(57)【要約】      （修正有）【課題】移動通信システムにおいて動作する中継局での遅延、並びに誤りの伝搬に関する性能を改善する。【解決手段】中継局１００は、ソースから無線信号を受け取る受信機１１０を備える。無線信号は、符号化された情報を表す記号を含み、符号化された情報は、符号化規則に基づいて、ペイロード情報及び冗長情報を含む。中継局１００は、記号及び符号化規則に関連づけられた復号規則に基づいてペイロード情報及び冗長情報に関する軟情報を決定する復号器１２０を備える。軟情報は、記号に関する情報及びその記号に関する情報に関する信頼性情報を含む。中継局１００は、軟情報に基づいて信号品質の測度を検出し、信号品質のインディケーションを取得する信号品質検出器１３０と、信号品質のインディケーションに基づいて複数の量子化規則から量子化規則を選択する量子化規則選択器１４０とを備える。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動通信システムにおいて動作する中継局（１００）であって、
符号化された情報を表す記号を含む無線信号をソースから受信する受信機（１１０）であって、前記符合化された情報が、符号化規則に基づき、且つペイロード情報と冗長情報とを含むものである、受信機と、
ある記号と前記符号化規則に関連づけられたある復号規則とに基づいて、前記ペイロード情報と前記冗長情報とに関する軟情報を決定する復号器（１２０）であって、前記軟情報が、前記記号に関する情報と、前記記号に関する情報についての信頼性情報とを含むものである、復号器と、
前記軟情報に基づいて信号品質の測度を検出し、信号品質のインディケーションを取得する信号品質検出器（１３０）と、
前記信号品質のインディケーションに基づいて複数の量子化規則から量子化規則を選択する量子化規則選択器（１４０）と、
前記選択された量子化規則に基づいて前記ペイロード情報に関する前記軟情報を量子化し、量子化された軟情報を取得する量子化器（１５０）と、
前記量子化された軟情報を送り先へ伝送する送信機（１６０）と
を備えるものである中継局。
【請求項２】
前記信号品質検出器（１３０）は、前記冗長情報に関する前記軟情報に基づいて誤りを決定し、誤りのインディケーションを更に取得するものであり、前記量子化規則選択器（１４０）は、前記誤りのインディケーションに基づいて前記量子化規則を更に選択するものである、請求項１に記載の中継局。
【請求項３】
前記受信機（１１０）は、別の無線信号を別のソースから受信するものであり、前記別の無線信号は、他の符号化された情報を表す他の記号を含み、前記他の符号化された情報は、他の符号化規則に基づき、且つ他のペイロード情報と他の冗長情報とを含み、
前記復号器（１１０）は、他の記号及び前記他の符号化規則に関連づけられた他の復号規則に基づいて、前記他のペイロード情報と前記他の冗長情報に関する他の軟情報とを決定するものであり、前記他の軟情報は、前記他の記号に関する情報と、前記他の記号に関する情報についての信頼性情報とを含み、
前記信号品質検出器（１３０）は、前記他の軟情報に基づいて他の信号品質の測度を検出し、他の信号品質のインディケーションを取得するものであり、
前記量子化規則選択器（１４０）は、更に前記他の信号品質のインディケーションに基づいて前記量子化規則を選択するものであり、
前記量子化器（１５０）は、前記ペイロード情報に関する前記軟情報と前記他のペイロード情報に関する前記他の軟情報との組み合わせを量子化して、前記量子化された軟情報を取得するものであるか、又は前記ペイロード情報に関する前記軟情報と前記他のペイロード情報に関する前記他の軟情報とを結合して量子化するものである、
請求項１又は２に記載の中継局。
【請求項４】
前記信号品質検出器（１３０）は、前記他の冗長情報に関する前記他の軟情報に基づいて他の誤りを決定して、他の誤りのインディケーションを更に取得するものであり、
前記量子化規則選択器（１４０）は、前記他の誤りのインディケーションに基づいて前記量子化規則を更に選択するものである、請求項３に記載の中継局。
【請求項５】
前記送信機（１６０）は、前記選択された量子化規則に関する情報を伝送するものである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の中継局。
【請求項６】
前記送信機（１６０）は、前記量子化された軟情報を情報源符号化する情報源符号器と、前記情報源符号化され量子化された軟情報を伝送前に通信路符号化する通信路符号器とを更に備えるものである、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の中継局。
【請求項７】
前記通信路符号器は、適応型符号化レートで動作するものであり、前記通信路符号器は、前記符号化レートを前記送り先への無線リンクの伝送容量へ適応させるものである、請求項６に記載の中継局。
【請求項８】
前記信号品質検出器（１３０）は、巡回冗長検査に基づいて前記誤りのインディケーション又は前記他の誤りのインディケーションを検出するものである、請求項２ないし７のいずれか一項に記載の中継局。
【請求項９】
ソースから無線信号を受信するステップであって、前記無線信号が、符号化された情報を表す記号を含み、前記符号化された情報は、符号器規則に基づき、且つペイロード情報と冗長情報とを含むものである、ステップと、
ある記号と前記符号化規則に関連づけられた復号規則に基づいて、前記ペイロード情報と前記冗長情報とに関する軟情報を決定するステップであって、前記軟情報が、前記記号に関する情報と、前記記号に関する情報についての信頼性情報とを含むものである、ステップと、
前記軟情報に基づいて信号品質の測度を決定し、信号品質のインディケーションを取得するステップと、
前記信号品質のインディケーションに基づいて複数の量子化規則から量子化規則を選択するステップと、
前記選択された量子化規則に基づいて前記ペイロード情報に関する前記軟情報を量子化し、量子化された軟情報を取得するステップと、
前記量子化された軟情報を送り先へ伝送するステップと
を含む、移動通信システムにおける中継方法。
【請求項１０】
第１の符号化された符号語を復号して、第１の符号語に関する第１の軟情報を取得し、第２の符号化された符号語を復号して、第２の符号語に関する第２の軟情報を取得する復号器（３００）であって、
前記第１の符号化された符号語に基づいて前記第１の符号語に関する前記第１の軟情報を決定する第１の軟復号器（３１０）と、
前記第２の符号化された符号語と第２の事前情報とに基づいて、前記第２の符号語に関する前記第２の軟情報を決定する第２の軟復号器（３２０）と、
前記第１の軟情報と、前記第１の符号語及び前記第２の符号語の組み合わせに基づく、量子化された軟情報とに基づいて、前記第２の事前情報を提供する第１の軟情報レンダラ（３３０）と、
前記第２の事前情報と、前記量子化された軟情報と、前記第２の軟情報とに基づいて第１の事前情報を提供する第２の軟情報レンダラ（３４０）と
を備え、
前記第１の軟復号器（３１０）は、前記符号化された第１の符号語と前記第１の事前情報とに基づいて、前記第１の符号語に関する更新された第１の軟情報を決定するものである、復号器。
【請求項１１】
前記第１の軟情報レンダラ（３３０）は、前記更新された第１の軟情報と、前記第１の事前情報と、前記量子化された軟情報とに基づいて、更新された第２の事前情報を提供するものである、請求項１０に記載の復号器。
【請求項１２】
前記第１の軟復号器（３１０）は、ＬＬＲに関して前記第１の軟情報を決定するものであり、前記第２の軟復号器（３２０）は、ＬＬＲに関して前記第２の軟情報を決定するものであり、前記第１の軟情報レンダラ（３３０）は、ＬＬＲに関して前記第２の事前情報を提供するものであり、前記第２の軟情報レンダラ（３４０）は、ＬＬＲに関して前記第１の事前情報を提供するものであり、前記第１の軟情報レンダラ（３３０）は、
【数１】
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のデインタリーブバージョンによって前記第２の事前情報ＬＡ（２）を決定するものであり、数１の式において、ＬＥ（１）は、前記第１の軟情報と前記第１の事前情報との組み合わせであり、Ｌｒは、量子化された軟情報であり、デインタリービングは、デインタリービング規則に基づいており、前記第２の軟情報レンダラ（３４０）は、
【数２】
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によって前記第１の事前情報ＬＡ（１）を決定するものであり、数２の式において、Ｌ’Ｅ（２）は、前記第２の軟情報と前記第２の事前情報との組み合わせのインタリーブバージョンであり、前記インタリービングは、デインタリービング規則の逆であるインタリービング規則に基づいている、請求項１０又は１１に記載の復号器。
【請求項１３】
符号化され量子化された軟情報を受信する受信機と、
前記符号化され量子化された軟情報を復号する復号器と、
量子化規則と前記復号され符号化され量子化された軟情報とに基づいて、前記量子化された軟情報を提供する再量子化器と
を更に備え、
前記受信機は、前記量子化規則に関する情報を更に受信するものである、請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の復号器。
【請求項１４】
前記受信機は、セルラ移動通信システムで受信するものである、請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の復号器。
【請求項１５】
第１の符号化された符号語を復号して第１の符号語に関する第１の軟情報を取得し、第２の符号化された符号語を復号して第２の符号語に関する第２の軟情報を取得する方法であって、
前記第１の符号化された符号語に基づいて前記第１の符号語に関する前記第１の軟情報を決定するステップと、
前記第２の符号化符号語と第２の事前情報とに基づいて前記第２の符号語に関する第２の軟情報を決定するステップと、
前記第１の軟情報と、前記第１の符号語及び前記第２の符号語との組み合わせに基づいて量子化された軟情報とに基づいて、前記第２の事前情報を提供するステップと、
前記第２の事前情報と、前記量子化された軟情報と、前記第２の軟情報とに基づいて第１の事前情報を提供するステップと、
前記符号化された第１の符号語と前記第１の事前情報とに基づいて、前記第１の符号語に関する更新された第１の軟情報を決定するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
コンピュータ又はプロセッサ上で実行される際に、請求項９又は１５に記載の方法のいずれかを実行するプログラムコードを有するコンピュータ・プログラム。
【請求項１７】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の中継局（１００）と
請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の復号器（３００）と
を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継局を使用する移動通信システムにおける無線通信の分野のものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の中継の概念は、例えば、増幅転送中継法（amplify-and-forward relaying）、復号転送中継法のような標準の中継法から構成される。増幅転送中継法は、雑音増幅の処理を犠牲にして低い遅延を実現しているが、復号転送中継法（decode-and-forward relaying）は、復号に起因する中継局での処理遅延を生じさせる。更に、中継局での復号誤りは、送り先での復号に有害な影響を生じさせ得る。
【０００３】
無線ネットワークにおける中継局の明示された目的は、同じセル内の他のユーザの伝送を容易にすることである。ここで、１つの重要な利点は、非特許文献１で示されるように、協調ダイバーシチを提供することである。非特許文献２によって示されるようなネットワーク符号化の概念は、元来、有線ネットワークのスループットを増加するために開発されたが、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、及び非特許文献６で示されるように、無線ネットワークへネットワーク符号化を適用することにより、フェージング・チャネルの効果に対して効果的に対処でき、それによって協調ダイバーシチを提供することができる。
【０００４】
共通の仮定として、中継ノード又は中継局がソースメッセージを完全に復元できると仮定すると、非特許文献７及び非特許文献８の戦略によって示されるように、復号転送法（ＤＦ）に基づく中継プロトコルへ研究が制限される。或いは、中継ノードに誤り検出スキームが存在すると仮定して、復号後に残存誤りが残る場合、中継ノードが全く伝送を行わないような戦略へ研究が制限される。
【０００５】
図１３は、マルチホップ中継を利用するシナリオ及び無線ネットワークを示している。図１３は、記号又は伝送語ｘ１を伝送しているソース（source：発信元）ｓ１を示している。ｘ１は、中継局ｒ及び送り先ｄによって受信される。図１３は、第２の記号又は伝送語ｘ２を伝送している第２のソースｓ２を示している。ｘ２もまた、中継局ｒ及び送り先ｄによって受信される。更に、中継局ｒは、記号ｘｒを伝送する。ｘｒもまた、送り先によって受信される。
【０００６】
全体を通して、２つのソースｓ１、ｓ２と、１つの中継局ｒと、送り先ｄとを有する図１３の多元接続中継通信路（ＭＡＲＣ＝Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｒｅｌａｙ  Ｃｈａｎｎｅｌ）が考察される。ネットワークジオメトリとして、中継局はソースよりも送り先に近いと仮定されており、従って、ソースと中継局との間の通信路品質が低すぎて、信頼できる復号を中継局で許容することができない。しかしながら、中継局と送り先リンクとの間は、中継局が送り先に近いため、より高いレートをサポートすることができる。そのようなシナリオの場合、中継局は、非特許文献９によって説明されるネットワーク符号化からのアイデアを利用して、ネットワーク符号化メッセージ
