JP5306143B2

JP5306143B2 - 無線品質から最大伝送速度を推定する無線通信装置、方法及びプログラム

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Publication number: JP5306143B2
Application number: JP2009245737A
Authority: JP
Inventors: 理一郎流田; 洋司岸
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP2011091763A

Description

本発明は、無線通信システムについて、無線品質から最大伝送速度を推定する無線通信装置、方法及びプログラムに関する。

無線通信装置は、通信品質としての伝送速度を測定することによって、その位置で受けることができるサービス品質を評価することができる。しかしながら、伝送速度を測定する場合、無線リンクを含むネットワークに、トラヒックを流す必要がある。そのために、多くの無線通信装置が頻繁に伝送速度を測定することは、基地局及びネットワークに負荷を加えると共に、システム全体の通信品質を低下させる場合がある。

セルラ通信網又は無線ＬＡＮ(Local Area Network)のような無線通信システムでは、無線品質に応じて伝送速度を変化させる適応変調(ＡＭＣ：Adaptive Modulation and Coding)が用いられる。適応変調では、主に２つの要素によって伝送速度が決定される。第１の要素は、送信信号の直交変調方式と、誤り訂正符号の符号化率との組み合わせ（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）である。第２の要素は、ＡＲＱ(Automatic Repeat Request)による最大パケット再送回数である。ＡＲＱとは、受信装置がパケット誤りを検出した際に、送信装置が同一のパケットを再送する再送制御方式である。

適応変調を用いた無線通信システムでは、無線通信装置は、トラヒックを流すことなく、受信したパイロット信号によって無線品質を測定することができる。そのために、基地局及びネットワークに負荷が加わらない。無線品質としては、例えば、受信信号電力やＳＩＮＲ(Signal to Interference and Noise power Ratio)がある。無線通信装置は、その測定値から一定の誤り率以下で伝送可能な伝送速度を決定し、その伝送速度を基地局へフィードバックする。基地局は、フィードバックされた伝送速度によってパケットを送信する。

一方、第３世代セルラシステムにおける再送制御方式では、ＨＡＲＱ(Hybrid ARQ)が用いられる。ＨＡＲＱによれば、パケットを再送する毎に、過去に送信された同一パケットの信頼度を合成することによって、パケット誤り率(PER: Packet Error Rate)を改善する。これによって、平均パケット再送回数が削減される。

従来、受信ＳＩＮＲの平均値及び標準偏差を用いて、ＭＣＳ毎のパケット誤り率及び平均再送回数を導出し、最大伝送速度を推定する技術がある（例えば非特許文献１参照）。ここで、「最大伝送速度」とは、競合するトラヒックが無いときの伝送速度を意味する。また、ＭＣＳとは、送信信号の直交変調方式と、誤り訂正符号の符号化率との組み合わせを意味する。

また、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮して、再送回数毎のパケット誤り率を用いて最大伝送速度を推定し、ＭＣＳを選択する技術もある（例えば非特許文献２参照）。

更に、非特許文献１に記載された技術を改良し、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮して、最大伝送速度を推定する技術もある（例えば非特許文献３参照）。

流田理一郎、岸洋司、泉川晴紀、「適応変調及びＡＲＱを用いたセルラシステムにおける受信ＳＩＮＲの平均及び標準偏差を用いたスループット推定法」、RCS2008-246、pp.203-206、2009年3月、[online]、［平成２１年１０月１４日検索］、インターネット＜URL:http://www.ieice.org/ken/paper/20090305OajJ/＞ Dongwook Kim、Bang Jung、Hanjin Lee、Dan Sung、HyunsooYoon、「Optimal Modulation and Coding Scheme Selection in Cellular Networks withHybrid-ARQ Error Control」、IEEE Transactions on Wireless Communications、vol. 7、no.12、pp. 5195-5201、Dec. 2008、[online]、［平成２１年１０月１４日検索］、インターネット＜URL:http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=4723324＞流田理一郎、岸洋司、「「適応変調及びハイブリッドＡＲＱを用いたセルラシステムにおける受信ＳＩＮＲの平均及び標準偏差を用いたスループット推定法」、RCS2009-8、pp. 61-66、2009年8月、[online]、［平成２１年１０月１４日検索］、インターネット＜URL: http://www.ieice.org/ken/paper/20090803VaO4/＞

