JP5131351B2 - 基地局装置およびデータマッピング方法 - Google Patents

Description

本発明は、基地局装置およびデータマッピング方法に関する。

従来、無線通信システムにおいては、伝送効率を向上する送信方法として、例えば複数の送信アンテナから互いに異なるデータを同時に送信するSpace Multiplexing Multi-Input and Multi-Output（以下「ＳＭ−ＭＩＭＯ」と略記する）などの技術が検討されている。ＳＭ−ＭＩＭＯは、各アンテナから互いに異なるデータが同時に送信されるため、受信装置における受信品質が良好な場合には、データの伝送効率が向上する。しかし、受信品質が劣悪な場合には、データの再送が頻発し、結果的に伝送効率が低下することがある。そこで、複数の送信アンテナから互いに同一のデータを同時に送信する送信ダイバーシチ（例えばＳＴＣ（Space-Time Coding））をＳＭ−ＭＩＭＯと組み合わせ、受信品質に応じて送信ダイバーシチおよびＳＭ−ＭＩＭＯの送信方法を切り替えてデータを送信することが考えられる。

この場合、送信方法の切り替えに要する処理負担を低減するため、データ送信中には、通常のＡＭＣ（Adaptive Modulation and Coding）と同様に、受信装置における受信品質に応じて変調方式・符号化率を変更することなども検討されている。ＡＭＣでは、送信装置が受信装置から受信品質の報告を受け、受信品質に応じて送信データについての符号化率および変調方式（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）を適応的に変更する。すなわち、送信装置は、受信品質が良好な受信装置に対して送信するデータの符号化率および変調多値数を大きくする（例えば６４ＱＡＭなど）一方、受信品質が劣悪な受信装置に対して送信するデータの符号化率および変調多値数を小さくする（例えばＱＰＳＫなど）。

また、伝送効率を向上する他の送信方法として、階層変調方式がある。階層変調方式は、例えばデジタル放送などの分野で頻繁に利用される方式であり、１シンボルで伝送される複数のビットを階層化し、それぞれの階層に異なるデータをマッピングする変調方式である。すなわち、例えば重要なデータは誤りにくい高階層のビットにマッピングされ、あまり重要ではないデータは誤りやすい低階層のビットにマッピングされる。こうすることにより、例えば動画の再生に不可欠なフレームのデータなどは、確実に伝送されて再送要求されることがなく、伝送効率を向上することができる。

特開２００５−３９８０７号公報

しかしながら、上述した送信方法を実行する場合、特に複数のユーザ端末装置に対してデータが送信される無線通信システムにおいては、伝送効率の向上に一定の限界があるという問題がある。すなわち、無線通信システムにおいては、例えば図１に示すように、それぞれ異なるユーザ端末装置へ送信されるユーザデータ＃０およびユーザデータ＃１は、それぞれのユーザ端末装置に対応するチャネル＃０およびチャネル＃１にマッピングされる。そして、例えばＭＣＳが採用されている無線通信システムにおいては、チャネル＃０の状態が悪化すると、ユーザデータ＃０の受信品質が低下するため、チャネル＃０における符号化率や変調方式が変更される。しかし、現実的に変更し得る符号化率や変調方式には限りがあり、必ずしもチャネル＃０の状態に最適なＭＣＳを選択することができるとは限らない。

そして、一方でユーザデータ＃１の受信品質が良好である場合、現実的な範囲でのＭＣＳ選択では、実際の受信品質に対して過剰な符号化率や変調方式が選択されることがあり、無駄にリソースを消費することになる。このように、それぞれのユーザデータ＃０、＃１が互いに独立したチャネル＃０、＃１にマッピングされるため、チャネル＃０、＃１に対応するユーザ端末装置の受信品質に大きな差がある場合には、一方のチャネルにおいて無駄なリソースが消費されるにも拘らず、他方のチャネルにおいてリソースが不足するという事態が生じることがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、複数のユーザ端末装置における受信品質に差がある場合に、各ユーザ端末装置に対するデータの伝送効率を向上することができる基地局装置およびデータマッピング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に、基地局装置は、受信品質が異なる複数のユーザの組み合わせを決定する決定手段と、前記決定手段によって決定された組み合わせのユーザに対応するチャネルを構成するチャネル要素から品質が異なる複数の階層変調チャネルを生成し、ユーザの受信品質が低いほど品質が高い階層変調チャネルを割り当てる割当手段と、前記割当手段によってユーザに割り当てられた階層変調チャネルにユーザごとのデータをマッピングするマッピング手段と、前記マッピング手段によってマッピングされたデータを送信する送信手段とを有する構成を採る。

また、ユーザ端末装置は、自ユーザおよび他ユーザに対応するチャネルのチャネル要素から生成された階層変調チャネルの割り当てを示す制御チャネル信号を受信する制御チャネル受信手段と、前記制御チャネル受信手段によって受信された制御チャネル信号に基づいて自ユーザに割り当てられた階層変調チャネルに対応するすべてのチャネルの信号を受信する受信手段と、前記受信手段における受信信号から自ユーザ宛のデータを抽出する抽出手段とを有する構成を採る。

また、データマッピング方法は、受信品質が異なる複数のユーザの組み合わせを決定する決定ステップと、前記決定ステップにて決定された組み合わせのユーザに対応するチャネルを構成するチャネル要素から品質が異なる複数の階層変調チャネルを生成し、ユーザの受信品質が低いほど品質が高い階層変調チャネルを割り当てる割当ステップと、前記割当ステップにてユーザに割り当てられた階層変調チャネルにユーザごとのデータをマッピングするマッピングステップとを有するようにした。

