(57)【要約】  本発明は、複数の送信元、1つの中継器、および1人の受信者を含む通信ネットワークにおける選択中継のための方法であって、メッセージの推定を得るために、中継器を介して、送信元によってそれぞれ送信されたメッセージを受信するステップと、中継器で、推定されたメッセージにおけるエラーを検出するステップと、中継器から受信者に、エラーが検出されなかった単一のメッセージを代表する、インターリーブ化およびコード化を含む検出されたエラーのないメッセージに適用された全単射でない全射に由来する信号を送信するステップとを含むことを特徴とする方法に関する。代表信号は、どのメッセージが代表信号において代表されるかを示す制御信号とともに、中継器によって受信者に送信される。また、本発明は、通信ネットワークにおける選択中継のためのデバイスに関する。
2013536641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信元(S1、S2、...、SN)、1つの中継器(R)、および1つの宛先(D)を有する通信ネットワークにおける選択中継方法であって、
前記中継器(R)が、メッセージ(u1、u2、...、uN)の推定を得るために、前記送信元によってそれぞれ送信された前記メッセージを受信するステップと、
前記中継器(R)が、前記推定されたメッセージ(u1、u2、...、uN)内のエラーを検出するステップと、
前記中継器(R)が、代表信号を前記宛先(D)に送信するステップであって、前記信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備える前記メッセージに適用された全単射でない全射に由来する、ステップと、
前記代表信号が、前記代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示すチェック信号とともに、前記中継器(R)によって前記宛先(D)に送信されるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも2つのメッセージがエラーなしで検出された場合、前記代表信号が、エラーなしで検出されたメッセージの数に依存し、エラーが検出されなかったこれらのメッセージに適用されるネットワークおよびチャネル符号化関数に由来する、請求項1に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
【請求項３】
前記エラー検出ステップが、CRCタイプの符号によって実行されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
【請求項４】
前記ネットワークおよびチャネル符号化関数が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみのモジュロ2加算のステップを含む、請求項2または請求項3に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
【請求項５】
前記メッセージの前記モジュロ2加算が、前記メッセージのそれぞれのCRC符号と一緒に実行される、請求項4に記載の通信ネットワークにおける選択中継方法。
【請求項６】
複数の送信元(S1、S2、...、SN)、および1つの宛先(D)を有する通信ネットワークのための選択中継デバイス(R)であって、
メッセージ(u1、u2、...、uN)の推定を得るために、前記送信元によってそれぞれ送信された前記メッセージを受信するための手段と、
前記推定されたメッセージ内のエラーを検出するための手段と、
代表信号を前記宛先(D)に送信するための手段であって、前記信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備える前記メッセージに適用された全単射でない全射に由来する、手段と、
前記代表信号が、前記代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示すチェック信号とともに、前記中継デバイス(R)によって前記宛先(D)に送信されるための手段と
を備えることを特徴とする中継デバイス。
【請求項７】
メッセージを受信する方法であって、請求項1から5のいずれか一項に記載の中継方法を実施するための複数の送信元(S1、S2、...、SN)および1つの中継器(R)を有するMARCシステムの宛先(D)において実施されるメッセージ受信方法において、
代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示す、前記中継器(R)によって送信されたチェック信号の制御下における、前記送信元から来る受信されたメッセージおよび前記中継器から来る、前記送信元から来てエラーなしで前記中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号に統合して適用される検出/復号化ステップ
を含むことを特徴とするメッセージ受信方法。
【請求項８】
前記代表信号が、前記チェック信号によって、前記送信された代表信号において代表されるものとして示される前記メッセージのモジュロ2和から来る、請求項7に記載の通信ネットワークのためのメッセージ受信方法。
【請求項９】
複数の送信元(S1、S2、...、SN)および1つの中継器(R)を有する通信ネットワークのためのメッセージ受信デバイス(D)であって、
代表信号において代表される前記少なくとも1つのメッセージを示す、前記中継器(R)によって送信されたチェック信号の制御下で、前記送信元から来る受信されたメッセージおよび前記中継器から来る、エラーなしで前記中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号を反復して統合検出/復号するための手段
を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
前記統合検出/復号化手段が、ソフト入力およびソフト出力を有する復号器を備える、請求項9に記載のメッセージ受信デバイス(D)。
【請求項１１】
請求項6に記載の少なくとも1つの中継デバイス(R)と、請求項9に記載の少なくとも1つの受信デバイス(D)とを含む通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ネットワークにおける中継のための方法およびデバイスに関する。
【０００２】
一般に、本発明は、デジタル通信の分野に関する。
【０００３】
