(57)【要約】  重み付き非二進繰り返し累積符号と時空間符号の符号化方法及び装置を提供する。一連の情報を伝送するためにｍＮビットで構成されたフレームに分割し、各フレームを再びｍビット単位のブロックに分割し、それぞれのブロックを有限体であるＧＦ(２ｍ)の元素に対応させ、Ｎ個のシンボルを形成する。次いで、これらをｒ回繰り返すことによりｒＮ個のシンボルを形成した後、それぞれのシンボルに零(zero)でないＧＦ(２ｍ)の元素を重み値と選んでかけて得たｒＮ個のシンボルをインターリーバにより再配列する。また、再配列されたｒＮ個のシンボルを順次的に符号器に入力させて得たｒＮ個の出力シンボルを伝送したり、あるいは再びｍ二進ビットに変換させて情報を伝送する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本のアンテナを使用する移動通信システムにおいて、
複数のアンテナと、
複数個の二進ビットを非二進元素を使って表した非二進シンボルが入力され、与えられた前記非二進シンボルを繰り返して非二進繰り返しシンボルを出力する反復器と、
前記非二進繰り返しシンボルをそれぞれの重み値でかけて重み付きシンボルを発生する重み付け器と、
前記重み付けのされたシンボルをインターリビングするインターリーバと、
前記インターリビングされた信号を符号化する符号器と、を含むことを特徴とする移動通信システム。
【請求項２】
前記複数個の二進ビットをガロア体(ＧＦ２ｍ(ｍ：一つの非二進元素に対応する二進ビットの数))の元素により前記非二進シンボルで表す写像器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項３】
前記重み付け器は、前記重み値として前記ガロア体(ＧＦ２ｍ)の非二進元素を有することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項４】
前記重み付け器は、前記反復器の繰り返し回数だけの重み値を備え、同一の繰り返しシンボルを異なる重み値でかけることを特徴とする請求項３に記載の移動通信システム。
【請求項５】
前記符号器は、累積器で構成されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項６】
前記符号器は、ＲＳＣ(Recursive systematic convolutional code)で構成されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項７】
前記符号器は、インターリーバから入力される非二進シンボルを順次的に累積して出力する累積器で構成されることを特徴とする請求項５に記載の移動通信システム。
【請求項８】
前記符号器は、１タップＲＳＣ(Recursive systematic convolutional code)で構成されることを特徴とする請求項６に記載の移動通信システム。
【請求項９】
前記符号器が出力する非二進信号を複数個の二進ビットで表す逆写像器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項１０】
前記逆写像器が出力する二進ビットを前記各アンテナ別に分配して伝送する分配器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項１１】
複数本のアンテナを使用する移動通信システムにおいて、
複数個の二進ビットを非二進元素を使って表した非二進シンボルが入力され、与えられた前記非二進シンボルを繰り返して非二進繰り返しシンボルを出力する過程と、
前記非二進繰り返しシンボルをそれぞれの重み値でかけて重み付けのされたシンボルを発生する過程と、
前記重み付けのされたシンボルをインターリビングする過程と、
前記インターリビングされた信号を符号化する過程と、からなることを特徴とする移動通信システム。
【請求項１２】
前記複数個の二進ビットをガロア体(ＧＦ２ｍ(ｍ：一つの非二進元素に対応する二進ビットの数))の元素により前記非二進シンボルで表す過程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の移動通信システム。
【請求項１３】
非二進繰り返しシンボルに各々かけられる重み値は、前記ガロア体(ＧＦ２ｍ)の非二進元素であることを特徴とする請求項１１に記載の移動通信システム。
【請求項１４】
前記繰り返し回数だけの重み値を備え、同一の繰り返しシンボルを異なる重み値でかけることを特徴とする請求項１１に記載の移動通信システム。
【請求項１５】
インターリビングされた非二進シンボルをＲＳＣ(Recursive systematic convolutional code)コーディングして出力することを特徴とする請求項１１に記載の移動通信システム。
【請求項１６】
インターリビングされた非二進シンボルを累積して出力することを特徴とする請求項１１に記載の移動通信システム。
【請求項１７】
インターリビングされた非二進シンボルを１タップＲＳＣ(Recursive systematic convolutional code)コーディングして出力することを特徴とする請求項１５に記載の移動通信システム。
