JP4905224B2

JP4905224B2 - 無線通信システムおよびその通信における符号化制御方法

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Publication number: JP4905224B2
Application number: JP2007092537A
Authority: JP
Inventors: 典恭菊池; 忠彦前田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008252629A

Description

本発明は、無線通信システムおよびその通信における符号化制御方法に関するものであり、とくに、無線装置の変復調において、周波数分割多重（FDM: Frequency Division Multiplexing）を用いた場合の周波数選択性フェージングの影響を低減させる技術に関するものである。

従来、FDM（Frequency Division Multiplexing）を用いた技術には、特許文献１がある。特許文献１に示す受信装置では、A/D変換回路で受信信号をディジタルの受信データに変換し、同期回路でこの受信データに対して同期を取り、FFT（Fast Fourier Transfer）演算回路でこの同期のタイミングで受信データに対して高速フーリエ変換処理し、復調回路でこの高速フーリエ変換処理された受信データを復調し、データ変換回路でこの復調データに対してデインタリーブ処理し、この処理と同時にデパンクチャド処理し、誤り訂正回路でデータ変換回路により処理されたデータの誤りを訂正する。また、パンクチャド符号化を用いた技術には、特許文献２がある。パンクチャド回路では、畳み込み符号化器からの信号をシリアル/パラレル変換器でブロック単位にパラレル化して、ラッチ回路にラッチする。パラレル/シリアル変換器は、ラッチ回路のラッチしたデータのうち、消去パターンで指定された消去ビットを除いたビットだけを読み出して、シリアル化し、送出する。これを受信したデパンクチャド回路は、ブロック単位に入力シリアルデータをパラレルデータに変換して、ラッチ回路にラッチする。そして、このラッチされたデータは、消去されたビット位置にダミーデータを付加しながら、読み出され、シリアルデータに変換して、出力される。パンクチャド回路およびデパンクチャド回路は、このように構成して、回路構成を簡易で、容易に高速化を実現している。
特開2001−136145号公報特開2002−176364号公報）

しかしながら、広帯域通信の場合では、伝搬経路長に対する位相回転量は周波数によって異なる。このため、帯域内に多重波が同相合成される周波数と逆相合成される周波数が混在するようになる。これにより、帯域内のある特定の周波数において受信レベルが低下してしまうことがある。これを周波数選択性フェージングと呼ぶ。

FDMのように複数のサブキャリアを用いて、伝送する場合、周波数選択性フェージングが発生すると、この周波数に割り当てられた特定のサブキャリアを用いて、伝送したデータは、受信時に誤る確率が高くなる。

一方、パンクチャド符号化により削られたデータの位置には、たとえばゼロをダミーデータとして受信時に挿入する。このため、誤った結果を得る確率の高いデータが入っていることになる。

これら２つのデータが、同時に、復号器に入力されると、どちらのデータも正確さに期待できない。このため、復号に与える影響が大きく、誤った結果を得る確率が高くなってしまう。このような現象に起因する誤りの対策として、既存の方法では技術的に満足できるものは得られなかった。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、正確さの期待できないデータを受信しても、周波数選択性フェージングの影響を低減させ、誤り訂正の効果を高めることができる無線通信システムおよびその通信における符号化制御方法を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、データを伝送する送信装置と、周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、伝送されてきたデータを受信する受信装置とを備え、送信装置および受信装置を、相互に制御用フレームを用いて、情報を伝達する無線通信システムにおいて、送信装置は、データを符号化する符号化手段と、第１の規則に応じて符号化したデータを削除する削除手段とを含み、受信装置は、符号化したデータを受信し、受信した符号化したデータのうち、削除手段で削除されたデータに対してダミーデータを埋め込む挿入手段と、この挿入手段から供給されるデータを復号する復号手段とを含み、復号手段は、挿入手段から供給されるデータを観測し、観測したデータのビットエラーを推測する推測機能とを含み、推測したビットエラーに応じて周波数フェージングの影響を判断し、この影響の存在に応じて制御用フレームを用い、この受信装置から送信装置の削除手段に対して第１の規則と異なる第２の規則による符号化したデータを削除する変更を要求することを特徴とする。

