JP2008541583A

JP2008541583A - Ｈａｒｑにおける変調方式切替によるビット信頼性均等化

Info

Publication number: JP2008541583A
Application number: JP2008510416A
Authority: JP
Inventors: クリスティアンヴェンゲルター; エドラーフォンエルプバルトアレクサンダーゴリチェク; 勇吉井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2008-11-20
Also published as: US20080260067A1; WO2006119794A1; CN101176291A; US8000410B2; EP1880501A1

Abstract

複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタルデータ送信方法が開示される。データビットは第１の変調方式により、ビット位置にマッピングされ、シンボル内の第１の変調方式のマッピングされたビット位置で送信される。このデータビットを含むデータブロックの再送信の要求が受信器から受信されると、初回の送信時のビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信についての決定が行われ、当該ビットを再送信することが決定される場合、当該データビットは第２の変調方式のビット位置にマッピングされ、シンボル内の第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信される。

Description

本発明は、送信器と受信器との間のデータの通信に関係する。本発明は、移動通信システムまたは衛星通信など、時間変動チャネルまたは周波数変動チャネルでデータを送信する通信システムに特に適用可能である。

本発明は、例えば、３ＧＰＰＨＳＤＰＡで使用されるような、例えば、適応変調符号化（ＡＭＣ）によるリンク適合化を採用するシステムにおいてＡＲＱの（再）送信ごとに変調方式を切り替えるときの、高次変調方式におけるビットからシンボルへのマッピングについてのものである。

高次変調方式では、複数のビットｂ_１…ｂ_ｉ…ｂ_ｎ（通常ｎ＞２）が一つのシンボルにマッピングされる。これらの複数のビットはバイナリワード（またはビットのベクトル）ビットｂ_１…ｂ_ｉ…ｂ_ｎとして表現することができ、このワードまたはベクトルのとる各値に変調状態が割り当てられる。この割り当てが、シンボルへのビットの「マッピング」と呼ばれる。次数は、このワードまたはベクトル内のビット（ディジット）の位置を指定し、それゆえに「ビット位置」と呼ばれる。

ＡＭＣの詳細な説明については、非特許文献１及び非特許文献２を参照されたい。

ＨＳＤＰＡの概要に関する詳しい情報は、上記の３ＧＰＰＴＳ２５．３０８及び非特許文献３から得られる。

特許文献１では、ＡＲＱ性能を向上させるために、ＡＲＱにおけるビットからシンボルへのマッピングを調整できることが示される。特許文献１は、再送信を繰り返す間にビット信頼性を均等にするように再送信のたびにビットからシンボルへのマッピングを変更する方法を開示する。しかし、特許文献１は、同一の変調方式をＡＲＱ送信に使用する場合のソリューションのみを提供する。

ＡＭＣを採用するシステムでは、特に、（例えば、チャネル状態変動に伴って）（再）送信が異なる電力レベルで送信され、異なるＳＩＲレベルで受信される場合には、ＡＲＱ（再）送信ごとに変調方式を切り替えることが有効なことがある。

特許文献２及び非特許文献４では、異なる変調方式で再送信されるビットをその内容（システマチックビットまたはパリティビット）に応じて選択する方式が提案された。

変調方式を切り替えながら再送信を繰り返す間にビット信頼性を制御しまたは均等化するために使用可能なソリューションはない。

簡単にするために、以下の説明はパケット／シンボルの初回送信とパケット／シンボルの１回目の再送信に焦点を当てる。さらに、一般性を失うことなく、再送信では、初回送信時よりも低次の変調方式（シンボル当たりのビット数がより少ない）が使用されるものと仮定する（他の例では、これとは反対のケースもあり得る、例えば、再送信が追加の冗長データを含む場合など）。典型的なシステム（例えば、３ＧＰＰＨＳＤＰＡ）では、低次変調方式による再送信は、送信試行当たり送信されるシンボル数は一定であるから、１回目の再送信はより少ないビットを搬送することを意味する。さらに、簡単にするために、非特許文献５に記載されているような、部分的チェイス合成を仮定する。すなわち、再送信は初回送信で送信されたビットのみを搬送する（追加の冗長はない）。これは、受信器において、例えば、対数尤度比（ＬＬＲ）合成による、受信データの軟合成によりダイバーシチ合成ゲインを得ることを可能にする。

特許文献１及び非特許文献６では、ビット信頼性変動の減少は復号化性能を改良することが示された。上記の仮定において、ビット信頼性変動を小さくし、ひいてはよい復号化性能を達成するために、送信方法について下記の二つの課題を解決する必要がある。

１．再送信ビット選択、つまり初回送信ビットのうちどのビットを再送信すべきか。
２．初回送信と再送信での信号コンスタレーションとビットマッピング（ビットからシンボルへのマッピング）規則の選択。

前節で言及したように、第１の課題の解決策は、例えば、３ＧＰＰＨＳＤＰＡでは、再送信ビットをその内容（システマチックビットまたはパリティビット）に基づいて選択することが論じられた。上記の特許文献２及び３ＧＰＰＴＳＧＲ１＃２１では、システマチックビットを選択するという提案が示されている。現在の規格（上記の３ＧＰＰＴＳ２５．２１２を参照）は、パラメータ（冗長バージョン）によるシステマチックビットまたはパリティビットの選択をサポートする。

