JP5338818B2 - 送信装置、受信装置、送信方法および受信方法 - Google Patents

Description

本発明は送信装置、受信装置、送信方法および受信方法に関する。

現在、携帯電話システムや無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線通信システムが広く利用されている。無線通信では、送信装置はデータを変調して送信信号として出力し、受信装置は受信信号を復調してデータを復元する。変調方式としては様々のものがあるが、その種類の１つとして多値変調と呼ばれる種類がある。多値変調では、信号の振幅や位相を制御することで、単位信号区間（シンボル）に複数の情報ビットをマッピングすることができる。例えば、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）では４ビット、６４ＱＡＭでは６ビットを、１シンボルにマッピングすることができる。

ここで、多値変調では、シンボルにマッピングされるビットの位置によって、誤りの生じやすさが異なる場合がある。例えば、１６ＱＡＭにおいて、Ｉ−Ｑ平面上で、第１象限〜第４象限を識別するために上位２ビットを割り当て、各象限内で４点を識別のために下位２ビットを割り当てるとする。すると、上位２ビットが異なるシンボル間では振幅・位相の差が比較的大きく誤りが生じにくい一方、上位２ビットが同一で下位２ビットのみが異なるシンボル間では振幅・位相の差が比較的小さく誤りが生じやすい。すなわち、上位２ビットと下位２ビットとで、誤りの生じやすさが異なる。

このような多値変調の性質を利用した技術として、階層変調がある。階層変調では、複数の種類の情報ビットを混在させてシンボルにマッピングすることができる。例えば、画像データを送信する場合に、低解像度用のデータなど再生への影響が大きいデータを示す情報ビットを誤りが生じにくい位置にマッピングし、高解像度用のデータをなど再生への影響が小さいデータを示す情報ビットを誤りが生じやすい位置にマッピングする方法がある（例えば、非特許文献１〜８参照）。
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ところで、送信装置が複数の受信装置にデータを送信する通信システムにおいて、複数の受信装置宛てのデータを階層変調することを考える。しかし、階層変調を採用する場合には、各チャネルに何れの多値変調方式（１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなど）を用いるか、各受信装置宛てのデータに何れの位置のビットを割り当てるかなど、様々な選択肢がある。従って、どのように適切な階層変調の方式を選択するかという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、複数の受信装置宛てのデータを効率的に伝送できるようにする送信装置、受信装置、送信方法および受信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、複数の受信装置に対してデータを送信する送信装置であって、第１の通信品質と第２の通信品質との組み合わせ毎に複数のチャネルを用いた所定の階層変調方式とを対応付けた情報を記憶する記憶部と、第１の受信装置の通信品質を第１の通信品質とし第２の受信装置の通信品質を第２の通信品質としたときの対応する階層変調方式を選択する制御部と、制御部で選択した階層変調方式に応じて、第１の受信装置のデータと第２の受信装置のデータとを複数のチャネルにマッピングして送信する送信部と、を有し、階層変調方式とは、複数のチャネルにまたがって形成される階層変調チャネルに各受信装置へのデータをマッピングする方式であることを特徴とする送信装置が提供される。

上記送信装置、受信装置、送信方法および受信方法によれば、複数の受信装置宛てのデータを効率的に伝送することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

送信装置および受信装置を示す図である。 移動通信システムのシステム構成を示す図である。 基地局を示すブロック図である。 移動局を示すブロック図である。 シミュレーション装置を示すブロック図である。 シミュレーション装置の機能を示すブロック図である。 １６ＱＡＭにおけるビット割り当て例を示す図である。 ６４ＱＡＭにおけるビット割り当て例を示す図である。 階層変調チャネルの例を示す図である。 階層変調チャネルの定義テーブルの例を示す第１の図である。 階層変調チャネルの定義テーブルの例を示す第２の図である。 ＳＮＲとブロック誤り率との対応例を示すグラフである。 ＳＮＲと伝送レートとの対応例を示すグラフである。 階層ＭＣＳテーブルの生成処理を示すフローチャートである。 チャネルタイプの定義テーブルの第１の例を示す図である。 階層ＭＣＳテーブルの第１の例を示す図である。 チャネルタイプの定義テーブルの第２の例を示す図である。 階層ＭＣＳテーブルの第２の例を示す図である。 階層ＭＣＳテーブルの他のデータ構造例を示す図である。 無線フレームの下りチャネルを示す図である。 基地局の送信処理を示すフローチャートである。 ＭＣＳ識別番号の定義方法の第１の例を示す図である。 ＭＣＳ識別番号を通知する制御情報の第１の例を示す図である。 ＭＣＳ識別番号の定義方法の第２の例を示す図である。 ＭＣＳ識別番号を通知する制御情報の第２の例を示す図である。 ビットマップの例を示す図である。 移動局の受信処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、送信装置および受信装置を示す図である。送信装置１と受信装置２，３とは、通信を行う。送信装置１は、受信装置２宛てのデータと受信装置３宛てのデータとを送信することができる。移動通信システムの場合、例えば、送信装置１を基地局、受信装置２，３を移動局と考えることができる。

送信装置１は、記憶部１ａ、制御部１ｂおよび送信部１ｃを有する。記憶部１ａは、第１の通信品質と第２の通信品質と複数のチャネルを用いた階層変調方式とを対応付けた情報を記憶する。制御部１ｂは、受信装置２，３の通信品質をそれぞれ取得する。そして、記憶部１ａが記憶する情報に基づいて、２つの通信品質に対応付けられている階層変調方式を選択する。送信部１ｃは、制御部１ｂで選択された階層変調方式に従って、受信装置２宛てのデータと受信装置３宛てのデータとを、複数のチャネルを用いて階層変調して送信する。

ここで、記憶部１ａに記憶された情報では、階層変調方式として、例えば、複数のチャネルそれぞれに適用する多値変調方式や、受信装置２，３宛てのデータを示す情報ビットを何れの位置にマッピングするかなどが定義される。記憶部１ａに記憶された情報は、多次元のデータ構造として表現することもできる。データ構造が２次元の場合、受信装置２の通信品質と受信装置３の通信品質とから、適用する階層変調方式を一意に特定することができる。ただし、データ構造を３次元以上にしてもよい。この場合、３つ以上の受信装置の通信品質から、適用する階層変調方式を一意に特定することができる。

また、記憶部１ａに記憶された情報では、階層変調方式に加えて、受信装置２宛てのデータおよび受信装置３宛てのデータそれぞれに適用する符号化率を定義してもよい。この場合、制御部１ｂは２つの通信品質に対応する符号化率を選択し、送信部１ｃは選択された符号化率で符号化することができる。送信部１ｃは、適用された階層変調方式や符号化率を受信装置２，３に通知するための制御情報を更に送信することができる。階層変調方式と符号化率とを通知する方法としては、例えば、階層変調方式を一意に識別する情報と各階層変調方式内で符号化率を一意に識別する情報とを通知する方法がある。また、階層変調方式と符号化率との各組み合わせを一意に識別する情報を通知する方法もある。

なお、受信装置２，３の通信品質としては、送信装置１から受信装置２，３への方向のリンクの通信品質を用いることが考えられる。例えば、制御部１ｂは、受信装置２，３から通信品質を示すフィードバック情報を取得することで、受信装置２，３の通信品質を特定することができる。

受信装置２は、記憶部２ａおよび受信部２ｂを有する。記憶部２ａは、送信装置１の記憶部１ａに記憶された情報と同様の情報を記憶する。すなわち、第１の通信品質と第２の通信品質と複数のチャネルを用いた階層変調方式とを対応付けた情報を記憶する。受信部２ｂは、受信装置２宛てのデータと受信装置３宛てのデータとがマッピングされている複数のチャネルを送信装置１から受信し、自装置宛てのデータを抽出する。

このとき、受信した複数のチャネルに対し適用されている階層変調方式は、送信装置１から受信する制御情報と記憶部２ａに記憶された情報とに基づいて特定することが考えられる。例えば、受信部２ｂは、自装置の通信品質に応じた識別情報と他の装置である受信装置３の通信品質に応じた識別情報とを含む制御情報を取得し、この２つの識別情報に対応する階層変調方式を特定する。なお、受信装置３も、受信装置２の記憶部２ａおよび受信部２ｂに相当する記憶部３ａおよび受信部３ｂを有している。

このような送信装置１によれば、制御部１ｂにより、記憶部１ａに記憶された情報に基づいて、受信装置２の通信品質を第１の通信品質とし受信装置３の通信品質を第２の通信品質としたときの対応する階層変調方式が選択される。そして、送信部１ｃにより、選択された階層変調方式に応じて、受信装置２のデータと受信装置３のデータとが複数のチャネルにマッピングされて送信される。複数のチャネルにマッピングされた受信装置２のデータと受信装置３のデータとは、適用された階層変調方式に応じて、受信装置２，３それぞれにおいて抽出される。

これにより、受信装置２，３の通信品質の組み合わせに応じて、適切な階層変調方式を選択することが可能となる。従って、受信装置２，３宛てのデータをより効率的に伝送することが可能となる。

