JP5575889B2 - ワイヤレスシステム中で十分に活用されないチャネルを介してサイレントシンボル符号化により情報を送るための方法及び装置 - Google Patents

ワイヤレスシステム中で十分に活用されないチャネルを介してサイレントシンボル符号化により情報を送るための方法及び装置 Download PDF

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Description

優先権
[0001]本特許出願は、2009年6月22日に出願された、「ワイヤレスシステム中で十分に活用されないチャネルを介してサイレントシンボル符号化により情報を送るための方法及び装置」という名称の、対応する仮特許出願第61/219,243号に対する優先権を主張し、この仮出願を参照により組み込む。
発明の分野
[0002]本発明は、ワイヤレスデータ通信、セルラシステム、及び符号化の分野に関する。より詳細には、本発明は、ワイヤレスシステム中で十分に活用されないチャネルを介してサイレントシンボル符号化により情報を送ることに関する。
発明の背景
[0003]ブロードバンドワイヤレスシステムは、通常、個々のユーザに対する何らかの公平性制約を伴って、1セル当たりの容量を最大化するように設計される。公平性制約が考慮されるときであっても、基本的な仮定は、割り振られたレートを完全に利用できるということである。しかし、実際的なシステムには、帯域幅割振りの最小チャンクの点で制限がある。例えば、HSDPAシステムでは、特定のユーザ(例えばアリス)に確保された所与のチャネル(例えば拡散符号、周波数帯域など)の最小時間単位は、2ミリ秒の長さである。アリスの送信キュー中でBビットが待機しており、アリスのチャネル品質はこの最小単位がWビットを送達できるようなチャネル品質であり、Wビットは厳密にBビットよりも多いと仮定する。したがってシステムは、タイムスロットの残りにわたり遊休モードに入ることによって、又はパディングビットを送ることによって、(W−B)ビットを無駄にする。ここでの主要な問題は、この例ではスケジューリング決定がスロット単位で行われるため、システムがチャネルを別のユーザに再割当てして部分的に再利用することができないことであることに留意されたい。
[0004]ワイヤレスシステム中で十分に活用されないチャネルを介して情報を送るための方法及び装置を本明細書に開示する。一実施形態では、1次ユーザに割り振られたチャネルが十分に活用されないときがあるセルラシステム中で使用される方法は、1次ユーザのチャネル上で2次ユーザのビットを送信するために0と1の値を含む一意の順列符号を生成するステップと、1次ユーザに向けて送信されるシンボルの第1のセットと順列符号とに基づいて1つ又は複数のコードワードを生成するステップと、及び、1つ又は複数のコードワードをチャネル上で送信するステップと、を含む。
[0005]本発明は、本発明の様々な実施形態に関する以下に提供する詳細な記述及び添付の図面から、より完全に理解されるであろう。しかし、詳細な記述及び添付の図面は、本発明を特定の実施形態に限定するものと解釈すべきではなく、説明及び理解のためのものに過ぎない。
典型的なワイヤレスシステム中で、所与の基地局がその各ユーザに、スケジューリング区間中の周波数帯域、タイムスロット、及び拡散符号の形で、1組のチャネルを割り振るのを示す図である。 アリス(1次ユーザ)及びボブ(2次ユーザ)についてのメッセージブロックが共に使用されて、サイレントシンボルでパディングされて利用可能なシンボル場所が完全に埋められたボブのシンボルの順列が生成されるのを示す図である。 サイレントシンボル符号化を使用する符号化構成の代替の一実施形態を示す図である。 1次ユーザの受信機における高レベルのアクションのブロック図である。 2次ユーザの受信機における高レベルのアクションのブロック図である。 z2を復号できるときの追加の信号処理動作を含む、2次ユーザの受信機における高レベルのアクションのブロック図である。 単一セルのシナリオを示す図である。 複数セルのシナリオを示す図である。 複数セルのシナリオ、並びに、キューバックログ及びチャネル状態情報に基づくリソース割振りの調整を示す図である。 順列符号化を使用して、干渉について学習し、干渉相殺を実施して、それ自体の信頼性を高めるか、又は同じチャネルにわたる容量を増大させる、2次ユーザの受信機における復号を示す図である。 1次チャネルと2次チャネルとが相互に直交である場合に、2次ユーザの1次チャネルにわたり干渉相殺が使用される、2次ユーザの受信機における復号を示す図である。 基地局の一実施形態のブロック図である。
本発明の詳細な説明
[0006]部分的に利用されるワイヤレスチャネルリソースを利用して、輻輳を観察する他のユーザにより多くの情報を送るための、新しい技法を、本明細書に開示する。本発明の実施形態は、部分的に使用されるワイヤレスチャネルを介して実際に送信されることになるシンボル間にサイレントシンボルを挿入することによって、このような利用を達成する。リソースブロック中のサイレントシンボルの位置は、この特定のリソースブロックが対象とするユーザ以外のユーザに情報を搬送する。
[0007]本明細書に開示する技法を使用する1つの結果は、所与の基地局(又は等価的にワイヤレスアクセスポイント若しくはワイヤレス送信機)における自分に割り振られたリソースから十分なデータレートを得ないワイヤレスユーザに、同じ及び/又は他の基地局(複数可)における十分に活用されないリソースを介してより多くの情報を送ることによって、これらのワイヤレスユーザの助けとなることである。
[0008]後続の記述では、本発明のより完全な説明を提供するために多くの詳細を示す。しかし、これらの具体的な詳細がなくても本発明を実践できることは、当業者には明らかであろう。他の場合では、周知の構造及びデバイスは、本発明を曖昧にするのを避けるために、詳細にではなくブロック図の形で示す。
[0009]後続の詳細な記述のうちのいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する操作のアルゴリズム及び象徴表現で提示する。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術の当業者が自分の作業の実質を他の当業者に最も効果的に伝えるのに使用する手段である。アルゴリズムは、ここでは、また一般的には、所望の結果に至る自己矛盾のない一連のステップと考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。必ずしもそうとは限らないが通常は、これらの量は、記憶、転送、結合、比較、及び他の方法で操作することのできる、電気的又は磁気的信号の形をとる。主として一般的な使用の理由で、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数字などとして言及することが好都合なときがあることが証明されている。
[0010]しかし、これら及び類似の用語は全て、適切な物理量に関連付けられるものであって、これらの量に適用される好都合なラベルに過ぎないことを、念頭に置くべきである。特段の記載がない限り、後続の考察から明らかになるように、記述全体を通して、「処理」又は「コンピューティング」又は「計算」又は「決定」又は「表示」などの用語を利用した考察は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的(電子的)な量として表されるデータを、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報記憶、伝送、若しくは表示デバイス内の物理的な量として同様に表される他のデータに操作及び変換する、コンピュータシステム又は類似の電子コンピューティングデバイスのアクション及びプロセスを指すことを理解されたい。
[0011]本発明はまた、本明細書の動作を実施するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構築されてもよく、或いは、コンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化されるか又は再構成される汎用コンピュータを含んでもよい。このようなコンピュータプログラムはコンピュータ可読記憶媒体に記憶することができ、コンピュータ可読記憶媒体は、以下のものに限定されないが、フロッピー(登録商標)ディスクや光ディスクやCD−ROMや光磁気ディスクを含めた任意のタイプのディスク、読取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、EPROM、EEPROM、磁気若しくは光学カード、又は、電子的命令を記憶するのに適した任意のタイプの媒体などであり、各媒体はコンピュータシステムバスに結合される。
[0012]本明細書に提示するアルゴリズム及び表示は、どんな特定のコンピュータ又は他の装置にも本来的に関係しない。本明細書の教示によるプログラムと共に様々な汎用システムを使用することができ、或いは、必要とされる方法ステップを実施するためのより特化された装置を構築するのが好都合であると判明する場合もある。様々なこれらのシステムに関する必要とされる構造は、以下の記述から明らかになるであろう。加えて、本発明は、どんな特定のプログラミング言語に関して述べるものでもない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に述べるように本発明の教示を実施できることは理解されるであろう。
[0013]機械可読媒体は、機械(例えばコンピュータ)によって読取り可能な形で情報を記憶又は伝送するための任意の機構を含む。例えば、機械可読媒体は、読取り専用メモリ(「ROM」)、ランダムアクセスメモリ(「RAM」)、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。
[概観]
[0014]図1に、T個のタイムスロットとF個の周波数サブバンドとのスケジューリングフレームを有するワイヤレスシステムが示されている。典型的なワイヤレスシステムでは、所与の基地局が、その各ユーザに、スケジューリングフレーム内のタイムスロット、周波数帯域、及び拡散符号の形で、1組のチャネルを割り振る。図1では、説明のための例として、ブロック101が、基地局Aによって特定のユーザ(例えばアリス)に割り当てられる。基地局Aは、アリスのビットストリームを0でないシンボルシーケンスにマッピングして、割り振られたリソースを介して個々のシンボルを送ることによって、アリスと通信し、各シンボルは同じシンボル継続時間Tsymを有する。ユーザに割り当てられたリソースブロックは、物理的に隣接するか否かにかかわらず、シンボルのシーケンスとして論理的に表すことができ、各シンボルは、ソースブロック中で一意の場所を有する。例えば図1では、基地局Aによってアリスに割り当てられたリソースブロックを、n個のシンボル場所上にマッピングすることができる。基地局Aによってアリスに割り当てられたリソースブロックは、基地局Aにおけるアリスの送信キュー中に十分な数のビットが待機していない場合には、十分に活用されない。例えば、基地局Aが、アリスが経験しているチャネル品質でQPSK変調を使用しており、基地局Aが、アリスに送信すべきB=500ビットを有する場合、500ビット全てを送るのにはk=250個のQPSKシンボルで十分である。n>kの場合、明らかに、基地局Aはn個のシンボル全てを利用することはできない。基地局Aは、残りの(n−k)シンボル継続時間にわたりサイレントを保つか、或いはヌル情報としてパディングビットを送る。
[0015]一実施形態では、基地局Aは、リソースブロックの所与のセットに対して二重割当てを行う。リソースブロックの各セットは、まず1次ユーザに割り当てられる。リソースブロックのセットが1次ユーザによって十分に活用されない場合は、2次ユーザにも割り当てられる。1次ユーザのビットは、0でないコンステレーションポイント(constellation point)を含むコンステレーションを使用して(すなわち、Sがコンステレーションでありs∈Sであるならば、ss>0であり、ここでsは列ベクトルsの共役転置である)、シンボルのシーケンス上にマッピングされる。次いで、1次ユーザのシンボル及び2次ユーザのビットを共に使用して、1次ユーザのビットから生成されたシンボルの前、後、及び/又は間にサイレントシンボルが挿入された一意の順列コードワードが決定される。基地局Aは、左端のシンボルから順列コードワードを送信する。送信すべき次のシンボルがサイレントシンボルである場合は、基地局Aは、次のシンボル継続時間にわたって何も送らない。次のシンボルがサイレントシンボルでない場合は、基地局Aは、そのシンボルに対応する信号波形を送信する。図2Aに、どのように1次ユーザ(アリス)と2次ユーザ(ボブ)の情報ビットが組み合わされて、1次ユーザのビットと2次ユーザのビットとの両方を使用したこのような一意の順列コードワードが生成されるかに関する例を示す。すなわち、アリス(1次ユーザ)及びボブ(2次ユーザ)についてのメッセージブロックを共に使用して、サイレントシンボルによってパディングされて利用可能なシンボル場所が完全に埋められたボブのシンボルの順列が生成される。図2Aを参照すると、アリスに送られているLビットがK個のシンボルに変換され、ボブに送られているMビットが符号化器201によって受け取られ、符号化器201は、サイレントシンボル(順列)符号化を実施してn個のシンボルを生成する。
[0016]符号化器201によって実施されるサイレントシンボル符号化の一方法は、以下のように進行する。1次ユーザのリソースブロックが完全に利用されているときは、基地局によって送信されることになるコードワードはサイレントシンボルを含まず、1次ユーザのビットストリームから生成されたシンボルだけが送出される。一実施形態では、1次ユーザのリソースブロックが十分に活用されない(n>k)ときは常に、以下の1組のアクションがとられる。
1.1次ユーザの、基地局の送信キュー中で待機している長さLビットのメッセージが、0と1のビットストリーム上にマッピングされる。一実施形態では、メッセージが2進フォーマットである場合、マッピング動作は1次ユーザのキューからLビットを読むことだけで済む。
2.チャネル状態情報と、システム中で使用されているレート制御アルゴリズムとによって決定されるように、基地局が1次ユーザに対して使用している現在のシンボルコンステレーションに基づいて、1次ユーザのビットストリームがk個の変調シンボルs,s,...,s上にマッピングされる。
3.総数nのシンボルを使用してコードワードCWが構築される。ここで、最初のk個のエントリは1であり、残りの(n−k)個のエントリは全て0である。すなわち、CW={w0102...w0n}であり、w0i=1(i=1,...,kの場合)及びw0i=0(i=(k+1),...,nの場合)である。
4.n及びkを使用して

