JP2007306469A - 無線通信装置および変調信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる伝送品質の複数の無線リソースを使用して行う情報源系列の伝送において、品質劣化を抑えることができる無線通信装置を得ること。
【解決手段】本発明にかかる無線通信装置は、情報源系列であるトランスポートブロックを誤り訂正符号化して送信する無線通信装置であって、トランスポートブロックを複数のサブブロックに分割し、それぞれ異なる符号化率で誤り訂正符号化して複数の符号語を生成する符号化部（２）と、複数の符号語を、符号化率の高い符号語を構成するビットほど、よりビット誤り確率の低い無線リソースに割り当てて変調する変調部（３）と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、情報源系列を誤り訂正符号化および変調して送信する無線通信装置に関するものであり、特に、伝送品質の異なる複数の無線リソースを使用して情報源系列を送信する無線通信装置および変調信号生成方法に関するものである。

現在、３ＧＰＰ（The ３rd Generation Partnership Project）において作成されたＷ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）方式の技術仕様を適用したＷ−ＣＤＭＡ方式携帯電話システムの商用サービスが提供されている。また、現在のＷ−ＣＤＭＡ方式の技術仕様をベースに、下り方向（基地局から端末への方向）のパケット通信速度を最大１４Ｍｂｐｓに高めるＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）および上り方向（端末から基地局への方向）のパケット通信速度を最大５．７Ｍｂ／ｓに高めるＨＳＵＰＡ（High Speed Uplink Packet Access）と呼ばれる技術仕様が３ＧＰＰで作成され、今後商用導入が計画されている。更に、３ＧＰＰでは、下りパケット通信速度が１００Ｍｂ／ｓ（上りは５０Ｍｂ／ｓ）かつ低遅延で、ユーザスループット・周波数利用効率がＨＳＤＰＡ／ＨＳＵＰＡのそれに比べ２〜４倍を実現するＥｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡ ａｎｄ Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡＮと呼ぶ網アーキテクチャの検討を行っている（下記非特許文献１および２参照）。

下記非特許文献１および２に記載の技術においては、物理レイヤの伝送品質を高めるために、再送制御と誤り訂正符号化処理を組み合わせたＨ−ＡＲＱ（Hybrid-Automatic Repeat Request）と呼ばれる伝送方法が採用されている。例えば、ＨＳＤＰＡを適用したシステムにおいて、基地局は、情報系列にＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号を付加して情報長Ｎのトランスポートブロック（Transport block）を生成し、生成したトランスポートブロックを符号化率１／３でターボ符号化する。次に、基地局は、ターボ符号化処理により生成した符号語Ｃが物理チャネルで送信可能な情報量Ｍ（ビット）となるように、当該符号語Ｃを構成するビット系列から一定周期でビットを抜き取るパンクチャ、または、ビット系列に対し一定周期でビットを繰り返し挿入するレピティションを実行し、符号化率Ｎ／Ｍの符号語Ｃ_RMを生成する。なお、ターボ符号出力は、システマティックビット（systematic bits）とパリティビット（parity bits）から構成される符号語であって、上記パンクチャおよびレピティションは、一般に、パリティビットに対して実施される。そして、基地局は、ＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying）方式では１シンボルに２ビットを、２^mＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）方式では１シンボルにｍビットを符号語Ｃ_RMから選択し、変調信号を生成する。

ここで、２^mＱＡＭ変調では、１シンボル内のビット毎の誤り確率に違いがあることが知られている。一例として、１６ＱＡＭの場合のビット毎の誤り確率を図３に基づいて説明する。なお、復調信号は原点に関して対称に分布するため、図３に示したＳ１，Ｓ２についてのみ説明する。復調信号（Ｓ１，Ｓ２）を構成する上位ビットをＭＳＢ、下位ビットをＬＳＢとすると、Ｓ１，Ｓ２を構成するＭＳＢは、判定しきい値Ｔｈ１を超えたときに誤りとなる。すなわち、Ｓ１がＳ２と誤判定された場合、ＭＳＢの判定は正しく判定され、ＬＳＢのみが誤判定されている。また、ＬＳＢは判定しきい値Ｔｈ２を超えると誤判定される。そのため、最小信号間距離を２δ、熱雑音の分散をσ²とすると、ＭＳＢおよびＬＳＢのビット誤り率Ｐ_eMSBおよびＰ_eLSBは、次式（１）のように表される（非特許文献３参照）。

