JP2003527783A - データフレームを伝送する方法および装置ならびにデータレートを適合化する方法および装置 - Google Patents

データフレームを伝送する方法および装置ならびにデータレートを適合化する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 伝送すべきエレメントは、インタリーバによって複数の無線フレームに分割され繰り返される。ここではこの繰り返しを行って、パターンと、エレメントの元々の配置とがインタリーブの前に関係付けられる場合、繰り返された相前後する任意の2つのエレメント間の間隔が、中間の繰り返し間隔よりも格段に大きくなってしまうことがこのパターンにより回避されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、データフレームを伝送する方法および装置ならびにデータレートを
適合化する方法および装置に関し、ここでは殊に伝送すべきビットの繰り返しが
使用される。
【0002】 ディジタル通信システムというものは、データの伝送に対して、このデータが
所定の形式で表されることによって設計される。ここでこの所定の形式とは、通
信媒体を介するデータの伝送が軽減される形式のことである。例えば無線伝送の
場合、データは無線信号として表されてこの通信システムの送信機と受信機との
間で伝送される。広帯域電気通信網の場合、データを光として表すことができ、
また例えば光ファイバー網を介してこのデータをシステムの送信機と受信機との
間で伝送することができる。
【0003】 データの伝送中、伝送されるデータのビットまたはシンボルが改ざんされてし
まうことがあり、この結果、このビットまたはシンボルを受信機において正しく
決定することができなくなる。このような理由からデータ通信システムには、伝
送中に発生するデータの改ざんを軽減する手段を有することが多い。このような
手段のうちの1つは、システムの送信機に符号化器を備えることであり、ここで
この符号化器により、伝送の前にデータがエラー制御コードにしたがって符号化
される。このエラー制御コードはつぎのように設計される。すなわち制御が行わ
れてこのエラー制御コードにより、データに冗長性が付与されるように設計され
るのである。受信機では、伝送中に発生するエラーを訂正することができ、ここ
でこれはエラー制御コードを復号化し、これによって元々のデータを再現するこ
とにより行われる。この復号化は、受信機に既知であるエラー制御コードに相応
するエラー復号化アルゴリズムを使用して行われる。
【0004】 データを符号化した後、データレートの適合化(レートマッチング rate matc
hing)のために、これらのデータを伝送する前に、符号化されたデータのブロッ
クからデータビットまたはシンボルをパンクチャまたは反復(繰り返す)しなけ
ればならないことが多い。ここでパンクチャ/繰り返しとは、符号化されたデー
タブロックからビットを取り除くまたは消去するプロセス、ないし符号化された
データブロックからのビットを繰り返すプロセスのことである。ここで上記のビ
ットを取り除くプロセスの影響は、パンクチャされたビットがこのデータブロッ
クによって伝送されないことであり、また上記のビットを繰り返すプロセスの影
響は、繰り返すべきビットがこのデータブロックによって複数回伝送されること
である。以下では1用語「パンクチャ」ないしは「反復/繰り返し」だけが頻繁
に使用されるとしても、当然のことながらそれとは別のケースすなわち「反復/
繰り返し」ないしは「パンクチャ」に対しても本発明をそれぞれ使用可能である
【0005】 パンクチャが必要となり得るのは、例えば、データ搬送媒体を介してデータを
伝送するのに使用される多元接続方式によって、所定のサイズを有するブロック
にデータをフォーマットすることが要求されるからである。ここでこの所定のサ
イズと、符号化されたデータフレームのサイズとは等しくない。
【0006】 したがって符号化されたデータフレームを、所定のサイズの伝送データブロッ
クに収容するためには、符号化されたデータフレームが伝送ブロックのサイズよ
りも大きい場合には、符号化されたデータフレームからデータビットをパンクチ
ャして、符号化されたデータブロックのサイズを小さくするか、または符号化さ
れたデータフレームが伝送ブロックの所定のサイズよりも小さい場合には、符号
化されたデータフレームのビットを繰り返す。データフレームが伝送データブロ
ックよりも小さい場合には、データビット(ビット)またはデータシンボルが、
この伝送データブロックの残りを満たすために必要な量だけ繰り返される(反復
される)。
【0007】 符号化されたデータフレームをパンクチャすることの1つの影響は、元々のデ
ータが正しく再現される確率が低減されてしまうことであり、このことは当業者
に公知である。さらに公知のエラー制御コードの性能およびこのエラー制御コー
ドの復号化の性能が最大であるのは、データの伝送中に発生するエラーが、ガウ
スノイズに起因する場合である。それは伝送データブロックにわたってエラーが
無関係に分散するという影響をガウスノイズが有するからである。符号化された
データフレームをパンクチャすべき場合には、符号化されたデータフレームの、
ビットがパンクチャされる位置は、できる限り互いに離れているべきである。こ
の点ではパンクチャ位置はデータフレームにわたって均一に分散すべきである。
例えば、インタリーブを使用しない無線通信システムの場合、エラーは伝送中に
断続的に発生することが多く、またビットの繰り返しによって品質はデータフレ
ームの特定の領域だけにおいて殊に高められるのではなくできるだけ均一に高め
られるべきであるため、符号化または符号化されていないデータフレームにおけ
る、データビットが繰り返されるべきビット位置も適切に配置して、これがデー
タフレーム全体において均一に互いに分かれているようにすべきである。
【0008】 符号化されたデータフレームにおいてパンクチャまたは繰り返されるべきビッ
トまたはシンボルの位置を選択する公知の方法には、1フレームにおけるビット
またはシンボルの数を、パンクチャまたは繰り返すべきビットまたはシンボルの
数によって除算することと、この除算に相応する整数値によってビット位置を選
択することとがある。しかしながらパンクチャすべきビットの数が、データフレ
ームのビット数の整数の除算でない場合、パンクチャまたは繰り返されるビット
位置の均一な間隔は得られず、これによってつぎのような欠点が生じてしまう。
すなわち、所定のビット位置が、この整数よりも互いに近くに位置したり、この
整数よりも互いに離れて(部分的には大きく離れて)位置したり、また多くの場
合には隣接して位置するという欠点が生じてしまう。
【0009】 伝送多重化方式におけるインタリーブは、2つのステップで実行されることが
