JP2008187605A - 通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】システム性能を向上しつつ、受信側における反復復号回数の低減によるターボ復号の負担軽減を実現可能な通信装置を得ること。
【解決手段】本発明にかかる通信装置は、無線アクセス技術としてOFDMを、誤り訂正方式としてターボ符号を、採用する無線通信システムにおけるデータ受信側の通信装置であって、データ送信側の通信装置により割当てられたリソースブロック毎に、受信符号系列の無線回線品質を測定する品質測定器(29)と、2つのデコーダを用いて反復復号を行い、送信データを再生する2種類の復号手段(42,43)と、測定結果として得られる無線回線品質に基づいていずれか一方の復号手段を選択するスイッチ手段(41)と、を備え、2種類の復号手段(42,43)とスイッチ手段(41)でターボ復号器を形成することを特徴とする。
【選択図】 図4

Description

本発明は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)をベースとした無線アクセス技術を採用する通信装置に関するものであり、特に、送信側においてターボ符号を採用し、受信側で所定の反復復号を行う通信装置に関するものである。
近年、3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)において、“Evolved UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access)”と呼ばれる次世代セルラーの技術仕様策定が行われている(下記非特許文献1参照)。
“Evolved UTRA”の下りリンクは、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)ベースの無線アクセスを採用する。OFDMAは、OFDMをベースとした無線アクセス技術であり、高速データレートの信号を多数のサブキャリア信号に分割して並列伝送する方式である。
たとえば、OFDMを採用する従来の無線通信システムにおいて、基地局送信機では、入力された送信データに対する誤り検出符号(CRC:Cyclic Redundancy Check)の付加、誤り訂正符号化、レートマッチング、符号系列を所定のリソースブロックに割当てる処理、データ変調(QPSK,16−QAM,64−QAM等)、“Reference symbol”の多重、逆高速フーリエ変換、および時間波形への“Cyclic prefix”の付加処理等、が行われ、その後、所定の送信処理が施された信号を送信アンテナから送信している。
なお、上記“Evolved UTRA”では、誤り訂正符号化方式としてターボ符号が採用されている。このターボ符号は、2個のエンコーダ(Systematic encoder)を並列連接したもので、一方のエンコーダの入力前段にはインタリーバが設置された構成となっている。
一方、OFDMを採用する従来の無線通信システムにおいて、端末受信機では、所定の受信処理が行われた後、“Cyclic prefix”除去、高速フーリエ変換、“Reference symbol”による伝送路推定、ユーザデータの位相補償、軟判定復号のためのビット毎の対数尤度比(LLR:Log Likelihood Ratio)の演算、受信符号系列作成、誤り訂正復号(ターボ復号)等、が行われている。
なお、ターボ復号については、一般的に反復復号動作が行われる。具体的には、第1のデコーダにて復号演算を行い、その結果に対してインタリーバが所定の並べ替えを行い、その結果を第2のデコーダに受け渡す。その後、第2のデコーダが上記第1のデコーダと同様に復号演算を行った後、デインタリーバが上記インタリーバとは逆の並べ替えを行い、その結果を第1のデコーダに受け渡す。以降、これらの順序で復号演算を繰り返し実行した後、判定部が、第2のデコーダの事後尤度の結果から硬判定を行い、受信データを再生する。
また、上記とは異なる従来技術として、たとえば、下記非特許文献2において、OFDMを採用する無線通信システムの一例が開示されている。ここでは、誤り訂正符号としてLDPC(Low Density Parity Check)を採用する場合について記載され、たとえば、伝送効率を向上させる手段として、マッピング処理(Physical channel mapping)を行う際に符号ビット系列の各ビットの信頼度に応じて符号ビットの割当て先リソースブロックを変更する手法、が開示されている。
しかしながら、たとえば、LDPC符号を利用した無線通信システムにおいては、符号ビット系列の各ビットの信頼度に応じて符号ビットの割当て先リソースブロックを選択する技術が開示されているが、一方で、ターボ符号を利用した従来の無線通信システムにおいては、そのような技術が開示されていない。
また、“Evolved UTRA”では、最大伝送速度が100Mb/sとなり、ターボ復号の負担増大が懸念される。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、誤り訂正符号としてターボ符号を採用する無線通信システムにおいて、システム性能を向上しつつ、受信側における反復復号回数の低減によるターボ復号の負担軽減(処理量の削減,消費電力の低減)を実現可能な通信装置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、本発明にかかる通信装置は、無線アクセス技術としてOFDMを採用し、誤り訂正方式としてターボ符号を採用する無線通信システムにおけるデータ受信側の通信装置であって、データ送信側の通信装置により割当てられたリソースブロック毎に、受信符号系列の無線回線品質を測定する品質測定手段と、2つのデコーダを用いて反復復号を行い、送信データを再生する2種類の復号手段と、前記測定結果として得られる無線回線品質に基づいていずれか一方の復号手段を選択する選択手段と、を備え、前記2種類の復号手段と前記選択手段でターボ復号器を形成することを特徴とする。
この発明によれば、復号性能の向上を実現しつつ反復回数を低減させることができ、ひいては消費電力の低減を実現することができる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる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1.
