JPWO2006070465A1 - 再送制御装置 - Google Patents

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Abstract

複数のアンテナを使って通信をするシステムにおいて、アンテナ１からは、スロット１と２、アンテナ２からはスロット３と４がフレームに構成されて送信されるとする。受信側では、スロット毎に誤りの有無を検査する。今、スロット１と４に誤りがあるとすると、受信側から送信側に向けて、スロット１と４に誤りがある旨の情報が通知される。送信側は、２スロットからなるフレームに、スロット１と４を埋め込み、アンテナ１と２からそれぞれスロット１と４を再送する。誤りの生じていないスロット部分に誤りのあったスロットを埋め込んで受信側に再送するので、再送フレーム中のスロットに無駄がなく、効率的な再送処理が行える。

Description

本発明は、複数のアンテナを用いて送受信する伝送方式や、複数の周波数キャリアを用いて信号を伝送するマルチキャリア伝送を用いた無線通信システムの再送制御に関する。
高速大容量通信を念頭においた現在の無線通信では、誤り補償技術が必須となっている。重要な誤り補償技術として、自動再送制御方式(ARQ:Automatic Repeat reQuest)がある。これは受信したパケットに誤りがなければ送信側にACK信号を返し、次のパケットの送信を要求するが、誤りがあると判明した場合、NACK(Not-ACKnowledge)信号を返してそのパケットの再送を要求する方式である。
このARQの一種にHARQ(Hybrid-ARQ)がある。HARQの制御方式の原理を図１に示す。ここではパケット情報を、複数のデータ系列から成るフレーム単位により構成されたものとする。HARQではフレームの最後尾に付加したCRC(Cyclic Rebundancy Check)等の誤り検出符号を用いて、フレーム毎に誤り検出を行う。誤りが検出されれば、送信側にNACK信号を返し、そのフレーム全体の再送を要求する。HARQでは再送されたフレームの受信結果と初回に送信されたフレームの受信結果を合成する。これにより、初回フレームの軟判定情報を利用し、受信特性をさらに改善することが可能となる。
HARQをはじめとする従来の再送制御方式では、誤りの検出したフレームをそのまま再送するため、誤りの生じていないシンボルまで重複して再送することになり、効率が悪く伝送効率が低下する。
この問題を解決するものとして、特許文献１の技術がある。これについて図２を用いて説明する。フレームデータは複数の時間方向のスロット単位に分割され送信される。受信側ではスロット毎にCRC等の誤り検出符号を用いて誤り検出を行い、誤りの生じるスロットのみの再送を行う。図２において○で示されているのが誤りの生じていないスロット、×で示されているのが誤りの発生したスロットである。誤っていないスロットの再送は行わないため、フレーム単位で再送する場合と、スロットに空きが生じる。この空きスロットに誤りの生じたスロットをコピーし、再送を行うのが特許文献１の方式の特徴である。誤りの生じたスロットのみを再送要求するため、効率的である。また再送するスロットをコピーするため、正しく復号される確率が高まるというメリットがある。
大容量高速通信を実現する手段として注目を集めている方式にMIMO(Multi Input Multi Output)伝送や、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)に代表されるマルチキャリア伝送がある。MIMOは複数の送受信アンテナを用いて通信を行う方式である。各受信アンテナでは複数の信号が混信された状態で受かるが、それぞれの送受信アンテナ間で独立な伝搬路が存在することを利用して、高度な信号処理を行うことにより各信号を分離することが可能である。この結果、送信アンテナ数分のデータを送ることが可能となる。またマルチキャリア伝送は、多数のキャリアにデータを割り当てて送信を行うことにより、伝送するデータ量を増大させる方式である。
従来の再送制御方式をMIMOやマルチキャリア伝送に適用した場合を考える。MIMO方式ではアンテナを複数用いるため、アンテナ毎に伝搬路特性が異なる。フェージングの時間的変動が遅い場合、フェージングの落ち込みを受けた伝搬路においては、再送の前後でフェージング特性がほとんど変わらない。このため再送を行っても同様にフェージングの落ち込みの影響を受けて誤りを起こし、逆に伝送効率の低下を招く結果に終わることが多い。さらには余分なフレーム、スロットを再送することにより、ユーザ間干渉も増大し、受信特性劣化の原因となる。またマルチキャリア通信においても、複数のキャリアを用いるため、MIMOと同様に特定のキャリアにおけるフェージングの悪影響を時間ダイバーシチだけでは補償できない可能性が生じる。
HARQを送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合の送信側、受信側の構成をそれぞれ図３、図４に示す。図中の送信部、受信部はそれぞれ図５、図６のような構成である。送信データはＳ／Ｐ変換部１でシリアルデータからパラレルデータに変換され、再送バッファ１、２に送られる。再送バッファ１、２から出力された送信データは、送信部２、３で変調され、アンテナTx1, Tx2から送信され、MIMOチャネルを経由し、受信側のアンテナRx1、Rx2で受信される。受信側では、受信部５、６が復調を行い、信号分離部７において、各信号が混在した状態からチャネル分離処理を行った後、復号処理部８で復号処理を行う。この際、誤り検出部９で、フレーム毎に誤り検出を行い、誤りが検出されない場合はACK信号をアンテナTx0からRx0に送る。送信側では、受信側からのACK信号を受けると、次のフレームを送出する。誤りが検出された場合は、フレーム単位でNACK信号を送信側に返すと同時に受信側では、誤りの発生したフレームのチャネル分離後の信号を再送バッファ１０に蓄えておく。送信側はNACK信号を受信すると、信号を制御信号復号部１１で復号し、再送制御部１２に渡す。NACK信号には、どのフレームが誤ったかの情報が含まれるので、これから、受信側で誤りを生じたフレームを特定し、再送バッファ１、２から読み出して、そのフレーム全体を再送する。また制御情報として、アンテナTx3からRx3を経由して、各アンテナで送信された再送データについての情報を受信側に送る。受信側では、再送バッファ１０に蓄積した信号と再送されてきた受信信号を再送合成部１４においてチェイスコンバイニング等の技術を用いて合成する。これにより時間ダイバーシチ効果を利用して、フェージングの落ち込みによる信号誤りの影響を低減する。
送信側の送信部２，３においては、図５に示すように、パイロット系列の信号かデータ系列の信号をオーバサンプル部１５でオーバサンプリングし、Ｄ／Ａ変換部１６でデジタル信号である送信信号をアナログ信号に変換し、直交変調部１７で直交変調する。更に、周波数変換部１８で周波数変換し、バンドパスフィルタ１９で帯域を絞って送信アンテナに送る。受信側の受信部５、６では、図６に示すように、受信アンテナで受信された信号をバンドパスフィルタ２０に通し、周波数変換部２１で周波数変換し、直交検波部２２で直交検波し、Ａ／Ｄ変換部２３でアナログ信号をデジタル信号に変換する。
なお、図３及び図４において、アンテナTx0,Tx3,Rx0,Rx3がアンテナTx1,Tx2,Rx1,Rx2と異なるアンテナとして描かれているが、これらは同じアンテナであるのが通常であり、記載の都合上別アンテナとして描いているものである。以下の説明においても同様である。
具体的なフレーム再送の様子を図7に示す。送信側はNACK信号を受け取ると、アンテナ毎に誤りの生じた同じフレームをそのまま再送する。
HARQでは誤りの検出されたフレーム全体の再送を初回送信時と同じアンテナで行う。そのためフェージングの変動が遅く、ある送信アンテナから受信アンテナへの伝搬路においてフェージングの落ち込みの影響を受ける場合には、時間が経っても伝搬路特性は好転せず、同じ送信アンテナを用いる以上、何度も再送を繰り返すことになる。この結果伝送効率は低下してしまう。
この課題に対し、再送時に初回送信時に使用したアンテナとは違うアンテナを用いる方式がある(特許文献２)。図８に原理を示す。再送時にアンテナ1とアンテナ2で初回に送信したデータを入れ替えて送信している。これにより時間ダイバーシチだけではなく、空間ダイバーシチ効果も得られ、再送効果を引き出すことができる。しかしこの方式は再送時にフレーム全体を送るため、余分なスロットを再送することになり、スループットが低下する。
このためMIMO伝送方式、マルチキャリア伝送においてフレーム全体を再送することによる無駄をなくし、かつ様々なダイバーシチ効果を引き出すことによりフェージング耐性を強化した再送制御方式が求められている。
特開平６−２０４９８８号公報 特開２００４−１３５３０４号公報
本発明の課題は、誤りを生じたスロットを含むフレーム全体を再送する必要をなくし、さまざまなダイバーシチ効果を引き出すことのできる再送制御装置を提供することである。
本発明の再送制御装置は、複数のアンテナあるいは複数のサブキャリアを用いた伝送システムの再送制御装置であって、受信側から得た、誤りの生じた、あるいは、誤りの生じた可能性の高い送信データ中のスロットに関する情報に基づいて、再送すべきスロットのみを、再送するためのフレーム内の再送すべきスロット部分のみならず、再送不要なスロットにも埋め込んで、再送用フレームを構成する再送フレーム生成手段と、該再送用フレームを受信側に送信する送信手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、再送する場合に、誤りを生じていないスロットを再送しないので、無駄な伝送を行うことがなく、また、さまざまなダイバーシチ効果を引き出せるので、フェージングにも耐性のある信号の再送を行うことが出来る。