多い。パンクチャ/反復を行う種々の解決手段は、例えばこれがUMTSシステ
ムに対して行われているようにパンクチャが第1のインタリーバ(1st interlea
ver)の後に行われる場合、決まった結果を有する。この際に殊に注意しなけれ
ばならないのは、列交換を有するブロックインタリーバ、例えば、UMTSに使
用されるFS−MIL(FS-Multistage Interleaver)を、レート適合化アルゴ
リズムに関連して上りパス多重化方式におけるインタリーバとして使用する際に
は性能が低下してしまう可能性があることである。上記の第1のインタリーバの
後、フレームに割り当てられたビットはさらに第2のインタリーバによってイン
タリーブされ、これは例えば、TS 25.212 "4.2.11 2nd interleaving"の章に記
載されている。しかしながらこの第2のインタリーバは、パンクチャ/反復の様
相には影響を与えない。このため以下ではこれをさらに考慮しない。つまり本発
明から見ればこのインタリーバは無意味なのである。したがってこの明細書では
上記の第1のインタリーバをしばしば単にインタリーバとも称する。
【0010】 列交換を有するブロックインタリーバはつぎのように動作する。すなわちまず
ビットを行毎にマトリクスに書き込む。このマトリクスはF個の列からなり、こ
こでFはフレーム(以下ではしばしば無線フレームないしは列とも称される)の
数であり、これらのフレームに、1データフレームのデータが分割される。TS 2
5.212 "4.2.5 1st interleaving"も参照されたい。
【0011】 UMTS規格の現在の版(3GPP TSG RAN WG1; Multiplexing and channel cod
ing (FDD); TS 25.212 V2.3.0 (1999-10))の"4.2.7 Rate matching"の章、殊に
"4.2.7.1.2 Determination of parameters needed for calculating the rate m
atching pattern"の節には、寄稿文献R1−99641(Siemens; Properties
of optimised puncturing scheme; TSG-RAN WG1#5, June 1-4, Cheju, Korea)に
示された手法が記載されている。この手法では、パンクチャされるビットはでき
る限り均一に分けられ、かつ例えば接近して相並ぶビットがパンクチャされるケ
ースが回避される。これは、このパンクチャが、インターフレームインタリーバ
の後に適用される場合にも行われる。この同じ方法は、繰り返しの場合にも適用
することができ、この際にも同様に良好な結果が得られる。
【0012】 上記の寄稿文献R1−99641では、レート適合化方式に対するつぎの変更
が提案されている。すなわちレート適合化は、パンクチャ/繰り返しパターンに
より、共通のパターンがすべてのフレームに適用されることによって行われるの
であり、ここでこのパターンは個々のフレームにおいてシフトされる。シフトを
計算するため、簡単な計算ルールが示され、この計算ルールによって、インタリ
ーバ(例えばFS−MIL、「行毎の処理」("row-by-row-processing")の代わりに
ここでは列交換という用語を使用する。一部ではカラムランダマイズまたは列ラ
ンダマイズとも称される)による列交換の影響が考慮される。
【0013】 列交換の過程が式において考慮されることにより、実践的な理由から後に行わ
れなければならないのにかかわらず、あたかもインタリーバの列交換の前にレー
ト適合化が実行されたかのように同じ効果が得られる。このことは、S(列毎の
パターンのシフト)ないしはeoffset(フレーム毎に実行される、以下に
さらに説明するレート適合化アルゴリズムのパラメタ)を計算する式に、列交換
ルール、より正確にいえばその逆変換RFを使用することによって達成される。
類似の手順をパンクチャおよび繰り返しに使用することができ、ここで本発明で
は殊に繰り返しの場合を扱う。ここで第1のインタリーバ後の、別の条件によっ
て強制されるレート適合化の実行によって、パンクチャおよび繰り返しパターン
の最適な形成に対して複数の結果がもたらされる。
【0014】 しかしながらこれまでに提案された解決手段、すなわち繰り返しパターンとし
ての適用において提案されたパンクチャパターンが、なおすべてのケースにおい
てつねに最適ではないことが(以下に説明するように)示された。このことから
出発して、本発明の課題は従来技術の上記の欠点を小さくすることである。本発
明の課題は殊に、例えばビットの繰り返しの場合、良好な品質を有する復号化を
受信機において可能にする技術的な方式を提供することである。
【0015】 この課題は、請求項1,7,8および9に特徴部分に記載された特徴的構成に
よって解決される。本発明の発展形態は従属請求項に記載されている。
【0016】 これによれば本発明はつぎの認識に基づいている。すなわち受信機における復
号化結果は送信機における繰り返しパターンに依存し、また良好なパンクチャパ
ターンに対する評価基準と、良好な繰り返しパターンに対する評価基準とは互い
に異なるという認識に基づいているのである。繰り返しパターンを決定する際に
、良好な繰り返しパターンに関連する評価基準を特に考慮することにより、繰り
返しの場合に、R1−99641に示したパターンと比較して性能が改善される
【0017】 本発明の実施形態を、単なる実施例として、添付の図面を参照して説明する。
ここで、 図1は、本発明の実施例を適用する際に発生する1:4繰り返しパターンを示
しており、 図2は、移動無線通信システムのブロック図を示しており、 図3は、図1に示した通信ネットワークの基地局と移動局と間のパスを形成す
るデータ通信装置のブロック回路図を示しており、 図4は、最適化されたパンクチャ方式の原理の実施例を示しており、 図5は、ルックアップテーブルを示しており、 図6は、80msの第1インタリーブおよび1:5パンクチャを示しており、 図7は、R1−99641に示された方法による1:8パンクチャを示してお
り、 図8は、R1−99641に示された方法による1:4パンクチャを示してい
る。
【0018】 本発明の例示的な実施形態を移動無線通信システムに関連して説明する。移動
無線通信システムは多元接続システムを備えており、これは、例えば時分割多重
化(TDMA)における多元接続にしたがって動作し、例えばグローバル移動無
線システム(GSM)、ヨーロッパ電気通信標準化機構において規格化された移
動無線通信規格にしたがって使用されている。択一的にはこの移動無線通信シス
テムが、符号分割多重化(CDMA)における多元接続にしたがって動作する多
