JP2004535694A - 無線通信システムのための符号化方式 - Google Patents
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Abstract
多数の伝送チャンネル上で、チャンネルの達成されたＳＮＲに基づく異なる情報ビットレートでデータを伝送できる通信システム（例えば、ＯＦＤＭ通信システム）のための符号化技術。基礎符号を、共通の、または可変のパンクチャリングと組合せて使用して、伝送チャンネルによって要求される異なる符号化レートを実現する。データ伝送のためのデータ（すなわち、情報ビット）を基礎符号で符号化し、各チャンネルに対する符号化されたビット（または同等の伝送能力を備えたチャンネルのグループ）にパンクチャして、必要な符号化レートを達成する。符号化されたビットは、パンクチャリングする前に、（例えば、フェージングを抑制し、各変調記号内の符号化されたビット間の相関関係を取り除くために）インターリーブしてもよい。パンクチャされていない符号ビットは、（例えば、グレイマッピングを使用して）非二値記号へまとめられる。変調記号は、伝送前に、事前調整してもよい。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ通信に関する。とくに、本発明は、異なる伝送能力を有する多数の伝送チャンネル上で伝送するデータを符号化するための新規で、融通性のある、効率的な符号化方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムは、音声、データ、等のような種々のタイプの通信を提供するために、広く配備されている。これらのシステムは、符号分割多重アクセス（code division multiple access, CDMA）、時分割多重アクセス（time division multiple access, TDMA）、直交周波数分割変調（orthogonal frequency division modulation, OFDM）、または他の変調技術に基づいている。いくつかのチャンネル環境では、ＯＦＤＭシステムが高い性能を有する。
【０００３】
ＯＦＤＭシステムでは、動作周波数バンドは、多数の“周波数サブチャンネル”、すなわち周波数ビンへ効率的に分割される。各サブチャンネルは、データを変調する各サブキャリアと関係付けられていて、独立の“伝送チャンネル”と考えられる。一般に、伝送されるデータ（すなわち、情報ビット）を特定の符号化方式で符号化して、符号化されたビットを生成する。高度の変調方式（例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ、など）では、符号化されたビットは非二値記号へまとめられ、サブキャリアを変調するのに使用される。
【０００４】
ＯＦＤＭシステムの周波数サブチャンネルは、異なるリンク状態（例えば、異なるフェージングおよびマルチパスの影響）を経ると、信号対雑音および干渉比（signal-to-noise-plus-interference ratio, SNR）が異なる。したがって、個々の性能レベルにおいて各サブチャンネル上で伝送される１変調記号に対する情報ビット数（すなわち、情報ビットレート）は、サブチャンネルごとに異なる。さらに加えて、一般に、リンク状態は時間にしたがって変化する。その結果、サブチャンネルにおいて支援されるビットレートも、時間にしたがって変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
周波数サブチャンネルの伝送能力が異なることと、能力が時間にしたがって変化することとにより、サブチャンネルに必要な符号化されたビットを得るために、支援される情報ビット数／変調記号を符号化できる効率的な符号化方式を用意することが困難になった。
【０００６】
したがって、多数のサブチャンネル上で伝送するデータを符号化するのに使用される高性能で、効率的で、融通性のある符号化方式が、非常に求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【発明の効果】
【０００８】
本発明の種々の態様では、多数の“伝送チャンネル”上で、チャンネルで実現したＳＮＲに基づく異なる情報ビットレートで、データを伝送できる通信システムのための効率的で効果的な符号化技術を与えている。多数の符号化／パンクチャリング方式を使用して、必要な符号化されたビット（すなわち、ターボ符号が使用されるときは、情報、テール、パリティビット）を生成する。第１の符号化／パンクチャリング方式では、全ての伝送チャンネル（例えば、別途記載するように、多重入力／多重出力アンテナ（multiple input/multiple output antenna, MIMO）を備えた、ＯＦＤＭシステムにおける全ての周波数サブチャンネル、またはＯＦＤＭシステムにおける全ての周波数サブチャンネルの空間サブチャンネル）において、特定の基礎符号および共通のパンクチャリングを使用する。第２の符号化／パンクチャリング方式では、伝送チャンネルにおいて、同じ基礎符号であるが、可変のパンクチャリングを使用する。可変のパンクチャリングを使用して、伝送チャンネルに対して異なる符号化レートを与えることができる。各伝送チャンネルの符号化レートは、チャンネルに対して選択された情報ビットレートおよび変調方式に依存する。
【０００９】
本発明の実施形態では、通信システム、例えば直交周波数分割変調（orthogonal frequency division modulation, OFDM）システム内の多数の伝送チャンネル上で伝送するデータを用意するための方法を提供する。各伝送チャンネルは、各変調記号系列を伝送するように動作することができる。この方法にしたがうと、各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数は、（例えば、チャンネルのＳＮＲに基づいて）判断される。次に、変調方式を各伝送チャンネルごとに識別し、１変調記号に対する判断された数の情報ビットを支援する。１変調記号に対する支援される情報ビット数と、識別された変調方式とに基づいて、各伝送チャンネルの符号化レートを判断する。少なくとも２本の伝送チャンネルは、伝送能力が異なるために、異なる符号化レートと関係付けられる。
【００１０】
その後で、特定の符号化方式にしたがって、多数の情報ビットを符号化して、多数の符号化されたビットを得る。ターボ符号を使用するときは、情報ビットに対して、多数のテールおよびパリティビットを生成する（符号化されたビットには、情報ビット、テールビット、およびパリティビットが含まれる）。符号化されたビットは、特定のインターリービング方式にしたがってインターリーブされる。構成を簡単にするために、パンクチャリングの前に、インターリービングを行ってもよい。次に、特定のパンクチャリング方式にしたがって、符号化されたビット（例えば、ターボ符号が使用されるときは、テールおよびパリティビット）をパンクチャして、多数のパンクチャされていない符号化されたビットを伝送チャンネルに与える。パンクチャリングを調節して、伝送チャンネルに必要な異なる符号化レートを実現する。その代りに、インターリービングの前に、パンクチャリングを行ってもよい。
【００１１】
次に、伝送チャンネルごとに、非二値記号を生成する。各非二値記号には、インターリーブされて、パンクチャされていない符号化されたビットのグループが含まれ、各変調記号にマップされる。各非二値記号内の特定数の符号化されたビットは、チャンネルの変調方式に依存する。別途記載するように、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）システムでは、各周波数サブチャンネルの多数の空間サブチャンネル上で伝送でき、各周波数サブチャンネルの変調記号は、伝送前に事前調整される。
【００１２】
別途詳しく記載するように、本発明は、本発明の種々の態様、実施形態、および特徴が構成されている方法およびシステムの要素を提供する。
本発明の、特徴、性質、および長所は、別途記載する詳細な説明を、図面と共に参照することによって、一致する参照符号により全体的に対応して同定され、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の種々の態様および実施形態を実行することができる多重入力多重出力（multiple-input multiple-output, MIMO）通信システム100の図である。通信システム100は、本明細書に記載されている符号化方式を実行するように設計することができる。システム100は、アンテナ、周波数、および時間のダイバーシティの組合せを用いて、スペクトル効率を向上し、性能を改良し、融通性を高めるように動作することもできる。向上したスペクトル効率は、使用可能なシステムのバンド幅をよりよく利用できる時と場所において、ビット／秒／ヘルツ(bit per second per Hertz, bps/Hz)における伝送能力がより高いことを特徴とする。性能の向上は、例えば、所与のリンクの信号対雑音および干渉比（signal-to-noise-plus-interference, SNR）に対する、ビット誤り率（bit-error-rate, BER）またはフレーム誤り率（frame-error-rate, FER）がより低くなることによって量子化される。高められた融通性は、種々の、一般に全く異なる要件を有する多数のユーザに適応する能力によって特徴付けられる。これらの目標の一部は、高性能で効率的な符号化方式、マルチキャリア変調、時分割多重化（time division multiplexing, TDM）、多数の送信アンテナおよび／または受信アンテナ、他の技術、あるいはその組合せを用いることによって実現する。本発明の特徴、態様、および長所については、さらに詳しく別途記載する。
【００１５】
図１に示されているように、通信システム100には第１のシステム110および第２のシステム150が構成されていて、第１のシステム110は、第２のシステム150と通信する。システム110内では、データ源112は、データ（すなわち、情報ビット）を符号器114へ供給し、符号器114は特定の符号化方式にしたがってデータを符号化する。符号化により、データ伝送の信頼性が向上する。次に、符号化されたビットは、チャンネルインターリーバ116へ供給され、特定のインターリービング方式にしたがってインターリーブ（すなわち、順序変更）される。インターリービングして、符号化されたビットに時間および周波数のダイバーシティを行い、データ伝送に使用されるサブチャンネルの平均ＳＮＲに基づいてデータを伝送し、フェージングを抑制し、さらに加えて、使用する符号化されたビット間の相関関係を取り除いて、各変調記号を形成する。次に、インターリーブされたビットをパンクチャ（すなわち、削除）して、必要数の符号化されたビットを用意する。符号化、チャンネルインターリービング、およびパンクチャリングについては、さらに詳しく別途記載する。パンクチャされていない符号化されたビットは、記号マッピング素子118へ供給される。
【００１６】
ＯＦＤＭシステムでは、動作周波数バンドは、多数の“周波数サブチャンネル”（すなわち、周波数ビン）へ効率的に分割される。各“時間スロット”（すなわち、周波数サブチャンネルのバンド幅に依存する特定の時間間隔）において、各周波数サブチャンネル上で、“変調記号”が伝送される。さらに詳しく別途記載されているように、ＯＦＤＭシステムは、ＭＩＭＯモードで動作し、ＭＩＭＯモードでは、多数（ＮＴ）の送信アンテナおよび多数（ＮＲ）の受信アンテナをデータ伝送に使用する。ＭＩＭＯチャンネルは、ＮＣ≦ＮＴおよびＮＣ≦ＮＲとして、ＮＣ本の独立チャンネルへ分解される。各ＮＣ本の独立チャンネルは、ＭＩＭＯチャンネルの“空間サブチャンネル”とも呼ばれ、これは、次元に対応する。ＭＩＭＯモードでは、より高い次元が実現し、各時間スロットにおいて、ＮＣ個の変調記号が、各周波数サブチャンネルのＮＣ本の空間のサブチャンネル上を伝送される。ＯＦＤＭシステムが、ＭＩＭＯモード以外で動作するときは、空間のサブチャンネルは１本のみである。各周波数サブチャンネル／空間サブチャンネルも“伝送チャンネル”と呼ばれる。ＭＩＭＯモードおよび空間サブチャンネルについては、さらに詳しく別途記載する。
【００１７】
特定の動作レベルにおいて各変調記号ごとに送られる情報ビット数は、伝送チャンネルのＳＮＲに依存する。各伝送チャンネルでは、記号マッピング素子118は、１組のパンクチャされていない符号化されたビットをまとめて、その伝送チャンネルの非二値記号を形成する。次に、非二値記号は変調記号へマップされ、変調記号は、伝送チャンネルに対して選択された変調方式に対応する信号配列内の点を表わす。データ伝送に使用される全伝送チャンネルおよび各時間スロットに対して、ビットのグループ化および符号のマッピングが行われる。全伝送チャンネルの変調記号は、ＭＩＭＯプロセッサ120へ供給される。
【００１８】
（実行される場合は）実行される特定の“空間”ダイバーシティに依存して、ＭＩＭＯプロセッサ120は、受信した変調記号をデマルチプレックスし、事前調整し、結合する。ＭＩＭＯ処理については、さらに詳しく別途記載する。各送信アンテナでは、ＭＩＭＯプロセッサ120は、１時間スロットに１ベクトルから成る、変調記号ベクトルのストリームを供給する。各変調記号ベクトルには、所与の時間スロットごとの全周波数サブチャンネルの変調記号が含まれている。変調記号ベクトルの各ストリームは、それぞれの変調器（modulator, MOD）122によって受信されて、変調され、関係するアンテナ124を介して伝送される。
【００１９】
図１に示されている実施形態では、受信システム150には、多数の受信アンテナ152が構成されていて、受信アンテナ152は送られた信号を受信して、受信した信号を各復調器（dmodulator, DEMOD）154へ供給する。各復調器154は、変調器122において実行される処理に対応する処理を行なう。全復調器154からの復調符号は、ＭＩＭＯプロセッサ156へ供給され、ＭＩＭＯプロセッサ120において行われた処理を相補するやり方で処理される。伝送チャンネルの受信記号は、ビット計算ユニット158へ供給され、ビット計算ユニット158は、記号マッピング素子118によって実行された処理を相補する処理を行ない、受信ビットを示す値を供給する。デパンクチャ装置159は、消去（例えば、ゼロ値）を、システム110においてパンクチャされた符号化されたビットに挿入する。デパンクチャされた値は、チャンネルデインターリーバ160によってデインターリーブされ、復号器162によって復号化され、復号化されたビットを生成し、復号化されたビットは、データシンク164へ供給される。チャンネルのデインターリービング、デパンクチャリング、および復号化は、送信機におけるチャンネルのインターリービング、パンクチャリング、および符号化と相補するものである。
【００２０】
図２は、ＭＩＭＯシステム内のＮＴ本中の１本の送信アンテナからのＯＦＤＭ伝送をグラフで示している。図２において、水平方向の軸は時間を表わし、垂直方向の軸は周波数を表わす。この特定の例では、伝送チャンネルには、１６本の周波数サブチャンネルが構成されていて、伝送チャンネルは、ＯＦＤＭの記号系列を伝送するのに使用され、各ＯＦＤＭの記号は、全１６本の周波数サブチャンネルをカバーする。時分割多重化（time division multiplexing, TDM）構造も示されており、ＴＤＭ構造では、データ伝送を時間スロットへ分割し、各時間スロットは特定の継続時間を有する。図２に示されている例では、時間スロットは、１変調記号の長さに等しい。
【００２１】
使用可能な周波数サブチャンネルを使用して、シグナリング、音声、パケットデータ、などを伝送してもよい。図２に示されている特定の例では、時間スロット１の変調記号は、パイロットデータに対応し、パイロットデータは定期的に伝送され、受信機ユニットが同期して、チャンネル推定を行うのを支援する。時間および周波数上にパイロットデータを分配するための他の技術も使用される。パイロット変調記号は、通常は、特定のレートで伝送され、このレートは、普通は、通信リンクにおける変化を正確に追跡するのに十分な速さになるように選択される。
【００２２】
パイロット伝送に使用されない時間スロットを使用して、種々のタイプのデータを伝送することができる。例えば、周波数サブチャンネル１は制御データを、周波数サブチャンネル２は同報通信データを、受信機ユニットへ伝送するために確保されている。これらのサブチャンネル上のデータは、一般に、全受信機ユニットによって受信されることを意図されている。しかしながら、制御チャンネル上のメッセージの一部はユーザ別であり、それに応じて符号化される。
【００２３】
音声データおよびパケットデータは、残りの周波数サブチャンネルにおいて伝送される。図示されている例では、サブチャンネル３は、時間スロット２ないし９において音声呼１に使用され、サブチャンネル４は、時間スロット２ないし９において音声呼２に使用され、サブチャンネル５は、時間スロット５ないし９において音声呼３に使用され、サブチャンネル６は、時間スロット７ないし９において音声呼５に使用される。
【００２４】
残りの使用可能な周波数サブチャンネルおよび時間スロットは、トラヒックデータを伝送するのに使用される。特定のデータが、多数のサブチャンネルまたは多数の時間スロット、あるいはこの両者において伝送されることもあり、多数のデータが、特定の時間スロット中に伝送されることもある。データは、不連続の時間スロット上で伝送されることもある。
【００２５】
図２に示されている例では、データ１の伝送は、時間スロット２において周波数サブチャンネル５ないし１６を使用し、時間スロット７においてサブチャンネル７ないし１６を使用し、データ２の伝送は、時間スロット３および４においてサブチャンネル５ないし１６を使用し、時間スロット５においてサブチャンネル６ないし１６を使用し、データ３の伝送は、時間スロット６においてサブチャンネル６ないし１６を使用し、データ４の伝送は、時間スロット８においてサブチャンネル７ないし１６を使用し、データ５の伝送は、時間スロット９においてサブチャンネル７ないし１１を使用し、データ６の伝送は、時間スロット９においてサブチャンネル１２ないし１６を使用する。データ１ないし６の伝送は、受信機ユニットへのトラヒックデータの伝送を表わす。
【００２６】
伝送に融通性を与えて、高い性能および効率を実現するために、各送信アンテナごとの各時間スロットにおける各周波数サブチャンネルを、独立の伝送単位（変調記号）と考えて、これを使用して、パイロット、シグナリング、同報通信、音声、トラヒックデータ、他のデータタイプ、またはその組み合わせのようなデータタイプを伝送することができる。別途記載するように、変調記号を独立させることによって、融通性、性能、効率も実現できる。例えば、各変調記号は、特定の時間、周波数、および空間において資源を最適に使用する変調方式（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ、または他の方式）から生成される。
【００２７】
ＭＩＭＯシステム
地上通信システム（例えば、セルラシステム、同報通信システム、マルチチャンネル マルチポイント分配システム（multi-channel multi-point distribution system, MMDS）、など）において、送信機ユニットからのＲＦ変調信号は、多数の伝送経路を経由して受信機ユニットに到達する。伝送経路の特徴は、一般に、多数の要素によって時間にしたがって変化する。２本以上の送信または受信アンテナを使用するとき、および送信アンテナと受信アンテナとの間の伝送経路が線形に独立しているとき（すなわち、一方の伝送が他方の伝送の線形の組合せとして形成されないとき）（これらは、一般に、少なくとも一定の範囲において真である）、伝送信号を正しく受信する確率は、アンテナ数が増加するのにしたがって高まる。一般に、送信アンテナおよび受信アンテナの数が増加するのにしたがって、ダイバーシティは増加し、性能が向上する。
【００２８】
図１に示されているようなＭＩＭＯ通信システムでは、通信リンクの送信端と受信端の両者においてアンテナを用いている。これらの送信アンテナおよび受信アンテナを使用して、種々の形態の“空間ダイバーシティ”（例えば、“送信”ダイバーシティおよび“受信”ダイバーシティ）を供給する。空間ダイバーシティは、多数の送信アンテナと１本以上の受信アンテナとを使用することによって特徴付けられる。送信ダイバーシティは、多数の送信アンテナによってデータを送ることによって特徴付けられる。一般に、送信アンテナから送られたデータに対して、追加の処理を行って、希望のダイバーシティを実現する。例えば、異なる送信アンテナから送られたデータに対して、遅延または時間上の順序変更をし、使用可能な送信アンテナにおいて符号化およびインターリーブする、などである。受信ダイバーシティは、多数の受信アンテナ上で送られた信号を受信することによって特徴付けられ、ダイバーシティは、異なる信号経路を経由した信号を単に受信することによって実現する。
【００２９】