HARQの制御方式の原理を示す図である。 従来の技術を説明する図である。 HARQを送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合の送信側の構成を示す図である。 HARQを送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合の受信側の構成を示す図である。 図３、４の送信部の構成を示す図である。 図３、４の受信部の構成を示す図である。 従来技術のフレーム再送の様子を示す図である。 従来の、再送時に初回送信時に使用したアンテナとは違うアンテナを用いる方式の原理図である。 本発明の実施形態の原理図である。 第１の実施形態の送信側の構成例を示す図である。 第１の実施形態の受信側の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その１）である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その２）である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その３）である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その４）である。 本発明の第２の実施形態を説明する図である。 第２の実施形態の再送制御部の処理フローである。 本発明の第３の実施形態を説明する図である。 第３の実施形態の再送制御部の処理フローである。 再送送信電力制御を行う場合の再送制御部の処理フローである。 スロット割り当て再送制御部のブロック構成図である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その１）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その２）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その３）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その４）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その５）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その１）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その２）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その３）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その４）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その５）である。
本発明の実施形態の原理について図９を用いて説明する。
本発明の実施形態では受信側において、誤りの起こった、あるいは誤りの起こりそうなスロットを検出する。具体的にはスロット毎に、CRCを付加したり、伝搬路情報を収集し比較することにより行う。そして誤りの起こった、あるいは誤りの起こりそうなスロットの再送のみを要求する。図９では×と書かれているスロットが誤りの起こった、あるいは、誤りの起こりそうなスロットに当たる。図中、フェージングとして描かれている曲線は、曲線が低い部分はフェージングの影響が大きく、誤りを生じ易い状態を示し、高い部分はフェージングの状態が良好で、誤りを生じにくい状態を示している。受信側は送信側にNACKを返す際、再送スロット情報も付加し、再送を要求する。送信側では受信側から送られた再送スロット情報を用いて、各アンテナ・周波数に対して、初送のときと異なるアンテナや周波数を用いて再送スロットを再送することも考慮して再送スロット割当て情報を作成する。この情報を基に送信側は再送信号を送出する。受信側では元の情報と再送された情報を合成することにより、受信のS/N比を向上することができる。
本発明の実施形態では、伝搬路情報として信号対干渉雑音電力比(SIR)を用いる。受信信号のSIRはフェージングの影響を受けて変動するため、この挙動を調べることで、伝搬路特性を把握することができる。SIRを測定する方法としては、一般的にはパイロット系列を用いる。データ系列のヘッダとしてパイロット系列を付加し、パイロット信号電力の分散を計算することで、SIRを算出できる。本発明の実施形態では、各スロットの先頭にパイロット系列を挿入することにより、スロット毎のSIRを求める。なお、本発明の実施形態としてはSIRを用いた場合について記述しているが、CRCを用いた場合も同様に考えることが可能である。
本発明の実施形態では、誤りの生じた、あるいは、生じる可能性の高いスロットのみの再送を要求するため、効率的である。また、時間方向のみならず周波数方向、もしくは、アンテナ方向に分割したスロット単位で再送を行うので、これら各方向におけるダイバーシチ効果の獲得が容易であり、再送の効果を充分に引き出すことができる。また再送時のスロットの分配方法によっては、使用する送信アンテナの個数を一時的に減らせるため、送信電力を低減できるとともに、受信アンテナにおける送信信号の多重数を減らし、誤り率特性を向上することが可能となる。またマルチキャリア伝送に適用した場合においても、MIMO伝送のアンテナをキャリアと見立てれば、使用するキャリアの数を一時的に削減することにより、送信電力を低減することが可能となる。
第１の実施形態の送信側、受信側の構成例を図１０、図１１に示す。図１０、図１１において、図３、図４と同じ構成要素には、同様の参照番号を付し、説明を省略する。
この例も従来構成と同じく、送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合である。送信部、受信部はそれぞれ図５、図６のような構成を考える。MIMOチャネルを経た送信データはアンテナRx1、Rx2で受信される。受信側でチャネル分離処理を施した後、復調処理を行う。この際、スロット情報収集部２６で、スロット毎にSIRを測定する。この測定値を、予め定めたしきい値と比較する等して伝搬路状態の劣悪なスロットを決定する。なお、CRCを用いる場合は、SIR情報を用いずに復号処理部8において、CRCでエラーが検出されたスロットを劣悪スロットと決定する。この劣悪スロット情報を基に空きスロット情報も作成した後、再送スロット情報を決定する。また再送時の電力もこの段階で決定する。伝搬路の状態が特に劣悪な場合には再送スロットの送信電力を上げたり、あるいは、空きスロットが多く存在する場合には同じ再送スロットを複数配置し、低い電力で再送することも可能である。この再送スロット情報を、送信部１３ｂ、アンテナTx0とRx0を用いてACK/NACK信号とともに送信側に送り返すと同時に受信側では、誤りの発生したフレームのチャネル分離後の受信信号を再送バッファ１０に蓄えておく。送信側では、再送スロット情報を受信部５ａで受信し、制御信号復号部１１で復号し、スロット割り当て再送制御部２５において、受信側から送られて来た再送スロット情報に基づき、異なるアンテナ間も含めて、各フレームの空きスロットにどのようなパターンで再送スロットを配置するかを決定した後、各アンテナより再送スロットを送出する。また制御情報として、アンテナTx3からRx3を経由して、各アンテナで送信された再送データについての情報を受信部に送る。受信側では、受信部５ｂで受信され、制御信号復号部１１ａで復号された再送データの情報を用いて、再送バッファ１０に蓄積しておいたデータと再送時の受信信号を再送合成する。誤りの生じたスロットのみ合成するため効率的である。さらに時間ダイバーシチ効果の得られにくい変動の遅い伝搬環境においても、アンテナもしくはキャリアを変えて再送することによってダイバーシチ利得を獲得でき、伝搬路特性の劣化を防ぐことが可能となる。
再送スロットパターンの決定の基準としては様々な方法があるが、再送スロットの中でも伝搬路状態の劣悪なものから優先して空きスロットに割り当てる方法や、アンテナ、サブキャリアといった送信に使用するリソースを削減する方向で割り当てる方式が考えられる。
図９に1フレームが2スロットから構成される場合の1例が示されている。ここではアンテナ1の空きスロットに初めはアンテナ2から送信されたスロット4を、アンテナ2の空きスロットにはスロット1を挿入し再送している。時間方向だけでなく、異なるアンテナ間を跨いでデータを分配することにより、ダイバーシチ効果が期待できる。なお、本実施例は、MIMOの複数送信アンテナを、それぞれ複数の周波数に置き換えることにより、マルチキャリア伝送においても同様に適用することができる。
図１２〜図１５は、本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フローである。
図１２は、第１の実施形態の基本フローである。
まず、ステップＳ１０において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートする。ステップＳ１１において、ソートしたスロットのＳＩＲが閾値より大きいか否かを判断する。ステップＳ１１の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ１２において、情報の再送が不要なスロット（再送不要スロット）を決定し、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ１３において、情報の再送が必要なスロット（再送スロット）を決定し、ステップＳ１４において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５においては、再送スロットを順番に、フレーム中の全スロット中、ＳＩＲの高いスロットから割り当てる。ステップＳ１６において、再送スロットを再送するためのフレームの中に割り当てたか否か否かを判断する。ステップＳ１６の判断がＮｏの場合には、ステップＳ１５に戻る。ステップＳ１６の判断がＹｅｓの場合には、処理を終了する。
