JP4412181B2

JP4412181B2 - 適応変調方法並びに符号化率制御方法

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Publication number: JP4412181B2
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Inventors: 諭玉木; 隆矢野; 誠之花岡; 利行齋藤
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Description

本発明は伝搬路の品質が時間変動する無線通信システムにおいて、変動する品質に適応した変調方式並びに通信路符号の符号化率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誤りが生じやすくなり、結果としてスループットが大きく低下してしまうという問題がある。このため、安定した通信を行うためには伝搬路の品質にあわせて伝搬路の品質が高いときには変調多値数を高くし、伝搬路の品質が低いときには変調多値数を低くするように変調方式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。

また伝搬路の品質に応じて変調方式に加えて通信路符号の符号化率を切り替えることで、伝搬路の品質に応じたスループットで通信を行う技術も提案されており、例えば標準規格「cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification」(3GPP2 C.S0024-A Version 1.0、2004年3月)(非特許文献２)のシステムで用いられている。さらに非特許文献２に記されているシステムでは、送信局は予め低い符号化率で信号を符号化し、この一部分を送信して受信局で復号を行い、復号に成功すれば送信を終了、復号に失敗すれば送信局から再度別の一部分を送信し、受信局は先に受信した信号と合成して復号を行うことによって、実際の伝搬路品質に応じて符号化率を調整して伝搬路に応じたスループットで通信を行うHARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)という技術が用いられている。

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

3RD GENERATION PARTNERSHIP PROJECT 2、「cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification」、3GPP2 C.S0024-A Version 1.0、2004年3月

一般的に通信路符号の復号処理のためには大きな演算量が必要とされることから、上述のHARQ方式では受信局では符号化された信号の一部分を受信する毎に復号処理を行う必要があるため、受信局に要求される演算処理能力が高くなるという問題が生じる。またHARQ方式では送信局で再送を行う必要があるか否かの判断は受信局における復号処理の終了後に行う必要があるために送信局における送信の間隔が長くなり、結果として信号の遅延が大きくなるという問題が生じ、さらに遅延の大きな信号を保持するために必要な記憶素子の容量も増加するという問題がある。

本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、伝搬路品質に応じて有効な変調多値数を制御するとともに受信局において繰り返し復号処理を試行する必要なく符号化率を制御することにより、受信局に大きな演算処理能力を必要としない無線通信システムの適応変調方法並びに符号化率制御方法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、
送信局と受信局とは1シンボルあたりに通信する最大ビット数の情報を共有し、
送信局では通信を行う信号を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、
1シンボルあたりに上記符号語から上記1シンボルあたりの最大ビット数ずつ割り当て、
シンボルごとにシンボルあたりのビット数が上記1シンボルあたりの最大ビット数以下の変調方式を用いて変調して送信し、
受信局ではシンボルごとにシンボルあたりのビット数が上記1シンボルあたりの最大ビット数以下の変調方式のうち、伝搬路品質が高いほどシンボルあたりのビット数が多い変調方式に対応する復調を行い、
復調に用いた変調方式のシンボルあたりのビット数の総和が所定の値以上となった時点で復調結果をまとめて復号を行い、送信局に対して当該符号語の送信終了を通知することで、
受信局において繰り返し復号処理を試行する必要なく、伝搬路品質に応じて変調方式及び符号化率を制御することを可能とする。

本発明によれば、受信局において繰り返し復号処理を試行する必要なく、伝搬路品質に応じて変調方式及び符号化率を制御することを可能とする適応変調並びに符号化率制御方式を提供する。

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。
以下では例として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。更に本発明を適用可能な変調方式はより一般的には、変調シンボル1シンボルあたり2ビット以上通信可能な変調方式であって、復調の際に未確定のビットがある状態で少なくとも1ビットは確定することが可能な変調方式であれば良く、例示する変調方式のほかに例えば最大伝送ビット数をmビットとして2^kPSK(kはm以下の自然数)に対してや、最大伝送ビット数をmビットとして2^kASK(kはm以下の自然数)のような変調方式に対しても適用可能である。

また、多値変調において複数ビットの情報を信号点にマッピングする際には、変調方式及びマッピングの方法によってはビットごとに誤り率に差が生じ得る。以下の説明では、このように誤り率に差が生じる場合において、誤り率が低くなるようマッピングされるビットのことを多値変調の上位ビットと、誤り率が高くなるようにマッピングされるビットのことを下位ビットと称する。なお誤り率が同じとなるビットについてはいずれを上位ビットまたは下位ビットとと称してもかまわない。