空間ダイバーシティは、リンク容量が増加しても、または増加しなくても、通信リンクの信頼性を向上するのに使用される。これは、多数のアンテナを経由して、多数の経路上でデータを送信または受信することによって実現する。空間ダイバーシティは、通信リンクの特徴に基づいて動的に選択を行って、要求される性能を得るものである。より高い程度の空間ダイバーシティは、例えば、幾つかのタイプの通信（例えば、シグナリング）、幾つかのタイプのサービス（例えば、音声）、幾つかの通信リンクの特徴（例えば、低ＳＮＲ）、または幾つかの他の条件または考慮すべき事項において得られる。
【００３０】
希望のダイバーシティを得るために、データを多数のアンテナから、または多数の周波数サブチャンネル上で、あるいはこの両者で送ってもよい。例えば、データは、（１）１本のアンテナから１本のサブチャンネル上で、（２）多数のアンテナから１本のサブチャンネル（例えば、サブチャンネル１）上で、（３）全ＮＴ本のアンテナから１本のサブチャンネル上で、（４）１本のアンテナから１組のサブチャンネル（例えば、サブチャンネル１および２）上で、（５）多数のアンテナから１組のサブチャンネル上で、（６）全ＮＴ本のアンテナから１組のサブチャンネル上で、または（７）１組のアンテナから１組のチャンネル上で（例えば、１時間スロットにおいてアンテナ１および２からサブチャンネル１上で、他の時間スロットにおいてアンテナ２からサブチャンネル１および２上で、など）伝送される。したがって、サブチャンネルおよびアンテナの組合せを使用して、アンテナおよび周波数ダイバーシティを得る。
【００３１】
ＭＩＭＯ通信システムでは、多重入力多重出力チャンネルは、１組のＮＣ本の独立の空間サブチャンネルへ分解される。このような空間サブチャンネルの数は、送信アンテナ数および受信アンテナ数のより少ない方以下である（すなわち、ＮＣ≦ＮＴおよびＮＣ≦ＮＲ）。Ｈが、特定の時間においてＮＴ本の送信アンテナおよびＮＲ本の受信アンテナに対するチャンネル応答を与えるＮＲ×ＮＴの行列であって、ｘがチャンネルへのＮＴ−ベクトル入力であるとき、受信信号は、次に示す式で表現できる；
ｙ＝Ｈｘ＋ｎ、
なお、ｎは、ＮＲ−ベクトルは雑音と干渉との和を表わす。１つの実施形態では、チャンネル行列と共役転置（conjugate-transponse）との積によって形成されたエルミート行列の固有ベクトルの分解は、次に示す式で表現できる；
Ｈ＊Ｈ＝ＥΛＥ＊、
なお、符号“＊”は共役転置を示し、Ｅはエルミート行列であり、Λは、次元ＮＴ×ＮＴの両者で固有値の対角行列である。
【００３２】
送信機は、固有ベクトル行列Ｅを使用して、１組のＮＴ個の変調記号ｂを変換する（すなわち、事前調整する）。ＮＴ本の送信アンテナからの送信された変調記号は、次に示す式で表現できる；
ｘ＝Ｅｂ。
全てのアンテナでは、次に示す行列乗算演算によって、変調記号の事前調整を実現することができる。
【００３３】
【数１】
受信記号は、次に示す式で表わすことができる；
ｙ＝ＨＥｂ＋ｎ。
受信機は、チャンネル整合フィルタ処理を行い、次に正しい固有ベクトルによって乗算する。チャンネル−整合−フィルタ処理の結果は、ベクトルｚであり、次の式で表現される；
【００３４】
【数２】
すなわち、雑音成分は独立していて、かつ固有値によって与えられる変数を有する。ｚのｉ番目の成分のＳＮＲは、λｉ、すなわちΛのｉ番目の対角成分である。
ＭＩＭＯ処理の実施形態は、2000年5月22日に出願された米国特許出願第09/532,491号（“HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION”）に記載されており、第09/532,491号は本出願の譲受人に譲渡され、本明細書において参考文献として取り上げられている。
【００３５】
これらのチャンネルが互いに独立しているときは、上述の実施形態に記載されているＭＩＭＯチャンネル内のＮＣ本の空間サブチャンネルの各々は、固有モード（eignmode）とも呼ばれる。ＭＩＭＯモードでは、各変調記号は、各周波数サブチャンネルにおいて各固有モードで伝送することができる。各ＳＮＲは各固有モードごとに異なるので、各固有モードで伝送されるビット数も異なる。既に記載したように、各周波数サブチャンネルの各固有モードも、伝送チャンネルと呼ばれる。
【００３６】
他の実施形態では、空間サブチャンネルは、異なるように生成される。例えば、空間サブチャンネルは、１本の送信アンテナから全受信アンテナへの伝送として定義することができる。
ここで使用されているように、ＭＩＭＯモードには、全チャンネル状態情報（full channel state information, full-CSI）および部分−ＣＳＩ処理モードが含まれる。全−ＣＳＩと部分−ＣＳＩの両者において、追加の伝送経路は、空間的に分かれたサブチャンネルによって与えられる。既に記載したように、全−ＣＳＩ処理は固有モードを使用する。部分−ＣＳＩ処理では、固有モードを使用せず、各伝送チャンネル（すなわち、受信ダイバーシティポート）ごとに（例えば、逆方向リンク上のフィードバックを介して）送信機ユニットへＳＮＲを供給し、受信したＳＮＲに基づいて符号化することを含む。
【００３７】
受信機ユニットにおいて多数の式を使用して、部分−ＣＳＩの必要情報を供給する。部分−ＣＳＩの必要情報には、この技術において知られているように、ゼロ−フォーシング（zero-forcing）、チャンネル相関行列反転（channel correlation matrix inversion, CCMI）、および最小平均平方誤差（minimum mean square error, MMSE）が含まれる。例えば、非線形のゼロ−フォーシング（部分−ＣＳＩ）のＭＩＭＯの場合のＳＮＲの導出については、P.W. Wolniansky、他による文献（“V-BLAST: An Architecture for Realizing Very High Data Rates Over the Rich-Scattering Wireless Channel”, Proc. IEEE ISSSE-98, Pisa, Italy, Sept. 30, 1998）に記載されており、これは、本明細書において参考文献として取り上げられている。ＭＩＭＯの式からの固有値は、全−ＣＳＩの場合の固有モードのＳＮＲに関係する。非−ＭＩＭＯの場合は、この技術において知られている方法の組合せを使用することができる。
【００３８】
各伝送チャンネルは、送信機と受信機の両者に分かっているＳＮＲで関係付けられる。この場合は、対応する伝送チャンネルのＳＮＲに基づいて、各変調記号の変調および符号化パラメータを判断することができる。これは、使用可能な周波数サブチャンネルおよび固有モードを効率的に使用することができる。
【００３９】
表１には、情報ビット数、すなわち各変調記号において、種々のＳＮＲの範囲において特定の性能レベル（例えば、１％のフレームエラーレート（frame error rate）、すなわち％ＦＥＲ）で送られる情報ビット数が記載されている。各ＳＮＲの範囲において、表１には、そのＳＮＲの範囲で使用するために選択された特定の変調方式、選択された変調方式で各変調記号において伝送される符号化されたビット数、および支援される数の情報ビット／変調記号を与えられたときに、必要な数の符号化されたビット／変調記号を得るのに使用される符号化レートも記載されている。
【００４０】
表１には、各ＳＮＲの範囲ごとの、変調方式および符号化レートの１つの組合せが記載されている。各伝送チャンネルにおいて支援されるビットレートは、符号化レートおよび変調方式の多数の可能な組合わせの中の１つを使用して、実現することができる。例えば、１記号に対する１情報ビットは、（１）１／２の符号化レートおよびＱＰＳＫ変調、（２）１／３の符号化レートおよび８−ＰＳＫ変調、（３）１／４の符号化レートおよび１６−ＱＡＭ、または（４）符号化レートと変調方式との他の組合せを使用して、実現することができる。表１では、記載されているＳＮＲの範囲において、１、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、および６４−ＱＡＭが使用されている。８−ＰＳＫ、３２−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭ、などのような他の変調方式も使用でき、本発明の技術的範囲内である。
【００４１】
【表１】
明らかにするために、本発明の種々の態様は、ＯＦＤＭシステム、および多くの場合に、ＭＩＭＯモードで動作するＯＦＤＭシステムについて記載されている。しかしながら、本明細書に記載されている符号化および処理技術は、一般に、種々の通信システム、例えば（１）ＭＩＭＯ以外で動作するＯＦＤＭシステム、（２）ＯＦＤＭ以外で動作する（すなわち、多数の部分サブチャンネルではなく、単一の周波数サブチャンネル、すなわち単一のＲＦ搬送波に基づいて動作する）ＭＩＭＯシステム、（３）ＯＦＤＭで動作するＭＩＭＯシステム、および（４）その他に適用される。ＯＦＤＭは、単に、広帯域チャンネルを、多数の直交周波数サブチャンネルへ細分するための１つの技術である。
【００４２】
符号化
図３ａは、並列連結された畳込み符号器114ｘの１つの実施形態のブロック図であり、並列連結された畳込み符号器114ｘは、しばしばターボ符号器と呼ばれる。ターボ符号器114ｘは、図１の符号器の順方向誤り訂正（forward error correction, FEC）部分の１つの構成を表わしていて、２本以上の伝送チャンネル上で伝送するデータを符号化するのに使用できる。
【００４３】
符号器114における符号化には、誤り訂正符号化、または誤り検出符号化、あるいはこの両者が含まれ、リンクの信頼性を向上するのに使用される。符号化には、例えば、巡回冗長検査（cyclic redundancy check, CRC）の符号化、畳込み符号化、トレリス符号化、ブロック符号化（例えば、リードソロモン符号化）、他のタイプの符号化、あるいはこれらの組み合わせが含まれる。無線通信システムでは、パケットデータは、特定のＣＲＣ符号で最初に符号化され、ＣＲＣビットはデータパケットに付される。追加のオーバーヘッドビットは、データパケットへ付され、フォーマットされたデータパケットを形成し、フォーマットされたデータパケットは、畳込みまたはターボ符号で符号化される。本明細書で使用されているように、“情報ビット”は、畳込みまたはターボ符号器へ供給されるビット（例えば、伝送されたデータビットと、伝送されたビットに誤り検出または訂正の能力を与えるのに使用されるビット）を指す。
【００４４】
図３ａに示されているように、ターボ符号器114ｘには、２つの構成符号器312ａおよび312ｂと、符号インターリーバ314とが構成されている。構成符号器312ａは、第１の構成符号にしたがって、情報ビット、ｘを受信して、符号化し、第１の系列のテールおよびパリティビット、ｙを生成する。符号インターリーバ314は、情報ビットを受信して、特定のインターリービング方式にしたがってインターリーブする。構成符号器312ｂは、第２の構成符号にしたがってインターリーブされたビットを受信して、符号化して、第２の系列のテールおよびパリティビット、ｚを生成する。符号器312ａおよび312ｂからの情報ビット、テールビット、およびパリティビットは、次の処理要素（チャンネルインターリーバ116）へ供給される。
【００４５】
図３ｂは、ターボ符号器114ｙの１つの実施形態の図であり、これはターボ符号器114ｘの１つの構成であり、図１の符号器114内でも使用できる。この例では、ターボ符号器114ｙは、１／３レートの符号器であり、各情報ビットｘに対して、２つのパリティビット、ｙおよびｚを供給する。
【００４６】
図３ｂに示されている実施形態では、ターボ符号器114ｙの各構成符号器322は、構成符号に対して次に示す伝達関数を実行する：
【００４７】
【数３】
他の構成符号も使用でき、本発明の技術的範囲内である。
各構成符号器322には、多数の直列接続された遅延素子332、多数のモジューロ−２加算器334、およびスイッチ336が構成されている。最初に、遅延素子332の状態はゼロに設定されていて、スイッチ336はアップ位置である。次に、データパケット内の各情報ビットにおいて、加算器334ａは、情報ビットと、加算器334ｃからの出力ビットとをモジューロ−２加算し、その結果を遅延素子332ａへ供給する。加算器334ｂは、加算器334ａと、遅延素子332ａおよび332ｃからのビットとをモジューロ−２加算し、パリティビットｙを供給する。加算器334ｃは、遅延素子332ｂおよび332ｃからのビットをモジューロ−２加算する。
【００４８】
データパケット内の全部でＮ個の情報ビットを符号化した後で、スイッチ336はダウン位置へ動かされ、３つのゼロ（“０”）ビットは構成符号器322ａへ供給される。次に、構成符号器322ａは３つのゼロビットを符号化して、３つのテールの系統的ビットおよび３つのテールパリティビットを供給する。
【００４９】
Ｎ個の情報ビットの各パケットごとに、構成符号器322ａはＮ個の情報ビットｘ、第１の３つのテールの系統的ビット、Ｎ個のパリティビットｙ、および第１の３つのテールパリティビットを供給し、構成符号器322ｂは、第２の３つのテールの系統的ビット、Ｎ個のパリティビットｚ、および最後の３つのテールのパリティビットを供給する。各パケットにおいて、符号器114ｙでは、符号器322ａからはＮ個の情報ビット、６個のテールの系統的ビット、Ｎ＋３個のパリティビットを供給し、符号器322ｂからはＮ＋３個のパリティビットを供給する。
【００５０】
符号インターリーバ314は、多数のインターリービング方式の中の１つを実行する。１つの特定のインターリービング方式では、パケット内のＮ個の情報ビットが、行ごとに、２５行×２ｎ列の配列（ｎは最小の整数であり、Ｎ≦２５＋ｎである）へ書込まれる。次に、行は、ビット反転の規則にしたがって、再構成される。例えば、１行目（“００００１”）は１６行目（“１００００”）とスワップされ、３行目（“０００１１”）は２４行目（“１１０００”）とスワップされる、などである。次に各行内のビットは、行別の線形コングルエンシャル系列（linear congruential sequence, LCS）にしたがって置換（すなわち、再配置）される。ｋ行目のＬＣＳは、ｘｋ（ｉ＋１）＝{ｘｋ（ｉ）＋ｃｋ}ｍｏｄ２ｎ（ｉ＝０，１，．．．２ｎ−１，ｘｋ（０）＝ｃｋ、およびｃｋは各行ごとに選択された特定の値であり、かつｎの値に依存する）として定められる。各行における置換において、行内のｉ番目のビットは位置ｘ（ｉ）内に位置する。符号インターリーバ314内のビットは、列ごとに読み出される。
【００５１】
上述のＬＣＳ符号インターリービング方式は、一緒に譲渡された1998年12月4日に出願された米国特許出願第09/205,511号（“TURBO CODE INTERLEAVER USING LINEAR CONGRUENTIAL SEQUENCES”）、および“C.S0002-A-1 Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems”（以下では、ｃｄｍａ２０００標準規格と呼ぶ）にさらに詳しく記載されており、本明細書では、両文献を参考文献として取り上げている。
【００５２】
他の符号インターリーバも使用でき、本発明の技術的範囲内である。上述の線形コングルエンシャル系列インターリーバの代わりに、例えば、ランダムインターリーバまたは対称ランダム（symmetrical-random, S-random）インターリーバを使用してもよい。
【００５３】
明らかにするために、とくに、ターボ符号に基づくデータ符号化について記載する。他の符号化方式も使用でき、本発明の技術的範囲内である。例えば、データは、畳込み符号；ブロック符号；ブロック符号、畳込み符号、および／またはターボ符号の組合せから構成される連結符号；または他の符号から構成される。データは、“基礎”符号にしたがって符号化され、その後で、符号化されたビットは、データを伝送するのに使用される伝送チャンネルの能力に基づいて処理（例えば、パンクチャ）される。
【００５４】
チャンネルインターリービング
再び図１を参照すると、符号器114からの符号化されたビットは、チャンネルインターリーバ116によってインターリーブされ、悪い経路の影響（例えば、フェージング）に対して時間および周波数ダイバーシティを行う。さらに加えて、符号化されたビットは、その後で一緒にまとめられて、非二値記号を形成し、非二値記号は変調記号へマップされるので、インターリービングにより、各変調記号を形成する符号化されたビットが（一時的に）互いに近くに位置しないことが保証される。静的な付加のホワイトガウス雑音（additive white Gaussian noise, AWGN）チャンネルでは、ターボ符号器も用いられるときは、符号インターリーバが同様の機能を効率的に行うので、チャンネルインターリービングの重要性は低減する。
【００５５】
チャンネルインターリーバでは、種々のインターリービング方式が使用される。１つのインターリービング方式では、各パケットごとに、符号化されたビット（すなわち、情報、テール、およびパリティビット）がメモリの行へ（線形に）書き込まれる。各行内のビットは、（１）ビット反転規則、（２）線形のコングルエンシャル系列（例えば、上述で、符号インターリーバに関して記載されているもの）、（３）ランダムに生成されたパターン、または（４）他のやり方で生成された置換パターンに基づいて、置換（すなわち、再配置）される。行は、特定の行置換パターンにしたがって置換される。置換された符号化されたビットは、各列から検索され、パンクチャ装置117へ供給される。
【００５６】
1つの実施形態では、チャンネルインターリービングは、パケット内の各ビットストリームごとに個々に行われる。各パケットごとに、情報ビットｘ、第１の構成符号器からのテールおよびパリティビットｙ、および第２の構成符号器からのテールおよびパリティビットｚは、３つの別々のインターリーバによってインターリーブされる。３つの別々のインターリーバにおいて用いられるインターリービング方式は、同じであっても、異なっていてもよい。この別々のインターリービングにより、個々のビットストリームに対して融通の利くパンクチャリングを行うことができる。
【００５７】
希望の時間および周波数のダイバーシティを行うために、インターリービング間隔を選択する。例えば、特定の時間間隔（例えば、１０ミリ秒、２０ミリ秒、またはそれ以外）、または特定数の伝送チャンネル、あるいはこの両者に対して、符号化されたビットをインターリーブしてもよい。
【００５８】
パンクチャリング
既に記載されているように、ＯＦＤＭ通信システムでは、各変調記号において送られる情報ビット数は、変調記号を送るのに使用される伝送チャンネルのＳＮＲに依存する。ＭＩＭＯモードで動作するＯＦＤＭシステムでは、各変調記号において送られる情報ビット数は、変調記号を送るのに使用される周波数サブチャンネルおよび空間サブチャンネルのＳＮＲに依存する。
【００５９】
本発明の１つの態様にしたがって、多数の符号化／パンクチャリング方式を使用して、伝送するための符号化されたビット（すなわち、情報、テール、およびパリティビット）を生成する。第１の符号化／パンクチャリング方式では、特定の基礎符号および共通のパンクチャリングを全ての伝送チャンネルに適用する。第２の符号化／パンクチャリング方式では、同じ基礎符号であるが、可変のパンクチャリングを伝送チャンネルに適用する。可変のパンクチャリングは、伝送チャンネルのＳＮＲに依存する。
【００６０】
図４ａは、基礎符号および共通のパンクチャリング方式を用いて、データ伝送に必要な符号化されたビットを生成する実施形態のフローチャートである。最初に、ステップ412では、各伝送チャンネル（すなわち、各周波数サブチャンネルの各固有モード）のＳＮＲを判断する。ＭＩＭＯモード以外で動作するＯＦＤＭシステムでは、１つの固有モードのみが支援され、各周波数サブチャンネルごとに、１つのみのＳＮＲが判断される。各伝送チャンネルのＳＮＲは、伝送されるパイロット参照に基づいて、または幾つかの他の機構を介して判断される。
【００６１】
ステップ414では、ＳＮＲに基づいて、各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数を判断する。表１のような、一定の範囲のＳＮＲを、各特定数の情報ビット／変調記号と関係付ける表を使用する。しかしながら、表１に示されている情報ビットに対する０．５ビットのステップサイズよりも、より細かい量子化を使用してもよい。次に、ステップ416では、各伝送チャンネルごとに変調方式を選択し、情報ビット数／変調記号を伝送できるようにする。さらに詳しく別途記載するように、他の要素（例えば、符号化の複雑性）を考慮して、変調方式を選択してもよい。
【００６２】
ステップ418では、全伝送チャンネルにおいて、各時間スロット内で伝送される情報ビットの合計数を判断する。これは、全伝送チャンネルにおいて判断される情報ビット数／変調記号を加算することによって達成される。同様に、ステップ420では、全ての伝送チャンネルにおいて、各時間スロット内で伝送される符号化されたビットの合計数を判断する。ステップ416において選択された各変調方式における符号化されたビット／変調記号数を判断し、さらに全伝送チャンネルごとに符号化されたビット数を加算することによって、これを達成することができる。
