JP2011525060A - 通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させるための方法、装置及び通信システム - Google Patents

Abstract

本方法は通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させる。通信システムは、少なくとも1つの移動局を含み、複数の利用可能な変調符号化方式（MCS）にしたがってエンコードされたメッセージを送信することができる。利用可能なMCS各々は、変調方式及び有効符号化方式を含む。MCSは、複雑さ（スループット）が増えるにつれて変化するインデックスにより指定される。所定のフレームエラーレート（FER）を満たすのに十分な信号対干渉比（SINR）が、決定される。第1のMCSと、第1のMCSを用いて所定のFERを満たすために必要な対応する送信回数とが決定される。第1のMCSは、第2のMCSよりも高い有効符号化率を有する。第2のMCSは、1回の送信で所定のFERを十分に満たす。第1のMCSにしたがってエンコードされたメッセージは、ハイブリッド自動再送要求（HARQ）を用いて通信システムにより送信される。

Description

本発明は一般に通信システムに関連し、特に直交周波数分割多重アクセス（OFDMA）システムにおいてハイブリッド自動再送要求（HARQ）方式とともにスペクトル利用効率の良いリンクアダプテーション方式を使用することで、スループットを改善するための方法及びシステムに関連する。

従来、信頼性が高くかつデータスループットが高い無線通信ネットワークの需要は、今日ほど大きなものではなかった。当初の消費者及び業務上の要請は、音声通信をサポートする無線通信技術を求めるものであったが、この要請は、膨大なユーザ数及び帯域幅の必要性の双方の側面から増大し、後者は、無線ブロードバンドデータサービスの需要からの結果である。これらのサービスは、3GPPロングタームエボリューション（LTE）、IEEE802．16eWiMAX、3GPP2ウルトラモバイルブロードバンド（UMB）に基づく第4世代（4G）無線通信システムにより提供され、これらの各々はエアインターフェース技術として、直交周波数分割多重アクセス（OFDMA）を利用する。

特に、LTEに着目すると、主な目的は、下りリンクで100Mbps及び上りリンクで50Mbpsに至るほどのピークデータレートを達成すること、遅延時間（latency）を短縮すること、スペクトル利用効率を顕著に改善すること、システム容量を向上させること、カバレッジを確保すること、システム及び端末の複雑さを妥当なものにすること等を含む。これらの目的を達成するため、いくつもの無線通信技術が提案されている。LTEダウンリンクは、アクセス技術として直交周波数分割多重アクセス（OFDM）方式を使用する一方、LTEアップリンクはシングルキャリア周波数分割多重アクセス（SC−FDMA）方式を使用する。送信機及び受信機においてアンテナを複数にすることで、データレートを増やすだけでなく、ダイバーシチゲインをも改善できる。1つの端末に対して複数の並列的なデータストリームを送信することで、データレートを顕著に向上させることができる。一方、同一のシンボルを異なるアンテナから送信することで、ダイバーシチ利得を増やすために、多入力多出力（MIMO）方式のシステムが使用される。さらに、3Gシステムのように、チャネル情報を使用して、適応変調及び符号化（AMC）方式がLTEでも使用される。

実際には、AMCによるリンクアダプテーション（LA）は、チャネル品質測定のフィードバック遅延及びリンク推定の不正確さに起因して失敗してしまう場合がある。リンクアダプテーションのエラーを回復するため、通常、ハイブリッド自動再送要求（HARQ）が再送手段として使用される。HARQは無線システムにおいて使用され、順方向誤り訂正（FEC）によっては訂正できない送信エラーを克服する。HARQは、過去の送信による情報を利用することで、復号の確からしさを改善する。再送パケットを合成する方法に依存して、HARQシステムは、チェイス合成（Chase Combining：CC）及びインクリメンタルリダンダンシ（Incremental Redundancy：IR）という2つのカテゴリに分類されるのが一般的である。

CCの場合における基本概念は、符号化されたデータパケット各々を何度も反復的に送信することで、デコードする前にデコーダが受信した複数のパケットのコピーを合成できるようにすることである。送信されるパケットは元のパケットと厳密に同じレプリカである。この場合、時間ダイバーシチゲインが得られる。この方法の場合、受信機における実装は複雑でない。

冗長性増加型（IR）の場合、パケット全体を単に繰り返すのではなく、デコードが始めて失敗した場合、徐々に増えながら追加的なパリティ情報が送信される。送信信号各々はそれ自体がデコード可能であってもなくてもよい。送信信号各々がそれ自体デコード可能であった場合、パーシャルIR（partial IR）と呼ばれ、そうでなかった場合、フルIR（full IR）と呼ばれる。

