WO2018151121A1

WO2018151121A1 - 通信装置および通信方法

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Publication number: WO2018151121A1
Application number: PCT/JP2018/004957
Authority: WO
Inventors: 康則二木; 俊治伊東; 学有川
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2018-08-23
Also published as: JPWO2018151121A1; US11277758B2; JP7063276B2; US20200015099A1

Abstract

関連する通信装置においては、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることが困難であるため、本発明の通信装置は、通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を送信パターン毎に算出するフェード回避率計算手段と、送信パターンとフェード回避率から、通信パケットのスループットを送信パターン毎に算出するスループット計算手段と、送信パターンのうち、スループットが最大になる最適送信パターンを決定する送信パターン決定手段、とを有する。

Description

通信装置および通信方法

　本発明は、通信装置および通信方法に関し、特に、フェージングが発生する伝送路を用いる通信装置および通信方法に関する。

　人工衛星と地上間の通信に空間光通信（Ｆｒｅｅ　Ｓｐａｃｅ　Ｏｐｔｉｃｓ：ＦＳＯ）を適用することにより、人工衛星において観測した地上観測データ等の大量データを、高速に伝送することが期待されている。人工衛星と地上間の空間光通信においては、信号光が大気中を通過するため、大気の状態の変化により信号光の受信強度が変動するフェージングが発生する。フェージングが発生する伝送路を用いる場合、受信強度の減衰が大きいために通信品質が劣化するフェード時間内に通信パケットが送信されると、受信側において通信パケットを正しく復調することができない。

　図１１に、フェージングと通信パケットの到達可否との関係を模式的に示す。同図に示すように、フェージングにより通信品質が劣化するフェード時間内に送信された通信パケット１は、受信側に到達することができない。一方、フェード時間外に送信された通信パケット２は、受信側に到達することが可能である。

　上述したような伝送路におけるフェージングへの対策として、同一のパケットを複数回にわたって送信する繰り返し送信技術が検討されている。

　このような繰り返し送信技術の例が特許文献１および２に記載されている。

　特許文献１に記載された基地局は、測定部と制御部を備える。測定部は、移動局から受信した、所定の時間間隔あたり所定数のデータの受信品質を所定の閾値を用いて判断する。制御部は、測定部で測定されたデータの受信品質が低いと判断された場合、移動局に対して所定の時間間隔あたり同一のデータを送信させる第１の通知情報を出力する。また、測定部で測定されたデータの受信品質が高いと判断された場合、制御部は、移動局に対して所定の時間間隔あたり異なる複数のデータを送信させる第２の通知情報を出力する。

　すなわち、特許文献１に記載された基地局は、受信品質が良好な場合には同一パケットの送信回数を減らし、受信品質が劣悪な場合は同一パケットの送信回数を増やすことにより伝送性能を改善することとしている。

　また、特許文献２に記載された無線通信システムにおいては、送信装置は、時間ダイバーシティ方式による無線通信のフレームフォーマットにおけるデータの初回伝送と再伝送の伝送時間間隔を変更して送信することができる構成としている。また、受信装置は、送信装置側のフレームフォーマットの変更に対応して受信のフレームフォーマットを変更することができる構成としている。そして、送信装置は、周囲環境の情報を元に最適なデータの伝送時間間隔を設定するとともに、設定情報を受信装置に伝達するように構成されている。

　すなわち、特許文献２に記載された無線通信システムは、電波を用いた無線通信における海上伝搬時のフェージング変動に対処するために、海上の波の周期に代表される周囲環境情報に基づいて同一パケットの再送時間間隔を決定する構成としている。

国際公開第２０１２／１２７５９１号特開２００２－２４６９６７号公報

　上述したように、特許文献１に記載された基地局は、受信品質に応じて同一パケットの送信回数を決定する構成としている。また、特許文献２に記載された無線通信システムは、海上の波の周期等の周囲環境情報に基づいて同一パケットの送信間隔を決定する構成としている。

　このような繰り返し送信技術により、フェージングによる通信品質の劣化を回避することが可能である。しかし、上述した関連する通信装置においては、同一の通信パケットを再送信することによるスループットの低下を抑制することは考慮されていないため、最適なスループット性能を得ることは困難である。

