JP2002530991A - Gsm移動無線システムにおける通信路符号化方法ならびに基地局および加入者局 - Google Patents
Gsm移動無線システムにおける通信路符号化方法ならびに基地局および加入者局Info
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Abstract
Description
および加入者局に関する。
的規模で100以上の網において、または1億の加入者に対して実現されている
。GSM移動無線システムではデータ(例えば音声またはSMSまたはGPRS
のようなデータサービス内のデータ)は、電磁波により無線インタフェースを介
して伝送される。この無線インタフェースは、基地局と加入者局との間のコネク
ションに関するものであり、加入者局は移動局または位置固定の無線局のいずれ
でもよい。ここでは電磁波の発射は、GSM移動無線システムでは900,18
00,1900MHzの周波数帯域にある搬送周波数によって行われる。
いて通信路符号化が必要である。この通信路符号化は、サービス毎に、例えばデ
ータ14.4kbps、音声FR(full rate)、音声HR(half rate)毎に異
なっている。ここで通信路符号化およびそれに相補する受信側での通信路復号化
の目的は、ビット誤り率(BER)をできる限り小さくすることである。
号化に対して非再帰的非組織畳込み符号(NSC符号−non systematic convolu
tional)だけが使用されてきた。この符号では符号化ビットは、畳込み符号化に
よって目下および先行する有効ビットの重み付けの和から形成される。1/2の
符号化率では、例えば1つの有効ビットから、それぞれ別の重み付けの和から発
生した2つの符号化ビットが形成される(図2参照)。この和における重み付け
と、ひいては符号化ビットの形成とは、いわゆる生成多項式によって決定される
。したがって例えばこの多項式を1+D3+D4とすると、符号化ビットは、目
下の有効ビット、最後から3番目および4番目の有効ビットの和(XOR結合)
から得られる。
れ、受信側で通信路復号化される。しばしば利用される復号化アルゴリズムはい
わゆるビタビアルゴリズムである。復号化過程は変更されず、さらに多大な計算
を要するため、殊に基地局ではこのためにハードウェア素子(特定用途向け回路
ASIC)を使用する。このASICは通例、決まった符号化方式だけ、すなわ
ちGSMでは非再帰的符号だけしか処理できない。
まで通信路符号化に対して提案された方式(ETSI SMG11; Tdoc SMG11 205/98, 1
59/98および147/98, 28.9.98参照)は、もっぱら非再帰的符号化に基づいている
。これは数百万台で普及している既存のハードウェアとの互換性を保証するため
である。開発過程に多くの製造者が関与している(Tdoc SMG11 205/98, 159/98
および147/98, 28.9.28を参照されたい)にもかかわらず、別の符号形式は使用
できないと考えられている。
する装置を提供することである。この課題は、請求項1の特徴部分に記載された
特徴的構成を有する方法、および請求項10ないしは11の特徴部分に記載され
た特徴的構成を有する装置によって解決される。
提案される。これとNSC符号との違いは、例えばレート1/2では第1の「符
号化された」ビットは目下の有効ビットに相応し(組織的である)、また第2の
符号化されたビットは、目下および先行する有効ビットと、先行する符号化ビッ
トとから発生する(再帰的である)ことである。すなわちフィードバックされた
符号が使用される。ここで有効に利用されているのは、殊にビット誤り率が高い
場合に再帰的組織符号が格段に良好な符号特性を有し、したがって誤り補正に関
しても良好な特性を有することである。
n Codiersystemen", Fortschrittberichte, VDI-Verlag, Reihe 10, Band 443、
デュッセルドルフ、1996年、第21頁以下および第119頁以下から公知の
RSC符号はこれまで使用されていない。それはこの符号によって復号化過程に
変更が生じてしまい、したがってハードウェアの互換性がないからである。RS
C符号の導入を通信路符号化に使用することは不可能であると思われている。そ
れは実現された基地局をシステムアップする必要があったからである。これは実
際にはそうではない。それは送信側も受信側も共にハードウェア構造を維持する
ことができ、しかもRSC符号をGSM移動無線システムにおける通信路符号化
