JP4631053B2 - 再送装置及び再送方法 - Google Patents

Description

本発明は、再送装置及び再送方法に係り、特に、再送ごとに異なる拡散率を用いるマルチキャリア（ＭＣ）−ＣＤＭＡ用の自動再送装置及び再送方法に関する。

次世代移動通信における無線アクセスの有力候補のひとつが、マルチキャリアＣＤＭＡ（ＭＣ−ＣＤＭＡ）である（非特許文献１）。ところで、次世代移動通信では、パケット伝送が中心になると考えられている。パケット伝送では何らかの誤り制御が必要である。有望な誤り制御のひとつは、自動再送（ＡＲＱ）と、ターボ符号化などの強力な誤り訂正符号化とを組み合わせたハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）である（非特許文献２）。よく知られたＨＡＲＱに、例えば、Ｃｈａｓｅ合成（ＣＣ）（非特許文献３）と、冗長ビットを少しずつ再送するＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ（ＩＲ）（非特許文献４）とがある。

ＣＣを用いるＨＡＲＱでは、受信パケットに誤りが検出されると、全く同一のパケットの再送を要求する。こうして２つの受信パケットを合成すれば時間ダイバーシチ効果が得られるから、ＣＣ後のパケットの受信品質が高くなる。これによりパケットが正しく受信される確率を高くできる。

しかし、ＣＣの課題は、例えば、再送時のチャネル状態が良好であるにもかかわらず、誤り訂正符号の冗長ビットを全て再送してしまう点にある。これを解決したのが、冗長ビットを分割し、少しずつ順次再送するＩＲである。ＩＲでは、再送回数が増えるにしたがって符号化率が低下するから、誤り訂正能力が強くなる。なお、ＭＣ−ＣＤＭＡにおけるＨＡＲＱスループットについて、非特許文献２で詳しく報告されている。
H. Atarashi and M. Sawahashi, "Variable spreading factor orthogonal frequency and code division multiplexing (VSF-OFCDM) for broadband packet wireless access," IEICE Trans. Commun., vol. E86-B, pp. 291-299, Jan. 2003. D. Garg and F. Adachi, "Application of rate compatible punctured turbo coded hybrid ARQ to MC-CDMA mobile radio," ETRI Journal, vol. 26, no. 5, pp. 405-412, Oct. 2004. D. Chase, "Code combining- A maximum likelihood decoding approach for combing and arbitrary number of noisy packets," IEEE Trans. Commun., vol. COM-33, pp. 385-393, May 1985. J. Hagenauer, "Rate-compatible punctured convolutional codes (RCPC codes) and their application," IEEE Trans. Commun., vol. 36, pp.389-400, April 1988.

図１に、計算機シミュレーションで求めた、ＭＣ−ＣＤＭＡを用いるＩＲ−ＨＡＲＱのスループット特性図を示す。
この例では、ＭＣ−ＣＤＭＡのサブキャリア数Ｎ_ｃをＮ_ｃ＝２５６とし、拡散率ＳＦ＝１とＳＦ＝２５６のときのスループット特性を、それぞれ実線と破線で示している。なお、拡散率とは、例えば、１ビット中にあるチップ数のことをいう。拡散率ＳＦ＝１のときは直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）になる。拡散率ＳＦと等しい多重数を用いる直交拡散符号多重を用いているので、２５６サブキャリアを用いて常に２５６シンボルを同時に送信できるので、拡散率ＳＦに依らず伝送レートは同じである。

また、一例として、送信情報ビット数は２０４８ビット、データ変調に１６ＱＡＭを用いている。誤り訂正符号には、符号化率が１／３のターボ符号を用いている。つまり、ターボ符号化ビット系列には、情報ビット系列のほかに、情報ビット系列の２倍のビット数の冗長ビット系列が含まれる。初回の送信時に情報ビット系列のみを送信し、２回目には冗長ビット系列の半分を送信し、さらに、３回目の送信時には残りの冗長ビット系列を送信する。

この場合、初回の送信時には冗長ビットが送信されないから誤り訂正はできない。１データシンボルをたくさんのサブキャリアに拡散して送信し、受信側で逆拡散することで得られる周波数ダイバーシチ効果に期待するしかない。ほぼ１〜２回の送信でパケットが正しく受信されるような高いＥ_ｓ／Ｎ_０（信号対雑音比）領域（例、＞２０ｄＢ）では、できるだけ１回目で正しく受信されるのが望ましい。しかし、ＳＦ＝１（つまりＯＦＤＭ）のとき、拡散を用いていないので周波数ダイバーシチ効果が得られない。したがって、高いＥ_ｓ／Ｎ_０領域（例、＞２０ｄＢ）で優れたスループットが得られるのは、最大の周波数ダイバーシチ効果が得られるＳＦ＝２５６とするＭＣ−ＣＤＭＡである。

ところが、２回以上の送信が必要となるような低いＥ_ｓ／Ｎ_０領域（例、＜１５ｄＢ）では、拡散率ＳＦ＝１とするＯＦＤＭは、周波数ダイバーシチ効果よりも大きな誤り訂正効果が期待でき、優れたスループットを与える。この理由は、もしＳＦ＝２５６とすれば周波数ダイバーシチ効果が得られるものの、全ての復調シンボルが同じ受信信頼度を持ってしまうから、大きな誤り訂正効果が期待できないからである（大きな誤り訂正効果を得るためには、各復調シンボルの受信信頼度が変動しているほうがいい）。つまり、高いＥ_ｓ／Ｎ_０領域（例、＞２０ｄＢ）のときと異なり、Ｅ_ｓ／Ｎ_０の低い領域（例、＜１５ｄＢ）ではＯＦＤＭが優れたスループットを与えることが分かる。

