JP2015039210A - ワイヤレス多重アクセス通信システムとそれに用いられる送信器および受信器内で使用される装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的なワイヤレス多重アクセス通信システムを提供すること。【解決手段】ワイヤレス多重アクセス通信システムの送信器で用いられる装置において、情報ビットの入力アレイが与えられ、エラー検出冗長性ビットのアレイを生成し、エラー検出冗長性ビットのアレイを情報ビットのアレイに付加して、所定数のビットを有する第１ブロックビットを生成するエラー検出エンコーダと、第１ブロックビットに基づいて所定数のビットを有する入力ブロックビットとユーザインデックスが与えられ、入力ブロックビットとユーザインデックスの所定の関数にしたがって、所定数のビットを有する第２ブロックビットを生成するマッパーと、ユーザ受信器に送信するために第２ブロックビットに基づいて送信信号を変調する変調器とを有する。【選択図】図７

Description

本発明は、ワイヤレス多重アクセス通信システムに関し、特に、このようなシステムにおいて適切なデータ受信技術に関する。

多重アクセスを採用するワイヤレス通信システムにおいては、ユーザは伝送媒体を共有する。このようなワイヤレスシステムは、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing：ＯＦＤＭ）ベースの拡散スペクトラム多重アクセス移動通信システムである。このようなシステムにおいては、ユーザは他のユーザ向けのパケットを受信するのを阻止する事が重要である。いわゆる固定チャネル割り当て技術を用いて、個々のユーザ専用のチャネルを割り当てることにより、この問題を解決している。

ところが固定チャネル割り当ては、データトラフィックに対し効率的ではない。Ethernetシステムにおいては、パケットはそれらが意図したユーザの識別番号をもって送信され、その結果他のユーザはパケットを復号化した後、そのパケットをドロップすることができる。このような技術のコストは、例えばワイヤレス多重アクセス通信システムで必須の、各パケットにおいてユーザ識別番号を送信するのに必要なオーバーヘッドである。

多重アクセス通信システムにおいて、受信器でデータを正確かつ適正に受信するために、特定のエンドユーザに対し割り当てられた特定のプロセスを用いて、特定のエンドユーザの受信器に送信されるべきデータを処理している。送信器におけるデータ処理は、処理後のデータビットの出力アレイは、データビットの入力アレイと同一のビット数を有するが、しかし特定のエンドユーザのに独自のものであるよう処理される。その後このデータは送信器で採用され、特定のエンドユーザ受信器に割り当てられたプロセスと全く逆のプロセスを用いて、エンドユーザの受信器でのみ再生可能である。したがってデータは、特定のエンドユーザに対し識別され、これは余分の識別情報を送信せずに行うことができる。

本発明の一実施例においては、送信すべき情報ビット（例、ビットのセグメント）が符号化され、遠方の受信器にエラー検出機能を提供している。この符号化されたビットのセグメント（すなわちビットアレイ）はその後、符号化されたビットアレイの特定のエンドユーザに依存した関数、およびユーザに依存したインデックスを用いて処理され、符号化されたビットアレイと同一サイズの出力用ビットアレイを生成する。この出力用ビットアレイが変調され、送信される。遠方にあるエンドユーザ装置においては、送信された信号の受信バージョンが復調され、受信したビットアレイを得る。符号化されたビットアレイと、送信器で使用されたエンドユーザの関数に対応したユーザ依存性のインデックスに関連した逆エンドユーザ関数をも用いて、受信ビットのアレイをディマップ（de-mapマッピングの逆の動作）し、そして符号化されたビットアレイの受信バージョンを得る。この符号化されたビットアレイを復号化して、それがこの特定のエンドユーザのために意図したビットアレイの場合には、それは適切に符号化され受領される。復号化されたビットアレイがこの特定のエンドユーザ用のものでない場合には、それは適正に復号化されドロップされる。

本発明の他の実施例においては、ユーザ依存性関数は、エラー検出符号化器により生成された冗長ビット、およびユーザ依存性インデックスに関連したものである。具体的に説明すると、一実施例においては送信器のユーザ依存性関数は、フレームチェックサム（freame check sum：ＦＣＳ）符号化器により生成されたＦＣＳシーケンスのビットと、ユーザ依存性インデックスに関連したビットである。受信器ユーザ依存性関数は、ＦＣＳシーケンスのビットとユーザ依存性インデックスのビットの逆関数である。

