JP6266780B2 - 無線通信システムにおける送信及び受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムにおける送信方法及び対応する受信方法に関する。更に、本発明はまた、送信デバイス、受信デバイス、コンピュータプログラム、及びそのコンピュータプログラムプロダクトに関する。

電磁（無線）スペクトルは、効率的な使用が現在及び将来の無線システムにとって非常に重要である希で貴重なリソースである。第４世代無線システムは、非常に高いユーザ当たりのデータレートを既に目標としている。将来の送信システムの目標は、必ずしもそれを増加させることではなく、より多くの数の同時に通信するユーザに対してより高い総データレートを提供することができるために更なるスペクトル効率を実現することである。

多元接続（MA：Multiple Access）方式は、共有通信チャネルを複数のユーザ又はデータストリームに同時に利用可能にするために使用される。次世代無線システムは、多くの同時ユーザ及び／又はアプリケーションに信頼性のある通信を提供することができつつ、より高い総データレートの需要に直面する必要があるであろう。このような高いデータレートは、チャネルの物理リソースの更なる効率的な使用により実現されるであろう。

より高い総スペクトル効率を実現し、同時にシングルストリームの性能に関してできるだけ小さいSNRロスを有する非直交方式を考案することが有利になる。更に、このような方式は、所与の量の割り当てられたリソースのスペクトル効率に関して最善のセルラシステム（例えば、LTE）より性能が優れるべきである。

低いシングルユーザのSNRロスを有するTCMAは、非常に有望な技術である。しかし、その総SEは、特にストリームの数が多い場合に、AWGNチャネル容量とは依然として程遠い。

オーバーロード（overloading）は、送信システムにおいて複数のデータストリームが同じ時間・周波数・空間リソースエレメント（RE：Resource Element）に多重され、従って更なるデータレートを生じるパラダイムである。オーバーロードの概念をMAのコンテキスト（context）に適用して、従来のMA方式よりかなり高いスペクトル効率（SE：Spectral Efficiency）を提供することができるオーバーロード多元接続（OMA：Overloaded Multiple Access）方式が考えられている。

ユーザ／ストリームの分離ドメイン（DoS：Domain of Separation）に基づいて、OMA方式の以下の分類が行われてもよい：
1)パワーDoS（Power DoS）：例えば、非直交多元接続（NOMA：Non-Orthogonal Multiple Access）方式である。ここでは、遠いユーザ及び近いユーザは、同じ時間・周波数・空間REに多重される。この方式は、異なる振幅を有する重畳された信号の送信に基づく。
2)コンステレーションDoS（Constellation DoS）：例えば、コンステレーションエクスパンション多元接続（CEMA：Constellation Expansion Multiple Access）である。ここでは、コンステレーションシンボルのサブセットは、異なるユーザ／ストリームに割り当てられる。
3)拡散系列DoS（Spreading Sequences DoS）：例えば、低密度拡散（LDS：Low Density Spread）CDMA、LDS-OFDMである。これらの方式は、異なるユーザ／ストリームへの異なる散在する系列の割り当てに基づく。
4)拡散重畳コードブックDoS（Spread Superposition Codebooks DoS）：例えば、LDS-CDMA、LDS-OFDM、スパース符号化多元接続（SCMA：Sparse Coded Multiple Access）、インターリーブ分割多元接続（IDMA：Interleave-Division Multiple Access）である。これらの方式は、異なるユーザ／ストリームの散在する拡散信号の間の最小ユークリッド距離を最大化することを目的とするユーザ特有の拡散及び変調コードブックに基づく。
5)非拡散重畳コードブックDoS（Non-Spread Superposition Codebooks DoS）：例えば、トレリス符号化多元接続（TCMA：Trellis Coded Multiple Access）である。この方式は、ストリーム特有のインターリーブを有するトレリス符号化変調（TCM：Trellis-Coded Modulation）に基づき、ストリーム特有の非拡散コードブックを生じる。

いずれかのOMA方式の更なるSEは、受信機におけるマルチストリーム検出器の理想的でない性能によりもたらされる劣化を軽減するために、それぞれ多重されたストリーム／ユーザの更なる必要な送信電力を犠牲にして実現される。この送信電力の増加は、いわゆるシングルストリーム信号対雑音比（SNR：Signal-to-Noise Ratio）ロス、すなわち、以下のように定義される総スペクトル効率（SE：Spectral Efficiency）の関数として定義される特性により特徴付けられてもよい。

SE(K)=(1-BLER)Rm₀K[bits/s/Hz] (1)
ここで、BLERはブロック誤り率を示し、Rはチャネル符号化率であり、m₀はシンボル当たりのビットにおける変調次数であり、KはTCMAシステムのストリーム数と一致するオーバーロードファクタである。スペクトル効率は、SNRの関数であり、
SE_∞(K)=lim_SNR→∞SE(K) (2)
で漸近総スペクトル効率（ASE：Asymptotic Aggregate Spectral Efficiency）を示す。評価のために考慮する関連するメトリックは、オーバーロードファクタがK>1である場合にASEの所与の比ρを実現するために受信機により必要とされるシングルストリームSNRに対するSNRの増加であるシングルストリームSNRロスΔ_SNR(K,ρ)である。
Δ_SNR(K,ρ)=SNR(SE(K)=ρSE_∞(K))-SNR(SE(1)=ρSE_∞(1)) (3)

図１において、TCMA方式の正規化されたSE（SE(K)/SE_∞(K)）が、ρ=0.9及びK=2,...,7についてシングルストリームSNRロスΔ_SNR(K,ρ)と共に示されている。表１は、TCMAシステムのSNRロスΔ_SNR(K,0.9)をまとめている。

前述のOMA技術が評価及び比較された。結果の考慮事項が表２にまとめられている。考慮されたシステムの中で、TCMAが最小のシングルストリームSNRロスを特徴とするものであることに気付く。実際に、K=2個のストリームが同時に送信される場合、そのSEは、0.6dBのシングルユーザSNRロス内でシングルストリームの場合（K=1）に近い。更に、K>2では、シングルストリームSNRロスは適度である。このような魅力的な特徴は、TCMA方式を将来の開発の最善の候補にする。

TCMA方式は、ULのコンテキストにおいて提案されており、複数のデバイス（例えば、ユーザ装置、UE）は、これらの符号化、変調及びインターリーブされたデータストリームを同時に送信する。各デバイスは１つのデータストリームを送信し、全ての送信は同時である。すなわち、同じ時間・周波数・空間REが全てのデバイスにより使用される。また、全ての送信がシンボルで同期しており、理想的な電力制御が実現されており、これにより、全てのユーザ信号が受信機のアンテナに到達するときに同じ平均電力を有することも仮定される。

各ストリームは、周知のトレリス符号化変調（TCM）方式を使用して独立して符号化及び変調される。送信前に、変調されたシンボルは、ストリーム特有の順列（permutation）に従ってインターリーブされる。

TCMAでは、各ストリームは、異なるトレリス符号及び変調方式を使用して符号化及び変調されてもよい。これらのストリーム特有の特性は、受信機が異なるストリームに属する情報を分離するのに役立つ。しかし、ストリーム分離の最も有効な特性は、ストリーム特有のインターリーバの使用である。

TCMA送信の概念を表す方式が図２に示されており、ストリーム特有のインターリーバは、Πで示されている。更に、図３は、QPSKシンボルマッパに接続された４状態畳み込みエンコーダで構成されたTCMエンコーダ・変調器の例を示している。

無線チャネルの線形の特徴のため、受信信号は、同時に送信された信号の和である。異なるストリームに属する信号を分離し、次に復調及び復号化を実行し、最後に情報を受信者に届けることは受信機のタスクである。

反復TCMA受信機（iterative TCMA receiver）が当該技術分野において提案されている。むしろ高い複雑性を特徴とするが、このような受信機は、良好な性能を生じる。それにも拘わらず、以下に示すように、結果の方式の性能は、依然としてAWGNチャネル容量に関して大きいギャップを示す。

