JP2010239653A

JP2010239653A - Ｏｆｄｍ通信システムのための適応率制御

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Publication number: JP2010239653A
Application number: JP2010132185A
Authority: JP
Inventors: Jay R Walton; ジェイ・アール・ワルトン; John W Ketchum; ジョン・ダブリュ・ケッチャム; Steven J Howard; スティーブン・ジェイ・ハワード; Mark Wallace; マーク・ウォーレス
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Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2010-10-21
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Abstract

【課題】無線（例えば、ＯＦＤＭ）通信システムにおいてデータ伝送の率を適応的に制御するための技術を提供する。
【解決手段】１つの観点において、種々の種類のメトリクスを導き出してデータ伝送のための適切な率を選択するために使用してもよい。いくつかの種類のメトリクスは、ＳＮＲ、周波数選択度、時間選択度等のような通信チャネルの異なる特性に関連する。１つの種類のメトリクスは、データ伝送の性能に関連する。他の観点において、率を適応的に制御するために種々の種類のメトリクスを異なる方法で使用してもよい。いくつかのメトリクスを率の開ループ制御のために使用してもよく、他のメトリクスを閉ループ制御のために使用してもよく、およびいくつかは両方のために使用してもよい。例えば、チャネルメトリクスは、率を決定または選択するために使用してもよく、性能メトリクスは、率を調節するかどうかを決定するために使用してもよい。
【選択図】図３

Description

この発明は、一般にデータ通信システムに関し、特に、無線（例えば、ＯＦＤＭ）通信システムのための適応率制御技術に関する。

無線通信システムは、音声、データ等のような種々の種類の通信を供給するために幅広く展開されている。これらのシステムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、またはその他の多重アクセス技術に基づいていてもよい。いくつかのシステムはまた、いくつかのチャネル環境に対して高性能を供給できてもよい直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）を実施してもよい。

ＯＦＤＭシステムにおいて、システム帯域幅は、（周波数ビンまたはサブチャネルと呼んでもよい）多数の（Ｎ_F）のサブバンドに効率的に分割される。各周波数サブチャネルは、データを変調してもよいそれぞれのサブキャリアに関連しており、従って独立した「伝送路」として見てもよい。一般に、伝送されるデータ（すなわち、情報ビット）は、特定の符号化スキームを用いて符号化され、符号化ビットを発生し、符号化ビットは、さらに非バイナリ記号群にグループ化してもよく、次に、非バイナリ記号群は、特定の変調スキーム（例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ、またはその他のスキーム）に基づいて変調記号にマッピングされる。各周波数サブチャネルの帯域幅に依存してもよい各時間間隔で、変調記号をＮ_L周波数サブチャネルの各々上に送信してもよい。

ＯＦＤＭシステムの周波数サブチャネルは、異なるチャネル条件（例えば、異なるフェーディングおよびマルチパス効果）に直面する場合があり、異なる信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲｓ）を得る場合がある。従って、特定のレベルの性能に対して各周波数サブチャネル上に送信してもよい変調記号あたりの情報ビットの数（すなわち、データ転送速度）はサブチャネルごとに異なる場合がある。さらに、チャネル条件は、一般に時間とともに変化する。この結果、周波数サブチャネルに対して支持されたデータ転送速度も時間とともに変化する。

符号化されたＯＦＤＭシステムにおける主要な課題は、チャネル条件に基づく、データ伝送のために使用される適当な「率」の選択である。これは、一般に、特定のデータ転送速度、符号化スキーム（または情報点率）、および変調スキームの選択を含む。率選択の目標は、特定のフレームエラー率（ＦＥＲ）、ある潜時基準等により定量化してもよい品質目標を満足させながら、スループットを最大化しなければならない。

率を選択するための１つの簡単な技術は、サブチャネルの短期の平均ＳＮＲにより定量化してもよい伝送能力に従って各周波数サブチャネルを「ビットロード(bit load)」することである。しかしながら、この技術は、いくつかの主要な欠点を有する。第１に、各周波数サブチャネルに対して個々に符号化することは、送信器および受信器の両方において処理の複雑さをかなり増加させる可能性がある。第２に各周波数サブチャネルに対して個々に符号化することは、符号化および復号遅延を非常に増加させるかもしれない。そして、第３に、各周波数サブチャネルのチャネル条件（例えば、利得、位相、およびＳＮＲ、または各周波数サブチャネルの率）を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）を送信するために、高いフィードバック率が必要になるかもしれない。送信器がサブチャネルごとにデータを正しく符号化し変調可能にするためには、受信器からのフィードバックが必要であろう。

周波数サブチャネルの異なる伝送能力プラス通信チャネルの時間により変化する性質は、ＯＦＤＭシステムにおいて、伝送のためにデータを効率的に符号化し変調するための課題となる。それゆえ、ＯＦＤＭ通信システムにおいて、データ伝送の率を適応的に制御するための技術の必要性がある。

この発明の観点は、無線（例えば、ＯＦＤＭ）通信システムにおいて、データ伝送の率を適応的に制御するための技術を提供する。１つの観点において、データ伝送のための正しい率を選択するために種々の種類のメトリクス(metrics)を導き出して使用してもよい。率は、データ伝送のために使用される特定のデータ転送速度、符号化スキーム、および変調スキームを示してもよい。

いくつかの種類のメトリクスは、ＳＮＲ、周波数選択度、時間選択度等のような通信チャネルの異なる特性に関連する。各チャネル特性は、１つ以上の異なるチャネル特性により定量化してもよい。例えば、事前検出ＳＮＲおよび事後検出ＳＮＲを用いてＳＮＲを定量化してもよいし、遅延拡散およびコヒーレンス帯域幅を用いて周波数選択度を定量化してもよいし、およびコヒーレンス時間およびドップラー拡散を用いて時間選択度を定量化してもよい。１つの種類のメトリクスは、データ伝送の性能に関係する。性能は、フレームエラー率（ＦＥＲ）およびその他のデコーダメトリクスにより定量化してもよい。

他の観点において、データ伝送の率を適応的に制御するために、種々の種類のメトリクスを異なる方法で使用してもよい。特に、いくつかのメトリクスをデータ伝送の率の開ループ制御のために使用してもよいし、他のメトリクスを閉ループ制御のために使用してもよいし、およびいくつかのメトリクスを開ループ制御および閉ループ制御の両方に使用してもよい。例えば、ＳＮＲのためのチャネルメトリクス、周波数選択度、および／または時間選択度を用いてデータ伝送のための初期率を決定または選択してもよい。その後、１つ以上の性能メトリクスに基づいて率を調節してもよい。率に対する調節を望むかまたは必要であると考えるなら、（継続的にまたは周期的に更新してもよい）チャネルメトリクスおよび恐らく性能メトリクス（複数の場合もある）に基づいて決定または選択してもよい。

この発明の種々の観点および実施形態が以下にさらに詳細に記載される。この発明はさらに、以下にさらに詳細に記載するように、この発明の種々の観点、実施形態、および特徴を実施する、方法群、受信器装置群、送信器装置群、受信器システム群、送信器システム群、システム群、および他の装置群およびエレメント群を提供する。

図１は、無線（例えば、ＯＦＤＭ）通信システムの簡単化されたモデルの図である。図２は、データ伝送の率を適応的に制御するためのプロセスの一実施形態のフローチャートである。図３は、この発明の種々の観点および実施形態を実施することのできる送信器システムおよび受信器システムの一実施形態の簡単化されたブロック図である。図４Ａは、送信器システム内の送信器装置の２つの実施形態のブロック図である。図４Ｂは、送信器システム内の送信器装置の２つの実施形態のブロック図である。図５は、受信器システム内の受信器装置の一実施形態のブロック図である。

この発明の特徴、性質、および利点は、全体にわたって、類似した参照文字がそれに相当するものとして特定する図面とともに以下に述べる詳細な記述からより明白になるであろう。

ここに記載されるデータ伝送の率を適応的に制御するための技術は、種々の無線通信システムに使用してもよい。明確にするために、この発明の種々の観点および実施形態は特にＯＦＤＭシステムの場合について記載する。