本発明が採用される多重アクセス通信システムのブロック図。 Ａ：図１の基地局装置および／または移動局装置で用いられる送信器のブロック図。Ｂ：図１の基地局装置および／または移動局装置で用いられる受信器のブロック図。 Ａ：図２のＡの送信器で採用される、ユーザ依存性処理装置、すなわちマッパー装置を構成するブロック図。Ｂ：図２のＢの受信器で採用される、ユーザ依存性処理装置、すなわちディマッパー装置を構成するブロック図。 Ａ：図３Ａのユーザ依存性処理装置を実行する際に、第１エンドユーザに対し第１巡回シフトを行う概念図。Ｂ：図３Ｂのユーザ依存性処理装置を実行する際に、図４Ａに示した第１巡回シフトの逆シフトを行う概念図。 Ａ：図３Ａのユーザ依存性処理装置を実行する際に、第２エンドユーザに対し第２巡回シフトを行う概念図。Ｂ：図３Ｂのユーザ依存性処理装置を実行する際に、図５Ａに示した第２巡回シフトの逆シフトを行う概念図。 Ａ：図２Ａの送信器内で採用される、エンドユーザ依存性関数と情報ビットのセグメントを、排他的ＯＲ処理をするユーザ依存性処理装置、すなわちマッパー装置の他の実施例のブロック図。Ｂ：図２Ｂの受信器内で採用される、エンドユーザ依存性関数と情報ビットのセグメントを、排他的ＯＲ処理をするユーザ依存性処理装置、すなわちディマッパー装置の他の実施例のブロック図。 Ａ：図１の基地局装置および／または移動局装置で用いられる、本発明の一実施例を含む送信器のブロック図。Ｂ：図１の基地局装置および／または移動局装置で用いられる、本発明の一実施例を含む受信器のブロック図。

図１は、本発明を採用したワイヤレス多重アクセス通信システムのブロック図を示す。本発明はワイヤレス移動通信システムを例に説明するが、固定（有線）通信システムにも同様に適用できる。このワイヤレス移動通信システムの例は例えば、ＯＦＤＭベースのスペクトラム拡散多重アクセスシステムである。

図１には、本発明の伝送システム１００を示す。伝送システム１００は、基地局１０１と移動ユニット１０２−１、移動ユニット１０２−２〜１０２−Ｙを含む。信号の伝送は、基地局１０１と移動ユニット１０２との間で行われる。全ての移動ユニット１０２は、ダイナミックな方式で伝送スペクトラムを共有する。特に基地局１０１は、データトラフィックチャネルの割り当てを遠隔地にある移動ユニット１０２にダイナミックに放送（同報）通信する。移動ユニット１０２は割り当てメッセージを介して放送チャネル割り当てを監視する。この割り当てチャネルを検出した後、特定の移動ユニット１０２は、割り当てられたデータトラフィックチャネルのデータセグメントを受信する。しかしデータトラフィックチャネルは、ワイヤレス通信システムでは常に信頼できるものとは限らないために、割り当てメッセージは正確にはその対応する移動ユニット１０２に直接分配されないこともある。実際のところ、複数の移動ユニット１０２のうちの１つの移動ユニット１０２が、誤って割り当てメッセージを復号化し、別の移動ユニット１０２に向けられたトラフィックセグメントを誤って取り出した場合、問題が発生する。

図２Ａは、基地局１０１と移動ユニット１０２内で用いられる送信器２００の詳細ブロック図である。同図に示すように、データソースからの情報ビット、例えばセグメントは、符号化器２０１に与えられる。符号化器２０１は冗長性ビットを生成し、それをセグメント内のビットに付加して、固定数のビットを有する第１ブロックを形成する。符号化器２０１からの第１ブロックのビットは直接符号化器２０２に、あるいはマッパー２０３を介して符号化器２０２に与えられる。マッパー２０３は、エンドユーザに依存する処理ユニットであり、これについては後述する。マッパー２０３は、特定のエンドユーザに対し独自のユーザ関数（user function）を入力ブロックビットに挿入し、マッパー２０３から出力されたビットのブロックは、それに入力されたビットのブロックと同一サイズである。したがってマッパー２０３の動作は、送信中のビットストリームに対しオーバヘッドとはならない。