第２の課題は、先行技術のシステム（例えば、３ＧＰＰ２ＨＤＲ、３ＧＰＰＨＳＤＰＡ）には適用不可能である。

○ ３ＧＰＰ２の場合、再送信ごとに変調方式を切り替えることは考慮されていない。
○ ３ＧＰＰＨＳＤＰＡの場合、所与の仮定条件（再送信は初回送信よりも低次の変調方式を使用する）では、１６ＱＡＭからＱＰＳＫへの切替が可能である。この場合、単一のＱＰＳＫマッピングが定義されているので、ＱＰＳＫマッピングの選択はできない。さらに、典型的に使用されるグレイＱＰＳＫマッピングは、すべてのビット位置で同一のビット信頼性の特性をもつ（すべてのビットは等しいビット信頼性をもつ）。したがって、ＱＰＳＫマッピングの選択は、合成後のビット信頼性の変動に何の影響も及ぼさないし、復号化特性にも何の影響も及ぼさない。
欧州特許第１２９３０５９号明細書米国特許出願公開第２００３／０２１２４０号明細書国際公開第０３／０４３２６１号パンフレット 3GPP, Technical Specification 25.308, "High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)", Overall description, Stage 2, v. 5.3.0, December 2002 A. Burr, "Modulation and Coding for Wireless Communications", Pearson Education, Prentice Hall, ISBN 0 201 39857 5, 2001 3GPP, Technical specification 25.212; "Multiplexing and Channel Coding (FDD)", v. 5.3.0, December 2002 "Selective Retransmission for Partial Soft Combining", 3GPP TSGR1#21, R1-01-0780, Turin, Italy, June 27th - August 31st, 2001 "Partial Chase Combining For Code Management", 3GPP TSGR1#20, R1-01-0543, Busan, Korea, May 21st - 25th, 2001 Ch. Wengerter, A. Golitschek Edler von Elbwart, E. Seidel, G. Velev, M.P. Schmitt, "Advanced hybrid ARQ technique employing a signal constellation rearrangement," IEEE VTC 2002 Fall, vol. 4, pp. 2002-2006 , 2002 A. Burr, S. Le Goff, A. Glavieux, C. Berrou, "Turbo-codes and high spectral efficiency modulation" IEEE SUPERCOMM/ICC '94, vol. 2, pp. 645-649, 1994 R. Pyndiah, A. Picart, A. Glavieux, "Performance of block Turbo coded 16-QAM and 64-QAM modulations," IEEE GLOBECOM '95, vol. 2, pp. 1039-1043, 1995

本発明の目的は、ＡＲＱの適用時に合成のビット信頼性を均等化することである。本発明の別の目的は、最先端の検波及び復号化の方法の性能を改良することである。

この目的は、初回（第１回）送信においてビットがマッピングされたビット位置の信頼性に応じて再送信について決定を行う方法及びシステムによって達成される。

一つの好適な実施形態では、初回送信時に信頼性が比較的低いビット位置にマッピングされたビットは、再送信時には信頼性が比較的高いビット位置にマッピングされ、初回送信時に信頼性が比較的高いビット位置にマッピングされたビットは、再送信時には信頼性が比較的低いビット位置にマッピングされる。

別の好適な実施形態では、第１の変調方式のマッピングにおいてすべての行または列の最外半分を占める行または列のすべての変調状態について一つの値を有するビットの、これらの行または列の中の値は、第２の変調方式のマッピングによるすべての行または列の最外半分を占める行または列のすべての変調状態について一つの値を有するビットの、これらの行または列の中の値と同一であるようにマッピングが決定される。

本発明の第一の態様によれば、複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタルデータ送信方法は、ａ）第１の変調方式により、データビットをビット位置にマッピングするステップと、ｂ）当該データビットをシンボル内の前記第１の変調方式のマッピングされたビット位置で送信するステップと、ｃ）前記データビットを含むデータブロックの再送信の要求を受信器から受信するステップと、ｄ）前記ビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信について決定するステップと、ｅ）前記ビットを再送信することがステップｄ）において決定される場合、当該データビットを第２の変調方式のビット位置にマッピングするステップと、ｆ）前記データビットをシンボル内の前記第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信するステップとを含む。

本発明の別の態様によれば、コンピュータにより読取り可能な記憶媒体が、デジタルデータ送信器のプロセッサで実行されるとき、複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタルデータ送信方法を送信器に行わせる命令を記憶し、当該方法は、ａ）第１の変調方式により、データビットをビット位置にマッピングするステップと、ｂ）当該データビットをシンボル内の前記第１の変調方式のマッピングされたビット位置で送信するステップと、ｃ）前記データビットを含むデータブロックの再送信の要求を受信器から受信するステップと、ｄ）前記ビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信について決定するステップと、ｅ）前記ビットを再送信することがステップｄ）において決定される場合、当該データビットを第２の変調方式のビット位置にマッピングするステップと、ｆ）前記データビットをシンボル内の前記第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信するステップとを含む。

