(57)【要約】ソースが、メッセージの少なくとも一部をソース（１３０１）から宛先（１３０４）に送信するために、少なくとも一つの候補（１３０２）（１３０３）のうちからパートナー／中継器を選択するためのシステム（１３００）、方法および装置（１９００）が提供される。選択は、ソース（１３０１）のチャネル条件に依存し、ソースが宛先までの貧弱なチャネル品質を経験しているときは、ソースは、候補と、ソース（１３０１）およびパートナー／中継器（１３０２）（１３０３）の変調モードの対とを、ソース（１３０１）のフレーム誤り率（FER）が下がるように選択する。そうでないときには、ソース（１３０１）およびパートナー／中継器（１３０２）（１３０３）のそれぞれについての変調モードが、ソース（１３０１）のスループットの利得を最も改善するように選択される。本発明は、二状態位相偏移符号化（BPSK）、四状態位相偏移符号化（QPSK）および十六状態直交振幅変調（16-QAM）からなる諸モードに適用される。
2008547347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線符号化協調通信（coded  cooperative  communication）システムにおける適応的な変調のためのシステムであって：
適応的な変調モードを有するソースと；
宛先と；
前記ソースの少なくとも一つのパートナー／中継器の候補とを有しており、該候補は適応可能な変調モードを有しており、前記ソースから受け取った信号を前記宛先に転送するために所定の符号化協調通信プロトコルを実行するよう適応されており；
前記ソースと前記少なくとも一つの候補のうちの一つとからなる対のチャネル条件に基づいて、前記ソースは、前記候補と、前記候補の変調モードおよび前記ソースの変調モードのそれぞれについての設定からなる対応する対の変調モード設定とを、前記候補と前記対応する対の変調モード設定についての他のいかなる選択のスループット利得よりも改善されたスループット利得を提供するように選択する、システム。
【請求項２】
前記他のいかなる選択よりも改善されたスループット利得は：
前記ソースが前記宛先までの貧弱なチャネル品質を経験しているときには、前記ソースは前記候補と前記対応する対とを、前記ソースのフレーム誤り率が下がるように選択し、
そうでないときには、前記ソースは前記候補と前記対応する対とを選択することを、前記ソースが、前記ソースからの信号を前記宛先に転送するための前記少なくとも一つのパートナー／中継器の候補のそれぞれと協調することから帰結するあらゆるスループット利得からなるスループット利得の集合のうちで最大のスループット利得が得られるように行う、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記集合の各スループット利得が：
ａ．前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを適応させ、前記ソースが自分の変調モードを一定に保つ；
ｂ．前記ソースがその変調モードを適応させ、前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを固定している；および
ｃ．前記ソースがその変調モードを適応させ、同時に、前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを適応させる；
からなる群から選択される対に基づいて計算される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記対の各モードが、二状態位相偏移符号化（BPSK）、四状態位相偏移符号化（QPSK）および十六状態直交振幅変調（16-QAM）からなるモードの群から選択される、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムであって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、BPSKである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数１】
2008547347.tif 000039
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースがBPSK変調モードを使うとき、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、システム。
【請求項６】
請求項４記載のシステムであって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、QPSKである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数２】
2008547347.tif 000040
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースがQPSK変調を使うという想定のもとに、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12のときは、PBF,3f,1＞Λ23の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを選択するときに前記ソースに最大のスループットがもたらされる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、システム。
【請求項７】
請求項４記載のシステムであって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、16-QAMである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数３】
2008547347.tif 000041
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースが16-QAMを使うとき、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12のときは、PBF,3f,1＞Λ23の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを選択するときに前記ソースに最大のスループットがもたらされる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、システム。
【請求項８】
請求項４記載のシステムであって、「ｂ」および「ｃ」の場合について、最良の変調モード対が、前記ソースおよび前記宛先それぞれについての種々の受信信号対雑音比（SNR）（γ1およびγ2）に基づいて、所定の対の集合から選択されるシステム。
【請求項９】
前記所定の対の集合が、種々の受信SNR（γ1およびγ2）についての変調モードの対のシミュレーションによって得られる、請求項９記載のシステム。
【請求項１０】
無線符号化協調通信（coded  cooperative  communication）システムにおいて変調モードを適応させる方法であって：
適応可能な変調モードを有するソースによってメッセージを宛先に送信する段階と；
前記送信されたメッセージを、前記ソースの少なくとも一つのパートナー／中継器の候補によって受信する段階とを有しており、前記候補は適応可能な変調モードを有しており、前記ソースと協調して、前記送信されたメッセージの少なくとも一部を前記宛先に中継するよう所定の符号化協調通信プロトコルを実行するよう適応されており；
前記ソースと前記少なくとも一つのパートナー／中継器の候補のうちの一つとのチャネル条件に基づいて、前記ソースが、候補と、ソースの変調モードおよび候補の変調モードからなる対応する対とを選択して、前記ソースのスループット利得が、ソースと他の候補の他のいかなる対の改善利得よりも改善されるようにする、方法。
【請求項１１】
前記選択する段階がさらに、他のいかなる選択よりも改善されたスループット利得を決定することを：
前記ソースが前記宛先までの貧弱なチャネル品質を経験しているときに、前記ソースは前記対応する対を、前記ソースのフレーム誤り率が下がるように選択する段階、ならびに；
そうでないときには、前記ソースが：
パートナー／中継器の候補と、対応する変調モードの対と、前記ソースが前記候補と協調することから帰結する、前記ソースからの信号を前記対応する対の変調モードを使って前記宛先に転送するためのスループット利得とをそれぞれ含む三項組からなる集合を計算するサブ段階と；
前記計算された集合から、最大のスループット利得を有する三項組を選択するサブ段階とを実行する段階、
を実行することによって行う段階を有する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記集合の各スループット利得が：
ａ．前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを適応させるが、前記ソースが自分の変調モードを一定に保つ；
ｂ．前記ソースがその変調モードを適応させ、前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを固定している；および
ｃ．前記ソースがその変調モードを適応させ、同時に、前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを適応させる；
からなる群から選択される、対応する変調モードの対に基づいて計算される、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記対応する対の各モードが、二状態位相偏移符号化（BPSK）、四状態位相偏移符号化（QPSK）および十六状態直交振幅変調（16-QAM）からなるモードの群から選択される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、BPSKである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数４】
2008547347.tif 000042
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースがBPSK変調モードを使うとき、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法であって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、QPSKである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数５】
