JP2019087967A - Frame error rate prediction device, wireless communication device and wireless communication system using the same - Google Patents

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Abstract

To provide a frame error rate prediction device of a communication system in which a pairwise error rate differs depending on a position on a trellis in a convolutional code.SOLUTION: A frame error rate prediction device 1110 of a communication system communicating by a convolutional coding OFDM system includes a FER prediction unit 3030 that calculates a pairwise error rate of an error path in decoding processing for convolutional coding at each position of a section of a trellis diagram corresponding to the size of a frame for each of a coding rate and a modulation scheme stored in storage means as a pair on the basis of propagation path characteristic information representing attenuation of propagation path power and noise power estimated in a communication path on a basis of information representing the attenuation of power by the communication path and the noise power to predict a frame error rate as the sum of the pairwise error rates calculated at respective time points.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、フレームエラーレート予測装置、それを用いた無線通信装置および無線通信システムに関する。   The present invention relates to a frame error rate prediction device, a wireless communication device using the same, and a wireless communication system.

近年、ISM(industrial, scientific, and medical radio)帯においてモバイルトラヒックのオフロードが進展しており、無線LAN(local area network)の周波数利用効率向上が望まれている。高い周波数利用効率の実現に向けては、実用上十分に低いフレーム誤り率(FER: frame error rate)を達成可能で、かつできるだけ高い伝送レートを用いる必要がある。一般に、FER が1%から10%程度となるよう、伝搬状況に応じてMCS(modulation and coding scheme)を制御することが考えられる。ここで、MCSとは、変調方式・チャネル符号化率について、予め定められた組合せのテーブルをいう(たとえば、特許文献1を参照)。たとえば、受信機の受信状態が悪い場合や、低誤り率での通信が必要な送信データは、低い伝送レートのMCSを用い、逆に、受信機の受信状態が良い場合や、比較的高い誤り率を許容する送信データは、高い伝送レートのMCSを用いるなどの決定方法を用いるような適応的な制御が行われる。   In recent years, offloading of mobile traffic has progressed in the ISM (industrial, scientific, and medical radio) band, and it is desired to improve the frequency utilization efficiency of a wireless local area network (LAN). In order to realize high frequency utilization efficiency, it is necessary to be able to achieve a frame error rate (FER) sufficiently low for practical use and to use a transmission rate as high as possible. In general, it is conceivable to control MCS (modulation and coding scheme) according to the propagation condition so that FER is about 1% to 10%. Here, MCS refers to a table of predetermined combinations of modulation schemes and channel coding rates (see, for example, Patent Document 1). For example, when the reception condition of the receiver is poor, or when transmission data that requires communication with a low error rate uses MCS with a low transmission rate, conversely, when the reception condition of the receiver is good, a relatively high error Transmission data that allows rates is adaptively controlled using a decision method such as using a high transmission rate MCS.

無線LANにおいて、適切なMCSに制御する方式として、伝送成功率や再送回数に応じてMCSを調節し、伝搬状況に適したMCSを選択する方式が知られている(非特許文献1を参照)。しかし、この方式では最適なMCSを選択するまで伝搬状況に合わないMCSでフレーム送信を行うため、再送や低レート送信によって、スループットが低下する恐れがある。このため、伝送効率の改善には事前にFER(Frame Error Rate)を予測し、その結果に基づいてMCSの決定を行うことが望ましいが、その実現には高精度なFER予測が必要となる。
FERが1%から10%となるような領域において、ペアワイズ誤り率(PEP:pairwise error probability)に基づいたFER値の理論計算によりFERを精度良く予測できることが知られている(非特許文献2)。
As a method of controlling to a suitable MCS in a wireless LAN, there is known a method of adjusting the MCS according to the transmission success rate and the number of retransmissions, and selecting the MCS suitable for the propagation situation (see Non-Patent Document 1) . However, in this method, since frame transmission is performed with MCS that does not match the propagation condition until an optimal MCS is selected, throughput may be reduced due to retransmission and low rate transmission. Therefore, to improve transmission efficiency, it is desirable to predict FER (Frame Error Rate) in advance and to determine MCS based on the result. However, to achieve that, high-accuracy FER prediction is required.
It is known that FER can be accurately predicted by theoretical calculation of FER value based on pairwise error probability (PEP) in a region where FER is 1% to 10% (Non-Patent Document 2) .

現在普及しているIEEE802.11a以降の無線LANにおいてPEPによって誤り率を求める場合、畳み込み符号化OFDM(COFDM: coded orthogonal frequency division multiplexing)におけるPEPを求める必要がある。COFDMにおけるPEPについては、これまで非特許文献3などで検討されている。   In the case of determining the error rate by PEP in the currently popular IEEE 802.11a or later wireless LAN, it is necessary to determine the PEP in convolutional coded OFDM (COFDM: coded orthogonal frequency division multiplexing). The PEP in COFDM has been studied in Non-Patent Document 3 and so on.

非特許文献3では、インターリーブ後のビット誤りがランダムとみなせる場合の、PEPの解析を行っている。ランダム誤りとみなせる場合、ハミング距離が最小自由距離だけ離れたエラーパスが支配的となり、かつ伝搬路の周波数応答もランダムとみなすことができる。非特許文献3では、この性質を利用したPEPの導出方法を提示している。   In Non-Patent Document 3, analysis of PEP is performed when bit errors after interleaving can be regarded as random. When it can be regarded as a random error, an error path in which the Hamming distance is separated by the minimum free distance becomes dominant, and the frequency response of the propagation path can also be regarded as random. Non-Patent Document 3 presents a method of deriving PEP using this property.

しかしながら、現実的な無線LANの運用を想定した場合、その通信路は、必ずしもランダム誤りとみなせる環境とはならない。IEEE802.11aなどの無線LANでは、帯域幅、インターリーブサイズが十分に広くなく、かつ、数百(ns)程度の遅延分散までしか考慮されていないため、ビット誤りの発生を十分に分散させることができない場合がある。そのため、等価的に周波数応答をランダムとみなせなくなり、伝搬路の周波数応答に依存しない、上述した非特許文献3の近似式が成立しない。また、最小自由距離のエラーパスのPEPが支配的となる前提も成立せず、最小自由距離以上のハミング距離を持つエラーパスのPEPも考慮する必要が生じる。したがって、非特許文献3にて提示されているPEPの導出方法では、無線LAN環境におけるPEPを精度よく近似することができない。   However, assuming a practical wireless LAN operation, the communication path is not necessarily an environment that can be regarded as a random error. In a wireless LAN such as IEEE 802.11a, since the bandwidth and interleaving size are not sufficiently wide and only delay dispersion of several hundreds (ns) is considered, the occurrence of bit errors can be sufficiently dispersed. It may not be possible. Therefore, the frequency response can not be regarded as random equivalently, and the above-mentioned approximate expression of Non-Patent Document 3 does not hold, which does not depend on the frequency response of the propagation path. In addition, the premise that the PEP of the error path of the minimum free distance dominates does not hold, and it is necessary to consider the PEP of the error path having the Hamming distance greater than the minimum free distance. Therefore, the PEP derivation method presented in Non-Patent Document 3 can not accurately approximate PEP in a wireless LAN environment.

このような問題を解決するために、非特許文献4に開示された技術では、畳み込み符号化OFDM方式で通信する通信システムにおいて、ビット誤り率(BER:bit error rate)予測として、送信機、受信機、あるいはその両方において推定された通信経路による電力の減衰を表す情報および雑音電力とに基づいて、PEPを導出する。マルチパス環境下のOFDM通信の場合、伝搬路の影響はサブキャリアの周波数応答によって異なる。さらに、無線LANでは多値変調も利用される。そのため、各符号語ビットは異なる影響を受け、PEPはトレリスの各位置で異なる。非特許文献4に開示された技術ではトレリスの位置によるPEPの違いを考慮するため、インターリーバサイズに相当するトレリスの区間内の各時点においてPEPを計算し、得られたPEPから復号後にビット誤りとなるビット数の期待値を算出しBER予測を行う。FER予測としては、各情報ビットの誤り率が等しくなることを仮定し、予測されたBERに基づいて、FERを予測することを想定している。   In order to solve such a problem, in the technology disclosed in Non-Patent Document 4, in a communication system that performs communication according to the convolutional coding OFDM method, a transmitter and a receiver are received as bit error rate (BER) prediction. The PEP is derived based on the noise power and the information representing the power attenuation by the communication path estimated in the machine or both. In the case of OFDM communication in a multipath environment, the influence of the propagation path differs depending on the frequency response of subcarriers. Furthermore, multi-level modulation is also used in a wireless LAN. Thus, each codeword bit is affected differently and PEP is different at each position in the trellis. In the technique disclosed in Non-Patent Document 4, PEP is calculated at each time point in the trellis section corresponding to the interleaver size in order to take into consideration the difference in PEP due to the position of the trellis, and bit errors are obtained from the obtained PEP Calculate the expected value of the number of bits to be and perform BER prediction. As FER prediction, it is assumed that the error rate of each information bit is equal, and it is assumed that FER is predicted based on the predicted BER.

特開2010−41074号明細書Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-41074 specification

特開2011−211433号明細書Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-211433 specification

特開2013−187561号明細書Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-18756 specification

S. Biaz and S. Wu, ”Rate adaptation algorithms for IEEE 802.11 networks: A survey and comparison,” 2008 IEEE Symposium on Computers and Communications, pp.130-136, July 2008.S. Biaz and S. Wu, “Rate adaptation algorithms for IEEE 802.11 networks: A survey and comparison,” 2008 IEEE Symposium on Computers and Communications, pp. 130-136, July 2008.

A. Martinez, A. Guillen i Fabregas, and G. Caire, ”Error probability analysis of bit-interleaved coded modulation,”IEEETransactions on Information Theory, vol.52, no.1, pp.262-271, Jan. 2006.A. Martinez, A. Guillen i Fabregas, and G. Caire, "Error probability analysis of bit-interleaved coded modulation," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 52, no. 1, pp. 262-271, Jan. 2006.

Y. Hori and H. Ochiai,”Performance analysis and interleaver structure optimization for short-frame BICM-OFDM systems,” IEEETransactions on Wireless Communications, vol.15, no.1, pp.651-662, Jan. 2016.Y. Hori and H. Ochiai, "Performance analysis and interleaver structure optimization for short-frame BICM-OFDM systems," IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 15, no. 1, pp. 651-662, Jan. 2016.

菅他, “IEEE 802.11 無線LAN に適した畳み込み符号化OFDM 伝送のビット誤り率予測,” 信学技報IT2016-125, Mar. 2017.菅 et al., “Bit Error Probability Prediction of Convolutionally Coded OFDM Transmission Suitable for IEEE 802.11 Wireless LAN,” IEICE Technical Report IT 2016-125, Mar. 2017.