図１３は、図１２の変形例で、再送スロットで再送フレームを全て埋め尽くす処理のフローである。図１３において、図１２と同じステップには同じステップ番号を付し、説明を省略する。図１３で図１２と異なる部分は、ステップＳ１８である。ステップＳ１５で順次再送スロットがフレームに埋め込まれるが、ステップＳ１８の判断では、フレーム中の再送不要スロットにも再送スロットを埋め込み、フレーム全体が再送スロットで埋まるまで、埋め込み処理を繰り返す。そして、フレームが埋まると、再送制御部の処理を終了する。
図１４は、図１２の変形例で、再送スロットを再送不要スロットにもコピーして割り当てる処理のフローである。しかし、この場合には、フレーム全体を再送スロットで埋め尽くす必要はない。図１４において、図１２、図１３と同じステップには同じステップ番号を付して、説明を省略する。図１４においては、ステップＳ１９に示されるように、再送不要スロットについて、ＳＩＲの高い順に再送不要スロットをソートする。そして、ステップＳ２０において、再送フレームに埋め込むべき再送スロットをコピーして、再送不要スロットに埋め込む。例えば、再送スロットを１つコピーして、再送フレームに、再送スロットを２つずつ埋め込んで送信するようにすることが考えられる。
図１５は、図１２の変形例で、再送スロットを再送不要スロットにもコピーして割り当て、再送フレーム全体を埋め尽くして送信する処理のフローである。図１５において、図１２〜図１４と同じステップには、同じステップ番号を付して説明を省略する。図１５の処理は、図１３と図１４を組み合わせたものであり、ステップＳ１９において、ＳＩＲの高い順に再送不要スロットをソートし、ステップＳ２０で再送スロットを順番に再送不要スロットにも割り当てる。そして、ステップＳ１８で、再送フレームの再送不要スロットに空きが無いか確かめ、すべてのスロットが埋まったら、再送制御部の処理を終了する。
第２の実施形態を図１６に示す。この例では第１の実施形態とスロットの再送パターンが異なる。すなわちアンテナ1の空きスロットに、最初はアンテナ2で送信されたスロット4を割り当て、アンテナ2は再送に使用していない。これにより送信アンテナ数を一時的に削減可能となり、受信ダイバーシチ効果が大きくなるというメリットがある。また送信電力の削減も可能となる。なお、本実施形態は、MIMOの複数送信アンテナを、それぞれ複数の周波数に置き換えることにより、マルチキャリア伝送においても同様に適用することができる。
図１７は、第２の実施形態の再送制御部の処理フローである。
まず、ステップＳ２５において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートする。ステップＳ２６において、ＳＩＲが閾値より小さいスロットを情報の再送が必要なスロット（再送スロット）として決定する。ステップＳ２７において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ２８において、アンテナ毎に再送スロットの個数を集計する。ステップＳ２９において、再送スロット数に基づき再送に使用するアンテナを決定し、ステップＳ３０において、使用アンテナの全スロットをＳＩＲの高い順にソートする。ステップＳ３１において、再送スロットを順番に、使用アンテナのスロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当てる。ステップＳ３２で、再送スロットを全て割り当てたか否かを判断する。ステップＳ３２の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３１に戻る。ステップＳ３２の判断がＹｅｓの場合には、再送制御部の処理を終了する。
第３の実施形態を図１８に示す。ここでは送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムで、1フレームが4スロットで構成されるとする。この例では、アンテナ1の伝搬路特性が悪く、スロット2、3、4の再送が必要である。この場合、アンテナ1の空きスロットも伝搬路特性があまり良好でなく、実際にはスロット1において誤りが生じている可能性がある。そこでアンテナ1の空きスロットは使用しないで、アンテナ1に関してはフレーム全体の再送を行う。またアンテナ2に関しては、部分再送を行うが、アンテナ1の空きスロットには割り当てず、アンテナ2の空きスロットのみを用いることにする。これにより、アンテナ1のスロット1の品質を保証するとともに、アンテナ2ではより伝搬路特性の良いスロットのみを用いた部分再送を行うことが可能である。フレーム全体の再送を行う基準としては、再送の必要なスロットの数が、フレームに含まれるスロットの過半数以上である場合とすることが考えられる。
図１９は、第３の実施形態の再送制御部の処理フローである。
まず、ステップＳ３５において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートし、ステップＳ３６において、ＳＩＲが閾値より小さいスロットを情報の再送が必要なスロット（再送スロット）として決定する。ステップＳ３７において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ３８において、アンテナ毎に再送スロットの個数を集計する。ステップＳ３９において、アンテナ毎の再送スロット数に基づき全再送、部分再送のアンテナを決定する。ステップＳ４０において、部分再送アンテナの全スロットをＳＩＲの高い順にソートし、ステップＳ４１において、再送スロットを順番に部分再送アンテナのスロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当てる。ステップＳ４２において、再送スロットが全て割り当てられたか否かを判断する。ステップＳ４２の判断がＮｏの場合には、ステップＳ４１に戻り、ステップＳ４２の判断がＹｅｓの場合には、再送制御部の処理を終了する。
図２０は、再送送信電力制御を行う場合の再送制御部の処理フローである。
ステップＳ５０において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートする。ステップＳ５１において、ＳＩＲが閾値より大きいか否かを判断する。ステップＳ５１の判断がＹｅｓの場合には，ステップＳ５２において、情報の再送が不要なスロット（再送不要スロット）を決定し、ステップＳ５５に進む。ステップＳ５１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ５３において、情報の再送が必要なスロット（再送スロット）を決定し、ステップＳ５４において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ５５に進む。
ステップＳ５５では、再送スロットの個数が第１の閾値（threshold A)より大きいか否かを判断する。ステップＳ５５の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ５６において、再送スロットを順番に、全スロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当てて、ステップＳ５７において、再送不要スロットに空きが無いことを判断する。ステップＳ５７の判断がＮｏの場合には、ステップＳ５６に戻る。ステップＳ５７の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ５８において、再送スロットのもとのＳＩＲに応じて送信電力を上げて、処理を終了する。
ステップＳ５５の判断がＮｏの場合には、ステップＳ５９で、再送スロットの個数が第２の閾値（threshold B)より大きいか否かを判断する。ステップＳ５９の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ６０において、再送スロットを順番に、全スロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当て、ステップＳ６１において、再送不要スロットに空きが無いか否かを判断する。ステップＳ６１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ６０に戻り、ステップＳ６１の判断がＹｅｓの場合には、処理を終了する。
ステップＳ５９の判断がＮｏの場合には、ステップＳ６２において、再送スロットを順番に、全スロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当て、ステップＳ６３において、再送不要スロットに空きが無いか判断する。ステップＳ６３の判断がＮｏの場合には、ステップＳ６２に戻り、ステップＳ6３の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ６４において、再送スロットの割り当て個数に応じて送信電力を下げて、処理を終了する。
図２１は、スロット割り当て再送制御部のブロック構成図である。
受信側から制御情報の一部としてスロット毎のＳＩＲ情報がスロット毎ＳＩＲ情報復号部に受信される。スロット毎ＳＩＲ情報復号部は、図１０の制御信号復号部１１に対応する。スロット毎ＳＩＲ情報は、スロット割り当て再送制御部２５のソート回路３０に与えられ、スロット毎にＳＩＲのソートが行われる。１フレームバッファ３１は、１フレーム分の各スロットのＳＩＲ値を格納する。比較回路３２は、１フレームバッファ３１からスロット毎のＳＩＲ値を読み出し、閾値と比較する。比較の結果、各スロットは，再送スロットと再送不要スロットに分けられる。再送スロットは、ソート回路３３によって、更にソートされる。そして、再送不要スロットのアドレス割り当て部３４において、再送スロットに再送不要スロットのアドレスが割り当てられ、再送フレームフォーマットが生成されて、再送バッファ１，２に格納される。
図２２〜図２６は、第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図である。