【数１】
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の対数尤度比（ＬＬＲ）を形成し、これらのＬＬＲをアナログ形式で送り先へ伝送して、非特許文献１０で示されるように、受信機のパフォーマンスを著しく高めることができる。
【０００７】
中継に関する他のアプローチは、非特許文献１１、非特許文献１２、非特許文献１３、及び非特許文献１４の中に見出される。
【０００８】
非特許文献１５において、著者らは、図１４に示されるネットワーク符号化の概念を開示している。図１４は、情報語ｕ１を第１の記号又は伝送語ｘ１へ符号化する第１の符号器１４１０を示している。ｘ１は、中継局１４５０及び送り先１４７０へ伝送される。更に、図１４は、第２の符号器１４２０を示している。符号器１４２０は、第２の情報語ｕ２を第２の記号又は伝送語ｘ２へ符号化する。ｘ２もまた、中継局１４５０及び送り先１４７０へ伝送される。図１４で示されるように、中継局１４５０では、２つの記号が受信され、加法的白色ガウス雑音ｎｒ（ＡＷＧＮ＝Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｗｈｉｔｅ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｎｏｉｓｅ）によって重畳される。図１４で「復号器１」１４５１及び「復号器２」１４５２と名付けられた２つの復号器が、中継局１４５０において動作する。
【０００９】
理想的には、２つの復号器１４５１及び１４５２は、情報語ｕ１及びｕ２を復号する。２つの復号された情報語は、次いで図１４の加法１４５３によって示されるように組み合わせられ、この組み合わされたものは、図１４で示される符号器１４５４によって符号化される。符号化され組み合された記号ｘＲは、中継局１４５０から送り先１４７０へ伝送され、送り先１４７０でＡＷＧＮ  ｎＢによって重畳される。３つの記号又は受信語、すなわち、「符号器１」１４１０からのｙ１、「符号器２」１４２０からのｙ２、中継局１４５０からのｙＲが、送り先１４７０で受信される。送り先１４７０では、情報語ｕ１及びｕ２を復号するために結合復号（joint decoding）を利用することができる。図１４で示される概念の１つの欠点は、遅延が生じることである。この遅延は、情報語を導出するために受信信号を中継局１４５０で復号すること、及び前記情報語の組み合わせを中継局１４５０で再び符号化することに関連づけられる。
【００１０】
他の従来のアプローチは、図１５に示されている。図１５は、図１４で説明されたコンポーネントと類似のコンポーネントを示しているが、中継局１４５０では、復号された情報語ｕ１及びｕ２を組み合わせる代わりに、結合符号器（joint encoder）１４５５が利用される。結合符号器１４５５は、増加されたブロック長を使用できるという利点がある。これは、繰り返し復号（iterative decoding）に対して特に有利である。結合符号器１４５５は、増加されたダイバーシチを可能にし、これは送り先１４７０にある結合復号器で利用することができる。しかしながら、中継局において受信された信号を復号すること、及び復号された信号を再度の結合して符号化することは、依然として高い遅延を伴う。この遅延は、特に増加されたブロック長が使用されるときに生じる。また、中継局１４５０での復号誤りから別の問題が起こる。すなわち、復号誤りが、再符号化されて送り先１４７０へ拡張又は転送されるという問題が起こる。
【００１１】
更に、他の従来のアプローチが図１６に示されている。図１６は、図１４及び図１５において既に紹介されたコンポーネントと類似のコンポーネントを示している。図１６は、中継局１４５０から送り先１４７０へのアナログ伝送のアプローチを示している。アナログ伝送は、例えば、基地局又はノードＢで実現できる。上記で説明された概念との主な相違は、中継局１４５０における復号器１４５１及び１４５２が、情報語ｕ１及びｕ２の対数尤度比（ＬＬＲ＝Ｌｏｇ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｒａｔｉｏ）に関して軟情報（soft information）を提供することである。図１６の上部には、一般情報語ｕのＬＬＲへの洞察を提供するための方程式が示されている。一般的な場合、情報語ｕは１つのビットだけを備え、このビットは２つの値、すなわち、＋１又は−１を取ることができる。いわゆる軟情報は、ビットが＋１に等しい確率とビットが−１に等しい確率との商を考慮することによって決定され得る。これは、図１６の上部の方程式で示される。
【００１２】
商の対数を取ることは、軟情報を線形化し、正の実数の範囲から実数の全範囲へ商をマップする。その結果、ＬＬＲの符号を取ることは、硬判定検出器（hard decision detector）に対応する。ＬＬＲの大きさは、信頼性情報（reliability information）に対応する。
【００１３】
図１６の中継局１４５０において、復号器１４５１及び１４５２は、対応する情報語ｕ１及びｕ２のＬＬＲを決定する。更に、図１６は、中継局１４５０において、第２の復号器１４５２の出力でのＬＬＲが、ＬＬＲをインタリーブするインタリーバ１４５６へ提供されることを示している。第２の復号器からのインタリーブされたＬＬＲは、組み合わせ器（combiner）１４５７によって組み合わされ、その後、アナログ伝送が使用されて、組み合わせの情報を送り先１４７０へ伝送する。ＬＬＲに関しての信頼性情報は、送り先１４７０の結合復号器へ提供される。しかしながら、２つの復号器１４５１及び１４５２によって軟情報を決定するため、依然として中継局１４５０で長い遅延が起こる。
【００１４】
図１７は、図１６と同じシナリオを示しているが、送り先又はノードＢの詳細が提供される。図１７から分かるように、ＬＬＲは、送り先１４７０において３つの検出器１４７１、１４７２、及び１４７３によって３つの受信信号ｙ１、ｙ２、及びｙＲについて決定される。図１７は、結合繰り返し復号（joint iterative decoding）の概念を示している。検出器１４７１によって提供された対数尤度比は、最初のステップで、第１の復号器１４７５へ提供される。これは、情報語ｕ１のＬＬＲを決定するためである。復号器１４７５の入力で提供されたＬＬＲは、伝送された符号語の事後知識（posteriori knowledge）に対応する。復号器１４７５の出力では、事後知識と復号器１４７５の出力との差を評価することによって、情報語ｕ１の事前知識（prior knowledge）が決定される。事前知識はＬＬＲに関して依然として利用可能である。その後、この事前知識は、中継局１４５０で決定された組み合わせによって得られた受信信号ｙＲから検出器１４７３によって決定されたＬＬＲと、組み合わせ器１４７６によって組み合わせることができる。
【００１５】
この組み合わせは、例えば、情報語ｕ１及びｕ２のＸＯＲの組み合わせに対する組み合わせＬＬＲを決定することによって決定できる。続いて、正確な組み合わせの導出が提供される。これは
【数２】
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によって表される。第１の情報語の事前知識及び組み合わせＬＬＲから、第２の情報語の事後知識を決定できる。この事後知識は、デインタリーバ１４７７によってデインタリーブされる。デインタリーバ１４７７は、中継局１４５０のインタリーバ１４５６に対応する。デインタリーバ１４７７の出力でのデインタリーブされたＬＬＲを、第２の受信信号ｙ２から検出器１４７２によって検出されたＬＬＲと組み合わせ、第２の復号器１４７８へ入力として提供できる。第２の復号器１４７８は、第２の情報語ｕ２のＬＬＲを自身の出力で提供し、このＬＬＲから、外因性情報とも呼ばれる事前情報を決定するために、検出器１４７２及びデインタリーバ１４７７からの事後知識が差し引かれ得る。
【００１６】
インタリーバ１４７９の後、インタリーブされたＬＬＲは、組み合わせ器１４８０によって検出器１４７３の出力と再び組み合わせることができる。第１の情報語ｕ１の事後情報は、組み合わせ器１４８０の出力において利用可能であり、検出器１４７１の出力における事後知識と再び組み合わせることができる。上記の説明は、ターボ復号の原理と類似する結合繰り返し復号器（joint iterative decoder）の最初の繰り返しループに対応する。情報語ｕ１及びｕ２の一層信頼できる情報を決定するため、複数の繰り返しループが上記の説明に倣って実行され得る。
【００１７】
図１８は、中継局１４５０で不良又は弱い無線通信路が経験され、従ってゼロに等しいかゼロに近いＬＬＲが決定される場合を示している。結果として、送り先１４７０では、ゼロに等しいＬＬＲが検出器１４７３によって決定される。すなわち、非常に信頼性のない情報のみが利用可能である。その結果、組み合わせ器１４７６及び１４８０によって実行された組み合わせも、ゼロのＬＬＲを産出する。従って、復号器の中で、検出器１４７３のＬＬＲは、検出器１４７１及び１４７２によって決定されたＬＬＲに影響を与えない。言い換えれば、もし中継局１４５０での復号が非常に信頼できないものであれば、送り先での復号は、検出器１４７１及び１４７２の出力だけに基づいたものとなる。この場合、繰り返しプロセスは何の利益も提供しない。
【００１８】
図１９は、図１９の左側に描かれるシナリオに対するビット誤り率（ＢＥＲ＝Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）のシミュレーション結果を示している。このシナリオでは、２つのソース１９０１及び１９０２が信号を中継局１９０３及び送り先１９０４へ伝送する。更に、全てのリンク上で信号対雑音比（ＳＮＲ＝Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）、すなわち、ソース１９０１及び１９０２と中継局１９０３との間のリンクのＳＮＲｓｒと、ソース１９０１及び１９０２と送り先１９０４との間のリンクのＳＮＲｓｄと、中継局１９０３と送り先１９０４との間のリンクに対するＳＮＲｒｄとが与えられる。図１９の右側では、ソース１９０１及び１９０２と送り先１９０４との間のリンクのＢＥＲ対ＳＮＲが、図チャートによって描かれる。シミュレーションについては、リンクが対称であること、すなわち、双方のソース１９０１及び１９０２から中継局１９０３へのリンク上で類似のＳＮＲが起こるものと仮定されている。更に、図１９の右側に描かれる結果については、ＳＮＲｓｒ＝５ｄＢであることが仮定され、中継局１９０３と送り先１９０４との間の異なるＳＮＲｒｄについて結果が示されている。この結果は、もし中継局１９０３と送り先１９０４との間のリンクの信号品質が高くなるならば、顕著な利益がＢＥＲで得られ得ることを示している。
【００１９】
図２０は、類似のシミュレーション結果を示している。しかしながら、図２０の結果については、ソース１９０１及び１９０３と中継局１９０３との間のリンクのＳＮＲは、０ｄＢであると仮定されている。すなわち、図１９で考察される場合よりも多くの誤りが中継局１９０３で起こる。しかしながら、中継局１９０３と送り先１９０４との間のリンク上の信号品質が高くなるにつれて、ＢＥＲの利得が得られうることが依然として観察できる。
【００２０】
図２１は、図１６の支援を受けて説明される中継局１４５０からのアナログ伝送を使用する類似のシナリオを示している。図２１の下部には、組み合わされたＬＬＲであるＬ（ｕＲ）が示されている。図２１の下部にある図チャートから、組み合わされたＬＬＲは、ガウス分布に近似することが分かる。アナログ伝送が使用されるので、組み合わされたＬＬＲを確実に伝送するためには、ＡＷＧＮによって重畳されることも考慮して、大きな伝送電力が利用されなければならない。
【００２１】
図２２は、大きな伝送電力を利用しなければならない問題を少なくとも部分的に克服する選択肢を示している。中継局１４５０では、組み合わされたＬＬＲが信号プロセッサ１４５８によって処理される。その信号プロセッサ１４５８では、組み合わされたＬＬＲの双曲線正接が、決定され、その後、軟ビット伝送とも呼ばれるアナログ伝送に使用される。
また、図２３には、図２２に類似する選択肢が示されている。そこでは、量子化器１４５９が使用され、中継局１４５０及び１９０３で、それぞれＬＬＲを量子化する。図２３の右側の上部には、上記で検討されたシナリオが示されている。このシナリオには、２つのソース１９０１及び１９０２と、中継局１９０３と、送り先１９０４とが関与している。図２３の左側に描かれたシミュレーション結果の場合、ソース１９０１及び１９０２と中継局１９０３との間のリンクのＳＮＲｓｒは３ｄＢであると仮定されている。図２３の右側の下部には、中継局１４５０又は１９０３の詳細が描かれ、量子化器１４５９が示されている。
【００２２】
左側の図チャートでは、２つの量子化領域が点線によって分離されると仮定して、ＬＬＲの確率密度ＬＲが示されている。２つの正方形は、送り先１９０４へ伝送される量子化器の値を表す。２つだけの量子化領域を有することは、量子化値ごとに１つだけのビットを中継局１９０３から送り先１９０４へ伝送することに対応する。このシナリオでは、伝達情報又は相互情報に関して、量子化に起因する劣化は、ほとんど起こらないこと、すなわち、量子化に起因する情報喪失は、ほとんどないことが観察される。
【００２３】
