JP2012525094A - データパケット中継およびデータパケット復号のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、中継局において、１つまたは複数のユーザ端末からのデータパケットを転送するための技術的スキームと、基地局において、ユーザ端末からの複数のデータパケットを復号するための技術的スキームとを提供する。中継局は、ネットワーク符号化データパケットを獲得するために、１つまたは複数のユーザ端末からの複数のユーザ端末パケットのコピーに対してネットワーク符号化を実行し、データパケットを基地局に送信する。基地局は、１つまたは複数のユーザ端末から複数のユーザ端末パケットのコピーをそれぞれ受信し、また中継局からネットワーク符号化データパケットを受信し、それらに対して合同軟合成および復号を実行する。

Description

本発明は、ワイヤレス中継通信ネットワークに関し、より詳細には、ワイヤレス中継通信ネットワークにおける、中継局でのデータパケット転送、および基地局でのデータパケット復号に関する。

ＬＴＥ−Ａワイヤレス通信ネットワークでは、中継は、増加する容量および拡大するカバレージ範囲をサポートするための、重要な技術的手段と見なされている。アップリンク中継では、複数のユーザ端末からの情報は、中継される必要がある。一般に、各ユーザ端末からの情報は、それぞれ、ｅＮｏｄｅＢノードに中継される。例えば、図１では、中継局２１は、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ受信したデータパケットＰ１およびＰ２を、ｅＮｏｄｅＢノード３１にそれぞれ中継する。２つのデータパケットＰ１およびＰ２がある場合、２つのパケットの長さに相当するリソースが、２つのパケットを伝送するのに必要とされる。

ワイヤレス通信ネットワークでは、通信リンクの無線リソースは非常に制限されているので、無線リソースを節約しながら中継を実行するための何らかのスキームを適用する必要がある。

技術的な背景を踏まえて、本発明は、中継局において、１つまたは複数のユーザ端末からのデータパケットを転送するための技術的スキームと、基地局において、ユーザ端末からのデータパケットを合同軟合成および復号（ｊｏｉｎｔ ｓｏｆｔ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｃｏｄｉｎｇ）するための技術的スキームとを提供する。

本発明の一実施形態によれば、ワイヤレス通信ネットワークの基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号する方法が提供される。方法は、以下のステップを、すなわち、１つまたは複数のユーザ端末から複数のユーザ端末パケットのコピーを、また中継局からネットワーク符号化データパケットを受信するステップであって、前記ネットワーク符号化データパケットが、前記中継局が前記１つまたは複数のユーザ端末からそれぞれ受信した複数のユーザ端末パケットのコピーに対してネットワーク符号化を実行した後に獲得される、ステップと、複数のユーザ端末パケットの前記コピーおよび前記ネットワーク符号化データパケットに対して合同軟合成および復号を実行するステップとを含む。

本発明の別の実施形態によれば、ワイヤレス通信ネットワークの中継局において複数のユーザ端末からのデータパケットを転送する方法が提供される。方法は、以下のステップを、すなわち、１つまたは複数のユーザ端末から複数のデータパケットのコピーをそれぞれ受信するステップと、ネットワーク符号化データパケットを獲得するために、複数のデータパケットの前記コピーに対してネットワーク符号化処理を実行するステップと、前記ネットワーク符号化データパケットを基地局に送信するステップとを含む。

本発明のまた別の実施形態によれば、ワイヤレス通信ネットワークの基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号するための復号装置が提供される。復号装置は、１つまたは複数のユーザ端末から複数のユーザ端末パケットのコピーを、また中継局からネットワーク符号化データパケットを受信するための第１の受信ユニットであって、前記ネットワーク符号化データパケットが、前記中継局が前記１つまたは複数のユーザ端末からそれぞれ受信した複数のユーザ端末パケットの前記コピーに対してネットワーク符号化を実行した後に獲得される、第１の受信ユニットと、複数のユーザ端末パケットの前記コピーおよび前記ネットワーク符号化データパケットに対して合同軟合成および復号を実行するための軟合成および復号ユニットとを備える。

本発明のさらなる実施形態によれば、ワイヤレス通信ネットワークの中継局において複数のユーザ端末からのデータパケットを転送するための転送装置が提供される。転送装置は、１つまたは複数のユーザ端末から複数のデータパケットのコピーをそれぞれ受信するための第２の受信ユニットと、ネットワーク符号化データパケットを獲得するために、複数のデータパケットの前記コピーに対してネットワーク符号化処理を実行するためのネットワーク符号化ユニットと、前記ネットワーク符号化データパケットを基地局に送信するための送信ユニットとを備える。

本発明の方法および装置を使用することによって、アップリンク通信リンクの無線周波数リソースが効率的に節約され、中継局における電力消費が効率的に削減される。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、添付の図面を併用した非限定的な実施形態についての以下の詳細な説明からより明瞭になろう。

従来技術におけるネットワークトポロジ構造の図である。 本発明の詳細な実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの中継局によってデータパケットを転送する図である。 本発明の詳細な実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの中継局において複数のユーザ端末からのデータパケットを転送する方法のフロー図である。 本発明の詳細な実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号する方法のフロー図である。 図４に示されたステップＳ４０２のサブステップのフロー図である。 本発明の詳細な実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの基地局における復号のブロック図である。 本発明の別の詳細な実施形態による、中継局によってデータパケットを転送する図である。 本発明の詳細な実施形態による、フレーム誤り率のシミュレーション結果の図である。 本発明の別の詳細な実施形態による、適用シナリオの図である。 本発明の詳細な実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの中継局においてデータパケットを転送するための転送装置１００の構造図である。 本発明の詳細な実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号するための復号装置１１０の構造図である。

