JP5579070B2 - 無線アクセスネットワークにおいて音声／映像コンテンツを送信／受信するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は無線アクセスネットワークにおいて音声／映像コンテンツを送信／受信するための方法及びその装置に関し、それらは空間的多重化及び階層ソース符号化を相互に組み合せることによって高ＳＩＮＲユーザのデータレートを向上するとともに低ＳＩＮＲユーザのデータレートを維持することができる。

無線アクセスネットワークでは、マルチメディアブロードキャスト及びマルチキャストサービスが多くの注目を集めている。ユーザはネットワークからオンライン音声又は映像プログラム（番組）を視聴することがてき、それによって固定及び移動オペレータを含むテレコムオペレータの歳入が増加している。受信機においては、無線伝搬環境によって制限されて、ユーザは通常は異なる信号干渉ノイズ比（ＳＩＮＲ）及び異なる達成可能データレートを有する。セルにおける異なるＳＩＮＲで同じ量のデータをユーザに転送するために、動作チャネル帯域幅を拡張することによる従来的な方法が提案されたが、それは低いリソース利用率がもたらすことになる。各ユーザが公平にプログラムを楽しむことを保障するために、全てのユーザにブロードキャスト及びマルチキャストサービスを配信するための最低達成可能データレートが採用されなければならない。

この問題を解決するための現存の最良の対策は、ソース符号化に組み合わされた階層変調である。ソース符号化技術を利用することによって、元の映像又は音声情報は２つの異なる品質レベルストリーム、即ち、基本ストリーム及び上級ストリームに符号化される。基本ストリームの符号化ビット及び上級ストリームの符号化ビットは、それぞれ大きいユークリッド距離及び小さいユークリッド距離のコンステレーションに変調される。ユーザ端末が充分に高いＳＩＮＲを有する場合は、それは大きいユークリッド距離及び小さいユークリッド距離双方のコンステレーションによって搬送された符号化ビットを復調し、ユーザ端末が低いＳＩＮＲを有する場合は、それは大きいユークリッド距離のコンステレーションによって搬送された符号化ビットが復調される。

しかし、この方法は以下のような問題点を有する。それはシステムのＰＨＹ及びＭＡＣ層において大きな修正の労力を要し、既存のシステムに直ちには適用できない。受信機における復調は従来の復調よりも一層複雑なものとなってしまう。

複数アンテナ技術及び階層ソース符号化を組み合わせることによって高度化された階層変調及び符号化のための方法及び装置を提供することが本発明の課題である。この本発明の方法及び装置を用いることによって、無線ブロードバンドアクセスネットワークにおけるブロードキャスト及びマルチキャストサービスが効率的に達成できる。

本発明の第１の側面では、音声／映像コンテンツデータを送信するための方法が提供され、それは、音声／映像コンテンツデータを第１の品質レベルの基本ストリーム、及び上級ストリームに符号化するステップを備え、基本ストリーム及び上級ストリームの組合せは第１の品質レベルよりも高い第２の品質レベルを有し、さらに、基本ストリーム及び上級ストリームをアンテナにおいてそれぞれ第１のパワー及び第１のパワーよりも低い第２のパワーで送信するステップを備える。

本発明の他の側面では、音声／映像コンテンツデータを受信するための方法が提供され、音声／映像コンテンツデータは第１の品質レベルの基本ストリーム、及び上級ストリームに符号化され、基本ストリーム及び上級ストリームの組合せは第１の品質レベルよりも高い第２の品質レベルを有し、その方法は、少なくとも１つのストリームを生成するためにＭＩＭＯ検出アルゴリズムを受信信号に適用するステップ、及び音声／映像コンテンツデータを１つのストリームのみ又は２つのストリームに基づいて回復するステップを備える。

本発明の更に他の側面では、音声／映像コンテンツデータを送信するための装置が提供され、その装置は、音声／映像コンテンツデータを第１の品質レベルの基本ストリーム、及び上級ストリームに符号化する符号器を備え、基本ストリーム及び上級ストリームの組合せは第１の品質レベルよりも高い第２の品質レベルを有し、さらに、基本ストリーム及び上級ストリームをアンテナにおいてそれぞれ第１のパワー及び第１のパワーよりも低い第２のパワーで送信する送信手段を備える。

本発明の更に他の側面では、音声／映像コンテンツデータを受信するための装置が提供され、音声／映像コンテンツデータは第１の品質レベルの基本ストリーム、及び上級ストリームに符号化され、基本ストリーム及び上級ストリームの組合せは第１の品質レベルよりも高い第２の品質レベルを有し、その装置は、少なくとも１つのストリームを生成するためにＭＩＭＯ検出アルゴリズムを受信信号に適用するためのＭＩＭＯ検出器、及び音声／映像コンテンツデータを１つのストリームのみ又は２つのストリームに基づいて回復するためのソース復号器を備える。

