WO2006095877A1 - Ｍｉｍｏ送信装置及びｍｉｍｏシステムにおけるデータ再送方法 - Google Patents

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WO2006095877A1
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retransmission
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bit position
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Xiaohong Yu
Jifeng Li
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a MIMO transmission apparatus and a data retransmission method in a MIMO system, and more particularly to a multi-antenna transmission technique in a mobile communication system, more specifically, a MIMO transmission apparatus and a MIMO system that perform data retransmission in a multi-antenna system.
  • the present invention relates to a data retransmission method in a system.
  • Multi-input multi-output (MIMO) technology is a major achievement in intelligent antenna technology in the field of wireless mobile communications.
  • MIMO technology indicates that multiple antennas are used for both data transmission and reception.
  • MIMO technology it is possible to increase the channel capacity by using MIMO technology and to improve the reliability of the channel and reduce the bit error rate.
  • the maximum capacity or capacity limit of a MIMO system increases linearly with the increase in the minimum number of antennas. Under the same conditions, using multi-antenna or antenna array and!
  • MIMO technology has a tremendous potential for increasing the capacity of wireless communication systems, and is a key technology used in new generation mobile communications.
  • the symbol error rate of higher-order modulation is related to the minimum Euclidean distance in the coordinate diagram, but is not related to the mapping relationship of each code bit in the coordinate diagram.
  • the code bit error rate in the higher-order modulation symbol is closely correlated with the mapping relationship of each code key in the coordinate diagram.
  • n code bit bits can be obtained. Of different codes and bit error rates.
  • the frame error rate is 0.1%, and the demand for data traffic with respect to the transmission error rate is very high.
  • HARQ hybrid retransmission request
  • This technology detects and corrects errors by combining automatic repeat request (ARQ) technology and forward error correction (FEC) technology.
  • ARQ automatic repeat request
  • FEC forward error correction
  • hybrid retransmission request technologies There are the following three types of hybrid retransmission request technologies. The first is a method in which the receiving side discards a packet that cannot be received correctly, notifies the sending side to retransmit a copy of the original packet through the return channel, and decodes the newly received packet independently. .
  • the second is a method in which the receiving side does not discard the erroneous packet, but performs decoding in combination with the retransmitted information.
  • the receiving side does not discard the erroneous packet, but decodes it in combination with the retransmitted information, but the retransmitted packet contains all the information necessary to correctly receive the data. It is a method.
  • the transmitting side When performing channel error correction using HARQ, the transmitting side first transmits the encoded information to the receiving side, and when the receiving side receives the information, the information is subjected to error correction decoding. Do. If the data is received correctly, the information is received at the receiving side and ACK confirmation information is transmitted to the transmitting side, and if the error cannot be corrected, the receiving side transmits NACK information to the transmitting side. Then, request the data to be retransmitted from the transmitting side, and the receiving side again performs decoding based on the received retransmitted data.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional MIMO + HARQ system.
  • data to be transmitted is first divided into n data substreams via serial / parallel conversion means 101, and one data substream is provided.
  • the CRC code key means 102 Prior to transmission, the CRC code key means 102 performs CRC code key processing on these data substreams, and the encoding / modulation means 103 performs coding and modulation.
  • the modulated data is transmitted by n antennas 104.
  • the information fed back by the feedback channel 111 indicates the data reception status, and it is determined whether to retransmit the data based on the reception status.
  • the channel estimation means 106 performs channel estimation based on the pilot signal in the received signal or using other methods, and obtains the current channel characteristic matrix H.
  • channel characteristics can be described using matrices.
  • MIMO detection means 107 detects each transmission data substream based on channel characteristic matrix H, and CRC check means 108 performs CRC check on the detected data to correctly Feedback information is generated by the feedback information processing means 110 using the information about whether or not the decoding is possible, and is sent to the transmission side through the feedback channel 111. The correctly received data is finally restored to the original data through the parallel Z-serial conversion means 109.
  • the above-mentioned conventional technology has a very high demand for data traffic with respect to the transmission error rate.
  • the HARQ technology is used for high-order modulation MIMO systems.
  • An object of the present invention is to rearrange data to be retransmitted and data to be newly transmitted, thereby improving the reliability of system transmission using HARQ technology and increasing the system throughput. It is possible to provide a MIMO transmission apparatus and a data retransmission method in a MIMO system that can improve the overall data transmission efficiency. Means for solving the problem
  • the MIMO transmission apparatus of the present invention includes retransmission data selection means for selecting retransmission data that is data that needs to be retransmitted based on reception quality at the communication partner, and an error rate corresponding to each bit position in one symbol. And a data rearrangement means for rearranging the retransmission data and the newly transmitted data based on the number of retransmission data arranged at each bit position and the number of newly transmitted data, and the data A configuration is employed that includes transmission means for transmitting the retransmission data rearranged by the rearrangement means and the newly transmitted data from different antennas for each substream.
  • a data retransmission method in a MIMO system of the present invention includes a step of selecting retransmission data that is data that needs to be retransmitted based on reception quality in a receiving apparatus, and a bit having a high error rate within one symbol. Based on a comparison result between the number of retransmission data arranged at a position and the number of newly transmitted data arranged at a bit position with a low error rate other than the bit position with a high error rate within one symbol. Rearranging the retransmission data and the newly transmitted data; transmitting the rearranged retransmission data and the newly transmitted data by different transmitting power for each substream; and the retransmission data.
  • the reliability of system transmission can be improved using HARQ technology, and the throughput of the system can be increased. And improve the overall efficiency of data transmission.
  • FIG. 1 Diagram showing the configuration of a conventional MIMO + HARQ system
  • Figure 2 Diagram showing 16QAM coordinates using gray mapping
  • FIG. 4A is a diagram showing the configuration of the transmission side of the MIMO system in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a diagram showing the configuration of the receiving side of the MIMO system in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a flowchart showing transmission processing on the transmission side and reception side in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a flowchart showing transmission processing on the transmission side and reception side in the embodiment of the present invention.
  • the flowchart which shows the interleave process in embodiment of this invention
  • Figure 2 shows the coordinates of 16QAM using gray mapping.
  • the gray mapping is the four encoded bits (S 1 ).