【００６３】
ステップ422では、ステップ418で判断された合計数の情報ビットを、特定の符号器を使用して符号化する。ターボ符号器を使用するときは、符号器によって生成されたテールビットおよびパリティビットにパンクチャして、ステップ420において判断された符号化されたビットの合計数を求める。次に、ステップ426では、パンクチャされていない符号化されたビットを非二値記号へまとめて、それらを、伝送チャンネルの変調記号へマップする。
【００６４】
第１の符号化／パンクチャリング方式では、全ての伝送チャンネルにおいて、同じ基礎符号およびパンクチャリング方式を使用するので、実行するのが比較的に簡単である。各伝送チャンネルにおける変調記号は、その伝送チャンネルに対して選択された変調方式に対応する信号配列内の点を表わしている。伝送チャンネルにおけるＳＮＲの分布が広がると、異なる信号配列における雑音の分散に関係する配列点間の距離は、大きく広がる。これは、システムの性能に影響を与える。
【００６５】
図４ｂは、同じ基礎符号であるが、可変のパンクチャリング方式を用いて、データ伝送に必要な符号化されたビットを生成するための実施形態のフローチャートである。最初に、ステップ432では、各伝送チャンネルに対するＳＮＲを判断する。１つの実施形態では、不十分なＳＮＲの伝送チャンネルを、データ伝送に使用しない（すなわち、劣悪な伝送チャンネル上ではデータは送られない）。ステップ434では、各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数を、ＳＮＲに基づいて判断する。ステップ436では、各伝送チャンネルごとに、変調方式を選択し、情報ビット数／変調記号を判断できるようにする。図４ｂのステップ432、434、および436は、図４ａのステップ412、414、および416に対応する。
【００６６】
ステップ438では、同じＳＮＲの範囲に属する伝送チャンネルを、１セグメントにまとめる。その代りに、１変調記号に対する情報ビット数の範囲を定めてもよい（例えば、範囲１は、１．０ないし１．５の情報ビット／変調記号、範囲２は、１．５ないし２．０の情報ビット／変調記号、など）。この場合に、同じ範囲内の１変調記号に対する情報ビット数を有する伝送チャンネルを、１セグメントにまとめる。
【００６７】
各セグメントには、Ｋｉ（Ｋｉは１以上の任意の整数）本の伝送チャンネルが構成されている。ステップ440では、各セグメントにおいて伝送できる情報ビットの合計数と、符号化されたビットの合計数とを判断する。例えば、セグメントｉには、Ｋｉ本の伝送チャンネルが構成されており、各伝送チャンネルは、Ｎｉ個の情報ビット／変調記号とＰｉ個のテールおよびパリティビット／変調記号を支援する。各時間スロットでは、セグメントｉにおいて伝送される情報ビットの合計数を、Ｋｉ・Ｎｉとして計算し、伝送されるテールおよびパリティビットの合計数を、Ｋｉ・Ｐｉとして計算し、符号化されたビットの合計数を、Ｋｉ（Ｎｉ＋Ｐｉ）として計算する。
【００６８】
【数４】
ステップ444では、Ｎｉ個の情報ビットおよびＮｉ／Ｒ（Ｒは、符号器の符号化レートである）個のパリティおよびテールビットを、セグメントｉの各伝送チャンネルに割り当てる。次に、ステップ446では、Ｎｉ／Ｒ個のパリティおよびテールビットをパンクチャして、セグメントの各伝送チャンネルに必要なＰｉ個のパリティおよびテールビットを求める。ステップ448では、セグメントｉの各伝送チャンネルごとに、Ｎｉ個の情報ビットおよびＰｉ個のパリティおよびテールビットを、伝送チャンネルの変調記号へマップする。
【００６９】
第２の符号化／パンクチャリング方式では、とくに、伝送チャンネルのＳＮＲの分布が広がるとき、第１の方式よりも向上した性能を与える。異なる伝送チャンネルにおいて、異なる変調方式および符号化レートを使用するので、各伝送チャンネル上で伝送されるビット数は、一般に、逆方向リンク上で受信機から送信機へ送られる。
【００７０】
表１には、０．５ビットのステップサイズを使用して、情報ビット数／変調記号の量子化が示されている。（各伝送チャンネルではなく）各セグメントが、整数の情報ビットを支援するのに必要であるとき、量子化の細分性（quantization granularity）を低減する（すなわち、０．５ビットよりも細かくなる）。Ｋｉ・Ｎｉが整数であることが必要であるとき、Ｋｉの整数値がより大きくなると、Ｎｉのステップサイズをより小さくすることができる。セグメントごとに量子化できるときは、量子化の細分性はさらに低減される。例えば、１つのセグメント内で、１ビットを四捨五入する必要があるときは、適切であれば、次のセグメント内で、１ビットを四捨五入する必要がある。多数の時間スロットにおいて、量子化をする必要があるときも、同様に、量子化の細分性が低減する。
【００７１】
ＯＦＤＭシステム（とくに、ＭＩＭＯモードで動作するＯＦＤＭシステム）を支援して、伝送チャンネルにおいて異なるＳＮＲを実現するために、共通の基礎符号器（例えば、１／３レートのターボ符号器）と共に、融通の利くパンクチャリング方式を使用して、必要な符号化レートを実現する。この融通の利くパンクチャリング方式を使用して、各セグメントごとに、必要な数のテールおよびパリティビットを得ることができる。高い符号化レートでは（テールおよびパリティビットが保持されているよりも、より多くパンクチャされる）、テールおよびパリティビットが符号器によって生成されると、それらを必要な数だけ保持して、それ以外を捨てることによって、パンクチャリングを効率的に実現する。
【００７２】
例えば、１セグメントには、２０個の１６−ＱＡＭの変調記号が構成されていて、２．７５情報ビット／変調記号の伝送を支援するＳＮＲを有する。このセグメントでは、２０個の変調記号において、５５個の情報ビット（５５＝２０×２．７５）が伝送される。各１６−ＱＡＭの変調記号は、４つの符号化されたビットで形成され、２０個の変調記号には、８０個の符号化されたビットが必要である。５５個の情報ビットを１／３レートの符号器で符号化して、１２２個のテールおよびパリティビットおよび５５個の情報ビットを生成する。これらの１２２個のテールおよびパリティビットをパンクチャして、セグメントに必要な３５個のテールおよびパリティビットを得る。このセグメントには、５５個の情報ビットと組合せて、８０個の符号化されたビットが構成されている。
【００７３】
図１を再び参照すると、パンクチャ装置117は、チャンネルインターリーバ116から、インターリーブされた情報およびパリティビットを受信し、テールおよびパリティビットの一部をパンクチャ（すなわち、削除）して、希望の符号化レートを実現し、パンクチャされていない情報、テール、およびパリティビットを一系列の符号化されたビットへ多重化する。情報ビット（系統的ビットとも呼ばれる）をテールおよびパリティビットと共にパンクチャしてもよく、本発明の技術的範囲内である。
【００７４】
図３ｃは、符号化されたビットの可変のパンクチャリングを行うのに使用されるパンクチャ装置117ｘの１つの実施形態の図である。パンクチャ装置117ｘは、図1のパンクチャ装置117の１組の構成である。パンクチャ装置117ｘは、1つの計数器を使用して、セグメントｉにおいて符号器によって生成されるＱｉ個のテールおよびパリティビットから、Ｐｉ個のテールおよびパリティビットを保持するようにパンクチャリングを行なう。
【００７５】
パンクチャ装置117ｘ内では、ターボ符号器の２つの構成符号器からのインターリーブされたテールおよびパリティビットｙＩＮＴおよびｚＩＮＴを、スイッチ342の２つの入力へ供給する。スイッチ342は、トグルユニット348からの制御信号に依存して、ｙＩＮＴのテールおよびパリティビットまたはｚＩＮＴのテールおよびパリティビットをライン343へ供給する。スイッチ342により、２つのテールおよびパリティビットのストリームを交互にすることによって、２つの構成符号器からのテールおよびパリティビットが等しく選択されることが保証される。
【００７６】
第１の計数器352は、モジューロ−Ｑ加算を行って、その内容がＱ−１を越えた後で、ラップアラウンドする。第２の計数器354は、Ｑのテールおよびパリティビットを（１個分）計数する。各セグメントにおいて、計数器352および354は最初はゼロに設定され、スイッチ342は、アップ位置であり、スイッチ344を閉じて、マルチプレクサを適切に制御することによって、第１のテールまたはパリティビットｙＩＮＴＯがマルチプレクサ346から供給される。各次のクロックサイクルでは、計数器352は、Ｐをインクリメントされ、計数器354は、１をインクリメントされる。計数器352の値は、決定ユニット356へ供給される。計数器352がモジューロ−Ｑの演算を経る（すなわち、計数器352の内容がラップアラウンドする）とき、ライン343上のテールまたはパリティビットはスイッチ344を介してマルチプレクサ346へ供給され、次にテールまたはパリティビットを出力された符号化されたビットとして供給する。テールまたはパリティビットがマルチプレクサ346から供給されるたびに、トグルユニット348は制御信号の状態をトグルし、他のテールおよびパリティビットストリームはライン343へ供給される。比較ユニット358によって示されることにより、セグメント内の全てのＱｉ個のテールおよびパリティビットが枯渇するまで、プロセスは続く。
【００７７】
他のパンクチャリングパターンを使用してもよく、本発明の技術的範囲内である。良好な性能を得るために、パンクチャされるテールおよびパリティビットの数の平衡を２つの構成符号間でとって（すなわち、ほぼ同数のｙＩＮＴおよびｚＩＮＴのテールおよびパリティビットが選択される）、パンクチャされていないビットを、各セグメントごとに符号ブロック上で比較的に均等に分散させる。
【００７８】
ある特定の例において、情報ビット数は、伝送チャンネルの容量よりも少ない。このような場合は、使用可能で、かつ満たされていないビット位置は、符号化されたビットの一部を反復することによって、すなわち他の方式によって、ゼロのパディングで満たされる。幾つかの方式では、伝送電力も低減できる。
【００７９】
グレイマッピング
１つの実施形態では、使用するために選択された各変調方式（例えば、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭ、など）において、グレイマッピングを使用して、変調方式の信号配列内の点を定める。別途記載するように、グレイマッピングは、誤りの確率がより高い事象におけるビットの誤り数を低減する。
【００８０】
図５は、１６−ＱＡＭの信号配列で、特定のグレイマッピング方式のダイヤグラムである。１６−ＱＡＭの信号配列には、１６個の点が構成されていて、各点は、特定の４ビット値と関係付けられている。グレイマッピングにおいて、４ビット値は、信号配列内の点と関係付けられていて、（水平方向または垂直方向における）隣合う点の値は、１ビット位置が異なる。点の値は、より多くのビット位置分、さらに異なる（例えば、対角方向に隣合う位置の値は、２ビット位置が異なる）。
【００８１】
４つの符号化されたビット（ｂ１ ｂ2 ｂ3 ｂ4）の各グループは、４つの符号化されたビットの値と同じ値と関係付けられている信号配列内の特定の点にマップされる。例えば、４つの符号化されたビットの（“０１１１”）の値は、信号配列内の点512へマップされる。この点は、４つの符号化されたビットの変調記号を表わす。１６−ＱＡＭでは、各変調記号は、信号配列内の１６個の点の中の特定の1つの点を表わし、特定の点は４つの符号化されたビットの値によって判断される。各変調記号は、複素数（ｃ＋ｊｄ）として表現され、次の処理素子（すなわち、図１内のＭＩＭＯプロセッサ120）へ供給される。
【００８２】
受信機ユニットでは、変調記号は、雑音と共に受信され、一般に信号配列内の正確な位置にマップしない。上述の例において、伝送された符号化されたビット（“０１１１”）の受信変調記号は、受信機ユニットにおいて点512へマップしないことがある。雑音により、受信変調記号は、信号配列内の別の位置へマップされる。一般に、受信変調記号が、正確な位置の近く（例えば、“０１０１”、“００１１”、“０１１０”、または“１１１１”の近く）の位置へマップされる確率は、より高い。したがって、誤りの確率がより高い事象では、受信変調記号は、正確な点に隣合う点へ誤ってマップされる。信号配列内の隣り合う点は、１ビット位置分だけ異なる値を有するので、グレイマッピングは、誤りの確率がより高い事象における誤りビット数を低減する。
【００８３】
図５は、１６−ＱＡＭの信号配列における特定のグレイマッピング方式を示している。他のグレイマッピング方式を使用してもよく、本発明の技術的範囲内である。他の変調方式（例えば、８−ＰＳＫ、６４−ＱＡＭ、など）の信号配列も、同様に、あるいは他のグレイマッピング方式でマップされる。３２−ＱＡＭおよび１２８−ＱＡＭのような変調方式において、完全なグレイマッピング方式が可能でないときは、部分的なグレイマッピング方式を使用する。さらに加えて、グレイマッピングに基づいていないマッピング方式を使用してもよく、本発明の技術的範囲内である。
【００８４】
ＭＩＭＯ処理
図６は、ＭＩＭＯプロセッサ120ｘの１つの実施形態を示すブロック図であり、ＭＩＭＯプロセッサ120ｘは、図１のＭＩＭＯプロセッサ120の１つの構成である。変調記号は、多数の周波数サブチャンネル上で、おそらくは多数の送信アンテナから伝送される。ＭＩＭＯモードで動作するときは、各周波数サブチャンネル上で、各送信アンテナからの伝送は、複製されていないデータを表わす。
【００８５】
ＭＩＭＯプロセッサ120ｘ内では、デマルチプレクサ（demultiplexer, DEMUX）610は、変調記号を受信して、多数のサブチャンネル記号のストリーム、Ｓ１ないしＳＬへデマルチプレックスし、各周波数サブチャンネルごとに、１本のサブチャンネル記号のストリームを使用して、記号を伝送する。各サブチャンネル記号のストリームは、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612へ供給される。
【００８６】
各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、受信したサブチャンネル記号のストリームを、多数の（すなわち、ＮＴ個までの）記号のサブストリームへデマルチプレックスし、各アンテナごとに、１本の記号サブストリームを使用して、変調記号を伝送する。ＯＦＤＭシステムがＭＩＭＯモードで動作するときは、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、上述の式（１）にしたがってＮＴ個（までの）変調記号を事前調整して、事前調整された変調記号を生成し、その後で伝送する。ＭＩＭＯモードでは、特定の送信アンテナの特定の周波数サブチャンネルにおける、各事前調整された変調記号は、ＮＴ本までの送信アンテナにおける（重み付けされた）変調記号の線形の組合せを表わす。各事前調整された変調記号を生成するために使用されるＮＴ個（までの）変調記号の各々は、異なる信号配列と関係付けられる。
【００８７】
各時間スロットにおいて、ＮＴ個（までの）事前調整された変調記号が、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612によって生成されて、ＮＴ個（までの）記号結合器616ａないし616ｔへ供給される。例えば、周波数サブチャンネル１に割り当てられたサブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、ＮＴ個（までの）事前調整された変調記号を、アンテナ１ないしＮＴの周波数サブチャンネル１へ供給する。同様に、周波数サブチャンネルＬへ割り当てられたサブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612ｌは、ＮＴ個（までの）記号を、アンテナ１ないしＮＴの周波数サブチャンネルＬへ供給する。各結合器616は、Ｌの周波数サブチャンネルにおける事前調整された変調記号を受信し、各時間スロットにおいて記号を変調ベクトルＶへ結合し、変調記号ベクトルを次の処理段（すなわち、変調器122）へ供給する。
【００８８】
ＭＩＭＯプロセッサ120ｘは、変調記号を受信して、処理し、ＮＴ個の変調記号ベクトルＶ１ないしＶＴを、１送信アンテナに１変調記号ベクトルづつ、供給する。各アンテナの各時間スロットにおいてＬ個の事前調整された変調記号を収集し、次数Ｌの変調記号ベクトルＶを形成する。変調記号ベクトルＶの各素子は、変調記号を送るユニークなサブキャリアを有する特定の周波数サブチャンネルと関係付けられている。Ｌ個の変調記号を収集したものは、全て互いに直交している。“純粋な”ＭＩＭＯモードで動作しないときは、変調記号ベクトルの一部は、異なる送信アンテナごとに特定の周波数サブチャンネル上に複製情報を有する。
【００８９】
サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、ＭＩＭＯモードにおいて、全チャンネル状態情報（full channel state information, full-CSI）または部分−ＣＳＩの処理を実行するのに必要な処理を行うように設計されている。全ＣＳＩには、各周波数サブチャンネルに対する送信アンテナと受信アンテナの全ての対間の伝搬経路（すなわち、振幅および位相）の十分な特徴付けが含まれる。部分ＣＳＩには、例えば、部分的なサブチャンネルのＳＮＲが含まれる。ＣＳＩの処理は、例えば、使用可能なＣＳＩ情報および選択された周波数サブチャンネル、送信アンテナ、などに基づいて実行される。ＣＳＩの処理は、選択的に、動的に、イネーブルおよびディスエーブルされる。例えば、ＣＳＩの処理は、特定のデータ伝送に対してイネーブルされ、他のデータ伝送に対してディスエーブルされる。ＣＳＩ処理は、一定の条件、例えば、通信リンクが適切なＳＮＲを有するときに、イネーブルされる。全ＣＳＩおよび部分ＣＳＩの処理は、上述の米国特許出願第09/532,491号にさらに詳しく記載されている。
【００９０】
図６は、変調器122の１つの実施形態を示している。ＭＩＭＯプロセッサ120ｘからの変調記号ベクトルＶ１ないしＶＴは、変調器122ａないし122ｔへそれぞれ供給される。図６に示されている実施形態では、各変調器122には、ＩＦＦＴ620、巡回プレフィックス発生器622、およびアップコンバータ624が構成されている。
【００９１】
ＩＦＦＴ620は、逆高速フーリエ変換（inverse fast Fourier transform, IFFT）を使用して、各受信した変調記号ベクトルを、その時間領域表現（ＯＦＤＭ記号と呼ばれる）へ変換する。ＩＦＦＴ620は、任意の数（例えば、８本、１６本、３２本、など）の周波数サブチャンネル上で、ＩＦＦＴを実行するように設計することができる。１つの実施形態では、ＯＦＤＭ記号へ変換された各変調記号ベクトルにおいて、巡回プレフィックス発生器622は、ＯＦＤＭ記号の時間領域表現の一部分を反復して、特定のアンテナの伝送符号を形成する。巡回プレフィックスは、伝送記号が、マルチパス遅延拡散と共に、直交性を保持し、劣悪な経路の影響に対する性能の向上を保証する。ＩＦＦＴ620および巡回プレフィックス発生器622の構成は、この技術において知られており、本明細書では詳しく記載されていない。
【００９２】
各巡回プレフィックス発生器622からの時間領域表現（すなわち、各アンテナごとの“伝送”符号）は、アップコンバータ624によって処理され、アナログ信号へ変換され、ＲＦ周波数へ変調され、ＲＦ変調信号を生成するように調整（例えば、増幅およびフィルタ処理）され、ＲＦ変調信号は、各アンテナ124から伝送される。
【００９３】
ＯＦＤＭ変調については、文献（“Multicarrier Modulation for Data Transmission : An Idea Whose Time Has Come”, by John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, May 1990）に記載されており、本明細書ではこれを参考文献として取り上げている。
【００９４】
ＭＩＭＯモード以外で動作するＯＦＤＭシステムでは、ＭＩＭＯプロセッサ120は、取り除かれるか、またはディスエーブルされ、変調記号は、事前調整されることなく、変調記号ベクトルＶへまとめられる。次に、このベクトルは変調器122へ供給される。（ＭＩＭＯモードではなく）伝送ダイバーシティで動作するＯＦＤＭシステムでは、デマルチプレクサ614が取り除かれるか、またはディスエーブルされて、（同じ）事前調整された変調記号は、ＮＴ個（までの）結合器へ供給される。
【００９５】
図２に示されているように、多数の異なる伝送（例えば、音声、シグナリング、データ、パイロット、など）はシステムによって伝送される。これらの伝送の各々には異なる処理が必要である。
