(57)【要約】  本発明は、ソース端末と、受信端末と、少なくとも１の中継端末を具備する、協調ネットワーク内のパケット転送方法に関し、前記方法は、ソース端末と中継端末の間に分散したターボ符号化を使用し、ターボ符号化器の構成要素の１つは、ソース端末または中継端末に配置され、また両構成要素は、転送チャネルの特性の関数として適用的である。
2013512607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース端末と、受信端末と、少なくとも１の中継端末とを具備し、
前記ソース端末は、第1の符号化されたパケットを生成するために第1畳み込み符号化器を使用してデータパケットを符号化するとともに、前記中継端末および前記受信端末に前記データパケットを転送し、
前記中継端末は、前記第1の符号化されたパケットを受信するとともに復号化し、この復号化されたパケットのデータをインタリーブし、第2の符号化されたパケットを生成するために第2畳み込み符号化器を使用してインタリーブされたデータパケットを符号化し、前記受信端末に符号化された前記データパケットを転送し、
第1および第2畳み込み符号化器は、ソース端末および中継端末の間に分散したターボ符号化器を形成する、協調ネットワークのためのデータパケット転送方法であって、
(a)前記第1畳み込み符号化器は、複数の第1の所定の畳み込み符号化器から選択され、および／または
(b)前記第2畳み込み符号化器は、複数の第2の所定の畳み込み符号化器から選択され、
ここで、(a)および／または(b)の選択は、前記ソース端末と前記受信端末の間、および／または前記中継端末と前記受信端末の間のチャネルの特性から実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記チャネルの前記特性は、前記チャネルが位置する環境のタイプを含むことを特徴とする請求項１に記載のパケット転送方法。
【請求項３】
前記チャネルの前記特性は、前記受信端末の固定性質またはモバイル性質を含むことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のパケット転送方法。
【請求項４】
前記チャネルの前記特性は、前記受信端末によってセンドバックされるチャネル状態についての情報を含むことを特徴とする請求項１に記載のパケット転送方法。
【請求項５】
前記チャネルの前記特性は、ビット誤り率であることを特徴とする請求項４に記載のパケット転送方法。
【請求項６】
前記チャネルの前記特性は、パケット誤り率であることを特徴とする請求項４に記載のパケット転送方法。
【請求項７】
前記チャネルの前記特性は、信号対ノイズ比であることを特徴とする請求項４に記載のパケット転送方法。
【請求項８】
前記チャネルの前記信号対ノイズ比が、第1の所定のしきい値より低いとき、第1の弱いタイプの畳み込み符号化器が選択されるとともに、同様の信号対ノイズ比が、この第1のしきい値より高いとき、第1の強いタイプの畳み込み符号化器が選択されることを特徴とする請求項７に記載のパケット転送方法。
【請求項９】
前記チャネル上の前記信号対ノイズ比が第2の所定のしきい値より低いとき、第2の弱いタイプの畳み込み符号化器が選択されるとともに、同様の信号対ノイズ比がこの第2のしきい値よりも高いとき、第2の強いタイプの畳み込み符号化器が選択されることを特徴とする請求項７または８のいずれか一項に記載のパケット転送方法。
【請求項１０】
前記ソース端末と前記受信端末の間の前記チャネル上の前記信号対ノイズ比が、前記中継端末と前記受信端末の間の前記チャネル上の前記信号対ノイズ比より高いとき、第2畳み込み符号化器より強い第1畳み込み符号化器が、前記ソース端末で選択されるとともに、反対の場合、第2畳み込み符号化器より弱い第1畳み込み符号化器が選択されることを特徴とする請求項７に記載のパケット転送方法。
【請求項１１】
前記チャネルは、ブロック・フェージング・チャネルであるとともに、前記特性は、前記チャネル上のフェージング係数についての統計を含むことを特徴とする請求項１に記載のパケット転送方法。
【請求項１２】
所定の第1畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器の各々に対して、前記フェージング係数の別々の可能な値に関するビット誤りまたはパケット誤りの条件付確率が、計算されるとともに、前記所定の第1畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器を使用して取得されるビット誤り確率限界またはパケット誤り確率限界が、そこから推測されることを特徴とする請求項１１に記載のパケット転送方法。
【請求項１３】
前記所定の第1畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器は、最も低いビット誤り率限界またはパケット誤り率限界を取得されるようにできることを特徴とする請求項１２に記載のパケット転送方法。
【請求項１４】
前記ソース端末は、前記第1および／または第2畳み込み符号化器の選択の両方を制御することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパケット転送方法。
【請求項１５】
前記ソース端末は、前記第1畳み込み符号化器の前記選択を制御し、および／または前記中継端末は、前記第2畳み込み符号化器の選択を制御することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパケット転送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、一般的にいわゆる協調ネットワーク、より詳細にはソース端末(source terminal)と少なくとも１の端末との間に分散したターボ符号化を使用する協調ネットワークの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願では、
