JP2010520700A - 無線通信システムにおける改善された再送処理 - Google Patents

Abstract

受信機（１２０）に対してデータをパケットとして送信する送信機（１１０）を備える通信システム（１００，３００）のための方法（８００）を提供する。受信機は、誤りを含む受信パケットの受信品質を表す品質値を送信機へ送信する（８０５）。受信機は、受信した多数のデータパケットに関する情報を保存し（８１０）、送信機と受信機との間には中継無線機（１３０）が存在する。中継無線機と送信機とは、データパケットを複合パケットへ符号化することができ（８２０）、複合パケットを受信機へ送信する（８２５）。受信機（１２０）において保存された情報は、誤りなく受信されたパケットと、誤りを含んで受信されたパケットの受信品質に関する情報及びそれらのパケットのデータとを含み、保存された当該情報は、複合パケットを復号するために受信機によって使用され（８３５）、それにより、当該複合パケットに含まれるパケットのデータが抽出される。

Description

本発明は、無線通信システムに関するものであり、特に、第１の無線機と第２の無線機との間の中継無線機で使用されるシステムに関するものである。

無線通信システム、即ち、無線システムの分野では、中継送信機の使用は、“ホップ”又はリンク、即ち、送信機と１つ以上の受信機との間のコネクションの範囲を向上させる周知の手段である。これにより、リピータ局とは対照的に、中継送信機は、送信機と受信機との間の地理的な障害物を克服するために、通信を受信してそれらを復調及び再変調し、さらにそれらを対象とする受信機に再送することができる。

例えば、いわゆるＦＥＣ符号化（前方誤り訂正）で符号化した通信の場合、中継送信機は、復調に関連して通信を復号するとともに、再変調に関連してそれらを再符号化し、その後、当該通信を対象とする受信機へ再送する。

無線通信システムにおいては、送信機からの情報が受信局へきちんと意図したとおりに届くことを確実にするために、様々な種類の再送方法がしばしば使用される。

単一のリンク、即ち、中継送信機を使用しないリンクに対して、例えば、異なる種類のＡＲＱ（自動再送要求）及びＨＡＲＱ（ハイブリッドＡＲＱ）等の、再送に関して異なる原理が存在する。

中継送信機、より適切には中継“無線機（transceivers）”に至っては、中継ユニットが受信及び送信の両方を行うことができるため、そのようなシステムのための再送方式の分野では、送信機と受信機との間のコネクションのみを含むシステムと同様には検討されていない。

従って、上述から明らかなように、中継無線機を利用する無線通信を改善することが可能な解決手段が必要である。

この必要性は、受信機としての第２の無線機へパケットとしてデータを送信する、送信機としての第１の無線機が存在する無線通信システムにおいて使用される方法を開示する本発明によって解決される。

本発明の方法によれば、受信機は、当該受信機が誤りを含んで受信したデータパケットの受信品質を表す品質値を送信機へ送信する。受信機はまた、受信した多数のデータパケットに関する情報を保存し、かつ、本発明の方法はまた、少なくとも、送信機と受信機との間の通信を受信及び転送することが可能な中継無線機としての第３の無線機の使用を含む。

本発明の中継無線機及び送信機の両方は、１つ以上のいわゆる複合（composite）パケットにデータパケットを符号化し、複合パケットを受信機へ送信することもできる。

受信機において保存される情報は、正確に受信されたパケットのデータと誤りを含む受信パケットの受信品質に関する情報を含み、それらのパケットのデータを代表する符号化されていない情報（“軟”情報）も同様である。受信機において保存された情報は、受信機によって、複合パケットを復号するために使用され、それにより、複合パケットを含むパケットのデータを抽出される。

従って、本発明によれば、中継無線機は、例えば、パケットを符号化して受信機へ再送できるこれまでに周知の中継無線機よりも、積極的な役割を果たし得るとともに、それにより、エンド・ツー・エンドの通信品質が向上するであろう。

本発明におけるこの効果及び他の効果は、以下の詳細な説明からもより明確に明らかとなろう。

本発明の一実施形態において、受信機が誤りを含んで受信しているデータパケットの受信品質を代表する、受信機が送信機へ送信する品質値は、問題となっているデータパケットに関するいわゆるＮＡＣＫメッセージである。別の実施形態において、当該品質値は、受信機において問題となっているデータパケットの、複数の受信品質値の１つを表す値である。

さらに、本発明の一実施形態において、誤りを含んで受信されたパケットに関する受信機からの品質値は、何れのパケットを符号化し、それに続いて複合データパケットとして受信機へ送信するかを決定するために使用される。当該複合パケットは、記受信機の復号において当該複合パケットの中の個々のパケットと、それら個々のパケットの中のデータとの両方を識別できるように符号化される。典型的には、当該複合パケットは、受信機によって誤りを含んで受信されている、少なくとも１つの以前に送信されたパケットを含むパケットである。

本発明はまた、本発明のシステムにおけるユーザ端末、即ち、受信機として使用される無線機だけでなく、本発明のシステムにおける送信機又は中継局として使用される無線機を開示する。

本発明が適用され得る基本的なシステムを示す図である。 、 図１のシステムにおけるイベントを示す図である。 図１のシステムの変形を示す図である。 本発明で使用する符号化の一例を示す図である。 式を示す図である。 本発明の第１の無線機の機能的なブロック図である。 本発明の第２の無線機の機能的なブロック図である。 本発明の方法の大まかなブロック図である。

以下では、添付の図面を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。

図１は、本発明が適用され得るシステム１００の基本的な概観を示す。図１に示すように、当該システムは、第１の無線機１１０“ＴＸ”を含み、第１の無線機は、当該システムの第２の無線機１２０へ送るデータを有する。

図１に同様に示すように、本発明のシステム１００は、中継送信機１３０“ＲＳ”としての役割を果たす無線機を含む。

本発明の基本的な機能
本明細書では本発明について深く説明するが、本発明の基本的な機能についての冒頭の説明は、読者の発明全体の理解を深めるであろうから、図１を参照して、そのような説明を最初に提供する。

