JP4415777B2 - マルチキャリア通信における適応変調方法 - Google Patents

Description

本発明は複数のキャリアを用いて通信するマルチキャリア無線通信システムにおいて、各々のキャリアの伝搬路毎の品質が変動する際に、変動する品質に適応した変調方式の制御方法に関する発明である。

無線通信システムにおいて時間あたりの伝送量を増加するために、1シンボルあたりに複数ビットの情報を伝送する多値変調技術が知られている。
多値変調技術では、1シンボルあたりのビット数が増すほど、伝搬路品質が良好な場合における最大スループットは増加する一方、伝搬路品質が低下した際にスループットが大きく低下してしまうため、安定した通信を行うためには伝搬路の品質にあわせて変調多値数を切り替える適応変調技術が提案されている。この技術については、論文「変調多値数可変適応変調方式の伝送特性」（電子情報通信学会論文誌 B-II Vol.J78-B-II No.6 pp.435-444, 1995年6月）（非特許文献１）等で説明されている。

また無線通信の広帯域化に伴って、情報を多数の直交したサブキャリアに分割して送信するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)と呼ばれるマルチキャリア通信方式が用いられ、OFDMの帯域内の伝搬路品質の違いに対応するためにサブキャリアごとに変調方式を切り替えるOFDM適応変調方式が提案されている。この技術については論文「高速データ通信のためのマルチレベル送信電力制御を用いたOFDM適応変調方式」（電子情報通信学会論文誌 B-II Vol.J84-B-II No.7 pp.1141-1150, 2001年7月）（非特許文献２）等で説明されている。

OFDM適応変調方式においては、サブキャリア毎に変調方式を切り替えることで帯域内の伝搬路品質の違いに細かく追従できるが、一方で送信局と受信局とでサブキャリア毎の変調方式を一致させるための制御信号が必要となり、複雑化する。このため、論文「An efficient blind modulation detection algorithm for adaptive OFDM systems」(IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), October 4-9, 2003) (非特許文献３)では、いくつかのサブキャリアをグループ化し、サブキャリアグループ毎に変調方式を切り替える事で複雑化を防ぐ技術が説明されている。

大槻信也 他、「変調多値数可変適応変調方式の伝送特性」、電子情報通信学会論文誌、1995年6月、B-II Vol.J78-B-II No.6 pp.435-444

吉識知明 他、「高速データ通信のためのマルチレベル送信電力制御を用いたOFDM適応変調方式」、電子情報通信学会論文誌、2001年7月、B-II Vol.J84-B-II No.7 pp.1141-1150 Sharath B. Reddy et al.、「An efficient blind modulation detection algorithm for adaptive OFDM systems」、IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), October 4-9, 2003

上述のサブキャリア毎に変調方式を切り替える方式では、帯域毎の伝搬路品質の違いに追従できるものの、送信局と受信局との間で変調方式を一致させるための制御信号が増加するという問題がある。また一方、上述のサブキャリアグループ毎に変調方式を切り替える適応変調方式では、同じグループに属するサブキャリア数が増加するほど送信局と受信局との間で変調方式を一致させるための制御信号を削減できるという利点があるものの、帯域毎の伝搬路品質の違いに追従できなくなるという問題が生じる。
本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、サブキャリアのグループ化による制御信号の削減効果を得つつ、グループ化を行わない場合と同様に帯域内の伝搬路品質の違いに応じた変調方式の制御を可能とする適応変調方法及び適用変調方法を適用した無線通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として本発明による適応変調方法では、
サブキャリアのグループ毎に1シンボルあたりに通信する最大ビット数を設定してこのグループ毎の最大ビット数の情報を送信局と受信局とで共有し、
送信局では通信を行う信号を予め十分な誤り訂正能力を持った符号で符号化して符号語を作成し、
符号語を分割して各サブキャリアに上記最大ビット数ずつ分配し、
各サブキャリア毎には1シンボルあたり上記最大ビット数以下を通信する変調方式のいずれかを伝搬路品質に応じてに選択して上記分配された符号語のうち選択した変調方式で変調可能なビット数を用いて変調し、
受信局では各サブキャリア毎に上記最大ビット数以下を通信する変調方式のいずれかを選択して復調し、
選択した変調方式の1シンボルあたりの通信ビット数が上記最大ビット数よりも小さければ尤度0の信号を復調結果に付加して各サブキャリア毎に合計上記最大ビット数分の復調結果を出力し、
各サブキャリア毎に復調した結果をまとめて復号を行うことで、
サブキャリアのグループ化による制御信号の削減効果を得つつ、グループ化を行わない場合と同様に帯域内の伝搬路品質の違いに応じた変調方式の制御を可能とする。

本発明によれば、全サブキャリアの変調方式の情報を通知する必要なく、サブキャリアグループごとの変調方式の情報通知だけで、全サブキャリアについて独自に変調方式を伝搬路品質にあわせて切り替えることを可能する適応変調方式を提供する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
OFDMのようなマルチキャリア通信方式は、通信に用いる帯域全体を複数のサブキャリアに分割し、それぞれのサブキャリアで異なる情報を通信する方式である。このような方式では、周波数選択性を持った干渉や、遅延波によって生じる周波数選択性のフェージングといった帯域内の伝搬路品質の差異はサブキャリア毎の伝搬路品質の差異として現れる。一方周波数選択性のフェージングは遅延波が合成される際に周波数によって足し合わされる位相が異なることが原因で生じるため、隣接する周波数のサブキャリアの伝搬路品質は類似する傾向にある。またサブキャリアのグループ化は複数のサブキャリアに対して共通のパラメータを用いることを目的としていることから、伝搬路品質が類似するサブキャリアをグループとする事が望ましい。このため、以下の例では隣接するサブキャリアをグループ化する際の方法について記す。

