JP5135603B2 - Retransmission method, transmitter and receiver using multilevel coded modulation - Google Patents

Retransmission method, transmitter and receiver using multilevel coded modulation Download PDF

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  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)

Description

本発明は、マルチレベル符号化変調を用いた再送方式に関する。   The present invention relates to a retransmission scheme using multilevel coded modulation.

限られた周波数帯域で、信頼性に優れかつ高いデータ転送速度を達成するために、周波数利用効率に優れかつ高スループットを持つパケット通信が求められている。このような通信を実現するための手段の1つとして、通信路の状態に応じて変調方式と符号を変えるHSDPA(High Speed Downlink Packet Access)技術が注目されている。HSDPAでは、誤り訂正符号と再送を組み合わせたHARQ(Hybrid Auto Repeat reQuest)と呼ばれるパケット再送技術が用いられている(非特許文献1)。   In order to achieve high reliability and a high data transfer rate in a limited frequency band, packet communication with high frequency utilization efficiency and high throughput is required. As one of means for realizing such communication, attention is paid to an HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) technique that changes a modulation scheme and a code according to the state of a communication path. In HSDPA, a packet retransmission technique called HARQ (Hybrid Auto Repeat reQuest) that combines error correction code and retransmission is used (Non-patent Document 1).

また、周波数利用効率の高い通信を実現するには、符号化変調の適用が必須である。符号化変調方式には、トレリス符号化変調方式(TCM)(非特許文献2)やマルチレベル符号化変調方式(非特許文献3)、ビットインタリーブ符号化変調方式(BICM)(非特許文献4および5)の3つが知られている。   Also, in order to realize communication with high frequency utilization efficiency, application of coded modulation is essential. Coded modulation methods include trellis coded modulation method (TCM) (Non-Patent Document 2), multi-level code modulation method (Non-Patent Document 3), bit interleaved coded modulation method (BICM) (Non-Patent Document 4 and Three of 5) are known.

特にマルチレベル符号化変調方式は、非特許文献3において今井・平川により提案された方式であり、簡易に高い周波数利用効率を実現する手法として近年注目されている。この方式は、例えばヨーロッパのディジタル放送や衛星放送の分野で採用が検討された。また、非特許文献6では、マルチレベル符号化変調方式の各レベルの符号化率を最適に設計すれば、通信路容量に接近できることが示されている。   In particular, the multi-level coded modulation method is a method proposed by Imai and Hirakawa in Non-Patent Document 3, and has recently attracted attention as a method for easily realizing high frequency utilization efficiency. This system has been studied for use in the fields of digital broadcasting and satellite broadcasting in Europe, for example. Further, Non-Patent Document 6 shows that the channel capacity can be approached by optimally designing the coding rate of each level of the multilevel coded modulation system.

S. Lin and D. J. Costello, Error Control Coding. Prentice Hall, second ed., 2004.S. Lin and D. J. Costello, Error Control Coding. Prentice Hall, second ed., 2004. G. Ungerboeck, “Channel coding with multilevel/phase signals,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-28, pp. 5567, Jan. 1982.G. Ungerboeck, “Channel coding with multilevel / phase signals,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-28, pp. 5567, Jan. 1982. H. Imai and S. Hirakawa, “A new multilevel coding method using error correcting codes,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 23, pp. 371377, May 1977.H. Imai and S. Hirakawa, “A new multilevel coding method using error correcting codes,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 23, pp. 371377, May 1977. E. Zehavi, “8-PSK trellis codes for a Rayleigh channel,” IEEE Trans. Commun., vol. 40, pp. 873884, May 1992.E. Zehavi, “8-PSK trellis codes for a Rayleigh channel,” IEEE Trans. Commun., Vol. 40, pp. 873884, May 1992. G. Caire, G. Taricco, and E. Biglieri, “Bit-interleaved coded modulation,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, pp. 927946, May 1998.G. Caire, G. Taricco, and E. Biglieri, “Bit-interleaved coded modulation,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 44, pp. 927946, May 1998. U. Wachsmann, R. F. Fischer, and J. B. Huber, “Multilevel codes: Theoretical concepts and practical design rules,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 45, pp. 13611391, July 1999.U. Wachsmann, R. F. Fischer, and J. B. Huber, “Multilevel codes: Theoretical concepts and practical design rules,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 45, pp. 13611391, July 1999. Q. Luo and P. Sweeney, “Performance of bandwidth efficient multilevel harq schemes over wireless channels,” in Proc. PIMRC '04, vol. 4, pp. 25962600, Sept. 2004.Q. Luo and P. Sweeney, “Performance of bandwidth efficient multilevel harq schemes over wireless channels,” in Proc. PIMRC '04, vol. 4, pp. 25962600, Sept. 2004. Q. Luo and P.Sweeney, “Hybrid-ARQ protocols based on multilevel coded modulation,” Electron. Lett., vol. 39, pp. 10631065, July 2003.Q. Luo and P. Sweeney, “Hybrid-ARQ protocols based on multilevel coded modulation,” Electron. Lett., Vol. 39, pp. 10631065, July 2003.

しかし、実際にパケット通信で誤りが発生した場合、再送技術は必須である。そこで、本発明は、マルチレベル符号化変調を用いた再送方式を提供することを目的とする。   However, when an error actually occurs in packet communication, a retransmission technique is essential. Therefore, an object of the present invention is to provide a retransmission scheme using multilevel coded modulation.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、マルチレベル符号化変調を用いた再送方法であって、マルチレベル符号化変調信号を送信することと、前記信号を各レベルにおいて復号し、誤り検出をすることと、誤りの検出されたレベルについて再送を要求することと、前記誤りの検出されたレベルの符号語を、元の送信よりも信号点間の最小距離が大きい変調方式で再送することと、前記誤りの検出されたレベルにおいて、元の信号と再送信号を組み合わせて復号することとを含み、前記再送することは、前記誤りの検出されたレベルの符号語に加えて、上位レベルの符号語と組み合わせて再送することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a retransmission method using multi-level coded modulation, wherein a multi-level coded modulation signal is transmitted; Decoding the signal at each level, performing error detection, requesting retransmission for the level in which the error was detected, and transmitting the code word of the level in which the error was detected between the signal points rather than the original transmission. and retransmitting a minimum distance is greater modulation scheme, the detected level of said error, looking contains a to decode a combination of the original signal and the retransmission signal, to the retransmission was detected in the error In addition to the level codeword, it is retransmitted in combination with a higher-level codeword .

また、請求項に記載の発明は、マルチレベル符号化変調を用いた再送を実装する送信
機であって、各レベルのビットを符号化するエンコーダと、各エンコーダからの符号語の
ビットの組み合わせを変調シンボルにマップする変調部と、受信機から誤りの検出された
レベルの再送要求を受信する受信器と、前記再送要求に応答して、前記誤りの検出された
レベルの符号語を、元の送信信号よりも信号点間の最小距離が大きい変調方式を用いて前
記変調部より再送させる再送制御部とを備え、前記再送制御部は、前記誤りの検出されたレベルの符号語に加えて、上位レベルの符号語と組み合わせて前記変調部より再送させるたことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is a transmitter that implements retransmission using multi-level coded modulation, and is a combination of an encoder that encodes bits of each level and a bit of a code word from each encoder A modulation unit that maps a modulation symbol to a modulation symbol, a receiver that receives a retransmission request at a level in which an error is detected from a receiver, and a codeword at a level at which the error is detected in response to the retransmission request. A retransmission control unit that retransmits from the modulation unit using a modulation scheme in which a minimum distance between signal points is larger than that of the transmission signal of the transmission signal , and the retransmission control unit includes, in addition to the codeword of the level where the error is detected, The modulator is retransmitted in combination with a higher level codeword .