【請求項１８】
前記符号化された非二進シンボルを複数個の二進ビットで表す過程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の移動通信システム。
【請求項１９】
前記符号化された二進シンボルを前記各アンテナ別に分配して伝送する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の移動通信システム。
【請求項２０】
重み付きの過程において前記重み値は零(zero)でないＧＦ２ｍ元素であることを特徴とする請求項１４に記載の移動通信システムの符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャネル(channel)から発生する誤り(error)を受信機において効率よく訂正できるチャネル符号器(channel encoder)及び構成方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、無線チャネルを介して情報を送受信するべく複数本のアンテナを使用する無線通信システムにおいてチャネルから発生する誤りを訂正して高品質の信頼度が得られる誤り訂正符号(error correcting code)を構成する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線チャネルを使って情報データを伝送する移動通信システムにおいて、発信側は、前記伝送する情報データ列を受信側に正確に受信させるべく前記情報データに対応するパリティデータ列を添加する符号化方式を使用する。該符号化方式は、前記発信側に含まれている符号器によって様々に分けられる。すなわち、前記複数の符号器には、リ―ドソロモン(Reed-Solomon)符号器、畳み込み符号器(Convolution Coder)、ターボ符号器(Turbo Coder)、または前記リ―ドソロモン符号器と畳み込み符号器とを連結して構成した連接(concatenated)符号器などが利用される。前記連接符号器は、２個の符号器をインターリーバ(interleaver)で連結した構造となっている。
【０００３】
図１は、一般のターボ符号器の構造を示す図である。次に、図１に基づいてターボ符号器の一般的な構造を詳細に説明する。前記ターボ符号器は、入力フレームデータ列を符号化して出力する第１構成符号器１００と、前記入力フレームデータ列をインターリビングするターボインターリーバ１０２と、前記インターリビングされた入力フレームデータ列を符号化して出力する第２構成符号器１０４と、前記入力フレームデータ列と前記第１構成符号器１００及び前記第２構成符号器１０４からの出力とを組み合わせて出力する多重化器(ＭＵＸ)１０６と、から構成される。ここで、前記入力フレームデータ列は符号化せずに直接多重化器１０６に送られるか、前記第１構成符号器１００及びターボインターリーバ１０２に送られる。前記ターボインターリーバ１０２は、前記入力フレームデータ列を構成する情報ビットの入力順序を再配列する役割を果たす。前記ターボインターリーバ１０２はターボコーディングの性能を極大化するために付加された構成であり、インターリーバの大きさだけのインターリーバアドレスを発生させる装置である。図１に示すように、一つの入力フレームデータ列が入力されれば、前記１/３符号化率を持つ前記ターボ符号器は３つの出力フレームデータ列を出力する。すなわち、前記３つの出力フレームデータ列のうち一つのデータ列は純粋な入力フレームデータ列であり、前記３つの出力フレームデータ列のうち残りの２つのデータ列は前記純粋な入力フレームデータ列の誤りを訂正するためのパリティデータフレーム列である。
【０００４】
受信側では、前記受信されたデータフレーム列がお互いフルランク(full rank)を持つ場合に優れた誤り訂正性能が達成される。次に、まず、ランクについて説明する。
前記ターボ符号化器に入力される入力フレームデータ列を「１１０」と仮定する。また、前記ターボ符号化器から符号化過程を通じて出力される出力フレームデータ列を次のように仮定する。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
すなわち、前記出力フレームデータ列に示すように、前記第１構成符号器から出力される出力フレームデータ列は「１０１」であり、前記第２構成符号器から出力される出力フレームデータ列は「０１１」である。前記ランクは、特定行が、前記特定行を除く他の行同士の和や差で表現されるか否かによって判断する。すなわち、前記出力フレームデータ列の三番目の行は、一番目の行と２番目の行との和で表現可能である。この場合、前記三番目の行を除けば二つの行が残るようになる。すなわち、前記出力フレームデータ列の前記ランクは２となる。また、上述したフルランクは、特定行が、前記特定行を除く他の行同士の和や差で表現できない場合をいう。その例を次に示す。
【０００７】
【数２】
2005515686.tif 000004