本発明のさらに別の態様によれば、複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタル通信システムの送信器は、第１の変調方式により、データビットをビット位置にマッピングするように構成されたマッピング部と、当該データビットをシンボル内の前記第１の方式のマッピングされたビット位置で送信するように構成された変調器と、前記データビットを含むデータブロックの再送信の要求を受信器から受信する手段と、前記ビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信について決定するように構成された決定手段とを具備し、前記マッピング部は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットを第２の変調方式によるビット位置にマッピングするようにさらに構成され、前記変調器は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットをシンボル内の前記第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信するようにさらに構成される。

本発明のさらに別の態様によれば、移動通信システムの基地局は、複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタル通信システムの送信器を具備し、当該送信器は、第１の変調方式により、データビットをビット位置にマッピングするように構成されたマッピング部と、当該データビットをシンボル内の前記第１の方式のマッピングされたビット位置で送信するように構成された変調器と、前記データビットを含むデータブロックの再送信の要求を受信器から受信する手段と、前記ビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信について決定するように構成された決定手段とを具備し、前記マッピング部は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットを第２の変調方式によるビット位置にマッピングするようにさらに構成され、前記変調器は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットをシンボル内の前記第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信するようにさらに構成される。

本発明のさらに別の態様によれば、移動通信システムの移動局は、複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタル通信システムの送信器を具備し、当該送信器は、第１の変調方式により、データビットをビット位置にマッピングするように構成されたマッピング部と、当該データビットをシンボル内の前記第１の方式のマッピングされたビット位置で送信するように構成された変調器と、前記データビットを含むデータブロックの再送信の要求を受信器から受信する手段と、前記ビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信について決定するように構成された決定手段とを具備し、前記マッピング部は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットを第２の変調方式によるビット位置にマッピングするようにさらに構成され、前記変調器は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットをシンボル内の前記第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信するようにさらに構成される。

添付の図面は、発明の原理を説明する目的で本明細書に組み込まれてその一部をなす。図面は、本発明がどのように構成され使用されるかを図示し説明する例のみに発明を限定するものと解釈してはならない。さらなる特徴と利点が、添付の図面に図示された、発明の以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。

本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。図面において、同様の要素及び構成は同じ参照番号によって示される。

以下では、初回送信が６４ＱＡＭを使用して行われ、再送信が１６ＱＡＭを使用して行われる場合を例に、本発明の概念を説明する。しかし、ここに示す例は、本発明を説明するためにのみ示されるものであり、発明を限定するものと解釈してはならない。

図１は、一般に使用される、グレイマッピングによる６４ＱＡＭの信号コンスタレーションを示す。６個のビットが一つの変調シンボルのビット位置（ｉ_１ｑ_１ｉ_２ｑ_２ｉ_３ｑ_３）にマッピングされており、ｉビット位置が同相成分のビットを示し、ｑビット位置が直交位相成分のビットを示す。各ビットの信頼性は、マッピング（またはビット位置ＭＳＢ、ｘＳＢ、ＬＳＢ）及び送信されたビット値に依存する。このことを、ｉビット位置について以下に説明する（特性と結果はｑビット位置についても同様である）。

対数尤度比ＬＬＲは、受信した変調シンボルｒ＝ｘ＋ｊｙ中の復調されたビットｂの確率の尺度であり、一般に下記のとおり定義される（非特許文献７及び非特許文献８参照）。

したがって、ＬＬＲの符号は、受信したシンボルｒを与えられる可能性が最も高いビット値の硬判定β（ｂ）として解釈できる。さらに、ＬＬＲの絶対値は、前記硬判定のビット信頼性ρ（ｂ）として解釈できる。

ビットｉ_１、ｉ_２及びｉ_３の対数尤度比ＬＬＲは、ガウスチャネル及び図１と図２による信号コンスタレーションとマッピングをもつ６４ＱＡＭに関して下記の数式をそれぞれ生成する。

ここで、ｘは正規化された受信変調シンボルｒの同相成分を示し、Ｋは信号対雑音比に比例する係数である。

ガウスチャネル及び最適なチャネルの均等化のためには、受信変調シンボルｒの平均値は送信したシンボルの配置点に等しい（ノイズがゼロ平均値をもつ）。故に、受信した各同相成分の平均値は、送信した変調シンボルに依存する±ｘ_０、±ｘ_１、±ｘ_２及び±ｘ_３となる。したがって、一様な信号コンスタレーション（｜ｘ_ｉ−ｘ_ｉ−１｜＝２ｘ_０である等距離配置点）とＳＮＲ＝１０ｄＢとすると、数式（４）、（５）及び（６）の適用により、図３に示すように、ｉ_１、ｉ_２及びｉ_３、すなわち、ｂ_１、ｂ_３及びｂ_５のビット信頼性値ρが得られる。

