JP5836378B2 - 通信ネットワークにおける中継のための方法およびデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、通信ネットワークにおける中継のための方法およびデバイスに関する。
一般に、本発明は、デジタル通信の分野に関する。
本発明は、より詳細には、ネットワーク符号化の問題に関し、ネットワークは、その問題の一部を形成する中継器を有する。本発明は、(多元接続中継チャネル(MARC:multiple-access relay channel)モデルを使用する)複数の送信元、1つの中継器、および1つの宛先からなるマルチユーザネットワークに適用される。このタイプのネットワークトポロジでは、送信元は、その符号化された情報シーケンスを中継器Rおよび宛先Dに宛ててブロードキャストする。中継器は、送信元から受信された信号を復号し、それらの信号を(統合して)再コード化するとともに、空間的に分散したネットワーク符号を作成するのに適したそれ独自の冗長性を追加しなければならない。宛先では、送信元から受信された符号化されたシーケンスおよび中継器によって送られた符号化されたシーケンスを備える、空間的に分散した符号化されたシーケンスの復号化は、統合チャネル/ネットワーク復号化アルゴリズムに依存する。生じる問題のうちの1つは、送信元ノードから中継器ノードRへの接続により、必ずしも受信された信号をノードRでエラーなしに復号することができるというわけではないということである。最終宛先は、通過した無線リンクの品質を含む、受信された信号の信頼性を回復することができなければならない。さらに、完全なダイバーシチを達成するために、リンクの中断の場合にすべてのメッセージを回復することができることが必要である。本発明は、いわゆる半二重(HD)中継器および全二重(FD)中継器に適用され、(干渉のない)直交リンクおよび非直交リンクにも適用される。
ワイヤレスネットワークのノード間の協働の概念は、ここ数年にわたって、ますます成功を収めている。この概念の特定の実際的な実施形態により、ワイヤレス通信システムに対するスペクトル効率と送信の信頼性の両方を高めることができることが示されている。
ネットワーク符号化は、ネットワークのノードがそれらのノード独自のリソース(電力、帯域幅など)だけでなく、それらのノードの計算容量も共有し、それによって、情報がノードを介して伝播するたびにますます強力になる一種の分散された符号化を作成する、高度な形式の協働である。この符号化は、ダイバーシチおよび符号化の点で、かなりの利得をもたらす。
S→Rチャネルを知らない送信元とのレイリーフェージングを有する中継チャネルの現実的な状況では、中継器が送信元からのメッセージを不完全に復号するというゼロではない可能性が存在する。このことは、宛先に伝播されるエラーをもたらす可能性がある。
IEICE Transactions on Communication、Vol. E92-B、No. 11、2009年11月に発表されたS. Tang、J. Cheng、C. Sun、R. Miura、S. Obanaによる従来技術の学術文献「Joint channel and network decoding for XOR-based relay in multi-access channel」では、完全なダイバーシチを達成することができ、中継のための「統合選択(joint selective)」機能を適用することによって送信元から中継器へのリンクの非信頼性を考慮する、2送信元MARCネットワークのための統合チャネル/ネットワーク符号が開示されている。これを行うには、中継器は、送信元から受信された両方のメッセージがエラーなしで復号された場合、受信されたメッセージのネットワーク符号化されたバージョンを送信する。この従来技術の学術文献に記載された技法は、少なくとも以下の2つの欠点を含む。
・ 中継機能は、「統合選択」手法に依存する。すなわち、2つの送信元メッセージのうちの1つが中継器で誤りがあるものとして検出された場合、中継器は何も送信しない。
・ 「符号設計(code design)」は、送信元および中継器が同じ符号化方式を使用する状況に限定される。
ISWCS 2007、4th International Symposium on Wireless Communication Systems、2007、IEEE、Piscataway、NJ、USA、2007年10月1日(2007-10-01) pp. 732-736、XP031166866に発表されたDereje H. Woldegebrealらによる学術文献「Multiple-access relay channel with network coding and non-ideal source-relay channels」は、送信元および中継器から来る信号のチャネル復号化が宛先でのXOR復号化とは別に実行されるという仮定に依存するMARCシステムについて理論的に記載している。
「適応(adaptive)」モードでは、中継器が送信元から受信したメッセージの両方が正確に復号されている場合にのみ、中継器はネットワーク符号化を送信する。これが起こらない(エラーが検出された)場合、中継器は、エラーなしで復号されたメッセージがあれば、そのメッセージを送信するか、そうでなければ、中継器は沈黙したままである。エラー検出は巡回冗長検査(CRC)に基づいてもよく、次いで、中継器は、復号化の結果を示すために「余分なビット(extra-bits)」の送信を追加してもよい。この文献は、基本的には、MARCシステムの理論上の性能限界を算出することに関係しており、MARCシステムを実施する方法について記載していない。
本発明は、この状況を改善することを目指す。