以下、上記の送信装置の機能を基地局に適用し受信装置の機能を移動局に適用した移動通信システムについて、更に詳細に説明する。ただし、上記の送信装置および受信装置の機能は、固定無線通信システムなど他の種類の通信システムに適用することもできる。また、上記の送信装置の機能は基地局以外の他の種類の通信装置に適用することもでき、上記の受信装置の機能は移動局以外の他の種類の通信装置に適用することもできる。

図２は、移動通信システムのシステム構成を示す図である。本実施の形態に係る移動通信システムは、基地局１００、移動局２００，２００ａおよびシミュレーション装置３００を有する。なお、移動局２００，２００ａは、基地局１００の電波到達範囲（セル）内に位置しているとする。

基地局１００は、移動局２００，２００ａと無線通信が可能な通信装置である。基地局１００は、適応変調符号化の機能を有する。基地局１００は、移動局２００，２００ａから、下りリンク（基地局１００から移動局２００，２００ａへの無線リンク）の通信品質を示すフィードバック情報を取得する。そして、下りリンクの通信品質に応じて、下りリンク通信で用いる変調符号化方式（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）を適応的に決定する。基地局１００が適用可能な変調方式には、階層変調方式が含まれる。

移動局２００，２００ａは、基地局１００と無線通信が可能な通信端末装置である。移動局２００，２００ａとしては、例えば、携帯電話機を用いることができる。移動局２００，２００ａは、基地局１００が用いたＭＣＳに応じて、自局宛てデータの復調および復号を行う。ＭＣＳは、受信信号に含まれる制御情報に基づいて判断することができる。また、移動局２００，２００ａは、基地局１００からの受信信号に基づいて下りリンクの通信品質を測定して、通信品質を示す情報を基地局１００にフィードバックする。

シミュレーション装置３００は、通信品質とＭＣＳとの対応関係を示すＭＣＳテーブルを作成することが可能な装置である。シミュレーション装置３００としては、例えば、汎用的なコンピュータを用いることができる。シミュレーション装置３００は、無線通信のシミュレーションを行って、各通信品質下で最適なＭＣＳを求める。特に、シミュレーション装置３００は、変調方式として階層変調方式を含む階層ＭＣＳテーブルを作成することができる。

シミュレーション装置３００が作成した階層ＭＣＳテーブルは、基地局１００および移動局２００，２００ａに搭載される。階層ＭＣＳテーブルは、基地局１００に固定的に格納されていてもよいし、基地局１００がネットワーク４０経由でシミュレーション装置３００から受信して保持してもよい。また、移動局２００，２００ａに固定的に格納されていてもよいし、移動局２００，２００ａが基地局１００から受信して保持してもよい。

なお、図２では２つの移動局を示しているが、基地局１００が３つ以上の移動局と通信することも可能である。また、本実施の形態では、移動局２００が移動局２００ａよりも基地局１００に近く、移動局２００の受信品質が移動局２００ａの受信品質より良好であるとする。以下では、特に下りリンク通信の制御に着目して本実施の形態を説明する。

図３は、基地局を示すブロック図である。基地局１００は、アンテナ１０１、アンテナ共用器１０２、無線受信部１０３、品質取得部１０４、データバッファ１０５、符号化部１０６、制御情報生成部１０７、変調部１０８、無線送信部１０９、テーブル記憶部１１０および制御部１１１を有する。

アンテナ１０１は、送信・受信共用のアンテナである。アンテナ１０１は、移動局２００，２００ａから受信した無線信号をアンテナ共用器１０２に出力する。また、アンテナ１０１は、アンテナ共用器１０２から取得した送信信号を無線出力する。ただし、送信用アンテナと受信用アンテナとを別々に設けるようにしてもよい。

アンテナ共用器１０２は、アンテナ１０１を送信・受信共用とするために、受信信号と送信信号とを分離する。アンテナ共用器１０２は、アンテナ１０１から取得した受信信号を、無線受信部１０３に出力する。また、無線送信部１０９から取得した送信信号を、アンテナ１０１に無線出力させる。受信信号と送信信号とを分離するために、アンテナ共用器１０２は、例えば、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）を備える。

無線受信部１０３は、アンテナ共用器１０２から取得した受信信号に対し、所定の無線受信処理を施して信号変換する。この変換処理のために、無線受信部１０３は、例えば、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）、周波数変換器、ＢＰＦ、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、直交復調器を備える。

品質取得部１０４は、無線受信部１０３による変換処理後の受信信号から、移動局２００，２００ａが送信したＣＱＩ（Channel Quality Indicator）を抽出する。ＣＱＩは、移動局２００，２００ａで測定されたＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）などの通信品質を示す値である。品質取得部１０４は、抽出したＣＱＩを制御部１１１に出力する。

データバッファ１０５は、移動局２００，２００ａに送信するユーザデータを一時的に記憶するバッファメモリである。データバッファ１０５は、制御部１１１からの指示に応じて、記憶しているユーザデータを順次符号化部１０６に出力する。なお、データバッファ１０５は、ユーザデータをその宛先や種類に応じて管理するため、記憶領域を複数の領域に分けておくこともできる。

符号化部１０６は、データバッファ１０５から取得したユーザデータを符号化する。例えば、ユーザデータに対し、誤り検出用パリティの付加、誤り訂正符号化、インタリーブなどの処理を行う。このとき、符号化部１０６は、制御部１１１から指定される符号化率で符号化を行う。符号化率は、通信品質に応じて適応的に変更される。そして、符号化部１０６は、符号化したユーザデータを、変調部１０８に出力する。

制御情報生成部１０７は、制御部１１１からの指示に応じて制御情報を生成し、変調部１０８に出力する。制御情報生成部１０７が生成する制御情報としては、例えば、移動局２００，２００ａ宛てのユーザデータが何れのデータチャネルに含まれているかを示す情報、適用された変調符号化方式を示す情報、ＣＱＩの報告を要求する情報などがある。

変調部１０８は、符号化部１０６から取得したユーザデータおよび制御情報生成部１０７から取得した制御情報を変調する。例えば、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなどのデジタル多値変調を行う。このとき、変調部１０８は、制御部１１１から指定される変調方式で変調を行う。変調方式は、通信品質に応じて適応的に変更される。そして、変調部１０８は、得られた送信信号を無線送信部１０９に出力する。

なお、変調部１０８は、制御部１１１から階層変調方式が指定される場合がある。この場合、制御部１１１から移動局のペアが併せて指定される。変調部１０８は、ペアとして指定された移動局のデータを組み合わせて、階層変調を行う。例えば、移動局２００と移動局２００ａとをペアとすることが指定されると、移動局２００宛てのユーザデータと移動局２００ａ宛てのユーザデータとを組み合わせて階層変調を行う。階層変調の詳細は、後で説明する。

無線送信部１０９は、変調部１０８から取得した送信信号に対し、所定の無線送信処理を施して信号変換し、アンテナ共用器１０２に出力する。この変換処理のために、無線送信部１０９は、例えば、直交変調器、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換器、周波数変換器、ＢＰＦ、電力増幅器を備える。

テーブル記憶部１１０は、適応変調符号化に用いる階層ＭＣＳテーブルを記憶する。テーブル記憶部１１０としては、書き換え不可能または可能な不揮発性メモリを用いることができる。この階層ＭＣＳテーブルは、シミュレーション装置３００によるシミュレーションの結果として定義されたものである。テーブル記憶部１１０には、予め固定的に階層ＭＣＳテーブルが記憶されていてもよいし、シミュレーション装置３００から受信した階層ＭＣＳテーブルが格納されてもよい。また、テーブル記憶部１１０には、複数の階層ＭＣＳテーブルが記憶されていてもよい。

制御部１１１は、基地局１００による送信処理を制御する。例えば、制御部１１１は、品質取得部１０４から取得するＣＱＩ、テーブル記憶部１１０に記憶された階層ＭＣＳテーブルおよびデータバッファ１０５のユーザデータの格納状況に基づいて、適応変調符号化の制御を行う。また、制御部１１１は、適用したＭＣＳを示す制御情報の生成を、制御情報生成部１０７に指示する。また、テーブル記憶部１１０に複数の階層ＭＣＳテーブルが記憶されている場合、通信状況に応じて使用する階層ＭＣＳテーブルを切り替えると共に、切り替えたことを示す制御情報の生成を制御情報生成部１０７に指示する。

ここで、階層変調の場合、制御部１１１は、データバッファ１０５に格納されたユーザデータから次のタイミングで送信するものを選択すると共に、移動局のペアを決定する。ペアとする移動局を選択する方法としては、例えば、ランダムで選択する、ＣＱＩ（通信品質）の差が大きい組み合わせを選択するなどが考えられる。次に、制御部１１１は、テーブル記憶部１１０に記憶された階層ＭＣＳテーブルとペアにした移動局それぞれのＣＱＩから、階層変調方式と各ユーザデータの符号化率とを決定する。そして、制御部１１１は、符号化部１０６に各ユーザデータの符号化率を指定すると共に、変調部１０８に移動局のペアと階層変調方式とを指定する。

