JP2019092014A - Frame error rate prediction device, wireless communication device and wireless communication system - Google Patents

Frame error rate prediction device, wireless communication device and wireless communication system Download PDF

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Senri Suga
宣理 菅
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直人 江頭
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Kazuto Yano
一人 矢野
智明 熊谷
Tomoaki Kumagai
智明 熊谷
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Abstract

To provide a technique for accurately predicting a frame error rate even in the presence of a subcarrier in which received power drops significantly in the convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing method.SOLUTION: A frame error rate predicting apparatus 1110 of a communication system that communicates by simultaneous transmission in a plurality of frequency bands according to the convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing method includes a frame error rate prediction unit 3030 that calculates a pairwise error rate of an error path in decoding processing for convolutional coding and predicts a frame error rate on the basis of propagation path characteristic information representing attenuation of propagation path power and noise power estimated in a communication path in consideration of symbol errors within a predetermined distance occurring between symbols farther than the nearest symbol specified by information of an interleaving scheme and a modulation scheme in an error pattern of the received signal.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、フレームエラーレート予測装置、およびそれを用いる無線通信装置および無線通信システムの構成に関する。   The present invention relates to a frame error rate prediction apparatus, and a configuration of a wireless communication apparatus and a wireless communication system using the same.

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。   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.

FERはフレームサイズと復号後のビット誤り率(BER: bit error rate)から算出できることから、復号後のBERを予測することによってFER予測が可能となる。   Since FER can be calculated from the frame size and the bit error rate (BER) after decoding, FER can be predicted by predicting the BER after decoding.

一般に、無線LANでFERが1%から10%程度となることを精度よく予測する場合、BER=10-5程度となる領域において精度よくBERを推定する必要がある。このような低BERの領域では、ペアワイズ誤り率(PEP: pairwise error probability)によって復号後誤り率を精度よく求められることが知られている(非特許文献2)。 In general, when it is accurately predicted that the FER will be approximately 1% to 10% in a wireless LAN, it is necessary to estimate the BER accurately in a region where the BER is approximately 10 −5 . In such a low BER area, it is known that the post-decoding error rate can be accurately determined by pairwise error probability (PEP) (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 where the error rate is determined 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。この性質を用いて非特許文献3では、最小自由距離を持つエラーパスのPEPから伝搬路の電力遅延プロファイルに依存しないBERの定式化を行っている。この手法は、ランダム誤りとみなせる環境では、低BER領域において精度よくBERを予測できる手法であるといえる。   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 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 uses this property to formulate a BER independent of the power delay profile of the propagation path from the PEP of the error path having the minimum free distance. It can be said that this method can accurately predict BER in a low BER region in an environment that can be regarded as a random error.

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で導出された近似式では、無線LAN環境におけるBER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 IEEE802.11a, since the bandwidth and interleaving size are not sufficiently wide and only delay dispersion of several hundreds of [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, in the approximate expression derived in Non-Patent Document 3, BER in a wireless LAN environment can not be accurately approximated.

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、MCSの組のそれぞれについて、畳み込み符号化の最小自由距離よりも離れたエラーパスのペアワイズ誤り率(PEP)を考慮して、復号後のビット誤り率を予測する。フレームエラーレート予測としては、予測されたビット誤り率に基づいて、フレーム誤り率を予測する。   In order to solve such a problem, the technique disclosed in Non-Patent Document 4 estimates a bit error rate prediction at a transmitter, a receiver, or both in a communication system that communicates by convolutional coding OFDM. Considering the pairwise error rate (PEP) of the error path farther than the minimum free distance of the convolutional coding for each of the set of MCS based on the information representing the power attenuation by the selected communication path and the noise power , Predict bit error rate after decoding. As frame error rate prediction, a frame error rate is predicted based on a predicted bit error rate.

図12は、このような非特許文献4の処理の概念を説明するための図である。   FIG. 12 is a diagram for explaining the concept of the process of Non-Patent Document 4 as described above.

図12に示されるように、非特許文献4では、畳み込み符号化された信号は、インターリーブ部によりインターリーブ処理がされた後に、単一帯域にマッピングされるものとして、エラーパス中の誤りビットがマッピングされるサブキャリアのSNRと変調方式によって定まる信号点間距離からペアワイズ誤り率(PEP)を計算している。   As shown in FIG. 12, according to Non-Patent Document 4, a convolutionally encoded signal is subjected to interleaving processing by an interleaving unit and then mapped to an error bit in an error path as being mapped to a single band. The pairwise error rate (PEP) is calculated from the signal point distance determined by the SNR of the subcarrier to be selected and the modulation scheme.

一方で、非特許文献5および非特許文献6では、スペクトル効率を増加させるために、5GHz、2.4GHzおよび920MHzのような多数のバンドを同時に使用するWLANシステムが提案されている。ここで、提案された複数周波数帯のWLANシステムは、キャリアセンシングにより複数の周波数帯から利用可能な無線資源を探索する。2個以上の利用可能なバンドが見つかる場合、フレーム中の符号化されたペイロードは複数の部分に分割され、それらは利用可能なバンド上にマッピングされ、適切に変調され、変調されたシンボルは同時に送信される。受信機側では、多数のバンドに分割されたフレームは統合されデコードされる。バンド毎に異なる伝搬特性があるので、ここで提案されたシステムは、複数のバンドに分散したアイドル状態の資源を利用することによりスペクトルの効率を改善することができると同時に周波数ダイバーシチを得ることができる。   On the other hand, Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6 propose WLAN systems that simultaneously use multiple bands such as 5 GHz, 2.4 GHz and 920 MHz in order to increase spectral efficiency. Here, the proposed multiple frequency band WLAN system searches for available radio resources from multiple frequency bands by carrier sensing. If two or more available bands are found, the encoded payload in the frame is divided into multiple parts, which are mapped onto the available bands, properly modulated, and the modulated symbols simultaneously Will be sent. At the receiver side, the frames divided into multiple bands are integrated and decoded. Since there are different propagation characteristics for each band, the system proposed here can improve spectral efficiency by using idle resources distributed in multiple bands while obtaining frequency diversity. it can.

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 Rate Prediction of Convolutionally Coded OFDM Transmission Suitable for IEEE 802.11 Wireless LAN,” IEICE Technical Report IT 2016-125, Mar. 2017.

N. Egashira, K. Yano, S. Tsukamoto, J. Webber, M. Sutoh, Y. Amezawa, and T. Kumagai, “Integrated synchronization scheme for WLAN systems employing multiband simultaneous transmission,”Proc. 2017 IEEE Wireless Commun. and Netw. Conf.(WCNC).N. Egashira, K. Yano, S. Tsukamoto, J. Webber, M. Sutoh, Y. Amezawa, and T. Kumagai, “Integrated synchronization scheme for WLAN systems employing multiband simultaneous transmission,” Proc. 2017 IEEE Wireless Commun. Netw. Conf. (WCNC).

K. Yano, N. Egashira, S. Tsukamoto, J. Webber, and T. Kumagai, “Channel access balancing for multiband wireless LAN by using alternative primary channel,” Proc. 2017 IEEE Wireless Commun. and Netw. Conf. (WCNC).K. Yano, N. Egashira, S. Tsukamoto, J. Webber, and T. Kumagai, “Channel access balancing for multi-band wireless LAN by using alternative primary channel,” Proc. 2017 IEEE Wireless Comman. And Netw. Conf. ).

しかしながら、非特許文献4に開示されたような従来技術を、上述した非特許文献5および非特許文献6に開示されたような複数帯域同時伝送では帯域ごとに伝送品質が異なるため、伝搬環境に合った変調方式が各帯域で別々に用いられることが検討されている.
そのため、同一フレーム内の各ビットは異なる変調を施され、かつ異なる伝搬路の影響を受けるため既存技術の枠組みではPEPを計算できない、という問題がある。
さらに、マルチパス環境下のOFDM方式では、実際には受信電力が大きく落ち込むサブキャリアが存在するため、離れたシンボル間でのシンボル誤りが一定確率で生じる。非特許文献4に開示されたようなPEPの計算過程では、隣接するシンボルへの誤りのみ考慮するため、隣接シンボルより離れたシンボルに誤るような場合の考慮がなされていない、という問題もある。
However, the prior art as disclosed in Non-Patent Document 4 is different from the conventional art as disclosed in Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6 above in transmission quality for each band, so transmission quality is different. It is considered that the combined modulation scheme is used separately in each band.
Therefore, there is a problem that each bit in the same frame is subjected to different modulation, and PEP can not be calculated with the existing technology framework because it is affected by different propagation paths.
Furthermore, in the OFDM system under a multipath environment, symbol errors between distant symbols occur with a certain probability, because there are subcarriers in which the received power drops significantly. In the PEP calculation process as disclosed in Non-Patent Document 4, there is also a problem that since errors in adjacent symbols are taken into consideration, there is no consideration in the case of errors in symbols farther from the adjacent symbols.

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、畳み込み符号化直交周波数分割多重方式による通信システムにおいて、受信電力が大きく落ち込むサブキャリアが存在する場合にも、正確にフレームエラーレートを予測することが可能なフレームエラーレート予測装置を提供することである。
本発明の他の目的は、複数帯域同時伝送を用いる通信システムにおいて、帯域ごとに変調方式が異なり、かつ異なる伝搬環境となる場合に、受信電力が落ち込むサブキャリアがあっても、正確にフレームエラーレートを予測して、帯域ごとに適応的に、変調方式を設定することを可能とする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-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a communication system by convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing in the case where there are subcarriers for which received power is greatly reduced. Another object of the present invention is to provide a frame error rate prediction apparatus capable of accurately predicting a frame error rate.
Another object of the present invention is that, in a communication system using simultaneous transmission of a plurality of bands, a frame error can be accurately detected even if there are subcarriers for which the received power drops when the modulation scheme is different for each band and the propagation environment is different. To provide a wireless communication apparatus and a wireless communication system capable of predicting a rate and setting a modulation scheme adaptively for each band.

この発明の1つの局面に従うと、畳み込み符号化したシンボルを多値変調して直交周波数分割多重方式で通信す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、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インタリーブ方式の情報および多値変調の変調方式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、受信信号のエラーパターンにおいて記憶手段に格納されたインタリーブ方式および変調方式の情報により特定される、最隣接するシンボルより離れたシンボル間で生じる所定の距離以内のシンボル誤りを考慮して、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ペアワイズ誤り率を算出し、算出されたペアワイズ誤り率により、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。   According to one aspect of the present invention, there is provided a frame error rate prediction apparatus of a communication system for performing multi-level modulation on convolutionally encoded symbols and performing communication using orthogonal frequency division multiplexing, which is employed in convolutional coding. Storage means for storing information of interleaving scheme of convolutional coding and information of modulation scheme of multilevel modulation, propagation path characteristic information representing attenuation of propagation path power estimated in communication path, and Based on the noise power, symbol errors within a predetermined distance between symbols separated from the nearest symbol, which are specified by the interleaving and modulation scheme information stored in the storage means in the error pattern of the received signal, are considered Then, calculate the pairwise error rate of the error path in the decoding process for convolutional coding, The pairwise error rate is, and a frame error rate estimating means for estimating the frame error rate.

