JP2018160730A - Wireless communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は無線通信システムに関する。 The present disclosure relates to wireless communication systems.
無線通信の分野ではBICM−ID(Bit Interleaved Coded Modulation with Iterative Decoding)と呼ばれる技術が提案され、これにより高い伝送効率を実現することができる。BICM−IDは、例えば非特許文献1に記載されているように、復調処理と復号処理を、インターリーバを介して反復処理することにより実現している。このBICM−IDの特性解析には外部情報交換(EXIT:EXtrinsic Information Transfer)チャートによる手法が用いられている(例えば、特開2010−87707号公報)。
In the field of wireless communication, a technique called BICM-ID (Bit Interleaved Coded Modulation with Iterative Decoding) has been proposed, and thereby high transmission efficiency can be realized. For example, as described in Non-Patent
用いる伝送方式によっては、復調器のEXIT特性と復号器のEXIT特性を効率良く整合させることは困難となる場合がある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
Depending on the transmission method used, it may be difficult to efficiently match the EXIT characteristics of the demodulator and the EXIT characteristics of the decoder.
Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、無線通信システムは基地局と移動局とで構成される。前記基地局は、繰り返し比率が可変される繰り返し符号を用いて符号化を行う可変符号器と、前記可変符号器の出力信号に対してIQ平面にするマッピング部と、前記マッピング部からのマッピング信号を変調して送出する送信部と、を備える。前記移動局は、前記基地局からの送信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した結果に対して復調を行い、符号ビットに対する尤度を算出する復調器と、前記復調器で復調した結果に対して繰り返し復号する復号器と、前記復調器と前記復号器の間で情報を伝播させながら反復処理する反復処理手段と、前記反復処理手段の反復処理毎に復調結果の相互情報量を算出するEXIT解析部と、前記EXIT解析部のEXIT解析結果に基づいて繰り返し比率を算出する最適符号構成探索部と、前記最適符号構成探索部の探索した繰り返し比率を伝送情報として変調し送信する送信手段と、を備える。前記基地局は、さらに、前記移動局からの送信信号を受信する受信部と、前記基地局の受信部からの受信信号を復調し、前記移動局の前記送信部の変調に対する復調を行い、前記移動局から伝送された前記繰り返し比率を復元する復調部と、を備える。前記可変符号器は、前記復調部で復元された繰り返し比率に基づいて繰り返し符号化を行う。
The outline of a representative one of the present disclosure will be briefly described as follows.
That is, the radio communication system is composed of a base station and a mobile station. The base station includes: a variable encoder that performs encoding using a repetition code whose repetition ratio is variable; a mapping unit that sets an IQ plane for an output signal of the variable encoder; and a mapping signal from the mapping unit And a transmitter that modulates and transmits the data. The mobile station receives a transmission signal from the base station, demodulates the result received by the receiving unit, calculates a likelihood for a code bit, and demodulates the demodulator A decoder for iteratively decoding the result, an iterative processing means for performing iterative processing while propagating information between the demodulator and the decoder, and a mutual information amount of a demodulation result for each iteration of the iterative processing means An EXIT analysis unit that calculates the optimal code configuration search unit that calculates a repetition rate based on the EXIT analysis result of the EXIT analysis unit, and modulates and transmits the repetition rate searched by the optimal code configuration search unit as transmission information Transmitting means. The base station further demodulates a reception unit that receives a transmission signal from the mobile station and a reception signal from the reception unit of the base station, performs demodulation for modulation of the transmission unit of the mobile station, and A demodulation unit that restores the repetition rate transmitted from the mobile station. The variable encoder performs iterative encoding based on the repetition rate restored by the demodulator.
本発明によれば、復調器のEXIT特性と復号器のEXIT特性を効率良く整合させることができる。 According to the present invention, the EXIT characteristic of the demodulator and the EXIT characteristic of the decoder can be efficiently matched.
前述のEXITチャートの一例について図2を用いて説明する。EXITチャートは縦軸に復調器出力の相互情報量をとり、横軸に復号器の相互情報量をとる。いずれの軸も範囲は0〜1であり、1に近い程信頼度は高くなる。相互情報量が1であることは、その情報の曖昧さが0ということであり、復号器出力の相互情報量が1であることは復号誤りがないということを示している。 An example of the aforementioned EXIT chart will be described with reference to FIG. In the EXIT chart, the vertical axis represents the mutual information amount of the demodulator output, and the horizontal axis represents the mutual information amount of the decoder. The range of any axis is 0 to 1, and the closer to 1, the higher the reliability. A mutual information amount of 1 indicates that the ambiguity of the information is 0, and a mutual information amount of 1 at the decoder output indicates that there is no decoding error.
BICM−IDの反復処理は、復調器のEXIT特性(図2の実線)と復号器のEXIT特性(図2の点線)の間に記載した矢印で示すように、復調器と復号器の間で反復的に情報を伝播させながら、お互いの情報量を徐々に増加させることで特性を改善させる。 The iterative processing of BICM-ID is performed between the demodulator and the decoder as indicated by the arrow between the demodulator EXIT characteristic (solid line in FIG. 2) and the decoder EXIT characteristic (dotted line in FIG. 2). While propagating information repeatedly, the characteristics are improved by gradually increasing the amount of information.
