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JP5658954B2 - 無線通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信装置に関し、特に、適応変調符号化(AMC:Adaptive Modulation and Coding)方式において、効果的に、変調方式及び符号化率(MCSレベル)を選択することができる無線通信装置に関する。
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式や適応変調符号化(AMC)方式を使用する送受信装置が検討等されている。
従来方式では、例えば、送信装置が、受信相手先が測定したチャネル状態の情報(CQI:Channel Quality Indicator)を受信し、CQI情報に基づいてデータチャネルの変調方式及び符号化率(MCSレベル)を適応的に制御する方法として、CQI情報をインデックスとするデータテーブルを持ち、通信相手先から通知されたCQI情報を元にMCSレベルを選択する方法が検討されている。また、通信相手先から受信した再送制御情報(ACK及びNACK)に応じて前記したデータテーブルを変更する方法が検討されている。
特開2010−074365号公報
図6には、各MCSについて、OFDM通信のガウス雑音付加(AWGN)環境でのスループットとパケット誤り率(PER:Packet Error Rate)の特性の一例を示してある。
図7には、各MCSについて、OFDM通信の動特性(フェージング)環境でのスループットとパケット誤り率の特性の一例を示してある。
図6及び図7のグラフにおいて、横軸は信号対雑音電力比(SNR:Signal to Noise Ratio)[dB]を表しており、左側の縦軸はスループット[bps]を表しており、右側の縦軸はPERを表している。
本例では、複数種類のMCSとして、MCS1はBPSK(Binary Phase Shift Keying)且つ符号化率1/2であり、MCS2はQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)且つ符号化率1/2であり、MCS3は16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)且つ符号化率1/2であり、MCS4は64QAM且つ符号化率1/2である。
図6及び図7のグラフから、横軸のSNRが同じであってもスループットやパケット誤り率が異なり得ることがわかる。
一般的に、OFDM方式では、フェージング(レイリー及び周波数選択性)環境においては、サブキャリア毎の受信品質が異なり、CQI情報として一般的に用いられるSNRやSIR(Signal to Interference Ratio)で全送信帯域のチャネル状態を正確に表すことは困難である。
従って、CQI情報でMCSレベルを一元的に選択する方式では、実際の回線に適切なMCSレベルを選択することができず、スループットやパケット誤りの特性の低下を招くという問題があった。
従来方式では、このような問題に対処するために、例えば、再送制御情報(ACK及びNACK)を用いてCQI情報とMCSレベルの結び付けを全通信装置について1つのデータテーブルで一体的に管理する方法が検討されている。
しかしながら、通信路は装置の位置によって異なるため、上記のような一体的な管理では、個々の通信装置で見た場合に必ずしも最適な制御とはならない可能性があった。また、装置毎に個別のデータテーブルを持ち個別に最適化することは、ハードウエア資源の問題から制約がある。また、個々のデータテーブルの最適化に到るまでに多くのパケット送受信が必要となるという問題があった。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、適応変調符号化(AMC)方式において、効果的に、変調方式及び符号化率(MCSレベル)を選択することができる無線通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、変調方式及び符号化率を指定する複数種類のMCSレベルの中から送信に使用するMCSレベルを決定する無線通信装置において、次のような構成とした。
すなわち、通信手段が、通信相手との間で通信する。情報取得手段が、前記通信手段による受信内容に基づいて、チャネル状態情報と、MCSレベルと、受信確認結果を取得する。補正量更新手段が、前記情報取得手段により取得された受信確認結果に基づいて、前記情報取得手段により取得されたMCSレベルに対応する補正量を更新する。MCS決定手段が、前記補正量更新手段により更新された補正量を用いて前記情報取得手段により取得されたチャネル状態情報を補正し、当該補正後のチャネル状態情報に基づいて、送信に使用するMCSレベルを決定する。