2008547347.tif 000043
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースがQPSK変調を使うという想定のもとに、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12のときは、PBF,3f,1＞Λ23の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを選択するときに前記ソースに最大のスループットがもたらされる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の方法であって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、16-QAMである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数６】
2008547347.tif 000044
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースが16-QAMを使うとき、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12のときは、PBF,3f,1＞Λ23の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを選択するときに前記ソースに最大のスループットがもたらされる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の方法であって、「ｂ」および「ｃ」の場合について、変調モード対が、前記ソースおよび前記宛先それぞれについての種々の受信信号対雑音比（SNR）（γ1およびγ2）に基づいて、所定の対の集合から選択される方法。
【請求項１８】
前記所定の対の集合が、種々の受信SNR（γ1およびγ2）についての変調モードの対のシミュレーションによって得られる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
符号化協調通信（coded  cooperative  communication）のための無線デバイスの変調を適応させる装置であって：
適応可能な変調モードを有し、ソースからのメッセージを宛先に送信する送信機と；
適応可能な変調モードを有し、少なくとも一つのパートナー／中継器の候補からメッセージを受信する受信機とを有しており、該受信機は、前記候補と協調して、前記送信されたメッセージの少なくとも一部を前記宛先に中継するよう、前記候補のために所定の符号化協調通信プロトコルを実行するよう適応されており；
当該装置がさらに、前記送信機および前記受信機に動作的に結合され、前記ソースのチャネル条件に基づいて、前記メッセージの少なくとも一部を前記宛先に協調的に送信するための候補と、ソース変調モードおよび候補変調モードからなる対応する対とを選択するよう構成されているパートナー／変調モード選択モジュールを有しており、該選択は、前記少なくとも一つのパートナー／中継器の候補の他のいかなる候補を用いて前記メッセージを協調的に送信することによるよりも前記ソースのスループット利得が改善されるようにする選択である、装置。
【請求項２０】
前記パートナー／変調モード選択モジュールがさらに、前記少なくとも一つのパートナー／中継器の候補の他のいかなる候補を用いて前記メッセージを協調的に送信することによるよりもスループット利得が改善されるような候補を選択することを：
前記ソースが前記宛先までの貧弱なチャネル品質を経験しているときには、前記ソースは前記候補を、前記ソースのフレーム誤り率が下がるように選択し；
そうでないときには、前記ソースが：
パートナー／中継器の候補と、対応する変調モードの対と、前記ソースが前記候補と協調することから帰結する、前記ソースからのメッセージの少なくとも一部を前記対応する対の変調モードを使って前記宛先に送信するためのスループット利得とをそれぞれ含む三項組からなる集合を計算し；
前記計算された集合から、最大のスループット利得を有する三項組を選択することによって行うよう構成されている、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記集合の各スループット利得が：
ａ．前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを適応させるが、前記ソースが自分の変調モードを一定に保つ；
ｂ．前記ソースがその変調モードを適応させ、前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを固定している；および
ｃ．前記ソースがその変調モードを適応させ、同時に、前記少なくとも一つのパートナー／中継器がその変調モードを適応させる；
からなる群から選択される、対応する変調モードの対に基づいて計算される、請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
前記対応する対の各モードが、二状態位相偏移符号化（BPSK）、四状態位相偏移符号化（QPSK）および十六状態直交振幅変調（16-QAM）からなるモードの群から選択される、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の装置であって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、BPSKである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数７】
2008547347.tif 000045
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースがBPSK変調モードを使うとき、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、装置。
【請求項２４】
請求項２２記載の装置であって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、QPSKである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数８】
2008547347.tif 000046
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースがQPSK変調を使うという想定のもとに、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12のときは、PBF,3f,1＞Λ23の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを選択するときに前記ソースに最大のスループットがもたらされる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、装置。
【請求項２５】
請求項２２記載の装置であって、「ａ」の場合について、前記ソースの変調モードが固定され、16-QAMである場合、スループット利得をn＝1,2,3についてGΓnとして、パートナー／中継器にとっての最良の変調レートは：
【数９】
2008547347.tif 000047
として、任意の所与のγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13
PBF,1f,1＜PBF,2f,1＜PBF,3f,1
であり、前記ソースが16-QAMを使うとき、
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である、すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になり、
４）PBF,3f,1＜Λ13およびPBF,2f,1＜Λ12のときは、PBF,3f,1＞Λ23の場合、G2Γが最大である、すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になり、それ以外の場合、G3Γが最大である、すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを選択するときに前記ソースに最大のスループットがもたらされる、
という計算によって決定され、
ここで、PBF,nf,1は協調ブロック・フェージング・チャネルについてのフレーム誤り率であり、γ1およびγ2はそれぞれ前記ソースと前記宛先との間および前記パートナー／中継器と前記宛先との間のリンクの信号対雑音比である、装置。
【請求項２６】
請求項２２記載の装置であって、「ｂ」および「ｃ」の場合について、変調モード対が、前記ソースおよび前記宛先それぞれについての種々の受信信号対雑音比（SNR）（γ1およびγ2）に基づいて、所定の対の集合から選択される装置。
【請求項２７】
前記所定の対の集合が、種々の受信SNR（γ1およびγ2）についての変調モードの対のシミュレーションによって得られる、請求項２６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ・スループットを最大化するためにチャネル品質に基づいてユーザーが変調モードを適応させることができる、符号化された協調無線通信システムのためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
時間変動するマルチパスの減殺的加算および他のユーザーからの干渉は受信機側での送信信号の厳しい減衰を引き起こす。ダイバーシチ技法は、同じ情報信号のいくつかの独立した（少なくとも相関していない）複製を受信機に提供して、すべての信号コンポーネントが同時にフェージングされる可能性を著しく減らすようにする。無線ネットワークでは、物理層における移動局間の協働がダイバーシチを導入する効率的な方法であることが示されている。そのような無線システムは共通の宛先と通信する複数の独立したノードを有する。無線LANシステムにおけるアクセス・ポイント（AP）およびセルラー・システムにおける基地局といったものである。移動の少ないノードについては、インターリーブを通じて時間的ダイバーシチを活用するのは難しい。また、単一デバイス上に設置された複数のアンテナを通じた空間的ダイバーシチは、ノードの大きさの制約のため、限られてくることがある。協調無線通信（cooperative  wireless  communication）は、複数のノードが互いのアンテナを使用して空間的ダイバーシチの効率的な形を得ることを可能にする。パートナーになるノードが元のソースから漏れ聞いた信号を処理し、APのような宛先に送信する。宛先、たとえばAPは、元のノードとパートナーから送られた信号を組み合わせて、空間的ダイバーシチの効率的な形を作り出す。