非特許文献１に記載された技術によれば、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮していない。そのために、受信ＳＩＮＲが小さい環境と、通信路が高速に変動する環境との間で、最大伝送速度の推定値が、実際の値と大きく乖離してしまう。

一方で、非特許文献２に記載された技術によれば、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮しているが、通信路が変動しない環境を想定している。そのために、通信路が高速に変動する環境では、最大伝送速度を正確に推定できない。

また、非特許文献３に記載された技術によれば、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮するための計算量が膨大であって、実時間における推定が難しい。

そこで、本発明は、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮すると共に、通信路が変動する環境であっても変動しない環境であっても、できる限り少ない計算量で、無線品質から最大伝送速度を推定することができる無線通信装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明によれば、基地局からの受信信号の無線品質に応じてＤＲＣ(Data Rate Control
bit)が可変となる適応変調方式と、再送回数に応じてパケット誤り率が可変となるＨＡＲＱ方式とに基づく無線通信装置において、
受信信号における無線品質を出力する復調手段と、
無線品質における平均値を算出する統計平均値算出手段と、
無線品質における標準偏差を算出する統計標準偏差算出手段と、
平均値及び標準偏差に基づいて、無線品質の確率密度関数を算出する確率密度関数算出手段と、
確率密度関数から、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第１のフレーム誤り率算出手段と、確率密度関数から、再送回数に応じて変化するパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第２のフレーム誤り率算出手段と、無線品質に基づいて、第１のフレーム誤り率算出手段又は第２のフレーム誤り率算出手段を切り替える切替手段とを有するフレーム誤り率算出手段と、
フレーム誤り率が所定閾値以下となる最大ＤＲＣを選択する最大ＤＲＣ選択手段と、
パケット誤り率に基づいて、最大ＤＲＣにおける平均パケット再送回数を算出する平均パケット再送回数算出手段と、
フレーム誤り率及び平均パケット再送回数に基づいて、最大ＤＲＣにおける最大伝送速度を算出する最大伝送速度算出手段と
を有することを特徴とする。

本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、
フレーム誤り率算出手段は、
確率密度関数から、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第１のフレーム誤り率算出手段と、
確率密度関数から、再送回数に応じて変化するパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第２のフレーム誤り率算出手段と、
無線品質に基づいて、第１のフレーム誤り率算出手段又は第２のフレーム誤り率算出手段を切り替える切替手段と
を有することも好ましい。

本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、
送信信号の直交変調方式と、誤り訂正符号の符号化率との組み合わせＭＣＳ毎に、加法性ホワイトガウスノイズ通信路に対するパケット誤り率を蓄積するパケット誤り率特性記憶手段を更に有し、
第１のフレーム誤り率算出手段は、
確率密度関数と、パケット誤り率特性記憶手段のＭＣＳ毎のパケット誤り率とに基づいて、ＭＣＳ毎のパケット誤り率を算出するパケット誤り率算出手段と、
ＤＲＣ毎に、パケット誤り率を用いて、最大パケット再送回数Ｎまで再送した場合におけるフレーム誤り率を算出するフレーム誤り率算出手段と
を有し、
第２のフレーム誤り率算出手段は、
確率密度関数を畳み込むことによって、ＤＲＣ毎に且つ再送回数（１〜ｎ）毎の確率密度関数を、パケット誤り分布として算出するパケット誤り分布算出手段と、
パケット誤り分布に、パケット誤り率特性記憶手段のＭＣＳ毎のパケット誤り率を乗算し且つ積分することによって、ＤＲＣ毎に且つ再送回数毎にパケット誤り率を算出するパケット誤り率算出手段と、
ＤＲＣ毎に、パケット誤り率を用いて、最大パケット再送回数Ｎまで再送した場合におけるフレーム誤り率を算出するフレーム誤り率算出手段と
を有することも好ましい。

本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、
無線品質は、信号対干渉波比ＳＩＮＲ(Signal / Interference Noise Ratio)であり、
切替手段は、ＳＩＮＲの平均値が所定閾値未満である場合、第２のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替えることも好ましい。

本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、
無線品質は、信号対干渉波比ＳＩＮＲであり、
切替手段は、ＳＩＮＲの標準偏差が所定閾値以上である場合、第２のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替えることも好ましい。

