(57)【要約】パケット送信が無線の適応ハイブリッド自動再送要求送信システムで行われる。最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適割り当て速度が決定され、最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、最適直角位相振幅変調セットがパケットに対して決定され、決定された最適割り当て速度または決定された最適直角位相振幅変調セットの少なくとも一方に基づいて、パケットに関する情報が送信される。
2011515061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線適応ハイブリッド自動再送要求送信システムにおけるパケット送信方法であって、
最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適割り当て速度を決定するステップ、
最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適直角位相振幅変調セットを決定するステップ、
決定された最適割り当て速度または決定された最適直角位相振幅変調セットの少なくとも一方に基づいて、前記パケットに関する情報を送信するステップ、
を有する方法。
【請求項２】
最大送信試行回数を決定するステップ
無線送信システムの前記長期信号対雑音比を決定するステップ、
をさらに有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
決定された最適割り当て速度に基づいて符号語に符号化ビットを割り当てるステップ、
直交振幅変調を用いて符号語を直交振幅変調シンボルのブロックに変調するステップ、
をさらに有し、
パケットに関する情報を送信するステップは、
直交振幅変調シンボルのブロックの送信を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
変調セットを決定するステップ、
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度を決定するステップ、
変調セットに対して決定された最適割り当て速度が、該変調セットのスループットを最大にするか否かを判定するステップ、
をさらに有する請求項１記載の方法。
【請求項５】
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度を決定するステップは、
変調セットから変調候補を決定するステップ、
ランダムに選ばれる候補の数、最大反復回数およびステップサイズを決定するステップ、
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度及び最適スループットを決定するステップ、
を含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度及び最適スループットを決定するステップは、
（ａ）決定された、ランダムに選ばれる候補の数に等しい候補の割り当て速度のセットを発生するステップ、
（ｂ）候補の割り当て速度のエラーレートを決定するステップ、
（ｃ）候補の割り当て速度のスループットを決定するステップ、
（ｄ）最適の割り当て速度および最適スループットを決定するステップ、
（ｅ）最大反復回数に到達したか否かを判定するステップ、
前記最大反復回数に到達していない場合にステップ（ｂ）からステップ（ｅ）を実行するステップ、
を含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
決定された最適割り当て速度を出力するステップ、
決定されたスループットを出力するステップ、
を含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
プロセッサによって実行可能なプログラム命令が格納された機械読み取り可能な媒体であって、
該命令が、
最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適割り当て速度を決定するステップと、
最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適直角位相振幅変調セットを決定するステップと、
決定された最適割り当て速度または決定された最適直角位相振幅変調セットの少なくとも一方に基づいて、パケットに関する情報を送信するステップと、
を定義できる機械読み取り可能な媒体。
【請求項９】
前記命令が、
最大送信試行回数を決定するステップと、
無線送信システムの長期信号対雑音比を決定するステップと、
をさらに定義する請求項８記載の機械読み取り可能な媒体。
【請求項１０】
前記命令が、
決定された最適割り当て速度に基づいて符号語に符号化ビットを割り当てるステップと、
直交振幅変調を用いて、符号語を直交振幅変調シンボルのブロックに変調するステップと、
をさらに定義し、
パケットに関する情報を送信するステップは、
直交振幅変調シンボルのブロックを送信するステップを含む請求項８記載の機械読み取り可能な媒体。
【請求項１１】
前記命令が、
変調セットを決定するステップと、
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度を決定するステップと、
変調セットに対する決定された最適割り当て速度が、該変調セットのスループットを最大にするか否かを判定するステップと、
をさらに定義する請求項８記載の機械読み取り可能な媒体。
【請求項１２】
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度を決定する命令が、
変調セットから変調候補を決定するステップと、
ランダムに選ばれる候補の数、最大反復回数およびステップサイズを決定するステップと、
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度および最適スループットを決定するステップと、
をさらに定義する請求項１１記載の機械読み取り可能な媒体。
【請求項１３】
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度および最適スループットを決定する命令が、
（ａ）決定された、ランダムに選ばれる候補の数に等しい候補の割り当て速度セットを発生するステップと、
（ｂ）候補の割り当て速度のエラーレートを決定するステップと、
（ｃ）候補の割り当て速度のスループットを決定するステップと、
（ｄ）最適割り当て速度および最適スループットを決定するステップと、
（ｅ）最大反復回数に到達したか否かを判定するステップと、
最大反復回数に到達していない場合にステップ（ｂ）からステップ（ｅ）を実行するステップと、
をさらに定義する請求項１２記載の機械読み取り可能な媒体。
【請求項１４】
前記命令が、
決定された最適割り当て速度を出力するステップと、
決定されたスループットを出力するステップと、
をさらに定義する請求項１３記載の機械読み取り可能な媒体。
【請求項１５】
パケット送信用の無線適応ハイブリッド自動再送要求送信システムであって、
最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適割り当て速度を決定する手段と、
最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適直角位相振幅変調セットを決定する手段と、
決定された最適割り当て速度または決定された最適直角位相振幅変調セットの少なくとも一方に基づいて、パケットに関する情報を送信する手段と、
を有するシステム。
【請求項１６】
最大送信試行回数を決定する手段と、
無線送信システムの長期信号対雑音比を決定する手段と、
をさらに有する請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
決定された最適割り当て速度に基づいて符号語に符号化ビットを割り当てる手段と、
直交振幅変調を用いて、符号語を直交振幅変調シンボルのブロックに変調する手段と、
をさらに有し、
パケットに関する情報を送信する手段は、