また、以下の説明では簡単のために第1の無線局から第2の無線局に対して送信する信号に対して本発明の適応変調方法及び符号化率制御方法を適用する場合について説明し、上記第1の無線局を送信局、上記第2の無線局を受信局と称する。一方本発明の適応変調方法及び符号化率制御方法は第1の無線局から第2の無線局への信号送信に対してと、第2の無線局から第1の無線局への信号送信に対してとの両方に対して適用することが可能であり、この場合、該第1及び第2の無線局はそれぞれ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、セルラ通信や無線LAN通信においては、基地局、アクセスポイント、端末装置のいずれを送信局または受信局として動作させてもよい。

また、以下の説明における伝搬路品質とは、例えば受信信号電力強度や干渉電力強度、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。即ち、伝搬路品質が高いとは受信信号電力が高いこと、ないしは干渉電力強度が低いこと、ないしは信号対干渉及び雑音電力比が高いこと、ないしは受信信号電力の変動が小さいこと等の状態を、伝搬路品質が低いとはその逆であることをあらわす。

なお、以下の説明では伝搬路品質の推定に用いる信号をパイロット信号と称している。パイロット信号とは送信時における信号振幅および位相が一定の信号ないしは固定のパターンを持つ信号であり、受信局において送信された信号を受信した信号との差異から伝搬路における信号振幅や位相の変動の推定に用いる。この目的のためには、送信局と受信局との間の通信ごとの個別パイロット信号のみならず、例えばセルラ通信において基地局から送信される共通パイロット信号や、パケット通信等におけるプリアンブル等も利用可能であるが、以下ではこの目的に利用可能な信号をパイロット信号と称して説明を行う。

以下、本発明における適応変調方式並びに符号化率制御方式について図面に基づいて説明を行う。なお、本発明においては通信路符号により符号化して作成した符号語を分割し、分割単位毎に送信局から受信局に対して送信するが、この分割単位のことを以下の説明においてはサブフレームと称する。また、図面中及び以下の説明において、送信局において符号語を分割して生成されるサブフレームのそれぞれに割り当てるビット数をNc、送信局においてサブフレームあたりの実際に変調に用いるビット数をNt、受信局においてサブフレームあたりに復調の結果得るビット数をNrと称する。例えばサブフレームあたりの変調シンボル数をMとし、システムとして固定、あるいはデータの通信前に送信局と受信局とで取り決めておく1シンボルあたりの最大伝送ビット数を6とすればNcは6とMの積となる。また送信局におけるサブフレーム内の全てのシンボルの変調方式を64QAMとすると、Ntの値は64QAMで1シンボルあたりに伝送可能なビット数である6と、Mとの積になる。また同様に受信局におけるサブフレーム内の全てのシンボルについて16QAMで復調すると、Nrの値は16QAMで1シンボルあたりに伝送可能なビット数である4と、Mとの積になる。

これらの各ビット数及びマッピングの関係を図９に基づいて説明する。例として、サブフレームあたりの変調シンボル数Mを4とした場合、符号語は分割されてサブフレーム毎に6×4=24ビット割り当てられる。る。図９中、401がこの様子を表す模式図であり、枠内の数字はサブフレーム内の先頭から数えたビット番号を意味する。

図中、402がサブフレーム内の各シンボルで64QAMを用いて変調を行う際の様子であり、サブフレームに割り当てられた24ビットを、シンボルごとに順番に64QAMの1シンボルあたりの伝送ビット数である6ビットずつ用いて変調される。ここで、番号が若いビットほど、64QAMの変調シンボルの上位のビットに割り当てられる。

図中、403がサブフレーム内の各シンボルで16QAMを用いて変調を行う際の様子であり、サブフレームに割り当てられた24ビットを、1シンボルあたりの最大伝送ビット数である6ビットずつに分割した後、それぞれの分割単位の中で番号が若い4ビットずつ割り当てられて16QAMの変調がなされる。ここで、割り当てられない2ビットずつについては送信に用いられず、ここで破棄される。また、変調に割り当てられた4ビットずつのうち、番号が若いビットほど16QAMの変調シンボルの上位のビットに割り当てられる。