以上から分かるように、全ての又は広範囲のＥ_ｓ／Ｎ_０に渡って優れたスループットを与える手段は、これまで提示されていなかった。
本発明は、以上の点に鑑み、再送ごとに異なる拡散率を用いることにより、全ての又は広範囲のＥ_ｓ／Ｎ_０に渡って優れたスループットを与えることができる自動再送方式（再送ごとに異なる拡散率を用いるＭＣ−ＣＤＭＡ用の自動再送方式）を提供することを目的とする。

本発明は、主に、全ての又は広範囲のＥ_ｓ／Ｎ_０にわたって優れたスループットが得られるように、再送ごとに異なる拡散率を用いるＭＣ−ＣＤＭＡ用のＨＡＲＱを提供する。実現例としては、初回は周波数ダイバーシチ効果が得られるよう拡散率ＳＦを１より大きくし、２回目以降では誤り訂正効果が得られるＳＦ＝１とすることができる。

本発明の第１の解決手段によると、
送信データを入力し、誤り検出符号化して送信情報ビット系列を出力する誤り検出符号化部と、
送信情報ビット系列を符号化し、情報ビット系列と少なくとも第１の冗長ビット系列を作成する誤り訂正符号化部と、
情報ビット系列と第１の冗長ビット系列を蓄積する送信メモリと、
設定された拡散率と同じ数の並列系列に直列／並列変換し、各系列を設定された拡散率の直交拡散符号で拡散し、各拡散されたデータを加算する直交拡散・符号多重化部と、
前記送信メモリから送信する信号を選択し、前記直交拡散・符号多重化部の拡散率を設定し、受信機側から確認応答又は否定応答を受信する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記送信メモリから情報ビット系列を送信信号として選択し、前記直交拡散・符号多重化部に対して、拡散率を１より大きい所定数に設定することにより、第１の送信処理を行い、
前記制御部は、受信機側から誤り検出符号化に基づく否定応答を受信した場合又は一定時間確認応答を受信しなかった場合、前記送信メモリから第１の冗長ビット系列を送信信号として選択し、前記直交拡散・符号多重化部に対して、拡散率を第１の送信処理より小さい所定数に設定することにより、第２の送信処理を行うようにした
送信側の再送装置
が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、
送信機側で送信情報ビット系列を符号化した情報ビット系列と少なくとも第１の冗長ビット系列が作成され、第１の受信処理により情報ビット系列を受信し、第２の受信処理により第１の冗長ビット系列を受信するようにした受信側の再送装置であって、
受信信号から得られた周波数領域等化された直交符号多重チップ系列を拡散率と同じ数の直交符号を用いて逆拡散し、逆拡散された各チップ系列を拡散率と同じ数のチップ分積算し、さらに並列／直列変換することにより、送信シンボル系列に対応する軟判定シンボル系列を得る逆拡散部と、
軟判定シンボル系列をデータ復調した軟判定ビット系列を蓄積する受信メモリと、
受信された情報ビット系列及び冗長ビット系列に基づき誤り訂正復号を行う誤り訂正復号部と、
受信された情報ビット系列又は前記誤り訂正復号部により訂正復号された情報ビット系列に基づき誤り検出を行う誤り検出部と、
前記受信メモリから受信信号を選択し、前記逆拡散部の拡散率を設定し、誤り訂正復号化を制御し、送信機側へ確認応答又は否定応答を受信する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記逆拡散部に対して拡散率を送信信号に対応する１より大きい所定数に設定し、前記受信メモリから情報ビット系列を受信信号として選択し、前記誤り訂正復号部に対して誤り訂正処理を行わないように制御することで、第１の受信処理を行い、
前記制御部は、第１の受信処理で前記誤り検出部により誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、受信データを出力し、一方、誤りが検出されたとき、否定応答を送信側に送り、
前記制御部は、前記逆拡散部に対して拡散率を送信信号に対応する第１の受信処理より小さい所定数に設定し、前記受信メモリから情報ビット系列と第１の冗長ビット系列を受信信号として選択し、前記誤り訂正復号部に対して第１の冗長ビット系列により情報ビット系列を誤り訂正復号するよう制御することで、第２の受信処理を行い、
前記制御部は、第２の受信処理で前記誤り検出部により誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、前記誤り検出部は、誤り訂正復号された受信データを出力する
受信側の再送装置
が提供される。

本発明の第３の解決手段によると、
送信データを入力し、誤り検出符号化して送信情報ビット系列を出力し、
送信情報ビット系列を符号化し、情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列を作成し、
情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列を送信メモリに蓄積し、
前記送信メモリから情報ビット系列を送信信号として選択し、拡散率を１より大きい所定数に設定し、拡散率と同じ数の並列系列に直列／並列変換し、各系列を設定された拡散率の直交拡散符号で拡散し、各拡散されたデータを加算する直交拡散・符号多重化処理により、第１の送信処理を行い、
受信機側から誤り検出符号化に基づく否定応答を受信した場合又は一定時間確認応答を受信しなかった場合、前記送信メモリから第１の冗長ビット系列を送信信号として選択し、拡散率を第１の送信処理より小さい所定数に設定することにより、前記直交拡散・符号多重化処理により、第２の送信処理を行うようにした
送信側の再送方法
が提供される。

