JP5911188B2 - 低密度パリティコードエンコーディング装置及びその方法並びにコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、複数の周波数帯域を用いる通信システムにおける低密度パリティコードエンコーディング技術に関し、特に、無線チャンネルの周波数選択性特性を適切に考慮することができるエンコーディング装置及びその方法に関する。

無線通信環境において、多様なマルチメディアサービスを高速及び高品質で送信するための研究が活発に進められている。チャンネルコーディング技術は、このような研究において注目されている技術である。

特に、低密度パリティコード（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ：ＬＤＰＣ）によるエンコーディング技法は、他のエンコーディング技法よりも低いビット誤り率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ：ＢＥＲ）を達成することができる。さらに、最近では、低い複雑度でＬＤＰＣエンコーディング及びデコーディングを実行することができる技術が開発されている。

さらに、最近の様々な通信システムは、システム容量（ｓｙｓｔｅｍ ｃａｐａｃｉｔｙ）を増大させるために複数の周波数帯域を用いて通信を行う。例えば、コグニティブ無線通信システムは、プライマリシステムに割り当てられた周波数帯域のうちの全部又は一部を認知し、認知された周波数帯域を用いて通信を行う。このとき、コグニティブ無線通信システムによって用いられる周波数帯域は、互いに隣接しない場合もあるし、周波数帯域の個数も２つ以上である場合もある。

また、通信システムに属する送信端と受信端との間には無線チャンネルが形成され、無線チャンネルの状態は周波数帯域に依存する。例えば、第１周波数帯域で無線チャンネルの状態が良好であったとしても、第２周波数帯域で無線チャンネルの状態が良好でない場合がある。このような無線チャンネルを周波数選択性チャンネル（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ぶ。

ここで、通信システムが２つの周波数帯域を用いると仮定する。このとき、無線チャンネルの状態が２つの周波数帯域にてほぼ同じであると見なされる場合（例えば、２つの周波数帯域が互いに隣接する場合）に、通信システムは、同じ方式でエンコーディングされたメッセージを２つの周波数帯域を用いて送／受信することができる。
しかしながら、無線チャンネルの状態が２つの周波数帯域にて同じであると見なされない場合（例えば、２つの周波数帯域が隣接しない場合）に、通信システムは、同じ方式でエンコーディングされたメッセージを２つの周波数帯域を用いて送／受信することが非効率的となり得る。

特に、コグニティブ無線通信システムは、使用周波数帯域をリアルタイムで変更するため、コグニティブ無線通信システムは、無線チャンネルの周波数選択的特性を考慮してエンコーディングされたメッセージを生成することが効率的となり得る。

従って、無線チャンネルの周波数選択的特性を考慮し、効率的にＬＤＰＣエンコーディング及びデコーディングを実行するための技術が必要になっているという問題がある。

そこで、本発明は上記従来の通信システムにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、複数の周波数帯域それぞれの状態に応じて適応的にパリティチェック行列を生成することで、無線チャンネルの周波数選択的特性を適切に考慮することのできる低密度パリティコードエンコーディング装置及びその方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、複数の周波数帯域それぞれの状態に応じてパリティチェック行列の変数ノード次数を決定することで、データ送信率を向上させることのできる低密度パリティコードエンコーディング装置及びその方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による低密度パリティコードエンコーディング装置は、低密度パリティコードエンコーディング装置であって、コグニティブ無線技術（ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いて少なくとも２つの周波数帯域を認知し、該認知された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行するスケジューラと、前記少なくとも２つの周波数帯域の状態情報を取得する情報取得部と、前記状態情報に基づいて、前記少なくとも２つの周波数帯域それぞれに対応するサブ行列を含んでなるパリティチェック行列を生成する行列生成部と、前記生成されたパリティチェック行列によって定義される低密度パリティコード（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ：ＬＤＰＣ）を用いてデータビット及びパリティビットを生成するエンコーダとを有し、前記少なくとも２つの周波数帯域は、互いに隣接しない、第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、前記行列生成部は、前記第１及び第２周波数帯域の状態情報に基づいて前記第１周波数帯域と第２周波数帯域との状態の差を判断し、前記判断に基づいて前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数を適応的に決定し、前記エンコーダは、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、前記データビットが前記第２周波数帯域よりも前記第１周波数帯域に多く配置され、前記パリティビットが前記第１周波数帯域よりも前記第２周波数帯域に多く配置されるように前記データビット及び前記パリティビットを生成し、前記スケジューラは、互いに独立的である前記少なくとも２つの周波数帯域を結合し、該結合された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行し、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態より良い場合、前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数は前記状態の差異の大きさに応じて変化し、前記第２周波数帯域に対応する変数ノード次数はあらかじめ設定された値に維持されることを特徴とする。

