JP4354997B2 - 高速無線データシステムのための可変符号化率の誤り訂正符号生成及び復号のための装置及び方法 - Google Patents
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Description
図1は、OFDMを使用するIEEE802.16aシステムで高速データを伝送するための物理チャンネルの構造を示すブロック構成図である。図1を参照すると、各ユーザーUser1,User2,…,Usermに伝送される物理チャンネルは、すべて同一の構造を有する。したがって、図1で、同一の構成要素は同一の参照番号が付与され、a,b,…,mのような異なる文字は各ユーザーとユーザーによる物理チャンネルを示すためのインジケータとして参照番号の後部に追加する。各ユーザーUser1,User2,…,Usermの物理チャンネルで使用される変数は、同じ変数或いは異なる変数を有することが可能である。例えば、各物理チャンネルは、入力されるパケットのサイズ、符号化率、変調次数、伝送区間などが相互に異なる。各物理チャンネルの代表的な例として、第1のユーザーUser1に対する物理チャンネルについて説明する。
図3に示すように、R=1/2であるデュオバイナリターボエンコーダは2個の情報シンボルA、Bを並列に受信する。このように受信される2個の情報シンボルA,Bは、第1の構成エンコーダ(constituent encoder)301及びターボインタリーバ302に入力される。このターボインタリーバ302は、並列に入力される2個の情報シンボルA、Bをインタリービングして第2の構成エンコーダ303に出力する。並列に入力される2個の情報シンボルA、Bがシステマチックシンボルとして出力され、第1の構成エンコーダ301及び第2の構成エンコーダ303は入力される2個の情報シンボルA、Bを用いて各々パリティシンボルC1,C2を生成する。その結果、入力された2個のシステマチックは、そのまま出力され、各構成エンコーダごとに一つのパリティ符号を生成する。したがって、上記エンコーダの符号化率は1/2である。
次に、図4の符号化率R=1/3のデュオバイナリターボエンコーダは、2個の情報シンボルA,Bを並列に受信する。このように並列に入力される2個の情報シンボルA,Bは、第1の構成エンコーダ401及びターボインタリーバ402に同時に入力される。ターボインタリーバ402は、並列に入力される2個の情報シンボルA,Bをインタリービングして第2の構成エンコーダ403に出力する。このように並列に入力される2個の情報シンボルA,Bがシステマチック(systematic)シンボルとしてそのまま出力され、第1の構成エンコーダ401と第2の構成エンコーダ403は、2個の入力情報シンボルA,Bを用いて各々パリティシンボル対(C11,C12)、(C21,C22)を生成する。その結果、2個の入力情報シンボルがシステマチックシンボルのそのまま出力され、各構成エンコーダは2個ずつのパリティシンボルを生成する。したがって、このエンコーダの符号化率は1/3となる。
次に、インタリービングされたシステマチックシンボルで構成されたサブブロックとインターレーシングされた2個のパリティグループは、順に配列し、束ねられて一つの新たなシーケンスを生成する。これは、図5で参照番号520の“QCTCシンボル”で示す。このような一連の過程を経て、QCTC符号を生成するためのシンボルの再配列をすべて完了する。次に、QCTCシンボル選択器512は、5xN_EPのシンボルから任意のシンボルを選択して多様な符号化率を有するQCTC符号を生成する。従来のバイナリQCTCを設計する基準の一つは、フェージングチャンネルで受信信号の性能向上を考慮しなければならないということである。このQCTCの設計基準は、単純に符号性能の最適化だけでなく、チャンネルインタリービング性能の最適化を特徴とする。このようなチャンネルインタリービングは、一般的にサブブロックインタリービングとインターレーシングによって遂行される。
移動通信システムで使用する、すなわち、CDMA2000 1xEV-DV標準で定義しているバイナリターボ符号を使用する場合に、QCTCは、上記のような環境で多様な符号を提供するための方式として提案された。しかしながら、QCTCは、基本的にバイナリターボ符号に対して最適化されている。したがって、デュオバイナリターボ符号のような非バイナリターボ符号(non-binary turbo code)を母符号として使用する場合に別途の最適化が要求される。特に、デュオバイナリターボ符号を使用する場合に、システマチックシンボルの特性を考慮したシンボル分類とインタリービングが要求される。
したがって、高速無線データシステムで要求される符号を生成し、要求される符号を復号するための装置と方法が要求される。