本発明の第４の解決手段によると、
送信機側で送信情報ビット系列を符号化した情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列が作成され、第１の受信処理により情報ビット系列を受信し、第２の受信処理により第１の冗長ビット系列を受信し、第３の受信処理により第２の冗長ビット系列を受信するようにした受信側の再送方法であって、
受信信号から得られた周波数領域等化された直交符号多重チップ系列に対して、拡散率を送信信号に対応する１より大きい所定数に設定して、拡散率と同じ数の直交符号を用いて逆拡散し、逆拡散された各チップ系列を拡散率と同じ数のチップ分積算し、さらに並列／直列変換する逆拡散処理を行い、情報ビット系列を求めて受信メモリに蓄積し、前記受信メモリから情報ビット系列を受信信号として選択し、誤り訂正処理を行わないように制御することで、第１の受信処理を行い、
第１の受信処理で誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、受信データを出力し、一方、誤りが検出されたとき、否定応答を送信側に送り、
拡散率を送信信号に対応する第１の受信処理より小さい所定数に設定し前記逆拡散処理を行い、第１の冗長ビット系列を求めて受信メモリに蓄積し、前記受信メモリから情報ビット系列と第１の冗長ビット系列を受信信号として選択し、第１の冗長ビット系列により情報ビット系列を誤り訂正復号することで、第２の受信処理を行うようにした
受信側の再送方法
が提供される。

本発明によると、再送ごとに異なる拡散率を用いるＭＣ−ＣＤＭＡ用のハイブリッドＡＲＱを提案し、そのスループットを計算機シミュレーションにより明らかにしている。本発明によると、誤り訂正効果の得られない１回目には大きな周波数ダイバーシチ効果が得られ、２回目以降は大きな誤り訂正効果が得られるので、受信Ｅ_ｂ／Ｎ_０の広い範囲にわたって優れたスループットを引き出すことができる。

（１）送信側
図２は、送信機の構成図である。
本送信機は、誤り検出符号化部１、誤り訂正符号化部２、送信メモリ３、データ変調部４、直交拡散・符号多重化部５、ＩＦＦＴ部６、ＧＩ付加部７、送信部８、制御部９を備える。直交拡散・符号多重化部５は、Ｓ／Ｐ変換部５１、乗算器５２、加算部５３を備える。

一般に、受信側での誤り検出のために、誤り検出符号化が必要である。そのため、誤り検出符号化部１は、送信データを入力し、誤り検出符号化を行い、送信情報ビット系列を出力する。誤り検出符号としては、例えば、パリティ、チェックサム（ＬＲＣ、ＣＲＣ）、ハッシュ関数等の適宜の技術を用いることができる。ここでは、誤り検出符号化されたビット系列を簡単のため、単に情報ビット系列と呼んでいる。

誤り訂正符号化部２は、送信情報ビット系列を符号化し、情報ビット系列と冗長ビット系列を作成して、送信メモリ３に蓄積する。この実施の形態では、誤り訂正符号化で得られた冗長ビット系列を２つに分けて、第１と第２の新しい冗長ビット系列を用いて再送する場合について説明する。つまり、誤り訂正符号化部２は、誤り訂正符号には、例えば、符号化率が１／３のターボ符号等を用い、情報ビット系列とそれぞれ同じビット数の２つの第１及び第２の冗長ビット系列を作成する。そして、２つの冗長ビット系列の中から交互に冗長ビットを選択して、複数の新しい冗長ビット系列を作成することができる。つまり、２つの新しく作成された冗長ビット系列は、例えば、それぞれ元の２つの冗長ビット系列の冗長ビットから構成されている。符号化で得られた２つの冗長ビット系列を、
（ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４，・・・・・）
と、
（ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３，ｂ_４，・・・・・）
とすると、新しい冗長ビット系列は、例えば、
（ａ_１，ｂ_２，ａ_３，ｂ_４，・・・・・）
と、
（ｂ_１，ａ_２，ｂ_３，ａ_４，・・・・・）
のようになる。このようにすると大きな誤り訂正効果が得られる。

以下では説明を簡単にするために、第１と第２の新しい冗長ビット系列を作成する場合について考える。このような場合、３回の送信で、情報ビット系列と第１及び第２冗長ビット系列が送信されることになる。なお、３回以上送信する場合又は冗長ビット系列を１回しか送信しない場合も、本実施の形態を適用することができる。また、符号化方式も１／３ターボ符号に限らず、適宜の誤り訂正符号化を用いることができる。

送信メモリ３は、情報ビット系列と第１冗長ビット系列を蓄積する。データ変調部４は、送信メモリ３から情報ビット系列又は冗長ビット系列を読出し、データ変調してデータシンボル系列を得る。直交拡散・符号多重化部５は、データシンボル系列を拡散率と同じ数の並列系列に直列／並列変換し、各系列を設定された拡散率の直交拡散符号で拡散し、各拡散されたデータを加算する。ＩＦＦＴ部６は、直交拡散・符号多重されたチップ系列を、サブキャリア数Ｎ_ｃと同じチップ数のブロックに分割し、各ブロックにＮ_ｃポイント逆高速フーリエ変換を適用し、ＣＤＭＡ信号を生成する。ＧＩ付加部７は、ＣＤＭＡ信号の各チップブロックの末尾所定チップ分をコピーして、そのブロックの先頭に、ガードインターバルを付加し、必要に応じて圧縮する。送信部８は、ガードインターバルを付加された送信データを送信する。制御部９は、送信メモリ３から送信する信号を選択し、拡散率を設定し、受信機側から確認応答又は否定応答を受信することなど、各種制御を行う。