直交振幅変調シンボルのブロックを送信する手段を有する請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
変調セットを決定する手段と、
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度を決定する手段と、
変調セットに対する決定された最適割り当て速度が、該変調セットのスループットを最大にするか否かを判定する手段と、
をさらに有する請求項１５記載のシステム。
【請求項１９】
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度を決定する手段は、
変調セットから変調候補を決定する手段と、
ランダムに選ばれる候補の数、最大反復回数およびステップサイズを決定する手段と、
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度および最適スループットを決定する手段と、
をさらに有する請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
遺伝的プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度および最適スループットを決定する手段は、
決定された、ランダムに選ばれる候補の数に等しい候補の割り当て速度のセットを発生させる手段と、
候補の割り当て速度の誤り率を決定する手段と、
候補の割り当て速度のスループットを決定する手段と、
最適割り当て速度および最適スループットを決定する手段と、
最大反復回数に達したかどうかを判定する手段と、
前記決定された最適割り当て速度を出力する手段と、
決定されたスループットを出力する手段と、
を有する請求項１９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年３月１１日に出願された米国仮出願６１／０３５，５４４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【０００２】
本発明は、適応ＩＲ（incremental redundant）ハイブリッド自動再送要求（ＡＲＱ：automatic repeat request）方式に関し、特に適応ＩＲハイブリッドＡＲＱ方式を用いる無線送信システムにおけるスループットの改善に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの無線通信システムでは通信用のチャネルが時間に依存して変化する。そのような時間に依存して変化するチャネルを利用しつつ高スループット及び高信頼性を同時に確保するには、ハイブリッドＡＲＱ方式のようなハイブリッド自動再送要求方式と共に、前方誤り訂正（ＦＥＣ：forward error correction）符号を用いればよい。ハイブリッドＡＲＱを採用する受信機では、最初にＦＥＣ符号を用いてエラーを訂正し、エラーが残っているときは再送処理を起動する。シンプルなハイブリッドＡＲＱ方式は、受信機が先の送信信号を廃棄し、再送された信号についてのみ検出して復号する、タイプＩハイブリッドＡＲＱである。この方式は、先に受信したパケットを廃棄するため、バッファサイズを節減できるが、スループットに関しては効率的な方法とは言い難い。
【０００４】
データパケット方式では、チェイス合成（Chase combining）ハイブリッドＡＲＱ及びＩＲハイブリッドＡＲＱの２種類のハイブリッドＡＲＱ方式（例えば、タイプＩＩハイブリッドＡＲＱ）が広く注目されている。チェイス合成方式では、ＡＲＱ要求時に反復符号系列が受信機に送信される。受信機は、検出のための最大比合成（ＭＲＣ）を用いて、受信した複数の符号化系列のコピーを合成する。タイプＩＩハイブリッドＡＲＱでは、追加パリティビットが各再送時に送信される。受信機では、受信した系列が１つの符号語に属しているため、該受信した系列の全てを用いて復号を行う。ＩＲハイブリッドＡＲＱでは、ダイバーシティ利得に加えて、スループット性能が符号化利得によって改善される。チェイス合成方式及びＩＲハイブリッドＡＲＱ方式は、受信機における追加バッファ及び複雑性が、タイプＩハイブリッドＡＲＱよりも大きなスループット利得を提供する。
【０００５】
チェイス合成方式及びＩＲハイブリッドＡＲＱ方式は高いスループット性能を達成するため、無線システムで実際に採用されている。該２つの方式は、近年策定された無線標準にも含まれている。ハイブリッドＡＲＱは、同期ハイブリッドＡＲＱと非同期ハイブリッドＡＲＱとに分類できる。同期ハイブリッドＡＲＱでは、再送が既知の時刻に発生するように制限されている。非同期ハイブリッドＡＲＱでは、再送がいつ発生してもよい。非同期ハイブリッドＡＲＱでは、ＡＲＱプロセス数を示す付加シグナリングが必要である。
【０００６】
ハイブリッドＡＲＱは、送信属性によって適応ハイブリッドＡＲＱと非適応ハイブリッドＡＲＱとにさらに分類できる。適応ハイブリッドＡＲＱでは、送信機は、変調方式、符号化率及び割り当て資源ブロック等を含む各種属性を再送毎に変更できる。非適応ハイブリッドＡＲＱでは、再送毎の変調方式、符号化率及び割り当て資源ブロックが元の送信と同一である。
【０００７】
現在、既存のソリューションでは、非適応ハイブリッドＡＲＱを考慮している。すなわち、各再送時におけるブロック長及び変調方式は、元の送信におけるそれと同一であると仮定されている。適応ハイブリッドＡＲＱについては、従来のソリューションでは、離散的直角位相振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）方式を用いることなく、バイナリ符号化方式のみを考慮している。
【０００８】
したがって、適応ＩＲハイブリッドＡＲＱ無線送信システムのスループットを向上させるための改善システム及び方法が要望されている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、無線適応ハイブリッド自動再送要求送信システムにおけるパケット送信方法を提供する。最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適割り当て速度を決定し、最大送信試行回数または無線送信システムの長期信号対雑音比の少なくとも一方に基づいて、パケットに対する最適直角位相振幅変調セットを決定し、決定した最適割り当て速度または決定した最適直角位相振幅変調セットの少なくとも一方に基づいて、パケットに関する情報を送信する。
【００１０】
また、本実施形態では、反復プロセスを用いて変調セットの最適割り当て速度及び最適スループットが決定される。反復プロセスには、変調セットから変調候補を決定する処理、ランダムに選ばれる候補の数、最大反復回数及びステップサイズを決定する処理、反復プロセスを用いて変調セットに対する最適割り当て速度及び最適スループットを決定する処理、を含む。また、反復プロセスには、決定したランダムに選ばれる候補の数に等しい候補の割り当て速度のセットを発生する処理、候補の割り当て速度のエラーレートを決定する処理、候補の割り当て速度のスループットを決定すること、最適割り当て速度及び最適スループットを決定する処理、最大反復回数に到達したか否かを判定する処理、最大反復回数に到達していない場合に反復プロセスを繰り返す処理、を含んでいる。決定した最適割り当て速度及び決定したスループットは出力される。
【００１１】
本発明のこれらおよびその他の利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより当業者であれば明白に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の無線送信システムの実施形態を示している。
【図２】図２は一般的な適応ハイブリッドＡＲＱプロセスを示している。
【図３】図３はランダムにパンクチャされたターボ符号のための並列チャネル符号化のシステムモデルの実施形態を示している。
【図４】図４はランダムパンクチャリングを備えたビットインターリーブ符号化変調のための並列チャネル符号化のシステムモデルの実施形態を示している。
【図５】図５はランダムパンクチャリングを備えたターボビットインターリーブ符号化変調における適応ＩＲハイブリッドＡＲＱの等価並列チャネル符号化のシステムモデルの実施形態を示している。