図４は、従来技術によるTCMA受信機のブロック図を示している。受信信号(4)は、送信信号の和に、付加白色ガウス雑音w(l)を加えたものである。

ただし、係数

は、異なる送信機の間のキャリア位相及び周波数オフセットをモデル化するために導入されている。送信システムにおけるインターリーバの存在が動機となって、係数

は、均等に分布したランダムな位相を示すことが仮定されている。

TCMA受信機では、TCMデコーダ及びマルチストリーム検出器（MSD：Multi Stream Detector）は、符号化ビットd_k ⁽¹⁾(l)及びd_k ⁽²⁾(l)に参照されるソフト情報を交換することにより、反復方式でインターリーバを通じて相互作用する。このようなソフト情報は、確率分布、確率分布の対数、尤度ラジオ（LR：Likelihood Ratio）又は尤度比の対数（LLR：Logarithms of Likelihood Ratio）で構成されてもよい。以下では、MSDの簡単な説明は、確率分布を使用して与えられる。

MSDのタスクは、異なるストリームに属する情報の分離で構成される。MSDは、複雑性がストリームの数Kと共に指数的に増加するタスクである同時確率分布

を計算する。実際に、このような関数の定義域は、

である。

反復毎且つ第kのストリーム毎に、MSDは、周辺確率g_k ⁽¹⁾(l)=P(d_k ⁽¹⁾(l)=0｜r(l))及びg_k ⁽²⁾(l)=P(d_k ⁽²⁾(l)=0｜r(l))を計算し、デインターリーバΠ_k ^-1を通じてこれらをTCMデコーダに送出する。

TCMデコーダは、TCM符号の制約に従ってこのような確率を更新する。典型的に、対応する畳み込みエンコーダのトレリスに従って動作するアルゴリズムが実行される。トレリス復号化の周知のアルゴリズムは、ビタビアルゴリズム及びBahl-Cocke-Jelinek-Raviv（BCJR）アルゴリズムを含む。TCMデコーダは、符号化ビットd_k ⁽¹⁾(l)及びd_k ⁽²⁾(l)に参照される改善した確率h_k ⁽¹⁾(l)及びh_k ⁽²⁾(l)を取得し、インターリーバΠ_kを通じてこれらをMSDにフィードバックする。最後に、MSDは、その同時確率分布

を更新するためにこれらの改善された確率を使用する。

最も普及しているマルチストリーム受信アルゴリズムは、並列又は連続（直列）方式で反復検出及び復号化を実行する。連続的な手法は並列より良好に動作することが認識されている。TCMAで使用される反復検出及び復号化（IDD：Iterative Detection and Decoding）アルゴリズムは、図５のフローチャートに記載されており、

は受信信号を示し、N_itは反復の数を示し、Kはストリームの数である。

受信機において反復IDDアルゴリズムを使用して、TCMAの総スペクトル効率が推定された（付加白色ガウス雑音（AWGN：Additive White Gaussian Noise）チャネルの容量が参照として与えられている図６を参照）。２ストリームSEはシングルストリームSEに対して非常に低いSNRロスを示すが、更なるストリームを追加することは、更なるシングルストリームSNRロスを生じることに気付く。更に、AWGNチャネル容量に対するSNRギャップは、ストリームの数と共に増加し、K=7個のストリームを使用すると、このようなギャップは12dBに近づく。

本発明の目的は、従来技術の対策の欠点及び課題を軽減又は解決する対策を提供することである。

本発明の他の目的は、従来技術に比べて改善した送信及び受信TCM方法を提供することである。特に、AWGNチャネルでの送信における改善した総スペクトル効率が求められる。

本発明の第１の態様によれば、前述及び他の目的は、無線通信システムにおける送信方法により実現され、この方法は、
−送信のためにK個のデータストリームを選択するステップであり、各データストリームは、１つ以上のデータメッセージを有し、各データストリームk=0,...,K-1について独立して、
−トレリス符号化変調TCM方式TCM_kを使用して第kのデータストリームのデータメッセージを符号化及び変調し、
−ストリーム特有のインターリーバΠ_kを使用することにより、第kのデータストリームの符号化及び変調されたデータメッセージをインターリーブし、
−ストリーム特有のスクランブリング系列を使用することにより、第kのデータストリームのインターリーブされたデータメッセージをスクランブリングするステップと、
−K個のデータストリームの全てのスクランブリングされたデータメッセージを少なくとも１つの送信信号s(l)に結合するステップと、
−無線通信システムの無線チャネルで少なくとも１つの送信信号s(l)を送信するステップとを有する。

送信方法の実施例によれば、K個のデータストリームは、信号対雑音比のような当該無線チャネルのチャネル品質に基づいてZ>K個のデータストリームのセットから選択される。この実施例によれば、K個のデータストリームは、実質的に同じチャネル品質を経験する。

送信方法の他の実施例によれば、TCM_kの符号化パラメータ及び／又は変調方式は、選択されたストリームの数Kに依存する。この実施例によれば、TCM_kエンコーダは、K≦3では４つの状態を有し、K≧4では２つの状態を有する。変調方式は、PSK、QAM、PAM、ASK及びAPSKを有するグループのいずれかでもよい。

送信方法の更に他の実施例によれば、インターリーバΠ_kは、ランダムに生成された順列のセット、単一のランダムに生成された順列の循環シフトから生成された順列のセット、又は二次多項式順列の規則に従って生成された順列のセットのいずれかを使用する。

送信方法の更に他の実施例によれば、スクランブリング系列の係数は、選択されたストリームの数Kに依存する。この実施例によれば、スクランブリング系列の係数は、K=2では、シンボルパワーの制約に従った信号コンステレーションのシンボルの最小ユークリッド距離を最大化するものでもよく、K∈{3,4,5}では、

において均等に位相空間があけられ、μは変調方式に依存した定数であり、K≧6では、Zadoff-Chu系列のような複素擬似ランダム系列の係数である。更にこの実施例によれば、μは、BPSK、PAM及びASKでは1に等しくてもよく、QPSK及びQAMでは2に等しくてもよく、8PSKでは4に等しくてもよく、16PSKでは8に等しくてもよい。

送信方法の更に他の実施例によれば、選択されたストリームの数はK≧2である。

送信方法の更に他の実施例によれば、結合するステップは、少なくとも１つの送信信号s(l)を形成するために、K個のデータストリームの全てのスクランブリングされたデータメッセージを加算することにより実現される。

送信方法の更に他の実施例によれば、少なくとも１つの送信信号s(l)は、単一の送信デバイスにより送信される。

送信方法の更に他の実施例によれば、少なくとも１つの送信信号s(l)は、複数の独立した送信デバイスにより送信される。

送信方法の更に他の実施例によれば、各データメッセージは、情報シンボルの有限長の系列又は情報シンボルのブロックを有する。

送信方法の更に他の実施例によれば、無線通信システムは、OFDMシステム又はシングルキャリアシステムである。

送信方法の更に他の実施例によれば、K個のデータストリームは、同じTCM符号化パラメータ及び／又は変調方式を使用する。

本発明の第２の態様によれば、前述及び他の目的は、無線通信システムにおける第１の受信方法により実現され、この方法は、
−本発明による送信方法に従った少なくとも１つの送信信号を受信するステップと、
−受信信号r(l)に条件付けされた全てのK個のストリームの変調シンボルの同時確率を計算するステップであり、各データストリームk=0,..,K-1について、
a)同時確率から第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報を計算し、
b)ストリーム特有のデインターリーバΠ_k ^-1を通じて変調シンボルに関するソフト情報を第kのデータストリームのTCM_kデコーダに与え、
c)第kのデータストリームのデータメッセージの情報シンボルに関するソフト情報と、第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報とを取得するために、デインターリーブされたソフト情報を復号化し、
d)ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じて第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報を与え、
e)第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報で同時確率を更新するステップと、
全てのK個のストリームについて任意の数の反復でステップa)-e)を繰り返すステップと、最後の反復において、
−第kのデータストリームの復号化されたデータメッセージを取得するために、第kのデータストリームの情報シンボルに関するソフト情報を使用するステップと、
−第kのデータストリームの復号化されたメッセージを出力するステップとを有する。