図中、404がサブフレーム内の各シンボルでQPSKを用いて変調を行う際の様子であり、サブフレームに割り当てられた24ビットを、1シンボルあたりの最大伝送ビット数である6ビットずつに分割した後、それぞれの分割単位の中で番号が若い2ビットずつ割り当てられてQPSKの変調がなされる。ここで割り当てられない2ビットずつについては、送信に用いられず、ここで破棄される。

図中の403及び404における破棄されたビットについては、受信局において復調後に尤度0の信号を当てはめることで、パンクチャした場合と同様の状況となり、通信路符号の符号化率を変化させた場合と同様の特性となる。

以上図中の402、403、404のように、1シンボルあたりのビット数が異なるいずれの変調方式を用いた場合においても、シンボルとシンボルとの区切りを常に同じ位置とし、例えば図中402の2番目の64QAMのシンボルにマッピングされる7番目から12番目までのビットは、図中403、404のいずれの場合においても2番目のシンボルにマッピングされるか、使用されないかのいずれかであり、2番目以外のシンボルにマッピングされることは無い。このことにより、送信側で選択した変調方式と、受信側で復調を行うために選択した変調方式とが異なっていた場合でもビットのならびにずれが生じることによる連続的な誤りが生じることは無い。

また、シンボルあたりのビット数が多い402において上位ビットに割り当てられる番号の若いビットを、シンボルあたりのビット数が少ない403や404で使用する。これにより、例えば送信側で402のように64QAMで変調し、受信側で403のように16QAMで復調した場合に、送信時に下位ビットの割り当て分だけの送信電力に無駄が生じるものの、受信側では選択した方式で復調して得られるビット数分の情報は問題なく取り出すことができる。さらに送信局の変調方式と受信局復調時の変調方式との食い違いが大きな劣化につながらないことから、変調方式の制御に対する自由度を向上させることができる。

このように、用いられる変調方式の1シンボルあたりの伝送ビット数によらずにシンボルの区切りを変更せず、また1シンボルあたりの伝送ビット数が小さな変調方式が変調に用いるビットを、1シンボルあたりの伝送ビット数が大きな変調を利用する際には上位のビットに割り当てることで、伝搬路の変動に応じて送信局と受信局とで個別に変調方式を切り替え可能な適応変調を実現することが可能となる。

また、以下の説明において符号化処理とは例えば畳み込み符号やTurbo符号、LDPC符号といった符号を用いた写像処理に加え、例えばCRCやパリティビットのような誤り検出情報の付加や、パンクチャやリピティションによる符号長の調整処理や、インタリーブ処理を含めた処理を表し、符号語とはこれらの処理後に得られるビット列のことを示す。同様に、復号処理とは受信局において復調の結果得られた符号語及び符号語の各ビットの尤度情報から符号化前の情報ビットを復元するための処理を示し、デインタリーブ処理や、パンクチャやリピティションといった符号長の調整処理の復元、誤り検出情報を用いた誤りの判定等を含む。
また以下の模式図及び模式図に基づく説明では、符号語を6のサブフレームに分割して送信している様子について説明しているが、分割数は6である必要は無く、２以上のいかなる自然数で分割してもかまわない。

図1は本発明の第1の実施の例における信号処理の流れの模式図である。第１の実施例として、変調の際のシンボルごとのビット数Ntを固定、復調の際のシンボルごとのビット数Nrを可変とし、受信機において復号を行うか否か、および符号語の送信を終了するか否かを判断する例を説明する。本発明の第1の実施例における適応変調方式並びに符号化率制御方式では、送信局100ではまず送信するデータを通信路符号を用いて符号化し、符号語101を作成し、Ncビットずつのサブフレームに分割する。

変調方式における1シンボルあたりの最大伝送ビット数Ncは、システム全体において固定の値に設定して送信局と受信局との間で共有されるようにしてもよい。また、基地局（送信局又は受信局）の固有情報としてブロードキャストし、ハンドオーバや位置登録の際に端末（受信局又は送信局）が受信して格納するようにしてもよい。また、接続処理の際にやりとりされる制御信号の中に、変調方式における1シンボルあたりの最大伝送ビット数Ncを含めるようにしてもよい。

