JP2008519511A - ビット領域におけるリピティションリアレンジメントによってあいまい性を低減させる方法および送信器構造 - Google Patents

Abstract

チャネルを推定するために評価される受信シンボルの認識におけるあいまい性を減少させることによって、デジタル通信システムにおけるチャネル推定の信頼性を向上させる方法が提供される。第１の複数のビットを、２進数から変調状態への所定のグレイマッピングに従って変調状態にマッピングし送信する。この複数のビットを、この複数のビットに含まれているビットのサブセットを反転させ、同じグレイマッピングに従ってさらなる変調状態にマッピングした状態で少なくとも１回再送する。反転させるビットは、次のように、すなわち、複素平面における第１の変調状態およびさらなる変調状態の複素数を表すベクトルを加算することによって、前記第１の複数のビットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果の数が、前記グレイマッピングにおける相異なる変調状態の数よりも小さいように決定される。

Description

本発明は、デジタル通信システムに関する。本発明は、具体的には、時間とともに変化する（time-variant）チャネルまたは周波数が変化する（frequency-variant）チャネルを通じてデータが伝送される通信システム（例：モバイル通信システムまたは衛星通信）に適用することができる。

長距離、あるいは無線リンクを通じて送信する場合、デジタルデータを１つ以上の搬送波に変調する。先行技術においては、様々な変調方式が知られており、例えば、振幅変調（amplitude shift keying：ＡＳＫ）、位相変調（phase shift keying：ＰＳＫ）、振幅および位相の混合型の変調（例：直交振幅変調（quadrature amplitude modulation：ＱＡＭ））などである。ここに挙げたいずれの変調タイプにおいても、変調信号は、例えば電圧あるいは電磁界強度によって、次の式（１）によって表すことができる。

ビット列、またはデータワードは、複素数Ａによって表される。この場合、次の式（２）、

は、変調信号の瞬間的な振幅を表し、次の式（３）、

は、変調信号の瞬間的な位相を表す。ビット列の値と複素数との間の割り当てをマッピングと称する。

実際の伝送チャネルでは、位相のシフトおよび減衰によって変調信号が歪み、信号にノイズが加わると、復調後の受信データに誤りが発生する。誤りの確率は、通常では、データレートが高いほど、すなわち変調状態の数が多いほど、シンボル持続時間が短いほど、高くなる。そのような誤りに対処するため、データに冗長性を加えることができ、これにより、誤りのあるシンボルを認識して訂正することができる。より経済的な方法としては、訂正できない誤りが起きたデータの送信のみを繰り返す方法、例えば、ハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ）や増加的冗長性（incremental redundancy）が挙げられる。

欧州特許第１２９３０５９号明細書には、全ビットの平均信頼度を高める目的でデジタル変調シンボルを並びかえる方法が開示されている。これは、ビットからシンボルへのマッピング規則を変更することによって達成される。この欧州特許の中心的なテーマは、ＡＲＱシステムにおいて再送するシンボルを並びかえることである。

欧州特許出願公開第１３１３２５０号明細書および欧州特許出願公開第１３１３２５１号明細書には、マッピングの前にビットを操作する代わりに、ビットからシンボルへの同じマッピング規則を使用し、インタリーブ操作もしくは論理ビット反転操作、またはその両方によって、欧州特許第１２９３０５９号の効果を達成するメカニズムが記載されている。これらの方法は、ＡＲＱシステムに制限されている。

国際公開第２００４／０３６８１７号パンフレットおよび国際公開第２００４／０３６８１８号パンフレットには、システムの信頼性を平均化する効果を達成する方法が記載されており、この方法では、元のシンボルおよび繰り返されるシンボルを、異なるダイバシティブランチ（diversity branch）を通じて、またはＡＲＱシステムとの組合せにおいて送信する。

上に引用した特許公報における方法およびメカニズムを、「コンスタレーションリアレンジメント（Constellation Rearrangement）」または単純に「ＣｏＲｅ」と称する。

有線通信システムと無線通信システムとの間の主たる違いは、情報を伝送する物理チャネルの挙動である。無線チャネルまたはモバイルチャネルは、その本質的な性質に起因して、時間とともに変化したり、周波数が変化したり、またはその両方の変化が生じる。最近のほとんどのモバイル通信システムでは、良好なパフォーマンスのためには、受信器においてデータシンボルの復調時にチャネルの正確な推定（通常はチャネル係数（channel coefficient）を測定する）が必要であり、このチャネル係数には、チャネルの出力もしくは位相、またはその両特性に関する情報が含まれる。これを容易にするため、通常は何らかのパイロットシンボルを、データシンボルストリームに挿入する。パイロットシンボルは所定の正確な振幅値もしくは位相値またはその両方を持ち、これらを使用してチャネル係数を求めることができる。このチャネル係数は、適応フィルタリングなどの訂正手法に用いられる。

「判定帰還復調（Decision-Feedback Demodulation）」は、反復プロセスであり、最初のおおまかなチャネル推定（または推定なし）を使用してデータシンボルを復調する。復調した後、好ましくはさらに復号化した後、得られた情報をチャネル推定器にフィードバックし、そのデータシンボルからさらに良好な推定を得る。明らかに、このプロセスに起因して遅延が生じるのみならず、反復ステップのそれぞれにおいて多量の計算が必要となり、また、フィードバックループが含まれているため、このプロセスは最初のおおまかなチャネル推定の質に大きく依存する。このような手順は、例えば、Lutz H.-J.LampeおよびRobert Schoberの"Iterative Decision-Feedback Differential Demodulation of Bit-Interleaved Coded MDPSK for Flat Rayleigh Fading Channels"から公知である。

通常、復調前には振幅もしくは位相またはその両方が未知であるため、データシンボル自体を使用してチャネルを正確に推定することはできない。受信器は、チャネルを推定するためには、受信した信号に基づいて送られたシンボルについて結論しなければならない。シンボルの認識に誤りが含まれうるため、チャネル推定にはあいまい性（ambiguity）が生じる。この挙動は、図１に見ることができ、表１は、さらに詳しい説明として、様々なデジタル変調方式において生じるあいまい性の数を示している。

表１からさらに明らかであるように、反復式の判定帰還復調方式のパフォーマンスは、変調方式に伴うあいまい性の数にも大きく依存する。送られたシンボルの想定に間違いがあると、結果として間違ったチャネル推定となる。特に、変調状態の数の多い変調方式においては、避けられないノイズのため、シンボルに誤りが含まれる確率が高い。チャネル推定に間違いがあると、間違った訂正が行われ、その結果として受信したシンボルの誤りが増す。したがって、関連する技術分野には、チャネル推定の信頼性を高める必要性が存在している。

上述した先行技術では、１つのデジタルシンボルにマッピングされるビットの平均ビット信頼度（mean bit reliabilities）を、マッピングを並びかえることによって、またはマッピング前のビット操作によって平均化するだけである。この方策は、時間とともに変化したり周波数が変化するチャネルが非常に正確に認識されるならば良好な効果をもたらすが、コヒーレントな時間／周波数がデータパケットに対して比較的小さい場合、時間とともに変化したり周波数が変化するチャネルに関する受信器側の情報の精度は高まらない。

グレイマッピングまたはグレイ符号化は、デジタル変調の使用時に通信システムにおいて広く使用されている用語である。したがって、ここではごく基本的なことを説明しておく。グレイマッピングの特徴として、第１のシンボルのビット列と、複素信号平面における最も近い隣接する第２のシンボルのビット列とに対するＸＯＲバイナリ演算のハミング重みが１である。すなわち、ＸＯＲの結果が、ビット値１が１回だけ含まれるバイナリワードになる。言い換えれば、グレイマッピングにおいては、最も近い互いに隣接するシンボルに割り当てられるビット列の違いは、（いずれか）１つのビットの値のみである。

以下は、１次元の編成の場合に「通常のバイナリコード」から「グレイコード」に変換するための１つのアルゴリズムである。

− いま、Ｂ［ｎ：０］を、通常のバイナリ表現における一連のビットとする（例：１０進数１３のバイナリ１１０１）。
− Ｇ［ｎ：０］をグレイコードにおける一連のビットとする。
− Ｇ［ｎ］＝Ｂ［ｎ］
− ｉ＝ｎ−１からｉ＝０までについて、Ｇ［ｉ］＝Ｂ［ｉ＋１］ ＸＯＲ Ｂ［ｉ］

