JP2004007646A - 符号分割多重接続通信システムで符号化シンボルを生成/分配する装置及び方法 - Google Patents
符号分割多重接続通信システムで符号化シンボルを生成/分配する装置及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】CDMA通信システムで、チャネル復号時リンクなどの環境による性能劣化を最小化する装置及び方法を提供する。前記たたみ込み符号器は、1/6符号化率に送信するデータを符号化し、これはチャネル符号器として使用することができる。また、前記チャネル符号器は、直接拡散方式を用いるCDMA通信システムとマルチキャリアを使用するCDMA通信システムの両方ともに使用することができる。前記チャネル符号器が、マルチキャリアを使用するCDMA通信システムに使用される場合、チャネル符号器を構成する多重構成符号器の出力シンボルを定められた規則に基づいて各々のマルチキャリアチャネルに伝送し、チャネル符号器内の構成符号器は、特定構成符号器の出力が伝送チャネルで完全にオフされても全体チャネル符号器の性能劣化を最小限に抑えられる。
【選択図】 図6
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、符号分割多重接続(Code Division Multiple Access:CDMA)通信システムのデータ伝送装置及び方法に関し、特に、データ伝送時、チャネルの性能劣化を防止できるシンボル生成/分配装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
現在、CDMA方式の通信システムは、IS−95規格に基づいて具現されている。しかし、通信技術の発達と需要の増大に伴って通信加入者が大幅に増加しつつあり、これに伴う加入者の高品質サービス欲求を満足させるための多くの方式が提案されている。これら方式のうち、順方向リンク構造を改善する方法も提案されている。
前記順方向リンク構造の改善方法の一つとして、TIA/EIA TR45.5会議で提案された第3世代マルチキャリアCDMAシステム(3rd generation multicarrier CDMA system)の基本チャネル順方向リンク構造(Fundamental Channel Forward Link Design)がある。図1に前記マルチキャリアCDMA順方向リンク構造を示す。
【0003】
前記図1を参照すれば、チャネル符号器10は入力されるデータを符号化し、レートマッチング器(rate matcher)20で前記チャネル符号器10から出力されるシンボルを反復及び穿孔してチャネルインタリーバ30に供給する。この時、チャネル符号器10に入力されるデータは複数の異なるビットレートを有するデータである。レートマッチング器20は、前記チャネル符号器10から出力される前記符号化したデータビット(即ち、シンボル)を反復及び穿孔して異なるレートを有するシンボルを同一のシンボルレートを有するようマッチングする。チャネルインタリーバ30は、前記レートマッチング器20の出力をインタリービングして出力する。前記インタリーバ30はブロックインタリーバ(block Interleaver)を使用することができる。
【0004】
ロングコード発生器(long code generator)91は、加入者側で使用するロングコードを発生する。前記ロングコードは各加入者の固有の識別コードであって、各加入者に固有のコードが割当てられる。デシメータ(decimator)92は、前記ロングコードのレートが前記インタリーバ30から出力されるシンボルのレートと一致するよう前記ロングコードをデシメーションして出力する。加算器93は、前記チャネルインタリーバ30の出力と前記デシメータ92の出力を混合して出力する。前記加算器93は排他的論理和器(exclusive OR gate)を使用することができる。
【0005】
逆多重化器(demultiplexer)40は、前記加算器93から出力されるデータを順次に逆多重化して各キャリアA,B,Cに出力する。第1〜第3レベル変換器53は、入力データを‘0’は‘+1’に、‘1’は‘−1’に変換して前記逆多重化器40から出力されるバイナリーデータ(binary data)の信号レベルを変換して出力する。第1〜第3直交変調器61〜63は、各々対応する第1〜第3レベル変換器51〜53から出力されるデータを各々対応するウォールシ符号(Walsh code)によって符号化して出力する。前記ウォールシ符号は256ビットの長さを有する。第1〜第3拡散器71〜73は、各々対応する第1〜第3直交変調器63の出力を変調出力する。ここで、前記拡散器71〜73は、QPSK変調器(Quadrature Phase Shift Keying Spreader)を使用することができる。第1〜第3減衰器81〜83は、各々対応する第1〜第3拡散器71〜73から出力される拡散信号の利得を各々対応する減衰制御信号GA〜GCによって調整して出力する。この時、前記第1〜第3減衰器81〜83から出力される信号は各々異なるキャリアA,B,Cになる。
【0006】
図1のような構造を有する順方向リンク構造では、R=1/3の符号化率を有するチャネル符号器10が入力データをビット当たり3ビットの符号化データ(code words or symbols)に符号化し、このように符号化したデータをレートマッチング及びチャネルインタリービング後、三つのマルチキャリアA,B,Cに逆多重化する。
前記図1のマルチキャリアCDMA通信システムは、逆多重化器40を排除し、単一のキャリアを使用する単一のレベル変換器、直交変調器、拡散器及び利得調整器を使用することによって単一キャリアCDMA通信システムに変形することもできる。
【0007】
図2は、前記チャネル符号器10、レートマッチング器20及びチャネルインタリーバ30の構造を示す図であって、第1レートのデータが20msのフレーム当たり172ビット(full rate)からなり、第2レートのデータが20msのフレーム当たり80ビット(1/2レート)からなり、第3レートのデータが20msのフレーム当たり40ビット(1/3レート)からなり、第4レートのデータが20msのフレーム当たり16ビット(1/8レート)からなる場合の構成を示している。