システム１００において、通常は無線機１１０からのデータパケットの形であるトラヒックは、当該トラヒックの宛先、即ち、無線機１２０へ送信される。当該トラヒックはまた、中継無線機ＲＳ１３０による“オーバーヘッド”でもあり得る。

無線機又は“受信機”１２０が、送信機１１０から送信されたデータパケットを正確に受信することが可能な場合、送信機からそれらのパケットを再送する必要はないだろう。送信機から受信機へのデータパケットは、符号化されずに送信され得るか、又は、例えば、ＦＥＣ符号化（前方誤り訂正）等の様々な種類の誤り訂正符号が施されて送信され得る。本明細書で使用する“正確に受信（properly receive）”という用語は、誤り訂正符号化なしで送信されたデータパケットの誤りのない受信、又は、例えばＦＥＣ符号化が施されて送信されたデータパケットの場合、データパケットが受信され、適切に復号、即ち誤りなしに復号されることを意味する。“正確に受信される（properly received）”と逆のことを表すために本明細書で使用する用語は、“誤りを含んで受信される（received with errors）”という用語である。

従って、本発明によれば、例えば、劣悪な受信品質に起因して受信機１２０が誤りを含んで受信するデータパケットの場合、受信機１２０は、それらのパケットのデータを保存し、それらのパケットのいわゆる“軟情報（soft information）”も同様である。パケットに関する“軟情報”の概念は、本明細書において以下でさらに詳細に説明する。さらに、受信機はまた、正確に受信したパケットからのデータも保存する。

実用的には、正確に受信されたパケット又は正確に受信された複合パケットと、誤りを含んで受信され、かつ、軟情報で表されるパケット又は複合パケットとは、受信機で一定時間保存され、それにより、保存された情報を、その後に受信される複合パケットの復号における事前情報として使用する機会が与えられるようにする。これを目的とした当該時間は、限定されることなく、例えば、タイマで管理された、情報の種類に対して一意でもよい時間であってもよく、あるいは、送信ノードは、どの情報を廃棄し又は逆に維持するのかを指示するメッセージを送信してもよい。

上述から明らかなように、また図１に示すように、本発明が対象とするシステムは、中継局又は中継無線機１３０を使用し、それは、近接して、又は受信条件に関して受信機１２０と比較して送信機１１０に対してより有利な位置に、適切に位置付けられる。

中継無線機１３０は、受信機１２０に全く届いていないパケットを再送するだけでなく、受信機１２０が誤りを含むデータパケットを受信する場合、それらのデータパケットを再送するために使用され得る。

中継送信機は、何が正しく受信されているかに関する受信機１２０からのフィードバックを用いて、あるいは何が誤りを含んで受信されているかに関するフィードバックを用いて、パケットの再送を実現する。受信機１２０から中継無線機１３０へのフィードバックが、正確に受信されているデータパケットの情報を含む場合、中継無線機は、何れのデータパケットを再送する必要があるかを決定するためにこれを使用し得る。

本発明によれば、送信機１１０及び中継無線機１３０は、複数のパケットを１つ以上のいわゆる“複合パケット”へ符号化することによって、それぞれの再送を実行する。ここで、複合パケットは、以下でより詳細に説明する概念であるが、受信機１２０で受信される少なくとも１つの誤りを含むパケットを含むパケットである。当該符号化は、例えば、連続体又は有限体の２つ以上のベクトルの重み付け線形加算であってもよい。

有限体の加算の一例は、ビット単位のＸＯＲ演算であり、ＧＦ（２）の加算で表される。未処理の（outstanding）パケット、即ち誤りを含んで受信されたパケット又は全く受信されていないパケットを含む中継無線機１３０からの複合パケットと、正確に受信されたパケットから保存されたデータとともに、前述のように保存されたいわゆる“軟情報”とに基づいて、受信機１２０は未処理のパケットを復号できる。

中継無線機１３０から受信局１２０によって受信されるが、受信機１２０が復号することができない複合パケットは、本発明によれば、誤りを含んで受信された他の何れかのパケットとして受信機１２０によって取り扱われ、即ち、それらは、“軟情報”とともに保存され、かつ、受信機はそれらのパケットが復号不可能であるというフィードバック情報を送信する。

本発明の詳細な機能
以下では、最初に図２ａを参照して本発明の機能のより詳細な説明を行うが、ここで図２ａは、時点Ｔ１〜Ｔ４の４つの点における、図１のシステム１００等のシステムを示す。１つの中継局及び２つのデータパケットの使用のみを説明するが、これは明確化の目的のためにすぎず、本発明は、１つ以上の中継局を有し、かつ、基本的に任意の量のデータパケットの伝送のためのシステムに適用し得ることは、理解されるべきである。

ここで図２ａを参照すると、Ｔ１において、送信機“ＴＸ”は、図２ａにおいて“Ａ”で示す第１のデータパケットを送信し、これは、中継無線機“ＲＳ”によって正確に受信される。第１のパケット“Ａ”はまた、対象とする受信機“ＲＸ”によって受信されるが、ＲＸは、例えば劣悪な信号品質に起因して誤りを含んでそれを受信する。

Ｔ２において、送信機“ＴＸ”は、図２ａにおいて“Ｂ”で示す第２のデータパケットを送信する。第２のデータパケット“Ｂ”も対象とする受信機“ＲＸ”で受信されるが、それは誤りを含む。

両方の場合において、受信機“ＲＸ”は、誤りを含むにもかかわらずパケットを何とか受信しているため、当該受信機は、パケットＡ及びＢに関する前述の“軟情報”を保存する。“軟情報”についての本発明の概念は、以下で詳細に説明するが、次のように簡単に説明し得る。データビット又はデータシンボルの軟情報は、硬判定復号ビットよりも高い分解能を有する、データビット又はデータシンボルの品質を表す値である。この高い分解能は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）から出力される２レベルよりも大きいレベルを使用することによって実現され得る。

