JP6564964B2

JP6564964B2 - 送信装置及び送信方法、受信装置及び受信方法、並びに、プログラム

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Publication number: JP6564964B2
Application number: JP2019505840A
Authority: JP
Inventors: 小林　誠司; 誠司小林; 佐藤　雅典; 雅典佐藤; ナビルログヒン; 敏宏藤木; 亮志池谷; 裕之鎌田; 悠介米山; 公也加藤; 遠藤　彰; 彰遠藤; 沢子桐山; 宏幸三田; 英志本山; 裕青木; 大介川上
Original assignee: Sony Corp; Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Corp; Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2038-02-27
Also published as: US20190393898A1; CN110192350B; EP3598648A1; EP3598648A4; JPWO2018168428A1; WO2018168428A1; JP7077276B2; JP2019193306A; US11012091B2; CN110192350A; EP3598648B1

Description

本技術は、送信装置及び送信方法、受信装置及び受信方法、並びに、プログラムに関し、特に、例えば、LDPC符号を用いた情報伝送において、良好な通信品質を確保することができるようにする送信装置及び送信方法、受信装置及び受信方法、並びに、プログラムに関する。

LDPC(Low Density Parity Check)符号は、高い誤り訂正能力を有し、近年では、例えば、欧州等のDVB(Digital Video Broadcasting)-S.2や、DVB-T.2、DVB-C.2、米国等のATSC(Advanced Television Systems Committee)3.0等のディジタル放送等の伝送方式に広く採用されている。

また、LDPC符号を採用した移動体通信が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

LDPC符号は、最小距離が符号長に比例するという性質があることから、その特徴として、ブロック誤り確率特性がよく、さらに、ターボ符号等の復号特性において観測される、いわゆるエラーフロア現象が殆ど生じないこと等が利点として挙げられる。

特表2011-507362号公報

以上のようなLDPC符号を用いた情報伝送は、世界的に拡がりつつあり、良好な通信（伝送）品質を確保することが要請されている。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、LDPC符号を用いた情報伝送において、良好な通信品質を確保することができるようにするものである。

本技術の送信装置又は第１のプログラムは、符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部とを備え、前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、前記パリティ行列部は、階段構造を有し、前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
32 49 71 234 255 286 297 312 537 550
30 70 88 111 176 201 283 322 419 499
86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
134 223 242 254 285 319 403 496 503 534
18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
129 158 226 269 288 316 397 413 444 549
33 113 133 194 256 305 318 380 507
317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
55 81 412
である送信装置、又は、そのような送信装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムである。

本技術の送信方法は、符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行うことと、前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行うこととを含み、前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、前記パリティ行列部は、階段構造を有し、前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
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86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
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18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
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317 354 402
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83 314 378
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166 281 486
185 439 489
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26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
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である送信方法である。

本技術の送信装置、送信方法、及び、第１のプログラムにおいては、符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化が行われ、前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調が行われる。前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、前記パリティ行列部は、階段構造を有する。前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
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317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
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になっている。

本技術の受信装置、又は、第２のプログラムは、符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部とを備え、前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、前記パリティ行列部は、階段構造を有し、前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
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43 69 390
127 186 506
55 81 412
である送信装置から送信されてくる信号を復調する復調部と、前記信号を復調することにより得られる前記LDPC符号を、前記検査行列を用いて復号する復号部とを備える受信装置、又は、そのような受信装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムである。

本技術の受信方法は、符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部とを備え、前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、前記パリティ行列部は、階段構造を有し、前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
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である送信装置から送信されてくる信号を復調することと、前記信号を復調することにより得られる前記LDPC符号を、前記検査行列を用いて復号することとを含む受信方法である。

本技術の受信装置、受信方法、及び、第２のプログラムにおいては、符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部とを備え、前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、前記パリティ行列部は、階段構造を有し、前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
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127 186 506
55 81 412
である送信装置から送信されてくる信号が復調され、前記信号を復調することにより得られる前記LDPC符号が、前記検査行列を用いて復号される。

なお、送信装置や受信装置は、独立した装置であっても良いし、１つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。

また、プログラムは、伝送媒体を介して伝送することにより、又は、記録媒体に記録して、提供することができる。

本技術によれば、LDPC符号を用いた情報伝送において、良好な通信品質を確保することができる。

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

新通信方式において、同一のパケットを複数回伝送する例を示す図である。新通信方式での受信側のパケットの受信の例を示す図である。周波数ホッピングの例を示す図である。混信が発生し得る無線システムの例を示す図である。無線システムにおいて周波数ホッピングを行っている場合に生じる混信の例を示す図である。本技術を適用した無線システムの一実施の形態である位置通知システムの構成例を示す図である。送信装置１０１の構成例を示すブロック図である。受信装置１１２の構成例を示すブロック図である。送信装置１０１で扱われるデータの第１のフォーマットの例を示す図である。送信装置１０１で扱われるデータの第２のフォーマットの例を示す図である。キーストリーム生成部２１１の構成例を示すブロック図である。送信装置１０１の送信処理の例を説明するフローチャートである。受信装置１１２の受信処理の例を説明するフローチャートである。 LDPC符号の検査行列Hの例を示す図である。 LDPC符号の復号の手順を示すフローチャートである。 (3,6)LDPC符号（符号化率1/2、符号長12）の検査行列Hの例を示す図である。検査行列Hのタナーグラフを示す図である。バリアブルノードで行われるバリアブルノード演算を示す図である。チェックノードで行われるチェックノード演算を示す図である。 LDPC符号化に用いられる検査行列Hの構造の例を示す図である。検査行列Hのパリティ行列H_Tの例を示す図である。検査行列初期値テーブルの例を示す図である。符号長Nが736ビットで、符号化率rが1/4の新LDPC符号の検査行列を表す検査行列初期値テーブルを示す図である。新LDPC符号を用いて情報伝送を行うシミュレーションのシミュレーション結果としてのBERカーブを示す図である。本技術を適用したコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

＜LPWA通信の新通信方式＞

まず最初に、本技術を適用したLPWA(Low Power Wide Area)通信の新通信方式の概要を説明する。

LPWA通信は、低消費電力で、数10ないし100km程度の広い範囲の情報伝送が可能な無線通信で、センサ情報等の少量の情報を伝送するIoT(Internet of Things)等での利用が普及しつつある。

新通信方式では、例えば、920MHz帯で無線信号を送受信（伝送）する。この場合、新通信方式は、920MHz帯の無線通信の一種であるということができる。

日本国内では、920MHz帯は、総務省により2011年7月から解禁された周波数帯であり、免許不要で誰でも使うことができる。但し、920MHz帯の無線通信については、規定（ARIB（Association of Radio Industries and Businesses） STD T-108）により、最大連続送信時間が4秒間に制限されている。また、無線通信については、連続送信時間を短くして、例えば、0.4秒以下にすれば、同一周波数帯を使う他の無線システムに与える混信の影響を軽減することができる。そこで、920MHz帯のARIB規定では、連続送信時間を0.4秒以下とすることにより、より多くのチャネルが割り当てられるように定められている。この結果、日本国内では、連続送信時間を0.4秒以下にすれば、混信が少ない状態で送受信を行うことができる。また、連続送信時間をさらに短くして0.2秒以下にすれば、休止時間を短くして再送信を行うことができる。

新通信方式では、受信側での受信信号のS/N比(Signal to Noise ratio)を向上させるために、例えば、同一のパケットを複数回伝送する。

図１は、新通信方式において、同一のパケットを複数回伝送する例を示す図である。

図１では、１分間のスーパーフレーム（Super Frame）が設定され、その間に、同一のパケットが１０回送信されている。新通信方式では、送信側が、送信の際にキャリアセンスを行う。新通信方式では、キャリアセンスのため、１０回のパケット送信に、例えば、図１示すように、１分間のスーパーフレームが設定される。

図２は、新通信方式での受信側のパケットの受信の例を示す図である。

受信側は、送信側からの１０個のパケットを受信し、図２に示されるように、それらの１０個のパケット（の信号）を合成して合成信号を生成する。そして、受信側は、合成信号の復号（誤り訂正）等を行うことで、合成信号からデータを抽出して出力する。

このように、パケットを合成して合成信号を生成することにより、S/N比を向上させることができる。例えば、１０個のパケットを足し合わせる（合成する）ことができれば、S/N比を約10dB向上させることができる。

したがって、新通信方式では、１個あたりのパケットのS/N比が低くても、受信側でデータを取得することが可能であり、より長距離の情報伝送が可能になる。また、新通信方式では、上述のようにパケットの送信時間を0.2秒以下又は0.4秒以下にすることにより、ARIB規定の制約を受けず、より多くの周波数チャネルを利用することができる。

新通信方式では、例えば、複数のキャリア周波数を利用する周波数ホッピングを行うことができる。

図３は、周波数ホッピングの例を示す図である。

図３の周波数ホッピングでは、CH1乃至CH5の５チャネルが用意され、各パケットが、これらの５チャネルのいずれかを選択して送受信される。チャネルの選択手法としては、送信順番に応じて送信チャネル番号を増大させていく方法、所定の数式に応じて送信チャネル番号を定める方法、あるいは送信チャネル番号をランダムに選択する方法等を使うことが出来る。かかる周波数ホッピングによれば、混信の発生を抑制することができる。

図４は、混信が発生し得る無線システムの例を示す図である。

図４の無線システムは、複数の送信機（送信機Ａ乃至送信機Ｃ）と１個の受信機とを有する。

図４の無線システムでは、複数の送信機が同時に同一のキャリア周波数で無線信号を送信することがある。複数の送信機が同時に同一のキャリア周波数で無線信号を送信すると、受信機において混信が発生し、複数の送信機それぞれからの無線信号を正しく受信することが困難になる。

そこで、図４の無線システムに、図３の周波数ホッピングを適用する。この場合、キャリア周波数が同一となる可能性を低減させることができ、その分、混信の発生を抑制することができる。

しかしながら、図４の無線システムでは、片方向の通信となっており、周波数ホッピングを行っても、複数の送信機のキャリア周波数が同一となる可能性があり、混信を完全に発生させないようにすることは困難である。

図５は、無線システムにおいて周波数ホッピングを行っている場合に生じる混信の例を示す図である。

図５では、送信機Ａ及びＢにおいて、周波数ホッピングが行われているが、同一時刻において、送信機Ａから送信されたあるパケットと、送信機Ｂから送信されたあるパケットとのキャリア周波数が同一となり、送信機Ａ及びＢそれぞれの無線信号（パケット）が衝突している。このように、無線信号の衝突が起きると、受信機において、異なる送信機からのパケットを分離することができず、最終的に取得されるデータに誤りが発生する可能性がある。