【０００３】
従来では、パートナーは前もって選ばれるもので、解析によれば、協調は完全なダイバーシチを提供する一方、機能停止確率またはフレーム誤り率（FER）の面で全体的なパフォーマンスを改善することが示されている。たとえば非特許文献１および２を参照されたい。これらの文献の全内容はここに参照によって組み込まれる。さらに、非特許文献３では、非特許文献４の符号化協調アルゴリズム（coded  cooperative  algorithm）を使ったときに、協調が元のユーザーのFERパフォーマンスを改善する条件が導出されている。非特許文献３および４を参照されたい。これらの文献の全内容はここに参照によって組み込まれる。さらに、引用文献は、パートナーの高いチャネル品質が、ユーザーが協調符号化（cooperative  coding）から恩恵を得ることを保証することを示している。しかしながら、以上に引用された成果および現在の研究のすべてにおいて、パートナーを組むユーザーどうしは、固定かつ共通の変調モードを使っていることが想定されている。
【０００４】
無線サービスにおいては、より高いデータレートが主要な設計上の考慮の一つである。さらに、いくつかの無線システム、たとえばIEEE802.11では、ノードはそのデータを複数のレートで送信でき、データレートをチャネル条件に合うよう適応させて、所与のチャネル条件についてのスループットが最大化できるようになっている。それぞれ非特許文献５および６を参照されたい。これらの文献の全内容はここに参照によって組み込まれる。
【非特許文献１】A.  Sendonaris  et  al.,  “User  Cooperation  Diversity―Part  I:  System  Description,”  IEEE  Trans.  Commun.  Vol.  51,  No.  11,  pp.  1927-1938,  Nov.  2003
【非特許文献２】A.  Sendonaris  et  al.,  “User  Cooperation  Diversity―Part  II:  Implementation  Aspects  and  Performance  Analysis,”  IEEE  Trans.  Commun.  Vol.  51,  No.  11,  pp.  1939-1948,  Nov.  2003
【非特許文献３】Z.  Lin  et  al.,  “An  Asymptotic  Analysis  On  the  Performance  of  Coded  Cooperation  Systems,  ”  Proc.  IEEE  Vehicular  Technology  Conference,  Los  Angeles,  Fall  2004
【非特許文献４】A.  Stefanov  et  al.,  “Cooperative  Coding  For  Wireless  Networks,”  IEEE  Trans.  Commun.,  Vol.  52,  No.  9,  pp.  1470-1476,  September  2004
【非特許文献５】IEEE802.11,  “Wireless  LAN  MAC  and  PHY  Specifications,  Standard,”  Aug.  1999
【非特許文献６】G.  Holland  et  al.,  “A  Rate-Adaptive  MAC  Protocol  for  Multi-Hop  Wireless  Networks,  ”Proc  of  the  7th  Annual  International  Conference  on  Mobile  Computing  and  Networking,  pp.  236-251,  Rome,  Italy,  2001
【非特許文献７】J.  Proakis,  Digital  Communications,  4th  Edition,  McGraw-Hill,  New  York,  2001  pp.  264-272
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、元のユーザー（ソース）のデータ・スループットが最大になるよう、協調するパートナーがデータレートを支配的なチャネル条件に合わせて調整する方法が必要とされている。本発明は、元のユーザーからAPまでのデータ・スループットを最適化するために、符号化協調システム（coded  cooperative  system）の協調するパートナーがアクセス・ポイント（AP）までの自分たちのチャネル品質に基づいて変調モードを選択する装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、パートナーのチャネル品質ばかりでなく、ソースのチャネル品質も、パートナーの変調レートの選択において考慮に入れられる。さらに、本発明では、ソースのほうも、ソースの変調レートの選択に際してパートナーのチャネル品質も考慮に入れる。
【０００７】
本発明は、符号化協調システムの協調するパートナーどうしが、
１．一対の協調するユーザーについて、協調によるスループット利得が最大になるように、種々の信号対雑音比領域において前記一対の協調するユーザーが使う最良の変調レート対、ならびに
２．複数の候補パートナーについて、ソースについてのスループット利得が最大化されるようパートナーをいかにして選ぶか
を決定するためのシステムおよび方法を定義する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
当業者は、以下の記述が与えられるのが解説の目的のためであり、限定のためではないことを理解するはずである。当業者は、本発明の精神および付属の請求項の範囲内にはいる数多くの変形があることを理解するものである。既知の機能および動作の無用な詳細は、本発明をかすませないよう本記載からは省略されることがある。
【０００９】
一般性を失うことなく、図２Ａにあるように、同じ宛先、たとえばAPと通信している二つのノード（S1およびS2）があるとする。γ1およびγ2を、宛先２０３でのそれぞれS1２０１およびS2２０２からの平均受信SNRを表すとする。パートナーになるユーザーS1２０１およびS2２０２の間のチャネルは対称的であるとする。ユーザー間チャネル（inter-user  channel）についての平均受信SNRをγinと表す。協調は、図２Ｂに示されるように時分割多重化によるものとし、根底にある畳み込み符号を想定する。さらに、非協調ユーザーはN個の符号化されたシンボルからなる別個の時間スロットを有し、ステップ１０１で協調することに決めると、図１のフローチャートでステップ１０１に示されるように、各ユーザーは自分のスロットを二つに分けるとする。図２Ｃの２３１に示されるように、最初のN/2のチャネル使用２３１では、ソースは図１のステップ１０３で示されるように、符号化されたビットの半分を送信する。この送信は、ステップ１０４で、パートナーと宛先の両方によって受信される。パートナーはステップ１０５でソースの情報ビットをデコードしようと試みる。巡回冗長検査（CRC）のような誤り検出機構は、パートナーにおけるデコードされたコピーがオリジナルと同一であるかどうかを示す。デコードが成功であれば、パートナーは、ステップ１０７で示されるように、その情報ビットを異なるパリティ・ビットを使って再エンコードし、第二のN/2個のチャネル使用２３２において送信する。デコードが成功でなければ、ソースはステップ１０６で自ら送信を続ける。宛先は、N個のチャネル使用すべてにおいて受信された信号を組み合わせ、組み合わされた信号をデコードする。次のフレームでは、ソースとパートナーの役割２３３、２３４が逆にされる。マルチホップが経路損失効果を緩和するので、マルチホップ実施形態が本発明のシステムおよび方法において提供される。シンボル当たりの送信エネルギーはεとして固定されており、S1がソース・ノードであり、S2は純然たる中継器としてはたらくことが想定される。パケットはS1からS2に送信される。受信成功に際して、中継器S2はそのパケットを宛先に転送する。マルチホップでは、すべてのパケットは二つのホップで送信される。したがって、公平な比較のため、マルチホップでは、S1およびS2が個々には半分の送信エネルギー、すなわちε/2を使うとする。直接送信（協調なしの場合）および符号化協調（coded  cooperation）では、各パケットは送信のために1時間スロットを食う。したがって、直接送信では、Si（i＝1,2）は相変わらず、パケット全体を送信するためにεを使い、符号化協調では、Siは協調的にパケット全体の半分を送信するためにεを使う。これら三つの方式は図２Ｄに示されている。
【００１０】
ノイズは、平均0でパワースペクトル密度N0/2の加算性白色ガウス雑音であるとする。簡単のため、パートナーにおける処理パワーは無視する。平均0、分散1の複素ガウス型の平坦フェージング・チャネルを考える。移動の少ない環境について、送信の間、あるいは各時間スロットについて、各ユーザーは宛先に向けた一つのフェージング・レベルのみを観察するものとする。ユーザー間の空間的離間のため、これらのフェージングは独立である。よって、ユーザーから宛先までのチャネルは準静的（quasi-static）であり、協調送信はブロック・フェージング（block  fading）環境になる。ユーザー間チャネルも準静的であり、ユーザーから宛先までのチャネルとは独立であると想定される。この協調方式およびチャネル・モデルは非特許文献４に記載されており、該文献の全内容はここに参照によって組み込まれる。
【００１１】