【数１】
2013512607.tif 000003
をＸａｂと表記する。
【０００３】
無線通信ネットワークは、従来、転送チャネルに影響を与えるフェージングや干渉現象による制限に悩まされている。これらの制限を克服するために、ネットワークの端末間での協調戦略(cooperation strategies)が提案されている。例えば、そのような協調戦略の説明は、2009年にシュプリンガーリンク(Springer Link)によって発行されたワイヤレス・パーソナル・コミュニケーションズ(Wireless Personal Communications)中の「Cooperative wireless networking beyond store-and forward: perspectives for PHY and MAC design」と題されたS.Valentin他著の記事中に見つかる。
【０００４】
図１は、非常に概略的に無線ネットワーク内の協調戦略を示す。ソース端末sが、受信者端末dにデータフローを転送することを想定している。端末rはまた、sからのデータフローを受信するとともに、受信端末dにデータフローを中継する。このように端末rは、端末sと端末dの間のデータ転送に協調する。例えば、チャネルs-dが低品質である場合、特に、sとdとの間の障害物oの存在が理由(例えばNLOS構成の場合)で、チャネルs-r-dは、障害物oがバイパスされ、十分な回線品質が得られるようにすることができる。データフローは、さらに転送路の空間的な多様性を高めるために複数の端末によって中継されうる。
【０００５】
無線ネットワークにおけるアクセス分割系列として、TDMA(時分割)、CDMA(符号分割)、およびSDMA(空間分割)が知られている。TDMA(時分割多元接続)ネットワークでは、各端末は専用の転送インターバルを有する。並列協調と直列協調という2つの可能な協調モードは、協調TDMAネットワーク内で区別される。
【０００６】
並列協調モードでは、中継端末は、そこに割り当てられた転送インターバルの間にソース端末からデータを受信するとともに、自身の転送インターバルの間に受信端末に再転送する。このように受信端末は、ソース端末の転送インターバルの間に一度、および中継端末の転送インターバルの間に再度、異なるパスを経由して同じデータを受信する。受信端末によるシーケンシャルデータの受信なので、単語「並列」は不適切な選択に見えるかもしれないが、ソース端末と中継端末の転送インターバルの時間分離(time separation)から生じるため、実際には両経路間の干渉が存在しないことを示している。並列協調モードでの動作は、中継端末がその転送インターバルの間に転送する自身のデータを持っていないことを想定している。
【０００７】
一連の協調モードでは、中継端末は、そこの転送インターバルの間にソース端末からデータを受信し、同じインターバルでそのデータを転送する。このように受信端末は、ソース端末の転送インターバルの間に2つの異なる経路を経由して、ソース端末からデータを受信する。
【０００８】
自身のデータと同じ転送インターバルの間に中継されたデータとの同時転送のために、これらのデータは、一般に異なる周波数または直交符号を使用して転送される。
【０００９】
一般に、予定される協調戦略の種類にかかわらず、ソース端末s、受信端末d、および少なくとも1の中継端末ｒを有する協調ネットワークが扱われる。転送チャネルs-dおよびr-dは、特に異なる転送インターバルおよび／または異なる転送周波数に対応できる。
【００１０】
特に明解な協調戦略が、2003年5月15日の電子レター(Electronics Letters)29巻、10号に発行された「Distributed turbo coded diversity for relay channel」と題するB. Zhao他著の記事に提供されている。この戦略は、ソース端末内に実装されたターボ符号の第1構成要素と、中継端末内のターボ符号の第2構成要素という、ソース端末と中継端末間に分散されたターボ符号化器を実装することを目的としている。
【００１１】
ターボ符号化は、Proceedings of ICC’93の1064〜1070ページの「Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo Codes」と題する先駆的な記事中に、C. Berrou他によって紹介されていることが第一に思い出されるとともに、それ以来集中的に研究されている。ターボ符号は、実際にチャネルシャノン容量を近似することが可能になり、ビット誤り率(BER)やフレーム誤り率の面で顕著な性能を有する。
【００１２】
図２は、二つの畳み込み符号化器(convolutional corder)PCCC1およびPCCC2の並列連結から成る代表的なターボ符号化器を示す。フローIによって転送され、シンボル化される情報ビットは、インタリーバΠによってインタリーブ(interleave)された後、一方では畳み込み符号化器PCCC1を用いて符号化され、もう一方では畳み込み符号化器PCCC2を用いて符号化される。このように、PCCC1から出力されたフローC1と、PCCC2から出力されたフローC2によって符号化され、シンボル化されたビットは、パンクチャ(puncturer)内でパンクチャされうる。このようにパンクチャされたビットフローは、チャネル上で転送される前に、ビットトゥシンボル(bit to symbol)変調器MODによって変調される。
【００１３】
従来、畳み込み符号化器PCCC1およびPCCC2は、再帰的組織符号化器(systematic recursive coders)である。この場合、当業者は、符号化器PCCC1が情報ビットIおよびパリティビットP1を提供し、その後符号化器PCCC1は、系統的な部分(systematic part)を再度提供することなく、パリティビットP2を提供するのみであることを知っている。
【００１４】
