JP4616997B2

JP4616997B2 - インタリーブとそれに続くパンクチャリングまたはリピーティングによるレート整合とを行うデータ伝送方法

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Publication number: JP4616997B2
Application number: JP2000607340A
Authority: JP
Inventors: ラーフベルンハルト; ゾンマーフォルカー
Original assignee: Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-03-20
Also published as: WO2000057562A1; EP1169778A1; US7187699B1; HUP0200422A2; EP1169778B1; KR20020019891A; CN1344440A; DE50010355D1; JP2002540671A; CN1175582C; KR100720772B1

Description

【０００１】
本発明は、インタリーブとそれに続くパンクチャリングまたはリピーティング（反復）によるレート整合とを行うデータ伝送方法およびデータ伝送装置に関する。
【０００２】
ディジタル通信システムは、通信媒体を介したデータ伝送を容易にするフォームでデータを表現することによりデータを伝送するために設計されている。たとえば無線伝送媒体の事例では、データは無線信号というかたちで通信システムの送信機と受信機の間で伝送される。広帯域通信ネットワークの事例では、データは光というかたちでたとえば光ファイバネットワークを介してシステムの送信機と受信機の間で伝送することができる。
【０００３】
データ伝送中、伝送されたデータのビットまたはシンボルに誤りの生じる可能性があり、それに伴いそれらのビットまたはシンボルを受信機において正しく求めることができなくなってしまう。この理由からデータ通信システムには、伝送中に発生するデータエラーを抑える手段がしばしば設けられている。それらの手段の１つとしてシステムの送信機に符号化器が装備されており、これによってデータが伝送前に誤り制御コードに従い符号化される。誤り制御コードの構成によれば、制御されたかたちでデータに冗長性が付加される。そして受信機において、伝送中に発生したエラーを制御コードの復号により補正でき、このことで元のデータが再現される。この復号は、受信機にとって既知の誤り制御コードに対応する誤り復号アルゴリズムを用いることで行われる。
【０００４】
データが符号化された後、データレート整合（rate matching）のためにしばしば必要とされるのは、符号化されたデータのブロックからのデータビットまたはシンボルのパンクチャリングまたはリピーティング（反復）後にそれらのデータを伝送することである。ここでパンクチャリングという用語は、符号化されたデータブロックからビットを除去または消去するプロセスを意味するものとし、その結果として、パンクチャリングされたビットはそのデータブロックとともには伝送されないことになる。実例を挙げるとパンクチャリングが必要とされる理由は、データを導く媒体を介してデータを伝送するために用いられる多重アクセス方式のために、符号化されたデータフレームのサイズとは一致していない所定のサイズのブロックへデータをフォーマットしなければならないからである。
【０００５】
したがって符号化されたデータフレームが伝送ブロックのサイズよりも大きい場合には、符号化されたデータフレームを所定のサイズをもつ伝送データブロックに収容する目的で、符号化されたデータフレームからデータビットがパンクチャリングされるし、符号化されたデータフレームが伝送ブロックの所定のサイズよりも小さい場合には、符号化されたデータフレームのビットが反復（リピーティング）される。以下ではこのことを、実例として移動無線通信システムに基づき詳しく説明する。
【０００６】
移動無線通信システムには多重アクセスシステムが装備されており、これはたとえば時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）に従って動作し、たとえばグローバル移動無線システム（ＧＳＭ）などのようにヨーロッパ通信標準機関によって標準化された移動無線通信規格に準拠して動作する。択一的にこの移動無線通信システムに、たとえば第３世代の汎用移動通信システムのために提案されているＵＭＴＳシステムなどのように、符号多重化（ＣＤＭＡ）による多重アクセスに従い動作する多重アクセスシステムを装備させることができる。とはいえ本発明の実例としての実施形態を例示するために任意のデータ通信システムを使えることは自明であり、たとえばローカルデータネットワークや非同期転送モードに従って動作する広帯域通信ネットワークなども使える。実例としてのこのデータ通信システムを特徴づけているのは、データがフレーム、パケットまたはブロックとして伝送されることである。移動無線通信システムの場合、データはデータを導く無線信号のフレーム内で伝送され、これはまえもって定められたデータサイズを成している。図７にはこの種の移動無線通信システムに関する１つの実例が示されている。
【０００７】
図７には３つの基地局ＢＳが描かれており、これらは破線２で規定されているセル１によって形成される１つの無線サービスエリア内で移動局ＭＳと無線信号を交換する。これらの基地局ＢＳはネットワーク中継システムＮＥＴによっていっしょに結合されている。移動局ＭＳと基地局ＢＳとのデータ交換にあたり、参照符号４の付されている無線信号をそれぞれ移動局ＭＳおよび基地局ＢＳと結合されている各アンテナ６間で伝送する。これらのデータはデータを無線信号４に変換するデータ通信装置を用いて移動局ＭＳと基地局ＢＳとの間で伝送され、それらの無線信号４は受信アンテナ６へと伝達され、それによって無線信号が検出される。そしてそれらのデータは受信機により無線信号から再生される。この場合、本発明をアップリンク方向（ＭＳ→ＢＳ）にもダウンリンク方向（ＢＳ→ＭＳ）にも適用することができる。