このEXITチャートを用いることで、以下の二点に関する解析を行うことができる。 By using this EXIT chart, the following two points can be analyzed.
一点目は、復調器のEXIT特性と復号器のEXIT特性が交差すると、それ以上の情報量を増加させることができなくなり、復号器で誤りが発生してしまう。二点目は、復調器のEXIT特性と復号器のEXITの間の面積が小さい程、効率の良い伝送ができていることを示し、伝搬路の持つ伝送容量を十分活用できているかどうかを知ることができる。 First, when the EXIT characteristic of the demodulator and the EXIT characteristic of the decoder intersect, it becomes impossible to increase the amount of information further, and an error occurs in the decoder. The second point is that the smaller the area between the EXIT characteristic of the demodulator and the EXIT of the decoder, the more efficient transmission is possible, and it is known whether the transmission capacity of the propagation path can be fully utilized. be able to.
このようにEXITチャートを用いることで、復調器と復号器のマッチングを解析することが可能である。 Thus, by using the EXIT chart, it is possible to analyze the matching between the demodulator and the decoder.
前述したEXIT解析では、復調器のEXIT特性は隣り合ったマッピング点のハミング距離が1であるGrayマッピングや非Grayマッピング、または非特許文献2の拡張マッピングにより、そのEXIT特性は異なる。また、受信信号雑音比(SNR:Signal to Noise power Ratio)や伝搬路特性によってもEXIT特性は変動する。
In the EXIT analysis described above, the EXIT characteristics of the demodulator differ depending on the Gray mapping or non-Gray mapping in which the hamming distance between adjacent mapping points is 1, or the extended mapping of
一方、誤り訂正符号のEXIT特性は用いる符号器の構成により一意に決定される。そのため、想定するSNRや伝搬路の特性に基づいて復調器のEXITチャート解析を行い、それらの特性が整合する符号器構成をあらかじめ設計し、無線伝送システムに適用することが一般的である。 On the other hand, the EXIT characteristic of the error correction code is uniquely determined by the configuration of the encoder used. For this reason, it is common to perform an EXIT chart analysis of the demodulator based on the assumed SNR and propagation path characteristics, design in advance an encoder configuration that matches those characteristics, and apply it to a wireless transmission system.
このように、符号器の構成が決定されると、伝搬路特性が変動した場合、復調器と復号器が整合しなくなり、復号誤りや伝送効率の低下が発生する。 As described above, when the configuration of the encoder is determined, when the propagation path characteristics fluctuate, the demodulator and the decoder are not matched, and decoding error and transmission efficiency decrease occur.
この問題を解決するため、双方向の無線伝送システムでは、伝搬路の特性に基づき、変調方式や符号化率を適応的に可変する適応変調符号化(AMC:Adaptive Modulation Coding)が用いられている。これは、受信部で変調誤差比(MER:Modulation Error Ratio)や受信強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)、または誤り訂正結果の誤り率等から受信品質を判断し、誤りが発生することがないように適切な変調方式や符号化率を決定する。決定した変調方式、符号化率を送信側にフィードバックし、送信部ではフィードバックした得られた結果に基づき変調方式や符号化率を設定する。 In order to solve this problem, the bidirectional radio transmission system uses adaptive modulation coding (AMC) that adaptively varies the modulation scheme and coding rate based on the characteristics of the propagation path. . This is because the reception unit determines the reception quality from the modulation error ratio (MER), the received signal strength (RSSI), or the error rate of the error correction result, and no error occurs. Thus, an appropriate modulation scheme and coding rate are determined. The determined modulation method and coding rate are fed back to the transmission side, and the transmission unit sets the modulation method and coding rate based on the obtained result.
AMCの適用により、復調器のEXIT特性と復号器のEXIT特性を整合させることが可能となるが、用いる伝送方式によっては、効率良く整合させることは困難となる場合がある。 Application of AMC makes it possible to match the EXIT characteristic of the demodulator and the EXIT characteristic of the decoder. However, depending on the transmission method used, it may be difficult to match efficiently.
例えば、Grayマッピングと低密度パリティ検査(LDPC:Low Density Parity Check)誤り訂正符号を複数の送受信アンテナを用いるMIMO(Multiple Input Multiple Output)に適用する場合、その復調器のEXIT特性は図3に示すような特性となる。図3に示すように受信SNRが比較的高い場合には復調器EXIT特性が復号器のEXIT特性を上回り、交差することがないため、復号誤りが発生することはない。しかし、そのEXITの面積は広く、伝送効率は低下している。更に、MIMOの移動伝送などにおいては、MIMOチャネルの特性に応じて復調器のEXIT特性の傾きも時々刻々と変動するため、LDPCやターボ符号などの復号器のEXIT特性と整合させることは困難である。 For example, when Gray mapping and a low density parity check (LDPC) error correction code are applied to MIMO (Multiple Input Multiple Output) using a plurality of transmission / reception antennas, the exit characteristics of the demodulator are shown in FIG. It becomes such a characteristic. As shown in FIG. 3, when the received SNR is relatively high, the demodulator EXIT characteristic exceeds the EXIT characteristic of the decoder and does not cross, so that no decoding error occurs. However, the area of the EXIT is wide and the transmission efficiency is reduced. Furthermore, in MIMO mobile transmission, etc., the slope of the EXIT characteristic of the demodulator varies from time to time according to the characteristics of the MIMO channel, so it is difficult to match the EXIT characteristics of decoders such as LDPC and turbo codes. is there.
