JP5482795B2 - 通信方法、通信システム、送信装置、受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、パケットの受信側の通信装置からパケットの送信側の通信装置に対し、パケットの受信成功／受信誤りに関する情報をフィードバックする技術に関する。

送信装置から送信されたパケットが受信装置において誤って受信された場合に、受信装置からＡＣＫ（受信成功）又はＮＡＣＫ（受信誤り）を送信装置へフィードバックし、送信装置から再度、受信誤りパケットを再送するパケット通信システムが知られている。例えば特許文献１では、送信装置が複数のパケットを送信し、受信装置が各パケットに対するＡＣＫ／ＮＡＣＫを一括してフィードバックする技術が開示されている。

国際公開２００３／０２８３１４

上述した従来の通信システムでは、パケットの受信装置から送信装置へフィードバックする情報は、パケットごとのＡＣＫ／ＮＡＣＫ（１ビット）の情報である。したがって、送信装置へフィードバックする情報量は、送信対象のパケット数と同ビット数である。

ところで、３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project)で検討が進められているＬＴＥ(Long Term Evolution)などのセルラ通信システムでは、干渉雑音やマルチパスフェージング環境などの影響により、パケットの受信誤り率が比較的高い状態で運用される場合が多く、パケット再送の発生率が高い。また、セルラ通信システムの下りリンクでは、同一のサブフレームに多数のユーザ（移動局）向けのデータが多重化され、その多数の移動局からのＡＣＫ／ＮＡＣＫの情報が基地局へフィードバックされる。かかる通信システムでは、基地局へフィードバックする情報量が多いほど無線リソースが消費される。したがって、上述したフィードバック情報量を低減することが要請される。

よって、複数のパケットの受信の成功又は誤りについて、受信側の通信装置から送信側の通信装置へフィードバックする情報量を低下させることができる通信方法、通信システム、送信装置、受信装置を提供することが課題である。

第１の観点では、第１通信装置から第２通信装置へ複数のパケットを送信するときの通信方法が提供される。第２通信装置における各パケットの受信結果の組合せごとに予め、前記複数のパケットの数より少ない数の識別情報が対応付けられている。
この通信方法は、第１通信装置が、第２通信装置へ複数のパケットを新規送信する第１ステップと、
第２通信装置が、前記複数のパケットの新規受信時の受信結果に基づいて第１識別情報を特定し、前記第１識別情報を第１通信装置へ送信する第２ステップと、
第１通信装置が、前記第１識別情報に基づいて、第２通信装置における新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法を決定し、決定した前記符号化方法で前記複数のパケットを符号化し、符号化パケットを第２通信装置へ再送信する第３ステップと、
第２通信装置が、前記符号化パケットを新規受信時の受信成功パケットによって復号し、新規受信時の受信誤りパケットを再生する第４ステップと、
を備え、
前記符号化パケットの数は、第２通信装置における新規受信時の受信誤りパケットの数と同一であり、
前記第３ステップは、
第１通信装置が、前記複数のパケットの内の単一のパケットにより、又は２以上のパケットをビット単位で加算して１個の符号化パケットを生成するとともに、前記複数のパケットの各々がいずれかの符号化パケットとなる、又はいずれかの符号化パケットを生成するときの加算対象となるようにすべての符号化パケットを生成する。

開示の通信方法、通信システム、送信装置、受信装置によれば、複数のパケットの受信の成功又は誤りについて、受信側の通信装置から送信側の通信装置へフィードバックする情報量を低下させることができる。

実施形態の無線通信システムを示す図。 実施形態における符号化パケットの生成を説明するための図。 実施形態の移動局の内部構成の要部を示すブロック図。 実施形態の基地局の内部構成の要部を示すブロック図。 実施形態において、誤りパターンと、各誤りパターンに対応する受信インデックスとの関係を示す図。 受信インデックスに応じて基地局で適用される符号化方法との対応関係を示す図。 実施形態の通信システムにおいて、基地局から移動局へ複数のパケットの送信動作を示すフロー図。 ８個の送信パケットの場合に設定される符号化行列を示す図。 ８個の送信パケットの場合に設定される符号化行列を示す図。 フィードバック情報量が最小となる符号化方法の数を探索した結果を示す図。

以下の実施形態では、本発明の一実施形態に係る通信システムとして、第１通信装置又は送信装置としての基地局と、第２通信装置又は受信装置としての移動局とが含まれる無線通信システムについて説明する。

（１）実施形態の無線通信システム
図１は、本実施形態の無線通信システムを示す図である。図１に示すように、本実施形態の無線通信システムには、基地局（ＢＳ：Base Station）と、無線基地局のサービスエリア内に存在する移動局（ＭＳ：Mobile Station）とが含まれる。本実施形態では、基地局から移動局に対し、複数のパケットを送信する場合を例として説明する。

