JP5260283B2 - 復号器および復号化信頼性指標を求めるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、復号器および復号化のための方法に、そして、特に無線通信システム用の復号器に関する。

エアーインタフェースが、ユーザ機器ＵＥ、例えば無線電話と基地局あるいは他の通信システム素子との間の情報の交換を規定するために無線通信システム内で使用される。

例えば、高速ダウンリンクパケットアクセスＨＳＤＰＡ仕様は、第三世代協力プロジェクト３ＧＰＰ汎用モバイル電気通信システムＵＴＭＳ仕様の一部を形成するが、時間／符号分割方法で複数のＵＥの間で与えられた数のＨＳ−ＤＳＣＨ符号を共有することによって、基地局から複数のＵＥまでのデータ伝送を可能にするための高速ダウンリンク共有チャンネルＨＳ−ＤＳＣＨを規定する。時間／符号分割方法で複数のＵＥの間でＨＳ−ＤＳＣＨチャンネルの共有を容易にするために、関連高速共有制御チャンネルＨＳ−ＳＣＣＨが、ＨＳ−ＤＳＣＨ内で送信されるデータがＵＥを対象とするかどうかに関して、ＵＥが判定をすることを可能にする情報を提供する。

このように、ＨＳ−ＳＣＣＨはどのデータ伝送がＵＥを対象とするかについてＵＥが判定することを可能にするために、そして、適切なＵＥによってＨＳ−ＤＳＣＨ上で送信されるデータの処理を可能にするために、信号伝達情報を送信するために使用される。

ＨＳ−ＳＣＣＨ内に組み込まれる信号伝達情報（すなわち制御チャンネルデータ）は時間伝送間隔ＴＴＩ内に送信され、ここで、ＴＴＩは２つの部分に分けられる。ＴＴＩの第１の部分はＵＥ特定マスキングを使用し、それは関連ＨＳ−ＤＳＣＨ上で送信されるデータがその特定のＵＥを対象とするかどうかに関して、ＵＥが判定をすることを可能にする。ＴＴＩの第２の部分はＵＥ特定巡回冗長検査ＣＲＣ付加を含み、それはＴＴＩの第１の部分から実行されるＨＳ−ＳＣＣＨ検出の結果を評価することを可能にする。

ＨＳ−ＳＣＣＨのＴＴＩは、２ｍｓの時間間隔に対応するフレーム構造あたり３つのタイムスロット上で構築される。ＨＳ−ＳＣＣＨ制御チャンネルの第１の部分（すなわち部分１）は、ＴＴＩの第１のタイムスロット内に送信され、かつＨＳ−ＤＳＣＨチャンネル分離符号セット（７ビットに対応する）および変調方式（１ビットに対応する）の情報を含む。ＨＳ−ＳＣＣＨ制御チャンネルの第２の部分（すなわち部分２）は、ＴＴＩの第２および第３のタイムスロット内に送信され、かつＨＳ−ＤＳＣＨ搬送ブロックサイズ（６ビットに対応する）およびハイブリッド自動反復要求ＨＡＲＱプロセス（７ビットに対応する）上の情報を含む。ローブスト性のために、そして、データ復旧を補助するために、レートＲ＝１／３および制約長さＫ＝９の畳込符号を使用して、ＨＳ−ＳＣＣＨ ＴＴＩの部分１および部分２と関連するデータが符号化される。

３ＧＰＰ ＵＴＭＳ規格の必要上、ＨＳ−ＳＣＣＨの部分１内に送信される信号伝達情報に適用される符号化体系は、８つの選択情報ビットから４８ビットを生成する。これらの符号化されたビットは次いで、ＵＥ特定マスクによってマスキングされる、４０ビットを生成するためにレートマッチされ（すなわち、パンクチャード）、それによって、当業者に周知のように４０ビット送信された符号語を生成する。

このプロセスは、図１内に例示され、無線通信システム素子１１、例えば基地局に用いられる送信素子１０を示し、それはデータストリングを符号化するために配置される。送信素子は、８つのテールビットがそれに添付された、７つのチャンネル分離符号ビット１３および変調符号ビット１４を受信するように配置される第１の素子１２を含む。情報ビットおよび添付されたテールビットは次いで畳込エンコーダ１５に与えられ、それはレートマッチ素子１６に与えられる４８ビット符号語を生成する。レートマッチ素子１６は４０ビットシーケンスを形成するために受信された符号語を間引きし、それはＵＥ特定スクランブリングシーケンスによってレートパンクチャード符号語をマスキングするマスキング素子１７に伝えられる。得られた符号語は、次いでＷＣＤＭＡ伝送信号の変調、拡張および生成のための送信器１８に伝えられる。

