JP3337462B2 - パケット中継サービスにおけるデジタル伝送システムのデータ伝送のための方法 - Google Patents

パケット中継サービスにおけるデジタル伝送システムのデータ伝送のための方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、パケット中継サービスにおける
デジタル伝送システムのデータ伝送のための方法に関
し、この方法においてはチャネル符号化のために送信側
ではターボ符号器においてターボ符号化が実施され、受
信側ではターボ復号器においてターボ復号化が軟判定出
力信号によって実施される。
【０００２】P.Jung, “Comparison of Turbo-Code Dec
oders Applied to Short Frame Transmission Systems"
,IEEE Journal on Selected Areas in Communication
s, Volume 14 (1996) p.530~537 ではデジタル伝送シス
テムに対するターボ符号の適用が研究されており、伝送
区間におけるターボ符号のための符号器も復号器も研究
されている。ターボ符号の復号化は軟入力/軟出力復号
器（soft-input/soft-output-decoder）の使用に基づ
く。この軟入力/軟出力復号器は、ＭＡＰ（Maximum a-p
osteriori）シンボル推定器又はＭＡＰシーケンス推定
器、例えば a-priori-Soft-Output-Viterbi-Algorithm
（APRI-SOVA）を有する推定器を使用することによって
実現できる。この刊行物では、４つの異なる復号装置及
び所定の誤り率を処理するこれら４つの異なる復号装置
の能力が記述されている。さらに、この復号器の性能
（パフォーマンス）が様々な適用例において研究されて
いる。ターボ符号及びこのターボ符号の反復復号化はパ
ケットエラーに対する有効な手段であることが見いださ
れた。
【０００３】ICC ′95,Seattle,Washington,June 18-2
2,1995, “Turbo Codes for BCS Applications" ,D.Div
salar and F.Pollara では、いわゆるシャノン限界の近
傍にまで誤り訂正を到達させるためにターボ符号が提案
されている。このために、比較的簡単なコンポーネント
符号及び大きなインターリーバが使用しなければならな
い。この刊行物では多量符号によって符号器でターボ符
号が発生され、適当な復号器において復号化される。タ
ーボ符号は Berrou et al によって１９９３年に導入さ
れた（C.Berrou, A.Glavieux and P.Thitimayshima,
“Near Shannon limit area correction coding:Turbo
codes" Proc.1993 IEEE International conference on
communications, p.1064-1070を参照）。この方法によ
って一方で非常に良好な誤り訂正が実現される。
【０００４】ETT European Transactions on Telecommu
nications, Vol.6,No.5,September-October 1995, “It
erative Correction of Intersymbol Interference: Tu
rbo-Equalization" ,Catherine Douilard et al. から
いわゆるターボ等化が周知である。このターボ等化によ
って、畳み込み符号によって保護されるデジタル伝送シ
ステムにおけるシンボル間干渉の不利な効果が除去され
る。受信側は２つの連続する軟出力判定を行う。この軟
出力判定はシンプル検出器及びチャネル復号器によって
反復プロセスを介して実施される。各反復における検出
器及び復号器からの外部情報がターボ復号化の場合のよ
うに次の反復において使用される。このターボ等化によ
ってマルチパスチャネルにおけるシンボル間干渉が克服
できることが示された。Narayanan K.R. et al, “A No
vel ARQ Technique using the turbo coding principle
s" ,IEEE Communications Letters, Vol.1,No.2,March
1997, p.49~51 及び Nasshan M. et al, “New result
s on the application of antenna diversity and turb
o-codes in a JD-CDMA mobile radio system" 5th IEEE