例えば、図５において、受信機が、送信機Ａからの無線信号を受信しているとする。そして、送信機Ａから送信されるパケットの内の１つのパケットが送信機Ｂから送信されるパケットと衝突し、さらに、送信機Ｂから送信される無線信号の方が、送信機Ａから送信される無線信号よりも強いとする。この場合、受信機は、送信機Ａからのパケットとして、衝突した送信機Ｂのパケットを合成してしまう。そのため、合成信号に誤りが発生し、データを抽出できなくなる可能性がある。その場合、そのスーパーフレーム内の１０個のパケットの送受信が全て無駄になる可能性がある。

双方向通信では、送信機Ａ及びＢのそれぞれと受信機との間で、互いに、必要な情報の授受を行うことにより、例えば、再送を促すことが可能である。しかしながら、片方向通信では、受信側から送信側に対して情報を供給することが困難であるため、双方向通信で可能なパケットの衝突に対する対策を行うことは難しい。

＜位置通知システム＞

図６は、本技術を適用した無線システムの一実施の形態である位置通知システムの構成例を示す図である。

図６の位置通知システム１００は、送信装置１０１（１０１−１ないし１０１−３）、基地局１０２（１０２−１及び１０２−２）、クラウドサーバ１０３、及び、情報処理端末１０４を有する。

位置通知システム１００では、送信装置１０１が、基地局１０２との間で、新通信方式の無線通信を行うことにより、送信装置１０１の位置を監視する位置監視サービスが提供される。

送信装置１０１は、本技術を適用した送信装置の一実施の形態であり、自身の位置を示す位置情報を、無線信号で送信する。基地局１０２は、受信装置１１２を有する。受信装置１１２は、本技術を適用した受信装置の一実施の形態であり、送信装置１０１からの無線信号を受信して送信装置１０１の位置情報を取得し、その位置情報等を、クラウドサーバ１０３に供給する。したがって、受信装置１１２を有する基地局１０２は、送信装置１０１から送信された情報を中継してクラウドサーバ１０３に伝送する中継局として機能する。クラウドサーバ１０３は、各送信装置１０１の位置情報等、各種情報を管理し、例えば、送信装置１０１の位置をユーザに通知するサービスを提供する。例えば、送信装置１０１の位置を知りたいユーザに操作される情報処理端末１０４は、クラウドサーバ１０３にアクセスし、送信装置１０１の位置情報を取得し、例えば地図データ等とともに表示する等して、ユーザに送信装置１０１の位置を通知する。

送信装置１０１は、例えば高齢者等の、ユーザが位置を監視したい対象に携帯させる。

送信装置１０１は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)を利用して、自身の位置情報を取得する位置センサを有する。すなわち、送信装置１０１は、例えば、GPS（Global Positioning System）衛星からGPS信号を受信する受信機構を位置センサとして有し、適宜、自身の位置情報（例えば、緯度及び経度等）を求める。送信装置１０１は、適宜、位置情報を無線信号として送信する。

なお、送信装置１０１には、位置センサ以外の各種のセンサを搭載し、送信装置１０１は、そのセンサが出力するセンサ情報を、無線信号で送信することができる。例えば、送信装置１０１には、脈拍や心拍数等の生体情報をセンシングするセンサや、温度や湿度等をセンシングするセンサ、扉やドア等の開閉を検出するセンサ等を搭載することができる。

図６では、送信装置１０１−１は、東京（Tokyo）の高齢者１１１−１に携帯されており、送信装置１０１−２は、横浜（Yokohama）の高齢者１１１−２に携帯されており、送信装置１０１−３は、静岡（Shizuoka）の高齢者１１１−３に携帯されている。

また、送信装置１０１は、固有の識別情報（ID）を有している。例えば、図６では、送信装置１０１−１の識別情報は0001（ID=0001）に、送信装置１０１−２の識別情報は0002（ID=0002）に、送信装置１０１−３の識別情報は0003（ID=0003）に、それぞれなっている。送信装置１０１の識別情報は、クラウドサーバ１０３に登録される。

なお、位置の監視の対象は、任意である。例えば、位置の監視の対象は、子供であってもよいし、犬や猫等の動物（ペット）であってもよいし、企業の社員等であってもよい。図６においては３台の送信装置１０１が示されているが、送信装置１０１の数は任意である。送信装置１０１は、専用の装置として構成されるようにしてもよいが、例えば、携帯電話機やスマートフォンのような携帯型の情報処理装置に組み込むようにしてもよい。

基地局１０２は、どのような設備であってもよい。例えば、基地局１０２は、専用の施設・建造物としてもよい。また、例えば、基地局１０２は、一般のビル、マンション、家屋等の建造物の屋根や屋上等に設置可能な設備としてもよい。さらに、例えば、基地局１０２は、ユーザが携帯したり、車等の移動体に設置したりすることができる携帯型の設備としてもよい。

基地局１０２は、複数設置される。例えば図６の場合、基地局１０２−１は、東京に設定されており、基地局１０２−２は、富士に設置されている。図６においては、２つの基地局１０２が示されているが、基地局１０２の数は任意である。

基地局１０２は、受信装置１１２を有する。受信装置１１２は、送信装置１０１からの無線信号を受信し、その無線信号に含まれる情報（データ）をクラウドサーバ１０３に提供する。また、受信装置１１２は、クラウドサーバ１０３から、無線通信の無線フォーマットを決定するための無線フォーマット情報としてのパラメータセット（例えば、無線信号の変調レートや、周波数ホッピングのオン／オフ等）等の必要な情報を取得する。受信装置１１２がクラウドサーバ１０３から情報を取得する方法は、任意である。

クラウドサーバ１０３の構成は任意であり、例えば任意の数のサーバと任意の数のネットワーク等により構成されるようにしてもよい。クラウドサーバ１０３が複数設けられていてもよい。

このような位置通知システム１００において、送信装置１０１は、自身の識別情報(ID)に基づいて周波数ホッピングの設定を行う。すなわち、送信装置１０１は、識別情報に基づいて各パケットの送信タイミング及び送信周波数を設定し、その設定に基づいて各パケットを送信する。このように周波数ホッピングを利用して送信を行うことにより、混信の発生を抑制することができる。つまり、より確実に情報の伝送を行うことができる。

また、送信装置１０１は、識別情報に基づいて送信タイミング及び送信周波数を設定することにより、送信タイミング及び送信周波数のパターンを送信装置１０１毎に変えることができる。この場合、異なる送信装置１０１から送信されるパケットどうしの衝突の発生を抑制することができる。つまり、より確実に情報の伝送を行うことができる。

また、基地局１０２の受信装置１１２は、クラウドサーバ１０３から送信装置１０１の識別情報を取得し、その識別情報に基づいて受信を行う。つまり、受信装置１１２は、識別情報に基づいて、送信装置１０１の送信タイミング及び送信周波数の設定と同様に、受信タイミング及び受信周波数を設定する。受信装置１１２において、送信装置１０１の識別情報によりパケットの送信タイミング及び送信周波数が特定できれば、その送信タイミング及び送信周波数についてパケットの検出を行えばよいので（つまり、受信タイミング及び受信周波数を送信タイミング及び送信周波数に合わせればよいので）、S/N比が低い場合であっても、パケットの検出がより容易になる。したがって、より高感度な受信が可能になる。つまり、より確実な情報の伝送を実現することができる。また、不要なタイミングや不要な周波数帯域でパケットの検出等の処理を行わなくてよいので、負荷の増大を抑制することができる。

また、送信装置１０１の識別情報には、優先度が付すことができる。受信装置１１２は、クラウドサーバ１０３から取得される送信装置１０１の識別情報に優先度が付してある場合、識別情報の優先度に応じて、その識別情報により識別される送信装置１０１からの無線信号（パケット）の受信を行うことができる。この場合、より確実な情報の伝送を実現することができる。

なお、受信装置１１２は、無線信号の受信に関する情報、例えば、どの送信装置１０１からの無線信号をいつ受信したか、その無線信号の内容（無線信号から抽出したデータ）等を、受信情報としてクラウドサーバ１０３に供給することができる。

クラウドサーバ１０３は、送信装置１０１に関する情報（端末情報とも称する）や、ユーザに関する情報（加入者情報とも称する）を予め登録して管理する。端末情報は、例えば、送信装置１０１の識別情報、送信頻度の情報、主な所在地等を含むことができる。また、加入者情報は、例えば、ユーザ（位置通知サービスを受ける者）の氏名、年齢、性別、住所、支払に関する情報、使用する送信装置の識別情報、ログインID、パスワード等を含むことができる。もちろん、端末情報及び加入者情報は、それぞれどのような情報が含まれていてもよく、上述の例に限定されない。

また、クラウドサーバ１０３は、所定のタイミングにおいて、又は、受信装置１１２等からの要求に応じて、送信装置１０１の識別情報を各基地局１０２（一部又は全部の基地局１０２）の受信装置１１２に提供する。その際、クラウドサーバ１０３は、各基地局１０２に対して、その基地局１０２が無線信号を受信する可能性の高い送信装置１０１の識別情報を供給することができる。換言するに、クラウドサーバ１０３は、各基地局１０２に対して、その基地局１０２が無線信号を受信する可能性が低い送信装置１０１の識別情報を供給しないことができる。このようにすることにより、基地局１０２の受信装置１１２での不要なパケットの検出を低減することができ、負荷の増大を抑制することができる。

また、基地局１０２が受信対象とする送信装置１０１の数が増大すると、その分、パケットの衝突が発生する確率が高くなる。より正確に説明すると、無線信号を受信する可能性が低い送信装置１０１からはパケットが届く可能性が低いのであるから、実際にパケットの衝突が発生する確率が高くなるわけではない。しかしながら、基地局１０２において行われる受信タイミング及び受信周波数の設定においては、対象とする送信装置１０１の数が増大する程、パケットの衝突が発生する確率は増大する。このように受信タイミング及び受信周波数の設定においてパケットの衝突が発生した場合、そのパケットの受信は省略される。したがって、無線信号を受信する可能性が低い送信装置１０１まで受信対象にすると、不要に受信感度が低減し、情報の伝送の確実性が不要に低減するおそれがある。上述のように、クラウドサーバ１０３が、その基地局１０２が無線信号を受信する可能性が低い送信装置１０１の識別情報を供給しないことにより、基地局１０２は、そのような送信装置１０１を受信対象から除外することができ、この場合、受信感度の低減を抑制し、より確実な情報の伝送を実現することができる。

また、クラウドサーバ１０３は、基地局１０２の受信装置１１２から無線信号の受信によって得られる受信情報を取得する。クラウドサーバ１０３は、その受信情報に基づいて、例えば、送信装置１０１と受信装置１１２との間の情報の送受信の履歴（例えば、どの送信装置１０１から送信された無線信号を、どの基地局１０２の受信装置１１２がいつ受信したか等）を管理する。クラウドサーバ１０３は、この履歴に基づいて、基地局１０２に識別情報を供給する送信装置１０１を選択し、その選択結果に従って、識別情報（のリスト(LEID(List of Expected ID)））を、基地局１０２の受信装置１１２に供給する。このように、過去の通信履歴に基づいて、送信装置１０１の識別情報を、各基地局１０２の受信装置１１２に供給することで、各基地局１０２の受信装置１１２が各送信装置１０１の無線信号を受信する可能性をより正確に判定することができる。したがって、各基地局１０２は、より確実な情報の伝送を実現することができる。