ＵＥを対象とするＨＳ−ＤＳＣＨ符号の一つ以上で送信されるデータがあるかどうかに関して、ＵＥが判定をすることを可能にするために、ＨＳ−ＳＣＣＨの部分１（すなわちＨＳ−ＳＣＣＨ ＴＴＩの第１のタイムスロット）が、ＨＳ−ＤＳＣＨデータ伝送に先立って送信される。このように、ＵＥは各々のＨＳ−ＳＣＣＨ内でＴＴＩの第１の部分を復号化しなければならず、そこで３ＧＰＰ ＵＴＭＳシステム内で一般的に、ＨＳ−ＤＳＣＨ内に含まれるデータ伝送がその特定のＵＥを対象とするか否かを判定するために、同時に送信される最高４つのＨＳ−ＳＣＣＨがある。

ＨＳ−ＳＣＣＨの第１の部分を形成する情報ビットがＣＲＣ付加を含まないという点で、このプロセスは複雑である。このように、データ復旧を補助するために、受信機は、エラー検出のための回旋状の復号器距離を使用する。

エラー検出のために使用される２つの一般的な回旋状の復号器技術は、ビタビ経路距離差異アルゴリズムおよびヤマモト−イトウＹＩアルゴリズムである。

ビタビアルゴリズムは、対応するビットシーケンスが送信され、受信データサンプルに条件づけられる確率を最大化するトレリスを通して特定の経路を識別するために、復号化プロセスを実行するように使用されるトレリス図に基づく（最尤法ＭＬシーケンス）。

特に、ビタビ経路距離差異アルゴリズムはビタビトレリスの最後の段階で併合経路間のビタビ経路距離における差異を計算する。算出された差異が、閾値と比較される。もし算出された差異が閾値より大きいならば、復号化は成功と宣言され、さもなければ、それは失敗と宣言される。ＨＳ−ＳＣＣＨの第１の部分上でこの計算を実行する場合、成功した復号化は、ＨＳ−ＳＣＣＨ伝送がこのＵＥを対象とすると推定されることを意味し、そして、失敗は、ＨＳ−ＳＣＣＨ伝送がこのＵＥを対象としないと推定されることを意味する。

ＨＳ−ＳＣＣＨを復号化するための改良された技法はＹＩアルゴリズムを使用し、ＹＩアルゴリズムは、信頼性指標を生成するためにビタビアルゴリズムの改変形態に基づく。特に、ＹＩアルゴリズムは、２つの経路が、ビタビトレリス内で併合して、それらの経路、距離に関して近い場合、その時、経路のうちの１つをもう一方をこえて選択することは、誤差を起こしやすい、という原理に基づく。例えば、トレリス内の状態は、ある状態における生き残り経路が、信頼性が高いかどうかに従い『良い』あるいは『悪い』として分類される。初めに、全ての状態は、『良い』と分類される。ビタビ復号化が進行し、そして、生き残り経路がある状態で併合経路をこえて選択されるにつれて、経路距離差異が計算される。この計算された経路距離差異が、閾値と比較される。もし計算された差異が閾値未満であるならば、残存している経路は『悪い』と分類され、さもなければ、それは『良い』と分類される。トレリス内の任意の以降の段階において、もし『悪い』と分類される経路が併合経路をこえて選択されるならば、たとえ経路距離差異がその段階で閾値を超えるとしても、それは『悪い』ラベルを保持する。ビタビ復号化の終わりで、選択された生き残り経路のラベルが調べられる。もし生き残り経路が『良い』ラベルを有するならば、復号化は、成功とみなされ、そして、『悪い』ならば、復号化は、失敗と宣言される。

しかし、ビタビおよびＹＩアルゴリズムは両方とも計算的に集約型である可能性があり、それは増加したプロセッサ要件および対応して装置の関連する電力およびコストの増大に結びつく可能性がある。

この状態を改善することが望ましい。

本発明の態様に従って、添付の請求の範囲に従う復号器および復号化のための方法が、提供される。

これは、データを復号化するための計算の要件を、ビタビあるいはＹＩアルゴリズムを使用してデータを復号化するために必要とされる要件より少なくすることを可能にする利点を提供する。

図２は、３ＧＰＰ無線通信規格に従って動作するように配置される、無線通信装置２０、例えば無線電話、ＰＤＡあるいはラップトップの形式のユーザ機器ＵＥを示す。無線通信装置２０は、アンテナ２１、受信機２２、第１のプロセッサ２３、第２のプロセッサ２４および出力装置２５を含む。