…（１）

式（１）に示したように、１シンボル内のビット毎に誤り確率が異なる。そして、これにより生じる受信性能の劣化を改善させるために、従来は、１シンボル内で誤り耐性が高いビットにターボ符号のシステマティックビットを割り当て、それ以外にパリティビットを割り当てる方法、ＨＳＤＰＡにおいてインタリーバやＣｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ ｒｅ-ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔの効果により、システマティックビットとパリティビットを均一に割り当てる方法、などが使用されていた。

３ＧＰＰ ＴＳ ２５．２１２："Multiplexing and channel coding（FDD）"，Release 6. ３ＧＰＰ ＴＳ ２５．２１３："Spreading and Modulation（FDD）"，Release 6. 斉藤洋一著、"ディジタル無線通信の変復調"、電子情報通信学会

上記従来の受信性能の劣化を改善させる方法では、全ての無線リソースは同じ伝送品質であるものとして、符号語を割り当てている。しかしながら、無線リソース毎に伝送品質が異なるケースでは、伝送品質に応じた最適な符号化率の符号語が生成されず、システム性能が劣化する、という問題があった。また、ＨＳＤＰＡ／ＨＳＵＰＡに続く次システムでは、時間・周波数を複数のリソースブロックに分割し、それらを複数ユーザに対して割り当てるＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplex Access）が採用される予定である。ＯＦＤＭＡでは、リソースブロックの各ユーザへの割り当てや、各リソースブロックにおける符号化方式および変調方式をスケジューリングするが、必ずしも伝送品質が同等な複数のリソースブロックが同一ユーザに割り当てられるとは限らない。すなわち、伝送品質が異なる複数のリソースブロックが同一ユーザに割り当てられ、システム性能が劣化する場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、情報源系列の伝送において、異なる伝送品質の複数の無線リソース（ブロック）を使用する場合であっても、システム性能が劣化するのを抑えることができる無線通信装置および変調信号生成方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、情報源系列であるトランスポートブロックを誤り訂正符号化して送信する無線通信装置であって、前記トランスポートブロックを複数のサブブロックに分割する分割手段と、前記複数のサブブロックを、それぞれ異なる符号化率で誤り訂正符号化して複数の符号語を生成する符号化手段と、前記複数の符号語を、符号化率の高い符号語を構成するビットほど、よりビット誤り確率の低い無線リソースに割り当てて変調する変調手段と、を備えることを特徴とする。

以下に、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる無線通信装置を含んだ無線通信システムの構成例を示す図である。この無線通信システムは、本発明にかかる無線通信装置である送信機１と、受信機１１と、を含む。

送信機１は、分割手段および符号化手段に相当し、送信する情報源系列（トランスポートブロック）へのＣＲＣ符号の付与，誤り訂正符号化，チャネルインターリーブなどを行う符号化部２と、符号化部２からの出力信号を変調する変調部３と、変調部３から出力される複素ベースバンド信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ部４と、ＤＡＣ部４からの出力信号を無線周波数に周波数変換（アップコンバート）する周波数変換部５と、送信アンテナ６と、を備える。

また、受信機１１は、受信アンテナ１６と、無線周波数をベースバンド周波数に周波数変換（ダウンコンバート）する周波数変換部１５と、アナログ信号を複素ベースバンド信号に変換するＡＤＣ部１４と、通信路推定・等価，復調を行う復調部１３と、復調部１３からの出力信号に基づいてトランスポートブロックを再生するためのチャネル・デインタリーブ，誤り訂正復号などを行う復号化部１２と、を備える。

なお、本発明にかかる無線通信装置は、上記受信機１１を備えた構成、すなわち、送信機１および受信機１１を備え、情報源系列の送受信を行うようにしてもよい。また、本実施の形態において、送信機１の変調部３は、１６ＱＡＭ方式で変調を行うものとして説明を行う。ただし、変調方式をこれに限定するものではない。

つづいて、本発明にかかる無線通信装置の動作について説明する。本発明にかかる無線通信装置は、伝送品質の異なる無線リソースを使用して情報源系列を伝送する場合に、送信相手先における受信性能の劣化（システム性能の劣化）を抑えるための動作として、送信する情報源系列である送信トランスポートブロックを複数のサブブロックに分割し、サブブロック毎に異なる符号化率で誤り訂正符号化して得られた複数の符号語を、符号化率の高い（誤り耐性の低い）符号語ほど伝送品質の良い無線リソース（シンボル内の誤り確率が低いビット）に割り当てて（変調して）送信する。この一連の動作の詳細を、図１および図２に基づいて以下に説明する。なお、図２は、本発明にかかる無線通信装置が送信トランスポートブロックを符号化・変調する動作の一例を示す図である。