【０００８】
図８にはデータ通信装置の実例が示されており、これは移動局ＭＳと基地局ＢＳとの間の無線通信リンクを成していて、ここでは図７にも描かれている部分には同じ参照符号が付されている。図８においてデータソース１０により、このデータソースの生成するデータタイプにより決まるレートのデータフレーム８が形成される。データソース１０により形成されるデータフレーム８はレート変換器１２へ供給され、これによってデータフレーム８から伝送データブロックへの変換が行われる。その際、伝送データブロック１４は、まえもって定められたサイズとデータを導く無線信号のフレームが耐え得るデータ量とに実質的に等しい大きさとなるよう構成され、それらの無線信号により一対の送信機１８と受信機２２から成る無線インタフェースを介してデータが伝達される。
【０００９】
伝送データブロック１４は無線アクセスプロセッサ１６へ供給され、これは無線アクセスインタフェースを介した伝送データブロック１４の伝送のシーケンス制御を行う。対応する時点で伝送データブロック１４は無線アクセスプロセッサ１６により送信機１８へ供給され、この送信機は伝送データブロックをデータを導く無線信号のフレームに変換し、それらの無線信号は無線信号伝達の目的でその送信機に割り当てられた期間内で伝送される。受信機２２において受信機のアンテナ６″により無線信号が検出されてデータフレームのダウンコンバージョンならびに復元が実行され、これは無線アクセスシーケンス制御逆操作装置２４へ供給される。無線アクセスシーケンス制御逆操作装置２４は受信した伝送データブロックを、ライン２８を介して行われる多重アクセスシーケンス制御逆操作装置２４の制御のもとでレート変換逆操作装置２６へ供給する。その後、レート変換逆操作装置２６は復元されたデータフレーム８の構造を、ブロック３０により表すデータフレーム８のターゲットつまりシンクへ供給する。
【００１０】
レート変換器１２およびレート変換逆操作装置２６は、それらが伝送データブロック１４において使えるデータ供給容量をできるかぎり最適に利用できるように設計されている。これは実例としての本発明の実施形態によればレート整合変換器１２により行われ、これによってデータフレームの符号化およびそれに続くデータビットまたはデータシンボルのパンクチャリングまたはリピーティングが行われ、それらのデータビットまたはデータシンボルは符号化されたデータフレームから選択され、その結果、データブロック１４に整合された伝送データブロックが形成される。レート変換器１２は符号化装置およびパンクチャリング装置を有している。符号化装置へ供給されるデータフレーム８は、パンクチャリング装置へ供給される符号化データフレームを生成する目的で符号化される。その後、符号化データフレームはパンクチャリング装置によりパンクチャリングされて、伝送データブロック１４が形成される。変形実施形態に従い、アップリンク方向でもダウンリンク方向でもフレームのパンクチャリングを使用することができる。
【００１１】
GB 2296165 A から、パンクチャリングおよびインタリーブの行われる多重化通信システムが公知である。
【００１２】
符号化されたデータフレームのパンクチャリングの作用として当業者に知られているのは、元のデータを正しく復元する確率が低くなることである。しかも周知の誤り制御コードやその誤り制御コードのためのデコーダの性能は、データ伝送中に発生したエラーがガウスノイズに起因するときに最良のものとなる。それというのもその作用によってエラーが伝送データブロックにわたり無関係に分散するからである。
【００１３】
符号化されたデータフレームをパンクチャリングしようとする場合、符号化されたデータフレーム内でビットのパンクチャリングされる位置を、互いにできるかぎり分離すべきである。それゆえにパンクチャリング位置をデータフレームにわたり均等に分配すべきである。伝送中のエラーはインタリーブを使用していない無線の場合には殊に断続的ないしは突発的に現れることが多いので、また、リピーティングによってデータフレームの所定の領域内だけの品質をことのほか高めるべきではなく、できるかぎり均等にすべきであるので、符号化されたまたは符号化されていないデータフレーム内においてデータビットを繰り返そうとする位置も同様に、それらがデータフレーム全体において互いに均等に分離されるように配置したい。
【００１４】
符号化されたデータフレーム内でパンクチャリングを行おうとするビットまたはシンボルの位置を選択する公知の方法として挙げられるのは、１つのフレーム内のビットまたはシンボルの個数をパンクチャリングすべきビットまたはシンボルの個数で除算し、除算に従い整数値をもつ位置を選択することである。しかしパンクチャリングすべきビットの個数がデータフレームにおけるビット数の整数による割り算とはならない場合には、パンクチャリング位置が均等な間隔にはならず、このことにより生じる欠点として、パンクチャリングされた所定の位置間の間隔が対応するその整数よりも小さくなり、それどころかかなりの状況においてパンクチャリングされた位置が互いに隣り合ってしまう。
【００１５】
以下では複雑な本発明を説明するため、本発明の局限された技術分野ならびにその際に生じる問題点について図１から図６ならびに図９を参照しながら手短に説明する。これらは少なくとも部分的には、本発明以前の第３世代の移動無線（UMTS, Universal Mobile Telecommunications System）の標準化の現況から明らかになっているものであり、これはたとえば以下の文献に記載されている： S1.12 v0.0.1, 3GPP FDD, Multiplexing, channel coding and interleaving description.