上述したような従来技術では、サブキャリア毎に異なるSNRや多値変調を利用することによって、各情報ビットの誤り率は異なるが(すなわち、トレリスの各位置においてPEPが異なるが)、それらを平均化したBERを算出している。しかしながら、フレーム誤りはフレーム内の情報ビットのいずれか1つでもビット誤りとなる場合に生じるため、FERを精度よく予測するためには、各情報ビットの誤り率の違いを考慮する必要がある。そのため、従来手法で想定しているように、BERのような平均化された値からFERを計算する場合、フレーム内の各ビットの誤り率の違いを考慮できないため、BERに基づいてFERを計算することは、必ずしも妥当ではない場合がある。   In the prior art as described above, the error rate of each information bit is different by using different SNRs and multilevel modulation for each subcarrier (that is, although the PEP is different at each position of the trellis), they are averaged. The calculated BER is calculated. However, since frame errors occur when any one of the information bits in a frame is a bit error, it is necessary to consider the difference in error rate of each information bit in order to predict FER with high accuracy. Therefore, as in the conventional method, when calculating FER from an averaged value such as BER, it is not possible to consider the difference in error rate of each bit in a frame, so FER is calculated based on BER. What to do may not always be appropriate.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、畳み込み符号におけるトレリス上の位置によってPEPが異なるような通信システムにおいて、FERを予測することを可能とするFER予測装置、それを用いた無線通信装置および無線通信システムを提供することである。   The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to predict FER in a communication system in which the PEP differs depending on the position on the trellis in the convolutional code. It is an object of the present invention to provide a FER prediction device, and a wireless communication device and a wireless communication system using the FER prediction device.

この発明の1つの局面に従うと、トレリス図により復号可能な畳み込み符号化方式で通信し、同一のインターリーブ処理がフレーム内の送信ビットに繰り返し実行される通信システムのFER予測装置であって、畳み込み符号化方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率および変調方式の組の情報を格納するための記憶手段と、通信経路において推定された、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力に基づいて、記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のそれぞれについて、畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのPEPを、フレームのサイズに相当するトレリス上の各位置で算出し、各位置で計算されたPEPの総和として、FERを予測するFER予測手段とを備える。   According to one aspect of the present invention, there is provided a FER predictor for a communication system that communicates in a convolutional coding scheme that can be decoded by a trellis diagram, and the same interleaving process is repeatedly performed on transmission bits in a frame. Storage means for storing information on a set of a coding rate of a convolutional coding and a modulation scheme which are preset to be adopted in a coding scheme, and an attenuation of propagation path power estimated on a communication path Based on channel characteristic information and noise power, for each of the coding rate and modulation scheme set stored in the storage means, the PEP of the error path in the decoding process for convolutional coding is on the trellis corresponding to the size of the frame And FER prediction means for predicting FER as the sum of PEPs calculated at each position of That.

好ましくは、FER予測手段は、フレーム内において、送信ビットは、デインターリーブ処理後の符号化系列に対する伝搬路変動が周期的とみなせるように設定されたブロック長ごとに分割されている場合に、1ブロックに相当するトレリス図の区間でPEPの総和としてブロック誤り率を計算し、各ブロック誤り率が互いに等しいものとして、ブロック誤り率とフレーム内に含まれるブロック数からFERを予測する。   Preferably, the FER prediction means 1 divides the transmission bit into 1 if the channel variation for the coded sequence after the de-interleaving process is cyclically considered to be cyclic in the frame. The block error rate is calculated as the sum of PEPs in the trellis diagram section corresponding to the block, and FER is predicted from the block error rate and the number of blocks contained in the frame, assuming that each block error rate is equal to each other.

好ましくは、通信システムは、直交周波数分割多重方式による通信を行い、ブロックは、直交周波数分割多重方式における1シンボルである。   Preferably, the communication system performs communication by orthogonal frequency division multiplexing, and the block is one symbol in orthogonal frequency division multiplexing.

好ましくは、伝搬路特性情報は、通信経路において推定された電力遅延プロファイルである。   Preferably, the propagation path characteristic information is a power delay profile estimated in the communication path.

好ましくは、伝搬路特性情報は、伝搬路のインパルス応答である。   Preferably, the propagation path characteristic information is an impulse response of the propagation path.

この発明の他の局面に従うと、畳み込み符号化方式で通信する無線通信装置であって、受信装置から送信された、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力の推定値をフィードバック情報として受信する受信手段と、畳み込み符号化方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率および変調方式の組の情報を格納するための記憶手段と、フィードバック情報に基づいて、記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のうち、スループットを最大とする組を選択する選択手段とを備え、選択手段は、伝搬路特性情報および雑音電力に基づいて、記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のそれぞれについて、畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのPEPを、フレームのサイズに相当するトレリス上の各位置で算出し、各位置で計算されたPEPの総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段と、予測されたフレーム誤り率に基づいて、所定のFER内において、最大のスループットとなる組を選択する変調方式選択手段とを含み、変調方式選択部により選択された組に応じて、送信データに対して、畳み込み符号化および変調処理を実行して送信するための送信手段をさらに備える。   According to another aspect of the present invention, there is provided a wireless communication apparatus that communicates by a convolutional coding method, wherein feedback of propagation path characteristic information and noise power estimated from the reception apparatus and representing attenuation of propagation path power is performed. Receiving means for receiving as information, storage means for storing information of a combination of a coding rate of a convolutional coding and a modulation method set in advance as adopted in the convolutional coding method, and feedback information And selecting means for selecting a group that maximizes throughput among the sets of the coding rate and the modulation scheme stored in the storing means, the selecting means storing the memory means based on the channel characteristic information and the noise power. For each of the coding rate and modulation scheme set stored in the frame, the PEP of the error path in the decoding process for convolutional coding is Is calculated at each position on the trellis corresponding to Z, and the sum of PEPs calculated at each position is a predetermined FER based on frame error rate prediction means for predicting a frame error rate and the predicted frame error rate. And modulation scheme selecting means for selecting a set that provides the maximum throughput, and performing convolutional coding and modulation processing on transmission data according to the set selected by the modulation scheme It further comprises transmission means for

好ましくは、フレーム誤り率予測手段は、フレーム内において、送信ビットは、デインターリーブ処理後の符号化系列に対する伝搬路変動が周期的とみなせるように設定されたブロック長ごとに分割されている場合に、1ブロックに相当するトレリス図の区間でPEPの総和としてブロック誤り率を計算し、各ブロック誤り率が互いに等しいものとして、ブロック誤り率とフレーム内に含まれるブロック数からFERを予測する。   Preferably, the frame error rate prediction means is configured to divide the transmission bits into block lengths set such that propagation path variation for the de-interleaved coded sequence can be regarded as periodic in a frame. The block error rate is calculated as the sum of PEPs in the trellis diagram section corresponding to one block, and FER is predicted from the block error rate and the number of blocks included in the frame, assuming that each block error rate is equal to one another.

好ましくは、通信システムは、直交周波数分割多重方式による通信を行い、ブロックは、直交周波数分割多重方式における1シンボルである。   Preferably, the communication system performs communication by orthogonal frequency division multiplexing, and the block is one symbol in orthogonal frequency division multiplexing.

好ましくは、伝搬路特性情報は、通信経路において推定された電力遅延プロファイルである。   Preferably, the propagation path characteristic information is a power delay profile estimated in the communication path.

好ましくは、伝搬路特性情報は、伝搬路のインパルス応答である。   Preferably, the propagation path characteristic information is an impulse response of the propagation path.

この発明のさらに他の局面に従うと、畳み込み符号化OFDM方式で通信する無線通信システムであって、受信装置を備え、受信装置は、通信経路において、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力を推定する通信経路状態推定手段と、推定された伝搬路特性情報および雑音電力を送信するための第1の送信手段とを含み、送信装置をさらに備え、送信装置は、受信装置から送信された、伝搬路特性情報および雑音電力の推定値をフィードバック情報として受信する受信手段と、畳み込み符号化OFDM方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率および変調方式の組の情報を格納するための記憶手段と、フィードバック情報に基づいて、記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のうち、スループットを最大とする組を選択する選択手段とを含み、選択手段は、伝搬路特性情報および雑音電力に基づいて、記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のそれぞれについて、畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのPEPを、フレームのサイズに相当するトレリス上の各位置で算出し、各位置で計算されたPEPの総和として、FERを予測するFER予測手段と、予測されたFERに基づいて、所定のFER内において、最大のスループットとなる組を選択する変調方式選択手段とを有し、変調方式選択部により選択された組に応じて、送信データに対して、畳み込み符号化および変調処理を実行して送信するための第2の送信手段をさらに含む。
(用語の定義)
本明細書において、用語の意義は、以下の通りとする。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a wireless communication system for performing communication according to a convolutional coding OFDM method, comprising: a receiver; and the receiver including channel characteristic information representing attenuation of channel power in the communication path. And communication path state estimation means for estimating noise power, and first transmission means for transmitting the estimated channel characteristic information and noise power, further comprising a transmission apparatus, the transmission apparatus comprising: Receiving means for receiving, as feedback information, the transmitted channel characteristic information and the estimated value of noise power; and a coding rate and modulation scheme of convolutional coding preset as employed in the convolutional coding OFDM system. Storage means for storing the set of information, and based on the feedback information, among the sets of the coding rate and the modulation scheme stored in the storage means Selecting means for selecting a set maximizing the throughput, wherein the selecting means is based on the propagation path characteristic information and the noise power, for each of the coding rate and modulation scheme sets stored in the storage means, a convolutional code FER prediction means for calculating the PEP of the error path in the decoding process for the coding at each position on the trellis corresponding to the size of the frame, and predicting the FER as the sum of the PEP calculated at each position; On the basis of the selected FER, the modulation scheme selecting means for selecting the set that provides the maximum throughput in the predetermined FER, and the convolutional coding is performed on the transmission data according to the set selected by the modulation scheme selection unit. And second transmitting means for performing and transmitting modulation processing.
(Definition of terms)
In the present specification, the meaning of terms is as follows.

「ペアワイズ誤り率(PEP)」とは、送信機から長さLの符号語CLが送信されたとする場合、この系列を受信機側で、CL´と誤りを含んで復号するときに、符号語CLを符号語CL´と誤って判定する確率のことをいう。 "Pairwise error rate (PEP)" and, when the code word C L of the length L from the transmitter and is transmitted, the receiver side of this sequence, when decoding contain errors and C L ', the code word C L refers to the probability determining mistakenly codeword C L '.

「最小自由距離」とは、畳み込み符号において、2つの情報系列uとvに対する符号語をc(u)、c(v)とするとき、全エラーパスと真のパスについて、2つの符号系列のハミング距離の最小値をいう。   The “minimum free distance” means that, in the convolutional code, when the code words for two information sequences u and v are c (u) and c (v), two code sequences of all error paths and true paths are used. The minimum value of the Hamming distance.

「電力遅延プロファイル」とは、伝搬路が遅延時間の異なる多数のパスから構成されていると想定するとき、受信電力が遅延時間領域でどのように分布しているかを表す。すなわち、実施の伝搬路では、経路ごとにその経路長が異なるため、インパルス応答は時間広がりを有する。そこで、「電力遅延プロファイル」は、インパルス応答の2乗集合平均値で表される。   The “power delay profile” indicates how received power is distributed in the delay time domain, assuming that a propagation path is composed of multiple paths with different delay times. That is, in the propagation path of the implementation, the impulse response has a time spread because the path length is different for each path. Therefore, the "power delay profile" is represented by the squared average value of the impulse response.