が計算される。ここで、Ωは、コードワードCWの異なる一意の順列の総数を表す。
5.キューから読み取られる1番目のビットが最下位ビットであり、キューから読み取られるM番目のビットが最上位ビットであるように、2次ユーザについての送信キューの先頭からMビットがフェッチされ、コードワードCW={w1112...w1M}が形成される。Mは、



のいずれかの値をとることができ、

は、その引数に対するフロア演算を示す。具体的には、一実施形態では、CWの10進表現(CW1,decimalとして表す)が(Ω−1)以下である場合、すなわちCW1,decimal=w11+2w12+213+...+2(M−1)1M≦(Ω−1)、及びw1M=1又はw−1M=0及びw11+2w12+213+...+2(M−2)1(M−1)+2(M−1)>(Ω−1)である場合、Mは

に等しい。言い換えれば、最上位ビットが0である場合、これを1で置き換えても別の適格な符号にはならないはずである。他の場合には、Mは

に等しい。本明細書においては、CW1,decimalはCWの指数として言及され、iがCW1,decimalの代わりに使用される。指数iは[0,Ω−1]の範囲の値をとり、CWの集合は、CW(0),CW(1),...,CW(i),...,CW(Ω−1)として列挙される。
6.前の操作で構築されたCWを使用して、CWの一意の順列を計算することによって一意のコードワードXが生成される。ここでの一意性とは、CWの集合中の2つの異なるコードワードが2つの別個の順列符号にマッピングされることになることを含意する。一実施形態では、アルゴリズム的操作は以下のとおりである。
a.CW1,decimalが、CWから計算され、iに代入される。
b.iが

上にマッピングされ、これは、

及びx≧0(j=1,...,sの場合)であるように、一意の(n−k)項の表現{xn−k,xn−k−1,x}に1対1方式で展開される。一実施形態では、(n−k)を計算する手順は、以下の再帰演算を使用することによって単純明快である。
n−kは、

であるような最大整数である;xn−k−1は、

であるような最大整数である;...;

は、

であるような最大整数である;...;