【図６】図６は直交振幅変調の多重度を示すテーブルである。
【図７】図７は適応ＩＲハイブリッドＡＲＱを用いた送信方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図８】図８は適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのスループットを最適化方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図９】図９はスループットの最大化方法の実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は適応ＩＲハイブリッドＡＲＱ無線送信システムのスループットの改善に関する。適応ハイブリッド自動再送要求（ＡＲＱ）方式は、無線システムにおける高信頼性及び高速パケット通信を実現するためのものである。本明細書で言う「適応」とは、異なる送信ブロックの通信速度が１つのハイブリッドＡＲＱプロセス内で変更できることを示している。特に、複数タイプの入力信号のための適応増加冗長性（ＩＲ）ハイブリッドＡＲＱが改善される。まず、ガウス入力（Ｇａｕｓｓｉａｎインプット）及びターボ符号化変調について説明する。
【００１４】
適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのスループットは、再生報酬理論（renewal−reward theorem）に基づいて決定される。ガウス入力では、送信毎の誤り率が故障レートから得られる。ターボ符号化変調では、ビットインターリーブ符号化変調（ＢＩＣＭ：Bit-Interleaved Coded Modulation）のランダムにパンクチャされたターボ符号集団（アンサンブル）にターボ符号理論を適用することで、エラーレートが送信ブロック毎に得られる。
【００１５】
ハイブリッドＡＲＱのスループットを最大にする最適通信速度を求めるために、スループット最適化が実行される。ガウス符号化方式のスループットの最適化には勾配探索法（gradient search method）が用いられ、ターボ符号化システムのスループットの最適化には遺伝的アルゴリズムが用いられる。本明細書で示すシステム及び方法は、従来の非適応ＩＲハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）及びチェイス合成よりも高いスループットを、ＩＲハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）を用いることで提供する。
【００１６】
スループットが適応ＩＲハイブリッドＡＲＱに対して最適化されると、送信信号毎の最適な伝送速度が得られる。離散的直交振幅変調（ＱＡＭ）変調では、ＩＲハイブリッドＡＲＱプロセスにおける各ブロック送信の符号化ビットの最適長及び最適ＱＡＭ変調方式は、スループット最適化問題を解くことで得られる。すなわち、送信機は、小規模なチャネルフィードバックを利用できなくても、長期信号対雑音電力比（ＳＮＲ）を知っていれば、スループットを最大にできる。
【００１７】
図１は本発明の無線送信システム１００の実施形態を示している。システム１００は、送信機１０２と、１つまたは２つ以上の受信機１０４とを有する。送信機１０２は、１つまたは２つ以上のチャネル（例えば、並列論理チャネル、データチャネル等）を用いた信号（例えば、無線通信信号、フレーム、ブロック、シンボル、系列、シンボル系列等）の送信に適合した構成であればよい。受信機１０４は、送信機１０２から受信した信号の受信および／または処理に適合した構成であればよい。システム１００は、それぞれ送信機１０２および／または受信機１０４と通信できる複数の制御装置１０６をさらに備えていてもよい。送信機１０２及び受信機１０４を用いる送信システム１００は、受信機１０４から送信された情報（例えば、ＡＣＫ、ＮＡＣＫ、再送要求等）を、送信機１０２および／または制御装置１０６に転送する、１つまたは２つ以上のバックワード（例えばフィードバック）チャネルをさらに備えていてもよい。
【００１８】
送信機１０２及び受信機１０４は、後述する方法に適合する送信機及び受信機を用いて実現すればよい。当業者であれば、システム１００が他の構成要素も同様に備えていることを認識できよう。また、当業者であれば、これらの構成要素の適切な組み合わせにより、ここで説明するような発明が実施できることを理解できよう。例えば、後述する方法８００の各ステップは、システム１００における、制御装置１０６、送信機１０２、受信機１０４および／または他の装置、またはそれらの装置のどのような組み合わせを用いて実現してもよい。
【００１９】
送信機１０２、特に制御装置１０６は、変調器、エンコーダおよび／または図３〜５に関連して後述する割り当て器を含んでいてもよい。すなわち、送信機１０２および／または制御装置１０６は、以下の図７〜９に関連して詳細に説明する、速度の割り当て、信号の変調および／または情報の符号化に適合した構成であればよい。
【００２０】
制御装置１０６は、通常、コンピュータまたはコンピュータシステムが使用される。制御装置１０６には、該コンピュータまたはコンピュータシステムで用いられる、任意の構成要素または装置を含んでいてもよい。制御装置１０６には、該コンピュータまたはコンピュータシステムに接続されて用いられる、任意の構成要素または装置を含んでいてもよい。図１には明示していないが、制御装置１０６は、１つまたは２つ以上の中央処理装置、読み取り専用記憶装置（ＲＯＭ）および／またはランダムアクセス記憶装置（ＲＡＭ）を含んでいてもよい。制御装置１０６は、キーボードやマウスあるいはポインティングデバイス等の他の入力装置、データや情報を得るためのプリンタ等の出力装置、ユーザーや作業者に情報を表示するためのモニタ等の表示装置を含んでいてもよい。また、制御装置１０６には、ネットワーク環境において他のシステムコンポーネントとの通信を可能にするＬＡＮアダプタや通信ポート等の送信装置や受信装置、所要のデータや情報を格納する１つまたは２つ以上のデータベース、本発明の方法を実現する１つまたは２つ以上のプログラムまたは命令セット、および／または任意の周辺機器を含む他のコンピュータコンポーネントやコンピュータシステムを含んでいてもよい。
【００２１】
プログラム（例えば制御装置のソフトウェア）の各命令は、例えばＲＯＭからＲＡＭ、ＬＡＮアダプタからＲＡＭ等のように、他の媒体から制御装置１０６のメモリへ読み込まれてもよい。本願明細書で説明する１つまたは２つ以上のプロセスステップは、プログラム内の命令のシーケンスにしたがって制御装置１０６に実行させてもよい。または、本発明のプロセスは、ハードワイヤード回路または集積回路を、ソフトウェア命令の代わりに、またはソフトウェア命令と組み合わせて実行してもよい。つまり、本発明の方法は、ハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアの特定の組み合わせに限定して実現されるものではない。メモリには、ソフトウェアプログラムの実行時に、後述する本発明の方法を実現する制御装置用のソフトウェアが格納されればよい。本発明は、汎用のハードウェアサブシステムまたは専用の制御装置だけでなく、多種多様なプログラミング技法を用いて、多くの異なる方法で実現できることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。
【００２２】
プログラムは、圧縮、非コンパイルおよび／または暗号化フォーマットで保存してもよい。該プログラムには、オペレーティングシステム、データベース管理システム、制御装置によるコンピュータの周辺機器と他の装置／構成要素のインタフェースを可能にするデバイスドライバ等の有用な汎用プログラム要素を含んでいてもよい。適切な汎用プログラム要素は当業者に知られているため、ここでは、それらの詳細な説明は省略する。
【００２３】
制御装置１０６は、本願明細書で示す、速度の割り当て、信号の変調および／または情報の符号化が可能であればよい。当業者であれば理解されようが、本願明細書で示す構成や接続の概略図並びにその説明は、単なる具体例を示したものである。本実施形態において示唆する具体例の他に、どのような具体例を用いてもよい。