符号化器２０２は、符号化器２０１またはマッパー２０３からの第１ブロックのビットに、遠隔地にある受信器のエラー修正の目的のために冗長性ビットを付加して、そしてこれが第２ブロックのビットを構成する。この第２ブロックのビットは符号化器２０２から直接インタリーバ２０４に、あるいはマッパー２０３を介してインタリーバ２０４に出力される。マッパー２０３は第１ブロックのビットと同様な方法で、第２ブロックのビットを操作する。インタリーバ２０４は、ワイヤレスデータ通信チャネル内のバーストノイズをランダムにする前に、ブロック内のビットの順番を変更する。インタリーバ２０４からインタリーブされたビットのブロックは、直接２０５に、あるいはマッパー２０３を介して２０５に与えられる。マッパー２０３の動作は前述したとおりである。２０５からの変調された出力は、送信用にアンテナ２０６に与えられる。かくして、マッパー２０３はこの実施例においては、符号化器２０１と符号化器２０２との間、あるいは符号化器２０２とマッパー２０３との間、あるいはマッパー２０３と２０５との間に配置される。

図２Ｂは、図１の基地局１０１内、あるいは符号化器２０２内で用いられる受信器２１０の詳細ブロック図である。具体的に説明すると、基地局１０１内の送信器２００から送信された信号を、受信器２１０にあるアンテナ２１１で受信する。この受信信号は、復調器２１２に与えられ、そこで一連のシンボルとして復調される。このシンボルはディインタリーバ２１３に直接、あるいはディマッパー２１４を介してディインタリーバ２１３に与えられる。ディマッパー２１４の動作はマッパー２０３の動作とちょうど正反対である。ディインタリーバ２１３は、復号化器２１５が処理するために、シンボルのビットを操作する、あるいは組織化する。ディインタリーバ２１３からの出力シンボルは、復号化器２１５に直接、あるいはディマッパー２１４を介して復号化器２１５に与えられる。復号化器２１５は、このシンボルを復号化されたＦＥＣビットのブロックに変換し、同時にチャネル損傷あるいはノイズにより引き起こされたシンボルエラーを修正する。復号化器２１５により出力された復号化ＦＥＣビットのブロックは、直接復号化器２１６に、あるいはディマッパー２１４を介して復号化器２１６に与えられる。

復号化器２１６は、未訂正のエラーが存在するか否かを検出するよう動作する。エラーが存在した場合には、復号化されたＦＥＣブロックのビットは廃棄される。それ以外の場合には、復号化器２１６は、復号化されたＦＥＣブロックビットからＦＣＳ冗長ビットを除去して、その結果得られた情報ビットをさらに処理するために転送する。ディマッパー２１４は、復調器２１２とディインタリーバ２１３との間、あるいはディインタリーバ２１３と復号化器２１５との間、あるいは復号化器２１５と復号化器２１６との間に配置される。しかしディマッパー２１４は、送信器２００内のディインタリーバ２１３の位置に対応する、受信器２１０の位置になければならない。

かくしてマッパー２０３が、符号化器２０１と符号化器２０２との間にある場合には、ディマッパー２１４は復号化器２１５と復号化器２１６との間になければならない。同様にマッパー２０３が符号化器２０２とインタリーバ２０４の間にある場合には、ディマッパー２１４はディインタリーバ２１３と復号化器２１５との間になければならない。マッパー２０３がインタリーバ２０４と２０５との間にある場合には、ディマッパー２１４は復調器２１２とディインタリーバ２１３との間になければならない。

