(57)【要約】  本発明は、多重チャンネル通信システムの適応型資源割当装置及びその方法に関するものである。本発明では、副チャンネルの変調方式を決定するために副チャンネルに対するチャンネル利得を決定し、各副チャンネルに対する変調方式を決定する。具体的には、副チャンネルの状態によって、伝送しようとするビット数を割り当て、要求される全体伝送率に対する最少の電力を決定する。尚、上記割り当てられたビット数及び電力によって上記副チャンネルに対するチャンネル利得を決定し、上記チャンネル利得に基づいて各副チャンネルに対する変調方式を決定する。特に、上記各副チャンネルに対する変調方式を決定する場合、平均的な電力と伝送率とによって反復的に適応型コンベックス検索過程を実施し、検索結果によって一つの副チャンネル単位で最終的な変調方式を決定する。このような本発明によれば、ＯＦＤＭ方式で動作する屋内データ通信システムにおいて適応型変調方式を適用する場合、従来のシステムに比べて複雑性を非常に低減させて実現を容易にすることができる。
2007517457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重チャンネル通信システムの適応型資源割当方法において、
ａ）副チャンネルの状態によって、伝送しようとするビット数を割り当てる段階と、
ｂ）要求される全体伝送率に対する最少の電力を決定する段階と、
ｃ）前記割り当てられたビット数及び電力によって前記副チャンネルに対するチャンネル利得を決定する段階と、
ｄ）前記チャンネル利得に基づいて、各副チャンネルに対する変調方式を決定する段階と、
を含むことを特徴とする適応型資源割当方法。
【請求項２】
前記ａ）段階は、ラグランジュ乗数（λ）を分析的／経験的方法により推定してビット数を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の適応型資源割当方法。
【請求項３】
前記ｄ）段階は、
平均的な電力と伝送率とによって反復的に適応型コンベックス検索過程を実施する段階と、
前記コンベックス検索の結果に基づいて一つの副チャンネル単位に最終的な変調方式を決定する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の適応型資源割当方法。
【請求項４】
Ｐ（Ｒ）は、平均電力−伝送率関数、σ２は、電波信号に対する分散を示しており、α＞１であるとすると、前記平均的な電力と伝送率との関係は、与えられたチャンネル応答と変調器とに対して、Ｐ（Ｒ）＝σ２α−Ｒ、Ｒ＞０により与えられることを特徴とする、請求項３に記載の適応型資源割当方法。
【請求項５】
前記コンベックス検索過程を行う段階は、与えられた目的伝送率（Ｒｔ）に対する最適解（λ＊）を検索し、
ｉ）目的伝送率（Ｒｔ）に対して上限（λｌ）及び下限（λｕ）をそれぞれλｌ＝０及びλｕ＝∞に選択して初期化する段階と、
ii）経験的方法により前記目的伝送率（Ｒｔ）に対するラグランジュ乗数推定初期値（λ）を選択する段階と、
iii）目的伝送率Ｒｔに相当するラグランジュ乗数λを得るまで伝送率非制限問題を解く段階と、
iv）最も低い伝送率（Ｒｌ）及び最も高い伝送率（Ｒｈ）を調べる段階と、
ｖ）前記伝送率非制限問題を解く段階に再び進む段階と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の適応型資源割当方法。
【請求項６】
前記ラグランジュ乗数初期値（λ）は、
【数１】
2007517457.tif 000017
を満足することを特徴とする請求項５に記載の適応型資源割当方法。
【請求項７】
前記目的伝送率（Ｒｔ）に対して前記上限（λｌ）は、
【数２】
2007517457.tif 000018
を満足し、前記下限（λｕ）は、
【数３】
2007517457.tif 000019
を満足し、前記上限（λｌ）及び下限（λｕ）は、
【数４】
2007517457.tif 000020
の関係を満足することを特徴とする請求項６に記載の適応型資源割当方法。
【請求項８】
前記目的伝送率Ｒｔに相当する最適のλ＊は、
【数５】
2007517457.tif 000021
を満足することを特徴とする請求項７に記載の適応型資源割当方法。
【請求項９】
前記目的伝送率Ｒｔに相当する最適のλ＊は、
【数６】
2007517457.tif 000022
を満足することを特徴とする請求項７に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１０】