好ましくは、所定の距離は、考慮するシンボル誤りのエラーパターンを通信経路の電力減衰を考慮した誤りシンボルと正解シンボルの2乗ユークリッド距離が、所定の値よりも小さくなる距離である。   Preferably, the predetermined distance is a distance at which the squared Euclidean distance between the error symbol and the correct symbol taking into account the power attenuation of the communication path for the error pattern of the symbol error to be considered is smaller than a predetermined value.

好ましくは、所定の距離は、畳み込み符号化のための符号化器の構成によって生成されうるエラーパターンについて、当該エラーパターン内の誤りビットに対応する誤りシンボルと正解シンボルとの2乗ユークリッド距離を信号点間の最小ユークリッド距離の2乗と整数係数に分解したときの各整数係数の和の所定の上限値である。   Preferably, for the error pattern that can be generated by the configuration of the encoder for convolutional coding, the predetermined distance signals the squared Euclidean distance between the error symbol and the correct symbol corresponding to the error bit in the error pattern. It is a predetermined upper limit value of the sum of the integer coefficients when the minimum Euclidean distance between points is divided into the square and the integer coefficients.

この発明の他の局面に従うと、畳み込み符号化直交周波数分割多重方式により、複数の周波数帯による同時伝送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、周波数帯ごとの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、畳み込み符号化直交周波数分割多重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、送信データ列に畳み込み符号化処理するための畳み込み符号化処理手段と、符号化処理手段の出力をインターリーブ処理するためのインターリーブ手段と、インターリーブ処理後の信号を複数の周波数帯に応じて分割するためのパーサー手段と、パーサー手段からの出力を多値符号化して、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重変調するための変調手段と、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、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インタリーブ方式の情報および多値変調の変調方式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、受信信号のエラーパターンにおいて記憶手段に格納されたインタリーブ方式および変調方式の情報により特定される、最隣接するシンボルより離れたシンボル間で生じる所定の距離以内のシンボル誤りを考慮して、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ペアワイズ誤り率を算出するペアワイズ誤り率算出手段と、算出されたペアワイズ誤り率に基づいて、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。
好ましくは、所定の距離は、考慮するシンボル誤りのエラーパターンを通信経路の電力減衰を考慮した誤りシンボルと正解シンボルの2乗ユークリッド距離が、所定の値よりも小さくなる距離である。
According to another aspect of the present invention, there is provided a radio communication apparatus for performing simultaneous transmission in a plurality of frequency bands by means of convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing, which is a propagation path for each frequency band transmitted from a receiving apparatus. Receiving means for receiving, as feedback information, propagation path characteristic information representing power attenuation and noise power estimation value, and a coding rate of convolutional coding preset as employed in the convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing system And storage means for storing information of a set of modulation schemes, convolutional encoding processing means for performing convolutional encoding processing on a transmission data string, interleaving means for interleaving the outputs of the encoding processing means, Parser means for dividing an interleaved signal according to a plurality of frequency bands, and output from the parser means Modulating means for performing multi-level coding and performing orthogonal frequency division multiplexing modulation with a plurality of subcarriers, and based on feedback information, set the throughput to the maximum among the combinations of the coding rate and the modulation scheme stored in the storage means. Selecting means for selecting a pair to be selected, the selecting means storing interleaving scheme information of convolutional encoding and modulation scheme information of multilevel modulation, which are preset as employed in the convolutional encoding scheme. Information of the interleave method and modulation method stored in the storage means in the error pattern of the received signal based on the storage means of the above and the propagation path characteristic information representing attenuation of the power of the propagation path and noise power estimated in the communication path Consider symbol errors within a predetermined distance that occur between symbols farther than the nearest symbol identified by A pairwise error rate calculation means for calculating a pairwise error rate of an error path in decoding processing for convolutional coding; a frame error rate prediction means for predicting a frame error rate based on the calculated pairwise error rate; Modulation scheme selecting means for selecting a set having a maximum throughput within a predetermined frame error rate based on the frame error rate, and for the transmission data according to the set selected by the modulation scheme selection unit , Transmission means for performing and performing convolutional coding and modulation processing.
Preferably, the predetermined distance is a distance at which the squared Euclidean distance between the error symbol and the correct symbol taking into account the power attenuation of the communication path for the error pattern of the symbol error to be considered is smaller than a predetermined value.

好ましくは、所定の距離は、畳み込み符号化のための符号化器の構成によって生成されうるエラーパターンについて、当該エラーパターン内の誤りビットに対応する誤りシンボルと正解シンボルとの2乗ユークリッド距離を信号点間の最小ユークリッド距離の2乗と整数係数に分解したときの各整数係数の和の所定の上限値である。 この発明のさらに他の局面に従うと、畳み込み符号化直交周波数分割多重方式により、複数の周波数帯による同時伝送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、周波数帯ごとの平均受信電力、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、推定された周波数帯ごとの平均受信電力、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、周波数帯ごとの平均受信電力、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、畳み込み符号化直交周波数分割多重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、送信データ列に畳み込み符号化処理するための畳み込み符号化処理手段と、符号化処理手段の出力をインターリーブ処理するためのインターリーブ手段と、インターリーブ処理後の信号を複数の周波数帯に応じて分割するためのパーサー手段と、パーサー手段からの出力を多値符号化して、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重変調するための変調手段と、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、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インタリーブ方式の情報および多値変調の変調方式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、周波数帯ごとの平均受信電力、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、受信信号のエラーパターンにおいて記憶手段に格納されたインタリーブ方式および変調方式の情報により特定される、最隣接するシンボルより離れたシンボル間で生じる所定の距離以内のシンボル誤りを考慮して、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ペアワイズ誤り率を算出するペアワイズ誤り率算出手段と、算出されたペアワイズ誤り率に基づいて、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、変調手段により変調された送信データ列に対する変調信号を送信するための送信手段をさらに備える。
(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。
Preferably, for the error pattern that can be generated by the configuration of the encoder for convolutional coding, the predetermined distance signals the squared Euclidean distance between the error symbol and the correct symbol corresponding to the error bit in the error pattern. It is a predetermined upper limit value of the sum of the integer coefficients when the minimum Euclidean distance between points is divided into the square and the integer coefficients. According to still another aspect of the present invention, there is provided a wireless communication system for performing simultaneous transmission in a plurality of frequency bands by means of convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing, comprising a receiving apparatus, the receiving apparatus comprising: Average received power for each frequency band, channel characteristic information representing attenuation of channel power and communication path state estimation means for estimating noise power, average received power for each estimated frequency band, channel characteristic information and noise And a first transmitting means for transmitting power, and further comprising a transmitting device, wherein the transmitting device is a propagation path representing the attenuation of the average reception power for each frequency band and propagation path power transmitted from the receiving device. A receiver configured to receive characteristic information and an estimated value of noise power as feedback information, and is preset to be employed in convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing. Storage means for storing information on the combination of the coding rate of the convolutional encoding and the modulation scheme, convolutional encoding processing means for performing convolutional encoding processing on the transmission data string, and output of the encoding processing means Interleaving means for performing interleaving processing, parser means for dividing the signal after interleaving processing according to a plurality of frequency bands, multi-level coding of the output from the parser means, orthogonal frequency division by a plurality of subcarriers The modulation circuit comprises: modulation means for multiplex modulation; and selection means for selecting a set that maximizes throughput among the combinations of coding rate and modulation scheme stored in the storage means based on feedback information, the selection means comprising: , Information of convolutional encoding interleaving method preset as that adopted in convolutional encoding method and multilevel modulation Based on storage means for storing modulation scheme information, and on the basis of propagation path characteristic information representing the attenuation of the propagation path power and noise power estimated on the communication path, the average reception power for each frequency band, and noise power Decoding processing for convolutional coding in consideration of symbol errors within a predetermined distance occurring between symbols separated from the nearest symbol specified by information of interleaving method and modulation method stored in storage means in error pattern Based on the pairwise error rate calculation means for calculating the pairwise error rate of the error path in the above, the frame error rate prediction means for predicting the frame error rate on the basis of the calculated pairwise error rate, and the predicted frame error rate. Select a modulation scheme that selects the set with the highest throughput within a predetermined frame error rate And transmission means for transmitting a modulation signal for the transmission data train modulated by the modulation means in accordance with the set selected by the modulation scheme selection unit.
(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、畳み込み符号化直交周波数分割多重方式による通信システムにおいて、受信電力が大きく落ち込むサブキャリアが存在する場合にも、正確にフレームエラーレートを予測することが可能なフレームエラーレート予測装置を提供することである。
本発明の他の目的は、複数帯域同時伝送を用いる通信システムにおいて、帯域ごとに変調方式が異なり、かつ異なる伝搬環境となる場合に、受信電力が落ち込むサブキャリアがあっても、正確にフレームエラーレートを予測して、帯域ごとに適応的に、変調方式を設定することを可能とする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。
According to the present invention, in a communication system based on convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing, a frame error rate prediction device capable of accurately predicting a frame error rate even when there is a subcarrier in which received power drops significantly. To provide.
Another object of the present invention is that, in a communication system using simultaneous transmission of a plurality of bands, a frame error can be accurately detected even if there are subcarriers for which the received power drops when the modulation scheme is different for each band and the propagation environment is different. To provide a wireless communication apparatus and a wireless communication system capable of predicting a rate and setting a modulation scheme adaptively for each band.

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. 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 transmission and reception processing by an OFDM system. 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. 10 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 ; 本実施の形態のフレームエラーレート予測について説明する概念図であり、図12と対比される図であるIt is a conceptual diagram explaining flame | frame error rate prediction of this Embodiment, and is a figure contrasted with FIG. 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。FIG. 16 is a block diagram for describing a configuration of an adaptive rate control unit 1110. 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. 無線LANで使用される16QAMの同相成分のコンスタレーションおよびそのサブセットを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing constellations of in-phase components of 16 QAM and subsets thereof used in a wireless LAN. エラーシンボルのシンボル間距離Δ(アンダーバー)のパターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the pattern of distance (DELTA) (under bar) between symbols of an error symbol. シミュレーションにおける各シンボルエラーパターンの発生割合を示す図である。It is a figure which shows the generation | occurrence | production ratio of each symbol error pattern in simulation. 図9において使用したシミュレーションのパラメータを示す図である。It is a figure which shows the parameter of the simulation used in FIG. FER予測とシミュレーション結果との比較を示す図である。It is a figure which shows comparison with FER prediction and a simulation result. 非特許文献4の処理の概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of the process of a nonpatent literature 4. FIG.

