JP2007522777A - 無線通信システムにおいて変調・符号化方式を選択するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

無線通信システムにおいて、スケジューラ（１００）は無線通信システムの利用可能リソース制約（３０４）に従い、第１のユーザに対する最大データレートを各々生成する変調・符号化方式（ＭＣＳ）の第１のセットを決定する（３０６）。続いてスケジューラは、第１のユーザにＭＣＳを適用するときに残る第１の残余のリソース（３１４）に従い、第１のセットの各ＭＣＳに対し、第２のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの第２のセットを形成することにより、ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成する（３１６）。ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成することの後に、スケジューラは、第２のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第２のセットからなるグループのうちの１つに対応する第１の最適ＭＣＳを、第１のユーザに対し第１のセットから選択する（３２４）。

Description

本発明は無線データ通信システムに関する。より詳細には、本発明は変調・符号化方式（ＭＣＳ）を選択するための方法及び装置に関する。

ＣＤＭＡ２０００など高度な無線通信システムでは、各伝送に対し種々の変調・符号化方式（ＭＣＳ）から選択が行われ得る。第１のユーザに対し選択されるＭＣＳにより、第１のユーザの最大データレートのみならず、システムにおける他のユーザの最大データレートにも影響が生じ得るため、ＭＣＳの選択は重要な関心事項である。しかしながら、従来技術のデータ通信システムは一度に１人のユーザのＭＣＳを選択することに集中しており、全システムスループットの損失を生じ得る。

したがって、全システムスループットを改良して貴重な無線帯域幅をさらに利用する、変調・符号化方式を選択するための方法及び装置が必要である。

概観では、本開示は受信機を利用して通信ユニットに、より詳細には、通信システムにおいて動作する通信ユニットのユーザに、サービスを提供する通信システムに関する。より詳細には、そうした通信システムにおいて用いられる変調・符号化方式（ＭＣＳ）を選択するための方法及び装置として実施される、種々の発明概念及び原理を開示し、説明する。特に対象となる通信システムは、スペクトル拡散信号を利用するＷ−ＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）、ＣＤＭＡ２０００、２．５Ｇ（世代）、３Ｇ、ＵＭＴＳ（ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・サービス）システム及びそれらの高度化型などの実施中及び開発中の通信システムであるが、本発明の概念及び原理は他のシステム及びデバイスにおいて適用されてもよい。

ＣＤＭＡ２０００など高度な無線通信システムでは、各伝送に対し種々の変調・符号化方式から選択が行われ得る。変調・符号化方式（ＭＣＳ）に応じて、例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど変調の種類や、例えば０．２，０．２５，０．３など符号速度、例えば、２０などチャネル符号の数、例えば、１．２５ｍｓ、２．５ｍｓ、６ｍｓなどスロットの持続時間が規定される。例えば、ＣＤＭＡ２０００のリリースＣにおいては、１２７の所定のＭＣＳ選択肢が存在する。

ＣＤＭＡにおいては、互いに直交する数学的な関数であるチャネル符号、例えば、ウォルシュ（Ｗａｌｓｈ）符号が、通信チャネルにより規定される。ＴＤＭＡシステムにおいてはタイムスロットにより通信チャネルが規定されること、また、ＦＤＭＡシステムにおいては周波数により通信チャネルが規定されることは認められるであろう。したがって、本明細書において用いられる用語「符号」は、通信システムの種類に応じて、ＣＤＭＡのチャネル符号、ＴＤＭＡのタイムスロット及びＦＤＭＡの周波数を含むように広範に規定される。ＩＳ−９５などの音声システムにおいては、１つの符号は１人のユーザに対し割り当てられている１つのチャネルと関連付けられる。高レートデータシステムにおいては、１つのチャネルに対し多重の符号が割り当てられて高データレートが得られる、即ち、１つのチャネルが多重音声呼と等しいデータを搬送するキャパシティを有する。一度に伝送され得るユーザの数は固定である。例えば、ＣＤＭＡ２０００においては、一度に伝送され得るユーザは２人のみである。これらの２人のユーザは２８のＷａｌｓｈ符号のプールを共有する。それらのユーザのＭＣＳにより、各ユーザが用いる符号の数が決定される。各ＭＣＳは対応する既知の量の伝送出力を必要とする。ユーザに対し割り当てられ得る最大の利用可能な伝送出力が存在する。ＭＣＳが選択されると、必要な出力が決定される。この必要な出力は最大の利用可能な伝送出力未満である必要があり、そうでない場合、ＭＣＳを利用することは不可能である。

