(57)【要約】本発明は、通信システムにおいて１６ＱＡＭコンスタレーションを使用してデータビットストリームを送信および受信する方法に関する。さらに、本方法を実行する装置を提供する。信号空間拡張および１６ＱＡＭを使用する変調符号化方式であって、ＱＰＳＫ変調信号と比較してビット誤り率が改善し、それにもかかわらず複雑さの低い符号器および復号器を実施することが可能である方式を提供する目的で、本発明は、特別に選択されるマッピング規則による１６ＱＡＭコンスタレーションと、送信するデータストリームのレピティション符号化（信号空間拡張）およびインタリーブとを組み合わせて使用することを提案する。
2008541518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーション使用して、通信システムにおいてデータビットストリームを送信する方法であって、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれが、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、前記１６ＱＡＭコンスタレーションが、以下のマッピング規則、
変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第１データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第２データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２列によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第３データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第４データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２列によって形成される、
に従い、
前記方法は、
前記データビットストリームの前記データビットをレピティションし、これにより、前記データビットストリームのデータビットのそれぞれについて、前記データビットストリームの当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットを含むレピティションデータビットストリームを形成することによって、前記データビットストリームのデータビット数を拡大するステップと、
前記データビットストリームまたは前記レピティションデータビットストリームの少なくとも一方をインタリーブするステップと、
前記データビットストリームおよび前記レピティションデータビットストリームから、データワードの系列を形成し、各データワードを、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルにマッピングするステップと、
データワードのそれぞれが４個のビットを有し、前記各データワードの２個のビットが前記データビットストリームのデータビットによって形成され、前記各データワードの２個のビットが前記レピティションデータビットストリームのデータビットによって形成され、
前記データビットストリームのデータビットによって、連続するシンボル領域が選択され、前記レピティションデータビットストリームの、そのデータビットに関連付けられるレピティションデータビットによって、連続しないシンボル領域が選択され、またはこの逆であり、
前記変調シンボルを搬送周波数に変調するステップと、
変調されたシンボルを送信するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
データワードにおける、前記データビットストリームからの前記２個のデータビットが、前記データワードの最上位ビットを形成し、前記データワードにおける、前記レピティションデータビットストリームからの前記２個のデータビットが、前記データワードの最下位ビットを形成し、またはこの逆である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記データワードの前記最上位ビットによって、それぞれ、前記連続するシンボル領域のうちの一方が選択され、前記データワードの前記最下位ビットによって、それぞれ、前記連続しないシンボル領域のうちの一方が選択され、またはこの逆である、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記データビットストリームからの前記２つのビットのそれぞれによって、前記連続しないシンボル領域のうちの一方が選択され、前記レピティションデータビットストリームからの前記２つのビットのそれぞれによって、前記連続するシンボル領域のうちの一方が選択される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記データビットストリームをデータビットグループの系列に分割するステップをさらに含み、
前記データビットストリームのデータビット数を拡大する前記ステップは、前記データビットグループのそれぞれをレピティションすることによりデータビット数を拡大し、
前記レピティションデータストリームが、レピティションデータビットグループの系列であり、
インタリーブが、データビットグループレベルにおいてデータビットグループごとに実行される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記データビットグループの各グループと、前記レピティションデータビットグループの各グループとが、それぞれ、前記データビットストリームの２つのデータビットと、前記レピティションデータビットストリームの２つのデータビットとから成る、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記データビットグループまたは前記レピティションデータビットグループのうちの少なくとも一方の前記データビットを、データワードの系列を形成する前に並べ替えるステップをさらに含む、請求項５または請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記データビットストリームのデータビットと、前記レピティションデータビットストリームにおけるそのレピティションバージョンとが、同じ変調シンボルにマッピングされる、請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記データビットストリームのデータビットと、前記レピティションデータビットストリームにおけるそのレピティションバージョンとが、相異なる変調シンボルにマッピングされる、請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記複素平面が４つの象限を備え、前記１６ＱＡＭコンスタレーションが従う前記マッピング規則が、以下の基準、
最小２乗ユークリッド距離を有する一象限内の変調シンボル間のハミング距離が１である、
最小２乗ユークリッド距離を有する隣接象限内の変調シンボル間のハミング距離が２であり、
前記複素座標平面の原点に対して互いに正反対である変調シンボル間のハミング距離が４である、
を満たす、請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
一象限内の前記最小２乗ユークリッド距離よりも大きい２乗ユークリッド距離または前記最小２乗ユークリッド距離の２倍の平方根に等しい２乗ユークリッド距離を有する前記一象限内の変調シンボルのハミング距離が２である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記最小２乗ユークリッド距離よりも大きい２乗ユークリッド距離または前記最小２乗ユークリッド距離の２倍の平方根に等しい２乗ユークリッド距離を有する隣接象限内の変調シンボル間のハミング距離が３である、請求項１０または請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ビットの数を拡大する前に、前方誤り訂正符号器を使用して前記データビットストリームを符号化するステップをさらに含む、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
通信システムにおいてデータビットストリームを受信する方法であって、前記データビットストリームが、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーション使用して送信器によって変調され、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれが、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、前記１６ＱＡＭコンスタレーションが、以下のマッピング規則、
変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第１データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第２データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２列によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第３データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第４データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２列によって形成される、
に従い、
前記方法は、
前記データビットストリームを含む送信信号を受信するステップと、
４個のデータビットのデータワードによって前記１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して表される変調シンボルを検出することによって、前記送信信号を復調し、これによって、受信した変調シンボルのデータビットのそれぞれに、前記受信した変調シンボルの前記ビットの論理値の確率を示すメトリック、または、前記受信した変調シンボルの前記ビットの論理値を示すメトリックを、関連付けるステップと、