図２４は、ソース１９０１又は１９０２と送り先１９０４との間のリンクのＢＥＲ対ＳＮＲｓｄのシミュレーション結果を示している。このシミュレーションでは、ソース１９０１及び１９０２と中継局１９０３との間のＳＮＲｓｒは、３ｄＢであると仮定されている。また、中継局１９０３と送り先１９０４との間のＳＮＲｒｄは、０ｄＢであると仮定されている。図２４の左側の図チャートは、ＢＥＲシミュレーション結果を示している。アナログ伝送は、正方形マーカによって表示され、軟ビットアナログ伝送は三角形マーカによって表示され、２つの量子化領域、すなわち、量子化器値ごとに１つだけのビットを使用する量子化器伝送は円形マーカによって表示されている。量子化値を使用するとき、ソースと送り先との間の高いＳＮＲに対してのみ劣化が起こり、ソースと送り先との間のやや低いＳＮＲに対しては、量子化値の伝送はＢＥＲの改善を提供することが観察される。これは、低いＳＮＲのアナログ伝送に対してＡＷＧＮが高い影響を及ぼすことに起因する。
【００２４】
図２５は、他のシミュレーションシナリオを示している。ここでは、あるシナリオに対して５つの量子化器領域が仮定されており、そのシナリオとは、ＳＮＲｓｒ＝０ｄＢ、すなわち、ＳＮＲが上記の検討されたシナリオよりも低いシナリオである。５つの量子化器領域が仮定されているので、情報源符号化（source coding）の後で平均して２．３ビットが量子化値ごとに伝送されなければならない。図２５の左側の図チャートは、量子化器１４５９の入力におけるＬＬＲの確率密度を示しており、量子化器領域は、点線で分離され、代表値は、正方形マーカによって示されている。
【００２５】
図２６は、ソース１９０１及び１９０２と中継局１９０３との間のリンクに対してＳＮＲｓｒ＝３ｄＢが仮定され、中継局１９０３と送り先１９０４との間のリンクに対して０．４４ｄＢのＳＮＲが仮定されるときのＢＥＲのシミュレーション結果を示している。図２６の左側の図チャートは、アナログ伝送が正方形マーカによって表示され、軟ビット伝送が三角形マーカによって表示され、量子化伝送が円形マーカによって表示されるシミュレーション結果を示している。シミュレーション結果は、量子化が使用されるとき劣化が全く観察されないことを示している。
【００２６】
図２７は、中継局１４５０から送り先１４７０への量子化伝送が使用される他の軟中継及びネットワーク符号化の概念を示している。図２７の上部には方程式が示され、組み合わせ器１４５７によるＬＬＲの組み合わせを詳細に示している。組み合わせ器１４５７の出力は、情報語ｕ１及びｕ２のＸＯＲ組み合わせによって得ることのできるＬＬＲに対応する。ＸＯＲ組み合わせは、図２７の上部の方程式の中で左を指す矢印演算子によって示されている。更に、図２７は、中継局１４５０の中で、組み合わされたＬＬＲをＺへ量子化する量子化器１４５９と、量子化され組み合わされたＬＬＲを情報源符号化する情報源符号器１４６０と、送り先１４７０へ伝送する前に情報源符号化され組み合わされたＬＬＲを通信路符号化する符号器１４６１とを示している。
【００２７】
図２７で描かれる例において、量子化された信号Ｚ内で
【数３】
2010171960.tif 000005
に関する関連情報を保存しながら、Ｌｒをできるだけ圧縮することは、量子化器１４５９のタスクである。これは、図２７の下部にある方程式によって表されている。この方程式は、ＬＬＲ  Ｌｒと選ばれた量子化器Ｚとの間の伝達情報Ｉ（Ｌｒ，Ｚ）と、組み合わせ情報語Ｕｒと選ばれた量子化器Ｚとの間の伝達情報Ｉ（Ｕｒ，Ｚ）との差を最小にするように、所与のＬＬＲに対する量子化器領域Ｚの分布が選ばれるべきことを示している。これは、方程式の中で因子βに基づくラグランジュ問題として表される。
【００２８】
図２８は、類似のシナリオを示しているが、もし符号器１４１０、１４２０と中継局１４５０との間のリンクの１つ、例えば、図２８の符号器１４１０と中継局１４５０との間のリンクが劣化するならば、組み合わせＬＬＲはゼロになることを示している。従って、ソースと中継局との間のリンク上で、最初のホップのＳＮＲを量子化器の設計で考慮に入れることができる。
【００２９】
図２９は、信号品質を考慮に入れるため、ＬＬＲを量子化器１４５９によって結合して量子化する他の中継局１４５０を示している。これについて、図３０は、量子化器の詳細を示している。図３０の左側には、復号後の相互情報が１．９８ビットに等しい対称リンクに対する量子化器が示されている。量子化後の関連相互情報又は伝達情報は、１．９３ビットに等しく、２つだけの量子化器領域が利用されるので、中継局１４５０と基地局又は送り先１４７０との間のリンク上で情報源符号化ビットを符号化するためには、１ビットだけが必要である。量子化器領域は、図３０の上部の左側に図示されている。
【００３０】
図３０の右側には、復号後の相互情報が１．１６ビットに等しい非対称リンクに対する量子化器が示されている。量子化後の関連相互情報は、１．０８ビットに等しく、５つの量子化器領域が利用されるので、平均して２．１ビットが情報源符号化ビットごとに必要である。
【００３１】
従来の概念を要約すると、中継は、カバレージ限度を合理的コストで克服するための有望な方法である。しかしながら、直接的中継法は０．５の容量ペナルティ因子を導く。というのは、タイムスロットを２つのホップへ分割しなければならないからである。他の問題は、中継での処理遅延である。この遅延は、往復遅延が、許容できない程度まで大きくなり、上記の説明された概念に従って中継局で復号されることに起因する。中継局での復号遅延を回避するための増幅転送中継法の代案は、処理遅延を低くするが、これらのスキームは中継での雑音増幅から悩まされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】Ａ．Ｓｅｎｄｏｎａｒｉｓ，Ｅ．Ｅｒｋｉｐ，ａｎｄ  Ｂ．Ａａｚｈａｎｇ，「Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  ｕｐｌｉｎｋ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｖｉａ  ｕｓｅｒ  ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ，１９９８
【非特許文献２】Ｒ．Ａｈｌｓｗｅｄｅ，Ｎ．Ｃａｉ，Ｓ．Ｒ．Ｌｉ，ａｎｄ  Ｒ．Ｗ．Ｙｅｕｎｇ，「Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｆｌｏｗ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．４６，ｎｏ．４，ｐｐ．１２０４−１２１６，Ａｐｒ．２０００
【非特許文献３】Ｘ．Ｂａｏ  ａｎｄ  Ｊ．Ｌｉ，「Ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｃｏｄｅ−ｏｎ−ｇｒａｐｈ  ｗｉｔｈ  ｎｅｔｗｏｒｋ−ｏｎ−ｇｒａｐｈ：Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｒｅｌａｙ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．４３ｒｄ  Ａｎｎ．Ａｌｌｅｒｔｏｎ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２００５
【非特許文献４】Ｃ．Ｈａｕｓｌ，Ｆ．Ｓｃｈｒｅｃｋｅｎｂａｃｈ，Ｉ．Ｏｉｋｏｎｏｍｉｄｉｓ，Ｇ．Ｂａｕｃｈ，「Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ａｎｄ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｄｅｃｏｄｉｎｇ  ｏｎ  ａ  ｔａｎｎｅｒ  ｇｒａｐｈ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．４３ｒｄ  Ａｎｎ．Ａｌｌｅｒｔｏｎ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２００５
【非特許文献５】Ｙ．Ｃｈｅｎ，Ｓ．Ｋｉｓｈｏｒｅ，ａｎｄ  Ｊ．Ｌｉ，「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｃｏｄｉｎｇ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  Ｃｏｎｆ．，２００６
【非特許文献６】Ｌ．Ｘｉａｏ，Ｔ．Ｅ．Ｆｕｊａ，Ｊ．Ｋｌｉｅｗｅｒ，ａｎｄ  Ｄ．Ｊ．Ｃｏｓｔｅｌｌｏ，Ｊｒ．，「Ｎｅｓｔｅｄ  ｃｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｓ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．４０ｔｈ  Ａｎｎ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００６
【非特許文献７】Ｔ．Ｍ．Ｃｏｖｅｒ  ａｎｄ  Ａ．Ａ．Ｅｌ  Ｇａｍａｌ，「Ｃａｐａｃｉｔｙ  ｔｈｅｏｒｅｍｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｒｅｌａｙ  ｃｈａｎｎｅｌ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−２５，ｎｏ．５，ｐｐ．５７２−５８４，Ｓｅｐ．１９７９、Ｇ．Ｋｒａｍｅｒ，Ｍ．Ｇａｓｔｐａｒ，ａｎｄ  Ｐ．Ｇｕｐｔａ，「Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ  ａｎｄ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｔｈｅｏｒｅｍｓ  ｆｏｒ  ｒｅｌａｙ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．５１，ｎｏ．９，ｐｐ．３０３７−３０６３，Ｓｅｐ．２００５
【非特許文献８】Ｌ．Ｓａｎｋａｒａｎａｒａｙａｎａｎ，Ｇ．Ｋｒａｍｅｒ，ａｎｄ  Ｎ．Ｂ．Ｍａｎｄａｙａｍ，「Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ  ｓｅｎｓｏｒ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｃａｐａｃｉｔｙ  ｂｏｕｎｄｓ  ａｎｄ  ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ａｃｃｅｓｓ  ｒｅｌａｙ  ｎｅｔｗｏｒｋ，」ｉｎ  ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，２００４
【非特許文献９】Ｒ．Ａｈｌｓｗｅｄｅ，Ｎ．Ｃａｉ，Ｓ．Ｒ．Ｌｉ，ａｎｄ  Ｒ．Ｗ．Ｙｅｕｎｇ，「Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｆｌｏｗ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．４６，ｎｏ．４，ｐｐ．１２０４−１２１６，Ａｐｒ．２０００
【非特許文献１０】Ｓ．Ｙａｎｇ  ａｎｄ  Ｒ．Ｋｏｅｔｔｅｒ，「Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｏｖｅｒ  ａ  ｎｏｉｓｙ  ｒｅｌａｙ：ａ  ｂｅｌｉｅｆ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ａｐｐｒｏａｃｈ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ，２００７
【非特許文献１１】Ａ．Ｄ．Ｗｙｎｅｒ  ａｎｄ  Ｊ．Ｚｉｖ，「Ｔｈｅ  ｒａｔｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｏｕｒｃｅ  ｃｏｄｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｓｉｄｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｔ  ｔｈｅ  ｄｅｃｏｄｅｒ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−２２，ｎｏ．１，ｐｐ．１−１０，Ｊａｎ．１９７６
【非特許文献１２】Ａ．Ｃｈａｋｒａｂａｒｔｉ，Ａ．ｄｅ  Ｂａｙｎａｓｔ，Ａ．Ｓａｂｈａｒｗａｌ，ａｎｄ  Ｂ．Ａａｚｈａｎｇ，「Ｈａｌｆ−ｄｕｐｌｅｘ  ｅｓｔｉｍａｔｅ−ａｎｄ−ｆｏｒｗａｒｄ  ｒｅｌａｙｉｎｇ：Ｂｏｕｎｄｓ  ａｎｄ  ｃｏｄｅ  ｄｅｓｉｇｎ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ，２００６，ｐｐ．１２３９−１２４３
【非特許文献１３】Ｎ．Ｔｉｓｈｂｙ，Ｆ．Ｃ．Ｐｅｒｅｉｒａ，ａｎｄ  Ｗ．Ｂｉａｌｅｋ，「Ｔｈｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ  ｍｅｔｈｏｄ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．３７ｔｈ  Ａｎｎ．Ａｌｌｅｒｔｏｎ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，１９９９
【非特許文献１４】Ｇ．Ｚｅｉｔｌｅｒ，Ｒ．Ｋｏｅｔｔｅｒ，Ｇ．Ｂａｕｃｈ，ａｎｄ  Ｊ．Ｗｉｄｍｅｒ，「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｈｏｐ  ｒｅｌａｙ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．５ｔｈ  ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｔｕｒｂｏ  Ｃｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ，２００８