図３に、送信側及び受信側でのビット系列の伝送及び処理についての説明図を示す。この図は、ＩＲを用いるＨＡＲＱの動作であって、３回目の送信で送信に成功した例を示している。
第１回目では、送信側は、情報ビット系列を選択し、拡散率を１より大きい所定数に設定して直交拡散・符号多重化処理を行い送信し、受信側はそれを受信する。受信側から否定応答を受信した場合、第２回目では、第１冗長ビット系列を送信信号として選択し、拡散率を第１回目より小さい所定数に設定して送信し、受信側は、情報ビット系列を第１冗長ビット系列により誤り訂正符号化を行う。さらに、第３回目では受信機側から否定応答を受信した場合、第２冗長ビット系列を直交拡散・符号多重化処理により送信し、受信側は、情報ビット系列を第１及び第２冗長ビット系列により誤り訂正符号化を行う。

図４に、情報ビット系列と、第１及び第２冗長ビット系列の説明図を示す。この図は一例として、拡散率ＳＦを、第１回目の送信ではサブキャリア数Ｎ_ｃ＝２５６とし、第２回目及び第３回目の送信ではサブキャリア数Ｎ_ｃ＝１とした場合を示す。

以下、送信処理の動作について説明する。
図５に、送信処理についてのフローチャートを示す。
制御部９は、誤り検出符号化部１及び誤り訂正符号化部２により、送信データから情報ビット系列及び冗長ビット系列を作成し、送信メモリ３にそれらを蓄積する（Ｓ１００）。
１回目の送信では、制御部９は、情報ビット系列を送信する（ただし、ほんのわずかの冗長ビットを付加してもよい）。制御部９は、送信メモリ３から情報ビット系列を送信信号として選択し、直交拡散・符号多重化部５に対して、拡散率ＳＦを１より大きい所定数に設定することで、送信処理を行う（Ｓ１０１）。データ変調部４は、情報ビット系列をデータ変調してデータシンボル系列を得る。Ｓ／Ｐ変換部５１は、データシンボル系列を拡散率ＳＦと同じ数の並列系列に直列／並列（Ｓ／Ｐ）変換し、乗算器５２は、各系列を拡散率ＳＦの直交拡散符号で拡散し、加算部５３は、各拡散されたデータを加算する（これを直交拡散・符号多重と呼ぶ）。このときの拡散率ＳＦは、例えば、周波数ダイバーシチ効果を最大とするように、サブキャリア数Ｎ_ｃと同じ値とすることができる（これが最大値である）。ＩＦＦＴ部６は、こうして得られた直交拡散・符号多重されたチップ系列を、サブキャリア数Ｎ_ｃと同じチップ数のブロックに分割し、各ブロックにＮ_ｃポイント逆高速フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＦＦＴ）を適用し、ＭＣ−ＣＤＭＡ信号を生成する。ＧＩ付加部７は、次に、各チップブロックの末尾所定チップ分をコピーして、そのブロックの先頭に、ガードインターバル（ＧＩ）を付加して必要に応じて付加前のチップブロックの時間長に圧縮し、送信部８が送信する。

制御部９は、受信機側から送信されたＡＣＫまたはＮＡＣＫを受信し（Ｓ１０３）、ＮＡＣＫであれば（又は、一定時間ＡＣＫを受信できなければ）、２回目の送信を行う。
２回目の送信では、制御部９は、送信メモリ３から第１冗長ビット系列を送信信号として選択し、直交拡散・符号多重化部５に対して、拡散率ＳＦを１回目の送信より小さい所定数に設定することで、送信処理を行う（Ｓ１０５）。このとき、大きな誤り訂正効果が得られるよう、拡散率ＳＦをＮ_ｃより小さくする。例えば、ＳＦ＝１とすればＯＦＤＭになる。２回目では、データ変調部４は、送信メモリ３に蓄積されている冗長ビット系列の一部（第１冗長ビット系列）を読み出し、データ変調する。次に、直交拡散・符号多重化部５により、直交拡散・符号多重を行い、ＩＦＦＴ部６により、ＭＣ−ＣＤＭＡ信号を生成し、さらにＧＩ付加部７により、ＧＩ付加を行って、送信部８により送信する。

制御部９は、もし、さらにＮＡＣＫを受信したら（又は、一定時間ＡＣＫを受信できなければ）（Ｓ１０７）、３回目の送信を行う。
３回目の送信では、制御部９は、送信メモリ３から第２冗長ビット系列を送信信号として選択し、直交拡散・符号多重化部５に対して、拡散率ＳＦを１回目の送信より小さい所定数に設定することで、送信処理を行う（Ｓ１０９）。３回目では、データ変調部４は、送信メモリ３に蓄積されている冗長ビット系列の残り（第２冗長ビット系列）を読み出し、先と同じようにして送信する。このときの拡散率ＳＦは、例えば、大きな誤り訂正効果が得られるようＮ_ｃより小さい値にするが、２回目と同じにしてもよいし異なる値にしてもよい。

このようにして、制御部９は、各送信後にＡＣＫが受信されれば（Ｓ１０３、Ｓ１０７、Ｓ１１１）、再びステップＳ１００に戻り、次の新しい情報ビット系列を符号化し、情報ビット系列と冗長ビット系列を送信メモリに蓄積して、これまでの説明のように送信する。一方、各送信後にＮＡＣＫが受信されれば、そのつど、残りの冗長ビットを送信メモリから読み出して送信するが、もし、３回目の送信でもＮＡＣＫが受信されれば（Ｓ１１１）、所定回数１〜３回目の送信を再び繰り返す（Ｓ１１３）。さらに、予め定めた回数送信しても、ＡＣＫが受信されなければ、エラーを表示する（Ｓ１１５）。

