(57)【要約】【課題】マルチサブチャネルパラレル通信システムに用いられるビットおよびパワー割当てを正確に行う。【解決手段】各サブチャンネル用の候補変調方式集合を決定し；予め定められた目標ビット誤り率に基づいてS/N比検索テーブルを構築し、そのS/N比検索テーブル中に目標ビット誤り率におけるS/N比と候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数の対応関係を含み；各サブチャンネルの正規化S/N比を取得し；各チャンネルのビット数を初期化し；各チャンネルのビット数、各サブチャンネルの正規化S/N比及びS/N比検索テーブルに基づいて各サブチャンネルのパワーを初期化し；並びにパワー利用率最大化の原則に従って、各サブチャンネルのビット数及びパワーに対して調整を行い、それによって各サブチャンネルのビット数及びパワー割当て結果を取得する。【選択図】図２
2011250414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各サブチャンネルの候補変調方式集合を決定し、
予め定められた目標ビット誤り率に基づいてS/N比検索テーブルを構築し、前記S/N比検索テーブル中には、前記目標ビット誤り率におけるS/N比と前記候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数との対応関係を含み、
前記各サブチャンネルの正規化S/N比を取得し、
前記各チャンネルのビット数を初期化し、
前記各チャンネルのビット数、前記各サブチャンネルの正規化S/N比、及び前記S/N比検索テーブルに基づいて前記各サブチャンネルのパワーを初期化し、
パワー利用率最大化の原則に従って前記各サブチャンネルのビット数及びパワーに対して調整を行い、それによって前記各サブチャンネルのビット数及びパワー割当て結果を取得すること
を含むビット及びパワー割当て方法。
【請求項２】
前記各サブチャンネルの後方向パワー増量及び前方向パワー増量を初期化し、前記後方向パワー増量は、サブチャンネルへ該サブチャンネルの現行ビット数より１ランク低いビット数を割当てる場合の該サブチャンネルの現行パワーが減少すべき量を表し、前記前方向パワー増量は、サブチャンネルに該サブチャンネルの現行ビット数より１ランク高いビット数を割当てる場合の該サブチャンネルの現行パワーが増加すべき量を表し、
前記各サブチャンネルのビット数及びパワーを調整するステップは、
前記各サブチャンネルの後方向パワー増量中最大の後方向パワー増量が前記最大後方向パワー増量を有する以外のサブチャンネルの前方向パワー増量中最小の前方向パワー増量より大きい場合、前記最小前方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクアップさせ、前記最大後方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクダウンさせ、該２つのサブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、引き続き前記調整ステップを実行すること
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記各サブチャンネルのビット数及びパワー調整ステップは、
前記各サブチャンネルの後方向パワー増量中最大の後方向パワー増量が前記最大後方向パワー増量を有する以外のサブチャンネルの前方向パワー増量中最小の前方向パワー増量以下である場合、前記各サブチャンネルのビット数及びパワーに対して微調整を行い、それによってシステムの予め定められた総パワー又は予め定められた容量を正確に前記各サブチャンネルに割当てること
をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記微調整ステップは、システムに予め定められた総パワーが与えられたとき、
全サブチャンネルのパワーの和が予め定められた総パワーを超える場合には、前記最大後方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクダウンさせ、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、引き続き前記微調整ステップを実行し、
全サブチャンネルのパワーの和が予め定められた総パワーを超えず、且つ前記予め定められた総パワーと前記全サブチャンネルのパワーの和の差が前記最小前方向パワー増量以上である場合には、前記最小前方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクアップさせ、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、引き続き前記微調整ステップを実行し、
全サブチャンネルのパワーの和が予め定められた総パワーを超えず、且つ前記予め定められた総パワーと前記全サブチャンネルのパワーの和の差が前記最小前方向パワー増量より小さい場合には、前記各サブチャンネルのパワー増量を前記予め定められた総パワーと前記全サブチャンネルのパワーの和の比の分だけ倍にすること
を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記微調整のステップは、システムに予め定められた容量が与えられたとき、
全サブチャンネルのビット数の和がシステムの予め定められた総ビット数を超える場合には、前記最大後方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクダウンさせ、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、引き続き前記微調整ステップを実行し、
全サブチャンネルのビット数の和が前記予め定められた総ビット数より低い場合には、前記最小前方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクアップさせ、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、引き続き前記微調整ステップを実行すること
を含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記各サブチャンネルのビット数を初期化するステップは、
公式
【数２６】
2011250414.tif 000030
を使用して多値直交振幅変調の変調方式のサブチャネルのビット数の推定値を計算し、
前記公式中、Bは
【数２７】
2011250414.tif 000031
、
【数２８】
2011250414.tif 000032
、
又は
【数２９】
2011250414.tif 000033
のうちのいずれか１つの式であり、
ここで、kはサブチャンネルの番号であり、且つ１≦k≦N、Nはサブチャンネルの総数であり、gkはk個目のサブチャンネルの正規化S/N比であり、Ptotalは前記予め定められた総パワーであり、γは予め定められたパワーマージンであり、BERtargetは前記目標のビット誤り率であり、a1は前記候補変調方式集合におけるランクが最低の0でない変調方式に対応するビット数であり、akは前記候補変調方式集合における変調方式を昇順に配列した場合のk個目非ゼロ変調方式に対応するビット数であり、Lは前記候補変調集合における非ゼロ変調方式の総数であり、
前記各サブチャンネルのビット数の推定値に対して量子化を行うことによって、前記各サブチャンネルのビット数を得ること
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記各サブチャンネルのビット数を初期化するステップは、公式
【数３０】
2011250414.tif 000034
を使用して多値位相偏移変調の変調方式のサブチャンネルのビット数の推定値を計算し、
前記公式中、Bは
【数３１】
2011250414.tif 000035
、
【数３２】
2011250414.tif 000036
又は
【数３３】
2011250414.tif 000037
のうちのいずれか１つの式であり、
ここで、kはサブチャンネルの番号であり、且つ1≦k≦N、Nはサブチャンネルの総数であり、gkはk個目のサブチャンネルの正規化S/N比であり、Ptotalは前記予め定められた総パワーであり、γは予め定められたパワーマージンであり、BERtargetは前記目標のビット誤り率であり、a1は前記候補変調方式集合においてランクが最低の0でない変調方式に対応するビット数であり、akは前記候補変調方式集合における変調方式を昇順に配列した場合のk個目非ゼロ変調方式に対応するビット数であり、Lは前記候補変調集中における非ゼロ変調方式の総数であり、
前記各サブチャンネルのビット数の推定値に対して量子化を行うことによって、前記各サブチャンネルのビット数を得ること
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記各サブチャンネルのビット数を初期化するステップは、
多値直交振幅変調の変調方式のサブチャンネルのビット数の推定値を公式
【数３４】
2011250414.tif 000038
により計算し、
前記公式中、kはサブチャンネルの番号であり、且つ1≦k≦N、Nはサブチャンネルの総数であり、gkはk個目のサブチャンネルの正規化S/N比であり、btotalは前記予め定められた総ビット数であり、