上記目的を達成するためになされた本発明による低密度パリティコードエンコーディング方法は、低密度パリティコードエンコーディング方法であって、コグニティブ無線技術を用いて少なくとも２つの周波数帯域を認知し、該認知された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行するステップと、前記少なくとも２つの周波数帯域の状態情報を取得するステップと、前記状態情報に基づいて、前記少なくとも２つの周波数帯域それぞれに対応するサブ行列を含んでなるパリティチェック行列を生成するステップと、前記生成されたパリティチェック行列によって定義される低密度パリティコードを用いてデータビット及びパリティビットを生成するステップとを有し、前記少なくとも２つの周波数帯域は、互いに隣接しない、第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、前記スケジューリングを実行するステップは、互いに独立的である前記少なくとも２つの周波数帯域を結合し、該結合された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行し、前記パリティチェック行列を生成するステップは、前記第１及び第２周波数帯域の状態情報に基づいて前記第１周波数帯域と前記第２周波数帯域との状態の差を判断し、前記判断に基づいて前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数を適応的に決定するステップを含み、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態より良い場合、前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数は前記状態の差異の大きさに応じて変化し、前記第２周波数帯域に対応する変数ノード次数はあらかじめ設定された値に維持され、データビット及びパリティビットを生成するステップは、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、前記データビットが前記第２周波数帯域よりも前記第１周波数帯域に多く配置され、前記パリティビットが前記第１周波数帯域よりも前記第２周波数帯域に多く配置されるように前記データビット及び前記パリティビットを生成するステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係る低密度パリティコードエンコーディング装置によれば、複数の周波数帯域それぞれの状態に応じて適応的にパリティチェック行列を生成することで、無線チャンネルの周波数選択的特性を適切に考慮することができるという効果があり、また、複数の周波数帯域それぞれの状態に応じてパリティチェック行列の変数ノード次数を決定することで、データ送信率を向上させることができるという効果がある。

プライマリシステム及びコグニティブ無線技術を用いるセカンダリシステムを示す図である。 周波数帯域の結合を概念的に示す図である。 パリティチェック行列の一例及びパリティチェック行列に対応するファクタグラフを示す図である。 本発明の一実施形態による周波数帯域に対応する変数ノード次数が互いに異なる場合のファクタグラフの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による第１周波数帯域（中心周波数ｆ_１）の状態と第２周波数帯域（中心周波数ｆ_２）の状態との差に応じて制御される変数ノード次数を示す表である。 本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置及び低密度パリティコードデコーディング装置を示すブロック図である。

次に、本発明に係る低密度パリティコードエンコーディング装置及びその方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

図１は、プライマリシステム及びコグニティブ無線技術を用いるセカンダリシステムを示す図である。
図１を参照すると、図１にはプライマリシステム１１０及びセカンダリシステム１２０が示され、セカンダリシステム１２０は、コグニティブ無線基地局１２１及びコグニティブ無線端末１２２を含む。

コグニティブ無線基地局１２１及びコグニティブ無線端末１２２は、プライマリシステム１１０に割り当てられた周波数帯域のうちの一部又は全部をコグニティブ無線技術を用いて使用可能な（ａｖａｉｌａｂｌｅ）周波数帯域ｆ_１、ｆ_２として認知することができる。さらに、コグニティブ無線基地局１２１及びコグニティブ無線端末１２２は、認知された使用可能な周波数資源を用いて互いに通信することができる。

ただし、プライマリシステム１１０は、使用可能な周波数帯域ｆ_１、ｆ_２に対してセカンダリシステム１２０よりも優先権限を有する。すなわち、セカンダリシステム１２０は、プライマリシステム１１０の通信を妨害しないという制限下で、使用可能な周波数帯域ｆ_１、ｆ_２を用いることができる。したがって、プライマリシステム１１０の信号がセンシングされた場合に、セカンダリシステム１２０は、使用可能な周波数帯域ｆ_１、ｆ_２を他の周波数帯域に変更しなければならない。