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。
(複数帯域同時伝送の通信システムでのフレームエラーレート予測の課題)
以下では、本発明の実施の形態の説明をする前提として、上述した非特許文献4に開示された技術を、非特許文献5や非特許文献6に開示されたような複数帯域同時伝送を用いる通信システムに適用する場合の問題点について、簡単にまとめる。
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.
(Issues of frame error rate prediction in a communication system for simultaneous transmission of multiple bands)
In the following, as a premise for describing the embodiment of the present invention, the technique disclosed in Non-Patent Document 4 described above is used for simultaneous transmission of multiple bands as disclosed in Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6. The problems in the case of application to the communication system are briefly summarized.

なお、以下の説明では、無線通信システムは、複数帯域同時伝送を用い、かつ、畳み込み符号化直交周波数分割多重方式によるものとして説明する。しかし、本実施の形態のフレームエラーレート予測装置は、複数帯域同時伝送に限られるものではなく、単一周波数帯域伝送にも適用可能なものである。   In the following description, it is assumed that the wireless communication system uses simultaneous transmission of a plurality of bands and is based on convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing. However, the frame error rate prediction apparatus of the present embodiment is not limited to simultaneous transmission of a plurality of bands, and is also applicable to single frequency band transmission.

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ので、上述のように真のパスとエラーパスを設定しても一般性は失われない)。
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。
Consider a trellis path (hereinafter referred to as a true path) that produces a codeword with all 0 configuration bits and a path (hereinafter referred to as an error path) that produces a codeword separated by a Hamming distance d H (the convolutional code is a linear code. There is no loss of generality even if you set a true path and an error path like
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。   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.

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、フレームエラーレートが予測される。
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。
Furthermore, as described below, a frame error rate is predicted based on such error patterns that may occur for a given convolutional code.
According to Non-Patent Document 4, conditional PEP is expressed 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、H k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   In this case, PEP finds expected values for H (under bar) and Δ (under bar)

ことにより、次式で与えられる。
Is given by the following equation.

ここで、E{…}aはaに関する期待値演算を表す。式(1)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(1)ではΔw(iw)に関しても期待値を求めている。さらに、非特許文献4によると条件付きPEPは次式で与えられる。 Here, E {...} a represents an expected value operation for a. In equation (1), 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 (1), the expected value is also obtained for Δ w (i w ). Further, according to Non-Patent Document 4, conditional PEP is given by the following equation.

式(1)によると、PEPを導出するためには式(2)について、Hkw,Δw(iw)に関する期待値を求めればよい。
ここで、Δw(iw)に関して期待値を求めることを考える。
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るから、以下のようになる。
According to the equation (1), in order to derive the PEP, it is sufficient to obtain an expected value of H kw and Δ w (i w ) for the equation (2).
Here, it is considered to obtain an expected value for Δ w (i w ).
Since 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, it is 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.

エラーレートが低い領域では、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U個の項の中で支配的になると期待される。また、U個のパターンはそれぞれ等確率Pで生じ、変調方式とエラーパス(符号器の構成)、インターリーバとパーサーの構成から決定される。
したがって、条件付きペアワイズ誤り率は、以下のように表される。
In the region where the error rate is low, it is expected that symbol errors will be dominated by cases where errors occur in adjacent signal points.
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 U sections expectations Be done. In addition, U patterns occur with equal probability P, and are determined from the modulation scheme and the error path (coder configuration), and the configuration of the interleaver and parser.
Thus, the conditional pairwise error rate is expressed as:

上記の式において、dHは、上述のとおり、エラーパスのハミング距離であって、符号器の構成から決定される。 In the above equation, d H is the Hamming distance of the error path, as described above, and is determined from the configuration of the encoder.

また、Hkwは、伝搬路の周波数応答であり、受信機側で推定することが可能である。 H kw is the frequency response of the propagation path, and can be estimated on the receiver side.

ところが、上式を複数帯域同時伝送のシステムに適用するには、以下の問題がある。   However, there are the following problems in applying the above equation to a system with simultaneous transmission of multiple bands.

1)単一帯域での通信を想定しており、帯域内の平均SNRが単一である定式化がなされている。したがって、複数帯域同時伝送のような帯域ごとにSNRが大きく異なる場合のPEPを計算できない。   1) Communication in a single band is assumed, and it is formulated that the average SNR in the band is single. Therefore, it is not possible to calculate the PEP in the case where the SNR is largely different for each band, such as simultaneous transmission in multiple bands.

2)また、Δw(iw)=dmin 2としているので、帯域ごとに変調方式を変更した場合に、信号点間距離が異なることを取り入れていない。 2) Further, since Δ w (i w ) = d min 2 , when the modulation scheme is changed for each band, the fact that the distance between signal points is different is not taken into account.

3)低FER領域では隣接するシンボル間で生じるシンボル誤りが支配的と仮定して、隣接するシンボル間で生じるシンボル誤りのみ考慮し、シンボル誤りのパターンに関する和を1つの項で近似している。しかし、実際には受信電力が大きく落ち込むサブキャリアが存在するため,離れたシンボル間でのシンボル誤りが一定確率で生じる。そのため、隣接シンボル間のシンボル誤りのみを考慮した計算方法では精度よくPEPを計算することができない。   3) In the low FER region, assuming that the symbol errors occurring between adjacent symbols are dominant, only the symbol errors occurring between adjacent symbols are considered, and the sum of the symbol error patterns is approximated by one term. However, since there are sub-carriers in which the received power drops significantly in practice, symbol errors between distant symbols occur with a certain probability. Therefore, PEP can not be accurately calculated by the calculation method in which only symbol errors between adjacent symbols are considered.

そこで、以下では、このような問題点に対処するための構成について説明する。
[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。
Therefore, in the following, a configuration for coping with such a problem 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、複数帯域ごとのデータストリームに分割するパーサー1006と、パーサー1006からの出力に対して、それぞれ直列並列変換をし、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1010.1〜1010.3とを備える。   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. The parallel-to-parallel conversion is performed on the output from the interleaving unit 1004 that performs interleaving processing, the interleaving unit 1004 that performs interleaving processing, the parser 1006 that divides the data stream after interleaving into data streams for each of multiple bands, and the parser 1006 The data stream is divided into the number of subcarriers based on the selected MCS, and modulation units 1010.1 to 1010.3 for performing subcarrier modulation on the divided data are provided.

特に限定されないが、図1においては、複数帯域としては、3バンドを使用するものとし、これら3バンドにそれぞれ対応して、変調部1010.1〜1010.3が設けられているものとして説明する。以下では、一例として、このような3バンドとしては、ISM帯の5GHz、2.4GHzおよび920MHzバンドを使用するものとする。   Although not particularly limited, in FIG. 1, three bands are used as a plurality of bands, and it is assumed that modulation sections 1010.1 to 1010.3 are provided corresponding to these three bands, respectively. . In the following, as an example, the 5 GHz, 2.4 GHz and 920 MHz bands of the ISM band are used as such three bands.

さらに、送信装置1000は、変調部1010.1〜1010.3の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直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)シンボルを生成し、デジタルアナログ変換処理をそれぞれ実行するためのOFDM変調部1012.1〜1012.3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それぞれ実行する高周波処理部(RF部)1014.1〜1014.3と、RF部1014.1〜1014.3からの高周波信号を送出するためのアンテナ1020.1〜1020.3とを含む。   Further, transmitting apparatus 1000 performs inverse Fourier transform processing and guard interval addition processing on the digital signals output from modulation sections 1010.1 to 1010.3 to perform orthogonal frequency division multiplexing (OFDM: orthogonal frequency division multiplexing). ) OFDM modulation units 1012.1 to 1012.3 for generating symbols and performing digital-to-analog conversion processing, orthogonal modulation processing, up-conversion processing, power amplification processing, etc. on signals after OFDM modulation It includes high frequency processing units (RF units) 1014.1 to 1014.3 to be executed, and antennas 1020.1 to 1020.3 for transmitting high frequency signals from the RF units 1014.1 to 1014.3.

なお、アンテナ1020.1〜1020.3で受信した信号に対して、RF部1014.1〜1014.3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 units 1014.1 to 1014.3 also execute low noise amplification processing, down conversion processing, quadrature demodulation processing, and the like on the signals received by the antennas 1020.1 to 1020.3.

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側からの平均受信電力と電力遅延プロファイルおよび雑音電力の推定値をRF部1014.1〜1014.3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、平均受信電力と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1010.1〜1010.3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 the estimated values of average received power, power delay profile and noise power from receiving apparatus 2000 side through RF sections 1014.1 to 1014.3 to execute demodulation and decoding processing. Control processing for adaptively changing the MCS based on the received signal processing unit 1100 and the average received power, the power delay profile, and the noise power estimated value, and the coding rate and modulation unit of the error correction coding unit 1002. And an adaptive rate control unit 1110 for controlling the modulation scheme in 101.about.101.30.3.

なお、受信装置2000からの平均受信電力、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 method of the average received power from the receiving apparatus 2000, the power delay profile, and the estimated value of the noise power may be the same communication method as that of data transmission, or may be another communication method.

受信装置2000は、上述した3バンドにそれぞれ対応したアンテナ2002.1〜2002.3と、アンテナ2002.1〜2002.3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2010.1〜2010.3と、RF部2010.1〜2010.3からの信号に対して、それぞれ、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2012.1〜2012.3と、OFDM復調部2012.1〜2012.3からの信号に対して、変調部1010.1〜1010.3のそれぞれの逆処理により、受信データ列を生成するための復調部2014.1〜2014.3と、復調部2014.1〜2014.3からの信号に対して、パーサー1006の逆処理を実行するデパーサー2015と、デパーサー2015からの信号列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 executes low noise amplification processing, down conversion processing, quadrature demodulation processing, and the like of the signals of the antennas 2002.1 to 2002.3 and the antennas 2002.1 to 2002.3 respectively corresponding to the three bands described above. Executes OFDM demodulation processing such as analog-to-digital conversion processing, guard interval removal processing, Fourier transform processing, etc. on the signals from the RF units 2010.1 to 2010.3 and RF units 2010.1 to 2010.3, respectively Received data by the inverse processing of the modulation units 1010.1 to 1010.3 with respect to the signals from the OFDM demodulation units 2012. Demodulation units 2014.1 to 2014.3 for generating a row, demodulation units 2014.1 to 2014. On the signal from the despreader, the deinterleaver 2016 for deinterleaving the signal sequence from the deparser 2015, and the error correction process by the convolutional code And an error correction unit 2018 for performing the process.

受信装置2000においても、RF部2010.1〜2010.3は、平均受信電力、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 receiving apparatus 2000, the RF units 2010.1 to 2010.3 execute orthogonal modulation processing, up conversion processing, power amplification processing, and the like for transmitting the average received power, the power delay profile, and the estimated value of the noise power. It shall be.