　このように、関連する通信装置においては、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることが困難である、という問題があった。

　本発明の目的は、上述した課題である、関連する通信装置においては、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることが困難である、という課題を解決する通信装置および通信方法を提供することにある。

　本発明の通信装置は、通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を送信パターン毎に算出するフェード回避率計算手段と、送信パターンとフェード回避率から、通信パケットのスループットを送信パターン毎に算出するスループット計算手段と、送信パターンのうち、スループットが最大になる最適送信パターンを決定する送信パターン決定手段、とを有する。

　本発明の通信方法は、通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を送信パターン毎に算出し、送信パターンとフェード回避率から、通信パケットのスループットを送信パターン毎に算出し、送信パターンのうち、スループットが最大になる最適送信パターンを決定する。

　本発明の通信装置および通信方法によれば、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る通信装置が備える送信パターン生成部が生成する送信パターンの具体例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る通信装置が備える繰り返し送信回数・間隔決定部の動作を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係る通信装置が備える繰り返し送信回数・間隔決定部の動作を説明するための図であって、回線導通率が高い場合を示す。本発明の第２の実施形態に係る通信装置が備える繰り返し送信回数・間隔決定部の動作を説明するための図であって、回線導通率が低い場合を示す。本発明の第２の実施形態に係る通信方法を説明するためのフローチャートである。本発明の第３の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る通信装置が備える繰り返し送信回数・間隔決定部の動作を説明するための図である。本発明の第３の実施形態に係る通信方法を説明するためのフローチャートである。本発明の第４の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。フェージングと通信パケットの到達可否との関係を説明するための概略図である。

　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

　〔第１の実施形態〕
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信装置１００の構成を示すブロック図である。通信装置１００は、フェード回避率計算部（フェード回避率計算手段）１１０、スループット計算部（スループット計算手段）１２０、および送信パターン決定部（送信パターン決定手段）１３０を有する。

　フェード回避率計算部１１０は、通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を送信パターン毎に算出する。スループット計算部１２０は、送信パターンとフェード回避率から、通信パケットのスループットを送信パターン毎に算出する。そして、送信パターン決定部１３０は、送信パターンのうち、スループットが最大になる最適送信パターンを決定する。

　ここで、通信品質情報の時間変化には、例えば、信号のＳ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ）比の時間変化や信号強度の時間変化が含まれる。

　次に、本実施形態による通信方法について説明する。

　本実施形態の通信方法においては、まず、通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を送信パターン毎に算出する。このフェード回避率と送信パターンとから、通信パケットのスループットを送信パターン毎に算出する。そして、送信パターンのうち、スループットが最大になる最適送信パターンを決定する。

　上述したように、本実施形態による通信装置１００および通信方法は、送信パターンとフェード回避率から、送信パターン毎に通信パケットのスループットを算出し、送信パターンのうち、スループットが最大になる最適送信パターンを決定する構成としている。そのため、本実施形態の通信装置１００および通信方法によれば、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることができる。

　〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る通信装置２００の構成を示すブロック図である。

　本実施形態による通信装置２００は、フェード回避率計算部２１０、スループット計算手段としての正規化スループット計算部２２０、および送信パターン決定手段としての繰り返し送信回数・間隔決定部２３０を有する。本実施形態の通信装置２００は、さらに、繰り返し送信回数・間隔選定部（繰り返し送信回数・間隔選定手段）２４０および送信パターン生成部（送信パターン生成手段）２５０を有する構成とした。なお、図２には、記憶部（記憶手段）２６０および送受信部（送受信手段）２７０も含めた構成を示す。

　本実施形態による通信装置２００は、光強度やＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）等の通信品質の時間変化（履歴）を参照して、正規化スループットが最大になる繰り返し送信回数（再送回数）および送信間隔を決定する。そして、このときの送信回数および送信間隔によりパケットの送受信を行う構成とした。

　本実施形態の通信装置２００において、記憶部２６０は通信品質情報の時間変化（履歴）を記憶する。すなわち、記憶部２６０は、通信品質情報を入力し、所定時間分の通信品質情報を記憶する。そして、記憶部２６０は所定時間分の通信品質情報の履歴をフェード回避率計算部２１０に出力する。