第１の受信方法の実施例によれば、同時確率P(s(l)｜r(l))は、

として表され、s_k(l)は、シンボル間隔lにおいてストリームkにより送信された第lの変調シンボルであり、

は、第kのデータストリームで使用されるTCMコンステレーションの第j_kの変調シンボルである。この実施例によれば、同時確率P(s(l)｜r(l))は、受信信号r(l)から距離R₀内の限られた数の信号点s(l)について計算されてもよい。更にこの実施例によれば、距離R₀は、信号対雑音比のようなチャネル品質に依存してもよい。距離R₀は、減少するチャネル品質と共に増加してもよく、増加するチャネル品質と共に減少してもよい。この実施例によれば、距離R₀はまた、受信信号r(l)の振幅に依存してもよい。この実施例によれば、距離R₀は、受信信号r(l)の増加する振幅と共に増加してもよく、受信信号r(l)の減少する振幅と共に減少してもよい。更にこの実施例によれば、距離R₀は、

として計算されてもよく、αは雑音の標準偏差に適用されるスケーリングパラメータであり、βは受信信号振幅｜r(l)｜に適用されるスケーリングパラメータであり、σは雑音の標準偏差である。

第１の受信方法の更に他の実施例によれば、同時確率は、ユークリッド距離に関して受信シンボルr(l)に最も近い限られた固定数の信号点についてのみ計算されてもよい。

第１の受信方法の更に他の実施例によれば、第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報は、

として表されてもよく、

は、シンボル間隔lにおいてストリームkで送信された変調シンボルs_k(l)が受信信号r(l)の値に条件付けされたTCM_kシンボルコンステレーションの第j_kのシンボル

に等しい確率である。

第１の受信方法の更に他の実施例によれば、同時確率及び／又は変調シンボルに関するソフト情報は、確率値、確率値の対数、尤度比、又は尤度比の対数のいずれかで表される。

第１の受信方法の更に他の実施例によれば、同時確率は、マルチストリーム検出器を用いて計算されてもよい。

第１の受信方法の更に他の実施例によれば、各データストリームk=0,...,K-1についての処理は、順次に実行されてもよい。

第１の受信方法の更に他の実施例によれば、反復の数は、予め決められるか、送信誤りの無いことに関する。

本発明の第３の態様によれば、前述及び他の目的はまた、無線通信システムにおける第２の受信方法により実現され、この方法は、
−通信信号r(l)を受信するステップであり、通信信号r(l)は、トレリス符号化多元接続TCMA方式に従って符号化及び変調されており、送信前にそれぞれk=0,...,K-1にインデックス付けされたK個のデータストリームを有するステップと、
−受信信号r(l)に条件付けされた全てのK個のストリームの変調シンボルの同時確率を計算するステップであり、各データストリームk=0,...,K-1について、
a)同時確率から第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報を計算し、
b)ストリーム特有のデインターリーバΠ_k ^-1を通じて変調シンボルに関するソフト情報を第kのデータストリームのTCM_kデコーダに与え、
c)第kのデータストリームのデータメッセージの情報シンボルに関するソフト情報と、第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報とを取得するために、デインターリーブされたソフト情報を復号化し、
d)ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じて第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報を与え、
e)第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報で同時確率を更新するステップと、
全てのK個のストリームについて任意の数の反復でステップa)-e)を繰り返すステップと、最後の反復において、
−第kのデータストリームの復号化されたデータメッセージを取得するために、第kのデータストリームの情報シンボルに関するソフト情報を使用するステップと、
−第kのデータストリームの復号化されたメッセージを出力するステップとを有する。

第１の受信方法の全ての実施例はまた、本発明の第２の受信方法に当てはまることが認識されるべきである。従って、前述の実施例の全ての特徴は、第２の受信方法で使用可能である。

従って、第２の受信方法の実施例によれば、同時確率P(s(l)｜r(l))は、

として表され、s_k(l)は、シンボル間隔lにおいてストリームkにより送信された第lの変調シンボルであり、

は、第kのデータストリームで使用されるTCMコンステレーションの第j_kの変調シンボルである。この実施例によれば、同時確率P(s(l)｜r(l))は、受信信号r(l)から距離R₀内の限られた数の信号点s(l)について計算されてもよい。更にこの実施例によれば、距離R₀は、信号対雑音比のようなチャネル品質に依存してもよい。距離R₀は、減少するチャネル品質と共に増加してもよく、増加するチャネル品質と共に減少してもよい。この実施例によれば、距離R₀はまた、受信信号r(l)の振幅に依存してもよい。この実施例によれば、距離R₀は、受信信号r(l)の増加する振幅と共に増加してもよく、受信信号r(l)の減少する振幅と共に減少してもよい。更にこの実施例によれば、距離R₀は、

として計算されてもよく、αは雑音の標準偏差に適用されるスケーリングパラメータであり、βは受信信号振幅｜r(l)｜に適用されるスケーリングパラメータであり、σは雑音の標準偏差である。

第２の受信方法の更に他の実施例によれば、同時確率は、ユークリッド距離に関して受信シンボルr(l)に最も近い限られた固定数の信号点についてのみ計算されてもよい。

第２の受信方法の更に他の実施例によれば、第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報は、

として表されてもよく、

は、シンボル間隔lにおいてストリームkで送信された変調シンボルs_k(l)が受信信号r(l)の値に条件付けされたTCM_kシンボルコンステレーションの第j_kのシンボル

に等しい確率である。

第２の受信方法の更に他の実施例によれば、同時確率及び／又は変調シンボルに関するソフト情報は、確率値、確率値の対数、尤度比、又は尤度比の対数のいずれかで表される。

第２の受信方法の更に他の実施例によれば、同時確率は、マルチストリーム検出器を用いて計算されてもよい。

第２の受信方法の更に他の実施例によれば、各データストリームk=0,...,K-1についての処理は、順次に実行されてもよい。

第２の受信方法の更に他の実施例によれば、反復の数は、予め決められるか、送信誤りの無いことに関する。

本発明の第４の態様によれば、前述及び他の目的は、無線通信システムにおいて通信信号を処理及び送信するように構成された送信デバイスで実現され、このデバイスは、
−送信のためにK個のデータストリームを選択し、各データストリームは、１つ以上のデータメッセージを有し、各データストリームk=0,...,K-1について独立して、
−トレリス符号化変調TCM方式TCM_kを使用して第kのデータストリームのデータメッセージを符号化及び変調し、
−ストリーム特有のインターリーバΠ_kを使用することにより、第kのデータストリームの符号化及び変調されたデータメッセージをインターリーブし、
−ストリーム特有のスクランブリング系列を使用することにより、第kのデータストリームのインターリーブされたデータメッセージをスクランブリングし、
−K個のデータストリームの全てのスクランブリングされたデータメッセージを少なくとも１つの送信信号s(l)に結合し、
−無線通信システムの無線チャネルで少なくとも１つの送信信号s(l)を送信するように構成された少なくとも１つのプロセッサを有する。

