JP6851223B2 - 無線通信装置および通信方式制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の周波数帯を利用して信号を伝送する無線通信システムにおいて使用される無線通信装置および通信方式制御方法に係わる。

無線通信システムにおいて、データは、要求される通信品質に応じた通信方式で伝送される。例えば、小さい伝送遅延が要求されるアプリケーションに対しては、受信器における復号処理に要する時間の短い符号種別および符号長が選択される。また、低い誤り率が要求されるアプリケーションに対しては、１シンボル当たりのビット数の少ない変調方式が選択される。或いは、低い誤り率が要求されるアプリケーションに対して低い符号化率が設定されるようにしてもよい。さらに、要求される通信品質に応じて、受信器における復号繰返し回数を選択してもよい。

ところで、近年、通信容量を大きくするために、複数の無線周波数帯を同時に利用してデータを伝送する通信方式が検討されている。例えば、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯のうちの２つ以上の周波数帯を利用してデータが伝送されることがある。そして、複数の周波数帯を利用してデータを伝送する通信方式においては、周波数帯ごとに測定される受信レベル（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Index）及び／又は受信品質（ＳＩＮＲ：Signal-to-Interference plus Noise Ratio）に基づいて、周波数帯ごとに、要求される通信品質に適した通信方式が選択される。

また、要求される通信品質に適した通信方式を選択する技術として、複数のチャネル毎に検出された通信状況に応じて無線ＬＡＮアクセスポイントの通信端末との間での無線ＬＡＮ通信方式および通信チャネルを切り換える方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１８８１２２号公報

複数の無線周波数帯を利用してデータを伝送する従来技術においては、上述のように、周波数帯ごとに通信方式が選択される。しかしながら、周波数帯ごとに通信方式を選択する場合、データ伝送効率が低下することがある。或いは、ユーザまたはアプリケーションから要求される通信品質（例えば、伝送遅延、誤り率）を満足できないことがある。すなわち、従来技術では、データ伝送効率を高くすること、及び、ユーザまたはアプリケーションから要求される通信品質を満足させることの双方をバランスよく実現することは困難である。

本発明の１つの側面に係わる目的は、要求される通信品質を満足させながらデータ伝送効率を改善することである。

本発明の１つの態様の無線通信装置は、複数の周波数帯を利用して符号語を伝送する無線通信システムにおいて使用される無線通信装置であって、各周波数帯の品質、各周波数帯の使用可能リソース、データのビット長、与えられる要求品質に基づいて、前記データを伝送するための符号の種別、前記データを伝送するための符号語中の情報ビットの長さ、前記符号語の符号化率、各周波数帯の変調方式を決定する制御部と、前記制御部により決定された符号の種別および情報ビットの長さに従って、前記データを符号化して符号語を生成する符号化器と、前記制御部により決定された符号化率に従って、前記符号化器により生成された符号語の符号化率を調整する符号化率調整器と、各周波数帯に対して設けられ、前記制御部により決定された各周波数帯の変調方式に従って、与えられるビット列からそれぞれ変調信号を生成する複数の変調器と、各周波数帯の使用可能リソース、前記情報ビット長さおよび前記符号化率から算出される符号長、各周波数帯の変調方式に基づいて、前記符号化率調整器により符号化率が調整された符号語の各ビットを前記複数の変調器に分配する分配器と、を備える。

上述の態様によれば、要求される通信品質を満足させながらデータ伝送効率を改善することができる。

本発明の実施形態に係わる無線通信システムの一例を示す図である。 無線通信装置が備える送信回路の一例を示す図である。 無線通信装置が備える受信回路の一例を示す図である。 通信方式を決定する方法の概要を示すフローチャートである。 周波数帯ごとに独立して通信方式を決定する方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る送信回路おいて通信方式を決定する方法の一例を示す図である。 通信方式を決定する方法の一例を示すフローチャートである。 変調方式による特性の差異を説明する図である。 符号の種別による特性の差異を説明する図である。 符号長および符号化率による特性の差異を説明する図である。 復号繰返し回数による特性の差異を説明する図である。

図１は、本発明の実施形態に係わる無線通信システムの一例を示す。図１に示す無線通信システム１は、特に限定されるものではないが、例えば、無線ＬＡＮシステムである。ただし、本発明の実施形態は、Bluetooth（登録商標）、WiMAX、携帯電話システム等の他の無線通信システムにも適用可能である。無線通信システム１は、無線通信装置２、３を含む。各無線通信装置２、３は、例えば、ユーザ端末である。ユーザ端末は、モバイル端末であってもよい。

無線通信装置２、３は、複数の周波数帯を利用してデータを伝送できる。具体的には、無線通信装置２、３は、複数の周波数帯を同時に利用してデータを伝送できる。この実施例では、無線通信装置２、３は、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯のうちの２つ以上を同時に利用してデータを伝送できる。なお、無線通信装置２、３間の通信品質は、周波数帯ごとに異なる。よって、無線通信装置２、３は、周波数帯ごとに異なる変調方式および異なる符号でデータを伝送してもよい。

