JP2010103807A - 無線中継装置、無線受信装置及び復号方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中継装置で受信された信号に誤りが含まれている場合でも、効率のよい通信が可能となる無線通信システムを提供する。
【解決手段】中継装置は、誤りを含む第１のフレームの受信信号から情報データを抽出して符号化し、符号化された情報データを含む第２フレームを送信する。受信装置は、第１フレームの受信信号である第１の受信信号と第１の事前値とを用いて第１の事後値を計算し、該第１の事後値の硬判定値と第１の外部値とを出力する第１の復号処理を行う第１の復号手段と、第２のフレームの受信信号である第２の受信信号と第２の事前値とを用いて第２の事後値を計算し、該第２の事後値の硬判定値と第２の外部値とを出力する第２の復号処理を行う第２の復号手段とを含み、前記第１の外部値を前記第１のフレームの誤り率に基づき補正することにより、前記第２の事前値を計算し、前記第２の外部値を前記誤り率に基づき補正することにより、前記第１の事前値を計算する。
【選択図】 図７

Description

本発明は無線通信装置および無線通信システムに関し、特に無線中継に用いる無線中継装置、無線受信装置、及び無線通計装置で用いられる復号方法に関する。

電波は一般に伝搬距離に応じて電力が減衰するため、無線通信では送信装置からの距離に応じて通信品質が劣化してしまう。また、送信装置や受信装置が障害物の陰にかくれてしまうと通信距離が短い場合でも電力が低下してしまい、通信距離が長い場合と同様に通信品質が低下してしまう。

このような通信品質の低下を防ぐ方式として、送信装置と受信装置の間に中継装置を設置する対策が考えられる。中継装置を設置し、無線信号を中継することにより、無線通信装置間の伝搬距離を短縮することや、通信装置が障害物の陰に隠れてしまうシャドウイングによる通信品質が低下する確率を低減することができる。

従来の無線中継方式は大きく分けて二つの種類、（１）Amplify and Forward（以下、AF方式） （２）Decode and Forward（以下、DF方式）に分類できる。

AF方式では中継装置は受信信号から送信情報を復元することなく、受信信号をそのまま増幅した後、受信装置受信装置へ中継する。

DF方式では、中継装置は受信信号から送信情報を復元し、中継する。送信情報は誤り検出のための符号化が施されており、中継装置が（送信装置と中継装置の間のリンクで生じる）誤りを検出した場合、中継を中止する。これは、中継装置が誤りのある信号を中継することを防ぐことを目的にしている。

AF方式とDF方式とを比較すると、理論的にDF方式の方が高いスループットが達成できることが知られている。

なお、いずれの方式においても、中継装置を介して受信する信号だけでなく、受信装置において送信装置が送信した信号を直接受信できる場合はダイバーシチ利得を得ることができる。また、DF方式では、中継装置において受信信号を転送する際に、送信装置が施した誤り訂正符号と異なる符号化を施すことにより符号化利得を得られることも報告されている（例えば非特許文献1）。
T.E. Hunter and A. Nosratinia, "Cooperation Diversity through coding," IEEE ISIT 2002, Lausanne, Switzerland, p.220, 2002.

このように、スループットの高いDF方式を用いた従来の中継装置では、中継装置において送信装置が送信した信号の受信に誤りが生じた場合、中継が行なわれず、過った受信信号は破棄されていた。よって、従来の無線中継システムでは、送信装置が送信した信号が中継装置において正しく受信されず、誤りが発生すると通信効率が低下するという問題点があった。

また、中継装置で誤りが生じないように符号化率を低く設定したり、低次の変調方式を割り当てたり、送信電力を増加させると周波数利用効率が低下し、通信効率が低下するという問題点があった。

その他、中継装置や受信装置は低消費電力化や装置の小型化が課題となっている。

このように、従来は、中継装置で受信された信号に誤りが含まれている場合、通信効率が低下するという問題点があった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、中継装置で受信された信号に誤りが含まれている場合でも、通信効率の低下することのない、効率のよい通信が可能となる無線通信システムを提供することを目的とする。

（１）本発明の一実施形態に係る無線中継装置は、
誤りを含む受信信号から情報データを抽出する情報信号抽出手段と、
抽出された前記情報データを符号化する符号化手段と、
前記符号化手段で符号化された前記情報データを送信する。

（２）本発明の一実施形態に係る無線受信装置は、
送信装置から送信された第１フレームの受信信号である第１の受信信号と第１の事前値とを用いて第１の事後値を計算し、該第１の事後値の硬判定値と第１の外部値とを出力する第１の復号処理を行う第１の復号手段と、
前記第１フレームを受信した中継装置から送信された第２フレームの受信信号である第２の受信信号と第２の事前値とを用いて第２の事後値を計算し、該第２の事後値の硬判定値と第２の外部値とを出力する第２の復号処理を行う第２の復号手段と、
前記第１の外部値に対しインターリーブ処理を施すインターリーバと、
前記インターリーブ処理の施された前記第１の外部値を、前記第１のフレームまたは前記第２のフレームの誤り率に基づき補正することにより、前記第２の事前値を計算する第１の事前値計算手段と、
前記第２の外部値に対し、前記インターリーブ処理とは逆順の並び替えを行うデインターリーブ処理を施すデインターリーバと、
前記デインターリーブ処理の施された前記第２の外部値を前記誤り率に基づき補正することにより、前記第１の事前値を計算する第２の事前値計算手段と、
を含む。