図３は一回の送信でのビット信頼性が、ビット位置（ｉ_１、ｉ_２、ｉ_３）に依存し、実際に送信した変調シンボル、すなわちビット値に依存することを示す。例えば、ｉ_２は、送信したシンボル０ｑ_１０ｑ_２１ｑ_３（これはｉ_１＝ｉ_２＝０、ｉ_３＝１、ｑ_ｎは任意、を意味する）及び１ｑ_１０ｑ_２１ｑ_３（ｘ＝±ｘ_０）については最も信頼性が高い（ρ（ｂ_３＝ｉ_２）＝４．３７）が、送信したシンボル０ｑ_１１ｑ_２１ｑ_３及び１ｑ_１１ｑ_２０ｑ_３（ｘ＝±ｘ_１ｖｘ＝±ｘ_２）については最も信頼性が低い（ρ（ｂ_３＝ｉ_２）＝１．２２）。さらに、ビット位置ｉ_１、ｉ_２及びｉ_３の平均信頼性は、それぞれ、７．５８、２．７４及び１．１２である。すなわち、平均ではｉ_１がｉ_２よりも著しく信頼性が高く、平均ではｉ_２はｉ_３よりも信頼性が高い。しかし、変調シンボル（例えば、０ｑ_１１ｑ_２０ｑ_３）では、ｉ_２とｉ_３はほぼ同等の信頼性である。

一連の６個のビットｂ_１〜ｂ_６を６４ＱＡＭシンボルにマッピングする場合、各ビットの平均信頼性は、ビットからシンボルへのマッピングによって制御可能である。例えば、ｂ_１とｂ_２をｂ_３とｂ_４よりも信頼性を高くし、ｂ_３とｂ_４をｂ_５とｂ_６よりも信頼性を高くしようとする場合、図２によるマッピングが適用できるであろう。ただし、ビット位置内のビット信頼性の変動は実際に送信されたデータ（ビット値、変調シンボル）に依存するので、ビットからのシンボルへのマッピングによって制御可能なのはビット当たりの平均信頼性だけであることに注意されたい。

ＡＲＱプロトコルを採用する場合、ビット信頼性の分布特性を修正するために再送信を使用することができる。同じ変調方式を維持しながら再送信を行う場合のこのやり方が、特許文献１で示されている。本発明は、変調方式を切り替えながら再送信を行ってビット信頼性の分布を修正する（変動を減少させる）方式を使用する。

以下にあげる三つの規則は、異なる改良のレベルに相当する。各規則と共に、それより前にあげたすべての規則が同時に実施されるものと仮定する。初回（第１回）送信の信号コンスタレーションは図１に示され、各ビットのビット位置への割り当ては図２に示される。

（１）初回送信時に最も信頼性の高かったビット（ｂ_１とｂ_２）は再送信されない。
（２）初回送信時に最も信頼性の低かったビット（ｂ_５とｂ_６）は、１６ＱＡＭ再送信においては信頼性の高い位置（ｉ_１とｑ_１）にマッピングされ、中程度の信頼性であったビット（ｂ_３とｂ_４）は、１６ＱＡＭ再送信においては信頼性の低い位置（ｉ_２とｑ_２）にマッピングされる。
（３）ビット（ここではｂ_３とｂ_４）がすべての列／行の最外半分を占める列／行（すなわち、ここでは４列／行）（６４ＱＡＭのｉ_２とｑ_２位置）におけるすべての変調状態についてそれぞれ一つの共通の値をもつように初回送信のマッピングが行われていれば、これらのビットの各々が１６ＱＡＭ再送信の全列／行の最外半分を占める列／行（すなわち、ここでは２列／行）（１６ＱＡＭのｉ_２とｑ_２位置）内のすべての変調状態についてそれぞれこの同じ値をもつように再送信時のマッピングを行うものとする。この文脈で、初回送信と再送信とで同じ値でありさえすれば、共通の値が０あっても１であってもかまわない。さらに、行と列が信頼性に影響を与えず全く一定の位相差をとるのであれば、初回送信と再送信とで行と列の意味を入れ替えることが可能である。したがって、図９〜図１１によるマッピングを図５のマッピングの代わりに使用することができる。

第１回送信時に最も信頼性の高い位置で送信したビットを除外することは、すべてのビットの妥当な信頼性を維持しつつ、送信チャネルのトラヒック負荷を少なくする。とりわけ、再送信されたビットの合成の信頼性は、再送信されずに初回送信時に最も信頼性の高い位置で送信されたビットの信頼性と平均して同等である。

最も信頼性が高い位置に分類されない、第１回送信時のビット位置の数は、再送信に使用可能なビット位置の数に必ずしも等しくなくてもよい。初回送信に存在する、最も信頼性が高くはないビット位置よりも多いビット位置が再送信に使用可能である場合、初回送信時に最も信頼性の高いビット位置にマッピングされたビットの一部をも再送信してもよい。他方、再送信におけるビット位置の数が、第１回送信の最も信頼性が高くはないビット位置の数よりも少ない場合、当初の送信で最も信頼性の高いビット位置の一つで送信されなかったビットでも再送信されないこともあり得る。いずれの場合でも、初回送信時に比較的低い信頼性をもつビット位置にマッピングされたビットは優先的に再送信されるものとする。この文脈で「優先的に」とは、「使用可能な位置がある限り」という意味である。すなわち、再送信されるビットは再送信されないビットよりも高い信頼性をもつビット位置で当初送信されなかったという判断により決定が行われるものとする。