【０００８】
二進コード(binary code)を使用して符号化する場合、前記出力フレームデータ列は普通前記フルランクを満足する。しかし、前記二進コードを使用する代わりに非二進コード(non-binary code)を使用して符号化すると、前記出力フレームデータ列は前記フルランクを満足し難くなる。すなわち、入力フレームデータ列を所定回数繰り返して出力する前記非二進符号器では、前記出力フレームデータ列の特定列は、前記特定列を除く残りの列の和や差で表現可能である。このため、受信側では、受信されたフレームデータ列を利用して前記発信側から送られてきたフレームデータ列を正確に復元し難くなる。したがって、前記非二進コードを使用し、前記フルランクを持つ誤り訂正符号化器が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、上記の事情の下に創案されたものであり、その第１の目的は、フルランクを持つ非二進繰り返し累積符号化器を構成する装置及び方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、前記フルランクを持つ非二進繰り返し累積符号化器を提案することによって、前記無線通信システムの受信側において受信されたデータ列を正確に復元し、高品質の信頼度が得られる誤り訂正符号を構成する装置及び方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、無線チャネルを介して情報を送受信する無線通信システムにおいて、伝送率が１(unity)となり、最大のアンテナダイバーシティ(diversity)が得られる時空間符号(space-time code)を構成する装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的を達成するべく、本発明は、一連の情報を伝送するためにｍＮビットで構成されたフレーム(frame)に分割し、各フレームを再びｍビット単位のブロック(block)に分割し、それぞれのブロックを有限体(finite field)であるＧＦ(２ｍ)の元素(element)に対応させ、Ｎ個のシンボル(symbol)を形成する。次いで、これらをｒ回繰り返すことによってｒＮ個のシンボルを形成した後、それぞれのシンボルに零(zero)でないＧＦ(２ｍ)の元素を重み値と選んでかけて得たｒＮ個のシンボルをインターリーバ(interleaver)により再配列する。また、再配列されたｒＮ個のシンボルを順次的に符号器に入力させて得たｒＮ個の出力シンボルを伝送したり、あるいは、再びｍ二進ビットに変換させて情報を伝送する。すなわち、本発明は、従来の技術とは違い、反復器の出力に適宜の重み値をかけて反復器の出力をランダム(random)化することによって、チャネル符号器の性能を向上させられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、二進符号のように非二進符号で構成されたシンボルがフルランクを持つことによって受信側では伝送されたデータを誤りなしで受信することができる。すなわち、前記繰り返されて入力されたシンボルに０でない重み値をつけることによって反復器から出力されるシンボルをランダム化してチャネル符号器の性能を向上させられる。
また、本発明は、上記のｒＮ個のシンボルをインターリーバにより再配列し、これらを順次的に構成符号器に入力させて得たｒＮ個の出力シンボルを各々再びｍビットに変換してｍ個のアンテナにそれぞれのビットを割り当てて情報を伝送し、ｒ＝ｍを使用することによって最大の伝送率を維持し、いずれのインターリーバを使用しても最大ダイバーシティ利得が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、本発明を説明するにあたり、関連する公知機能あるいは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合その詳細な説明は省略するものとする。
【００１３】
一般に、ＲＡ符号やＬＤＰＣ符号のようなSum-Product Decoding Algorithmを使用する符号器類の場合、AWGN Channel上での性能を判断するに好適な方法として、Guassian Approximationのような方法[参考文献：S.Y.Chung, T.J.Richardson, and L.Urbanke, Analysis of sum-product decoding of low-density parity-check codes using a Gaussian approximation, IEEE Trans.Inform.Theory, vol.4７, pp.65７-6７0, Feb.2001.]がある。このような方法を適用するべく、まず、非二進符号を二進化させて適用する。前記非二進符号の符号シンボルは有限体元素であり、特に、有限体ＧＦ(２ｍ)上の元素である。したがって、これら二進符号シンボルと非二進符号との相関関係は有限体ＧＦ(２ｍ)の理論上における関係によるし、これに対する詳細な例は実施例で説明される。