（２）受信側
図６は、受信機の構成図である。
本受信機は、受信部１１、ＧＩ除去部１２、ＦＦＴ部１３、周波数領域等化部１４、Ｐ／Ｓ変換部１５、逆拡散部１６、データ復調部１７、受信メモリ１８、誤り訂正復号部１９、誤り検出部２０、制御部２１を備える。逆拡散部１６は、乗算器６１、積算部（Σ部）６２、Ｐ／Ｓ変換部６３を備える。

受信側では、受信部１１は、受信信号をチップ時間ごとに標本化し、ＭＣ−ＣＤＭＡ信号チップ系列を得る。ＧＩ除去部１２は、ＭＣ−ＣＤＭＡ信号系列からガードインターバルを削除し、ＦＦＴ部１３は、Ｎ_ｃポイントＦＦＴによりＮ_ｃ個の直交周波数成分に分解し、周波数領域等化部１４は、各直交周波数成分に対して周波数領域等化を行う（周波数領域等化については後述。非特許文献１を参照）。そして、Ｐ／Ｓ変換部１５は、等化された各直交周波数成分に対して並列／直列（Ｐ／Ｓ）変換を行い、周波数領域等化された直交符号多重チップ系列を得る。乗算器６１は、これをＳＦ個の直交符号を用いて逆拡散し、積算部６２は、逆拡散されたチップ系列をＳＦチップ分積算し、さらに、Ｐ／Ｓ変換部６３は、Ｐ／Ｓ変換により、送信シンボル系列に対応する軟判定シンボル系列を得る。

データ復調部１７は、軟判定シンボル系列をデータ復調し、軟判定ビット系列を得る（１回目の送信では情報ビット系列、２回目及び３回目の送信では第１及び第２冗長ビット系列がそれぞれ受信される）。受信メモリ１８は、この軟判定ビット系列を蓄積する。誤り訂正復号部１９は、受信された情報ビット系列及び冗長ビット系列に基づき誤り訂正復号する。誤り検出部２０は、受信された情報ビット系列又は前記誤り訂正復号部により訂正復号された情報ビット系列に基づき誤り検出を行う。制御部２１は、受信メモリ１８から受信信号を選択し、拡散率を設定し、誤り訂正復号を制御し、送信機側へ確認応答又は否定応答を受信するなど、各種制御を行う。

以下、受信処理の動作について説明する。
図７に、受信処理についてのフローチャートを示す。
制御部２１は、受信部１１、ＧＩ除去部１２、ＦＦＴ部１３、周波数領域等化部１４、Ｐ／Ｓ変換部１５により、受信データ（ＭＣ−ＣＤＭＡ信号チップ系列）から直交符号多重チップ系列を得て、逆拡散部１６へそれを入力する（Ｓ２００）。

１回目の受信では、情報ビット系列が受信メモリ１８に記憶される（Ｓ２０１）。制御部２１は、逆拡散部１６に対して拡散率ＳＦを送信信号に対応する、１より大きい所定数に設定し、受信メモリ１８から情報ビット系列を受信信号として選択し、誤り訂正復号部１９に対してスルーする（誤り訂正処理を行わない）ように制御することで、受信処理を行う（Ｓ２１１）。１回目では、情報ビットしか受信されないので、誤り訂正復号はできない。誤り検出部２０は、単に誤り検出のみを行い、受信データを形成する。制御部２１は、もし、誤りが検出されなければ（Ｓ２０３）、送信側にＡＣＫを送るとともに（Ｓ２２７）、受信データを出力する（Ｓ２２９）。一方、制御部２１は、誤りが検出されたとき（Ｓ２０３）、ＮＡＣＫを送信側に送る（Ｓ２０５）。

２回目の受信では、受信部１１により冗長ビット系列の一部（第１冗長ビット系列）が受信され、第１冗長ビット系列が、情報ビット系列に対応して受信メモリ１８に記憶される（Ｓ２０７）。また、２回目の受信では、制御部２１は、逆拡散部１６に対して拡散率ＳＦを１回目より小さい所定数に設定し、受信メモリ１８から情報ビット系列と第１冗長ビット系列を受信信号として選択し、誤り訂正復号部１９に対して第１冗長ビット系列により、情報ビット系列を誤り訂正復号するよう制御することで、受信処理を行う（Ｓ２０７）。つぎに、先に受信された情報ビット系列と今回受信された第１冗長ビット系列が受信メモリ１８に蓄積されているので、誤り訂正復号部１９は、これらを用いて誤り訂正復号する（Ｓ２０９）。もし、誤り検出部２０により誤りが検出されなければ（Ｓ２１１）、制御部２１は、送信側にＡＣＫを送るとともに（Ｓ２２７）、誤り検出部２０は、誤り訂正復号された受信データを出力する（Ｓ２２９）。一方、誤り検出部２０により誤りが検出されたとき（Ｓ２１１）、制御部２１は、ＮＡＣＫを送信側に送る（Ｓ２１３）。

３回目の受信では、受信部１１により、冗長ビット系列の残り（第２冗長ビット系列）が受信され、第２冗長ビット系列が、情報ビット系列に対応して受信メモリ１８に記憶される（Ｓ２１５）。また、３回目の受信では、制御部２１は、逆拡散部１６に対して拡散率ＳＦを１回目より小さい所定数に設定し、受信メモリ１８から情報ビット系列と第１及び第２冗長ビット系列を受信信号として選択し、誤り訂正復号部１９に対して第１及び第２冗長ビット系列により情報ビット系列を誤り訂正復号するよう制御することで、受信処理を行う（Ｓ２１５）。先に受信された情報ビット系列及び第１冗長ビット系列と今回受信された第２冗長ビット系列が受信メモリ１８に蓄積されているので、誤り訂正復号部１９は、これらを用いて誤り訂正復号する（Ｓ２１７）。３回目の受信は、２回目よりも冗長ビット数が多くなるので、誤り訂正能力はより強力になる。もし、誤り検出部２０により、誤りが検出されれば（Ｓ２１９）、制御部２１は、ＮＡＣＫを送信側に送り（Ｓ２２１）、一方、誤り検出部２０により誤りが検出されなければ（Ｓ２１９）、制御部２１はＡＣＫを送信側に送るとともに（Ｓ２２７）、誤り検出部２０は、誤り訂正復号された受信データを出力する（Ｓ２２９）。