図７は、異なる伝送に対して異なる処理を行うことができるシステム110ｙの実施形態のブロック図である。集合入力データ（例えばシステム110ｙによって伝送される全情報ビット）が構成されているデータはデマルチプレクサ710へ供給される。デマルチプレクサ710は、入力データを多数（Ｋ）のチャンネルデータストリームＢ１ないしＢＫへデマルチプレックスする。各チャンネルデータストリームは、例えば、シグナリングチャンネル、同報通信チャンネル、音声呼、またはトラヒックデータ伝送に対応する。各チャンネルデータストリームは、各符号器／チャンネルインターリーバ／パンクチャ装置／記号マッピング素子712へ供給され、記号マッピング素子712は、そのデータチャンネルストリームに対して選択された特定の符号化方式を使用してデータを符号化し、特定のインターリービング方式に基づいて符号化されたデータをインターリーブして、インターリーブされた符号ビットをパンクチャして、そのチャンネルデータストリームを伝送するのに使用される伝送チャンネルに対して、インターリーブされたデータを変調記号へマップする。
【００９６】
符号化は、チャンネルごとに（すなわち、図７に示されている各チャンネルデータストリーム上で）行うことができる。しかしながら、（図１に示されている）集合入力データ上で、多数のチャンネルデータストリーム上で、チャンネルデータストリームの一部分の上で、１組の周波数サブチャンネルを横切って、１組の部分サブチャンネルを横切って、１組の周波数サブチャンネルおよび空間サブチャンネルを横切って、各周波数サブチャンネルを横切って、各変調記号上で、または時間、空間、および周波数の他のユニット上で、符号化を行ってもよい。
【００９７】
各符号器／チャンネルインターリーバ／パンクチャ装置／記号マッピング素子712からの変調記号ストリームは、周波数サブチャンネル上で、かつ各周波数サブチャンネルの空間サブチャンネルを介して伝送される。ＭＩＭＯプロセッサ120ｙは、素子712から変調記号ストリームを受信する。各変調記号ストリームに使用されるモードに依存して、ＭＩＭＯプロセッサ120ｙは変調記号ストリームを多数のサブチャンネル記号ストリームへデマルチプレックスする。図７に示されている実施形態では、変調記号ストリームＳ１は、周波数サブチャンネル上で伝送され、変調記号ストリームＳＫはＬ本の周波数サブチャンネル上で伝送される。各周波数サブチャンネルに対する変調ストリームは、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサによって処理され、デマルチプレックスされ、図６に示されているやり方と同様のやり方で結合され、各送信アンテナの変調記号ベクトルを形成する。
【００９８】
一般に、送信機ユニットは、チャンネルの伝送能力について記述した情報に基づいて、各伝送チャンネルごとにデータを符号化して、変調する。一般に、この情報は、既に記載した部分−ＣＳＩまたは全−ＣＳＩの形式をとる。データ伝送に使用される伝送チャンネルの部分−ＣＳＩまたは全−ＣＳＩは、一般に受信機ユニットにおいて判断され、送信機ユニットへ報告され、送信機は、情報を使用して、それにしたがって符号化および変調する。本明細書に記載されている技術は、多数の並列伝送チャンネルを支援できるＭＩＭＯ、ＯＦＤＭ、または他の通信方式（例えば、ＣＤＭＡ方式）によって支援される多数の並列伝送チャンネルに適用できる。
【００９９】
復調および復号化
図８は、システム150の復号化部分についての１つの実施形態のブロック図である。この実施形態では、ターボ符号器を使用して、伝送前にデータを符号化する。対応して、ターボ復号器は、受信した変調記号を復号化するのに使用される。
【０１００】
図８に示されているように、受信した変調記号は、ビット対数尤度比（log-likelihood ratio, LLR）計算ユニット158ｘへ供給され、ビットＬＬＲ計算ユニット158ｘは、各変調記号を構成しているビットのＬＬＲを計算する。ターボ復号器は（ビットに相対する）ＬＬＲを処理するので、ビットＬＬＲ計算ユニット158ｘは、各受信した符号化されたビットのＬＬＲを供給する。各受信した符号化されたビットのＬＬＲは、受信した符号化されたビットが１である確率によって除算された、受信した符号化されたビットが０である確率の対数である。
【０１０１】
既に記載したように、Ｍ個の符号化されたビット（ｂ１，ｂ２，．．．，ｂＭ）をまとめて、単一の非二値記号Ｓを形成し、Ｓを変調記号Ｔ（Ｓ）へマップする（すなわち、高次の信号配列へ変調する）。変調記号を、処理して、送信して、受信して、さらに処理して、受信した変調記号Ｒ（Ｓ）が得られる。受信した変調記号内の符号化されたビットｂｍのＬＬＲは、次の式（２）のように計算できる。
【０１０２】
【数５】
なおＰ（Ｒ（Ｓ）｜ｂｍ＝０）は、受信記号Ｒ（Ｓ）に基づくビットｂｍがゼロである確率である。ＬＬＲの計算には、近似値を使用してもよい。
次に、デパンクチャ装置159は、送信機において削除された（すなわち、パンクチャされた）符号ビットに“消去（erasure）”を挿入する。消去は、一般に、ゼロ(“０”)の値を有し、これは、０であるか、または１であるかの確率が等しいパンクチャされたビットを示す。
【０１０３】
式（２）から、変調記号内の受信した符号化されたビットのＬＬＲが関係付けられる傾向があることに注意すべきである。この相関は、符号化されたビットを変調する前にインターリーブすることによって解消される。図１に示されているように、チャンネルのインターリービングにより、各変調記号内の符号化されたビットの相関が解消されることが好都合である。
【０１０４】
符号化されたビットのＬＬＲはチャンネルデインターリーバ160へ供給され、送信機において行われたチャンネルインターリービングを相補的なやり方でデインターリーブされる。受信情報、テール、およびパリティビットに対応するチャンネルのデインターリーブされたＬＬＲは、ターボ復号器162ｘへ供給される。
【０１０５】
ターボ復号器162ｘには、加算器810ａおよび810ｂ、復号器812ａおよび812ｂ、符号インターリーバ814、符号デインターリーバ816、および検出器818が構成されている。１つの実施形態では、各復号器812は、ソフト−入力／ソフト−出力（soft-input/soft-output, SISO）の最大事後（maximum a posterior, MAP）復号器として構成される。
【０１０６】
加算器810ａは、受信した情報ビットのＬＬＲ、すなわちＬＬＲ（ｘ’）、およびデインターリーバ816からの（１回目の反復では、ゼロに設定されている）外部情報を受信して、加算し、較正されたＬＬＲを供給する。較正されたＬＬＲは、受信した情報ビットの検出値のより大きい信頼と関係付けられる。
【０１０７】
復号器812ａは、加算器810ａからの較正されたＬＬＲと、第１の構成符号器からの受信したテールおよびパリティビットのＬＬＲ、すなわちＬＬＲ（ｙ’）とを受信し、受信したＬＬＲを復号化して、受信した情報ビットの確率値の補正を示す外部情報を生成する。復号器812ａからの外部情報は、加算器810ｂによって受信情報ビットＬＬＲと加算され、較正されたＬＬＲは符号インターリーバ814へ記憶される。符号インターリーバ814は、ターボ符号器において使用されているのと同じ符号インターリービング（例えば、図３ｂの符号インターリーバ314と同じ符号インターリービング）を行なう。
【０１０８】
復号器812ｂは、インターリーバ814からのインターリーブされたＬＬＲと、第２の構成符号器からの受信したテールおよびパリティビットのＬＬＲ、すなわちＬＬＲ（ｚ’）とを受信し、受信したＬＬＲを復号化して、受信した情報ビットの確率値をさらに補正した外部情報を生成する。復号器812ｂからの外部情報は、符号デインターリーバ816に記憶され、デインターリーバ816は、デインターリービング方式を行う。デインターリービング方式は、インターリーバ814において使用されているインターリービング方式と相補的である。
【０１０９】
受信した符号化されたビットのＬＬＲの復号化は、何度も反復される。各反復ごとに、較正されたＬＬＲに対する信頼性は、より大きくなる。全ての復号化の反復が完了した後で、最終的な較正されたＬＬＲを検出器818へ供給し、検出器818は、ＬＬＲに基づいて受信した情報ビットの値を供給する。
【０１１０】
ソフト出力のビタビアルゴリズム（soft output Viterbi algorithm, SOVA）を実行する復号器のような、ＳＩＳＯ ＭＡＰ復号器のほかに、他のタイプの復号器も使用できる。復号器の設計は、一般に、送信機において使用される特定のターボ符号化方式に依存する。
【０１１１】
ターボ復号化については、Steven S. Pietrobonによる文献（“Implementation and Performance of a Turbo/Map Decoder”, International Journal of Satellite Communications, Vol. 16, 1998, pp.23-46）により詳しく記載されており、本明細書では、これを参考文献として取り上げている。
【０１１２】
変調方式および符号化レート
各伝送チャンネルの達成されたＳＮＲは、希望の性能レベル（例えば、１％のＦＥＲ）において、１変調記号に対する特定数の情報ビット（すなわち、特定の情報ビットレート）を支援する。この情報ビットレートは、多数の異なる変調方式によって支援される。例えば、１．５情報ビット／変調記号のビットレートは、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、またはより高次の変調方式によって支援される。各変調方式では、１変調記号に対して特定数の符号化されたビットを伝送することができる。
【０１１３】
選択した変調方式に依存して、対応する符号化レートを選択し、必要数の符号化されたビットを、１変調記号に対する情報ビット数に供給する。上述の例において、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、および１６−ＱＡＭでは、１変調記号に対して２、３、および４個の符号化されたビットをそれぞれ伝送することができる。１．５情報ビット／変調記号の情報ビットレートでは、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、および１６−ＱＡＭにおいて、３／４、１／２、および３／８の符号化レートを使用して、必要数の符号化されたビットをそれぞれ生成する。したがって、変調方式と符号化レートとの異なる組み合わせは、特定の情報ビットレートを支援するのに使用される。
【０１１４】
本発明のある特定の実施形態では、支援されるビットレートに対する低次の変調方式と共に、“微弱な”二値符号（すなわち、高符号化レート）を使用する。一連のシミュレーションに通して、より低次の変調方式を、より微弱な符号と組合せて使用することにより、より高次の変調方式を、より強力な符号と組合せて使用するよりも、より高い性能が得られることが分かった。この結果について、次に記載する。ＡＷＧＮチャンネル内の二値ターボ符号のＬＬＲの復号化の尺度は、ターボ復号化アルゴリズムにおいてほぼ最適である。しかしながら、グレイマップの高次の変調方式では、各受信ビットに対してではなく、各受信変調記号に対して、最適なＬＬＲの尺度を生成する。次に、符号のＬＬＲの尺度を分解して、二値符号復号器に対するビットＬＬＲの尺度を得る。分解処理中に、幾つかの情報が失われ、ビット復号尺度を使用しても、最適性能が得られない。より低次の変調方式では、対応して、１符号当りのビット数が低減し、分解損失が低減し、したがって対応するより高次の変調方式よりも、より良い性能が得られる。
【０１１５】
本発明の１つの態様にしたがって、一定のスペクトル効率を達成するために、適切な変調方式において、ｎ／（ｎ＋１）以上、ｎ／（ｎ＋２）以内（ｎは、１変調記号に対する情報ビット数）の符号化レートの符号を使用する。この符号化レートは、可変のパンクチャリング方式と組合せて、固定符号（例えば、上述の１／３レートのターボ符号）を使用して、容易に達成することができる。高い符号化レートを達成するために、テールおよびパリティビットを多数パンクチャして、パンクチャされていないテールおよびパリティビットを情報ビット上に均等に分散させる。
【０１１６】
フレーミング
多くの通信システムでは、データパケット（すなわち、論理フレーム）を固定サイズで画定することが好都合である。例えば、システムは、１０２４、２０４８、および４０９６ビットを有する３つの異なるパケットを画定する。これらの画定されたデータパケットにより、送信機と受信機の両者において処理の一部が簡単になる。
【０１１７】
ＯＦＤＭシステムでは、物理的なフレームは、（１）整数のＯＦＤＭ記号、（２）伝送チャンネル上の特定数の変調記号、または（３）他の単位を収めるように画定される。既に記載したように、通信リンクは時間にしたがって変化するために、伝送チャンネルのＳＮＲは時間にしたがって変化する。その結果、各伝送チャンネルにおいて各時間スロット上で伝送される情報ビット数は、時間にしたがって変化する可能性が高く、各物理的フレーム内の情報ビット数も、時間にしたがって変化する可能性が高くなる。
【０１１８】
１つの実施形態では、論理フレームは、ＯＦＤＭ記号とは無関係に画定される。この実施形態では、各論理フレームの情報ビットは、符号化／パンクチャされ、論理フレームの符号化されたビットはまとめられて、変調記号へマップされる。１つの簡単な構成では、伝送チャンネルは、連続番号を付される。次に、符号化されたビットを使用して、必要な数の変調記号を伝送チャンネルの順番に形成する。変調記号の境界が始端および終端となるように、論理フレーム（すなわち、データパケット）を画定する。この構成では、論理フレームは、ＯＦＤＭ記号にまたがり、さらに、ＯＦＤＭ記号の境界を横切る。さらに加えて、各ＯＦＤＭ記号には、多数のデータパケットからの符号化されたビットが収められる。
【０１１９】
別の実施形態では、論理フレームは、物理的単位に基づいて画定される。例えば、論理フレームには、（１）伝送チャンネル上の多数の変調記号、（２）ＯＦＤＭ記号、または（３）他のやり方で画定される多数の変調記号を含むように画定される。
高次の変調においてパンクチャされた二値のターボ符号およびグレイマッピング（binary Turbo code and Gray mapping, BTC-GM）を使用することで、多数の長所が得られる。より最適であるが、より複雑なターボトレリス符号化変調（Turbo trellis coded modulation, TTCM）方式よりも、ＢＴＣ−ＧＭ方式は、実行するのがより簡単であるが、ＴＴＣＭにより近い性能を実行できる。可変のパンクチャリングを単に調節することによって、異なる符号化レートを実行することが簡単であるので、ＢＴＣ−ＧＭ方式では、高度の融通性も得られる。ＢＴＣ−ＧＭ方式は、異なるパンクチャリングパラメータのもとで、ロバストな性能も与える。さらに加えて、現在使用可能な二値ターボ復号器を使用して、受信機の構造を簡単にする。しかしながら、ある特定の実施形態では、他の符号化方式も使用でき、本発明の技術的範囲内である。
【０１２０】
好ましい実施形態についてのこれまでの記述は、当業者が本発明を作成または使用できるようにするために与えられている。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者には容易に分かり、本明細書において定義されている一般的な原理は、発明の能力を使用することなく、他の実施形態に適用される。したがって、本発明は、本発明に示されている実施形態に制限されることを意図されていないが、本明細書に開示されている原理および新規な特徴に一致する最も広い技術的範囲にしたがうことを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の種々の態様および実施形態を実行することができる多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）通信システムの図。
【図２】ＭＩＭＯシステムにおいてＮＴ本中の１本の送信アンテナからのＯＦＤＭ伝送をグラフで示す図。
【図３ａ】並列連結された畳込み符号器の図。
【０１２２】
【図３ｂ】並列連結された畳込み符号器の図。
【図３ｃ】符号化されたビットの種々のパンクチャリングを行うために使用される、パンクチャ装置およびマルチプレクサの１つの実施形態を示す図。
【図４ａ】データ伝送に必要な符号化されたビットを生成するための符号化／パンクチャリング方式であって、特定の基礎符号と共通のパンクチャリング方式とを使用する符号化／パンクチャリング方式のフローチャート。
【０１２３】
【図４ｂ】データ伝送に必要な符号化されたビットを生成するための符号化／パンクチャリング方式であって、特定の基礎符号と可変のパンクチャリング方式とを使用する符号化／パンクチャリング方式のフローチャート。
【図５】１６−ＱＡＭの信号配列および特定のグレイマッピング方式の図。
【０１２４】
【図６】ＭＩＭＯプロセッサの１つの実施形態のブロック図。
【図７】異なる伝送に対して異なる処理を行うことができるシステムの１つの実施形態のブロック図。
【図８】受信システムの復号化部分についての１つの実施形態のブロック図。
【符号の説明】
【０１２５】
１００、１１０、１５０ システム、
１２４、１５２ アンテナ、
３２２ 構成符号器、
３３２ 遅延素子、
３３４ 加算器、
３３６、３４２、３４４ スイッチ、
３４３ ライン。
【０００１】
本発明は、データ通信に関する。とくに、本発明は、異なる伝送能力を有する多数の伝送チャンネル上で伝送するデータを符号化するための新規で、融通性のある、効率的な符号化方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムは、音声、データ、等のような種々のタイプの通信を提供するために、広く配備されている。これらのシステムは、符号分割多重アクセス（code division multiple access, CDMA）、時分割多重アクセス（time division multiple access, TDMA）、直交周波数分割変調（orthogonal frequency division modulation, OFDM）、または他の変調技術に基づいている。いくつかのチャンネル環境では、ＯＦＤＭシステムが高い性能を有する。
【０００３】
ＯＦＤＭシステムでは、動作周波数バンドは、多数の“周波数サブチャンネル”、すなわち周波数ビンへ効率的に分割される。各サブチャンネルは、データを変調する各サブキャリアと関係付けられていて、独立の“伝送チャンネル”と考えられる。一般に、伝送されるデータ（すなわち、情報ビット）を特定の符号化方式で符号化して、符号化されたビットを生成する。高度の変調方式（例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ、など）では、符号化されたビットは非二値記号へまとめられ、サブキャリアを変調するのに使用される。
【０００４】
ＯＦＤＭシステムの周波数サブチャンネルは、異なるリンク状態（例えば、異なるフェージングおよびマルチパスの影響）を経ると、信号対雑音および干渉比（signal-to-noise-plus-interference ratio, SNR）が異なる。したがって、個々の性能レベルにおいて各サブチャンネル上で伝送される１変調記号に対する情報ビット数（すなわち、情報ビットレート）は、サブチャンネルごとに異なる。さらに加えて、一般に、リンク状態は時間にしたがって変化する。その結果、サブチャンネルにおいて支援されるビットレートも、時間にしたがって変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
周波数サブチャンネルの伝送能力が異なることと、能力が時間にしたがって変化することとにより、サブチャンネルに必要な符号化されたビットを得るために、支援される情報ビット数／変調記号を符号化できる効率的な符号化方式を用意することが困難になった。
【０００６】
したがって、多数のサブチャンネル上で伝送するデータを符号化するのに使用される高性能で、効率的で、融通性のある符号化方式が、非常に求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【発明の効果】
【０００８】
本発明の種々の態様では、多数の“伝送チャンネル”上で、チャンネルで実現したＳＮＲに基づく異なる情報ビットレートで、データを伝送できる通信システムのための効率的で効果的な符号化技術を与えている。多数の符号化／パンクチャリング方式を使用して、必要な符号化されたビット（すなわち、ターボ符号が使用されるときは、情報、テール、パリティビット）を生成する。第１の符号化／パンクチャリング方式では、全ての伝送チャンネル（例えば、別途記載するように、多重入力／多重出力アンテナ（multiple input/multiple output antenna, MIMO）を備えた、ＯＦＤＭシステムにおける全ての周波数サブチャンネル、またはＯＦＤＭシステムにおける全ての周波数サブチャンネルの空間サブチャンネル）において、特定の基礎符号および共通のパンクチャリングを使用する。第２の符号化／パンクチャリング方式では、伝送チャンネルにおいて、同じ基礎符号であるが、可変のパンクチャリングを使用する。可変のパンクチャリングを使用して、伝送チャンネルに対して異なる符号化レートを与えることができる。各伝送チャンネルの符号化レートは、チャンネルに対して選択された情報ビットレートおよび変調方式に依存する。
