JPWO2006049203A1 - 無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置 - Google Patents

無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置 Download PDF

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Abstract

高いスループットを要求するアプリケーションデータが無線送信される場合でも、その再生が中断されたり再生ができなくなったりすることのない無線通信装置を開示する。この装置では、ＭＣＳ決定部（１１３）は、例えば表１に示すＭＣＳの設定テーブルを有し、受信ＲＦ部（１１１）から入力されてくるチャネル品質情報に基づいて伝搬路特性の最も良いＭＣＳを選択し、選択したＭＣＳの遅延時間と遅延時間算出部（１１２）から通知されるアプリケーションデータの許容遅延時間とを比較して、その遅延時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となるＭＣＳを決定する。

Description

本発明は、変調方式と符号化率との組み合わせ（ＭＣＳ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を伝搬路状態に応じて決定する無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置に関する。
従来、マルチメディアのアプリケーションを取り扱う無線通信においては、アプリケーション毎に要求される遅延時間や通信品質が異なっている。一方で、他セル干渉を拡散によって白色化するのではなく、符号化率を低くすることによって白色化する無線通信システムでは、低い符号化率の信号を復号するために復号時間が長くなる。例えば、図１に示すように、ＭＣＳにおける符号化率が低くなるに従って、その符号化信号を復号する際の遅延時間が長くなる。
通常、ＭＣＳを使用する無線通信システムにおいては、図２に示すようなＣＩＲ（Ｃｏｍｍｉｔｔｅｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）対ＰＥＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）の指標に基づいて、この無線通信システムにおけるＰＥＲ特性とその要求ＰＥＲとの比較により、ＰＥＲの閾値が算出され、その閾値に基づいてＭＣＳが決定される（例えば非特許文献１参照）。また、図２に示すＭＣＳ１〜８の設定テーブルを、下記「表１」に例示する。
Figure 2006049203
なお、表１における「Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒａｔｅ」は、すべてのリソースに対する情報ビットの割合（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）を示す。また、１つのＲｅｓｏｕｒｃｅ Ｒａｔｅに対して、１つのＭＣＳが決定される。
ここで、従来のＭＣＳ決定方法では、例えば無線通信システムにおける受信ＣＩＲが図２に示す態様である場合、即ちＭＣＳ６とＭＣＳ７との間である場合には、Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒａｔｅが高い方から検索して特性が最も良いＭＣＳ６が選択されることになる。
″Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ（ＦＤＤ）″（Ｒｅｌｅａｓｅ５），３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＴＳ ２５．２１２ Ｖ５．６．０
しかしながら、従来のＭＣＳ決定方法では、受信ＣＩＲが図２に示す態様である場合において、無線送信されるアプリケーションデータの要求条件がＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ １であれば、選択されるＭＣＳ６の遅延時間（符号化信号の復調及び復号に要する時間）はＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ １の要求条件を満たすが、Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ２であれば、選択されるＭＣＳ６の遅延時間はＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ２の要求条件を満たすことができない、という問題がある。また、このように選択されたＭＣＳの遅延時間がアプリケーションデータの許容遅延時間を越える場合には、アプリケーションデータの再生が中断されたりその再生ができなくなったりする問題がある。
本発明の目的は、高いスループットを要求するアプリケーションデータが無線送信される場合でも、その再生が中断されたり再生ができなくなったりすることのない無線通信方法等を提供することである。
本発明に係る無線通信方法は、アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態を測定する測定ステップと、測定された伝搬路状態に基づいて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定ステップと、決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化ステップと、決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調ステップと、変調されたアプリケーションデータを無線送信する送信ステップと、を具備するようにした。
