳインデックスを表す、項目７に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１０）
前記無線通信システムは、多重アンテナシステムである、項目１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１１）
同じ周波数効率性を有する変調及びコーディング方式（ＭＣＳ:Modulation and Coding Scheme）セットが事前に設定されている無線通信システムにおいてＭＣＳインデックスを選択する方法であって、
受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定する段階と、
前記測定されたＳＮＲと事前に設定されたＳＮＲとを比較することによって決定された第１ＭＣＳインデックスが、前記ＭＣＳセット範囲内にある場合、受信チャネルの周波数選択性を測定する段階と、
前記測定された前記周波数選択性が所定周波数選択性臨界値以上である場合、前記ＭＣＳセット内で事前に設定されたコーディング率臨界値未満のコーディング率を有する第２ＭＣＳインデックスを再選択する段階と、
前記測定された前記周波数選択性が前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記ＭＣＳセット内で前記事前に設定されたコーディング率臨界値以上のコーディング率を有する第２ＭＣＳインデックスを再選択する段階と、
を含む、ＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１２）
前記測定された前記周波数選択性が所定周波数選択性臨界値以上である場合、
前記第２ＭＣＳインデックス再選択段階は、
前記第１ＭＣＳインデックスが、前記事前に設定されたコーディング率臨界値未満のコーディング率を有する場合、前記第１ＭＣＳインデックスを前記第２ＭＣＳインデックスとして割り当てる段階と、
前記第１ＭＣＳインデックスが、前記コーディング率臨界値未満のコーディング率を有しない場合、前記ＭＣＳセット内で前記第１ＭＣＳインデックス以外の他のＭＣＳインデックスを前記第２ＭＣＳインデックスとして割り当てる段階と、
を含む、項目１１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１３）
前記測定された周波数選択性が前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、
前記第２ＭＣＳインデックスを選択する段階は、
前記第１ＭＣＳインデックスが前記コーディング率臨界値以上のコーディング率を有する場合、前記第１ＭＣＳインデックスを前記第２ＭＣＳインデックスとして割り当てる段階と、
前記第１ＭＣＳインデックスが、前記コーディング率臨界値未満のコーディング率を有する場合、前記ＭＣＳセット内で前記第１ＭＣＳインデックス以外の他のＭＣＳインデックスを前記第２ＭＣＳインデックスとして割り当てる段階と、
を含む、項目１１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１４）
前記周波数選択性測定段階及び前記ＭＣＳインデックス選択段階はそれぞれ、受信側で行なわれる、項目１１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１５）
前記周波数選択性測定は、受信側で行なわれ、前記測定された周波数選択性は、送信側に伝送され、第２ＭＣＳインデックスを選択する段階は、送信側で行なわれる、項目１１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１６）
前記ＭＣＳセットは、同じ周波数効率性を有するＭＣＳインデックスを表す、項目１１に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１７）
所定コーディング率臨界値未満のコーディング率を有する第１ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）テーブル及び前記コーディング率臨界値以上のコーディング率を有する第２ＭＣＳテーブルを備えた無線通信システムにおいてＭＣＳインデックスを選択する方法であって、
受信チャネルの周波数選択性を測定する段階と、
前記測定された前記周波数選択性が所定周波数選択性臨界値以上である場合、前記第１ＭＣＳテーブルからＭＣＳインデックスを選択する段階と、
測定された前記周波数選択性が前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記第２ＭＣＳテーブルからＭＣＳインデックスを選択する段階と、
を含む、ＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１８）
前記周波数選択性測定段階及び前記ＭＣＳインデックス選択段階はそれぞれ、受信側で行なわれる、項目１７に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目１９）
前記無線通信システムは、多重アンテナシステムである、項目１７に記載のＭＣＳインデックス選択方法。
（項目２０）