提案される方法及び装置は、空間的な多重化及び階層ソース符号化を相互に組み合わせることによって高ＳＩＮＲユーザのデータレートを向上するとともに低ＳＩＮＲユーザのデータレートを維持する。

このように、低ＳＩＮＲユーザは基本ストリームを受信する低いデータレートを維持することができ、高ＳＩＮＲユーザは２つの論理チャネルから基本ストリーム及び上級ストリームの双方を受信することができる。

本発明の実施例が、例示のみを目的として添付図面を参照してここに記載される。

図１は空間的多重化が組み合わされた階層ソース符号化の概略図である。 図２は本発明の実施例による送信機構造を示す。 図３は本発明の実施例による受信機構造を示す。 図４は本発明の実施例による音声／映像コンテンツデータを送信するための方法を示すフローチャートである。 図５は本発明の実施例による音声／映像コンテンツデータを受信するための方法を示すフローチャートである。

図１に、空間的多重化が組み合わされた階層ソース符号化の概略図を示す。図１に示すように、現在の符号化方法を用いることによって、それは幾つかの異なる映像又は音声プログラムの品質レベルを提供し得る。一般に、基地局ＢＳにおけるソース符号器は元の映像又は音声情報を２つのストリームに符号化できる。一方は基本ストリームであり、他方は上級ストリームである。

ＳＩＳＯシステムと比較して、図１に示すＭＩＭＯシステムはアレイゲイン及び空間多重化ゲインを提供できる。異なる送信パワーを２つの送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２に割り当てることによって、高パワー側のアンテナはＢＳのカバレッジを保障し、低レベルプログラムを提供する。低パワー側のアンテナは比較的小さいカバレッジを有し、低レベルプログラムを組み合わせることによって高レベルプログラムを提供する。増加するコンステレーションによる最小ユークリッド距離の非線形かつ急峻な縮小のために、複数アンテナのシステムは単一アンテナのシステムよりも高いパワー効率を有する。最大合計送信パワーが一定のままである場合、複数アンテナの設計はより良いカバレッジ及びより高い品質のサービスを提供する。

移動局ＭＳのような受信機において、上級ストリームの信号が弱い場合、例えば上級ストリームの信号品質はが定の閾値よりも低い場合、基本ストリームのみが扱われて低品質プログラムが得られる。上級ストリームの信号が強い場合、例えば上級ストリームの信号品質が所定の閾値よりも高い場合、２つのストリーム双方がソース復号器で結合され、高品質プログラムが得られる。

図２に示すように、本発明の実施例による送信機はソース符号器１０、第１のチャネル符号器１１、第２のチャネル符号器１２、第１の変調器１３、第２の変調器１４並びに２つの送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２を備える。

元となる映像及び音声情報はソース符号器１０に供給される。ソース符号器は映像又は音声情報を、基本ストリーム及び上級ストリームを含む２つのストリームに符号化する。基本ストリームは低い品質レベルの音声／映像に対応し、基本ストリームと上級ストリームの組合せは高い品質レベルの映像又は音声に対応する。

両ストリームはチャネル符号化され、その後独立して変調される。例えば、基本ストリームは第１のチャネル符号器１１においてチャネル符号化され、上級ストリームは第２のチャネル符号器１２においてチャネル符号化される。その後、チャネル符号化されたストリームは第１の変調器１３において変調され、チャネル符号化されたストリームは第２の変調器１４において変調される。空間多重化法に基づいて、２つのストリームはそれぞれ異なる送信パワーを用いることによって２つのアンテナＴｘ１及びＴｘ２で送信される。例えば、基本ストリームはより高い送信パワーで送信され、上級ストリームはより低い送信パワーで送信される。

ここで、送信パワーの調整は移動体ネットワーク計画に従う。最初に、Ｐ_Ａ１がカバレッジへの考慮に基づいて選択され、そして、干渉、パワー制限等の他の要素を考慮してＰ_Ａ２の値を設定し、それによって高品質レベルプログラムのカバレッジを決定する。

上述したように、２つの品質レベルのソース符号化映像／音声ストリームを２つの論理チャネルに送信するように空間多重化法が適用され、上級ストリームよりも高い送信電力が基本ストリームに割り当てられる。各ストリームが独立してチャネル符号化及び変調される。異なるチャネル符号化法、異なる符号化レート及び異なる変調もこれらの２つのストリームに適用できる。

図３に示すように、本発明の実施例による受信機はアンテナＲｘ１及びＲｘ２、ＭＩＭＯ検出器２０、第１のチャネル復号器２１、第２のチャネル復号器２２及びソース復号器２３を備える。