このために、本発明は、複数の送信元、1つの中継器、および1つの宛先を有する通信ネットワークにおける選択中継の方法であって、
・ 中継器が、メッセージの推定を得るために、送信元によってそれぞれ送信されたメッセージを受信するステップと、
・ 中継器が、推定されたメッセージ内のエラーを検出するステップと、
・ 中継器が、代表信号を宛先に送信するステップであって、信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備えるメッセージに適用された全単射でない(non-bijective)全射(surjective function)に由来する、ステップと、
・ 代表信号が、代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示す、すなわち、前記信号に関与する制御信号とともに、中継器によって宛先に送信されるステップと
を含む方法を提供する。
送信元および宛先での中継信号の統合チャネル復号化を実行するために、エラーなしで検出されたメッセージをインターリーブすることが必要である。
したがって、本発明の方法により、送信元から中継器へのリンクがあまり信頼のおけるものではないとき、中継器から宛先へのエラーの伝播を制限することができる。
2つの送信元の特定のケースでは、代表信号は、エラーなしで検出されたそれぞれのメッセージについて、メッセージが送信元のうちの一方のみから来ていること、またはエラーがない2つのメッセージが両方の送信元から来ていることを示す。その結果として、両方の送信元からのメッセージがエラーを有するものとして検出された場合、中継器はいかなる信号も全く送信しない。他の状況では、中継器は、2つの送信元のうちの1つから来ているメッセージを代表している(他方のメッセージがエラーとともに検出されたとき)か、またはそれぞれが送信元のうちの一方から来ている両方のメッセージを代表している(両方のメッセージがエラーなしで検出されたとき)メッセージを送信する。3つ以上の送信元があるとき、上記の原理が同じように適用され、2つの送信元はn個の送信元と置き換えられ、nは送信元の数であり、送信された信号は最大でもn個のメッセージを代表すること、ただし十分同様に、送信された信号はそれらのメッセージのうちの1つのみを代表することができることが理解される。
一実施態様では、少なくとも2つのメッセージがエラーなしで検出された場合、代表信号は、エラーなしで検出されたメッセージの数に依存し、エラーが検出されなかったこれらのメッセージに適用されるネットワークおよびチャネル符号化関数に由来する。このような符号化があると、中継器によって送信された信号により、宛先は送信元によって送信されたメッセージを検出することができず、宛先は、中継器によって送られた代表信号および宛先によって受信され、送信元から直接来た信号を同時に利用する統合検出を実施しなければならない。中継器によって誤って検出されたメッセージが代表信号の内容に関与しないとすると、このことにより、有利には、エラーなしで中継器によって受信された少なくとも1つの信号のみを代表する信号を提供することによって、統合検出方法を改善することができる。
エラーなしで中継器によって受信されたメッセージがないとき、中継器はいかなる代表信号も送信しない。
一実施態様では、エラー検出ステップは、CRCタイプの符号によって実行される。これにより、エラー検出を最適化することができる。
特定の一実施態様では、ネットワークおよびチャネル符号化関数は、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみのモジュロ2(排他的論理和(XOR:exclusive OR))加算のステップを含む。これにより、その他すべてのメッセージが知られている場合、1つのメッセージを回復することができる。モジュロ2和およびその他のメッセージを知っていれば、1つのメッセージを回復することができる。この文脈では、このようにして回復されたメッセージが発信された送信元を判定するために、制御信号を使用することができる。
一実施態様では、メッセージのモジュロ2(排他的論理和)加算は、メッセージのそれぞれのCRC符号と一緒に実行される。このことにより、中継器から来る受信された信号および宛先で受信され、送信元から直接来た信号の復号化/検出から来る先験的情報から復号されたメッセージ内のエラーの存在を宛先でテストすることができる。このことは、宛先での受信の簡略化をもたらす。
一実施形態では、チャネル符号化は、中継器によって、エラーが検出されなかったメッセージに適用される。モジュロ2(排他的論理和)和により、システムに完全なダイバーシチを提供することができる(すなわち、単一のリンクが中断された場合、すべてのメッセージを回復することができる-モジュロ2和およびその他のメッセージを知っていれば、1つのメッセージを回復することができる)が、このチャネル符号化により、中継器でのXORに由来する信号に対する符号化によって導入された追加の冗長性を犠牲にして、送信元毎のバイナリエラーレート(または宛先でのそれぞれの送信元のメッセージ毎のエラーレート)のより良い性能を達成することができる。この実施態様における、送信元からのデータが中継器で結合される方法により、宛先で完全なダイバーシチを得るとともに、宛先へのエラーの伝播を最小限に抑えることができる。
また、本発明は、複数の送信元、および1つの宛先を有する通信ネットワークのための選択中継デバイスを提供し、この中継器は、
メッセージの推定を得るために、送信元によってそれぞれ送信されたメッセージを受信するための手段と、
推定されたメッセージ内のエラーを検出するための手段と、
代表信号を宛先に送るための手段であって、信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備えるメッセージに適用された全単射でない全射に由来する、手段と、