本発明に基づくマルチホップかつ協調的なシステムおよび方法において使用される適応変調については、パートナーになるノード両方が、自分の変調モードを候補のうちから、宛先、たとえばAPにおける平均受信SNRに基づいて選択できるとする。候補は、これに限られないが、二状態位相偏移符号化（BPSK）、四状態位相偏移符号化（QPSK）および十六状態直交振幅変調（16-QAM）を含む。M1およびM2を、本発明に基づく協調プロトコルが実行されるときにそれぞれS1２０１およびS2２０２によって送られるシンボル当たりのビット数を表すとする。N1およびN2は、宛先２０３との直接通信のときにそれぞれS1２０１およびS2２０２によって送信されるシンボル当たりのビット数を表すとする。K1およびK2は、マルチホップにおいて、それぞれS1およびS2によって送られるシンボル当たりのビット数を表すとする。よって、BPSK、QPSK、16-QAMについて、M1、M2、N1、N2、K1、K2∈{1,2,4}である。一般性を失うことなく、N1＝N2とする。
【００１２】
本発明の適応変調方式を符号化協調システムで用いるには三つの方法がある：
１．パートナーがその変調モードを変えるが、ソースは自分のレートを一定のままに保つ、すなわちM1＝N1；
２．ソースがその変調レートを適応させるが、パートナーはその変調モードを固定している、すなわちM2＝N2；
３．ソースとパートナーの両方が同時に変調レートを変える。
以下で分析するのは最初の二つの場合のそれぞれの対応するスループット・パフォーマンスのみである。第三の場合は、最初の二つの場合の結果から拡張により容易に得られる。
【００１３】
以下の数セクションでは、まず、直接送信、マルチホップおよび符号化協調システムのスループット・パフォーマンスを分析し、次いで協調に起因するスループット利得を定義し、最後に協調が、ソースにとってのスループットの利得につながる条件を導く。次のことを前提とする：
・宛先、たとえばAPは、各パケット中のすべての誤りを検出するためにCRCを使っており、検出されない送信誤りの確率は無視できる；
・受信機から送信機への受信確認（acknowledgment）の送信には誤りはなく、この送信は瞬間的である；
・各ユーザーについてのシンボル送信レートはRsとして固定であり、各ユーザーはレートRをもつ同じ畳み込み符号を使う；
・各データ・パケットはB個のデータ・ビットを含んでおり、オーバーヘッド・ビットは無視され、それにより各フレーム／パケットの長さはNビットに等しい（ここで、N＝B/R）；
・スループットは1秒当たりの正しく受信されたペイロードビット数として定義される。
【００１４】
直接送信：協調のない（直接）場合についてのFERは
【００１５】
【数１０】
2008547347.tif 000003
であり、この場合、ユーザーiのデータについての符号化非協調（直接送信）システムのスループットは：
【００１６】
【数１１】
2008547347.tif 000004
と書かれる。
【００１７】
ここで、
【００１８】
【数１２】
2008547347.tif 000005
はN1およびγ1の関数である。より高次の（higher  order）変調については
【００１９】
【数１３】
2008547347.tif 000006
は増加するが、Γno-coop,iにおける乗数因子も増加するので、S1から宛先への平均受信SNRつまりγ1に依存する最適な変調方式N1が存在する。
【００２０】
マルチホップ：S1は、パケットがS2によってうまく受信されるまで、符号化されたパケットをS2に再送信する。次いでS2がパケットを宛先に中継する。宛先において受信パケットに誤りがあれば、S2は再送信する。PQSm,inおよびPQSm,2をそれぞれ、マルチホップ（multi-hop）でのS1からS2への、およびS2から宛先への、準静的（quasi-static）チャネルについてのチャネル符号のFERを表すとする。マルチホップ方式については、これは、1パケットを届けるのに、第一のホップ（S1からS2）で平均1／(1−PQSm,in)回の送信、第二のホップ（S2から宛先）で平均1／(1−PQSm,2)回の送信となる。よって、平均して、第一のホップの送信は
【００２１】
【数１４】
2008547347.tif 000007
秒かかり、第二のホップは
【００２２】
【数１５】
2008547347.tif 000008
秒かかる。これらをソースから宛先まで合計すると、各パケットがきちんと届けられるには全部で
【００２３】
【数１６】
2008547347.tif 000009
秒かかる。よって、マルチホップにおけるS1のデータ・スループットは：
【００２４】
【数１７】
2008547347.tif 000010
となる。上式から、PQSm,inおよびPQSm,2は独立にS1からS2までとS2から宛先までのチャネル品質に依存するので、S1およびS2はその変調レートK1およびK2を、S1からS2までおよびS2から宛先までのチャネル品質に基づいて独立に適応させる。
【００２５】
符号化協調送信のためには、図２Ｄに図示されるように、符号化協調の最初の送信において、Siは符号化されたビットの半分を宛先およびSjに送信する。ここで、i≠jでi,j∈{1,2}である。Siによって送られた情報ビットをSjが正しくデコードすれば、Sjが符号化されたビットの残り半分を宛先に送る。宛先において誤りがあれば、その後のパケットすべてはSiおよびSjによって協調的に送信される。他方、SjがSiの情報をデコードできない場合には、Siが残りの符号化されたビットの送信を続ける。この場合、すべての再送信はソースから直接来ることになる。これにより、相変わらず協調の恩恵を享受しつつも、パートナーの源を迅速に解放できる。PQSf,iが準静的なSiから宛先へのチャネルについてのFER、Pinf,iがSiからSjへの準静的チャネルのための最初の半分のチャネル符号のFER、PBFf,iが、宛先がパケットの半分をSiから、残り半分をSjから受け取るときの協調ブロック・フェージング（block  fading）・チャネルについてのFERを表すとする。SiおよびSjによる協調的な送信は確率(1−Pinf,i)で起こるが、このとき、平均で1／(1−PBFf,i)回の再送信が必要とされ、パケットの各送信は
【００２６】
【数１８】
2008547347.tif 000011
秒かかる。Siが自ら送信するのは確率Pinf,iで起こるが、このとき、平均して1／(1−PQSf,i)回の再送信が必要とされ、各送信は
【００２７】
【数１９】
2008547347.tif 000012
秒かかる。すると、
【００２８】
【数２０】
2008547347.tif 000013
S1およびS2は異なる変調モードを使ってもよいので、Pinf,1はPinf,2に等しくなくてもよい。
【００２９】
直接送信方式と協調送信方式とを比較すると、Siは協調なしの（直接）送信と協調方式とで異なる変調方式をもてるので、PQSf,iは必ずしも
【００３０】
【数２１】
2008547347.tif 000014
に等しくない。マルチホップでは、S1はすべての符号化されたビットをS2にシンボル当たり送信エネルギーε/2で送信するが、符号化協調ではS1は符号化されたビットの半分のみをS2にシンボル当たりの送信エネルギーεで送ることを注意しておく。よって、PQSm,inはPinf,1とは異なる。式(2)から、符号化協調システムにおけるSiのスループットはPBFf,i、PQSf,iおよびPinf,iに依存することが観察できる。これらのFER確率は三つすべてのリンクのSNR、γ1、γ2およびγ12に依存する。したがって、Γcoopを最適化するためには、S1およびS2はその変調を自分たち自身の宛先までのチャネルの品質ばかりでなく、三つすべてのリンクに基づかせるべきである。
【００３１】
ある条件PBFf,i／PQSf,i＜1のもとで、協調はユーザーを利することが示されている。Zinan  Lin  et  al.（非特許文献３）を参照されたい。この文献の全内容はここに参照によって組み込まれる。
【００３２】
以下の数セクションでは、協調から得られるスループット改善を計量するためにユーザーのスループット利得を定義する。協調するユーザーS1およびS2が、協調通信の際、彼らの変調モードを彼らの宛先までのチャネルの品質に基づいて適応させるとする。固定したチャネル符号を使った両者の間の協調については、Siにとっての、協調に起因するデータ・スループット利得は
【００３３】
【数２２】
2008547347.tif 000015
として定義される。ここで、Ni、Mi、Mj∈{1,2,4,6}、i≠j,i、i,j∈{1,2}である。この定義に基づき、GΓ,i＞1のとき、協調はSiにとってのデータ・スループットを改善し、Siにとって全体としてのデータレートが上がる。パートナーになる両ユーザーが同じ変調レートを使用してそれを固定している場合、すなわちMi＝Ni＝Mjの場合には、協調に起因するスループット利得は協調に起因するFER利得と等価であることに注意されたい。チャネル品質がFER利得にどう影響するかについてのすべての結果はこのコンテキストでも有効である。
【００３４】
命題１ａ：ユーザーがスループットの面で符号化協調から恩恵を受ける、すなわちGΓ,i＞1となるのは、
【００３５】
【数２３】
2008547347.tif 000016
のときであって、かつそのときのみである。
【００３６】
命題２ａ：
【００３７】
【数２４】
2008547347.tif 000017
であれば、GΓ,iはγinの増加関数（あるいは、Pinf,iの減少関数）である。すなわち、協調利得は、ユーザー間のチャネル品質が向上するにつれて上昇する。
【００３８】
一般性を失うことなく、以下の命題ではS1のみを考えることにする。
【００３９】
命題３ａ（パートナーが良好なリンク品質をもつ）：宛先におけるS1について、およびユーザー間チャネルについて、固定した受信SNRを想定する、すなわちγ1およびγinが固定されていると想定すると、S1についての協調利得GΓ,1はγ2の増加関数である。γ2→∞ではGΓ,1＞1となる。すなわち、協調はγ1およびγinには関わりなくS1を利する。よって、スループットの面では良好なユーザーと協調することは常に有益である。
【００４０】
命題４ａ（ユーザーが良好なリンク品質をもつ）：γ2およびγinが固定されているとすると、GΓ,1はγ1の減少関数である。γ1→∞ではGΓ,i＞1となるのはγ2≧γ2*のときであって、かつそのときのみである。ここで、閾値γ2*は使用されるチャネル符号にのみ依存する。よって、ユーザー間のチャネル品質には関わりなく、良好なユーザーは、パートナーがある閾値を越える受信SNRをもつときにのみ協調の恩恵を受ける。
【００４１】