受信装置2000は、さらに、RF部2010.1〜2010.3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、平均受信電力と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平均受信電力/電力遅延プロファイル/雑音電力推定部2100と、平均受信電力/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2010.1〜2010.3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 the estimated value of the average received power, the estimated value of the power delay profile, and the estimated value of the noise power by, for example, a pilot signal or the like in the signal received via RF units 2010.1 to 2010.3. The estimated values from the average received power / power delay profile / noise power estimation unit 2100 and the average received power / power delay profile / noise power estimation unit 2100 to be performed are converted into transmission signals, and the RF units 201.about.2010 And a transmission processing unit 2110 for transmitting from the antenna 2002 to the transmitting apparatus 1000 via the communication section 3.

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.

畳み込み符号は線形符号であり、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。 A convolutional code is a linear code, and consider a trellis path (hereinafter, true path) which produces a code word having all 0 configuration bits and a path (hereinafter, error path) which produces a code word separated by Hamming distance d H.

図4は、本実施の形態のフレームエラーレート予測について説明する概念図であり、図8と対比される図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining frame error rate prediction according to the present embodiment, which is to be compared with FIG.

図4に示されるように、本実施の形態では、パーサーにより送信データ系列の各バンドへの分割処理がなされるため、エラーパス中の誤りビットが異なる帯域にマッピングされる場合を考慮する。   As shown in FIG. 4, in this embodiment, since the parser divides the transmission data sequence into bands, the case where error bits in an error path are mapped to different bands is considered.

すなわち、後述するように、インターリーバとパーサーの構成からマッピングされる帯域を計算し、各帯域の平均電力を表す係数を導入して、帯域ごとの受信電力の違いを考慮し、さらに、誤りビットがマッピングされる帯域の変調方式から信号点間の距離を算出して、ペアワイズ誤り率を算出して、フレームエラーレートを予測する。さらに、PEPの算出時において、離れたシンボル間で生じるシンボル誤りを考慮して、PEPを計算する。
[FERの予測処理の構成]
図5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。
That is, as will be described later, the bands to be mapped are calculated from the configuration of the interleaver and the parser, a coefficient representing the average power of each band is introduced, and a difference in received power for each band is taken into account. The distance between signal points is calculated from the modulation scheme of the band to which is mapped, the pairwise error rate is calculated, and the frame error rate is predicted. Furthermore, when calculating the PEP, the PEP is calculated in consideration of symbol errors occurring between distant symbols.
[Configuration of prediction processing of FER]
FIG. 5 is a block diagram for explaining the configuration of adaptive rate control section 1110 shown in FIG.

図5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平均受信電力の推定値、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、フレームエラーレート(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. 5, adaptive rate control section 1110 includes MCS storage section 3020 for storing information on a set of MCSs set in advance, and an estimated value of average received power sent from the receiving apparatus 2000 side. The frame error rate (FER) is calculated for each MCS stored in the MCS storage unit 3020 based on the information on the frame size used for communication in response to the estimated value of the power delay profile and the estimated value of the noise power. An MCS selection unit 3040 that selects the MCS that achieves the maximum throughput among the MCSs lower than the FER preset and required in the system based on the FER prediction unit 3030 that predicts MCS and the predicted FER value. And.

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6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. 6 is a flowchart for explaining adaptive rate control according to the first embodiment.

図6を参照して、まず、受信装置2000側において、平均受信電力/電力遅延プロファイル/雑音電力推定部2100が、平均受信電力と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. 6, first, on the receiving apparatus 2000 side, an average received power / power delay profile / noise power estimation unit 2100 executes estimation of average received power, power delay profile, and 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
また、平均受信電力の推定には、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
公知文献2:S. Hong, Y. Li, Y.C. He, G.Wang, and M. Jin, “A cyclic correlation based blind SINR estimation for OFDM systems,” Communications Letters, IEEE, vol.16, no.11, pp.1832-1835, Nov. 2012.
電力遅延プロファイルの推定にあたり、受信電力も含む形で推定される(すなわち、ρbbとして)場合は、平均受信電力の推定を別途行う必要はなく、電力遅延プロファイルのみを推定する。
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
Also, there is no particular limitation on the estimation of the average received power, but, for example, publicly known documents 2: S. Hong, Y. Li, YC He, G. Wang, and M that can use the method disclosed in the following documents: Jin, “A cyclic correlation based blind SINR estimation for OFDM systems,” Communications Letters, IEEE, vol. 16, no. 11, pp. 1832-1835, Nov. 2012.
When the power delay profile is estimated including the received power (ie, as b b P b ), it is not necessary to separately estimate the average received power, and only the power delay profile is estimated.

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、フレーム内の各時点についてエラーパスのペアワイズ誤り率のフレーム内での総和を算出することで、各MCSについてフレームエラーレートの予測値を算出し(S108)、MCS選択部3040が、算出されたフレームエラーレートに基づいて、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)。   The estimated value is transmitted from the receiver 2000 (S102), received by the transmitter 1000 (S104), and the FER predictor 3030 of the transmitter 1000 transmits a pairwise error rate frame within an error path for each time point in the frame. The predicted value of the frame error rate is calculated for each MCS by calculating the sum at step S108 (S108), and the MCS selection unit 3040 specifies a prescribed one of the predetermined MCSs based on the calculated frame error rate. In the range which achieves FER, MCS which becomes 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が選択された多値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 performs convolutional coding at the selected coding rate, and modulation section 1010 performs subcarrier modulation in the selected multilevel 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、平均受信電力、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、フレーム誤り率(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 can estimate the average received power, the power delay profile, and the noise power, and can adaptively change the coding rate and the modulation scheme at the time of feedback to the transmitter. . Therefore, by accurately predicting the frame error rate (FER), it is possible to reduce the number of frame transmissions in MCS that do not match the propagation situation and to improve the 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.

1)インターリーバとパーサーの構成からマッピングされる帯域を計算し、各帯域の受信電力を表す係数を導入して、帯域ごとの受信電力の違いを考慮する。   1) Calculate the band to be mapped from the configuration of the interleaver and the parser, introduce a coefficient representing the received power of each band, and consider the difference in received power for each band.

2)誤りビットがマッピングされる帯域の変調方式から信号点間の距離を算出し、ペアワイズ誤り率を算出して、フレームエラーレートを予測する。   2) The distance between the signal points is calculated from the modulation scheme of the band to which the error bit is mapped, the pairwise error rate is calculated, and the frame error rate is predicted.

3)最隣接のシンボル間隔よりも離れたシンボル間で生じるシンボル誤りを考慮してPEPを計算する。   3) Calculate PEP in consideration of symbol errors that occur between symbols that are farther than the nearest symbol interval.

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
以下では、複数周波数帯の同時通信のシステムとして、利用可能なバンドの個数をB個とする。図1の例では、B=3である。
2. System Model In the following, let B be the number of available bands as a system for simultaneous communication of multiple frequency bands. In the example of FIG. 1, B = 3.

また、特に限定されないが、一例として、情報ビットは、誤り訂正符号化部1002へR=1/2の符号化率で与えられるものとする。   Also, although not particularly limited, as an example, information bits are provided to the error correction coding unit 1002 at a coding rate of R = 1/2.

このとき、生成されたコードワードは、以下の式で表される。   At this time, the generated codeword is expressed by the following equation.

frameがコードワード長さであり、cj∈{0,1}は、コードワードc(アンダーバー)におけるj番目の符号化されたビットである。なお、以下では、文字xにアンダーバーが付されているものを「x(アンダーバー)」と表記し、文字xが、ベクトルであることを表すものとする。 L frame is the codeword length, and c j ∈ {0, 1} is the j-th encoded bit in codeword c (under bar). Note that, in the following, a character x with an underbar is described as “x (underbar)”, and the character x represents a vector.

コードワードは、インターリーブ部1004およびパーサー1006により、インターリーブされ、利用可能な複数のバンドに分割される。   The codewords are interleaved and divided into a plurality of available bands by an interleaving unit 1004 and a parser 1006.

その後、上述したように、分割されたコードワードはそれぞれ、各バンドで個々に変調され、対応するサブキャリアに写像される。   Then, as described above, each of the divided codewords is individually modulated in each band and mapped to corresponding subcarriers.

j番目の符号化されたビットcjがb番目のバンド中のk番目のサブキャリア上の変調されたシンボルのi番目のビットにマッピングされる場合、この写像は以下のように表わされる。 If the jth coded bit c j is mapped to the ith bit of the modulated symbol on the kth subcarrier in the bth band, this mapping is expressed as:

送信されるフレームは、サブキャリアにマップされた変調されたシンボルに、OFDM変調処理を適用することにより生成される。 The frame to be transmitted is generated by applying OFDM modulation processing to the modulated symbols mapped to the subcarriers.

さて、以下の実施の形態においては、伝搬路(チャンネル)がフレーム内では静的であるものの、フレームごとには独立して変動する(ブロック・フェージング)、と考える。
b番目の帯域のチャンネル・インパルス応答h'b(アンダーバー)は、以下のように表わされる。
Now, in the following embodiment, although the propagation path (channel) is static in a frame, it is considered that it varies independently in each frame (block fading).
The channel impulse response h ′ b (under bar) of the b-th band is expressed as follows.

hb(アンダーバー)が、平均0および分散1の複合ガウス分布に従う任意のベクトルである場合、Pbは、主対角成分上の非負の実数値plを有するLb×Lb対角行列である(Lbはチャンネル・インパルス応答の長さである)。 If h b (under bar) is any vector according to a compound Gaussian distribution with mean 0 and variance 1, then P b is an L b × L b diagonal matrix with nonnegative real values p l on the main diagonal components (L b is the length of the channel impulse response).

対角線成分plは、Lb個のタップの周波数選択チャネルの電力遅延プロファイルであり、以下の式を満たす。 The diagonal component p l is the power delay profile of the L b taps of the frequency selective channel and satisfies the following equation:

第1次の到来パスからのマルチパスの最大遅延時間は、ガードインターバル(GI)の長さを超えないものと仮定する。 It is assumed that the maximum multipath delay time from the primary arrival path does not exceed the guard interval (GI) length.

受信機側では、OFDM復調後の各帯域のk番目のサブキャリアの受信信号は、以下の式(6)によって表されるものとする。   At the receiver side, it is assumed that the reception signal of the kth subcarrier in each band after OFDM demodulation is represented by the following equation (6).

ここで、ρbがb番目の帯域の受信信号パワーとするとき、Xk、bは、平均電力を1に規格化した送信シンボルであり、Zk、bは、平均0および分散σ2の複素加法性ホワイトガウスノイズ(AWGN:additive white Gaussian noise)の周波数領域表現であり、Hk,bは、b番目の帯域中のk番目のサブキャリアの周波数領域のチャンネル係数である。 Here, when b b is the received signal power of the b-th band, X k, b is a transmission symbol normalized to an average power of 1, and Z k, b is an average of 0 and variance σ 2 It is a frequency domain representation of complex additive white Gaussian noise (AWGN), and H k, b is a channel coefficient of the frequency domain of the k th subcarrier in the b th band.