また、本発明は上述の課題を解決するために、周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、データを伝送し、周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、伝送されてきたデータを受信して、相互に制御用フレームを用いて、情報を伝達する無線通信システムにおける符号化制御方法において、この方法は、送信において、データを符号化する第１の工程と、第１の所定の規則に応じてデータを削除する第２の工程とを含み、受信において、符号化したデータを受信し、受信した符号化したデータのうち、削除されたデータに対してダミーデータを埋め込む第３の工程と、供給されるデータを復号する第４の工程とを含み、第４の工程は、前記供給される複数のデータのビットエラーを推測する第５の工程と、推測したビットエラーに応じて周波数フェージングの影響を判断する第６の工程と、この周波数フェージングの影響が存在する場合、制御用フレームを用い、受信側から送信側の第２の工程に対して第１の規則と異なる第２の規則により符号化したデータを削除する変更を要求する第７の工程とを含むことを特徴とする。

ここで、ビットエラーの推測の方法としては、たとえばビタビ復号時のメトリックの大小を用いてもよい。また、実データを送信する前に、テストデータを最初に送信してから、ビットエラーを測定してもよい。

本発明の無線通信システムおよびその通信における符号化制御方法によれば、符号化手段で一つのデータから複数のデータに符号化し、削除手段で第１の規則に応じて符号化したデータを削除し、得られたデータを送信装置から送信し、受信装置で符号化したデータを受信し、挿入手段で受信した符号化したデータのうち、削除手段で削除されたデータに対してダミーデータを埋め込み、復号手段の推測機能ブロックで挿入手段から供給される複数のデータのビットエラーを推測し、推測したビットエラーに応じて周波数フェージングの影響を判断し、この影響の存在に応じて制御用フレームを用い、この受信装置から送信装置の削除手段に対して第１の規則と異なる第２の規則による符号化したデータを削除する変更を要求することにより、第１の規則により削るデータの位置と周波数フェージングの影響によるビットエラーの位置の重複を回避し、供給される複数個のデータを基に一つのデータに復号することで、誤り訂正の効果を高めることができる。

次に添付図面を参照して本発明による無線通信システムの一実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明による無線通信システムの実施例は、符号化器16で一つのデータから複数のデータに符号化し、パンクチャ処理部18で第１の規則に応じて符号化したデータを削除し、得られたデータを送信機12から送信し、受信機14で符号化したデータを受信し、デパンクチャ処理部60で受信した符号化したデータのうち、パンクチャ処理部18で削除されたデータに対してダミーデータを埋め込み、復号器62のビットエラー測定機能ブロック63でデパンクチャ処理部60から供給される複数のデータ80を用いて、誤り訂正処理機能によってビットエラーを推測し、推測したビットエラーに応じて周波数フェージングの影響を判断し、この影響の存在に応じて制御用フレームを用い、この受信機14から送信機12のパンクチャ処理部18に対して第１の規則と異なる第２の規則による符号化したデータを削除する変更を要求することにより、第１の規則により削るデータの位置と周波数フェージングの影響によるビットエラーの位置の重複を回避し、供給される複数個のデータを基に一つのデータに復号することで、誤り訂正の効果を高めることができる。

本実施例は、本発明の無線通信システムを送受信システム10に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。

送受信システム10は、図１に示すように送信機12および受信機14を含む。送信機は、符号化器16、パンクチャ処理部18、サブキャリア変調部20、直交変調部22、周波数発信器24、アップコンバータ26および送信アンテナ28を含む。

符号化器16は、誤り訂正用に冗長符号化する機能を有する。符号化器16は、データ30を入力し、冗長符号化したデータを生成する。符号化器16は、生成したデータ32をパンクチャ処理部18に出力する。