伝送多重化方式のフレーム内でのインタリーブは２つのステップで実行されることが多い。ＵＭＴＳシステムのために設けられているような第１のインタリーバ（1st interleaver）後にパンクチャリングを実行すると、パンクチャリング／リピーティングの実行に対する異なる解決策により異なる結果が生じる。付加的にＵＭＴＳシステムの場合にはさらに第２のインタリーバが用いられ、これは物理的チャネルのセグメンテーション後であり物理的チャネルのマッピング前におかれる（図１参照）。たしかにこのインタリーバにより、送信されたビットのできるかぎり均等な分配が改善されるけれども、パンクチャリングされたビット／リピーティングされたビットの分配には作用が及ぼされず、したがって本発明の枠内ではこれ以上言及しない。
【００１６】
図１には、アップリンク多重化方式におけるインタリーバとしてＦＳ−ＭＩＬ（FS-Multistage Interleaver）を、ＵＭＴＳのために提案されているレート整合アルゴリズムと組み合わせて使用する様子が描かれている。
【００１７】
実例として、レイヤ２（Layer 2）が１６０ｂｉｔをもつ伝送ブロックを８０ｍｓの伝送インターバルをもつ伝送チャネルを介して供給する事例について考察する。このビットシーケンスは、データフレームとしても表せるしデータフレームの列としても表せる。つまりこの場合、データが第１のインタリーバ（1st interleaving）後に８つの無線フレーム（Radio frame, 以下ではしばしば「フレーム」または「列」とも称する）にわたってインタリーブされている（図２参照）。この場合、インタリーブは行ごとのビット読み込みと列ごとのビット読み出し、そしてそれに続く列のランダム化（列の交換）によって行われる。
【００１８】
良好なパンクチャリングアルゴリズムの第１の目的は、パンクチャリングビットをビット位置に関してそれらの元の順序でできるかぎり均等に分配することである。このことは、たとえば上述の仕様Ｓ１．１２などに記載されているようなＵＭＴＳのためのパンクチャリングアルゴリズムの規定にあたり適用された重要な原理でもあった。そしてこのことはｎ番目のビットごとにパンクチャリングを行うことにより、ないしは整数ではないパンクチャリングレートであれば部分的に（ｎ＋第１の）各ビットをパンクチャリングすることにより達成される。
【００１９】
第２の目的は、それぞれ異なる列（以下ではフレームをしばしば列と称する）を等しく頻繁にパンクチャリングすることであり、つまりはパンクチャリングされたビットもすべての無線フレーム（フレーム）にわたり等しく分配されるようにし、かつ種々の列における等しいパンクチャリングも達成されるようにすることである。ここで列（フレーム）のパンクチャリングもしくはリピーティング（反復）という用語は、その列（フレーム）におけるエレメントのパンクチャリングもしくはリピーティング（反復）のことも意味する。
【００２０】
さてここで、この伝送チャネルのサービス品質に対する要求と他のチャネルとのバランスをとる目的で、各フレーム（無線フレーム）ごとに４つのビットをパンクチャリングするものとする。これまでＵＭＴＳシステムのために設けられていたレート整合アルゴリズムの結果によれば、それぞれフレーム（無線フレーム）ごとに（インデックスは０で始まり第１のインタリーブ後のビットの順序に従って数えると）ビット４，９，１４，１９をパンクチャリングすべきである。したがって８つの隣り合うビットがパンクチャリングされ、これは（上述の説明のように）望ましくないことである。上述の第１の目的は満足のいくようには達成されない。
【００２１】
この問題点を避けるためのやり方は、各フレームごとにパンクチャリングパターンをシフトすることである。ここでＮ_ｉはレート整合前の１つのフレーム内のビット数であり、Ｎ_ｃはレート整合後のビット数、ｍ_ｊはインタリーブされた１つのフレーム内でパンクチャリングすべきビットの位置、ｋはフレーム番号、Ｋはインタリーブされたフレームの個数である。
【００２２】
ここではＮ_ｉ＞Ｎ_ｃつまりパンクチャリングの事例について考察する。上述の実例ではＮ_ｉ＝２０、Ｎ_ｃ＝１６、ｍ_１＝４、ｍ_２＝９、ｍ_３＝１４、ｍ_４＝１９、ｋ＝１．．．7、Ｋ＝８である。この場合、上述の問題点を避けるためにパンクチャリングすべきビットの位置をシフトすることは、次式によって記述することができる：
【００２３】
【数９】

【００２４】
この式によって得られるパンクチャリングすべきットの位置は、上述の実施例について図３に描かれている。
【００２５】
図３に示されているように、隣り合うビットのパンクチャリングはたしかにある程度は避けられるけれども、循環作用またはエッジ効果が発生し、つまりビット４３，４４がパンクチャリングされ、これは上述のように望ましくない。このため上述の第１の目的はやはり満足のいくようには実現されない。
【００２６】
パンクチャリングの比率が小さければ、隣り合うビットのパンクチャリングの確率が小さくなる。図４には、１０％のパンクチャリング比による実例が示されている。しかし図４に示されているように、隣り合うビット（ビット９１とビット９２）が依然としてパンクチャリングされ、その結果、パフォーマンスが劣化する可能性がある。この場合も、上述の第１の目的が満足のいくようには達成されない。
【００２７】
既述のレート整合アルゴリズムに対する代案として提案されているのは、パンクチャリングが既述のレート整合アルゴリズムをもはや必要としないよう、第１のインタリーバ（1st interleaving）を最適化することである。最適化された第１のインタリーバによれば、隣り合うビットが分離されるようビットが並べ替えられることになる。したがってインタリーブ後に相前後するビットを除去することでパンクチャリングを容易に実行することができる。しかしながら以下の２つの可能性があり、それらについて図５に描かれたシナリオを参照しながら詳しく説明する。
【００２８】