は、

であるような最大整数である。
c.loc=n−1−xn−k+1−jであるように、場所loc(j=1,...,n−k)が計算される。指数iについて計算されたlocの集合を、LOC(i)として表す。
d.j∈LOC(i)である場合はx=0に設定することによって、そうでない場合はx=1に設定することによって、コードワードX={x,x,...,xn−1}が構築される。構築されたコードワード中で、0はサイレントシンボルを表し、1は、1次ユーザのシンボルが送信される実際のエポック(epoch)を表す。言い換えれば、基地局は、構築されたコードワードXを左から右に解析する(順序に一貫性がある限り、左から右への順序は要件ではなく単なる慣例である)。i番目のビットが0である場合は、送信機はシンボル期間にわたりサイレントを保ち、i番目のビットが1である場合は、送信機は次のシンボルsを、それが送信されることになっている通常の順序で送る。これは、コードワードCW={o...oso...oso........oso.........oso...o}を送ることと等価であり、ここで、サイレントシンボル「o」の場所は、X中の0の場所と同じである。
[0017]以上に概説した、指数iを一意の順列Xに符号化する(且つ所与のXからiを復号する)手順は、周知の技法であり、より一般化された形は、Data&McLaughing、「An Enumerative Method for Runlength−limited Codes:Permutation Codes」、IEEE Transactions on Information Theory、vol.45、no.6、2199〜2204頁、1999年に見ることができる。上記の列挙手順は、図2Aに示すように2次ユーザのM個のビット及び1次ユーザのk個のシンボルを1対1方式でコードワードCW上にマッピングすることができる限り、他の技法で置き換えることができる。
[0018]符号化動作は、ベースバンド処理が実施される所ならどこでも実施できることに留意されたい。これは、基地局、アクセスポイント、又は、ワイヤレス通信システム中の他のノードとすることができる。
[0019]基地局がCWを送信するとき、1次ユーザも2次ユーザもサイレントシンボルの場所について知らず、両ユーザ共、2次ユーザの受信機において順列符号を復号するため、及び1次ユーザの受信機においてシンボルs,s,...,sを復号するために、サイレントシンボルの場所を正しく識別しなければならない。
[0020]2次ユーザは、データが1次ユーザのチャネル上で送信されるかもしれないことを知っていることに留意されたい。これは、基地局コントローラが、リソース(例えばチャネル)を1次ユーザに割り振るときに2次ユーザに通知し、1次ユーザと2次ユーザの両方に、どの符号化プロファイル(例えば順列符号化が使用可又は使用不可にされる)が使用されることになるかを伝えるからである。この通知は、コントローラによって1次ユーザ及び2次ユーザに提供されるプロファイルの一部として、実施することができる。
[0021]図2Bは、サイレントシンボル/順列符号化を示す代替の一実施形態である。図2Bを参照すると、アリスへのLビットが、k個のシンボル221に変換される。これらはチャネル符号化器240に入力され、チャネル符号化器240は、符号化シンボル222を生成するチャネル符号化を実施し、符号化シンボル222は、サイレントシンボル(順列)符号化210に送られる。また、ボブへのMビットが、nビットの0−1ベース順列符号と共に順列計算ブロック241に入力される。順列計算ブロック241の出力は、n個の符号化シンボル222と共に乗算器212に入力され、乗算器212は、順列計算ブロック241の出力とn個の符号化シンボル222との間でシンボルごとの乗算を実施し、この結果、送信コードワード223が得られる。
[0022]後続の記述では、チャネル利得が受信機においてわかっていると仮定し、したがって、本開示では実際の値は重要ではない。一方、送信機は、1次ユーザと2次ユーザとのよりよい対合のために、チャネル利得とチャネル状態情報とのいずれかがわかっていると仮定する。図3は、1次ユーザの受信機の高レベルのブロック図であり、受信信号をベースバンド信号y=CW+z+nに変換した後で受信側ユーザにおいてとられる一連のアクションを示す。CWは、基地局で生成されたコードワード(すなわち、1次ユーザに送られた実際のシンボルが散在する、サイレントシンボルのシーケンス)を表し、zは、CWが送られるのと同じリソースブロックにわたる他の無線信号からの可能性のある干渉を表し、nは、1次ユーザの端末において追加される雑音を表す。1次ユーザはまず、サイレントシンボル検出器301を使用して受信信号y中のサイレントシンボル位置を検出し、したがって順列符号Xが最初に復号される。これらの位置は、受信されたn×1ベクトルyからサイレントシンボル除去器302によって除去され、新しいk×1ベクトルy=S+z+nが得られる。ここで、S={s....s}であり、z並びにnは、元のベクトル中のサイレントエポックに対応する次元がフィルタリングされて除去された、更新された干渉/雑音項である。
[0023]この時点で、順列符号化の全ての中間生成物が除去され、1次ユーザの受信機303は、シンボルコンステレーションSに基づいて通常の復号器動作を継続する。この全体的な手順におけるクリティカルな動作は、サイレントシンボル位置が識別される動作である。このような識別の実際的な一方法は、シンボルごとの仮説検定を適用することであり、これは周知である。y[i]=CW[i]+z[i]+n[i]及びy={y[1],y[2],...,y[n]}とする。仮説Hを「CW[i]はサイレントシンボルである」として表し、Hを「CW[i]はサイレントシンボルでない」として表す。ある使用事例では、識別は、以下のような最尤(ML)検出を含む。
P(y[i]|CW[i]=o)≧P(y[i]|CW[i]≠o)ならば、Hを決定する。
そうでないならば、Hを決定する。
上のP(i|j)は、「jが真であると仮定した場合にiが真である確率」を指す。本明細書においては、y[i]が連続確率変数であるとき、P(i|j)を確率密度関数(pdf)f(i|j)で置き換えるべきである。P(y[i]|CW[i]=o)=P(z[i]+n[i])(f(y[i]|CW[i]=o)=f(z[i]+n[i]))であることに留意されたい。干渉項と雑音項が両方とも独立したガウス確率過程であるとき、これらの和もまたガウシアンであり、f(z[i]+n[i])はガウス確率変数のpdfに簡約される。同様に、各s∈Λが同様に確からしいとすれば、

である。MLの代わりにMAP規則を仮定し、近似P(H)=k/n(したがってP(H)=1−k/n)を使用すると、別の検出器は、以下のようになる。
P(y[i]|CW[i]=o)・P(H)≧P(y[i]|CW[i]≠o)・P(H)ならば、Hを決定する。
そうでないならば、Hを決定する。
MAP規則は、受信機においてkがわかっていることを必要とする。n回の仮説検定の後、Hが決定された位置で0を挿入し、Hが決定された位置で1を挿入することによって、Xを構築することができる。受信機においてkがわかっており、仮説検定の結果として1がk個以上になる場合、(P(y[i]|CW[i]≠o)・P(H))/(P(y[i]|CW[i]=o)・P(H))の尤度比が最も高いk個の位置が、1として選ばれ、残りのエントリは0に設定される。最後に、ベクトルy中で値が0の位置はフィルタリングされて除去され、復号動作はsについて継続する。sの復号後/復号中、s中のエラーが検出された(例えばチェックサムにより)場合は、仮説検定を反復的に精緻化することができることに留意されたい。
[0024]検出結果がサイレントシンボルを正しく識別しなかったとき、フィードバック310を使用してサイレントシンボル検出器301に通知することができる。これは、識別されるシンボルが多すぎるか又は少なすぎる場合に起こることがある。
[0025]代替の一実施形態では、1次ユーザにおける復号は、順列符号化の知識がないと仮定して、入ってくるシンボルストリームを直接に復号することによって実施することができる。これは、順列符号化が別のタイプの雑音(たとえフェーディング係数のような乗法性雑音であっても)であるために行うことができる。これについては後でより詳細に述べる。
[0026]図4は、2次ユーザの受信機の高レベルのブロック図であり、受信信号をベースバンド信号y=CW+z+nに変換した後で受信機においてとられる一連のアクションを示す。この特定の場合では、1次ユーザと同様に、2次ユーザはまず、サイレントシンボル検出器401を使用して仮説検定によってサイレントシンボル検出を実施し、Xを構築する。検出はシンボルごととすることができ、一実施形態では、ML又はMAP規則は、1次ユーザについて概説したのと全く同じだが、z+nの代わりにz+nの統計を使用する。復号器402が受け取り、順列符号復号を実施してCWを生成する。
[0027]図3と同様、フィードバックを使用することができる。
[0028]zコンステレーション(例えば、CWを送信する基地局の2次ユーザが、別の基地局において同じリソースブロックにわたる1次ユーザであるときであって、したがってzもまたこのユーザの情報を搬送するとき)と、CW要素のコンステレーション(すなわちCWの各要素sはs∈Λとs=oのいずれか)とが両方ともわかっている場合は、式は以下のように精緻化することができる。