以下では例として各サブキャリアにおける1シンボルあたりの最大伝送ビット数を6ビットとし、変調方式としては64QAMまたは16QAMまたはQPSKを用いる適応変調方式について説明するが、本発明の適用はこれらの最大伝送ビット数及び変調方式に限定されるものではなく、より一般的に1シンボルあたりの最大伝送ビット数を2mビットとし、変調方式として2^2kQAM(kはm以下の自然数)で復調する場合にも同様に適用可能である。また上記においてk=1に相当する4QAMはQPSKと同じ変調方式を表すものとする。

また、以下の説明では簡単のために本発明の適応変調方式を第1の無線局から第2の無線局に対して送信する場合について説明し、本発明の適応変調方式を用いて変調した信号を送信する側の無線局を送信局、本発明の適応変調方式を用いて変調した送信された信号を受信する側の無線局を受信局と称する。一方本発明の適応変調方式は第1の無線局から第2の無線局への送信と該第2の無線局から該第1の無線局への送信の両方の送信に適用することが可能であり、この場合、該第1及び第2の無線局は以下で説明する送信局と受信局との両方の信号処理を行う。

また、以下の説明におけるサブキャリア毎の伝搬路品質とは、例えばサブキャリア毎の受信信号電力強度や、サブキャリア毎の干渉電力強度、サブキャリア毎の信号対干渉及び雑音電力比等、信号を通信した際の誤り率や通信品質、送信局と受信局との相互情報量等と正もしくは負の相関を持つ値であればいかなるパラメータを用いることも可能である。

以下、本発明の適応変調方法のアルゴリズムを示す図1の模式図に基づき説明を行う。ただし図1の模式図ではサブキャリア数が9であり、3のサブキャリア毎にまとめたサブキャリアグループが3存在しているが、本発明の適用はサブキャリア数及びサブキャリアグループあたりのサブキャリア数及びサブキャリアグループ数はこれらの値に制限されずにより一般的な数のサブキャリア数及びサブキャリアグループあたりのサブキャリア数及びサブキャリアグループ数に適応可能である。
本発明における第1の実施例における適応変調方式では、まず送信局は通信を行う伝搬路の伝搬路品質120を得る。送信局が伝搬路品質120を得る手段としては、送信局が伝搬路の品質を測定してもよいし、受信局が測定した品質を受信局から通知を受けてもよい。

次に、本発明における適応変調方式による送信局はサブキャリア毎の変調方式を決定する。ここでサブキャリア毎の変調方式は、サブキャリア毎に伝搬路品質120が高いほど1シンボルあたりに通信可能なビット数が大きい変調方式を選択する。例えば図1の場合には、閾値110及び111を元に、伝搬路品質が閾値110より小さいサブキャリアではQPSKを、伝搬路品質が閾値110以上で閾値111よりも小さいサブキャリアでは16QAMを、伝搬路品質が閾値111以上のサブキャリアでは64QAMを選択する。この選択の閾値としては、例えば測定した伝搬路品質120として伝搬路の通信路容量を用い、閾値110としてQPSKで通信可能な最大情報量である2を、閾値111として16QAMで通信可能な最大情報量である4を選択することが可能である。またより通信品質を向上させるために、通信路符号の誤り訂正能力や、変調方式の信号点配置、伝搬路の伝搬路品質の分布といった性質に応じてこの閾値を調整することも可能である。

図1の例では、例えばサブキャリアグループg2に属するサブキャリアS4及びs5及びs6について、サブキャリアs4の伝搬路品質124は閾値110よりも小さいためサブキャリアs4の変調方式134はQPSK、サブキャリアs5の伝搬路品質125は閾値110以上であり閾値111よりも小さいためサブキャリアs5の変調方式135は16QAM、サブキャリアs6の伝搬路品質126は閾値111以上であるためサブキャリアs6の変調方式136は64QAMというように選択される。このとき、サブキャリアグループg2に属するサブキャリアs4、s5、s6で選択された変調方式のうち、シンボルあたりのビット数が最も大きい変調方式はサブキャリアs6で選択された1シンボルあたり6ビット通信可能な64QAMである。このため、サブキャリアグループg2におけるシンボルあたりの最大ビット数は6ビットとして決定する。

サブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数及びサブキャリア毎の変調方式を決定した後、送信局では符号化した送信信号を各サブキャリアにサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数ずつ分配し、分配された信号のうち各サブキャリアではサブキャリア毎に決定した変調方式のシンボルあたりのビット数だけ用いてサブキャリア毎に決定した変調方式を用いて信号を変調して送信する。各サブキャリアで用いる変調方式のシンボルあたりのビット数が、該サブキャリアが属するサブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数よりも少ない場合には、差分のビット数分の情報は送信に用いられずに破棄される。

受信局においても、送信局においてと同様にまず伝搬路品質を得て、伝搬路品質からサブキャリア毎の変調方式を決定し、サブキャリア毎に決定した変調方式を用いて復調する。ただし、サブキャリア毎に決定した変調方式のシンボルあたりのビット数が、送信局より通知された該サブキャリアの属するサブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数よりも大きい場合、復調に用いる変調方式は該サブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数以下のシンボルあたりのビット数である変調方式を選択する。なお、伝搬路品質を得る手段としては、受信局が伝搬路の品質を測定してもよいし、送信局が測定した品質を受信局から通知を受けてもよい。サブキャリア毎に復調した変調方式のシンボルあたりのビット数が送信局より通知された該サブキャリアの属するサブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数に満たない場合には、差のビット数分だけ尤度0の信号を受信したものとして復調結果に付加し、通信路符号の復号を行うことで、サブキャリア毎の伝搬路品質に応じた適応変調を、サブキャリア毎の変調方式の通知無く実現することが可能となる。