（３）本発明の他の実施形態に係る無線受信装置は、
送信装置から送信された第１フレームの受信信号である第１の受信信号と第１の事前値とを用いて第１の事後値を計算し、該第１の事後値の硬判定値と第１の外部値とを出力する第１の復号処理を行う第１の復号手段と、
前記第１フレームを受信した中継装置から送信された第２のフレームの受信信号である第２の受信信号と第２の事前値とを用いて第２の事後値を計算し、該第２の事後値の硬判定値と第２の外部値とを出力する第２の復号処理を行う第２の復号手段と、
前記第１の外部値を前記第１のフレームまたは前記第２のフレームの誤り率に基づき補正することにより、前記第２の事前値を計算する第１の事前値計算手段と、
前記第２の外部値を前記誤り率に基づき補正することにより、前記第１の事前値を計算する第２の事前値計算手段と、
を含む。

中継装置で受信された信号に誤りが含まれている場合でも、効率のよい通信が可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図1は、本実施形態に係る無線中継システムの概念図を示したものである。送信装置１１は受信装置１３に対して情報を伝送するために、第１フレームを送信する。

第1フレームは、送信装置１１において図２に示すように生成される。図２は、第１のフレームを生成するための送信装置１１の符号化部（図２では第１の符号化部１１０１）の構成例を示したものである。

図２に示すように、送信装置１１の第１の符号化部１１０１は、送信する情報ビットに対して受信装置１２で誤り検出が可能な符号化（誤り検出符号化）を施す。このような符号化の一例としてCRC（Cyclic Redundancy Check）符号があげられるが、本発明における誤り検出符号化はCRC符号に限定されるものではない。受信時に誤り検出を行なうことが可能であればいかなる符号化方式を用いてもよい。

このように誤り検出が可能な符号化が施された信号に対し、次に、第１の誤り訂正符号化を施す。ここで用いる第１の誤り訂正符号は、LDPC符号やターボ符号など、無線通信で一般に用いられている誤り訂正符号であり、特別な符号を用いる必要は無い。

なお、図２では誤り検出を行なうための符号化を施した後、誤り訂正を行なうための符号化を行なうという、二段階の符号化が施される構成となっているが、LDPC符号のように誤り訂正と誤り検出を同時に行なえるような符号を用いる場合は、図２のように二段階で符号化を施す必要は無い。すなわち、図２において、第１の誤り訂正符号化に、誤り検出符号化が含まれることもある。送信装置１１の第１の符号化部１１０１は、受信時に誤り訂正後の信号の誤り検出を行なえるような符号化が施されていれば、いかなる符号を用いても構わない。

送信装置１１では、以上のように符号化部１１０１で符号化された信号に対して変調を施し、変調後の信号を送信する。本発明において送信装置１１が用いる変調方式はBPSKやQPSKなどのPSK（Phase Shift Keying）方式や16QAMや64QAMなどのQAM（Quadrature Amplitude Modulation）方式など無線通信で一般的に用いられている変調方式を用いることができる。本発明は、この変調方式について本発明は何ら限定するものではなく、しかも本発明の要旨ではないため、詳細な説明は省略する。また、送信装置１１は、以上のようにして生成されたデジタル信号をアナログ信号に変換した後送信するが、送信装置１１においてアナログ信号を生成する手段についても、本発明は何ら限定するものではなく、しかも本発明の要旨ではないため、詳細な説明は省略する。

以上のようにして送信装置１１から第１フレームが送信される。送信装置１１と受信装置１３間のリンクの品質が必ずしも保証されていないので、リンクで発生する誤りのために第１フレームは受信装置１３で正しく受信できない場合がある。第１フレームは中継装置１２でも受信されるが、送信装置１１と中継装置１２間のリンクの品質も保証されていないので、中継装置１２でも誤りを含んだフレームが受信される場合が存在する。

中継装置１２では、受信した第１フレームの信号に対し誤り訂正符号の復号を行った後に、誤り検出符号（以下CRC符号と略記する）の復号を行って、誤りの検出を行なう。従来の技術では、中継装置１２は、誤り検出符号の復号の結果、受信した第1フレームに誤りが検出されない場合に、当該第1フレームを再生した第２フレームを受信装置１３へ送信する。しかし、受信した第１フレームに誤りが検出されれば、中継装置１２では第２フレーム送信のための処理を行わない。すなわち、中継装置１２は受信した第１フレームに誤りが検出された場合、これを破棄し、第２のフレームは送信されない。よって、受信装置１３では、送信装置１１と受信装置１３との間のリンクで第１フレームに誤りが発生した場合、情報を再生する手段を完全に失う。

しかし、本発明では中継装置１２が受信した第１フレームに誤りを検出してもこれを廃棄するのではなく中継を行なう。

図３は、本実施形態にかかる中継装置１２の要部の構成例を示したものである。図３に示すように、中継装置１２０１は、アンテナ及び無線部１２０１を介して受信された信号を復調部１２０２で復調した後、情報信号抽出部１２０３で情報部（情報データ）を抽出する。この抽出された情報部は、誤りを含まない場合はもちろん誤りを含む場合も、第２の符号化部１２０４において、送信装置１１の第１の符号化部１１０１で用いられる第１の誤り訂正符号化とは異なる方式の第２の誤り訂正符号化が施される。そして、送信装置１１と同様、変調後に、アンテナを介して受信装置１３へ送信される。

