WO2007108469A1 - チャネル符号化及び復号化を行うための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

　符号化装置は、送信信号を構成する情報ビットをターボSPC方式により符号化し、１組の情報ビットから冗長ビットの組を1以上導出する手段と、制御信号で指定されるチャネル符号化率に従って冗長ビットを減らし又は増やし、情報ビット数と冗長ビット数の割合を調整する冗長度調整手段とを有する。冗長度調整手段で減らされる又は増やされる冗長ビットの少なくとも一部は、情報ビットの同じ組から導出される冗長ビットである。

Description

明 細 書

チャネル符号化及び復号化を行うための装置及び方法

技術分野

[0001] 本発明は無線通信の技術分野に関連し、特にチャネル符号ィ匕及び復号ィ匕を行うた めの装置及び方法に関する。

背景技術

[0002] 一般に、送信信号はチャネル符号化された後に無線送信され、受信側で復号され る。これにより無線伝送に伴う誤り率を改善することができる。 IMT-2000のような W— CDMAシステムではターボ符号化や畳み込み符号化が使用され、更に HSDPA(High -Speed Downlink Packet Access)では、チャネル状態に応じてデータ変調とチャネル 符号ィ匕率を変更するリンクァダプテーシヨンが行われて 、る。今後のロングタームェ ポリューション (LTE)のような次世代通信システムでもチャネル符号ィ匕率を様々に変 更することが望まれて 、る。しかしながらターボ符号ィ匕等の手法は高 、誤り訂正能力 や信号の高品質ィ匕を図る観点からは望ましいが、演算処理が複雑であるという問題 点がある。

[0003] 一方、符号化及び復号化の演算処理を簡易化する観点からは、ターボシングルパ リテイチエック (ターボ SPC)符号化方式を使用することが考えられるかもしれな!、 (タ ーボ SPCについては非特許文献 1参照。；)。し力しながらターボ SPC符号ィ匕方式では チャネル符号ィ匕率で期待される誤り率の改善効果を維持しつつチャネル符号ィ匕率を 様々に変更する技術は確立されておらず、チャネル符号ィ匕率の変更が容易でないと いう問題がある。

[0004] 従って従来の手法では簡易な構成でチャネル符号化率を様々に変更することは困 難である。

非特干文献 1 : K.Wu ana L.Ping, An improved two― state turbo- spc code for wireless communication systems , IEEE Trans. Commun., vol.52, no.8, pp. 1238-1241, Aug.2004

発明の開示 発明が解決しょうとする課題

[0005] 本発明は、上記問題点の少なくとも 1つに対処するためになされたものであり、その 課題は、チャネル符号化及び復号化が行われる移動通信システムで使用され、チヤ ネル符号ィ匕率を簡易且つ容易に変更できる装置及び方法を提供することである。 課題を解決するための手段

[0006] 本発明では無線送信機で使用される符号化装置が使用される。符号化装置は、送 信信号を構成する情報ビットをターボ SPC方式により符号化し、 1組の情報ビットから 冗長ビットの組を 1以上導出する手段と、制御信号で指定されるチャネル符号ィ匕率に 従って冗長ビットを減らし又は増やし、情報ビット数と冗長ビット数の割合を調整する 冗長度調整手段とを有する。冗長度調整手段で減らされる又は増やされる冗長ビット の少なくとも一部は、情報ビットの同じ組から導出される冗長ビットである。

発明の効果

[0007] 本発明によれば、チャネル符号ィ匕及び復号ィ匕が行われる移動通信システムで使用 される、チャネル符号ィ匕率を簡易且つ容易に変更することができる。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]本発明の一実施例による送信機のチャネル符号ィ匕に関する部分及び受信機の 復号ィ匕に関する部分を示すブロック図である