また、受信局は作成した符号語101を所望の確率で復号できるよう、復号に必要な受信ビット数Nsを決定する。Nsの値としては例えば、伝搬路の品質変動が無い場合におけるビットあたりの電力と誤り率などの通信特性との関係から、所望の通信特性を満たすために必要な符号化率を選択し、選択した符号化率で符号化前の情報ビット数を割ることで求めることができる。一例として、100ビットの情報を符号化率1/3の符号で符号化しNc=300となる場合に、元の情報ビット数100を1/2で割った200をNsの値とすることで、伝搬路の品質が変動する場合においても、伝搬路の品質が変動しない場合において符号化率1/2の符号を用いた場合とほぼ同等の特性を得ることができる。

図中102の第1のサブフレームを送信するタイミングにおいて、送信局はサブフレームに割り当てられたNcビットの情報のうち、用いる変調方式によって定めたNtビットを用いて変調シンボルを作成し、受信局に対して送信する。受信局では図中112のタイミングで第1のサブフレームを受信し、測定した伝搬路品質に応じて選択した変調方式で復調し、Nrビットの復調結果を得る。受信局ではその符号語の受信開始からのNrの累算を復号に必要なビット数として定めたNsと比較し、比較の結果Nrの累算がNsよりも小さいため、送信局に対し、所望の確率で復号するために必要なビット数が受信されておらず、受信が完了していないことを示すNack信号を通知する。送信局はNackの通知を受け、図中103のタイミングで再び102のタイミングにおいてと同様に送信を行い、受信局も図中113のタイミングにおいて112のタイミングにおいてと同様に受信を行う処理をNrの累算がNs以上となるまで繰り返す。

受信局におけるNrの累算値がNs以上となった場合及び符号語を分割した全サブフレームについての受信が終了した場合、受信局は送信局に対して受信が完了したことを示すAck信号を送信し、それまでに復調した信号を集めて復号処理を行う。復号処理を行う際に、復調の結果得られたビット数が符号語長に満たない場合には尤度0の信号を付加してから復号を行う。また、送信局はAck信号を受信した時点で当該Ack信号に対応する符号語の送信を停止することで、伝搬路品質に応じた適応変調の制御及び、実際に伝搬可能であった変調方式に応じた符号化率の制御が可能となる。

本発明の第1の実施の例における送信局の構成及び信号処理の流れを図2に基づいて説明する。
図2の送信局では、送信データはまず符号化部211において符号化され、送信バッファ部212に蓄積される。送信バッファ部212に蓄積された信号は、サブフレーム毎に分割され、送信制御部214から送信継続の指示を受けた場合及び送信初回等の送信制御部214からの指示が存在しない場合に多重化／変調部213に入力され、パイロット信号と多重化され、予め定められた変調方式で変調されて無線部200から送信される。

また図2の送信局では無線部200において受信された信号のうち、パイロット信号はパイロット抽出部222で抽出され、伝搬路推定部224において伝搬路における振幅及び位相変動情報を求めて検波・復調部223に通知される。また無線部200において受信された信号のうち、Ack/Nack信号はAck/Nack抽出部221において抽出され、検波・復調部223において伝搬路推定部224で求められた振幅及び位相変動情報を用いて復調され、復調結果が送信制御部214に通知される。送信制御部214では、通知された復調結果がAckであれば当該符号語のサブフレームの送信停止を、Nackであれば当該符号語のサブフレームの送信継続を送信バッファ部212に通知することで、本発明の第1の実施の例を実現する送信局の信号処理となる。

次に本発明の第1の実施の例における受信局の構成及び信号処理の流れを図3に基づいて説明する。
図3の受信局では、無線部300において受信された信号のうち、パイロット信号はパイロット抽出部321で抽出され、伝搬路推定部323において伝搬路における振幅及び位相変動情報を求めて検波・復調部324に通知される。伝搬路推定部323ではまた、受信したパイロットを元に伝搬路の品質を推定し、推定結果を復調方式決定部325に通知する。復調方式決定部325では伝搬路品質に応じて、伝搬路品質が高いほど1シンボルあたりの伝送ビット数が多くなるように変調方式を選択し、選択した変調方式を検波・復調部324に通知する。また復調方式決定部325では、サブフレーム内の全シンボルについての選択した変調方式の1シンボルあたりの伝送ビット数の総和Nrを復号判定部327に通知する。復号判定部327では、通知された伝送ビット数の総和Nrを受信中の符号語について累算し、累算結果と復号に必要なビット数Nsとを比較し、累算結果が小さければAck/Nack生成部311にNack信号を生成するように通知する。累算結果がNsと等しいかNsよりも大きい場合及び受信している符号語が分割された全サブフレームの受信を終了した場合、Ack/Nack生成部311にAck信号を生成するように通知し、復号部328に復号を指示する。