この場合、TrCH Ａにおける４つの伝送ブロックがいっしょにインタリーブされ、その後、レート整合が実行される。パンクチャリングが行われる場合、各フレーム内で相前後するビットが除去される。したがってパンクチャリングされたビットが１つのフレーム内でインタリーブ前つまり符号化後のそれらの位置に関して隣り合ってしまう、ということはほとんどあり得ない。しかしながら、それぞれ異なるフレーム内でパンクチャリングされたビットが符号化後に隣り合わない、という保証はない。それゆえこのアプローチを提供した場合にはパフォーマンス損失に至る可能性がある。
【００２９】
図４を参照しながら説明した問題点を解決するため、次に図６を参照しながら説明する以下の方法を用いることができる。すなわちこの方法によれば、１つのフレームに適用されたパンクチャリングパターンがシフトされて他のフレームにも適用され、その際、シフトされたパターンはインタリーブ前のフレームに適用される。図６には、図３を参照しながらすでに説明したビット列の実例に関するパンクチャリングパターンが描かれている。この図に示されているように、隣り合うビットのパンクチャリングは少なくともこの実例では生じていない。このため、パンクチャリングに起因するパフォーマンスの損失はこの事例では回避されることになる。
【００３０】
実際には、上述のレート整合を列方向ランダム化（列交換）の前に実行する必要はない。これと同等のレート整合は、列方向ランダム化ルールを考慮することで列方向ランダム化後に実行することができ、これはパンクチャリングの列固有の初期オフセット値ｅ_{ｏｆｆｓｅｔ} の置き換えだけで容易に達成でき、これによりパンクチャリングパターンの適用のシフトが簡単な式で表される。オフセット値の計算にあたり列方向ランダム化後の列番号ではなく列方向ランダム化前の列番号が用いられ、これは逆の列交換ルールを用いることで計算できる。さらにｅ_{ｏｆｆｓｅｔ} はパンクチャリングではなくリピーティングにも用いられる。このためリピーティングビットも同じかたちで配置させることができる。
【００３１】
以下ではまとめてもう１度、これまで提案してきた解決手段つまり提案されたパンクチャリングパターン／リピーティングパターンはまだ依然としてすべての事例において最適化されているわけではない、というこを示す。
【００３２】
図２を参照しながら、冒頭で実例として以下の事例を考慮しながら説明した。すなわちその事例とは、各フレーム内で４つのビットをパンクチャリングするという前提のもとで、レイヤ２（Layer 2）が１６０ｂｉｔの伝送ブロックを８０ｍｓの伝送インターバルの伝送チャネルを介して供給する事例である。その結果、隣り合う８つのビットがパンクチャリングされることになり、このことは明らかに望ましくない。上述の第１の目的は満足のいくようには達成されない。
【００３３】
図３もしくは図４による提案は、各フレーム内のパンクチャリングパターンをシフトすることにある。図示されているようにこのことによっても、隣り合うビットのパンクチャリングが生じる（ビット４３と４４もしくはビット９１と９２）。上述の第１の目的は満足のいくようには達成されない。
【００３４】
図６に示されている提案によれば、インタリーブ後にシフトされたパンクチャリングパターンが適用され、その場合、列固有のシフトは列交換前の考察に基づき求められた。これによればこの実例では、パンクチャリングされたビットは隣り合わない。
【００３５】
とはいえ図６による方法の場合には、パンクチャリングレート次第では隣り合ったビットがパンクチャリングされてしまう事例が依然として発生する。図９にはたとえばＮ_ｉ＝１６，Ｎ_ｃ＝１４，ｍ_１＝４，ｍ_２＝１４，ｋ＝１．．．７，ｋ＝８という事例が示されている。わかりやすくするため図９および図１０にはインタリーブ前のフィールドだけしか示されておらず、そこにおいてすでにインタリーブ後にパンクチャリングされたビット位置は太字でマーキングされて描かれている。ここに示されているように、隣り合うビット３１−３２および９５−９６がパンクチャリングされ、このことは明らかに望ましくない。やはり上述の第１の目的は満足のいくようには達成されない。
【００３６】
これに対し単に、元の順序についてｎ番目のビットをインタリーブ後にパンクチャリングするならば、第２の目的を十分に達成することはできない。ここではたとえば（図９のように）８０ｍｓのインタリーブが行われ、１：６のパンクチャリングレートであるとする。６ビットごとのパンクチャリングにより列０，２，４，６だけがパンクチャリングされることになり、列１，３，５，７はパンクチャリングされず、このことは当然ながら望ましくなく、第２の目的とは相容れない。これに対し第１の目的については満足のいくように達成されることになる。
【００３７】
これらのことを前提として本発明の基礎とする課題は、従来技術の欠点を抑えることにある。
【００３８】
この課題は、独立請求項の特徴部分に記載の構成により解決される。従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【００３９】
図１は、レート整合前にインタリーブの行われる簡略化されたフローチャートである（従来技術）。
【００４０】
図２は、インタリーブならびにフレームごとに４つのビットをパンクチャリングするためのパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【００４１】
図３は、インタリーブならびにフレームごとに４つのビットをパンクチャリングするためのシフトされたパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【００４２】
図４は、インタリーブならびに１０％のパンクチャリング比によるパンクチャリングのためのシフトされたパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【００４３】
図５は、伝送チャネルの簡略図である（従来技術）。
【００４４】
図６は、インタリーブならびにフレームごとに４つのビットをパンクチャリングするためのパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【００４５】