に導入することができるからである。
符号化した後、後処理を分母多項式に基づいて実行することである。本発明の有
利な発展形態では、復号化過程は、従来通りにNSC符号の復号化によって、詳
しくいうと新しいRSC符号の非再帰的部分(分子多項式)と等しいNSC符号
によって実行される。このハードウェア互換のある復号化の後、引き続いて後処
理が行われ、ここでは復号化によって得られたビットを再度、分母多項式によっ
て符号化する。この後処理は有利にはプログラム技術的手段によって、すなわち
ソフトウェアで行われ、このソフトウェアは比較的な簡単に補足的に既存の局に
ロードすることができる。
的なステップとして実行することができる。この変換によって正しいビットで送
信側のデータ列が得られる。
非再帰的な2つの個別ステップの復号化によって置き換えることができる。第1
ステップは再帰的符号の分子多項式による復号化であり、第2ステップは再帰的
符号の分母多項式による符号化である。これによって既に実現されているハード
ウェアによって、場合によっては任意の再帰的組織符号をシミュレーションする
こともできる。第1ステップは従来の復号化に相当し、また第2ステップは後処
理である。
明する。典型的なNSC符号(例えばGSM/TCHFSなど)では、 生成多項式はつぎのようになる:G1=1+D3+D4 NSC符号の多項式:G2=1+D+D3+D4 同じRSC符号は、例えばG1によって除算することによって生成される: G1=1 RSC符号の多項式: G2=(1+D+D3+D4…)/(1+D3+D4) このRSC符号の利点は、劣悪な通信路(10- 4のビット誤り率まで)にお
いて低いビット誤り率が可能であることである。それは符号化されないビット(
組織的な部分)に起因して通信路誤り率を上回らないからである。これに対して
極めて劣悪な通信路条件の下では、符号化されたビットのビット誤り率が通信路
誤り率よりも大きくなることもある。
が先行する検出によって得られ、この事前知識を後続の通信路符号化時に使用す
る。符号化された音声を伝送する際には複数の音声パラメタ、したがってビット
はほとんど変化せず、または過去におけるこのパラメタの値から、予想される目
下の値を予測することもできる。受信した目下の値が、予測した値から格段に偏
差する場合、高い確率で伝送誤りが発生しており、例えば受信した値を予測した
値で置き換えることができる。
れる。これはこれまでは多くの場合、非組織符号の使用に起因して復号化アルゴ
リズムを変更しなければならないために不可能であった。またこの変更は通例、
ハードウェア互換性がなかった。RSC符号を使用すれば、この事前知識を極め
て簡単に復号化過程の前に取り込むことができる。それは受信したビットに一部
は符号化されていないからである。復号化過程それ自体は変更する必要がない。
である。通信路条件が良好な場合、すなわち伝送誤りが発生しそうにない場合、
通信路復号化を省略して、有効ビットだけを使用することができる。この際に伝
送品質は通信路復号化器の前ですでに検出することができる。これは有利には通
信路推定器のからの情報を評価することによって行われる。これに基づいて復号
化が必要であるか否かを判定する。エネルギー消費が重要な品質判定基準である
加入者局では、通信路復号化器をオフできることは極めて有利である。これによ
ってエネルギーを節約することができる。さらに高い伝送品質がつねに予想され
る適用(例えばリモートサービスを相互に行うSMSの適用など)において通信
路復号化のためのハードウェアを省略することができる。
ェアに基づく既存のGSM移動無線システムに上に説明したように有利に使用す
ることができる。
よび3の符号を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。
れらは相互に網接続されており、ないしは固定網PSTNへのアクセスを形成す
る。さらにこれらの移動交換局MSCはそれぞれ、基地局BSを制御するために
少なくとも1つの基地局コントローラBSCに接続されている。各基地局コント
ローラBSCによって、少なくとも1つの基地局BSとの接続が可能になる。オ
ペレーションおよび保守センタOMCにより、移動無線システムに対してないし
はその一部に対してコントロールおよび保守機能が実現される。
は別の移動および固定の端末装置へのコネクションを確立することができる。各
基地局BSによって少なくとも1つの無線セルが形成される。図1には有効情報
