JP2004513561A

JP2004513561A - 送信エラーに対して最適のビット保護を行う方法及び構成

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Publication number: JP2004513561A
Application number: JP2002540366A
Authority: JP
Inventors: ミッコラ，ハンヌ　ヨズ．; バイニオ，ヤンネ; ロトラ−プッキラ，ヤニ
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: ZA200303279B; FI20002399A0; US7027518B2; CA2427425A1; DE60125571T2; BR0113893A; AU2002212393A8; WO2002037741A1; EP1330887A1; AU2002212393A1; FI20002399A; US20020075966A1; PT1330887E; KR20030044065A; ES2275747T3; CN1698300A; DE60125571D1; KR100567863B1; CA2427425C; EP1330887B1

Abstract

送信機と受信機間で無線通信接続を介してデジタル情報のフレームを送信する方法及び構成が提供される。送信機では、フレーム無線通信接続を介して各デジタル情報フレーム内の或るビット列を送信する前に、該ビット列に対する畳み込み符号化とパンクチャリングとが行われる（１１２）。受信機では、無線通信接続を介して上記フレームを受信後、各デジタル情報フレーム内の、畳み込み符号化とパンクチャリングとが行われたビット列に対して復号化とデパンクチャリング（２１１）とが行われる。送信機は、各デジタル情報フレーム内のビット列の畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行う前に、畳み込み符号化とパンクチャリングとを行うことになっている上記ビット列の並べ替え（４１１）を行う。この並べ替えられた順序は、ある畳み込み符号による畳み込み符号化と、あるパンクチャパターンによるパンクチャリングとによって、畳み込み符号化とパンクチャリングとを受ける列であって、送信エラーの統計的発生確率により所定の振舞い（７０１）が示される列が形成されることがわかっている順序である。受信機では、送信機内で上記のように並べ替えられた各デジタル情報フレーム内のビット列が逆順に並べ替えられ（６１１）、その結果、ビット列の相互の順序に対する送信機内での前記並べ替えの結果は、ビット列の復号とデパンクチャリングが行われた後キャンセルされる。

Description

【０００１】
本発明は一般に、デジタル無線通信システムにおける送信エラーに対してビットを保護する技術に関する。特に、本発明は、送信対象のデジタル情報ユニットで各ビットが享受する保護レベルをデジタル情報の前記ユニット内における相対的重要度に相応したものにすることを保証するタスクに関する。
【０００２】
セルラー無線システムの移動局や基地局で使用される無線送信機などのデジタル無線送信機では、通常フレームと呼ばれる離散したユニットでデジタル情報が処理される。送信対象のデジタル情報が音声信号を表す一例では、フレームには、短い時間間隔の音声を受信局が再現するのに必要とするすべての情報が含まれている。このような時間間隔の一般的長さは２０ミリ秒である。
【０００３】
フレームのビットは、再現可能な主観的音質に関係して異なる重要度を有する。意味のある方法で短い時間間隔の音声を再現することが完全に不可能な、正しい形を持たないビットまたはビット列が生じる場合がある。一方、高い忠実度で短い時間間隔の音声を完全に再現するのに必要なビットまたはビット列をフレームが含む場合もあるが、これらのビットまたはビット列内のエラーは、単に、リスナーが経験する小さな歪みを引き起こす原因となるにすぎない。
【０００４】
従来技術による周知の事柄として、各種ビットの異なる重要度を認識し、ビットの相対的重要度に相応して送信エラーに対して異なるレベルの保護を行う方法がある。図１は、従来技術によるデジタル送信機の部分概略図である。このデジタル送信機ではソース符号器１０１によりソース符号化ビットストリームが生成される。図１の送信機を用いて音声のデジタル化と送信とを行う場合、ソース符号器１０１は、音声信号をソース符号化ビットストリームに変換する線形予測符号化のような何らかのアルゴリズムを実行する音声符号器である。このビットストリームは、チャネル符号器１０２の中へ入り、このチャネル符号器により、ビットストリームに対する冗長性が導入される。チャネル符号化の目的は、送信エラーに対するデジタル情報の保護である。すなわち可能な限り高い信頼性をもつ受信局による原ビット値の再現を可能にし、送信チャネル内で発生したいずれの送信エラーでも少なくとも検出し、そのエラー訂正を行うことである。インタリーブ、バースト形成及び変調用ブロック１０３はチャネル符号化デジタル情報を受け取り、この情報を無線送信可能な高周波バーストに変換する。
【０００５】