図１は無線（例えば、ＯＦＤＭ）通信システムの簡単化されたモデルの図である。送信器１１０において、トラヒックデータは、特定のデータ転送速度で、データソース１１２からエンコーダ／変調器１１４に供給される。エンコーダ／変調器１１４は、特定の符号化および変調スキームに従ってデータを符号化し変調する。一実施形態において、データ転送速度はデータ転送速度制御により決定され、符号化および変調スキームは、符号化／変調制御により決定され、これらの両方は、受信器１５０から受信された率にもとづいてコントローラ１２０により供給される。

取得、周波数およびタイミング同期、チャネル推定、データ伝送のコヒーレント復調等のような多数の機能を受信器が実行するのを手助けするためにパイロットを受信器に送信してもよい。この場合、パイロットデータは、エンコーダ／変調器１１４に供給される。次に、エンコーダ／変調器１１４は、パイロットデータとトラヒックデータを多重化し処理する。変調されたデータはさらに処理され（簡単のために図１には示されていない）、変調された信号を発生する。次に、変調された信号は通信チャネルを介して受信器に送信される。

受信器１５０において、変調された信号は受信され、条件づけされ、ディジタル化され、データサンプルを供給する。チャネル推定器１６２は、データサンプルを受信して処理し、通信チャネルの種々の特性を示す種々の種類のメトリクスを供給する。これらの種々の種類のチャネルメトリクスは以下にさらに詳細に記載される。復調器／デコーダ１６４もまたデータサンプルを受信して処理し、復号されたデータを供給し、さらに、受信されたデータの復号された結果を示す１つ以上の性能メトリクスを供給してもよい。

率選択器１６６は、チャネル推定器１６２からチャネルメトリクスを受信し、復調器／デコーダ１６４から性能メトリクス（複数の場合もある）を受信し、受信したメトリクスに基づいて、データ伝送に使用するために利用可能なすべてのまたは一部の伝送路（例えば、ＯＦＤＭシステムの周波数サブチャネル）に使用してもよい適当な「率」を決定する。率は、伝送パラメータのセットに対する特定の値のセットを示す。例えば、率は、データ伝送に使用される特定のデータ転送速度、特定の符号化スキームまたは情報点率、特定の変調スキーム等を含んでいてもよい（あるいはそれらにマッピングしてもよい）。

図１に示す実施形態において、率選択は、受信器１５０により実行され、選択された率が送信器１１０に供給される。他の実施形態において、率選択は、受信器により供給される制御情報にもとづいて送信器により実行してもよく、または送信器と受信器の両方により合同で実行してもよい。

通信チャネルは、送信器から受信器に伝送された変調された信号を劣化させ、さらにひずませるかもしれない。高い性能を得るために、データ伝送は、チャネルの伝送能力に一致させなければならない。これは、チャネルの種々の特性を推定し、推定されたチャネル条件に基づいてデータ伝送のための適切な率を選択することにより得てもよい。

この発明の１つの観点に従って、データ伝送のための適切な率を選択するために種々の種類のメトリクスを導き出し使用してもよい。いくつかの種類のメトリクスは、ＳＮＲ、周波数選択度、時間選択度、および恐らくは、その他のような通信チャネルの異なる特性に関係する。１つの種類のメトリクスは、データ伝送の性能に関係する。種々のメトリクスは以下のように分類してもよい。

・信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）−雑音および干渉電力に対する信号電力を示す、これは伝送されたデータを正しく検出するための受信器の能力を決定する；
・周波数選択度−通信チャネルの周波数の選択的な性質を示し、周波数の関数としてのチャネル損失として見てもよい。

・時間選択度−通信チャネルの時間的性質を示し、これは、感知できるほどにチャネルが変化しない時間間隔により定量化してもよい。

・性能−データ伝送の実際に得られた性能を示し、特定のフレームエラー率（ＦＥＲ）、パケットエラー率（ＰＥＲ）、ビットエラー率（ＢＥＲ）、またはその他の測定値または基準値により定量化してもよい。

チャネル特性の各々（例えば、ＳＮＲ、周波数選択度、および時間選択度）は、以下にさらに詳細に記載するように、種々のメトリクスにより定量化してもよい。性能を定量化するために種々のメトリクスも使用してもよい。

上に列挙した４つの異なる種類のメトリクスは、４つの異なる種類のチャネル状態情報（ＣＳＩ）を表す。他の種類のチャネル状態情報のための他の種類のメトリクスを率選択のために使用してもよく、これはこの発明の範囲内である。

ＳＮＲに基づくメトリクス
個々に処理される（例えば、符号化されおよび変調される）伝送路の各グループ（例えば、周波数サブチャネル）に対してＳＮＲを受信器において決定してもよい。例えば、単一の符号化および変調スキームがＯＦＤＭシステム内のすべての利用可能な周波数サブチャネルに対して使用されるなら、合計ＳＮＲは、合計雑音電力に対する合計受信信号電力（すなわち、すべての周波数サブチャネルにおける電力の和）の比として、受信器において決定してもよい。ＳＮＲは、受信器において、信号処理経路に沿って種々の点で決定してもよい。異なるＳＮＲのいくつかを以下に記載する。

事前検出ＳＮＲは、受信器入力において雑音プラス干渉に対する合計受信信号電力の比を表す。事前検出ＳＮＲは、一般に、受信した信号が条件づけされ（例えば、濾波され、増幅され、およびダウンコンバート(downconverted)され）、ディジタル化された後であって、（以下に記載する）等化の前の受信された信号に関して測定される。事前検出ＳＮＲは、データとともに伝送されるパイロットに基づいて、またはデータ自体に基づいて、または両方の組合せに基づいて推定してもよい。

事後検出ＳＮＲは、受信器において、等化の後の雑音プラス干渉に対する合計信号電力の比を表す。等化を有する単一搬送システムにおいて得るであろう事後検出ＳＮＲの理論値は符号化されたＯＦＤＭシステムの性能を示しても良く、それゆえＯＦＤＭシステムにおける率制御のために有効であるかもしれない。通信チャネルにより取り込まれる受信された信号の歪みを補償するために、単一搬送通信システムにおいて受信された信号を処理するために種々の種類の等化器を使用してもよい。そのような等化器は、例えば、最小平均２乗誤差線形等化器（ＭＭＳＥ−ＬＥ）、判断フィードバック(decision feedback)等化器（ＤＦＥ）、およびその他を含んでいてもよい。

（無限長）ＭＭＳＥ−ＬＥに対する事後検出ＳＮＲは以下のように表してもよい。

但し、

は、以下により与えられる。

但し、

は、チャネル伝達関数の折り返しスペクトル(folded spectrum)であり、Ｎ₀はチャネル熱雑音であり、Ｔはサンプリング間隔である。チャネル伝達関数は、送信器と受信器との間のチャネルの周波数の全域における応答（例えば、利得と位相）を表す。

（無限長）ＤＦＥに対する事後検出ＳＮＲは以下のように表してもよい。

式（１）および（２）に示されるＭＭＳＥ−ＬＥおよびＤＦＥに対する事後検出ＳＮＲｓは理論値を表す。ＭＭＳＥ−ＬＥおよびＤＦＥに対する事後検出ＳＮＲｓは、またJ. G. Proakis著「ディジタル通信(Digital Communications)」第３版、１９９５、McGraw Hill、のそれぞれ節１０−２−２および１０−３−２にさらに詳細に記載されている。節１０−２−２および１０−３−２は、参照することによりここに組み込まれる。

ＭＭＳＥ−ＬＥおよびＤＦＥに対する事後検出ＳＮＲｓは、すべてがこの出願の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる、それぞれ２００１年３月２３日および２００１年９月１８日に出願された米国特許出願シリアル番号第０９／８２６，４８１および０９／９５６，４４９（発明の名称は両方とも「無線通信システムにおいてチャネル状態情報を利用する方法および装置」(Method and Apparatus for Utilizing Channel State Information in a Wireless Communication System)、および２００１年５月１１日に出願された米国特許出願シリアル番号０９／８５４，２３５（発明の名称：「チャネル状態情報を利用した複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいてデータを処理する方法および装置」(Method and Apparatus for Processing Data in a Multiple-Input Multiple-Output(MIMO) Communication System Utilizing Channel State Information)に記載された方法で受信器において推定してもよい。