[図 2]チャネル符号ィ匕部の詳細及び演算概要を示す図である。

[図 3]入力ビット (q ,q )及び出力ビット (ρ ,ρ )の状態遷移図を示す。

k k+1 k k+1

[図 4]チャネル符号ィ匕率を増やす例を示す図（その 1)である。

[図 5]チャネル符号ィ匕部を示す図である。

[図 6]チャネル符号化率を増やす例を示す図 (その 2)である。

[図 7]チャネル符号ィ匕率を減らす例を示す図（その 1)である。

[図 8]チャネル符号化率を減らす例を示す図（その 2)である。

符号の説明

[0009] 12 情報生成部

14 チャネル符号化部 16 冗長度調整部

18 適応変復調制御部

20 冗長度調整部

22 チャネル復号化部

発明を実施するための最良の形態

[0010] 本発明の一形態によれば、情報ビット数と冗長ビット数の割合が調整され、チヤネ ル符号化率が調整される。減らされる又は増やされる冗長ビットの少なくとも一部は、 情報ビットの同じ組から導出される。これにより 1組の情報ビットと冗長ビット対との対 応関係が維持され、チャネル符号化率が変更されてもチャネル符号化率で期待され る誤り率の改善効果を期待することができる。

[0011] 情報ビットの同じ組から導出される一組の冗長ビットの内、一部は送信されるが一 部は送信されないように、減らされる又は増やされる冗長ビットの少なくとも一部が設 定されてもよい。これにより、チャネル符号化率が 1に近い場合に、送信される冗長ビ ットが冗長ビット系列間で均一に分散させることができる。

[0012] 所定数の情報ビットを排他的論理和演算することでビット群が導出され、ビット群の 内容に依存して、該ビット群中のビットの符号を反転又は非反転することで冗長ビット の組が導出されてもよい。

実施例 1

[0013] 図 1は本発明の一実施例による送信機のチャネル符号ィ匕及び受信機の復号化に 関する部分を示す (他の機能要素については図示の簡明化のため省略される。；)。 便宜上送信機及び受信機として説明されるが、これらは実際には基地局、移動局そ の他の無線通信装置の送信部及び受信部として用意される。

[0014] 図 1には送信機側に情報生成部 12、チャネル符号化部 14、冗長度調整部 16及び 適応変復調制御部 18が描かれている。また受信機側には冗長度調整部 20及びチ ャネル復号ィ匕部 22が描かれて 、る。

[0015] 情報生成部 12は送信信号を形成する情報ビットを用意する。情報ビットは制御チヤ ネルを構成してもよいし、データチャネルを構成してもよい。図示の簡明化のため制 御チャネル、データチャネル及び他のチャネルが明示されてはいないが、送信機に はそれらが必要に応じて用意される。

[0016] チャネル符号ィ匕部 14はそこに入力された情報ビットにチャネル符号ィ匕を施す。本 実施例ではチャネル符号ィ匕はターボシングルパリティチェック (ターボ SPC)符号化方 式により行われる。

[0017] 図 2はチャネル符号ィ匕部 14の詳細（上側)及び演算概要（下側）を示す。チャネル 符号化部 14は、 SPC符号ィ匕部 21及び畳み込み符号ィ匕部 23を有する。 SPC符号ィ匕 部 21はそこに入力された情報ビット J個（d ,d ，… ）にっき 1つの入力ビット (後段 kl k2 kj

処理部への入力ビット） qを出力する。より具体的に〖お個の情報ビットを全て排他的 k

論理和で加算することで入力ビットが導出される。

[0018] q =d (XOR)d (XOR)〜(XOR)d

k kl k2 kj

こうして導出された入力ビット 2つが 1組として、即ち入力ビット対 (例えば、（q ,q 》とし k k+1 て畳み込み符号化され、符号ィ匕部 14から出力される。畳み込み符号化部 23は入力 ビット対の内容及び過去の履歴に基づいて出力ビット、即ち出力ビット対 (p ,ρ ) k k+1を出 力する。より具体的には 2状態 (S=0,1)が定義され、入力ビット対が同符号なら出力ビ ット対の状態は入力ビット対と同じ状態に設定される。入力ビット対が異符号なら出力 ビット対の状態は入力ビット対の状態と異なる状態に設定される。そして、入力ビット 対の状態が一方の状態 (例えば、 Si=l)ならば、入力ビットの符号を反転することで出 力ビットが形成される。入力ビット対の状態が他方の状態 (例えば、 Si=0)ならば、入 力ビットの符号を反転しな、で (そのまま）出力することで出力ビットが形成される。