第１フレームは、前述したように、送信装置１１で誤り検出のための符号化が施された信号である。例えば、誤り検出符号としてCRC符号が用いられている場合、情報部には、CRC符号が付加されている。

本実施形態では送信装置１１が第１の誤り訂正符号として組織符号を適用する場合を考える。組織符号による符号化後は情報部とパリティ部に信号が分離されているため、受信時に復号処理を適用することなく、復調部１２０２で復調された復調信号から情報部を抽出することができる。このとき、送信装置１１と中継装置１２との間の通信品質から容易に第１フレームの誤り率を推定することができる。この誤り率は受信装置１３で利用されるため、中継装置１２は通信品質または誤り率を受信装置１３に通知する。

中継装置１２は、第２の誤り訂正符号化が施された信号を、送信装置１１と同様、変調し、アナログ信号に変換した後送信するが、変調方式やアナログ信号への変更方式は本発明の要旨ではなく、また、何ら限定するものではないので詳細な説明は省略する。

図３の第２の符号化部１２０４は、抽出された情報部に対し、送信装置１１で用いられる第１の誤り訂正符号化とは異なる方式の第２の誤り訂正符号化を適用しているが、この場合に限らない。

例えば、図３の第２の符号化部１２０４の代わりに、図４に示すように、第２の符号化部１２０５を用いることもできる。第２の符号化部１２０５は、図４に示すように、インターリーバ１２０５ａと送信装置１１の第１の符号化部１１０１と同等の（すなわち、第１の符号化部１１０１で適用される第１の誤り訂正符号化を行う）第１の符号化部１２０５ｂとを含む。

第２の符号化部１２０５は、情報信号抽出部１２０３で抽出された情報部に対し、まず、インターリーバ１２０５ａにおいて時間順序を交錯し（予め定められた規則に従ってデータの並び替えを行うインターリーブ処理を施し）、第１の符号化部１２０５ｂは、交錯後の情報シンボル列に対して第１の誤り訂正符号と同一の符号化を施す。このようにして、再度誤り訂正符号化の施された結果得られる第２のフレームの信号は、前述同様、中継装置１２から受信装置１３へ送信される。

このように、本実施形態に係る中継装置１２は、受信した第１フレームに誤りが含まれていても、第２フレームの生成および送信、すなわち、中継処理を行うため、（第１フレームに誤りが検出されれば破棄する）従来の無線中継装置と比較して、通信効率を高めることができる。

中継装置１２の第２の符号化部で適用する符号化方式は、送信装置１１が用いる符号化方式と異なった符号化方式でないと符号化利得が得られないが、インターリーバ１２０５ａを施してから送信装置１１と同じ符号化を適用することにより、送信装置１１とは異なる符号化を施した場合と同一の効果が得られる。しかも、この場合、受信装置１３において、第１フレームを復号する場合と、第２フレームを復号する場合とで、同一の復号器を用いることができるため、受信装置の構成を簡易化することができる。

また、中継装置１２が、受信した第１フレームから誤り率を計算する誤り推定手段を備え、得られた（送信装置１１と中継装置１２との間のリンクの）誤り率を、例えば、第２フレームに含ませて受信装置１３へ通知することにより、受信装置１３はSlepian-Wolfの理論に基づき、過った信号が中継されてきても、送信装置１１と中継装置１２の協調通信による利得が得られる。ここで、誤り率は信号電力対雑音電力比や信号電力対雑音電力および干渉電力比と送信装置が適用した符号化方式と変調方式、アンテナ数から推定することが容易にできる。また、中継装置から受信装置に信号を送信する際に、適用した変調方式や符号化方式、信号長などを制御信号として一般に通知するが、誤り率についても同様に通知することができる。このとき誤り率は実数値を量子化しても構わないし、対数をとったものを量子化しても構わない。

次に、本実施形態に係る受信装置１３の構成及び受信処理について説明する。

図５は受信装置１３の構成例を示す図であり、図８は、受信装置１３の受信処理を示すフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートでは、便宜上、第１フレームと第２フレームの受信処理（ループ処理）を、第１フレームの復号（ステップＳ１〜ステップＳ６）を第２フレームの復号（ステップＳ７〜ステップＳ９）よりも先に示しているが、第２フレームの復号の方が先で次に第１フレームの復号を行う場合もあり、この場合も図８と全く同様である。

受信装置１３は、送信装置１１から送信された第１フレームを受信するとともに、またはこれよりも遅れて、またはこれよりも先に中継装置１２から送信された第２のフレームを受信する。

第１フレームの受信信号は、第１の復号器1３０１で復号され（ステップＳ１）、第２のフレームの受信信号は、第１復号器１３０４で復号される（ステップＳ７）。

以下、送信装置１１（の第１符号化部１１０１）において第１の誤り訂正符号としてターボ符号が適用され、中継装置１２は図４に示した構成を含み、受信された第１フレームから抽出された情報部に対し、インターリーバ１２０５ａでデータを並び替えるインターリーブ処理を施した後、第１の符号化部１２０５ｂで送信装置１１と同一のターボ符号が適用される場合の受信装置１３における受信処理について説明する。