実施形態に係る無線通信システムは移動体伝送など時々刻々特性が変動する伝搬路において、受信機側で復調器のEXIT特性を解析し、復調器のEXIT特性に適した符号器構成を探索する。探索した符号器構成はフィードバックされ、フィードバック情報から得られた符号器構成に基づき符号器を構成する。実施形態によれば、伝搬路が有するチャネル容量を十分に活用できる高効率な伝送を実現することができる。 The radio communication system according to the embodiment analyzes the EXIT characteristic of the demodulator on the receiver side in a propagation path whose characteristics change every moment, such as mobile transmission, and searches for an encoder configuration suitable for the EXIT characteristic of the demodulator. The searched encoder configuration is fed back, and an encoder is configured based on the encoder configuration obtained from the feedback information. According to the embodiment, it is possible to realize highly efficient transmission that can fully utilize the channel capacity of the propagation path.
以下、実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。 Examples will be described below with reference to the drawings. However, in the following description, the same components may be denoted by the same reference numerals and repeated description may be omitted.
実施例に係る無線通信システムについて図1を用いて詳細に説明する。実施例に係る無線通信システムは基地局BSと移動局MSとで構成される。基地局BSは可変符号器1、インターリーバ2、マッピング部3、送信部4、サーキュレータ5、送受信アンテナ6、受信部7、復調部8を備える。移動局MSは、送受信アンテナ9、サーキュレータ10、受信部11、復調器12、デインターリーバ13、復号器14、インターリーバ15、EXIT解析部16、最適符号構成探索部17、変調部18、送信部19を備える。
A wireless communication system according to an embodiment will be described in detail with reference to FIG. The radio communication system according to the embodiment includes a base station BS and a mobile station MS. The base station BS includes a
基地局BS部の送信機では、可変符号器1に伝送する情報ビット系列b={b1,b2,…,bk}が入力され、移動局MS部からのフィードバック情報を解析する復調部8からの符号構成信号に基づいて誤り訂正符号器を構成し、構成された符号器により誤り訂正符号化を行い、符号系列cを出力する。ここで、復調部8からの符号構成信号の動作については後述する。
In the transmitter of the base station BS unit, an information bit sequence b = {b 1 , b 2 ,..., B k } to be transmitted to the
可変符号器1での誤り訂正符号は繰り返し符号を用いて符号化を行う。この繰り返し符号の例について図4を用いて説明する。入力された情報ビット系列b={b1,b2,…,b8}に対して繰り返し符号を適用するが、各ビットの繰り返し数により符号構成が決定される。図4の例では、繰り返し数が5(b1,b2に適用)の比率が2/8、繰り返し数が4(b3に適用)の比率が1/8、繰り返し数が3(b4,b5に適用)の比率が2/8、繰り返し数が2(b6,b7,b8に適用)の比率が3/8となる符号構成である。復調部8から受け取る符号構成情報は、各繰り返し数の比率を受け取り、それに基づいて符号化を行う。図4の例では符号長K=8であり、繰り返し数が2〜5までの比率は順番に、3/8、2/8、1/8、2/8となる。ここで、繰り返し比率を示すベクトルをaとすると、a=(a2,a3,a4,a5)=(3/8,2/8,1/8,2/8)となる。
The error correction code in the
この繰り返し数の比率aにより復号特性が確定し、復号器のEXIT特性も一意に決定される。また、本実施例は符号器構成を伝搬路の特性に応じて符号構成を最適化することを主眼としており、その実現には繰り返し比率aを伝搬路の特性に整合させるように最適化する。この繰り返し数の比率aの最適化については、説明を後述する。 The decoding characteristic is determined by the repetition rate ratio a, and the EXIT characteristic of the decoder is also uniquely determined. In addition, the present embodiment focuses on optimizing the code configuration according to the characteristics of the propagation path, and the repetition rate a is optimized so as to match the characteristics of the propagation path. The optimization of the repetition rate ratio a will be described later.
更に、この符号構成は、移動伝送などの伝搬路特性が変動する場合には、伝搬路の特性が同じとみなせるような短い期間で更新することが望ましく、例えばフレーム単位で可変させる。 Furthermore, this code configuration is desirably updated in a short period such that the propagation path characteristics can be regarded as the same when the propagation path characteristics such as mobile transmission fluctuate.