本発明は、より詳細には、ネットワーク符号化の問題に関し、ネットワークは、その問題の一部を形成する中継器を有する。本発明は、(多元接続中継チャネル(MARC:multiple-access relay channel)モデルを使用する)複数の送信元、1つの中継器、および1つの宛先からなるマルチユーザネットワークに適用される。このタイプのネットワークトポロジでは、送信元は、その符号化された情報シーケンスを中継器Rおよび宛先Dに宛ててブロードキャストする。中継器は、送信元から受信された信号を復号し、それらの信号を(統合して)再コード化するとともに、空間的に分散したネットワーク符号を作成するのに適したそれ独自の冗長性を追加しなければならない。宛先では、送信元から受信された符号化されたシーケンスおよび中継器によって送られた符号化されたシーケンスを備える、空間的に分散した符号化されたシーケンスの復号化は、統合チャネル/ネットワーク復号化アルゴリズムに依存する。生じる問題のうちの1つは、送信元ノードから中継器ノードRへの接続により、必ずしも受信された信号をノードRでエラーなしに復号することができるというわけではないということである。最終宛先は、通過した無線リンクの品質を含む、受信された信号の信頼性を回復することができなければならない。さらに、完全なダイバーシチを達成するために、リンクの中断の場合にすべてのメッセージを回復することができることが必要である。本発明は、いわゆる半二重(HD)中継器および全二重(FD)中継器に適用され、(干渉のない)直交リンクおよび非直交リンクにも適用される。
【背景技術】
【０００４】
ワイヤレスネットワークのノード間の協働の概念は、ここ数年にわたって、ますます成功を収めている。この概念の特定の実際的な実施形態により、ワイヤレス通信システムに対するスペクトル効率と送信の信頼性の両方を高めることができることが示されている。
【０００５】
ネットワーク符号化は、ネットワークのノードがそれらのノード独自のリソース(電力、帯域幅など)だけでなく、それらのノードの計算容量も共有し、それによって、情報がノードを介して伝播するたびにますます強力になる一種の分散された符号化を作成する、高度な形式の協働である。この符号化は、ダイバーシチおよび符号化の点で、かなりの利得をもたらす。
【０００６】
S→Rチャネルを知らない送信元とのレイリーフェージングを有する中継チャネルの現実的な状況では、中継器が送信元からのメッセージを不完全に復号するというゼロではない可能性が存在する。このことは、宛先に伝播されるエラーをもたらす可能性がある。
【０００７】
IEICE Transactions on Communication、Vol. E92-B、No. 11、2009年11月に発表されたS. Tang、J. Cheng、C. Sun、R. Miura、S. Obanaによる従来技術の学術文献「Joint channel and network decoding for XOR-based relay in multi-access channel」では、完全なダイバーシチを達成することができ、中継のための「統合選択(joint selective)」機能を適用することによって送信元から中継器へのリンクの非信頼性を考慮する、2送信元MARCネットワークのための統合チャネル/ネットワーク符号が開示されている。これを行うには、中継器は、送信元から受信された両方のメッセージがエラーなしで復号された場合、受信されたメッセージのネットワーク符号化されたバージョンを送信する。この従来技術の学術文献に記載された技法は、少なくとも以下の2つの欠点を含む。
・  中継機能は、「統合選択」手法に依存する。すなわち、2つの送信元メッセージのうちの1つが中継器で誤りがあるものとして検出された場合、中継器は何も送信しない。
・  「符号設計(code design)」は、送信元および中継器が同じ符号化方式を使用する状況に限定される。
【０００８】
ISWCS 2007、4th International Symposium on Wireless Communication Systems、2007、IEEE、Piscataway、NJ、USA、2007年10月1日(2007-10-01) pp. 732-736、XP031166866に発表されたDereje H. Woldegebrealらによる学術文献「Multiple-access relay channel with network coding and non-ideal source-relay channels」は、送信元および中継器から来る信号のチャネル復号化が宛先でのXOR復号化とは別に実行されるという仮定に依存するMARCシステムについて理論的に記載している。
【０００９】
「適応(adaptive)」モードでは、中継器が送信元から受信したメッセージの両方が正確に復号されている場合にのみ、中継器はネットワーク符号化を送信する。これが起こらない(エラーが検出された)場合、中継器は、エラーなしで復号されたメッセージがあれば、そのメッセージを送信するか、そうでなければ、中継器は沈黙したままである。エラー検出は巡回冗長検査(CRC)に基づいてもよく、次いで、中継器は、復号化の結果を示すために「余分なビット(extra-bits)」の送信を追加してもよい。この文献は、基本的には、MARCシステムの理論上の性能限界を算出することに関係しており、MARCシステムを実施する方法について記載していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、この状況を改善することを目指す。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このために、本発明は、複数の送信元、1つの中継器、および1つの宛先を有する通信ネットワークにおける選択中継の方法であって、
・  中継器が、メッセージの推定を得るために、送信元によってそれぞれ送信されたメッセージを受信するステップと、
・  中継器が、推定されたメッセージ内のエラーを検出するステップと、
・  中継器が、代表信号を宛先に送信するステップであって、信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備えるメッセージに適用された全単射でない(non-bijective)全射(surjective function)に由来する、ステップと、
・  代表信号が、代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示す、すなわち、前記信号に関与するチェック信号とともに、中継器によって宛先に送信されるステップと
を含む方法を提供する。
【００１２】
送信元および宛先での中継信号の統合チャネル復号化を実行するために、エラーなしで検出されたメッセージをインターリーブすることが必要である。
【００１３】
したがって、本発明の方法により、送信元から中継器へのリンクがあまり信頼のおけるものではないとき、中継器から宛先へのエラーの伝播を制限することができる。
【００１４】