図７は、移動無線システムのブロック図である（従来技術）。
【００４６】
図８は、データ通信装置のブロック図であり、これにより図７に示した通信ネットワークにおける移動局と基地局との間のリンクが形成される（従来技術）。
【００４７】
図９は、フレームごとに２つのビットをパンクチャリングするためのシフトされたパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【００４８】
図１０は、上述の２つの目的について最適化されたパンクチャリングの原理を簡単に示した図である。
【００４９】
図１１は、参照テーブルである。
【００５０】
図１２は、２０％のパンクチャリング比によるパンクチャリングのためのパンクチャリングパターンを示す図である。
【００５１】
図１３は、１：８のパンクチャリング比によるパンクチャリングのためのパンクチャリングパターンを示す図である。
【００５２】
図１４は、フレームごとにパンクチャリングすべきビットの個数の異なるパンクチャリングのためのパンクチャリングパターンを示す図である。
【００５３】
上述のようにインタリーブ後、インタリーブ前の元の順序に関してそれぞれｎ番目のビットを単にパンクチャリングするのでは、たしかに第２の目的を依然として十分には達成できない。しかしながら第１の目的であれば十分に達成されることになる。
【００５４】
さて、上述の両方の目的を申し分なく達成するために本発明の１つの変形実施形態によれば、インタリーブ前の元の順序に関して均等なパンクチャリングとは異なり、少なくとも１回必要であれば複数回、パンクチャリングレートを変更する。これは個々の列が優先的にパンクチャリングされるが、これに対し他の列はまったくパンクチャリングされないような事態を回避するために行われる。図１０にはこのことが示されている。その際、細い輪郭線をもつ水平方向の矢印（Ｐ６）はパンクチャリング距離６を表し、太い輪郭線をもつ水平方向矢印（Ｐ５）はパンクチャリング距離５を表し、このようにすることで第１の列が２回パンクチャリングされるような事態が回避される。各列が１度パンクチャリングされた後、垂直方向の矢印で示されているようにこのパターンを６行下に向かってずらすことができ、これによって次にパンクチャリングされるべきビットが定められる。そしてこのことは各列において６ビットごとにパンクチャリングを行うことに相応するのは明らかであり、つまり標準レート整合アルゴリズムの適用に対応し、種々の列においてパンクチャリングパターンを互いにずらすことに対応する。
【００５５】
以下ではこの方法について式に基づき説明する：
ここでＮ_ｉはレート整合前の１つフレーム内のビットの個数であり、Ｎ_ｃはレート整合後のビットの個数、ｍ_ｊはパンクチャリング／リピーティングされるビットのインデックス、ｋはインタリーブ後の列番号もしくはフレーム番号、そしてＫはインタリーブされるフレームの個数である。ここでは主としてＮ_ｉ＞Ｎ_ｃすなわちパンクチャリングの事例について考察するが、これらの式はリピーティングにも適用可能である。
【００５６】
上述の事例ではＮ_ｉ＝２０，Ｎ_ｃ＝１６，ｍ_１＝４，ｍ_２＝9，ｍ_３＝１４，ｍ_４＝１９，ｋ＝１〜７（ただしｋはインタリーブ後の列番号もしくはフレーム番号を表す）、そしてＫ＝８である。また、文の前におかれた”−−”はそれがコメントであることを表す。この場合、フレームｋにおけるパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンの適用のシフトＶ（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋Ｔ（ｋ）*Ｑを、次式に従って求めることができる：
【００５７】
【数１０】

【００５８】
if q = 整数 −−特殊な事例の処理：
then q = q - lcd(q, K) / K
−−ただしｌｃｄ（ｑ，Ｋ）はｑとＫの最大公約数を表す
−−なお、Ｋは２のべき乗であるためｌｃｄをビット操作により簡単に計算できることに留意されたい
−−同じ理由から、ｑを用いた計算を２進の固定小数点演算（あるいは整数演算およびいくつかの僅かなシフト演算）によって簡単に実行できる
end if
−−ＳとＴの計算；Ｓは行ｍｏｄＫのシフトを表しＴはシフト絶対値ｄｉｖＫを表す；したがってＳはｑについての（つまりｍｏｄＫの）シフトを表しＴはＱについてのシフト（つまりｄｉｖＫ）を表す；
【００５９】
【数１１】

【００６０】
実際のインプリメントにあたりこれらの式を図１１に示すように参照テーブルとして実装することができる。しかもこのテーブルには、Ｒ_ｋ（ｋ）により達成される列ランダム化の再マッピングにおける既述の効果も含まれている。明らかなようにＳを別のインプリメントオプションとしてやはりＴから計算することができる。
【００６１】
その後、ｅ_{ｏｆｆｓｅｔ} を以下のようにして計算できる：
e_{ｏｆｆｓｅｔ} (k) = ((2 * S) + 2*T Q+1) * y+1) mod 2Nc
その後、ｅ_{ｏｆｆｓｅｔ} （ｋ）によりｅがＵＭＴＳのためのレート整合方式においてまえもって呼び出される。明らかなようにｅ_{ｏｆｆｓｅｔ} のこの選択により、各列におけるパンクチャリングパターン相互間が値Ｓ＋Ｔ*Ｑだけシフトされることになる。
【００６２】
以下で簡単に示すのは、ｑとＱの計算をＫおよびＫの倍数による除算にあたり他と別個に実行するのではなく両方の成分について組み合わせられた結果として容易に得られることである。同様にＳとＴもｑとＱについて別個に計算するのではなく、やはり組み合わせることができる。ｑに対するｑ＋Ｋ*Ｑの代入およびＳに対するＳ＋Ｑ*Ｔの代入により、上述の方法を以下のように等価的に表すことができる。なお、この事例ではシフトＶ（ｋ）について、Ｖ（ｋ）＝Ｓ（ｋ）があてはまる。インプリメントの細部に従い、１つまたは複数の計算手法（あるいはやはりそれに等価的なさらに別の手法）をいっそう好適に実行することができる。
【００６３】
−−平均パンクチャリング距離の計算
【００６４】
【数１２】

【００６５】
if q = 整数 −−特殊な事例の処理；