【非特許文献１５】Ｅ．Ａｙａｎｏｇｌｕ，ｅｔ．ａｌ．「Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｃｏｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｓｅｌｆ−Ｈｅａｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆａｕｌｔ  Ｔｏｌｅｒａｎｔ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９３
【非特許文献１６】Ｇ．Ｚｅｉｔｌｅｒ，Ｒ．Ｋｏｅｔｔｅｒ，Ｇ．Ｂａｕｃｈ，ａｎｄ  Ｊ．Ｗｉｄｍｅｒ，「Ｏｎ  ｑｕａｎｔｉｚｅｒ  ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ｓｏｆｔ  ｖａｌｕｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ａｃｃｅｓｓ  ｒｅｌａｙ  ｃｈａｎｎｅｌ，」，２００９  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献１７】Ｐ．Ｅ．Ｔａｗｋ，「Ｄｅｃｏｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｕｒｂｏ  ｃｏｄｅｓ  ｆｏｒ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｔ  ｃｏｄｅｓ  ｒａｔｅｓ  ａｂｏｖｅ  ｃａｐａｃｉｔｙ，」Ｍａｓｔｅｒ’ｓ  ｔｈｅｓｉｓ，Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔ  Ｍuｎｃｈｅｎ，２００８
【非特許文献１８】Ｓ．ｔｅｎ  Ｂｒｉｎｋ，「Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｉｔｅｒａｔｉｖｅｌｙ  ｄｅｃｏｄｅｄ  ｐａｒａｌｌｅｌ  ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄ  ｃｏｄｅｓ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍ．，ｖｏｌ．４９，ｎｏ．１０，ｐｐ．１７２７−１７３７，Ｏｃｔ．２００１
【非特許文献１９】Ｓ．Ｙａｎｇ  ａｎｄ  Ｒ．Ｋｏｅｔｔｅｒ，「Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｃｏｄｉｎｇ  ｏｖｅｒ  ａ  ｎｏｉｓｙ  ｒｅｌａｙ：ａ  ｂｅｌｉｅｆ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ａｐｐｒｏａｃｈ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．，ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ，２００７
【非特許文献２０】Ｙ．Ｌｉ，Ｂ．Ｖｕｃｅｔｉｃ，Ｔ．Ｆ．Ｗｏｎｇ，ａｎｄ  Ｍ．Ｄｏｈｌｅｒ，「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｔｕｒｂｏ  ｃｏｄｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｓｏｆｔ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｒｅｌａｙｉｎｇ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｈｏｐ  ｒｅｌａｙ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ，」ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌ．Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍ．，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．１１，ｐｐ．２０４０−２０５０，Ｎｏｖ．２００６
【非特許文献２１】Ｎ．Ｔｉｓｈｂｙ，Ｆ．Ｃ．Ｐｅｒｅｉｒａ，ａｎｄ  Ｗ．Ｂｉａｌｅｋ，「Ｔｈｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ  ｍｅｔｈｏｄ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．３７ｔｈ  Ａｎｎ．Ａｌｌｅｒｔｏｎ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，１９９９
【非特許文献２２】Ｎ．Ｔｉｓｈｂｙ，Ｆ．Ｃ．Ｐｅｒｅｉｒａ，ａｎｄ  Ｗ．Ｂｉａｌｅｋ，「Ｔｈｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ  ｍｅｔｈｏｄ，」ｉｎ  Ｐｒｏｃ．３７ｔｈ  Ａｎｎ．Ａｌｌｅｒｔｏｎ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，１９９９
【非特許文献２３】Ｒ．Ｅ．Ｂｌａｈｕｔ，「Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ａｎｄ  ｒａｔｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−１８，ｎｏ．４，ｐｐ．４６０−４７３，Ｊｕｌ．１９７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明の目的は、改善された中継概念を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
この目的は、請求項１に従った中継局、請求項９に従った中継方法、請求項１０に従った復号器、請求項１５に従った復号方法、及び請求項１７に従ったシステムによって達成される。
【００３５】
本発明の実施形態は、もし中継局での量子化規則が、例えば、中継局での信号が正しく受信されたか否かに基づいて、中継局での受信信号の信号品質へ適応され得るならば、遅延に関して、並びに、誤りの伝搬に関して、性能の改善が達成され得るという知見に基づいている。知見の１つは、中継局が、利用可能な量子化器の集合の中から量子化器を使用し、中継局のインカミング・リンク（信号が入ってくる側のリンク）上において特有のチェネル・フェージングを実現すること、例えば、一般的に各々のインカミング・リンクに対する誤り検出メカニズムによって中継局の軟情報を圧縮し、中継−送り先リンクのリソースを効率的に使用できるということである。
【００３６】
受信信号の軟復号の後で、中継局は、中継局における受信信号に関して利用可能な軟情報を有する。この軟情報は、最適化された量子化器によって量子化され、送り先へ転送され得る。ここで、量子化は量子化規則に基づくことができ、代わって量子化規則は誤り又は信号品質検出メカニズムに基づくものである。
【００３７】
本発明の実施形態は、任意的に、複数ユーザの信号が結合されるとともに量子化され得るか、それらの信号の組み合わせが中継局で量子化され得るという知見に更に基づいている。送り先、すなわち、復号器では、中継局で結合するように処理された全ユーザに対する結合復号化が、繰り返しアルゴリズムを使用して実行され得る。実施形態は、中継局での雑音の増加を防止するという利点を達成することができる。というのは、雑音のある受信信号が増幅されたバージョンではなく、陽に計算された軟情報が中継局によって転送されるからである。
【００３８】
更に、実施形態において、中継局は、利用可能な量子化器の集合からの１つの量子化器を使用し、中継局での誤り検出又は品質決定スキームに依存して、及び更なる実施形態では、受信された信号の特定の信号品質に依存して、中継局の軟情報を圧縮し、改善された伝送特性を達成することができる。従って、受信信号の品質に関する知識を考慮に入れることによって、中継局と送り先との間のリソースを効率的に使用できるようになる。
【００３９】
実施形態は、より高いスループット及びより低い遅延によって、より高いユーザ満足度を達成できる。実施形態は、低コストの中継局を用いてカバレージの拡張を提供し、従来の増幅転送中継局又は復号転送中継局と比較して、改善された性能を提供することができる。上記の中継概念を実施する実施形態に係るシステムにおいては、中継局での高い効率と組み合わせ又は結合されて、複数ユーザの信号が処理（すなわち、量子化）され得るので、上記中継局を使用することによってダイバーシチ利得を提供し、低い遅延及び高いスループットを実現できる。
【００４０】
実施形態は、復号器、例えば、送り先、基地局、ノードＢなどで実現され、中継局からの量子化情報を復号し、それによって上記の利点を実現することができる複号器を備えることができる
【００４１】
本発明の実施形態は、添付の図面を使用して詳述される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】システムモデルの一般的概観を示した図である。
【図１ｂ】中継局の実施形態を示した図である。
【図２】復号器の実施形態を示した図である。
【図３】復号器の他の実施形態を示した図である。
【図４ａ】中継チェックノードに対するＥＸＩＴ曲線を示した図である。
【図４ｂ】第１の最適化アルゴリズムに基づく疑似コードを示している。
【図５】第２の最適化アルゴリズムに基づく疑似コードを示している。
【図６】２つのシミュレーションシナリオを示した図である。
【図７】一般的な場合の実施形態の動作を示した図である。
【図８ａ】実施形態における中継チェックノードの動作を示した図である。
【図８ｂ】中継局の他の実施形態を示した図である。
【図８ｃ】１つの実施形態の中の２つの軟情報分布を示した図である。
【図９】シミュレーション結果を示した図である。
【図１０】シミュレーション結果を示した図である。
【図１１】シミュレーション結果を示した図である。
【図１２ａ】シミュレーション結果を示した図である。
【図１２ｂ】実施形態の復号グラフの１つの部分を示した図である。
【図１２ｃ】メッセージを有する実施形態の復号グラフの１つの部分を示した図である。
【図１３】一般的な伝送シナリオを示した図である。
【図１４】従来技術の中継概念を示した図である。
【図１５】従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図１６】従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図１７】従来技術の結合繰り返し復号器を示した図である。
【図１８】ソースから中継局への通信路が弱いシナリオでの結合繰り返し復号器を示した図である。
【図１９】従来技術の概念のシミュレーション結果を示した図である。
【図２０】従来技術の概念のシミュレーション結果を示した図である。
【図２１】従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図２２】従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図２３】量子化を含む従来技術の中継概念を示した図である。
【図２４】従来技術の概念のシミュレーション結果を示した図である。
【図２５】量子化を含む従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図２６】従来技術の概念のシミュレーション結果を示した図である。
【図２７】従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図２８】ソースから中継局への弱い通信路に対する従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図２９】量子化器を利用する従来技術の他の中継概念を示した図である。
【図３０】従来技術の中継概念に対する量子化器の次元設定を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に、添付の図面に基づいて本発明の実施形態が詳説される。図面において、類似のタスクを有する類似のコンポーネントは、類似の参照符号を有する。一般的に、以下の考察は、図１３で既に解明及び図示されたシナリオに関して実施される。以下において、「中継」、「中継局」、及び「中継装置」の表現は同じ意味で使用される。
【００４４】
ブロックフェージングの性質に起因して、無線通信路における各通信路の実現は、瞬時信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）通信路として見ることができる。実施形態において、中継局は、誤り又は信号品質の検出及び／又はＳＮＲｓｒ，１及びＳＮＲｓｒ，２の値に基づいて、ソース（発信元）−中継局のリンクにおけるフェージング係数の具体的実現のために適切な量子化器を選択することができる。中継局で利用可能な量子化器の各々は、非特許文献１６で説明されている一般的な（非対称な）設定のための情報ボトルネック法を用いて設計することができる。量子化器の設計の詳細は、以下で提供される。
【００４５】