以下は、別の再帰的な生成方法である。

ｎビットのグレイコードは、（ｎ−１）個のビットのグレイコードの先頭にバイナリ０を付加した後、（ｎ−１）個のビットの鏡像化した（すなわち逆順に並べた）グレイコードの先頭にバイナリ１を付加することによって再帰的に生成することができる。図２６は、１〜４個のビットの場合を示している。

２進数から直交振幅変調（ＱＡＭ）の変調状態へのマッピングなどの２次元の編成においては、構成しているビットを異なる次元に関するポジションを特徴付ける相異なるサブセットに分けることができるときには、上記の方法をサブセットのそれぞれに個別に適用することによって、グレイマッピングを得ることができる。一般に、その結果は、最も近い（１つ以上の）互いに隣接する信号点に関してのみ、２次元の編成においてグレイ原理が保持されるものとなる。

したがって、本発明の目的は、デジタル伝送システムにおけるチャネル推定の信頼度を高める方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、デジタル通信システムのための送信器であって、チャネル推定の信頼度を高めることのできる送信器、を提供することである。

本発明の１つの態様においては、デジタル通信システムにおいて信号を送信する方法であって、ａ）ビット列から変調状態へのグレイマッピングに従って、第１の複数のビットを第１の変調状態にマッピングする、第１のマッピングステップ（３０２）と、ｂ）第１の変調状態に従って搬送波を変調することによって、第１の複数のビットを送信する、送信ステップ（３０３）と、ｃ）各回において、第１の複数のビットのうちの１つのサブセットのビットを反転させ、かつサブセットに含まれていないビットを変更せずに維持することによって、少なくとも１つのさらなる複数のビットを得る、少なくとも１回の反転ステップ（３０５）と、ｄ）ビット列から変調状態へのグレイマッピングに従って、少なくとも１つのさらなる複数のビットを少なくとも１つのさらなる変調状態にマッピングする、少なくとも１回のさらなるマッピングステップ（３０６）と、ｅ）少なくとも１つのさらなる変調状態に従って搬送波を変調することによって、第１の複数のビットを再送する、少なくとも１回の再送ステップ（３０７）と、を含み、ステップｃ）において、複素平面における第１の変調状態およびさらなる変調状態の複素数を表すベクトルを加算することによって、第１の複数のビットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果（２０６，２０７）の数が、２進数から変調状態へのグレイマッピングにおける相異なる変調状態の数よりも小さいように、反転ステップのそれぞれにおいて、第１の複数のビットのうちのサブセットに含まれているすべてのビットを反転させる。

本発明の別の態様においては、コンピュータ可読ストレージメディアがプログラム命令を格納しており、デジタル通信システムの送信器のプロセッサにおいてこのプログラム命令が実行されることによって、上に定義されている態様による方法を送信器が実行する。

本発明のさらなる態様においては、デジタル通信システムの送信器（２１０１）は、第１の複数のビットを受け取り、受け取った第１の複数のビットを少なくとも１回繰り返す反復器（２１０６）と、第１の複数のビットの繰り返されるインスタンスのそれぞれについて、反転させるビットのサブセットを決定する、反転ビット決定ユニット（２１０８）と、インスタンスに対して決定されたサブセットに含まれている、繰り返されるインスタンスのすべてのビットを反転させて、反転されたビットと、第１の複数のビットのうちの反転されていないすべてのビットとを備えている少なくとも１つのさらなる複数のビットを得る、ビット反転器（２１０９）と、グレイマッピングに従って、第１およびさらなる複数のビットを第１およびさらなる変調状態にマッピングするマッパ（２１１１）と、変調状態に従って搬送波を変調する変調器（２１１３）と、を備え、反転ビット決定ユニットは、第１の複数のビットのうち反転させる少なくとも１つのサブセットを、以下のように、すなわち、複素平面における第１の変調状態およびさらなる変調状態の複素数を表すベクトルを加算することによって、第１の複数のビットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果の数が、２進数から変調状態へのグレイマッピングにおける相異なる変調状態の数よりも小さいように、決定するように構成されている。

本発明のさらに別の態様によると、デジタル無線通信システムの基地局（２２００）は、前の態様に定義されている送信器（２１０１）を備えている。

本発明のさらに別の態様によると、デジタル無線通信システムの移動局（２３００）は、前の態様に定義されている送信器（２１０１）を備えている。

添付の図面は、本発明の原理を説明する目的で本明細書に組み込まれており、その一部を形成している。これらの図面は、本発明の実施方法および使用方法を図示および説明している例に本発明を制限することを意図するものではないことを理解されたい。添付の図面に図示したように、本発明の以下のさらに具体的な説明から、さらなる特徴および利点が明らかになるであろう。

一例として、図２および図１３に示してあるように、１６−ＱＡＭ変調方式を使用する送信を想定する。表１によると、そのようなデータシンボルは４つのビットを伝える。本明細書に説明した方法においては、これらの４つのビットを、以下の条件で２回送信する。

１．元の列（４ビット）に対して１６−ＱＡＭグレイマッピングを使用する
２．ペアの列（４ビット）に対して同じ１６−ＱＡＭグレイマッピングを使用する

これは図２に示してあり、例として、元のビット列１０１０とペアの列１１００とが強調してある。４ビット列のそれぞれを、１６−ＱＡＭの変調状態にマッピングする。適用するマッピングがグレイマッピングであるため、隣接する最も近い変調状態は、必ず１つのビットのみ値が異なる。例えば、変調状態２０１にはビット列「００００」が割り当てられている。隣接する４つの変調状態２０２〜２０５には、ビット列「０００１」、「００１０」、「０１００」、「１０００」が割り当てられている。

４ビット列のそれぞれには、後から説明するビット反転によって得られるさらなるビット列が関連付けられる。最初のビット列の結果としての第１のシンボルと、さらなるビット列の結果としてのさらなるシンボルとを合成する結果として、あいまい性の数が、２つのベクトル和結果２０６および２０７、すなわち１つの振幅レベルおよび２つの位相レベルに低減し、これはＢＰＳＫ変調のコンスタレーションに似ている。

図３のフローチャートは、伝送チャネル推定においてあいまい性を低減するために必要なステップを示している。

ステップ３０１において、第１のビット列または複数のビットを受け取る。１つの列に含まれるビットの数は、適用する変調方式における相異なる変調状態の数に依存する。例えば、６４−ＱＡＭの場合、各列には、ｌｄ６４＝６ビットが含まれる。８−ＰＳＫの場合、複数ビットのそれぞれには、ｌｄ８＝３ビットが含まれる。

ステップ３０２において、ビット列から変調状態への所定のグレイマッピングに従って、第１の複数のビットを変調状態にマッピングする。ステップ３０３において、グレイマッピングにおいてビット列が割り当てられた変調状態に従って搬送波を変調することによって、第１のビット列を送信する。

ステップ３０４において、再送のそれぞれについて、ビット列に含まれているビットのうち、反転させるビットのサブセットを決定する。決定ステップ３０４は、例えば、決定アルゴリズムを実行することによって、ピアエンティティからデータを受信することによって、またはメモリからデータを単に読み取ることによって実行することができる。ステップ３０５において、ステップ３０１からの第１の複数のビットのうち、ステップ３０４において決定した反転規則の１つに従いビットを反転させることによって、さらなる複数のビットを得る。ステップ３０６において、ステップ３０２において使用したのと同じグレイマッピングに従って、このさらなるビット列を変調状態にマッピングする。ステップ３０７において、ステップ３０５において得られたさらなる列を送信することによって、すなわち、ステップ３０６において得られた変調状態に従って搬送波を変調することによって第１の列を再送する。

ステップ３０８において、同じ第１のビット列について実行すべきさらなる再送が存在するかどうかを問い合わせる。存在する場合は、ボックス３０４に戻る。存在しない場合は、本方法は終了し、第１のビット列の送信および再送が完了する。