一つの代替的方法では、第１の変調方式よりも低次の第２の変調方式が再送信に適用されてもよい。ビット信頼性が第１の変調方式のビット信頼性と同等になるように信号対雑音比を調整する場合、送信電力を下げ、その結果他チャネルへの干渉が減少される。ＣＤＭＡシステムでは、これは利用可能な総送信容量のより効率的な使用を意味する。代替的に、再送信の信頼性を上げるために同等の信号電力を維持してもよい。

別の代替的方法では、第２の変調方式は同じかさらに高い次数をもつことも可能である。これは、再送信する必要のないビットの代わりに追加の冗長性または制御情報を送信することを可能にする。追加の情報を送信する代わりに、ブロック長を再送信では代替的に減少させてもよい、または二つ以上の送信ブロックからの再送信データを一つの再送信ブロックにまとめてもよい。

規則（２）は、第１回の（初回の）送信で生じた差が再送信時の信頼性に関する相補的なマッピングによって減少されるので、すべての信頼性の標準偏差をさらに減少させる。

ここでも、初回送信時の中程度の信頼性をもつビット位置と低い信頼性をもつビット位置への分配は、再送信時の高い信頼性をもつビット位置と低い信頼性をもつビット位置への分配に一致しなくてもよい。いずれにせよ、初回送信時に比較的高い信頼性をもつビット位置にマッピングされたビットは、再送信時には比較的低い信頼性をもつビット位置へ優先的にマッピングされるものとし、その逆もまた同様である。この文脈で「優先的に」とは、「使用可能な位置がある限り」という意味である。すなわち、ビットｂ_１とｂ_２の任意のペアについて、初回送信においてｂ_１がマッピングされたビット位置の信頼性よりも低い信頼性をもつビット位置にｂ_２がマッピングされたとするならば、再送信時にｂ_１がマッピングされるビット位置の信頼性と等しいかまたはそれよりも高い信頼性をもつビット位置にｂ_２は再送信時にマッピングされるものとする。数学的に言えば、再送信におけるビットをマッピングするビット位置の信頼性を、初回送信で各ビットがマッピングされたビット位置の信頼性の上に重ねてプロットした場合、すべての再送信ビットについてプロットすれば単調に減少する関数を生成することになる。

図２による信号コンスタレーションとビットからシンボルへのマッピング及び１６ＱＡＭ再送信を前提として、三つの規則のすべてを適用すると、提案した方法は図４による信号コンスタレーションと図５によるビットマッピングを生成する。これらの図は、初回送信と再送信においてビットがマッピングされるビット位置の関係を単に示すものであることに注意されたい。これは、一つの再送信シンボルで送信されたすべてのビットが初回送信の同じシンボルで送信された場合に限定されない。

以下では、第１回の再送信が初回送信と同じ信号コンスタレーション（図１）と同じビットからシンボルへのマッピング（図２）で６４ＱＡＭにより実行される、従来技術のチェイス合成にまさるここに開示した方法の利点を示すために、ＬＬＲ分析を説明する。前述したように、再送信は初回送信よりも小さい電力で送受信されるものと仮定する。以下の例は、初回送信ではＳＮＲを１０ｄＢ、第１回の再送信ではＳＮＲを４ｄＢ（６ｄＢオフセット）と想定する。

図６は、図４による１６ＱＡＭ信号コンスタレーションと図５によるビットからシンボルへのマッピングを使用する、ここに記述した方法による第１回の再送信におけるビット信頼性を示す。初回送信が失敗し、再送信が要求される場合、受信器での初回６４ＱＡＭ送信と１６ＱＡＭ再送信のＬＬＲの軟合成により、図７に示すようなビット信頼性が得られる。平均信頼性は５．１１に相当し、標準偏差（ＳＴＤ）は３．８６に相当し、全ビットの８．３３％（１２個のうちの１個）は非常に信頼性がない（ビット信頼性が２．００未満である）。

図８は、初回送信と第１回再送信が同じ信号コンスタレーションとビットマッピングを使用して実行される、第１回再送信後の従来技術のビット信頼性を示す。平均信頼性は５．００に相当し、ＳＴＤは５．６７に相当し、全ビットの５８．３３％（１２個のうち７個）は非常に信頼性がない（ビット信頼性が２．００未満である）。

図１２Ａ〜Ｍは、先の二つの規則に加えて実施された場合の規則（３）の利点を表わす。図１２Ａは、図２と図３による６４ＱＡＭにおけるビットｂ_３とｂ_５のそれぞれのもつ値に応じた信頼性を示す。明記した規則に従った同ビットの再送信、すなわち図４と図５による再送信の信頼性を示す。図１２Ｃは、送信と再送信の合成の信頼性を示す。比較のため、図１２Ｄ〜Ｆは、１６ＱＡＭでビットｂ_３の上記規則に反する割当て（外側２列をｂ_３＝０とした）場合の各々の信頼性を示す。図１２Ｃと図１２Ｆの比較では、ｂ_３について顕著な差は示されない。しかし、図１２Ｇ〜Ｍは、ｂ_５の最も悪い合成の信頼性は、明記した規則に従う場合には２．４４であるのに対して、反する場合には２．１７であることを示す。この改良は、ブロック誤り率を減少させ、ひいては総合的なシステム性能を顕著に改良する。開示した方法は、より高いビット信頼性とより低いＳＴＤを実現し、信頼できないビットの数を減らすので、復号化性能の向上につながる。