図１の公知のチャネル符号器ブロック１０２では、最初に並べ替えエンティティ１１０が存在するが、この並べ替えエンティティのタスクは、フレームの内容を構成するビットの並べ替えを行うことである。エンティティ１１０が形成する順序は、送信エラーに対する保護のレベルに関して、及び、ビットの相対的重要度に相応して、最適と考えられてきたような順序である。図１の例では、並べ替えエンティティ１１０は、フレームのビットを配分し、重要度の高い順に、このビットをクラス１ａ、クラス１ｂ、クラス２の３つのクラスに分ける。これらのクラスのうち、クラス１ａに属するビットは非常に重要であるため、巡回冗長検査（ＣＲＣ）コードを用いてこれらのビットを保護する必要がある。ＣＲＣ計算ブロック１１１により、クラス１ａビットについてＣＲＣチェックサムが計算される。このチェックサムは、クラス１ａビット及びクラス１ｂビット自体と共に畳み込み符号化＆パンクチャブロック１１２の中へ入力情報として与えられる。畳み込み符号器に入力されたビットがある畳み込み符号により畳み込み符号器１１２により符号化され、ある畳み込み符号化されたビットがパンクチャリングを用いて所定のビット・パターンに従って削除されるが、これは、単位時間当たりのビット数が予め設定したある総ビットレートに等しい、符号化結果を生みだすためになされる。
【０００６】
畳み込み符号化とパンクチャリングとを行う順序は、クラス１ａビットをまず符号化し、ＣＲＣチェックサムビットがその直後に続き、次いで、ＣＲＣチェックサムビット後にクラス１ｂビットの符号化を行うという順序が一般的である。クラス１ａビットとＣＲＣチェックサムビットとを含むビット範囲は、畳み込み符号化及びパンクチャリングブロック１１２で通常のとおり符号化され、その結果、当該範囲内のすべてのビット位置について均等なエラー保護パフォーマンスが達成される。これは、ＣＲＣに関連するビット内のあるビット位置が他のいずれのビット位置よりもより良好な保護パフォーマンスを享受する場合よりも、エラー保護パフォーマンスがすべてのビット位置について等しい場合の方が、ＣＲＣベースによるエラー検出がさらに効率的であることが判明しているからである。ただし、このようなより良好な保護は、当該範囲内の他のいずれかのビットに対する保護パフォーマンスを悪化させるという犠牲をはらって達成される。
【０００７】
符号化による上記結果は、いずれのＣＲＣ計算または畳み込み符号化も全く受けなかったクラス２ビットと共にインタリーブ、バースト形成＆変調用ブロック１０３の中へ入る。ＣＲＣによる保護および／または畳み込み符号化ビットを非符号化クラス２ビットと合成する装置が、多重化装置１１３として概略的に図１に表されている。ブロック１０２でフレームの様々な部分のビットの内部処理を行う順序を図１の最下部に示す。すなわち、畳み込み符号化されたクラス１ａビット１２０をまず処理し、次いで、畳み込み符号化されたＣＲＣチェックサムビット１２１、次いで、畳み込み符号化され、パンクチャリングされたクラス１ｂビット、次いで、クラス２ビットの順に処理が行われる。また、各クラス内で、当該クラスのビットは、それらの主観的音質に対応する相対的重要度の高い順序により決定される順序に並べられる。
【０００８】
図２は、図１の送信機から到来する送信信号を受信する従来技術の受信機の部分概略図である。この受信された送信信号は、ブロック２０１で復調され、そのインタリーブされたバーストフォーマットから分解されてフレームフォーマットに変換される。チャネル復号器２０２は、各フレームからチャネル符号化を解除し、ソース復号器２０３へチャネル復号化フレームを転送する。ソース復号器２０３は、送信機内のソース符号器１０１に対応する。例えば、音声の送信に関しては、符号化された音声信号は、ソース復号器２０３により、Ｄ／Ａ変換とスピーカーでの音響再生の準備ができているデジタル・サンプルのストリームに変換される。チャネル符号化の結果を逆にすることができるように、チャネル復号器２０２は逆多重化装置２１０を備えている。この装置２１０は符号化されなかったクラス２ビットを切り離して、畳み込み符号の除去を行うために残りのビットをデパンクチャ＆ビタビ復号用ブロック２１１の中へ送り込む装置である。ビタビ復号アルゴリズム以外の他の復号方法も存在するが、ビタビ・アルゴリズムの幅広い適用性に起因して畳み込み符号の復号をビタビ復号と呼ぶのが通例である。デパンクチャ＆ビタビ復号用ブロック２１１の出力信号には、ＣＲＣチェックサムビット、クラス１ａビット及びクラス１ｂビットが含まれる。これらのうち前者の２つのビットはＣＲＣ再計算用ブロック２１２の中へ取り込まれ、受信したクラス１ａビットから計算したＣＲＣチェックサムが、フレーム内でクラス１ａビットと共に受信したＣＲＣチェックサムに一致するかどうかのチェックが行われる。不整合が生じた場合、ＣＲＣ再計算用ブロック２１２により、いわゆるＣＲＣフラグを用いて検出エラーについての通知がソース復号器に対して行われる。クラス１ａ、クラス１ｂとクラス２ビット（このクラスのうち前者２つは復号されている）のすべてはブロック２１３の中へ入る。このブロックの目的は送信機の並べ替えエンティティ１１０で行われた並べ替えの取消しを行うことである。
【０００９】