【0008】
前記図2を参照すれば、第1〜第4CRC発生器111〜114は、相異なるレートを有する入力データに各々該当するCRCビットを生成して加える。この時、第1レートの172ビットデータには12ビットのCRCを加え、第2レートの80ビットデータには8ビットのCRCデータを加え、第3レートの40ビットデータには6ビットのCRCデータを加え、第4レートの16ビットデータには6ビットのCRCデータを加える。
第1〜第4テールビット発生器121〜124は、前記CRCデータの加えられたデータ(CRC−added data)の各々に対して8ビットのテールビットを加えて出力する。従って、第1テールビット発生器121の出力は192ビットになり、第2テールビット発生器122の出力は96ビットになり、第3テールビット発生器123の出力は54ビットになり、第4テールビット発生器124の出力は30ビットになる。
【0009】
第1〜第4符号器11〜14は、各々対応する第1〜第4テールビット発生器121〜124から出力されるデータを符号化して出力する。ここで、前記符号器11〜14は、K=9の拘束長及びR=1/3の符号化率を有するたたみ込み符号器(convolutional encoder)を使用することができる。この場合、前記第1符号器11は、前記第1テールビット発生器121から出力される192ビットのデータを符号化して576シンボルとして出力し、この時のシンボルレートはフルレートになる。前記第2符号器12は前記第2テールビット発生器122から出力される96ビットのデータを符号化して288シンボルとして出力し、この時のシンボルレートはフルレートの1/2になる。前記第3符号器13は前記第3テールビット発生器123から出力される54ビットのデータを符号化して162シンボルとして出力し、この時のシンボルレートはフルレートの約1/4になる。前記第4符号器14は前記第4テールビット発生器124から出力される30ビットのデータを符号化して90シンボルとして出力し、この時のシンボルレートはフルレートの1/8になる。
【0010】
レートマッチング器20は、反復器(repeater)22〜24及びシンボル除去器(symbol deletion)27〜28で構成され、反復器22〜24は、各々対応するシンボルレートをフルレートに調整するために第2〜第4符号器12〜14から出力されるシンボルを対応する設定回数に各々反復出力する。そして、シンボル除去器27〜28は、前記反復器23,24から出力されるシンボルのうち、フルレートを超えるシンボルを除去する。即ち、前記反復器22〜24は、各々受信されるシンボルを反復出力して前記フルレートのシンボル数に調整し、前記シンボル除去器27〜28は調整されたシンボルの数が前記フルレートのシンボル数を超える時、フルレートのシンボル数に調整するためにシンボルを除去する。従って、前記第2符号器12から出力されるシンボルの数は第1符号器11から出力される576の1/2である288シンボルなので、前記第2反復器22は受信されるシンボルを2回反復して576シンボルに調整して出力する。また、前記第3符号器13から出力されるシンボルの数は第1符号器11から出力される576の約1/4である162シンボルなので、前記第3符号器23は受信されるシンボルを4回反復して648シンボルに調整する。この時、前記648シンボルは前記フルレート576シンボルを超えるため、第3シンボル除去器27は毎9番目のシンボルを除去して576のフルレートシンボル数に調整して出力する。そして、前記第4符号器14から出力されるシンボルの数は第1符号器11から出力される576の約1/8である90シンボルなので、前記第4反復器24は受信されるシンボルを8回反復して720シンボルに調整する。この時、前記720シンボルは前記フルレート576シンボルを超えるため、第4シンボル除去器28は、毎5番目のシンボルを除去して576のフルレートシンボル数に調整して出力する。
【0011】
第1〜第4チャネルインタリーバ31〜34は、前記第1符号器11、第2反復器22、第3シンボル除去器27、第4シンボル除去器28から出力されるフルレートのシンボルを各々インタリービングして出力する。
前述したようなFEC(Forward Error Correction)は、チャネル符号化利得(coding gain)を提供して低いSNR(Signal to Noise Ratio)を有するチャネルに対して受信側(mobile station)のビットエラー率(Bit Error Rate:BER)を十分に低く維持するために使用する。前記マルチキャリアCDMA通信システムの順方向リンクは、既存のIS−95の順方向リンクチャネルと同一の周波数帯域を共有する重畳方式(overlay method)を使用することができるが、このような重畳方式は次の問題点を抱えている。
【0012】
現在提案された前記重畳方式の一つには、既存のIS−95CDMAシステムで使用する三つの1.25MHz帯域幅上に三つのマルチキャリアシステムの順方向リンクキャリアを重畳して使用する方法がある。図3は、IS−95システムとマルチキャリアシステムに対する基地局の送信電力の大きさを各帯域単位に示したものである。このような重畳構造では既存のIS−95周波数帯域上にマルチキャリアシステムの周波数帯域が重畳されるために、基地局の送信電力又はチャネル能力(channel capacity:以下、電力に含まれる)がIS−95基地局とマルチキャリア基地局間の同一の周波数帯域で共有される。このように送信電力が両システム間に共有する場合は、主に音声サービスを支援するIS−95チャネルに前記送信電力を割当てられると、マルチキャリアCDMAシステムの各キャリアに許容できる最大電力が設定される。この時、前記最大電力は一定の電力大きさを超えることができない。これは基地局の送信電力に限界があるからであり、また、多すぎる加入者にデータを伝送すると、相互干渉(interference)が増加して雑音が大きくなるからである。前記図3は、1.25MHz周波数帯域でIS−95基地局とマルチキャリア基地局から加入者に割当てられる送信電力が同一であると仮定した状態を示している。
【0013】