無線通信システムで変調及びコーディング方式（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）インデックスを選択するための装置であって、
受信チャネルの周波数選択性を測定する周波数選択性測定モジュールと、
前記測定された前記周波数選択性が所定周波数選択性臨界値以上である場合、所定コーディング率臨界値未満のコーディング率（Coding rate）を有するＭＣＳインデックスを選択し、前記測定された前記周波数選択性が前記所定周波数選択性臨界値未満である場合、前記所定コーディング率臨界値以上のコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択するＭＣＳインデックス選択モジュールと、
を含む、ＭＣＳインデックス選択装置。
上記本発明の広範囲の説明と以下に記述される詳細な説明は、例示的で且つ説明的なものとして理解すべきであり、特許請求の範囲で請求された本発明の説明をより一具体化するためのものである。
本発明の理解を助けるために詳細な説明の一部として含まれる添付の図面は、本発明に関する実施例を提供し、詳細な説明と共に本発明の技術的思想を説明する。
直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）システムにおいて適応型変調及びコーディング（Adaptive Modulation and Coding：ＡＭＣ）技法を適用するための構造を示す図である。 ＯＦＤＭシステムにおいてＡＭＣ技法を適用する方法を示すフローチャートである。 周波数選択性が互いに異なるチャネル環境で、様々な変調及びコーディング方式（Modulation and Coding Scheme:ＭＣＳ）による性能を比較した一例を示すグラフである。 周波数選択性が互いに異なるチャネル環境で、様々な変調及びコーディング方式による性能を比較した他の例を示すグラフである。 本発明の一実施形態において、周波数選択性によってコーディング率を選択する方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態において、ＭＣＳインデックス選択に関するプロセスを示す図である。 本発明の一実施形態において、ＭＣＳインデックス選択装置の構造を示す概略図である。
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。また、本明細書全体を通じて同一または類似な構成要素については、同一の図面符号を付して説明する。
図１は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムで適応型変調及びコーディング（Adaptive Modulation and Coding：ＡＭＣ）技法を適用するための構造を示す図である。
図１に示すように、一般的なＯＦＤＭシステムにおいて、送信端１００は、エンコーダ（encoder）１０１、チャネルインタリーバ（channel interleaver）１０２、マッパー（mapper）１０３、ＩＦＦＴモジュール１０４などの構成に加えて、ＡＭＣ適用のためのＭＣＳルックアップ（lookup）テーブル１０５などを含むことができる。
具体的に、エンコーダ１０１は、データビットに余分のビットを挿入するコーディングを通じて、チャネルによる効果や雑音を低減する役割を果たし、チャネルインタリーバ１０２は、エンコーダ１０１でコーディングされたビットを、ビット単位に配置を替えて（シャッフリング（shuffling）して）、チャネルで起きうる集中的なエラー（burst error）を分散させる役割を果たす。また、マッパー１０３は、チャネルインタリーバ１０２から出力されたビット情報をシンボルに変換し、ＩＦＦＴモジュール１０４は、それをＯＦＤＭシンボルに変調してチャネル３００を通じて伝送する役割を果たす。
また、送信端１００において、ＭＣＳルックアップテーブル１０５は、受信端２００からフィードバックされたＭＣＳインデックスなどのフィードバック情報を用いて、ＭＣＳルックアップテーブル１０５内の該当のＭＣＳインデックスに該当する変調率及びコーディング率を選択し、それらをそれぞれエンコーダ１０１のエンコーディング及びマッパー１０３のマッピング動作を決定するのに用いる。
図１を参照すると、ＯＦＤＭシステムの受信端２００は、ＦＦＴ（fast Fourier transform）モジュール２０１、デマッパー（demapper）２０２、チャネルデインタリーバ（channel de-interleaver）２０３、デコーダ（decoder）２０４などの構成に加えて、ＡＭＣ適用のためのＡＭＣ制御器２０５などを含むことができる。
具体的に、ＦＦＴモジュール２０１は、チャネル３００を通じて受信したＯＦＤＭシンボルに対して、ＩＦＦＴモジュール１０４における変換の逆変換を行う。デマッパー２０２は、この変換されたシンボルをビット情報に変換する。その後、チャネルデインタリーバ２０３は、シャッフルされたビットの順序を元の順序に変える役割を果たす。なお、チャネルデコーダ２０４は、推定されたデータビットを出力する。
