JP5174177B2 - ブロックコードを用いた様々な長さを有する情報のチャネルコーディング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、移動通信システムの符号化方法に係り、特に、ブロックコード(Block Code)を用いて様々な長さを有する情報に效率的にチャネルコーディングを行う方法に関する。
まず、基本的な符号化(coding)理論のうち、本発明の説明のために必要な内容について述べる。
一般の2進誤り訂正コード(error correction ncode)を、[n,k,d]と表示すると、nは、符号化された符号語(codeword)のビット数、kは、符号化前の情報ビット数、dは、符号語間の距離のうち最小値を意味する。ここでは二進符号を考慮するので、符号語の符号長は2であり、符号化された符号語の総個数は2となる。また、便宜上、最小距離が内容においてさほど重要でない場合は、上記の二進誤り訂正コードは[n,k]で表示することもできる。本文書では、特別な言及がない限り、n、k及びdが表す値は、上記の内容を意味するとする。
この場合、誤り訂正コードをX個の行及びY個の列で構成される行列形態のブロックコードと混同してはならない。
一方、符号率Rは、情報ビット数を符号語のビット数で除算した値で定義される。すなわち、R=k/nで定義される。
以下、ハミング距離(Hamming distance)について説明する。
ハミング距離は、同じビット数を有する2進符号の間において対応するビット値が一致しないビットの個数を意味する。一般に、ハミング距離dがd=2a+1なら、a個の誤りを訂正することができる。例えば、2つの符号語が101011と110010であれば、両符号語のハミング距離は3である。
一方、符号化理論において最小距離(minimum distance)は、符号に属する任意の2つの符号語間の距離の最小値を意味する。このような最小距離は、符号の性能を示す重要な評価量の一つとなり、距離としては上述のハミング距離が用いられる場合が多い。符号化過程により生成された符号語間の距離が遠いほど、該当の符号語が他の符号語と判断される確率が低くなるので、符号化性能が向上する。また、全体符号の性能は、最も悪い性能を有する符号語間の距離、すなわち、符号語間における最小距離により評価される。要するに、最小距離が最大化した符号が良い性能を示すこととなる。
次世代移動通信システムで、制御情報は、システムの構成及び伝送チャネルの情報などを伝送することによってシステムの性能を決定する非常に重要な情報である。このような制御情報は、システムのリソースをできるだけ少なく使用する目的で、短い長さで構成され、チャネル誤りに強い優れた符号化手法を用いて符号化された後に伝送される。例えば、3GPP移動通信システムで制御情報のための符号化手法には、RM(Reed−Muller)符号ベースの短い長さのブロック符号、テールバイティング畳み込み(tail−biting convolutional)符号、シンプレックス(simplex)符号の反復符号などが考慮されている。
一方、上述した3GPP移動通信システムの進化型である3GPP LTEシステムにおいては、制御情報が、ブロックコード(Block Code)を用いた符号化を経て伝送されることが議論されている。具体的に、伝送される情報ビットの長さをAとする場合、20個の行とA個の列で構成されるブロックコード(すなわち、(20,A)ブロックコード)を用いて制御情報を伝送することが論議されている。
ただし、(20,A)の形態を有するブロックコードには様々な形態のものがあり、それぞれのブロックコードの全てに対して、様々な長さを有する情報ビットの符号化性能をそれぞれ確認することで最適の形態を見出すことは困難である。
上記問題を解決するために、本発明の一側面では、様々な長さを有する情報の効率的な(20,A)ブロック符号化方法を提案する。すなわち、情報ビットの長さが様々に変わり、符号化された符号語のビット長も様々に変わる状況で、上述したように様々なビット長の組合せを效果的に支援する(20,A)ブロック符号化方法を提案する。
一方、上記符号化ビット数は20以下の場合もあり、情報ビット数も様々に変更されることがある。したがって、本発明の他の側面では、長い長さの情報ビット/符号化ビット数に対して提案されたブロック符号のうち、必要な部分のみを效率的に使用する方法を提案する。
上述の課題を解決するための本発明の一実施形態は、20個の行(Row)及び情報ビット長に該当するA個の列(Column)を含むコード生成行列を用いて前記情報ビットをチャネルコーディングする方法であって、
前記Aの長さを有する情報ビットを、前記コード生成行列の各列に対応する20ビット長を有する基本シーケンス(Basis Sequence)を用いてチャネルコーディングを行い、
前記Aが10の場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、TFCI(Transport Format Combination Indicator)情報のコーディングに用いられた32個の行及び10個の列で構成されたコード行列のうち、2,5,8,11,15,16,21,22,25,29,30及び31番目の行を除く20個の行を選択した時に構成される20個の行及び10個の列で構成された第1行列、または、前記第1行列における一つ以上の行間及び一つ以上の列間のうち一つ以上に対して相互順序を換えてなる第2行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応することができる。
好ましくは、前記Aが10よりも大きい場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、
前記第1行列または第2行列に、最小ハミング距離の最大値が4を満足し、長さ20の追加基本シーケンスのうち、A−10の長さに該当する個数の基本シーケンスを列方向シーケンスとして追加した第3行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する。
好ましくは、前記Aが10よりも大きい場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、
前記第1行列または第2行列に、“0”を4個含む長さ20の追加基本シーケンスのうち、A−10の長さに該当する個数の基本シーケンスを列方向シーケンスとして追加した第3行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する。
好ましくは、前記追加基本シーケンスは、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0]、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0]、
[0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0]、及び
[0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]
のうち、一つ以上を含む。
好ましくは、前記Aは14以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、
のような第4行列の列方向シーケンスのうち、左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する。
好ましくは、前記Aは13以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、
のような第5行列の列方向シーケンスのうち、左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する。
上記の課題を解決するための本発明の他の実施形態は、20個の行(Row)及び情報ビット長に該当するA個の列(Column)を含むコード生成行列を用いて前記情報ビットをチャネルコーディングする方法であって、
前記Aの長さを有する情報ビットを、前記コード生成行列の各列に対応する20ビット長を有する基本シーケンス(Basis Sequence)を用いてチャネルコーディングを行い、
前記Aが10の場合、前記コード生成行列の列に対応する各基本シーケンスは、
のような第1行列、または、前記第1行列の一つ以上の行間及び一つ以上の列間のうち一つ以上に対して相互順序を換えてなる第2行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する。
好ましくは、前記Aが10よりも大きい場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、
前記第1行列または第2行列に、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0]、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0]、
[0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0]、及び
[0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]
のようなシーケンスのうち、A−10の長さに該当する個数のシーケンスを列方向シーケンスとして追加した第3行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する。
好ましくは、前記Aは14以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、
のような第4行列の列方向シーケンスのうち、左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する。
好ましくは、前記Aは13以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、