「ダイバーシチ次数」とは、あるエラーパスに対応する符号語と送信符号語間で異なるビットがマッピングされる各サブキャリアの周波数応答がランダム(無相関)とみなせるサブキャリアの数をいう。通信路の誤りが、ランダム誤りとみなせる環境では、ダイバーシチ次数が最大(エラーパスに対応する符号語と送信符号語間で異なるビットが通過した伝搬路の周波数応答が無相関)となる。ダイバーシチ次数がそれより低い場合、バースト誤りが生じやすく、BERが劣化する。   The "diversity order" refers to the number of subcarriers for which the frequency response of each subcarrier to which different bits are mapped between the codeword corresponding to a certain error path and the transmission codeword can be regarded as random (uncorrelated). In an environment where channel errors can be regarded as random errors, the diversity order is maximum (the frequency response of the channel through which different bits have passed between the codeword corresponding to the error path and the transmission codeword is uncorrelated). If the diversity order is lower, burst errors are likely to occur and the BER is degraded.

「エラーパス」とは、畳み込み符号に対する最尤復号によってそのパスが選択された場合、ビット誤りが生じるパスをいう。   The "error path" refers to a path in which a bit error occurs when the path is selected by maximum likelihood decoding for a convolutional code.

「エラーパターン」とは、真のパスとエラーパスで異なる区間に対応するエラーパスの符号語をいう。所定の畳み込み符号において、発生しうるエラーパターンは、生成多項式に応じて有限個であるため、これに番号を付して、たとえば、「p番目のエラーパターン」と呼ぶことにする。   The “error pattern” refers to a code word of an error path corresponding to a section different between the true path and the error path. In a predetermined convolutional code, since the number of error patterns that can occur is limited according to the generator polynomial, they are numbered and referred to as, for example, “p th error pattern”.

「ハミング距離」とは、2つのビット列の中で、対応する位置にある異なったビットの数をいう。   The “Hamming distance” refers to the number of different bits in corresponding positions in two bit strings.

この発明によれば、畳み込み符号におけるトレリス上の位置によってPEPが異なるような通信システムにおいて、FERを予測することが可能である。   According to the present invention, it is possible to predict FER in a communication system in which the PEP differs depending on the position on the trellis in the convolutional code.

実施の形態1の無線通信システムの構成を説明するためのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram for describing a configuration of a wireless communication system according to a first embodiment. 図1に示したOFDM方式での送信および受信処理を模式的に説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating typically the transmission and reception process by the OFDM system shown in FIG. 拘束長3、生成多項式(5, 7)を有する畳み込み符号のdH=5におけるエラーパスを示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an error path at dH = 5 of a convolutional code having a constraint length of 3 and a generator polynomial (5, 7) 8 ; 図1に示した適応レート制御部1110の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the adaptive rate control part 1110 shown in FIG. 実施の形態1の適応レート制御について説明するためのフローチャートである。5 is a flowchart for describing adaptive rate control according to the first embodiment. トレリス上の位置によってPEPが異なる場合の問題点を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the problem when PEP differs according to the position on a trellis. 式(4)の概念を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the concept of Formula (4). フレーム内で、各ブロックに同一のインターリーブ処理が繰り返して実施されている場合のPEPのパターンを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the pattern of PEP when the same interleaving process is repeatedly implemented by each block in the flame | frame. ブロック単位での演算でFERを予測する手続きを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the procedure which predicts FER by the operation by a block unit.

以下、本発明の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信装置の構成を説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, configurations of a wireless communication system and a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, components and processing steps denoted by the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated if not required.

以下に説明する通り、本実施の形態では、無線LAN環境などのように、必ずしも通信路における誤りが、ランダム誤りとみなせないような環境であって、畳み込み符号のトレリスにおいてその位置によってPEPが異なるような場合に、精度よくFERを予測する方法について説明する。   As described below, in this embodiment, as in the wireless LAN environment, an error in the communication path is not necessarily regarded as a random error, and the PEP differs depending on the position in the trellis of the convolutional code. In such a case, a method of accurately predicting FER will be described.

以下では、本実施の形態の技術的な意義をわかりやすくするために、以下のような順序で、FERの計算方法について説明する。   In the following, in order to make the technical significance of the present embodiment easy to understand, the calculation method of FER will be described in the following order.

(1)まず、トレリス上のどの位置でもPEPが同一となるようなシステムを想定した、FERの算出について説明する。   (1) First, calculation of FER assuming a system in which the PEP is the same at any position on the trellis will be described.

(2)次に、本実施の形態のFERの計算方法として、フレームサイズに相当するトレリスの区間でPEPを計算しFERを予測する方法について説明する。   (2) Next, as a method of calculating FER of the present embodiment, a method of calculating PEP and predicting FER in a trellis section corresponding to a frame size will be described.

(3)さらに、(2)を前提として、無線LAN等の同じインターリーブが繰り返し実行される通信システムにおいて,フレーム内で伝搬路変動がないとみなせる場合,デインターリーブ後の符号化系列が受ける伝搬路変動が、ブロック長を周期として周期的となるようにブロックを設定し,ブロック周期でブロック誤り率が等しくなることを利用して、PEPを計算する区間を1ブロックに相当するトレリスの区間に限定し(演算コストを低減し)、FERを予測する方法について説明する。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の無線通信システムの構成を説明するためのブロック図である。
(3) Furthermore, in (2), in the communication system in which the same interleaving is repeatedly performed, such as a wireless LAN, when it can be considered that there is no channel fluctuation in a frame, the channel received by the deinterleaved coded sequence The block is set so that the fluctuation is periodic with the block length as a cycle, and the PEP calculation interval is limited to the trellis interval equivalent to one block by using equal block error rates in the block period. A method of predicting the FER will be described.
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the radio communication system according to the first embodiment.

図1を参照して、送信装置1000は、送信系列のデータに対して、畳み込み符号による誤り訂正符号化処理を行うための誤り訂正符号化部1002と、誤り訂正符号化後のデータに対してインターリーブ処理を行うインターリーブ部1004と、インターリーブ後のデータ列に対して、直列並列変換をし、後述するように選択されたMCSに基づいて、データ列をサブキャリア数に分割し、それぞれ分割したデータにサブキャリア変調を行うための変調部1010と、変調部1010出力のデジタル信号に対して、逆フーリエ変換処理およびガードインターバルの付加処理を実行してOFDMシンボルを生成し、デジタルアナログ変換処理を実行するための直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調部1012と、OFDM変調後の信号に対して、直交変調処理、アップコンバート処理、電力増幅処理などを実行する高周波処理部(RF部)1014と、RF部1014の高周波信号を送出するためのアンテナ1020とを含む。   Referring to FIG. 1, transmitting apparatus 1000 performs error correction coding section 1002 for performing error correction coding processing using convolutional code on data of a transmission sequence, and data for error correction coding. Data obtained by dividing the data string into the number of subcarriers based on MCS selected as described later, serial-parallel conversion is performed on the interleaving unit 1004 that performs interleaving processing and the data string after interleaving Inverse Fourier transform processing and guard interval addition processing are performed on the digital signal of the modulation unit 1010 for performing subcarrier modulation and the modulation unit 1010 output to generate an OFDM symbol, and digital analog conversion processing is performed. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Modulating Unit 1012 , A high frequency processing unit (RF unit) 1014 that performs orthogonal modulation processing, up conversion processing, power amplification processing and the like on the signal after OFDM modulation, and an antenna 1020 for transmitting a high frequency signal of the RF unit 1014 Including.

なお、アンテナ1020で受信した信号に対して、RF部1014は、低雑音増幅処理、ダウンコンバート処理および直交復調処理なども実行するものとする。   Note that the RF unit 1014 executes low noise amplification processing, down conversion processing, quadrature demodulation processing, and the like on the signal received by the antenna 1020.

また、サブキャリア変調の変調方式には、特に限定されないが、たとえば、BPSK、QPSK、16QAM、64QAMなどの種類があるものとする。   Also, the modulation scheme of subcarrier modulation is not particularly limited, and it is assumed that there are, for example, types such as BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM, and the like.

さらに、送信装置1000は、受信装置2000側からの電力遅延プロファイルおよび雑音電力の推定値をRF部1014を介して受信し、復調および復号処理を実行するための受信処理部1100と、受信した電力遅延プロファイルおよび雑音電力の推定値に基づいて、適応的にMCSを変更する制御を実施して、誤り訂正符号化部1002の符号化率や変調部1010での変調方式を制御する適応レート制御部1110とを含む。   Further, transmitting apparatus 1000 receives a power delay profile and an estimated value of noise power from receiving apparatus 2000 side via RF section 1014, and receives processing section 1100 for executing demodulation and decoding processing, and the received power. Adaptive rate control unit that controls the coding rate of the error correction coding unit 1002 and the modulation scheme of the modulation unit 1010 by performing control to change MCS adaptively based on the delay profile and the estimated value of noise power. And 1110.

なお、受信装置2000からの電力遅延プロファイルおよび雑音電力の推定値の通信方式については、データの送信と同様の通信方式でもよいし、他の通信方式を採用してもよい。   The communication scheme of the power delay profile and the noise power estimated value from the reception apparatus 2000 may be the same communication scheme as that of data transmission, or another communication scheme may be adopted.

受信装置2000は、アンテナ2002と、アンテナ2002の信号の低雑音増幅処理、ダウンコンバート処理および直交復調処理などを実行するRF部2010と、RF部2010からの信号に対して、アナログデジタル変換処理、ガードインターバルの除去処理、フーリエ変換処理などのOFDM復調処理を実行するためのOFDM復調部2012と、OFDM復調部2012からの信号に対して、変調部1010の逆処理により、受信データ列を生成するための復調部2014と、復調部2014の出力に対してデインターリーブ処理を実行するためのデインターリーブ部2016と、畳み込み符号に対する復号により誤り訂正処理を実行するための誤り訂正部2018とを含む。   The receiving apparatus 2000 includes an antenna 2002, an RF unit 2010 that performs low noise amplification processing, down conversion processing, quadrature demodulation processing and the like of the signal of the antenna 2002, and analog-to-digital conversion processing on the signal from the RF unit 2010. A received data sequence is generated by the inverse processing of modulation section 1010 on the signal from OFDM demodulation section 2012 for performing OFDM demodulation processing such as guard interval removal processing, Fourier transform processing, etc. and OFDM demodulation section 2012. A demodulation unit 2014 includes a de-interleaving unit 2016 for performing de-interleaving processing on the output of the demodulation unit 2014, and an error correction unit 2018 for performing error correction processing by decoding on a convolutional code.

受信装置2000においても、RF部2010は、電力遅延プロファイルおよび雑音電力の推定値の送信のための直交変調処理、アップコンバート処理、電力増幅処理などを実行するものとする。   Also in the reception apparatus 2000, the RF unit 2010 executes quadrature modulation processing, up-conversion processing, power amplification processing and the like for transmitting the power delay profile and the estimated value of the noise power.

受信装置2000は、さらに、RF部2010を介して受信した信号における、たとえば、パイロット信号などにより、電力遅延プロファイルの推定値および雑音電力の推定値の算出を行うための電力遅延プロファイル/雑音電力推定部2100と、電力遅延プロファイル/雑音電力推定部2100からの推定値を送信信号に変換して、RF部2010を介してアンテナ2002から送信装置1000に向けて送信するための送信処理部2110とを含む。   Receiving apparatus 2000 further calculates a power delay profile / noise power estimation for calculating an estimated value of a power delay profile and an estimated value of noise power by, for example, a pilot signal or the like in a signal received via RF unit 2010. Unit 2100, and a transmission processing unit 2110 for converting the estimated value from the power delay profile / noise power estimation unit 2100 into a transmission signal and transmitting it from the antenna 2002 to the transmission apparatus 1000 via the RF unit 2010. Including.