また、受信端２００において、ＡＭＣ制御器２０５は、受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定し、これに基づいて、ＡＭＣ技法に使用するＭＣＳインデックスなどのフィードバック情報を決定し、これを送信端にフィードバックする役割を果たす。
図２は、ＯＦＤＭシステムにおいてＡＭＣ技法を適用する方法を示すフローチャートである。図２には、受信端において全ての副搬送波に対する平均ＳＮＲを測定し、与えられた目標ＱｏＳ（Quality of service）制限の下に、全体データ伝送率を最適化しうるコーディング率（code rate）、変調大きさ（modulation size）を最適化して選別し、それに見合うＭＣＳインデックスを選択した後、該ＭＣＳインデックスのみを送信端にフィードバックする、ＡＭＣ技法の一例が示されている。
具体的に、段階Ｓ２０１で、受信端は、チャネル応答を用いて全ての副搬送波に対する平均ＳＮＲを計算する。この時、ＳＮＲを計算する方法は、下記のように示すことができる。
Figure 0004932913
 ここで、Ｎは副搬送波の総個数を、Ｈｎは、ｎ番目の副搬送波におけるチャネル応答を、ＥＳは平均信号エネルギーを、
Figure 0004932913
 は雑音エネルギーを表す。
その後、段階Ｓ２０２及び段階Ｓ２０３では、段階Ｓ２０１で測定されたＳＮＲを用いて、目標フレームエラー率（frame error rate：ＦＥＲ）限界の下にデータ伝送率を最大化できるＭＣＳレベルのインデックスを選択する。
具体的に、段階Ｓ２０２では、段階Ｓ２０１で測定したＳＮＲを、ＭＣＳルックアップテーブルに含まれるリンクカーブテーブル（link curve table）の各レベルに対するＳＮＲ臨界値と比較する。ＭＣＳルックアップテーブルは、ＯＦＤＭシステムに用いられる全ての変調大きさとコーディング率によるシミュレーション結果を用いて決定された、予め定められたフレームエラー率（ＦＥＲ）レベルを満たすＳＮＲ臨界値を表すリンクカーブテーブルを含む。このようなＭＣＳルックアップテーブルは様々なものが存在でき、その例を下記の表に表す。
Figure 0004932913
Figure 0004932913
 表１及び表２に示すＭＣＳルックアップテーブルの一例であり、各ＭＣＳインデックスに該当するＳＮＲ臨界値を有するリンクカーブテーブルの表示は省略した。
このようなＭＣＳルックアップテーブルのリンクカーブテーブルは、段階Ｓ２０２では、段階Ｓ２０１で測定されたＳＮＲが満たす最大レベルのＳＮＲ臨界値を判定するのに利用されることができる。
その後、段階Ｓ２０３で、このように測定されたＳＮＲがリンクカーブテーブル内で満足する最大ＳＮＲ臨界値を表すＭＣＳインデックスを、ＭＣＳルックアップテーブルから選択する。
受信端２００からフィードバック情報を受信した後に、送信端１００は、ＭＣＳインデックス（以下、‘ＭＣＳレベルインデックス’とも称する。）を用いてデータ伝送に利用する変調及びコーディング率を決定することができる。すなわち、ＭＣＳルックアップ（look-up）テーブルを用いてデータ伝送に利用する変調及びコーディング率を決定することができる。この時、決定される変調率及びコーディング率は、全ての副搬送波に同一に適用されることが一般的である。
上述したような従来の一般的なＡＭＣ技法は、受信端で受信信号のＳＮＲのみを考慮してＭＣＳレベルインデックスを決定する方式で、チャネルの周波数選択性など様々な要因を考慮していない。チャネルの周波数選択性（frequency selectivity）度合によって互いに異なるコーディング率を適用して伝送すると、より効率的且つ効果的になりうる。
図３及び図４は、周波数選択性が互いに異なるチャネル環境で、様々な変調及びコーディング方式（Modulation and Coding Scheme：ＭＣＳ）による性能を比較したグラフである。
図３及び図４を参照すると、同じ周波数効率（Spectral efficiency）を有する２つのＭＣＳレベルを適用したＯＦＤＭシステムの性能結果が示されている。ここで、“ＴＵ”は、‘typical urban’に該当し、周波数選択性が相対的に大きいチャネル環境を表し、“ＰＥＤＡ”は、‘Pedestrian A’に該当し、周波数選択性が相対的に小さいチャネル環境を表す。また、両方の場合とも、３km/hと比較的遅い移動速度を仮定し、両方の場合とも受信アンテナを２つにセッティングすることによって、アンテナダイバーシティを得た状態を仮定したシミュレーション結果である。
まず、同じ周波数効率を有する２つのＭＣＳレベルとして、ＱＰＳＫ、２／３コーディング率を適用した場合と、１６ＱＡＭ、１／３コーディング率を適用した場合を示す図３のグラフを見ると、周波数選択性の小さいチャネル環境（ＰＥＤＡ）では、同じ周波数効率を有する２つのＭＣＳレベルのうち、低い変調率と高いコーディング率を適用する場合（すなわち、ＱＰＳＫ、２／３コーディング率の場合）が、高い変調率と低いコーディング率を適用する場合（すなわち、１６ＱＡＭ、１／３コーディング率の場合）に比べて、フレームエラー率（ＦＥＲ）性能（または、ＦＥＲ結果）がより良いことがわかる。一方、周波数選択性が大きいチャネル環境（ＴＵ）では、高い変調率と低いコーディング率を適用した場合（すなわち、１６ＱＡＭ、１／３コーディング率の場合）が、低い変調率と高いコーディング率を適用した場合（すなわち、ＱＰＳＫ、２／３コーディング率の場合）に比べて、より良いフレームエラー率（ＦＥＲ）性能（または、ＦＥＲ結果）を示すことがわかる。