このとき、Sum-Product decoding Algorithmを使用するＲＡコードの性能を向上させるべく、非二進符号シンボルが二進符号シンボルで表現される際、繰り返し符号化された出力信号が同形態に規則性を持つようになると、Sum-Product decoding AlgorithmのためのParity Check Matrix上での形態が繰り返しシンボル間において独立している。したがって、非二進ＲＡコードにおいて、このような単純繰り返しはSum-Product decoding Algorithmの性能を低下させる。したがって、前記繰り返されたそれぞれのシンボルはそれぞれ異なる形態にすることによって上記のようなParity Check Matrix上での二進符号シンボルの独立性を避けることができる。また、上記のような繰り返しシンボルを異なる形態にする方法として最も簡単で最も有効な方法は、重み付け器(weighter)を使用する方法である。この重み付け器は、繰り返しシンボル間の出力をランダム化することによって相互間の相関度を上げ、復号器においてSum-Product Algorithmが使用されると相当なる性能改善効果が得られる。
【００１４】
図２は、本発明に係る非二進繰り返し累積符号器(non-binary RA coder)の構成を示すブロック図である。次に、図２に基づいて本発明に係る非二進繰り返し累積符号器の構成について詳細に説明する。図２に示すように、本発明の非二進繰り返し累積符号器は、写像器(mapper)２００、反復器(repeater)２０２、重み付け器(weigher)２０４、インターリーバ２０６、符号器２０８、及び逆写像器２１４から構成されている。前記写像器２００に入力される元素列はｍビットで構成されたＮ個のブロックで構成されている。すなわち、前記写像器２００に入力される総ビットの数は、前記ｍビットで構成されたＮ個のブロックで構成されたｍＮビット(１フレーム)である。該フレームは、発信側から伝送しようとするデータを二進ビット列に変換したデータ列である。前記二進ビット列に変換したデータ列は、非二進ビット列を持つコードに変換するべく写像器２００に入力される。すなわち、前記写像器２００は、入力された二進ビット列を非二進ビット列を持つコードに変換する機能を行う。前記二進ビット列を非二進ビット列に変換する写像器には様々なものがある。本発明ではガロア体(Galois Field：ＧＦ)を利用して前記二進ビット列を非二進ビット列に変換する方法について説明する。しかし、前記二進ビット列を非二進ビット列に変換する方法が前記ガロア体を利用する方法に限定されないことは明らかである。
【００１５】
以下では、前記写像器２００に入力される各ブロックのビット数を３と仮定する。すなわち、情報を伝送するべく前記写像器２００に入力されるフレームは３つのビットで構成されたＮ個のブロックからなっている。また、前記フレームに連続して入力される他のフレームも前記フレームと同一の構成を持つ。すなわち、前記写像器２００に入力されるフレームをu0，u1，u2，・・・，u3N-1で表すと、該u0，u1，u2，・・・，u3N-1の各ビットは前記写像器２００に入力される各二進ビットを意味する。前記写像器２００では前記入力されるフレームを３ビット単位に束ねたＮ個のブロックを、Ｎ個のシンボルで構成された元素列にする。前記３ビット単位に構成された各ブロックは、前記非二進ビットを持つシンボルに変換される。すなわち、前記３ビットで構成されたｉ(ｉ：０〜(３Ｎ−１)／３)番目のブロック(u3i，u3i+1，u3i+2)を有限体ＧＦ(２３)の元素に変換する。ここで３ビットに該当するＧＦ(２３)の元素をシンボル(symbol)という。表１は、前記入力された二進ビットがガロア体により非二進ビットを持つシンボルに変換される様子を示している。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
上記の表１に示すように、前記写像器２００に入力されるブロックを加算表現(ベクトル表現)により非二進ビットを持つシンボルに変換できる。また、前記写像器２００に入力されるブロックを乗算表現により非二進ビットを持つシンボルに変換できる。以下、本発明では前記加算表現(ベクトル表現)により前記写像器２００に入力されるブロックが前記非二進ビットを持つシンボルに変換される場合について説明する。
【００１８】
次に、前記乗算表現方式を利用して前記加算表現方式で変換する過程について説明する。有限体ＧＦ(２３)を使用する移動通信システムにおける生成多項式は、下記の数学式(3)のように定義される。
【００１９】
【数３】
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【００２０】
式中、ｆ(ｘ)は前記ＧＦ(２３)で原始多項式であり、ａがＧＦ(２３)での初期元素(primitive element)であるとき、下記の数学式(4)が満足される。
【００２１】
【数４】