以上に記した本発明の第1の実施例における適応変調方式の送信局と受信局それぞれにおける処理の流れの例を、図2のサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数(図中ではNb_group(i)と記述する。)決定のための処理の流れ図及び図3のデータ信号を通信するための処理の流れ図に基づいて説明する。

図2の流れ図において、まず受信局は処理P211においてパイロット信号を送信局に対して送信する。なお、ここで及び以下の説明でパイロット信号とは送信局において伝搬路品質を推定するための基準信号として使用可能であればいかなる信号でもよく、サブキャリア毎に送信される信号の複素振幅値ないしはサブキャリア毎に送信される信号の複素振幅値の相対関係を送信局及び受信局がともに予め知っている信号であれば他の情報を通信するためのチャネルであってもかまわない。また、パイロット信号は全帯域の伝搬路品質を推定するために、全帯域に渡って送信されることが望ましいが、一部のサブキャリアのみについて送信し、送信されていないサブキャリアについては受信側で補間によって伝搬路品質を推定してもよい。

次に送信局では処理P111において受信局が送信したパイロット信号を受信し、処理P112において受信したパイロット信号に基づいて各サブキャリアの伝搬路品質を測定し、処理P113において先に記したアルゴリズムを用いてサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を決定する。決定したサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の情報は処理P114において受信局に対して送信され、受信局では処理P214において当該情報を受け取る。なお、サブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を決定するにあたっては、サブキャリアグループの代表的な伝搬路品質を基準に決定することもできるので、全てのサブキャリアの伝搬路品質を推定せずに、一部のサブキャリアのみの伝搬路品質を推定するようにしてもよい。

次に図3の流れ図において、受信局は処理P201においてパイロット信号を送信局に対して送信する。次に送信局では処理P101において受信局が送信したパイロット信号を受信し、処理P102において受信したパイロット信号に基づいて各サブキャリアの伝搬路品質を測定し、処理P103において先に記したアルゴリズムを用いて各サブキャリアの変調方式を決定する。次に処理P104において、送信局は符号化した符号語を各サブキャリアに対して先に処理P113において定めた該サブキャリアが属するサブキャリアグループ毎のシンボルあたり最大ビット数だけ割り当て、各サブキャリアでは割り当てられた信号のうち処理P103において決定した変調方式で送信可能なビット数分だけ変調し、受信局に対してパイロット信号とともに送信する。
受信局では処理P204においてパイロット信号並びにデータ信号を受信し、このうちパイロット信号を用いて処理P205において伝搬路品質を推定し、処理P206において先に記したアルゴリズムを用いて各サブキャリアで復調に用いる変調方式を決定する。

次に受信局では処理P207において、処理P206において決定した変調方式を用いてデータ信号を復調し、各サブキャリアについて処理P214で受信したサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数に対して不足する分は尤度0の信号を受信したとしてシンボルあたりの最大ビット数分だけの受信信号を作成し、符号長分だけの受信信号が集まるごとに通信路符号の復号を行うことで本発明の第1の実施例における適用変調方式を用いて通信を行う。

なお、以上ではサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数決定のための処理の流れとデータ信号を通信するための処理の流れを別々の図を用いて説明したが、これらはまとめて同時に行うことが可能である。即ち受信局から送信局への信号の送信である処理P211及び処理P201は同じパイロット信号を用いてもよいし、送信局から受信局への信号の送信である処理P114と処理P104で送信する信号をまとめて同時に送信を行っても良い。最大ビット数決定のための処理は、通信開始時、ハンドオーバー、移動端末が基地局へ登録する際、または、通信中に定期的もしくは伝搬路品質が大きく変わったと判断されるとき等に行うことができる。

なお、以上の第１の実施例では送信局が伝搬路品質に基づいてサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を決定して受信局に通知したが、受信局が伝搬路品質に基づいてサブキャリアグループごとのシンボルあたりの最大ビット数を決定し、送信局に通知するという変形も可能である。以下に、この変形について、第２の実施例として順次説明する。
まず第２の実施例では、受信局は通信を行う伝搬路の伝搬路品質120を得る。受信局が伝搬路品質120を得る手段としては、受信局が伝搬路の品質を測定してもよいし、送信局が測定した品質を受信局から通知を受けてもよい。

次に、受信局はサブキャリア毎の変調方式を決定する。ここでサブキャリア毎の変調方式は、サブキャリア毎に伝搬路品質120が高いほど1シンボルあたりに通信可能なビット数が大きい変調方式を選択する。例えば図1の場合には、閾値110及び111を元に、伝搬路品質が閾値110より小さいサブキャリアではQPSKを、伝搬路品質が閾値110以上で閾値111よりも小さいサブキャリアでは16QAMを、伝搬路品質が閾値111以上のサブキャリアでは64QAMを選択する。この選択の閾値としては、例えば測定した伝搬路品質120として伝搬路の通信路容量を用い、閾値110としてQPSKで通信可能な最大情報量である2を、閾値111として16QAMで通信可能な最大情報量である4を選択することが可能である。またより通信品質を向上させるために、通信路符号の誤り訂正能力や、変調方式の信号点配置、伝搬路の伝搬路品質の分布といった性質に応じてこの閾値を調整することも可能である。