【０００９】
本発明の実施形態では、通信システム、例えば直交周波数分割変調（orthogonal frequency division modulation, OFDM）システム内の多数の伝送チャンネル上で伝送するデータを用意するための方法を提供する。各伝送チャンネルは、各変調記号系列を伝送するように動作することができる。この方法にしたがうと、各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数は、（例えば、チャンネルのＳＮＲに基づいて）判断される。次に、変調方式を各伝送チャンネルごとに識別し、１変調記号に対する判断された数の情報ビットを支援する。１変調記号に対する支援される情報ビット数と、識別された変調方式とに基づいて、各伝送チャンネルの符号化レートを判断する。少なくとも２本の伝送チャンネルは、伝送能力が異なるために、異なる符号化レートと関係付けられる。
【００１０】
その後で、特定の符号化方式にしたがって、多数の情報ビットを符号化して、多数の符号化されたビットを得る。ターボ符号を使用するときは、情報ビットに対して、多数のテールおよびパリティビットを生成する（符号化されたビットには、情報ビット、テールビット、およびパリティビットが含まれる）。符号化されたビットは、特定のインターリービング方式にしたがってインターリーブされる。構成を簡単にするために、パンクチャリングの前に、インターリービングを行ってもよい。次に、特定のパンクチャリング方式にしたがって、符号化されたビット（例えば、ターボ符号が使用されるときは、テールおよびパリティビット）をパンクチャして、多数のパンクチャされていない符号化されたビットを伝送チャンネルに与える。パンクチャリングを調節して、伝送チャンネルに必要な異なる符号化レートを実現する。その代りに、インターリービングの前に、パンクチャリングを行ってもよい。
【００１１】
次に、伝送チャンネルごとに、非二値記号を生成する。各非二値記号には、インターリーブされて、パンクチャされていない符号化されたビットのグループが含まれ、各変調記号にマップされる。各非二値記号内の特定数の符号化されたビットは、チャンネルの変調方式に依存する。別途記載するように、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）システムでは、各周波数サブチャンネルの多数の空間サブチャンネル上で伝送でき、各周波数サブチャンネルの変調記号は、伝送前に事前調整される。
【００１２】
別途詳しく記載するように、本発明は、本発明の種々の態様、実施形態、および特徴が構成されている方法およびシステムの要素を提供する。
本発明の、特徴、性質、および長所は、別途記載する詳細な説明を、図面と共に参照することによって、一致する参照符号により全体的に対応して同定され、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の種々の態様および実施形態を実行することができる多重入力多重出力（multiple-input multiple-output, MIMO）通信システム100の図である。通信システム100は、本明細書に記載されている符号化方式を実行するように設計することができる。システム100は、アンテナ、周波数、および時間のダイバーシティの組合せを用いて、スペクトル効率を向上し、性能を改良し、融通性を高めるように動作することもできる。向上したスペクトル効率は、使用可能なシステムのバンド幅をよりよく利用できる時と場所において、ビット／秒／ヘルツ(bit per second per Hertz, bps/Hz)における伝送能力がより高いことを特徴とする。性能の向上は、例えば、所与のリンクの信号対雑音および干渉比（signal-to-noise-plus-interference, SNR）に対する、ビット誤り率（bit-error-rate, BER）またはフレーム誤り率（frame-error-rate, FER）がより低くなることによって量子化される。高められた融通性は、種々の、一般に全く異なる要件を有する多数のユーザに適応する能力によって特徴付けられる。これらの目標の一部は、高性能で効率的な符号化方式、マルチキャリア変調、時分割多重化（time division multiplexing, TDM）、多数の送信アンテナおよび／または受信アンテナ、他の技術、あるいはその組合せを用いることによって実現する。本発明の特徴、態様、および長所については、さらに詳しく別途記載する。
【００１５】
図１に示されているように、通信システム100には第１のシステム110および第２のシステム150が構成されていて、第１のシステム110は、第２のシステム150と通信する。システム110内では、データ源112は、データ（すなわち、情報ビット）を符号器114へ供給し、符号器114は特定の符号化方式にしたがってデータを符号化する。符号化により、データ伝送の信頼性が向上する。次に、符号化されたビットは、チャンネルインターリーバ116へ供給され、特定のインターリービング方式にしたがってインターリーブ（すなわち、順序変更）される。インターリービングして、符号化されたビットに時間および周波数のダイバーシティを行い、データ伝送に使用されるサブチャンネルの平均ＳＮＲに基づいてデータを伝送し、フェージングを抑制し、さらに加えて、使用する符号化されたビット間の相関関係を取り除いて、各変調記号を形成する。次に、インターリーブされたビットをパンクチャ（すなわち、削除）して、必要数の符号化されたビットを用意する。符号化、チャンネルインターリービング、およびパンクチャリングについては、さらに詳しく別途記載する。パンクチャされていない符号化されたビットは、記号マッピング素子118へ供給される。
【００１６】
ＯＦＤＭシステムでは、動作周波数バンドは、多数の“周波数サブチャンネル”（すなわち、周波数ビン）へ効率的に分割される。各“時間スロット”（すなわち、周波数サブチャンネルのバンド幅に依存する特定の時間間隔）において、各周波数サブチャンネル上で、“変調記号”が伝送される。さらに詳しく別途記載されているように、ＯＦＤＭシステムは、ＭＩＭＯモードで動作し、ＭＩＭＯモードでは、多数（ＮＴ）の送信アンテナおよび多数（ＮＲ）の受信アンテナをデータ伝送に使用する。ＭＩＭＯチャンネルは、ＮＣ≦ＮＴおよびＮＣ≦ＮＲとして、ＮＣ本の独立チャンネルへ分解される。各ＮＣ本の独立チャンネルは、ＭＩＭＯチャンネルの“空間サブチャンネル”とも呼ばれ、これは、次元に対応する。ＭＩＭＯモードでは、より高い次元が実現し、各時間スロットにおいて、ＮＣ個の変調記号が、各周波数サブチャンネルのＮＣ本の空間のサブチャンネル上を伝送される。ＯＦＤＭシステムが、ＭＩＭＯモード以外で動作するときは、空間のサブチャンネルは１本のみである。各周波数サブチャンネル／空間サブチャンネルも“伝送チャンネル”と呼ばれる。ＭＩＭＯモードおよび空間サブチャンネルについては、さらに詳しく別途記載する。
【００１７】
特定の動作レベルにおいて各変調記号ごとに送られる情報ビット数は、伝送チャンネルのＳＮＲに依存する。各伝送チャンネルでは、記号マッピング素子118は、１組のパンクチャされていない符号化されたビットをまとめて、その伝送チャンネルの非二値記号を形成する。次に、非二値記号は変調記号へマップされ、変調記号は、伝送チャンネルに対して選択された変調方式に対応する信号配列内の点を表わす。データ伝送に使用される全伝送チャンネルおよび各時間スロットに対して、ビットのグループ化および符号のマッピングが行われる。全伝送チャンネルの変調記号は、ＭＩＭＯプロセッサ120へ供給される。
【００１８】
（実行される場合は）実行される特定の“空間”ダイバーシティに依存して、ＭＩＭＯプロセッサ120は、受信した変調記号をデマルチプレックスし、事前調整し、結合する。ＭＩＭＯ処理については、さらに詳しく別途記載する。各送信アンテナでは、ＭＩＭＯプロセッサ120は、１時間スロットに１ベクトルから成る、変調記号ベクトルのストリームを供給する。各変調記号ベクトルには、所与の時間スロットごとの全周波数サブチャンネルの変調記号が含まれている。変調記号ベクトルの各ストリームは、それぞれの変調器（modulator, MOD）122によって受信されて、変調され、関係するアンテナ124を介して伝送される。
【００１９】
図１に示されている実施形態では、受信システム150には、多数の受信アンテナ152が構成されていて、受信アンテナ152は送られた信号を受信して、受信した信号を各復調器（dmodulator, DEMOD）154へ供給する。各復調器154は、変調器122において実行される処理に対応する処理を行なう。全復調器154からの復調符号は、ＭＩＭＯプロセッサ156へ供給され、ＭＩＭＯプロセッサ120において行われた処理を相補するやり方で処理される。伝送チャンネルの受信記号は、ビット計算ユニット158へ供給され、ビット計算ユニット158は、記号マッピング素子118によって実行された処理を相補する処理を行ない、受信ビットを示す値を供給する。デパンクチャ装置159は、消去（例えば、ゼロ値）を、システム110においてパンクチャされた符号化されたビットに挿入する。デパンクチャされた値は、チャンネルデインターリーバ160によってデインターリーブされ、復号器162によって復号化され、復号化されたビットを生成し、復号化されたビットは、データシンク164へ供給される。チャンネルのデインターリービング、デパンクチャリング、および復号化は、送信機におけるチャンネルのインターリービング、パンクチャリング、および符号化と相補するものである。
【００２０】
図２は、ＭＩＭＯシステム内のＮＴ本中の１本の送信アンテナからのＯＦＤＭ伝送をグラフで示している。図２において、水平方向の軸は時間を表わし、垂直方向の軸は周波数を表わす。この特定の例では、伝送チャンネルには、１６本の周波数サブチャンネルが構成されていて、伝送チャンネルは、ＯＦＤＭの記号系列を伝送するのに使用され、各ＯＦＤＭの記号は、全１６本の周波数サブチャンネルをカバーする。時分割多重化（time division multiplexing, TDM）構造も示されており、ＴＤＭ構造では、データ伝送を時間スロットへ分割し、各時間スロットは特定の継続時間を有する。図２に示されている例では、時間スロットは、１変調記号の長さに等しい。
【００２１】
使用可能な周波数サブチャンネルを使用して、シグナリング、音声、パケットデータ、などを伝送してもよい。図２に示されている特定の例では、時間スロット１の変調記号は、パイロットデータに対応し、パイロットデータは定期的に伝送され、受信機ユニットが同期して、チャンネル推定を行うのを支援する。時間および周波数上にパイロットデータを分配するための他の技術も使用される。パイロット変調記号は、通常は、特定のレートで伝送され、このレートは、普通は、通信リンクにおける変化を正確に追跡するのに十分な速さになるように選択される。
【００２２】
パイロット伝送に使用されない時間スロットを使用して、種々のタイプのデータを伝送することができる。例えば、周波数サブチャンネル１は制御データを、周波数サブチャンネル２は同報通信データを、受信機ユニットへ伝送するために確保されている。これらのサブチャンネル上のデータは、一般に、全受信機ユニットによって受信されることを意図されている。しかしながら、制御チャンネル上のメッセージの一部はユーザ別であり、それに応じて符号化される。
【００２３】
音声データおよびパケットデータは、残りの周波数サブチャンネルにおいて伝送される。図示されている例では、サブチャンネル３は、時間スロット２ないし９において音声呼１に使用され、サブチャンネル４は、時間スロット２ないし９において音声呼２に使用され、サブチャンネル５は、時間スロット５ないし９において音声呼３に使用され、サブチャンネル６は、時間スロット７ないし９において音声呼５に使用される。
【００２４】
残りの使用可能な周波数サブチャンネルおよび時間スロットは、トラヒックデータを伝送するのに使用される。特定のデータが、多数のサブチャンネルまたは多数の時間スロット、あるいはこの両者において伝送されることもあり、多数のデータが、特定の時間スロット中に伝送されることもある。データは、不連続の時間スロット上で伝送されることもある。
【００２５】
図２に示されている例では、データ１の伝送は、時間スロット２において周波数サブチャンネル５ないし１６を使用し、時間スロット７においてサブチャンネル７ないし１６を使用し、データ２の伝送は、時間スロット３および４においてサブチャンネル５ないし１６を使用し、時間スロット５においてサブチャンネル６ないし１６を使用し、データ３の伝送は、時間スロット６においてサブチャンネル６ないし１６を使用し、データ４の伝送は、時間スロット８においてサブチャンネル７ないし１６を使用し、データ５の伝送は、時間スロット９においてサブチャンネル７ないし１１を使用し、データ６の伝送は、時間スロット９においてサブチャンネル１２ないし１６を使用する。データ１ないし６の伝送は、受信機ユニットへのトラヒックデータの伝送を表わす。
【００２６】
伝送に融通性を与えて、高い性能および効率を実現するために、各送信アンテナごとの各時間スロットにおける各周波数サブチャンネルを、独立の伝送単位（変調記号）と考えて、これを使用して、パイロット、シグナリング、同報通信、音声、トラヒックデータ、他のデータタイプ、またはその組み合わせのようなデータタイプを伝送することができる。別途記載するように、変調記号を独立させることによって、融通性、性能、効率も実現できる。例えば、各変調記号は、特定の時間、周波数、および空間において資源を最適に使用する変調方式（例えば、Ｍ−ＰＳＫ、Ｍ−ＱＡＭ、または他の方式）から生成される。
【００２７】
ＭＩＭＯシステム
地上通信システム（例えば、セルラシステム、同報通信システム、マルチチャンネル マルチポイント分配システム（multi-channel multi-point distribution system, MMDS）、など）において、送信機ユニットからのＲＦ変調信号は、多数の伝送経路を経由して受信機ユニットに到達する。伝送経路の特徴は、一般に、多数の要素によって時間にしたがって変化する。２本以上の送信または受信アンテナを使用するとき、および送信アンテナと受信アンテナとの間の伝送経路が線形に独立しているとき（すなわち、一方の伝送が他方の伝送の線形の組合せとして形成されないとき）（これらは、一般に、少なくとも一定の範囲において真である）、伝送信号を正しく受信する確率は、アンテナ数が増加するのにしたがって高まる。一般に、送信アンテナおよび受信アンテナの数が増加するのにしたがって、ダイバーシティは増加し、性能が向上する。
【００２８】
図１に示されているようなＭＩＭＯ通信システムでは、通信リンクの送信端と受信端の両者においてアンテナを用いている。これらの送信アンテナおよび受信アンテナを使用して、種々の形態の“空間ダイバーシティ”（例えば、“送信”ダイバーシティおよび“受信”ダイバーシティ）を供給する。空間ダイバーシティは、多数の送信アンテナと１本以上の受信アンテナとを使用することによって特徴付けられる。送信ダイバーシティは、多数の送信アンテナによってデータを送ることによって特徴付けられる。一般に、送信アンテナから送られたデータに対して、追加の処理を行って、希望のダイバーシティを実現する。例えば、異なる送信アンテナから送られたデータに対して、遅延または時間上の順序変更をし、使用可能な送信アンテナにおいて符号化およびインターリーブする、などである。受信ダイバーシティは、多数の受信アンテナ上で送られた信号を受信することによって特徴付けられ、ダイバーシティは、異なる信号経路を経由した信号を単に受信することによって実現する。
【００２９】
空間ダイバーシティは、リンク容量が増加しても、または増加しなくても、通信リンクの信頼性を向上するのに使用される。これは、多数のアンテナを経由して、多数の経路上でデータを送信または受信することによって実現する。空間ダイバーシティは、通信リンクの特徴に基づいて動的に選択を行って、要求される性能を得るものである。より高い程度の空間ダイバーシティは、例えば、幾つかのタイプの通信（例えば、シグナリング）、幾つかのタイプのサービス（例えば、音声）、幾つかの通信リンクの特徴（例えば、低ＳＮＲ）、または幾つかの他の条件または考慮すべき事項において得られる。
【００３０】
希望のダイバーシティを得るために、データを多数のアンテナから、または多数の周波数サブチャンネル上で、あるいはこの両者で送ってもよい。例えば、データは、（１）１本のアンテナから１本のサブチャンネル上で、（２）多数のアンテナから１本のサブチャンネル（例えば、サブチャンネル１）上で、（３）全ＮＴ本のアンテナから１本のサブチャンネル上で、（４）１本のアンテナから１組のサブチャンネル（例えば、サブチャンネル１および２）上で、（５）多数のアンテナから１組のサブチャンネル上で、（６）全ＮＴ本のアンテナから１組のサブチャンネル上で、または（７）１組のアンテナから１組のチャンネル上で（例えば、１時間スロットにおいてアンテナ１および２からサブチャンネル１上で、他の時間スロットにおいてアンテナ２からサブチャンネル１および２上で、など）伝送される。したがって、サブチャンネルおよびアンテナの組合せを使用して、アンテナおよび周波数ダイバーシティを得る。
【００３１】
ＭＩＭＯ通信システムでは、多重入力多重出力チャンネルは、１組のＮＣ本の独立の空間サブチャンネルへ分解される。このような空間サブチャンネルの数は、送信アンテナ数および受信アンテナ数のより少ない方以下である（すなわち、ＮＣ≦ＮＴおよびＮＣ≦ＮＲ）。Ｈが、特定の時間においてＮＴ本の送信アンテナおよびＮＲ本の受信アンテナに対するチャンネル応答を与えるＮＲ×ＮＴの行列であって、ｘがチャンネルへのＮＴ−ベクトル入力であるとき、受信信号は、次に示す式で表現できる；
ｙ＝Ｈｘ＋ｎ、
なお、ｎは、ＮＲ−ベクトルは雑音と干渉との和を表わす。１つの実施形態では、チャンネル行列と共役転置（conjugate-transponse）との積によって形成されたエルミート行列の固有ベクトルの分解は、次に示す式で表現できる；
Ｈ＊Ｈ＝ＥΛＥ＊、
なお、符号“＊”は共役転置を示し、Ｅはエルミート行列であり、Λは、次元ＮＴ×ＮＴの両者で固有値の対角行列である。
【００３２】
送信機は、固有ベクトル行列Ｅを使用して、１組のＮＴ個の変調記号ｂを変換する（すなわち、事前調整する）。ＮＴ本の送信アンテナからの送信された変調記号は、次に示す式で表現できる；
ｘ＝Ｅｂ。
全てのアンテナでは、次に示す行列乗算演算によって、変調記号の事前調整を実現することができる。
【００３３】
【数１】
ｙ＝ＨＥｂ＋ｎ。
受信機は、チャンネル整合フィルタ処理を行い、次に正しい固有ベクトルによって乗算する。チャンネル−整合−フィルタ処理の結果は、ベクトルｚであり、次の式で表現される；
【００３４】
【数２】
ＭＩＭＯ処理の実施形態は、2000年5月22日に出願された米国特許出願第09/532,491号（“HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION”）に記載されており、第09/532,491号は本出願の譲受人に譲渡され、本明細書において参考文献として取り上げられている。
【００３５】
これらのチャンネルが互いに独立しているときは、上述の実施形態に記載されているＭＩＭＯチャンネル内のＮＣ本の空間サブチャンネルの各々は、固有モード（eignmode）とも呼ばれる。ＭＩＭＯモードでは、各変調記号は、各周波数サブチャンネルにおいて各固有モードで伝送することができる。各ＳＮＲは各固有モードごとに異なるので、各固有モードで伝送されるビット数も異なる。既に記載したように、各周波数サブチャンネルの各固有モードも、伝送チャンネルと呼ばれる。
【００３６】
他の実施形態では、空間サブチャンネルは、異なるように生成される。例えば、空間サブチャンネルは、１本の送信アンテナから全受信アンテナへの伝送として定義することができる。
ここで使用されているように、ＭＩＭＯモードには、全チャンネル状態情報（full channel state information, full-CSI）および部分−ＣＳＩ処理モードが含まれる。全−ＣＳＩと部分−ＣＳＩの両者において、追加の伝送経路は、空間的に分かれたサブチャンネルによって与えられる。既に記載したように、全−ＣＳＩ処理は固有モードを使用する。部分−ＣＳＩ処理では、固有モードを使用せず、各伝送チャンネル（すなわち、受信ダイバーシティポート）ごとに（例えば、逆方向リンク上のフィードバックを介して）送信機ユニットへＳＮＲを供給し、受信したＳＮＲに基づいて符号化することを含む。
【００３７】