移動通信装置（すなわち、移動局（MS）又は基地局（BS））のリンクアダプテーションの判断は、リファレンス信号（RS）対干渉比（SINR）の推定値に基づいている。従来のリンクアダプテーションは、リファレンス信号の測定値からSINRを推定し、1HARQ送信で所定のFERにてサポート可能な最高のMCSを判別する。

リンクレベルパフォーマンス曲線は、HARQ−IRにおける追加的なパリティ情報の送信に起因して、HARQ−CCを上回るHARQ−IRを使用する場合、優れた信号対雑音（SNR）ゲインを示す。しかしながら、従来のLA法は、それらのHARQゲインの恩恵を得ることができない。マルチユーザ環境の場合、従来のリンクアダプテーションは、HARQ−CCを利用する場合に比較して、HARQ−IRを使用する際に何らのスペクトル利用効率ももたらさない。
したがって、本発明の課題は、リンクアダプテーションを用いてOFDMAシステムのスペクトル利用効率及び全体的なシステムパフォーマンスを改善する、HARQにより可能なゲインを引き出すことが可能な方法及び装置を提供することである。

一実施例による方法は、
通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させるための方法であって、前記通信システムは、少なくとも1つの移動局を含み、前記通信システムは、複数の利用可能な変調符号化方式にしたがってエンコードされたメッセージを送信することが可能であり、前記変調符号化方式の各々は、変調方式及び有効符号化方式を含み、前記利用可能な変調符号化方式は、複雑さに応じて指定され、当該方法は、
所定のフレームエラーレートを満たすのに十分な信号対干渉比を決定するステップと、
第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを満たすために十分な対応する送信回数とを決定するステップであって、前記第1の変調符号化方式は、第2の変調符号化方式よりも高い有効符号化率を有し、前記第2の変調符号化方式は、1回の送信で前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを十分に満たすものである、ステップと、
前記第1の変調符号化方式にしたがってエンコードされたメッセージを、ハイブリッド自動再送要求方式を用いて前記通信システムにより送信するステップと
を有する、通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させるための方法である。

本発明原理により構築されたOFDMA通信システムの一例を示すブロック図。 本発明原理により構築されたロングタームエボリューション（LTE）方式のアップリンクチャネル用の装置のブロック図。 ハイブリッド自動再送要求（HARQ）に対して考慮される変調及び符号化方式のテーブルを示す図。 変調及び符号化方式（MCS）インデックスが6、QPSK、R=3／4であるシステムのリンクレベルパフォーマンス曲線を示す図。 本発明原理によるリンクアダプテーション方法を示すフローチャート。 本発明原理によるスタティックマキシマム有効スペクトル高効率マッピング（MESEM−S）プロセスを示すフローチャート。 変調及び符号化方式（MCS）インデックスが11、16−QAM、R=5／6であるシステムのリンクレベルパフォーマンス曲線を示す図。 本発明原理によるスタティックマキシマム有効スペクトル高効率マッピング（MESEM−D）プロセスを示すフローチャート。 従来のチェイス合成（CC）を用いる場合と、本発明原理によるダイナミックマキシマム有効スペクトル高効率マッピング（MESEM−D）による場合とを比較したグラフ。

本発明は、有利なことに、直交周波数分割多重（OFDM）通信システムにおけるスペクトル利用効率を改善する方法、装置及びシステムを提供する。概して、本発明の実施例は、要求された変調符号化方式（MCS）を、より高次のMCSに対応づけ、増加する冗長性を伴うハイブリッド自動再送要求（HARQ−IR）との組み合わせにより、その高次のMCSを用いてメッセージを送信する。

本発明の一形態によれば、通信システムにおけるスペクトル利用効率を改善する方法が提供される。通信システムは、少なくとも1つの移動局を含み、複数の利用可能なMCSにしたがってエンコードされたメッセージを送信することができる。利用可能なMCS各々は、変調方式及び有効符号化方式（effective channel coding rate）を含む。利用可能なMCSは、複雑さ（スループット）が増えるにつれて変化するインデックスにより指定される。所定のフレームエラーレート（FER）を満たすのに十分な信号対干渉比（SINR）が、決定される。第1のMCSと、第1のMCSを用いて所定のFERを満たすために必要な対応する送信回数とが決定される。第1のMCSは、第2のMCSよりも高い有効符号化率を有する。第2のMCSは、1回の送信で所定のFERを十分に満たす。第1のMCSにしたがってエンコードされたメッセージは、HARQを用いて通信システムにより送信される。