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【００２２】
したがって、前記生成多項式は、ａ３＋ａ+１＝０(すなわち、ａ３＝ａ＋１)のように表現できる。前記ａ３＝ａ＋１を利用して任意のシンボルは１，ａ，ａ２の線形結合として表示されることができる。すなわち、前記ａ４(０１１)に対して下記のように示される。
【００２３】
【数５】
2005515686.tif 000008
【００２４】
上記のような方法で前記乗算表現方式を加算表現方式に変換できる。前記変換された加算表現方式については上記の表１に記述されている。すなわち、前記写像器２００では、３ビットのブロック(ｕ３ｉ，ｕ３ｉ＋１，ｕ３ｉ＋２)は、上記の表１に示すように、ＧＦ(２３)の元素Ｕｉで表現される非二進シンボルに変換できる。前記写像器２００の出力シンボルはＵ０，Ｕ１，Ｕ２，・・・，ＵＮ−１で表示され、前記出力シンボルの集合を元素列という。
【００２５】
前記写像器２００から出力されたＮ個のシンボルは前記反復器２０２に入力される。前記反復器２０２での繰り返し回数は伝送率を考慮して決定する。前記繰り返し回数をｒとすれば、前記伝送率はｒ／ｍとなる。したがって、最大の伝送率を得るためにはｒ＝ｍである条件が満足されるようにｒ値を設定する。例えば、前記ｍ＝３とするとき、最大の伝送率を得るためのｒは３に設定する。
【００２６】
したがって、前記反復器２０２は入力される非二進シンボルを３回繰り返して出力する。すなわち、前記反復器２０２において前記非二進シンボルであるＵ０，Ｕ１，Ｕ２，・・・，ＵＮ−１を順次受け取り、これを３回繰り返して非二進シンボルＸ０，Ｘ１，Ｘ２，・・・，Ｘ３Ｎ−１を出力する。数学式(6)は入力された一つの非二進シンボルが前記反復器２０２で３回繰り返し出力されるのを示している。
【００２７】
【数６】
2005515686.tif 000009
【００２８】
上記の数学式(6)に示すように、前記非二進シンボルが反復器２０２を経て３つの同一の非二進シンボル(式(7))のように出力されるため、前記出力される同一の非二進シンボルは前記フルランクが持てない。したがって、前記反復器２０２から出力される同一のデータ列に対する３つの非二進シンボルがフルランクを持つことが要求される。したがって、前記反復器２０２から出力される非二進シンボルは重み付け器２０４に入力される。
【００２９】
【数７】
2005515686.tif 000010
【００３０】
前記重み付け器２０４は、前記反復器２０２から出力される非二進シンボルＸ０，Ｘ１，Ｘ２，・・・，Ｘ３Ｎ−１を入力として受ける。該重み付け器２０４は、ｉ番目の入力Ｘｉにかけられるｉ番目の重み値(weighting factor)βｉはＧＦ(２３)の元素である。また、本発明の一実施例において、前記重み付け器２０４から入力される重み値の個数は、前記反復器２０２で繰り返される回数と同一であり、これらの重み値は０でない値を元素として有する。例えば、前記反復器２０２で特定シンボルに対する繰り返し回数がｒ回なら、前記重み付け器から入力される重み値の個数もｒ個となる。しかし、これに限定されずに前記入力されたシンボルの数と同数の重み値を持つことができる。すなわち、前記入力されたシンボルの個数が３Ｎ個だと、前記重み値の個数は３Ｎ(重み値：βｉ＝ａｉ，ｉ＝０，１，・・・，３Ｎ−１)個となる。また、前記重み付け器２０４は入力される特定シンボルに対して３回繰り返した非二進シンボルを、０の含まれていない重み値をお互い重複しないようにつける。上の例ではガロア体の例を取ったが、これに限定されるのではない。すなわち、前記入力される同一の非二進シンボルが前記重み値により同一でないシンボルを持つようになる場合なら、いずれもこれに該当すると言える。上記のように特定非二進シンボルを複数回繰り返して生成された非二進シンボルは相異なる重み値により重み付けられることによってフルランクを持つようになる。前記重み付け器２０４から出力される非二進シンボルをＹ０，Ｙ１，Ｙ２，・・・，Ｘ３Ｎ−１と表すと、該Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，・・・，Ｘ３Ｎ−１は数学式(8)のように表示される。
【００３１】
【数８】
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【００３２】
前記重み付け器２０４から出力される前記非二進シンボルであるＹ０，Ｙ１，Ｙ２，・・・，Ｘ３Ｎ−１はインターリーバ(interleaver)２０６に入力される。前記インターリーバ２０６は、入力される前記非二進シンボルに対してシンボル単位にインターリビングを行うことにより前記入力される非二進シンボルを再配列する。前記インターリーバ２０６によりインターリビングされて出力されるシンボルをＺ０，Ｚ１，Ｚ２，・・・，Ｚ３Ｎ−１とする。本発明に係るインターリーバ２０６は通常、入力シンボルの順序を再配列させる装置である。前記インターリーバ２０６からインターリビングされて出力される非二進シンボルは符号器２０８に入力される。
【００３３】