図2は、図1に示したOFDM方式での送信および受信処理を模式的に説明するための概念図である。   FIG. 2 is a conceptual diagram for schematically explaining transmission and reception processing in the OFDM system shown in FIG.

図2に示すように、畳み込み符号化されインターリーブされた送信信号は、所定の変調方式で、複素信号としてサブキャリアごとにマッピングされ、逆フーリエ変換の後に、デジタルアナログ変換されて、直交変調などを含む周波数変換処理がされて、伝送路に送出される。   As shown in FIG. 2, the convolutionally encoded and interleaved transmission signal is mapped for each subcarrier as a complex signal by a predetermined modulation scheme, and is subjected to digital-to-analog conversion after inverse Fourier transformation to perform quadrature modulation etc. It is subjected to frequency conversion processing including and sent to the transmission line.

伝送路から受信した信号は、直交検波などを含む周波数逆変換処理を経て、アナログデジタル変換されて、フーリエ変換され、逆マッピングされた受信信号は、デインターリーブ処理および畳み込み符号による誤り訂正処理が実行される。   The signal received from the transmission path is subjected to frequency inverse conversion including quadrature detection, analog-to-digital converted, and Fourier-transformed, and the demapped received signal is subjected to de-interleave processing and error correction processing using a convolutional code. Be done.

構成ビットが全て0の符号語を生じるトレリスパス(以下、真のパス)とハミング距離dH離れた符号語を生じるパス(以下、エラーパス)を考える(畳み込み符号は線形符号であるため、真のパス、エラーパスを上述のように設定しても一般性を失わない)。 Consider a trellis path (hereinafter, true path) that generates a codeword with all 0 configuration bits and a path (hereinafter, error path) that generates a codeword separated by Hamming distance d H (true because convolutional code is a linear code) If you set the path and error path as above, there is no loss of generality).

図3は、拘束長3、生成多項式(5, 7)を有する畳み込み符号のdH=5におけるエラーパスを示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an error path at d H = 5 of a convolutional code having a constraint length of 3 and a generator polynomial (5, 7) 8 .

この場合、真のパスは符号語…, 0, 0, 0, 0, 0, 0,…に対応し、エラーパスは符号語…,1, 1, 0, 1, 1, 1,… に対応する。エラーパスはトレリス上のある位置(図3では、t=2)で真のパスから離れ、その後合流するため、この区間のみ異なるビットのパターンを持つ。本実施の形態ではこの異なるビットのパターンをエラーパターンと呼ぶ。例えば、図3では、エラーパターンは[1, 1, 0, 1, 1, 1] である。   In this case, the true path corresponds to the code word ..., 0, 0, 0, 0, 0, 0, ..., and the error path corresponds to the code word ..., 1, 1, 0, 1, 1, 1, ... Do. Since the error path leaves the true path at a certain position on the trellis (t = 2 in FIG. 3) and then merges, it has a pattern of bits different only in this section. In this embodiment, this different bit pattern is called an error pattern. For example, in FIG. 3, the error pattern is [1, 1, 0, 1, 1, 1].

さらに、後述するように、所定の畳み込み符号について発生しうる、このようなエラーパターンに基づいて、FERが予測される。
[FERの予測処理の構成]
図4は、図1に示した適応レート制御部1110の構成を説明するためのブロック図である。
Furthermore, as described below, FER is predicted based on such error patterns that may occur for a given convolutional code.
[Configuration of prediction processing of FER]
FIG. 4 is a block diagram for explaining the configuration of adaptive rate control section 1110 shown in FIG.

図4を参照して、適応レート制御部1110は、予め設定されたMCSの組の情報を格納するためのMCS記憶部3020と、受信装置2000側から送られてきた電力遅延プロファイルの推定値および雑音電力の推定値を受けて、MCS記憶部3020に格納された各MCSについて、通信に使用されるフレームサイズの情報に基づいて、FERを、各MCSについて予測するFER予測部3030と、予測されたFERの値に基づいて、システムにおいて予め設定され要求されているFERを下回るMCSの中で最大のスループットを達成するMCSを選択するMCS選択部3040とを含む。   Referring to FIG. 4, adaptive rate control section 1110 includes MCS storage section 3020 for storing information of a set of MCS set in advance, an estimated value of a power delay profile sent from the side of receiving apparatus 2000, and For each MCS stored in MCS storage unit 3020, FER prediction unit 3030 predicts FER for each MCS based on the information of the frame size used for communication And a MCS selection unit 3040 for selecting an MCS achieving the maximum throughput among MCSs below the FER preset and required in the system based on the value of FER.

なお、FER予測部3030の動作については、後ほど、より詳しく説明する。   The operation of the FER prediction unit 3030 will be described in more detail later.

図5は、実施の形態1の適応レート制御について説明するためのフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart for explaining the adaptive rate control according to the first embodiment.

図5を参照して、まず、受信装置2000側において、電力遅延プロファイル/雑音電力推定部2100が、電力遅延プロファイルと雑音電力との推定を実行する(S100)。   Referring to FIG. 5, first, on the receiving device 2000 side, the power delay profile / noise power estimation unit 2100 executes estimation of the power delay profile and the noise power (S100).

電力遅延プロファイルの推定と雑音電力の推定には、特に限定されないが、たとえば、以下の文献に開示の手法を用いることができる。   The estimation of the power delay profile and the estimation of the noise power are not particularly limited, and for example, the methods disclosed in the following documents can be used.

公知文献1:T. Cui and C. Tellambura, ”Power delay profile and noise variance estimation for OFDM,” IEEE Communications Letters, vol. 10, no. 1, pp. 25-27, Jan 2006
推定値は、受信装置2000から送信されて(S102)、送信装置1000で受信され(S104)、送信装置1000のFER予測部3030では、フレームサイズに相当するトレリス区間内の各位置におけるエラーパスのPEPを計算し、フレーム内での総和を算出することで、各MCSについてFERの予測値を算出し(S108)、MCS選択部3040が、算出されたFERに基づいて、所定のMCSのうちで、規定のFERを達成する範囲で、最大のスループットとなるMCSを選択する(S110)。
Known Literature 1: T. Cui and C. Tellambura, “Power delay profile and noise variance estimation for OFDM,” IEEE Communications Letters, vol. 10, no. 1, pp. 25-27, Jan 2006
The estimated value is transmitted from the receiving device 2000 (S102), received by the transmitting device 1000 (S104), and the FER predicting unit 3030 of the transmitting device 1000 detects the error path at each position in the trellis section corresponding to the frame size. By calculating the PEP and calculating the total sum in the frame, the predicted value of FER is calculated for each MCS (S108), and the MCS selection unit 3040 selects a predetermined MCS based on the calculated FER. Then, in the range in which the defined FER is achieved, the MCS with the largest throughput is selected (S110).

選択されたMCSに応じて、選択された符号化率で誤り訂正符号化部1002が畳み込み符号化を実行して、変調部1010が選択された変調方式でのサブキャリア変調を実行する(S112)。   According to the selected MCS, error correction coding section 1002 executes convolutional coding at the selected coding rate, and modulation section 1010 performs subcarrier modulation in the selected modulation scheme (S112). .

変調後のデータが送信装置1000から送信され(S114)、受信装置2000において受信される(S116)。   The modulated data is transmitted from transmitting apparatus 1000 (S114) and received by receiving apparatus 2000 (S116).

このような処理であれば、受信装置側で、電力遅延プロファイルと雑音電力との推定を行い、送信装置側にフィードバックした時点で、適応的に符号化率や変調方式を変更できる。したがって、FERを正確に予測することによって伝搬状況に合わないMCSでのフレーム送信回数を低減しスループットを向上できる。
[FER予測部3030が実行する動作]
以下では、FER予測部3030が実行する動作について、数式に従い説明する。
With such processing, the receiver side estimates the power delay profile and the noise power, and when it feeds back to the transmitter side, the coding rate and the modulation scheme can be adaptively changed. Therefore, by accurately predicting FER, it is possible to reduce the number of frame transmissions in MCS that do not match the propagation situation and improve throughput.
[Operation Performed by FER Predictor 3030]
Below, the operation | movement which the FER estimation part 3030 performs is demonstrated according to numerical formula.

1.本実施の形態の手法の特徴
以下の説明で明らかとなるように、本実施の形態のFERの予測では、以下のような特徴がある。
1. Characteristics of the Method of the Present Embodiment As will be apparent from the following description, the prediction of FER of the present embodiment has the following characteristics.

i)伝搬路のインパルス応答長と最小自由距離から達成できるダイバーシチ次数を算出し、低いダイバーシチ次数しか達成できない伝搬環境でも予測を可能にする。   i) Calculate the achievable diversity order from the impulse response length of the propagation path and the minimum free distance, and enable prediction even in a propagation environment where only low diversity order can be achieved.

ii)最小自由距離より長いエラーパスも考慮して誤り率を算出する。   ii) Calculate the error rate taking into account error paths longer than the minimum free distance.

iii)フレームサイズに相当するトレリスの区間で、各位置についてPEPを計算して総和をとることによりFERを予測する。   iii) FER is predicted by calculating and summing PEP for each position in the trellis interval corresponding to the frame size.

以下、さらに詳しく説明する。   A more detailed description will be given below.

2.システムモデル
2. 1 システムモデル 以下では説明の簡単のために、SISO(single-input single-output)-OFDMを想定する。そして、データサブキャリア数をKdata、FFT(fast Fourier trans-form)サイズをKfftとする。また、伝搬路は周波数選択性フェージング伝搬路を想定しOFDMシンボル内では変動しないものとする。伝搬路を有限インパルス応答フィルタとみなすと、各タップ係数は、以下の式で表される。
2. System Model 2.1 System Model In the following, SISO (single-input single-output) -OFDM is assumed for simplicity of explanation. Then, let K data be the number of data subcarriers and K fft be the size of FFT (fast Fourier trans-form). Also, assuming that the channel is a frequency selective fading channel, it is assumed that there is no fluctuation in the OFDM symbol. Assuming that the propagation path is a finite impulse response filter, each tap coefficient is expressed by the following equation.

ここで、h= [h,…,hL]T(Lはインパルス応答長)は、各要素が互いに独立で平均0、分散1 の複素正規分布に従う確率変数となるベクトルであり、Pは電力遅延プロファイルを表す対角行列である。ただし、(…)Tはベクトルあるいは行列の転置を表し、Pの要素は、以下の式を満たす。 Here, h = [h 1 , ..., h L ] T (L is the impulse response length) is a vector which is a random variable in which each element follows a complex normal distribution with an average of 0 and a variance of 1 independent of each other. It is a diagonal matrix that represents a power delay profile. However, (...) T represents transposition of a vector or a matrix, and the element of P satisfies the following formula.

また、Lはガードインターバル長を超えないものとする。ガードインターバル除去後、FFTを施した第kサブキャリアの受信信号Ykは以下のように与えられる。 Also, L does not exceed the guard interval length. After guard interval removal, the received signal Y k of the kth subcarrier subjected to FFT is given as follows.

ここで、Xkは送信シンボル、Zkは平均0、分散σ である複素加法性白色雑音のFFT 結果である。Hkは第kサブキャリアにおける伝搬路の周波数応答であり、次式で与えられる。 Here, X k is a transmission symbol, and Z k is an FFT result of complex additive white noise that has an average of 0 and a variance of σ 2 . H k is the frequency response of the propagation path in the kth subcarrier, and is given by the following equation.