さらに、クラウドサーバ１０３は、受信装置１１２からの受信情報に基づいて、例えば、送信装置１０１（高齢者１１１）の位置を情報処理端末１０４に提供することができる。

なお、送信装置１０１の識別情報は、どのような形態でクラウドサーバ１０３から基地局１０２に供給されるようにしてもよい。例えば、クラウドサーバ１０３が、送信装置１０１の識別情報を優先リストとして基地局１０２に供給するようにしてもよい。この優先リストは、その優先リストが供給される基地局１０２が無線信号を受信する可能性の高い送信装置１０１の識別情報の一覧を含む情報である。例えば、クラウドサーバ１０３は、各基地局１０２に対してその基地局１０２用の優先リストを生成して供給し、優先リストを供給された基地局１０２は、その優先リストに識別情報が示される送信装置１０１からの無線信号を受信するように処理を行うようにしてもよい。また、基地局１０２に対して供給される送信装置１０１の識別情報に、その基地局１０２における受信の優先度（priority）が付加されるようにしてもよい。例えば、上述の優先リストに、各識別情報の優先度が含まれるようにしてもよい。そして、優先リストを供給された基地局１０２が、その優先リストに含まれる優先度に基づいて、信号受信の優先順等を設定するようにしてもよい。このようにすることにより、クラウドサーバ１０３は、基地局１０２が無線信号を受信する送信装置１０１を制御することができるだけでなく、その受信の優先順も制御することができる。優先度については、基地局１０２が存在する位置と、送信装置１０１が送信してきた位置情報との差分から通信距離を求め、この通信距離に応じて優先度を変更することが可能である。

＜送信装置１０１の構成例＞

図７は、送信装置１０１の構成例を示すブロック図である。

送信装置１０１は、GPS信号受信部２０１、ペイロードデータ生成部２０２、ID/CRC付加部２０３、FEC処理部２０４、繰り返し部２０５、ガードビット付加部２０６、キーストリーム生成部２１１、ANDゲート２１２、EXORゲート２１３、ゴールド符号発生部２１４、EXORゲート２１５、シンク生成部２２１、インターリーブ部２２２、変調部２２３、及び、周波数／タイミング制御部２２４を有する。

GPS信号受信部２０１は、GPS信号を受信し、そのGPS信号に含まれるクロック信号としての1PPS（パルス／秒）信号や現在時刻（GPS時刻）を取得し、周波数／タイミング制御部２２４に供給する。また、GPS信号受信部２０１は、GPS信号から、送信装置１０１の位置情報（緯度、経度、高度）を取得し、位置をセンシングしたセンサ情報として、ペイロードデータ生成部２０２に供給する。

ペイロードデータ生成部２０２は、GPS信号受信部２０１からのセンサ情報としての位置情報から、無線信号のペイロードとなるペイロードデータを生成し、ID/CRC付加部２０３に供給する。なお、ペイロードデータとなる情報は、位置情報、さらには、センサ情報に限定されるものではない。ペイロードデータとなる情報は、例えば、無線システムを適用するアプリケーション等に応じて決定することができる。但し、新通信方式は、低消費電力で、数10ないし100km程度の広い範囲の情報伝送が可能なLPWA通信の新通信方式の一種であり、ペイロードデータとなる情報のサイズは、LPWA通信に適したサイズとすることが望ましい。

ID/CRC付加部２０３は、ペイロードデータ生成部２０２からのペイロードデータに、送信装置１０１のID（識別情報）と、CRC(Cyclic Redundancy Check)コードとを付加することで、FEC(Forward Error Correction)処理の対象となるFEC対象ユニットを生成し、FEC処理部２０４に供給する。なお、ID/CRC付加部２０３は、ペイロードデータ、又は、ペイロードデータ及びIDを対象に、CRCコードを生成する。

FEC処理部（符号化部）２０４は、ID/CRC付加部２０３からのFEC対象ユニットを対象として、FEC処理を施し、その結果得られるFECフレームを、繰り返し部２０５に供給する。

すなわち、FEC処理部２０４は、FEC対象ユニットのFEC処理として、FEC対象ユニットの誤り訂正符号化を行い、その誤り訂正符号化により得られる誤り訂正符号を、繰り返し部２０５に供給する。

具体的には、FEC処理部２０４は、例えば、FEC対象ユニットのLDPC符号化を行い、そのLDPC符号化により得られるLDPC符号を、繰り返し部２０５に供給する。

なお、誤り訂正符号は、LDPC符号に限定されるものではない。誤り訂正符号としては、例えば、畳み込み符号やターボ符号等を採用することができる。

繰り返し部２０５は、FEC処理部２０４からのLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを生成し、ガードビット付加部２０６に供給する。

ガードビット付加部２０６は、繰り返し部２０５からの繰り返しユニットに、ガードビットを付加（挿入）し、EXORゲート２１３に供給する。

キーストリーム生成部２１１は、暗号化に用いるキーストリームを生成し、ANDゲート２１２に供給する。

ANDゲート２１２には、キーストリーム生成部２１１からのキーストリームが供給される他、EXORゲート２１３での暗号化の有効／無効を切り替える切り替え信号が供給される。

切り替え信号は、例えば、暗号化を有効とする場合には、論理１（例えば、Highレベル）となり、暗号化を無効とする場合には、論理０（例えば、Lowレベル）となる信号である。切り替え信号は、例えば、アプリケーションに応じて設定することができる。切り替え信号は、ガードビット付加部２０６からEXORゲート２１３に供給される繰り返しユニットの全体や、一部分の暗号化が有効になるように設定することができる。また、切り替え信号は、ガードビット付加部２０６からEXORゲート２１３に供給される繰り返しユニットの全体の暗号化が無効になるように設定することができる。

ANDゲート２１２は、切り替え信号と、キーストリーム生成部２１１からのキーストリームとの論理積を演算し、EXORゲート２１３に供給する。これにより、ANDゲート２１２からEXORゲート２１３に対しては、切り替え信号において暗号化が有効になっている期間だけ、キーストリームが供給される。

EXORゲート２１３は、カードビット付加部２０６からの繰り返しユニットと、ANDゲート２１２からのキーストリームとの排他的論理和を演算することにより、繰り返しユニットをストリーム暗号（方式）で暗号化する。EXORゲート２１３は、暗号化後の繰り返しユニットを、EXORゲート２１５に供給する。

ここで、EXORゲート２１３では、繰り返しユニットのうちの、ANDゲート２１２からのキーストリームが供給される期間、すなわち、切り替え信号が論理１になっている期間が暗号化される。したがって、EXORゲート２１３では、繰り返しユニットの全部又は一部が暗号化されることや、繰り返しユニットの全部が暗号化されないことがある。

ゴールド符号発生部２１４は、例えば、２つのM系列発生器を用いて、EXORゲート２１３からの繰り返しユニットと同一サイズ（ビット数）のスクランブル系列としての、例えば、ゴールド符号を発生し、EXORゲート２１５に供給する。

EXORゲート２１５は、EXORゲート２１３からの繰り返しユニットと、ゴールド符号発生部２１４からのスクランブル系列との排他的論理和を演算することにより、繰り返しユニットのスクランブルを行って、インターリーブ部２２２に供給する。

シンク生成部２２１は、例えば、M系列等の所定のPN(Pseudo Noise)系列を、同期信号として生成し、インターリーブ部２２２に供給する。なお、シンク生成部２２１で生成される同期信号は、送信装置１０１及び受信装置１１２で既知の信号になっている。同期信号が、送信装置１０１及び受信装置１１２で既知であることにより、受信装置１１２では、送信装置１０１からの無線信号の同期検波を行うことができ、送信装置１０１からの無線信号をロバストに受信することができる。M系列の初期値は、送受信で共通の値とすれば何でも良い。またM系列の初期値を、IDに応じて変えることも可能である。

インターリーブ部２２２は、EXORゲート２１３からの繰り返しユニットとしてのビット系列d(0),d(1),...と、シンク生成部２２１からの同期信号としてのビット系列r(0),r(1),...とをインターリーブ（多重化）し、そのインターリーブにより得られるインターリーブ系列r(0),d(0),r(1),d(1),...、又は、r(0),d(0),d(832),r(1),d(1),...を、変調部２２３に供給する。

変調部２２３は、インターリーブ部２２２から供給されるインターリーブ系列を用いて、例えば、π/2 shift BPSK(π/2 Shift Binary Phase Shift Keying)変調やチャープ(chirp)変調等の変調を行い、その変調により得られる変調信号としての、例えば、920MHz帯の無線信号を送信する。なお、変調部２２３は、周波数／タイミング制御部２２４からの制御に従った送信タイミング及び送信周波数で、無線信号を送信する。

周波数／タイミング制御部２２４は、送信装置１０１のID等に応じて、変調部２２３が送信する無線信号の送信タイミング及び送信周波数を設定し、その送信タイミング及び送信周波数で無線信号を送信するように、変調部２２３を制御する。周波数／タイミング制御部２２４は、変調部２２３の制御を、GPS信号受信部２０１からのクロック信号に同期して行う。すなわち、周波数／タイミング制御部２２４は、例えば、GPS信号受信部２０１からのクロック信号に応じて、現在のタイミングが、送信装置１０１及び受信装置１１２において既知の（あらかじめ決められた）タイミングであるグリッドタイミング（グリッド時間）であるかどうかを認識し、グリッドタイミングでパケットの送信が開始されるように、変調部２２３を制御する。

＜受信装置１１２の構成例＞

図８は、受信装置１１２の構成例を示すブロック図である。

受信装置１１２は、GPS信号受信部２３１、ID／送信パターン取得部２３２、周波数／タイミング制御部２３３、復調部２３４、及び、復号部２３５を有する。

GPS信号受信部２３１は、GPS信号を受信し、そのGPS信号に含まれる1PPS信号やGPS時刻を取得して、クロック信号として、周波数／タイミング制御部２３３に供給する。

ID／送信パターン取得部２３２は、例えば、クラウドサーバ１０３から、受信装置１１２が無線信号の受信対象とする送信装置１０１のIDや、送信タイミング及び送信周波数のパターンである送信パターンを取得し、周波数／タイミング制御部２３３に供給する。

周波数／タイミング制御部２３３は、ID／送信パターン取得部２３２からの送信パターンに従って、復調部２３４での無線信号の受信タイミング及び受信周波数を設定し、その受信タイミング及び受信周波数で無線信号を受信するように、復調部２３４を制御する。周波数／タイミング制御部２３３は、図７の周波数タイミング制御部２２４と同様に、復調部２３４の制御を、GPS信号受信部２３１からのクロック信号に同期して行う。