前記非制限問題を解くiii）段階は、特定解に対する伝送率、又は、複数解に対する最も高い伝送率が目的伝送率Ｒｔより低い場合、次の段階のために、高い伝送率を示す解のためにより低いラグランジュ乗数λを選択し、前記目的伝送率Ｒｔに相当するラグランジュ乗数λを得るまで継続することを特徴とする請求項５に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１１】
前記伝送率非制限問題を解くiii）段階において、推定初期値（λ）が特異解（Singular value）であるときは、最も低い伝送率（Ｒｌ）及び最も高い伝送率（Ｒｈ）を検索することを特徴とする請求項１０に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１２】
前記伝送率非制限問題を解くiii）段階において、推定初期値（λ）が特異解でなければ、Ｒｌ＝Ｒｈ＝Ｒ（λ）である一つの伝送率を検索することを特徴とする請求項１０に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１３】
前記最も低い伝送率（Ｒｌ）及び最も高い伝送率（Ｒｈ）を調べるiv）段階において、最も低い伝送率≦目的伝送率≦最も高い伝送率（Ｒｌ≦Ｒｔ≦Ｒｈ）であるときは、推定初期値（λ）が最適解になることを特徴とする請求項１０に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１４】
前記最も低い伝送率（Ｒｌ）及び最も高い伝送率（Ｒｈ）を調べるiv）段階において、最も高い伝送率＜目的伝送率（Ｒｈ＜Ｒｔ）であるときは、前記最も高い伝送率（Ｒｈ）の中から、伝送率増加に対する電力減少比率が最大である伝送率ＲＨ（＞Ｒｈ）を検索し、前記上限（λｕ）をＲｈとＲＨとの間の傾斜度に更新することを特徴とする請求項１０に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１５】
前記電力減少比率が最大である伝送率（ＲＨ）は、前記最も高い伝送率（Ｒｈ）より大きい伝送率を有する総ての可能な変調方式を調べることによって得られることを特徴とする請求項１４に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１６】
前記最も高い伝送率（Ｒｈ）≦目的伝送率≦電力減少比率が最大である伝送率（Ｒｈ≦Ｒｔ≦ＲＨ）であるときは、ラグランジュ乗数推定初期値（λ）が最適解になることを特徴とする請求項１５に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１７】
前記下限が０（λｌ＝０）であれば、次の段階のためのラグランジュ乗数推定初期値（λ）を経験的方法により推定し、前記下限が０でなければ、次の段階のための推定初期値（λ）を推定式を用いて推定することを特徴とする請求項１６に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１８】
前記最も低い伝送率（Ｒｌ）及び最も高い伝送率（Ｒｈ）を調べるiv）段階において、最も低い伝送率＞目的伝送率（Ｒｌ＞Ｒｔ）であるときは、前記最も低い伝送率（Ｒｌ）の中から、伝送率増加に対する電力減少比率が最大である伝送率ＲＬ（＜Ｒｌ）を検索し、前記上限（λｌ）をＲｌとＲＬとの間の傾斜度に更新することを特徴とする請求項１０に記載の適応型資源割当方法。
【請求項１９】
前記電力減少比率が最大である伝送率（ＲＬ）は、前記最も低い伝送率（Ｒｌ）より低い伝送率を有する総ての可能な変調方式を調べることによって得られることを特徴とする請求項１８に記載の適応型資源割当方法。
【請求項２０】
前記最も低い伝送率（Ｒｌ）≧目的伝送率≧電力減少比率が最大である伝送率（ＲＬ≦Ｒｔ≦Ｒｌ）であるときは、ラグランジュ乗数推定初期値（λ）が最適解になることを特徴とする請求項１９に記載の適応型資源割当方法。
【請求項２１】
前記下限が∞（λｈ＝∞）であるときは、次の段階のためのラグランジュ乗数推定初期値（λ）を経験的方法により推定し、前記下限が∞でなければ、次の段階のための推定初期値（λ）を推定式を用いて推定することを特徴とする請求項２０に記載の適応型資源割当方法。
【請求項２２】
直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）システムの適応型資源割当装置において、
チャンネル状態を推定するチャンネル推定器と、
チャンネル推定値に基づいて副チャンネルに対するチャンネル利得を決定し、前記チャンネル利得に基づいて、前記副チャンネルに対してビットと電力とを割り当てる適応型副チャンネル割当器と、
前記割り当てられたビットと電力とによってビットテーブル及び電力テーブルを出力する適応型ビットローダと、