この実施の形態では、電力遅延プロファイルPb、雑音分散σ2および各バンド中の受信パワーρbが、受信側で推定され、送信側にフィードバック情報として返信されるものとする。 In this embodiment, it is assumed that the power delay profile P b , the noise variance σ 2 and the received power バ ン ドb in each band are estimated on the receiving side and sent back as feedback information to the transmitting side.

ここで、Hk,bは、以下の式(7)で与えられる。 Here, H k, b is given by the following equation (7).

ここで、Kfft、bはb番目の帯域の高速フーリエ変換(FFT)サイズであり、gH Kfft,b (k)は、FFTマトリックスのk番目の列から抽出されたベクトルである。 Here, K fft, b is the fast Fourier transform (FFT) size of the b-th band, and g H Kfft, b (k) is a vector extracted from the k-th column of the FFT matrix.

伝送された情報ビットの最尤推定を行なうために、トレリス図上のすべての考慮されうるパスのメトリックを計算する。   In order to make a maximum likelihood estimation of the transmitted information bits, we calculate the metrics of all the possible paths on the trellis diagram.

パスメトリックは、パスに沿うブランチメトリックの合計により与えられる。j番目のビット・メトリックは以下の式(8)で与えられる。   The path metric is given by the sum of branch metrics along the path. The j-th bit metric is given by equation (8) below.

ここでψ-1は、式(4)におけるψの逆写像であり、f(Yk、b|X,Hk、b)は、式(6)中の受信信号の条件付き確率密度関数であり、χi q (b)は、b番目のバンドの変調方式のi番目のビットがq∈{0,1}である信号点の集合である。 Where ψ -1 is the inverse mapping of ψ in equation (4), and f (Y k, b | X, H k, b ) is the conditional probability density function of the received signal in equation (6) And χ i q (b) is a set of signal points for which the i-th bit of the modulation scheme of the b-th band is q∈ {0, 1}.

したがって、伝達情報ビットの最尤推定は、以下の式(9)によって得られる。   Therefore, the maximum likelihood estimation of the transmitted information bits is obtained by the following equation (9).

ここで、c′(アンダーバー)は、候補コードワードであり、Cは可能なコードワードの集合である。
[フレームエラーレート(FER)予測]
トレリス図は畳み込み符号を分析するために広く使用され、図3でも示したように、トレリス図では、コードワードは、トレリスパスに1対1で対応する。
Here, c '(under bar) is a candidate codeword and C is a set of possible codewords.
[Frame error rate (FER) prediction]
The trellis diagram is widely used to analyze convolutional codes, and as also shown in FIG. 3, in the trellis diagram, the codewords correspond to the trellis paths one to one.

任意のエラーパスのメトリックが正しいパスより大きい場合、エラーイベントが、ビタビ復号処理後に生じことになる。   If the metric for any error path is larger than the correct path, an error event will occur after the Viterbi decoding process.

例えば、図3では、生成多項式(5, 7)を備えたトレリス図を示したが、畳み込み符号が線形であるので、この実施の形態の説明においては、正しいパスは全ゼロパスであると考えることにしたとしても、一般性を失わない。 For example, although FIG. 3 shows a trellis diagram with generator polynomials (5, 7) 8 , since the convolutional code is linear, in the description of this embodiment, the correct path is considered to be all zero paths. Even if you decide, you won't lose generality.

図3において、[0,0,1,1,0,1,1,1,0,0,…]として描かれるエラーパスは、t=2で正しいパスから離れ、t = 4で正しいパスに合流している。   In FIG. 3, the error path drawn as [0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, ...] leaves the correct path at t = 2 and the correct path at t = 4. It joins.

この正しいパスから離れている期間に、エラーパスは、正しいパスとは異なったビットパターンを持っており、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。   The error path has a bit pattern different from the correct path during a period apart from the correct path, and 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].

エラーパターンは生成多項式によって決定される。また、各エラーパターンに番号pを付ける。t番目のトレリス位置で始まるp番目のエラーパターンを持っているエラーパスは、et,p(アンダーバー)として表わされる。 The error pattern is determined by the generator polynomial. Also, each error pattern is numbered p. An error path having the pth error pattern starting at the tth trellis position is represented as et , p (under bar).

さらに、エラーパスet,p(アンダーバー)に関係しているメトリックが、真のパスのメトリックを超えるというイベントは、εt,pと表され、その確率Pr(εt,p)は、また、PEP(et,p(アンダーバー))として表される。
(無線LAN環境におけるユニオンバウンドに基づいたFERの表現)
FERは、少なくとも1つのエラーイベントがフレーム中に生じる確率である。
Furthermore, the event that the metric related to the error path et , p (under bar) exceeds the metric of the true path is denoted as ε t, p and its probability Pr (ε t, p ) is also , PEP (et , p (under bar)).
(Representation of FER based on union bound in wireless LAN environment)
FER is the probability that at least one error event will occur in a frame.

そして、以下では、無線LANを例にとって、FERの予測の表式を導くことにする。   And, in the following, taking a wireless LAN as an example, a formula of prediction of FER will be derived.

以下では、送信される1フレーム内のOFDMシンボルごとにインターリーブ処理がされるものとし、Lsymを、OFDMシンボルにおいて符号化されたビット数に等しい、インターリーバーサイズとして定義する。 In the following, it is assumed that interleaving processing is performed for each OFDM symbol in one frame to be transmitted, and L sym is defined as an interleaver size equal to the number of bits encoded in the OFDM symbol.

たとえば、IEEE802.11a/n/ac 規格の無線LANシステムでは、インターリーブ処理は、OFDMシンボル毎に繰り返し行なわれる。   For example, in the wireless LAN system of the IEEE 802.11a / n / ac standard, the interleaving process is repeated for each OFDM symbol.

したがって、cjおよびcj+Lsymは同じ帯域中の同じサブキャリア上に写像され、無線LAN環境では、チャンネル変動は、1つのフレーム内では無視できると考えられるので、同じチャンネル・フェージングの影響を受けるとみなしてよい。 Thus, c j and c j + Lsym are mapped on the same subcarrier in the same band, and in a wireless LAN environment, channel variations are considered negligible within one frame, so the effects of the same channel fading are You can consider it as receiving.

したがって、PEP(et,p(アンダーバー))は周期的であり、以下の式が成り立つ。 Therefore, PEP (et , p (under bar)) is periodic and the following equation holds.

そこで、FERを得るために1つのOFDMシンボルに生じるエラーイベントを考慮する。OFDMシンボル内で少なくとも1つのエラーイベントが生起する確率は、式(10)として表現することができる。 Therefore, in order to obtain FER, error events occurring in one OFDM symbol are considered. The probability that at least one error event occurs in the OFDM symbol can be expressed as equation (10).

ここでt′は、1からRLsymの範囲のインデックスである(Rは符号化率)。式(10)のユニオンバウンドは、以下の式(11)で表される。 Here, t ′ is an index in the range of 1 to RL sym (R is a coding rate). The union bound of equation (10) is expressed by the following equation (11).

ここで、ユニオンバウンドとは、以下の式で表されるように和事象の確率の上界を表す関係のことをいう。以下の例では、2つの事象について記載しているが、複数事象の和事象でも同様であり、ビタビ復号によって、何らかのエラーイベントが生じてしまう確率の上界は、すべてのイベント誤りが発生する確率の和によって表される。 Here, union bound refers to a relationship representing the upper bound of the probability of a sum event as expressed by the following equation. In the following example, although two events are described, the same applies to the sum event of multiple events, and the upper bound of the probability that any error event is generated by Viterbi decoding is the probability that all event errors occur. Represented by the sum of

その結果、FERは、以下の式(12)として表現される。 As a result, FER is expressed as the following equation (12).

以下の説明では、上記のとおり、インターリーブ処理は、フレーム内のOFDMシンボル毎に、同一の処理が繰り返されているものとして説明する。 In the following description, as described above, interleaving processing is described as the same processing is repeated for each OFDM symbol in a frame.

ただし、より一般には、インターリーブ処理は、フレーム内の所定のブロック毎に、同一の処理が繰り返されているとすることが可能である。この場合、式(12)の右肩の指数は、1フレーム内に存在するブロックの個数となり、RLsymは、トレリス図内の1つのブロックに相当する期間とすることができる。すなわち、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フレーム誤り率を予測することになる。
(複数周波数帯の同時通信のためのペアワイズ誤り率)
次に、複数周波数帯の同時通信において、ペアワイズ誤り率PEP(et,p(アンダーバー))を導出する。
However, more generally, it is possible that interleaving processing is repeated for each predetermined block in a frame. In this case, the exponent of the right shoulder of Equation (12) is the number of blocks present in one frame, and RLsym can be a period corresponding to one block in the trellis diagram. That is, in the frame, the transmission bit is a trellis diagram corresponding to one block when it is divided for each block length set so that propagation channel fluctuation for the coded sequence after de-interleaving processing can be regarded as periodic. The block error rate is calculated as the sum of the pairwise error rates in the interval of (2), and the frame error rate is predicted from the block error rate and the number of blocks included in the frame, assuming that the block error rates are equal to one another.
(Pairwise error rate for simultaneous communication of multiple frequency bands)
Next, pairwise error rate PEP (et , p (under bar)) is derived in simultaneous communication in a plurality of frequency bands.

PEP(et,p(アンダーバー))は、エラーパスのメトリックが正しいパスのメトリックを超える確率であるので、以下の式(13)が得られる。 Since PEP (et , p (under bar)) is the probability that the metric of the error path exceeds the metric of the correct path, the following equation (13) is obtained.

ここで、et,p (j)(アンダーバー)は、et,p(アンダーバー)のj番目の要素であり、距離dHはet,p(アンダーバー)のハミング重み(正しいパスとエラーパスとのハミング距離)であり、また、jwは、et,p (j) (アンダーバー)の中のw番目の誤りビットの位置を表す。例えば、図3に示した例では、エラーパス[0,0,1,1,0,1,1,1,0,…]は、5つの誤りビットがあり、各エラービットの位置は、 j1=3,j2=4,j3=6,j4=7,およびj5=8となる。 Here, et , p (j) (under bar) is the j-th element of et , p (under bar), and the distance d H is the Hamming weight of et , p (under bar) (correct path and error path H w ) and j w represents the position of the w th error bit in et , p (j) (under bar). For example, in the example shown in FIG. 3, the error path [0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, ...] has five error bits, and the position of each error bit is j 1 = 3, j 2 = 4 , j 3 = 6, j 4 = 7, and a j 5 = 8.

さらに、エラーパスが正しいパスとは異なるdH個の誤った符号化されたビットを含んでいるという事実から、非特許文献3中の手続きを参照すると、条件付きのPEPは、以下の式(14)と(15)から与えられる。 Further, referring to the procedure in Non-Patent Document 3, the conditional PEP has the following formula (Eq. 10), because the error path contains d H miscoded bits different from the correct path. 14) and (15) give.