可変符号器1からの符号cはインターリーバ2に入力され、インターリーバ2では誤り訂正符号器の複合能力を十分に発揮させるために符号cの順序を入れ換える。インターリーブのパターンとしてはランダムパターンを用いることが多いが、規則的なパターンであっても差し支えない。
The code c from the
インターリーバ2で並べ替えられた符号系列はマッピング部3に入力され、マッピング部では符号ビットをI,Q平面の点に対応付けるマッピング処理を行う。I,Qマッピングには格子状に配置するQAM(Quadrature Amplitude Modulation)や円周上に配置するマッピング方式などがある。
The code sequence rearranged by the
また、符号ビットに対応付けられたマッピング点は、隣り合ったマッピング点で対応する符号ビットのハミング距離が1となるGrayマッピングやハミング距離が2以上の大きな値となるように設計された非Grayマッピングなどがある。更に、非特許文献2で提案されている一つのマッピング点に対して複数の符号ビットが対応付けられた拡張マッピングがある。実施例では、拡張マッピングを例に説明を行うが、Grayや非Grayマッピングに適応することも可能である。拡張マッピングの特徴は、復調器のEXIT特性が大きく右上がりに傾くことであり、可変符号器1で用いている繰り返し符号のEXIT特性と強い整合性がある。
In addition, the mapping point associated with the code bit is a Gray mapping in which the Hamming distance of the code bit corresponding to the adjacent mapping point is 1 or a non-Gray designed so that the Hamming distance is a large value of 2 or more. There is mapping. Furthermore, there is an extended mapping in which a plurality of code bits are associated with one mapping point proposed in
マッピング信号は送信部4で変調信号に変換される。変調方式としてはOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)やシングルキャリア、あるいは次世代waveformとして検討されているFBMC(Filter Bank Multiple Carrier)やUFMC(Universal Filtered MultiCarrier)などを適用することが可能であり、制約されることはない。
The mapping signal is converted into a modulated signal by the
また、複数の送受信アンテナを用いて複数ストリームを空間領域で多重して伝送するMIMOを適用することも可能である。 It is also possible to apply MIMO in which a plurality of streams are multiplexed and transmitted in the spatial domain using a plurality of transmission / reception antennas.
変調信号はサーキュレータ5を経由して送受信アンテナ6から送出される。無線送信信号は、時々刻々変動する伝搬路を経由して、送受信アンテナ9で受信される。
The modulated signal is transmitted from the transmitting / receiving antenna 6 via the
受信信号はサーキュレータ10を経由して受信部11に入力される。受信部11では送信部4で施した変調処理に適した受信処理を行う。具体的には、送受信の同期処理や、OFDMを用いている場合にはIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理などが挙げられる。これらの受信処理は本質的ではないため、詳細な説明は省略する。
The received signal is input to the receiving
復調器12では、受信処理された信号に対して、送信側のマッピング点を再構成する等化処理を行う。送受信アンテナを1本ずつ用いるSISO(Single Input Single Output)では、受信信号を推定した伝搬路特性で除算する等化処理や、MIMOでは複数アンテナで受信した受信信号に対して、推定伝搬路特性行列を用いた空間フィルタリング処理などがある。この再構成された受信マッピング点と、送信側でマッピングした理想点との距離に基づいて符号化ビットの尤度を算出する。符号ビットbiの対数尤度比LE DEM(bi)は式(1)で表され、これを復調器外部対数尤度比(LLR:Log Likelihood Ratio)LE DEM(bi)と定義する。
The
式(1)でP(bi=0)はbiが0である確率、P(bi=1)はbiが1である確率を示している。ここでbiのインデックスiはビット系列の番号を示している。 In the equation (1), P (b i = 0) indicates the probability that b i is 0, and P (b i = 1) indicates the probability that b i is 1. Here, the index i of b i indicates the bit sequence number.
また、復調器12での処理として、送信マッピング点と推定伝搬路(行列)特性から複数の受信候補点(レプリカ)を算出し、得られた受信点と受信候補点とのユークリッド距離に基づいて、符号ビット尤度を算出するMLD(Maximum Likelihood Detection)方式がある。
Further, as processing in the
復調器12からの復調器外部LLR LE DEM(bi)はデインターリーバ13に接続される。デインターリーバ13では、インターリーバ2で並べ替えられた順序を元に戻す処理を施す。復調器外部LLR LE DEM(bi)はデインターリーバ13で並べ替えられることで、復号器14への事前情報である復号器事前LLR LA DEC(bn)となる。
The demodulator external LLR L E DEM (b i ) from the
デインターリーバ13の出力は、EXIT解析部16、及び復号器14に接続される。
The output of the
EXIT解析部16では、復号器事前LLR LA DEC(bn)に基づき式(2)の演算を行い、復調器相互情報量IA DEMを算出する。
The
復調器相互情報量IA DEMは復調器12の出力の信頼度を示し、図5に示すEXITチャートでは(1)点を示している。なお、図5では数字を○で囲って示しているが本明細書では数字を( )で囲って示している。
The demodulator mutual information amount I A DEM indicates the reliability of the output of the
復号器14では、復号器事前LLR LA DEC(bn)と最適符号構成探索部17からの符号構成とに基づいた繰り返し符号に対する復号を行い、復号器外部LLR LE DEC(bn)を算出する。繰り返し符号に対する復号方法の詳細については非特許文献3に記載されている。
The
式(2)で示したように、復号器14の出力の相互情報量を図5(点線)に示す。復調器12の相互情報量((1)点)が得られ、それに基づいた復号を行うことで、復号器出力の相互情報量は(1)点から(2)点まで情報量が増加している。
As shown in Expression (2), the mutual information amount of the output of the
復号器14からの復号器外部LLR LE DEC(bn)はインターリーバ15に入力され、送信側のインターリーバ2のインターリーブパターンと同じパターンで並べ替えを行い、復調器12にフィードバックする。復号器14の場合と同様に、復号器外部LLR LE DEC(bn)はインターリーバ15で並び替えられ、復調器12に入力するときには、復調器12への復調器事前LLR LA DEM(bi)となる。
Decoder external LLR L E DEC from the decoder 14 (b n) are input to the
以上の処理が、復調器、復号器間の一回の反復処理を示している。 The above processing shows one iteration processing between the demodulator and the decoder.