  • the sign bit error rate of 3 2 1 0 3 1 is smaller than that of S and S. That is, S and S
  • the signal-to-noise ratio of the 2 0 3 1 bit is greater than the signal-to-noise ratio of the S and S code bits.
  • the data bits to be retransmitted are assigned to the positions where the error rate of the code bit is small.
  • four code bits (S S S S) constitute one symbol.
  • FIG. 3 is a diagram showing 8PSK coordinates using gray mapping.
  • the error rate is smaller than the sign bit error rate of S, ie, in the sign bit of S and S
  • the signal-to-noise ratio is greater than the signal-to-noise ratio of the sign bit of S. Where three signs
  • the conversion bits (S S S) constitute one symbol.
  • the transmitting side re-encodes and modulates the erroneous data, and then transmits the data from the antenna.
  • data interleaving means for performing interleaving which is a process of rearranging data, is added between the encoding means and the modulation means, and data interleaving is performed. After interleaving the encoded data by the means, symbol mapping is performed by the demodulating means, and the finally modulated data is assigned to a plurality of antennas for data transmission.
  • the transmitting side retransmits the data.
  • the data substream to be retransmitted and the data substream to be newly transmitted are interleaved based on the modulation method used.
  • the interleaved data secures a bit position that is mapped to a position where the bit error performance is good during the modulation process performed after the retransmitted data bits.
  • the modulated data is assigned to multiple antennas and transmitted.
  • the receiving side Upon receiving data, the receiving side first performs channel estimation and MIMO detection, demodulates the data, deinterleaves the demodulated data, restores the original data substream, and then performs decoding .
  • FIG. 4A is a diagram showing a configuration on the transmission side of the MIMO system in the embodiment of the present invention.
  • retransmission data selection means 400 on the transmission side, retransmission data selection means 400, serial Z parallel conversion means 401, CRC encoding means 402, channel code input means 403, and data interleave Means 404, modulation means 405, antenna 406, feedback channel 407, and interleave control means 408 are provided.
  • the data is output as retransmission data when the retransmission data selection means 400 determines that retransmission is necessary based on the information temporarily stored and fed back, and the serial Z parallel conversion means.
  • CRC code key means 402 and channel code key means 403 perform serial Z parallel conversion, CRC coding and channel coding, respectively, and data under the control of interleave control means 408.
  • Data interleaving is performed by the interleaving means 404.
  • the interleave control means 408 controls interleaving based on the information fed back by the feedback channel 407.
  • Data interleaving means 404 and interleaving control means 408 constitute data rearranging means! /
  • the encoded bit error rate is high after encoding the data to be retransmitted, and the number of bits of data to be retransmitted arranged at the bit position is set to N (bits requiring replacement).
  • the number of bits of newly transmitted data placed at the bit position where the code error bit error rate is low among newly transmitted data is assumed to be M (number of replaceable bits).
  • N ⁇ M and N> M there are two types of situations: N ⁇ M and N> M.
  • N ⁇ M the code bit error rate in the retransmitted data is high, the bits of N retransmitted data at the bit positions, and the bit with the low code bit error rate in the newly transmitted data Replace the bit position with the M newly transmitted data bits at the position.
  • N ⁇ M the code bit error rate in the retransmitted data
  • the bits of N retransmitted data at the bit positions the bit with the low code bit error rate in the newly transmitted data Replace the bit position with the M newly transmitted data bits at the position.
  • the signal in the coded bits of S and S has a signal-to-noise ratio in the sign bits of S and S
  • the data bits to be retransmitted must be mapped to the S and S positions.
  • the number of bits after encoding one data substream is 2N
  • the number of bit data in the position where the code error rate is high is N.
  • the total number of bits in the position where the code error bit error rate is low is 3N.
  • the total number of bits that need to be replaced is N, and these N bits are allocated on average to the other three data substreams.
  • the first data substream replaces (N / 3) bits (the symbol “represents upward clipping”) and the second data substream is L (NZ3).
  • the third data substream replaces (N — “(N / 3)-L (N / 3”) bits.
  • N> M there is a lot of erroneous data. Therefore, when selecting a power antenna that uses a different antenna at the time of retransmission, the receiving power is also based on the SINR value of each data substream that is fed back.
  • the antenna may be selected with a large SINR value, or a transmission antenna different from the previous one may be selected at random. Then, the position of the encoded bit in the retransmitted data substream is replaced, that is, the bit of the newly transmitted data at the bit position where the code error bit error rate is small in the coordinate diagram and the code error bit error rate is large in the coordinate diagram.
  • the signal-to-noise ratio of the transmission bits of each transmission substream is averaged to improve the accuracy of information reception.
  • the number of bits K of retransmission data in the bit position where the code bit signal-to-noise ratio is low in the data substream to be retransmitted is the number of bits of newly transmitted data in the position where the code bit signal-to-noise ratio is high. If the number of bits is less than or equal to L, the encoded bit signal-to-noise ratio is low and the retransmitted data bit at the bit position is newly transmitted at the bit position where the encoded bit signal-to-noise ratio is equally high.
  • step 1 the number N of bits that need to be replaced in the retransmitted data substream is calculated and compared with the number M of replaceable data bits in the newly transmitted data substream.
  • N is the number of bits in the bit position where the code bit error rate is large in the retransmission data
  • M is the total number of bits in the bit position where the code bit error rate is low in the newly transmitted data. The number of bits. If N ⁇ M, perform step 2; otherwise, perform step 3.
  • step 2 the data bit that needs to be replaced with the data substream to be retransmitted is replaced with the data bit of another data substream. If the number of data substreams to be newly transmitted is k, the number of data bits that need to be replaced with the first data substream is ⁇ (NZk), and the replacement of the second data substream is necessary.
  • the number of data bits is L (NZk), and the third and fourth data substreams are (NZk) and then (NZk), respectively, and the last kth data substream.
  • the number of data bits that need to be replaced is (N—1 “(NZk) minus 1 minus (NZk)”). here
  • 1 is the number of data substreams with (NZk) bits replaced, 1 is L (NZk) bits
  • step 4 Is the number of data substreams that have been replaced. After the replacement, some bits of the retransmitted data are allocated on average in the newly transmitted data substream, and some bits of the newly transmitted data substream are also allocated in the retransmitted data substream. It is possible. Then go to step 4.