上述したように、決定ステップ３０４においては、さらなるビット列を得るための１つの反転規則を選択する。この反転規則は、反転させる必要のあるビットのサブセットとして表現することができる。あいまい性を所望の目標レベルまで低減させるためには、選択するマッピング方法に応じて、１つまたは複数の反転規則が必要である。決定ステップ３０４では、再送のそれぞれに対してそのような規則の１つを選択する必要があり、好ましくは、第１の複数のビットに対して各反転規則を１回ずつ決定する。以下では、ステップ３０４において選択すべき反転規則の決定に関して、様々な変調方式の場合についてさらに詳しく説明する。

グレイマッピングを使用するＰＳＫ変調の場合、図４に示した以下のアルゴリズムを適用することができる。

−１つのＰＳＫシンボルにマッピングするビットの数をｎとする（ステップ４０１）。
−ｎ個のビットから、反転候補のｎ−１個のビットを選択する（ステップ４０２）。
−反転規則：選択したｎ−１個のビットのうちの１個〜（ｎ−１）個のビットを使用して可能な組合せのすべてを得ることによって、反転させるビットを決定する（ステップ４０３）。
−見つかった組合せのうち（１つ以上の）ビットを反転させることによって、元のビット列からｎ−１個のペアのビット列を得る。

例として、図５に示したコンスタレーションについて説明する。

−８−ＰＳＫを使用して、３つのビットを１つのシンボルにマッピングする。すなわちｎ＝３である。
−反転候補として、第１のビットおよび第３のビットを選択する。
−反転規則：第１のビットのみ、第３のビットのみ、または第１と第３の両方のビットを反転させる。
−グレイ符号化における元のビット列：
０００、００１、０１１、０１０、１１０、１１１、１０１、１００
−第１のビットを反転させたペアの列：
１００、１０１、１１１、１１０、０１０、０１１、００１、０００
−第３のビットを反転させたペアの列：
００１、０００、０１０、０１１、１１１、１１０、１００、１０１
−第１および第３のビットを反転させたペアの列：
１０１、１００、１１０、１１１、０１１、０１０、０００、００１

変調状態５０１にはビット列「０００」が割り当てられている。反転規則を適用することによって、ビット列「１００」、「００１」、および「１０１」が得られ、これらのビット列は変調状態５０２〜５０４に割り当てられている。これらの変調状態に対する搬送波の複素数を表すベクトル５０５〜５０８を加えることによって、シンボルを合成する。結果は、上側の半平面にマッピングされているすべてのビット列については点５０９、下側の半平面にマッピングされているすべてのビット列については点５１０である。したがって、結果は、１つの振幅値と２つの異なる位相値を持つのみとすることができる。

少なくとも部分的にＰＳＫが適用される、すなわち情報の少なくとも一部が情報シンボルの位相に含まれるすべての方式（例：上に概説したｎ−ＰＳＫ、ｎ−ＡＳＫ／ｍ−ＰＳＫ、ｎ−ＱＡＭ）では、あいまい性の数を１つの振幅レベルおよび２つの位相レベルに低減することができる。１つの位相レベルに低減することは、提案する方法では不可能であり、実際にこれを達成できるのはシンボルのコヒーレント合成の結果が複素平面の原点になる場合に限られ、その場合はチャネルの振幅または位相の変化を推定することができない。複素平面の原点が１つのあいまい性レベルとみなすか、または無限のあいまい性レベルとみなすかについては学究的な議論であり、当業者にはそのような結果はチャネル推定に使用できないことが認識されるであろう。

ＡＳＫ変調では、図７に示したようにシンボルの送信出力がグレイ符号化に従って昇順または降順のいずれかに並び、図６に示した以下のアルゴリズムを適用することができる。

−１つのＡＳＫシンボルにマッピングするビットの数をｎとする（ステップ６０１）。
−反転規則：送信出力が最小である正確に０.５＊２^ｎ＝２^ｎ−１個のシンボルにおいてビット値が同じである１つのビットを反転させる（ステップ６０２）。
−元のビット列に反転規則を適用することによって、ペアの列を得る。

なお、上に代えて、同じ反転ビットを、送信出力が最大である０.５＊２^ｎ＝２^ｎ−１個のシンボルにおいてビット値が同じであるビットとして識別できることが、当業者には理解されるであろう。

図７のマッピングによる８−ＡＳＫ変調を例にとる。図７において、バー７０１、７０２、７０３は、それぞれ、ビット１、２、３の値が「１」であることを示している。ビットの順序はｂ_１ｂ_２ｂ_３であるとする。

−８−ＡＳＫを使用して、３つのビットを１つのシンボルにマッピングする。すなわちｎ＝３である。
−送信出力が最小である正確に０.５＊２^３＝４個のシンボルにおいて値が同じであるビットは、第２のビットｂ_２であり、その値はこれらのシンボルでは１に等しい。
−反転規則：第２のビットｂ_２を反転させる。
−グレイ符号化における元のビット列：
０１１、０１０、１１０、１１１、１０１、１００、０００、００１
−第２のビットを反転させたペアの列：
００１、０００、１００、１０１、１１１、１１０、０１０、０１１

変調状態７０４にはビット列「０１１」が割り当てられている。反転規則に従って第２のビットを反転させることによってペアの列「００１」が得られる。このペアの列「００１」は変調状態７０５に割り当てられている。変調状態７０４および７０５の複素数を表しているベクトル７０６および７０７を加えることによって、シンボルを合成する。すべての第１のビット列とそれらのペアの列の合成結果を計算すると、結果はつねに点７０８である。したがって、この場合は伝送チャネル特性の決定においてあいまい性は残らない。

ＡＳＫのみを使用する場合、あいまい性の数は１つの振幅レベルおよび１つの位相レベルに低減することができる。

図９に示した混合型ＡＳＫ／ＰＳＫ変調の場合、ビットを、グレイ符号化されたＡＳＫ情報を伝えるビットと、グレイ符号化されたＰＳＫ情報を伝えるビットとに分けることができ（「スターＱＡＭ」）、これらのビットを上述したＰＳＫ規則またはＡＳＫ規則に従って個別に扱うべきである。以下はその結果のアルゴリズムであり、図８のフローチャートに示してある。

−ＡＳＫ／ＰＳＫ変調を、独立したＡＳＫ部分とＰＳＫ部分とに分ける（ステップ８０１）。
−上述したアルゴリズムに従って、ＡＳＫ部分とＰＳＫ部分の反転規則を個別に決定する。
−ＡＳＫ部分（ステップ８０２）とＰＳＫ部分（ステップ８０３）について、反転規則ビットに対応するＡＳＫ／ＰＳＫビットを求める。
−１個〜すべてのＡＳＫ／ＰＳＫ反転規則ビットを組み合わせることによって、ＡＳＫ／ＰＳＫ反転規則を決定する（ステップ８０４）。
−決定されたＡＳＫ／ＰＳＫ反転規則に従ってビットを反転させることによって、すべてのペアの列を得る（ステップ８０４）。