この文脈において、規則（２）と（３）はビット位置へのビットの適切なマッピングを選択することによって満たせることに留意すべきである。しかし、同じ結果が、シンボルのビット位置へのビットのマッピングと変調状態へのシンボルのマッピングとの適切な組み合わせを選択することによっても得られる。グレイマッピングのビット位置へのいかなるビットマッピングでも、送信器における適切な先行するビット操作、すなわち、所定のビットの入替及び／または反転、並びに受信器での相補的なビット操作と関連して選択することができる。こうした方法は、例えば、特許文献３に開示されている。前述したようなビットと変調状態との関係をもたらすマッピングと操作のどのような組み合わせであろうと、それは変調方式のビット位置へのビットの全体的なマッピングとみなすことができ、本発明の範囲に含まれるものとする。

開示した方法は、より高い平均ビット信頼性とより低いＳＴＤを実現し、信頼できないビットの数を減らすので、復号化性能の向上につながる。

記述した方法の基本的なステップを図１３に示す。送信データがある限り、これらのステップは繰り返されると理解されたい。さらに、データはブロック単位で送信及び再送信されると仮定する。

Ｓ１３０１で、現在のビットが第１の変調方式によるビット位置にマッピングされる。変調方式と適用するマッピングは、標準に適合して定義され、送信器に記憶された定数値によって表現され得る。代替的に、変調方式と適用マッピングは受信器とネゴシエートされてもよく、あるいは送信パスの状態に応じた送信器と受信器の優先性に従い、ある一組の可能な組み合わせから選択されてもよい。

Ｓ１３０２で、送信ブロックを完了したか否かが問われる。まだ完了していなければ、さらデータビットをマッピングする。データブロックを完了した場合は、Ｓ１３０３において、データはマッピングされたビットのビット値のとおりの第１の変調方式によるシンボルとして送信される。すなわち、各シンボル当たり、一組のビットの値が当該変調方式による変調状態を指定する。

代替的に、ステップＳ１３０１とＳ１３０３の処理は、一つのシンボルのすべてのビット位置にビットがマッピングされた時点でシンボルを送信するようなシンボル単位の処理として考えることもできる。いずれにせよ、送信されたシンボルのフローは、入力データフローから生成される。

次に、Ｓ１３０４で、送信したブロックの再送信要求を受信したか否かがチェックされる。このステップはもっと後で実行されてもよい。すなわち、別の数ブロックを送信した後に（例えば、該当するブロックの識別子を伝達する否定応答メッセージによって）この要求を受信することもある。再送信が要求される場合、ステップＳ１３０５で、当該ブロックの先頭データビットが処理すべき現在のビットとして選択される。このビットは上記Ｓ１３０１で最初に扱われたビットであるとは必ずしも限らない。ここで述べる原則は、再送信時にシンボルを並べ替える場合にも適用可能である。

Ｓ１３０６で、現在の処理対象ビットを再送信すべきか否かが決定される。規則（１）によれば、第１回送信時に中程度または低い信頼性もつビット位置にマッピングされたビットであればそれは再送信される。この決定は、変調方式とビット位置識別子によりインデックスされたルックアップテーブルからビットを呼び出すことにより行うことができる。代替的に、Ｓ１３０１があるマッピング順序に従っている場合には、該当するブロック内の当該ビットの位置によって決定を行うこともできる。すなわち、この決定は、所定の変調方式に対して一定にプログラムされた順序に従ってもよい。いずれにせよ、規則（１）に従うことが確実にされる。

Ｓ１３０７で、再送信が決定されたビットは、第２の変調方式のビット位置にマッピングされる。Ｓ１３０８において当該ブロックが完全に処理されていないと判定されれば、後続のビットに対してステップＳ１３０７とＳ１３０８を繰り返す。最後に、第１回送信と同様に、マッピングされたビットの値によって決定された第２の変調方式のシンボルがＳ１３０１で送信される。

図１４は、前に説明した６４ＱＡＭ／１６ＱＡＭの例による、マークＡとＢの間のステップのさらに詳細な代替手順を示す。６４ＱＡＭのビット位置は、ｉ_１とｑ_１が最高の信頼性をもち、ｉ_３とｑ_３が最低の信頼性をもつ、三つの異なる信頼性レベルをもつ三つのグループに分類することができる。

Ｓ１４０１で、現在の処理対象ビットについて、それが最も高い信頼性をもつビット位置（６４ＱＡＭの例ではｉ_１またはｑ_１）にマッピングされたビットか否かがチェックされる。そうであれば、このビットは再送信しないと決定され、マークＢまでの後続のステップはスキップされる。そうでなければ、Ｓ１４０２において、当該ビットが最低の信頼性をもつ位置（６４ＱＡＭの例ではｉ_３またはｑ_３）にマッピングされたか否かが問われる。そうである場合、Ｓ１４０３において、当該ビットは第２の変調方式の信頼できる位置（すなわち、１６ＱＡＭのｉ_１またはｑ_１）の一つにマッピングされる。そうでない場合は、Ｓ１４０４において、当該ビットは信頼性がやや低い位置（すなわち、１６ＱＡＭのｉ_２またはｑ_２）の一つにマッピングされる。この方法は前に説明した規則に従って、変調方式のその他の組み合わせにも同様に適用できることは当業者には明らかである。さらに、これらの決定は、前に詳しく説明したように、初回送信と再送信時のマッピングの一定の順序に従って行うこともできる。