ここで、現在、セカンダリシステム１２０が周波数帯域ｆ_１、ｆ_２を使用していると仮定する。
このケースにおいては、使用周波数帯域ｆ_１、ｆ_２は互いに隣接しなく、使用周波数帯域ｆ_１、ｆ_２にてコグニティブ無線基地局１２１とコグニティブ無線端末１２２との間に形成された無線チャンネルの状態が互いに異なるものとする。なぜなら、一般的に、互いに隣接しない周波数帯域に対して、無線チャンネルの状態は同じであると見做されないためである。

もし、使用周波数帯域ｆ_１で無線チャンネルの状態が良好であり、使用周波数帯域ｆ_２で無線チャンネルの状態が良好でなければ、使用周波数帯域ｆ_２を用いて送信されたメッセージは、使用周波数帯域ｆ_１を用いて送信されたメッセージよりもさらに多くのエラーを有する場合がある。

詳細については後述するが、本発明によれば、使用周波数帯域ｆ_１を介して送信されたメッセージ及び使用周波数帯域ｆ_２を介して送信されたメッセージのエラーを訂正する過程において、使用周波数帯域ｆ_１を介して送信されたメッセージの影響を大きくし、使用周波数帯域ｆ_２を介して送信されたメッセージの影響を減少させることができる。

すなわち、使用周波数帯域ｆ_１の状態は良好であるため、使用周波数帯域ｆ_１を介して送信されたメッセージは確率的に少ないエラーを有する。本発明によれば、使用周波数帯域ｆ_１を介して送信されたメッセージにさらに大きい加重値を置くことで、使用周波数帯域ｆ_１を介して送信されたメッセージが使用周波数帯域ｆ_２を介して送信されたメッセージより大きい影響を与えることができ、これにより、使用周波数帯域ｆ_１を介して送信されたメッセージ及び使用周波数帯域ｆ_２を介して送信されたメッセージに対してより正確にエラー訂正を実行することができる。

図２は、周波数帯域の結合（ｂｏｎｄｉｎｇ）を概念的に示す図である。
通信システムは、互いに隣接しない少なくとも２つ以上の周波数帯域を用いることができる。例えば、コグニティブ無線通信システムでは、使用周波数帯域にプライマリシステムが存在するか否かに応じてリアルタイムで周波数帯域を変更するため、互いに隣接しない２つ以上の周波数帯域は、コグニティブ無線通信システムによって用いられる場合が多い。

互いに隣接しない２つ以上の周波数帯域が用いられる場合に、通信システムは、互いに隣接しない２つ以上の周波数帯域を結合して用いることができる。

図２を参照すれば、符号２１０は、通信システムによって用いられる２つの周波数帯域を示す。１つの周波数帯域の中心周波数はｆ_１であり、残りの１つの周波数帯域の中心周波数はｆ_２である。

符号２２０は、通信システムによって２つの周波数帯域が結合したものを示す。通信システムは、互いに隣接しない２つの周波数帯域を結合し、２つの周波数帯域をあたかも１つの周波数帯域であるかのように見做すことができる。

図３は、パリティチェック行列の一例及びパリティチェック行列に対応するファクタグラフを示す図である。

図３に関して説明する前に、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ：以下、低密度パリティコード）に関して簡単に説明する。
ブロックコードの１つである低密度パリティコードは、パリティチェック行列によって定義することができる。低密度パリティコードは、デコーディング複雑度を減らすために少ない個数の「１」を含むパリティチェック行列を用いる。低密度パリティコードにおいて、デコーディングは、軟判定（ｓｏｆｔ ｄｅｃｉｓｉｏｎ）デコーディングアルゴリズムである積和（ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ）アルゴリズム又は最小和（ｍｉｎ−ｓｕｍ）アルゴリズムなどを用いて実行することができる。