本発明の他の目的は、OFDMAの高速パケットデータ無線通信システムでハイブリッド自動再伝送要求(HARQ)方式を使用する場合に、多様な符号化率によるデュオバイナリターボ符号を生成するための装置及び方法とこのデュオバイナリターボ符号を復号するための装置及び方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、OFDMAの高速パケットデータ無線通信システムで多様なパケットのサイズを使用し、チャンネル状態、バッファ状態、使用可能なサブチャンネル(又はサブキャリア)の個数、OFDMシンボルの個数、及び伝送区間により複数の変調方式と複数のFEC方式のうちのいずれか一つを選択する場合に、デュオバイナリターボ符号を生成するための装置及び方法とこのデュオバイナリターボ符号を復号するための装置及び方法を提供することにある。
下記で、本発明に関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。
ステップ1:デュオバイナリターボ符号の出力シンボル分類
図6を参照すると、符号化率R=1/3のデュオバイナリターボ符号を母符号として使用するターボエンコーダ610は、N_EP個の入力情報シンボルでターボ符号化を遂行する。このターボ符号化過程は、従来のデュオバイナリターボ符号化過程と同一である。したがって、デュオバイナリターボ符号エンコーダ610は、3xN_EPの符号シンボルを生成する。参照番号612は、このようにデュオバイナリターボ符号エンコーダ610の出力シンボルをシステマチックシンボルとパリティシンボルに分離して接続する過程を示す。このように生成された符号シンボルの中で、システマチックシンボルは、それぞれN_EP/2個のシンボルで構成されたシステマチックシンボル列AとBに分けられ、パリティシンボルは、図6に示すように、それぞれN_EP/2個のシンボルで構成されたパリティシンボル列C11,C12,C21,C22に分けられる。QC-DBTC符号化方式でシステマチックシンボルのサブブロックの個数は、図5に示した従来技術のQCTC符号化方式に比べて一つ増加することがわかる。すると、入力システマチックシンボルの対応関係を説明する。入力システマチックシンボルは、S(k)(k=0,1,2,3,…,N_EP-1)と定義すると、A_iとB_iは、各々下記の<数式1>及び<数式2>のように定義される。
図6に示すように、システマチックシンボル列AとBは、下記のカッドシンボルマッピング(quad-symbol mapping)テーブルに基づいてカッドシンボルにマッピングされる。このカッドシンボルマッピングは、A_iとB_iがm_i(i=0,1,2,…,N_EP/2-1)にマッピングされるように、カッドシンボルマッパ630によって遂行される。これは、<数式1>と<数式2>によりA_iとB_iの値が計算されて出力されることである。したがって、新たに生成されるシステマチックシンボル列Mは、N_EP/2のサイズを有する。A_i、B_iとm_iとのマッピング規則が多様に設定できる。ここで、最も普遍的な例として、A_iとB_iをバイナリ表記方式によりm_iに対応してマッピングするためのマッピング規則を示す。使用されるマッピング規則に関係なく、重要なことは、新たなシステマチックシンボル列Mが従来のバイナリQCTCのようにカッドシンボルマッピングによってN_EP/2のサイズを有し、各カッドシンボルはi番目のシステマチックシンボル対A_iとB_iにマッピングされるということである。カッドシンボルマッピングテーブルは、下記の<表1>のように示す。
次に、符号シンボルは、システマチックシンボルグループ(又はサブブロックM)と複数のパリティシンボルグループ(又はサブブロックY0,Y1,Y’0,Y’1)に分離され、5個のサブブロックに逆多重化される。ここで、この動作は“符号シンボル分離”として定義され、図6で参照番号614で示す。符号シンボル分離器614は、従来のQCTCシンボル分離器514と同一の役割を遂行する。このような符号シンボル分離器614によって遂行される動作は、下記に<数式3>〜<数式6>のように示す。
次に、それぞれのサブブロックは、独立的にインタリービングされ、これは“サブブロックインタリービング”と呼ばれる。このサブブロックインタリービングは、PBROインタリーバ616a,616b,616c,616d,616eによって遂行される。ここで、サブブロックはすべて同一にN_EP/2のサイズを有する。次に、それぞれのサブブロックで生成されるパリティシンボルY0とY’0は、各々インターレーシングされ、その後、再配列されてから新たなグループを形成する。同様に、各サブブロックで生成されたパリティシンボルY1とY’1も、各々インターレーシングされ、再配列された後に新たなグループを形成する。ここで、各グループ、すなわちパリティシンボル列は、N_EP/2のサイズを有する。このインターレーシングは、インターレーサ618a、618bによって遂行される。