図面において、同一または類似の参照符号は、同一または類似のステップ機能または装置（モジュール）を指示している。

本発明の実施形態についての詳細な説明が、添付の図面を併用して以下で与えられる。

図２は、本発明の詳細な実施形態による、中継局２１の転送スキームの図である。説明しておくべきこととして、図２には２つのユーザ端末１１および１２が示されているにすぎないが、本発明の技術的スキームが、以下で同じく説明される、複数のユーザ端末が存在するシナリオにも適用可能であることを当業者であれば理解されたい。

図３は、図２の中継２１によって複数のユーザ端末からのデータパケットを転送するための方法のフロー図を示している。図３に示されたステップについての詳細な説明が、図２を併用して以下で与えられる。

最初に、ステップＳ３０１において、中継２１は、ユーザ端末１１および１２からデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーを受信する。説明しておくべきこととして、ユーザ端末１１によるデータパケットＰ_１の送信とユーザ端末１２によるデータパケットＰ_２の送信の順序は限定されておらず、基地局３１がデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーを受信するのと同じように、中継局２１もデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーを受信する。

次に、ステップＳ３０２において、中継局２１は、ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣを獲得するために、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ受信したデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーに対してネットワーク符号化を実行する。ネットワーク符号化とは、複数の送信元のデータパケットに対して復調およびチャネル復号処理を実行した後、複数の送信元のデータを符号化することによって、伝送リソースを節約することを意味している。例えば、２進法の世界では、ネットワーク符号化は、少なくとも２つの以下のタイプを含み、１つのタイプは、複数のユーザ端末データパケットに対してチャネル復号を実行した後に獲得される複数のビット系列に対してビット毎のＸＯＲまたはＸＮＯＲ処理を実行することであり、その際、各ビット系列の長さが同じでない場合は、最も長いビット系列の長さになるように、短い方のビット系列に０または１または他の事前定義された情報を用いてパディングを施し、他のタイプは、複数のユーザ端末データパケットに対してチャネル復号を実行した後に獲得される複数のビット系列のうちの少なくとも１つに対して２進法の乗算変換を実行し、その後、他のビット系列との２進法の加算変換処理を実行することである。上記の２つのネットワーク符号化方法の例が、以下でそれぞれ説明される。

一般性を失うことなく、中継局２１がデータパケットＰ_１に対してチャネル復号を実行した後に獲得されるビット系列が、全体で１０ビットの０１０１１００１１０で、このビット系列は正しいビット系列であり、中継局２１がデータパケットＰ_２に対してチャネル復号を実行した後に獲得されるビット系列が、全体で１０ビットの１１００００１１００であると仮定する。

上記の２つのビット系列に対してビット毎のＸＯＲ処理を実行することによって、獲得されるデータパケットＰ_ＮＣのビット系列は、１００１１０１０１０となるが、ＸＮＯＲ処理が実行された場合、獲得されるデータパケットＰ_ＮＣのビット系列は、０１１００１０１０１となる。

データパケットＰ_１のビット系列に対して２進法で３を乗じる演算を実行することによって、全体で１１ビットの１００００１１００１０が獲得される。これとデータパケットＰ_２のビット系列とに対して２進加算処理を実行することによって、獲得されるデータパケットＰ_ＮＣのビット系列は、１１１００１１１１１０となる。

最後に、ステップＳ３０３において、中継局２１は、ネットワーク符号化データパケットを基地局３１に送信する。具体的には、中継局２１は、ネットワーク符号化データパケットに対してチャネル符号化およびシンボル変調を実行した後、送信機を介してネットワーク符号化データパケットを送信する。

説明しておくべきこととして、ネットワーク符号化処理は、２進法で実行されるものに限定されず、例えば、８進法、１６進法、または１０進法で実行することもできる。

図４は、本発明の一実施形態による、基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号するための方法のフロー図を示している。以下では図２を併用して、図２に所在する基地局３１によるユーザ端末１１または１２からのデータパケットに対する復号手順が詳細に説明される。

最初に、ステップＳ４０１において、基地局３１は、中継局２１からネットワーク符号化データパケットを、またユーザ端末１１および１２からそれぞれデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーを受信し、中継局２１からのネットワーク符号化データパケットは、中継局２１が、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ受信した２つのユーザ端末データパケットＰ_１およびＰ_２のコピーに対して、上で述べられた前記ネットワーク符号化を実行した後に獲得される。

一般に、中継局２１における処理遅延のため、基地局３１は、最初に、ユーザ端末１１および１２からデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーをそれぞれ受信する。説明しておくべきこととして、ユーザ端末１１または１２から中継局２１までのワイヤレス通信リンクとユーザ端末１１または１２から基地局３１までのワイヤレス通信リンクの間の差が原因で、中継局２１および基地局３１によって受信された同じデータパケットＰ_１またはＰ_２のコピーが、異なることがある。例えば、中継局２１はユーザ端末１１または１２により近いので、中継局が受信したデータパケットＰ_１またはＰ_２のコピーは、完全に正しく受信することができる。基地局３１はユーザ端末１１または１２からより遠いので、基地局が受信したデータパケットＰ_１またはＰ_２のコピーは、誤りを起こした状態で受信されることがある。

説明しておくべきこととして、具体的には、データパケットＰ_１およびＰ_２を送信する手法は、時分割、符号分割、周波数分割、空間分割などとすることができることを当業者であれば理解されたい。データパケットを送信する手法は、本発明に直接的な関係はないので、ここで詳細な説明は行わない。