別の表現としては、１のビットと０のビットとの間の尤度比を定めることと、これを表現するために２レベル以上の分解能を使用することである。軟情報で表されたビット又はシンボルが合成され、かつ、当該ビット又はシンボルの、より高い品質の新たな軟情報が生成されるため、受信機が、同一の情報の複製、又は少なくとも部分的に同一の情報を含む符号語を受信する場合には、軟情報の使用は受信機において有益である。

データパケットのデータ品質情報（ＤＱＩ）は、受信機におけるデータパケットの受信品質の測定値又は表現である。ＤＱＩは、パケットについての復号可能性のレベルを表し、スカラー、ベクトル、又はさらに行列によって表され得る。本発明の発明者は、一般にスカラーで足りることを示している。

いくつかの例を与えるために、ＤＱＩは、平均ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）の測定値、平均ＬＬＲ（対数尤度比）の測定値、又はさらにＬＬＲの分散と同様に平均ＬＬＲの測定値であってもよい。

ＬＬＲの確率密度関数をより正確に記述するために、平均及び分散よりも高次の、ＬＬＲの統計的モーメントがさらに使用されてもよく、例えば、３次のモーメントである。

Ｔ１の後、あるいはＴ２の後に、受信機ＲＸは、中継局ＲＳと同様に、（それぞれ）ＡＣＫ又はＮＡＣＫの形式で（肯定的又は否定的な）応答を送信機ＴＸへ送信し得る。従って、遅くともＴ２の後に、送信機ＴＸは、送信機が送信しているパケットＡ及びＢの何れが２つのノードＲＸ及びＲＳの何れで受信されていることを知る。

本発明によれば、受信機ＲＸが受信していない、又は誤りを含んで受信されているパケットの再送は、送信機から中継無線機へ委任される。この委任は、多数の方法で行うことができ、以下はそのいくつかである。
・送信機は、中継無線機によって再送されるべき１つ以上のパケットを中継無線機へ信号で伝え、また、複数のパケットが１つの新たなパケット、即ち、複合パケットとして再送される場合に、場合によってはどの符号化を使用すべきか、即ち、いわゆる複合パケットを形成する方法をも伝える。
・送信機は、１つ又は複数の何れのパケットを再送するかを中継無線機に信号で伝えるが、中継無線機は、何れのパケットを複合パケットに符号化するか、及び場合によっては合成を実行する方法にも及ぶ場合には、送信機によって“自由”を与えられる。中継無線機は、例えば、受信機ＲＸからのＡＣＫ／ＮＡＣＫのフィードバックに基づいてこれらを決定してもよく、場合によっては、受信機からの瞬時チャネル状態情報も同様である。
・何れのデータパケットを再送するか、及びそれらをどのように符号化するかに関する決定は、送信機によって中継局へ完全に委任されてもよい。
・送信機は、何れのデータパケットが受信機へ再送されるべきか、及びどのようにそれらが複合パケットへ符号化されるべきかに関して、中継無線機へ明示的に指示する。
・中継無線機は、何れのデータパケットを再送するのかを独立に決定してもよく、いつどのようにそれらを複合パケットへ符号化するかについても同様である。

本発明の説明において、通常の単一のデータパケット、即ち、２つ以上のパケットが一緒に符号化されている複合パケットではないパケットを送信するために、中継は、送信機によって命令されてもよく、又は独自に決定してもよいことに留意すべきである。

中継無線機が初めて複合パケットを送信する場合、それまでの２つのデータパケットの新たな線形結合である複合パケット（“ＣＰ”）が、符号化によって作成される。このＣＰは、その後受信され、ＦＥＣが使用されている場合にはＦＥＣ復号されるとともに、それまでに誤りを含んで受信されたパケットであってその後軟情報として保存されているパケットだけでなく、誤りを含まないパケットのような、適切な事前保存情報に基づいて受信機において復号される。

図２ａに示す場合において、受信されていない又は復号されていないパケットは、パケットＡ及びＢであり、符号化された複合パケットは、それによりパケットＡ及びＢから成り、図２ａのＴ３に示すように、一実施形態においてＡ＋Ｂとして符号化される。Ｔ３において、ＲＳがＣＰ（Ａ＋Ｂ）を送信している場合、受信機ＲＳは、ＣＰをパケットＡ及びＢへ、それまでに保存した（軟）情報を用いて受信及び符号化することを試みる。

受信機ＲＸにおいて、受信及びそれに続いて試みる復号についていくつかの結果が起こり得る。そのような結果の１つは、受信機における受信信号の強度が十分である場合に、受信機においてＡ及びＢの両方を復号可能であることである。受信機においてそれまでに保存した軟情報に応じて、Ａ及びＢのうちの１つのみを復号することも可能である。その場合、他のパケットの軟情報を、当該パケットの軟情報の“品質が改善されたバージョン”へさらに更新可能であり、それは、後に当該パケットを含む新たなＣＰを受信した際に使用され得る。最終的に、受信機ＲＸがデータパケットＡ及びＢの何れも復号不可能な場合もあり得る。

ＲＸがパケットＡ又はパケットＢの何れをも復号不可能である場合、図２ａのＴ４に示すように、中継無線機ＲＳは、Ａ及びＢに基づいて新たに符号化された複合パケット（ＣＰ）を、受信機ＲＸからの応答のフィードバック（ＮＡＣＫ）に基づいて再送し得る。しかし、以前に（Ｔ３）使用したＡ＋ＢのＣＰ符号化は、Ｔ４に対して使用するのにはあまり適しておらず、実際には、符号化の有限体において、以前に（Ｔ３）に送信したＡ＋ＢのＣＰと線形従属であり、それにより受信機は、２つのＣＰのみを用いてＡ及びＢを復号することはできないであろう。従って、ここで示すケースにおいては、Ａ及びＢを、例えば、Ａ＋２Ｂ、又はＡ−Ｂ等の別の線形符号化を用いて再送するほうがよい。しかし、そうする場合に、体のサイズを数｛０，１｝を用いてＧＦ（２）に制限することは十分ではなく、数｛０，１，２，３｝を用いるＧＦ（４）等の、より大きなサイズの体が必要となる。