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の送信機であって、前記エン
コーダは、LDPCエンコーダであることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the transmitter according to the second aspect , wherein the encoder is an LDPC encoder.

また、請求項に記載の発明は、マルチレベル符号化変調を用いた再送を実装する受信
機であって、マルチレベル符号化変調信号を受信し、復調する復調部と、前記復調した信
号を各レベルにおいて復号し、誤りを検出するデコーダと、誤りの検出されたレベルにつ
いて再送要求を送信する送信器と、前記再送要求に応答して、元の送信よりも信号点間の
最小距離が大きい変調方式を用いて再送された信号を前記復調部で復調し、対応するデコ
ーダで元の信号と組み合わせて復号させる再送制御部とを備え、前記誤りの検出されたレベルの符号語に加えて、上位レベルの符号語と組み合わせて変調されたたことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is a receiver that implements retransmission using multi-level coded modulation, and receives a demodulating unit that receives and demodulates a multi-level coded modulation signal; and A decoder that decodes and detects an error at each level, a transmitter that transmits a retransmission request for the level in which the error is detected, and a minimum distance between signal points that is larger than the original transmission in response to the retransmission request A retransmission control unit that demodulates a signal retransmitted using a modulation scheme by the demodulation unit and decodes the signal in combination with the original signal by a corresponding decoder, in addition to the codeword of the level where the error is detected, It is characterized by being modulated in combination with a higher level codeword .

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の受信機であって、前記デコーダは、
LDPCデコーダであることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the receiver according to claim 4 , wherein the decoder comprises:
It is an LDPC decoder.

本発明によれば、マルチレベル符号化変調/多段復号(MLC/MSD:Multi−Level Coding/Multi−Stage Decoding)方式に高効率な再送方式を組み合わせ、これにより信頼性に優れ、高いスループット特性を達成することができる。MLC/MSDシステムとHARQを組み合わせ、誤りのあるレベルのみを再送する手法は、非特許文献7および8で提案されている。この文献では、誤り訂正に畳み込み符号、誤り検出にCRC(Cyclic redundancy check)を用いており、誤りがあるレベルのみを再送することによって全体のスループットを向上させている。   According to the present invention, a multi-level code modulation / multi-stage decoding (MLC / MSD: Multi-Level Coding / Multi-Stage Decoding) scheme is combined with a high-efficiency retransmission scheme, thereby providing excellent reliability and high throughput characteristics. Can be achieved. Non-Patent Documents 7 and 8 propose a method of retransmitting only an erroneous level by combining an MLC / MSD system and HARQ. In this document, a convolutional code is used for error correction, and CRC (Cyclic redundancy check) is used for error detection, and the overall throughput is improved by retransmitting only a level with an error.

本発明では、再送する際に低いコンスタレーションを用いることにより、再送時の信頼性を改善し、高いスループットを実現している。例を挙げると、もし元の送信が64−QAMを用いていたとするならば、再送時にはQPSKや16−QAMを用いるといった具合である。これによる最大の利点は、すでに受信した符号語と再送された符号語を対数尤度比LLR(Log Likelihood Ratio)の和として容易に組み合わることができるため、効率よく高い信頼性が得られることにある。また、誤りのあるレベルだけでなく、その上位レベルも同時に送信することによりさらに再送時の信頼性を改善することができる。   In the present invention, by using a low constellation at the time of retransmission, the reliability at the time of retransmission is improved and high throughput is realized. For example, if the original transmission uses 64-QAM, QPSK or 16-QAM is used for retransmission. The greatest advantage of this is that a codeword that has already been received and a retransmitted codeword can be easily combined as the sum of log likelihood ratio LLR (Log Likelihood Ratio), so that high reliability can be obtained efficiently. It is in. In addition, the reliability at the time of retransmission can be further improved by transmitting not only the erroneous level but also the higher level at the same time.

また、各レベルで誤りがあるかないかを検出するために、各符号に誤り検出の能力を付与しなければならない。一般的には、いくつかのパリティビットを付加するCRC符号が用いられる。その代替案として、本発明では誤り訂正の要素符号に低密度パリティ検査符号(LDPC:Low−Density Parity−Check)を用いることができる。LDPC符号は、シャノン限界に接近することのできる符号の1つであり、またそれ自体がブロック符号であり、そのパリティチェック行列から誤り検出ができるという特徴を持つ。また、符号化率を柔軟に選択できるため、MLCの設計に適しているという利点がある。   In addition, in order to detect whether there is an error at each level, each code must be provided with an error detection capability. Generally, a CRC code that adds several parity bits is used. As an alternative, in the present invention, a low-density parity check code (LDPC) can be used as an element code for error correction. The LDPC code is one of codes that can approach the Shannon limit, and is itself a block code, and has a feature that error detection can be performed from the parity check matrix. In addition, since the coding rate can be selected flexibly, there is an advantage that it is suitable for MLC design.

(本発明の概要)
本発明では、マルチレベル符号化変調/多段復号(MLC/MSD)方式に高効率な再送方式を組み合わせ、これにより高いスループット特性を達成することができる。
(Outline of the present invention)
In the present invention, a high-efficiency retransmission scheme is combined with a multilevel coded modulation / multi-stage decoding (MLC / MSD) scheme, thereby achieving high throughput characteristics.

マルチレベル符号化変調(MLC)では、m本の2元情報をそれぞれ別々の符号化率を有する符号で符号化し、2mの多値シンボルを用いて送信する。ここで、多値シンボルにおけるm本の通信路はそれぞれ最小距離が異なるが、ここでは最小距離の小さいものを低いレベル、最小距離の大きいものを高いレベルの通信路と呼ぶことにする。MLCでは一般に、低いレベルの2元通信路には符号化率の低い(従って誤り訂正能力が高い)符号を、高いレベルの2元通信路には符号化率の高い(従って誤り訂正能力が低い)符号を割り当てる。以下では、レベル数をm=3とし、多値変調として一次元の8−ASK(Amplitude Shift Keying)を用いた場合について説明するが、本発明は、これに限られないことに留意されたい。例えば、IおよびQ成分のそれぞれに対して8−ASKを適用すれば、二次元の64−QAMを用いたマルチレベル符号化変調を構成することができる。 In multi-level code modulation (MLC), m binary information is encoded with codes having different coding rates and transmitted using 2 m multilevel symbols. Here, the m communication paths in the multi-valued symbol have different minimum distances. Here, a small minimum distance is referred to as a low level, and a large minimum distance is referred to as a high level communication path. In general, in MLC, a low-level binary channel has a low coding rate (and therefore high error correction capability), and a high-level binary channel has a high coding rate (and thus low error correction capability). ) Assign a code. Hereinafter, a case will be described in which the number of levels is m = 3 and one-dimensional 8-ASK (Amplitude Shift Keying) is used as multi-level modulation, but it should be noted that the present invention is not limited to this. For example, if 8-ASK is applied to each of the I and Q components, multilevel coding modulation using two-dimensional 64-QAM can be configured.