図1は、本発明にかかる通信装置(送信機)の一例として動作する基地局1の構成を示す図である。本実施の形態においては、マルチキャリア無線伝送の一例として、OFDMを採用する無線通信システムを想定する。
図1において、基地局1は、送信データにCRC(Cyclic Redundancy Check)方式による誤り検出符号を付加し、誤り訂正符号化、および符号化ビット系列(符号系列)が物理チャネルにマッピング可能なビット数(レート)となるようにレートマッチング(Puncture or Repetition)、を行う符号化部(Coding)11と、符号化部11から出力された符号系列を特定のユーザに割当て可能なリソースブロック(周波数領域は、複数のサブキャリア群から構成されるブロックに分割されており、それをリソースブロックと呼ぶ)に割当てるマッピング部(Physical channel mapping)12と、マッピング部12の出力に対してデータ変調(QPSK,16−QAM,64−QAMなど)を行う変調部(Modulation)13と、変調部13の出力とリファレンスシンボル(Reference symbol:共通パイロット信号,USER個別のパイロット信号に相当)を多重するMUX部14と、MUX部14の出力に対してIFFT(逆高速フーリエ変換)を行い、時間軸信号を生成するIFFT部15と、IFFT部15の出力にサイクリックプレフィックス(Cyclic prefix)と呼ばれる時間波形を付加するサイクリックプレフィックス付加部(Add cyclic prefix)16と、サイクリックプレフィックス付加部16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17と、DAC部17の出力を無線周波数に周波数変換する送信部(RF TX)18と、送信アンテナ19と、を備えている。
また、本実施の形態では、誤り訂正符号化方式としてターボ符号を採用する。図2は、上記符号化部11内のターボ符号器の具体例を示す図である。このターボ符号器は、2個のエンコーダ(Systematic encoder)101,103を並列に配置したものであり、エンコーダ103の入力前段にはインタリーバ(Π)102が配置されている。
たとえば、符号化部11は、USER#1宛の送信データに対してCRC方式による誤り検出符号を付加し、ターボ符号化を行う。このとき、符号化部11は、上記ターボ符号器により生成された符号系列の符号ビット数を、物理チャネルにマッピング可能なビット数とした。
つづいて、本実施の形態の符号化部11およびマッピング部12における特徴的な処理を、図面を用いて具体的に説明する。図3は、符号化率R=1/3の場合における、符号系列のリソースブロックへの割当て手順を示す図である。
図3において、USER#1宛の送信データxk(k=0,1,2,…,K−1)は、上記ターボ符号器(図2参照)により符号化され、符号系列として、情報ビット系列xk,冗長系列zk,z'k(k=0,1,2,…,K−1)が生成される。この符号系列xk,zk,z'kは、符号化部11の出力である。
ここで、USER#1に割当て可能なリソースブロックがRB#1,RB#2,RB#3の3つであり、これら3つのRB#1,RB#2,RB#3がそれぞれKビットの情報を送ることができる場合を想定する。この場合、本実施の形態では、マッピング部12が、RB#1に符号系列xk,RB#2に符号系列zk,RB#3に符号系列z'kをそれぞれ割当てる。ここでは、RB#1,RB#2,RB#3の無線回線品質はそれぞれ異なっているが、無線回線品質の良し悪しに依らず符号系列を割当てている。