これは、周波数選択性が小さい場合には、ＯＦＤＭシステムでチャネルコーディングから得られる利得が相対的に小さく、周波数選択性が大きい場合には、ＯＦＤＭシステムに適用した時にチャネルコーディングから得られる利得が相対的に大きいためである。より具体的に、チャネルコーディングによるフレームエラー率（ＦＥＲ）などの性能は、ＯＦＤＭシステムでチャネルコーディングを行なうことによって深いフェーディング（deep fading）を経る副搬送波をどれくらい效率的に補償できるかによる結果であり、ここで、周波数選択性が大きいほど、チャネルコーディングから得られる周波数ダイバーシティ（Frequency diversity）が大きくなるから、強いチャネルコーディング（すなわち、低いコーディング率）を適用することが有利なわけである。逆に、得られる周波数ダイバーシティが小さい場合（すなわち、周波数選択性が小さい場合）には、相対的にチャネルコーディングから得られる効果が小さいため、高いコーディング率で伝送することがより有利となる。
次に、同じ周波数効率を有する２つのＭＣＳレベルの場合として、ＱＰＳＫ、５／６コーディング率を適用した場合と、１６ＱＡＭ、５／１２コーディング率を適用した場合を示す図４のグラフを参照すると、チャネルの周波数選択性が高いＴＵ環境の下に、同様に、相対的に低いコーディング率を適用する場合（すなわち、１６ＱＡＭ、５／１２コーディング率を適用する場合）が、相対的に高いコーディング率を適用する場合（すなわち、ＱＰＳＫ、５／６コーディング率を適用する場合）に比べて、フレームエラー率（ＦＥＲ）においてより良い性能を示すことがわかる。また、これらは、図３の場合に比べて、コーディング率の差による性能差（すなわち、ＱＰＳＫ、５／６コーディング率を適用した場合と１６ＱＡＭ、５／１２コーディング率を適用した場合との性能差）をより大きく表すことがわかる。これは、図３の場合は、既に強いチャネルコーディングを適用し、ある程度性能が飽和されている状態であるのに対し、図４の場合は、それらに比べて相対的に弱いチャネルコーディングを適用する場合であって、チャネルコーディングによって周波数選択性から得られる周波数ダイバーシティ利得においてより大きい差を有するためである。
図３及び図４に示すシミュレーション結果は、受信アンテナを２つにセッティングすることによってアンテナダイバーシティを得た状態であるから、もし受信アンテナを１つにした場合には、より大きい差が見られるはずである。また、チャネル環境（チャネルの多重経路の数）を異ならせると（すなわち、より周波数選択性の大きいチャネルやより周波数選択性の小さいチャネルを仮定すると）、性能の差はより著しくなる。
このように、チャネル環境によってシステムの性能は様々に得られるので、チャネル状況を考慮せずに一定のＭＣＳレベルインデックスの使用によりＡＭＣ技法を適用すと、システムは、最適化した性能を得ることができない。
図５は、本発明の一実施形態において、周波数選択性によってコーディング率を選択する方法を説明するためのフローチャートである。図５を参照すると、まず、段階Ｓ５０１で、受信チャネルの周波数選択性を測定する。受信チャネルの周波数選択性を測定する方法には様々な方法があり、本実施形態では、チャネル状況による多重経路遅延プロファイル及びコヒーレンス帯域幅を用いて、受信チャネルの周波数選択性を測定することができる。
例えば、チャネルの多重経路遅延が大きい場合、それによってコヒーレンス帯域幅は狭く現れる。したがって、多重経路遅延が所定臨界値以上であるか、コヒーレンス帯域幅が所定臨界値未満である場合、チャネルの周波数選択性が高いと決定することができる。
一方、本発明の他の実施形態では、チャネルの周波数選択性を測定するために相関器を用いて各副搬送波間の相関度合を測定することができる。このような方法は、チャネルの多重経路遅延値やコヒーレンス帯域幅値などを測定しにくい場合に利用できるもので、ＯＦＤＭの各副搬送波間の相関度合を測定することでチャネルの周波数選択性を決定することができる。この各副搬送波間の相関程度を測定する方法の一例として次の式を使用することができる。
Figure 0004932913
 ここで、σは各副搬送波間の相関値を、Ｎは副搬送波の総数を、ｎ，ｍは副搬送波インデックスを、ｈｎはｎ番目の副搬送波におけるチャネル応答を表す。
上記数学式２のようにして相関値を測定した後、その値が一定臨界値よりも大きい場合、チャネルの周波数選択性が高いと決定でき、その値が一定臨界値以下である場合、チャネルの周波数選択性が低いと決定できる。ここで、使われるチャネル応答は、データ伝送時に同時に伝送されるパイロットシンボルやプリアンブルパケットなどを用いて測定することができる。
また、本発明のさらに他の実施形態では、チャネルの周波数選択性を測定するために各副搬送波チャネル間の電力相関度合を用いることができる。
受信チャネルの周波数選択性が大きい場合、各副搬送波チャネル間の相関度合も大きい。このような原理を用いて、周波数選択性の度合を、各副搬送波チャネル間の電力相関度合を通じて測定することが可能であり、相関度合は、次のように測定することができる。