従来技術の並べ替え及びチャネル符号化構成は、あるビット位置におけるビットエラーの統計的発生確率をフレーム内でのビット位置の序数の単調増加関数とすることを目的とするものである。しかし、図１に図示の従来技術による構成ではこの目的が達成されていないことが図３で示されている。図３の曲線３０１は、模擬のエラー誘起無線チャネルを介して６８１２個のランダムに選ばれた音声フレームが採取されたとき観察された１４０個のビット位置からなる音声フレームについての、各ビット位置におけるビットエラーの統計的発生確率を示すものである。これらの例示フレームは、位置１〜５２においてクラス１ａビットを、位置５３〜６２においてＣＲＣチェックサムビットを、位置６３〜１４０においてクラス１ｂビットを含むものであった。クラス２ビットはこれらのフレームには含まれなかった。図３は全体的トレンドが正しいことを示すものである。すなわち、曲線３０１はフレームの最後へ向かってエラーの発生確率が一般に上昇していることを示している。しかし、曲線３０１により表される関数は単調増加関数ではない。この曲線の意図された振舞いから見てずっと大きな局所的ずれが存在し、これらのずれは、この曲線の右手半分の或るポイントおける上向き及び下向きの特徴的ピークとして見られる。
【００１０】
ビットの相対的重要度と、ビットがフレーム構造内で享受する保護のレベルとの間の関係を最適化する方法と構成とを提供することが本発明の目的である。
【００１１】
本発明の上記目的は、当該ビットの並べ替えにより達成され、畳み込み符号化されたこれらのビット表示はパンクチャリングにかけられることとなる。
【００１２】
本発明の第１の態様は、送信機と受信機間での無線通信接続を介するデジタル情報フレームを送信する方法である。本発明のこの態様に基づく方法はこのような方法を対象とする独立クレームの特徴記載部分の内容を特徴とする方法である。
【００１３】
本発明は、無線通信接続を介して受信機へフレームを送信する前に、デジタル情報フレームを送信機内で処理する方法にも適用される。本発明のこの第２の態様に基づく方法は、このような方法を対象とする独立クレームの特徴記載部分の内容を特徴とする方法である。
【００１４】
さらに、本発明は並べ替え用テーブルと逆順の並べ替え用テーブルとを作成する方法に対して適用される。これらのテーブルは、送信機と受信機間での無線通信接続を介するデジタル情報フレームの送信時の送信エラーが発生する確率分布を最適化することを目的とするものである。本発明のこの第３の態様に基づく方法はこのような方法を対象とする独立クレームの特徴記載部分の内容を特徴とする方法である。
【００１５】
本発明はまた、送信機を対象とする独立クレームの特徴部分に記載の送信機にも適用される。
【００１６】
本発明に至った研究において、パンクチャリングが、エラー確率曲線の予想される振舞いに対してずれを引き起こす原因となる傾向があることが判明している。このエラー確率曲線はフレームの各ビット位置におけるビットエラーの統計的発生確率を表すものである。パンクチャリングに起因してエラー発生の何らかの統計的累積が、あるビット位置の中に、及び、あるビット位置の周辺に生じることは明らかである。このメカニズムを理論的に理解することは容易ではない。しかし、本発明では、少なくとも現実の経験を利用して、エラーを誘起するパンクチャリングの影響の予測及び制御が可能であることが判明した。
【００１７】
本発明によれば、フレーム内の或る一定範囲のビットの並べ替えを行うことにより、ビットエラーの発生確率が最大となる当該位置に、上記範囲内の最下位ビットが配置されることになる。このような処理の対象となるビット範囲は、最も好適には、畳み込み符号化とパンクチャリングの対象となる当該ビットを含む範囲であって、ＣＲＣチェックサム計算の対象となる範囲ではない。従来技術の説明における専門用語では、これはクラス１ｂビットを意味する。
【００１８】
並べ替えの基準となる並べ替え用テーブルは最も好適には実験および／またはシミュレーションにより決定される。受信機は、送信機が使用するこの並べ替え用テーブルを認知する必要がある。これは、通信相手が直接または間接にチャネル符号化の選択権に関して同意した後、利用可能な並べ替え用テーブルを当該通信相手が自動的に認知できるような、各チャネル符号化構成用として指定される唯一の並べ替え用テーブルが存在するか、あるいは、いくつかの送信機と受信機とにより使用される並べ替え用テーブルに関して個々に同意を行う何らかの手段が存在するかのいずれを意味する。当然のことであるが、受信機はこのような並べ替えの影響を取り消すように構成される処理用エンティティを備える必要がある。
【００１９】
本発明の特徴と考えられる新規な特徴は添付の請求項に記載されている。しかし、本発明の構成とその処理方法の双方に関して添付図面と関連して以下の説明を読むとき、具体的な実施態様についての以下の説明から本発明の追加的目的及びその利点と共に、本発明自体をもっとも良く理解することが可能となる。
【００２０】
（発明を実施するための最良の形態）
図４は本発明の実施態様に基づく無線送信機の部分概略図である。送信機の構造全体は公知の送信機の構造に近似している：ソース符号器１０１は、ソース符号化ビットストリームを生成し、このビットストリームは、ビットストリームに冗長性を付加するためにチャネル符号器４０２の中へ入る。インタリーブ、バースト形成及び変調用ブロック１０３はチャネル符号化デジタル情報を受け取り、このデジタル情報を無線で送信可能な高周波バーストに変換する。図４のチャネル符号器ブロック４０２内にも、まず、よく知られている並べ替えエンティティ１１０があり、この並べ替え用エンティティのタスクはフレーム内容の構成要素であるビットの並べ替えを行うことである。エンティティ１１０は図１の例の対応する公知の部分に等しい：このエンティティは、重要度の高い順に３つのクラスクラス１ａ、クラス１ｂ、クラス２にフレームビットの配分を行う。さらに、クラス１ａビットについてのＣＲＣチェックサム計算用ＣＲＣ計算ブロック１１１を利用して、入力情報としてクラス１ａビットと一緒にこのチェックサムを畳み込み符号化＆パンクチャブロック１１２の中へ送り込むという特徴は図１の場合と同じである。