図２は、無線通信装置２、３が備える送信回路の一例を示す。送信回路１０は、この実施例では、図２に示すように、符号化器１１、符号化率調整器１２、分配器１３、複数の変調器１４ａ〜１４ｃ、制御部１５、複数のＲＦ回路１６ａ〜１６ｃ、複数のアンテナ１７ａ〜１７ｃを備える。なお、送信回路１０は、図２に示していない他の回路要素を備えていてもよい。

符号化器１１は、制御部１５から与えられる指示に従って、入力データを符号化して１または複数の符号語を生成する。符号語は、情報ビットおよびパリティビットから構成される。入力データは、情報ビットとして符号語に格納される。入力データから複数の符号語が生成されるときは、入力データは、複数のデータブロックに分割されて各符号語に格納される。パリティビットは、入力データに基づいて生成される。なお、制御部１５から符号化器１１に与えられる指示は、符号の種別を表す情報および情報ビットの長さを表す情報を含む。符号の種別は、例えば、畳込み符号、低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ：Low Density Parity Check）、ターボ符号等を識別する。情報ビットの長さは、各符号語の情報ビットの長さを表す。

符号化率調整器１２は、制御部１５から与えられる指示に従って、符号化器１１により生成される符号語の符号化率を調整する。制御部１５から符号化率調整器１２に与えられる指示は、符号化率を表す情報を含む。符号化率は、符号語全体の長さに対する情報ビットの長さを表す。この実施例では、説明を簡単にするために、符号語全体の長さは、情報ビットの長さおよびパリティビットの長さの和に相当するものとする。

分配器１３は、制御部１５から与えられる指示に従って、符号化率調整器１２により符号化率が調整された符号語の各ビットを変調器１４ａ〜１４ｃに分配する。制御部１５から分配器１３に与えられる指示は、各周波数帯の使用可能リソースを表す情報、符号長を表す情報、各周波数帯の変調方式を表す情報を含む。

変調器１４ａ〜１４ｃは、周波数帯ごとに設けられる。この例では、変調器１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、それぞれ、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯に対して設けられる。そして、変調器１４ａ〜１４ｃは、それぞれ、制御部１５から与えられる指示に従って、分配器１３から与えられるビット列からそれぞれ変調信号を生成する。制御部１５から変調器１４ａ〜１４ｃに与えられる指示は、変調方式を表す情報を含む。すなわち、変調器１４ａ〜１４ｃは、それぞれ、制御部１５において決定される変調方式に応じて、入力ビット列からそれぞれ変調信号を生成する。

制御部１５には、制御情報が与えられる。制御情報は、データのビット長を表す情報、要求品質を表す情報を含む。データのビット長を表す情報は、例えば、そのデータを生成したアプリケーションから与えられる。要求品質を表す情報は、ユーザ、アプリケーション、またはネットワーク管理システムから与えられる。要求品質は、例えば、最大伝送遅延、最大誤り率等を表す。そして、制御部１５は、各周波数帯の通信品質、各周波数帯の使用可能リソース、データのビット長、与えられる要求品質に基づいて、データを伝送するための符号の種別、データを伝送するための符号語中の情報ビットの長さ、符号語の符号化率、各周波数帯の変調方式を決定する。なお、この明細書において「伝送遅延」は、ある無線通信装置から送信される信号が他の無線通信装置により受信されて復号されるまでの時間を意味することがある。即ち、伝送遅延は、復号処理遅延を含むことがある。

制御部１５は、品質測定部２１およびリソース検出部２２を含む。品質測定部２１は、周波数帯ごとに、自装置と相手装置との間の通信品質を測定する。ただし、「測定する」は、相手装置において測定された値を取得する処理を含む。例えば、送信回路１０が相手装置へ参照信号を送信したときに、相手装置は、その参照信号を利用してＲＳＳＩおよびＳＩＮＲを測定する。この場合、品質測定部２１は、ＲＳＳＩおよびＳＩＮＲの測定値を相手装置から受信することにより、自装置と相手装置との間の通信品質を測定する。ただし、品質測定部２１は、他の方法で通信品質を測定してもよい。例えば、品質測定部２１は、相手装置に対して参照信号の送信を依頼し、相手装置から受信する参照信号を利用してＲＳＳＩおよびＳＩＮＲを測定してもよい。或いは、品質測定部２１は、自装置と相手装置との間の通信品質を推定してもよい。

リソース検出部２２は、周波数帯ごとに、使用可能な通信リソースを検出する。例えば、各周波数帯において複数のサブチャネルが提供される無線通信システムにおいては、リソース検出部２２は、未使用のサブチャネルを検出してもよい。また、リソース検出部２２は、使用可能な通信リソースを表す情報をネットワーク管理システムから取得してもよい。

制御部１５は、デジタル信号を処理するプロセッサシステムまたはデジタル信号処理回路によって実現される。プロセッサシステムは、プロセッサエレメントおよびメモリを含み、与えられたプログラムを実行することにより制御部１５の機能を提供する。デジタル信号処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）であり、制御部１５の機能を提供する。

ＲＦ回路１６ａ〜１６ｃは、周波数帯ごとに設けられる。この実施例では、ＲＦ回路１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯に対して設けられる。そして、ＲＦ回路１６ａ〜１６ｃは、それぞれ、変調器１４ａ〜１４ｃにより生成される変調信号を対応する周波数帯にアップコンバートする。アンテナ１７ａ〜１７ｃは、それぞれ、ＲＦ回路１６ａ〜１６ｃにより生成されるＲＦ変調信号を出力する。