  • step 3 the data to be retransmitted is assigned to a different antenna from the first transmission, that is, to a different data substream. Then, the bit position of the encoded bit of the data substream to be retransmitted is replaced, that is, the bit at the bit position where the code error bit error rate is small in the coordinate diagram and the bit position where the code error bit error rate is large at the coordinate diagram. By replacing the position with a certain bit, the signal-to-noise ratio of the code key of the retransmission data substream is averaged, and the accuracy of information reception is improved.
  • step 4 the interleaving process is terminated.
  • data is modulated by modulation means 405 and transmitted by transmitting antenna 406.
  • FIG. 4B is a diagram showing a configuration on the receiving side of the MIMO system in the embodiment of the present invention.
  • the receiving side includes a plurality of receiving antennas 410, channel estimating means 411, MIMO detecting means 412, demodulating means 413, dingering means 414 (data relocating means), Decoding means 415, CRC check means 416, parallel Z serial conversion means 417, feedback information processing means 418, and feedback channel 419 are provided.
  • channel estimation means 411 performs channel estimation based on the pilot signal in the received signal or using another method, and the current channel characteristic matrix H is estimated.
  • the MIMO detection means 412 detects each transmission data substream based on the channel characteristic matrix H, and the detected data is demodulated by the demodulation means 413. Perform din-talb operation at 414. If there is no retransmitted data, the dingtering process is not performed. After the data is deinterleaved, the original data substream is restored, and the process proceeds to decoding means 415 and CRC check means 416 to perform decoding and CRC check. Information regarding whether or not the power is correctly received is processed by the feedback information processing means 418 to generate feedback information, which is fed back to the transmitting side by the feedback channel 419. Also, the correctly decoded data is subjected to parallel Z-serial conversion by the parallel Z-serial conversion means 417, and the original transmission data is acquired.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are flowcharts showing transmission processing on the transmission side and reception side in the embodiment of the present invention.
  • the transmitting side receives the information fed back also on the receiving side (step 501), the feedback information is determined to be a positive acknowledgment (ACK), negative acknowledgment (NACK) (step 502), and If the data is correctly received, the transmitting side transmits new data.
  • Each new data substream is encoded (step 504), directly modulated after the code (step 506), and transmitted (step 507).
  • the retransmission data and the newly transmitted data are encoded (step 503), and the retransmission data bit and the newly transmitted data bit are interleaved in a fixed manner after the sign key. (Step 505).
  • it is modulated (step 506), mapped to symbols, and the modulated data is assigned to different antennas and transmitted (step 507).
  • step 510 When the receiving side receives the data transmitted from the transmitting side (step 510), channel estimation is first performed (step 511), and the current channel characteristic matrix H is estimated. And Chiane Based on the data characteristic matrix H, detection is performed for each transmission data substream (step 512), the detected data is demodulated (step 513), symbols are restored to data bits, and retransmission is performed. If no data is included (step 514), direct decoding is performed (step 516). If retransmitted data is included, deinterleaving is performed (step 51 5), the original data substream is restored, data is decoded (step 516), and the data is received correctly. (Step 517) generates an ACK that is a positive confirmation information (Step 518) .If the data is not received correctly, it generates a NACK that is a negative confirmation information (Step 519) and provides feedback. Information is transmitted (step 520).
  • FIG. 6 is a flowchart showing interleaving processing in the embodiment of the present invention.
  • step 601 when there is data to be retransmitted, it is necessary to interleave the transmission data after encoding on the transmission side.
  • the number of bits N that need to be replaced is compared with the number of bits that can be replaced M (step 602).
  • the number of bits in the bit position where the sign bit error rate is high, and the number of bits that can be replaced is the total number of bits in the bit position where the code bit error rate is low in the newly transmitted data Is a number. If N ⁇ M, the number of bits that need to be replaced in each data substream is determined (step 603).
  • the number of new data substreams to be transmitted is k
  • the number of bits that need to be replaced with the first data substream is ⁇ (NZk)
  • the number of bits that needs to be replaced with the second data substream is ⁇ (NZk)
  • the third and fourth data substreams are (N / k) and L (N / k), respectively, and the last kth data substream needs to be replaced.
  • the number of bits is (N—l “(NZk) ⁇ 1 L (NZk)”). Where 1 is "
  • the number of data substreams processed When the number of bits that need to be replaced in each data substream is determined, the retransmission data bits that need to be replaced are equally replaced with the data bits of the new data substream (step 604). If N> M, the transmission antenna of the data substream to be retransmitted is first changed (step 605) .However, when changing the transmission antenna, the receiving side power is also fed back to the SINR value of each data substream that is fed back. Based on! /, SINR value is large ⁇ You can select an antenna, and it will be randomly Different transmit antennas may be selected.
  • bit position replacement of the data substream to be retransmitted (step 606), that is, the bit of the newly transmitted data arranged at the bit position where the code error bit error rate is small in the coordinate diagram and the code symbol in the coordinate diagram. Bit error rate is large! / Position substitution with bits of retransmission data arranged at bit positions is performed to average the signal-to-noise ratio of the transmission bits of the entire transmission substream and improve the accuracy of information reception Let Thereafter, the entire interleaving process is terminated (step 607).
  • the MIMO transmission apparatus and the data retransmission method in the MIMO system according to the present invention are suitable for performing data retransmission in the MIMO system.