元接続システムを備えることも可能であり、ここでこれは例えば、第3世代の汎
用移動無線システムに対して提案されたUTMSシステムにしたがって使用され
る。しかしながらここで明らかであるのは、本発明の例示的な実施形態を示すた
めに任意のデータ通信システム、例えばローカルなデータネットワークまたは非
同期伝送モードで動作する広帯域電気通信ネットワークを使用できることである
。この例示的なデータ通信システムの特徴は、例えば、データがフレーム、パケ
ットまたはブロックとして伝送されることである。移動無線通信システムの場合
、データは、データを搬送する、所定のデータ量の無線信号のフレームにおいて
伝送される。このような移動無線通信システムの例が図2に示されている。
【0019】 図2には3つの基地局BSが示されており、これらは、点線2によって定めら
れたセル1によって形成される無線カバー領域において無線信号を移動局MSと
交換する。基地局BSはネットワークリレーシステムNETによって一緒に結合
されている。移動局MSと基地局BSとはデータを交換し、ここでこのデータの
交換は、これらが参照符号4によって示した無線信号を、移動局MSおよび基地
局BSに結合されたアンテナ6間で伝送することによって行われる。データは、
データ通信装置を使用して、移動局MSと基地局BSとの間で伝送される。この
データ通信装置ではデータが無線信号4に変換され、この無線信号は、無線信号
を識別する受信機のアンテナ6に伝送される。このデータは、受信機によって無
線信号から再構成される。
【0020】 図3はデータ通信装置の例を示しており、これは無線通信パスを、移動局MS
のうち1つと、基地局BSのうちの1つのとの間で形成し、ここで図2にも示さ
れているエレメントには同じ参照符号が付されている。
【0021】 図3ではデータソース10によりデータフレーム8が形成され、ここでこのデ
ータフレームはデータタイプによって決定されるレートを有し、このデータタイ
プは上記のソースによって形成される。ソース10によって形成されたデータフ
レーム8は、レート変換器12に供給され、これはデータフレーム8を伝送デー
タブロック14に変換する。伝送データブロック14は、これがあらかじめ定め
たサイズおよびデータ量と実質的に等しくなるように設計されており、ここでこ
れは、データを搬送する無線信号のフレームによって収容できるサイズおよびデ
ータ量である。ここではこの無線信号を介してデータが無線インタフェースを通
して伝送され、この無線インタフェースは、送信機18と受信機22とからなる
対から構成される。
【0022】 データ伝送ブロック14は無線アクセスプロセッサ16に供給され、この無線
アクセスプロセッサによって、無線アクセスインタフェースを介する伝送データ
ブロック14の伝送のフロー制御が行なわれる。相応する時点に伝送データブロ
ック14は無線アクセスプロセッサ16によって送信機18に供給され、この送
信機は、データを搬送する無線信号のフレームにこの伝送データブロックを変換
し、これらの無線信号は、この送信機に割り当てられた時間に伝送されてこの無
線信号が伝送される。受信機22ではこの受信機のアンテナ6″によって無線信
号が識別され、データフレームのダウンコンバージョンと再構成が行われ、この
データフレームは、無線アクセス−フロー制御逆変換装置24に供給される。無
線アクセス−フロー制御逆変換装置24により、受信されたデータ伝送ブロック
はレート変換逆変換装置26に供給され、ここでこれは多元接続−フロー制御逆
変換装置24の制御の下で行われ、この制御は線路28を介して行われる。その
後レート変換逆変換装置26によって、再構成されたデータフレーム8の表現が
、このデータフレーム8に対する到達個所ないしはシンクに供給され、これはブ
ロック30によって表されている。
【0023】 レート変換器12およびレート変換逆変換装置26は、これらが、伝送データ
ブロック14において利用可能なデータ案内容量をできる限り最適に利用するよ
うに設計されている。これは本発明の例示的な実施形態ではレート適合化変換装
置12によって行われ、このレート適合化変換装置によって、データフレームの
符号化が行われ、引き続いて、符号化されたデータフレームから選択されたデー
タビットまたはシンボルのパンクチャまたは繰り返しが行われてデータブロック
14にぴったり合う伝送データブロックが形成される。レート変換器12は、符
号化器とパンクチャ器とを有する。この符号化器に供給されるデータフレーム8
は符号化されて、符号化されたデータフレームが形成され、これがパンクチャ器
に供給される。つぎにこの符号化されたデータフレームはパンクチャ器によって
パンクチャされ、データ伝送ブロック14が形成される。
【0024】 パンクチャないしは繰り返しは、共通のパンクチャパターンないしは繰り返し
パターンを別個のフレームにおいて互いに相対的にシフトして適用することに行
われる。パンクチャ/繰り返しは、無線フレーム内インタリーバの後に適用され
るが、このパンクチャ/繰り返しが列交換の前に行われたかのように同じ効果、
すなわち同じパンクチャ/繰り返しパターンが得られる。
【0025】 良好な繰り返し方式の目的は、繰り返されるビットをできる限り均一に分散さ
せることである。同じことが良好なパンクチャ方式に対しても当てはまる。上記
の寄稿文献R1−99641に示された方式はつぎのように動作する(簡単のた
めに以下ではつねにパンクチャ/繰り返しとは記載せずに一方のものについてだ
け記載する。当然のことながら説明は他方のものについても適用可能である)。
すなわち、最も均一な分散が得られるのは、nビット目毎に繰り返される場合で
ある。繰り返しレートが整数でない場合、間隔を変更しなければならない。すな
わち時としてn番目のビットを繰り返したり、n+1番目のビットを繰り返した
りしなければならない。繰り返しを第1のインタリーバの後に適用する場合にも
この原理を適用することを試みることができる。しかしながらこの場合、別の付
帯条件がある。すなわち繰り返されるビットは、すべての無線フレームに均一に
分散されなければならないのである。
【0026】 例として80msのインタリーブ間隔と、1:6の繰り返しレートとを仮定す
る。6番目のビット毎に繰り返す場合、列0,2,4,6のビットだけが繰り返
され、列1,3,5,7のビットは繰り返されないことになり、これは当然のこ
とながら行い得ないことである。繰り返しをすべての列に均一に分散させるため
には、繰り返し間隔を何度か(この例では1回)変更して、つねに同じ列がパン
クチャされることを阻止しなければならない。このことが図4に示されている。
輪郭線の間隔が狭い水平方向の矢印は6の繰り返し間隔を示しており、輪郭線の
間隔が広い水平方向の矢印はこれとは異なる5の繰り返し間隔を示しており、こ
れによって、第1列があまりにはやく繰り返されて2回目になることが回避され