ここで、（ソース）データがｋビット（ｂｉｔｓ）であり、低密度パリティコードによってエンコーディングされたデータがｎビットであると仮定する。
このとき、ｎビットのエンコーディングされたデータは、ｋビットのデータと（ｎ−ｋ）ビットのパリティを含む。このとき、ｋビットのデータと（ｎ−ｋ）ビットのパリティは変数ノードに対応し、チェックビットがチェックノードに対応すると仮定する場合に、パリティチェック行列は、変数ノードとチェックノードとの連結関係に基づいて定義することができる。

低密度パリティコードエンコーダは、下記の数式１の制限（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）を有してエンコーディングされたデータを生成することができる。

（数１）
Ｈｘ＝０
ｘ＝Ｇｕ^Ｔ
（Ｈはｍ×ｎ次元のパリティチェック行列、ｍはチェックノードの個数、Ｘはｎビットのエンコーディングされたデータ（コードワード）、ｕはｋビットの（ソース）データ、Ｇはｎ×ｋ次元の生成マトリックス（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ））

パリティチェック行列の各列（ｃｏｌｕｍｎ）に含まれる１の個数は、変数ノード次数（ｖａｒｉａｂｌｅ ｎｏｄｅ ｄｅｇｒｅｅ）と呼ばれる。また、パリティチェック行列の各行（ｒｏｗ）に含まれる１の個数は、チェックノード次数と呼ばれる。
各列に対する変数ノード次数がすべて同じであり、各行に対するチェックノード次数がすべて同じである場合に、低密度パリティコードは均一（ｒｅｇｕｌａｒ）低密度パリティコードであり、各列に対する変数ノード次数が異なったり、各行に対するチェックノード次数が異なったりする場合に、低密度パリティコードは非均一低密度パリティコードである。

図３を参照すれば、パリティチェック行列Ｈは、変数ノードｖ_１、ｖ_２、…、ｖ_１０とチェックノードｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、…、ｃ_５との連結関係に基づいて定義される。変数ノードｖ_１、ｖ_２、…、ｖ_１０はエンコーディングされたデータに対応し、エンコーディングされたデータはデータビットとパリティビットとを含む。さらに、チェックノードは、チェックビットに対応する。パリティチェック行列Ｈの次元は、変数ノードの個数及びチェックノードの個数に応じて５×１０である。

変数ノード及びチェックノードの連結関係を示したファクタグラフ上において、ｖ_１はｃ_１及びｃ_３と連結しているため、パリティチェック行列Ｈの１列１行要素と１列３行要素は「１」であり、１列の残りの要素はすべて「０」と決定される。これと同様に、ｖ_２はｃ_１及びｃ_２と連結しているため、２列１行要素と２列２行要素は「１」であり、２列の残りの要素はすべて「０」であることが分かる。上述した方式により、パリティチェック行列のすべての要素は、「１」又は「０」のうちのいずれか１つで決定される。

また、変数ノード次数は、それぞれの変数ノードに連結された線の個数と同じであり、チェックノード次数は、それぞれのチェックノードに連結された線の個数と同じである。すなわち、図３のファクタグラフを参照すれば、変数ノードそれぞれには２つの線が連結されているため、変数ノード次数は「２」であることが分かる。さらに、チェックノード次数は「４」である。

デコーディングが実行される場合に、変数ノード及びチェックノードそれぞれは、連結された他のノードに自分のデコーディング結果を送信したり、他のノードのデコーディング結果を受信したりする。すなわち、１つのノードが他のノードから他のノードのデコーディング結果を受信する場合に、１つのノードは他のノードのデコーディング結果を用いてデコーディングを実行し、自分のデコーディング結果を自分と連結した他のノードに送信する。上述したような過程を繰り返すことで、最終的にデコーディングが仕上がる。

もし、図３に示したように、変数ノードそれぞれに連結された線の個数が同じであれば、変数ノードそれぞれは、全体的なデコーディング過程にほぼ同じ影響力を行使する。

しかしながら、変数ノードそれぞれに対応するエンコーディングされたデータは、互いに異なる周波数帯域を介して送信される。例えば、周波数帯域の個数が２つである場合に、エンコーディングされたデータのうちの一部（第１エンコーディングされたデータ）は、無線チャンネルの状態が良好である周波数帯域を介して送信され、エンコーディングされたデータのうちの残り（第２エンコーディングされたデータ）は、無線チャンネルの状態が良好でない周波数帯域を介して送信される。