本発明の別の形態によれば、通信システムにおけるスペクトル利用効率を改善する装置が提供される。通信システムは、少なくとも1つの移動局を含み、複数の利用可能なMCSにしたがってエンコードされたメッセージを送信することができる。利用可能なMCS各々は、変調方式及び有効符号化方式（チャネル符号化率）を含む。利用可能なMCSは、複雑さ（スループット）が増えるにつれて変化するインデックスにより指定される。本装置はMCSマッパ及びトランシーバを含む。MCSマッパは、所定のFERを満たすのに十分なSINRを決定する。MCSマッパは、第1のMCSと、第1のMCSを用いて所定のFERを満たすために必要な対応する送信回数とを決定する。第1のMCSは、第2のMCSよりも高い有効符号化率を有し、第2のMCSは、1回の送信で所定のFERを十分に満たす。トランシーバは、MCSマッパに通信可能に結合される。トランシーバは、第1のMCSにしたがってエンコードされたメッセージを、HARQを用いて通信システムにより送信する。

本発明のさらに別の形態による通信システムは、少なくとも1つの移動局及び少なくとも1つの基地局を含む。基地局は、移動局に通信可能に結合される。ある基地局はMCSマッパ及びトランシーバを有する。MCSマッパは、所定のFERを満たすのに十分なSINRを決定する。MCSマッパは、第1のMCSと、第1のMCSを用いて所定のFERを満たすために必要な対応する送信回数とを決定する。第1のMCSは、第2のMCSよりも高い有効符号化率を有し、第2のMCSは、1回の送信で所定のFERを十分に満たす。トランシーバは、MCSマッパに通信可能に結合される。トランシーバは、第1のMCSにしたがってエンコードされたメッセージを、HARQを用いて通信システムにより送信する。

本発明、本発明の利点及び特徴は、添付図面を考慮しながら以下の詳細な説明を理解することでさらに明らかになるであろう。

はじめに、実施例は、第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）（例えば、ロングタームエボリューション（LTE）標準規格等）にしたがって動作する無線ネットワークの観点から説明されるが、本発明はそれに限定されず、他のブロードバンドネットワークにも適用可能であり、例えば、WiMAX（IEEE802．16）及びウルトラモバイルブロードバンド（UMB）等のような他の直交周波数分割多重（OFDM）方式のシステムにしたがって動作するものも含む。同様に、本発明は他のシステム技術において実現されてもよく、例えば、符号分割多重アクセス（CDMA）、シングルキャリア周波数分割多重アクセス（SC−FDMA）等において実現されてもよい。

本発明による実施例を詳細に説明する前に、本実施例は、主に、リンクアダプテーション技術を使用する通信システムのスペクトル効率及びシステム全体のパフォーマンスを改善することに関連する装置構成及び処理ステップの組み合わせの中に内在することに留意を要する。したがって、システム構成及び方法ステップは、必要に応じて、図面の中で通常の記号により表現され、その図面は、本発明の実施例を理解すための具体的詳細のみを示しており、当業者にとって自明な詳細を示すことで本開示を曖昧にしないようにしている。

本願において使用されているように、「第1」、「第2」、「上」及び「下」等の相対的な用語は、あるエンティティ又は要素を、別のエンティティ又は要素と区別するために専ら使用されており、必ずしも、それらのエンティティ又は要素の間に何らかの物理的又は論理的な関係や順序があることを、必須としている又は示唆しているとは限らない。

本発明の一実施例は、有利なことに、要求された低いレベルの変調及び符号化方式（MCS）を、より高いレベルのMCSにマッピングし、冗長性増加型（IR）のハイブリッド自動再送要求（HARQ）を実行することで、システムのスペクトル利用効率を向上させる。システム全体のスループットは、本発明原理を適用することで、20％以上増加する。

同様な参照指標は同様な要素を示す図面を参照するに、図1には本発明原理による直交周波数分割多重（OFDM）通信システム10の一例が示されている。通信システム10は、複数の移動局（MS）14a、14b（まとめて移動局14のように言及する場合がある）と通信する少なくとも1つの基地局（BS）12を含む。図示の簡明化のため、1つの基地局12及び2つの移動局14しか図1に示されていないが、通信システム10は任意の数の基地局12及び移動局14を含んでよいことに留意を要する。