本明細書に開示された基地局装置およびデータマッピング方法によれば、複数のユーザ端末装置における受信品質に差がある場合に、各ユーザ端末装置に対するデータの伝送効率を向上することができる。

図１は、データマッピングの一例を模式的に示す図である。 図２は、一実施の形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。 図３は、一実施の形態に係る基地局装置の要部構成を示すブロック図である。 図４は、通常のＭＣＳにおけるスペクトラム効率の具体例を示す図である。 図５は、階層ＭＣＳにおけるスペクトラム効率の具体例を示す図である。 図６は、スペクトラム効率の比較の具体例を示す図である。 図７は、一実施の形態に係る送信シンボルの具体例を示す図である。 図８は、一実施の形態に係る基地局装置の動作を示すフロー図である。 図９は、一実施の形態に係る階層変調チャネルの具体例を示す図である。 図１０は、一実施の形態に係るデータマッピングの具体例を示す図である。 図１１は、一実施の形態に係るＳＮＲと相互情報量の関係を示す図である。 図１２は、一実施の形態に係るユーザ端末装置の要部構成を示すブロック図である。 図１３は、チャネル構成の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１０１ ペア決定部
１０２ 通常ＭＣＳ効率算出部
１０３ 階層ＭＣＳ効率算出部
１０４ 選択部
１０５ 良好ＵＥ符号化部
１０６ 劣悪ＵＥ符号化部
１０７ 階層変調部
１０８ 無線送信部
１０９ ＳＮＲ受信部
３０１ 無線受信部
３０２ 階層復調部
３０３ 復号部
３０４ ＳＮＲ測定部
３０５ ＳＮＲ送信部

本発明の骨子は、複数のユーザ端末装置を組み合わせ、組み合わせられたユーザ端末装置に対応する複数のチャネルをまとめて階層化し、組み合わせられたユーザ端末装置それぞれの受信品質に応じて各階層にユーザデータをマッピングすることである。以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下においては、各ユーザ端末装置のチャネルごとに符号化率および変調方式を選択する通常のＭＣＳと、複数のユーザ端末装置のチャネル全体を階層化した結果得られる各階層をユーザ端末装置に割り当てる階層ＭＣＳとのいずれかがスループットに応じて適用される場合について説明する。ただし、スループットの比較を省略して、常に階層ＭＣＳが適用されるようにしても良い。

図２は、本実施の形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。同図に示すように、本実施の形態においては、基地局装置１００がＵＥ（User Equipment）＃０およびＵＥ＃１を含むＮ個（Ｎは２以上の整数）のユーザ端末装置と無線通信を行っている。ＵＥ＃０は、ＵＥ＃１よりも基地局装置１００から離れた位置にあり、基地局装置１００とＵＥ＃０の間の回線の状態は、基地局装置１００とＵＥ＃１の間の回線の状態より悪いものとする。すなわち、ＵＥ＃０における受信品質は劣悪である一方、ＵＥ＃１における受信品質は良好であり、２つのユーザ端末装置における受信品質に差があるものとする。

ＵＥ＃０およびＵＥ＃１は、基地局装置１００から送信された信号を受信し、例えばＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）などの受信品質をそれぞれ基地局装置１００に対して報告する。

基地局装置１００は、ＵＥ＃０およびＵＥ＃１を含む無線通信中のすべてのユーザ端末装置からＳＮＲの報告を受け、ＳＮＲに差がある２つのユーザ端末装置を組み合わせる。そして、基地局装置１００は、組み合わせた２つのユーザ端末装置に対するユーザデータをそれぞれのユーザ端末装置のＳＮＲに応じて異なる階層のビットにマッピングする。このとき、基地局装置１００は、組み合わせた２つのユーザ端末装置に対応する２つのチャネル全体の中で高階層のビットに受信品質が劣悪なユーザ端末装置のユーザデータをマッピングし、低階層のビットに受信品質が良好なユーザ端末装置のユーザデータをマッピングする。すなわち、基地局装置１００は、例えばＵＥ＃０およびＵＥ＃１を組み合わせた場合、これらのユーザ端末装置に対応する２チャネルの中で高階層のビットにＵＥ＃０に対するユーザデータをマッピングし、低階層のビットにＵＥ＃１に対するユーザデータをマッピングする。

図３は、本実施の形態に係る基地局装置１００の要部構成を示すブロック図である。同図に示す基地局装置１００は、ペア決定部１０１、通常ＭＣＳ効率算出部１０２、階層ＭＣＳ効率算出部１０３、選択部１０４、良好ＵＥ符号化部１０５、劣悪ＵＥ符号化部１０６、階層変調部１０７、無線送信部１０８、およびＳＮＲ受信部１０９を有している。

ペア決定部１０１は、ＳＮＲ受信部１０９において受信されるＮ個のユーザ端末装置それぞれのＳＮＲに基づいてスケジューリングを行い、各ユーザ端末装置へユーザデータを送信する送信順序を決定する。具体的には、ペア決定部１０１は、ＳＮＲの差が大きいユーザ端末装置を２つずつ組み合わせてペアを決定する。すなわち、ペア決定部１０１は、例えば受信品質の差が所定の閾値以上であるＵＥ＃０およびＵＥ＃１を１ペアに決定する。ただし、ＵＥ＃０の受信品質がＵＥ＃１の受信品質より低いものとする。そして、ペア決定部１０１は、Ｎ個すべてのユーザ端末装置についてペアを決定すると、各ペアに対するユーザデータの送信順序を決定する。その後、ペア決定部１０１は、送信順序に従って各ペアのユーザデータをユーザ端末装置のＳＮＲとともに通常ＭＣＳ効率算出部１０２および階層ＭＣＳ効率算出部１０３へ出力する。