簡潔には、本発明による一実施形態では、データ伝送を必要とするユーザは、例えば、比例公平性（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒ）など周知の優先順位規準に従い、優先順位が決定される。次に、スケジューラはキュー（待ち行列；ｑｕｅｕｅ）の第１のユーザ（最高優先順位のユーザ）に対し、利用可能なリソースに最大データレートを提供する全てのＭＣＳ候補を決定する。次に、スケジューラはキューの第２のユーザ（２番目に高い優先順位のユーザ）に対し、第１のユーザのＭＣＳ候補の各々によりリソース残りにおいて第２のユーザに最大データレートを提供する全てのＭＣＳ候補を決定する。次にスケジューラは第１のユーザに対する最適ＭＣＳとして、第２のユーザに最高の最大データレートを提供する、第１のユーザのＭＣＳ候補のうちの１つを選択する。この処理は、最大ＣＤＭＡユーザ限界に到達するまで、或いは、利用可能なリソースが存在しなくなるまで継続する。

図１には、本発明による代表的なスケジューラ１００の電気ブロック図を示す。スケジューラ１００は、スケジューラを制御するためのプロセッサ１０４を備える。スケジューラ１００はさらにメモリ１０６を備える。メモリ１０６はプロセッサ１０４に接続されており、ソフトウェアプログラム１０８を備える。ソフトウェアプログラム１０８は、プロセッサ１０４をプログラムするための実行可能命令及びデータを含む。ソフトウェアプログラム１０８は、必要な伝送出力及び利用される符号の数を含む各ＭＣＳの特性に加え、スケジューラ１００の利用可能なＭＣＳ選択肢を定義するＭＣＳリスト１１０を含む。本明細書において以下にさらに開示するように、ソフトウェアプログラム１０８は、本発明により各ユーザに対するＭＣＳを選択するようにプロセッサ１０４をプログラムするためのＭＣＳ選択プログラム１１２も含む。これに加えて、本発明により無線通信システムと協調してＭＣＳを選択するために、ソフトウェアプログラム１０８は、システムインタフェース１０２を制御して従来の通信リンク１１６を通じて無線通信システムと通信するようにプロセッサ１０４をプログラムするためのシステムインタフェース通信プログラム１１４を含む。

ここで、本発明による効率的なＭＣＳ選択・スケジューリングの手法を開示する。現在、キューにはＮユーザが存在し、かつ、比例公平性規準など周知の規準に従い、それらのユーザの優先順位が決定されていると仮定する。これに代えて、例えば最大Ｃ／Ｉ規準など、ユーザの優先順位を決定するために他の規準が代わりに用いられ得ることは認められるであろう。第１の（最高優先順位の）ユーザのＭＣＳは、所与の利用可能なリソース（例えば、出力及び符号）に対するデータレートを最大化することにより選択され、最大レートＭＣＳ候補のセットが得られる。

ここでＭは、全ての利用可能なＭＣＳのセットであり、

はリソース制約

である。好適には、このリソース制約は再伝送制約及び持続時間制約など、他の制約と組み合わせられる。ここでＰ（ｍ），Ｃ（ｍ）はレベルｍのＭＣＳにおいて必要な出力及び符号の数であり、Ｐ^１，Ｃ^１は、パケットデータユーザに利用可能な出力及び符号の総数である。また、

は、レベルｍのＭＣＳにより与えられるデータレートであり、ここでＬ（ｍ），Ｔ（ｍ）はそれぞれ対応する符号化パケットサイズ及び持続時間である。なお、式（１）の候補セットのＭＣＳは全て同じ最大データレート

を与える。即ち、所与のリソース制約において、第１のユーザにおいては、候補セットにて選択されるＭＣＳは第１のユーザのデータレートに影響を及ぼさない。しかしながら、選択されるＭＣＳは第２のユーザのＭＣＳ選択及びデータレートに影響を及ぼし得る。したがって、第１のユーザに対するＭＣＳは、第２のユーザのデータレートを最大化する候補セットのＭＣＳであることが好適である。