代表信号が、代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示す制御信号とともに、前記中継デバイスによって宛先に送信されるための手段と
を備えることを特徴とする。
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、選択中継方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムを提供する。
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、選択中継方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムのための記録媒体を提供する。
また、本発明は、メッセージを受信する方法を提供し、このメッセージ受信方法は、本発明の中継方法を実施するための複数の送信元および1つの中継器を有するMARCシステムの宛先において実施され、このメッセージ受信方法は、
代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示す、中継器によって送信された制御信号による制御を伴う、送信元から来る受信されたメッセージおよび中継器から来る、送信元から来てエラーなしで中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号に統合して適用される反復検出/復号化ステップ
を含むことを特徴とする。
一実施態様では、代表信号は、前記制御信号によって、前記送信された代表信号において代表されるものとして示されるメッセージのモジュロ2和から来る。
上記に述べたように、この和により、すべてのその他のメッセージが知られていれば、1つのメッセージを回復することができる。モジュロ2和およびその他のメッセージを知っていれば、1つのメッセージを回復することができ、したがって、中断されたただ1つのリンクの存在下ですべてのメッセージを回復することができる。
一実施態様では、検出/復号化ステップは反復性である。反復方法は、宛先で統合検出を実際に実行するとともに、送信元から送信され、受信された信号を中継器から送信され、受信された代表信号と一緒に利用するうえで(性能および複雑性の点で)最も効果的である。
また、本発明は、複数の送信元および1つの中継器を有する通信ネットワークのためのメッセージ受信デバイスを提供し、このデバイスは、
代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示す、中継器によって送信された制御信号による制御とともに、送信元から来る受信されたメッセージおよび中継器から来る、エラーなしで中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号を反復して統合検出/復号するための手段
を含むことを特徴とする。
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、受信方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムを提供する。
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、受信方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムのための記録媒体を提供する。
中継方法の文脈において上記に記載された任意選択の特徴は、上記に述べた中継デバイス、プログラム、および記録媒体に適用され得る。
また、本発明は、上記に特定された少なくとも1つの中継デバイスと、少なくとも1つの受信デバイスとを含む通信システムを提供する。
添付の図を参照しながら、単に本発明の一実施態様を説明する目的で与えられた以下の説明を用いれば、本発明をより良く理解することができる。
本発明の方法の一実施態様を示す図である。 MARCタイプのチャネルを示す図である。 リンクを有するマルチユーザMARCネットワークにおける協働のための方式を示す図である。 誤りでないメッセージが選択された一般的なケースにおける中継器の処理を示す図である。 XORおよび空間時間符号化/変調に特化した中継器の処理を示す図である。 XORおよびST-BICMに特化した中継器の処理を示す図である。 XORおよびST-BICMのケースでの中継器の処理の同等のモデルを示す図である。 XORおよびBICMのケースでの中継器の処理の同等のモデルを示す図である。 中継器での検出/復号化方式を示す図である。 復調器の詳細な方式の図である。 復号器の詳細な方式の図である。 宛先での統合検出/復号化方式の図である。 宛先での統合検出/復号化方式の図である。 宛先での統合検出/復号化方式の図である。
以下に、MARCネットワークに関する次の仮定を行う。
・ 送信元、中継器、および宛先は完全に同期している。
・ 送信元は独立している(送信元の間には相関関係がない)。
図1は、一実施態様における本発明の方法を示す。この方法は、中継器Rがそれぞれの送信元にそれぞれ関連付けられたメッセージu1、u2、...、uNを受信する(図1においてRECと書かれた)受信ステップと、中継器Rがメッセージ内のエラーを検出する(図1においてDETと書かれた)検出ステップと、中継器(R)が信号を宛先(D)に送信し、その信号はエラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表する(図1においてTRANSと書かれた)送信ステップとを備える。代表信号は、どのメッセージが代表信号において代表されるかを示す制御信号と一緒に、中継器Rによって宛先Dに送信される。