前記各サブチャンネルのビット数の推定値に対して量子化を行うことによって、前記各サブチャンネルのビット数を得ること
を含む請求項５に記載の方法
【請求項９】
前記各サブチャンネルのビット数を初期化するステップは、
多値位相偏移変調の変調方式のサブチャンネルのビット数の推定値を公式
【数３５】
2011250414.tif 000039
により計算し、
前記公式中、kはサブチャンネルの番号であり、且つ1≦k≦N、Nはサブチャンネルの総数であり、gkはk個目のサブチャンネルの正規化S/N比であり、btotalは前記予め定められた総ビット数であり、
前記各サブチャンネルのビット数の推定値に対して量子化を行うことによって、前記各サブチャンネルのビット数を得ること
を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記各サブチャンネルのパワーを初期化するステップは、
前記S/N比検索テーブルを検索することによって、前記各サブチャンネルのビット数と対応するS/N比を、前記各サブチャンネルのS/N比として得られ、
前記各サブチャンネルのS/N比と前記各サブチャンネルの正規化パワーに基づき、前記各サブチャンネルのパワーを公式
【数３６】
2011250414.tif 000040
を使用することによって計算し、
前記公式中、kはサブチャンネルの番号であり、且つ1≦k≦N、Nはサブチャンネルの総数であり、gkはk個目のサブチャンネルの正規化S/N比であり、γは予め定められたパワーマージンであること
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記S/N比検索テーブルを多値直交振幅変調の変調モードにおいては、ビット誤り率計算式として、
前記ビット数が1の場合には、
【数３７】
2011250414.tif 000041
を、
前記ビット数が3の場合には、
【数３８】
2011250414.tif 000042
又は
【数３９】
2011250414.tif 000043
を、
前記ビット数が2pであってpが正の整数の場合には、
【数４０】
2011250414.tif 000044
を、
前記ビット数が2p+1であってpが正の整数かつp≧2の場合には、
【数４１】
2011250414.tif 000045
を用いて構築し、
前記計算式中、SNRが前記S/N比であり、BERtargetが前記目標ビット誤り率である請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記S/N比検索テーブルを多値位相偏移変調の変調モードにおいては、ビット誤り率計算式として、
前記ビット数が1の場合には、
【数４２】
2011250414.tif 000046
を、
前記ビット数が2の場合には、
【数４３】
2011250414.tif 000047
を、
前記ビット数がpであってpが正の整数かつp≧3の場合には、
【数４４】
2011250414.tif 000048
を用いて構築し、
前記計算式中、SNRが前記S/N比であり、BERtargetが前記目標ビット誤り率である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
各サブチャンネルの候補変調方式集合を決定し、前記各サブチャンネルの正規化S/N比を取得し、前記各チャンネルのビット数を初期化し、及び前記各チャンネルのビット数、前記各サブチャンネルの正規化S/N比及びS/N比検索テーブルに基づいて前記各サブチャンネルのパワーを初期化するように設定された前処理ユニットと、
予め定められた目標ビット誤り率に基づいて、前記目標ビット誤り率におけるS/N比と前記候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数の対応関係とを含む、前記S/N比検索テーブルを構築するように設定された検索テーブル構築ユニットと、
パワー利用率最大化の原則に従って前記各サブチャンネルのビット数及びパワーに対して調整を行い、それによって前記各サブチャンネルのビット数及びパワー割当て結果を取得するように設定されたビット及びパワー調整ユニットと
を含むビット及びパワー割当て装置。
【請求項１４】
前記前処理ユニットは、前記各サブチャンネルの後方向パワー増量及び前方向パワー増量を初期化するようにさらに設定され、前記後方向パワー増量は、サブチャンネルへ該サブチャンネルの現行ビット数より１ランク低いビット数を割当てる場合の該サブチャンネルの現行パワーが減少すべき量を表し、前記前方向パワー増量は、サブチャンネルへ該サブチャンネルの現行ビット数より１ランク高いビット数を割当てる場合の該サブチャンネルの現行パワーが増加すべき量を表し、
前記ビット及びパワー調整ユニットは、前記各サブチャンネルの後方向パワー増量中最大の後方向パワー増量が、前記最大後方向パワー増量を有する以外のサブチャンネルの前方向パワー増量中最小の前方向パワー増量より大きい場合、前記最小前方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクアップさせ、前記最大後方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクダウンさせ、同時に該二つのサブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新するように設定される請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ビット及びパワー調整ユニットは、前記各サブチャンネルの後方向パワー増量中最大の後方向パワー増量が、前記最大後方向パワー増量を有する以外のサブチャンネルの前方向パワー増量中最小の前方向パワー増量以下である場合、前記各サブチャンネルのビット数とパワーに対して微調整を行い、それによってシステムの予め定められた総パワー又は予め定められた容量を、前記各サブチャンネルに正確に割当てるようにさらに設定される請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ビット及びパワー調整ユニットは、システムに予め定められた総パワーが与えられたとき、
全サブチャンネルのパワーの和が前記予め定められた総パワーを超える場合には、前記最大後方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクダウンさせると共に、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、
全サブチャンネルのパワーの和が前記予め定められた総パワーを超えず、且つ前記予め定められた総パワーと前記全サブチャンネルのパワーの和との差が前記最小前方向パワー増量以上である場合には、前記最小前方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクアップさせると共に、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、
全サブチャンネルのパワーの和が予め定められた総パワーを超えず、前記予め定められた総パワーと前記全サブチャンネルのパワーの和の差が前記最小前方向パワー増量より小さい場合には、前記各サブチャンネルのパワー増量を前記予め定められた総パワーと前記サブチャンネルのパワーの和の比の分だけ倍にするようにさらに設定される請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ビット及びパワー調整ユニットは、システムの予め定められた容量が与えられたとき、
全サブチャンネルのビット数の和がシステムの予め定められた総ビット数を超える場合には、前記最大後方向パワー増量を有するサブチャンネルのビット数を１ランクダウンさせると共に、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、
全サブチャンネルのビット数の和が前記予め定められた総ビット数より低い場合には、前記最小前方向パワーを有するサブチャンネルのビット数を１ランクアップさせると共に、該サブチャンネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新するようにさらに設定される請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記検索テーブル構築ユニットは、多値直交振幅変調の変調モードにおいては、前記S/N比検索テーブルを、ビット誤り率計算式として、
前記ビット数が1の場合には、
【数４５】
2011250414.tif 000049
を、
前記ビット数が3の場合には、
【数４６】
2011250414.tif 000050
又は
【数４７】
2011250414.tif 000051
を、
前記ビットの数が2pであってpが正の整数の場合には、
【数４８】
2011250414.tif 000052
を、
前記ビットの数が2p+1であってpが正の整数かつp≧2の場合には、
【数４９】
2011250414.tif 000053
をさらに使用して構築し、
前記ビット誤り率計算式中のSNRは前記S/Nであり、BERtargetは前記目標ビット誤り率である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