2つの送信元の特定のケースでは、代表信号は、エラーなしで検出されたそれぞれのメッセージについて、メッセージが送信元のうちの一方のみから来ていること、またはエラーがない2つのメッセージが両方の送信元から来ていることを示す。その結果として、両方の送信元からのメッセージがエラーを有するものとして検出された場合、中継器はいかなる信号も全く送信しない。他の状況では、中継器は、2つの送信元のうちの1つから来ているメッセージを代表している(他方のメッセージがエラーとともに検出されたとき)か、またはそれぞれが送信元のうちの一方から来ている両方のメッセージを代表している(両方のメッセージがエラーなしで検出されたとき)メッセージを送信する。3つ以上の送信元があるとき、上記の原理が同じように適用され、2つの送信元はn個の送信元と置き換えられ、nは送信元の数であり、送信された信号は最大でもn個のメッセージを代表すること、ただし十分同様に、送信された信号はそれらのメッセージのうちの1つのみを代表することができることが理解される。
【００１５】
一実施態様では、少なくとも2つのメッセージがエラーなしで検出された場合、代表信号は、エラーなしで検出されたメッセージの数に依存し、エラーが検出されなかったこれらのメッセージに適用されるネットワークおよびチャネル符号化関数に由来する。このような符号化があると、中継器によって送信された信号により、宛先は送信元によって送信されたメッセージを検出することができず、宛先は、中継器によって送られた代表信号および宛先によって受信され、送信元から直接来た信号を同時に利用する統合検出を実施しなければならない。中継器によって誤って検出されたメッセージが代表信号の内容に関与しないとすると、このことにより、有利には、エラーなしで中継器によって受信された少なくとも1つの信号のみを代表する信号を提供することによって、統合検出方法を改善することができる。
【００１６】
エラーなしで中継器によって受信されたメッセージがないとき、中継器はいかなる代表信号も送信しない。
【００１７】
一実施態様では、エラー検出ステップは、CRCタイプの符号によって実行される。これにより、エラー検出を最適化することができる。
【００１８】
特定の一実施態様では、ネットワークおよびチャネル符号化関数は、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみのモジュロ2(排他的論理和(XOR:exclusive OR))加算のステップを含む。これにより、その他すべてのメッセージが知られている場合、1つのメッセージを回復することができる。モジュロ2和およびその他のメッセージを知っていれば、1つのメッセージを回復することができる。この文脈では、このようにして回復されたメッセージが発信された送信元を判定するために、チェック信号を使用することができる。
【００１９】
一実施態様では、メッセージのモジュロ2(排他的論理和)加算は、メッセージのそれぞれのCRC符号と一緒に実行される。このことにより、中継器から来る受信された信号および宛先で受信され、送信元から直接来た信号の復号化/検出から来る先験的情報から復号されたメッセージ内のエラーの存在を宛先でテストすることができる。このことは、宛先での受信の簡略化をもたらす。
【００２０】
一実施形態では、チャネル符号化は、中継器によって、エラーが検出されなかったメッセージに適用される。モジュロ2(排他的論理和)和により、システムに完全なダイバーシチを提供することができる(すなわち、単一のリンクが中断された場合、すべてのメッセージを回復することができる-モジュロ2和およびその他のメッセージを知っていれば、1つのメッセージを回復することができる)が、このチャネル符号化により、中継器でのXORに由来する信号に対する符号化によって導入された追加の冗長性を犠牲にして、送信元毎のバイナリエラーレート(または宛先でのそれぞれの送信元のメッセージ毎のエラーレート)のより良い性能を達成することができる。この実施態様における、送信元からのデータが中継器で結合される方法により、宛先で完全なダイバーシチを得るとともに、宛先へのエラーの伝播を最小限に抑えることができる。
【００２１】
また、本発明は、複数の送信元、および1つの宛先を有する通信ネットワークのための選択中継デバイスを提供し、この中継器は、
メッセージの推定を得るために、送信元によってそれぞれ送信されたメッセージを受信するための手段と、
推定されたメッセージ内のエラーを検出するための手段と、
代表信号を宛先に送るための手段であって、信号が、エラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表し、エラーなしで検出された、インターリーブ化およびコード化を備えるメッセージに適用された全単射でない全射に由来する、手段と、
代表信号が、代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示すチェック信号とともに、前記中継デバイスによって宛先に送信されるための手段と
を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、選択中継方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムを提供する。
【００２３】
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、選択中継方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムのための記録媒体を提供する。
【００２４】
また、本発明は、メッセージを受信する方法を提供し、このメッセージ受信方法は、本発明の中継方法を実施するための複数の送信元および1つの中継器を有するMARCシステムの宛先において実施され、このメッセージ受信方法は、
代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示す、中継器によって送信されたチェック信号によるチェックを伴う、送信元から来る受信されたメッセージおよび中継器から来る、送信元から来てエラーなしで中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号に統合して適用される反復検出/復号化ステップ
を含むことを特徴とする。
【００２５】
一実施態様では、代表信号は、前記チェック信号によって、前記送信された代表信号において代表されるものとして示されるメッセージのモジュロ2和から来る。
【００２６】
上記に述べたように、この和により、すべてのその他のメッセージが知られていれば、1つのメッセージを回復することができる。モジュロ2和およびその他のメッセージを知っていれば、1つのメッセージを回復することができ、したがって、中断されたただ1つのリンクの存在下ですべてのメッセージを回復することができる。
【００２７】
一実施態様では、検出/復号化ステップは反復性である。反復方法は、宛先で統合検出を実際に実行するとともに、送信元から送信され、受信された信号を中継器から送信され、受信された代表信号と一緒に利用するうえで(性能および複雑性の点で)最も効果的である。
【００２８】
また、本発明は、複数の送信元および1つの中継器を有する通信ネットワークのためのメッセージ受信デバイスを提供し、このデバイスは、
代表信号において代表される少なくとも1つのメッセージを示す、中継器によって送信されたチェック信号によるチェックとともに、送信元から来る受信されたメッセージおよび中継器から来る、エラーなしで中継器によって受信されたメッセージを代表する受信された信号を反復して統合検出/復号するための手段