本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、
ライスフェージングにおけるＫファクタを用いて、
切替手段は、Ｋファクタが所定閾値未満である場合、第２のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替えることも好ましい。

本発明によれば、基地局からの受信信号の無線品質に応じてＤＲＣが可変となる適応変調方式と、再送回数に応じてパケット誤り率が可変となるＨＡＲＱ方式とに基づく無線通信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、
受信信号における無線品質を出力する復調手段と、
無線品質における平均値を算出する統計平均値算出手段と、
無線品質における標準偏差を算出する統計標準偏差算出手段と、
平均値及び標準偏差に基づいて、無線品質の確率密度関数を算出する確率密度関数算出手段と、
確率密度関数から、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第１のフレーム誤り率算出手段と、確率密度関数から、再送回数に応じて変化するパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第２のフレーム誤り率算出手段と、無線品質に基づいて、第１のフレーム誤り率算出手段又は第２のフレーム誤り率算出手段を切り替える切替手段とを有するフレーム誤り率算出手段と、
フレーム誤り率が所定閾値以下となる最大ＤＲＣを選択する最大ＤＲＣ選択手段と、
パケット誤り率に基づいて、最大ＤＲＣにおける平均パケット再送回数を算出する平均パケット再送回数算出手段と、
フレーム誤り率及び平均パケット再送回数に基づいて、最大ＤＲＣにおける最大伝送速度を算出する最大伝送速度算出手段と
して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、基地局からの受信信号の無線品質に応じてＤＲＣが可変となる適応変調方式と、再送回数に応じてパケット誤り率が可変となるＨＡＲＱ方式とに基づく無線通信装置の最大伝送速度算出方法において、
受信信号における無線品質における平均値を算出し、該無線品質における標準偏差を算出する第１のステップと、
平均値及び標準偏差に基づいて、無線品質の確率密度関数を算出する第２のステップと、
確率密度関数から、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出するステップと、確率密度関数から、再送回数に応じて変化するパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出するステップとを、無線品質に基づいて切り替える第３のステップと、
フレーム誤り率が所定閾値以下となる最大ＤＲＣを選択する第４のステップと、
パケット誤り率に基づいて、最大ＤＲＣにおける平均パケット再送回数を算出する第５のステップと、
フレーム誤り率及び平均パケット再送回数に基づいて、最大ＤＲＣにおける最大伝送速度を算出する第６のステップと
を有することを特徴とする。

そこで、本発明は、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮すると共に、通信路が変動する環境であっても変動しない環境であっても、できる限り少ない計算量で、無線品質から最大伝送速度を推定することができる無線通信装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。特に、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を期待できない場合に、その計算量を大幅に削減することができる。

本発明における無線通信装置の機能構成図である。本発明の無線通信装置におけるフレーム誤り率算出部の機能構成図である。確率密度関数の畳み込みを表すグラフである。静止環境における平均ＳＩＮＲに対する伝送速度を表すグラフである。フェージング変動環境における平均ＳＩＮＲに対する最大伝送速度を表すグラフである。

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。

図１は、本発明における無線通信装置の機能構成図である。

無線通信装置１は、受信信号の無線品質に応じてＤＲＣが可変となる適応変調方式と、再送回数に応じてパケット誤り率が可変となるＨＡＲＱ方式とを備える。その無線品質は、基地局２から受信する共通チャネルのパイロット信号に基づく。以下では、無線通信システムとして、３ＧＰＰ２(3rd Generation Partnership Project 2)で標準化されているCDMA2000 EV-DOのセルラシステムの下りリンクを想定する。無線通信システムがセルラシステムである場合、無線通信装置１は、例えば携帯電話機である。

図１によれば、携帯電話機１は、既存の無線通信装置と同様に、データ送受信部１０と、変調部１１と、符号化部１２と、復調部２１と、復号部２２とを有する。復調部２１は、基地局２から受信したパイロット信号に基づいて、下りリンクの無線品質を測定する。無線品質は、例えばＳＩＮＲである。「ＳＩＮＲ」は、希望信号の電力と、干渉及び雑音信号の電力の和との比(dB)である。復調部２１は、測定した無線品質のＳＩＮＲを出力する。