Figure 0004932913
 上記数学式３で、各下付き文字は、副搬送波のインデックスを表し、ｗ１〜ｗN-m+1の和は１を満足する。このようにして測定された相関値が、所定臨界値以上である場合、チャネルの周波数選択性が大きいと判定し、測定された相関値が所定臨界値未満である場合、チャネルの周波数選択性が小さいと判定できる。
また、本発明のさらに他の実施形態では、チャネルの周波数選択性の度合を測定するために、各副搬送波チャネル間の電力分散値を用いることができる。チャネルの周波数選択性が大きい場合、該当のチャネルの各副搬送波における電力分布も大きくなるので、これを用いて周波数選択性の度合を推定することができる。このための各副搬送波における電力分散値は、下記の数学式を用いて測定することができる。
Figure 0004932913
 ここで、Ｍは、チャネル電力の平均値を表し、Ｎは副搬送波の総個数、ｈｉはｉ番目の副搬送波のチャネル応答を表す。
上述したように、チャネルの周波数選択性を測定する方法は、上述の方法に限定されず、それら以外の様々な技術によっても行なわれうるということが当業者には自明である。
一方、上記のように段階Ｓ５０１で受信チャネルの周波数選択性を測定した後、段階Ｓ５０２では、周波数選択性の度合が所定周波数選択性臨界値（TS）以上か否かを判定する。ここで、周波数選択性臨界値（TS）は、周波数選択性を測定するための方法によって異なって設定されることができる。しかも、特定方法によって周波数選択性を測定する場合にも、チャネルの周波数選択性によるＭＣＳレベル間の性能差は、図３及び図４の例で上述したように、どのような変調やチャネルコーディング率を適用するかによって異なってくることができるため、周波数選択性臨界値（TS）は、各状況に応じて様々に調整されることができる。
このような本発明の一実施形態によれば、段階Ｓ５０２で、チャネルの周波数選択性があらかじめ決定された所定周波数選択性臨界値（TS）以上と判定されると段階Ｓ５０３に進行し、ＡＭＣに適用するためのコーディング率として低いコーディング率を選択し、チャネルの周波数選択性が周波数選択性臨界値（TS）未満と判定されると段階Ｓ５０４に進行し、ＡＭＣに適用するためのコーディング率として高いコーディング率を選択する。
段階Ｓ５０３及びＳ５０４で、低いコーディング率または高いコーディング率を選択する時には、一般的に、既存にあらかじめ設定されたＭＣＳルックアップテーブル、例えば、後述される同じ周波数効率を有するＭＣＳセット内でコーディング率と対（pair）をなす変調率を選択することとなり、したがって、それぞれ、低いコーディング率と高い変調率を有するＭＣＳインデックスまたは高いコーディング率と低い変調率を有するＭＣＳインデックスを選択する。ただし、システムで要求される性能が、良好なフレームエラー率（ＦＥＲ）性能よりは全体処理率（throughput）である場合があり、この場合、上述したようにあらかじめ設定されたＭＣＳセットを用いずに、ＭＣＳレベル選択をより最適化させ、システム処理率を上げることもできる。
一方、本発明のより具体的な一実施形態として、ＭＣＳルックアップテーブル内に、同じ周波数効率を有するＭＣＳインデックスセットをあらかじめ設定して活用する方法について説明する。
上記の表１及び表２に例示したように、ＭＣＳルックアップテーブル内には、同じ周波数効率を有するＭＣＳレベルセットが存在することができる。例えば、表１でレベル３のインデックスを有するＱＰＳＫ、２／３コーディング率セットは、レベル５のインデックスを有する１６ＱＡＭ、１／３コーディング率セットと同じ周波数効率を有し、また、表１でレベル６のインデックスを有する１６ＱＡＭ、１／２コーディング率セットは、レベル９のインデックスを有する６４ＱＡＭ、１／３コーディング率セットと同じ周波数効率を有する。
以下の本発明による他の実施形態では、ＭＣＳセット（またはＭＣＳレベルセット）は、ＭＣＳインデックスセットとして称することができる。ここで、多数のＭＣＳレベルインデックスから、適切なコーディング率を有する２つのＭＣＳレベルインデックスにより表現されるＭＣＳセットが選択されることができる。２つのＭＣＳレベルインデックスは、周波数選択性の度合（レベル）に基づいて同じ周波数効率性を有する。表１及び表２によって規定されるＭＣＳインデックスセットは、下記の表３及び表４によりそれぞれ定義されることができる。
Figure 0004932913
Figure 0004932913
 図６は、本発明の一実施形態において、受信信号のＳＮＲによるＭＣＳインデックスが、同じ周波数効率を有するようにあらかじめ設定されたＭＣＳセット範囲内にある場合、そのＭＣＳセット内で周波数選択性によるコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択する方法を説明するためのフローチャートである。
図６を参照すると、段階Ｓ６０１で、受信端のＡＭＣ制御器は、受信信号のＳＮＲを測定できる。段階Ｓ６０２で、測定されたＳＮＲは、ＭＣＳルックアップテーブルの各ＳＮＲ臨界値と比較されることができる。段階Ｓ６０３で、このような比較に基づいて、ＡＭＣに使用するＭＣＳレベルインデックスを決定する。