ここで、gH Kfft (k)はFFT行列のk行目の第1要素から第L要素までを抜き出したベクトルであり、(…)Hはエルミート転置を表す。また、以下の関係が成り立つ。 Here, g H Kfft (k) is a vector obtained by extracting the first element to the L th element of the k-th row of the FFT matrix, and (...) H represents Hermitian transposition. Also, the following relationship holds.

(1)本実施の形態のFER予測部の動作と対比されるべき従来技術による処理
以下の公知文献に開示の技術に基づいて、まず、トレリス上のどの位置でもPEPが同一となるようなシステムを想定した場合のFERの算出法について説明する。
(1) Process according to the prior art to be compared with the operation of the FER prediction unit of the present embodiment Based on the technology disclosed in the following known documents, first, a system in which the PEP becomes the same at any position on the trellis The calculation method of FER at the time of assuming is demonstrated.

すなわち、符号語誤りビットが受ける伝搬路の影響が無相関とみなせる程度に大きく,かつ符号語誤りビットがトレリス上のどの位置においても変調シンボル内の各ビット位置に等確率にマッピングされるインターリーバを用いるシステムを想定した場合のFERの算出方法について説明する。   That is, the interleaver in which the influence of the propagation path received by the codeword error bit is large enough to be regarded as uncorrelated, and the codeword error bit is equally mapped to each bit position in the modulation symbol at any position on the trellis The calculation method of FER at the time of assuming the system which uses is explained.

公知文献2:M. Pursley and D. Taipale, "Error Probabilities for Spread-Spectrum Packet Radio with Convolutional Codes and Viterbi Decoding," in IEEE Transactions on Communications, vol. 35, no. 1, pp. 1-12, Jan 1987.
公知文献3:C. Y. Lou and B. Daneshrad, "PER prediction for convolutionally coded MIMO OFDM systems − An analytical approach," MILCOM 2012 - 2012 IEEE Military Communications Conference, Orlando, FL, 2012, pp. 1-6.
まず、FERとは、フレーム内のどこかの位置でエラーイベントのいずれかが生じる確率であるから、畳み込み符号において、p番目のエラーパターンがトレリスの時刻tにおいて発生するというエラーイベントをet,p(アンダーバー)とすると、FERは、以下の式のように表される。ここで、「x(アンダーバー)」とは、文字「x」の下にアンダーバーが付されていることを示し、この文字が、ベクトルであることを示す。
Literature 2: M. Pursley and D. Taipale, "Error Probabilities for Spread-Spectrum Packet Radio with Convolutional Codes and Viterbi Decoding," in IEEE Transactions on Communications, vol. 35, no. 1, pp. 1-12, Jan 1987.
Publication 3: CY Lou and B. Daneshrad, "PER prediction for convolutionally coded MIMO OFDM systems-An analytical approach," MILCOM 2012-2012 IEEE Military Communications Conference, Orlando, FL, 2012, pp. 1-6.
First, since FER is the probability that any error event occurs at any position in the frame, in the convolutional code, the error event that the pth error pattern occurs at time t of the trellis is et , Assuming p (under bar), FER is expressed as the following equation. Here, "x (under bar)" indicates that an under bar is added below the letter "x", and indicates that the letter is a vector.

ここで、さらに、和事象の確率の上限について成り立つ、以下のようなユニオンバウンドの式を上記FERの式(3)に適用することを考える。   Here, it is further considered to apply the following union bound equation, which holds for the upper limit of the probability of the sum event, to the above FER equation (3).

その場合、FERは、以下のように表される。   In that case, FER is expressed as follows.

さらに、公知文献2に従って、トレリス上のどの位置でもPEPを同一とみなせる場合は、FERは以下の式のとおりとなる。   Furthermore, according to known reference 2, when PEP can be regarded as the same at any position on the trellis, FER is as the following equation.

ここで、Lframeは、フレーム内のビット数である。また、ΣPEP(ep(アンダーバー))は、トレリス上の特定されないある位置でエラーイベントが生じる確率を示す。

2.2フレームサイズに相当するトレリスの区間でPEPを計算しFERを予測する方法
上述したような本実施の形態のFER予測部の動作と対比されるべき従来技術による処理には、以下のような問題点がある。
Here, L frame is the number of bits in a frame. Also, PEPEP (e p (under bar)) indicates the probability that an error event will occur at a certain location not specified on the trellis.

2.2 Method of calculating PEP in a trellis section corresponding to a frame size and predicting FER The processing according to the prior art to be compared with the operation of the FER prediction unit of the present embodiment as described above is as follows. There are some problems.

すなわち、トレリス上の位置によってPEPが異なる場合、上記の式(3−2)のようにFERを計算することは妥当ではなく、その結果、予測精度が劣化してしまう。   That is, when the PEP differs depending on the position on the trellis, it is not appropriate to calculate FER as in the above equation (3-2), and as a result, the prediction accuracy is degraded.

図6は、トレリス上の位置によってPEPが異なる場合の問題点を説明するための概念図である。   FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining problems in the case where PEPs differ depending on the position on the trellis.

まず、図6に示されるように、畳み込み符号化された送信信号をインターリーバにより、インターリーブ処理したのちに、サブキャリアごとに、多値変調のマッピングを実行する処理を考える。   First, as shown in FIG. 6, after interleaving processing is performed on a convolutionally encoded transmission signal by an interleaver, processing for performing multi-level modulation mapping for each subcarrier will be considered.

図6においては、たとえば、多値変調としては、16QAMを想定し、説明の簡単のために、実軸方向についてのマッピングのみを抜き出して示している。   In FIG. 6, for example, 16 QAM is assumed as multi-level modulation, and only mapping in the real axis direction is extracted and shown for simplicity of description.

まず、サブキャリアごとに送信信号を分割してマッピングする場合、マッピングされるサブキャリアによってSNRが異なるために、受信側では、畳み込み符号の復号時のトレリスの位置によって、PEPが異なる、ということが生じうる。   First, when transmitting signals are divided and mapped for each subcarrier, the SNR is different depending on the mapped subcarriers, so on the receiving side, the PEP is different depending on the position of the trellis at the time of decoding a convolutional code. It can occur.

また、多値変調の場合,誤りにくいビット,誤りやすいビットが存在することになり、マッピングされるビット位置によってPEPが異なるということも生じうる。   Further, in the case of multi-level modulation, it is likely that there are hard-to-error bits and hard-to-error bits, and the PEP may differ depending on the mapped bit position.

たとえば、2ビットの信号“00”,“01”,“11”,“10”を考えた場合、1ビット目の値に応じて、マッピングされる象限が“0”の場合は左象限(図中、実線)となり“1”の場合は右象限(図中、点線)に分かれる。この結果、受信側のデマッピング処理では、1ビット目の誤りは生じにくい。   For example, considering 2-bit signals "00", "01", "11" and "10", if the mapped quadrant is "0" according to the value of the first bit, the left quadrant (figure In the case of “1”, it is divided into right quadrants (dotted lines in the figure). As a result, in the demapping process on the receiving side, an error of the first bit is less likely to occur.

これに対して、2ビット目については、“1”の場合は、原点を挟んで隣接して対向する2信号点であるのに対して、“0”の場合は、原点を挟んで上記“1”の場合の2信号点を挟んで対向する2信号点となる。このため、マッピングされる空間(コンスタレーション)において、ビットが反転することによる信号点間の距離は、1ビット目よりも2ビット目の方が小さいため、2ビット目の方は、1ビット目に比べて、誤りが発生しやすくなる。
すなわち、例えば無線LANのような通信システムではサブキャリア毎のSNRが異なり、かつ多値変調を用いる(マッピングされるシンボル内のビット位置で誤り率が異なる)ため、トレリス上の位置よってPEPは異なる。
On the other hand, for the second bit, in the case of “1”, there are two signal points adjacent to each other across the origin, and in the case of “0”, the above “a” is located across the origin. It becomes two signal points facing each other across two signal points in the case of 1 ′ ′. Therefore, in the space to be mapped (constellation), the distance between signal points due to bit inversion is smaller in the second bit than in the first bit, so the second bit is the first bit. Errors are more likely to occur.
That is, for example, in a communication system such as a wireless LAN, the SNR for each subcarrier is different, and multilevel modulation is used (the error rate is different at bit positions in a mapped symbol), so PEP differs depending on the position on the trellis. .

このようにPEPがトレリス上の位置によって異なる場合は、以下の式のように、FERを求めるため,フレームサイズに相当するトレリスの区間でトレリス上の位置を考慮してPEPの計算を行い,得られたPEPの総和をとることによってFERを予測する。   When PEP differs depending on the position on the trellis, calculation of PEP is performed by taking into consideration the position on the trellis in the trellis section corresponding to the frame size to obtain FER as shown in the following equation. Predict the FER by summing the calculated PEPs.

そこで、具体的には、以下のような計算によりFERを算出する。   Therefore, specifically, FER is calculated by the following calculation.

ここで、式(4)において、Lframeは、フレームサイズに相当する区間を意味する。したがって、式(4)は、各フレームの位置ごとに計算したPEPを、フレーム内で総和をとることによって、FERを算出することを意味する。ただし、式(4)中のPEP(e t,p (アンダーバー))の計算には、例えば、非特許文献3あるいは4のようなトレリス上でエラーパターンが生じる位置まで考慮したPEPの計算方法を用いる。また、トレリス上の位置を考慮できないようなPEPの計算方法(例えば、以下の公知文献4)を適用する場合はエラーパターン毎にすべてのtに対して同一のPEPを式(4)に代入することにより、FERを計算できる。そのため、式(4)はPEPの計算方法により限定されるものではない。 Here, in the equation (4), L frame means a section corresponding to the frame size. Therefore, equation (4) means that FER is calculated by summing the PEPs calculated for each position of each frame in the frame. However, PEP in the formula (4) The calculation of (e t, p (underscore)), for example, the PEP in consideration to the position where the error pattern occurs on a trellis, such as Non-Patent Document 3 or 4 Calculation Use. Moreover, when applying the calculation method of PEP which can not consider the position on a trellis (for example, the following publicly known document 4), the same PEP is substituted into Formula (4) for all t for every error pattern. Thus, FER can be calculated. Therefore, Formula (4) is not limited by the calculation method of PEP.

公知文献4:G. Caire, G. Taricco, and E. Biglieri, ”Bit-interleaved coded modulation,”IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 44, no. 3, pp. 927-946, May 1998.
図7は、式(4)の概念を示す概念図である。
Known Literature 4: G. Caire, G. Taricco, and E. Biglieri, "Bit-interleaved coded modulation," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 44, no. 3, pp. 927-946, May 1998.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the concept of equation (4).

図7においては、フレームサイズに相当するトレリスの区間において、異なる位置で起こりうる異なるエラーイベントを、異なる太さで示している。   In FIG. 7, in the trellis section corresponding to the frame size, different error events which may occur at different positions are shown with different thicknesses.

実際には、たとえば、t=1の位置から始まるエラーイベントは複数ある。   In practice, for example, there are a plurality of error events starting from the position of t = 1.