図３Ａは、図２Ａの送信器２００内で用いられるユーザに依存する処理装置、すなわちマッパー２０３を構成するブロック図である。マッパー２０３への入力がビットのブロック、すなわち情報ソースからのビット「ｂ」のアレイと、インデックスソースからのユーザインデックス「ｕ」である。ユーザインデックス「ｕ」は特定のエンドユーザに特有なものである、すなわち遠隔地にある移動ユニット１０２に特有なものである。マッパー２０３は、ビットの別のブロック、すなわちビット「ｃ」のアレイである。アレイ「ｂ」とアレイ「ｃ」は、同一サイズである。したがってユーザに依存する処理によるビットストリームには、オーバヘッドは付加されない。マッパー２０３からの出力アレイ「ｃ」と、マッパー２０３への入力との間の関係は、ユーザ依存関数ｃ＝ｆ（ｂ，ｕ）で表される。「ｂ」に対し、マッパー２０３は「ｃ」ベクトルを生成する。

図３Ｂは、図２Ｂの受信器２１０で用いられるユーザ依存性の処理装置、すなわちディマッパー２１４の単純ブロック図を示す。ディマッパー２１４への入力はビットのブロックである、すなわちビット「ｂ」のアレイとユーザインデックス「ｕ」である。マッパー２０３の出力は、ビットの別のブロック、すなわちビット「ｃ」のアレイである。アレイ「ｂ」とアレイ「ｃ」は同一サイズである。したがってユーザ依存性の処理によりビットストリームへのオーバヘッドは追加されない。ディマッパー２１４の出力アレイ「ｃ」と、ディマッパー２１４への入力との間の関係は、関数ｂ＝ｆ^-1（ｃ，ｕ）で表され、これはマッパー２０３内で用いられる関数ｃ＝ｆ（ｂ，ｕ）と逆の関数である。「ｃ」に対し、ディマッパー２１４は「ｂ」ベクトルを生成する。

図４Ａは、第１エンドユーザに対し、第１巡回シフトを採用した図３Ａのユーザ依存性処理、すなわちマッパー２０３の実施例を表す。図４Ｂは、図４Ａに示された第１巡回シフトの、正確に逆のシフトを採用した図３Ｂのユーザ依存性処理装置、すなわちディマッパー２１４の第１実施例を表す。図５Ａは、第２エンドユーザに対し、第２巡回シフトを採用した図３Ａのユーザ依存性処理装置、すなわちマッパー２０３の第２実施例を表す。一方図５Ｂは、図５Ａに示された第２巡回シフトの、正確に逆なシフトを採用した図３Ｂのユーザ依存性処理装置、すなわちディマッパー２１４の第２実施例を表す。

具体的に説明すると、マッパー２０３（図４Ａ、図５Ａ）内の送信器２００において、入力アレイ「ｂ」は、ｂ（０）、ｂ（１）、．．．、ｂ（Ｎ−１）で示されるＮ個のビットを含む。出力アレイ「ｃ」は、ｃ（０）、ｃ（１）、．．．、ｃ（Ｎ−１）で示される同一数のビットを含む。出力アレイ「ｃ」は、「ｂ」の周期シフトバージョンである、すなわち、ｉ＝０、．．．、Ｎ−１に対してｃ（ｉ）＝ｂ（ｉ−ｉ０modＮ）である。ここでｉ０は、受信器２１０内の各遠隔地にある符号化器２０２に独自のオフセットインデックスであり、第１エンドユーザ（図４Ａ、図４Ｂ）には、オフセットインデックスｉ０＝３が与えられ、第２エンドユーザ（図５Ａ、図５Ｂ）には、オフセットインデックスｉ０＝５が与えられる。

かくして第１エンドユーザに対しては、送信器２００のマッパー２０３（図２Ａ）が、ユーザインデックスｕ＝ｉ０＝３を用いて、入力アレイ「ｂ」に巡回シフトを発生させて、図４Ａに示すように出力アレイ「ｃ」を生成する。その後第１エンドユーザに対しては、受信器２１０のディマッパー２１４（図２Ｂ）が、マッパー２０３とは全く逆の関数を生成する。ディマッパー２１４がマッパー２０３からの出力アレイ「ｃ」の受信バージョンから、逆巡回シフトを引き起こして、受信バージョンのアレイ「ｂ」を生成する。図５Ａ、図５Ｂに示すように、送信器２００内のマッパー２０３と、受信器２１０内のディマッパー２１４は同一であるが、ただし第２ユーザに対するユーザインデックスはｕ＝ｉ０＝５である。