図２２は、第１の実施形態の図９に対応する図である。図９では、アンテナ１と２にそれぞれスロット１〜４を割り当てていたが、図２２では、アンテナ１と２をサブキャリア１と２に対応させている。したがって、サブキャリア１を使って、スロット１と２が、サブキャリア２を使って、スロット３と４が送信される。そして、図２２の×で示されるような誤りが生じたとすると、再送時には、サブキャリア１と２の両方を使って、スロット１と４が送出される。
図２３は、第２の実施形態の図１６に対応する図である。同様に、図１６では、アンテナ１と２を使ってスロット１〜４を送信していたものを、図２３では、サブキャリア１と２を使って送信するようにしたものである。再送時には、サブキャリア１だけが使用されている。したがって、サブキャリア２を送信する必要が無いので、電力を節約することができる。
図２４は、第３の実施形態の図１８に対応する図である。同様に、図１８では、アンテナ１と２を使っていたのを、図２４では、サブキャリア１と２を使用している。再送時には、サブキャリア１のフレーム１は、そのまま再送され、サブキャリア２の方は、スロット５と６が再送されている。
図２５は、マルチキャリア伝送する場合の送信側構成、図２６は、マルチキャリア伝送する場合の受信側構成を示す図である。
図２５及び図２６において、図１０及び図１１と同様な構成要素には同じ参照番号を付け、説明を省略する。図２５、図２６においては、マルチキャリア伝送しているが、アンテナは１つであるので、送信部２、受信部５は、１つずつしか設けられていない。その代わり、送信側には、逆フーリエ変換器４０と、ガードインターバル挿入部４１が、受信側には、フーリエ変換器４３と、ガードインターバル削除部４２が設けられている。その他の構成は、図１０、図１１と同様なので、説明を省略する。このシステムでは、逆フーリエ変換することによって、信号を各サブキャリアに載せており、また、フーリエ変換することにより、各サブキャリアから信号を取り出している。なお、ここでは、送受信に使用するアンテナは１つとしているが、複数のアンテナを使用しても良い。したがって、この場合には、複数アンテナを使って、マルチキャリア伝送を行うことになり、図１０、図１１の構成と図２５、図２６の構成を合わせた構成が送信側と受信側に使用される。
図２７〜図３１は、各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図である。
図２７は、第１及び第２の実施形態の受信側から送信側に送信するスロット毎のＳＩＲ情報を含む制御情報である。最初のビットは、どのアンテナから送信されたスロットかを示す情報データあり、ここでは、アンテナは２つの場合を想定しているので、それぞれのアンテナは０と１で示される。次のビットは、スロットの時間位置のビットである。すなわち、１つのアンテナから送信されるフレームの何番目に埋め込まれているスロットであるかを示すビットである。ここでは、１つのフレームは２つのスロットで構成されるとしているので、０と１でスロットの時間位置が示される。そして、これらのビットの後にＳＩＲ情報が吹かされる。
図２８は、第１の実施形態の送信側から受信側へ送られる制御情報である。再送時には、初送時とは異なるアンテナからスロットが送られる可能性があるので、制御情報として、再送時、どこにあったスロットがどこから送られているかを受信側に伝える。最初のビットが再送時の使用アンテナ、次のビットが初送時の使用アンテナ、最後のビットが前述したような意味での初送時の時間位置である。
図２９は、第２の実施形態の送信側から受信側への制御情報である。再送時のアンテナ使用フラグは、そのスロットが再送されているか否かを示すフラグである。第２の実施形態の場合、スロット１と４が再送されていたので、スロット１と４の制御情報のこのフラグが１に設定される。再送時の使用アンテナは、スロット１と４がアンテナ１を使って再送されているので、対応ビットが０に設定される。スロット２と３は、再送されていないので、どの値でもよく、図では「＊」で表されている。初送時の使用アンテナのビットは、スロット１とスロット２が０で、スロット３とスロット４が１となる。時間のビットは、フレーム内のスロットの位置を示す。
図３０は、第３の実施形態の受信側から送信側へ送信されるＳＩＲ情報を含む制御情報である。使用アンテナのビットは、スロット１〜スロット４が０で、スロット５〜スロット８が１となっている。これは、スロット１〜スロット４がアンテナ１を、スロット５〜スロット８がアンテナ２を使っていることを示している。時間のビットは、今度の場合、１つのフレームに４つのスロットが含まれているので、２ビットを使って、スロットのフレーム内の位置を示している。そして、これらの情報の後に、ＳＩＲ情報を設けている。
図３１は、第３の実施形態の送信側から受信側へ送られる制御情報である。全再送フラグは、全再送するスロットについて１とする。したがって、第３の実施形態の場合には、スロット１〜４が全再送されているので、これらの制御情報の全再送フラグに１が設定されている。再送時のアンテナ使用フラグは、再送されているスロットを示すので、スロット１〜スロット６に１が設定されている。再送時の使用アンテナは、スロット１〜４が０で、スロット５、６に１が設定されている。スロット７と８は、再送されないので、どんな値でもよく、「＊」で表されている。初送時の使用アンテナと時間は、それぞれ各スロットの初送時の状態を表すように設定される。
以上のような本発明の実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
（１）MIMO伝送方式やマルチキャリア伝送において、再送時に余分なデータを送ることによる無駄を省き、またアンテナやキャリアを跨いで再送スロットを配置して再送することにより様々なダイバーシチ効果を利用して受信特性を向上することが可能となる。
（２）受信側では空きスロットに移動またはコピーされた情報と元の受信信号を合成することにより、受信のS/Nを改善することが可能である。
（３）再送時のスロットの分配の仕方によっては、一部のアンテナを用いる必要がないので、MIMOのアンテナ多重数を減らすことが可能となり受信ダイバーシチ効果を得やすくなるので、受信特性を向上できる。
（４）再送時のスロットの分配の仕方によっては、一部のアンテナやキャリアを用いる必要がないので、送信電力を削減できる。
（５）送信電力を下げて再送することにより、消費電力を低減し、他ユーザへの干渉を抑える効果が得られる。
（６）また送信電力を上げれば、受信信号のSIRを向上し、誤り率を低減することが可能となる。
（７）ある伝搬路の状況が特に劣悪で再送スロットが多く空きスロットの少ない場合は、従来のフレーム全再送方式を併用することにより、伝搬路状態の余り良好でない空きスロットは使用しなくて済み、部分再送用に品質の良い空きスロットを割り当てることが可能である。
本発明は、複数のアンテナを用いて送受信する伝送方式や、複数の周波数キャリアを用いて信号を伝送するマルチキャリア伝送を用いた無線通信システムの再送制御に関する。
高速大容量通信を念頭においた現在の無線通信では、誤り補償技術が必須となっている。重要な誤り補償技術として、自動再送制御方式(ARQ:Automatic Repeat reQuest)がある。これは受信したパケットに誤りがなければ送信側にACK信号を返し、次のパケットの送信を要求するが、誤りがあると判明した場合、NACK(Not-ACKnowledge)信号を返してそのパケットの再送を要求する方式である。
このARQの一種にHARQ(Hybrid-ARQ)がある。HARQの制御方式の原理を図１に示す。ここではパケット情報を、複数のデータ系列から成るフレーム単位により構成されたものとする。HARQではフレームの最後尾に付加したCRC(Cyclic Rebundancy Check)等の誤り検出符号を用いて、フレーム毎に誤り検出を行う。誤りが検出されれば、送信側にNACK信号を返し、そのフレーム全体の再送を要求する。HARQでは再送されたフレームの受信結果と初回に送信されたフレームの受信結果を合成する。これにより、初回フレームの軟判定情報を利用し、受信特性をさらに改善することが可能となる。
HARQをはじめとする従来の再送制御方式では、誤りの検出したフレームをそのまま再送するため、誤りの生じていないシンボルまで重複して再送することになり、効率が悪く伝送効率が低下する。
この問題を解決するものとして、特許文献１の技術がある。これについて図２を用いて説明する。フレームデータは複数の時間方向のスロット単位に分割され送信される。受信側ではスロット毎にCRC等の誤り検出符号を用いて誤り検出を行い、誤りの生じるスロットのみの再送を行う。図２において○で示されているのが誤りの生じていないスロット、×で示されているのが誤りの発生したスロットである。誤っていないスロットの再送は行わないため、フレーム単位で再送する場合と、スロットに空きが生じる。この空きスロットに誤りの生じたスロットをコピーし、再送を行うのが特許文献１の方式の特徴である。誤りの生じたスロットのみを再送要求するため、効率的である。また再送するスロットをコピーするため、正しく復号される確率が高まるというメリットがある。
大容量高速通信を実現する手段として注目を集めている方式にMIMO(Multi Input Multi Output)伝送や、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)に代表されるマルチキャリア伝送がある。MIMOは複数の送受信アンテナを用いて通信を行う方式である。各受信アンテナでは複数の信号が混信された状態で受かるが、それぞれの送受信アンテナ間で独立な伝搬路が存在することを利用して、高度な信号処理を行うことにより各信号を分離することが可能である。この結果、送信アンテナ数分のデータを送ることが可能となる。またマルチキャリア伝送は、多数のキャリアにデータを割り当てて送信を行うことにより、伝送するデータ量を増大させる方式である。