を基地局BSと移動局MSとの間で伝送するためのコネクションが示されている
。
報のビットは誤りに対するその感受性に応じて、重要度についての3つのクラス
に区分される(クラス1a,1bおよび2)。最も重要なビット(クラス1a)
はCRC(cyclic redundancy check)誤り保護符号化によって付加的に保護さ
れる。クラス1aおよび1bのビットは畳込み符号化され、パンクチャされる。
符号化後のデータのスクランブリングはAMR時に、FRおよびHRに対してこ
れまで採用されているスクランブリング方式に相応して実行される。
方式間で伝送比に相応して選択しなければならない。これらのうちの8つの符号
化モードがフルレートモード、6つの符号化モードがハーフレートモードに使用
可能である。
ト)を有するインバンドシグナリングは、交互に生じるフレームにおいて符号化
モードのシグナリングまたは伝送品質のシグナリングのために利用される。2つ
のビットによって2つの符号化モードをシグナリングすることができる。インバ
ンドシグナリングによって相互に切り換えることのできるこれらの符号化モード
は、あらかじめ選択しなければならない。
符号化し、ここでは音声およびパリティビットを有する語が形成され、 4. 符号化されたこれらのビットと、クラス1のビットの残りとを畳込み符
号化し、 5. これらの符号化ビットをパンクチャして所望のビットレートを得、 6. 保護されていないビットを、パンクチャされたデータを有するフレーム
において挿入し(ハーフレートモードに対してだけ)、 7. ビットを配列し直して、符号化およびインバンドビットのスクランブリ
ング(インタリーブ)を実行し、またここではいわゆるスチーリングフラグ(St
ealing flag)を挿入する。
ステップに対してつぎのようになる:
これらの6つのパリティビットはつぎの巡回的な生成多項式によって形成される
: クラス1の最初のKd1aのビットに対して g(D)=D6+D5+D4+D3+D2+D1+1 ここでKd1aは上の表によるクラス1aのビットの数である。巡回符号によ
る符号化は組織的に実行される: GF(2)において多項式: d(0)D(Kd1a+5)+d(1)D(Kd1a+4)+…+d(Kd1a−1)D( 6) + p(0)D(5)+…+p(4)D+p(5) ここでp(0),p(1),…,p(5)はパリティビットであり、これらはg(D)
で除算することによって「0」に等しくなる。
る: k=0,1,…,Kd1a−1に対して u(k)=d(k) k=Kd1a,Kd1a+1,…,Kd1a+5に対して u(k)=p(k−
Kd1a) k=Kd1a+6,Kd1a+7,…,Kd+5に対して u(k)=d(k−6
) u(k)=符号化モードに依存する。
して定められる:
号化する(図4も参照されたい)。パンクチャおよび繰り返し後の出力ビットの
数は、符号化方式の全モードに対して448ビットである。
vieuxによる"Near optimum error-correction coding and decoding: turbo cod
es" - "Reflections on the prize paper", IEEE Inf. Theory Soc. Newsletter
, vol.48. No.2,1998年6月およびC. Berrou, A.Glavieuxによる"Near opt
imum error-correcting coding and decoding: turbo codes", IEEE Trans. on
Comm., vol.44, 第1261〜1271頁、1996年10月に示されている。
の多項式を使用して符号化する: G12=1 G13=(1+D2+D4+D5)/(1+D+D2+D3+D5) G12=1による符号化とは、入力ビットと1とだけを乗算すること、すなわ
ち符号化せずに伝送することを意味する。
1つずつ形成される。これらは符号化器の出力側に続いて発生する。
つぎのように定められる510の符号化ビットのシリアルな列{C(0),…,C
(509)}が得られる: k=0,1,…,254に対して C(2k)=u(k) C(2k+1)=u(k)+u(k−2)+u(k−4)+u(k−5)+ C(2k−1)+C(2k−3)+C(2k−5)+C(2k−9); k<0に対してu(k)=0;k<0に対してC(k)=0である。したがって出
力側のビットは交互にG12およびG13によって符号化される。
ち{j=79,80,…,127に対するC(4*j+1)}ならびにビットC(