しかし、前記1.25MHz帯域のIS−95チャネルは、サービスを受ける加入者の変化や加入者の音声アクティビティー(voice activity)の変化などによって異なる基地局送信電力を有する。図4及び図5はIS−95加入者の使用が急増してIS−95の送信電力が増加すると、相対的にマルチキャリアシステムのキャリアを出力するための送信電力が低くなる場合を示している。この場合、マルチキャリア中いずれか一つのキャリア又はそれ以上のキャリアに十分なる送信電力が割当てられないために、受信側はキャリア毎に異なるSNRを有することになり、従って、前記SNRの低いキャリアで受信される信号のBERが増加する。即ち、前記IS−95システムの加入者数が多く、音声アクティビティーも高い状況では、該当周波数帯域上に重畳されるキャリアを通じて伝送された信号のBERが増加されてシステムの能力が劣化し、IS−95加入者に対する干渉が増加してしまう。即ち、前記重畳構造は、マルチキャリアシステムの能力劣化とIS−95加入者に対する干渉の増加を招くという問題がある。
【0014】
前記図4及び図5に示すように、前記マルチキャリアシステムで各キャリアは独立した送信電力を有することができる。前記図4及び図5に対する性能(performance)側面から見れば、前記図4の性能は、1/2レートチャネル符号器を使用する場合と略同一になり、図5はチャネル符号器を使用しない場合よりも悪い性能を示す。この場合、入力データに対する三つの符号化したビット(即ち、シンボル)の中1個のビット又は2個のビットが伝送されなく、この結果、システム性能が劣化してしまう。
また、単一キャリアを使用するDS−CDMA(Direct Spreading CDMA)通信システムでもチャネル符号化によって生成されるシンボルのウェイト分布(weight distribution)が不良であるために、チャネル復号の性能劣化が生ずる恐れがある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、CDMA通信システムで優秀なチャネル復号性能を有する符号化データを生成できるチャネル符号化装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、マルチキャリアを使用するCDMA通信システムで、優秀なチャネル復号性能を有するチャネル符号化データを生成し、前記生成されたチャネル符号化データを各キャリアに有効に分配できるチャネル符号化装置及び方法を提供することにある。
【0016】
本発明のさらに他の目的は、マルチキャリアを使用するCDMA通信システムで、伝送過程中に損傷されたシンボルの影響を最小化するよう前記生成されるシンボルをキャリアに分配できるチャネル送信装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、CDMA通信システムのチャネル送信器で、チャネル性能を向上させられる1/6たたみ込み符号装置及び方法を提供することにある。
【0017】
前記の目的を達成するために、本発明は、少なくと二つのキャリアを使用するCDMA通信システムのチャネル送信装置において、送信するチャネルデータを設定された符号化率に従ってチャネル符号化してシンボルを発生するチャネル符号器と、予め設定されたシンボル切断マトリックスパターンに基づいて前記シンボルの分配信号を発生し、前記シンボル切断マトリックスパターンが、特定キャリアが損傷されても性能劣化が最小化するよう前記シンボルを各キャリアに分配するためのパターンであるチャネル制御器と、前記シンボルを受信し、前記シンボル分配信号に応じて前記受信されるシンボルを選択して対応される前記キャリアに分配するシンボル分配器と、から構成されることを特徴とする。
【0018】
さらに、前記の目的を達成するために、本発明のチャネル符号化装置が、入力されるデータビットを遅延して第1〜第8遅延データを発生する複数の遅延器と、前記入力データ及び第3、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第1シンボルを生成する第1演算器と、前記入力データ及び第1、第2、第3、第5、第6、第8遅延データを排他的論理和して第2シンボルを生成する第2演算器と、前記入力データ及び第2、第3、第5、第8遅延データを排他的論理和して第3シンボルを生成する第3演算器と、前記入力データ及び第1、第4、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第4シンボルを生成する第4演算器と、前記入力データ及び第1、第4、第6、第8遅延データを排他的論理和して第5シンボルを生成する第5演算器と、前記入力データ及び第1、第2、第4、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第6シンボルを生成する第6演算器と、からなることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従う好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
そして、以下の説明では、具体的な特定事項が示しているが、これに限られることなく本発明を実施できることは、当技術分野で通常の知識を有する者には自明である。また、関連する周知技術については適宜説明を省略するものとする。
【0020】
下記の説明で、‘シンボル’という用語は、符号器から出力される符号化したデータビットと同じ意味を有する。そして、説明の便宜上、マルチキャリアを使用する通信システムを、三つのキャリアを使用するマルチキャリアCDMA通信システムと仮定する。
前記IS−95方式とマルチキャリア方式を支援する通信システムで、二つの相異なる方式の送信信号を同一周波数帯域に重畳させて送信する場合、損傷されたシンボルの復号時に性能低下を最小限に抑えるようチャネル符号化したビットを分類した後、前記分類されたビットを各マルチキャリアに割当てる。こうすると、受信時にいずれか一つのキャリアの干渉が酷い場合にも他のキャリアを通じて伝送される符号化したビットだけで復号が可能になり、システムの性能が改善できる。
【0021】