る。各列が1回ずつ繰り返された後は、繰り返しパターンを6行分下にシフトす
ることができ、これによって繰り返すべきつぎのビットが決定されこれが以降同
様に行われる。このことは明らかに、1つの列において6番目のビット毎にパン
クチャしてこのパンクチャパターンを別の列において相対的に互いにシフトする
ことと同じである。
【0027】 以下ではパンクチャの例に基づいて、最適化されたこの方法に対する式を示す
。これは上記の寄稿文献において定義されており、かつパンクチャの場合には最
も有利である。
【0028】 レート適合化前の無線フレーム当たりのビット数をNで、レート適合化後の
無線フレーム当たりのビット数をNで、パンクチャ/繰り返すべきビットのイ
ンデックスないしは位置をmで、フレーム番号をkで、またインタリーブが実
行されるフレームの数をFで示す。ここでは実質的にN>Nなる場合、すな
わちパンクチャの場合を考察した。しかしながらこの式は繰り返しに対しても適
用可能である。上記の例ではN=20,N=16,m=4,m=9,m =14,m=19,k=1…7,およびF=8が成り立つ。この場合にパン
クチャパターンのシフトはつぎの式によって行うことができる。
【0029】 -- 中間のパンクチャ間隔の計算
【0030】
【数8】
【0031】 if q = 偶数 -- 特殊なケースを処理する: then q = q - lcd(q,F)/F -- ここでlcd(q,F)は、qとFとの最大公約数である -- この最大公約数は、Fが2のべきの場合、ビット操作によって簡単に計
算可能である -- 同じ理由からpによる計算を2値の固定小数点演算によって実行可能で
ある。(または択一的にはシフト演算を使用して整数演算によって行うことも可
能である。) endif -- SとTの計算;Sは行のシフトmod Fを表し、またTはシフト量絶対値div
Fを表す;したがってSはqについての行のシフト(すなわちmod F)を、また
TはQについてのシフト量絶対値(すなわちdiv F)を表す;
【0032】
【数9】
【0033】 実際の実現の際にはこの式を図5に示したように参照テーブルとして実現可能
である。さらにこのテーブルは、RF(k)によって考慮される列交換の効果を有す
る。Sは、明らかに別の実現選択肢としてTから計算することも可能可能である
【0034】 ここからeoffsetをつぎのように計算することができる: eoffset (k) = ((2*S)+2*T*Q+1)*y+1) mod 2N ここでeoffset (k)により、eがUMTSに対するレート適合化方法において
プリロードされる。eoffsetのこの選択によって明らかに、列のパンクチャパタ
ーンのシフトが互い相対的に値S+T*Qだけ行われる。eoffsetはeinitと称
されることも多い。ここのフレーム内で適用される、UMTSに対するレート適
合化方法は、TS25.212、4.2.7.4節"Rate matching pattern determination"に記
載されている。ここではエラー制御に基づくパンクチャないしは繰り返し方法が
記載されている。この方法をここで再度説明する: レート適合化の前にビットをつぎのように記す: xi,1,xi,2,xi,3,xi,4,…,xi,N,ここでiは伝送チ
ャネルの数(TrCH番号)であり、Nは、TS25.212の4.2.7.2節に定義されて
いるパラメタである。
【0035】 ここでレート適合化アルゴリズムはつぎのように動作する: if パンクチャを行うべき: e=eini -- 目下のパンクチャレートと所望のパンクチャレートとの間
の初期のエラー m=1 -- 目下処理するビットに対するインデックス do while m <= N e = e - eminus -- エラー値を適合化する if e <= 0 then -- ビット番号mをパンクチャすべきか否かを判定する ビットxi,mをパンクチャする e = e + eplus -- エラー値を適合化する endif m = m + 1 -- つぎのビット end do else e = eini -- 目下のパンクチャレートと所望のパンクチャレートとの間の
初期のエラー m =1 -- 目下処理するビットに対するインデックス do while m <= N e = e - eminus -- エラー値を適合化する do while e <= 0 then -- ビット番号mを繰り返すべきか否かを判定する ビットxi,mを繰り返す e = e + eplus -- エラー値を適合化する end do m = m + 1 -- つぎのビット end do end if 繰り返されるビットは、元々すでに存在していたビットに直後に挿入される。
【0036】 簡略化された説明がつぎに示されており、ここでこれが簡単であるのは、qお
よびQの計算が、Fによる除算およびFによる乗算の際に残りに対して別個に行
われるのでなく、2つの成分に対して組み合わせられて行われるためである。こ
れと同様にしてSおよびTをqおよびQに対して別個に計算するのではなく、同
様に組み合わせて計算することができる。置換q+F*Q-->qおよびS+Q*
T-->Sによってつぎに示す同じ説明が得られる。実現の詳細に応じて1つまた
は別の計算手法(またはこれとは別の同等の手法)をより有利に実行することで
きる。
【0037】 -- 中間のパンクチャ間隔の計算
【0038】
【数10】
【0039】 if q = 偶数 -- 特殊なケースを処理する then q = q - lcd(q,F)/F -- ここでlcd(q,F)は、qとFとの最大公約数で
ある -- Fが2のべきであるため、lcdはビット操作によって簡単に計算可能であ
ることに注意せよ -- 同じ理由からqによる計算を2値の固定小数点算術(または整数演算と
数回のシフト演算)によって行うことが可能である。
【0040】 end if -- 列kのシフトのS(k)の計算;
【0041】
【数11】
【0042】 この後、eoffsetをつぎのように計算することができる: eoffset(k) = ((2*S)*y+1)mod2Nc ここでeoffset(k)によりeがあらかじめレート適合化方法において初
期化すされる。
【0043】 当業者には公知であるのは、eoffsetのこの定義に使用される一定値1
がすべての列ないしはフレームにおいて同じである場合、これを任意の別の値に
置き換え可能なことである。説明を簡単にするという理由からこのことについて
以下で明に扱うことはない。さらにここに示した方法をさらに変更または拡張す
ることができる。しかしながらその際に基本的な仮定は引き続き維持されたまま
にする。
【0044】 パンクチャレートが奇数分の1、例えば1:5または1:9の場合、この方法
によってつぎと同じような完全なパンクチャパターンが形成される。すなわち、
