説明

伝送電力を最適化するためのHARQプロトコルに基づくリンク適応通信システムにおけるデータパケット伝送方法

【課題】クロスレイヤ適応メカニズムにおいて伝送電力を最適化するデータパケット伝送方法を提供する。
【解決手段】本発明は、基地局(BS)と通信する少なくとも1つの端末(UE)を有する通信システムにおけるデータパケット伝送方法であって、複数回の送信後の残留パケットエラーレートPERresを得るようHARQスキームに基づき端末から基地局へ所与の電力によりデータパケットの少なくとも1度の送信を行うデータパケット伝送方法に関する。方法は、複数回の送信の数Tr、残留パケットエラーレートPERresに達するための各送信i(i=1,・・・,Tr)の目標パケットエラーレートPERtg(i)、データパケット伝送電力を最小限とするための各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームmの共同選択のステップを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線通信システムの分野、より具体的には、リンク適応通信システムの分野に関する。
【背景技術】
【0002】
無線通信システムにおいて、端末によって受信される信号の品質は、多くの要因に依存する。スループットレート及びシステム全体の容量を最小限とするために、送信される信号の特性は、伝送チャネル品質の変動を考慮するよう修正される。この修正メカニズムはリンク適応(link adaption)として知られている。
【0003】
無線通信システムにおいてリンクを適応させるための従来の手段は、適応変調及び符号化(adaptive modulation and coding)(AMC)を用いるもの、言い換えると、チャネル品質に基づき変調及び符号化スキーム(modulation and coding scheme)(MCS)を選択するものである。この手段は、特に、3GPP HSxPA及びETSI HIPERLAN/2システムにおいて使用される。
【0004】
通常、伝送チャネルにおける低い信号対雑音比のために、低い効率(すなわち、高い冗長度)及び/又は低い変調度(すなわち、小さいクラスタ)による符号化が採用される。反対に、伝送チャネルが高い信号対雑音比を有する場合は、スループットレートは、高い効率及び高い変調度による符号化を選択することによって最大限にされる。信号対雑音比(signal-to-noise ratio)(SNR)又は信号対干渉及び雑音比(signal-to-interference-plus-noise)(SINR)は、一般的に、チャネル伝搬定数の推定とパイロットシンボルとを用いて受信器によって推定される。例えば、A.J.Goldsmith及びS.Chua、“Adaptive coded modulation for fading channels”、IEEE Trans. On Communications、1998年(非特許文献1)を参照されたい。
【0005】
伝送チャネルにおけるチャネルフェーディングを改善するために、HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)メカニズムを使用することが知られている。受信器が誤ったパケットを受信した場合に、否定応答(negative acknowledgement)(NACK)が送信器へ返され、パケットは再送信される。特に、パケットがそのままで再送信されるのか、あるいは、付加的なパリティのみが送信されるのか(増加的冗長性(incremental redundancy))に基づき、様々なタイプのHARQプロトコルが存在する。
【0006】
物理レイヤにおけるAMC適応スキームは、データリンクレイヤにおけるHARQメカニズムと組み合わされてよい。これはクロスレイヤ設計と呼ばれる。かかる場合において、第1の適応は、所与の目標パケットエラーレートに到達するよう受信器によって測定されたSINRに基づきMCSスキームを選択することによって、物理レイヤにおいて行われる。第2のより精細な適応は、再送信要求を送信することによって、データリンクレイヤにおいて行われる。クロスレイヤ設計は、AMC適応メカニズムにおけるMCSスキームの数を減らすことを可能にする。クロスレイヤ適応の例は、E.Calvanese Strinati等、“Performance evaluation of some hybrid ARQ schemes in IEEE 802.11a networks”、Proceedings of the IEEE Vehicular Technology 25 Conference、Spring、Vol.4、2735〜2739頁、2003年4月(非特許文献2)において見つけられ得る。このようなメカニズムに伴う1つの問題は、伝送電力に関して、このパラメータの適応が実行されないために、犠牲が大きいことである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】A.J.Goldsmith及びS.Chua、“Adaptive coded modulation for fading channels”、IEEE Trans. On Communications、1998年
【非特許文献2】E.Calvanese Strinati等、“Performance evaluation of some hybrid ARQ schemes in IEEE 802.11a networks”、Proceedings of the IEEE Vehicular Technology 25 Conference、Spring、Vol.4、2735〜2739頁、2003年4月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、クロスレイヤ適応メカニズムにおいて伝送電力を最適化することを提案することによって、上記の欠点を改善することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
第1の態様に従って、本発明は、基地局(BS)と通信する少なくとも1つの端末を有する通信システムにおけるデータパケット伝送方法であって、複数回の送信後の残留パケットエラーレートPERresを得るようHARQスキームに基づき前記端末から前記基地局へ所与の電力によりデータパケットの少なくとも1度の送信を行うデータパケット伝送方法に関する。
【0010】
本発明に従うデータパケット伝送方法は、
前記複数回の送信の数Tr
前記残留パケットエラーレートPERresに達するための各送信i(i=1,・・・,Tr)の目標パケットエラーレートPERtg(i)、及び
データパケット伝送電力を最小限とするための各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームm
の共同選択のステップを有する、ことを特徴とする。
【0011】
更に、本発明に従うデータパケット伝送方法は、以下の特徴の1又はそれ以上を有してよい。
【0012】
・前記データパケットは伝送リソースにおいて送信され、前記各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する前記変調及び符号化スキームmの選択は、信号対干渉及び雑音比SINR(i)≦P(i)・γであるようにされ、P(i)は、送信iに必要とされる伝送電力であり、γは、伝搬チャネル品質のインジケータである。
【0013】
・2回の連続する送信i、i+1からの2つのパケットは結合され、前記各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する前記変調及び符号化スキームmの選択は、送信信号対干渉及び雑音比SINR(i)と、送信iに必要とされる電力P(i)とが、次の式
【数4】

