JP5679059B2 - 無線送受信装置、通信システム及びそれらに用いるチャネルコーディング処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は無線送受信装置、通信システム及びそれらに用いるチャネルコーディング処理方法に関し、特に3GPP(3rd Generation Partnership Project)のRelease8(LTE:Long Term Evolution)におけるチャネルコーディング方式に関する。
データ通信においては、伝送中に生じる誤りを訂正するために、誤り訂正符号/復号が送信/受信側で一般に用いられている。この誤り訂正技術は、一般には送信データ中の離散した箇所に生じるような"ランダム誤り"を訂正するのに有効であり、その目的で通信一般に広く用いられている。しかしながら、送信データ中のまとまった特定箇所で連続して誤るような"バースト誤り"に対しては、誤り訂正能力が低下し、伝送特性が劣化すると考えられている。
そこで、バースト誤りを効率的に訂正するための技術として、インタリーバ(インタリーブ機能)が誤り訂正と組合せて広く一般に用いられている。このインタリーブ機能とは、簡単に説明すると、送信側において送信データをある規則により並べ替えて送信する機能である。
このようなインタリーブしたデータを送信すれば、もし伝送中にバースト誤りが生じても、受信データの並びを送信側のインタリーブ前の順に戻せば(この受信側の処理を"デインタリーブ"と呼ぶ)、伝送中に発生したバースト誤り箇所は分散してランダム誤りとなり、その結果、誤り訂正が効率的に行われるのである。
以下では、3GPPのRelease8(LTE)におけるチャネルコーディング方式及びその問題点について述べる。
移動体通信の規格である、3GPP LTEの上り通信方式の仕様においても、上記の考えに基づき、バースト誤りをランダム誤りに変換する目的で、チャネルインタリーバが誤り訂正符号であるターボ符号と共に用いられている。本仕様に基づいて構成される送信側の無線送受信装置のチャネルコーディング処理部を図5に示す。ここでは、説明を簡単化するため、Code Block数が2の場合を例に挙げている。以下に、チャネルコーディング処理部の動作を説明する。
Transport Block CRC(Cyclic Redundancy Check) Attachment(11)では、上位レイヤから渡される送信データ(Transport Block)にCRCを付加する。
Code Block Segmentation(12)では、CRCを付加した後のTransport Blockに対して、後段のTurbo(ターボ)符号器への入力ビット数が6144bit以内になるよう、Transport Blockを分割する。ここで、分割処理後の各ブロックをCode Blockと呼ぶ。
尚、CRCを付加した後のTransport Blockのサイズが6144bit以内であれば、この分割処理は不要であり、Transport BlockそのものがCode Blockとなる。
Code Block CRC Attachment(13)では、Code Block毎にCRCを付加する。
Turbo Coding & Rate Matching(14)では、CRCを付加した後のCode Blockに対して、ターボ符号化し、更に符号化率調整のためのレートマッチを行う。
Code Block Concatenation(25)では、ターボ符号化及びレートマッチ後の各Code Blockを結合(連結)し、一つにまとめる。
Data & Control Multiplexing(16)では、送信データの制御情報部と、上記の一連処理で生成されたCode Blockを結合した後のデータ部とを多重する。
Channel Interleaver(17)では、制御情報部とデータ部とを多重した後の系列に対して、インタリーブ処理を行い、データの並び順を変換する。
上記の処理によって生成されたビット系列は、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)や16QAM(Quadrature Amplitude Modulation),64QAM等の変調シンボルにマッピングされ、更にそれらが図6に示すPUSCH(Physical Uplink Shared Channel)のData Symbol部にマッピングされ、送信される。
尚、図6は、3GPP LTEにおいて規定されているPUSCHのNormal CP(Cyclic Prefix)時のサブフレームフォーマットであり、1サブフレームの長さは1msであり、14個のSC−FDMAシンボルから構成されている。シンボルは2種あり、12個のシンボルから構成される"データシンボル"と、2個のシンボルから構成される"リファレンスシンボル"とがある。"データシンボル"は、送信データがマッピングされるフィールドであり、"リファレンスシンボル"では、送受両側で既知の系列が送信され、受信側の伝搬路推定等に用いられる。
受信側においては、上記の処理と逆順でチャネルデコーディング処理が実行される。始めに、チャネルデインタリーブ(チャネルインタリーブの逆処理)が実行され、次に、データ部と制御情報部との分離がなされ、それに続いてCode Block Segmentation(送信側のCode Block Concatenationの逆処理)がなされ、Code Block毎に分割される。