例として、図９のスターＱＡＭについて説明する。

−図９に示した４−ＡＳＫ／４−ＰＳＫを使用して、最初の２ビット９０１，９０２をＰＳＫとしてマッピングし、後の２ビット９０３，９０４をＡＳＫとしてマッピングする。すなわち、ｎＡＳＫ＝２、ｎＰＳＫ＝２である。
−ＡＳＫ部分は次のとおりである（図１０参照）。
・送信出力が最小である０.５＊２^２＝２個のシンボルにおいて同じ値を伝えるビットは、第１のビット９０３であり、その値は０に等しい。
・反転規則：第１のＡＳＫビット９０３を反転させる。
・グレイ符号化における元のＡＳＫビット列：
００、０１、１１、１０
・第１のＡＳＫビット９０３を反転させたペアの列：
１０、１１、０１、００
−ＰＳＫ部分は次のとおりである（図１１参照）。
・第２のビット９０２を選択する。
・反転規則：第２のＰＳＫビット９０２を反転させる。
・グレイ符号化における元のビット列：
００、０１、１１、１０
・第２のビット９０２を反転させたペアの列：
０１、００、１０、１１
−ＡＳＫ／ＰＳＫ反転規則ビットを求める。
・ＡＳＫ部分の第１のビット９０３はＡＳＫ／ＰＳＫ部分の第３のビットである。
・ＰＳＫ部分の第２のビット９０２はＡＳＫ／ＰＳＫ部分の第２のビットである。
−ＡＳＫ／ＰＳＫ反転規則を求める。
・反転規則：第２のＡＳＫ／ＰＳＫビット９０２のみ、第３のＡＳＫ／ＰＳＫビット９０３のみ、第２および第３のＡＳＫ／ＰＳＫビット９０２，９０３の両方を反転させる。
−元のＡＳＫ／ＰＳＫビット列：
００００、０００１、００１１、００１０、０１００、０１０１、０１１１、
０１１０、１１００、１１０１、１１１１、１１１０、１０００、１００１、
１０１１、１０１０
−第２のビットを反転させたペアのＡＳＫ／ＰＳＫ列：
０１００、０１０１、０１１１、０１１０、００００、０００１、００１１、
００１０、１０００、１００１、１０１１、１０１０、１１００、１１０１、
１１１１、１１１０
−第３のビットを反転させたペアのＡＳＫ／ＰＳＫ列：
００１０、００１１、０００１、００００、０１１０、０１１１、０１０１、
０１００、１１１０、１１１１、１１０１、１１００、１０１０、１０１１、
１００１、１０００
−第２および第３のビットを反転させたペアのＡＳＫ／ＰＳＫ列：
０１１０、０１１１、０１０１、０１００、００１０、００１１、０００１、
００００、１０１０、１０１１、１００１、１０００、１１１０、１１１１、
１１０１、１１００

変調状態９０５にはビット列「００１０」が割り当てられている。ＰＳＫサブ列は「００」であり、ＡＳＫサブ列は「１０」である。上の規則によると、ＰＳＫサブ列のうち１つのビット９０２を反転させるように決定され、ＡＳＫサブ列のうち１つのビット９０３を反転させるように決定される。結果的に、３つのペアのビット列が存在する。ビット９０２のみを反転させると「０１１０」となり、これは変調状態９０６に割り当てられている。ビット９０３のみを反転させると「００００」となり、これは変調状態９０７に割り当てられている。ビット９０２および９０３の両方を反転させると「０１００」となり、これは変調状態９０８に対応している。それぞれの複素数を表すベクトル９１１〜９１４を加えることによってすべてのシンボルを合成すると、結果は点９０９である。ビット列の値の可能な組合せすべてに対してこの計算を行うと、合成結果は、上側の半平面における変調状態に割り当てられているすべてのビット列については点９０９、下側の半平面における変調状態に割り当てられているすべてのビット列については点９１０である。したがって、あいまい性は、１つの振幅値と２つの位相値に低減される。

この種類の混合型ＡＳＫ／ＰＳＫの場合、２つの部分のうちの１つの反転規則を単独で適用する場合にも、あいまい性を低減させることができる。図９の例では、第２のビット９０２を反転させることによって１つのみのペアの列を得る場合、生じうる合成結果は８つあり、いずれも虚軸上に位置している。したがって、あいまい性は２つの位相レベルおよび４つの振幅レベルに減少し、これは４−ＡＳＫ／２−ＰＳＫと同等である。

混合型ＡＳＫ／ＰＳＫ変調の１つの特殊な方式として、２つの直交グレイ符号化ｍ−ＡＳＫ／２−ＰＳＫ変調の組合せがある。この混合型コンスタレーションは「方形ＱＡＭ（square QAM）」とも称され、以下では単にｓｑ−ＱＡＭと記す。以下では、２つのＡＳＫ／ＰＳＫ変調を個別に扱うのではなく、さらに効率的な方法について、図１２および図１３を参照しながら説明する。

−ｓｑ−ＱＡＭを２つの直交するｍ−ＡＳＫ／２−ＰＳＫ変調に分ける。以下ではこれらをＡＰ１およびＡＰ２と称する（ステップ１２０１）。
−ＡＰ１の反転規則：反転させるビットは、ｍ−ＡＳＫ部分のうち、送信出力が最小である正確にｍ／２個のシンボルにおいてビット値が同じであるビットである（ステップ１２０２）。このシンボルは、ｍ−ＡＳＫ／２−ＰＳＫのうち送信出力が最小であるｍ個のシンボルに技術的に相当する。
−ＡＰ２の反転規則：反転させるビットは、２−ＰＳＫ部分の情報を伝えるビットである（ステップ１２０３）。
−ｓｑ−ＱＡＭのビットのうち、個別のＡＰ１およびＡＰ２の反転ビットに対応するビットを求める。
−対応するＱＡＭビットにおいてＡＰ１およびＡＰ２の反転規則の両方を組み合わせることによって、ｓｑ−ＱＡＭの反転規則を得る。
−ｓｑ−ＱＡＭ反転規則を適用することによって、ｓｑ−ＱＡＭのペアの列を得る。

なお、上の方法に代えて、ＡＰ１について、ｍ−ＡＳＫ部分のうち、送信出力が最大である正確にｍ／２個のシンボルにおいてビット値が同じであるビットとして、同じ反転ビットを識別できることが、当業者には理解されるであろう。

また、図１３、図１６〜図１９の例におけるようなコンスタレーションの配置の場合、同相の成分をＡＰ１またはＡＰ２のいずれかとし、ＡＰ１またはＡＰ２の他方が直角成分であるように選択できることに留意されたい。この場合、あいまい性の低減効果は変わらない。一方のケースでは合成結果が実数であり、他方のケースでは結果が虚数値である。

さらには、互いに直交するが実軸および虚軸のいずれとも平行ではない２つの成分を、それぞれ、ＡＰ１およびＡＰ２として選択することができる。

例：
−図１３に示したような１６−ｓｑ−ＱＡＭを使用し、ＡＰ１を図１４の２−ＡＳＫ／２−ＰＳＫとして定義し、ＡＰ２を図１５の２−ＡＳＫ／２−ＰＳＫとして定義する。
−ＡＰ１については以下のとおり：
・ＡＳＫ部分の、送信出力が最小である正確にｍ／２＝１個のシンボル（１４０１または１４０２）において値が同じであるビットは、第２のＡＳＫ／ＰＳＫビット１３０３であり、これらのシンボルでは値は０である（図１４参照）。
・ＡＰ１の反転規則：第２のＡＳＫ／ＰＳＫビット１３０３を反転させる。
−ＡＰ２については以下のとおり：
・ＰＳＫ情報を伝えるビットは第１のＡＳＫ／ＰＳＫビット１３０２であり、これは、実軸に対する位相が９０°である場合は０、実軸に対する位相が２７０°である場合は１に等しい（図１５参照）。
・ＡＰ２の反転規則：第１のＡＳＫ／ＰＳＫビット１３０２を反転させる。
−ＡＰ１およびＡＰ２の反転規則ビットは、以下のように元のＱＡＭビットに対応する（図１３参照）。
・ＡＰ１からの第２のＡＳＫ／ＰＳＫビット１３０３は、第３のＱＡＭビットに対応する。
・ＡＰ２からの第１のＡＳＫ／ＰＳＫビット１３０２は、第２のＱＡＭビットに対応する。
−１６−ｓｑ−ＱＡＭの反転規則を得る：第２および第３のｓｑ−ＱＡＭビットの両方を反転させる。
−元のｓｑ−ＱＡＭビット列は次のとおり：
００００、０００１、００１１、００１０、０１００、０１０１、０１１１、
０１１０、１１００、１１０１、１１１１、１１１０、１０００、１００１、
１０１１、１０１０
−第２および第３のビットを反転させたペアのｓｑ−ＱＡＭ列は次のとおり：
０１１０、０１１１、０１０１、０１００、００１０、００１１、０００１、
００００、１０１０、１０１１、１００１、１０００、１１１０、１１１１、
１１０１、１１００

変調状態１３０５にはビット列「１０１１」が割り当てられている。第２および第３のビットを反転させるとペアの列「１１０１」が得られ、この列は変調状態１３０６に関連付けられている。変調状態の各複素数を表すベクトル１３０７および１３０８を加算することによって、両方のシンボルの合成が達成される。その結果は点１３０９である。ビット列の値の可能な組合せすべてに対してこの計算を繰り返すと、左側の半平面に位置している変調状態にマッピングされているすべてのビット列については、合成結果が点１３０９であり、右側の半平面に位置している変調状態にマッピングされているすべてのビット列については点１３１０である。したがって、あいまい性は、１つの振幅値および２つの位相値に低減される。