一実施例よれば、移動局14は多種多様な携帯用電子装置でよく、例えば、移動電話、パーソナルデータアシスタント（PDA）及び同様な装置等を含むが、これらに限定されない。携帯用電子装置は、様々な通信技術を使用し、通信技術は、例えば、LTE、アドバンスト移動電話システム（AMPS）、時間分割多重アクセス（TDMA）、符号分割多重アクセス（CDMA）、移動通信用グローバルシステム（GSM）、ゼネラルパケット無線サービス（GPRS）、1xエボリューションデータオプティマイズド（「EV−DO」又は「1xEV−DO」のように略す）及びユニバーサル移動通信システム（UMTS）等を含むがこれらに限定されない。移動局14は、ハードウェア及びソフトウェアを含み、ハードウェア及びソフトウェアは、基地局12との無線通信に関わるために必要な制御プレーンの機能をサポートするのに適したものである。そのようなハードウェアは、受信機、送信機、中央処理ユニット、揮発性及び不揮発性メモリの形態のストレージ及び入力／出力装置を特に含む。

基地局12は、ダウンリンクチャネル16a、16b（まとめてダウンリンクチャネル16と言及することがある）を利用して移動局14に情報を送信する。同様に、移動局14は、アップリンクチャネル18a、18b（まとめてアップリンクチャネル18と言及することがある）を利用して基地局12に情報を送信する。基地局12はMCSマッパ20を含み、HARQ−IRとともに使用する代替的なMCSを決定する。利用可能なMCSは、直交振幅変調（QAM）又は直交位相シフトキー（QPSK）変調方式を含んでもよい。MCSマッパ20の動作については後述する。代替的に又は付加的に、MCSマッパ20は移動局14内にあってもよい。

図2を参照するに、アップリンクチャネル18用の装置のブロック図が示されている。アップリンクチャネル18は、1つの送信アンテナを伴う送信機22を有する移動局14と、2つの受信アンテナ28a、28bを利用する受信機26を有する基地局12とにより確立される。送信機22は、ターボ畳み込み符号器（TCC）を利用して、コントローラ（図示せず）からのデータをオクタルフォーム（octal form）で生成多項式とともに符号化する。TCC符号器30の後に、ランダムインターリーバ32及びコンステレーションマッパ34が続き、その後にSC−FDMA変調器36が続き、符号化されたビットを変調シンボルにマッピングする。変調されたシンボルは、逆高速フーリエ変換部（IFFT）38によって周波数領域から時間領域に変換され、サイクリックプレフィックス（CP）49が付加された後で、結果のSC−FDMA信号がアンテナ24から送信される。

受信機26側では、逆の処理が行われる。2つの受信アンテナ28a、28bはSC−FDMA信号を受信する。CP除去部42a、42bは信号からCPを除去し、結果の信号は、高速フーリエ変換部44a、44bにより時間領域から周波数領域に変換される。最小二乗平均誤差（MMSE）デコーダ46が、周波数領域の等化を実行し、その後にIFFT47が続き、時間領域シンボルを復元する。その後に、ランダムデインターリーバ48及びターボデコーダ50が続く。デインターリーバ48は、送信機22において使用されたインターリーブ処理に対応して使用される。ターボデコーダ50によりデコードされたデータは、さらなる処理のために基地局12のコントローラ（図示せず）に送付される。

図3を参照するに、テーブル52は、変調符号化方式及びHARQ−IRとともに使用する送信回数毎の有効符号化率（effective coding rate）を示す。データパケットはR＝1／3のターボ符号器により生成される。テーブル52において、Txは送信回数を示す。パリティビットは、異なる符号化率が生成されるようにパンクチャリングされる。IRの場合、有効符号化率は送信回数とともに減少するが、CCの場合、有効符号化率は、新たな情報がないので一連の再送において同じままである。例えば、MCSインデックス11（16QAM）は、初回の送信において有効符号化率は5／6であり、含まれるパリティビットは非常に少ない。2回目の送信の場合、いくつかの新しいパリティビットが含まれるので、有効符号化率は5／12に減少する。3回目の送信の場合、すべての残りのパリティビットが送信され、有効符号化率は1／3に戻る。IRの場合、全てのパリティが送信されると、プロセスは繰り返され、本質的にはCCになることに留意を要する。

図4は、MCSインデックスが6（QPSK、R＝3／4）の場合におけるAWGNチャネルのリンクレベル曲線54を示す。リンクレベル曲線54から分かるように、R＝3／4とともにQPSKを使用する初回送信において10％のFERを達成するには、約4．5dBのSINRが必要とされる。HARQを利用するシステムは、以後の再送を許容することで、より低いSINR状態でも同じMCSを使用することができる。図4に示されているように、10％のFERに必要なSINRは、HARQ−IRを用いる2回送信の場合、0．5dB未満に落ちている。