図1の例では、例えばサブキャリアグループg2に属するサブキャリアS4及びs5及びs6について、サブキャリアs4の伝搬路品質124は閾値110よりも小さいためサブキャリアs4の変調方式134はQPSK、サブキャリアs5の伝搬路品質125は閾値110以上であり閾値111よりも小さいためサブキャリアs5の変調方式135は16QAM、サブキャリアs6の伝搬路品質126は閾値111以上であるためサブキャリアs6の変調方式136は64QAMというように選択される。このとき、サブキャリアグループg2に属するサブキャリアs4、s5、s6で選択された変調方式のうち、シンボルあたりのビット数が最も大きい変調方式はサブキャリアs6で選択された1シンボルあたり6ビット通信可能な64QAMである。このため、サブキャリアグループg2におけるシンボルあたりの最大ビット数は6ビットとして決定する。受信局は、決定したサブキャリアグループごとのシンボルあたりの最大ビット数の情報を送信局に通知する。

送信局においても、受信局においてと同様にまず伝搬路品質を得て、伝搬路品質からサブキャリア毎の変調方式を決定する。伝搬路品質を得る手段としては、送信局が伝搬路の品質を測定してもよいし、受信局が測定した品質を送信局から通知を受けてもよい。ここで、サブキャリア毎に決定した変調方式のシンボルあたりの最大ビット数が、受信局より通知された該サブキャリアの属するサブキャリアグループのシンボルあたりのビット数よりも大きい場合、変調に用いる変調方式は該サブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数以下のシンボルあたりのビット数である変調方式を選択する。

サブキャリア毎の変調方式を決定した後、送信局では符号化した送信信号を各サブキャリアにサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数ずつ分配し、分配された信号のうち各サブキャリアではサブキャリア毎に決定した変調方式のシンボルあたりのビット数だけ用いてサブキャリア毎に決定した変調方式を用いて信号を変調して送信する。

受信局では、送信局から送信された信号をサブキャリア毎に決定した変調方式を用いて復調する。サブキャリア毎に復調した変調方式のシンボルあたりのビット数が決定した該サブキャリアの属するサブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数に満たない場合には、差のビット数分だけ尤度0の信号を受信したものとして復調結果に付加し、通信路符号の復号を行うことで、サブキャリア毎の伝搬路品質に応じた適応変調を、サブキャリア毎の変調方式の通知無く実現することが可能となる。

以上に記した本発明の第2の実施例における適応変調方式の送信局と受信局それぞれにおける処理の流れの例を、図4のサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数決定のための処理の流れ図及び図3のデータ信号を通信するための処理の流れ図に基づいて説明する。
図4の流れ図において、まず送信局は処理P121においてパイロット信号を受信局に対して送信する。なお、ここで及び以下の説明でパイロット信号とは送信局において伝搬路品質を推定するために使用可能であればいかなる信号でもよく、サブキャリア毎に送信される信号の複素振幅値ないしはサブキャリア毎に送信される信号の複素振幅値の相対関係を送信局及び受信局がともに予め知っている信号であれば他の情報を通信するためのチャネルであってもかまわない。

次に受信局では処理P221において送信局が送信したパイロット信号を受信し、処理P222において受信したパイロット信号に基づいて各サブキャリアの伝搬路品質を測定し、処理P223において先に記したアルゴリズムを用いてサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を決定する。決定したサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の情報は処理P224において送信局に対して送信され、受信局では処理P124において当該情報を受け取る。

次に図3の流れ図において、受信局は処理P201においてパイロット信号を送信局に対して送信する。次に送信局では処理P101において受信局が送信したパイロット信号を受信し、処理P102において受信したパイロット信号に基づいて各サブキャリアの伝搬路品質を測定し、処理P103において先に記したアルゴリズムを用いて各サブキャリアの変調方式を決定する。次に処理P104において、送信局は符号化した符号語を各サブキャリアに対して先に処理P124において受信した該サブキャリアが属するサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数だけ割り当て、各サブキャリアでは割り当てられた信号のうち処理P103において決定した変調方式で送信可能なビット数分だけ変調し、受信局に対してパイロット信号とともに送信する。

受信局では処理P204においてパイロット信号並びにデータ信号を受信し、このうちパイロット信号を用いて処理P205において伝搬路品質を推定し、処理P206において先に記したアルゴリズムを用いて各サブキャリアで復調に用いる変調方式を決定する。

次に受信局では処理P207において、処理P206において決定した変調方式を用いてデータ信号を復調し、各サブキャリアについて処理P223で定めたサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数に対して不足する分は尤度0の信号を受信したとしてシンボルあたりの最大ビット数分だけの受信信号を作成し、符号長分だけの受信信号が集まるごとに通信路符号の復号を行うことで本発明の第1の実施例における適用変調方式を用いて通信を行う。

なお、以上ではサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数決定のための処理の流れとデータ信号を通信するための処理の流れを別々の図を用いて説明したが、これらはまとめて同時に行うことが可能である。即ち受信局から送信局への信号の送信である処理P224で送信するサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の情報と処理P201で送信するパイロット信号とは同時に送信を行ってもよいし、送信局から受信局への信号の送信である処理P121と処理P104では同じパイロット信号を共通して用いても良い。