図2は、N個のノードS1、S2、...、SNと中継チャネルRを用いる宛先Dとの間の通信の抽象モデルである。本発明の通信システムは、少なくとも中継器Rと、宛先Dとを備える。例示として、以下の説明では、いわゆる「半二重」中継器(すなわち、中継器は受信および送信を同時に行うことができない)および時間において直交するリンクを有するMARCネットワークを考慮する。したがって、N+1個の送信段階は区別される。送信元S1、...、SNは、N個の第1の送信段階の間に、そのデータを中継器および宛先にブロードキャストする。中継器は沈黙し、次の段階の間に送られるべき信号を推論するために統合復号化/再コード化を実行する。チャネル符号は送信元によって使用され、ネットワーク符号は、N個の送信元から検出されたメッセージをインテリジェントに結合するために、中継器で使用される。以下では、このモデルのための新規の統合チャネル/ネットワーク符号化/復号化方法が提案される。
例として、それぞれの送信元は、通信ネットワークにおけるモバイル端末である。例として、中継器は「軽量(lightweight)」基地局または端末であってもよく、宛先は、たとえば、基地局であってもよい。
一変形形態では、それぞれの送信元は、たとえば、基地局であってもよい。中継器は、たとえば、「軽量」基地局または端末であってもよく、宛先は、たとえば、端末であってもよい。
これらの様々な構成では、宛先は、宛先がすべての送信元からメッセージを受信するという意味で、コンセントレータノードであってもよく、受信されたすべてのメッセージを統合して復号するのに適したものとすることができる。
このシステムのモデルを図3に示す。
送信元S1、...、SNは、ブロックu1、...、uNにセグメント化されたデータを宛先に送信しようとする。1つの手段では、それぞれのメッセージブロックは、それ独自の巡回冗長検査(CRC)を含む。ブロック
は長さKであり、送信元は統計的に独立している(F2は2つの要素のガロア体である)と仮定される。それぞれの送信元SiはTi個のアンテナを有し、それぞれのメッセージベクトルuiを、濃度
の複素配置(complex constellation)χiに属する符号化され変調された信号
と関連付ける空間時間変調および符号化方式(space-time modulation and coding scheme)Θiを使用する。
xiは、以下において、送信元Siによって送信された符号語と呼ばれる。N個の送信元Siは、それぞれNi回のチャネル利用の間で、N個の直交送信段階において、その符号語
を送信すると仮定される。
Rx個の受信アンテナおよびTR個の送信アンテナを有する中継器は、N個の第1の段階の間に、シンボル
の乱されたバージョン(disturbed version)を受信する。
ここで、
は、相加性雑音(additive noise)ベクトルを示し、
は、N個の送信元と中継器との間のフェージング係数の行列を示し、Mは、チャネルメモリ(チャネルのメモリ効果は、伝播遅延または「遅延拡散(delay spread)」に関連付けられる)を示す。この遅延により、送信された信号が重畳され、このことがシンボル間の干渉を生じさせる。送信チャネルに対する制約はない。送信チャネルは「速い」または「遅い」フェージングを有してもよく、周波数選択性であってもよく、多入力多出力(MIMO)を有してもよい。
中継器は検出/復号化を実行して、それぞれの送信元
から推定されたビットベクトルを得る。その後、中継器は(たとえば、CRCを使用して)エラー検出を実行する(図4a)。図4aにおいてRECという参照符号が付けられた受信モジュールはY1R、Y2R、...、YNRを受信し、
を(図4aにおいてDETという参照符号が付けられた)エラー検出および選択モジュールに送信し、ここで、YiRは、送信元iから受信されたシンボルの乱されたバージョンの集合である。
以下において、エラー検出は完全であると仮定される。Jをエラーなしで検出されたメッセージの指数の集合J={j1,j2,L,j|J|}であるとする。中継器は一連の利用可能な関数{ΘR,i,i=1,...,N}を有する。エラーなしで検出されたメッセージの数に応じて、中継器は、以下のように、
の場合の信号
を集合
と関連付ける関数ΘR,|J|を適用し、
の場合の
は(中継器からの送信なし)である。
一般に、関数ΘR,|J|は全射であるが、エラーなしで検出されたメッセージ
では全単射ではなく、この関数は|J|>1のネットワークおよびチャネル符号化関数と呼ばれる。その結果として、宛先で、送信元からのメッセージ
を中継器のみによって送信された信号から検出することができず、メッセージ
に対応する送信元
によって送信された信号および中継器によって送信された信号の両方に基づいて、宛先(D)で統合検出方法を受けなければならない。
一実施態様では、2つの送信元および中継器における1つのみの送信アンテナを有する構成において、関数ΘR,1は、たとえば、インターリーバ、レート1/2(1つの入力を受け入れる)の再帰的系統的畳み込み符号(systematic recursive convolution code)、K個のパリティビットの選択、チャネルインターリーバ、および変調を連結した結果である。
関数ΘR,2は、エラーなしで検出された2つのメッセージでの同一のインターリーバ、インターリーブされたメッセージである2つの入力を受け入れるレート2/3の再帰的系統的畳み込み符号、K個のパリティビットの選択、チャネルインターリーバ、および変調を連結した結果である。
一実施態様では、関数ΘR,iは、2つのステップからなる。
・ 第1のステップでは、中継器は、排他的論理和(XOR)演算を使用してエラーなしで検出されたすべてのメッセージを追加して、K個のビットメッセージ