その後、段階Ｓ６０４では、決定されたＭＣＳレベルインデックスが、事前に設定されたＭＣＳインデックスセットに含まれるか否かを判定することができる。段階Ｓ６０６では、事前に設定されたＭＣＳインデックスセットにＭＣＳレベルインデックスが含まれた場合に、受信チャネルの周波数選択性に基づいてＭＣＳセットが選択されることができる。例えば、使われる既存のＭＣＳルックアップテーブルが上記の表１であり、段階Ｓ６０３で決定されたＭＣＳレベルインデックスが３（ＱＰＳＫ、２／３コーディング率）である場合、これは、上記表３のように本発明の一実施形態によってあらかじめ設定されたＭＣＳインデックスセット内にあるから、ＭＣＳインデックスは、事前に設定されたＭＣＳインデックスセットに対して周波数選択性に基づいて選択されることができる。段階６０６では、受信チャネルの周波数選択性が測定されることができる。
一方、あかじめ設定されたＭＣＳインテックスセットに当該ＭＣＳレベルインデックスが含まれていないと、段階Ｓ６０３で決定されたＭＣＳインデックスは、段階Ｓ６０５で維持されることができ、必要によって、この決定されたＭＣＳインデックスは、送信側に送信されることができる。
上述したように、段階Ｓ６０６で、受信チャネルの周波数選択性が測定されることができる。段階Ｓ６０６で受信チャネルの周波数選択性を測定する方法には、図５と関連して上述した実施形態のように、受信チャネル状況による多重経路遅延プロファイル、コヒーレンス帯域幅、受信チャネルの各副搬送波間の相関度合、電力勾配、及び電力分散値のうちいずれか一つ以上を用いることができるが、これに限定されることはない。
続いて、段階Ｓ６０７では、段階Ｓ６０６で測定された受信チャネルの周波数選択性が、所定周波数選択性臨界値（TS）以上であるか否か判定する。万一、測定された受信チャネルの周波数選択性が、所定臨界値（TS）以上であると判定される場合、段階Ｓ６０８に進み、上述したようなＭＣＳインデックスセット内で低いコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択し、逆に、測定された受信チャネルの周波数選択性が、所定臨界値（TS）未満であると判定される場合、段階Ｓ６０９に進み、ＭＣＳインデックスセット内で高いコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択する。
例えば、上記表１をＭＣＳルックアップテーブル、表３をＭＣＳインデックスセットとし、受信信号のＳＮＲ測定結果、レベル３のインデックス（ＱＰＳＫ、２／３コーディング率）が選択された上述の例において、該当の受信チャネルの周波数選択性が高いと判定される場合、表３のＭＣＳインデックスセットで同じ周波数効率を有するＭＣＳセットのうち、コーディング率の低いセットである１６ＱＡＭ、１／３コーディング率のＭＣＳセットを選択し、これに該当するＭＣＳインデックス（レベル５）を必要時に送信側にフィードバックすることができる。また、同例において、受信信号のＳＮＲ測定結果、レベル５のインデックス（１６ＱＡＭ、１／３コーディング率）が選択され、該当の受信チャネルの周波数選択性が高いと判定される場合には、該当のＭＣＳインデックスがＭＣＳインデックスセット内で低いコーディング率を有する場合に該当するので、この場合には、決定されたＭＣＳインデックスをそのまま維持可能である。
上述したようなＭＣＳインデックスセットに関する情報は、受信端及び送信端であらかじめ知っていると仮定し、送信端及び受信端とも同じ所定ＭＣＳインデックスセットを保存していると仮定する。
このような本発明の一実施形態によると、受信側から送信側へ受信信号のＳＮＲ測定によるＭＣＳインデックスをそのままフィードバックしたり、または、チャネルの周波数選択性を考慮して変更したＭＣＳインデックスをフィードバックすることができる。このようなＭＣＳインデックスがフィードバックされた送信側では、図１のようにエンコーダ１０１及びマッパー１０３の動作におけるコーディング率及び変調方式を決定することができる。
上述したようなＭＣＳインデックス選択過程は、一般的に受信端で行なわれる方が、必要な情報獲得の面において有利である。しかし、このような全ての動作が受信端、一般的にはダウンリンクにおける端末機で行なわれる場合、端末機の複雑度が増大するという問題につながることができる。
そこで、本発明の一実施形態では、ダウンリンクにおいては相対的に複雑度の負担が少ない送信端、例えば基地局（またはノードＢ）に上述した過程の一部を行なわせることによって、上記の受信端における複雑度の問題を解決することを提案する。具体的に、本発明の一実施形態では、図５及び図６の方法において、受信チャネルの周波数選択性を測定する段階は受信端で行なうものの、この測定された周波数選択性情報を送信端にフィードバックし、以降、受信チャネルの周波数選択性に基づいて適切なＭＣＳインデックスを選択する段階は送信端に行なわせることを提案する。また、図６の方法では、測定された周波数選択性情報だけでなく、受信信号のＳＮＲのみを考慮して選択されたＭＣＳインデックスをフィードバックする段階を含むことができる。