和の項の中の確率表現は、pdfによって置換可能であり、雑音n[i]がガウス分布であるとすると、pdfは閉形式で計算できることに留意されたい。
[0029]図5に、CWが雑音として扱われるときであっても、CW項を干渉として扱うことができ、zが2次受信機において復号可能である、別の場合を示す。図5を参照すると、まず復号器501を使用してzを復号し、減算器502を使用してyから減算してCW+nを得ることができ、z[i]=0に設定して、デルタディラック関数をpdfとして使用して、すなわちf(z=z)=δ(z)として(言い換えれば、zが0である確率が1であり、他はどれも0である)、復号プロセスを継続することができる。すなわち、サイレントシンボル検出器503が、CW+nを受け取り、順列符号Xを生成する。検出器504が、Xに対して順列符号復号を実施して、CWを生成する。この方法は、ユーザが2次ユーザである基地局からの受信が、そのユーザが1次ユーザである基地局からの受信よりもずっと弱いときに、最も有益である。
[0030]フィードバックを使用して、前述のような復号中のエラーがどこに生じたかを受信機の他の部分に通知することができる。
[0031]2次ユーザは、入力されたXに対して順列符号復号を実施する。Xは、2次ユーザにとって有用な情報を搬送する唯一の部分である。一実施形態では、順列符号復号ステップは以下のとおりである。
1.ベクトルX中の1の数を見つけ、この値をkとして記憶する。nをベクトルXの長さとして保存する。

を計算する。
2.Xを左から右に解析し、X中の0の場所の集合を構築し、この集合をLOCとして表す。Xはちょうど(n−k)個の0を有するので、LOCは、サイズ(n−k)であり、昇順でエントリloc,loc,...,loc(n−k)を含み、プロパティ0≦loc<loc<...<locn−k≦(n−1)を有する。
3.以下の式を用いて指数iを計算する。

4.指数iをrCW1,decimalに代入する。
5.

ビットを使用して、rCW1,decimalを、2を底とする形に変換する。最上位ビットが0であり、これを1に置換すると(Ω−1)以下の10進値になる場合は、最上位ビットを削除する。この値をrCWに記憶し、基地局における2次ユーザの送信キューから送られた復号済みビットとしてラベル付けする。2次ユーザの送信キューから送出された1番目のビットが最下位ビットであり、M番目のビットが最上位ビットである。
[0032]Xがエラーなしで復号される場合は、rCWはCWと同じであり、2次ユーザに向けて送られたビットはうまく受信される。2次ユーザは、このような全ての受信コードワードを連結し、ビットを解析して、上位層でのさらなる処理のためにビットをブロック及びパケットに分割する。復号プロセスにおけるエラーの確率がいくらかあり、いくつかのブロック/パケットが破損する可能性があるので、一実施形態では通常、この順列符号復号には、エラー検出符号、エラー訂正符号、及び/又は消去符号化技法が付随すべきである。
[0033]ワイヤレスリソース管理の観点からは、本発明の実施形態は多くの異なるシナリオで有用であり、そのいくつかを図6A〜6Cに示す。図6Aでは、本明細書に開示する技法が、所与の単一セル中でのワイヤレスリソース割振り決定と統合される。図6Aを参照すると、基地局BSが、コントローラ601と通信可能に結合され、ビットR及びRをそれぞれ送るために、チャネル状態h11及びh12をそれぞれ有するアリス及びボブのユーザ端末とワイヤレスに結合されるのが示されている。あらゆるユーザには、タイムスロット、帯域、及び拡散符号にわたるスケジューリング区間の中で、1次ユーザとして1組のリソースブロックが割り当てられる。基地局Bは、ユーザキュー中の現在のバックログと、次のスケジュール区間中で各ユーザに送信されることになるビットの数とが与えられた場合に、十分に活用されないであろうリソースをチェックする。次いで、このような各リソースは、ちょうど1人の2次ユーザに割り当てられる(同じユーザが複数の直交リソースブロックにわたって2次ユーザである可能性があることに留意されたい)。2次ユーザへの割当ては、これらのリソースセットにわたるチャネル利得推定値やキューバックログなど、多くの要因を考慮する。
[0034]システム中にL人のユーザがおり、ワイヤレスリソースがL個の直交リソースブロックに区分化され、各リソースブロックが1対1方式でユーザに割り当てられると仮定する。この初期の割当ては、任意の公平性、優先順位付け、及び/又は最適化の目的に関して行うことができ、本発明の実施形態から独立している。ユーザuが、i番目のスケジューリング区分の前にW[i−1]ビットのキューバックログを有し、ユーザuが1次ユーザであるリソースブロックにわたって、R[i]ビットを送ることができると仮定する。したがって、1次ユーザへのリソース割当ての後、各ユーザは、B=max{0,W[i−1]−R[i]}のバックログを有することになる。このため基地局は、1次リソース割当て後にも正のバックログを有するユーザのリストUを作成する。すなわち、B>0である場合に、且つその場合に限り、uはU中にある。また、L個の直交リソースブロックのうちG個は十分に活用されず、これらがサポートできる順列符号の数としてΩ,...,Ωを有し、レートr=logΩ,...,r=logΩになると仮定する。U中の各ユーザuにつき、pu,iが、リサーチブロックiにわたる順列符号の復号成功確率を表すものとする。この数字は通常、基地局から特定の2次ユーザへのチャネル利得、使用されている変調/符号化レベル、雑音、及び他の干渉電力に依存する。pu,iは、上界、近似、シミュレーション、経験的オフライン評価、及び/又はオンライン学習によって得ることができる。これらの定義が与えられれば、次に述べるように、多くの異なる方法を用いて、十分に活用されないリソースブロックを個々のユーザに割り当てることができる。
[0035]ある方法では、バックログされた個々のユーザへのリソース割当ては、割当て後にユーザ全体にわたる最大バックログが最小限に抑えられるように行われる。十分に活用されない各リソースブロックは、まず、ちょうどG個の要素を有する割当て集合A中に配置される。U中の各ユーザuにつき、降順でr・pu,iの要素を有する順序集合Oが生成される。各反復において、この方法は、以下のように、割当て集合Aからの1つのリソースブロックを割り当てる。
1.最も多くのバックログBを有するユーザ、例えばuを選ぶ。
2.ユーザuについて、最も高いr・pu*,iを有するリソースブロックi∈Aをとり、ユーザuをiに対する2次ユーザとして割り当てる。
3.Aからiを除去する。すなわちA:=A\{i}とする。
4.Bu*をBu*:=max{0,Bu*−r・pu*,i}として更新し、A≠{ }ならば、すなわちAが空集合でないならば、ステップ1を継続する。
[0036]上記の割振り戦略は、バッファを安定化する戦略が存在する(すなわち、無限に増大する平均バックログを有するバッファがない)場合には安定を保証する。異なる目的を伴う他の方法は、異なる2次ユーザ割当て戦略につながる。2次使用にわたるスループットを最大化することを試みるある方法は、各リソースブロックを、このリソースブロックにわたる全てのユーザのうちで最大r・pu,iを有するユーザに割り当てる。また、文献で広く知られている比例公平共有(PFS、proportional fair sharing)又は指数関数的規則を適用して、わずかな修正を伴ってリソースを割り当てることもできる。PFSメトリック又は他のメトリックは、(ユーザ、リソースブロック)の対ごとに計算され、メトリックを最大化する対が割当て対となり、この後、割り当てられていないリソースブロックにわたり、更新されたメトリックを使用してメトリックが再計算される。
[0037]図6Bに、ボブが自分のセルからの送信の1次ユーザであって別のセルからの送信の2次ユーザである、複数セルのシナリオを示す。図6Bを参照すると、コントローラ620が、基地局BS及びBSに通信可能に結合される。基地局BS及びBSは、アリスやボブなどのユーザ端末に通信可能にワイヤレス結合される。例えば、基地局BSは、チャネル状態h11のチャネルを使用してRビットでワイヤレス通信し、チャネル状態h12のチャネルを使用してRビットでボブにワイヤレス通信する。また、基地局BSは、チャネル状態h21のチャネルを使用してR1ビットでアリスにワイヤレス通信し、チャネル状態h22のチャネルを使用してR2ビットでボブにワイヤレス通信する。図6Aのシナリオとは異なり、所与のリソースブロックの1次ユーザと2次ユーザは、同じセルに属さない。リソース再利用係数1が適切である場合は、このシナリオでは、あるユーザが同じリソースブロックについて、但し異なる基地局に対して、1次ユーザと2次ユーザの両方となることができる。
[0038]図6Cに、本明細書に述べる技法を使用できる、さらにより一般的な実行可能な適用シナリオを示す。図6Cを参照すると、セルタワーの背後のコントローラノード630が、ユーザキュー631〜631を保持し、各セルにおける全てのリソース割振り決定を管理する。図6Cを参照すると、アリス及びマークは、1次ユーザとしての割当てのみを有し、自分のリソースブロックを十分に活用していない。彼らのリソースブロックが直交である場合は、ボブは干渉しないようにして両者を同時にリッスンし、異なる場所で割り当てられた複数のリソースブロックについて2次ユーザになることができる。それに加えて、ボブは、自分の基地局(例えば、これは通常、ボブに対する最も強い信号強度を有する基地局を意味する)からの自分の1次リソース割当てを有する。
[0039]本明細書に開示する別の方法は、十分に活用されないリソースを干渉相殺の目的に使用することである。図7に、ユーザが、異なる基地局によって割り当てられた同じリソースブロックについて1次ユーザと2次ユーザの両方である場合の復号手順を示すが、これにより干渉チャネルCW+z+nが形成され、ここで、CWは他方のセルからの干渉であり、zはユーザの基地局からの所望の信号であり、nは干渉である。干渉チャネルCW+z+nは、サイレントシンボル検出器701と干渉キャンセラ702の両方に入力される。サイレントシンボル検出器701から出力される、構築された順列コードワードXは、順列符号復号器703及び干渉レプリケータ704に入力される。順列符号復号器703は、順列符号復号を実施する。本明細書に開示する順列符号化を、以下のように利用することができる。順列符号は、シンボルs,...,sに関する情報を搬送し、これらのシンボルは実際の干渉項である(CW中の残りのn−k個のシンボルは、サイレントであり、干渉を引き起こさない)。順列符号の達成可能なレートに応じて、このk個のシンボルの全て又はサブセットを符号化してCWに組み込むことができる。次いで、干渉キャンセラ702によって、復号可能な部分をCW+z+nから減算することができ、2次ユーザにおける干渉CWを緩和してさらには(十分な容量が存在すれば)完全に除去し、それによりz+nを受信機705に出力する。受信機705は、これからzを生成する。この技法は、信頼性を高めるか、又はzのレートをより高いビットレートに押し上げて2次ユーザの1次リソースにわたるより高い容量を達成することに向けて、使用することができる。
[0040]図8に、受信側における1次リソースブロックと2次リソースブロックとが直交リソース上にある場合の、別の干渉相殺シナリオを示す。受信側が、CW+z+nが送達されるリソースブロックについての2次ユーザであり、z+z+nが送られるリソースブロックについての1次ユーザであると仮定する。これらのリソースブロックにわたり、z及びzは干渉項であり、n及びnは雑音項である。CWは順列符号を搬送し、zは、1次ユーザとしての受信側に送られる情報である。CWは、ここでは、同じシステム中の別のセルからの送信であるzに関する情報を搬送するのに使用される。1つ又は複数のリソースブロックにわたる2次ユーザとしての達成可能なレートに応じて、図7で行われるように、サイレントシンボル検出器701、順列符号復号器703、及び干渉レプリケータ704を使用して、zの全て又は一部を回復して受信信号から相殺することができる。したがって、zをずっと高い信頼性レベルで復号するか、又はより高い容量のコンステレーション/符号の組合せを利用してこのユーザに対する1次チャネル割振りにわたる容量を増大させることができる。
[異なる順列の効率的な列挙及び列挙解除]
[0041]異なる順列の効率的な列挙及び列挙解除は、以下の結果によって示されるように、任意の非負整数の一意の基数表現により可能である。
定理3.1:あらゆる非負整数iは、