363),C(379),C(395),C(411),C(427),C(443),C(
459),C(475),C(491),C(495),C(499),C(503)およ
びC(507)は伝送されない。
らなるブロックが得られ、これがcにおけるインバンドシグナリングのビットに
連結される。すなわち、 k=0,1,…,447に対してc(k+8)=P(k)。
多項式を使用して符号化される: G12=1 G13=(1+D2+D4+D5)/(1+D+D2+D3+D5) G14=(1+D3+D4+D5)/(1+D+D2+D3+D5) したがって結果的に得られる645の符号化ビット{C(0),…,C(645)
}はつぎのように定められる: k=0,1,…,214に対して C(3k)=u(k) C(3k+1)=u(k)+u(k−2)+u(k−4)+u(k−5)+C(3k−2)
+ C(3k−5)+C(3k−8)+C(3k−14) C(3k+2)=u(k)+u(k−3)+u(k−4)+u(k−5)+C(3k−1)
+ C(3k−4)+C(3k−7)+C(3k−13); k<0に対してu(k)=0;k<0に対してC(k)=0。この符号はパンクチ
ャされ、つぎの197の符号化ビット: {j=0,1,…,25に対するC(12*j+5),C(12*j+8),C(
12*j+11)} {j=26,27,…,52に対するC(12*j+2),C(12*j+5),
C(12*j+8),C(12*j+11)} ならびにビットC(2),C(610),C(622),C(628),C(634),
C(637),C(638),C(640),C(641),C(643)およびC(64
4)は伝送されない。
なるブロックが得られ、これがcにおけるインバンドシグナリングビットに連結
される。すなわち、 k=0,1,…,447に対してc(k+8)=P(k)。
/3でつぎの多項式を使用して符号化される: G12=1 G15=(1+D+D2+D3+D6)/(1+D2+D3+D5+D6) G16=(1+D+D4+D6)/(1+D2+D3+D5+D6) したがってつぎのように定められる513の符号化ビット{C(0),…,C(
512)}が得られる: k=0,1,…,170に対して C(3k)=u(k) C(3k+1)=u(k)+u(k-1)+u(k-2)+u(k-3
)+u(k-6)+ C(3k-5)+C(3k-8)+C(3k-14)+C(3k-17) C(3k+2)=u(k)+u(k-1)+u(k-4)+u(k-6)+C(3k-4)+ C(3k-7)+C(3k-11)+C(3k-16); k<0に対してu(k)=0; k<0に対してC(k)=0。
ち{j=0,1,…,15に対するC(21*j+20) j=16,17,…,
23に対するC(21*j+8),C(21*j11),C(21*j+17),C(
21*j+20)}ならびにビットC(1),C(2),C(4),C(5),C(8),
C(326),C(332),C(488),C(497),C(499),C(502),
C(505),C(506),C(508),C(509),C(511)およびC(51
2)は伝送されない。
らなるブロックが得られ、これはcにおけるインバンドシグナリングのビットに
連結される k=0,…,447に対してc(k+8)=P(k)。
はつぎのようになる G17=(1+D2+D3+D4+D5+D6)/(1+D2+D3+D5+D
6)。
−FS)に対して特徴的な値は:
対してつぎのようになる:
モードと等しい。
れる:
化される(図4も参照されたい)。パンクチャおよび繰り返しの後に出力ビット
の数は、符号化方式のすべてのモードに対して448ビットである。
2でつぎの多項式を使用して符号化される: G12=1 G13=(1+D2+D4+D5)/(1+D+D2+D3+D5) これによって得られる268の符号化ビット{C(0),…,C(267)}はつ
ぎにように定められる: k=0,1,…,133に対して C(2k)=u(k) C(2k+1)=u(k)+u(k-2)+u(k-4)+u(k-5)+C(2k-1)+ C(2k-3)+C(2k-5)+C(2k-9); k<0に対してu(k)=0; k<0に対してC(k)=0。
,23,…,32に対するC(8*j+3),C(8*j+5),C(8*j+7)}
ならびにビットC(1),C(265)およびC(267)は伝送されない。
らなるブロックが得られ、これはcにおいてインバンドシグナリングのビットに
連結される。すなわち、 k=0,1,…,187に対してc(k+4)=P(k)。