[0019] 図 3は入力ビット (q ,q )及び出力ビット (ρ ,ρ )の状態遷移図を示す。図では入力 k k+1 k k+1

ビットと出力ビットがまとめて示されている (q ,q ,ρ ,ρ )。入力ビット対は 2ビットで構 k k+1 k k+1

成されるので、全部で 4種類の入力ビット対 (00),(11),(10)又は (01)が発生し得る。 Si=l の場合は入力ビット対の符号を反転することで出力ビットが形成されるので、出力ビッ ト対はそれぞれ (11),(00),(01)又は (10)になる。前 2者はビット対中のビットの符号が同 じなので状態はそのまま維持されるが（Si=l)、後 2者ではそれらの符号が異なるので 状態は変更される（Si=0)。 Si=0の場合も同様な処理がなされる。この場合、入力ビット 対の符号を反転せずにそのまま出力することで出力ビットが形成されるので、出力ビ ット対はそれぞれ (00),(11),(10)又は (01)になる。前 2者はビット対中のビットの符号が 同じなので状態はそのまま維持されるが（Si=0)、後 2者ではそれらの符号が異なるの で状態は変更される（Si=l)。

[0020] 図 1の冗長度調整部 16は情報ビット数及び冗長ビット数の割合を調整し、適応変 復調制御部 18から指定されるチャネル符号化率の信号系列を形成し、出力する。冗 長ビットとは上記の出力ビットに相当するビットである。情報ビット数及び冗長ビット数 の割合をどのように調整するかについては後述される。なお、冗長ビットはノ^テイビ ットと呼ばれてもよい。

[0021] 適応変復調制御部 18は送信信号に適用する変調方式及びチャネル符号化率を 制御する。変調方式は例えば QPSK、 16QAM、 64QAM等のような様々な変調方式 に設定されてよい。チャネル符号化率も 0及び 1の間の様々な有理数に設定されてよ V、。変調方式及びチャネル符号ィ匕率の組み合わせが情報レート毎に事前にテープ ル化され、その組み合わせが指定されることでチャネル符号ィ匕率等が導出されてもよ V、。そのようなテーブルは MCSテーブルと呼ばれてもよ!/、。

[0022] 受信機側の冗長度調整部 20も、送信機側の冗長度調整部 16と同様に情報ビット 数及び冗長ビット数の割合を調整し、制御信号で指定されるチャネル符号化率の信 号系列を形成し、出力する。制御信号は送信機から通知される。より具体的には送 信信号に施された変調方式及びチャネル符号化率が何であるかを示す制御信号が 送信機から受信機に伝送される。この制御信号を受信し、分析することで受信機は 使用されている変調方式及びチャネル符号ィ匕が何であるかを見出すことができる。

[0023] チャネル復号ィ匕部 22はターボシングルパリティチェック方式により符号ィ匕された信 号系列を復号し、出力する。受信機では復号化後の信号に基づいて、送信された内 容が復元される。

[0024] 図 4はチャネル符号化率の調整例を示す。図 4左側に示されるように、この例では、 入力ビット系列が 2行に描かれ (6ビットずつ）、冗長ビット系列が 4行に描かれている（ 6ビットずつ)。従って情報ビット数及び冗長ビット数の比率は 1/3であり、これがチヤ ネル符号化率に対応する。従って図 5に示されるような 4系列の冗長ビットを生成する 要素が使用される。冗長ビット系列を生成する要素の各々で図 2で説明された符号 化の処理が行われる。但し、冗長ビット系列を生成する要素は必ずしもハードウェア として 4系列用意されなくてもよい。冗長ビット系列を生成する要素 1つを反復的に使 用することで、必要な冗長ビット系列を用意できるからである。

[0025] 図 4右側はチャネル符号ィ匕率 Rが 1/3から 1/2に増やされた後の様子を示す。即ち 図 4左側に示されるような信号系列が図 1のチャネル符号ィ匕部 14で生成され、図 4右 側に示されるような信号系列が冗長度調整部 16から出力される。図 4の波線の円で 示される冗長ビットは後段の不図示の送信部には与えられず、無線送信されない。こ のように R=l/3を実現する冗長ビットの半数を除去することで R=l/2を実現できる。伹 し、除去する冗長ビットがどれであるかについては注意を要する。本実施例では対の 形式で導出された冗長ビットが同じ対の形式で除去される或いは残される。この対と は上記の出力ビット対 (p ,ρ )である。冗長ビットの「除去」は「パンクチャリング (punctu k k+1

ring)」と呼ばれてもよい。

[0026] 図 4に示される例では 2つの情報ビット 2組から 1つの入力ビット対 (q ,q )が導出され

1 2

る 0=2)。入力ビット対 (q ,q )