図1は、マルチレベル符号化変調の一例を示す図である。この例では、図に示すように、8−ASKコンスタレーション上の各信号点にナチュラルマッピングを用いて3ビットを割り当てている。この場合、低レベルの最下位ビットは隣り合う信号点ごとにビットが変化するので最小距離が最も小さく、誤りが生じやすい。一方、高レベルの最上位ビットは4つの信号点ごとにビットが変化するので最小距離が最も大きく、誤りが生じにくい。そこで、低レベルのエンコーダ0については符号化率を低くして誤り訂正能力を高くし、高レベルのエンコーダ2については符号化率を高くして誤り訂正能力を低くする。これにより、データの信頼性を確保しつつ、効率の良い伝送が可能となる。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of multilevel coded modulation. In this example, as shown in the figure, 3 bits are assigned to each signal point on the 8-ASK constellation using natural mapping. In this case, since the least significant bit of the low level changes for each adjacent signal point, the minimum distance is the smallest and an error is likely to occur. On the other hand, the most significant bit of the high level changes every 4 signal points, so that the minimum distance is the largest and an error is unlikely to occur. Therefore, for the low level encoder 0, the encoding rate is lowered to increase the error correction capability, and for the high level encoder 2, the encoding rate is increased to reduce the error correction capability. This enables efficient transmission while ensuring data reliability.

ここで、エンコーダの符号語x(0),x(1),x(2)の符号長が等しければ、すべてのビットを過不足なく、8−ASKの8つの信号点に割り当てることができる。そこで、各エンコーダの符号化率を考慮して、エンコーダに入力するビット数を調整する。具体的には、図1に示すように、各エンコーダの符号語x(0),x(1),x(2)の符号長が等しくなるように、情報ビット列qを3つのブロックq(0),q(1),q(2)に分ける。最終的に、マルチレベル符号化変調された信号は、伝送路を介して受信機に送信される。 Here, if the code lengths of the codewords x (0) , x (1) , and x (2) of the encoder are equal, all bits can be allocated to 8 signal points of 8-ASK without excess or deficiency. Therefore, the number of bits input to the encoder is adjusted in consideration of the coding rate of each encoder. Specifically, as shown in FIG. 1, the information bit string q is divided into three blocks q (0 ) so that the code lengths of the codewords x (0) , x (1) , x (2) of each encoder are equal. ) , Q (1) and q (2) . Finally, the multilevel code-modulated signal is transmitted to the receiver via the transmission line.

受信側では、マルチレベル符号化変調された受信信号を復調し、多段復号(MSD)により復号する。MSDでは、低いレベルで誤り訂正された符号語を高いレベルの符号語の復号に利用することにより復号性能を向上させることができる。   On the receiving side, the reception signal subjected to multilevel code modulation is demodulated and decoded by multistage decoding (MSD). In MSD, decoding performance can be improved by using a codeword error-corrected at a low level for decoding a high-level codeword.

図2に、マルチレベル符号化変調された信号を復調し、多段復号する受信機の構成を示す。受信信号X’は、ビットごとに各レベルに分離され、それぞれのデコーダにフィードされる。デコーダ0は、レベル0で受信した符号語x’(0)の復号を行う。符号語x’(0)が復号されると、8−ASKコンスタレーション上の3つのビットのうち、最下位ビットが確定する。そのため、この復号結果を用いて次のレベルの復号を行えば復号の信頼性を向上させることができる。具体的には、最下位ビットが確定すると、次のレベルで取り得る8−ASKの信号点は4つに削減される。したがって、デコーダ1は、残りの4つの信号点について、レベル1で受信した符号語x’(1)の復号を行えばよい。これにより、8つの信号点すべてについて受信符号語の復号を行う場合よりも信頼性が向上する。 FIG. 2 shows a configuration of a receiver that demodulates and multistage-decodes a multilevel code-modulated signal. The received signal X ′ is separated into each level for each bit and fed to the respective decoders. The decoder 0 decodes the codeword x ′ (0) received at level 0. When the codeword x ′ (0) is decoded, the least significant bit of the three bits on the 8-ASK constellation is determined. Therefore, decoding reliability can be improved by performing decoding at the next level using this decoding result. Specifically, when the least significant bit is determined, the 8-ASK signal points that can be taken at the next level are reduced to four. Therefore, the decoder 1 may decode the codeword x ′ (1) received at level 1 for the remaining four signal points. Thereby, the reliability is improved as compared with the case where the received codeword is decoded for all eight signal points.

同様に、符号語x’(0)およびx’(1)が復号されると、8−ASKコンスタレーション上の3つのビットのうち、最下位ビットおよび2番目のビットが確定する。これらのビットが確定すると、次のレベルで取り得る8−ASKの信号点は2つに削減される。したがって、デコーダ2は、残りの2つの信号点について、レベル2で受信した符号語x’(2)の復号を行う。 Similarly, when codewords x ′ (0) and x ′ (1) are decoded, the least significant bit and the second bit among the three bits on the 8-ASK constellation are determined. Once these bits are established, the possible 8-ASK signal points at the next level are reduced to two. Therefore, the decoder 2 decodes the codeword x ′ (2) received at level 2 for the remaining two signal points.

しかしながら、MSDでは、低いレベルでの復号の結果を高いレベルの復号に利用するため、低いレベルで復号誤りが生じると、高いレベルで正しく復号することができない。そこで本発明では、レベルごとに復号後の誤りを検出し、あるレベルで誤りが検出されれば、そのレベルのみ、またはそのレベルと上位のレベルの組み合わせを、8−ASKよりも信号点間の最小距離が大きい変調で再送する。これにより、信頼性に優れ、高いスループットを達成することができる。   However, since the MSD uses the result of decoding at a low level for high level decoding, if a decoding error occurs at a low level, it cannot be correctly decoded at a high level. Therefore, in the present invention, an error after decoding is detected for each level, and if an error is detected at a certain level, only that level or a combination of that level and a higher level is assigned between signal points rather than 8-ASK. Retransmit with modulation with a large minimum distance. Thereby, it is excellent in reliability and high throughput can be achieved.

(本発明のシステム構成)
以下では、一次元のM−ASK変調の場合のシステム構成について説明するが、本発明はこれに限られない。実際のシステムには、例えば二次元のM2−QAM変調を採用することができる。マルチレベル符号化変調(MLC)において、M−ASKのコンスタレーションは、m=log2Mの2元通信路で構成され、復号側では、ASKシンボルはmレベルの2元通信路に分解される。この場合の送信機および受信機のシステム構成について以下に説明する。
(System configuration of the present invention)
Hereinafter, a system configuration in the case of one-dimensional M-ASK modulation will be described, but the present invention is not limited to this. In an actual system, for example, two-dimensional M 2 -QAM modulation can be employed. In multi-level coded modulation (MLC), the M-ASK constellation is composed of m = log 2 M binary channels, and on the decoding side, ASK symbols are decomposed into m-level binary channels. . The system configuration of the transmitter and receiver in this case will be described below.