図３は、無線通信装置２、３が備える受信回路の一例を示す。受信回路３０は、この実施例では、図３に示すように、複数のアンテナ３１ａ〜３１ｃ、複数のダウンコンバータ３２ａ〜３２ｃ、制御部３３、複数の復調器３４ａ〜３４ｃ、逆分配器３５、符号化率逆調整器３６、復号器３７を備える。なお、受信回路３０は、図３に示していない他の回路要素を備えていてもよい。

受信回路３０は、他の無線通信装置から送信される無線信号を受信する。この実施例では、受信回路３０は、図２に示す送信回路１０から送信される無線信号を受信する。この無線信号は、複数のアンテナ３１ａ〜３１ｃを介して受信され、ダウンコンバータ３２ａ〜３２ｃによりベースバンド帯にダウンコンバートされる。なお、ダウンコンバータ３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれ、920MHz、2.4GHz、5GHzの局発信号で受信信号をダウンコンバートする。したがって、復調器３４ａ、３４ｂ、３４ｃには、それぞれ、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯を利用して伝送されてきた信号が導かれる。

制御部３３は、他の無線通信装置に実装される制御部１５との間で制御情報を共有することにより、複数の復調器３４ａ〜３４ｃ、逆分配器３５、符号化率逆調整器３６、復号器３７を制御する。制御部３３は、他の無線通信装置に実装される制御部１５との間で、例えば、符号種別を表す情報、符号長を表す情報、符号化率を表す情報、各周波数帯の変調方式を表す情報、復号繰返し回数を表す情報を共有してもよい。送信回路１０に実装される制御部１５と受信回路３０に実装される制御部３３との間で共有される情報は、無線通信装置２、３間で直接的に通知されるようにしてもよいし、ネットワーク管理システムを介して通知されるようにしてもよい。

制御部３３は、デジタル信号を処理するプロセッサシステムまたはデジタル信号処理回路によって実現される。プロセッサシステムは、プロセッサエレメントおよびメモリを含み、与えられたプログラムを実行することにより制御部３３の機能を提供する。デジタル信号処理回路は、例えば、ＦＰＧＡであり、制御部３３の機能を提供する。

復調器３４ａ〜３４ｃは、それぞれ、制御部３３から与えられる指示に従って、対応する周波数帯の受信信号を復調する。このとき、復調器３４ａ〜３４ｃは、変調器１４ａ〜１４ｃによる変調処理に対応する復調処理を実行する。逆分配器３５は、制御部３３から与えられる指示に従って、復調器３４ａ〜３４ｃから出力されるビット列を合成する。このとき、逆分配器３５は、分配器１３による分配処理に対応する逆分配処理を実行する。符号化率逆調整器３６は、制御部３３から与えられる指示に従って、逆分配器３５から出力されるビット列の符号化率を調整する。このとき、符号化率逆調整器３６は、符号化率調整器１２による調整処理の逆処理を実行する。

復号器３７は、制御部３３から与えられる指示に従って、符号化率逆調整器３６から出力されるビット列を復号する。このとき、復号器３７は、符号化器１１による符号化に対応する復号処理を実行する。なお、制御部３３から復号器３７に与えられる指示は、復号繰返し回数を表す情報を含んでいてもよい。この場合、復号器３７は、制御部３３により指定される回数だけ復号処理を実行する。

図４は、通信方式を決定する方法の概要を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、送信回路１０に実装されている制御部１５により実行される。また、このフローチャートの処理は、例えば、他の無線通信装置へデータを送信する旨のリクエストがアプリケーションから制御部１５へ与えられたときに実行される。

Ｓ１において、制御部１５は、各周波数帯の品質を測定する。この実施例では、制御部１５は、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯それぞれについて、ＲＳＳＩおよびＳＩＮＲを測定する。なお、品質の測定は、上述したように、相手装置における測定結果を取得するケースを含むものとする。

Ｓ２において、制御部１５は、Ｓ１で測定した各周波数帯の品質に基づいて、各周波数帯で使用する変調方式を選択する。ここで、通信品質の良好な周波数帯に対しては、多値度の高い変調方式（すなわち、１シンボル当たりのビット数の多い変調方式）が選択される。一方、通信品質の悪い周波数帯に対しては、多値度の低い変調方式（すなわち、１シンボル当たりのビット数の少ない変調方式）が選択される。例えば、無線通信システムにおいてＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭが使用可能であるものとする。この場合、通信品質が所定の閾値レベルよりも低い周波数帯に対してＱＰＳＫが選択され、通信品質が所定の閾値レベル以上の周波数帯に対して１６ＱＡＭが選択される。

Ｓ３において、制御部１５は、伝送データの要求品質に応じて、符号種別および復号繰返し回数を決定する。伝送データの要求品質としては、この実施例では、最大伝送遅延および／または最大の誤り訂正能力が指定される。要求品質を表す情報は、ユーザ、アプリケーション、またはネットワーク管理システムから与えられる。