を得る(メッセージの排他的論理和加算はビット毎に実行される)。したがって、適用される関数は、エラーなしのメッセージの数に応じて異なる。
・第2のステップでは、チャネルのNR回の使用時および送信段階N+1個の間に中継器によって宛先に送られるべき信号
を得るために、中継器は関数ΘRをメッセージuRに適用する(図4b)。関数ΘRは、それぞれのベクトルuRを、濃度
の複素配置XRに属する符号化され変調されたシンボル
と関連付ける空間時間変調および符号化方式である。
空の集合でないとき、集合Jは中継器によって宛先に信号で送られる。したがって、ネットワークおよびチャネル符号化に関与したメッセージを特定する制御信号(ここでは、メッセージと一緒に送信された「インバンド」信号)は、中継器によって宛先に送られる。
最後に、宛先は、N+1個の送信段階の間にN個の送信元および中継器から来る送られた信号を観測する。宛先はメッセージu1、...、uNを回復しようと試みる。
図4cは、XORネットワーク符号化および空間時間ビットインターリーブ符号化変調(ST-BICM:space-time bit interleaved coded modulation)チャネル符号化に特化した中継器での処理方式を示す。提案される方式をいわゆる「選択性XOR(selective XOR)」プロトコルであるとみなすことができる。
中継器は、N個の送信元からのデータを硬的に(in hard manner)復号する。中継器は、エラーの伝播を回避するために、誤りがあるブロックを拒否し、すべての誤りがないブロックをXORと結合する、すなわち、
であり、ここで、Jは、濃度|J|(すなわち、集合Jにおける要素の数は|J|に等しい)のCRC検証J={j1,j2,L,j│J│}の結果、エラーなしで(またはエラーがないと少なくとも仮定された)復号されたメッセージの指数の集合であり、○の中に＋を入れた記号は、2つのメッセージのビット単位のモジュロ2加算を表す。同様に、XOR演算を次のような行列形式で書くことができ、
ここで、Ijは、次元K×Kの単位行列である。
その結果として、エラーなしで復号されたメッセージでのXOR演算は、次元K|J|のベクトルにおけるメッセージの連結に由来する
に対する線形関数である。
さらに、その特定の性質は、それぞれのメッセージが、uRをもたらすために、メッセージの残りの部分とのモジュロ2加算に由来し、したがって、すべてのその他のメッセージが知られている場合、uRから見出され得るということである。上記に記載されるように、合計されたメッセージは、中継器からのインバンド信号化によって（制御信号の送信によって）宛先に示される。
uRに関与するメッセージujは、好ましくはそれぞれのCRCを含む、すなわち、XOR関数は、メッセージのCRCと一緒にメッセージに適用される。
結合されたビットは、インターリーバπによってインターリーブされ、バイナリおよび線形符号化関数
、バイナリインターリーバπR、およびシンボルビット符号化関数(変調)
に基づく中継器の符号化および変調方式を使用して処理され、ここで、χRは、濃度
の得られたシンボルの配置であり、qRは、自然数である。
Πをπに対応する次元K×Kのインターリーブ化行列、GCを次元nR×K(およびレート
)の符号Cを生成する行列とし、cR,k、k=1,...,nRを符号器Cからの出力での符号ビットとする。これにより、
が与えられ、すべての演算はF2で実行される。
次いで、生成されたシンボル
は、チャネルのNR回の利用の間、宛先に送られる。xRによりuRに戻ることができ、したがって、xRは事実上、符号語であることが認められるはずである。
当然のことながら、行列ΠおよびIjは交換可能であるので、XORおよびインターリーバπの順序を変更すると、図4cおよび図4dに示す、
によって表される同等のモデルが得られる。
以下では、CRを使用して、符号器Cが続くXORによって構成される中継器と同等の符号器を記述し、
を使用して、同等の符号器CRを生成する行列を記述する。この行列は、慣例的にソフトインソフトアウト(SISO:Soft-In-Soft-Out)復号化を受け入れるインターリーブされ連結されたメッセージ
での線形符号を表す。
以下では、2つの送信元(N=2)を有するMARCネットワークを考慮し、送信元、中継器、および宛先はそれぞれ、送信および/または受信用のそれぞれの単一のアンテナと合致している、すなわち、T1=T2=TR=Rx=1であると仮定される。さらに、2つの送信元および中継器での変調符号化方式は、ビットインターリーブ符号化変調(BICM:bit interleaved coded modulation)に基づく。BICMは、バイナリ符号器、バイナリインターリーバ、および変調器を任意の順序で一続きに連結したものである。
以下において考慮される中継器の処理を図4eに示す。
N=2とすると、制御メッセージまたは信号は、4つの考えられる値のなかから1つの値を宛先に与える。
・ 値0:送信元1からのメッセージのみがエラーなしで検出された。
・ 値1:送信元2からのメッセージのみがエラーなしで検出された。
・ 値2:両方の送信元からの両方のメッセージがエラーなしで検出された。
・ 値3:両方のメッセージがエラーとともに検出された。
この特定のケースでは、制御メッセージは、2つのビットを送信することを必要とする。
一般的なケースでは、2N個の値が考えられ、したがって、N個のビットを送信することを必要とする。すべてのメッセージがエラーなしで検出されたとき、制御メッセージは必ずしも送信される必要はないことが認められるはずである。宛先は、受信された信号電力を解析することのみによって中継器が送信するかどうかを判定することができる。
2つの送信元に対応する符号化方式は、任意のメッセージベクトル
および