本発明に係る無線通信システムは、アプリケーションデータを含む第１無線信号を受信する第１受信手段と、受信した第１無線信号に基づいて伝搬路状態を測定する測定手段と、伝搬路状態の測定結果を無線送信する第１送信手段と、を有する第１無線通信装置と、前記伝搬路状態の測定結果を受信する第２受信手段と、前記伝搬路状態の測定結果に基づいて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定手段と、決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化手段と、決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調手段と、変調されたアプリケーションデータを無線送信する第２送信手段と、を有する第２無線通信装置と、を具備する構成を採る。
本発明に係る無線通信装置は、アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態に応じて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定手段と、決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化手段と、決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調手段と、変調されたアプリケーションデータを無線送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態に基づいて、そのアプリケーションデータの復調及び復号に要する時間即ち遅延時間がそのアプリケーションデータの許容遅延時間以下となるＭＣＳを決定するため、そのアプリケーションデータが高いスループットを要求する場合でも、その再生が中断されたり再生ができなくなったりすることを防止することができる。
ＭＣＳにおける符号化率と遅延時間との相関の一例を示す図 ＭＣＳ毎のＣＩＲ対ＰＥＲの指標の一例を示す図 実施の形態１における無線通信装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１における無線通信装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１における無線通信装置の動作を説明するフロー図 実施の形態１における無線通信装置の動作の変形例を説明するフロー図 参考例１における符号化器の構成を示すブロック図 参考例１における復号器の構成を示すブロック図 参考例１における符号化器の構成を示すブロック図 参考例１における符号化器の構成を示すブロック図 参考例２における符号化器の構成を示すブロック図 参考例２における符号化器の構成を示すブロック図
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しつつ詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１００の主要な構成を示すブロック図である。無線通信装置１００は、アプリケーションデータを通信端末装置に送信する基地局装置等に搭載されて使用される。
無線通信装置１００は、符号化部１０１、変調部１０２、ＴＦＣＩ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｏｒｍａｔ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）部１０３、パイロット生成部１０４、割当部１０５、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：逆高速フーリエ変換）部１０６、ＧＩ（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）部１０７、送信ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１０８、アンテナ素子１０９、受信ＲＦ部１１１、遅延時間算出部１１２及びＭＣＳ決定部１１３を具備する。
符号化部１０１は、アプリケーションデータである送信データを後述するＭＣＳ決定部１１３から通知される符号化率で符号化し、符号化後の送信データを変調部１０２に入力する。
変調部１０２は、符号化部１０１から入力されてくる送信データをＭＣＳ決定部１１３から通知される変調方式で変調し、変調後の送信データを割当部１０５に入力する。
ＴＦＣＩ部１０３は、ＭＣＳ決定部１１３から通知された符号化率と変調方式との内容を示すＭＣＳ情報を生成し、生成したＭＣＳ情報を割当部１０５に入力する。
パイロット生成部１０４は、周期的にパイロット信号を生成し、生成したパイロット信号を割当部１０５に入力する。
割当部１０５は、公知のインタリーバ等を含んで構成され、変調部１０２から入力されてくる送信データと、ＴＦＣＩ部１０３から入力されてくるＭＣＳ情報と、パイロット生成部１０４から入力されてくるパイロット信号と、をそれぞれパラレル信号に変換し、それらのパラレル信号をインターリーブした後に多重して、多重後のパラレル信号をＩＦＦＴ部１０６に入力する。
ＩＦＦＴ部１０６は、割当部１０５から入力されてくるパラレル信号を逆高速フーリエ変換してＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号を生成し、生成したＯＦＤＭ信号をＧＩ部１０７に入力する。
ＧＩ部１０７は、ＩＦＦＴ部１０６から入力されてくるＯＦＤＭ信号にガードインターバルを挿入し、ガードインターバル挿入後のＯＦＤＭ信号を送信ＲＦ部１０８に入力する。
送信ＲＦ部１０８は、ＧＩ部１０７から入力されてくるＯＦＤＭ信号を周波数変換した後に増幅して無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子１０９を介して後述する無線通信装置２００に向けて無線送信する。
受信ＲＦ部１１１は、無線通信装置２００からの無線信号をアンテナ素子１０９を介して受信し、その受信信号を周波数変換及び増幅した後に、その受信信号に含まれる無線通信装置２００によって測定された伝搬路状態を示すチャネル品質情報を抽出して、抽出したチャネル品質情報をＭＣＳ決定部１１３に入力する。