【００２４】
図２は一般的な適応ハイブリッドＡＲＱプロセス２００を示している。長さＫの情報系列２０２が、１つまたは２つ以上のブロック２０４ａ〜２０４Ｌで、符号化されて送信される（例えば図１の送信機１０２により）。長さＮ1のシンボル系列は、第１のブロック２０４ａによって第１の速度Ｒ1で送信される。受信機（例えば図１の受信機１０４）が該系列の復号に失敗すると、再送要求と共にＮＡＣＫが送信機１０２に返送される。送信機１０２は、第２の速度Ｒ2、長さＮ2のブロック２０４ｂで、元の情報を再度送るための符号化系列を送信する。また、再送要求を受けた送信機１０２は、受信機１０４がメッセージの復号に成功してＡＣＫを返送するまで、または最大送信数Ｌ（例えばブロック２０４Ｌ）に到達するまで、速度Ｒ3，Ｒ4，．．．，、ブロック長Ｎ3，Ｎ4，．．．，で元の情報を送るための符号化系列を送信し続ける。このとき、第ｌ番目の送信後の平均通信速度は、
【００２５】
【数１】
2011515061.tif 000003
【００２６】
で与えられる。
【００２７】
εlは復号誤りイベント、Ｄlを第ｌ番目の送信後の復号成功イベントである。ｑ（ｌ）は第ｌ番目の送信後の復号成功率であり、ｐ（ｌ）は第ｌ番目の送信後の復号誤り率でありる。その場合、
【００２８】
【数２】
2011515061.tif 000004
【００２９】
及び
【００３０】
【数３】
2011515061.tif 000005
【００３１】
となる。
【００３２】
これに基づいて、
【００３３】
【数４】
2011515061.tif 000006
【００３４】
が得られる。
【００３５】
？はランダム報酬、例えば復号後にＨＡＲＱプロセスが停止したときの送信情報量である。再生報酬定理（renewal-reward theorem）に基づいて、ＨＡＲＱのスループットは、η＝Ｅ｛？｝／Ｅ｛Ｔ｝で与えられる。ここで、Ｔは、再帰イベントが連続して発生する、ランダムな送信時間（再生間隔）を示している（例えば各ハイブリッドＡＲＱプロセスの送信ブロック長）。情報ブロック長Ｋ及び１つのハイブリッドＡＲＱプロセスにおける最大送信数Ｌが与えられると、平均報酬は、
【００３６】
【数５】
2011515061.tif 000007
【００３７】
で与えられる。ここで、ｐ（０）≡１である。
【００３８】
同様に、
【００３９】
【数６】
2011515061.tif 000008
【００４０】
で与えられる。
【００４１】
また、ＨＡＲＱのスループットは、次式で与えられる。
【００４２】
【数７】
2011515061.tif 000009
【００４３】
これは、実効速度を
【００４４】
【数８】
2011515061.tif 000010
【００４５】
と定義することで簡略化でき、
【００４６】
【数９】
2011515061.tif 000011
【００４７】
となる。
【００４８】
Ｎ1＝Ｎ2＝．．．＝ＮL、ｒ1＝ｒ2＝．．．＝ｒL＝ｒのとき、ＨＡＲＱが非適応になると、非適応ＨＡＲＱのスループットは、
【００４９】
【数１０】
2011515061.tif 000012
【００５０】
で与えられる。ここで、Ｒは第Ｌの送信後の平均速度である。
【００５１】
送信機１０２が、短期小規模チャネルフェージングではなく、長期信号対雑音比（ＳＮＲ）を知っている実施形態は、オープンループのＨＡＲＱプロセスと同様になる。一方、無線送信システム１００が単入力単出力（ＳＩＳＯ：Single Input Single Output）システムである実施形態では、ＳＩＳＯブロックフェージングチャネルが考慮される。
【００５２】
【数１１】
2011515061.tif 000013
【００５３】
は、第ｌ番目の送信中における、送信信号ベクトル、受信信号ベクトル及びバックグラウンドノイズベクトルを示している。送信シンボルｘl,iは、シンボル当たりの平均信号パワーＰ＝Ｅ｛｜ｘl、i｜2｝であるときの独立同分布（ｉ．ｉ．ｄ．：independent and identically distributed）複素ガウスコードブックである。ノイズは、単位分散
【００５４】
【数１２】
2011515061.tif 000014
【００５５】
を備えたｉ．ｉ．ｄ．複素ガウス分布である。第ｌ番目の送信期間における受信信号は、ｙl＝ｈlｘl＋ｎl（ｌ＝１，．．．，Ｌ）で記載できる。複素ガウス分布ランダム変数ｈl，ｈl〜ＮC（０，１）は、パワー｜ｈl｜2＝ｇlを有するハイブリッドＡＲＱプロセスによる第ｌ番目の送信ブロック２０４ａ〜１０４Ｌにおけるチャネル利得である。レイリーフェージングチャネルモデル及びブロックフェージングチャネルモデルを考慮するが、チャネル利得ｈlは、少なくとも１つの送信中は同一であると仮定する。高速フェージング及び低速フェージングの２つのブロックフェージングシナリオを適用してもよい。高速フェージングでは、チャネル利得ｈlは、ある送信ブロック２０４ａ〜１０４Ｌから次の送信ブロック２０４ａ〜２０４Ｌまで個別に変化すると仮定する。低速フェージングでは、チャネル利得は全ＡＲＱプロセス中変化しない（例えばｈl＝ｈ）が、新たなハイブリッドＡＲＱプロセスを開始したときは個別に変化すると仮定する。
【００５６】
Ｉlは、第ｌ送信中に受信した信号から蓄積される相互情報量である。したがって、チャネル符号化定理に基づくと、第ｌ（ｌは任意）番目の送信後にＩl＜Ｒlの場合、復号誤りは０から遠ざかる。Ｉl＞Ｒlの場合、ブロック長
【００５７】
【数１３】
2011515061.tif 000015
【００５８】
が無限大になるため、復号誤りが０になる。ここでは、各トランスミッションのブロック長が無限大と仮定する。したがって、誤りイベント及び成功イベントは、それぞれ
【００５９】
【数１４】
2011515061.tif 000016
【００６０】
で定義される。
【００６１】
第ｌ番目の送信中における故障率はＰｒ（Ｉl＜Ｒl）である。第ｌ送信中における復号誤り率ｐ（ｌ）は、ｐ（ｌ）＝Ｐｒ（Ｉ1＜Ｒ1，Ｉ2＜Ｒ2，．．．，Ｉl＜Ｒl）であり、第ｌ送信中における復号成功率ｑ（ｌ）は、ｑ（ｌ）＝Ｐｒ（Ｉ1＞Ｒ1，Ｉ2＞Ｒ2，．．．，Ｉl＞Ｒl）である。
【００６２】
速度に対する制約はＲ1＜Ｒ2＜．．．＜ＲLであり、平均蓄積情報量Ｉlの位数は決定されない。誤り率ｐ（ｌ）の計算は、ｌが増加するにしたがって複雑になる。
【００６３】
非適応ＨＡＲＱでは、Ｒl＝Ｒ1／ｌのとき、誤り率ｐ（ｌ）＝Ｐｒ（Ｉ1＜Ｒl，２Ｉ2＜Ｒl，．．．，ｌＩl＜Ｒl）が与えられる。平均相互情報量ｌＩlは非減少順にある。したがって、非適応ハイブリッドＡＲＱの誤り率は、ｐ（ｌ）＝Ｐｒ（ｌＩl＜Ｒl）＝Ｐｒ（Ｉl＜Ｒl）となる。
【００６４】
適応ＨＡＲＱにおいて、ｃlは第ｌ番目の送信におけるシンボル当たりの平均相互情報量である。したがって、
【００６５】
【数１５】
2011515061.tif 000017
【００６６】
及び
【００６７】
【数１６】
2011515061.tif 000018
【００６８】
となる。また、
【００６９】
【数１７】
2011515061.tif 000019
【００７０】
がｌまで非減少であるため、適応ハイブリッドＡＲＱの誤り率は、
【００７１】
【数１８】
2011515061.tif 000020
【００７２】
または
【００７３】
【数１９】
2011515061.tif 000021
【００７４】
となる。
【００７５】
ブロックフェージングチャネルのＳＩＳＯシステムでは、第ｌ番目のブロックのみの平均相互情報量が、ｃl＝ｌｏｇ（１＋ｇlＰ）となる。したがって、適応ＩＲハイブリッドＡＲＱの誤り率は、
【００７６】
【数２０】
2011515061.tif 000022
【００７７】
であり、非適応ＩＲハイブリッドＡＲＱの誤り率は、
【００７８】
【数２１】
2011515061.tif 000023
【００７９】
である。
【００８０】
上述の誤り率により、適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのスループットは、
【００８１】
【数２２】
2011515061.tif 000024
【００８２】