なお、用語「方形ＱＡＭ」は、厳密には、コンスタレーションのすべての点について、隣接する最も近い点の間の距離が等しいＱＡＭマッピングのみに使われることがある。しかしながら、この特性が一部の点にのみあてはまるＱＡＭマッピングについても、本発明に提示したアルゴリズムを適用できることが、当業者には理解されるであろう。この例として、図１６〜図１９に示した、ＤＶＢにおいて使用される不均一な１６−ＱＡＭコンスタレーションおよび６４−ＱＡＭコンスタレーションが挙げられる。これらのコンスタレーションにおいては、実軸および虚軸は、変調状態の複素数を表す信号点にとっての対称軸線である。このように、本発明においては、用語「方形ＱＡＭ」は、図１３および図１６〜図１９におけるようなコンスタレーション配置を含めた（ただしこれらに限定されない）広い意味において使用する。

当業者には、通信システムまたは通信装置では、反転規則の決定機能を実際に実現するうえでの様々な方法を採用できることが理解されるであろう。１つの実施形態においては、反転規則は、本発明に記載したアルゴリズムを実行することによって得られる。好ましい実施形態においては、通信システムまたは通信装置において使用する変調方式ごとに反転規則を決定し、反転規則を迅速に取得できるようにメモリまたは探索テーブルに格納する。別の好ましい実施形態においては、反転規則をハードウェアモジュールまたはソフトウェアモジュールにコーディングし、その場合、ステップ３０４は、送信時にそれらのハードウェアモジュールまたはソフトウェアモジュールのうちのどれを選択するかを制御することと等価である。

反転規則のアルゴリズムによっては、複数のペアの列または反転規則が生成される。このことは、あいまい性レベルを最適に低減するためには、ビット列の複数回の繰り返しが必要であること、すなわち、ビット列を複数回送信しなければならないことを意味する。システム容量の観点からこのことが望ましくない場合、ペアの列／反転規則のうちの１つを選択しなければならない。元のシンボルとペアのシンボルとを合成する効果を調べることによって当業者には理解されるように、最適な数より少ない数だけ反転規則を使用することによってあいまい性を低減させる場合、振幅のあいまい性の低減効果を犠牲にするか、または位相のあいまい性の低減効果を犠牲にすることが好ましい。したがって、通信の信頼性にとってどちらのあいまい性がより重要であるかは、通信システムおよび一般的なチャネル条件に依存する。復調が、受信器における振幅の正確な推定に強く依存する場合、適切な反転規則を選択する基準として、振幅のあいまい性を低減させることを優先させる。同様に、復調が、受信器における位相の正確な推定に強く依存する場合、適切な反転規則を選択する基準として、位相のあいまい性を低減させることを優先させる。

ここまで説明した反転規則アルゴリズムでは、変調状態にマッピングする第１の複数ビットおよびさらなる複数ビットの複素数を合成することにより、あいまい性レベルを最適に低減することが目標であることを前提としてきた。しかしながら、あいまい性レベルを準最適に低減することを目標とすることが望ましい、または十分なことがある。例えば、あいまい性をＱＰＳＫと同等のレベル（すなわち１つの振幅レベルおよび４つの位相レベル）に低減させることが望ましいことがある。その場合のチャネル推定は、一般的には、ＢＰＳＫと同等の状況と比較して劣るが、複数個の複数ビットにおいて送信されるデータビットに対して復調されるＬＬＲ値の観点から、その方法が有利なことがある。

ＡＳＫの場合に示した本発明によるアルゴリズムでは、ステップ６０２において、送信出力が最小である正確に２^ｎ−１個（ｎは列あたりのビット）の変調状態を考慮したときに、振幅レベルが１つのみという結果になるため（図６および図７を比較参照）、このアルゴリズムを、目標振幅レベルとして任意の数（２の累乗）に拡張することができる。いま、２^ｋを振幅レベルの目標値とする。その場合、反転規則を見つけるための手順は、次のようになる。

・反転させるビットとして、送信出力が最小である２^{ｎ−ｋ−１}個の変調状態において同じ第１の値を持ち、かつ、送信出力値が次に高い次の変調状態において第１の値とは反対の値を持つビットを求める。

または前述したように、これに代えて以下のように決定する。

・反転させるビットとして、送信出力が最大である２^{ｎ−ｋ−１}個の変調状態において同じ第１の値を持ち、送信出力値が次に低い次の変調状態において第１の値とは反対の値を持つビットを求める。

ｋ＝０である場合、図６のブロック６０２に示した、前述した同じ手順となる。ｋ＝ｎの場合、振幅レベルは低減されない。したがって、ｋは、０〜ｎ−１の範囲内の整数値をとることが好ましい。

一例として、図７におけるコンスタレーション（ｎ＝３）にｋ＝１を適用すると、２つの信号点「０１１」および「０１０」は、ビット値ｂ_１＝０、ｂ_２＝１が同じである。しかしながら、送信出力が最小である２つの点のみならず、送信出力が最小である４つの点においてもｂ_２＝１であるため、「送信出力が最小である２^{ｎ−ｋ−１}個の変調状態において同じ第１の値を持ち、かつ、送信出力値が次に高い次の変調状態において第１の値とは反対の値を持つビット」という要件をｂ_２は満たさない。この結果として、反転規則では、ビットｂ_１が反転ビットとして決定される。

ＰＳＫ変調方式の場合、一連の反転規則が得られる。これらの反転規則の一部のみを選択することにより、位相のあいまい性を低減できる。図５の例においては、第１のビットのみを反転させると、合成後の位相レベルは２つだけとなる。すなわち、シンボル５０１および５０２の合成と、シンボル５０３および５０４の合成とによって、２つの異なる点となるが、いずれの点も虚軸上にあり、位相レベルは同じである。全体として、この反転規則を単独で使用したとき、２つの位相レベルおよび２つの振幅レベルという組合せとなり、これは２−ＡＳＫ／２−ＰＳＫと同等である。同様に、第３のビットのみを反転させる場合、ＱＰＳＫと同等の組合せとなる。シンボル５０１と５０３とを合成したときと、シンボル５０２とシンボル５０４とを合成したときで、振幅レベルは同じである。全体として、第３のビットのみを反転させることにより、１つの振幅レベルと４つの位相レベルという組合せになる。

ＡＳＫおよびＰＳＫの場合に振幅または位相のレベルを低減する上記の手順は、混合型ＡＳＫ／ＰＳＫにも適用できることが明らかである。図２４の例においては、第１のＡＳＫビットを反転させることによって振幅レベルの数が４から１に減少するように、４−ＡＳＫの部分を変更する。４−ＰＳＫ部分は変更せず、したがって、全体として唯一の反転規則は、４−ＡＳＫ／４−ＰＳＫの第３のビット（これは４−ＡＳＫの第１のビットに相当する）を反転させることである。合成の結果は、振幅１レベルおよび位相４レベルであり、これはＱＰＳＫと同等である。

例として、ベクトル２４０１はビット列「００１０」の信号点を表している。第１のＡＳＫビットは、ビット列における第３のビットである。したがって、反転規則によって、この第３のビットを反転させると、ベクトル２４０２によって表されるビット列「００００」となる。両方の送信の合成の結果は、値２４０３である。ビット列の別の値において可能な別の合成結果は、２４０４、２４０５、２４０６である。

方形ＱＡＭ（ｓｑ−ＱＡＭ）の場合、ＡＰ１またはＡＰ２の反転規則のいずれかを変更するならば、あいまい性レベルの次善の低減を達成することができる。上に概説したように、１つの振幅レベルと２つの位相レベルという組合せとする場合、ＡＰ１の反転規則は、ｍ−ＡＳＫ部分のあいまい性を低減させることに相当し、ＡＰ２の反転規則は、２−ＰＳＫ部分のあいまい性を低減させることに相当する。振幅レベルが２以上である次善の組合せとするためには、ＡＰ１のｍ−ＡＳＫ部分の低減については、ＡＳＫの振幅レベルｎを振幅レベル２^ｋに低減させるための上記概説した拡張アルゴリズムに従う必要がある。位相レベルが３以上である次善の組合せとするためには、２−ＰＳＫ部分を低減させるＡＰ２の反転規則を、拡張アルゴリズムにおいて概説したような、ＡＰ２のｍ−ＡＳＫ部分を２^ｋに低減させる反転規則に置き換える必要がある。当然ながら、ＡＰ１のｋの値は、ＡＰ２のｋの値と異なっていてよい。