通常ＭＣＳ効率算出部１０２は、各ペアのユーザ端末装置に対してそれぞれ独立にＭＣＳを適用した場合のスペクトラム効率を算出する。すなわち、通常ＭＣＳ効率算出部１０２は、それぞれのユーザ端末装置のＳＮＲに応じて最適な変調方式を選択した場合のスペクトラム効率を算出する。そして、通常ＭＣＳ効率算出部１０２は、算出されたスペクトラム効率から、各ペアに通常のＭＣＳを適用した場合のスループットを算出する。通常のＭＣＳを適用する場合のＳＮＲとスペクトラム効率との関係は、例えば図４に示すようになっている。すなわち、ＳＮＲが比較的低い場合には、変調多値数が小さいＱＰＳＫのスペクトラム効率が最も高く、ＳＮＲが高くなるにつれて変調多値数が大きい変調方式のスペクトラム効率が最も高くなる。換言すれば、ＳＮＲが低いユーザ端末装置については、例えばＱＰＳＫが最適な変調方式となり、ＳＮＲが高いユーザ端末装置については、例えば６４ＱＡＭが最適な変調方式となる。

階層ＭＣＳ効率算出部１０３は、各ペアのユーザ端末装置に対応する２つのチャネルをまとめて階層化し、それぞれのユーザ端末装置のＳＮＲに応じて各階層のビットをユーザ端末装置に割り当てる階層ＭＣＳを適用した場合のスペクトラム効率を算出する。すなわち、階層ＭＣＳ効率算出部１０３は、それぞれのユーザ端末装置のＳＮＲに応じて最適な階層のビットを割り当てる場合のスペクトラム効率を算出する。そして、階層ＭＣＳ効率算出部１０３は、算出されたスペクトラム効率から、各ペアに階層ＭＣＳを適用した場合のスループットを算出する。階層ＭＣＳを適用する場合のＳＮＲとスペクトラム効率との関係は、例えば図５に示すようになっている。なお、以下においては、各ペアのユーザ端末装置に対応する２つのチャネルを階層化して得られる各階層のビットをそれぞれ階層変調チャネルという。

選択部１０４は、通常のＭＣＳを適用する場合のスループットと階層ＭＣＳを適用する場合のスループットとを比較し、スループットが大きい方のＭＣＳを選択する。すなわち、選択部１０４は、通常ＭＣＳ効率算出部１０２によって算出されたスループットの方が大きい場合は、通常のＭＣＳを選択し、各ペアのユーザ端末装置に対してそれぞれのＳＮＲに対応する符号化率および変調方式を選択する。また、選択部１０４は、階層ＭＣＳ効率算出部１０３によって算出されたスループットの方が大きい場合は、階層ＭＣＳを選択し、各ペアのユーザ端末装置に対してそれぞれのＳＮＲに対応する階層変調チャネルを割り当てる。

したがって、選択部１０４は、例えば図６に示すように、各ペアのユーザ端末装置のＳＮＲが図中「ＨＭＣＳ（Hierarchical MCS）」で示される範囲内にある場合は、階層ＭＣＳ効率算出部１０３によって算出されるスペクトラム効率の方が高く、階層ＭＣＳを適用した方がスループットが大きくなるため、それぞれのユーザ端末装置に階層変調チャネルを割り当てる。

ここで、階層変調チャネルの割り当ての簡単な例について説明しておく。上述したようにＵＥ＃０の受信品質は劣悪であり、ＵＥ＃１の受信品質は良好であるため、これらのＵＥ＃０およびＵＥ＃１が１ペアに決定されると、ＵＥ＃０に対して高階層の階層変調チャネルが割り当てられ、ＵＥ＃１に対して低階層の階層変調チャネルが割り当てられる。すなわち、ＵＥ＃０およびＵＥ＃１に対応する２チャネルに１６ＱＡＭ変調されたビットをマッピングする場合、例えば両チャネルの上位２ビットをＵＥ＃０用の階層変調チャネルとし、両チャネルの下位２ビットをＵＥ＃１用の階層変調チャネルとする。

つまり、高階層の階層変調チャネルは、ユーザ端末装置のペアに対応する２チャネルに含まれるビットのうち、誤りにくいＭＳＢ（Most Significant Bit）を含むビット群からなり、低階層の階層変調チャネルは、２チャネルに含まれるビットのうち、誤りやすいＬＳＢ（Least Significant Bit）を含むビット群からなる。なお、それぞれの階層変調チャネルに相当するビット数は必ずしも等しくなくても良く、高階層の階層変調チャネルに相当するビット数を低階層の階層変調チャネルに相当するビット数より多くしても良い。

良好ＵＥ符号化部１０５は、ペアの中でＳＮＲが高く受信品質が良好なユーザ端末装置宛のユーザデータを誤り訂正符号化する。このとき、良好ＵＥ符号化部１０５は、選択部１０４によって選択された符号化率または階層変調チャネルの割り当てに応じた符号化率でユーザデータを誤り訂正符号化する。

劣悪ＵＥ符号化部１０６は、ペアの中でＳＮＲが低く受信品質が劣悪なユーザ端末装置宛のユーザデータを誤り訂正符号化する。このとき、劣悪ＵＥ符号化部１０６は、選択部１０４によって選択された符号化率または階層変調チャネルの割り当てに応じた符号化率でユーザデータを誤り訂正符号化する。