次に、N_EP/2のシステマチックシンボルは、サブブロックインタリービングによって新たに生成されるシステマチックシンボル列M’から、<表1>によってカッドシンボルを再びA_i’とB_i’のバイナリシンボルにデマッピングして各々求める。<表1>を参照すると、A_iとB_iは、それぞれA_i’とB_i’と見なすことができる。例えば、m_i=3は(A_i,B_i)=(1,1)にマッピングされる。上述したように、多様なマッピング規則が可能で、本発明ではこのマッピング規則に対する制限をおかない。このように、m_iがマッピングされる例を<数式7>のように示す。
次に、インタリービングされた情報シンボルで構成されたサブブロックとインターレーシングされた2個のパリティグループを順に配列し、束ねられて一つの新たなシーケンスを生成する。これは、図6で、“デュオバイナリターボ符号シンボル”と参照番号620として定義する。このような一連の過程を経て、QC-DBTC符号を生成するためのシンボル再配列をすべて完了する。このようなQC-DBTCシンボルの再配列は、下記の<数式8>のように示す。
次に、QC-DBTCシンボル選択器622は、3xN_EPシンボルから任意のシンボルを選択することによって、多様な符号化率を有するQC-DBTC符号を生成する。多様な符号化率を有するQC-DBTC符号を生成するための方式が、本出願人により出願された韓国特許出願番号第P2001−0007357号の“符号システムにおける符号生成装置及び方法”によく開示されている。
上記したように、QC-DBTCは、従来のバイナリQCTCとステップ2、ステップ5で差がある。このようにカッドシンボルマッピングを使用する理由は、次のようである。
図8に示すように、この方式は、従来のQCTC方式の構造と同一であるが、バイナリターボエンコーダを使用することが異なる。また、図8の構造は、図6の構造と比較すると、カッドシンボルマッパ及びカッドシンボルデマッパを含まないことを除き、その他の構成は大部分同一であるため、その差部分のみについて説明する。図8からわかるように、ターボエンコーダ810から出力される符号シンボルのうちシステマチックシンボルは、従来のQCTC符号語のPBROサブブロックインタリーバ616a〜616eがすべて同一のサイズを有することに対して、システマチックシンボルに該当するPBROサブブロックインタリーバ816aのサイズが2倍増加する。システマチックシンボル列AとBは、A_0,B_0,A_1,B_1,A_2,B_2,…,A_(N_EP/2-1),B_(N_EP/2-1)の順に交互に配置され、PBROサブブロックインタリーバ816aに入力される。このような構造は、チャンネルインタリービングがバイナリシンボル、すなわち、ビット単位で遂行されるという長所を有し、それによって、チャンネルインタリービングのランダム程度が多少改善される。しかしながら、この方式は、システマチックシンボルに該当するサブブロックサイズとパリティシンボルに該当するサブブロックサイズが相互に異なるため、送信器と受信器共に、2つのPBROサブブロックインタリービング装置を必要とするという短所がある。しかしながら、図6に示したようにQC-DBTC方式でチャンネルインタリービングの深さがN_EPに拡張されたため、図8のビット単位のチャンネルインタリービング深さと拡張されたチャンネルインタリービング深さとの差はほとんどない。
このような構造は、チャンネルインタリービングがバイナリシンボル、すなわち、ビット単位で遂行されるという長所があり、すべてのサブブロックが同一のサイズのPBROインタリービング装置を使用することができる長所もある。その反面、この構造は、システマチックシンボルに該当するサブブロックがN_EP/2の小さいサイズを有し、平行にQC-DBTCシンボル列に配置されるため、図6の方式に比べて、チャンネルインタリービングの深さがN_EP/2に制限されるという短所がある。
614 符号シンボル分離器
616a、616b、616c、616d、616e PBROインタリーバ
618a、618b インターレーサ
622 QC-DBTCシンボル選択器
630 カッドシンボルマッパ
640 カッドシンボルデマッパ
Claims (17)
- QC−DBTC(Quasi-Complementary Duo-Binary Turbo Code)エンコーダを用いて情報シンボル列を与えられた符号化率により符号化して符号シンボルを生成し、前記生成された符号シンボルのうち全部又は一部の伝送する符号シンボルを選択するための装置であって、
情報シンボル列を受信し、予め定められた符号化率によりQC-DBTCシンボル列を生成するQC-DBTCエンコーダと、
前記生成されたQC-DBTCシンボル列を複数のシステマチックシンボル列と複数のパリティシンボル列に分離し、前記複数のシステマチックシンボル列を一つのシステマチックシンボル列にインターレーシングする分離器と、