小さい伝送遅延が要求されたときは、制御部１５は、処理時間の短い符号を選択すると共に、復号繰返し回数として小さい値を指定する。例えば、無線通信システムにおいて畳込み符号および低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ：Low Density Parity Check）が使用可能であるものとする。ここで、復号処理に要する時間は、ＬＤＰＣよりも畳込み符号の方が短い。したがって、小さい伝送遅延が要求されたときは、制御部１５は、符号種別として畳込み符号を選択すると共に、復号繰返し回数として「１」を選択する。

低い誤り率が要求されたときは、制御部１５は、誤り訂正能力の高い符号を選択すると共に、復号繰返し回数として大きな値を指定する。ここで、誤り訂正能力は、畳込み符号よりもＬＤＰＣの方が高い。また、復号処理を繰返し実行することにより誤り率を改善することが可能である。したがって、低い誤り率が要求されたときは、制御部１５は、符号種別としてＬＤＰＣを選択すると共に、復号繰返し回数として「６４」を選択する。

Ｓ４において、制御部１５は、伝送データの要求品質およびリソース情報に基づいて、各周波数帯のリソース、符号長、符号化率を決定する。ここで、制御部１５は、変調方式を再選択してもよい。リソース情報は、使用可能な周波数および／または使用可能な時間を表す。使用可能な周波数は、例えば、各周波数帯において複数のサブチャネルが提供される無線通信システムにおいては、未使用のサブチャネルを表す。また、使用可能な時間は、未使用のタイムスロットを表す。なお、制御部１５は、ネットワーク管理システムからリソース情報を受信してもよい。

小さい伝送遅延が要求されたときは、制御部１５は、符号長を短くすると共に、符号化率を高くする。一方、低い誤り率が要求されたときは、制御部１５は、符号長を長くすると共に、符号化率を低くする。なお、一般に、符号長が短いほど復号処理に要する時間が短くなり、符号化率が低いほど誤り訂正能力が高くなる。

次に、通信方式を決定する方法の一例を示す。以下の記載では、まず、周波数帯ごとに独立して通信方式を決定する方法を説明し、その後で本発明の実施形態に係わる方法を説明する。

以下の例では、送信回路１０は、２個の周波数帯Ｘ、Ｙを利用して２４ビットのデータを伝送するものとする。周波数帯Ｘにおいては３個のサブチャネルが使用可能であり、周波数帯Ｙにおいては６個のサブチャネルが使用可能である。周波数帯Ｘの通信品質は高く、周波数帯Ｙの通信品質は低い。通信品質の高い周波数帯Ｘでは、各サブチャネルを介して１６ＱＡＭ信号が伝送され、通信品質の低い周波数帯Ｙでは、各サブチャネルを介してＱＰＳＫ信号が伝送される。

図５は、周波数帯ごとに独立して通信方式を決定する方法の一例を示す。この例では、図５（ａ）に示すように、周波数帯Ｘ、Ｙを利用してそれぞれ１２ビットのデータが伝送される。周波数帯Ｘの通信品質は高いので、符号化率は高い（付加されるパリティビットは少ない）。よって、周波数帯Ｘにおいては、１２ビットの情報ビットに対して８ビットのパリティが付加され、２０ビットの符号語Ｘが生成される。一方、周波数帯Ｙの通信品質は低いので、符号化率は低い（付加されるパリティビットは多い）。よって、周波数帯Ｙにおいては、１２ビットの情報ビットに対して２２ビットのパリティビットが付加され、３４ビットの符号語Ｙが生成される。

さらに、周波数帯Ｘにおいては多値度の高い変調方式（ここでは、１６ＱＡＭ）が適用され、周波数帯Ｙにおいては多値度の低い変調方式（ここでは、ＱＰＳＫ）が適用される。すなわち、周波数帯Ｘにおいては１個のシンボルに４ビットが割り当てられ、周波数帯Ｙにおいては１個のシンボルに２ビットが割り当てられる。この結果、周波数帯Ｘを利用して伝送される符号語Ｘは、３個の情報ビットシンボルおよび２個のパリティビットシンボルにマッピングされる。また、周波数帯Ｙを利用して伝送される符号語Ｙは、６個の情報ビットシンボルおよび１１個のパリティビットシンボルにマッピングされる。なお、図５において、「Ｉ」は情報ビットを伝送する情報ビットシンボルを表し、「Ｐ」はパリティビットを伝送するパリティビットシンボルを表す。

符号語Ｘ、Ｙは、それぞれ、図５（ｂ）に示すように、使用可能なリソースに割り当てられる。図５（ｂ）は、各周波数帯におけるサブチャネルと単位時間（タイムスロット）に対するシンボルの割り当ての関係を示す。周波数帯Ｘにおいては、第１タイムスロットに３個の情報ビットシンボルが割り当てられ、第２タイムスロットに２個のパリティビットシンボルが割り当てられる。周波数帯Ｙにおいては、第１タイムスロットに６個の情報ビットシンボルが割り当てられ、第２タイムスロットに６個のパリティビットシンボルが割り当てられ、第３タイムスロットに５個のパリティビットシンボルが割り当てられる。なお、図５（ｂ）において、斜線領域は、シンボルが伝送されないリソースを表している。

