JP6565088B2 - フレームエラーレート予測装置、それを用いた無線通信装置および無線通信システム - Google Patents
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FERが1%から10%となるような領域において、ペアワイズ誤り率(PEP:pairwise error probability)に基づいたFER値の理論計算によりFERを精度良く予測できることが知られている(非特許文献2)。
この発明のさらに他の局面に従うと、トレリス図により復号可能な畳み込み符号化方式で符号化された信号にパンクチャ処理を施し、同一のインターリーブ処理がフレーム内の送信ビットに繰り返し実行され、インターリーブ後にサブキャリア変調を行って直交周波数分割多重方式で通信する無線通信無線通信システムであって、受信装置を備え、受信装置は、通信経路において、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力を推定する通信経路状態推定手段と、推定された伝搬路特性情報および雑音電力を送信するための第1の送信手段とを含み、送信装置をさらに備え、送信装置は、受信装置から送信された、伝搬路特性情報および雑音電力の推定値をフィードバック情報として受信する受信手段と、畳み込み符号化直交周波数分割多重方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率とサブキャリア変調における変調方式との組、並びにパンクチャ処理の周期の情報を格納するための記憶手段と、フィードバック情報に基づいて、記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のうち、スループットを最大とする組を選択する選択手段とを含み、選択手段は、伝搬路特性情報および雑音電力に基づいて、記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のそれぞれについて、畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのペアワイズ誤り率を、パンクチャ処理の周期に応じて同一のエラーパターンに対応するパンクチャ後のパターンを切り替えることで、フレームのサイズに相当するトレリス図の区間の各位置で算出し、各位置で計算されたペアワイズ誤り率の総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段と、予測されたフレーム誤り率に基づいて、所定のフレームエラーレート内において、最大のスループットとなる組を選択する変調方式選択手段とを有し、変調方式選択手段により選択された組に応じて、送信データに対して、畳み込み符号化および変調処理を実行して送信するための第2の送信手段をさらに含む。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の無線通信システムの構成を説明するためのブロック図である。
[FERの予測処理の構成]
図6は、図1に示した適応レート制御部1110の構成を説明するためのブロック図である。
推定値は、受信装置2000から送信されて(S102)、送信装置1000で受信され(S104)、送信装置1000のFER予測部3030では、フレーム内の各位置におけるエラーパスのPEPを計算し、フレーム内での総和を算出することで、各MCSについてFERの予測値を算出し(S108)、MCS選択部3040が、算出されたFERに基づいて、所定のMCSのうちで、規定のFERを達成する範囲で、最大のスループットとなるMCSを選択する(S110)。
[FER予測部3030が実行する動作]
以下では、FER予測部3030が実行する動作について、数式に従い説明する。
以下の説明で明らかとなるように、本実施の形態のFERの予測では、以下のような特徴がある。
2. 1 システムモデル 以下では説明の簡単のために、SISO(single-input single-output)-OFDMを想定する。そして、データサブキャリア数をKdata、FFT(fast Fourier transform)サイズをKfftとする。また、伝搬路は周波数選択性フェージング伝搬路を想定しOFDMシンボル内では変動しないものとする。伝搬路を有限インパルス応答フィルタとみなすと、各タップ係数は、以下の式で表される。
以下の公知文献に開示の技術に基づいて、まず、トレリス上のどの位置でもPEPが同一となるようなシステムを想定した場合のFERの算出法について説明する。
公知文献3:C. Y. Lou and B. Daneshrad, "PER prediction for convolutionally coded MIMO OFDM systems − An analytical approach," MILCOM 2012 - 2012 IEEE Military Communications Conference, Orlando, FL, 2012, pp. 1-6.