を含むことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、受信方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムを提供する。
【００３０】
また、本発明は、命令がプロセッサによって実行されるときに、受信方法のステップを実施するためのコード命令を含むコンピュータプログラムのための記録媒体を提供する。
【００３１】
中継方法の文脈において上記に記載された任意選択の特徴は、上記に述べた中継デバイス、プログラム、および記録媒体に適用され得る。
【００３２】
また、本発明は、上記に特定された少なくとも1つの中継デバイスと、少なくとも1つの受信デバイスとを含む通信システムを提供する。
【００３３】
添付の図を参照しながら、単に本発明の一実施態様を説明する目的で与えられた以下の説明を用いれば、本発明をより良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の方法の一実施態様を示す図である。
【図２】MARCタイプのチャネルを示す図である。
【図３】リンクを有するマルチユーザMARCネットワークにおける協働のための方式を示す図である。
【図４ａ】誤りでないメッセージが選択された一般的なケースにおける中継器の処理を示す図である。
【図４ｂ】XORおよび空間時間符号化/変調に特化した中継器の処理を示す図である。
【図４ｃ】XORおよびST-BICMに特化した中継器の処理を示す図である。
【図４ｄ】XORおよびST-BICMのケースでの中継器の処理の同等のモデルを示す図である。
【図４ｅ】XORおよびBICMのケースでの中継器の処理の同等のモデルを示す図である。
【図５】中継器での検出/復号化方式を示す図である。
【図６】復調器の詳細な方式の図である。
【図７】復号器の詳細な方式の図である。
【図８】宛先での統合検出/復号化方式の図である。
【図９】宛先での統合検出/復号化方式の図である。
【図１０】宛先での統合検出/復号化方式の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、MARCネットワークに関する次の仮定を行う。
・  送信元、中継器、および宛先は完全に同期している。
・  送信元は独立している(送信元の間には相関関係がない)。
【００３６】
図1は、一実施態様における本発明の方法を示す。この方法は、中継器Rがそれぞれの送信元にそれぞれ関連付けられたメッセージu1、u2、...、uNを受信する(図1においてRECと書かれた)受信ステップと、中継器Rがメッセージ内のエラーを検出する(図1においてDETと書かれた)検出ステップと、中継器(R)が信号を宛先(D)に送信し、その信号はエラーが検出されなかったこれらのメッセージのみを代表する(図1においてTRANSと書かれた)送信ステップとを備える。代表信号は、どのメッセージが代表信号において代表されるかを示すチェック信号と一緒に、中継器Rによって宛先Dに送信される。
【００３７】
図2は、N個のノードS1、S2、...、SNと中継チャネルRを用いる宛先Dとの間の通信の抽象モデルである。本発明の通信システムは、少なくとも中継器Rと、宛先Dとを備える。例示として、以下の説明では、いわゆる「半二重」中継器(すなわち、中継器は受信および送信を同時に行うことができない)および時間において直交するリンクを有するMARCネットワークを考慮する。したがって、N+1個の送信段階は区別される。送信元S1、...、SNは、N個の第1の送信段階の間に、そのデータを中継器および宛先にブロードキャストする。中継器は沈黙し、次の段階の間に送られるべき信号を推論するために統合復号化/再コード化を実行する。チャネル符号は送信元によって使用され、ネットワーク符号は、N個の送信元から検出されたメッセージをインテリジェントに結合するために、中継器で使用される。以下では、このモデルのための新規の統合チャネル/ネットワーク符号化/復号化方法が提案される。
【００３８】
例として、それぞれの送信元は、通信ネットワークにおけるモバイル端末である。例として、中継器は「軽量(lightweight)」基地局または端末であってもよく、宛先は、たとえば、基地局であってもよい。
【００３９】
一変形形態では、それぞれの送信元は、たとえば、基地局であってもよい。中継器は、たとえば、「軽量」基地局または端末であってもよく、宛先は、たとえば、端末であってもよい。
【００４０】
これらの様々な構成では、宛先は、宛先がすべての送信元からメッセージを受信するという意味で、コンセントレータノードであってもよく、受信されたすべてのメッセージを統合して復号するのに適したものとすることができる。
【００４１】
このシステムのモデルを図3に示す。
【００４２】
送信元S1、...、SNは、ブロックu1、...、uNにセグメント化されたデータを宛先に送信しようとする。1つの手段では、それぞれのメッセージブロックは、それ独自の巡回冗長検査(CRC)を含む。ブロック
【００４３】
【数１】
2013536641.tif 000003
【００４４】
は長さKであり、送信元は統計的に独立している(F2は2つの要素のガロア体である)と仮定される。それぞれの送信元SiはTi個のアンテナを有し、それぞれのメッセージベクトルuiを、濃度
【００４５】
【数２】
2013536641.tif 000004
【００４６】
の複素配置(complex constellation)χiに属する符号化され変調された信号
【００４７】
【数３】
2013536641.tif 000005
【００４８】
と関連付ける空間時間変調および符号化方式(space-time modulation and coding scheme)Θiを使用する。
【００４９】
【数４】
2013536641.tif 000006
【００５０】
xiは、以下において、送信元Siによって送信された符号語と呼ばれる。N個の送信元Siは、それぞれNi回のチャネル利用の間で、N個の直交送信段階において、その符号語
【００５１】
【数５】
2013536641.tif 000007
【００５２】
を送信すると仮定される。
【００５３】
Rx個の受信アンテナおよびTR個の送信アンテナを有する中継器は、N個の第1の段階の間に、シンボル
【００５４】
【数６】
2013536641.tif 000008
【００５５】
の乱されたバージョン(disturbed version)を受信する。
【００５６】
【数７】
2013536641.tif 000009
【００５７】
ここで、
【００５８】
【数８】
2013536641.tif 000010
【００５９】
は、相加性雑音(additive noise)ベクトルを示し、
【００６０】
【数９】
2013536641.tif 000011
【００６１】