アンテナ２１は、当業者に周知のように、３ＧＰＰ規格に従う広帯域符号分割多重アクセスＷＣＤＭＡ ＲＦ無線通信信号を受信するために配置される受信機２２に接続される。

受信機２２によって生成される受信信号は、データサンプル（すなわちデータシーケンス）のストリームの形式で第１のプロセッサ２３に与えられる。第１のプロセッサ２３は、下記のように、送信装置、例えば基地局によって生成される元の情報を復旧するために、データサンプルのストリームを逆拡散して、逆スクランブルして、復調して、かつ復号化するように配置される。

第１のプロセッサ２３および受信機２２が別々の論理素子を形成するように示されるとはいえ、それらはまた、単一素子を形成するように組み合わせられることもできる。代わりとして、シングルプロセッサが第１のプロセッサ２３および第２のプロセッサ２４の機能を実行することができる。

ＨＳ−ＳＣＣＨの成功した復号化（すなわちＨＳ−ＳＣＣＨの第１の部分を形成する８つの情報ビットの推定に対応する符号語の成功した復号化）で、復号化された情報ビットは、ＨＳ−ＤＳＣＨ上で送信されるデータの復旧を可能にするように第２のプロセッサ２４に与えられる。第２のプロセッサ２４は、出力装置２５に接続される。

無線通信装置２０は一般的に当業者にとって周知の、他の周知の特徴を含むが、そのようなものとして本実施態様の必要上、これ以上記述しない。

図３に示すように、第１のプロセッサ２３は復号器３１が相関器３２、セレクタ３３、コンパレータ３４および任意選択の記憶素子３５を含む復号器３１に接続される逆拡散および逆スクランブルモジュール３０を含む。

逆拡散および逆スクランブルモジュール３０は、上記の通りに、送信装置内の送信素子によって生成される４０ビット符号語に対応する４０サンプルのシーケンスを生成するために、データサンプルの受信されたストリームを逆拡散して逆スクランブルするように配置される。このモジュールは、当業者に周知のように、マルチパスチャンネルの存在で受信器性能を向上させる付加処理を含むことができる。

受信データシーケンスがビタビあるいはＹＩアルゴリズムに従って処理される復号化の従来技術技法とは対照的に、下の詳細に記載されているように、本復号器３１は全ての可能な４０ビット送信された符号語と受信されたシーケンスを比較することに基づいて動作する。８つの一意の情報ビットだけが符号化され、かつＨＳ−ＳＣＣＨの第１の部分内に送信される本実施態様の必要上、２^８＝２５６の可能な符号語だけが特定のＵＥに対して適用可能である／対象とすることができる。

したがって、逆拡散および逆スクランブルモジュール３０経由で復号器３１によって受信されるデータシーケンスは、相関器３２を使用して、ＵＥを対象とすることができる符号語と相関させられ、それは、上記したように、本実施態様の必要上２５６符号語である。このように、本実施態様に対して、相関器３２は２５６相関器のバンクのそれぞれが２５６の可能な符号語のうち１つを受信データシーケンスに相関させる２５６並列相関器のバンク（図示せず）を含む。目下の実施態様が２５６並列相関器のバンクを有する相関器３２の使用を記載するとはいえ、代替相関器、例えば直列相関が実行される単一の相関器が使用されることができる。

加えて、８より多いあるいはより少ない情報ビットを有する符号語もまた、復号化されることができ、実行されるべき相関の数はしたがって、変化するだろう。例えば、６つの情報ビットに対応する符号語に対して、２^６（すなわち６４）だけの相関が、各々の受信データシーケンスに対して実行される必要があるだろう。

２５６の可能な符号語を記憶するためのメモリ３５が、相関器３２に接続され、そこで、２５６の可能な符号語がオフラインで計算されて、復号器３１の動作の前にメモリ３５内に記憶される。代わりとして、相関器３２に可能な符号語を与えるための他の手段、例えば、上記の通りに、送信装置内の符号語発生器に類似した形態で符号語を生成するように配置される符号語発生器（図示せず）が可能である。

各符号語が４０ビット（すなわち５バイト）によって表され、および、メモリが２５６の符号語を記憶するように配置されるので、メモリ３５は一般的に少なくとも１２８０バイトの情報を記憶する必要がある。したがって、メモリ３５のサイズは一般的に、ＵＥを対象とすることができる可能な符号語の数に依存している。