パンクチャ処理部18は、所定の位置のデータを削除する機能を有する。パンクチャ処理部18は、所定の位置におけるデータの削除手順を複数設けてもよいし、削除手順を供給してもよい。パンクチャ処理部18は、前者の場合、信号線33を制御信号として用い、制御信号33によりデータの削除手順を選択する。また、パンクチャ処理部18は、後者の場合、信号線33をデータ入力信号として用い、データ入力信号33によりデータの削除手順を供給する。データの削除手順は、アルゴリズム、順次選択およびランダムな変更のいずれかを用いるとよい。データの削除手順の選択は、送信機12と受信機14の通信に含む制御フレームを利用し、お互いの情報を交換して、設定する。パンクチャ処理部18は、所定の位置にあるデータが削除されたデータ34をサブキャリア変調部20に出力する。

サブキャリア変調部20は、一次変調として供給されるデータ34を複数個のサブキャリアに分割して、変調する機能を有する。サブキャリア変調部20は、複数個に変調したデータ36を直交変調部22に出力する。直交変調部22は、二次変調としてたとえば直交周波数分割多重方式（OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplex）を用いて、データ36を変調する機能を有する。直交変調部22は、直交変調した信号38をアップコンバータ26の一端40側に出力する。

周波数発信器24は、局部発信器であり、中間周波数を生成する機能を有する。周波数発信器24は、中間周波数の信号42をアップコンバータ26の他端44に出力する。アップコンバータ26は、ベースバンド信号として供給される変調信号38および中間周波数を基に所定の高周波数信号に変換する機能を有する。アップコンバータ26は、変換した高周波信号46を送信アンテナ28に出力する。送信アンテナ28は、無線信号48として放射する。

受信機14は、受信アンテナ50、ダウンコンバータ52、周波数発信器54、直交検波部56、サブキャリア復調部58、デパンクチャ処理部60および復号器62を含む。

受信アンテナ50は、放射された無線信号64を受信し、受信した無線信号64を高周波信号66としてダウンコンバータ52の一端68に供給する。周波数発信器54は、局部発信器であり、中間周波数を生成する機能を有する。周波数発信器54は、中間周波数の信号70をダウンコンバータ52の他端72に出力する。ダウンコンバータ52は、供給される所定の高周波信号および中間周波数を基にベースバンド信号として復調信号に変換する機能を有する。ダウンコンバータ52は、変換した復調信号74を直交検波部56に出力する。

直交検波部56は、ベースバンド信号として供給される復調信号74をたとえばOFDM方式を基に検波して、複数個のサブキャリアに復調する機能を有する。直交検波部56は、検波した複数個のサブキャリアを含む復調信号76をサブ直交検波部キャリア復調部58に出力する。

サブキャリア復調部58は、供給される復調信号76をサブキャリア毎にディジタル信号を復調する機能を有する。サブキャリア復調部58は、サブキャリア毎に復調したデータ78をデパンクチャ処理部60に出力する。

デパンクチャ処理部60は、供給されるデータ78における所定の位置にダミーデータを挿入する機能を有する。デパンクチャ処理部60は、所定の位置におけるデータの挿入手順を複数設けてもよいし、挿入手順を供給してもよい。デパンクチャ処理部60は、前者の場合、信号線79を制御信号として用い、制御信号79によりデータの挿入手順を選択する。また、デパンクチャ処理部60は、後者の場合、信号線79をデータ入力信号として用い、データ入力信号79によりデータの挿入手順を供給する。データの挿入手順は、アルゴリズム、順次選択およびランダムな変更のいずれかをデータの削除手順に対応して用いるとよい。データの挿入手順の選択は、送信機12と受信機14の通信に含む制御フレームを利用し、お互いの情報を交換して、設定する。デパンクチャ処理部60は、ダミーデータを挿入したデータ80を復号器62に出力する。復号器62は、供給されるデータ80のビットエラーを測定または推測する機能、ビットエラー測定機能ブロック63を有し、ビットエラー測定機能ブロック63には誤り訂正を施す機能も有する。復号器62は、誤り訂正されたデータ82を出力する。