ここで、以上のように、変調部２２３（図７）の送信タイミング及び送信周波数の制御、及び、復調部２３４の受信タイミング及び受信周波数の制御を、いずれも、GPS信号から得られるクロック信号及び時刻情報（GPS時刻）に同期して行うことで、変調部２２３の送信タイミング及び送信周波数と、復調部２３４の受信タイミング及び受信周波数とを、精度良く一致させることができる。

復調部２３４は、周波数／タイミング制御部２３３の制御に従った受信タイミング及び受信周波数で、送信装置１０１からの無線信号を受信し、その無線信号のFFT(Fast Fourier Transform)等を行うことで、無線信号を復調する。復調部２３４は、無線信号の復調により得られる復調信号を、復号部２３５に供給する。なお、復号部２３４の復調では、例えば、同期信号を用いた同期検波が行われ、図２で説明した合成も行われる。

復号部２３５は、復調部２３４からの復号信号に含まれるLDPC符号を復号することにより誤り訂正を行い、その結果得られるペイロードデータに含まれるセンサ情報を出力する。このセンサ情報は、受信装置１１２からクラウドサーバ１０３に送信される。

＜送信装置１０１で扱われるデータのフォーマット＞

図９は、送信装置１０１で扱われるデータ（信号）の第１のフォーマットの例を示す図である。

ここで、新通信方式では、変調部２２３で行われる変調の変調レート（伝送レート）として、例えば、6.35kbpsと50.8kbpsとがある。

図９は、変調レートが、6.35kbps及び50.8kbpsのうちの、6.35kbpsである場合のデータのフォーマットを示している。

新通信方式では、ペイロードデータの設定モードとして、例えば、MSDU Type-1, MSDU Type-2, MSDU Type-3という３種類のモードが用意されている。

ペイロードデータは、例えば、MSDU(MAC(Media Access Control) Service Data Unit)と呼ばれる128ビットのユニットで、MSDU Type-1, MSDU Type-2, MSDU Type-3では、128ビット、64ビット、1ビットが、それぞれ実データ（ユーザデータ）の伝送に用いられる。

すなわち、MSDU Type-1では、ペイロードデータ生成部２０２は、128ビットの実データ（センサ情報等）を、そのまま用いて、128ビットのMSDUを構成（生成）する。MSDU Type-2では、ペイロードデータ生成部２０２は、64ビットの実データに、64ビットの0をパディングして、128ビットのMSDUを構成する。 MSDU Type-3では、ペイロードデータ生成部２０２は、1ビットの実データに、127ビットの0をパディングして、128ビットのMSDUを構成する。

128ビットのMSDUは、ID/CRC付加部２０３で、送信装置１０１の32ビットのIDと、24ビットのCRCコードとが付加されることにより、FEC対象ユニットとしてのPSDU(Physical Layer Service Data Unit)と呼ばれる184ビットのユニットになる。

184ビットのPSDUは、FEC処理部２０４において、例えば、符号長Nが736ビットで、符号化率rが1/4のLDPC符号に符号化され、その結果、736ビット（＝184×4/1）のLDPC符号（エンコードビット）となる。

変調レートが6.35kbpsである第１のフォーマットでは、736ビットのLDPC符号が２回繰り返され、さらに、736ビットのLDPC符号の一部の184ビットが繰り返されることにより、1656ビット（＝736ビット×2＋184ビット）の繰り返しユニットが構成される。

すなわち、第１のフォーマットでは、繰り返しユニットは、736ビットのLDPC符号が２回繰り返し配置され、さらに、736ビットのLDPC符号の一部の184ビットが配置されて構成される。

繰り返しユニットに配置される736ビットのLDPC符号の一部の184ビットとしては、例えば、736ビットのLDPC符号の先頭の184ビットを採用することができる。また、繰り返しユニットに配置される736ビットのLDPC符号の一部の184ビットは、例えば、所定の最適化パターンに従って選択することができる。

繰り返しユニットには、ガードビット付加部２０６で、ガードビットが付加（挿入）される。

すなわち、繰り返しユニットの先頭と最後とのそれぞれに、4ビットのガードビット(G)が付加される。

ガードビットの付加により、1656ビットの繰り返しユニットは、1664ビット（＝1656ビット＋4ビット×2）の繰り返しユニットとなる。

4ビットのガードビットとしては、例えば、4ビットの0等を採用することができる。

ここで、受信装置１１２の復調部２３４（図８）で行われる繰り返しユニットのFFTにおいて、繰り返しユニットの端部の信号品質が劣化する。この信号品質の劣化に対する対処として、ガードビットが、繰り返しユニットの先頭と最後とのそれぞれに付加される。

繰り返しユニットについては、EXORゲート２１３で、キーストリームとの排他的論理和が演算され、これにより、繰り返しユニットは、暗号ストリームとなる。

ここで、ペイロードデータの設定モードが、MSDU Type-2又はMSDU Type-3である場合、ペイロードデータとしての128ビットのMSDUの一部は、パディングされた0になっている。MSDU Type-2では、64ビットの実データに、64ビットの0をパディングしているので、128ビットのMSDUのうち半分は0である。換言すると、MSDUの半分は意味が無い情報である。MSDU Type-3では、1ビットの実データに、127ビットの0をパディングしているので、128ビットのMSDUのうち大半が意味の無い情報となっている。

新通信方式は、このように意味の無い情報を多く含む場合（MSDU Type-2又は MSDU Type-3の場合）に、通信路に送り出す無線エネルギーを最大限に有効活用することができる方式になっている。すなわち、新通信方式においては、パディングの0（の一部又は全部）として生成されたデータについては、暗号化の対象にしないことができる。パディングの0を、暗号化の対象にしない場合、ANDゲート２１２には、繰り返しユニットにおけるパディングの0の期間の暗号化を無効にする切り替え信号が供給される。ANDゲート２１２は、切り替え信号に応じて、キーストリームを、EXORゲート２１３に供給し、これにより、EXORゲート２１３では、繰り返しユニットにおける、暗号化が無効でない期間、すなわち、暗号化が有効である期間だけを対象に、ANDゲート２１２からのキーストリームを用いて、繰り返しユニットの暗号化が行われる。暗号化が無効な部分については、暗号化が行われずにパディングの０データがそのまま出力される。このようにして暗号化が無効とされた部分は、受信装置１１２においてデータ0であることが既知である。したがって、受信装置１１２の復調部２３４においては、暗号化が無効な部分の信号を、同期信号として扱い、同期性能を向上させることが可能となる。さらに、復号部２３５においては、暗号化が無効とされた部分を既知のデータ「0」として復号することにより、誤り訂正の性能を向上させることができる。つまり、ペイロードが短い場合において暗号化を部分的に無効とすることにより、受信装置１１２の性能が向上する。このような性能向上により、送信空中線電力を、例えば、暗号化を部分的に無効としない場合よりも低くしても、同等の通信性能を実現することが可能となる。

暗号ストリームは、暗号化前の繰り返しユニットと同様に、1664ビットで構成される。

1664ビットの暗号ストリームは、EXORゲート２１５で、スクランブル系列としてのゴールド符号との排他的論理和が演算されることによりスクランブルされ、スクランブルストリームとなる。

スクランブルストリームは、スクランブル前の暗号ストリームと同様に、1664ビットのビット系列d(0),d(1),...,d(1663)である。

変調レートが6.35kbpsである第１のフォーマットについては、シンク生成部２２１は、例えば、832ビットの同期信号(Sync)としてのビット系列r(0),r(1),...r(831)を生成する。

したがって、変調レートが6.35kbpsである第１のフォーマットについては、同期信号とスクランブルストリームとの長さの比は、832:1664=1:2である。

832ビットの同期信号としてのビット系列r(0),r(1),...r(831)と、1664ビットのスクランブルストリームとしてのビット系列d(0),d(1),...,d(1663)とは、インターリーブ部２２２でインターリーブされる。その結果、同期信号としてのビットが周期的に挿入された2496ビットのPPDU(Presentation Protocol Data Unit)としてのビット系列r(0),d(0),d(832),r(1),d(1),d(833)…が生成される。

ここで、832ビットの同期信号としてのビット系列r(0),r(1),...,r(831)と、1664ビットのスクランブルストリームとしてのビット系列d(0),d(1),...,d(1663)とのインターリーブは、例えば、以下のCプログラムに従って行われる。なお、PPDU(n)は、2496ビットのPPDUの先頭からn+1番目のビットを表し、(n % x)は、nをxで除算した余りを表す。記号“==”は計算結果が等しいか否かを判断することを意味する。また、nを被除数とする除算の計算（n/3等）では、小数点以下を切り捨てる。

for(n=0; n<2496; n++) {
if ( (n % 3) ==0) PPDU(n) =r (n/3);
if ( (n % 3) ==1) PPDU(n) =d (n/3);
if ( (n % 3) ==2) PPDU(n) =d (n/3+1);
}

2496ビットのPPDUについては、変調部２２３で、6.35kbpsのπ/2シフトBPSK変調が施され、さらに、400kHz/sのチャープ変調が施される。そして、2496ビットのPPDUは、無線信号となって送信される。

2496ビットのPPDUについて、6.35kbpsのπ/2シフトBPSK変調が施される場合、2496ビットのPPDUの送信（伝送）時間は、約393.2msとなる。したがって、2496ビットのPPDUの送信は、0.4秒以下の送信となり、920MHz帯のARIB規定を満足している。

チャープ変調において、約393.2msの送信時間のPPDUの送信開始時には、例えば、約-78.6kHzの周波数シフトが与えられる。400kHz/sのチャープ変調では、周波数が400kHz/sの変化レートで線形に変化するので、約393.2msの送信時間のPPDUの送信終了時の周波数シフトは、約+78.6kHzとなる。

例えば、キャリアの周波数（中心周波数）が925MHzである場合、チャープ変調により無線信号の信号周波数は 924.9214MHzから925.0786MHzまで直線的に変化する。このチャープ変調により、6.35kbpsの変調レートを使った場合であっても周波数利用効率が向上し、混信に強くなる。また、チャープ変調の特性により同期検出にかかる演算量を軽減することが可能となる。

第１のフォーマットについては、送信装置１０１は、パケットとしてのPPDUの送信を、例えば、４回繰り返し行う。この場合、PPDUの４回の送信に要する時間は、約1.57秒（＝393.2ms×4）になる。