前記検索テーブル構築ユニットは、多値位相偏移変調の変調方式においては、前記S/N比検索テーブルを、ビット誤り率計算式として、
前記ビット数が1の場合には、
【数５０】
2011250414.tif 000054
を、
前記ビット数が2の場合には、
【数５１】
2011250414.tif 000055
を、
前記ビット数がpであり、pが正の整数かつp≧3の場合には、
【数５２】
2011250414.tif 000056
をさらに使用して構築し、
前記ビット誤り率計算式中のSNRは前記S/Nであり、BERtargetは前記目標ビット誤り率である、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
入力されたデータを各サブチャンネルに変調すると共に、各サブチャンネルを経由して前記データを受信装置に送信するように設定された送信装置と、
前記各サブチャンネルに対して復調を行うことによって前記データを取得し、前記各サブチャンネルに対してチャンネル推定を行うように設定された前記受信装置と、
前記チャンネル推定の結果に基づいて前記各サブチャンネルに対してビット及びパワー割当てを行うと共に、割当て結果を前記送信装置に送信するように設定されたビット及びパワー割当て装置と、
を含む通信システムにおいて、
前記ビット及びパワー割当て装置が、請求項１３〜１９のうちいずれか一項に記載のビット及びパワー割当て装置である通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体として通信分野に関し、さらに具体的には、マルチサブチャネルパラレル通信システムに用いられるビット及びパワー割当て方法、装置並びに通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ローカルエリアネットワーク（Wireless Local Area Network、WLAN）及び各種デジタルユーザー回線（Digital Subscriber Line、xDSL）ネットワーク等の高速データ伝送システムにおいて、マルチサブチャネルパラレル通信メカニズムを採用する場合、複数のサブチャネルにおいてビットストリームを高効率、低エラーで伝送するために、各サブチャネルに対して適当な形でビット及びパワー割当てを行う必要がある。
【０００３】
現在、注水原理並びに、Chowアルゴリズムおよび欲張り法に基づくLCアルゴリズム等の注水原理を基礎として改良を行って得られたビットパワー割当て方法は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing、OFDM）、多入力多出力（Multiple Input Multiple Output、MIMO）-OFDM、離散マルチトーン（Discrete MultiTone、DMT）システム等のマルチキャリアシステムに広範に応用されている。これらの方法は全て直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation、QAM）変調フォーマットのgap近似及び与えられたシンボル誤り率を用いて、パワーとビット数との関係を表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０１３０４２９８Ａ号
【特許文献２】中国特許出願公開第１０１３４０２２４Ａ号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】▲トウ▼学倹、羅涛著、「OFDM移動通信技術原理及び応用」、人民郵電出版社
【非特許文献２】P． S． Chow、J． M． Cioffi、およびJ． A． C． Binghamら著、“A practical discrete multitone transceiver loading algorithm for data transmission over spectrally shaped channels”、IEEE Trans． Commun．、第４３巻、第２号、１９９５年２月）
【非特許文献３】“Advanced digital communication”、[online]、J． M． Cioffi、［2010年5月20日検索］、インターネット＜ＵＲＬ:http://www.standford.edu/class/ee379c＞
【非特許文献４】“A multicarrier prime”、[online]、John M. Cioffi、［2010年5月20日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.stanford.edu/group/cioffi/documents／multicarrier.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
QAM変調フォーマットのgap近似及び与えられたシンボル誤り率を用いて、パワーとビット数との関係を表す従来技術には2つの問題点がある。一つは、正方形QAM変調フォーマットに対するgap近似そのものが十分に正確でないことである。もう一つは、シンボル誤り率（Symbol error rate、SER）が正確にシステムの性能を反映することができず、ビット誤り率こそがシステム性能の最終表現となることである。
【０００７】
本発明の目的は、それらは少なくとも従来技術における上記問題点を克服できるビット及びパワー割当て方法、装置及び通信システムを提供することである。
以下に本発明の実施形態に関する簡単な概要を記載し、本発明の実施形態に関する基本的理解を提供する。理解しておかなければならないのは、この概要は網羅的概要ではないことである。それは本発明の肝要な又は重要な部分を決定することを意図したものではなく、本発明の範囲を限定することを意図したものでもない。その目的は簡略化した形式でいくつかの概念を提供し、それを以って後に論述するより詳細な描写の序とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一面に基づいて、ビット及びパワー割当て方法を提供する。それには以下のものが含まれる。すなわち、各サブチャンネルの候補変調方式集合を決定し、予め定められた目標ビット誤り率に基づいてS/N比検索テーブルを構築し、前記S/N比検索テーブル中には、前記目標ビット誤り率におけるS/N比と前記候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数との対応関係を含み、前記各サブチャンネルの正規化S/N比を取得し、前記各チャンネルのビット数を初期化し、前記各チャンネルのビット数、前記各サブチャンネルの正規化S/N比、及び前記S/N比検索テーブルに基づいて前記各サブチャンネルのパワーを初期化し、パワー利用率最大化の原則に従って前記各サブチャンネルのビット数及びパワーに対して調整を行い、それによって前記各サブチャンネルのビット数及びパワー割当て結果を取得することが含まれる。
【０００９】
本発明の他の一面に基づいて、ビット及びパワー割当て装置を提供する。それには以下のものが含まれる。すなわち、各サブチャンネルの候補変調方式集合を決定し、前記各サブチャンネルの正規化S/N比を取得し、前記各チャンネルのビット数を初期化し、及び前記各チャンネルのビット数、前記各サブチャンネルの正規化S/N比及びS/N比検索テーブルに基づいて前記各サブチャンネルのパワーを初期化するように設定された前処理ユニットと、予め定められた目標ビット誤り率に基づいて、前記目標ビット誤り率におけるS/N比と前記候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数の対応関係とを含む、前記S/N比検索テーブルを構築するように設定された検索テーブル構築ユニットと、パワー利用率最大化の原則に従って前記各サブチャンネルのビット数及びパワーに対して調整を行い、それによって前記各サブチャンネルのビット数及びパワー割当て結果を取得するように設定されたビット及びパワー調整ユニットとが含まれる。
【００１０】
本発明の他の一面に基づいて、さらに通信システムを提供する。それには以下のものが含まれる。すなわち、入力されたデータを各サブチャンネルに変調すると共に、各サブチャンネルを経由して前記データを受信装置に送信するように設定された送信装置と、前記各サブチャンネルに対して復調を行うことによって前記データを取得し、前記各サブチャンネルに対してチャンネル推定を行うように設定された前記受信装置と、前記チャンネル推定の結果に基づいて前記各サブチャンネルに対してビット及びパワー割当てを行うと共に、割当て結果を前記送信装置に送信するように設定されたビット及びパワー割当て装置とが含まれ、そのビット及びパワー割当て装置は、上述したビット及びパワー割当て装置である。
【発明の効果】
【００１１】
開示のビット及びパワー割当て方法、装置及び通信システムによれば、目標ビット誤り率に基づく構造のS/N比検索テーブルを利用するため、初期化されたパワーはより正確になり、そのためビット数及びパワー調整過程において実行される反復回数を減らせる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