International symposium on personal,indoor and mo
bile radio communications (PIMRC′92), and ICCC Re
gional meeting on wireless computer networks (WC
N), The Hague,Netherlands,Vol.2,18.-23.9.1994,p.52
4~528 からターボ符号化、ＡＲＱ（自動再送要求）及び
無線システムを結びつける方法が周知である。
【０００５】将来の伝送システム、例えば欧州ＵＭＴＳ
（Universal Mobile Telecommunications System）は柔
軟に2Mbit/sまでのキャリアデータレートを有する多数
の共存するキャリアサービスのサポートを必要とし、で
きるだけ最良のスペクトル効率が求められる。ＡＣＴＳ
（Advanced Communications Technologies and Service
s）Project AC090 FRAMES（Future Radio Wideband Mul
tiple Access Systems）では、ＭＡ（Multiple Acces
s）スキームが開発され、このＭＡ（Multiple Access）
スキームはFRAMES Multiple Access（ＦＭＡ）と呼ば
れ、このＵＭＴＳの要求を満たす。使用分野、キャリア
サービス及び様々なシナリオの広い領域を含む第３世代
の伝送システムとして、ＦＭＡはＵＭＴＳ無線通信イン
ターフェーススタンダードの現在及び将来の発展を担わ
なくてはならない。ＦＭＡは２つの動作方式を含む。す
なわち、拡散及びＧＰＳ（Global System for Mobile C
ommuniactions）との互換性を伴う及び伴わないＷＢ-Ｔ
ＤＭＡ（Wideband Time Division Multiple Access）と
ＷＢ-ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Acc
ess）とを含む。ここでは基本的にＦＭＡによるシステ
ムを考察するが、多重アクセス方法、例えばＦＤＭＡ
（Frequency Division Multiple Access）又はＭＣ-Ｃ
ＤＭＡ（Multicarrier-CDMA）又は上記の伝送システム
の組み合わせによる他の伝送システムも含めることがで
きる。
【０００６】ターボ符号の高い性能に関しては、このタ
ーボ符号をデジタル伝送システムにおいて使用すること
が望ましい。しかし、例えばＦＭＡにおける多様な要求
は、このようなターボ符号の使用に際して次のことに注
意することを要求する。すなわち、誤り訂正符号の伝送
によってあまりにも大きく負荷がデータ伝送にかかりす
ぎないことに注意すべきである。
【０００７】本発明の課題は、チャネル符号化のために
ターボ符号化を使用するデジタル伝送システムの伝送チ
ャネルにおいてＡＲＱプロトコルによるパケット伝送の
ための方法を提供することであり、この方法においては
新たなターボ符号及びこの新たなターボ符号に合ったパ
ンクチャリングによってＡＲＱによるチャネル負荷をで
きるだけ小さく保持することができる。
【０００８】本発明ではこのために冒頭に挙げた方法
は、ＡＲＱのトリガのために、チャネル品質はそれ自体
周知のパラメータ推定方法によって推定され、ターボ復
号器における前記軟判定出力信号の分散が算定され、チ
ャネル品質及び分散から伝送されたパケットの正確さ乃
至は誤りが推論され、誤りのあるパケットの少なくとも
一部分の新たな送信がトリガされることを特徴とする。
【０００９】これまではＡＲＱは送信すべきデータパケ
ットが誤りを識別する適切な符号化、例えばＣＲＣ（巡
回冗長検査）によって保護されたことによってトリガさ
れた。受信側ではこの場合このタイプの符号化によって
誤りのあるデータブロックが識別され、改めて要求され
る。この方法では、誤りを識別する符号化が付加的な冗
長ビットを発生し、この付加的な冗長ビットによっては
情報は伝送できないことが欠点である。これに対して、
本発明の方法は、ＡＲＱのトリガのためにサービス品質
の推定を使用するという利点を有する。後で詳細に説明
するように、チャネル品質に依存して、復号化されたブ
ロックにおける計算された分散、例えばＬＬＲを用いて
このブロック乃至はパケットの正確さに関する明確な情
報を提供する。チャネル品質の推定のためにはここでは
周知のパラメータ推定方法、例えばＭＭＳＥ（最小二乗
誤差推定）、ＭＯＭ（積率法）又はＭＶＵ（最小分散不
偏推定）が使用される。従って、本発明ではデータパケ
ットの誤り識別符号化は行われない。これによって伝送