前記受信した変調シンボルのデータビットにおいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方または前記連続しないシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを、前記変調シンボルの前記データビットにおいてその反復を表し、かつ前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続しないシンボル領域のうちの一方または前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するレピティションデータビットに、関連付けるステップと、
前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれと、当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットとを、前記データビットの前記メトリックと、前記レピティションデータビットの前記メトリックとに基づいて合成し、前記データビットストリームを再構築するステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを合成する前記ステップが、
前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれについて、前記データビットの前記メトリックと、前記レピティションデータビットの前記メトリックとに基づいて、合成メトリックを形成するステップと、
前記データビットストリームの前記合成データビットを、前記合成メトリックを使用して復号化し、前記データビットストリームを再構築するステップと、
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーション使用して、通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを送信する装置であって、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれが、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、前記１６ＱＡＭコンスタレーションが、以下のマッピング規則、
変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第１データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第２データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２列によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第３データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第４データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２列によって形成される、
に従い、
前記装置は、
前記データビットストリームの前記データビットをレピティションし、これにより、前記データビットストリームのデータビットのそれぞれについて、前記データビットストリームの当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットを含むレピティションデータビットストリームを形成することによって、前記データビットストリームのデータビット数を拡大する信号空間拡張手段と、
前記データビットストリームまたは前記レピティションデータビットストリームの少なくとも一方をインタリーブするインタリーバと、
前記データビットストリームおよび前記レピティションデータビットストリームからデータワードの系列を形成する形成処理手段と、
各データワードを前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルにマッピングするマッピング処理手段と、
データワードのそれぞれが４個のビットを有し、前記各データワードの２個のビットが前記データビットストリームのデータビットによって形成され、前記各データワードの２個のビットが前記レピティションデータビットストリームのデータビットによって形成され、
前記データビットストリームのデータビットによって、連続するシンボル領域が選択され、前記レピティションデータビットストリームの、当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットによって、連続しないシンボル領域が選択され、またはこの逆であり、
前記変調シンボルを搬送周波数に変調する変調器と、
変調されたシンボルを送信する送信器と、
を備える装置。
【請求項１７】
請求項２から請求項１３のいずれかに記載の方法のステップを実行するように構成される手段をさらに備える、請求項１６に記載の送信装置。
【請求項１８】
通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを受信する装置であって、前記データビットストリームが、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーション使用して送信器によって変調され、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれが、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、前記１６ＱＡＭコンスタレーションが、以下のマッピング規則、
変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第１データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第２データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２列によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第３データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第４データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２列によって形成される、
に従い、
前記装置は、
前記データビットストリームを含む送信信号を受信する受信器と、
４個のデータビットのデータワードによって前記１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して表される変調シンボルを検出することによって、前記送信信号を復調し、これによって、受信した変調シンボルのデータビットのそれぞれに、前記受信した変調シンボルの前記ビットの論理値の確率を示すメトリック、または、前記受信した変調シンボルの前記ビットの論理値を示すメトリックを、関連付ける復調器と、
前記受信した変調シンボルのデータビットにおいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方または前記連続しないシンボル領域のうちの一方、を選択するデータビットのそれぞれを、前記変調シンボルの前記データビットにおいてその反復を表し、かつ前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続しないシンボル領域のうちの一方または前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するレピティションデータビットに、関連付ける処理手段と、
前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれと、当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットとを、前記データビットの前記メトリックと、前記レピティションデータビットの前記メトリックとに基づいて合成し、前記データビットストリームを再構築する再構築手段と、
を備える装置。
【請求項１９】
前記再構築手段が、前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれについて、前記データビットの前記メトリックと、前記レピティションデータビットの前記メトリックとに基づいて、合成メトリックを形成するように構成され、
前記受信装置が、
前記データビットストリームの前記合成データビットを、前記合成メトリックを使用して復号化して前記データビットストリームを再構築する復号器をさらに備える、請求項１８に記載の受信装置。
【請求項２０】
命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、前記命令が送信装置のプロセッサによって実行されることに起因して、前記送信装置が、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーション使用して、通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを送信し、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれが、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、前記１６ＱＡＭコンスタレーションが、以下のマッピング規則、
変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第１データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第２データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２列によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第３データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第４データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２列によって形成される、
に従い、
前記送信が、