送信機１において、符号化部２は、送信トランスポートブロックを複数のサブブロックに分割する。このとき、符号化部２は、無線リソースの伝送品質（シンボル内の各ビットの誤り確率の違い）に基づいて、分割数およびサブブロックのサイズを決定する。変調方式が１６ＱＡＭの場合、誤り確率の同じもの同士が同一グループとなるようにシンボル内の各ビットをグループ分けすると、通常は、グループ数が２となる。そのため、符号化部２は、送信トランスポートブロックを２つのサブブロックに分割する。また、符号化部２は、サブブロックのサイズを、伝送品質の良い無線リソース（のグループ）に割り当てられるものほど大きくなくなるように、分割する。たとえば、グループ毎の合計伝送品質（単位時間あたりに伝送可能な情報量の合計値）の比率が“Ａ：Ｂ”であれば、符号化部２は、サブブロックのサイズの比率が“Ａ：Ｂ”となるように、送信トランスポートブロックを分割する。３以上のグループに分割する場合も同様である。

次に、符号化部２は、サブブロックのそれぞれに対して、ＣＲＣ符号を付加した後、誤り訂正符号化を行い、さらに、レートマッチング処理（パンクチャまたはレピティション）およびチャネルインターリーブを行う。符号化率は、サブブロックが割り当てられる無線リソースの伝送品質に基づいて決定される。具体的には、符号化部２は、伝送品質の良い無線リソースに割り当てられるサブブロックほど高い符号化率で誤り訂正符号化する。図２は、前半のトランスポートブロック（サブブロック）から符号化率２／３の符号語Ｃ_RM#1を生成し、後半のトランスポートブロックから符号化率１／３の符号語Ｃ_RM#2を生成する場合の例を示している。

なお、初送時とは異なるビットを送信するＨ−ＡＲＱによる再送を行う場合、符号化部２は、レートマッチング処理において、初送時とは異なる位置のビットをパンクチャ（またはレピティション）する。また、上記説明において、符号化部２は、送信トランスポートブロックを分割後にＣＲＣ符号を付加するようにしているが、ＣＲＣ符号を付加してから送信トランスポートブロックを分割するようにしてもよい。

符号語Ｃ_RM#1およびＣ_RM#2は、変調部３に入力され、変調部３は、入力された符号語に対して１６ＱＡＭ変調処理を行い、複素ベースバンド信号を生成する。具体的には、１６ＱＡＭ変調の１シンボルにマッピングするビットをＩ₀，Ｉ₁，Ｑ₀，Ｑ₁とし、Ｉ₀とＱ₀のビット誤り確率が同等で、Ｉ₁とＱ₁のビット誤り確率が同等である場合、変調部３は、Ｉ₀とＱ₀に対して符号語Ｃ_RM#1からマッピングビットを割り当てる。同様に、Ｉ₁とＱ₁に対しては、符号語Ｃ_RM#2からマッピングビットを割り当てる。なお、Ｉ₀とＱ₀のビット誤り確率が、他方のビット誤り確率よりも低いものとする。

また、伝送品質がそれぞれ異なるｋ個の無線リソースを使用して送信トランスポートブロックを送信する場合、変調部３は、送信トランスポートブロックをｋ個に分割して生成された符号語Ｃ_RM#n（ｎ＝１，２，…，ｋ）を、より誤り訂正能力が高い（符号化率が低い）ものほど、伝送品質の悪い無線リソースにマッピングする。

変調部３からの出力信号は、ＤＡＣ部４においてアナログ信号に変換された後、周波数変換部５において、無線周波数に周波数変換された後、送信アンテナ６を介して受信機１１へ送信される。

受信機１１において、送信機１からの受信信号は、周波数変換部１５においてベースバンド周波数に周波数変換され、ＡＤＣ部１４において複素ベースバンド信号に変換される。復調部１３は、ＡＤＣ部１４から受け取った複素ベースバンド信号に対して通信路等化を行い、ビットごとの対数尤度比（ＬＬＲ：Log Likelihood Ratio）を計算し、復号化部１２に対して出力する。送信側が図２に示した手順で生成した信号を受信した場合であれば、復調部１３は、Ｉ₀およびＱ₀に割り当てられて送信されたビットからなる受信語ＲＣ_#1と、Ｉ₁およびＱ₁に割り当てられて送信されたビットからなる受信語ＲＣ_#2とを作成し、それらを復号化部１２に対して出力する。復号化部１２は、入力された受信語ＲＣ_#1とＲＣ_#2をそれぞれ復号し、復号結果を結合して（受信）トランスポートブロックを再生する。