このようなケースにおいて、変数ノードそれぞれがデコーディング過程にほぼ同じ影響力を行使することは非効率的である。

しかしながら、本発明によれば、無線チャンネルの状態が第１エンコーディングされたデータに対応する第１変数ノードがデコーディング過程に大きい影響力を行使し、第２エンコーディングされたデータに対応する第２変数ノードがデコーディング過程により小さい影響力を行使できるようにパリティチェック行列を生成する。
すなわち、本発明によれば、第１変数ノードの変数ノード次数及び第２変数ノードの変数ノード次数を周波数帯域に対する無線チャンネルの状態に応じて決定することで、エンコーディングされたデータのエラーをより効率的に訂正することができる。

図４は、本発明の一実施形態による周波数帯域に対応する変数ノード次数が互いに異なる場合のファクターグラフの一例を示す図である。

図４に関して通信システムが２つの周波数帯域を用いる場合について説明するが、本発明は、これに限定されず、通信システムが２つ以上の周波数帯域を用いる場合にも適用が可能である。
変数ノード（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３、ｖ_４、ｖ_５、ｖ_６）は、任意にランダム置換（ｒａｎｄｏｍ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）されることによってチェックノード（Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３）と連結する。さらに、変数ノード（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３、ｖ_４、ｖ_５、ｖ_６）及びチェックノード（Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３）それぞれは、連結された他のノードに自分のデコーディング結果を送信することができ、連結された他のノードのデコーディング結果を参照してデコーディングを実行する。

図４を参照すれば、通信システムは、第１周波数帯域（中心周波数ｆ_１）と第２周波数帯域（中心周波数ｆ_２）を用いる。
第１周波数帯域において無線チャンネルの信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）は高く、第２周波数帯域において無線チャンネルの信号対雑音比は低い。
すなわち、無線チャンネルの信号対雑音比が高いほど無線チャンネルの状態が良好であると理解される。ただし、無線チャンネルの状態は、信号対雑音比だけではなく、信号対干渉プラス雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＩＮＲ）を測定することによって判断する場合もある。

本発明に係る低密度パリティコードエンコーダは、第１周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３）の変数ノード次数と第２周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_４、ｖ_５、ｖ_６）の変数ノード次数とを、第１周波数帯域及び第２周波数帯域において無線チャンネルの状態に応じて適応的に調節する。第１周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３）の変数ノード次数と第２周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_４、ｖ_５、ｖ_６）の変数ノード次数とを適応的に調節することは、パリティチェック行列を適応的に生成することと同じ意味を有する。

例えば、第１周波数帯域に対応する変数ノード次数は「３」であり、第２周波数帯域に対応する変数ノード次数は「２」である。このような場合に、第１周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３）は、デコーディング過程において第２周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_４、ｖ_５、ｖ_６）よりもさらに多くの影響力を行使する。従って、第１周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３）のエラーは、第２周波数帯域に対応する変数ノード（ｖ_４、ｖ_５、ｖ_６）のエラーよりも確率的に少なく発生するため、全体的なデコーディング性能を向上することができる。

さらに他の観点から、パリティチェック行列は、第１周波数帯域に対応するサブ行列と第２周波数帯域に対応するサブ行列とで構成されると理解することができる。
このとき、第１周波数帯域に対応するサブ行列の変数ノード次数と第２周波数帯域に対応するサブ行列の変数ノード次数とが適応的に調節されると理解することができる。

図５は、本発明の一実施形態による第１周波数帯域（中心周波数ｆ_１）の状態と第２周波数帯域（中心周波数ｆ_２）の状態との差に応じて制御される変数ノード次数を示す表である。

図５を参照すると、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置及びデコーディング装置は、第１周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_１）と第２周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_２）の差に応じて第１周波数帯域に対応する変数ノード次数及び第２周波数帯域に対応する変数ノード次数をメモリに予め保存しておく。ここで、第１周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_１）は、第２周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_２）よりも高い。

第１周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_１）と第２周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_２）との差が５ｄＢ、１０ｄＢ、１５ｄＢ、２０ｄＢ、２５ｄＢ、３０ｄＢである場合に、第１周波数帯域に対応する変数ノード次数及び第２周波数帯域に対応する変数ノード次数は、（４，２）、（５，２）、（１０，２）、（１６，２）、（２５，２）、（２９，２）と予め決定される。