であるような一意のl項表現{y...,y}を有し、ここで0≦y<y<...<yである(n<kならば

であるという規定を使用する)。この結果は、各順列を一意に指数付けする際の基礎である。ちょうどl=(n−k)個の0を含む、長さnの2進数列が与えられた場合に、{y1,...,y(n−k)}は、この2進数列について昇順で0の場所に対応する。(n−k)個の0及びk個の1の異なる順列は、異なる{y,...,y(n−k)}数列となり、これは上記の定理により一意の非負整数にマッピングされるので、異なる各順列は一意に列挙される。反対に、指数

が与えられた場合に、且つ同じ定理により、長さnの2進数列中の0の位置、したがって一意の順列をもたらすことになる、一意の展開{y1,...,y(n−k)}を見つけることができる。(より厳密には、y(n−k)≦(n−1)であることが示される。y(n−k)>(n−1)が真であったならば、

であり、仮定

と矛盾する。)
[0042]以下の列挙及び列挙解除アルゴリズムは、様々な実施形態である。
アルゴリズムA1[列挙アルゴリズム]
入力:最初のk個の位置が全て1であり残りの(n−k)個の位置が全て0であるCW={11...10...0}の、任意の順列Π
出力:Π=Πである場合に、且つその場合に限りi=jであるような、一意の指数

ステップ−1:
[0043]location[0,l]関数は、長さnの2進数列中のl番目の0の位置を指し、{0,1,...,(n−1)}中の値をとる。
アルゴリズムA2[列挙解除アルゴリズム]
入力:指数

出力:i=jである場合に、且つその場合に限りΠ=Πであるような、CWの一意の順列Π
ステップ−1:y(n−k)を、

であるような最大整数に設定する。次いで、yを、

(l=n−k−1,...,1の場合)であるような最大整数として反復的に計算する。
ステップ−2:location[0,l]=yに設定する。
[0044]以下の例に、短いインスタンスにわたる列挙及び列挙解除を示す。CW={11111000}でありn=8及びk=5と仮定する。0〜55の指数付けがされた

個の異なる順列がある。例えば、Π={10111001}は、y=1、y=5、y=6に対応し、この結果、

となる。ここで、指数i=31を考え、対応する順列を見つける。

を満たす最大のy3は6であり、

を満たす最大のyは5であり、

を満たす最大のy1は1である。したがって、i=31は、順列Π={10111001}に符号化される。
B.雑音がない場合
[0045]

であるので、Ω<1及び小さいn値(例えばn=10)さえも、ピーク値で多くて20%のレート損失につながる可能性がある。中程度のn値(例えばn=100)では、損失は4%未満である。n=500及びn=1000の場合の曲線は、相互のほぼ頂点にあり、500よりも長い順列符号を使用すると、Ωに対する影響は取るに足らないことに留意されたい。n又はkの値が小さい場合は、コードワードを列挙するルックアップテーブルを使用して、異なるメッセージに一意の指数を割り当てることができる。しかし、n及びkの値が大きい場合は、前のセクションで提供したような効率的な方法が必要である。
[0046]雑音がない場合に、レート

を達成する符号化アルゴリズムは、以下のステップを含む。
アルゴリズムA3[符号化アルゴリズム]
ステップ−1:1次ユーザのバックログされたデータの先頭からLビットを除去し、k個のシンボル{s1,...,sk}上にマッピングする。
ステップ−2:2次ユーザのバックログされたデータの先頭からMビットを除去して、コードワードCWB={b...b}を形成する。このコードワードに対する一意の指数値iは、その10進表現

