JPWO2009016837A1 - 無線通信装置および再送判定方法 - Google Patents
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Abstract
再送に必要な通信リソースを減少させてデータ伝送効率を向上させることができる無線通信装置。この装置において、再送判定部(109)は、誤り検出部(107)からNACK信号が入力された場合、すなわち、受信データに誤りが有る場合、LDPC復号部(106)から入力される復号ビット列を検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックにおいて、各ブロックに含まれる各復号ビットのLLRの平均値に基づいて、ブロックの再送が必要か否かをブロック毎に判定する再送判定処理を行う。また、再送判定部(109)では、複数のブロックのうち、列重みが大きいブロックから順に判定され、あるブロックの再送が必要と判定された時点で、まだ再送が必要か否かを判定されていないブロックの判定を行わないようにする。そして、制御信号生成部(110)は、再送判定部(109)から入力された判定結果に基づいてフィードバック情報を生成する。
Description
本発明は、無線通信装置および再送判定方法に関する。
近年、データ通信や映像通信等のマルチメディア通信が盛んになりつつある。よって今後はさらにデータサイズが増大することが予想され、移動体通信サービスに対するデータレートの高速化への要求は高まってくるものと予想される。
そこで、ITU−R(International Telecommunication Union Radio Communication Sector)では、IMT−Advancedと呼ばれる第4世代移動通信システムが検討されており、最大1Gbpsの下り回線速度を実現するための誤り訂正符号として、LDPC(Low-Density Parity-Check:低密度パリティ検査)符号が注目されている。誤り訂正符号としてLDPC符号を用いると、復号処理を並列化できるため、復号処理を直列的に繰り返し行う必要があるターボ符号に比べ復号処理を高速化することができる。
LDPC符号化は、多数の‘0’と少数の‘1’とが配置される検査行列を用いて行われる。送信側の無線通信装置は、送信ビット列を検査行列を用いて符号化し、システマチックビットとパリティビットとから成るLDPC符号語を得る。また、受信側の無線通信装置は、検査行列の行方向と検査行列の列方向とで各ビットの尤度の受け渡しを繰り返し実施することで受信データを復号し、受信ビット列を得る。ここで、検査行列において各1列に含まれる‘1’の個数は列重みと称され、検査行列において各1行に含まれる‘1’の個数は行重みと称される。また、検査行列は、行と列とで構成される2部グラフであるタナーグラフによって表すことができる。タナーグラフにおいて、検査行列の各行はチェックノード(check node)と称され、検査行列の各列は変数ノード(variable node)と称される。タナーグラフの各変数ノードと各チェックノードとは、検査行列での‘1’の配置に従って接続され、受信側の無線通信装置は、接続されたノード間で尤度の受け渡しを繰り返し実施することで受信データを復号し、受信ビット列を得る。
また、ARQ(Automatic Repeat reQuest:自動再生要求)と誤り訂正符号とを組み合わせたHARQ(Hybrid ARQ)がある。HARQでは、受信側の無線通信装置は、受信データに誤り無しであればACK(Acknowledgment)信号を、誤り有りであればNACK(Negative Acknowledgment)信号を応答信号として送信側の無線通信装置へフィードバックする。また、受信側の無線通信装置は、送信側の無線通信装置から再送されたデータと過去に受信したデータとを合成し、合成データに対し誤り訂正復号を行う。これにより、SINRの改善、符号化利得の向上が図られて通常のARQよりも少ない再送回数で受信データを復号することが可能となる。
また、HARQの1つにRB(Reliability-Based)−HARQがある。RB−HARQでは、送信側の無線通信装置は、受信側の無線通信装置からのフィードバック情報に基づいて再送するデータを生成する。
誤り訂正符号にLDPC符号を用いたRB−HARQの従来技術として、検査行列の各行のうち、誤りを多く含む可能性がある行番号をフィードバックするものがある(非特許文献1参照)。送信側の無線通信装置は、フィードバック情報に示された行番号に含まれる‘1’に対応するビットを再送する。
稲葉洋一,大槻知明,「低密度パリティ検査(LDPC)符号を用いたReliability-Based Hybrid ARQ(RB-HARQ)方式」,信学技報,社団法人電子情報通信学会,2005年1月,RCS2004-281,pp.129-134(Y.Inaba,T.Ohtsuki,"Reliability-Based Hybrid ARQ (RB-HARQ) Schemes using Low-Density Parity-Check (LDPC) Codes",IEICE Technical Report,RCS2004-281,pp.129-134, 2005-1)
稲葉洋一,大槻知明,「低密度パリティ検査(LDPC)符号を用いたReliability-Based Hybrid ARQ(RB-HARQ)方式」,信学技報,社団法人電子情報通信学会,2005年1月,RCS2004-281,pp.129-134(Y.Inaba,T.Ohtsuki,"Reliability-Based Hybrid ARQ (RB-HARQ) Schemes using Low-Density Parity-Check (LDPC) Codes",IEICE Technical Report,RCS2004-281,pp.129-134, 2005-1)
ここで、LDPC符号化では、各変数ノードの列重みに応じて誤り率特性が変化する。よって、誤り訂正符号にLDPC符号を用いてRB−HARQを行う場合に、誤りのあるビットを多く含む可能性がある検査行列の行単位での再送を各ビットの列重みを考慮することなく行うのでは、再送が不要であるビット、つまり、誤り率特性が良いビットまで再送されることがあり、通信リソースの利用効率が低下してしまう。
本発明の目的は、再送に必要な通信リソースを減少させてデータ伝送効率を向上させることができる無線通信装置および再送判定方法を提供することである。
本発明の無線通信装置は、検査行列を用いたLDPC符号化を行って得られる符号語の各ビットを前記検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックのいずれかを受信する受信手段と、前記複数のブロックの各ブロックの尤度に基づいて、ブロックの再送が必要か否かをブロック毎に判定する判定処理を行う判定手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、再送に必要な通信リソースを減少させてデータ伝送効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックのうち、検査行列の列重みが大きいブロックから順に、ブロックの再送が必要か否かを判定する再送判定処理を行う。
本実施の形態では、検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックのうち、検査行列の列重みが大きいブロックから順に、ブロックの再送が必要か否かを判定する再送判定処理を行う。
本実施の形態に係る受信側の無線通信装置について説明する。本実施の形態に係る受信側の無線通信装置100の構成を図1に示す。
受信側の無線通信装置100において、無線受信部102は、送信側の無線通信装置から送信された多重信号をアンテナ101を介して受信し、受信信号に対しダウンコンバート、A/D変換等の受信処理を行って分離部103に出力する。この受信信号には、データシンボル、パイロット信号、および、送信側の無線通信装置で決定された符号化率と再送されるブロックが示された再送ブロック情報とを示す制御信号が含まれている。
分離部103は、受信信号をデータシンボルと、パイロット信号と、制御信号とに分離する。そして、分離部103は、データシンボルを復調部104に出力し、パイロット信号を回線品質推定部108に出力し、制御信号をブロック合成部105に出力する。
復調部104は、データシンボルを復調して受信データを得て、受信データをブロック合成部105に出力する。
ブロック合成部105は、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時には、受信データを保存するとともにLDPC復号部106に出力する。一方、2回目以降の送信データ(再送データ)の受信時には、ブロック合成部105は、検査行列(図2)および分離部103から入力される制御情報(符号化率および再送ブロック情報)に基づいて、受信データを構成する受信ビットを特定し、その受信データと保存しているデータとを合成し、得られたデータを保存するとともにLDPC復号部106に出力する。また、ブロック合成部105は、誤り検出部107からACK信号が入力された場合、すなわち、LDPC復号部106に出力した受信データに誤りが無い場合、保存している受信データを廃棄する。
LDPC復号部106は、検査行列を用いて、ブロック合成部105から入力されるデータに対してLDPC復号を行い、復号ビット列を得る。この復号ビット列は誤り検出部107に出力される。また、LDPC復号部106は、得られた復号ビット列の各復号ビットの対数尤度比(LLR:Log-Likelihood Ratio)を再送判定部109に出力する。
誤り検出部107は、LDPC復号部106から入力される復号ビット列に対して誤り検出を行う。誤り検出部107は、誤り検出の結果、復号ビットに誤りが有る場合には応答信号としてNACK信号を生成してブロック合成部105、再送判定部109および制御信号生成部110に出力し、復号ビットに誤りが無い場合には応答信号としてACK信号を生成してブロック合成部105、再送判定部109および制御信号生成部110に出力する。また、誤り検出部107は、復号ビットに誤りが無い場合には復号ビット列を受信ビット列として出力する。
一方、回線品質推定部108は、分離部103から入力されるパイロット信号を用いて回線品質を推定する。ここでは、回線品質推定部108は、回線品質として、パイロット信号のSINR(Signal to Interference and Noise Ratio)を推定し、推定したSINRを制御信号生成部110に出力する。
再送判定部109は、誤り検出部107からNACK信号が入力された場合、すなわち、受信データに誤りが有る場合、復号ビット列を検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックにおいて、各ブロックに含まれる各復号ビットのLLRの平均値(以下、平均LLRという)に基づいて、ブロックの再送が必要か否かをブロック毎に判定する再送判定処理を行う。具体的には、再送判定部109は、各ブロックの平均LLRと予め設定された閾値とを比較する。そして、再送判定部109は、ブロックの平均LLRが閾値を満たす場合、そのブロックの再送が不要と判定し、ブロックの平均LLRが閾値を満たさない場合、そのブロックの再送が必要と判定する。また、再送判定部109では、複数のブロックのうち、列重みが大きいブロックから順に判定され、あるブロックの再送が必要と判定された時点で、まだ再送が必要か否かを判定されていないブロックの判定を行わないようにする。つまり、再送判定部109は、あるブロックの再送が必要と判定された時点で再送判定処理を中止する。そして、再送判定部109は、再送するブロックを示す判定結果を制御信号生成部110に出力する。なお、再送判定部109における再送判定処理の詳細については後述する。
制御信号生成部110は、回線品質推定部108から入力されたSINRに対応するCQI(Channel Quality Indicator)を生成するとともに、再送判定部109から入力された判定結果に基づいてフィードバック情報を生成する。そして、制御信号生成部110は、生成されたCQIと、生成されたフィードバック情報と、誤り検出部107から入力された応答信号とを含む制御信号を符号化部111に出力する。なお、制御信号生成部110におけるフィードバック情報生成処理の詳細については後述する。
符号化部111は、制御信号を符号化し、変調部112に出力する。
変調部112は、制御信号を変調して、無線送信部113に出力する。
無線送信部113は、制御信号に対しD/A変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行って、アンテナ101から送信側の無線通信装置へ送信する。
次に、再送判定部109における再送判定処理の詳細について説明する。