によって連関するようにされ、γは、伝搬チャネル品質のインジケータである。
【0014】
・前記複数回の送信の数Trは2よりも多く、当該データパケット伝送方法は、
各送信i>1の前に前記伝送チャネル品質のインジケータを決定するステップと、
前記複数回の送信の数Trと、前記残留パケットエラーレートPERresに達するための各送信i(i=2,・・・,Tr)の目標パケットエラーレートPERtg(i)と、各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームmとを更新するステップと
を更に有する。
【0015】
・送信i=1の目標パケットエラーレートは、送信i>1の目標パケットエラーレートよりも大きい。
【0016】
・前記伝搬チャネル品質のインジケータは、伝送リソースにおけるパイロットシンボルの伝送に対応する標準化された信号対干渉及び雑音比である。
【0017】
・前記目標パケットエラーレートPERtg=[PERtg(1),・・・,PERtg(i),・・・,PERtg(Tr)]は、PERtg(i)>PERtg(i+1)>・・・>PERtg(Tr)との制約を確認する。
【0018】
・各送信iにおける前記目標パケットエラーレートPERtg(i)は、次の式
【数5】

を満たす。
【0019】
・前記複数回の送信の数Trn及び各送信iにおける前記目標パケットエラーレートPERtg(i)は、各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームmに基づき次の式
【数6】