6*j+11) j=8,9,…,15に対するC(16*j+3),C(16*j+7),C(1
6*j+11),C(16*j+15)} ならびにビットC(1),C(221),C(229),C(237),C(245),
C(249),C(253),C(257),C(259)およびC(261)は伝送され
ない。
ロックは、cにおけるインバンドシグナリングのビットに連結される。すなわち k=0,1,…,195に対してc(k+4)=P(k)。
ト、すなわち {j=0,1,…,21に対するC(8*j+3) j=22,23,…,29に
対するC(8*j+3), C(8*j+7)}ならびにビットC(1),C(233)
,C(237)およびC(241)は伝送されない。
ロックは、cにおけるインバンドシグナリングのビットに連結される。すなわち k=0,1,…,199に対してc(k+4)=P(k)。
ト、すなわち{j=0,1,…,7に対するC(28*j+15)}ならびにビッ
トC(1),C(3),C(7),C(197),C(213),C(215),C(217)
,C(221),C(223)およびC(225)は伝送されない。
ロックは、cにおけるインバンドシグナリングのビットに連結される。すなわち k=0,1,…,207に対してc(k+4)=P(k)。
れによって97の符号化ビット、すなわち {j=0,1,…,15に対するC(12*j+5),C(12*j+8),C(1
2*j+11) j=16,17,…,24に対するC(12*j+2),C(12
*j+5),C(12*j+8),C(12*j+11)}ならびにビットC(1),
C(2),C(4),C(7),C(292),C(292),C(295),C(301),
C(302),C(304),C(305),C(307)およびC(308)は伝送され
ない。
ロックは、cにおけるインバンドシグナリングのビットに連結される。すなわち k=0,1,…,211に対してc(k+4)=P(k)。
3k-5)+C(3k-8)+C(3k-14)+C(3k-17) C(3k+2)=u(k)+u(k-1)+u(k-4)+u(k-6)+C(3k-4)+C
(3k-7)+C(3k-11)+C(3k-16); k<0に対してu(k)=0; k<0に対してC(k)=0がパンクチャされ、これによって73の符号化ビッ
ト、すなわち {j=0,1,…,11に対するC(12*j+5), C(12*j+11)
j=12,13,…,22に対するC(12*j+5),C(12*j+8),C(
12*j+11)}ならびにビットC(1),C(2),C(4),C(7),C(8),
C(14),C(242),C(254),C(266),C(274),C(277),C
(278),C(280),C(281),C(283)およびC(284)は伝送されな
い。
ロックは、cにおけるインバンドシグナリングのビットに連結される。すなわち k=0,1,…,211に対してc(k+4)=P(k)。
17)は2つの理由から使用された。すなわち、 − これらの多項式はパンクチャに対して最適な特性を有する。すなわちデー
タ速度が無線通信路の伝送速度に適合している。
SMG 147/98参照)に使用されている多項式でもある。したがって原提案に対す
る必要な変更は最小限である。
テムにおいて音声、データおよびシグナリング情報に対して従来使用されている
多項式を使用することができる。これは上記の多項式の代わりに使用するか、ま
たは完全に択一的な通信路符号化方式として使用することにより行われる。この
ことの利点は、さらに拡張された互換性である。それは通信路符号器における部
分的に旧い、既存のハードウェアコンポーネントによって、従来のGSM多項式
を使用することができるからである。
受信した信号を受信機において増幅し、濾波し、ベースバンドに変換し、デジタ
ル化する。ここでは通信路復号化(ステップ1)が行われ、これは既存の基地局
BSに実装された復号化装置によって行うことができる。すなわち回路技術は変
更しないままでよい。ここでは復号化されたデータの後処理(ステップ2)が行
われ、これはプログラム技術的に実現される。この後処理は、各レートの分母多
項式によるレート1の畳込み符号化からなる。
al processor)の付加的なプログラムによって実行される。
ブロックを、復号化器の出力側においてつぎの多項式、すなわち G(D)=(1+D+D2+D3+D5) によって符号化し、これによって255のオリジナルのビットを得なければなら
ないことである。この際にデータビットの数は一定であり、すなわちこの後処理