従来の再送制御方式をMIMOやマルチキャリア伝送に適用した場合を考える。MIMO方式ではアンテナを複数用いるため、アンテナ毎に伝搬路特性が異なる。フェージングの時間的変動が遅い場合、フェージングの落ち込みを受けた伝搬路においては、再送の前後でフェージング特性がほとんど変わらない。このため再送を行っても同様にフェージングの落ち込みの影響を受けて誤りを起こし、逆に伝送効率の低下を招く結果に終わることが多い。さらには余分なフレーム、スロットを再送することにより、ユーザ間干渉も増大し、受信特性劣化の原因となる。またマルチキャリア通信においても、複数のキャリアを用いるため、MIMOと同様に特定のキャリアにおけるフェージングの悪影響を時間ダイバーシチだけでは補償できない可能性が生じる。
HARQを送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合の送信側、受信側の構成をそれぞれ図３、図４に示す。図中の送信部、受信部はそれぞれ図５、図６のような構成である。送信データはＳ／Ｐ変換部１でシリアルデータからパラレルデータに変換され、再送バッファ１、２に送られる。再送バッファ１、２から出力された送信データは、送信部２、３で変調され、アンテナTx1, Tx2から送信され、MIMOチャネルを経由し、受信側のアンテナRx1、Rx2で受信される。受信側では、受信部５、６が復調を行い、信号分離部７において、各信号が混在した状態からチャネル分離処理を行った後、復号処理部８で復号処理を行う。この際、誤り検出部９で、フレーム毎に誤り検出を行い、誤りが検出されない場合はACK信号をアンテナTx0からRx0に送る。送信側では、受信側からのACK信号を受けると、次のフレームを送出する。誤りが検出された場合は、フレーム単位でNACK信号を送信側に返すと同時に受信側では、誤りの発生したフレームのチャネル分離後の信号を再送バッファ１０に蓄えておく。送信側はNACK信号を受信すると、信号を制御信号復号部１１で復号し、再送制御部１２に渡す。NACK信号には、どのフレームが誤ったかの情報が含まれるので、これから、受信側で誤りを生じたフレームを特定し、再送バッファ１、２から読み出して、そのフレーム全体を再送する。また制御情報として、アンテナTx3からRx3を経由して、各アンテナで送信された再送データについての情報を受信側に送る。受信側では、再送バッファ１０に蓄積した信号と再送されてきた受信信号を再送合成部１４においてチェイスコンバイニング等の技術を用いて合成する。これにより時間ダイバーシチ効果を利用して、フェージングの落ち込みによる信号誤りの影響を低減する。
送信側の送信部２，３においては、図５に示すように、パイロット系列の信号かデータ系列の信号をオーバサンプル部１５でオーバサンプリングし、Ｄ／Ａ変換部１６でデジタル信号である送信信号をアナログ信号に変換し、直交変調部１７で直交変調する。更に、周波数変換部１８で周波数変換し、バンドパスフィルタ１９で帯域を絞って送信アンテナに送る。受信側の受信部５、６では、図６に示すように、受信アンテナで受信された信号をバンドパスフィルタ２０に通し、周波数変換部２１で周波数変換し、直交検波部２２で直交検波し、Ａ／Ｄ変換部２３でアナログ信号をデジタル信号に変換する。
なお、図３及び図４において、アンテナTx0,Tx3,Rx0,Rx3がアンテナTx1,Tx2,Rx1,Rx2と異なるアンテナとして描かれているが、これらは同じアンテナであるのが通常であり、記載の都合上別アンテナとして描いているものである。以下の説明においても同様である。
具体的なフレーム再送の様子を図7に示す。送信側はNACK信号を受け取ると、アンテナ毎に誤りの生じた同じフレームをそのまま再送する。
HARQでは誤りの検出されたフレーム全体の再送を初回送信時と同じアンテナで行う。そのためフェージングの変動が遅く、ある送信アンテナから受信アンテナへの伝搬路においてフェージングの落ち込みの影響を受ける場合には、時間が経っても伝搬路特性は好転せず、同じ送信アンテナを用いる以上、何度も再送を繰り返すことになる。この結果伝送効率は低下してしまう。
この課題に対し、再送時に初回送信時に使用したアンテナとは違うアンテナを用いる方式がある(特許文献２)。図８に原理を示す。再送時にアンテナ1とアンテナ2で初回に送信したデータを入れ替えて送信している。これにより時間ダイバーシチだけではなく、空間ダイバーシチ効果も得られ、再送効果を引き出すことができる。しかしこの方式は再送時にフレーム全体を送るため、余分なスロットを再送することになり、スループットが低下する。
このためMIMO伝送方式、マルチキャリア伝送においてフレーム全体を再送することによる無駄をなくし、かつ様々なダイバーシチ効果を引き出すことによりフェージング耐性を強化した再送制御方式が求められている。
特開平６−２０４９８８号公報 特開２００４−１３５３０４号公報
本発明の課題は、誤りを生じたスロットを含むフレーム全体を再送する必要をなくし、さまざまなダイバーシチ効果を引き出すことのできる再送制御装置を提供することである。
本発明の再送制御装置は、複数のアンテナあるいは複数のサブキャリアを用いた伝送システムの再送制御装置であって、受信側から得た、誤りの生じた、あるいは、誤りの生じた可能性の高い送信データ中のスロットに関する情報に基づいて、再送すべきスロットのみを、再送するためのフレーム内の再送すべきスロット部分のみならず、再送不要なスロットにも埋め込んで、再送用フレームを構成する再送フレーム生成手段と、該再送用フレームを受信側に送信する送信手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、再送する場合に、誤りを生じていないスロットを再送しないので、無駄な伝送を行うことがなく、また、さまざまなダイバーシチ効果を引き出せるので、フェージングにも耐性のある信号の再送を行うことが出来る。
本発明の実施形態の原理について図９を用いて説明する。
本発明の実施形態では受信側において、誤りの起こった、あるいは誤りの起こりそうなスロットを検出する。具体的にはスロット毎に、CRCを付加したり、伝搬路情報を収集し比較することにより行う。そして誤りの起こった、あるいは誤りの起こりそうなスロットの再送のみを要求する。図９では×と書かれているスロットが誤りの起こった、あるいは、誤りの起こりそうなスロットに当たる。図中、フェージングとして描かれている曲線は、曲線が低い部分はフェージングの影響が大きく、誤りを生じ易い状態を示し、高い部分はフェージングの状態が良好で、誤りを生じにくい状態を示している。受信側は送信側にNACKを返す際、再送スロット情報も付加し、再送を要求する。送信側では受信側から送られた再送スロット情報を用いて、各アンテナ・周波数に対して、初送のときと異なるアンテナや周波数を用いて再送スロットを再送することも考慮して再送スロット割当て情報を作成する。この情報を基に送信側は再送信号を送出する。受信側では元の情報と再送された情報を合成することにより、受信のS/N比を向上することができる。
本発明の実施形態では、伝搬路情報として信号対干渉雑音電力比(SIR)を用いる。受信
信号のSIRはフェージングの影響を受けて変動するため、この挙動を調べることで、伝搬路特性を把握することができる。SIRを測定する方法としては、一般的にはパイロット系列を用いる。データ系列のヘッダとしてパイロット系列を付加し、パイロット信号電力の分散を計算することで、SIRを算出できる。本発明の実施形態では、各スロットの先頭にパイロット系列を挿入することにより、スロット毎のSIRを求める。なお、本発明の実施形態としてはSIRを用いた場合について記述しているが、CRCを用いた場合も同様に考えることが可能である。
本発明の実施形態では、誤りの生じた、あるいは、生じる可能性の高いスロットのみの再送を要求するため、効率的である。また、時間方向のみならず周波数方向、もしくは、アンテナ方向に分割したスロット単位で再送を行うので、これら各方向におけるダイバーシチ効果の獲得が容易であり、再送の効果を充分に引き出すことができる。また再送時のスロットの分配方法によっては、使用する送信アンテナの個数を一時的に減らせるため、送信電力を低減できるとともに、受信アンテナにおける送信信号の多重数を減らし、誤り率特性を向上することが可能となる。またマルチキャリア伝送に適用した場合においても、MIMO伝送のアンテナをキャリアと見立てれば、使用するキャリアの数を一時的に削減することにより、送信電力を低減することが可能となる。
第１の実施形態の送信側、受信側の構成例を図１０、図１１に示す。図１０、図１１において、図３、図４と同じ構成要素には、同様の参照番号を付し、説明を省略する。
この例も従来構成と同じく、送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合である。送信部、受信部はそれぞれ図５、図６のような構成を考える。MIMOチャネルを経た送信データはアンテナRx1、Rx2で受信される。受信側でチャネル分離処理を施した後、復調処理を行う。この際、スロット情報収集部２６で、スロット毎にSIRを測定する。この測定値を、予め定めたしきい値と比較する等して伝搬路状態の劣悪なスロットを決定する。なお、CRCを用いる場合は、SIR情報を用いずに復号処理部8において、CRCでエラーが検出されたスロットを劣悪スロットと決定する。この劣悪スロット情報を基に空きスロット情報も作成した後、再送スロット情報を決定する。また再送時の電力もこの段階で決定する。伝搬路の状態が特に劣悪な場合には再送スロットの送信電力を上げたり、あるいは、空きスロットが多く存在する場合には同じ再送スロットを複数配置し、低い電力で再送することも可能である。この再送スロット情報を、送信部１３ｂ、アンテナTx0とRx0を用いてACK/NACK信号とともに送信側に送り返すと同時に受信側では、誤りの発生したフレームのチャネル分離後の受信信号を再送バッファ１０に蓄えておく。送信側では、再送スロット情報を受信部５ａで受信し、制御信号復号部１１で復号し、スロット割り当て再送制御部２５において、受信側から送られて来た再送スロット情報に基づき、異なるアンテナ間も含めて、各フレームの空きスロットにどのようなパターンで再送スロットを配置するかを決定した後、各アンテナより再送スロットを送出する。また制御情報として、アンテナTx3からRx3を経由して、各アンテナで送信された再送データについての情報を受信部に送る。受信側では、受信部５ｂで受信され、制御信号復号部１１ａで復号された再送データの情報を用いて、再送バッファ１０に蓄積しておいたデータと再送時の受信信号を再送合成する。誤りの生じたスロットのみ合成するため効率的である。さらに時間ダイバーシチ効果の得られにくい変動の遅い伝搬環境においても、アンテナもしくはキャリアを変えて再送することによってダイバーシチ利得を獲得でき、伝搬路特性の劣化を防ぐことが可能となる。