階層変調部１０７は、良好ＵＥ符号化部１０５および劣悪ＵＥ符号化部１０６によって誤り訂正符号化されたユーザデータを変調し、ユーザ端末装置のペアに対応する２チャネルにマッピングする。具体的には、階層変調部１０７は、通常のＭＣＳが適用され、選択部１０４によってユーザ端末装置ごとのＭＣＳが選択されている場合には、ユーザ端末装置ごとのＭＣＳに応じた変調方式でユーザデータを変調し、それぞれのユーザ端末装置に対応するチャネルにマッピングする。また、階層変調部１０７は、階層ＭＣＳが適用され、選択部１０４によって各ユーザ端末装置に階層変調チャネルが割り当てられている場合には、ユーザ端末装置ごとのユーザデータを、それぞれのユーザ端末装置に対応する階層変調チャネルにマッピングする。

したがって、各ユーザ端末装置に階層変調チャネルが割り当てられている場合には、ペアとなっているユーザ端末装置に対応する２チャネルとは関係なく、それぞれのユーザデータがそれぞれのユーザ端末装置に対応する階層変調チャネルにマッピングされる。例えば、ＵＥ＃０およびＵＥ＃１のペアに関して、ＵＥ＃０宛てのユーザデータ＃０が「１１１１」であり、ＵＥ＃１宛てのユーザデータ＃１が「０１１０」である場合、ユーザデータ＃０は、チャネル＃０、＃１の上位２ビット（階層変調チャネル）に割り当てられ、ユーザデータ＃１は、チャネル＃０、チャネル＃１の下位２ビット（階層変調チャネル）に割り当てられる。

これにより、図７に示すように、ユーザデータ＃０、＃１は、チャネル＃０においては送信シンボル２０１として送信され、チャネル＃１においては送信シンボル２０２として送信される。すなわち、送信シンボル２０１、２０２の上位２ビットがユーザデータ＃０「１１１１」を含み、送信シンボル２０１、２０２の下位２ビットがユーザデータ＃１「０１１０」を含んでいる。そして、送信シンボル２０１、２０２の上位２ビットからなる階層変調チャネルは、ＭＳＢを含んでいるため誤りにくく、受信品質が劣悪なＵＥ＃０に割り当てられることにより、ＵＥ＃０宛てのユーザデータ＃０の伝送効率を向上することができる。また、送信シンボル２０１、２０２の下位２ビットからなる階層変調チャネルは、ＬＳＢを含んでいるため誤りやすいが、受信品質が良好なＵＥ＃１に割り当てられることにより、ＵＥ＃１宛てのユーザデータ＃１の伝送効率が低下することはない。

無線送信部１０８は、階層変調部１０７による変調により得られた送信シンボルに対して送信電力制御などの所定の無線送信処理を施し、アンテナを介して送信する。このとき、無線送信部１０８は、階層変調チャネルを区別して送信電力制御を行うようにしても良い。すなわち、無線送信部１０８は、高階層の階層変調チャネルの送信電力を低階層の階層変調チャネルの送信電力よりも大きくする送信電力制御を行っても良い。

また、無線送信部１０８は、選択部１０４によって選択されたＭＣＳまたは階層変調チャネルの割り当てをユーザ端末装置に対して通知する制御チャネル信号をアンテナを介して送信する。すなわち、通常ＭＣＳ効率算出部１０２によって算出されたスループットの方が大きく、通常のＭＣＳが適用された場合には、制御チャネル信号によって、変調方式および符号化率がユーザ端末装置へ通知される。また、階層ＭＣＳ効率算出部１０３によって算出されたスループットの方が大きく、階層ＭＣＳが適用された場合には、制御チャネル信号によって、それぞれのユーザ端末装置に割り当てられた階層変調チャネルがユーザ端末装置へ通知される。

ＳＮＲ受信部１０９は、無線通信中のＮ個のユーザ端末装置からＣＱＩ（Channel Quality Indicator）として各ユーザ端末装置におけるＳＮＲ情報を受信する。すなわち、Ｎ個のユーザ端末装置は、基地局装置１００から送信される信号のＳＮＲを測定し、測定結果をＣＱＩとして送信しているため、ＳＮＲ受信部１０９は、各ユーザ端末装置から送信されたＳＮＲ情報をアンテナを介して受信する。

次いで、上記のように構成された基地局装置１００によるデータ送信時の動作について、図８に示すフロー図を参照しながら説明する。

基地局装置１００と無線通信中のＮ個のユーザ端末装置は、それぞれＣＱＩとして基地局装置１００からの受信品質を示すＳＮＲ情報を送信している。送信されたＳＮＲ情報は、基地局装置１００のＳＮＲ受信部１０９によって受信される（ステップＳ１０１）。そして、Ｎ個のユーザ端末装置のＳＮＲは、ペア決定部１０１へ通知され、ペア決定部１０１によって、Ｎ個のユーザ端末装置に対するユーザデータ＃０〜＃Ｎ−１の送信順序を決定するスケジューリングが実行される（ステップＳ１０２）。

具体的には、ペア決定部１０１によって、ＳＮＲに差があるユーザ端末装置が２つずつ組み合わされ、ペアが決定される。すなわち、例えば受信品質が劣悪なＵＥ＃０と受信品質が良好なＵＥ＃１とが１ペアに決定される。こうしてペアを決定することにより、各ペアにおいて、受信品質が劣悪なユーザ端末装置には高階層の階層変調チャネルを割り当て、受信品質が良好なユーザ端末装置には低階層の階層変調チャネルを割り当てることができ、システム全体のスループットを向上することができる。