を備えていることを特徴とする適応型資源割当装置。
【請求項２３】
前記ビットテーブル及び前記電力テーブルによって、それぞれ、シンボルのビット及び電力をマッピング及びデマッピングするシンボルマッパ及びシンボルデマッパをさらに備えていることを特徴とする請求項２２に記載の適応型資源割当装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、資源割当装置及びその方法に係り、より具体的には、多重チャンネル通信システムの適応型資源割当装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近来、映像及びデータ伝送に対する重要性が高まって、高速データ伝送に対する必要性が増加しているが、そのための周波数資源は相対的に不足しているため、効率的な周波数使用が必須である。
【０００３】
ところが、従来の直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）システムの場合、固定された変調方式を使用したり、又は、使用者別平均信号対雑音比（ＳＮＲ）を考慮して変調方式を決定していたが、ＯＦＤＭシステムの場合には、副チャンネル別に異なるＳＮＲ値を持つために、これを利用して個別的に変調方式を決定することが重要である。
【０００４】
従来の技術として、米国特許第ＵＳ５，０５４，０３４号公報（１９９１年１０月１日出願）（特許文献１）には、「不完全伝送媒体のための組み合わせモデム構造（“Ｅｎｓｅｍｂｌｅ  Ｍｏｄｅｍ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｏｒ  Ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｍｅｄｉａ”）」が開示されているが、多重搬送波システムにおける各副チャンネル別ＳＮＲに基づいてビットを各副チャンネルに対して異なるようにして割り当てることにより、最大データ伝送速度又は最大性能利得が得られる方法を示している。
【０００５】
上記米国特許第ＵＳ５，０５４，０３４号公報によれば、先ず、各副チャンネル別ＳＮＲとＳＮＲギャップとの比を計算するが、このとき、ＳＮＲギャップは、副チャンネル別エラー訂正コード方式や望むビットエラー確率によって決定される値で、一定のビット数を伝送するときに必要な理想的なＳＮＲと実際ＳＮＲとの間の差を示す。次に、使用しようとする副チャンネルの個数ｋを１とし、伝送可能な最大ビット数を０と設定した後、反復過程を開始し、その後、現在のｋ値に対して各副チャンネルに伝送することができるビット数を計算し、そのうち最も大きいｋ個の合計を得る。このような反復過程をｋと副チャンネル個数Ｎが同一になるまで繰り返すとすると、上記ｋ個の合計中の最大値が最大ビット数となり、そのときのビット数が最終的に各副チャンネルに伝送されるビット数になり、最終的なビット数から必要な電力を計算し、その値の合計が望む値になるように各電力を正規化して最終的に各副チャンネル当りの割当電力を得る。この特許出願では、ＯＦＤＭにおいて各副チャンネル別ＳＮＲによって適応的にビットを割り当てるために、段階別にＳＮＲを参照して使用副チャンネル数を増加させるとともに、各副チャンネルに割り当てられるビットを計算することによってＯＦＤＭにおいてＳＮＲを利用した最適ビットの割り当てが可能となる。
【０００６】
一方、Ｂ．Ｓ．クロンゴールドら（Ｂ．Ｓ．Ｋｒｏｎｇｏｌｄ，ｅｔ  ａｌ．）による「多重搬送波通信方式のための計算効率最適化電力割り当てアルゴリズム（“Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉ-ｃａｒｒｉｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”）」と題された、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ紙，２０００年，ｖｏｌ．ｌ，第２３−２７頁に開示されている文献（非特許文献１）では、ＤＭＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｍｕｌｔｉｔｏｎｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）システムにおいて、ＳＮＲに関して割り当てを行い、副チャンネル別変調方式を決定するために、変調方式決定又はビット割当問題を解決するための変調二等分（ｂｉｓｅｃｔｉｏｎ）方法が適用されている。上記文献では、ＤＭＴシステムの場合、チャンネル情報を伝送端において知っていると仮定するとき、そのチャンネル情報に基づいて周波数帯域で使用者区分をすることによって周波数資源を効率的に使用することができる方法を開示している。