また、順方向リンクで、チャネル符号器は1/6の符号化率を使用するたたみ込み符号器を使用することができる。従って、チャネル符号器で1/6たたみ込み符号を生成する場合、復号性能の優秀な1/6たたみ込み符号を捜すのは非常に困難である。従って、本発明の実施形態では復号性能の優秀な1/6たたみ込み符号を生成し、このように生成された1/6たたみ込み符号をマルチキャリアに分配する動作について述べる。また、前述したように生成される1/6たたみ込み符号はマルチキャリアCDMA通信システムとDS−CDMA通信システムの両方ともに優秀な性能を示す。
【0022】
本発明の実施形態によるCDMA通信システムでチャネル性能を極大化するためのシンボルを生成し、このように生成されたシンボルを分配する動作を具体的に調べてみる。以下の説明ではマルチキャリアCDMA通信システムを中心に述べる。
まず、三重キャリアを使用するCDMA通信システムで伝送率が1/6であるたたみ込み符号について述べる。図6は、本発明の実施形態による符号器とシンボル分配器の構成を示す図である。
【0023】
前記図6を参照すれば、入力データ1ビットに対してたたみ込み符号器601の出力シンボルは6個になり、このように発生される6個のシンボルは三つのキャリアに割当てられる。シンボル分配器602は前記入力された6ビットを2ビットずつ分配して三つのキャリアに均等に割当てる。前記シンボル分配器602は、たたみ込み符号器の出力シンボルを三つのキャリアに供給する時、三つのキャリア中一つのキャリアが損傷される場合と、三つのキャリア中二つのキャリアが損傷される場合を考慮に入れて分配を行う。このような分配方法を用いると、三つのキャリア中一つ或いは二つのキャリアが損傷されてもチャネル復号器の性能低下が最小限に抑えられる。
【0024】
前記シンボル分配器602を設計する方法は、下記の説明によってさらに明らかになる。チャネル符号化器で符号化されたシンボルの損傷部分によってチャネル復号後ビットエラー率の性能が変わる。従って、前記符号化したシンボルが損傷されても性能低下が最小になる部分のシンボルをキャリア数に対応するよう分類した後、これら分類されたシンボルを各キャリアに供給することによって、特定キャリアの符号化したシンボルが全部損傷されてもチャネル復号後のビットエラー率を最小化できる。
【0025】
また、前記チャネル符号化器内の構成符号器の出力シンボルをキャリア数に対応するよう分類して伝送し、復号時特定キャリアの符号化したシンボルが全部損傷されても低いビットエラー率を有するようチャネル符号器内の構成符号器を選択する。
前記チャネル符号化器内の構成符号器の選択は、下記の過程によって行われる。まず、拘束長(constraint length)が9(K=9)であり、伝送率が1/3(R=1/3)であるたたみ込み符号について調べてみる。下記の説明で、生成多項式giは全て8進数(octal number)で表現される。前記K=9、R=1/3であるたたみ込み符号の自由距離(Free Distance)dfree=18である。生成多項式(generator polynomial)g1、g2、g3を任意に変更しながらdfree=18、K=9、R=1/3であるたたみ込み符号を完全に探索した所、5685個の組合せが存在することが判った。ここで、ノンカタストロフィック(non−catastrophic)な場合に該当する符号だけを選択した。そして、マルチキャリア方式に適用する場合に備えて、特定キャリアが完全にオフされても性能劣化を最小化する必要がある。この観点から、自由距離を可能な限り最大化するのが望ましい。
【0026】
前記性能比較のための基準符号としては既存のIS−95システムで使用しているたたみ込み符号(g1、g2、g3)=(557,663,711)を使用すると仮定する。前記IS−95のたたみ込み符号の自由距離dfree=18であり、構成符号間の自由距離dfree(g557、g663)=9、dfree(g557、g711)=11、dfree(g663、g711)=10である。前記たたみ込み符号の性能はビットエラー率の上限式(BER upper lmit formula)を用いて予測できるが、これは伝達関数(transfer function)によって決定される。
【0027】
前記IS−95たたみ込み符号の伝達関数T(D,I)|I=1=5D18+7D20+O(D21)であり、BER上限式(∂/∂I)T(D,I)|I=1=11D18+32D20+O(D21)である。IS−95たたみ込み符号を構成符号の観点から見れば、生成多項式(g1、g3)の組合せでカタストロフィックエラー拡散(propagation)が発生する。従って、IS−95たたみ込み符号をマルチキャリアシステムに使用する場合はインタリービングと穿孔(pucturing)を適切に使用する必要がある。前記IS−95たたみ込み符号が構成符号の観点からカタストロフィックエラー拡散を有するために、マルチキャリアシステムに適する新規のたたみ込み符号を捜す必要がある。K=9の場合、dfree(gi、gj)≦12である。完全なるコンピュータ探索から、構成符号間の自由距離が常に12であるたたみ込み符号は存在しないことが判った。従って、dfree(gi、gj)≧11の自由距離を有する8個の符号だけが存在する。ここで、符号の以外に、構成符号もノンカタストロフィックである。BER上限式の一番目の項が最も大きな影響を与えるために、1番と8番に該当する符号が最適の符号であると言える。ここで、注目すべき点は、1番と8番、2番と7番、3番と4番、5番と6番は、互いに逆多項式(reciprocal)関係にあるために、本質的には互いに同一の符号となる。従って、四つの符号が存在すると言える。
【0028】
下記の表1は、K=9、R=1/3であるたたみ込み符号器の符号化特性を説明するためのものである。
【表1】
【0029】
前記表1において、1番目の項でd12はd(467,543)を意味し、以下の各番号とも全て同じ意味として使用された。BER上限式の1番目の項の観点から見ると、IS−95符号に比べて、1番と8番の符号はさらに優秀であり、3,4,5,6番の符号は略同一であり、2番、7番はやや劣っている。従って、8番目(或いは1番目)の符号を使用するのが望ましい。
【0030】