したがって、どの範囲までのエラーイベントを考慮するかは予め設定する。特に限定されないが、例えば,ハミング距離がある値以下のエラーイベントのみ考慮することで考慮するイベントを選択する。   Therefore, up to which range of error events to consider is set in advance. Although not particularly limited, for example, an event to be considered is selected by considering only an error event whose Hamming distance is a certain value or less.

以下では、このように、真のパスと、エラーパスのハミング距離が、距離dH以下であるようなエラーイベントのみを考慮することにする。 In the following, in this way, only error events whose true path and error path Hamming distances are equal to or less than the distance d H are considered.

これらのエラーイベントについて、PEPをフレーム内の各位置について計算し、総和をとることにより、エラーイベントが生じる確率を求める。   For these error events, PEP is calculated for each position in the frame and summed to determine the probability that an error event will occur.

以下では、トレリスの位置に応じて、PEPが異なる場合のPEPの計算について説明する。   In the following, the calculation of PEP when PEPs differ according to the position of the trellis will be described.

まず、たとえば、図3において説明した場合は、エラーパターンは[1, 1, 0, 1, 1, 1] であり、畳み込み符号のdH=5におけるエラーパスを示していた。 First, for example, in the case described in FIG. 3, the error pattern is [1, 1, 0, 1, 1, 1], which indicates an error path at d H = 5 of the convolutional code.

以下では、p番目のエラーパターンがトレリス上の位置tから始まるエラーパスのPEPをPEP(e t,p(アンダーバー))と表すことにする。 Hereinafter, it will be representative of the PEP error paths p-th error pattern starting at position t in the trellis PEP and (e t, p (underscore)).

構成ビットが全て0の符号語を生じるトレリスパス(以下、真のパス)とハミング距離dH離れた符号語を生じるパス(以下、エラーパス)の条件付きPEPは、非特許文献4によれば、以下の式で表される。 According to Non-Patent Document 4, conditional PEPs of a trellis path (hereinafter, true path) which generates a code word of which configuration bits are all 0 and a path (hereinafter, error path) which generates a code word separated by Hamming distance d H , Is represented by the following equation.

エラーパスe t,p(アンダーバー)をインターリーブし、エラーパターンのw番目の誤りビットがマッピングされたサブキャリア番号をkw、当該サブキャリアで送信するシンボル内ビット位置をiwとする。また、Δw(iw)で表される距離は誤りビットが割り当てられたシンボルについて、誤りがない場合の信号点と、誤りビットを含んだ場合の信号点間の2乗ユークリッド距離とする。また、Hkは第kサブキャリアの周波数応答を表し、Hkwはw番目の誤りビットがマッピングされたサブキャリアの周波数応答である。さらに、H(アンダーバー)、Δ(アンダーバー)はそれぞれHkw、Δw(iw)を要素に持つベクトルである。 Error path e t, p a (underscore) interleaves, the sub-carrier number w th error bit error pattern is mapped k w, the intra-symbol bit positions for transmitting in the sub-carrier and i w. Further, the distance represented by Δ w (i w ) is a square Euclidean distance between the signal point when there is no error and the signal point when there is an error bit, for the symbol to which the error bit is assigned. Also, H k represents the frequency response of the k th subcarrier, and H kw is the frequency response of the subcarrier to which the w th error bit is mapped. Furthermore, H (under bar) and Δ (under bar) are vectors having H kw and Δ w (i w ) as elements, respectively.

この場合、PEPはH(アンダーバー)、Δ(アンダーバー)について期待値を求めることにより、次式で与えられる。   In this case, PEP is given by the following equation by obtaining expected values for H (under bar) and Δ (under bar).

ここで、E{…}aはaに関する期待値演算を表す。式(5)では伝送フレームごとに伝搬路が変化することを想定し、複数フレームを伝送した場合の復号後FERを導出するため、サブキャリアの周波数応答Hkwに関して期待値を求めている。また、Δw(iw)は真のパスとエラーパス、インターリーバ構造から決定できるが、実際には真のパスは符号器の入力ビットに依存するためΔw(iw)は確率変数となる。そのため、式(5)ではΔw(iw)に関しても期待値を求めている。さらに、式(5)の条件付きPEPは次式で与えられる。 Here, E {...} a represents an expected value operation for a. In equation (5), assuming that the propagation path changes for each transmission frame, in order to derive post-decoding FER in the case of transmitting a plurality of frames, an expected value is obtained for the frequency response H kw of the subcarrier. Also, Δ w (i w ) can be determined from the true path and error path, and the interleaver structure, but in practice the true path depends on the input bit of the encoder and Δ w (i w ) is a random variable Become. Therefore, in Equation (5), the expected value is also obtained for Δ w (i w ). Furthermore, the conditional PEP of equation (5) is given by the following equation.

式(5)によると、PEPを導出するためには式(6)について、Hkw,Δw(iw)に関する期待値を求めればよい。その準備としてまず、式(6)の分子を以下のように変形する。 According to the equation (5), in order to derive the PEP, an expected value of H kw and Δ w (i w ) may be obtained for the equation (6). First, the molecule of formula (6) is modified as follows.

次にPA´Pを固有値分解すると、以下のようになる。   Next, the eigenvalue decomposition of PA′P is as follows.

ここで、λlはl番目に大きなユークリッドノルムを持つPA´Pの非零の固有値、vlはvのl番目の要素でその振幅は、以下の確率密度関数のレイリー分布に従う。 Here, λ l is a nonzero eigenvalue of PA′P having the l-th largest Euclidean norm, v l is the l-th element of v and its amplitude follows the Rayleigh distribution of the probability density function

rは、ダイバーシチ次数である。ただし、rank(…)は行列のランク、min(…)は最小値を表す。   r is the diversity order. However, rank (...) represents the rank of the matrix, and min (...) represents the minimum value.

ここで、PEPについては以下のようにいうことができる。   Here, PEP can be said as follows.

送信されたビット列はトレリス線図上の1つのパスで表すことができ、送信したビット列以外のパスが受信側で選ばれるとき復号後ビット誤りが生じる。受信側では各パスのメトリックを計算し、最大のメトリックを持つパスを選ぶことになる。「PEP」とはあるエラーパスのメトリックが真のパスのメトリックを超える確率であり、低FER領域ではエラーパスに対応するビット列が復号結果として得られる確率に漸近する。   The transmitted bit string can be represented by one path on the trellis diagram, and when a path other than the transmitted bit string is selected on the receiving side, a post-decoding bit error occurs. On the receiving side, the metric of each path is calculated, and the path with the largest metric is selected. “PEP” is the probability that the metric of a certain error path exceeds the metric of the true path, and in the low FER region, the bit string corresponding to the error path asymptotically approaches the probability of obtaining a decoding result.

式(12)を式(6)に代入して次式を得る。   The equation (12) is substituted into the equation (6) to obtain the following equation.

非特許文献3,4と同様、vlに関して期待値を求めることにより次式を得る。 Similar to Non-Patent Documents 3 and 4, the following equation is obtained by obtaining an expected value for v l .

さらに、Δw(iw)に関して期待値を求める。
Δw(iw)はシンボル内のビット位置iwによって異なる確率密度を持つ有限な離散確率変数であり、λlはPA´Pの固有値であるため、あるエラーパスet,p(アンダーバー)が与えられている場合、Δw(iw)から一意に決定できる。
Further, an expected value is obtained with respect to Δ w (i w ).
Δ w (i w ) is a finite discrete random variable having a probability density different depending on the bit position i w in the symbol, and λ l is an eigenvalue of PA P P, so an error path e t, p (under bar) If is given, it can be uniquely determined from Δ w (i w ).

Δw(iw)は有限な離散確率変数であるから、λlも有限な離散確率変数となる。したがって、以下のようになる。 Since Δ w (i w ) is a finite discrete random variable, λ l is also a finite discrete random variable. Therefore, it becomes as follows.

ここで,離散確率変数Δw(iw)の取りうる値がmiw通りとすると、以下の関係がなりたつ。 Here, assuming that m iw possible values of the discrete random variable Δ w (i w ), the following relationship is established.

FERが低い領域では、SNRが十分に高い(シンボル間距離に対する雑音の大きさが小さい)ためシンボル誤りは隣接する信号点に誤る場合が支配的になることが予想される。
信号点間の最小ユークリッド距離をdminとすると、w=1,…,dHに対してΔw(iw)=dmin 2となる項がJ個の項の中で支配的になると期待される。また、この支配的になる項のPjをPminと表記する。すなわち、Pminはw=1,…,dHに対してΔw(iw)=dmin 2となる確率を表し、変調方式とエラーパス、インターリーバ構造から決定される。
In regions where the FER is low, it is expected that symbol errors will be dominated by errors in adjacent signal points because the SNR is sufficiently high (the magnitude of noise relative to the distance between symbols is small).
If the minimum Euclidean distance between the signal points and d min, w = 1, ... , d H relative to Δ w (i w) = a d min 2 become term is dominant in the J term expectations Be done. Also, P j of this dominant term is denoted as P min . That is, P min represents the probability of Δ w (i w ) = d min 2 for w = 1,..., D H , and is determined from the modulation scheme, error path, and interleaver structure.

また、λl,minは、以下の式で算出される行列PAmin´Pの固有値である。 Further, λ l, min is an eigenvalue of the matrix PA min ′ P calculated by the following equation.

本実施の形態では、送信機側と受信機側とで、インターリーバ構造は、予め既知である。したがって、式(15)の計算を実行する場合は、送信機側で、電力遅延プロファイルの情報(行列PA´Pの計算に必要)、雑音電力(σの算出に必要)と符号器構成の構成(すなわち、MCSの情報)があれば、実行できることになる。   In this embodiment, the interleaver structure is known in advance on the transmitter side and the receiver side. Therefore, when the calculation of equation (15) is executed, on the transmitter side, information of power delay profile (required for calculation of matrix PA'P), noise power (required for calculation of .sigma.) And configuration of encoder configuration If there is (ie, information on MCS), it can be executed.

式(15)の総乗部分はダイバーシチ次数rが大きくなるにつれて減少し、ダイバーシチ次数の大きなエラーパスのPEPはダイバーシチ次数の小さなエラーパスのPEPより低くなる。しかし、無線LANを想定した場合、遅延分散が小さいためdH≧Lとなる可能性がある。このとき、すべてのエラーパスのダイバーシチ次数が等しくLとなり、FERが低い領域においても最小自由距離より離れたパスのPEPが無視できなくなる可能性がある。そのため、真のパスからハミング距離df+φ離れたエラーパスのPEP まで考慮する。ここで、φの値は、実験的に、予め適切な値を設定しておくものとする。 The total power part of equation (15) decreases as the diversity order r increases, and the PEP of the error path with a large diversity order becomes lower than the PEP of the error path with a small diversity order. However, assuming a wireless LAN, there is a possibility that d H LL because the delay dispersion is small. At this time, the diversity orders of all error paths are equal to L, and there is a possibility that the PEPs of paths separated from the minimum free distance can not be ignored even in the region where the FER is low. Therefore, PEP of an error path separated from the true path by the Hamming distance d f + φ is considered. Here, for the value of φ, an appropriate value is set in advance experimentally.

以上のような手続により、PEPが予測できれば、FER予測部3030によるFERの予測値は、以下の式により実行することができる。   If the PEP can be predicted by the above-described procedure, the predicted value of FER by the FER prediction unit 3030 can be executed by the following equation.