命題５ａ（良好なリンク品質をもつ対称的なユーザーどうし）：宛先までの似たようなチャネル品質をもつ、すなわちγ1〜γ2＝γであるユーザーS1およびS2の間での符号化協調を考える。γinは固定されているとする。すると、各ユーザーについての協調利得GΓ,1またはGΓ,2はγの増加関数である。γ→∞では、γinによらずGΓ,i＞1である。よって、二人の良好なユーザー間での協調は常に両者を利する。
【００４２】
しかしながら、システムのスループットをより効率的に改善するために、ユーザーは彼らの異なるチャネル品質（すなわち、Miは必ずしもMjまたはNiと同一ではない）に基づいて変調レートを選択する。したがって、協調に起因するFER利得とスループット利得との間の等価性はもはや成り立たない。しかしながら、パートナーの受信SNRがスループット利得およびFER利得にどのように影響するかは似通っている。
【００４３】
一般性を失うことなく、以下の議論すべてではS1を焦点とする。
【００４４】
命題１：固定されたγ1およびγin（Pinf,1）および選択されたN1、M1およびM2について、GΓ,１はγ2とともに増加する。
【００４５】
証明：固定されたγ1およびγin（Pinf,1）および選択されたN1、M1およびM2については、PBFf,1のほかは式(3)におけるすべての項は固定されている。γ2が増加すると1−PBFf,1も増加する。したがって、S1のスループット利得GΓ,1はγ2を上げることによって改善される。
【００４６】
命題１は、パートナーの状況がよくなれば、スループット利得が上がることを示している。換言すれば、「よりよい」パートナーとの協調は元のユーザーにより多くの恩恵をもたらす。ここで、よりよいとは、宛先までのよりよい品質のチャネルを意味する。
【００４７】
以下の数セクションでは、パートナーのみがその変調レートをチャネル条件に合わせて適応させ、ソースはその変調モードを不変に保つ、すなわちM1＝N1であるとする。
【００４８】
命題２：ユーザーS1２０１およびS2２０２が協調の間、それぞれM1ビット／シンボルおよびM2ビット／シンボルの変調レートを使うとき、ユーザー１が協調からスループット利得を得る、すなわちGΓ,1＞1となるのは、
【００４９】
【数２５】
2008547347.tif 000018
のときであって、かつそのときのみである。ここで、
【００５０】
【数２６】
2008547347.tif 000019
である。
【００５１】
証明：ソースはその変調モードを固定しているので、
【００５２】
【数２７】
2008547347.tif 000020
である。GΓ,1の定義を使うと、容易に
【００５３】
【数２８】
2008547347.tif 000021
を得ることができる。命題１に基づき、ソースが協調の際にその変調レートを変えないとき、協調に起因するスループット利得は
【００５４】
【数２９】
2008547347.tif 000022
にのみ依存し、ユーザー間チャネルの品質（それによりPinf,1の値が変わる）はソースが協調からスループット上の恩恵を得るか否かを決めない。これは、ユーザーiのFERが協調の結果改善されるか否かは
【００５５】
【数３０】
2008547347.tif 000023
にのみ依存し、ユーザー間チャネル品質には関係しないというZinan  Lin  et  al.（非特許文献３）で与えられた結果と無矛盾である。しかしながら、協調によってどのくらいのスループット上の恩恵が得られるかはユーザー間チャネルのチャネル品質によって決められる。
【００５６】
Zinan  Lin  et  al.（非特許文献３）において定義されている、FERの面でユーザーが協調から恩恵を受ける条件（θf＜1）および命題２を使うと、協調に起因するスループット利得とFER利得との間の次の関係がなりたつ。
【００５７】
命題３：S1とS2の間の符号化協調で、S1はその変調モードを固定し、S2はその変調モードをチャネル品質に基づいて変える場合を考える。S2がS1より高い変調レートを使うとき、すなわち、M2＞M1のときは、変調に起因するS1にとってのFER改善は、S1が協調の結果として得られるより高いスループットをもつことを保証する。すなわち、Pcoopf,1＜Pno-coopf,1  ⇒  GΓ,1＞1となる。しかしながら、S2がS1より低い変調レートを使うとき、すなわち、M2＜M1のときは、協調がS1により高いスループットをもたらすなら、協調はS1のFERパフォーマンスも改善しなければならない。すなわち、GΓ,1＞1  ⇒  Pcoopf,1＜Pno-coopf,1となる。
【００５８】
証明：Zinan  Lin  et  al.（非特許文献３）において、図１に記載されるような符号化協調について、Pcoopf,1＜Pno-coopf,1となるのが、PBFf,1＜PQSf,1のときであって、かつそのときのみであることが示されている。M2＞M1であってΘM1＞1の場合については、Pcoopf,1＜Pno-coopf,1のとき、
【００５９】
【数３１】
2008547347.tif 000024
であり、命題２を使うと
【００６０】
【数３２】
2008547347.tif 000025
である。M2＜M1であってΘM1＜1の場合については、GΓ,1＞1であれば
【００６１】
【数３３】
2008547347.tif 000026
であり、よって、ΘM1＜1なので
【００６２】
【数３４】
2008547347.tif 000027
が1より大きくなければならない。したがって、M1＞M2の場合について、GΓ,1＞1が
【００６３】
【数３５】
2008547347.tif 000028
そしてPcoopf,1＜Pno-coopf,1となることを保証する。
【００６４】
以下の数セクションは、元のユーザーがその宛先との個別的な通信における変調モードと同じ変調モードを協調において保持するとき、元のユーザーの受信SNRがそのスループット利得にどのように影響するかを示す。
【００６５】
命題４：固定されたγ2およびγin（Pinf,2）および選択されたM1およびM2について、協調がソースにとってのFER低減につながる、すなわちPcoopf,1＜Pno-coopf,1となる場合、S1のデータ・スループット利得GΓ,1はγ1が上がるにつれて低下する。
【００６６】
証明：
【００６７】
【数３６】
2008547347.tif 000029
として、
【００６８】
【数３７】
2008547347.tif 000030
である。Zinan  Lin  et  al.（非特許文献３）において、固定されたγinおよびγ2について、Θf,1はγ1の増加関数であることが示されている。したがって、∂GΓ,1／∂γ1＞0である。PQSf,1＜1という事実およびPcoopf,1＜Pno-coopf,1⇔Θf,1＜1の同値性から、∂GΓ,1／∂γi＜0となる。したがって、GΓ,1はγ1とともに減少する。
【００６９】
命題４に基づくと、協調符号化が元のユーザーをFERの面で利するならば、協調に起因するスループット利得はソースのチャネル品質の改善とともに減少する。しかしながら、協調がFERの面でソースに恩恵をもたらさないならば（Θf,1＞1）、チャネル品質が改善するときに、ソースのスループット利得がどう変わるかを決定することは難しい。
【００７０】
以下の数セクションでは、パートナーが宛先と個別に通信するときの変調モードと同じ変調モードを保持するが、ソースはその変調モードを動的に変える。ソースが宛先との個別通信における変調モードとは異なる変調モードを使うかもしれないので、M1は必ずしもN1と同じではなく、Pno-coopf,1は常にPQSf,1に等しいとは限らない。式(3)に基づくと、ソースがその変調モードを適応させる場合、協調に起因するソースのスループット利得はユーザー間チャネルのFERに依存する。これは、ソースが自分の変調モードを固定している場合とは異なっている。したがって、協調がソースのスループットを改善するか否かは、ソースが協調の間にその変調レートを適応させる場合には、ユーザー間チャネル品質に依存する。
【００７１】
次はソースがその変調モードを固定し、パートナーがその変調モードを変える場合についての分析で、ソースにとってのデータ・スループットが最大になるよう、パートナーが使用できる最適な変調モードを、種々のSNR範囲において調査する分析である。
【００７２】
Zinan  Lin  et  al.（非特許文献３）において、宛先への良好なチャネル品質をもつユーザーとの協調は常にソースを利することが示されている。そのような状況では、パートナーはその良好なチャネル品質を活用することができ、宛先への全体としてのデータレートが増すよう、より高い変調モードを選ぶことができる。
【００７３】
次に、パートナーによって使用される、より高い変調レートだけが、システムのスループットを上げるかどうか、あるいはパートナーの変調レートの選択がソースのSNRに依存するかどうかが判定される。
【００７４】
一般性を失うことなく、まずM1≦M2の場合を考える。以下の数セクションは、（ａ）パートナーが自分のチャネル品質のみに基づいてその変調モードを選択する、（ｂ）元のユーザーのチャネル品質もパートナーの変調レートの選択に影響する、および（ｃ）パートナーが種々のSNR範囲に依存して最良の変調レートを選択する場合を調査する。最後に、これら三つの場合をM1＞M2の場合と組み合わせて、ソースについてのスループット利得が最大になるよう、パートナーを組む両ユーザーについての最良の変調レートの対を、両ユーザーについての種々のSNR対の範囲において決定する分析が呈示される。M1,M2∈{1,2,4}およびM1≦M2なので、ΘM1の可能な値は6通りある。符号化協調アルゴリズムでは、符号化されたビットの最初の半分がソースによって送られ、パートナーおよび宛先の両方によって受信される。符号化されたビットがパートナーによってうまくデコードされた場合には、パートナーは元のユーザーが符号化されたビットの残り半分を送信するのを助ける。そうでない場合には、ソースは自分の送信を続ける。したがって、ソースによって送られた最初の半分の符号化されたビットがうまくデコードされる確率を改善するために、ソースの変調モードがBPSKに固定されている、すなわちM1＝1とする。ソースは、宛先までのチャネル品質が良好であれば別の変調レートを使ってもよいことを注意されたい。また、M1＝1のときには、条件M1≦M2のもとでM2の値についてより多くの選択がある。M2＝1,2,4にそれぞれn＝1,2,3が対応するとして、式(4)を使うと、M2＝1,2,4のとき、それぞれΘ1M1＝1/2、Θ2M1＝2/3、Θ3M1＝4/5であり、ΘnM1のそれぞれの場合について対応するスループット利得をGnΓと称する。今や問題は、M1＝1および所与のγ1およびγ2について、GnΓの最大の値を選ぶという目標をもつとき、いかにして最良の変調レートM2を選択するかということである。所与のγ1およびγ2においてGnΓの値を比較するため、ユーザー間チャネルの品質とソースから宛先までのチャネルの品質は同じなので、ソースにとってPinf,1およびPQSf,1は不変である。しかしながら、PBF,nf,1の値はM2の異なる値のため、異なってくる。ここで、PBF,nf,1は、M2の異なる値をもつ協調ブロック・フェージング・チャネルについてのFERであり、n＝1,2,3はそれぞれM2＝1,2,4を表す。したがって、