従って、適応変調符号化(AMC)方式において、効果的に、変調方式及び符号化率(MCSレベル)を選択することができる。
ここで、複数種類のMCSレベルの数や、各MCSレベルの態様(変調方式と符号化率の組み合わせ)としては、それぞれ、種々なものが用いられてもよい。
また、通信相手としては、例えば、他の無線通信装置などが用いられる。
また、通信手段は、例えば、無線による送信や、無線による受信を行う。
また、チャネル状態情報としては、種々な情報が用いられてもよい。
また、受信確認結果としては、例えば、ACKやNACKを用いることができる。
また、補正量を更新する方法としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、所定の数式を使用する方法を用いることができる。
また、補正量を用いてチャネル状態情報を補正する方法としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、所定の数式(一例として、差をとる式)を使用する方法を用いることができる。
また、補正後のチャネル状態情報に基づいてMCSレベルを決定する方法としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、1つ以上の閾値を用いて、補正後のチャネル状態情報と各閾値との大小関係を判定し、その結果に基づいてMCSレベルを決定する方法を用いることができる。
以上説明したように、本発明に係る無線通信装置によると、適応変調符号化(AMC)方式において、効果的に、変調方式及び符号化率(MCSレベル)を選択することができる。
本発明の一実施例に係るMCS選択回路の構成例を示す図である。 MCS選択回路により行われる処理の手順の一例を示すフローチャートの図である。 MCS選択法を用いた場合における、OFDM通信のガウス雑音付加(AWGN)環境でのスループットとパケット誤り率(PER)の特性の一例を示す図である。 MCS選択法を用いた場合における、OFDM通信の動特性(フェージング)環境でのスループットとパケット誤り率の特性の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る無線通信装置の概略的な構成例を示す図である。 各MCSについてOFDM通信のガウス雑音付加(AWGN)環境でのスループットとパケット誤り率の特性の一例を示す図である。 各MCSについてOFDM通信の動特性(フェージング)環境でのスループットとパケット誤り率の特性の一例を示す図である。
本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
まず、本発明の一実施例に係る無線通信装置の概要を説明する。
図5には、本発明の一実施例に係る無線通信装置101の概略的な構成例を示してある。
本例の無線通信装置101は、各種の処理や制御を行う制御部111、符号化や変調などの送信に関する処理を行う送信部112、復号化や復調などの受信に関する処理を行う受信部113、送信部112により送信に使用される送信アンテナ114、受信部113により受信に使用される受信アンテナ115を備えている。制御部111には、MCS選択部121を備えている。
ここで、制御部111は、各種の情報を記憶する記憶部を有する。
また、送信アンテナ114と受信アンテナ115は、共通化されていてもよい。
また、本例の無線通信装置101は、例えば、基地局装置と移動局装置等とがOFDM方式を使用して無線により通信する無線通信システムの基地局装置に適用され、或いは、移動局装置等に適用される。
次に、更に詳しく説明する。
図1には、本発明の一実施例に係るMCS選択回路1の構成例を示してある。
本例では、CQI情報として、SNR(或いは、SIRなど)の値が用いられる。
また、本例では、複数種類のMCSレベルとして、MCS1〜MCS4が使用されるとする。具体的には、MCS1はBPSK且つ符号化率1/2であり、MCS2はQPSK且つ符号化率1/2であり、MCS3は16QAM且つ符号化率1/2であり、MCS4は64QAM且つ符号化率1/2である。
本例のMCS選択回路1には、MCS2に関する補正値(補正値MCS2)を記憶する記憶素子(補正値MCS2記憶素子)2と、MCS3に関する補正値(補正値MCS3)を記憶する記憶素子(補正値MCS3記憶素子)3と、MCS4に関する補正値(補正値MCS4)を記憶する記憶素子(補正値MCS4記憶素子)4が、接続されている。また、各補正値MCS2〜4が変更された場合には、対応する各記憶素子2〜4の記憶内容がMCS選択回路1により書き換えられる。