Abstract

　再送するデータ及び新たに送信するデータを並び替えることにより、ＨＡＲＱ技術を用いてシステム伝送の信頼性を向上させることができるとともに、システムのスループットを増加させることができ、データ伝送全体の効率を向上させることができるＭＩＭＯ送信装置。この装置では、再送データ選択手段（４００）は、データを一時的に蓄積するとともにフィードバックされた情報に基づいて再送が必要と判断したデータを再送データとして出力する。データインタリーブ手段（４０４）は、インタリーブ制御手段（４０８）の制御の下に、データインタリーブを行う。インタリーブ制御手段（４０８）は、フィードバックされた情報に基づいてインタリーブの制御を行う。

Description

明 細 書
MIMO送信装置及び MIMOシステムにおけるデータ再送方法 技術分野
[0001] 本発明は、 MIMO送信装置及び MIMOシステムにおけるデータ再送方法に関し 、特に移動通信システムにおけるマルチアンテナ伝送技術、より具体的には、マルチ アンテナシステムにおいてデータの再送を行う MIMO送信装置及び MIMOシステ ムにおけるデータ再送方法に関する。
背景技術
[0002] 現在、移動通信にお!、ては、理論及び技術の発展に伴って、 OFDMや MIMOの ように新たな技術及び応用が数多く出現して 、る。これらの技術は移動通信システム の性能を大幅に向上させ、無線マルチメディア及び高速データ伝送に対する要求に 応えて 、る。マルチインプットマルチアウトプット（MIMO)技術は無線移動通信分野 のインテリジェントアンテナ技術における大きな成果である。 MIMO技術とは、データ の送受信いずれにも複数のアンテナを用いることを示す。研究の結果、 MIMO技術 を用いることによりチャネル容量を増カロさせることができるとともに、チャネルの信頼性 を向上させてビット誤り率を低下させることが可能となる。 MIMOシステムの最大容量 又は容量の上限は、最小アンテナ数の増加に伴って線形に増加する。同じ条件の 下では、受信側又は送信側でマルチアンテナ又はアンテナアレイと!/、つた通常のィ ンテリジェントアンテナを用いると、容量はアンテナ数の対数の増加に応じて増加す るのみである。それに対し、 MIMO技術は無線通信システムの容量増加に対して極 めて大きな潜在能力を有しており、新世代の移動通信に用いられるキーテクノロジー である。
[0003] 通信の発展によるデータトラフィックへの要求は日増しに高まっており、高速データ トラフィックをサポートする方法もまた次々に提起されている。これらの方法は 8PSK や 16QAMといった高次の変調技術を用いるのが一般的である。高次の変調技術は システムのデータ伝送レートを向上させるものの、高い信号対雑音比が求められるた めに、その使用は制限されている。高次変調技術とは、 n個の符号ィ匕ビットを一定の 座標図によってマッピングして高次変調のシンボルとするものである。高次変調の多 値数が大きいほど、座標図において隣接する点のユークリッド距離は小さくなり、この ため、信号対雑音比が同一であるという条件の下では、高次変調ほどシンボル誤り 率が高くなる。高次変調のシンボル誤り率は座標図における最小ユークリッド距離と 関係があるが、座標図における各符号ィ匕ビットのマッピング関係とは無関係である。 しかしながら、高次変調シンボルにおける符号ィ匕ビット誤り率は、座標図における各 符号ィ匕ビットのマッピング関係と密接な相関関係にあり、異なるマッピング関係にする ことによって、 n個の符号ィ匕ビット分の異なる符号ィ匕ビット誤り率力あたらされる。
[0004] 例えばフレーム誤り率 0. 1%というように、伝送誤り率に対するデータトラフィックの 要求は非常に高く、劣悪な無線チャネル環境にぉ 、てこのように高 、性能を達成す るためには、チャネル符号ィ匕及び誤り訂正技術を用いる必要があり、現在一般的に 使用されているのはハイブリッド再送要求 (HARQ)技術である。これは自動再送要 求 (ARQ)技術と前方誤り訂正 (FEC)技術を組み合わせることによって誤りを検出し て訂正するという技術である。現在、ハイブリッド再送要求技術には以下の三種類が ある。 1つ目は、受信側は正しく受信できないパケットを廃棄し、返信チャネルを通じ て送信側に元のパケットのコピーを再送するように通知し、新たに受信したパケットを 独立して復号する方法である。二つ目は、受信側は誤りであるパケットを廃棄せず、 再送された情報と組み合わせて復号を行う方法である。三つ目は、受信側は誤りで あるパケットを廃棄せず、再送された情報と組み合わせて復号を行うが、再送された パケットには正しくデータを受信するために必要な全ての情報が含まれている方法で ある。
[0005] HARQを用いてチャネルの誤り訂正を行う場合には、まず送信側が符号化後の情 報を受信側に送信し、受信側は情報を受信すると、この情報に対して誤り訂正復号 を行う。データを正しく受信できた場合には、情報が受信側で受信されるとともに送信 側に ACK確認情報が送信され、誤りを訂正できな 、場合には、受信側は送信側に NACK情報を送信して送信側にデータの再送を要求し、受信側は再度、受信した 再送データに基づ 、て復号を行う。
[0006] 図 1は従来の MIMO + HARQシステムの構成を示す図である。 [0007] 上記構成にぉ 、て、送信側では、送信されるデータはまずシリアル/パラレル変換 手段 101を経て n個のデーサブストリームに分けられ、各データサブストリームは 1つ
T
の送信アンテナに対応している。送信の前に、 CRC符号ィ匕手段 102においてこれら のデータサブストリームに対して CRC符号ィ匕が行われ、符号化'変調手段 103にお いて符号化及び変調が行われる。そして、変調後のデータは n本のアンテナ 104で
T
伝送される。フィードバックチャネル 111によりフィードバックされた情報はデータの受 信状況を示しており、受信状況に基づいてデータを再送するか否かが決定される。
[0008] 受信側では、まず n本の受信アンテナ 105によって空間内の全ての信号が受信さ
R