遅延時間算出部１１２は、送信データ即ちアプリケーションデータの種類を判定し、そのアプリケーションデータの許容遅延時間を算出し、算出したアプリケーションデータの許容遅延時間をＭＣＳ決定部１１３に通知する。
ＭＣＳ決定部１１３は、例えば表１に示すＭＣＳの設定テーブルを有し、受信ＲＦ部１１１から入力されてくるチャネル品質情報に基づいて伝搬路特性の最も良いＭＣＳを選択し、選択したＭＣＳの遅延時間と遅延時間算出部１１２から通知されるアプリケーションデータの許容遅延時間とを比較して、その遅延時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となるＭＣＳを決定する。そして、ＭＣＳ決定部１１３は、決定したＭＣＳにおける符号化率と変調方式とを、符号化部１０１と変調部１０２とＴＦＣＩ部１０３とにそれぞれ通知する。なお、ＭＣＳ決定部１１３におけるＭＣＳ決定方法については、後に詳述する。
図４は、本実施の形態における無線通信装置２００の主要な構成を示すブロック図である。無線通信装置２００は、無線通信装置１００が基地局装置である場合に、この無線通信装置１００から無線送信されたアプリケーションデータを再生する携帯電話等の通信端末装置に搭載されて使用される。
無線通信装置２００は、アンテナ素子２０１、送信ＲＦ部２０２、ＧＩ除去部２０３、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）部２０４、分割部２０５、チャネル推定部２０６、ＴＦＣＩ復号部２０７、復調部２０８、復号部２０９、チャネル品質情報生成部２１１及び受信ＲＦ部２１２を具備する。
送信ＲＦ部２０２は、無線通信装置１００からの無線信号をアンテナ素子２０１を介して受信し、その受信信号を周波数変換及び増幅した後に、その受信信号をＧＩ除去部２０３に入力する。
ＧＩ除去部２０３は、送信ＲＦ部２０２から入力されてくる受信信号に挿入されているガードインターバルを除去した後に、その受信信号をＦＦＴ部２０４に入力する。
ＦＦＴ部２０４は、ＧＩ除去部２０３から入力されてくる受信信号をパラレル信号に変換し、さらに高速フーリエ変換した後に、そのパラレル信号を分割部２０５に入力する。
分割部２０５は、ＦＦＴ部２０４から入力されてくるパラレル信号を、アプリケーションデータとＭＣＳ情報とパイロット信号とに分割し、そのアプリケーションデータをデインターリーブした後に復調部２０８に入力し、またＭＣＳ情報をデインターリーブした後にＴＦＣＩ復号部２０７に入力し、またパイロット信号をデインターリーブした後にチャネル推定部２０６とチャネル品質情報生成部２１１とにそれぞれ入力する。
チャネル推定部２０６は、分割部２０５から入力されてくるパイロット信号を用いてチャネル推定を行い、算出したチャネル推定値をＴＦＣＩ復号部２０７と復調部２０８とにそれぞれ入力する。
ＴＦＣＩ復号部２０７は、ＭＣＳ決定部１１３の有するＭＣＳの設定テーブルと同一の設定テーブルを備え、分割部２０５から入力されてくるＭＣＳ情報とチャネル推定部２０６から入力されてくるチャネル推定値に基づいて、ＭＣＳ決定部１１３の決定したＭＣＳの符号化率と変調方式とを特定する。そして、特定した符号化率と変調方式とを復調部２０８と復号部２０９とにそれぞれ通知する。
復調部２０８は、分割部２０５から入力されてくるアプリケーションデータを、チャネル推定部２０６から入力されてくるチャネル推定値を参照しつつ、ＴＦＣＩ復号部２０７から通知された変調方式に対応する復調方式で復調し、復調後のアプリケーションデータを復号部２０９に入力する。
復号部２０９は、復調部２０８から入力されてくるアプリケーションデータをＴＦＣＩ復号部２０７から通知される符号化率に対応する復号方式で復号して、復号後のアプリケーションデータを受信データとして図示しない制御部等に入力する。
チャネル品質情報生成部２１１は、分割部２０５から入力されてくるパイロット信号に基づいて伝搬路状態を測定し、その測定結果を示すチャネル品質情報例えば受信ＣＩＲを生成して、そのチャネル品質情報を受信ＲＦ部２１２に入力する。
受信ＲＦ部２１２は、チャネル品質情報生成部２１１から入力されてくるチャネル品質情報を周波数変換した後に増幅等して無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子２０１を介して無線通信装置１００に向けて無線送信する。
次いで、本発明に係る無線通信装置１００の動作について説明する。
図５は、本発明に係る無線通信方法を説明するフロー図である。
先ず、ステップＳＴ３１０では、ＭＣＳ決定部１１３が、チャネル品質情報生成部２１１で生成されたチャネル品質情報に基づいて、伝搬路特性が最も良いＭＣＳを選択する。
続いて、ステップＳＴ３２０では、ＭＣＳ決定部１１３が、ステップＳＴ３１０で選択されたＭＣＳの遅延時間と、遅延時間算出部１１２から通知されるアプリケーションの許容遅延時間と、を比較して、選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間であるか判定する。
続いて、ステップＳＴ３３０では、ＭＣＳ決定部１１３が、ステップＳＴ３２０で選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間であると判定した場合に、その選択ＭＣＳを使用すると決定する。
一方で、ステップＳＴ３４０では、ＭＣＳ決定部１１３が、ステップＳＴ３２０で選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間でないと判定した場合に、その選択ＭＣＳよりも遅延時間の短いＭＣＳを選択し直した後に、再度ステップＳＴ３２０を実行する。