以下の図面を関連付けた本発明の実施形態に対する説明を参照すれば、さらに本発明の実施形態の以上の及びその他の目的、特徴及び長所を理解しやすくなる。図面においては、同一又は類似の技術的特徴又は部品は同一又は類似の図面表記を用いて示す。
【図１】マルチサブチャネルを用いてパラレル通信を行うシステムの略図的ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に基づいたビット及びパワー割当て方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に基づいたサブチャネルパワー初期化ステップ並びにサブチャネルビット数及びパワー調整ステップのフローチャートである。
【図４】本発明のもう１つの実施形態に基づいたサブチャネルビット数及びパワー調整ステップのフローチャートである。
【図５】本発明のさらにもう１つの実施形態に基づいたサブチャネルビット数及びパワー調整ステップのフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に基づいたビット数及びパワー調整装置の略図的ブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に基づいた通信システムの略図的ブロック図である。
【図８】本発明の実施形態の方法、装置及びシステムを実施するために用いることができるコンピュータの略図的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態のある図面又はある実施方式中に記述された要素及び特徴は、１つ又はそれ以上のその他の図面又は実施方式中に示された要素及び特徴と結びつくことができる。注意しなければならないのは、目的を明確にするため、図面及び説明中において本発明の実施形態とは無関係の、本分野の一般当業者にとって既知の部品及び処理の表示及び記述は省略する。
【００１４】
図１は、マルチサブチャネルを用いてパラレル通信を行うシステムの略図的ブロック図である。通常、マルチサブチャネルパラレル通信システム中では、図１に示されたように、送信装置110において、入力データは、サブチャネルコンスタレーションマッピング及びパワー制御ユニットによってそれぞれ各サブチャネル上に変調される。続いて、そのデータは、チャネルによって受信装置120に伝送される。受信装置120では、チャネルコンスタレーションデマッピングユニットによってそれぞれ各サブチャネルに対して復調を行い、それによって伝送されたデータを回復する。また、サブチャネル復調の過程において、受信装置120中のチャネル推定ユニットによってチャネル推定を行い、それによって各サブチャネルの正規化Signal to Noise Ratio（S/N比）（すなわち、送信パワーが単位値である場合のS/N比）を取得することができる。チャネル推定は、送信トレーニングシーケンスによって完成してもよく、決定補助の方式でもよい。サブチャネルビット及びパワー割当て装置130は、チャネル推定の結果に基づいて、特定のビット及びパワー割当て方法を採用してサブチャネルのビット及びパワーに対して最適化設定を行い、割当て結果を送信装置110中のサブチャネルコンスタレーションマッピング及びパワー制御ユニットに通知する。送信装置110は、その割当て結果を用いてサブチャネルに対してコンスタレーションマッピング及びパワー制御を行う。通常、サブチャネルビット及びパワー割当て装置130を送信装置110又は受信装置120中に設置してもよく、独立装置として単独設置してもよい。
【００１５】
図１に示されたシステム100中において、サブチャネルコンスタレーションマッピング及びパワー制御ユニット並びにサブチャネルコンスタレーションデマッピングユニットの具体的実現方式は採用される変調技術によって決まり、直交周波数分割多重（OFDM）、離散マルチトーン（DMT）、周波数分割多重（Frequency Division Multiplexing、FDM）等のマルチキャリア技術であってもよく、多入力多出力（MIMO）又は偏波多重等の空間分割多重技術であってもよく、さらにMIMO-OFDM技術等の複数の技術の結合であってもよい。これらの技術の共通点は、受信装置中で復調、平衡等の処理を行った後、各サブチャネルは論理上独立伝送とみなされる（干渉が小さい）ガウスチャネルに近似することができることである。
【００１６】
本発明の実施形態において、図１中のサブチャネルビット及びパワー割当て装置130並びにその操作方法について改良設計を行い、それによって少なくとも従来技術における上記問題点を克服する。本発明の実施形態のビット及びパワー割当て方法及び装置において、システムの性能を正確に反映させるため、予め定められた目標ビット誤り率に基づいてS/N比検索テーブルを構築し、S/N比検索テーブルに基づいて少なくともサブチャネルパワーの初期化を行う。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に基づいたビット及びパワー割当て方法のフローチャートを示す。図２に示されたように、ステップS210において、各サブチャネル用の候補変調方式集合を決定する。
【００１８】
本発明の実施形態のビット及びパワー割当て方法において、各サブチャネルの変調方式についての制限はない。但し、説明のため、以下に多値直交振幅変調（Multiple Quadrature Amplitude Modulation、M-QAM）及び多値位相偏移符号化（Multiple Phase Shift Keying、M-PSK）変調方式を例として、本発明の実施形態に基づく方法を説明する。
【００１９】
仮にシステムにN個のサブチャネルがあり、各サブチャネル上に読み込まれるビット数を（b1、b2、…、bN）とする。各サブチャネルが伝送するビット数は、集合｛0、a1、a2、…、aL、ai＜ai+1、aiは正の整数｝中から選択することができ。ここで、aLは、最大許容伝送ビット数であり、0は、そのサブチャネルが使用できないことを表す。M-QAM変調方式を採用した場合、上記ビット数集合は、変調方式集合｛0、2^a1-QAM、2^a2-QAM、…、2^aL-QAM｝に対応する。M-PSK変調方式を採用した場合、上記ビット数集合は、変調方式集合｛0、2^a1-PSK、2^a2-PSK、…、2^aL-PSK｝に対応する。通常、｛a1、a2、…、aL｝＝｛1、2、…、L｝又は｛2、4、…、2L｝とすることができる。同様に、各サブチャネル用の候補変調方式集合を決定した後、それに対応して候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数も得ることができる。例えば、2^a1-QAMは、a1個のビット数に対応する。つまり、2^a1-QAM変調方式中には2^a1個のコンスタレーション点があり、それに対応して2^a1個のコンスタレーション点の値を伝送するには、a1個のビットが必要である。
【００２０】
上記例において、各サブチャネルは、同一の変調方式を採用することができる。しかし、その他の実施形態においては、各サブチャネルは、異なる変調方式も採用することができ、この場合、候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数に重複がないことを保証さえすればよい。
【００２１】
ステップS220において、予め定められた目標ビット誤り率に基づいてS/N比検索テーブルを構築する。そのS/N比検索テーブルには、目標ビット誤り率において、S/N比と候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数との対応関係が含まれる。
【００２２】
従来技術の既存の正確なビット誤り率式を用いることにより、テーブル中の要素、すなわちS/N比を計算することができる。例えば、特許文献１の明細書中の式（10）を用いてS/N比検索テーブル中の要素を計算することができる。特許文献１中の式（10）中には、ビット誤り率とS/N比の関係が開示されている。特許文献２の明細書第５ページ下から４行目の式を用いても、S/N比検索テーブル中の要素を計算することができる。その式はパワーとビット誤り率の関係を表しており、式右辺のN0を式左辺に移項すれば、S/N比とビット誤り率の関係が得られる。
【００２３】
表１は、M-QAM変調方式において、最大コンスタレーション図が1024-QAMである場合を例としたS/N比検索テーブルの一例を記載する。表１中に、それぞれ数種類の常用される目標ビット誤り率BERtargetにおけるビット数とS/N比SNRの対応関係を記載する。表１中において、後続の計算をさらに便利にするために、ビット数と対応するS/N比であるSNRを記載したほか、さらにS/N比増量である△SNRも記載する。同一目標ビット誤り率において、各行のS/N比増量は、その行のS/N比と上の行のS/N比の差となる。
【００２４】
【表１】
2011250414.tif 000003
【００２５】
従来技術のビット誤り率式のほか、M-QAM変調方式については、さらに以下のビット誤り率式を使用してもS/N比検索テーブル中の要素を計算することができる。
【００２６】
ビット数a=1の場合には、S/N比は、
【数１】
2011250414.tif 000004
及びa=3の場合には、S/N比は、
【数２】
2011250414.tif 000005
もしくは
【数３】
2011250414.tif 000006
【００２７】