本発明によれば、携帯電話機１は、統計平均値算出部３１と、統計標準偏差算出部３２と、確率密度関数算出部３３と、フレーム誤り率算出部３４と、最大ＤＲＣ選択部３５と、平均パケット再送回数算出部３６と、最大伝送速度算出部３７とを更に有する。これら機能構成部は、携帯電話機（無線通信装置）に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。

統計平均値算出部３１は、復調部２１からＳＩＮＲを入力し、短区間（数十〜数百ms）におけるＳＩＮＲの平均値を算出する。ＳＩＮＲの平均値とは、レイリーフェージングによる変動に対する平均値である。平均値及び２乗平均値は、区間平均、単純移動平均（ＳＭＡ）、又は指数平滑移動平均（ＥＭＡ）を用いて算出されてもよい。算出されたＳＩＮＲの平均値は、確率密度関数算出部３３へ出力される。

統計標準偏差算出部３２は、復調部２１からＳＩＮＲ値を入力し、平均値を求める短区間におけるＳＩＮＲ値の標準偏差を算出する。算出されたＳＩＮＲの標準偏差は、確率密度関数算出部３３へ出力される。

確率密度関数算出部３３は、ＳＩＮＲの平均値及び標準偏差に基づいて、ＳＩＮＲの確率密度関数(ＰＤＦ：Probability Density Function)を算出する。例えば、以下の式によって算出される。算出された確率密度関数は、フレーム誤り率算出部３４へ出力される。

γ：ＳＩＮＲ
γ⁻：ＳＩＮＲの平均値
Ｋ：ライスフェージングにおけるＫファクタ
ｆ(γ｜γ⁻,Ｋ)：確率密度関数

「ライスフェージング」とは、見通しがある場合の直接波と、障害物によって回折する場合の反射波とによって生じる電界強度の変動をいう。また、「Ｋファクタ」とは、反射波の電界強度に対する直接波の電界強度の割合（＝直接波の電界強度／反射波の電界強度）を表す。Ｋファクタの数字が大きくなるほど、フェージングによる通信路の変動の大きさが小さくなるため、ＨＡＲＱによるパケット再送の機会が減少する。

σ：ＳＩＮＲの標準偏差

フレーム誤り率算出部３４は、確率密度関数ｆ(γ)に基づいて、パケット誤り率PER及びフレーム誤り率FERを算出する。フレーム誤り率FERは、最大ＤＲＣ選択部３５及び最大伝送速度算出部３７へ出力される。パケット誤り率PERは、平均パケット再送回数算出部３６へ出力される。

ここで、「ＤＲＣ」は、伝送速度に基づく離散値である。CDMA2000 EV-DO Rev.Aによれば、１４種類のDRC Indexによって定義される。表１は、DRC IndexとDRC Rate（伝送速度）との関係を表す。

最大ＤＲＣ選択部３５は、フレーム誤り率が所定閾値以下となる最大ＤＲＣを選択する。選択された最大ＤＲＣは、平均パケット再送回数算出部３６及び最大伝送速度算出部３７へ出力される。

平均パケット再送回数算出部３６は、パケット誤り率に基づいて、最大ＤＲＣにおける平均パケット再送回数を算出する。ＳＩＮＲの平均値γ⁻及び標準偏差σから導出された最大ＤＲＣのパケット誤り率PERを用いて、平均再送回数を導出する。パケット再送回数の上限Ｎmaxを用いて、平均再送回数Ｎaveを以下のように導出する。
Ｎave：平均パケット再送回数
Ｎmax：ＨＡＲＱによる最大パケット再送回数
Ｆ：フレーム誤り率
Ｐ(n)：ＨＡＲＱによるn回目のパケット受信時におけるパケット誤り率
（Ｐ(0)＝１）

※第２のフレーム誤り率算出部からは、各Ｐ(n)が出力される。
※第１のフレーム誤り率算出部からは、１回目のパケット誤り率のみ出力される。
Ｐ(n)＝Ｐ(1)

最大伝送速度算出部３７は、最大ＤＲＣにおけるフレーム誤り率Ｆ及び平均再送回数Ｎaveに基づいて、最大ＤＲＣにおける最大伝送速度Ｒを算出する。例えば以下のように算出される。

Ｒmax：パケット誤りが無いときの最大伝送速度
「パケット誤りがないときの最大伝送速度」とは、競合するトラヒックが無く、且つ、パケット誤りが発生しないときの伝送速度を意味する。