また、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、第１周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_１）と第２周波数帯域の信号対雑音比ＳＮＲ（ｆ_２）に対する情報を取得し、この情報に基づいて図５の表によって第１周波数帯域に対応する変数ノード次数及び第２周波数帯域に対応する変数ノード次数を決定する。さらに、決定された第１周波数帯域に対応する変数ノード次数及び第２周波数帯域に対応する変数ノード次数に応じてパリティチェック行列が生成され、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、パリティチェック行列によってエンコーディングされたデータを生成する。

また、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードデコーディング装置は、パリティチェック行列を把握することで、受信されたエンコーディングされたデータをデコーディングすることができる。

図６は、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング方法を説明するためのフローチャートである。

図６を参照すると、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、コグニティブ無線技術を用いて少なくとも２つの周波数帯域を認知する（ステップＳ６１０）。ここで、２つの周波数帯域のうちの少なくとも１つについては、プライマリシステムが優先権限を有することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、認知した少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行する（ステップＳ６２０）。

次に、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、少なくとも２つの周波数帯域の状態情報を把握する（ステップＳ６３０）。このとき、少なくとも２つの周波数帯域の状態情報は、少なくとも２つの周波数帯域に対する信号対雑音比及び信号対干渉プラス雑音比に関する情報を含む。

次に、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、状態情報に基づいてサブ行列の変数ノード次数（ｖａｒｉａｂｌｅ ｎｏｄｅ ｄｅｇｒｅｅ）を決定する（ステップＳ６４０）。ここで、パリティチェック行列はサブ行列で構成され、サブ行列は少なくとも２つの周波数帯域それぞれに対応する。

このとき、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、少なくとも２つの周波数帯域の状態の差を判断し、判断された状態の差に応じてサブ行列の変数ノード次数を調節する。

もし、少なくとも２つの周波数帯域が第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、第１周波数帯域の状態が第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、第１周波数帯域に対応する第１サブ行列の変数ノード次数を第２周波数帯域に対応する第２サブ行列の変数ノード次数よりも大きくなるように決定する。

次に、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、決定されたサブ行列の変数ノード次数に応じてパリティチェック行列を生成する（ステップＳ６５０）。

次に、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、生成されたパリティチェック行列と低密度パリティコードを用いてデータビット及びパリティビットを生成する（ステップＳ６６０）。

このとき、少なくとも２つの周波数帯域は、第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、第１周波数帯域の状態が第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置は、データビットが第２周波数帯域よりも第１周波数帯域に多く配置され、パリティビットが第１周波数帯域よりも第２周波数帯域に多く配置されるようにデータビット及びパリティビットを生成する。なぜならば、より良い状態の周波数帯域を介して送信される信号のうちのデータビットの量が増加するほどより効率的になるためである。

また、図６に示してはいないが、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードデコーディング方法は、少なくとも２つの周波数帯域を介してデータビット及びパリティビットを含むメッセージ（ここでメッセージとは、パリティチェック行列と低密度パリティコードを用いてエンコーディングされたもの）を受信するステップと、パリティチェック行列を認知するステップと、認知されたパリティチェック行列を用いて反復復号法によって受信したメッセージに対してエラー訂正（ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を実行するステップとを含む。

なお、本発明に係るパリティコードエンコーディング方法及び低密度パリティコードデコーディング方法は、コンピュータにより実現される多様な動作を実行するためのプログラム命令を含むコンピュータ読取可能な記録媒体を含む。
この記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含むこともでき、記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計され構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。
コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、オプティカルディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。

また、記録媒体は、プログラム命令、データ構造などを保有する信号を送信する搬送波を含む光又は金属線、導波管などの送信媒体を介するものでもよい。
プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上記ハードウェア装置は、本発明の動作を実行するための一以上のソフトウェアモジュールを含んで作動するように構成することができ、またその逆も可能である。

図７は、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置及び低密度パリティコードデコーディング装置を示すブロック図である。
図７を参照すると、本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードエンコーディング装置７１０は、スケジューラ７１１と、情報取得部７１２と、行列生成部７１３と、エンコーダ７１４とを備える。