【０００７】
上記文献によれば、整数型変数を有する非線形最適化問題の場合、直接的に最適解を求めることが難しいため、変数に対する整数条件を排除して非線形最適化問題の解を求め、得られた実数解から量子化を通じて最終的な整数解を得るが、このとき、最適化問題の解を求める過程が非常に複雑であるため、得られた実数解から量子化を利用して整数解を得たために、元の問題の最適解もまた提供することができないという問題がある。
【０００８】
一方、Ｗ．Ｒｈｅｅ  ａｎｄ  Ｊ．Ｍ．Ｃｉｏｆｆｉによる「副チャンネルの動的割当てを用いた多重使用者容量の増加（“Ｉｎｃｒｅａｓｅ  ｉｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ＯＦＤＭ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ”）」と題された、ＩＥＥＥ ＶＴＣ’議事録（Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  ＶＴＣ’）、２０００年、第１０８５−１０８９頁に開示されている文献（非特許文献２）には、多重使用者ＯＦＤＭにおいてチャンネル情報に基づいて各使用者に割り当てられる副チャンネルを決定し、その副チャンネルにおける割り当て電力を決定することによって、全体容量を最大化するために各使用者別副チャンネル別電力を変数にして問題を形成し、これを解決できる直観的な方法が開示されている。
【０００９】
上記文献によれば、各使用者別副チャンネル別容量を計算するとき、電力を同一に分配したので、性能低下が予想された。容量を最大化したものの、その容量は実数型値であり、実際に使用される変調方式の場合には整数型値のみが使用されるために、これを実際に伝送に使用することが難しいという問題がある。
【００１０】
しかし、ＯＦＤＭ／ＴＤＭＡのための適応型資源割当のためには、各副チャンネル及び時間スロットに対する変調方式決定作業が行われなければならないが、従来の技術による方式は、変調方式決定作業を行うのに複雑性が非常に高いために、実際的に実現が難しいという問題がある。
【特許文献１】米国特許第ＵＳ５，０５４，０３４号公報（１９９１年１０月１日出願）
【非特許文献１】Ｂ．Ｓ．クロンゴールドら（Ｂ．Ｓ．Ｋｒｏｎｇｏｌｄ，ｅｔ  ａｌ．）による「多重搬送波通信方式のための計算効率最適化電力割り当てアルゴリズム（“Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉ-ｃａｒｒｉｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”）」，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ紙，２０００年，ｖｏｌ．ｌ，第２３−２７頁
【非特許文献２】Ｗ．Ｒｈｅｅ  ａｎｄ  Ｊ．Ｍ．Ｃｉｏｆｆｉによる「副チャンネルの動的割当てを用いた多重使用者容量の増加（“Ｉｎｃｒｅａｓｅ  ｉｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ＯＦＤＭ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ”）」、ＩＥＥＥ ＶＴＣ’議事録（Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  ＶＴＣ’）、２０００年、第１０８５−１０８９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明が目的とする技術的課題は、従来の問題点を解決するためのものであって、ＯＦＤＭシステムの副チャンネル別変調方式決定作業を効率的で簡単に実現すると同時に、システムの性能低下を減少させることができる多重チャンネル通信システムの適応型資源割当装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような技術的課題を達成するための本発明の特徴による多重チャンネル通信システムの適応型資源割当方法は、ａ）副チャンネルの状態に応じて、伝送しようとするビット数を割り当てる段階と、ｂ）要求される全体伝送率に対する最少の電力を決定する段階と、ｃ）上記割り当てられたビット数及び電力に応じて上記副チャンネルに対するチャンネル利得を決定する段階と、ｄ）上記チャンネル利得に基づいて、各副チャンネルに対する変調方式を決定する段階とを含んで構成される。ここで、上記ビット割り当てのためにラグランジュ乗数（λ）を分析的／経験的方法により推定することを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記各副チャンネルに対する変調方式を決定する段階は、平均的な電力と伝送率とに応じて反復的に適応型コンベックス検索過程を実施する段階と、上記コンベックス検索の結果に基づいて一つの副チャンネル単位で最終的な変調方式を決定する段階とを含む。