受信器において、ＳＮＲを推定するための他の技術は１９９８年８月２５日に発行された米国特許番号５，７９９，００５（発明の名称：「ＣＤＭＡ通信システムにおいて受信したパイロット電力および経路損失を決定するシステムおよび方法」(System and Method for Determining Received Pilot Power and Path Loss in a CDMA Communication System))、１９９９年５月１１日に発行された米国特許番号５，９０３，５５４（発明の名称：「スペクトル拡散通信システムにおいて、リンク品質を測定する方法および装置」(Method and Apparatus for Measuring Link Quality in a Spread Spectrum Communication System))、それぞれ１９９１年１０月８日および１９９３年１１月２３日に発行された米国特許番号５，０５６，１０９および５、２６５，１１９（発明の名称は共に、「ＣＤＭＡセルラー方式移動電話システムにおいて伝送電力を制御する方法および装置」(Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular Mobile Telephone System))、および２０００年８月１日に発行された米国特許番号６，０９７，９７２（発明の名称：「ＣＤＭＡ移動電話システムにおいて電力制御信号を処理するための方法および装置」(Method and Apparatus for Processing Power Control Signals in CDMA Mobile Telephone System))に記載されている。これらは、すべて参照することによりここに組み込まれる。

周波数選択度に関連するメトリクス（ＦＳメトリクス）
通信チャネルの周波数選択度は、チャネル伝達度により特徴づけてもよい。また、周波数選択度は時間領域内の遅延拡散または周波数領域内の対応するコヒーレンス帯域幅により定量化してもよい。遅延拡散は、時間分散性チャネルにおいて最も早く到着する経路と最も遅く到着する経路との間の遅延の差を示す。コヒーレンス帯域幅は、遅延拡散に逆比例して関連し、周波数の関数としてチャネル伝達関数の変化率を示す（に比例する）。ますます大きくなる遅延拡散は、ますます小さくなるコヒーレンス帯域幅に相当する。

遅延拡散は、遅延電力密度スペクトルとしても知られる、電力遅延プロファイルの幅の測定単位である。電力遅延プロファイル、Ｐ（τ）は、相対遅延の関数としてのチャネルインパルス応答の電力であり、以下のように表してもよい：

但し、ｈ（τ，ｔ）は時間依存性のチャネルインパルス応答であり、Ｅは、期待動作であり、τは相対遅延を表す。

ＲＭＳ（２乗平均）遅延拡散Ｐ_RMS、は遅延拡散の１つの可能な測定単位であり、以下のように表してもよい。

但し、μ_τはＰ（τ）の一次モーメントである。遅延拡散の他の可能な測定単位は遅延間隔（τ_max−τ_min）を含む。但し、τ_maxはＰ（τ）が特定の閾値Ｔよりも大きいτの最大値であり、τ_minは、Ｐ（τ）が閾値Ｔより大きいτの最小値である。この閾値は、ある特定のパーセンテージのＰ（τ）の合計電力が遅延間隔（τ_max−τ_min）に含まれるように選択してもよい。

遅延電力密度スペクトルおよび遅延拡散は、P.A. Bello著の学術論文（タイトル：「ランダムに時間変化する線形チャネルの特徴づけ」）、IEEE Trans. Communications, vol CS-11, pp 360-393, １９６３年１２月にさらに詳細に記載されている。これは、参照することによりここに組み込まれる。

コヒーレンス帯域幅は、周波数相関関数Ｑ（Δｆ）の幅の測定単位は、以下のように表してもよい。

但し、Ｈ（ｆ，ｔ）は時間依存性チャネル伝達関数であり、時間依存性チャネル伝達関数は、時間依存性チャネルインパルス応答、ｈ（τ、ｔ）の周波数領域表示である。

時間依存性チャネル伝達関数、Ｈ（ｆ，ｔ）は、以下のようにして、時間依存性チャネルインパルス応答、ｈ（τ，ｔ）の（遅延次元における）フーリエ変換として導き出してもよい。

式（６）の結果として、周波数相関関数、Ｑ（Δｆ）は、以下のように電力遅延プロファイル、Ｐ（τ）のフーリエ変換として導き出してもよい。

コヒーレンス帯域幅の可能な測定単位は、（ＲＭＳ遅延拡散と類似した方法で定義してもよい）ＲＭＳコヒーレンス帯域幅、または（遅延拡散に対して上述した遅延間隔（τmax−τmin）に類似して定義してもよい）あるパーセンテージの統合された周波数相関関数を含む周波数の間隔を含む。

電力遅延プロファイルＰ（τ）と、周波数相関関数、Ｑ（Δｆ）との間のフーリエ変換関係により、遅延拡散およびコヒーレンス帯域幅は、通信チャネル内の遅延分散の現象を記載する基本的に異なる方法である。事実、電力遅延プロファイルと周波数相関関数は、互いに、反比例関係を有する。

ＯＦＤＭシステムにおいて、周波数相関関数、Ｑ（Δｆ）は、周波数サブチャネルの情報が利用できるので、一般により容易に測定される。それゆえ、コヒーレンス帯域幅は、通信チャネルおよび率選択において遅延拡散の範囲を特定するのに使用するためにより適切なパラメーターであってもよい。（信号帯域幅に対して）コヒーレンス帯域幅の小さな値は、信号帯域幅の全域で多くの独立したフェーディングイベントがあることを示し、一方、（信号帯域幅に対して）コヒーレント帯域幅の大きな値は、信号帯域幅の全域で平坦フェーディングを示す（すなわち、すべての周波数サブチャネルが一緒に強さが変動する）。コヒーレンス帯域幅と実際の性能との間の関係は、一般にコード設計およびインターリーバー(interleaver)設計に依存し、特定のコード設計およびインターリーバー設計に対しては、実験的に決定してもよい。

コヒーレンス帯域幅の実現は、異なる種類のシステムに対して異なる方法で実現してもよい。周波数分割双方向（ＦＤＤ）システムにおいて、ダウンリンクおよびアップリンクは、一般に異なるチャネル応答に関連する２つの異なる周波数帯域が割り当てられる。従って、ダウンリンクおよびアップリンクの各々上の通信チャネルは、そのチャネル上の（例えば、パイロット）伝送により特徴づけてもよい。時分割双方向（ＴＤＤ）システムにおいて、ダウンリンクとアップリンクは、時分割多重（ＴＤＭ）方法で同じ周波数帯域を共有する。従って、ダウンリンクとアップリンクの通信チャネルは実質的に同じであり、なんらかの差は、主に、リンクの２つの端部におけるモデム内の送信および受信電子機器の差、およびチャネルの時間的性質の差（すなわち、ダウンリンク伝送およびアップリンク伝送に対して割り当てられた時間間のチャネル条件の変化）による。

ＦＤＤシステム内の通信チャネルのコヒーレンス帯域幅を推定するために、送信器は、パイロットを送信することができる。ＯＦＤＭシステムにおいて、利用可能な周波数サブチャネルの各々において一定の振幅トーン(tone)から構成されるパイロット記号を送信してもよい。ＯＦＤＭの場合、送信器はパイロット記号の逆ＦＦＴを計算してパイロットのためのＯＦＤＭ記号を形成し、循環プレフィックス(cyclic prefix)をＯＦＤＭ記号に付加して伝送記号を形成し、伝送記号のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換を実行し、記号をアップコンバートして伝送する。受信器は、受信した信号をサンプリングし、再生された伝送記号内の循環プレフィックスを除去し、再生されたＯＦＤＭ記号のＦＦＴを計算する。ＦＦＴ演算からの再生されたパイロット記号は、周波数領域サンプリングされたチャネル伝達関数、

の倍率のかけられた推定値を生じる。但し、Ｔはサンプリングの間隔であり、ｋは周波数ビン(frequency bin)またはサブバンドのインデックスである。

時分割双方向システムにおいて、送信器は、データが伝送される受信者の受信器により送信されるパイロット記号に基づいて導き出してもよい通信チャネルの推定値にもとづいて率決定を行なうことができる。この場合、受信器がパイロット記号を送信し（送信器ではない）、送信器がパイロットを受信し、それを用いてチャネルの推定値を形成する場合を除いて、ＦＤＤシステムに対して上述したようにチャネル伝達関数を推定してもよい。送信器は、パイロット記号が受信されるのと同じ周波数帯域上に送信するので、送信チャネル伝達関数