その後、ステップＳ４０２において、合同軟合成および復号処理が、ユーザ端末データパケットＰ_１およびＰ_２のコピーに対して、また前記ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣに対して実行される。

図５は、本発明の一実施形態による、ステップＳ４０２のサブステップのフロー図を示している。

最初に、ステップＳ５０１において、基地局３１は、ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣの符号化ビット系列の初期軟情報系列（ｓｏｆｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）と、複数のユーザ端末パケットの前記コピーの符号化ビット系列の推定軟情報系列または符号化ビット系列の初期軟情報系列とを獲得する。

以下では、符号化ビット系列の初期軟情報に対する計算手順を詳細に説明する。

一般性を失うことなく、例えば、初期軟情報として初期ビット尤度比（ｂｉｔ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｒａｔｉｏ）を採用する。ユーザ端末１１によって送信されたデータパケットＰ_１内のシンボルがｓ_１であると仮定すると、基地局３１によって受信されるシンボルはｙ_Ｕ１，Ｂであり、これは
ｙ_Ｕ１，Ｂ＝ｈ_Ｕ１，Ｂ・ｓ_１＋ｎ_Ｕ１，Ｂ （１）
と表される。ここで、ｈ_Ｕ１，Ｂは、ユーザ端末１１から基地局３１までのチャネル転送係数（ｃｈａｎｎｅｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）であり、ｎ_Ｕ１，Ｂは、分散がσ^２のガウス分布雑音（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｎｏｉｓｅ）であり、その場合、シンボルｓ_１の尤度比は、次のようになる。

ここで、ｓ_１ｉは、シンボルｓ_１がとり得るすべての値である。例えば、ＱＰＳＫシンボルの場合、ｉ＝１〜４である。

シンボルｓ_１のビットｊの初期ビット尤度比は、以下の式から獲得することができる。

ここで、ｊ、ｋは、各シンボルによって含まれるビットである。例えば、ＱＰＳＫシンボルの場合、ｊ、ｋ＝１〜２である。

チャネル復号を実行することによって、符号化ビット系列の初期軟情報系列がチャネル復号器に入力された後、チャネル復号器は、符号化ビット系列の推定軟情報系列を出力する。

ネットワーク符号化データパケットに対して式（２）および式（３）の処理を実行することによって、ネットワーク符号化データパケットの符号化ビット系列の初期軟情報系列が獲得される。

ステップＳ５０２において、基地局３１は、前記複数のユーザ端末データパケットのうちの少なくとも１つのユーザ端末データパケットのビット系列の軟合成ビット尤度比を獲得するために、ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣの符号化ビット系列の初期軟情報系列と、ユーザ端末パケットＰ_１およびＰ_２のコピーの符号化ビット系列の推定軟情報系列または符号化ビット系列の初期軟情報系列とに対して合同軟合成処理を実行する。

任意選択的に、本発明の一実施形態では、中継局２１において実行されるネットワーク符号化は、チャネル復号をユーザ端末データパケットのコピーＰ_１およびＰ_２に対して実行した後の、２つのビット系列に対するビット毎のＸＯＲ処理である。合同軟合成は、基地局３１において、以下の式に従って実行することができる。

ここで、ｂ_１は、ユーザ端末データパケットＰ_１内の符号化ビットであり、

は、符号化ビットに対して軟合成を実行した後の合同軟合成尤度比であり、

は、符号化ビットの推定ビット尤度比または初期ビット尤度比であり、

は、符号化ビットｂ_１とともにＸＯＲ処理の被演算数となるユーザ端末データパケット内の対応する符号化ビットｂ_２の推定尤度比であり、ＬＬＲ（ｂ_ＮＣ）は、ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣ内の対応する符号化ビットｂ_ＮＣの初期ビット尤度比である。

近似定理のｌｏｇ（ｅ^ａ＋ｅ^ｂ）≒ｍａｘ（ａ，ｂ）を利用することによって、上記の式は、式（５）に簡略化することができ、その結果、基地局３１の計算労力を大幅に削減することができる。

次に、ステップＳ５０３において、基地局３１は、データパケットＰ_１またはＰ_２のビット系列を獲得するために、式（４）または式（５）に従って獲得された軟合成ビット尤度比に対してチャネル復号を実行する。

以下では、式（４）の導出プロセスを詳細に説明する。

ｓ_３が中継局２１によって送信されるデータパケットＰ_ＮＣのシンボルであると仮定する。基地局３１が受信したシンボルは、ｙ_Ｒ，Ｂであり、これは
ｙ_Ｒ，Ｂ＝ｈ_Ｒ，Ｂ・Ｓ_３＋ｎ_Ｒ，Ｂ （６）
と表される。

例えば、データパケットＰ_１内のビットｂ_１とデータパケットＰ_２内のビットｂ_２に対してＸＯＲ処理を実行した後に獲得されるデータパケットＰ_ＮＣ内のビットｂ_ＮＣについて、最大事後確率（ＭＡＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ａ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ）原理によれば、ビットｂ_１のビット尤度は、以下の式によって表すことができる。

ここで、ｙ_ＮＣは、ｓ_３が中継局２１によって送信されるシンボルである場合に、チャネルによって妨げられて減衰し、基地局３１によって受信される、シンボルの値である。ここで、文字ｓ_３は、ビットｂ_ＮＣを含むビット系列に対して変調を実行した後のシンボルである。例えば、ＱＰＳＫの場合、ｂ_ＮＣ，１およびｂ_ＮＣ，２の２つのビットが、１つのシンボルＳ_３に変調される。