ただし、pに関する総和はエラーパスのハミング距離がdf+φ以下となるものについて行う。 However, the summation with respect to p is performed when the Hamming distance of the error path is d f + φ or less.

本実施の形態の構成によれば、畳み込み符号を用いる通信システムにおいて、トレリスの位置によって誤り率が異なるような状況においても、精度よくFERを予測することを可能とするFER予測装置が実現できる。またこのような、FER予測装置を用いることで、通信路における誤りが、ランダム誤りとみなせない場合においても、適切なMCSを適応的に選択して通信を行うことが可能な無線通信装置および無線通信システムが実現できる。
[実施の形態1の変形例]
以上の説明では、フレームエラーレート(FER)の予測においては、フレームに相当するトレリス上の各位置で、PEPを算出することとした。
According to the configuration of the present embodiment, in a communication system using a convolutional code, it is possible to realize an FER prediction device capable of accurately predicting FER even in a situation where an error rate differs depending on the position of trellis. Further, by using such a FER prediction device, a wireless communication device and a wireless communication device capable of adaptively selecting an appropriate MCS and performing communication even when errors in the communication path can not be regarded as random errors. A communication system can be realized.
[Modification of Embodiment 1]
In the above description, in prediction of the frame error rate (FER), PEP is calculated at each position on the trellis corresponding to a frame.

ただし、たとえば、無線LANなどの通信システムにおいては、同一フレーム内で同じインターリーブが繰り返し実行される。   However, for example, in a communication system such as a wireless LAN, the same interleaving is repeatedly performed in the same frame.

このような通信システムにおいて、フレーム内では伝搬路変動が一定であるとみなせる場合、デインターリーブ後の符号化系列が受ける伝搬路変動は、インターリーブブロック長を周期として周期的となる。   In such a communication system, when it is possible to consider that channel fluctuation is constant in a frame, channel fluctuation received by the deinterleaved coded sequence becomes periodic with an interleaving block length as a cycle.

図8は、このようにフレーム内で、各ブロックに同一のインターリーブ処理が繰り返して実施されている場合のPEPのパターンを説明するための概念図である。   FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the PEP pattern when the same interleaving process is repeatedly performed on each block in the frame as described above.

図8に示すように、フレーム内で、各ブロックに同一のインターリーブ処理が繰り返して実施されている場合は、各符号語誤りビットが受ける伝搬路の影響は周期的となる。この結果、インターリーブブロック周期でブロック誤り率が等しくなる。
このことを利用して、PEPを計算する区間を1ブロックに相当するトレリスの区間に限定して、演算コストを低減し、FERを予測することが可能となる。
As shown in FIG. 8, when the same interleaving process is repeatedly performed on each block in a frame, the influence of the propagation path on which each codeword error bit is received is periodic. As a result, block error rates become equal in the interleaving block cycle.
Using this, it is possible to reduce the operation cost and predict FER by limiting the section for calculating PEP to the section of the trellis corresponding to one block.

図9は、このようにブロック単位での演算でFERを予測する手続きを説明するための概念図である。   FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the procedure of predicting FER by the operation in block units as described above.

デインターリーブ後の符号化系列が受ける伝搬路の影響が、インターリーブブロック長を周期として周期的となるようにブロックを設定する場合、ブロック周期で等しいPEPが繰り返されることになる。   When the block is set so that the influence of the propagation path to which the coded sequence after de-interleaving is received becomes periodic with an interleave block length as a cycle, PEPs that are equal in the block cycle will be repeated.

ブロック周期をLblockとし、フレーム内のブロック数をNitlとして、ブロック内のPEPをPitlとすると、FERは、以下の式のように表される。 Assuming that a block period is L block , the number of blocks in a frame is Nitl, and PEP in the block is Pitl , FER is expressed as the following equation.

すなわち、FERの予測の計算にあたっては、1ブロックのペアワイズ誤り率Pitlを求めれば十分であり、フレームサイズ分の区間でPEPを計算するより少ない演算コストで予測が可能となる。 That is, in calculating the prediction of FER, it is sufficient to obtain the pairwise error rate Pitl of one block, and the prediction can be performed with less calculation cost than calculating the PEP in the section for the frame size.

たとえば、無線LANの場合、フレーム内での伝搬路変動が小さく、かつOFDMシンボル単位でインターリーブを行うため、OFDMシンボルに相当する周期でPEPが等しいとみなせる。したがって、各OFDMシンボルで誤りが生じる確率は同一とみなせることになり、上記の式を用いて、FERの予測を実行することが可能となる。   For example, in the case of a wireless LAN, propagation path fluctuation in a frame is small, and interleaving is performed in units of OFDM symbols, so PEPs can be considered to be equal in a cycle corresponding to OFDM symbols. Therefore, the probability that an error occurs in each OFDM symbol can be regarded as the same, and it becomes possible to perform prediction of FER using the above equation.

たとえば、OFDMシンボル内で1つ以上のエラーイベントが起きる確率Psymを算出すれば、以下の式に従って、OFDM通信されるシステムのFERは、以下の式で表される。 For example, if the probability P sym of occurrence of one or more error events in an OFDM symbol is calculated, FER of a system to be communicated by OFDM is expressed by the following equation according to the following equation.

frameは、1フレーム長であり、Lsymは、OFDM1シンボル内の符号化ビット数(=インターリーブサイズ)であり、Rは符号化率を表す。()の右肩の指数は、1フレーム分の情報ビットを送信するためのOFDMシンボル数を表す。 L frame is one frame in length, L sym is the number of coding bits in an OFDM 1 symbol (= interleaving size), and R represents a coding rate. The right handed index of () represents the number of OFDM symbols for transmitting one frame of information bits.

ただし、より一般には、インターリーブブロックのサイズは、OFDMシンボル単位とすることに限定されるものではなく、1フレーム内で複数のインターリーブブロックにわたって、同一のインターリーブ処理が繰り返されるのであれば、そのようなブロックについてPEPを算出すればよい。
[実施の形態2]
実施の形態1では、PEPを、電力遅延プロファイルにより計算した。しかしながら、伝搬路の条件によっては、PEPを、サブキャリアの周波数応答(インパルス応答と等価)から以下のように計算することが可能である。実施の形態2では、PEPを、サブキャリアの周波数応答により算出する場合について説明する。
However, more generally, the size of the interleaving block is not limited to the OFDM symbol unit, and if the same interleaving process is repeated over a plurality of interleaving blocks in one frame, such The PEP may be calculated for the block.
Second Embodiment
In the first embodiment, the PEP is calculated by the power delay profile. However, depending on the conditions of the propagation path, it is possible to calculate PEP from the frequency response of the subcarrier (equivalent to impulse response) as follows. In the second embodiment, the case where PEP is calculated from the frequency response of subcarriers will be described.

非特許文献4では伝搬路の周波数応答がOFDMシンボル内では変動しないことを想定している。言い換えればフレームごとあるいはそれより短い間隔で変動することを許容している。しかし、無線LAN環境では無線装置の移動がある程度少ないことが想定されるため、複数のフレームで伝搬路を同一とみなせる(観測時間内で伝搬路の変動を無視できる)ような場合が生じうる。このような場合、サブキャリアの周波数応答Hkw(あるいは伝搬路のインパルス応答)は定数とみなせる。そのため、条件付きPEPは、式(6)においてサブキャリアの周波数応答(あるいはインパルス応答)が時間的に変化しないと仮定して定数として扱うことによって計算できる。この場合、式(6)に対して以下のようにΔw(iw)についてのみ期待値を求めればよい。 Non-Patent Document 4 assumes that the frequency response of the propagation path does not fluctuate within the OFDM symbol. In other words, it is possible to fluctuate at frame-by-frame or shorter intervals. However, in the wireless LAN environment, it is assumed that the movement of the wireless device is small to some extent, so there may be cases where propagation paths can be regarded as identical in a plurality of frames (the fluctuation of the propagation paths can be ignored within observation time). In such a case, the frequency response H kw of the subcarrier (or the impulse response of the propagation path) can be regarded as a constant. Therefore, conditional PEP can be calculated by assuming that the frequency response (or impulse response) of the subcarrier does not change with time in Equation (6) and treating it as a constant. In this case, the expected value may be obtained only for Δ w (i w ) as follows with respect to equation (6).

ただし、サブキャリアの周波数応答と伝搬路のインパルス応答は式(2)のように等価的に変換可能なので、式(17)はインパルス応答からも計算できる。   However, since the frequency response of the subcarrier and the impulse response of the propagation path can be equivalently converted as in equation (2), equation (17) can also be calculated from the impulse response.

実施の形態1と同様に、w=1,…,dfに対してΔw(iw)=dmin 2となる項がJ個の項の中で支配的になると期待される。この支配的になる項のPjをPminと表記する。よって、式(17)を以下のように近似する。 Similar to the first embodiment, w = 1, ..., Δ w (i w) = d min 2 become claim respect d f is expected to be dominant in the J terms. The P j of this dominant term is denoted as P min . Therefore, equation (17) is approximated as follows.

このように条件付きPEPを計算してもよい。このような処理を行えば、電力遅延プロファイルの代わりにサブキャリアの周波数応答(あるいはインパルス応答)の推定を行うことによりFERの予測が可能になる。   Thus, conditional PEP may be calculated. Such processing enables prediction of FER by estimating subcarrier frequency response (or impulse response) instead of the power delay profile.

その他の処理については、実施の形態1で説明したものと同様であるので、説明は繰り返さない。   The other processes are the same as those described in the first embodiment, and therefore the description will not be repeated.

したがって、本明細書においては、以下のように、用語を用いることとする。   Therefore, in the present specification, the terms are used as follows.

「伝搬路特性情報」とは、伝搬路の電力の減衰を表す情報のことをいい、典型的には、上述した電力遅延プロファイルを意味する。さらに、上述のように、観測時間内で伝搬路の変動を無視できるという条件を満たす場合は、通信経路において推定された伝搬路の瞬時的な情報、すなわち、畳み込み符号化OFDM方式における各サブキャリアの周波数応答(等価的にインパルス応答)をも含むものとする。   The “propagation path characteristic information” refers to information representing the attenuation of propagation path power, and typically means the power delay profile described above. Furthermore, as described above, when satisfying the condition that propagation path fluctuation can be ignored within the observation time, instantaneous information of the propagation path estimated in the communication path, that is, each subcarrier in the convolutional coding OFDM system It also includes the frequency response of (equivalently impulse response).

以上説明したように、本実施の形態の構成によっても、通信路における誤りが、ランダム誤りとみなせない場合においても、精度よく復号後BERを予測して、フレームエラーレートを予測することを可能とするフレームエラーレート予測装置が実現できる。またこのような、フレームエラーレート予測装置を用いることで、通信路における誤りが、ランダム誤りとみなせない場合においても、適切なMCSを適応的に選択して通信を行うことが可能な無線通信装置および無線通信システムが実現できる。   As described above, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to predict the frame error rate by accurately predicting the post-decoding BER even when errors in the communication path can not be regarded as random errors. Frame error rate prediction apparatus can be realized. Also, by using such a frame error rate prediction apparatus, a wireless communication apparatus capable of adaptively selecting an appropriate MCS and performing communication even when errors in the communication path can not be regarded as random errors. And a wireless communication system can be realized.

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time is an illustration of a configuration for specifically implementing the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. The technical scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiment but by the scope of claims, and includes modifications within the scope of wording and meaning of the scope of claims. Is intended.