受信機ユニットにおいて多数の式を使用して、部分−ＣＳＩの必要情報を供給する。部分−ＣＳＩの必要情報には、この技術において知られているように、ゼロ−フォーシング（zero-forcing）、チャンネル相関行列反転（channel correlation matrix inversion, CCMI）、および最小平均平方誤差（minimum mean square error, MMSE）が含まれる。例えば、非線形のゼロ−フォーシング（部分−ＣＳＩ）のＭＩＭＯの場合のＳＮＲの導出については、P.W. Wolniansky、他による文献（“V-BLAST: An Architecture for Realizing Very High Data Rates Over the Rich-Scattering Wireless Channel”, Proc. IEEE ISSSE-98, Pisa, Italy, Sept. 30, 1998）に記載されており、これは、本明細書において参考文献として取り上げられている。ＭＩＭＯの式からの固有値は、全−ＣＳＩの場合の固有モードのＳＮＲに関係する。非−ＭＩＭＯの場合は、この技術において知られている方法の組合せを使用することができる。
【００３８】
各伝送チャンネルは、送信機と受信機の両者に分かっているＳＮＲで関係付けられる。この場合は、対応する伝送チャンネルのＳＮＲに基づいて、各変調記号の変調および符号化パラメータを判断することができる。これは、使用可能な周波数サブチャンネルおよび固有モードを効率的に使用することができる。
【００３９】
表１には、情報ビット数、すなわち各変調記号において、種々のＳＮＲの範囲において特定の性能レベル（例えば、１％のフレームエラーレート（frame error rate）、すなわち％ＦＥＲ）で送られる情報ビット数が記載されている。各ＳＮＲの範囲において、表１には、そのＳＮＲの範囲で使用するために選択された特定の変調方式、選択された変調方式で各変調記号において伝送される符号化されたビット数、および支援される数の情報ビット／変調記号を与えられたときに、必要な数の符号化されたビット／変調記号を得るのに使用される符号化レートも記載されている。
【００４０】
表１には、各ＳＮＲの範囲ごとの、変調方式および符号化レートの１つの組合せが記載されている。各伝送チャンネルにおいて支援されるビットレートは、符号化レートおよび変調方式の多数の可能な組合わせの中の１つを使用して、実現することができる。例えば、１記号に対する１情報ビットは、（１）１／２の符号化レートおよびＱＰＳＫ変調、（２）１／３の符号化レートおよび８−ＰＳＫ変調、（３）１／４の符号化レートおよび１６−ＱＡＭ、または（４）符号化レートと変調方式との他の組合せを使用して、実現することができる。表１では、記載されているＳＮＲの範囲において、１、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、および６４−ＱＡＭが使用されている。８−ＰＳＫ、３２−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭ、などのような他の変調方式も使用でき、本発明の技術的範囲内である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
符号化
図３ａは、並列連結された畳込み符号器114ｘの１つの実施形態のブロック図であり、並列連結された畳込み符号器114ｘは、しばしばターボ符号器と呼ばれる。ターボ符号器114ｘは、図１の符号器の順方向誤り訂正（forward error correction, FEC）部分の１つの構成を表わしていて、２本以上の伝送チャンネル上で伝送するデータを符号化するのに使用できる。
【００４３】
符号器114における符号化には、誤り訂正符号化、または誤り検出符号化、あるいはこの両者が含まれ、リンクの信頼性を向上するのに使用される。符号化には、例えば、巡回冗長検査（cyclic redundancy check, CRC）の符号化、畳込み符号化、トレリス符号化、ブロック符号化（例えば、リードソロモン符号化）、他のタイプの符号化、あるいはこれらの組み合わせが含まれる。無線通信システムでは、パケットデータは、特定のＣＲＣ符号で最初に符号化され、ＣＲＣビットはデータパケットに付される。追加のオーバーヘッドビットは、データパケットへ付され、フォーマットされたデータパケットを形成し、フォーマットされたデータパケットは、畳込みまたはターボ符号で符号化される。本明細書で使用されているように、“情報ビット”は、畳込みまたはターボ符号器へ供給されるビット（例えば、伝送されたデータビットと、伝送されたビットに誤り検出または訂正の能力を与えるのに使用されるビット）を指す。
【００４４】
図３ａに示されているように、ターボ符号器114ｘには、２つの構成符号器312ａおよび312ｂと、符号インターリーバ314とが構成されている。構成符号器312ａは、第１の構成符号にしたがって、情報ビット、ｘを受信して、符号化し、第１の系列のテールおよびパリティビット、ｙを生成する。符号インターリーバ314は、情報ビットを受信して、特定のインターリービング方式にしたがってインターリーブする。構成符号器312ｂは、第２の構成符号にしたがってインターリーブされたビットを受信して、符号化して、第２の系列のテールおよびパリティビット、ｚを生成する。符号器312ａおよび312ｂからの情報ビット、テールビット、およびパリティビットは、次の処理要素（チャンネルインターリーバ116）へ供給される。
【００４５】
図３ｂは、ターボ符号器114ｙの１つの実施形態の図であり、これはターボ符号器114ｘの１つの構成であり、図１の符号器114内でも使用できる。この例では、ターボ符号器114ｙは、１／３レートの符号器であり、各情報ビットｘに対して、２つのパリティビット、ｙおよびｚを供給する。
【００４６】
図３ｂに示されている実施形態では、ターボ符号器114ｙの各構成符号器322は、構成符号に対して次に示す伝達関数を実行する：
【００４７】
【数３】
各構成符号器322には、多数の直列接続された遅延素子332、多数のモジューロ−２加算器334、およびスイッチ336が構成されている。最初に、遅延素子332の状態はゼロに設定されていて、スイッチ336はアップ位置である。次に、データパケット内の各情報ビットにおいて、加算器334ａは、情報ビットと、加算器334ｃからの出力ビットとをモジューロ−２加算し、その結果を遅延素子332ａへ供給する。加算器334ｂは、加算器334ａと、遅延素子332ａおよび332ｃからのビットとをモジューロ−２加算し、パリティビットｙを供給する。加算器334ｃは、遅延素子332ｂおよび332ｃからのビットをモジューロ−２加算する。
【００４８】
データパケット内の全部でＮ個の情報ビットを符号化した後で、スイッチ336はダウン位置へ動かされ、３つのゼロ（“０”）ビットは構成符号器322ａへ供給される。次に、構成符号器322ａは３つのゼロビットを符号化して、３つのテールの系統的ビットおよび３つのテールパリティビットを供給する。
【００４９】
Ｎ個の情報ビットの各パケットごとに、構成符号器322ａはＮ個の情報ビットｘ、第１の３つのテールの系統的ビット、Ｎ個のパリティビットｙ、および第１の３つのテールパリティビットを供給し、構成符号器322ｂは、第２の３つのテールの系統的ビット、Ｎ個のパリティビットｚ、および最後の３つのテールのパリティビットを供給する。各パケットにおいて、符号器114ｙでは、符号器322ａからはＮ個の情報ビット、６個のテールの系統的ビット、Ｎ＋３個のパリティビットを供給し、符号器322ｂからはＮ＋３個のパリティビットを供給する。
【００５０】
符号インターリーバ314は、多数のインターリービング方式の中の１つを実行する。１つの特定のインターリービング方式では、パケット内のＮ個の情報ビットが、行ごとに、２５行×２ｎ列の配列（ｎは最小の整数であり、Ｎ≦２５＋ｎである）へ書込まれる。次に、行は、ビット反転の規則にしたがって、再構成される。例えば、１行目（“００００１”）は１６行目（“１００００”）とスワップされ、３行目（“０００１１”）は２４行目（“１１０００”）とスワップされる、などである。次に各行内のビットは、行別の線形コングルエンシャル系列（linear congruential sequence, LCS）にしたがって置換（すなわち、再配置）される。ｋ行目のＬＣＳは、ｘｋ（ｉ＋１）＝{ｘｋ（ｉ）＋ｃｋ}ｍｏｄ２ｎ（ｉ＝０，１，．．．２ｎ−１，ｘｋ（０）＝ｃｋ、およびｃｋは各行ごとに選択された特定の値であり、かつｎの値に依存する）として定められる。各行における置換において、行内のｉ番目のビットは位置ｘ（ｉ）内に位置する。符号インターリーバ314内のビットは、列ごとに読み出される。
【００５１】
上述のＬＣＳ符号インターリービング方式は、一緒に譲渡された1998年12月4日に出願された米国特許出願第09/205,511号（“TURBO CODE INTERLEAVER USING LINEAR CONGRUENTIAL SEQUENCES”）、および“C.S0002-A-1 Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems”（以下では、ｃｄｍａ２０００標準規格と呼ぶ）にさらに詳しく記載されており、本明細書では、両文献を参考文献として取り上げている。
【００５２】
他の符号インターリーバも使用でき、本発明の技術的範囲内である。上述の線形コングルエンシャル系列インターリーバの代わりに、例えば、ランダムインターリーバまたは対称ランダム（symmetrical-random, S-random）インターリーバを使用してもよい。
【００５３】
明らかにするために、とくに、ターボ符号に基づくデータ符号化について記載する。他の符号化方式も使用でき、本発明の技術的範囲内である。例えば、データは、畳込み符号；ブロック符号；ブロック符号、畳込み符号、および／またはターボ符号の組合せから構成される連結符号；または他の符号から構成される。データは、“基礎”符号にしたがって符号化され、その後で、符号化されたビットは、データを伝送するのに使用される伝送チャンネルの能力に基づいて処理（例えば、パンクチャ）される。
【００５４】
チャンネルインターリービング
再び図１を参照すると、符号器114からの符号化されたビットは、チャンネルインターリーバ116によってインターリーブされ、悪い経路の影響（例えば、フェージング）に対して時間および周波数ダイバーシティを行う。さらに加えて、符号化されたビットは、その後で一緒にまとめられて、非二値記号を形成し、非二値記号は変調記号へマップされるので、インターリービングにより、各変調記号を形成する符号化されたビットが（一時的に）互いに近くに位置しないことが保証される。静的な付加のホワイトガウス雑音（additive white Gaussian noise, AWGN）チャンネルでは、ターボ符号器も用いられるときは、符号インターリーバが同様の機能を効率的に行うので、チャンネルインターリービングの重要性は低減する。
【００５５】
チャンネルインターリーバでは、種々のインターリービング方式が使用される。１つのインターリービング方式では、各パケットごとに、符号化されたビット（すなわち、情報、テール、およびパリティビット）がメモリの行へ（線形に）書き込まれる。各行内のビットは、（１）ビット反転規則、（２）線形のコングルエンシャル系列（例えば、上述で、符号インターリーバに関して記載されているもの）、（３）ランダムに生成されたパターン、または（４）他のやり方で生成された置換パターンに基づいて、置換（すなわち、再配置）される。行は、特定の行置換パターンにしたがって置換される。置換された符号化されたビットは、各列から検索され、パンクチャ装置117へ供給される。
【００５６】
1つの実施形態では、チャンネルインターリービングは、パケット内の各ビットストリームごとに個々に行われる。各パケットごとに、情報ビットｘ、第１の構成符号器からのテールおよびパリティビットｙ、および第２の構成符号器からのテールおよびパリティビットｚは、３つの別々のインターリーバによってインターリーブされる。３つの別々のインターリーバにおいて用いられるインターリービング方式は、同じであっても、異なっていてもよい。この別々のインターリービングにより、個々のビットストリームに対して融通の利くパンクチャリングを行うことができる。
【００５７】
希望の時間および周波数のダイバーシティを行うために、インターリービング間隔を選択する。例えば、特定の時間間隔（例えば、１０ミリ秒、２０ミリ秒、またはそれ以外）、または特定数の伝送チャンネル、あるいはこの両者に対して、符号化されたビットをインターリーブしてもよい。
【００５８】
パンクチャリング
既に記載されているように、ＯＦＤＭ通信システムでは、各変調記号において送られる情報ビット数は、変調記号を送るのに使用される伝送チャンネルのＳＮＲに依存する。ＭＩＭＯモードで動作するＯＦＤＭシステムでは、各変調記号において送られる情報ビット数は、変調記号を送るのに使用される周波数サブチャンネルおよび空間サブチャンネルのＳＮＲに依存する。
【００５９】
本発明の１つの態様にしたがって、多数の符号化／パンクチャリング方式を使用して、伝送するための符号化されたビット（すなわち、情報、テール、およびパリティビット）を生成する。第１の符号化／パンクチャリング方式では、特定の基礎符号および共通のパンクチャリングを全ての伝送チャンネルに適用する。第２の符号化／パンクチャリング方式では、同じ基礎符号であるが、可変のパンクチャリングを伝送チャンネルに適用する。可変のパンクチャリングは、伝送チャンネルのＳＮＲに依存する。
【００６０】
図４ａは、基礎符号および共通のパンクチャリング方式を用いて、データ伝送に必要な符号化されたビットを生成する実施形態のフローチャートである。最初に、ステップ412では、各伝送チャンネル（すなわち、各周波数サブチャンネルの各固有モード）のＳＮＲを判断する。ＭＩＭＯモード以外で動作するＯＦＤＭシステムでは、１つの固有モードのみが支援され、各周波数サブチャンネルごとに、１つのみのＳＮＲが判断される。各伝送チャンネルのＳＮＲは、伝送されるパイロット参照に基づいて、または幾つかの他の機構を介して判断される。
【００６１】
ステップ414では、ＳＮＲに基づいて、各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数を判断する。表１のような、一定の範囲のＳＮＲを、各特定数の情報ビット／変調記号と関係付ける表を使用する。しかしながら、表１に示されている情報ビットに対する０．５ビットのステップサイズよりも、より細かい量子化を使用してもよい。次に、ステップ416では、各伝送チャンネルごとに変調方式を選択し、情報ビット数／変調記号を伝送できるようにする。さらに詳しく別途記載するように、他の要素（例えば、符号化の複雑性）を考慮して、変調方式を選択してもよい。
【００６２】
ステップ418では、全伝送チャンネルにおいて、各時間スロット内で伝送される情報ビットの合計数を判断する。これは、全伝送チャンネルにおいて判断される情報ビット数／変調記号を加算することによって達成される。同様に、ステップ420では、全ての伝送チャンネルにおいて、各時間スロット内で伝送される符号化されたビットの合計数を判断する。ステップ416において選択された各変調方式における符号化されたビット／変調記号数を判断し、さらに全伝送チャンネルごとに符号化されたビット数を加算することによって、これを達成することができる。
【００６３】
ステップ422では、ステップ418で判断された合計数の情報ビットを、特定の符号器を使用して符号化する。ターボ符号器を使用するときは、符号器によって生成されたテールビットおよびパリティビットにパンクチャして、ステップ420において判断された符号化されたビットの合計数を求める。次に、ステップ426では、パンクチャされていない符号化されたビットを非二値記号へまとめて、それらを、伝送チャンネルの変調記号へマップする。
【００６４】
第１の符号化／パンクチャリング方式では、全ての伝送チャンネルにおいて、同じ基礎符号およびパンクチャリング方式を使用するので、実行するのが比較的に簡単である。各伝送チャンネルにおける変調記号は、その伝送チャンネルに対して選択された変調方式に対応する信号配列内の点を表わしている。伝送チャンネルにおけるＳＮＲの分布が広がると、異なる信号配列における雑音の分散に関係する配列点間の距離は、大きく広がる。これは、システムの性能に影響を与える。
【００６５】
図４ｂは、同じ基礎符号であるが、可変のパンクチャリング方式を用いて、データ伝送に必要な符号化されたビットを生成するための実施形態のフローチャートである。最初に、ステップ432では、各伝送チャンネルに対するＳＮＲを判断する。１つの実施形態では、不十分なＳＮＲの伝送チャンネルを、データ伝送に使用しない（すなわち、劣悪な伝送チャンネル上ではデータは送られない）。ステップ434では、各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数を、ＳＮＲに基づいて判断する。ステップ436では、各伝送チャンネルごとに、変調方式を選択し、情報ビット数／変調記号を判断できるようにする。図４ｂのステップ432、434、および436は、図４ａのステップ412、414、および416に対応する。
【００６６】
ステップ438では、同じＳＮＲの範囲に属する伝送チャンネルを、１セグメントにまとめる。その代りに、１変調記号に対する情報ビット数の範囲を定めてもよい（例えば、範囲１は、１．０ないし１．５の情報ビット／変調記号、範囲２は、１．５ないし２．０の情報ビット／変調記号、など）。この場合に、同じ範囲内の１変調記号に対する情報ビット数を有する伝送チャンネルを、１セグメントにまとめる。
【００６７】
各セグメントには、Ｋｉ（Ｋｉは１以上の任意の整数）本の伝送チャンネルが構成されている。ステップ440では、各セグメントにおいて伝送できる情報ビットの合計数と、符号化されたビットの合計数とを判断する。例えば、セグメントｉには、Ｋｉ本の伝送チャンネルが構成されており、各伝送チャンネルは、Ｎｉ個の情報ビット／変調記号とＰｉ個のテールおよびパリティビット／変調記号を支援する。各時間スロットでは、セグメントｉにおいて伝送される情報ビットの合計数を、Ｋｉ・Ｎｉとして計算し、伝送されるテールおよびパリティビットの合計数を、Ｋｉ・Ｐｉとして計算し、符号化されたビットの合計数を、Ｋｉ（Ｎｉ＋Ｐｉ）として計算する。
【００６８】
【数４】
【００６９】
第２の符号化／パンクチャリング方式では、とくに、伝送チャンネルのＳＮＲの分布が広がるとき、第１の方式よりも向上した性能を与える。異なる伝送チャンネルにおいて、異なる変調方式および符号化レートを使用するので、各伝送チャンネル上で伝送されるビット数は、一般に、逆方向リンク上で受信機から送信機へ送られる。
【００７０】
表１には、０．５ビットのステップサイズを使用して、情報ビット数／変調記号の量子化が示されている。（各伝送チャンネルではなく）各セグメントが、整数の情報ビットを支援するのに必要であるとき、量子化の細分性（quantization granularity）を低減する（すなわち、０．５ビットよりも細かくなる）。Ｋｉ・Ｎｉが整数であることが必要であるとき、Ｋｉの整数値がより大きくなると、Ｎｉのステップサイズをより小さくすることができる。セグメントごとに量子化できるときは、量子化の細分性はさらに低減される。例えば、１つのセグメント内で、１ビットを四捨五入する必要があるときは、適切であれば、次のセグメント内で、１ビットを四捨五入する必要がある。多数の時間スロットにおいて、量子化をする必要があるときも、同様に、量子化の細分性が低減する。
【００７１】
ＯＦＤＭシステム（とくに、ＭＩＭＯモードで動作するＯＦＤＭシステム）を支援して、伝送チャンネルにおいて異なるＳＮＲを実現するために、共通の基礎符号器（例えば、１／３レートのターボ符号器）と共に、融通の利くパンクチャリング方式を使用して、必要な符号化レートを実現する。この融通の利くパンクチャリング方式を使用して、各セグメントごとに、必要な数のテールおよびパリティビットを得ることができる。高い符号化レートでは（テールおよびパリティビットが保持されているよりも、より多くパンクチャされる）、テールおよびパリティビットが符号器によって生成されると、それらを必要な数だけ保持して、それ以外を捨てることによって、パンクチャリングを効率的に実現する。
【００７２】
例えば、１セグメントには、２０個の１６−ＱＡＭの変調記号が構成されていて、２．７５情報ビット／変調記号の伝送を支援するＳＮＲを有する。このセグメントでは、２０個の変調記号において、５５個の情報ビット（５５＝２０×２．７５）が伝送される。各１６−ＱＡＭの変調記号は、４つの符号化されたビットで形成され、２０個の変調記号には、８０個の符号化されたビットが必要である。５５個の情報ビットを１／３レートの符号器で符号化して、１２２個のテールおよびパリティビットおよび５５個の情報ビットを生成する。これらの１２２個のテールおよびパリティビットをパンクチャして、セグメントに必要な３５個のテールおよびパリティビットを得る。このセグメントには、５５個の情報ビットと組合せて、８０個の符号化されたビットが構成されている。
【００７３】