そして、ペア決定部１０１によって、各ペアのユーザデータを送信する送信順序が決定され、決定された送信順序でユーザ端末装置のペアが一組ずつ選択される（ステップＳ１０３）。一組のユーザ端末装置のペアが選択されると、選択されたペアのユーザデータがそれぞれのユーザ端末装置のＳＮＲ情報とともに通常ＭＣＳ効率算出部１０２および階層ＭＣＳ効率算出部１０３へ出力される。

そして、通常ＭＣＳ効率算出部１０２によって、ユーザ端末装置のペアに通常のＭＣＳを適用する場合のスループットが算出される（ステップＳ１０４）。すなわち、選択されたペアのユーザ端末装置それぞれのＳＮＲに対して最適な変調方式および符号化率を選択した場合のスペクトラム効率が算出され、それぞれのユーザ端末装置のスペクトラム効率からスループットが算出される。

同様に、階層ＭＣＳ効率算出部１０３によって、ユーザ端末装置のペアに階層ＭＣＳを適用する場合のスループットが算出される（ステップＳ１０５）。すなわち、選択されたペアのユーザ端末装置それぞれのＳＮＲに応じて最適な階層変調チャネルを割り当てた場合のスペクトラム効率が算出され、それぞれのユーザ端末装置のスペクトラム効率からスループットが算出される。

通常のＭＣＳおよび階層ＭＣＳを適用する場合のスループットがそれぞれ算出されると、選択部１０４によって、２つのスループットが比較され、スループットが大きくなるＭＣＳが選択される（ステップＳ１０６）。すなわち、通常のＭＣＳを適用する場合の方がスループットが大きければ、通常のＭＣＳを適用することが決定され、階層ＭＣＳを適用する場合の方がスループットが大きければ、階層ＭＣＳを適用することが決定される。

さらに、通常のＭＣＳが適用される場合には、選択部１０４によって、それぞれのユーザ端末装置のＳＮＲに対応する変調方式および符号化率が決定される。一方、階層ＭＣＳが適用される場合には、選択部１０４によって、それぞれのユーザ端末装置のＳＮＲに対応する階層変調チャネルの割り当てが決定される。具体的には、ペアとなっているユーザ端末装置に対応する２チャネルの各ビットが高階層の階層変調チャネルと低階層の階層変調チャネルとに分割され、ＳＮＲが低いユーザ端末装置に対して高階層の階層変調チャネルが割り当てられ、ＳＮＲが高いユーザ端末装置に対して低階層の階層変調チャネルが割り当てられる。

より具体的には、階層変調チャネルの割り当ては、例えば図９に示す組み合わせの中から決定される。すなわち、受信品質が劣悪なＵＥ＃０と受信品質が良好なＵＥ＃１とのペアに対して、それぞれのユーザ端末装置に対応するチャネル＃０、＃１の変調方式をＱＰＳＫとする場合の階層変調チャネルの組み合わせが最上段の表である。この表において、例えば番号「１」の組み合わせは、チャネル＃０のＩ成分Ｉ₀およびＱ成分Ｑ₀からなる階層変調チャネルをＵＥ＃０に割り当て、チャネル＃１のＩ成分Ｉ₁およびＱ成分Ｑ₁からなる階層変調チャネルをＵＥ＃１に割り当てることを示している。

また、チャネル＃０、＃１の変調方式を１６ＱＡＭとする場合の階層変調チャネルの組み合わせが上から２番目の表である。この表において、例えば番号「２」の組み合わせは、チャネル＃０の上位２ビット（ＭＳＢ０）およびチャネル＃１の上位２ビット（ＭＳＢ１）からなる階層変調チャネルをＵＥ＃０に割り当て、チャネル＃０の下位２ビット（ＬＳＢ０）およびチャネル＃１の下位２ビット（ＬＳＢ１）からなる階層変調チャネルをＵＥ＃１に割り当てることを示している。

また、チャネル＃０、＃１の変調方式を６４ＱＡＭとする場合の階層変調チャネルの組み合わせが上から３番目の表である。この表において、例えば番号「３」の組み合わせは、チャネル＃０の上位・中位４ビット（ＭＳＢ０＋ＳＢ０）およびチャネル＃１の上位２ビット（ＭＳＢ１）からなる階層変調チャネルをＵＥ＃０に割り当て、チャネル＃０の下位２ビット（ＬＳＢ０）およびチャネル＃１の中位・下位４ビット（ＳＢ１＋ＬＳＢ１）からなる階層変調チャネルをＵＥ＃１に割り当てることを示している。

さらに、チャネル＃０、＃１の変調方式は必ずしも同一である必要はなく、例えばチャネル＃０、＃１の変調方式をそれぞれ１６ＱＡＭおよび６４ＱＡＭとする場合の階層変調チャネルの組み合わせが上から最下段の表である。この表において、例えば番号「２」の組み合わせは、チャネル＃０の４ビット（ＭＳＢ０＋ＬＳＢ０）およびチャネル＃１の上位２ビット（ＭＳＢ１）からなる階層変調チャネルをＵＥ＃０に割り当て、チャネル＃１の中位・下位４ビット（ＳＢ１＋ＬＳＢ１）からなる階層変調チャネルをＵＥ＃１に割り当てることを示している。

このように、階層ＭＣＳが適用される場合には、階層変調チャネルがそれぞれのユーザ端末装置に割り当てられることにより、各ペアのユーザ端末装置のＭＣＳが選択される。そして、選択部１０４によってユーザ端末装置のペアに対応する２チャネルのＭＣＳが選択されるのと前後して、ペア決定部１０１によって、すべてのペアについてＭＣＳの選択が終了したか否かが判断される（ステップＳ１０７）。この結果、まだすべてのペアについてＭＣＳが選択されていない場合には（ステップＳ１０７Ｎｏ）、ペア決定部１０１によって、残ったペアの中からスケジューリング時に決定した送信順序が最も早いペアが順次選択され、上述したＭＣＳの選択が繰り返される。