この無線通信システムでは、基地局から移動局に対して２以上の所定数のパケット（複数のパケット）単位でパケット送信が行われる。移動局は、この複数のパケットの各々に対してＡＣＫ（受信成功）又はＮＡＣＫ（受信誤り）を判定し、基地局へフィードバックする。ここで、基地局と移動局の間では、移動局における各パケットの受信成功又は受信誤りの組合せごとに予め、識別情報が対応付けられている。この識別情報を、本実施形態の説明では「受信インデックス」と表記する。移動局は、基地局へのフィードバックを、複数のパケットの受信結果に対応する受信インデックスにより行う。

この無線通信システムでは、基地局は、移動局からフィードバックされた受信インデックスに基づいて、第２通信装置における新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法を決定し、決定した符号化方法で送信対象の複数のパケットを符号化する。そして、この符号化パケットが移動局へ送信される。移動局は、基地局から与えられる符号化パケットを、新規送信時の受信成功パケットによって復号することで、新規送信時の受信誤りパケットを再生する。

（２）符号化パケットの生成
次に、符号化パケットの生成について図２を参照して説明する。図２は、本実施形態における符号化パケットの生成を説明するための図である。
図２において、基地局から移動局に対する新規送信時の複数のパケット（Ｎ個のパケット）としてＰ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_Ｎを想定する。新規送信時には、この複数のパケットに対して誤り検出のためのＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)コードが付加され（＋ＣＲＣ）、ＦＥＣ(Forward Error Correction)符号化（ＦＥＣ）が行われて移動局へ送信される。再送時には、移動局から受信インデックスＲ＿ＩＤＸがフィードバックされ、この受信インデックスに応じて符号化方法が選択される。

ここで、Ｎ個のパケットの中の受信誤りパケットの数をＭ個としたときに、符号化方式は、Ｍ×Ｎの符号化行列Ｇ_Ｍ，ｋにより、下記式（１）のとおり表される。なお、ｋは、誤り数Ｍが同一の複数の符号化行列Ｇ_Ｍ，ｋを識別するために順に付される番号である。

式（１）において、Ｐ_１（ｎ），Ｐ_２（ｎ），…，Ｐ_Ｎ（ｎ）が、Ｎ個のパケットＰ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_Ｎから、それぞれのｎ番目のビットを順に１ビットずつ抽出したものとする。そして、抽出した計Ｎビットに対してＭ×Ｎの符号化行列Ｇ_Ｍ，ｋを掛けることにより、Ｎ個のビットＲ_１（ｎ），Ｒ_２（ｎ），…，Ｒ_Ｎ（ｎ）が得られる。この行列演算を、Ｎ個のパケットの各ビットについてすべて行うことによりＭ個の再送パケット（符号化パケット）が生成される。上記数式（１）において演算は、全てmod2で行う。

（３）基地局及び移動局の構成
次に、本実施形態の無線通信システムにおける基地局（送信装置）及び移動局（受信装置）の構成について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、移動局の内部構成の要部を示すブロック図である。図４は、基地局の内部構成の要部を示すブロック図である。

・移動局（受信装置）の構成
図３に示すように、移動局は、受信機３１、信号分離部３２、ＦＥＣ復号部３３、パケット復号部３４、誤り検出部３５、バッファ３６、再送制御部３７、制御信号生成部３８、送信機３９を備える。

信号分離部３２は、受信機３１により得られたベースバンド信号から、データ信号、制御信号を分離する。例えばＯＦＤＭ
(Orthogonal Frequency Division Multiple)通信方式を採る場合には、この信号分離部３２においてＦＦＴ処理により各サブキャリアのシンボル列が生成される。そして、所定のサブキャリアに挿入されているデータ信号、制御信号を分離することが行われる。
信号分離部３２により得られたデータ信号は、復調された後、ＦＥＣ復号部３３へ出力される。信号分離部３２により得られた制御信号は、復調された後、再送制御部３７へ出力される。

ＦＥＣ復号部３３は、基地局で行われる誤り訂正符号化に対応した復号化方法により、信号分離部３２からのデータ信号をパケット単位で順次、復号化を施す。
誤り検出部３５は、パケットに付加されているＣＲＣビットを用いて、誤り検出を行う。誤り検出部３５では、誤り検出結果として、パケット単位でのＡＣＫ信号（受信成功）又はＮＡＣＫ信号（受信誤り）を再送制御部３７へ出力する。受信成功パケットは、上位のレイヤーへ出力されるとともに、バッファ３６に格納される。

パケット復号部３４は、再送制御部３７による制御の下、パケット再送時に基地局から送信される符号化パケットを、バッファ３６内の受信成功パケットにより復号する。この復号処理については、後に詳しく説明する。

再送制御部３７は、受信された制御信号に基づき、受信したパケットが、初めて受信するパケット（基地局からの新規送信時のパケット）であるのか、再送時の符号化パケットであるのかを判別する。そして、再送制御部３７は、受信したパケットが符号化パケットである場合に、パケット復号部３４を制御する。
また、この無線通信システムにおいて、移動局と基地局との間では、複数のパケットの各々の受信成功又は受信誤りの組合せごとに予め固有の受信インデックス（識別情報）が対応付けられている。そして、再送制御部３７は、誤り検出部３５における各パケットの誤り検出結果に基づいて受信インデックスを特定する。この受信インデックスＲ＿ＩＤＸは、制御信号生成部３８により制御信号に多重化され、送信機３９により基地局へ送信される。