また、本例のMCS選択回路1の内部又は外部の記憶部には、MCS2に関する閾値(閾値MCS2)と、MCS3に関する閾値(閾値MCS3)と、MCS4に関する閾値(閾値MCS4)が記憶されている。
本例では、閾値MCS4>閾値MCS3>閾値MCS2、であるとする。
本例のMCS選択回路1では、情報として、PHY(Physical Layer)の受信装置(受信部)の受信復調結果に基づいて、通信相手の装置から受信したデータのMCSレベル(受信MCS)、通信相手の装置から受信した受信確認結果(ACK/NACK)、通信相手の装置から受信したCQI情報(受信時のCQI情報)が入力され、また、当該MCS選択回路1により次回の送信に使用するMCSレベルを決定して、送信装置(送信部)の側のMAC(Medium Access Control)へ通知する。
ここで、本例では、受信MCSは、通信相手の装置から自装置(本例の無線通信装置)へ送信されるデータで使用されるMCSレベルであり、通信相手の装置から自装置へ通知され、また、受信確認結果(ACK/NACK)は、通信相手の装置が自装置からの受信データについて判定した結果であり、通信相手の装置から自装置へ通知され、また、CQI情報は、通信相手の装置が自装置からの受信信号に基づいて判定した結果であり、通信相手の装置から自装置へ通知される。なお、他の構成例として、本例の無線通信装置が、通信相手の装置から受信される信号に基づいて自らCQIを判定してCQI情報を取得する構成とすることも可能である。
また、本例では、図1に示されるMCS選択回路1及び記憶素子2〜4は、図5に示されるMCS選択部121に設けられている。
また、本例では、通信相手の装置から受信部113により受信したデータのMCSレベル(受信MCS)の情報、通信相手の装置から受信部113により受信した受信確認結果(ACK/NACK)の情報、通信相手の装置から受信部113により受信したCQIの情報(受信時のCQI情報)がMCS選択回路1へ入力され、また、MCS選択回路1は、次回の送信に使用するMCSレベルを決定して、それを送信部112へ通知する。送信部112では、通知されたMCSレベルに基づいて、データチャネルの変調方式や符号化率(MCSレベル)を切り替える。
図2には、本例のMCS選択回路1により行われる処理(MCSを選択する処理)の手順の一例を示してある。
まず、受信MCS、受信確認結果、CQI情報について、最新の値を入力する(ステップS1)。
入力した受信確認結果に基づいて、当該受信確認結果がNACKであるか或いはACKであるかを判定し(ステップS2)、当該受信確認結果がNACKであると判定した場合には補正値を1に設定する一方(ステップS3)、当該受信確認結果がACKであると判定した場合には補正値を0に設定する(ステップS4)。
次に、入力した受信MCSがいずれであるか(本例では、MCS1〜MCS4のいずれであるか)を判定する(ステップS5)。
この結果、受信MCSがMCS1であると判定した場合には、ステップS9の処理へ移行する。
また、受信MCSがMCS2であると判定した場合には、次の式により、補正値MCS2の値を更新して(ステップS6)、ステップS9の処理へ移行する。
(補正値MCS2の更新式)
更新後の補正値MCS2
=更新前の補正値MCS2
+μ×(補正値−設定PER)
同様に、受信MCSがMCS3であると判定した場合には、次の式により、補正値MCS3の値を更新して(ステップS7)、ステップS9の処理へ移行する。
(補正値MCS3の更新式)
更新後の補正値MCS3
=更新前の補正値MCS3
+μ×(補正値−設定PER)
同様に、受信MCSがMCS4であると判定した場合には、次の式により、補正値MCS4の値を更新して(ステップS8)、ステップS9の処理へ移行する。
(補正値MCS4の更新式)
更新後の補正値MCS4
=更新前の補正値MCS4
+μ×(補正値−設定PER)
このように、受信MCS毎の補正値MCS2〜4(本例では、MCS1は除いてある)を更新する。
ここで、補正値MCS2〜4の初期値としては、種々な値が設定されて用いられてもよく、例えば、全てのMCS2〜4について同一の初期値が用いられてもよく、或いは、各MCS2〜4毎に異なり得る初期値が用いられてもよい。
また、μは、正の固定値であり、種々な値が用いられてもよい。
また、設定PERとしては、種々な値が用いられてもよく、例えば、固定値であってもよく、又は、送信するアプリケーションデータの種類(QoS)或いはMCSレベルなどにより個別に設定することが可能な構成が用いられてもよい。具体例として、最大送信遅延量の制約が厳しい(再送を減らす必要がある)データを通信する場合には、設定PERは低く設定されるのが好ましく、一方、ある程度の遅延が許容できるデータを通信する場合には、スループットが最大となる値を任意に設定することが可能となる。