このように、図５に示す例では、２４ビットのデータを伝送するために、３タイムスロット期間を要する。また、受信回路３０においてデータを再生するためには、符号語全体を受信する必要がある。したがって、周波数帯Ｘを利用して伝送される信号は、２タイムスロット期間が経過した後に復号処理が開始される。また、周波数帯Ｙを利用して伝送される信号は、３タイムスロット期間が経過した後に復号処理が開始される。さらに、伝送シンボルが割り当てられていない未使用のリソースが存在する。

本発明の実施形態に係る方法においては、要求される通信品質を満足させながらデータ伝送効率が高くなるように、通信方式およびリソースの割り当てが決定される。例えば、以下の要求のうちの少なくとも１つを満足するように通信方式およびリソースの割り当てが決定される。
（１）データを伝送するために要する時間（タイムスロットの個数）を削減する
（２）受信装置において復号処理の開始タイミングを早くして復号処理遅延を削減する
（３）リソースの使用効率を高くする
すなわち、オーバヘッドを小さくすると共に、符号化利得が大きくなるように、複数の周波数帯全体で通信方式を決定する。

図６は、本発明の実施形態に係る送信回路１０おいて通信方式を決定する方法の一例を示す。この例では、図６（ａ）に示すように、１２ビットの情報ビットに対して１２ビットのパリティビットが付加され、２４ビットの符号語が生成される。この符号語の一部は周波数帯Ｘを利用して伝送され、残り部分は周波数帯Ｙを利用して伝送される。具体的には、情報ビットが周波数帯Ｘを利用して伝送され、パリティビットが周波数帯Ｙを利用して伝送される。ただし、本発明の実施形態は、図６に示す例に限定されるものではない。即ち、情報ビットが周波数帯Ｘおよび周波数帯Ｙの双方を利用して伝送されるようにしてもよいし、パリティビットが周波数帯Ｘおよび周波数帯Ｙの双方を利用して伝送されるようにしてもよい。

図５に示す例と同様に、周波数帯Ｘにおいて１６ＱＡＭが適用され、周波数帯ＹにおいてＱＰＳＫが適用される。すなわち、周波数帯Ｘにおいては１個のシンボルに４ビットが割り当てられ、周波数帯Ｙにおいては１個のシンボルに２ビットが割り当てられる。この結果、周波数帯Ｘを利用して伝送される情報ビット（１２ビット）は、３個の情報ビットシンボルにマッピングされる。周波数帯Ｙを利用して伝送されるパリティビット（１２ビット）は、６個のパリティビットシンボルにマッピングされる。なお、図６（ａ）に示す符号語を２個生成することにより、２４ビットのデータが伝送される。

各符号語は、図６（ｂ）に示すように、使用可能なリソースに割り当てられる。図６（ｂ）は、各周波数帯におけるサブチャネルと単位時間（タイムスロット）に対するシンボルの割り当ての関係を示す。この例では、１番目の符号語が第１タイムスロットに割り当てられ、２番目の符号語が第２タイムスロットに割り当てられる。すなわち、第１タイムスロットにおいて、３個の情報ビットシンボルＩは、周波数帯Ｘの３個のサブチャネルに割り当てられ、６個のパリティビットシンボルＰは、周波数帯Ｙの６個のサブチャネルに割り当てられる。第２タイムスロットにおいても、３個の情報ビットシンボルＩは、周波数帯Ｘの３個のサブチャネルに割り当てられ、６個のパリティビットシンボルＰは、周波数帯Ｙの６個のサブチャネルに割り当てられる。

このように、図６に示す例では、２タイムスロット期間で２４ビットのデータを伝送することができる。また、この例では、１タイムスロット期間で１個の符号語全体が伝送される。すなわち、受信装置は、１タイムスロット期間が経過した時点で、復号処理を開始することができる。したがって、図５に示す方法と比較すると、復号処理遅延が削減される。さらに、図６に示す例では、第１〜第２タイムスロットにおいて、未使用のリソースが存在しない。すなわち、図５に示す方法と比較すると、リソースの使用効率が改善している。

本発明の実施形態に係る通信方式制御方法は、図６に示すように、復号処理遅延が小さく、且つ、リソースの使用効率の高くなるように、符号の種別、符号語中の情報ビットの長さ、符号化率、各周波数帯の変調方式などを決定する。以下では、これらの通信パラメータを決定する手順を説明する。

図７は、通信方式を決定する方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図４に示すフローチャートのＳ２〜Ｓ４に相当する。なお、図７に示す実施例では、ユーザまたはアプリケーションにより許容可能な伝送遅延が要求されるものとする。

Ｓ１１において、制御部１５は、無線通信システムにおいて使用可能な複数の符号の中から、使用すべき符号を選択する。このとき、制御部１５は、例えば、無線通信システムにおいて使用可能な複数の符号の中から、誤り訂正能力の最も高い符号を選択する。

Ｓ１２において、制御部１５は、情報ビット長を指定する。情報ビット長は、符号語中に格納されるデータの長さを表す。すなわち、各符号語に格納されるデータのビット数が指定される。このとき、制御部１５は、例えば、情報ビット長として入力データのビット長を指定する。