then q = q - lcd(q, K) K −−ただしｌｃｄ（ｑ，Ｋ）はｑとＫの最大公約数を表す
−−なお、Ｋは２のべき乗であるためｌｃｄをビット操作により簡単に計算できることに留意されたい
−−同じ理由から、ｑを用いた計算を２進の固定小数点演算（または整数演算およびいくつかの僅かなシフト演算）によって実行できる
end if
−−列ｋのシフトにおけるＳ（Ｋ）の計算；
【００６６】
【数１３】

【００６７】
その後、以下のようにしてｅ_{ｏｆｆｓｅｔ} を計算できる；
e_{ｏｆｆｓｅｔ} (k) = ((2 * S) * y + 1) mod 2Nc
その後、ｅ_{ｏｆｆｓｅｔ}（ｋ）によりｅが事前にレート整合方式において初期化される。
【００６８】
パンクチャリングレートが奇数をもつ比つまり１：５または１：９であれば、この方法によりやはり上述の両方の目的について最適化されたパンクチャリングパターンが生成され、これはレート整合方法を適用したパンクチャリングによりインタリーブの直前に適用されることになる。他の事例の場合、決して隣り合ったビットはパンクチャリングされないが、パンクチャリングされたビット間の距離はｌｃｄ（ｑ，Ｋ）＋１に及ぶ程度だけ他よりも大きくすることができる。したがってこの方法をビットのリピーティング（ビットの反復）にも適用することができる。隣り合うピットのリピーティングによっても誤り訂正符号のパフォーマンスは、隣り合うビットのパンクチャリングのときほどは強く損なわれないけれども、リピーティングされるビットをできるかぎり均等に分配させるのは有利である。
【００６９】
この方法の基本的な目標設定は、パンクチャリングされるビット間の間隔を元の順序において均等にすることであるが、その際にそれぞれ異なるフレーム内で等しい個数のビットがパンクチャリングされるようにするという制約が考慮される。そしてこのことは、特定の事例においてパンクチャリング距離を１だけ小さくすることによって達成される。これまで示してきた方法は、距離を１よりも多くは低減せず、また、距離を必要な頻度でしか低減しないかぎり最適なものである。これによれば上述の制約のもとで、できるかぎり最良のパンクチャリングパターンが得られるようになる。
【００７０】
以下の実例では、図１２を参照しながら１：５によるパンクチャリング比によるパンクチャリングについて示す。ここで明らかなように最適化されたアルゴリズムによって隣り合うビットのパンクチャリングが回避されるだけでなく、パンクチャリングされたビットが元の順序に関して等しい間隔で分配される。実際に同じ特性は、あたかもパンクチャリングがインタリーブ前の符号化直後に実行されたかのように達成される。１：５のパンクチャリングというこの特殊な事例では、一般的にいえばパンクチャリングレートを１：ｑという比で記述できるときには常に、第１のインタリーバ後にパンクチャリングを適用するにもかかわらず最適なパンクチャリングパターンが達成される。このようなパンクチャリングパターンによってｑ番目のビットごとにパンクチャリングが行われ、これは符号化直後でありインタリーブ前に実行された最適化されたパンクチャリングパターンのように行われる。
【００７１】
次に、図１３を参照しながら１：８のパンクチャリング比によるパンクチャリングについて考察することにする。この場合も、隣り合うビットのパンクチャリングが回避される。この事例では、パンクチャリングを等しく隣り合うように実現することはできない。その理由は、そのようにするときには個々のフレームにおけるすべてのビットがパンクチャリングされてしまうからであり、そのことは第２の目的に関してみればまったく受け入れられない。この事例の場合、隣り合うビットの距離は大部分が７である（最適な分配よりも１だけ小さい）。このため、かなりの距離が大きい（８つごと）。
【００７２】
入力ビットの個数ＮｉをＫで割ることができない場合には、レート整合を伝送タイムインターバル中に変えることができる。このとき最後のフレームは最初のフレームよりも１ｂｉｔ少ないビットを導き、それゆえいくらか小さいパンクチャリングレートをもつ。この事例に対し本発明の１つの実施形態によれば、最後の行におけるパンクチャリングパターンは変更されない。そしてその代わりに最初の列と同じパンクチャリングアルゴリズムが使われるが、最後のパンクチャリングは行わずに実施される。実例として図１４に基づき考察すると、１２５個の入力ビットを１０４個の出力ビットが残るようパンクチャリングするようにし、それらが８フレームにわたりインタリーブされる。最後の２つの列は最初の列よりも１つの入力だけ少ない。これら最後の２つの列では最後のパンクチャリングを省くことによって、すべての列が１３ｂｉｔをもつようになる。
【００７３】
ここで提案した方法によれば、第１のインタリーブ後にレート整合が適用される場合、上述の目的に関して最適化されたパンクチャリングパターンが得られる。この方法は簡単であり、僅かな計算能力しか必要とせず、また、フレームごとに１回実行すればよくビットごとに１回実行する必要はない。なお、これまで述べてきた方法は無線伝送システムに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】レート整合前にインタリーブの行われる簡略化されたフローチャートである（従来技術）。
【図２】インタリーブならびにフレームごとに４つのビットをパンクチャリングするためのパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【図３】インタリーブならびにフレームごとに４つのビットをパンクチャリングするためのシフトされたパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【図４】インタリーブならびに１０％のパンクチャリング比によるパンクチャリングのためのシフトされたパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【図５】伝送チャネルの簡略図である（従来技術）。