まず、FERとは、フレーム内のどこかの位置でエラーイベントのいずれかが生じる確率であるから、畳み込み符号において、p番目のエラーパターンがトレリスの時刻tにおいて発生するというエラーイベントをet,p(アンダーバー)とすると、FERは、以下の式のように表される。
2.2フレームサイズに相当するトレリスの区間でPEPを計算しFERを予測する方法
上述したような本実施の形態のFER予測部の動作と対比されるべき従来技術による処理には、以下のような問題点がある。
すなわち、例えば無線LANのような通信システムではサブキャリア毎のSNRが異なり、かつ多値変調を用いる(マッピングされるシンボル内のビット位置で誤り率が異なる)ため、トレリス上の位置よってPEPは異なる。
図9は、式(4)の概念を示す概念図である。
Δw(iw)はシンボル内のビット位置iwによって異なる確率密度を持つ有限な離散確率変数であり、λlはPA´Pの固有値であるため、あるエラーパスet,p(アンダーバー)が与えられている場合、Δw(iw)から一意に決定できる。
信号点間の最小ユークリッド距離をdminとすると、w=1,…,dHに対してΔw(iw)=dmin 2となる項がJ個の項の中で支配的になると期待される。また、この支配的になる項のPjをPminと表記する。すなわち、Pminはw=1,…,dHに対してΔw(iw)=dmin 2となる確率を表し、変調方式とエラーパス、インターリーバ構造から決定される。
[実施の形態1の変形例]
以上の説明では、フレームエラーレート(FER)の予測においては、フレームに相当するトレリス上の各位置で、PEPを算出することとした。
このことを利用して、PEPを計算する区間を1ブロックに相当するトレリスの区間に限定して、演算コストを低減し、FERを予測することが可能となる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、PEPを、電力遅延プロファイルにより計算した。しかしながら、伝搬路の条件によっては、PEPを、サブキャリアの周波数応答(インパルス応答と等価)から以下のように計算することが可能である。実施の形態2では、PEPを、サブキャリアの周波数応答により算出する場合について説明する。
Claims (11)
- トレリス図により復号可能な畳み込み符号化方式で符号化された信号にパンクチャ処理を施し、同一のインターリーブ処理がフレーム内の送信ビットに繰り返し実行され、インターリーブ後にサブキャリア変調を行って直交周波数分割多重方式で通信する通信システムのフレームエラーレート予測装置であって、
前記畳み込み符号化方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率と前記サブキャリア変調における変調方式との組、並びにパンクチャ処理の周期の情報を格納するための記憶手段と、
通信経路において推定された、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および前記変調方式の組のそれぞれについて、前記畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのペアワイズ誤り率を、前記パンクチャ処理の周期に応じて同一のエラーパターンに対応するパンクチャ後のパターンを切り替えることで、前記フレームのサイズに相当するトレリス図の区間の各位置で算出し、各前記位置で計算されたペアワイズ誤り率の総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段とを備える、フレームエラーレート予測装置。 - 前記フレーム誤り率予測手段は、前記フレーム内において、前記送信ビットは、デインターリーブ処理後の符号化系列に対する伝搬路変動が周期的とみなせるように設定されたブロック長ごとに複数のブロックに分割されている場合に、前記ブロックの1つに相当するトレリス図の区間で前記ペアワイズ誤り率の総和としてブロック誤り率を計算し、各前記ブロックのブロック誤り率が互いに等しいものとして、前記ブロック誤り率と前記フレーム内に含まれるブロック数から前記フレーム誤り率を予測する、請求項1記載のフレームエラーレート予測装置。
- 前記通信システムは、直交周波数分割多重方式による通信を行い、前記ブロックは、直交周波数分割多重方式における1シンボルである、請求項2記載のフレームエラーレート予測装置。
- 前記伝搬路特性情報は、前記通信経路において推定された電力遅延プロファイルである、請求項1記載のフレームエラーレート予測装置。
- 前記伝搬路特性情報は、前記伝搬路のインパルス応答である、請求項1記載のフレームエラーレート予測装置。
- トレリス図により復号可能な畳み込み符号化方式で符号化された信号にパンクチャ処理を施し、同一のインターリーブ処理がフレーム内の送信ビットに繰り返し実行され、インターリーブ後にサブキャリア変調を行って直交周波数分割多重方式で通信する無線通信装置であって、
受信装置から送信された、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力の推定値をフィードバック情報として受信する受信手段と、