は、実質的に受信チャネル伝達関数

と同じである。

周波数相関関数の推定値

は、以下のように表してもよい。

ただし、ＮはＦＦＴの次元であり、λは、周波数デルタ（すなわち、Δｆの異なる量子化された値）を表す。周波数相関関数の推定値はさらに、以下のように複数のパイロット記号に対して（指数関数的に）平均化してもよい。

ただし、αは、指数平均化のための時定数を決定する係数であり、ｎはパイロット記号期間のためのインデックスである。

次に、推定された周波数相関関数

の幅を測定することによりコヒーレンス帯域幅を推定してもよい。特に、推定されたコヒーレンス帯域幅ＢＷ_cは、以下のように表してもよい。

但し、Ｌcは

であるλの値であり、βは０と１との間の閾値であり、Ｔはサンプリングの間隔である。

ＯＦＤＭシステムの場合、より小さなコヒーレンス帯域幅（すなわち、より大きな遅延拡散）は周波数領域内の複数のヌルの増加した尤度を示す。各ヌルはチャネル応答が大幅に減衰される周波数領域に相当する。伝送前にデータを適切に符号化しインターリーブすることにより、伝送されたデータに導入される冗長性により、周波数ヌルによる信号劣化に有効であるかもしれない。しかしながら、周波数ヌルの数が増加するにつれ、符号化およびインターリービングはより手腕を問われるようになるので、他の技術を用いてヌルを有効にしてもよい。

時間選択度に関連があるメトリクス（ＴＳメトリクス）
通信チャネルの時間選択度は、時間領域内のコヒーレンス時間または周波数領域内の対応するドップラー拡散により定量化してもよい。コヒーレンス時間は、チャネルが感知できるほどに変化しないと期待できる期間の測定単位である。周波数領域において、これは、ドップラースペクトルの幅がチャネルのコヒーレンス時間に反比例する場合に、チャネルに関連するドップラースペクトルにより測定してもよい。

コヒーレンス時間は、以下のように表してもよい、時間相関関数の幅の測定単位Ｃ（Δｔ）である。

但し、Ｈ（ｆ，ｔ）は上述した時間依存性チャネル伝達関数である。

ドップラー拡散は、チャネルの時間のばらつきにより生じる周波数領域内の分散の測定単位である。ドップラースペクトル、Ｄ（ｖ）は以下のように表すことができる。

但し、

は、時間依存性チャネル伝達関数、Ｈ（ｆ，ｔ）の（時間変数における）フーリエ変換である、ドップラー拡散関数であり、以下のように表してもよい。

ドップラー拡散関数

および時間依存性チャネル伝達関数、Ｈ（ｆ，ｔ）との間のフーリエ変換関係のために、ドップラースペクトル、Ｄ（ｖ）は、時間相関関数、Ｃ（Δｔ）のフーリエ変換であり、以下のように表してもよい。

ドップラースペクトル、Ｄ（ｖ）と時間相関関数、Ｃ（Δｔ）との間のフーリエ変換関係のために、ドップラー拡散はコヒーレンス時間に反比例する。

ＲＭＳドップラー拡散は、以下のように、ＲＭＳ遅延拡散に類似した方法で定義してもよい。

但し、μ_vはドップラースペクトルの一次モーメントである。

周波数分割双方向システムにおいて、通信チャネルのコヒーレンス時間を推定するために、送信器は、パイロット（例えば、各周波数サブチャネルにおいて一定の振幅トーンから構成されるパイロット記号）を送信することができる。送信器は、パイロット記号の逆ＦＦＴを計算し、循環プリフィックスを付加し、その結果に関してＤ／Ａ変換を実行し、記号をアップコンバートして伝送する。受信器は、受信した信号をサンプリングし、循環プリフィックスを除去し、その結果のＦＦＴを計算する。これは、パイロット記号ｎに対して、周波数領域のサンプリングされたチャネル伝達関数

の倍率のかけられた推定値を生じる。

時分割双方向システムにおいて、送信器は、上述したように、データが伝送される受信者の受信器により送信されるパイロット記号に基づいて導き出してもよい通信チャネルの推定値に基づいて率決定を行なう。

パイロット記号ｎにおける時間相関関数の推定値

は以下のように表してもよい。

但し、ＮＦＦＴ次元であり、λは時間デルタ（すなわち、Δｔの異なる量子化された値）を表す。（Ｌ＋１）の異なる遅れΔｔ値

に対して式（１５）に示すように時間相関関数の推定値を計算するために、Ｌ個のパイロット記号に対するＦＦＴ係数値を記憶して後で必要に応じて検索してもよい。

次に、推定された時間相関関数

に基づいて、チャネルコヒーレンス時間を推定してもよい。特に、推定されたコヒーレンス時間、Ｔ_cは以下のように表してもよい。

但し、Ｌ_cは、

を満足するλの値であり、ρは、０と１との間の閾値であり、Ｔ_pはパイロット記号間の間隔である。

ＯＦＤＭシステムの場合、チャネルコヒーレンス時間がインターリーバーブロックサイズまたはコードメモリと同位の大きさ（例えば、コードのブロック長または制約長）ならば、チャネルコヒーレンス時間は、コード選択に影響を与えてもよい。従って、使用される特定の符号化スキームを、一部推定されたチャネルコヒーレンス時間に基づいて選択してもよい。

性能メトリクス
性能メトリクスは、受信したデータの復号された結果を示す。いくつかの性能メトリクスは、ＦＥＲ、ＰＥＲ、ＢＥＲ等を含む。

また、異なる種類のデコーダが、復号された結果の確かさを示す他のメトリクスを供給するようにしてもよい。例えば、畳み込みデコーダ（例えば、ビタビデコーダ）に関連するメトリクスは、再符号化された記号エラー率（ＳＥＲ）、再符号化された電力メトリクス、「修正された」ヤマモトメトリクス等を含んでいてもよい。ターボデコーダに関連するメトリクスは、再符号化されたＳＥＲ、再符号化された電力メトリクス、復号されたフレーム内のビット間の最小または平均（ｌｏｇ）尤度比、復号されたフレームを宣言する前の反復数等を含んでいてもよい。これらのメトリクスは、この出願の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる、２００１年３月１５日に出願された米国特許出願シリアル番号［代理人事件整理番号１０４−３６］（発明の名称：「無線通信システムにおいて電力制御設定値を調節する方法および装置」(Method and Apparatus for Adjusting Power Control Setpoint in a Wireless Communication System)）にさらに詳細に記載されている。他のメトリクスを用いてもよく、この発明の範囲内である。

適応率制御
この発明の他の観点に従って、種々の種類のメトリクスを異なる方法で使用してデータ伝送の率を適応的に制御してもよい。特に、いくつかのメトリクスは、データ伝送の率の開ループ制御に使用してもよいし、他のメトリクスは閉ループ制御に使用してもよいし、いくつかのメトリクスは、開ループ制御と閉ループ制御の両方に使用してもよい。

図２は、データ伝送の率を適応的に制御するためのプロセス２００の一実施形態のフローチャートである。ステップ２１２において、送信器は、チャネル推定を含む、受信器における種々の機能のために使用してもよいパイロット記号を（例えば、周期的に）送信する。ステップ２１４において、アイドル状態の間、受信器は、送信されたパイロット記号を監視し（すなわち、受信して処理し）、種々の種類のチャネルメトリクスを導き出す。チャネルメトリクスは、進行中に、またはデータ伝送を要求する前に、または次回のデータ伝送が通知された後に、またはいくつかのイベントまたは条件に基づいて、導き出してもよい。チャネルメトリクスは、上述したＳＮＲ、周波数感度、および／または時間感度に関連するメトリクスを含んでいてもよい。例えば、受信したパイロット記号に対して事前検出ＳＮＲを推定してもよい。チャネルの周波数選択度に対してチャネルコヒーレンス帯域幅（または遅延拡散）を推定してもよい。およびチャネルの時間選択度に対してチャネルコヒーレンス時間（またはドップラー拡散）を推定してもよい。

ステップ２１６において、データ伝送の開始前に、受信器は、開ループ制御情報を送信器に供給する。開ループ制御情報は、信号伝達チャネル上のハンドシェーク（または信号伝達）を介して交換してもよい。