第１復号器1３０１及び後述する第１の復号器１３０１は、第１の誤り訂正符号に対するMAP復号を実施する。MAP復号は受信信号系列が得られた条件化で、送信確率が最大になる送信信号の系列を求める復号方式であり、最適な復号方式として知られている。受信信号系列が得られた条件化でｋ番目の情報ビットｄ_kが送信された確率はｄ_kの事後確率と呼ばれ、MAP復号は各送信ビットの事後確率が最大になる信号系列を送信された系列と推定する。

ｄ_kが「１」の場合の事後確率と「０」の場合の事後確率との比の対数をとった事後確率の対数尤度比は事後値とよばれ、次式（１）で定義される。

なお、ターボ符号は一般に再帰的組織畳込み符号をインターリーバを介して連接することによって構成されるため、符号器の状態はトレリス線図を用いて表すことができる。ここで、時刻ｋにおけるトレリス線図の状態をｓ_kと置くと、事後値は次式（２）で表すことができる。

ただし、上式（２）において分子は時刻ｋ−１の状態から時刻ｋの状態の遷移のうち、ｋ番目の情報ビットが「１」である場合に生じる全ての遷移の確率の和となり、分母は情報ビットが「０」である場合に生じる全ての遷移の確率の和となっている。

ここで、P(s_k-1, s_k, ｙ)は次式（３）のように３つの確率の積で表される。

さらに，α(s_k-1)とβ(s_k-1)は次式のように再帰的に表すことができ、γ(s_k-1, s_k)はｄ_kが送信された時に受信信号ｙ_kを得る確率であるため、それぞれ次式（５）〜（７）で表すことができる。

以上説明したように、全ての送信ビットに対して事後値L（ｄ_k）を計算し、L（ｄ_k）の符号が正の場合は「１」、負の場合は「０」が送信されたと推定することにより、送信信号系列を推定する方式がMAP復号である。

また、MAP復号を実現するアルゴリズムとしてBCJRアルゴリズムやLog-MAPアルゴリズム、Max-Log-MAPアルゴリズムなどがあげられるが、本発明ではいかなる手法を用いても構わない。

図５の第１の復号器１３０１ではMAP復号を適用し（ステップＳ１）、事後値L（ｄ_k）に基づき、「１」か「０」かに硬判定された送信信号系列を誤り検出部１３０８へ出力するとともに（硬出力）、外部値L_e(d_k)を出力する（ステップＳ２）。

誤り検出部１３０８は、硬出力を用いて誤り判定を行い、誤りが検出されなかったら、（当該第１フレームの）復号を終了する（ステップＳ３）。誤りが検出された場合、復号の試行回数が予め定められた最大回数以下であれば（ステップＳ４）、ステップＳ５へ進み、最大回数を超えている場合には、復号を終了する。

なお、外部値は事後値から事前値とチャネル値を減算したものであり、次式（８）で表すことができる。

第１の復号器１３０１から出力される外部値L_e(d_k)はインターリーバ１３０２に入力され、ここで外部値のデータを並べ替えるインターリーブ処理を施す（ステップＳ５）。ここで適用されるインターリーブ処理は中継装置１２で適用されるインターリーブと同一の並べ替えを行なう。すなわち、中継装置１２のインターリーバ１２０５ａと受信装置１３のインターリーバ１３０２とは予め定められた順序で並べ替えを行なう必要がある。この結果、インターリーバ１３０２から出力される外部値と中継装置１２が送信する情報ビットの順序が一致する。よって、受信装置１３は中継装置１２が送信した第２フレームを受信し、第２フレームの復号を実施する際にインターリーバ１３０２の出力を事前値として用いることができる。

しかし、中継装置１２の第２符号化部１２０５では、送信装置１１と中継装置１２との間のリンクで発生する誤りのために、送信装置１１が送信した情報とは異なる情報が誤り訂正符号化されている可能性がある。一方、受信装置１３で受信される第１フレームと第２フレームとの２つの信号は、本来同一の送信装置１１から送信された情報なので、送信装置１１と中継装置１２との間のリンクで誤りが発生していても、その間の相関は極めて高い。ここで、相関値は、送信装置１１と中継装置１２との間の誤り率に依存するため、誤り率を用いることによって相関値を利用した復号を実現できる。

図５の事前値演算器１３０３は、インターリーバ１３０２から出力される外部値L_e(d_k)を、誤り率推定器１３０７から得られた、送信装置１１と中継装置１２との間の誤り率を用いて補正し、第２フレームを復号する際に用いる事前値を計算する（ステップＳ６）。

誤り率は前述したように、送信装置１１と中継装置１２との間の通信品質に依存するため、中継装置１２から送信された誤り率や通信品質から推定することができる。受信装置１３は、中継装置１２から送信された誤り率を受信したら、該誤り率を誤り率推定器１３０７に記憶する。そして、記憶された誤り率を事前値演算器１３０３や後述する事前値演算器１３０６へ出力する。または、中継装置１２から誤り率そのものではなく、通信品質値が送信される場合には、誤り率推定器１３０７は、これを基に誤り率を計算し、それを事前値演算器１３０３や後述する事前値演算器１３０６へ出力する。