図３は、B. Zhao他著の上記記事中に記載されたような、代表的な協調ネットワークを示す。
【００１５】
協調ネットワーク300は、ソース端末310および中継端末320との間に分散したターボ符号器を有する。より正確には、情報ビットIは、第1畳み込み符号化器PCCC1によってソース端末310内で符号化される。故に、符号化されたビットフロー(C1と記載)は、ビットからシンボルへの変調前に、任意にパンクチャされる。簡略化のために、(任意の)パンクチャおよび変調器は、スキーム中に表されていない。
【００１６】
故に、転送されたシンボルは、中継端末320によって受信される一方、もう一方では受信端末330によって受信される。
【００１７】
中継端末320によって受信したシンボルは、シンボルトゥビット復調器(symbol to bit demodulator)(図示せず)によって最初に復調され、こうして取得されたビットは、復号化器DECを用いて復号化される。フロー
【数２】
2013512607.tif 000004
を補充する、復号化されたビットは、第2畳み込み符号化器PCCC2中で再度符号化される前に、インタリーバΠによってインタリーブされる。符号化器PCCC1およびPCCC2は、同じ構成を有する再帰的組織符号化器である。符号化されたビットフロー(C2と記載)は、ビットトゥシンボル変調器によって変調される前にパンクチャされる。繰り返しになるが、パンクチャおよび変調器は、簡略化のために図示されていない。
【００１８】
このように、受信端末330は、ソース端末および中継端末によって転送されたシンボルを、別々のリソース(転送インターバル、転送周波数、直交符号)で受信する。一方でのソース端末と中継端末との間の空間的な分離、およびもう一方で、任意の別々の転送リソースの使用は、受信者によって悪用されうる転送ダイバーシティを発生させる。ソース端末から受信したビットフローは
【数３】
2013512607.tif 000005
と記載され、中継端末から受信したビットフローは、
【数４】
2013512607.tif 000006
と記載される。
【００１９】
受信機は、復号反復(decoding iteration)を実行する従来構成を有するターボ復号化器TDを具備する。各反復は、第1畳み込み符号化器に対応するとともに、フロー
【数５】
2013512607.tif 000007
上で動作する第1ユニット復号化器と、第2畳み込み符号化器に対応し、フロー
【数６】
2013512607.tif 000008
上で動作する第2ユニット復号化器とを実装し、ユニット復号化器は、評価するとともに、半反復毎に系統的なビットについて他の外部情報に転送する。
【００２０】
ソース端末と受信端末との間の転送チャネルと、中継端末と受信端末との間の転送チャネルの各々が、振幅と同じオーダの信号対ノイズ比(SNR)を有するガウスチャネル(AWGN)であるとき、図３に示される協調ネットワークは、満足のゆく性能を有する。しかしながら、実際は、チャネルは、時間と周波数の関数として変化するフェージングをもっているので、これらの条件はほとんど満たされない。さらに、端末が固定され、かつチャネルがフェージングを有していない場合でさえ、信号対ノイズ比は、経路s-dおよび経路r-dの両方で振幅と同じオーダであることはまれである。
【００２１】
したがって、本発明の１つの目的は、上記問題を克服し、特に、特にチャネルがフェージングを有するときのような実際の状況において、取得されるビット誤り率またはパケット誤り率に関して良好な性能を可能にする、協調ネットワーク内での転送方法を提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、ソース端末、受信端末、および少なくとも１の中継端末を有する協調ネットワークのためのデータパケットを転送するための方法によって特徴付けられる。ソース端末は、第1符号化パケットを生成するために第1畳み込み符号化器を使用してデータパケットを符号化するとともに、中継端末および受信端末にそれを転送する。中継端末は、第1符号化パケットを受信および復号化し、このように復号化されたパケットのデータをインタリーブするとともに、第2符号化パケットを生成するために第2畳み込み復号化器を使用してインタリーブされたデータのパケットを符号化し、かつ前記受信端末にそれを転送する。第1および第2の畳み込み符号化器は、ソース端末および中継端末の間に分散されたターボ符号化器を形成する。本発明の方法によると、
(a)第1畳み込み符号化器は、複数の第1の所定の畳み込み符号化器から選択され、および／または、
(b)前記第2の畳み込み符号化器は、複数の第2の所定の畳み込み符号化器から選択され、
(a)および／または(b)での選択は、ソース端末と受信端末間および／または中継端末と受信端末間のチャネルの特性(characteristic)から実行される。
【００２３】
第1変形形態によると、前記チャネルの特性は、それが位置している環境のタイプを有する。
【００２４】
例えば、チャネルの前記特性は、受信端末の固定された性質、またはモバイルの性質を有する。
【００２５】
第2変形形態によると、チャネルの前記特性は、受信端末によってセンドバック(send back)されたチャネル状態についての情報を有する。
チャネルの前記特性は、例えばビット誤り率またはパケット誤り率でありうる。
チャネルの前記特性は、さらに信号対ノイズ比でありうる。
【００２６】
この場合、チャネル上の信号対ノイズ比は、第1の所定のしきい値より低いとき、第1の弱いタイプの畳み込み符号化器が選択されることができ、かつ同様の信号対ノイズ比がこの第1のしきい値より高いとき、第1の強いタイプの畳み込み符号化器が選択されうる。
【００２７】
チャネル上の信号対ノイズ比が第2の所定のしきい値より低いとき、第2の弱いタイプの畳み込み符号化器が選択されることができ、かつ同様の信号対ノイズ比がこの第2のしきい値より高いとき、第2の強いタイプの畳み込み符号化器が選択されうる。
【００２８】