本発明の第５の態様によれば、前述及び他の目的は、無線通信システムにおいて通信信号を受信及び処理するように構成された第１の受信デバイスで実現され、このデバイスは、
−本発明による送信デバイスにより送信された少なくとも１つの送信信号を受信し、
−受信信号r(l)に条件付けされた全てのK個のストリームの変調シンボルの同時確率を計算し、各データストリームk=0,..,K-1について、
a)同時確率から第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報を計算し、
b)ストリーム特有のデインターリーバΠ_k ^-1を通じて変調シンボルに関するソフト情報を第kのデータストリームのTCM_kデコーダに与え、
c)第kのデータストリームのデータメッセージの情報シンボルに関するソフト情報と、第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報とを取得するために、デインターリーブされたソフト情報を復号化し、
d)ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じて第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報を与え、
e)第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報で同時確率を更新し、
全てのK個のストリームについて任意の数の反復でステップa)-e)を繰り返し、最後の反復において、
−第kのデータストリームの復号化されたデータメッセージを取得するために、第kのデータストリームの情報シンボルに関するソフト情報を使用し、
−第kのデータストリームの復号化されたメッセージを出力するように構成された少なくとも１つのプロセッサを有する。

本発明の第６の態様によれば、前述及び他の目的はまた、無線通信システムにおいて通信信号を受信及び処理するように構成された第２の受信デバイスで実現され、このデバイスは、
−通信信号r(l)を受信し、通信信号r(l)は、トレリス符号化多元接続TCMA方式に従って符号化及び変調されており、送信前にそれぞれk=0,...,K-1にインデックス付けされたK個のデータストリームを有し、
−受信信号r(l)に条件付けされた全てのK個のストリームの変調シンボルの同時確率を計算し、各データストリームk=0,...,K-1について、
a)同時確率から第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報を計算し、
b)ストリーム特有のデインターリーバΠ_k ^-1を通じて変調シンボルに関するソフト情報を第kのデータストリームのTCM_kデコーダに与え、
c)第kのデータストリームのデータメッセージの情報シンボルに関するソフト情報と、第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報とを取得するために、デインターリーブされたソフト情報を復号化し、
d)ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じて第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報を与え、
e)第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報で同時確率を更新し、
全てのK個のストリームについて任意の数の反復でステップa)-e)を繰り返し、最後の反復において、
−第kのデータストリームの復号化されたデータメッセージを取得するために、第kのデータストリームの情報シンボルに関するソフト情報を使用し、
−第kのデータストリームの復号化されたメッセージを出力するように構成された少なくとも１つのプロセッサを有する。

本発明のデバイスは、本発明による対応する送信及び受信方法の異なる実施例に従って、必要な変更を加えて全て変更可能である。

本発明は、AWGNチャネル容量に対するギャップをかなり低減し、非常に高い総SEを有するOMAシステムを生じる対策を提供する。シングルユーザSEに対するSNRロスも、この対策で非常に制限される。

更に、提案される方式は、多重されるストリームの数が広範囲で変化することができるという点で高い柔軟性を示す。更に、本発明は、複数のデータストリームの同時送信を提供する無線通信システムの下りリンク及び上りリンクの双方に適用可能である。提案される送信方式はまた、高いSNRロスを有するが、従来技術の受信機にも使用可能である。

本発明の更なる適用及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。

添付図面は、本発明の異なる実施例を明確化及び説明することを意図するものである。
TCMA方式の正規化されたスペクトル効率を示す図 従来技術によるTCM送信機のセットを示す図 ４状態エンコーダ及びQPSK変調を有するTCMエンコーダ・変調器を示す図 従来技術によるTCMA受信機を示す図 従来技術の反復検出及び復号化方法を示すフローチャートを示す図 1〜7個のストリームを有するTCMAの総スペクトル効率を示す図 本発明による一般的な送信及び受信方式の概要を示す図 ２符号化状態及びQPSK変調器を有するTCMエンコーダ・変調器を示す図 本発明によるスーパーコンステレーションの最小ユークリッド距離を示す図 下りリンクに適用される本発明の実施例を示す図 上りリンクに適用される本発明の実施例を示す図 従来技術のTCMAシステムのSEに比べた本発明の総SE性能を示す図 ターボ符号化LTEシステムに比べた本発明の総SE性能を示す図 各ストリームがQPSK変調を使用して変調される５ストリームETCMAシステムのスーパーコンステレーションを示す図 本発明の実施例による送信デバイスを示す図 本発明の実施例による別の送信デバイスを示す図 本発明の実施例による第１又は第２の受信デバイスを示す図 本発明の実施例による別の第１又は第２の受信デバイスを示す図

本発明は、リソースエレメント（RE）のような同じ物理的時間・周波数・空間無線リソースを効率的に共有することにより、場合によっては異なるユーザを対象とした、複数の独立したデータストリームの同時送信のための方法に関する。本発明はまた、対応する受信方法に関する。

本発明は、FDDモード又はTDDモードで動作するセルラ無線通信システムの下りリンク及び上りリンクの双方に当てはまる。しかし、本発明は、セルラシステムに限定されず、一般的なOFDM及びシングルキャリアシステムのようないずれか適切な無線通信システムに適用可能である。本システムの一般的な方式は図７に示されており、本発明の送信デバイス（左）は、通信信号s(l)を本発明の受信デバイス（右）に送信し、受信デバイスは、無線通信システムの無線チャネルで信号r(l)を受信する。

本発明によるデータ／情報の送信は以下のステップ、すなわち、
−送信のためにK個のデータストリームを選択するステップであり、各データストリームは、１つ以上のデータメッセージを有し、各データストリームk=0,...,K-1について独立して、
−トレリス符号化変調TCM方式TCM_kを使用して第kのデータストリームのデータメッセージを符号化及び変調し、
−ストリーム特有のインターリーバΠ_kを使用することにより、第kのデータストリームの符号化及び変調されたデータメッセージをインターリーブし、
−ストリーム特有のスクランブリング系列を使用することにより、第kのデータストリームのインターリーブされたデータメッセージをスクランブリングするステップと、
−K個のデータストリームの全てのスクランブリングされたデータメッセージを少なくとも１つの送信信号s(l)に結合するステップと、
−無線通信システムの無線チャネルで少なくとも１つの送信信号s(l)を送信するステップとを有する。

本発明の実施例によれば、データストリームは、信号対雑音比（SNR）、信号対干渉プラス雑音比（SINR）、又は他のチャネル品質インジケータのようなチャネル品質に従って送信のために選択される。従って、類似するSNR又はSINR値を有するデータストリームは一緒にグループ化され、同じREで同時に送信される。このため、K個のデータストリームは、無線チャネルのチャネル品質に基づいて、Z>K個のデータストリームの大きいセットから選択される。この選択により、データストリームは、異なるデータストリームが実質的に同じチャネル品質、すなわち、類似するチャネル品質を経験するように選択されることができる。これは、全てのTCM方式が同じパラメータ、すなわち、同じ畳み込みエンコーダ及び同じ変調方式に従って構成されている場合には特に重要である。このような場合、類似する誤り保護レベルが、経験したチャネル品質が類似する場合にのみ全てのストリームに提供可能である。データストリームの数Kは、２以上であるべきである。

更に、各データストリームの１つのメッセージは、ストリーム特有の処理方式を使用して処理される。各TCMエンコーダ・変調器の対は、異なるトレリス符号又は変調方式で構成されてもよい。しかし、簡単にするために、以下の説明では、全てのデータストリームが同じTCMを使用することが仮定される。ストリームのデータメッセージに関して、本発明の実施例によれば、各データメッセージが良く理解された情報シンボルの有限長の系列又は情報シンボルのブロックを有することが仮定される。

本発明の他の実施例によれば、TCM符号化及び変調パラメータは、表３に従って選択される。表３は、異なるデータストリームのTCM_kの符号化パラメータ及び／又は変調方式が全て等しいが、より一般的な実施例によれば、選択されたデータストリームの総数Kに依存することを意味する。従って、本発明の実施例によれば、異なるデータストリームは、同じエンコーダ・変調器、すなわち、同じ符号化パラメータ及び変調方式を有するTCMを使用する。