図２は、本発明の無線通信装置におけるフレーム誤り率算出部の機能構成図である。

図２によれば、フレーム誤り率算出部３４は、パケット誤り率特性記憶部３４０と、第１のフレーム誤り率算出部３４１と、第２のフレーム誤り率算出部３４２と、切替部３４３とを有する。

パケット誤り率特性記憶部３４０は、ＡＷＧＮ(Additive White Gaussian Noise、加法性ホワイトガウスノイズ)通信路について、ＭＣＳ毎のパケット誤り率を予め記憶する。ＭＣＳは、送信信号の直交変調方式と、誤り訂正符号の符号化率との組み合わせを意味する。ホワイトノイズ(White noise)によれば、フーリエ変換によって導出されたパワースペクトルは、全ての周波数で同じ強度となる（全ての周波数を含む光は、白色となる）。

第１のフレーム誤り率算出部３４１は、確率密度関数PDFから、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率PERに基づいて、フレーム誤り率FERを算出する。第１のフレーム誤り率算出部３４１は、パケット誤り率算出部３４１１と、フレーム誤り率算出部３４１２とを有する。

パケット誤り率算出部３４１１は、確率密度関数PERと、パケット誤り率特性記憶部３４４のＭＣＳ毎のパケット誤り率PERとに基づいて、ＭＣＳ毎のパケット誤り率PERを算出する。具体的には、確率密度関数PDFに、ＡＷＧＮ通信路におけるＭＣＳ毎のパケット誤り率PERを乗算する。その乗算結果を積分することにより、ＭＣＳ毎のパケット誤り率PERを算出する。

フレーム誤り率算出部３４１２は、ＤＲＣ毎のパケット誤り率PERを用いて、最大パケット再送回数Ｎまで再送した場合におけるフレーム誤り率PERを算出する。ここでは、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率の改善の効果を考慮せず、再送時のパケット誤り率PERは、全て１回目のパケット送信時のパケット誤り率PERと同一であると仮定する。そして、ＤＲＣ毎に、各ＭＣＳで最大パケット再送回数まで再送したときのフレーム誤り率FER
(Frame Error Rate)を導出する。

第２のフレーム誤り率算出部３４２は、確率密度関数PDFから、再送回数に応じて変化するパケット誤り率PERに基づいて、フレーム誤り率FERを算出する。ここでは、再送回数毎に、パケット誤り率PERを独立した事象として扱う。第２のフレーム誤り率算出部３４２は、パケット誤り分布算出部３４２０と、パケット誤り率算出部３４２１と、フレーム誤り率算出部３４２２とを有する。

パケット誤り分布算出部３４２０は、確率密度関数PDFを畳み込むことによって、ＤＲＣ毎に且つ再送回数（１〜ｎ）毎の確率密度関数を、パケット誤り分布として算出する。ここで、確率密度関数PDFにおける畳み込み演算の計算量は、サンプル点の２乗のオーダとなるために、膨大となる。この計算量を削減するために、本発明によれば、ＨＡＲＱの再送における改善効果が見込めるときのみ、畳み込み演算を必要とする第２のフレーム誤り率算出部を実行する。一方で、ＨＡＲＱの再送における改善効果が見込めないときは、畳み込み演算を必要としない第１のフレーム誤り率算出部を実行する。

図３は、確率密度関数の畳み込みを表すグラフである。

図３（ａ）は、横軸にＳＩＮＲを表し、縦軸に確率密度を表す。点線は、パケット送信毎の合成ＳＩＮＲの確率分布を表し、実線は、パケット送信毎のパケット誤り分布を表す。図３（ｂ）も、横軸にＳＩＮＲを表し、縦軸にパケット誤り率を表す。曲線は、ＡＷＧＮ通信路について、所定のＭＣＳを使用したときのパケット誤り率特性を表している。このＡＷＧＮ通信路におけるパケット誤り率は、ＨＡＲＱによるパケットの軟判定情報合成をしていないときのものであり、図２におけるパケット誤り率特性記憶部３４０に記憶されている。