ビット数がその他の値である場合、以下の汎用式を用いてS/N比検索テーブル中の要素を計算することができる。
【００２８】
ビット数a=2p+1、pが正の整数且つp≧2の場合、S/N比は、
【数４】
2011250414.tif 000007
【００２９】
a=2p、pが正の整数の場合、S/N比は、
【数５】
2011250414.tif 000008
上記式において、BERtargetが予め定められた目標ビット誤り率である。
【００３０】
下記の表２には、M-PSK変調方式において、最大コンスタレーション図が1024-PSKである場合を例としたS/N比検索テーブルの一例を記載する。表２中に、それぞれ数種類の常用される目標ビット誤り率BERtargetにおけるビット数とS/N比SNRの対応関係を記載する。同様に、表２中において、後続の計算をさらに便利にするために、ビット数と対応するS/N比であるSNRを記載したほか、さらにS/N比増量である△SNRも記載する。同一目標ビット誤り率において、各行のS/N比増量は、その行のS/N比と上の行のS/N比の差となる。
【００３１】
【表２】
2011250414.tif 000009
【００３２】
従来技術のビット誤り率式のほか、M-PSK変調方式については、さらに以下のビット誤り率式を使用してもS/N比検索テーブル中の要素を計算することできる。
【００３３】
ビット数a=1の場合には、S/N比は、
【数６】
2011250414.tif 000010
【００３４】
a=2の場合には、S/N比は、
【数７】
2011250414.tif 000011
【００３５】
a=p、pが正の整数且つp≧3の場合には、S/N比は、
【数８】
2011250414.tif 000012
上記式において、BERtargetが予め定められた目標ビット誤り率である。
【００３６】
引き続き図２を参照する。ステップS230において、各サブチャネルの正規化S/N比（g1、g2、…、gN）を取得する。前述したように、各サブチャネルの正規化S/N比、すなわち各チャネル単位パワーを送信する時のS/N比は、通信システム中の受信装置のチャネル推定によって得ること、又はその他の従来の手段によって得ることができる。
【００３７】
ステップS240において、各サブチャネルのビット数（b1、b2、…、bN）を初期化する。各種のすでに知られている方式を用いてビット数の初期化を行ってもよい。例えば、ステップS210において決定した候補変調方式集合｛0、2^a1-QAM、2^a2-QAM、…、2^aL-QAM｝に対応するビット数集合｛0、a1、a2、…、aL｝中からランダムに各サブチャネルのビット数を選び取ってもよい。又は、各サブチャネルのビット数を全て0とすることもできる。
【００３８】
ステップS250において、各サブチャネルのパワーを初期化する。各チャネルのビット数（b1、b2、…、bN）、各サブチャネルの正規化S/N比（g1、g2、…、gN）及びS/N比検索テーブルに基づいて各サブチャネルのパワーを初期化することができる。具体的にいえば、ビット数（b1、b2、…、bN）に基づいてS/N比検索テーブル、例えば表１を検索し（M-PSK変調方式を採用する場合、例えば表2を検索してもよい）、それによってサブチャネルk（１≦k≦N）のビット数bkに対応するS/N比であるSNR（bk）を得、これをサブチャネルkのS/N比とする。その後、以下の式を用いてサブチャネルkのパワーを計算することができる。
【００３９】
【数９】
2011250414.tif 000013
式中、gkはサブチャネルの正規化S/N比であり、γは予め定められたパワーマージンである。
【００４０】
ビット数及びパワーの初期化を行った後、ステップS260において、パワー利用率最大化の原則に従って、各サブチャネルのビット数及びパワーを調整し、それによって最終割当て結果を得ることができる。各種既存のアルゴリズム、例えばレート適合（rate adaptive）又はマージン適合（margin adaptive）等のアルゴリズムを利用し、反復法で各サブチャネルのビット数及びパワーを調整することができる。各サブチャネルのビット数及びパワーの初期値を与えられた場合、パワー利用率最大化の原則に従って、既存のアルゴリズムを用いていかにビット数及びパワーの調整を行かは、本分野の当業者ならば理解することができ、ここではこれ以上述べない。
【００４１】
上記方法において、目標ビット誤り率に基づく構造を有するS/N比検索テーブルを利用するため、初期化されたパワーはより正確になり、そのためビット数及びパワー調整過程において実行される反復回数を減らせる可能性がある。また、予めS/N比検索テーブルを構築しておくため、後続のビット数及びパワー調整過程の計算負担を軽減することもできる。
【００４２】
以下、図３〜５を関連付けて、本発明の実施形態に基づいたサブチャネルビット数及びパワー調整過程を記述する。図３には、本発明の実施形態に基づいたサブチャネルパワー初期化ステップ並びにサブチャネルビット数及びパワー調整ステップのフローチャートを示す。
【００４３】
本発明の実施形態に基づいたビット数及びパワー調整過程を実施するため、まず、サブチャネルのパワーの初期化ステップにおいて、サブチャネルのパワー（P1、P2、…、PN）を初期化するほか、さらに各サブチャネルの後方向パワー増量（△P1_current、△P2_current、…、△PN_current）及び前方向パワー増量（△P1_next、△P2next、…、△PNnext）も初期化する。図３中のステップS250’に示されたとおりである。ここで、後方向パワー増量はサブチャネルにそのサブチャネルの現行ビット数より1ランク低いビット数を割当てる場合のそのサブチャネルの現行パワーが減少すべき量を表し、前方向パワー増量はサブチャネルにそのサブチャネルの現行ビット数より1ランク高いビット数を割当てる場合のそのサブチャネルの現行パワーが増加すべき量を表す。
【００４４】
具体的に言えば、サブチャネルk（1≦k≦N）について、その後方向パワー増量△Pk_current=Pk(bk)−Pk(bkより1ランク低いビット数)であり、前方向パワー増量△Pk_next=Pk(bkより1ランク高いビット数)−Pk(bk)である。bk=0の場合、Pk=0、△Pk_current=0、△Pk_next=Pk(a1)である。bk=aLの場合、△Pk_next=＋∞である。a1は候補変調方式集合中ランクが最低で0でない変調方式に対応するビット数であり、aLは候補変調方式集合中ランクが最高の変調方式に対応するビット数である。
【００４５】
前方向及び後方向パワー増量は、S/N比検索テーブルを検索することによっても得られる。まずテーブルを検索して△SNR（bk）及び△SNR（bkより1ランク高いビット数）を得、その後△Pk_current=△SNR(bk)/（γgk）を計算し、△Pk_next=△SNR（bkより1ランク高いビット数）/（γgk）を計算する。ここで、gkはサブチャネルkの正規化S/N比であり、γは予め定められたパワーマージンである。
【００４６】
理解しておかなければならないのは、ビット数又は変調方式については、ビット数が大きくなればなるほど、又は変調方式中のコンスタレーション点が多くなればなるほど、ビット数又は変調方式のランクは高くなることである。例えば、2-QAM、4-QAM及び8-QAM変調方式については、それらに対応するビット数はそれぞれ1、2、3であり、変調方式及びビット数のランクはこの順序で低いランクから高くなる。
【００４７】
引き続き図３を参照する。ステップS260’において、
１）後方向パワー増量が最大のサブチャネルiを探し、
２）サブチャネルがi以外の残りのサブチャネル中から、前方向パワー増量が最小のサブチャネルj（j≠i）を探し、
３）△Pi_current＞△Pj_nextである場合、各サブチャネルに対する現行ビット数割当てによるパワー利用率が十分高くないことを表し、サブチャネルiのビット数を1ランクダウンさせ、サブチャネルjのビット数を1ランクアップさせ、この２つのチャネルのパワーPi、Pj_を更新し、後方向パワー増量△Pi_current、△Pj_current及び前方向パワー増量△Pj_next、△Pj_nextを更新し、引き続き調整ステップS260’を実行し、すなわち再度ステップS260’を実行し、
４）△Pi_current≦△Pj_nextの場合、各サブチャネルに対する現行ビット数割当てによってパワー利用率が高くなったと考えることができ、そのため調整ステップS260’を終了することができる。
【００４８】
また、△Pi_current≦△Pj_nextの場合、各サブチャネルに対する現行ビット数割当てによってパワー利用率が高くなったことを表し、各サブチャネルの現行ビット数及びパワーを用いて最終割当て結果とすることができるが、システムの予め定められた総パワー又は予め定められた容量に達することができないか、又はそれを超える可能性がある。システムの予め定められた総パワー又は予め定められた容量を正確に各サブチャネルに割当てるため、本発明の実施形態に基づき、△Pi_current≦△Pj_nextの場合に調整ステップを終了せず、各サブチャネルのビット数及びパワーに対して微調整を行う。
【００４９】