【図６】インタリーブならびにフレームごとに４つのビットをパンクチャリングするためのパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【図７】移動無線システムのブロック図である（従来技術）。
【図８】データ通信装置のブロック図であり、これにより図７に示した通信ネットワークにおける移動局と基地局との間のリンクが形成される（従来技術）。
【図９】フレームごとに２つのビットをパンクチャリングするためのシフトされたパンクチャリングパターンを示す図である（従来技術）。
【図１０】上述の２つの目的について最適化されたパンクチャリングの原理を簡単に示した図である。
【図１１】参照テーブルである。
【図１２】２０％のパンクチャリング比によるパンクチャリングのためのパンクチャリングパターンを示す図である。
【図１３】１：８のパンクチャリング比によるパンクチャリングのためのパンクチャリングパターンを示す図である。
【図１４】フレームごとにパンクチャリングすべきビットの個数の異なるパンクチャリングのためのパンクチャリングパターンを示す図である。
【図１５】パンクチャリングパターンを示す図である。

Claims

データレート整合方法において、
伝送すべきビットを第１のインタリーバによりＫ個のフレームから成る１つのセットに分配し、
インタリーブ後にデータレート整合するためにパンクチャリング法またはリピーティング法を実施し、
各フレーム内で同じ個数のビットをパンクチャリングまたはリピーティングするために、第１のインタリーバ前のビットの順序に関してパンクチャリングまたはリピーティングされる各ビット間の間隔を変化させ、
パンクチャリングまたはリピーティングすべきビットに対し以下のステップが実行され、すなわち、
ａ）平均パンクチャリング距離の整数の成分ｑを
ｑ：＝（_└ Ｎ_c／（｜Ｎ_i − Ｎ_c｜）_┘）
に従い求め、
ただし_{└ ┘}は切り捨てを、｜｜は絶対値を表し、Ｎ_i: = レート整合後のビット数、Ｎ_c: = レート整合前のビット数であり、
ｂ）最初のフレーム内でパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットを選択し、
ｃ）次のフレーム内で次にパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットを、先行のフレーム内で最後にパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットに基づき選択し、該最後にパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットから始めて、インタリーバ前の元の順序に関して間隔ｑをもつ次のビットを、１つのフレームが二重にパンクチャリングまたはリピーティングされないかぎりそのつど選択し、さもなければ間隔ｑに対し
ｑ−１≦間隔≦ｑ＋ｌｃｄ（ｑ，Ｋ）＋１
が適用され、ここで、
ｑ：＝（ _└ Ｎ _c ／（｜Ｎ _i − Ｎ _c ｜） _┘ ）mod Ｋ
とし、 _{└ ┘} は切り捨てを、｜｜は絶対値を表し、Ｎ _i : = レート整合後のビット数、Ｎ _c : = レート整合前のビット数、ｌｃｄ（ｑ，Ｋ）：＝ｑとＫの最大公約数であり、
ｄ）すべてのフレームが１回パンクチャリングまたはリピーティングされてしまうまで前記ステップｃを繰り返し、
まえもって定められたパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンに従い最初のフレームのビットをパンクチャリングまたはリピーティングし、
パンクチャリングまたはリピーティングすべき別のビットを選択するためパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンをシフトして別のフレームに適用し、
別のフレームに対するパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンの適用のシフトを、ステップｃ）で選択された別のフレームのビットをステップｂ）で選択されたビットに対しシフトすることに対応させることを特徴とする、
データレート整合方法。
データレート整合方法において、
伝送すべきビットを第１のインタリーバによりＫ個のフレームから成る１つのセットに分配し、
インタリーブ後にデータレート整合するためにパンクチャリング法またはリピーティング法を実施し、
各フレーム内で同じ個数のビットをパンクチャリングまたはリピーティングし、１つのフレーム内で適用されるパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンをシフトして複数のフレームから成る前記セットにおける別のフレーム内においても適用し、
パンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンにおける複数のビットの位置各々について、すべてのビットが該位置に従い配置されたＫ個のフレームにおけるＫ個のビット群を以下のように定め、すなわち、前記Ｋ個のビット間の間隔が、該間隔の選択によっても二重にパンクチャリングまたはリピーティングされないかぎり、インタリーバ前の元の順序に関して整数の平均パンクチャリング距離または平均リピーティング距離に従い選択されるように定め、前記間隔の選択によって二重にパンクチャリングまたはリピーティングされるならば、該間隔に対し１つだけ変化された間隔を選択することを特徴とする、
データレート整合方法。
フレームｋに対するパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンの適用のシフトＶ（ｋ）＝Ｓ（ｋ）＋Ｔ（ｋ）*Ｑを以下のステップにより行い、すなわち、
平均パンクチャリング距離ｑを計算し、ここで
ｑ：＝（_└ Ｎ_c／（｜Ｎ_i − Ｎ_c｜）_┘）mod Ｋ
とし、ただし_{└ ┘}は切り捨てを、｜｜は絶対値を表し、Ｎ_i: = レート整合後のビット数、Ｎ_c: = レート整合前のビット数であり、
Ｑを計算し、ここで
Ｑ：＝（_└ Ｎ_c／（｜Ｎ_i − Ｎ_c｜）_┘）div Ｋ