スケジューラ７１１は、コグニティブ無線技術を用いて少なくとも２つの周波数帯域を認知し、認知された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行する。
情報取得部７１２は、少なくとも２つの周波数帯域の状態情報を取得する。このとき、この状態情報は、低密度パリティコードデコーディング装置７２０から提供される。

行列生成部７１３は、この状態情報に基づいて適応的にパリティチェック行列（パリティチェック行列は、少なくとも２つの周波数帯域それぞれに対応するサブ行列を含む）を生成する。このとき、行列生成部７１３は、状態情報に基づいてサブ行列の変数ノード次数を適応的に調節してパリティチェック行列を生成する。

エンコーダ７１４は、生成されたパリティチェック行列と低密度パリティコードを用いてデータビット及びパリティビットを生成する。
このとき、エンコーダ７１４は、少なくとも２つの周波数帯域は第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、第１周波数帯域の状態が第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、データビットが第２周波数帯域よりも第１周波数帯域に多く配置し、パリティビットは第１周波数帯域よりも第２周波数帯域に多く配置するようにしてデータビット及びパリティビットを生成する。

生成されたデータビット及びパリティビットは、無線チャンネルを介して低密度パリティコードデコーディング装置７２０に送信される。

本発明の一実施形態に係る低密度パリティコードデコーディング装置７２０は、行列認知部７２１と、メッセージ受信部７２２と、エラー訂正器７２３とを備える。

行列認知部７２１は、低密度パリティコードエンコーディング装置７１０によって生成され用いられたパリティチェック行列を認知する。このとき、行列認知部７２１は、低密度パリティコードエンコーディング装置７１０からパリティチェック行列に関する情報の提供を受けることもできるし、予め保存された図５に示す表などを用いてパリティチェック行列を認知することもできる。

メッセージ受信部７２２は、少なくとも２つの周波数帯域を介してデータビット及びパリティビットを含むメッセージ（ここでメッセージはパリティチェック行列と低密度パリティコードを用いてエンコーディングされたものである）を受信する。

また、エラー訂正器７２３は、認知されたパリティチェック行列を用いて反復復号法によって受信したメッセージに対してエラー訂正を実行する。
図６及び図７に示した低密度パリティコードエンコーディング装置、デコーディング装置の説明されていない詳細な内容については、図１〜図５を参照して十分に説明している部分を参照することで理解し得るので省略する。

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１１０ プライマリシステム
１２０ セカンダリシステム
１２１ コグニティブ無線基地局
１２２ コグニティブ無線端末
７１０ 低密度パリティコードエンコーディング装置
７１１ スケジューラ
７１２ 情報取得部
７１３ 行列生成部
７１４ エンコーダ
７２０ 低密度パリティコードデコーディング装置
７２１ 行列認知部
７２２ メッセージ受信部
７２３ エラー訂正器

Claims (10)