　繰り返し送信回数・間隔選定部２４０は、通信パケットの繰り返し送信回数と繰り返し送信間隔の組合せを選定する。すなわち、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０は、通信パケットの繰り返し送信回数および送信間隔の組合せの中から、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍを抽出する。繰り返し送信回数および送信間隔の組合せは、多数存在する。しかし、全ての繰り返し送信回数および送信間隔の組合せについて、スループットの計算を行うと演算量が膨大になる。そのため、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０は、例えば、送信間隔を間引いた送信間隔候補ｍを出力することが好ましい。

　繰り返し送信回数・間隔選定部２４０は繰り返し送信回数候補ｉを、送信パターン生成部２５０、正規化スループット計算部２２０、および繰り返し送信回数・間隔決定部２３０へ出力する。また、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０は送信間隔候補ｍを、送信パターン生成部２５０および繰り返し送信回数・間隔決定部２３０へ出力する。

　送信パターン生成部２５０は、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０が選定した組合せに基いて、送信パターンを生成する。具体的には、送信パターン生成部２５０は、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０から繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍを入力し、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍに応じた送信パターンを生成する。繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍに応じた送信パターンの具体例については、後段において図３を用いて説明する。送信パターン生成部２５０は、生成した送信パターンをフェード回避率計算部２１０に出力する。

　フェード回避率計算部２１０は、通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０が選定した組合せ毎にフェード回避率を算出する。具体的には、フェード回避率計算部２１０は、記憶部２６０から通信品質情報の所定時間の履歴（時間変化）を入力し、送信パターン生成部２５０から送信パターンを入力する。

　ここで、フェード回避率計算部２１０は、同一の通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を、上記の組合せで決まる送信パターン毎に計算する。フェード回避率の算出は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、通信品質情報をしきい値に従って２値化し、非導通状態を示す「０」または導通状態を示す「１」から構成される情報系列に変換する。また、同一パケットが出現する送信パターンを「０」または「１」で表す。フェード回避率の計算区間において２値化した通信品質情報と送信パターンを乗算した結果が、「０」となるときはフェード区間内、「０」とならないときはフェード区間外と判定する。上記の計算を、送信パターンを時間方向にスライディングさせて繰り返し行うことにより、確率的なフェード回避率を取得することができる。

　フェード回避率計算部２１０は、算出したフェード回避率を正規化スループット計算部２２０に出力する。

　正規化スループット計算部２２０は、繰り返し送信回数とフェード回避率とから、通信パケットのスループットを上記の組合せで決まる送信パターン毎に算出する。すなわち、正規化スループット計算部２２０は、フェード回避率計算部２１０からフェード回避率を入力し、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０から繰り返し送信回数候補ｉを入力する。そして、正規化スループット計算部２２０は、繰り返し送信回数候補ｉおよびフェード回避率に基づいて、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せ毎に正規化スループットを計算する。フェード回避率をｒ（ｉ、ｍ）とすると、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍにおける正規化スループットＴ（ｉ、ｍ）は、例えば下記の式（１）により表される。

　正規化スループット計算部２２０は、算出した正規化スループットを繰り返し送信回数・間隔決定部２３０に出力する。

　繰り返し送信回数・間隔決定部２３０は、送信パターンを決める上記の組合せのうち、スループットが最大になる最適組合せにより最適送信パターンを決定する。具体的には、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０は、正規化スループット計算部２２０から正規化スループットＴを入力し、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０から繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍを入力する。そして、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０は、正規化スループットＴが最大になる繰り返し送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’を選択し、送受信部２７０に出力する。

　送受信部２７０は、最適送信パターンに基いて通信パケットを送受信する。具体的には、送受信部２７０は、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０から最適送信パターンとなる繰り返し送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’を入力し、繰り返し送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’に基いて通信パケットの送受信を行う。

　図３に、送信パターン生成部２５０が生成する、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍに応じた送信パターンの具体例を示す。当初のパケット列（オリジナルパケット列）に対して繰り返し送信回数ｉを増加させると、同一パケットの出現回数が増大する。また、送信間隔ｍを増加させると、同一パケットが出現する間隔が増大することがわかる。