再送スロットパターンの決定の基準としては様々な方法があるが、再送スロットの中でも伝搬路状態の劣悪なものから優先して空きスロットに割り当てる方法や、アンテナ、サブキャリアといった送信に使用するリソースを削減する方向で割り当てる方式が考えられる。
図９に1フレームが2スロットから構成される場合の1例が示されている。ここではアンテナ1の空きスロットに初めはアンテナ2から送信されたスロット4を、アンテナ2の空きスロットにはスロット1を挿入し再送している。時間方向だけでなく、異なるアンテナ間を跨いでデータを分配することにより、ダイバーシチ効果が期待できる。なお、本実施例は、MIMOの複数送信アンテナを、それぞれ複数の周波数に置き換えることにより、マルチキャリア伝送においても同様に適用することができる。
図１２〜図１５は、本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フローである。
図１２は、第１の実施形態の基本フローである。
まず、ステップＳ１０において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートする。ステップＳ１１において、ソートしたスロットのＳＩＲが閾値より大きいか否かを判断する。ステップＳ１１の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ１２において、情報の再送が不要なスロット（再送不要スロット）を決定し、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ１３において、情報の再送が必要なスロット（再送スロット）を決定し、ステップＳ１４において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５においては、再送スロットを順番に、フレーム中の全スロット中、ＳＩＲの高いスロットから割り当てる。ステップＳ１６において、再送スロットを再送するためのフレームの中に割り当てたか否か否かを判断する。ステップＳ１６の判断がＮｏの場合には、ステップＳ１５に戻る。ステップＳ１６の判断がＹｅｓの場合には、処理を終了する。
図１３は、図１２の変形例で、再送スロットで再送フレームを全て埋め尽くす処理のフローである。図１３において、図１２と同じステップには同じステップ番号を付し、説明を省略する。図１３で図１２と異なる部分は、ステップＳ１８である。ステップＳ１５で順次再送スロットがフレームに埋め込まれるが、ステップＳ１８の判断では、フレーム中の再送不要スロットにも再送スロットを埋め込み、フレーム全体が再送スロットで埋まるまで、埋め込み処理を繰り返す。そして、フレームが埋まると、再送制御部の処理を終了する。
図１４は、図１２の変形例で、再送スロットを再送不要スロットにもコピーして割り当てる処理のフローである。しかし、この場合には、フレーム全体を再送スロットで埋め尽くす必要はない。図１４において、図１２、図１３と同じステップには同じステップ番号を付して、説明を省略する。図１４においては、ステップＳ１９に示されるように、再送不要スロットについて、ＳＩＲの高い順に再送不要スロットをソートする。そして、ステップＳ２０において、再送フレームに埋め込むべき再送スロットをコピーして、再送不要スロットに埋め込む。例えば、再送スロットを１つコピーして、再送フレームに、再送スロットを２つずつ埋め込んで送信するようにすることが考えられる。
図１５は、図１２の変形例で、再送スロットを再送不要スロットにもコピーして割り当て、再送フレーム全体を埋め尽くして送信する処理のフローである。図１５において、図１２〜図１４と同じステップには、同じステップ番号を付して説明を省略する。図１５の処理は、図１３と図１４を組み合わせたものであり、ステップＳ１９において、ＳＩＲの高い順に再送不要スロットをソートし、ステップＳ２０で再送スロットを順番に再送不要スロットにも割り当てる。そして、ステップＳ１８で、再送フレームの再送不要スロットに空きが無いか確かめ、すべてのスロットが埋まったら、再送制御部の処理を終了する。
第２の実施形態を図１６に示す。この例では第１の実施形態とスロットの再送パターンが異なる。すなわちアンテナ1の空きスロットに、最初はアンテナ2で送信されたスロット4を割り当て、アンテナ2は再送に使用していない。これにより送信アンテナ数を一時的に削減可能となり、受信ダイバーシチ効果が大きくなるというメリットがある。また送信電力の削減も可能となる。なお、本実施形態は、MIMOの複数送信アンテナを、それぞれ複数の周波数に置き換えることにより、マルチキャリア伝送においても同様に適用することができる。
図１７は、第２の実施形態の再送制御部の処理フローである。
まず、ステップＳ２５において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートする。ステップＳ２６において、ＳＩＲが閾値より小さいスロットを情報の再送が必要なスロット（再送スロット）として決定する。ステップＳ２７において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ２８において、アンテナ毎に再送スロットの個数を集計する。ステップＳ２９において、再送スロット数に基づき再送に使用するアンテナを決定し、ステップＳ３０において、使用アンテナの全スロットをＳＩＲの高い順にソートする。ステップＳ３１において、再送スロットを順番に、使用アンテナのスロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当てる。ステップＳ３２で、再送スロットを全て割り当てたか否かを判断する。ステップＳ３２の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３１に戻る。ステップＳ３２の判断がＹｅｓの場合には、再送制御部の処理を終了する。
第３の実施形態を図１８に示す。ここでは送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムで、1フレームが4スロットで構成されるとする。この例では、アンテナ1の伝搬路特性が悪く、スロット2、3、4の再送が必要である。この場合、アンテナ1の空きスロットも伝搬路特性があまり良好でなく、実際にはスロット1において誤りが生じている可能性がある。そこでアンテナ1の空きスロットは使用しないで、アンテナ1に関してはフレーム全体の再送を行う。またアンテナ2に関しては、部分再送を行うが、アンテナ1の空きスロットには割り当てず、アンテナ2の空きスロットのみを用いることにする。これにより、アンテナ1のスロット1の品質を保証するとともに、アンテナ2ではより伝搬路特性の良いスロットのみを用いた部分再送を行うことが可能である。フレーム全体の再送を行う基準としては、再送の必要なスロットの数が、フレームに含まれるスロットの過半数以上である場合とすることが考えられる。
図１９は、第３の実施形態の再送制御部の処理フローである。
まず、ステップＳ３５において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートし、ステップＳ３６において、ＳＩＲが閾値より小さいスロットを情報の再送が必要なスロット（再送スロット）として決定する。ステップＳ３７において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ３８において、アンテナ毎に再送スロットの個数を集計する。ステップＳ３９において、アンテナ毎の再送スロット数に基づき全再送、部分再送のアンテナを決定する。ステップＳ４０において、部分再送アンテナの全スロットをＳＩＲの高い順にソートし、ステップＳ４１において、再送スロットを順番に部分再送アンテナのスロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当てる。ステップＳ４２において、再送スロットが全て割り当てられたか否かを判断する。ステップＳ４２の判断がＮｏの場合には、ステップＳ４１に戻り、ステップＳ４２の判断がＹｅｓの場合には、再送制御部の処理を終了する。
図２０は、再送送信電力制御を行う場合の再送制御部の処理フローである。
ステップＳ５０において、ＳＩＲの高い順にスロットをソートする。ステップＳ５１において、ＳＩＲが閾値より大きいか否かを判断する。ステップＳ５１の判断がＹｅｓの場合には，ステップＳ５２において、情報の再送が不要なスロット（再送不要スロット）を決定し、ステップＳ５５に進む。ステップＳ５１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ５３において、情報の再送が必要なスロット（再送スロット）を決定し、ステップＳ５４において、ＳＩＲの低い順に再送スロットをソートし、ステップＳ５５に進む。
ステップＳ５５では、再送スロットの個数が第１の閾値（threshold A)より大きいか否かを判断する。ステップＳ５５の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ５６において、再送スロットを順番に、全スロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当てて、ステップＳ５７において、再送不要スロットに空きが無いことを判断する。ステップＳ５７の判断がＮｏの場合には、ステップＳ５６に戻る。ステップＳ５７の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ５８において、再送スロットのもとのＳＩＲに応じて送信電力を上げて、処理を終了する。