ソース端末と受信端末間のチャネル上の信号対ノイズ比が中継端末と受信端末間のチャネル上の信号対ノイズ比より高いとき、第2畳み込み符号化器より強い第1畳み込み符号化器がソース端末中で選択されることができ、反対の場合、第2畳み込み符号化器より弱い第1畳み込み符号化器が選択されうる。
【００２９】
前記チャネルがブロック・フェージング・チャネル(block fading channel)である場合、前記特性は、有利にはチャネル上のフェージング係数についての統計を有することができる。
【００３０】
この場合、所定の第1畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器の各々に対して、前記フェージング係数の別々の可能な値(different possible value)に関するビット誤り条件付確率またはパケット誤り条件付確率は、有利には算出されることができ、かつ前記所定の第1畳み込み符号化器および／または前記第2畳み込み符号化器を使用して取得されたビット誤り確率限界またはパケット誤り確率限界が、そこから推定される。
【００３１】
この場合、最低のビット誤り率または最低のパケット誤り率限界を取得できるため、所定の第1畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器が選択されることができる。
【００３２】
第1実施形態によると、ソース端末は、第1および／または第2畳み込み符号化器の両方の選択を制御する。
【００３３】
あるいは、第2実施形態によると、ソース端末は、第1畳み込み符号化器の選択を制御し、および／または中継端末は、第2畳み込み符号化器の選択を制御する。
【００３４】
本発明の更なる特徴と利点は、添付の図面を参照して、本発明の選択的実施形態を読むことで明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】最新の既知の協調ネットワークの非常に簡素な例を概略的に示す。
【図２】最新の既知のターボ符号化器の例を概略的に示す。
【図３】最新として知られているような、ソース端末と中継端末間に分散されたターボ符号化器を使用する協調ネットワークを概略的に示す。
【図４】本発明の第1実施形態による協調ネットワークを概略的に示す。
【図５】本発明の第2実施形態による協調ネットワークを概略的に示す。
【図６】本発明の第3実施形態による協調ネットワークを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
ソース端末、受信端末、少なくとも１の中継端末を有する協調通信システムの場合を再度検討する。各端末が、例えば転送時間インターバル(TTI)、サブキャリアの周波数またはインターバル(OFDMマルチプレクサ内の)、転送符号、またはそのようなリソースの組合せのような専用の転送リソースのために、パケット(またはフレーム)中のデータを転送することを想定する。上述したように、ソース端末および中継端末は、異なるリソースを使用する。例えば、ソース端末は、サブキャリア(またはチャンク(chunk))の第1インターバルでデータパケットを転送するとともに、端末は、先のものとは異なるサブキャリアの第2インターバルでそれを中継する(復号化し、インタリーブし、再符号化した後に)。しかしながら、本発明は、転送リソースの特別なタイプの使用に制限されるべきではない。
【００３７】
図４は、本発明の第1実施形態による協調ネットワークを概略的に示す。
４１０にソース端末、４２０に中継端末、および４３０に受信端末が図示されている。一般に、協調ネットワークは、ソース端末から受信端末までデータパケットを中継するための複数の中継端末を実装できる。簡素化のために、しかし一般として、以下では単一の中継端末が使用されると仮定する。
【００３８】
ソース端末は、情報ビットIのパケットを符号化するための第1畳み込み符号化器PCCCSを具備する。必要であれば、このような符号化されたパケットは、ビットトゥシンボル変調器によって変調される前に、パンクチャリングを受ける。簡素化のため、ビットトゥシンボル変調器および(任意の(optional))パンクチャは、図示していない。得られた変調シンボルは、第1転送リソース上にソース端末によって転送される。例えば、これらのシンボルは、OFDMマルチプレクサのサブキャリア(より正確には、チャンクのサブキャリア)を変調でき、また、それ自体既知の方法で、符号を使用してスペクトル的に拡散されうる。
【００３９】
中継端末はソース端末によって転送された信号を受信し、符号化されたデータパケットを取得するために信号を復調する。このように取得されたビットは、復号化器DECによって復号化され、N台の所定の畳み込み符号化器PCCCｒ1,...,PCCCrNから選択された第2畳み込み符号化器PCCCｒｎによって復号化される。これらの畳み込み符号化器は、有利には、異なる最小距離を有する符号に対応する。それらは特に、異なるサイクル長をもつインパルス応答を有する再帰的符号化器でありうる。Nからの第2畳み込み符号化器の選択は、制御器CTLRによって制御される。第2畳み込み符号化器によって再符号化されたビットのパケットは、第1の転送リソースとは異なる第2の転送リソース上で転送される前に、ビットからシンボルに変調される。
【００４０】
受信端末４３０は、転送チャネルs-dを介して、第1の畳み込み符号化器PCCCSによって符号化された第1のパケットと、転送チャネルr-dを介して、第2の選択された畳み込み符号化器PCCCｒｎによって符号化された第2のパケットとを受信する。第1および第2の符号化されたパケットは、情報ビットIの同じパケットから取得される。ターボ符号化器TDは、それ自体既知の方法で、第1畳み込み符号化器に対応する第1ユニット復号化器と、第2畳み込み符号化器に対応する第2ユニット復号化器とを使用して、復号反復を形成する。
【００４１】
一般に、第2畳み込み符号化器の選択は、転送チャネルs-rおよび／または転送チャネルr-dの特性に依存する。