図１を再び参照すると、パンクチャ装置117は、チャンネルインターリーバ116から、インターリーブされた情報およびパリティビットを受信し、テールおよびパリティビットの一部をパンクチャ（すなわち、削除）して、希望の符号化レートを実現し、パンクチャされていない情報、テール、およびパリティビットを一系列の符号化されたビットへ多重化する。情報ビット（系統的ビットとも呼ばれる）をテールおよびパリティビットと共にパンクチャしてもよく、本発明の技術的範囲内である。
【００７４】
図３ｃは、符号化されたビットの可変のパンクチャリングを行うのに使用されるパンクチャ装置117ｘの１つの実施形態の図である。パンクチャ装置117ｘは、図1のパンクチャ装置117の１組の構成である。パンクチャ装置117ｘは、1つの計数器を使用して、セグメントｉにおいて符号器によって生成されるＱｉ個のテールおよびパリティビットから、Ｐｉ個のテールおよびパリティビットを保持するようにパンクチャリングを行なう。
【００７５】
パンクチャ装置117ｘ内では、ターボ符号器の２つの構成符号器からのインターリーブされたテールおよびパリティビットｙＩＮＴおよびｚＩＮＴを、スイッチ342の２つの入力へ供給する。スイッチ342は、トグルユニット348からの制御信号に依存して、ｙＩＮＴのテールおよびパリティビットまたはｚＩＮＴのテールおよびパリティビットをライン343へ供給する。スイッチ342により、２つのテールおよびパリティビットのストリームを交互にすることによって、２つの構成符号器からのテールおよびパリティビットが等しく選択されることが保証される。
【００７６】
第１の計数器352は、モジューロ−Ｑ加算を行って、その内容がＱ−１を越えた後で、ラップアラウンドする。第２の計数器354は、Ｑのテールおよびパリティビットを（１個分）計数する。各セグメントにおいて、計数器352および354は最初はゼロに設定され、スイッチ342は、アップ位置であり、スイッチ344を閉じて、マルチプレクサを適切に制御することによって、第１のテールまたはパリティビットｙＩＮＴＯがマルチプレクサ346から供給される。各次のクロックサイクルでは、計数器352は、Ｐをインクリメントされ、計数器354は、１をインクリメントされる。計数器352の値は、決定ユニット356へ供給される。計数器352がモジューロ−Ｑの演算を経る（すなわち、計数器352の内容がラップアラウンドする）とき、ライン343上のテールまたはパリティビットはスイッチ344を介してマルチプレクサ346へ供給され、次にテールまたはパリティビットを出力された符号化されたビットとして供給する。テールまたはパリティビットがマルチプレクサ346から供給されるたびに、トグルユニット348は制御信号の状態をトグルし、他のテールおよびパリティビットストリームはライン343へ供給される。比較ユニット358によって示されることにより、セグメント内の全てのＱｉ個のテールおよびパリティビットが枯渇するまで、プロセスは続く。
【００７７】
他のパンクチャリングパターンを使用してもよく、本発明の技術的範囲内である。良好な性能を得るために、パンクチャされるテールおよびパリティビットの数の平衡を２つの構成符号間でとって（すなわち、ほぼ同数のｙＩＮＴおよびｚＩＮＴのテールおよびパリティビットが選択される）、パンクチャされていないビットを、各セグメントごとに符号ブロック上で比較的に均等に分散させる。
【００７８】
ある特定の例において、情報ビット数は、伝送チャンネルの容量よりも少ない。このような場合は、使用可能で、かつ満たされていないビット位置は、符号化されたビットの一部を反復することによって、すなわち他の方式によって、ゼロのパディングで満たされる。幾つかの方式では、伝送電力も低減できる。
【００７９】
グレイマッピング
１つの実施形態では、使用するために選択された各変調方式（例えば、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭ、など）において、グレイマッピングを使用して、変調方式の信号配列内の点を定める。別途記載するように、グレイマッピングは、誤りの確率がより高い事象におけるビットの誤り数を低減する。
【００８０】
図５は、１６−ＱＡＭの信号配列で、特定のグレイマッピング方式のダイヤグラムである。１６−ＱＡＭの信号配列には、１６個の点が構成されていて、各点は、特定の４ビット値と関係付けられている。グレイマッピングにおいて、４ビット値は、信号配列内の点と関係付けられていて、（水平方向または垂直方向における）隣合う点の値は、１ビット位置が異なる。点の値は、より多くのビット位置分、さらに異なる（例えば、対角方向に隣合う位置の値は、２ビット位置が異なる）。
【００８１】
４つの符号化されたビット（ｂ１ ｂ2 ｂ3 ｂ4）の各グループは、４つの符号化されたビットの値と同じ値と関係付けられている信号配列内の特定の点にマップされる。例えば、４つの符号化されたビットの（“０１１１”）の値は、信号配列内の点512へマップされる。この点は、４つの符号化されたビットの変調記号を表わす。１６−ＱＡＭでは、各変調記号は、信号配列内の１６個の点の中の特定の1つの点を表わし、特定の点は４つの符号化されたビットの値によって判断される。各変調記号は、複素数（ｃ＋ｊｄ）として表現され、次の処理素子（すなわち、図１内のＭＩＭＯプロセッサ120）へ供給される。
【００８２】
受信機ユニットでは、変調記号は、雑音と共に受信され、一般に信号配列内の正確な位置にマップしない。上述の例において、伝送された符号化されたビット（“０１１１”）の受信変調記号は、受信機ユニットにおいて点512へマップしないことがある。雑音により、受信変調記号は、信号配列内の別の位置へマップされる。一般に、受信変調記号が、正確な位置の近く（例えば、“０１０１”、“００１１”、“０１１０”、または“１１１１”の近く）の位置へマップされる確率は、より高い。したがって、誤りの確率がより高い事象では、受信変調記号は、正確な点に隣合う点へ誤ってマップされる。信号配列内の隣り合う点は、１ビット位置分だけ異なる値を有するので、グレイマッピングは、誤りの確率がより高い事象における誤りビット数を低減する。
【００８３】
図５は、１６−ＱＡＭの信号配列における特定のグレイマッピング方式を示している。他のグレイマッピング方式を使用してもよく、本発明の技術的範囲内である。他の変調方式（例えば、８−ＰＳＫ、６４−ＱＡＭ、など）の信号配列も、同様に、あるいは他のグレイマッピング方式でマップされる。３２−ＱＡＭおよび１２８−ＱＡＭのような変調方式において、完全なグレイマッピング方式が可能でないときは、部分的なグレイマッピング方式を使用する。さらに加えて、グレイマッピングに基づいていないマッピング方式を使用してもよく、本発明の技術的範囲内である。
【００８４】
ＭＩＭＯ処理
図６は、ＭＩＭＯプロセッサ120ｘの１つの実施形態を示すブロック図であり、ＭＩＭＯプロセッサ120ｘは、図１のＭＩＭＯプロセッサ120の１つの構成である。変調記号は、多数の周波数サブチャンネル上で、おそらくは多数の送信アンテナから伝送される。ＭＩＭＯモードで動作するときは、各周波数サブチャンネル上で、各送信アンテナからの伝送は、複製されていないデータを表わす。
【００８５】
ＭＩＭＯプロセッサ120ｘ内では、デマルチプレクサ（demultiplexer, DEMUX）610は、変調記号を受信して、多数のサブチャンネル記号のストリーム、Ｓ１ないしＳＬへデマルチプレックスし、各周波数サブチャンネルごとに、１本のサブチャンネル記号のストリームを使用して、記号を伝送する。各サブチャンネル記号のストリームは、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612へ供給される。
【００８６】
各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、受信したサブチャンネル記号のストリームを、多数の（すなわち、ＮＴ個までの）記号のサブストリームへデマルチプレックスし、各アンテナごとに、１本の記号サブストリームを使用して、変調記号を伝送する。ＯＦＤＭシステムがＭＩＭＯモードで動作するときは、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、上述の式（１）にしたがってＮＴ個（までの）変調記号を事前調整して、事前調整された変調記号を生成し、その後で伝送する。ＭＩＭＯモードでは、特定の送信アンテナの特定の周波数サブチャンネルにおける、各事前調整された変調記号は、ＮＴ本までの送信アンテナにおける（重み付けされた）変調記号の線形の組合せを表わす。各事前調整された変調記号を生成するために使用されるＮＴ個（までの）変調記号の各々は、異なる信号配列と関係付けられる。
【００８７】
各時間スロットにおいて、ＮＴ個（までの）事前調整された変調記号が、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612によって生成されて、ＮＴ個（までの）記号結合器616ａないし616ｔへ供給される。例えば、周波数サブチャンネル１に割り当てられたサブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、ＮＴ個（までの）事前調整された変調記号を、アンテナ１ないしＮＴの周波数サブチャンネル１へ供給する。同様に、周波数サブチャンネルＬへ割り当てられたサブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612ｌは、ＮＴ個（までの）記号を、アンテナ１ないしＮＴの周波数サブチャンネルＬへ供給する。各結合器616は、Ｌの周波数サブチャンネルにおける事前調整された変調記号を受信し、各時間スロットにおいて記号を変調ベクトルＶへ結合し、変調記号ベクトルを次の処理段（すなわち、変調器122）へ供給する。
【００８８】
ＭＩＭＯプロセッサ120ｘは、変調記号を受信して、処理し、ＮＴ個の変調記号ベクトルＶ１ないしＶＴを、１送信アンテナに１変調記号ベクトルづつ、供給する。各アンテナの各時間スロットにおいてＬ個の事前調整された変調記号を収集し、次数Ｌの変調記号ベクトルＶを形成する。変調記号ベクトルＶの各素子は、変調記号を送るユニークなサブキャリアを有する特定の周波数サブチャンネルと関係付けられている。Ｌ個の変調記号を収集したものは、全て互いに直交している。“純粋な”ＭＩＭＯモードで動作しないときは、変調記号ベクトルの一部は、異なる送信アンテナごとに特定の周波数サブチャンネル上に複製情報を有する。
【００８９】
サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサ612は、ＭＩＭＯモードにおいて、全チャンネル状態情報（full channel state information, full-CSI）または部分−ＣＳＩの処理を実行するのに必要な処理を行うように設計されている。全ＣＳＩには、各周波数サブチャンネルに対する送信アンテナと受信アンテナの全ての対間の伝搬経路（すなわち、振幅および位相）の十分な特徴付けが含まれる。部分ＣＳＩには、例えば、部分的なサブチャンネルのＳＮＲが含まれる。ＣＳＩの処理は、例えば、使用可能なＣＳＩ情報および選択された周波数サブチャンネル、送信アンテナ、などに基づいて実行される。ＣＳＩの処理は、選択的に、動的に、イネーブルおよびディスエーブルされる。例えば、ＣＳＩの処理は、特定のデータ伝送に対してイネーブルされ、他のデータ伝送に対してディスエーブルされる。ＣＳＩ処理は、一定の条件、例えば、通信リンクが適切なＳＮＲを有するときに、イネーブルされる。全ＣＳＩおよび部分ＣＳＩの処理は、上述の米国特許出願第09/532,491号にさらに詳しく記載されている。
【００９０】
図６は、変調器122の１つの実施形態を示している。ＭＩＭＯプロセッサ120ｘからの変調記号ベクトルＶ１ないしＶＴは、変調器122ａないし122ｔへそれぞれ供給される。図６に示されている実施形態では、各変調器122には、ＩＦＦＴ620、巡回プレフィックス発生器622、およびアップコンバータ624が構成されている。
【００９１】
ＩＦＦＴ620は、逆高速フーリエ変換（inverse fast Fourier transform, IFFT）を使用して、各受信した変調記号ベクトルを、その時間領域表現（ＯＦＤＭ記号と呼ばれる）へ変換する。ＩＦＦＴ620は、任意の数（例えば、８本、１６本、３２本、など）の周波数サブチャンネル上で、ＩＦＦＴを実行するように設計することができる。１つの実施形態では、ＯＦＤＭ記号へ変換された各変調記号ベクトルにおいて、巡回プレフィックス発生器622は、ＯＦＤＭ記号の時間領域表現の一部分を反復して、特定のアンテナの伝送符号を形成する。巡回プレフィックスは、伝送記号が、マルチパス遅延拡散と共に、直交性を保持し、劣悪な経路の影響に対する性能の向上を保証する。ＩＦＦＴ620および巡回プレフィックス発生器622の構成は、この技術において知られており、本明細書では詳しく記載されていない。
【００９２】
各巡回プレフィックス発生器622からの時間領域表現（すなわち、各アンテナごとの“伝送”符号）は、アップコンバータ624によって処理され、アナログ信号へ変換され、ＲＦ周波数へ変調され、ＲＦ変調信号を生成するように調整（例えば、増幅およびフィルタ処理）され、ＲＦ変調信号は、各アンテナ124から伝送される。
【００９３】
ＯＦＤＭ変調については、文献（“Multicarrier Modulation for Data Transmission : An Idea Whose Time Has Come”, by John A.C. Bingham, IEEE Communications Magazine, May 1990）に記載されており、本明細書ではこれを参考文献として取り上げている。
【００９４】
ＭＩＭＯモード以外で動作するＯＦＤＭシステムでは、ＭＩＭＯプロセッサ120は、取り除かれるか、またはディスエーブルされ、変調記号は、事前調整されることなく、変調記号ベクトルＶへまとめられる。次に、このベクトルは変調器122へ供給される。（ＭＩＭＯモードではなく）伝送ダイバーシティで動作するＯＦＤＭシステムでは、デマルチプレクサ614が取り除かれるか、またはディスエーブルされて、（同じ）事前調整された変調記号は、ＮＴ個（までの）結合器へ供給される。
【００９５】
図２に示されているように、多数の異なる伝送（例えば、音声、シグナリング、データ、パイロット、など）はシステムによって伝送される。これらの伝送の各々には異なる処理が必要である。
図７は、異なる伝送に対して異なる処理を行うことができるシステム110ｙの実施形態のブロック図である。集合入力データ（例えばシステム110ｙによって伝送される全情報ビット）が構成されているデータはデマルチプレクサ710へ供給される。デマルチプレクサ710は、入力データを多数（Ｋ）のチャンネルデータストリームＢ１ないしＢＫへデマルチプレックスする。各チャンネルデータストリームは、例えば、シグナリングチャンネル、同報通信チャンネル、音声呼、またはトラヒックデータ伝送に対応する。各チャンネルデータストリームは、各符号器／チャンネルインターリーバ／パンクチャ装置／記号マッピング素子712へ供給され、記号マッピング素子712は、そのデータチャンネルストリームに対して選択された特定の符号化方式を使用してデータを符号化し、特定のインターリービング方式に基づいて符号化されたデータをインターリーブして、インターリーブされた符号ビットをパンクチャして、そのチャンネルデータストリームを伝送するのに使用される伝送チャンネルに対して、インターリーブされたデータを変調記号へマップする。
【００９６】
符号化は、チャンネルごとに（すなわち、図７に示されている各チャンネルデータストリーム上で）行うことができる。しかしながら、（図１に示されている）集合入力データ上で、多数のチャンネルデータストリーム上で、チャンネルデータストリームの一部分の上で、１組の周波数サブチャンネルを横切って、１組の部分サブチャンネルを横切って、１組の周波数サブチャンネルおよび空間サブチャンネルを横切って、各周波数サブチャンネルを横切って、各変調記号上で、または時間、空間、および周波数の他のユニット上で、符号化を行ってもよい。
【００９７】
各符号器／チャンネルインターリーバ／パンクチャ装置／記号マッピング素子712からの変調記号ストリームは、周波数サブチャンネル上で、かつ各周波数サブチャンネルの空間サブチャンネルを介して伝送される。ＭＩＭＯプロセッサ120ｙは、素子712から変調記号ストリームを受信する。各変調記号ストリームに使用されるモードに依存して、ＭＩＭＯプロセッサ120ｙは変調記号ストリームを多数のサブチャンネル記号ストリームへデマルチプレックスする。図７に示されている実施形態では、変調記号ストリームＳ１は、周波数サブチャンネル上で伝送され、変調記号ストリームＳＫはＬ本の周波数サブチャンネル上で伝送される。各周波数サブチャンネルに対する変調ストリームは、各サブチャンネルのＭＩＭＯプロセッサによって処理され、デマルチプレックスされ、図６に示されているやり方と同様のやり方で結合され、各送信アンテナの変調記号ベクトルを形成する。
【００９８】
一般に、送信機ユニットは、チャンネルの伝送能力について記述した情報に基づいて、各伝送チャンネルごとにデータを符号化して、変調する。一般に、この情報は、既に記載した部分−ＣＳＩまたは全−ＣＳＩの形式をとる。データ伝送に使用される伝送チャンネルの部分−ＣＳＩまたは全−ＣＳＩは、一般に受信機ユニットにおいて判断され、送信機ユニットへ報告され、送信機は、情報を使用して、それにしたがって符号化および変調する。本明細書に記載されている技術は、多数の並列伝送チャンネルを支援できるＭＩＭＯ、ＯＦＤＭ、または他の通信方式（例えば、ＣＤＭＡ方式）によって支援される多数の並列伝送チャンネルに適用できる。
【００９９】
復調および復号化
図８は、システム150の復号化部分についての１つの実施形態のブロック図である。この実施形態では、ターボ符号器を使用して、伝送前にデータを符号化する。対応して、ターボ復号器は、受信した変調記号を復号化するのに使用される。
【０１００】
図８に示されているように、受信した変調記号は、ビット対数尤度比（log-likelihood ratio, LLR）計算ユニット158ｘへ供給され、ビットＬＬＲ計算ユニット158ｘは、各変調記号を構成しているビットのＬＬＲを計算する。ターボ復号器は（ビットに相対する）ＬＬＲを処理するので、ビットＬＬＲ計算ユニット158ｘは、各受信した符号化されたビットのＬＬＲを供給する。各受信した符号化されたビットのＬＬＲは、受信した符号化されたビットが１である確率によって除算された、受信した符号化されたビットが０である確率の対数である。
【０１０１】
既に記載したように、Ｍ個の符号化されたビット（ｂ１，ｂ２，．．．，ｂＭ）をまとめて、単一の非二値記号Ｓを形成し、Ｓを変調記号Ｔ（Ｓ）へマップする（すなわち、高次の信号配列へ変調する）。変調記号を、処理して、送信して、受信して、さらに処理して、受信した変調記号Ｒ（Ｓ）が得られる。受信した変調記号内の符号化されたビットｂｍのＬＬＲは、次の式（２）のように計算できる。
【０１０２】
【数５】
次に、デパンクチャ装置159は、送信機において削除された（すなわち、パンクチャされた）符号ビットに“消去（erasure）”を挿入する。消去は、一般に、ゼロ(“０”)の値を有し、これは、０であるか、または１であるかの確率が等しいパンクチャされたビットを示す。
【０１０３】
式（２）から、変調記号内の受信した符号化されたビットのＬＬＲが関係付けられる傾向があることに注意すべきである。この相関は、符号化されたビットを変調する前にインターリーブすることによって解消される。図１に示されているように、チャンネルのインターリービングにより、各変調記号内の符号化されたビットの相関が解消されることが好都合である。
【０１０４】
符号化されたビットのＬＬＲはチャンネルデインターリーバ160へ供給され、送信機において行われたチャンネルインターリービングを相補的なやり方でデインターリーブされる。受信情報、テール、およびパリティビットに対応するチャンネルのデインターリーブされたＬＬＲは、ターボ復号器162ｘへ供給される。
【０１０５】
ターボ復号器162ｘには、加算器810ａおよび810ｂ、復号器812ａおよび812ｂ、符号インターリーバ814、符号デインターリーバ816、および検出器818が構成されている。１つの実施形態では、各復号器812は、ソフト−入力／ソフト−出力（soft-input/soft-output, SISO）の最大事後（maximum a posterior, MAP）復号器として構成される。
【０１０６】
加算器810ａは、受信した情報ビットのＬＬＲ、すなわちＬＬＲ（ｘ’）、およびデインターリーバ816からの（１回目の反復では、ゼロに設定されている）外部情報を受信して、加算し、較正されたＬＬＲを供給する。較正されたＬＬＲは、受信した情報ビットの検出値のより大きい信頼と関係付けられる。
【０１０７】