同一の組織情報を複数回送信する“チェイス合成（chase combining）”の精神にある程度類似した線形符号化の使用は別として、中継受信機ＲＳが、Ｈ−ＡＲＱに基づく増加的冗長性（incremental redundancy）の精神に類似した新たなパリティ情報、及び、同時に異なるパケットからの混合した情報を生成することは可能である。そのようなＨＡＲＱは、当該分野における当業者にとって周知であり、そのため本明細書でさらに詳細に説明することはしない。

図２ｂは、送信機（ＴＸ）１１０が受信機（ＲＸ）１２０へ送信する図１の参照番号を使用して、システム１００の機能の概観を概略的に示す。このデータは、中継局（ＲＳ）１３０による“オーバーヘッド”でもあり得るとともに、当該中継局は、それらの２つのパーティ、即ち送信機及び受信機の何れかよりも、受信機１１０と受信機１２０との間の通信を“立ち聞きする”ために有利な位置であるように位置付けられる。

受信機（ＲＸ）１２０は、受信機を誤りを含んで受信しているデータパケットの受信品質を表す品質値の形式で、送信機１１０へフィードバックを送信する。当該フィードバックについては、送信機１１０へ直接的に送信することができ、又はそれは中継局１３０によるオーバーヘッドであるため、中継局から送信機１１０へ再送することもできる。

次に、当該フィードバックは、図２ａに関連して上述した手法で、また以下でより詳細に説明するように、送信機によって使用される。

図３は、本発明を適用し得るシステム３００の別の実施形態を示し、図１及び２ｂと同一の構成要素は、それらの参照番号を維持している。図３からわかるように、これまでの図に示したシステムと比較した差異は、図３に示すシステム３００が第２の中継無線機３３０を使用することであり、それは第１の中継無線機１３０と“並列に”配置される。そのようなシステムはしばしば“協調中継（cooperative relaying）”と称される。本発明は、おおよそ任意の量の、並列に配置される中継無線機を用いて使用され得る。

図３に示すように、複数の中継を並列に使用する場合、本発明の一実施形態では、異なる中継無線機が、他の中継無線機の１つによって転送されたＣＰの線形結合である複合パケットを生成できないような符号生成器（又は符号生成器を起動するために使用するシード（seed））が、異なる中継無線機に対して割り当てられ得る。

さらに、リンク層及びトランスポート層のＡＲＱプロトコルは、同一のシーケンス番号を使用でき、それによりアドレスのオーバーヘッドを低減し得ることに言及することができる。しかしながら、本発明は、リンク層及びトランスポート層のプロトコルが分離されている場合に使用され得る。

上記の説明では、これから深く説明するいくつかの概念が使用されている。これらの概念は以下のとおりである。
・軟情報
・ＤＱＩ（データ品質情報）
・符号化
・復号
・“チェイス合成”を含む合成

軟情報：
受信機におけるデータビット又はデータシンボルの受信品質のレベルである。

データ品質情報（ＤＱＩ）：
これまでに説明した、データパケットについての受信機の軟情報に関する送信機へのフィードバックは、適切にはいわゆるＤＱＩ（データ品質情報）であり、それは、受信機におけるデータパケット、複合又はその他のパケットの受信品質の測定値又は表現である。ＤＱＩは、パケットの復号可能性のレベルを表し、スカラー、ベクトル、又はさらには行列によって表現され得る。本発明の発明者は、一般にスカラーで十分であることを示している。いくつかの例を与えるために、ＤＱＩは、平均ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）の測定値、平均ＬＬＲ（対数尤度比）の測定値、又はさらにＬＬＲの分散と同様に平均ＬＬＲの測定値であってもよい。しかしながら、最も単純な形式のＤＱＩに関するフィードバックの変形は、いわゆる“ＮＡＣＫ”（否定応答）であり、これにより、問題となっているデータパケットを受信機が正確に受信していないこと、又は受信機がデータを全く受信していないことを送信機に通知するためである。

ＬＬＲの確率密度関数をより正確に記述するために、平均及び分散よりも高次の、ＬＬＲの統計的モーメントがさらに使用されてもよく、例えば、３次のモーメントである。ＤＱＩは、本発明において“自（own）”パケット、即ちそれらを受信する受信機を対象としたパケットに関するものであってもよく、あるいはＤＱＩは、“オーバーヘッド”パケット、即ち第１の受信機によって受信されるが第２の受信機を宛先としたパケットであってもよく、さらにＤＱＩは、複数の受信ノード、それらのうちの１つである“自”ノード、又はそれ以外を宛先とした情報を含むＣＰに関するものであってもよい。ＤＱＩは、パケットが復号されていることを示すＡＣＫメッセージで構成されていてもよく、ＡＣＫは単に全ての及び完全な復号可能性を信号で伝えるにすぎないためである。例えば、ＤＱＩがｂビットのスカラーとして表現されている場合、２^b個の取り得るワードの１つがＡＣＫに相当する。ＡＣＫは、ＧＰの符号化に依存して、“自”パケット、オーバーヘッドパケット、又はＣＰ、即ち共有情報を有するパケットが、正確に受信されたことを示し得ることを指摘できる。

上述のように、ＤＱＩは、ＧＰの受信品質を表すとともに受信機１２０から送信機１１０へフィードバックされる測定値であり、場合によっては中継無線機１３０によるオーバーヘッドである。このように本発明のシステムにおいて、図１、２ａ、２ｂ及び３に示す受信機１２０のような受信機は、ＤＱＩを測定する手段と、測定されたＤＱＩを代表する値を送信機１１０へ送り返す手段とを有する。ＤＱＩを測定する手段は、適切にはアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を有し、受信したビットストリーム又はパッケージの中のビットの品質が、パケット全体についての集合体（aggregate）として測定又は推定され得る。