実施形態においては、一般的に、非対称ソース−中継局通信路に対する所与の量子化器の設計フレームワークについて、ブロックフェージング環境で量子化伝送を使用する中継スキームの性能が評価され得る。更に、中継局の実施形態を既存の移動通信ネットワークへ組み込むことを容易にするため、ネットワーク内で個々のリンクを保護する標準、すなわち、欧州電気通信標準化機構の「Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｍｏｂｉｌｅ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｓｙｓｔｅｍ  （ＵＭＴＳ）：Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｃｏｄｉｎｇ  （ＦＤＤ），」３ＧＰＰ  ＴＳ  １２５．２１２  ｖｅｒｓｉｏｎ  ３．４．０，Ｔｅｃｈ．Ｒｅｐ．，２０００によって記述されるように、ＵＭＴＳで指定された通信路符号が使用される。
【００４６】
図１ａは、一般的なシステムモデルを示している。そこでは、第１の通信路符号器１０ａが、情報語ｕ１を伝送記号ｘ１へ符号化し、ｘ１は、中継局１００への第１の通信路１２ａへ伝送される。更に、同じ伝送記号ｘ１は、第２の無線通信路１４ａを介して送り先３００へ伝送される。送り先３００での受信信号は、ｙｄ，１と名付けられる。更に、図１ａは、情報語ｕ２を第２の伝送記号ｘ２へ符号化する第２の通信路符号器１０ｂを示している。ｘ２は、第２の無線通信路１２ｂを介して中継局１００へ伝送される。中継局で受信された信号は、第１の通信路符号器１０ａから受信された信号についてｙｒ，１と名付けられ、第２の通信路符号器から受信された信号についてｙｒ，２と名付けられる。更に、送り先３００は、通信路１４ｂを介して第２の通信路符号器１０ｂから信号ｙｄ，２を受信する。中継局１００は、通信路１４ｃを介して信号ｘｒを伝送し、受信信号ｙｒは、通信路１４ｃを介して送り先３００で受信される。
【００４７】
３つの段階を有するネットワークが考察される。ここで２つのソース及び中継局は、相互に直交した通信路を介してそれぞれの符号語をブロードキャストする。一般的には、実施形態は、そのようなシナリオに限定されない。図１ａのシステムモデルは、ブロックフェージング通信路を含み、従って、中継局及び送り先での受信信号は、次式のようになる。
【数４】
2010171960.tif 000006
ここで、雑音変数は、それぞれ分散σ２を有する円対称複素正規分布に従う。ソースと中継局との間、ソースと送り先との間、及び中継局と送り先との間の距離は、ｄｓｒ，ｉ、ｄｓｄ，ｉ、及びｄｒｄによって与えられ、経路損失指数はｐによって与えられる。フェージング係数ａｓｒ，ｉ、ａｓｄ，ｉ、及びａｒｄは、相互に独立であり、Ｅ［｜ａｓｒ，ｉ｜２］＝Ｅ［｜ａｓｄ，ｉ｜２］＝Ｅ［｜ａｒｄ｜２］＝１を有するレイリー分布である。異なるリンク上のＳＮＲの平均値は、次式によって与えられ、
【数５】
2010171960.tif 000007
特有のフェージング係数を実現することによって決まる瞬時ＳＮＲは、γｓｒ，ｉ＝｜ａｓｒ，ｉ｜２ρｓｒ，ｉ、γｓｄ，ｉ＝｜ａｓｄ，ｉ｜２ρｓｄ，ｉ、及びγｒｄ＝｜ａｒｄ｜２ρｒｄである。共通の仮定として、送信機が対応する通信路についてＳＮＲの平均値だけを知っていること、しかしフェージング係数の実現については知らないこと、及び受信機が瞬時ＳＮＲを知っていることが仮定されている。特に、中継局は、ソース−送り先リンク上の平均についても、瞬時ＳＮＲについても、知識を有しないと仮定されている。
【００４８】
図１ｂは、移動通信システムで動作する中継局１００の実施形態を示している。一般的に、中継局１００の実施形態は、全ての種類の無線通信システム、例えば、ＧＳＭ（ＧＳＭ＝Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ＵＭＴＳ（ＵＭＴＳ＝Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＬＴＥ（ＬＴＥ＝Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＬＴＥ−Ａ（ＬＴＥ−Ａ＝Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ）、ＷＬＡＮ（ＷＬＡＮ＝Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などで動作し得る。
【００４９】
図１ｂで描かれた中継局１００は、無線信号をソースから受信する受信機１１０を備える。無線信号は、符号化情報を表す記号を備えている。符号化情報は、符号化規則に基づいて、ペイロード情報及び冗長情報を備えている。図１ａを再び参照すると、そのような記号又は伝送語はｘ１又はｘ２に対応し得る。
【００５０】
中継局１００は、復号規則に関連づけられた記号及び符号化規則に基づいてペイロード情報及び冗長情報に関する軟情報（soft information）を決定する復号器１２０を更に備える。軟情報は、記号に関する情報と、記号に関する情報についての信頼性情報とを含む。更に、中継局１００は、軟情報に基づいて信号品質の測度（measure）を検出して、信号品質のインディケーション（表示：indication）を取得する信号品質検出器１３０を備える。
【００５１】
図１ｂで示されるように、中継局１００は、信号品質のインディケーションに基づいて複数の量子化規則から量子化規則を選択する量子化規則選択器１４０と、選択された量子化規則に基づいてペイロード情報の軟情報を量子化し、量子化された軟情報を取得する量子化器１５０とを更に備える。更に、中継局１００は、量子化された軟情報を送り先へ伝送する送信機１６０を備える。
【００５２】
実施形態において、中継局１００は、冗長情報に関する軟情報に基づき誤りを決定して誤りのインディケーションを取得する信号品質検出器１３０を備える。量子化規則選択器１４０は、更に誤りのインディケーションに基づいて量子化規則を選択するように構成され得る。実施形態において、信号品質検出器１３０は、ＣＲＣ（ＣＲＣ＝Ｃｙｃｌｉｃ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  Ｃｈｅｃｋ）に基づいて誤りのインディケーションを取得するように構成され得る。言い換えれば、信号品質の測度は、誤りの測度に対応し、信号品質のインディケーションは、誤りのインディケーションに対応し得る。
【００５３】
言い換えれば、図１ａを再び参照すると、中継局１００は、無線通信路１２ａを介してソース又は通信路符号器１０ａから無線信号ｙｒ，１を受信する受信機１１０を有することができる。信号品質検出器１３０は、信号品質の測度を決定するように構成できる。信号品質の測度は、例えば、信号対雑音比（ＳＮＲ＝Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）、信号対雑音及び干渉比（ＳＩＮＲ＝Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ−ａｎｄ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）、信号対干渉比（ＳＩＲ＝Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）、伝送容量、ＣＲＣの結果、ビット誤り率（ＢＥＲ＝Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）、フレーム誤り率（ＦＥＲ＝Ｆｒａｍｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）などに対応する。量子化規則検出器１４０は、量子化規則を選択するとき信号品質の測度を考慮に入れるように構成され得る。量子化規則選択器１４０の実施形態は、量子化規則の選択を、ＣＲＣの結果、ＢＥＲ、ＦＥＲ、ＳＮＲ、ＳＩＮＲ、ＳＩＲ、伝送容量などの群の１つ又は組み合わせに基づいて行ってもよい。
【００５４】
実施形態において、受信機１１０は、他の無線信号を他のソースから受信するように構成され得る。他の無線信号は、他の符号化情報を表す他の記号を備える。他の符号化情報は他の符号化規則に基づいて、他のペイロード情報及び他の冗長情報を備える。言い換えれば、図１ａを参照すると、中継局１００は、他の無線信号ｙｒ，２、すなわち、他の記号を備える信号を符号器１０ｂから受信する受信機１１０を備える。
【００５５】
実施形態において、復号器１２０は、他の記号及び他の復号規則に基づいて他のペイロード情報及び他の冗長情報に関する他の軟情報を決定するように構成され得る。他の復号規則は他の符号化規則に関連づけられ、他の軟情報は、他の記号に関する情報、及び他の記号に関する情報に関する信頼性情報を備える。
【００５６】
更に、実施形態において、信号品質検出器１３０は、他の軟情報に基づいて他の信号品質の測度を決定し、他の信号品質のインディケーションを取得するように構成され得る。これに対応して、量子化規則選択器１４０は、更に他の信号品質のインディケーションに基づいて量子化規則を選択するように構成され得る。量子化器１５０は、ペイロード情報に関する軟情報及び他のペイロード情報に関する他の軟情報の組み合わせを量子化して、量子化された軟情報を取得し、及び／又はペイロード情報に関する軟情報及び他のペイロード情報に関する他の軟情報を結合するとともに量子化して、量子化された軟情報を取得するように構成され得る。
【００５７】
実施形態において、信号品質検出器１３０は、他の冗長情報に関する他の軟情報に基づいて他の誤りを決定し、他の誤りのインディケーションを取得するように更に構成されることができる。量子化規則選択器１４０は、更に他の誤りのインディケーションに基づいて量子化規則を選択するように構成され得る。
【００５８】
次に、複数のソース、すなわち、前記ソース及び他のソースにおける通信路符号化が考察される。例えば、ソースにおける通信路符号は、ＵＭＴＳ標準で指定されるように、それぞれ情報ブロック長ｋ１及びｋ２を有するレート１／２ターボ符号である。次に、ｋ＝ｋ１＝ｋ２＝２０００と仮定されたシミュレーション結果が提示される。
【００５９】
実施形態において、中継局は、その受信語ｙｒ，１及びｙｒ，２を使用して軟復号（soft decoding）を実行する。ターボ復号器の出力は、真のＬＬＲからではなく、信念伝搬復号器（belief propagation decoder）の信念（belief）から構成されているが、中継局における軟復号器の出力は、依然としてＬ１及びＬ２と呼ばれる。高レベルの見地からは、ターボ復号器は、対応する符号語に関する信念を生成するデバイスとして見ることができる。また、中継局が誤りなしには復号できない幾つかの事態に焦点が当てられることから、もし信頼性のある復号が可能でなければ、ターボ復号器によって産出された信念が、符号ビットに関する相互情報又は伝達情報の十分な量を搬送するかどうかが、特別の関心事である。まさにこの場合が該当すること、及び更に、復号器が誤りなしで復号することができない符号レートの場合、４〜６回の繰り返し範囲にある少数回の繰り返しで十分であることが、非特許文献１７に示されている。
【００６０】
観察される他の効果は、符号器の出力と符号語対繰り返し回数との間の相互情報の振る舞いに関連する。すなわち、幾つかの場合、もし繰り返し回数がある一定の値を超えて増加するならば、相互情報は再び減少する。しかしながら、この効果はかなり小さく、従って、文献で見出される停止規準の幾つかは、相互情報の最大値の近くで繰り返しプロセスを停止するように示され得るが、かなり少数回の繰り返しが中継局で単純に実行される。
【００６１】
図２は、第１の符号化された符号語を復号して第１の符号語に関する第１の軟情報を取得し、第２の符号化された符号語を復号して第２の符号語に関する第２の軟情報を取得する復号器３００の実施形態を示している。復号器３００は、第１の符号化された符号語に基づいて第１の符号語に関する第１の軟情報を決定する第１の軟復号器３１０と、第２の符号化された符号語及び第２の事前情報（priori information）に基づいて第２の符号語に関する第２の軟情報を決定する第２の軟復号器３２０とを備える。更に、復号器３００は、第１の軟情報及び量子化された軟情報に基づいて第２の事前情報を提供する第１の軟情報レンダラ（soft information renderer）３３０を備える。量子化された軟情報は、第１の符号語及び第２の符号語の組み合わせに基づいている。更に、復号器３００は、第２の事前情報と量子化された軟情報と第２の軟情報とに基づいて、第１の事前情報を提供する第２の軟情報レンダラ３４０を備える。第１の軟復号器３１０は、第１の符号化された符号語と第１の事前情報とに基づいて、第１の符号語に関する更新された第１の軟情報を決定するように構成される。
【００６２】
実施形態において、第１の軟情報レンダラ３３０は、更新された第１の軟情報と、第１の事前情報と、量子化された軟情報とに基づいて、更新された第２の事前情報を提供するよう構成され得る。
【００６３】
実施形態において、第１の軟復号器３１０は、ＬＬＲに関して第１の軟情報を決定し、第２の軟復号器３２０は、ＬＬＲに関して第２の軟情報を決定するように構成され、第１の軟情報レンダラ３３０は、ＬＬＲに関して第２の事前情報を提供するように構成され、第２の軟情報レンダラ３４０は、ＬＬＲに関して第１の事前情報を提供するように構成され得る。
【００６４】
実施形態において、第１の軟情報レンダラ３３０は、
【数６】
2010171960.tif 000008
のデインタリーブバージョンによって第２の事前情報ＬＡ（２）を決定するように構成され得る。式中、ＬＥ（１）は、第１の軟情報と第１の事前情報との組み合わせであり、Ｌｒは、量子化された軟情報である。デインタリービングは、デインタリービング規則に基づいて、第２の軟情報レンダラ３４０は、
【数７】
2010171960.tif 000009
によって第１の事前情報ＬＡ（１）を決定するように構成され得る。式中、Ｌ’Ｅ（２）は、第２の軟情報と第２の事前情報との組み合わせのインタリーブバージョンであり、インタリービングは、デインタリービング規則の逆であるインタリービング規則に基づいている。
【００６５】