次に、事前値演算器１３０３において、この誤り率を用いて事前値を計算する方法を説明する。

図５の第１復号器１３０１が出力する外部値L_e(d_k)から、ｋ番目の信号として「１」が送られた確率P₁(d_k=1)と、「０」が送られた確率P₁(d_k=0)は、それぞれ次式（９）（１０）で表すことができる。

一方、中継装置１２で当該信号に対して「１」が送信される確率P₂(d_k=1)は、送信装置１１で「１」が送信され、中継装置１２で正しく「１」と判定される場合と「０」が送信されたのに誤って「１」と判定された場合の二通りが考えられ、中継装置１２における誤り率Ｐ_bを用いて次式（１１）で表すことができる。

同様に、中継装置１２が「０」を送信する確率P₂(d_k=2)は次式（１２）で表すことができる。

よって、式（９）の左辺（P₁(d_k=1)）を式（１１）の右辺の式に置き換え、式（１０）の左辺（P₁(d_k=0)）を式（１２）の右辺に置き換え、Le(dk)について解くことにより、式（１３）に示すような補正された外部値L_e(d_k)が得られる。この補正された外部値L_e(d_k)が、第１の復号器１３０４のMAP復号で用いる事前値L_a(d_k)として用いられる。すなわち、図５の事前値演算器１３０３では、次式（１３）から事前値L_a(d_k)を計算する。

受信装置１３の事前値演算器１３０３が、式（１３）に示すように、誤り率と外部値とから事前値を計算すると、第１の復号器１３０４は、この事前値を用いて受信された第２フレームの受信信号の復号を行う（ステップＳ７）。

第１の復号器１３０１が第１フレームをMAP復号するのと同様にして、第１の復号器１３０４も、第２フレームの受信信号に対しMAP復号を適用し、式（８）により計算される外部値を出力する。

前述したように、中継装置１２では抽出した情報部信号系列にインターリーブ処理を施しているため、デインターリーバ１３０５において、第１の復号器１３０４から出力される外部値に対しデインターリーブ処理を施すことにより、送信装置１１が送信した信号系列に再配置された外部値が得られる（ステップＳ８）。

デインターリーバ１３０５で並び替えられたデータを元の並びに戻すデインターリーブ処理の施された外部値は、中継装置１２で再生された情報ビットに対する外部値になっており、中継装置１２で「１」を送信した確率と「０」を送信した確率はそれぞれ次式（１４）（１５）で表すことができる。

送信装置１１が送信した信号の確率は、中継装置１２における誤り率Ｐ_bを用いて、式（１１）と式（１２）で表すことができるから、式（１１）と式（１２）の左辺を、式（１４）と式（１５）の右辺でそれぞれ置き換えることにより、次式（１６）が得られる。この式（１６）から、補正された外部値、すなわち、第１の復号器１３０１で用いる事前値を計算する。すなわち、事前値演算器１３０６は、誤り率推定器１３０７から出力される上記誤り率と、デインターリーバ１３０５から出力された（第２フレームを復号で得られた）外部値とを用いて、式（１６）から事前値L_a(d_k)を計算する（ステップＳ９）。

第１の復号器１３０１は、事前値演算器１３０６で計算された事前値を用いて、第１フレームの受信信号を再復号する。すなわち、中継装置１２が誤った信号を中継してきても、送信装置１１が送信した信号と中継装置１２が中継した信号の尤度を誤り率で重み付けしてターボループを構成することによって、正しく信号を復号することができる。

このように、従来、一度目の復号時は事前値が得られていなかったが、本実施形態によれば第２フレームの復号で得られた外部値を（送信装置１１と中継装置１２との間の誤り率を用いて補正した後）事前値として利用することができるため、従来よりも復号精度を高めることができる。

以上の処理を複数回繰り返すことにより、第１フレームの復号精度を徐々に高めていくことができる。すなわち、ステップＳ１に戻り、第１復号器１３０１は、事前値演算器１３０６で（第２フレームの復号から得られた外部値と誤り率とから）計算された事前値を用いて、第１フレームを復号した結果得られる硬出力を誤り検出部１３０８へ出力する（ステップＳ１〜ステップＳ２）。誤り検出部１３０８は、硬出力を用いて誤り判定を行い（ステップＳ３）、誤りが検出されなかったら、復号を終了する。再び誤りが検出されたら、ステップＳ４へ進み、復号の試行回数が予め定められた最大回数以下であれば（ステップＳ４）、ステップＳ５へ進み、最大回数を超えている場合には、復号を終了する。

このように、上記実施形態によれば、中継装置１２で誤りを検出したフレームを廃棄することなく、受信装置１３で再利用できるので、効率的な伝送が可能になる。受信装置１３では送信装置１１から送信される第１フレームと中継装置１２から送信される第２フレームとの間の相関の情報を利用して繰り返し復号を行うので、Slepian Wolfの定理によれば両者のレートの和が結合エントロピーよりも高ければ、受信装置１３では歪みなく情報の再生が可能なはずである。このことは、この条件が満たされる範囲内であれば、各リンクで用いる誤り訂正符号のレートを高めてよいことを意味する。つまり、無駄な冗長度を必要としない、効率的な伝送が可能となる。

なお、図５では、第１の復号器１３０１、１３０４という、複数個の復号器を用いて復号を実施する構成になっているが、中継装置１２で送信装置１１と同一の符号化が適用される場合、受信装置１３は、図６に示すように同一の復号器１３０１を第１フレームの復号と第２フレームの復号とで使いまわすことができ、構成を簡略化することもできる。