チャネルにおける全符号化率を高め、これによりパケッ
トに含まれる有効情報の分量も大きくする。さらに、復
号化のための計算コストを低減し、従って誤り識別部分
の復号化によって発生される遅延を低減する。
【００１０】サービス品質（Quality of Service）の概
念は次のように解釈される。様々なサービスに対して所
定のＱｏＳ規準（ＱｏＳ＝Quality of Service、サービ
ス品質）が当てはまる。そして、様々なキャリアサービ
スに対するＱｏＳ規準の定義がＦＲＡＭＥＳの枠内で練
り上げられた。ＱｏＳ規準の重要な構成要素はキャリア
データレートＲである。このＱｏＳ規準は最大許容誤り
率Ｐb G又は最大故障確立Ｐout Gに結びついたパケット損
失率Ｐl Gも含む。電力中継サービスの場合、確率Ｐ{Ｐb
＞Ｐb G}、すなわち瞬時のビット誤り率ＰbがＰb Gを上回
る確率はＰout Gよりも大きくなってはならない。つま
り、 Ｐｒ{Ｐb＞Ｐb G}＜Ｐout G である。音声伝送の場合、Ｐb Gは１０-3に等しく、Ｐ
out Gは０.０５に等しい。パケットサービスの場合、瞬
時のパケット損失率Ｐlに対して類似の条件が成り立
つ： Ｐｒ{Ｐl＞Ｐl G}＜Ｐout G Ｐｒに関する規準の他にもＱｏＳ規準の枠内にはさらに
別の条件がある。しかし、ここでは主にＱｏＳパラメー
タＰb G、Ｐl G及びＰout Gを考察する。これらＱｏＳパラ
メータＰb G、Ｐl G及びＰout Gは直接的に誤り訂正符号
（ＥＣＣ）の選択に関係する。ＥＣＣにおいては多重接
続方法、変調及びパケットパラメータが基本的に符号化
率Ｒeを決定する。言い換えれば、符号化率Ｒeは、所定
のサービスに対するＱｏＳ規準が満たされているか否か
という問いに直接的に関連を有するのである。
【００１１】受信側で軟入力/軟出力シンボル推定器又
は軟入力/軟出力シーケンス推定器が使用される方法に
おいて、ターボ復号器の軟判定出力信号の分散σ2から
サービス品質が決定され、有利にはこの分散σ2からビ
ット誤り率がサービス品質に対する尺度として計算され
ると有利である。
【００１２】受信側でＭＡＰシンボル推定器又はＭＡＰ
シーケンス推定器が使用される方法において、サービス
品質がターボ復号器の軟判定出力信号の分散σ2 LLRから
決定されると有利である。
【００１３】受信側でシーケンス推定のためにビタビア
ルゴリズムが使用される方法において、サービス品質が
ターボ復号器の軟判定出力信号の分散σ2 VITから決定さ
れると有利である。
【００１４】本発明の方法はＭＡＰ推定器においてもビ
タビアルゴリズムによる推定の場合にも使用できるの
で、実用的にはシンボル推定及びシーケンス推定のため
の最も重要な方法に関して制限が存在しない。これは、
以下の特定の記述においてＭＡＰ推定器との関連におい
てのみ言及がなされる場合でも当てはまる。
【００１５】有利な実施形態によれば、本発明の方法
は、パンクチャリングのためにいわゆるBerrouのパンク
チャリングが使用されることを特徴とする。このBerrou
のパンクチャリングにおいては非組織情報だけがパンク
チャされる。このタイプのパンクチャリングは信号/雑
音比の比較的低い値において有利である。
【００１６】有利な実施形態によれば、本発明の方法
は、パンクチャリングのためにいわゆるＵＫＬパンクチ
ャリングが使用されることを特徴とする。このＵＫＬパ
ンクチャリングにおいては組織情報も非組織情報もパン
クチャされる。このタイプのパンクチャリングは信号/
雑音比の比較的高い値において、従ってビット誤り率＜
１０-4において有利である。
【００１７】有利な実施形態によれば、本発明の方法
は、ターボ符号としてＲＣＰＴＣ（Rate Compatible Pu
nctured Turbo Code）が使用されることを特徴とする。
詳細な記述から読み取れるように、このような符号はと
りわけ柔軟性があり、本発明の目的に適している。ＲＣ
ＰＴＣは固定されたＥＣＣストラテジから柔軟なＥＣＣ
ストラテジへの移行を可能にし、後者は時間的に変化す
る要求に適応されており、この結果、柔軟なリンクレイ
ヤ制御及び媒体アクセス制御が可能である。
【００１８】有利な実施形態によれば、本発明の方法
は、誤りのあるパケットの情報の再伝送において、ＲＣ
ＰＴＣのパンクチャリングによって以前の送信において
抑圧された情報の少なくとも一部分が送信され、さらに
この付加的な情報は受信側で既存の情報に挿入され、こ
の完全な情報が改めて復号化されることを特徴とする。
これによってＡＲＱ方法を使用する場合にチャネルには
できるだけ負荷がかからないようになる。
【００１９】有利な実施形態によれば、本発明の方法
は、再送信の際に、すぐ次に低い符号化率において付加