選択的に及び追加的に、マッピングは規則（３）に従って定義されてもよい。提示した例では、全列の最外半分を占める列で同じ値をもつビット（ｉ_２）の値は、これらの列中で「１」であるようにマッピングされる。これに応じて、再送信時に適用される１６ＱＡＭの全列の最外半分を占める列で同じ値をもつビット（ｉ_２）も同じくこれらの列中で「１」の値をもつ。

図１５は、記述した方法を実施可能な送信器の基本的構成を示す。データビットは符号器１５０１で符号化され、符号化されたビットはマッピング部１５０２に渡され、マッピング部はマッピングしたビットの値の組み合わせに対応する変調状態に関する情報を変調器１５０３に渡し、変調器が個別の送信信号を出力する。マッピング部１５０２はさらに、ＡＲＱユニットのような制御エンティティから要求された再送信に関する情報を受信する。この情報により、決定手段１５０４は入力ビットを再送信すべきか否かを決定でき、シンボルのビット位置にビットをマッピングできる。さらに、マッピング部１５０２は、例えば、変調方式を初回送信と再送信とで切り替える場合、適用する変調方式に関する情報を変調器１５０３に与えることができる。

ユニット１５０１から１５０４は、専用のハードウェアまたはデジタル信号プロセッサにより実現可能である。この場合、プロセッサは、読取り専用メモリ、電気的に消去可能な読取り専用メモリまたはフラッシュメモリなどのコンピュータにより読取り可能な記憶媒体から読み出した命令を実行することにより本文書に記述した方法を実行する。これらの命令は、磁気ディスク、光ディスクまたは磁気テープなどのコンピュータにより読取り可能な別の記憶媒体にさらに記憶されて、使用される前に装置にダウンロードされてもよい。ハードウェアとソフトウェアの混在した実施形態も可能である。

送信器１５００は、図１６に示すように、基地局１６００の一部になり得る。このような基地局は、データ処理ユニット１６０１と１６０２、コアネットワークインタフェース１６０３及び対応する受信器１６０４をさらに具備することができる。

基地局１６００に対応する相手は、図１７に示すような移動局１７００であると考えられる。送信器１５００と受信器１７１０に加えて、移動局は、アンテナ１７０１、アンテナスイッチ１７０２、データ処理ユニット１７０３及び制御部１７０４をさらに具備することができる。

移動局１７００としては、携帯電話やほかにも、携帯コンピュータ、ＰＤＡ、自動車、自動販売機などに組み込まれたモジュールが考えられる。携帯電話は、混合信号ユニット及び、キーボード１７０６、表示部１７０７、スピーカ１７０８及びマイクロフォン１７０９からなるユーザインタフェースをさらに具備することができる。

グレイマッピングによる６４ＱＡＭの信号コンスタレーションを示す。６４ＱＡＭのビットからシンボルへのマッピングの例を示す。図１及び図２による６４ＱＡＭの信号コンスタレーションにマッピングされたビットについて、ＳＮＲを１０ｄＢとした場合のビット信頼性を示す。グレイマッピングによる１６ＱＡＭの信号コンスタレーションを示す。１６ＱＡＭのビットからシンボルへのマッピングの例を示す。図３及び図４による１６ＱＡＭの信号コンスタレーションにマッピングされたビットについて、ＳＮＲを４ｄＢとした場合のビット信頼性を示す。初回６４ＱＡＭ送信（図１及び図２による）と１６ＱＡＭ再送信（図３と図４による）を合成後のビット信頼性を示す。初回６４ＱＡＭ送信と６４ＱＡＭ再送信（図１によるマッピング）を合成後のビット信頼性を示す（従来技術）。１６ＱＡＭのビットからシンボルへのマッピングの代替例を示す。１６ＱＡＭのビットからシンボルへのマッピングの代替例を示す。１６ＱＡＭのビットからシンボルへのマッピングの代替例を示す。合成ビットのビット信頼性を詳細に示す。記述した方法の概要を示すフローチャートを示す。図１３のマークＡ、Ｂ間の部分の代替的な、より詳細な例を示す。記述した方法を実施可能な送信器の基本的構成を示す。図１５の送信器を具備する基地局の例示的な構成を示す。図１５の送信器を具備する移動局の例示的な構成を示す。