【００７５】
【数３８】
2008547347.tif 000031
となる。式(6)を使ってGnΓの値を比較すると、次の条件が成り立つ：
【００７６】
【数３９】
2008547347.tif 000032
任意の与えられたγ1およびγ2について、Λ12、Λ13およびΛ23を比較すると、
Λ12＜Λ13                    (10)
となる。参照によりここにその内容全体を組み込むJ.  Proakis（非特許文献７）において、より高い変調レートはより高い誤り率につながることが示されている。よって、
PBF,1f,i＜PBF,2f,i＜PBF,3f,i    (11)
不等式(10)ないし(11)および条件1ないし3を組み合わせると、元のユーザーがBPSK変調を使うという想定のもとで、次の結果が得られる。
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である。すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である。すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である。すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になる。
４）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である。すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。それ以外の場合、G3Γが最大である。すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になる。
【００７７】
上記の結果は、ソースのデータ・スループットが最適にされるよう、パートナーによって使用される適正な変調レートを決定するための手段を提供する。これらは、パートナーのチャネル品質のみならずソースのチャネル品質もがパートナーの変調レートの選択に影響することを示している。これらはまた、ソースがデータ・スループットを最大化する目標をもってその変調レートを選択するとき、ソースがそのパートナーのチャネル品質も考えることをも要求する。
【００７８】
当業者は、以上の結果を、元のユーザーが使用するいかなる変調モードにも拡張できるであろう。たとえば、ソースがQPSKを使う場合には、結果４が適用できる。すなわち、PBF,3f,1＞Λ23であれば、G2Γが最大であり、パートナーがQPSK変調モードを使う場合にスループットが最大になる。それ以外の場合、G3Γが最大であり、パートナーが16-QAM変調モードを選択することが元のユーザーにとっての最大のスループットをもたらす。他方、ソースがパートナーより高い変調レートをもつ場合には、ΘnM1の値は変わるが、上記のアルゴリズムは、ソースのデータ・スループットを最大化する目標に関し、パートナーが使用する選択された変調レートが最良となる条件を決定するために使われる。
【００７９】
このセクションでは、ソースがその変調モードをQPSKまたは16-QAMに固定するときの状況およびソースのスループットが最大化されるようパートナーがその変調モードをどのように適応させるかに議論の焦点を当てる。ソースがBPSKを使う場合と同様に、ソースがQPSKを使うとき、Λ12、Λ13およびΛ23は
【００８０】
【数４０】
2008547347.tif 000033
となる。任意の与えられたγ1およびγ2について、
Λ12＜Λ13                    (12)
PBF,1f,i＜PBF,2f,i＜PBF,3f,i    (13)
である。不等式(12)および(13)を使って、元のユーザーがQPSK変調を使うという想定のもとで、次の結果が得られる。
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である。すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である。すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である。すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になる。
４）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12のとき、PBF,3f,1＞Λ23の場合には、G2Γが最大である。すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。それ以外の場合には、G3Γが最大である。すなわち、パートナーによる16-QAM変調モードの選択がソースの最大のスループットをもたらす。
【００８１】
ソースが16-QAMを使うときは、Λ12、Λ13およびΛ23は
【００８２】
【数４１】
2008547347.tif 000034
となる。任意の与えられたγ1およびγ2について、やはり
Λ12＜Λ13                (14)
である。不等式(13)および(14)を使って、ソースが16-QAMを使うときの同様の結果が得られる。
１）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G1Γが最大である。すなわち、パートナーがBPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。
２）PBF,3f,1＞Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12の場合、G2Γが最大である。すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。
３）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＞Λ12の場合、G3Γが最大である。すなわち、パートナーが16-QAM変調モードを使うときにスループットは最大になる。
４）PBF,3f,1＜Λ13かつPBF,2f,1＜Λ12のとき、PBF,3f,1＞Λ23の場合には、G2Γが最大である。すなわち、パートナーがQPSK変調モードを使うときにスループットは最大になる。それ以外の場合には、G3Γが最大である。すなわち、パートナーによる16-QAM変調モードの選択がソースの最大のスループットをもたらす。
【００８３】
このセクションでは、二つの場合を議論する：第一の場合は、パートナーがその変調レートを固定しているときで、ソースがその変調モードをどのように適応させるかを論じる。第二の場合はパートナーを組む両ユーザーがその変調モードを同時に適応させる場合である。
【００８４】
これら二つの場合において、ソースがその変調モードを変える際、  Pinf、PQSf,1およびPBFf,1はみな変化する。パートナーを組む両ユーザーによって使用されるどの変調の対が最高のスループットをもたらすかを、スループット利得の表式GΓに基づくだけで判断するのは難しい。しかしながら、次のように進むことができる：パートナーを組む両ユーザーが任意の固定されたγ1およびγ2について種々の変調モードを使う場合についてFERをシミュレートし、次いでそれらのFERについてスループットを計算できる。次いで、パートナーを組む両ユーザーが種々の変調モードを使うときのスループット値を比較し、異なるγ1およびγ2について両ユーザーが使用するどの変調モードがスループットが最大化されるようなものであるかをつきとめる。実際的な状況では、パートナーを組む両ユーザーは、シミュレーションから得られた結果に基づいて、種々の受信SNR（γ1およびγ2）についてスループットを最大化する変調モードを選ぶことができる。
【００８５】
以下の数セクションでは、スループット利得についての数値結果が呈示される。それは、ソースのチャネル品質がデータ・スループット利得にどのように影響するか、協調によってどのくらいのスループット利得が得られるか、本発明のシステムおよび方法に基づく適応変調を使うことによってどんなさらなる改良が得られるかを示す。呈示を簡単にするため、以下のシミュレーション例のすべてにおいて、BPSK、QPSKおよび16-QAM変調モードのみを考え、チャネル符号としては[5,7,5,7]畳み込み符号が使われる。
【００８６】
〈固定ソース変調モード〉完璧なユーザー間チャネルを仮定する。すなわち、Pinf＝0とする。すべての例において、γ1は−10db、−5dB、0dB、10dB、15dBのそれぞれに固定し、γ2を変える。S1は協調のない通信のためにBPSK変調モードを使う。完璧なユーザー間チャネルを仮定する。図３、図４、図５は、S1がその変調モードをBPSKに固定し、S2がBPSK、QPSKおよび16-QAM変調モードをそれぞれ使うときのS1についてのスループット利得を示している。これら三つの図から、パートナーのSNR(γ2)の上昇とともに、いかなる固定したγ1についても、S1のスループット利得がますます改善されることが判断できる。これは命題１と整合する。S1が貧弱なチャネル品質をもつとき（低SNR領域）、協調に起因するスループット利得はいかなる固定したγ2についても最大である。S1がBSPKを使い、S2がBPSKおよびQPSKを使うとき、図３、図４、図５に与えられる例では、S1は協調からFER上の恩恵を受ける。図３および図４から、いかなる固定したγ2についても、S1についてのスループット利得はγ1とともに減少することが観察できる。S1がBSPKを使い、S2が16-QAMを使うときは、16-QAMはBSPKおよびQPSK変調モードに比べてより高いFERにつながるので、元のユーザーがFEDの面で協調から恩恵を受ける、すなわちPcoop＜Pno-coopとなるのは、γ2が十分高いとき（この例では＞7.5dB）のみである。したがって、図５から、Pcoop＜Pno-coopという結果になるγ2＞7.5dBのとき、S1についてのスループット利得はγ1とともに減少することが観察できる。これは命題４に一致する。ここでもまた、図５から、たとえγ2＜7.5dBであっても、S1が低SNR状況にあるときは（たとえばγ1＝−10dB、−5dB）、S2との協調はやはり、スループットの面でS1を大いに改善できることが観察できる。これは、パートナーを組む両ユーザーが異なるレートをもつときはFER利得とスループット利得が等価でなくなることを例示している。要するに、これらの図から、協調は、S1が低SNR状況にあるとき、元のユーザーのスループットをずっと大幅に改善すると結論する。パートナーが元のユーザーより高い変調モードを使っている場合、元のユーザーは、たとえそのFERが協調によって改善されないとしても、スループットの面ではやはり協調から恩恵を受けることができる。