【００２１】
しかし、本発明によれば、クラス１ｂビットは並べ替え用エンティティ１１０から畳み込み符号化＆パンクチャブロック１１２の中へ直接送り込まれることはない。代わりに、少なくとも概念的には、追加の並べ替え用ブロック４１１が存在し、この並べ替え用ブロックは、並べ替え用エンティティ１１０が生成したクラス１ｂビットの公知の順序でこのクラス１ｂビットを受け取り、再びそれらのビットを並べ替えて以下詳細に説明する順序に変える。次いで、並べ替えられたクラス１ｂビットは畳み込み符号化＆パンクチャブロック１１２の中へ送り込まれる。
【００２２】
次に公知の技術に基づいて、畳み込み符号化＆パンクチャブロック１１２は、このブロックへ入力されたビットを或る畳み込み符号により符号化し、パンクチャリングを利用して符号化の結果の生成を図る。但し、単位時間当たりのビット数は或る予め設定された総ビットレートに等しいものとなる。同様に、公知の技術に基づいて、全くチャネル符号化されないクラス２ビットは、並べ替え用エンティティ１１０から、直接多重化装置１１３の中へ入り、該多重化装置は図４の最下部に示した形でビットフレームを出力する。この場合、図１に見られる公知のフレームとの違いとして、クラス１ｂビット表示を含むフィールド４２２がこのクラス１ｂビットを追加の並べ替えの結果として表示するという点が挙げられる。
【００２３】
次に、追加の並べ替えエレメント４１１により生成されたビットの順序についてのさらに詳細な分析を行う。ビット位置ごとのビットエラーが発生する確率がフレームの最後へ向かって非単調増加となることはパンクチャリングが行われた結果であるが、或るパンクチャパターンと、ビットエラーの発生確率の或る観察された振舞いとの間の関係は、理論的に完全には理解されてはいない旨を前に付記した。本発明によれば、この関係を完全に理解する必要はない。ソース符号化された代表的なフレームに関する比較的大きなデータベースが利用可能で、フレームがエラー誘起チャネルの中を通る途中、該フレーム内で発生するエラーが、一般的に生じる規則性を十分良好に表すものであることが仮定できれば十分である。
【００２４】
図５のフローチャートで、ステップ５０１は、このようなフレームデータベースを利用して、図１に示した種類の公知の送信機の中を通り、エラー誘起チャネルの中を通るフレームの通路をシミュレートするステップを表わす。実際の送信機と実際の受信機との間の実際の無線チャネルを介してこれらのフレームを送信することも十分可能ではあるが、シミュレータを利用する方がずっと簡単で便利である。ステップ５０２は、各ビット位置ごとのビットエラーの統計的発生確率を観察し、記憶するステップを表す。その後、ステップ５０３で、クラス１ｂビットを含むフレームの当該部分におけるビット位置をビットエラーが発生する観察された確率の昇順に並べるのは簡単である。追加の並べ替えユニット４１１を実現するために必要とされる唯一の追加手順ステップとして、ステップ５０４で、公知の並べ替え用エンティティ１１０から出力されるクラス１ｂビットのセット内の個々の各ビット位置と、並べ替えられたクラス１ｂビット内の他のビット位置との間での曖昧性のない相関関係を含む並べ替え用テーブルを設定するステップがある。この並べ替え用テーブルに基づいて、ビットエラーの観察された統計的発生確率が１ｂクラスの中で最低であった位置に、第１のクラス１ｂビット（あるいは一般的には：再現対象信号の主観的品質に対する最高の重要度を持つビット）を対応づけ、次いで、ビットエラーの観察された統計的発生確率が１ｂクラスの中で次に最低であった位置に、次のクラス１ｂビット（再現対象信号の主観的品質に対する次に最高の重要度を持つビット）を対応づける等々の処理が続けられ、この処理は、ビットエラーの観察された統計的発生確率が１ｂクラスの中で最高であった位置に、再現対象信号の主観的品質に対する最低の重要度を持つビットが対応づけられるまで続けられる。
【００２５】
また、ステップ５０４で、並べ替え用テーブルの逆順のテーブルを作成する必要もある。なぜなら、受信機は並べ替えの結果のキャンセルが可能でなければならないが、この取消しは、受信機が正しい“デマッピング（ｄｅｍａｐｐｉｎｇ）”すなわち逆順の並べ替え用テーブルへアクセスしなければ可能ではないからである。次に、図４による送信機から到来する送信信号の受信及び復号に使用可能な、本発明の好適な実施態様に基づく受信機について説明する。
【００２６】
本発明の１つの例示ケースでは、２９３個のクラス１ｂビットを持つフレームの並べ替え用テーブルが作成された。このようなフレームは、例えば、本発明が提案する最高のパフォーマンスモードのＷ−ＡＭＲ（広帯域適応型マルチレート）音声コーデックのうちの１つで見られるものである。該音声コーデックは、３ＧＰＰ（第３世代パートナープロジェクト）に関連するデジタル携帯電話の標準エレメントとなるものとして本願の優先日において承認されているものである。この場合、畳み込み符号化及びパンクチャリング方式は、クラス１ａビット、ＣＲＣチェックサムビット及びクラス１ｂビットから成る３６８ビットのブロック｛ｕ（０）．．．ｕ（３６７）｝が、以下の多項式により定義される１／２レート畳み込み符号により符号化される：