・基地局（送信装置）の構成
図４に示すように、受信機１１、制御信号抽出部１２、再送制御部１３、バッファ１４、ＣＲＣ付与部１５、ＦＥＣ符号化部１６、信号多重化部１７、送信機１８を備える。

受信機１１は、受信したＲＦ信号をデジタルベースバンド信号に変換する。制御信号抽出部１２は、このベースバンド信号に対し、所定の信号分離処理及び復調・復号処理を行うことで制御信号を抽出する。この制御信号には、移動局へ送信した複数のパケットの受信結果に対応する受信インデックスが含まれている。制御信号抽出部１２は、この受信インデックスＲ＿ＩＤＸを再送制御部１３へ出力する。

移動局への送信対象となる複数のパケットは、新規送信に先立って、再送制御のためにバッファ１４に格納される。
再送制御部１３は、パケット再送時に、制御信号抽出部１２からの受信インデックスに基づいて、複数設けられる符号化方法の中のいずれかを選択する。さらに、再送制御部１３は、選択した符号化方法に従い、バッファ１４内の複数のパケットから符号化パケットを生成する。このとき、再送制御部１３は、バッファ１４内の送信対象の複数のパケットの内、移動局における新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法を決定し、決定した符号化方法で送信対象の複数のパケットを符号化する。この符号化処理については、後に詳しく説明する。

ＣＲＣ付与部１５は、新規に入力するパケット、又は再送制御部１３からの符号化パケットに対して誤り検出のためのＣＲＣビットを付与する。ＦＥＣ符号化部１６は、ＣＲＣビットが付与された各パケットに対して、移動局との間で予め規定された、誤り訂正のための符号化を行う。

信号多重化部１７は、ＦＥＣ符号化部１６からのデータ信号（パケット）と、制御信号とを多重化して、送信すべきベースバンド信号を生成する。例えばＯＦＤＭＡ通信方式を採る場合には、ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)処理による各サブキャリアの信号の時間領域信号への変換が行われる。送信機１８は、信号多重化部１７からのベースバンド信号を、ベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等した後に、アンテナから空間へ放射する。

（４）再送時のパケット符号化処理と復号処理の具体例
次に、再送時のパケットの符号化処理と復号処理に関し、送信対象のパケット数が４である場合を例に、図５及び図６を参照して具体的に説明する。図５は、４個のパケットで想定される複数の誤りパターン（組合せ）と、各誤りパターンに対応する受信インデックスＲ＿ＩＤＸとの関係を示す図である。図６は、受信インデックスＲ＿ＩＤＸに応じて基地局で適用される符号化方法（符号化行列）との対応関係を示す図である。
なお、以下で説明する演算は、すべてビット演算（ＭＯＤ２演算）である。

図５に示すように、基地局からの４個のパケットＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４に対して、移動局での受信状態（ＡＣＫ又はＮＡＣＫ）は１６通り（誤りパターン０〜１５）が想定される。移動局では、この１６個の誤りパターンの各々に対して、図５に示すように予め受信インデックスＲ＿ＩＤＸが対応付けられている。
ここで再度図３を参照すると、移動局の再送制御部３７は、誤り検出部３５から与えられる各パケットの受信状態（ＡＣＫ又はＮＡＣＫ）に基づいて、図５に示す対応関係を参照して受信インデックスＲ＿ＩＤＸを決定し、受信インデックスを基地局へフィードバックする。

図６に示す、受信インデックスＲ＿ＩＤＸと符号化行列との対応関係は、予め基地局において既知の情報である。ここで、再度図２を参照すると、基地局の再送制御部１３（図４参照）は、移動局からフィードバックされる受信インデックスＲ＿ＩＤＸに基づいて、再送時の符号化方法（符号化行列）を選択し、符号化パケットを生成する。ここでは、Ｎ＝４であり、符号化行列Ｇ_Ｍ，ｋとしてＭ×４（Ｍ：誤り数）の行列が設定されている。生成される符号化パケットの数は、受信誤りパケットの数と同数である。

（４−１）誤り数が「０」の場合
この場合、移動局から基地局に対して受信インデックスＲ＿ＩＤＸとして「０」がフィードバックされる。これにより、基地局は、すべてのパケットが受信成功であることを認識し、パケットの再送を行わない。