さらに具体的には、例えば、チャネル品質情報生成部２１１で生成されたチャネル品質情報が図２に示す受信ＣＩＲである場合には、先ずステップＳＴ３１０でＭＣＳ決定部１１３がＭＣＳ６を選択する。続いて、ステップＳＴ３２０において、ＭＣＳ決定部１１３が、ＭＣＳ６の符号化率１／８の遅延時間を図１等から算出し、ＭＣＳ６の遅延時間と、アプリケーションデータの許容遅延時間例えば図１におけるＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ １の遅延時間と、を比較する。ここで、ＭＣＳ６の遅延時間≦Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ １の遅延時間であるから、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３３０でＭＣＳ６を使用すると決定する。
一方で、アプリケーションデータの許容遅延時間が図１におけるＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ２の遅延時間である場合には、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３２０でＭＣＳ６の遅延時間≦Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ２の遅延時間でないから、次いでステップＳＴ３４０を実行してＭＣＳ６の次に伝搬路特性の良いＭＣＳ５を再選択する。続いて、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３２０を再度実行することになるが、前記同様にＭＣＳ５の遅延時間≦Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ２の遅延時間でないから、再度ステップＳＴ３４０を実行して、ＭＣＳ５の次に伝搬路特性の良いＭＣＳ４を選択する。続いて、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３２０を実行し、ＭＣＳ４の遅延時間≦Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ２の遅延時間であるから、ステップＳＴ３３０でＭＣＳ４を使用すると決定する。
このように、本実施の形態によれば、ＭＣＳ決定部１１３が、チャネル品質情報生成部２１１で生成されたチャネル品質情報に基づいて、遅延時間がアプリケーションの許容遅延時間以下であるＭＣＳの中で伝搬路特性の最も良いＭＣＳを使用すると決定するため、無線通信装置１００から無線通信装置２００へ無線送信されるアプリケーションデータが高いスループットを要求する場合でも、無線通信装置２００においてそのアプリケーションデータの再生が中断されたり、その再生ができなくなったりすることを防止することができる。
なお、本実施の形態について、以下のように応用したり変形したりしても良い。
本実施の形態では、ＭＣＳ決定部１１３が、選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間でないと判定したときに、その選択ＭＣＳよりも遅延時間の短いＭＣＳを再度選択し直した後に再度ステップＳＴ３２０を実行する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、ステップＳＴ４４０においてその選択ＭＣＳを削除してＭＣＳ決定部１１３の有するＭＣＳの設定テーブルを更新し、続いてステップＳＴ３１０においてその更新後のＭＣＳの設定テーブルを用いてＭＣＳを再度選択するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、無線通信装置２００が伝搬路状態を測定して無線通信装置１００に報告する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば無線通信装置２００がパイロット信号を生成して無線通信装置１００に送信し、無線通信装置１００がそのパイロット信号を用いて伝搬路状態を測定してＭＣＳを決定するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ＯＦＤＭとＬｏｗ Ｒａｔｅ Ｃｏｄｅ ＯＦＤＭの同一Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｒａｔｅの際の許容遅延時間を指標にした選択を示しているが、拡散を使用するＯＦＣＤＭとの間にも同様の概念が使うことができる。
（参考例１）
実施の形態１では、符号化率が異なるＭＣＳでの復号遅延時間に着目したが、符号化方法の選択によっても遅延時間が異なる場合が存在し、ＭＣＳの閾値が異なる場合がある。このことに着目し、受信ＣＩＲのレベルと復号遅延の長さを考慮してＭＣＳを決定することもできる。
例えば、図７のような、Ｌｏｗ Ｒａｔｅ Ｈａｄａｍａｒｄ Ｃｏｄｅの場合、Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｅｎｃｏｄｅｒの数「Ｍ」が多くなれば、図８に示す復号器の構成が複雑になるため、復号時間が増加する。しかし、Ｍが多くなれば符号空間を広げることに寄与するので、ＰＥＲが改善する。符号化率Ｒ＝１／１７としたときの２つの符号化器の構成を図９及び図１０に示す。図９に示す符号化器と図１０に示す符号化器とには、下記「表２」に示すようなトレードオフが存在するため、これを考慮してＭＣＳ及び符号化器の構成を決定する。
Figure 2006049203
（参考例２）
参考例１と同様に、パンクチャリング方法によっても、同じ符号化率でも復号遅延時間とＭＣＳの閾値が異なる場合がある。復号遅延時間を満たすように、受信ＣＩＲに基づいてＭＣＳ及びパンクチャリングパターンを選択する。
例えば、Ｒ＝１／９をＭ＝４，Ｎ＝４の符号化器をパンクチャリングすることによって実現する際に、図１１又は図１２のようなパンクチャリングパターンが存在し、下記「表３」に示すようなトレードオフが存在する。これと要求遅延時間を考慮して、ＭＣＳ及びパンクチャリング方法の選択を行う。
Figure 2006049203
（参考例３）
ＭＩＭＯ受信による遅延が大きい場合には、ＭＩＭＯ受信を行わないようにしてもよい。