一実施形態において、開ループ制御情報は、受信器において決定された（例えば、メトリクスに対する「未処理」の値の形態で）チャネルメトリクスを含む。他の実施形態において、開ループ制御情報は、入力パラメーターとしてチャネルメトリクスに基づいて受信器において決定された初期率を含む。いずれの場合にも、率選択は、多次元ルックアップテーブルまたはその他の手段に基づいて（送信器または受信器において）決定してもよい。例えば、３つの入力パラメータ（例えば、推定されたＳＮＲ、チャネルコヒーレンス帯域幅、ＢＷ_c、およびチャネルコヒーレンス時間Ｔ_c）を率にマッピングする場合、３次元ルックアップテーブルを使用してもよい。チャネルメトリクスと率との間のマッピングは、例えば、実験に基づいた測定、コンピュータシミュレーション等のような種々の手段により決定してもよい。

ステップ２１８において、開ループ制御情報に基づいて初期率が選択されまたは決定されると、送信器は選択された率でデータの送信を開始する。ステップ２２２において、受信器は送信されたデータを受信し、復号し、データ伝送の性能（例えば、フレームエラー率）を監視する。ステップ２３０において、観察されたフレームエラー率および恐らくチャネルメトリクスに基づいて、受信器は率を更新してもよい。（受信器または送信器または両方により実行してもよい）ステップ２３０の一実施形態を以下に記載する。

一実施形態において、ステップ２３２において判断したように、フレームエラーが生じない限り、ステップ２３４において、受信器または送信器は開ループ制御情報に基づいて（新しい）率を決定し続ける。新しい率が率の増加を示すなら、率増加要求を生じる。新しい率が率増加を示さないが、データ伝送がある特定の時間分にわたって、エラーのないままであるなら、率増加要求も生じるかもしれない。エラーなしの場合に新しい率を決定するために他の基準を開ループ制御情報に適用してもよい。

一実施形態において、ステップ２４２において判断されるように、フレームエラー率が低いままであるなら、ステップ２４４において、率は維持され（すなわち、変わりがない）。フレームエラー率がある特定の範囲（例えば、０．０１％乃至１％）内にあるなら、フレームエラー率は低いと考えてよい。フレームエラー率がこの範囲の下限を実質的に下回る（０．０１％未満）なら、チャネルはエラーなしと考えられ、この場合の率選択機構が適用される。

一実施形態において、ステップ２５２において判断するように、フレームエラー率が高いなら、ステップ２５４において、率低減要求を生じる。フレームエラー率が指定された範囲の上限を越える（１％より上）なら、フレームエラー率は高いと考えてよい。一実施形態において、開ループ制御情報に基づいて新しい率を決定してもよい。新しい率が現在の率と同じまたは現在の率より大きいなら、率低減要求を依然として送信してよい。そして、新しい率が現在の率未満なら、率低減要求は新しい率を使用する。

すべての場合について、ステップ２６０において判断するように、データ伝送が続くなら、送信器は、ステップ２６２において、（前の率と同じか又は前の率から増加または減少してもよい）更新された率に基づいてデータ伝送を調節する。さもなければ、これ以上送信すべきデータが無ければ、プロセスは終了する。

データ伝送の期間、チャネルメトリクスを周期的（例えば、パイロット記号が受信されるとき）に更新してよい。このようにして、新しい率は、最新の状態情報に基づいて決定することができる。

ブロック２１０は一般にデータ伝送の率の開ループ制御を実行するステップ群を含み、ブロック２２０は、一般に率の閉ループ制御を実行するステップ群を含む。受信器は（継続的に又は周期的に）パイロット記号を受信して処理し、チャネルメトリクスを導き出し、（一部）更新されたチャネルメトリクス（これは簡単のために図２に示していない）に基づいて新しい率を決定するので、閉ループ制御はまた開ループ制御のいくつかの要素を含むものとして見てもよい。

上述したように、チャネル応答内のヌルは、送信された信号を劣化させ、受信器においてエラーなしでデータが復号されないであろう尤度を増加させる。一実施形態において、チャネル応答に応じて、すべての又は一部の利用可能な周波数サブチャネルを使用のために選択してもよい。すべての周波数サブチャネルを使用するか又は一部の周波数サブチャネルのみを使用するかの判断は、例えば、推定されたチャネルコヒーレンス帯域幅、ＢＷ_cに基づいて行なってもよい。推定されたコヒーレンス帯域幅がチャネル内の多数のヌルの高い尤度を示すなら、特定の選択閾値を下回る利得またはＳＮＲｓを有する周波数サブチャネルは、データ伝送の使用から削除してもよい。

選択閾値を決定し、使用する伝送路を選択するためのスキームは、２００１年５月１７日に出願された、米国特許出願シリアル番号０９／８６０，２７４、２００１年６月１４日に出願された米国特許出願シリアル番号０９／８８１，６１０、および２００１年６月２６日に出願された米国特許出願シリアル番号０９／８９２，３４５に記載されている。この３つの米国特許出願の発明の名称はすべて「選択的チャネル反転を用いたマルチチャネル通信システムにおいて伝送のためのデータを処理する方法および装置」(Method and Apparatus for Processing Data for Transmission in a Multi-Channel Communication System Using Selective Channel Inversion)であり、この出願の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる。

例示ＯＦＤＭシステム
図３は、この発明の種々の観点および実施形態を実施することのできる送信器システム１１０ａおよび受信器システム１５０ａの一実施形態の簡単化されたブロック図である。

送信器システム１１０ａにおいて、トラヒックデータは、特定のデータ転送速度で、データソース３０８から送信（ＴＸ）データプロセッサ３１０に供給される。送信データプロセッサ３１０は、特定の符号化スキームに基づいて、トラヒックデータをフォーマット化し、インターリーブし、符号化し、符号化されたデータを供給する。データ転送速度および符号化およびインターリービングは、それぞれコントローラ３３０により供給されるデータ転送速度制御および符号化制御により決定してもよい。符号化は、データ伝送の信頼性を増加させる。インターリービングは、符号化ビットのための時間ダイバーシティを提供し、データ伝送に使用される周波数サブチャネルの平均ＳＮＲに基づいてデータを送信可能にし、フェージングに対抗し、および各変調記号を形成するために使用される符号化ビット間の相関をさらに除去する。符号化ビットが複数の周波数サブチャネル上に送信されるなら、インターリービングはさらに周波数ダイバーシティを提供してもよい。

次に、符号化されたデータは、パイロットデータ（仮にあったとしても、例えば、周知のパターンの、周知の方法で処理されるデータ）も受信してもよい変調器３２０に供給される。パイロットデータは、トラヒックデータを伝送するために使用されるすべてのまたは一部の周波数サブチャネルにおいて、例えば、時分割多重（ＴＤＭ）または符号分割多重（ＣＤＭ）を用いて、符号化されたトラヒックデータと乗算してもよい。ＯＦＤＭシステムの場合、特定の実施形態において、変調器３２０による処理は、（１）特定の変調スキームで受信したデータを変調し、（２）変調されたデータを変換してＯＦＤＭ記号を形成し、および（３）循環プリフィックスを各ＯＦＤＭ記号に付加して対応する伝送記号を形成することを含む。変調は、コントローラ３３０により供給される変調制御に基づいて実行される。変調器３２０による処理は、以下にさらに詳細に記載される。次に、変調されたデータ（すなわち、伝送記号）が送信器（ＴＭＴＲ）３２２に供給される。

送信器３２２は変調されたデータを１つ以上のアナログ信号に変換し、アナログ信号をさらに条件づけし（例えば、増幅し、濾波し、および直交変調し）、通信チャネル上に伝送するのに適した変調された信号を発生する。次に、変調された信号は、アンテナ３２４を介して受信器システムに伝送される。

受信器システム１５０ａにおいて、伝送された変調信号は、アンテナ３５２により受信され、受信器（ＲＣＶＲ）３５４により供給される。受信器３５４は、受信した信号を条件づけし（例えば、濾波し、増幅し、ダウンコンバートし）、条件づけされた信号をデジタル化し、データサンプルを供給する。次に、復調器（Ｄｅｍｏｄ）３６０は、データサンプルを受信して処理し、復調されたデータを供給する。ＯＦＤＭシステムの場合、復調器３６０による処理は、（１）各再生された伝送記号において循環プリフィックスを除去すること、（２）各再生されたＯＦＤＭ記号を再生すること、および（３）送信器システムにおいて使用される変調スキームに相補的な復調スキームに従って再生された変調記号を復調することを含めてもよい。復調器による処理は、以下にさらに詳細に記載される。