　次に、図４を用いて、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０が、スループットが最大になる送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せを決定する方法を説明する。

　図４中、破線丸印は最適な組合せ候補を、斜め破線はフェード回避率が同一の値となる等高線を示す。同図からわかるように、繰り返し送信回数候補ｉおよび間隔候補ｍが大きいほどフェード回避率は大きくなり、繰り返し送信回数候補ｉおよび間隔候補ｍが小さいほどフェード回避率は小さくなる。また、繰り返し送信回数候補ｉが大きくなるほど伝送速度の最大値であるピークレートは小さくなる。繰り返し送信回数・間隔決定部２３０は、フェード回避率と、繰り返し送信回数候補ｉに依存するピークレートを考慮したスループット（正規化スループット）が最大となる送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’の組合せを決定し、送受信部２７０に出力する。

　次に、図５Ａおよび図５Ｂを用いて、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０の、回線導通率に応じた動作を説明する。ここで、回線導通率とは、通信路において、フェード時間外であって通信品質が良好な時間と、フェード時間内にあって通信品質が劣悪な時間との比率を示す。なお、回線導通率の時間変化を、通信装置２００が取得する通信品質情報の時間変化（履歴）に含めることとしてもよい。

　図５Ａに、回線導通率が高い場合におけるフェージングの例を示す。回線導通率が高い場合、例えば、繰り返し送信回数は１回とし、送信間隔はフェード時間以上の値と決定する。

　一方、図５Ｂには、回線導通率が低い場合におけるフェージングの例を示す。回線導通率が低い場合は、フェード時間外に送信されるパケットの出現確率を高めるために、例えば繰り返し送信回数は複数回とし、送信間隔はフェード時間以下の値と決定する。

　このような繰り返し送信回数・間隔決定部２３０の動作により、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、スループットを最大化することができる。

　ここで、フェージング特性は時間方向に相関を有する場合が多い。それに対して、本実施形態の通信装置２００は上述したように、２値化した通信品質情報のうち、直近の所定時間内の履歴を参照してフェード回避率およびスループットを算出し、繰り返し送信回数および送信間隔を決定して送受信処理に反映させる構成としている。そのため、直近の通信品質情報の履歴を参照して繰り返し送信回数および送信間隔の決定に反映させることができる。したがって、本実施形態の通信装置２００によれば、繰り返し送信回数および送信間隔を決定する動作をフェージング特性に追従させることが可能である。

　なお、繰り返し送信回数および送信間隔を決定する処理を送信側で行う場合、受信側で測定した光強度やＳＮＲ等の通信品質情報を送信側にフィードバックする構成とすることができる。送信側では、フィードバックされた通信品質情報に従って繰り返し送信回数および送信間隔の決定を行う。そして、決定した繰り返し送信回数および送信間隔を、送信側と受信側で共有して送受信を行う構成とすることができる。

　上述したように、本実施形態の通信装置２００は、スループットを最大化するために繰り返し送信回数および送信間隔を制御する構成としている。さらに、高位レイヤにおけるパケット到達確認型の再送制御と併用することにより、パケットの到達性も担保することが可能である。

　次に、本実施形態による通信方法について説明する。図６は、本実施形態による通信方法を説明するためのフローチャートである。

　本実施形態による通信方法においては、まず、通信品質情報の時間変化（履歴）を記憶する（ステップＳ１１）。また、通信パケットの繰り返し送信回数および送信間隔の組合せの中から、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍを抽出する（ステップＳ１２）。そして、抽出した繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍに基いて送信パターンを生成する（ステップＳ１３）。

　続いて、通信品質情報の履歴と、繰り返し送信回数候補ｉおよび間隔候補ｍの組合せで決まる送信パターンとから、組合せ毎にフェード回避率を算出する（ステップＳ１４）。そして、このフェード回避率と繰り返し送信回数ｉとから、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せ毎に、正規化スループットを算出する（ステップＳ１５）。