【００８７】
図６ないし図１１は、それぞれγ1＝−10db、−5dB、0dB、5dB、10dBおよび15dBの場合について、S2がBPSK、QPSKおよび16-QAMを使うときの協調に起因するS2のデータ・スループット利得を比較するものである。これらの図を観察すると、γ1が非常に低いSNRの状況にあるとき、すなわちγ1＝−10dBまたは−5dBのときは、低いγ2の値については、S2によって使用されるBPSK変調モードはS1のより高いスループット利得につながることができる。これは、両方のユーザーが低SNRを経験している場合、より低い変調モードはより高い変調モードに比べてより低いFERの値につながるためである。やはりまた、γ1＝−10dBまたは−5dBの場合は、γ2の増加とともに、QPSK変調を使ったS2との協調が、S1に最大のスループット利得をもたらすことになる。γ2が十分大きいときは（すなわち、γ1＝−10dBについてはγ2＞14dB、γ1＝−5dBについてはγ2＞13.5dB）、S2が16-QAMを使うことが、S1に最大のスループット利得を与える。γ1＞0dBの場合については、γ2＝−11dBのときは、QPSK変調を使ったS2との協調が、元のユーザーに最大のスループット利得をもたらす。γ2＝11dBのときは、S2が16-QAMを使う場合に、S1は協調から最大のスループット恩恵を得る。これは、より高い変調モードは毎回より多くのビットを送信できるが、元のユーザーが貧弱なチャネル品質をもつときは、より高い変調モードをもつパートナーとの協調から得られる結果的なFERが非常に高くなり、その結果、情報ビット一つ一つについての送信成功率が低くなるためである。
γ1が大きく、たとえばγ1＝5dB、10dB、15dBのときは、図９〜図１１から、γ2が非常に低いのでない限り、パートナーが16-QAMを使うことがS1に最大のスループット利得をもたらすことを観察できる。その理由は、パートナーを組む両ユーザーが十分良好なチャネル品質をもつとき、より高い変調モードに起因する結果として得られるFERはもはやあまり高くなく、よってパートナーがより高い変調モードを使うことは、元のユーザーにより高いスループット利得を与えるためである。これらの図に示されるように、元のユーザーのスループットを最大にするという目標に関し、パートナーがチャネル品質に基づいてその変調レートを適応させれば、協調に起因するスループット利得をもっと上げることができ、パートナーによる変調モードの選択はパートナー自身のチャネル品質ばかりでなく、元のユーザーのチャネル品質にも依存することがわかる。協調は単に一人のユーザーではなく二人のユーザーに関わるので、元のユーザーが非常に低いSNRをもつときは、パートナーによって使用されるより高い変調モードは元のユーザーにより高いスループット利得をもたらすことができない。元のユーザーが十分良好なチャネル品質をもつときにのみ、パートナーによって使用されるより高い変調モードによって、協調の結果が元のユーザーのより高いスループット利得となることができる。
【００８８】
パートナーによる変調モードの選択のためには、スループット利得の直接計算に基づいてもよいし、あるいは結果１〜４の基準を使ってもよい。たとえば、γ1＝−5dB、γ2＜3dBのとき、図７に示されるように、S2がBPSKを選ぶことが、S1に最大のスループット利得を与える。図１２は、S1がBPSKを使う場合、S1がそれぞれQPSKおよび16-QAMを使う場合について、PBFf,1の値と、閾値Λ12、Λ13およびΛ23とを示している。γ2＜3dBについては、PBF,2f,1はΛ12より大きく、PBF,3はΛ23より大きい。結果１に基づき、S2がBPSKを使うことがスループットの面でS1に最大の恩恵をもたらす。3dB＜γ2＜10.5dBについては、PBF,2f,1＜Λ12およびPBF,3＞Λ13であり、結果２を使って、S1はQPSKを使うS2を選ぶことによって最大のスループット利得を得ることがわかる。10.5dB＜γ2＜13.5dBについては、PBF,2f,1＜Λ12、PBF,3＜Λ13およびPBF,3＞Λ23である。したがって、結果４を使うと、S1にとってのスループット利得を最大にするためにS2はQPSKを選択すべきであることがわかる。γ2＞13.5dBのときは、Λ13＞PBF,3f,1、Λ12＞PBF,2f,1およびΛ23＞PBF,3f,1であり、結果４を使うと、S1にとってのスループットを最大にするためにS2は16-QAMを選択する。γ2のこれらすべての閾値は、図７に示される結果に一致する。
【００８９】
以下の数セクションは、ソースによるパートナーの選択、すなわち、そのパートナーと協調することによってソースのデータ・スループットが最も改善できるような最良のパートナーを候補のリストのうちからいかにして選ぶかを扱う。以下の数セクションではまた、ソースのチャネル品質がパートナー選択にどのように影響するかの解説も呈示される。一般性を失うことなく、可能なパートナーが二つの群に分類されるシナリオを考える。一方の群は宛先までの非常に良好なチャネル品質をもつが、ユーザー間SNRは低く、他方の群は非常に良好なユーザー間チャネル品質をもつが、宛先までのチャネルは良好な品質をもたない。そのようなシナリオは図１３に描かれている。
【００９０】
各パートナーは、その個別パートナーとソースとが協調するときにスループット利得が最大になるよう、すでに最良変調を使っているものとする。ここで、S2は良好な品質のユーザー間チャネル（たとえばS2がS1の近くにあるなど）およびソースS1と同様の宛先までのチャネル品質をもつパートナーを表し、S3は宛先までの良好なチャネルをもつ（たとえばS2が宛先の近くにあるなど）パートナーを表す。S2との協調は２レベルのダイバーシチにつながり、S3との協調は常にソースがスループットを著しく改善するのを助けることを注意しておく。これはこれまでの数値例で示したとおりである。したがって、どの効果が支配的であるか、およびソースのチャネル品質がそのパートナーの変調レート選択に影響するかどうかを見出すことに関心がある。以下の数値例はパートナー選択問題を解説するものである。
【００９１】
以下の例ではレイリー・フェージングを用いて経路損失効果が組み込まれている。D1は1.0で固定で、S1とS2の間の角はπ/6で、ε/N0はそれぞれ0dBおよび5dBとして、図１４および図１５に示されるように、パートナーと宛先との間の種々の距離（distance）についてスループット利得を得る。パートナーと宛先との間の距離がより短い、つまりパートナーが宛先により近いがソースからはさらに隔たっているときは、パートナーを組む両ユーザー間のユーザー間チャネルはより悪くなり、よってPinfはより高くなる。D2＝0.7およびD3＝0.1とする。図１４および図１５に示されるように、ε/N0＝0dBについては、S1がS3と協調するとき、S1のために最大のスループット利得を達成するためにS3によって使用される最良の変調レートは16-QAMである。S1とS2の協調に起因するS1のためのスループット利得が最大になるよう、S2によって使用される最良の変調レートは、QPSKである。この状況では、S1は、より大きな協調利得を達成するために、S2ではなくS3を選択する。S1がソースまでの貧弱なチャネル品質を経験していないときは、よりよいユーザーのほうがS1をより助けることができるからである。しかしながら、ε/N0＝−5dBという、ソースが宛先までの非常に悪いリンク品質をもつことを含意する状況では、ソースは、S2が協調の際にS3よりも低い変調レートを使っているので、S2を選好する。ソースがすでに宛先までの貧弱なチャネル品質を経験しているとき、ソースは、より高いデータレートを有するパートナーよりは、該ソースがより低いFERを達成するのを助けることのできるパートナーを選ぶのである。これら二つの例から、ソースについてのスループット利得を最大化する異なる変調モードを使う候補のリストがあるとき、ソースのチャネル品質が、そのスループット利得を最も改善できるような最良のパートナー選択に影響することがわかる。
【００９２】
本発明のシステムおよび方法は、符号化協調システムにおけるユーザーを協調させてソースにとってのスループットを最適化するための適応的な変調を提供する。協調に起因するスループット利得は、協調がソースのデータ・スループットを改善する条件という面で定義された。チャネル品質が協調に起因するスループット利得に影響することが立証された。固定したソース変調モードと可変なパートナー変調モードの場合については、協調し合う両ユーザーのチャネル品質条件１〜４に基づいてパートナーの変調レートを選択する方法が提供された。協調はソースにとってのデータ・スループットを改善し、本発明の適応変調が協調し合うユーザーによって使用されるとき、スループットはさらに上げられる。
【００９３】
本発明はまた、ソースが、複数の利用可能なパートナーのうちからあるパートナーを選択するための方法であって、選択されたパートナーにソースのための情報を中継させることによる選択されたパートナーとの協調に起因するソースのスループット利得が、利用可能な各パートナーとパートナーを組むことによって達成できるうちで最高となるようにする方法をも提供する。
【００９４】
以下の例では、各リンクにおける経路損失効果が考えられ、スループット・パフォーマンスの数値結果が直接送信、マルチホップおよび符号化協調について呈示される。これらの例は、ユーザー・チャネル品質が、協調およびマルチホップに起因するデータ・スループット利得にどのように影響するか、ならびにどのくらいのスループット利得が得られるかを示す。S1と宛先との間の距離、S2と宛先との間の距離をそれぞれD1およびD2と記し、DinはS1とS2との間の距離とする。
【００９５】