分離されたCode Block毎に対しては、レートデマッチ処理(送信側のレートマッチの逆処理)がなされ、次にターボ復号処理が実行され、更にCode Block毎にCRC検査が実行される。
伝送中に発生したバースト誤りは、受信側初段のチャネルデインタリーブ処理により、ランダム誤りに変換されてからターボ復号器に入力されるため、誤り訂正が効率的に行われると、一般に考えられている。
これは(デインタリーブ処理により後段の誤り訂正処理が効率的に行われることは)、Transport Blockが1Code Blockから構成される場合については正しいと考えられる。
しかしながら、Code Block数が2以上の(Code Block分割が発生する)場合については、以下に述べるように、チャネルデインタリーブ後、バースト誤りが特定Code Block内だけのランダム誤りに変換され、そのCode Blockだけ伝送特性が大幅に劣化するという問題があり、現状の3GPP LTEにおけるチャネルインタリーブ仕様だけでは、バースト誤りへの対策は十分ではないと考えられる。
以下に、それについて詳しく述べる。問題を簡単に説明するため、Code Block数が2(Code Block0,1)で、且つ、制御情報が多重されない(データ部のみ送信される)場合を例に挙げる。
ターボ符号化及びレートマッチ後のCode Block0のビット系列を、
とし、Code Block1のビット系列を、
とする。また、Code Block0,1のサイズをE0 ,E1 [bit]とする。
ここで、変調多値数をQm (QPSKの場合;Qm =2、16QAMの場合;Qm =4、64QAMの場合;Qm =6)とし、Qm ビット毎にまとめた系列
の長さをH′とすると、H′=G/Qm である。この系列がチャネルインタリーブ部に入力され、チャネルインタリーブが実行される。
チャネルインタリーブ行列及びチャネルインタリーブ処理の概念図を図7A及び図7Bに示す。チャネルインタリーブ部では、入力ビット系列
が、図7Aに示すような
行列に、1行目から行方向に順に書込まれる。ここで、
、
である。
チャネルインタリーブ部からの出力は、図7Bの出力(読出し)に表したように、インタリーブ行列の1列目の上から下に順に読み、次に2列目の上から下に順に読み、この処理を各列に対して順に繰り返すことにより得られる。すなわち、出力系列は、
の順である。チャネルインターリーブ出力データは、変調多値数ビット数のかたまり毎に変調シンボルにマッピングされ、更に図6のData Symbolにマッピングされ、送信される。
尚、本発明に関連するチャネルコーディング処理については、下記の特許文献1に記載の技術がある。この特許文献1に記載の技術では、TF(トランスポートフォーマット)、つまりトランスポートブロックサイズ、トランスポートブロック数がTTI(Transmission Time Interval)単位で可変であることにより、TTI毎に符号化、復号アルゴリズムを可変にする必要がある(演算量増大)ことを課題としている。
この特許文献1に記載の技術では、上記の課題を解決するために、パラメタ(TFI)を、通信中に変化するパラメタと変化しないパラメタとに分離し、さらに符号化、復号処理も変化するパラメタに対応する処理と、変化しないパラメタに対応する処理とに分離することで、演算量の増大を防いでいる。
上記のような、Code Block結合及びチャネルインタリーブの結果、送信信号内のCode Block0,1の分布は、図8に示すようになる。すなわち、全てのSC−FDMAシンボルにおいて、前半にCode Block1が、後半にCode Block2が配置され、送信されるようになる。
この時、伝送中に、図9に示すようなバースト誤りが生じた場合、すなわち、バースト誤り箇所がある特定箇所(この例では、シンボル#1内の前半部分のみ)に限って発生した場合、受信側におけるチャネルデインタリーブ処理を経ることにより、この誤り位置自体は分散してランダム誤りに変換されるが、一方のCode Blockのみに分散されることになる。この例の場合、Code Block1内だけに、誤りがランダムに分散され、誤りはCode Block2には全く分散されないことになる。
また、バースト誤りがある特定シンボルの後半部分のみに限って発生した場合も同様に、受信側のデインタリーブ後、その誤りはCode Block2内だけでランダムに分散され、Code Block1には全く分散されないことが分かる。
その結果、誤りがランダムに分散された方のCode Blockは、誤りが発生しなかった他方のCode Blockよりも、伝送特性が大きく劣化することになる。
ここで、3GPP LTEの仕様では、「Transport Block内の全Code Blockのうち、一つでもCRCチェックNGとなると、当該Transport Block内の全Code Blockは再送となる」と規定されているため、『バースト誤り発生時は、その誤りがTransport Block内の全Code Blockに一様に分散され、その結果、Code Block毎の誤り耐性に偏りが生じない(Code Block間で誤り耐性に差がない)こと』が望ましいと考えられる。
しかしながら、上述した通り、現在の3GPP LTEの仕様では、インタリーブ後も一つのCode Block成分が時間的にある程度連続して配置されるため、バースト誤りが受信側デインタリーブ後も全Code Blockに分散されず(特定Code Block内に誤りが集中し)、その結果、特定Code Blockの伝送特性が大幅に劣化し(誤りが発生していないCode Blockも含めて)、そのTransport Block全体を再送しなければならないという問題がある。