次に、二回目の反復処理について説明する。 Next, the second iteration process will be described.
復調器12では、式(1)に示す対数尤度比とフィードバック入力された復調器事前LLR LA DEM(bi)から復調器外部LLR LE DEM(bi)を算出する。一回目の反復処理と異なる点は、一回目は復調器事前LLR LA DEM(bi)が得られていないため、復調器外部LLR LE DEM(bi)は式(1)の対数尤度比をそのまま出力していたが、二回目以降の反復処理では、式(1)の対数尤度比と復調器事前LLR LA DEM(bi)から復調器外部LLR LE DEM(bi)を算出する。詳細な算出方法は非特許文献3に記載されている。
The
復調器外部LLR LE DEM(bi)はデインターリーバ13を経由して、EXIT解析部16に入力され、一回目の反復処理時と同様に式(2)に記載の相互情報量を算出する。二回目の反復処理時には、復調器事前LLR LA DEM(bi)が得られているため、一回目の反復処理時よりも高い相互情報量を得ることができる。これは、図5の(3)の特性となり、復調器事前LLR LA DEM(bi)を得ることにより、得られる相互情報量が増加している(図5の(2)→(3))ことがわかる。
The demodulator external LLR L E DEM (b i ) is input to the
復号器14では、一回目の反復処理と同様に、復号器事前LLR LA DEC(bn)に基づき復号処理する。復号結果である復号器外部LLR LE DEC(bn)は、一回目の反復時よりも相互情報量は増加している(図5の(3)→(4))。
In the
復号器外部LLR LE DEC(bi)はデインターリーバ13により復調器事前LLR LA DEM(bn)に変換され、復調器12に再度入力される。
The decoder external LLR L E DEC (b i ) is converted into a demodulator pre-LLR L A DEM (b n ) by the deinterleaver 13 and input again to the
以上の処理が二回目の反復処理になる。 The above process is the second iterative process.
上記、反復処理を複数回実施することにより、図5のEXITチャートでは(4)→(5)、(5)→(6)、(6)→(7)、・・・と反復処理を重ねるにつれて、相互情報量は改善されていく。 By performing the above iterative process a plurality of times, in the EXIT chart of FIG. 5, the iterative process is repeated in the order of (4) → (5), (5) → (6), (6) → (7),. As the amount of mutual information improves.
また、上記の複数回の反復処理において、EXIT解析部16で得られた相互情報量の軌跡(図5の(1)、(3)、(5)、(7)、・・・)が、離散的に得られた復調器のEXIT特性である。 Further, in the above-described multiple iterations, the trajectory of mutual information obtained by the EXIT analysis unit 16 ((1), (3), (5), (7),..., FIG. 5) It is the EXIT characteristic of the demodulator obtained discretely.
前述したように、復調器のEXIT特性と復号器のEXIT特性の面積が小さい程、伝送効率が良い(伝搬路の持つ伝送容量を十分に活用できる)が、本実施例の主眼点は、伝搬路特性が変動した復調器のEXIT特性に整合(復調器のEXIT特性と復号器のEXIT特性が交差せず、尚且つその間の面積が少ない方が良い)するように、BS部20側の可変符号器1を適応的に構成することにある。
As described above, the smaller the area of the EXIT characteristic of the demodulator and the EXIT characteristic of the decoder, the better the transmission efficiency (the transmission capacity of the propagation path can be fully utilized). Variable on the BS unit 20 side so that it matches the EXIT characteristic of the demodulator whose path characteristics have changed (the EXIT characteristic of the demodulator and the EXIT characteristic of the decoder do not cross each other and the area between them is small). The
そのため、最適符号構成探索部17では、EXIT解析部16にて得られた復調器のEXIT特性からEXIT面積が最小となる符号器構成を探索する。図6に示すように、最適符号構成探索部17は復号器EXIT算出部171と最小EXIT面積探索部172にて構成される。更に、図7に示すように、復号器EXIT算出部171はd2:J’( )関数生成器1711、d3:J’ ( )関数生成器1712、dM:J’( )関数生成器1713、乗算器1714〜1716、加算器1717、繰り返し割合調整部1718から構成される。
Therefore, the optimum code
復号器EXIT算出部171では、繰り返し比率aを変更しながら、各繰り返し比率aに対応する復号器のEXIT特性を算出する。符号器のEXIT特性は伝搬路に依存せず、その復号器の構成から一意に決定される。この復号器のEXIT特性は式(3)で表される。
The decoder
ai:繰り返し比率
di:繰り返し数
また、式(3)のJ( )関数は式(4)で示される。
a i : Repeating ratio d i : Number of repetitions Further, the J () function of Expression (3) is expressed by Expression (4).
