JP2010087707A - 送受信システム及び移動通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ターボ等化技術において繰り返し回数が制限されている場合に、その繰り返し回数で送信データの復号化の処理か完了可能な変調方式を選択すること。
【解決手段】誤り訂正符号により符号化されたデータを変調して送信する送信装置と、前記送信装置から送信されたデータに対して伝搬路による歪みを補償する等化部及び誤り訂正処理を行う復号部による処理を繰り返すことによって符号化前のデータの検出を行う受信装置と、を含む送受信システムにおいて、等化部の入力相互情報量が最小値・最大値である場合の出力相互情報量を変調方式毎に算出し、復号部相互情報量入出力特性を、符号化率毎に取得し、理想特性直線を取得し、理想特性直線と交わらない復号部の相互情報量の入出力特性を有する符号化率のうち最も高い符号化率を、変調方式毎に選択し、この組み合わせのうち最も伝送速度の速い組み合わせを選択する。
【選択図】図1
【解決手段】誤り訂正符号により符号化されたデータを変調して送信する送信装置と、前記送信装置から送信されたデータに対して伝搬路による歪みを補償する等化部及び誤り訂正処理を行う復号部による処理を繰り返すことによって符号化前のデータの検出を行う受信装置と、を含む送受信システムにおいて、等化部の入力相互情報量が最小値・最大値である場合の出力相互情報量を変調方式毎に算出し、復号部相互情報量入出力特性を、符号化率毎に取得し、理想特性直線を取得し、理想特性直線と交わらない復号部の相互情報量の入出力特性を有する符号化率のうち最も高い符号化率を、変調方式毎に選択し、この組み合わせのうち最も伝送速度の速い組み合わせを選択する。
【選択図】図1
Description
本発明は、誤り訂正符号化された送信データをターボ等化処理によって復号化する送受信システムにおいて、送信装置における変調方式及び符号化率を選択する送受信システム、移動通信方法に関する。
近年、次世代移動体通信システムの研究が盛んに行われており、その研究の一つのテーマに移動体通信システムの周波数利用効率を高めることが掲げられている。このような技術の具体例として、各セルが同じ周波数帯域を使用することによって各セルがシステムに割り当てられた帯域の全体を利用することが可能となるシステム(1周波数繰り返しセルラシステム)が提案されている。
上述したシステムの下りリンク(基地局装置から移動局への通信)に採用される通信方式は、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)方式が最も有力な候補となっている。OFDMA方式は、OFDM信号を用いた通信方式であり、受信状況に応じて異なる変調方式を用いることによって、時間軸と周波数軸とで構成される無線リソースを複数の移動端末装置に柔軟に割り当てて通信を行う通信方式である。OFDMA方式において用いられる変調方式の具体例には、64QAM(64-ary Quadrature Amplitude Modulation:64値直交振幅変調)や、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying:4相位相変調)や、BPSK(Binary Phase Shift Keying:2相位相変調)などがある。
OFDMA方式では、上述したようにOFDM信号が使用されるため、PAPR(Peak to Average Power Ratio:ピーク対平均電力比)が非常に高くなることがある。高いピーク電力は、送信電力増幅機能に比較的余裕のある下りリンクの通信においては大きな問題とはならない。しかし、送信電力増幅機能に余裕のない上りリンク(移動局から基地局装置への通信)では、高いピーク電力が大きな問題となってしまう。そのため、上りリンクでは、PAPRが低いシングルキャリア方式に基づいた通信方式を採用することが望ましい。
一般的に、シングルキャリア方式では、無線伝搬路により遅延した波が合成されることによって生じるシンボル間干渉(ISI:Inter-Symbol Interference)を取り除く必要があり、言い換えれば無線伝搬路による送信信号の歪みを取り除く必要があり、等化技術によってこのような処理が行われている。
等化技術には、歪みを線形演算によって取り除く技術(線形等化技術)と、干渉となっている成分をキャンセルするという非線形処理によって歪みを取り除く技術(非線形等化技術)とが存在する。最近では非線形等化技術が注目されており、その中でも、送信ビット(送信信号)の信頼性に比例した振幅を有するソフトレプリカを生成し干渉となっている成分をキャンセルするという処理を繰り返す等化技術(以下、「ターボ等化技術」という)が良好な特性を示す等化技術として注目を集めている。
ターボ等化技術は非線形処理を行うためその演算量が問題となるが、実現可能な演算量で実装できるものとして、FD−SC/MMSE(Frequency Domain Soft Canceller with Minimum Mean Square Error)ターボ等化技術がある。
図16は、FD−SC/MMSEターボ等化技術が実装された送信装置及び受信装置の機能構成を表す概略ブロック図である。図16(a)は送信装置の機能構成を表し、図16(b)は受信装置の機能構成を表す。
まず、送信装置P1の機能構成について説明する。図16(a)に示されるように、送信装置P1は、符号部P101、インターリーブ部P102、変調部P103、CP挿入部P104、無線部P105、送信アンテナP106を備える。
まず、送信装置P1の機能構成について説明する。図16(a)に示されるように、送信装置P1は、符号部P101、インターリーブ部P102、変調部P103、CP挿入部P104、無線部P105、送信アンテナP106を備える。
符号部P101が送信データに対し誤り訂正符号化を行い、インターリーブ部P102が符号ビットの並び替えを行う。変調部P103は、並び替えられた符号ビットを変調し、送信信号を生成する。そして、変調部P103は、生成された送信信号を複数の信号でブロック化し、DFT(Discrete Fourier Transform)ブロック信号を生成する。次に、CP挿入部P104が、各DFTブロック信号に対し、ブロック波形の後方の一部を先頭に付加することによってCP(Cyclic Prefix、サイクリックプレフィックス)の挿入を行う。そして、無線部P105が送信信号を無線周波数へアップコンバートし、送信アンテナP106がアップコンバートされた無線信号を送信する。
次に、受信装置P2について説明する。図16(b)に示されるように、受信装置P2は、受信アンテナP201、無線部P202、CP除去部P203、第一DFT部P204、ターボ等化部P20を備える。ターボ等化部P20は、上述した繰り返し処理を行う機能部であり、ソフトキャンセル部P205、等化部P206、IDFT部P207、復調部P208、デインターリーブ部P209、復号部P210、インターリーブ部P211、ソフトレプリカ生成部P212、第二DFT部P213、伝搬路特性乗算部P214を備える。
送信装置P1から送信された無線信号を受信アンテナP201が受信し、無線部P202が受信信号をベースバンドにダウンコンバートし、CP除去部P203がCPを除去することによってDFTブロック信号のブロック内での周期性を維持する。次に、第一DFT部P204が、CPを除去されたDFTブロック信号を周波数信号に変換し、変換後の周波数信号をソフトキャンセル部P205に入力する。
ソフトキャンセル部P205以降の各機能部による処理が、ターボ原理に基づく繰り返し処理である。ターボ原理は、伝搬路の歪みを除去する処理によって向上する符号ビットの信頼性と誤り訂正処理によって向上する符号ビットの信頼性とを繰り返し処理の中で相互に交換し、0が送信された確率と1が送信された確率とに関係する確率情報を活用することによって信頼性を向上させる原理である。
まず、繰り返し回数が1回目の処理では、符号ビットの信頼性に関する情報が何も得られていないため、ソフトキャンセル部P205はキャンセル処理を実施せず、第一DFT部P204から入力された信号(以下、「CP除去受信信号」という。)そのものを出力する。等化部P206は、ソフトキャンセル部P205から出力されたCP除去受信信号から、周波数領域において最小自乗誤差(MMSE:Minimum Mean-Square Error)を基準として無線伝搬路により生じる信号の歪みを除去する。IDFT部P207は、等化部P206から出力された等化後のCP除去受信信号を時間信号に変換する。復調部P208は、符号ビット毎に、0が送信された確率と1が送信された確率との比の自然対数、即ち符号ビットの信頼性を示す対数尤度比(LLR:Log Likelihood Ratio)を算出する。
デインターリーブ部P209は、復調部P208によって算出された各符号ビットのLLRを、送信装置P1におけるインターリーブ前の符号ビットの並びに戻す。復号部P210は、デインターリーブ部P209によって並びが戻された各符号ビットのLLRを入力し、最大事後確率(MAP:Maximum A Posteriori)推定に基づいて誤り訂正処理を実行し、より信頼性の高まったLLRを出力する。