一方、図4は、本発明にかかる通信装置(受信機)の一例として動作する端末2の構成を示す図である。図4において、端末2は、受信アンテナ31と、無線周波数をベースバンド周波数に周波数変換する受信部(RF RX)21と、アナログ信号をデジタルの複素ベースバンド信号に変換するADC部22と、サイクリックプレフィックスの除去およびFFTタイミングの検出を行うサイクリックプレフィックス除去部(Remove cyclic prefix)23と、高速フーリエ変換(FFT)により時間信号を周波数軸に変換し、受信データ,リファレンスシンボルを得るFFT部24と、FFT部24が出力するリファレンスシンボルに基づいて各OFDMシンボルのチャネル推定値を作成し、リソースブロック毎の信号電力推定値Psおよび干渉電力推定値Pzを作成する伝送路推定部(Channel estimation)26と、伝送路推定部26から入力されるチャネル推定値を用いて同期検波を行う位相補償部(Coherent detection)25と、各OFDMシンボルについてビット毎の対数尤度比(LLR:Log Likelihood Ratio)を計算するLLR演算部(LLR calculation)27と、リソースブロックからLLRを取り出し、受信符号系列を生成するデマッピング部(Physical channel de-mapping)28と、リソースブロック毎の平均受信品質(平均無線回線品質)または符号ビット毎の受信品質(無線回線品質)を測定する品質測定器29と、2種類の復号手段(復号手段42と復号手段43)と品質測定器29から入力される受信品質に基づいて各復号手段の切り替えを行うスイッチ手段41とを備え受信符号系列を生成する復号部(Decoding)30と、を備えている。
また、上記復号部30において、復号手段42は、たとえば、図5に示すように構成され、復号手段43は、たとえば、図6に示すように構成されている。
復号手段42では、デコーダ(SISO(Soft-In Soft-Out) decoder)201にて復号演算を行い、その結果に対してインタリーバ202が所定の並べ替えを行い、デコーダ203に受け渡す。その後、デコーダ203が上記デコーダ201と同様に復号演算を行った後、デインタリーバ204がインタリーバ202とは逆の並べ替えを行い、その結果をデコーダ201に受け渡す。以降、これらの順序で復号演算を繰り返し実行した後、判定部205が、デコーダ203の事後尤度の結果から硬判定を行い、受信データを再生する。すなわち、復号手段42では、「デコーダ201→デコーダ203」の順で反復復号を行っている。
一方、復号手段43では、インタリーバ202が所定の並べ替えを行い、デコーダ203が復号演算を行い、デインタリーバ204がインタリーバ202とは逆の並べ替えを行った後、さらに、デコーダ201が復号演算を行い、その結果をインタリーバ202に受け渡す。以降、これらの順序で復号演算を繰り返し実行した後、判定部205が、デコーダ201の事後尤度の結果から硬判定を行い、受信データを再生する。すなわち、復号手段2では、「デコーダ203→デコーダ201」の順で反復復号を行っている。
図4において、復号部30は、符号系列xkとzkの受信品質(無線回線品質)が符号系列xkとz'kの受信品質よりも良好であれば、スイッチ手段41を復号手段42側に切り替え、一方で、符号系列xkとzkの受信品質が符号系列xkとz'kの受信品質よりも劣悪であれば、スイッチ手段41を復号手段43側に切り替えて、復号処理を行う。
たとえば、図3のように、無線回線品質が「RB#3>RB#1>RB#2」とした場合、復号部30では、符号系列xkとz'kの平均品質が符号系列xkとzkに比べ良好であるので、復号手段43を選択する。
このように、本実施の形態では、情報ビットとパリティ系列から構成されるターボ符号系列において、復号部が、2つのデコーダを用いて反復復号を行う上記2種類の復号手段を備えることとし、受信品質の良好な符号系列から先に復号処理を実行可能な一方の復号手段を選択することとした。すなわち、選択された復号手段を用いて一方のデコーダが計算した尤度を別のデコーダに入力する処理を繰り返すことにより、判定の信頼度を向上させる反復復号法を行う際に、受信品質の良好な符号系列から先に復号処理を行うこととした。これにより、復号性能の向上を実現しつつ反復回数を低減させることができ、ひいては消費電力の低減を実現することができる。
実施の形態2.