前記データビットストリームの前記データビットをレピティションし、これにより、前記データビットストリームのデータビットのそれぞれについて、前記データビットストリームの当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットを含むレピティションデータビットストリームを形成することによって、前記データビットストリームのデータビット数を拡大するステップと、
前記データビットストリームまたは前記レピティションデータビットストリームの少なくとも一方をインタリーブするステップと、
前記データビットストリームおよび前記レピティションデータビットストリームから、データワードの系列を形成し、各データワードを、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルにマッピングするステップと、
データワードのそれぞれが４個のビットを有し、前記各データワードの２個のビットが前記データビットストリームのデータビットによって形成され、前記各データワードの２個のビットが前記レピティションデータビットストリームのデータビットによって形成され、
前記データビットストリームのデータビットによって、連続するシンボル領域が選択され、前記レピティションデータビットストリームの、当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットによって、連続しないシンボル領域が選択され、またはこの逆であり、
前記変調シンボルを搬送周波数に変調するステップと、
変調されたシンボルを送信するステップと、
によって行われる、コンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
命令をさらに格納し、前記命令が送信装置の前記プロセッサによって実行されることに起因して、
前記送信装置が、請求項２から１３のいずれかに記載の前記方法のステップを実行する、請求項２０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項２２】
命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、前記命令が受信装置のプロセッサによって実行されることに起因して、前記受信装置が、通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを受信し、前記データビットストリームが、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーション使用して送信器によって変調され、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれが、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、前記１６ＱＡＭコンスタレーションが、以下のマッピング規則、
変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第１データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第２データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続するシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接する２列によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第３データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２行によって形成される、
当該変調シンボルを表す前記４個のデータビットのうちの第４データビットが、その論理値に基づいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、前記２つの連続しないシンボル領域のそれぞれが、互いに隣接しない２列によって形成される、
に従い、
前記受信が、
前記データビットストリームを含む送信信号を受信するステップと、
４個のデータビットのデータワードによって前記１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して表される変調シンボルを検出することによって、前記送信信号を復調し、これによって、受信した変調シンボルのデータビットのそれぞれに、前記受信した変調シンボルの前記ビットの論理値の確率を示すメトリック、または、前記受信した変調シンボルの前記ビットの論理値を示すメトリックを、関連付けるステップと、
前記受信した変調シンボルのデータビットにおいて、前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方または前記連続しないシンボル領域のうちの一方、を選択する受信されたデータビットのそれぞれを、前記変調シンボルの前記データビットにおいてその反復を表し、かつ前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続しないシンボル領域のうちの一方または前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択する受信したレピティションデータビットに関連付けるステップと、
前記１６ＱＡＭコンスタレーションの前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれと、当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットとを、前記データビットの前記メトリックと、前記レピティションデータビットの前記メトリックとに基づいて合成し、前記データビットストリームを再構築するステップと、
によって行われる、コンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
命令をさらに格納し、
前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを合成する前記ステップにおいて、前記命令に起因して、前記受信装置の前記プロセッサが、
前記連続するシンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれについて、前記データビットの前記メトリックと、前記レピティションデータビットの前記メトリックとに基づいて、合成メトリックを形成し、
前記データビットストリームの前記合成データビットを、前記合成メトリックを使用して復号化し、前記データビットストリームを再構築する、請求項２２に記載のコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムにおいて１６ＱＡＭコンスタレーションを使用してデータビットストリームを送信および受信する方法に関する。さらに、本方法を実行する装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
信号空間拡張
無相関レイリーチャネル（uncorrelated Rayleigh channel）は、デジタル無線通信における最悪のチャネルと考えられる。このチャネルにおける検出パフォーマンスにとって重要であるのは、移動通信システムのダイバーシチ次数（diversity order）であり、できるだけ大きくすべきである。シンボルのインタリーブを用いたトレリス符号化変調（ＴＣＭ）の場合、ダイバーシチ次数は、任意の誤りイベントに沿っての相異なるチャネルシンボルの最小個数である。符号化データビットを変調シンボルにマッピングする前に符号器の出力をビット単位でインタリーブすることによって、ダイバーシチ次数をさらに大きくすることができる（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００３】
信号空間拡張は、このビットインタリーブの概念を一般化したものであり、より低いレート（より大きなハミング距離）の畳み込み符号を使用してダイバーシチ次数をさらに大きくすることができる。変調シンボルのコンスタレーションの拡張によって、同じ空間効率が維持される。この概念は、一般にチャネルシンボル拡張ダイバーシチ（ＣＳＥＤ）とも呼ばれる。
【０００４】
シミュレーションの結果によると、この手法は、複雑さが同程度でありシンボル単位またはビット単位でインタリーブを行うトレリス符号化変調システムよりも、レイリーフェージングチャネルにおけるパフォーマンスが大幅に良好な符号化変調方式につながることが示された。
【０００５】
このように、信号空間（または信号セット）を拡張することにより、送信するデータのスペクトル拡張を回避することができる。例えば、ある符号化システムでは、送信する前にｋ個の情報ビットをｎ個の符号化ビットに符号化する。このデータを決まった時間間隔Ｔ内で送信する場合、１つの手法は、情報ビットのみを送信する場合と比較してｎ／ｋ倍に送信帯域幅（またはスペクトル）を拡張することである。
【０００６】
あるいは、ＣＳＥＤにおいて採用される手法によると、送信帯域幅は変更せずに維持するが、１つの変調シンボルにマッピングするデータビット数をｎ／ｋ倍に拡張する。一例として、符号化されないｋ個のビットの系列をＢＰＳＫを使用して送信する代わりに、レート１／２の符号化系列を使用して、ｎ＝２ｋ個のビットをＱＰＳＫを使用して送信することができる。明らかに、どちらの方式も、同じデータレートとするために時間あたり送信する必要のあるシンボル量が同じである。
【０００７】
同様に、拡張を行うことによって符号化システムの冗長性の程度をさらに高められることが、当業者には明らかであろう。例えば、レート２／３のシステムを８ＰＳＫによって送信する代わりに、１６ＱＡＭによるレート２／４の信号空間拡張方式を使用することができる。
【０００８】
１６ＱＡＭ
１６ＱＡＭ（直交振幅変調）は、例えばＩＭＴ２０００ベースの移動通信システム（例：ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ２０００）において一般に使用されるデジタル変調方式である。複素信号空間（一般に１６ＱＡＭコンスタレーションが示される）内の相異なる信号点によって、１６個の変調シンボルが定義される。これらの点のそれぞれが１つの１６ＱＡＭシンボルを表す。
【０００９】