なお、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００４年１１月５日出願の特願２００４−３２１８８３に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
本発明に係る無線通信方法等は、無線送信されるアプリケーションデータが高いスループットを要求する場合でも、その再生が中断されたり再生ができなくなったりすることを防止できるという効果を有し、常時高いスループットを必要とする動画等のアプリケーションデータを無線送信する次世代の無線通信方法等として有用である。
本発明は、変調方式と符号化率との組み合わせ（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）を伝搬路状態に応じて決定する無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置に関する。
従来、マルチメディアのアプリケーションを取り扱う無線通信においては、アプリケーション毎に要求される遅延時間や通信品質が異なっている。一方で、他セル干渉を拡散によって白色化するのではなく、符号化率を低くすることによって白色化する無線通信システムでは、低い符号化率の信号を復号するために復号時間が長くなる。例えば、図１に示すように、ＭＣＳにおける符号化率が低くなるに従って、その符号化信号を復号する際の遅延時間が長くなる。
通常、ＭＣＳを使用する無線通信システムにおいては、図２に示すようなＣＩＲ（Committed Information Rate）対ＰＥＲ（Packet Error Rate）の指標に基づいて、この無線通信システムにおけるＰＥＲ特性とその要求ＰＥＲとの比較により、ＰＥＲの閾値が算出され、その閾値に基づいてＭＣＳが決定される（例えば非特許文献１参照）。また、図２に示すＭＣＳ１〜８の設定テーブルを、下記「表１」に例示する。
Figure 2006049203
なお、表１における「Resource Rate」は、すべてのリソースに対する情報ビットの割合（bit/s/Hz）を示す。また、１つのResource Rateに対して、１つのＭＣＳが決定される。
ここで、従来のＭＣＳ決定方法では、例えば無線通信システムにおける受信ＣＩＲが図２に示す態様である場合、即ちＭＣＳ６とＭＣＳ７との間である場合には、Resource Rate が高い方から検索して特性が最も良いＭＣＳ６が選択されることになる。
"Multiplexing and channel coding (FDD)" (Release 5), 3GPP TSG RAN TS 25.212 V5.6.0
しかしながら、従来のＭＣＳ決定方法では、受信ＣＩＲが図２に示す態様である場合において、無線送信されるアプリケーションデータの要求条件がRequirement １であれば、選択されるＭＣＳ６の遅延時間（符号化信号の復調及び復号に要する時間）はRequirement １の要求条件を満たすが、Requirement ２であれば、選択されるＭＣＳ６の遅延時間はRequirement ２の要求条件を満たすことができない、という問題がある。また、このように選択されたＭＣＳの遅延時間がアプリケーションデータの許容遅延時間を越える場合には、アプリケーションデータの再生が中断されたりその再生ができなくなったりする問題がある。
本発明の目的は、高いスループットを要求するアプリケーションデータが無線送信される場合でも、その再生が中断されたり再生ができなくなったりすることのない無線通信方法等を提供することである。
本発明に係る無線通信方法は、アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態を測定する測定ステップと、測定された伝搬路状態に基づいて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定ステップと、決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化ステップと、決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調ステップと、変調されたアプリケーションデータを無線送信する送信ステップと、
を具備するようにした。
本発明に係る無線通信システムは、アプリケーションデータを含む第１無線信号を受信する第１受信手段と、受信した第１無線信号に基づいて伝搬路状態を測定する測定手段と、伝搬路状態の測定結果を無線送信する第１送信手段と、を有する第１無線通信装置と、前記伝搬路状態の測定結果を受信する第２受信手段と、前記伝搬路状態の測定結果に基づいて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定手段と、決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化手段と、決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調手段と、変調されたアプリケーションデータを無線送信する第２送信手段と、を有する第２無線通信装置と、を具備する構成を採る。
本発明に係る無線通信装置は、アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態に応じて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定手段と、決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化手段と、決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調手段と、変調されたアプリケーションデータを無線送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態に基づいて、そのアプリケーションデータの復調及び復号に要する時間即ち遅延時間がそのアプリケーションデータの許容遅延時間以下となるＭＣＳを決定するため、そのアプリケーションデータが高いスループットを要求する場合でも、その再生が中断されたり再生ができなくなったりすることを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しつつ詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１００の主要な構成を示すブロック図である。無線通信装置１００は、アプリケーションデータを通信端末装置に送信する基地局装置等に搭載されて使用される。