ストリームの数が３以下である場合、４状態畳み込みエンコーダ（図３に示す）を有するTCM方式が使用される。３つより多くのストリームが送信される場合、２状態畳み込みエンコーダ（図８に示す）を有するTCM方式がTCM方式で使用される。変調方式は全ての場合にQPSKであるが、他の適切な変調方式でもよい。PSK、QAM、PAM、ASK及びAPSKを有するグループの変調方式が少なくとも良好に動作することが発明者により認識されているが、当業者は、他の変調方式が本発明と共に使用可能であることを認識する。

更に、この送信方法で使用されるインターリーバΠ_kは、この（反復）受信機が受信した無線通信信号においてストリーム信号を分離するのを支援するために、ストリーム特有になる必要がある。実際に、インターリーバは、異なるデータストリームの署名として考えられることができるため、ストリーム特有は、各データストリームに固有であることを意味する。従って、異なるデータストリームについてインターリーバが異なる場合、受信機は、ストリーム情報を認識して分離するのが促進される。代わりに、データストリームが等しいインターリーバを使用する場合、システム性能はかなり劣化する。

図７を参照すると、第kのストリームのTCMデコーダは、ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じてMSDにフィードバックされるソフト情報を計算する。このソフト情報は、MSDにより処理された後に、逆（inverse）ストリーム特有のインターリーバΠ_k+1 ^-1を通じて次（すなわち、第k+1）のTCMデコーダにフィードバックされる。このようなソフト情報に適用される結果の順列は、等しい順列Π_k,k+1 ^(EQ)=Π_k+1 ^-1Π_k、すなわち、２つの順列Π_k及びΠ_k+1 ^-1の合成に対応する。

発明者はまた、減少した性能を回避するために、全てのインターリーバΠ_j,k ^(EQ)が連続した出力シンボルの系列への連続した入力シンボルの系列のマッピングを回避するべきであることを認識している。このように、第jのTCMデコーダと第kのTCMデコーダの入力の間の相関が低減され、従って、性能が改善される。

従って、実施例によれば、ランダムに生成された順列のセットがインターリーブのために使用される。実験結果は、ランダムに生成された順列がこの特性に関して良好に動作し、従って、良好な無相関（de-correlation）特性を特徴付けることを示す。

他の実施例によれば、単一のランダムに生成された順列の循環シフトから生成された順列のセットは、データメッセージをインターリーブするために使用される。順列のセット{Π_k}_k=0 ^K-1は、単一の順列Π₀から始まり、K個の順列の全セットを生成するために順列の循環シフトを使用して生成されることができる。順列の入力循環シフトを以下のように定義する。すなわち、Π:n→πn, n=0,...,N-1として定義されたサイズNの順列が与えられた場合、P個の位置のその入力循環シフトは、順列Π^(P,I):(n+P)modN→π_n, n=0,...,N-1である。同様に、順列の出力循環シフトは、Π^(P,O):n→(P+π_n)modN, n=0,...,N-1として定義される。ランダムに生成された順列Π₀から始めて、ストリーム特有の順列のセットをΠ_k=Π₀ ^(kQ,I)（或いはΠ_k=Π₀ ^(kQ,O)）として定義する。ただし、Qは適切に選択された整数である。構成するTCMエンコーダの拘束長より大きいQのいずれかの選択は、良好な結果を生じる。この実施例は、唯一の順列が送信機及び受信機のメモリに記憶される必要があり、全ての他のストリーム特有の順列は、唯一の順列から始めて容易に生成可能であるため、便利である。

本発明の更に他の実施例によれば、3GPP LTE標準でも使用される、二次多項式順列（QPP：Quadratic Polynomial Permutation）の規則に従って生成された順列のセットが、インターリーブのために使用される。QPPインターリーバは、競合のない特性、すなわち、復号化アルゴリズムの並列処理の高速実現を可能にする良好な特性を示すため、特に関心がある。

QPP順列は、３つのパラメータ、すなわち、順列サイズN及び順列を生成するために使用される二次多項式の２つの係数f₁,f₂の関数である。

π_n=(f₁n+f₂n²)modN, n=0,...,N-1 (5)
各サイズNについて、f₁及びf₂の可能な値の２つのセットが定義される。f₁及びf₂の値は、２つのセットから独立して選択されることができる。本発明のQPPインターリーバは、異なる順列を取得するために、f₂について固定値を選択し、f₁について異なる値を選択して生成されている。

更に、データストリームの区別がストリーム特有のスクランブリング系列を使用することにより促進されるように、スクランブリングコードは、信号ドメインにおいてデータストリームを更に分離するために使用される。それぞれの符号化、変調及びインターリーブされたストリームは、本発明に従って、送信前にスクランブリングされ、他のストリームと結合される。これは、本発明の非常に重要な側面である。

スクランブリングは、インターリーブされた変調シンボルの系列s_k(l)を、複素係数

のストリーム特有の系列で乗算することにある。ただし、インデックスk=0,...,K-1はストリームを示し、インデックスl=0,...,L-1はシンボル間隔を示す（Lはブロック長である）。シンボル間隔lにおいてこのシステムにより送信される信号は、以下の通りであり、

これはs(l)の全ての可能な値を含む重畳されたコンステレーション（superposed-constellation）

に属する。これは、異なるデータストリームの結合が、無線通信システムにおける送信のための送信信号s(l)を形成するための、異なるスクランブリングされたストリームの加算であることを意味する。

スクランブリングを通じてこの方式のSEを最適化するために、異なる対策が可能である。実施例によれば、係数

は、時間インデックスlと独立にされ、従って、c_k(l)=c_k, l=0,...,L-1である。更に、係数c_kの値は、重畳されたコンステレーション、又は略してスーパーコンステレーション（super-constellation）のシンボルの間の最小ユークリッド距離を最大化するように選択される。スーパーコンステレーションの最小ユークリッド距離は、以下のように定義される。

ただし、シンボルx_i(l),x_j(l)は、スーパーコンステレーション

に属するシンボルのいずれか別個の対である。スクランブリング系列は、全てのl=0,...,L-1について最大のD_E.min(l)を実現するために最適化される。

一例として、QPSK信号コンステレーションを使用した２つのストリームの場合を検討する。第１のストリーム（k=0）は、系列c₀(l)=1を使用してスクランブリングされ、第２のストリーム（k=1）は、系列c₁(l)=exp(jα)を使用してスクランブリングされる。図９には、スーパーコンステレーションのD_E.minは、αの関数として示されている。２つの対策がD_E.minを最大化し、α=π/6及びα=π/3である。

一般的に、いずれかの数のストリームK及びいずれかのTCMコンステレーションでは、D_E.minを最大化する最適なスクランブリング系列のセットc_k ^opt(l), k=0,...,K-1を見つけることが可能である。これは、スクランブリング系列の係数が、本発明の実施例に従って選択されたストリームの数Kに依存することを意味する。

従って、K∈{3,4,5}では、所与の間隔[0,π/μ)において均等に置かれるように位相を選択して、最善の性能が得られることに気付いている。ただし、μは以下のようにTCMコンステレーションに依存した定数である。

従って、本発明の実施例によれば、BPSK、PAM、ASKではμ=1であり、QPSK及びQAMではμ=2であり、8PSKではμ=4であり、16PSKではμ=8である。この対策は、最大のD_E,minでのスーパーコンステレーションを生じない。しかし、シミュレーションは、その性能がK=3,4,5では最善であることを示している。

K≧6の場合では、ランダムのような特性を有する系列のいずれか適切な複素セットがスクランブリングのために使用されることができる。特に、低い相互相関特性を有する複素系列（complex sequence）のクラスであるZadoff-Chu（ZC）系列は、これに関して良く適合している。従って、以下を有する。

ただし、r_kはこの場合にストリーム特有の値である。

スクランブリング系列タイプの選択は、表４の実施例にまとめたように、ストリームの数Kの関数として行われる。これらのパラメータは、シミュレーションを通じて実行された検索の結果である。より良好な結果は、検索を更に拡張することにより取得され得る。