式（１）の第１のユーザの候補セットの各ＭＣＳに対し、第２のユーザのデータレートを最大化するＭＣＳ候補セットからなるグループが見出される。

ここで、

であり、

はリソース制約

である。このリソース制約は再伝送制約及び持続時間制約など、他の制約と組み合わせられる。Ｍ^２の対応するデータレートは

であり、

は

のデータレートに対応する。

次に、第２のユーザの最大データレートを与える第１のユーザの最適ＭＣＳが見出される。

第１のユーザの最適ＭＣＳは、

である。最大データレート

を有するＭＣＳ候補の対応するセットは、

である。

同様に、式（１１）の候補のセットから第２のユーザの最適ＭＣＳを決定するために、最初に、第３のユーザに対し、式（１１）の第２のユーザのＭＣＳ候補における最大ＭＣＳ候補セットからなるグループが見出される。

ここで、

であり、

は、やはりリソース制約

や、その他の制約である。Ｍ^３の対応するデータレートは

であり、

は

に対応する。

今度は、第３のユーザのデータレート

を最大化することにより、第２のユーザの最適ＭＣＳを選択することが可能である。第２のユーザの最適ＭＣＳは、

である。第３のユーザに対する最大レートＭＣＳ候補の対応するセットは、

であり、

の最大データレートと関連付けられている。

一般に、第ｎ−１のユーザのＭＣＳ候補セットが見出される。

式（２０）のＭＣＳ候補に対応する第ｎのユーザに対する最大データレートＭＣＳセットからなるグループは、

であり、ここで

は、第ｎ−１のユーザのＭＣＳ候補

に対応しており、

は、

や、その他の制約を含む第ｎのユーザの制約セットである。対応するデータレートは、

であり、ここで

はＭＣＳ候補セット

に対応するデータレートである。今度は、第ｎのユーザのデータレート

即ち、

を最大化することにより、式（２２）の候補セットから第ｎ−１のユーザの最適ＭＣＳが選択され得る。結果として、第ｎのユーザに対応する最大レートＭＣＳ候補セットは、

であり、

のデータレートに関連付けられている。

第ｎのユーザが最後のユーザでない場合、即ち、ｎ＜Ｎである場合、上述の手続が繰り返されることにより、即ち、最初に式（２６）の第ｎのユーザのＭＣＳ候補セットに対応する第ｎ＋１のユーザの最大データレートＭＣＳ候補セットのセット

が見出されることにより、第ｎのユーザの最適ＭＣＳが選択され得る。ここで、

であり、対応するデータレートは、

であり、

である。次に、第ｎ＋１のユーザのデータレート

又は

を最大化するように、第ｎのユーザのＭＣＳが選択される。

第ｎのユーザが最後のユーザである場合、即ち、ｎ＝Ｎである場合、式（２６）のＭＣＳ候補は同じデータレートを与えるので、最小の必要な出力

又は

を有するＭＣＳを選択することにより、簡単に最適化が行われる。

図２には、上述の手法を要約する。第１の行２０２は、第１の（最高優先順位の）ユーザの最大レートＭＣＳ候補のセットを表す。同様に、第２、第３の行２０４，２０６はそれぞれ第２、第３のユーザの最大レートＭＣＳ候補のセットを表す。最後のすぐ前のユーザのセット、最後のユーザのセットを、それぞれ行２０８，２１０に示す。なお、中央の列２１２は、各ユーザの最大レートＭＣＳ候補のセットの最適ＭＣＳ、即ち、次に続く行のユーザに対し最高の最大データレートを与えるＭＣＳを表す。