一方、成分符号の自由距離が12,12,10になる符号も少なくとも4個以上存在し、この中、BER上限式の1番目の項に対する観点から優秀な生成多項式は(g1、g2、g3)=(515,567,677)である。図10は、三重マルチキャリアシステムが各キャリアの損傷無しに最適の性能を有する場合、白色ガウス雑音(AWGN:Additive White Gaussian Noise)環境におけるR=1/3のたたみ込み符号の性能を調べたシミュレーション結果である。以下、図11乃至図13の各シミュレーション環境は全て白色ガウス雑音(AWGN)環境である。<case1>は現在IS−95で使用中のR=1/3のたたみ込み符号である。そして、<case2>、<case3>は前記方法を通じて捜したR=1/3のたたみ込み符号である。
【0031】
【0032】
前記R=1/3のたたみ込み符号を三重マルチキャリアシステムに適用し、その中一つの特定キャリアが損傷される場合について調べてみる。元の伝送率が1/3であるが、一つのキャリアがなくなると伝送率は1/2と同一になる。従って、1/3たたみ込み符号の生成多項式を用いた1/2たたみ込み符号の性能を比較したシミュレーション結果は図11のようである。前記図11で各々の条件は下記<case1>〜<case4>によって説明される。前記図11はR=1/3のたたみ込み符号の生成多項式を用いたR=1/2のたたみ込み符号の最悪の性能グラフである。
【0033】
<case1>最適の1/2たたみ込み符号→g1=561、g2=753、dfree(g1、g2)=12
<case2>IS−95で使用された1/3たたみ込み符号(557,663,711)の生成多項式を用いた三つの1/2たたみ込み符号中最悪の性能g1=557、g2=711→カタストロフィックエラー拡散発生
<case3>生成多項式が(731,615,537)である1/3たたみ込み符号の生成多項式を用いた1/2たたみ込み符号の最悪の性能g1=731、g2=615(dfree(g1、g2)=11)
<case4>生成多項式が(515,567,677)である1/3たたみ込み符号の生成多項式を用いた1/2たたみ込み符号の最悪の性能g1=567、g2=677(dfree(g1、g2)=10)
【0034】
前記R=1/3のたたみ込み符号を三重マルチキャリアシステムに適用する時、一つのキャリアが損なわれる場合はR=1/2たたみ込み符号と同一になる。この場合、元のR=1/3のたたみ込み符号の出力を三重キャリアに適切に分配してR=1/2のたたみ込み符号になっても性能劣化が最小になるよう下記のシンボル切断マトリックス(symbol deleting matrix)を用いてシンボル分配器の分配方法を捜す。最も簡単な方法で次の二のシンボル切断マトリックスを生成する。下記のシンボル切断マトリックスで‘0’は該当符号化したシンボルが供給されたキャリアが損傷された場合を意味し、‘1’はキャリアの損傷がない場合を意味する。即ち、‘0’に該当するシンボルを一つの特定キャリアに全部割当てた場合、そのキャリアが伝送中損傷された場合を意味する。従って、下記のシンボル切断マトリックスの諸パターンから、一つのキャリアが損傷されても性能劣化が最小になるパターンを選定し、このパターンを用いてシンボル分配器602では各キャリアにチャネル符号化したシンボルを供給すればいい。前記シンボル分配器602で使用するパターンを捜すためのシンボル切断マトリックスは次のようである。
【0035】
【数1】
そして、m−シーケンス(m−sequence)を用いて2段のGF(3)上でm−シーケンス(長さ=8)を発生させ、9番目のたたみ込み符号について{1,2,0,2,2,1,0,1,2}という数列を生成し、これを用いて次のようなシンボル切断マトリックスD3を生成する。
【0036】
【数2】
そして、D3の行を変えてD4とD5を生成する。
【0037】
【数3】
また、ランダムナンバー(random number)を用いてGF(3)上で15個のランダムナンバーを発生させて数列{2,1,0,1,1,0,1,2,1,0,0,0,2,1,2}を得、これを用いて次のようなシンボル切断マトリックスD6を生成する。
【0038】
【数4】
そして、m−シーケンスを用いた方法と同様に、行を変えながらD7とD8を次のように生成する。
【0039】
【数5】
一方、伝送率が1/6であるたたみ込み符号について調べてみる。K=9、R=1/6のたたみ込み符号の自由距離dfree=37である。生成多項式g1、g2、....,g6を任意に変えながらdfree=37を有するたたみ込み符号を検索する場合、次の条件を満足すべきである。
第一に、優秀な復号性能を有する1/6たたみ込み符号であること。
第二に、三重マルチキャリアシステムで一つのキャリアが損なわれた場合を考慮に入れた生成多項式(g1、g2、g3、g4)、(g1、g2、g5、g6)、(g3、g4、g5、g6)を有する1/4たたみ込み符号の性能が優秀であること。
【0040】
第三に、三重マルチキャリアシステムで二つのキャリアが損なわれた場合を考慮した生成多項式(g1、g2)、(g3、g4)、(g5、g6)を有する1/2たたみ込み符号の性能が優秀であること。
前記条件中、第二及び第三の条件は、たたみ込み符号の6出力ビットが2ビット単位に三つのキャリアに割当てられるマルチキャリア方式に適用される場合に備えて、一つ或いは二つの特定キャリアが完全にオフされても性能劣化を最小化するためのものである。この観点から、各々の1/4たたみ込み符号と1/2たたみ込み符号が可能な限り最大の自由距離を有するのが望ましい。
【0041】
前記第三の条件を満足する1/2たたみ込み符号を捜す方法は下記の説明によって明らかになる。符号化率が1/2、拘束長が9、自由距離が12であるノンカタストロフィックたたみ込み符号は35個存在する。BER上限式は下記のように与えられ、ビットエラー率を決定する上で最も重要な項であるD12の係数c12の範囲は33〜123と与えられる。
(∂/∂I)T(D,I)|I=1=c12D12+c13D13+・・・
【0042】
まず、1/6たたみ込み符号を捜すと、自由距離が37であり、第三の条件を満足する1/6たたみ込み符号は総180個存在する。前記dfree(g2i−1,g2i)=12を使用すると仮定する。ここで、1/6たたみ込み符号に対するBERの上限式の第一項の係数がc37=1であるたたみ込み符号は、総58個存在する。この中、一次的に性能検証後選定した1/6たたみ込み符号は次のようである。
【0043】