前記複数のパリティシンボル列をそれぞれインタリービングする複数のインタリーバと、
前記一つのシステマチックシンボル列をインタリービングするシステマチックシンボル列インタリーバと、
前記複数のパリティシンボル列をそれぞれ一対でインターレーシングする複数のインターレーサと、
前記インタリービングされたシステマチックシンボル列と前記インターレーシングされたパリティシンボル列を直列結合する結合器と、
前記直列結合されたシンボル列を反復し、前記与えられた符号化率と選択情報により前記反復されたシンボル列から所定数のシンボル列を選択してQC-DBTC符号を生成するシンボル選択器と、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記システマチックシンボル列インタリーバは、前記複数のインタリーバのうち1つの2倍のサイズであることを特徴とする請求項1記載の装置。
- QC-DBTC(Quasi-Complementary Duo-Binary Turbo Code)エンコーダを用いて情報シンボル列を与えられた符号化率により符号化して符号シンボルを生成し、前記生成された符号シンボルのうち全部又は一部の伝送する符号シンボルを選択するための方法であって、
情報シンボル列を受信し、予め定められた符号化率によりQC-DBTCシンボル列を生成する段階と、
前記生成されたQC-DBTCシンボル列を複数のシステマチックシンボル列と複数のパリティシンボル列に分離し、前記複数のシステマチックシンボル列を一つのシステマチックシンボル列にインターレーシングする段階と、
前記複数のパリティシンボル列をそれぞれインタリービングする段階と、
前記一つのシステマチックシンボル列をインタリービングする段階と、
前記複数のパリティシンボル列を一対でインターレーシングする段階と、
前記インタリービングされたシステマチックシンボル列と前記インターレーシングされたパリティシンボル列を直列結合する段階と、
前記直列結合されたシンボル列を反復し、前記与えられた符号化率と選択情報により前記反復されたシンボル列から所定数のシンボル列を選択してQC-DBTC符号を生成する段階と、
を有することを特徴とする方法。 - 前記分離器から複数のシステマチックシンボル列が出力され、前記システマチックシンボル列インタリーバの数は前記分離器から出力されるシステマチックシンボル列の数と同一であり、前記分離器から出力されるシステマチックシンボル列はそれぞれ前記複数のシステマチックシンボル列インタリーバにおいてインタリービングされることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記生成されたQC-DBTCシンボル列が前記複数のシステマチックシンボル列と前記複数のパリティシンボル列に分離された後に、前記複数のシステマチックシンボル列と前記複数のパリティシンボル列をそれぞれインタリービングする段階と、
前記複数のパリティシンボル列を一対でインターレーシングする段階と、
前記インタリービングされたシステマチックシンボル列と前記インターレーシングされたパリティシンボル列を直列結合する段階と、
前記直列結合されたシンボル列を反復し、前記与えられた符号化率と選択情報により前記反復されたシンボル列から所定数のシンボル列を選択してQC-DBTC符号を生成する段階と、
をさらに有することを特徴とする請求項3記載の方法。 - QC-DBTC(Quasi-Complementary Duo-Binary Turbo Code)エンコーダを用いて情報シンボル列を与えられた符号化率により符号化して生成され、受信された符号シンボルのうち全部又は一部を復号化するための装置であって、
受信されたシンボル列のうち穿孔がなされたシンボル列に対応する領域に予め定められた符号シンボル列を挿入する選択器と、
前記選択器によって生成されたシンボル列のうち複数のパリティシンボル列をデインターレーシングするデインターレーサと、
前記選択器によって生成されたシンボル列のうち複数のシステマチックシンボル列をカッドマッピングするカッドシンボルマッパと、
前記カッドマッピングされたシステマチックシンボル列と前記デインターレーシングされたパリティシンボル列をそれぞれデインタリービングする複数のデインタリーバと、
前記デインタリービングされたシステマチックシンボル列をカッドデマッピングするカッドシンボルデマッパと、
前記カッドデマッピングされたシステマチックシンボル列と前記デインタリービングされたパリティシンボル列を結合する符号シンボル結合器と、
前記結合されたシンボル列をQC-DBTC復号化するQC-DBTCデコーダと、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記QC-DBTCエンコーダは、