２つの受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２での受信信号に基づいて、元の送信シンボルを生成するためにＭＩＭＯ検出アルゴリズムがＭＩＭＯ検出器２０に適用されることができ、２つのストリームはまた２つの論理チャネルに分離される。両ストリームは第１のチャネル復号器２１及び第２のチャネル復号器２２において独立してチャネル符号化され、ソース復号器２３に供給される。ソース復号器２３は、情報を基本ストリームのみに基づいて回復するのか、２つのストリームの組合せに基づいて回復するのか、の決定を行う。

例えば、決定の表示は幾つかの方法、例えば、受信ＳＩＮＲ等のチャネル情報の結果によって得られる。ＭＡＣ層におけるパケットエラーレートも表示対象となり得る。

図４は本発明の実施例による音声／映像コンテンツデータを送信するための方法を示すフローチャートである。

図４に示すように、ステップＳ１０１において、元となる映像又は音声情報がソース符号器１０に供給され、ソース符号器は映像又は音声情報を基本ストリーム及び上級ストリームを含む２つのストリームに符号化する。上述したように、基本ストリームはより低い品質レベルの映像又は音声に対応する一方、基本ストリーム及び上級ストリームの組合せはより高い品質レベルの映像又は音声に対応する。

ステップＳ１０２において、基本ストリームは第１のチャネル符号器１１でチャネル符号化され、上級ストリームは第２のチャネル符号器１２でチャネル符号化される。その後、チャネル符号化されたストリームは第１の変調器１３で変調され、チャネル符号化されたストリームは第２の変調器１４で変調される。

ステップＳ１０３において、空間多重化法に基づいて、２つのストリームはそれぞれ異なる送信パワーを用いて２つのアンテナＴｘ１及びＴｘ２で送信される。例えば、基本ストリームはより高い送信パワーで送信され、上級ストリームはより低い送信パワーで送信される。

低品質ストリームについては、可能な限り広いエリアをカバーするために２つのアンテナのうちの一方における高いＴＸパワーが用いられる。高品質ストリームについては、高ＳＩＮＲユーザによる空間多重ゲインを達成しつつも低ＳＩＮＲユーザへの干渉を回避するために２つのアンテナのうちの他方における低いＴＸパワーが用いられる。

図５は本発明の実施例による音声／映像コンテンツデータを受信するための方法を示すフローチャートである。

図５に示すように、ステップＳ２０１において、２つの受信アンテナＲｘ１及びＲｘ２の受信信号に基づいて、元の送信シンボルを生成するためにＭＩＭＯ検出器２０においてＭＩＭＯ検出アルゴリズムが適用され、２つのストリームはまた２つの論理チャネルに分離される。

ステップＳ２０２において、両ストリームは第１のチャネル復号器２１及び第２のチャネル復号器２２において独立してチャネル復号され、ソース復号器２３に供給される。

ステップＳ２０３において、ソース復号器２３は、情報を基本ストリームのみに基づいて回復するのか、２つのストリームの組合せに基づいて回復するのかの決定を行う。例えば、決定の表示は、例えば、チャネル情報の結果に従って幾つかの方法によって取得できる。ＭＡＣ層でのパケットエラーレートも表示対象となり得る。

このように、低ＳＩＮＲユーザは基本ストリームプログラムを受信する低いデータレートを維持することができ、高ＳＩＮＲユーザは２つの論理チャネルから基本及び上級ストリームプログラム双方を受信することができる。

言い換えると、本発明は、高度化された階層符号化と高度化されたマルチアンテナ技術を組み合わせるものである。各ユーザは、そのチャネル条件によって決定される異なる品質レベルのマルチメディアブロードキャストサービス及びマルチキャストサービスを実現することができる。そのような機能の実現は上位層によって与えられるので、システムのＰＨＹ層への何らかの修正を行うことを必要とせず、それによってシステム及び端末の設計を大幅に簡素化することができる。

より良いマルチメディアブロードキャスト及びマルチキャストサービスを提供するための効率的なリソース利用は以下のように適用的な態様となる。適用性のあるメカニズム、即ち、ユーザの介入なしに高品質プログラムと基本品質プログラムの間でモードを自動的に選択するメカニズムが提供される。受信機は依然として複雑ではない。ユーザ間の公平性とともにユーザの経験する品質は大幅に向上し、より良いＳＩＮＲユーザがより良い品質のサービスを楽しむことができる。複数アンテナによって提供されるアレイゲイン及び空間多重化ゲインはシステム容量及びパワー効率を大幅に改善する。基本ストリーム及び上級ストリームは独立して処理され、これはＰＨＹ層に対してトランスペアレントであり、既存システムへのＰＨＹ修正は不要である。