【００１４】
ここで、上記平均的な電力と伝送率との関係は、与えられたチャンネル応答及び変調器に対してＰ（Ｒ）＝σ２α−Ｒ，Ｒ＞０で与えられ、ここで、Ｐ（Ｒ）は、平均電力-伝送率関数、σ２は、電波信号に対する分散を示しており、このとき、α＞１であることを特徴とする。
【００１５】
一方、コンベックス検索過程を実施する段階の、ｉ）目的伝送率（Ｒｔ）に対して上限（λｌ）及び下限（λｕ）をそれぞれλｌ＝０及びλｕ＝∞に選択して初期化する段階と、ii）経験的方法により上記目的伝送率（Ｒｔ）に対するラグランジュ乗数推定初期値（λ）を選択する段階と、iii）目的伝送率Ｒｔに相当するラグランジュ乗数λを得るまで伝送率非制限問題を解く段階と、iv）最も低い伝送率（Ｒｌ）と最も高い伝送率（Ｒｈ）とを調べる段階と、更に、ｖ）上記伝送率非制限問題を解く段階に戻る段階とを含むことができる。
【００１６】
また、本発明の他の特徴による多重チャンネル通信システムの適応型資源割当装置は、チャンネル状態を推定するチャンネル推定器と、上記チャンネル推定値に基づいて副チャンネルに対するチャンネル利得を決定し、上記チャンネル利得に基づいて上記副チャンネルに対してビットと電力とを割り当てる適応型副チャンネル割当器と、更に、上記割り当てられたビットと電力とに応じてビットテーブル及び電力テーブルを出力する適応型ビットローダと、を備えている。その他にも、上記ビットテーブル及び上記電力テーブルによって、それぞれ、シンボルのビット及び電力をマッピング及びデマッピングするシンボルマッパ及びシンボルデマッパをさらに備えているものとすることができる。
【００１７】
本発明によれば、ＯＦＤＭにおける資源割当のための方法として副チャンネルに対するチャンネル応答を利用して使用する副チャンネル別変調方式を決定する高速検索アルゴリズムを提供することによって、ＯＦＤＭ方式で動作する屋内データ通信システムの中で適応型変調方式を適用する場合、従来のシステムに比べて複雑性を非常に低減させて実現を容易にすることができ、さらに周波数の使用効率も大きく高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＯＦＤＭ方式で動作する屋内データ通信システムにおいて適応型変調方式を適用する場合、従来のシステムに比べて複雑度を非常に低減して実現を容易にすることができる。
【００１９】
尚、本発明によれば、従来の固定型変調方式を使用するシステムに比べて相当な量の使用電力利得を得ることができ、周波数使用効率もまた大きく高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる好ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
一般的なＯＦＤＭ又はＯＦＤＭＡシステムと同様に、伝送端のＩＦＦＴと受信端のＦＦＴとによって各副チャンネルは互いに干渉せずに周波数非選択的フェーディングを行う。上記ＯＦＤＭシステムは、通常、副チャンネルのチャンネル利得に関係なく、望むデータ伝送速度によって適当な変調方式を副チャンネルに割り当てる。
【００２２】
本発明の実施の形態では、ＩＦＦＴ前端に副チャンネルに対する変調方式決定機を配置して、チャンネル利得に応じてそれぞれ異なる変調方式を使用し、このように決定された変調方式に対する情報は、別途の制御チャンネルを利用して受信端に伝送されなければならず、上記受信端では、このような変調方式に対する情報から副チャンネル別変調方式を認知して復調に使用する。
【００２３】
また、本発明の実施の形態では、ＯＦＤＭにおける資源割当のための方法として、副チャンネルに対するチャンネル応答を利用して、使用する副チャンネル別変調方式を決定する高速検索アルゴリズムを提供し、そのためには、各副チャンネルのチャンネル応答を知るべきであるが、これはアップリンク／ダウンリンクチャンネルの応答が同一であると仮定できる時分割変調（ＴＤＤ）システムの場合、チャンネル推定のみを利用しても可能である。周波数分割変調（ＦＤＤ）システムの場合、制御チャンネルを通じて推定されたチャンネル応答に対する伝送を必要とするので、本発明の実施の形態による方式を通じて決定された変復調方式情報は、別途の制御チャンネルを通じて受信端に伝送されなければならない。