図3は、本発明の一実施形態による送信機の構成例を示している。送信機300は、情報ビット列qをmブロックに区分するパーティショニング部302と、各ブロックのビット列を符号化するm個のエンコーダ0,1,...,m−1と、各エンコーダからの符号化ビットをM−ASKコンスタレーション上にマップする変調部304と、受信機からの再送指示を受信するARQ受信機308と、再送時の制御を行うARQ制御部306とを備える。   FIG. 3 shows a configuration example of a transmitter according to an embodiment of the present invention. The transmitter 300 includes a partitioning unit 302 that divides the information bit string q into m blocks, and m encoders 0, 1,. . . , M−1, a modulation unit 304 that maps encoded bits from each encoder on the M-ASK constellation, an ARQ receiver 308 that receives a retransmission instruction from the receiver, and ARQ that performs control during retransmission And a control unit 306.

パーティショニング部302は、情報ビット列qをmブロックの2進数のビット列q(l)に分ける。ここで、q(l)(l=0,1,...,m−1)は、l番目の2元通信路で送信されるビットを指すものとする。lレベルにおいて、エンコーダlは、情報ビットq(l)を符号化率Rl、符号長nlの符号で符号化し、符号語x(l)を出力する。ここで、各エンコーダの符号長を等しくすれば、符号長のビット数に等しいASK送信シンボル数nですべての符号語を伝送することができる。つまり、n0=n1=・・・=nm-1=nとする。このとき、全体の符号化率Rは、次式で表される。
(1) R=R0+R1+・・・+Rm-1
The partitioning unit 302 divides the information bit string q into a binary bit string q (l) of m blocks. Here, q (l) (l = 0, 1,..., M−1) indicates a bit transmitted on the l-th binary communication path. At level l, encoder l encodes information bit q (l) with a code having coding rate R l and code length n l and outputs codeword x (l) . Here, if the code lengths of the encoders are made equal, all codewords can be transmitted with the number of ASK transmission symbols n equal to the number of bits of the code length. That is, n 0 = n 1 =... = N m−1 = n. At this time, the overall coding rate R is expressed by the following equation.
(1) R = R 0 + R 1 +... + R m-1

変調部304は、エンコーダ0〜m−1の符号語x(0),x(1),...,x(m-1)のビットを組み合わせ、M−ASKコンスタレーション上にマップする。MLCの2元ラベリングにおいて、ビットインタリーブ符号化変調(BICM)等で用いられるGrayマッピングの代わりに、上述したナチュラルマッピングを用いて、信号点間の最小距離を適切に設定することができる。ASK変調された信号は、送信機から無線などの伝送路を介して受信機に送られる。 The modulation unit 304 includes codewords x (0) , x (1) ,. . . , X (m−1) bits are combined and mapped onto the M-ASK constellation. In the binary labeling of MLC, the minimum distance between signal points can be appropriately set by using the natural mapping described above instead of the Gray mapping used in bit interleave coded modulation (BICM) or the like. The ASK-modulated signal is sent from the transmitter to the receiver via a wireless transmission path.

伝送路のSNR(Signal to Noise Ratio)が十分に高く雑音の影響が無視できる場合、符号が理想的なものであれば再送の必要はない。しかし、実システムにおいては、雑音その他の影響により誤りが発生する。そのため、再送制御(ARQ)が必要となる。誤り訂正可能な符号化と再送制御を組み合わせたものをハイブリッドARQ(HARQ)という。HARQでは、受信側で訂正できず誤りがあるパケットを検出すると、送信側に通知し、送信側から誤りが検出されたパケットを再送する。このHARQには、一般に、タイプIとタイプIIがあり、タイプIでは、誤りが検出されたパケットを再送し、タイプIIでは、各パケットのパリティビットを再送する。一般に、再送パケットには誤った情報ビットだけでなく、正しく受信された情報ビットも含まれるため、誤った情報ビットの数が少なければ、非効率的である。   If the SNR (Signal to Noise Ratio) of the transmission path is sufficiently high and the influence of noise can be ignored, retransmission is not necessary if the code is ideal. However, in a real system, errors occur due to noise and other effects. Therefore, retransmission control (ARQ) is required. A combination of encoding capable of error correction and retransmission control is referred to as hybrid ARQ (HARQ). In HARQ, when a packet that cannot be corrected on the reception side and has an error is detected, the packet is notified to the transmission side, and the packet in which the error is detected is retransmitted from the transmission side. This HARQ generally has type I and type II. In type I, a packet in which an error is detected is retransmitted. In type II, the parity bit of each packet is retransmitted. In general, since a retransmission packet includes not only erroneous information bits but also correctly received information bits, it is inefficient if the number of erroneous information bits is small.

本発明では、パケットを複数のレベルに分割して伝送するマルチレベル符号化変調を用いて、再送時にすべてのレベルを再送するのではなく、誤りが検出されたレベルをより低いコンスタレーションで再送する。これにより、不必要な再送を抑え、より信頼性の高い再送が可能になる。具体的には、ARQ受信機308が、受信側からの再送指示を受け付ける。この再送指示に従って、ARQ制御部306が、誤りが検出されたレベルの符号語を2−ASK(BPSK)変調で送信するように変調部304を制御する。あるいは、ARQ制御部306が、誤りが検出されたレベルの符号語だけでなく、その上位レベルの符号語を送信するのに適した変調で送信するように変調部304を制御する。例えば、m−2のレベルに誤りが検出された場合は、m−2のレベルの符号語x(m-2)と、その上位レベルであるm−1のレベルの符号語x(m-1)を4−ASK変調で送信する。 In the present invention, using multilevel coding modulation in which a packet is divided into a plurality of levels and transmitted, not all levels are retransmitted at the time of retransmission, but the level at which an error is detected is retransmitted with a lower constellation. . As a result, unnecessary retransmission can be suppressed, and more reliable retransmission can be performed. Specifically, the ARQ receiver 308 receives a retransmission instruction from the receiving side. In accordance with this retransmission instruction, ARQ control section 306 controls modulation section 304 to transmit a codeword at a level where an error is detected by 2-ASK (BPSK) modulation. Alternatively, the ARQ control unit 306 controls the modulation unit 304 so as to transmit with a modulation suitable for transmitting not only the codeword at the level where the error is detected but also the higher-level codeword. For example, if an error is detected in the level of the m-2, and m-2 levels codeword x (m-2), the codeword x level m-1 is the upper level (m-1 ) Is transmitted by 4-ASK modulation.

図4は、本発明の一実施形態による受信機の構成例を示している。受信機400は、受信信号X’を復調する復調部402と、各レベルの復調ビットを復号するm個のデコーダ0,1,...,m−1と、各デコーダからの復号ビット列の誤りを検出し、情報ビット列q’を出力する誤り検出部404と、誤りが検出された場合に送信側に再送指示を送信するARQ送信機408と、再送時の制御を行うARQ制御部406とを備える。   FIG. 4 shows a configuration example of a receiver according to an embodiment of the present invention. The receiver 400 includes a demodulator 402 that demodulates the received signal X 'and m decoders 0, 1,. . . , M−1, an error detection unit 404 that detects an error in the decoded bit string from each decoder and outputs an information bit string q ′, and an ARQ transmitter 408 that transmits a retransmission instruction to the transmission side when an error is detected And an ARQ control unit 406 that performs control at the time of retransmission.