図5を参照するに、例示的な処理フローが示されており、処理フローは、HARQ−IRを用いるリンクアダプテーションによりスペクトル利用効率を向上させるステップを示す。本プロセスは、1回の送信で所定の10％のフレームエラーレート（FER）を達成するメッセージを送信するのに必要な変調符号化方式（MCS_old）を決定することから始まる（ステップS102）。概して、MSが周辺環境のSINRを測定し、あるMCSを要求する。概して、必要なMCSは、受信したSINRと、（図4、7に示されるような）一群の所定のリンクレベル曲線とを比較することで決定される。

MCSマッパ20は、要求されたMCSを、より高い符号化率の新しいMCS（MCS_new）に変更し（ステップS104）、MCS_new及びHARQ−IRを用いてメッセージが送信される（ステップS106）。本発明の実施例は、以下に説明するように、3つの方法の内の何れかを使用してMCS_newを決定する。

本発明の一実施例は、選択的アグレッシブマッピング（Selective Aggressive Mapping：SAM）を利用して、要求されたMCSを、選択された変調方式に利用可能な最高の符号化率に対応付ける。すなわち、テーブル52の変調符号化方式（図3）の場合、MCSインデックス3（QPSK、R＝1／3）は、MCSインデックス6に対応付けられ、MCSインデックス7（16−QAM、R＝3／7）はMCSインデックス11（16−QAM、R＝5／6）に対応付けられ、等々である。以下の表1は、図3のテーブル52について、SAMによるMCSマッピングの結果を示す。一般的な規則に対する例外はMCSインデックス1、2に関して生じる。このようなMCS方式を要求する移動装置は既に劣悪なSINR状態を体験しているので、レート上昇に起因して生じるエラーから保護するためである。

図6を参照するに、リンクアダプテーションアルゴリズムによりスペクトル利用効率を向上させるステップを示すフローチャートが示されており、そのリンクアダプテーションアルゴリズムは、スタティックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピング（static maximum effective spectral efficiency mapping：MESEM−S）を用いるHARQ−IRを使用する。以下のプロセスにおいて、「i」はテーブル52（図3）におけるもののようなMCSインデックスを示す。本プロセスは、テーブル52において最初に掲げられている第1のMCSから始まる（i＝1）（ステップS108）。MCS_iに対するリンクレベル曲線を用いることで、1回の送信で10％のFERを達成するのに必要なSINRが特定される（ステップS110）。一般に、MSは或るMCSレベルを要求し、BSはリンクレベル曲線から必要なSINR（SINR_i）を逆算する（reverse engineers）。「j」として示される第2のインデックスは、より高次のMCS方式（MCS_j）と比較するために使用される。MCS_iより1つレベルが高いものから始まり、（j＝i＋1）（ステップS112）、MCS_iの場合と同じFERを達成するために、MCS_jの場合に必要な送信回数「n」が判定される（ステップS114）。所望のFERレベルが所定の最大送信回数n_maxの内に達成できない場合（ステップS115）、現在のMCS_jは、さらなる考察に適切な候補ではなく、破棄される（ステップS116）。一実施例において、n_max＝6である。

図7には、MCSインデックスが11（16−QAM、R＝5／6）である場合のリンクレベル曲線が示されている。図4と図7を比較すると分かるように、同じFER率を達成する際、より高い符号化率は、より良いSINR比を要する。例えば、図4に示されているように、MCS₆ を使用して1回の送信で10％のFERの場合、4．5dBのSINR値が要求されるが、MCS₁₁を使用する場合、この値は約9．2dBにまで増える。しかしながら、2回送信する場合、MCS₁₁は、同じ結果を得るために約3．4dBしか必要としない。

所望のFERを達成するためにMCSjにより必要とされる送信回数「n」がn_max以下であった場合、MCSマッパ20は、以下の数式にしたがって、MCS_jに対する有効スペクトル効率（ESE_j）を計算する（ステップS116）。

ここで、変調因子は、Mary−QAMコンステレーションにおけるビット数であり、例えば、QPSKの場合は2ビットであり、16QAMの場合は4ビットであり、64QAMの場合は6ビットである。リンクアダプテーションにおける高次の可能性のあるMCS方式全てについてESEが判定されていなかった場合（すなわち、j＜j_max であった場合）（ステップS118）、jは増やされ（ステップS120）、全てのjの値についてESE_jが判定される（ステップS114ないしS117）。