バイナリ情報送信システムの場合、１６ＱＡＭシンボルの１つを決定するのに、４個の異なるビットを使用することができる。従って、１つの１６ＱＡＭシンボルは、４個のビットから成り（または１ワードによって表すことができる）、複素平面における複素数によって表される。一般的には、変調シンボルの複素数は、複素平面内のＩ軸およびＱ軸に対する直交座標系の同相成分および直交成分（Ｉ成分およびＱ成分）によって表すことができる。さらに、これらの軸により複素平面が４つの象限に分けられる。変調シンボルを複素平面における実部および虚部によって表すことは、極座標成分（すなわち半径および角度）によって表すことと同等である。
【００１０】
本発明を正しく理解できるように、本明細書においては、１６ＱＡＭシンボルの特定のコンスタレーションとして、複素平面の象限内の信号点が、信号空間の２つの直交方向における４個の点による正方形を形成するように配置されるコンスタレーションを前提とする。従って、そのようなマッピングは、一般に正方形１６ＱＡＭまたは格子状１６ＱＡＭとして知られている。図１および図２は、２つの例を示す。
【００１１】
本発明では、１６ＱＡＭシンボルが正方形１６ＱＡＭマッピングを使用して配置されることを前提とする。なお、例えば図２に示したような回転した１６ＱＡＭコンスタレーションについても、回転した１６ＱＡＭコンスタレーションが図１のコンスタレーションとしてみなされるように複素平面の軸を選択できることが、当業者には明らかであろう。
【００１２】
一般には、いわゆるグレイマッピングを使用して、１６ＱＡＭコンスタレーションにおける１６個の変調シンボルを、各シンボルにマッピングされる４連ビット（quadruple of bits）に関連付ける。このグレイマッピング方式によると、水平方向または垂直方向に隣接する変調シンボルは、１個のビットのみが異なる。
【００１３】
セット区分（set partitioning）／トレリス符号化変調
トレリス符号化変調（ＴＣＭ）は、帯域幅が制限された移動通信チャネルによるデジタル送信のために符号化と変調とを結合した手法であり、過去１０年の間に発展した。トレリス符号化変調では、従来の非符号化変調（uncoded modulation）よりも、帯域幅効率を犠牲にすることなく大きな符号化利得を得ることができる（例えば、非特許文献３参照）。
【００１４】
トレリス符号化変調（ＴＣＭ）方式では、冗長な非バイナリ変調と有限状態符号器とを組み合わせて使用し、有限状態符号器は、変調信号の選択を制御して符号化信号系列を生成する。図４は、その構造のブロック図を示す。トレリス符号化変調の基本概念は、信号セットの拡張を使用して符号化の冗長性を提供することと、符号化信号系列間の最小ユークリッド距離が直接的に最大になるように符号化機能と信号マッピング機能とを連携的に設計することである。
【００１５】
セット区分の概念は、トレリス符号化変調方式において最も重要なものである。セット区分は、信号セットを連続的に分け、セット内の最小距離が最大限に増大した小さいサブセットとする。
【００１６】
トレリス符号化変調では、符号化方式として従来の畳み込み符号を使用する。ターボトレリス符号化変調（ＴＴＣＭ）と呼ばれる拡張された概念では、符号化方式としてターボ符号を使用する。
【００１７】
パフォーマンスの評価
非特許文献１に示されるように、トレリス符号化変調方式に従って符号化および変調された信号のビット誤り率は、より低次の変調方式を使用して信号を符号化せずに送信する場合と比較して、改善している。
【００１８】
しかしながら、トレリス符号化変調は、ＵＭＴＳなどの移動通信システムにおいては一般的に使用されておらず、なぜなら、トレリス符号化変調に要求される符号器と特に復号器が極めて複雑であるためである。トレリス符号化変調の符号器および復号器の構造が複雑であるために、無視できない量の処理能力が必要となり、これにより、端末に十分なバッテリ電力が存在することが要求される。移動端末においてはどちらのリソースも一般に不足がちのリソースであるため、移動通信においてトレリス符号化変調の使用は成功していない。
【００１９】
例えば、ＵＭＴＳにおいては、トレリス符号化変調（信号空間拡張）は使用されない。代わりに、一般にはグレイマッピングによるＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭを使用して信号を変調する（非特許文献４（http://www.3gpp.orgにおいて入手可能）を参照）。
【非特許文献１】Ungerboeck, "Trellis-coded modulation with redundant signal sets Part I: Introduction", IEEE Communications Magazine, Feb.1987, Vol.25, No.2
【非特許文献２】Ungerboeck, "Trelliscoded modulation with redundant signal sets Part II: State of the art", IEEE Communications Magazine, Feb.1987, Vol.25, No.2
【非特許文献３】Hansson et al., "Channel Symbol Expansion Diversity - Improved Coded Modulation for the Rayleigh Fading Channel", IEEE International Conference on Communications, 1996 (ICC 96), Conference Record, Converging Technologies for Tomorrow's Applications, 1996, p.891-895, vol.2
【非特許文献４】3GPP TS 25.213： "Spreading and modulation (FDD) (Release 6)", V6.0.0, section 5.1, Table 3A
【発明の開示】
【００２０】
従って、本発明の主たる目的は、信号空間拡張と１６ＱＡＭとを使用し、ＱＰＳＫ変調信号と比べてビット誤り率を改善する変調符号化方式を提供することである。別の目的は、移動通信システムに関して、複雑さの小さい符号器および復号器を実施できるようにすることである。
【００２１】
主たる目的は、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００２２】
本発明の１つの主たる側面は、所定のマッピング規則による１６ＱＡＭコンスタレーションを、送信するデータストリームのレピティション符号化（repitition coding）（信号空間拡張）およびインタリーブと組み合わせて使用することである。マッピング規則は、１６個の４連ビット（データワードとも称する）のうちのどの４連ビットを、１６ＱＡＭコンスタレーションのどの変調シンボル（データシンボルとも称する）にマッピングするかを定義する。１６個の変調シンボルは、例えば、複素座標平面における４行および４列において表すことができる。
【００２３】
例えば、マッピング規則は、以下のように表現することができる。
【００２４】
ａ）変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第１データビットによって、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方が、その論理値に基づいて選択される。この場合、２つの連続するシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接する２行によって形成される。
【００２５】
ｂ）当該変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第２データビットによって、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方が、その論理値に基づいて選択される。この場合、２つの連続するシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接する２列によって形成される。
【００２６】
ｃ）当該変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第３データビットによって、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方が、その論理値に基づいて選択される。この場合、２つの連続しないシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接しない２行によって形成される。
【００２７】
ｄ）当該変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第４データビットによって、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方が、その論理値に基づいて選択される。この場合、２つの連続しないシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接しない２列によって形成される。
【００２８】
重要な点として、これらのマッピング規則では、例えば、変調シンボルを表す４連ビットの最上位ビットが、上の規則に定義される特定の１つの領域を論理値に従って選択する必要はない。４連ビットのうちのどのビットが、上述した４つのマッピング規則の中で定義される４つの領域のうちのどれを選択するかは、以下に要約した基準もさらに満たされる限りは、本発明が提案する変調符号化方式のパフォーマンスに影響しない。
【００２９】
上の規則ａ）、ｂ）、ｃ）、およびｄ）と等価である、上記のマッピング規則に代わる定義は、以下のように表現することができる。この場合、正方形１６ＱＡＭコンスタレーションを表すことのできる複素平面の軸を、図１に示したように選択するものと想定する。これらの軸は、複素信号空間を４つの象限に分ける。１６ＱＡＭコンスタレーションのこの表現を前提とすると、ＱＡＭコンスタレーションのマッピング規則は次の基準を満たす。
【００３０】
ａ'）最小ユークリッド距離を有する一象限内の変調シンボル間のハミング距離が１である。
ｂ'）最小ユークリッド距離を有する隣接象限内の変調シンボル間のハミング距離が２である。
ｃ'）複素座標平面の原点に対して正反対の変調シンボル間のハミング距離が４である。
【００３１】
さらに、以下の追加の規則を考慮することができる。
【００３２】