本発明の好ましい実施態様において、２５６の相関が各受信されたシーケンスに対して実行される。したがって、相関器３２によって実行される動作の総数は１０，７５１のオーダー（すなわち符号変更および累算の２５６ｘ４０＝１０，２４０動作さらに比較および記憶の５１１動作）である。比較的に、２８，６７２を超える動作がＹＩアルゴリズムを使用して復号化を実行するために必要とされるだろう（レート１／３、制約長さ９畳込み符号を復号化するための基本的ビタビアルゴリズムは、（２×２５６×３＋２５６）×１６動作を必要とする）。

実行される必要がある相関の数に従って、復号器３１によって実行される動作の数は変化する。しかし、ＹＩアルゴリズムを使用して実行される動作の数は、情報ビットの数によって異なる割合で変化する。このように、符号語情報ビットの数に対して、復号化を実行する場合に、符号語の相関を経た、あるいはＹＩアルゴリズムの使用による復号化が、より少ない動作に結びつくかどうか判定する閾値がある。ＨＳ−ＳＣＣＨの部分１が８つの情報ビットを有する本実施態様において、相関の数は２５６に固定され、および従って、本実施態様はＹＩアルゴリズムを超える計算の利点を有する。しかし、復号器３１は、復号化される必要がある符号語に対応する受信データサンプルの数に基づいて、本願明細書に記載されるように、符号語の相関を経た復号化とＹＩアルゴリズムのような、ビタビベースのアルゴリズムとの間で切り替えをするように配置されることができる。

相関器３２は、出力値が、受信されたシーケンスに相関させられる符号語が送信された符号語である尤度を示す、各々の相関に対する出力値を生成するように配置される。

本実施態様の必要上、２５６の相関器のバンクのそれぞれによって生成される出力値は、送信装置によって送信され、受信データシーケンスに条件づけられた特定の符号語である相関させられた符号語の確率の自然対数と相関させられる。

本実施態様において、セレクタ３３は相関出力値の各々を受信し、かつ２つの最大の相関値（すなわち２つの最有望な送信された符号語に対応する２値）を選択するように配置される。

セレクタ３３は、次いで受信データシーケンスに相関させられる場合、得られる値が最大の相関出力値を発生した特定の符号語に対する対数尤度比率に対する近似値を与える、得られる値を生成するために最大の出力値から２番目に最大の相関器出力値を減ずるように配置される。

この得られる値（すなわち対数尤度比率の近似値）は、復号化信頼性指標を提供する閾値との比較のためにコンパレータ３４に与えられる。閾値は、最大の相関出力値（すなわち最も見込みのある送信された符号語）を生成するために受信されたシーケンスと相関させられた符号語が、実際の送信された符号語と同じものである、すなわち、成功した復号化が生じた、尤度の指示を提供するように選択される。このように、成功した復号化が実行されたかどうか、正しく識別する確率は閾値の設定に依存している。例えば、閾値があまりに高く設定される場合、その時可能な成功した復号化の下位集団だけが識別される。しかし、閾値があまりに低く設定される場合、その時、不成功の復号化が成功した復号化として偶然に識別されるかもしれない。このように、閾値の設定は復号器３１に対する許容可能なエラー率に依存している。例えば、図４は本発明の本実施態様によって得られる検出確率（すなわちｙ軸）および誤り警報確率（すなわちｘ軸）性能の例証を提供する。本実施態様は、従来技術ＹＩアルゴリズム技法を使用して実証されるそれと同じ検出確率／誤り警報確率性能を有するが、上記したように、与えられた数より少ない情報ビットを含有する符号語を復号化するために、かなり少ない動作を使用する。

コンパレータ３４が、対数尤度比率の算出された近似値が指定された閾値より大きいという判定をする（すなわち、成功した復号化が生じたとみなされた）ならば、最大の相関器出力値を有する符号語に対応する８つの情報ビットが、ＨＳ−ＤＳＣＨ上に送信される適切なデータを処理するためにプロセッサ２４に与えられる。

コンパレータ３４が、対数尤度比率の算出された近似値が指定された閾値より小さい（すなわち、不成功の復号化が生じた）という判定をする場合、無線通信装置２０はＨＳ−ＤＳＣＨを介してデータを受信することを試みることなくＨＳ−ＳＣＣＨチャンネルを監視し続ける。

本発明の代替実施態様において、検出プロセスは、相関器３２によって生成される、２より多くの、および、最高全ての相関値に基づくことができる、ことを注記する。

開示された内容が、数多くの方法で修正されることができ、そして、上記の通りに特に開示される好ましい形態以外の実施態様を想定することができ、例えば、ＨＳ−ＤＳＣＨおよびＨＳ−ＳＣＣＨ以外のチャンネルの復号化が実行されることができ、そして、復号化は３ＧＰＰ以外の無線通信規格に従って送信されるデータ上で実行されることができる、ことは当業者にとって明白である。