このパンクチャによって、レート適合化方法の使用の下で、インターリブの直前
に適用されるのと同じ完全なパンクチャパターンが形成されるのである。別の場
合には隣り合うビットがパンクチャされることはなく、またパンクチャされるビ
ット間の間隔は、他のビットよりもlcd(q,F)+1まで大きくなることが可能である
。この方法は、相応してビット繰り返し(ビット反復)にも適用可能である。隣
り合うビットの繰り返しは、エラー補正コードの効率に、隣り合うビットのパン
クチャの場合ほど大きな影響を与えないが、繰り返されるビットをできる限り均
一に分散させることは有利である。
【0045】 この方法の基本的な目標設定は、パンクチャされるビット間の均一な間隔が元
々の順序において達成されると同時に、別個のフレームにおいて同じ数のビット
がパンクチャされるという制限が考慮されることである。これはパンクチャ間隔
を所定の場合に1だけ少なくすることによって達成される。ここに示した方法は
、これがこの間隔を1以上は決して少なくしない、かつこれが必要な回数だけ少
なくする限りにおいては最適である。これにより、上記の制限の下でできる限り
に良好なパンクチャパターンが得られる。
【0046】 以下の例が示しているのは、パラメタの第1セットの使用、すなわち1:5を
有するパンクチャ(図6)である。最適化された方法によって明らかに回避され
るのは、隣り合うビットのパンクチャだけではなく、さらに元々の順番において
同じ間隔に分散されてパンクチャされるビットである。実際にこのパンクチャが
、インターリブの前の符号化の直後に実行されたかのように同じ特性が達成され
る。
【0047】 ここではつぎのような場合、すなわち1:8を有するパンクチャを検証する(
図7)。ここでも隣り合うビットのパンクチャは回避される。この場合には均一
に間隔を置いたパンクチャを達成することはできない。それはそのようにすれば
個々のフレームのすべてのビットがパンクチャされてしまうことになるからであ
り、これは全く受け入れることができない。この場合に隣り合うビットの距離の
ほとんどは7である(最適の分散における距離よりも1だけ少ない)。これに対
していくつかの距離はより大きい(それぞれ8)。
【0048】 以下では、この方法を繰り返しの場合に改善するために適用する変更を説明す
る。上記の方法は均一な分散を達成するために明らかに最適である。
【0049】 しかしながら意外なことにこの方法は繰り返しの場合にさらに改善可能である
。これが可能であるのは、良好な繰り返しパターンとパンクチャパターンとの間
には違いがあるからである。すなわちパンクチャにおいては、相前後するビット
をパンクチャすることは殊に不利な結果をもたらす。さらに回避すべきであるの
は、相前後してパンクチャされるビット間の間隔が、平均的なパンクチャ間隔よ
りもはるかに小さいことである。その理由は、補強されてないしは比較的短い間
隔で行われるパンクチャによって局所的にビット誤り率が大きくに増大し、この
場合には全体的な性能が損なわれてしまうためである。
【0050】 相前後するビットの繰り返しによって、復号化器の結果が大きく悪化してしま
うことはない。より一般的にいうと、相前後する繰り返しの間隔が、中間の繰り
返し間隔よりも格段に小さい場合には性能が損なわれてしまうこともない。しか
しながらこの間隔が局所的に格段に大きい場合、そうでなければこの領域におい
て繰り返しにより可能になる改善された復号化も得られない。このことが意味す
るのはここでもビット誤り率が局所的に大きくなることあり、これは上記の不利
なパンクチャにおけるのと同じである。したがって有利であるのは、わずかに大
きくした繰り返し間隔をより頻繁に使用し、これに相応して極めて大きくして間
隔をより少なく使用することである。この最適化評価基準を満たすために上記の
方法をつぎのように変更して、個々の列における繰り返しパターンのシフトが決
定されるようにする: − 平均的なパンクチャ間隔qが計算される場合、これはより小さなつぎの整
数に下方に切り下げられるのではなく、より大きなつぎの整数に上方に切り上げ
られる(これが行われるのはqそれ自体がまだ整数でない場合である)。
【0051】 − qが偶数の場合、これは減少されるのではなく増大される。
【0052】 この場合、簡略化された形態の上記の式は、この変更によってつぎのようにな
る。(当然のことながら相応する変更は、式の1番目に示した形態においても、
または任意の別の表現においても行うことができ、これによって所望の適合化が
繰り返しに対して達成される):
【0053】
【数12】
【0054】 if q = 偶数 then q = q + lcd(q,F)/F -- ここでlcd(q,F)は、qとFとの最大公約数を表す -- この最大公約数は、Fが2のべきの場合にビット操作によって簡単に計
算可能である -- 同じ理由からpによる計算を2値の固定小数点演算によって実行可能で
ある。(または択一的にはシフト演算を使用して整数演算によって行うことも可
能である。) endif − Sの計算、ここでSは列毎のパターンのシフトのことである。
【0055】
【数13】
【0056】 ここでパラメタeoffsetはつぎのように計算することができる: eoffset(k) = ((2*S(k)*|N−N|+1)mod 2N 個々の列kのパンクチャ/繰り返しパターンは、互いに相対的に絶対値S(k)
だけシフトされる。パンクチャ/繰り返すべきビットの計算に対していわゆるエ
ラー分散アルゴリズムを使用する場合、このシフトは、初期のエラー値を上記の
ようにプリロードすることに得られる。当然のことながらシフトを得るために別
の実現も可能であり、これは例えば列内で別のパンクチャ方式を使用する場合で
ある。
【0057】 パンクチャと繰り返しとの間には別の違いがある。パンクチャレートは理論的
にも決して100%(このことは各ビットがパンクチャされることを意味する)
を上回ることはない。実践においては、約20%(特殊な場合におそらく50%
)よりも大きなパンクチャレートにおける復号化性能は大きく損なわれてしまう
ため、このような高いパンクチャレートは回避される。しかしながら繰り返しレ
ートについてはこのような制限はない。100%の繰り返しレート(すなわち各
ビットが2回、伝送される)も十分に可能であり、より高い繰り返しレートさえ
も可能である。各ビットは何回も繰り返すことができる。多くの繰り返しを送信
すれば送信するほど、正しい復号化に対する確率が高くなる。
【0058】 80%の繰り返しレート(すなわちビットの80%が2重に伝送され、20%
が一度だけ伝送される(すなわち繰り返されない))はつぎのようにも解釈する
ことができる。すなわち、各ビットは繰り返され(つまり2回伝送され)るが、
ビットの20%(より正確にいうと2重にする前の元々のビットの20%)がパ