本発明がその代表的実施例を参照して具体的に図示及び記載されたが、本発明はそれらの実施例に限定されず、形式及び詳細における種々の変更が、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われ得ることが当業者によって理解される。

Claims (13)

1. 音声／映像コンテンツデータを送信するための方法であって、
   前記音声／映像コンテンツデータを第１の品質レベルの基本ストリーム、及び上級ストリームに符号化するステップであって、該基本ストリーム及び該上級ストリームの組合せは第１の品質レベルよりも高い第２の品質レベルを有する、ステップ、及び
   前記基本ストリーム及び前記上級ストリームを個別のアンテナにおいてそれぞれ第１のパワー及び該第１のパワーよりも低い第２のパワーで、前記基本ストリームを受信するデータレートを維持するように送信するステップ、
   を備え、
   前記第１のパワーの大きさが、前記基本ストリームのカバレッジへの考慮に基づいて、前記第２のパワーに先立って決定され、次いで、該第２のパワーの大きさが、干渉及びパワー制限を考慮して決定される、方法。
2. 請求項１の方法であって、さらに、
   前記基本ストリーム及び前記上級ストリームを独立してチャネル符号化及び変調するステップ
   を備える方法。
3. 請求項１の方法において、前記第１のパワーがカバレッジに従って設定される、方法。
4. 請求項３の方法において、前記第２のパワーは干渉及びパワー制限を考慮して設定される、方法。
5. 音声／映像コンテンツデータを通信する方法であって、
   送信機において、
   前記音声／映像コンテンツデータを第１の品質レベルの基本ストリーム、及び上級ストリームに符号化するステップであって、該基本ストリーム及び該上級ストリームの組合せは第１の品質レベルよりも高い第２の品質レベルを有する、ステップ、及び
   前記基本ストリーム及び前記上級ストリームを個別のアンテナにおいてそれぞれ第１のパワー及び該第１のパワーよりも低い第２のパワーで、前記基本ストリームを受信するデータレートを維持するように送信するステップ、
   を備え、
   前記第１のパワーの大きさが、前記基本ストリームのカバレッジへの考慮に基づいて、前記第２のパワーに先立って決定され、次いで、該第２のパワーの大きさが、干渉及びパワー制限を考慮して決定され、
   受信機において、
   少なくとも１つのストリームを生成するためにＭＩＭＯ検出アルゴリズムを受信信号に適用するステップ、及び
   前記音声／映像コンテンツデータを１つのストリームのみ又は２つのストリームに基づいて回復するステップ、
   を備える方法。
6. 請求項５の方法であって、さらに、
   ２つのストリームを独立してチャネル復号及び復調するステップを備える、方法。
7. 請求項５の方法において、前記回復するステップがチャネル情報の結果に基づく、方法。
8. 請求項５の方法において、前記回復するステップがＭＡＣ層におけるパケットエラーレート結果に基づく、方法。
9. 請求項５の方法において、２つのストリームが２つの異なる論理チャネルに分離される、方法。
10. 音声／映像コンテンツデータを送信するための装置であって、
    前記音声／映像コンテンツデータを第１の品質レベルの基本ストリーム、及び上級ストリームに符号化する符号器であって、該基本ストリーム及び該上級ストリームの組合せは第１の品質レベルよりも高い第２の品質レベルを有する、符号器、及び
    前記基本ストリーム及び前記上級ストリームを個別のアンテナにおいてそれぞれ第１のパワー及び該第１のパワーよりも低い第２のパワーで、前記基本ストリームを受信するデータレートを維持するように送信する送信手段
    を備え、
    前記第１のパワーの大きさが、前記基本ストリームのカバレッジへの考慮に基づいて、前記第２のパワーに先立って決定され、次いで、該第２のパワーの大きさが、干渉及びパワー制限を考慮して決定される、装置。
11. 請求項１０の装置であって、さらに、前記基本ストリーム及び前記上級ストリームを独立してチャネル符号化及び変調するための第１及び第２のチャネル符号器及び第１及び第２の変調器を備えた装置。
12. 音声／映像コンテンツデータを通信するための、受信機及び請求項１０又は１１に記載の装置を含む送信機を備えたシステムであって、該受信機が、
    少なくとも１つのストリームを生成するためにＭＩＭＯ検出アルゴリズムを受信信号に適用するためのＭＩＭＯ検出器、及び
    前記音声／映像コンテンツデータを１つのストリームのみ又は２つのストリームに基づいて回復するためのソース復号器
    を備えたシステム。
13. 請求項１２のシステムであって、さらに、２つのストリームを独立してチャネル復号するための第１及び第２のチャネル復号器を備えたシステム。

Images