は、N個の送信元と中継器との間のフェージング係数の行列を示し、Mは、チャネルメモリ(チャネルのメモリ効果は、伝播遅延または「遅延拡散(delay spread)」に関連付けられる)を示す。この遅延により、送信された信号が重畳され、このことがシンボル間の干渉を生じさせる。送信チャネルに対する制約はない。送信チャネルは「速い」または「遅い」フェージングを有してもよく、周波数選択性であってもよく、多入力多出力(MIMO)を有してもよい。
【００６２】
中継器は検出/復号化を実行して、それぞれの送信元
【００６３】
【数１０】
2013536641.tif 000012
【００６４】
から推定されたビットベクトルを得る。その後、中継器は(たとえば、CRCを使用して)エラー検出を実行する(図4a)。図4aにおいてRECという参照符号が付けられた受信モジュールはY1R、Y2R、...、YNRを受信し、
【００６５】
【数１１】
2013536641.tif 000013
【００６６】
を(図4aにおいてDETという参照符号が付けられた)エラー検出および選択モジュールに送信し、ここで、YiRは、送信元iから受信されたシンボルの乱されたバージョンの集合である。
【００６７】
以下において、エラー検出は完全であると仮定される。Jをエラーなしで検出されたメッセージの指数の集合J={j1,j2,L,j|J|}であるとする。中継器は一連の利用可能な関数{ΘR,i,i=1,...,N}を有する。エラーなしで検出されたメッセージの数に応じて、中継器は、以下のように、
【００６８】
【数１２】
2013536641.tif 000014
【００６９】
の場合の信号
【００７０】
【数１３】
2013536641.tif 000015
【００７１】
を集合
【００７２】
【数１４】
2013536641.tif 000016
【００７３】
と関連付ける関数ΘR,|J|を適用し、
【００７４】
【数１５】
2013536641.tif 000017
【００７５】
【数１６】
2013536641.tif 000018
【００７６】
の場合の
【００７７】
【数１７】
2013536641.tif 000019
【００７８】
は(中継器からの送信なし)である。
【００７９】
一般に、関数ΘR,|J|は全射であるが、エラーなしで検出されたメッセージ
【００８０】
【数１８】
2013536641.tif 000020
【００８１】
では全単射ではなく、この関数は|J|>1のネットワークおよびチャネル符号化関数と呼ばれる。その結果として、宛先で、送信元からのメッセージ
【００８２】
【数１９】
2013536641.tif 000021
【００８３】
を中継器のみによって送信された信号から検出することができず、メッセージ
【００８４】
【数２０】
2013536641.tif 000022
【００８５】
に対応する送信元
【００８６】
【数２１】
2013536641.tif 000023
【００８７】
によって送信された信号および中継器によって送信された信号の両方に基づいて、宛先(D)で統合検出方法を受けなければならない。
【００８８】
一実施態様では、2つの送信元および中継器における1つのみの送信アンテナを有する構成において、関数ΘR,1は、たとえば、インターリーバ、レート1/2(1つの入力を受け入れる)の再帰的系統的畳み込み符号(systematic recursive convolution code)、K個のパリティビットの選択、チャネルインターリーバ、および変調を連結した結果である。
【００８９】
関数ΘR,2は、エラーなしで検出された2つのメッセージでの同一のインターリーバ、インターリーブされたメッセージである2つの入力を受け入れるレート2/3の再帰的系統的畳み込み符号、K個のパリティビットの選択、チャネルインターリーバ、および変調を連結した結果である。
【００９０】
一実施態様では、関数ΘR,iは、2つのステップからなる。
・  第1のステップでは、中継器は、排他的論理和(XOR)演算を使用してエラーなしで検出されたすべてのメッセージを追加して、K個のビットメッセージ
【００９１】
【数２２】
2013536641.tif 000024
【００９２】
を得る(メッセージの排他的論理和加算はビット毎に実行される)。したがって、適用される関数は、エラーなしのメッセージの数に応じて異なる。
・第2のステップでは、チャネルのNR回の使用時および送信段階N+1個の間に中継器によって宛先に送られるべき信号
【００９３】
【数２３】
2013536641.tif 000025
【００９４】
を得るために、中継器は関数ΘRをメッセージuRに適用する(図4b)。関数ΘRは、それぞれのベクトルuRを、濃度
【００９５】
【数２４】
2013536641.tif 000026
【００９６】
の複素配置XRに属する符号化され変調されたシンボル
【００９７】
【数２５】
2013536641.tif 000027
【００９８】
と関連付ける空間時間変調および符号化方式である。
【００９９】
【数２６】
2013536641.tif 000028
【０１００】
空の集合でないとき、集合Jは中継器によって宛先に信号で送られる。したがって、ネットワークおよびチャネル符号化に関与したメッセージを特定するチェック信号(ここでは、メッセージと一緒に送信された「インバンド」信号)は、中継器によって宛先に送られる。
【０１０１】
最後に、宛先は、N+1個の送信段階の間にN個の送信元および中継器から来る送られた信号を観測する。宛先はメッセージu1、...、uNを回復しようと試みる。
【０１０２】
図4cは、XORネットワーク符号化および空間時間ビットインターリーブ符号化変調(ST-BICM:space-time bit interleaved coded modulation)チャネル符号化に特化した中継器での処理方式を示す。提案される方式をいわゆる「選択性XOR(selective XOR)」プロトコルであるとみなすことができる。
【０１０３】
中継器は、N個の送信元からのデータを硬的に(in hard manner)復号する。中継器は、エラーの伝播を回避するために、誤りがあるブロックを拒否し、すべての誤りがないブロックをXORと結合する、すなわち、
【０１０４】
【数２７】
2013536641.tif 000029
【０１０５】
であり、ここで、Jは、濃度|J|(すなわち、集合Jにおける要素の数は|J|に等しい)のCRC検証J={j1,j2,L,j│J│}の結果、エラーなしで(またはエラーがないと少なくとも仮定された)復号されたメッセージの指数の集合であり、jは、2つのメッセージのビット単位のモジュロ2加算を表す。同様に、XOR演算を次のような行列形式で書くことができ、
【０１０６】
【数２８】
2013536641.tif 000030
【０１０７】
ここで、Ijは、次元K×Kの単位行列である。
【０１０８】
その結果として、エラーなしで復号されたメッセージでのXOR演算は、次元K|J|のベクトルにおけるメッセージの連結に由来する
【０１０９】
【数２９】