ｄ'）最小ユークリッド距離よりも大きいユークリッド距離または最小ユークリッド距離の２倍の平方根に等しいユークリッド距離を有する一象限内の変調シンボル間のハミング距離が２である。
ｅ'）最小ユークリッド距離よりも大きいユークリッド距離または最小ユークリッド距離の２倍の平方根に等しいユークリッド距離を有する隣接象限内の変調シンボル間のハミング距離が３である。
【００３３】
これらの等価である代替のマッピング規則に加えて、本発明の別の側面は、レピティション符号化の後、送信のために変調シンボルにマッピングする前に、データのインタリーブを実行することである。データから変調シンボルへのマッピングにおいては、送信するデータの個々のビットによって、連続するシンボル領域が選択され、レピティション符号化によって得られるレピティションバージョンによって、連続しないシンボル領域が選択される（またはこの逆）ようにする。
【００３４】
本発明の１つの実施形態によると、通信システムにおいて１６ＱＡＭコンスタレーション使用してデータビットストリームを送信する方法を提供する。１６ＱＡＭコンスタレーションは、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する。１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれは、４個のデータビットの組合せによって表すことができる。
【００３５】
この実施形態による１６ＱＡＭコンスタレーションは、上に要約したマッピング規則ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）に従う。
【００３６】
最初のステップにおいて、データビットストリームのデータビットをレピティションし、これにより、データビットストリームのデータビット数を拡大する。これによって、レピティションデータビットストリームを形成し、このレピティションデータビットストリームは、データビットストリームのデータビットのそれぞれについて、データビットストリームの当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットを含む。
【００３７】
次いで、データビットストリームまたはレピティションデータビットストリームのいずれか一方または両方をインタリーブする。さらに、データビットストリームおよびレピティションデータビットストリームからデータワードの系列を形成し、各データワードを、１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルにマッピングする。この実施形態によると、各データワードは４個のビットを有する。各データワードの２個のビットはデータビットストリームのデータビットによって形成され、各データワードの２個のビットは、レピティションデータビットストリームのデータビットによって形成される。データビットストリームのデータビットに対しては連続するシンボル領域が選択され、レピティションデータビットストリームの、そのデータビットに関連付けられるレピティションデータビットに対しては連続しないシンボル領域が選択され、またはこの逆である。
【００３８】
変調シンボルを搬送周波数に変調して送信する。
【００３９】
この実施形態の変形例によると、データワードにおける、データビットストリームからの２個のデータビットが、当該データワードの最上位ビットを形成し、当該データワードにおける、レピティションデータビットストリームからの２個のデータビットが、当該データワードの最下位ビットを形成し、またはこの逆である。
【００４０】
データワードの最上位ビットは、それぞれ、連続するシンボル領域のうちの一方を選択することができ、データワードの最下位ビットは、それぞれ、連続しないシンボル領域のうちの一方を選択し、またはこの逆である。
【００４１】
本発明のさらなる実施形態によると、データビットストリームをデータビットグループの系列に分割する。この実施形態においては、データビットグループレベルでデータを処理する。従って、データビットグループのそれぞれをレピティションし、これにより、データビットストリームのデータビット数が拡大され、レピティションデータストリームが、レピティションデータビットグループの系列を形成する。さらに、インタリーブも、データビットグループごとに、すなわちデータビットグループレベルで実行する。
【００４２】
このさらなる実施形態の変形例においては、データビットグループの各グループと、レピティションデータビットグループの各グループは、それぞれ、データビットストリームの２つのデータビットと、レピティションデータビットストリームの２つのデータビットから成る。データビットグループまたはレピティションデータビットグループのうちの少なくとも一方のデータビットは、データワードの系列を形成する前に並べ替えることができる。
【００４３】
本発明の上の実施形態においては、一般的には、データビットストリームのデータビットと、レピティションデータビットストリームにおける、そのデータビットに関連付けられるレピティションデータビットとを、同じ変調シンボルまたは相異なる変調シンボルにマッピングできることに留意されたい。
【００４４】
さらに、上の実施形態においては、ビットの数を拡大する前に、前方誤り訂正符号器（畳み込み符号器、ターボ符号器、ブロック符号器など）を使用してデータビットストリームを符号化することも可能である。
【００４５】
本発明の別の実施形態は、通信システムにおいてデータビットストリームを受信する方法を提供する。この実施形態においては、データビットストリームが、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して送信器によって変調されることを前提とする。１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれは、４個のデータビットの組合せによって表すことができる。さらに、送信器において変調に使用する１６ＱＡＭコンスタレーションは、上に定義されるマッピング規則ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）に従う。
【００４６】
最初に、データビットストリームを含む送信信号を受信し、４個のデータビットのデータワードによって１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して表される変調シンボルを検出することによって、信号を復調する。これによって、受信した変調シンボルの各データビットに、受信した変調シンボルの各ビットの論理値の確率を示すメトリック（metric）、または、受信した変調シンボルの各ビットの論理値を示すメトリックを、関連付ける。さらに、メトリックが、受信した変調シンボルの各ビットの論理値の確率を示し、受信した変調シンボルの各ビットの論理値を示すことが可能である。
【００４７】
さらに、受信器は、送信されたデータビットと、そのデータビットの、送信されたレピティションバージョン（これらはいわゆる関連付けられるビット対を形成する）との間の関係を認識する。具体的には、受信器は、関連付けられるビット対のビットの一方が、連続するシンボル領域のうちの一方を選択するものとして送信され、関連付けられるビット対の他方のビットが、連続しないシンボル領域のうちの一方を選択するものとして送信されたことを認識する。従って、受信器は、送信されたデータビット間の前述の関係を利用することによって、データビットのメトリックを導くことができる。従って、受信した変調シンボルのデータビットにおいて、１６ＱＡＭコンスタレーションの連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを、変調シンボルのデータビットにおいてその反復を表すレピティションデータビットに関連付けることができる。上述したように、レピティションデータビットは、１６ＱＡＭコンスタレーションの連続しない（または連続する）シンボル領域のうちの一方を選択する。１６ＱＡＭコンスタレーションの連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを、データビットのメトリックと、レピティションデータビットのメトリックとに基づいて、関連付けられるレピティションデータビットと合成して、データビットストリームを再構築することができる。
【００４８】
連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを合成する上記ステップは、連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれについて、データビットのメトリックと、レピティションデータビットのメトリックとに基づいて、合成メトリックを形成するステップと、データビットストリームの合成データビットを、合成メトリックを使用して復号化してデータビットストリームを再構築するステップとを含むことができる。
【００４９】
本発明の別の実施形態は、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して、通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを送信する装置を提供する。この装置においても、１６ＱＡＭコンスタレーションの各変調シンボルは、４個のデータビットの組合せによって表すことができる。さらに、１６ＱＡＭコンスタレーションは、上に提示したマッピング規則ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）に従う。
【００５０】
この送信装置は、データビットストリームのデータビットをレピティションすることにより、データビットストリームのデータビットのそれぞれについて、データビットストリームの当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットを含むレピティションデータビットストリームを形成することによって、データビットストリームのデータビット数を拡大する信号空間拡張手段と、データビットストリームまたはレピティションデータビットストリームのうちの少なくとも一方をインタリーブするインタリーバと、データビットストリームおよびレピティションデータビットストリームからデータワードの系列を形成する処理手段（例：プロセッサ、ＤＳＰ、その他）と、を備えることができる。
【００５１】