例えば、MCS_i＝5（すなわち、QPSK、R＝2／3）であり、MCS₆の場合、10％のFERを達成するために2回送信しなければならなかったとすると、ESE₆＝（3／4×2）／2＝0．75となる。以下の表2は、j＞5の全ての値について計算された全てのESE値を示す。この場合、必要SINR＝3．5dBである。MCS12−14の場合、6回の送信でさえ、3．5dBにおいて10％のFERを達成するには十分でない。したがって、MCS12、13、14は、さらなるESEの比較に対して適切な候補ではない。

最高のESE_jを有するMCS方式が、新しいMCS方式（MCS_new）として選択され（ステップS122）、MCS_iにマッピングされる（ステップS124）。表2から分かるように、MCS₅に対する新しいMCSを決定する場合に、MCS₁₀は最高のESEを有するので、MCS₅はMCS₁₀にマッピングされる（対応付けられる）。

このプロセスは、リンクアダプテーションのiの値の各々について反復される。すなわち、リンクアダプテーションにおける全てのMCS方式について、MCS_newが未だ決定されていなかった場合（すなわち、j＜j_max であった場合）（ステップS126）、iは増やされ（ステップS128）、全てのMCSインデックスが網羅されるまで、本プロセスが反復される。MESEM−Sを用いた場合のシミュレーション結果が、以下の表3に示されている。表3において、旧MCS（old MCS）は、通常のLA方式によるMCSに対応し、新MCS（new MCS）はMESEM−Sマッピング後に選択されたMCSに対応する。この方式の場合、この表は一度だけしか作成されず、以後変更されないことに留意を要する。したがって、実際のアプリケーションの場合、予め所定のテーブルが計算され、ターボインターリーバ長さに基づいて保存される。

図8を参照するに、リンクアダプテーションアルゴリズムによりスペクトル利用効率を向上させるステップを示すフローチャートが示されており、そのリンクアダプテーションアルゴリズムは、ダイナミックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピング（dynamic maximum effective spectral efficiency mapping：MESEM−D）を用いるHARQ−IRを使用する。この方式の場合、マッピング（対応づけ）は、受信した瞬時的なSINRに基づく。環境のSINR_estは、MS又はBSにより推定される（ステップS128）。意図される送信回数を示すインデックスの値は、「r」により示され、1に等しく設定される（ステップS130）。リンクレベル曲線を用いて、SINR_estとともに、要求されているFERを満たすことが可能な最高のMCSインデックス値MCS_rが決定される（ステップS132）。MCSマッパ20は、数式（1）にしたがってMCS_rに対応するESE_rを計算する（ステップS134）。全ての追加的なインデックスrについてESEが未だ決定されていなかった場合（すなわち、r＜r_max）（ステップS136）、rが増やされ（ステップS138）、全てのrの値についてESE_rが決定される（ステップS132ないしS134）。静的なテーブルマッピングとは異なり、サーチ（探索）に基づいて、このアルゴリズムは、ESEを最大にするMCSを決定することに留意を要する。このプロセスは、MSがSINRを推定する毎に反復されてもよい。

表4に示されるシミュレーション結果によれば、例えばチェイス（Chase）及びIRのような従来のリンクアダプテーションプロセスの場合と比較して、SAM、MESEM−S及びMESEM−Dのような本発明の実施例による平均セクタスループットは顕著に増加している。リンクレベル曲線がIRを用いる場合の潜在的なゲインを示す場合でさえ、IRを用いる場合は、従来のLA方式をともなうCCの場合と比較して、セクタスループットは増えていないことに、留意を要する。本発明の実施例を使用すると、CC方式の場合と比較して、スループットにおける著しい増加が達成されていることが分かる。MESEM−Dは、平均セクタスループットだけでなくFERアウテージ（outage）においても他の全ての方法を凌駕していることが分かる。MESEM−Dは、現在のSINRに基づく網羅的なサーチに起因して、MESEM−SやSAMと比較してさらなるゲインを提供するが、MESEM−Sは、通常のMCSを、より統計的にスペクトル効率が良いMCSにマッピングすることに、留意を要する。SAMは環境測定値に基づくものではないが、ほぼ18％増のスループットの改善を達成している。

図9は、従来のリンクアダプテーション及びMESEM−Dに関するMCS分布のグラフ58を示す。最低のMCS方式の場合、分布は何れの場合も同じであることが分かる。しかしながら、MESEM−Dに関する全ての低いMCS方式（すなわち、インデックス＞1）は、よりスペクトル効率が良いMCS方式にマッピングされる。このMCSマッピングに起因して、図4に示されているように、スループットにおける顕著な増加が達成できていることが分かる。