インターリーブ部P211は、復号部P210によって出力された各符号ビットのLLRを入力し、送信装置P1におけるインターリーブ後の符号ビットの並び、即ち伝搬路における符号ビットの並びに並び替える。ソフトレプリカ生成部P212は、インターリーブ部P211によって出力された各符号ビットのLLRに基づき、信頼性に比例した振幅(期待値の振幅)を有するソフトレプリカを生成する。ここで、変調方式が4相位相変調であり、QPSKシンボルを構成する1ビット目と2ビット目とのLLRをそれぞれλ1(k)、λ2(k)とすると、DFTブロックのk番目の信号の複素数で表されるソフトレプリカssoft(k)は、式(1)のように表される。
式(1)において、jは、虚数単位(j2=−1)を表す。tanh(x)は、実数xの双曲線正接(Hyperbolic tangent)関数を表しており、ネピア数eを用いることによって式(2)のように定義される。
ソフトレプリカ生成部P212は、式(1)に基づいてソフトレプリカを算出し第二DFT部P213に入力する。このとき、ソフトレプリカ生成部P212は、再構成処理のために等化部P206にもソフトレプリカを入力する。再構成処理については後述する。
第二DFT部P213は、ソフトレプリカの周波数信号を算出し、伝搬路特性乗算部P214に入力する。伝搬路特性乗算部P214は、ソフトレプリカに対して周波数軸の伝搬路応答を乗積することによって周波数軸の受信信号レプリカを生成し、ソフトキャンセル部P205に入力する。
ターボ等化部P20は、この受信信号レプリカに基づいて繰り返し回数が2回目の処理を行う。具体的には、ソフトキャンセル部P205は、第一DFT部P204によって入力される受信信号から、伝搬路特性乗算部P214によって入力される受信信号レプリカをキャンセルすることによって、残留信号成分を算出する。ソフトキャンセル部P205は、算出した残留信号成分を等化部P206に入力する。このとき、ソフトレプリカ生成部P212から出力されたソフトレプリカも等化部P206に入力される。等化部P206は、残留信号成分及びソフトレプリカを用いて再構成処理を行うことによって、等化処理に用いられる入力信号を再構成し、等化処理を行う。等化処理は、DFTブロック信号内の信号毎に逆行列が必要になるが、上述したように一旦希望信号まで全てキャンセルしておくことによって、DFTブロック信号の等化処理の際に1回の逆行列演算によって実現することができるため、このような処理が行われる。
ターボ等化部P20は、このような処理を所定の回数繰り返し、最後に復号部P210において送信データの各ビットの値を判定する。このように、ターボ等化技術では、等化処理と復号処理とを複数回繰り返すことによって、高精度に送信データの各ビットを検出することができる。このことを利用し、非特許文献1に開示された技術では、EXIT(EXtrinsic Information Transfer)チャートを用いることによって、最もレートが高くなる変調方式や符号化率を選択し、送信装置P1は選択された変調方式や符号化率を用いて通信を行う。変調方式や符号化率の選択は、送信装置P1と受信装置P2とのいずれによって行われても良い。
H. Obata, S.Ibi, S. Sampei, "A Design for an EXIT Chart-Aided Adaptive Transmission Control Technique for Single-Carrier Based Multi-User MIMO Systems," in Proc. ICSPCS2007, Gold Coast, Australia, Dec. 2007.
H. Obata, S.Ibi, S. Sampei, "A Design for an EXIT Chart-Aided Adaptive Transmission Control Technique for Single-Carrier Based Multi-User MIMO Systems," in Proc. ICSPCS2007, Gold Coast, Australia, Dec. 2007.
しかしながら、このようなターボ等化技術における処理の繰り返し回数は、要求される処理遅延の限度や品質などのQoS(Quality of Service)によって制限されることが一般的である。そのため、ターボ等化技術における処理の繰り返し回数が制限された場合には、単に最も高い伝送レートの変調方式を選択しただけでは、制限された繰り返し回数以内で処理を完了(送信データの検出)させることができずにタイムアウトとなり、要求される品質を満たすことができない場合があるという問題があった。また一方では、制限された繰り返し回数の条件下で処理を完了できる変調方式の中で、最も高い伝送レートを実現できる変調方式および符号化率を選択することも要求される。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ターボ等化技術において繰り返し回数が制限されている場合に、その繰り返し回数で送信データの復号化の処理か完了可能な変調方式および符号化率を選択することを可能とする送受信システム及び移動通信方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、誤り訂正符号により符号化されたデータを変調して送信する送信装置と、前記送信装置から送信されたデータに対して伝搬路による歪みを補償する等化部及び誤り訂正処理を行う復号部による処理を繰り返すことによって符号化前のデータの検出を行う受信装置と、を含む送受信システムであって、伝送路特性に基づいて、前記等化部の相互情報量に係る入出力特性のうち、等化部入力相互情報量が最小値である場合及び最大値である場合のそれぞれの等化部出力相互情報量を、変調方式毎に算出する等化部入出力特性算出部と、前記等化部入力相互情報量を表す軸と前記等化部出力相互情報量を表す軸とが直交する平面において、予め決定された前記受信装置における繰り返し処理の繰り返し回数の上限値で前記最大値と前記最小値との差を除算し前記最小値に加算した値と、前記等化部入力相互情報量が最小値である場合の前記等化部出力相互情報量の値とによって表される点を通過し、前記最小値における前記等化部出力相互情報量を表す点と前記最大値における前記等化部出力相互情報量を表す点とを結ぶ直線の傾きと同じ傾きを有する理想特性直線を取得する理想特性直線取得部と、前記復号部の相互情報量の入出力特性を、符号化率毎に取得する復号部入出力特性取得部と、前記平面において、前記理想特性直線と交わらない前記復号部の相互情報量の入出力特性を有する前記符号化率のうち最も高い符号化率を、前記変調方式毎に選択する候補選択部と、前記候補選択部によって選択された前記変調方式と前記符号化率との組み合わせのうち、最も伝送速度の速い組み合わせを、前記送信装置における変調方式及び符号化率の組み合わせとして選択する選択部と、を前記送信装置又は前記受信装置のいずれかに備える。
また、本発明は、上述した送受信システムであって、前記復号部の相互情報量の入出力特性について、複数の入力値と、各入力値に対する出力値とを対応付けたテーブルを前記符号化率毎に記憶する復号部入出力特性テーブル記憶部をさらに備え、前記復号部入出力特性取得部は、前記復号部入出力特性テーブル記憶部からテーブルの内容を読み出すことにより前記符号化率毎に前記入出力特性を取得する。
また、本発明は、誤り訂正符号により符号化されたデータを変調して送信する送信装置と、前記送信装置から送信されたデータに対して伝搬路による歪みを補償する等化部及び誤り訂正処理を行う復号部による処理を繰り返すことによって符号化前のデータの検出を行う受信装置と、を含む送受信システムであって、変調方式及び符号化率の各組み合わせに対応付けて、前記復号部が誤り訂正処理によって送信されたデータから正確に符号化前のデータを検出するために必要な前記等化部の出力における相互情報量の値を予め記憶する最小相互情報量記憶部と、前記等化部が1回目の処理の出力における相互情報量を推定する推定部と、前記推定部によって推定された相互情報量よりも小さい相互情報量に対応付けられた符号化率及び変調方式の組み合わせであって、最も伝送速度の速い組み合わせを、前記送信装置における変調方式及び符号化率の組み合わせとして選択する選択部と、を前記送信装置又は前記受信装置のいずれかに備える。
また、本発明は、基地局装置と移動局装置の間で無線通信を行う移動通信方法であって、基地局装置は、誤り訂正符号により複数の符号化率のうちの1つを用いて符号化されたデータを、複数の変調方式のうちの1つにより変調して移動局装置へ無線により送信し、移動局装置は、受信した信号に対して伝搬路による歪みを補償する等化器および誤り訂正処理を行う復号器による処理を1回繰り返して、送信データの各ビットを生成し、移動局装置は、さらに等化器の変調方式ごとの入出力特性および復号器の出力が所要のの品質を満たすときの変調方式ごとの入力と符号化率の表を参照して最も伝送レートの高い変調方式と符号化率の組み合わせを選択して、この組み合わせに関する情報を基地局装置へ無線により送信することを特徴とする。
また、本発明は、上述した移動通信方法であって、前記等化器は、等化部、復調部を備えることを特徴とする。