図３（ａ）によれば、（ｎ−１）回目のパケット送信時のパケット誤り分布に、１回目のパケット受信時のＳＩＮＲの確率密度関数を畳み込むことによって、ＨＡＲＱにおけるパケット再送時の軟判定情報合成後のＳＩＮＲの確率分布を表す。即ち、１回目の送信における合成ＳＩＮＲの確率分布同士を畳み込むことにより、２回目の送信における合成ＳＩＮＲの確率分布が得られる。また、２回目の送信と１回目の送信とにおける合成ＳＩＮＲの確率分布を畳み込むことにより、３回目の送信における合成ＳＩＮＲの確率分布が得られる。畳み込みは以下の式に基づく。

ｆ(γ|γ⁻,Ｋ,ｎ)：ｎ回目のパケット送信時の確率密度関数
図３（ａ）の点線で表される軟判定情報合成後のＳＩＮＲの確率分布に、図３（ｂ）の曲線で表されるＡＷＧＮ通信路におけるパケット誤り率特性を乗算したものが、パケット誤り分布と定義される。このパケット誤り分布は、図３（ａ）の実線で表される。

各ＤＲＣにおけるパケット再送回数毎の確率密度関数PDFは、パケット誤り分布と定義される。

パケット誤り率算出部３４２１は、パケット誤り分布に、パケット誤り率特性記憶部３４０に記憶されたＡＷＧＮ通信路におけるＭＣＳ毎のパケット誤り率を乗算する。その乗算結果を積分することによって、ＤＲＣ毎に且つ再送回数毎にパケット誤り率PERを算出する。

フレーム誤り率算出部３４２２は、ＤＲＣ毎に、パケット誤り率PERを用いて、最大パケット再送回数Ｎまで再送した場合におけるフレーム誤り率FERを算出する。

このように、第１のフレーム誤り率算出部３４２１は、同一ＭＣＳについて、パケット再送回数に関係なく、パケット誤り率PERは一定である。一方で、第２のフレーム誤り率算出部３４２は、同一ＭＣＳについて、パケット再送回数が増加する毎に、パケット誤り率PERが減少する。

切替部３４３は、無線品質に基づいて、第１のフレーム誤り率算出部３４１又は第２のフレーム誤り率算出部３４２を切り替える。切替条件は、例えば以下の３つの条件、又は、これら条件の組み合わせであってもよい。
（条件１）ＳＩＮＲの平均値が所定閾値未満である場合、第２のフレーム誤り率算出部３４２を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出部３４１を実行するべく切り替える。
（条件２）ＳＩＮＲの標準偏差が所定閾値以上である場合、第２のフレーム誤り率算出部３４２を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出部３４１を実行するべく切り替える。
（条件３）Ｋファクタが所定閾値未満である場合、第２のフレーム誤り率算出部３４２を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出部３４１を実行するべく切り替える。

図４は、静止環境における平均ＳＩＮＲに対する伝送速度を表すグラフである。

図４によれば、横軸は通信路の平均ＳＩＮＲを表し、縦軸は最大伝送速度を表す。点線は、第１のフレーム誤り率算出部を用いた場合であり、実線は、第２のフレーム誤り率算出部を用いた場合である。

静止環境について、平均ＳＩＮＲが小さい環境では、第１のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度と、第２のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度とは、特性差が顕著に現れる。これは、ＨＡＲＱにおける再送におけるパケット誤り率の改善効果が見込めるときである。しかしながら、平均ＳＩＮＲが大きい環境では、その特性差は殆ど現れない。この場合、平均ＳＩＮＲが小さい環境では、計算量が少ない第１のフレーム誤り率算出部を実行し、平均ＳＩＮＲが大きい環境では、第２のフレーム誤り率算出部を実行することが有効である。

例えば、閾値０ｄＢを定め、切替部は、平均ＳＩＮＲが閾値０ｄＢ以上の場合、第１のフレーム誤り率算出部を実行するべく切り替える。一方で、切替部は、平均ＳＩＮＲが閾値０ｄＢ未満の場合、第２のフレーム誤り率算出部を実行するべく切り替える。

図５は、フェージング変動環境における平均ＳＩＮＲに対する最大伝送速度を表すグラフである。図５のグラフ構成は、図４と同様である。

フェージング変動環境について、ＳＩＮＲの標準偏差が大きい環境、即ち、Ｋファクタが小さい環境では、ＳＩＮＲの大きさに関係なく全体的に、第１のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度が、第２のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度よりも低い。第１のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度と、第２のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度との間に殆ど差がない場合は、計算量が少ない第１のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度を、推定結果として導出すべきである。