1 2から、冗長ビット系列 #1の冗長ビット対 (p ,ρ

1 2 )、冗長ビット 系列 #2の冗長ビット対 (ρ ,ρ ),冗長ビット系列 #3の冗長ビット対 (ρ ,ρ ),冗長ビット

1 2 1 2

系列 #4の冗長ビット対 (ρ ρ が導出される。このうち、図 4右側に示されるように、冗

1 2

長ビット系列 #1の冗長ビット対 (Ρ ,ρ )及び冗長ビット系列 #3の冗長ビット対 (ρ ,ρ ),

1 2 1 2 が残され、系列 #2の冗長ビット対 (ρ ',ρ ')及び系列 #4の冗長ビット対 (ρ が除去さ

1 2 1 2 れる。

[0027] 情報ビット数及び冗長ビット数の比率が単に 1/2になるように冗長ビットが減らされる のではなぐ 2つの冗長ビットが除去される場合に、同じ入力ビット対 (q ,q ) (—般的に

1 2 は (q ,q ))に関連する冗長ビットが共に除去され、チャネル符号ィ匕率 1/2が実現され k k+1

る。冗長ビットが対の形式で除去されるということは、残された冗長ビットも対の形式で 残ることを意味する。言い換えれば、チャネル符号化率の調整前後で、一組の情報 ビット (入力ビット対）に対応する冗長ビット対が残るので、その冗長ビット対に基づい て情報ビットを正確に復元しやすくなる。対の形式が乱されることを許容し、単に情報 ビット数及び冗長ビット数の比率が 1/2になるように冗長ビットが減らされたとすると、 チャネル符号ィ匕率 1Z2で期待される誤り率を達成することは困難になるおそれがあ る。 [0028] 図 6はチャネル符号化率を増やす別の例を示す。図 6ではチャネル符号化率 R=l/ 3, 1/2,2/3及び 3/4の場合が示されている。 R=l/3, 1/2の例は図 4で示されているもの と同じであり、他の例との比較のために描かれている。 R=2/3の例では R=l/2の場合 より多くの冗長ビットが除去される。図示されているように、除去される冗長ビットの少 なくとも一部は、同じ入力ビット対力 導出された冗長ビット対であるが、残された冗 長ビットにつ 、て対の形式は維持されて ヽな 、。冗長ビット対は図中波線枠で囲まれ ている。 R=2/3の場合に対の形式を乱すことが許容されているのは、残される冗長ビ ットの分布を均一にするためである。冗長ビット系列 # 1〜 # 4の中で冗長ビットが均 一に残されるように、冗長ビットが除去されている。チャネル符号化率が 1に近づくと、 対の形式を維持して同じ冗長ビット系列の冗長ビットを残し、冗長ビット系列間に偏り を生じさせるよりも、対の形式を乱すことを許容し、冗長ビット系列間で均一に冗長ビ ットを残した方が、受信品質の観点からは好ましい。 R=3/4の場合は更に多くの冗長 ビットが除去されているが、この場合も冗長ビット系列間で冗長ビットがなるべく均一 に分散するように工夫されて 、る。

[0029] 図 7はチャネル符号化率を減らす例を示す。図 4,図 6ではチャネル符号ィ匕率を増 やす例が示された力 図 7ではチャネル符号ィ匕率力 から 2/7に減らされる様子を 示す。図示の例では第 1〜第 4の冗長ビット系列 # 1〜# 4に加えて第 5の冗長ビット 系列 # 5が加えられている。第 5の冗長ビット系列 # 5は、図 5に示されるようなェンコ ーダを含む系列をもう 1つ用意する或いはエンコーダの反復使用数を 1回増やすこと で得られる。或いは既に得られている冗長ビット系列の一部を複製することで、第 5の 冗長ビット系列が導出されてもよい。いずれにせよ、冗長ビット系列数を増やすことで チャネル符号ィ匕率を増やすことができる。更に、一組の情報ビット (入力ビット対）に 対応する冗長ビットの対の形式が維持されるように冗長ビットが付加されるので、チヤ ネル符号ィ匕率の低減に応じた誤り率の改善効果を期待できる。なお、冗長ビットの「 付加」は「エクステンション (extension) と呼ばれてもよ!/、。