実施形態において、復号器３００は、符号化され量子化された軟情報を受信する受信機と、符号化され量子化された軟情報を復号する復号器と、量子化規則及び復号され符号化され量子化された軟情報に基づいて量子化された軟情報を提供する再量子化器とを更に備えることができる。ここで、受信機は、量子化規則に関する情報を受信するようにも構成され得る。
【００６６】
実施形態において、受信機は、移動通信システム、例えば、上述した移動通信システムに類似したセルラシステムで動作するように構成され得る。
【００６７】
図３は、繰り返し復号器３００の一層詳細な実施形態を示している。図３は、第１の符号化された符号語ｙ１に基づいて、その出力で第１の符号語に関する第１の軟情報を決定する第１の軟復号器３１０を示している。第１の軟復号器３１０は、符号化された第１の符号語ｙ１及び第１の事前情報ＬＡ（１）に基づいて、第１の符号語に関する第１の軟情報又は更新された第１の軟情報を決定するように構成される。図３は、第２の符号化された符号語ｙ２及び第２の事前情報ＬＡ（２）に基づいて、その出力で第２の符号語に関する第２の軟情報を決定する第２の軟復号器３２０を示している。
【００６８】
更に、図３は、第１の軟復号器３１０によって提供された第１の軟情報及び中継局１００から受信された量子化された軟情報ｙｒに基づいて、第２の事前情報ＬＡ（２）を提供する第１の軟情報レンダラ３３０を示している。図３は、第１の軟情報レンダラ３３０が、例えば、第１の軟復号器３１０の出力で提供された第１の軟情報と第１の事前情報ＬＡ（１）との間の差として第１の外因性情報（extrinsic information）ＬＥ（１）を最初に決定することを示している。本実施形態において、全ての軟情報は、ＬＬＲに関して考慮されることに留意されたい。更に、図３は、第１の軟情報レンダラ３３０が、中継チェックノード３３５を有し、中継チェックノード３３５では、外因性情報ＬＥ（１）と量子化された軟情報との組み合わせに基づいて、インタリーブされた第２の事前情報が決定されることを示している。更に、第１の軟情報レンダラ３３０は、Ｌ’Ａ（２）をデインタリーブするデインタリーバ３３８を動作させて第２の事前情報ＬＡ（２）を取得する。
【００６９】
更に、図３は、第１の事前情報ＬＡ（１）を提供する第２の軟情報レンダラ３４０を示している。第２の軟情報レンダラ３４０は、第２の軟情報と第２の事前情報との差に基づいて第２の外因性情報ＬＥ（２）を最初に決定する。第２の軟情報レンダラ３４０は、インタリーバ３４８を利用して第２の外因性情報をインタリーブし、インタリーブされた第２の外因性情報Ｌ’Ｅ（２）と量子化された軟情報ｙｒとを組み合わせるため、中継チェックノード３４５を利用して第１の事前情報ＬＡ（１）を取得する。
【００７０】
送り先の実施形態については、復号器構造３００が、図３で示されている。ここで、各軟復号器はターボ復号器である。この場合の繰り返し復号は、ターボ復号器の内部繰り返しと、中継チェックノードを介する外部繰り返しとから構成される。中継局と同じように、やや少数（４〜６）回の内部繰り返しを実行することは、外因性情報に関して良好な結果を与えることが見出された。言い換えれば、実施形態において、軟復号器３１０及び３２０の各々は、ターボ復号器として実現することができる。
【００７１】
次に、中継局での量子化器の設計が説明される。復号器３００は、通常のターボ復号器と明白に類似しているため、非特許文献１８で示される外因性情報伝達（ＥＸＩＴ＝Extrinsic Information Transfer）チャートのような解析ツールが、この分散されたターボ復号器に対しても有用である。繰り返し復号器は、全部で４つのコンポーネントから構成されるが、２つの復号器３１０及び３２０と、２つの中継チェックノード３３５及び３４５とに対するＥＸＩＴ曲線は、セットアップでの対称性に起因して同じである。従って、復号器全体に対するＥＸＩＴチャートを取得するためには、２つの曲線をプロットするだけで十分である。すなわち、コンポーネント復号器３１０及び３２０について１つの曲線をプロットし、中継チェックノード３３５及び３４５について１つの曲線をプロットする。中継ノード３３５及び３４５のＥＸＩＴ曲線は、チェックノードに対して入力情報Ｉｉｎ＝Ｉ（Ｘｉ；ＬＥ（ｉ））の役割を果たす１つのコンポーネント復号器の出力情報が、他のコンポーネント復号器への入力情報であるＩｏｕｔ＝Ｉ（Ｘｊ；ＬＡ（ｊ）），ｉ，ｊ∈｛１，２｝，ｉ≠ｊへ、どのように変換されるかを説明するものである。
【００７２】
図４ａは、中継チェックノードのＥＸＩＴチャートを示している。このチャートは、ＳＮＲｓｒ，１＝ＳＮＲｓｒ，２＝０．５ｄＢ、ＳＮＲｒｄ＝２．２８ｄＢ、及び３つの量子化領域について決定されている。中継チェックノード３３５及び３４５のＥＸＩＴ曲線は、ほとんど直線であり、ＥＸＩＴチャートの対角線を決して超えないことが分かる。例えば、図４ａを参照されたい。チェックノードＥＸＩＴ曲線の傾斜が高くなれば、それだけ中継ノードからの情報は良好になり、曲線は対角線に接近して、中継局からのメッセージの信頼性は完全になる。ソースから中継局への通信路の通信路品質が、中継局で利用可能な情報の量を決定すると仮定すれば、中継局−送り先リンク上のレート制約に従いながら、復号器内のＥＸＩＴ曲線が最大傾斜を有するように、前記情報を送り先へ転送するやり方を見出すことが目的になる。
【００７３】
もしＬｍ∈Ｌであれば、これは、再び中継局−送り先リンク上のレート制約に従いながら、Ｘｍに関して送り先で取得可能な情報の量を最大化する関数
【数８】
2010171960.tif 000010
をある有限アルファベット
【数９】
2010171960.tif 000011
について求めることに等しい。非特許文献１９で示されるようなＬｍの直接アナログ伝送は、ｆ（Ｌｍ）＝Ｌｍを設定することに等しく、非特許文献２０で説明されるように、例えば、軟ビットとして
【数１０】
2010171960.tif 000012
のべき正規化バージョンを伝送するやり方のように、軟情報の伝送の他のやり方が実施形態で存在する。ＢＰＳＫ変調の場合、
【数１１】
2010171960.tif 000013
である。以下では、異なるアプローチが取られており、最適関数ｆ（Ｌｍ）を見出す問題をレート・歪み問題（rate distortion problem）として設定する。
【００７４】
次に、実施形態の中継局関数の設計が提供される。ｐ（ｌ）に従って分布したソースアルファベットＬから独立同一分布確率変数Ｌ１，Ｌ２，．．．，Ｌｎの系列が与えられるとすれば、復元アルファベット（reproduction alphabet）
【数１２】
2010171960.tif 000014
から確率変数Ｚによってソースを歪みＤで表すために必要な最小レートは、次式のようになることを、レート・歪み理論が述べている。
【数１３】
2010171960.tif 000015
式中、
【数１４】
2010171960.tif 000016
は、歪みの測度である。レート・歪み問題を解くためには、歪みの測度が前もって選ばれて固定されなければならず、具体的問題について正しい歪みの測度を見出すことは、一般的に容易なタスクではない。そのことを思えば、ここで考察される問題、すなわち、中継ノードでＬＬＲを量子化するために歪みを選ぶことは、等しく困難であるように見える。従って、非特許文献２１でのＴｉｓｈｂｙらのアプローチが取られる。その場合、レート・歪み問題は、他変数が介在する関連性のある発想を使用して異なるやり方で処理される。
【００７５】
選ばれた歪みの測度について平均歪みに関する制約を加える代わりに、第３の変数、すなわち、関連変数についての情報の最小レベルを復元変数Ｚが含むべきことを制約とする。関連変数は、幾つかの実施形態において確率変数
【数１５】
2010171960.tif 000017
である。これは、まさに中継ノードが有すべき関数である。すなわち、ＬＬＲ  Ｌが与えられるとすれば、できるだけ多くの関連情報、すなわち、Ｘに関する情報を含む量子化バージョンＺを伝送する。すなわち、例えば、ＬとＺとの間の二乗誤差がある閾値よりも下になることを強制する代わりに、Ｘに関してできるだけ多くの情報をＺの中に保存することが目的となる。
【００７６】
次に、情報ボトルネック法が説明される。この方法は、量子化規則を決定するために実施形態で使用できる。情報ボトルネック法において、Ｔｉｓｈｂｙらは確率変数Ｌの量子化に対して次のアプローチを取る。結合分布（joint distribution）ｐ（ｘ，ｌ）が与えられると仮定して、目的は次のとおりである。
【数１６】
2010171960.tif 000018
ここでの、制約は、関連情報Ｉ（Ｘ；Ｚ）の保存にある。Ｘ⇔Ｌ⇔Ｚはマルコフ連鎖を形成するので、データ処理不等式（data processing inequality）に起因して、明らかにＩ（Ｘ；Ｚ）≦Ｉ（Ｘ；Ｌ）である。すなわち、可能性として狙える全てのことは、Ｘに関して中継ノードで利用可能な情報の全てを量子化出力Ｚの中に保存することである。従って、
【数１７】
2010171960.tif 000019
は
【数１８】
2010171960.tif 000020
を満足しなければならない。
【００７７】
ｐ（ｘ，ｌ）が固定されており、マルコフ連鎖条件Ｘ⇔Ｌ⇔Ｚを使用して、次式が得られる。
【数１９】
2010171960.tif 000021
【００７８】
Ｉ（Ｘ；Ｌ）は、所与のｐ（ｘ，ｌ）について固定されるため、（１）における最小化は、次の標準レート・歪み問題に等しい。
【数２０】
2010171960.tif 000022
ここでの、正しい歪みの測度ｄ（ｌ，ｚ）は、ｐ（ｘ｜ｌ）とｐ（ｘ｜ｚ）との間の相対エントロピーである。すなわち、
【数２１】
2010171960.tif 000023
及び
【数２２】
2010171960.tif 000024
である。（（１）と同様に、Ｉ（Ｘ；Ｚ）に制約を加えることによって、レート・歪み問題と同じ定式化に到達することに留意されたい。それについて、明らかに正しい歪みの測度ｄ（ｌ，ｚ）が、相対エントロピーＤ（ｐ（ｘ｜ｌ）‖ｐ（ｘ｜ｚ））として現れることになる。
【００７９】
あるβ＞０についてラグランジュＭ＝Ｉ（Ｌ；Ｚ）−βＩ（Ｘ；Ｚ）を導入し、カルーシュ・キューン・タッカー（ＫＫＴ）条件を評価することによって、最適分布ｐ（ｚ｜ｌ）は、非特許文献２２で説明されるように、正確で特徴的な解を与えられ、最適分布ｐ（ｚ｜ｌ）は、次式になることが示されている。
【数２３】
2010171960.tif 000025
ここで、Ｎ（ｌ，β）は、ｐ（ｚ｜ｌ）が
【数２４】
2010171960.tif 000026
を充足する確率分布であることを保証する正規化項である。しかしながら、（２）で指定された解法は、陰的解法（implicit solution）にすぎないことに留意すべきである。というのは、確率分布ｐ（ｚ｜ｌ）は、唯一の自由変数であり、ｐ（ｚ）及びｐ（ｘ｜ｚ）の双方はｐ（ｚ｜ｌ）によって完全に決定されるからである。
【００８０】
最適分布ｐ（ｚ｜ｌ）は、閉形式で得られないが、実施形態で使用される繰り返し最適化アルゴリズムは、局所最適へ収束することを示すことができる。本質的には、このアルゴリズムは、通信路容量及びレート・歪み関数を計算する非特許文献２３によって説明されるＢｌａｈｕｔ−Ａｒｉｍｏｔｏアルゴリズムと非常に類似しているが、主な相違は、情報ボトルネック設定において、マッピングを計算するアルゴリズムが、ｐ（ｘ｜ｚ）を更に更新することである。図４ｂは、それぞれの繰り返し最適化アルゴリズムに対する疑似コードを提供する。
【００８１】
次に、１つの実施形態に従って、情報ボトルネック法（ＩＢＭ＝Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ  Ｍｅｔｈｏｄ）を中継ネットワークへ適用することが検討される。
【００８２】
量子化器又は量子化規則を計算するためにＩＢＭを使用することができる。量子化器又は量子化規則は、所与のソース−中継局ＳＮＲについて、中継局−送り先リンクのレート制約に従って関連情報Ｉ（Ｘ；Ｚ）を最大化するものである。これを達成するため、最適化アルゴリズムの中のパラメータβは、決定論的マッピングｐ（ｚ｜ｌ）を産出するパラメータよりも非常に大きくなければならず、ＳＮＲｓｒの特定の値について分布ｐ（ｘ，ｌ）が得られる。要約すると、ＩＢＭを用いて中継局の量子化器を設計することによって、中継チェックノードのＥＸＩＴ曲線の傾斜を最大化することができ、それによって繰り返し復号器の収束特性を最適化することができる。全体を通して、量子化器の出力Ｚを確実に送り先へ通信できるように、量子化器のレートを中継局で選ぶことが仮定される。この後、Ｌｒの量子化器の設計は、中継局における圧縮問題へのＸＯＲ解と呼ばれる。
【００８３】
上記の研究は、ソース−中継局リンクがＳＮＲに関して対称な場合に限られると見ることができる。しかしながら、もしソース−中継局リンクが異なる通信路品質を有するならば、ネットワーク符号化メッセージに関するＬｒの信頼性は、より弱いソース−中継局通信路を有するユーザによって左右される。従って、中継局が非対称ソース−中継局リンクを効果的に処理できるようにするため、量子化器は、Ｌ１及びＬ’２で直接動作するように適応されるべきであり、従って、量子化器の設計アルゴリズムも同様に適応されるべきである。
【００８４】