のような第4行列の列方向シーケンスのうち左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する。
好ましくは、前記情報ビットは、チャネル品質情報ビット、前符号化行列指示子(PMI)、チャネルランク指示子(RI)及びACK/NACKのうち一つ以上を含む。
好ましくは、チャネルコーディングされた前記情報ビットは、物理上りリンク制御チャネル(PUCCH)を通じて伝送される。
上述した本発明の各実施形態によると、既存に3GPPシステムでTFCI情報コーディングに用いられたコードを再使用して、容易に(20,k)ブロックコーディングを具現することができ、これにより、生成される符号語間の最大の最小距離を増加させ、性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態によって、(32,10)TFCI情報コードから效率的に(20,10)ブロックコードを生成する方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態によって、(20,10)、(18,10)及び(16,10)形態のコード生成行列をそれぞれ、(32,10)形態を有する基本コードから生成する方式を説明するための図である。 本発明の他の実施形態によって、(32,10)形態を有する基本コードから(20,10)コードを生成した後、これを用いて(18,10)コード及び(16,10)コードをそれぞれ生成する方式を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施形態によって、(32,10)形態を有する基本コード生成行列から(20,10)コード生成行列を生成し、生成された(20,10)コード生成行列を用いて(18,10)コード生成行列を生成し、生成された(18,10)コード生成行列を用いて(16,10)コード生成行列を生成する方式を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施形態によって、(32,10)形態を有する基本コード生成行列から(20,10)コード生成行列を生成し、生成された(20,10)コード生成行列を用いて(16,10)コード生成行列を生成し、生成された(16,10)コード生成行列を用いて(18,10)コード生成行列を生成する方式を説明するための図である。 本発明の一実施形態によって提案された(20,A)、(18,A)符号化性能を示す図である。 本発明の一実施形態によって提案された(20,A)、(18,A)符号化性能を示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのもので、本発明が実施されうる唯一の実施形態を示すためのものではない。例えば、以下の説明は、理解を助けるために、3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution)システムに適用される具体的な例を挙げて説明するか、本発明は、3GPP LTEシステムの他に、一般的に様々な長さを有する制御情報をブロックコードを用いてチャネルコーディングを行う必要があるいずれの通信システムにも適用可能である。
以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を提供するために具体的な細部事項を含む。しかし、当業者には、本発明がこのような具体的な細部事項なしにも実施可能であるということが理解できる。場合によっては、本発明の概念が曖昧になることを避けるために、公知の構造及び装置を省略したり、各構造及び装置の核心機能を中心にしたブロック図の形式で示す。また、本明細書全体にわたって同一の構成要素には同一の図面符号を付して説明する。
上述したように、本発明の一側面では、様々な長さを有する情報に效率的に(20,A)ブロック符号化を行う方法を提案する。そのために、本発明の一実施形態では、既存システムで用いられたブロック符号の生成行列に基づいて符号を構成し、符号化及び復号化を減らす方法を提案する。具体的に、本実施形態では、長い長さの情報を符号化するための生成行列を探す過程で、特定条件を付加して探すことによって、より効率的で迅速に大きい生成行列を探す方法を提案する。
一方、上述した通り、本発明の他の側面では、長い長さの情報ビット/符号化ビット数に対して提案されたブロック符号の中から必要な部分のみを效率的に使用する方法を提案する。そのため、本発明の一実施形態では、様々な長さを有する情報をブロック符号化する際に、それぞれの長さに該当する生成行列を最大限共通するように具現することによって、効率的な符号化を行うことを提案する。すなわち、本実施形態では、最大情報量の長さに応じて生成された大きい生成行列に基づいて、該記最大長さより小さいまたは等しい長さの情報を符号化するための生成行列を構成することによって、それぞれの情報長さのための生成行列間の共通点を最大限に維持する方法を提案する。
その具体的な第一の方法としては、最大長さより小さいまたは等しいそれぞれの情報量に応じて、個別的に最適化して生成行列を構成することが可能である。第二の方法としては、前記最大長さより小さいまたは等しい情報長さを符号化するための生成行列を構成する際に、長い長さの情報のための生成行列が、短い長さの情報のための生成行列を必ず含むようにする入れ子構造(nested structure)で生成行列を構成することが可能である。第三の方法としては、情報長さのそれぞれに対して最適化された生成行列を構成する上でできるだけ入れ子構造となるように変形する複合構造(Hybrid structure)とすることが可能である。
以下では、上記の本発明の一側面を、下記のような過程によって(20,A)ブロック符号を最終的に(20,14)ブロック符号まで用意し、これを用いてAの長さを有する情報にチャネルコーディングを行う方法を挙げて説明する。
第1の過程としては、既存の3GPPで用いられたTFCI(Transport Format Combination Indicator)情報のコーディングに用いられた(32,10)符号から(20,10)符号を生成する方法について述べる。
第2の過程としては、情報ビットの長さが10ビット以上である場合に備えて、上述したような(20,10)符号に、情報ビット数に応じて基本シーケンス(Basis Sequence)を追加して、最大(20,14)符号まで生成する場合について述べる。
第3の過程としては、上述した(20,14)符号を修正して、性能を改善する方法について説明する。
一方、上述した過程によって生成された(20,14)符号に基づいて18ビット、16ビット長の符号語を生成できるブロック符号化方法を挙げて、本発明の他の側面を説明する。
本発明は、3GPP LTEシステムで、チャネル品質指示子(CQI)情報を物理上りリンク制御チャネル(PUCCH)を通じて伝送する場合に行われるチャネルコーディングに好適に適用可能である。ただし、本発明の適用範囲がそれに限定されることはなく、様々な長さを有する制御情報のチャネルコーディングを必要とする様々なシステムに適用可能である。
1.第1側面−(20,A)ブロックコーディング
(1)第1段階−(20,10)ブロックコード生成
本実施形態では、次世代移動通信システムで用いられるPRM(Punctured Reed−Muller)符号の生成行列を提案する。この符号に使用される生成行列は、3GPP Rel’99でTFCI(Transport Format Combination Indicator)情報のチャネルコーディングに用いられた(32,10)符号の生成行列に基づいて、符号化される符号語の長さに応じて穿孔(Puncturing)された形態を有するように設計することを提案する。
このような(32,10)TFCI情報コードの再使用は、色々な利点を有する。第一、TFCI情報コードそのものがReed−Muller符号に基づいて設計されたので、穿孔されたTFCI符号も変形されたReed−Muller符号構造を有する。このようなReed−Mullerベース符号は、復号過程で速いハダマード変換(Fast Hadamard Transform)のような方法を使用するから速い復号が可能である。第二、TFCI符号化方式は、様々な長さの情報ビットと符号化ビットを支援する。このように情報ビットの長さ及び符号化ビットの長さが様々に変化可能なため、現在3GPP LTEのCQI伝送のための要求事項をよく満たすこととなる。
下記の表1は、3GPP Rel’99でTFCI情報チャネルコーディングに用いられた長さ32ビット、
の符号語を生成する(32,10)符号の生成行列を表す。
以下では、上記の表1のような(32、10)ブロックコードをTFCI情報コードまたはTFCI情報コーディング用ブロックコードと呼ぶ。
一般に、ブロックコードにおいて行間または列間の位置を互いに換えても、生成される符号語に性能差は生じないものと知られている。このような点に着目して、下記の表2は、上述したTFCI情報コーディングに用いられた(32,10)ブロックコードと等価であるブロックコードを表す。
上記表2に表示されたブロックコードは、上記TFCIコーディングに用いられた(32,10)コードの行と列の位置が変更されたし、いくつかの列(表1のTFCI情報コード基準では行)間に互いに位置が換わっている形態を表している。
すなわち、本実施形態では、上述した通り、(32,10)の形態を有するTFCI情報コード(表1)またはその等価形態行列(表2)のうち、12個の行(表2のブロックコードでは列)を穿孔したり、20個の行(表2のブロックコードでは列)を選択して(20,10)ブロックコードを構成することを提案する。上記表1を利用する場合と上記表2を利用する場合においてモード性能に差がないので、以下では、説明の便宜のために、特別な表記がない限り、上記表2のようなTFCI情報コードの等価形態を利用すると仮定する。