ここで、以下のHは、チャネル係数ベクトルである。 Here, H below is a channel coefficient vector.

また、以下は、正しいシンボルと、サイズdHの誤りシンボルとの間の2乗ユークリッド距離ベクトルである。 Also, the following is a squared Euclidean distance vector between the correct symbol and an error symbol of size d H :

さらに、w番目の誤りビットについて、iw、kwおよびbwは、それぞれ、シンボル、サブキャリアおよびバンド中でのビット位置である。それらは、以下のように与えられる。 Furthermore, for the w th error bit, i w , k w and b w are the bit positions in symbol, subcarrier and band respectively. They are given as follows.

また、以下のように定義される。 Also, it is defined as follows.

図7は、無線LANで使用される16QAMの同相信号のコンスタレーションおよびそのサブセットを示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a constellation of 16 QAM in-phase signals used in a wireless LAN and a subset thereof.

例えば、図7では、送信されたビットが、ビット位置i=1およびi=2の上にマップされている。   For example, in FIG. 7, the transmitted bits are mapped onto bit positions i = 1 and i = 2.

図7においては、正しいシンボルおよび誤ったシンボルは、それぞれ「○」と「×」で表される。図7から、一般には、Δbw(iw)は、誤りビットが写像されるビット位置およびシンボル位置に依存する。 In FIG. 7, the correct symbol and the incorrect symbol are represented by “o” and “x”, respectively. From FIG. 7, in general, Δb w (i w ) depends on the bit position and symbol position to which the error bit is mapped.

そこで、Δbw(iw)は、以下の式のように表される。 Then, Δ b w (i w ) is expressed as the following equation.

図7では、γbw(iw)は、i=1に対して、1または4である。 In FIG. 7, γ b w (i w ) is 1 or 4 for i = 1.

情報ビットは、ランダムに生成されるので、正しいシンボルの位置もまたランダムである。   Since the information bits are randomly generated, the correct symbol position is also random.

したがって、Δbw(iw)は離散確率変数であり、その分布は、コンスタレーションとビット位置によって決定される。 Thus, Δ b w (i w ) is a discrete random variable, the distribution of which is determined by the constellation and bit positions.

さて、あらゆる可能なΔ(アンダーバー)パターン数をUと定義する。送信シンボルはランダムな情報ビットから生成されるので、各パターンは、高いSNRの領域では、等しい確率Pで発生するといえる。   Now, let U be the number of all possible Δ (under bar) patterns. Since transmission symbols are generated from random information bits, each pattern can be said to occur with equal probability P in the high SNR area.

確率Pは、誤りビットがマップされたコンスタレーションおよびビット位置を考慮することで計算することができる。   The probability P can be calculated by considering the constellation and bit position to which the error bit is mapped.

したがって、式(14)について、Δ(アンダーバー)に関する期待値は、式(16)として与えられる。   Thus, for equation (14), the expected value for Δ (under bar) is given as equation (16).

ここで、式(16)において、Uが大きな値の場合、すべてのパターンの計算は非現実的である。 Here, in Equation (16), when U has a large value, calculation of all patterns is unrealistic.

そこで、最隣接した信号位置にあたるシンボル・エラーが、高いSNR領域において支配的であると仮定すると、式(16)は、すべてのシンボル・エラーが近接するシンボルに相当する項だけを考慮することにより、近似される。すなわち、以下の関係式が成り立つ場合を考慮することになる。   Therefore, assuming that the symbol error corresponding to the nearest signal position is dominant in the high SNR region, equation (16) considers that all symbol errors consider only the term corresponding to the adjacent symbols. , Is approximated. That is, the case where the following relational expression is established is considered.

ただし、マルチパス環境下では、いくつかのサブキャリアは大きく減衰する可能性がある。
このような場合、信号空間ダイアグラム上で、隣接するシンボルよりも離れたシンボルに誤る可能性が無視できなくなる。
However, in a multipath environment, some subcarriers may be greatly attenuated.
In such a case, it is not possible to ignore the possibility of errors in symbols farther than the adjacent symbols on the signal space diagram.

したがって、非特許文献3中の上記のような仮定はマルチパス伝送路の環境と適合しない。
(本実施の形態におけるシンボルエラーの考慮)
そこで、以下では、最隣接のシンボル間隔よりも離れたシンボル間で生じるシンボル誤りも考慮してPEPを計算する。
Therefore, the above assumption in Non-Patent Document 3 is not compatible with the environment of the multipath transmission line.
(Consideration of symbol error in the present embodiment)
Therefore, in the following, PEP is calculated in consideration of symbol errors that occur between symbols that are farther than the nearest symbol interval.

より小さなΔbw(iw,u)を有するパターンの方が、より発生する可能性が高いので、効率的に予測精度を改善するために、FER予測の計算では、比較的小さなユークリッドの距離のパターンだけを考慮することにする。 Since patterns with smaller Δb w (i w , u) are more likely to occur, the calculation of FER predictions requires a relatively small Euclidean distance to efficiently improve the prediction accuracy. Consider only patterns.

そのようなパターンを考慮するために、以下のようにして、mdeltaを計算する。 In order to consider such patterns, calculate m delta as follows.

図8は、このようなエラーシンボルのシンボル間距離Δ(アンダーバー)のパターンの例を示す図である。
ここで、dH=5、Γ=13と設定し、利用可能な帯域(バンド)の数は3であるとする。
各バンドで使用される変調スキームは、バンド1,2,3に対して、それぞれ、QPSK、16QAMおよび64QAMであるものとする。
図3に示したようなエラーパターンの場合、インターリーブ処理とパーサー処理により、誤ったビットは、バンド1,2,2,3および3に順番にマッピングされるものとし、同様に、ビット位置は1,1,2,2,および1であるものとする。
図7に示されているようなビット位置によるグレイラベリングに基づく信号点の分割と同様に各変調方式の信号点の分割を考えると、隣接するシンボルより離れたシンボルに誤る可能性のあるものは誤りビットの2ビット目、4ビット目、および5ビット目のみとなる。
1)まず、図8に示すような選択規則にしたがって、その要素すべてd2 b,minであり、mdelta=5であるものを数え挙げる。
これは、図8の表の第一行に該当し、シンボルエラーが最近接するシンボル間距離に相当する項だけを考慮することに相当する。
2)さらに、可能なパターンとしては、2ビット目、4ビット目、および5ビット目の誤りビットのいずれか1つが、2番目の近さの距離で近接するシンボル(以下、第二近接シンボルという)のシンボル間距離4d2 b,minである条件を満たしており、他の残りの要素のシンボル間距離d2 b,minであって、mdelta=8であるものも数え挙げると図8に示されるように計3つのパターンが考えられる
3)同様に、mdelta=11である3つのパターンがあり、
4)mdelta=13であるパターンが1つある。
FIG. 8 is a diagram showing an example of such a pattern of intersymbol distance Δ (under bar) of error symbols.
Here, it is assumed that d H = 5, Γ = 13 and the number of available bands is three.
The modulation scheme used in each band shall be QPSK, 16 QAM and 64 QAM for bands 1, 2 and 3, respectively.
In the case of an error pattern as shown in FIG. 3, it is assumed that erroneous bits are mapped to bands 1, 2, 2, 3 and 3 in order by interleaving processing and parser processing, and similarly, the bit position is 1 , 1, 2, 2, and 1.
Considering the division of signal points of each modulation scheme as well as the division of signal points based on gray labeling by bit position as shown in FIG. 7, there is a possibility that a symbol separated from an adjacent symbol may be erroneous Only the 2nd, 4th and 5th bits of the error bit are available.
1) First, according to the selection rule as shown in FIG. 8, all elements are d 2 b, min , and those having m delta = 5 are counted.
This corresponds to the first row of the table of FIG. 8 and to the consideration of only the term corresponding to the distance between symbols which is closest to the symbol error.
2) Furthermore, as possible patterns, any one of the second, fourth, and fifth error bits is a symbol that is adjacent at a second distance (hereinafter referred to as a second proximity symbol). The condition of the intersymbol distance 4d 2 b, min of) is satisfied, the intersymbol distance d 2 b, min of the other remaining elements, and m delta = 8 are also listed. As shown, a total of three patterns can be considered 3) Similarly, there are three patterns with m delta = 11,
4) There is one pattern with m delta = 13.

deltaがΓ=13以下である他のパターンは、上記の場合以外は存在しないので、合計として、図8においては、8つのパターンが考慮される。 As there are no other patterns in which m delta is 以下 = 13 or less, except in the above case, eight patterns are considered in FIG. 8 as a total.

他のエラーパターンであっても、図8の表での処理と同様にして、Γの値を設定すれば、インターリーブ処理とパーサー処理に応じて、マッピングされるバンドとビット位置が決まるので、mdeltaがΓ以下であるという条件の下で、対応するパターンも決定される。ここで、Γは、「所定の構成の畳み込み符号化器によって生成されうるエラーパターンについて、当該エラーパターン内のdH個の誤りビットが対応する各誤りシンボルと各正解シンボルの2乗ユークリッド距離Δbw(iw,u)を信号点間の最小ユークリッド距離の2乗d2 bw,minと整数係数γbw(iw,u)に分解したときの各整数係数の和の上限を定める値」ということができる。FER予測部3030は、たとえば、mdeltaの値が、このようにして予め設定されているΓの値以下となるようなパターンについて、以下に説明するようにして、ペアワイズ誤り率を算出するペアワイズ誤り率算出部を含む。 Even for other error patterns, if the value of Γ is set in the same manner as the processing in the table in FIG. 8, the band to be mapped and the bit position are determined according to interleaving processing and parser processing, so m Under the condition that delta is less than or equal to Γ, the corresponding pattern is also determined. Here, Γ indicates that “the error pattern that can be generated by the convolutional encoder having a predetermined configuration, the squared Euclidean distance Δb of each correct symbol and each correct symbol to which d H error bits in the error pattern correspond. w (i w, u) value defining an upper limit of the sum of the integer coefficients upon decomposing the square d 2 bw minimum Euclidean distance between signal points, min and integer coefficient γ bw (i w, u) in " It can be said. For example, the FER prediction unit 3030 calculates a pairwise error rate as described below for a pattern in which the value of m delta is equal to or less than the value of Γ set in advance in this manner. Includes rate calculator.

数えられたパターンの総数をU´として定義する、例えば、図8では、U´=8である。したがって、PEPは、以下の式(17)により近似される。   Define the total number of counted patterns as U ′, eg, in FIG. 8 U ′ = 8. Therefore, PEP is approximated by the following equation (17).

式(17)のようにすることで、上述した課題が以下のようにして解決される。

1)各帯域の平均受信電力をρbwとすることで、誤りビットがマッピングされる帯域によってSNRを切り替える。
By setting it as Formula (17), the subject mentioned above is solved as follows.

1) By setting the average received power of each band as bw , the SNR is switched according to the band to which an error bit is mapped.