1)(457,755,551,637,523,727):c38=4(NO=1)
2)(457,755,551,637,625,727):c38=4(NO=3)
3)(457,755,455,763,625,727):c38=4(NO=5)
4)(515,677,453,755,551,717):c38=6(NO=7)
5)(515,677,453,755,551,717):c38=6(NO=9)
6)(515,677,557,651,455,747):c38=6(NO=11)
7)(457,755,465,753,551,637):c38=6(NO=13)
8)(515,677,551,717,531,657):c38=8(NO=27)
9)(515,677,455,747,531,657):c38=8(NO=29)
10)(453,755,557,751,455,747):c38=10(NO=31)
11)(545,773,557,651,551,717):c38=12(NO=51)
12)(453,755,457,755,455,747):c38=20(NO=57)
【0044】
一次的に性能検証した1/6たたみ込み符号のうち、優れた性能を有する符号として下記の5個の1/6たたみ込み符号を選択する。
1)(457,755,551,637,523,727):c38=4(NO=1)
2)(515,677,453,755,551,717):c38=6(NO=7)
3)(545,773,557,651,455,747):c38=6(NO=8)
4)(515,677,557,651,455,747):c38=6(NO=11)
5)(515,677,455,747,531,657):c38=8(NO=29)
【0045】
前記5個の1/6たたみ込み符号の生成多項式を用いた1/2たたみ込み符号の性能を検証し、また、前記5個の1/6たたみ込み符号の生成多項式を用いた1/4たたみ込み符号の性能を検証する。まず、1/2たたみ込み符号の伝達関数は次の表2で示される。次の表2で生成多項式は8進数である。
【0046】
【表2】
前記表2に示した1/2たたみ込み符号を用いて各々の性能を検証して最も性能の優秀な1/2たたみ込み符号を捜す。そして、この1/2たたみ込み符号とIS−95に使用される最適の1/2たたみ込み符号との性能を比較する。
【0047】
<case1>生成多項式→(435,657)8、NO=1、c12=33
<case2>生成多項式→(561,753)8、NO=2、c12=33、IS−95に使用された最適の1/2たたみ込み符号
<case3>生成多項式→(557,751)8、NO=7、c12=40
<case4>生成多項式→(453,755)8、NO=9、c12=40
<case5>生成多項式→(471,673)8、NO=11、c12=50
<case6>生成多項式→(531,657)8、NO=17、c12=52
<case7>生成多項式→(561,755)8、NO=22、c12=57
<case8>生成多項式→(465,771)8、NO=24、c12=58
【0048】
前記各々の場合に対する性能比較は図12のようである。前記図12は、R=1/6のたたみ込み符号のための1/2構成符号の性能比較特性を示している。前記図12に示すように、1/6たたみ込み符号の1/2構成符号各々の性能も最適の1/2たたみ込み符号とほぼ同一であることが判る。
表3は、1/6たたみ込み符号の伝達関数を示したものである。
【0049】
【表3】
前記表3を参考にして、最も性能の優秀な1/6たたみ込み符号5個を用いた1/2構成符号の最悪の性能を比較すれば次のようである。
【0050】
<case1>生成多項式が(457,755,551,637,523,727)8である1/6たたみ込み符号(NO=1)の最悪の性能→(523,727)8、c12=68
<case2>生成多項式が(515,677,453,755,551,717)8である1/6たたみ込み符号(NO=7)の最悪の性能→(515,677)8、c12=38
<case3>生成多項式が(545,773,557,651,455,747)8である1/6たたみ込み符号(NO=8)の最悪の性能→(545,773)8、c12=38
<case4>生成多項式が(551,677,557,651,455,747)8である1/6たたみ込み符号(NO=11)の最悪の性能→(551,677)8、c12=38
<case5>生成多項式が(515,677,455,747,531,657)8である1/6たたみ込み符号(NO=29)の最悪の性能→(515,677)8、c12=38
【0051】
前記1/2構成符号について性能を検証した1/6たたみ込み符号を用いて1/4構成符号について最悪の性能を調べてみれば次のようである。
<case1>生成多項式が(457,755,551,637,523,727)8である1/6たたみ込み符号(NO=1)の最悪の性能→(551,637,523,727)8、c24=5
<case2>生成多項式が(515,677,453,755,551,717)8である1/6たたみ込み符号(NO=7)の最悪の性能→(515,677,551,717)8、c24=2
<case3>生成多項式が(545,773,557,651,455,747)8である1/6たたみ込み符号(NO=8)の最悪の性能→(545,773,455,747)8、c24=2
<case4>生成多項式が(551,677,557,651,455,747)8である1/6たたみ込み符号(NO=11)の最悪の性能→(551,677,557,651)8、c24=4
<case5>生成多項式が(515,677,455,747,531,657)8である1/6たたみ込み符号(NO=29)の最悪の性能→(515,677,531,657)8、c24=6
【0052】
図13は、最も性能の優秀な1/6たたみ込み符号を用いた1/2構成符号の最悪の性能比較特性を示す図である。
前記の方法で多様な場合について性能検証を行った1/6たたみ込み符号のうち、性能の優秀な符号として次の二つの1/6たたみ込み符号を選択する。
1)(515,677,453,755,551,717)8:c38=6(NO=7) 2)(545,773,557,651,455,747)8:c38=6(NO=8)