このようにして、制御部２１は、各受信後に誤りが検出されなければ（Ｓ２０３、Ｓ２１１、Ｓ２１９）、再びステップＳ２００に戻り、次の新しいＭＣ−ＣＤＭＡ信号チップ系列を受信して直交符号多重チップ系列を得て、これまでの説明のように受信処理を実行する。一方、各受信後に誤りが検出されれば、そのつど、残りの冗長ビットを送信するようにＮＡＣＫを送信する指示を行うが、もし、３回目の受信でも誤りが検出されれば、所定回数１〜３回目の受信処理を再び繰り返す（Ｓ２２３）。さらに、予め定めた回数受信しても、誤りが検出されれば、エラーを表示する（Ｓ２２５）。

図８は、周波数領域等化部の構成図である。
ｋ番目（ｋ＝０〜Ｎ_ｃ−１）の周波数成分の等化回路４０４では、現チップブロックの直交周波数成分Ｒ（ｋ）を用いて、次のように等化を行う。
Ｓ＾（ｋ）＝ｗ（ｋ）Ｒ（ｋ）
ここで、＊は複素共役、ｗ（ｋ）は等化重みである。なお、「＾」、「^〜」等は図・式で示されるように、符号の上に付記されるものであるが、出願手続きの都合上、本明細書中では符号の横に付記する。等化回路４０４は、等化重みｗ（ｋ）を、たとえば次式で示すように、ＺＦ（ゼロフォーシング）又はＭＭＳＥ（最小平均２乗誤差）のいずれかを用いて作成することができる。

ここで、Ｈ（ｋ）はｋ番目のサブキャリアにおける伝送路の利得、σ^２は雑音電力である。

図９に、ＭＭＳＥにおける雑音電力測定のための構成図を示す。雑音電力は、例えば、ＦＦＴ部１３の各周波数成分毎に出力信号を測定する測定部４５を設けることにより、信号がない時の電力を測定する等により、求めることができる。

（３）シミュレーション
図１０に、計算機シミュレーションの結果の図を示す。この図は、特に、ＭＣ−ＣＤＭＡを用いるＩＲ−ＨＡＲＱのスループット特性を示す。
本実施の形態の特徴のひとつは、再送ごとに異なる拡散率を用いることである。これにより、誤り訂正複号できない１回目には大きな周波数ダイバーシチ効果が得られ、２回目以降は大きな誤り訂正効果が得られるので、受信Ｅ_ｂ／Ｎ_０の広い範囲にわたって最大のスループットが引き出せる。

１回目の送信時には、最大の周波数ダイバーシチ効果がえられるよう拡散率ＳＦを最大の２５６にしている。そして、２〜３回目には大きな誤り訂正効果が得られるよう、拡散率ＳＦを４、１６、または６４にしている。

フェージングチャネルは一様電力遅延プロファイルを有する１６パスの周波数選択性レイリーフェージングである。また、サブキャリア数はＮ_ｃ＝２５６で、データ変調には１６ＱＡＭを用いた。誤り訂正符号化には符号化率１／３のターボ符号を用い、得られた2つの冗長ビット系列の中から交互に冗長ビットを選択して、第１と第２の新しい冗長ビット系列を作成し、１回目には情報ビット系列のみ、２回目と３回目にはそれぞれ第１と第２の冗長ビット系列を送信した。比較のため、図中にはＳＦを１または２５６に固定する従来のＨＡＲＱのスループット特性も示した。全てのＥ_ｂ／Ｎ_０の領域にわたって優れたスループットが得られており、本技術の有効性をよく示している。

（４）符号化について
上述の説明では、主に、３回まで送信する場合の冗長ビット系列の生成法と送信処理及び受信処理について説明しているが、３回以上送信する一般的な場合についても拡張できる。

誤り訂正符号化部２は、例えば、以下のような処理を実行する。符号化率が１／３のターボ符号等を用いて符号化すると、情報ビット系列とそれぞれ同じビット数の２つの冗長ビット系列が作成される。そして、２つの冗長ビット系列の中から交互に冗長ビットを選択して、Ｎ個の新しい冗長ビット系列（第１〜第Ｎの冗長ビット系列）を作成する。新しい冗長ビット系列の長さは情報ビット系列の長さの２／Ｎ倍になる。なお、例えば、第１〜第４の冗長ビット系列を作成する場合は、冗長ビット系列の長さは情報ビット系列の半分になる。