である。したがって、iは、区間

中のいずれかの整数とすることができる。Mは以下のように選ばれる。

が整数である場合は、

である。そうではなく、

が整数ではなく

番目のビットが0である場合は、

である。そうではなく、

が整数ではなく

番目のビットが1であり

である場合は、

である。
ステップ−3:最初のk個の位置が全て1であり残りの(n−k)個の位置が全て0であるコードワードCW={11...10...0}の一意の順列Πに、iをマッピングする。このようなマッピングは、アルゴリズムA2を使用して行うことができる。j番目の0の場所をlocation[0,j]で表し、j番目の1の場所をlocation[1,j]で表す。
ステップ−4:cwlocation[0,l]=o(l=1,...,n−kの場合)(すなわち、サイレントシンボルはステップ−3で構築された順列符号の0に対応する)、及びcwlocation[1,l]=s(l=1,...,kの場合)(すなわち、元の送信順のシンボルが順列符号の1にマッピングされる)であるような、コードワードCW={cwj}を構築する。
[0047]アルゴリズムA3は、sがスカラであると仮定して符号化アルゴリズムを記述する。sが複素数である場合は、以下の例に提示するように、まずsの実部を考え、次いで虚部を考えることによって、このアルゴリズムを適用することができる。n=8、及びシンボルsがQPSKシンボルであり、マッピングs(0)=ejπ/4→00、s(1)=ej3π/4→10、s(2)j5π/4=→11、s(3)=ej7π/4→01を伴うと仮定する。1次ユーザが自分のバッファ中に待機中の10ビット{0110001101}を有し、これらは5つのシンボル={s,s,s,s,s}にマッピングするものとする。の実部をとり、

を形成する。次いで、まず1次ユーザからの入力として、 を使用して符号化アルゴリズムを適用する。2次ユーザが自分のキュー中に20ビット{10010100100010101111}を有し、左端のビットが送信すべき第1のビットであると仮定する。

であり、6番目のビットが1であり、

であるので、A3中のステップ−2により、M=6及びi=41である。A2を使用すると、location[0,3]=7、location[0,2]=4、location[0,1]=0、及びΠ={01110110}である。したがって、Π={01110110}でステップ−4を reに適用すると、コードワード(の実部)

が生成される。
[0048]同様に、の虚部をとり、

を形成する。2次ユーザのキューから6ビットが除去されるので、14ビット{00100010101111}がバックログされている。

であり、6番目のビットが0であるので、A3中のステップ−2により、M=5であり、{00100}がバッファから除去されて、i=4となる。A2を使用すると、location[0,3]=4、location[0,2]=1、location[0,1]=0、及びΠ={00110111}である。したがって、Π={00110111}でステップ−4を imに適用すると、コードワード(の虚部)

が生成される。次いで、CWre及びCWimは、直交次元を介して、同相成分及び直角成分として並列に送信される。サイレントシンボルエポックの間、送信機はサイレントを保ち、電力マスクレベルを0に設定する。
[0049]1次ユーザの受信機において、各自由度の復号アルゴリズムが、以下の動作を実施する。雑音及び干渉がない場合、ブロックフェーディング仮定を用いて、1次ユーザはy=hを受信する。CWは、各直交方向で、h11≠0のときは常にサイレントエポックを完全に識別することができる。次いで、サイレントシンボルは廃棄され、リソースブロック中で受信された実際のシンボルが、受信された順序で共にグループ化され、通常の復号動作が再開される。
[0050]一方、2次ユーザは、y=h12を受信する。1次ユーザの場合と同様のCWは、各直交方向で、h12≠0のときは常にサイレントエポックを完全に識別することができる。以下のステップが、各自由度の復号動作に含まれる。
アルゴリズムA4[2次ユーザにおける復号アルゴリズム]
ステップ−1:yが与えられた場合に、サイレントエポックを識別し、送信側で実際に使用された順列Πの推定として、k個の1を含む長さnの2進順列Πを構築する。Π≠Πである場合は、エラーが発生する。
ステップ−2:アルゴリズムA1を実行して、指数

を見つける。
ステップ−3:

桁の、jの2進表現を計算する。M番目の最上位桁が0である場合はM番目の桁を廃棄し、最下位ビットを第1の受信ビットとして、最初の(M−1)個のビットを復号済みビットとして渡す。M番目の桁が1である場合は、やはり最下位ビットを第1の受信ビットとして、M個のビット全てを復号済みビットとして宣言する。
C.雑音あり
[0051]ガウス雑音及び干渉がある場合、1次ユーザ及び2次ユーザにおける受信信号は以下のようになる。
=h11・CW+n;y=h12・CW+n
ここで、nとnは両方とも、分散σ2のゼロ平均ガウス雑音項からなると仮定する。両方の受信機は、それぞれのチャネル利得と使用されているコンステレーションとが完全にわかっていると仮定する。簡単にするために、シンボルsは、濃度|S|=2tの集合S={−(2t−1)a,−(2t−3)a,...,−a,a,...,(2t−1)a}からの実スカラであるものとする。パラメータaは、E[s ]=Pであるように選ばれる。したがって、1次ユーザ及び2次ユーザにおけるSINR値は、それぞれ‖h11P/σ ‖h12 ‖P/σである。
[0052]次に、符号化戦略と復号戦略の、2つの異なる対を提示する。第1の戦略(アンコーデッド(uncoded)戦略と呼ぶ)は、各シンボルエポックで正しい仮説検定を行うことにもっぱら依拠する。第2の戦略(コーデッド(coded)戦略と呼ぶ)は、ランダム順列によって使用される符号化戦略の要素のいくつかを模倣することを試みるが、有限長の決定性符号化と、それに続く次善の復号を伴う。
[0053]1)アンコーデッド戦略:基地局は、アルゴリズムA3を使用して、雑音のない場合のようにコードワードCWを構築する。受信機フロントエンドでは、1次ユーザも2次ユーザも両方とも、シンボルごとの最尤(ML)仮説検定を利用して、送信機で使用された順列数列Πを算出する。
[0054]Hは、特定のシンボルエポックがサイレントであるという仮説を表し、H1は、同じエポック中にSからの実際の送信が行われるという仮説を表すものとする。仮説検定のためのシンボルごとのML規則が、以下によって与えられる。すなわち、Prob(y|H)≧Prob(y|H)である場合に、且つその場合に限り、Hを決定する。ここで、SINRを除いては、チャネルモデルは両方の受信機について同じであるので、y及びhから添え字を省略してある。

であるので、ML規則は、

である場合に、且つその場合に限り、Hを決定するということになる。
[0055]シンボルごとの仮説検定の後、1次ユーザと2次ユーザは両方とも、雑音のない場合のステップに従う。したがって、仮説検定がn個のエポックのいずれかで失敗した場合は、誤った順列

が復号される。これは、2次ユーザにおいて間違った復号動作を生む(デバイスが順列符号化層でエラー検出/訂正機能を使用しない限り)。完全なMACパケットを受信した後、このようなエラーは、2次ユーザのMAC層で利用されるCRC符号によって検出される可能性がある。しかし、1次ユーザにおける間違った順列の決定は、実際のシンボルを回復できないことを必ずしも意味しない。より具体的には、間違った順列が、1次ユーザのペイロードに使用されるチャネル符号によって訂正可能なエラーにつながる場合は、1次ユーザは影響を受けない。例えば、Π={01101}及び

であると仮定する。雑音のない復号では、1次ユーザは単に順列符号中の0の場所に対応するシンボルエポックを廃棄し、0でない場所は元のシンボル生成順序を維持していると考えられることを想起されたい。したがって、決定

はsを一掃するであろうが、s及びsは、依然として復号することができる。チャネル符号が単一のシンボル損失から回復できる場合は、仮説検定段階で行われた間違った決定を訂正することができる。ここで、