式(3)のJ(√(di−1)・J−1(IA DEC))は0から1までの復号器相互情報量IA DECと、繰り返し復号の繰り返し数diにより決定される関数である。 J (√ (d i −1) · J −1 (I A DEC )) in equation (3) is determined by the decoder mutual information amount I A DEC from 0 to 1 and the iteration number d i of iterative decoding. Function.
ここで、di・J(√(di−1)・J−1(IA DEC))をJ’(IA DEC,di)と定義する。また、式(3)における分母のΣiai・diは符号長Kと一致する。更に、繰り返し比率aiの組み合わせベクトルaの定義を再掲すると、a=(a2,a3,a4,・・・,aM+1)であり、Σai=1である。これらのことを考慮すると、式(3)は式(5)に簡略化される。 We define d i · J a (√ (d i -1) · J -1 (I A DEC)) J '(I A DEC, di) and. Further, Σ i a i · d i of the denominator in the equation (3) matches the code length K. Furthermore, when the definition of the combination vector a having the repetition rate a i is re-displayed, a = (a 2 , a 3 , a 4 ,..., A M + 1 ) and Σa i = 1. Taking these into account, Equation (3) is simplified to Equation (5).
復号器EXIT算出部171のd2:J’( )関数生成器1711、d3:J’( )関数生成器1712、dM:J’( )関数生成器1713では、繰り返し数di毎のJ’( )関数を生成するが、J’( )関数はdiにより一意に決定されるため、図8に示すように、あらかじめ繰り返し数di毎のJ’( )関数を計算して、ROM(Read Only Memory)などに記憶させることで計算負荷を軽減することができる。
The d2: J ′ ()
式(5)に示すように、復号器のEXIT特性はd2:J’( )関数生成器1711、d3:J’( )関数生成器1712、dM:J’( )関数生成器1713で生成したJ’(IA DEC,di)関数を、その繰り返し比率aiで加重平均した結果となる。そのため、復号器EXIT算出部171では、繰り返し割合調整部1718で算出した繰り返し比率aiを乗算器1714、1715、1716に入力し、d2:J’( )関数生成器1711、d3:J’( )関数生成器1712、dM:J’( )関数生成器1713の出力と乗算する。各乗算結果は加算器1717で加算することにより、式(5)に記載した復号器のEXIT特性を得ることができる。
As shown in the equation (5), the EXIT characteristics of the decoder are generated by the d2: J ′ ()
以上により、繰り返し割合調整部1718にて設定された繰り返し比率aiの組み合わせによる復号器のEXIT特性を得ることができる。
As described above, the EXIT characteristic of the decoder can be obtained by the combination of the repetition rate a i set by the repetition
復号器EXIT算出部171で設定する繰り返し比率aiは繰り返し割合調整部1718にて、様々なaiの組み合わせを順次出力する。
The repetition rate a i set by the decoder
全ての組み合わせを出力する場合、繰り返し数diの上限をMとし、情報ビット長がNの場合、NMの組み合わせがある。例えば、情報ビット長Nを8とし、繰り返し数diの上限Mを16とすると、816もの組み合わせが存在するが、復号器のEXIT特性が同一となる組み合わせは複数存在するため、同一EXIT特性となる組み合わせは省くことができる。 To output all combinations, the upper limit of the number of repetitions d i is M, if the information bit length is N, a combination of N M. For example, if the information bit length N is 8 and the upper limit M of the number of repetitions d i is 16, there are 816 combinations, but there are a plurality of combinations with the same EXIT characteristics of the decoder. This combination can be omitted.
また、EXIT特性が酷似するような組み合わせについても省くことができる。 Also, combinations that are very similar in EXIT characteristics can be omitted.
このように複数の繰り返し比率aiのパターンを出力して、それに対する復号器のEXIT特性IE DEC(IA DEC,a)を算出する。 In this way, a plurality of patterns of repetition rate a i are output, and the EXIT characteristic I E DEC (I A DEC , a) of the decoder is calculated.
復号器EXIT算出部171から、各繰り返し比率aの復号器のEXIT特性は最小EXIT面積探索部172に入力され、最小EXIT面積探索部172のもう一方の入力にはEXIT解析部16からの復調器のEXIT特性IA DEMが入力される。
From the decoder
最小EXIT面積探索部172では、得られた復調器のEXIT特性IA DEMよりも復号器のEXIT特性が下回っており、尚且つ復号器のEXIT特性IE DEC(IA DEC,a)との面積が最小となる繰り返し比率aoptを探索する。EXIT面積の算出方法は、例えば図9に示すように、離散的に得られた2点の復調器のEXIT特性IA DEM(図9の白丸)と復号器のEXIT特性IE DEC(IA DEC,a)の間の面積を台形で近似し、得られた離散復調器EXIT特性IA DEMの全ての点に関する台形の面積の総和とする。各繰り返し比率aで面積を求め、面積が最小となる繰り返し比率aを最適繰り返し比率aoptとする。
MINIMUM EXIT
この最適繰り返し比率aoptに基づいて、可変符号器1を構成することで、復調器のT特性と復号器のXIT特性を整合させることができる。
By configuring the
次に、最適符号構成探索部17の最適な繰り返し比率aoptの算出方法に関する第二の手法について説明する。
Next, a second method relating to the calculation method of the optimum repetition rate a opt of the optimum code
得られた復調器のEXIT特性IA DEMをベクトルqとし、各繰り返し数diにおけるJ’( )関数J’(IA DEC,di)をjiベクトルとし、J’( )関数行列をjとする。ここで、j=(j2,j3,j4,・・・,jM+1)である。 The EXIT characteristic I A DEM of the obtained demodulator is a vector q, the J ′ () function J ′ (I A DEC , d i ) at each iteration number d i is the j i vector, and the J ′ () function matrix is j. Here, j = (j 2 , j 3 , j 4 ,..., J M + 1 ).