なお、本実施の形態では、LDPC符号として、符号長Nが736ビットで、符号化率rが1/4の１種類のLDPC符号を用意する一方、ペイロードデータの設定モードが、MSDU Type-1, MSDU Type-2, MSDU Type-3のいずれの場合であっても、0のパディングにより、FEC対象ユニットとしての184ビットのPSDUを構成し、その184ビットのPSDUのLDPC符号化を、1種類のLDPC符号によって行うこととしたが、その他、例えば、設定モードごとに、各設定モード用のLDPC符号を用意し、0のパディングを行わずに、各設定モードの実データのLDPC符号化を、その設定モード用のLDPC符号を用いて行うことができる。

但し、各設定モード用のLDPC符号を用意する場合には、送信装置１０１において、各設定モード用のLDPC符号の検査行列を記憶する必要があり、また、LDPC符号化において、設定モードごとに検査行列を切り替える等の処理が必要になる。一方、送信装置１０１において、符号長Nが736ビットで、符号化率rが1/4の１種類のLDPC符号を用いる場合には、LDPC符号については、１種類のLDPC符号の検査行列を記憶するだけで済み、検査行列の切り替えも必要がないので、負荷の軽減、ひいては、低消費電力化を図ることができる。

図１０は、送信装置１０１で扱われるデータの第２のフォーマットの例を示す図である。

すなわち、図１０は、変調レートが、6.35kbps及び50.8kbpsのうちの、50.8kbpsである場合のデータのフォーマットを示している。

第２のフォーマットでは、ペイロードデータとしてのMSDU、FEC対象ユニットとしてのPSDU、及び、LDPC符号化については、第１のフォーマット（図９）の場合と同様であるため、説明を省略する。

変調レートが50.8kbpsである第２のフォーマットでは、736ビットのLDPC符号が６回繰り返され、さらに、736ビットのLDPC符号の一部の384ビットが繰り返されることにより、4800ビット（＝736ビット×6＋384ビット）の繰り返しユニットが構成される。

すなわち、第２のフォーマットでは、繰り返しユニットは、736ビットのLDPC符号が６回繰り返し配置され、さらに、736ビットのLDPC符号の一部の384ビットが配置されて構成される。

繰り返しユニットに配置される736ビットのLDPC符号の一部の384ビットとしては、例えば、736ビットのLDPC符号の先頭の384ビットを採用することができる。また、繰り返しユニットに配置される736ビットのLDPC符号の一部の384ビットは、例えば、所定の最適化パターンに従って選択することができる。

繰り返しユニットについては、第１のフォーマットの場合と同様に、4ビットのガードビット(G)が、先頭と最後のそれぞれに付加される。ガードビットの付加により、4800ビットの繰り返しユニットは、4808ビット（＝4800ビット＋4ビット×2）の繰り返しユニットになる。

その後、第２のフォーマットでは、第１のフォーマットの場合と同様に、4808ビットの繰り返しユニットが暗号化され、暗号ストリームとされ、さらに、スクランブルされ、スクランブルストリームとされる。

第２のフォーマットでは、スクランブルストリームは、ガードビットが付加された繰り返しユニットと同一サイズの4808ビットのビット系列d(0),d(1),...,d(4807)になる。

また、第２のフォーマットについては、シンク生成部２２１は、例えば、スクランブルストリームと同一サイズの4808ビットの同期信号(Sync)としてのビット系列r(0),r(1),...r(4087)を生成する。

したがって、第２のフォーマットについては、同期信号とスクランブルストリームとの長さの比は、4808:4808=1:1である。

4808ビットの同期信号としてのビット系列r(0),r(1),...r(4087)と、4808ビットのスクランブルストリームとしてのビット系列d(0),d(1),...,d(4807)とは、インターリーブ部２２２でインターリーブされる。その結果、同期信号としてのビットが周期的に挿入された9616ビット（＝4808ビット＋4808ビット）のPPDUとしてのビット系列r(0),d(0),r(1),d(1),…が生成される。

ここで、4808ビットの同期信号としてのビット系列r(0),r(1),...,r(4807)と、4808ビットのスクランブルストリームとしてのビット系列d(0),d(1),...,d(4807)とのインターリーブは、例えば、以下のCプログラムに従って行われる。

for(n=0; n<9616; n++) {
if ( (n % 2) ==0) PPDU(n) =r (n/2);
if ( (n % 2) ==1) PPDU(n) =d (n/2);
}

9616ビットのPPDUについては、変調部２２３で、50.8kbpsのπ/2シフトBPSK変調が施され、無線信号となって送信される。

9616ビットのPPDUについて、50.8kbpsのπ/2シフトBPSK変調が施される場合、9616ビットのPPDUの送信時間は、約189.4msとなる。したがって、9616ビットのPPDUの送信時間は、ARIB規定の0.2秒を下回るので、送信休止時間を短く取って複数回繰り返し送信することが可能となる。

第２のフォーマットについては、送信装置１０１は、パケットとしてのPPDUの送信を、例えば、２０回繰り返し行う。この場合、PPDUの２０回の送信に要する時間は、約3.78秒（＝189.4ms×20）になる。第２のフォーマットでは、送信の繰り返し回数が第１のフォーマットより多いことにより、例えば、フェーディング等の影響があっても、より確実に情報を伝送することができる。第１のフォーマットと第２のフォーマットの選択は、例えば、アプリケーションに応じて行うことができる。例えば、アプリケーションによって要求されるフェーディング特性等によって、第１及び第２のフォーマットのうちのいずれを使用するかを決定することができる。

＜キーストリーム生成部２１１の構成例＞

図１１は、図７のキーストリーム生成部２１１の構成例を示すブロック図である。

図１１において、キーストリーム生成部２１１は、キー発生部２５１、Nonce発生部２５２、ブロック暗号化部２５３、及び、P/S変換部２５４を有する。

キーストリーム生成部２１１は、暗号化に用いられるキーストリームを生成する。キーストリーム生成部２１１では、第１のフォーマットについては、1664ビットのキーストリームが生成され、第２のフォーマットについては、4808ビットのキーストリームが生成される。

キー発生部２５１は、128ビットの鍵情報を発生する。キー発生部２５１については、内部構造が非公開とされ、暗号の安全性が確保される。キー発生部２５１については、内部構造を容易に推測されなければ、その構成は、どのような構成であってもよい。

キー発生部２５１は、例えば、GPS信号受信部２０１（図７）からGPS時刻を取得し、ビット数が128ビットとなるようにゼロデータを加えることによって、鍵情報を生成（発生）することができる。キー発生部２５１は、生成した鍵情報を、ブロック暗号化部２５３に供給する。

Nonce発生部２５２は、128ビットのNonce（Number used ONCE) を発生する。Nonceについては、ビットクロックを128分周したタイミングごとに、異なる値となることが期待される。

Nonce発生部２５２は、例えば、128ビットのカウンタで構成することができる。この場合、Nonce発生部２５２は、例えば、無線信号の送信開始前に、カウンタを所定のカウント値に初期化し、その後は、ビットクロックを128分周したタイミングごとに、カウント値を、1ずつインクリメントすることにより、Nonceを生成することができる。Nonce発生部２５２は、生成したNonceを、ブロック暗号化部２５３に供給する。

ブロック暗号化部２５３は、キー発生部２５１からの鍵情報と、Nonce発生部２５２からのNonceを用いて、128ビットのブロック暗号を発生し、P/S変換部２５４に供給する。

ブロック暗号としては、例えば、AES（Advanced Encryption Standard)符号や、CLEFIA符号等を用いることができる。

P/S変換器１６４は、ブロック暗号化部２５３からの128ビット単位のブロック暗号を、1ビット単位にP/S(Parallel to Serial)変換し、シリアル（１ビット単位）のキーストリームを生成して、ANDゲート２１２に供給する。

P/S変換器１６４は、第１のフォーマットについては、1664ビットのキーストリームを生成し、第２のフォーマットについては、4808ビットのキーストリームを生成する。

＜送信装置１０１の処理＞

図１２は、図７の送信装置１０１の送信処理の例を説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１において、ペイロードデータ生成部２０２は、ペイロードデータとしてのMSDUを生成し、ID/CRC付加部２０３に供給して、処理は、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ID/CRC付加部２０３は、ペイロードデータ生成部２０２からのペイロードデータに、送信装置１０１のIDと、CRCコードとを付加することで、FEC対象ユニットとしてのPSDUを生成する。ID/CRC付加部２０３は、FEC対象ユニットを、FEC処理部２０４に供給し、処理は、ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、FEC処理部２０４は、ID/CRC付加部２０３からのFEC対象ユニットのLDPC符号化を行い、そのLDPC符号化により得られるLDPC符号の１符号語分であるFECフレームを、繰り返し部２０５に供給して、処理は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、繰り返し部２０５は、FEC処理部２０４からのLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを生成し、ガードビット付加部２０６に供給して、処理は、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ガードビット付加部２０６は、繰り返し部２０５からの繰り返しユニットに、ガードビットを付加し、EXORゲート２１３に供給して、処理は、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、EXORゲート２１３は、ガードビット付加部２０６からの繰り返しユニットを暗号化し、その結果得られる暗号ストリームを、EXORゲート２１５に供給する。EXORゲート２１５は、EXORゲート２１３からの暗号ストリームをスクランブルし、その結果得られるスクランブルストリームを、インターリーブ部２２２に供給して、処理は、ステップＳ１０６からステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、インターリーブ部２２２は、EXORゲート２１３からのスクランブルストリームと、シンク生成部２２１からの同期信号とをインターリーブし、そのインターリーブにより得られるPPDUを、変調部２２３に供給して、処理は、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、変調部２２３は、インターリーブ部２２２から供給されるPPDUを用いて、BPSK変調やチャープ変調を行うことによって、例えば、920MHz帯の無線信号を生成して送信し、処理は終了する。

＜受信装置１１２の処理＞

図１３は、図８の受信装置１１２の受信処理の例を説明するフローチャートである。

ステップＳ１２１において、復調部２３４は、送信装置１０１からの無線信号を受信し復調する。復調部２３４は、無線信号の復調により得られる復調信号を、復号部２３５に供給し、処理は、ステップＳ１２１からステップＳ１２２に進む。

ステップＳ１２２では、復号部２３５は、復調部２３４からの復号信号に含まれるLDPC符号を復号し、その結果得られるペイロードデータに含まれるセンサ情報を出力して、処理は終了する。

＜LDPC符号＞

図１４は、LDPC符号の検査行列Hの例を示す図である。

なお、LDPC符号は、線形符号であり、必ずしも２元である必要はないが、ここでは、２元であるものとして説明する。

LDPC符号は、そのLDPC符号を定義する検査行列(parity check matrix)が疎なものであることを最大の特徴とする。ここで、疎な行列とは、行列の要素の"1"の個数が非常に少ない行列（ほとんどの要素が0の行列）である。

図１４の検査行列Hでは、各列の重み（列重み）（"1"の数）(weight)が"3"であり、且つ、各行の重み（行重み）が"6"になっている。

LDPC符号による符号化（LDPC符号化）では、例えば、検査行列Hに基づいて生成行列Gを生成し、この生成行列Gを２元の情報ビットに対して乗算することで、符号語（LDPC符号）が生成される。