　この後に、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの全ての組合せについて正規化スループットの算出が完了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。全ての組合せについて正規化スループットの算出が完了してない場合（ステップＳ１６／ＮＯ）、送信回数候補ｉおよび間隔候補ｍの組合せを変更し（ステップＳ１２）、変更した繰り返し送信回数候補および送信間隔候補に基いて送信パターンを生成する（ステップＳ１３）。

　全ての組合せについて正規化スループットの算出が完了した場合（ステップＳ１６／ＹＥＳ）、送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せのうち、正規化スループットが最大になる最適組合せ（送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’）を決定する（ステップＳ１７）。そして、ここで決定した最適組合せによる最適送信パターンに従ってパケットの送受信を行う（ステップＳ１８）。

　以上により、本実施形態の通信方法による処理が完了する。

　以上説明したように、本実施形態の通信装置２００および通信方法によれば、伝送路のフェージング状態に応じて最適な繰り返し送信回数および送信間隔の組合せを決定でき、これにより高いスループット性能が得られる。すなわち、本実施形態の通信装置２００および通信方法によれば、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることができる。

　なお、非導通状態が支配的な伝送路においては、送信間隔を長くするよりも送信回数を増加させるほうが好ましい。一方、導通状態が支配的な伝送路においては、送信回数を増加させるよりも送信間隔を長くする方が好ましい。

　〔第３の実施形態〕
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７に、本発明の第３の実施形態に係る通信装置３００の構成を示す。本実施形態による通信装置３００は、伝送路のフェージング状態に加えて、複数の同一パケットについて受信側でコヒーレント合成制御を行うことを考慮して繰り返し送信回数および送信間隔を決定する構成とした。

　本実施形態による通信装置３００は、フェード回避率計算部２１０、正規化スループット計算部３２０、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０、および送信パターン生成部２５０を有する。なお、図７には、記憶部２６０および送受信部２７０も含めた構成を示す。ここまでの構成は第２の実施形態による通信装置２００の構成と同様である。

　本実施形態による通信装置３００は、さらに、合成後パケットエラー率取得部（合成後パケットエラー率取得手段）３１１を有する。ここで、合成後パケットエラー率取得部３１１は、通信品質情報の時間変化と繰り返し送信回数に基づいて繰り返し送信された通信パケットを、コヒーレント合成した後のパケットエラー率を求める。そして、スループット計算手段としての正規化スループット計算部３２０が、繰り返し送信回数と、フェード回避率と、パケットエラー率とから、通信パケットのスループットを組合せ毎に算出する構成とした。

　ここで、図７に示すように、本実施形態による通信装置３００が、平均通信品質計算部（平均通信品質計算手段）３１２をさらに備えた構成としてもよい。平均通信品質計算部３１２は、通信品質情報を所定時間内において平均化して平均通信品質情報を算出する。この場合、合成後パケットエラー率取得部３１１は、この平均通信品質情報と、繰り返し送信回数に基づいて、パケットエラー率を求めることができる。

　以下では、図７に示した本実施形態による通信装置３００について、さらに詳細に説明する。なお、第２の実施形態による通信装置２００と同様の構成については、詳細な説明は省略する。

　平均通信品質計算部３１２は、記憶部２６０から通信品質情報の時間変化（履歴）を入力し、通信品質情報の直近の所定時間内の平均値を算出する。そして、平均通信品質計算部３１２は、算出した通信品質の平均値を合成後パケットエラー率取得部３１１に出力する。ここで、通信品質の平均値には、Ｓ／Ｎ比や信号強度の平均値などが含まれる。

　合成後パケットエラー率取得部３１１は、平均通信品質計算部３１２から通信品質の平均値を入力する。また、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０から繰り返し送信回数候補ｉを入力する。そして、合成後パケットエラー率取得部２４０は、通信品質の平均値および繰り返し送信回数候補ｉに基いて、同一パケットをコヒーレント合成した後のパケットエラー率を計算する。

　ここで、パケットエラー率とは、「受信に成功したパケット数」と「送信パケットの総数」との比率をいう。このパケットエラー率は、例えば、通信品質の平均値λとパケットエラー率との関係を、あらかじめ実験またはシミュレーション等により算出しテーブル等に保持しておくことができる。そして、合成後パケットエラー率取得部２４０は、このテーブルを参照することによりパケットエラー率を取得することができる。