的に使用できるようになるビットのみが送信されること
を特徴とする。というのも、これらのビット符号化率が
低い場合にはパンクチャされないですむことになるから
である。これによって適当な伝送品質の目的を実現する
ために最小限必要な情報のみが伝送される。
【００２０】有利な実施形態によれば、本発明の方法
は、誤りのないパケット復号化が行われるまで又はパケ
ットの符号化された全情報が伝送されるまで繰り返され
ることを特徴とする。これにより、パケットにおける誤
りを訂正するために、必ず符号化の全潜在能力を利用し
尽くされる。
【００２１】本発明の実施例を次に図面に基づいて記述
する。
【００２２】図１は、ターボ符号器のブロック線図であ
る。
【００２３】図２は、図１のターボ符号器において使用
されるようなＲＳＣ符号器のブロック線図である。
【００２４】図３は、ターボ復号器のブロック線図であ
る。
【００２５】図４は、ターボ復号化の反復回数に依存す
るＡＷＧＮチャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示す線
図である。
【００２６】図５は、ターボ復号化の様々な反復回数に
おけるレイリーチャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示
す線図である。
【００２７】図６は、様々な符号化率に依存するＡＷＧ
ＮチャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図であ
る。
【００２８】図７は、様々な符号化率に依存するレイリ
ーチャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図であ
る。
【００２９】図８は、様々な符号化率に対するＡＷＧＮ
チャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図である。
【００３０】図９は、様々な符号化率に対するレイリー
チャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図である。
【００３１】図１０は、ビット誤り率ＢＥＲと第２の復
号器の出力側における分散σ2 LLRとの間の関係を示す線
図である。
【００３２】図１１は、誤って乃至は正確に復号化され
たパケットにおける信号/雑音比と分散σ2 LLRとの関係
を示す線図である。
【００３３】ハードウェアの経済的な使用の観点からＥ
ＣＣ回路はできるだけ幅広く使用可能であるべきであ
り、他方でＥＣＣコンフィグレーションはソフトウェア
制御によって高いフレキシビリティを許容するべきであ
る。ここで使用されるＲＣＰＴＣはこれを可能にする。
というのも、このＲＣＰＴＣは必要なフレキシビリティ
を有するからである。このＲＣＰＴＣは図１に示されて
いるターボ符号器２によって発生される。このターボ符
号器２は例えば３と５との間の小さな拘束長を有するＮ
e＝２バイナリ再帰的組織畳み込み符号器４、６（ＲＳ
Ｃ）を有する。これらの再帰的組織畳み込み符号器４、
６（ＲＳＣ）はターボインターリーバ８を使用して並列
に接続されている。入力シーケンスｕは符号器４（ＲＳ
Ｃ、符号１）に供給され、さらにターボ符号インターリ
ーバ８を介して符号器６（ＲＳＣ、符号２）に供給さ
れ、ならびにパンクチャリング/マルチプレクサ装置１
０に供給される。このパンクチャリング/マルチプレク
サ装置は符号器４からのさらに別の入力Ｃ１及び符号器
６からのさらに別の入力Ｃ２を得る。このパンクチャリ
ング/マルチプレクサ装置１０の出力は出力シーケンス
ｂである。
【００３４】ターボ符号器２においては、最小符号化率
Ｒc,minは１/（Ｎe+1）＝１/３に等しい。この最小符号
化率Ｒc,minは、付加的なＲＳＣ符号器を使用すること
によってさらに低減できる。
【００３５】有限の持続時間を有するバイナリ入力シー
ケンスｕは符号器４に入力され、この符号器４の出力側
においてｕと同一の有限持続時間を有する冗長シーケン
スＣ1を生じる。インターリービングの後のシーケンス
ｕであるシーケンスｕIは符号器６に供給される。この
符号器６における符号化は冗長シーケンスＣ2を生じ
る。これらの冗長シーケンスＣ1及びＣ2及びシーケンス
ｕは、出力シーケンスｂを形成するためにパンクチャさ
れ多重化される。ターボ符号器は組織符号器であり、ｕ
はｂに含まれる組織情報の基礎である。
【００３６】符号器４及び６に対して使用されるような
ＲＳＣ符号器が図２において符号器４の例により図示さ
れている。この符号器４の入力側にはシーケンスｕが組
織情報として供給される。このシーケンスｕは加算素子
１２を介して遅延段１４及びさらに別の加算素子１６に