具体的には、LDPC符号化を行う符号化装置は、まず、検査行列Hの転置行列H^Tとの間に、式GH^T＝0が成立する生成行列Gを算出する。ここで、生成行列Gが、K×N行列である場合には、符号化装置は、生成行列Gに対してKビットからなる情報ビットのビット列（ベクトルｕ）を乗算し、Nビットからなる符号語c(＝uG)を生成する。この符号化装置によって生成された符号語（LDPC符号）は、所定の通信路を介して受信側において受信される。

LDPC符号の復号は、Gallagerが確率復号(Probabilistic Decoding)と称して提案したアルゴリズムであって、バリアブルノード（variable node（メッセージノード(message node)とも呼ばれる）)と、チェックノード(check node)とからなる、いわゆるタナーグラフ(Tanner graph)上での確率伝播(belief propagation)によるメッセージ・パッシング・アルゴリズムによって行うことが可能である。ここで、以下、適宜、バリアブルノードとチェックノードを、単に、ノードともいう。

図１５は、LDPC符号の復号の手順を示すフローチャートである。

なお、以下、適宜、受信側で受信したLDPC符号（１符号語）のi番目の符号ビットの、値の"0"らしさを対数尤度比(log likelihood ratio)で表現した実数値（受信LLR）を、受信値u_0iともいう。また、チェックノードから出力されるメッセージをu_jとし、バリアブルノードから出力されるメッセージをv_iとする。

まず、LDPC符号の復号においては、図１５に示すように、ステップＳ１１において、LDPC符号が受信され、メッセージ（チェックノードメッセージ）u_jが"0"に初期化されるとともに、繰り返し処理のカウンタとしての整数をとる変数kが"0"に初期化され、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において、LDPC符号を受信して得られる受信値u_0iに基づいて、式（１）に示す演算（バリアブルノード演算）を行うことによってメッセージ（バリアブルノードメッセージ）v_iが求められ、さらに、このメッセージv_iに基づいて、式（２）に示す演算（チェックノード演算）を行うことによってメッセージu_jが求められる。

・・・（１）

・・・（２）

ここで、式（１）と式（２）におけるd_vとd_cは、それぞれ、検査行列Hの縦方向（列）と横方向（行）の"1"の個数を示す任意に選択可能とされるパラメータである。例えば、図１４に示したような列重みが3で、行重みが6の検査行列Hに対するLDPC符号（(3,6)LDPC符号）の場合には、d_v＝3，d_c＝6となる。

なお、式（１）のバリアブルノード演算、及び（２）のチェックノード演算においては、それぞれ、メッセージを出力しようとする枝(edge)（バリアブルノードとチェックノードとを結ぶ線）から入力されたメッセージを、演算の対象としないことから、演算の範囲が、１ないしd_v-1又は１ないしd_c-1となっている。また、式（２）のチェックノード演算は、実際には、２入力v₁，v₂に対する１出力で定義される式（３）に示す関数R(v₁,v₂)のテーブルを予め作成しておき、これを式（４）に示すように連続的（再帰的）に用いることによって行われる。

・・・（３）

・・・（４）

ステップＳ１２では、さらに、変数kが"1"だけインクリメントされ、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、変数kが所定の繰り返し復号回数Cよりも大きいか否かが判定される。ステップＳ１３において、変数kがCよりも大きくないと判定された場合、ステップＳ１２に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。

また、ステップＳ１３において、変数kがCよりも大きいと判定された場合、ステップＳ１４に進み、式（５）に示す演算を行うことによって最終的に出力する復号結果としてのメッセージv_iが求められて出力され、LDPC符号の復号処理が終了する。

・・・（５）

ここで、式（５）の演算は、式（１）のバリアブルノード演算とは異なり、バリアブルノードに接続している全ての枝からのメッセージu_jを用いて行われる。

図１６は、(3,6)LDPC符号（符号化率1/2、符号長12）の検査行列Hの例を示す図である。

図１６の検査行列Hでは、図１４と同様に、列の重みが３に、行の重みが６に、それぞれなっている。

図１７は、図１６の検査行列Hのタナーグラフを示す図である。

ここで、図１７において、プラス"+"で表わされるのが、チェックノードであり、イコール"＝"で表わされるのが、バリアブルノードである。チェックノードとバリアブルノードは、それぞれ、検査行列Hの行と列に対応する。チェックノードとバリアブルノードとの間の結線は、枝(edge)であり、検査行列の要素の"1"に相当する。

すなわち、検査行列の第ｊ行第ｉ列の要素が１である場合には、図１７において、上からｉ番目のバリアブルノード（"＝"のノード）と、上からｊ番目のチェックノード（"+"のノード）とが、枝により接続される。枝は、バリアブルノードに対応する符号ビットが、チェックノードに対応する拘束条件を持つことを表す。

LDPC符号の復号方法であるサムプロダクトアルゴリズム(Sum Product Algorithm)では、バリアブルノード演算とチェックノード演算とが繰り返し行われる。

図１８は、バリアブルノードで行われるバリアブルノード演算を示す図である。

バリアブルノードでは、計算しようとしている枝に対応するメッセージv_iは、バリアブルノードに繋がっている残りの枝からのメッセージu₁およびu₂と、受信値u_0iを用いた式（１）のバリアブルノード演算により求められる。他の枝に対応するメッセージも同様に求められる。

図１９は、チェックノードで行われるチェックノード演算を示す図である。

ここで、式（２）のチェックノード演算は、式a×b＝exp{ln(|a|)+ln(|b|)}×sign(a)×sign(b)の関係を用いて、式（６）に書き直すことができる。但し、sign(x)は、x≧0のとき1であり、x＜0のとき-1である。

・・・（６）

x≧0において、関数φ(x)を、式φ(x)＝ln(tanh(x/2))と定義すると、式φ^-1(x)＝2tanh^-1(e^-x)が成り立つから、式（６）は、式（７）に変形することができる。

・・・（７）

チェックノードでは、式（２）のチェックノード演算が、式（７）に従って行われる。

すなわち、チェックノードでは、図１９のように、計算しようとしている枝に対応するメッセージu_jは、チェックノードに繋がっている残りの枝からのメッセージv₁,v₂,v₃,v₄,v₅を用いた式（７）のチェックノード演算によって求められる。他の枝に対応するメッセージも同様に求められる。

なお、式（７）の関数φ(x)は、式φ(x)＝ln((e^x+1)/(e^x-1))で表すことができ、x＞0において、φ(x)＝φ^-1(x)である。関数φ(x)およびφ^-1(x)をハードウェアに実装する際には、LUT(Look Up Table)を用いて実装される場合があるが、両者共に同一のLUTとなる。

ここで、LDPC符号は、AWGN(Additive White Gaussian Noise)通信路で極めて高い能力を発揮することが知られており、DVB-S.2やATSC3.0等で採用されている。

DVB-S.2等で採用されているLDPC符号は、IRA(Irregular Repeat Accumulate)符号であり、そのLDPC符号の検査行列におけるパリティ行列（の一部又は全部）は、階段構造になっている。パリティ行列、及び、階段構造については、後述する。

図２０は、LDPC符号化に用いられる検査行列Hの構造の例を示す図である。

図２０の検査行列Hは、LDGM(Low-Density Generation Matrix)構造になっており、LDPC符号の符号ビットのうちの、情報ビットに対応する部分の情報行列（部）H_Aと、パリティビットに対応するパリティ行列（部）H_Tとによって、式H＝[H_A｜H_T］（情報行列H_Aの要素を左側の要素とし、パリティ行列H_Tの要素を右側の要素とする行列）で表すことができる。

ここで、１符号のLDPC符号（１符号語）の符号ビットのうちの情報ビットのビット数と、パリティビットのビット数を、それぞれ、情報長Kと、パリティ長Mというとともに、１個（１符号語）のLDPC符号の符号ビットのビット数を、符号長N(＝K+M)という。

ある符号長NのLDPC符号についての情報長Kとパリティ長Mは、符号化率によって決まる。また、検査行列Hは、行×列がM×Nの行列（M行N列の行列）となる。そして、情報行列H_Aは、M×Kの行列となり、パリティ行列H_Tは、M×Mの行列となる。

図２１は、検査行列Hのパリティ行列H_Tの例を示す図である。

新通信方式のLDPC符号化に用いる検査行列Hのパリティ行列H_Tとしては、例えば、DVB-S.2等の規格に規定されているLDPC符号の検査行列と同様のパリティ行列を採用することができる。

DVB-S.2等の規格に規定されているLDPC符号の検査行列Hのパリティ行列H_Tは、図２１に示すように、1の要素が、いわば階段状に並ぶ階段構造の行列(lower bidiagonal matrix)になっている。パリティ行列H_Tの行重みは、１行目については１で、残りの全ての行については２になっている。また、列重みは、最後の１列については１で、残りの全ての列で２になっている。

以上のように、パリティ行列H_Tが階段構造になっている検査行列HのLDPC符号は、その検査行列Hを用いて、容易に生成することができる。

すなわち、LDPC符号（１符号語）を、行ベクトルcで表すとともに、その行ベクトルを転置して得られる列ベクトルを、c^Tと表す。また、LDPC符号である行ベクトルcのうちの、情報ビットの部分を、行ベクトルAで表すとともに、パリティビットの部分を、行ベクトルTで表すこととする。

この場合、行ベクトルcは、情報ビットとしての行ベクトルAと、パリティビットとしての行ベクトルTとによって、式c ＝[A|T]（行ベクトルAの要素を左側の要素とし、行ベクトルTの要素を右側の要素とする行ベクトル）で表すことができる。

検査行列Hと、LDPC符号としての行ベクトルc＝[A|T]とは、式Hc^T＝0を満たす必要があり、かかる式Hc^T＝0を満たす行ベクトルc＝[A|T]を構成するパリティビットとしての行ベクトルTは、検査行列H＝[H_A|H_T]のパリティ行列H_Tが、図２１に示した階段構造になっている場合には、式Hc^T＝0における列ベクトルHc^Tの１行目の要素から順に、各行の要素を０にしていくようにすることで、逐次的（順番）に求めることができる。

ところで、DVB-S.2等の規格に規定されているLDPC符号の検査行列Hの情報行列は、（準）巡回構造になっている。

巡回構造とは、ある列が、他の列をサイクリックシフトしたものと一致している構造をいい、例えば、P列ごとに、そのP列の各行の1の位置が、そのP列の最初の列を、パリティ長Mを除算して得られる値qに比例する値等の所定の値だけ、列方向にサイクリックシフトした位置になっている構造が含まれる。以下、適宜、巡回構造におけるP列を、パラレルファクタという。