Ｇ０／Ｇ０＝１
Ｇ１／Ｇ０＝１＋Ｄ＋Ｄ^３＋Ｄ^４／１＋Ｄ^３＋Ｄ^４
この結果、下式により定義される７３６個の符号化ビット、｛ｃ（０）．．．ｃ（７３５）｝が得られる：
ｒ（ｋ）　＝ｕ（ｋ）＋ｒ（ｋ−３）＋ｒ（ｋ−４）
Ｃ（２ｋ）　＝ｕ（ｋ）
Ｃ（２ｋ＋１）　＝ｒ（ｋ）＋ｒ（ｋ−１）＋ｒ（ｋ−３）＋ｒ（ｋ−４）
ｆｏｒｋ＝０，１，．．．，３６７；ｒ（ｋ）＝０ｆｏｒｋ＜０
さらに、符号器の最後については：
ｒ（ｋ）　＝０
Ｃ（２ｋ）　＝ｒ（ｋ−３）＋ｒ（ｋ−４）
Ｃ（２ｋ＋１）　＝ｒ（ｋ）＋ｒ（ｋ−１）＋ｒ（ｋ−３）＋ｒ（ｋ−４）
ｆｏｒｋ＝３６８，３６９，．．．，３７１
【００２７】
以下の２９６個の符号化ビットが送信されないようにコードがパンクチャされる：
Ｃ（１），Ｃ（５），Ｃ（７），Ｃ（９），Ｃ（１１），Ｃ（１７），Ｃ（１９），Ｃ（２１），Ｃ（２３），Ｃ（２５），Ｃ（３３），Ｃ（３５），Ｃ（３７），Ｃ（３９），Ｃ（４１），Ｃ（４３），Ｃ（４９），Ｃ（５１），Ｃ（５３），Ｃ（５５），Ｃ（５７），Ｃ（６５），Ｃ（６７），Ｃ（６９），Ｃ（７１），Ｃ（７３），Ｃ（７５），Ｃ（８１），Ｃ（８３），Ｃ（８５），Ｃ（８７），Ｃ（８９），Ｃ（９７），Ｃ（９９），Ｃ（１０１），Ｃ（１０３），Ｃ（１０５），Ｃ（１０７），Ｃ（１１３），Ｃ（１１５），Ｃ（１１７），Ｃ（１１９），Ｃ（１２１），Ｃ（１２９），Ｃ（１３１），Ｃ（１３３），Ｃ（１３５），Ｃ（１３７），Ｃ（１３９），Ｃ（１４５），Ｃ（１４７），Ｃ（１４９），Ｃ（１５１），Ｃ（１５３），Ｃ（１６１），Ｃ（１６３），Ｃ（１６５），Ｃ（１６７），Ｃ（１６９），Ｃ（１７１），Ｃ（１７７），Ｃ（１７９），Ｃ（１８１），Ｃ（１８３），Ｃ（１８５），Ｃ（１９３），Ｃ（１９５），Ｃ（１９７），Ｃ（１９９），Ｃ（２０１），Ｃ（２０３），Ｃ（２０９），Ｃ（２１１），Ｃ（２１３），Ｃ（２１５），Ｃ（２１７），Ｃ（２２５），Ｃ（２２７），Ｃ（２２９），Ｃ（２３１），Ｃ（２３３），Ｃ（２３５），Ｃ（２４１），Ｃ（２４３），Ｃ（２４５），Ｃ（２４７），Ｃ（２４９），Ｃ（２５１），Ｃ（２５７），Ｃ（２５９），Ｃ（２６１），Ｃ（２６３），Ｃ（２６５），Ｃ（２６７），Ｃ（２７３），Ｃ（２７５），Ｃ（２７７），Ｃ（２７９），Ｃ（２８１），Ｃ（２８３），Ｃ（２８９），Ｃ（２９１），Ｃ（２９３），Ｃ（２９５），Ｃ（２９７），Ｃ（２９９），Ｃ（３０１），Ｃ（３０５），Ｃ（３０７），Ｃ（３０９），Ｃ（３１１），Ｃ（３１３），Ｃ（３１５），Ｃ（３２１），Ｃ（３２３），Ｃ（３２５），Ｃ（３２７），Ｃ（３２９），Ｃ（３３１），Ｃ（３３３），Ｃ（３３７），Ｃ（３３９），Ｃ（３４１），Ｃ（３４３），Ｃ（３４５），Ｃ（３４７），Ｃ（３４９），Ｃ（３５３），Ｃ（３５５），Ｃ（３５７），Ｃ（３５９），Ｃ（３６１），Ｃ（３６３），Ｃ（３６５），Ｃ（３６９），Ｃ（３７１），Ｃ（３７３），Ｃ（３７５），Ｃ（３７７），Ｃ（３７９），Ｃ（３８５），Ｃ（３８７），Ｃ（３８９），Ｃ（３９１），Ｃ（３９３），Ｃ（３９５），Ｃ（３９７），Ｃ（４０１），Ｃ（４０３），Ｃ（４０５），Ｃ（４０７），Ｃ（４０９），Ｃ（４１１），Ｃ（４１３），Ｃ（４１７），Ｃ（４１９），Ｃ（４２１），Ｃ（４２３），Ｃ（４２５），Ｃ（４２７），Ｃ（４２９），Ｃ（４３３），Ｃ（４３５），Ｃ（４３７），Ｃ（４３９），Ｃ（４４１），Ｃ（４４３），Ｃ（４４５），Ｃ（４４９），Ｃ（４５１），Ｃ（４５３），Ｃ（４５５），Ｃ（４５７），Ｃ（４５９），Ｃ（４６５），Ｃ（４６７），Ｃ（４６９），Ｃ（４７１），Ｃ（４７３），Ｃ（４７５），Ｃ（４７７），Ｃ（４８１），Ｃ（４８３），Ｃ（４８５），Ｃ（４８７），Ｃ（４８９），Ｃ（４９１），Ｃ（４９３），Ｃ（４９７），Ｃ（４９９），Ｃ（５０１），Ｃ（５０３），Ｃ（５０５），Ｃ（５０７），Ｃ（５０９），Ｃ（５１３），Ｃ（５１５），Ｃ（５１７），Ｃ（５１９），Ｃ（５２１），Ｃ（５２３），Ｃ（５２５），Ｃ（５２９），Ｃ（５３１），Ｃ（５３３），Ｃ（５３５），Ｃ（５３７），Ｃ（５３９），Ｃ（５４５），Ｃ（５４７），Ｃ（５４９），Ｃ（５５１），Ｃ（５５３），Ｃ（５５５），Ｃ（５５７），Ｃ（５６１），Ｃ（５６３），Ｃ（５６５），Ｃ（５６７），Ｃ（５６９），Ｃ（５７１），Ｃ（５７３），Ｃ（５７７），Ｃ（５７９），Ｃ（５８１），Ｃ（５８３），Ｃ（５８５），Ｃ（５８７），Ｃ（５８９），Ｃ（５９３），Ｃ（５９５），Ｃ（５９７），Ｃ（５９９），Ｃ（６０１），Ｃ（６０３），Ｃ（６０５），Ｃ（６０９），Ｃ（６１１），Ｃ（６１３），Ｃ（６１５），Ｃ（６１７），Ｃ（６１９），Ｃ（６２５），Ｃ（６２７），Ｃ（６２９），Ｃ（６３１），Ｃ（６３３），Ｃ（６３５），Ｃ（６３７），Ｃ（６４１），Ｃ（６４３），Ｃ（６４５），Ｃ（６４７），Ｃ（６４９），Ｃ（６５１），Ｃ（６５３），Ｃ（６５７），Ｃ（６５９），Ｃ（６６１），Ｃ（６６３），Ｃ（６６５），Ｃ（６６７），Ｃ（６６９），Ｃ（６７３），Ｃ（６７５），Ｃ（６７７），Ｃ（６７９），Ｃ（６８１），Ｃ（６８３），Ｃ（６８５），Ｃ（６８９），Ｃ（６９１），Ｃ（６９３），Ｃ（６９５），Ｃ（６９７），Ｃ（６９９），Ｃ（７０１），Ｃ（７０５），Ｃ（７０７），Ｃ（７０９），Ｃ（７１１），Ｃ（７１３），Ｃ（７１５），Ｃ（７１７），Ｃ（７２１），Ｃ（７２３），Ｃ（７２５），Ｃ（７２７），Ｃ（７２９），Ｃ（７３１），Ｃ（７３３），Ｃ（７３５），Ｃ（７３７），Ｃ（７３９），Ｃ（７４１），Ｃ（７４３）
【００２８】