受信機から送信機へフィードバックされる情報の正確な性質に関しては、いくつかの実施形態が予定されており、それらは、ビットごとの品質、又は既知の式とともに、推定された確率分布関数及び累積分布関数、即ちパッケージの“ビットごとの品質”のＰＤＦ／ＣＤＦを記述するパラメータを含む。さらに、本発明では、ビットごとの品質の推定ＰＤＦ／ＣＤＦのモーメント（即ち、平均や分散等）等の、よりコンパクトな統計的測定値も、使用されることが予定されている。当然ながら、ビットごとの品質情報をフィードバックするには、多くの量のリソースを使用し得るため、ＰＤＦ／ＣＤＦパラメータ又は統計的モーメントのような、よりコンパクトかつリソース効率のよいフィードバック形式が望まれる。特に、品質の平均値は、フィードバックにとって重要である。さらに、情報を圧縮する手段も使用され得る。

“ビットごと”に関する品質を議論する際に、ここで検討する２つの変形は、符号化ビットとデータビットである。復号によって何ら遅延を生じない高速なフィードバックが可能であるため、以下では符号化ビットを好適な実施形態において使用する。

ＤＱＩとして使用される品質測定値に関し、当該品質測定値は、復号された各ビット（あるいは符号化されたビット）についての対数尤度比（ＬＬＲ）の測定値であってもよい。ＬＬＲは、符号化の分野で共通に使用されており、次式によってしばしば定義される。

上記の表現［１］において、Ｐは確率、ｘは送信ビットの値、及びｒは受信値である。受信値ｒは、チャネル減衰ｈ及び雑音ｎによって影響を受けている可能性があり、それにより、ｒ＝ｈｓ＋ｎで、ｘは、例えばバイナリＰＳＫ信号ｓにマッピングされており、ここで、バイナリ値ｘ＝１又は１のそれぞれに対応して、ｘが値＋１及び−１と想定され得る。尤度比ＬＲ又は上記の［１］のＬ_iは、時には確率の比の逆数で定義されてもよい。

ＬＬＲの概念をさらに説明するために、無線チャネルの合理的な近似である加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネル、即ち、
ｒ＝ｈｓ＋ｎ ［２］
について検討する。上記の［２］において、ｈは（チャネル利得だけでなく送信側の増幅器の利得を含む）複素利得の要素であり、ｎはσ²の分散を有する複素ガウス雑音であり、ｓは直交振幅変調（ＱＡＭ）、位相偏移変調（ＰＳＫ）又は他の何れかの変調方式等の信号コンスタレーションである。一例として、パルス振幅変調（ＰＳＭ）の場合に関して、ＬＬＲは次のように知られている。
ＬＬＲ＝ｒｅ｛２ｈ＊ｒ／σ²} ［３］
式［１］及び式［３］を組み合わせると、及びｘ＝０の使用はｓ＝１が送信されることを示し、ｘ＝１の使用はｓ＝−１が送信されることを示す。

ＤＱＩとして推定された平均ＬＬＲ値を送信機へのフィードバックとして使用することに対する別の方法として、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）をＧＰについて代わりに使用することも可能であろう。

しかしながら、以下では、読者による本発明の理解を容易にするために、ただしそれにより本発明を限定することなく、データパケットの平均ＬＬＲを、当該データパケットに対するＤＱＩとして使用するものとする。

符号化：
このように上述から明らかなように、データパケットを複合パケットへ符号化するために、本発明のシステム１００，３００における、図１、２ａ、２ｂ、３の送信機１１０のような送信機（例えば、セルラ電話システムにおける基地局／ノードＢ／ｅノードＢ）によって、符号化が使用される。図４は、本発明の好適な実施形態において送信機によって使用される符号化の一例を示す。第２のデータパケット（ＤＰ２）とともに第１のデータパケット（ＤＰ１）４１０を示している。図に示すように、ＤＰ４１０，４２０の各々は、多数のセグメントを含み、図４に示す例において、各ＤＰの中に８つのセグメントが存在し、当然ながらそれはＤＰのセグメントの数の一例にすぎない。

各セグメントのサイズ、即ちセグメントに含まれるビット数は、使用される符号化の種類に依存する。例えば、いわゆる有限体の加算が使用される場合、より具体的には、有限体がいわゆるガロア体（ＧＦ）である場合、セグメントのサイズはガロア体のサイズに依存する。ＧＦ（２⁸）、即ち２５６個の異なる要素を有するＧＦが使用される場合、当該有限体に対して、及びそれにより各セグメントに対しても、８ビットが必要とされる。バイナリ表現、即ち０及び１の表現を使用する場合、有限体はＧＦ（２）であり、それにより単一のビットセグメントを生じる。ＧＦ（２）の加算は、図４に示すように、ビット単位のＸＯＲ演算である。セグメントの数は、各データパケットのビット数と有限体のサイズとに依存する。例えば、Ｌビットのパケットの場合、セグメントの数はＧＦ（２^m）に対してｃｅｉｌ（Ｌ／ｍ）であり、ここで“ｃｅｉｌ”は上側で最も近い整数に丸める関数である。

図４に示すように、第１の重み係数Ｗ₁が、第１のデータパケットＤＰ１の各セグメントに適用され、第２の重み係数Ｗ₂が第２のデータパケットＤＰ２の各セグメントに適用される。

２つのデータパケットＤＰ１及びＤＰ２は、図４のＣＰ１（３３０）に示すように、複合パッケージに達するためにセグメントごとに加算される。

図４に示す符号化の数学的な表現は、以下のとおりである。
Ｃ＝Ｗ・Ｄ ［４］
ここで、Ｃは送信機ごとにこれまで送信された全ての一般的なパケットを表すベクトル、Ｄはこれまでに複合パケットへ符号化された全ての（通常の）パケットのベクトル、及びＷは重み行列である。重み行列の行が０ではない要素を１つのみ含む場合、通常のパケットが送信される一方で、複数の０でない要素は複合パケットに対応する。