図2に8行×12列の検査行列を一例として示す。このように検査行列はM行×N列の行列で表され、‘0’と‘1’とから構成される。
また、検査行列の各列はLDPC符号語の各ビットに対応する。つまり、図2に示す検査行列を用いてLDPC符号化を行うと12ビットのLDPC符号語が得られる。
また、図2に示す検査行列において、1列目の列重みは1列目の‘1’の個数、すなわち4となり、2列目の列重みは2列目の‘1’の個数、すなわち3となる。よって、12ビットのLDPC符号語のうち、1ビット目の列重みは4となり、2ビット目の列重みは3となる。3列目〜12列目についても同様である。
同様に、図2に示す検査行列において、1行目の行重みは1行目の‘1’の個数、すなわち4となり、2行目の行重みは2行目の‘1’の個数、すなわち3となる。3行目〜8行目についても同様である。
また、図2に示す検査行列は、検査行列の行と列とで構成されるタナーグラフによって表すことができる。
図3に、図2の検査行列に対応するタナーグラフを示す。タナーグラフは、検査行列の各行に対応するチェックノードと検査行列の各列に対応する変数ノードとから構成される。すなわち、8行×12列の検査行列に対応するタナーグラフは、8個のチェックノードと12個の変数ノードとから構成される2部グラフとなる。
また、タナーグラフの各変数ノードは、LDPC符号語の各ビットに対応する。
さらに、タナーグラフの各変数ノードと各チェックノードとは、検査行列での‘1’の配置に従って接続される。
変数ノードを基準にして具体的に説明する。図3に示すタナーグラフの変数ノード1は、図2に示す検査行列の1列目(N=1)に対応する。また、検査行列の1列目の列重みは4であり、1列目で‘1’が配置されている行は、2行目、4行目、5行目および6行目である。よって、変数ノード1の接続先は、チェックノード2、チェックノード4、チェックノード5およびチェックノード6の4つとなる。同様に、タナーグラフの変数ノード2は、検査行列の2列目(N=2)に対応する。また、検査行列の2列目の列重みは3であり、2列目で‘1’が配置されている行は、1行目、4行目および8行目である。よって、変数ノード2の接続先は、チェックノード1、チェックノード4およびチェックノード8の3つとなる。変数ノード3〜変数ノード12についても同様である。
同様に、チェックノードを基準にして具体的に説明すると、図3に示すタナーグラフのチェックノード1は、図2に示す検査行列の1行目(M=1)に対応する。また、検査行列の1行目の行重みは4であり、1行目で‘1’が配置されている列は、2列目、3列目、4列目および5列目である。よって、チェックノード1の接続先は、変数ノード2、変数ノード3、変数ノード4および変数ノード5の4つとなる。同様に、タナーグラフのチェックノード2は、検査行列の2行目(M=2)に対応する。また、検査行列2行目の行重みは3であり、2行目で‘1’が配置されている列は、1列目、5列目、および6列目である。よって、チェックノード2の接続先は、変数ノード1、変数ノード5、および変数ノード6の3つとなる。チェックノード3〜チェックノード8についても同様である。
このようにしてタナーグラフにおいて各変数ノードと各チェックノードとは検査行列での‘1’の配置に従って接続される。つまり、タナーグラフの各変数ノードと接続されるチェックノード数は、検査行列の各列の列重みに等しい。また、タナーグラフの各変数ノードの接続先チェックノードは、検査行列の各列において‘1’が配置される行に対応するチェックノードである。同様に、タナーグラフの各チェックノードと接続される変数ノード数は、検査行列の各行の行重みに等しい。また、タナーグラフの各チェックノードの接続先変数ノードは、検査行列の各行において‘1’が配置される列に対応する変数ノードである。
受信側の無線通信装置100では、チェックノードを介して変数ノード間で互いに尤度の受け渡しを行い、各変数ノードの尤度の更新を繰り返し行うことにより受信データを復号する。このため、チェックノードとの接続数がより多い変数ノード(列重みがより大きい変数ノード)ほど、他の変数ノードへの尤度の受け渡し回数がより多くなるため、尤度更新の効果が大きく、誤り率特性がより良くなる。
また、受信側の無線通信装置100における復号後の受信データのLLR(絶対値)は、列重みの大きさと対応している。つまり、LLRがより大きいビット(列重みがより大きいビット)ほど、誤り率特性がより良くなる。
そこで、再送判定部109は、各復号ビット列を、チェックノードとの接続数、すなわち、列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックにおいて、各ブロックの平均LLRに基づいて再送判定処理を行う。
以下、具体的に説明する。以下の説明では、受信データ長を12ビット、LDPC復号部での符号化率(マザー符号化率)を1/3とする。また、分離部103から入力される符号化率を1/3とする。よって、LDPC復号部106では、12ビットの受信データに対して図2に示す検査行列を用いてLDPC復号を行い、4ビットのシステマチックビットと8ビットのパリティビットとから成るLDPC符号語に対応する12ビットの復号ビット列が得られる。また、復号ビット列を分割して構成される各ブロックのブロック長を3ビットとする。
まず、再送判定部109は、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)に対応する12ビットのうち、検査行列の列重みがより大きい変数ノードに対応するビット(接続されるチェックノードの数がより多い変数ノードに対応するビット)から順に3ビットずつ抽出して1つのブロックを構成する。
つまり、再送判定部109は、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)の間において、列重み(チェックノードとの接続数)を比較する。すなわち、再送判定部109は、1列目の列重み4(変数ノード1でのチェックノードとの接続数4)と、2列目の列重み3(変数ノード2でのチェックノードとの接続数3)と、3列目の列重み4(変数ノード3でのチェックノードとの接続数4)と、4列目の列重み3(変数ノード4でのチェックノードとの接続数3)と、5列目の列重み4(変数ノード5でのチェックノードとの接続数4)と、6列目の列重み2(変数ノード6でのチェックノードとの接続数2)と、7列目の列重み3(変数ノード7でのチェックノードとの接続数3)と、8列目の列重み2(変数ノード8でのチェックノードとの接続数2)と、9列目の列重み2(変数ノード9でのチェックノードとの接続数2)と、10列目の列重み1(変数ノード10でのチェックノードとの接続数1)と、11列目の列重み1(変数ノード11でのチェックノードとの接続数1)と、12列目の列重み1(変数ノード12でのチェックノードとの接続数1)とを比較する。
そして、再送判定部109は、1つのブロックが3ビットから構成されるので、図4に示すように、4ビットのシステマチックビットS1〜S4と8ビットのパリティビットP1〜P8とから成るLDPC符号語に対応する12ビットの復号ビット列において、1列目(変数ノード1)のS1、3列目(変数ノード3)のS3および5列目(変数ノード5)のP1を抽出してブロック1を構成し、2列目(変数ノード2)のS2、4列目(変数ノード4)のS4および7列目(変数ノード7)のP3を抽出してブロック2を構成し、6列目(変数ノード6)のP2、8列目(変数ノード8)のP4および9列目(変数ノード9)のP5を抽出してブロック3を構成し、10列目(変数ノード10)のP6、11列目(変数ノード11)のP7および12列目(変数ノード12)のP8を抽出してブロック4を構成する。
このように、再送判定部109が復号ビット列を列重みの大きさに応じて分割してブロックを構成することで、列重みの大きさが同程度である複数のビットを同一ブロックに含むことができる。これにより、各ブロックを構成するビットは、同程度の尤度更新の効果、すなわち、同程度の誤り率特性となる。つまり、同一ブロック内では誤り率特性が同程度となる一方で、互いに異なるブロック間では誤り率特性の差異が明確になる。そのため、再送判定部109では、再送が必要なビットで構成されるブロックのみを特定することができる。また、各ビットをブロック化することにより、ビット毎に再送判定を行うよりも、再送判定対象が減少するため、フィードバック情報の情報量を削減することができる。
上述したように、検査行列の列重みがより大きいビット(タナーグラフにおけるチェックノードとの接続数がより多い変数ノードに対応するビット)ほど、尤度更新の効果、すなわち、誤り率特性がより良くなる。つまり、列重みがより大きいビットで構成されるブロックの平均LLRが閾値を満たさない場合、そのブロックより列重みが小さいビットで構成されるブロックの平均LLRも閾値を満たさない可能性が高い。例えば、図4に示すブロック1の平均LLRが閾値を満たさなければ、ブロック1より列重みが小さいブロック2〜3のそれぞれの平均LLRも閾値を満たさない可能性が高い。
そこで、再送判定部109では、ブロック1〜4のうち、列重みがより大きいビットで構成されるブロック1から順に再送判定処理を行う。さらに、再送判定部109では、あるブロックの再送が必要と判定された場合、そのブロックより列重みが小さいビットで構成されるブロックの再送判定を行わずに再送が必要と判定し、判定処理を中止する。例えば、再送判定部109は、ブロック1の平均LLRが閾値を満たさない場合、ブロック2〜4に対する再送判定処理を中止し、さらに、ブロック1のみでなくブロック2〜4も再送が必要なブロックであると判定する。ブロック2の再送判定時およびブロック3の再送判定時についても同様である。
以下、再送判定部109の処理フローについて図5のフローチャートを用いて説明する。
ST(ステップ)101において、再送判定部109は、図4に示すブロック1を構成するS1,S3,P1の平均LLRを算出し、ブロック1の平均LLRと閾値とを比較してブロック1の平均LLRが閾値を満たすか否かを判定する。
再送判定部109は、ST101でブロック1の平均LLRが閾値を満たさない場合(ST101:NO)、ST102で、再送が必要なブロックとして、ブロック1〜4を示すパターン1を判定結果として決定する。
一方、再送判定部109は、ST101でブロック1の平均LLRが閾値を満たした場合(ST101:YES)、ST103において、図4に示すブロック2を構成するS2,S4,P3の平均LLRを算出し、ブロック2の平均LLRと閾値とを比較してブロック2の平均LLRが閾値を満たすか否かを判定する。
再送判定部109は、ST103でブロック2の平均LLRが閾値を満たさない場合(ST103:NO)、ST104で、再送が必要なブロックとして、ブロック2〜4を示すパターン2を判定結果として決定する。
一方、再送判定部109は、ST103でブロック2の平均LLRが閾値を満たした場合(ST103:YES)、ST105において、図4に示すブロック3を構成するP2,P4,P5の平均LLRを算出し、ブロック3の平均LLRと閾値とを比較してブロック3の平均LLRが閾値を満たすか否かを判定する。
再送判定部109は、ST105でブロック3の平均LLRが閾値を満たさない場合(ST105:NO)、ST106で、再送が必要なブロックとして、ブロック3およびブロック4を示すパターン3を判定結果として決定する。
一方、再送判定部109は、ST105でブロック3の平均LLRが閾値を満たした場合(ST105:YES)、ST107で、再送が必要なブロックとして、ブロック4を示すパターン4を判定結果として決定する。
このように、再送判定部109は、列重みがより大きいビットで構成されるブロック1から順に再送判定を行うことにより、再送が必要なブロックのうち最も列重みが大きいブロックを特定することができる。よって、すべてのブロックの再送判定処理を行うことなく、再送が必要なすべてのブロックを特定することができる。よって、本実施の形態によれば、再送判定処理の回数を最小限に抑えることができる。
次に、制御信号生成部110におけるフィードバック情報生成処理の詳細について説明する。
制御信号生成部110は、図6に示すように、再送判定部109からの判定結果とフィードバック情報との対応関係に基づいて、フィードバック情報を生成する。具体的には、制御信号生成部110は、再送判定部109からの判定結果がパターン1である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック1〜4である場合、フィードバック情報‘00’を生成する。同様にして、制御信号生成部110は、再送判定部109からの判定結果がパターン2である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック2〜4である場合、フィードバック情報‘01’を生成し、再送判定部109からの判定結果がパターン3である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック3およびブロック4である場合、フィードバック情報‘10’を生成し、再送判定部109からの判定結果がパターン4である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック4である場合、フィードバック情報‘11’を生成する。なお、再送判定部109からの判定結果(パターン1〜4)とフィードバック情報(‘00’,‘01’,‘10’,‘11’)との対応関係は、図6に示す対応関係に限らない。例えば、パターン1と‘11’、パターン2と‘10’、パターン3と‘01’、パターン4と‘00’をそれぞれ対応付けてもよい。