（４−２）誤り数が「１」の場合
このとき、図５に示すように、４個のパケットの内いずれのパケットが受信誤りであった場合でも、移動局から基地局に対し、受信インデックスＲ＿ＩＤＸとして「１」がフィードバックされる。そして、図６に示すように、基地局は、フィードバックされた受信インデックスに対応する符号化行列Ｇ_１，０を選択して、符号化パケットを生成する。
具体的には、選択される符号化行列Ｇ_１，０は、以下の式（２）に示すものであるため、符号化パケットをＲ_１とすると、Ｒ_１は式（３）に示すとおりとなる。この１個の符号化パケットＲ_１が再送パケットとして移動局へ送信される。ここでＲ_１やＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４などは、数式（1）と同様にｎ番目のビットを表すが、以下の説明では全てのビットで同様の処理として説明するため、因数のｎを省略して記載する。

移動局では、受信成功パケット（３個のパケット）が既知であるため、符号化パケットＲ_１を受信すると、符号化パケットＲ_１から３個の受信成功パケットをキャンセル（減算）する。なお、前述したように本実施形態では全て演算をmod2で行うため、キャンセルは、減算でなく加算としても同じである。これにより、移動局では、新規送信時に受信誤りパケットであったものが正しく再生（復号）される。例えば、パケットＰ_４が受信誤りパケットであったとしたならば、以下式（４）の演算を行うことにより、パケットＰ_４が再生される。

符号化パケットＲ_１は、すべてのパケットＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４の和となっているため、新規送信時の受信誤りパケットがどのパケットであったとしても、符号化パケットＲ_１から３個の受信成功パケットをキャンセルすることで受信誤りパケットが正しく再生される点は同じである。

ここで注目すべき点は、誤り数が「１」である４個の誤りパターンに対して、基地局へフィードバックされる受信インデックスがすべて同一の値（「１」）であるという点である。すなわち、移動局から基地局に対して、４個のパケットの内、いずれのパケットが受信誤りパケットであるかについての情報は送信されない。よって、すべてのパケットの受信状態（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）をフィードバックするシステム（４ビットが必要）と比較して、本実施形態のシステムでは、フィードバック情報量が低減することになる。

（４−３）誤り数が「２」の場合
この場合、移動局から基地局に対し、受信インデックスＲ＿ＩＤＸとして「２」又は「３」がフィードバックされる。そして、基地局は、フィードバックされた受信インデックスに対応する符号化行列Ｇ_２，０又はＧ_２，１を選択して、符号化パケットを生成する。

・誤りパターン「５」(NACK,NACK,ACK,ACK)
誤りパターンが「５」である場合、図５及び図６に示すように、基地局へフィードバックされる受信インデックスＲ＿ＩＤＸは「２」であり、基地局では符号化行列Ｇ_２，０が選択される。このとき、移動局へ再送される２個の符号化パケットＲ_１，Ｒ_２は、式（５）に示すとおりとなる。

移動局では、受信成功パケット（２個のパケットＰ_３，Ｐ_４）が既知であるため、符号化パケットＲ_１，Ｒ_２を受信すると、この符号化パケットＲ_１，Ｒ_２から２個の受信成功パケットをキャンセル（減算）する。これにより、式（６）に示すように、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’が得られる。

式（６）から、パケットＰ_１が符号化パケットＲ_２’として得られ、また、パケットＰ_２が符号化パケットＲ_１’からパケットＰ_１（すなわち、Ｒ_２’）を減算することで得られることが分かる。換言すれば、式（６）の右辺における行列が逆行列を有するため、Ｒ_１’，Ｒ_２’からＰ_１，Ｐ_２が算出される。

・誤りパターン「７」(NACK,ACK,ACK,NACK)
誤りパターンが「７」である場合、図５及び図６に示すように、基地局へフィードバックされる受信インデックスＲ＿ＩＤＸは「２」であり、基地局では符号化行列Ｇ_２，０が選択される。このとき、２個の符号化パケットＲ_１，Ｒ_２（式（５））から既知の受信成功パケット（２個のパケットＰ_２，Ｐ_３）をキャンセルすると、式（７）に示すように、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’が得られる。

この場合も、誤りパターン「５」の場合と同様にして、パケットＰ_１，Ｐ_４が再生(復号)される。

・誤りパターン「８」(ACK,NACK,NACK,ACK)
誤りパターンが「８」である場合、図５及び図６に示すように、基地局へフィードバックされる受信インデックスＲ＿ＩＤＸは「２」であり、基地局では符号化行列Ｇ_２，０が選択される。このとき、２個の符号化パケットＲ_１，Ｒ_２（式（５））から既知の受信成功パケット（２個のパケットＰ_１，Ｐ_４）をキャンセルすると、式（８）に示すように、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’が得られる。

この場合も、誤りパターン「５」の場合と同様にして、パケットＰ_２，Ｐ_３が再生(復号)される。

・誤りパターン「１０」(ACK,ACK,NACK,NACK)
誤りパターンが「１０」である場合、図５及び図６に示すように、基地局へフィードバックされる受信インデックスＲ＿ＩＤＸは「２」であり、基地局では符号化行列Ｇ_２，０が選択される。このとき、２個の符号化パケットＲ_１，Ｒ_２（式（５））から既知の受信成功パケット（２個のパケットＰ_１，Ｐ_２）をキャンセルすると、式（９）に示すように、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’が得られる。