ステップＳ５５の判断がＮｏの場合には、ステップＳ５９で、再送スロットの個数が第２の閾値（threshold B)より大きいか否かを判断する。ステップＳ５９の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ６０において、再送スロットを順番に、全スロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当て、ステップＳ６１において、再送不要スロットに空きが無いか否かを判断する。ステップＳ６１の判断がＮｏの場合には、ステップＳ６０に戻り、ステップＳ６１の判断がＹｅｓの場合には、処理を終了する。
ステップＳ５９の判断がＮｏの場合には、ステップＳ６２において、再送スロットを順番に、全スロット中ＳＩＲの高いスロットから割り当て、ステップＳ６３において、再送不要スロットに空きが無いか判断する。ステップＳ６３の判断がＮｏの場合には、ステップＳ６２に戻り、ステップＳ6３の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ６４において、再送スロットの割り当て個数に応じて送信電力を下げて、処理を終了する。
図２１は、スロット割り当て再送制御部のブロック構成図である。
受信側から制御情報の一部としてスロット毎のＳＩＲ情報がスロット毎ＳＩＲ情報復号部に受信される。スロット毎ＳＩＲ情報復号部は、図１０の制御信号復号部１１に対応する。スロット毎ＳＩＲ情報は、スロット割り当て再送制御部２５のソート回路３０に与えられ、スロット毎にＳＩＲのソートが行われる。１フレームバッファ３１は、１フレーム分の各スロットのＳＩＲ値を格納する。比較回路３２は、１フレームバッファ３１からスロット毎のＳＩＲ値を読み出し、閾値と比較する。比較の結果、各スロットは，再送スロットと再送不要スロットに分けられる。再送スロットは、ソート回路３３によって、更にソートされる。そして、再送不要スロットのアドレス割り当て部３４において、再送スロットに再送不要スロットのアドレスが割り当てられ、再送フレームフォーマットが生成されて、再送バッファ１，２に格納される。
図２２〜図２６は、第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図である。
図２２は、第１の実施形態の図９に対応する図である。図９では、アンテナ１と２にそれぞれスロット１〜４を割り当てていたが、図２２では、アンテナ１と２をサブキャリア１と２に対応させている。したがって、サブキャリア１を使って、スロット１と２が、サブキャリア２を使って、スロット３と４が送信される。そして、図２２の×で示されるような誤りが生じたとすると、再送時には、サブキャリア１と２の両方を使って、スロット１と４が送出される。
図２３は、第２の実施形態の図１６に対応する図である。同様に、図１６では、アンテナ１と２を使ってスロット１〜４を送信していたものを、図２３では、サブキャリア１と２を使って送信するようにしたものである。再送時には、サブキャリア１だけが使用されている。したがって、サブキャリア２を送信する必要が無いので、電力を節約することができる。
図２４は、第３の実施形態の図１８に対応する図である。同様に、図１８では、アンテナ１と２を使っていたのを、図２４では、サブキャリア１と２を使用している。再送時には、サブキャリア１のフレーム１は、そのまま再送され、サブキャリア２の方は、スロット５と６が再送されている。
図２５は、マルチキャリア伝送する場合の送信側構成、図２６は、マルチキャリア伝送する場合の受信側構成を示す図である。
図２５及び図２６において、図１０及び図１１と同様な構成要素には同じ参照番号を付け、説明を省略する。図２５、図２６においては、マルチキャリア伝送しているが、アンテナは１つであるので、送信部２、受信部５は、１つずつしか設けられていない。その代わり、送信側には、逆フーリエ変換器４０と、ガードインターバル挿入部４１が、受信側には、フーリエ変換器４３と、ガードインターバル削除部４２が設けられている。その他の構成は、図１０、図１１と同様なので、説明を省略する。このシステムでは、逆フーリエ変換することによって、信号を各サブキャリアに載せており、また、フーリエ変換することにより、各サブキャリアから信号を取り出している。なお、ここでは、送受信に使用するアンテナは１つとしているが、複数のアンテナを使用しても良い。したがって、この場合には、複数アンテナを使って、マルチキャリア伝送を行うことになり、図１０、図１１の構成と図２５、図２６の構成を合わせた構成が送信側と受信側に使用される。
図２７〜図３１は、各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図である。
図２７は、第１及び第２の実施形態の受信側から送信側に送信するスロット毎のＳＩＲ情報を含む制御情報である。最初のビットは、どのアンテナから送信されたスロットかを示す情報データあり、ここでは、アンテナは２つの場合を想定しているので、それぞれのアンテナは０と１で示される。次のビットは、スロットの時間位置のビットである。すなわち、１つのアンテナから送信されるフレームの何番目に埋め込まれているスロットであるかを示すビットである。ここでは、１つのフレームは２つのスロットで構成されるとしているので、０と１でスロットの時間位置が示される。そして、これらのビットの後にＳＩＲ情報が吹かされる。
図２８は、第１の実施形態の送信側から受信側へ送られる制御情報である。再送時には、初送時とは異なるアンテナからスロットが送られる可能性があるので、制御情報として、再送時、どこにあったスロットがどこから送られているかを受信側に伝える。最初のビットが再送時の使用アンテナ、次のビットが初送時の使用アンテナ、最後のビットが前述したような意味での初送時の時間位置である。
図２９は、第２の実施形態の送信側から受信側への制御情報である。再送時のアンテナ使用フラグは、そのスロットが再送されているか否かを示すフラグである。第２の実施形態の場合、スロット１と４が再送されていたので、スロット１と４の制御情報のこのフラグが１に設定される。再送時の使用アンテナは、スロット１と４がアンテナ１を使って再送されているので、対応ビットが０に設定される。スロット２と３は、再送されていないので、どの値でもよく、図では「＊」で表されている。初送時の使用アンテナのビットは、スロット１とスロット２が０で、スロット３とスロット４が１となる。時間のビットは、フレーム内のスロットの位置を示す。
図３０は、第３の実施形態の受信側から送信側へ送信されるＳＩＲ情報を含む制御情報である。使用アンテナのビットは、スロット１〜スロット４が０で、スロット５〜スロット８が１となっている。これは、スロット１〜スロット４がアンテナ１を、スロット５〜スロット８がアンテナ２を使っていることを示している。時間のビットは、今度の場合、１つのフレームに４つのスロットが含まれているので、２ビットを使って、スロットのフレーム内の位置を示している。そして、これらの情報の後に、ＳＩＲ情報を設けている。
図３１は、第３の実施形態の送信側から受信側へ送られる制御情報である。全再送フラグは、全再送するスロットについて１とする。したがって、第３の実施形態の場合には、スロット１〜４が全再送されているので、これらの制御情報の全再送フラグに１が設定されている。再送時のアンテナ使用フラグは、再送されているスロットを示すので、スロット１〜スロット６に１が設定されている。再送時の使用アンテナは、スロット１〜４が０で、スロット５、６に１が設定されている。スロット７と８は、再送されないので、どんな値でもよく、「＊」で表されている。初送時の使用アンテナと時間は、それぞれ各スロットの初送時の状態を表すように設定される。
以上のような本発明の実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
（１）MIMO伝送方式やマルチキャリア伝送において、再送時に余分なデータを送ることによる無駄を省き、またアンテナやキャリアを跨いで再送スロットを配置して再送することにより様々なダイバーシチ効果を利用して受信特性を向上することが可能となる。
（２）受信側では空きスロットに移動またはコピーされた情報と元の受信信号を合成することにより、受信のS/Nを改善することが可能である。
（３）再送時のスロットの分配の仕方によっては、一部のアンテナを用いる必要がないので、MIMOのアンテナ多重数を減らすことが可能となり受信ダイバーシチ効果を得やすくなるので、受信特性を向上できる。
（４）再送時のスロットの分配の仕方によっては、一部のアンテナやキャリアを用いる必要がないので、送信電力を削減できる。
（５）送信電力を下げて再送することにより、消費電力を低減し、他ユーザへの干渉を抑える効果が得られる。
（６）また送信電力を上げれば、受信信号のSIRを向上し、誤り率を低減することが可能となる。
（７）ある伝搬路の状況が特に劣悪で再送スロットが多く空きスロットの少ない場合は、
従来のフレーム全再送方式を併用することにより、伝搬路状態の余り良好でない空きロットは使用しなくて済み、部分再送用に品質の良い空きスロットを割り当てることが可能である。
（付記１）
複数のアンテナあるいは複数のサブキャリアを用いた伝送システムの再送制御装置であって、
受信側から得た、誤りの生じた、あるいは、誤りの生じた可能性の高い送信データ中のスロットに関する情報に基づいて、再送すべきスロットのみを、再送するためのフレーム内の再送すべきスロット部分のみならず再送不要なスロットにも埋め込んで再送用フレームを構成する再送フレーム生成手段と、
該再送用フレームを受信側に送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする再送制御装置。
（付記２）
受信側から送信側に、受信したスロットの伝搬路状況を示す情報を通知することを特徴
とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記３）
再送すべきスロットの伝搬路の状態に応じて伝搬路状態の劣悪な再送すべきスロットか