この例示ケースでは、本発明に基づく並べ替えを行う前のクラス１ｂビットをソート順リスト｛ｓ（１），ｓ（２），．．．ｓ（Ｋｓ）｝と呼ぶことにする。但し、Ｋｓは本例では２９３である。同様に、上記並べ替えられたクラス１ｂビットをソート順リスト｛ｄ（０），ｄ（１），．．．ｄ（Ｋｄ−１）｝と呼ぶことにする。但しＫｄは２９３に等しい。本発明に基づく並べ替え処理の擬似コード表現は：
ｆｏｒｊ＝０ｔｏＫｄ−１　　ｄ（ｊ）：＝ｓ（ｔａｂｌｅ（ｊ）＋１）；
但し、ｔａｂｌｅ（ｊ）は、下記のテーブルで左から右へ１行ずつ読み出される。
テーブル１
【表１】

【００２９】
本発明によれば、デパンクチャ＆ビタビ復号用ブロック２１１から復号化されたクラス１ｂビットを受け取り、並べ替え処理を実行する追加の逆順の並べ替えユニット６１１が存在する。この逆順の並べ替えユニット６１１で実行される並べ替え処理は、送信機の並べ替えユニット４１１で行われる処理の逆の処理である。その後、クラス１ａ、クラス１ｂ及びクラス２ビットは、これらクラスのうち前者の２つのクラスが復号され、クラス１ｂビットについては逆順に並べ替えられるが、上記クラスのすべてがブロック２１３の中へ入る。このブロックの目的は送信機の並べ替え用エンティティ１１０で行われた並べ替えのキャンセルを行うことである。
【００３０】
１フレーム内でのビット位置当たりで発生するエラー確率の振舞いに対する本発明による効果を図７で明瞭に見ることができる。この図で、曲線７０１は、図４による送信機から成るシミュレーションシステムと、シミュレーションによるエラー誘起チャネルと、図６に基づく受信機とを介して６８１２個の音声フレームのデータベースが選択された場合の、フレーム内のビット位置ごとに観察されるエラー確率を示している。本発明により影響を受けるクラス１ｂビットを表す曲線の右手部分において、曲線のほとんど完全な単調性が明瞭に見られる。
【００３１】
上述の説明では、ビットエラーの統計的発生確率がフレームの最後へ向かって常に単調に増加するものと仮定した。このような考え方は、従来そうすることが慣例であったという単純な事実の結果である。しかし、例えば、パンクチャパターンを選択し、それによってチャネル符号化構成のエラー修正能力のほとんどを開始期以外のフレームのある別の部分（あるいはフレーム内の１つのクラス）へ集中させるように意図することも可能である。フレームのどの部分を選択するかにかかわらず、本発明を適用して、最善のチャネル符号化構成のエラー修正能力を利用することが可能となる。
【００３２】
上述の解説では、送信機で行われる並べ替え処理と、受信機内で行われる逆順の並べ替え処理とを、送信機でのブロック１１０の並べ替え処理、あるいは、受信機でのブロック２１３の並べ替えキャンセル処理とは別個のものとして示した。これは、本発明と従来技術による構成との間の違いが最も明瞭にわかるように本発明を提示する最も簡単な方法であるとはいえ、これが実際の送信機と受信機でのケースとなる必要はない。送信機におけるブロック１１０の並べ替え処理及び受信機におけるブロック２１３の並べ替えキャンセル処理は、本来、フレーム内でのビットの順序に影響を与えるように利用されるため、これらの処理を実行する処理ユニットの再プログラムを行って、これらの処理ユニットが、別個の並べ替えユニット及び逆順の並べ替えユニットとして図４と図６に図示の処理をさらに実行することが可能である。
【００３３】
しかし、上記並べ替えユニット及び逆順の並べ替えユニットを送信機におけるブロック１１０の並べ替え処理及び受信機におけるブロック２１３の並べ替えキャンセル処理とは異なるものとして保持できると好適であるケースが存在する。上記ケースの第１のケースとして、送信機におけるブロック１１０の並べ替え処理と、受信機におけるブロック２１３の並べ替えキャンセル処理との仕様が予め固定されている既存システムの性能の向上を図るために本発明を利用する場合が挙げられる。当該ケースの場合、予め固定された処理をそれ以上変えることは不可能であるが、別の信号処理操作を追加して送信機と受信機の双方の中へ組み込むことにより本発明を導入することは可能である。別のケースとして或るメーカーの専用のものとして本発明を用意するようなケースがある。送信機と受信機間で通信接続が設定されると、これらのデバイスはその通信能力、特に、本発明を実現する能力に関する情報を交換することが可能となる。双方のデバイスは、本発明を利用する能力を持っているように思われる場合、双方とも、送信機内の通常の並べ替え処理及び受信機内の並べ替えキャンセル処理に加えて、追加の並べ替え／逆順の並べ替えユニットを結合して利用することが可能となる。
【００３４】
本発明に基づくユニットを別個のものとして保持することが好都合なものとなる可能性があるさらに別のケースとして、例えば遵守する通信条件などに応じて送信機と受信機間の通信接続時にいくつかの異なるパンクチャパターンを利用することが可能となるケースがある。本発明の特徴として、一定のはっきり定義されたパンクチャパターンとのみ連携して或る一対の並べ替え用テーブルと逆順の並べ替え用テーブルとが最もよく機能するということが挙げられる。送信機と受信機の双方はどの並べ替え用テーブル（送信機側）と逆順の並べ替え用テーブル（受信機側）とがどのパンクチャパターンと連携しているかを認知する必要がある。何らかの公知の手段を利用して採用すべきパンクチャパターンについて同意が行われた後、双方のデバイスはどの並べ替え用テーブル（送信機側）と逆順の並べ替え用テーブル（受信機側）とを使用しなければならないかを直ちに認知する。概念的には、当該ケースの場合、送信機内の並べ替え処理と、受信機内の並べ替えキャンセル処理とを一定に保ち、必要に応じて、送信機内の並べ替え用テーブルと、受信機内の逆順の並べ替え用テーブルとを単に切り替えるようにするのがもっとも簡単である。