ｂ_ＮＣは、データパケットＰ_１内のビットｂ_１とデータパケットＰ_２内のビットｂ_２に対してＸＯＲを実行することによって獲得されるので、式（７）の右辺の同時確率（ｊｏｉｎｔ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）は、ｂ_１およびｂ_２の確率に関係する。表１は、ｂ_１、ｂ_２、およびｂ_ＮＣがとり得るすべての値を示している。式（７）の右辺の分子は、表１の下２行の確率を示し、分母は、表１の上２行の確率を表している。

表１によれば、式（８）は、式（７）に基づいて獲得することができる。

式（８）の分子および分母の両方をＰ［ｙ_ＮＣ｜ｂ_ＮＣ＝０］Ｐ（ｂ_１＝０）Ｐ（ｂ_２＝０）で除算すると、次式が獲得される。

ここで、ＬＬＲ（ｂ_ＮＣ）は、式（３）に従って決定されるビットｂ_ＮＣの初期ビット尤度比であり、

、ｎ＝１、２は、ビットｂ_ｎのビット尤度比である。ビットｂ_ｎが受信されない場合、Ｐ（ｂ_ｎ＝１）＝Ｐ（ｂ_ｎ＝０）、Ｌ_ａ（ｂ_ｎ）＝０とする。ｂ_１およびｂ_２はすでに受信されているので、したがって、ビットｂ_１、ｂ_２の初期ビット尤度比、またはチャネル復号器によって出力される推定ビット尤度比を、Ｌ_ａ（ｂ_ｎ）を置き換えるために使用することができるが、後者の方が好ましい。したがって、式（４）または式（５）を獲得することができる。

任意選択的に、図５に示されるステップＳ５０２の前に、基地局３１は、データパケットＰ_１およびＰ_２の符号化ビット系列の初期ビット尤度比系列に対してチャネル復号を実行する。チャネル復号がデータパケットの両方に対して正しく実行された場合、例えば、ＣＲＣ検証結果が正しい場合、チャネル復号後のＰ_１およびＰ_２のデータビット系列が保存され、ステップＳ５０２で説明されたような前記軟合成処理を実行する必要はない。どちらかのデータパケットが、例えば、データパケットＰ_１のチャネル復号が正しくない場合、ステップＳ５０２で述べられたような前記軟合成処理をデータパケットＰ_１に対して実行する必要がある。このとき、基地局３１は、Ｐ_１およびＰ_２の符号化ビット系列の推定軟情報系列または初期軟情報系列を保存し、後で受信されるネットワーク符号化データパケットの符号化ビット系列の初期軟情報系列に対する、ステップＳ５０２に示されたような軟合成処理の準備をする。

図６は、そのときの基地局３１における復号の図を示している。

上では、図１に示された適用シナリオについての式（４）の導出手順を詳細に説明した。上記の導出手順に従って、当業者であれば、本発明を通常の適用シナリオに拡張することができる。例えば、表２に従って、ユーザ端末１１、１２、１３からの３つのデータパケットのコピーに対してビット毎のＸＯＲを実行することによって、ネットワーク符号化Ｐ_ＮＣが形成される、図７に示された適用シナリオの場合、以下の式を獲得することは難しくない。

したがって、ユーザ端末の数がｍである、通常の式（１１）を導出することは難しくない。

ここで、ＬＬＲ（ｏｄｄｃ）は、符号化ビットｂ_１とともにＸＯＲ処理の被演算数となる他のユーザ端末データパケットの対応する符号化ビットｂ_２、ｂ_３、．．．、ｂ_ｍの推定尤度比

のうち番号が奇数のビット尤度比と、ネットワーク符号化データパケット内の対応する符号化ビットｂ_ＮＣの初期ビット尤度系列のビット尤度比ＬＬＲ（ｂ_ＮＣ）との結合であり、

は、番号が奇数のビット尤度比の結合を指数とするｅをすべて加算したものであり、

であり、
ｍは、ユーザ端末の総数であり、ＬＬＲ（ｅｖｅｎｃ）は、前記符号化ビットｂ_１とともにＸＯＲ処理の被演算数となる他のユーザ端末データパケットの対応する符号化ビットｂ_２、ｂ_３、．．．、ｂ_ｍの推定尤度比

のうち番号が偶数のビット尤度比と、ネットワーク符号化データパケットの対応する符号化ビットｂ_ＮＣの初期ビット尤度比のビット尤度比との結合であり、

は、ビット尤度比の結合を指数とするｅをすべて加算したものである。

説明しておくべきこととして、式（４）、式（５）、式（１０）、および式（１１）は、ビット毎のＸＯＲ処理を指向して獲得された軟合成処理の式である。ＸＮＯＲは、ＸＯＲに類似した演算である。式（４）、式（５）、式（１０）、および式（１１）に基づいて、当業者であれば、ビット毎のＸＮＯＲ処理が実行されるシナリオにおける、式（４）、式（５）、式（１０）、および式（１１）に対応する軟合成処理の式を容易に獲得することができ、ここでは、それについて詳細な説明は行わない。

本発明の別の実施形態では、式（４）、式（５）、式（１０）、および式（１１）内の各ビット尤度比に、重み係数を付加することができる。例えば、ビット尤度比係数は、各データパケットを伝送するためのチャネルのチャネル品質が良いか、それとも悪いかによって決定することができる。例えば、データパケットＰ_１を伝送するためのチャネルのチャネル品質が、データパケットＰ_ＮＣを伝送するためのチャネルのチャネル品質よりも悪い場合、

の前の重み係数は、

の前の重み係数よりも小さい。

説明しておくべきこととして、上では、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ受信されるデータパケットＰ_１およびＰ_２に対する、中継局２１におけるネットワーク符号化手順、および基地局３１における復号手順を詳細に説明した。データパケットＰ_１およびＰ_２の両方がユーザ端末１１または１２から到来する場合、中継局２１におけるネットワーク符号化手順、および基地局３１における復号手順は、上記の本文と同じである。