DVB-S.2に規定されているLDPC符号には、符号長Nが64800ビットと16200ビットとの、２種類のLDPC符号があり、その２種類のLDPC符号のいずれについても、パラレルファクタPが、パリティ長Mの約数のうちの、1とMを除く約数の１つである360に規定されている。

また、パリティ長Mは、符号化率によって異なる値qを用いて、式M＝q×P＝q×360で表される素数以外の値になっている。したがって、値qも、パラレルファクタPと同様に、パリティ長Mの約数のうちの、1とMを除く約数の他の１つであり、パリティ長Mを、パラレルファクタPで除算することにより得られる（パリティ長Mの約数であるP及びqの積は、パリティ長Mとなる）。

DVB-S.2に規定されているLDPC符号の検査行列のように、情報行列が巡回構造になっている検査行列については、以下説明する検査行列初期値テーブルで表現することにより、記憶すべき1の位置の数が、1の位置がランダムになっている検査行列の1の位置を記憶する場合に比較して、1/P²になる。

したがって、LDPC符号については、情報行列が巡回構造になっている検査行列を採用することにより、検査行列に関する情報量が小になるので、記憶容量を節約し、装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。

＜検査行列初期値テーブル＞

図２２は、検査行列初期値テーブルの例を示す図である。

すなわち、図２２は、DVB-S.2等に規定されている検査行列初期値テーブルを示している。

検査行列初期値テーブルは、例えば、検査行列Hの、LDPC符号（検査行列Hによって定義されるLDPC符号）の符号長N及び符号化率rに応じた情報長Kに対応する情報行列H_A（図２０）の１の要素の位置を（パラレルファクタ）P列ごとに表すテーブルである。

図２０では、パラレルファクタPは、360(列)になっている。

検査行列初期値テーブルにおいて、そのi行目には、検査行列Hの1+P×(i-1)列目の１の要素の行番号（検査行列Hの１行目の行番号を０とする行番号）が、その1+P×(i-1)列目の列が持つ列重みの数だけ並んでいる。

ここで、検査行列Hの、パリティ長Mに対応するパリティ行列H_T（図２０）は、階段構造になっていることとする。この場合、検査行列初期値テーブルにより、情報長Kに対応する情報行列H_A（図２０）を求めることができれば、検査行列Hを求めることができる。

検査行列初期値テーブルの行数k+1は、情報長Kによって異なる。

情報長Kと、検査行列初期値テーブルの行数k+1との間には、式（８）の関係が成り立つ。

K＝(k+1)×P
・・・（８）

図２２の検査行列初期値テーブルでは、パラレルファクタPが360である一方、１行目から３行目までに、１３個の数値が並び、４行目からk+1行目（図２２では、３０行目）までに、３個の数値が並んでいる。

したがって、図２２の検査行列初期値テーブルから求められる検査行列Hの列重みは、１列目から、1+360×(3-1)-1列目までは、１３であり、1+360×(3-1)列目から、K列目までは、３である。

図２２の検査行列初期値テーブルの１行目は、0,2084,1613,1548,1286,1460,3196,4297,2481,3369,3451,4620,2622となっており、これは、検査行列Hの１列目において、行番号が、0,2084,1613,1548,1286,1460,3196,4297,2481,3369,3451,4620,2622の行の要素が１であること（かつ、他の要素が０であること）を示している。

また、図２２の検査行列初期値テーブルの２行目は、1,122,1516,3448,2880,1407,1847,3799,3529,373,971,4358,3108となっており、これは、検査行列Hの３６１（＝１＋360×（２−１））列目において、行番号が、1,122,1516,3448,2880,1407,1847,3799,3529,373,971,4358,3108の行の要素が１であることを示している。

検査行列Hの1+P×(i-1)列目以外の列、つまり、2+P×(i-1)列目から、P×i列目までの各列は、検査行列初期値テーブルによって定まる1+P×(i-1)列目の１の要素を、パリティ長Mに従って下方向（列の下方向）に、周期的にサイクリックシフトして配置したものになっている。

すなわち、パラレルファクタPが360になっている図２２の検査行列初期値テーブルにおれば、2+360×(i-1)列目は、1+360×(i-1)列目を、M/360(＝q)だけ下方向にサイクリックシフトしたものとなっており、次の3+360×(i-1)列目は、1+360×(i-1)列目を、2×M/360(＝2×q)だけ下方向にサイクリックシフトしたもの（2+360×(i-1)列目を、M/360(＝q)だけ下方向にサイクリックシフトしたもの）となっている。

いま、検査行列初期値テーブルのi行目（上からi番目）のj列目（左からj番目）の数値を、h_i,jと表すとともに、検査行列Hのw列目の、j個目の１の要素の行番号を、H_w-jと表すこととすると、検査行列Hの1+P×(i-1)列目以外の列であるw列目の、１の要素の行番号H_w-jは、式（９）で求めることができる。

H_w-j＝mod{h_i,j＋mod((w-1),P)×q，M)
・・・（９）

ここで、mod（x，y）はxをyで割った余りを意味する。また、qは、パリティ長Mを、パラレルファクタP(図２２では、360)で除算することにより得られる値M/Pである。

検査行列Hの1+P×(i-1)列目の１の要素の行番号は、検査行列初期値テーブルによって特定することができる。また、検査行列Hの1+P×(i-1)列目以外の列であるw列目の、１の要素の行番号H_w-jは、式（１０）に従って求めることができる。以上により得られる行番号から、その行番号の要素を１とする検査行列Hを生成することができる。

なお、本明細書では、説明を分かりやすくするために、検査行列初期値テーブルから、巡回構造の情報行列と、階段構造のパリティ行列とからなる検査行列を生成し、その検査行列を用いて、LDPC符号に関する処理を行うこととするが、実装上では、検査行列初期値テーブルを直接用いて、LDPC符号に関する処理を行うことができる。巡回構造の情報行列及び階段構造のパリティ行列を有する検査行列については、検査行列初期値テーブルは、検査行列と等価な情報であるからである。

新通信方式では、FEC処理に用いる誤り訂正符号として、例えば、以上のような、巡回構造の情報行列と階段構造のパリティ行列とからなる検査行列HのLDPC符号を採用することができる。

すなわち、送信装置１０１のFEC処理部２０４（図７）では、巡回構造の情報行列と階段構造のパリティ行列とからなる検査行列Hを用いてLDPC符号化を行うことができ、受信装置１１２の復号部２３５（図８）では、そのような検査行列Hを用いて、LDPC符号の復号を行うことができる。

新通信方式では、LDPC符号を用いた情報伝送において、良好な通信品質を確保するために、性能の良いLDPC符号（の検査行列）が用いられる。

以下、新通信方式で用いられる性能の良い新たなLDPC符号（以下、新LDPC符号ともいう）について説明する。

新通信方式では、図９で説明したように、符号長Nが736ビットで、符号化率rが1/4のLDPC符号が採用される。符号長Nが736ビットで、符号化率rが1/4であるから、情報長K=N×rは、184ビットである。

図２３は、符号長Nが736ビットで、符号化率rが1/4の新LDPC符号の検査行列を表す検査行列初期値テーブルを示す図である。

図２３の検査行列初期値テーブルが表す検査行列では、パラレルファクタPとして、8が採用されている。

また、図２３の検査行列初期値テーブルが表す検査行列では、列重みが10，9，3の列が、それぞれ、9列、１列、13列だけ存在し、行重みは、すべての行で4になっている。

図２３の検査行列初期値テーブルが表す検査行列の新LDPC符号（検査行列から得られるLDPC符号）は、性能の良いLDPC符号になっている。

性能の良いLDPC符号とは、適切な検査行列から得られるLDPC符号であり、適切な検査行列とは、例えば、検査行列のLDPC符号を、低いE_s/N₀又はE_b/N_o（１シンボル又は１ビットあたりの信号電力対雑音電力比）で送信したときに、BER(bit error rate)（及びFER(frame error rate)）をより小にする、所定の条件を満たす検査行列である。

適切な検査行列は、例えば、所定の条件を満たす様々な検査行列から得られるLDPC符号を、低いE_s/N_oで送信したときのBERを計測するシミュレーションを行うことにより求めることができる。

適切な検査行列Hが満たすべき所定の条件としては、例えば、デンシティエボリューション(Density Evolution)と呼ばれる符号の性能の解析法で得られる解析結果が良好であること、サイクル４や６と呼ばれる、１の要素の（短い）ループが存在しないこと、等がある。

情報行列において、サイクル４や６のように、１の要素が密集していると、LDPC符号の復号性能が劣化する。このため、検査行列には、サイクル４や６が極力存在しないことが望ましい。

検査行列において、1の要素によって構成されるループの長さ（ループ長）の最小値は、ガース(girth)と呼ばれる。サイクル４や６が存在しないこととは、ガースが６より大であることを意味する。

なお、適切な検査行列が満たすべき所定の条件は、LDPC符号の復号性能の向上や、LDPC符号の復号処理の容易化（単純化）等の観点から適宜決定することができる。

図２３の検査行列初期値テーブルが表す検査行列の新LDPC符号は、例えば、EXITチャート分析(EXIT(Extrinsic Information Transfer) chart analysis)を用いて、LDPC符号のデグリースペクトラム(degree spectrum)を最適化し、最適化後のデグリースペクトラムのLDPC符号の中から、ガースが６より大であり、AWGN通信路でのBER及びFERが良好なLDPC符号を選択すること等により求めることができる。

新LDPC符号は、性能の良いLDPC符号になっており、かかる新LDPC符号を用いた情報伝送では、良好な通信品質を確保することができる。

送信装置１０１（図７）のFEC処理部２０４は、ID/CRC付加部２０３から供給される184ビットのPSDU（図９、図１０）を情報ビットとして、図２３の検査行列初期値テーブルが表す検査行列Hを用い、式（１０）を満たす符号語（新LDPC符号）cのパリティビットを順次演算する。

Hc^T＝0
・・・（１０）

式（１０）において、cは、符号語（LDPC符号）としての行ベクトルを表し、c^Tは、行ベクトルcの転置を表す。

ここで、上述したように、LDPC符号（１符号語）としての行ベクトルcのうちの、情報ビットの部分を、行ベクトルAで表すとともに、パリティビットの部分を、行ベクトルTで表す場合には、行ベクトルcは、情報ビットとしての行ベクトルAと、パリティビットとしての行ベクトルTとによって、式c ＝[A|T]で表すことができる。

検査行列Hと、LDPC符号としての行ベクトルc＝[A|T]とは、式Hc^T＝0を満たす必要があり、かかる式Hc^T＝0を満たす行ベクトルc＝[A|T]を構成するパリティビットとしての行ベクトルTは、検査行列H＝[H_A|H_T]のパリティ行列H_Tが、図２１に示した階段構造になっている場合には、式Hc^T＝0における列ベクトルHc^Tの１行目の要素から順に、各行の要素を０にしていくようにすることで、逐次的に求めることができる。