また、本発明は、上述した移動通信方法であって、前記等化器の入出力特性は直線近似されていることを特徴とする。
また、本発明は、基地局装置と移動局装置の間で無線通信を行う移動通信方法であって、基地局装置は、誤り訂正符号により複数の符号化率のうちの1つを用いて符号化されたデータを、複数の変調方式のうちの1つにより変調して移動局装置へ無線により送信し、移動局装置は、受信した信号に対して伝搬路による歪みを補償する等化器および誤り訂正処理を行う復号器による処理を1回繰り返して、送信データの各ビットを生成し、移動局装置は、さらに等化器の出力値に関する情報を無線通信にて基地局装置へ送信し、基地局装置は、前記情報に基づいて前記等化器の変調方式ごとの入出力特性および前記復号器の出力が所要の品質を満たすときの変調方式ごとの入力と符号化率の表を参照して最も伝送レートの高い変調方式と符号化率の組み合わせを選択して、この組み合わせによりデータを送信することを特徴とする。
また、本発明は、上述した移動通信方法であって、前記等化器は、等化部、復調部を備えることを特徴とする。
また、本発明は、上述した移動通信方法であって、前記等化器の入出力特性は直線近似されていることを特徴とする。
また、本発明は、基地局装置と移動局装置の間で無線通信を行う移動通信方法であって、基地局装置は、誤り訂正符号により複数の符号化率のうちの1つを用いて符号化されたデータを、複数の変調方式のうちの1つにより変調して移動局装置へ無線により送信し、移動局装置は、受信した信号に対して伝搬路による歪みを補償する等化器および誤り訂正処理を行う復号器による処理をn回繰り返して、送信データの各ビットを生成し、ただしnは2またはそれより大きい整数であり、移動局装置は、さらに等化器の変調方式ごとの入出力特性および復号器の出力が所要の品質を満たすときの変調方式ごとの入力と符号化率の表を参照して最も伝送レートの高い変調方式と符号化率の組み合わせを選択して、この組み合わせに関する情報を基地局装置へ無線により送信し、その際に、所定のn回の繰り返しにより復号器の出力が所要の品質を満たすようにすることを特徴とする。
本発明により、ターボ等化技術において繰り返し回数が制限されている場合に、その繰り返し回数で送信データの復号化の処理が完了可能な変調方式および符号化率を選択することが可能となる。
[第一実施形態]
図1は、第一実施形態における受信装置の機能構成を示す概略ブロック図である。許容処理遅延時間が短い等の理由により、ターボ原理に基づく繰り返し処理の繰り返し回数が1回に制限されていると、即ちインターリーブ部112、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115が処理を実行することなく復号部110が送信データの各符号ビットを生成しなければならない場合に、第一実施形態における受信装置は、それを可能とする変調方式及び符号化率を選択する。以下、第一実施形態における受信装置1の構成について説明する。
図1は、第一実施形態における受信装置の機能構成を示す概略ブロック図である。許容処理遅延時間が短い等の理由により、ターボ原理に基づく繰り返し処理の繰り返し回数が1回に制限されていると、即ちインターリーブ部112、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115が処理を実行することなく復号部110が送信データの各符号ビットを生成しなければならない場合に、第一実施形態における受信装置は、それを可能とする変調方式及び符号化率を選択する。以下、第一実施形態における受信装置1の構成について説明する。
受信装置1は、アンテナ101、無線部102、CP除去部103、第一DFT部104、ソフトキャンセル部105、等化部106、IDFT部107、復調部108、デインターリーブ部109、復号部110、相互情報量推定部111、インターリーブ部112、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115、レート選択部116を備える。なお、受信装置1に対してデータを送信する送信装置は、図16(a)に表される従来の送信装置P1と同様に構成されるため、その説明を省略する。
アンテナ101は、送信装置から送信された無線信号を受信する。また、アンテナ101は無線部102によって生成された変調方式・符号化率情報信号を送信装置へ送信する。送信装置は、この変調方式・符号化率情報信号において指し示される変調方式及び符号化率を用いて無線信号を生成し、受信装置1へ無線信号を送信する。
無線部102は、アンテナ101によって受信された無線信号を、無線周波数からベースバンドにダウンコンバートする。また、無線部102は、レート選択部116によって生成された変調方式・符号化率情報を送信可能な信号に変換し、変調方式・符号化率情報信号を生成する。CP除去部103は、ダウンコンバートされた信号からCPを除去する。第一DFT部104は、CPが除去された信号(時間信号)に対して離散フーリエ変換処理(Discrete Fourier Transform)を行うことによって周波数信号に変換する。
次に、ソフトキャンセル部105以降の各機能部による、ターボ等化技術に基づいた信号検出の処理について説明する。
ソフトキャンセル部105は、第一DFT部104から入力されたCP除去受信信号(以下、単に「受信信号」という)から、伝搬路特性乗算部115によって得られた信頼性に比例した振幅を有する受信信号レプリカを減算するキャンセル処理を行う。なお、1回目の処理では、ソフトレプリカ生成部113によるソフトレプリカが生成されていないため、受信信号レプリカも生成されていない。そのため、1回目の処理では、ソフトキャンセル部105はキャンセル処理を行わない。
ソフトキャンセル部105は、第一DFT部104から入力されたCP除去受信信号(以下、単に「受信信号」という)から、伝搬路特性乗算部115によって得られた信頼性に比例した振幅を有する受信信号レプリカを減算するキャンセル処理を行う。なお、1回目の処理では、ソフトレプリカ生成部113によるソフトレプリカが生成されていないため、受信信号レプリカも生成されていない。そのため、1回目の処理では、ソフトキャンセル部105はキャンセル処理を行わない。
等化部106は、ソフトレプリカ生成部113によって得られたソフトレプリカと、ソフトキャンセル部105によって受信信号レプリカがキャンセルされた受信信号とを入力する。等化部106は、入力された二つの信号を用いて等化処理を実行することによって、無線伝搬路により生じる信号の歪みを除去する。
IDFT部107は、逆離散フーリエ変換(Inverse Discrete Fourier Transform)を実行することにより、等化部106から出力された等化後の受信信号を時間信号に変換する。復調部108は、符号ビット毎にLLRを算出する。
デインターリーブ部109は、復調部108によって算出された各符号ビットのLLRを、送信装置におけるインターリーブ前の符号ビットの並びに戻し、並びが元に戻された各符号ビットのLLRを復号部110及び相互情報量推定部111に出力する。
デインターリーブ部109は、復調部108によって算出された各符号ビットのLLRを、送信装置におけるインターリーブ前の符号ビットの並びに戻し、並びが元に戻された各符号ビットのLLRを復号部110及び相互情報量推定部111に出力する。
復号部110は、並びを元に戻された各符号ビットのLLRに対し、最大事後確率推定に基づいて誤り訂正処理を実行し、信頼性の高まった各データ信号のLLRを算出する。
インターリーブ部112は、復号部110によって出力された各符号ビットのLLRを入力し、送信装置におけるインターリーブ後の符号ビットの並び、即ち伝搬路における符号ビットの並びに並び替える。
インターリーブ部112は、復号部110によって出力された各符号ビットのLLRを入力し、送信装置におけるインターリーブ後の符号ビットの並び、即ち伝搬路における符号ビットの並びに並び替える。
ソフトレプリカ生成部113は、信頼性に比例した振幅を有するソフトレプリカを、例えば上述した式(1)によって生成する。
第二DFT部114は、ソフトレプリカ生成部113によって生成されたソフトレプリカに対し離散フーリエ変換処理を実行することによって周波数信号への変換を行う。第二DFT部114は、周波数信号に変換されたソフトレプリカを、等化部106及び伝搬路特性乗算部115に入力する。
第二DFT部114は、ソフトレプリカ生成部113によって生成されたソフトレプリカに対し離散フーリエ変換処理を実行することによって周波数信号への変換を行う。第二DFT部114は、周波数信号に変換されたソフトレプリカを、等化部106及び伝搬路特性乗算部115に入力する。
伝搬路特性乗算部115は、ソフトレプリカに対して周波数軸の伝搬路応答を乗積することによって周波数軸の受信信号レプリカを生成し、ソフトキャンセル部105に入力する。
ソフトキャンセル部105、等化部106、IDFT部107、復調部108、デインターリーブ部109、復号部110、インターリーブ部112、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115は、以上の処理を所定の回数繰り返し、最終的に復号部110が得たLLRに基づき各符号ビットの値を判定することによって送信データの検出を行い、送信データの各ビットの値を生成する。