Claims

複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタルデータ送信方法であって、
ａ）第１の変調方式により、データビットをビット位置にマッピングするステップ（Ｓ１３０１）と、
ｂ）当該データビットをシンボル内の前記第１の変調方式のマッピングされたビット位置で送信するステップ（Ｓ１３０３）と、
ｃ）前記データビットを含むデータブロックの再送信の要求を受信器から受信するステップ（Ｓ１３０４）と、
ｄ）前記ビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信について決定するステップ（Ｓ１３０６）と、
ｅ）前記ビットを再送信することがステップｄ）において決定される場合、当該データビットを第２の変調方式のビット位置にマッピングするステップ（Ｓ１３０７）と、
ｆ）前記データビットをシンボル内の前記第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信するステップ（Ｓ１３１０）と
を含む方法。
前記第２の変調方式は前記第１の変調方式とは異なる、請求項１に記載の方法。
前記第２の変調方式は前記第１の変調方式より低次である、請求項２に記載の方法。
前記第２の変調方式は前記第１の変調方式よりも高次である、請求項２に記載の方法。
ステップｅ）で送信されるシンボルの少なくとも一部は追加の冗長データを含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
ステップａ）でより低い信頼性をもつビット位置にマッピングされたビットは、ステップａ）でより高い信頼性をもつビット位置にマッピングされた再送信ビットに比べて等しいかまたはそれよりも高い信頼性をもつビット位置にステップｄ）でマッピングされる、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
第１の変調方式は、グレイマッピングによる、６４個の変調状態を有する直交振幅変調、６４ＱＡＭであり、
第２の変調方式は、グレイマッピングによる、１６個の変調状態を有する直交振幅変調、１６ＱＡＭであり、
ステップｄ）は、初回送信時に中程度または低い信頼性をもつビット位置で送信されたビットを再送信すると決定し、初回送信時に高い信頼性をもつビット位置で送信されたビットを再送信しないと決定し（Ｓ１４０１）、
ステップｅ）は、初回送信時に低い信頼性をもつビット位置で送信されたビットを再送信時には高い信頼性をもつビット位置にマッピングし、初回送信時に中程度の信頼性をもつビット位置で送信されたビットを再送信時には低い信頼性をもつビット位置にマッピングする（Ｓ１４０２、Ｓ１４０３、Ｓ１４０４）、請求項６に記載の方法。
第１の半平面のすべての６４ＱＡＭ変調状態について一つの値をもち、第１の半平面と相補関係にあるもう一つの半平面のすべての６４ＱＡＭ変調状態について逆の値をもつビットは再送信されず、
シンボルへのビットのマッピングは、第１の変調方式のマッピングによるすべての行または列の最外半分を占める行または列のすべての変調状態について一つの値を有するビットの、これらの行または列の中の値は、第２の変調方式のマッピングによるすべての行または列の最外半分を占める行または列のすべての変調状態について一つの値を有するビットの、これらの行または列の中の値と同一であるように行われる、請求項７に記載の方法。
デジタルデータ送信器のプロセッサで実行されるときに請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法を当該送信器に行わせる命令を記憶するコンピュータにより読取り可能な記憶媒体。
複数のビットがシンボルのビット位置にマッピングされ、前記ビット位置のうちの少なくとも二つでは送信は異なる誤り率を有する、高次変調方式を使用するデジタル通信システムの送信器（１５００）であって、
第１の変調方式により、データビットをビット位置にマッピングするように構成されたマッピング部（１５０２）と、
当該データビットをシンボル内の前記第１の方式のマッピングされたビット位置で送信するように構成された変調器（１５０３）と、
前記データビットを含むデータブロックの再送信の要求を受信器から受信する手段と、
前記ビット位置の信頼性に基づいて、前記ビットの再送信について決定するように構成された決定手段（１５０４）とを具備し、
前記マッピング部は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットを第２の変調方式によるビット位置にマッピングするようにさらに構成され、
前記変調器は、前記決定手段が前記データビットを再送信すべきであると決定した場合、前記データビットをシンボル内の前記第２の変調方式のマッピングされたビット位置で再送信するようにさらに構成される、送信器。
前記マッピング部（１５０２）は、初回送信時により低い信頼性をもつビット位置にマッピングされたビットを、初回送信時により高い信頼性をもつビット位置にマッピングされた再送信ビットのそれよりも高い信頼性をもつビット位置に再送信時にはマッピングする、請求項１０に記載の送信器。
第１の変調方式は、グレイマッピングによる、６４個の変調状態を有する直交振幅変調、６４ＱＡＭであり、
第２の変調方式は、グレイマッピングによる、１６個の変調状態を有する直交振幅変調、１６ＱＡＭであり、
決定手段（１５０４）は、第１の半平面のすべての６４ＱＡＭ変調状態について一つの値をもち、第１の半平面と相補関係にあるもう一つの半平面のすべての６４ＱＡＭ変調状態について逆の値をもつビットを再送信しないと決定するように構成され、
マッピング部（１５０２）は、第１の変調方式のマッピングによるすべての行または列の最外半分を占める行または列のすべての変調状態について一つの値を有するビットは、第２の変調方式のマッピングによるすべての行または列の最外半分を占める行または列のすべての変調状態についての値と同じ値をもつようにシンボルにビットをマッピングするようにさらに構成される、請求項１１に記載の送信器。
請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の送信器（１５００）を具備する、移動通信システムの基地局（１６００）。
請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の送信器（１５００）を具備する、移動通信システムの移動局（１７００）。
請求項１３に記載の基地局（１６００）と請求項１４に記載の移動局（１７００）との少なくとも一方を具備する移動通信システム。