ステップS9の処理では、入力したCQI情報の値から補正値MCS4を減算した結果が、閾値MCS4以上であるか否かを判定する(ステップS9)。
この結果、そうであると判定した場合には、変調方式及び符号化率(本例では、次回の送信に使用するMCSレベル)としてMCS4を決定して設定し(ステップS10)、本処理を終了する一方(ステップS16)、そうではないと判定した場合には、ステップS11の処理へ移行する。
ステップS11の処理では、入力したCQI情報の値から補正値MCS3を減算した結果が、閾値MCS3以上であるか否かを判定する(ステップS11)。
この結果、そうであると判定した場合には、変調方式及び符号化率(本例では、次回の送信に使用するMCSレベル)としてMCS3を決定して設定し(ステップS12)、本処理を終了する一方(ステップS16)、そうではないと判定した場合には、ステップS13の処理へ移行する。
ステップS13の処理では、入力したCQI情報の値から補正値MCS2を減算した結果が、閾値MCS2以上であるか否かを判定する(ステップS13)。
この結果、そうであると判定した場合には、変調方式及び符号化率(本例では、次回の送信に使用するMCSレベル)としてMCS2を決定して設定し(ステップS14)、本処理を終了する一方(ステップS16)、そうではないと判定した場合には、変調方式及び符号化率(本例では、次回の送信に使用するMCSレベル)としてMCS1を決定して設定し(ステップS15)、本処理を終了する(ステップS16)。
このように、CQIから各MCSレベルで設定されている補正値MCS2〜4を減じて、所要のCQIの大きさ(閾値MCS2〜4の条件)を満足するMCSのレベルを決定し、これにより、次回の送信に供するMCSレベルを決定する。
なお、ステップS9の処理や、ステップS11の処理や、ステップS13の処理では、CQI情報の値から補正値MCS2〜4を減算した結果が閾値MCS2〜4以上であるか否かを判定する場合を示したが、他の構成例として、CQI情報の値から補正値MCS2〜4を減算した結果が閾値MCS2〜4を超えるか否かを判定する構成が用いられてもよい。
ここで、本例では、各補正値MCS2〜4が各MCS個別に設けられている構成を示したが、他の構成例として、全てのMCSに共通化した補正値MCSを設けることも可能である。また、このように全てのMCSに共通化した補正値MCSを、各MCS個別の補正値MCS2〜4とは別枠の補正値として、管理等することや、或いは、各MCS個別の補正値MCS2〜4を排除して(用いずに)、全てのMCSに共通化した補正値MCSによって全てのMCSを管理等することなども可能である。
また、例えば、各MCSの補正値は、各MCS個別に設けられてもよく、他の構成例として、全てのMCSに共通化した補正値を設けることも可能である。また、このように全てのMCSに共通化した補正値を、各MCS個別の補正値とは別枠の補正値として、管理等することや、或いは、各MCS個別の補正値を排除して(用いずに)、全てのMCSに共通化した補正値によって全てのMCSを管理等することなども可能である。
図3には、本例のMCS選択法を用いた場合における、OFDM通信のガウス雑音付加(AWGN)環境でのスループットとパケット誤り率(PER)の特性の一例を示してある。
図4には、本例のMCS選択法を用いた場合における、OFDM通信の動特性(フェージング)環境でのスループットとパケット誤り率の特性の一例を示してある。
図3及び図4のグラフにおいて、横軸はSNR[dB]を表しており、左側の縦軸はスループット[bps]を表しており、右側の縦軸はPERを表している。
本例では、スループット(本例のSNR補正方式を用いた場合)、スループット(変調方式を固定的に選択した場合)、PER(本例のSNR補正方式を用いた場合)、PER(変調方式を固定的に選択した場合)について、特性を示してある。
ここで、図3のグラフ及び図4のグラフは、それぞれ、図6のグラフ及び図7のグラフに対して、同じ伝播路条件で、本例のMCS選択処理を行った場合におけるスループット及びPERを示したものである。これと共に、図3のグラフ及び図4のグラフでは、それぞれ、図6のグラフ及び図7のグラフにおいてSNR毎に最大のスループットを固定的に設定した場合(最適選択の場合)におけるスループット及びPERを参考として示してあるが、図3のグラフ及び図4のグラフから、本例のMCS選択法により最適選択時と比べてほとんど劣化がない性能が得られることがわかる。