無線通信装置１００は、符号化部１０１、変調部１０２、ＴＦＣＩ（Transport Format Combination Indicator）部１０３、パイロット生成部１０４、割当部１０５、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）部１０６、ＧＩ（Guard Interval）部１０７、送信ＲＦ（Radio Frequency）部１０８、アンテナ素子１０９、受信ＲＦ部１１１、遅延時間算出部１１２及びＭＣＳ決定部１１３を具備する。
符号化部１０１は、アプリケーションデータである送信データを後述するＭＣＳ決定部１１３から通知される符号化率で符号化し、符号化後の送信データを変調部１０２に入力する。
変調部１０２は、符号化部１０１から入力されてくる送信データをＭＣＳ決定部１１３から通知される変調方式で変調し、変調後の送信データを割当部１０５に入力する。
ＴＦＣＩ部１０３は、ＭＣＳ決定部１１３から通知された符号化率と変調方式との内容を示すＭＣＳ情報を生成し、生成したＭＣＳ情報を割当部１０５に入力する。
パイロット生成部１０４は、周期的にパイロット信号を生成し、生成したパイロット信号を割当部１０５に入力する。
割当部１０５は、公知のインタリーバ等を含んで構成され、変調部１０２から入力されてくる送信データと、ＴＦＣＩ部１０３から入力されてくるＭＣＳ情報と、パイロット生成部１０４から入力されてくるパイロット信号と、をそれぞれパラレル信号に変換し、それらのパラレル信号をインターリーブした後に多重して、多重後のパラレル信号をＩＦＦＴ部１０６に入力する。
ＩＦＦＴ部１０６は、割当部１０５から入力されてくるパラレル信号を逆高速フーリエ変換してＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を生成し、生成したＯＦＤＭ信号をＧＩ部１０７に入力する。
ＧＩ部１０７は、ＩＦＦＴ部１０６から入力されてくるＯＦＤＭ信号にガードインターバルを挿入し、ガードインターバル挿入後のＯＦＤＭ信号を送信ＲＦ部１０８に入力する。
送信ＲＦ部１０８は、ＧＩ部１０７から入力されてくるＯＦＤＭ信号を周波数変換した後に増幅して無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子１０９を介して後述する無線通信装置２００に向けて無線送信する。
受信ＲＦ部１１１は、無線通信装置２００からの無線信号をアンテナ素子１０９を介して受信し、その受信信号を周波数変換及び増幅した後に、その受信信号に含まれる無線通信装置２００によって測定された伝搬路状態を示すチャネル品質情報を抽出して、抽出したチャネル品質情報をＭＣＳ決定部１１３に入力する。
遅延時間算出部１１２は、送信データ即ちアプリケーションデータの種類を判定し、そのアプリケーションデータの許容遅延時間を算出し、算出したアプリケーションデータの許容遅延時間をＭＣＳ決定部１１３に通知する。
ＭＣＳ決定部１１３は、例えば表１に示すＭＣＳの設定テーブルを有し、受信ＲＦ部１１１から入力されてくるチャネル品質情報に基づいて伝搬路特性の最も良いＭＣＳを選択し、選択したＭＣＳの遅延時間と遅延時間算出部１１２から通知されるアプリケーションデータの許容遅延時間とを比較して、その遅延時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となるＭＣＳを決定する。そして、ＭＣＳ決定部１１３は、決定したＭＣＳにおける符号化率と変調方式とを、符号化部１０１と変調部１０２とＴＦＣＩ部１０３とにそれぞれ通知する。なお、ＭＣＳ決定部１１３におけるＭＣＳ決定方法については、後に詳述する。
図４は、本実施の形態における無線通信装置２００の主要な構成を示すブロック図である。無線通信装置２００は、無線通信装置１００が基地局装置である場合に、この無線通信装置１００から無線送信されたアプリケーションデータを再生する携帯電話等の通信端末装置に搭載されて使用される。
無線通信装置２００は、アンテナ素子２０１、送信ＲＦ部２０２、ＧＩ除去部２０３、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部２０４、分割部２０５、チャネル推定部２０６、ＴＦＣＩ復号部２０７、復調部２０８、復号部２０９、チャネル品質情報生成部２１１及び受信ＲＦ部２１２を具備する。
送信ＲＦ部２０２は、無線通信装置１００からの無線信号をアンテナ素子２０１を介して受信し、その受信信号を周波数変換及び増幅した後に、その受信信号をＧＩ除去部２０３に入力する。
ＧＩ除去部２０３は、送信ＲＦ部２０２から入力されてくる受信信号に挿入されているガードインターバルを除去した後に、その受信信号をＦＦＴ部２０４に入力する。
ＦＦＴ部２０４は、ＧＩ除去部２０３から入力されてくる受信信号をパラレル信号に変換し、さらに高速フーリエ変換した後に、そのパラレル信号を分割部２０５に入力する。
分割部２０５は、ＦＦＴ部２０４から入力されてくるパラレル信号を、アプリケーションデータとＭＣＳ情報とパイロット信号とに分割し、そのアプリケーションデータをデインターリーブした後に復調部２０８に入力し、またＭＣＳ情報をデインターリーブした後にＴＦＣＩ復号部２０７に入力し、またパイロット信号をデインターリーブした後にチャネル推定部２０６とチャネル品質情報生成部２１１とにそれぞれ入力する。
チャネル推定部２０６は、分割部２０５から入力されてくるパイロット信号を用いてチャネル推定を行い、算出したチャネル推定値をＴＦＣＩ復号部２０７と復調部２０８とにそれぞれ入力する。