【００４２】
第1変形形態によると、この特性は、想定するチャネルのタイプ、より正確には、それが位置する環境のタイプである。例えば、中継端末は、第1は都市環境専用の、第2は非都市(rural)環境用である、２つの第2畳み込み符号化器PCCCｒ1およびPCCCｒ2を具備する。環境のタイプは、端末が位置するセルの基地局によって、例えばセルネットワークのような協調ネットワークによって局所的に提供されうる。あるいは、２つの畳み込み符号化器は、それぞれ、受信端末が固定されている場合と、受信端末がモバイルである場合とに専用化されうる。例えば、受信端末は、キャリア周波数のドップラシフトを測定するか、またはGPS測位システムを使用してその率を測定し、それについて中継端末に通知できる。
【００４３】
第2変形形態によると、特性は、チャネル状態s-dおよびチャネル状態r-dについての情報である。チャネル状態についてのこの情報は、例えば、パイロットシンボルを使用している受信端末によって評価されうる。故に、チャネルs-dおよびr-dが、OFDMマルチプレクサのサブキャリアの第1および第2のインターバルをそれぞれ使用すると仮定する場合、第1インターバルおよび第2インターバル内に拡散したパイロットシンボルにより、受信端末は想定された２つのチャネルの減衰係数を評価できる。あるいは、受信端末は、チャネルs-d、チャネルr-d、または両チャネル上で、ビット誤り率BER、またはパケット率、(またはフレーム誤り率FER)を決定できる。その目的のために、畳み込み符号化の他に、検出符号化(CRC)または誤り訂正符号化(ECC)が、ソース端末および／または中継端末内で提供されうる。
【００４４】
ビット誤り率またはパケット誤り率は、ターボ復号化の反復の最後に、各受信パケットのために受信端末によって決定されうる。あるいは、転送期間中を通して平均されうる。
【００４５】
チャネル状態についての情報は、転送チャネルs-dまたはr-dの一方、または両方のチャネル上で、信号対ノイズ比(SNR)をさらに有する。受信端末は、例えばパイロットシンボルのためにこの率を評価する。チャネル上で実際に受信されたシンボルと、変調器群のパイロットシンボルとの間の距離は、信号対ノイズ比をこのチャネル上で評価できるようにする。
【００４６】
いずれにしても、チャネル状態についての情報(減衰係数、PER、PEB、SNR)は、受信端末によって評価されるとともに、中継端末にセンドバックされる。この情報から、制御器CTLRは、Nからの第2畳み込み符号化器の選択を制御する。ソース端末は、この時点で第2の分散したターボ符号化構成要素を認識するだけで、選択は、中継端末内で自律的であることがわかる。あるいは、図示していないある実施形態によると、チャネル状態についての情報は、ソース端末にセンドバックされるとともに、後に中継端末内の第2畳み込み符号化器の選択を制御する。より正確には、ソース端末は、例えば、補助チャネル上で、選択信号を中継端末に転送するとともに、中継端末は、検出信号によって提供される指示に基づいて第2畳み込み符号化器を選択するだけである。
【００４７】
第2畳み込み符号化器の選択基準を明確にする前に、ターボ符号の信号対ノイズ比(Eb/N0またはSNR)の関数としてビット誤り率(BER)を与える曲線は、２つの動作領域を有することを念頭に置くべきである。曲線が強い傾斜を有し、低SNRレベルを有する、ウォーターフォール(waterfall)と呼ばれる第1領域と、曲線が弱い傾斜を有し、高SNRレベルを有する、エラーフロア(error floor)と呼ばれる第2領域とである。畳み込みターボ符号では、成分は、すなわちそれを構成する畳み込み符号(一般に再帰的組織符号)は、等しい。そのようなターボ符号は、その理由で「対称」とも呼ばれる。対称ターボ符号は、一般に、両領域ではなく、ウォーターフォール領域またはエラーフロア領域のいずれかで取得されるビット誤り率(またはパケット誤り率)に関して良好な性能を可能にする。それ故に、成分が異なる、いわゆる「非対称」ターボ符号を使用することが提案される。非対称ターボ符号の記述およびそれらの性質は、IEEE委員会から発行された「A note on asymmetric turbo-codes」と題される2009年3月の文書3巻3号の69-71ページに、O.Y. Takeshita他著の記事中と、2000年フランスのブレストの93-100ページの「Proc. of International symposium on turbo codes and related topics」内で発行された「New developments in asymmetric turbo codes」と題される、P.C. Massey他著の記事中とに見られる。
【００４８】
第一に想定されるのは、ソース端末中で使用される第1の成分符号が、弱い符号であるか、すなわち低い最小距離を有する符号であるか、または、それが再帰的組織符号である場合、短期サイクル符号であることである。より正確には、弱い符号によって、ベロー再帰的組織符号(Berrou systematic recursive code)のものより低い最小距離を有する畳み込み符号を意味する。P.C. Massey他著の記事中で明記されるように、率1/2を有する伝達関数(transfer function)
【数７】
2013512607.tif 000009
(分母中の多項式が再帰的部分を表し、分子が直接的部分またはFFを表すことを念頭におく)によって定義される符号である。対して、高い最小距離を有する符号、または同様に、それが再帰的組織符号である場合、長期サイクル符号は、強い符号と呼ばれる。より正確には、再度ベローによって使用される再帰的組織符号との比較は、その符号を特徴づけるために参照される。
【００４９】
ソース端末内で使用される弱い符号PCCCSは、ターボ復号化中、良好な信頼度を有する外部情報をウォーターフォール領域、故に低い信号対ノイズ比を有する場合のために取得されるようにできる。