ソフトキャンセル部105、等化部106、IDFT部107、復調部108、デインターリーブ部109、復号部110、インターリーブ部112、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115は、以上の処理を所定の回数繰り返し、最終的に復号部110が得たLLRに基づき各符号ビットの値を判定することによって送信データの検出を行い、送信データの各ビットの値を生成する。
相互情報量推定部111は、デインターリーブ後の各符号ビットのLLRに基づいて、復号部110への入力相互情報量(復号器入力相互情報量)を推定する。相互情報量については後述する。
レート選択部116は、相互情報量推定部111によって推定された相互情報量を用いて、最適な変調方式及び符号化率を選択する。そして、レート選択部116は、選択された変調方式及び符号化率を示す変調方式・符号化率情報を生成し、無線部102及びアンテナ101を介して送信装置へ送信する。なお、レート選択部116が行う選択処理の詳細については後述する。
レート選択部116は、相互情報量推定部111によって推定された相互情報量を用いて、最適な変調方式及び符号化率を選択する。そして、レート選択部116は、選択された変調方式及び符号化率を示す変調方式・符号化率情報を生成し、無線部102及びアンテナ101を介して送信装置へ送信する。なお、レート選択部116が行う選択処理の詳細については後述する。
図2は、ターボ等化技術を実現するための機能構成を示す概略ブロック図である。図3は、繰り返し処理を視覚的に表す外部情報交換(EXIT:EXtrinsic Information Transfer)チャートである。以下、図2及び図3を用いて、相互情報量について説明する。
図2に示されるように、一般的なターボ等化技術は、伝搬路の畳み込みから信頼性を得る等化器201と、誤り訂正処理により信頼性を得る復号器202を用いて実現される。等化器201及び復号器202は、相互にデータ信号に関する信頼性の値(LLR)を交換し、この信頼性の値を互いの信号検出における事前情報として活用する。そのため、等化器201から出力されるLLRが復号器202に入力されるLLRとなる。また、復号器202から出力されるLLRが等化器201に入力されるLLRとなる。
等化器201は、具体的には、図1のソフトキャンセル部105、等化部106、IDFT部107、復調部108、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115に相当する。また、復号器202は、図1の復号部110に相当する。なお、図2では、説明の簡単化のため、デインターリーブ部109、インターリーブ部112に相当する機能部の表示を省略する。ただし、原則として等化器201と復号器202との間に、この二つの機能部がそれぞれ設けられる。
図3のEXITチャートは、等化器201及び復号器202における処理を数値化し、視覚的に表したものである。図3においてEXITチャートの横軸は、等化器外部入力相互情報量及び復号器外部出力相互情報量を示す。図3においてEXITチャートの縦軸は、等化器外部出力相互情報量及び復号器外部入力相互情報量を示す。
ここで、相互情報量は、情報理論において「送信信号X、受信信号がYのとき、受信信号Yを得たときに送信信号Xに関して知り得る情報量」を定量的に表したものであり、式(3)で表される。
式(3)において、I(X;Y)は、実数の相互情報量である。p(x,y)は、X=xとY=yとが同時に起こる確率を表し、0から1の間の実数をとりうる結合確率密度関数である。p(x)とp(y)は、それぞれX=xとなる確率、Y=yとなる確率を表す。受信装置1では、I(X;Y)がLLRを得たときに送信信号に関して知り得る情報量となる。そのため、符号ビットの0および1の発生確率が等確率の1/2、LLRの分布がガウス分布、かつ分布が対称であるという一貫性条件を用いると、式(3)を式(4)のように変形できる。
式(4)において、I(X;L)は、LLRを入力として得たときに、送信データの符号ビットに関して知り得る相互情報量である。LLRを受信信号とみなすと、式(4)の場合は、相互情報量I(X;L)が1になる場合が、送信ビットに関する情報をLLRから完全に把握できる場合を示している。KBは、送受信されたデータの符号ビットのビット数である。ξ(k)は、k番目の符号ビットのLLRの値を表す。
外部相互情報量とは、出力LLRから入力LLRを減算したLLR、即ち直前の処理のみによって改善した相互情報量を表す。この場合、LLRを得たときのデータ信号についての相互情報量は0から1の間の値に拘束される。また、相互情報量が“0”であるということは、データ信号に関する情報が得られていないことを意味する。また、相互情報量が“1”であるということは、データ信号に関する情報を完全に得ている、即ち完全にデータ信号を再生できることを意味している。ここで、外部相互情報量は、上述したように、等化器201又は復号器202の直前の処理のみで改善した相互情報量を表しており、入力された時点で把握していた信頼性による相互情報量は減算されている。本明細書中では、以下外部相互情報量を単に相互情報量と称する。
図3では、等化器201の相互情報量の入出力特性を曲線L21、復号器202の相互情報量の入出力特性を曲線L22として示す。繰り返し処理は、矢印(これを「EXIT軌跡」と言う)によって、視覚的に表すことができる。まず、1回目の繰り返し処理では、事前情報は一切得られていないため、等化器201の入力相互情報量は0である。そして、等化器201は、矢印A21−1に従って、等化器出力相互情報量(0.65)を算出し出力する。
次に、等化器201の出力相互情報量は復号器202の入力相互情報量となるため、復号器202にはこの等化器出力相互情報量が入力される。復号器202は、矢印A22−1に従って、出力相互情報量(0.95)を得る。ここで、等化器201及び復号器202の処理がそれぞれ一度完了したため、1回目の繰り返し処理が完了する。なお、第一実施形態における受信装置は、1回目の繰り返し処理によって送信データの各符号ビットを生成しなければならないため、この時点、即ち復号器202が1回目の出力相互情報量を算出した時点で、この出力相互情報量が1となるような変調方式及び符号化率を選択する必要がある。
EXITチャートの説明に戻る。次に、等化器201は、復号器202の出力相互情報量を入力相互情報量として用い、矢印A21−2に従って、等化器出力相互情報量(0.8)を得る。復号器202は、等化器201の出力相互情報量を入力相互情報量として用い、矢印A22−2に従って、復号器出力相互情報量(1)を得る。このとき、得られた復号器出力相互情報量が“1”に到達したため、この段階で復調を行うことによって誤りなく送信データの各符号ビットを生成することができる。
このように、等化器201及び復号器202による繰り返し処理は、等化器201及び復号器202の相互情報量の入出力特性が交わらず、等化器出力相互情報量及び復号器入出力相互情報量が縦軸に配置されたEXITチャートにおいて、等化器201の相互情報量の入出力特性が復号器202の相互情報量の入出力特性よりも上に位置する場合に、復号器出力相互情報量として“1”を取得することができる。一方、等化器201及び復号器202の相互情報量の入出力特性が途中で交わる場合は、交差した点で繰り返し処理が止まってしまい(スタック)、それ以上は特性が向上しないため、正確に送信データの各符号ビットを生成することができない。
なお、等化器201の相互情報量の入出力特性は、伝搬路特性と受信信号雑音比(SNR:Signal to Noise power Ratio)に基づいて決まる。そのため、伝送機会毎に等化器201における相互情報量の入出力特性は変化する。従って、適応的に変調方式及び符号化率を適切に選択するためには、伝送機会毎に等化器201の相互情報量の入出力特性を推定する必要がある。よって、相互情報量推定部111は、所定のタイミングで、その時点の伝搬路特性とSNRと、その時点で適用されている変調方式とに基づいて、1回目の処理における等化器201の出力相互情報量(即ち、1回目の処理における復号器202への入力相互情報量)を推定する。等化器201における相互情報量の入出力特性は、1%値などの統計量を用いて表され、各伝搬路特性及びSNRの組み合わせに対応した相互情報量のルックアップテーブルが変調方式毎に予め実験によって生成され、相互情報量推定部111がこのルックアップテーブルを予め記憶しておき、相互情報量推定部111はこれを参照することによって推定処理を行う。これに対し、復号器202の相互情報量の入出力特性は、伝搬路特性やSNRに関わらず符号化率のみに従って一意に決定されるため、各符号化率に応じた復号器相互情報量の入出力特性は予め算出し記憶しておくことが可能である。
また、相互情報量推定部111は、現在通信に適用されている変調方式のみならず、他の変調方式が適用されたと仮定した場合の復号器入力相互情報量の推定を行う。例えば、現在用いられている変調方式がBPSKである場合には、変調方式をQPSKに変更したと仮定した場合の復号器入力相互情報量、及び変調方式を16QAMに変更したと仮定した場合の復号器入力相互情報量は、それぞれ式(5)及び式(6)で表される。相互情報量推定部111は、現在適用されている変調方式と、現在適用されていない各変調方式それぞれについて、復号器入力相互情報量を推定し、推定結果をレート選択部116に対し入力する。