ここで、図4に示すように、復号ビット列を分割して構成されるブロックのブロック数が4つの場合、再送されるブロックの総組み合わせは15通りあるので、すべての組合せを表すには4ビット必要である。しかし、本実施の形態のように、検査行列の列重みの大きいブロックから順に再送判定処理を行うことで、制御信号生成部110では、4つのブロックに対して4種類のフィードバック情報(パターン1〜4)で済むので、フィードバック情報のビット数は2ビットあればよい。このように、本実施の形態によれば、送信側の無線通信装置にフィードバックするフィードバック情報の情報量を削減(半減)することができる。
次に、本実施の形態に係る送信側の無線通信装置200の構成を図7に示す。
送信側の無線通信装置200において、LDPC符号化部201には、送信ビット列が入力される。LDPC符号化部201は、LDPC復号部106(図1)が用いる検査行列と同一の検査行列(図2)を用いて、送信ビット列に対してLDPC符号化を行い、システマチックビットとパリティビットとから成るLDPC符号語を得る。このLDPC符号語は、ブロック制御部202に出力される。また、LDPC符号化部201は、検査行列をブロック制御部202に出力する。
ブロック制御部202は、再送判定部109(図1)と同様、検査行列(図2)に基づいて、LDPC符号語の各ビットを分割して複数のブロックを構成し、各ブロックを変調部203に出力する。また、ブロック制御部202は、LDPC符号化部201から入力されるLDPC符号語を保存する。そして、ブロック制御部202は、1回目の送信(初回送信)ではLDPC符号語に含まれるすべてのビットを変調部203に出力する。また、ブロック制御部202は、制御部210からNACK信号が入力される場合には、つまり、2回目以降の送信(再送)では、制御部210からの符号化率およびフィードバック情報に基づいて、複数のブロックのうちの選択されたブロックを変調部203に出力し、制御部210からACK信号が入力される場合には変調部203へのブロックの出力を止め、保存していたLDPC符号語を廃棄する。
変調部203は、1回目の送信(初回送信)ではブロック制御部202から入力されるLDPC符号語を変調してデータシンボルを生成し、多重部204に出力する。また、変調部203は、2回目以降の送信(再送)ではブロック制御部202から入力されるブロックを変調してデータシンボルを生成し、多重部204に出力する。
多重部204は、データシンボル、パイロット信号、および、制御部210から入力される制御信号を多重し、生成された多重信号を無線送信部205に出力する。
無線送信部205は、多重信号に対しD/A変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行って、アンテナ206から受信側の無線通信装置100(図1)へ送信する。
一方、無線受信部207は、受信側の無線通信装置100(図1)から送信された制御信号を、アンテナ206を介して受信し、その制御信号に対しダウンコンバート、A/D変換等の受信処理を行って復調部208に出力する。この制御信号には、受信側の無線通信装置で生成されたCQI、応答信号(ACK信号またはNACK信号)および再送が必要なブロックを示すフィードバック情報が含まれている。
復調部208は、制御信号を復調して復号部209に出力する。
復号部209は、制御信号を復号し、制御信号に含まれているCQI、応答信号およびフィードバック情報を制御部210に出力する。
制御部210は、ブロック制御後の符号化率を制御する。そして、制御部210は決定した符号化率をブロック制御部202および多重部204に出力する。また、制御部210は、復号部209から入力される応答信号およびフィードバック情報をブロック制御部202に出力する。
次に、本実施の形態における再送処理について図8を用いて説明する。
ここでは、4ビットのシステマチックビットS1〜S4と8ビットのパリティビットP1〜P8とから成る12ビットのLDPC符号語とする。また、LDPC符号語を分割して構成される各ブロックのブロック長を3ビットとする。また、受信側の無線通信装置100の再送判定部109では、各ブロックの平均LLRが閾値を満たす場合の閾値判定結果を‘1’と表し、閾値を満たさない場合の閾値判定結果を‘0’と表す。
図8に示すように、送信側の無線通信装置200(図7)は、1回目の送信時(初回送信時)には、12ビットのLDPC符号語を送信する。よって、受信側の無線通信装置100は、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時には、12ビットの受信データを受信する。ここでは、受信側の無線通信装置100の誤り検出部107が、受信データをLDPC復号して得られる復号ビット列に対して誤り検出を行い、NACK信号を出力したとする。
ここで、送信側の無線通信装置200のブロック制御部202は、12ビットのLDPC符号語を検査行列(図2)の列重みの大きさに応じて3ビットずつに分割し、図4に示すブロック1〜4を構成する。同様にして、受信側の無線通信装置100の再送判定部109も、12ビットの復号ビット列を3ビットずつに分割し、図4に示すブロック1〜4を構成する。
そして、受信側の無線通信装置100の再送判定部109は、ブロック1〜4の平均LLRを算出し、算出された各ブロックの平均LLRと閾値とを、図5に示す処理フローに従って比較する。ここでは、図8に示すように、再送判定部109では、ブロック1およびブロック2の閾値判定結果が‘1’となり、ブロック3の閾値判定結果が‘0’となる。つまり、再送判定部109は、判定結果としてパターン3を制御信号生成部110に出力する(図5に示すST106)。そして、制御信号生成部110では、判定結果とフィードバック情報との対応関係(図6)に基づいてフィードバック情報‘10’を生成する。
よって、受信側の無線通信装置100からは、図8に示すように、送信側の無線通信装置200に対して、NACK信号とフィードバック情報‘10’とを含む制御信号がフィードバックされる。
次いで、送信側の無線通信装置200のブロック制御部202には、NACK信号と再送が必要なブロック(ブロック3およびブロック4)を示すフィードバック情報とが制御部210から入力される。そこで、図8に示すように、ブロック制御部202は、ブロック1〜4のうち、P2,P4,P5から成るブロック3とP6,P7,P8から成るブロック4とを選択し、選択されたブロック3およびブロック4を変調部203に出力する。
よって、2回目の送信時(1回目の再送時)では、送信側の無線通信装置200からは、2回目の送信データ(1回目の再送データ)としてブロック3とブロック4とが受信側の無線通信装置100に対して送信される。
そして、受信側の無線通信装置100のブロック合成部105は、2回目の送信データ(1回目の再送データ)の受信時には、ブロック3およびブロック4に含まれるP2,P4,P5,P6,P7,P8と、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時に保存したLDPC符号語に含まれるP2,P4,P5,P6,P7,P8とをそれぞれ合成する。
これにより、受信側の無線通信装置100では、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時に、平均LLRが閾値を満たさないブロック(図8におけるブロック3およびブロック4)、すなわち、誤りがある可能性が高い複数のビットを含むブロックのみを再送するように送信側の無線通信装置200に対してフィードバック情報をフィードバックする。これにより、2回目の送信データ(1回目の再送データ)の受信時には、誤りがある可能性が高いビットを含むブロック(図8におけるブロック3およびブロック4)のみを受信することができるので、再送のための通信リソースの使用を最小限に抑えることができる。
このように、本実施の形態によれば、復号ビット列を検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成されるブロック毎に再送の要否を判定する。これにより、受信側の無線通信装置では、列重みの大きさが互いに異なるブロック毎に再送の要否を決定することができ、送信側の無線通信装置では、LDPC符号語の各ビットのうち再送が必要であるビットで構成されるブロックのみを再送することができる。よって、本実施の形態によれば、再送に必要な通信リソースを減少させてデータ伝送効率を向上させることができる。
さらに、本実施の形態によれば、検査行列の列重みがより大きいブロックから順に再送の要否を判定する。そして、あるブロックに対して再送が必要であると判定された場合には、そのブロックよりも検査行列の列重みが小さいブロックに対しては、再送の要否を判定せずに再送が必要であるブロックとして決定する。これにより、再送判定の処理回数は最大でも全ブロック数より少ない回数で済むため、フィードバック情報の情報量を削減することができる。また、すべてのブロックに対して再送判定を行う必要がなくなるため、再送判定の処理を軽減することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、ブロック長がより小さいブロックほど列重みがより大きいビットで構成される場合について説明する。
本実施の形態では、ブロック長がより小さいブロックほど列重みがより大きいビットで構成される場合について説明する。
以下、本実施の形態に係る再送判定部109の動作について説明する。
復号ビット列の各ビットにおいて、検査行列の列重みが小さく、明らかに誤りであるビットが存在する場合、再送が必要か否かの境界となるビットは、検査行列の列重みが大きいビット(タナーグラフにおけるチェックノードとの接続数が多い変数ノードに対応するビット)のいずれかである可能性が高い。すなわち、LDPC符号語の各ビットを分割して複数のブロックを構成する場合は、列重みが大きいビットで構成されるブロックほどブロック長をより小さくして、再送が必要であるか否かを判定するビットの境界をより細かく設定することがよい。
そこで、本実施の形態に係る再送判定部109は、ブロック長がより小さいブロックほど列重みがより大きいビットで構成される複数のブロックに対して再送判定処理を行う。
以下、具体的に説明する。以下の説明では、実施の形態1(図4)と同様、受信データ長を12ビット、マザー符号化率を1/3、送信側の無線通信装置(図7)の制御部110で決定された符号化率を1/3とする。また、明らかに誤りである、列重みが小さいビットを列重み1または列重み2のビットとし、列重みが大きいビットを列重み3および列重み4のビットとする。また、復号ビット列を分割して構成される各ブロックのブロック長を、列重みが大きいブロックでは2ビットとし、列重みが小さいブロックでは6ビットとする。
再送判定部109は、実施の形態1と同様にして、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)に対応する12ビットのうち、検査行列の列重みが大きい変数ノードに対応するビット(接続されるチェックノードの数が多い変数ノードに対応するビット)から順に抽出して1つのブロックを構成する。
列重みが大きいビット、つまり、列重み3または列重み4であるビットに対しては、1つのブロックが2ビットから構成されるので、再送判定部109は、図9に示すように、4ビットのシステマチックビットS1〜S4と8ビットのパリティビットP1〜P8とから成るLDPC符号語に対応する12ビットの復号ビット列において、列重み4の1列目(チェックノードとの接続数4の変数ノード1)のS1および列重み4の3列目(チェックノードとの接続数4の変数ノード3)のS3を抽出してブロック1を構成し、列重み4の5列目(チェックノードとの接続数4の変数ノード5)のP1および列重み3の2列目(チェックノードとの接続数3の変数ノード2)のS2を抽出してブロック2を構成し、列重み3の4列目(チェックノードとの接続数3の変数ノード4)のS4および列重み3の7列目(チェックノードとの接続数3の変数ノード7)のP3を抽出してブロック3を構成する。