さらに説明しておくべきこととして、具体的に採用される異なるネットワーク符号化に従って、基地局３１において実行される合同軟合成および復号のスタイルも様々であり、前記実施形態における上記の説明に限定されない。

式（４）または式（５）における軟合成アルゴリズムは、図２に示された適用シナリオにおける実験によってさらに検証される。図８は、実験の結果を示している。単位分散を有する加法性ガウス白色雑音（ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｗｈｉｔｅ ｎｏｉｓｅ）レイリーワイヤレス通信チャネル（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ）シミュレーションモデルが、図８の実験において採用された。便宜的に、中継局２１または基地局３１に対するユーザ端末１１および１２のチャネル転送係数は等しく、基地局３１の通信リンクに対するユーザ端末１１または１２の信号対雑音比は、基地局３１に対する中継局２１の通信リンクの信号対雑音比よりも６ｄＢ劣ると仮定する。チャネル符号化には、３４６０ビットのＵＭＴＳ １／３ターボ符号、およびＱＰＳＫシンボル変調が採用された。図８には、基地局３１におけるフレーム誤り率（ＦＥＲ）が、図１に示されるような現在の中継を用いた場合、式（４）または式（５）に示されるような合成アルゴリズムを採用する中継を用いた場合、および中継を用いない場合について、それぞれ示されている。図２に示される適用シナリオの場合、基地局３１におけるフレーム誤り率は、中継を用いない場合のフレーム誤り率よりも明らかに低いが、図１に示されるような現在の中継のフレーム誤り率よりも僅かに高いにすぎないことが、図８から明白に見てとることができる。しかし、後者の比較では、図２に示される適用シナリオにおいて、約５０％の中継リソースが節約され、中継局２１における電力散逸は、それに対応して低減される。

説明しておくべきこととして、本発明は、図２または図７に示される適用シナリオに限定されない。例えば、基地局３１によって受信されるデータパケットＰ_１またはＰ_２は、各ユーザ端末によって直接的に送信されるものに限定されず、場合によっては、図９に示されるような中継局２２によって中継されるなど、ある中継局によって送信される。

図１０は、本発明の一実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの中継局において複数のユーザ端末からのデータパケットを転送するのに使用される転送ユニット１００の構造図を示している。図１０では、転送ユニット１００は、第２の受信ユニット１０１と、ネットワーク符号化ユニット１０２と、送信ユニット１０３とを備える。

以下では、図２に示された適用シナリオを例として採用することによって、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ到来したデータパケットＰ_１およびＰ_２に対する、図２の中継局２１による転送手順が、詳細に説明される。

最初に、第２の受信ユニット１０１が、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ到来した２つのデータパケットのコピーを受信する。説明しておくべきこととして、ユーザ端末１１によるデータパケットＰ_１の送信とユーザ端末１２によるデータパケットＰ_２の送信の順序は限定されておらず、基地局３１がデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーを受信するのと同じように、第２の受信ユニット１０１もデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーを受信する。

次に、ネットワーク符号化ユニット１０２は、ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣを獲得するために、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ到来したデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーに対してネットワーク符号化を実行する。ネットワーク符号化とは、複数の送信元のデータパケットに対して復調、チャネル復号処理を実行した後、複数のデータパケットに対する符号化を実行することによって、伝送リソースを節約することを意味している。例えば、２進法の世界では、ネットワーク符号化は、少なくとも以下の２つのタイプを含み、１つのタイプは、複数のユーザ端末データパケットに対してチャネル復号を実行した後、複数のビット系列に対してビット毎のＸＯＲまたはＸＮＯＲ処理を実行することであり、その際、各ビット系列の長さが同じでない場合は、最も長いビット系列の長さになるように、短い方のビット系列の末尾に０または１を用いてパディングを施し、もう１つのタイプは、複数のユーザ端末のデータパケットに対してチャネル復号を実行した後に獲得される複数のビット系列のうちの少なくとも１つに対して２進法の乗算変換を実行した後、他のビット系列とともに加算変換処理を実行することである。以下の本文では、２つのネットワーク符号化をそれぞれ例によって説明する。

一般性を失うことなく、中継局２１がデータパケットＰ_１に対してチャネル復号を実行した後に獲得されるビット系列が、全体で１０ビットの０１０１１００１１０で、このビット系列は正しいビット系列であり、中継局２１がデータパケットＰ_２に対してチャネル復号を実行した後に獲得されるビット系列が、全体で１０ビットの１１００００１１００であると仮定する。

上記の２つのビット系列に対してビット毎のＸＯＲ処理を実行することによって、データパケットＰ_ＮＣのビット系列１００１１０１０１０が獲得されるが、ＸＮＯＲ処理が実行された場合、データパケットＰ_ＮＣのビット系列０１１００１０１０１が獲得される。

データパケットＰ_１のビット系列に対して２進法で３を掛ける乗算処理を実行することによって、全体で１１ビットの１００００１１００１０が獲得され、これとデータパケットＰ_２のビット系列とに対して２進法での加算処理を実行することで、データパケットＰ_ＮＣのビット系列が取得され、それは１１１００１１１１１０である。

最後に、送信ユニット１０３は、ネットワーク符号化処理の後、データパケットＰ_ＮＣを基地局３１に送信する。具体的には、送信ユニット１０３は、データパケットに対してチャネル符号化およびシンボル変調処理を実行した後、送信機を介してネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣを送信する。