図３には、本発明によるスケジューラ１００の動作を示す代表的なフローチャート３００を示す。フローは、ユーザカウントの初期化（３０２）により開始する。次に、プロセッサ１０４は利用可能なリソース制約を決定する（３０４）。所与の利用可能なリソース制約が与えられると、続いてプロセッサ１０４は、第１のユーザのデータレートを最大化する候補ＭＣＳのセットを決定する（３０６）。工程３０８にて、プロセッサ１０４は第１のユーザの候補ＭＣＳのセットが空であるか否かを確認する。空である場合、工程３１０にてプロセッサ１０４は次のユーザへ移り、フローは工程３０６へ戻る。空でない場合、フローは工程３１２へ移り、ユーザカウンタが１だけインクリメントされる。工程３１４にて、プロセッサ１０４は、第１のユーザの候補セットの各ＭＣＳの適用後に残るリソース制約を決定する。続いてプロセッサ１０４は、先行のユーザの最適候補セットの各ＭＣＳに対して１つの候補セットである、第ｎのユーザに対するＭＣＳの候補セットからなるグループを形成する（３１６）（なお、第１のユーザの場合、「最適な」候補セットは唯一の候補セットでもある）。工程３１８にて、プロセッサ１０４はグループが空か否かを確認する。空の場合、プロセッサ１０４は次のユーザへ進み（３２０）、フローは工程３１４へ戻る。空でない場合、フローは工程３２２へ移り、先行のユーザの最適候補セットのうち、いずれのＭＣＳが第ｎのユーザに対し最高の最大データレートを生じるかを決定する。続いて、最高のデータレートを生じるＭＣＳが、先行のユーザに対する最適ＭＣＳとして選択される（３２４）。続いて、プロセッサは第ｎのユーザのＭＣＳの最適候補セットとして、第ｎのユーザのＭＣＳの候補セットからなるグループから、先行のユーザの最適ＭＣＳに対応するＭＣＳの候補セットを選択する（３２６）。続いて、プロセッサは第ｎのユーザが最後のユーザであるか否かを確認する（３２８）。最後のユーザでない場合、フローは工程３１２へ戻る。最後のユーザである場合、プロセッサ１０４は、最後のユーザの候補セットのうち、いずれのＭＣＳが最小の伝送出力を必要とするかを決定し（３３０）、そのＭＣＳを最後のユーザの最適ＭＣＳとして選択する（３３２）。

このように、上述の開示から、本発明により無線通信システムにおいて変調・符号化方式を選択するための方法及び装置が提供されることは明らかである。本発明の方法及び装置により、有利には、システムの全てのユーザのデータレートを最適化するように変調・符号化方式が選択される。

代表的なスケジューラの電気ブロック図。 変調・符号化方式選択を示す図。 スケジューラの動作を示す代表的なフローチャート。

Claims (11)