次に送信機12の動作を記述する。符号化器16は、図2(a)に示すように、送信データ列として入力データX_nを入力する。符号化器16は、入力データX_nを、たとえば畳み込み符号に変換する。符号化器16は、図2(b)に示すように、出力としてデータA_n列、B_n列を生成し、出力する。

次にパンクチャ処理部18によるパンクチャド符号化について記述する。ここでは、便宜上、図3(a)に示すように、パンクチャド符号化による符号化率を7/8に設定する。すなわちパンクチャ処理部18は、データ８つに対して１つのデータを故意に削除する処理を施す。図3(a)に示すように、８個ずつデータを区切り、区切ったブロックにおける所定の位置としてデータB_n列の２番目を削除する。削除した状態を図3(b)に示す。さらに、パンクチャ処理部18は、図3(c)に示すように、削除した７個のデータを並び替える。本実施例は、データA_nとB_nを交互に並べる方法を用いたが、これに限定されるものでなく、インタリーブ技術のように、他のアルゴリズムを用いて、特別な手順により並び替えてもよい。

本実施例のサブキャリア変調部20はFDMを利用して、データそれぞれにサブキャリアを割り当てている。サブキャリア変調部20は、図４に示すように、データ列とサブキャリアとを割り当てる処理である。サブキャリア変調部20は、便宜上、サブキャリアが14本あると設定し、低い周波数のサブキャリアから順に供給されるデータ列を並べている。サブキャリア変調部20は、一つのデータに対して一本のサブキャリアを割り当てているが、直交振幅変調（QAM: Quadrature Amplitude Modulation）等の技術を利用して、１次変調として複数のデータ列またはビット列をマッビングした上で、サブキャリアに割り当ててもよい。

サブキャリア変調部20は、サブキャリアを割り当てたデータ36を直交変調部22に出力する。直交変調部22は、直交変調した信号38をアップコンバータ26に出力する。アップコンバータ26は、変調信号38を高周波信号46に周波数変換して、無線信号48を、送信アンテナ28を介して送信する。

次に受信機14の動作を記述する。受信機14は受信アンテナ50で無線信号64を受信する。本実施例の受信データは送信機12からの送信データを含む無線信号48を受信するものと仮定する。また、伝送路は、無線信号において周波数に依存したフェージングを発生させる場合がある。後述するように、このフェージングの影響を受けた受信データは小文字a_nおよびb_nで表す。

受信した高周波信号66は、ダウンコンバータ52でベースバンド信号の信号74になる。信号74は、直交検波部56で複数個のサブキャリアを有する復調信号76になる。復調信号76は、サブキャリア復調部58でデータ78を生成し、出力する。

フェージングの影響を大きく受けた場合、復調信号76には、図５に示す矢印84および86の位置の信号レベルが落ち込む。サブキャリア復調部58は、受信データ78を生成する。さらに、図５は、受信データ78のうち、ハッチングで示すように、信号レベルの落ち込んだ、それぞれ受信データa₂およびa₆が影響を大きく受けた状況を表わしている。この受信データ78がデパンクチャ処理部60に供給される。

次にデパンクチャ処理部60で受信データ78を並び替えて、ダミーデータを挿入する手順について記述する。デパンクチャ処理部60には、図6(a)に示すように、受信データ78が入力される。デパンクチャ処理部60は、図6(b)に示すように、入力された受信データ78をデータA_n列とB_n列に分けて、並べ替える。送信側で故意にデータを削った部分、すなわち受信データb₂およびb₆は、ブランクになっている。デパンクチャ処理部60は、図6(c)のハッチングが示すように、受信データb₂およびb₆の位置に、たとえばゼロをダミーデータとして挿入し、出力する。