【００５０】
チャネルが都市型環境中に位置するときか、または、チャネルの減衰係数が低い(チャネル上の強い減衰)とき、チャネル上のビットまたはパケット誤り率が高いとき、または、信号対ノイズ比が低いときでさえ、弱い第2畳み込み符号が、ウォーターフォール領域中で良好な性能を取得するために選択される。チャネル単位に、それは、ここの全てのチャネルs-d、およびr-d、またはr-dのみでさえも、対象としている。
【００５１】
対して、チャネルが非都市環境に位置しているとき、または、チャネルの係数が１に近い(チャネル上で低い減衰)とき、ビットまたはパケットの誤り率が低いとき、信号対ノイズ比が高いときでさえ、第2の強力な畳み込み符号は、エラーフロア領域中で良好な性能を取得するために選択される。
【００５２】
例えば、PCCCSおよびPCCCｒ1に対してN=2である場合、伝達関数
【数８】
2013512607.tif 000010
を有するベロー符号化器が使用されうる。そしてPCCCｒ2に対して、伝達関数
【数９】
2013512607.tif 000011
を有する再帰的符号化器、または、伝達関数
【数１０】
2013512607.tif 000012
でさえ有する再帰的符合化器が使用される。
【００５３】
PCCCｒ1、PCCCｒ2およびPCCCｒ3に対して、N=3の場合、それぞれの伝達関数g0(D)、g1(D)およびg2(D)をシェービングする(shaving)符号化器が使用されうる。
【００５４】
実際、減衰係数、ビット誤り率、パケット誤り率、および信号対ノイズ比に関する基準を適用するために、制御器は、チャネル状態についての情報をしきい値の値と比較する。上記の例では、N=2について、制御器CTLRは、所定のしきい値SNRThを用いて受信端末によって評価された、例えばチャネル上のSNR値を比較する。このしきい値よりも高い場合、符号化器PCCCｒ1が選択され、かつそうでない場合、制御器は、符号化器PCCCｒ2を選択する。
【００５５】
第1の畳み込み符号化器が強いと仮定する場合、第2の弱い畳み込み符号化器が、ウォーターフォール領域の場合に対して選択され、第2の強い畳み込み符号化器が、誤りフロア領域の場合に対して選択される。
【００５６】
第3の変形形態によると、転送チャネルは、非エルゴードのブロック・フェージング・チャネルによってモデル化され、端末が直接ラインサイト(LOS)内であればすぐに、携帯電話での現実的な仮説となる。より正確には、ここでは、転送チャネルs-dおよび転送チャネルr-dは、ブロック・フェージング・チャネルであると仮定する。フェージングは、時間インターバルおよび／または周波数インターバルのいずれを考慮しているかによって時間および／または周波数ブロック・フェージングでありうる。説明のために、以降ではソース端末および中継端末は、OFDM多重化のサブキャリア(チャンク)の転送リソースインターバルとして使用することを仮定する。OFDM転送チャネルは、Lユニットチャネル(サブチャネル)のセットによってモデル化されうる。各ユニットチャネル
【数１１】
2013512607.tif 000013
は、サブキャリアのインターバルに対応し、減衰係数αlによって特徴付けられる。なお一般的には、係数は、データパケット上で一定である(より正確には、第1畳み込み符号化器によって符号化されたパケット上、および第2畳み込み符号化器によって符号化された第2の対応パケット上)。この場合、係数
【数１２】
2013512607.tif 000014
が、１または複数のパケットを有するブロックに関連するランダム変数として考えられうる。２つの離れたブロックに関連するランダム変数
【数１３】
2013512607.tif 000015
は独立しており、例えばライス分布法(Rice distribution law)のような、同一確率分布法である。ベクトル
【数１４】
2013512607.tif 000016
は、L個の独立成分を有するランダムベクトルである。
【００５７】
この変形形態では、受信端末は、L個のユニットチャネル上(パイロットシンボルを使用する)の各ブロックに対して、減衰係数α1,...,αLを測定するとともに、これらの係数の各々の確率分布を更新し、または同様にベクトル
【数１５】
2013512607.tif 000017
の分布法の確率分布を更新する。これらの分布法は、一方または他方が、第2畳み込み符号化器の選択を制御するかどうかによって、中継端末またはソース端末に転送される。両場合において、係数の確率分布は、時間外に更新されるテーブル内で、局所的に格納(場合によってソース端末または中継端末に)される。
【００５８】
この変形形態におけるアイデアは、均一限界(union bound)と呼ばれる、ターボ符号化器から出力されるビット誤り確率またはパケット誤り確率をメジャライズ(majorizing)する確率限界を選択基準として使用することである。より正確には、この限界は、成分(PCCCｓ,PCCCr1),...,(PCCCｓ,PCCCrN)を有する各ターボ符号に対して計算され、最小の限界に対応する第2畳み込み符号化器が選択される。
【００５９】
符号化器PCCCｓ,PCCCrｎは、再帰的組織符号化器であるとき、ターボ復号化器から出力されるビット誤り条件付き確率は、ベクトル
【数１６】
2013512607.tif 000018
を踏まえて、限界
【数１７】
2013512607.tif 000019
によってメジャライズされることが示されうる。同様に、ターボ復号化器から出力されるパケット誤り条件付き確率は、ベクトル
【数１８】
2013512607.tif 000020
を踏まえて、限界
【数１９】
2013512607.tif 000021
によってメジャライズされる。
【数２０】
2013512607.tif 000022
についての和は、以降成分dlが定義されている
【数２１】
2013512607.tif 000023
のように、ベクトル
【数２２】
2013512607.tif 000024