この場合も、誤りパターン「５」の場合と同様にして、パケットＰ_３，Ｐ_４が再生(復号)される。

・誤りパターン「６」(NACK,ACK,NACK,ACK)
誤りパターンが「６」である場合、図５及び図６に示すように、基地局へフィードバックされる受信インデックスＲ＿ＩＤＸは「３」であり、基地局では符号化行列Ｇ_２，１が選択される。このとき、移動局へ再送される２個の符号化パケットＲ_１，Ｒ_２は、式（１０）のとおりとなる。

移動局では、受信成功パケット（２個のパケットＰ_２，Ｐ_４）が既知であるため、符号化パケットＲ_１，Ｒ_２を受信すると、この符号化パケットＲ_１，Ｒ_２から２個の受信成功パケットをキャンセル（減算）する。これにより、式（１１）に示すように、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’が得られる。式（１１）から受信誤りパケットＰ_１，Ｐ_３が再生（復号）される点は、誤りパターン「５」の場合と同様である。

ここで、誤りパターン「６」の場合において、誤りパターン「５」，「７」，「８」，「１０」の場合とは別の符号化行列Ｇ_２，１（すなわち、別の受信インデックス）が選択される理由について説明する。
誤りパターン「６」の場合において、仮に、符号化行列をＧ_２，１でなくＧ_２，０を選択したとすれば、式（５）に基づき符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’は以下の式（１２）のとおりとなる。この式（１２）から明らかなように、仮に符号化行列Ｇ_２，１を選択したとすれば、パケットＰ_１，Ｐ_３を一意に定めることができない。これは、式（１２）の右辺における行列が逆行列を有さないためである。よって、誤りパターン「６」の場合には、符号化パケットから受信成功パケットをキャンセルした後に得られる行列が逆行列を持つように、Ｇ_２，０とは別の符号化行列Ｇ_２，１が設定されている。

・誤りパターン「９」(ACK,NACK,ACK,NACK)
誤りパターンが「９」である場合、図５及び図６に示すように、基地局へフィードバックされる受信インデックスＲ＿ＩＤＸは「３」であり、基地局では符号化行列Ｇ_２，１が選択される。このとき、２個の符号化パケットＲ_１，Ｒ_２（式（１０））から既知の受信成功パケット（２個のパケットＰ_１，Ｐ_３）をキャンセルすると、式（１３）に示すように、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’が得られる。式（１３）からパケットＰ_２，Ｐ_４が再生(復号)される。

以上、誤り数が「２」の場合についての符号化処理及び復号処理について説明してきた。誤り数が「２」の場合、２×４の符号化行列（第１行列）は、符号化行列を２×２（「２」は誤り数）の正方行列（第２行列）に縮退させたときに、この正方行列が逆行列を有するようにして設定される。この正方行列は、符号化パケットから受信成功パケットをキャンセルした後に得られる行列であり、誤り数が「２」の場合には、以下の式（１４）又は（１５）（ｉ，ｊ＝１〜４)のいずれかになる。

本実施形態では、誤り数が「２」である６個の誤りパターンに対して、基地局へフィードバックされる受信インデックス（「２」又は「３」）が２通りに過ぎない。よって、すべてのパケットの受信状態（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）をフィードバックするシステム（４ビットが必要）と比較して、本実施形態のシステムでは、フィードバック情報量が低減することになる。

（４−４）誤り数が「３」の場合
この場合、図５及び図６に示すように、移動局から基地局に対し、受信インデックスＲ＿ＩＤＸとして「４」がフィードバックされる。そして、基地局は、フィードバックされた受信インデックスに対応する符号化行列Ｇ_３，０を選択して、誤り数と同数の３個の符号化パケットを生成する。この符号化パケットは、以下の式（１６）のとおりである。

・誤りパターン「１１」(NACK,NACK,NACK,ACK)
誤りパターンが「１１」である場合、基地局から送信される符号化パケットから１個の受信成功パケットＰ_４をキャンセル（減算）すると、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’，Ｒ_３’は、式（１７）のとおりとなる。式（１７）の右辺に示す行列の行列式(determinant)は、式（１８）のとおり「０」ではない。よって、式（１７）からパケットＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３が再生（復号）されうる。

・誤りパターン「１２」(NACK,NACK,ACK,NACK)
誤りパターンが「１２」である場合、基地局から送信される符号化パケットから１個の受信成功パケットＰ_３をキャンセル（減算）すると、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’，Ｒ_３’は、式（１９）のとおりとなる。式（１９）の右辺に示す行列の行列式(determinant)は、式（２０）のとおり「０」ではない。よって、式（１９）からパケットＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_４が再生（復号）されうる。

・誤りパターン「１３」(NACK,ACK,NACK,NACK)
誤りパターンが「１３」である場合、基地局から送信される符号化パケットから１個の受信成功パケットＰ_２をキャンセル（減算）すると、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’，Ｒ_３’は、式（２１）のとおりとなる。式（２１）の右辺に示す行列の行列式(determinant)は、式（２２）のとおり「０」ではない。よって、式（２１）からパケットＰ_１，Ｐ_３，Ｐ_４が再生（復号）されうる。