図４は、移動局を示すブロック図である。移動局２００は、アンテナ２０１、アンテナ共用器２０２、無線受信部２０３、復調部２０４、復号部２０５、テーブル記憶部２０６、制御部２０７、品質推定部２０８および無線送信部２０９を有する。なお、移動局２００ａも、移動局２００と同様のモジュール構成によって実現できる。

アンテナ２０１は、送信・受信共用のアンテナである。アンテナ２０１は、基地局１００から受信した無線信号をアンテナ共用器２０２に出力する。また、アンテナ２０１は、アンテナ共用器２０２から取得した送信信号を無線出力する。ただし、送信用アンテナと受信用アンテナとを別々に設けるようにしてもよい。

アンテナ共用器２０２は、アンテナ２０１を送信・受信共用とするために、受信信号と送信信号とを分離する。アンテナ共用器２０２は、アンテナ２０１から取得した受信信号を、無線受信部２０３に出力する。また、無線送信部２０９から取得した送信信号を、アンテナ２０１に無線出力させる。受信信号と送信信号とを分離するために、アンテナ共用器２０２は、例えば、ＢＰＦを備える。

無線受信部２０３は、アンテナ共用器２０２から取得した受信信号に対し、所定の無線受信処理を施して信号変換し、復調部２０４に出力する。この変換処理のために、無線受信部２０３は、例えば、ＬＮＡ、周波数変換器、ＢＰＦ、Ａ／Ｄ変換器、直交復調器などを備える。

復調部２０４は、無線受信部２０３から取得した受信信号を復調する。例えば、復調部２０４は、まず、制御チャネルに含まれる制御情報を所定の方式または制御部２０７から指定される方式で復調する。そして、制御情報によって自局宛てのユーザデータが含まれているデータチャネルおよびその変調方式を特定できると、データチャネルに含まれるユーザデータを復調する。そして、復調部２０４は、得られた復調信号を復号部２０５に出力する。なお、変調方式には、階調変調方式が含まれる。

復号部２０５は、復調部２０４から取得した復調信号を復号する。例えば、復号部２０５は、復調信号に対しデインターリーブ、誤り訂正復号、誤り検出などの処理を行う。復号は、制御チャネルに含まれる制御情報によって特定される符号化率に従って行う。そして、復号部２０５は、得られたユーザデータを図示しないデータ処理部に出力する。データ処理部では、ユーザデータがその種類に応じて再生される。

テーブル記憶部２０６は、基地局１００のテーブル記憶部１１０と同様の階層ＭＣＳテーブルを記憶する。テーブル記憶部２０６としては、書き換え不可能または可能な不揮発性メモリを用いることができる。テーブル記憶部２０６には、予め固定的に階層ＭＣＳテーブルが記憶されていてもよいし、基地局１００から受信した階層ＭＣＳテーブルが格納されてもよい。また、テーブル記憶部２０６には、複数の階層ＭＣＳテーブルが記憶されていてもよい。

制御部２０７は、移動局２００による受信処理を制御する。例えば、制御部２０７は、基地局１００から受信した制御情報に基づいて、復調部２０４での復調および復号部２０５での復号を制御する。制御部２０７は、テーブル記憶部２０６に記憶されている階層ＭＣＳテーブルを参照して、制御情報に含まれる値と変調方式や符号化率との対応関係を特定する。また、テーブル記憶部２０６に複数の階層ＭＣＳテーブルが記憶されている場合、基地局１００からの指示に応じて、使用する階層ＭＣＳテーブルを切り替える。

品質推定部２０８は、無線受信部２０３による変換処理後の受信信号に基づいて、下りリンクのＳＮＲを測定する。そして、品質推定部２０８は、測定されたＳＮＲに応じたＣＱＩの信号を、無線送信部２０９に出力する。なお、ＳＮＲに代えて、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）やＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）、受信電界強度などを、下りリンクの通信品質を示す指標として用いてもよい。

無線送信部２０９は、品質推定部２０８から取得したＣＱＩの信号に対し、所定の無線送信処理を施して信号変換し、アンテナ共用器２０２に出力する。この変換処理のために、無線送信部２０９は、例えば、直交変調器、Ｄ／Ａ変換器、周波数変換器、ＢＰＦ、電力増幅器を備える。

図５は、シミュレーション装置を示すブロック図である。シミュレーション装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０２、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)３０３、グラフィック処理装置３０４、入力インタフェース３０５および通信インタフェース３０６を有する。これらのモジュールは、バスに接続されている。

ＣＰＵ３０１は、シミュレーション装置３００全体を制御する。ＣＰＵ３０１は、ＯＳ（Operating System）プログラムやアプリケーションプログラムを実行して、シミュレーション装置３００に各種機能を実現する。ＲＡＭ３０２には、ＣＰＵ３０１に実行させるＯＳプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、ＲＡＭ３０２には、ＣＰＵ３０１による処理に用いられる各種データが一時的に格納される。ＨＤＤ３０３には、ＯＳプログラムやアプリケーションプログラム、ＣＰＵ３０１による処理に用いられる各種データが格納される。ただし、ＨＤＤ３０３に代えて不揮発性メモリを用いてもよい。

グラフィック処理装置３０４には、モニタ３０７が接続されている。グラフィック処理装置３０４は、ＣＰＵ３０１からの命令に従って、画像をモニタ３０７に表示させる。入力インタフェース３０５には、キーボード３０８とマウス３０９とが接続されている。入力インタフェース３０５は、キーボード３０８やマウス３０９から送られてくる信号を、バスを介してＣＰＵ３０１に出力する。通信インタフェース３０６は、ネットワーク４０に接続されている。通信インタフェース３０６は、ネットワーク４０を介して、他のコンピュータや通信装置などとの間でデータの送受信を行う。

図６は、シミュレーション装置の機能を示すブロック図である。シミュレーション装置３００は、チャネル定義記憶部３１１、受信誤り推定部３１２、統計データ記憶部３１３、伝送レート判定部３１４、最適ＭＣＳ判定部３１５およびＭＣＳ情報記憶部３１６を有する。これらの機能は、ＣＰＵ３０１がＨＤＤ３０３に格納された所定のプログラムを実行することにより実現される。ただし、これらの機能の全部または一部をハードウェアにより実現してもよい。

チャネル定義記憶部３１１には、評価対象の階層変調方式を定義した定義情報が格納されている。定義情報では、各チャネルに適用する多値変調方式（例えば、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ）、各チャネルにマッピングする複数の情報ビットと移動局２００，２００ａとの対応付けなどが定義される。定義情報は、シミュレーション前にシミュレーション装置３００のユーザの操作に基づいて作成され、チャネル定義記憶部３１１に格納される。

受信誤り推定部３１２は、チャネル定義記憶部３１１から階層変調方式の定義情報を読み出し、階層変調方式／符号化率の組み合わせ毎に、下りリンクの通信品質（例えば、ＳＮＲ）を変化させたときの各受信誤り率（例えば、ブロック誤り率（ＢＬＥＲ：BLock Error Rate））を推定する。受信誤り率は、所定の算出方法に基づいて得られる理論値でもよいし、実験データを参照して得られる値でもよい。そして、受信誤り推定部３１２は、生成した受信誤り率のデータを統計データ記憶部３１３に格納する。

統計データ記憶部３１３には、受信誤り推定部３１２で生成された受信誤り率のデータが格納される。この受信誤り率のデータは、伝送レート判定部３１４によって読み出される。また、統計データ記憶部３１３には、伝送レート判定部３１４で生成された後述する伝送レートのデータが格納される。この伝送レートのデータは、最適ＭＣＳ判定部３１５によって読み出される。

伝送レート判定部３１４は、統計データ記憶部３１３から受信誤り率のデータを読み出し、階層変調方式毎に、下りリンクの通信品質（例えば、ＳＮＲ）を変化させたときの達成される各伝送レートを判定する。具体的には、まず、許容する受信誤り率（例えば、ＢＬＥＲ＝１０％）を設定する。次に、設定した受信誤り率を維持するための符号化率の上限を各通信品質に対して判定する。そして、階層変調方式と符号化率とから、達成可能な伝送レートを算出する。伝送レート判定部３１４は、生成した伝送レートのデータを統計データ記憶部３１３に格納する。

最適ＭＣＳ判定部３１５は、統計データ記憶部３１３から伝送レートのデータを読み出し、階層ＭＣＳテーブルを生成する。具体的には、最適ＭＣＳ判定部３１５は、ペアとする２つの移動局の通信品質（例えば、ＳＮＲ）の組み合わせ毎に、各階層変調方式について評価値を算出する。評価値は、例えば、２つの移動局それぞれで達成される伝送レートに基づいて、所定の評価式に従って計算される。そして、評価値が最も高い階層変調方式を、その通信品質の組み合わせに対応する階層変調方式と決定する。また、その伝送レートを達成するための符号化率も対応付ける。最適ＭＣＳ判定部３１５は、生成した階層ＭＣＳテーブルを、ＭＣＳ情報記憶部３１６に格納する。