次に、一般的な実施形態が考察され、非対称なケースでの量子化器の設計が検討される。対称なケースと同じように、量子化器の設計のフレームワークは、ＩＢＭによって提供されるが、関連情報として異なる式を有する。その選択は、次のように動機づけられる。上述したように、中継チェックノードのＥＸＩＴ曲線は、ほとんど直線であり、Ｉｉｎ＝１についてＩｏｕｔ＝Ｉ（Ｘ；Ｚ）である。上記で考察された対称なケースの場合、曲線は復号器内の双方のチェックノードについて同じである。しかしながら、一般的には、これらの曲線は異なる。繰り返し復号プロセスの間、コンポーネント復号器３１０及び３２０、及び軟情報レンダラ３３０及び３４０は、ある相互情報Ｉ（Ｘｉ；ＬＥ（ｉ）），ｉ＝１，２を有する確率変数ＬＥ（１）及びＬＥ（２）を産出する。前記相互情報は、対応する中継チェックノードへの入力情報である。この点において、量子化器の出力Ｚの誤りのない伝送を仮定すると、受信機内の中継チェックノードは、対応するコンポーネント復号器のために事前情報を産出するため、Ｚ及びＬＥ（ｉ）を処理することに留意すべきである。従って、復号器１から復号器２への情報交換及び復号器２から復号器１への情報交換の双方について、Ｉ（Ｘｉ；ＬＥ（ｊ）），ｉ，ｊ∈｛１，２｝，ｉ≠ｊが最大になるよう、中継局の量子化器を決めることが好ましい場合がある。
【数２５】
2010171960.tif 000027
であるから、Ｉ（Ｘｉ；Ｚ，ＬＥ（ｊ））を最大化することが残される。中継チェックノードの特有の性質が、ほとんど直線であることに起因して、完全な入力情報Ｉｉｎ＝１について出力情報を最大化することへ問題が簡約される。
【００８５】
ここで、完全な入力情報とは、Ｘｉが復号器出力で知られるようなＩ（Ｘｉ；ＬＥ（ｉ）），ｉ＝１，２を意味する。結果として、復号器１から復号器２への最大情報伝達を可能にするため、Ｉ（Ｘ２；Ｚ｜Ｘ１）が最大化されるべきであり、同じように、復号器１が復号器２から最大情報を受信するため、Ｉ（Ｘ１；Ｚ｜Ｘ２）が、できるだけ大きくなければならない。
【００８６】
これらの情報式の様々な組み合わせを取って、ＩＢＭのために関連情報項を形成することができる。例えば、関連情報式としてＩｒｅｌ＝ｍｉｎ｛Ｉ（Ｘ１；Ｚ｜Ｘ２），Ｉ（Ｘ２；Ｚ｜Ｘ１）｝を選ぶことは、繰り返し復号器内のターボループが、できるだけ長く実行し続けることを狙いとする。しかしながら、もし１ユーザが非常に悪いソース−中継局リンクを有するならば、そのＩｒｅｌの選択は、そのユーザデータに関して非常に信頼できない情報を通信する中継局−送り先リンクのレートのうちの多くの割合を必要とすることになる。従って、幾つかの実施形態では、Ｉ（Ｘ１；Ｚ｜Ｘ２）及びＩ（Ｘ２；Ｚ｜Ｘ１）の平均を関連情報項として取り、中継局が、そのレートの、より多くを、より良好なソース−中継局通信路を有するユーザへ日和見的に割り振ることが提案される。ＩＢＭに関しては、量子化器を中継局で設計するため、次式が解かれる。
【数２６】
2010171960.tif 000028
ここで、関連情報は、Ｉｒｅｌ＝Ｉ（Ｘ１；Ｚ｜Ｘ２）＋Ｉ（Ｘ２；Ｚ｜Ｘ１）である。Ｉｒｅｌを次式のように書き直すと、
【数２７】
2010171960.tif 000029
関連情報式の他の解釈が許される。すなわち、Ｘ１及びＸ２の一方に関しては情報をほとんど搬送しないように、ペア（Ｘ１，Ｘ２）に関しては多くの情報をＺが含むようにマッピングｐ（ｚ｜ｌ１，ｌ２）を選ぶことである。ある乗数β＞０について、この問題への陰的解法は、次のように示すことができる。
【数２８】
2010171960.tif 000030
式中、Ｄ（ｐ‖ｑ）は、ｐとｑの間の相対エントロピーであり、Ｎ（ｌ１，ｌ２，β）は、ｐ（ｚ｜ｌ１，ｌ２）が有効な確率分布であることを保証する正規化項である。（３）への局所的最適解を計算するため、図５のアルゴリズム２で要約された情報ボトルネックアルゴリズムの適応バージョンを使用し、実施形態を
【数２９】
2010171960.tif 000031
へ制限して、決定論的マッピングｐ（ｚ｜ｌ１，ｌ２）を使用する２次元量子化器を得ることができる。図５は、量子化器１５０で実行され得アルゴリズム２の疑似コードを提供する。
【００８７】
実施形態における量子化器の設計は、情報ボトルネック法の一般的な定式化を使用する上述したフレームワークに従うことができる。しかしながら、ここで、分布ｐ（ｚ｜ｌ１，ｌ２）は、ＳＮＲの様々な値で、レート１／２のＵＭＴＳターボ符号のために数値的に得られなければならない。
【００８８】
次に、シミュレーション結果を使用して、中継局１００及び送り先での復号器３００に関与する上述した中継概念の利益を実証する。
【００８９】
ブロックフェージング環境の中継局で量子化する提案中継スキームの性能を査定するため、このシステムに対する参照として、中継局を使用しないポイントツーポイントリンクが取られる。長さｋ１＝ｋ２＝２０００の情報ブロックｕ１及びｕ２が、レート１／３のＵＭＴＳターボ符号を用いて符号化され、ＢＰＳＫ変調されて、長さｍ１＝ｍ２＝６０００の信号ｘ１及びｘ２を産出する。中継局は存在しないため、ソースから送り先への２つの直交通信路上の２つの段階で通信が起こる。
【００９０】
図１３で示されるように、中継局を有するシステムでは、ソースはＵＭＴＳターボ符号を使用して、長さｋ１＝ｋ２＝２０００のメッセージｕ１及びｕ２を、長さｍ１＝ｍ２＝４０００の伝送信号ｘ１及びｘ２へ符号化及びＢＰＳＫ変調する。第３の段階では、中継局は、その変調アルファベットＭからのｍ３＝４０００記号を送る。Ｍは１６−ＱＡＭであるように選ばれる。
【００９１】
全体を通して、中継局は、ソースよりも送り先に対してずっと近くなるように置かれることが仮定されている。更に、ネットワークは対称であり、ｄｓｒ，１＝ｄｓｒ，２＝ｄｓｒ及びｄｓｄ，１＝ｄｓｄ，２＝ｄｓｄであることが仮定されている。ここで、仮定された対称性は、距離に関してだけであり、従って平均ＳＮＲが関連するが、瞬時ＳＮＲは関連しないことに留意されたい。こうして、ρｓｒ，１＝ρｓｒ，２＝ρｓｒ及びρｓｄ，１＝ρｓｄ，２＝ρｓｄが得られる。
【００９２】
図６は、２つのシナリオを示している。これらのシナリオは、下記のシミュレーションで考察され、フェージングの異なるケースを確立する。図６は、左側に第１のケースを示している。第１のケースでは、２つのソース６１及び６２が基地局６３及び送り先６４へ信号を伝送する。第１のケースでは、中継局６３は、送り先６４よりもソース６１及び６２の近くに置かれる。図６の右側には、ケース１とは異なるケース２が描かれている。相異は、中継局６３が、送り先６４よりもソース６１及び６２から遠く離れていることである。
【００９３】
シミュレーションでは、図６で描かれた２つのシナリオを有すると考えられる。第１のケースでは、中継局はソースと送り先との間に置かれ、ソース−中継局の距離はソース−送り先の距離の９／１０であり、従ってｄｓｒ＝（９／１０）ｄｓｄである。ρ＝３．５２の経路損失指数及び上記の距離関係を用いて、ρｓｒ＝ρｓｄ＋３５．２ｌｏｇ１０（１０／９）が得られる。中継局は送り先へ近いので、かなり高いＳＮＲが中継局−送り先リンク上で仮定される。具体的には、中継局の２つの可能な位置決めが考察される。第１の位置決めは、送り先への直接見通し線接続を有しない街路レベル上に中継局を置き、ρｒｄ＝ρｓｄ＋１５ｄＢの平均ＳＮＲを有する中継局−送り先リンク・レイリー・ブロックフェージングを作る。あるいは、街路レベルより上のビルの屋上に中継局を配置して、平均ＳＮＲ  ρｒｄ＝１０ｄＢを有するＡＷＧＮであるようにモデル化される強い見通し線接続を中継局に与える。
【００９４】
第２のシナリオにおいて、中継局は基地局の背後に置かれ、更に悪いソース−中継局リンクが結果として生じる。ｄｓｒ＝（３／２）ｄｓｄが選ばれ、従ってρｓｒ＝ρｓｄ＋３５．２ｌｏｇ１０（２／３）であり、再びｐ＝３．５２の経路損失係数を有する。ケース１と同じく、中継局の位置決めについて２つのシナリオが考察された。すなわち、屋上の上及び屋上の下である。従って、中継局−送り先リンクは、ρｒｄ＝１０ｄＢを有するＡＷＧＮであるか、ρｒｄ＝ρｓｄ＋１５ｄＢを有するレイリー・ブロックフェージングである。中継局及び送り先の双方は、情報ボトルネック法を用いて設計された量子化器の集合を共有する。この量子化器の集合は、γｓｒ，１及びγｓｒ，２の様々な値についてオフラインで計算され得る。誤り検出メカニズムが中継局にあると仮定して、量子化器は３つのカテゴリへ分類され得る。第１のカテゴリでは、双方のユーザが中継局で誤りを伴って復号され、第２のカテゴリでは、１つのユーザだけが中継局で誤りを伴って復号され、第３のカテゴリでは、双方のユーザが誤りなしに復号される。
【００９５】
中継局は、かなり高いレートをサポートする通信路を有する送り先の近傍に置かれると仮定されるので、Ｎ＝４、．．．、６の量子化領域を有する量子化器が選ばれ、中継局−送り先リンク上の利用可能なレートを利用する。カテゴリ１（双方のユーザの符号語の見逃し誤り）では、次の集合、
【数３０】
2010171960.tif 000032
の中の瞬時ＳＮＲ値γｓｒ，１又はγｓｒ，２の全ての対において、Ｎ＝５の領域を有する１つの量子化器が得られる。カテゴリ２（１つのユーザの符号語の見逃し誤り）では、Ｓの中のγｓｒ，１又はγｓｒ，２の全ての値について、Ｎ＝６を有する量子化器が計算される。
【００９６】
最後に、カテゴリ３の場合、Ｎ＝４の領域を有する更なる１つの量子化器が存在する。全部で｜Ｓ｜＝１６であるから、
【数３１】
2010171960.tif 000033
の量子化器が、本実施形態で複数の量子化規則に対応して利用可能である。２の追加因子は、２つのユーザの順序を考慮に入れるために必要である。
【００９７】
実施形態において、中継局１００は、送信機１６０を備えることができる。送信機１６０は、選択された量子化規則に関する情報を送り先へ伝送するように構成される。中継信号を使用して復号を実行するため、送り先は、中継局１００によって使用された量子化器を決定する。この決定は、そのような実施形態において、例えば、９ビットを使用して、量子化規則又は量子化器の選択を送り先又は復号器３００へ合図することによって実行される。下記では、合図が完全であると仮定される。すなわち、復号器３００又は送り先は、中継局１００によって選択された量子化器又は量子化規則が完全に通知される。
【００９８】
図７は、一般的なケースの他の実施形態を示している。図７は、中継局１００の実施形態を示すが、簡単にするため、受信機１１０はその中に示されない。図７は、受信された記号又は語ｙｒ，１及びｙｒ，２に基づいて軟情報Ｌ１及びＬ２を決定する復号器１２０を示している。図７に示される復号器１２０は、２つの別々の軟復号器１２１及び１２２として実現される。これは、復号器１２０の実施形態において複数の構成の中の１つの構成である。図７は、区分７００の中に、インタリーバ７０１及び量子化器コア７０２を示している。簡素化を理由として、区分７００は、信号品質検出器１３０と、量子化規則選択器１４０と、量子化器１５０とを備える。これらの詳細は、図７で示されていない。量子化器１５０又は量子化器コア７０２の出力では、量子化された軟情報Ｚが利用可能である。軟情報Ｚはその後、情報源符号器７１０へ提供される。図７で描かれるように、情報源符号器７１０は、送信機１６０の中に備えられる。言い換えれば、実施形態において、送信機１６０は、量子化された軟情報Ｚを情報源符号化する情報源符号器７１０を更に備えることができる。更に、実施形態において、送信機１６０は、図７に従って伝送する前に、情報源符号化され量子化された軟情報を通信路符号化する通信路符号器７２０を備えることができる。実施形態において、通信路符号器７２０を、適応型符号化レート（adaptive coding rate）で動作するように構成することができる。通信路符号器７２０は、符号化レートを、送り先への無線リンクの伝送容量へ適応するように構成され得る。
【００９９】
図７で示されるように、軟復号の後で、中継局は、正しい量子化器又は量子化規則を選び、量子化を実行して量子化器出力
【数３２】
2010171960.tif 000034
を産出し、続いて算術符号器を使用して情報源符号化する。情報源符号化は、量子化器の出力記号が一般的に等しい尤度ではないため、この時点で必要である。最終的に、情報源符号器の出力ビットは、適切なレートのＵＭＴＳターボ符号を使用して通信路符号化され、１６−ＱＡＭを使用して変調される前に、長さ４０００の中継符号語ｘｒを産出する。量子化器のレートは、瞬時ＳＮＲの値に依存するため、中継局におけるターボ符号のレートは適応型でなければならないことに留意されたい。
【０１００】
実施形態において、信号品質検出器１３０は、巡回冗長検査（ＣＲＣ＝Ｃｙｃｌｉｃ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  Ｃｈｅｃｋ）に基づいて誤りのインディケーションを検出するように構成されてもよい。
【０１０１】
復号器３００の場所では、図３の支援を受けて説明される２つの中継チェックノードが、復号器又は送り先場所での対応する信号処理手段を考慮してもよい。図８ａは、第１の軟情報レンダラ３３０又は第２の軟情報レンダラ３４０の上記の実施形態においてそれぞれ説明された中継チェックノード３３５又は３４５の実施形態を示している。
【０１０２】
上記の実施形態で説明されたように、図８ａに描かれた中継チェックノード３３５又は３４５は、第１の外因性情報ＬＥ（１）又は第２の外因性情報のインタリーブバージョンＬ’Ｅ（２）及び受信した量子化された軟情報ｙｒに基づいて、第１の事前情報ＬＡ（１）又は第２の事前情報のインタリーブバージョンＬ’Ａ（２）を提供する。中継局１００の上記の実施形態によれば、符号化され量子化された軟情報ｙｒを通信路復号して、復号され量子化された軟情報
【数３３】
2010171960.tif 000035
を取得するため、通信路復号器８０５は、中継チェックノード３３５又は３４５の中に備えられてもよい。図８ａで示されるように、ＣＲＣ検査が実行されてもよい。通信路復号され量子化された軟情報から、量子化された軟情報の情報源復号化バージョン
【数３４】
2010171960.tif 000036
が、情報源復号器８１０によって取得されてもよい。情報源復号器８１０は、実施形態において、中継チェックノード３３５又は３４５のそれぞれによって備えられ得る。ＬＬＲプロセッサ８１５は、次いで量子化された軟情報
【数３５】
2010171960.tif 000037
の推定値及び外因性情報を処理して事前情報を取得するために利用されてもよい。