図２では前記符号器２０８が加算器２１０と累積器２１２とから構成されているが、これらの代りに、１タップ(One Tap)または２タップ(Two Tap)のＲＳＣ(Recursive Systematic Convolutional)符号器を使用することもできる。前記インターリーバ２０６でインターリビングされた非二進シンボルＺ０，Ｚ１，Ｚ２，・・・，Ｚ３Ｎ−１は前記符号器２０８に順次入力されて非二進シンボルＣ０，Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃ３Ｎ−１が得られる。前記符号器２０８から出力される非二進シンボルは下記の数学式(9)で示される。
【００３４】
【数９】
2005515686.tif 000012
【００３５】
前記符号器２０８から出力される非二進シンボルは逆写像器(demapper)２１４に入力される。前記逆写像器２１４は、前記入力される非二進シンボルを複数の二進ビットに変換する機能を行う。すなわち、前記逆写像器２１４で行われる機能は、前記写像器２００での機能と逆(reverse)に行われる。したがって、前記逆写像器２１４は、前記符号器２０８から出力されるシンボルを入力として受けて前記各シンボルを、３ビットを持つ二進ビットに変換する。前記３ビットに変換する過程では、前記写像器２００におけると同様にガロア体が使用される。しかし、前記写像器２００での変換過程によって逆写像器２１４での変換過程も異なってくることができる。すなわち、それぞれのＣｉはＧＦ(２３)に属し、ＧＦ(２３)の元素を３ビットに変える逆写像器(demapper)２１４により(ｃｉ１，ｃｉ２，ｃｉ３)に変換される。前記(ｃｉ１，ｃｉ２，ｃｉ３)は逆写像器２１４に入力された一つのシンボルが３ビットを持つ二進ビットに変換されたビットシンボルを表す。前記逆写像器２１４から出力される前記複数の二進ビットは複数本のアンテナを介して受信側に伝送される。
【００３６】
図３ないし図５は、図２に基づいて複数本のアンテナを介してデータを伝送する過程を示す図である。すなわち、図２の非二進繰り返し累積符号器に複数本の送受信アンテナと誤り制御手法を組み合わせて、高品質の信頼度が得られる時空間符号(space-time code)の構成を示している。
【００３７】
図３は、本発明に係る時空間符号化方法の第１実施例を示す図である。図３は、信号写像器とこの信号写像器から出力される信号を伝送するための複数本のアンテナがさらに設けられている以外は、図２の符号器と同一の構成を有する。図３の写像器３００から逆写像器３１０に亘って行われる過程は、図２の写像器２００から逆写像器２１４に亘って行われる過程と同一である。したがって、図３では前記写像器３００から逆写像器３１０までにおいて行われる機能に対する説明は省略する。
【００３８】
前記逆写像器３１０から出力される、３ビットで構成されたビット(ｃｉ１，ｃｉ２，ｃｉ３)は、前記信号写像器(signal mapper)３１２に入力される。前記信号写像器３１２は入力されたビットシンボルをＢＰＳＫ(binary phase shift keying)に該当する信号(ｓｉ１，ｓｉ２，ｓｉ３)に変換して出力する。前記ＢＰＳＫは、振幅と周波が一定な搬送波を利用してその位相を伝送符号に対応させて変換する方式である。前記信号写像器３１２から出力される(ｓｉ１，ｓｉ２，ｓｉ３)は前記複数本のアンテナ３１４，３１６，３１８を介して受信側に伝送される。前記アンテナ３１４，３１６，３１８の個数は前記逆写像器３１０から出力される一つのビットシンボルを構成するビット数と関連する。すなわち、本発明では前記逆写像器３１０に入力される一つのビットシンボルが３ビットに変換されて出力される。したがって、本発明において前記複数本のアンテナ３１４，３１６，３１８の個数は３である。すなわち、前記３本のアンテナ３１４，３１６，３１８を使って伝送することによって高いダイバーシティ(Diversity)利得が得られるようになる。また、上述した如く、伝送率(ｒ／ｍ)も最大１にし得る。前記ｉ番目の時間区間で信号ｓｉ１はアンテナ３１４を介して受信側に伝送され、信号ｓｉ２はアンテナ３１６を介して受信側に伝送される。また、信号ｓｉ３はアンテナ３１８を介して受信側に伝送される。
【００３９】
図４は、本発明に係る時空間符号化方法の第２実施例を示す図である。受信側にデータを伝送するべく前記送信側は前記伝送するデータをｍｎＮビットで構成されたフレームに分割する。また前記ｍｎＮ個のビットで構成された各フレームを再びｍビット単位のブロックに分ける。したがって、前記ｍｎＮ個のビットで構成された各フレームはｍ個のビットで構成されたｎＮ個のブロックに分けられる。前記ｍ個のビットで構成されたｎＮ個のブロックは写像器４００に入力される。前記写像器４００に入力されるｎＮ個の入力ブロックは非二進シンボルに変換される。前記写像器４００で行われる過程は、図２の写像器２００で行われる過程と同一である。前記写像器４００により変換された前記非二進シンボルは、直列／並列変換器４１０に入力される。
【００４０】