れ、そしてチャネル推定手段 106によって当該受信信号中のパイロット信号に基づ いて、又はそれ以外の方法を用いてチャネル推定が行われ、現在のチャネル特性行 列 Hを求める。 MIMOシステムでは、チャネル特性は行列を用いて記述することがで きる。最終的に、 MIMO検出手段 107がチャネル特性行列 Hに基づいて各送信デ ータサブストリームに対して検出を行ない、そして、 CRCチェック手段 108において、 検出したデータに対して CRCチェックを行い、正しく復号できた力否かについての情 報を用いてフィードバック情報処理手段 110でフィードバック情報を生成し、そしてフ イードバックチャネル 111を通して送信側に送る。正しく受信されたデータはパラレル Zシリアル変換手段 109を経て、最終的に元のデータに復元される。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] し力しながら、上記従来の技術にお!、ては、伝送誤り率に対するデータトラフィック の要求が非常に高 、高次変調の MIMOシステムにお!/、て、 HARQ技術を用いてシ ステム伝送の信頼性を向上させるとともに、システムのスループットを増加させるには 限界が生じると 、う問題がある。
[0010] 本発明の目的は、再送するデータ及び新たに送信するデータを並び替えることに より、 HARQ技術を用いてシステム伝送の信頼性を向上させることができるとともに、 システムのスループットを増加させることができ、データ伝送全体の効率を向上させる ことができる MIMO送信装置及び MIMOシステムにおけるデータ再送方法を提供 することである。 課題を解決するための手段
[0011] 本発明の MIMO送信装置は、通信相手における受信品質に基づいて再送が必要 なデータである再送データを選択する再送データ選択手段と、 1シンボル内の各ビッ ト位置に応じた誤り率と前記各ビット位置に配置される前記再送データの数及び新た に送信するデータの数とに基づいて前記再送データと前記新たに送信するデータと の並び替えを行うデータ並び替え手段と、前記データ並び替え手段で並び替えた前 記再送データと前記新たに送信するデータとをサブストリーム毎に異なるアンテナか ら送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
[0012] 本発明の MIMOシステムにおけるデータ再送方法は、受信装置における受信品 質に基づ 、て再送が必要なデータである再送データを選択するステップと、 1シンポ ル内で誤り率が高いビット位置に配置される前記再送データの数と 1シンボル内で前 記誤り率が高いビット位置以外の誤り率が低いビット位置に配置される新たに送信す るデータの数との比較結果に基づいて前記再送データと前記新たに送信するデータ とを並び替えるステップと、並び替えた前記再送データと前記新たに送信するデータ とを送信装置がサブストリーム毎に異なるアンテナ力 送信するステップと、前記再送 データと前記新たに送信するデータとからなる複数のサブストリームを前記受信装置 が複数のアンテナで受信するステップと、受信した前記再送データと前記新たに送 信するデータとを並び替えることにより前記送信装置で並び替える前のデータ配置 に並び替えるステップと、前記送信装置で並び替える前のデータ配置に並び替えた 前記再送データと前記新たに送信するデータとを復号して前記再送データと前記新 たに送信するデータとを取得するステップと、を具備するようにした。
発明の効果
[0013] 本発明によれば、再送するデータ及び新たに送信するデータを並び替えることによ り、 HARQ技術を用いてシステム伝送の信頼性を向上させることができるとともに、シ ステムのスループットを増加させることができ、データ伝送全体の効率を向上させるこ とがでさる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]従来の MIMO +HARQシステムの構成を示す図 [図 2]グレイマッピングを用いた 16QAMの座標を示す図
[図 3]グレイマッピングを用いた 8PSKの座標を示す図
[図 4A]本発明の実施の形態における MIMOシステムの送信側の構成を示す図
[図 4B]本発明の実施の形態における MIMOシステムの受信側の構成を示す図
[図 5A]本発明の実施の形態における送信側及び受信側の伝送処理を示すフロー図 [図 5B]本発明の実施の形態における送信側及び受信側の伝送処理を示すフロー図 [図 6]本発明の実施の形態に置けるインタリーブ処理を示すフロー図
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下では、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について述べる。
[0016] (実施の形態）
図 2はグレイマッピングを用いた 16QAMの座標を示す図である。
[0017] 図 2において、グレイマッピングは座標中の 2つの隣接点の 4つの符号化ビット（S
3
S S S )では一つの符号ィ匕ビットのみが異なることを保証するので、符号ィ匕ビット
2 1 0
中の誤り率を極力減少させる。 4つの符号ィ匕ビット（S S S S )において、 Sと S
3 2 1 0 3 1 の符号ィ匕ビット誤り率は Sと Sの符号ィ匕ビット誤り率よりも小さい。即ち、 Sと Sの符
2 0 3 1 号ィ匕ビットの信号対雑音比は Sと Sの符号ィ匕ビットの信号対雑音比よりも大きい。再
2 0
送時にデータの伝送誤り性能を向上させるために、本発明では再送するデータビット を符号ィ匕ビットの誤り率が小さい位置に割り当てている。ここで、 4つの符号ィ匕ビット（ S S S S )は、 1シンボルを構成している。
3 2 1 0
[0018] 図 3はグレイマッピングを用いた 8PSKの座標を示す図である。
[0019] 8PSKシンボルの 3つの符号化ビット（S S S )において、 Sと Sの符号ィ匕ビット
2 1 0 2 1
誤り率は Sの符号ィ匕ビット誤り率よりも小さい、即ち、 Sと Sの符号ィ匕ビットにおける
0 2 1
信号対雑音比は Sの符号ィ匕ビットの信号対雑音比よりも大きい。ここで、 3つの符号
0
化ビット（S S S )は、 1シンボルを構成している。
2 1 0
[0020] 通常の MIMOシステムにおいては、データに誤りがあると、送信側は誤ったデータ に対して符号化及び変調をやり直した後、アンテナからデータを送信する。
[0021] 本発明では、送信側において、符号化手段と変調手段との間にデータを並び替え る処理であるインタリーブを行うデータインタリーブ手段を追加し、データインタリーブ 手段によって符号ィ匕後のデータをインタリーブした後、復調手段によってシンボルマ ッビングを行な 、、最終的に変調されたデータを複数のアンテナに割り当ててデータ 伝送を行う。
[0022] 受信側で正しくデータを受信できな 、場合には、送信側はデータを再送する。デー タを再送する際には、使用する変調方式に基づいて、再送するデータサブストリーム と新たに送信するデータサブストリームをインタリーブする。インタリーブされたデータ は、再送されるデータビットが続 、て行われる変調の工程にぉ 、てビット誤り性能が 良好な位置にマッピングされるようなビット位置を確保する。変調後のデータは複数 のアンテナに割り当てられて伝送される。