一方無線部300で受信された信号のうち、データはデータ抽出部322で抽出され、検波・復調部324において伝搬路推定部323から通知された伝搬路の振幅及び位相変動情報を用い、復調方式決定部325から通知された変調方式に応じて復調処理を行い、結果を受信バッファ部326に蓄積する。このとき、復調方式決定部325から通知された変調方式の1シンボルあたりの伝送ビット数が1シンボルあたりの最大伝送ビット数よりも小さければ、差分については尤度0の信号を付加する。受信バッファ部326にはサブフレームあたり復調処理の結果えられたNrビット分の尤度情報と、負荷された尤度0の信号とをあわせてサブフレームあたりの最大伝送ビット数であるNcビット分のの尤度情報を蓄積する。復号部328は復号判定部327から復号を指示された場合、受信バッファ部326に蓄積された情報を受け取り、復号処理を行って受信データを作成する。

また図3の受信局では、Ack/Nack生成部311において復号判定部327から指示されたAckないしはNack信号を生成し、パイロットとともに多重化・変調部312で変調し、無線部300を通じて送信局に対して送信することで、本発明の第1の実施の例を実現する受信局の信号処理となる。
なお、以上の本発明の第1の実施の例では、Ack、Nackともに受信局から送信局に通知するように記したが、受信局から送信局に対して実際に送信を行うのはAckのみとしてNackは送信せず、送信局はAckを受信しなかった場合には上記でNackを受信した場合と同様の判断を行ってもよい。

図4は本発明の第2の実施の例における信号処理の流れの模式図である。第2の実施例においては、変調の際のシンボルごとのビット数Ntを固定し、復調の際のシンボルごとのビット数Nrを可変とし、受信信号の復号を行うか否かの判断は受信局で行い、符号語の送信を終了するか否かの判断は送信局で行う。本発明の第2の実施例における適応変調方式並びに符号化率制御方式では、送信局100ではまず送信するデータを通信路符号を用いて符号化し、符号語101を作成し、Ncビットずつのサブフレームに分割する。また、受信局は作成した符号語101を所望の確率で復号できるよう、第1の実施例においてと同様に復号に必要な受信ビット数Nsを決定する。

各サブフレーム毎の送信局から受信局への送信処理及び受信局における復号処理までの処理の流れについては、第2の実施の例においても第1の実施の例と同様に行うが、受信局から送信局への通知信号は第1の実施例の場合と異なり、受信局は送信局に対して復調結果として得たビット数Nrの値、ないしはNrの値を示すインデックスとなる符号を通知する。本発明の第2の実施の例においては、送信局では通知されたNrの値を累算し、累算結果がNs以上となった時点で送信を停止することにより、実際に伝搬可能であった変調方式に応じた符号化率の制御が可能となる。

本発明の第２の実施の例における送信局の構成及び信号処理の流れを図５に基づいて説明する。
図５の送信局では、送信データはまず符号化部211において符号化され、送信バッファ部212に蓄積される。送信バッファ部212に蓄積された信号は、サブフレーム毎に分割され、送信制御部214から送信継続の指示を受けた場合及び送信初回等の送信制御部214からの指示が存在しない場合に多重化／変調部213に入力され、パイロット信号と多重化され、予め定められた変調方式で変調されて無線部200から送信される。

また図2の送信局では無線部200において受信された信号のうち、パイロット信号はパイロット抽出部222で抽出され、伝搬路推定部224において伝搬路における振幅及び位相変動情報を求めて検波・復調部223に通知される。また無線部200において受信された信号のうち、Nr信号はNr信号抽出部221において抽出され、検波・復調部223において伝搬路推定部224で求められた振幅及び位相変動情報を用いて復調され、復調結果が終了判定部225に通知される。終了決定部225では、Nr信号に基づいて受信局においてサブフレームの復調の結果得られたビット数であるNrを累算し、累算結果がNs以上か否かを判定して送信制御部214に通知する。送信制御部214では、通知された判定結果によって、累算結果がNs以上と判定されていれば当該符号語のサブフレームの送信停止を、他の場合には当該符号語のサブフレームの送信継続を送信バッファ部212に通知する。