ＭＣＳ情報記憶部３１６には、最適ＭＣＳ判定部３１５で生成された階層ＭＣＳテーブルが格納される。この階層ＭＣＳテーブルが、基地局１００および移動局２００，２００ａに搭載される。なお、最適ＭＣＳ判定部３１５で使用する評価式を切り替えることで、複数通りの階層ＭＣＳテーブルを用意することも可能である。評価式の詳細は、後で説明する。

次に、以上のような構成のシステムにおいて実行される処理を更に具体的に説明する。まず、シミュレーション装置３００における階層ＭＣＳテーブルの生成処理について説明し、その後、基地局１００における送信処理および移動局２００，２００ａによる受信処理について説明する。

図７は、１６ＱＡＭにおけるビット割り当て例を示す図である。ＱＡＭでは、互いに独立な搬送波Ｉ，Ｑの振幅および位相を調整することで、複数の情報ビットを伝送することができる。１６ＱＡＭでは、１シンボルに４つの情報ビットをマッピングできる。図７の例では、Ｉ−Ｑ平面の４つの象限を区別するために、４ビットのうち上位２ビットを割り当てている。具体的には、第１象限に「００」、第２象限に「１０」、第３象限に「１１」、第４象限に「０１」を割り当てている。また、各象限内の４点を区別するために下位２ビットを割り当てている。隣接する点間では、４ビットのうち何れか１ビットのみが異なるように、割り当てがなされている。

このようにビット割り当てがなされている場合、上位２ビットは比較的誤りが生じにくく、下位２ビットは比較的誤りが生じやすい。そこで以下の説明では、１６ＱＡＭについては、上位２ビットをＭＳＢ（Most Significant Bit）、下位２ビットをＬＳＢ（Least Significant Bit）を呼ぶこととする。すなわち、ＭＳＢは比較的誤りが生じにくく、ＬＳＢは比較的誤りが生じやすい。

図８は、６４ＱＡＭにおけるビット割り当て例を示す図である。６４ＱＡＭでは、１シンボルに６つの情報ビットをマッピングできる。図８の例では、Ｉ−Ｑ平面の４つの象限を区別するために、６ビットのうち上位２ビットを割り当てている。また、各象限内の４つのグループを区別するために中２ビットを割り当てている。また、各グループ内の４点を区別するために、下位２ビットを割り当てている。隣接する点間では、６ビットのうち何れか１ビットのみが異なるように、割り当てがなされている。

このようにビット割り当てがなされている場合、上位２ビットは比較的誤りが生じにくく、下位２ビットは比較的誤りが生じやすい。中２ビットの誤りの生じやすさは、上位２ビットと下位２ビットとの中間程度である。そこで以下の説明では、６４ＱＡＭについては、上位２ビットをＭＳＢ、中２ビットをＳＢ（Significant Bit）、下位２ビットをＬＳＢと呼ぶこととする。すなわち、ＭＳＢは比較的誤りが生じにくく、ＬＳＢは比較的誤りが生じやすく、ＳＢはその中間程度である。

図９は、階層変調チャネルの例を示す図である。ここでは、２つのチャネル（チャネル０およびチャネル１）を用いて、２つの移動局（移動局２００，２００ａ）宛てのユーザデータを階層変調する場合を考える。

（Ａ）の例では、チャネル０とチャネル１とが共に１６ＱＡＭで多値変調される。そして、チャネル０のＭＳＢ（ＭＳＢ０）とチャネル１のＭＳＢ（ＭＳＢ１）とから１つの階層変調チャネルが構成されている。また、チャネル０のＬＳＢ（ＬＳＢ０）とチャネル１のＬＳＢ（ＬＳＢ１）とから他の階層変調チャネルが構成されている。例えば、ＭＳＢ０＋ＭＳＢ１の階層変調チャネルを、通信品質が低い移動局２００ａのユーザデータに割り当て、ＬＳＢ０＋ＬＳＢ１の階層チャネルを、通信品質が高い移動局２００のユーザデータに割り当てることが考えられる。

（Ｂ）の例では、チャネル０とチャネル１とが共に６４ＱＡＭで多値変調される。そして、チャネル０のＭＳＢ（ＭＳＢ０）およびＳＢ（ＳＢ０）とチャネル１のＭＳＢ（ＭＳＢ１）とから１つの階層変調チャネルが構成されている。また、チャネル０のＬＳＢ（ＬＳＢ０）とチャネル１のＳＢ（ＳＢ１）およびＬＳＢ（ＬＳＢ１）とから１つの階層変調チャネルが構成されている。例えば、ＭＳＢ０＋ＭＳＢ１＋ＳＢ０の階層変調チャネルを、通信品質が低い移動局２００ａのユーザデータに割り当て、ＳＢ１＋ＬＳＢ０＋ＬＳＢ１の階層チャネルを、通信品質が高い移動局２００のユーザデータに割り当てることが考えられる。

（Ｃ）の例では、チャネル０が１６ＱＡＭで多値変調され、チャネル１が６４ＱＡＭで多値変調される。そして、チャネル０のＭＳＢ（ＭＳＢ０）およびＬＳＢ（ＬＳＢ０）とチャネル１のＭＳＢ（ＭＳＢ１）とから１つの階層変調チャネルが構成されている。また、チャネル１のＳＢ（ＳＢ１）およびＬＳＢ（ＬＳＢ１）から１つの階層変調チャネルが構成されている。例えば、ＭＳＢ０＋ＭＳＢ１＋ＬＳＢ０の階層変調チャネルを、通信品質が低い移動局２００ａのユーザデータに割り当て、ＳＢ１＋ＬＳＢ１の階層チャネルを、通信品質が高い移動局２００のユーザデータに割り当てることが考えられる。

階層変調を適用しない場合、例えば、移動局２００のユーザデータをチャネル０にマッピングし、移動局２００ａのユーザデータをチャネル１にマッピングする。一方、階層変調を適用した場合、移動局２００，２００ａのユーザデータを組み合わせてチャネル０，１にマッピングする。通信品質の悪い移動局のユーザデータを誤りの生じにくいビットに優先的にマッピングすることで、通信のスループットを改善できる。なお、上記のＭＳＢ，ＳＢ，ＬＳＢの組み合わせ方法は、種々の変形が可能である。また、ＭＳＢ，ＳＢ，ＬＳＢを何れも２ビットとしたが、他のビット数の組み合わせも考えられる。

図１０は、階層変調チャネルの定義テーブルの例を示す第１の図である。テーブル３２１，３２２は、シミュレーション開始前に、予めシミュレーション装置３００のチャネル定義記憶部３１１に格納されている。

テーブル３２１，３２２には、ＵＥ０およびＵＥ１の項目が設けられている。ＵＥ０の項目には、ペアとする２つの移動局のうち、通信品質が低い方の移動局（例えば、移動局２００ａ）の階層変調チャネルが記載される。ＵＥ１の項目には、通信品質が高い方の移動局（例えば、移動局２００）の階層変調チャネルが記載される。横方向に並べた情報同士が組み合わされて、１つの階層変調方式についての定義情報となる。

テーブル３２１は、２つのチャネルを共にＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）で多値変調する場合の階層変調方式の候補を示している。ここで、Ｉ０はチャネル０のＩ成分、Ｑ０はチャネル０のＱ成分、Ｉ１はチャネル１のＩ成分、Ｑ１はチャネル１のＱ成分である。例えば、テーブル３２１の２番目の候補は、チャネル０のＩ成分とチャネル１のＱ成分とを低品質の移動局に割り当て、チャネル０のＱ成分とチャネル１のＩ成分とを高品質の移動局に割り当てることを示している。なお、１番目の候補は、階層変調方式の１つとして挙げているが、実質的には階層変調を行っていない。

テーブル３２２は、２つのチャネルを共に１６ＱＡＭで多値変調する場合の階層変調方式の候補を示している。ここで、ＭＳＢ０，ＭＳＢ１，ＬＳＢ０，ＬＳＢ１の意味は、前述の通りである。例えば、２番目の候補は、チャネル０のＭＳＢとチャネル１のＭＳＢとを低品質の移動局に割り当て、チャネル０のＬＳＢとチャネル１のＬＳＢとを高品質の移動局に割り当てることを示している。なお、１番目の候補は、階層変調方式の１つとして挙げているが、実質的には階層変調を行っていない。

図１１は、階層変調チャネルの定義テーブルの例を示す第２の図である。テーブル３２３，３２４は、シミュレーション開始前に、予めシミュレーション装置３００のチャネル定義記憶部３１１に格納されている。テーブル３２３，３２４の構造は、前述のテーブル３２１，３２２と同様である。

テーブル３２３は、２つのチャネルを共に６４ＱＡＭで多値変調する場合の階層変調方式の候補を示している。ここで、ＭＳＢ０，ＭＳＢ１，ＳＢ０，ＳＢ１，ＬＳＢ０，ＬＳＢ１の意味は、前述の通りである。例えば、２番目の候補は、チャネル０のＭＳＢとチャネル１のＭＳＢとを低品質の移動局に割り当て、チャネル０のＳＢ，ＬＳＢとチャネル１のＳＢ，ＬＳＢとを高品質の移動局に割り当てることを示している。なお、１番目の候補は、階層変調方式の１つとして挙げているが、実質的には階層変調を行っていない。