1. 低密度パリティコードエンコーディング装置であって、
   コグニティブ無線技術（ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いて少なくとも２つの周波数帯域を認知し、該認知された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行するスケジューラと、
   前記少なくとも２つの周波数帯域の状態情報を取得する情報取得部と、
   前記状態情報に基づいて、前記少なくとも２つの周波数帯域それぞれに対応するサブ行列を含んでなるパリティチェック行列を生成する行列生成部と、
   前記生成されたパリティチェック行列によって定義される低密度パリティコード（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｏｄｅ：ＬＤＰＣ）を用いてデータビット及びパリティビットを生成するエンコーダとを有し、
   前記少なくとも２つの周波数帯域は、互いに隣接しない、第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、
   前記行列生成部は、前記第１及び第２周波数帯域の状態情報に基づいて前記第１周波数帯域と第２周波数帯域との状態の差を判断し、前記判断に基づいて前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数を適応的に決定し、
   前記エンコーダは、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、前記データビットが前記第２周波数帯域よりも前記第１周波数帯域に多く配置され、前記パリティビットが前記第１周波数帯域よりも前記第２周波数帯域に多く配置されるように前記データビット及び前記パリティビットを生成し、
   前記スケジューラは、互いに独立的である前記少なくとも２つの周波数帯域を結合し、該結合された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行し、
   前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態より良い場合、前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数は前記状態の差異の大きさに応じて変化し、前記第２周波数帯域に対応する変数ノード次数はあらかじめ設定された値に維持されることを特徴とする低密度パリティコードエンコーディング装置。
2. 前記少なくとも２つの周波数帯域の状態情報は、前記少なくとも２つの周波数帯域に対する信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）、又は信号対干渉プラス雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ：ＳＩＮＲ）の少なくともいずれか１つに関する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティコードエンコーディング装置。
3. 前記行列生成部は、前記状態情報に基づいて前記サブ行列の変数ノード次数（ｖａｒｉａｂｌｅ ｎｏｄｅ ｄｅｇｒｅｅ）を適応的に調節して前記パリティチェック行列を生成することを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティコードエンコーディング装置。
4. 前記少なくとも２つの周波数帯域が第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、
   前記行列生成部は、前記第１周波数帯域に対応する第１サブ行列の変数ノード次数が前記第２周波数帯域に対応する第２サブ行列の変数ノード次数よりも大きくなるように前記パリティチェック行列を生成することを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティコードエンコーディング装置。
5. 前記少なくとも２つの周波数帯域が第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、前記第２周波数帯域の状態が前記第１周波数帯域の状態よりも良好である場合、
   前記行列生成部は、前記第１周波数帯域に対応する第１サブ行列の変数ノード次数が前記第２周波数帯域に対応する第２サブ行列の変数ノード次数よりも小さくなるように前記パリティチェック行列を生成することを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティコードエンコーディング装置。
6. 前記少なくとも２つの周波数帯域のうちの少なくとも１つの周波数帯域に対して優先権限を有するプライマリシステムが存在することを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティコードエンコーディング装置。
7. 低密度パリティコードエンコーディング方法であって、
   コグニティブ無線技術を用いて少なくとも２つの周波数帯域を認知し、該認知された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行するステップと、
   前記少なくとも２つの周波数帯域の状態情報を取得するステップと、
   前記状態情報に基づいて、前記少なくとも２つの周波数帯域それぞれに対応するサブ行列を含んでなるパリティチェック行列を生成するステップと、
   前記生成されたパリティチェック行列によって定義される低密度パリティコードを用いてデータビット及びパリティビットを生成するステップとを有し、
   前記少なくとも２つの周波数帯域は、互いに隣接しない、第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、
   前記スケジューリングを実行するステップは、互いに独立的である前記少なくとも２つの周波数帯域を結合し、該結合された少なくとも２つの周波数帯域に対してスケジューリングを実行し、
   前記パリティチェック行列を生成するステップは、前記第１及び第２周波数帯域の状態情報に基づいて前記第１周波数帯域と前記第２周波数帯域との状態の差を判断し、前記判断に基づいて前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数を適応的に決定するステップを含み、
   前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態より良い場合、前記第１周波数帯域に対応する変数ノード次数は前記状態の差異の大きさに応じて変化し、前記第２周波数帯域に対応する変数ノード次数はあらかじめ設定された値に維持され、
   データビット及びパリティビットを生成するステップは、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、前記データビットが前記第２周波数帯域よりも前記第１周波数帯域に多く配置され、前記パリティビットが前記第１周波数帯域よりも前記第２周波数帯域に多く配置されるように前記データビット及び前記パリティビットを生成するステップとを含むことを特徴とする低密度パリティコードエンコーディング方法。
8. 前記パリティチェック行列を生成するステップは、前記状態情報に基づいて前記サブ行列の変数ノード次数を適応的に調節して前記パリティチェック行列を生成するステップであることを特徴とする請求項７に記載の低密度パリティコードエンコーディング方法。
9. 前記少なくとも２つの周波数帯域が第１周波数帯域及び第２周波数帯域を含み、前記第１周波数帯域の状態が前記第２周波数帯域の状態よりも良好である場合、
   前記パリティチェック行列を生成するステップは、前記第１周波数帯域に対応する第１サブ行列の変数ノード次数が前記第２周波数帯域に対応する第２サブ行列の変数ノード次数よりも大きくなるように前記パリティチェック行列を生成するステップであることを特徴とする請求項７に記載の低密度パリティコードエンコーディング方法。
10. 請求項７乃至９のいずれか１項に記載の低密度パリティコードエンコーディング方法を低密度パリティコードエンコーディング装置で実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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