によって定義されるデータパケット伝送電力Pavgを最小限とする。
【0020】
・前記残留パケットエラーレートPERresは10−4よりも小さい。
【0021】
・前記通信システムは周波数分割多重アクセスOFDMシステムであり、各リソースは周波数インターバルである。
【発明の効果】
【0022】
本発明の実施形態によれば、クロスレイヤ適応メカニズムにおいて伝送電力を最適化することによって、従来技術の問題が解消され得る。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に従う通信システムを図式的に表す。
【図2】本発明に従うデータパケット伝送方法の実施形態を図式的に表す。
【図3】信号対干渉及び雑音比の関数としてパケットエラーレート曲線を表す。
【図4】様々な変調スキームのパラメータを表す。
【図5a】本発明に従うデータパケット伝送方法の様々な実施形態の1つを図式的に表す。
【図5b】本発明に従うデータパケット伝送方法の様々な実施形態の1つを図式的に表す。
【図5c】本発明に従うデータパケット伝送方法の様々な実施形態の1つを図式的に表す。
【図5d】本発明に従うデータパケット伝送方法の様々な実施形態の1つを図式的に表す。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明の更なる特徴及び利点は、単なる例示であって限定ではなく且つ添付の図面を参照して読まれるべき以下の説明から明らかになるであろう。
【0025】
ここでは、基地局BSと通信する少なくとも1つの端末UEを有するリンク適応無線通信システムについて記載する。図1は、そのようなシステムを図式的に表す。
【0026】
夫々の端末UEは、伝送リソースにおいてデータパケットを送信するための所与の伝送電力を有する。
【0027】
通信システムは、例えば、OFDM(直交周波数分割多重化(Orthogonal Frequency Division Multiplexing))システムである。夫々の端末UEは、1又は複数の周波数インターバルを割り当てられ、夫々のインターバルは、データパケットを送信する複数のOFDMシンボル時間のための一組の周波数チャンクから成る。
【0028】
この場合において、伝送リソースは周波数インターバルである。
【0029】
端末UE及び基地局BSとの間の伝送チャネルパラメータは、既知であると仮定される。この情報は、特に、夫々の伝送リソースのためのチャネル定数から成り、多重経路損失を考慮する。
【0030】
かかるパラメータは、当業者に知られている方法により推定されると考えられ、これ以上詳細には記載されない。
【0031】
また、伝送リソースは基地局BSで割り当てられ、夫々のユーザ、すなわち、夫々の端末UEへ通知されるとする。この割り当てが実行されると、夫々の端末UEは、伝送リソースにおいてデータパケットを送信するために必要とされる電力を決定する。
【0032】
伝送リソースにおけるデータパケットの送信は、HARQ伝送スキームに従って実行される。
【0033】
そのようなスキームに従って、パケット送信i=1は、送信/再送信Trに続いてパケットが残留パケットエラーレートPERres以下のパケットエラーレートで送信されるように、同じデータパケットの1又は複数の送信i=2,・・・,Trが後に続く。
【0034】
残留パケットエラーレートPERresを下回るように、夫々のデータパケット送信/再送信iのパラメータは、夫々の送信/再送信iについて目標パケットエラーレートPERtg(i)に基づき定義される。パケットエラーレートPERtg(i)の選択は、複数の送信パラメータを決定する。
【0035】
夫々の送信/再送信が独立したランダム過程であると考えられる場合に、これは
【数7】