また、列重みが小さいビット、つまり、列重み1または列重み2であるビットに対しては、1つのブロックが6ビットから構成されるので、再送判定部109は、図9に示すように、列重み2の6列目(チェックノードとの接続数2の変数ノード6)のP2、列重み2の8列目(チェックノードとの接続数2の変数ノード8)のP4、列重み2の9列目(チェックノードとの接続数2の変数ノード9)のP5、列重み1の10列目(チェックノードとの接続数1の変数ノード10)のP6、列重み1の11列目(チェックノードとの接続数1の変数ノード11)のP7および列重み1の12列目(チェックノードとの接続数1の変数ノード12)のP8を抽出してブロック4を構成する。
このように、列重み1または列重み2であるP2,P4,P5,P6,P7,P8の6ビット、つまり、明らかに誤りである6ビットで1つのブロックを構成する一方で、列重み4または列重み3であるS1,S3,P1,S2,S4,P3の6ビット、つまり、誤る可能性が低い6ビットを2ビットずつに分割して3つのブロックを構成する。これにより、誤る可能性が低いビットに対して、より細かい境界を設けて再送判定処理を行うことができる。
また、送信側の無線通信装置200(図7)のブロック制御部202は、再送判定部109と同様の方法でブロックの構成を決定し、受信側の無線通信装置100からフィードバックされるフィードバック情報に従って再送対象のブロックを選択する。
このようにして、本実施の形態によれば、列重みがより大きいビットを分割して、実施の形態1よりもブロック長がより小さいブロックを構成する。これにより、再送が必要であるブロックと再送が不要であるブロックとの境界をさらに精度良く判定することができる。よって、本実施の形態によれば、再送が不要であるにもかかわらず再送されてしまうビットを、実施の形態1よりも減少することができる。
なお、本実施の形態では、明らかに誤りである列重みが小さいビットで1つのブロックを構成した。しかし、本発明では、列重みが小さいビットを列重みの大きさに応じて分割して複数のブロックを構成してもよい。
(実施の形態3)
本実施の形態では、再送が不要と判定されたブロックをさらに分割して複数のブロックを構成する場合について説明する。
本実施の形態では、再送が不要と判定されたブロックをさらに分割して複数のブロックを構成する場合について説明する。
以下、本実施の形態に係る再送判定部109の動作について説明する。
受信側の無線通信装置100では、各ブロックの平均LLRに基づいてブロックの再送判定を行う。そのため、ブロックを構成する一部の復号ビットのLLRが低い場合であっても、それ以外の復号ビットのLLRが高ければ、平均LLRが閾値を満たすことがあり得る。すなわち、ブロック内の復号ビットのLLRにばらつきが生じる場合には、再送が必要であるビットが存在するにもかかわらず、ブロックの平均LLRが閾値を満たし、再送不要と判定されることがある。ここで、ブロック内の復号ビット列のLLRにばらつきが生じる原因として、例えば、各復号ビットの行重みの大きさの差異が考えられる。LDPC符号化では、列重みの大きさ(復号ビットに対応する変数ノードにおけるチェックノードとの接続数)のみでなく、行重みの大きさ(復号ビットに対応する変数ノードと接続されたチェックノードにおける変数ノードとの接続数)によっても尤度更新の効果、つまり、誤り率特性が変化する。
そこで、再送判定部109は、各ブロックの再送判定がなされた後にさらに複数のブロックのいずれかを受信する場合、再送が不要と判定されたブロックをさらに分割して構成される複数のブロックに対して再送判定処理を行う。
以下、具体的に説明する。以下の説明では、実施の形態1(図4)の場合と同様、受信データ長を12ビット、マザー符号化率を1/3、送信側の無線通信装置200(図7)の制御部210で決定された符号化率を1/3とする。また、復号ビット列を分割して構成される各ブロックのブロック長は、1回目の分割時には3ビットとし、2回目の分割時(再分割時)には2ビットとする。よって、1回目送信データ(初回送信データ)の受信時には、再送判定部109では、実施の形態1と同様にして、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)に対応する12ビットを、検査行列の列重みのより大きい順に3ビットずつ抽出して、図10中段に示すブロック1〜4が構成される。また、ここでは、ブロック3およびブロック4が再送される場合について説明する。
送信側の無線通信装置200(図7)から2回目送信データ(1回目再送データ)であるブロック3およびブロック4を受信した場合、再送判定部109は、1回目送信データ(初回送信データ)の受信時に再送が不要と判定されたブロック、すなわち、ブロック1およびブロック2をさらに分割してブロック長がより小さいブロックを構成する。具体的には、2回目の分割時(再分割時)において、1つのブロックが2ビットから構成されるので、再送判定部109は、図10に示すように、ブロック1およびブロック2を構成するS1,S3,P1,S2,S4,P3において、1列目(変数ノード1)のS1および3列目(変数ノード3)のS3を抽出してブロック5を構成し、5列目(変数ノード5)のP1および2列目(変数ノード2)のS2を抽出してブロック6を構成し、4列目(変数ノード4)のS4および7列目(変数ノード7)のP3を抽出してブロック7を構成する。
これにより、2回目送信データ(1回目再送データ)の受信時には、再送判定部109は、図10に示すように、復号ビット列を分割して構成されるブロック5、ブロック6およびブロック7に対して再送判定処理を行う。この際、再送判定部109では、実施の形態1と同様にして、列重みが大きいブロックから順にブロックの平均LLRと閾値とを比較する。具体的には、再送判定部109は、ブロック5、ブロック6、ブロック7の順に各ブロックの平均LLRと閾値とを比較する。
このように、再送判定部109では、再送されなかったブロック1およびブロック2の2つのブロックに含まれるS1,S3,P1,S2,S4,P3をより細かく分割してブロック5〜7の3つのブロックを構成する。このため、2回目の送信データ(1回目の再送データ)の受信時には、各ビットに対してより細かい境界を設けて再送判定処理を行うことができる。
また、送信側の無線通信装置200(図7)のブロック制御部202は、再送判定部109と同様の方法でブロックの構成を決定し、受信側の無線通信装置100からフィードバックされるフィードバック情報に従って再送対象のブロックを選択する。
このようにして、本実施の形態によれば、再送回数が多くなるほど、再送されなかった複数のビットをより細かく分割して構成されるブロックを用いて再送判定を行うことができる。このように、再送データ受信時にブロックを再分割することで、誤りがあるにもかかわらず再送が不要であると判定されたビットが存在する場合でも、再送が必要であるか否かを正確に再度判定することができる。
なお、ブロック内の復号ビット列のLLRにばらつきが生じる原因としては、受信チャネル変動の影響によることもある。
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
なお、上記実施の形態では、本発明をFDD(Frequency Division Duplex)システムで実施する場合を例にとって説明したが、本発明はTDD(Time Division Duplex)システムで実施することも可能である。TDDシステムの場合、上り回線の伝搬路特性と下り回線の伝搬路特性との相関性が非常に高いので、送信側の無線通信装置200は、受信側の無線通信装置100からの信号を用いて受信側の無線通信装置100における受信品質を推定することができる。よって、TDDシステムの場合には、受信側の無線通信装置100がCQIによる回線品質の報告を行わず、送信側の無線通信装置200において回線品質を推定してもよい。
また、図2に示す検査行列は一例であり、本発明の実施に使用可能な検査行列は図2に示す検査行列に限定されない。
また、上記実施の形態では、図8に示すように、受信側の無線通信装置100が、2回目送信データ(1回目再送データ)を受信するまでについて説明したが、さらにデータを再送する場合には、再び閾値判定の動作に戻って再送してもよい。
また、変数ノードは、ビットノードと称されることもある。
また、上記実施の形態の受信側の無線通信装置100(図1)および送信側の無線通信装置200(図7)では、予め設定されたブロック長に基づいて複数のブロックを構成する場合について説明したが、本発明では、マザー符号化率、ブロック制御後の符号化率または再送データ量などに基づいて再送毎にブロック長を決定してもよい。
また、上記実施の形態の再送判定部109では、各ブロックに対して共通の閾値を用いてもよく、各ブロックでそれぞれ異なる閾値を用いてもよい。例えば、再送判定部109は、各ブロックの列重みに応じて各ブロックの閾値を予め設定する。すなわち、再送判定部109は、各ブロックの誤り度合に応じて適切な閾値を設定する。
また、再送回数が増加するほど、復号ビットに対するLLR(絶対値)は大きくなるので、再送判定部109は、再送回数に応じて閾値を再設定してもよい。
また、誤り検出部107は、CRC(Cyclic Redundancy Check)による誤り検出を行ってもよい。
また、上記実施の形態では、送信側の無線通信装置200(図7)の制御部210で設定されるブロック制御後の符号化率がマザー符号化率と同一である場合について説明した。しかし、ブロック制御後の符号化率はマザー符号化率と同一とは限らない。例えば、LDPC符号語の各ビットを分割して、分割されたビットを順次送信する場合には、送信回数が少ないほど、ブロック制御後の符号化率は、マザー符号化率よりも大きくなる。また、例えば、LDPC符号語の一部のビットをレピティションする場合には、ブロック制御後の符号化率は、マザー符号化率よりも小さくなる。この際、制御部210は、入力されるCQIに応じて、ブロック制御後の符号化率を決定してもよい。また、受信側の無線通信装置では、マザー符号化率とブロック制御後の符号化率との差に基づいて、パディングビットのビット数またはレピティションされたビット数を算出してもよい。
また、送信側の無線通信装置200の制御部210で設定される符号化率は、回線品質に応じて設定されるものに限定されず、一定に固定されたものでもよい。
また、上記実施の形態では、回線品質としてSINRを推定したが、SNR、SIR、CINR、受信電力、干渉電力、ビット誤り率、スループット、所定の誤り率を達成できるMCS(Modulation and Coding Scheme)等を回線品質として推定してもよい。また、CQIはCSI(Channel State Information)と表されることもある。
また、移動体通信システムにおいて、受信側の無線通信装置100を無線通信移動局装置に備え、送信側の無線通信装置200を無線通信基地局装置に備えることができる。また、受信側の無線通信装置100を無線通信基地局装置に備え、送信側の無線通信装置200を無線通信移動局装置に備えることもできる。これにより、上記同様の作用・効果を奏する無線通信基地局装置および無線通信移動局装置を実現することができる。
また、無線通信移動局装置はUE、無線通信基地局装置はNode Bと称されることがある。
また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
2007年7月31日出願の特願2007−199732の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明は、移動通信システム等に適用することができる。
本発明は、無線通信装置および再送判定方法に関する。
近年、データ通信や映像通信等のマルチメディア通信が盛んになりつつある。よって今後はさらにデータサイズが増大することが予想され、移動体通信サービスに対するデータレートの高速化への要求は高まってくるものと予想される。
そこで、ITU−R(International Telecommunication Union Radio Communication Sector)では、IMT−Advancedと呼ばれる第4世代移動通信システムが検討されており、最大1Gbpsの下り回線速度を実現するための誤り訂正符号として、LDPC(Low-Density Parity-Check:低密度パリティ検査)符号が注目されている。誤り訂正符号としてLDPC符号を用いると、復号処理を並列化できるため、復号処理を直列的に繰り返し行う必要があるターボ符号に比べ復号処理を高速化することができる。
LDPC符号化は、多数の‘0’と少数の‘1’とが配置される検査行列を用いて行われる。送信側の無線通信装置は、送信ビット列を検査行列を用いて符号化し、システマチックビットとパリティビットとから成るLDPC符号語を得る。また、受信側の無線通信装置は、検査行列の行方向と検査行列の列方向とで各ビットの尤度の受け渡しを繰り返し実施することで受信データを復号し、受信ビット列を得る。ここで、検査行列において各1列に含まれる‘1’の個数は列重みと称され、検査行列において各1行に含まれる‘1’の個数は行重みと称される。また、検査行列は、行と列とで構成される2部グラフであるタナーグラフによって表すことができる。タナーグラフにおいて、検査行列の各行はチェックノード(check node)と称され、検査行列の各列は変数ノード(variable node)と称される。タナーグラフの各変数ノードと各チェックノードとは、検査行列での‘1’の配置に従って接続され、受信側の無線通信装置は、接続されたノード間で尤度の受け渡しを繰り返し実施することで受信データを復号し、受信ビット列を得る。