一方、上記TFCI情報符号化に用いられた(32,10)符号は、Reed−Muller(RM)符号に基づいて生成された。ここで、誤り訂正の性能のために符号語の最小距離
が最大となる穿孔パターンを探すことが重要である。
まず、本実施形態との対比のために、TFCI符号化に用いられた(32,10)符号の生成行列に対して最適の穿孔パターンを探す全数探索を行う場合について説明する。32*10行列で穿孔されるべき生成行列の列(Column)の個数をpとする時、あらゆる可能な穿孔パターンの数は
である。ここで、
は、32個のうちp個を選択する場合の数を表す。
例えば、p=12の場合、
個の異なる10*20生成行列が存在し、該それぞれの生成行列を用いて10ビットで構成可能な
個の情報が20ビットの符号語に符号化される。これらそれぞれの生成行列から生成される符号語間の最小ハミング距離
を計算し、これら最小ハミング距離の中から最も大きい値を有する生成行列を探す。この最大
を有する生成行列を生成するために用いられた穿孔パターンが、最終的に探そうとするパターンとなる。これを段階別に詳細にまとめると、下記の通りである。
段階1(Step 1):32*10行列で任意の12個の列を穿孔した
個の20*10生成行列を構成する。
段階2(Step 2):上述した225,792,840個の生成行列のそれぞれから、それぞれ
個の情報を入力した1,024個の符号語を生成し、これらの符号語間の最小ハミング距離を計算する。
段階3(Step 3):これらの符号語間の最小ハミング距離のうち最大値を示す生成行列に基づいて所望の穿孔パターンを探す。
ただし、上述した過程を通じた最適の(20,10)ブロックコードの生成は、多すぎる演算が必要とされ、好ましくない。
したがって、本実施形態では、上述したような穿孔パターンを定める際に、特定制約条件を加え、最適の
を獲得するための探索空間(searching space)の範囲を減らす方法を提案する。
次に、本実施形態によって
を有する符号語を生成する(20,10)符号の生成行列をより效率的に探す方式について考えてみる。目標(Target)
をdとすれば、(20,10)符号の生成行列の各行ベクトル(row vector)
のハミング重み(Hamming weight)
は、下記のような必要条件を有する。
一例として、d=6の場合、上記の数学式1は、下記のように表すことができる。
したがって、本実施形態では、上述の全数探索過程の段階1で生成される10*20行列の各行ベクトルg10by20[i]が上記の数学式2の制約を有するように追加すると、
の符号語を生成する生成行列を探すための探索空間の数
を減少させることができる。一般に、文献によると、(20,10)符号の最大
は6であると知られている。これについての具体的な事項は、“The Theory of Error−Correcting Codes (by F.J. MacWilliams and N.J.A. Sloane)”を参照されたい。したがって、本実施形態では、上記の数学式1の条件に
の条件を適用し、これにも基づいて下記のような方式で(20,10)コードを生成することを提案する。
図1は、本発明の一実施形態によって、(32,10)TFCI情報コードから效率的に(20,10)ブロックコードを生成する方法を説明するための図である。
具体的に、段階S101では、(32,10)構造を有するTFCI情報コードから(20,10)ブロックコードを任意に生成する。その後、段階S102では、各行に対応する基本シーケンスの重み値が上記の数学式2の条件を満たすか否かを判定する。この時、上記の数学式2の条件を満たさないと、段階S101に戻り、上記の数学式2の条件を満たすと段階S103に進む。段階S103では、生成された(20,10)コードを用いて1,024個の符号語を生成する。このように生成された1,024個の符号語は、段階S104で
の条件を満たすか否かを判定する。この時、
の条件を満たさない場合は再び段階S101に戻り、
の条件を満たす場合は段階S105に進み、重み値分布(Weight Distribution)を計算する。その後、段階S106で、最適の重み値分布でないと判定される場合は、再び段階S101に戻り、最適の重み値分布と判定される場合は段階S107に進み、最適の行列パターンの一つとして選択される。
図1に示すような過程から得られた結果
が、最大に得られる最小距離であり、この時、最小距離6の符号語を生成する生成行列の個数は総360個である。(20,10)符号の可能な最大の
は6であり、図1のように本実施形態で提案された方法でも、最大
が6の符号の生成が可能なため、本実施形態で用いた方法を通じて最適の符号語を生成する(20,10)符号の生成行列をより效率的に探すことができる。
また、ここで、最適の符号は、最小距離の特性によって決定される。すなわち、一般的に符号の性能は、最小距離が大きいほど向上し、最小距離に該当する符号語の数が少ないほど性能が向上する。したがって、最適の符号は、最小距離が最大であり、且つ、最小距離を示す符号語の数が最小の場合に得られる。より詳細には、ハミング重み分布(Hamming weight distribution)を多項式で表現する場合に、定数項以外の最も低い次数が最大でありながら、該当の次数の係数が最小である場合を意味する。もし、2つの符号が存在し、2つの符号語のハミング重み分布を多項式で表した時、両符号の性能は、次数と係数で比較可能である。すなわち、両符号のハミング重み分布間の最小次数が大きい方が性能がより良い。もし、最小次数が同一であれば、該当の最小次数の係数(すなわち、最小次数に該当するハミング重みを有する符号語の個数)が小さい方の性能が良くなる。一方、2つの符号間におけるハミング重み分布多項式を比較するときに、最小次数の他に最小次数の係数まで同一であれば、その次の次数を比較して性能を比較することができる。
図1と関連して上記の方法を用いると、(32,10)TFCI情報符号から穿孔過程によって
の360個の10*20行列を得ることができる。一方、これらの生成行列のハミング重み分布を計算して分類すると、下記の3つの場合となる。これは、下記の数学式3〜5の多項式形態で表現することができる。
下記の表3は、上記の数学式3のハミング重み分布に従う生成行列の例
を、表4は、上記の数学式4のハミング重み分布に従う生成行列の例
を、表5は、上記の数学式5のハミング重み分布に従う10*20生成行列の例
である。上記の数学式3〜5のようなハミング重み分布の特性を有する全ての穿孔パターンにより生成された10*20行列はいずれも、最小距離の側面で誤り訂正能力が同一の特性を有する。
実際に同一のハミング重み分布を示す生成行列は多数個存在し、全数検査によると総360個が探索される。これらの360個の穿孔パターンは、本発明者により発明されて出願されたし、本出願の優先権主張の基礎となる米国仮出願第61/016,492号(GENERATION METHOD OF VARIOUS SHORT LENGTH BLOCK CODES WITH NESTED STRUCTURE BY PUNCTURING A BASE CODE)のAppendix Aに、上記表2に基づいて穿孔される列のインデックスがいちいち開示されており、本願明細書では紙面関係上それを省略する。
この360個の穿孔パターンをより詳細にハミング重み分布別に分類すると、次の通りである。上記の数学式3に該当するハミング重み分布を示す(20,10)符号の生成行列のための穿孔パターンは総290個が存在する。また、上記の数学式4に該当するハミング重み分布を示す(20,10)符号の生成行列のための穿孔パターンは総60個が存在する。一方、上記の数学式5に該当するハミング重み分布を示す(20,10)符号の生成行列のための穿孔パターンは総10個が存在する。
本発明についての説明においては、これら360個の穿孔パターンのうち、下記のパターンを取り上げる。
下記の表6は、上記の数学式4のハミング重み分布を示す60個の穿孔パターンの一つを表す。
上記表6の穿孔パターンは、上述した本出願の優先権主張の基礎となる米国仮出願第61/016,492号のAppendix A、表A.2の6番目のインデックスに対応する穿孔パターンである。この時、上記表6において“0”は該当の列を穿孔することを表し、“1”は、該当の列を穿孔せずに(20,10)ブロックコードに選択することを意味する。
上記表6の穿孔パターンを上記表2に適用した例は、次の通りである。
この時、上記表7は、上記表2と対比して行と列の方向が変わって表現されたが、同じ意味を有し、右側には、それぞれの行方向シーケンスのうち、穿孔される12個の行を表示している。これによって生成される(20,10)ブロックコードは、下記表8の通りである。
一方、上記表7または表8の行の順序は、3GPPで用いられるTFCI符号化のための行列順序とはやや相違している。上述した通り、コーディング理論において各行の位置を変更する場合にも、生成された符号語の性能には差がないので、上記表7または表8の行の順序をTFCI符号行列のように整列すると、下記の表9のように表すことができる。
上述したように、上記表9は、上記表7と行の順序にのみ変化があり、他の事項は全く同一である。この場合は、符号化理論によって符号特性は完全に同一となる。上記表9のような表現方法の利点は、(20,10)符号から(18,10)符号へと穿孔時に最後の2ビットを穿孔して生成できる利点があり、その詳細な事項については後述する。
(2)第2段階−(20,14)ブロックコード生成
上述したように、本発明の一実施形態によって生成される(20,A)ブロックコードは、3GPP LTEシステムでチャネル品質情報を表すCQIがPUCCHを通じて伝送されるためのチャネルコーディング方法に利用されるとする。また、上記の第1段階では、3GPP LTEシステムでCQI情報のビット数は4ビットから10ビットまで様々でありうるという点を勘案して、最大(20,10)ブロック符号まで提案したわけである。ただし、MIMOの場合には、CQIの情報ビット数が10ビットよりも大きくなる場合もある。しかし、実際CQI伝送量は、CQIの生成方式によって決定されるので、符号化過程のためには概略的に4から14ビット程度までの様々な情報ビット数を全て支援する方式を考慮する。