Ｓ１３において、制御部１５は、各周波数帯の通信品質に基づいてＭＣＳおよび復号繰返し回数を指定する。各周波数帯についてのＭＣＳとしては、変調方式が指定される。例えば、通信品質が高いほど、または誤り訂正能力が高いほど、多値度の高い変調方式が指定される。換言すれば、通信品質が低いほど、または誤り訂正能力が低いほど、多値度の低い変調方式が指定される。通信品質および誤り訂正能力と変調方式との関係は、予め測定またはシミュレーション等により決められていることが好ましい。

また、Ｓ１３において、符号化率も指定される。ただし、本発明の実施形態では、１つの符号語が複数の周波数帯を利用して伝送される。よって、符号化率は、各周波数帯に対して個々に指定されるのではなく、複数の周波数帯を利用する通信に対して指定される。また、復号繰返し回数も、複数の周波数帯を利用する通信に対して指定される。

Ｓ１４において、制御部１５は、Ｓ１１〜Ｓ１３で選択または指定したパラメータでデータ伝送が実行されたときの伝送遅延を計算する。ここでは、伝送遅延は、受信装置において実行される復号処理に要する時間（以下、復号処理時間）を含む。そして、伝送遅延は、復号処理時間に強く依存する。尚、復号処理時間は、符号の種別に依存する。また、符号長または符号語中の情報ビット長が長いほど、復号処理時間が長くなる。さらに、復号繰返し回数が多いほど、復号処理時間が長くなる。

Ｓ１５において、制御部１５は、ユーザまたはアプリケーションにより要求される許容可能な伝送遅延（以下、要求遅延）とＳ１４で計算した伝送遅延とを比較する。そして、Ｓ１４で計算した伝送遅延が要求遅延よりも小さければ、制御部１５の処理はＳ１６へ進む。すなわち、現在のパラメータが要求品質を満足するときは、制御部１５の処理はＳ１６へ進む。なお、「現在のパラメータ」は、Ｓ１１〜Ｓ１３で選択または指定したパラメータを意味する。ただし、Ｓ１７、Ｓ２０、Ｓ２２またはＳ２３においてパラメータが更新された後は、「現在のパラメータ」は更新されたパラメータを意味する。

Ｓ１６において、制御部１５は、現在のパラメータで所定の時間内に所定量のデータを送信する場合に、余りリソースが存在するか否かを判定する。「余りリソース」は、この実施例では、未使用のリソースに相当する。例えば、図５（ｂ）に示す例では、斜線領域で表されるリソースが余りリソースである。ここで、送信回路１０は、使用可能なすべてのリソースを使用して信号を送信することが好ましい。

したがって、現在のパラメータで余りリソースが存在するときは、制御部１５は、Ｓ１７において、余りリソースが最小になるようにＭＣＳを変更する。この場合、制御部１５は、例えば、パリティビットを追加することにより符号化率を低くする。なお、符号化率を低くすると、受信装置において誤り訂正能力の改善が期待される。すなわち、余りリソースを利用してパリティビットを増やすことで、伝送遅延を大きくすることなく誤り訂正能力を改善することができる。なお、制御部１５は、パリティビット長を長くすると共に、変調方式および／または符号種別を変更してもよい。

現在のパラメータで余りリソースが存在しないと判定したとき、または、Ｓ１７の処理が終了したときは、制御部１５の処理はＳ１８へ進む。制御部１５は、Ｓ１８において、送信回路１０内の各回路要素にパラメータを設定する。すなわち、制御部１５は、符号化器１１に対して、符号の種別を表す情報および情報ビットの長さを表す情報を設定する。制御部１５は、符号化率調整器１２に対して、符号化率を表す情報を設定する。制御部１５は、分配器１３に対して、各周波数帯の使用可能リソースを表す情報、符号長を表す情報、各周波数帯の変調方式を表す情報を設定する。制御部１５は、変調器１４ａ〜１４ｃに対して、変調方式を表す情報を設定する。また、制御部１５は、決定したパラメータを受信回路３０へ通知する。このとき、制御部１５は復号繰返し回数を表す情報も受信回路３０へ通知する。

現在のパラメータに基づいてＳ１４で計算した伝送遅延が要求遅延よりも大きければ（Ｓ１５：Ｎｏ）、制御部１５は、伝送遅延を小さくするためにＳ１９〜Ｓ２３の処理を実行する。すなわち、Ｓ１９において、制御部１５は、現在のパラメータとして指定されている復号繰返し回数が１であるか否かを判定する。復号繰返し回数が２以上であるとき
は、制御部１５は、Ｓ２０において、復号繰返し回数を少なくする。このとき、制御部１５は、例えば、復号繰返し回数を１だけ少なくする。

この後、制御部１５の処理はＳ１３に戻り、ＭＣＳが再選択される。すなわち、Ｓ１３〜Ｓ１５、Ｓ１９、Ｓ２０において、復号繰返し回数を削減することで伝送遅延が要求遅延よりも小さくなったか否かが判定される。この処理ループは、伝送遅延が要求遅延よりも小さくなるまで繰り返し実行される。ただし、復号繰返し回数が１であるにもかかわらず伝送遅延が要求遅延以上である場合には、制御部１５の処理はＳ２１へ進む。