【００２４】
本発明の副チャンネルの変調方式決定を効率的に進めるための通信システムの適応型資源割当方法は、副チャンネルに対するチャンネル利得を決定する第１段階と、各副チャンネルに対する変調方式を決定する第２段階とを含むが、以下に、添付した図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ通信システムの適応型資源割当装置の構造図である。添付した図１に示されているように、本発明の実施の形態に係る適応型資源割当装置１１０は、適応型副チャンネル割当器１１１と、適応型ビットローダ１１２と、理想的なチャンネル推定器／雑音発生器１１３とにより構成される。
【００２６】
上記チャンネル推定器／雑音発生器１１３から発生した雑音変数（Ｎｏｉｓｅ_Ｖａｒ）が適応型副チャンネル割当器１１１、適応型ビットローダ１１２及び無線チャンネル１２０に入力され、上記適応型ビットローダ１１２から出力されるビットテーブル及び電力テーブルによってそれぞれシンボルのビット及び電力をマッピング及びデマッピングするシンボルマッパ１３０及びシンボルデマッパ１４０に入力される。
【００２７】
次に、前述した構造に基づいてＯＦＤＭ通信システムにおける適応型資源割当方法を詳細に説明する。
【００２８】
先ず、副チャンネル個数をＮとするとき、各副チャンネルに対するチャンネル利得の値は、
【数１】
2007517457.tif 000003
であり、各副チャンネルに割当されるビット数と電力をそれぞれｃｎ，Ｐｎとするとき、次のような式を満足する。
【数２】
2007517457.tif 000004
ここで、ｆ（ｃｎ）は、ビット（ｃｎ）を受信するのに必要な電力を示す。
【００２９】
図２は、本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおいて１２８個の副チャンネルに対するチャンネル応答特性曲線であって、任意に発生させた副チャンネルの応答形態を示す。このようなチャンネルに本発明が提案した方式を使用する場合の結果を示したのが図３である。
【００３０】
図３は、本発明に係る通信システムの適応型資源割当方法を説明するために、図２の副チャンネル応答曲線に対して本発明に係る方式を用いる場合のビット割当結果を例示する図面であって、各副チャンネル別伝送ビット数を示す。図３に示されているように、チャンネルの状態が良ければ、一つの副チャンネルに多くのビットを伝送し、副チャンネル利得が悪ければ、少ないビットを伝送する。
【００３１】
上記数式１を使用してＯＦＤＭに対する適応変調のための伝送ビット数を割り当てることは、全体電力（ＰＴ）を最少化するための次の数式２及び３のような最適化問題を解決することと同様である。
【数３】
2007517457.tif 000005
【数４】
2007517457.tif 000006
【００３２】
ここで、Ｒは、目的データ量のことである。この問題に対する最適解を得るために、
【数５】
2007517457.tif 000007
に対する変調形態がｃｎに写像されるために要求される伝送率関数と電力関数とをそれぞれＲ（ｃｎ），Ｐ（ｃｎ）と定義する。このような伝送率制限電力最適化適応変調は、要望された全体伝送率に対して最少の電力を使用するように各副チャンネルの変調形態を割り当てる方法のことである。換言すると、入力信号に対する変調形態のベクトルは、以下の式で示される。
【数６】
2007517457.tif 000008
【００３３】
この場合、全体目的ビット数Ｒｔに対する伝送率制限は、下記式の通りである。
【数７】
2007517457.tif 000009
【００３４】
全体を伝送するための電力は、次の通りである。
【数８】
2007517457.tif 000010
【００３５】
上記数式に基づいて、電力を最少化するベクトルを検索する。
【００３６】
このとき、上記数式４乃至６の伝送率制限問題をラグランジュ乗数を使って非制限問題に単純化することができる。このような単純化プロセスは、整数ビット割当プロセスに基づいており、次のような数式で示すことができる。
【００３７】
上記ビット割当のための実際的な問題に適用するために、ラグランジュ乗数を経験的方法により推定することができる。しかし、ラグランジュ乗数λを検索し見出すためのより体系的な方策を開示するために、非制限問題を次の数式７で具体化することができる。
【数９】
2007517457.tif 000011
【００３８】
上記数式７は、各項目に対して最少化することによって全合計を最少化する最適解を得ることができ、また、各項目に対して排他的に解を得ることを次の数式８で示すことができる。