図４には、本発明のもう1つの実施形態に基づいたサブチャネルビット数及びパワー調整ステップのフローチャートを示す。図４に示された調整ステップにおいて、図３に示されたステップS260’を基礎として、さらに微調整ステップS260’’を増やした。図に示されているように、△Pi_current≦△Pj_nextの場合、微調整ステップS260’’を実行する。図４に示された実施形態は、システムの予め定められた総パワーが与えられた場合である。システムの予め定められた総パワーが与えられた場合、システムの容量をできるだけ大きくする必要がある。すなわち、各サブチャネル上に割当てられたビット数の総和をできるだけ大きくする必要がある。
【００５０】
微調整ステップS260’において、全サブチャネルのパワーの和ΣPk（1≦k≦N）とシステムの予め定められた総パワーPtotalの関係を判断する。
全サブチャネルのパワーの和ΣPkが予め定められた総パワーPtotalを超える場合、すなわちPtotal−ΣPk＜0の場合、各サブチャネルには過大なパワーが割当てられたことを表し、最大後方向パワー増量を有するサブチャネルiのビット数を1ランクダウンさせ、サブチャネルiのパワーPi、後方向パワー増量△Pi_current、前方向パワー増量△Pi_nextを更新し、後方向パワー増量が最大のサブチャネルiを探し、サブチャネルi以外の残りのサブチャネル中から前方向パワー増量が最小のサブチャネルjを探し、微調整ステップS260’’を引き続き実行し、すなわち再度ステップS260’’を実行する。
【００５１】
全サブチャネルのパワーの和ΣPkが予め定められた総パワーPtotalを超えず、且つ予め定められた総パワーと全サブチャネルのパワーの和の差が各サブチャネル中の最小前方向パワー増量△Pj_next以上、すなわちPtotal−ΣPk≧△Pj_nextの場合、予め定められた総パワーにまだ余剰があり、且つ引き続き割当てできることを表し、サブチャネルjのビット数を1ランクアップさせ、サブチャネルjのパワーPj、後方向パワー増量△Pj_current、前方向パワー増量△Pj_nextを更新し、後方向パワー増量最大のサブチャネルiを探し、サブチャネルi以外の残りのサブチャネル中から前方向パワー増量が最小のサブチャネルjを探し、微調整ステップS260’’を引き続き実行し、すなわち再度ステップS260’’を実行する。
【００５２】
全サブチャネルのパワーの和ΣPkが予め定められた総パワーPtotalを超えず、且つ予め定められた総パワーと全サブチャネルのパワーの和の差が各サブチャネル中の最小前方向パワー増量△Pj_nextより小さい、すなわち0≦Ptotal−ΣPk＜△Pj_nextの場合、予め定められた総パワーにまだ余剰があるが、引き続き割当てるには十分でないことを表し、余剰のパワーを各サブチャネルに分担する。具体的に言えば、各サブチャネルのパワー増量を予め定められた総パワーPtotalと全サブチャネルのパワーの和ΣPkの比の分だけ倍にする。すなわちサブチャネルk（1≦k≦N）のパワーをPk=Pk×Ptotal/ΣPkに変え、ステップS260’’を終了する。
【００５３】
図５において、本発明のもう1つの実施形態に基づくサブチャネルビット数及びパワー調整ステップのフローチャートを示す。図５に示されたステップにおいて、図３に示されたステップS260’を基礎として、さらに微調整ステップS260’’’を増やした。図に示されているように、△Pi_current≦△Pj_nextの場合、微調整ステップS260’’’を実行する。図５に示された実施形態は、システムの予め定められた容量が与えられた場合である。システムの予め定められた容量が与えられた場合、すなわち各サブチャネルに割当てられた総ビット数が与えられた場合、システムの総パワーをできるだけ小さくする必要がある。すなわち、各サブチャネル上に割当てられたパワーの総和をできるだけ小さくする必要がある。
【００５４】
微調整ステップS260’’’において、全サブチャネルのビット数の和Σbk（1≦k≦N）とシステムの予め定められた総ビット数btotalの関係を判断する。
全サブチャネルのビット数の和Σbkが予め定められた総ビット数btotalを超える場合、すなわちbtotal−Σbk＜0の場合、各サブチャネルに過大なビット数が割当てられたことを表し、最大後方向パワー増量を有するサブチャネルiのビット数を1ランクダウンさせ、そのサブチャネルiのパワーPi、後方向パワー増量△Pi_current、前方向パワー増量△Pi_nextを更新し、後方向パワー増量最大のサブチャネルiを探し、サブチャネルi以外の残りのサブチャネル中から前方向パワー増量が最小のサブチャネルjを探し、微調整ステップS260’’’を引き続き実行し、すなわち再度ステップS260’’’を実行する。
【００５５】
全サブチャネルのビット数の和Σbkが予め定められた総ビット数btotalより低い、すなわちbtotal−Σbk＞0の場合、容量にまだ余剰があることを表し、最小前方向パワー増量を有するサブチャネルjのビット数を1ランクアップさせ、そのサブチャネルjのパワーPj、後方向パワー増量△Pj_current、前方向パワー増量△Pj_nextを更新し、後方向パワー増量最大のサブチャネルiを探し、サブチャネルi以外の残りのサブチャネル中から前方向パワー増量が最小のサブチャネルjを探し、微調整ステップS260’’’を引き続き実行し、すなわち再度ステップS260’’’を実行する。
【００５６】
余剰容量不足によってサブチャネルjのビット数を１ランクアップさせる場合に微調整過程に無限循環現象が起こるのを防止するため、さらに２つの識別子を導入することができる。まず、微調整ステップS260’’’を実行する前に、ステップS261において、識別子Flag1及びFlag2をそれぞれ0とする。btotal−Σbk＜0且つFlag1*Flag2=0である場合と判断した場合、初めてbi_を1ランクダウンさせる操作を実行し、それと同時にFlag1を1とする。btotal−Σbk＞0且つFlag1*Flag2=0である場合と判断した場合、初めてbjを1ランクアップさせる操作を実行し、それと同時にFlag2を1とする。このようにして、ランクダウン操作及びランクアップ操作をともに1回実行した後、システム容量にまだ余剰があるか、又は割当てが過大であるかを問わず、微調整操作を終了し、それによって無限循環現象を回避する。
【００５７】
図２に示されたステップS240において、従来のビット数初期化方法以外に、以下に記述した新しいビット数初期化方法を使用して、初期化するビット数をより正確にし、それによってさらに後続の反復回数を減少させることもできる。以下に２種類の場合に分けて、本発明の実施形態に基づいたビット数初期化方法を記述する。
【００５８】
（総パワーが与えられた場合のビット数初期化）
仮に各サブチャネルの送信パワーが（P1、P2、…、PN）であり、各サブチャネルに割当てられたビット数は（b1、b2、…、bN）であり、システムの予め定められた総パワーPtotalが与えられた場合、システム容量が最大の最適化目的関数は以下のようになる。
【００５９】
【数１０】
2011250414.tif 000014
式中、kはサブチャネル番号であり、且つ1≦k≦Nであり、Nはサブチャネルの総数である。すなわち、総パワーが与えられた場合、システム容量は最大化される。
【００６０】
M-QAM変調方式については、ビット誤り率BER、パワーPk及びビット数bkは、以下の関係を満たす。
【数１１】
2011250414.tif 000015
式中、gkは、サブチャネルkの正規化S/N比である。
【００６１】
システムの予め定められた目標ビット誤り率がBERtargetであり、パワーマージンがγである（ここでは線形単位のマージンであり、dBを単位とするマージンγ_dBが与えられた場合、γ=10＾（γ_dB/10）である）とする。以上の式（２）からPkとbkの関係が得られる。
【００６２】
【数１２】
2011250414.tif 000016
【００６３】
式中、Bの取る値は、控えめな推定値
【数１３】
2011250414.tif 000017
又はまず平方した後の平均値
【数１４】
2011250414.tif 000018
又はまず平均した後の平方した値
【数１５】
2011250414.tif 000019
等であってもよい。ここで、a1は候補変調方式集合中のランクが最低の0でない変調方式に対応するビット数であり、akは候補変調方式集合中の変調方式を昇り順に配列した場合にk番目となる0でない変調方式に対応するビット数であり、Lは候補変調方式集合中0でない変調方式の総数である。
【００６４】
式（３）を最適化目的関数（１）に代入し、ラグランジェ乗数法を用いて最適化されたビット設定を求めることができる。
【００６５】
【数１６】
2011250414.tif 000020
上記式（４）に従って、M-QAM変調方式のサブチャネルのビット数の推定値を計算することができる。
【００６６】
推定値bkを候補変調方式集合に対応するビット数集合｛0、a1、a2、…、aL｝中に数値化し、それによって各サブチャネルのビット数を得る。四捨五入方式、切り捨て方式、切り上げ方式等各種方式を用いて、各サブチャネルのビット数の推定値を数値化することができ、制限はない。
【００６７】
M-PSK変調方式については、ビット誤り率BER、パワーPk及びビット数bkは以下の関係を満たす。
【数１７】
2011250414.tif 000021
式中、gkは、サブチャネルkの正規化S/N比である。
【００６８】