このような方法は、チャネルの周波数選択性情報を送信端にフィードバックできる閉ループシステムに本発明の各実施形態による方法を適用することによって行なわれることができ、送信端では、受信端からフィードバックされたＭＣＳレベルとチャネルの周波数選択性情報を用いてＭＣＳインデックス選択モジュールを駆動させることができ、ＭＣＳインデックス選択過程は、上述した本発明の各実施形態の場合と同一に適用されることができる。
ただし、上述したような閉ループシステムではチャネルの周波数選択性情報を送信端にフィードバックしなければならないため、フィードバック情報の過負荷（フィードバックシグナリングオーバーヘッド）が引起こされる恐れがあるところから、要求されるシステム環境がフィードバックチャネルの過負荷の問題よりも受信端の複雑度の問題がより重要視される状況なら、送信端におけるＭＣＳインデックス選択モジュールを利用し、受信端の複雑度の問題よりもフィードバックチャネルの過負荷の問題がより重要視される状況なら、受信端におけるＭＣＳインデックス選択モジュールを利用すると良い。
一方、本発明のさらに他の実施形態では、図３及び図４からわかるように、受信チャネルの周波数選択性が少ないチャネル環境（ＰＥＤＡ）ではチャネルコーディングを弱く（すなわち、高いコーディング率を）適用するほど、また、受信チャネルの周波数選択性が大きいチャネル環境（ＴＵ）ではチャネルコーディングを強く（すなわち、低いコーディング率を）適用するほど、フレームエラー率（ＦＥＲ）などにおいて高い性能を表すという点に着目し、チャネルの周波数選択性によって可変的なＭＣＳテーブルを用いて、性能を最適化する方式を提案する。
すなわち、一つのＭＣＳテーブルは、コーディング率を低く適用させたＭＣＳレベルを適用（これを‘第１ＭＣＳテーブル’とする。）し、他のＭＣＳテーブルは、コーディング率を高く適用させたＭＣＳレベルを適用（これを‘第２ＭＣＳテーブル’とする）することができる。これにより、変調率は、コーディング率を低く適用させた第１ＭＣＳテーブルで高い変調率を有するように設定されることができるが、これに限定されず、低い変調率を有するように設定することもでき、同様に、コーディング率を高く適用させた第２ＭＣＳテーブルにおいても、変調率は低くても高くても良い。
一方、上述した本発明の各実施形態によるＭＣＳインデックス選択方法は、単一アンテナシステムの他に、いなかる多重アンテナシステム（例えば、ＭＩＭＯ(multiple input, multiple output)システム）にも適用されることができる。すなわち、本発明の各実施形態による通信システムがＭＩＭＯ通信システムである場合、上述した図５の段階Ｓ５０１または上述した図６の段階Ｓ６０６のような周波数選択性測定段階において、多重アンテナのそれぞれに対するそれぞれのチャネル別に周波数選択性が測定され、このように測定された多重アンテナに対する各チャネルの周波数選択性に基づき、周波数選択性の高いチャネルについては、低いコーディング率を有するようにＭＣＳインデックスを再選択し、周波数選択性の低いチャネルについては、高いコーディング率を有するようにＭＣＳインデックスを再選択することによって、ＭＩＭＯ通信システムの性能を最適化させることができる。
この時、受信チャネルの周波数選択性を測定するモジュールやそれによってＭＣＳを再選択するモジュールは、送受信アンテナ数によってその計算量が増加することもあるから、このような計算量と性能向上とを比較し、適切な方式を選択することが好ましい。
このように、本発明の各実施形態によるＭＣＳインデックス選択方法を多重アンテナシステムに適用する時には、各伝送アンテナ別にチャネルの周波数選択性を考慮したＭＣＳレベルを適用させて伝送することができ、これにより、多重伝送アンテナから得るダイバーシティ効果をより極大化させることができる。
一方、本発明のさらに他の実施形態によれば、上記のＭＣＳインデックス選択方法を、あらゆるＯＦＤＭ副搬送波の平均に関する情報を含む一つのＭＣＳインデックスをフィードバックさせる方式の他に、各副搬送波を単独でまたは所定数の副搬送波をグルーピングし、それらに対するＭＣＳインデックスを選択する方式として提供することができる。すなわち、上述した図５の段階Ｓ５０１または上述した図６の段階Ｓ６０６などのような周波数選択性測定段階で、周波数選択性は、一つの副搬送波または一つ以上の副搬送波で構成されたグループ別に測定し、図５及び図６におけるＭＣＳインデックス選択段階では、このような一つの副搬送波または一つ以上の副搬送波で構成されたグループ別ＭＣＳインデックスを選択することができる。
このような場合、各副搬送波または副搬送波グループ別にそれぞれ適用されるＭＣＳインデックス情報の数が増加することがあるので、このような情報量の増加とシステムの性能増加とを比較し、適切な方法を選択すると良い。
以下では、上述したような本発明の各実施形態によるＭＣＳインデックス選択方法を行なうためのＭＣＳインデックス選択装置及びそれを行なう通信システムについて説明する。
図７は、本発明の一実施形態において、周波数選択性によって選択されたコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択する装置の構成を概略的に示す図である。
図７に示す本発明の一実施形態によるＭＣＳインデックス選択装置は、周波数選択性測定モジュール７０１、及びＭＣＳインデックス選択モジュール７０２を含むことができる。