処理手段は、各データワードを１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルにマッピングするようにすることができる。各データワードは４個のビットを有し、各データワードの２個のビットは、データビットストリームのデータビットによって形成され、各データワードの２個のビットは、レピティションデータビットストリームのデータビットによって形成される。さらに、データビットストリームのデータビットが、連続するシンボル領域を選択し、レピティションデータビットストリームの、そのデータビットに関連付けられるレピティションデータビットが、連続しないシンボル領域を選択し、またはこの逆である。
【００５２】
この送信装置は、シンボルを搬送波周波数に変調する変調器と、変調されたシンボルを送信する送信器とをさらに備えることができる。
【００５３】
本発明のさらなる実施形態においては、送信装置は、上に概説したさまざまな実施形態およびそれらの変形例のうちの１つによる、通信システムにおいてデータビットストリームを送信する方法のステップを実行するように構成される手段をさらに備える。
【００５４】
本発明の実施形態は、通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを受信する装置に関する。この装置においても、データビットストリームは、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して、送信装置によって変調されたものである。１６ＱＡＭコンスタレーションの各変調シンボルは、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、１６ＱＡＭコンスタレーションは、上記のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）の定義に従う。
【００５５】
この受信装置は、データビットストリームを含む送信信号を受信する受信器と、１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して４個のデータビットのデータワードによって表される変調シンボルを検出することによって送信信号を復調し、これによって、受信した変調シンボルのデータビットのそれぞれに、受信した変調シンボルの各ビットの論理値の確率を示すメトリック、および／または、受信した変調シンボルの各ビットの論理値を示すメトリックを、関連付ける復調器と、を備えることができる。
【００５６】
さらに、この装置は、受信した変調シンボルのデータビットにおいて、１６ＱＡＭコンスタレーションの連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを、変調シンボルのデータビットにおいてその反復を表し、かつ１６ＱＡＭコンスタレーションの連続しない（または連続する）シンボル領域のうちの一方を選択するレピティションデータビットに、関連付ける処理手段を備えることができる。さらに、この装置は、１６ＱＡＭコンスタレーションの連続するシンボル領域（または連続しないシンボル領域）のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを、データビットのメトリックと、レピティションデータビットのメトリックとに基づいて、そのデータビットに関連付けられるレピティションデータビットと合成して、データビットストリームを再構築する再構築手段、をさらに備えることができる。
【００５７】
本発明の別の実施形態においては、この再構築手段は、連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれについて、データビットのメトリックと、レピティションデータビットのメトリックとに基づいて、合成メトリックを形成するように構成される。受信装置は、データビットストリームの合成データビットを、合成メトリックを使用して復号化してデータビットストリームを再構築する復号器、をさらに備える。
【００５８】
本発明のさらなる実施形態は、命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、この命令が送信装置のプロセッサによって実行されることに起因して、送信装置が、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して、通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを送信し、１６ＱＡＭコンスタレーションの各変調シンボルが、４個のデータビットの組合せによって表すことができ、１６ＱＡＭコンスタレーションが、上記のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）に要約したマッピング規則に従う、コンピュータ可読媒体、に関する。
【００５９】
コンピュータ可読媒体は、命令をさらに格納し、この命令が送信装置のプロセッサによって実行されることに起因して、データビットストリームのデータビットをレピティションすることにより、データビットストリームのデータビットのそれぞれについて、データビットストリームの当該データビットに関連付けられるレピティションデータビットを含むレピティションデータビットストリームを形成することによって、データビットストリームのデータビット数を拡大するステップと、データビットストリームまたはレピティションデータビットストリームのうちの少なくとも一方をインタリーブするステップと、データビットストリームおよびレピティションデータビットストリームからデータワードの系列を形成し、各データワードを１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルにマッピングするステップと、によって、データビットストリームが送信される。各データワードは４個のビットを有し、各データワードの２個のビットはデータビットストリームのデータビットによって形成され、各データワードの２個のビットは、レピティションデータビットストリームのデータビットによって形成される。さらに、データビットストリームのデータビットによって、連続するシンボル領域が選択され、レピティションデータビットストリームの、そのデータビットに関連付けられるレピティションデータビットによって、連続しないシンボル領域が選択され、またはこの逆である。さらに、命令に起因して、送信装置が、シンボルを搬送周波数に変調し、変調されたシンボルを送信することによって、データビットストリームを送信することができる。
【００６０】
さらに、本発明の別の実施形態においては、コンピュータ可読媒体は、命令をさらに格納し、この命令が送信装置のプロセッサによって実行されることに起因して、送信装置が、上述した本発明のさまざまな実施形態およびそれらの変形例のうちの１つによる、データビットストリームを送信する方法のステップを実行する。
【００６１】
本発明のさらなる実施形態は、命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、この命令が受信装置のプロセッサによって実行されることに起因して、受信装置が、通信システムの無線チャネルを通じてデータビットストリームを受信する、コンピュータ可読媒体を提供する。データビットストリームは、複素座標平面における４行および４列において表すことのできる１６個の変調シンボルを有する１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して送信器によって変調され、１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルのそれぞれは、４個のデータビットの組合せによって表すことができる。さらに、１６ＱＡＭコンスタレーションは、上のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）に要約したマッピング規則に従う。
【００６２】
命令に起因して、受信装置は、データビットストリームを含む送信信号を受信するステップと、１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して４個のデータビットのデータワードによって表される変調シンボルを検出することによって送信信号を復調し、これによって、受信した変調シンボルの各データビットに、受信した変調シンボルのビットの論理値の確率を示すメトリック、および／または、受信した変調シンボルのビットの論理値を示すメトリックを、関連付けるステップと、受信した変調シンボルのデータビットにおいて、１６ＱＡＭコンスタレーションの連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを、変調シンボルのデータビットにおいて、その反復を表すレピティションデータビットに関連付けるステップと、によって、データビットストリームを受信する。レピティションデータビットは、１６ＱＡＭコンスタレーションの連続しない（または連続する）シンボル領域のうちの一方を選択する。１６ＱＡＭコンスタレーションの連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを、データビットのメトリックと、レピティションデータビットのメトリックとに基づいて、そのデータビットに関連付けられるレピティションデータビットと合成して、データビットストリームを再構築する。
【００６３】
別の実施形態においては、コンピュータ可読媒体は、命令をさらに格納することができ、連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれを合成するステップにおいて、この命令に起因して、受信装置のプロセッサが、連続する（または連続しない）シンボル領域のうちの一方を選択するデータビットのそれぞれについて、データビットのメトリックと、レピティションデータビットのメトリックとに基づいて、合成メトリックを形成し、データビットストリームの合成データビットを、合成メトリックを使用して復号化し、データビットストリームを再構築する。
【００６４】
以下では、添付の図面を参照しながら本発明についてさらに詳しく説明する。図面における類似または対応する細部は、同じ参照数字によって表してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下の段落では、本発明のさまざまな実施形態について説明する。実施形態のほとんどは、移動環境における実施に依存せずに概説してあるが、これは例示を目的とするのみである。しかしながら、本発明は、モバイルデバイスのバッテリ電力および処理リソースが制限される無線ネットワークあるいは移動ネットワーク（ＵＭＴＳ通信システム、ＷＬＡＮなど）に特に適用できることに留意されたい。