[0023] 受信側はデータを受信すると、まずチャネル推定及び MIMO検出を行な 、、デー タを復調して、復調したデータをディンタリーブし、元のデータサブストリームを復元し た後に、復号を行う。
[0024] 図 4Aは本発明の実施の形態における MIMOシステムの送信側の構成を示す図 である。
[0025] 図 4Aに示すように、送信側は、再送データ選択手段 400と、シリアル Zパラレル変 換手段 401と、 CRC符号化手段 402と、チャネル符号ィ匕手段 403と、データインタリ ーブ手段 404と、変調手段 405と、アンテナ 406と、フィードバックチャネル 407と、ィ ンタリーブ制御手段 408を有している。図 4Aにおいて、データは、再送データ選択 手段 400によって、一時的に蓄積されるとともにフィードバックされた情報に基づいて 再送が必要と判断された場合には再送データとして出力され、シリアル Zパラレル変 換手段 401、 CRC符号ィ匕手段 402、チャネル符号ィ匕手段 403によって、それぞれシ リアル Zパラレル変換、 CRC符号化及びチャネル符号化が行われ、そして、インタリ ーブ制御手段 408の制御の下で、データインタリーブ手段 404によってデータインタ リーブが行われる。前記インタリーブ制御手段 408はフィードバックチャネル 407によ りフィードバックされた情報に基づ 、てインタリーブの制御を行う。データインタリーブ 手段 404とインタリーブ制御手段 408は、データ並び替え手段を構成して！/、る。
[0026] 再送するデータがな!、場合には、データは、符号ィ匕手段 403を経た後に、データィ ンタリーブされずに変調手段 405に進んで変調が行われる。 [0027] データの再送が必要な場合には、再送するデータを符号化した後に符号化ビット 誤り率が高 、ビット位置に配置される再送するデータのビット数を N (置換が必要なビ ット数)、新たに伝送するデータのうち符号ィ匕ビット誤り率が低いビット位置に配置さ れる新たに伝送するデータのビット数を M (置換可能なビット数）と仮定する。ここでは 、 N≤Mの場合と N>Mの場合の二種類の状況が存在する。
[0028] 最初に、 N≤Mの場合について説明する。 N≤Mの場合には、再送データ中の符 号ィ匕ビット誤り率が高 、ビット位置にある N個の再送データのビットと、新たに伝送す るデータ中の符号ィヒビット誤り率が低いビット位置にある M個の新たに伝送するデー タのビットとのビット位置を置換する。例えば、 4本の送信アンテナがある場合、即ち 4 つのデータサブストリームがある場合に、そのうちの一つのデータサブストリームが正 しく復号されず、再送が必要であるとする。変調にグレイマッピングの 16Q AM変調 方式を用いるものとし、そのシンボルの 4つの符号化ビットを（S S S S )とすると
3 2 1 0
、 Sと Sの符号ィ匕ビットにおける信号対雑音比が Sと Sの符号化ビットにおける信号
3 1 2 0
対雑音比より大きいため、再送するデータビットを Sと Sの位置にマッピングする必
3 1
要がある。一つのデータサブストリームを符号ィ匕した後のビット数が 2Nであれば、符 号ィ匕ビット誤り率が高い位置にあるビットデータは N個となる。そして、その他のデー タサブストリームを符号ィ匕した後に符号ィ匕ビット誤り率が低い位置にあるビット数は合 計 3N個となる。置換が必要なビット数は合計 N個であり、この N個のビットをその他の 3つのデータサブストリームに平均的に割り当てる。割り当てに際しては、 1番目のデ ータサブストリームは「(N/3)つ個のビットを置換し (記号「つ は上方クリッピング を表す）、 2番目のデータサブストリームは L(NZ3)」個のビットを置換し (記号し 」 は下方クリッピングを表す）、 3番目のデータサブストリームは (N— 「(N/3)つ - L(N/3」）個のビットを置換する。 1番目のデータサブストリームにおいて、符号ィ匕 ビット誤り率が低い位置にあるビットデータは N個あり、この N個のビットから、 し (NZ 3)」個のビットを平均的に選んで、再送するデータビットと置換を行なう。例えば、こ れらのビットから 2ビットおきに 1ビット選んで、再送するデータビットと置換を行う。ここ で、上方クリッピングとは、ノ ラメータの値より大きい整数の内で最小値を得ることを意 味し、下方クリッピングとは、パラメータの値より小さい整数の内で最大値を得ることを 意味する。例えば、上方クリッピングの場合、 「(3. 3)つ =4及び「(6. 9)つ = 7に なり、下方クリッピングの場合、 L(3. 3)」 = 3及びし (6. 9)」 =6になる。
[0029] 変調にグレイマッピングの 8PSK変調方式を用いる場合には、シンボルの 3つの符 号化ビットは（S S S )であり、再送するデータビットを Sと Sの位置にマッピング
2 1 0 2 1
する必要がある。これは、 Sと Sの符号ィ匕ビットにおける信号対雑音比が Sの符号
2 1 0 化ビットにおける信号対雑音比よりも大きいためである。
[0030] 次に、 N>Mの場合について説明する。 N>Mである場合には、誤りとなるデータ が多いため、再送時には前回伝送時と異なるアンテナを用いる力 アンテナの選択 に際しては、受信側力もフィードバックされた各データサブストリームの SINR値に基 づ 、て SINR値が大き 、アンテナを選択しても良 、し、ランダムに前回と異なる送信 アンテナを選択しても良い。そして、再送するデータサブストリームの符号化ビットの 位置置換、即ち座標図において符号ィ匕ビット誤り率が小さいビット位置にある新たに 伝送するデータのビットと座標図において符号ィ匕ビット誤り率が大きい位置にある再 送データのビットとの位置置換を行なって、各伝送サブストリームの伝送ビットの信号 対雑音比を平均化し、情報受信の精度を向上させる。再送するデータサブストリーム 中の符号ィ匕ビット信号対雑音比が低いビット位置にある再送データのビットの数 Kが 、符号ィ匕ビット信号対雑音比が高 、位置にある新たに伝送するデータのビットの数 L 以下であれば、符号化ビット信号対雑音比が低 、ビット位置にある再送データのビッ トと、均等に符号ィ匕ビット信号対雑音比が高いビット位置にある新たに伝送するデー タのビットとの位置置換を行ない、そうでない場合、即ち K>Lである場合には、符号 化ビット信号対雑音比が低 、ビット位置にある再送データのビットから、均等に L個の ビットを選んで、選んだ L個のビットと符号ィ匕ビット信号対雑音比が高 、ビット位置に ある新たに伝送するデータのビットとの位置置換を行う。