図１１は、本発明の一実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークの基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号するのに使用される復号ユニット１１０の構造図を示している。図１１では、復号ユニット１１０は、第１の受信ユニット１１１と、軟合成復号ユニット１１２とを備える。この実施形態の例では、軟合成復号ユニット１１２は、獲得ユニット１１２１と、軟合成処理ユニット１１２２と、チャネル復号ユニット１１２３とを備え、これらも図１１に一緒に示されている。図１１では、第１の受信ユニット１１１および軟合成復号ユニット１１２のみが必須ユニットであり、他のユニットは任意選択的であることは、当業者であれば理解されよう。

以下では、図２に示された適用シナリオを例として採用して、図２の基地局３１がユーザ端末１１または１２から到来するデータパケットに対して復号を実行する手順を詳細に説明する。

最初に、第１の受信ユニット１１１が、中継局２１からのネットワーク符号化データパケットと、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ到来するデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーとを受信する。ここで、中継局２１からのネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣは、中継局２１によってユーザ端末１１および１２からそれぞれ受信された２つのユーザ端末データパケットＰ_１およびＰ_２のコピーに対して、上で述べられた前記ネットワーク符号化を実行することによって獲得される。

一般に、中継局２１における処理遅延のため、第１の受信ユニット１１１は、最初に、ユーザ端末１１および１２からそれぞれ到来するデータパケットＰ_１およびＰ_２のコピーを受信する。説明しておくべきこととして、ユーザ端末１１または１２から中継局２１までのワイヤレス通信リンクとユーザ端末１１または１２から基地局３１までのワイヤレス通信リンクの間の差のため、中継局２１および基地局３１によって受信された同じデータパケットＰ_１またはＰ_２のコピーが、異なることがある。例えば、中継局２１はユーザ端末１１または１２により近いので、中継局が受信したデータパケットＰ_１またはＰ_２のコピーは、完全に正しいとすることができるが、基地局３１はユーザ端末１１または１２からより遠いので、第１の受信ユニット１１１が受信したデータパケットＰ_１またはＰ_２のコピーは、誤りを起こした状態で受信されることがある。

その後、軟合成ユニット１１２が、ユーザ端末データパケットＰ_１、Ｐ_２のコピーおよび前記ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣに対して合同軟合成および復号を実行する。

本発明の一実施形態によれば、軟合成復号ユニット１１２は、３つのサブユニットを、すなわち、獲得ユニット１１２１と、軟合成処理ユニット１１２２と、チャネル復号ユニット１１２３とを備える。以下では、３つのサブユニットの合同軟合成および復号手順を詳細に説明する。

最初に、獲得ユニット１１２１は、ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣの符号化ビット系列の初期軟情報系列と、複数のユーザ端末データパケットのコピーの符号化ビット系列の初期軟情報系列または符号化ビット系列の推定軟情報系列とを獲得する。符号化ビットの初期軟情報または推定軟情報の獲得手順は、上記の本文で詳細に説明されており、ここで再び述べることはしない。

次に、軟合成処理ユニット１１２２は、前記複数のユーザ端末データパケットのうちの少なくとも１つのユーザ端末データパケットのビット系列の軟合成尤度比系列を獲得するために、ネットワーク符号化データパケットＰ_ＮＣの符号化ビット系列の初期軟情報と、複数のユーザ端末データパケットＰ_１およびＰ_２のコピーの符号化ビット系列の初期軟情報または符号化ビット系列の推定軟情報とに対して軟合成処理を実行する。

任意選択的に、一実施形態では、中継局２１において実行されるネットワーク符号化が、チャネル復号をユーザ端末データパケットＰ_１およびＰ_２のコピーに対して実行した後の、２つのビット系列に対するビット毎のＸＯＲ処理である場合、軟合成処理ユニット１１２２は、式（４）または式（５）に従って軟合成処理を実行することができる。

最後に、チャネル復号ユニット１１２３は、データパケットＰ_１またはＰ_２のビット系列を獲得するために、式（４）および式（５）に従って軟合成処理ユニット１１２２によって獲得された軟合成尤度比系列に対してチャネル復号を実行する。

任意選択的に、軟合成処理ユニット１１２２およびチャネル復号ユニット１１２３が上記の操作を実行する前に、チャネル復号ユニット１１２３は、データパケットＰ_１およびＰ_２の各ビットの初期ビット尤度比に対してチャネル復号を実行する。２つのデータパケットのチャネル復号が正しいものである場合、例えば、ＣＲＣ検証結果が正しい場合、軟合成処理ユニット１１２２は、式（４）または式（５）による上で説明された前記軟合成処理を実行する必要はない。データパケットＰ_１など、データパケットのチャネル復号が正しいものでない場合、軟合成処理ユニット１１２２は、軟合成処理を前記データパケットＰ_１に対して実行する必要がある。

上では、本発明の実施形態を詳細に説明した。本発明は上記の特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって任意の変形または変更を施し得ることを理解されたい。本発明の技術的スキームは、ソフトウェアまたはハードウェアによって実現することができる。

Claims (15)