本発明が図示及び説明された具体的形態に限定されないことは、当業者にとって明らかであろう。さらに、別段の断りがない限り、全ての添付図面はスケール（縮尺）を描いたものではないことに留意を要する。以下の特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の範囲及び精神から逸脱することなしに、上記の説明により、様々な修正及び変形が可能である。

Claims (20)

1. 通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させるための方法であって、前記通信システムは、少なくとも1つの移動局を含み、前記通信システムは、複数の利用可能な変調符号化方式にしたがってエンコードされたメッセージを送信することが可能であり、前記変調符号化方式の各々は、変調方式及び有効符号化方式を含み、前記利用可能な変調符号化方式は、複雑さに応じて指定され、当該方法は、
   所定のフレームエラーレートを満たすのに十分な信号対干渉比を決定するステップと、
   第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを満たすために十分な対応する送信回数とを決定するステップであって、前記第1の変調符号化方式は、第2の変調符号化方式よりも高い有効符号化率を有し、前記第2の変調符号化方式は、1回の送信で前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを十分に満たすものである、ステップと、
   前記第1の変調符号化方式にしたがってエンコードされたメッセージを、ハイブリッド自動再送要求方式を用いて前記通信システムにより送信するステップと
   を有する、通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させるための方法。
2. 前記第1の変調符号化方式と、所定のフレームエラーレートを満たすために十分な送信回数とが、所定のリンクレベル曲線群にしたがって決定される、請求項1記載の方法。
3. 前記第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを満たすために十分な対応する送信回数とが、選択的アグレッシブマッピング、スタティックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピング及びダイナミックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピングの内の何れかを用いて決定される、請求項2記載の方法。
4. 第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを満たすために十分な対応する送信回数とを決定する前記ステップが、
   メッセージを送信することに先立って、利用可能な変調符号化方式の各々に対する第2の変調符号化方式を含むマッピングテーブルを作成し、
   前記第1の変調符号化方式に対応する前記第2の変調符号化方式を前記マッピングテーブルから選択するステップ
   を有する、請求項3記載の方法。
5. 前記マッピングテーブルを作成するために選択的アグレッシブマッピングを使用するステップをさらに有し、前記第1の変調符号化方式は、前記第2の変調符号化方式と同じ変調方式を有し、有効符号化率は、前記第2の変調符号化方式に利用可能なものの内、最高の符号化率である、請求項4記載の方法。
6. スタティックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピングを使用するステップをさらに有し、前記マッピングテーブルを作成する際、
   要求されている変調符号化方式を受信し、
   前記所定のフレームエラーレートに対応する前記第2の変調符号化方式の最小の信号対干渉比を1回の送信で達成するのに必要な信号対干渉比を決定し、
   前記所定のフレームエラーレートを満たす前記第1の変調符号化方式に必要な送信回数を決定し、
   前記第2の変調符号化方式より高次のインデックスを有する利用可能な変調符号化方式の各々について、有効スペクトル効率を計算し、
   前記第2の変調符号化方式を、最大の有効スペクトル効率を有する変調符号化方式にマッピングするステップと
   を有する請求項4記載の方法。
7. 前記有効スペクトル効率が、前記有効符号化率に変調因子を乗算したものを、前記所定のフレームエラーレートを満たす前記利用可能な変調符号化方式に必要な送信回数で除算したものに等しい、請求項6記載の方法。
8. 前記所定のフレームエラーレートに対応する前記第2の変調符号化方式の最小の信号対干渉比を1回の送信で達成するのに必要な前記信号対干渉比と、前記所定のフレームエラーレートを満たす前記第2の変調符号化方式に必要な前記送信回数とが、所定のリンクレベル曲線群にしたがって決定される、請求項6記載の方法。
9. ダイナミックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピングを使用するステップをさらに有し、前記第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを満たすために十分な対応する送信回数とを決定する前記ステップが、
   推定された移動局の信号対干渉比を決定し、
   推定された前記信号対干渉比を達成する利用可能な変調符号化方式各々に必要な送信回数を決定し、
   利用可能な変調符号化方式各々について有効スペクトル効率を計算し、
   最大の有効スペクトル効率を有する変調符号化方式を、前記第1の変調符号化方式として選択するステップを有する、請求項3記載の方法。