具体的に、周波数選択性測定モジュール７０１は、図５及び図６などと関連して上述した本発明の各実施形態によるＭＣＳインデックス選択方法において、周波数選択性を測定するための方式（例えば、受信チャネル状況による多重経路遅延プロファイル、コヒーレンス帯域幅、受信チャネルの各副搬送波間の相関度合、電力勾配、及び電力分散値などを用いる方式）によって様々な構成を有することができ、なかでも、多重経路遅延プロファイルを利用する方式による構成の一例が、図７に示されている。これにより、周波数選択性測定モジュール７０１は、受信チャネル信号の多重経路遅延プロファイルを測定するための多重経路遅延プロファイル測定部７０１ａ、及びこの測定値をあらかじめ設定された所定臨界値と比較して、受信チャネルの周波数選択性が高いか低いかを決定する比較部７０１ｂを含むことができる。
一方、上述したような周波数選択性測定モジュール７０１が、受信チャネルの周波数選択性の度合を決定した後、これに基づき、ＭＣＳインデックス選択モジュール７０２は、受信チャネルの周波数選択性が高い場合は、低いコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択し、逆に、受信チャネルの周波数選択性が低い場合は、高いコーディング率を有するＭＣＳインデックスを選択することができる。このようにＭＣＳインデックスを選択する方法は、上述したようにコーディング率のみを考慮する方式、表３及び表４などのようなＭＣＳインデックスセットを利用する方式、コーディング率の高いＭＣＳテーブルとコーディング率の低いＭＣＳテーブルを別に設定して利用する方式など、様々なものを適用することができる。
図７で説明した周波数選択性測定モジュール７０１及びＭＣＳインデックス選択モジュール７０２は一般的に受信側に位置する方が、必要な情報の獲得の面で有利になりうる。ただし、本発明の他の実施形態では、受信側（例えば、端末機）の複雑性問題を解決する目的で、上記構成のうち、周波数選択性測定モジュール７０１は受信側に位置させ、ＭＣＳインデックス選択モジュール７０２は送信側に位置させることで、受信側の複雑度を減少させる通信システムを提案する。このために受信側（端末機）では、測定された周波数選択性情報を送信側にフィードバックする必要がある。
本発明は、本発明の精神及び必須特徴を逸脱しない範囲内で、他の特定の形態に具体化されることができるということが、当業者には自明である。したがって、上記の詳細な説明は、あらゆる面において制約的に解釈されるのではなく例示的なものとして考慮されならなければならない。本発明の範囲は、添付した請求項の合理的な解釈によって決定されなければならなく、その等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。
本発明による無線通信システムにおいて周波数選択性に基づいてＭＣＳインデックスを選択する装置及び方法は、産業上に利用可能である。

Claims (4)

  1. 無線通信システムにおいて、変調及びコーディング方式（ＭＣＳ:Modulation and Coding Scheme）インデックスを、事前に設定されているＭＣＳルックアップテーブルから選択する方法であって、
    前記方法は、
    受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定することと、
    前記測定されたＳＮＲと前記ＭＣＳルックアップテーブルの事前に設定されたＳＮＲ臨界値とを比較することにより、前記ＭＣＳインデックスを選択することであって、前記ＭＣＳルックアップテーブルは、互いに同じ周波数効率性を有するが互いに異なる変調オーダーを有する第１のセットのＭＣＳインデックスと、互いに異なる周波数効率性を有する第２のセットのＭＣＳインデックスとを含む、ことと、
    前記第１のセットのＭＣＳインデックスのうちの１つが選択される場合に、受信チャネルの周波数選択性を測定することと、
    前記測定された周波数選択性が所定周波数選択性臨界値以上である場合に、前記第１のセットのＭＣＳインデックスから、事前に設定されたコーディング率臨界値未満のコーディング率を有する第１のＭＣＳインデックスを選択することと、
    前記測定された周波数選択性が前記所定周波数選択性臨界値未満である場合に、前記第１のセットのＭＣＳインデックスから、前記事前に設定されたコーディング率臨界値以上のコーディング率を有する第２のＭＣＳインデックスを選択することと
    を含む、方法。
  2. 前記周波数選択性の測定及び前記ＭＣＳインデックスの選択はそれぞれ、受信側で行なわれる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記測定された周波数選択性を送信側に送信し、
    前記周波数選択性の測定は、受信側で行なわれ、前記ＭＣＳインデックスの選択は、前記送信側で行なわれる、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１のセットのＭＣＳインデックスは、同じ周波数効率性を有するが、異なったコーディング率を有する、請求項１に記載の方法。
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