そこで、本段階では、第1段階で考慮した(20,10)ブロックコードに情報ビット数によって列を追加して最大14ビットまで支援できる(20,14)ブロックコーディング方法について説明する。
このように追加される列を全数探索を通じて探すためには極めて多い演算を行わなければならない。例えば、上記表9に表した(20,10)ブロックコードに一つの列を追加するためにも220≒1024個の天文学的な場合の探索が必要である。したがって、あらゆる場合に対して全数探索を行うことは効率的でない。
本段階では、上記表9の6番目の列が全て1で構成された基本シーケンス(Basis Sequence)であることに注目する。したがって、追加される列が最小距離dを満足しなければならないとすれば、最小限の“0”の個数はdより大きいまたは同一でなければならない。本例では“0”の個数が符号語間の最小距離となるからである。
詳細に説明すると、追加される列と全て1で構成された既存6番目の列との差が両符号語間の距離であり、したがって、追加される列の“0”の個数が符号語間の距離と一致することとなる。
一般に、(20,10)コードで可能な最大の最小距離が6である反面、本出願の方法で構成された(20,11)コードで可能な最大の最小距離は4である。具体的に、20ビット符号語において様々な情報ビット数による最大の最小距離特性は、下記の通りである。
したがって、本発明の一実施形態では、追加される列の最大の最小距離を“4”とすることを目標として列を追加する方法を提案する。これは、追加される列に“0”の個数が4以上である列を追加することを意味する。
まず、探索個数を最小化するために、本実施形態では、追加される列は“0”を4個含む列に限定する。このように“0”を4個含み、“1”を16個含む追加列は様々なものが存在でき、その一例として、下記の表11は、上記表9の(20,10)コードを(20,14)コードまで拡張した形態を表したものである。
上記表11において、追加される4個列は、右側の4個の列であり、追加される列において“0”は太字で表した。
(3)第3段階−ブロックコードの変形/最適化
本発明の一実施形態では、最大情報量の長さに応じて生成された大きい生成行列に基づいて、この最大長さよりも小さいまたは等しい情報長を符号化するための生成行列を構成することによって、それぞれの情報長のための生成行列間の共通点を最大限に維持する方法を提案する。その具体的な第一の方法としては、最大長さより小さいまたは等しいそれぞれの情報量に応じて、個別的に最適化して生成行列を構成することが可能である。第二の方法として、最大長さより小さいまたは等しい情報長を符号化するための生成行列を構成する際に、長い長さの情報のための生成行列は短い長さの情報のための生成行列を必ず含むようにする入れ子構造(nested structure)とすることも可能である。第三の方法として、情報長さのそれぞれに対して最適化された生成行列を構成する時に、できるだけ入れ子構造となるように変形する複合構造(Hybrid structure)とすることも可能である。
まず、上述した表11の情報ビット長によるハミング重み分布は、下記の表12の通りである。
上記表12で最小ハミング距離は陰影で表示された。我々の関心事は、少なくとも情報ビット数kが4である場合にあるから、表12において情報ビットの長さkが3以下の場合は、便宜上省略した。また、それぞれのk値を最小距離によってグルーピングすることができる。すなわち、k=4〜6は、最小距離8のグループに、k=7〜10は最小距離6のグループに、k=11〜14は最小距離4のグループに分類可能であり、これは、上記表10に対応することがわかる。
本段階では、小さい符号率を有する符号を生成する際に、符号語間の最小距離が最大となるように符号を構成し、符号の構成も簡単な方法で生成する方法を提案する。
例えば、上記の表11で情報ビットの長さが4の場合、今までは、前から4個の列を選択して情報ビットの順に左側列に対応させる方法を考慮してきたが、実際には14個の列の中から任意の4個を選択しても符号構成が可能である。ただし、この時、最小距離が最大化するように構成することが好ましい。もし、14個の列の中から4個を選択する際に、7番の列から14番の列の中から任意の一つのみ含まれても、前から最初の4個の列を選択する時に得られる最小距離8が維持されない場合が生じうる。しかし、上記表12及び表10を参照すると、列5と列6は最小距離8のグループであるから、本来の4個の列を選択する際に6番までの列の中から任意の4個を選択することが考えられる。
したがって、それぞれの情報ビットによる列選択において、本来の該当の情報ビット数によって得られる最小距離より大きいまたは等しい最小距離を表す列の中から最も特性の良い列を選択することが可能である。
例えば、情報ビット数11〜14の範囲のみを最適化するために、一応、1番から10番までの列は固定させた状態で、情報ビット数によるハミング重み分布を調べると、下記の表13〜15の通りである。
上記表13〜表15において、それぞれの場合において最も良い重み分布を示す場合を陰影で表示した。良い性能を有する符号とは、重み分布で“0”でない重みの値、すなわち、最小距離を有する重み値が大きい場合を意味する。また、重み値に該当する符号語の個数が少ないほど良い性能を示す。もし、最小重みの性能が2符号間で同一であれば、その次の最小重みにおける特性により符号の性能が決定される。すなわち、2番目に小さい重み値が、できるだけ大きいほど性能が良いし、この2番目に小さい重み値が同一であれば、該当の重み値を構成する符号語の個数が小さいほど良い性能を示す。
上記の表13〜表15のような過程を反復して、各情報ビット長別に最適の性能を表すように列を割り当てると、下記の表16のようになる。ここでは、情報ビット長kが4以上の場合に主たる関心がおかれているので、3ビットまでは本来のまま固定して使用し、4ビット以上でのみ最適の列を探して、下記の表16に表した。
もし、kが3以下の場合に対しても列間位置交換を考慮しなければならないなら、もう少し多い過程を経るだけで、同様の論理的過程を経て最適列割当を探せばいい。
情報ビット数kが4以上の場合に関心がおかれているなら、それぞれの情報ビット別に最適の列割当をした場合は、上記の表16の通りである。一方、上記表16を参照すると、情報ビット数が大きくなる時に利用される列に、小さい情報ビットに割り当てられた列が常に含まれない。すなわち、大きい情報ビットの割当列が小さい情報ビットの割当列を含む入れ子構造(nested structure)を維持しなくなる。
入れ子構造でない場合は、それぞれの情報ビットごとに割り当てられる列を別に表示せねばならず、面倒である。したがって、最適の割当を維持したままでできるだけ入れ子構造を形成する方法を提案する。
まず、同一の最小距離を有するグループ内において列間順序変化のための位置交換(permutation)が考えられる。例えば、最小距離4のグループである列11,12,13,14において列の順序を換えて11,13,14,12へと位置移動をする。すると、最適マッピングパターンはk=11では[1〜10]+[11]になり、k=12では[1〜10]+[11,13]になり、k=13では[1〜10]+[11,13,14]になり、k=14では[1〜10]+[11,12,13,14]になる。すなわち、列の順序を換えた状態では、k値によって順次に列を割り当てればよい。
上述したように、k値が増加するにつれて順次に列を割り当てると、最適の割当パターンとなるように列の順序を換えることを考慮することができ、これを下記の表17に表す。
もちろん、上記表16のような最適割当パターンを満たしながら列の順序を換える方法は、上記の表17の他にも様々なものが存在でき、その他の例を下記の表18に表す。
上記表17または表18のように生成行列を構成すると、情報ビット数kが増加するにつれて順次に列を割り当てても、左側の列から順次に割り当てても、最適の割当となる利点がある。
なお、本発明のさらに他の実施形態として、情報ビット数4以下の場合に対する列方向シーケンス(基本シーケンス)位置に変更を与えることができる。具体的に、上記表11を参照すると、6番目の列、すなわちMi,5が、全てのビットが“1”である基本シーケンス(basis sequence)であることがわかる。このような基本シーケンスは、該当のビットの全体符号語に対する寄与度を高めることとなる。したがって、該当のビットの観点からはこのように重み値(weight)の多い基本シーケンスが好ましい。
しかし、全体符号語は様々なビットが“exclusive or”で演算されるので、複合した結果を考慮しなければならない。したがって、互いに結合される場合の数を減らすために、上述したように、全てのビットが“1”である基本シーケンスを先頭に移して寄与度を高める方法が考慮できる。このような方法として、ビット数が少ない場合における符号化において、あらゆるビットが1である基本シーケンスを、先頭に移す方法が考慮でき、これを下記の表19に表す。
上記表19は、本来列方向基本シーケンスのうち6番目のシーケンス、すなわち、“1”のみを含むシーケンスインデックスを最初の基本シーケンスに位置を変更し、他の基本シーケンスの順序は変更しない場合に該当する。
なお、下記の表20は、上記表19に従う最小距離性能を表す。
上記表20から、本実施形態によると、情報ビット数が1または2の時に性能が良くなることがわかる。
符号理論によると、基本的に、生成行列の行位置を互いに交換したり、列の位置を交換しても、符号の特性は同一なので、このような変形は本発明の説明では省略するものとする。
しかし、可変長の情報ビットを支援する生成行列において情報ビットの符号化に基本シーケンスを順次に割り当てる場合は、列間の位置交換が該当の可変長の情報ビットの生成行列を変更させることがあるので注意しなければならない。
また、符号理論によると、符号語において“0”と“1”の値を反転する場合も同じ符号であるから、このような変形は本発明についての説明では省略する。