・誤りパターン「１４」(ACK,NACK,NACK,NACK)
誤りパターンが「１４」である場合、基地局から送信される符号化パケットから１個の受信成功パケットＰ_１をキャンセル（減算）すると、キャンセル後の符号化パケットＲ_１’，Ｒ_２’，Ｒ_３’は、式（２３）のとおりとなる。式（２３）に示す行列の行列式(determinant)は、式（２４）のとおり「０」ではない。よって、式（２３）からパケットＰ_２，Ｐ_３，Ｐ_４が再生（復号）されうる。

本実施形態では、誤り数が「３」である４個の誤りパターンに対して、基地局へフィードバックされる受信インデックス（「４」）が１通りに過ぎない。よって、すべてのパケットの受信状態（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）をフィードバックするシステム（４ビットが必要）と比較して、本実施形態のシステムでは、フィードバック情報量が低減することになる。

（４−５）誤り数が「４」の場合
この場合、図５及び図６に示すように、移動局から基地局に対し、受信インデックスＲ＿ＩＤＸとして「５」がフィードバックされる。そして、基地局は、フィードバックされた受信インデックスに対応する符号化行列Ｇ_４，０を選択する。この符号化行列Ｇ_４，０は４×４の単位行列であって、４個のパケットＰ_１〜Ｐ_４をすべて再送することと等価である。

（５）基地局から移動局へ複数のパケットを送信するときの動作
次に、基地局から移動局へ複数のパケットを送信するときの動作について、図７を参照して説明する。図７は、基地局から移動局へ複数のパケットの送信動作を示すフロー図である。なお、この動作説明では、適宜、図３及び図４に示す各部位が参照される。

先ず、基地局から移動局に対してＮ個のパケットが送信される（ステップＳ１０）。移動局では、誤り検出部３５により各パケットの誤り検出が行われ（ステップＳ１２）、その誤り検出結果が再送制御部３７へ出力される。移動局の再送制御部３７は、各パケットの誤り検出結果（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）に基づいて、受信インデックスＲ＿ＩＤＸを特定する（ステップＳ１４）。なお、各パケットの誤り検出結果（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）（すなわち、誤りパターン）と受信インデックスとは、基地局において予め対応付けられている。

移動局は、特定した受信インデックスを基地局へ送信する（ステップＳ１６）。基地局では、再送制御部１３において、受信インデックスと符号化方法（符号化行列）との対応関係が予め定義されている。よって、基地局の再送制御部１３は、ステップＳ１６で送信されてきた受信インデックスに基づいて符号化方法を決定し、符号化を実行する（ステップＳ１８）。具体的には、基地局の再送制御部１３は、Ｎ個の送信パケットに対し、決定したＭ×Ｎ（Ｍ：誤り数）の符号化行列をビット単位で乗算し、Ｍ個の符号化パケットを生成する。このＭ個の符号化パケットが移動局へ送信される（ステップＳ２０）。

移動局では、Ｍ個の符号化パケットを受信する。さらに、移動局は、この符号化パケットを復号することにより、ステップＳ１２における受信誤りパケットを再生する（ステップＳ２２）。具体的には、移動局のパケット復号部３４が、符号化パケットから、ステップＳ１２における受信成功パケットをキャンセル（ビットレベルの減算）することで受信誤りパケットが再生される。この復号処理は、Ｎ＝４の場合を例として説明したとおりである。

（６）任意のパケット数に対する符号化行列の設定方法
上記（４）では、再送時のパケットの符号化処理と復号処理に関し、送信対象のパケット数が４である場合を例にして具体的に説明したが、任意のパケット数に対して適切に符号化行列を設定することができる。以下では、簡便な方法で、任意のパケット数に対する符号化行列の設定方法について説明する。
この設定方法では、送信対象のパケット数をＮとしたときに、Ｎ個のパケットの内の受信誤り数Ｍ（Ｍ：１〜Ｎ−１）の各々に対する符号化行列を、以下のステップに従って順に算出していく。

・ステップＡ
特定の誤り数Ｍに対するＭ×Ｎの符号化行列の成分を０又は１の乱数により生成し、符号化行列を生成する。
・ステップＢ
Ｎ個のパケットのうちＭ個の受信誤りが生ずる場合、誤りパターンは_ＮＣ_Ｍ個存在する。この_ＮＣ_Ｍ個の誤りパターンの各々に対し、ステップ１で生成した符号化行列に基づく符号化パケット（再送パケット）から受信誤りパケットが再生（復号）可能かを確認する。
具体的には、ステップ１で生成した符号化行列の列のうち、符号化処理において受信誤りパケットに乗算される係数列に対応する列をＭ個残した縮退行列（Ｍ×Ｍの正方行列）を生成する。この縮退行列の行列式が０でない場合には、その誤りパターンに対する再送パケットから受信誤りパケットを再生（復号）することが可能である。
・ステップＣ
_ＮＣ_Ｍ個の誤りパターンの内、ステップ２で再生できない受信誤りパケットがＰ個存在した場合、乱数により新たな符号化行列を生成し、そのＰ個の受信誤りパケットに対して、再生可能な誤りパターンと再生不可能な誤りパターンとに分類する。
_ＮＣ_Ｍ個のすべての誤りパターンについて再生可能となるまで、乱数により新たな符号化行列を生成する。すなわち、_ＮＣ_Ｍ個のすべての誤りパターンについて再生可能となるまで、符号化行列の数を増加させていく。