【００６６】
さらに、上の背景技術に示した詳細な説明は、以下に説明する例示的な実施形態を正しく理解することを目的としているにすぎず、移動通信ネットワークにおけるプロセスおよび機能の説明した特定の実施形態に本発明を制限するようには理解されないものとする。
【００６７】
本発明の１つの主たる側面は、特別に選択される１６ＱＡＭマッピング構造と、ワードの単純なレピティション（信号空間拡張）およびインタリーブとを組み合わせて使用することである。このように、信号空間拡張およびインタリーブと、送信するデータから変調シンボルへの特別に適合化したマッピングとを組み合わせることにより、送信器および受信器のチェーン全体の単純性に有利に影響し、先行技術のシステムと比較して送信パフォーマンスを大幅に向上させることができる。
【００６８】
本発明は、グレイマッピングと、信号セット拡張および／またはトレリス符号化変調とを使用する先行技術のソリューションと比較してパフォーマンスが高まる方式として、１６ＱＡＭマッピングにおける信号空間拡張を使用できる方式を提案する。受信器および送信器の単純な符号化方式および復号化方式を実施する目的で、トレリス符号化変調において使用される、より高度であるがより複雑でもある符号化方式および復号化方式の代わりに、信号空間拡張のためのレピティション符号化を使用する。研究開発およびシミュレーションでは、そのような単純なシステムにおいて最適なパフォーマンスを提供するマッピングとして、グレイマッピングでない非標準方式の使用が必要であることが示された。
【００６９】
本発明のさまざまな側面をさらに詳しく説明する前に、本発明の１つの実施形態による符号化方式および復号化方式の概要について以下に簡単に示しておく。
【００７０】
図２２は、本発明の１つの実施形態による送信装置２２０１と受信装置２２１０とを示す。送信装置２２０１においては、上位層から入力データストリームを提供する。この入力データストリームは、例えば、通話中の音声通信からの音声、あるいは任意のタイプのデータ通信とすることができる。オプションとして、前方誤り訂正（ＦＥＣ）を使用する符号器２２０２において、入力データストリームを符号化することができる。符号器２２０２は、例えば、畳み込み符号器、ターボ符号器またはブロック符号器とすることができる。次いで、入力データストリームをレピティション符号器２２０３に入力し、このレピティション符号器２２０３は、入力データストリームのビットをレピティション（repeat）して、入力データストリームと、データビットストリームのデータビットのコピーを含む第２のデータストリームとを出力する。
【００７１】
両方のデータビットストリーム、すなわち入力データビットストリームとレピティションデータビットストリームとをさらにインタリーバ２２０４に提供し、このインタリーバ２２０４は、２つのデータビットストリームのいずれか一方または両方をインタリーブする。インタリーバ２２０４は、２つのデータビットストリームを１６ＱＡＭマッピング手段２２０５に出力し、この１６ＱＡＭマッピング手段２２０５は、両方のデータビットストリームのデータビットを、４個のビット（４連ビット）を単位として、１６個の変調シンボルのうちの１つにマッピングする。入力データビットストリームとレピティションデータビットストリームから変調シンボルへのマッピングについては、後からさらに詳しく説明する。
【００７２】
データを変調シンボルにマッピングした後、変調器２２０６において、データを搬送波周波数（またはＯＦＤＭタイプの通信システムを考慮するときには複数の搬送波周波数）に変調し、送信器２２０７によって（１つ以上の）無線チャネルを通じて送信する。
【００７３】
受信装置２２１０の受信器側構造についてさらに詳しく説明する前に、送信装置２２０１の動作および構造の詳細を以下に説明する。
【００７４】
本発明の１つの側面は、１６ＱＡＭコンスタレーションのマッピング規則の定義である。新しいマッピングの特性に関する以下のさらに詳しい説明を正しく理解できるように、以下の説明において頻繁に使用するいくつかの用語の定義を示しておく。２進要素０および１（あるいは−１および１と表される）から成るシンボルのハミング重みは、２進要素から成るワードの中の０ではない（すなわち１である）要素の数である。従って、１６ＱＡＭシンボルにマッピングされる４ビットワードのハミング重みは、整数０（すなわちワード「００００」）、整数１（例えばワード「００１０」）、整数２（例えばワード「１０１０」）、整数３（例えばワード「１１１０」）、整数４（すなわちワード「１１１１」）をとることができる。偶数のハミング重み値は「偶数ハミングパリティ」とも称し、奇数のハミング重み値は「奇数ハミングパリティ」と称する。
【００７５】
図８は、本発明の１つの実施形態による、偶数ハミング重みワードおよび奇数ハミング重みワードからコンスタレーションシンボルへのマッピングを示す。図８に示したコンスタレーションにおいて、レピティション符号化およびインタリーブと組み合わせて使用する特別な１６ＱＡＭマッピングは、少なくとも以下の特性を満たす必要がある。
【００７６】
ａ''）第１のハミング重みパリティを有するすべてのワードを、図８における斜線の変調シンボルまたは白色の変調シンボルのいずれかに一義的にマッピングする。
ｂ''）第２のハミング重みパリティを有するすべてのワードを、図８における斜線の変調シンボルまたは白色の変調シンボルのいずれかに一義的にマッピングする。
ｃ''）上記の２つの特性は互いに相補的であり、すなわち、偶数ハミング重みのワードを破線の変調シンボルにマッピングする場合、奇数ハミング重みのワードを白色の変調シンボルにマッピングする。
ｄ''）第１のコンスタレーションシンボルを１８０度回転させると、第２のワードを伝える第２のコンスタレーションシンボルになり、第２のワードは、第１のコンスタレーションシンボルによって伝えられる第１のワードのビット反転ワード（binary complement）である。
【００７７】
図８から理解できるように、１６ＱＡＭコンスタレーションにおける斜線のシンボルのそれぞれは、２個または４個の最も近い隣接シンボルを持ち、白色のシンボルのそれぞれは、３個の最も近い隣接シンボルを持つ。従って、上記の最初の２つの特性は、以下のように代替的に表現することができる。
【００７８】
ａ'''）第１のハミング重みパリティを有するすべてのワードを、２個の最も近い隣接シンボルまたは４個の最も近い隣接シンボルを有する変調シンボルのいずれかに一義的にマッピングする。
ｂ'''）第２のハミング重みパリティを有するすべてのワードを、３個の最も近い隣接シンボルを有する変調シンボルに一義的にマッピングする。
【００７９】
これらの特性の注目すべき結果として、最も近いいくつかの隣接シンボルにおいてグレイ原理に違反する。従って、このマッピングを非グレイマッピングと称する。上記の最後の特性は、互いに正反対位置にあるコンスタレーションシンボルが、反転関係にある（binary inverted）ワードを搬送することを意味する。従って、このマッピングを、正反対反転コンスタレーションマッピング（Antipodal Inverted Constellation Mapping）、略してＡＩＣＯマッピングと称する。この非グレイ特性の結果として、特定のビットによって選択されるシンボル領域が異なる。
【００８０】
図１１〜図１４は、本発明の実施形態による、個々のビットと、これらのビットによってその論理値に基づいて選択されるシンボル領域との間の例示的な対応を示す。従って、図１１〜図１４は、対応する変調シンボルにマッピングされる４連データビットの個々のビットによって、複数の異なるシンボル領域のうちの１つが、その論理値に基づいて選択される状況を示す。
【００８１】
図１１〜図１４において、Ｓｉｊはシンボル領域を表し、この場合、ｊは、マッピングする４連データビットのデータビット番号１、２、３または４を表すインデックスであり、ｉは、論理ビット値（ｂまたはその反転ｂ）を表す。この一般的な表現においては、実際の論理ビット値（０または１、あるいは−１および１）、あるいはワード内のビットポジションは重要ではないことが、当業者には理解されるであろう。
【００８２】
図１１は、４連ビットの第１のデータビットから、垂直方向に連続する２つのシンボル領域Ｓｂ１およびＳｂ１の一方への例示的な対応を示す。データビットの論理値ｂまたはｂに基づいて、２つのシンボル領域のうちの一方が選択される。このとき、それぞれが２個のビットに対する２つの連続するシンボル領域Ｓｂ１およびＳｂ１が存在することに気付く。これに相応して、図１２は、４連ビットの第２のデータビットが、水平方向に連続する２つのシンボル領域Ｓｂ２およびＳｂ２の一方にマッピングされる状況を示す。従って、４連ビット（データワード）のうちの２個のビットは、複素平面において１６ＱＡＭコンスタレーションを表現したときの連続するシンボル領域を選択する。さらに、図１３は、４連ビットの第３のデータビットによって、連続しない垂直方向の２つのシンボル領域Ｓｂ３およびＳｂ３の一方が選択される例示的な状況を示し、図１４は、４連ビットの第４のデータビットによって、連続しない水平方向の２つのシンボル領域Ｓｂ４およびＳｂ４の一方が選択される例示的な状況を示す。
【００８３】
図１１〜図１４において、図１１における２つの連続するシンボル領域Ｓｂ１およびＳｂ１の一方を選択する「第１データビット」が、データワードの最上位ビットである必要はないことに留意されたい。同様に、「第２、第３および第４データビット」が、それぞれ、データワードの２番目、３番目、４番目のビットに一致する必要はない。同様に、図１１〜図１４におけるシンボル領域の例示的な選択は、データワードの２個の最上位ビットのそれぞれが、図１１および図１２に示した連続するシンボル領域のうちの一方のシンボル領域を選択し、データワードの２個の最下位ビットのそれぞれが、図１３および図１４に示した２つの連続しないシンボル領域のうちの一方のシンボル領域を選択するという形態（この実施形態は可能である）に制限されるようには解釈されないものとする。
【００８４】