一方、すべてのペアについてＭＣＳの選択が終了した場合には（ステップＳ１０７Ｙｅｓ）、各ペアのうちＳＮＲが高く、受信品質が良好なユーザ端末装置宛のユーザデータが良好ＵＥ符号化部１０５へ出力され、ＳＮＲが低く、受信品質が劣悪なユーザ端末装置宛のユーザデータが劣悪ＵＥ符号化部１０６へ出力される。そして、各ペアのユーザ端末装置宛のユーザデータは、良好ＵＥ符号化部１０５または劣悪ＵＥ符号化部１０６によって、誤り訂正符号化される（ステップＳ１０８）。すなわち、通常のＭＣＳが適用されるペアのユーザ端末装置については、選択部１０４によって選択された符号化率でそれぞれのユーザデータが誤り訂正符号化される。また、階層ＭＣＳが適用されるペアのユーザ端末装置については、選択部１０４によって各ユーザ端末装置に割り当てられた階層変調チャネルに応じた符号化率でそれぞれのユーザデータが誤り訂正符号化される。

誤り訂正符号化後のユーザデータは、階層変調部１０７によって変調され、ユーザ端末装置の各ペアに対応する２チャネルにマッピングされる（ステップＳ１０９）。このとき、通常のＭＣＳが適用されるペアのユーザ端末装置については、選択部１０４によって選択された変調方式でそれぞれのユーザデータが変調され、それぞれのユーザ端末装置のチャネルに独立してマッピングされる。また、階層ＭＣＳが適用されるペアのユーザ端末装置については、選択部１０４によって各ユーザ端末装置に割り当てられた階層変調チャネルにそれぞれのユーザデータがマッピングされる。

具体的に、例えばＵＥ＃０およびＵＥ＃１のペアについて、ペアに対応する２チャネル（チャネル＃０、＃１）がいずれも１６ＱＡＭで変調され、図９の上から２番目の表の番号「２」に示した階層変調チャネルの組み合わせが選択されている場合のチャネル構成を図１０の上段に示す。この組み合わせにおいては、チャネル＃０の上位２ビット（ＭＳＢ０）およびチャネル＃１の上位２ビット（ＭＳＢ１）がＵＥ＃０用の階層変調チャネルとなっており、チャネル＃０の下位２ビット（ＬＳＢ０）およびチャネル＃１の下位２ビット（ＬＳＢ１）がＵＥ＃１用の階層変調チャネルとなっている。

同様に、ＵＥ＃０およびＵＥ＃１のペアに対応する２チャネルがいずれも６４ＱＡＭで変調され、図９の上から３番目の表の番号「３」に示した階層変調チャネルの組み合わせが選択されている場合のチャネル構成を図１０の中段に示す。この組み合わせにおいては、チャネル＃０の上位・中位４ビット（ＭＳＢ０＋ＳＢ０）およびチャネル＃１の上位２ビット（ＭＳＢ１）がＵＥ＃０用の階層変調チャネルとなっており、チャネル＃０の下位２ビット（ＬＳＢ０）およびチャネル＃１の中位・下位４ビット（ＳＢ１＋ＬＳＢ１）がＵＥ＃１用の階層変調チャネルとなっている。

さらに、ＵＥ＃０およびＵＥ＃１のペアに対応する２チャネルがそれぞれ１６ＱＡＭおよび６４ＱＡＭで変調され、図９の最下段の表の番号「２」で示した階層変調チャネル組み合わせが選択されている場合のチャネル構成を図１０の下段に示す。この組み合わせにおいては、チャネル＃０の４ビット（ＭＳＢ０＋ＬＳＢ０）およびチャネル＃１の上位２ビット（ＭＳＢ１）がＵＥ＃０用の階層変調チャネルとなっており、チャネル＃１の中位・下位４ビット（ＳＢ１＋ＬＳＢ１）がＵＥ＃１用の階層変調チャネルとなっている。

このように、階層ＭＣＳが適用される場合には、チャネル＃０、＃１がＵＥ＃０、＃１に対応するわけではなく、比較的誤りにくい高階層のビットがＵＥ＃０用の階層変調チャネルとされ、比較的誤りやすい低階層のビットがＵＥ＃１用の階層変調チャネルとされるように、階層変調部１０７によって、チャネル＃０、＃１それぞれの送信シンボルが生成される。

階層変調部１０７によって変調されたユーザデータは、無線送信部１０８によって、送信電力制御などの所定の無線送信処理が施され、アンテナを介して送信される（ステップＳ１１０）。無線送信部１０８による送信電力制御においては、ＵＥ＃０用の階層変調チャネルの送信電力をＵＥ＃１用の階層変調チャネルの送信電力よりも大きくする制御などが行われる。これは、例えば１６ＱＡＭのコンスタレーションにおいて、各象限内の４つの信号点を互いに近接させてすべての信号点をＩ軸およびＱ軸から離間させることにより、全体の送信電力を変更することなく上位２ビット（ＭＳＢ）を誤りにくくすることと等価である。したがって、階層変調チャネルごとの送信電力制御により、受信品質が劣悪なＵＥ＃０に対するユーザデータ＃０をさらに誤りにくくすることができる。