次に、受信（ＲＸ）データプロセッサ３６２は、伝送されたトラヒックデータを再生するために、復調されたデータを復号する。復調器３６０およびＲＸデータプロセッサ３６２による処理は、それぞれ送信器システム１１０ａにおいて変調器３２０およびＴＸデータプロセッサ３１０により実行される処理に相補的である。

図３に示すように、復調器３６０は種々の種類のチャネルメトリクスを導き出し、これらをコントローラ３７０に供給してもよい。ＲＸデータプロセッサ３６２は、各受信したフレームの状態および／または復号された結果を示す１つ以上の他の性能メトリクスを導き出して供給してもよい。種々の種類のメトリクスに基づいて、コントローラ３７０は、データ伝送のための新しい率を決定または選択してもよい。（図３に示すように）選択された率の形態の制御情報またはメトリクス自体をコントローラ３７０により供給し、ＴＸデータプロセッサ３７８により処理し、変調器３８０により変調し、送信器３５４により条件づけし、送信器システム１１０ａに送り戻してもよい。

送信器システム１１０ａにおいて、受信器システム１５０ａからの変調された信号は、アンテナ３２４により受信され、受信器３２２により条件づけされ、復調器３４０により復調され、受信器システムにより伝送された制御情報が再生される。次に、制御情報（例えば、選択された率）がコントローラに供給され使用され、データ伝送のためのデータ転送速度制御、符号化制御、および変調制御を発生する。

コントローラ３３０および３７０は、それぞれ送信器システムおよび受信器システムにおける動作を指示する。メモリ３３２および３７２は、それぞれ、コントローラ３３０および３７０により使用されるプログラムコードおよびデータのための記憶を提供する。

図４Ａは、送信器システム１１０ａの送信器部分の一実施形態である送信器装置４００ａのブロック図である。送信器装置４００ａは、（１）トラヒックデータを受信して処理し符号化されたデータを供給するＴＸデータプロセッサ３１０ａおよび（２）符号化されたトラヒックデータおよびパイロットデータを変調し、変調されたデータを供給する変調器３２０ａを含む。ＴＸデータプロセッサ３１０ａおよび変調器３２０ａは、それぞれ図３のＴＸデータプロセッサ３１０および変調器３２０の一実施形態である。

図４Ａに示す特定の実施形態において、ＴＸデータプロセッサ３１０ａは、エンコーダ４１２およびチャネルインターリーバ４１４を含む。エンコーダ４１２は、特定の符号化スキームに従ってトラヒックデータを受信して符号化し、符号化ビットを供給する。選択された符号化スキームは、巡回冗長検査（ＣＲＣ）、畳み込み符号化、ターボ符号化、ブロック符号化、および他の符号化、または全く符号化しないのいずれかの組合せを含めてもよい。特定の実施形態において、トラヒックデータは、フレーム（又はパケット）に分割してもよい。各フレームに対して、データを用いてＣＲＣビットのセットを発生してもよい。ＣＲＣビットのセットはデータに付加され、次に、データおよびＣＲＣビットはインターリーブして、畳み込み符号またはターボ符号を用いて符号化し、そのフレームの符号化データを発生してもよい。チャネルインターリーバ４１４は、特定のインターリービングスキームに基づいて符号化ビットをインターリーブし、ダイバーシティを供給する。

図４Ａに示す特定の実施形態において、変調器３２０ａは、記号マッピングエレメント４２２、逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）４２８、および循環プリフィックス発生器４３０を含む。記号マッピングエレメント４２２は、データ伝送のために使用される１つ以上の周波数サブチャネルの変調記号に、乗算されたパイロットデータおよび符号化トラヒックデータをマッピングする。変調は、受信したビットのセットをグループ化して非バイナリ記号を形成し、変調制御により決定される特定の変調スキーム（例えば、ＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ、またはその他のスキーム）に対応する信号コンステレーション(constellation)におけるある点に各非バイナリ記号をマッピングすることにより実現してもよい。各マッピングされた信号点は変調記号に相当する。記号マッピングエレメント４２２は、各伝送記号期間、変調記号のベクトルを供給する。各ベクトル内の変調記号の数は、その伝送記号期間に使用するために選択された周波数サブチャネルの数に相当する。

ＩＦＦＴ４２８は、各変調記号ベクトルを、ＩＦＦＴを用いた（ＯＦＤＭ記号と呼ばれる）時間領域表示に変換する。ＩＦＦＴ４２８は、いかなる数の周波数サブチャネル（例えば、８、１６、３２、…、Ｎ_F、…）上でＩＦＦＴを実行するように設計してもよい。一実施形態において、各ＯＦＤＭ記号に対して、循環プリフィックス発生器４３０は、ＯＦＤＭ記号の一部を反復して対応する伝送記号を形成する。循環プリフィックスは、多経路遅延拡散が存在する場合に、その直交特性を維持することを保証し、それにより経路の悪影響に対して性能を改善する。次に、循環プリフィックス発生器４３０からの伝送記号は送信器３２２（図３参照）に供給され、処理され（例えば、アナログ信号に変換され、変調され、増幅され、濾波され）変調信号を発生する。この変調信号はアンテナ３２４から伝送される。

図４Ｂは、送信器システム１１０ａの送信器部分の他の実施形態である送信器装置４００ｂのブロック図である。図４Ｂに示すように、送信器装置４００ｂは、変調器３２０ｂに接続されたＴＸデータプロセッサ３１０ｂを含む。変調器３２０ｂは、記号マッピングエレメント４２２、記号重みづけエレメント４２４、拡散器４２６、ＩＦＦＴ４２８、および循環プリフィックス発生器４３０を含む。

記号マッピングエレメント４２２は、多重化パイロットデータおよび符号化トラヒックデータを変調記号にマッピングする。記号重みづけエレメント４２４は、それぞれの重みに基づいて各選択された周波数サブチャネルに対して変調記号を重みづけし、重みづけされた変調記号を供給する。各選択された周波数サブチャネルに対する重みは、例えば、そのチャネルの利得又はＳＮＲに基づいて決定してもよい。次に、拡散器４２６は、重みづけされた変調記号を周波数領域に拡散し、拡散データを供給する。拡散は、例えばより低いデータ転送速度（例えば、１ｂｐｓ／Ｈｚ未満）に対して使用してもよい。次に、拡散データは、ＩＦＦＴ４２８によりＯＦＤＭ記号に変換され、各ＯＦＤＭ記号は循環プリフィックス発生器４３０により循環プリフィックスに付加され、対応する伝送記号を供給する。拡散を採用する例示ＯＦＤＭシステムは、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる、２００１年１０月１８日に出願された米国特許出願シリアル番号［代理人事件整理番号ＰＤ０１０４５４］（発明の名称：「多重アクセスハイブリッドＯＦＤＭ−ＣＤＭＡシステム」(Multiple-Access Hybrid OFDM-CDMA System)に記載されている。

送信器装置の他の設計も実施してもよく、この発明の範囲内である。例えば、送信器装置は、記号重みづけエレメント４２４を除く変調器３２０ｂ内のすべてのエレメントを有する変調器を用いて設計してもよい。エンコーダ４１２、チャネルインターリーバ４１４、記号マッピングエレメント４２２、ＩＦＦＴ４２８、および循環プリフィックス発生器４３０は技術的に知られており、ここでは、詳細に記載しない。

ＯＦＤＭシステムおよび他のシステムのための符号化および変調は、この出願の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる、上述した米国特許出願シリアル番号０９／８２６，４８１、０９／９５６，４４９、および０９／８５４，２３５、および２００１年２月１日に出願された米国特許出願シリアル番号０９／７７６，０７５（発明の名称：「無線通信システムのための符号化スキーム」(Coding Scheme for a Wireless Communication System)）にさらに詳細に記載されている。