次に、レート選択部116が行う選択処理の詳細について説明する。まず、符号化率の選択処理について説明する。図4は、各符号化率における復号器202の相互情報量の入出力特性の具体例の概略を表す概略図である。各符号化率における復号器出力相互情報量は、上述したように予め算出し記憶しておくことが可能である。図4において、横軸は復号器202によって誤り訂正処理後に出力される出力相互情報量(即ち、復号器出力相互情報量)を、縦軸は復号器202による誤り訂正処理前の入力相互情報量(即ち、復号器入力相互情報量)を表す。また、各特性を示す曲線の側に分数で示す値は、各特性における符号化率を表す。
図4に示されるように、復号器202の出力相互情報量が“1”となるときの入力相互情報量は、符号化率毎に異なり、符号化率の値が高いほど高くなる。従って、レート選択部116は、復号器202の出力相互情報量が、1回の等化処理及び復号処理(即ち、1回目の繰り返し処理)の後に復号器202の出力相互情報量が“1”となるような変調方式及び符号化率を選択する。そのため、レート選択部116は、復号器202が1回目の処理で出力する出力相互情報量の値が“1”となるために必要となる復号器入力相互情報量(即ち等化器出力相互情報量)を等化器201が1回の処理で出力することができるように、変調方式及び符号化率を選択する。
図5は、畳み込み符号を用いた場合に、各符号化率と、復号器出力相互情報量が“1”となるために必要な復号器入力相互情報量の値(以下、「最小相互情報量」という。)との対応関係を示す最小相互情報量テーブルの概略を表す概略図である。レート選択部116は、図5に示される最小相互情報量テーブルを予め記憶し、各変調方式について、相互情報量推定部111によって推定された復号器入力相互情報量よりも低い最小相互情報量に対応する符号化率の中で最も高い符号化率を選択する。そして、レート選択部116は、各変調方式と復号化率との組み合わせの中から、最も高い伝送レートの変調方式と符号化率との組み合わせを選択する。
例えば、BPSKの場合に符号化率3/4、QPSKの場合に符号化率1/2、16QAMの場合に符号化率1/8であったとする。この場合、各組み合わせで送信できるビット数は、BPSKの場合には1×3/4=0.75、QPSKの場合には2×1/2=1、16QAMの場合には4×1/8=0.5となる。従って、レート選択部116は、変調方式としてQPSKを選択し、符号化率として1/2を選択する。
このように、受信装置1は、繰り返し処理の回数が1回に制限されている場合に、この制限においてターボ原理に従った処理によって送信データを復号化することが可能な変調方式と符号化率との組み合わせを選択することができる。
<<変形例>>
なお、ここでは受信装置1が適切な変調方式や符号化率を設定し、送信装置にフィードバックする例を示しているが、相互情報量の値そのものを送信装置にフィードバックし、送信装置がレート選択部116を備えることによって変調方式及び符号化率を選択するように構成されてもよい。
なお、ここでは受信装置1が適切な変調方式や符号化率を設定し、送信装置にフィードバックする例を示しているが、相互情報量の値そのものを送信装置にフィードバックし、送信装置がレート選択部116を備えることによって変調方式及び符号化率を選択するように構成されてもよい。
また、この場合、ソフトレプリカが入力されないためソフトキャンセル部105は信号のキャンセル行わない。また、インターリーブ部112から伝搬路特性乗算部115は、繰り返し回数が1回であるため動作しない。そのため、常に繰り返し回数が1回である場合は、受信装置1はソフトキャンセル部105と、インターリーブ部112から伝搬路特性乗算部115を備えないように構成されても良い。
また、相互情報量推定部111は、後述する式(22)に基づいて、Izの値として相互情報量を算出することによって推定しても良い。この場合、相互情報量推定部111は、CP除去部103からの入力を受け、受信信号の中に多重されているパイロット信号(伝搬路推定用の既知の信号)に基づいて伝搬路の周波数応答を推定する。
また、繰り返し回数の上限値が1回に制限された場合にのみ相互情報量推定部111及びレート選択部116が処理を行い変調方式と符号化率との組み合わせを選択し、繰り返し回数の上限値が2回以上である場合には、相互情報量推定部111及びレート選択部116は処理を行わないように構成されても良い。この場合、繰り返し回数の上限値が2回以上である場合の変調方式と符号化率との組み合わせは、従来の構成によって選択されても良いし、後述する第二実施形態における構成によって選択されても良い。そして、繰り返し回数の上限値が2回以上である場合には、ソフトキャンセル部105と、インターリーブ部112から伝搬路特性乗算部115がターボ原理に従ってターボ等価処理を実行し送信データの各符号ビットを検出する。
また、受信装置1は、レート選択部116によって生成された変調方式・符号化率情報を送信装置へ送信するにあたり、この情報を符号化する符号化部、インターリーブを行うインターリーバ(インターリーブ部)、変調を行う変調部、CPを挿入するCP挿入部を必要に応じてさらに備えても良い。
また、現在の変調方式がQPSKであった場合、相互情報量推定部111は、変調方式をBPSKに変更したと仮定した場合の復号器入力相互情報量を、QPSKシンボルから算出されたLLRに√2を乗積することによって推定しても良い。同様に、現在の変調方式がQPSKであった場合、相互情報量推定部111は、変調方式を16QAMに変更した後に得られる相互情報量を、QPSKシンボルから算出されたLLRを√5で除算することによって推定しても良い。このように構成されることにより、相互情報量推定部111は、全ての変調方式(この場合は、QPSK、BPSK、16QAM)について最小相互情報量テーブルを記憶する必要が無く、そのうちの一つの変調方式(この場合は、BPSK)についてのみ最小相互情報量テーブルを記憶すれば良い。
[第二実施形態]
図6は、第二実施形態における受信装置の機能構成を表す概略ブロック図である。ターボ原理に基づく繰り返し処理の繰り返し回数が1回又は複数回に制限されている場合に、第二実施形態における受信装置は、その制限内の繰り返し処理によって送信データの各符号ビットを生成することが可能となる変調方式及び符号化率を選択する。以下、第二実施形態における受信装置1aの構成について説明する。
図6は、第二実施形態における受信装置の機能構成を表す概略ブロック図である。ターボ原理に基づく繰り返し処理の繰り返し回数が1回又は複数回に制限されている場合に、第二実施形態における受信装置は、その制限内の繰り返し処理によって送信データの各符号ビットを生成することが可能となる変調方式及び符号化率を選択する。以下、第二実施形態における受信装置1aの構成について説明する。
受信装置1aは、アンテナ101、無線部102、CP除去部103、パイロット信号分離部1031、第一DFT部104、ソフトキャンセル部105、等化部106、IDFT部107、復調部108、デインターリーブ部109、復号部110、インターリーブ部112、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115、伝搬路推定部117、変調方式・符号化率選択部118を備える。
第二実施形態にけるアンテナ101、無線部102、CP除去部103、第一DFT部104、ソフトキャンセル部105、等化部106、IDFT部107、復調部108、デインターリーブ部109、復号部110、インターリーブ部112、ソフトレプリカ生成部113、第二DFT部114、伝搬路特性乗算部115は、第一実施形態において同じ符号が付された各機能部と同一であるため説明を省略する。
第二実施形態における受信装置1aでは、CP除去部103の出力は、パイロット信号分離部1031に入力され、パイロット信号分離部1031がデータ信号とパイロット信号とを分離する。そして、データ信号は第一DFT部104に入力され、パイロット信号は伝搬路推定部117に入力される。伝搬路推定部117は、パイロット信号(伝搬路推定用の既知の信号)から伝搬路の周波数応答を推定する。
変調方式・符号化率選択部118は、伝搬路推定部117によって推定された結果に基づき、変調方式と符号化率との組み合わせを選択し、選択された変調方式と符号化率とに関する情報を表す信号(変調方式・符号化率情報信号)を送信装置に送信する。変調方式・符号化率選択部118の構成について説明する前に、まず変調方式・符号化率選択部118が行う選択処理について説明する。
変調方式・符号化率選択部118は、上述したEXITチャートに基づいて変調方式と符号化率との組み合わせを選択する。まず、EXITチャートを用いて、ターボ等化処理による受信データの検出の可否を判断する方法について説明する。