一方で、全体のＳＩＮＲの中で、第１のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度と、第２のフレーム誤り率算出部における最大伝送速度とは、特性差が顕著に現れる部分がる。これは、ＨＡＲＱにおける再送におけるパケット誤り率の改善効果が見込めるときである。このときは、できる限り、計算量が大きい第２のフレーム誤り率算出部を用いて最大伝送速度を算出すべきである。図５によれば、例えば、閾値１０ｄＢ以上のＳＩＮＲについて特性差が顕著に現れる部分は、閾値１０ｄＢ未満のＳＩＮＲについて特性差が顕著に現れる部分よりも、多い。この場合、切替部は、平均ＳＩＮＲが閾値１０ｄＢ以上の場合、第２のフレーム誤り率算出部を実行するべく切り替える。一方で、切替部は、平均ＳＩＮＲが閾値１０ｄＢ未満の場合、計算量が少ない第１のフレーム誤り率算出部を実行するべく切り替える。

勿論、平均ＳＩＮＲ及びＫファクタの条件を組み合わせて、第１のフレーム誤り率算出部と第２のフレーム誤り率算出部とを切り替えるものであってもよい。具体的には、平均ＳＩＮＲが０dB以上であって、且つ、Ｋファクタが１０dB以上であるとき、第１のフレーム誤り率算出部を実行し、それ以外のとき、第２のフレーム誤り率算出部を実行する。

以上、詳細に説明したように、本発明の無線通信装置、方法及びプログラムによれば、ＨＡＲＱにおけるパケット誤り率を改善する効果を考慮すると共に、通信路が変動する環境であっても変動しない環境であっても、できる限り少ない計算量で、無線品質から最大伝送速度を推定することができる。

前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば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。

１無線通信装置、携帯電話機
１０データ送受信部
１１変調部
１２符号化部
２１復調部
２２復号部
３１統計平均値算出部
３２統計標準偏差算出部
３３確率密度関数算出部
３４フレーム誤り率算出部
３４１第１のフレーム誤り率算出部
３４２第２のフレーム誤り率算出部
３４２０パケット誤り分布算出部
３４１１、３４２１パケット誤り率算出部
３４１２、３４２２フレーム誤り率算出部
３４３切替部
３４４パケット誤り率特性記憶部
３５最大ＤＲＣ選択部
３６平均パケット再送回数算出部
３７最大伝送速度算出部
２基地局