以上では、伝搬路品質に基づいてサブキャリア毎の変調方式及びサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を決定したが、これらは伝搬路品質以外にも例えば送信すべきデータ量に基づき、送信すべきデータ量が多い場合にはシンボルあたりのビット数が多い変調方式を、データ量が少ないときにはシンボルあたりのビット数が少ない変調方式を選択し、サブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数も同様に選択することも可能である。

また、以上の説明では伝搬路品質の測定及びサブキャリア毎の変調方式決定及びサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数決定を一連の流れで行っているが、これらは一時に全て行う必要は無い。例えばサブキャリア毎の変調方式決定は1回以上の伝搬路品質の測定結果に基づいて行うことで測定結果のばらつきによる影響を抑えることができる。またサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数決定の周期をサブキャリア毎の変調方式決定の周期よりも長くすることで、サブキャリア毎には伝搬路の変動に追従しつつ、送信局と受信局との間のサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数通知量を削減することができる。なお、サブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を変更せずにサブキャリア毎の変調方式を決定する際には、シンボルあたりのビット数が該サブキャリアの属するサブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数と同じかそれ以下である変調方式を選択する。

また、サブキャリア毎の変調方式の決定は送信局と受信局とで必ずしも同時に行う必要は無く、一方のみが変調方式を変更することも可能である。さらに送信局と受信局の一方で、常に各サブキャリアで該サブキャリアが属するサブキャリアグループのシンボルあたりの最大ビット数と同じシンボルあたりのビット数である変調方式を選択することも可能である。
以下、本発明の第1の実施例を実施する際の送信局及び受信局の構成について、図5の送信局の構成図及び図6の受信局の構成図に基づいて説明する。

図5の送信局では、無線部200において受信局が送信したパイロット信号を受信して適応変調制御部220に入力する。適応変調制御部220ではFFT(高速フーリエ変換)等の処理を用いて受信したパイロット信号を各サブキャリアに分割し、各サブキャリアの伝搬路品質を判定し、先に記したアルゴリズムに基づいてサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数と各サブキャリアの変調方式とを決定する。

適応変調制御部220で決定されたサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の情報は通信路符号化部221で符号化され、通信路符号化部211で符号化された送信情報と、パイロット信号とともにOFDM変調部210に入力される。
OFDM変調部210では、入力されたパイロット信号及び通信路符号化部211で符号化された送信情報及び通信路符号化部221で符号化されたサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の情報を多重化し、サブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数に基づいて各サブキャリアに対して分割する。各サブキャリアでは、通信路符号化部211で符号化された送信情報については適応変調制御部220で決定した各サブキャリアの変調方式で、パイロット信号やサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数情報については予め定められた変調方式で変調し、IFFT(逆高速フーリエ変換)等の処理を用いて時間系列の信号に合成し、無線部200より送信を行う。

一方図6の受信局では、無線部300で受信された信号はパイロット信号については適応復調制御部320に、そのほかの信号についてはOFDM復調部330に入力される。
適応復調制御部320では、入力されたパイロット信号をFFTにより各サブキャリアに分割し、各サブキャリアの伝搬路品質を判定し、先に記したアルゴリズムに基づいて各サブキャリアの復調に用いる変調方式を決定する。

OFDM復調部330では、入力された信号をFFTにより各サブキャリアに分割し、予め定めれたサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数情報を復調するための変調方式により復調処理を行い、通信路復号部331において復号し、サブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数情報を得る。

OFDM復調部330ではまた、入力された信号をFFTにより各サブキャリアに分割し、適応復調制御部320で決定した変調方式により復調を行い、先に得たサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数に応じて合成して通信路復号部332において通信路符号の復号処理を行うことで本発明の適応変調による受信信号を得る。
また図6の受信局では、パイロット信号はOFDM変調部310において各サブキャリアに分割され、サブキャリア毎に変調され、IFFTによって時間系列に合成されて無線部300より送信される。

以下、本発明の第2の実施例を実施する際の送信局及び受信局の構成について、図7の送信局の構成図及び図8の受信局の構成図に基づいて説明する。
図7の送信局では、無線部400で受信された信号はパイロット信号については適応変調制御部420に、他の信号についてはOFDM復調部430に入力される。

適応変調制御部420ではFFTによって受信したパイロット信号を各サブキャリアに分割し、各サブキャリアの伝搬路品質を判定し、先に記したアルゴリズムに基づいて各サブキャリアの変調方式を決定する。
OFDM復調部430ではFFTによって受信した信号を各サブキャリアに分割し、予め定められたサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数情報を復調するための変調方式により復調処理を行い、多重化した後に通信路復号部431において復号処理を行ってサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数情報を得る。

OFDM変調部410では、通信路符号化部411において符号化された送信情報とパイロット信号とを多重化し、通信路復号部431で復号した結果得たサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の情報に従って各サブキャリアに分割し、各サブキャリアでは適応変調制御部420で決定した変調方式で変調し、IFFTによって時間系列の信号に変換して無線部400より送信する。

一方図8の受信局では、無線部500で受信された信号はパイロット信号については適応復調制御部520に、そのほかの信号についてはOFDM復調部530に入力される。
適応復調制御部520では、入力されたパイロット信号をFFTにより各サブキャリアに分割し、各サブキャリアの伝搬路品質を判定し、先に記したアルゴリズムに基づいて各サブキャリアの復調に用いる変調方式及びサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を決定する。

OFDM復調部530では、入力された信号をFFTにより各サブキャリアに分割し、適応復調制御部520で決定した変調方式により復調を行い、同じく適応復調制御部520で決定したサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数に応じて合成して通信路復号部532において通信路符号の復号処理を行うことで本発明の適応変調による受信信号を得る。