復調部402は、マルチレベル符号化変調された受信信号X’をM−ASKに従って復調する。復調ビットは、それぞれのレベルのデコーダ0,1,...,m−1に分配される。各デコーダ0,1,...,m−1では、エンコーダ0,1,...,m−1に対応する復号を行う。例えば、各エンコーダの符号化には、シャノン限界に近い特性を有するLDPC(Low Density Parity Check)符号を用いることができる。LDPC符号は、誤り訂正だけでなく、誤り検出も可能なので、その結果を再送制御に利用することができる。ターボ符号を用いる場合は、再送制御のための誤り検出としてCRC(Cyclic Redundancy Check)ビットを付加する必要がある。   The demodulator 402 demodulates the reception signal X ′ that has been subjected to multilevel code modulation in accordance with M-ASK. The demodulated bits are stored in the decoders 0, 1,. . . , M−1. Each decoder 0, 1,. . . , M−1, encoders 0, 1,. . . , M−1. For example, an LDPC (Low Density Parity Check) code having characteristics close to the Shannon limit can be used for encoding of each encoder. Since the LDPC code can detect not only errors but also errors, the result can be used for retransmission control. When a turbo code is used, it is necessary to add a CRC (Cyclic Redundancy Check) bit as error detection for retransmission control.

デコーダlは、レベルlでの復調ビットの復号を行う。LDPC符号の場合、デコーダlは、元の送信による受信語x’0 (l)の対数尤度比(LLR)を計算する。これをL(x’0 (l))と表す。このLLRを用いてSum product復号を行う。そして、誤り検出部404において、パリティチェックの結果、復号が正しく行えなかったと判明したとき、その情報をARQ送信機408から送信機300に通知し、符号語x(l)を再送してもらう。このように、誤りの検出されたレベルの符号語のみを再送するARQを、本明細書ではモード1と称する。 The decoder l decodes the demodulated bits at level l. In the case of an LDPC code, the decoder 1 calculates the log likelihood ratio (LLR) of the received word x ′ 0 (l) by the original transmission. This is represented as L (x ′ 0 (l) ). Sum product decoding is performed using this LLR. When the error detection unit 404 finds that the decoding has not been correctly performed as a result of the parity check, the information is notified from the ARQ transmitter 408 to the transmitter 300, and the codeword x (l) is retransmitted. In this specification, ARQ that retransmits only codewords at a level where an error is detected is referred to as mode 1 in this specification.

再送時には、送信機300のARQ制御部306で適した変調方式が選択されるので、受信機400においても、ARQ制御部406が復調部402を制御して対応する復調方式を選択する。例えば、1つのレベルで誤りが検出されたときは、2−ASKの変調方式が選択され、2つのレベルで誤りが検出されたときは、4−ASKの変調方式を選択する。そして、デコーダlは、再送された受信語x’1 (l)からLLRを計算し、次式のように前回のLLRと組み合わせる。
(2) L(x’(l))=L(x’0 (l))+L(x’1 (l)
このL(x’(l))を用いて、x(l)を復号する。
At the time of retransmission, a suitable modulation method is selected by the ARQ control unit 306 of the transmitter 300, and therefore, in the receiver 400, the ARQ control unit 406 controls the demodulation unit 402 to select a corresponding demodulation method. For example, when an error is detected at one level, a 2-ASK modulation scheme is selected, and when an error is detected at two levels, a 4-ASK modulation scheme is selected. Then, the decoder l calculates the LLR from the retransmitted received word x ′ 1 (l) and combines it with the previous LLR as in the following equation.
(2) L (x '( l)) = L (x' 0 (l)) + L (x '1 (l))
Using this L (x ′ (l) ), x (l) is decoded.

ここで、注目すべき点は、符号語、すなわちパケットの長さnがすべてのレベルおよび再送において同一であるため、符号の結合は単純にLLRの和であり、計算が容易であることである。このプロセスは、デコーダlで誤りなく情報が得られるまで繰り返される。再送必要回数をNrとすると、デコーダがこの反復(イタレーション)から抜け出すときのLLRは次式のように表される。 Here, it should be noted that since the code word, that is, the packet length n is the same in all levels and retransmissions, the code combination is simply the sum of the LLRs and is easy to calculate. . This process is repeated until the information is obtained without error in the decoder l. If the required number of retransmissions is N r , the LLR when the decoder gets out of this iteration (iteration) is expressed by the following equation.

Figure 0005135603
Figure 0005135603

このARQモード1は、誤りの検出されたレベルに対して再送により信頼性を向上させることができるが、再送時に、誤りが検出されたレベルと、もう1つ上のレベルを4−ASKの変調を用いて送信することもできる。本明細書では、このARQをモード2と称する。   This ARQ mode 1 can improve the reliability by retransmission for the level in which the error is detected. However, at the time of retransmission, the level in which the error is detected and the level one level higher than that are modulated by 4-ASK. Can also be used for transmission. In this specification, this ARQ is referred to as mode 2.

ARQモード2では、デコーダlでtl回目に再送された受信語のペア{x’tl (l),x’tl (l+1)からは、L(x’tl (l))とL(x’tl (l+1))が導き出される。このモードでは、誤りが検出されたレベルだけでなく、1つ上のレベルも再送しているため、上のレベルで復号を行う際に、信頼性が向上し、再送回数を減らすことができる。しかし、4−ASKは、2−ASKと比べて、送信シンボルの信号点間の最小距離が小さいため、このモードは、SNRが高い領域では効果があるが、SNRが低い領域、つまり最小距離が復号性能において支配的となってくる領域では必ずしも効率的であるとはいえない。 In the ARQ mode 2, from the pair of received words {x ′ tl (l) , x ′ tl (l + 1) retransmitted by the decoder l at the t l- th time, L (x ′ tl (l) ) and L ( x ′ tl (l + 1) ) is derived. In this mode, not only the level at which an error is detected but also the next higher level are retransmitted, so that when decoding is performed at the upper level, the reliability is improved and the number of retransmissions can be reduced. However, since 4-ASK has a smaller minimum distance between signal points of transmission symbols than 2-ASK, this mode is effective in a region where the SNR is high, but a region where the SNR is low, that is, the minimum distance is small. It is not necessarily efficient in a region that becomes dominant in decoding performance.

さらに上記の考え方を一般化して、ARQモードmを定義することができる。すなわち、誤りが検出されたレベルlと、その上のすべてのレベルを2m-l−ASKの変調で再送するモードである。モードの選択は、変調基準、使用する符号、伝送路のSNRなどのパラメータにより左右される。 Furthermore, the ARQ mode m can be defined by generalizing the above idea. That is, this is a mode in which a level 1 where an error is detected and all levels above it are retransmitted by modulation of 2 ml- ASK. The mode selection depends on parameters such as the modulation standard, the code used, and the SNR of the transmission path.

(シミュレーション結果)
本発明の一実施形態によるハイブリッドARQの性能をシミュレーションにより検証した。このシミュレーションでは、変調方式を8−ASKとし、比較対象として、ビットインタリーブ符号化変調(BICM)を用いた。表1にこのシミュレーションの諸元を示す。
(simulation result)
The performance of the hybrid ARQ according to an embodiment of the present invention was verified by simulation. In this simulation, the modulation method was 8-ASK, and bit interleave coded modulation (BICM) was used as a comparison target. Table 1 shows the specifications of this simulation.