上記ステップＡ〜Ｃの処理を、各々の誤り数Ｍに対して順に行うことで、すべての誤り数Ｍに対する符号化行列が得られる。上記設定方法に従い、例えばＮ＝８の場合に得られた符号化行列を図８及び図９に示す。図８は、８個の送信パケットの内の誤り数Ｍが１〜４までの符号化行列を示し、図９は、８個の送信パケットの内の誤り数Ｍが５〜８までの符号化行列を示す。

また、乱数を変更しながら符号化行列を上記のステップに従って、例えば10,000,000回程度試行していくことで、送信対象のパケット数Ｎに対して、符号化行列の数が最小となるような符号化方法（すなわち、フィードバック情報量が最小となる符号化方法）を探索することができる。図１０は、パケット数Ｎ＝１〜１１を送信する場合に、上記設定方法に従って、フィードバック情報量が最小となる符号化方法の数を探索した結果を示している。

図１０において、例えばＮ＝１１の場合、本実施形態の通信方法で必要とする符号化行列は４５個であり、各符号化行列に対して受信インデックスが対応付けられるため、フィードバック情報量（受信インデックスを表現可能なビット数）は６ビットとなる。一方、図１０には、複数のパケットの各々の受信状態（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）（１ビット）をフィードバックする従来の方法でのフィードバック情報量についても比較のために記載してある。この従来の方法では、Ｎ＝１１の場合には１１ビットが必要であったため、本実施形態の通信方法では大幅にフィードバック情報量が低減できていることが分かる。

以上説明したように、本実施形態の通信システム、通信方法では、基地局から送信される複数のパケットに対し、移動局における各パケットの受信結果の組合せごとに予め識別情報（受信インデックス）が対応付けられている。この識別情報が基地局へフィードバックされる。そして、移動局において新規送信時の受信成功パケットが既知であることに着目し、基地局から再送されるパケットを、移動局における新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法で、送信対象の複数のパケットを符号化したもの（符号化パケット）とした。移動局は、符号化パケットを新規受信時の受信成功パケットによって復号し、新規受信時の受信誤りパケットを再生する。
ここで、符号化方法を適切に設定すれば、送信対象のパケット数よりも上記識別情報（受信インデックス）の数（すなわち、符号化方法の数）を少なくでき、基地局へのフィードバック情報量が低減されることは既に述べたとおりである。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのは勿論である。

ＢＳ…基地局（第１通信装置、送信装置）、１１…受信機、１２…制御信号抽出部、１３…再送制御部、１４…バッファ、１５…ＣＲＣ付与部、１６…ＦＥＣ符号化部、１７…信号多重部、１８…送信機
ＭＳ…移動局（第２通信装置、受信装置）、３１…受信機、３２…信号分離部、３３…ＦＥＣ復号部、３４…パケット復号部、３５…誤り検出部、３６…バッファ、３７…再送制御部、３８…制御信号生成部、３９…送信機

Claims (7)