テーブル３２４は、一方のチャネル（チャネル０）を１６ＱＡＭで多値変調し、他方のチャネル（チャネル１）を６４ＱＡＭで多値変調する場合の階層変調方式の候補を示している。ここで、ＭＳＢ０，ＭＳＢ１，ＳＢ１，ＬＳＢ０，ＬＳＢ１の意味は、前述の通りである。例えば、２番目の候補は、チャネル０のＭＳＢ，ＬＳＢとチャネル１のＭＳＢとを低品質の移動局に割り当て、チャネル１のＳＢ，ＬＳＢを高品質の移動局に割り当てることを示している。なお、１番目の候補は、階層変調方式の１つとして挙げているが、実質的には階層変調を行っていない。

図１２は、ＳＮＲとブロック誤り率との対応例を示すグラフである。グラフ３２５が示すＢＬＥＲのデータは、シミュレーション装置３００の受信誤り推定部３１２によって生成され、統計データ記憶部３１３に格納される。このようなＢＬＥＲのデータは、階層変調チャネル毎、すなわち、各階層変調方式のＵＥ０，ＵＥ１それぞれにつき生成される。なお、グラフ３２５は、２つのチャネルが６４ＱＡＭで多値変調されており、ＭＳＢ０，ＭＳＢ１，ＳＢ０を含む階層変調チャネルの場合を示している。

グラフ３２５の横軸はＳＮＲ（単位はｄＢ）であり縦軸はＢＬＥＲ（無単位）である。シミュレーション装置３００は、ＳＮＲ対ＢＬＥＲの曲線を符号化率毎に描く。例えば、グラフ３２５の最も左の曲線は、符号化率が４０／２４００＝０．０１６６６６７の場合の曲線である。グラフ３２５の最も右の曲線は、符号化率が２２３２／２４００＝０．９３の場合の曲線である。グラフ３２５には、２９通りの符号化率についてのＢＬＥＲの曲線が描かれている。なお、横軸にＳＮＲ以外の通信品質を示す指標を用いてもよく、縦軸にＢＬＥＲ以外の受信誤り率を示す指標を用いてもよい。

図１３は、ＳＮＲと伝送レートとの対応例を示すグラフである。グラフ３２６が示す伝送レートのデータは、シミュレーション装置３００の伝送レート判定部３１４によって生成され、統計データ記憶部３１３に格納される。このような伝送レートのデータは、階層変調方式毎に生成される。なお、グラフ３２６は、２つのチャネルが６４ＱＡＭで多値変調され、ＵＥ０にＭＳＢ０，ＭＳＢ１，ＳＢ０を割り当て、ＵＥ１にＳＢ１，ＬＳＢ０，ＬＳＢ１を割り当てた階層変調方式の場合を示している。

グラフ３２６の横軸は、ＳＮＲであり、縦軸は伝送レート（ｂｐｓ／Ｈｚ）である。シミュレーション装置３００は、ＳＮＲ対ＢＬＥＲのグラフに基づいて、ＳＮＲ対伝送レートの曲線をＵＥ０，ＵＥ１それぞれについて描く。具体的には、まず、許容するＢＬＥＲの閾値（例えば、０．１）を設定する。次に、設定したＢＬＥＲの閾値を達成するための符号化率を、各ＳＮＲについて求める。例えば、グラフ３２５の各曲線とＢＬＥＲ＝０．１との交点を検出することで、ＳＮＲと符号化率との対応関係を求める。そして、変調方式と符号化率とから伝送レートを算出することで、ＳＮＲと伝送レートとの対応関係を求める。なお、横軸にＳＮＲ以外の通信品質を示す指標を用いてもよい。

シミュレーション装置３００は、グラフ３２６が示すような伝送レートのデータに基づいて、２つの移動局のＳＮＲの組み合わせに対して最適な階層変調方式を判定する。その際、２つのＳＮＲから評価値を算出するための評価式を用いる。ここで、シミュレーション装置３００が用いる評価式の例を２つ示す。

まず、第１の評価式について説明する。第１の評価式は、第１の評価基準（Criterion）に基づいて導出される。第１の評価基準では、チャネルリソースの割り当て量を調整することで、ペアにする２つの移動局のスループットの比を一定に維持することが好ましいという前提を置く。すなわち、ＵＥ０が達成すべきスループットをＣ₀、ＵＥ１が達成すべきスループットをＣ₁としたとき、式（１）の関係を前提に置く。ここで、δはスループットの比を表す係数である。全ての移動局を公平に扱う場合は、δ＝１と置くことができる。

Ｃ₀およびＣ₁は、式（２）および式（３）のように定義することができる。ここで、γ₀はＵＥ０のＳＮＲ、γ₁はＵＥ１のＳＮＲ、μはＵＥ０，ＵＥ１に割り当てるチャネルリソース量の比である。また、Ｒ₀（γ）はＵＥ０のＳＮＲ対伝送レートの関数、Ｒ₁（γ)はＵＥ１のＳＮＲ対伝送レートの関数である。この関数は、図１３に示したグラフ３２６の曲線に相当し、階層変調方式によって異なる。なお、チャネルリソースは、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）の場合は時間リソース、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）の場合は周波数リソース、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）の場合はコードリソースを意味する。

式（２）および式（３）を式（１）に代入して変形すると、μについての式（４）が得られる。更に、式（４）を式（２）および式（３）に代入すると、μを含まないスループットについての式（５）および式（６）が得られる。そして、Ｃ₀とＣ₁との和を全体のスループットＣ¹ _Totalとすると、式（７）が得られる。この式（７）を、第１の評価式として用いることができる。第１の評価式によれば、階層変調方式とペアにする移動局それぞれのＳＮＲとから、評価値を算出することができる。

次に、第２の評価式について説明する。第２の評価式は、第２の評価基準に基づいて導出される。第２の評価基準では、ペアにする２つの移動局それぞれに対し、同一量のチャネルリソースを割り当てるという前提を置く。これは、ＴＤＭＡでは同一時間長のタイムスロットを割り当てること、ＦＤＭＡでは同一幅の周波数帯域を割り当てること、ＣＤＭＡでは同一数のコードを割り当てることを意味する。この前提下では、２つの移動局のスループットの比は一定にならない。

第２の評価基準では、式（８）に示すように、全体のスループットＣ² _Totalを、ＵＥ０の伝送レートとＵＥ１の伝送レートとの和として定義する。この式（８）を、第２の評価式として用いることができる。第２の評価式によれば、第１の評価式と同様、階層変調方式とペアにする移動局それぞれのＳＮＲとから、評価値を算出できる。

図１４は、階層ＭＣＳテーブルの生成処理を示すフローチャートである。この生成処理は、シミュレーション装置３００において実行される。以下、図１４に示す処理をステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ１１］受信誤り推定部３１２は、チャネル定義記憶部３１１に記憶されている定義情報を読み出し、階層変調方式を１つ選択する。
［ステップＳ１２］受信誤り推定部３１２は、ＵＥ０，ＵＥ１の階層変調チャネルそれぞれについて、符号化率毎に、通信品質（例えば、ＳＮＲ）と受信誤り率（例えば、ＢＬＥＲ）との対応関係を推定する。すなわち、受信誤り推定部３１２は、図１２のグラフ３２５が示すようなデータを生成する。そして、受信誤り推定部３１２は、生成したデータを、統計データ記憶部３１３に格納する。

［ステップＳ１３］受信誤り推定部３１２は、定義されている全ての階層変調方式をステップＳ１１で選択したか判断する。全て階層変調方式を選択した場合、処理をステップＳ１４に進める。未選択の階層変調方式がある場合、処理をステップＳ１１に進める。

［ステップＳ１４］伝送レート判定部３１４は、許容する受信誤り率の閾値（例えば、ＢＬＥＲ＝０．１）を決定する。
［ステップＳ１５］伝送レート判定部３１４は、階層変調方式を１つ選択する。

［ステップＳ１６］伝送レート判定部３１４は、統計データ記憶部３１３に記憶されている通信品質対受信誤り率のデータとステップＳ１４で決定した閾値とから、ＵＥ０，ＵＥ１それぞれの通信品質対伝送レートのデータを生成する。すなわち、伝送レート判定部３１４は、各通信品質について、閾値として設定した受信誤り率を達成するための符号化率を特定し、階層変調方式と符号化率とから伝送レートを求める。これにより、前述の関数Ｒ₀（γ），Ｒ₁（γ）が得られる。そして、伝送レート判定部３１４は、生成したデータを、統計データ記憶部３１３に格納する。

［ステップＳ１７］伝送レート判定部３１４は、定義されている全ての階層変調方式をステップＳ１５で選択したか判断する。全て階層変調方式を選択した場合、処理をステップＳ１８に進める。未選択の階層変調方式がある場合、処理をステップＳ１５に進める。