の場合を考えてみる。順列符号中の1つの位置のみが誤っているが、他のシンボルは順序が乱れ、1次受信機の復号器にとって、完全に化けた入力が生成される。
[0056]したがって、以下、仮説検定段階での失敗は、ガウス雑音及び干渉チャネルを扱うために1次ユーザのペイロードに使用されるチャネル符号によって、回復不可能であると仮定する。対照的に、正しい仮説検定が得られ、1次ユーザのシンボルが正しく共にグループ化されると、1次ユーザの視点からは順列符号化がそもそもなかったかのように、チャネル復号が再開することができる。1次受信機と2次受信機の両方の仮説検定におけるエラーを補償するために、次に論じるような追加のエラー保護層を加えることができる。
[0057]2)コーデッド戦略:1シンボル当たりのエラーレートがpである場合、ブロックエラーレートPは、独立した損失を伴う1−(1−pになる。ブロックエラーレートを改善するためには、エラーを含む順列符号設計に焦点を当てて1シンボル当たりの仮説検定エラーを補償することができる。この代わりに、一実施形態では、より早期の観察を利用したエラー保護機構が使用される。すなわち、(i)1次ユーザは、使用されている順列符号を知る必要はない。そうではなく、相互情報を通した達成可能な容量結果を利用するときに行ったように、乗法性雑音係数とちょうど同じように扱うことができ、受信機は、元のペイロードシンボルの復号に焦点を当てることができる。(ii)リソース利用がα<0.5であるとき、2次ユーザについてのレートは、リソース利用が区間[α,1−α]中にあるとき以上である。したがって、セーフティマージンがあり、このセーフティマージン内では、1次ユーザシンボルにわたってチャネル容量が必要とするよりも低いレートチャネル符号化を適用しても、2次ユーザに対するレートペナルティとならない。(iii)順列符号の効率は、順列符号のサイズに対して頑強である。したがって、一実施形態では、以下のアルゴリズムを適用して、仮説検定段階におけるエラーに対して追加の符号化利得が加えられる。
アルゴリズムA5[FEC保護付き符号化アルゴリズム]
ステップ−1:長さnのリソースブロックを、m個の重複しない隣接する等しいサイズのチャンクに分割する。各チャンクは、

個のシンボルからなる。チャンクを1からmまで列挙する。
ステップ−2:1次ユーザのk個のソースシンボル{s,...,sk0}をとり、これを、(k,n)順方向エラー訂正(FEC)符号を使用してn個の符号化シンボル

に展開する。この方法は、n個のシンボルを出力できる任意のチャネル符号化/復号戦略によって使用することができるが、分析の目的で、FEC符号が最大距離分離(MDS)符号であると仮定する(すなわち、その最小距離はdmin=n−k+1である)。n個の符号化シンボルを、それぞれの順序で等しくm個のグループに分割する。すなわち、各グループは

個の符号化シンボルを有する。各シンボルグループを1からmまで列挙する。
ステップ−3:θ=k/nのターゲット利用レベルを達成するために、各チャンク中で

個の送信を可能にする。したがって、各チャンクは、

個までの異なる順列符号を列挙することができる。
ステップ−4:チャンク番号κ=1〜

について、
1)アルゴリズムA3のステップ−2に従って、2次ユーザの

ビットを除去し、対応する指数iκを計算する。MビットをBκに保存する。
2)アルゴリズムA3のステップ−3に従って、iκに対応する一意の順列Πiκを計算する。
ステップ−5:κ=1〜

からのBκを連結する。したがって、長さ

のソースブロックが得られるか、或いは等価に、ガロア体GF(2q)からの要素を含む長さ

のソースブロックが得られ、ここで

である。
ステップ−6:体GF(2)にわたりシステマティック(systematic)

MDS符号を使用して、ソースブロックを長さmに展開する。各パリティブロックを、チャンク

〜mに、生成された順に割り当てる。アルゴリズムA3中の操作に従って、対応する指数及び順列を生成する。
ステップ−7:κ=1〜mからの順列符号Πiκを連結して、Π(m)を形成する。Π(m)について、j番目の0の場所をlocation[0,j]で表し、j番目の1の場所をlocation[1,j]で表す。
ステップ−8:cwlocation{0,l}=o(l=1,...,n−kの場合)(すなわち、サイレントシンボルはΠ(m)の0に対応する)、及び

(l=1,...,kの場合)であるような、コードワードCW={cwj}を構築する。言い換えれば、順列符号は、一意のパターンで1次ユーザについて生成された符号化シンボルを消去する。
[0058]Π(m)は、2次ユーザのペイロードに関して生成されることに留意されたい。したがって、送信機の場所でのこの消去操作は、1次ユーザ情報から独立した乗法性非ガウス雑音につながることになる。ここで強調するに値するいくつかの複雑なポイントがある。第1に、{s,...,s}がチャネル符号化後のシンボルを表していたアンコーデッド戦略の場合とは異なり、表記法の乱用の犠牲を払って、{s,...,sk0}は、チャネル符号化前のシンボルを表す。両方の場合で、kは、送信側からの実際の送信数を表し、表記kは、コーデッドの場合に、1次ユーザについての実際のペイロードシンボル数を区別するために導入される。コーデッド戦略では、k及びnの値に応じて、ターゲット利用k≧kは復号性能に影響する。これについては次のセクションでより厳密に述べる。第2に、2つの異なるチャネル符号が適用される。1つはステップ−2における1次ユーザに対してであり、もう1つはステップ−6における2次ユーザに対してである。1次ユーザに対して使用される符号は、仮説検定段階を完全に迂回する助けとなる。2次ユーザに対して使用される符号は、順列符号復号を実施するのに必要な仮説検定段階の性能を高めるものと考えることができる。第3に、アルゴリズムA5は、パラメータk、m、及び

を通して、レートとエラー性能のトレードオフを生む。

ここで、

は、2次ユーザについての符号化レートであり、

は、ターゲット利用θ=k/nによって、且つリソースブロックをより小さいチャンクに分割することによって受けるレートペナルティ(又は得られる賞)であり、Ωは、アンコーデッド戦略の順列符号レートである。γとは異なり、γは、k<n/2でありmが小さいときには、必ずしも1以下とは限らない。
[0059]アンコーデッド戦略とは異なり、1次ユーザは、復号動作における仮説検定段階をスキップする。受信機は、順列符号化が存在しないかのようにチャネル復号を実施することを直接試みる。順列符号化は単に、別の(非ガウス)エラーソースとしての働きをする。
[0060]一方、2次ユーザはまず、前と同様にシンボルごとの仮説検定を実施する。次いで、各チャンクが、順列符号の暗黙的なエラー検出機能を使用して、「消去」又は「受信」としてラベル付けされる。すなわち、各チャンクは、

個の非サイレントシンボルを有さなければならない。したがって、所与のチャンク中で、検出されたサイレントシンボルの数が

に等しくない場合は、チャンクを「消去」として容易にラベル付けすることができる。そうでない場合は、「受信」としてラベル付けされる。エラー検出は、チャンクが「受信」としてラベル付けされているが順列が別の有効な順列に反転された場合に、且つその場合に限り、エラーである。各チャンクがラベル付けされると、復号動作は、消去の知識を用いて進行する。各チャンクはまず、順列復号を用いてMビットに復号される。最小距離

でMDS符号が利用されるので、2t+e<dmin[9]である限り、e個の消去及びt個のエラーを訂正することができる。したがって、FEC復号は、長さMビットの

個のシンボルを生成する。次いで、

ビットが、さらなるデフラグメンテーション、パケット再構築、及びCRC妥当性検査のために、2次ユーザのMAC層に渡される。
[基地局実施形態の例]
[0061]図9は、ネットワークインタフェース1001と、ベースバンド処理1102と、フロントアンド/RFユニット信号ブロック1003とを備える基地局の一実施形態のブロック図である。ベースバンド処理1002は、上記の符号化ベースバンドを含めて、送信のための信号を符号化する。信号ブロック1003は、中間周波数の信号を送信からの周波数までアップコンバートするためのアップコンバータを備える。信号ブロック1003はまた、受信信号を中間周波数にダウンコンバートするためのダウンコンバータを備え、ダウンコンバートされた信号は、復号のためにベースバンド処理1002に入力される。
[0062]以上の記述を読んだ後には、当業者には本発明の多くの改変及び修正がおそらく明らかになるであろうが、例示として図示及び記述したどんな特定の実施形態も、決して限定と考えられるものとはしないことを理解されたい。したがって、様々な実施形態の詳細への参照は、特許請求の範囲を限定する意図はなく、特許請求の範囲はそれ自体で、本発明に必須と見なされる特徴のみを列挙する。