に対して実行される。
【００６０】
式(4)および(5)において、N=2(中継端末のうちの２つからの再帰的組織符号化器の選択)として仮定し、次のように記載される。
Pは、分散ターボ復号化器に入力されるパケットあたりの情報ビット数であり、あるいは同様に、パケットの系統的部分中のビット数であり、ｗは、この系統部分のハミング重みであり、ｗminは、この重みの最小値であり、j=j1+j2であり、ここで、j1およびj2は、それぞれ第1組織符号化器および第2再帰的組織符号化器から出力されるパリティビットのハミング重みである。jminは、jの最小値であり、erfcは、ガウスの相対誤差関数であり、
【数２３】
2013512607.tif 000025
は、ユニットチャネル
【数２４】
2013512607.tif 000026
上で転送される
【数２５】
2013512607.tif 000027
ビット(系統ビットおよびパリティビット)のハミング重みである。d=j+ｗは、分散されたターボ符号のハミング重みであり、Rcは、分散されたターボ符号の割合であり、
【数２６】
2013512607.tif 000028
は、各ユニットチャネル上の信号対ノイズ比である。
【数２７】
2013512607.tif 000029
ここで、
【数２８】
2013512607.tif 000030
は、それぞれ、第1再帰的組織符号化器(ソース端末に配置される)から出力された重みｗ+j1を有する符号語の数であり、中継端末内の選択された第2再帰的組織符号化器から出力された重みｗ+j2を有する符号語の数であり、
【数２９】
2013512607.tif 000031
は、Pからのｗビットの畳み込み数であり、
【数３０】
2013512607.tif 000032
は、インタリーバによる平均化効果の影響を表し、
【数３１】
2013512607.tif 000033
として表されうる。
【００６１】
式(4)および(5)は、ユニットチャネル上の減衰係数のベクトルを踏まえて、ビットおよびパケット誤り確率の各々の限界を与える。
【００６２】
上記テーブル内に格納された減衰係数の確率分布である、確率法
【数３２】
2013512607.tif 000034
から、平均化された上限は、
【数３３】
2013512607.tif 000035
と計算できる。ここでは、合計は、正の値
【数３４】
2013512607.tif 000036
について実行される。
【００６３】
これらの平均上限は、それぞれ粗く(loose)、厳密な平均上限は、有利には、
【数３５】
2013512607.tif 000037
を使用して計算される。
【００６４】
第2畳み込み符号化器の選択を制御する担当の端末は、両符号化器PCCCr1およびPCCCr2に対して、かつより一般的には、N個の符号化器PCCCr1,...,PCCCrNに対して、式(8)または(10)にしたがって、平均上限
【数３６】
2013512607.tif 000038
を算出し、または、式(9)または(11)にしたがって、上限
【数３７】
2013512607.tif 000039
を算出するとともに、そこから最小平均上限を作る１台を推測する。この畳み込み符号化器は、
【数３８】
2013512607.tif 000040
の更新周波数に対応して、以降のパケットの転送のために、または所定期間に対するパケットの転送のために選択される。
【００６５】
第4変形形態によると、選択制御器は、ビット誤り確率上限またはパケット誤り確率上限を評価するために、減衰係数α1,...,αLの測定を直接使用するとともに、最小上限を作成する第2畳み込み符号化器を選択する。
【数３９】
2013512607.tif 000041
と記載される最新の測定で取得した減衰係数のベクトル場合、限界
【数４０】
2013512607.tif 000042
は、以下の
【数４１】
2013512607.tif 000043
として、簡単に決定される。ここで、
【数４２】
2013512607.tif 000044
は、それぞれ式(4)および(5)によって与えられる式である。
【００６６】
この変形形態の実装は、上記の転送期間で測定された減衰係数が、２つの測定時点の間でほとんど変化しないユニットチャネルである、以降の転送期間でのユニットチャネルの減衰係数の良好な評価であることを仮定する。
【００６７】
図５は、発明の第2実施形態による協調ネットワークを概略的に表す。
この実施形態では、第1畳み込み符号化器がアダプティブ(adaptive)であるが、PCCCrによって指定される第2畳み込み符号化器は、固定されている。より正確には、ソース端末510に配置される第1畳み込み符号化器は、PCCCS1,...,PCCCSMと表記される複数のM個の第1の所定の畳み込み符号化器から選択され、前述のように、転送チャネルs-rおよび／または転送チャネルr-dの特性から選択が実行される。第1実施形態とは違い、選択の制御は、CTLSによって設計された制御器によって、ソース端末で常に実行される。
【００６８】
第1実施形態の範囲内で設定された異なる変形形態は、第2実施形態内でも同様に提供できることを当業者はわかるので、ここでそれの記述は繰り返さない。チャネルの減衰係数が弱い(チャネル上では強い減衰)とき、または、チャネル上のビットまたはパケット誤りが高いとき、信号対ノイズ比が低いときでさえ、チャネルが都市型環境である場合、第2変形形態の範囲内で、弱い畳み込み符号が選択されるように設定される。反対に、チャネルの減衰係数が強い(チャネル上では弱い減衰)とき、または、チャネル上のビットまたはパケット誤りが低いとき、信号対ノイズ比が高いときでさえ、チャネルが非都市型環境の場合、強い畳み込み符号が選択される。
【００６９】
図６は、発明の第3実施形態による協調ネットワークを概略的に表す。