次に復号器62は、図7(a)に示す受信データ80を入力データA_n列およびB_n列として入力する。復号器62は、入力した受信データを復号して、図7(b)に示す出力データY_nとして出力する。

ここで、データa₂およびa₆は、フェージングの影響により誤りの確率が高くなっている。さらに、データb₂およびb₆は、ダミーとして正確さに期待できないデータが入っている。したがって、本実施例において復号器62には、データa₂とb₂またはデータa₆とb₆が同時に入力されると、どちらも値の正確さに期待できない。このため、受信機14は復号の精度に大きな影響を受けてしまう。

次に受信機14における復号手順について図８を参照しながら、記述する。復号器62でビットエラーを測定する（ステップS10）。受信機14の復号器62は、ビットエラーを測定するビットエラー測定機能ブロック63を有する。復号器62は、サブキャリア毎にビットエラーを測定するようにしてもよい。これにより、復号器62には、フェージングにより影響を受けたデータと、パンクチャド符号化により削ったデータとが、同時に入力されている可能性があることを確認できる。また、エラーの原因がどのサブキャリアのフェージングにより発生しているかを特定してもよい。

次に確認結果を基にパンクチャド符号化により削除するデータの位置を変更するか否か判断する（ステップS12）。フェージングの影響を受けたデータと、パンクチャド符号化により削ったデータとが同時に入力された場合（YES）、位置変更処理に進む（ステップS14へ）。また、フェージングの影響を受けたデータと、パンクチャド符号化により削ったデータとが同時に入力されなかった場合（NO）、復号の精度に影響が少ないと判断して、復号処理に進む（ステップS16へ）。

次に位置変更処理は、送信機12にパンクチャ処理における削除するデータの位置の変更を要求する（ステップS14）。一般的な通信機で送信機と受信機は、制御フレームを利用し、お互いの情報を交換することができる。これを利用して、このような受信データの入力状況を復号器62で確認できると、復号器62は、送信機12に対して、パンクチャド符号化により削除するデータの位置を変更するように要求する。位置の指定はアルゴリズム、順次選択またはランダムに変更してもよい。この処理により、図示しないが要求を受けた送信機12は、パンクチャド符号化により削除するデータの位置を変更して、通信を再開する。

次に復号処理する（ステップS16）。復号は、精度に影響が少ないデータが供給され、誤り訂正の効果を高めることができる。復号処理後、復号器62の動作を終了する。位置変更処理を受けた後で送信機12は、パンクチャ処理した送信データ34を送信する。すなわち、図9(a)に示すように、パンクチャ処理における削除位置をデータB_n列の２番目から４番目に変更する。伝送路でフェージングの影響を受けても、並べ替えた後の受信したデータ80は、図9(b)に示すように、フェージングの影響を受けたデータ位置と、パンクチャ処理によるデータ位置がデータA_n列とB_n列で重複することなく、変えて提供することができる。

また、復号器62の動作手順は、図10に示すように、図示しないが受信データをすべて復号した後にビットエラーを測定し（ステップS10）、削除位置を変更するか否か判断し（ステップS12）、変更しない場合、受信データの復号に戻し、一方、変更する場合（YES）、送信機12にパンクチャの位置変更を要求して（ステップS14）、受信データの復号に戻し、次回に供給される受信データから結果を反映させるようにしてもよい。

このように正確さが期待できないデータが分散して、配置されることから、復号器62は、復号器62による誤り訂正の効果を高めることができる。

このように周波数選択性フェージングが発生した場合、受信機14が推測するフェージングの情報を基に、パンクチャド符号により削るデータの位置を変更するよう送信機12側に要求し、送受信することで、受信データにおける誤り訂正の効果を高めることができる。