【0053】
そして、三重マルチキャリア伝送システムで使用したシンボル切断パターンを捜すために、一つのキャリアが損なわれた場合、即ち1/6たたみ込み符号から1/4たたみ込み符号に変換される状況について多様なシンボル切断マトリックスを考慮する。このようにシンボル切断マトリックスパターンを捜す理由は、R=1/3のシンボル切断マトリックスでの理由と同一である。1/6たたみ込み符号のシンボル分配方法のために使用されるシンボル切断マトリックスパターンには次のような種類がある。
【0054】
【数6】
三重マルチキャリアシステムで、二つのキャリアが損傷された場合を考慮して性能の優秀な1/6たたみ込み符号の生成多項式を用いた1/2シンボル切断されたたたみ込み符号のシンボル分配方法として下記のシンボル切断マトリックスパターンを使用しても良い。
【0055】
【数7】
図6は、本発明の実施形態によるたたみ込み符号器601とシンボル分配器602を示すものである。一実施形態としてR=1/6たたみ込み符号器を使用し、生成多項式(545,773,557,651,455,747)8を使用する。前記R=1/6たたみ込み符号器の内部構造は図7に示してある。
前記図7を参照すれば、入力データビットが入力されると、遅延器711−A〜711−Hは入力されるデータビットを順次に遅延し、順次にデータが通過する間、排他的論理和器721−A〜721−Fから符号化したシンボルが出力される。前記図7のたたみ込み符号化したシンボルは、図8のような構成を有するシンボル分配器602に供給される。
【0056】
前記図8は簡単なスイッチ装置を用いてシンボル分配器602の構成を具現した一例を示す図である。前記図8で、スイッチ811−A及び811−Bを制御するクロックのシンボルレートがシンボル分配器602のシンボルレートの6倍以上であれば、前記シンボル分配器602内でシンボルの損失無しに分配作業が十分に行われる。即ち、前記図8のスイッチ811−Aは順次にg1、g2、g3、g4、g5、g6、g1、g2、g3、・・・を受信し、スイッチ811−Bは入力シンボルを出力端c1、c2、c3、c4、c5、c6に分配する。
図9は、前記図6のチャネル符号器601及びシンボル分配器602を含む伝送構造を示す図である。
【0057】
前記図9を参照すれば、第1〜第4CRC発生器911〜914は、入力されるデータに各々対応するビットのCRCデータを加える。この時、第1レートの172ビットデータには12ビットのCRCを加え、第2レートの80ビットデータには8ビットのCRCデータを加え、第3レートの40ビットデータには6ビットのCRCデータを加え、第4レートの16ビットデータには6ビットのCRCデータを加える。第1〜第4テールビット発生器921〜924は、前記CRCデータの加えられたデータの各々に対して8ビットのテールビットを加えて出力する。従って、第1テールビット発生器921の出力は192ビットになり、第2テールビット発生器922の出力は96ビットになり、第3テールビット発生器923の出力は54ビットになり、第4テールビット発生器924の出力は30ビットになる。
【0058】
第1〜第4符号器931〜934は、各々対応する第1〜第4テールビット発生器921〜924から出力されるデータを符号化して出力する。ここで、前記符号器931〜934は拘束長が9(K=9)であり、R=1/6であるたたみ込み符号器を使用することができる。この場合、前記第1符号器931は、前記第1テールビット発生器921から出力される192ビットのデータを符号化して1152シンボルとして出力し、この時のレートはフルレートになる。前記第2符号器932は、前記第2テールビット発生器922から出力される96ビットのデータを符号化して576シンボルとして出力し、この時のレートはフルレートの1/2になる。前記第3符号器933は、前記第3テールビット発生器923から出力される54ビットのデータを符号化して324シンボルとして出力し、この時のレートはフルレートの1/4になる。前記第4符号器934は、前記第4テールビット発生器924から出力される30ビットのデータを符号化して180シンボルとして出力し、この時のレートはフルレートの1/8になる。
【0059】
シンボル分配器941〜944は前記各々対応する符号器931〜934から出力されるシンボルを分配して出力する。この時の前記シンボル分配方法によれば、チャネル制御器(図示せず)が、符号化したシンボルを同一周波数帯域で他の方式のシンボルと重畳させて送信する時点で、損傷された受信ビットの復号時最小限の性能低下を有するようチャネル符号化したビットを分類するための制御信号を発生し、前記シンボル分配器941〜944は、各々対応する符号器931〜934から出力されるシンボルを前記制御信号に応じて対応するマルチキャリアに割当てる。
【0060】
レートマッチング器951〜953は、各々反復器、シンボル除去器及びシンボル反復器などを備える。前記レートマッチング器951〜953は、各々対応するシンボル分配器942〜944から出力される576,324、180シンボルレートを前記シンボル分配器941から出力される1152シンボルレートと同一のレートにマッチングさせる。第1〜第4チャネルインタリーバ961〜964は対応するシンボル分配器941、レートマッチング器951〜953から各々出力されるシンボルを各々インタリービングして出力する。
DS−CDMA通信システムでは、前記図9のような構造を有するチャネル送信器で前記シンボル分配器941〜944を省略しても良い。
【0061】
前述の如く、周波数重畳方式を用いるマルチキャリアシステムでは、既存のIS−95システムの周波数帯域内のローディングによって各キャリアが限定された送信電力を有し、その結果、一つ又はそれ以上のキャリア周波数帯域で受信される情報を損失する恐れがある。このような問題点を解決するために、チャネル符号器の生成多項式とシンボル分配方法を用いると、キャリアの損失による情報損失について高い符号化利得を提供することができ、従って、ビットエラー率(BER)の低下が防止できる。