[0030] 図 8はチャネル符号ィ匕率を 1/5に減らす例を示す。図示の例では第 1〜第 4の冗長 ビット系列 # 1〜 # 4各々の一部を複製し、それを冗長ビットにカ卩えることでチャネル 符号化率が減らされる。冗長ビットだけでなく情報ビットも複製されている。この場合も 、冗長度の調整前後で一組の情報ビット (入力ビット対）に対応する冗長ビットの対の 形式が維持されるので、チャネル符号化率の低減に応じた誤り率の改善効果を期待 できる。

[0031] 以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるわけでは なぐ本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。説明の便宜上、 本発明が幾つかの実施例に分けて説明されてきたが、各実施例の区分けは本発明 に本質的ではなぐ 1以上の実施例が必要に応じて使用されてよい。

[0032] 本国際出願は西暦 2006年 3月 20日に出願した日本国特許出願第 2006— 0778 18号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。

Claims

請求の範囲

[1] 無線送信機で使用される符号化装置であって、

送信信号を構成する情報ビットをターボシングルパリティチェック方式により符号ィ匕 し、 1組の情報ビットから冗長ビットの組を 1以上導出する手段と、

制御信号で指定されるチャネル符号ィ匕率に従って冗長ビットを減らし又は増やし、 情報ビット数と冗長ビット数の割合を調整する冗長度調整手段と、

を有し、前記冗長度調整手段で減らされる又は増やされる冗長ビットの少なくとも一 部は、情報ビットの同じ組から導出される冗長ビットである

ことを特徴とする符号化装置。

[2] 情報ビットの同じ組から導出される一組の冗長ビットの内、一部は送信されるが一 部は送信されないように、前記冗長度調整手段で減らされる又は増やされる冗長ビッ トの少なくとも一部が設定される

ことを特徴とする請求項 1記載の符号ィ匕装置。

[3] 所定数の情報ビットを排他的論理和演算することでビット群が導出され、ビット群の 内容に依存して、該ビット群中のビットの符号を反転又は非反転することで前記冗長 ビットの組が導出される

ことを特徴とする請求項 1記載の符号ィ匕装置。

[4] 無線受信機で使用される復号化装置であって、

送信機から受信した制御信号の示すチャネル符号化率に従って、受信信号を表す ビットを増やし又は減らし、ターボシングルパリティチェック方式により符号ィ匕された信 号を出力する冗長度調整手段と、

出力された信号を復号する手段と、

を有し、前記冗長度調整手段で減らされる又は増やされるビットの少なくとも一部は 、ターボシングルパリティチェック方式で符号ィ匕される前の情報ビットの同じ組から導 出された冗長ビットである

ことを特徴とする復号化装置。

[5] 無線送信機で使用される符号ィ匕方法であって、

送信信号を構成する情報ビットをターボシングルパリティチェック方式により符号ィ匕 し、 1組の情報ビットから冗長ビットの組を 1以上導出する導出ステップと、 制御信号で指定されるチャネル符号ィ匕率に従って冗長ビットを減らし又は増やし、 情報ビット数と冗長ビット数の割合を調整する調整ステップと、

を有し、前記調整ステップで減らされる又は増やされる冗長ビットの少なくとも一部 は、情報ビットの同じ組から導出される冗長ビットである

ことを特徴とする符号化方法。

無線受信機で使用される復号ィ匕方法であって、

送信機から受信した制御信号の示すチャネル符号化率に従って、受信信号を表す ビットを増やし又は減らし、ターボシングルパリティチェック方式により符号ィ匕された信 号を出力する調整ステップと、

出力された信号を復号するステップと、

を有し、前記調整ステップで減らされる又は増やされるビットの少なくとも一部は、タ ーボシングルパリティチェック方式で符号ィ匕される前の情報ビットの同じ組から導出さ れた冗長ビットである

ことを特徴とする復号化方法。