仮にシステムの予め定められた目標ビット誤り率がBERtarget、パワーマージンがγ（ここでは線形単位のマージン）である場合、上の式（2’）によってPkとbkの関係を得ることができる。
【００６９】
【数１８】
2011250414.tif 000022
【００７０】
式中、Bの取る値は、控えめな推定値
【数１９】
2011250414.tif 000023
又はまず平方した後の平均値
【数２０】
2011250414.tif 000024
又はまず平均した後の平方した値
【数２１】
2011250414.tif 000025
等であってもよい。ここで、a1は候補変調方式集合中のランクが最低の0でない変調方式に対応するビット数であり、akは候補変調方式集合中の変調方式を昇り順に配列した場合にk番目となる0でない変調方式に対応するビット数であり、Lは候補変調方式集合中0でない変調方式の総数である。
【００７１】
式（３’）を最適化目的関数（１）に代入し、ラグランジェ乗数法を用いて最適化されたビット設定を求めることができる。
【００７２】
【数２２】
2011250414.tif 000026
上記式（４’）に従って、M-PSK変調方式のサブチャネルのビット数の推定値を計算することができる。
【００７３】
同じように、推定値bkを候補変調方式集合に対応するビット数集合｛0、a1、a2、…、aL｝中に数値化し、それによって各サブチャネルのビット数を得る。
【００７４】
（総容量が与えられた場合のビット数初期化）
仮に各サブチャネルに割当てられた送信パワーが（P1、P2、…、PN）であり、各サブチャネルに割当てられたビット数が（b1、b2、…、bN）であり、システムの予め定められた総容量、すなわち総ビット数btotalが与えられた場合、システムパワー最小化の最適化目的関数は以下のようになる。
【００７５】
【数２３】
2011250414.tif 000027
式中、kはサブチャネル番号であり、且つ1≦k≦Nであり、Nはサブチャネルの総数である。すなわち、システムの容量が与えられた場合、総パワーは最小化される。
【００７６】
M-QAM変調方式については、方程式（３）によって出したPkとbkの関係を利用し、最適化目的関数（５）を結びつけ、ラグランジェ乗数法を用いて最適化されたビット設定を得ることができる。
【００７７】
【数２４】
2011250414.tif 000028
式中、gkは、サブチャネルkの正規化S/N比である。
【００７８】
同じように、推定値bkを候補変調方式集合に対応するビット数集合｛0、a1、a2、…、aL｝中に数値化し、それによって各サブチャネルのビット数を得ることができる。
【００７９】
M-PSK変調方式については、方程式（３’）が示すPkとbkの関係を利用し、最適化目的関数（５）を結びつけ、ラグランジェ乗数法を用いて最適化されたビット設定を得ることができる。
【００８０】
【数２５】
2011250414.tif 000029
式中、gkは、サブチャネルkの正規化S/N比である。
【００８１】
同じように、推定値bkを候補変調方式集合に対応するビット数集合｛0、a1、a2、…、aL｝中に数値化し、それによって各サブチャネルのビット数を得ることができる。
【００８２】
本発明の実施形態に基づいたビット初期化ステップにおいて、目標ビット誤り率BERtargetを用いて、初期化するビットをより正確にし、それによってビット数及びパワー調整過程において実行される反復回数を減少させることができる。
【００８３】
上記M-QAM及びM-PSK変調方式を例に本発明の実施形態に基づいたビット及びパワー割当て方法を説明したが、理解しておかなければならないのは、S/N比検索テーブルを使用したため、この本発明の実施形態に基づく方法は、変調方式面において制限はなく、各種変調方式に用いることができることである。また、理解しておかなければならないのは、各サブチャネルは同一の変調方式を用いてもよく、異なる変調方式を用いてもよいことである。
【００８４】
図６には、本発明の実施形態に基づいたビット及びパワー割当て装置の略図的ブロック図を示す。図６に示されたように、ビット及びパワー割当て装置600には、前処理ユニット610、検索テーブル構築ユニット620及びビット及びパワー調整ユニット630が含まれる。
【００８５】
本発明の1つの実施形態に基づいて、前処理ユニット610は、各サブチャネル用の候補変調方式集合を決定し、各サブチャネルの正規化S/N比を取得し、各チャネルのビット数を初期化し、並びに各チャネルのビット数、各サブチャネルの正規化S/N比及びS/N比検索テーブルに基づいて各サブチャネルのパワーを初期化するように設定される。検索テーブル構築ユニット620は、予め定められた目標ビット誤り率に基づいてS/N比検索テーブルを構築し、そのS/N比検索テーブル中には、目標ビット誤り率においてS/N比と候補変調方式集合中の各変調方式に対応するビット数の対応関係を含むように設定される。ビット及びパワー調整ユニット630は、パワー利用率最大化の原則に従って各サブチャネルのビット数及びパワーに対して調整を行い、それによって各サブチャネルのビット数及びパワー割当て結果を取得するように設定される。
【００８６】
本発明のもう1つの実施形態に基づいて、前処理ユニット610はさらに、各サブチャネルの後方向パワー増量及び前方向パワー増量を初期化するように設定され、ここで、後方向パワー増量は、サブチャネルにそのサブチャネルの現行ビット数より1ランク低いビット数を割当てる場合のそのサブチャネルの現行パワーが減少すべき量を表し、前方向パワー増量は、サブチャネルにそのサブチャネルの現行ビット数より1ランク高いビット数を割当てる場合のそのサブチャネルの現行パワーが増加すべき量を表す。ビット及びパワー調整ユニット630はさらに、各サブチャネルの後方向パワー増量中最大のものが最大後方向パワー増量を有する以外のサブチャネルの前方向パワー増量中最小のものより大きい場合、最小前方向パワー増量を有するサブチャネルのビット数を１ランクアップさせ、最大後方向パワー増量を有するサブチャネルのビット数を１ランクダウンさせ、この２つのサブチャネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新するように設定される。
【００８７】
本発明のもう1つの実施形態に基づき、ビット及びパワー調整ユニット630はさらに、サブチャネルの後方向パワー増量中最大のものが最大後方向パワー増量を有する以外のサブチャネルの前方向パワー増量中最小のもの以下である場合、各サブチャネルのビット数及びパワーに対して微調整を行い、それによってシステムの予め定められた総パワー又は予め定められた容量を正確に各サブチャネルに割当てるように設定される。
【００８８】
本発明のもう1つの実施形態に基づき、ビット及びパワー調整ユニット630はさらに、システムの予め定められた総パワーが与えられたときに、全サブチャネルのパワーの和が予め定められた総パワーを超える場合、最大後方向パワー増量を有するサブチャネルのビット数を１ランクダウンさせ、そのサブチャネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、全サブチャネルのパワーの和が予め定められた総パワーを超えず、且つ予め定められた総パワーと全サブチャネルのパワーの和の差が最小前方向パワー増量以上である場合、最小前方向パワー増量を有するサブチャネルのビット数を１ランクアップさせ、そのサブチャネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、並びに、全サブチャネルのパワーの和が予め定められた総パワーを超えず、且つ予め定められた総パワーと全サブチャネルのパワーの和の差が最小前方向パワー増量より小さい場合、各サブチャネルのパワー増量を予め定められた総パワーと全サブチャネルのパワーの和の比の分だけ倍にするように設定される。
【００８９】
本発明のもう1つの実施形態に基づき、ビット及びパワー調整ユニット630はさらに、システムの予め定められた容量が与えられた場合、  全サブチャネルのビット数の和がシステムの予め定められた総ビット数を超える場合、最大後方向パワー増量を有するサブチャネルのビット数を１ランクダウンさせ、そのサブチャネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新し、並びに、全サブチャネルのビット数の和が予め定められた総ビット数より低い場合、最小前方向パワー増量を有するサブチャネルのビット数を１ランクアップさせ、そのサブチャネルのパワー、後方向パワー増量、前方向パワー増量を更新するように設定される。
【００９０】
前処理ユニット610は、各種既知の方式を用いてビット数の初期化を行うことができる。前処理ユニット610も、以上の本発明の実施形態に基づいて記述された新たなビット数初期化方法を使用して、初期化するビット数をより正確にし、それによってさらに後続の反復回数を減少させることができる。具体的な詳細はここでは繰り返さない。
【００９１】
前処理ユニット610はさらに、以上の本発明の実施形態に基づいて記述されたパワー初期化方法を使用して、各サブチャネルのパワーを初期化することができる。具体的な詳細はここでは繰り返さない。
【００９２】
検索テーブル構築ユニット620は、従来技術の既存の正確なビット誤り率式を用いてS/N比検索表中の要素、すなわちS/N比を計算することができる。従来技術のビット誤り率式以外に、検索テーブル構築ユニット620は、以上の本発明の実施形態に基づいて記述されたビット誤り率式を用いてS/N比検索テーブル中のS/N比を計算することもできる。具体的な詳細はここでは繰り返さない。