一方、前記本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に上げて説明してきたが、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは勿論である。従って、本発明の範囲は前記実施形態によって限られてはいけなく、特許請求の範囲とそれに均等なものによって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のCDMA通信システムでマルチキャリアを使用する順方向リンクの構造を示す図である。
【図2】図1の順方向リンクの基本チャネルの構造を示す図である。
【図3】マルチキャリアを使用する順方向リンク構造で、IS−95チャネルとマルチキャリアチャネルが同一の周波数帯域上に重畳されて運用される場合、IS−95チャネル帯域とマルチキャリアチャネル帯域の電力分配を示す図である。
【図4】システムの送信電力限界又は送信能力限界によってIS−95チャネルの電力の強さが増加する時、該当するマルチキャリア中一つの送信電力が相対的に減少する場合を説明するための図である。
【図5】システムの送信電力限界又は送信能力限界によってIS−95チャネルの電力強さが増加する時、該当するマルチキャリア中二つのの送信電力が相対的に減少する場合を説明するための図である。
【図6】本発明のシンボル分配器及びチャネル符号化器の構造を使用した伝送率1/6のたたみ込み符号を発生する構造を示す図である。
【図7】図6の伝送率1/6のたたみ込み符号器の詳細構成図である。
【図8】図6のシンボル分配器の詳細構成図である。
【図9】本発明のシンボル分配器及びチャネル符号化器を用いた順方向リンクの伝送構造を示す図である。
【図10】本発明の実施形態によって1/3符号化率を有するたたみ込み符号器の性能を比較したシミュレーション結果を示す図である。
【図11】1/3の符号化率を有するたたみ込み符号器の生成多項式を用いた1/2符号化率を有するたたみ込み符号器の最悪の性能を比較したシミュレーション結果を示す図である。
【図12】R=1/6のたたみ込み符号のための1/2構成符号の性能を比較したシミュレーション結果を示す図である。
【図13】最良の性能を有する1/6符号化率のたたみ込み符号器を用いた1/2構成符号の最悪の性能を比較したシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
601…チャネル符号器
602…シンボル分配器
911〜914…第1〜第4CRC発生器
921〜924…第1〜第4テールビット発生器
931〜934…第1〜第4符号器
941〜944…シンボル分配器
951〜953…レートマッチング器
961〜964…第1〜第4チャネルインタリーバ
Claims (3)
- 入力されるデータビットを遅延して第1〜第8遅延データを発生する複数の遅延器と、
前記入力データ及び第3、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第1シンボルを生成する第1演算器と、
前記入力データ及び第1、第2、第3、第5、第6、第8遅延データを排他的論理和して第2シンボルを生成する第2演算器と、
前記入力データ及び第2、第3、第5、第8遅延データを排他的論理和して第3シンボルを生成する第3演算器と、
前記入力データ及び第1、第4、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第4シンボルを生成する第4演算器と、
前記入力データ及び第1、第4、第6、第8遅延データを排他的論理和して第5シンボルを生成する第5演算器と、
前記入力データ及び第1、第2、第4、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第6シンボルを生成する第6演算器と
からなることを特徴とするチャネル符号化装置。 - 入力されるデータビットを遅延して第1〜第8遅延データを発生する複数の遅延器と、前記入力データ及び第3、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第1シンボルを生成する第1演算器と、前記入力データ及び第1、第2、第3、第5、第6、第8遅延データを排他的論理和して第2シンボルを生成する第2演算器と、前記入力データ及び第2、第3、第5、第8遅延データを排他的論理和して第3シンボルを生成する第3演算器と、前記入力データ及び第1、第4、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第4シンボルを生成する第4演算器と、前記入力データ及び第1、第4、第6、第8遅延データを排他的論理和して第5シンボルを生成する第5演算器と、前記入力データ及び第1、第2、第4、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第6シンボルを生成する第6演算器と、からなるチャネル符号器と、
前記シンボルを受信し、前記受信されたシンボルをチャネルインタリービングするチャネルインタリーバと、
前記インタリービングされたシンボルを該当チャネルの直交符号とかける直交変調器と、
前記直交変調された信号を拡散符号とかけてチャネル拡散信号を発生する拡散器と
から構成されることを特徴とする符号分割多重接続通信システムのチャネル送信装置。 - 送信するデータを入力する時、貯蔵中のデータをシフトさせて第1〜第8遅延データを発生する過程と、
前記入力データ及び第3、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第1シンボルを生成し、前記入力データ及び第1、第2、第3、第5、第6、第8遅延データを排他的論理和して第2シンボルを生成し、前記入力データ及び第2、第3、第5、第8遅延データを排他的論理和して第3シンボルを生成し、前記入力データ及び第1、第4、第5、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第4シンボルを生成し、前記入力データ及び第1、第4、第6、第8遅延データを排他的論理和して第5シンボルを生成し、前記入力データ及び第1、第2、第4、第6、第7、第8遅延データを排他的論理和して第6シンボルを生成する過程と
からなることを特徴とする符号分割多重接続通信システムのチャネル符号化方法。
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