Claims (19)

  1. 1次ユーザに割り振られたチャネルが十分に活用されないときがあるセルラシステム中で使用される方法であって、
    前記1次ユーザのチャネル上で2次ユーザのビットを送信するために0と1の値を含む一意の順列符号を生成するステップと、
    前記1次ユーザに向けて送信される第1のシンボルセットと前記順列符号とに基づいて1つ又は複数のコードワードを生成するステップと、
    前記1つ又は複数のコードワードを前記チャネル上で送信するステップと、
    を含む方法。
  2. 前記第1のシンボルセットを生成するために、前記チャネル上で前記1次ユーザに送信される第2のシンボルセットにチャネル符号化を適用するステップをさらに含み、
    前記1つ又は複数のコードワードを生成するステップが、前記第1のシンボルセット及び前記順列符号にシンボルごとの乗算を適用するサブステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記1次ユーザに向けて送信される前記シンボルの少なくともいくつかの間にサイレントシンボルを挿入するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記ビットが、k個の1及び(n−k)個の0を含む、0と1のベクトルの一意の順列に変換され、kが、前記1次ユーザに向けて送信されるシンボルの数であり、nが、前記チャネル上で送信されているシンボルの数である、請求項3に記載の方法。
  5. サイレントシンボルの場所を突き止めて前記順列符号を見つけること、及び
    前記順列符号を反転して前記2次ユーザの前記ビットを回復することによって、
    前記2次ユーザにおいて復号器を使用して前記1つ又は複数のコードワードを処理するステップをさらに含む、請求項に記載の方法。
  6. サイレントシンボルの場所を突き止めること、
    突き止めたサイレントシンボルを廃棄すること、及び
    前記1つ又は複数のコードワードから前記突き止めたサイレントシンボルを廃棄した後に残ったシンボルを復号することによって、
    前記1次ユーザにおいて復号器を使用して前記1つ又は複数のコードワードを処理するステップをさらに含む、請求項に記載の方法。
  7. 前記順列符号を乗法性雑音として扱いながら前記1つ又は複数のコードワードを直接に復号することによって、前記1次ユーザにおいて復号器を使用して前記1つ又は複数のコードワードを処理するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記2次ユーザの前記ビットを複数のチャンクに分割するステップと、
    符号化済みチャンクを生成するために、前記複数のチャンクのうちのいくつかのチャンクにチャネル符号化を適用するステップと、
    前記順列符号を前記符号化済みチャンクのそれぞれに適用するステップと、
    をさらに含み、
    前記1つ又は複数のコードワードを生成するステップが、前記符号化済みチャンクのそれぞれに関連する順列符号を結合するために、連結を適用するサブステップを含む、請求項1に記載の方法。
  9. 1次ユーザと、
    2次ユーザと、
    前記1次ユーザ及び前記2次ユーザに通信可能に結合された基地局と、
    を備えるセルラシステムであって、前記基地局が、
    前記1次ユーザによって十分に活用されないときがあるチャネルを前記1次ユーザに割り振るためのコントローラと、
    送信されるビットを記憶するためのメモリと、
    前記1次ユーザの前記チャネル上で前記2次ユーザのビットを送信するために一意の順列符号を生成すること、前記1次ユーザに向けて送信される第1のシンボルセットと前記順列符号とに基づいて1つ又は複数のコードワードを生成すること、及び前記1つ又は複数のコードワードを前記チャネル上で送信することによって前記ビットを処理するための、前記メモリに結合されたプロセッサと、
    を有する、セルラシステム。
  10. 前記プロセッサが、前記第1のシンボルセットを生成するために、前記チャネル上で前記1次ユーザに送信される第2のシンボルセットにチャネル符号化を適用するように動作可能であり、
    前記プロセッサが、前記第1のシンボルセット及び前記順列符号にシンボルごとの乗算を適用することによって前記1つ又は複数のコードワードを生成するように動作可能である、請求項9に記載のシステム。
  11. 前記プロセッサが、前記1次ユーザに向けて送信される前記シンボルの少なくともいくつかの間にサイレントシンボルを挿入するように動作可能である、請求項9に記載のシステム。
  12. 前記ビットが、k個の1及び(n−k)個の0を含む、0と1のベクトルの一意の順列に変換され、kが、前記1次ユーザに向けて送信されるシンボルの数であり、nが、前記チャネル上で送信されているシンボルの数である、請求項11に記載のシステム。
  13. 前記2次ユーザが、
    サイレントシンボルの場所を突き止めて前記順列符号を見つけること、及び
    前記順列符号を反転して前記2次ユーザの前記ビットを回復することによって、
    前記2次ユーザにおいて復号器を使用して前記1つ又は複数のコードワードを処理するように動作可能である、請求項11に記載のシステム。
  14. 前記1次ユーザが、
    サイレントシンボルの場所を突き止めること、
    突き止めたサイレントシンボルを廃棄すること、及び
    前記1つ又は複数のコードワードから前記突き止めたサイレントシンボルを廃棄した後に残ったシンボルを復号することによって、
    前記1次ユーザにおいて復号器を使用して前記1つ又は複数のコードワードを処理するように動作可能である、請求項11に記載のシステム。
  15. 前記1次ユーザが、前記順列符号を乗法性雑音として扱いながら前記1つ又は複数のコードワードを直接に復号することによって、前記1次ユーザにおいて復号器を使用して前記1つ又は複数のコードワードを処理するように動作可能である、請求項9に記載のシステム。
  16. 前記プロセッサが、
    前記2次ユーザの前記ビットを複数のチャンクに分割し、
    符号化済みチャンクを生成するために、前記複数のチャンクのうちのいくつかのチャンクにチャネル符号化を適用し、
    前記順列符号を前記符号化済みチャンクのそれぞれに適用するように動作可能であり、
    前記1つ又は複数のコードワードを生成することが、前記符号化済みチャンクのそれぞれに関連する順列符号を結合するために、連結を適用することを含む、請求項9に記載のシステム。
  17. 1次ユーザ及び2次ユーザを有するセルラシステム中で使用される基地局であって、
    前記1次ユーザによって十分に活用されないときがあるチャネルを前記1次ユーザに割り振るためのコントローラと、
    送信されるビットを記憶するためのメモリと、
    前記1次ユーザの前記チャネル上で前記2次ユーザのビットを送信するために一意の順列符号を生成すること、前記1次ユーザに向けて送信される第1のシンボルセットと前記順列符号とに基づいて1つ又は複数のコードワードを生成すること、及び前記1つ又は複数のコードワードを前記チャネル上で送信することによって前記ビットを処理するための、前記メモリに結合されたプロセッサと、
    を備える、基地局。
  18. 電子的な命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であって、前記電子的な命令が、セルラシステムのプロセッサによって実行されたとき、前記電子的な命令は、1次ユーザに割り振られたチャネルが十分に活用されないときがある前記セルラシステム中で使用される演算を前記セルラシステムに実施させ、前記演算が、
    前記1次ユーザのチャネル上で2次ユーザのビットを送信するために0と1の値を含む一意の順列符号を生成
    前記1次ユーザに向けて送信される第1のシンボルセットと前記順列符号とに基づいて1つ又は複数のコードワードを生成
    前記1つ又は複数のコードワードを前記チャネル上で送信する、
    コンピュータ可読記憶媒体
  19. ワイヤレス通信システム中で使用されるデバイスであって、
    サイレントシンボルの場所を検出して順列符号を見つけるためのサイレントシンボル検出器と、
    前記順列符号を受信して、前記順列符号を反転することによってビットを回復するように動作可能な順列符号復号器と、
    を備えるデバイス。
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