1. 無線通信システムにおいてメッセージを送信するときに用いられる変調・符号化方式（ＭＣＳ）を選択するための方法であって、
   無線通信システムの利用可能リソース制約に従い、第１のユーザに対する最大データレートを各々生成するＭＣＳの第１のセットを決定する工程と、
   第１のユーザにＭＣＳを適用するときに残る第１の残余のリソースに従い、第１のセットの各ＭＣＳに対し、第２のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの第２のセットを形成することにより、ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成する工程と、
   ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成する工程の後に、第２のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第２のセットからなるグループのうちの１つに対応する第１の最適ＭＣＳを、第１のユーザに対し第１のセットから選択する工程と、からなる方法。
2. 第２のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第２のセットからなるグループのうちの１つを第２のユーザに対する最適なＭＣＳの第２のセットとして選択する工程と、
   第２のユーザに最適な第２のセットのＭＣＳを適用するときに残る第２の残余のリソースに従い、最適な第２のセットの各ＭＣＳに対し、第３のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの第３のセットを形成することにより、ＭＣＳの第３のセットからなるグループを生成する工程と、
   ＭＣＳの第３のセットからなるグループを生成する工程の後に、第３のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第３のセットからなるグループのうちの１つに対応する第２の最適ＭＣＳを、第２のユーザに対し最適な第２のセットから選択する工程と、を含む請求項１に記載の方法。
3. 最後のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの最後のセットを決定する工程と、
   最後のユーザに対する最後の最適なＭＣＳとして、必要な出力を最小化する最後のセットからＭＣＳを選択する工程と、を含む請求項１に記載の方法。
4. 使用可能な符号の最大数及び割り当て可能な最大伝送電力のうちの１つ以上から、利用可能なリソース制約を決定する工程、を含む請求項１に記載の方法。
5. 無線通信システムにおいてメッセージを送信するときに用いられる変調・符号化方式（ＭＣＳ）を選択するためのスケジューラであって、
   スケジューラを制御するためのプロセッサと、
   同プロセッサに接続されており、かつ、同プロセッサをプログラムするための実行可能命令及びデータを含むメモリと、
   同プロセッサを無線通信システムとインタフェースするために同プロセッサに接続されているシステムインタフェースと、
   同プロセッサは、
   無線通信システムの利用可能リソース制約に従い、第１のユーザに対する最大データレートを各々生成するＭＣＳの第１のセットを決定するように、
   第１のユーザにＭＣＳを適用するときに残る第１の残余のリソースに従い、第１のセットの各ＭＣＳに対し、第２のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの第２のセットを形成することにより、ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成するように、及び、
   ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成することの後に、第２のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第２のセットからなるグループのうちの１つに対応する第１の最適ＭＣＳを、第１のユーザに対し第１のセットから選択するように、
   プログラムされていることと、からなるスケジューラ。
6. 前記プロセッサは、
   第２のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第２のセットからなるグループのうちの１つを第２のユーザに対する最適なＭＣＳの第２のセットとして選択するように、
   第２のユーザに最適な第２のセットのＭＣＳを適用するときに残る第２の残余のリソースに従い、最適な第２のセットの各ＭＣＳに対し、第３のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの第３のセットを形成することにより、ＭＣＳの第３のセットからなるグループを生成するように、及び、
   ＭＣＳの第３のセットからなるグループを生成することの後に、第３のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第３のセットからなるグループのうちの１つに対応する第２の最適ＭＣＳを、第２のユーザに対し最適な第２のセットから選択するように、
   プログラムされていることを含む、請求項５に記載のスケジューラ。
7. 前記プロセッサは、
   最後のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの最後のセットを決定するように、及び、
   最後のユーザに対する最後の最適なＭＣＳとして、必要な出力を最小化する最後のセットからＭＣＳを選択するように、
   プログラムされていることを含む、請求項５に記載のスケジューラ。
8. 前記プロセッサは使用可能な符号の最大数及び割り当て可能な最大伝送電力のうちの１つ以上から、利用可能なリソース制約を決定するようにプログラムされていることを含む、請求項５に記載のスケジューラ。
9. 無線通信システムにおいてメッセージを送信するときに用いられる変調・符号化方式（ＭＣＳ）を選択するためのソフトウェアプログラムであって、無線通信システムのプロセッサにインストールされ実行されるとき、プロセッサが、
   無線通信システムの利用可能リソース制約に従い、第１のユーザに対する最大データレートを各々生成するＭＣＳの第１のセットを決定すること、
   第１のユーザにＭＣＳを適用するときに残る第１の残余のリソースに従い、第１のセットの各ＭＣＳに対し、第２のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの第２のセットを形成することにより、ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成すること、及び、
   ＭＣＳの第２のセットからなるグループを生成することの後に、第２のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第２のセットからなるグループのうちの１つに対応する第１の最適ＭＣＳを、第１のユーザに対し第１のセットから選択すること、からなるソフトウェアプログラム。
10. 前記プロセッサが、
    第２のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第２のセットからなるグループのうちの１つを第２のユーザに対する最適なＭＣＳの第２のセットとして選択することとと、
    第２のユーザに最適な第２のセットのＭＣＳを適用するときに残る第２の残余のリソースに従い、最適な第２のセットの各ＭＣＳに対し、第３のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの第３のセットを形成することにより、ＭＣＳの第３のセットからなるグループを生成することと、
    ＭＣＳの第３のセットからなるグループを生成することの後に、第３のユーザに対する最高の最大データレートを可能とする、第３のセットからなるグループのうちの１つに対応する第２の最適ＭＣＳを、第２のユーザに対し最適な第２のセットから選択することと、
    を含む請求項９に記載のソフトウェアプログラム。
11. 前記プロセッサが、
    最後のユーザに対する最大データレートを生成するＭＣＳの最後のセットを決定することと、
    最後のユーザに対する最後の最適なＭＣＳとして、必要な出力を最小化する最後のセットからＭＣＳを選択することと、
    を含む請求項９に記載のソフトウェアプログラム。

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