ら優先して再送用フレームに埋め込むことを特徴とする付記２に記載の再送制御装置。
（付記４）
前記スロットの伝搬路状態は、受信側で得られたスロット毎の信号対干渉成分比を用いて判断することを特徴とする付記３に記載の再送制御装置。
（付記５）
前記スロットの伝搬路状態は、受信側で得られたスロット毎のCRCを用いて判断することを特徴とする付記３に記載の再送制御装置。
（付記６）
前記再送用フレームは、前記複数のアンテナの内、一部のアンテナを用いて、あるいは、前記複数のサブキャリアの内、一部のサブキャリアを用いて再送することを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記７）
伝搬路状況及び再送すべきスロットの再送用フレームへの埋め込み方法に応じて再送用フレームの送信電力を制御することを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記８）
再送すべきスロットの数がフレーム内の多くを占める場合、該フレームを再送用フレームとして、そのまま再送することを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記９）
送信側から受信側に、再送時に使用されているスロットとアンテナ、あるいは、サブキャリアの情報を通知することを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記１０）
更に、
アンテナ毎、あるいは、サブキャリア毎に送信するスロットを格納するバッファを備え、
再送するときには該バッファから再送すべきスロットを読み出して再送することを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記１１）
前記複数のアンテナを使用する伝送システムはＭＩＭＯシステムであることを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記１２）
前記複数のサブキャリアを使用する伝送システムはＯＦＤＭシステムであることを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記１３）
前記再送フレーム生成手段は、
再送すべきスロットを１つずつ再送フレームに埋め込むことを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記１４）
前記再送フレーム生成手段は、
再送すべきスロットをコピーして再送すべきスロットを再送フレームの全スロットに埋め込むことを特徴とする付記１に記載の再送制御装置。
（付記１５）
複数のアンテナあるいは複数のサブキャリアを用いた伝送システムの再送制御方法であって、
受信側から得た、誤りの生じた、あるいは、誤りの生じた可能性の高い送信データ中のスロットに関する情報に基づいて、再送すべきスロットのみを、再送するためのフレーム内の再送すべきスロット部分のみならず再送不要なスロットにも埋め込んで再送用フレームを構成し、
該再送用フレームを受信側に送信する、
ことを特徴とする再送制御方法。
HARQの制御方式の原理を示す図である。 従来の技術を説明する図である。 HARQを送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合の送信側の構成を示す図である。 HARQを送信アンテナ数2、受信アンテナ数2のMIMOシステムに適用した場合の受信側の構成を示す図である。 図３、４の送信部の構成を示す図である。 図３、４の受信部の構成を示す図である。 従来技術のフレーム再送の様子を示す図である。 従来の、再送時に初回送信時に使用したアンテナとは違うアンテナを用いる方式の原理図である。 本発明の実施形態の原理図である。 第１の実施形態の送信側の構成例を示す図である。 第１の実施形態の受信側の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その１）である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その２）である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その３）である。 本発明の第１の実施形態のスロット割り当て再送制御部の処理フロー（その４）である。 本発明の第２の実施形態を説明する図である。 第２の実施形態の再送制御部の処理フローである。 本発明の第３の実施形態を説明する図である。 第３の実施形態の再送制御部の処理フローである。 再送送信電力制御を行う場合の再送制御部の処理フローである。 スロット割り当て再送制御部のブロック構成図である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その１）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その２）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その３）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その４）である。 第１〜第３の実施形態をマルチキャリア伝送に適用した場合の概念を説明する図（その５）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その１）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その２）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その３）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その４）である。 各実施形態で使用するＳＩＲ情報を含む制御情報のフォーマットの例を示す図（その５）である。

Claims (15)

  1. 複数のアンテナあるいは複数のサブキャリアを用いた伝送システムの再送制御装置であって、
    受信側から得た、誤りの生じた、あるいは、誤りの生じた可能性の高い送信データ中のスロットに関する情報に基づいて、再送すべきスロットのみを、再送するためのフレーム内の再送すべきスロット部分のみならず再送不要なスロットにも埋め込んで再送用フレームを構成する再送フレーム生成手段と、
    該再送用フレームを受信側に送信する送信手段と、
    を備えることを特徴とする再送制御装置。
  2. 受信側から送信側に、受信したスロットの伝搬路状況を示す情報を通知することを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  3. 再送すべきスロットの伝搬路の状態に応じて伝搬路状態の劣悪な再送すべきスロットから優先して再送用フレームに埋め込むことを特徴とする請求項２に記載の再送制御装置。
  4. 前記スロットの伝搬路状態は、受信側で得られたスロット毎の信号対干渉成分比を用いて判断することを特徴とする請求項３に記載の再送制御装置。
  5. 前記スロットの伝搬路状態は、受信側で得られたスロット毎のCRCを用いて判断することを特徴とする請求項３に記載の再送制御装置。
  6. 前記再送用フレームは、前記複数のアンテナの内、一部のアンテナを用いて、あるいは、前記複数のサブキャリアの内、一部のサブキャリアを用いて再送することを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  7. 伝搬路状況及び再送すべきスロットの再送用フレームへの埋め込み方法に応じて再送用フレームの送信電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  8. 再送すべきスロットの数がフレーム内の多くを占める場合、該フレームを再送用フレームとして、そのまま再送することを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  9. 送信側から受信側に、再送時に使用されているスロットとアンテナ、あるいは、サブキャリアの情報を通知することを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  10. 更に、
    アンテナ毎、あるいは、サブキャリア毎に送信するスロットを格納するバッファを備え、
    再送するときには該バッファから再送すべきスロットを読み出して再送することを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  11. 前記複数のアンテナを使用する伝送システムはＭＩＭＯシステムであることを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  12. 前記複数のサブキャリアを使用する伝送システムはＯＦＤＭシステムであることを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  13. 前記再送フレーム生成手段は 再送すべきスロットを１つずつ再送フレームに埋め込むことを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  14. 前記再送フレーム生成手段は、
    再送すべきスロットをコピーして再送すべきスロットを再送フレームの全スロットに埋め込むことを特徴とする請求項１に記載の再送制御装置。
  15. 複数のアンテナあるいは複数のサブキャリアを用いた伝送システムの再送制御方法であって、
    受信側から得た、誤りの生じた、あるいは、誤りの生じた可能性の高い送信データ中のスロットに関する情報に基づいて、再送すべきスロットのみを、再送するためのフレーム内の再送すべきスロット部分のみならず再送不要なスロットにも埋め込んで再送用フレームを構成し、
    該再送用フレームを受信側に送信する、
    ことを特徴とする再送制御方法。
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