最適な繰り返し比率aoptの算出方法に関する第二の手法では復調器のEXIT特性IA DEMと復号器のEXIT特性IE DEC(IA DEC,a)との二乗差を最小とする規範で、最適繰り返し比率aoptを算出する。二乗差を式(6)で定義する。 In the second approach relates to a method of calculating the optimum repetition ratio a opt in norms that minimizes the squared difference between EXIT characteristic I E DEC of the decoder and EXIT characteristic I A DEM demodulator (I A DEC, a), The optimal repetition ratio a opt is calculated. The square difference is defined by equation (6).
式(6)のνを最小とする最適繰り返し比率aを求めるため、式(6)を微分して0とする。 In order to obtain the optimum repetition rate a that minimizes ν in equation (6), equation (6) is differentiated to zero.
式(7)の計算結果を式(8)に示す。 The calculation result of Expression (7) is shown in Expression (8).
ここで、(JJT)−1Jは決定された値であるため、あらかじめ計算を行い、その計算結果を行列Lとすると式(8)は式(9)で表される。 Here, since (JJ T ) −1 J is a determined value, when calculation is performed in advance and the calculation result is a matrix L, Expression (8) is expressed by Expression (9).
最適符号構成探索部17の最適な繰り返し比率aoptの算出方法に関する第二の手法では、EXIT解析部16にて得られた復調器のEXIT特性qとあらかじめ算出した行列Lとの積を演算すれば良い。式(9)で得られた最適繰り返し比率aoptは実数で算出されるが、繰り返し比率aiの最小分解能は符号長Kの逆数であるため、式(10)に示すような量子化処理が必要となる。
In the second method relating to the calculation method of the optimal repetition rate a opt of the optimal code
更に、a’optの各要素の合計は1になるように、式(10)の結果を微調整する必要がある。 Furthermore, it is necessary to finely adjust the result of Expression (10) so that the sum of each element of a ′ opt becomes 1.
最適符号構成探索部17で算出した最適繰り返し比率aoptは変調部18と復号器14に入力される。変調部18では基地局BSにフィードバックするため最適繰り返し比率aoptに対する変調を行い、送信部19にて周波数変換などの処理を行い、無線周波数信号を生成する。その後、サーキュレータ10、送受信アンテナ9を経由して、基地局BS側にフィードバック送信する。基地局BS側では、送受信アンテナ6で受信し、サーキュレータ5を経由して、受信部7に入力する。受信部7では信号電力の増幅や周波数変換などを行い、その結果を復調部8に入力する。復調部8では変調部18に対応する復調処理を行い、移動局MS側で送信した最適繰り返し比率aoptを再生する。復調部8の結果は可変符号器1に入力され、前述したようにその繰り返し比率で符号器を構成する。
The optimum repetition rate a opt calculated by the optimum code
以上説明した本実施例によれば、移動体伝送など時々刻々特性が変動する伝搬路において、受信機側のEXIT解析部16で復調器のEXIT特性を解析し、最適符号構成探索部17にて復調器EXIT特性に適した符号器構成を探索する。探索した符号器構成はフィードバックされ、フィードバック情報から得られた符号器構成に基づき符号器を構成することにより、伝搬路が有するチャネル容量を十分に活用できる高効率な伝送を実現することができる。
According to the present embodiment described above, the
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made. Not too long.