[0031] 以上を総合すると、具体的な置換には以下の各ステップが含まれる。
[0032] ステップ 1では、再送するデータサブストリーム中の置換が必要なビット数 Nを計算 し、新たに伝送するデータサブストリーム中の置換可能なデータビット数 Mと比較する 。 Nは再送データ中の符号ィ匕ビット誤り率が大きいビット位置にあるビットの数であり、 Mは新たに送信するデータ中の符号ィ匕ビット誤り率が小さいビット位置にある合計の ビット数である。 N≤Mである場合には、ステップ 2を、そうでない場合にはステップ 3 を行う。
[0033] ステップ 2では、再送するデータサブストリームの置換が必要なデータビットを他の データサブストリームのデータビットと位置置換する。新たに伝送するデータサブスト リームの数を k個とすると、 1番目のデータサブストリームの置換が必要なデータビット 数は「(NZk)つ個であり、 2番目のデータサブストリームの置換が必要なデータビッ ト数は L(NZk)」個であり、 3番目及び 4番目のデータサブストリームではそれぞれ 、 「(NZk)つ個、 し (NZk)」個であり、最後の k番目のデータサブストリームの置 換が必要なデータビット数は (N—1 「(NZk)つ -1 し (NZk)」）個である。ここで
1 2
、 1は「(NZk)つビットを置換したデータサブストリームの数、 1は L(NZk)」ビット
1 2
を置換したデータサブストリームの数である。置換後、再送データの一部のビットが新 たに伝送するデータサブストリーム中に平均的に割り当てられ、新たに伝送するデー タサブストリームの一部のビットもまた再送するデータサブストリーム中に割り当てられ る。そして、ステップ 4に進む。
[0034] ステップ 3では、再送するデータを 1回目の伝送と異なるアンテナ、即ち異なるデー タサブストリームに割り当てる。そして、再送するデータサブストリームの符号化ビット のビット位置を置換、即ち、座標図において符号ィ匕ビット誤り率が小さいビット位置に あるビットと座標図において符号ィ匕ビット誤り率が大きいビット位置にあるビットとの位 置置換を行って、再送データサブストリームの符号ィ匕ビットの信号対雑音比を平均化 し、情報受信の精度を向上させる。
[0035] ステップ 4では、インタリーブ工程を終了する。
[0036] データのインタリーブ後、変調手段 405でデータを変調し、送信アンテナ 406によ つて送信する。
[0037] 図 4Bは本発明の実施の形態における MIMOシステムの受信側の構成を示す図で ある。
[0038] 図 4Bに示すように、受信側は、複数の受信アンテナ 410と、チャネル推定手段 411 と、 MIMO検出手段 412と、復調手段 413と、ディンタリーブ手段 414 (データ再配 置手段）と、復号手段 415と、 CRCチェック手段 416と、パラレル Zシリアル変換手段 417と、フィードバック情報処理手段 418と、フィードバックチャネル 419とを有してい る。受信側では、複数の受信アンテナ 410がデータを受信すると、チャネル推定手段 411によって、当該受信信号中のパイロット信号に基づいて、又は他の方法を用いて チャネル推定が行われ、現在のチャネル特性行列 Hが推定される。そして MIMO検 出手段 412がチャネル特性行列 Hに基づいて各送信データサブストリームに対して 検出を行ない、検出されたデータが復調手段 413で復調され、そして、フィードバック 情報による制御を受けて、ディンタリーブ手段 414でディンタリーブ操作を行う。再送 データがない場合には、ディンタリーブ工程は行われない。データのディンタリーブ 後、元のデータサブストリームが復元され、そして復号手段 415及び CRCチェック手 段 416に進んで復号と CRCチェックが行われる。正しく受信した力否かに関する情 報はフィードバック情報処理手段 418で処理されて、フィードバック情報が生成され、 そしてフィードバックチャネル 419によって送信側にフィードバックされる。また、正しく 復号されたデータはパラレル Zシリアル変換手段 417でパラレル Zシリアル変換され て、元の送信データが取得される。
[0039] 図 5A及び図 5Bは、本発明の実施の形態における送信側及び受信側の伝送処理 を示すフロー図である。
[0040] 送信側が受信側力もフィードバックされた情報を受信すると (ステップ 501)、フィー ドバック情報が肯定確認 (ACK)であるカゝ否定確認 (NACK)であるカゝ判断し (ステツ プ 502)、データが正しく受信されていれば、送信側は新たなデータを送信する。新 たなデータサブストリームはそれぞれ符号ィ匕され (ステップ 504)、符号ィ匕の後に直接 変調されて (ステップ 506)、送信される (ステップ 507)。データの再送が必要な場合 には、再送データと新たに送信するデータがそれぞれ符号化され (ステップ 503)、 符号ィ匕の後に再送データビットと新たに伝送するデータビットが一定の方式でインタ リーブされる（ステップ 505)。そして変調され (ステップ 506)、シンボルにマッピングさ れて、変調されたデータは異なるアンテナに割り当てられて送信される (ステップ 507
) o
[0041] 受信側が送信側から送信されたデータを受信すると (ステップ 510)、まずチャネル 推定を行ない (ステップ 511)、現在のチャネル特性行列 Hを推定する。そしてチヤネ ル特性行列 Hに基づ 、て各送信データサブストリームに対して検出を行な 、 (ステツ プ 512)、検出されたデータを復調し (ステップ 513)、シンボルをデータビットに復元 して、再送データが含まれていない場合には (ステップ 514)、直接復号を行う（ステツ プ 516)。再送データが含まれている場合には、ディンタリーブを行ない (ステップ 51 5)、元のデータサブストリームを復元して、データの復号を行ない（ステップ 516)、デ ータが正しく受信された場合には (ステップ 517)、肯定の確認情報である ACKを生 成し (ステップ 518)、データが正しく受信されな力つた場合には、否定の確認情報で ある NACKを生成し (ステップ 519)、フィードバック情報を送信する（ステップ 520)。
[0042] 図 6は本発明の実施の形態におけるインタリーブ処理を示すフロー図である。