また、ARQ(Automatic Repeat reQuest:自動再生要求)と誤り訂正符号とを組み合わせたHARQ(Hybrid ARQ)がある。HARQでは、受信側の無線通信装置は、受信データに誤り無しであればACK(Acknowledgment)信号を、誤り有りであればNACK(Negative Acknowledgment)信号を応答信号として送信側の無線通信装置へフィードバックする。また、受信側の無線通信装置は、送信側の無線通信装置から再送されたデータと過去に受信したデータとを合成し、合成データに対し誤り訂正復号を行う。これにより、SINRの改善、符号化利得の向上が図られて通常のARQよりも少ない再送回数で受信データを復号することが可能となる。
また、HARQの1つにRB(Reliability-Based)−HARQがある。RB−HARQでは、送信側の無線通信装置は、受信側の無線通信装置からのフィードバック情報に基づいて再送するデータを生成する。
誤り訂正符号にLDPC符号を用いたRB−HARQの従来技術として、検査行列の各行のうち、誤りを多く含む可能性がある行番号をフィードバックするものがある(非特許文献1参照)。送信側の無線通信装置は、フィードバック情報に示された行番号に含まれる‘1’に対応するビットを再送する。
稲葉洋一,大槻知明,「低密度パリティ検査(LDPC)符号を用いたReliability-Based Hybrid ARQ(RB-HARQ)方式」,信学技報,社団法人電子情報通信学会,2005年1月,RCS2004-281,pp.129-134(Y.Inaba,T.Ohtsuki,"Reliability-Based Hybrid ARQ (RB-HARQ) Schemes using Low-Density Parity-Check (LDPC) Codes",IEICE Technical Report,RCS2004-281,pp.129-134, 2005-1)
稲葉洋一,大槻知明,「低密度パリティ検査(LDPC)符号を用いたReliability-Based Hybrid ARQ(RB-HARQ)方式」,信学技報,社団法人電子情報通信学会,2005年1月,RCS2004-281,pp.129-134(Y.Inaba,T.Ohtsuki,"Reliability-Based Hybrid ARQ (RB-HARQ) Schemes using Low-Density Parity-Check (LDPC) Codes",IEICE Technical Report,RCS2004-281,pp.129-134, 2005-1)
ここで、LDPC符号化では、各変数ノードの列重みに応じて誤り率特性が変化する。よって、誤り訂正符号にLDPC符号を用いてRB−HARQを行う場合に、誤りのあるビットを多く含む可能性がある検査行列の行単位での再送を各ビットの列重みを考慮することなく行うのでは、再送が不要であるビット、つまり、誤り率特性が良いビットまで再送されることがあり、通信リソースの利用効率が低下してしまう。
本発明の目的は、再送に必要な通信リソースを減少させてデータ伝送効率を向上させることができる無線通信装置および再送判定方法を提供することである。
本発明の無線通信装置は、検査行列を用いたLDPC符号化を行って得られる符号語の各ビットを前記検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックのいずれかを受信する受信手段と、前記複数のブロックの各ブロックの尤度に基づいて、ブロックの再送が必要か否かをブロック毎に判定する判定処理を行う判定手段と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、再送に必要な通信リソースを減少させてデータ伝送効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックのうち、検査行列の列重みが大きいブロックから順に、ブロックの再送が必要か否かを判定する再送判定処理を行う。
本実施の形態では、検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックのうち、検査行列の列重みが大きいブロックから順に、ブロックの再送が必要か否かを判定する再送判定処理を行う。
本実施の形態に係る受信側の無線通信装置について説明する。本実施の形態に係る受信側の無線通信装置100の構成を図1に示す。
受信側の無線通信装置100において、無線受信部102は、送信側の無線通信装置か
ら送信された多重信号をアンテナ101を介して受信し、受信信号に対しダウンコンバート、A/D変換等の受信処理を行って分離部103に出力する。この受信信号には、データシンボル、パイロット信号、および、送信側の無線通信装置で決定された符号化率と再送されるブロックが示された再送ブロック情報とを示す制御信号が含まれている。
ら送信された多重信号をアンテナ101を介して受信し、受信信号に対しダウンコンバート、A/D変換等の受信処理を行って分離部103に出力する。この受信信号には、データシンボル、パイロット信号、および、送信側の無線通信装置で決定された符号化率と再送されるブロックが示された再送ブロック情報とを示す制御信号が含まれている。
分離部103は、受信信号をデータシンボルと、パイロット信号と、制御信号とに分離する。そして、分離部103は、データシンボルを復調部104に出力し、パイロット信号を回線品質推定部108に出力し、制御信号をブロック合成部105に出力する。
復調部104は、データシンボルを復調して受信データを得て、受信データをブロック合成部105に出力する。
ブロック合成部105は、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時には、受信データを保存するとともにLDPC復号部106に出力する。一方、2回目以降の送信データ(再送データ)の受信時には、ブロック合成部105は、検査行列(図2)および分離部103から入力される制御情報(符号化率および再送ブロック情報)に基づいて、受信データを構成する受信ビットを特定し、その受信データと保存しているデータとを合成し、得られたデータを保存するとともにLDPC復号部106に出力する。また、ブロック合成部105は、誤り検出部107からACK信号が入力された場合、すなわち、LDPC復号部106に出力した受信データに誤りが無い場合、保存している受信データを廃棄する。
LDPC復号部106は、検査行列を用いて、ブロック合成部105から入力されるデータに対してLDPC復号を行い、復号ビット列を得る。この復号ビット列は誤り検出部107に出力される。また、LDPC復号部106は、得られた復号ビット列の各復号ビットの対数尤度比(LLR:Log-Likelihood Ratio)を再送判定部109に出力する。
誤り検出部107は、LDPC復号部106から入力される復号ビット列に対して誤り検出を行う。誤り検出部107は、誤り検出の結果、復号ビットに誤りが有る場合には応答信号としてNACK信号を生成してブロック合成部105、再送判定部109および制御信号生成部110に出力し、復号ビットに誤りが無い場合には応答信号としてACK信号を生成してブロック合成部105、再送判定部109および制御信号生成部110に出力する。また、誤り検出部107は、復号ビットに誤りが無い場合には復号ビット列を受信ビット列として出力する。
一方、回線品質推定部108は、分離部103から入力されるパイロット信号を用いて回線品質を推定する。ここでは、回線品質推定部108は、回線品質として、パイロット信号のSINR(Signal to Interference and Noise Ratio)を推定し、推定したSINRを制御信号生成部110に出力する。
再送判定部109は、誤り検出部107からNACK信号が入力された場合、すなわち、受信データに誤りが有る場合、復号ビット列を検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックにおいて、各ブロックに含まれる各復号ビットのLLRの平均値(以下、平均LLRという)に基づいて、ブロックの再送が必要か否かをブロック毎に判定する再送判定処理を行う。具体的には、再送判定部109は、各ブロックの平均LLRと予め設定された閾値とを比較する。そして、再送判定部109は、ブロックの平均LLRが閾値を満たす場合、そのブロックの再送が不要と判定し、ブロックの平均LLRが閾値を満たさない場合、そのブロックの再送が必要と判定する。また、再送判定部109では、複数のブロックのうち、列重みが大きいブロックから順に判定され、あるブロックの再送が必要と判定された時点で、まだ再送が必要か否かを判定されていないブロッ
クの判定を行わないようにする。つまり、再送判定部109は、あるブロックの再送が必要と判定された時点で再送判定処理を中止する。そして、再送判定部109は、再送するブロックを示す判定結果を制御信号生成部110に出力する。なお、再送判定部109における再送判定処理の詳細については後述する。
クの判定を行わないようにする。つまり、再送判定部109は、あるブロックの再送が必要と判定された時点で再送判定処理を中止する。そして、再送判定部109は、再送するブロックを示す判定結果を制御信号生成部110に出力する。なお、再送判定部109における再送判定処理の詳細については後述する。
制御信号生成部110は、回線品質推定部108から入力されたSINRに対応するCQI(Channel Quality Indicator)を生成するとともに、再送判定部109から入力された判定結果に基づいてフィードバック情報を生成する。そして、制御信号生成部110は、生成されたCQIと、生成されたフィードバック情報と、誤り検出部107から入力された応答信号とを含む制御信号を符号化部111に出力する。なお、制御信号生成部110におけるフィードバック情報生成処理の詳細については後述する。
符号化部111は、制御信号を符号化し、変調部112に出力する。
変調部112は、制御信号を変調して、無線送信部113に出力する。
無線送信部113は、制御信号に対しD/A変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行って、アンテナ101から送信側の無線通信装置へ送信する。
次に、再送判定部109における再送判定処理の詳細について説明する。
図2に8行×12列の検査行列を一例として示す。このように検査行列はM行×N列の行列で表され、‘0’と‘1’とから構成される。
また、検査行列の各列はLDPC符号語の各ビットに対応する。つまり、図2に示す検査行列を用いてLDPC符号化を行うと12ビットのLDPC符号語が得られる。
また、図2に示す検査行列において、1列目の列重みは1列目の‘1’の個数、すなわち4となり、2列目の列重みは2列目の‘1’の個数、すなわち3となる。よって、12ビットのLDPC符号語のうち、1ビット目の列重みは4となり、2ビット目の列重みは3となる。3列目〜12列目についても同様である。
同様に、図2に示す検査行列において、1行目の行重みは1行目の‘1’の個数、すなわち4となり、2行目の行重みは2行目の‘1’の個数、すなわち3となる。3行目〜8行目についても同様である。
また、図2に示す検査行列は、検査行列の行と列とで構成されるタナーグラフによって表すことができる。
図3に、図2の検査行列に対応するタナーグラフを示す。タナーグラフは、検査行列の各行に対応するチェックノードと検査行列の各列に対応する変数ノードとから構成される。すなわち、8行×12列の検査行列に対応するタナーグラフは、8個のチェックノードと12個の変数ノードとから構成される2部グラフとなる。
また、タナーグラフの各変数ノードは、LDPC符号語の各ビットに対応する。
さらに、タナーグラフの各変数ノードと各チェックノードとは、検査行列での‘1’の配置に従って接続される。
変数ノードを基準にして具体的に説明する。図3に示すタナーグラフの変数ノード1は
、図2に示す検査行列の1列目(N=1)に対応する。また、検査行列の1列目の列重みは4であり、1列目で‘1’が配置されている行は、2行目、4行目、5行目および6行目である。よって、変数ノード1の接続先は、チェックノード2、チェックノード4、チェックノード5およびチェックノード6の4つとなる。同様に、タナーグラフの変数ノード2は、検査行列の2列目(N=2)に対応する。また、検査行列の2列目の列重みは3であり、2列目で‘1’が配置されている行は、1行目、4行目および8行目である。よって、変数ノード2の接続先は、チェックノード1、チェックノード4およびチェックノード8の3つとなる。変数ノード3〜変数ノード12についても同様である。