　なお、コヒーレント合成後のパケットエラー率を、コヒーレント合成による通信品質利得に従って予め保持された通信品質とパケットエラー率特性を補正することにより取得する構成としてもよい。また、合成後パケットエラー率取得部３１１は、平均通信品質計算部３１２を経由することなく、記憶部２６０から通信品質情報の履歴を直接入力し、コヒーレント合成後のパケットエラー率を計算することとしてもよい。

　合成後パケットエラー率取得部３１１は、コヒーレント合成後のパケットエラー率を正規化スループット計算部３２０に出力する。

　正規化スループット計算部３２０は、フェード回避率計算部２１０からフェード回避率を入力し、繰り返し送信回数・間隔選定部２４０から繰り返し送信回数候補ｉを入力する。さらに、正規化スループット計算部３２０は、合成後パケットエラー率取得部３１１からコヒーレント合成後のパケットエラー率を入力する。そして、正規化スループット計算部３２０は、フェード回避率ｒ、繰り返し送信回数候補ｉ、および合成後パケットエラー率に基づいて、正規化スループットを計算する。

　繰り返し送信回数候補ｉおよび通信品質の平均値λにおけるコヒーレント合成後のパケットエラー率をｅ（ｉ、λ）とすると、正規化スループットＴ（ｉ、ｍ）は、例えば下記の式（２）により表される。

　正規化スループット計算部３２０は、算出した正規化スループットを繰り返し送信回数・間隔決定部２３０に出力する。

　次に、図８を用いて、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０が、スループットが最大になる送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せを決定する方法を説明する。

　図８中、破線丸印は最適な組合せ候補を、斜め破線はフェード回避率が同一の値となる等高線を示す。同図からわかるように、繰り返し送信回数候補ｉが大きくなるほどコヒーレント合成による通信品質利得は大きくなるので、パケットエラー率は低減する。繰り返し送信回数・間隔決定部２３０は、フェード回避率ｒと、繰り返し送信回数候補ｉに依存するピークレートおよびコヒーレント合成による通信品質利得とを考慮したスループットが最大になる送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’を決定する。そして、繰り返し送信回数・間隔決定部２３０は、ここで決定した送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’を送受信部２７０に出力する。

　次に、本実施形態による通信方法について説明する。図９は、本実施形態による通信方法を説明するためのフローチャートである。

　本実施形態による通信方法においては、まず、通信品質情報の時間変化（履歴）を記憶する（ステップＳ２１）。そして、通信品質情報の直近の所定時間内の平均値を算出する（ステップＳ２２）。

　また、通信パケットの繰り返し送信回数および送信間隔の組合せの中から、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍを抽出する（ステップＳ２３）。そして、抽出した繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍに基いて送信パターンを生成する（ステップＳ２４）。続いて、通信品質情報の履歴と、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せで決まる送信パターンとから、組合せ毎にフェード回避率を算出する（ステップＳ２５）。

　そして、繰り返し送信回数候補ｉおよび平均通信品質に基いて、コヒーレント合成後のパケットエラー率を算出する（ステップＳ２６）そして、このコヒーレント合成後のパケットエラー率ｅ（ｉ、λ）と、フェード回避率ｒ（ｉ、ｍ）、および繰り返し送信回数候補ｉとから、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せ毎に、正規化スループットを算出する（ステップＳ２７）。

　この後に、繰り返し送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの全ての組合せについて正規化スループットの算出が完了したか否かを判定する（ステップＳ２８）。全ての組合せについて正規化スループットの算出が完了してない場合（ステップＳ２８／ＮＯ）、送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せを変更する（ステップＳ２３）。そして、変更した繰り返し送信回数候補および送信間隔候補に基いて送信パターンを生成する（ステップＳ２４）。

　全ての組合せについて正規化スループットの算出が完了した場合（ステップＳ２８／ＹＥＳ）、送信回数候補ｉおよび送信間隔候補ｍの組合せのうち、正規化スループットが最大になる最適組合せ（送信回数ｉ’および送信間隔ｍ’）を決定する（ステップＳ２９）。そして、ここで決定した最適組合せによる最適送信パターンに従ってパケットの送受信を行う（ステップＳ３０）。