1・・・可変符号器
2・・・インターリーバ
3・・・マッピング部
4・・・送信部
5・・・サーキュレータ
6・・・アンテナ
7・・・受信部
8・・・復調部
9・・・アンテナ
10・・・サーキュレータ
11・・・受信部
12・・・復調部
13・・・デインターリーバ
14・・・復号器
15・・・インターリーバ
16・・・EXIT解析部
17・・・最適符号構成探索部
18・・・変調部
19・・・送信部
BS・・・基地局
MS・・・移動局
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基地局は、
繰り返し比率が可変される繰り返し符号を用いて符号化を行う可変符号器と、
前記可変符号器の出力信号に対してIQ平面にするマッピング部と、
前記マッピング部からのマッピング信号を変調して送出する送信部と、
を備え、
前記移動局は、
前記基地局からの送信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した結果に対して復調を行い、符号ビットに対する尤度を算出する復調器と、
前記復調器で復調した結果に対して繰り返し復号する復号器と、
前記復調器と前記復号器の間で情報を伝播させながら反復処理する反復処理手段と、
前記反復処理手段の反復処理毎に復調結果の相互情報量を算出するEXIT解析部と、
前記EXIT解析部のEXIT解析結果に基づいて繰り返し比率を算出する最適符号構成探索部と、
前記最適符号構成探索部の探索した繰り返し比率を伝送情報として変調し送信する送信手段と、
を備え、
前記基地局は、さらに、
前記移動局からの送信信号を受信する受信部と、
前記基地局の受信部からの受信信号を復調し、前記移動局の前記送信部の変調に対する復調を行い、前記移動局から伝送された前記繰り返し比率を復元する復調部と、
を備え、
前記可変符号器は、前記復調部で復元された繰り返し比率に基づいて繰り返し符号化を行う無線通信システム。 A wireless communication system comprising a base station and a mobile station,
The base station
A variable encoder that performs encoding using a repetition code with a variable repetition rate;
A mapping unit for converting the output signal of the variable encoder into an IQ plane;
A transmitter that modulates and transmits a mapping signal from the mapping unit;
With
The mobile station
A receiver for receiving a transmission signal from the base station;
A demodulator that demodulates the result received by the receiver and calculates a likelihood for the code bit;
A decoder that repeatedly decodes the result demodulated by the demodulator;
Repetitive processing means for performing repetitive processing while propagating information between the demodulator and the decoder;
An EXIT analysis unit that calculates a mutual information amount of a demodulation result for each iterative process of the iterative processing unit;
An optimum code configuration search unit that calculates a repetition rate based on the EXIT analysis result of the EXIT analysis unit;
Transmitting means for modulating and transmitting the repetition rate searched by the optimum code configuration search unit as transmission information;
With
The base station further includes:
A receiver for receiving a transmission signal from the mobile station;
A demodulator that demodulates the received signal from the receiver of the base station, demodulates the modulation of the transmitter of the mobile station, and restores the repetition rate transmitted from the mobile station;
With
The variable encoder is a wireless communication system that performs repetitive encoding based on a repetition rate restored by the demodulation unit.
前記基地局は、さらに、前記可変符号器の出力信号の順序を並べ替える第一インターリーバを備え、
前記移動局の反復処理手段は、
前記第一インターリーバで並べ替えられた順序を元に戻すデインターリーバと、
前記第一インターリーバと同じパターンで並べ替える第二インターリーバと、
を備え、
前記復調器は、前記符号ビットの対数尤度比を算出し、復調器外部対数尤度比として出力し、
前記デインターリーバは、前記復調器外部対数尤度比を並べ替えて復号器事前対数尤度比を生成し、
前記復号器は、前記復号器事前対数尤度比と前記最適符号構成探索部からの符号構成とに基づいて繰り返し符号に対する復号を行い、復号器外部対数尤度比を算出し、
前記第二インターリーバは、前記復号器外部対数尤度比を並べ替えて復調器事前対数尤度比を生成し、
前記EXIT解析部は前記復号器事前対数尤度比に基づいて復号器相互情報量を算出し、
前記最適符号構成探索部は前記復号器相互情報量に基づいて繰り返し比率を算出する無線通信システム。 In claim 1,
The base station further includes a first interleaver that rearranges the order of the output signals of the variable encoder,
The mobile station repetitive processing means comprises:
A deinterleaver for returning the order rearranged by the first interleaver;
A second interleaver that rearranges in the same pattern as the first interleaver;
With
The demodulator calculates a log likelihood ratio of the code bit and outputs it as a demodulator external log likelihood ratio;
The deinterleaver generates a decoder prior log likelihood ratio by reordering the demodulator external log likelihood ratio;
The decoder performs decoding on a repetitive code based on the decoder prior log likelihood ratio and the code configuration from the optimal code configuration search unit, and calculates a decoder external log likelihood ratio,
The second interleaver reorders the decoder outer log likelihood ratio to generate a demodulator prior log likelihood ratio;
The EXIT analysis unit calculates a decoder mutual information amount based on the decoder prior log likelihood ratio,
The optimal code configuration search unit is a wireless communication system that calculates a repetition rate based on the decoder mutual information amount.
前記最適符号構成探索部は、
繰り返し比率を変更しながら各繰り返し比率に対応する復号器のEXIT特性を算出する復号器EXIT算出部と、
前記復号器のEXIT特性および前記復号器情報量に基づき最適繰り返し比率を算出する最小EXIT面積探索部と、
を備え、
前記最小EXIT面積探索部は、前記復号器情報量に基づき復調器のEXIT特性を算出し、前記復調器のEXIT特性よりも前記復号器のEXIT特性が下回っており、前記復調器のEXIT特性と前記復号器のEXIT特性との面積が最小となる最適繰り返し比率を探索する無線通信システム。 In claim 2,
The optimum code configuration search unit includes:
A decoder EXIT calculation unit for calculating the EXIT characteristic of the decoder corresponding to each repetition rate while changing the repetition rate;
A minimum EXIT area search unit for calculating an optimum repetition rate based on the EXIT characteristic of the decoder and the amount of information of the decoder;
With
The minimum EXIT area search unit calculates an EXIT characteristic of the demodulator based on the decoder information amount, the EXIT characteristic of the decoder is lower than the EXIT characteristic of the demodulator, and the EXIT characteristic of the demodulator A wireless communication system that searches for an optimum repetition rate that minimizes an area with the EXIT characteristic of the decoder.
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