例示ＯＦＤＭシステムは、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりここに組み込まれる、２０００年３月３０日に出願された、米国特許出願シリアル番号０９／５３２，４９２（発明の名称：「マルチキャリア変調を採用する高効率高性能通信システム」(High Efficiency, High Performance Communication System Employing Multi-Carrier Modulation)）に記載されている。ＯＦＤＭは、参照することによりここに組み込まれる学術論文（タイトル：「データ伝送のためのマルチキャリア変調：時がきたアイデア」(Multicarrier Modulation for Data Transmission : An Idea Whose Time Has Come））John A.C. Bingham著、ＩＥＥＥ通信マガジン、１９９０年５月にも記載されている。

図５は、図３の受信器システム１５０ａの受信器部分の一実施形態である受信器装置５００の一実施形態のブロック図である。送信器システムから送信された信号はアンテナ３５２（図３）により受信され（フロントエンドプロセッサと呼んでもよい）受信器３５４に供給される。受信器３５４は、受信した信号を条件づけし（例えば、濾波し、増幅し）、条件づけされた信号を中間周波数又はベースバンドにダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号をデジタル化し、データサンプルを供給する。次に、データサンプルが変調器３６０ａに供給される。

復調器３６０ａ（図５）内において、データサンプルは循環プリフィックス除去エレメント５１２に供給される。循環プリフィックス除去エレメント５１２は、各伝送記号において循環プリフィックスを除去し、対応する再生されたＯＦＤＭ記号を供給する。次に、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）５１４は、各再生されたＯＦＤＭ記号を変換し、その伝送記号期間に、データ伝送のために使用される（Ｎ_Fまでの）周波数サブチャネルのための（Ｎ_Fまでの）再生された変調記号のベクトルを供給する。ＦＦＴプロセッサ５１４からの再生された変調記号は復調エレメント５１６に供給され、送信器システムにおいて使用される変調スキームの相補的な復調スキームに従って復調される。次に、復調エレメント５１６からの復調データはＲＸデータプロセッサ３６２ａに供給される。

ＲＸデータプロセッサ３６２ａ内において、復調データは、送信器システムにおいて実行される方法と相補的な方法でデインターリーバ５２２によりデインターリーブされる。デインターリーブされたデータはさらに、送信器システムにおいて実行される方法と相補的な方法でデコーダ５２４により復号される。例えば、ターボ符号化または畳み込み符号化が送信器装置においてそれぞれ実行されるなら、デコーダ５２４のためにターボデコーダ(Turbo decoder)またはビタビデコーダ(Viterbi decoder)を使用してもよい。デコーダからの復号データは、伝送データの推定値を表す。

図５に示すように、ＳＮＲ推定器５１０は１つ以上のＳＮＲメトリクス（例えば、事前検出ＳＮＲ、事後検出ＳＮＲ、または両方）を導き出し、コントローラ３７０に供給するように設計してもよい。事前検出ＳＮＲは、パイロット記号のための受信したデータサンプルに基づいて導き出してもよく、事後検出ＳＮＲは、パイロット記号のための事後処理したデータサンプルに基づいて、すなわち、受信したデータサンプルに関してある信号処理の後に導き出してもよい。

図５に示す実施形態において、周波数選択度（ＦＳ）および時間選択度（ＴＳ）推定器５１８は、ＦＦＴ５１４からＦＦＴ係数値を受信し、周波数選択度に対して１つ以上のメトリクスをおよび／または時間選択度に対して１つ以上のメトリクスを導き出してもよい。例えば、推定器５１８は式（８）乃至（１０）に示すようにコヒーレンス帯域幅、ＢＷ_cを、および式（１５）および（１６）に示すようにコヒーレンス時間、Ｔ_cを推定してもよい。推定器５１８はまた、周波数および／または時間選択度に対して他のメトリクスを導き出し供給するように設計してもよく、これは、この発明の範囲内である。

パイロット
上述したように、パイロットは送信器システムから送信してもよく、種々の機能のために受信器システムにおいて使用してもよい。種々のパイロット伝送スキームを実施してもよく、この発明の範囲内である。

１つのパイロット伝送スキームにおいて、ＴＤＭパイロット構造を実施するために、パイロットデータは、符号化トラヒックデータと時分割多重化（ＴＤＭ）される。パイロットは、固定間隔でトラヒックデータと時分割多重化してもよく（例えば、各Ｎ_pデータ記号に対して１つのパイロット記号）、または非均一な方法で多重化してもよい（例えば、擬似乱数的に選択された時間間隔で挿入する）。ＴＤＭパイロット構造はまた、参照することによりここに組み込まれるＩＳ−８５６またはＷ−ＣＤＭＡ規格に記載される構造と同様に実施してもよい。

他のパイロット伝送スキームにおいて、一部の利用可能な周波数サブチャネルが確保されパイロットトーン（すなわち、トラヒックデータ無し）を伝送するために使用される。複数のＯＦＤＭ記号に対して全体のチャネル応答をサンプリング可能にするために、決定論的方法または擬似乱数的方法で一部の周波数サブチャネルを変更（すなわち、ホップ(hopped)）してもよい。

さらに、他のパイロット伝送スキームにおいて、パイロットデータは時間領域または周波数領域において、コード化トラヒックデータと符号分割多重化（ＣＤＭ）される。この場合、パイロットデータは、周知の拡散コードで拡散し、他の拡散コードで拡散してもよい符号化トラヒックデータと合計を取ってもよい。

一般に、データ伝送のために使用される各サブバンドに対して受信器システムがチャネル応答を推定することができるようにパイロットを伝送してもよい。

図１および図３は、データ伝送のために受信器が率を送り返す簡単な設計を示す。他の設計を実施してもよく、この発明の範囲内である。例えば、（率の代わりに）チャネルおよび性能メトリクスを送信器に送ってもよく、送信器は受信したメトリクスに基づいてデータ伝送のための率を決定してもよい。

ここに記載される適応率制御技術は種々の設計を用いて実施してもよい。例えば、チャネルメトリクスを導き出し供給するために使用される図１のチャネル推定器１６２は、図５の推定器５１０および５１８のように、受信器システム内の種々のエレメントにより実施してもよい。チャネルメトリクスを導き出すためのいくつかのエレメントまたはすべてのエレメントもコントローラ３７０内で実施してもよい。デコーダ５２４は、各受信したフレームに対してフレーム状態を供給するように設計してもよい。その場合、フレームエラー率を導き出すための計算は、コントローラ３７０により実行してもよい。コントローラ３７０は（例えば、メモリ３７２内に記憶されたルックアップテーブルを用いて）図１の率選択器１６６を実施するように設計してもよい。適応率制御を実施するための他の設計を考えてもよく、この発明の範囲内である。

ここに記載した適応率制御技術は、種々の手段により実施してもよい。例えば、これらの技術は、ハードウエアで、ソフトウエアで、またはそれらの組合せで実施してもよい。ハードウエア実施の場合、適応率制御を実施するために使用されるエレメントのいくつかは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰｓ）、デジタルシグナル処理装置（ＤＳＰＤｓ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、プロセッサ群、コントローラ群、マイクロコントローラ群、マイクロプロセッサ群、ここに記載された機能を実行するように設計された他の電子装置群、またはそれらの組合せ内で実施してもよい。

ソフトウエア実施の場合、適応率制御のいくつかの部分は、ここに記載された機能を実行するモジュール（例えば、手続、機能等）を用いて実施してもよい。ソフトウエアコードをメモリ装置（例えば、図３のメモリ３３２または３７２）に記憶しておき、プロセッサ（例えば、コントローラ３３０又は３７０）により実行してもよい。メモリ装置は、プロセッサ内部で実施してもよく、またはプロセッサ外部で実施してもよい。その場合、メモリ装置は、技術的に周知な種々の手段を介してプロセッサに通信可能に接続することができる。

参照のため、およびある節の位置を見つけるのを手助けするために、見出しがここに含まれる。これらの見出しは、その見出しの下に記載した概念の範囲を限定することを意図するものではなく、明細書全体に渡って他の節への適応性を有してもよい。

開示した実施形態の上述の記載は、当業者がこの発明を製作または使用可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者には容易に明白であり、ここに定義される包括的原理はこの発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用してもよい。従って、この発明はここに示した実施形態に限定することを意図したものではなく、ここに開示した原理および新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。