受信器２１０内のディマッパー２１４は、送信器２００内のマッパー２０３の位置に対応する受信器２１０内におかれる。

さらにまたこの実施例においては、ユーザインデックス「ｕ」は、第１エンドユーザと第２エンドユーザの両方に対し、周期シフトに等しいものとして示されているが、ユーザインデックスは周期シフトと所定の関係で表され、必ずしもそれに一致する必要はない。

図６Ａは、ユーザ処理装置、すなわちマッパー２０３の他の実施例のブロック図であり、このマッパー２０３は、図２Ａの送信器２００内で用いられるエンドユーザインデックス「ｕ_s」と入力アレイ「ｂ」情報ビットの一連のビットを排他的ＯＲ処理（関数）を採用している。図２Ｂも同様に、ユーザ処理装置、すなわちディマッパー２１４の他の実施例を示すブロック図で、このディマッパー２１４は図２Ｂの受信器２１０で用いられるエンドユーザインデックス「ｕ_s」と受信アレイ「ｃ」に関連する一連のビットの排他的ＯＲ処理を採用する。排他的ＯＲ処理は、排他的ＯＲ処理装置へのユーザインデックス「ｕ_s」と入力アレイビットに関連する一連のビットのビットごとのベースで行われる。排他的ＯＲ処理を除いて、図６Ａのマッパー２０３の動作は、図３Ａのマッパー２０３と同一である。同様に排他的ＯＲ処理を除いて、図６Ｂのディマッパー２１４と図３Ｂのディマッパー２１４の処理は同一である。

さらにまた上記の記述は、ユーザインデックス「ｕ」とユーザシーケンス「ｕ_s」とは特定のエンドユーザに独自のものとして説明したが、ある種のアプリケーションにおいては、複数のエンドユーザ情報をマルチキャスティングするのが望ましい。このようなアプリケーションにおいては、採用されるユーザインデックスは、情報がマルチキャストされる全てのユーザに対し共通である必要がある。

図７Ａは、図１の基地局１０１または移動ユニット１０２内で用いられる、本発明の他の実施例を含む送信器７００の単純ブロック図である。同図に示すように、あるデータソースからの情報ビット、例えばセグメント（アレイ）「ｈ」は、符号化器７０１に与えられる。符号化器７０１は、アレイ「ｄ」の形式で冗長性ビットをアレイｈ内のビットに付加して、一定数の第１ブロック、すなわち第１ブロックビット「ｈｄ」を生成する。アレイｄは、符号化器７０１により生成されるフレームチェックシーケンスである。符号化器７０１からの第１ブロックビット「ｈｄ」は、マッパー７０２に与えられる。マッパー７０２は、エンドユーザに依存する処理装置であり、この実施例においては、符号化器７０１により生成された冗長性ビットの関数であるビットアレイと、ユーザ依存性インデックス「ｕ」に関連する関数を生成する。ユーザインデックス「ｕ」に関連する関数は、周期シフトあるいは一連のビットである。マッパー７０２からの出力は、第２ブロックビット「ｈｆ（ｄ，ｕ）」である。

マッパー２０３は、特定のエンドユーザに独自の、特定のユーザ依存性関数を、第１ブロックビット「ｈｄ」内に挿入する。そしてマッパー７０２から出力された第２ブロックビット「ｈｆ（ｄ，ｕ）」は、それに出力されるブロックビット「ｈｄ」とビットサイズは同一である。したがってマッパー７０２の操作は、送信中のビットストリームに対しオーバヘッドがかからない。「ｆ（ｄ，ｕ）」は、「ｄ」と同一数のビットを有する。第２ブロックビット「ｈｆ（ｂ，ｕ）」が符号化器７０３に与えられ、この符号化器７０３が受信器におけるエラー訂正を目的として、冗長性ビットにそれを加え、送信すべき出力ブロックビットを構成する。出力ブロックビットは、インタリーバ７０４に与えられる。インタリーバ７０４は、対応するワイヤレスデータトラフィックチャネル内のバーストノイズをランダム化するために、それに与えられる出力ブロックビット内のビットの順番を変更する。このインターリーブされたブロックビットは、変調器７０５に与えられ、そこで変調され、その後送信用にアンテナ７０６に与えられる。この実施例においては、符号化器７０３は、アレイｄのユーザ依存性変換を行う。このユーザ依存性変換は、ユーザインデックス「ｕ」に関連するユーザ依存性シーケンスビットとアレイｄとの排他的ＯＲ処理の形態で行われる。別法としてこの変換は、排他的ＯＲ処理を含むアレイｄのビットの交換（入れ替え）の形態で行われる。