2)信号点間距離dbw,minを、符号語誤りビットがマッピングされる帯域で用いられる変調方式に応じて切り替える。 2) The inter-signal point distances d bw and min are switched according to the modulation scheme used in the band to which the codeword error bit is mapped.

3)Γの値を、たとえば、最近接のシンボル間の誤り以外も考慮されるように設定しておくことで、最隣接のシンボル間隔よりも離れたシンボル間で生じるシンボル誤りを考慮してPEPを計算することができる。   3) By setting the value of Γ, for example, so that errors other than the closest symbol are also taken into consideration, the PEP takes into consideration the symbol error that occurs between symbols that are farther than the nearest symbol interval. Can be calculated.

なお、式(17)中のPEPの表現は、まだ、チャンネル係数ベクトルH(アンダーバー)により条件付けられている。そこで、さらにHについての期待値を求めることで、以下のように表現される。
(伝搬路値が定数とみなせる場合(伝搬路が静的な場合))
この場合は、式(17)おいて、Hkw,bwを定数と置くことに相当する。
(伝搬路値が変動する場合のPEPの計算)
一般には、チャンネル係数H(アンダーバー)は確率変数と見なされる。
(17) is still conditioned by the channel coefficient vector H (under bar). Therefore, by further obtaining an expected value of H, it can be expressed as follows.
(When the channel value can be regarded as a constant (when the channel is static))
This case corresponds to setting H kw, bw as a constant in equation (17).
(Calculation of PEP when propagation path value fluctuates)
In general, the channel coefficient H (under bar) is considered as a random variable.

したがって、式(17)の中でH(アンダーバー)についての期待値をとることで、平均したPEPを得ることができ、式(12)により、FERを得ることができる。   Therefore, by taking the expectation value for H (under bar) in the equation (17), the averaged PEP can be obtained, and the FER can be obtained by the equation (12).

H(アンダーバー)にわたる期待値は、各要素hが独立であるために、容易に計算されるh(アンダーバー)にわたる期待と等しい。   The expected value over H (under bar) is equal to the expected over h (under bar), which is easily calculated because each element h is independent.

期待値の演算のために、式(17)の根号の中の分子を以下の式(18)および式(19)のように変形する。   In order to calculate the expected value, the molecule in the root of Equation (17) is transformed as in Equation (18) and Equation (19) below.

ここで、以下の式が成り立つ。 Here, the following equation holds.

Aの固有値分解は、A=VΛVHとして表現することができる。
ここで、v(アンダーバー)=VHh(アンダーバー)を定義する。また、Vはユニタリ行列であるので、各要素の振幅は、以下の確率分布のレイリー分布に従う。
The eigenvalue decomposition of A can be expressed as A = VΛV H.
Here, v (under bar) = V H h (under bar) is defined. Also, since V is a unitary matrix, the amplitude of each element follows the Rayleigh distribution of the probability distribution below.

したがって、以下の式(20)を得る。 Therefore, the following equation (20) is obtained.

ここで、rは以下のようにして決定される。 Here, r is determined as follows.

r=min(帯域1の伝搬路パス数,帯域1にマッピングされる符号語誤りビット数)+
min(帯域2の伝搬路パス数,帯域2にマッピングされる符号語誤りビット数)+

min(帯域Bの伝搬路パス数,帯域2にマッピングされる符号語誤りビット数)
=r1+r2+…+rB
式(17)および(20)から、PEPは、式(21)のように近似できる。
r = min (number of propagation paths in band 1, number of code word error bits mapped to band 1) +
min (number of propagation paths in band 2, number of code word error bits mapped to band 2) +
...
min (number of propagation paths in band B, number of code word error bits mapped to band 2)
= R 1 + r 2 + ... + r B
From equations (17) and (20), PEP can be approximated as equation (21).

|vl|について (すなわち、h(アンダーバー))についての期待値をとることで、以下の式(22)を得る。 Taking the expectation value for | v l | (ie, h (under bar)), the following equation (22) is obtained.

ここで、λwは、各帯域の平均受信電力ρ、電力遅延プロファイルおよびインターリーバ,パーサーの構成から計算可能である。 Here, λ w can be calculated from the average received power b b of each band, the power delay profile, and the configuration of the interleaver and parser.

式(22)を式(12)に代入することにより、FER予測部3030は、フレームエラーレート(FER)を予測するフレーム誤り率算出部を含む。   By substituting Equation (22) into Equation (12), the FER prediction unit 3030 includes a frame error rate calculation unit that predicts a frame error rate (FER).

なお、以上の説明では、Γの値を予め設定しておき、FER予測部3030は、たとえば、mdeltaの値が、このようにして予め設定されているΓの値以下となるようなパターンについて、ペアワイズ誤り率を算出するものとして説明した。 In the above description, the value of Γ is set in advance, and FER prediction unit 3030, for example, determines the pattern such that the value of m delta is less than or equal to the value of Γ set in this way. It has been described that the pairwise error rate is calculated.

ただし、考慮するシンボル誤りの範囲は、必ずしもこのような条件で、制限する構成に限定されるものではない。   However, the range of symbol errors to be considered is not necessarily limited to the configuration to be limited under such conditions.

たとえば、上述した式(17)におけるQ関数の入力値が所定の値以下となるようなシンボル誤りのパターンを選択して、ペアワイズ誤り率を計算することとしてもよい。   For example, a pairwise error rate may be calculated by selecting a symbol error pattern such that the input value of the Q function in the above equation (17) is equal to or less than a predetermined value.

すなわち、式(17)において、Q関数の中の根号中の分子の値である以下の式が、予め定められた所定値以下のシンボル誤りのパターンを選択するものとしてもよい。   That is, in Equation (17), the following equation, which is the value of the numerator in the root code in the Q function, may select a symbol error pattern less than or equal to a predetermined value.

この場合は、伝搬路の電力減衰を考慮した誤りシンボルと正解シンボルの2乗ユークリッド距離の合計値がなるべく小さくなるようなパターンを選ぶことに相当する。 In this case, it is equivalent to selecting a pattern in which the sum of squared Euclidean distances of the error symbol and the correct symbol taking into account the power attenuation of the propagation path is as small as possible.

図9は、IEEE 802.11nを想定したシミュレーションにおける各シンボルエラーパターンの発生割合を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing the occurrence rate of each symbol error pattern in a simulation assuming IEEE 802.11n.

図9において、横軸は、シンボルエラーに対応するシンボル間距離が、「1」は、最近接の場合、「2」は、第2近接の場合、「3」は、第3近接の場合をそれぞれ示す。   In FIG. 9, the horizontal axis represents the distance between symbols corresponding to a symbol error, where “1” is the closest, “2” is the second proximity, and “3” is the third proximity. It shows each.

一方、図10は、図9において使用したシミュレーションのパラメータを示す図である。   On the other hand, FIG. 10 is a figure which shows the parameter of the simulation used in FIG.

各棒グラフは、SNRが、4〜24(dB)の場合をそれぞれ示している。   Each bar graph indicates that the SNR is 4 to 24 (dB).

図9からわかるように、現実的なSNRの範囲では、SNRが向上しても隣接シンボル間の誤りは、必ずしも支配的になるとはいえず、その発生割合は100%には近づかない。   As can be seen from FIG. 9, in the realistic SNR range, even if the SNR is improved, errors between adjacent symbols do not necessarily become dominant, and the rate of occurrence does not approach 100%.

したがって、高いSNRの領域においても,あるサブキャリアの受信電力が深く落ち込む場合,最隣接するシンボルより離れたシンボル間でのシンボル誤りは生じるため,隣接シンボルの誤りのみの考慮では、PEPを低く近似してしまうことになる。   Therefore, even when the received power of a certain subcarrier falls deeply even in the high SNR region, symbol errors occur between symbols farther from the nearest symbol, so considering only the errors of the adjacent symbols, the PEP is lowered to approximate It will be done.

このため、最隣接するシンボルより離れたシンボル間でのシンボル誤りを考慮しないと、ペアワイズ誤り率の近似精度が劣化してしまう。   For this reason, the approximation accuracy of the pairwise error rate is degraded if the symbol error between the symbols distant from the nearest symbol is not taken into consideration.

図11は、本実施の形態によるFER予測とシミュレーション結果との比較を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing comparison of FER prediction and simulation results according to the present embodiment.

なお、図11においては、3つの周波数帯域での通信としてシミュレーションしており、5GHz帯の変調方式は、16QAM、2.4GHz帯の変調方式は、64QAM、920MHz帯の変調方式は、64QAMとしている。   In addition, in FIG. 11, it simulates as communication in three frequency bands, The modulation system of 5 GHz band is 16 QAM, the modulation system of 2.4 GHz band is 64 QAM, The modulation system of 920 MHz band is 64 QAM .

各周波数帯で、バンド幅じゃ20MHzであり、フレームサイズは、12000ビットであり、FFTサイズは、バンドあたり63であり、データサブキャリアの数は、バンドあたり52としている。   In each frequency band, the bandwidth is 20 MHz, the frame size is 12000 bits, the FFT size is 63 per band, and the number of data subcarriers is 52 per band.

インターリーバのサイズは、(深さ)×(幅)=26×32である。また、Γ=16と設定している。   The size of the interleaver is (depth) × (width) = 26 × 32. Also, Γ = 16 is set.

図11においては、“Conventional”とは、隣接シンボル誤りのみ考慮した場合の予測結果であり、“Simulation”とは、図11に示したパラメータでシミュレーションした結果であり、“Proposed”とは、本実施の形態で説明したように、最隣接のシンボル間隔よりも離れたシンボル間で生じるシンボル誤りを考慮して予測した結果である。   In FIG. 11, “Conventional” is a prediction result in the case where only adjacent symbol errors are considered, “Simulation” is a result of simulation using the parameters shown in FIG. 11, and “Proposed” is As described in the embodiment, this is a result of prediction taking into consideration symbol errors occurring between symbols that are farther than the nearest symbol interval.

図11に示されるように、本実施の形態のフレームエラーレートの予測方法を用いることで、よりシミュレーション結果に近い予測値が得られることがわかる。
以上説明したように、本実施の形態の構成によって、畳み込み符号化直交周波数分割多重方式による通信システムにおいて、受信電力が大きく落ち込むサブキャリアが存在する場合にも、正確にフレームエラーレートを予測することが可能となる。
As shown in FIG. 11, it can be seen that, by using the frame error rate prediction method of the present embodiment, a predicted value closer to the simulation result can be obtained.
As described above, according to the configuration of the present embodiment, in a communication system based on convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing, a frame error rate is accurately predicted even when there is a subcarrier in which received power drops significantly. Is possible.

また、本実施の形態の構成によって、複数帯域同時伝送を用いる通信システムにおいて、帯域ごとに変調方式が異なり、かつ異なる伝搬環境となる場合に、受信電力が落ち込むサブキャリアがあっても、正確にフレームエラーレートを予測することが可能である。   Further, according to the configuration of the present embodiment, in a communication system using simultaneous transmission of a plurality of bands, even if there is a subcarrier in which the received power drops when the modulation scheme differs for each band and the propagation environment becomes different, It is possible to predict frame error rates.