、図2に示す検査行列の1列目(N=1)に対応する。また、検査行列の1列目の列重みは4であり、1列目で‘1’が配置されている行は、2行目、4行目、5行目および6行目である。よって、変数ノード1の接続先は、チェックノード2、チェックノード4、チェックノード5およびチェックノード6の4つとなる。同様に、タナーグラフの変数ノード2は、検査行列の2列目(N=2)に対応する。また、検査行列の2列目の列重みは3であり、2列目で‘1’が配置されている行は、1行目、4行目および8行目である。よって、変数ノード2の接続先は、チェックノード1、チェックノード4およびチェックノード8の3つとなる。変数ノード3〜変数ノード12についても同様である。
同様に、チェックノードを基準にして具体的に説明すると、図3に示すタナーグラフのチェックノード1は、図2に示す検査行列の1行目(M=1)に対応する。また、検査行列の1行目の行重みは4であり、1行目で‘1’が配置されている列は、2列目、3列目、4列目および5列目である。よって、チェックノード1の接続先は、変数ノード2、変数ノード3、変数ノード4および変数ノード5の4つとなる。同様に、タナーグラフのチェックノード2は、検査行列の2行目(M=2)に対応する。また、検査行列2行目の行重みは3であり、2行目で‘1’が配置されている列は、1列目、5列目、および6列目である。よって、チェックノード2の接続先は、変数ノード1、変数ノード5、および変数ノード6の3つとなる。チェックノード3〜チェックノード8についても同様である。
このようにしてタナーグラフにおいて各変数ノードと各チェックノードとは検査行列での‘1’の配置に従って接続される。つまり、タナーグラフの各変数ノードと接続されるチェックノード数は、検査行列の各列の列重みに等しい。また、タナーグラフの各変数ノードの接続先チェックノードは、検査行列の各列において‘1’が配置される行に対応するチェックノードである。同様に、タナーグラフの各チェックノードと接続される変数ノード数は、検査行列の各行の行重みに等しい。また、タナーグラフの各チェックノードの接続先変数ノードは、検査行列の各行において‘1’が配置される列に対応する変数ノードである。
受信側の無線通信装置100では、チェックノードを介して変数ノード間で互いに尤度の受け渡しを行い、各変数ノードの尤度の更新を繰り返し行うことにより受信データを復号する。このため、チェックノードとの接続数がより多い変数ノード(列重みがより大きい変数ノード)ほど、他の変数ノードへの尤度の受け渡し回数がより多くなるため、尤度更新の効果が大きく、誤り率特性がより良くなる。
また、受信側の無線通信装置100における復号後の受信データのLLR(絶対値)は、列重みの大きさと対応している。つまり、LLRがより大きいビット(列重みがより大きいビット)ほど、誤り率特性がより良くなる。
そこで、再送判定部109は、各復号ビット列を、チェックノードとの接続数、すなわち、列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックにおいて、各ブロックの平均LLRに基づいて再送判定処理を行う。
以下、具体的に説明する。以下の説明では、受信データ長を12ビット、LDPC復号部での符号化率(マザー符号化率)を1/3とする。また、分離部103から入力される符号化率を1/3とする。よって、LDPC復号部106では、12ビットの受信データに対して図2に示す検査行列を用いてLDPC復号を行い、4ビットのシステマチックビットと8ビットのパリティビットとから成るLDPC符号語に対応する12ビットの復号ビット列が得られる。また、復号ビット列を分割して構成される各ブロックのブロック長を3ビットとする。
まず、再送判定部109は、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)に対応する12ビットのうち、検査行列の列重みがより大きい変数ノードに対応するビット(接続されるチェックノードの数がより多い変数ノードに対応するビット)から順に3ビットずつ抽出して1つのブロックを構成する。
つまり、再送判定部109は、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)の間において、列重み(チェックノードとの接続数)を比較する。すなわち、再送判定部109は、1列目の列重み4(変数ノード1でのチェックノードとの接続数4)と、2列目の列重み3(変数ノード2でのチェックノードとの接続数3)と、3列目の列重み4(変数ノード3でのチェックノードとの接続数4)と、4列目の列重み3(変数ノード4でのチェックノードとの接続数3)と、5列目の列重み4(変数ノード5でのチェックノードとの接続数4)と、6列目の列重み2(変数ノード6でのチェックノードとの接続数2)と、7列目の列重み3(変数ノード7でのチェックノードとの接続数3)と、8列目の列重み2(変数ノード8でのチェックノードとの接続数2)と、9列目の列重み2(変数ノード9でのチェックノードとの接続数2)と、10列目の列重み1(変数ノード10でのチェックノードとの接続数1)と、11列目の列重み1(変数ノード11でのチェックノードとの接続数1)と、12列目の列重み1(変数ノード12でのチェックノードとの接続数1)とを比較する。
そして、再送判定部109は、1つのブロックが3ビットから構成されるので、図4に示すように、4ビットのシステマチックビットS1〜S4と8ビットのパリティビットP1〜P8とから成るLDPC符号語に対応する12ビットの復号ビット列において、1列目(変数ノード1)のS1、3列目(変数ノード3)のS3および5列目(変数ノード5)のP1を抽出してブロック1を構成し、2列目(変数ノード2)のS2、4列目(変数ノード4)のS4および7列目(変数ノード7)のP3を抽出してブロック2を構成し、6列目(変数ノード6)のP2、8列目(変数ノード8)のP4および9列目(変数ノード9)のP5を抽出してブロック3を構成し、10列目(変数ノード10)のP6、11列目(変数ノード11)のP7および12列目(変数ノード12)のP8を抽出してブロック4を構成する。
このように、再送判定部109が復号ビット列を列重みの大きさに応じて分割してブロックを構成することで、列重みの大きさが同程度である複数のビットを同一ブロックに含むことができる。これにより、各ブロックを構成するビットは、同程度の尤度更新の効果、すなわち、同程度の誤り率特性となる。つまり、同一ブロック内では誤り率特性が同程度となる一方で、互いに異なるブロック間では誤り率特性の差異が明確になる。そのため、再送判定部109では、再送が必要なビットで構成されるブロックのみを特定することができる。また、各ビットをブロック化することにより、ビット毎に再送判定を行うよりも、再送判定対象が減少するため、フィードバック情報の情報量を削減することができる。
上述したように、検査行列の列重みがより大きいビット(タナーグラフにおけるチェックノードとの接続数がより多い変数ノードに対応するビット)ほど、尤度更新の効果、すなわち、誤り率特性がより良くなる。つまり、列重みがより大きいビットで構成されるブロックの平均LLRが閾値を満たさない場合、そのブロックより列重みが小さいビットで構成されるブロックの平均LLRも閾値を満たさない可能性が高い。例えば、図4に示すブロック1の平均LLRが閾値を満たさなければ、ブロック1より列重みが小さいブロック2〜3のそれぞれの平均LLRも閾値を満たさない可能性が高い。
そこで、再送判定部109では、ブロック1〜4のうち、列重みがより大きいビットで
構成されるブロック1から順に再送判定処理を行う。さらに、再送判定部109では、あるブロックの再送が必要と判定された場合、そのブロックより列重みが小さいビットで構成されるブロックの再送判定を行わずに再送が必要と判定し、判定処理を中止する。例えば、再送判定部109は、ブロック1の平均LLRが閾値を満たさない場合、ブロック2〜4に対する再送判定処理を中止し、さらに、ブロック1のみでなくブロック2〜4も再送が必要なブロックであると判定する。ブロック2の再送判定時およびブロック3の再送判定時についても同様である。
構成されるブロック1から順に再送判定処理を行う。さらに、再送判定部109では、あるブロックの再送が必要と判定された場合、そのブロックより列重みが小さいビットで構成されるブロックの再送判定を行わずに再送が必要と判定し、判定処理を中止する。例えば、再送判定部109は、ブロック1の平均LLRが閾値を満たさない場合、ブロック2〜4に対する再送判定処理を中止し、さらに、ブロック1のみでなくブロック2〜4も再送が必要なブロックであると判定する。ブロック2の再送判定時およびブロック3の再送判定時についても同様である。
以下、再送判定部109の処理フローについて図5のフローチャートを用いて説明する。
ST(ステップ)101において、再送判定部109は、図4に示すブロック1を構成するS1,S3,P1の平均LLRを算出し、ブロック1の平均LLRと閾値とを比較してブロック1の平均LLRが閾値を満たすか否かを判定する。
再送判定部109は、ST101でブロック1の平均LLRが閾値を満たさない場合(ST101:NO)、ST102で、再送が必要なブロックとして、ブロック1〜4を示すパターン1を判定結果として決定する。
一方、再送判定部109は、ST101でブロック1の平均LLRが閾値を満たした場合(ST101:YES)、ST103において、図4に示すブロック2を構成するS2,S4,P3の平均LLRを算出し、ブロック2の平均LLRと閾値とを比較してブロック2の平均LLRが閾値を満たすか否かを判定する。
再送判定部109は、ST103でブロック2の平均LLRが閾値を満たさない場合(ST103:NO)、ST104で、再送が必要なブロックとして、ブロック2〜4を示すパターン2を判定結果として決定する。
一方、再送判定部109は、ST103でブロック2の平均LLRが閾値を満たした場合(ST103:YES)、ST105において、図4に示すブロック3を構成するP2,P4,P5の平均LLRを算出し、ブロック3の平均LLRと閾値とを比較してブロック3の平均LLRが閾値を満たすか否かを判定する。
再送判定部109は、ST105でブロック3の平均LLRが閾値を満たさない場合(ST105:NO)、ST106で、再送が必要なブロックとして、ブロック3およびブロック4を示すパターン3を判定結果として決定する。
一方、再送判定部109は、ST105でブロック3の平均LLRが閾値を満たした場合(ST105:YES)、ST107で、再送が必要なブロックとして、ブロック4を示すパターン4を判定結果として決定する。
このように、再送判定部109は、列重みがより大きいビットで構成されるブロック1から順に再送判定を行うことにより、再送が必要なブロックのうち最も列重みが大きいブロックを特定することができる。よって、すべてのブロックの再送判定処理を行うことなく、再送が必要なすべてのブロックを特定することができる。よって、本実施の形態によれば、再送判定処理の回数を最小限に抑えることができる。
次に、制御信号生成部110におけるフィードバック情報生成処理の詳細について説明する。
制御信号生成部110は、図6に示すように、再送判定部109からの判定結果とフィードバック情報との対応関係に基づいて、フィードバック情報を生成する。具体的には、制御信号生成部110は、再送判定部109からの判定結果がパターン1である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック1〜4である場合、フィードバック情報‘00’を生成する。同様にして、制御信号生成部110は、再送判定部109からの判定結果がパターン2である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック2〜4である場合、フィードバック情報‘01’を生成し、再送判定部109からの判定結果がパターン3である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック3およびブロック4である場合、フィードバック情報‘10’を生成し、再送判定部109からの判定結果がパターン4である場合、すなわち、再送が必要なブロックがブロック4である場合、フィードバック情報‘11’を生成する。なお、再送判定部109からの判定結果(パターン1〜4)とフィードバック情報(‘00’,‘01’,‘10’,‘11’)との対応関係は、図6に示す対応関係に限らない。例えば、パターン1と‘11’、パターン2と‘10’、パターン3と‘01’、パターン4と‘00’をそれぞれ対応付けてもよい。