　以上説明したように、本実施形態の通信装置３００および通信方法によれば、伝送路のフェージング状態に応じて最適な繰り返し送信回数および送信間隔の組合せを決定でき、これにより高いスループット性能が得られる。すなわち、本実施形態の通信装置２００および通信方法によれば、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることができる。

　さらに、本実施形態の通信装置３００および通信方法においては、伝送路のフェージング状態に加えてコヒーレント合成後のパケットエラー率をも考慮して最適な繰り返し送信回数および送信間隔の組合せを決定する構成としている。そのため、スループット性能をさらに改善することができる。

　〔第４の実施形態〕
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０に、本発明の第４の実施形態に係る通信装置４００の構成を示す。本実施形態による通信装置４００は、フェージング速度の変動時間に応じて、フェード回避率の計算時間および通信品質情報の平均時間を可変する構成とした。

　すなわち、本実施形態による通信装置４００は、上述した各実施形態による通信装置の構成に加えて、フェージング速度変動時間計算部（フェージング速度変動時間計算手段）４１０をさらに備えた構成とした。図１０には、第３の実施形態による通信装置３００の構成にフェージング速度変動時間計算部４１０を加えた場合の構成を示す。その他の構成は、上述した各実施形態による通信装置の構成および動作と同様であるから、それらの説明は省略する。

　フェージング速度変動時間計算部４１０は、通信品質情報の時間変化に基いて、フェージング速度の変動が一定と見なせる時間であるフェージング速度変動時間を算出する。具体的には、フェージング速度変動時間計算部４１０は、記憶部２６０から出力される時系列の通信品質情報の時間変化（履歴）を参照して、フェージング速度の変動が一定と見なせる時間を算出する。

　このとき、フェード回避率計算部２１０は、フェージング速度変動時間に基づいてフェード回避率を算出する。すなわち、フェージング速度の変動時間が長い場合、フェード回避率計算部２１０は、フェード回避率の計算時間を長くする。一方、フェージング速度の変動時間が短い場合、フェード回避率計算部２１０は、フェード回避率の計算時間を短くする。

　また、図１０に示したように平均通信品質計算部３１２を備えた構成の場合、平均通信品質計算部３１２は、フェージング速度変動時間に基づいて、平均通信品質情報を算出する。すなわち、平均通信品質計算部３１２は、フェージング速度の変動時間が長い場合、通信品質情報の平均時間を長くする。一方、フェージング速度の変動時間が短い場合、平均通信品質計算部３１２は、通信品質情報の平均時間を短くする。

　以上説明したように、本実施形態の通信装置４００によれば、伝送路のフェージング状態に応じて最適な繰り返し送信回数および送信間隔の組合せを決定でき、これにより高いスループット性能が得られる。すなわち、本実施形態の通信装置４００によれば、フェージングによる通信品質の劣化を回避するとともに、十分なスループット性能を得ることができる。

　さらに、本実施形態の通信装置４００においては、フェージング速度の変動時間に応じて、フェード回避率および平均通信品質情報の計算を実行することが可能になる。これにより、繰り返し送信回数および送信間隔を決定する際に、伝送路のフェージングに追従する精度が向上する。その結果、スループット性能をさらに改善することができる。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　この出願は、２０１７年２月１７日に出願された日本出願特願２０１７－０２８０５８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１００、２００、３００、４００　　通信装置
　１１０、２１０　　フェード回避率計算部
　１２０　　スループット計算部
　１３０　　送信パターン決定部
　２２０、３２０　　正規化スループット計算部
　２３０　　繰り返し送信回数・間隔決定部
　２４０　　繰り返し送信回数・間隔選定部
　２５０　　送信パターン生成部
　２６０　　記憶部
　２７０　　送受信部
　３１１　　合成後パケットエラー率取得部
　３１２　　平均通信品質計算部
　４１０　　フェージング速度変動時間計算部