ＴＦＣＩ復号部２０７は、ＭＣＳ決定部１１３の有するＭＣＳの設定テーブルと同一の設定テーブルを備え、分割部２０５から入力されてくるＭＣＳ情報とチャネル推定部２０６から入力されてくるチャネル推定値に基づいて、ＭＣＳ決定部１１３の決定したＭＣＳの符号化率と変調方式とを特定する。そして、特定した符号化率と変調方式とを復調部２０８と復号部２０９とにそれぞれ通知する。
復調部２０８は、分割部２０５から入力されてくるアプリケーションデータを、チャネル推定部２０６から入力されてくるチャネル推定値を参照しつつ、ＴＦＣＩ復号部２０７から通知された変調方式に対応する復調方式で復調し、復調後のアプリケーションデータを復号部２０９に入力する。
復号部２０９は、復調部２０８から入力されてくるアプリケーションデータをＴＦＣＩ復号部２０７から通知される符号化率に対応する復号方式で復号して、復号後のアプリケーションデータを受信データとして図示しない制御部等に入力する。
チャネル品質情報生成部２１１は、分割部２０５から入力されてくるパイロット信号に基づいて伝搬路状態を測定し、その測定結果を示すチャネル品質情報例えば受信ＣＩＲを生成して、そのチャネル品質情報を受信ＲＦ部２１２に入力する。
受信ＲＦ部２１２は、チャネル品質情報生成部２１１から入力されてくるチャネル品質情報を周波数変換した後に増幅等して無線信号を生成し、生成した無線信号をアンテナ素子２０１を介して無線通信装置１００に向けて無線送信する。
次いで、本発明に係る無線通信装置１００の動作について説明する。
図５は、本発明に係る無線通信方法を説明するフロー図である。
先ず、ステップＳＴ３１０では、ＭＣＳ決定部１１３が、チャネル品質情報生成部２１１で生成されたチャネル品質情報に基づいて、伝搬路特性が最も良いＭＣＳを選択する。
続いて、ステップＳＴ３２０では、ＭＣＳ決定部１１３が、ステップＳＴ３１０で選択されたＭＣＳの遅延時間と、遅延時間算出部１１２から通知されるアプリケーションの許容遅延時間と、を比較して、選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間であるか判定する。
続いて、ステップＳＴ３３０では、ＭＣＳ決定部１１３が、ステップＳＴ３２０で選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間であると判定した場合に、その選択ＭＣＳを使用すると決定する。
一方で、ステップＳＴ３４０では、ＭＣＳ決定部１１３が、ステップＳＴ３２０で選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間でないと判定した場合に、その選択ＭＣＳよりも遅延時間の短いＭＣＳを選択し直した後に、再度ステップＳＴ３２０を実行する。
さらに具体的には、例えば、チャネル品質情報生成部２１１で生成されたチャネル品質情報が図２に示す受信ＣＩＲである場合には、先ずステップＳＴ３１０でＭＣＳ決定部１１３がＭＣＳ６を選択する。続いて、ステップＳＴ３２０において、ＭＣＳ決定部１１３が、ＭＣＳ６の符号化率１／８の遅延時間を図１等から算出し、ＭＣＳ６の遅延時間と、アプリケーションデータの許容遅延時間例えば図１におけるRequirement １の遅延時間と、を比較する。ここで、ＭＣＳ６の遅延時間≦Requirement １の遅延時間であるから、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３３０でＭＣＳ６を使用すると決定する。
一方で、アプリケーションデータの許容遅延時間が図１におけるRequirement ２の遅延時間である場合には、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３２０でＭＣＳ６の遅延時間≦Requirement ２の遅延時間でないから、次いでステップＳＴ３４０を実行してＭＣＳ６の次に伝搬路特性の良いＭＣＳ５を再選択する。続いて、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３２０を再度実行することになるが、前記同様にＭＣＳ５の遅延時間≦Requirement ２の遅延時間でないから、再度ステップＳＴ３４０を実行して、ＭＣＳ５の次に伝搬路特性の良いＭＣＳ４を選択する。続いて、ＭＣＳ決定部１１３は、ステップＳＴ３２０を実行し、ＭＣＳ４の遅延時間≦Requirement ２の遅延時間であるから、ステップＳＴ３３０でＭＣＳ４を使用すると決定する。
このように、本実施の形態によれば、ＭＣＳ決定部１１３が、チャネル品質情報生成部２１１で生成されたチャネル品質情報に基づいて、遅延時間がアプリケーションの許容遅延時間以下であるＭＣＳの中で伝搬路特性の最も良いＭＣＳを使用すると決定するため、無線通信装置１００から無線通信装置２００へ無線送信されるアプリケーションデータが高いスループットを要求する場合でも、無線通信装置２００においてそのアプリケーションデータの再生が中断されたり、その再生ができなくなったりすることを防止することができる。
なお、本実施の形態について、以下のように応用したり変形したりしても良い。
本実施の形態では、ＭＣＳ決定部１１３が、選択ＭＣＳの遅延時間≦アプリケーションの許容遅延時間でないと判定したときに、その選択ＭＣＳよりも遅延時間の短いＭＣＳを再度選択し直した後に再度ステップＳＴ３２０を実行する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、ステップＳＴ４４０においてその選択ＭＣＳを削除してＭＣＳ決定部１１３の有するＭＣＳの設定テーブルを更新し、続いてステップＳＴ３１０においてその更新後のＭＣＳの設定テーブルを用いてＭＣＳを再度選択するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、無線通信装置２００が伝搬路状態を測定して無線通信装置１００に報告する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば無線通信装置２００がパイロット信号を生成して無線通信装置１００に送信し、無線通信装置１００がそのパイロット信号を用いて伝搬路状態を測定してＭＣＳを決定するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、Repetition ＯＦＤＭとLow Rate Code ＯＦＤＭの同一 Resource rateの際の許容遅延時間を指標にした選択を示しているが、拡散を使用するＯＦＣＤＭとの間にも同様の概念が使うことができる。