ここで、図4に示すように、復号ビット列を分割して構成されるブロックのブロック数が4つの場合、再送されるブロックの総組み合わせは15通りあるので、すべての組合せを表すには4ビット必要である。しかし、本実施の形態のように、検査行列の列重みの大きいブロックから順に再送判定処理を行うことで、制御信号生成部110では、4つのブロックに対して4種類のフィードバック情報(パターン1〜4)で済むので、フィードバック情報のビット数は2ビットあればよい。このように、本実施の形態によれば、送信側の無線通信装置にフィードバックするフィードバック情報の情報量を削減(半減)することができる。
次に、本実施の形態に係る送信側の無線通信装置200の構成を図7に示す。
送信側の無線通信装置200において、LDPC符号化部201には、送信ビット列が入力される。LDPC符号化部201は、LDPC復号部106(図1)が用いる検査行列と同一の検査行列(図2)を用いて、送信ビット列に対してLDPC符号化を行い、システマチックビットとパリティビットとから成るLDPC符号語を得る。このLDPC符号語は、ブロック制御部202に出力される。また、LDPC符号化部201は、検査行列をブロック制御部202に出力する。
ブロック制御部202は、再送判定部109(図1)と同様、検査行列(図2)に基づいて、LDPC符号語の各ビットを分割して複数のブロックを構成し、各ブロックを変調部203に出力する。また、ブロック制御部202は、LDPC符号化部201から入力されるLDPC符号語を保存する。そして、ブロック制御部202は、1回目の送信(初回送信)ではLDPC符号語に含まれるすべてのビットを変調部203に出力する。また、ブロック制御部202は、制御部210からNACK信号が入力される場合には、つまり、2回目以降の送信(再送)では、制御部210からの符号化率およびフィードバック情報に基づいて、複数のブロックのうちの選択されたブロックを変調部203に出力し、制御部210からACK信号が入力される場合には変調部203へのブロックの出力を止め、保存していたLDPC符号語を廃棄する。
変調部203は、1回目の送信(初回送信)ではブロック制御部202から入力されるLDPC符号語を変調してデータシンボルを生成し、多重部204に出力する。また、変調部203は、2回目以降の送信(再送)ではブロック制御部202から入力されるブロックを変調してデータシンボルを生成し、多重部204に出力する。
多重部204は、データシンボル、パイロット信号、および、制御部210から入力さ
れる制御信号を多重し、生成された多重信号を無線送信部205に出力する。
れる制御信号を多重し、生成された多重信号を無線送信部205に出力する。
無線送信部205は、多重信号に対しD/A変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行って、アンテナ206から受信側の無線通信装置100(図1)へ送信する。
一方、無線受信部207は、受信側の無線通信装置100(図1)から送信された制御信号を、アンテナ206を介して受信し、その制御信号に対しダウンコンバート、A/D変換等の受信処理を行って復調部208に出力する。この制御信号には、受信側の無線通信装置で生成されたCQI、応答信号(ACK信号またはNACK信号)および再送が必要なブロックを示すフィードバック情報が含まれている。
復調部208は、制御信号を復調して復号部209に出力する。
復号部209は、制御信号を復号し、制御信号に含まれているCQI、応答信号およびフィードバック情報を制御部210に出力する。
制御部210は、ブロック制御後の符号化率を制御する。そして、制御部210は決定した符号化率をブロック制御部202および多重部204に出力する。また、制御部210は、復号部209から入力される応答信号およびフィードバック情報をブロック制御部202に出力する。
次に、本実施の形態における再送処理について図8を用いて説明する。
ここでは、4ビットのシステマチックビットS1〜S4と8ビットのパリティビットP1〜P8とから成る12ビットのLDPC符号語とする。また、LDPC符号語を分割して構成される各ブロックのブロック長を3ビットとする。また、受信側の無線通信装置100の再送判定部109では、各ブロックの平均LLRが閾値を満たす場合の閾値判定結果を‘1’と表し、閾値を満たさない場合の閾値判定結果を‘0’と表す。
図8に示すように、送信側の無線通信装置200(図7)は、1回目の送信時(初回送信時)には、12ビットのLDPC符号語を送信する。よって、受信側の無線通信装置100は、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時には、12ビットの受信データを受信する。ここでは、受信側の無線通信装置100の誤り検出部107が、受信データをLDPC復号して得られる復号ビット列に対して誤り検出を行い、NACK信号を出力したとする。
ここで、送信側の無線通信装置200のブロック制御部202は、12ビットのLDPC符号語を検査行列(図2)の列重みの大きさに応じて3ビットずつに分割し、図4に示すブロック1〜4を構成する。同様にして、受信側の無線通信装置100の再送判定部109も、12ビットの復号ビット列を3ビットずつに分割し、図4に示すブロック1〜4を構成する。
そして、受信側の無線通信装置100の再送判定部109は、ブロック1〜4の平均LLRを算出し、算出された各ブロックの平均LLRと閾値とを、図5に示す処理フローに従って比較する。ここでは、図8に示すように、再送判定部109では、ブロック1およびブロック2の閾値判定結果が‘1’となり、ブロック3の閾値判定結果が‘0’となる。つまり、再送判定部109は、判定結果としてパターン3を制御信号生成部110に出力する(図5に示すST106)。そして、制御信号生成部110では、判定結果とフィードバック情報との対応関係(図6)に基づいてフィードバック情報‘10’を生成する。
よって、受信側の無線通信装置100からは、図8に示すように、送信側の無線通信装置200に対して、NACK信号とフィードバック情報‘10’とを含む制御信号がフィードバックされる。
次いで、送信側の無線通信装置200のブロック制御部202には、NACK信号と再送が必要なブロック(ブロック3およびブロック4)を示すフィードバック情報とが制御部210から入力される。そこで、図8に示すように、ブロック制御部202は、ブロック1〜4のうち、P2,P4,P5から成るブロック3とP6,P7,P8から成るブロック4とを選択し、選択されたブロック3およびブロック4を変調部203に出力する。
よって、2回目の送信時(1回目の再送時)では、送信側の無線通信装置200からは、2回目の送信データ(1回目の再送データ)としてブロック3とブロック4とが受信側の無線通信装置100に対して送信される。
そして、受信側の無線通信装置100のブロック合成部105は、2回目の送信データ(1回目の再送データ)の受信時には、ブロック3およびブロック4に含まれるP2,P4,P5,P6,P7,P8と、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時に保存したLDPC符号語に含まれるP2,P4,P5,P6,P7,P8とをそれぞれ合成する。
これにより、受信側の無線通信装置100では、1回目の送信データ(初回送信データ)の受信時に、平均LLRが閾値を満たさないブロック(図8におけるブロック3およびブロック4)、すなわち、誤りがある可能性が高い複数のビットを含むブロックのみを再送するように送信側の無線通信装置200に対してフィードバック情報をフィードバックする。これにより、2回目の送信データ(1回目の再送データ)の受信時には、誤りがある可能性が高いビットを含むブロック(図8におけるブロック3およびブロック4)のみを受信することができるので、再送のための通信リソースの使用を最小限に抑えることができる。
このように、本実施の形態によれば、復号ビット列を検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成されるブロック毎に再送の要否を判定する。これにより、受信側の無線通信装置では、列重みの大きさが互いに異なるブロック毎に再送の要否を決定することができ、送信側の無線通信装置では、LDPC符号語の各ビットのうち再送が必要であるビットで構成されるブロックのみを再送することができる。よって、本実施の形態によれば、再送に必要な通信リソースを減少させてデータ伝送効率を向上させることができる。
さらに、本実施の形態によれば、検査行列の列重みがより大きいブロックから順に再送の要否を判定する。そして、あるブロックに対して再送が必要であると判定された場合には、そのブロックよりも検査行列の列重みが小さいブロックに対しては、再送の要否を判定せずに再送が必要であるブロックとして決定する。これにより、再送判定の処理回数は最大でも全ブロック数より少ない回数で済むため、フィードバック情報の情報量を削減することができる。また、すべてのブロックに対して再送判定を行う必要がなくなるため、再送判定の処理を軽減することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、ブロック長がより小さいブロックほど列重みがより大きいビットで構成される場合について説明する。
本実施の形態では、ブロック長がより小さいブロックほど列重みがより大きいビットで構成される場合について説明する。
以下、本実施の形態に係る再送判定部109の動作について説明する。
復号ビット列の各ビットにおいて、検査行列の列重みが小さく、明らかに誤りであるビットが存在する場合、再送が必要か否かの境界となるビットは、検査行列の列重みが大きいビット(タナーグラフにおけるチェックノードとの接続数が多い変数ノードに対応するビット)のいずれかである可能性が高い。すなわち、LDPC符号語の各ビットを分割して複数のブロックを構成する場合は、列重みが大きいビットで構成されるブロックほどブロック長をより小さくして、再送が必要であるか否かを判定するビットの境界をより細かく設定することがよい。
そこで、本実施の形態に係る再送判定部109は、ブロック長がより小さいブロックほど列重みがより大きいビットで構成される複数のブロックに対して再送判定処理を行う。
以下、具体的に説明する。以下の説明では、実施の形態1(図4)と同様、受信データ長を12ビット、マザー符号化率を1/3、送信側の無線通信装置(図7)の制御部110で決定された符号化率を1/3とする。また、明らかに誤りである、列重みが小さいビットを列重み1または列重み2のビットとし、列重みが大きいビットを列重み3および列重み4のビットとする。また、復号ビット列を分割して構成される各ブロックのブロック長を、列重みが大きいブロックでは2ビットとし、列重みが小さいブロックでは6ビットとする。
再送判定部109は、実施の形態1と同様にして、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)に対応する12ビットのうち、検査行列の列重みが大きい変数ノードに対応するビット(接続されるチェックノードの数が多い変数ノードに対応するビット)から順に抽出して1つのブロックを構成する。
列重みが大きいビット、つまり、列重み3または列重み4であるビットに対しては、1つのブロックが2ビットから構成されるので、再送判定部109は、図9に示すように、4ビットのシステマチックビットS1〜S4と8ビットのパリティビットP1〜P8とから成るLDPC符号語に対応する12ビットの復号ビット列において、列重み4の1列目(チェックノードとの接続数4の変数ノード1)のS1および列重み4の3列目(チェックノードとの接続数4の変数ノード3)のS3を抽出してブロック1を構成し、列重み4の5列目(チェックノードとの接続数4の変数ノード5)のP1および列重み3の2列目(チェックノードとの接続数3の変数ノード2)のS2を抽出してブロック2を構成し、列重み3の4列目(チェックノードとの接続数3の変数ノード4)のS4および列重み3の7列目(チェックノードとの接続数3の変数ノード7)のP3を抽出してブロック3を構成する。
また、列重みが小さいビット、つまり、列重み1または列重み2であるビットに対しては、1つのブロックが6ビットから構成されるので、再送判定部109は、図9に示すように、列重み2の6列目(チェックノードとの接続数2の変数ノード6)のP2、列重み2の8列目(チェックノードとの接続数2の変数ノード8)のP4、列重み2の9列目(チェックノードとの接続数2の変数ノード9)のP5、列重み1の10列目(チェックノードとの接続数1の変数ノード10)のP6、列重み1の11列目(チェックノードとの接続数1の変数ノード11)のP7および列重み1の12列目(チェックノードとの接続数1の変数ノード12)のP8を抽出してブロック4を構成する。
このように、列重み1または列重み2であるP2,P4,P5,P6,P7,P8の6ビット、つまり、明らかに誤りである6ビットで1つのブロックを構成する一方で、列重み4または列重み3であるS1,S3,P1,S2,S4,P3の6ビット、つまり、誤