また図8の受信局では、適応復調制御部で決定されたサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数は通信路符号化部521で符号化され、パイロット信号とともにOFDM変調部510において多重化されて各サブキャリアに分割され、サブキャリア毎に変調されてIFFTによって時間系列に合成されて無線部500より送信される。
なお、パイロット信号についてはサブキャリア毎の伝搬路品質推定に用いる目的のため、パイロット信号は適応変調制御部220ないしは420で決定した変調方式によらず、固定の変調方式で変調を行っても良い。

以上の説明で用いてる符号及び符号化とは、例えば単純な畳み込み符号やTurbo符号といった誤り訂正符号による符号化のみを指すのではなく、より一般的に通信対象の情報から変調を行うbit列への写像を指しており、例えば誤り検出符号の付加やインタリーブ、リピティション、パンクチャといた信号処理も含んだ処理をまとめて符号化と称している。

また、以上でデータ信号に対して用いる符号及び符号化と、サブキャリアグループ毎のシンボルあたりビット数に対して用いる符号及び符号化は同じである必要はなく、特にサブキャリアグループ毎のシンボルあたりビット数に対しては符号化を行わないことも含む誤り訂正能力の弱い符号を使用することが可能である。
また、以上では通信路符号化された送信データを各サブキャリアにシンボルあたりのビット数分ずつ分割し各サブキャリアで変調を行っているが、通信路符号化された送信データをシンボルあたりのビット数の整数倍分ずつ分割して各サブキャリアで該整数シンボルずつ作成し、同様の処理を行うことも可能である。

また、以上ではデータ信号及びパイロット信号及びサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を全て同様にサブキャリアに分割して送信しているが、特定の信号を特定のサブキャリアに限定して送信してもかまわない。
また、以上ではデータ信号及びパイロット信号及びサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を全て同様にサブキャリアに分割して送信しているが、特定の信号はサブキャリアに分割せずに他の信号と時間多重して送信してもかまわない。

また、以上では適応的な変調方式の制御について記したが、同時に通信路符号の符号化率を適応的に制御することで更なる特性改善効果を得ることが可能である。適応符号化率制御は第1の実施例及び第2の実施例について等しく適用可能であるが、制御のための情報をどの部位から取得するかが異なるだけで処理内容は同じであることから、以下では例として第1の実施例の適応変調方式に加えて適応符号化率制御を行う場合の構成について図面に基づいて説明する。
図9は符号化率を適応的に制御する際の第1の実施例における通信路符号化部211の例である。通信路符号化部はまずサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数(Nb_group(i))及びサブキャリア毎の変調方式を適応変調制御部220から取得し、符号化率制御部600に入力する。

一方符号化を行うべき情報は符号化部601に入力され、ここで固定の符号化率1/Rcを持つ符号で符号化されて元の情報のRc倍の符号長の符号語が生成される。次いで符号化部601で符号化された符号語はパンクチャ部602において符号化率制御部600が出力した実質符号化率1/Rrに応じてパンクチャされて符号長を短縮して元の情報のRr倍の長さを持つパンクチャされた符号語が生成され、インタリーブ部603においてインタリーブされて適応符号化率制御された信号が出力される。

符号化率制御部600では、全サブキャリアについてのサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の総和Nbと、全サブキャリアについてのサブキャリア毎の変調方式で1シンボルあたりに通信可能なビット数の総和Nmとから、実質符号化率1/Rrを決定する。
実質符号化率1/Rrの決定方法としては、例えば通信に要求される誤り耐性によって定める基準符号化率1/Rbを元に、Rr=Rb×Nb/Nmなる関係を満たすように決定することで、適応的に制御される変調方式に応じて安定した誤り耐性を持った符号化率の符号を選択することができる。

ここで、実質符号化率1/Rrの決定方法としては必ずしもRr=Rb×Nb/Nmなる関係に従う必要は無く、Nb/Nmの値が大きくなるほど小さくないRrが選ばれる関係であればいかなる関係でも良く、例えば予め用意しておいたいくつかの符号化率の中から、1/(Rb×Nb/Nm)に近い符号化率を選択するような方法でも良い。

また、決定した実質符号化率1/Rrが固定の符号化率1/Rcよりも小さい場合には、パンクチャ部602においてパンクチャではなく一部ビットを繰り返して出力するリピティション処理を行うか、或いは単純にパンクチャの実質符号化率1/Rrとして1/Rcと同じ値を用いてパンクチャ部602においてパンクチャを行わないような処理が行われる。

また、符号化率制御部600で求めた実質符号化率を表す情報を通信路符号化部から出力し、OFDM変調部210に入力して、他の情報とともに受信局に対して送信する事も可能である。
図10は符号化率を適応的に制御する際の第1の実施例における通信路復号部332の例である。通信路復号部はまずサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数(Nb_group(i))を通信路復号部331の出力から、サブキャリア毎の変調方式を適応復調制御部320から取得し、符号化率制御部610に入力する。
符号化率制御部610では、実質符号化率1/Rrを決定する。実質符号化率1/Rrの決定方法としては、通信路符号化部211内の符号化率制御部600と同様の計算方法によって決定する方法のほか、送信局から送信された値を用いることも可能である。