前記直列/並列変換器４１０によりｎＮ個のブロックはＮ個で構成されたｎ個の副フレーム(subframe)に分けられる。前記ｎ個の副フレーム各々をＵ(１)，Ｕ(２)，・・・，Ｕ(ｎ)で表示する時、ｋ番目の副フレームＵ(ｋ)はＮ個のブロックである式(10)で構成される。また、前記ｋ番目の副フレームＵ(ｋ)は前記直列/並列変換器４１０によりｋ番目の時空間符号(Space Time code：ＳＴＣ)ブロックに入力される。
【００４１】
【数１０】
2005515686.tif 000013
【００４２】
前記ｋ番目のサブフレームＵ(ｋ)は、図２で説明したように、反復器４２０〜４２４によりｒ(≦ｍ)回繰り返し、重み付け器４３０〜４３４、インターリーバ４４０〜４４４、符号器４５０〜４５４から構成されたｋ番目のＳＴＣブロックを経てＣ(ｋ)を出力する。また、最大伝送率を得るべくｒ＝ｍを使用する。前記反復器４２０〜４２４、重み付け器４３０〜４３４、インターリーバ４４０〜４４４、符号器４５０〜４５４、そして逆写像器４６０〜４６４で行われる機能は、図２における説明と同様である。そして、前記ｎ個のＳＴＣブロックで使用されるｎ個の反復器４２０〜４２４、重み付け器４３０〜４３４、インターリーバ４４０〜４４４、符号器４５０〜４５４、そして逆写像器４６０〜４６４各々は同じ構成となっている。前記Ｃ(ｋ)は式(11)を表す。すなわち、前記Ｃ(ｋ)はｎ個の非二進シンボルで構成される。したがって、一つの副フレームはｒＮ個の非二進シンボルで構成される。また、前記各シンボルは前記逆写像器４６０〜４６４によりｍビットを持つ二進ビットシンボルに変換される。前記ｋ番目のＳＴＣブロックのｉ番目のシンボルである式(12)はＧＦ(２ｍ)の元素であるがために逆写像器によりｍビットに変換できるが、これを式(13)で表示する。
【００４３】
【数１１】
2005515686.tif 000014
【００４４】
前記逆写像器４６０〜４６４から出力されたビットシンボルは信号写像器４７０に入力される。前記信号写像器４７０ではｉ番目の時間にｊ番目のアンテナを介して伝送される信号Ｓｉｊは星座図(constellation)により決定される。すなわち、前記ｉ番目の時間にｊ番目のアンテナを介して伝送される信号は、前記ｎ個の逆写像器から入力されるｎ個のビットの集合である式(14)により決定される。すなわち、前記信号写像器４７０は前記ｎ個の逆写像器から入力された式(15)で構成されたｎ個のビットの集合と対応する星座図において前記アンテナを介して伝送する信号を決定する。したがって、前記星座図は入力されるｎビットの大きさによって異なってくる。例えば、前記ｎの値が２の場合、前記星座図はＱＰＳＫ(quadrature phase-shift keying)で具現可能であり、前記ｎの値が３の場合には８ＱＡＭ(quadrature amplitude modulation)で具現可能になる。そして、図４においてｊ番目のアンテナを介して伝送される信号ｓｊは式(16)を意味する。前記式(16)においてアラビア数字は伝送される時間を意味する。また、前記伝送されるアンテナの個数は前記反復器で繰り返される回数と同一であることは明らかである。
【００４５】
【数１２】
2005515686.tif 000015
【００４６】
図５は、本発明に係る時空間符号化方法の第３実施例を示す図である。図５は、図２ないし図４におけると同様に、ｍ個のアンテナを使用する時空間符号を生成する方法を説明する。図５を参照すれば、受信側にデータを伝送するために前記送信側は前記伝送するデータを２ｎｍＮビットで構成されたフレームに分割する。また、前記２ｎｍＮ個のビットで構成された各フレームを再びｍビット単位のブロックに分ける。したがって前記２ｎｍＮ個のビットで構成された各フレームはｍ個のビットで構成された２ｎＮ個のブロックに分けられる。前記ｍ個のビットで構成された２ｎＮ個のブロックは写像器５００に入力される。前記写像器５００に入力される２ｎＮ個の入力ブロックは非二進シンボルに変換される。前記写像器５００で行われる過程は、図２の写像器２００で行われる過程と同一である。前記写像器５００により変換された前記非二進シンボルは直列/並列変換器５１０に入力される。
【００４７】
前記直列/並列変換器５１０により２ｎＮ個の非二進シンボルはＮ個で構成された２ｎ個の副フレーム(subframe)に分けられる。前記２ｎ個の副フレームをU(1)，U(2)，・・・，U(2n)で表示する時、ｋ番目の副フレームＵ(ｋ)はＮ個のシンボルである式(17)で構成される。また、前記ｋ番目の副フレームＵ(ｋ)は前記直列/並列変換器５１０を経てｋ番目のＳＴＣブロックに入力される。
【００４８】
【数１３】
2005515686.tif 000016
【００４９】