1000 送信装置、1002 誤り訂正符号化部、1004 インターリーブ部、1010 変調部、1012 OFDM変調部、1014 RF部、1020 アンテナ、1100 受信処理部、1110,1110´ 適応レート制御部、2000 受信装置、2002 アンテナ、2010 RF部、2012 OFDM復調部、2014 復調部、2016 デインターリーブ部、2018 誤り訂正部、2100 電力遅延プロファイル/雑音電力推定部、2110 送信処理部、3010 BER予測部、3020,3050 MCS記憶部、3030 FER予測部、3040 MCS選択部。   1000 transmission apparatus, 1002 error correction coding section, 1004 interleaving section, 1010 modulation section, 1012 OFDM modulation section, 1014 RF section, 1020 antenna, 1100 reception processing section, 1110, 1110 'adaptive rate control section, 2000 reception apparatus, 2002 Antenna, 2010 RF unit, 2012 OFDM demodulator, 2014 demodulator, 2016 deinterleaver, 2018 error correction unit, 2100 power delay profile / noise power estimation unit, 2110 transmission processing unit, 3010 BER prediction unit, 3020, 3050 MCS storage Part, 3030 FER prediction part, 3040 MCS selection part.

Claims (11)

トレリス図により復号可能な畳み込み符号化方式で通信し、同一のインターリーブ処理がフレーム内の送信ビットに繰り返し実行される通信システムのフレームエラーレート予測装置であって、
前記畳み込み符号化方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率および変調方式の組の情報を格納するための記憶手段と、
通信経路において推定された、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および変調方式の組のそれぞれについて、前記畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのペアワイズ誤り率を、前記フレームのサイズに相当するトレリス図の区間の各位置で算出し、各前記位置で計算されたペアワイズ誤り率の総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段とを備える、フレームエラーレート予測装置。
A frame error rate prediction apparatus of a communication system which communicates by a convolutional coding scheme that can be decoded by a trellis diagram, and in which the same interleaving process is repeatedly performed on transmission bits in a frame,
Storage means for storing information of a combination of a coding rate of convolutional coding and a modulation method which are preset as adopted in the convolutional coding method;
The convolutional coding for each of the pair of the coding rate and the modulation scheme stored in the storage means, based on the propagation path characteristic information representing the attenuation of the propagation path power and the noise power estimated in the communication path Calculate the pairwise error rate of the error path in the decoding process for each of the positions of the section of the trellis diagram corresponding to the size of the frame, and predict the frame error rate as the sum of the pairwise error rates calculated at each of the positions. A frame error rate prediction device comprising: a frame error rate prediction means.
前記フレーム誤り率予測手段は、前記フレーム内において、前記送信ビットは、デインターリーブ処理後の符号化系列に対する伝搬路変動が周期的とみなせるように設定されたブロック長ごとに分割されている場合に、前記1ブロックに相当するトレリス図の区間で前記ペアワイズ誤り率の総和としてブロック誤り率を計算し、各前記ブロック誤り率が互いに等しいものとして、前記ブロック誤り率と前記フレーム内に含まれるブロック数から前記フレーム誤り率を予測する、請求項1記載のフレームエラーレート予測装置。   The frame error rate predicting means is configured to divide the transmission bit into block lengths set such that propagation path fluctuation with respect to a coded sequence after de-interleave processing can be regarded as periodic in the frame. Calculating a block error rate as a sum of the pairwise error rates in a section of the trellis diagram corresponding to the one block, and assuming that the block error rates are equal to each other, the block error rate and the number of blocks included in the frame The frame error rate predicting apparatus according to claim 1, wherein the frame error rate is predicted from. 前記通信システムは、直交周波数分割多重方式による通信を行い、前記ブロックは、直交周波数分割多重方式における1シンボルである、請求項2記載のフレームエラーレート予測装置。   3. The frame error rate predicting apparatus according to claim 2, wherein the communication system performs communication according to orthogonal frequency division multiplexing, and the block is one symbol in orthogonal frequency division multiplexing. 前記伝搬路特性情報は、前記通信経路において推定された電力遅延プロファイルである、請求項1記載のフレームエラーレート予測装置。   The frame error rate predicting apparatus according to claim 1, wherein the channel characteristic information is a power delay profile estimated in the communication path. 前記伝搬路特性情報は、前記伝搬路のインパルス応答である、請求項1記載のフレームエラーレート予測装置。   The frame error rate predicting apparatus according to claim 1, wherein the channel characteristic information is an impulse response of the channel. 畳み込み符号化方式で通信する無線通信装置であって、
受信装置から送信された、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力の推定値をフィードバック情報として受信する受信手段と、
前記畳み込み符号化方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率および変調方式の組の情報を格納するための記憶手段と、
前記フィードバック情報に基づいて、前記記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のうち、スループットを最大とする組を選択する選択手段とを備え、
前記選択手段は、
前記伝搬路特性情報および前記雑音電力に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および変調方式の組のそれぞれについて、前記畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのペアワイズ誤り率を、前記フレームのサイズに相当するトレリス図の区間の各位置で算出し、各前記位置で計算されたペアワイズ誤り率の総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段と、
予測されたフレーム誤り率に基づいて、所定のフレームエラーレート内において、最大のスループットとなる前記組を選択する変調方式選択手段とを含み、
前記変調方式選択部により選択された前記組に応じて、送信データに対して、畳み込み符号化および変調処理を実行して送信するための送信手段をさらに備える、無線通信装置。
A wireless communication apparatus that communicates by a convolutional coding method, comprising:
Receiving means for receiving, as feedback information, propagation path characteristic information representing attenuation of propagation path power and noise power estimate transmitted from the receiving apparatus;
Storage means for storing information of a combination of a coding rate of convolutional coding and a modulation method which are preset as adopted in the convolutional coding method;
And selecting means for selecting a set that maximizes throughput among the sets of the coding rate and the modulation scheme stored in the storage means based on the feedback information.
The selection means is
The pairwise error rate of the error path in the decoding process for the convolutional coding is calculated for each of the pair of the coding rate and the modulation scheme stored in the storage means based on the propagation path characteristic information and the noise power. Frame error rate predicting means for calculating a frame error rate as a sum of the pairwise error rates calculated at each position of the section of the trellis diagram corresponding to the size of the frame;
And d) modulation scheme selection means for selecting the set that achieves the maximum throughput within a predetermined frame error rate based on the predicted frame error rate.
A wireless communication apparatus, further comprising transmission means for performing convolutional coding and modulation processing on transmission data according to the set selected by the modulation scheme selection unit and transmitting the transmission data.
前記フレーム誤り率予測手段は、前記フレーム内において、前記送信ビットは、デインターリーブ処理後の符号化系列に対する伝搬路変動が周期的とみなせるように設定されたブロック長ごとに分割されている場合に、前記1ブロックに相当するトレリス図の区間で前記ペアワイズ誤り率の総和としてブロック誤り率を計算し、各前記ブロック誤り率が互いに等しいものとして、前記ブロック誤り率と前記フレーム内に含まれるブロック数から前記フレーム誤り率を予測する、請求項6記載の無線通信装置。   The frame error rate predicting means is configured to divide the transmission bit into block lengths set such that propagation path fluctuation with respect to a coded sequence after de-interleave processing can be regarded as periodic in the frame. Calculating a block error rate as a sum of the pairwise error rates in a section of the trellis diagram corresponding to the one block, and assuming that the block error rates are equal to each other, the block error rate and the number of blocks included in the frame The wireless communication apparatus according to claim 6, wherein the frame error rate is predicted from. 前記通信システムは、直交周波数分割多重方式による通信を行い、前記ブロックは、直交周波数分割多重方式における1シンボルである、請求項7記載の無線通信装置。   The wireless communication apparatus according to claim 7, wherein the communication system performs communication according to orthogonal frequency division multiplexing, and the block is one symbol in orthogonal frequency division multiplexing. 前記伝搬路特性情報は、前記通信経路において推定された電力遅延プロファイルである、請求項6記載の無線通信装置。   The wireless communication apparatus according to claim 6, wherein the channel characteristic information is a power delay profile estimated in the communication path. 前記伝搬路特性情報は、前記伝搬路のインパルス応答である、請求項6記載の無線通信装置。   The wireless communication apparatus according to claim 6, wherein the channel characteristic information is an impulse response of the channel. 畳み込み符号化OFDM方式で通信する無線通信システムであって、
受信装置を備え、
前記受信装置は、
通信経路において、伝搬路の電力の減衰を表す伝搬路特性情報および雑音電力を推定する通信経路状態推定手段と、
前記推定された伝搬路特性情報および雑音電力を送信するための第1の送信手段とを含み、
送信装置をさらに備え、
前記送信装置は、
前記受信装置から送信された、前記伝搬路特性情報および前記雑音電力の推定値をフィードバック情報として受信する受信手段と、
前記畳み込み符号化OFDM方式で採用されるものとして予め設定された畳み込み符号化の符号化率および変調方式の組の情報を格納するための記憶手段と、
前記フィードバック情報に基づいて、前記記憶手段に格納された符号化率および変調方式の組のうち、スループットを最大とする組を選択する選択手段とを含み、
前記選択手段は、
前記伝搬路特性情報および前記雑音電力に基づいて、前記記憶手段に格納された前記符号化率および変調方式の組のそれぞれについて、前記畳み込み符号化に対する復号処理におけるエラーパスのペアワイズ誤り率を、前記フレームのサイズに相当するトレリス図の区間の各位置で算出し、各前記位置で計算されたペアワイズ誤り率の総和として、フレーム誤り率を予測するフレーム誤り率予測手段と、
予測されたフレーム誤り率に基づいて、所定のフレームエラーレート内において、最大のスループットとなる前記組を選択する変調方式選択手段とを有し、
前記変調方式選択部により選択された前記組に応じて、送信データに対して、畳み込み符号化および変調処理を実行して送信するための第2の送信手段をさらに含む、無線通信システム。
A wireless communication system for communicating according to a convolutional coding OFDM system, comprising:
Equipped with a receiver,
The receiving device is
In the communication path, propagation path characteristic information representing attenuation of power of the propagation path and communication path state estimation means for estimating noise power;
First transmission means for transmitting the estimated channel characteristic information and noise power;
Further comprising a transmitter;
The transmitting device is
Receiving means for receiving, as feedback information, the channel characteristic information and the estimated value of the noise power transmitted from the receiving apparatus;
Storage means for storing information of a combination of a coding rate of convolutional coding and a modulation scheme set in advance as employed in the convolutional coding OFDM system;
Selecting means for selecting a set that maximizes throughput among the sets of the coding rate and the modulation scheme stored in the storage means based on the feedback information;
The selection means is
The pairwise error rate of the error path in the decoding process for the convolutional coding is calculated for each of the pair of the coding rate and the modulation scheme stored in the storage means based on the propagation path characteristic information and the noise power. Frame error rate predicting means for calculating a frame error rate as a sum of the pairwise error rates calculated at each position of the section of the trellis diagram corresponding to the size of the frame;
Modulation scheme selecting means for selecting the set that achieves the maximum throughput within a predetermined frame error rate based on the predicted frame error rate;
A wireless communication system, further comprising: second transmission means for performing convolutional coding and modulation processing on transmission data and transmitting the transmission data according to the set selected by the modulation scheme selection unit.
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