に、符号ビット
および
を
の適用において関連付ける(n1およびn2:符号化されたビットの長さ)。符号ビットは、π1およびπ2によってインターリーブされて、
および
をもたらし、(2つの送信元の変調方式を使用して)複素配置に属するシンボル(符号語)
および
に変調される。使用されるラベリングは、
および
であり、ここで、S1およびS2のそれぞれの変調されたシンボルは、濃度
および
の複素集合χ1およびχ2にそれぞれ属すると仮定される。したがって、
は、xi,k(i∈{1,2}の場合、k=1,...,N、l=1,...,qi)のバイナリラベリングのl番目のビットを示す。
中継器では、(上記に定義された)符号化CRは、エラーなしで検出され、πによってインターリーブされたメッセージの連結に対応するベクトル
に適用される。生成される符号ビットベクトルは、ベクトル
によって上記に述べたように記述される。次いで、ベクトルcRは、インターリーバπRによってインターリーブされて、符号化されインターリーブされたビット
、およびシンボル符号化に対するビット
をもたらし、ここで、χRは、濃度
によって得られたシンボルの配置を示す。中継器によって送られた信号(符号語)は、
と記述される。
上記に述べたように、すべての信号の送信の前にビットレベルでの擬似乱数であるインターリーバ、およびそれぞれの受信機に対応するデインターリーバがある。これらのインターリーバは、連続する送信されたビット間の相関関係を崩すために使用され、それにより、統合検出/復号化を反復して実行することができる。
以下において詳細に説明されるように、これらのインターリーバおよび検出/復号化モデルは、中継器および宛先で使用されると仮定される。
表記を簡略化するために、以下において、システムは準静的であるレイリーフェージングを伴う1つの送信アンテナおよび1つの受信アンテナを有すること、また、受信機は雑音分散(noise variance)およびフェージング係数を完全に知っていることを理解されたい。
中継器に適用される検出/復号化方式を図5に示す。
中継器は、2つの送信元からの信号を観測する。
yiR,k=hiRxi,k+niR,k k=1,...,Ni、i∈{1,2} (1)
ここで、niR,kは、分散(distribution)
を伴う相加性雑音を示し、hiRは、送信元iと中継器との間のフェージング係数を示す。
それぞれの送信元から情報を抽出するために、2つの送信元に対応する復号器とともに動作する復調器が使用され、これは、利用可能な情報を最大限に利用するために、反復して行われる。
それぞれの反復では、復号器は符号化されたビット{L(ci)}についての内因性対数尤度比(LLR)を受け入れ、符号化されたビットciについての外因性対数尤度比{E(ci)}を送付する。再インターリーブ化の後、復調器の入力についての先験的対数尤度比となるように、外因性対数尤度比E(Vi)が取られる。
メッセージが完全に復号されたとき、または一定の数の反復に達した後、反復が停止される。
図6は、復調器の詳細な方式を示す。Πi -1は、Siの送信で使用されたチャネルに対応するチャネルのデインターリーバを示す。
対応するインターリーバを有する復号器の詳細な方式を図7に示す。
最大事後確率(MAP:maximum a posteriori)基準を使用して、チャネルyiRの雑音性観測値(noisy observation)およびそれぞれのビットの先験的情報を利用することによって、それぞれの送信元の符号ビットからソフト情報を算出する単一ユーザ検出器の詳細の説明が続く。
それぞれの送信元からのシンボルのl番目のビットについてのLLR
は、以下の式を使用して算出される。
(表記を簡略化するために、時間指数を省略する。)
ここで、
ここで、{E(vi,l)}は、復号器によって供給されたそれぞれのシンボルのビットについての先験的対数尤度比である。
MAP検出器からの出力での外因性対数尤度比は、
L(vi,l)=Λ(vi,l)-E(vi,l) (4)
に基づいて(デインターリーブ化の後に)算出される。
宛先が(両方の送信元および中継器から)3つの信号すべてを受信したとき、宛先は送信元からのメッセージの統合検出/復号化を開始する。宛先で受信された信号のベクトルは次のように記述される。
yiD,k=hiD,kxi,k+niD,k k=1,...,Ni、i∈{1,2}
yRD,k=hRD,kxR,k+nRD,k k=1,...,NR
統合復号化は、中継器から受信された制御信号(「サイド情報」としても知られる)にも依存する。
・ 制御信号が値0を与えた場合、uR=u1であり、すなわち、中継器によって送られた信号は、送信元1からのメッセージでの符号化Cに対応する。
・ 制御信号が値1を与えた場合、uR=u2であり、すなわち、中継器によって送られた信号は、送信元2からのメッセージでの符号化Cに対応する。
・ 制御信号が値2を与えた場合、
であり、すなわち、中継器によって送られた信号は、XOR演算の結果、したがって、両方の送信元からのメッセージに適用される符号化CRに対応する。
・ 制御信号が値3を与えた場合(または制御信号が送信されなかった場合)、中継器は何も送信しない。
それぞれのケースについて、検出および復号化方式を以下に詳細に記載する。
この例では、宛先で反復統合復号化を実行することができる、特定の符号化/復号化方式が提案される。両方の送信元が系統的符号を使用すると仮定される。復号化方式は図8、図9、および図10に示されており、異なるケースについては、XORに含まれるメッセージに依存する。
中継器が送信するケースについては、図8および9で分かるように、それぞれの送信元からの情報のブロックの復号化に関与する3つの段階の送信に対応する3つの復調器がある。
それぞれの反復では、3つの復調器は、符号ビットについてのLLRを生成する。復調器の動作を以下に記載する。