2013536641.tif 000031
【０１１０】
に対する線形関数である。
【０１１１】
さらに、その特定の性質は、それぞれのメッセージが、uRをもたらすために、メッセージの残りの部分とのモジュロ2加算に由来し、したがって、すべてのその他のメッセージが知られている場合、uRから見出され得るということである。上記に記載されるように、合計されたメッセージは、中継器からのチェック信号のインバンド送信によって宛先に示される。
【０１１２】
uRに関与するメッセージujは、好ましくはそれぞれのCRCを含む、すなわち、XOR関数は、メッセージのCRCと一緒にメッセージに適用される。
【０１１３】
結合されたビットは、インターリーバπによってインターリーブされ、バイナリおよび線形符号化関数
【０１１４】
【数３０】
2013536641.tif 000032
【０１１５】
、バイナリインターリーバπR、およびシンボルビット符号化関数(変調)
【０１１６】
【数３１】
2013536641.tif 000033
【０１１７】
に基づく中継器の符号化および変調方式を使用して処理され、ここで、χRは、濃度
【０１１８】
【数３２】
2013536641.tif 000034
【０１１９】
の得られたシンボルの配置であり、qRは、自然数である。
【０１２０】
Πをπに対応する次元K×Kのインターリーブ化行列、GCを次元nR×K(およびレート
【０１２１】
【数３３】
2013536641.tif 000035
【０１２２】
)の符号Cを生成する行列とし、cR,k、k=1,...,nRを符号器Cからの出力での符号ビットとする。これにより、
【０１２３】
【数３４】
2013536641.tif 000036
【０１２４】
が与えられ、すべての演算はF2で実行される。
【０１２５】
次いで、生成されたシンボル
【０１２６】
【数３５】
2013536641.tif 000037
【０１２７】
は、チャネルのNR回の利用の間、宛先に送られる。xRによりuRに戻ることができ、したがって、xRは事実上、符号語であることが認められるはずである。
【０１２８】
当然のことながら、行列ΠおよびIjは交換可能であるので、XORおよびインターリーバπの順序を変更すると、図4cおよび図4dに示す、
【０１２９】
【数３６】
2013536641.tif 000038
【０１３０】
によって表される同等のモデルが得られる。
【０１３１】
以下では、CRを使用して、符号器Cが続くXORによって構成される中継器と同等の符号器を記述し、
【０１３２】
【数３７】
2013536641.tif 000039
【０１３３】
を使用して、同等の符号器CRを生成する行列を記述する。この行列は、慣例的にソフトインソフトアウト(SISO:Soft-In-Soft-Out)復号化を受け入れるインターリーブされ連結されたメッセージ
【０１３４】
【数３８】
2013536641.tif 000040
【０１３５】
での線形符号を表す。
【０１３６】
以下では、2つの送信元(N=2)を有するMARCネットワークを考慮し、送信元、中継器、および宛先はそれぞれ、送信および/または受信用のそれぞれの単一のアンテナと合致している、すなわち、T1=T2=TR=Rx=1であると仮定される。さらに、2つの送信元および中継器での変調符号化方式は、ビットインターリーブ符号化変調(BICM:bit interleaved coded modulation)に基づく。BICMは、バイナリ符号器、バイナリインターリーバ、および変調器を任意の順序で一続きに連結したものである。
【０１３７】
以下において考慮される中継器の処理を図4eに示す。
【０１３８】
N=2とすると、チェックメッセージまたは信号は、4つの考えられる値のなかから1つの値を宛先に与える。
・  値0:送信元1からのメッセージのみがエラーなしで検出された。
・  値1:送信元2からのメッセージのみがエラーなしで検出された。
・  値2:両方の送信元からの両方のメッセージがエラーなしで検出された。
・  値3:両方のメッセージがエラーとともに検出された。
【０１３９】
この特定のケースでは、チェックメッセージは、2つのビットを送信することを必要とする。
【０１４０】
一般的なケースでは、2N個の値が考えられ、したがって、N個のビットを送信することを必要とする。すべてのメッセージがエラーなしで検出されたとき、チェックメッセージは必ずしも送信される必要はないことが認められるはずである。宛先は、受信された信号電力を解析することのみによって中継器が送信するかどうかを判定することができる。
【０１４１】
2つの送信元に対応する符号化方式は、任意のメッセージベクトル
【０１４２】
【数３９】
2013536641.tif 000041
【０１４３】
および
【０１４４】
【数４０】
2013536641.tif 000042
【０１４５】
に、符号ビット
【０１４６】
【数４１】
2013536641.tif 000043
【０１４７】
および
【０１４８】
【数４２】
2013536641.tif 000044
【０１４９】
を
【０１５０】
【数４３】
2013536641.tif 000045
【０１５１】
の適用において関連付ける(n1およびn2:符号化されたビットの長さ)。符号ビットは、π1およびπ2によってインターリーブされて、
【０１５２】
【数４４】
2013536641.tif 000046
【０１５３】
および
【０１５４】
【数４５】
2013536641.tif 000047
【０１５５】
をもたらし、(2つの送信元の変調方式を使用して)複素配置に属するシンボル(符号語)
【０１５６】
【数４６】
2013536641.tif 000048
【０１５７】
および
【０１５８】
【数４７】
2013536641.tif 000049
【０１５９】
に変調される。使用されるラベリングは、
【０１６０】
【数４８】
2013536641.tif 000050
【０１６１】
および
【０１６２】
【数４９】
2013536641.tif 000051
【０１６３】
であり、ここで、S1およびS2のそれぞれの変調されたシンボルは、濃度
【０１６４】
【数５０】
2013536641.tif 000052
【０１６５】
および
【０１６６】
【数５１】
2013536641.tif 000053
【０１６７】
の複素集合χ1およびχ2にそれぞれ属すると仮定される。したがって、
【０１６８】
【数５２】
2013536641.tif 000054
【０１６９】
は、xi,k(i∈{1,2}の場合、k=1,...,N、l=1,...,qi)のバイナリラベリングのl番目のビットを示す。
【０１７０】
中継器では、(上記に定義された)符号化CRは、エラーなしで検出され、πによってインターリーブされたメッセージの連結に対応するベクトル
【０１７１】
【数５３】
2013536641.tif 000055
【０１７２】
に適用される。生成される符号ビットベクトルは、ベクトル
【０１７３】
【数５４】
2013536641.tif 000056