以下、上述した本発明の各実施形態において共通して考慮しなければならない点について簡単に述べる。
[n,k]符号は、符号化ビット数がnで、情報ビット数がkである符号を意味する。上述の説明で、特別な言及がない限り、符号の生成行列は基本シーケンス形態の表で表示している。
上述したように、提案されたブロックコードを用いた実際符号化方法は、3GPP relase 99のTFCI符号などにおけると略同様の方法を用いる。すなわち、情報ビットを左側の基本シーケンスから順次に割り当て、この基本シーケンスと情報ビットとを乗じ、このように乗じられたシーケンスを情報ビット数だけ2進演算で加算して(Exclusive OR sum)符号化ビットを生成する方法を取る。
このような方法で符号を表すと、情報ビットの数が可変である場合にも、一つの基本シーケンス表を用いて符号化できるという利点がある。このような利点から、様々な情報ビット数の支援が可能となる。したがって、上述した実施形態において基本シーケンス表は最大サイズの情報ビット数を考慮して表示された。もし、実際応用において必要な最大情報ビット数が、ここで提示した大きさよりも小さいとすれば、該当の最大ビット数以上のための基本シーケンスを削除した表を使用することが好ましい。
上述したような本発明の各実施形態で提示した基本シーケンスは、情報ビットの数を可変とするように設計された他、符号化ビット数も可変とするように設計した。したがって、特定基本シーケンス表で特定列を削除した符号も本実施形態の設計に当たって既に考慮された符号である。すなわち、簡単な一例として、基本シーケンス表が(32,15)なら、下から連続した12個の行を削除し、右側から1個の列を削除した基本シーケンス表も同様、(32,15)基本シーケンス表の一適用例に該当する。
要するに、本発明の実施形態では、基本シーケンス表の行と列が最大のサイズを基準にしたものであり、小さいサイズの行と列は、大きいサイズの基本シーケンス表の行と列を順次に削除して使用することができる。もちろん、上述したように、減少したサイズの基本シーケンス表において行と列の位置を換えたり、“0”と“1”を交換した表も同一の符号であることに留意しなければならない。
参考として、本発明の各実施形態における表記は、基本シーケンス表の表現において、情報ビットは、左側列から情報ビットに対応し始まって右側列で終わり、符号化ビットは最上側の行から生成し始まって最下側の行で終わるように設定するものとする。これにより、下記の表21は、情報ビットの長さが最大13ビットである場合を仮定し、上記表19のような基本シーケンス表において最も右側に位置している一つの基本シーケンスを削除した例を表している。
一方、特定チャネル推定方法などで、特定のパターンの基本シーケンスは使用しないことが好ましい場合もある。このような場合には、本発明の各実施形態によって提案された表のうち、システムによって特定基本シーケンスを除去した表も考慮可能である。その場合は、符号化の観点で該当の基本シーケンスは常に0である場合と考慮できるので、符号性能は同一であり、情報ビット数のみ減少した形態を意味する。したがって、本発明の各実施形態によって提案された基本シーケンス表から特定基本シーケンスを除去した基本シーケンス表も、本発明の範囲に属する。
以下では、上述したように提案された(20,A)ブロックコードに基づいて、符号語の長さが18ビットまたは16ビットに該当する(18,A)または(16,A)ブロックコードを、本発明の他の側面として説明する。
2.第2側面−(18,A)及び(16,A)ブロックコーディング
上述したように(18,A)及び(16,A)ブロックコードには、(20,A)ブロックコードと同様に、既存(32,10)構造を有するTFCI情報コードを用いることができる。したがって、以下、(18,A)及び(16,A)ブロックコードについての説明においても、まず、(18,10)及び(16,10)ブロックコード生成について説明し、その変更を通じて任意の(18,A)及び(16,A)ブロックコードについて説明する。
本実施形態では、下記の3つの方法を通じて穿孔パターンを探して、最適の(18,10)符号及び(16,10)符号の生成行列を提示する。以下の説明は、特別の言及がない限り、まず、上記表2に表した通り、TFCI情報コードの等価形態を基準(32,10)コードとして説明する。
第一の方法としては、全ての符号の生成行列を(32,10)符号の生成行列から穿孔して生成することができる(以下、“方法1”という)。すなわち、(20,10)符号の生成行列を(32,10)符号の生成行列を穿孔して探す他、(18,10)符号の生成行列も(32,10)符号の生成行列を穿孔して生成する。また、(16,10)符号の生成行列も(32,10)符号の生成行列を穿孔して構成する。このような方法で(20,10)符号、(18,10)符号及び(16,10)符号を生成すると、それぞれの符号が最適の穿孔パターンを考慮して生成されることとなる。
この方法1を、図2に示す。
図2は、本発明の一実施形態によって(20,10)、(18,10)及び(16,10)形態のコード生成行列をそれぞれ、(32,10)形態を有する基本コードから生成する方式を説明するための図である。
しかし、図2に示すようにそれぞれのブロックコードを生成する場合、実際に考慮しなければならない穿孔パターンの数が幾何級数的に増加する不具合がある。すなわち、(20,10)符号では、本来(32,10)符号の生成行列の32個の列から12個の列を除去しなければならないので、全体考慮しなければならないパターンの個数は
となる。また、(18,10)符号は、考慮しなければならない穿孔パターンの個数がさらに増加して
個となり、(16,10)符号は、総
個の穿孔パターンを考慮しなければならない。このようにあらゆる穿孔パターンの場合を考慮することは、計算に非常に負担となるので、效果的に穿孔パターンを探す方法を考慮してみる。
本発明の他の実施形態では、全ての符号の生成行列を(32,10)符号の生成行列から穿孔して生成せずに、まずは(20,10)符号の生成行列を探した後に、この(20,10)符号の生成行列を基本として(18,10)符号及び(16,10)符号の生成行列を構成することも可能である(以下“方法2”という)。ここで、(18,10)符号も(16,10)符号も(20,10)符号を基本として生成されたことに留意しなければならない。この方法2を、図3に示す。
図3は、本発明の他の実施形態によって、(32,10)形態を有する基本コードから(20,10)コードを生成した後、これを用いて(18,10)コード及び(16,10)コードをそれぞれ生成する方式を説明するための図である。
上述した本発明の第1側面で説明した通り、既存(32,10)符号の生成行列から穿孔により(20,10)符号の生成行列を構成する方法によると、最大
の360個の(20,10)符号の生成行列が存在する。ここでは、(20,10)符号の生成行列から2個の列をさらに穿孔して(18,10)符号の生成行列を構成し、また、先立て探した(18,10)符号とは別に、(20,10)符号の生成行列から4個の列をさらに穿孔して(16,10)符号の生成行列構成する方法を考慮する。このような方法では、全ての可能なパターンを全数探索し、それらの中から最大
を有する10*18、10*16生成行列を10*20生成行列から探すことができる。
また、本発明のさらに他の実施形態では、(32,10)基本符号生成行列の列を順次に穿孔して(20,10)符号、(18,10)符号、そして(16,10)符号の生成行列を探す方法(以下“方法3”という)を考慮する。その詳細は、次の通りである。
まず、(32,10)符号の生成行列を穿孔して最適の、すなわち、最大
を有し、最適のハミング重み分布特性を有する(20,10)符号の生成行列を得る。この得られた最適の(20,10)符号の生成行列から穿孔過程を通じて最適の、すなわち、最大
を有し、最適のハミング重み分布特性を有する(18,10)符号の生成行列を求める。同様の方法で、(18,10)符号の生成行列を穿孔して最適の、すなわち、最大
を有し、最適のハミング重み分布特性を有する(16,10)符号の生成行列を得る。このような過程を、図4に示す。
図4は、本発明のさらに他の実施形態によって、(32,10)形態を有する基本コード生成行列から(20,10)コード生成行列を生成し、生成された(20,10)コード生成行列を用いて(18,10)コード生成行列を生成し、そして生成された(18,10)コード生成行列を用いて(16,10)コード生成行列を生成する方式を説明するための図である。
その詳細は次の通りである。(32,10)符号の生成行列を穿孔して(20,10)符号の生成行列を生成し、この(20,10)符号の生成行列から2個の列を穿孔して最大
を有する(18,10)符号の生成行列である10*18行列を生成し、この10*18生成行列からさらに2個の列を穿孔して、最大
を有する(16,10)符号の生成行列10*16生成行列を得る。
このような方法を通じて構成された生成行列は、同一の部分を最大限に共有するので、生成行列において共通する部分を多く有するという長所がある。一方、(16,10)符号の最大
は4と知られているが、上記方法3を通じて生成可能な符号の最大
は3である。したがって、上記方法3で生成行列を構成すると、(16,10)符号の性能が悪くなるという短所がある。
このような短所を改善するために、まず(18,10)符号と(16,10)符号の生成順序を換えることを提案する(以下“方法4”という)。すなわち、まず(32,10)符号の生成行列を穿孔して最適の、すなわち、最大
を有し、最適のハミング重み分布特性を有する(20,10)符号の生成行列を得る。この得られた最適の(20,10)符号の生成行列から穿孔過程を通じて最適の、すなわち、最大
を有し、最適のハミング重み分布特性を有する(16,10)符号の生成行列を求める。この(16,10)符号の生成行列を求めるために穿孔された4個の列のうちの2個の列を追加して(18,10)符号の生成行列を求める。このような過程を、図5に示す。