で得られる。レイリーフェージングを考慮しているため、フェージング利得ｇlのパワーは指数分布を満たす。ｌ＝１におけるパケット誤り率は、
【００８３】
【数２３】
2011515061.tif 000025
【００８４】
のように簡略化できる。
【００８５】
ＳＩＳＯシステムは、多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）無線送信システムへ拡張してもよい。そのようなＭＩＭＯシステムにも図１の無線送信システム１００を用いることができる。ＭＩＭＯシステムは、ｎT個の送信アンテナ及びｎR個の受信アンテナを備えている。そのようなシステムの第ｌ番目の送信中における第ｎ番目のタイムスロットにおいて、
【００８６】
【数２４】
2011515061.tif 000026
【００８７】
は受信信号ベクトル、
【００８８】
【数２５】
2011515061.tif 000027
【００８９】
は送信信号ベクトル、
【００９０】
【数２６】
2011515061.tif 000028
【００９１】
はノイズベクトルである（ｎ−１，．．．，Ｎl）。Ｈlは、（ｍ、ｎ）のエントリｈl,mnを有するｎR×ｎT行列であり、ｈl,mn〜ＮC（０，１）である。ＭＩＭＯシステムの受信信号モデルは、ｙl（ｎ）＝Ηlｘl（ｎ）＋ｎ（ｎ）（ｎ＝１，．．．，Ｎl）で記述できる。但し、受信電力には、
【００９２】
【数２７】
2011515061.tif 000029
【００９３】
の制約がある。
【００９４】
ＳＩＳＯケースと同様に、ＭＩＭＯシステムの適応ＩＲハイブリッドＡＲＱの誤り率は、
【００９５】
【数２８】
2011515061.tif 000030
【００９６】
で得られる。なお、ｃlは、
【００９７】
【数２９】
2011515061.tif 000031
【００９８】
で与えられる、第ｌ番目のＭＩＭＯブロックフェージングチャネルの瞬時相互情報量である。ＳＩＳＯシステムと同様に、ＭＩＭＯシステムの平均蓄積情報量
【００９９】
【数３０】
2011515061.tif 000032
【０１００】
も非減少である。したがって、ＭＩＭＯ適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのパケット誤り率は、
【０１０１】
【数３１】
2011515061.tif 000033
【０１０２】
で得られる。
【０１０３】
非適応ＩＲハイブリッドＡＲＱでは、再送レートが元の送信と同じである。そのため、第ｌ番目の送信後のパケット誤り率は、
【０１０４】
【数３２】
2011515061.tif 000034
【０１０５】
で与えられる。
【０１０６】
上述した異なるハイブリッドＡＲＱ方式のスループットの式及びブロックエラーレートの式により、ハイブリッドＡＲＱプロセス全体の平均スループットは、各送信に対する割り当て速度を最適化することで最大にできる。ガウス入力を持つ適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのスループット最適化は、
【０１０７】
【数３３】
2011515061.tif 000035
【０１０８】
に簡略化でき、そのスループットは上述した式で得られる。
【０１０９】
上述した最適化問題は非線形であり、積分（例えば、ｐ（ｌ）を得るための）を伴うため、解けないことが分かる。そこで、代わって数値法を用いる。ここでは、勾配降下探索アルゴリズム（gradient descent search algorithms）を用いる。適応ＩＲハイブリッドＡＲＱにおいて、ｒ＝［ｒ1，．．．ｒL］Tを定義する。最適な割り当て速度ｒは、ｒ(n)＝ｒ(n-1)＋μn∇ｒηを反復して計算することで算出できる。ここで、∇ｒη＝［∂η／∂ｒ1，．．．，∂η／∂ｒL］Tであり、μnはより良好な性能及び高速収束性を実現する値であることが重要である。
【０１１０】
ＳＩＳＯシステムにおいて、ハイブリッドＡＲＱプロセスを使用しない最大平均スループットの最適速度は、
【０１１１】
【数３４】
2011515061.tif 000036
【０１１２】
で得られる。
【０１１３】
本実施形態において、無線送信システム１００は、独立した複数のブロックフェージングチャネルによって信号を送信するターボ符号化単一アンテナトランシーバシステムである。Ｋ情報ビットのブロックは、まず速度ｒ0＝Ｋ／ｎでターボ符号により符号化される。割り当て速度に基づいて、該符号化ビットはインターリーブされ、ｎ1個の符号化ビットへランダムにパンクチャされる。パンクチャード符号語は、直交振幅変調（ＱＡＭ）コンステレーションを用いてｎ1／Ｍ1シンボルのブロックで変調される。ここで、２M1はコンステレーションサイズである。受信信号モデルは
【０１１４】
【数３５】
2011515061.tif 000037
【０１１５】
で記述できる。受信機１０４が復号を失敗した場合、ＡＲＱ要求時に、第１の送信で送信されなかった、インターリーブされた符号化ビットの残りがｎ2の符号化ビットにパンクチャされ、第２の送信の割り当て速度にしたがってｎ2／Ｍ2のＱＡＭシンボルに変調される。ＡＲＱ要求時、送信機１０２は、第ｌ番目の送信のためのＭlＱＡＭ変調を用いて、符号化ビットの残りのｎlビットを送信する。最大再送数はＬである。
【０１１６】
図３はランダムにパンクチャされたターボ符号のための並列チャネル符号化のシステムモデル３００の実施形態を示している。システムモデル３００は、本発明の無線送信システム１００の詳細な実施形態を示している。送信機１０２は、ターボ符号器３０２及び速度割り当て器３０４を含む。送信機１０２は、複数の並列チャネル３０６ａ，３０６ｂ，．．．，３０６Ｑを用いて情報を送信する。受信機１０４は、並列チャネル３０６ａ〜３０６Ｑを用いて情報を受信し、ターボ復号器３０８に供給する。
【０１１７】
バイナリＩＲハイブリッドＡＲＱのためのランダムにパンクチャされたターボ符号は、異なる符号化ビットをＱ個の個別の離散並列チャネルに、確率αq（ｑ＝１，．．．，Ｑ）でランダムに割り当てるものとみなすことができる。確率αqはチャネルｑに対する割り当て速度と呼ばれる。したがって、第ｑ番目のチャネルの符号化率はｒq＝Ｒ／αqである。符号化定理は、Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａノイズパラメータγq及び母ターボ符号集団しきい値ｃ[C]0によって特徴づけられる。第ｑ番目のチャネルのＢｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａノイズパラメータγqは、
【０１１８】
【数３６】
2011515061.tif 000038
【０１１９】
で定義される。ここで、ｐq（ｙ｜ｂ）（ｂ＝±１）は、バイナリ入力ｂのチャネル遷移率を表わす。実数値γq∈［０，１］は、バイナリ入力チャネルのノイズの多さを示している。極値γq＝１では、チャネルのノイズが多いため、通信できなくなる。
【０１２０】
ターボ符号集団［Ｃ］のしきい値ｃ0[C]は、
【０１２１】
【数３７】
2011515061.tif 000039
【０１２２】
で定義される。ここで、
【０１２３】
【数３８】
2011515061.tif 000040
【０１２４】
は平均重み計数子（ＡＷＥ：Average Weight Enumerator）である。すなわち、重みｈ及びＤNを有する平均符号語数は、ＤN→∞及びＤN／Ｎ∈→０∀∈＞０等の数列となる。
【０１２５】
ターボ符号では復号誤りが徐々に改善される。すなわち、Ｎ→∞、及び
【０１２６】
【数３９】
2011515061.tif 000041
【０１２７】
になると、復号誤りが０になる。したがって、単一チャネルのターボ符号集団の符号化定理は、Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａノイズパラメータγが
【０１２８】
【数４０】
2011515061.tif 000042
【０１２９】
を満たすとき、ターボ符号集団の復号誤りが徐々に改善される。
【０１３０】