[0043] 図 6において、再送するデータがある場合には、送信側において符号化の後に送 信データをインタリーブする必要がある。インタリーブ工程がスタートすると (ステップ 6 01)、まず置換が必要なビット数 Nと置換が可能なビット数 Mの大小を比較するが (ス テツプ 602)、置換が必要なビット数とは再送データ中の符号ィ匕ビット誤り率が高いビ ット位置にあるビット数であり、置換が可能なビット数とは新たに送信するデータ中の 符号ィ匕ビット誤り率が低いビット位置にある合計のビット数である。 N≤Mである場合 には、各データサブストリームの置換が必要なビット数を確定する (ステップ 603)。新 たに伝送するデータサブストリームの数を kとすると、 1番目のデータサブストリームの 置換が必要なビット数は「(NZk)つであり、 2番目のデータサブストリームの置換が 必要なビット数は L(NZk)」であり、 3番目及び 4番目のデータサブストリームでは それぞれ「(N/k)つ、 L(N/k)」であり、最後の k番目のデータサブストリームの 置換が必要なビット数は (N—l 「(NZk)つ -1 L(NZk)」）である。ここで、 1は「
1 2 1
(NZk)つビットを置換したデータサブストリームの数、 1はし (NZk)」ビットを置換
2
したデータサブストリームの数である。各データサブストリームの置換が必要なビット 数を確定すると、置換が必要な再送データビットが均等に新たなデータサブストリー ムのデータビットと置換される（ステップ 604)。 N>Mである場合には、まず再送する データサブストリームの送信アンテナを変更するが (ステップ 605)、送信アンテナを 変更する際には、受信側力もフィードバックされた各データサブストリームの SINR値 に基づ!/、て SINR値が大き ヽアンテナを選択しても良 、し、ランダムに前回送信時と 異なる送信アンテナを選択しても良い。そして、再送するデータサブストリームのビッ トの位置置換 (ステップ 606)、即ち座標図において符号ィ匕ビット誤り率が小さいビット 位置に配置される新たに伝送するデータのビットと座標図において符号ィ匕ビット誤り 率が大き!/、ビット位置に配置される再送データのビットとの位置置換を行なって、伝 送サブストリーム全体の伝送ビットの信号対雑音比を平均化し、情報受信の精度を向 上させる。その後、全体のインタリーブ工程を終了する（ステップ 607)。
[0044] 上述のように、好ま 、実施の形態を用いて本発明につ 、て説明した。しかしなが ら、本発明の思想及び範囲内で種々修正、置換及び追加して実施することができる ことは、当業者にとって自明である。
産業上の利用可能性
[0045] 本発明にかかる MIMO送信装置及び MIMOシステムにおけるデータ再送方法は 、 MIMOシステムにおいてデータの再送を行うのに好適である。

Claims

請求の範囲
[1] 通信相手における受信品質に基づ 、て再送が必要なデータである再送データを 選択する再送データ選択手段と、
1シンボル内の各ビット位置に応じた誤り率と前記各ビット位置に配置される前記再 送データの数及び新たに送信するデータの数とに基づいて前記再送データと前記 新たに送信するデータとの並び替えを行うデータ並び替え手段と、
前記データ並び替え手段で並び替えた前記再送データと前記新たに送信するデ 一タとをサブストリーム毎に異なるアンテナ力 送信する送信手段と、
を具備する MIMO送信装置。
[2] データ並び替え手段は、 1シンボル内で誤り率が高いビット位置に配置される前記 再送データの数が、 1シンボル内で前記誤り率が高 、ビット位置以外の誤り率が低 、 ビット位置に配置される前記新たに送信するデータの数以下の場合に、前記誤り率 が高 、ビット位置に配置される前記再送データと前記誤り率が低!、ビット位置に配置 される前記新たに送信するデータとが入れ替わるように前記サブストリーム間で前記 並び替えを行う請求項 1記載の MIMO送信装置。
[3] 前記データ並び替え手段は、 1シンボル内で誤り率が高いビット位置に配置される 前記再送データの数が、 1シンボル内で前記誤り率が高 、ビット位置以外の誤り率が 低 、ビット位置に配置される前記新たに送信するデータの数より大き!/、場合に、前記 誤り率が低いビット位置に配置される前記新たに送信するデータの数と同じ数の前 記誤り率が高！ヽビット位置に配置される前記再送データを選択し、選択した前記再送 データを含むサブストリーム毎に前記並び替えを行う請求項 1記載の MIMO送信装 置。
[4] 前記データ並び替え手段は、前記再送データが前回送信時と異なるアンテナから 送信されるように前記並び替えを行う請求項 3記載の MIMO送信装置。
[5] 前記データ並び替え手段は、前記受信品質が所定の値以上の前記アンテナから 前記再送データが送信されるように前記並び替えを行う請求項 4記載の MIMO送信 装置。
[6] 前記データ並び替え手段は、任意に選択した前記アンテナから前記再送データが 送信されるように前記並び替えを行う請求項 4記載の MIMO送信装置。
[7] 前記データ並び替え手段は、変調方式に応じた前記誤り率が高!、ビット位置と前 記誤り率が低いビット位置とを決定して前記並び替えを行う請求項 1記載の MIMO 送信装置。
[8] 請求項 1記載の MIMO送信装置と通信する MIMO受信装置であって、
前記 MIMO受信装置は、
複数のサブストリームを複数のアンテナで受信する受信手段と、
前記受信手段で受信したサブストリームに含まれる前記再送データと前記新たに送 信するデータとを前記データ並び替え手段で並び替える前のデータ配置に並び替 えるデータ再配置手段と、
前記データ再配置手段で並び替えた前記再送データと前記新たに送信するデー タとを復号して前記再送データと前記新たに送信するデータとを取得する復号手段 と、
を具備する MIMO受信装置。
[9] 受信装置における受信品質に基づいて再送が必要なデータである再送データを 選択するステップと、
1シンボル内で誤り率が高いビット位置に配置される前記再送データの数と 1シンポ ル内で前記誤り率が高 、ビット位置以外の誤り率が低 、ビット位置に配置される新た に送信するデータの数との比較結果に基づいて前記再送データと前記新たに送信 するデータとを並び替えるステップと、
並び替えた前記再送データと前記新たに送信するデータとを送信装置がサブストリ ーム毎に異なるアンテナ力も送信するステップと、
複数のサブストリームを前記受信装置が複数のアンテナで受信するステップと、 受信した前記サブストリームに含まれる前記再送データと前記新たに送信するデー タとを前記送信装置で並び替える前のデータ配置に並び替えるステップと、
前記送信装置で並び替える前のデータ配置に並び替えた前記再送データと前記 新たに送信するデータとを復号して前記再送データと前記新たに送信するデータと を取得するステップと、 を具備する MIMOシステムにおけるデータ再送方法。
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