の入力側における目下のデータビットから、先行する入力ビットを利用して正確
にオリジナルのビットを得ることができる。
用可能である。
する装置を提供することである。この課題は、請求項1の特徴部分に記載された
特徴的構成を有する方法、および請求項12ないしは15の特徴部分に記載され
た特徴的構成を有する装置によって解決される。
提案される。ここでは符号化すべき音声情報をまず、その伝送誤りに対する感受
性および/またはそれに配属された優先度に応じて配列し、少なくとも第1およ
び第2音声情報に分割する。第1音声情報に対して通信路符号化を実行し、ここ
でこの通信路符号化は、第1符号化ステップにおいて巡回冗長検査に対する誤り
保護符号を使用し、第2符号化化ステップにおいて、分子多項式と分母多項式と
を有する再帰的組織符号を使用する。その一方、第2音声情報に対して通信路符
号化を実行し、ここでこの通信路符号化は、分子多項式と分母多項式とを有する
再帰的組織符号を使用する。RSC符号とNSC符号との違いは、例えばレート
1/2時に第1の「符号化された」ビットは、目下の有効ビットに相応し(組織
的である)、第2の符号化されたビットは、目下および先行する有効ビットと、
先行する符号化ビットとから発生する(再帰的である)。すなわちフィードバッ
クされた符号が使用される。ここで有効に利用されているのは、再帰的組織符号
が、殊にビット誤り率が高い場合に格段に良好な符号特性を有し、したがって誤
り補正に関しても良好な特性を有することである。
Claims (13)
- 【請求項1】 無線インタフェースを介する基地局(BS)と加入者局(M
S)との間の伝送に対して送信側で通信路符号化を実行し、 該通信路符号化は、分子多項式と分母多項式とを有する再帰的組織符号化を使
用することを特徴とする、 GSM移動無線システムにおける通信路符号化方法。 - 【請求項2】 受信側で非再帰的通信路符号化を実行する 請求項1に記載の方法。
- 【請求項3】 分子多項式による通信路符号化の後、分母多項式に基づいて
後処理を実行する 請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記後処理をプログラム技術的手段によって実行する 請求項3に記載の方法。
- 【請求項5】 受信側にて事前知識を先行する復号化から得て、 該事前知識を後続の通信路符号化時に使用する 請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 【請求項6】 加入者局(MS)にて通信路符号化を完全にオフし、以後は
通信路符号化されずに伝送される組織データビットを使用する 請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 伝送品質を通信路推定時に決定し、 当該伝送品質に依存して通信路符号化をオンまたはオフする 請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 【請求項8】 前記再帰的組織符号をアダプティブマルチレート符号化器内
に使用し、 伝送条件に相応して符号化器を選択する 請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項9】 前記再帰的組織符号の2つの多項式のうち、GSM移動無線
システムにて従来使用されている非再帰的組織符号の少なくとも1つの多項式を
使用する 請求項1から8までいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項10】 加入者局(MS)への無線インタフェースを介する伝送に
対して通信路符号化を実行し、 該通信路符号化によって、分子多項式と分母多項式とを有する再帰的組織符号
が使用されることを特徴とする、 GSM移動無線システムのための基地局(BS)。 - 【請求項11】 無線インタフェースを介する基地局(BS)への伝送に対
して通信路符号化を実行し、 該通信路符号化によって、分子多項式と分母多項式とを有する再帰的組織符号
が使用されることを特徴とする、 GSM移動無線システムのための加入者局(MS)。 - 【請求項12】 オフ可能な通信路符号化器を有する 請求項11に記載の加入者局(MS)。
- 【請求項13】 オフ状態では、通信路符号化されずに伝送されるデータを
送出する通信路符号化器を有する 請求項12に記載の加入者局(MS)。
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