到達する。遅延段１４の出力信号は第２の遅延段１８及
び加算素子１２に到達する。第２の遅延段１８の出力信
号は加算素子１２及び加算段１６に到達する。この加算
段の出力が冗長シーケンスＣ1である。
【００３７】この符号器の選択の際にはハードウェアコ
ストが重要な意味を持つ。このハードウェアコストはで
きるだけ低く抑えなければならない。この理由からＦＲ
ＡＭＥＳの枠内で使用するためのこれら２つのＲＳＣ符
号器は同一であり、拘束長３を有する。これらのＲＳＣ
符号器は４つの状態しか持たないにもかかわらず、これ
らのＲＳＣ符号器は信号/雑音比Ｅb/Ｎ0の低い値におい
て良好な性能を示す。従って、これらの符号器によるＲ
ＣＰＴＣの性能は低い信号/雑音比において有利であ
る。
【００３８】ターボ符号器２の出力シーケンスｂは伝送
チャネル及び復調器を介してターボ復号器２２（図３）
に到達する。このターボ復号器２２はＲＳＣ符号器２４
及び第２のＲＳＣ復号器２６を有する。復号器２４の出
力側と復号器２６の入力側との間にはターボ符号インタ
ーリーバ２８が設けられている。復号器２６の出力側と
復号器２４の入力側との間にはターボ符号デインターリ
ーバ３０が設けられている。復号器２４、２６は軟入力
/軟出力（Soft-Input/Soft-Output）復号器である。
【００３９】復調器（図示せず）はｕの中に含まれてい
る組織情報ｕnの推定値ｘnならびに符号器４乃至は６に
よって発生された伝送冗長ビットの推定値ｙ1,n及びｙ
2,nを供給する。両方の復号器２４、２６はチャネル状
態情報（ＣＳＩ＝Channel State Information）を必要
とする。このチャネル状態情報は瞬時の信号振幅及び雑
音分散から成る。復号器２４、２６の各々は組織情報、
冗長性及び事前（a-priori）情報Ｌe1,n及びＬe2,nをこ
のＣＳＩの処理によって処理し、これによって外部情報
Ｌe2,n及びＬe1,nが発生され、これらの外部情報Ｌe2,n
及びＬe1,nは次いで後続の復号器における事前知識とし
て使用される。この復号化は反復的であり、この復号化
の結果は反復毎に改善される。しかし、この改善の程度
は次第に反復を重ねることによって減少する。一定の回
数の反復の後で、このターボ復号器２２の出力信号は、
このような伝送システムにおいて通常設けられているよ
うな検出器（図示せず）に供給される。
【００４０】ＲＣＰＴＣの使用を既存のサービス要求に
適合させるために、ＲＳＣ符号器を適合させることが考
えられる。しかし、このことはハードウェアコストに関
して望ましくない超過負荷をもたらすことになる。イン
ターリーバサイズを特定のサービスに適合することはそ
れ自体周知であり、ＲＣＰＴＣの使用の場合にはこのＲ
ＣＰＴＣのフレキシビリティのために問題が生じる。
【００４１】さらに、符号化の全体的な複雑さを考慮す
ることによって復号化の際の反復回数がＱｏＳ規準に相
応して調整される。ターボ符号のこの特性を利用するた
めの２つの方法が受信側において存在する。予め設定さ
れるＱｏＳ規準に対して、反復回数は信号/雑音比Ｅb/
Ｎ0の上昇とともに増加させることができる。これはと
りわけフェージングチャネル、例えば伝送チャネルにお
いて有利である。他方で、反復回数をＱｏＳ規準の時間
的な変化とともに変化させることができる。復号化の反
復回数の調整可能性はターボ符号、とりわけＲＣＰＴＣ
を使用する場合にのみ存在する。
【００４２】ＲＣＰＴＣを有するシステムの性能を改善
するもう１つの方法は、パンクチャリングを調整するこ
とであり、この結果、可変的な符号化率Ｒc,min≦Ｒc≦
Ｒc,maxを有するＲＣＰＴＣが提供される。これによっ
て、ターボ符号インターリーバ及びＲＳＣ符号器を変化
させることなしに符号化特性を変化させることができ
る。
【００４３】パンクチャリングに対して原理的にはシー
ケンスｕ、Ｃ1及びＣ2が使用される。これらのシーケン
スのうちの２つがパンクチャリングによって完全に抑圧
される場合、最大符号化率Ｒc,max＝１が仮定される。
この場合、符号化特性は、これらのシーケンスのうちの
どれがパンクチャされるかに依存する。例えば冗長シー
ケンスＣ1及びＣ2が完全にパンクチャされ、シーケンス
ｕだけが変化されずに通過する場合には、ＥＣＣが得ら
れず、タイムダイバーシティ利得がフェージングチャネ
ルにおける受信側において達成できない。この場合、タ
ーボ復号器は簡単な閾値検出器になり下がる。
【００４４】冗長シーケンスＣ1又はＣ2がパンクチャリ
ングによって完全に抑圧され、シーケンスｕとともに残
りの１つの冗長シーケンスだけが通過する場合、ターボ
符号器は従来のＲＳＣ符号器になる。ターボ復号器は反
復の半分を実施するために実現されたＲＳＣ復号器にな