なお、無線リソースの伝送品質が変動する場合、送信機１の符号化部２は、送信トランスポートブロックの分割数、各サブブロックのサイズおよび各符号語の符号化率を、無線リソースの伝送品質変動に応じて適応的に変更しながら符号語を生成するようにしてもよい。

このように、本実施の形態においては、各無線リソースの伝送品質に基づいて複数個に分割した送信トランスポートブロックを、それぞれ異なる符号化率で誤り訂正符号化して複数の符号語を生成し、変調時のマッピング処理においては、符号化率が低い（誤り訂正能力が高い）符号語ほど、伝送品質の悪い無線リソースに割り当てて送信を行うこととした。これにより、各無線リソースの伝送品質の違いに応じた最適な符号化率を使用して、各無線リソースにて伝送する情報源系列それぞれを符号化・変調するので、システム性能の劣化を抑えることができる。

また、ＯＦＤＭＡを採用したシステムでの情報源系列の伝送において、それぞれ伝送品質が異なる複数のリソースブロック（サブキャリア群）を使用する場合であっても、上述した動作と同様に、異なる符号化率の符号語を各システムブロックに割り当て伝送することにより、システム性能の劣化を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる無線通信装置は、情報源系列の伝送（データ伝送）に有用であり、特に、伝送品質が異なる複数の無線リソースを使用して行う情報源系列の伝送に適している。

本発明にかかる無線通信装置を含んだ無線通信システムの構成例を示す図である。 本発明にかかる無線通信装置が送信トランスポートブロックを符号化・変調する動作の一例を示す図である。 １シンボル内のビット毎の誤り確率の違いを説明するための図である。

符号の説明

１ 送信機
２ 符号化部
３ 変調部
４ ＤＡＣ部
５、１５ 周波数変換部
６、１６ アンテナ
１１ 受信機
１２ 復号化部
１３ 復調部
１４ ＡＤＣ部

Claims (6)

1. 情報源系列であるトランスポートブロックを誤り訂正符号化して送信する無線通信装置であって、
   前記トランスポートブロックを複数のサブブロックに分割する分割手段と、
   前記複数のサブブロックを、それぞれ異なる符号化率で誤り訂正符号化して複数の符号語を生成する符号化手段と、
   前記複数の符号語を、符号化率の高い符号語を構成するビットほど、よりビット誤り確率の低い無線リソースに割り当てて変調する変調手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記分割手段は、誤り確率の同じ無線リソースを同一グループにグループ分けした結果出来上がるグループ（無線リソースグループ）の数と同じ数のサブブロックが得られるように、前記トランスポートブロックを分割することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記分割手段は、各サブブロックのサイズの比率が前記各無線リソースグループの合計伝送品質（伝送容量）の比率と同等となるように、トランスポートブロックを分割し、
   前記符号化手段は、サイズが大きいサブブロックほど高い符号化率で誤り訂正符号化することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 情報源系列であるトランスポートブロックを誤り訂正符号化して送信する場合の変調信号生成方法であって、
   前記トランスポートブロックを分割して複数のサブブロックを生成するサブブロック生成ステップと、
   前記複数のサブブロックを、それぞれ異なる符号化率で誤り訂正符号化して複数の符号語を生成する符号化ステップと、
   前記複数の符号語を、符号化率の高い符号語を構成するビットほど、よりビット誤り確率の低い無線リソースに割り当てて変調信号を生成する変調信号生成ステップと、
   を含むことを特徴とする変調信号生成方法。
5. 前記サブブロック生成ステップでは、誤り確率の同じ無線リソースを同一グループにグループ分けした結果出来上がるグループ（無線リソースグループ）の数と同じ数のサブブロックを生成することを特徴とする請求項４に記載の変調信号生成方法。
6. 前記サブブロック生成ステップでは、各サブブロックのサイズの比率が前記各無線リソースグループの合計伝送品質（伝送容量）の比率と同等となるようなサブブロックを生成し、
   前記符号化ステップでは、サイズが大きいサブブロックほど高い符号化率で誤り訂正符号化することを特徴とする請求項５に記載の変調信号生成方法。

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