ただし、図６におけるインターリーバ１３０２は、第１の復号器１３０１で第１フレームを復号した際に出力される外部値を並び替える場合には、図５のインターリーバ１３０２で行うインターリーブに対応した並び替えを行い、第１の復号器１３０１で第２フレームを復号した際に出力される外部値を並び替える場合には、図５のデインターリーバ１３０５で行うデインターリーブに対応した並び替えを行う。

また、中継装置１２が送信装置１１と異なる符号を適用する場合、すなわち、中継装置１２が図３に示した構成を含む場合、必ずしもインターリーブを適用する必要は無い。よって、中継装置１２でインターリーブが施されない場合の受信装置１３は、図７に示すような構成になる。なお、図７では、図５と同一部分には同一符号を付している。図７において、図５と異なる点は、インターリーバ１３０２及びデインターリーバ１３０５が除かれ、さらに、第１復号器１３０４の代わりに、第２フレームを復号する際に、中継装置１２が施す符号化（すなわち、図３の第２符号化部１２０４で実施される第２誤り訂正符号化を行う）第２復号器１３１０が追加されている。

第２の復号器１３１０における、第２誤り訂正符号に対するMAP復号も、基本的には、上述の第１の復号器１３０４と同様に、事前値演算器１３０３で（第１フレームの復号の際に得られる外部値と誤り率とから）計算された事前値を用いて、第２フレームの復号を行い、外部値を出力する。この外部値は事前値演算器１３０６で上記誤り率を用いて補正された後、第１の復号器１３０１で第１フレームを復号する際の事前値として用いられる。

以上、上記実施形態によれば、中継装置１２で誤りが生じても中継を実施することが可能になり、効率の高い無線中継を実現することが可能になる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においても中継装置１２で受信された第１フレームから誤りが検出されても、信号を再符号化して中継する点は、第１の実施形態と同様である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、中継装置１２が送信装置１１から送信された情報を抽出する際に復号を適用する点と、中継装置１２または受信装置１３における誤り率の計算方法と、事前値演算器の事前値の計算方法である。

誤り訂正符号として組織符号が適用されている場合は、第１の実施形態に示したように復号を適用せずに情報部を抽出できる。一方、非組織符号を用いる場合は復号せずには情報部を抽出することができないため、情報部を抽出するために復号を適用する必要がある。

図９は、第２の実施形態に係る中継装置１２の要部の構成例を示したもので、図３と同一部分には同一符号を付している。図９に示す構成では、復調部１２０２と情報信号抽出部１２０３との間に、送信装置１１の第１の符号化部１１０１で行った符号化に対応する復号を行う第１の復号器１２０５と、この第１の復号器１２０５から出力される外部値を用いて誤り率を計算する誤り率推定器１２０６が追加されている。

第１の復号器１２０５は、例えば図５の第１の復号器１３０１と同様に、送信装置１１の第１符号化部１１０１で適用される第１の誤り訂正符号に対応するMAP復号を行う。なお、第１の実施形態で説明したように、MAP復号の結果、第１の符号器１２０５から外部値が出力される。

第１の復号部１２０５で第１フレームの受信信号を復号した後、第１の実施形態で説明したように、情報信号抽出部１２０３で情報部（情報データ）を抽出し、第２の符号化部１２０４で再符号化し（第２フレームを生成し）、中継を行う。

このとき、第１の復号部１２０５で復号の際、誤りが残留すると、発生する誤りはバースト的になると考えられる。バースト誤りは２状態マルコフ情報源としてモデル化できることが知られており、バースト長分布などのバーストの性質はマルコフ情報源の状態遷移確率でモデル化できる。さらに、状態遷移確率の値は符号パラメータや送信装置１１と中継装置１２との間のリンクの品質に依存するので、あらかじめ既知であると仮定しても現実性を失わない。

そこで、図９の誤り率推定器１２０６では、第１の復号器１２０５から出力される外部値と、上記既知の状態遷移確率の値とを用いて、送信装置１１と中継装置１２との間のリンクで発生した誤り率を計算する。

図１０に誤り率推定器１２０６の構成例を示す。誤り率推定値は、２状態マルコフ情報源に対応するトレリスダイアグラム上でMAPアルゴリズムを実行した結果得られる。この方式は，Baum-Welchアルゴリズムとして知られ，詳細は「L.R. Rabiner,”A tutorial on hidden Markov models and selected applications on speech recognition,” Proc. IEEE, vol.77, pp.257-285, Feb. 1989.」に記されており，MAPアルゴリズムはバースト誤りを発生する２状態マルコフ情報源の状態遷移確率の値と、誤り訂正符号のMAPアルゴリズムの結果得られる外部値を入力とし、誤り率推定値を出力する。

誤り率推定器１２０６で計算された誤り率は、生成された第２フレームとともに、あるいは、これとは別個に変調、アナログ信号に変換する等して、（例えば、第２フレームに含ませて）受信装置１３へ送信される。

なお、上記のようにして計算される、情報ビットの誤り率はビット毎に異なる。よって、この誤り率を受信した受信装置１３は、図５の事前値演算器１３０６、１３０３において式（１３）や式（１６）に従って事前値を計算する際に、ビット毎に異なる誤り率Ｐ_b（ｄ_k）を用いる。