図２５の例は、以下の手順によって、１つの振幅レベルと４つの位相レベルという組合せが達成されることを示している。

・２−ＡＳＫ部分に対してＡＰ１の反転規則を適用して、２つのＡＰ１ ＡＳＫ／ＰＳＫ変調ビットのうちの第２のビット１３０３を反転させる（図１４と比較参照）
・２−ＡＳＫ部分に対して、変更されたＡＰ２の反転規則を適用して、２つのＡＰ２ ＡＳＫ／ＰＳＫ変調ビットのうちの第２のビット１３０４を反転させる（図１５と比較参照）
・結果としての反転規則：それぞれＡＰ１およびＡＰ２の第２のビットに対応する、１６−ｓｑ−ＱＡＭの第３および第４のビットｂ_３、ｂ_４を反転させる。

例として、ビット列「００１０」はベクトル２５０１によって表されている。ＡＰ１の反転規則によって、ビット列の第３のビットｂ_３が、反転させるビットとして決定される（ｂ_１およびｂ_３のうちの第２のビット）。ＡＰ２の反転規則によって、第４のビットｂ_４が、反転させるビットとして決定される（ｂ_２およびｂ_４のうちの第２のビット）。したがって、第２の送信（または再送）のビット列は「０００１」となり、これは、変調状態の複素平面においてベクトル２５０２によって表されている。両方の変調状態の合成は、ベクトル２５０１および２５０２の加算によって達成され、複素点２５０３である。同様に、ベクトル２５０４によって表されているビット列「００１１」については、結果としての第２の送信のビット列は、ベクトル２５０５によって表されている「００００」である。この場合も、両方の値を合成すると、結果は複素数２５０３である。別のビット列において可能な別の合成結果は、点２５０６、２５０７、２５０８である。

元のコンスタレーションは、この例に示したコンスタレーションとは異なっていてもよい。しかしながら、ビット列のマッピングがグレイ符号化／マッピング方式に準拠している限りは、上記概説した手順を依然として使用することができる。

フレーム内のすべてのビット列に対して、本発明に開示した方法を使用する必要はない。チャネルがゆっくりと変化するだけならば、受信器の良好なチャネル推定条件を達成するのに少数の変更されたビット列で十分である。結果的に、他のビット列については、先行技術から公知である他の方法（例：単純な繰り返し、またはコンスタレーションリアレンジメント（ＣｏＲｅ）による繰り返し）を使用することができる。このうちＣｏＲｅは、受信器におけるビット誤り率が通常小さくなるため、好ましい解決策である。図２０は、そのような代替方式を示している。データフレーム２００１には、先行技術に従って、この場合にはコンスタレーションリアレンジメントによって送信されるデータが含まれている。これに対して、データフレーム２００２には、本明細書に提示した方法に従って送信されるデータのみが含まれている。データフレーム２００３には、両方の方法に従って送信されるデータが含まれている。シンボル２００４は、上に詳しく説明したように、対応するビット列のビットのサブセットが反転されたシンボル２００５として繰り返される。シンボル２００６についても同じであり、シンボル２００７として再送される。

さらに、変更されたビット列の量およびポジションを、制御チャネルにおいて明示的にまたは所定のパラメータによって送信器から受信器に伝えて、データフレームのどの部分がどの反復方式に従っているかの情報を受信器に提供することができる。

図２１には、上述した方法に従ってデータを送信する目的に使用することができる送信器２１００が示されている。

送信器２１００では、符号器２１０１において、送信するビットストリームを符号化する。ランダムビットインタリーバ２１０２において、符号化したビットストリームをインタリーブする。Ｓ／Ｐユニット２１０３において、ビットのグループをビット列（複数のビット）に組み合わせる。このビット列は、後から１つの送信シンボルによって表される。組み合わせるビットの数は、利用可能な変調状態の数に依存する。例えば、１６−ＱＡＭの場合、ｌｄ１６＝４ビットを組み合わせて１つの列とし、６４−ＱＡＭの場合、ｌｄ６４＝６ビットを組み合わせて１つのシンボルとする。反復器２１０４において、再送のためシンボルを繰り返す。シンボルの繰り返し係数および繰り返す比率は、方法のバージョンに依存する。これは反復決定器２１０５によって制御される。反転ビット決定ユニット２１０６は、ビット反転情報が含まれているテーブルを格納するためのメモリ２１０７を備えていてもよく、繰り返すビット列のビットのうち、選択的ビット反転器２１０８において反転させる特定のビットを上述した変調方式に応じて決定する。これらの反転させるビットは、ピアエンティティから受信する情報に基づいて、各アルゴリズムを実行することによって、またはメモリに格納されている情報を読み取ることによって、決定することができる。反転ビット決定ユニット２１０６は、本方法のサブステップとして上述したようにビットのうち反転させる（１つ以上の）サブセットを決定するステップを実行するサブユニット（２１０９〜２１１２）をさらに備えていてもよい。さらに、送信器２１００は、ビット列の繰り返しに関する情報と反転させるビットに関する情報とを同一または別の伝送チャネルを介して送信する制御データ送信器２１１３を備えていてもよい。

マッパ２１１４は、それぞれ１つのビット列を表すシンボルをマッピングを使用して変調状態にマッピングする。このマッピングは、少なくともシンボルの送信と上述したようにビットの一部を反転した同じシンボルの再送との間では変わらない。

マッピングの後、パイロット／データフレーム作成ユニット２１１５において、パイロットデータを追加してフレームを結合する。次いで、変調器２１１６において、情報を搬送波に変調する。変調した信号を、チャネル２１１７を介して受信側エンティティに送る。

送信器２１００は、実装形態に応じて、さらなるユニット（例：ＩＦ段、ミキサ、出力増幅器、アンテナ）を備えていてもよい。信号の流れの観点からは、いずれも信号にノイズを付加したり、信号に対して位相シフトや減衰を発生させたりするため、そのようなユニットはチャネル２１１７に含まれるものとみなすこともできる。

ユニット２１０１〜２１１６は、専用ハードウェアまたはデジタル信号プロセッサで実施することができる。この場合、プロセッサは、本明細書に説明した方法を、コンピュータ可読ストレージメディア（例：ＲＯＭ（読取専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能な読取専用メモリ）、フラッシュメモリ）から読み取る命令を実行することによって実行する。さらに、これらの命令は、別のコンピュータ可読媒体（例：磁気ディスク、光ディスク、磁気テープ）に格納しておき、使用する前にデバイスにダウンロードすることができる。ハードウェアとソフトウェアとを混合した実施形態も可能である。

送信器２１００は、図２２に示したように基地局２２００の一部としてもよい。そのような基地局は、データ処理ユニット２２０１および２２０２と、コアネットワークインタフェース２２０３と、対応する受信器２２０４とをさらに備えていてもよい。

図２３に示したような移動局２３００を、基地局２２００の相手とすることができる。移動局は、送信器２１００および受信器２３１０以外に、アンテナ２３０１と、アンテナスイッチ２３０２と、データ処理ユニット２３０３と、コントローラ２３０４とをさらに備えていてもよい。

移動局２３００は、携帯電話、あるいは携帯型コンピュータやＰＤＡ、自動車、自動販売機などに組み込まれているモジュールであってもよい。携帯電話は、ミックス信号ユニット２３０５と、キーボード２３０６、ディスプレイ２３０７、スピーカ２３０８およびマイクロフォン２３０９を備えるユーザインタフェースとをさらに備えていてもよい。

本発明の実施形態では、元のシンボルと１つ以上のペアのシンボルとを合成したときにあいまい性の数が低減する。あいまい性の数が低減することにより、送信される実際のデータシンボルによる影響の小さい、または影響されない、良好なチャネル推定が達成される。チャネル推定が良好であることにより、ビット誤り率が下がる。