る可能性が低い6ビットを2ビットずつに分割して3つのブロックを構成する。これにより、誤る可能性が低いビットに対して、より細かい境界を設けて再送判定処理を行うことができる。
る可能性が低い6ビットを2ビットずつに分割して3つのブロックを構成する。これにより、誤る可能性が低いビットに対して、より細かい境界を設けて再送判定処理を行うことができる。
また、送信側の無線通信装置200(図7)のブロック制御部202は、再送判定部109と同様の方法でブロックの構成を決定し、受信側の無線通信装置100からフィードバックされるフィードバック情報に従って再送対象のブロックを選択する。
このようにして、本実施の形態によれば、列重みがより大きいビットを分割して、実施の形態1よりもブロック長がより小さいブロックを構成する。これにより、再送が必要であるブロックと再送が不要であるブロックとの境界をさらに精度良く判定することができる。よって、本実施の形態によれば、再送が不要であるにもかかわらず再送されてしまうビットを、実施の形態1よりも減少することができる。
なお、本実施の形態では、明らかに誤りである列重みが小さいビットで1つのブロックを構成した。しかし、本発明では、列重みが小さいビットを列重みの大きさに応じて分割して複数のブロックを構成してもよい。
(実施の形態3)
本実施の形態では、再送が不要と判定されたブロックをさらに分割して複数のブロックを構成する場合について説明する。
本実施の形態では、再送が不要と判定されたブロックをさらに分割して複数のブロックを構成する場合について説明する。
以下、本実施の形態に係る再送判定部109の動作について説明する。
受信側の無線通信装置100では、各ブロックの平均LLRに基づいてブロックの再送判定を行う。そのため、ブロックを構成する一部の復号ビットのLLRが低い場合であっても、それ以外の復号ビットのLLRが高ければ、平均LLRが閾値を満たすことがあり得る。すなわち、ブロック内の復号ビットのLLRにばらつきが生じる場合には、再送が必要であるビットが存在するにもかかわらず、ブロックの平均LLRが閾値を満たし、再送不要と判定されることがある。ここで、ブロック内の復号ビット列のLLRにばらつきが生じる原因として、例えば、各復号ビットの行重みの大きさの差異が考えられる。LDPC符号化では、列重みの大きさ(復号ビットに対応する変数ノードにおけるチェックノードとの接続数)のみでなく、行重みの大きさ(復号ビットに対応する変数ノードと接続されたチェックノードにおける変数ノードとの接続数)によっても尤度更新の効果、つまり、誤り率特性が変化する。
そこで、再送判定部109は、各ブロックの再送判定がなされた後にさらに複数のブロックのいずれかを受信する場合、再送が不要と判定されたブロックをさらに分割して構成される複数のブロックに対して再送判定処理を行う。
以下、具体的に説明する。以下の説明では、実施の形態1(図4)の場合と同様、受信データ長を12ビット、マザー符号化率を1/3、送信側の無線通信装置200(図7)の制御部210で決定された符号化率を1/3とする。また、復号ビット列を分割して構成される各ブロックのブロック長は、1回目の分割時には3ビットとし、2回目の分割時(再分割時)には2ビットとする。よって、1回目送信データ(初回送信データ)の受信時には、再送判定部109では、実施の形態1と同様にして、図2に示す検査行列の1列目〜12列目(図3に示すタナーグラフの変数ノード1〜変数ノード12)に対応する12ビットを、検査行列の列重みのより大きい順に3ビットずつ抽出して、図10中段に示すブロック1〜4が構成される。また、ここでは、ブロック3およびブロック4が再送される場合について説明する。
送信側の無線通信装置200(図7)から2回目送信データ(1回目再送データ)であるブロック3およびブロック4を受信した場合、再送判定部109は、1回目送信データ(初回送信データ)の受信時に再送が不要と判定されたブロック、すなわち、ブロック1およびブロック2をさらに分割してブロック長がより小さいブロックを構成する。具体的には、2回目の分割時(再分割時)において、1つのブロックが2ビットから構成されるので、再送判定部109は、図10に示すように、ブロック1およびブロック2を構成するS1,S3,P1,S2,S4,P3において、1列目(変数ノード1)のS1および3列目(変数ノード3)のS3を抽出してブロック5を構成し、5列目(変数ノード5)のP1および2列目(変数ノード2)のS2を抽出してブロック6を構成し、4列目(変数ノード4)のS4および7列目(変数ノード7)のP3を抽出してブロック7を構成する。
これにより、2回目送信データ(1回目再送データ)の受信時には、再送判定部109は、図10に示すように、復号ビット列を分割して構成されるブロック5、ブロック6およびブロック7に対して再送判定処理を行う。この際、再送判定部109では、実施の形態1と同様にして、列重みが大きいブロックから順にブロックの平均LLRと閾値とを比較する。具体的には、再送判定部109は、ブロック5、ブロック6、ブロック7の順に各ブロックの平均LLRと閾値とを比較する。
このように、再送判定部109では、再送されなかったブロック1およびブロック2の2つのブロックに含まれるS1,S3,P1,S2,S4,P3をより細かく分割してブロック5〜7の3つのブロックを構成する。このため、2回目の送信データ(1回目の再送データ)の受信時には、各ビットに対してより細かい境界を設けて再送判定処理を行うことができる。
また、送信側の無線通信装置200(図7)のブロック制御部202は、再送判定部109と同様の方法でブロックの構成を決定し、受信側の無線通信装置100からフィードバックされるフィードバック情報に従って再送対象のブロックを選択する。
このようにして、本実施の形態によれば、再送回数が多くなるほど、再送されなかった複数のビットをより細かく分割して構成されるブロックを用いて再送判定を行うことができる。このように、再送データ受信時にブロックを再分割することで、誤りがあるにもかかわらず再送が不要であると判定されたビットが存在する場合でも、再送が必要であるか否かを正確に再度判定することができる。
なお、ブロック内の復号ビット列のLLRにばらつきが生じる原因としては、受信チャネル変動の影響によることもある。
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
なお、上記実施の形態では、本発明をFDD(Frequency Division Duplex)システムで実施する場合を例にとって説明したが、本発明はTDD(Time Division Duplex)システムで実施することも可能である。TDDシステムの場合、上り回線の伝搬路特性と下り回線の伝搬路特性との相関性が非常に高いので、送信側の無線通信装置200は、受信側の無線通信装置100からの信号を用いて受信側の無線通信装置100における受信品質を推定することができる。よって、TDDシステムの場合には、受信側の無線通信装置100がCQIによる回線品質の報告を行わず、送信側の無線通信装置200において回線品質を推定してもよい。
また、図2に示す検査行列は一例であり、本発明の実施に使用可能な検査行列は図2に示す検査行列に限定されない。
また、上記実施の形態では、図8に示すように、受信側の無線通信装置100が、2回目送信データ(1回目再送データ)を受信するまでについて説明したが、さらにデータを再送する場合には、再び閾値判定の動作に戻って再送してもよい。
また、変数ノードは、ビットノードと称されることもある。
また、上記実施の形態の受信側の無線通信装置100(図1)および送信側の無線通信装置200(図7)では、予め設定されたブロック長に基づいて複数のブロックを構成する場合について説明したが、本発明では、マザー符号化率、ブロック制御後の符号化率または再送データ量などに基づいて再送毎にブロック長を決定してもよい。
また、上記実施の形態の再送判定部109では、各ブロックに対して共通の閾値を用いてもよく、各ブロックでそれぞれ異なる閾値を用いてもよい。例えば、再送判定部109は、各ブロックの列重みに応じて各ブロックの閾値を予め設定する。すなわち、再送判定部109は、各ブロックの誤り度合に応じて適切な閾値を設定する。
また、再送回数が増加するほど、復号ビットに対するLLR(絶対値)は大きくなるので、再送判定部109は、再送回数に応じて閾値を再設定してもよい。
また、誤り検出部107は、CRC(Cyclic Redundancy Check)による誤り検出を行ってもよい。
また、上記実施の形態では、送信側の無線通信装置200(図7)の制御部210で設定されるブロック制御後の符号化率がマザー符号化率と同一である場合について説明した。しかし、ブロック制御後の符号化率はマザー符号化率と同一とは限らない。例えば、LDPC符号語の各ビットを分割して、分割されたビットを順次送信する場合には、送信回数が少ないほど、ブロック制御後の符号化率は、マザー符号化率よりも大きくなる。また、例えば、LDPC符号語の一部のビットをレピティションする場合には、ブロック制御後の符号化率は、マザー符号化率よりも小さくなる。この際、制御部210は、入力されるCQIに応じて、ブロック制御後の符号化率を決定してもよい。また、受信側の無線通信装置では、マザー符号化率とブロック制御後の符号化率との差に基づいて、パディングビットのビット数またはレピティションされたビット数を算出してもよい。
また、送信側の無線通信装置200の制御部210で設定される符号化率は、回線品質に応じて設定されるものに限定されず、一定に固定されたものでもよい。
また、上記実施の形態では、回線品質としてSINRを推定したが、SNR、SIR、CINR、受信電力、干渉電力、ビット誤り率、スループット、所定の誤り率を達成できるMCS(Modulation and Coding Scheme)等を回線品質として推定してもよい。また、CQIはCSI(Channel State Information)と表されることもある。
また、移動体通信システムにおいて、受信側の無線通信装置100を無線通信移動局装置に備え、送信側の無線通信装置200を無線通信基地局装置に備えることができる。また、受信側の無線通信装置100を無線通信基地局装置に備え、送信側の無線通信装置200を無線通信移動局装置に備えることもできる。これにより、上記同様の作用・効果を奏する無線通信基地局装置および無線通信移動局装置を実現することができる。
また、無線通信移動局装置はUE、無線通信基地局装置はNode Bと称されることがある。
また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
2007年7月31日出願の特願2007−199732の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明は、移動通信システム等に適用することができる。
Claims (9)
- 検査行列を用いたLDPC符号化を行って得られる符号語の各ビットを前記検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックのいずれかを受信する受信手段と、
前記複数のブロックの各ブロックの尤度に基づいて、ブロックの再送が必要か否かをブロック毎に判定する判定処理を行う判定手段と、
を具備する受信側の無線通信装置。 - 前記判定手段は、前記複数のブロックのうち、列重みが大きいブロックから順に前記判定処理を行う、
請求項1記載の無線通信装置。 - 前記判定手段は、あるブロックで再送が必要と判定された場合、前記判定処理を中止する、
請求項1記載の無線通信装置。 - 前記判定手段は、ブロック長がより小さいブロックほど列重みがより大きいビットで構成される前記複数のブロックに対して前記判定処理を行う、
請求項1記載の無線通信装置。 - 前記判定手段は、前記複数のブロックのうち再送が不要と判定されたブロックをさらに分割して構成される複数のブロックに対して前記判定処理を行う、
請求項1記載の無線通信装置。 - 送信ビット列に対して検査行列を用いたLDPC符号化を行って符号語を得る符号化手段と、
前記検査行列の列重みの大きさに応じて前記符号語の各ビットを分割して複数のブロックを構成する構成手段と、
受信側の無線通信装置からフィードバックされる制御情報に基づいて、前記複数のブロックのいずれかが送信されるように制御する制御手段と、
を具備する送信側の無線通信装置。 - 前記無線通信装置は、無線通信基地局装置または無線通信移動局装置である、
請求項1記載の無線通信装置。 - 前記無線通信装置は、無線通信基地局装置または無線通信移動局装置である、
請求項6記載の無線通信装置。 - 検査行列を用いたLDPC符号化を行って得られる符号語の各ビットを前記検査行列の列重みの大きさに応じて分割して構成される複数のブロックの再送判定方法であって、
前記複数のブロックの各ブロックの尤度に基づいて、ブロックの再送が必要か否かをブロック毎に判定する、
再送判定方法。
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