図5は、本発明のさらに他の実施形態によって(32,10)形態を有する基本コード生成行列から(20,10)コード生成行列を生成し、生成された(20,10)コード生成行列を用いて(16,10)コード生成行列を生成し、生成された(16,10)コード生成行列を用いて(18,10)コード生成行列を生成する方式を説明するための図である。
その詳細は次の通りである。(32,10)符号の生成行列を穿孔して(20,10)符号の生成行列を得る。この(20,10)符号の生成行列からまず4個の列を穿孔して最大
を有する(16,10)符号の10*16生成行列を得る。(18,10)符号の10*18生成行列は、(20,10)符号の10*20生成行列から10*16行列を生成するために穿孔された4個の列のうち2個の列を10*16行列に追加して生成する。
ここで、追加される位置によって性能が変わることはないが、便宜上、10*16行列の最も右側に追加することとする。また、ここで(18,10)符号のハミング重み分布特性が最適である、すなわち、
と同一のハミング重み値を有する符号語の数を最も少なく生成する10*18行列となるように2個の列を追加することを提案する。
以下、上述したそれぞれの方法による具体的な生成行列について説明する。
ここでは、上記の方法1のように、(20,10)符号、(18,10)符号、そして(16,10)符号のそれぞれの生成行列をいずれも、独立して(32,10)符号の生成行列を穿孔して生成する場合は考慮しないものとする。なぜなら、このような符号生成方法は、場合の数が多すぎるので、現実的に効果的な符号構成が困難であるからである。したがって、次の例では、まず(32,10)符号の生成行列から穿孔を通じて最適の(20,10)符号の生成行列を構成し、この(20,10)符号の生成行列に基づいて(18,10)符号と(16,10)符号の生成行列を構成する場合(すなわち、方法2〜方法4)のみを考慮する。
まず、(18,10)符号、(16,10)符号の生成行列ともそれぞれ(20,10)符号の生成行列から穿孔して独立的に構成する上記方法2について説明する。
まず(20,10)符号の生成行列は、(32,10)符号の生成行列を穿孔して構成する。最適の(20,10)符号の生成行列は、本発明の第1側面によって図1に示すような方法で得ることとなり、総360個の最大
の(20,10)符号の生成行列が存在する。(18,10)符号の生成行列は、最適の(20,10)符号の生成行列から2個の列を穿孔して生成され、(16,10)符号の生成行列も、(20,10)符号の生成行列から4個の列を穿孔して生成される。(18,10)符号の生成行列、(16,10)符号の生成行列とも、それぞれ独立して(20,10)符号の生成行列から穿孔されて構成されたので、両符号間の共通穿孔パターンの個数はその都度可変する。
その詳細は次の通りである。(18,10)符号の生成行列のための(20,10)符号からの穿孔パターンは総
個が存在し、この中で最大
は4である。最大
を有し、ハミング重み分布特性が最適の、すなわち、
と同一のハミング重み値を有する符号語の数を最も少なく生成する最適の(18,10)符号の生成行列は、総700個存在する。このような最適の(18,10)符号の生成行列のハミング重み分布は、次の通りである。
ここで、上記の数学式6のハミング重み分布を有する10*18生成行列構成のために利用される10*20生成行列は、下記の2つのハミング重み分布を有する。

(16,10)符号の生成行列の場合は、(20,10)符号からの穿孔パターンは総
個が存在し、この中最大
は4である。最大
であり、ハミング重み分布特性が最適の、すなわち、
と同じハミング重み値を有する符号語の数を最も少なく生成する最適の(16,10)符号の生成行列は総40個存在する。このような最適の(16,10)符号の生成行列のハミング重み分布は、下記の通りである。
上記の数学式9のハミング重み分布を有する(16,10)符号の生成行列の構成のために利用される10*20生成行列は、下記のようなハミング重み分布を有する。
下記の表22は、上記の数学式6に従う10*18生成行列の例、表23は、上記の数学式9のハミング重み分布に従う10*16生成行列の一例である。
上記の数学式6または数学式9のようなハミング重み分布の特性を有するあらゆる穿孔パターンによって生成された生成行列は、最小距離の側面でそれぞれ誤り訂正能力がいずれも同一の特性を有する。つまり、上記の数学式6のハミング重み分布の特性を有するあらゆる穿孔パターンによって生成された10*18行列はいずれも誤り訂正能力が同一なので、いずれの行列を使用しても構わない。そして、上記の数学式9の重み分布の特性を有するあらゆる穿孔パターンによって生成された10*16行列も誤り訂正能力がいずれも同一なので、いずれの行列を使用しても構わない。
次に、以上の(18,10)符号と(16,10)符号のハミング重み分布特性を示す生成行列とこの生成行列を示すための穿孔パターンについて詳細に説明するが、特に、ハミング重み分布別に説明する。全数調査方式によって探した穿孔パターンは、次の通りである。
(18,10)符号の生成行列のうち、上記の数学式6のハミング重み分布を示す穿孔パターンは700個存在し、それぞれは、上述した本出願の優先権主張の基礎となる米国仮出願第61/016,492号のAppendixに開示されている。
ここで、(18,10)符号の生成行列は、(20,10)符号の生成行列を穿孔してなり、これら先立って(20,10)符号の生成行列は(32,10)符号の生成行列を穿孔して生成されたことに留意しなければならない。したがって、まず、(32,10)符号の生成行列から(20,10)符号の生成行列構成のための穿孔をした後に、(20,10)符号の生成行列から(18,10)符号の生成行列構成のための穿孔を行うこととなる。
一方、(16,10)符号の生成行列のうち、上記の数学式9のハミング重み分布を示す穿孔パターンは40個存在する。この40個のパターンも、上記の米国仮出願第61/016,492号のAppendixに開示されている。ここで、(16,10)符号の生成行列は(20,10)符号の生成行列を穿孔してなり、これに先立って(20,10)符号の生成行列は(32,10)符号の生成行列を穿孔して生成されることに留意しなければならない。したがって、まず、(32,10)符号の生成行列から(20,10)符号の生成行列構成のための穿孔をした後に、(20,10)符号の生成行列から(16,10)符号の生成行列を構成することとなる。
次に、(20,10)符号の生成行列を穿孔して(16,10)符号の生成行列を生成し、この(16,10)符号の生成行列のために穿孔された4個の列のうち2個の列を選択して(16,10)符号の生成行列に添加し、(18,10)符号の生成行列を生成する上記方法4について説明する。
まず、(20,10)符号の生成行列を(32,10)符号の生成行列を穿孔して生成する。最適の(20,10)符号の生成行列は、本発明の第1側面で説明した図1の方法により得られ、総360個の最大
の(20,10)符号の生成行列が存在する。(16,10)符号の生成行列は、最適の(20,10)符号の生成行列から4個の列を穿孔して生成する。この穿孔された4個の列のうち2個の列を選択して(16,10)符号の生成行列に追加し、(18,10)符号の生成行列を生成する。
より詳細には、(16,10)符号は、本発明の第1側面で説明した方法により得た360個の最大
の10*20行列から、上述の方法により、最大
であり、最適のハミング重み分布特性である上記の数学式9に従う、すなわち、
と同一のハミング重み値を有する符号語の数を最も少なく生成する最適の(16,10)符号の生成行列を総40個生成することができる。
次に、これら生成された40個の10*16行列から最適の(18,10)符号の生成行列を生成する。すなわち、最適の(18,10)符号の生成行列は、(20,10)符号の生成行列から10*16行列を生成するために穿孔された4個の列のうち2個の列を選択して(16,10)符号の生成行列の右側に追加することによって生成することができる。参考として、ここでは、便宜上、(16,10)符号の生成行列の最も右側に2個の列を追加したが、実際にはいずれの部分に追加しても性能には影響を及ぼさない。したがって、追加する部分によって様々な変形が可能となる。一方、追加する
個の組合せのうち、(18,10)符号のハミング重み分布特性が最適(
と同一のハミング重み値を有する符号語の数が最も少ない)の10*18行列を生成できる2個の列を選択する。このような方法により、最大
の総
個の生成行列のうち、ハミング重み分布特性が最適の行列は160個存在し、
この最適の生成行列から得られるハミング重み分布は、下記の数学式11の通りである。
この場合、上記の数学式11のハミング重み分布を有する(18,10)符号の生成行列構成のために用いられる上位10*20生成行列は、下記のようなハミング重み分布を有する。
上記の数学式11のハミング重み分布特性を有する(18,10)符号の生成行列は160個存在し、下記の表24にその一例を表す。
上記の数学式11のようなハミング重み分布の特性を有するあらゆる穿孔パターンにより生成された生成行列はいずれも、最小距離の側面で誤り訂正能力が同一の特性を有する。したがって、上記の数学式11のハミング重み分布の特性を有するあらゆる穿孔パターンにより生成された10*18行列はいずれも誤り訂正能力が同一なので、いずれの行列を使用しても構わない。
実際に同一のハミング重み分布を示す生成行列は多数個存在する。最適の(16,10)符号のための生成行列を示すために必要な穿孔パターンの総数は40個であり、この穿孔パターンは、上述した方法2による例と同一である。
一方、本方法による例、すなわち、生成行列の列の穿孔と追加(adding)という2つの過程を行う方法を考慮した理由は、最大
を有する(16,10)符号の生成が優先して考慮されなければならないためである。

もし、上記の方法3のように、まず、360個の最大
の10*20行列から2個の列をまず穿孔し、最大