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、バースト誤り発生時にその誤りをTransport Block内の全Code Blockに一様に分散することができ、Code Block毎の誤り耐性に偏りを生じないようにすることができる無線送受信装置、通信システム及びそれらに用いるチャネルコーディング処理方法を提供することにある。
本発明による無線送受信装置は、バースト誤りをランダム誤りに変換するために、誤り訂正符号であるターボ符号と共に、チャネルインタリーバを用いる無線送受信装置であって、
トランスポートブロックが複数のコードブロックに分割される場合に、伝送中に生じたバースト誤りを全コードブロックに分散させるようにチャネルコーディングを行っている。
トランスポートブロックが複数のコードブロックに分割される場合に、伝送中に生じたバースト誤りを全コードブロックに分散させるようにチャネルコーディングを行っている。
本発明による通信システムは、上記の無線送受信装置を含むことを特徴とする。
本発明によるチャネルコーディング処理方法は、バースト誤りをランダム誤りに変換するために、誤り訂正符号であるターボ符号と共に、チャネルインタリーバを用いる無線送受信装置に用いるチャネルコーディング処理方法であって、
トランスポートブロックが複数のコードブロックに分割される場合に、伝送中に生じたバースト誤りを全コードブロックに分散させるようにチャネルコーディングを行うことを特徴とする。
トランスポートブロックが複数のコードブロックに分割される場合に、伝送中に生じたバースト誤りを全コードブロックに分散させるようにチャネルコーディングを行うことを特徴とする。
本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、バースト誤り発生時にその誤りをTransport Block内の全Code Blockに一様に分散することができ、Code Block毎の誤り耐性に偏りを生じないようにすることができるという効果が得られる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態による送信側の無線送受信装置のチャネルコーディング処理を示す図である。
移動体通信の規格である3GPP(3rd Generation Partnership Project)のRelease8(LTE:Long Term Evolution)の上り通信方式仕様においては、バースト誤りをランダム誤りに変換する目的で、チャネルインタリーバが誤り訂正符号であるターボ符号と共に用いられている。
図1は、この仕様に基づいて構成される送信側の無線送受信装置のチャネルコーディング処理を示している。ここでは、説明を簡単化するために、Code Block(コードブロック)数が2の場合を例に挙げている。
本実施の形態による送信側の無線送受信装置のチャネルコーディング処理は、Transport Block CRC(Cyclic Redundancy Check) Attachment(11)、Code Block Segmentation(12)、Code Block CRC Attachment(13)、Turbo Coding & Rate Matching(14)、Code Block Concatenation(15)、Data & Control Multiplexing(16)、Channel Interleaver(17)からなる。
但し、このチャネルコーディング処理は、Code Block Concatenation(15)の処理以外の処理は、上述した背景技術で説明した通りなので、その説明を省略する。以下、Code Block Concatenation(15)の処理について説明する。
上述した目的を達するために、本実施の形態では、Transport Block(トランスポートブロック)が複数のCode Blockに分割される場合に、伝送中に生じたバースト誤りを、全Code Blockに分散させるようなチャネルコーディング方式を提供している。そのようなチャネルコーディングの一手段として、次に説明するCode Block結合方法を考える。上述した背景技術で説明した方法との主な差分は、下記で説明する「Code Block結合方法」である。
図2は本発明の実施の形態におけるCode Block結合アルゴリズムを示す図であり、図3A及び図3Bは本発明の実施の形態のCode Block結合アルゴリズムへの適用例を示す図であり、図4は本発明を適用した場合のチャネルインタリーブ後の各Code Blockの分布を示す図である。これら図2〜図4を参照して本実施の形態の処理について具体的に説明する。この例では、
というパラメタを用いる。
次に、本実施の形態におけるCode Block結合アルゴリズムについて説明する。図2に、本実施の形態におけるCode Block結合アルゴリズムを示す。ここで、
はCode Block結合後の系列、Gはその系列長を表す。
図2、図3A及び図3Bにおいては、まず、Step1〜Step3の処理で、Code Block結合(複数のCode Blockの情報列を、一まとめにする処理)を行う。このCode Block結合の基本的なコンセプトとしては、各Code Blockのシンボル列がCmux (この例では、Cmux =12)毎に現れるように並べることであり、その処理がStep3の処理である。