ンクチャされると解釈することも可能である。すなわちビットの20%が、残り
のものと比較してより少ないエネルギーで、ひいてはより低い信頼性で伝送され
る。これはビットの20%がパンクチャされる場合と極めて類似する。
【0059】 この2つの場合にビットの20%が、残りのものと比較してより低い信頼性で
伝送される。しかしながらパンクチャ(パンクチャされるビットを介して情報は
伝達されない)における信頼性の違いは、繰り返しの排除における信頼性の違い
よりも大きく、ここでは関連するビットを介する情報の品質は、他のビットに対
してよりも少なくとも半分ほど良好である。
【0060】 20%のパンクチャと80%の繰り返しとが上述のように同等であることに起
因して、つぎの置き換えを行った場合、20%のパンクチャに対して最適である
パンクチャパターンは、80%の繰り返しに対しても最適である可能性がある:
【0061】
【表1】
【0062】 上に説明した、およびTS25.212においてUMTSに対しても設けられているパ
ンクチャないしは繰り返し方法によって、パンクチャが第1のインタリーバの前
に実行される場合に対して、上記の2つの場合にも同じパターンが形成される。
場合によってはパターンは一定の絶対値だけ相対的に相互にシフトされる。しか
しながらパンクチャが第1のインタリーバの後、はじめて(インターフレームイ
ンタリーバ)行われる場合、これにはこの方法の変更が必要である。これは、上
記の寄稿文献R1−99641におけるパンクチャ(パンクチャパターンのシフ
トの最適化)または上に説明したような(繰り返しに対するパターンを最適にシ
フトする)場合である。
【0063】 パンクチャまたは繰り返しレートは r=(N−N)/N と表すことができ、ここでNはレート適合化前のビットの数であり、またN はレート適合化後のビットの数である。ここで繰り返し(すなわちN>N
に場合に「同等の」レートをつぎのように定義する: re=((N−N/2)modN−N/2)/N
【0064】 すなわち列間のパターンの最適なシフトに関して、20%のパンクチャレート
は80%,180%,280%等々の繰り返しレートと同等である。同様に30
%の繰り返しレートは、130%,230%,330%等々の繰り返しレートと
同等である。
【0065】 本発明の別の様相はつぎのような認識である。すなわち個々の列におけるパン
クチャパターンの相対的なシフトが、実際の繰り返しレートの代わりに、この有
効な繰り返しレートreに基づいて計算することもできるという認識である。こ
こではreが0より大きいかまたは小さいかに応じて、このためにパンクチャま
たは繰り返しに対するシフトのこの計算のためにこの式を使用しなければならな
い。
【0066】 別の実施例として変数qをつぎのようにreの逆数として計算することも可能
である: q=N/((N−N/2)modN−N/2)。
【0067】 Nが奇数の場合にN/2を計算するためには複数のやり方がある。切り上
げたり、切り下げたり、または分数値によって引き続き計算する、すなわち丸め
を回避することも可能である。この計算手法によれば、qの数字符号は、パンク
チャまたは繰り返しのどちらを実行しなければならないかについての情報を有す
る。すなわちqを相応の式に代入する前に、まず絶対値を計算しなければならな
いことがある。
【0068】 別の実施例としてパターンのシフトを計算する式をつぎのように計算すること
ができる。この定式化は、パンクチャと繰り返しとを区別する必要がなく、2つ
のケースが同じ式によってカバーされるという付加的な利点を有する。上述した
原理を考慮してパンクチャパターンのシフトを定義する別の式を得ることは、当
業者には可能なことである。
【0069】
【数14】
【0070】 if q = 偶数 -- 同じ行が早く出現しすぎて2回目になることを回避する then q' = q + lcd(|q|,F)/F -- ここでlcdは最大公約数を表す -- この最大公約数は、Fが2のべきの場合、ビット操作によって簡単に計
算可能である -- q'は整数ではなく、1/8ないしはより一般的にはFの倍数である -- ||は絶対値を表す else q' = q endif − S(k)を計算する、Sはフレームkに対する列毎のパターンのシフトである
。S(k)は、上記のように初期のエラー値eを上に引用したレート適合化アルゴ
リズムにおいて計算するために可能であり、これはUMTS仕様TS25.212に記載
されている。
【0071】
【数15】
【0072】 上記の実施例ではモジュロ演算によって同等のパンクチャ/繰り返しレートr
eが計算される。択一的には、100%の倍数をレートにおいて考慮するために
だけモジュロ演算を利用し、このレートが50%よりも大きいかまたは小さいか
の区別を問い合わせによって実現することも可能である。同時にqをつねに数字
符号を有する量として計算することも可能であり、これによって上記の実施例の
利点、すなわちパンクチャおよび繰り返しの統一的な計算が保たれるようにする
。0による除算を回避するために場合によっては、適合化を行う必要のない場合
を特別に扱うこと必要がある。したがってつぎの同等な式が得られる: N -> Ni,j N - N -> delta Ni,j S[n] -> S(P1Fi(n)) = S(RF(x)) F -> F ] R = (N-N)mod N -- ここでx mod Nは0〜N−1の範囲であり、例え
ば−1mod10 = 9である -- したがってRは、Nと乗算された同等の繰り返しレート(0〜50%の
範囲にある)である
【0073】
【数16】
【0074】 -- ここでqは数字符号付きの量である if q = 偶数 then q' = q + lcd(|q|,F)/F -- ここでlcd(|q|,F)は、|q|と
Fとの最大公約数を表す -- q'は整数ではなく、1/8ないしは1/Fの倍数である else q' = q endif
【0075】
【数17】
【0076】 すでに何度も述べたように、上に示した式ではインタリーバ内部での列交換の
影響が考慮される。完全性を期すために注意したいのは、この式によって記述さ
れる原理が、同等の結果をもたらす同等の表記によって表し得ることである。
【0077】 図1は、1:4の繰り返しレートに対して提案された繰り返しパターンに対し
て結果的に得られたパターンを示している。太字で印刷された数字ないしは矢印
が始まるまたは終了する数字は、繰り返すべきビットを表す。輪郭線の間隔が狭
い矢印(例えば8から12への矢印)は、隣り合って繰り返されるビットの4の
間隔を示し、細く示された矢印(例えば12から17への矢印)は5の間隔を示
し、また輪郭線の間隔が広い矢印(例えば39から40への矢印)は1の間隔を
示す。