であり、最適のハミング重み分布特性である上記の数学式6に従う、すなわち、
と同一のハミング重み値を有する符号語の数を最も少なく生成する最適の(18,10)符号の生成行列700個から、2個の列をさらに穿孔して(16,10)符号の生成行列を生成する場合を考慮してみよう。この場合は、(16,10)符号の最大
は3になる。このような方法により生成された最大
の(16,10)符号の生成行列のうち、ハミング重み分布特性が最適の、すなわち
と同一のハミング重み値を有する符号語の数を最も少なく生成する(16,10)符号の生成行列は、総2,180個存在し、この場合、ハミング重み分布は下記の通りである。
上述したように、方法3を通じて生成された(16,10)符号は、最大
が3である。この最大
を伸ばして、最大
の(16,10)符号の生成行列を生成するためには、まず、上記の数学式11のハミング重み分布特性を有する160個の(18,10)符号の生成行列において最も右側に追加された2個の列を穿孔すればいい。このような方法を構造的に示したものが方法4である。
要するに、方法2は(20,10)符号、(18,10)符号、(16,10)符号のそれぞれの場合に対して独立した生成行列が必要とされる反面、方法4は、10*16、10*18行列が一つの10*20行列から生成されることができる。
以下では、上述した内容に基づき、本発明の第1側面で説明した(20,A)コード生成行列におけると同様に説明する。
まず、説明の便宜のために、上記の説明で(32,10)構造の基本生成行列として利用した上記表2の生成行列を、下記の表25のように表すことができるということは、上述した通りである。すなわち、表25は、上記表2を立てて表示しただけであり、表25と同一なものある。
これを用いた実際符号化過程についてより詳細に説明する。まず、k個の情報ビットをa,a,a,a,a,…,ak−1とすれば、該情報ビットは、本発明の各実施形態によるコード生成行列を用いて符号化されてビットbとして出力され、これら出力ビットが符号語を構成する。ここで、符号化されたビットbを数式的に表現すると、下記の通りである。
次に、符号化ビットの数が20ビットの場合と18ビットの場合の両方に最適の符号の生成行列について考慮する。このような場合は、符号化ビットの数が可変的な場合のための符号設計である。すなわち、上記の方法を通じて探した10*20、10*18行列のうち、それぞれ
が最大であり、ハミング重み分布特性が最も最適の、すなわち、
と同一のハミング重み値を有する符号語の数を最も少なく生成する(20,10)、(18,10)符号の生成行列を探す。このような探索方法は上記の方法4に基づくとする。ここで、生成された(20,10)符号の最小距離は6であり、ハミング重み分布は下記の数学式15の通りである。また、生成された(18,10)符号の最小距離は4であり、ハミング重み分布は下記の数学式16の通りである。
上記ハミング重み分布を満たす最適符号の例は、下記の表の通りである。(20,10)符号のための穿孔パターンは上記表6に表した通りであり、説明の便宜のために、下記の表26として再び表した。
すなわち、上記表26は、上記表25の総32個の行から12個の行を穿孔して(20,10)符号を生成する穿孔パターンを表す。上記表26で、0は穿孔された行を意味し、1は、使用される行を意味する。一方、(18,10)符号のための穿孔パターンは、下記の表27に表している。
すなわち、上記表27は、上記表26の総20個の行の中から2個の行をさらに穿孔して、(18,10)符号を作る穿孔パターンを表す。したがって、表26の生成行列は、表27の生成行列を含む構造を有するようになる。上記表27でも、0は穿孔された行を意味し、1は、使用される行を意味する。
上記表26は、上記表27を含む構造を有するので、下記のように統合して表すことができる。
一方、表28の行の順序は3GPPで用いられるTFCI符号化のための行列順序とはやや異なっている。したがって、表28の行の順序をTFCI符号行列の順序にすると、下記の表29のようになる。
上記の表29は、上記表28と行の順序が異なるだけで、その他の事項は全く同一である。この場合は、符号化理論によって符号特性は完全に同一である。ただし、上記表29のような表現方法によると、(20,10)符号から(18,10)符号へと穿孔時に、最後の2ビットを穿孔して生成できるという利点が得られる。より詳細には、まず(20,10)符号を作った後に、符号化ビット20個のうち最後の2個を穿孔することで、(18,10)符号が生成される。すなわち、(20,10)符号が(18,10)符号を含む構造の特性を用いて便利に符号を生成することができる。
一方、本発明の第1側面の第2段階では、(20,10)コード生成行列に4個の列を追加して(20,14)コード生成行列に拡張する内容を開示している。これによれば、(20,14)コード生成行列として上記表11のような生成行列形態を提案している。また、各情報ビット長による最大の最小距離特性は、上記表10と同一であることは上述した通りである。20ビット符号化長に加えて、18ビット符号化長に対しても上記表11の構造を利用する場合における最大の最小距離特性を表すと、下記の通りである。
一方、上記表11に基づく符号の実際チャネルにおける性能は下記の通りである。
図6及び図7は、本発明の一実施形態によって提案された(20,A)、(18,A)符号化性能を示す図である。
特に、(20,10)符号と(18,10)符号のAWGNにおける性能は、図6に示し、様々な情報ビット長を有する(20,k)符号の性能は、図7に示す。
一方、本発明の第1側面の第3段階で、上記表19は、全ての成分が“1”の基本シーケンスが最も左側に位置するように、列の位置が変更された形態の生成行列を提案している。したがって、(18,14)構造の生成行列も、この構造によって下記のように変形されることができる。
すなわち、(18,14)コード生成行列は、上記表19の生成行列から最後の2行を穿孔した形態を有することができる。
(20,14)生成行列及び(18,14)生成行列を、上記表19及び表31のように利用する場合、情報ビット数による最小距離特性は、下記の通りである。
本来の(32,10)符号から穿孔して(20,10)符号を作るにあたり、(20,10)符号だけでなく、(18,10)符号及び(16,10)符号においても良い性能を示すように設計した。表28に表した(32,10)符号は、本来用いられる表29の3GPP release 99(32,10)TFCI符号において行のみを互いに置き換えた符号であるから、符号理論観点では同一の符号である。ただし、穿孔観点でインデックスが互いに変わることがあり、これを下記の表に表示する。
上記表33は、3GPP release 99の(32,10)TFCI符号の行インデックスを基準に良い性能を示す(20,10)、(18,10)及び(16,10)符号の穿孔位置を表したものである。また、上記表34は、生成された(20,10)符号のインデックスを基準に(18,10)及び(16,10)符号への穿孔位置を表したものである。また、上記表35は、(32,10)形態を有する上記表28のインデックスを基準に穿孔パターンを表したものである。
一方、下記の表36は、最適の穿孔位置を共に表示した既存シーケンス表である。
上記表36で、(18,10)と(16,10)の穿孔位置が最大限に重なっていることがわかる。また、この時の最小距離性能を下記の表37に表す。
上記表37で、“20”は、(20,k)符号を意味し、“18 last two”は(20,k)符号において最後の2行が穿孔された(18,k)符号を意味し、“18 intermediate”は上記表36の(20,k)符号に基づいて5番目と18番目の行が穿孔された(18,k)符号を意味する。また、“16 last four”は(20,k)符号において最後の4行が穿孔された(16,k)符号を意味し、“16 intermediate”は、上記表36の(20,k)符号に基づいて5番目、7番目、14番目及び18番目の行が穿孔された(16,k)符号を意味し、“16(first2+last2)”は、最初の2行と最後の2行が穿孔された(16,k)符号を意味する。
一方、(18,k)符号と(16,k)符号のために列の順序を換えた(n,k)符号(n=20、18、16、k≦14)について説明する。
下記の表38は、(16,11)で符号の性能を向上させるために10番目の基本シーケンスMi,10と11番目の基本シーケンスMi,11を互いに換えた場合における基本シーケンス表である。
上記表38による場合における最小距離性能を、下記の表39に表す。
上記表39で、(16,11)の最小距離が1から2に伸びたことがわかる。
以下では、(18,k)符号と(16,k)符号のために列の順序を換えた(n,k)符号であって、n=20、18、16、k≦15を満たす場合について説明する。
下記の表40は、15個の情報ビットを支援するために1個の基本シーケンスが追加された(20,15)生成行列を表している。
上記表40では、便宜上、上記表38に15番目の基本シーケンスを追加したが、他の(20,14)生成行列を表す表に追加しても同一の性能を示す。また、符号化されたビットを穿孔する方法は、以上紹介した様々な方法のいずれを使用しても良く、ここでは、その一部を使用した場合を取り上げる。
上記表40の例における最小距離特性を下記の表41に表す。
上述したように開示された本発明の好ましい実施形態についての詳細な説明は、当業者が本発明を具現して実施できるように提供された。以上では本発明の好適な実施形態を参照して説明してきたが、当該技術分野における熟練した当業者にとっては、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を逸脱しない範囲内で、様々な修正及び変更が可能であるということは自明である。
したがって、本発明は、ここに開示された実施形態に制限されず、ここで開示された原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲を有するものである。