【００３５】
本特許出願に記載の本発明の実施態様の好適例は、添付の請求項の適用性に対して限界を課すものと解釈すべきではない。特に本願では単に或るクラス１ｂビットの並べ替えと逆順の並べ替えとについて記載したにすぎないが、本発明の適用範囲は、送信前の畳み込み符号化とパンクチャリング、及び、これに対応する受信後の復号化とデパンクチャリングにかけられる任意の数の任意のビットの送信エラーの発生確率分布を最適化するために利用可能であるという意味で、本発明の適用範囲はさらに広範囲なものとなる。本願では、動詞“を有する（ｔｏｃｏｍｐｒｉｓｅ）”は、他の記載されていない特徴の包含も除外しないオープンな限定として使用されている。従属クレームに記載された特徴は別途明白に言明されないかぎり、相互に自由な組み合わせが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
公知の無線送信機を示す。
【図２】
公知の無線受信機を示す。
【図３】
公知の送信構成における或る観察されたエラー発生確率を示す。
【図４】
本発明の実施態様に基づく送信機の原理を示す。
【図５】
並べ替え用及び逆順の並べ替え用テーブルの作成を示す。
【図６】
本発明の実施態様に基づく受信機の原理を示す。
【図７】
本発明に基づく送信構成における或る観察されたエラー発生確率を示す。

Claims

送信機と受信機間で無線通信接続を介してデジタル情報フレームを送信する方法であって、
前記送信機において、無線通信接続を介して前記フレームを送信する前に、各デジタル情報フレーム内のあるビット列の畳み込み符号化とパンクチャリングとを行うステップ（１１２）と、
前記受信機において、無線通信接続を介して前記フレームを受信した後、各デジタル情報フレーム内の、畳み込み符号化とパンクチャリングとが行われた前記ビット列の復号とデパンクチャリング（２１１）とを行うステップと、を有する方法において、
前記送信機において、各デジタル情報フレーム内の前記ビット列の畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行う前に、畳み込み符号化とパンクチャリングとを行うことになっている前記ビット列の並べ替えを行って、ある畳み込み符号による畳み込み符号化とあるパンクチャパターンによるパンクチャリングとによって、畳み込み符号化とパンクチャリングとを受ける列であって、送信エラーの統計的発生確率が所定の振舞い（７０１）を示す列が生成されることがわかっている順序に変えるステップ（４１１）と、
前記受信機において、前記送信機で上記のように並べ替えられた、各デジタル情報フレーム内の前記ビット列を逆順に並べ替え（６１１）、それによって、前記ビット列の復号とデパンクチャリング後、前記列のビットの相互の順序に対する前記送信機での前記並べ替えの結果をキャンセルするようにするステップと、を有することを特徴とする方法。
各デジタル情報フレーム内の前記ビット列の並べ替えを行って、ある畳み込み符号による畳み込み符号化とあるパンクチャパターンによるパンクチャリングとによって、畳み込み符号化とパンクチャとを受ける列であって、前記送信エラーの統計的発生確率が、前記畳み込み符号化とパンクチャとを受けた列の最後へ向かってほぼ単調に増加する（７０１）列が生成されることがわかっている順序に変えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記送信機において、各フレームに属する前記デジタル情報を少なくとも２つのクラスに分割し、畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行う前に、この２つのクラスのうち一方のクラスに属するビットのみを前記並べ替え（４１１）にかける対象とするステップ（１１０）と、
前記受信機において、少なくとも２つのクラスから各フレームに属する前記デジタル情報を合成し（２１３）、復号化とデパンクチャリング（６１１）とを行った後、この２つのクラスのうち一方のクラスに属するビットのみを前記逆順の並べ替え（６１１）にかける対象とするステップと、を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記送信機において、畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行う前に、前記並べ替えにかける対象とされない一方のクラスに属するビットについてチェックサムを計算し、前記受信機へ送信するデジタル情報フレームの中へ前記チェックサム（１２１）を追加するステップ（１１１）と、
前記受信機において、復号化とデパンクチャリングとを行った後、前記並べ替えにかける対象とされない前記一方のクラスに属するビットについてチェックサムを再計算し（２１２）、前記送信機から受信した前記デジタル情報フレーム内で受信したチェックサムと、前記再計算したチェックサムとを比較して、チェックサムが計算された対象ビット間で送信エラーが発生したかどうかの検出を行うステップと、を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記送信機において、予め定められたあるビットクラスを前記分割ステップ（１１０）で生成し、並べ替え処理、畳み込み符号化あるいはパンクチャリングのいずれも前記ビットに行うことなく、前記予め定められたビットクラスに属する前記ビット（１２３）を、前記受信機へ送信する前記デジタル情報フレームの中へ挿入するステップと、