1. ワイヤレス通信ネットワークの基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号する方法であって、
   Ａ．１つまたは複数のユーザ端末から複数のユーザ端末パケットのコピーを、また中継局からネットワーク符号化データパケットを受信するステップであって、前記ネットワーク符号化データパケットが、前記中継局が前記１つまたは複数のユーザ端末からそれぞれ受信した複数のユーザ端末パケットの前記コピーに対してネットワーク符号化を実行した後に獲得される、ステップと、
   Ｂ．複数のユーザ端末パケットの前記コピーおよび前記ネットワーク符号化データパケットに対して合同軟合成および復号を実行するステップと
   を含む方法。
2. 合同軟合成および復号を実行する前記ステップが、
   Ｂ１．前記ネットワーク符号化データパケットの符号化ビット系列の初期軟情報系列と、複数のユーザ端末パケットの前記コピーの符号化ビット系列の推定軟情報系列または前記符号化ビット系列の初期軟情報系列とを獲得するステップと、
   Ｂ２．前記複数のユーザ端末データパケットのうちの少なくとも１つのユーザ端末データパケットのビット系列の軟合成ビット尤度比系列を獲得するために、前記ネットワーク符号化データパケットの前記符号化ビット系列の前記初期軟情報系列と、複数のユーザ端末パケットの前記コピーの前記符号化ビット系列の前記推定軟情報系列または前記符号化ビット系列の前記初期軟情報系列とに対して合同軟合成処理を実行するステップと、
   Ｂ３．前記軟合成ビット尤度比系列に対してチャネル復号を実行するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ネットワーク符号化が、複数のユーザ端末データパケットの前記コピーに対してチャネル復号を実行した後に獲得される複数のビット系列に対してビット毎のＸＯＲ処理を実行するステップを含み、前記ステップＢ２が、
   式
   

   

   に従って軟合成処理を実行するステップを含み、ここで、ｂ_１は、ユーザ端末データパケット内の符号化ビットであり、
   

   

   は、前記符号化ビットに対して軟合成を実行した後の軟合成ビット尤度比であり、
   

   

   は、前記符号化ビットの推定ビット尤度比であり、ＬＬＲ（ｏｄｄｃ）は、前記符号化ビットｂ_１とともにＸＯＲ処理の被演算数となる他のユーザ端末データパケットの対応する符号化ビットｂ_２、ｂ_３、．．．、ｂ_ｍの推定尤度比
   

   

   のうち番号が奇数のビット尤度比と、前記ネットワーク符号化データパケット内の対応する符号化ビットｂ_ＮＣの初期ビット尤度比との結合であり、
   

   

   は、番号が奇数のビット尤度比の前記結合を指数とするｅをすべて加算したものであり、
   

   

   であり、
   ｍは、ユーザ端末の数であり、ＬＬＲ（ｅｖｅｎｃ）は、前記符号化ビットｂ_１とともにＸＯＲ処理の被演算数となる前記他のユーザ端末データパケットの対応する符号化ビットｂ_２、ｂ_３、．．．、ｂ_ｍの推定尤度比
   

   

   のうち番号が偶数のビット尤度比と、前記ネットワーク符号化データパケットの前記対応する符号化ビットｂ_ＮＣの前記初期ビット尤度比との結合であり、
   

   

   は、ビット尤度比の前記結合を指数とするｅをすべて加算したものである、
   請求項２に記載の方法。
4. 符号化ビットの前記初期軟情報が、以下の式に従って決定される前記符号化ビットの初期ビット尤度比を含み、
   

   

   ここで、ＬＬＲ（ｂ_ｊ）は、シンボルｓ_１内の第ｊの初期ビット尤度比であり、ｙ_Ｕ１，Ｂ＝ｈ_Ｕ１，Ｂ・ｓ_１＋ｎ_Ｕ１，Ｂであり、ｓ_１は、ユーザ端末Ｕ１または中継局によって送信されるシンボルであり、ｈ_Ｕ１，Ｂは、チャネル転送係数であり、ｎ_Ｕ１，Ｂは、雑音であり、ｓ_ｉおよびｓ_ｋは、シンボルｓ_１がとり得るすべての値である、
   請求項２に記載の方法。
5. 前記ネットワーク符号化が、前記中継局によって受信された複数のユーザ端末データパケットの前記コピーに対してチャネル復号を実行した後の、複数のビット系列の少なくとも１つに対して、前記中継局によって２進法での乗算変換を実行し、その後、他のビット系列とともに２進法での加算変換処理を実行するステップ、または前記複数のビット系列に対してビット毎のＸＯＲもしくはＸＮＯＲ処理を実行するステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ステップＢ２の前に、
   複数のユーザ端末データパケットの前記コピーの符号化ビットの前記初期軟情報系列に対してチャネル復号を実行するステップと、
   正しくチャネル復号されなかったユーザ端末データパケットに対して、前記ステップＢ２、ステップＢ３の操作を実行するステップと
   をさらに含む、請求項２に記載の方法。
7. ワイヤレス通信ネットワークの中継局において複数のユーザ端末からのデータパケットを転送する方法であって、
   １つまたは複数のユーザ端末から複数のデータパケットのコピーをそれぞれ受信するステップと、
   ネットワーク符号化データパケットを獲得するために、複数のデータパケットの前記コピーに対してネットワーク符号化処理を実行するステップと、
   前記ネットワーク符号化データパケットを基地局に送信するステップと
   を含む方法。
8. 前記ネットワーク符号化処理が、
   複数のデータパケットの前記コピーに対してチャネル復号を実行した後に獲得される複数のビット系列の少なくとも１つに対して２進法での乗算変換を実行し、その後、他のビット系列とともに２進法での加算変換処理を実行するステップと、
   前記ネットワーク符号化処理が、複数のデータパケットの前記コピーに対してチャネル復号を実行した後の、複数のビット系列に対してビット毎のＸＯＲまたはＸＮＯＲ処理を実行するステップと
   のいずれか一方を含む、請求項７に記載の方法。
9. ワイヤレス通信ネットワークの基地局においてユーザ端末からのデータパケットを復号するための復号装置であって、
   １つまたは複数のユーザ端末から複数のユーザ端末パケットのコピーを、また中継局からネットワーク符号化データパケットを受信するための第１の受信ユニットであって、前記ネットワーク符号化データパケットが、前記中継局が前記１つまたは複数のユーザ端末からそれぞれ受信した複数のユーザ端末パケットの前記コピーに対してネットワーク符号化を実行した後に獲得される、第１の受信ユニットと、
   複数のユーザ端末パケットの前記コピーおよび前記ネットワーク符号化データパケットに対して合同軟合成および復号を実行するための軟合成および復号ユニットと
   を備える復号装置。
10. 前記軟合成および復号ユニットが、
    前記ネットワーク符号化データパケットの符号化ビット系列の初期軟情報系列と、複数のユーザ端末パケットの前記コピーの符号化ビット系列の推定軟情報系列または前記符号化ビット系列の初期軟情報系列とを獲得するための獲得ユニットと、
    前記複数のユーザ端末データパケットのうちの少なくとも１つのユーザ端末データパケットのビット系列の軟合成ビット尤度比系列を獲得するために、前記ネットワーク符号化データパケットの前記符号化ビット系列の前記初期軟情報系列と、複数のユーザ端末パケットの前記コピーの前記符号化ビット系列の前記推定軟情報系列または前記符号化ビット系列の前記初期軟情報系列とに対して合同軟合成処理を実行するための軟合成処理ユニットと、
    前記軟合成ビット尤度比系列に対してチャネル復号を実行するためのチャネル復号ユニットと
    を備える、請求項９に記載の復号装置。
11. 前記ネットワーク符号化が、複数のユーザ端末データパケットの前記コピーに対してチャネル復号を実行した後に獲得される複数のビット系列に対してビット毎のＸＯＲ処理を実行するステップを含み、前記軟合成復号ユニットが、
    式
    