図７Ｂは、図１の基地局１０１と移動ユニット１０２内で用いられる本発明の他の実施例を含む受信器７１０の単純ブロック図である。具体的に説明すると、例えば基地局１０１内の送信器７００から送信された信号を、受信器７１０のアンテナ７１１で受信する。この受信信号が復調器７１２に与えられ、そこで一連のシンボルとして復調される。このシンボルはディインタリーバ７１３に与えられ、このディインタリーバ７１３が復号化器７１４が適切に処理できるようにシンボルのビットを操作、あるいは組織化する。復号化器７１４は、このシンボルを復号化されたＦＥＣビットのブロックに変換し、同時にチャネル損傷あるいはノイズにより引き起こされたシンボルエラーを訂正する。復号化器７１４により出力された、復号化されたＦＥＣビットは、ビットブロック「ｆｈ（ｄ，ｕ）」であり、ディマッパー７１５に与えられる。ディマッパー７１５にはまた、ユーザ依存性インデックス「ｕ」に関連した関数も与えられる。ユーザインデックス「ｕ」に関連した関数は、周期シフトあるいはあるシーケンスのビットである。ディマッパー７１５はマッパー７０２と全くの関数を実行して、ブロックビット「ｈｄ」を生成する。このブロックビット「ｈｄ」が復号化器７１６に与えられ、この復号化器７１６はそれを復号化して出力アレイビットｈを生成する。復号化器７１６は未訂正のエラーが存在するか否かを検出するよう動作する。エラーが存在した場合には、復号化器７１６からの復号化されたビットアレイｈは廃棄される。それ以外の場合には、復号化器７１６は復号化されたビットアレイからのＦＣＳ冗長性ビットを取り除き、その結果得られた情報ビットのアレイ、すなわちアレイｈをさらに処理するために転送する。

図７Ａ、７Ｂに示された実施例は、マッパー７０２、ディマッパー７１５内で排他的ＯＲ機能を用いる場合を例に説明したが、汎用のマッピング関数あるいは周期シフトマッピング関数を用いることもできる。

１００ 伝送システム
１０１ 基地局
１０２ 移動ユニット
２００ 送信器
２０１、２０２ 符号化器
２０３ マッパー
２０４ インタリーバ
２１０ 受信器
２１１ アンテナ
２１２ 復調器
２１３ ディインタリーバ
２１４ ディマッパー
２１５、２１６ 復号化器
７００ 送信器
７０１ 符号化器
７０２ マッパー
７０３ 符号化器
７０４ インタリーバ
７０５ 変調器
７０６ アンテナ
７１０ 受信器
７１１ アンテナ
７１２ 復調器
７１３ ディインタリーバ
７１４ 復号化器
７１５ ディマッパー
７１６ 復号化器

Claims (1)

1. ワイヤレス多重アクセス通信システムの送信器で用いられる装置において、
   （Ａ）情報ビットの入力アレイが与えられ、エラー検出冗長性ビットのアレイを生成し、前記エラー検出冗長性ビットのアレイを、前記情報ビットのアレイに付加して、所定数のビットを有する第１ブロックビットを生成するエラー検出エンコーダと、
   （Ｂ）前記第１ブロックビットに基づいて、所定数のビットを有する入力ブロックビットとユーザインデックスが与えられ、前記入力ブロックビットと前記ユーザインデックスの所定の関数にしたがって、前記所定数のビットを有する第２ブロックビットを生成するマッパーと、
   （Ｃ）ユーザ受信器に送信するために、前記第２ブロックビットに基づいて送信信号を変調する変調器と、を有することを特徴とする装置。

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