Figure 0005135603
Figure 0005135603

各パケットのシンボル数をnとして、MLC/MSDは長さnでm個の符号語を送信しているが、BICMは符号長をこれよりも長く取ることができる。特に、2m−ASKで符号語がn×mのとき、BICMは符号長がMLC/MSDのm倍になる。このため、非特許文献6に記載の通信路容量の法則(以下、「キャパシティルール」と呼ぶ)を適用して最適設計したMLC/MSDよりも、時としてBICMの方がよりよい性能を示すこともありうる。 MLC / MSD transmits m codewords with a length of n, where n is the number of symbols in each packet, but BICM can take a longer code length. In particular, when 2 m -ASK and the codeword is n × m, the code length of BICM is m times that of MLC / MSD. For this reason, BICM sometimes shows better performance than MLC / MSD optimally designed by applying the channel capacity law described in Non-Patent Document 6 (hereinafter referred to as “capacity rule”). It is also possible.

伝送レートRが与えられたときの各符号化率Rlは、キャパシティルールを適用し、最適化を行っている。ただし、高いレベルにおいて、このルールから得られる符号化率が1であった場合は、本発明を適用する上で再送時の復号を考慮して、若干符号化率を下げている。 Each coding rate R l when a transmission rate R is given is optimized by applying a capacity rule. However, when the coding rate obtained from this rule is 1 at a high level, the coding rate is slightly lowered in consideration of decoding at the time of retransmission in applying the present invention.

本シミュレーションでは、変調に8−ASKを用い、1シンボル当りm=3ビットを送信している。その際、各レベルの符号化率は、キャパシティルールにより設計し、R0=0.5,R1=0.98,R2=0.98としており、全体の伝送レートは、R=2.46となっている。同様に、BICMのパラメータも同じ伝送レートになるように設定している。 In this simulation, 8-ASK is used for modulation, and m = 3 bits are transmitted per symbol. At that time, the coding rate of each level is designed according to capacity rules, and R 0 = 0.5, R 1 = 0.98, R 2 = 0.98, and the overall transmission rate is R = 2. .46. Similarly, the BICM parameters are set to have the same transmission rate.

本シミュレーションでは、2つの再送スキームを評価した。図5は、すべてのレベルでARQモード1を適用している。これを本明細書では、スキーム1と称する。これに対して、図6は、最も低いレベル0にARQモード2を適用し、他のレベル1および2にARQモード1を適用している。これを本明細書では、スキーム2と称する。   In this simulation, two retransmission schemes were evaluated. FIG. 5 applies ARQ mode 1 at all levels. This is referred to herein as Scheme 1. On the other hand, FIG. 6 applies ARQ mode 2 to the lowest level 0 and applies ARQ mode 1 to the other levels 1 and 2. This is referred to herein as Scheme 2.

図7に、ビット誤り率(BER)の特性を示す。この図から、再送なしの場合はMLC/MSDとBICMはほぼ同じBER特性を示していることがわかる。実際には、BICMの方が若干特性がよい。これはBICMの方が符号長が長く、またMLC/MSDの符号化率の設定が再送を考慮して、非特許文献6のキャパシティルールに対し若干符号化率を下げているためであると考えられる。   FIG. 7 shows the bit error rate (BER) characteristics. From this figure, it can be seen that MLC / MSD and BICM show almost the same BER characteristics when there is no retransmission. In practice, BICM has slightly better characteristics. This is because the BICM has a longer code length, and the MLC / MSD code rate setting is slightly lower than the capacity rule of Non-Patent Document 6 in consideration of retransmission. Conceivable.

次に1回の再送を許容すると、BER特性に大きな違いが現れる。スキーム1では、BICMよりも特性が悪いが、スキーム2ではBICMよりも特性の改善が大きい。これは、後述するキャパシティの観点から説明できる。具体的には、まず、図11のSNRが約7dBから13dBの領域に注目する。スキーム2ではすべてのレベルにARQモード1を適用しており、1回の再送を許容することによって、レベル0のキャパシティ曲線が2−ASKの曲線へと移動する。これによって、レベル0において符号化率がキャパシティ値を下回り誤りが減少する。しかし、1つ上のレベル1の符号化率はレベル1のキャパシティ値を上回っている。よって、レベル1では誤りを訂正することができず、全体として誤りがあるということになる。   Next, if one retransmission is allowed, a large difference appears in the BER characteristics. In Scheme 1, the characteristics are worse than in BICM, but in Scheme 2, the improvement in characteristics is greater than in BICM. This can be explained from the viewpoint of capacity described later. Specifically, first, attention is focused on a region where the SNR in FIG. 11 is about 7 dB to 13 dB. In scheme 2, ARQ mode 1 is applied to all levels, and by allowing one retransmission, the capacity curve of level 0 moves to the 2-ASK curve. As a result, the coding rate falls below the capacity value at level 0, and errors are reduced. However, the level 1 coding rate, which is one level higher, exceeds the level 1 capacity value. Therefore, the error cannot be corrected at level 1, and there is an error as a whole.

一方、スキーム2ではレベル0の再送にARQモード2を適用している。1回の再送によって、レベル0のキャパシティ曲線はレベル0の4−ASK、レベル1のキャパシティ曲線はレベル1の4−ASKの曲線へ移動する。これによって、レベル0、レベル1共にそれぞれの符号化率がキャパシティ値を下回る。その結果、このSNRの領域において、全体として誤りが減少したということになる。   On the other hand, in scheme 2, ARQ mode 2 is applied to level 0 retransmission. With one retransmission, the level 0 capacity curve moves to the level 0 4-ASK curve and the level 1 capacity curve moves to the level 1 4-ASK curve. As a result, the coding rates of both level 0 and level 1 are lower than the capacity value. As a result, the error is reduced as a whole in this SNR region.

図8は、復号誤り率(DER)の特性を示している。これもBER特性と同様の結果を示している。次に、誤りなく情報を復号できるまでに必要な平均再送回数を評価した。   FIG. 8 shows the decoding error rate (DER) characteristics. This also shows the same result as the BER characteristic. Next, the average number of retransmissions required until information could be decoded without error was evaluated.

図9は、平均必要再送回数Nrの特性を示している。この図から、SNRが低い領域ではスキーム1でNrが最も低く、最もよい結果を示していることが分かる。しかし、Nrは5よりも大きく、実際のアプリケーションを考えると実用的でないように考えられる。反対に、SNRが中程度の領域では、スキーム2の方がよい。この領域ではNrは3よりも小さい。以上より、SNRが低い領域ではスキーム1の方がよいが、SNRが高い領域ではスキーム2の方が効率的であることが分かる。したがって、SNRによって、モードあるはスキームを適切に切り換えることにより、本発明によるHARQの方がBICMを用いたものよりも性能がよくなるといえる。 Figure 9 shows the characteristics of the average required number of retransmissions N r. From this figure, SNR is in Scheme 1 in a low region N r is the lowest it can be seen that show the best results. However, Nr is larger than 5 and seems to be impractical when considering an actual application. Conversely, scheme 2 is better for regions with moderate SNR. In this region, N r is less than 3. From the above, it can be seen that scheme 1 is better in the region where the SNR is low, but scheme 2 is more efficient in the region where the SNR is high. Therefore, it can be said that HARQ according to the present invention has better performance than that using BICM by appropriately switching modes or schemes according to SNR.