前記畳み込み符号化方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率と前記サブキャリア変調における変調方式との組、並びにパンクチャ処理の周期の情報を格納するための記憶手段と、
前記フィードバック情報に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および前記変調方式の組のうち、スループットを最大とする組を選択する選択手段とを備え、
前記選択手段は、
前記伝搬路特性情報および前記雑音電力に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および前記変調方式の組のそれぞれについて、前記畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのペアワイズ誤り率を、前記パンクチャ処理の周期に応じて同一のエラーパターンに対応するパンクチャ後のパターンを切り替えることで、前記フレームのサイズに相当するトレリス図の区間の各位置で算出し、各前記位置で計算されたペアワイズ誤り率の総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段と、
予測されたフレーム誤り率に基づいて、所定のフレームエラーレート内において、最大のスループットとなる前記組を選択する変調方式選択手段とを含み、
前記変調方式選択手段により選択された前記組に応じて、送信データに対して、畳み込み符号化および変調処理を実行して送信するための送信手段をさらに備える、無線通信装置。 - 前記フレーム誤り率予測手段は、前記フレーム内において、前記送信ビットは、デインターリーブ処理後の符号化系列に対する伝搬路変動が周期的とみなせるように設定されたブロック長ごとに複数のブロックに分割されている場合に、前記ブロックの1つに相当するトレリス図の区間で前記ペアワイズ誤り率の総和としてブロック誤り率を計算し、各前記ブロックのブロック誤り率が互いに等しいものとして、前記ブロック誤り率と前記フレーム内に含まれるブロック数から前記フレーム誤り率を予測する、請求項6記載の無線通信装置。
- 前記無線通信装置は、直交周波数分割多重方式による通信を行い、前記ブロックは、直交周波数分割多重方式における1シンボルである、請求項7記載の無線通信装置。
- 前記伝搬路特性情報は、前記伝搬路において推定された電力遅延プロファイルである、請求項6記載の無線通信装置。
- 前記伝搬路特性情報は、前記伝搬路のインパルス応答である、請求項6記載の無線通信装置。
- トレリス図により復号可能な畳み込み符号化方式で符号化された信号にパンクチャ処理を施し、同一のインターリーブ処理がフレーム内の送信ビットに繰り返し実行され、インターリーブ後にサブキャリア変調を行って直交周波数分割多重方式で通信する無線通信システムであって、
受信装置を備え、
前記受信装置は、
通信経路において、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力を推定する通信経路状態推定手段と、
前記推定された伝搬路特性情報および雑音電力を送信するための第1の送信手段とを含み、
送信装置をさらに備え、
前記送信装置は、
前記受信装置から送信された、前記伝搬路特性情報および前記雑音電力の推定値をフィードバック情報として受信する受信手段と、
前記畳み込み符号化直交周波数分割多重方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率と前記サブキャリア変調における変調方式との組、並びにパンクチャ処理の周期の情報を格納するための記憶手段と、
前記フィードバック情報に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および前記変調方式の組のうち、スループットを最大とする組を選択する選択手段とを含み、
前記選択手段は、
前記伝搬路特性情報および前記雑音電力に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および前記変調方式の組のそれぞれについて、前記畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのペアワイズ誤り率を、前記パンクチャ処理の周期に応じて同一のエラーパターンに対応するパンクチャ後のパターンを切り替えることで、前記フレームのサイズに相当するトレリス図の区間の各位置で算出し、各前記位置で計算されたペアワイズ誤り率の総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段と、
予測されたフレーム誤り率に基づいて、所定のフレームエラーレート内において、最大のスループットとなる前記組を選択する変調方式選択手段とを有し、
前記変調方式選択手段により選択された前記組に応じて、送信データに対して、畳み込み符号化および変調処理を実行して送信するための第2の送信手段をさらに含む、無線通信システム。
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