一方復号すべき信号はOFDM復調部330からデインタリーブ部613に入力されて実質符号化率1/Rrの符号としてデインタリーブされ、デパンクチャ部612においてデパンクチャ処理として尤度0の信号を挿入され、固定の符号化率1/Rc相当の符号として復号部611で復号されることで適応符号化率制御された信号を受信する。
なお、符号化率制御部610において実質符号化率1/Rrとして複数の候補値を決定し、それぞれの実質符号化率1/Rrについてデインタリーブ及びデパンクチャ及び復号を行い、復号が成功した1/Rrについての復号結果を適応符号化率制御された信号として用いることも可能である。
また、実質符号化率1/Rrが固定の符号化率1/Rcよりも小さい場合には、デパンクチャ部612において尤度0の信号を挿入する代わりにリピティションされた信号を足し合わせる処理を行う。

以上に示した本発明により、サブキャリア毎の変調方式は送信局と受信局が個別に決定することで全てのサブキャリアについての変調方式の情報を送信局と受信局とで共有することなく全てのサブキャリアについて個別に変調方式を決定することを可能とする。またサブキャリア毎の変調方式とは別の値としてサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数を送信局と受信局とで共有して通信路符号化及び復号に用いることでサブキャリア毎の変調方式を送信局と受信局で共有することなく適応変調された信号を受信局で正しく復調することができる。またサブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数の総和と、サブキャリア毎の変調方式で通信可能なシンボルあたりのビット数の総和とを元に符号化率を制御することで、サブキャリアグループ毎のシンボルあたりの最大ビット数とサブキャリア毎の変調方式との関係が変化しても安定した品質で通信することが可能となる。

上記効果を示すスループット特性の例を図11に示す。図11の横軸はSNR、即ち信号対雑音電力比を、縦軸はスループット、即ち単位周波数及び帯域あたりに通信可能なビット数を表す。図中の各曲線は遅延波が分散70nsで指数的に減衰する伝搬環境において、48のサブキャリアを312.5kHz間隔に配した際のスループット特性である。曲線701,702,703,704はサブキャリアグループあたりのサブキャリア数をそれぞれ1,4,12,48とし、サブキャリアグループの伝搬路品質に応じてQPSK,16QAM,64QAMを切り替え、符号化率1/2のTurbo符号を用いる従来方式によるスループットと信号対雑音電力比との関係を示す。また曲線710はサブキャリアグループあたりのサブキャリア数を12とし、サブキャリアの伝搬路品質に応じてQPSK,16QAM,64QAMを切り替え、サブキャリアグループの伝搬路品質に応じてシンボルあたりの最大ビット数を決定し、実質符号化率が1/2になるように符号化率制御を行う本発明方式によるスループットと信号対雑音電力比との関係を表す。図より、曲線710の本発明方式を用いたループット特性は、少ないサブキャリアグループの分割数で、従来方式において1サブキャリア毎に制御する曲線701の特性に近い良好な特性を示すことが確認できる。

本発明における適応変調方式の例。 本発明における送信局及び受信局の処理の流れの第1の実施の例。 本発明における送信局及び受信局の処理の流れの第1及び第2の実施の例。 本発明における送信局及び受信局の処理の流れの第2の実施の例。 本発明における送信局の第1の実施の例。 本発明における受信局の第1の実施の例。 本発明における送信局の第2の実施の例。 本発明における受信局の第2の実施の例。 本発明における通信路符号化部の例。 本発明における通信路復号部の例。 本発明の効果によるスループット特性の例。

符号の説明

110,111 変調方式選択のための閾値の例、 120 帯域内の伝搬路品質の例、 121,122,123,124,125,126,127,128,129 サブキャリア毎の伝搬路品質の例、 134,135,136 サブキャリア毎の変調方式、 141 サブキャリアグループ毎のシンボルあたりのビット数、
200,300,400,500 無線部、 210,310,410,510 OFDM変調部、 220,420 適応変調制御部、 320,520 適応復調制御部、 230,330,430,530 OFDM復調部、 211,411 データ符号化用の通信路符号化部、 221,521 グループ毎シンボルあたりビット数符号化用の通信路符号化部、 332,531 データ復号用の通信路復号部、 331,431 グループ毎シンボルあたりビット数復号用の通信路復号部、 600符号化率制御部、 601 符号化部、 602 パンクチャ部、 603 インタリーブ部、 610符号化率制御部、 611 復号部、 612 デパンクチャ部、 613 デインタリーブ部、 701,702,703,704 従来方式によるスループットの例、 710 本発明の効果によるスループットの例、
P201,P211,P121 パイロット信号送信処理、 P101,P111,P221 パイロット信号受信処理、 P102,P205,P112,P222 伝搬路品質推定処理、 P113,P223 サブキャリアグループ毎のシンボルあたりビット数決定処理、 P114,P224 サブキャリアグループ毎のシンボルあたりビット数送信処理、 P214,P124 サブキャリアグループ毎のシンボルあたりビット数受信処理、 P103 サブキャリア毎変調方式決定処理、 P104 パイロット信号及びデータ信号送信処理、 P204 パイロット信号及びデータ信号受信処理、 P206 サブキャリア毎復調に用いる変調方式決定処理、 P207 データ信号復調及び復号処理。

Claims (11)