そして、制御部９は、例えば、誤り訂正符号化部２で符号化された冗長ビット系列の数に応じて、送信メモリ３を制御することで以下のように送信処理を実行する。まず、１回目の送信では情報ビット系列を送信する。２回目にはＮ個の新しい冗長ビット系列の中のひとつを送信する。３回目の送信では残りの（Ｎ−１）個の冗長ビット系列の中のひとつを送信する。さらに、４回目の送信では残りの（Ｎ−２）個の冗長ビット系列の中のひとつを送信する。このようにすると、（Ｎ＋１）回の送信で、ターボ符号器出力の情報ビットと冗長ビットを全て送信し終えることになる。もし、（Ｎ＋１）回目の送信でもＮＡＣＫが受信されれば、１〜（Ｎ＋１）回目の送信を再び繰り返すことになる。
なお、受信側では、誤り訂正符号化部２で符号化された冗長ビット系列の数に応じて、制御部２１及び誤り訂正復号部１９等により、所定回の受信と所定の誤り訂正復号を実行する。

本発明は、次世代無線通信のパケット伝送方式の候補となる可能性がある。

計算機シミュレーションで求めた、ＭＣ−ＣＤＭＡを用いるＩＲ−ＨＡＲＱのスループット特性図。 送信機の構成図。 送信側及び受信側でのビット系列の伝送及び処理についての説明図。 情報ビット系列と、第１及び第２冗長ビット系列の説明図。 送信処理についてのフローチャート。 受信機の構成図。 受信処理についてのフローチャート。 周波数領域等化部の構成図。 ＭＭＳＥにおける雑音電力測定のための構成図。 計算機シミュレーションの結果の図。

符号の説明

１ 誤り検出符号化部
２ 誤り訂正符号化部
３ 送信メモリ
４ データ変調部
５ 直交拡散・符号多重化部
６ ＩＦＦＴ部
７ ＧＩ付加部
８ 送信部
９ 制御部
５１ Ｓ／Ｐ変換部
５２ 乗算器
５３ 加算部

Claims (14)