を与える。
【0036】
夫々の目標パケットエラーレートPERtg(i)について、データパケット送信は変調及び符号化スキームm(i)に基づく。
【0037】
変調及び符号化スキームm(i)の選択は、このように、目標パケットエラーレートPERtg(i)と、伝送電力及び伝送チャネル品質に関連する信号対干渉及び雑音比とに依存する。
【0038】
チャネル品質は、推定信号対雑音比γ=(|H|/σ)・Pにより推定されてよい。ここで、H及びσは夫々、データパケットに使用される伝送リソースにおける伝送チャネル定数及び雑音電力に対応し、Pは送信信号電力である。
【0039】
この推定パラメータに基づき、図3において表されるパケットエラーレート曲線により変調及び符号化スキームm(i)を決定することが可能である。この図において、目標パケットエラーレートPERtg(i)に関し、複数の変調スキームmが複数の最小SINR値について可能である(同数の曲線に対応する)ことが分かる。かかる曲線は、目標パケットエラーレートに到達するよう最小SINRを推定するのに適している。
【0040】
図4は、選択された変調スキームの次数に基づく複数のパラメータを表す。
【0041】
夫々のデータパケット送信/再送信iのパラメータの選択は、求められるQoS(Quality of Service)に基づき定義される残留パケットエラーレートPERresを得るようデータパケット送信に必要とされる電力を最小限とするのに適している。
【0042】
残留パケットエラーレートは、例えば、WiFi(Wireless Fidelity)802.11a/b/c、LTE(Long Term Evolution)、LTE−A(LTE-Advanced)及びHSDPA(High Speed Downlink Packet Access)システムに関し、PERres=10−4に設定される。
【0043】
それは、データパケット伝送電力を最小限とするように、次のパラメータの共同選択Sから成る:
・前記複数回の送信の数Tr
・残留パケットエラーレートPERresに達するための各送信i(i=1,・・・,Tr)の目標パケットエラーレートPERtg(i);及び
・データパケット伝送電力を最小限とするための各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームm。
【0044】
従来のHARQ伝送スキームとは異なり、目標パケットエラーレートは、夫々の送信/再送信において変更されてよい。唯一要求されることは、データパケット送信/再送信の後に残留パケットエラーレートPERresを達成することである。
【0045】
それらのパラメータの共同選択Sは、複数の方法において行われてよい。図5a、5b、5c及び5dは、様々な実施形態に従うデータパケット伝送方法のステップを図式的に表す。
【0046】
[第1の実施形態]
第1の実施形態に従って、目標パケットエラーレートは、送信i=1の目標パケットエラーレートが、高次変調スキームm(i)を選択するよう有意であるように、定義される。次数が高いほど効率は大きくなる点に留意されたい。
【0047】
例えば、夫々の送信における目標パケットエラーレートは、パケットエラーレートPERres<10−9に到達するよう、PERtg=[0.4 0.2 0.0001 0.00001]であってよい。この実施形態に従って、送信は、エラーの高いリスクを有して実行されるが、伝送電力を最小限にしながら広いスペクトル効率を有する。
【0048】
1つの代替の実施形態は、信号対干渉及び雑音比SINR(i)=P(i)γが最小であるように、夫々の目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームm(i)を選択することであり、ここで、P(i)は、送信/再送信i及びγに必要とされる伝送電力である。
【0049】
このように、夫々の送信/再送信の目標パケットエラーレートに到達するよう、低い伝送電力を必要とする変調及び符号化スキームが選択される。
【0050】
第1の実施形態の更なる代替の実施形態は、夫々の送信i>1について広いスペクトル効率を得且つ目標パケットエラーレートを同じに保つように、送信i=1について有意な目標パケットエラーレートを選択することである。
【0051】
[第2の実施形態]
第2の実施形態に従って、送信パラメータは、次の関数:
【数8】

を極小化にすることによって、選択されてよい。ここで、P(i)は、目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームm(i)に基づき送信iに必要とされる電力である。
【0052】
この関数を極小化する問題は、次のように定義される:
Pm(i)≦Pmaxならば、1≦i≦Trであるように、
【数9】

である。Pmaxは、送信/再送信iについて端末UEが利用可能な電力である。
【0053】
上記の関数は、次の一連のステップによって極小化されてよい。
【0054】
ステップS1:目標パケットエラーレートベクトルPERtg=[PER PER ・・・ PERη]が初期化される。ηはベクトルサイズである。
【0055】
ステップS2:ステップS1で初期化された目標パケットエラーレートベクトルの夫々の成分について、変調及び符号化スキームm(i)は、PERtg(i)を所与として最小SINR(i)=P(i)γに到達するよう決定される。
【0056】
ステップS3:最小電力に到達するためのPERtg(i)の組み合わせは、
【数10】

及びPERtg(i)>PERtg(i+1)>・・・>PERtg(Tr)であるように、選択される。
【0057】
ステップS3の実行は、全ての可能性をテストすることを意味する。ステップS2の後に最小化を簡単にするよう、次のサブステップが実施されてよい。
【0058】
ステップS21:このステップの間、SINRtg(i)≦γPmaxとの制約を満たすSINR(i)の値が選択される。このように、最小化の問題の複雑性は低減される。
【0059】
目標パケットエラーレートのサイズは有意に低減される。
【0060】
ステップS22:目標パケットエラーレートベクトルが小さくされると、一連の置換が行列を得るよう実施され、行列における各列は目標パケットエラーレートに対応する。
【0061】
ステップS23:
【数11】