式［４］において、当該演算は、例えば連続的又は離散的な無限体において行われ得るが、望ましくは、ガロア体ＧＦ（ｐ^m）等の離散的な有限体で実行され、ｐは素数、ｍは０より大きい正の整数である。

ここで、本発明は図４及び式［４］に示す符号化に限定されることはなく、本発明の複合パケットにおける個々のパケットのケースのように、異なる部分の情報、特に異なるユーザに対して指定された情報を結合（merge）／混合（mix）／符号化（code）するために、他の非線形な符号化方式も使用することができる。

合成：
上述から明らかなように、受信機１２０は、受信パケットにおいて誤りなくパケットを受信する可能性を高めるために、通常のデータパケットに加えて、複合データパケットの存在に適合する合成技術を使用する。受信データパケットを合成する１つの方法は、いわゆるチェイス合成によるものである。しかしながら、本発明はいわゆる複合パケットを使用することができるため、伝統的なチェイス合成技術を使用することはできず、以下ではその代わりに適切な合成の変形について説明する。

複合パケット用に修正された、ガロア体（２）、ＧＦ（２）の符号化を用いるチェイス合成ベースの類似した演算を例示するが、これは一例にすぎず、本発明は決してこのケースに限定されることはない。Ｃ₁＝Ｄ₁（ここで“Ｃ”は上記の式[1]のＣである）がユーザｕ₁に対して指定されたパケットＤ₁と、Ｃ₂＝Ｄ₂がユーザｕ₂に対して指定されたパケットＤ₂との各ビットについて、無線機１２０，１３０の合成及び復号ブロック６２０が、ＧＦ（２）において複合パケット

を、即ちビット単位のＸＯＲで形成（即ち符号化）することを想定する。ｕ₁に注目し、当該ユーザはＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃の劣化したバージョンを受信し、これに基づいて、ｕ₁はＤ₁を推定しなければならない。

ここで、Ｄ₁に対する改善されたＬＬＲを算出及び更新してみる。まず初めに、

と等価的に書けることがわかるであろう。受信した一般的なパケットＣ₂及びＣ₃の観測値、即ちｒ₂及びｒ₃にそれぞれ基づいて、尤度比を取得できる。ここでは式３と称する、結果として生じる式を添付の図５に示す。

式３の最も右側において、［２］が使用されている。ここで、式３は、Ｄ₁に対する更新された（ビット単位の）ＬＬＲを以下の［５］に示すように計算することを可能にする。

［５］において、ｊ∈｛１，２｝であるｊ番目のＧＰのパケットが何れであるか、及びそれを受信するｕ番目のノードが何れであるかを示す、ＬＬＲに関する概念Ｌ_juを導入している。

同様に、ユーザ２は、その（それぞれのビットに関する）“尤度”を、

を使用することによって更新及び改善し得る。

復号：
本発明の図１、２ａ、２ｂ及び３の受信機１２０のような無線機において使用され得る復号方法の一例は、いわゆる“増加的冗長性（Incremental redundancy）”であり、増加的冗長性をベースとしたＭＵ−ＨＡＲＱに対して、時には“メッセージ・パッシング・アルゴリズム”とも称する、周知のいわゆる“確率伝搬（belief propagation）アルゴリズム”が復号に使用され得る。確率伝搬を使用する利点は、本発明のシステムをパケット間の簡易なビット単位のＸＯＲ演算に限定することがないことであり、例えば畳み込み符号、ターボ符号、ＬＤＰＣ符号等の他の符号も使用し得ることである。一般的に、増加的冗長性の別の利点は、付加的な符号化利得が得られることであり、それにより、性能を改善し、あるいは同一の性能レベルがより低いＳＮＲで達成できることである。

代替的な実施形態において、システムの１つ以上の受信機は、ＤＱＩだけでなくＣＱＩ（チャネル品質情報）をシステムの送信機に対して送信できる。ＣＱＩは、チャネル品質の測定値であり、望ましくは信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）又は信号対雑音比（ＳＮＲで達成）として表現される。

本発明の送信機又は中継無線機として使用される無線機６００の機能的なブロックのブロック図を図６に示す。これまでに説明したように、本発明の一態様において、中継無線機はおおよそ自立的に動作することができ、その場合において中継無線機は送信機と同一の機能ブロックを基本的に必要とする。当然ながら、中継無線機が送信機によってある程度制御される用途においては、対応する機能が送信機によって実行される場合、及び中継無線機が単に“スレーブ無線機”である場合、中継無線機は、例えば、スケジューリング及び符号化ユニットを必要としない。

図６に示すように、無線機６００は、スケジューリング及び符号化ユニット（ＳＣＵ）６４７、及び送信前にデータを符号化する１つのユニット“符号化”６４３を有するだけでなく、システムの中の１つの受信機又は複数の受信機からＤＱＩ（又は受信機からの軟情報のあらゆる表現）を受信する１つのブロック６４５を有する。さらに、無線機６００は、通信用のデータを受信するユニット６４１も有し、即ちユニット６４１は、１つ以上のデータバッファを有するであろう。

ユニット６４１は、パケットが対象ユーザによって受信されるまでの間、送信するデータパケットを保存し、それはパケットの応答を用いて、対象ユーザ、即ち受信機からのフィードバックによって決定され得る。ＳＣＵ６４７は、６４１に存在する内容の知識を用いて、何れのパケットを、即ち複合パケットとして一緒に符号化すべきか、及びどのような重みを用いて符号化すべきかを決定する。従って、送信の際に、ＳＣＵ６４７は、パケットを符号化器６４３へ送る（又は等価的には取ってきて（fetched）及び転送する）ことを命じる。ここで、符号化演算は見出し“符号化”以下で上述したように適切に行われる。図６に示すように、送信機は、システムの中の他のパーティへ情報を送信し、及び他のパーティから情報を受信するアンテナ６１０を有する。シンボリックなアンテナ６１０は、送信機６００がアンテナだけでなく受信部及び送信部を有することを示すようにも意図されている。これらの構成要素は、当該分野の当業者にとって周知であるため、本明細書で詳細には説明しない。しかしながら、アンテナ及び受信部／送信部は、本明細書で以下に説明するように、中継無線機が動作し得る自立性の程度に関する送信機からの指示を受信するためにも使用され得る。