FEC処理部２０４は、184ビットの情報ビットAであるPSDUに対して、パリティビットTを求め、その情報ビットAとパリティビットTとによって表される符号語c ＝［A｜T］を、情報ビットAのLDPC符号化結果として出力する。

一方、受信装置１１２（図８）の復号部２３５は、図２３の検査行列初期値テーブルが表す検査行列を用い、式（１）ないし式（７）で説明したチェックノード演算及びバリアブルノード演算等を行い、LDPC符号の復号を行う。

＜シミュレーション結果＞

図２４は、新LDPC符号を用いて情報伝送を行うシミュレーションのシミュレーション結果としてのBERカーブを示す図である。

図２４では、新LDPC符号のBERカーブL4の他、畳み込み符号(CC)のBERカーブL1、第１のターボ符号(Berrou TC)のBERカーブL2、及び、第２のターボ符号(UMTS/LTE Turbo Code)のBERカーブL3を示してある。

なお、畳み込み符号及び第１のターボ符号は、いずれも、符号長Nが300ビットで、符号化率rが1/2の符号であるが、シミュレーションでは、同一の符号の伝送を２回行っている（繰り返している）。したがって、畳み込み符号及び第１のターボ符号は、実質的に、符号等Nが600ビットで、符号化率rが1/4の符号に相当する。第２のターボ符号は、LTEで用いられているターボ符号であり、新LDPC符号と同様に、符号長(N)が736ビットで、符号化率(R)が1/4の符号である。

シミュレーションでは、情報伝送を行う通信路として、AWGN通信路を採用した。

図２４から、符号長が736ビットの新LDPC符号によれば、実質的に同程度の符号長（600ビット）の畳み込み符号(Berrou TC)や第１及び第２のターボ符号(Berrou TC, UMTS/LTE Turbo Code)に比較して、良好なBER/FERが実現されることを確認することができる。

ここで、LDPC符号は、10000ビット程度以上等の長い符号長で、性能を発揮しやすく、1000ビット以下の短い符号長では、性能を発揮しにくい、というのが一般的な認識である。

しかしながら、新LDPC符号は、符号長が736ビットと極めて短いのにもかかわらず、性能の良い符号になっている。

＜本技術を適用したコンピュータの説明＞

次に、上述した一連の処理は、ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、汎用のコンピュータ等にインストールされる。

図２５は、上述した一連の処理を実行するプログラムがインストールされるコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

プログラムは、コンピュータに内蔵されている記録媒体としてのハードディスク３０５やROM３０３に予め記録しておくことができる。

あるいはまた、プログラムは、リムーバブル記録媒体３１１に格納（記録）しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体３１１は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することができる。ここで、リムーバブル記録媒体３１１としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)，MO(Magneto Optical)ディスク，DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリ等がある。

なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体３１１からコンピュータにインストールする他、通信網や放送網を介して、コンピュータにダウンロードし、内蔵するハードディスク３０５にインストールすることができる。すなわち、プログラムは、例えば、ダウンロードサイトから、ディジタル衛星放送用の人工衛星を介して、コンピュータに無線で転送したり、LAN(Local Area Network)、インターネットといったネットワークを介して、コンピュータに有線で転送することができる。

コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)３０２を内蔵しており、CPU３０２には、バス３０１を介して、入出力インタフェース３１０が接続されている。

CPU３０２は、入出力インタフェース３１０を介して、ユーザによって、入力部３０７が操作等されることにより指令が入力されると、それに従って、ROM(Read Only Memory)３０３に格納されているプログラムを実行する。あるいは、CPU３０２は、ハードディスク３０５に格納されたプログラムを、RAM(Random Access Memory)３０４にロードして実行する。

これにより、CPU３０２は、上述したフローチャートにしたがった処理、あるいは上述したブロック図の構成により行われる処理を行う。そして、CPU３０２は、その処理結果を、必要に応じて、例えば、入出力インタフェース３１０を介して、出力部３０６から出力、あるいは、通信部３０８から送信、さらには、ハードディスク３０５に記録等させる。

なお、入力部３０７は、キーボードや、マウス、マイク等で構成される。また、出力部３０６は、LCD(Liquid Crystal Display)やスピーカ等で構成される。

ここで、本明細書において、コンピュータがプログラムに従って行う処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に行われる必要はない。すなわち、コンピュータがプログラムに従って行う処理は、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含む。

また、プログラムは、１のコンピュータ（プロセッサ）により処理されるものであっても良いし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであっても良い。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであっても良い。

さらに、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。

なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。

また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。

さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。

なお、本実施の形態では、第１及び第２のフォーマットにおいて、MSDUに、CRCコードを付加し、CRCコードによって誤り検出を行うこととしたが、MSDUの誤り検出（訂正）は、その他、例えば、LDPC符号によって行うことができる。例えば、IDを22ビットとし、その22ビットのIDと128ビットのMSDUとの合計で150ビットを情報ビットとして、その150ビットの情報ビットを、例えば、符号化率が1/4のLDPC符号で符号化することができる。150ビットの情報ビットを、符号化率が1/4のLDPC符号で符号化する場合、その符号化によって得られるLDPC符号の符号長は、600ビット（＝150×4/1）になる。かかるLDPC符号の検査行列を表す検査行列初期値テーブルとしては、例えば、情報行列の1の要素の位置を15列ごとに表す以下のテーブルを採用することができる。

59 68 105 124 132 212 217 343 349 390
12 28 39 146 165 187 311 363 406 438
58 83 111 134 174 207 241 414 431 442
104 142 175 201 274 289 325 333 340 419
309 376 390
125 318 386
32 220 426
151 188 230
267 283 437
17 413

上記の検査行列初期値テーブルは、情報行列の1の要素の位置を15列ごとに表すので、パラレルファクタPは15である。

また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

１０１送信装置，１０２基地局，１０３クラウドサーバ，１０４情報処理端末，１１２受信装置，２０１ GPS信号受信部，２０２ペイロードデータ生成部，２０３ ID/CRC付加部，２０４ FEC処理部，２０５繰り返し部，２０６ガードビット付加部，２１１キーストリーム生成部，２１２ ANDゲート，２１３ EXORゲート，２１４ゴールド符号発生部，２１５ EXORゲート，２２１シンク生成部，２２２インターリーブ部，２２３変調部，２２４周波数／タイミング制御部，２３１ GPS信号受信部，２３２周波数／タイミング制御部，２３３ ID／送信パターン取得部，２３４復調部，２３５復号部，２５１キー発生部，２５２ Nonce発生部，２５３ブロック暗号化部，２５４ P/S変換部，３０１バス，３０２ CPU，３０３ ROM，３０４ RAM，３０５ハードディスク，３０６出力部，３０７入力部，３０８通信部，３０９ドライブ，３１０入出力インタフェース，３１１リムーバブル記録媒体

Claims

符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、
前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部と
を備え、
前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、
前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、
前記パリティ行列部は、階段構造を有し、
前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、
前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
32 49 71 234 255 286 297 312 537 550
30 70 88 111 176 201 283 322 419 499
86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
134 223 242 254 285 319 403 496 503 534
18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
129 158 226 269 288 316 397 413 444 549
33 113 133 194 256 305 318 380 507
317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
55 81 412
である
送信装置。
符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行うことと、
前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行うことと
を含み、
前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、
前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、
前記パリティ行列部は、階段構造を有し、
前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、
前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
32 49 71 234 255 286 297 312 537 550
30 70 88 111 176 201 283 322 419 499
86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
134 223 242 254 285 319 403 496 503 534
18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
129 158 226 269 288 316 397 413 444 549
33 113 133 194 256 305 318 380 507
317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
55 81 412
である
送信方法。
符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、
前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部と
して、コンピュータを機能させるためのプログラムであり、
前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、
前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、
前記パリティ行列部は、階段構造を有し、
前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、
前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
32 49 71 234 255 286 297 312 537 550
30 70 88 111 176 201 283 322 419 499
86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
134 223 242 254 285 319 403 496 503 534
18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
129 158 226 269 288 316 397 413 444 549
33 113 133 194 256 305 318 380 507
317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
55 81 412
である
プログラム。
符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、
前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部と
を備え、
前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、
前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、
前記パリティ行列部は、階段構造を有し、
前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、
前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
32 49 71 234 255 286 297 312 537 550
30 70 88 111 176 201 283 322 419 499
86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
134 223 242 254 285 319 403 496 503 534
18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
129 158 226 269 288 316 397 413 444 549
33 113 133 194 256 305 318 380 507
317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
55 81 412
である
送信装置
から送信されてくる信号を復調する復調部と、
前記信号を復調することにより得られる前記LDPC符号を、前記検査行列を用いて復号する復号部と
を備える受信装置。
符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、
前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部と
を備え、
前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、
前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、
前記パリティ行列部は、階段構造を有し、
前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、
前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
32 49 71 234 255 286 297 312 537 550
30 70 88 111 176 201 283 322 419 499
86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
134 223 242 254 285 319 403 496 503 534
18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
129 158 226 269 288 316 397 413 444 549
33 113 133 194 256 305 318 380 507
317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
55 81 412
である
送信装置
から送信されてくる信号を復調することと、
前記信号を復調することにより得られる前記LDPC符号を、前記検査行列を用いて復号することと
を含む受信方法。
符号長が736ビットであり、符号化率が1/4のLDPC符号の検査行列を用いてLDPC符号化を行う符号化部と、
前記LDPC符号化により得られるLDPC符号を繰り返し配置した繰り返しユニットを用いて変調を行う変調部と
を備え、
前記LDPC符号は、情報ビットとパリティビットを含み、
前記検査行列は、前記情報ビットに対応する情報行列部及び前記パリティビットに対応するパリティ行列部を含み、
前記パリティ行列部は、階段構造を有し、
前記情報行列部は、検査行列初期値テーブルによって表され、
前記検査行列初期値テーブルは、前記情報行列部の1の要素の位置を8列ごとに表すテーブルであって、
1 7 90 172 209 359 401 420 483 487
57 164 192 197 284 307 174 356 408 425
22 50 191 379 385 396 427 445 480 543
32 49 71 234 255 286 297 312 537 550
30 70 88 111 176 201 283 322 419 499
86 94 177 193 266 368 373 389 475 529
134 223 242 254 285 319 403 496 503 534
18 84 106 165 170 199 321 355 386 410
129 158 226 269 288 316 397 413 444 549
33 113 133 194 256 305 318 380 507
317 354 402
53 64 374
83 314 378
162 259 280
166 281 486
185 439 489
119 156 224
26 62 244
8 246 482
15 72 91
43 69 390
127 186 506
55 81 412
である
送信装置
から送信されてくる信号を復調する復調部と、
前記信号を復調することにより得られる前記LDPC符号を、前記検査行列を用いて復号する復号部と
して、コンピュータを機能させるためのプログラム。