次に本発明の第２の実施の例における受信局の構成及び信号処理の流れを図６に基づいて説明する。
図６の受信局では、無線部300において受信された信号のうち、パイロット信号はパイロット抽出部321で抽出され、伝搬路推定部323において伝搬路における振幅及び位相変動情報を求めて検波・復調部324に通知される。伝搬路推定部323ではまた、受信したパイロットを元に伝搬路の品質を推定し、推定結果を復調方式決定部325に通知する。復調方式決定部325では伝搬路品質に応じて、伝搬路品質が高いほど1シンボルあたりの伝送ビット数が多くなるように変調方式を選択し、選択した変調方式を検波・復調部324に通知する。また復調方式決定部325では、サブフレーム内の全シンボルについての選択した変調方式の1シンボルあたりの伝送ビット数の総和NrをNr信号生成部313及び復号判定部327に通知する。復号判定部327では、通知された伝送ビット数の総和Nrを受信中の符号語について累算し、累算結果と復号に必要なビット数Nsとを比較し、累算結果がNsと等しいかNsよりも大きい場合及び受信している符号語が分割された全サブフレームの受信を終了した場合、復号部328に復号を指示する。

また図６の受信局では、Nr信号生成部313において復調方式決定部325にから通知されたNrの値に基づいて、Nrの値そのものないしはNrの値を示す符号をNr信号として生成し、パイロットとともに多重化・変調部312で変調し、無線部300を通じて送信局に対して送信することで、本発明の第２の実施の例を実現する受信局の信号処理となる。

第2の実施例においては、変調方式の決定と符号語の送信終了判定の両方に、復調の際のシンボルあたりのビット数Nrを用いるので、受信局から送信局へ送信する制御信号を少なくおさえることができる。
また、図７は本発明の第3の実施の例における信号処理の流れの模式図である。

第３の実施例では、サブフレームごとに変調に用いるビット数Nt、およびサブフレームごとに復調して得るビット数Nrを双方とも可変とする。上記サブフレームごとに変調に用いるビット数Nt、および符号語の送信を終了するか否かは送信局において判断する。上記サブフレームごとに復調して得るビット数Nr、および受信信号の復号を行うか否かは受信局において判断する。本発明の第3の実施の例は、受信局から通知されたNrの情報に応じて送信局が変調方式を制御する点を除いて本発明の第2の実施の例においてと同様の処理を行う。本発明の第3の実施の例では、送信局は受信局から通知を受けたNrを利用し、Nrが大きいほど1シンボルあたりの伝送ビット数が大きな変調方式を、Nrが小さいほど1シンボルあたりの伝送ビット数が小さな変調方式を、送信信号を変調する際に用いる。例えば、受信局から通知を受けたNrまたは過去の複数のNrの平均値と送信局におけるNtの値が同値になるよう変調方式を選択することで、特に伝搬路の変動が緩やかな場合に良好な特性を得ることができる。また、受信局から通知を受けたNrまたは過去の複数のNrの平均値と較べ、送信局におけるNtの値が大きいか同じになるように変調方式を選択することで、特に伝搬路の変動が激しい場合に良好な特性を得ることができる。伝搬路の変動が緩やかか激しいかは、例えば過去の複数のNrの値に変化が少なければ伝搬路の変動が緩やかであり、Nrの値の変化が多ければ伝搬路の変動が激しいと判断することができる。

本発明の第3の実施の例における送信局の構成及び信号処理の流れを図８に基づいて説明する。
図８の送信局では、送信データはまず符号化部211において符号化され、送信バッファ部212に蓄積される。送信バッファ部212に蓄積された信号は、サブフレーム毎に分割され、送信制御部214から送信継続の指示を受けた場合及び送信初回等の送信制御部214からの指示が存在しない場合に多重化／変調部213に入力され、パイロット信号と多重化され、変調方式決定部215より支持された変調方式ないしは予め定められた変調方式で変調されて無線部200から送信される。