［ステップＳ１８］最適ＭＣＳ判定部３１５は、所定の通信品質の範囲内で、ＵＥ０，ＵＥ１の通信品質のペア＜γ₀，γ₁＞を１つ選択する。例えば、−１０ｄＢ〜２０ｄＢの範囲内で、ＳＮＲのペアを１つ選択する。

［ステップＳ１９］最適ＭＣＳ判定部３１５は、ステップＳ１８で選択した通信品質のペア＜γ₀，γ₁＞とステップＳ１６で求めた各階層変調方式の伝送レートの関数Ｒ₀（γ），Ｒ₁（γ）とから、各階層変調方式の評価値Ｃ_Totalを算出する。評価値を計算するために、例えば、前述の第１の評価式や第２の評価式を用いることができる。何れの評価式を用いるかは、予め決めておく。

［ステップＳ２０］最適ＭＣＳ判定部３１５は、ステップＳ１９で算出した評価値Ｃ_Totalが最も高い階層変調方式を特定する。また、その伝送レートを達成するためのＵＥ０，ＵＥ１それぞれの符号化率も特定する。これにより、ステップＳ１８で選択した通信品質のペア＜γ₀，γ₁＞に対する最適な階層ＭＣＳが決定される。

［ステップＳ２１］最適ＭＣＳ判定部３１５は、全ての通信品質のペアをステップＳ１８で選択したか判断する。全ての通信品質のペアを選択した場合、生成処理を終了する。未選択の通信品質のペアがある場合、処理をステップＳ１８に進める。

このようにして、シミュレーション装置３００は、階層変調方式の候補の情報に基づいてシミュレーションを行い、階層ＭＣＳテーブルを生成する。すなわち、各階層変調方式について、まず通信品質と受信誤り率との対応関係を推定し、次に通信品質と伝送レートとの対応関係を求める。そして、ＵＥ０，ＵＥ１の通信品質のペア毎に、最適な階層変調方式とＵＥ０，ＵＥ１のユーザデータの符号化率とを判定する。

図１５は、チャネルタイプの定義テーブルの第１の例を示す図である。テーブル３２７は、シミュレーション装置３００の最適ＭＣＳ判定部３１５によって生成され、ＭＣＳ情報記憶部３１６に格納される。テーブル３２７は、階層ＭＣＳテーブルに出現する階層変調方式を列挙したものであり、前述の第１の評価基準に基づいて生成されたものである。

テーブル３２７には、チャネルタイプ、ＵＥ０およびＵＥ１の項目が設けられている。チャネルタイプの項目には、階層変調方式を識別する番号が記載される。ＵＥ０の項目には、ペアとする移動局のうち、通信品質が低い方の移動局の階層変調チャネルが記載される。ＵＥ１の項目には、通信品質が高い方の移動局の階層変調チャネルが記載される。横方向に並べた情報同士が組み合わされて、１つの階層変調方式についての情報となる。

例えば、チャネルタイプ４の階層変調方式では、２つのチャネルが共に１６ＱＡＭで多値変調され、チャネル０のＭＳＢとチャネル１のＭＳＢとが低品質の移動局に割り当てられ、チャネル０のＬＳＢとチャネル１のＬＳＢとが高品質の移動局に割り当てられる。なお、チャネルタイプ０〜２の方式は、実質的には階層変調を行っておらず、通常の多値変調方式に相当する。

図１６は、階層ＭＣＳテーブルの第１の例を示す図である。テーブル３２８は、シミュレーション装置３００の最適ＭＣＳ判定部３１５によって生成され、ＭＣＳ情報記憶部３１６に格納される。テーブル３２８は、ＳＮＲのペアとＭＣＳとの対応関係を２次元データ構造で表現したものであり、前述の第１の評価基準に基づいて生成されたものである。

テーブル３２８の縦および横は、それぞれ−１０〜２０ｄＢの範囲のＳＮＲに対応している。テーブル３２８の各点について、階層変調方式と符号化率とが定義されている。なお、階層変調方式の定義でＵＥ０の通信品質＜ＵＥ１の通信品質と条件付けていることから、テーブル３２８はＳＮＲ０＝ＳＮＲ１の直線に対して対称になっている。

第１の評価基準によれば、例えば、２つのＳＮＲが共に低い場合、実質的に階層変調を行わないチャネルタイプ０の方式（ＱＰＳＫを用いた方式）が最適である。同様に、２つのＳＮＲが共に中程度の場合、実質的に階層変調を行わないチャネルタイプ１の方式（１６ＱＡＭを用いた方式）が最適であり、２つのＳＮＲが共に高い場合、実質的に階層変調を行わないチャネルタイプ２の方式（６４ＱＡＭを用いた方式）が最適である。言い換えれば、２つのＳＮＲの差が所定値以下の場合は、階層変調を行わない方が好ましいと定義されている。

これに対し、一方のＳＮＲのみが高い場合、チャネルタイプ４の方式（１６ＱＡＭを用いた階層変調方式）が最適である。また、一方のＳＮＲのみが更に高い場合、チャネルタイプ５やチャネルタイプ６の方式（６４ＱＡＭを用いた階層変調方式）が最適である。言い換えれば、２つのＳＮＲの差が所定値より大きい場合は、階層変調を行う方が好ましいと定義されている。このような階層ＭＣＳテーブルを参照することで、ペアとする移動局のＳＮＲから、最適な階層変調方式と符号化率とを選択することができる。

図１７は、チャネルタイプの定義テーブルの第２の例を示す図である。テーブル３２９は、シミュレーション装置３００の最適ＭＣＳ判定部３１５によって生成され、ＭＣＳ情報記憶部３１６に格納される。テーブル３２９は、階層ＭＣＳテーブルに出現する階層変調方式を列挙したものであり、前述の第２の評価基準に基づいて生成されたものである。

テーブル３２９には、テーブル３２７と同様、チャネルタイプ、ＵＥ０およびＵＥ１の項目が設けられている。例えば、チャネルタイプ３の階層変調方式では、２つのチャネルが共に１６ＱＡＭで多値変調され、チャネル０のＭＳＢとチャネル１のＭＳＢとが低品質の移動局に割り当てられ、チャネル０のＬＳＢとチャネル１のＬＳＢとが高品質の移動局に割り当てられる。なお、チャネルタイプ０〜２の方式は、実質的には階層変調を行っておらず、通常の多値変調方式に相当する。

図１８は、階層ＭＣＳテーブルの第２の例を示す図である。テーブル３３０は、シミュレーション装置３００の最適ＭＣＳ判定部３１５によって生成され、ＭＣＳ情報記憶部３１６に格納される。テーブル３３０は、ＳＮＲのペアとＭＣＳとの対応関係を２次元データ構造で表現したものであり、前述の第２の評価基準に基づいて生成されたものである。テーブル３２８と同様、テーブル３３０の縦および横は、それぞれ−１０〜２０ｄＢの範囲のＳＮＲに対応している。テーブル３３０の各点について、階層変調方式と符号化率とが定義されている。なお、ＳＮＲ０＝ＳＮＲ１の直線に対して対称になっている。

第２の評価基準によれば、例えば、２つのＳＮＲが共に低い場合、実質的に階層変調を行わないチャネルタイプ０の方式（ＱＰＳＫを用いた方式）が最適である。少なくとも一方のＳＮＲが高い場合、チャネルタイプ５の方式（１６ＱＡＭを用いた階層変調方式）が最適である傾向にある。少なくとも一方のＳＮＲが更に高い場合、チャネルタイプ６の方式（６４ＱＡＭを用いた階層変調方式）が最適である傾向にある。このような階層ＭＣＳテーブルを参照することで、ペアとする移動局のＳＮＲから、最適な階層変調方式と符号化率とを選択することができる。

図１９は、階層ＭＣＳテーブルの他のデータ構造例を示す図である。図１６や図１８に示した階層ＭＣＳテーブルは、テーブル３３１のようなデータ構造として表現することもできる。テーブル３３１は、シミュレーション装置３００のＭＣＳ情報記憶部３１６に格納することができる。また、基地局１００や移動局２００，２００ａに搭載することもできる。

テーブル３３１には、Ｘ座標、Ｙ座標、ＳＮＲ０、ＳＮＲ１、チャネルタイプ、符号化率０および符号化率１の項目が設けられている。横方向に並べた情報同士が関連付けられている。

Ｘ座標の項目には、図１６や図１８の横軸の位置を識別する番号（０〜２９）が記載され、Ｙ座標の項目には、図１６や図１８の縦軸の位置を識別する番号（０〜２９）が記載される。この識別番号は、例えば、１ｄＢ間隔で付与される。ＳＮＲ０の項目には、ＵＥ０のＳＮＲが記載され、ＳＮＲ１の項目には、ＵＥ１のＳＮＲが記載される。座標が１ｄＢ間隔で付与されている場合、「−１０ｄＢ」は、−１０ｄＢ以上−９ｄＢ未満の範囲を意味する。チャネルタイプの項目には、階層変調方式を識別する番号が記載される。符号化率０の項目には、ＵＥ０のユーザデータに適用する符号化率が記載され、符号化率１の項目には、ＵＥ１のユーザデータに適用する符号化率が記載される。