り下がる。外部情報に基づく事前知識はこの場合存在し
ない。符号化率Ｒcは１/２と１との間でＱｏＳ規準に応
じて変化されうる。Ｎe＝２が成り立つので、このＲＳ
Ｃ符号器は２つの異なる符号に基づくことができ、Ｑｏ
Ｓ規準及び符号化の複雑さは、所定の冗長シーケンスＣ
1又はＣ2が符号化率Ｒcの変化なしに抑圧されることに
よって、変化しうる。
【００４５】しかし、上述の可能性は、ターボ符号動作
を妨げる。このターボ符号動作は、両方の冗長シーケン
スＣ1及びＣ2のビットが伝送されかつ次式が当てはまる
場合にのみ使用される： ｕn ＃ ｕ1,n ただしここでｕn及びｕ1,nはｕ乃至はｕ1に含まれてい
る。この場合、 Ｒc,min≦Ｒc＜１ が成り立つ。
【００４６】最小符号化率Ｒc,min＝１/（Ｎe＋１）
は、パンクチャリングが実施されない場合に実現され
る。この場合には、ＱｏＳ規準及び伝送チャネル状態に
応じて従来のＲＳＣ復号化又はターボ復号化のいずれか
が実現され、これら両方のファクタは伝送アプリケーシ
ョンにおいては時間的に変化する。
【００４７】真のターボ符号動作において次のような変
形実施形態が可能である。シーケンスｕはパンクチャさ
れず、冗長シーケンスＣ1及びＣ2が部分的にパンクチャ
される。この場合、ＲＳＣ符号として又はターボ符号と
しての動作が可能であり、復号化の反復回数は調整可能
であり、さらに符号化率は１/３と１との間である。こ
のタイプのパンクチャリングはBerrouのパンクチャリン
グと呼ばれる。
【００４８】代替的な方法は、シーケンスｕと冗長シー
ケンスＣ1及びＣ2とが部分的にパンクチャされることで
ある。この場合、ＲＳＣ符号による動作は不可能であ
り、ただターボ符号による動作だけが可能である。復号
化の反復回数は調整可能であり、さらに符号化率は１/
３と１との間である。このタイプのパンクチャリングは
ＵＫＬパンクチャリング（ＵＫＬ＝University Kaisers
lautern）と呼ばれる。最後にパンクチャリングが行わ
れないケースを考察する。この場合、ＲＳＣ符号による
及びターボ符号による動作が可能である。復号化の反復
回数は調整可能であり、符号化率は１/３である。
【００４９】ＲＣＰＴＣにおける有利な特徴は、符号化
率Ｒcをアダプティブに変化させる可能性に存する。Ａ
ＲＱの際には符号化されたパケット全体を伝送する必要
なしに、必要な情報を伝送することができる。符号化率
における差を埋め合わせる、情報の付加的な部分の伝送
で十分である。
【００５０】ＲＣＰＴＣの場合の符号化の適合の方法が
記述された後で、今やＲＣＰＴＣを使用する際のシステ
ムの性能に対するこれらの適合方法の作用をシミュレー
ションに基づいて記述する。
【００５１】図４は、ＲＣＰＴＣの性能を線図によって
ＡＷＧＮチャネルを介する音声伝送におけるビット誤り
率ＢＥＲと信号/雑音比Ｅb/Ｎ0との関係において示して
いる。パケットサイズは１５０ビット、符号化率はほぼ
１/３である。音声伝送に対するキャリアデータレート
は８kbit/sである。符号化なしの伝送は基準ラインとし
て示されている。これらのシミュレーションのパラメー
タは復号化の反復回数であり、この反復回数は１〜５ま
で変化する。第１の復号化の反復の後では、ビット誤り
率＜１０-3を達成するために必要な最小信号/雑音比は
ほぼ３.５ｄＢに等しい。第２の復号化の反復の後で
は、ほぼ１.３ｄＢだけより低い最小信号/雑音比が必要
である。次の復号化の反復はさらに０.２ｄＢの利得を
可能にする。次の反復は０.１ｄＢより小さい利得を可
能にする。５回の反復の後では、１０-3より小さいビッ
ト誤り率のために必要な最小信号/雑音比はほぼ１.８ｄ
Ｂに等しい。従って、反復回数が増大するにつれて性能
改善が小さくなることが明らかである。比較すると、同
一のビット誤り率＜１０-3を達成するために、拘束長９
を有する従来のＮＳＣ符号はほぼ１.９ｄＢを必要とす
る。従って、ＲＣＰＴＣは１５０ビットほどの小さいパ
ケットサイズの場合でさえも従来の符号よりも多少性能
が高い。
【００５２】図５は線図においてＲＣＰＴＣの性能を示
し、この線図ではキャリアデータレート１４４kbits/
s、パケットサイズ６７２ビット、符号化率はほぼ１/２
及び完全にインターリービングを受けるレイリーフェー
ジングチャネルの狭帯域ＩＳＤＮにおけるビット誤り率
ＢＥＲと信号/雑音比Ｅb/Ｎ0との関係が示されている。
シミュレーションパラメータはここでも復号化の反復回
数である。４回の反復の後では、１０-3より小さいビッ
ト誤り率は最小信号/雑音比ほぼ３.８ｄＢを必要とす
る。１０回の反復の後では、ほぼ３.４ｄＢを必要とす
るだけである。４回の復号化の反復と類似の復号化の複
雑さを有する従来のＮＳＣ符号は拘束長８を有し、１.