最後に、スループット特性を評価した。送信において、スループットは以下のように定義される。
(4) スループット=(1−DER)R [bit/dimension]
このシミュレーションでは、誤りなく全体の情報が受信されるまで再送を繰り返しているので、スループットを以下のように再定義する。
(5) スループット=R/(1+Nr) [bit/dimension]
Finally, throughput characteristics were evaluated. In transmission, throughput is defined as follows:
(4) Throughput = (1-DER) R [bit / dimension]
In this simulation, since retransmission is repeated until the entire information is received without error, the throughput is redefined as follows.
(5) Throughput = R / (1 + N r ) [bit / dimension]

図10に、このスループットによる特性を示す。この図より、SNRが低い領域ではスキーム1が最も優れていることが分かる。しかし、0.2[bit/dimension]程度ととても低いものである。SNRが高くなってきた領域では、スキーム2が最も良い。また、SNRが13.5dB近辺でスループットが急激に上昇している原因は、後述のキャパシティの解析から説明できる。図11を見ると、SNRが約13dBを超えると、符号化率がキャパシティ値を下回っている。つまり、誤りがなくなり、再送の必要がなくなったと考えられる。これが図10でSNRが約13.5dBを超えると急激にスループットが上昇している原因である。また、SNRが約8dBから13dBまでは一定のスループット値をとっている。これは、スキーム1においては再送2回、スキーム2においては再送1回でそれぞれ符号化率がキャパシティ値を下回っているため、それ以上の再送をこのSNRで必要としないためである。このように、SNRによって再送スキームまたはモードを適切に切り換えることにより、本発明によるHARQの方がBICMを用いたものよりも性能がよくなることが分かる。   FIG. 10 shows the characteristics depending on the throughput. From this figure, it can be seen that Scheme 1 is most excellent in the region where the SNR is low. However, it is very low, about 0.2 [bit / dimension]. In the region where the SNR has increased, Scheme 2 is the best. Further, the reason why the throughput rapidly increases near the SNR of 13.5 dB can be explained from the capacity analysis described later. Referring to FIG. 11, when the SNR exceeds about 13 dB, the coding rate is lower than the capacity value. In other words, it is considered that there are no errors and there is no need for retransmission. This is the reason why the throughput suddenly increases when the SNR exceeds about 13.5 dB in FIG. Further, a constant throughput value is taken when the SNR is about 8 dB to 13 dB. This is because the coding rate is lower than the capacity value in the scheme 1 with two retransmissions and with the scheme 2 in one retransmission, and therefore no further retransmission is required for this SNR. Thus, it can be seen that HARQ according to the present invention has better performance than that using BICM by appropriately switching the retransmission scheme or mode according to SNR.

(キャパシティの解析)
本発明による再送法を、通信路容量(キャパシティ)の観点から理論解析すると次のようになる。キャパシティと符号化率との関係を、まず次のように言い換える。あるSNRにおいてキャパシティの値よりも符号化率が下回っていれば、(シャノン限界にどれだけ接近できるかという符号自体の性能にもよるが)そのSNRで誤りなく通信を行える。本発明による再送法では、各レベルの符号化率は常に一定であり、再送時に変えているのはコンスタレーションである。このとき、コンスタレーションを下げているので、キャパシティで考えると、キャパシティの曲線が左に移動したと見なせる。
(Capacity analysis)
A theoretical analysis of the retransmission method according to the present invention from the viewpoint of channel capacity (capacity) is as follows. The relationship between capacity and coding rate is first paraphrased as follows. If the coding rate is lower than the capacity value at a certain SNR, communication can be performed without error at that SNR (depending on the performance of the code itself, how close it is to the Shannon limit). In the retransmission method according to the present invention, the coding rate of each level is always constant, and the constellation is changed at the time of retransmission. At this time, since the constellation is lowered, considering the capacity, it can be considered that the capacity curve has moved to the left.

例を挙げると、元の送信が8−ASKのコンスタレーションを用いており、あるSNRにおいて符号化率がキャパシティの値を超えてしまい、訂正できない誤りが生じたとする。ここで再送時に2−ASKで再送すると、キャパシティは8−ASKのキャパシティ曲線から2−ASKの曲線へずれたと見なせる。つまり、あるSNRにおいてキャパシティの値は上昇し、(元の送信時には符号化率の方がキャパシティの値を超えていたが)符号化率が下回ることになる。これによって誤りなく通信が行える。また復号の際に、再送前のLLRを加算しているため、キャパシティさえ満たせばほぼ誤りを訂正できると考えられる。   As an example, assume that the original transmission uses an 8-ASK constellation, and the coding rate exceeds the capacity value at a certain SNR, resulting in an error that cannot be corrected. If retransmission is performed with 2-ASK at the time of retransmission, it can be considered that the capacity is shifted from the capacity curve of 8-ASK to the curve of 2-ASK. That is, the capacity value increases at a certain SNR, and the coding rate falls below (although the coding rate exceeded the capacity value at the time of original transmission). This allows communication without error. Further, since LLR before retransmission is added at the time of decoding, it is considered that errors can be almost corrected as long as the capacity is satisfied.

図11に、元の送信に8−ASKのコンスタレーションを用いた上記のシミュレーションにおけるキャパシティを示す。この図において、平行に引かれた実線はシミュレーションにおいて用いた符号化率0.5,0.98を示すものである。上記の例をこの図で説明する。8−ASKでレベル0のキャパシティは、レベル0の8−ASKに示されており(非特許文献6)、レベル0の符号化率は0.5であるとする。SNRが約13.5dB以下では、符号化率0.5はキャパシティの値を上回っており、誤りなく通信ができるとはいえない。ここでモード1の2−ASKを用いて再送したとすると、レベル0の8−ASKのキャパシティ曲線は2−ASKの曲線へとずれる。すると、符号化率0.5は約−3dBまではキャパシティ曲線を下回ることになり、1回の再送でレベル0は誤りなく通信ができるといえる。   FIG. 11 shows the capacity in the above simulation using an 8-ASK constellation for the original transmission. In this figure, the solid lines drawn in parallel indicate the coding rates of 0.5 and 0.98 used in the simulation. The above example is illustrated in this figure. The capacity of 8-ASK and level 0 is shown in level 0 of 8-ASK (Non-Patent Document 6), and the coding rate of level 0 is 0.5. When the SNR is about 13.5 dB or less, the coding rate 0.5 exceeds the capacity value, and it cannot be said that communication can be performed without error. If retransmission is performed using 2-ASK in mode 1, the 8-ASK capacity curve at level 0 shifts to the 2-ASK curve. Then, the coding rate 0.5 is below the capacity curve up to about −3 dB, and it can be said that level 0 can be communicated without error in one retransmission.

次に、再送の際にモード2でレベル0とレベル1を4−ASKのコンスタレーションを用いて再送した場合を考える。このときレベル1の符号化率は0.98である。4−ASKでレベル0のキャパシティは、レベル0の4−ASKで示され、レベル1のキャパシティは、レベル1の4−ASKで示されている(非特許文献6)。先ほどの場合と同じく、SNRが約13.5dB以下では符号化率がレベル0および1ともにそれぞれの8−ASKのキャパシティ値を上回っている。ここで4−ASKで再送したとすると、レベル0および1のキャパシティ曲線がそれぞれ8−ASKのものから4−ASKのものへとずれる。すると、レベル0においてはSNRが約6dBまでは、レベル1においては約6.9dBまでは符号化率がキャパシティを下回るようになる。つまり、デコーダ0においてモード2で再送を行えば、レベル0においては約7.5dB、レベル1においては約6.6dBの利得が得られたことになる。   Next, consider a case where level 0 and level 1 are retransmitted using 4-ASK constellation in mode 2 at the time of retransmission. At this time, the coding rate of level 1 is 0.98. The capacity of 4-ASK and level 0 is indicated by 4-ASK of level 0, and the capacity of level 1 is indicated by 4-ASK of level 1 (Non-patent Document 6). As in the previous case, when the SNR is about 13.5 dB or less, the coding rates for both levels 0 and 1 exceed the respective 8-ASK capacity values. Assuming that 4-ASK retransmits, the capacity curves of level 0 and 1 shift from 8-ASK to 4-ASK, respectively. Then, the coding rate becomes lower than the capacity at the level 0 until the SNR is about 6 dB and the level 1 is about 6.9 dB. That is, if retransmission is performed in decoder 2 in mode 2, a gain of about 7.5 dB at level 0 and about 6.6 dB at level 1 is obtained.