1. 符号化部において符号化した送信信号を複数のサブキャリアに分割して送信する第１の無線局と、
   複数のサブキャリア毎に復調した受信信号を結合して復号を行う第２の無線局とを有する無線通信システムであって、
   上記複数のサブキャリアは１または複数個のサブキャリアを含む複数のサブキャリアグループにグループ化され、
   上記第１の無線局と第２の無線局とは上記複数のサブキャリアグループ毎に１シンボルあたりの最大伝送ビット数である第１のビット数の情報を共有し、
   上記第１の無線局は符号化した送信信号を各サブキャリアに対して該サブキャリアが属するサブキャリアグループの上記第１のビット数ずつ分割して割り当て、
   各サブキャリアごとに、それぞれのサブキャリアの伝搬路状況に基づいて、変調に用いる変調方式の１シンボルあたりの伝送ビット数である第２のビット数が上記第１のビット数と等しいかそれ未満の値である変調方式をそれぞれ決定し、割り当てた送信信号のそれぞれ上記決定した第２のビット数の部分をそれぞれ上記決定した変調方式で変調し、上記第２のビット数が上記第１のビット数未満である場合には残りの送信信号は破棄し、
   上記第２の無線局は、上記第１の無線局からの受信信号の各サブキャリアごとに、それぞれのサブキャリアの伝送路状況に基づいて、復調に用いる変調方式として１シンボルあたりの最大伝送ビット数である第３のビット数が上記第１のビット数と等しいがそれ未満の変調方式をそれぞれ決定し、決定した変調方式により各サブキャリアごとの受信信号をそれぞれ復調し、
   上記第３のビット数が上記第１のビット数未満である場合には尤度０の信号を復調結果に付加し、もって１シンボルあたり、該サブキャリアが属するサブキャリアグループの上記第１のビット数ずつを復調結果として復号部に出力し、
   該復号部では各サブキャリアで復調した信号を結合して復号することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１記載の無線通信システムであって、上記第１のビット数は、上記第２の無線局から送信される基準信号を上記第１の無線局で受信して判断される該サブキャリアグループの伝搬路状況に基づいて決定され、該決定された第１のビット数の情報は上記第１の無線局から上記第２の無線局に通知されることを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１記載の無線通信システムであって、上記第１のビット数は、上記第１の無線局から送信される基準信号を上記第２の無線局で受信して判断される該サブキャリアグループの伝搬路状況に基づいて決定され、該決定された第１のビット数は上記第２の無線局から上記第１の無線局に通知されることを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１記載の無線通信システムであって、上記符号化部は、サブキャリアグループごとに、各サブキャリアの上記第１のビット数の総和と各サブキャリアの上記第２のビット数の総和との比に応じて符号化率を変更することを特徴とする無線通信システム。
5. 上記符号化部は、上記第２のビット数の総和に比べて上記第１のビット数の総和が大きいほど小さい符号化率を選択することを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
6. 無線通信路が、複数のサブキャリアを含み、上記複数のサブキャリアは１または複数個のサブキャリアを含む複数のサブキャリアグループにグループ化され、上記複数のサブキャリアグループ毎の、１シンボルあたりの伝送ビット数である第１のビット数の情報を送受信を行う複数の無線局の間で共有する無線通信システムにおける無線局であって、
   送信信号を符号化する符号化部と、
   上記符号化された送信信号を各サブキャリアに対して該サブキャリアの属するサブキャリアグループの上記第１のビット数ずつ分割して割り当て、各サブキャリア毎に、それぞれのサブキャリアの伝搬路状況に基づいて、変調に用いる変調方式の１シンボルあたりの最大伝送ビット数である第２のビット数が上記第１のビット数と等しいかそれ未満の値である変調方式をそれぞれ決定し、割り当てた送信信号のそれぞれ上記決定した第２のビット数の部分を上記決定した変調方式で変調し、上記第２のビット数が上記第１のビット数未満である場合には残りの送信信号は破棄する変調部と、
   上記変調された送信信号を受信局へ送信するための無線部とを有することを特徴とする無線局。
7. 請求項６記載の無線局であって、上記受信局から送信される基準信号を受信して判断されるサブキャリアグループの伝搬路状況に基づいて上記第１のビット数を決定する適応変調制御部を有することを特徴とする無線局。
8. 請求項７記載の無線局であって、上記適応変調制御部は、上記受信局との間の各サブキャリアの伝搬路状況に基づいて、各サブキャリアについての上記第２のビット数を決定することを特徴とする無線局。
9. 無線通信路が、複数のサブキャリアを含み、上記複数のサブキャリアは１または複数個のサブキャリアを含む複数のサブキャリアグループにグループ化され、上記複数のサブキャリアグループ毎の、１シンボルあたりの最大伝送ビット数である第１のビット数の情報を送受信を行う複数の無線局の間で共有する無線通信システムにおける無線局であって、
   送信局から受信された受信信号を、各サブキャリアごとにそれぞれのサブキャリアの伝播路状況に基づいて、復調に用いる変調方式として１シンボルあたりの最大伝送ビット数である第２のビット数が上記第１のビット数と等しいかそれ未満である変調方式をそれぞれ決定し、決定した変調方式によりそれぞれ復調し、上記第２のビット数が上記第１のビット数未満である場合には尤度０の信号を復調結果に付加し、もって１シンボルあたり、該サブキャリアが属するサブキャリアグループの上記第１のビット数ずつを復調結果として復号部に出力する復調部と、
   各サブキャリアで復調した信号を結合して復号する復号部とを有することを特徴とする無線局。
10. 請求項９記載の無線局であって、上記送信局から送信される基準信号を受信して判断されるサブキャリアグループの伝搬路状況に基づいて上記第１のビット数を決定する適応変調制御部を有することを特徴とする無線局。
11. 請求項１０記載の無線局であって、上記適応変調制御部は、上記送信局との間の各サブキャリアの伝搬路状況に基づいて、各サブキャリアについての上記第２のビット数を決定することを特徴とする無線局。

Images