との制約を得るのに適さない列は削除される。
【0062】
ステップS24:最後に、PERtg(i)>PERtg(i+1)>・・・>PERtg(Tr)との制約を確認しない列は削除される。
【0063】
次いで、Pavgを最小化する目標パケットエラーレートベクトルを選択することから成るステップS3が実施される。
【0064】
[第3の実施形態]
Tr>2の複数回の送信に係る第3の実施形態に従って、処理は、夫々の送信S4の後に、伝送チャネル品質のインジケータを決定するステップS5、及び送信の数Trと、残留パケットエラーレートPERresに達するための各送信i(i=2,・・・,Tr)の目標パケットエラーレートPERtg(i)と、各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームmとを更新するステップを有してよい。言い換えると、夫々の送信の後、選択ステップSが再実施される。
【0065】
このように、様々なパラメータはデータパケット送信の間に動的に更新される。
【符号の説明】
【0066】
BS 基地局
PERres 残留パケットエラーレート
PERtg(i) 目標パケットエラーレート
(i) 伝送電力
Tr 送信回数
UE 端末
m(i) 変調及び符号化スキーム
γ 伝搬チャネル品質のインジケータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基地局と通信する少なくとも1つの端末を有する通信システムにおけるデータパケット伝送方法であって、複数回の送信後の残留パケットエラーレートPERresを得るようHARQスキームに基づき前記端末から前記基地局へ所与の電力によりデータパケットの少なくとも1度の送信を行うデータパケット伝送方法において、
前記複数回の送信の数Tr
前記残留パケットエラーレートPERresに達するための各送信i(i=1,・・・,Tr)の目標パケットエラーレートPERtg(i)、及び
データパケット伝送電力を最小限とするための各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームm
の共同選択のステップを有する、データパケット伝送方法。
【請求項2】
前記データパケットは伝送リソースにおいて送信され、
前記各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する前記変調及び符号化スキームmの選択は、信号対干渉及び雑音比SINR(i)≦P(i)・γであるようにされ、P(i)は、送信iに必要とされる伝送電力であり、γは、伝搬チャネル品質のインジケータである、
請求項1に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項3】
2回の連続する送信i、i+1からの2つのパケットは結合され、
前記各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する前記変調及び符号化スキームmの選択は、送信信号対干渉及び雑音比SINR(i)と、送信iに必要とされる電力P(i)とが、次の式
【数1】

によって連関するようにされ、γは、伝搬チャネル品質のインジケータである、
請求項1に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項4】
前記複数回の送信の数Trが2よりも多い場合に、
各送信i>1の前に前記伝送チャネル品質のインジケータを決定するステップと、
前記複数回の送信の数Trと、前記残留パケットエラーレートPERresに達するための各送信i(i=2,・・・,Tr)の目標パケットエラーレートPERtg(i)と、各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームmとを更新するステップと
を更に有する、請求項2又は3に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項5】
送信i=1の目標パケットエラーレートは、送信i>1の目標パケットエラーレートよりも大きい、
請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項6】
前記伝搬チャネル品質のインジケータは、伝送リソースにおけるパイロットシンボルの伝送に対応する標準化された信号対干渉及び雑音比である、
請求項2乃至4のうちいずれか一項に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項7】
前記目標パケットエラーレートPERtg=[PERtg(1),・・・,PERtg(i),・・・,PERtg(Tr)]は、PERtg(i)>PERtg(i+1)>・・・>PERtg(Tr)との制約を確認する、
請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項8】
各送信iにおける前記目標パケットエラーレートPERtg(i)は、次の式
【数2】

を満たす、請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項9】
前記複数回の送信の数Trn及び各送信iにおける前記目標パケットエラーレートPERtg(i)は、各目標パケットエラーレートPERtg(i)に対応する変調及び符号化スキームmに基づき次の式
【数3】

によって定義されるデータパケット伝送電力Pavgを最小限とする、
請求項1乃至8のうちいずれか一項に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項10】
前記残留パケットエラーレートPERresは10−4よりも小さい、
請求項1乃至9のうちいずれか一項に記載のデータパケット伝送方法。
【請求項11】
前記通信システムは周波数分割多重アクセスOFDMシステムであり、各リソースは周波数インターバルである、
請求項1乃至10のうちいずれか一項に記載のデータパケット伝送方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5a】
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【図5b】
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【図5c】
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【図5d】
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【公開番号】特開2013−27043(P2013−27043A)
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−160035(P2012−160035)
【出願日】平成24年7月18日(2012.7.18)
【出願人】(511152500)
【氏名又は名称原語表記】COMMISSARIAT A L‘ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES
【住所又は居所原語表記】25, rue Leblanc Batiment Le Ponant D, F−75015 Paris,France
【Fターム(参考)】