【０１７４】
によって上記に述べたように記述される。次いで、ベクトルcRは、インターリーバπRによってインターリーブされて、符号化されインターリーブされたビット
【０１７５】
【数５５】
2013536641.tif 000057
【０１７６】
、およびシンボル符号化に対するビット
【０１７７】
【数５６】
2013536641.tif 000058
【０１７８】
をもたらし、ここで、χRは、濃度
【０１７９】
【数５７】
2013536641.tif 000059
【０１８０】
によって得られたシンボルの配置を示す。中継器によって送られた信号(符号語)は、
【０１８１】
【数５８】
2013536641.tif 000060
【０１８２】
と記述される。
【０１８３】
上記に述べたように、すべての信号の送信の前にビットレベルでの擬似乱数であるインターリーバ、およびそれぞれの受信機に対応するデインターリーバがある。これらのインターリーバは、連続する送信されたビット間の相関関係を崩すために使用され、それにより、統合検出/復号化を反復して実行することができる。
【０１８４】
以下において詳細に説明されるように、これらのインターリーバおよび検出/復号化モデルは、中継器および宛先で使用されると仮定される。
【０１８５】
表記を簡略化するために、以下において、システムは準静的であるレイリーフェージングを伴う1つの送信アンテナおよび1つの受信アンテナを有すること、また、受信機は雑音分散(noise variance)およびフェージング係数を完全に知っていることを理解されたい。
【０１８６】
中継器に適用される検出/復号化方式を図5に示す。
【０１８７】
中継器は、2つの送信元からの信号を観測する。
yiR,k=hiRxi,k+niR,k        k=1,...,Ni、i∈{1,2}     (1)
ここで、niR,kは、分散(distribution)
【０１８８】
【数５９】
2013536641.tif 000061
【０１８９】
を伴う相加性雑音を示し、hiRは、送信元iと中継器との間のフェージング係数を示す。
【０１９０】
それぞれの送信元から情報を抽出するために、2つの送信元に対応する復号器とともに動作する復調器が使用され、これは、利用可能な情報を最大限に利用するために、反復して行われる。
【０１９１】
それぞれの反復では、復号器は符号化されたビット{L(ci)}についての内因性対数尤度比(LLR)を受け入れ、符号化されたビットciについての外因性対数尤度比{E(ci)}を送付する。再インターリーブ化の後、復調器の入力についての先験的対数尤度比となるように、外因性対数尤度比E(Vi)が取られる。
【０１９２】
メッセージが完全に復号されたとき、または一定の数の反復に達した後、反復が停止される。
【０１９３】
図6は、復調器の詳細な方式を示す。Πi-1は、Siの送信で使用されたチャネルに対応するチャネルのデインターリーバを示す。
【０１９４】
対応するインターリーバを有する復号器の詳細な方式を図7に示す。
【０１９５】
最大事後確率(MAP:maximum a posteriori)基準を使用して、チャネルyiRの雑音性観測値(noisy observation)およびそれぞれのビットの先験的情報を利用することによって、それぞれの送信元の符号ビットからソフト情報を算出する単一ユーザ検出器の詳細の説明が続く。
【０１９６】
それぞれの送信元からのシンボルのl番目のビットについてのLLR
【０１９７】
【数６０】
2013536641.tif 000062
【０１９８】
は、以下の式を使用して算出される。
【０１９９】
(表記を簡略化するために、時間指数を省略する。)
【０２００】
【数６１】
2013536641.tif 000063
【０２０１】
ここで、
【０２０２】
【数６２】
2013536641.tif 000064
【０２０３】
ここで、{E(vi,l)}は、復号器によって供給されたそれぞれのシンボルのビットについての先験的対数尤度比である。
【０２０４】
MAP検出器からの出力での外因性対数尤度比は、
L(vi,l)=Λ(vi,l)-E(vi,l)     (4)
に基づいて(デインターリーブ化の後に)算出される。
【０２０５】
宛先が(両方の送信元および中継器から)3つの信号すべてを受信したとき、宛先は送信元からのメッセージの統合検出/復号化を開始する。宛先で受信された信号のベクトルは次のように記述される。
yiD,k=hiD,kxi,k+niD,k      k=1,...,Ni、i∈{1,2}
yRD,k=hRD,kxR,k+nRD,k      k=1,...,NR
【０２０６】
統合復号化は、中継器から受信されたチェック信号(「サイド情報」としても知られる)にも依存する。
・  チェック信号が値0を与えた場合、uR=u1であり、すなわち、中継器によって送られた信号は、送信元1からのメッセージでの符号化Cに対応する。
・  チェック信号が値1を与えた場合、uR=u2であり、すなわち、中継器によって送られた信号は、送信元2からのメッセージでの符号化Cに対応する。
・  チェック信号が値2を与えた場合、
【０２０７】
【数６３】
2013536641.tif 000065
【０２０８】
であり、すなわち、中継器によって送られた信号は、XOR演算の結果、したがって、両方の送信元からのメッセージに適用される符号化CRに対応する。
・  チェック信号が値3を与えた場合(またはチェック信号が送信されなかった場合)、中継器は何も送信しない。
【０２０９】
それぞれのケースについて、検出および復号化方式を以下に詳細に記載する。
【０２１０】
この例では、宛先で反復統合復号化を実行することができる、特定の符号化/復号化方式が提案される。両方の送信元が系統的符号を使用すると仮定される。復号化方式は図8、図9、および図10に示されており、異なるケースについては、XORに含まれるメッセージに依存する。
【０２１１】
中継器が送信するケースについては、図8および9で分かるように、それぞれの送信元からの情報のブロックの復号化に関与する3つの段階の送信に対応する3つの復調器がある。
【０２１２】
それぞれの反復では、3つの復調器は、符号ビットについてのLLRを生成する。復調器の動作を以下に記載する。
【０２１３】
SISO復号器は、符号ビットL(c1)、L(c2)、L(cR)のこれらの内因性対数尤度比を受け入れ、これらの符号ビットについての外因性対数尤度比E(c1)、E(c2)、E(cR)を送付する。再インターリーブ化の後、これらの値は先験的情報として復調器に導入される。復号器SISO1、SISO2、およびSISORは、符号c1、c2、およびcRにそれぞれ基づき、SISORは、XORに含まれる送信元からのメッセージに対応するLLRのみを受け入れ、生成する。
【０２１４】
復号化、反復、および順序の詳細は、どのメッセージがXORに含まれるかを特定するチェック信号、および宛先でのCRCに依存する。以下の3つのケースを区別することができる。
【０２１５】