この実施形態では、第1および第2の畳み込み符号化器は、アダプティブである。より正確には、第1の畳み込み符号化器は、PCCCS1,...,PCCCSMと表記される複数のM個から選択され、第2の畳み込み符号化器は、PCCCS1,...,PCCCSNと表記される複数のN個から選択される。第1の畳み込み符号化器からの選択の制御は、ソース端末610内に配置される第1制御器CTLSによって実行され、第2畳み込み符号化器からの選択の制御は、中継端末620内に配置された第2制御器CTLRによって実行される。あるいは、第1および第2畳み込み符号化器の選択の制御は、ソース端末に集中され、他の表現では、制御器CTLSによってのみ実行される。
【００７０】
当業者は、この第3実施形態は再びそれらを記述する必要なく以前に設定した第4変形形態に基づいて提供されているように、第3実施形態は、第1及び第2の実施形態の組み合わせであることを理解する。
【００７１】
しかしながら、第3実施形態は、第5の特徴的変形を含む。この第5変形形態は、選択の制御は、ソース端末610で集中化される。受信端末630は、チャネルs-dの状態およびチャネルr-dの状態を個別に評価し、制御器CTLSに両状態を転送する。
【００７２】
選択は以下のように実行される。
チャネルs-dの減衰係数は、チャネルr-dの減衰係数よりも小さい場合、またはチャネルs-d上のビット／パケット誤り率がチャネルr-dのそれよりも高い場合、またはチャネルs-d上の信号対ノイズ比がチャネルr-d上のそれよりも低い場合でさえ、第2畳み込み符号化器より弱い第1畳み込み符号化器が選択される。反対の場合では、第2畳み込み符号化器より強い第1畳み込み符号化器が選択される。このように、ターボ符号化器は、ウォーターフォール領域での最も低い符号化器に関連する復号化器によって提供される外部情報の最高の信頼性から、およびエラーフロア領域での最も高い符号化器に関連する復号化器による最大の収束から、全ての場合において利益を得る。
【００７３】
発明の実施形態の記載は、ソース端末、中継端末、および受信端末は、これらの端末のそれらの本質を指定せずに単に選ばれる。受信端末がユーザ端末である場合、ソース端末は基地局であり、反対に、受信端末が基地局である場合、ソース端末がユーザ端末である。故に、本発明は、アップリンクおよびダウンリンク通信の両方に適用される。
【符号の説明】
【００７４】
400  協調ネットワーク
410  ソース端末
420  中継端末
430  受信端末
【図１】
2013512607.tif 000045
【図２】
2013512607.tif 000046
【図３】
2013512607.tif 000047
【図４】
2013512607.tif 000048
【図５】
2013512607.tif 000049
【図６】
2013512607.tif 000050
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月9日(2012.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース端末と、受信端末と、少なくとも１の中継端末とを具備し、
前記ソース端末は、第1の符号化されたパケットを生成するために第1畳み込み符号化器を使用してデータパケットを符号化するとともに、前記中継端末および前記受信端末に前記データパケットを転送し、
前記中継端末は、前記第1の符号化されたパケットを受信するとともに復号化し、この復号化されたパケットのデータをインタリーブし、第2の符号化されたパケットを生成するために第2畳み込み符号化器を使用してインタリーブされたデータパケットを符号化し、前記受信端末に符号化された前記データパケットを転送し、
第1および第2畳み込み符号化器は、ソース端末および中継端末の間に分散したターボ符号化器を形成する、協調ネットワークのためのデータパケット転送方法であって、
(a)前記第1畳み込み符号化器は、複数の第1の所定の畳み込み符号化器から選択され、および／または、
(b)前記第2畳み込み符号化器は、複数の第2の所定の畳み込み符号化器から選択され、
ここで、(a)および／または(b)の選択は、前記ソース端末と前記受信端末の間、および／または前記中継端末と前記受信端末の間のチャネルのブロック毎のフェージング係数の統計から実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
第1の所定の畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器の各々に対して、前記フェージング係数の別々の可能な値に関するビット誤りまたはパケット誤りの条件付確率が、計算されるとともに、前記第1の所定の畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器を使用して取得されるビット誤り確率限界またはパケット誤り確率限界が、そこから推測されることを特徴とする請求項１に記載のパケット転送方法。
【請求項３】
最も低いビット誤り率限界またはパケット誤り率限界が取得されるようにできる前記第1の所定の畳み込み符号化器および／または第2畳み込み符号化器が選択されることを特徴とする請求項２に記載のパケット転送方法。
【請求項４】
前記ソース端末は、前記第1および／または第2畳み込み符号化器の選択の両方を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のパケット転送方法。
【請求項５】
前記ソース端末は、前記第1畳み込み符号化器の前記選択を制御し、および／または前記中継端末は、前記第2畳み込み符号化器の選択を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のパケット転送方法。
【国際調査報告】
2013512607.tif 000051
2013512607.tif 000052
2013512607.tif 000053
2013512607.tif 000054
2013512607.tif 000055
2013512607.tif 000056