Claims

基地局からの受信信号の無線品質に応じてＤＲＣ(Data Rate Control bit)が可変となる適応変調方式と、再送回数に応じてパケット誤り率が可変となるＨＡＲＱ(Hybrid Automatic Repeat Request)方式とに基づく無線通信装置において、
前記受信信号における前記無線品質を出力する復調手段と、
前記無線品質における平均値を算出する統計平均値算出手段と、
前記無線品質における標準偏差を算出する統計標準偏差算出手段と、
前記平均値及び前記標準偏差に基づいて、前記無線品質の確率密度関数を算出する確率密度関数算出手段と、
前記確率密度関数から、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第１のフレーム誤り率算出手段と、前記確率密度関数から、再送回数に応じて変化するパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第２のフレーム誤り率算出手段と、前記無線品質に基づいて、第１のフレーム誤り率算出手段又は第２のフレーム誤り率算出手段を切り替える切替手段とを有するフレーム誤り率算出手段と、
前記フレーム誤り率が所定閾値以下となる最大ＤＲＣを選択する最大ＤＲＣ選択手段と、
前記パケット誤り率に基づいて、前記最大ＤＲＣにおける平均パケット再送回数を算出する平均パケット再送回数算出手段と、
前記フレーム誤り率及び前記平均パケット再送回数に基づいて、前記最大ＤＲＣにおける最大伝送速度を算出する最大伝送速度算出手段と
を有することを特徴とする無線通信装置。
送信信号の直交変調方式と、誤り訂正符号の符号化率との組み合わせＭＣＳ(Modulation and Coding Scheme)毎に、加法性ホワイトガウスノイズ通信路に対するパケット誤り率を蓄積するパケット誤り率特性記憶手段を更に有し、
第１のフレーム誤り率算出手段は、
前記確率密度関数と、前記パケット誤り率特性記憶手段のＭＣＳ毎のパケット誤り率とに基づいて、ＭＣＳ毎のパケット誤り率を算出するパケット誤り率算出手段と、
前記ＤＲＣ毎に、前記パケット誤り率を用いて、最大パケット再送回数Ｎまで再送した場合におけるフレーム誤り率を算出するフレーム誤り率算出手段と
を有し、
第２のフレーム誤り率算出手段は、
前記確率密度関数を畳み込むことによって、ＤＲＣ毎に且つ再送回数（１〜ｎ）毎の確率密度関数を、パケット誤り分布として算出するパケット誤り分布算出手段と、
前記パケット誤り分布に、前記パケット誤り率特性記憶手段のＭＣＳ毎のパケット誤り率を乗算し且つ積分することによって、ＤＲＣ毎に且つ再送回数毎にパケット誤り率を算出するパケット誤り率算出手段と、
前記ＤＲＣ毎に、前記パケット誤り率を用いて、最大パケット再送回数Ｎまで再送した場合におけるフレーム誤り率を算出するフレーム誤り率算出手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記無線品質は、信号対干渉波比ＳＩＮＲ(Signal / Interference Noise Ratio)であり、
前記切替手段は、前記ＳＩＮＲの平均値が所定閾値未満である場合、第２のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
前記無線品質は、信号対干渉波比ＳＩＮＲであり、
前記切替手段は、前記ＳＩＮＲの標準偏差が所定閾値以上である場合、第２のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
ライスフェージングにおけるＫファクタを用いて、
前記切替手段は、前記Ｋファクタが所定閾値未満である場合、第２のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替え、それ以外の場合、第１のフレーム誤り率算出手段を実行するべく切り替えることを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
基地局からの受信信号の無線品質に応じてＤＲＣが可変となる適応変調方式と、再送回数に応じてパケット誤り率が可変となるＨＡＲＱ方式とに基づく無線通信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、
前記受信信号における前記無線品質を出力する復調手段と、
前記無線品質における平均値を算出する統計平均値算出手段と、
前記無線品質における標準偏差を算出する統計標準偏差算出手段と、
前記平均値及び前記標準偏差に基づいて、前記無線品質の確率密度関数を算出する確率密度関数算出手段と、
前記確率密度関数から、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第１のフレーム誤り率算出手段と、前記確率密度関数から、再送回数に応じて変化するパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出する第２のフレーム誤り率算出手段と、前記無線品質に基づいて、第１のフレーム誤り率算出手段又は第２のフレーム誤り率算出手段を切り替える切替手段とを有するフレーム誤り率算出手段と、
前記フレーム誤り率が所定閾値以下となる最大ＤＲＣを選択する最大ＤＲＣ選択手段と、
前記パケット誤り率に基づいて、前記最大ＤＲＣにおける平均パケット再送回数を算出する平均パケット再送回数算出手段と、
前記フレーム誤り率及び前記平均パケット再送回数に基づいて、前記最大ＤＲＣにおける最大伝送速度を算出する最大伝送速度算出手段と
して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。
基地局からの受信信号の無線品質に応じてＤＲＣが可変となる適応変調方式と、再送回数に応じてパケット誤り率が可変となるＨＡＲＱ方式とに基づく無線通信装置の最大伝送速度算出方法において、
前記受信信号における前記無線品質における平均値を算出し、該無線品質における標準偏差を算出する第１のステップと、
前記平均値及び前記標準偏差に基づいて、前記無線品質の確率密度関数を算出する第２のステップと、
前記確率密度関数から、再送回数に関係なく、一定のパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出するステップと、前記確率密度関数から、再送回数に応じて変化するパケット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を算出するステップとを、前記無線品質に基づいて切り替える第３のステップと、
前記フレーム誤り率が所定閾値以下となる最大ＤＲＣを選択する第４のステップと、
前記パケット誤り率に基づいて、前記最大ＤＲＣにおける平均パケット再送回数を算出する第５のステップと、
前記フレーム誤り率及び前記平均パケット再送回数に基づいて、前記最大ＤＲＣにおける最大伝送速度を算出する第６のステップと
を有することを特徴とする無線通信装置用の最大伝送速度算出方法。