さらなる利点として、結果として得られる再配列は、先行技術のコンスタレーションリアレンジメントに類似して、復調器において対数尤度比（ＬＬＲ）を合成するときにビットの信頼性に対して有利に影響する。

ここまで、本発明について、本発明に従って構築される実施形態に関連して説明したが、上記の教示に鑑み、添付の請求項の範囲内で、本発明の精神および対象とする範囲から逸脱することなく、本発明の様々な変更形態または変形形態を構築する、あるいは改良を行うことができることが、当業者には明らかであろう。さらには、本明細書に記載する本発明が不必要にあいまいになることがないように、該当する技術分野における通常の技能を有する者が精通していると考えられる領域については、本明細書においては説明していない。したがって、本発明は、説明を目的とした特定の実施形態によって制限されることはなく、添付の請求項の範囲によってのみ制限されることを理解されたい。

複素信号平面におけるデジタル変調マッピングの例を示す図 １６−ＱＡＭにおける元のおよびペアの４ビット列の例を示す図 デジタル伝送チャネル特性の推定の信頼性を高める方法のステップを示す図 ＰＳＫにおいて、再送のため反転させるビットを決定するステップを示す図 ８−ＰＳＫにおけるビット反転を用いた再送の例を示す図 ＡＳＫにおいて、再送のため反転させるビットを決定するステップを示す図 ８−ＡＳＫにおけるビット反転を用いた再送の例を示す図 混合型ＡＳＫ／ＰＳＫにおいて、再送のため反転させるビットを決定するステップを示す図 ４−ＡＳＫ／４−ＰＳＫにおけるビット反転を用いた再送の例を示す図 図９の変調方式の４−ＡＳＫ部分を示す図 図９の変調方式の４−ＰＳＫ部分を示す図 方形ＱＡＭにおける、再送のため反転させるビットを決定するステップを示す図 １６−ＱＡＭにおけるビット反転を用いた再送の例を示す図 図１３の変調方式の同相部分を示す図 図１３の変調方式の直角位相部分を示す図 不均一の方形ＱＡＭの例を示す図 不均一の方形ＱＡＭの例を示す図 不均一の方形ＱＡＭの例を示す図 不均一の方形ＱＡＭの例を示す図 パイロットシンボルおよびデータシンボルの１次元フレーム構造の例を示す図 送信器の一連の回路の例を示す図 基地局の例示的な構造を示す図 移動局の例示的な構造を示す図 元の変調が４−ＡＳＫ／４−ＰＳＫである場合に、ＱＰＳＫと同等のあいまい性の状況となる準最適な合成および反転のケースを示す図 元の変調が１６方形ＱＡＭである場合に、ＱＰＳＫと同等のあいまい性の状況となる準最適な合成および反転のケースを示す図 先行技術のアルゴリズムを使用して１〜４ビットのグレイ符号化されたビット列を生成する例を示す図

Claims (23)