また図2の送信局では無線部200において受信された信号のうち、パイロット信号はパイロット抽出部222で抽出され、伝搬路推定部224において伝搬路における振幅及び位相変動情報を求めて検波・復調部223に通知される。また無線部200において受信された信号のうち、Nr信号はNr信号抽出部221において抽出され、検波・復調部223において伝搬路推定部224で求められた振幅及び位相変動情報を用いて復調され、復調結果が終了判定部225及び変調方式決定部215に通知される。終了決定部225では、Nr信号に基づいて受信局においてサブフレームの復調の結果得られたビット数であるNrを累算し、累算結果がNs以上か否かを判定して送信制御部214に通知する。送信制御部214では、通知された判定結果によって、累算結果がNs以上と判定されていれば当該符号語のサブフレームの送信停止を、他の場合には当該符号語のサブフレームの送信継続を送信バッファ部212に通知する。また変調方式決定部で215では、Nr信号に基づいて受信局においてサブフレームの復調の結果得られたビット数であるNrの情報を得、Nrが大きいほど1シンボルあたりの伝送ビット数が大きな変調方式を、Nrが小さいほど1シンボルあたりの伝送ビット数が小さな変調方式選択して多重化／変調部213に通知することで、本発明の第3の実施の例を実現する送信局の信号処理となる。
次に本発明の第3の実施の例における受信局の構成及び信号処理の流れは、図6に示す第２の実施の例における受信局の構成及び信号処理の流れと同様でよい。

第３の実施例によれば、送信局において、伝搬路品質に応じた変調方式で変調を行うことができる。これにより、伝搬路品質が悪い時には少ないビット数を送信することになり、受信側で正しく受信される可能性のない下位ビットに送信電力を割く必要がなくなり、消費電力あたりの情報伝達量を向上させることができる。また、変調方式の決定と符号語の送信終了判定の両方に、復調の際のシンボルあたりのビット数Nrを用いるので、受信局から送信局へ送信する制御信号を少なくおさえることができる。

また、第３の実施例において、変調方式の決定に復調の際のシンボルあたりのビット数Nrを用いる代わりに、受信局から送信されるパイロット信号を用いて両局間の伝搬路品質を推定し、推定された伝搬路品質に基づいて変調方式を決定するようにしてもよい。

以上に示した本発明の実施の例では受信局において伝搬路品質に基づいて決定した復調に用いる変調方式のシンボルあたりの伝送ビット数に基づいて符号化率制御を行ったが、この符号化率制御はHARQによる符号化率制御と排他的な関係では無く、本発明の実施の例における復号結果の誤りの有無を利用したHARQを追加し、HARQに基づく符号化率制御と同時に実施してもかまわない。更に、復号結果の誤りの有無を利用した再送制御を追加してもかまわない。

以上に示した本発明により、用いられる変調方式の1シンボルあたりの伝送ビット数によらずにシンボルの区切りを変更せず、また1シンボルあたりの伝送ビット数が小さな変調方式が変調に用いるビットを、1シンボルあたりの伝送ビット数が大きな変調を利用する際には上位のビットに割り当てることで、伝搬路の変動に応じて送信局と受信局とで個別に変調方式を切り替え可能な適応変調を実現し、またこの結果生じる符号化率の上昇効果を復調結果得られたビット数に基づく符号化率制御によって抑制することで、簡易な処理によって伝搬路の変動に追従しかつ安定した品質で通信することを可能とする。

本発明における適応変調及び符号化率制御方式の第1の実施の例。本発明の第1の実施の例における送信局の例。本発明に第1の実施の例における受信局の例。本発明における適応変調及び符号化率制御方式の第2の実施の例。本発明の第２の実施の例における送信局の例。本発明の第２および第３の実施の例における受信局の例。本発明における適応変調及び符号化率制御方式の第3の実施の例。本発明の第3の実施の例における送信局の例。本発明における変調シンボルへの符号語マッピングの例。