そして、予測したフレームエラーレートに基づいて、変調方式等を設定することにより、より大きなスループットを実現することが可能となる。   Then, by setting the modulation method or the like based on the predicted frame error rate, it is possible to realize a larger throughput.

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、1006 パーサー、1010.1〜1010.3 変調部、1012.1〜1012.3 OFDM変調部、1014.1〜1014.3 RF部、1020.1〜1020.3 アンテナ、1100 受信処理部、1110 適応レート制御部、2000 受信装置、2002.1〜2002.3 アンテナ、2010.1〜2010.3 RF部、2012.1〜2012.3 OFDM復調部、2014.1〜2014.3 復調部、2015 デパーサー、2016 デインターリーブ部、2018 誤り訂正部、2100 平均受信電力/電力遅延プロファイル/雑音電力推定部、2110 送信処理部、3020 MCS記憶部、3030 FER予測部、3040 MCS選択部。   1000 transmitter, 1002 error correction coder, 1004 interleaver, 1006 parser, 1010.1 to 1010.3 modulator, 1012.1 to 1012.3 OFDM modulator, 1014.1 to 1014.3 RF unit, 1020 .1 to 1020.3 antenna, 1100 reception processing unit, 1110 adaptive rate control unit, 2000 reception apparatus, 2002.1 to 2002.3 antenna, 2010.1 to 2010.3 RF unit, 2012.1 to 2012.3 OFDM Demodulation Unit, 2014.1 to 2014.3 Demodulation Unit, 2015 Deparser, 2016 Deinterleave Unit, 2018 Error Correction Unit, 2100 Average Received Power / Power Delay Profile / Noise Power Estimation Unit, 2110 Transmission Processing Unit, 3020 MCS Storage Unit, 3030 FER prediction unit, 040 MCS selection unit.

Claims (7)

畳み込み符号化したシンボルを多値変調して直交周波数分割多重方式で通信す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インタリーブ方式の情報および前記多値変調の変調方式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、受信信号のエラーパターンにおいて前記記憶手段に格納された前記インタリーブ方式および前記変調方式の情報により特定される、最隣接するシンボルより離れたシンボル間で生じる所定の距離以内のシンボル誤りを考慮して、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算出し、算出された前記ペアワイズ誤り率により、前記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 in which multi-level modulation is performed on convolutionally encoded symbols and communication is performed by orthogonal frequency division multiplexing,
Storage means for storing information on an interleaving scheme of convolutional encoding preset as one adopted in the convolutional encoding scheme and information on a modulation scheme of the multilevel modulation;
In accordance with the information on the interleaving scheme and the modulation scheme stored in the storage means in the error pattern of the received signal, based on the propagation path characteristic information representing the attenuation of the propagation path power and noise power estimated on the communication path The pairwise error rate of the error path in the decoding process for the convolutional coding is calculated taking into consideration symbol errors within a predetermined distance occurring between symbols separated from the nearest adjacent symbol, and the calculated pairwise error And a frame error rate predicting means for predicting the frame error rate by a rate.
前記所定の距離は、考慮するシンボル誤りのエラーパターンを前記通信経路の電力減衰を考慮した誤りシンボルと正解シンボルの2乗ユークリッド距離が、所定の値よりも小さくなる距離である、請求項1記載のフレームエラーレート予測装置。   The predetermined distance is a distance by which a square Euclidean distance between an error symbol and a correct symbol taking into account the power attenuation of the communication path into consideration is taken as an error pattern of a symbol error to be considered, smaller than a predetermined value. Frame error rate prediction device. 前記所定の距離は、前記畳み込み符号化のための符号化器の構成によって生成されうるエラーパターンについて、当該エラーパターン内の誤りシンボルと正解シンボルとの間のシンボル間距離の2乗ユークリッド距離を信号点間の最小ユークリッド距離の2乗と整数係数に分解したときの各整数係数の和の所定の上限値である、請求項2記載のフレームエラーレート予測装置。   The predetermined distance is a square Euclidean distance of the inter-symbol distance between an error symbol and a correct symbol in the error pattern, for an error pattern that can be generated by the configuration of the encoder for the convolutional encoding. The frame error rate predicting apparatus according to claim 2, wherein the frame error rate predicting apparatus is a predetermined upper limit value of the sum of the integer coefficients when the minimum Euclidean distance between points is divided into a square and the integer coefficients. 畳み込み符号化直交周波数分割多重方式により、複数の周波数帯による同時伝送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、前記周波数帯ごとの受信パワー、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直交周波数分割多重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、
送信データ列に前記畳み込み符号化処理するための畳み込み符号化処理手段と、
前記符号化処理手段の出力をインターリーブ処理するためのインターリーブ手段と、
前記インターリーブ処理後の信号を前記複数の周波数帯に応じて分割するためのパーサー手段と、
前記パーサー手段からの出力を多値符号化して、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重変調するための変調手段と、
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インタリーブ方式の情報および前記多値変調の変調方式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、受信信号のエラーパターンにおいて前記記憶手段に格納された前記インタリーブ方式および前記変調方式の情報により特定される、最隣接するシンボルより離れたシンボル間で生じる所定の距離以内のシンボル誤りを考慮して、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算出するペアワイズ誤り率算出手段と、
算出された前記ペアワイズ誤り率に基づいて、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 simultaneous transmission in a plurality of frequency bands by convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing,
Receiving means for receiving, as feedback information, received power for each frequency band, propagation path characteristic information representing attenuation of propagation path power, and noise power estimated value transmitted from a receiving apparatus;
Storage means for storing information of a set of a coding rate of a convolutional coding and a modulation scheme set in advance as employed in the convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing system;
Convolutional coding processing means for performing the convolutional coding process on a transmission data string;
Interleaving means for interleaving the output of the encoding means;
Parser means for dividing the signal after the interleaving process according to the plurality of frequency bands;
Modulation means for subjecting the output from the parser means to multi-level encoding and performing orthogonal frequency division multiplex modulation with a plurality of subcarriers;
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
Storage means for storing information on an interleaving scheme of convolutional encoding preset as one adopted in the convolutional encoding scheme and information on a modulation scheme of the multilevel modulation;
In accordance with the information on the interleaving scheme and the modulation scheme stored in the storage means in the error pattern of the received signal, based on the propagation path characteristic information representing the attenuation of the propagation path power and noise power estimated on the communication path Pairwise error rate calculation means for calculating a pairwise error rate of an error path in the decoding process for the convolutional coding, taking into consideration symbol errors within a predetermined distance occurring between symbols separated from the nearest neighbor symbol;
Frame error rate prediction means for predicting a frame error rate based on the calculated pairwise error rate;
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.
前記所定の距離は、考慮するシンボル誤りのエラーパターンを前記通信経路の電力減衰を考慮した誤りシンボルと正解シンボルの2乗ユークリッド距離が、所定の値よりも小さくなる距離である、請求項4記載の無線通信装置。   The predetermined distance is a distance by which the squared Euclidean distance between an error symbol and a correct symbol taking into account the power attenuation of the communication path, the error pattern of the symbol error to be considered is smaller than a predetermined value. Wireless communication device. 前記所定の距離は、前記畳み込み符号化のための符号化器の構成によって生成されうるエラーパターンについて、当該エラーパターン内の誤りシンボルと正解シンボルとの間のシンボル間距離の2乗ユークリッド距離を信号点間の最小ユークリッド距離の2乗と整数係数に分解したときの各整数係数の和の所定の上限値である、請求項5記載の無線通信装置。   The predetermined distance is a square Euclidean distance of the inter-symbol distance between an error symbol and a correct symbol in the error pattern, for an error pattern that can be generated by the configuration of the encoder for the convolutional encoding. The wireless communication apparatus according to claim 5, wherein the predetermined upper limit value is the sum of the integer coefficients when the minimum Euclidean distance between points is divided into a square and the integer coefficients. 畳み込み符号化直交周波数分割多重方式により、複数の周波数帯による同時伝送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、前記周波数帯ごとの受信パワー、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、
受信装置から送信された、前記周波数帯ごとの受信パワー、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直交周波数分割多重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、
送信データ列に前記畳み込み符号化処理するための畳み込み符号化処理手段と、
前記符号化処理手段の出力をインターリーブ処理するためのインターリーブ手段と、
前記インターリーブ処理後の信号を前記複数の周波数帯に応じて分割するためのパーサー手段と、
前記パーサー手段からの出力を多値符号化して、複数のサブキャリアによる直交周波数分割多重変調するための変調手段と、
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インタリーブ方式の情報および前記多値変調の変調方式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、受信信号のエラーパターンにおいて前記記憶手段に格納された前記インタリーブ方式および前記変調方式の情報により特定される、最隣接するシンボルより離れたシンボル間で生じる所定の距離以内のシンボル誤りを考慮して、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算出するペアワイズ誤り率算出手段と、
算出された前記ペアワイズ誤り率に基づいて、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、前記変調手段により変調された送信データ列に対する変調信号を送信するための送信手段をさらに備える、無線通信システム。
A wireless communication system for performing communication by simultaneous transmission in a plurality of frequency bands by convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing,
Equipped with a receiver,
The receiving device is
Communication path state estimation means for estimating received power for each frequency band, propagation path characteristic information representing attenuation of propagation path power, and 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, received power for each frequency band, propagation path characteristic information representing attenuation of propagation path power, and noise power estimated value transmitted from a receiving apparatus;
Storage means for storing information of a set of a coding rate of a convolutional coding and a modulation scheme set in advance as employed in the convolutional coding orthogonal frequency division multiplexing system;
Convolutional coding processing means for performing the convolutional coding process on a transmission data string;
Interleaving means for interleaving the output of the encoding means;
Parser means for dividing the signal after the interleaving process according to the plurality of frequency bands;
Modulation means for subjecting the output from the parser means to multi-level encoding and performing orthogonal frequency division multiplex modulation with a plurality of subcarriers;
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
Storage means for storing information on an interleaving scheme of convolutional encoding preset as one adopted in the convolutional encoding scheme and information on a modulation scheme of the multilevel modulation;
In accordance with the information on the interleaving scheme and the modulation scheme stored in the storage means in the error pattern of the received signal, based on the propagation path characteristic information representing the attenuation of the propagation path power and noise power estimated on the communication path Pairwise error rate calculation means for calculating a pairwise error rate of an error path in the decoding process for the convolutional coding, taking into consideration symbol errors within a predetermined distance occurring between symbols separated from the nearest neighbor symbol;
Frame error rate prediction means for predicting a frame error rate based on the calculated pairwise error rate;
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 transmission means for transmitting a modulation signal for the transmission data sequence modulated by the modulation means according to the group selected by the modulation scheme selection portion.
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