図7及び図8は、ターボ等化処理による受信データの検出の可否を判断する方法の原理を示すためのEXITチャートである。まず、図7を用いて受信データの検出の可否の判断処理について説明する。L31は、実際の等化器201の入出力特性を示す。L32は、実際の復号器202の入出力特性を示す。復号器202の入出力特性L32は、上述したように一意に決定されるため、予め復号器202の入出力特性を取得しておくことが可能である。一方、等化器201の入出力特性は、上述したように伝搬路特性とSNRで決定されるため、予め取得しておくことはできない。
しかしながら、等化器入力相互情報量が0である場合の等化器出力相互情報量の値(始点BPにおける等化器出力相互情報量の値)は、ソフトレプリカに関する情報が全く得られておらず実際の信号と一致するため、繰り返し処理の開始前に予め取得することができる。また、等化器入力相互情報量が1である場合の等化器出力相互情報量(終点EPにおける等化器出力相互情報量)も、ソフトレプリカの精度が完全で送信信号と一致するため、繰り返し処理の開始前に予め取得することができる。したがって、始点BPと終点EPとを直線で近似することによって、等化器201の近似特性L31−aを予め算出しておくことができる。
次に、近似特性L31−aを算出する方法について説明する。式(7)は、等化器201によって等化され、IDFT部107によって時間信号に変換された信号ベクトルzを表す。
式(7)において、zは、DFTブロック内の等化後の受信信号を要素とする時間軸の複素数の列ベクトルを表す。SsoftはDFTブロック内の周波数軸のソフトレプリカを形成する複素数の列ベクトルを表す。また、γ、δ、F、Ψ、Rresは、それぞれ式(8)〜式(12)で表される。
式(8)〜式(12)において、KはDFTブロック内の信号数(サンプル数)を表す。Ξは、伝搬路の周波数応答を対角成分に並べた複素数の対角行列を表す。Δは、ソフトキャンセル後の残留信号エネルギーを対角成分に並べた非負の実数の対角行列を表す。ssoft(k)は、DFTブロック内のk番目のソフトレプリカを表す。Fは、ベクトルを時間周波数変換するためのDFT行列を表す。Ssoftは、周波数軸のソフトレプリカを並べた複素数の列ベクトルを表す。Rは、DFTポイント数の周波数軸の受信信号を要素とする複素数の列ベクトルを表す。IKは、対角成分のみが1で残りが0となるK×Kの単位行列を表す。また、右肩のHはベクトル、もしくは行列のエルミート転置(随伴行列)を表す。tr[A]は、正方行列Aの対角成分の和を計算するトレース演算子を表す。ここで、送信信号のエネルギーを“1”に正規化しても一般性を失わないので、送信信号のエネルギーを“1”に正規化した場合、Ξ、Δ、ssoft、Ssoft、R、Rresは例えばDFTブロックサイズが“4”の場合、以下のような形式になる。
次に、式(7)を用いて、等化後のLLRを算出する。ここで、LLRの算出に必要なパラメータは、等化振幅利得と等化雑音の分散であり、それぞれ式(19)、式(20)で表すことができる。
式(19)及び式(20)において、μzは、DFTブロック内で一定の非負の等化振幅利得を表す。σz 2は、DFTブロック内で一定の等化雑音の分散を表す。ここで、等化雑音の分散は、定義に基づいて二乗平均値から平均値の二乗を減算することで結果的に等化振幅利得のみを用いて表すことができる。このことは、送信された信号の振幅を1に正規化し、このときの等化振幅利得μzが平均値となることを利用している。この場合、LLRの分散は、等化振幅利得を用いて式(21)として表すことができる。
式(21)において、σl 2は、正の実数であり、LLRの分散を表す。このLLRの分散と相互情報量とは相互に変換可能であり、J関数と呼ばれる近似式を用いて式(21)のように近似して表すことができる。
式(22)において、変調方式がBPSK又はQPSKの場合は、H1=0.3073、H2=0.8935、H3=1.1064であり、変調方式が16QAMの場合は、H1=0.2224、H2=0.6783、H3=1.3617である。また、IzはLLRの分散σl 2が与えられたときの相互情報量を表している。以上の値及び数式に基づいて、EXITチャートの始点BP及び終点EPにおける等化器出力相互情報量を算出することができる。
始点BPにおける等化器201は、事前情報となるLLRが与えられない状態であるため、ssoftの値は0となる。この場合、δ=0、Δ=IKとなる。そのため、等化振幅利得μz bは、式(19)においてΔ=IKを代入することにより、式(23)のように表すことができる。
式(23)で与えられる等化振幅利得μz b及び式(21)を用いることにより、LLRの分散σl 2を算出することができる。そして、LLRの分散σl 2及び式(22)を用いることにより、始点BPにおける等化器出力相互情報量Iz bを算出することができる。
終点EPにおける等化器201においては、ssoftはs(即ち、送信された信号と同一)となる。この場合、δ=1、Δ=0となる。そのため、等化振幅利得μz eは、式(19)においてΔ=0を代入することにより、式(24)のように表すことができる。
式(24)で与えられる等化振幅利得μz e及び式(21)を用いることにより、LLRの分散σl 2を算出することができる。そして、LLRの分散σl 2及び式(22)を用いることにより、終点EPの等化器出力相互情報量Iz eを算出することができる。
始点BP及び終点EPにおける等化器出力相互情報量Iz b及びIz eは、上述した方法によって算出することができる。そして、始点BP及び終点EPを直線で結ぶことによって、図7における近似特性L31−aを得ることができる。
図8に示されるEXITチャートは、図7に示されるEXITチャートの縦軸と横軸とを入れ替えたものである。即ち、図8のEXITチャートでは、横軸が等化器出力相互情報量及び復号器入力相互情報量を表し、縦軸が等化器入力相互情報量及び復号器出力相互情報量を表す。また、近似特性L41は図7における近似特性L31−aに相当し、復号器入出力特性L41は図7における復号器入出力特性L32に相当する。
図8に示されるように、近似特性L41と復号器入出力特性L42とが交わるか交わらないかを評価することによって、スタックの発生を判断することができる。具体的には、図8において、縦軸の復号器出力相互情報量が0から1になるまでの間、復号器202の入出力特性L42が等化器201の近似特性である入出力特性L41より上に存在すれば、ターボ等化技術による信号検出はスタックを発生させることなく、繰り返し処理によって信号を検出することができる。
このような判断を行う為、まずは等化器201の近似入出力特性(近似特性L41)を1次関数で表す。その場合、その傾きと切片とは、それぞれ式(25)、式(26)のように表すことができる。
式(25)、式(26)において、aは傾きを表し、bは切片を表す。この場合、近似特性L41の直線の方程式は、0から1までの任意の等化器出力相互情報量(復号器入力相互情報量)Iinに対して、式(27)のように表すことができる。
Ioutは、等化器入力相互情報量、即ち図8における縦軸の値を表す。Iinかつは、横軸に相当する等化器出力相互情報量を表す。
次に、復号器202の入出力特性について説明する。一般に、復号器202の入出力特性は式(28)のように表すことができる。
次に、復号器202の入出力特性について説明する。一般に、復号器202の入出力特性は式(28)のように表すことができる。
式(28)において、Idecは、復号器出力相互情報量、即ち図8における縦軸の値を表す。Iinは、横軸に相当する復号器入力相互情報量を表す。また、式(28)において、H1、H2、H3の値は、符号化方式及び符号化率によって変化するパラメータである。例えば拘束長4、符号化率1/2の畳み込み符号の場合、H1=13.8206、H2=3.2731、H3=1.5506である。
式(25)及び式(26)に基づいて、等化器入出力特性と復号器入出力特性を、Iinの値が0からIz e(終点EPにおける等化器出力相互情報量)の間で評価することによって、ターボ等化技術の繰り返し処理によって信号を検出することができるか否か判断することができる。この評価において、式(27)によって算出されるIdecの方が常に大きければ、ターボ等化の繰り返し処理によって信号を完全に検出することができる。
次に、繰り返し回数の上限値が設定されている場合に、上限値以内の繰り返し処理で受信データを検出することが可能か否か判断する方法について説明する。図9は、上限値が2回である場合に上限値以内の繰り返し回数で受信データを検出することが可能な場合のEXITチャートの具体例である。図9において、L51は、ある伝送機会における等化器201における相互情報量の入出力特性を表す。L52は、符号化率1/2の場合の復号器202の相互情報量の入出力特性を表す。
図9では、まず繰り返し回数が1回目の場合に、等化器201からは、始点BPに相当する相互情報量が出力され、この等化器出力相互情報量が復号器202に入力される。そして、復号器202は、この入力を受けて復号処理を行うことによって相互情報量I1 0を出力する。次に、2回目の繰り返し処理が実行される。このとき、等化器201は、復号器出力相互情報量I1 0を入力し、等化処理を行うことによって相互情報量I2 1を出力する。そして、復号器202は、この入力を受けて復号処理を行うことによって相互情報量1を出力する。このため、上限値が2回である場合には、符号化率が1/2であれば上限値以内の繰り返し処理で受信データを検出することが可能であることがわかる。