符号の説明

100 送信局、101 符号化により生成した符号語の例、102,103,104,105,106,107 送信局における変調処理の例、110 受信局、111 復調結果を合成した復号前の符号語の例、112,113,114,115,116 受信局における復調処理の例、
200 無線部、211 符号化部、212 送信バッファ部、213 多重化／変調部、214 送信制御部、215 変調方式決定部、221 Ack/Nack抽出部、222 パイロット抽出部、223 検波・復調部、224 伝搬路推定部、225 終了判定部、226 Nr信号抽出部、300 無線部、311 Ack/Nack抽出部、312 多重化／変調部、313 Nr信号生成部、321 パイロット抽出部、322 データ抽出部、323 伝搬路推定部、324 検波・復調部、325 復調方式決定部、326 受信バッファ部、327 復号判定部、328 復号部、
400 サブフレームに分割された符号語の並びの例、401 64QAM変調時の符号語のマッピングの例、402 16QMA変調時の符号語のマッピングの例、403 QPSK変調時の符号語のマッピングの例。

Claims

通信路符号により符号化して生成される符号語を分割して送信する第1の無線局と、受信した信号を結合して復号する第2の無線局とを有する無線通信システムであって、
上記第1の無線局と上記第2の無線局とは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、
送信情報を符号化して符号語を生成し、
上記符号語を、1シンボルあたり上記第1のビット数ずつになるよう割り当てて分割し、
上記割り当てたビットのうち少なくとも一部を用いて上記第1のビット数以下の値である第2のビット数を1シンボルあたりに伝送可能な変調方式で変調して送信し、
上記第2の無線局は、
上記第1の無線局からの伝搬路の品質を判定し、
上記第1の無線局からの信号を受信し、
上記第1のビット数以下の値であり、上記伝搬路の品質と正の相関をもつ値である第3のビット数を1シンボルあたりに伝送可能な変調方式で上記受信信号を復調し、
上記符号語についての、上記第3のビット数の累算結果が所定の値を超えた場合に上記受信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。
請求項１記載の無線通信システムであって、
上記第２の無線局は、上記符号語についての上記第３のビット数の累算結果が上記所定の値を超えた場合に、受信完了を通知する通知信号を送信し、
上記第１の無線局は、前記通知信号を受信した場合に、該符号語についての送信を停止することを特徴とする無線通信システム。
請求項１記載の無線通信システムであって、
上記第２の無線局は、上記第3のビット数を上記第1の無線局に通知し、
上記第1の無線局は、通知された上記第3のビット数を累算し、上記符号語についての上記第3のビット数の累算結果が前記所定の値を超えた場合に、該符号語についての送信を停止することを特徴とする無線通信システム。
請求項１ないし３のいずれかに記載の無線通信システムであって、
上記第１の無線局は、上記第２の無線局との間の伝搬路の品質を判定し、
上記判定した伝搬路の品質と正の相関をもつ値として上記第２のビット数を設定することを特徴とする無線通信システム。
請求項４記載の無線通信システムであって、
上記第２の無線局は、上記第３のビット数を上記第１の無線局に通知し、
上記第１の無線局は、上記通知された第３のビット数に基づいて上記伝搬路の品質を判定することを特徴とする無線通信システム。
信号受信局において、各符号語について復調したビット数の累算が所定の値を超えた場合に復号を行う無線通信システムにおける信号送信局の通信方法であって、
信号受信局との間で、変調方式における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、
送信情報を符号化して符号語を生成し、
上記符号語を、１シンボルあたり上記第１のビット数ずつになるよう割り当てて分割し、
該割り当てたビットのうち少なくとも一部を用いて上記第１のビット数以下の値である第２のビット数を１シンボルあたりに伝送可能な変調方式で変調し、
該変調した信号を送信し、
上記信号受信局において復調したビット数についての情報を該信号受信局から受信し、該復調したビット数についての情報に基づいて符号語についての送信処理の終了又は継続を判断することを特徴とする通信方法。
請求項６記載の通信方法であって、
上記信号受信局から受信される、復調したビット数についての情報は、該信号受信局での復調処理のために選択した変調方式における１シンボルあたりのビット数を累算した累算結果が所定の値を超えたか否かを示す情報であることを特徴とする通信方法。
請求項６記載の通信方法であって、
上記信号受信局から受信される、復調したビット数についての情報は、該信号受信局での復調処理のために選択した変調方式における１シンボルあたりのビット数についての情報であって、該信号送信局では、該復調したビット数についての情報を符号語ごとに累算し、該累算結果が所定の値を超えた場合に該符号語の送信を終了することを特徴とする通信方法。
請求項８記載の通信方法であって、該信号送信局において、該復調したビット数についての情報に基づいて、上記送信情報の変調方式を選択することを特徴とする通信方法。