1. デジタル通信システムにおいて信号を送信する方法であって、
   ａ）ビット列から変調状態へのグレイマッピングに従って、第１の複数のビットを第１の変調状態にマッピングする、第１のマッピングステップ（３０２）と、
   ｂ）前記第１の変調状態に従って搬送波を変調することによって、前記第１の複数のビットを送信する、送信ステップ（３０３）と、
   ｃ）各回において、前記第１の複数のビットのうちの１つのサブセットのビットを反転させ、かつ前記サブセットに含まれていないビットを変更せずに維持することによって、少なくとも１つのさらなる複数のビットを得る、少なくとも１回の反転ステップ（３０５）と、
   ｄ）ビット列から変調状態への前記グレイマッピングに従って、前記少なくとも１つのさらなる複数のビットを少なくとも１つのさらなる変調状態にマッピングする、少なくとも１回のさらなるマッピングステップ（３０６）と、
   ｅ）前記少なくとも１つのさらなる変調状態に従って搬送波を変調することによって、前記第１の複数のビットを再送する、少なくとも１回の再送ステップ（３０７）と、
   を含み、
   ステップｃ）において、複素平面における前記第１の変調状態およびさらなる変調状態の複素数を表すベクトルを加算することによって、前記第１の複数のビットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果（２０６，２０７）の数が、２進数から変調状態への前記グレイマッピングにおける相異なる変調状態の数よりも小さいように、各回の反転ステップにおいて、前記第１の複数のビットのうちの前記サブセットに含まれているすべてのビットを反転させる、
   方法。
2. 前記グレイマッピングは、振幅変調の変調状態を定義し、
   ステップｃ）において、前記第１の複数のビットのうちの１つのサブセットに含まれているすべてのビットを反転させ、前記サブセットは、すべての既存の変調状態のうち最小の送信出力を有する変調状態にマッピングされるすべての複数ビットの半分において同じ値を有するビット（７１０）から成る、
   または、
   ステップｃ）において、前記第１の複数のビットのうちの１つのサブセットに含まれているすべてのビットを反転させ、前記サブセットは、すべての既存の変調状態のうち最大の送信出力を有する変調状態にマッピングされるすべての複数ビットの半分において同じ値を有するビット（７１０）から成る、
   請求項１に記載の方法。
3. 各回のステップｃ）において、前記第１の複数のビットのうちのサブセットに含まれているすべてのビットを反転させ、前記サブセットは、最小で１個、最大で前記第１の複数のビットのうちの１つを除くすべてのビットによる一連の組合せのサブセットである、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記グレイマッピングは、位相変調の変調状態を定義する、請求項３に記載の方法。
5. 前記グレイマッピングは、振幅変調と位相変調とを含む混合型変調の変調状態を定義し、
   前記第１の複数のビットは、前記グレイマッピングにおける前記複数のビットに関連付けられている変調状態の複素数の絶対値を定義している振幅変調セット（amplitude shift key set）と、前記グレイマッピングにおける前記複数のビットに関連付けられている変調状態の複素数の位相値を定義している位相変調セット（phase shift key set）とを有し、
   ステップｃ）は、
   ｉ）前記振幅変調セットに対して実行される、請求項２に定義されている少なくとも１回の反転サブステップ、または、
   ii）前記位相変調セットに対して実行される、請求項３に定義されている少なくとも１回の反転サブステップ、
   を含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記グレイマッピングは、第１の成分と第２の成分とを含んでいる変調を定義し、
   前記第２の成分は、前記第１の成分に対して本質的に直交しており、
   前記第１の複数のビットは、ビット列から第１の変調状態セットへの第２のグレイマッピングに従って前記第１の成分に関連付けられている第１のビットセットと、ビット列から第２の変調状態セットへの第３のグレイマッピングに従って前記第２の成分に関連付けられている第２のビットセットとを含み、
   ステップｃ）は、以下のサブステップ、すなわち、
   ｉ）前記第１のビットセットに含まれているビットを反転させるサブステップ（１２０２）であって、前記ビットは、前記第２のグレイマッピングによる前記第１の変調状態セットの中のすべての既存の変調状態のうち最小の送信出力を有する変調状態にマッピングされるすべての複数ビットの半分において同じ値を有する、前記サブステップ、
   または、
   前記第１のビットセットに含まれているビットを反転させるサブステップ（１２０２）であって、前記ビットは、前記第２のグレイマッピングによる前記第１の変調状態セットの中のすべての既存の変調状態のうち最大の送信出力を有する変調状態にマッピングされるすべての複数ビットの半分において同じ値を有する、前記サブステップ、
   および、
   ii）前記第２のビットセットに含まれているビットを反転させるサブステップ（１２０３）であって、前記ビットは、前記第３のグレイマッピングにおける前記複数のビットに関連付けられている前記第２の変調状態セットの前記第２の成分の前記複素数の符号が同じである変調状態セット、にマッピングされている複数ビットのすべてにおいて同じ値を有する、前記サブステップ、
   を含む、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記変調は、方形直交振幅変調（square quadrature amplitude modulation）である、請求項６に記載の方法。
8. 複素平面における前記第１の変調状態およびさらなる変調状態の複素振幅を表すベクトルを加算することによって、前記第１の複数のビットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果（２０６，２０７）の前記数は、３またはそれ以上である、請求項１に記載の方法。
9. ｎが自然数であり、前記第１の複数のビットの中のビット値の相異なる組合せの前記数が２^ｎであり、
   ｋが自然数であり、複素平面における前記第１の変調状態およびさらなる変調状態の複素数を表すベクトルを加算することによって、前記第１の複数のビットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果（２０６，２０７）の前記数が２^ｋであり、
   前記グレイマッピングは、振幅変調の変調状態を定義し、
   ステップｃ）において、すべての既存の変調状態のうち最小の送信出力を有する変調状態にマッピングされている、２^{ｎ−ｋ−１}個のすべての複数ビットにおいて同じ第１の値を有し、かつ、送信出力値が次に高い次の変調状態において前記第１の値とは反対の値を持つビット（７１０）を反転させる、
   または、
   ステップｃ）において、すべての既存の変調状態のうち最大の送信出力を有する変調状態にマッピングされている、２^{ｎ−ｋ−１}個のすべての複数ビットにおいて同じ第１の値を有し、かつ、送信出力値が次に低い次の変調状態において前記第１の値とは反対の値を持つビット（７１０）を反転させる、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記グレイマッピングは、振幅変調と位相変調とを含む混合型変調の変調状態を定義し、
    前記第１の複数のビットは、前記グレイマッピングにおける前記複数のビットに関連付けられている変調状態の複素数の絶対値を定義している振幅変調セットと、前記グレイマッピングにおける前記複数のビットに関連付けられている変調状態の複素数の位相値を定義している位相変調セットとを有し、
    ステップｃ）は、
    ｉ）前記振幅変調セットに対して実行される、請求項９に定義されている少なくとも１回の反転サブステップ、または、
    ii）前記位相変調セットに対して実行される、請求項３に定義されている少なくとも１回の反転サブステップ、
    を含む、
    請求項８に記載の方法。
11. 前記グレイマッピングは、第１の成分と第２の成分とを含んでいる変調を定義し、
    前記第２の成分は、前記第１の成分に対して本質的に直交しており、
    前記第１の複数のビットは、ビット列から第１の変調状態セットへの第２のグレイマッピングに従って前記第１の成分に関連付けられている第１のビットセットと、ビット列から第２の変調状態セットへの第３のグレイマッピングに従って前記第２の成分に関連付けられている第２のビットセットとを含み、
    前記第１の複数のビットの中のビット値の相異なる組合せの数は２^ｎであり、
    ステップｃ）は、以下のサブステップ、すなわち、
    ｉ）前記第１のセットに含まれているビットを反転させるサブステップであって、
    前記ビットは、複数ビットのすべてのうち、前記第１の変調状態セットの中のすべての既存の変調状態のうち最小の送信出力を有する変調状態にマッピングされている２^{ｎ−ｋ−１}（０≦ｋ＜ｎ）個の複数ビットにおいて同じ第１の値を有し、かつ、前記第１の変調状態セットのうちの送信出力値が次に高い次の変調状態において第１の値とは反対の値を有する、
    または、
    前記ビットは、複数ビットのすべてのうち、前記第１の変調状態セットの中のすべての既存の変調状態のうち最大の送信出力を有する変調状態にマッピングされている２^{ｎ−ｋ−１}（０≦ｋ＜ｎ）個の複数ビットにおいて同じ第１の値を有し、かつ、前記第１の変調状態セットのうちの送信出力値が次に低い次の変調状態において第１の値とは反対の値を有し、
    複素平面における前記第１の変調状態セットの複素数を表すベクトルを加算することによって、前記第１のビットセットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果（２０６，２０７）の数が２^ｋである、
    前記サブステップ、
    あるいは、
    ii）前記第２のセットに含まれているビットを反転させるサブステップであって、
    前記ビットは、複数ビットのすべてのうち、前記第２の変調状態セットの中のすべての既存の変調状態のうち最小の送信出力を有する変調状態にマッピングされている２^{ｎ−ｊ−１}（０≦ｊ＜ｎ）個の複数ビットにおいて同じ第１の値を有し、かつ、前記第２の変調状態セットのうちの送信出力値が次に高い次の変調状態において第１の値とは反対の値を有する、
    または、
    前記ビットは、複数ビットのすべてのうち、前記第２の変調状態セットの中のすべての既存の変調状態のうち最大の送信出力を有する変調状態にマッピングされている２^{ｎ−ｊ−１}（０≦ｊ＜ｎ）個の複数ビットにおいて同じ第１の値を有し、かつ、前記第２の変調状態セットのうちの送信出力値が次に低い次の変調状態において第１の値とは反対の値を有し、
    複素平面における前記第２の変調状態セットの複素数を表すベクトルを加算することによって、前記第２のビットセットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果（２０６，２０７）の数が２^ｊである、
    前記サブステップ、
    を含む、
    請求項８に記載の方法。
12. 前記送信ステップは、同じ伝送チャネル上において連続的に実行される、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記デジタル通信システムは、周波数分割多元接続要素を含み、
    前記送信ステップは、異なる周波数チャネルにおいて実行される、
    請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
14. 前記送信ステップは、送信されるシンボルのそれぞれに適用される、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記第２および第３以降の送信ステップは、送信フレームあたり所定の数のシンボルに適用される、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
16. プログラム命令を格納しているコンピュータ可読ストレージメディアであって、
    デジタル通信システムの送信器のプロセッサにおいて前記プログラム命令が実行されると、前記送信器は、請求項１から請求項１５のいずれかによる方法を実行する、
    コンピュータ可読ストレージメディア。
17. デジタル通信システムの送信器（２１０１）であって、
    第１の複数のビットを受け取り、前記受け取った第１の複数のビットを少なくとも１回繰り返す反復器（２１０６）と、
    前記第１の複数のビットの繰り返されるインスタンスのそれぞれについて、反転させるビットのサブセットを決定する、反転ビット決定ユニット（２１０８）と、
    前記インスタンスに対して決定された前記サブセットに含まれている、前記繰り返されるインスタンスのすべてのビットを反転させて、前記反転されたビットと、前記第１の複数のビットのうちの反転されていないすべてのビットとを備えている少なくとも１つのさらなる複数のビットを得る、ビット反転器（２１０９）と、
    グレイマッピングに従って、前記第１およびさらなる複数のビットを第１およびさらなる変調状態にマッピングするマッパ（２１１１）と、
    前記変調状態に従って搬送波を変調する変調器（２１１３）と、
    を備え、
    前記反転ビット決定ユニットは、前記第１の複数のビットのうち前記反転させる少なくとも１つのサブセットを、以下のように、すなわち、複素平面における前記第１の変調状態およびさらなる変調状態の複素数を表すベクトルを加算することによって、前記第１の複数のビットの中のビット値のすべての組合せに対して生じうる相異なるベクトル和結果の数が、２進数から変調状態への前記グレイマッピングにおける相異なる変調状態の数よりも小さいように、決定するように構成されている、
    送信器。
18. 請求項１から請求項１５のいずれかによる方法を実行するように構成されている、請求項１７に記載の送信器（２１０１）。
19. 前記反転ビット決定ユニットは、前記第１の複数のビットのうち前記反転させる少なくとも１つのサブセットを識別する情報を探索テーブルに格納するストレージ手段（２１３０）を備えている、請求項１７または１８に記載の送信器（２１０１）。
20. フレームにおける前記複数のビットのポジションに基づく、複数のビットを繰り返すべきか否かに関する決定に従って前記反復器を制御する反復決定手段（２１０７）をさらに備えている、請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の送信器（２１０１）。
21. 前記第１の複数のビットのうち前記反転させる少なくとも１つのサブセットを識別する情報、またはフレームにおける繰り返されるシンボルのポジションに関する情報を送信するように構成されている制御データ送信手段（２１１０）をさらに備えている、請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の送信器（２１０１）。
22. 請求項１７から請求項２１のいずれかに記載の送信器（２１０１）を備えている、デジタル無線通信システムの基地局（２２００）。
23. 請求項１７から請求項２１のいずれかに記載の送信器（２１０１）を備えている、デジタル無線通信システムの移動局（２３００）。

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