であり、
ｑが偶数であれば、ｑをｑ−ｌｃｄ（ｑ，Ｋ）／Ｋに代入し、ここでｌｃｄ（ｑ，Ｋ）：＝ｑとＫの最大公約数であり、
変数ｉにゼロを代入し、
ｉ≦Ｋ−１であるかぎり以下のステップを繰り返し、すなわち、
Ｓ（Ｒ_k（^┌ ｉ*ｑ^┐mod Ｋ））＝（^┌ｉ*ｑ^┐div Ｋ）、ただし^┌ ^┐は切り上げを表し、Ｒ_k（ｋ）によりインタリーバが逆操作される；
Ｔ（（Ｒ_k（^┌ ｉ*ｑ^┐mod Ｋ））＝ｉ、ただし^┌ ^┐は切り上げを表し、Ｒ_k（ｋ）によりインタリーバが逆操作される；
ｉをｉ＋１とする；
請求項２記載の方法。
フレームｋに対するパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンの適用のシフトＶ（ｋ）＝Ｓ（ｋ）＋Ｔ（ｋ）*Ｑを以下のステップにより行い、すなわち、
平均パンクチャリング距離ｑを計算し、ここで
ｑ：＝（_└ Ｎ_c／（｜Ｎ_i − Ｎ_c｜）_┘）
とし、ただし_{└ ┘}は切り捨てを、｜｜は絶対値を表し、Ｎ_i: = レート整合後のビット数、Ｎ_c: = レート整合前のビット数であり、
ｑが偶数であれば、ｑをｑ−ｌｃｄ（ｑ，Ｋ）／Ｋに代入し、ここでｌｃｄ（ｑ，Ｋ）：＝ｑとＫの最大公約数であり、
変数ｉにゼロを代入し、
ｉ≦Ｋ−１であるかぎり以下のステップを繰り返し、すなわち、
Ｓ（Ｒ_k（^┌ ｉ*ｑ^┐mod Ｋ））＝（^┌ｉ*ｑ^┐div Ｋ）、ただし^┌ ^┐は切り上げを表し、Ｒ_k（ｋ）によりインタリーバが逆操作される；
Ｒ_k（ｋ）、ただしＲ_k（ｋ）によりインタリーバが逆操作される；
ｉをｉ＋１とする；
請求項２記載の方法。
第１のインタリーバによりＫ個のフレームから成る１つのセットに分配される伝送すべきビットのための、データレート整合装置において、
レート変換器が設けられており、該レート変換器は、
インタリーブ後にデータレート整合するためにパンクチャリング法またはリピーティング法を実施し、各フレーム内で同じ個数のビットをパンクチャリングまたはリピーティングするために、第１のインタリーバ前のビットの順序に関してパンクチャリングまたはリピーティングされる各ビット間の間隔を変化させ、
パンクチャリングまたはリピーティングすべきビットに対し以下のステップを実行し、すなわち、
ａ）平均パンクチャリング距離の整数の成分ｑを
ｑ：＝（_└ Ｎ_c／（｜Ｎ_i − Ｎ_c｜）_┘）
に従い求め、
ただし_{└ ┘}は切り捨てを、｜｜は絶対値を表し、
Ｎ_i: = レート整合後のビット数、Ｎ_c: = レート整合前のビット数であり、
ｂ）最初のフレーム内でパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットを選択し、
ｃ）次のフレーム内で次にパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットを、先行のフレーム内で最後にパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットに基づき選択し、該最後にパンクチャリングまたはリピーティングすべきビットから始めて、インタリーバ前の元の順序に関して間隔ｑをもつ次のビットを、１つのフレームが二重にパンクチャリングまたはリピーティングされないかぎりそのつど選択し、さもなければ前記間隔に対し、
ｑ−１≦間隔≦ｑ＋ｌｃｄ（ｑ，Ｋ）＋１
が適用され、ここで、
ｑ：＝（ _└ Ｎ _c ／（｜Ｎ _i − Ｎ _c ｜） _┘ ）mod Ｋ
とし、 _{└ ┘} は切り捨てを、｜｜は絶対値を表し、
Ｎ _i : = レート整合後のビット数、Ｎ _c : = レート整合前のビット数、ｌｃｄ（ｑ，Ｋ）：＝ｑとＫの最大公約数であり、
ｄ）すべてのフレームが１回パンクチャリングまたはリピーティングされてしまうまで前記ステップｃを繰り返し、
レート変換器が設けられており、該レート変換器は、
まえもって定められたパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンに従い最初のフレームのビットをパンクチャリングまたはリピーティングし、
パンクチャリングまたはリピーティングすべき別のビットを選択するためパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンをシフトして別のフレームに適用し、
別のフレームに対するパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンの適用のシフトを、前記ｃ）で選択された別のフレームのビットを前記ｂ）で選択されたビットに対しシフトすることに対応させることを特徴とする、
データレート整合装置。
第１のインタリーバによりＫ個のフレームから成る１つのセットに分配されるビットとして伝送すべきデータのための、データレート整合装置において、
レート変換器が設けられており、該レート変換器は、
インタリーブ後にデータレート整合するためにパンクチャリング法またはリピーティング法を実施し、
各フレーム内で同じ個数のビットをパンクチャリングまたはリピーティングし、
１つのフレーム内で適用されるパンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンがシフトされて複数のフレームから成る前記セットにおける別のフレーム内においても適用され、
パンクチャリングパターンまたはリピーティングパターンにおける複数のビットの位置各々について、すべてのビットが該位置に従い配置されたＫ個のフレームにおけるＫ個のビット群が以下のようにして定められ、すなわち、
前記Ｋ個のビット間の間隔が、該間隔の選択によっても二重にパンクチャリングまたはリピーティングされないかぎり、インタリーバ前の元の順序に関して整数の平均パンクチャリング距離または平均リピーティング距離に従い選択されるように定められ、前記間隔の選択によって二重にパンクチャリングまたはリピーティングされるならば、前記間隔に対し１つだけ変化された間隔が選択されることを特徴とする、
データレート整合装置。