【００９３】
図７には、本発明の実施形態に基づいた通信システムの略図的ブロック図を示す。図７に示されているように、通信システム700は、送信装置710、受信装置720及びビット及びパワー割当て装置730を含む。送信装置710は入力されたデータを各サブチャネル上に変調し、各サブチャネルを経由してそのデータを受信装置に送信するように設定される。受信装置720は、各サブチャネルに対して復調を行い、それによってデータを取得し、及び各サブチャネルに対してチャネル推定を行うように設定される。ビット及びパワー割当て装置730は、受信装置720が行ったチャネル推定の結果に基づいて各サブチャネルに対してビット及びパワー割当てを行い、割当て結果を送信装置710に送信するように設定される。
【００９４】
上記本発明の実施形態に基づいたビット及びパワー調整ユニットを使用して、ビット及びパワー割当て装置730とすることができる。送信装置710及び受信装置720は従来技術のマルチサブチャネルパラレル通信システム中の送信装置及び受信装置と同一でもよく、例えば、それぞれ図1に示されたシステム100中の送信装置110及び受信装置120でもよい。
【００９５】
ビット及びパワー割当て装置730は、送信装置710中又は受信装置720中に設置されてもよく、独立装置として単独設置されてもよい。
本発明の実施形態の装置及びシステムの操作のさらなる詳細に関しては、以上に述べた方法の各実施形態を参考にすることができる。ここではこれ以上詳細な記述はしない。
【００９６】
本発明の実施形態に基づくビット及びパワー割当て方法、装置及びシステムは、目標ビット誤り率に基づいてS/N比検索テーブルを構築し、S/N比検索テーブルに基づいて少なくともパワーの初期化を行い、初期化するパワーをより正確にし、システムの性能をより正確に反映し、それによってビット数及びパワー調整過程において実行される反復回数を減少することを可能にする。予めS/N比検索テーブルを構築するため、さらに後続のビット及びパワー調整過程における計算の負担を軽減することができる。
【００９７】
また、S/N比検索テーブルを構築することによって、本発明の実施形態の方法、装置及びシステムを各サブチャネルの変調方式について制限のないものにする。
本発明の実施形態に基づいたビット及びパワー割当て方法、装置及びシステムは、OFDM、DMT等のマルチキャリアシステム、MIMOシステム及び周波数分割多重等のマルチサブチャネルパラレル通信システムに用いることができる。
【００９８】
また、上記装置中の各構成モジュール、ユニットは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア又はその組み合わせの方式によって設定することができる。設定に使用可能な具体的手段又は方式は、本分野の技術者が熟知するところであり、ここではこれ以上述べない。ソフトウェア又はファームウェアによって実現された場合、記憶媒体又はネットワークから専用ハードウェア構造を有するコンピュータ（例８に示された汎用コンピュータ800等）にソフトウェアを構成するプログラムをインストールし、そのコンピュータに各種プログラムがインストールされている場合、各種機能等を実行することができる。
【００９９】
図８において、中央処理ユニット（Central Processing Unit、CPU）801は読み取り専用メモリ（Read Only Memory、ROM）802中に保存されたプログラム又はメモリ部808からランダムアクセスメモリ（Random Access Memory、RAM）803に読み込んだプログラムに基づいて各種処理を実行する。RAM803中には、さらに必要に応じて、CPU801が各種処理等を実行する場合に必要なデータを保存する。CPU801、ROM802及びRM803はバス804を経由して互いに接続される。入力/出力インターフェース805もバス804に接続される。
【０１００】
次の部品は、入力/出力インターフェース805に接続される。入力部806（キーボード、マウス等を含む）、出力部807（ブラウン管（Cathode Ray Tube、CRT）、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display、LCD）等のディスプレイ、及びスピーカ等を含む）、メモリ部808（ハードディスク等を含む）、通信部809（Local Area Network（LAN）カード、モデム等のネットワークインターフェースカードを含む）。通信部809はインターネット等のネットワークを経由して通信処理を行う、必要に応じて、ドライバ810も入力/出力インターフェース805に接続することができる。磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の取り外し可能媒体811は必要に応じてドライバ810上に取り付けられ、中から読み出されたコンピュータプログラムを必要に応じてメモリ部808中にインストールすることができる。
【０１０１】
ソフトウェアによって上記一連の処理を実現する場合、インターネット等のネットワーク又は取り外し可能媒体811等の記憶媒体から、ソフトウェアを構成するプログラムをインストールする。
【０１０２】
この種の記憶媒体は、図8に示されたその中にプログラムを有するものであって、装置と分離された状態でユーザにプログラムを配布する取り外し可能媒体811に限られないことを本分野の技術者は理解しておかなければならない。取り外し可能媒体811の例には、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（光ディスク読み取り専用メモリ（Compact Disc Read Only Memory、CD-ROM）及びデジタル汎用ディスク（Digital Versatile Disc、DVD）を含む）、光磁気ディスク（ミニディスク（MiniDisc、MD）（登録商標））及び半導体メモリが含まれる。又は、記憶媒体はROM802、メモリ部808中に含まれるハードディスク等、その中にプログラムを有し、それらを含む装置とともにユーザに配布されるものでもよい。
【０１０３】
本発明の実施形態はさらに、装置が読み取り可能なコマンドコードを記憶したプログラム製品を取り上げる。コマンドコードは装置によって読み取り、実行される場合、上記本発明の実施形態に基づいた方法を実行することができる。
【０１０４】
それに対応して、上記装置が読み取り可能なコマンドコードを記憶したプログラム製品に搭載するために用いられる記憶媒体も本発明の実施形態が開示した中に含まれる。記憶媒体にはフレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、メモリカード、メモリスティックなどが含まれ、それに限らない。
【０１０５】
以上の本発明の具体的な実施形態に対する記述において、実施方式の記述及び/又は示した特徴について同一又は類似の方式で、1つ又はそれ以上のその他の実施方式中で使用することができ、その他の実施方式中の特徴と組み合わせて、又はその他の実施方式中の特徴と置き換えることができる。
【０１０６】
強調しておかなければならないのは、用語「含む（包括する/包含する）」が本文において使用される場合、特徴、要素、ステップ又は部品の存在を指すが、1つ又はそれ以上のその他の特徴、要素、ステップ又は部品の存在を排除するものではない。
【０１０７】
このほか、本発明の実施形態の方法は、明細書中に記述された時間順序に従って実行することに限らず、その他の時間順序で、並行して又は独立して実行してもよい。このため、本明細書中に記述した方法の実行順序は本発明の技術範囲に対して制限を構成しない。
【０１０８】
以上、本発明の具体的な実施形態の記述が行われたが、理解しておかなければならないのは、上記全ての実施形態及び実施例は例示的なものであり、非制限的なものであることである。本分野の当業者であれば添付された特許請求の範囲の精神及び範囲内において本発明の実施形態の各種修正、改良又は同等物を設計することができる。これらの修正、改良又は同等物も本発明の保護範囲内に含まれると考えられるべきである。
【符号の説明】
【０１０９】
１１０  送信装置
１２０  受信装置
１３０  サブチャネルビット及びパワー割当て装置
６１０  前処理ユニット
６２０  検索テーブル構築ユニット
６３０  ビット及びパワー調整ユニット
７１０  送信装置
７２０  受信装置
７３０  ビット及びパワー割当て装置
８０５  入力/出力インターフェース
８０６  入力部
８０７  出力部
８０８  メモリ部
８０９  通信部
８１０  ドライバ
８１１  取り外し可能媒体
【図１】
2011250414.tif 000057
【図２】
2011250414.tif 000058
【図３】
2011250414.tif 000059
【図４】
2011250414.tif 000060
【図５】
2011250414.tif 000061
【図６】
2011250414.tif 000062
【図７】
2011250414.tif 000063
【図８】
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