本発明の一実施態様が、例証として図面を参照して、次に記載され、それについて、

ＨＳ−ＳＣＣＨの第１の部分を生成するために配置される無線通信システム素子を例示する。 本発明の一実施態様に従う復号器を含む無線通信装置を例示する。 本発明の一実施態様に従う復号器を例示する。 本発明の一実施態様に従う復号器に対する誤り警報確率対検出確率を例示する。

符号の説明

１０送信素子
１１無線通信システム素子
１２第１の素子
１３チャンネル分離符号ビット
１４変調符号ビット
１５畳込エンコーダ
１６レートマッチ素子
１７マスキング素子
１８送信器
２０無線通信装置
２１アンテナ
２２受信機
２３第１のプロセッサ
２４第２のプロセッサ
２５出力装置
３０逆拡散および逆スクランブルモジュール
３１復号器
３２相関器
３３セレクタ
３４コンパレータ
３５記憶素子

Claims (15)

1. 無線通信装置に用いられる復号器であって、前記復号器が、相関値が各々の相関に対して生成されるように、受信データシーケンスを一組の符号語に相関させるための相関器であって、前記符号語の組が、予め定められた数の情報ビットを有する符号化ビットシーケンスから生成されることができる可能な符号語に対応する、相関器と、前記相関器によって生成される第１の相関値および第２の相関値を選択するための、かつ前記第２の相関値を前記第１の相関値から減じて第３の値を生成するための、セレクタと、所定の値と前記第３の値を比較して復号化信頼性指標を生成するためのコンパレータと、を備える復号器であって、
   前記復号器は前記所定数の情報ビットに対する閾値に基づき、前記符号語の相関を経た復号化とビタビベースのアルゴリズムとの間で切り替えをするように配置される復号器。
2. 前記受信データシーケンスが、予め定められた数の符号化された情報ビットを表す送信された符号語に対応する、ことを特徴とする請求項１に記載の復号器。
3. 前記相関値が、前記それぞれの符号語が前記送信された符号語によって表される前記情報ビットに対応する尤度を示す、ことを特徴とする請求項２に記載の復号器。
4. 前記符号語の組が、前記予め定められた数の情報ビットを有する符号化ビットシーケンスから生成されることができる全ての可能な符号語に対応する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の復号器。
5. さらに、前記符号語の組を記憶するためのメモリを備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の復号器。
6. 前記第１の相関値が、与えられた一組の符号語に対する最上位の判定された相関値であり、および、前記第２の相関値が、前記与えられた組の符号語に対する２番目に最上位の判定された相関値である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の復号器。
7. さらに、広帯域符号分割多重アクセスＷＣＤＭＡ共有制御チャンネル転送時間間隔ＴＴＩの第１のスロットに対応するデータシーケンスを受信するように配置される受信器、を備える請求項１〜６のいずれかに記載の復号器。
8. 前記ＷＣＤＭＡ共有制御チャンネルが高速共有制御チャンネルＨＳ−ＳＣＣＨであり、そして、前記第１のスロットが前記ＨＳ−ＳＣＣＨの部分１を含む、ことを特徴とする請求項７に記載の復号器。
9. 前記受信データシーケンスが、８つの符号化された情報ビットを表す送信された４０ビット符号語に対応する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の復号器。
10. 前記相関器が、２５６の符号語との前記受信データシーケンスの相関を可能にするために２５６の並列相関器を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の復号器。
11. 前記メモリが、８つの符号化された情報ビットを表すことができる２５６の可能な符号語に対応する２５６の符号語を記憶するために配置される、ことを特徴とする請求項１０に記載の復号器。
12. 前記第３の値が、前記予め定められた値より大きいならば、前記信頼性指標が、前記符号語が前記復号器と関連する装置を対象とすることを示すように配置される、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の復号器。
13. 復号器を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の無線通信装置。
14. 復号器を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の無線電話。
15. 復号化信頼性指標を求めるための方法であって、前記方法が、一組の符号語と受信データシーケンスを相関させるステップであって、前記符号語の組が、各相関に対する相関値を生成するために、予め定められた数の情報ビットを符号化することによって生成されることができる可能な符号語に対応する、ステップと、第１の生成された相関値および第２の生成された相関値を選択し、かつ前記第１の生成された相関値から前記第２の生成された相関値を減じて第３の値を生成するステップと、予め定められた値と前記第３の値を比較して復号化信頼性指標を生成するステップと、を含む方法であって、
    前記方法は前記所定数の情報ビットに対する閾値に基づき、前記符号語の相関を経た復号化とビタビベースのアルゴリズムとの間で切り替えをするように配置される方法。

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