１ｄＢだけ高い信号/雑音比を必要とする。
【００５３】図６〜９まではＲＣＰＴＣを使用した際の
性能に対する線図を示しており、ビット誤り率ＢＥＲ乃
至はフレーム誤り率ＦＥＲと信号/雑音比Ｅb/Ｎ0との関
係をプロットしている。図６は、パケットサイズ６７２
ビット、１０回の復号化の反復及びＡＷＧＮチャネルの
場合のビット誤り率と信号/雑音比との関係を示す。図
７は、パケットサイズ６７２ビット、１０回の復号化の
反復及び完全にインターリービングを受けるレイリーフ
ェージングチャネルの場合のビット誤り率と信号/雑音
比との関係を示す。図８は、パケットサイズ６７２ビッ
ト、１０回の復号化の反復及びＡＷＧＮチャネルの場合
のフレーム誤り率ＦＥＲと信号/雑音比との関係を示
す。図９は、パケットサイズ６７２ビット、１０回の復
号化の反復及び完全にインターリービングを受けるレイ
リーフェージングチャネルの場合のフレーム誤り率と信
号/雑音比との関係を示す。図６〜９までの線図におい
て、２つの異なるパンクチャリング方法、すなわち前述
のBerrouのパンクチャリング及びＵＫＬパンクチャリン
グが適用される。Berrouのパンクチャリングは信号/雑
音比の比較的低い値で比較的良好な性能を有し、他方で
ＵＫＬパンクチャリングは高い信号/雑音比において、
すなわちビット誤り率＜１０-4において有利であること
が読み取れる。交差点は符号化率が大きくなると比較的
低いビット誤り率の方向に運動する。
【００５４】図１０は、第２の復号器の出力側における
対数尤度比（ＬＬＲ＝Log-Lilelihood Ratio）の分散と
ビット誤り率との関係を示し、ＲＣＰＴＣ、パケットサ
イズ３７２ビット、１０回の復号の反復及びＡＷＧＮチ
ャネルが仮定される。この図から符号化率はビット誤り
率と分散σ2 LLRとの間の関係に影響を与えないことが分
かる。というのも、これら両方の変数は信号/雑音比Ｅb
/Ｎ0に対する類似の依存性を有するからである。従っ
て、σ2 LLRが既知の場合には、ビット誤り率の推定は容
易に実施でき、この推定結果はアクションのための基礎
として、例えば復号化の反復回数の適合、又は伝送品質
を改善するための又はＡＲＱの場合には誤って符号化さ
れたパケットの新たな送信の要求のための符号化率の適
合のための基礎として使用される。
【００５５】最後に、図１１はパケットサイズ６００ビ
ット、符号化率ほぼ５/９、１０回の復号化の反復及び
ＡＷＧＮチャネルによるＲＣＰＴＣを使用する際の第２
の復号器の出力側における対数尤度比の分散σ2 LLRと信
号/雑音比Ｅb/Ｎ0との関係を示す。このＲＣＰＴＣは６
４kbit/sキャリアサービスのために設計された。図１１
からは、分散σ2 LLRとパケットエラーの発生との間の依
存関係に対して、図１０の場合と類似の解釈が当てはま
ることが分かる。分散σ2 LLRは誤って復号化されたパケ
ットにおいて正確に復号化されたパケットの場合のσ2
LLRよりも常に大きい。従って、ちょうど検査されたば
かりのパケットの信号/雑音比Ｅb/Ｎ0と分散σ2 LLRとが
分かるならば、パケットエラーの確率と関連のある軟判
定変数が容易に発生され、制御目的に使用できる。
【００５６】上記の記述は主にデジタル移動無線通信に
おける本発明の適用に関連するにもかかわらず、本発明
はこれに限定されず、一般的にデジタル伝送システム、
例えば電力ベースのシステム、光伝送システム（赤外線
及びレーザ伝送システム）、衛星通信システム、深宇宙
伝送システム、指向性無線通信伝送システム及び無線放
送伝送システム（デジタルラジオ又はＴＶ）において上
述の利点によって使用することができる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】ターボ符号器のブロック線図である。
【図２】図１のターボ符号器において使用されるような
ＲＳＣ符号器のブロック線図である。
【図３】ターボ復号器のブロック線図である。
【図４】ターボ復号化の反復回数に依存するＡＷＧＮチ
ャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図である。
【図５】ターボ復号化の様々な反復回数におけるレイリ
ーチャネルにおけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図であ
る。
【図６】様々な符号化率に依存するＡＷＧＮチャネルに
おけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図である。
【図７】様々な符号化率に依存するレイリーチャネルに
おけるＲＣＰＴＣの性能を示す線図である。
【図８】様々な符号化率に対するＡＷＧＮチャネルにお
けるＲＣＰＴＣの性能を示す線図である。
【図９】様々な符号化率に対するレイリーチャネルにお
けるＲＣＰＴＣの性能を示す線図である。
【図１０】ビット誤り率ＢＥＲと第２の復号器の出力側
における分散σ2 LLRとの間の関係を示す線図である。
【図１１】誤って乃至は正確に復号化されたパケットに
おける信号/雑音比と分散σ2 LLRとの関係を示す線図で
ある。
【符号の説明】
２ ターボ符号器 ４ ＲＳＣ符号１ ６ ＲＳＣ符号２ ８ ターボ符号インターリーバ １０ パンクチャリング/マルチプレクス装置 １２ 加算素子 １４ 遅延段 １６ 加算段 １８ 遅延段 ２２ ターボ復号器 ２４ ＲＳＣ復号器 ２６ ＲＳＣ復号器 ２８ ターボ符号インターリーバ ３０ ターボ符号デインターリーバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター ユング ドイツ連邦共和国 オッターベルク イ ム ラベンタール 28 (72)発明者 フリートベルト ベーレンス ドイツ連邦共和国 カイザースラウテル ン ケルテンヴェーク 67 (56)参考文献 Ｎａｒａｙａｎａｎ，Ｋ．Ｒ．，Ａ ｎｏｖｅｌ ＡＲＱ ｔｅｃｈｎｉｑｕ ｅ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｕｒｂｏ ｃｏｄｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，Ｉ ＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ. ２，Ｐ．