この受信機の高い性能は、従来技術で行われるような符号化ビットd_k ⁽ⁱ⁾(l)に関するソフト情報の代わりに、変調シンボルs_k(l)に関するソフト情報で動作する新たな反復検出及び復号化アルゴリズムにより実現される。このように、シンボルに関する（symbol-wise）ソフト情報をビットに関する（bit-wise）ソフト情報に変換するときに受ける情報のロスが回避される。簡単にするために、スクランブリング系列及びチャネル状態情報は、受信機において完全に知られていると仮定される。

この受信方法は、
−本発明による方法により送信された少なくとも１つの送信信号を受信するステップと、
−受信信号r(l)に条件付けされた全てのK個のストリームの変調シンボルの同時確率を計算するステップであり、各データストリームk=0,..,K-1について、
a)同時確率から第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報を計算し、
b)ストリーム特有のデインターリーバΠ_k ^-1を通じて変調シンボルに関するソフト情報を第kのデータストリームのTCM_kデコーダに与え、
c)第kのデータストリームのデータメッセージの情報シンボルに関するソフト情報と、第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報とを取得するために、デインターリーブされたソフト情報を復号化し、
d)ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じて第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報を与え、
e)第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報で同時確率を更新するステップと、
全てのK個のストリームについて任意の数の反復でステップa)-e)を繰り返すステップと、最後の反復において、
−第kのデータストリームの復号化されたデータメッセージを取得するために、第kのデータストリームの情報シンボルに関するソフト情報を使用するステップと、
−第kのデータストリームの復号化されたメッセージを出力するステップとを有する。

図７を参照すると、第kのストリームのTCMデコーダは、ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じてMSDにフィードバックされるソフト情報を計算する。このソフト情報は、MSDにより処理された後に、逆ストリーム特有のインターリーバΠ_k+1 ^-1を通じて次（すなわち、第k+1）のTCMデコーダにフィードバックされる。

本発明のエンハンストMSD（EMSD：Enhanced MSD）は、

のように取得されたスーパーコンステレーション

の全ての点x_i(l)について、同時確率分布

の計算を実行し、このエンハンストTCM（ETCM：Enhanced TCM）デコーダで反復することにより同時確率を反復して更新する。各ストリームkについて、EMSDは、ストリームkの第lの変調シンボルがTCM_kコンステレーションの第jのシンボルm_jに等しい、第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報p_k,j(l)=P(s_k(l)=m_j｜r(l))を計算する。次に、EMSDは、デインターリーバΠ_k ^-1を通じてこれらの確率をETCMデコーダに与える。

ETCMデコーダは、入力において同時確率p_k,j(l)を受信し、TCM符号の制約を適用するトレリスに基づく復号化アルゴリズム（例えば、Viterbi、BCJR又はSISO）を実行し、更新された確率q_k,j(l)を計算する。更新された確率q_k,j(l)は、インターリーバΠ_kを通じてEMSDにフィードバックされる。EMSDは、同時確率分布P(s(l)｜r(l))を更新するために、更新された確率q_k,j(l)を使用し、送信シンボルs(l)の改善した認識（knowledge）を得る。次に、EMSDは、次のデータストリームの処理に進み、従って、異なるデータストリームの処理が本発明の実施例に従って順次に実行される。

より詳細には、EMSDは以下のステップ、すなわち、
−ETCMデコーダのうち少なくとも１つから変調シンボルに関するソフト情報の更新された確率q_k,j(l)を受信するステップ、
−更新された確率を考慮して変調シンボルの同時確率分布P(s(l)=x_i(l)｜r(l))を再計算するステップ、

−各データストリームk=0,...,K-1について、次の反復のときに第kのETCMデコーダに提供される第kのデータストリームp_k,j(l)の変調シンボルに関するソフト情報p_k,j(l)を再計算するステップ、

−関連するデインターリーバを通じて確率分布p_k,j(l)を各ETCMデコーダに与えるステップ
を実行する。

更に、本発明はまた、受信方法の第２の態様に関し、この受信方法は、
−通信信号r(l)を受信するステップであり、通信信号r(l)は、トレリス符号化多元接続（TCMA）方式に従って符号化及び変調されており、送信前にそれぞれk=0,...,K-1にインデックス付けされたK個のデータストリームを有するステップと、
−受信信号r(l)に条件付けされた全てのK個のストリームの変調シンボルの同時確率を計算するステップであり、各データストリームk=0,...,K-1について、
a)同時確率から第kのデータストリームの変調シンボルに関するソフト情報を計算し、
b)ストリーム特有のデインターリーバΠ_k ^-1を通じて変調シンボルに関するソフト情報を第kのデータストリームのTCM_kデコーダに与え、
c)第kのデータストリームのデータメッセージの情報シンボルに関するソフト情報と、第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報とを取得するために、デインターリーブされたソフト情報を復号化し、
d)ストリーム特有のインターリーバΠ_kを通じて第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報を与え、
e)第kのデータストリームの変調シンボルに関する更新されたソフト情報で同時確率を更新するステップと、
全てのK個のストリームについて任意の数の反復でステップa)-e)を繰り返すステップと、最後の反復において、
−第kのデータストリームの復号化されたデータメッセージを取得するために、第kのデータストリームの情報シンボルに関するソフト情報を使用するステップと、
−第kのデータストリームの復号化されたメッセージを出力するステップとを有する。

従って、受信方法の第２の態様は、一般的なトレリス符号化多元接続TCMA方式で使用されることができることが認識される。実際に、従来技術のTCMA方式は、送信機／デバイス当たり唯一のストリームが送信されてスクランブリングが適用されないETCMAの特別な場合と考えられることができる。

［受信機の複雑性の低減］
EMSDは、全スーパーコンステレーションで、すなわち、全ての

について、確率分布P(s(l)=x_i(l)｜r(l))を計算して更新する。

のサイズは、ストリームの数Kと共に指数的に増加するため、受信アルゴリズムの複雑性も同様にKと共に指数的に増加する。従って、この受信方法は、データストリームの数Kと共に指数的に増加する複雑性を有する。

このシステムは、多数のストリームが送信される場合、高いSNRを必要とすることが言及されている。このような状況で、受信信号r(l)は、高い確率で送信シンボルs(l)に近い。従って、発明者は、EMSDが全スーパーコンステレーションで確率分布P(s(l)=x_i(l)｜r(l))を計算することは不要であることを認識している。その代わり、確率分布が計算されるスーパーコンステレーション点

の数は、受信シンボルr(l)の近くのシンボルの小さいサブセットに制限されることができる。従って、ETCMA受信機の複雑性を低減するための提案される手法は、EMSDにより計算される確率分布P(s(l)=x_i(l)｜r(l))のスーパーコンステレーション点x_i(l)の数を、受信信号r(l)の周辺の領域まで低減することにある。

第１の実施例は、受信シンボルr(l)の距離R₀(SNR)内に入るシンボルx_i(l)で構成されるようにスーパーコンステレーション点x_i(l)の低減されたセットを定義することにある。この概念は図１４に図示されており、２つの可能な受信シンボルは、MSDがその計算を実行するスーパーコンステレーション点x_i(l)の数の範囲を定める半径R₀及びR₁を有する黒点及び円により示されており、従って計算上の複雑性が実質的に低減される。

半径R₀は、低いSNRでは大きい値を取り、高いSNRでは小さい値を取るように、チャネル品質（例えば、SNR又はSINR）の関数として適応的に計算される。言い換えると、距離R₀は、減少するチャネル品質と共に増加し、増加するチャネル品質と共に減少する。これは、送信シンボル(l)が低減された信号セットに含まれる信号x_i(l)の中にない可能性を最小化するために不可欠である。このような場合、反復アルゴリズムは、決して正確な復号化されたメッセージを届けることができない。SNR又はSINR以外の指標がチャネル品質を表すために使用されることができることが認識される。

第１の実施例は、簡単ではあるが、以下の欠点を有する。スーパーコンステレーションは、均等な密度を特徴としないため、低減された信号セット内の点の数は一定ではない。特に、スーパーコンステレーション