前記受信機において、復号、デパンクチャリングあるいは逆順の並べ替えのいずれも行わないビットから各フレームに属する前記デジタル情報を合成する（２１３）ステップと、を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
無線通信接続を介してデジタル情報フレームを受信機へ送信する前にデジタル情報フレームを送信機で処理する方法において、
無線通信接続を介して前記フレームを送信する前に、各デジタル情報フレーム内の一定のビット列の畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行うステップと、
各デジタル情報フレーム内の前記ビット列の畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行う前に、畳み込み符号化とパンクチャリングとを行うことになっている前記ビット列の並べ替えを行って、ある畳み込み符号による畳み込み符号化とあるパンクチャパターンによるパンクチャリングとによって、畳み込み符号化とパンクチャとを受ける列であって、送信エラーの統計的発生確率が所定の振舞い（７０１）を示す列が生成されることがわかっている順序に変えるステップ（４１１）と、を有することを特徴とする方法。
各デジタル情報フレーム内の前記ビット列の並べ替えを行って（４１１）、ある畳み込み符号による畳み込み符号化とあるパンクチャパターンによるパンクチャリングとによって、畳み込み符号化とパンクチャとを受ける列であって、前記送信エラーの統計的発生確率が、前記畳み込み符号化とパンクチャとを受けた列の最後へ向かってほぼ単調に増加する（７０１）列が生成されることがわかっている順序に変えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
送信機と受信機間で無線通信接続を介してデジタル情報フレームを送信する際、送信エラーが発生する確率分布を最適化することを目的として、並べ替え用テーブルと逆順の並べ替え用テーブルとを作成する方法において
送信機と、エラー誘起チャネルと、受信機とから構成される装置を介して複数のデジタル情報フレームの伝搬をシミュレートし（５０１）、その結果、前記送信機においては、無線通信接続を介する前記フレームの送信前に、各デジタル情報フレーム内のあるビット列の畳み込み符号化とパンクチャリングとを行い、さらに、前記受信機においては、無線通信接続を介して前記フレームを受信した後、各デジタル情報フレーム内の、畳み込み符号化とパンクチャリングとが行われた前記ビット列の復号とデパンクチャリングとを行うようにするステップと、
前記送信機で生成される列であって、畳み込み符号化とパンクチャリングとが行われた前記列における、ビット位置当たりの送信エラーの統計的発生確率を観察し、記憶する（５０２）ステップと、
各デジタル情報フレーム内の前記あるビット列内の前記ビット位置を並べ替え（５０３）、それによって、各ビット位置の一定の主観的信号品質に対する重要度が、当該ビット位置ごとの送信エラーの前記観察され、記憶された統計的確率に逆比例して対応するようになるステップと、
前記原ビット位置と前記並べ替えられたビット位置との間の対応関係を並べ替え用テーブルとして記憶し、前記並べ替えられたビット位置と前記原ビット位置との間の対応関係を逆順の並べ替え用テーブルとして記憶するステップ（５０４）と、を有することを特徴とする方法。
無線通信接続を介してデジタル情報フレームを受信機へ送信する前に、前記デジタル情報フレームを処理する送信機であって、
無線通信接続を介して前記フレームを送信する前に、各デジタル情報フレーム内のあるビット列の畳み込み符号化とパンクチャリングとを行うための畳み込み符号化及びパンクチャリング用手段（１１２）を有する送信機において、
各デジタル情報フレーム内の前記ビット列の畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行う前に、畳み込み符号化とパンクチャリングとを行うことになっている前記ビット列の並べ替えを行って、ある畳み込み符号による畳み込み符号化とあるパンクチャパターンによるパンクチャリングとによって、畳み込み符号化とパンクチャとを受ける列であって、送信エラーの統計的発生確率が所定の振舞い（１０７）を示す列が生成されることがわかっている順序に変える手段（４１１）を有することを特徴とする送信機。
各デジタル情報フレーム内の前記ビット列の畳み込み符号化とパンクチャリング（１１２）とを行う前に、畳み込み符号化とパンクチャリングを行うことになっている前記ビット列の並べ替えを行って、ある畳み込み符号による畳み込み符号化とあるパンクチャパターンによるパンクチャリングとによって、畳み込み符号化とパンクチャとを受ける列であって、送信エラーの統計的発生確率が、前記畳み込み符号化とパンクチャとを受けた列の最後へ向かってほぼ単調に増加する（７０１）列が生成されることがわかっている順序に変えるように、前記並べ替え手段（４１１）が形成されることを特徴とする請求項９に記載の送信機。