バイナリＩＲハイブリッドＡＲＱでは、１つのハイブリッドＡＲＱプロセスの異なるブロックで送信される信号が直交する。したがって、各送信は、独立した並列チャネルのうちの１つを用いて送るとみなせる。ターボ符号集団の符号化定理は、並列チャネルで送信するランダムにパンクチャされたターボ符号集団へ拡張される。それは、以下のように要約される。
【０１３１】
符号集団［Ｃ］は、割り当て速度｛αq｝で、送信機１０２により並列チャネル３０６ａ，３０６ｂ，．．．，３０６Ｑで送信される。また、平均ＭＬ復号語誤り率は、
【０１３２】
【数４１】
2011515061.tif 000043
【０１３３】
であるとき、
【０１３４】
【数４２】
2011515061.tif 000044
【０１３５】
となる。ここで、γqは上述したＢｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａノイズパラメータである。
【０１３６】
ビットインターリーブ符号化変調（ＢＩＣＭ）と同様に、ランダム割り当て及びランダムパンクチャリングを伴う等価モデルが、図４に示すようなターボＢＩＣＭで使用される。
【０１３７】
図４は、ランダムパンクチャリングを備えたビットインターリーブ符号化変調のための、並列チャネル符号化のシステムモデル４００の実施形態を示している。システムモデル４００は、本発明の無線送信システム１００の詳細な実施形態を示している。送信機１０２は、ターボ符号器４０２及び速度割り当て器４０４を含む。送信機１０２は、複数の並列チャンネル４０６ａ〜４０６Ｍを用いてλＮビットを送信する。受信機１０４は、並列チャネル４０６ａ〜４０６Ｍを用いて情報（例えば、変調２2mへマッピングした２ｍ並列チャネル）を受信する。仮想チャネル４０８（例えば、（１−λ）Ｎビットを備える）はパンクチャードチャネルである。
【０１３８】
送信されたＢＩＣＭ部は、確率λで、並列チャネル４０６ａ〜４０６Ｍにランダムに割り当てられた２ｍバイナリ入力によってモデル化される。直交２次元ＱＡＭ変調を考慮すると、各次元は独立したＰＡＭ変調となる。したがって、１次元ＰＡＭケースのみを考慮すればよい。したがって、ｍ＝（１／２）ｌｏｇ2Ｍを得る。そのため、２ｍ個の並列チャネルに代わってｍ個の並列チャネル４０６ａ〜４０６Ｍを考慮できる。各チャネルは、ＰＡＭ変調信号セットＳの特定のバイナリビットの送信に用いられる（例えば、第ｑ番目のチャネルは、ＰＡＭ変調のｍビットセットの第ｑ番目のビット用である）。各チャネルにおいて、速度割り当て器４０４で使用する割り当て速度はαq＝λ／ｍであり、Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａノイズパラメータはγqである。送信されていないパンクチャード符号化ビットは、Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａノイズパラメータγm+i＝１を備える、第（ｍ＋１）番目のチャネルを用いて送信される。
【０１３９】
ＳはＰＡＭ信号セットであり、Ｓqbは、第ｑ番目のチャネルにビットｂを持つ全てのシンボルに対するＳのサブセットである。ＱＡＭ変調のＭ個のシンボルが等しいと仮定すると、シンボルｘがｘ∈Ｓbqである確率は１／２m-1となる。ＰＡＭ変調における第ｑ番目のビットの遷移率ｐ（ｙ｜ｘ）は、
【０１４０】
【数４３】
2011515061.tif 000045
【０１４１】
となる。また、ｍ−ビットＰＡＭ変調のｑ番目のチャネルのＢｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａノイズパラメータは、
【０１４２】
【数４４】
2011515061.tif 000046
【０１４３】
となる。
【０１４４】
ＢＩＣＭでは、各バイナリ入力成分チャネルも条件付きの相互情報量
【０１４５】
【数４５】
2011515061.tif 000047
【０１４６】
で特徴づけることができる。パンクチャード符号化ビットの第（ｍ＋１）番目の成分チャネルは、
【０１４７】
【数４６】
2011515061.tif 000048
【０１４８】
となる。
【０１４９】
速度ｒ0のパンクチャードターボ符号集団［Ｃ］は、パンクチャレート（１−λ）のｍビットＰＡＭ変調を用いて送信される。パンクチャ平均ＭＬ復号語誤り率は、
【０１５０】
【数４７】
2011515061.tif 000049
【０１５１】
【数４８】
2011515061.tif 000050
【０１５２】
のとき、
【０１５３】
【数４９】
2011515061.tif 000051
【０１５４】
となる。但し、αq＝λ／ｍ、ｑ＝１，．．．，ｍ、αm+1＝１−λである。
【０１５５】
ξ[C]は、符号集団［Ｃ］の平均重みスペクトルの関数であり、バイナリランダム符号集団とターボ符号集団間の速度差（または速度損失）の下限を示す。
【０１５６】
【数５０】
2011515061.tif 000052
【０１５７】
または
【０１５８】
【数５１】
2011515061.tif 000053
【０１５９】
を満たさないとき、処理の停止が発生する。
【０１６０】
図５は、ランダムパンクチャリングを備えたターボビットインターリーブ符号化変調における適応ＩＲハイブリッドＡＲＱの等価並列チャネル符号化のシステムモデル５００の実施形態を示している。システムモデル５００は、本発明の無線送信システム１００の詳細な実施形態を示している。送信機１０２は、ターボ符号器５０２及び速度割り当て器５０４を含む。送信機１０２は、複数の並列チャネル５０６ａ〜５０６Ｑで情報を送信する。受信機１０４は、並列チャネル５０６ａ〜５０６Ｑで情報を受信する。仮想チャネル５０８（例えば（１−Σλl）Ｎビットを備える）はパンクチャードチャネルである。
【０１６１】
システムモデル５００は、最大Ｌ回の送信のための適応ハイブリッドＡＲＱを備えたターボ符号化システムを示している。第ｌ番目の送信において、シンボル当たり２mlビットのＭｌ−ＱＡＭ変調が用いられる。ターボ符号化ＢＩＣＭと同様に、図５は、（Ｌ＋１）の並列チャネルセットで送信する、パンクチャードターボ符号モデルを用いたＬ回の送信を示している。ハイブリッドＡＲＱにおけるＬ回の送信は、２ml（ｌ＝１，．．．，Ｌ）チャネルを備えた１つの並列チャネルセットによってモデル化される。第（Ｌ＋１）番目のチャネルセットには、まだ送信されていない残りのパンクチャードビット用の１つのチャネルのみが含まれる。
【０１６２】
速度ｒ0＝Ｋ／ｎのバイナリランダム符号は、シンボル当たり２ｍiビット（ｉ＝１，．．．，ｌ）のＭiシンボルセットＳiの変調を適用した、第ｉ番目のブロックにλiｎビットを備えたｌ個の直交ブロックで送信される。
【０１６３】
平均ＭＬ復号語誤り率は、
【０１６４】
【数５２】
2011515061.tif 000054
【０１６５】
のときに０に向う。
【０１６６】
マザーレートｒ0のターボ符号集団［Ｃ］は、第ｉ番目のブロックにλiｎビットを持つｌ個の直交ブロックと、Ｍi個のシンボルを備えた変調セットＳi及びｍi＝（１／２）ｌｏｇ2（Ｍi）（ｉ＝１，．．．，ｌ）を用いて送信される。
【０１６７】
ターボ符号化ＩＲハイブリッドＡＲＱの平均ＭＬ復号語誤り率は、
【０１６８】
【数５３】
2011515061.tif 000055
【０１６９】
及び
【０１７０】
【数５４】
2011515061.tif 000056
【０１７１】
のときに０に向う。但し、
【０１７２】
【数５５】
2011515061.tif 000057
【０１７３】
である。
【０１７４】
以上説明した手法を用いることで、無線送信システム１００のスループットを最適化できる（例えば、図７〜９に関連して下記で説明する方法等を用いることで）。第ｌ番目の送信の実効速度ｒl＝ｒ0（λl／２ｍl）-1が与えられると、ターボ符号システムにおけるＬ回の送信時の適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのスループットは、
【０１７５】
【数５６】
2011515061.tif 000058
【０１７６】
で得られる。
【０１７７】
適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのブロック誤り率ｐ（ｌ）は、
【０１７８】
【数５７】
2011515061.tif 000059
【０１７９】