(値2を有するチェック信号に対応する)第1のケースでは、図8に示すように、中継器は、2つのメッセージのXORを送る。
【０２１６】
【数６４】
2013536641.tif 000066
【０２１７】
は、系統的ビットのソフト情報であり、
【０２１８】
【数６５】
2013536641.tif 000067
【０２１９】
は、2つの送信元(i=1,2)に対応するパリティビットのソフト情報であると仮定される。また、
【０２２０】
【数６６】
2013536641.tif 000068
【０２２１】
および
【０２２２】
【数６７】
2013536641.tif 000069
【０２２３】
は、復号器SISOj(j=1,2)によって生成された系統的ビットおよびパリティビットについての外因性情報を示し、
【０２２４】
【数６８】
2013536641.tif 000070
【０２２５】
は、復号器SISORによって生成された2つの送信元からの系統的ビットについての外因性情報であると仮定される。
【０２２６】
この文脈では、以下のプロセスが実施される。
【０２２７】
1.復調器1、2、およびRは、再インターリーブ化の後、以下の
【０２２８】
【数６９】
2013536641.tif 000071
【０２２９】
およびE(cR)を先験的情報としてとらえるように働き、(第1の反復での先験的情報ではなく)内因性対数尤度比を生成する。
【０２３０】
2.SISO1およびSIS02は、同時に動作する。
・SISO1は、(前の反復で得られた)
【０２３１】
【数７０】
2013536641.tif 000072
【０２３２】
を先験的情報としてとらえて
【０２３３】
【数７１】
2013536641.tif 000073
【０２３４】
および
【０２３５】
【数７２】
2013536641.tif 000074
【０２３６】
を使用し、
【０２３７】
【数７３】
2013536641.tif 000075
【０２３８】
および
【０２３９】
【数７４】
2013536641.tif 000076
【０２４０】
を算出する。
【０２４１】
・  SISO2は、(前の反復で得られた)
【０２４２】
【数７５】
2013536641.tif 000077
【０２４３】
を先験的情報としてとらえて
【０２４４】
【数７６】
2013536641.tif 000078
【０２４５】
および
【０２４６】
【数７７】
2013536641.tif 000079
【０２４７】
を使用し、
【０２４８】
【数７８】
2013536641.tif 000080
【０２４９】
および
【０２５０】
【数７９】
2013536641.tif 000081
【０２５１】
を算出する。
【０２５２】
3.SISORは、
【０２５３】
【数８０】
2013536641.tif 000082
【０２５４】
および
【０２５５】
【数８１】
2013536641.tif 000083
【０２５６】
を先験的情報としてとらえて
【０２５７】
【数８２】
2013536641.tif 000084
【０２５８】
およびL(cR)を使用し、
【０２５９】
【数８３】
2013536641.tif 000085
【０２６０】
および
【０２６１】
【数８４】
2013536641.tif 000086
【０２６２】
を算出する。
【０２６３】
4.(新しい先験的値を考慮して)ステップ1に戻る。
【０２６４】
両方のメッセージが適切に復号される(CRCの存在により、それぞれの復号器SISOは、エラーが復号されたメッセージ内に存在するかどうかを確認することができる)とすぐに、または一定の数の反復に達した後、上記のプロセスが停止する。2つのメッセージのうちの1つが所与の反復の間にエラーなしで復号された場合、そのメッセージに対応するソフト算出プロセスは、無限遠に設定されているそのLLRによって停止されることも認められるはずである。このことは、復号化を加速化し、簡略化することができる。
【０２６５】
最後に、
【０２６６】
【数８５】
2013536641.tif 000087
【０２６７】
に基づいて、硬判定が行われる。
【０２６８】
(値0または1を有するチェック信号に対応する)第2のケースでは、図9に示すように、中継器は、エラーなしで検出された2つのメッセージのうちの1つを送る。
【０２６９】
中継器がuiに対応するシンボルを送ったとき、復号器SISORは、ソフト情報のみを復調器iおよび復号器SISOiと交換する。メッセージuj、j≠iは、上記に記載した中継器での復号化と同様に復号される。
【０２７０】
(値3を有するチェック信号、または前記信号の非送信に対応する)第3のケースでは、図10に示すように、中継器は何も送信しない。
【０２７１】
このケースでは、宛先も送信元から直接メッセージを受信するので、宛先での復号化は上記に記載した中継器での復号化と同様である。宛先は中継器からインバンドチェックメッセージを受信することなく、このケースを検出することができることが認められるはずである。
【０２７２】
2つの送信元および中継器でグレーシンボル符号化を使用するとき、復調器と復号器SISOとの間の反復の数は、1に設定される(したがって、図5、図8、図9、および図10におけるすべての点線を省略することができる)。ただし、反復は、系統的なビットについての外因性情報を交換する復号器SISOの間で実行される。上記に記載したように、両方のメッセージが適切に復号されるとすぐに、または一定の数の反復に達した後、反復が停止する。
【０２７３】
本発明は、例として上記に記載されている。本発明の他の変形形態は、それに関して発明の範囲を越えることなく、企図され得る。
【符号の説明】
【０２７４】
R  中継器
D  宛先
S1、S2、...、SN  送信元
u1、u2、...、uN  メッセージ
SISO1、SISO2、SISOR  復号器
1、2、R  復調器
【図１】
2013536641.tif 000088
【図２】
2013536641.tif 000089
【図３】
2013536641.tif 000090
【図４ａ】
2013536641.tif 000091
【図４ｂ】
2013536641.tif 000092
【図４ｃ】
2013536641.tif 000093
【図４ｄ】
2013536641.tif 000094
【図４ｅ】
2013536641.tif 000095
【図５】
2013536641.tif 000096
【図６】
2013536641.tif 000097
【図７】
2013536641.tif 000098
【図８】
2013536641.tif 000099
【図９】
2013536641.tif 000100
【図１０】
2013536641.tif 000101
【国際調査報告】
2013536641.tif 000102
2013536641.tif 000103
2013536641.tif 000104
2013536641.tif 000105
2013536641.tif 000106
2013536641.tif 000107