以上のように、本例では、OFDM方式を使用した通信方式で受信したチャネル状態情報(CQI情報)に基づいて、データ送信に使用する変調方式及び符号化率(MCSレベル)を適応的に制御する無線通信装置において、通信相手から受信したチャネル状態情報(CQI情報)を取得する機能と、通信相手から受信したデータのMCSレベル(受信MCS)を取得する機能と、データの受信確認結果を生成や取得する機能と、各MCSレベルに対応するチャネル状態情報(CQI情報)の補正量(本例では、補正値MCS2〜4)を記憶する機能と、受信MCSに対応するチャネル状態情報(CQI情報)の補正量の記憶内容を受信確認結果により更新する機能(本例では、図2におけるステップS2〜ステップS8に対応する機能)と、チャネル状態情報(CQI情報)をその補正量の記憶内容により各MCSレベルで補正して補正後のチャネル状態情報を生成する機能(本例では、図2におけるステップS9、ステップS11、ステップS13に対応する機能)と、各MCSレベルの補正後のチャネル状態情報に基づいて次回の送信に使用するMCSレベルを選択する機能(本例では、図2におけるステップS10、ステップS12、ステップS14、ステップS15の機能)と、を備える。
また、本例の無線通信装置では、チャネル状態情報(CQI情報)の補正量の記憶内容の更新方法において、受信確認結果と要求する受信成功率(本例では、設定PER)を設定して更新に供する。
また、本例の無線通信装置では、例えば、OFDM方式において、サブキャリア毎に、図2に示されるようなMCS選択の処理を実行することが可能である。
従って、本例の無線通信装置では、MCSレベルについて、送信装置(送信部)が選択するのではなく、受信装置(受信部)において適切なMCSレベルを選択して送信装置(送信部)へ通知することができる。本例では、例えば、装置個別に、無線伝播路の変化やアプリケーションのQoSにも容易に対応することが可能であり、最適なMCSレベルを選択することが可能である。
このように、本例の無線通信装置に設けられた送信装置(送信部)や受信装置(受信部)において、受信装置では通信相手の装置からの受信内容に基づいて送信装置で使用するのに適したMCSレベルを決定して送信装置へ通知し、送信装置では受信装置から通知されたMCSレベルを次回(或いは、将来における他の所定のタイミング)の送信(例えば、前記した通信相手の装置への送信)に使用するように設定する。
なお、本例の無線通信装置では、送信装置(送信部)の機能や受信装置(受信部)の機能により通信手段が構成されており、MCS選択回路1によりチャネル状態情報(CQI情報)や受信MCS(MCSレベル)や受信確認結果を取得する機能により情報取得手段が構成されており、MCS選択回路1により図2に示されるステップS2〜ステップS8の処理のように補正量(本例では、補正値MCS2〜4)を更新する機能により補正量更新手段が構成されており、MCS選択回路1により図2に示されるステップS9〜ステップS15の処理のようにCQI情報を補正してMCSレベルを決定する機能によりMCS決定手段が構成されている。
ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
1・・MCS選択回路、 2・・補正値MCS2の記憶素子、 3・・補正値MCS3の記憶素子、 4・・補正値MCS4の記憶素子、
101・・無線通信装置、 111・・制御部、 112・・送信部、 113・・受信部、 114・・送信アンテナ、 115・・受信アンテナ、 121・・MCS選択部、

Claims (2)

  1. OFDM方式を使用した通信方式で受信したチャネル状態情報に基づいて、データ送信に使用する変調方式及び符号化率を指定するMCSレベルを適応的に制御する無線通信装置において、
    通信相手から受信したチャネル状態情報を取得する機能と、
    通信相手から受信したデータのMCSレベルを取得する機能と、
    データの受信確認結果を生成または取得する機能と、
    MCSレベル毎にチャネル状態情報の補正量を記憶する機能と、
    前記取得したMCSレベルに対応するチャネル状態情報の補正量を、前記受信確認結果に基づいて更新する機能と、
    前記更新を行った後のMCSレベル毎のチャネル状態情報の補正量により、前記取得したチャネル状態情報を各MCSレベルで補正する機能と、
    各MCSレベルで補正したチャネル状態情報に基づいて、次回の送信に使用するMCSレベルを選択する機能と、を備え、
    前記受信確認結果に応じた値と要求する受信成功率とを設定して前記チャネル状態情報の補正量の更新に供し、2つのMCSレベル間の選択の切り替えを一方のMCSレベルによるスループットと他方のMCSレベルによるスループットとが同様な値となるポイントで行うようにする、
    ことを特徴とする無線通信装置。
  2. サブキャリア毎に、MCSレベルを選択する処理を実行する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
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