Claims

　通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、前記通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を前記送信パターン毎に算出するフェード回避率計算手段と、
　前記送信パターンと前記フェード回避率から、前記通信パケットのスループットを前記送信パターン毎に算出するスループット計算手段と、
　前記送信パターンのうち、前記スループットが最大になる最適送信パターンを決定する送信パターン決定手段、とを有する
　通信装置。
　請求項１に記載した通信装置において、
　前記通信パケットの繰り返し送信回数と繰り返し送信間隔の組合せを選定する繰り返し送信回数・間隔選定手段と、
　前記組合せに基いて、前記送信パターンを生成する送信パターン生成手段とを、さらに有し、
　前記フェード回避率計算手段は、前記組合せ毎に前記フェード回避率を算出し、
　前記スループット計算手段は、前記繰り返し送信回数と前記フェード回避率とから、前記通信パケットの前記スループットを前記組合せ毎に算出し、
　前記送信パターン決定手段は、前記組合せのうち、前記スループットが最大になる最適組合せにより前記最適送信パターンを決定する
　通信装置。
　請求項２に記載した通信装置において、
　前記通信品質情報の時間変化と前記繰り返し送信回数に基づいて繰り返し送信された前記通信パケットを、コヒーレント合成した後のパケットエラー率を求める合成後パケットエラー率取得手段をさらに備え、
　前記スループット計算手段は、前記繰り返し送信回数と、前記フェード回避率と、前記パケットエラー率とから、前記通信パケットの前記スループットを前記組合せ毎に算出する
　通信装置。
　請求項３に記載した通信装置において、
　前記通信品質情報を所定時間内において平均化して平均通信品質情報を算出する平均通信品質計算手段をさらに備え、
　前記合成後パケットエラー率取得手段は、前記平均通信品質情報と、前記繰り返し送信回数に基づいて、前記パケットエラー率を求める
　通信装置。
　請求項４に記載した通信装置において、
　前記通信品質情報の時間変化に基いて、フェージング速度の変動が一定と見なせる時間であるフェージング速度変動時間を算出するフェージング速度変動時間計算手段をさらに備え、
　前記平均通信品質計算手段は、前記フェージング速度変動時間に基づいて、前記平均通信品質情報を算出する
　通信装置。
　請求項１から５のいずれか一項に記載した通信装置において、
　前記通信品質情報の時間変化に基いて、フェージング速度の変動が一定と見なせる時間であるフェージング速度変動時間を算出するフェージング速度変動時間計算手段をさらに備え、
　前記フェード回避率計算手段は、前記フェージング速度変動時間に基づいて前記フェード回避率を算出する
　通信装置。
　請求項１から６のいずれか一項に記載した通信装置において、
　前記通信品質情報の時間変化を記憶する記憶手段と、
　前記最適送信パターンに基いて、前記通信パケットを送受信する送受信手段とを、さらに有する
　通信装置。
　通信品質情報の時間変化と、通信パケットを繰り返して送信する際の送信パターンとから、前記通信パケットがフェード区間外になる確率であるフェード回避率を前記送信パターン毎に算出し、
　前記送信パターンと前記フェード回避率から、前記通信パケットのスループットを前記送信パターン毎に算出し、
　前記送信パターンのうち、前記スループットが最大になる最適送信パターンを決定する
　通信方法。
　請求項８に記載した通信方法において、
　前記通信パケットの繰り返し送信回数と繰り返し送信間隔の組合せを選定することと、
　前記組合せに基いて、前記送信パターンを生成することを、さらに有し、
　前記フェード回避率を算出することは、前記組合せ毎に前記フェード回避率を算出することを含み、
　前記スループットを算出することは、前記繰り返し送信回数と前記フェード回避率とから、前記通信パケットの前記スループットを前記組合せ毎に算出することを含み、
　前記最適送信パターンを決定することは、前記組合せのうち、前記スループットが最大になる最適組合せにより前記最適送信パターンを決定することを含む
　通信方法。
　請求項９に記載した通信方法において、
　前記通信品質情報の時間変化と、前記繰り返し送信回数に基づいて、繰り返し送信された前記通信パケットをコヒーレント合成した後のパケットエラー率を求めことを、さらに有し、
　前記スループットを算出することは、前記繰り返し送信回数と、前記フェード回避率と、前記パケットエラー率とから、前記通信パケットの前記スループットを前記組合せ毎に算出することを含む
　通信方法。