次に、このようにして生成された階層ＭＣＳテーブルを用いて行う、基地局１００から移動局２００，２００ａへのユーザデータの送信について説明する。
図２０は、無線フレームの下りチャネルを示す図である。この例は、下りリンク通信にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を用いた場合を示している。ＯＦＤＭＡでは、周波数領域×時間領域のリソースが細分化されて、割り当て管理が行われる。周波数領域の最小単位はサブキャリアと呼ばれる。時間領域の最小単位はシンボルと呼ばれる。１サブキャリア・１シンボルで特定される無線リソースの最小単位はリソースエレメントと呼ばれる。

基地局１００から移動局２００，２００ａへの下りリンク通信に用いられる無線フレームは、図２０に示したようなサブフレームを有する。下りリンクのサブフレームには、制御チャネルの領域とデータチャネルの領域とが含まれる。例えば、制御チャネルの領域としてサブフレームの先頭から所定のシンボル時間（例えば、１〜３シンボル時間）が割り当てられ、データチャネルの領域として残りのシンボル時間が割り当てられる。データチャネルでは、移動局２００，２００ａ宛てのユーザデータが送信される。制御チャネルでは、各移動局宛てのユーザデータが含まれている領域を示す制御情報や、適用されているＭＣＳを特定するための制御情報が送信される。

図２１は、基地局の送信処理を示すフローチャートである。この送信処理は、基地局１００において繰り返し実行される。以下、図２１に示す処理をステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ３１］無線受信部１０３は、測定されたＳＮＲに対応するＣＱＩを、移動局２００，２００ａから受信する。品質取得部１０４は、受信信号に含まれるＣＱＩを抽出する。制御部１１１は、品質取得部１０４から、移動局２００，２００ａそれぞれのＣＱＩを取得する。

［ステップＳ３２］制御部１１１は、データバッファ１０５に記憶されているユーザデータの宛先から、移動局のペアを決定する。移動局のペアは、ステップＳ３１で取得したＣＱＩが示すＳＮＲを参照して決定してもよい。ここでは、移動局２００と移動局２００ａとをペアに決定したとする。

［ステップＳ３３］制御部１１１は、ステップＳ３２で決定したペアまたはペアにしないと決定した移動局（階層変調を行わない移動局）を１つ選択する。
［ステップＳ３４］制御部１１１は、テーブル記憶部１１０に記憶された階層ＭＣＳテーブルを参照して、ステップＳ３３で選択した移動局のＳＮＲに対して最適なＭＣＳを決定する。移動局のペアについては、２つのＳＮＲから最適な階層変調方式および移動局それぞれに適用する符号化率を決定する。なお、階層変調を行わない移動局については、通常のＭＣＳテーブルを参照して最適なＭＣＳを決定してもよい。

［ステップＳ３５］制御部１１１は、ステップＳ３３で全ての移動局のペアまたはペアにしない移動局を選択したか判断する。全て選択した場合、処理をステップＳ３６に進める。全て選択していない場合、処理をステップＳ３３に進める。

［ステップＳ３６］制御部１１１は、制御情報生成部１０７に制御情報の生成を指示する。制御情報生成部１０７は、ステップＳ３２で決定された移動局のペアおよびステップＳ３４で決定されたＭＣＳを示す制御情報を生成する。

［ステップＳ３７］制御部１１１は、符号化部１０６に符号化率を指定する。符号化部１０６は、制御部１１１から指定された符号化率で、各移動局宛てのユーザデータを符号化する。

［ステップＳ３８］制御部１１１は、変調部１０８に変調方式を指定する。変調方式が階層変調方式の場合、併せて移動局ペアを指定する。変調部１０８は、制御部１１１から指定された変調方式で、ステップＳ３７で符号化されたユーザデータを変調する。また、変調部１０８は、所定の変調方式で、ステップＳ３６で生成された制御情報を変調する。

［ステップＳ３９］無線送信部１０９は、ステップＳ３８で変調された制御情報を制御チャネルで送信すると共に、変調されたユーザデータをデータチャネルで送信する。これにより、ユーザデータおよび制御情報の信号が無線出力される。

このようにして、基地局１００は、移動局のペアを決定し、ペアそれぞれのＳＮＲから対応するＭＣＳを決定する。そして、基地局１００は、ＭＣＳで定義される階層変調方式および符号化率に応じて、移動局２００，２００ａのユーザデータを符号化および変調して送信する。なお、ステップＳ３６の制御情報の生成とステップＳ３７のユーザデータの符号化とは、並列に実行することもできる。

ここで、基地局１００は、適用したＭＣＳを移動局２００，２００ａに通知するための制御情報を送信する。この制御情報のフォーマットとしては、様々なものが考えられる。以下、制御情報のフォーマットの例を２つ挙げる。

図２２は、ＭＣＳ識別番号の定義方法の第１の例を示す図である。第１のフォーマットでは、各ＭＣＳを識別するために、階層変調方式毎に一意なＸ方向の識別番号とＹ方向の識別番号とを定義する。図２２の例では、階層変調方式ｎ（ｎは非負整数）の領域は、Ｘ方向の幅が５、Ｙ方向の幅が６である。そこで、Ｘ方向について識別番号Ｘ０〜Ｘ４、Ｙ方向について識別番号Ｙ０〜Ｙ５を定義している。同様に、階層変調方式ｎ＋１の領域は、Ｘ方向の幅が５、Ｙ方向の幅が５であるので、Ｘ０〜Ｘ４とＹ０〜Ｙ４とを定義している。階層変調方式ｎ＋２の領域は、Ｘ方向の幅が４、Ｙ方向の幅が７であるので、Ｘ０〜Ｘ３とＹ０〜Ｙ６とを定義している。

図２３は、ＭＣＳ識別番号を通知する制御情報の第１の例を示す図である。第１のフォーマットでは、図２３に示した制御情報が移動局のペア毎に制御チャネルで送信される。第１のフォーマットでは、制御情報には、階層変調方式を識別するチャネルタイプ、その階層変調チャネル内におけるＵＥ０（Ｘ軸）についての識別番号およびＵＥ１（Ｙ軸）についての識別番号が含まれる。

この３つの情報によって、図１６や図１８に示した階層ＭＣＳテーブル内の１点を特定できる。ただし、移動局２００，２００ａそれぞれは、３つの情報全てを読み取らなくてもよい。移動局２００，２００ａは、チャネルタイプから階層変調方式を特定し、チャネルタイプと自局に対する識別番号とから符号化率を特定できるからである。すなわち、移動局２００，２００ａは、ペアとなっている他方の移動局に対する識別番号を読み取らなくても、自局宛てのユーザデータの復調および復号が可能となる。

なお、第１のフォーマットでは、移動局のペアに対する制御情報の情報量（ビット数）は、式（９）に示すＮ¹ _Totalのように定義できる。ここで、Ｎ_H-CHは階層ＭＣＳテーブルに現れる階層変調方式の数であり、Ｍ_x,maxはＸ方向の幅の最大値であり、Ｍ_y,maxはＹ方向の幅の最大値である。式（９）の第１項はチャネルタイプの情報量に相当し、第２項はＵＥ０に対する識別番号の情報量に相当し、第３項はＵＥ１に対する識別番号の情報量に相当する。

図２４は、ＭＣＳ識別番号の定義方法の第２の例を示す図である。第２のフォーマットでは、各ＭＣＳを識別するために、階層ＭＣＳテーブル全体で一意なＸ方向の識別番号とＹ方向の識別番号とを定義する。図２４の例では、テーブルの左下を原点として、Ｘ方向についての識別番号Ｘｊと、Ｙ方向についての識別番号Ｙｋとを定義している（ｊ，ｋは非負整数）。

図２５は、ＭＣＳ識別番号を通知する制御情報の第２の例を示す図である。第２のフォーマットでは、図２５に示すように、複数の移動局分の通知内容を纏めた制御情報が制御チャネルで送信される。第２のフォーマットでは、制御情報には、ＵＥ０（Ｘ軸）についての識別番号およびＵＥ１（Ｙ軸）についての識別番号が含まれる。ペアとなる２つの移動局に対する識別番号は隣り合って配置されている。この制御情報には、階層変調が行われない移動局（ペアになっていない移動局）のＭＣＳを示す識別情報も混在させることも可能である。

階層変調が適用されている移動局は、自局に対する識別情報とその隣にあるペアの相手方に対する識別情報とを読み込むことで、図１６や図１８に示した階層ＭＣＳテーブル内の１点を特定できる。なお、移動局２００，２００ａは、自局宛ての識別情報が何番目に配置されているかは、他の手段（例えば、基地局１００からの他の制御情報）で知っているとする。第２のフォーマットでは、制御情報の情報量（ビット数）を低減できる。