受信装置１３におけるその他の処理については第１の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。

中継装置１２で復号が施される場合、バースト的に誤りが発生するため、誤り率特性がビット毎に一律ではなく、偏りが生じる。ビット毎の誤り率を相関値として（復号の際に事前値として用いる）外部値に反映することによって、より精度の高いターボループが形成される。

また、図１０に示す誤り率推定器１３０７は、図９に示すように、中継装置１２で用いて誤り率を計算することが好ましいが、この場合に限らない。例えば、図７の受信装置１３の誤り率推定器１３０７の代わりに、図１０の誤り率推定器１３０７を用いて、受信装置１３で誤り率を計算してもよい。この場合、受信装置１３で第２フレームを第２復号器１３１０で復号する際に出力された外部値と、上記既知の状態遷移確率の値とを用いて、誤り率を計算する。

また、第１の実施形態で説明した図５〜図７の誤り率推定器１３０７が、図１０の誤り率推定器１３０７と同じ方法で、第２フレームを復号する際に出力される外部値と、上記既知の状態遷移確率の値とを用いて、誤り率を計算するようにしてもよい。

以上説明したように、上記第１及び第２の実施形態によれば、中継装置１２で受信された第１フレームから誤りが検出された場合でも信号を中継することが可能であり、効率の高い無線中継システムを実現することができる。また、中継装置１２において誤りがバースト的に発生し、誤り率がビット毎に異なる場合でも受信装置１３において高精度な復号が実現できるため、高効率な無線中継システムを実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係る無線中継システムの構成例を示す図。 送信装置の要部の構成例を示す図。 中継装置の要部の構成例を示す図。 中継装置の要部の他の構成例を示す図。 受信装置の要部の構成例を示す図。 受信装置の要部の他の構成例を示す図。 受信装置の要部のさらに他の構成例を示す図。 受信装置の復号処理を説明するためのフローチャート。 中継装置の要部のさらに他の構成例を示す図。 誤り率推定器の構成例を示す図。

符号の説明

１１…送信装置
１２…中継装置
１３…受信装置
１３０１、１３０４…第１の復号器
１３０２…インターリーバ
１３０３、１３０６…事前値演算器
１３０５…デインターリーバ
１３０７…誤り率推定器
１３０８…誤り検出部
１３１０…第２の復号器

Claims (19)