このように、本実施の形態において階層ＭＣＳが適用される場合には、ペアのうちの一方のユーザ端末装置に高品質の階層変調チャネルが割り当てられるため、特にペアとなる２つのユーザ端末装置の受信品質に差がある場合に、伝送効率が高くなる。図１１は、ペアとなるユーザ端末装置それぞれのＳＮＲの組み合わせと相互情報量との関係を示す図である。同図において、白色のグラフは通常のＭＣＳを適用する場合の相互情報量を示し、黒色のグラフは階層ＭＣＳを適用する場合の相互情報量を示す。図１１のグラフを参照すると、２つのユーザ端末装置のＳＮＲが１０（ｄＢ）で等しい場合以外は、すべて階層ＭＣＳを適用した方が相互情報量が大きくなっている。そして、ユーザ端末装置のＳＮＲの差が大きいほど、階層ＭＣＳを適用した場合の相互情報量が大きくなる傾向があり、ペアとなるユーザ端末装置の受信品質に大きな差があるほど、通常のＭＣＳよりも階層ＭＣＳが有利であることがわかる。

ところで、基地局装置１００の無線送信部１０８は、上述したユーザデータの送信に加え、制御チャネルを用いて制御チャネル信号を送信する。制御チャネル信号は、ユーザ端末装置のペアや各ユーザ端末装置に割り当てられたＭＣＳなどを通知する信号である。すなわち、制御チャネル信号は、通常のＭＣＳおよび階層ＭＣＳのいずれが適用されているかに関する情報を含んでおり、通常のＭＣＳが適用される場合には、各ユーザ端末装置に割り当てられた符号化率や変調方式が制御チャネル信号によってユーザ端末装置へ通知される。また、階層ＭＣＳが適用される場合には、ペアとなっているユーザ端末装置や各ユーザ端末装置に割り当てられた階層変調チャネルが制御チャネル信号によってユーザ端末装置へ通知される。

ユーザ端末装置は、基地局装置１００から送信される制御チャネル信号を受信し、通常のＭＣＳが適用されている場合には、自ユーザに対応するチャネルの信号のみを受信する。また、階層ＭＣＳが適用されている場合には、ペアとなっているユーザ端末装置に対応するチャネルの信号を受信する。そして、ユーザ端末装置は、自ユーザに割り当てられている階層変調チャネルから自ユーザ宛のユーザデータを取得する。

ここで、ユーザ端末装置の１つであるＵＥ＃０の要部構成について、図１２を参照しながら説明しておく。図１２に示すように、ＵＥ＃０は、無線受信部３０１、階層復調部３０２、復号部３０３、ＳＮＲ測定部３０４、およびＳＮＲ送信部３０５を有している。以下においては、主に階層ＭＣＳが適用されている場合の各処理部の動作について説明し、通常のＭＣＳが適用されている場合の動作については説明を省略する。

無線受信部３０１は、基地局装置１００から送信される制御チャネル信号およびユーザデータをアンテナを介して受信し、受信信号に対して所定の無線受信処理を施す。このとき、無線受信部３０１は、制御チャネル信号によって階層ＭＣＳが適用されていることが通知されると、自ユーザ（ＵＥ＃０）に対応するチャネルのみではなく、自ユーザとペアになっているユーザ（ＵＥ＃１）に対応するチャネルの信号を受信する。

階層復調部３０２は、無線受信部３０１によって受信された受信信号を復調する。具体的には、階層復調部３０２は、ＵＥ＃０およびＵＥ＃１に対応する２チャネルの信号から自ユーザ（ＵＥ＃０）に割り当てられた階層変調チャネルのデータを取得する。このとき、ＵＥ＃０に割り当てられた階層変調チャネルは比較的誤りにくいビットであるため、階層復調部３０２は、精度が高いＵＥ＃０のデータを取得することができる。

復号部３０３は、階層復調部３０２によって取得されたデータを誤り訂正復号し、ＵＥ＃０宛てのユーザデータ＃０を出力する。上述したように、ＵＥ＃０には、高品質の階層変調チャネルが割り当てられているため、ＵＥ＃０における受信品質が劣悪でも、正確なユーザデータ＃０が得られる。

ＳＮＲ測定部３０４は、無線受信部３０１における受信信号のＳＮＲを測定する。ＳＮＲ送信部３０５は、ＳＮＲ測定部３０４における測定結果をＣＱＩとして基地局装置１００へ送信する。このＣＱＩに含まれるＳＮＲ情報は、基地局装置１００において、ユーザ端末装置のペアの決定やＭＣＳの選択に用いられる。

以上のように、本実施の形態によれば、受信品質に差があるユーザ端末装置のペアを決定し、各ペアに対して通常のＭＣＳを適用する場合のスループットと階層ＭＣＳを適用する場合のスループットとを比較し、スループットが大きいＭＣＳを適用する。そして、階層ＭＣＳを適用する場合には、ペアとなったユーザ端末装置に対応する２チャネルをまとめて階層化し、高品質の階層変調チャネルを受信品質が劣悪なユーザ端末装置に割り当て、低品質の階層変調チャネルを受信品質が良好なユーザ端末装置に割り当てる。これにより、ユーザ端末装置ごとのチャネルの制限を受けることなく、受信品質が劣悪なユーザ端末装置に対して、高品質のビットやより多くのビットを割り当てることができ、複数のユーザ端末装置における受信品質に差がある場合に、各ユーザ端末装置に対するデータの伝送効率を向上することができる。

なお、上記一実施の形態においては、２つのユーザ端末装置をペアにして、各ペアのユーザ端末装置に対応する２チャネルを階層化するものとしたが、３つ以上のユーザ端末装置を組み合わせ、各組み合わせのユーザ端末装置に対応する３以上のチャネルを階層化しても良い。すなわち、複数のユーザ端末装置を組み合わせ、組み合わせた複数のユーザ端末装置に対応するすべてのチャネルを階層化し、受信品質が劣悪なユーザ端末装置ほど高い階層の階層変調チャネルを割り当てれば良い。