1. 送信データを入力し、誤り検出符号化して送信情報ビット系列を出力する誤り検出符号化部と、
   送信情報ビット系列を符号化し、情報ビット系列と少なくとも第１の冗長ビット系列を作成する誤り訂正符号化部と、
   情報ビット系列と第１の冗長ビット系列を蓄積する送信メモリと、
   設定された拡散率と同じ数の並列系列に直列／並列変換し、各系列を設定された拡散率の直交拡散符号で拡散し、各拡散されたデータを加算する直交拡散・符号多重化部と、
   前記送信メモリから送信する信号を選択し、前記直交拡散・符号多重化部の拡散率を設定し、受信機側から確認応答又は否定応答を受信する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記送信メモリから情報ビット系列を送信信号として選択し、前記直交拡散・符号多重化部に対して、拡散率を１より大きい所定数に設定することにより、第１の送信処理を行い、
   前記制御部は、受信機側から誤り検出符号化に基づく否定応答を受信した場合又は一定時間確認応答を受信しなかった場合、前記送信メモリから第１の冗長ビット系列を送信信号として選択し、前記直交拡散・符号多重化部に対して、拡散率を第１の送信処理より小さい所定数に設定することにより、第２の送信処理を行うようにした
   送信側の再送装置。
2. 前記誤り訂正符号化部は、送信情報ビット系列を符号化し、情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列を作成して、前記送信メモリに記憶し、
   前記制御部は、第２の送信処理の後にさらに受信機側から誤り検出符号化に基づく否定応答を受信した場合又は一定時間確認応答を受信しなかった場合、前記送信メモリから第２の冗長ビット系列を送信信号として選択し、前記直交拡散・符号多重化部に対して、拡散率を１回目送信より小さい所定数に設定することにより、さらに第３の送信処理を行うようにした請求項１に記載の送信側の再送装置。
3. 送信機側で送信情報ビット系列を符号化した情報ビット系列と少なくとも第１の冗長ビット系列が作成され、第１の受信処理により情報ビット系列を受信し、第２の受信処理により第１の冗長ビット系列を受信するようにした受信側の再送装置であって、
   受信信号から得られた周波数領域等化された直交符号多重チップ系列を拡散率と同じ数の直交符号を用いて逆拡散し、逆拡散された各チップ系列を拡散率と同じ数のチップ分積算し、さらに並列／直列変換することにより、送信シンボル系列に対応する軟判定シンボル系列を得る逆拡散部と、
   軟判定シンボル系列をデータ復調した軟判定ビット系列を蓄積する受信メモリと、
   受信された情報ビット系列及び冗長ビット系列に基づき誤り訂正復号を行う誤り訂正復号部と、
   受信された情報ビット系列又は前記誤り訂正復号部により訂正復号された情報ビット系列に基づき誤り検出を行う誤り検出部と、
   前記受信メモリから受信信号を選択し、前記逆拡散部の拡散率を設定し、誤り訂正復号化を制御し、送信機側へ確認応答又は否定応答を受信する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記逆拡散部に対して拡散率を送信信号に対応する１より大きい所定数に設定し、前記受信メモリから情報ビット系列を受信信号として選択し、前記誤り訂正復号部に対して誤り訂正処理を行わないように制御することで、第１の受信処理を行い、
   前記制御部は、第１の受信処理で前記誤り検出部により誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、受信データを出力し、一方、誤りが検出されたとき、否定応答を送信側に送り、
   前記制御部は、前記逆拡散部に対して拡散率を送信信号に対応する第１の受信処理より小さい所定数に設定し、前記受信メモリから情報ビット系列と第１の冗長ビット系列を受信信号として選択し、前記誤り訂正復号部に対して第１の冗長ビット系列により情報ビット系列を誤り訂正復号するよう制御することで、第２の受信処理を行い、
   前記制御部は、第２の受信処理で前記誤り検出部により誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、前記誤り検出部は、誤り訂正復号された受信データを出力する
   受信側の再送装置。
4. 送信機側で送信情報ビット系列を符号化した情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列が作成され、第１の受信処理により情報ビット系列を受信し、第２の受信処理により第１の冗長ビット系列を受信し、第３の受信処理により第２の冗長ビット系列を受信するようにし、
   前記制御部は、第２の受信処理で前記誤り検出部により誤りが検出されたとき、否定応答を送信側に送り、前記制御部は、前記逆拡散部に対して拡散率を送信信号に対応する１回目より小さい所定数に設定し、前記受信メモリから情報ビット系列と第１及び第２の冗長ビット系列を受信信号として選択し、前記誤り訂正復号部に対して第１及び第２の冗長ビット系列により情報ビット系列を誤り訂正復号するよう制御することで、第３の受信処理を行う
   請求項３に記載の受信側の再送装置。
5. 第１の送信処理又は第１の受信処理での拡散率は、サブキャリア数Ｎ_ｃと同じ値に設定し、
   第２の送信処理又は第２の受信処理での拡散率は、Ｎ_ｃより小さい値又は１，４，１６，又は６４に設定することを特徴とする請求項１又は３に記載の再送装置。
6. 前記誤り訂正符号化部は、生成した冗長ビット系列をさらに複数の冗長ビット系列に分割し、分割された複数の冗長ビット系列を前記送信メモリに蓄積することを特徴とする請求項２に記載の再送装置。
7. 前記誤り訂正符号化部は、符号化された２つの冗長ビット系列の中から交互に冗長ビットを選択して前記第１及び第２の冗長ビット系列を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の再送装置。
8. 前記誤り訂正符号化部は、第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の冗長ビット系列を作成し、
   制御部は、前記誤り訂正符号化部で符号化された冗長ビット系列の数に応じて、確認応答を受信するまで必要に応じて、第１の送信処理による情報ビット系列の送信及び第２〜第（Ｎ＋１）の送信処理による冗長ビット系列の送信を行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の再送装置。
9. 請求項１又は２に記載の送信側の再送装置と
   請求項３又は４に記載の受信側の再送装置と
   を備えた再送装置。
10. 送信データを入力し、誤り検出符号化して送信情報ビット系列を出力し、
    送信情報ビット系列を符号化し、情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列を作成し、
    情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列を送信メモリに蓄積し、
    前記送信メモリから情報ビット系列を送信信号として選択し、拡散率を１より大きい所定数に設定し、拡散率と同じ数の並列系列に直列／並列変換し、各系列を設定された拡散率の直交拡散符号で拡散し、各拡散されたデータを加算する直交拡散・符号多重化処理により、第１の送信処理を行い、
    受信機側から誤り検出符号化に基づく否定応答を受信した場合又は一定時間確認応答を受信しなかった場合、前記送信メモリから第１の冗長ビット系列を送信信号として選択し、拡散率を第１の送信処理より小さい所定数に設定することにより、前記直交拡散・符号多重化処理により、第２の送信処理を行うようにした
    送信側の再送方法。
11. 第２の送信処理の後、さらに、受信機側から誤り検出符号化に基づく否定応答を受信した場合又は一定時間確認応答を受信しなかった場合、前記送信メモリから第２の冗長ビット系列を送信信号として選択し、拡散率を第１の送信処理より小さい所定数に設定することにより、前記直交拡散・符号多重化処理により、第３の送信処理を行うようにした請求項１０に記載の送信側の再送方法。
12. 送信機側で送信情報ビット系列を符号化した情報ビット系列と少なくとも第１及び第２の冗長ビット系列が作成され、第１の受信処理により情報ビット系列を受信し、第２の受信処理により第１の冗長ビット系列を受信し、第３の受信処理により第２の冗長ビット系列を受信するようにした受信側の再送方法であって、
    受信信号から得られた周波数領域等化された直交符号多重チップ系列に対して、拡散率を送信信号に対応する１より大きい所定数に設定して、拡散率と同じ数の直交符号を用いて逆拡散し、逆拡散された各チップ系列を拡散率と同じ数のチップ分積算し、さらに並列／直列変換する逆拡散処理を行い、情報ビット系列を求めて受信メモリに蓄積し、前記受信メモリから情報ビット系列を受信信号として選択し、誤り訂正処理を行わないように制御することで、第１の受信処理を行い、
    第１の受信処理で誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、受信データを出力し、一方、誤りが検出されたとき、否定応答を送信側に送り、
    拡散率を送信信号に対応する第１の受信処理より小さい所定数に設定し前記逆拡散処理を行い、第１の冗長ビット系列を求めて受信メモリに蓄積し、前記受信メモリから情報ビット系列と第１の冗長ビット系列を受信信号として選択し、第１の冗長ビット系列により情報ビット系列を誤り訂正復号することで、第２の受信処理を行うようにした
    受信側の再送方法。
13. 前記制御部は、第２の受信処理で誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、誤り訂正復号された受信データを出力し、一方、誤りが検出されたとき、否定応答を送信側に送り、
    拡散率を送信信号に対応する第１の受信処理より小さい所定数に設定し前記逆拡散処理を行い、第２の冗長ビット系列を求めて受信メモリに蓄積し、前記受信メモリから情報ビット系列と第１及び第２の冗長ビット系列を受信信号として選択し、第１及び第２の冗長ビット系列により情報ビット系列を誤り訂正復号することで、第３の受信処理を行い、
    前記制御部は、第３の受信処理で誤りが検出されなければ、送信側に確認応答を送るとともに、誤り訂正復号された受信データを出力するようにした請求項１２に記載の受信側の再送方法。
14. 請求項１０又は１１に記載の送信側の再送方法と
    請求項１２又は１３に記載の受信側の再送方法と
    を備えた再送方法。
    

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