図２６は、ビットマップの例を示す図である。このビットマップは、複数の移動局分の通知内容を纏めた制御情報であり、制御チャネルで送信される。ビットマップの各ビット（フラグ）の順序は、図２５に示した制御情報における識別番号の順序に対応している。階層変調が適用されている移動局についてはフラグが「１」、階層変調が適用されていない移動局についてはフラグが「０」に設定される。

移動局２００，２００ａは、制御チャネルで受信するビットマップを参照することで、自局宛てのユーザデータが階層変調されているか否か、すなわち、自局に対する識別番号に加えてペアの相手方に対する識別番号も読み込むべきか否かを迅速に判断することができる。図２５に示した制御情報に加えてビットマップも送信する場合、それに伴って増加する制御情報の情報量（ビット数）は、式（１０）に示すＮ² _Totalのように定義できる。ここで、Ｎ_H-UEは階層変調を適用する移動局の数であり、Ｎ_N-UEは階層変調を適用しない移動局の数である。

図２７は、移動局の受信処理を示すフローチャートである。この受信処理は、移動局２００において繰り返し実行される。以下、図２７に示す処理をステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ４１］無線受信部２０３は、基地局１００から、制御チャネルで制御情報を受信すると共に、データチャネルでユーザデータを受信する。復調部２０４は、受信した制御情報を復調する。

［ステップＳ４２］復調部２０４は、受信した制御情報に基づいて、自局宛てのユーザデータが存在するか判断する。自局宛てのユーザデータがある場合、処理をステップＳ４３に進める。自局宛てのユーザデータがない場合、受信処理を終了する。

［ステップＳ４３］復調部２０４は、ユーザデータに施されている変調が階層変調方式か否か判定する。例えば、制御情報が前述の第２のフォーマットである場合、階層変調方式か否かは、ビットマップに含まれる自局のフラグが「１」であるか否かによって判定できる。

［ステップＳ４４］復調部２０４は、ユーザデータに適用されているＭＣＳを特定する。階層変調が施されている場合、階層ＭＣＳの特定方法は制御情報のフォーマットに依存する。例えば、前述の第１のフォーマットの場合、チャネルタイプと自局に対する識別番号とから階層ＭＣＳを特定できる。前述の第２のフォーマットの場合、自局に対する識別番号とペアの相手方に対する識別番号とから階層ＭＣＳを特定できる。

［ステップＳ４５］復調部２０４は、ステップＳ４４で特定したＭＣＳ（階層ＭＣＳを含む）が示す変調方式に応じて、ユーザデータを復調する。階層ＭＣＳの場合は、複数のチャネルを復調して自局宛てのユーザデータを示す情報ビットを抽出する。

［ステップＳ４６］復号部２０５は、ステップＳ４４で特定したＭＣＳが示す符号化率に応じて、ステップＳ４５で復調されたユーザデータを復号する。
このようにして、移動局２００，２００ａは、基地局１００から受信する制御情報に基づいて、ユーザデータに適用されているＭＣＳを特定する。そして、ＭＣＳで定義されている変調方式や符号化率に応じて、ユーザデータを復調および復号する。特に、階層変調方式が適用されている場合、複数のチャネルを復調して自局宛てのユーザデータに相当する情報ビットを抽出する。

このような移動通信システムを用いることで、最適な階層変調方式を容易に選択することができ、複数の移動局に対するデータ送信のスループットを向上させることができる。特に、ペアにする移動局２００，２００ａそれぞれの通信品質に応じて階層変調方式を特定するため、より適切な方式が選択されるようになる。また、基地局１００から移動局２００，２００ａへの階層ＭＣＳの通知を効率的に行うことができ、制御チャネルの情報量を削減することができる。

なお、本実施の形態では２つの移動局を組み合わせて階層変調を行うようにしたが、３つ以上の移動局を組み合わせて階層変調を行ってもよい。その場合、３次元以上の階層ＭＣＳテーブルを用意することが考えられる。また、本実施の形態では２つのデータチャネルを用いて階層変調を行うようにしたが、３つ以上のデータチャネルを用いて階層変調を行ってもよい。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

符号の説明

１ 送信装置
１ａ 記憶部
１ｂ 制御部
１ｃ 送信部
２，３ 受信装置
２ａ，３ａ 記憶部
２ｂ，３ｂ 受信部

Claims (11)

1. 複数の受信装置に対してデータを送信する送信装置であって、
   第１の通信品質と第２の通信品質との組み合わせ毎に複数のチャネルを用いた所定の階層変調方式とを対応付けた情報を記憶する記憶部と、
   第１の受信装置の通信品質を前記第１の通信品質とし第２の受信装置の通信品質を前記第２の通信品質としたときの対応する前記階層変調方式を選択する制御部と、
   前記制御部で選択した前記階層変調方式に応じて、前記第１の受信装置のデータと前記第２の受信装置のデータとを前記複数のチャネルにマッピングして送信する送信部と、
   を有し、
   前記階層変調方式とは、前記複数のチャネルにまたがって形成される階層変調チャネルに各受信装置へのデータをマッピングする方式である
   ことを特徴とする送信装置。
2. 前記記憶部に記憶された情報では、前記第１の通信品質と前記第２の通信品質とに対して、更に第１の符号化率と第２の符号化率とが対応付けられており、
   前記送信部は、前記第１の受信装置のデータを前記第１の符号化率で符号化し前記第２の受信装置のデータを前記第２の符号化率で符号化する
   ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
3. 前記送信部は、前記階層変調方式を識別する情報と前記第１の符号化率を前記階層変調方式内で一意に識別する情報と前記第２の符号化率を前記階層変調方式内で一意に識別する情報とを含む制御情報を更に送信する
   ことを特徴とする請求項２記載の送信装置。
4. 前記送信部は、前記第１の受信装置の通信品質に応じた第１の識別情報と前記第２の受信装置の通信品質に応じた第２の識別情報とを含む制御情報を更に送信する
   ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
5. 前記送信部は、前記複数の受信装置それぞれについて前記階層変調方式を用いてデータを送信するか否かを示すフラグを含む制御情報を更に送信する
   ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
6. 前記記憶部に記憶された情報では、一部の前記第１の通信品質と前記第２の通信品質との組み合わせに対して、階層変調以外の変調方式が対応付けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
7. 前記記憶部に記憶された情報では、前記第１の通信品質と前記第２の通信品質と前記階層変調方式との対応付けのパターンが複数定義されており、
   前記制御部は、複数のパターンから用いるパターンを選択し、当該パターンに基づいて前記階層変調方式を選択する
   ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
8. 複数の装置と通信を行う送信装置からデータを受信する受信装置であって、
   第１の装置の通信品質と第２の装置の通信品質と複数のチャネルを用いた階層変調方式とを対応付けた情報を記憶する記憶部と、
   前記送信装置から自装置の通信品質に応じた第１の識別情報と自装置と組み合わされた他の装置の通信品質に応じた第２の識別情報とを含む制御情報を受信し、前記第１の識別情報と前記第２の識別情報とによって特定される前記階層変調方式に応じて、前記送信装置から受信した前記複数のチャネルに含まれる自装置宛てのデータを抽出する受信部と、
   を有する
   ことを特徴とする受信装置。
9. 複数の受信装置に対してデータを送信する送信装置の送信方法であって、
   第１の通信品質と第２の通信品質との組み合わせ毎に複数のチャネルを用いた所定の階層変調方式とを対応付けた所定の情報に基づき、第１の受信装置の通信品質を前記第１の通信品質とし第２の受信装置の通信品質を前記第２の通信品質としたときの対応する前記階層変調方式を選択し、
   選択した前記階層変調方式に応じて、前記第１の受信装置のデータと前記第２の受信装置のデータとを前記複数のチャネルにマッピングして送信する
   工程を含み、前記階層変調方式とは、前記複数のチャネルにまたがって形成される階層変調チャネルに各受信装置へのデータをマッピングする方式である
   ことを特徴とする送信方法。
10. 複数の装置と通信を行う送信装置からデータを受信する受信装置の受信方法であって、
    前記送信装置から自装置の通信品質に応じた第１の識別情報と自装置と組み合わされた他の装置の通信品質に応じた第２の識別情報とを含む制御情報を受信し、
    第１の装置の通信品質と第２の装置の通信品質と複数のチャネルを用いた階層変調方式とを対応付けた所定の情報に基づき、前記制御情報に含まれる前記第１の識別情報と前記第２の識別情報とに対応する前記階層変調方式を特定し、
    特定した前記階層変調方式に応じて、前記送信装置から受信した前記複数のチャネルに含まれる自装置宛てのデータを抽出する
    ことを特徴とする受信方法。
11. 前記所定の情報は、前記第１の装置の通信品質および前記第２の装置の通信品質を含むＮ個（Ｎは２以上の整数）の通信品質と前記階層変調方式とを対応付けており、
    前記階層変調方式の特定は、前記第１の識別情報および前記第２の識別情報を含むＮ個の識別情報が含まれている前記制御情報に基づいて行う
    ことを特徴とする請求項１０記載の受信方法。

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