つづいて、実施の形態2の通信装置について説明する。本実施の形態においても、前述同様、OFDMを採用する無線通信システムを想定する。ここでは、前述した実施の形態1と異なる構成および処理について説明する。
図7は、本発明にかかる通信装置の一例として動作する基地局1aの構成を示す図である。図7において、基地局1aは、通信相手となる端末からフィードバックされるCSI(Channel State Information)に基づいて、符号系列とリソースブロックとを関連付ける規則を生成する、すなわち、ユーザごとのリソースブロックの割当て方法および割当てられたリソースブロック内での符号系列の割当て方法を決定するスケジューラ部(Radio Resource Scheduler)51と、スケジューラ部51による上記規則に基づいて符号化部(Coding)11から出力された符号系列を所定のリソースブロックに割当てるマッピング部(Ordered Physical channel mapping)52と、前述した実施の形態1の多重機能に加えて上記割当て方法を多重するMUX14aと、を備えている。なお、その他の構成については、前述した実施の形態1と同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
つづいて、本実施の形態の符号化部11およびマッピング部52における特徴的な処理を、図面を用いて具体的に説明する。図8は、符号化率R=1/3の場合における、符号系列のリソースブロックへの割当て手順を示す図である。
図8において、USER#1宛の送信データxk(k=0,1,2,…,K−1)は、図2に示すターボ符号器により符号化され、符号系列xk,zk,z'k(k=0,1,2,…,K−1)が生成される。この符号列xk,zk,z'kは、符号化部11の出力である。
一方、本実施の形態においては、スケジューラ部51に、各ユーザからフィードバックされるCSIが入力されている。したがって、本実施の形態では、スケジューラ部51が、たとえば、注水定理によるスケジューリング結果に基づいて、USER#1にとって最適なリソースブロック群としてRB#1,RB#2,RB#3を選択する。さらに、スケジューラ部51では、USER#1からフィードバックされるCSIに基づいてRB#1,RB#2,RB#3の無線回線品質を認識することができるので、マッピング部52に対して、無線回線品質に基づく符号系列の割当てを指示する。
図8では、スケジューラ部51からマッピング部52への指示が、たとえば、最も無線回線品質が良好なRB#3にターボ符号における最も重要な符号系列xkを割当て、残りのRB#1,RB#2にターボ符号におけるパリティ系列zk,z'k(zk,z'kの符号の重要度は同じ)を割当てる内容(図示の平均C/N参照)、であるときの動作が示されている。すなわち、本実施の形態では、マッピング部52が、RB#1に符号系列zkを、RB#2に符号系列z'kを、RB#3に符号系列xkを、それぞれ割当てている。
また、図9は、本発明にかかる通信装置(受信機)の一例として動作する端末2aの構成を示す図である。図9において、端末2aは、リソースブロックからLLRを取り出し、基地局1aから事前に報知されている受信符号系列の割当て方法(FFT部24出力)に基づいて受信符号系列を抽出するデマッピング部(Ordered-Physical channel de-mapping)61と、現在のフレームの信号電力推定値Ps,干渉電力推定値Pzに基づいてリソースブロック毎の無線回線品質を推定し、CSIを作成する品質測定器29aと、を備えている。なお、端末2aへパケットが連送されている場合は過去に同一のリソースブロック群が割当てられているので、品質測定器29aが、リソースブロック毎のPs/Pzを平均化して測定精度を向上させる方法を用いることができる。また、伝送路推定部26が、ユーザデータを逆変調してレプリカ信号を作成してPz,Psを求めることもできる。
また、前述した実施の形態1と同様に、復号部30において、復号手段42は、たとえば、図5に示すように構成され、復号手段43は、たとえば、図6に示すように構成されている。
したがって、図9において、復号部30は、符号系列zkの受信品質(無線回線品質)が符号系列z'kの受信品質よりも良好であれば、スイッチ手段41を復号手段42側に切り替え、一方で、符号系列zkの受信品質が符号系列z'kの受信品質よりも劣悪であれば、スイッチ手段41を復号手段43側に切り替えて、復号処理を行う。たとえば、図8のように、無線回線品質が「RB#3>RB#1>RB#2」の場合、復号部30では、符号系列z'kの平均品質が符号系列zkに比べ良好であるので、復号手段43を選択する。
このように、本実施の形態では、基地局1aが、端末2aからフィードバックされるCSIに基づいてUSER#1に対して最適なリソースブロック群を割当て、各リソースブロック群に対してさらに優先順位を付けて、送信処理を行うこととした。また、端末2aは、基地局1aから事前に報知されている符号の割当て方法に基づいて所定のデマッピング処理を行い、さらに、実施の形態1と同様に、無線回線品質の測定結果に基づいて復号順序を変更することとした。これにより、実施の形態1と比較して、復号性能をさらに向上させることができ、伴って、反復回数をさらに低減させることができる。