49−51 Ｎａｓｓｈａｎ，Ｍ，Ｎｅｗ ｒｅｓ ｕｌｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃ ａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａ ｄ ｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｔｕｒｂｏ −ｃｏｄｅｓ ｉｎ ａ ＪＤ−ＣＤＭ Ａ ｍｏｂｉｌｅ ｒａｄｉｏ ｓｙｓ ｔｅ，５ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎ ａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎＰｅｒｓｏｎａｌ，Ｉｎｄｏｏｒ ａｎｄ ＭｏｂｉｌｅＲａｄｉｏ Ｃｏ ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，1994．Ｗｉ ｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔ，ｖｏｌ．２, Ｐ．524−528 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04L 1/00 H03M 13/00

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パケット中継サービスにおけるデジタル
    伝送システムのデータ伝送のための方法であって、 チャネル符号化のために送信側ではターボ符号器におい
    てターボ符号化を実施し、受信側ではターボ復号器にお
    いてターボ復号化を軟判定出力信号によって実施する、
    パケット中継サービスにおけるデジタル伝送システムの
    データ伝送のための方法において、 ＡＲＱのトリガのために、 チャネル品質はそれ自体周知のパラメータ推定方法によ
    って推定され、 前記ターボ復号器における前記軟判定出力信号の分散が
    算定され、 前記チャネル品質及び前記分散から伝送されたパケット
    の正確さ乃至は誤りが推論され、 誤りのあるパケットの少なくとも一部分の新たな送信が
    トリガされることを特徴とする、パケット中継サービス
    におけるデジタル伝送システムのデータ伝送のための方
    法。
  2. 【請求項２】 受信側で軟入力/軟出力シンボル推定器
    又は軟入力/軟出力シーケンス推定器が使用される、請
    求項１記載の方法において、 ターボ復号器の軟判定出力信号の分散σ2からサービス
    品質が決定されることを特徴とする、受信側で軟入力/
    軟出力シンボル推定器又は軟入力/軟出力シーケンス推
    定器が使用されることを特徴とする、請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 分散σ2からビット誤り率がサービス品
    質に対する尺度として計算されることを特徴とする請求
    項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 受信側でＭＡＰシンボル推定器又はＭＡ
    Ｐシーケンス推定器が使用される、請求項２記載の方法
    において、 サービス品質がターボ復号器の軟判定出力信号の分散σ
    2 LLRから決定されることを特徴とする、受信側でＭＡＰ
    シンボル推定器又はＭＡＰシーケンス推定器が使用され
    る、請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 受信側でシーケンス推定のためにビタビ
    アルゴリズムが使用される、請求項２記載の方法におい
    て、 サービス品質がターボ復号器の軟判定出力信号の分散σ
    2 VITから決定されることを特徴とする、受信側でシーケ
    ンス推定のためにビタビアルゴリズムが使用される、請
    求項２記載の方法。
  6. 【請求項６】 パンクチャリングのために、いわゆるBe
    rrouのパンクチャリングが使用され、このBerrouのパン
    クチャリングにおいては非組織情報だけがパンクチャさ
    れることを特徴とする、請求項１〜５までのうちの１項
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 パンクチャリングのためにいわゆるＵＫ
    Ｌパンクチャリングが使用され、このＵＫＬパンクチャ
    リングにおいては組織情報も非組織情報もパンクチャさ
    れることを特徴とする、請求項１〜５までのうちの１項
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 ターボ符号としてＲＣＰＴＣ（Rate Com
    patible Punctured Turbo Code）が使用されることを特
    徴とする、請求項１〜７までのうちの１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 誤りのあるパケットの情報の再伝送にお
    いて、ＲＣＰＴＣのパンクチャリングによって以前の送
    信において抑圧された情報の少なくとも一部分が送信さ
    れ、 この付加的な情報は受信側で既存の情報に挿入され、こ
    の完全な情報が改めて復号化されることを特徴とする、
    請求項１〜８までのうちの１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 再送信の際に、パンクチャされないと
    いう理由で、すぐ次に低い符号化率において付加的に使
    用することができるビットのみが送信されることを特徴
    とする、請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９又は１０記載の方法は、誤り
    のないパケット復号化が行われるまで又はパケットの符
    号化された全情報が伝送されるまで繰り返されることを
    特徴とする、請求項９又は１０記載の方法。
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