SISO復号器は、符号ビットL(c1)、L(c2)、L(cR)のこれらの内因性対数尤度比を受け入れ、これらの符号ビットについての外因性対数尤度比E(c1)、E(c2)、E(cR)を送付する。再インターリーブ化の後、これらの値は先験的情報として復調器に導入される。復号器SISO1、SISO2、およびSISORは、符号c1、c2、およびcRにそれぞれ基づき、SISORは、XORに含まれる送信元からのメッセージに対応するLLRのみを受け入れ、生成する。
復号化、反復、および順序の詳細は、どのメッセージがXORに含まれるかを特定する制御信号、および宛先でのCRCチェックに依存する。以下の3つのケースを区別することができる。
(値2を有する制御信号に対応する)第1のケースでは、図8に示すように、中継器は、2つのメッセージのXORを送る。
は、系統的ビットのソフト情報であり、
は、2つの送信元(i=1,2)に対応するパリティビットのソフト情報であると仮定される。また、
および
は、復号器SISOj(j=1,2)によって生成された系統的ビットおよびパリティビットについての外因性情報を示し、
は、復号器SISORによって生成された2つの送信元からの系統的ビットについての外因性情報であると仮定される。
この文脈では、以下のプロセスが実施される。
1.復調器1、2、およびRは、再インターリーブ化の後、以下の
およびE(cR)を先験的情報としてとらえるように働き、(第1の反復での先験的情報ではなく)内因性対数尤度比を生成する。
2.SISO1およびSIS02は、同時に動作する。
・SISO1は、(前の反復で得られた)
を先験的情報としてとらえて
および
を使用し、
および
を算出する。
・ SISO2は、(前の反復で得られた)
を先験的情報としてとらえて
および
を使用し、
および
を算出する。
3.SISORは、
および
を先験的情報としてとらえて
およびL(cR)を使用し、
および
を算出する。
4.(新しい先験的値を考慮して)ステップ1に戻る。
両方のメッセージが適切に復号される(CRCの存在により、それぞれの復号器SISOは、エラーが復号されたメッセージ内に存在するかどうかを確認することができる)とすぐに、または一定の数の反復に達した後、上記のプロセスが停止する。2つのメッセージのうちの1つが所与の反復の間にエラーなしで復号された場合、そのメッセージに対応するソフト算出プロセスは、無限遠に設定されているそのLLRによって停止されることも認められるはずである。このことは、復号化を加速化し、簡略化することができる。
最後に、
に基づいて、硬判定が行われる。
(値0または1を有する制御信号に対応する)第2のケースでは、図9に示すように、中継器は、エラーなしで検出された2つのメッセージのうちの1つを送る。
中継器がuiに対応するシンボルを送ったとき、復号器SISORは、ソフト情報のみを復調器iおよび復号器SISOiと交換する。メッセージuj、j≠iは、上記に記載した中継器での復号化と同様に復号される。
(値3を有する制御信号、または前記信号の非送信に対応する)第3のケースでは、図10に示すように、中継器は何も送信しない。
このケースでは、宛先も送信元から直接メッセージを受信するので、宛先での復号化は上記に記載した中継器での復号化と同様である。宛先は中継器からインバンド制御メッセージを受信することなく、このケースを検出することができることが認められるはずである。
2つの送信元および中継器でグレーシンボル符号化を使用するとき、復調器と復号器SISOとの間の反復の数は、1に設定される(したがって、図5、図8、図9、および図10におけるすべての点線を省略することができる)。ただし、反復は、系統的なビットについての外因性情報を交換する復号器SISOの間で実行される。上記に記載したように、両方のメッセージが適切に復号されるとすぐに、または一定の数の反復に達した後、反復が停止する。
本発明は、例として上記に記載されている。本発明の他の変形形態は、それに関して発明の範囲を越えることなく、企図され得る。
R 中継器
D 宛先
S1、S2、...、SN 送信元
u1、u2、...、uN メッセージ
SISO1、SISO2、SISOR 復号器
1、2、R 復調器

Claims (11)

  1. 複数の送信元(S1、S2、...、SN)、1つの中継器(R)、および1つの受信デバイス(D)を有する通信ネットワークにおける選択中継方法であって、
    前記中継器(R)が、メッセージ(u1、u2、...、uN)の推定を得るために、前記送信元によってそれぞれ送信された前記メッセージを受信するステップと、
    前記メッセージを受信するステップの後で、前記中継器(R)が、前記推定されたメッセージ(u1、u2、...、uN)内のエラーを検出するステップと、
    前記エラーを検出するステップの後で、前記中継器(R)が、代表信号を前記受信デバイス(D)に送信するステップであって、前記代表信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備える前記メッセージに適用された全単射でない全射に由来する、ステップと、
    前記代表信号が、前記代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示す制御信号とともに、前記中継器(R)によって前記受信デバイス(D)に送信されるステップと
    を含み、
    前記代表信号は、
    エラーが検出されなかったメッセージの排他的論理和演算を行い、メッセージ
    ここで、Jは、エラーなしで復号されたメッセージの指数の集合であり、○の中に＋を入れた記号は、2つのメッセージのビット単位のモジュロ2加算を表す、
    を得るステップと、