前記ｋ番目のサブフレームＵ(ｋ)は図２の説明と同様に反復器５２０〜５２６によりｒ(≦ｍ)回繰り返し、重み付け器５３０〜５３６、インターリーバ５４０〜５４６で構成されたｋ番目のＳＴＣブロックを経てＺ(ｋ)を出力する。また、最大の伝送率を得るためにｒ＝ｍを使用する。前記反復器５２０〜５２６、重み付け器５３０〜５３６、インターリーバ５４０〜５４６、逆写像器５５０〜５５６で行われる機能は、図２の説明と同様である。そして、前記２ｎ個のＳＴＣブロックで使用される２ｎ個の反復器５２０〜５２６、重み付け器５３０〜５３６、インターリーバ５４０〜５４６、逆写像器５５０〜５５６はそれぞれ同じ構成となっている。前記Ｚ(ｋ)は式(18)を表す。すなわち、前記Ｚ(ｋ)はｎ個の非二進シンボルで構成される。前記ｋ番目のＳＴＣブロックのｉ番目の出力である式(19)は前記逆写像器５５０〜５５６によりｍビットを持つビットシンボルに変換できる。前記逆写像器５５０〜５５４によりｍビットに変換された前記式(19)は式(20)で表示する。
【００５０】
【数１４】
2005515686.tif 000017
【００５１】
前記逆写像器５５０〜５５６によりｍビットに変換されたビットシンボルは、変換器に入力される。前記変換器５６０に入力されるビットシンボルであるＺ(１)，Ｚ(２)，・・・，Ｚ(ｎ)は実数部シンボルである式(21)に変換され、前記変換器５６２に入力されるビットシンボルであるＺ(ｎ＋１)，Ｚ(ｎ＋２)，・・・，Ｚ(２ｎ)は虚数部シンボルである式(22)に変換される。ここで前記変換器５６０，５６２は、入力される整数に対して２ｎモジュロ演算を行う。すなわち、前記変換器５６０，５６２は入力されるｎ個のビットを一つの信号に変換する機能を行う。したがって、前記変換器５６０，５６２は前記入力されるｎ個のビットを特定の信号で表現できるように変換可能な装置ならいずれも使用可能である。前記変換器５６０，５６２で変換された信号のうちｉ番目の時間での式(23)と式(24)は式(25)と式(26)で表示すると、下記の数学式(27)と数学式(28)が成り立つ。
【００５２】
【数１５】
2005515686.tif 000018
【００５３】
【数１６】
2005515686.tif 000019
【００５４】
【数１７】
2005515686.tif 000020
【００５５】
前記変換器により変換された実数部シンボル(式(29))と虚数部シンボル(式(30))が累積器５７０，５７２に入力される。すなわち、前記実数部シンボルは前記累積器５７０に入力され、前記虚数部シンボルは累積器５７２に入力される。前記各累積器５７０，５７２に入力された実数部シンボルと虚数部シンボルは、各成分単位に累積されて実数部数列(式(31))と虚数部数列(式(32))を出力する。図５では累積器５７０，５７２が示されたが、これに限定されず、例えば、前記累積器の代りにＲＳＣ(Recursive Systematic Convolutional)符号器を使用してもいい。さらに、このＲＳＣは、１タップ(One Tap)または２タップＲＳＣ符号器がある。
【００５６】
【数１８】
2005515686.tif 000021
【００５７】
前記累積器５７０，５７２から出力される累積シンボルは、前記信号写像器(signal mapper)５８０に入力される。ｉ番目の時間にｊ番目のアンテナを介して伝送される信号ｓｉｊは前記信号写像器５８０に入力される累積シンボルである式(33)によりあらかじめ格納されている星座図により決定される。そして、図５においてｊ番目のアンテナを介して伝送される信号ｓｊは式(34)を意味する。また、前記アンテナの個数は前記反復器で繰り返される回数により決定される。すなわち、前記反復器５２０〜５２６で繰り返される回数がｍの場合、前記アンテナの個数もｍとなる。
【００５８】
【数１９】
2005515686.tif 000022
【００５９】
また、前記送信側からのデータ伝送により受信側においてもｍ個の送信機からチャネルを通じて送られてくる信号を受信し、これをＲＯ，Ｒ１，・・・，ＲＮ−１で表示する時、Ｒｉから該当シンボルの各成分に対するログ尤度を計算して該当シンボル(式(36))のＬＬＲ(Log Likelihood Ratio)の初期値に設定し、これを反復器、重み付け器、デインターリーバ、累積器で構成される一種の連接符号の繰り返し復号方法で式(37)を復号できる。
【００６０】
【数２０】
2005515686.tif 000023
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】一般のターボ符号化器の構成を示す図。
【図２】本発明に係る繰り返し累積符号器の構成を示すブロック図。
【図３】本発明に係る符号化方法の第１実施例を示す図。
【図４】本発明に係る符号化方法の第２実施例を示す図。
【図５】本発明に係る符号化方法の第３実施例を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
２００      写像器
２０２      反復器
２０４      重み付け器
２０６      インターリーバ
２０８      符号器
２１４      逆写像器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005515686.tif 000028
【国際調査報告】
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