1. 第１通信装置から第２通信装置へ複数のパケットを送信するときの通信方法であって、
   第２通信装置における各パケットの受信結果の組合せごとに予め、前記複数のパケットの数より少ない数の識別情報が対応付けられており、
   前記通信方法は、
   第１通信装置が、第２通信装置へ複数のパケットを新規送信する第１ステップと、
   第２通信装置が、前記複数のパケットの新規受信時の受信結果に基づいて第１識別情報を特定し、前記第１識別情報を第１通信装置へ送信する第２ステップと、
   第１通信装置が、前記第１識別情報に基づいて、第２通信装置における新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法を決定し、決定した前記符号化方法で前記複数のパケットを符号化し、符号化パケットを第２通信装置へ再送信する第３ステップと、
   第２通信装置が、前記符号化パケットを新規受信時の受信成功パケットによって復号し、新規受信時の受信誤りパケットを再生する第４ステップと、
   を備え、
   前記符号化パケットの数は、第２通信装置における新規受信時の受信誤りパケットの数と同一であり、
   前記第３ステップでは、
   第１通信装置が、前記複数のパケットの内の単一のパケットにより、又は２以上のパケットをビット単位で加算して１個の符号化パケットを生成するとともに、前記複数のパケットの各々がいずれかの符号化パケットとなる、又はいずれかの符号化パケットを生成するときの加算対象となるようにすべての符号化パケットを生成する、通信方法。
2. 前記第４ステップは、
   第２通信装置が、前記符号化パケットから新規受信時の受信成功パケットをビット単位で減算することにより、前記符号化パケットを復号するステップを含む、
   請求項１に記載された通信方法。
3. 第１通信装置と第２通信装置を備え、第１通信装置から第２通信装置へ複数のパケットが送信される通信システムであって、
   第２通信装置における各パケットの受信結果の組合せごとに予め、前記複数のパケットの数より少ない数の識別情報が対応付けられており、
   第１通信装置は、
   第２通信装置へ複数のパケットを新規送信する第１送信部と、
   第２通信装置から前記識別情報を受信する第１受信部と、
   第２通信装置から受信する識別情報に基づき、第２通信装置における新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法を決定し、決定した前記符号化方法で前記複数のパケットを符号化して符号化パケットを生成するパケット符号化部と、
   前記符号化パケットを第２通信装置へ再送信する第２送信部と、
   を有し、
   第２通信装置は、
   第１通信装置から複数のパケットを新規受信する第２受信部と、
   前記複数のパケットの受信結果に基づいて第１識別情報を特定する情報特定部と、
   前記第１識別情報を第１通信装置へ送信する第３送信部と、
   第１通信装置から送信される前記符号化パケットを受信する第３受信部と、
   第１通信装置から送信される前記符号化パケットを新規受信時の受信成功パケットによって復号し、新規受信時の受信誤りパケットを再生するパケット復号部と、
   を有し、
   前記符号化パケットの数は、第２通信装置における新規受信時の受信誤りパケットの数と同一であり、
   前記パケット符号化部は、前記複数のパケットの内の単一のパケットにより、又は２以上のパケットをビット単位で加算して１個の符号化パケットを生成するとともに、前記複数のパケットの各々がいずれかの符号化パケットとなる、又はいずれかの符号化パケットを生成するときの加算対象となるようにすべての符号化パケットを生成する、通信システム。
4. 前記パケット復号部は、前記符号化パケットから新規受信時の受信成功パケットをビット単位で減算することにより、前記符号化パケットを復号する
   請求項３に記載された通信システム。
5. 前記複数のパケットの数をＮ個（Ｎ：２以上の整数）、前記複数のパケットの第２通信装置における新規受信時の受信誤りパケットの数をＭ個（Ｍ：２以上の整数）とし、Ｍ個の符号化パケットのビット列を、Ｎ個の複数のパケットのビット列に対するＭ×Ｎの第１行列（成分が０又は１である。）で表したときに、
   前記第１行列は、第１行列をＭ×Ｍの第２行列に縮退させたときに前記第２行列が逆行列を有するようにして、設定される、
   請求項３又は４に記載された通信システム。
6. 受信装置へ複数のパケットを送信する送信装置であって、
   受信装置へ複数のパケットを新規送信する第１送信部と、
   受信装置から、受信装置における各パケットの受信結果の組合せに対応する識別情報を受信する第１受信部と、
   受信装置から受信する識別情報に基づき、受信装置における前記複数のパケットの新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法を決定し、決定した前記符号化方法で前記複数のパケットを符号化するパケット符号化部と、
   前記符号化方法で前記複数のパケットを符号化した符号化パケットを受信装置へ再送信する第２送信部と、
   を備え、
   前記符号化パケットの数は、受信装置における新規受信時の受信誤りパケットの数と同一であり、
   前記パケット符号化部は、前記複数のパケットの内の単一のパケットにより、又は２以上のパケットをビット単位で加算して１個の符号化パケットを生成するとともに、前記複数のパケットの各々がいずれかの符号化パケットとなる、又はいずれかの符号化パケットを生成するときの加算対象となるようにすべての符号化パケットを生成する、送信装置。
7. 送信装置から複数のパケットを受信する受信装置であって、
   前記複数のパケットの各パケットの受信結果の組合せごとに予め、前記複数のパケットの数より少ない数の識別情報が対応付けられており、
   送信装置から複数のパケットを新規受信する第２受信部と、
   前記複数のパケットの受信結果に基づいて第１識別情報を特定する情報特定部と、
   前記第１識別情報を送信装置へ送信する第３送信部と、
   前記第１識別情報に基づき、新規受信時の受信成功パケットによって復号可能な符号化方法で前記複数のパケットが符号化され、送信装置から送信される符号化パケット、を受信する第３受信部と、
   前記符号化パケットを新規受信時の受信成功パケットによって復号し、新規受信時の受信誤りパケットを再生するパケット復号部と、
   を備え、
   前記符号化パケットの数は、受信装置における新規受信時の受信誤りパケットの数と同一であり、
   前記複数のパケットの内の単一のパケットにより、又は２以上のパケットがビット単位で加算され１個の符号化パケットが生成されるとともに、前記複数のパケットの各々がいずれかの符号化パケットとなる、又はいずれかの符号化パケットが生成されるときの加算対象となるようにすべての符号化パケットが生成される、受信装置。

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