符号化器６４３は、本質的に図４に関連して上述してきたように動作し、従ってここではより詳細に説明しない。ＤＱＩユニット６４５の機能は、基本的に、システムの中の１つ又は複数の受信機からＤＱＩ値を受信することと、ＤＱＩ値をＳＣＵ６４７及びデータユニット６４１に対して分配することである。

ＳＣＵ６４７の機能は以下のとおりである。ＳＣＵ６４７は、パケット、複合パケット又はそれ以外の形式で１つ又は複数の何れのパケットを送信するかと、何れの符号重みを使用するかと、それまでに送信されたＧＰの受信品質を代表する値、即ち受信機６００によって受信されているＤＱＩ値だけでなく、ＳＣＵがデータユニット又はバッファ６１４のバッファが含む内容の知識を何れの端部（end）へ使用するかとを、決定する。

一実施形態において、ユニット６５４，６４７，６４０及び６４３は、例えば、マイクロコンピュータのような計算ユニットに全て含まれる。しかしながら、これらのユニットは、１つ以上の計算ユニットの様々な組み合わせに含まれてもよく、計算ユニット外部のメモリにも依存し得る。

図７は、図１及び３に示す受信機のような本発明で使用する受信機７００の機能的なブロック図を示す。図７に示すように、受信機、又はどちらかと言えば無線機７００は、システムの送信機（セルラシステムにおけるＲＢＳ／ノードＢ／ｅノードＢ）と情報をやりとりするアンテナ７１０、合成及び復号ブロック７２０、並びに“既知の事前情報ブロック”７３０を有する。アンテナ７１０の機能は、自明であり、即ちデータの送信及び受信を支援することである。ブロック７２０及び７３０の機能は以下のとおりである。

無線機７００は、受信する任意の及び全てのパケットを復号することを試みる。その際、それまでに受信及び保存したデータパケット、複合パケット又はそれ以外の事前情報を使用する必要があり得る。この事前情報は、典型的にはビットごとのＬＬＲ情報、又は単にデジタル化した受信シンボルである。それまでに受信したパケットについての事前情報は、そのために受信機のメモリである事前既知情報ブロック７２０において適切に保存され、望ましくは無線機７００によってパケットが受信された際に更新されることで改善され得る。

本発明の受信する無線機７００の基本的なアイデアは、例えばデータパケットのような情報の複数の部分を復号及び合成することである。データパケットは、無線機によって少なくとも１回実行される送信機への中間のフィードバックを用いて、最も少ない２つの異なる場合に受信されるべきである。復号及び合成は上述の見出し“合成”以下で説明した手法で適切に実行される。

中心的なアイデアは、少なくとも以下を使用して、それ自身、即ち無線機７００を宛先とした情報の質を向上させることである。
・復号されていない軟情報
・混成（mixed）された、即ち複合パケットの形式の符号化情報
図８は、本発明の方法８００の大まかなブロック図を示し、任意的な又は代替的なステップを破線で示している。当該方法の大部分は上記の説明から明らかであるので、フローチャートのステップについては、以下で簡潔な記載のみを行っている。

従ってステップ８０５に示すように、本発明のシステムの受信機は、受信機が受信している誤りを含むパケットの受信品質を表す品質値を、送信機に対して送信し、また、ステップ８１０に示すように、受信機は、多数の受信データパケットに関する情報を保存する。

ステップ８１５は、送信機と受信機との間の通信を受信及び転送することが可能な中継無線機として、少なくとも第３の無線機の使用を本方法が含むことを示しており、また、ステップ８２０に示すように、中継無線機と送信機との両方は、データパケットを１つ以上の複合パケットに符号化することができ、ステップ８２５で、それらは両方とも受信機へ複合パケットへ送信することもできる。

ステップ８３０は、受信機において保存された情報は、正確に受信されたパケットのデータと、それらのパケットのデータを代表する情報だけでなく、誤りを含む受信されたパケットの受信品質に関する情報とを含む。保存された情報は、ステップ８３５で、複合パケットを復号するために受信機によって使用され、それにより複合パケットを含むパケットのデータが抽出される。

ステップ８４０に示すように、本方法の一実施形態において、送信される品質値は、問題となっているデータパケットに対するＮＡＣＫメッセージであり、また、ステップ８４５に示すように、別の実施形態において、品質値は、受信機において問題となっているデータパケットの複数の受信品質値のうちの１つを表す値であってもよい。

ステップ８６０に示すように、さらなる実施形態において、誤って受信されたパケットに関する受信機からの品質値は、複合データパケットを符号化し、受信機へ送信するために使用され、当該複合パケットは、少なくとも１つの受信機によって誤りを含んで受信されているそれまでに送信されたパケットを含むパケットであり、当該複合パケットは、受信機の復号において、複合パケットの中の個々のパケットと、それら個々のパケットのデータとの両方を識別可能であるように、符号化される。

ステップ８５０に示すように、中継無線機は種々の自立性の程度を有することができ、例えば、以下のとおりである。
・送信機は、受信機によって誤りのために受信されていない１つ以上のパケットの再送を、中継無線機へ委任する。
・送信機は、パケットを複合パケットにどのように符号化するかを決定することと、誤りを含んで受信されたパケットの何れを複合パケットに符号化すべきかを決定することとを、中継無線機へ委任する。
・送信機は、複合パケットを形成するために、何れのパケットを一緒に符号化すべきかに関して、中継無線機へ指示する。
・送信機は、受信機へ再送すべきデータパケットは何れか、及びどのようにそれらを複合パケットに符号化すべきかに関して、中継無線機へ明示的に指示する。
・中継無線機は、何れのデータパケットを再送するか、及びどのようにそれらを複合パケットへ符号化するかを独立に決定する。