復号器812ａは、加算器810ａからの較正されたＬＬＲと、第１の構成符号器からの受信したテールおよびパリティビットのＬＬＲ、すなわちＬＬＲ（ｙ’）とを受信し、受信したＬＬＲを復号化して、受信した情報ビットの確率値の補正を示す外部情報を生成する。復号器812ａからの外部情報は、加算器810ｂによって受信情報ビットＬＬＲと加算され、較正されたＬＬＲは符号インターリーバ814へ記憶される。符号インターリーバ814は、ターボ符号器において使用されているのと同じ符号インターリービング（例えば、図３ｂの符号インターリーバ314と同じ符号インターリービング）を行なう。
【０１０８】
復号器812ｂは、インターリーバ814からのインターリーブされたＬＬＲと、第２の構成符号器からの受信したテールおよびパリティビットのＬＬＲ、すなわちＬＬＲ（ｚ’）とを受信し、受信したＬＬＲを復号化して、受信した情報ビットの確率値をさらに補正した外部情報を生成する。復号器812ｂからの外部情報は、符号デインターリーバ816に記憶され、デインターリーバ816は、デインターリービング方式を行う。デインターリービング方式は、インターリーバ814において使用されているインターリービング方式と相補的である。
【０１０９】
受信した符号化されたビットのＬＬＲの復号化は、何度も反復される。各反復ごとに、較正されたＬＬＲに対する信頼性は、より大きくなる。全ての復号化の反復が完了した後で、最終的な較正されたＬＬＲを検出器818へ供給し、検出器818は、ＬＬＲに基づいて受信した情報ビットの値を供給する。
【０１１０】
ソフト出力のビタビアルゴリズム（soft output Viterbi algorithm, SOVA）を実行する復号器のような、ＳＩＳＯ ＭＡＰ復号器のほかに、他のタイプの復号器も使用できる。復号器の設計は、一般に、送信機において使用される特定のターボ符号化方式に依存する。
【０１１１】
ターボ復号化については、Steven S. Pietrobonによる文献（“Implementation and Performance of a Turbo/Map Decoder”, International Journal of Satellite Communications, Vol. 16, 1998, pp.23-46）により詳しく記載されており、本明細書では、これを参考文献として取り上げている。
【０１１２】
変調方式および符号化レート
各伝送チャンネルの達成されたＳＮＲは、希望の性能レベル（例えば、１％のＦＥＲ）において、１変調記号に対する特定数の情報ビット（すなわち、特定の情報ビットレート）を支援する。この情報ビットレートは、多数の異なる変調方式によって支援される。例えば、１．５情報ビット／変調記号のビットレートは、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、またはより高次の変調方式によって支援される。各変調方式では、１変調記号に対して特定数の符号化されたビットを伝送することができる。
【０１１３】
選択した変調方式に依存して、対応する符号化レートを選択し、必要数の符号化されたビットを、１変調記号に対する情報ビット数に供給する。上述の例において、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、および１６−ＱＡＭでは、１変調記号に対して２、３、および４個の符号化されたビットをそれぞれ伝送することができる。１．５情報ビット／変調記号の情報ビットレートでは、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ、および１６−ＱＡＭにおいて、３／４、１／２、および３／８の符号化レートを使用して、必要数の符号化されたビットをそれぞれ生成する。したがって、変調方式と符号化レートとの異なる組み合わせは、特定の情報ビットレートを支援するのに使用される。
【０１１４】
本発明のある特定の実施形態では、支援されるビットレートに対する低次の変調方式と共に、“微弱な”二値符号（すなわち、高符号化レート）を使用する。一連のシミュレーションに通して、より低次の変調方式を、より微弱な符号と組合せて使用することにより、より高次の変調方式を、より強力な符号と組合せて使用するよりも、より高い性能が得られることが分かった。この結果について、次に記載する。ＡＷＧＮチャンネル内の二値ターボ符号のＬＬＲの復号化の尺度は、ターボ復号化アルゴリズムにおいてほぼ最適である。しかしながら、グレイマップの高次の変調方式では、各受信ビットに対してではなく、各受信変調記号に対して、最適なＬＬＲの尺度を生成する。次に、符号のＬＬＲの尺度を分解して、二値符号復号器に対するビットＬＬＲの尺度を得る。分解処理中に、幾つかの情報が失われ、ビット復号尺度を使用しても、最適性能が得られない。より低次の変調方式では、対応して、１符号当りのビット数が低減し、分解損失が低減し、したがって対応するより高次の変調方式よりも、より良い性能が得られる。
【０１１５】
本発明の１つの態様にしたがって、一定のスペクトル効率を達成するために、適切な変調方式において、ｎ／（ｎ＋１）以上、ｎ／（ｎ＋２）以内（ｎは、１変調記号に対する情報ビット数）の符号化レートの符号を使用する。この符号化レートは、可変のパンクチャリング方式と組合せて、固定符号（例えば、上述の１／３レートのターボ符号）を使用して、容易に達成することができる。高い符号化レートを達成するために、テールおよびパリティビットを多数パンクチャして、パンクチャされていないテールおよびパリティビットを情報ビット上に均等に分散させる。
【０１１６】
フレーミング
多くの通信システムでは、データパケット（すなわち、論理フレーム）を固定サイズで画定することが好都合である。例えば、システムは、１０２４、２０４８、および４０９６ビットを有する３つの異なるパケットを画定する。これらの画定されたデータパケットにより、送信機と受信機の両者において処理の一部が簡単になる。
【０１１７】
ＯＦＤＭシステムでは、物理的なフレームは、（１）整数のＯＦＤＭ記号、（２）伝送チャンネル上の特定数の変調記号、または（３）他の単位を収めるように画定される。既に記載したように、通信リンクは時間にしたがって変化するために、伝送チャンネルのＳＮＲは時間にしたがって変化する。その結果、各伝送チャンネルにおいて各時間スロット上で伝送される情報ビット数は、時間にしたがって変化する可能性が高く、各物理的フレーム内の情報ビット数も、時間にしたがって変化する可能性が高くなる。
【０１１８】
１つの実施形態では、論理フレームは、ＯＦＤＭ記号とは無関係に画定される。この実施形態では、各論理フレームの情報ビットは、符号化／パンクチャされ、論理フレームの符号化されたビットはまとめられて、変調記号へマップされる。１つの簡単な構成では、伝送チャンネルは、連続番号を付される。次に、符号化されたビットを使用して、必要な数の変調記号を伝送チャンネルの順番に形成する。変調記号の境界が始端および終端となるように、論理フレーム（すなわち、データパケット）を画定する。この構成では、論理フレームは、ＯＦＤＭ記号にまたがり、さらに、ＯＦＤＭ記号の境界を横切る。さらに加えて、各ＯＦＤＭ記号には、多数のデータパケットからの符号化されたビットが収められる。
【０１１９】
別の実施形態では、論理フレームは、物理的単位に基づいて画定される。例えば、論理フレームには、（１）伝送チャンネル上の多数の変調記号、（２）ＯＦＤＭ記号、または（３）他のやり方で画定される多数の変調記号を含むように画定される。
高次の変調においてパンクチャされた二値のターボ符号およびグレイマッピング（binary Turbo code and Gray mapping, BTC-GM）を使用することで、多数の長所が得られる。より最適であるが、より複雑なターボトレリス符号化変調（Turbo trellis coded modulation, TTCM）方式よりも、ＢＴＣ−ＧＭ方式は、実行するのがより簡単であるが、ＴＴＣＭにより近い性能を実行できる。可変のパンクチャリングを単に調節することによって、異なる符号化レートを実行することが簡単であるので、ＢＴＣ−ＧＭ方式では、高度の融通性も得られる。ＢＴＣ−ＧＭ方式は、異なるパンクチャリングパラメータのもとで、ロバストな性能も与える。さらに加えて、現在使用可能な二値ターボ復号器を使用して、受信機の構造を簡単にする。しかしながら、ある特定の実施形態では、他の符号化方式も使用でき、本発明の技術的範囲内である。
【０１２０】
好ましい実施形態についてのこれまでの記述は、当業者が本発明を作成または使用できるようにするために与えられている。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者には容易に分かり、本明細書において定義されている一般的な原理は、発明の能力を使用することなく、他の実施形態に適用される。したがって、本発明は、本発明に示されている実施形態に制限されることを意図されていないが、本明細書に開示されている原理および新規な特徴に一致する最も広い技術的範囲にしたがうことを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の種々の態様および実施形態を実行することができる多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）通信システムの図。
【図２】ＭＩＭＯシステムにおいてＮＴ本中の１本の送信アンテナからのＯＦＤＭ伝送をグラフで示す図。
【図３ａ】並列連結された畳込み符号器の図。
【０１２２】
【図３ｂ】並列連結された畳込み符号器の図。
【図３ｃ】符号化されたビットの種々のパンクチャリングを行うために使用される、パンクチャ装置およびマルチプレクサの１つの実施形態を示す図。
【図４ａ】データ伝送に必要な符号化されたビットを生成するための符号化／パンクチャリング方式であって、特定の基礎符号と共通のパンクチャリング方式とを使用する符号化／パンクチャリング方式のフローチャート。
【０１２３】
【図４ｂ】データ伝送に必要な符号化されたビットを生成するための符号化／パンクチャリング方式であって、特定の基礎符号と可変のパンクチャリング方式とを使用する符号化／パンクチャリング方式のフローチャート。
【図５】１６−ＱＡＭの信号配列および特定のグレイマッピング方式の図。
【０１２４】
【図６】ＭＩＭＯプロセッサの１つの実施形態のブロック図。
【図７】異なる伝送に対して異なる処理を行うことができるシステムの１つの実施形態のブロック図。
【図８】受信システムの復号化部分についての１つの実施形態のブロック図。
【符号の説明】
【０１２５】
１００、１１０、１５０ システム、
１２４、１５２ アンテナ、
３２２ 構成符号器、
３３２ 遅延素子、
３３４ 加算器、
３３６、３４２、３４４ スイッチ、
３４３ ライン。
Claims (39)
- 無線通信システムにおいて、複数の伝送チャンネル上で伝送するデータを準備するための方法であって、各伝送チャンネルは、各変調記号系列を伝送するように動作可能であり、
各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数を判断することと、
各伝送チャンネルの変調方式を識別して、１変調記号に対する判断された数の情報ビットを支援することと、
１変調記号に対する判断された数の情報ビットと、伝送チャンネルに対する識別された変調方式とに少なくとも基づいて、各伝送チャンネルの符号化レートを判断して、少なくとも２本の伝送チャンネルを異なる符号化レートと関係付けることと、
特定の符号化方式にしたがって複数の情報ビットを符号化して、複数の符号化されたビットを供給することと、
特定のパンクチャリング方式にしたがって複数の符号化されたビットをパンクチャして、多数のパンクチャされていない符号化されたビットを複数の伝送チャンネルへ供給することと、
少なくとも２本の伝送チャンネルに対して異なる符号化レートを実現するようにパンクチャリングを調節することとが含まれる方法。 - 無線通信システムが、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを有する多重入力多重出力（multiple-input multiple-output, MIMO）システムである請求項１記載の方法。
- 無線通信システムが、直交周波数分割変調（orthogonal frequency division modulation, OFDM）通信システムである請求項１記載の方法。
- ＯＦＤＭ通信システムが、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを有する多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）システムとして動作する請求項３記載の方法。
- ＯＦＤＭシステムが複数の周波数サブチャンネル上でデータを伝送するように動作し、各伝送チャンネルがＯＦＤＭシステム内の周波数サブチャンネルの空間サブチャンネルに対応する請求項４記載の方法。
- パンクチャリングが、複数の伝送チャンネルの伝送能力に基づいている請求項１記載の方法。
- 伝送能力が、複数の伝送チャンネルから求められるチャンネル状態情報（channel state information, CSI）から判断される請求項６記載の方法。
- ＣＳＩには、複数の伝送チャンネルの信号対雑音比（signal-to-noise ratio, SNR）情報が含まれる請求項７記載の方法。
- ＣＳＩには、送信アンテナから受信アンテナへの伝送特徴に関係する情報が含まれる請求項７記載の方法。
- ＣＳＩには、送信アンテナから受信アンテナへの伝送特徴に関係する固有モード情報が含まれる請求項７記載の方法。
- 同等の伝送能力を有する伝送チャンネルをセグメントにまとめて、
各セグメントごとに、パンクチャリングを行なうことがさらに含まれる請求項６記載の方法。 - １グループの符号化されたビットを各セグメントへ割り当てて、
各セグメントに割り当てられた符号化されたビットのグループに対して、パンクチャリングを行うことがさらに含まれる請求項１１記載の方法。 - 各セグメントには、特定のＳＮＲの範囲内のＳＮＲを有する伝送チャンネルが含まれる請求項１１記載の方法。
- ターボ符号を介して、符号化を達成する請求項１記載の方法。
- 符号化により、複数の情報ビットに対する複数のテールおよびパリティビットを供給し、複数のテールおよびパリティビットに対してパンクチャリングを行なう請求項１４記載の方法。
- パンクチャリングを行って、パンクチャされていないテールおよびパリティビットが複数の情報ビット上にほぼ均等に分散される請求項１４記載の方法。
- ターボ符号には、２つのテールおよびパリティビットを供給するように動作する２つの構成符号が含まれていて、パンクチャリングを行って、ほぼ同数のテールおよびパリティビットを、テールおよびパリティビットの２本のストリームから削除する請求項１４記載の方法。
- ｎを、伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数として、各伝送チャンネルごとの符号化レートをｎ／（ｎ＋１）以上、ｎ／（ｎ＋２）以下になるように選択する請求項１記載の方法。
- 各伝送チャンネルに対する符号化レートが、１／２以上である請求項１記載の方法。
- 畳込み符号によって符号化を達成する請求項１記載の方法。
- ブロック符号によって符号化を達成する請求項１記載の方法。
- 複数の伝送チャンネルにおいて使用可能であるが、埋められていないビット位置を埋めるようにパディングビットを挿入することがさらに含まれる請求項１記載の方法。
- 複数の伝送チャンネルにおいて、使用可能であるが、埋められていないビット位置を埋めるように、符号化されたビットの少なくとも一部を反復することがさらに含まれる請求項１記載の方法。
- 複数の符号化されたビットをインターリーブすることがさらに含まれる請求項１記載の方法。
- インターリーブされた符号化されたビットに対して、パンクチャリングを行う請求項２４記載の方法。
- ２つの構成符号が構成されているターボ符号によって符号化を達成し、複数の情報ビット、第１の構成符号からの複数のテールおよびパリティビット、第２の構成符号からの複数のテールおよびパリティビットを、別々にインターリーブする請求項２４記載の方法。
- 複数の伝送チャンネルに対して非二値記号を形成し、
各非二値記号には、パンクチャされていない符号化されたビットのグループが構成されていることと、
各非二値記号を各変調記号へマップすることとがさらに含まれている請求項１記載の方法。 - 複数の符号化されたビットをインターリーブして、
インターリーブされた符号化されたビットから、非二値記号を形成することがさらに含まれる請求項２７記載の方法。 - 各伝送チャンネルの変調方式が、複数の点を有する各信号配列と関係付けられ、各変調記号が、変調方式の信号配列内の特定の点を表わす請求項２７記載の方法。
- 各信号配列内の複数の点が、特定のグレイマッピング方式に基づく値を割り当てられる請求項２９記載の方法。
- 値を、各信号配列内の複数の点に割り当てて、信号配列内の隣り合う点の値が、１ビット位置分、異なるようにする請求項３０記載の方法。
- １変調記号に対する情報ビット数の判断と、変調方式の識別と、符号化レートの判断とを反復することによって、複数の伝送チャンネルの変化に適応することがさらに含まれる請求項１記載の方法。
- 各伝送チャンネルの変調方式が、１変調記号に対して２以上の符号化されたビットの伝送を支援する請求項１記載の方法。
- 複数の伝送チャンネル上での伝送が、単一受信者の受信デバイスを意図されている請求項１記載の方法。
- 直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）通信システムにおいて、複数の伝送チャンネル上で伝送するデータを準備するための方法であって、各伝送チャンネルが、各変調記号系列を伝送するように動作し、
各伝送チャンネルによって支援される１変調記号に対する情報ビット数を判断することと、
各伝送チャンネルの変調方式を識別して、１変調記号に対する判断された数の情報ビットを支援することと、
１変調記号に対する判断された数の情報ビットと、伝送チャンネルに対する識別された変調方式とに少なくとも基づいて、各伝送チャンネルの符号化レートを判断して、少なくとも２本の伝送チャンネルを異なる符号化レートと関係付けることと、
特定のターボ符号にしたがって複数の情報ビットを符号化して、複数のテールおよびパリティビットを供給することと、
特定のインターリービング方式にしたがって、複数の情報ビットと、テールおよびパリティビットとをインターリーブすることと、
特定のパンクチャリング方式にしたがって、複数のインターリーブされたビットをパンクチャして、多数のパンクチャされていない符号化されたビットを複数の伝送チャンネルに供給して、少なくとも２本の伝送チャンネルに対して異なる符号化レートを達成するようにパンクチャリングを調整することと、
複数の伝送チャンネルに対して非二値記号を形成して、各非二値記号に、パンクチャされていない符号化されたビットのグループが収められるようすることと、
各非二値記号を各変調記号へマップすることとが含まれる方法。 - 複数の伝送チャンネル上でデータを伝送するように動作する無線通信システムであって、各伝送チャンネルを使用して、各変調記号系列を伝送し、
符号器であって、特定の符号化方式にしたがって複数の情報ビットを符号化して、複数の符号化されたビットを供給し、かつ特定のパンクチャリング方式にしたがって複数の符号化されたビットをパンクチャして、多数のパンクチャされていない符号化されたビットを複数の伝送チャンネルへ供給し；各伝送チャンネルは、伝送チャンネルに対して選択された特定の変調方式によって、１変調記号に対する特定数の情報ビットを伝送することができ、さらに加えて、各伝送チャンネルは、伝送チャンネルおよび変調方式によって支援される１変調記号に対する情報ビット数に少なくとも依存する特定の符号化レートに関係付けられていて、少なくとも２本の伝送チャンネルは、異なる符号化レートと関係付けられていて、符号器が、少なくとも２本の伝送チャンネルに対する異なる符号化レートを実現するようにパンクチャリングを調節するように構成されている符号器が構成されている無線通信システム。 - 符号器に接続され、かつ複数の符号化されたビットをインターリーブするように構成されているチャンネルインターリーバがさらに構成されていて、
符号器が、インターリーブされたビットをパンクチャするように構成されている請求項３６記載のシステム。 - チャンネルインターリーバに接続された記号マッピング素子であって、複数の伝送チャンネルに対して非二値記号を形成し、パンクチャされていない符号化されたビットのグループが収められている各非二値記号を、各変調記号へマップする記号マッピング素子がさらに構成されている請求項３７記載のシステム。
- 記号マッピング素子に接続され、複数の伝送チャンネルの変調記号を事前調整して、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）伝送を実行するように構成されている信号プロセッサがさらに構成されている請求項３８記載のシステム。
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