は、その中心の近くに高い密度を示し、中心から離れると低い密度を示す。第２の実施例は、低減された信号セット内の点の数をほぼ一定に保持することを目的として、｜r(l)｜が小さいときにR₀が小さく、｜r(l)｜が大きいときにR₀が大きくなるように（図１４ではR₁<R₀）、チャネル品質及び受信シンボルの振幅｜r(l)｜の関数として半径R₀(SNR,｜r(l)｜)を設定することにある。このため、距離R₀は、距離R₀が受信信号r(l)の増加する振幅と共に増加し、受信信号r(l)の減少する振幅と共に減少するように、受信信号r(l)の振幅に更に依存する。従って、良好な性能では、距離R₀は、

として計算されてもよい。ただし、αは雑音の標準偏差に適用される第１のスケーリングパラメータであり、βは受信信号振幅｜r(l)｜に適用される第２のスケーリングパラメータであり、σは雑音の標準偏差である。前述の実施例は、スーパーコンステレーションの可変の密度を補償するが、依然として可変の数の点を含む低減された信号セットを生じる。

受信機の複雑性を低減する他の手法は、検討される信号点の数を制限することである。すなわち、同時確率は、ユークリッド距離に関して受信シンボルr(l)に最も近い限られた固定数の信号点D₀についてのみ計算される。この手法は、低減された信号セットに含まれる一定の数の点の利点を特徴としつつ、前述の手法と同様の結果をもたらす。実際に、スーパーコンステレーションシンボルは、受信シンボルr(l)からのそれらのユークリッド距離に基づいて順序付けられ、r(l)から最低のユークリッド距離を有するD₀個のシンボルが制限された信号空間に含まれる。

変調シンボルに関する、この受信機において使用される同時確率及び／又はソフト情報は、確率分布、確率分布の対数、尤度比、又は尤度比の対数のいずれかで表されてもよいことが当業者により更に認識されるべきである。

［適用シナリオの例］
この送信／受信方式の第１の可能な適用は、無線通信システム、例えば、3GPP LTE及びLTEアドバンストのようなセルラシステムの下りリンク（DL）に関する。図１０を参照すると、単一の送信デバイスは、複数（少なくとも２つ）のデータストリームを少なくとも１つの受信デバイスに送出する。複素係数c_k(l)は、前述の対策に従って選択される。例えば、QPSKコンステレーションを有する２つのストリームの場合の最大のD_E.minの対策は以下のようになる。

このような対策は、

のいずれかの値に最適である。

K∈{3,4,5}個のストリームの場合、

を選択する。

この送信／受信方式の第２の可能な適用は、無線通信システムの上りリンク（UL）に関し、図１１を参照されたい。ここでは、複数（少なくとも１つ）のデバイスは、その変調信号を無線アクセスネットワーク（RAN：Radio Access Network）送信ポイントに送信する。その後、全ての送信信号は、無線チャネルの線形性の結果として、受信アンテナにおいて結合される。異なるデバイスからのキャリア信号は、必然的に位相及び周波数オフセットにより特徴付けられ、これにより、受信アンテナにおける所望の結合を得ることを目的とした送信信号の位相制御が実現するのが非常に複雑になる。

ULの場合に関して、２つの場合が検討される必要がある。第１の場合は、同じ通信デバイス（例えば、UE）により送信されたデータストリームに関する。この場合、ストリームの間の位相差を設定するためにDLスクランブリングに使用された同じ手法が適用可能である。第２の場合は、異なるデバイスにより送信されたデータストリームに関する。この場合、簡単且つ効率的な対策は、異なるデバイス特有のランダム化系列に従ってストリームの位相をランダム化することにある。ランダム化は、異なる擬似ランダムスクランブリング系列を各デバイスに関連付けることにより実行される。この場合も同様に、ZC系列又は他の擬似ランダム系列がこの目的で提案される。

第uのデバイスにより送信された第kのデータストリームで使用されるスクランブリング系列は、c_k,u(l)e_u(l)であり、c_k,u(l)はデバイス内で固有のストリーム特有のスクランブリング系列であり、e_u(l)は

として定義されたデバイス特有のスクランブリング系列である。

図１２は、この方式の実現されたSEを示している。TCMエンコーダ及び変調器、インターリーバ、並びにスクランブリング系列は、前述の説明で記載した対策に従って選択される。気付いた改善は有意である。例えば、K=7個のストリームの場合、SNR利得は8dBに近くなり、これは非常に良好である。

図１３は、この方式のSEとLTEターボ符号化システムのSEとの比較を示している。この方式は、ほとんど全てのSNR及びSE値についてLTEシステムより良好に動作することに気付く。更に、このシステムは、7bits/s/Hzほどの高さのスペクトル効率を実現することができることが示され、これは、LTEシステムで実現することは不可能である。

更に、当業者に分かるように、本発明によるいずれかの方法はまた、処理手段により実行された場合、処理手段に対して方法のステップを実行させるコード手段を有するコンピュータプログラムで実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムプロダクトのコンピュータ読み取り可能媒体に含まれる。コンピュータ読み取り可能媒体は、ROM（読み取り専用メモリ）、PROM（プログラム可能読み取り専用メモリ）、EPROM（消去可能PROM）、フラッシュメモリ、EEPROM（電気的消去可能PROM）、又はハードディスクドライブのようないずれかのメモリを基本的に有してもよい。

更に、送信機及び受信機におけるこの方法は、それぞれ適切な送信及び受信通信デバイスで実現及び実行されることができる。この送信及び受信デバイスは、本発明による方法を実行するための機能、手段、ユニット、要素等の形式の必要な通信能力を有してもよく、これは、デバイスが本発明のいずれかの方法に従って必要な変更を加えて変更されることができることを意味することが、当業者により認識される。他のこのような手段、ユニット、要素、及び機能の例は、適切に一緒に構成されたメモリ、エンコーダ、デコーダ、マッピングユニット、乗算器、インターリーバ、デインターリーバ、変調器、復調器、入力、出力、アンテナ、増幅器、DSP、MSD、TCMエンコーダ、TCMデコーダ等である。送信及び受信デバイスの例は、基地局（eNB等）、モバイルデバイス（UE等）、リレーデバイス、リモート無線ヘッド、ハイパー送受信機（hyper transmitters-receiver）、仮想送受信機、協調マルチポイント送受信機等である。

特に、このデバイスのプロセッサは、例えば、中央処理装置（CPU：Central Processing Unit）、処理ユニット、処理回路、プロセッサ、特定用途向け集積回路（ASIC：Application Specific Integrated Circuit）、マイクロプロセッサ、又は命令を解釈して実行し得る他の処理ロジックのうち１つ以上のインスタンスを有してもよい。従って、“プロセッサ”という表現は、例えば、前述のもののいずれか、一部又は全部のような複数の処理回路を有する処理回路を表してもよい。処理回路は、呼処理制御、ユーザインタフェース制御等のようなデータバッファリング及びデバイス制御機能を有するデータの入力、出力及び処理のためのデータ処理機能を更に実行してもよい。

この送信デバイスは、本発明による送信方法のステップを実行するように構成された少なくとも１つのプロセッサを有する。この実施例は、送信デバイスがこの方法の異なるステップを実行するように構成されたプロセッサを有する図１５に示されている。

或いは、本発明の他の実施例によれば、この送信デバイスは、方法のステップの実行のための専用ユニットを有する。この実施例は、送信デバイスが、対応する方法のステップのために適切に相互に接続された専用ユニットを有する図１６に示されている。この実施例によるデバイスは、選択ユニットと、符号化ユニットと、インターリーブユニットと、スクランブリングユニットと、結合ユニットと、送信ユニットとを有する。

この受信デバイスは、本発明による受信方法のステップを実行するように構成されたプロセッサを有する。この実施例は、受信デバイスがこの方法の異なるステップを実行するように構成されたプロセッサを有する図１７に示されている。