(参考例１)
実施の形態１では、符号化率が異なるＭＣＳでの復号遅延時間に着目したが、符号化方法の選択によっても遅延時間が異なる場合が存在し、ＭＣＳの閾値が異なる場合がある。このことに着目し、受信ＣＩＲのレベルと復号遅延の長さを考慮してＭＣＳを決定することもできる。
例えば、図７のような、Low Rate HadamardCodeの場合、Convolutional Encoder の数「Ｍ」が多くなれば、図８に示す復号器の構成が複雑になるため、復号時間が増加する。しかし、Ｍが多くなれば符号空間を広げることに寄与するので、ＰＥＲが改善する。符号化率Ｒ＝１／１７としたときの２つの符号化器の構成を図９及び図１０に示す。図９に示す符号化器と図１０に示す符号化器とには、下記「表２」に示すようなトレードオフが存在するため、これを考慮してＭＣＳ及び符号化器の構成を決定する。
Figure 2006049203
（参考例２）
参考例１と同様に、パンクチャリング方法によっても、同じ符号化率でも復号遅延時間とＭＣＳの閾値が異なる場合がある。復号遅延時間を満たすように、受信ＣＩＲに基づいてＭＣＳ及びパンクチャリングパターンを選択する。
例えば、Ｒ＝１／９をＭ＝４，Ｎ＝４の符号化器をパンクチャリングすることによって実現する際に、図１１又は図１２のようなパンクチャリングパターンが存在し、下記「表３」に示すようなトレードオフが存在する。これと要求遅延時間を考慮して、ＭＣＳ及びパンクチャリング方法の選択を行う。
Figure 2006049203
(参考例３)
ＭＩＭＯ受信による遅延が大きい場合には、ＭＩＭＯ受信を行わないようにしてもよい。
なお、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本明細書は、２００４年１１月５日出願の特願２００４−３２１８８３に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
本発明に係る無線通信方法等は、無線送信されるアプリケーションデータが高いスループットを要求する場合でも、その再生が中断されたり再生ができなくなったりすることを防止できるという効果を有し、常時高いスループットを必要とする動画等のアプリケーションデータを無線送信する次世代の無線通信方法等として有用である。
ＭＣＳにおける符号化率と遅延時間との相関の一例を示す図 ＭＣＳ毎のＣＩＲ対ＰＥＲの指標の一例を示す図 実施の形態１における無線通信装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１における無線通信装置の主要な構成を示すブロック図 実施の形態１における無線通信装置の動作を説明するフロー図 実施の形態１における無線通信装置の動作の変形例を説明するフロー図 参考例１における符号化器の構成を示すブロック図 参考例１における復号器の構成を示すブロック図 参考例１における符号化器の構成を示すブロック図 参考例１における符号化器の構成を示すブロック図 参考例２における符号化器の構成を示すブロック図 参考例２における符号化器の構成を示すブロック図

Claims (3)

  1. アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態を測定する測定ステップと、
    測定された伝搬路状態に基づいて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定ステップと、
    決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化ステップと、
    決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調ステップと、
    変調されたアプリケーションデータを無線送信する送信ステップと、を具備する無線通信方法。
  2. アプリケーションデータを含む第１無線信号を受信する第１受信手段と、
    受信した第１無線信号に基づいて伝搬路状態を測定する測定手段と、
    伝搬路状態の測定結果を無線送信する第１送信手段と、を有する第１無線通信装置と、
    前記伝搬路状態の測定結果を受信する第２受信手段と、
    前記伝搬路状態の測定結果に基づいて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定手段と、
    決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化手段と、
    決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調手段と、
    変調されたアプリケーションデータを無線送信する第２送信手段と、を有する第２無線通信装置と、を具備する無線通信システム。
  3. アプリケーションデータを無線送信する伝搬路の状態に応じて、復調及び復号に要する時間がアプリケーションデータの許容遅延時間以下となる符号化率と変調方式との組み合わせを決定する決定手段と、
    決定された符号化率でアプリケーションデータを符号化する符号化手段と、
    決定された変調方式で符号化されたアプリケーションデータを変調する変調手段と、
    変調されたアプリケーションデータを無線送信する送信手段と、を具備する無線通信装置。
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