上述した本発明の各実施形態によるチャネルコーディング方法は、3GPP LTEシステムにおいてCQI情報をPUCCHを通じて伝送する時に行うチャネルコーディングに好適に適用することができる。しかし、上述した方法は、このような3GPP LTEシステムに限って適用されることはなく、様々な長さを有しうる情報にブロックコーディングを行ういずれの通信方式にも同一原理によって適用されることができる。
本発明は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
20個の行(Row)及び情報ビット長に該当するA個の列(Column)を含むコード生成行列を用いて前記情報ビットをチャネルコーディングする方法であって、
前記Aの長さを有する情報ビットを、前記コード生成行列の各列に対応する20ビット長を有する基本シーケンス(Basis Sequence)を用いてチャネルコーディングを行い、
前記Aが10の場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、TFCI(Transport Format Combination Indicator)情報のコーディングに用いられた32個の行及び10個の列で構成されたコード行列のうち、2,5,8,11,15,16,21,22,25,29,30及び31番目の行を除く20個の行を選択した時に構成される20個の行及び10個の列で構成された第1行列、または、前記第1行列における一つ以上の行間及び一つ以上の列間のうち一つ以上に対して相互順序を換えてなる第2行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する、チャネルコーディング方法。
(項目2)
前記Aが10よりも大きい場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、
前記第1行列または第2行列に、最小ハミング距離の最大値が4を満足し、長さ20の追加基本シーケンスのうち、A−10の長さに該当する個数の基本シーケンスを列方向シーケンスとして追加した第3行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する、項目1に記載のチャネルコーディング方法。
(項目3)
前記Aが10よりも大きい場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、
前記第1行列または第2行列に、“0”を4個含む長さ20の追加基本シーケンスのうち、A−10の長さに該当する個数の基本シーケンスを列方向シーケンスとして追加した第3行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する、項目1に記載のチャネルコーディング方法。
(項目4)
前記追加基本シーケンスは、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0]、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0]、
[0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0]、及び
[0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]
のうち、一つ以上を含む、項目3に記載のチャネルコーディング方法。
(項目5)
前記Aは14以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、

のような第4行列の列方向シーケンスのうち、左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する、項目4に記載のチャネルコーディング方法。
(項目6)
前記Aは13以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、

のような第5行列の列方向シーケンスのうち、左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する、項目4に記載のチャネルコーディング方法。
(項目7)
前記情報ビットは、チャネル品質情報ビット、前符号化行列指示子(PMI)、チャネルランク指示子(RI)及びACK/NACKのうち一つ以上を含む、項目1に記載のチャネルコーディング方法。
(項目8)
チャネルコーディングされた前記情報ビットは、物理上りリンク制御チャネル(PUCCH)を通じて伝送される、項目1に記載のチャネルコーディング方法。
(項目9)
20個の行(Row)及び情報ビット長に該当するA個の列(Column)を含むコード生成行列を用いて前記情報ビットをチャネルコーディングする方法であって、
前記Aの長さを有する情報ビットを、前記コード生成行列の各列に対応する20ビット長を有する基本シーケンス(Basis Sequence)を用いてチャネルコーディングを行い、
前記Aが10の場合、前記コード生成行列の列に対応する各基本シーケンスは、

のような第1行列、または、前記第1行列の一つ以上の行間及び一つ以上の列間のうち一つ以上に対して相互順序を換えてなる第2行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する、チャネルコーディング方法。
(項目10)
前記Aが10よりも大きい場合、前記コード生成行列の各基本シーケンスは、
前記第1行列または第2行列に、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0]、
[1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0]、
[0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0]、及び
[0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]
のようなシーケンスのうち、A−10の長さに該当する個数のシーケンスを列方向シーケンスとして追加した第3行列の列方向シーケンスにそれぞれ対応する、項目9に記載のチャネルコーディング方法。
(項目11)
前記Aは14以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、

のような第4行列の列方向シーケンスのうち、左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する、項目10に記載のチャネルコーディング方法。
(項目12)
前記Aは13以下であり、
前記コード生成行列の各基本シーケンスには、

のような第4行列の列方向シーケンスのうち左側から前記Aの長さに該当する個数の列方向シーケンスが順次に対応する、項目10に記載のチャネルコーディング方法。
(項目13)
前記情報ビットは、チャネル品質情報ビット、前符号化行列指示子(PMI)、チャネルランク指示子(RI)及びACK/NACKのうち一つ以上を含む、項目9に記載のチャネルコーディング方法。
(項目14)
チャネルコーディングされた前記情報ビットは、物理上りリンク制御チャネル(PUCCH)を通じて伝送される、項目9に記載のチャネルコーディング方法。

Claims (8)

  1. Aの長さを有する情報ビットをチャネルコーディングする方法であって、
    前記方法は、
    (20,A)ブロックコードに対する複数の基本シーケンスのうちのA個の基本シーケンスを用いて前記情報ビットをチャネルコーディングすることにより、コーディングされたビットを生成することを含み、
    Aの最大値は13であり、
    前記(20,A)ブロックコードに対する前記複数の基本シーケンスは、以下の表1
    に定義されるM i,0 〜M i,12 を含む、方法。
  2. 前記情報ビットは、最も左側の基本シーケンスM i,0 から前記表1のA個の基本シーケンスに順次割り当てられる、請求項1に記載の方法。
  3. 前記情報ビットは、チャネル品質情報(CQI)ビット、前符号化行列指示子(PMI)、チャネルランク指示子(RI)及びACK/NACKデータのうちの少なくとも一つを含む、請求項に記載の方法。
  4. 前記コーディングされたビットは、物理上りリンク制御チャネル(PUCCH)を通じて伝送される、請求項1〜3のいずれか一項に記載方法。
  5. (20,A)ブロックコードに対する複数の基本シーケンスのうちのA個の基本シーケンスを用いてAの長さを有する情報ビットにチャネルコーディングを行うことにより、コーディングされたビットを生成することをコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    Aの最大値は13であり、
    前記(20,A)ブロックコードに対する前記複数の基本シーケンスは、以下の表1
    に定義されるM i,0 〜M i,12 を含む、プログラム。
  6. 前記情報ビットは、最も左側の基本シーケンスM i,0 から前記表1のA個の基本シーケンスに順次割り当てられる、請求項5に記載のプログラム。
  7. Aの長さを有する情報ビットをチャネルコーディングする装置であって、
    前記装置は、
    (20,A)ブロックコードに対する複数の基本シーケンスのうちのA個の基本シーケンスを用いて前記情報ビットをチャネルコーディングすることにより、コーディングされたビットを生成するように構成されており、
    Aの最大値は13であり、
    前記(20,A)ブロックコードに対する前記複数の基本シーケンスは、以下の表1
    に定義されるM i,0 〜M i,12 を含む、装置。
  8. 前記情報ビットは、最も左側の基本シーケンスM i,0 から前記表1のA個の基本シーケンスに順次割り当てられる、請求項7に記載の装置。
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