10. 前記有効スペクトル効率が、前記有効符号化率に変調因子を乗算したものを、前記所定のフレームエラーレートを満たす前記利用可能な変調符号化方式に必要な送信回数で除算したものに等しい、請求項9記載の方法。
11. 前記所定のフレームエラーレートを満たす前記第2の変調符号化方式に必要な前記送信回数が、所定のリンクレベル曲線群にしたがって決定される、請求項9記載の方法。
12. 推定された信号対干渉比が受信される毎に、前記第1の変調符号化方式を第2の変調符号化方式に対応付ける処理が繰り返される、請求項9記載の方法。
13. 通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させるための装置であって、前記通信システムは、少なくとも1つの移動局を含み、前記通信システムは、複数の利用可能なMCSにしたがってエンコードされたメッセージを送信することが可能であり、利用可能な変調符号化方式の各々は、変調方式及び有効符号化方式を含み、前記利用可能な変調符号化方式は、複雑さに応じて指定され、当該装置は、変調符号化方式マッパ及びトランシーバを含み、
    前記変調符号化方式マッパは、
    所定のフレームエラーレートを満たすのに十分な信号対干渉比を決定し、
    第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記所定のフレームエラーレートを満たすために十分な対応する送信回数とを決定し、
    前記第1の変調符号化方式は、第2の変調符号化方式よりも高い有効符号化率を有し、
    前記第2の変調符号化方式は、前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを1回の送信で満たすのに十分なものであり、
    前記トランシーバは、前記変調符号化方式マッパに通信可能に結合され、前記トランシーバは、前記第1の変調符号化方式にしたがってエンコードされたメッセージを、ハイブリッド自動再送要求方式を用いて前記通信システムにより送信する、通信システムにおけるスペクトル利用効率を向上させるための装置。
14. 当該装置が、所定のリンクレベル曲線群を保存するメモリをさらに有し、前記変調符号化方式マッパが、前記第1の変調符号化方式と、所定のフレームエラーレートを満たすために十分な送信回数とを、前記所定のリンクレベル曲線群を用いて決定する、請求項13記載の装置。
15. 前記メモリが、メッセージを送信する前に作成されたマッピングテーブルを含み、前記マッピングテーブルは、利用可能な変調符号化方式各々に対する第1の変調符号化方式を含む、請求項14記載の装置。
16. 前記トランシーバが、要求されている変調符号化方式を受信し、
    前記変調符号化方式マッパが、
    前記所定のフレームエラーレートに対応する前記第2の変調符号化方式の最小の信号対干渉比を1回の送信で達成するのに必要な信号対干渉比を決定し、
    前記所定のフレームエラーレートを満たす前記第1の変調符号化方式に必要な送信回数を決定し、
    前記第2の変調符号化方式より高次のインデックスを有する利用可能な変調符号化方式の各々について、有効スペクトル効率を計算し、
    前記第2の変調符号化方式を、最大の有効スペクトル効率を有する変調符号化方式にマッピングする、請求項14記載の装置。
17. 前記有効スペクトル効率が、前記有効符号化率に変調因子を乗算したものを、前記所定のフレームエラーレートを満たす前記利用可能な変調符号化方式に必要な送信回数で除算したものに等しい、請求項16記載の装置。
18. 前記トランシーバが、推定された移動局の信号対干渉比を受信し、
    前記変調符号化方式マッパが、
    推定された前記信号対干渉比を達成する利用可能な変調符号化方式各々に必要な送信回数を決定し、
    利用可能な変調符号化方式各々について有効スペクトル効率を計算し、
    最大の有効スペクトル効率を有する変調符号化方式を、前記第1の変調符号化方式として選択する、請求項14記載の装置。
19. 少なくとも1つの移動局と、
    移動局に通信可能に結合された少なくとも1つの基地局と
    を有する通信システムであって、前記少なくとも１つの基地局は、変調符号化方式マッパ及びトランシーバを有し、
    前記変調符号化方式マッパは、
    所定のフレームエラーレートを満たすのに十分な信号対干渉比を決定し、
    第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記所定のフレームエラーレートを満たすために必要な対応する送信回数とを決定し、前記第1の変調符号化方式は、第2の変調符号化方式よりも高い有効符号化率を有し、前記第2の変調符号化方式は、前記信号対干渉比において前記所定のフレームエラーレートを1回の送信で満たすのに十分であり、
    前記トランシーバは、前記変調符号化方式マッパに通信可能に結合され、前記トランシーバは、前記第1の変調符号化方式にしたがってエンコードされたメッセージを、ハイブリッド自動再送要求方式を用いて通信システムにより送信する、通信システム。
20. 前記第1の変調符号化方式と、該第1の変調符号化方式を用いて前記所定のフレームエラーレートを満たすために必要な対応する送信回数とを決定する際、選択的アグレッシブマッピング、スタティックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピング及びダイナミックマキシマムイフェクティブスペクトル高効率マッピングの内の何れかを用いて決定される、請求項19記載の通信システム。

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