【0078】 比較のために図8には同じ場合が、従来適用された繰り返し方法に対して示さ
れており、ここでこれは例えばR1−99641に示されている。輪郭線の間隔
が狭い矢印(例えば8から12への矢印)は隣り合って繰り返される4のビット
間隔を示し、細く示された矢印(例えば12から15への矢印は3の間隔を示し
、輪郭線の間隔が広い矢印(例えば33から40への矢印は)7の間隔を示す。
【0079】 2つの図を比較すると、本発明の枠内にある繰り返しパターンによって、繰り
返されるビット間の比較的大きな間隔(図8の7)が回避されることがわかる。
例えば繰り返し間の大きな間隔によって性能が損なわれるため、また本発明の方
法によってこのような大きな間隔は回避されるため、本発明の方法を適用するこ
とは有利である。
【0080】 したがってレート適合化が第1のインタリーバの後に適用される場合、本発明
の繰り返し方法によって実践的に最適な繰り返しパターンが形成される。ここで
この方法はとりわけ煩雑というわけではない。それはここでは無線フレーム毎に
一度だけ適用すればよく、各ビットに対して適用する必要がないからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を適用する際に発生する1:4繰り返しパターンを示す図であ
る。
【図2】 移動無線通信システムのブロック図である。
【図3】 図1に示した通信ネットワークの基地局と移動局と間のパスを形成するデータ
通信装置のブロック回路図である。
【図4】 最適化されたパンクチャ方式の原理の実施例を示す図である。
【図5】 ルックアップテーブルを示す図である。
【図6】 80msの第1インタリーブおよび1:5パンクチャを示す図である。
【図7】 R1−99641に示された方法による1:8パンクチャを示す図である。
【図8】 R1−99641に示された方法による1:4パンクチャを示す図である。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データレート適合化方法において、 伝送すべきデータを、第1のインタリーバにより、ビットの形態でフレームの
    セットに分け、 データレート適合化のために前記のインタリーブの後に繰り返しステップを実
    行して、これによって各フレームにて同数のビットが繰り返され、かつ当該繰り
    返されたビットが、前記の第1のインタリーバの前におけるビットの順番につい
    てできる限り均一な間隔を互いに有するようにし、 フレーム内で適用された繰り返しパターンをシフトして、当該フレームのセッ
    トの別のフレーム内でも適用することを特徴とする、 データレート適合化方法。
  2. 【請求項2】 前記繰り返しレートは、整数分の1(1/p)でないか、ま
    たはpとフレームの数Fとが公約数を有せず、 前記の繰り返しパターンのフレームへの適用におけるシフトは、つぎに低い繰
    り返しレートの相対的なシフトに相応して行われ、ここで当該のつぎに低い繰り
    返しレートは、整数分の1(1/p)でありかつpとフレームの数Fとが公約数
    を有する、 請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 フレームkへの繰り返しパターンの適用におけるシフトS(
    k)は、つぎのステップによって得られ、すなわち、 中間の繰り返し距離を計算し、 【数1】 if q = 偶数 then q = q + lcd(q,F)/F -- ここでlcd(q,F)は、qとFとの最大公約数を表す end if S(k)、列kのシフトを計算し; 【数2】 なるステップによって得られる、 請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 フレームkへの繰り返しパターンの適用におけるシフトS(
    k)は、つぎのステップによって得られ、すなわち、 中間の繰り返し距離を計算し、 【数3】 if q = 偶数 -- 同じ行が早く出現しすぎて2回目になることを回避する then q' = q + lcd(|q|,F)/F -- ここでlcdは最大公約数を表す -- q'は整数ではなく、1/8ないしはFの倍数である -- ||は絶対値を表す else q' = q endif S(k)、列kのシフトを計算する: 【数4】 なるステップによって得られる、 請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 繰り返すべきビットはつぎのステップを有する方法によって
    得られ、すなわち、 【数5】 b) 第1の列にて繰り返すべきビットを選択し、 c) 前記のつぎの行(またはつぎの行という方が望ましい)にてつぎに繰り
    返すべきビットを、前列の最後に繰り返すべきビットから出発して選択し、 ここで当該選択は、前記の最後に繰り返されたビットから開始して、元々の順
    番について間隔qを有するつぎのビットをそれぞれ選択することによって行われ
    、ここで当該選択は、当該選択によって列が2回繰り返されることがない場合に
    行われ、その他の場合にはqに対して変更された間隔を有するビットが選択され
    、 d) すべての列が1回繰り返されるまでステップc)を繰り返す、 請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 つぎのビットを決定するために間隔q+1を選択し、ここで
    当該選択は、間隔qを使用することによって列が2回繰り返されてしまう場合に
    行われる、 請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 データフレームを伝送する方法において、 伝送されるエレメントは、インタリーバによってフレームのセットに分けられ
    、 データレート適合化のためにインタリーブの後、繰り返しステップが実行され
    、これによって繰り返しパターンが回避され、相前後する任意の2つの繰り返さ
    れたエレメント間の間隔が、中間の繰り返し間隔よりも格段に大きくなるように
    し、 ここで該間隔は、前記インタリーバの前における前記エレメントの順番でみた
    ものであることを特徴とする、 データフレームを伝送する方法。
  8. 【請求項8】 データフレームを伝送する方法において、 伝送されるエレメントは、インタリーバによってフレームのセットに分けられ
    、 データレート適合化のためにインタリーブの後、繰り返しステップが実行され
    、これによって当該繰り返しパターンにより、相前後する繰り返されたエレメン
    ト間で等しいまたは実質的に等しい間隔が得られ、 ここで該間隔は、前記インタリーバの前における前記エレメントの順番でみた
    ものであることを特徴とする、 データフレームを伝送する方法。