なお、本実施の形態においては、基地局にて割り当てるリソースブロックが端末側において認識する無線通信品質の順で割り当てられていること(リソースブロックがCSIに基づいて割当てられている場合)を前提とし、たとえば、上記無線品質の測定結果によらず、上記基地局1aから事前に報知されている符号の割当て方法のみに基づいて、復号順序を変更することとしてもよい。この場合、図9は、点線で示す信号が復号部30に入力され、品質測定器29aから復号部30への信号が削除可能となる。なお、スイッチ手段41の切り替え処理は上記と同様である。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態においては、基地局にて割り当てるリソースブロックが端末側において認識する無線通信品質の順で割り当てられていない場合(リソースブロックがCSIに基づいて割当てられていない場合)を想定し、たとえば、上記無線品質の測定結果および上記基地局1aから事前に報知されている符号の割当て方法の両方に基づいて、復号順序を変更することとしてもよい。この場合、図9は、点線で示す信号が復号部30に入力される。たとえば、上記無線通信品質に基づいて判断する復号順序と上記割当て方法に基づいて判断する復号順序が異なる場合、復号部30は、無線通信品質に基づいて判断する復号順序を採用する。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。
以上のように、本発明にかかる通信装置は、OFDMをベースとした無線アクセス技術を採用する無線通信システムに有用であり、特に、ターボ符号化を行う送信機および当該符号化に対応する所定の反復復号を行う受信機に適している。
本発明にかかる通信装置の一例として動作する基地局の構成を示す図である。 符号化部内のターボ符号器の具体例を示す図である。 符号系列のリソースブロックへの割当て手順を示す図である。 本発明にかかる通信装置の一例として動作する端末の構成を示す図である。 復号手段の構成例を示す図である。 復号手段の構成例を示す図である。 本発明にかかる通信装置の一例として動作する基地局の構成を示す図である。 符号系列のリソースブロックへの割当て手順を示す図である。 本発明にかかる通信装置の一例として動作する端末の構成を示す図である。
符号の説明
1,1a 基地局
2,2a 端末
11 符号化部(Coding)
12 マッピング部(Physical channel mapping)
13 変調部(Modulation)
14,14a MUX部
15 IFFT部
16 サイクリックプレフィックス付加部(Add cyclic prefix)
17 DAC部
18 送信部(RF TX)
19 送信アンテナ
21 受信部(RF RX)
22 ADC部
23 サイクリックプレフィックス除去部(Remove cyclic prefix)
24 FFT部
26 伝送路推定部(Channel estimation)
25 位相補償部(Coherent detection)
27 LLR演算部(LLR calculation)
28 デマッピング部(Physical channel de-mapping)
29,29a 品質測定器
31 受信アンテナ
30 復号部(Decoding)
41 スイッチ手段
42,43 復号手段
51 スケジューラ部(Radio Resource Scheduler)
52 マッピング部(Ordered Physical channel mapping)
61 デマッピング部(Ordered-Physical channel de-mapping)
101,103 エンコーダ(Systematic encoder)
102 インタリーバ
201,203 デコーダ(SISO(Soft-In Soft-Out) decoder)
202 インタリーバ
204 デインタリーバ
205 判定部

Claims (5)

  1. 無線アクセス技術としてOFDMを採用し、誤り訂正方式としてターボ符号を採用する無線通信システムにおけるデータ受信側の通信装置であって、
    データ送信側の通信装置により割当てられたリソースブロック毎に、受信符号系列の無線回線品質を測定する品質測定手段と、
    2つのデコーダを用いて反復復号を行い、送信データを再生する2種類の復号手段と、
    前記測定結果として得られる無線回線品質に基づいていずれか一方の復号手段を選択する選択手段と、
    を備え、
    前記2種類の復号手段と前記選択手段でターボ復号器を形成することを特徴とする通信装置。
  2. 前記ターボ符号器は、前記2種類の復号手段として、
    第1のデコーダが演算した尤度を第2のデコーダに入力する構成を有しかつ「第1のデコーダ→第2のデコーダ」の順で反復復号を行う第1の復号手段と、
    第2のデコーダが演算した尤度を第1のデコーダに入力する構成を有しかつ「第2のデコーダ→第1のデコーダ」の順で反復復号を行う第2の復号手段と、
    を有し、
    前記選択手段は、
    前記2種類の復号手段の中から、無線回線品質の良好な符号系列から先に復号動作を開始する復号手段を選択することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  3. 前記品質測定手段は、リソースブロック毎の無線回線品質に関する情報を前記送信側の通信装置に対して送信することを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。
  4. 請求項3に記載の受信側の通信装置から無線回線品質に関する情報を受信するデータ送信側の通信装置であって、
    受信した無線回線品質に関する情報に基づいて、リソースブロックの割当て方法および割当てられたリソースブロック内での符号系列の割当て方法を決定するスケジューラ手段と、
    前記スケジューラ手段が決定した割当て方法に従って送信符号系列を所定のリソースブロックに割当てるマッピング手段と、
    を備えることを特徴とする通信装置。
  5. 前記スケジューラ手段は、
    前記無線回線品質に関する情報に基づいて3つのリソースブロックを割当て、
    さらに、最も無線回線品質が良好なリソースブロックに、ターボ符号における情報ビット系列を割当て、残りの2つのリソースブロックに、ターボ符号における2つの冗長系列をそれぞれ割当てることを特徴とする請求項4に記載の通信装置。
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