【数１０】
2007517457.tif 000012
【００３９】
一方、特定解に対する伝送率、又は、複数解に対する最も高い伝送率が目的伝送率Ｒｔより低い場合、次の段階のために高い伝送率を示す解のために、より低いラグランジュ乗数λを選択する。換言すると、特定解が目的伝送率Ｒｔより高い場合、次の段階のために低い伝送率を示す解のために、より高いラグランジュ乗数λを選択する。このプロセスは目的伝送率Ｒｔに相当するラグランジュ乗数λを得るまで継続する。
【００４０】
図４は、本発明の実施の形態に係る適応型資源割当アルゴリズムを説明するためのラグランジュ乗数に対する典型的な伝送率解の関係を示す図面である。
【００４１】
与えられたチャンネル応答及び変調器に対して、平均的な電力と伝送率との関係を次のような数式９で示すことができる。このとき、平均電力−伝送率関数Ｐ（Ｒ）は、
［数式９］
Ｐ（Ｒ）＝σ２α−Ｒ，Ｒ＞０
になり、ここでσ２は、電波信号に対する分散を示しており、このとき、α＞１になる。
【００４２】
上記数式７の非制限問題を解くために反復的技法を用いるのに最も重要なことは、速い収斂性及び初期値選定である。この問題を解決するために、図５に示されているように、Ｒ（λｕ）≦Ｒｔ≦Ｒ（λｌ）を満足するλｌ，λｕを選択することができる。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態において与えられた目的伝送率（Ｒｔ）に対する最適解（λ＊）を検索するための適応コンベックス検索アルゴリズムの手続を示す図面である。
【００４４】
図５に示されているように、与えられた目的伝送率Ｒｔに対する最適解λ＊を検索するために、適応型コンベックス検索アルゴリズムを提供する。
【００４５】
上記数式７と９から次のような数式１０を誘導することができる。
【数１１】
2007517457.tif 000013
【００４６】
上記数式１０から、λｌ，λｕを推定することができ、これらの間の関係を誘導することができる。
【数１２】
2007517457.tif 000014
【００４７】
従って、上記数式１０、１１、１２及び１３から目的伝送率Ｒｔに相当する最適なλ＊を誘導することができる。
【数１３】
2007517457.tif 000015
【００４８】
同様な方法で、数式１０、１１、１２及び１３から目的伝送率Ｒｔに相当する次のような最適なλ＊を誘導することができる。
【数１４】
2007517457.tif 000016
【００４９】
一方、上記数式１４及び１５を利用して与えられた目的伝送率Ｒｔに対する最適解λ＊を検索するための適応型コンベックス検索アルゴリズムは、次のような手順に従って行われる。
【００５０】
先ず、目的伝送率Ｒｔに対する全体シンボルの電力を最少化するための初期化過程として、ラグランジュ乗数下限λｌ、ラグランジュ乗数上限λｕをλｌ＝０ λｕ＝∞と選択する。
【００５１】
第１段階として、経験的方法により目的伝送率Ｒｔに対する推定ラグランジュ乗数λ初期値を選択する。
【００５２】
次に、第２段階として非制限問題数式７を解くが、
１）ラグランジュ乗数λが特異解であれば、最も低い伝送率（ビット数）Ｒｌ及び最も高い伝送率Ｒｈを検索する。
２）ラグランジュ乗数λが特異解でなければ、一つの伝送率Ｒｌ＝Ｒｈ＝Ｒ（λ）を検索する。
【００５３】
次に、第３段階としてＲｌ及びＲｈを調べるが、
１）Ｒｌ≦Ｒｔ≦Ｒｈであれば、λ＊←λとし、このとき、最適解を得たので、進行を中止する。
２）Ｒｈ＜Ｒｔであれば、Ｒｈの中から伝送率増加に対する電力減少比率が最大である伝送率ＲＨ（＞Ｒｈ）を検索する。そして、λｕをＲｈとＲＨの間の傾斜度に更新する。このとき、ＲＨはＲｈより大きい伝送率を有する総ての可能な変調方式を調べることによって得られる。このとき、Ｒｈ≦Ｒｔ≦ＲＨであれば、λ＊←λｕとし、このとき、最適解を得たことになるので、進行を中止する。もし、λｌ＝０であれば、次の段階のためのラグランジュ乗数λを経験的方法によって推定する。もし、λｌ＝０でなければ、次の段階のためのラグランジュ乗数λを数式１４又は数式１５により推定する。
【００５４】
その後、再び第２段階に進み、
３）Ｒｌ＞Ｒｔであれば、Ｒｌの中から伝送率増加に対する電力減少比率が最大である伝送率を検索する。そして、λｌをＲｌとＲＬの間の傾斜度に更新する。ＲＬはＲｌより低い伝送率を有する総ての可能な変調方式を調べることによって得られる。このとき、ＲＬ≦Ｒｔ≦Ｒｌであれば、λ＊←λｌとし、これは最適解を得たことになるので、進行を中止する。もし、λｈ＝∞であれば、次の段階のためのλを経験的方法によって推定する。もし、λｈ＝∞でなければ、次の段階のためのλを数式１４又は数式１５により推定する。