図10は、上限値が3回である場合に上限値以内の繰り返し回数で受信データを検出することが可能な場合のEXITチャートの具体例である。図10において、L53は、ある伝送機会における等化器201における相互情報量の入出力特性を表す。L52は、符号化率2/3の場合の復号器202の相互情報量の入出力特性を表す。
図10では、まず繰り返し回数が1回目の場合に、等化器201からは、始点BPに相当する相互情報量が出力され、この等化器出力相互情報量が復号器202に入力される。そして、復号器202は、この入力を受けて復号処理を行うことによって相互情報量I1 0を出力する。次に、2回目の繰り返し処理が実行される。このとき、等化器201は、復号器出力相互情報量I1 0を入力し、等化処理を行うことによって相互情報量I2 1を出力する。そして、復号器202は、この入力を受けて復号処理を行うことによって相互情報量I1 1を出力する。次に、3回目の繰り返し処理が実行される。このとき、等化器201は、復号器出力相互情報量I1 1を入力し、等化処理を行うことによって相互情報量I2 2を出力する。そして、復号器202は、この入力を受けて復号処理を行うことによって相互情報量1を出力する。このため、上限値が3回である場合には、符号化率が2/3であれば上限値以内の繰り返し処理で受信データを検出することが可能であることがわかる。
図11は、変調方式・符号化率選択部118が行う選択処理の概念を表す概念図である。図11では、変調方式の選択候補としてBPSK、QPSK、16QAMが設定されており、L61は、変調方式としてBPSKが選択された場合の等化器201の入出力特性を表し、L62は、変調方式としてQPSKが選択された場合の等化器201の入出力特性を表し、L63は、変調方式として16QAMが選択された場合の等化器201の入出力特性を表す。各入出力特性の直線は、式(4)〜式(6)によって予め求めることができる。
図11において、上限値が2である場合に、16QAMを選択することが可能か否か判断する方法について説明する。この場合、等化器201の直線近似入出力特性がちょうど繰り返し回数が2回で誤りなく検出できると仮定すると、繰り返し1回目の等化処理と復号処理とによって1/2=0.5の復号器出力相互情報量が得られると仮定できる。この場合、変調方式として16QAMが選択されているため、その入出力特性を表すL63の直線の傾きと同じ傾きを持ち、縦軸の値がL63の始点の等化器出力相互情報量の値である場合に、横軸の値が0.5となる点を通る直線を理想特性直線L73として定義する。そして、変調方式によって決まる入出力特性が、この理想特性直線L73の等化器出力相互情報量を、全ての等化器入力相互情報量において越えない場合には、この変調方式と符号化率との組み合わせによって送信がなされた場合には、所定の繰り返し回数の処理によって送信データの各符号ビットを生成することができる。
従って、変調方式・符号化率選択部118は、このような処理を各変調方式について行い、各変調方式において上述した条件を満たし且つ最も高い符号化率を選択する。そして、変調方式・符号化率選択部118は、変調方式及び符号化率の組み合わせが複数選択された場合には、その組み合わせの中から、最も高い伝送速度が得られる組み合わせを選択する。
この処理は、繰り返し回数の上限値が2でなくとも良く、上限値がn回の場合には1回の等化処理・復号処理で相互情報量1/nが得られるような直線を想定すれば良い。即ち、処理の対象となっている変調方式の入出力特性を表す直線の傾きと同じ傾きを持ち、縦軸の値が上記直線の始点の等化器出力相互情報量の値である場合に、横軸の値が1/nとなる点を通る直線を理想特性直線として定義すれば良い。
なお、上述した理想特性直線は、式(21)〜式(23)を用いて計算される始点を入力したときに出力が1/(n+1)となり、傾きが式(25)によって表される直線と同じ傾きである直線として算出することもできる。この場合、変調方式・符号化率選択部118は、図8における直線L41を、上述した方法によって算出された理想特性直線と置き換えて、スタックが発生しないような符号化率を選択しても良い。
次に、本発明における変調方式・符号化率選択部118の構成を示す。図12は、変調方式・符号化率選択部118の機能構成の概略を表す概略ブロック図である。伝搬路推定部117から入力された伝搬路の周波数応答(伝搬路特性)は、等化器特性算出部1181〜1183に入力される。なお、受信装置1aは、BPSK、QPSK、16QAMを選択可能である。等化器特性算出部1181〜1183は、変調方式毎に等化器201の相互情報量の入出力特性を算出する。具体的には、等化器特性算出部1181〜1183は、上述したような原理に基づき、EXIT解析における始点と終点の値を算出する。
理想復号器特性算出部1184〜1186は、入力された所定の繰り返し回数に基づき、変調方式毎に理想特性直線を算出する。
符号化率選択部1187〜1189は、等化器特性算出部1181〜1183によって算出された等化器の入出力特性と、理想復号器特性算出部1184〜1186によって算出された理想特性直線に基づき、各変調方式に適した符号化率を選択する。
組み合わせ選択部1180は、符号化率選択部1187〜1189によって選択された変調方式と符号化率との組み合わせの中から、最も伝送速度が速い組み合わせを選択する。
符号化率選択部1187〜1189は、等化器特性算出部1181〜1183によって算出された等化器の入出力特性と、理想復号器特性算出部1184〜1186によって算出された理想特性直線に基づき、各変調方式に適した符号化率を選択する。
組み合わせ選択部1180は、符号化率選択部1187〜1189によって選択された変調方式と符号化率との組み合わせの中から、最も伝送速度が速い組み合わせを選択する。
図13は、受信装置1aの処理のうち、特に伝搬路推定部117及び変調方式・符号化率選択部118に係る処理のフローチャートである。まず、伝搬路推定部117が伝搬路特性と雑音の分散を推定し、変調方式・符号化率選択部118がこの結果に基づいて各変調方式についての始点BPにおける等化器出力相互情報量を算出する(ステップS101)。次に、変調方式・符号化率選択部118が、伝搬路特性と雑音の分散の推定結果に基づいて、各変調方式についての終点EPにおける等化器出力相互情報量を算出する(ステップS102)。
次に、変調方式・符号化率選択部118は、各変調方式について、等化器201の入出力特性の傾きを、上述した式(22)に基づいて算出する。そして、変調方式・符号化率選択部118は、算出された傾きと上限値とに基づいて、理想特性直線の切片を算出する(ステップS103)。
次に、変調方式・符号化率選択部118は、ステップS105以降の処理が完了していない変調方式を一つ選択する(ステップS104)。次に、変調方式・符号化率選択部118は、選択されている変調方式において作用可能な符号化率のうち、最も伝送レートの高い符号化率を選択する(ステップS105)。以下、現在選択されている変調方式及び符号化率の組み合わせを選択候補という。
次に、変調方式・符号化率選択部118は、等化器入力相互情報量変数Iinに0を代入することによって等化器入力相互情報量変数Iinを初期化する(ステップS106)。次に、現在の等化器入力相互情報量変数Iinに対応する等化器出力相互情報量を算出し、この値が、理想特性直線において等化器入力相互情報量変数Iinに対応する等化器出力相互情報量よりも小さいか否か判断する(ステップS107)。選択候補における等化器出力相互情報量の方が、理想特性直線における等化器出力相互情報量よりも大きい場合(ステップS107−NO)、変調方式・符号化率選択部118は、現在選択されている符号化率の次に伝送レートの高い符号化率を選択し(ステップS108)、ステップS106以降の処理を繰り返す。
一方、選択候補における等化器出力相互情報量の方が、理想特性直線における等化器出力相互情報量よりも小さい場合(ステップS107−YES)、変調方式・符号化率選択部118は、現在の等化器入力相互情報量変数Iinの値が1以上であるか否か判定する(ステップS109)。現在の等化器入力相互情報量変数Iinの値が1未満である場合(ステップS109−NO)、変調方式・符号化率選択部118は、等化器入力相互情報量変数Iinに、予め設定されているΔ(例えば、0.1、0.01、0.001)を加算し(ステップS110)、ステップS107以降の処理を繰り返す。なお、この刻み幅Δに関する選択可能な符号化率ごとの入出力特性は式(28)を用いて毎回算出されても良いし、予め算出されているルックアップテーブルなどが用いられても良い。図14に、このようなルックアップテーブルの具体例を示す。
一方、現在の等化器入力相互情報量変数Iinの値が1以上である場合(ステップS109−YES)、変調方式・符号化率選択部118は、現在選択されている符号化率を、現在選択されている変調方式との組み合わせとして選択する。次に、変調方式・符号化率選択部118は、選択可能な全ての変調方式についてS105〜S111の処理が完了したか否か判断する(ステップS112)。まだ完了していない場合には(ステップS112−NO)、変調方式・符号化率選択部118は、ステップS104に戻り、処理が完了していない他の変調方式を選択し、ステップS105移行の処理を繰り返し実行する。