つまり、一般化すると、図１３に示すように、Ｉ個の階層変調チャネルΛ₀〜Λ_I-1が、Ｎ個のユーザ端末装置のパケットＴ₀〜Ｔ_N-1に割り当てられる。このとき、階層変調チャネルΛ_iの品質が階層変調チャネルΛ_i+1よりも高いものとすると、受信品質が劣悪なユーザ端末装置のパケットほど図１３の上方の階層変調チャネルに割り当てられることになる。そして、Ｋ個のチャネルのそれぞれに、Ｉ個のユーザ端末装置の組み合わせのパケットの一部分がマッピングされる。Ｋ個のチャネルそれぞれにおいては、組み合わせられたＩ個のユーザ端末装置のうち受信品質が最も劣悪なユーザ端末装置宛のパケットの一部分が階層変調チャネルΛ₀にマッピングされ、組み合わせられたＩ個のユーザ端末装置のうち受信品質が最も良好なユーザ端末装置宛のパケットの一部分が階層変調チャネルΛ_I-1にマッピングされていることになる。

また、上記一実施の形態においては、通常のＭＣＳを適用する場合のスループットと階層ＭＣＳを適用する場合のスループットを比較し、スループットが大きくなるＭＣＳを選択的に適用するものとしたが、固定的に階層ＭＣＳを適用するようにしても良い。
さらに、上記一実施の形態においては、ユーザ端末装置における受信品質としてＳＮＲを利用するものとしたが、受信品質としては、他にも例えばＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）や受信電界強度などがあり、いずれを利用することも可能である。

Claims (10)

1. 受信品質が異なる複数のユーザの組み合わせを決定する決定手段と、
   前記決定手段によって決定された組み合わせのユーザに対応する複数の物理チャネルに含まれ、ユーザデータがマッピングされる各ビットを品質毎に階層化し、品質単位に前記複数の物理チャネルにまたがる各階層の前記ビットからそれぞれ階層変調チャネルを生成し、受信品質が低いユーザほど品質が高い階層変調チャネルを割り当てる割当手段と、
   前記割当手段によってユーザに割り当てられた階層変調チャネルにユーザごとのデータをマッピングするマッピング手段と、
   前記マッピング手段によってマッピングされたデータを送信する送信手段と
   を有することを特徴とする基地局装置。
2. 前記割当手段は、
   組み合わせられたユーザに対応する各チャネルの上位ビットを含む高品質階層変調チャネルと、各チャネルの下位ビットを含む低品質階層変調チャネルとを生成し、組み合わせられたユーザのうち受信品質が最も低いユーザに高品質階層変調チャネルを割り当て、受信品質が最も高いユーザに低品質階層変調チャネルを割り当てる
   ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
3. 前記割当手段は、
   品質が低い階層変調チャネルよりも品質が高い階層変調チャネルに含まれるビット数を多くする
   ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
4. 前記送信手段は、
   階層変調チャネルごとにデータの送信電力を制御する送信電力制御手段を含み、
   階層変調チャネルの品質が高いほどデータの送信電力を大きくして送信する
   ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
5. 前記決定手段は、
   受信品質の差が所定の閾値以上であるユーザ同士を組み合わせる
   ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
6. 前記送信手段は、
   各ユーザに対する階層変調チャネルの割り当てを示す制御チャネル信号を送信する制御チャネル送信手段を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
7. 受信品質に応じた変調方式を各ユーザに割り当てる場合のスループットを算出する第１算出手段と、
   受信品質に応じた階層変調チャネルを各ユーザに割り当てる場合のスループットを算出する第２算出手段とをさらに有し、
   前記マッピング手段は、
   前記第２算出手段によって算出されたスループットが前記第１算出手段によって算出されたスループット以上である場合に、階層変調チャネルにデータをマッピングする
   ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
8. 前記マッピング手段は、
   前記第２算出手段によって算出されたスループットが前記第１算出手段によって算出されたスループット未満である場合に、各ユーザの受信品質に応じた変調方式でユーザごとのチャネルにデータをマッピングする
   ことを特徴とする請求項７記載の基地局装置。
9. 自ユーザおよび他ユーザに対応する物理チャネルに含まれ、ユーザデータがマッピングされる各ビットが品質毎に階層化され、品質単位に複数の前記物理チャネルにまたがる各階層の前記ビットからそれぞれ生成された、階層変調チャネルの割り当てを示す制御チャネル信号を受信する制御チャネル受信手段と、
   前記制御チャネル受信手段によって受信された制御チャネル信号に基づいて自ユーザに割り当てられた階層変調チャネルに対応するすべての物理チャネルの信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段における受信信号から自ユーザ宛のデータを抽出する抽出手段と
   を有することを特徴とするユーザ端末装置。
10. 受信品質が異なる複数のユーザの組み合わせを決定する決定ステップと、
    前記決定ステップにて決定された組み合わせのユーザに対応する複数の物理チャネルに含まれ、ユーザデータがマッピングされる各ビットを品質毎に階層化し、品質単位に前記複数の物理チャネルにまたがる各階層の前記ビットからそれぞれ階層変調チャネルを生成し、受信品質が低いユーザほど品質が高い階層変調チャネルを割り当てる割当ステップと、
    前記割当ステップにてユーザに割り当てられた階層変調チャネルにユーザごとのデータをマッピングするマッピングステップと
    を有することを特徴とするデータマッピング方法。

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