    

    に従って軟合成処理を実行するためのものであり、ここで、ｂ_１は、ユーザ端末データパケット内の符号化ビットであり、
    

    

    は、前記符号化ビットに対して軟合成を実行した後の軟合成ビット尤度比であり、
    

    

    は、前記符号化ビットの推定ビット尤度比であり、ＬＬＲ（ｏｄｄｃ）は、前記符号化ビットｂ_１とともにＸＯＲ処理の被演算数となる他のユーザ端末データパケットの対応する符号化ビットｂ_２，ｂ_３，．．．，ｂ_ｍの推定尤度比
    

    

    のうち番号が奇数のビット尤度比と、前記ネットワーク符号化データパケット内の対応する符号化ビットｂ_ＮＣの初期ビット尤度比との結合であり、
    

    

    は、番号が奇数のビット尤度比の前記結合を指数とするｅをすべて加算したものであり、
    

    

    であり、
    ｍは、ユーザ端末の数であり、ＬＬＲ（ｅｖｅｎｃ）は、前記符号化ビットｂ_１とともにＸＯＲ処理の被演算数となる前記他のユーザ端末データパケットの対応する符号化ビットｂ_２，ｂ_３，．．．，ｂ_ｍの推定尤度比
    

    

    のうち番号が偶数のビット尤度比と、前記ネットワーク符号化データパケットの前記対応する符号化ビットｂ_ＮＣの前記初期ビット尤度比との結合であり、
    

    

    は、番号が偶数のビット尤度比の前記結合を指数とするｅをすべて加算したものである、
    請求項１０に記載の復号装置。
12. 符号化ビットの前記初期軟情報が、以下の式に従って決定される前記符号化ビットの初期ビット尤度比を含み、
    

    

    ここで、ＬＬＲ（ｂ_ｊ）は、シンボルｓ_１内の第ｊの初期ビット尤度比であり、ｙ_Ｕ１，Ｂ＝ｈ_Ｕ１，Ｂ・ｓ_１＋ｎ_Ｕ１，Ｂであり、ｓ_１は、ユーザ端末Ｕ１または中継局によって送信されるシンボルであり、ｈ_Ｕ１，Ｂは、チャネル転送係数であり、ｎ_Ｕ１，Ｂは、雑音であり、ｓ_ｉおよびｓ_ｋは、シンボルｓ_１がとり得るすべての値である、
    請求項１０に記載の復号装置。
13. 前記ネットワーク符号化が、前記中継局によって受信された複数のユーザ端末データパケットの前記コピーに対してチャネル復号を実行した後に獲得される複数のビット系列の少なくとも１つに対して、前記中継局によって２進法での乗算変換を実行し、その後、他のビット系列とともに２進法での加算変換処理を実行するステップ、または前記複数のビット系列に対してビット毎のＸＯＲもしくはＸＮＯＲ処理を実行するステップを含む、請求項９に記載の復号装置。
14. 前記チャネル復号ユニットが、さらに、
    複数のユーザ端末データパケットの前記コピーの符号化ビットの前記初期軟情報系列に対してチャネル復号を実行し、
    正しくチャネル復号されなかったユーザ端末データパケットに対して、前記軟合成処理ユニットによって軟合成処理を実行し、前記軟合成復号ユニットによって実行した後に獲得されるビット尤度系列に対してチャネル復号を実行する
    ためのものである、請求項１０に記載の復号装置。
15. ワイヤレス通信ネットワークの中継局において複数のユーザ端末からのデータパケットを転送するための転送装置であって、
    １つまたは複数のユーザ端末から複数のデータパケットのコピーをそれぞれ受信するための第２の受信ユニットと、
    ネットワーク符号化データパケットを獲得するために、複数のデータパケットの前記コピーに対してネットワーク符号化処理を実行するためのネットワーク符号化ユニットと、
    前記ネットワーク符号化データパケットを基地局に送信するための送信ユニットと
    を備える転送装置。

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