このようにキャパシティの観点から、あるSNRにおいて符号化率がキャパシティを下回るように再送のモードを選んでやればよい。ただ、注意しなくてはいけない点は、どれか1つのレベルが誤ってしまうと全体として誤りがあることになるので、すべてのレベルの符号化率がキャパシティを下回るように設定しなければならないことである。   In this way, from the viewpoint of capacity, the retransmission mode may be selected so that the coding rate is lower than the capacity in a certain SNR. However, it must be noted that if any one level is wrong, there will be an error as a whole, so the coding rate of all levels must be set below the capacity. That is.

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。   While the present invention has been described with respect to several specific embodiments, the embodiments described herein are merely illustrative in view of the many possible embodiments to which the principles of the present invention can be applied. It is not intended to limit the scope of the invention. The configuration and details of the embodiment exemplified here can be changed without departing from the spirit of the present invention. Further, the illustrative components and procedures may be changed, supplemented, or changed in order without departing from the spirit of the invention.

マルチレベル符号化変調の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of multilevel encoding modulation. 多段復号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of multistage decoding. 本発明の一実施形態による送信機の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the transmitter by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による受信機の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the receiver by one Embodiment of this invention. 本発明に従ってすべてのレベルでARQモード1を適用したスキーム1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the scheme 1 which applied ARQ mode 1 in all the levels according to this invention. 本発明に従って最も低いレベル0にARQモード2を適用し、他のレベル1および2にARQモード1を適用したスキーム2の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the scheme 2 which applied ARQ mode 2 to the lowest level 0 according to this invention, and applied ARQ mode 1 to the other levels 1 and 2. FIG. シミュレーションによるビット誤り率(BER)の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the bit error rate (BER) by simulation. シミュレーションによる復号誤り率(DER)の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the decoding error rate (DER) by simulation. シミュレーションによる平均必要再送回数Nrの特性を示す図である。It is a diagram showing a profile of an average required number of retransmissions N r simulated. シミュレーションによるスループットの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the throughput by simulation. シミュレーションにおけるキャパシティについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the capacity in simulation.

符号の説明Explanation of symbols

300 送信機
302 パーティショニング部
304 変調部
306 ARQ制御部
308 ARQ受信機
400 受信機
402 復調部
404 誤り検出部
406 ARQ制御部
408 ARQ送信機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 300 Transmitter 302 Partitioning part 304 Modulation part 306 ARQ control part 308 ARQ receiver 400 Receiver 402 Demodulation part 404 Error detection part 406 ARQ control part 408 ARQ transmitter

Claims (5)

マルチレベル符号化変調を用いた再送方法であって、
マルチレベル符号化変調信号を送信することと、
前記信号を各レベルにおいて復号し、誤り検出をすることと、
誤りの検出されたレベルについて再送を要求することと、
前記誤りの検出されたレベルの符号語を、元の送信よりも信号点間の最小距離が大きい変調方式で再送することと、
前記誤りの検出されたレベルにおいて、元の信号と再送信号を組み合わせて復号することと
を含み、前記再送することは、前記誤りの検出されたレベルの符号語に加えて、上位レベルの符号語と組み合わせて再送することを特徴とする方法。
A retransmission method using multi-level coded modulation,
Transmitting a multi-level encoded modulation signal;
Decoding the signal at each level to detect errors;
Requesting a retransmission for the detected level of error;
Retransmitting the error-detected level codeword with a modulation scheme having a larger minimum distance between signal points than the original transmission;
In the detection level of said error, looking contains a to decode a combination of the original signal and the retransmission signal, to the retransmission, in addition to the code words of the detected level of the error, the upper level code Resending in combination with a word .
マルチレベル符号化変調を用いた再送を実装する送信機であって、
各レベルのビットを符号化するエンコーダと、
各エンコーダからの符号語のビットの組み合わせを変調シンボルにマップする変調部と、
受信機から誤りの検出されたレベルの再送要求を受信する受信器と、
前記再送要求に応答して、前記誤りの検出されたレベルの符号語を、元の送信信号よりも信号点間の最小距離が大きい変調方式を用いて前記変調部より再送させる再送制御部と
を備え、前記再送制御部は、前記誤りの検出されたレベルの符号語に加えて、上位レベルの符号語と組み合わせて前記変調部より再送させることを特徴とする送信機。
A transmitter that implements retransmission using multi-level coded modulation,
An encoder that encodes each level of bits;
A modulation unit that maps bit combinations of codewords from each encoder to modulation symbols;
A receiver for receiving a retransmission request with a detected level of error from the receiver;
A retransmission control unit that, in response to the retransmission request, retransmits the codeword at the level in which the error is detected from the modulation unit using a modulation scheme in which a minimum distance between signal points is larger than that of an original transmission signal; And the retransmission control unit causes the modulation unit to retransmit in combination with a codeword of a higher level in addition to the codeword of the error detected level .
請求項に記載の送信機であって、
前記エンコーダは、LDPCエンコーダであることを特徴とする送信機。
The transmitter according to claim 2 , wherein
The transmitter is an LDPC encoder.
マルチレベル符号化変調を用いた再送を実装する受信機であって、
マルチレベル符号化変調信号を受信し、復調する復調部と、
前記復調した信号を各レベルにおいて復号し、誤りを検出するデコーダと、
誤りの検出されたレベルについて再送要求を送信する送信器と、
前記再送要求に応答して、元の送信よりも信号点間の最小距離が大きい変調方式を用いて再送された、前記誤りの検出されたレベルの符号語に加えて、上位レベルの符号語と組み合わせて変調された信号を前記復調部で復調し、対応するデコーダで元の信号と組み合わせて復号させる再送制御部と
を備えたことを特徴とする受信機。
A receiver that implements retransmission using multi-level coded modulation,
A demodulator that receives and demodulates the multi-level encoded modulation signal;
A decoder for decoding the demodulated signal at each level and detecting an error;
A transmitter for sending a retransmission request for the level of detected errors;
In response to the retransmission request, in addition to the codeword of the level where the error is detected, retransmitted using a modulation scheme having a minimum distance between signal points larger than that of the original transmission , A receiver comprising: a retransmission control unit that demodulates a signal modulated in combination by the demodulating unit and decodes the signal in combination with an original signal by a corresponding decoder.
請求項に記載の受信機であって、
前記デコーダは、LDPCデコーダであることを特徴とする受信機。
The receiver according to claim 4 , wherein
The receiver is an LDPC decoder.
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