前記情報シンボル列を受信する複数の構成エンコーダを備え、前記予め定められた符号化率により前記QC-DBTCシンボル列として前記複数のシステマチックシンボル列と前記複数のパリティシンボル列を生成し、前記複数のパリティシンボル列は対応する構成エンコーダから生成され、前記構成エンコーダのうち1つからの複数のパリティシンボル列は前記構成エンコーダのうち他の1つからの複数のパリティシンボル列と対応することを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記分離器から出力される複数のシステマチックシンボル列を一つのシンボル列にカッドマッピングするカッドシンボルマッパと、
前記システマチックシンボル列インタリーバから出力されるインタリービングされたシステマチックシンボル列をカッドデマッピングするカッドシンボルデマッパと、
をさらに備えることを特徴とする請求項7記載の装置。 - 前記カッドシンボルマッパから出力されるカッドマッピングされたシステマチックシンボル列は、前記複数のシステマチックシンボル列の1/2のサイズであることを特徴とする請求項8記載の装置。
- 前記カッドシンボルマッパから出力されるカッドマッピングされたシステマチックシンボル列は、前記QC-DBTC符号と同一のサイズであることを特徴とする請求項8記載の装置。
- 前記カッドシンボルマッパから出力されるカッドマッピングされたシステマチックシンボル列は、前記複数のパリティシンボル列と同一のサイズであることを特徴とする請求項8記載の装置。
- 前記結合器は、前記カッドシンボルデマッパから出力されるカッドデマッピングされたシンボル列と前記インターレーシングされたシンボル列を直列結合することを特徴とする請求項8記載の装置。
- 前記QC-DBTCエンコーダの符号化率は1/3であることを特徴とする請求項12記載の装置。
- 前記生成されたQC-DBTCシンボル列が前記複数のシステマチックシンボル列と前記複数のパリティシンボル列に分離された後に、前記分離された複数のシステマチックシンボル列を一つのシンボル列にカッドマッピングする段階と、
前記カッドマッピングされたシンボル列と前記複数のパリティシンボル列をそれぞれインタリービングする段階と、
前記インタリービングされたシステマチックシンボル列をカッドデマッピングする段階と、
前記複数のパリティシンボル列を一対でインターレーシングする段階と、
前記インターレーシングされたパリティシンボル列と前記カッドデマッピングされたシステマチックシンボル列とを結合する段階と、
前記結合されたシンボル列を反復し、前記与えられた符号化率と選択情報により前記反復されたシンボル列から所定数のシンボル列を選択してQC-DBTC符号を生成する段階と、
をさらに有することを特徴とする請求項3記載の方法。 - 前記カッドマッピングされたシステマチックシンボル列と前記複数のパリティシンボル列がそれぞれインタリービングされた後に、前記カッドマッピングされたシステマチックシンボル列をカッドデマッピングする段階と、
前記インタリービングされたパリティシンボル列をインターレーシングする段階と、
前記カッドデマッピングされたシステマチックシンボル列と前記インターレーシングされたパリティシンボル列を直列結合する段階と、
前記直列結合されたシンボル列を反復し、前記与えられた符号化率と選択情報により前記反復されたシンボル列から所定数のシンボル列を選択してQC-DBTC符号を生成する段階と、
をさらに有することを特徴とする請求項14記載の方法。 - 前記システマチックシンボル列インタリーバの数は2つ以上であり、前記2つ以上のシステマチックシンボル列インタリーバはそれぞれ前記複数のインタリーバと同一のサイズであることを特徴とする請求項4記載の装置。
- QC-DBTC(Quasi-Complementary Duo-Binary Turbo Code)エンコーダを用いて情報シンボル列を与えられた符号化率により符号化して生成され、受信された符号シンボルのうち全部又は一部を復号化するための方法であって、
受信されたシンボル列のうち穿孔がなされたシンボル列に対応する領域に予め定められた符号シンボル列を挿入する段階と、
前記予め定められた符号シンボル列が挿入されたシンボル列のうち複数のパリティシンボル列をデインターレーシングする段階と、
前記予め定められた符号シンボル列が挿入されたシンボル列のうち複数のシステマチックシンボル列をカッドマッピングする段階と、
前記デインターレーシングされたパリティシンボル列と前記カッドマッピングされたシステマチックシンボル列をデインタリービングする段階と、
前記デインタリービングされたシステマチックシンボル列をカッドデマッピングする段階と、
前記カッドデマッピングされたシステマチックシンボル列と前記デインタリービングされたパリティシンボル列を結合する段階と、
前記結合されたシンボル列をQC-DBTC復号化する段階と、
を有することを特徴とする方法。
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