1. 送信装置から受信装置への第１の符号化が施された信号を中継する無線中継装置において、
   受信した誤りを含む前記信号から情報データを抽出する情報信号抽出手段と、
   抽出された前記情報データを符号化する符号化手段と、
   前記符号化手段で符号化された前記情報データを送信することを特徴とする無線中継装置。
2. 前記符号化手段は、前記第１の符号化とは異なる第２の符号化を施すことを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
3. 前記符号化手段は、
   前記情報データの並び替えを行うインターリーバと、
   データの並び替えられた前記情報データを符号化する符号化器と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
4. 前記符号化器は、前記第１の符号化と同じ符号化を施すことを特徴とする請求項３記載の無線中継装置。
5. 前記受信した信号から誤り率を推定する誤り推定手段と、
   をさらに含み、前記誤り率を前記受信装置へ通知することを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
6. 受信した誤りを含む前記信号を復号する復号手段をさらに含み、
   前記情報信号抽出手段は、復号後の前記信号から前記情報データを抽出することを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
7. 前記復号手段は、受信信号と事前値とから事後値を計算し、該事後値の硬判定値と外部値とを出力する復号処理を行うことを特徴とする請求項６記載の無線中継装置。
8. 前記外部値を用いて、受信した誤りを含む前記信号の誤り率を計算する誤り率計算手段をさらに含み、
   前記誤り率を前記受信装置へ通知することを特徴とする請求項７記載の無線中継装置。
9. 送信装置から送信された第１フレームの受信信号である第１の受信信号と第１の事前値とを用いて第１の事後値を計算し、該第１の事後値の硬判定値と第１の外部値とを出力する第１の復号処理を行う第１の復号手段と、
   前記第１フレームを受信した中継装置から送信された第２フレームの受信信号である第２の受信信号と第２の事前値とを用いて第２の事後値を計算し、該第２の事後値の硬判定値と第２の外部値とを出力する第２の復号処理を行う第２の復号手段と、
   前記第１の外部値に対し第１のインターリーブ処理を施すインターリーバと、
   前記第１のインターリーブ処理の施された前記第１の外部値を、前記第１のフレームまたは前記第２のフレームの誤り率に基づき補正することにより、前記第２の事前値を計算する第１の事前値計算手段と、
   前記第２の外部値に対し、前記第１のインターリーブ処理とは逆順の並び替えを行うデインターリーブ処理を施すデインターリーバと、
   前記デインターリーブ処理の施された前記第２の外部値を前記誤り率に基づき補正することにより、前記第１の事前値を計算する第２の事前値計算手段と、
   を含む無線受信装置。
10. 前記第２フレームは、前記第１のインターリーブ処理と同じ並び替え行う第２のインターリーブ処理が施されていることを特徴とする請求項９記載の無線受信装置。
11. 前記第２フレームは、前記中継装置で受信された前記愛１フレームから抽出された情報データに対し、前記第２のインターリーブ処理を施した後、前記送信装置で用いられる符号化処理と同じ符号化処理を施すことにより生成されることを特徴とする請求項１０記載の無線受信装置。
12. 前記第１の復号処理と前記第２の復号処理は、前記送信装置で用いられる符号化処理に対応する復号処理であることを特徴とする請求項９記載の無線受信装置。
13. 送信装置から送信された第１フレームの受信信号である第１の受信信号と第１の事前値とを用いて第１の事後値を計算し、該第１の事後値の硬判定値と第１の外部値とを出力する第１の復号処理を行う第１の復号手段と、
    前記第１フレームを受信した中継装置から送信された第２のフレームの受信信号である第２の受信信号と第２の事前値とを用いて第２の事後値を計算し、該第２の事後値の硬判定値と第２の外部値とを出力する第２の復号処理を行う第２の復号手段と、
    前記第１の外部値を前記第１のフレームまたは前記第２のフレームの誤り率に基づき補正することにより、前記第２の事前値を計算する第１の事前値計算手段と、
    前記第２の外部値を前記誤り率に基づき補正することにより、前記第１の事前値を計算する第２の事前値計算手段と、
    を含む無線受信装置。
14. 前記第２フレームは、前記中継装置で受信された前記第１フレームから抽出された情報データに対し、前記送信装置で用いられる第１の符号化処理とは異なる第２の符号化処理を施すことにより生成されていることを特徴とする請求項１３記載の無線受信装置。
15. 前記第１の復号処理は、前記第１の符号化処理に対応する復号処理であり、前記第２の復号処理は、前記第２の符号化処理に対応する復号処理であることを特徴とする請求項１４記載の無線受信装置。
16. 前記第２の外部値を用いて、ビット毎に異なる前記誤り率を計算する誤り率計算手段をさらに含む請求項９または１３記載の無線受信装置。
17. 前記誤り率は、前記中継装置から通知される前記第１フレームの誤り率であることを特徴とする請求項９または１３記載の無線受信装置。
18. 送信装置から送信された第１フレームの受信信号である第１の受信信号と第１の事前値とを用いて第１の事後値を計算し、該第１の事後値の硬判定値と第１の外部値とを出力する第１の復号処理を行う第１の復号手段と、
    前記第１フレームを受信した中継装置から送信された第２フレームの受信信号である第２の受信信号と第２の事前値とを用いて第２の事後値を計算し、該第２の事後値の硬判定値と第２の外部値とを出力する第２の復号処理を行う第２の復号手段と、
    を含む無線受信装置における復号方法であって、
    （ａ）前記第２の復号手段が前記第２の復号処理を行うステップと、
    （ｂ）前記第２の復号手段から出力された前記第２の外部値に対し、デインターリーブ処理を施すステップと、
    （ｃ）前記デインターリーブ処理の施された前記第２の外部値を、前記第１フレームの誤り率に基づき補正することにより、前記第１の復号手段で用いる前記第１の事前値を計算する第１の事前値計算ステップと、
    （ｄ）前記第１の復号手段が、前記第１の受信信号と、前記第１の事前値計算ステップで得られた前記第１の事前値とを用いて前記第１の復号処理を行うステップと、
    （ｅ）前記第１の復号手段から出力された前記第１の外部値に対しインターリーブ処理を施すステップと、
    （ｆ）前記インターリーブ処理の施された前記第１の外部値を、前記誤り率に基づき補正することにより、前記第２の復号処理でも用いる前記第２の事前値を計算する第２の事前値計算ステップと、
    （ｇ）前記第１の復号手段から出力された前記硬判定値の系列から誤りの有無を検出する誤り検出ステップと、
    を含み、
    前記誤り検出ステップで誤りが検出されたとき、上記（ａ）〜（ｇ）を繰り返すことを特徴とする復号方法。
19. 送信装置から送信された第１フレームの受信信号である第１の受信信号と第１の事前値とを用いて第１の事後値を計算し、該第１の事後値の硬判定値と第１の外部値とを出力する第１の復号処理を行う第１の復号手段と、
    前記第１フレームを受信した中継装置から送信された第２のフレームの受信信号である第２の受信信号と第２の事前値とを用いて第２の事後値を計算し、該第２の事後値の硬判定値と第２の外部値とを出力する第２の復号処理を行う第２の復号手段と、
    を含む無線受信装置における復号方法であって、
    （ａ）前記第２の復号手段で前記第２の復号処理を行うステップと、
    （ｂ）前記第２の復号手段から出力された前記第２の外部値を、前記第１のフレームの誤り率に基づき補正することにより、前記第１の復号手段で用いる前記第１の事前値を計算する第１の事前値計算ステップと、
    （ｃ）前記第１の復号手段が、前記第１の受信信号と、前記第１の事前値計算ステップで得られた前記第１の事前値とを用いて前記第１の復号処理を行うステップと、
    （ｄ）前記第１の復号手段から出力された前記第１の外部値を前記誤り率に基づき補正することにより、前記第２の復号手段で用いる前記第２の事前値を計算する第２の事前値計算ステップと、
    （ｅ）前記第１の復号手段から出力された前記硬判定値の系列から誤りの有無を検出する誤り検出ステップと、
    を含み、
    前記誤り検出ステップで誤りが検出されたとき、上記（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことを特徴とする復号方法。

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