    空間時間変調および符号化方式の関数Θ R をメッセージu R に適用して、信号
    を得るステップと
    を実行することによって生成される
    ことを特徴とする選択中継方法。
  2. 少なくとも2つのメッセージがエラーなしで検出された場合、前記代表信号が、エラーなしで検出されたメッセージの数に依存し、エラーが検出されなかったこれらのメッセージに適用されるネットワークおよびチャネル符号化関数に由来する、請求項1に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
  3. 前記エラー検出ステップが、CRCタイプの符号によって実行されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
  4. 前記通信ネットワークおよびチャネル符号化関数が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみのモジュロ2加算のステップを含む、請求項2または請求項3に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
  5. 前記メッセージの前記モジュロ2加算が、前記メッセージのそれぞれのCRC符号と一緒に実行される、請求項4に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
  6. 複数の送信元(S1、S2、...、SN)、および1つの受信デバイス(D)を有する通信ネットワークのための選択中継デバイス(R)であって、
    メッセージ(u1、u2、...、uN)の推定を得るために、前記送信元によってそれぞれ送信された前記メッセージを受信するための手段と、
    前記メッセージを受信した後で、前記推定されたメッセージ内のエラーを検出するための手段と、
    前記エラーを検出した後で、代表信号を前記受信デバイス(D)に送信するための手段であって、前記代表信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備える前記メッセージに適用された全単射でない全射に由来する、手段と、
    前記代表信号が、前記代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示す制御信号とともに、前記選択中継デバイス(R)によって前記受信デバイス(D)に送信されるための手段と
    を備え、
    前記代表信号は、
    エラーが検出されなかったメッセージの排他的論理和演算を行い、メッセージ
    ここで、Jは、エラーなしで復号されたメッセージの指数の集合であり、○の中に＋を入れた記号は、2つのメッセージのビット単位のモジュロ2加算を表す、
    を得るステップと、
    空間時間変調および符号化方式の関数Θ R をメッセージu R に適用して、信号
    を得るステップと
    を実行することによって生成される
    ことを特徴とする選択中継デバイス。
  7. メッセージを受信する方法であって、請求項1から5のいずれか一項に記載の中継方法を実施するための複数の送信元(S1、S2、...、SN)および1つの中継器(R)を有するMARCシステムの受信デバイス(D)において実施されるメッセージの受信方法において、
    代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示す、前記中継器(R)によって送信された制御信号の制御下において、前記送信元から直接来る受信されたメッセージおよび前記中継器から来る、前記送信元から来てエラーなしで前記中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号を統合して適用される検出/復号化ステップ
    を含むことを特徴とするメッセージの受信方法。
  8. 前記代表信号が、前記制御信号によって、前記送信された代表信号において代表されるものとして示される前記メッセージのモジュロ2和から来る、請求項7に記載の通信ネットワークのための受信方法。
  9. 複数の送信元(S1、S2、...、SN)および1つの中継器(R)を有する通信ネットワークのための受信デバイス(D)であって、
    代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示す、前記中継器(R)によって送信された制御信号の制御下で、前記送信元から直接来る受信されたメッセージおよび前記中継器から来る、エラーなしで前記中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号を反復して統合検出/復号するための統合検出/復号化手段
    を含み、
    前記代表信号は、
    エラーが検出されなかったメッセージの排他的論理和演算を行い、メッセージ
    ここで、Jは、エラーなしで復号されたメッセージの指数の集合であり、○の中に＋を入れた記号は、2つのメッセージのビット単位のモジュロ2加算を表す、
    を得るステップと、
    空間時間変調および符号化方式の関数Θ R をメッセージu R に適用して、信号
    を得るステップと
    を実行することによって生成される
    ことを特徴とする受信デバイス。
  10. 前記統合検出/復号化手段が、ソフト入力およびソフト出力を有する復号器を備える、請求項9に記載の受信デバイス(D)。
  11. 請求項6に記載の少なくとも1つの選択中継デバイス(R)と、請求項9に記載の少なくとも1つの受信デバイス(D)とを含む通信システム。
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