本発明は無線通信システムに利用可能であり、とくに、OFDMのように周波数を複数のサブキャリアに分割して、伝送する無線通信システムに適応可能である。

本発明に係る無線通信システムを適用した送受信システムにおける送信機および受信機の概略的な構成を示すブロック図である。図１の符号化器の機能を説明する図である。図１のパンクチャ処理部の機能を説明する図である。図１のサブキャリア変調部の機能を説明する図である。図１のサブキャリア復調部の機能を説明する図である。図１のデパンクチャ処理部の機能を説明する図である。図１の復号器の機能を説明する図である。本発明に係る無線通信システムにおける符号化制御方法を適用した実施例における復号器の動作手順を説明するフローチャートである。図１の送受信システムにおいて周波数選択性フェージングの発生にともなうパンクチャ位置変更後の送受信データを示す図である。本発明に係る無線通信システムにおける符号化制御方法を適用した実施例における復号器の動作手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

10 無線通信システム
12 送信機
14 受信機
16 符号化器
18 パンクチャ処理部
60 デパンクチャ処理部
62 復号器

Claims

周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、データを伝送する送信装置と、前記周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、伝送されてきたデータを受信する受信装置とを備え、
前記送信装置および前記受信装置を、相互に制御用フレームを用いて、情報を伝達する無線通信システムにおいて、
前記送信装置は、データを符号化する符号化手段と、
所定の位置のデータを削除する第１の規則に応じて符号化したデータを削除する削除手段とを含み、
前記受信装置は、前記符号化したデータを受信し、受信した符号化したデータのうち、前記削除手段で削除されたデータに対してダミーデータを埋め込む挿入手段と、
該挿入手段から供給される複数のデータを基にデータに復号する復号手段とを含み、
該復号手段は、さらに、前記挿入手段から供給されるデータを観測し、観測したデータに対してサブキャリア毎にビットエラーを推測する推測機能を含み、
該推測機能は、前記ビットエラーを基に周波数フェージングの影響を受けているサブキャリアを特定し、該周波数フェージングの影響を受けたデータと、符号化により削ったデータとが同時に入力された場合、前記制御用フレームを用い、該受信装置から前記送信装置の前記削除手段に対して第１の規則と同じ符号化率で、かつ第１の規則と異なる削除位置に変更する位置変更処理規則である第２の規則による前記符号化したデータの削除を、前記送信装置に要求することを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、前記削除手段は、パンクチャド符号化処理であることを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、第２の規則は、アルゴリズム、順次選択およびランダムな変更のいずれか一つを用いることを特徴とする無線通信装置。
周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、データを伝送し、前記周波数分割多重により分割された複数のサブキャリアを用いて、伝送されてきたデータを受信して、相互に制御用フレームを用いて、情報を伝達する無線通信システムにおける符号化制御方法において、該方法は、
送信において、データを符号化する第１の工程と、
所定の位置のデータを削除する第１の規則に応じてデータを削除する第２の工程とを含み、
受信において、前記符号化したデータを受信し、受信した符号化したデータのうち、削除されたデータに対してダミーデータを埋め込む第３の工程と、
供給されるデータを復号する第４の工程とを含み、
第４の工程は、前記供給される複数のデータのビットエラーを、前記サブキャリア毎に推測する第５の工程と、
推測したビットエラーを基に周波数フェージングの影響を受けているサブキャリアを特定し、該周波数フェージングの影響を受けたデータと、符号化により削ったデータとが同時に入力されていることを確認する第６の工程と、
該周波数フェージングの影響が存在する場合、前記制御用フレームを用い、受信側から送信側の第２の工程に対して第１の規則と同じ符号化率で、かつ第１の規則と異なる削除位置に変更する位置変更処理規則である第２の規則により前記符号化したデータの削除する位置の変更を要求する第７の工程とを含むことを特徴とする符号化制御方法。
請求項４に記載の方法において、第２の工程は、パンクチャド符号化処理であることを特徴とする符号化制御方法。
請求項４に記載の方法において、第２の規則は、アルゴリズム、順次選択およびランダムな変更のいずれか一つを用いることを特徴とする符号化制御方法。