本発明は、上述の及び図面に示した実施形態に限定されることはないが、添付の特許請求の範囲の範囲内で自由に変更され得る。

Claims (16)

1. 受信機（１２０）としての第２の無線機へパケットとしてデータを送信する、送信機（１１０）としての第１の無線機が存在する無線通信システム（１００，３００）において使用される方法（８００）であって、
   前記受信機は、該受信機が受信した誤りを含むデータパケットの受信品質を表す品質値を前記送信機へ送信し（８０５）、
   前記受信機は、多数の受信データパケットに関する情報を保存し（８１０）、
   前記方法は、前記送信機と前記受信機との間の通信を受信及び転送することが可能な中継無線機（１３０）として少なくとも第３の無線機の使用をさらに含み（８１５）、
   前記中継無線機及び前記送信機の両方は、データパケットを１つ以上の複合パケットに符号化し（８２０）、かつ、該複合パケットを前記受信機へ送信し（８２５）、
   前記受信機（１２０）において前記保存される情報は、正確に受信されたパケットのデータと、誤りを含んで受信されたパケットの受信品質に関する情報及びそれらのパケットのデータを代表する復号されていない情報とを含み、
   （８３０）、
   前記保存される情報は、複合パケットを復号（８３５）するために前記受信機によって使用され、それにより、該複合パケットを含むパケットのデータが抽出されることを特徴とする方法。
2. 前記品質値は、問題となっている前記データパケットに対するＮＡＣＫメッセージであることを特徴とする請求項１に記載の方法（８００，８４０）。
3. 前記品質値は、前記受信機（１２０）において問題となっている前記データパケットの複数の受信品質値のうちの１つを表す値であることを特徴とする請求項１に記載の方法（８００，８４５）。
4. 誤って受信されたパケットに関する前記受信機（１２０）からの前記品質値は、複合データパケットを符号化して該受信機に対して送信するために使用され、
   前記複合パケットは、
   誤りを含んで前記受信機に受信されている、以前に送信された少なくとも１つのパケットを含み、
   前記受信機の復号において前記複合パケットの中の個々のパケットと該個々のパケットの中のデータとの両方を識別できるように符号化されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法（８００，８５５）。
5. 前記送信機は、前記受信機によって誤りのために受信されていない１つ以上のパケットの再送を、前記中継無線機へ委任することを特徴とする請求項４に記載の方法（８００，８５０）。
6. 前記送信機は、前記パケットを前記複合パケットにどのように符号化するかを決定することと、誤りを含んで受信された前記パケットの何れを前記複合パケットに符号化すべきかを決定することとを、前記中継無線機へさらに委任することを特徴とする請求項５に記載の方法（８００，８５０）。
7. 前記送信機は、前記複合パケットを形成するために、何れのパケットを一緒に符号化すべきかに関して、前記中継無線機へ指示することを特徴とする請求項５に記載の方法（８００，８５０）。
8. 前記送信機は、何れのデータパケットを前記受信機へ再送すべきか、及びどのようにそれらを前記複合パケットに符号化すべきかに関して、前記中継無線機へ明示的に指示することを特徴とする請求項４に記載の方法（８００，８５０）。
9. 前記中継無線機は、何れのデータパケットを再送するか、及びどのようにそれらを複合パケットへ符号化するかを独立に決定することを特徴とする請求項４に記載の方法（８００，８５０）。
   
10. 中継無線機として用いられる無線機（６００）であって、
    送信機と受信機との間でパケットとして送信されるデータの通信を受信し、かつ転送する手段（６１０）と、
    前記受信機が受信している誤りを含むデータパケットの受信品質を表す品質値を、該受信機から受信する手段（６４５）とを備え、
    前記無線機（６００）は、
    データパケットを１つ以上の複合パケットへ符号化する手段（６４３）と、
    前記複合パケットを前記受信機へ送信する手段（６１０）と、
    前記通信をスケジューリングする手段（６４７）と、
    前記中継無線機の動作における自立性の程度に関する指示を前記送信機から受信する手段（６１０）と
    をさらに備える特徴とする無線機。
11. 誤って受信されたパケットに関する前記受信機（１２０）からの品質値は、複合データパケットを符号化して該受信機に対して送信するために使用され、
    前記無線機は、
    誤りを含んで前記受信機に受信されている、以前に送信された少なくとも１つのパケットを含む前記複合パケットを作成する手段（６４７）と、
    前記受信機の復号において前記複合パケットの中の個々のパケットと該個々のパケットのデータとの両方を識別できるように、前記複合パケットを符号化する手段（６４７）と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の無線機（６００）。
12. 前記受信機によって誤りのために受信されていない１つ以上のパケットの再送を実行するために前記送信機から指示を受信可能であり、該指示を実行可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の無線機（６００）。
13. 前記パケットを前記複合パケットにどのように符号化するかを決定することと、誤りを含んで受信された前記パケットの何れを前記複合パケットに符号化すべきかを決定することとを前記無線機に許可するための、前記送信機からの指示を受信可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の無線機（６００）。
14. 前記複合パケットを形成するために、何れのパケットを一緒に符号化すべきかに関する前記送信機からの指示を受信可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の無線機（６００）。
15. 何れのデータパケットを前記受信機へ再送すべきか、及びどのようにそれらを前記複合パケットに符号化すべきかに関する前記送信機からの明示的な指示を受信可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の無線機（６００）。
16. 何れのデータパケットを再送するか、及びどのようにそれらを複合パケットへ符号化するかを独立に決定することが可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の無線機（６００）。

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