【００５５】
その後、再び第２段階に進む。
【００５６】
上述した本発明に係る適応型コンベックス検索アルゴリズムは、最適解の性能を示しながら、非常に簡単に計算することができる。上記のような過程を通じてＯＦＤＭシステムにおいて使用される変調方式決定を一つの副チャンネル単位で適用することにより、最終的な変調方式を決定することができる。このようなＯＦＤＭ基盤の無線ＬＡＮシステムに本発明に係るアルゴリズムを使用したとき、性能は、図６の通りである。
【００５７】
図６は、本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ通信システムにおいてＯＦＤＭシンボル当りの平均チャンネル容量とシステムの効率性とを比較するための図面であって、１２８個の副チャンネルに対して３種類の変調方式（ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ）を適用し、データ伝送率は２５８．３Ｍｓｐｓで、求めるＢＥＲは１０-５となる。チャンネルは、レイリーフェーディング（Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｆａｄｉｎｇ）であり、指数関数的な電力減少を仮定しており、最大遅延幅を７０ｎｓと仮定した。このとき、模擬実験の結果は、１００回繰り返した結果による平均値である。
【００５８】
図７は、本発明に係るアルゴリズムと従来のアルゴリズムとに対する性能比較表であって、従来の方式と本発明に係る方式との最適ビット割当に対する平均反復回数を比較しているが、本発明によるものの複雑度の実現が簡単であることが分かる。
【００５９】
以上に本発明を説明したが、このような実施の形態は本発明を限定するためでなく、例示するためのものである。この発明が属する分野の熟練者には、本発明の技術事項を逸脱することなく上記実施の形態に対する多様な変形や変更又は調節が可能であるのは自明である。従って、本発明の保護範囲は、添付された請求範囲によってのみ限定され、上記のような変形例や変更例又は調節例を総て含むと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ通信システムにおける適応型資源割当装置の構造図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ通信システムにおける１２８個の副チャンネルに対するチャンネル応答特性曲線である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ通信システムの適応型資源割当方法を説明するために、図２の副チャンネル応答曲線に対して本発明に係る方式を使用する場合のビット割当結果を例示する図面である。
【図４】本発明の実施の形態に係る適応型資源割当アルゴリズムを説明するためのラグランジュ乗数に対する典型的な伝送率解の関係を示す図面である。
【図５】本発明の実施の形態において与えられた目的伝送率（Ｒｔ）に対する最適解（λ＊）を検索するための適応コンベックス検索アルゴリズムの手続を示す図面である。
【図６】本発明の実施の形態に係るＯＦＤＭ通信システムにおいてＯＦＤＭシンボル当りの平均チャンネル容量とシステムの効率性とを比較するための図面である。
【図７】本発明の実施の形態に係るアルゴリズムと従来のアルゴリズムとに対する性能比較表である。
【図１】
2007517457.tif 000023
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007517457.tif 000027
【図６】
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【図７】
2007517457.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月27日(2005.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2007517457.tif 000031
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007517457.tif 000035
【図７】
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【国際調査報告】
2007517457.tif 000037
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