  9. 【請求項9】 データフレームを伝送する方法において、 伝送されるエレメントは、インタリーバによってフレームのセットに分けられ
    、 データレート適合化のためにインタリーブの後、繰り返しステップが実行され
    、 フレーム内、例えば第1のフレーム内で適用される繰り返しパターンはシフト
    されて、前記のフレームのセットの別のフレーム内でも適用され、 これによって得られた全体的な繰り返しパターンにより、相前後する繰り返さ
    れたエレメント間で等しいまたは実質的に等しい間隔が得られ、 ここで該間隔は、前記第1のインタリーバの前における前記エレメントの順番
    でみたものであることを特徴とする、 データフレームを伝送する方法。
  10. 【請求項10】 前記繰り返しレートは、整数分の1(1/p)であり、p
    と無線フレームFの数とは公約数を有さず、 フレーム内、例えば第1のフレーム内で適用される繰り返しパターンはシフト
    されて、前記のフレームのセットの別のフレーム内でも適用され、 これによって得られた全体的な繰り返しパターンにより、相前後する繰り返さ
    れたエレメント間で等しいまたは実質的に等しい間隔が得られ、 ここで該間隔は、前記第1のインタリーバの前における前記エレメントの順番
    でみたものであることを特徴とする、 請求項7から9までのいずれか1項に記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記繰り返しレートは、整数分の1(1/p)でないか、
    またはpと無線フレームFの数とは公約数を有しており、 フレーム内、例えば第1のフレーム内で適用される繰り返しパターンはシフト
    されて、前記のフレームのセットの別のフレーム内でも適用され、 つぎに低い繰り返しレートに対して適用されるのと同じシフトが適用され、こ
    こで当該繰り返しレートは請求項7から10までのいずれか1項の条件を満たす
    、 請求項7から10までのいずれ1項に記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記繰り返しレートは、整数分の1(1/p)でないか、
    またはpと無線フレームの数Fとは公約数を有しており、 フレーム内、例えば第1のフレーム内で適用される繰り返しパターンはシフト
    されて、前記のフレームのセットの別のフレーム内でも適用され、 q′に対して適用されるのとシフトが適用され、ここでq′はqからつぎのよ
    うに計算され、すなわちqがつぎの整数に切り上げられ(ここではq″と称する
    )、この場合にq″とFとが互いに素でないならば、q″とFとの最大公約数を
    Fによって除算して加算する、 請求項7から11までのいずれか1項に記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記の繰り返しパターンのシフトがパンクチャレートに基
    づいて決定され、ここで該パンクチャレートは、100%の倍数から繰り返しレ
    ートを減算したものに等しく、 前記パンクチャレートは0%(これを含む)から100%(これを含まず)の
    範囲にある、 請求項1または7から10までのいずれか1項に記載の方法。
  14. 【請求項14】 対応するパンクチャレートがあらかじめ設定される条件を
    満たす場合には、前記の繰り返しパターンのシフトが当該パンクチャレートに基
    づいて決定され、 その他の場合には、シフトが請求項1から12までのいずれか1項にしたがっ
    て決定される、 請求項13に記載の、データフレームを伝送する方法。
  15. 【請求項15】 対応するパンクチャレートが0%と50%との間の(50
    %を含む)範囲にある場合には、前記の繰り返しパターンのシフトが当該パンク
    チャレートに基づいて決定され、 その他の場合には、シフトが請求項1から12までのいずれか1項にしたがっ
    て決定される、 請求項14に記載の、データフレームを伝送する方法。
  16. 【請求項16】 対応するパンクチャレートが0%と50%との間の(50
    %を含まない)範囲にある場合には、前記の繰り返しパターンのシフトが当該パ
    ンクチャレートに基づいて決定され、 その他の場合には、シフトが請求項1から12までのいずれか1項にしたがっ
    て決定される、 請求項14に記載の、データフレームを伝送する方法。
  17. 【請求項17】 フレームkへの繰り返しパターンの適用におけるシフトS
    (k)は、つぎのステップによって得られ、すなわち、 数字符号を有する中間の繰り返し間隔を計算し: R = (N-N)mod N -- ここでx mod Nは0〜N−1の範囲であり、例えば−1mod10 = 9であ
    る 【数6】 if q = 偶数 then q' = q + lcd(|q|,F)/F -- ここでlcd(|q|,F)は|q|とFとの最大公約数を表す -- q'は整数ではなく、1/8ないしはより一般的には1/Fの倍数である
    else q' = q endif − S(k),フレームkのシフトを計算する: 【数7】 なるステップによって得られる、 請求項13から16までのいずれか1項に記載の方法。
  18. 【請求項18】 前記エレメントはバイナリ数である、 請求項7から17までのいずれか1項に記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記フレームは10msの持続時間を有し、 前記インタリーブは、複数個のフレームにわたって行われ、ここでフレームの個
    数は2のべきである、 請求項7から18までのいずれか1項に記載の方法。
  20. 【請求項20】 前記フレームは、CDMA無線伝送方式を使用して送信さ
    れる、 請求項7から19までのいずれか1項に記載の方法。
  21. 【請求項21】 データフレームを受信する方法において、 請求項1から20までのいずれか1項に記載された方法にしたがい、繰り返し
    が実行されてデータフレームが送信されることを特徴とする、 データフレームを受信する方法。
  22. 【請求項22】 データレート適合化装置において、 該データレート適合化装置は例えばプロセッサ装置であり、 請求項1から6までのいずれか1項に記載のされた方法を実行する手段を有す
    ることを特徴とする、 データレート適合化装置。
  23. 【請求項23】 データフレーム伝送装置において、 請求項7から20までのいずれか1項に記載された方法を実施する手段を有す
    ることを特徴とする、 データフレーム伝送装置。
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