【０１０３】
全体を通して、中継局から受信される信号については、誤り検出メカニズム（例えば、ＣＲＣ）又は一般的に信号品質検出（ＳＮＲ、ＳＩＮＲ、ＢＥＲ、ＦＥＲなど）が中継局及び送り先の双方で仮定される。中継局では、適切な量子化器を選択するために誤り及び／又は信号品質の検出が使用され、送り先は誤り又は信号品質検出メカニズムを使用して、中継局から受信された信号を利用するかどうかを判定する。これは、もし誤りが
【数３６】
2010171960.tif 000038
の中で検出されるならば（図８ａを参照されたい）、情報源復号器を介する誤り伝搬を回避するため中継局の受信信号ブロックの全体が廃棄されるからである。
【０１０４】
図８ｂは、中継局１００の他の実施形態を示している。中継局１００は、図１ａに関して検討されたようにシナリオ内に埋め込まれる。図８ｂは、中継局１００の詳細を示し、誤り検出器１３０は、２つの復号器１２１及び１２２によって出力された第１及び第２の軟情報についてＣＲＣ検査を実行する２つの別々の誤り検出器１３１及び１３２として実現される。図８ｂにおいて、量子化器コア７０２は、量子化規則選択器１４０及び量子化器１５０を備えるものと仮定される。更に、２つの符号器１０ａ及び１０ｂはターボ符号を利用することが仮定される。図８ｂの左側には、ビット誤り率（ＢＥＲ＝Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）対ＳＮＲの典型的なウォーターフォール（waterfall）の振る舞いが描かれている。図８ｂの中継局１００の実施形態は、量子化器、すなわち、量子化規則が、ソース−中継局リンク上のＳＮＲ、すなわち、符号器１０ａ及び１０ｂと中継局との間の信号品質、並びに中継局と送り先３００との間のＳＮＲに依存し得ることを示している。誤り検出器１３０及びＣＲＣ検査１３１及び１３２は、ソース１０ａ、１０ｂ及び中継局１００との間の伝送が誤りなしであったか誤りを伴ったかに依存して実施形態が量子化規則を選択し得ることを示している。
【０１０５】
図８ｃは、ソース−中継局信号が、誤りなし又は誤りを伴って復号される２つのケースの相異の詳細を示している。図８ｃは、図８ｂで描かれたような実施形態を上部に示し、復号器の出力のＬＬＲに関して軟情報の２つの分布を示している。左側には誤りなしの復号のケースが描かれ、右側には復号誤りを伴うケースが描かれている。双方の観察図の場合、１／２のレート及び−２ｄＢのＳＮＲを有するＵＭＴＳターボ符号が仮定されている。左側では、０の周りの値が起こる確率は消滅していることが分かり、これは誤りなしの復号ケースであることを示している。右側では、０値の軟情報が起こる確率が存在することが分かる。この場合、誤りなしの復号は不可能である。
【０１０６】
次に、数値のシミュレーション結果が考察される。シミュレーション結果は、図６で示される２つのケースについて提示される。図９は、ケース１についてＢＥＲ対ｄＢでの平均ソース−送り先ＳＮＲのシミュレーション結果を示している。この場合、ポイントツーポイント伝送、１０ｄＢの中継局−送り先ＡＷＧＮ通信路、及び中継局−送り先レイリーフェージング通信路が考察された。図１０は、ケース１についてフレーム誤り率（ＦＥＲ＝Ｆｒａｍｅ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）対ソース−送り先又は基地局リンク上のＳＮＲを示している。この場合、異なる通信路の型が考察されている。すなわち、中継局なしの伝送と、１０ｄＢ  ＳＮＲの中継局−基地局ＡＷＧＮを有する伝送と、中継局−基地局レイリーフェージング通信路を有する伝送とが考察されている。図１１は、第２のケースについてＢＥＲ対ｄＢでの平均ソース−送り先ＳＮＲを示している。この場合、同じ通信路の型が考察され、結果として、図１２ａは第２のケースの対応するフレーム誤り率を示している。
【０１０７】
最初に、ケース１が考察される。この場合、中継局はソースと送り先との間に置かれる。図９及び図１０では、ＢＥＲ、参照ポイントツーポイントリンクのフレーム誤り率（ＦＥＲ）、及び３つの型の中継局−送り先リンクを有する中継局を使用するシステムがプロットされる。期待されたように、中継局−送り先リンクがフェージングを経験しないならば、最良の性能が達成される。この場合、ダイバーシチが達成されることが分かる。しかしながら、中継局−送り先リンクがレイリー・ブロックフェージングであっても、ダイバーシチが獲得されることが分かる。もっとも、中継局−送り先リンクがＡＷＧＮである場合よりも性能は少し劣ることになる。
【０１０８】
中継局を送り先の背後に置くケース２では、図１１及び図１２ａで示されるように、中継局−送り先リンク上の純粋ＡＷＧＮ及びレイリーフェージングの双方について、システム内のダイバーシチ獲得が依然として許容される。しかしながら、ここで、ソース−送り先リンク上の平均ＳＮＲが低い値のときは、ポイントツーポイント接続は中継局システムよりも少し性能が高い。これは、ソース−送り先の平均ＳＮＲが低く、ソースから中継局への距離が大きくても、中継局はｍ３＝ｍ２＝ｍ１＝４０００記号の伝送を許され、２つのソースについて中継局からの伝送に同じ時間量を割り当てるためである。もっとも、平均して非常に小量の情報が中継局で受け取られる。
【０１０９】
これは、実施形態において、タイミングパラメータを適切に割り振ってシステムの性能を最適化するために考慮され得る。実施形態は、復号後に取得される軟情報を量子化する適応型中継局を実現することができる。実施形態は、それによって、増幅転送法によって導入される雑音の増幅を回避することができる。実施形態は、復号及び転送スキームによって導入される誤り伝搬を更に回避することができる。実施形態は、フェージング環境での増加した信頼性及び中継局での適応型処理の利点を提供でき、中継局は、ソース−中継局リンク上のフェージング通信路の実現、信号品質の測度のそれぞれに依存することになる。
【０１１０】
実施形態は、中継局と送り先との間で量子化器選択について適度のシグナリング要件を導入することによって利点を得ることができる。
【０１１１】
本発明の実施形態は、容量アプローチＦＥＣ（ＦＥＣ＝Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｒｒｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）符号、例えば、ターボ符号又はＬＤＰＣ（ＬＤＰＣ＝Ｌｏｗ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｒｉｔｙ  Ｃｈｅｃｋ  Ｃｏｄｅｓ）を有するシステムで特に使用できる。実施形態は、復号後の軟情報を送り先へ転送することによって、誤り伝搬の問題を克服できる。これは、誤り伝搬が、ターボ符号又はＬＤＰＣ符号の形式をした高性能符号について起こるからである。
【０１１２】
図１２ｂは、復号グラフの一部分を示している。ここで左側の復号器１は、第１の軟復号器３１０を意味し、右側の復号器２は、第２の軟復号器３２０を意味する。
【０１１３】
ｘ１，ｍ及びｘ２，ｍと名付けられたノードは、中継局での量子化によって結合された２つの異なるコンポーネント通信路符号の２つの可変ノードである。２つのソースからの直接的な観察は、関数ノードｐ（ｙｄ，１，ｍ｜ｘ１，ｍ）及びｐ（ｙ’ｄ，２，ｍ｜ｘ’２，ｍ）であり、中継局での量子化を介する結合は、関数ノードｐ（ｘ１，ｍ，ｘ’２，ｍ｜ｚｍ）で表される。
【０１１４】
Ｚは、受信機で完全に利用可能であると仮定されるため、送り先は中継局によって選ばれた量子化器の知識を利用してｐ（ｘ１，ｘ２｜ｚ）を取得する。このｐ（ｘ１，ｘ２｜ｚ）は、繰り返し最適化アルゴリズムの出力である。関数ノードｐ（ｘ１，ｘ２｜ｚ）は、図８ａのＬＬＲブロック８１５と同等のメッセージパッシングであることに留意されたい。ＬＬＲ  ＬＥ（１）及びＬ’Ｅ（２）について処理規則を見出すため、メッセージパッシング規則が関数ノードのためにｐ（ｘ１，ｘ２｜ｚ）へ適用される。次の定義を使用すると、
【数３７】
2010171960.tif 000039
次式が得られる。
【数３８】
2010171960.tif 000040
【０１１５】
上記の式を導き出す際の詳細な部分は、下記で提供される。
【０１１６】
方程式（５）は、対称な場合のボックスプラスの計算に密接に関係する。
【数３９】
2010171960.tif 000041
及び
【数４０】
2010171960.tif 000042
であれば、方程式（５）は次式のように簡約されることに留意されたい。
【数４１】
2010171960.tif 000043
【０１１７】
一般的な量子化器の設計アルゴリズムを対称ＳＲ通信路へ適用すると、分布ｐ（ｘ１，ｘ２｜ｚ）を生じ、
【数４２】
2010171960.tif 000044
となる。その結果、最初にＬｒを計算することなくこれらの解法中にＸＯＲ解法が復元される。
【０１１８】
次に、図１２ｃの支援を受けて、上述したように、一般的な場合のメッセージパッシング規則を導き出すことができる。図１２ｃでは、復号グラフにおいて下記で説明されるメッセージを含む一部分が選ばれる。
【０１１９】
ＬＬＲがどのように交換されるかの式は、関数ノードｐ（ｘ１，ｘ２｜ｚ）によって接続されたコンポーネント符号によって導き出される。手続の前に幾つかの定義が必要である。ｘ１，ｍをｘ１のｍ番目の要素とし、ｘ’２，ｍをｘ’２のｍ番目の要素とし、ｘ１，ｍ及びｘ’２，ｍはｐ（ｘ１，ｍ，ｘ’２，ｍ｜ｚｍ）によって結合されると仮定する。図１２ｃで示されるように、μＡ（ｘ１，ｍ）及びμＥ（ｘ’２，ｍ）は、それぞれチェックノードからのメッセージ及びチェックノードへのメッセージとする。更に、ＬＡ，ｍ（１）＝１ｎ（μＡ（ｘ１，ｍ＝１）／μＡ（ｘ１，ｍ＝−１））及びＬ’Ｅ，ｍ（２）＝１ｎ（μＥ（ｘ’２，ｍ＝１）／μＥ（ｘ’２，ｍ＝−１））と定義する。図１２ｃは、対応するメッセージを有する復号グラフの一部分を示している。
【０１２０】
以下において、ＬＡ，ｍ（１）を計算するため、関数ノードのメッセージパッシング規則が適用される。
【数４３】
2010171960.tif 000045
であることから、次式が得られる。
【数４４】
2010171960.tif 000046
【０１２１】
方程式（４）の定義を使用すると、次式が得られる。
【数４５】
2010171960.tif 000047
【０１２２】
上記の式の導出に沿って、次のように計算することができる。
【数４６】
2010171960.tif 000048
ここで、
【数４７】
2010171960.tif 000049
及び
【数４８】
2010171960.tif 000050
【０１２３】
本発明の実施形態は、例えば、ＩＢＭを使用して、対称ＡＷＧＮ通信路の中継局で受け取られたＬＬＲについて上記で導入された量子化器の設計フレームワークを利用する。更に、実施形態は、この方法を一般的な場合へ拡張できる。すなわち、ソース−中継局通信路に関する対称要件を取り除く場合がある。従って、実施形態は、効率的な処理が幾つかのユーザのために結合して中継局で実行できる利点がある。更に、中継局で復号を実行する必要はなく、雑音の増幅が回避され得るため、低い遅延が達成できる。
【０１２４】
本発明の方法のある一定の実装要件に合わせて、本発明の方法はハードウェア又はソフトウェアで実現することができる。実装する際は、ディジタル記憶メディア、具体的には、ディスク、ＤＶＤ、又はＣＤを使用することができる。ディジタル記憶メディアには、電子的に読み取り可能な制御信号が記憶され、この制御信号は、プログラム可能なコンピュータと協働して、本発明の方法を実行する。一般的に、本発明は、機械読み取り可能なキャリアのためのプログラムコードを有するコンピュータ・プログラム製品であり、プログラムコードは、コンピュータ・プログラムをコンピュータ上で実行するときに、本発明の方法を実行するように動作する。言い換えれば、本発明の方法は、プログラムコードを有するコンピュータ・プログラムであり、プログラムコードはコンピュータ・プログラムをコンピュータ上で実行するときに、本発明の方法の少なくとも１つを実行する。
【図１ａ】
2010171960.tif 000053
【図１ｂ】
2010171960.tif 000054
【図２】
2010171960.tif 000055
【図３】
2010171960.tif 000056
【図４ａ】
2010171960.tif 000057
【図４ｂ】
2010171960.tif 000058
【図５】
2010171960.tif 000059
【図６】
2010171960.tif 000060
【図７】
2010171960.tif 000061
【図８ａ】
2010171960.tif 000062
【図８ｂ】
2010171960.tif 000063
【図８ｃ】
2010171960.tif 000064
【図９】
2010171960.tif 000065
【図１０】
2010171960.tif 000066
【図１１】
2010171960.tif 000067
【図１２ａ】
2010171960.tif 000068
【図１２ｂ】
2010171960.tif 000069
【図１２ｃ】
2010171960.tif 000070
【図１３】
2010171960.tif 000071
【図１４】
2010171960.tif 000072
【図１５】
2010171960.tif 000073
【図１６】
2010171960.tif 000074
【図１７】
2010171960.tif 000075
【図１８】
2010171960.tif 000076
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【外国語明細書】
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