となる。ほぼ全てのエラーイベントでは上記の両方の不等式を満たすため、
【０１８０】
【数５８】
2011515061.tif 000060
【０１８１】
を用いてγq、iが検出される。但し、
【０１８２】
【数５９】
2011515061.tif 000061
【０１８３】
である。
【０１８４】
γq、iは解析的な手法で得られないため、数値積分法を用いてＰTC,AIR（ｌ）及びγq,iを検出する。該積分を簡単にするために、γq,iに上限値を設定してＰTC,AIR（ｌ）を効率的に算出する。例えば、
【０１８５】
【数６０】
2011515061.tif 000062
【０１８６】
で得る。但し、ｄ2（ｘ、ｚ）は、あるコンステレーションにおけるシンボルｘとシンボルｚ間のユークリッド距離を表わしている。γq,iの平均値は、
【０１８７】
【数６１】
2011515061.tif 000063
【０１８８】
となる。但し、（ｄmin(i)）2は、コンステレーションセットＳiの２つのシンボル間の最小ユークリッド距離であり、Ａn(i)は、該距離（ｎｄmin(i)）2を持つシンボルペア数である。その結果、
【０１８９】
【数６２】
2011515061.tif 000064
【０１９０】
が得られる。
【０１９１】
図６は、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭを含む直交振幅変調の多重度Ａnを示すテーブル６００である。ＳΝＲが高いとき、（ｄmin(i)）がγq,iの決定に支配的となる。したがって、第ｌ番目のブロックの平均ノイズパラメータは、
【０１９２】
【数６３】
2011515061.tif 000065
【０１９３】
に簡略化できる。
【０１９４】
ターボ符号化適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのスループット最適化は、スループットを最大にする最適割り当て速度｛λl*｝l=1Lおよび変調セット｛ｍl*｝l=1Lを検出することであり、それは、
【０１９５】
【数６４】
2011515061.tif 000066
【０１９６】
で要約できる。ここで、スループットは、
【０１９７】
【数６５】
2011515061.tif 000067
【０１９８】
となり、上述したＰTC,AIR（ｌ）にしたがうブロック誤り率ｐ（ｌ）を備えている。なお、ここでは利用可能な３つの変調方式として、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭを例示したが、他の変調方式を用いてもよい。
【０１９９】
非適応ＩＲ及びＣＣハイブリッドＡＲＱにおいて、λ1＝λ2＝．．．＝λL及び変調ｍ1＝ｍ2＝．．．＝ｍL＝ｍである。したがって、スループットは、
【０２００】
【数６６】
2011515061.tif 000068
【０２０１】
となる。但し、誤り率は、
【０２０２】
【数６７】
2011515061.tif 000069
【０２０３】
及び
【０２０４】
【数６８】
2011515061.tif 000070
【０２０５】
である。γq、ＮＡＩＲは
【０２０６】
【数６９】
2011515061.tif 000071
【０２０７】
である。プレ復調結合（pre-demodulation combining）を考慮すると、
【０２０８】
【数７０】
2011515061.tif 000072
【０２０９】
となる。
【０２１０】
ガウス符号化ハイブリッドＡＲＱのスループット最適化と同様に、本最適化も上述した勾配探索法を用いて解くことができる。
【０２１１】
【数７１】
2011515061.tif 000073
【０２１２】
は、連続変数及び離散変数を持つ混合整数非線形最適化問題（mixed-integer nonlinear optimization problem）となる。ハイブリッドＡＲＱプロセスにおける長期平均受信パワーＰ及び最大送信数Ｌが与えられると、本最適化は以下の２つのステップを含む。
【０２１３】
まず、所定の系列｛ｍl｝l=1L∈｛（１，２，３）L｝では、スループットを最大にする最適割り当て速度が、
【０２１４】
【数７２】
2011515061.tif 000074
【０２１５】
で見つかる。但し、
【０２１６】
【数７３】
2011515061.tif 000075
【０２１７】
及び
【０２１８】
【数７４】
2011515061.tif 000076
【０２１９】
である。ここで、ｐはλおよびｍの関数である。
【０２２０】
続いて、３Lの候補系列｛ｍl｝∈｛（ｌ，２，３）L｝の全てを列挙することでηTC（ｍ）を最大にする最適なｍ*を見つける。その結果、最適な割り当て速度は、λ*＝λ’（ｍ*）となる。
【０２２１】
しかしながら、｛λ｝の制約により勾配探索法を用いて上述の第１のステップの最適化を解くのは容易ではない。図９は所定の変調セットｍに対する最適割り当て速度を取得するための遺伝的アルゴリズムの一例を示している。
【０２２２】
図７は、適応ＩＲハイブリッドＡＲＱを用いた送信方法７００の実施形態を示すフローチャートである。送信方法７００は、無線送信システム１００、特に制御装置１０６で実行される。例えば、送信機１０２は、ここで説明する方法７００を実行するのに適合した構成である。該方法はステップ７０２から開始される。
【０２２３】
ステップ７０４において、情報系列が符号化される。該情報系列は、送信機１０２、符号器３０２、符号器４０２および／または符号器５０２によって符号化される。系列ｂは、ａ（ｎ，ｋ）チャネル符号によって符号化され、長さ（ｎ）の符号語が形成される。
【０２２４】
ステップ７０６において、長期信号対雑音比を受信する。ＳＮＲ  Ｐは受信機１０４または他の領域で受信してもよい。このとき、送信機１０２がＳＮＲ  Ｐを決定してもよい。
【０２２５】
ステップ７０８において、最大送信数が決定される。図１に関連して説明したように、最初の送信の最大送信数Ｌは、ユーザーの入力により事前に定義してもよく、他の適切な方法で決定してもよい。
【０２２６】
ステップ７１０において、最適割り当て速度及び最適変調セットが決定される。ハイブリッドＡＲＱプロセスは、ステップ７０６及び７０８で決定したＳＮＲ  Ｐ及び最大送信数Ｌに基づいて、最適割り当て速度｛λl｝及び最適変調セット｛Ｍl−ＱＡＭ｝を決定する。最適割り当て速度及び最適変調セットの決定方法は既に説明しているが、以下の図８及び９に関連する説明でも記述する。
【０２２７】
本実施形態では、ハイブリッドＡＲＱの最適化された通信速度を示す表を（例えば、送信機１０２またはプロセッサ１０６のメモリ等に）保存する。実際のＱＡＭ方式では、複数のＳＮＲ  Ｐ及び複数の最大送信数Ｌの代わりに、チャネル符号に対する最適化された割り当て速度｛λl｝及び最適化された変調セット｛Ｍl−ＱＡＭ｝が保存される。
【０２２８】
ステップ７１２において、符号化ビットが符号語に割り当てられる。ステップ７１０で決定した割り当て速度｛λl｝に基づいて、符号化ビットは、ハイブリッドＡＲＱプロセスにおけるｎλlビットを含む第ｌ番目の系列を備えた、後続する再送用の長さ（ｎ）の符号語が割り当てられる。長さ（ｎ）の符号化系列は、例えば長さｎλlビットを持つ（Ｌ＋１）セットに分割される（ｌ＝１，．．．，Ｌ）。残りの符号化ビットは第（Ｌ＋１）番目のセットに割り当てられる。
【０２２９】
ステップ７１４において、該ビットがシンボルに変調される。本実施形態では、ｎλl（ｌ＝１〜Ｌ）ビットは、Ｍl−ＱＡＭシンボルに変調される。
【０２３０】
ステップ７１６において、最大送信数Ｌに到達したか否かが判定される。第１の送信に対する初期化ｌ＝１により、現在の送信数の状態（ｌ）が決定される。ｌがＬよりも大きい場合、方法７００ではステップ７１８に移行して該方法を終了する。ｌがＬより小さいか等しい場合、方法７００ではステップ７２０に移行して変調されたシンボルを送信する。
【０２３１】
該変調されたシンボルはステップ７１４で変調されたシンボルである。（λlｎ／ｌｏｇ2Ｍl）Ｍl−ＱＡＭ変調されたシンボルが（例えば、送信機１０２により）送信される。
【０２３２】