経路損失コンポーネントαは4である。規格化された距離D1＝1.0、D2＝0.6およびDin＝0.57とする。よって、直接送信および協調送信について、宛先におけるS1からの受信SNRは
【００９６】
【数４２】
2008547347.tif 000035
であり、宛先におけるS2からの受信SNRは
【００９７】
【数４３】
2008547347.tif 000036
である。しかしながら、マルチホップについては、送信機は送信されるエネルギーの半分しか使わず、S2におけるS1からの受信SNRは
【００９８】
【数４４】
2008547347.tif 000037
であり、宛先におけるS2からの受信SNRは
【００９９】
【数４５】
2008547347.tif 000038
である。
【０１００】
図１６は、直接送信のスループットがSNRおよび変調モードの関数としてどのように変化するかを示している。図１６に示されるように、受信SNRが0dBより低いときは、BPSK、QPSKおよび16-QAMのうち、BPSK変調を用いた直接送信が最高のスループットを有する。受信SNRが0dBないし6dBのときは、QPSKが好ましい変調となる。最後に、受信SNRが6dBより高いときは、16-QAM変調が最良の選択となる。
【０１０１】
図１７は、直接送信、マルチホップおよび協調方式の（Rsに関して）規格化されたスループットを示している。図４は、適応変調を用いた符号化協調が適応変調を用いたマルチホップ送信や適応変調を用いた直接送信よりもずっと高いスループットにつながることを示している。この例について、協調のスループット値を直接送信のスループット値と比較すると、協調により、直接送信に対する協調の少なくとも20%の利得が与えられるという結果になる。SNRが4dBより低いとき、利得は100%にまでなる。利得の源は、受信機におけるダイバーシチ、協調チャネル符号化およびマルチホップを含む。
【０１０２】
純粋にマルチホップに起因する利得も図１７に示されている。適応変調を用いたマルチホップ送信は協調に劣るが、低SNRないし中SNRについては適応変調を用いた直接送信よりも優れたスループットを与える。しかし、SNRが十分高いとき（この例では約6dB）、直接送信のスループットはマルチホップ送信のスループットよりも高い。この振る舞いには二つの主立った理由がある。第一に、最高の変調モードは16-QAMであり、よってホップ一つ一つにおける受信SNRが十分高いときであっても、それより高次の変調は使用できない。第二に、SNRが上がるとき、直接送信のFERの減少もあり、結果として直接送信と各マルチホップ送信との間のFERの差が小さくなる。換言すれば、SNRが十分高いときには、経路損失はFERパフォーマンスに著しい効果をもたない。結果として、マルチホップ送信は、高SNRについてのスループットの面で直接送信に対して何ら優位性をもたないのである。
【０１０３】
図４から、ホップ当たりの最適変調レートは各ホップ、すなわちS1からS2およびS2から宛先のチャネル品質によって別個に決定されることがわかる。γm,12が−4＋6.86＝2.86dBないし−2＋6.86＝4.86dBであり、γm,  2が−4＋5.86＝1.86dBないし−2＋5.86＝3.86dBのとき、S1およびS2はスループットを最大化するためにいずれもQPSKを選択する。SNRが上がると、すなわち、ε/N0＞0dBについては、16-QAMが最良の変調の選択となる。マルチホップとは異なり、符号化協調では、スループットは、S1とS2が協働してそれらの変調モードを適応させるときに最大化される。たとえば、γ1＝−2dBでγ2＝6.87dBのとき、S1およびS2がそれらの変調選択をそれぞれの宛先までのチャネル品質に基づいて行うだけであれば、それらはBPSKおよび16-QAMを選ぶであろう。しかしながら、図４に示したように、両方がQPSKを選ぶことが最高のスループットを与える。γ1＝4dBでγ2＝12.87dBのとき、S1およびS2がそれぞれ16-QAMおよびBPSKを選ぶことが最高のスループットを与える。
【０１０４】
D1＝1.0、D2＝0.2およびDin＝0.69についての結果が図１８に示されている。図１８では、S1とS2の間のユーザー間チャネルがより悪いにもかかわらず、協調に起因するスループット利得は図１７のものに匹敵する。しかしながら、中継者が宛先に近いため、中継者は、協調モードおよびマルチホップ・モードの両方で、常に最高次の変調16-QAMを使うことに注意されたい。
【０１０５】
図１９は、パートナーを選択し、ソースおよびパートナーのモードを適応させる装置１９００であって、ソースが候補となるパートナー／中継者との間でメッセージをそれぞれ送信および受信するための送信機１９０２および受信機１９０３に接続されたアンテナ１９０１を有する装置を示している。受信機１９０３によって受信されたメッセージはパートナー選択および変調モード適応モジュール１９０４によって処理される。該モジュール１９０４はチャネルの品質および候補となる諸パートナーとパートナーを組むことによって可能なスループット利得の改善を決定する。変調モード適応モジュールは、該スループット利得の改善を実現するために必要とされるソースおよび候補となるパートナーについての変調モードも決定する。モジュール１９０４は、候補となるパートナー／中継者と、式(10)ないし(14)の計算および上述した付随する判断基準に基づいて最良の改善を与えるソース変調モードおよび候補変調モードとを選択する。次いで選択されたモードは送信機１９０２によって候補に送信される。しかしながら、閉じた形の方程式がすぐ導けない場合には、シミュレーションが候補を選択するための条件およびモードを与える。
【０１０６】
本発明の好ましい実施形態について図示および説明してきたが、ここに記載される符号化協調無線通信システムにおける適応変調アーキテクチャのためのシステムおよび方法は例示的なものであり、本発明の真の範囲から外れることなく、さまざまな変更および修正がなされ、本発明の要素を等価物で置き換えてもよいことは当業者によって理解されるであろう。さらに、本発明の教示を、その中心的な範囲から外れることなく特定の状況に適応させるために多くの修正を施すことができる。したがって、本発明は本発明を実施するために考えられている最良の形態として開示されている特定の実施形態に限定されず、本発明は付属の請求項の範囲にはいるあらゆる実施形態を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】パートナー協調のフローチャートである。
【図２Ａ】二つのソースと一つの共通の宛先についてのユーザー協調を示す図である。
【図２Ｂ】直交直接送信（orthogonal  direct  transmission）を使った時分割チャネル割り当てを示す図である。
【図２Ｃ】直交協調ダイバーシチ送信（orthogonal  cooperative  diversity  transmission）を使った時分割チャネル割り当てを示す図である。
【図２Ｄ】直接、マルチホップおよび協調という三つの送信方式を示す図である。
【図３】ソースおよびパートナーの両方がBPSK変調モードを使うときの、S1にとってのデータ・スループット利得を示す図である。
【図４】S1がBPSK変調モードを使っていてS2がQPSK変調モードに切り換えるときの、S1にとってのデータ・スループット利得を示す図である。
【図５】S1がBPSK変調モードを使っていてS1が16QAM変調モードに切り換えるときの、S1にとってのデータ・スループット利得を示す図である。
【図６】γ1＝−10dBについて、S1がBPSK変調モードを使っていて、S2がそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのデータ・スループット利得の比較を示す図である。
【図７】γ1＝−5dBについて、S1がBPSK変調モードを使っていて、S2がそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのデータ・スループット利得の比較を示す図である。
【図８】γ1＝0dBについて、S1がBPSK変調モードを使っていて、S2がそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのデータ・スループット利得の比較を示す図である。
【図９】γ1＝5dBについて、S1がBPSK変調モードを使っていて、S2がそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのデータ・スループット利得の比較を示す図である。
【図１０】γ1＝10dBについて、S1がBPSK変調モードを使っていて、S2がそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのデータ・スループット利得の比較を示す図である。
【図１１】γ1＝15dBについて、S1がBPSK変調モードを使っていて、S2がそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのデータ・スループット利得の比較を示す図である。
【図１２】γ1＝−5dBについて、S1がBPSKを使っていて、S2がQPSKおよび16QAMを使うときの、閾値比較およびPBFf,Iを示す図である。
【図１３】二つの選択が可能である、ネットワーク中のパートナーの選択の例を示す図である。
【図１４】γ1＝−5dB、DI＝1およびD1とD2の間の角π/6について、パートナーがそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのスループット利得の比較を示す図である。
【図１５】γ1＝0dB、DI＝1およびD1とD2の間の角π/6について、パートナーがそれぞれBPSK、QPSKおよび16QAMを使うときのスループット利得の比較を示す図である。
【図１６】直接送信のスループットを示す図である。
【図１７】D1＝1.0、D2＝0.6およびDin＝0.57について、直接送信、マルチホップおよび適応変調のある符号化協調のスループットを示す図である。
【図１８】D1＝1.0、D2＝0.2およびDin＝0.69について、直接送信、マルチホップおよび適応変調のある符号化協調のスループットを示す図である。
【図１９】本発明に基づくパートナーおよびソース／パートナー変調モードを選択するための装置を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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