Claims

下記を具備する、無線通信システムにおいて、データ伝送の率を制御する方法：
複数の種類であって、データ伝送のために使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数のチャネルメトリクスを導き出す；
前記導き出されたチャネルメトリクスに基づいて、データ伝送のための初期率を決定する；
前記データ伝送の期間、前記チャネルメトリクスを更新する；および
前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて前記率を調節する。
前記データ伝送の性能を示す１つ以上の性能メトリクスを導き出す、および
前記率調節は、前記１つ以上の性能メトリクスに基づいて実行される。
前記１つ以上の性能メトリクスは、前記率を調節するかどうかを決定するために使用される。
前記率は、データ伝送のために使用される特定の符号化および変調スキームを示す、請求項１の方法。
前記率は、前記データ伝送のための特定のデータ伝送速度をさらに示す、請求項４の方法。
前記複数のチャネルメトリクスは、前記通信チャネルの信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）に関連した第１の種類の少なくとも１つのチャネルメトリクスを含む、請求項１の方法。
前記第１の種類の前記少なくとも１つのチャネルメトリクスは、推定された事前検出ＳＮＲを含む、請求項６の方法。
前記第１の種類の前記少なくとも１つのチャネルメトリクスは、推定された事後検出ＳＮＲを含む、請求項６の方法。
前記複数のチャネルメトリクスは、前記通信チャネルの周波数選択度に関連した第２の種類の少なくとも１つのチャネルメトリクスを含む、請求項１の方法。
前記第２の種類の前記少なくとも１つのチャネルメトリクスは、推定されたコヒーレンス帯域幅を有する請求項９の方法。
前記コヒーレント帯域幅は、
前記通信チャネルのチャネル伝達関数を推定し、
前記推定されたチャネル伝達関数に基づいて、前記通信チャネルの周波数相関関数を推定し、および
前記推定された周波数相関関数に基づいて、前記コヒーレンス帯域幅を推定する、
ことにより推定される、請求項１０の方法。
前記コヒーレンス帯域幅は、特定の時間間隔上で前記推定された周波数相関関数を平均化することによりさらに推定され、および
前記コヒーレンス帯域幅は、前記平均化され、推定された周波数相関関数に基づいて推定される、請求項１１の方法。
前記複数のチャネルメトリクスは、前記通信チャネルの時間選択度に関連した第３の種類の少なくとも１つのチャネルメトリクスを含む、請求項１の方法。
前記第３の種類の前記少なくとも１つのチャネルメトリクスは、推定されたコヒーレンス時間を含む、請求項１３の方法。
前記コヒーレンス時間は、
複数の時間インスタンスの各々に対して前記通信チャネルのチャネル伝達関数を推定し、
前記複数の時間インスタンスの前記推定されたチャネル伝達関数に基づいて、前記通信チャネルのチャネル伝達関数を推定し、
前記複数の時間インスタンスの前記推定されたチャネル伝達関数に基づいて前記通信チャネルの時間相関関数を推定し、および
前記推定された時間相関関数に基づいて前記コヒーレンス時間を推定する、
ことにより推定される、請求項１４の方法。
前記１つ以上の性能メトリクスは、フレームエラー率（ＦＥＲ）を含む、請求項２の方法。
前記フレームエラー率が特定の範囲内にあるなら、前記率は維持される、請求項１６の方法。
前記フレームエラー率が前記特定の範囲を越えるなら、前記率は低減される、請求項１７の方法。
前記低減された率は、前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて決定される、請求項１８の方法。
前記フレームエラー率が前記特定の範囲未満なら、前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて前記率が増加される、請求項１７の方法。
前記増加された率は、前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて決定される、請求項２０の方法。
前記チャネルメトリクスは、受信した信号に含まれるパイロットに基づいて導き出される、請求項１の方法。
少なくとも１つのチャネルメトリクスは、ＦＦＴ係数値に基づいて導き出される、請求項１の方法。
前記無線通信システムは、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）システムである、請求項１の方法。
下記を具備する、ＯＦＤＭシステムにおいて、データ伝送の率を制御する方法：
前記データ伝送に使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数の種類の複数のチャネルメトリクスを導き出す；
前記導き出されたチャネルメトリクスに基づいて前記データ伝送の初期率を決定する；
前記データ伝送の期間、前記チャネルメトリクスを更新する；
前記データ伝送の性能を示す１つ以上の性能メトリクスを導き出す；および
前記１つ以上の性能メトリクスが前記率に対する変更を示すなら、前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて前記データ伝送のための新しい率を決定する。
下記を具備する、無線通信システムにおいて、データ伝送の率を制御する方法：
前記データ伝送に使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数の種類の複数のチャネルメトリクスに基づいて決定される、前記データ伝送の初期率の表示を受信する；
前記初期率でデータを伝送する；
前記通信チャネルの更新されたチャネルメトリクスに基づいて決定された、前記データ伝送の更新された率の表示を受信する；および
前記更新された率でデータを伝送する。
前記率は、前記データ伝送のために使用される特定のデータ転送速度および特定の符号化および変調スキームを示す、請求項２６の方法。
前記率は、前記データ伝送の性能を示す１つ以上の性能メトリクスに基づいて更新される、請求項２６の方法。
下記を具備する、無線通信システムにおいて、データ伝送の率を制御する率制御ループ：
データ伝送の性能を示す１つ以上の性能メトリクスを決定し、前記１つ以上の性能メトリクスに基づいて前記率を調節するための表示を供給するように機能する第１ループ；および
前記データ伝送に使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数の種類の複数のチャネルメトリクスを導き出し、前記導き出されたチャネルメトリクスに基づいて前記データ伝送に使用する初期率を決定し、前記データ伝送の期間前記チャネルメトリクスを更新し、前記データ伝送の期間に、前記第１ループからの前記表示および前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて前記率を調節するように機能する第２ループ。
下記を具備する、無線通信システムにおける受信器装置：
データ伝送に使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数の種類の複数のチャネルメトリクスを導き出し、前記データ伝送の期間前記チャネルメトリクスを更新するように機能するチャネル推定器；および
前記導き出されたチャネルメトリクスに基づいて前記データ伝送の初期率を決定し、および前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて前記率を調節するように機能する率選択器。
前記データ伝送の前記性能の状態を供給するように機能するデコーダをさらに具備し、前記率選択器はさらに、前記デコーダからの前記状態に基づいて前記率を調節するように機能する、請求項３０の受信器装置。
前記チャネル推定器はさらに、前記通信チャネルの信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲ）に関連した第１の種類の少なくとも１つのチャネルメトリクスを導き出しおよび供給するように機能する、請求項３０の受信器装置。
前記チャネル推定器はさらに、前記通信チャネルの周波数選択度に関連した第２の種類の少なくとも１つのチャネルメトリクスを導き出しおよび供給するように機能する、請求項３０の受信器装置。
前記チャネル推定器は、前記通信チャネルの時間選択度に関連した第３の種類の少なくとも１つのチャネルメトリクスを導き出しおよび供給するように機能する、請求項３０の受信器装置。
下記を具備する、無線通信システムにおける受信器装置：
データ伝送に使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数の種類の複数のチャネルメトリクスを導き出す手段；
前記導き出されたチャネルメトリクスに基づいて前記データ伝送の初期率を決定する手段；
前記データ伝送の期間前記チャネルメトリクスを更新する手段；および
前記更新されたチャネルメトリクスに基づいて前記率を調節する手段。
下記を具備する、無線通信システムにおける送信器装置：
データ伝送に使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数の種類の複数のチャネルメトリクスに基づいて決定された、データ伝送の初期率の表示を受信し、前記通信チャネルの更新されたチャネルメトリクスに基づいて決定された前記データ伝送の更新された率の表示を受信するように機能するコントローラ；
前記コントローラからの前記率により表示される符号化スキームに従ってデータを符号化するように機能するエンコーダ；および
前記コントローラからの率により示される変調スキームに従って前記符号化されたデータを変調するように機能する変調器。
下記を具備する、無線通信システムにおける送信器装置：
データ伝送に使用される通信チャネルの複数の特性を示す複数の種類の複数のチャネルメトリクスに基づいて決定された前記データ伝送の初期率の表示を受信する手段；
前記初期率により示される初期符号化および変調スキームに従ってデータを符号化し変調する手段；
前記通信チャネルの更新されたチャネルメトリクスに基づいて決定された前記データ伝送の更新された率の表示を受信する手段；および
前記更新された率により示される更新された符号化および変調スキームに従ってデータを符号化し変調する手段。