ステップ７２２において、肯定応答を受信したか否かが判定される。ステップ７２０の送信に対して肯定応答（ＡＣＫ）を受信した（例えば受信機１０４から送信機１０２で）場合、方法７００ではステップ７１８に移行する。すなわち、送信したメッセージの復号に成功したことを示すＡＣＫを受信した場合、方法７００ではステップ７１８に移行して処理を終了する。否定応答（例えばＮＡＫ）を受信するか、または何ら返答が無い場合、方法７００ではステップ７１６の処理に戻って再送を試みる。
【０２３３】
図８は適応ＩＲハイブリッドＡＲＱのスループットを最適化方法８００の実施形態を示すフローチャートである。該方法８００は、無線送信システム１００、特に送信機１０２、プロセッサ１０６および／または速度割り当て器３０４、４０４、５０４によって実行できる。方法８００は、適応ＩＲハイブリッドＡＲＱの速度最適化を示しており、上述した方法７００のステップ７１０における最適割り当て速度の決定に用いることができる。方法８００はステップ８０２から開始される。
【０２３４】
ステップ８０４において、変調セットが選択される。変調セットは、上述したように｛（ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ）Ｌ｝のセットで提供される変調セット｛Ｍl−ＱＡＭ｝であればよい。
【０２３５】
ステップ８０６において、ステップ８０４で選択された変調セットのスループットのための割り当て速度が最大化される。本実施形態では、図９に関連して後述する方法を用いて割り当て速度が最大化される。もちろん、他の遺伝的手法（例えばアルゴリズム）または他のアルゴリズムを用いて最適割り当て速度を決定してもよい。
【０２３６】
ステップ８０８において、ステップ８０４で選択された変調セットの全てについて最適割り当て速度が得られたか否かが判定される。最適割り当て速度がステップ８０４で選ばれた変調セットの全てについて得られていない場合、方法８００では、ステップ８０４の処理に戻って変調セットが選択される。最適割り当て速度がステップ８０４で選ばれた変調セットの全てについて得られている場合、方法８００ではステップ８１０に移行して、最大のスループットに対応する割り当て速度及び変調セットが選択される。すなわち、最良の割り当て速度及び変調セットが選択される。方法８００はステップ８１２で終了する。
【０２３７】
図９はスループットの最大化方法９００の実施形態を示すフローチャートである。本実施形態では、方法９００は、方法８００のステップ８０６で示した、スループットを最大にする所定の変調セットに対する割り当て速度を最適化するのに用いることができる。方法９００は、適応ハイブリッドＡＲＱの速度最適化を解く遺伝的（例えば逐次的）アルゴリズムである。方法９００は、無線送信システム１００、特に送信機１０２、プロセッサ１０６、および／または速度割り当て器３０４、４０４、５０４によって実行できる。方法９００はステップ９０２から開始される。
【０２３８】
ステップ９０４において、変調方式が決定される。すなわち、変調セット（例えば方法８００のステップ８０４で選択された変調セット）が与えられると、変調候補｛ｍl｝が決定される。例えば、ｍl＝ｌｏｇ2Ｍl／２（ｌ＝１，．．．１Ｌ）で決定する。
【０２３９】
ステップ９０６において、方法９００が初期化される。ランダムに選択される候補数Ｔ、最大反復回数Ｑ及びステップサイズμが初期設定される。
【０２４０】
ステップ９０８において、割り当て速度セットが生成される。割り当て速度セットＴは、λt(q=0)＝［λt,1(0)，．．．，λt,L(0)］T（ｔ＝１，．．．Ｔ）でランダムに生成する。但し、
【０２４１】
【数７５】
2011515061.tif 000077
【０２４２】
である。
【０２４３】
ステップ９１０において、エラーレートが算出される。ｑ＝０から始まり、候補となる割り当て速度及び変調セット｛λt,1(q)，ｍl｝が与えられると、エラーレートは、上述したように
【０２４４】
【数７６】
2011515061.tif 000078
【０２４５】
で求められる。
【０２４６】
ステップ９１２において、スループットが決定される。スループットは、上述したように
【０２４７】
【数７７】
2011515061.tif 000079
【０２４８】
で算出できる。
【０２４９】
ステップ９１４において、最良のスループットが決定される。現在の（第ｑ番目の）反復処理におけるスループットを、先の（第（ｑ−１）番目の）反復処理におけるスループットと比較する。現在の反復処理におけるスループットが先の反復処理におけるスループットよりも高い場合、現在の処理結果が保持される。そうでない場合、現在のスループット及び割り当て速度を、先のスループット及び割り当て速度に置き換える。すなわち、ηt(q)＜ηt(q-1)のとき、ηt(q)←ηt(q-1)及びλt(q)←λt(q-1)となる。
【０２５０】
ステップ９１６において、最適スループット及び対応する割り当て速度が検出される。最適スループット及び対応する割り当て速度は、λ*(q)＝ａｒｇｍａｘηt(q)のようにＴ個の候補の中から検出される。
【０２５１】
ステップ９１８において、割り当て速度が更新される。割り当て速度λt(q-1)は、
【０２５２】
【数７８】
2011515061.tif 000080
【０２５３】
及び
【０２５４】
【数７９】
2011515061.tif 000081
【０２５５】
にしたがって
【０２５６】
【数８０】
2011515061.tif 000082
【０２５７】
に更新される。なお、ｔ1−ｔ4は、｛１，．．．，Ｔ｝からランダムに選ばれた整数である。このようにして、最適割り当て速度がランダム化され、それ以降の割り当て速度が第（ｑ＋１）番目の反復処理により形成される。
【０２５８】
ステップ９２０において、カウンタがｑ＝ｑ＋１となるようにインクリメントされる。ステップ９２２において、最大反復数に到達したか否かが判定される。最大反復数に到達していない場合（例えばｑ＜Ｑ）、方法９００ではステップ９１０の処理に戻って反復番号が１だけインクリメントされ、エラーレートが求められる。
【０２５９】
最大反復数に到達している場合（例えばｑ≧Ｑ）、方法９００ではステップ９２４に移行して最適割り当て速度及び最適スループットが出力される。所定の変調セット｛Ｍl｝（例えば上述の方法８００のステップ８０４で選択された変調セット）の最適割り当て速度λ*(Q)及びスループットは、（例えば、送信機１０２、プロセッサ１０６）に出力され、表または他のルックアップ可能な形式で保存される。
【０２６０】
以上、ＱＡＭ変調として、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭを例にして説明しているが、当業者であればその他の変調方式を用いることができることが理解されよう。また、方法９００は、バイナリチャネル符号としてターボ符号を例にして説明しているが、畳み込み符号、低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号、他の変調設定等、その他の適切な符号を使用してもよい。
【０２６１】
上述した「発明を実施するための詳細な説明」は、具体例および典型的な例を示したものであり、本発明の範囲は、それらの記述に限定するものではなく、本明細書に開示された本発明の範囲は、請求項に記載の範囲によって理解されるものである。本明細書に示され記載された実施形態は本発明の原理を例示しているにすぎず、本発明の範囲および精神から逸脱することがない範囲内で種々の変更が当業者により実行されてもよい。当業者であれば、本発明の範囲および思想から逸脱することなく、種々の他の特徴の組み合わせを実現できると思われる。
【図１】
2011515061.tif 000083
【図２】
2011515061.tif 000084
【図３】
2011515061.tif 000085
【図４】
2011515061.tif 000086
【図５】
2011515061.tif 000087
【図６】
2011515061.tif 000088
【図７】
2011515061.tif 000089
【図８】
2011515061.tif 000090
【図９】
2011515061.tif 000091
【国際調査報告】
2011515061.tif 000092
2011515061.tif 000093