Ｓ２１において、制御部１５は、現在のパラメータとして指定されている情報ビット長が、選択されている符号種別での最小の情報ビット長であるか否かを判定する。ここで、情報ビット長が小さければ、符号長も短くなり、伝送遅延の削減が期待される。そこで、現在のパラメータとして指定されている情報ビット長が最小のビット長でないときは、制御部１５は、Ｓ２２において情報ビット長を短くする。すなわち、入力データを分割することにより、各符号語中に格納するデータの長さを短くする。

この後、制御部１５の処理はＳ１３に戻り、ＭＣＳが再選択される。すなわち、Ｓ１３〜Ｓ１５、Ｓ２１、Ｓ２２において、情報ビット長を短くすることで伝送遅延が要求遅延よりも小さくなったか否かが判定される。この処理ループは、伝送遅延が要求遅延よりも小さくなるまで繰り返し実行される。ただし、情報ビット長が最小のビット長まで削減されたにもかかわらず伝送遅延が要求遅延以上である場合には、制御部１５の処理はＳ２３へ進む。

Ｓ２３において、制御部１５は、符号種別を変更する。この場合、復号処理時間の短い符号が新たに選択される。例えば、ＬＤＰＣでは伝送遅延が要求遅延以上であるときは、畳込み符号が選択される。

この後、制御部１５の処理はＳ１２に戻る。この場合、新たに選択された符号に対してＳ１３以降の処理が実行されるので、Ｓ１２において、情報ビット長の初期値が指定される。例えば、制御部１５は、情報ビット長として入力データのビット長を指定する。
そして、符号種別を変更することで伝送遅延が要求遅延よりも小さくなったか否かが判定される。この処理ループは、伝送遅延が要求遅延よりも小さくなるまで繰り返し実行される。

図６に示すケースを参照して図７に示すフローチャートの実施例を説明する。以下の記載では、入力データは２４ビットであるものとする。
Ｓ１１において、所定の符号種別（以下、符号Ａ）が選択される。Ｓ１２において、情報ビット長として２４ビットが指定される。Ｓ１３において、周波数帯Ｘに対して１６ＱＡＭが指定され、周波数帯Ｙに対してＱＰＳＫが指定される。また、復号繰返し回数としてＮ（Ｎは、２以上の整数）が指定される。Ｓ１４〜Ｓ１５において、伝送遅延が要求遅延よりも大きいものとする。この場合、Ｓ１９〜Ｓ２０において、復号繰返し回数がＮから１に変更された後、制御部１５の処理はＳ１３に戻り、ＭＣＳが再選択される。

Ｓ１３において、必要に応じてＭＣＳが変更される。ここで、Ｓ１４〜Ｓ１５において、再度、伝送遅延が要求遅延よりも大きいものとする。この場合、Ｓ２１〜Ｓ２２において、情報ビット長が２４から１２に変更された後、制御部１５の処理はＳ１３に戻り、ＭＣＳが再選択される。

Ｓ１３において、必要に応じてＭＣＳが変更される。Ｓ１４〜Ｓ１５において、再度、伝送遅延が要求遅延よりも大きいものとする。この場合、Ｓ２３において、符号種別が符号Ａから符号Ｂに変更された後、制御部１５の処理はＳ１２に戻る。なお、符号Ａと比較して、符号Ｂの復号処理時間は短いものとする。そして、符号種別が符号Ａから符号Ｂに変更されたことにより、Ｓ１４〜Ｓ１５において、伝送遅延が要求遅延よりも小さいものとする。ここで、Ｓ１６の判定条件が「余りリソースが最小」であるものとする。そうすると、図６に示す例では、Ｓ１６の判定結果が「Ｙｅｓ」となる。

この後、Ｓ１８において、データ伝送の準備が実行される。すなわち、符号化器１１に対して「符号の種別：符合Ｂ」「情報ビット長：１２」が設定される。符号化率調整器１２に対して「符号化率：１／２」が設定される。分配器１３に対して「周波数帯Ｘ：３サブチャネル、１６ＱＡＭ」「周波数帯Ｙ：６サブチャネル、ＱＰＳＫ」「符号長：２４」が設定される。周波数帯Ｘに対応する変調器（例えば、変調器１４ａ）に対して「変調方式：１６ＱＡＭ」が設定され、周波数帯Ｙに対応する変調器（例えば、変調器１４ｂ）に対して「変調方式：ＱＰＳＫ」が設定される。

図８は、変調方式による特性の差異を説明する図である。ここでは、誤り訂正を行わないケースにおいて、多値度の異なる変調方式のビット誤り率（ＢＥＲ）を比較している。尚、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの多値度（１シンボル当たり伝送されるビット数）は、それぞれ１、２、３、４、６である。そして、例えば、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭにおいて、ビット誤り率が１パーセントとなる信号対雑音比は、それぞれ、8dB、14dB、22dBである。すなわち、多値度が高い変調方式ほど、高い信号対雑音比が要求される。したがって、通信品質が良好な周波数帯においては、多値度の高い変調方式を使用することができ、通信品質が悪い周波数帯においては、多値度の低い変調方式しか使用することができない。