一方、選択可能な全ての変調方式について処理が完了した場合(ステップS112−YES)、選択された全ての組み合わせの中から最大の伝送レートの組み合わせを選択する(ステップS113)。
一方、選択可能な全ての変調方式について処理が完了した場合(ステップS112−YES)、選択された全ての組み合わせの中から最大の伝送レートの組み合わせを選択する(ステップS113)。
なお、ステップS109において、Iinの値と比較される値は、1に限らず、その求められる精度に応じて、例えばて0.9999や、0.99や、0.99999などの値であってもよい。
第二実施形態による受信装置1aによれば、ターボ等化における適応変調における変調方式と符号化率の組み合わせを、その繰り返し処理の上限値に応じて最も高い伝送レートのものを選択することが可能となる。
第二実施形態による受信装置1aによれば、ターボ等化における適応変調における変調方式と符号化率の組み合わせを、その繰り返し処理の上限値に応じて最も高い伝送レートのものを選択することが可能となる。
<<変形例>>
なお、ここでは受信装置1aが適切な変調方式や符号化率を設定し、送信装置にフィードバックする例を示しているが、受信装置1aの伝搬路推定部117の推定結果を送信装置にフィードバックし、送信装置が変調方式・符号化率選択部118を備えることによって変調方式及び符号化率を選択するように構成されてもよい。
なお、ここでは受信装置1aが適切な変調方式や符号化率を設定し、送信装置にフィードバックする例を示しているが、受信装置1aの伝搬路推定部117の推定結果を送信装置にフィードバックし、送信装置が変調方式・符号化率選択部118を備えることによって変調方式及び符号化率を選択するように構成されてもよい。
また、受信装置1aが受信したパイロット信号に関する情報を送信装置にフィードバックし、送信装置が伝搬路推定部117及び変調方式・符号化率選択部118を備えることによって変調方式及び符号化率を選択するように構成されてもよい。図15は、このように構成された送信装置の構成例を表す概略ブロック図である。
なお、上述した各実施形態における受信装置の一部又は全部は、専用のハードウェアを用いて構成されても良い。また、上述した各実施形態における受信装置の一部の機能はコンピュータで実現されても良い。その場合、各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
101:アンテナ, 102:無線部, 103:CP除去部, 1031:パイロット信号分離部, 104:第一DFT部, 105:ソフトキャンセル部, 106:等化部, 107:IDFT部,108:復調部, 109:デインターリーブ部, 110:相互情報量推定部111, 112:インターリーブ部, 113:ソフトレプリカ生成部, 114:第二DFT部, 115:伝搬路特性乗算部, 116:レート選択部, 201:等化器, 202:復号器, 117:伝搬路推定部, 118:変調方式・符号化率選択部
Claims (10)
- 誤り訂正符号により符号化されたデータを変調して送信する送信装置と、前記送信装置から送信されたデータに対して伝搬路による歪みを補償する等化部及び誤り訂正処理を行う復号部による処理を繰り返すことによって符号化前のデータの検出を行う受信装置と、を含む送受信システムであって、
伝送路特性に基づいて、前記等化部の相互情報量に係る入出力特性のうち、等化部入力相互情報量が最小値である場合及び最大値である場合のそれぞれの等化部出力相互情報量を、変調方式毎に算出する等化部入出力特性算出部と、
前記等化部入力相互情報量を表す軸と前記等化部出力相互情報量を表す軸とが直交する平面において、予め決定された前記受信装置における繰り返し処理の繰り返し回数の上限値で前記最大値と前記最小値との差を除算し前記最小値に加算した値と、前記等化部入力相互情報量が最小値である場合の前記等化部出力相互情報量の値とによって表される点を通過し、前記最小値における前記等化部出力相互情報量を表す点と前記最大値における前記等化部出力相互情報量を表す点とを結ぶ直線の傾きと同じ傾きを有する理想特性直線を取得する理想特性直線取得部と、
前記復号部の相互情報量の入出力特性を、符号化率毎に取得する復号部入出力特性取得部と、
前記平面において、前記理想特性直線と交わらない前記復号部の相互情報量の入出力特性を有する前記符号化率のうち最も高い符号化率を、前記変調方式毎に選択する候補選択部と、
前記候補選択部によって選択された前記変調方式と前記符号化率との組み合わせのうち、最も伝送速度の速い組み合わせを、前記送信装置における変調方式及び符号化率の組み合わせとして選択する選択部と、
を前記送信装置又は前記受信装置のいずれかに備える送受信システム。 - 前記復号部の相互情報量の入出力特性について、複数の入力値と、各入力値に対する出力値とを対応付けたテーブルを前記符号化率毎に記憶する復号部入出力特性テーブル記憶部をさらに備え、
前記復号部入出力特性取得部は、前記復号部入出力特性テーブル記憶部からテーブルの内容を読み出すことにより前記符号化率毎に前記入出力特性を取得する、
請求項1に記載の送受信システム。 - 誤り訂正符号により符号化されたデータを変調して送信する送信装置と、前記送信装置から送信されたデータに対して伝搬路による歪みを補償する等化部及び誤り訂正処理を行う復号部による処理を繰り返すことによって符号化前のデータの検出を行う受信装置と、を含む送受信システムであって、
変調方式及び符号化率の各組み合わせに対応付けて、前記復号部が誤り訂正処理によって送信されたデータから正確に符号化前のデータを検出するために必要な前記等化部の出力における相互情報量の値を予め記憶する最小相互情報量記憶部と、
前記等化部が1回目の処理の出力における相互情報量を推定する推定部と、
前記推定部によって推定された相互情報量よりも小さい相互情報量に対応付けられた符号化率及び変調方式の組み合わせであって、最も伝送速度の速い組み合わせを、前記送信装置における変調方式及び符号化率の組み合わせとして選択する選択部と、
を前記送信装置又は前記受信装置のいずれかに備える送受信システム。 - 基地局装置と移動局装置の間で無線通信を行う移動通信方法であって、
基地局装置は、誤り訂正符号により複数の符号化率のうちの1つを用いて符号化されたデータを、複数の変調方式のうちの1つにより変調して移動局装置へ無線により送信し、
移動局装置は、受信した信号に対して伝搬路による歪みを補償する等化器および誤り訂正処理を行う復号器による処理を1回繰り返して、送信データの各ビットを生成し、
移動局装置は、さらに等化器の変調方式ごとの入出力特性および復号器の出力が所要の品質を満たすときの変調方式ごとの入力と符号化率の表を参照して最も伝送レートの高い変調方式と符号化率の組み合わせを選択して、この組み合わせに関する情報を基地局装置へ無線により送信することを特徴とする
移動通信方法。 - 前記等化器は、等化部、復調部を備えることを特徴とする請求項4に記載の移動通信方法。
- 前記等化器の入出力特性は直線近似されていることを特徴とする請求項4または5に記載の移動通信方法。
- 基地局装置と移動局装置の間で無線通信を行う移動通信方法であって、
基地局装置は、誤り訂正符号により複数の符号化率のうちの1つを用いて符号化されたデータを、複数の変調方式のうちの1つにより変調して移動局装置へ無線により送信し、
移動局装置は、受信した信号に対して伝搬路による歪みを補償する等化器および誤り訂正処理を行う復号器による処理を1回繰り返して、送信データの各ビットを生成し、
移動局装置は、さらに等化器の出力値に関する情報を無線通信にて基地局装置へ送信し、
基地局装置は、前記情報に基づいて前記等化器の変調方式ごとの入出力特性および前記復号器の出力が所要の品質を満たすときの変調方式ごとの入力と符号化率の表を参照して最も伝送レートの高い変調方式と符号化率の組み合わせを選択して、この組み合わせによりデータを送信することを特徴とする
移動通信方法。 - 前記等化器は、等化部、復調部を備えることを特徴とする請求項7に記載の移動通信方法。
- 前記等化器の入出力特性は直線近似されていることを特徴とする請求項7または8に記載の移動通信方法。
- 基地局装置と移動局装置の間で無線通信を行う移動通信方法であって、
基地局装置は、誤り訂正符号により複数の符号化率のうちの1つを用いて符号化されたデータを、複数の変調方式のうちの1つにより変調して移動局装置へ無線により送信し、
移動局装置は、受信した信号に対して伝搬路による歪みを補償する等化器および誤り訂正処理を行う復号器による処理をn回繰り返して、送信データの各ビットを生成し、ただしnは2またはそれより大きい整数であり、
移動局装置は、さらに等化器の変調方式ごとの入出力特性および復号器の出力が所要の品質を満たすときの変調方式ごとの入力と符号化率の表を参照して最も伝送レートの高い変調方式と符号化率の組み合わせを選択して、この組み合わせに関する情報を基地局装置へ無線により送信し、
その際に、所定のn回の繰り返しにより復号器の出力が所要の品質を満たすようにすることを特徴とする
移動通信方法。
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