つまり、図3BのStep3の処理のように、はじめの12シンボルにCode Block0が現れ、次の12シンボルにCode Block1が現れ、さらに次の12シンボルにCode Block2が現れ、・・・、というように各Code Blockのシンボル列をCmux 毎に並べている。
そこで、Step1の処理及びStep2の処理は、もし各Code Blockの大きさがCmux の倍数であれば必要ないが、Cmux の倍数でない場合、Step3の処理を実行しても、Cmux 未満のサイズの情報が余ってしまう。その余りを埋めるための処理がStep1の処理及びStep2の処理である。
つまり、本実施の形態では、Step1の処理及びStep2の処理において各Code BlockのサイズをCmux で割った余りだけ並べ、Step3の処理において各Code Blockのシンボル列がCmux 毎に現れるように並べている。
上記の図3A及び図3Bに示すCode Block結合方法で得られた系列は、Step3の処理によって、(3GPPチャネルインタリーバの列数)毎に、Code Blockが変化する性質を持つ。したがって、この系列を3GPP LTEのチャネルインタリーバに入力し、そのインタリーバ出力を時間軸で観測すると、全ての箇所において、1変調シンボル毎にその変調シンボルが属するCode Blockが変化するような分布となる。
また、その変化は、図3A及び図3Bに示すように、Code Block0,1,2,…,C−1,0,1,2,…,C−1,…の繰り返しパターンとなる。よって、本実施の形態による処理を用いると、伝送中においていかなるバースト誤りが発生しても、そのバースト誤りは受信側のチャネルデインタリーブ後、全Code Blockに対するランダム誤りに分散されることになる。
これによって、上記の発明が解決しようとする課題で述べた、「受信側デインタリーブ後、特定Code Blockに誤りが集中し、伝送特性が大幅に劣化する」という問題を解決することができる。
つまり、本実施の形態では、上記の発明が解決しようとする課題で述べた、『バースト誤り発生時、その誤りがTransport Block内の全Code Blockに一様に分散され、その結果、Code Block毎の誤り耐性に偏りが生じない(Code Block間で誤り耐性に差がない)こと』を達成することが可能となる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、2011年6月29日に出願された日本出願特願2011−143663を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
11 Transport Block CRC Attachment
12 Code Block Segmentation
13 Code Block CRC Attachment
14 Turbo Coding & Rate Matching
15 Code Block Concatenation
16 Data & Control Multiplexing
17 Channel Interleaver
12 Code Block Segmentation
13 Code Block CRC Attachment
14 Turbo Coding & Rate Matching
15 Code Block Concatenation
16 Data & Control Multiplexing
17 Channel Interleaver
Claims (3)
- バースト誤りをランダム誤りに変換するために、誤り訂正符号であるターボ符号と共に、チャネルインタリーバを用いる無線送受信装置であって、
トランスポートブロックが複数のコードブロックに分割される場合に、伝送中に生じたバースト誤りを全コードブロックに分散させるようにチャネルコーディングを行い、
コードブロックに対するターボ符号化とレートマッチとを行った後のビット系列に対して変調多値数ビット毎にまとめる処理を行い、
前記変調多値数ビット毎にまとめる処理において、前記各コードブロックのサイズを前記チャネルインタリーバの列数で割った余りだけシンボル列を並べた後、前記各コードブロックのシンボル列が前記チャネルインタリーバの列数毎に現れるように並べることを特徴とする無線送受信装置。 - 上記の請求項1に記載の無線送受信装置を含むことを特徴とする通信システム。
- バースト誤りをランダム誤りに変換するために、誤り訂正符号であるターボ符号と共に、チャネルインタリーバを用いる無線送受信装置に用いるチャネルコーディング処理方法であって、
トランスポートブロックが複数のコードブロックに分割される場合に、伝送中に生じたバースト誤りを全コードブロックに分散させるようにチャネルコーディングを行い、
前記無線送受信装置が、コードブロックに対するターボ符号化とレートマッチとを行った後のビット系列に対して変調多値数ビット毎にまとめる処理を行い、
前記無線送受信装置が、前記変調多値数ビット毎にまとめる処理において、前記各コードブロックのサイズを前記チャネルインタリーバの列数で割った余りだけシンボル列を並べた後、前記各コードブロックのシンボル列が前記チャネルインタリーバの列数毎に現れるように並べることを特徴とするチャネルコーディング処理方法。
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