図９は、符号の種別による特性の差異を説明する図である。ここでは、誤り訂正を行わないケース、畳込み符号を使用するケース、ＬＤＰＣを使用するケースについてパケット誤り率（ＰＥＲ）を比較している。図９に示すように、誤り訂正を実行することにより所要ＳＮＲが低くなる。また、ＬＤＰＣの誤り訂正能力は、畳込み符号よりも高い。但し、畳込み符号と比較してＬＤＰＣの復号処理時間は長くなる。したがって、これらの符号を使用可能な無線通信システムでは、小さな伝送遅延が要求されるときは畳込み符号が選択され、低い誤り率が要求されるときはＬＤＰＣが選択される。

図１０は、符号長および符号化率による特性の差異を説明する図である。ここでは、符号長（Ｌ＝５１２、１０２４、２０４８、４０９６）および符号化率（Ｒ＝１／３、１／２、２／３、３／４）に対してパケット誤り率を比較している。図１０に示すように、符号長が長いほどＰＥＲ特性が向上し、符号化率が低くなるほどＰＥＲ特性が向上する。ただし、符号化率が低くなると、パリティビットの割合が高くなるので、実効データレートは低下する。

図１１は、復号繰返し回数による特性の差異を説明する図である。ここでは、復号繰返し回数に対してビット誤り率を比較している。図１１に示すように、復号繰返し回数を多くすると、誤り訂正能力が向上する。ただし、復号繰返し回数を多くすると、必然的に復号処理時間が増加するので、伝送遅延が大きくなってしまう。

図８〜図１１に示す特性は、予め測定またはシミュレーションにより得られている。そして、制御部１５は、図８〜図１１に示す特性を利用して、図７に示すフローチャートの処理を実行する。

１ 無線通信システム
２、３ 無線通信装置
１０ 送信回路
１１ 符号化器
１２ 符号化率調整器
１３ 分配器
１４ａ〜１４ｃ 変調器
１５ 制御部
１６ａ〜１６ｃ ＲＦ回路
１７ａ〜１７ｃ アンテナ
２１ 品質測定部
２２ リソース検出部
３０ 受信回路
３１ａ〜３１ｃ アンテナ
３２ａ〜３２ｃ ダウンコンバータ
３３ 制御部
３４ａ〜３４ｃ 復調器
３５ 逆分配器
３６ 符号化率逆調整器
３７ 復号器

Claims (7)

1. 複数の周波数帯を利用して符号語を伝送する無線通信システムにおいて使用される無線通信装置であって、
   制御部と、
   前記制御部により決定された符号の種別および情報ビットの長さに従って、データを符号化して符号語を生成する符号化器と、
   前記制御部により決定された符号化率に従って、前記符号化器により生成された符号語の符号化率を調整する符号化率調整器と、
   各周波数帯に対して設けられ、前記制御部により決定された各周波数帯の変調方式に従って、与えられるビット列からそれぞれ変調信号を生成する複数の変調器と、
   各周波数帯の使用可能リソース、前記情報ビットの長さおよび前記符号化率から算出される符号長、各周波数帯の変調方式に基づいて、前記符号化率調整器により符号化率が調整された符号語の各ビットを前記複数の変調器に分配する分配器と、を備え、
   前記制御部は、
   各周波数帯の品質に基づいて各周波数帯の変調方式を決定し、
   データの要求品質に基づいて前記データを伝送するための符号の種別および前記データを伝送するための符号語中の情報ビットの長さを決定し、
   前記要求品質および各周波数帯の使用可能リソースに基づいて、前記符号語の符号化率を決定する
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記制御部は、データの要求品質および各周波数帯の使用可能リソースに基づいて、各周波数帯の変調方式を再決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記制御部は、符号の種別、情報ビットの長さ、符号化率、各周波数帯の変調方式を、
   受信器に通知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記制御部は、与えられる要求品質に基づいて、前記受信器において前記変調信号を復号するための復号繰返し回数をさらに決定し、決定した復号繰返し回数を前記受信器に通知する
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記要求品質は、許容可能な伝送遅延であり、
   前記制御部は、許容可能な伝送遅延に基づいて、前記符号語中の情報ビットのビット長を決定する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の無線通信装置。
6. 前記要求品質は、許容可能な伝送遅延であり、
   前記制御部は、許容可能な伝送遅延に基づいて、符号の種別を決定する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の無線通信装置。
7. 複数の周波数帯を利用して符号語を伝送する無線通信システムにおいて使用される無線通信装置において、前記各周波数帯の通信方式を制御する通信方式制御方法であって、
   各周波数帯の品質に基づいて各周波数帯の変調方式を決定し、
   データの要求品質に基づいて前記データを伝送するための符号の種別および前記データを伝送するための符号語中の情報ビットの長さを決定し、
   前記要求品質および各周波数帯の使用可能リソースに基づいて、前記符号語の符号化率を決定し、
   決定した符号の種別および情報ビットの長さに従って、前記データを符号化して符号語を生成し、
   決定した符号化率に従って、前記符号語の符号化率を調整し、
   前記各周波数帯の使用可能リソース、決定した情報ビットの長さおよび符号化率から算出される符号長、決定した各周波数帯の変調方式に基づいて、符号化率が調整された前記符号語の各ビットを、前記複数の周波数帯に分配し、
   決定した各周波数帯の変調方式に従って、前記複数の周波数帯に分配された各ビット列からそれぞれ変調信号を生成する、
   ことを特徴とする通信方式制御方法。

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