或いは、本発明の他の実施例によれば、この受信デバイスは、方法のステップの実行のための専用ユニットを有する。この実施例は、受信デバイスが、対応する方法のステップのための専用ユニットを有する図１８に示されている。この実施例によるデバイスは、受信ユニットと、EMSDと、計算ユニットと、デインターリーバユニットと、復号化ユニットと、インターリーバユニットと、出力ユニットとを有する。

本発明の第２の受信デバイスは、この場合の受信信号が一般的なトレリス符号化多元接続TCMA方式に従って符号化及び変調されている点を除き、第１の受信デバイスのように構成及び実現されることができる。

この送信及び受信デバイスは、この送信及び受信デバイスの異なる実施例に対応するように、必要な変更を加えて全て変更可能である。

送信デバイスに関する例として、デバイスの実施例によれば、K個のデータストリームは、信号対雑音比のような当該無線チャネルのチャネル品質に基づいてZ>K個のデータストリームのセットから選択される。

デバイスの他の実施例によれば、K個のデータストリームは、実質的に同じチャネル品質を経験する。

デバイスの更に他の実施例によれば、TCM_kの符号化パラメータ及び／又は変調方式は、選択されたストリームの数Kに依存する。

デバイスの更に他の実施例によれば、TCM_kエンコーダは、K≦3では４つの状態を有し、K≧4では２つの状態を有する。

デバイスの更に他の実施例によれば、変調方式は、PSK、QAM、PAM、ASK及びAPSKを有するグループのいずれかである。

デバイスの更に他の実施例によれば、インターリーバΠ_kは、ランダムに生成された順列のセット、単一のランダムに生成された順列の循環シフトから生成された順列のセット、又は二次多項式順列の規則に従って生成された順列のセットのいずれかを使用する。

デバイスの更に他の実施例によれば、スクランブリング系列の係数は、選択されたストリームの数Kに依存する。

デバイスの更に他の実施例によれば、スクランブリング系列の係数は、
K=2では、シンボルパワーの制約に従った信号コンステレーションのシンボルの最小ユークリッド距離を最大化し、
K∈{3,4,5}では、

において均等に位相空間があけられ、μは変調方式に依存した定数であり、
K≧6では、Zadoff-Chu系列のような複素擬似ランダム系列の係数である。

更にデバイスの更に他の実施例によれば、μは、BPSK、PAM及びASKでは1に等しく、QPSK及びQAMでは2に等しく、8PSKでは4に等しく、16PSKでは8に等しい。

デバイスの更に他の実施例によれば、選択されたストリームの数はK≧2である。

デバイスの更に他の実施例によれば、結合するステップは、少なくとも１つの送信信号s(l)を形成するために、K個のデータストリームの全てのスクランブリングされたデータメッセージを加算することにより実現される。

デバイスの更に他の実施例によれば、各データメッセージは、情報シンボルの有限長の系列又は情報シンボルのブロックを有する。

デバイスの更に他の実施例によれば、無線通信システムは、OFDMシステム又はシングルキャリアシステムである。

デバイスの更に他の実施例によれば、K個のデータストリームは、同じTCM符号化パラメータ及び／又は変調方式を使用する。

この原理はまた、それぞれ対応する方法に関して、本発明の第１及び第２の受信デバイスにも関する。

最後に、本発明は、前述の実施例に限定されず、独立請求項の範囲内の全ての実施例にも関し、組み込むことが理解されるべきである。

Claims (16)

1. 無線通信システムにおける送信方法であって、
   −送信のためにK個のデータストリームを選択するステップであり、各データストリームは、１つ以上のデータメッセージを有し、各データストリームk=0,...,K-1について独立して、
   −トレリス符号化変調（TCM）方式TCM_kを使用して第kのデータストリームの前記１つ以上のデータメッセージを符号化及び変調し、
   −ストリーム特有のインターリーバΠ_kを使用することにより、前記第kのデータストリームの前記１つ以上の符号化及び変調されたデータメッセージをインターリーブし、
   −ストリーム特有のスクランブリング系列を使用することにより、前記第kのデータストリームの前記１つ以上のインターリーブされたデータメッセージをスクランブリングするステップと、
   −前記K個のデータストリームの全てのスクランブリングされたデータメッセージを少なくとも１つの送信信号s(l)に結合するステップと、
   −少なくとも１つのアンテナを使用することにより、前記無線通信システムの無線チャネルで前記少なくとも１つの送信信号s(l)を送信するステップと
   を有し、
   前記選択されたストリームの数はK≧2である方法。
2. 前記K個のデータストリームは、前記無線チャネルのチャネル品質に基づいてZ>K個のデータストリームのセットから選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記K個のデータストリームは、実質的に同じチャネル品質を経験する、請求項２に記載の方法。
4. 前記TCM_kの符号化パラメータ及び／又は変調方式は、前記選択されたストリームの数Kに依存する、請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の方法。
5. 前記TCM_kエンコーダは、K≦3では４つの状態を有し、K≧4では２つの状態を有する、請求項４に記載の方法。
6. 前記インターリーバΠ_kは、ランダムに生成された順列のセット、単一のランダムに生成された順列の循環シフトから生成された順列のセット、又は二次多項式順列の規則に従って生成された順列のセットのいずれかを使用する、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 前記スクランブリング系列の係数は、前記選択されたストリームの数Kに依存する、請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 前記スクランブリング系列の前記係数は、
   K=2では、シンボルパワーの制約に従った信号コンステレーションのシンボルの最小ユークリッド距離を最大化し、
   K∈{3,4,5}では、
   

   

   において均等に位相空間に置かれ、μは変調方式に依存した定数であり、
   K≧6では、複素擬似ランダム系列の係数である、請求項７に記載の方法。
9. μは、BPSK、PAM及びASKでは1に等しく、QPSK及びQAMでは2に等しく、8PSKでは4に等しく、16PSKでは8に等しい、請求項８に記載の方法。
10. 前記結合するステップは、前記少なくとも１つの送信信号s(l)を形成するために、前記K個のデータストリームの全ての前記スクランブリングされたデータメッセージを加算することにより実現される、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの送信信号s(l)は、単一の送信デバイスにより送信される、請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの送信信号s(l)は、複数の独立した送信デバイスにより送信される、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の方法。
13. 各データメッセージは、情報シンボルの有限長の系列又は情報シンボルのブロックを有する、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の方法。
14. 前記K個のデータストリームは、同じTCM符号化パラメータ及び／又は変調方式を使用する、請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の方法。
15. プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能記録媒体であって、
    前記プログラムは、プロセッサにより実行された場合、前記プロセッサに対して請求項１ないし１４のうちいずれか１項に記載の方法を実行可能にするコンピュータ読み取り可能記録媒体。
16. 無線通信システムにおいて通信信号を処理及び送信するように構成された送信デバイスであって、
    −送信のためにK個のデータストリームを選択し、各データストリームは、１つ以上のデータメッセージを有し、各データストリームk=0,...,K-1について独立して、
    −トレリス符号化変調（TCM）方式TCM_kを使用して第kのデータストリームの前記１つ以上のデータメッセージを符号化及び変調し、
    −ストリーム特有のインターリーバΠ_kを使用することにより、前記第kのデータストリームの前記１つ以上の符号化及び変調されたデータメッセージをインターリーブし、
    −ストリーム特有のスクランブリング系列を使用することにより、前記第kのデータストリームの前記１つ以上のインターリーブされたデータメッセージをスクランブリングし、
    −前記K個のデータストリームの全てのスクランブリングされたデータメッセージを少なくとも１つの送信信号s(l)に結合し、
    −少なくとも１つのアンテナを使用することにより、前記無線通信システムの無線チャネルで前記少なくとも１つの送信信号s(l)を送信するように構成された少なくとも１つのプロセッサを有し、
    前記選択されたストリームの数はK≧2である送信デバイス。

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