この提案する新しいマッピング方式と、従来のグレイマッピング方式との違いを理解できるように、図１５〜図１８には、グレイ方式の場合の同等の対応するシンボル領域を示してある。図１５〜図１８から認識されるように、データワードの４個のビットのうちの２個のビットについては、グレイマッピングとＡＩＣＯマッピングとにおいてシンボル領域の違いは存在しない。しかしながら、残りの２個のビットについてはシンボル領域が異なる。グレイマッピングにおいては、論理ビット値によって、連続する領域からの変調シンボルまたは連続しない領域からの変調シンボルのいずれかが使用されるが、ＡＩＣＯマッピングにおいては、論理ビット値にかかわらず２つの連続しない領域からの変調シンボルが使用される。
【００８５】
図１１〜図１４から理解できるように、変調シンボルは、変調シンボルの垂直方向の分離については、１列あたり４個の変調シンボルを含む４列に配置され、変調シンボルの水平方向の分離については、１行あたりの変調シンボルを含む４行に配置される。図１１〜図１４に示した１６ＱＡＭコンスタレーションの例示的な図解に基づくと、上記のａ''）〜ｄ''）に要約したマッピングは、以下のように代替的に表現することができる。
【００８６】
ａ）変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第１データビットが、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を、その論理値に基づいて選択する。この場合、２つの連続するシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接する２行によって形成される。
ｂ）当該変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第２データビットが、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続するシンボル領域のうちの一方を、その論理値に基づいて選択する。この場合、２つの連続するシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接する２列によって形成される。
ｃ）当該変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第３データビットが、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を、その論理値に基づいて選択する。この場合、２つの連続しないシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接しない２行によって形成される。
ｄ）当該変調シンボルを表す４個のデータビットのうちの第４データビットが、１６ＱＡＭコンスタレーションの２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を、その論理値に基づいて選択する。この場合、２つの連続しないシンボル領域のそれぞれは、互いに隣接しない２列によって形成される。
【００８７】
次に、本発明の別の側面についてさらに詳しく説明する。図３は、本発明の１つの実施形態による、送信装置における信号空間拡張方式の極めて一般的な構造を示す。この例示的な信号空間拡張方式では、構成ブロックの動作に関して大きな自由度が残される。
【００８８】
最初のブロックにおいては、信号源３００１（例：前方誤り訂正を使用する符号器、あるいは送信するデータビットストリームを提供する上位層のエンティティ）が、時刻ｋにおいて２つのビットａｋおよびｂｋを提供するものと想定する。説明を単純にするため、これらのビットをまとめてシンボルｓ（ｋ）と称する。次のレピティション符号器３００２は、１つの入力ワードｓ（ｋ）に対して、ｓ（ｋ）＝ｓ１（ｋ）＝ｓ２（ｋ）であるような２つの出力ワードｓ１（ｋ）およびｓ２（ｋ）を生成する。インタリーバ３００３においては、一般的に、系列（ａｋ，ａｋ，ｂｋ，ｂｋ）を新しい系列（ａｋ'１，ａｋ'２，ｂｋ'３，ｂｋ'４）に一義的にインタリーブする。この場合、ビットからシンボルへのマッピングに関するこれらのビットの解釈はマッピングユニットにも依存するため、ビットの順序は重要ではないことが当業者には認識されるであろう。次いで、そのような４連ビットそれぞれを１６ＱＡＭシンボルにマッピングし（ブロック３００４）、搬送波周波数に変調し（ブロック３００５）、送信する（ブロック３００６）。
【００８９】
以下は、図３に示したこれら２つの機能ブロック３００２および３００３の動作に関する、本発明の例示的な実施形態によるいくつかの必要条件である。
【００９０】
●ビットおよびそのレピティションバージョンは、同じシンボルにマッピングしてもよいが、好ましくは同じシンボルにマッピングしない（すなわち、いくつかのシンボルのデータブロックの中に、ビットおよびそのレピティションバージョンから異なるシンボルへの少なくとも１つのマッピングインスタンスが存在する必要がある）。
●ビットおよびそのレピティションバージョンのマッピングは、一方が２つの連続するシンボル領域のうちの一方を選択し、他方が２つの連続しないシンボル領域のうちの一方を選択するように行う。
●ワードから変調シンボルへのマッピングは、上に概説したＡＩＣＯマッピング方式を使用する。
【００９１】
本発明の別の実施形態は、図３に示した上述した方式の特殊な場合としての別の送信装置構造を提供する。本発明のこの実施形態によると、ビットおよびそのレピティションバージョンを、さらに、複素信号の同じ次元、すなわちＩ成分またはＱ成分にマッピングする。これは、図６および図７に示した例示的な送信装置構造によって達成することができる。
【００９２】
より具体的には、図６は、例えば図９または図１０に提示した１６ＱＡＭコンスタレーションに従ってシンボルマッピング６００４を実行する送信装置構造を示す。図９および図１０は、それぞれ、本発明の実施形態によるＡＩＣＯマッピング方式の相異なる例を示す。
【００９３】
最初の論理ブロックにおいて、信号源３００１が、時刻ｋにおいて２つのビットａｋおよびｂｋを提供する。説明を単純にするため、これらのビットをまとめてシンボルｓ（ｋ）と称する。次のレピティション符号器３００２は、１つの入力ワードｓ（ｋ）に対して、ｓ（ｋ）＝ｓ１（ｋ）＝ｓ２（ｋ）であるような２つの出力ワード（またはビットグループ）ｓ１（ｋ）およびｓ２（ｋ）を生成する。次いで、インタリーバブロック６００３において、第２のレピティションバージョンｓ２（ｋ）をインタリーブする。留意すべき点として、この例示的な実施形態によると、インタリーブはビットグループレベルで実行される、すなわち、インタリーバブロック６００３は、系列ｓ２（ｋ）を新しい系列ｓ２（ｋ＊）に一義的に並べ替え、および／または、系列ｓ２（ｋ），ｓ２（ｋ＋１），ｓ２（ｋ＋２），．．．のデータブロックを、系列ｓ２（ｋ＊），ｓ２（ｋ＊＋１），ｓ２（ｋ＊＋２），．．．の新しいデータブロックに並べ替えることができる。次いで、（データブロック内の１つ以上の系列のビットａｋおよびａｋ＊を実数次元にマッピングし、ビットｂｋおよびｂｋ＊を虚数次元にマッピングする。（例２における）データビットグループのサイズは、任意に選択できることに留意されたい。
【００９４】
また、Ｉ成分の２つのビットはｉ１およびｉ２と表すことができ、同様に、Ｑ成分をｑ１およびｑ２と表すことができる。この表記法では、ａｋおよびａｋ＊を、それぞれｉ１およびｉ２にマッピングすることができ、ビットｂｋおよびｂｋ＊を、それぞれｑ１およびｑ２にマッピングする。従って、図９および図１０におけるマッピングは、（ｉ１，ｉ２，ｑ１，ｑ２）を表すビット順序を示す。
【００９５】
図６に示した送信装置構造においては、それぞれの「元の」データビットａｋに関連付けられるレピティションデータビットａｋ＊をインタリーブする。あるいは、「元の」データビットａｋ、または、「元の」データビットａｋおよびレピティションデータビットａｋ＊の両方を、インタリーブすることができる。
【００９６】
図７は、本発明の別の実施形態による例示的な送信装置構造を示し、この構造では、インタリーブが「ビットベース」である。全体として、図６における表記法と同じ表記法を使用する。しかしながら、この構造では、インタリーブをシンボル単位で実行する、すなわち、シンボル内のビットではなくシンボル全体をインタリーブする。従って、これを「シンボル間インタリーブ」とも称する。この場合も、ビット順序が同様に（ｉ１，ｉ２，ｑ１，ｑ２）であると想定すると、例えば図９または図１０に示したように、ビットａｋおよびａｋ＊を実数次元にマッピングし、ビットｂｋおよびｂｋ＊を虚数次元にマッピングする。
【００９７】
図６および図７に示した提案する送信装置構造を使用することによって達成されるパフォーマンス向上は、モンテカルロ式の数値シミュレーションによって証明された。図１９は、ＡＷＧＮチャネルの場合の結果を示し、図２０および図２１は、単一経路の無相関レイリーフェージングチャネル（one path uncorrelated Rayleigh fading channel）の場合の結果を示す。
【００９８】
具体的には、図１９から認識できるように、提案する送信装置構造では、シミュレーション対象のＥｓ／Ｎ０範囲全体にわたり、グレイマッピング方式よりも高いパフォーマンスを達成することができる。低いＥｓ／Ｎ０については、上記の複数の異なる実施形態による送信装置構造は、レピティションおよび拡張を使用しないＱＰＳＫシステムと同じパフォーマンスを達成することができ、中程度のＥｓ／Ｎ０についても、提案する方式の損失は非常に小さい。
【００９９】
しかしながら、図２０および特に図２１において認識できるように、提案する構造は、ビット誤り率に関するパフォーマンスが、グレイマッピング方式と信号空間拡張手法とを使用する送信装置と、信号空間拡張を使用せずにＱＰＳＫを使用する送信装置とのいずれよりも良好である。
【０１００】
上記のさまざまな実施形態による送信装置の動作において、入力データストリームのデータビットによって連続するシンボル領域（例えば図１１および図１２を参照）が選択される一方で、レピティション符号器によって生成されるレピティションデータビット（レピティションデータビットストリームを形成する）によって連続しないシンボル領域（例えば図１３および図１４を参照）が選択される限りは、使用するインタリーブ方式として任意の方式を選択できることを認識されたい。
【０１０１】
あるいは、入力データストリームのデータビットによって連続しないシンボル領域（例えば図１３および図１４を参照）が選択される一方で、レピティション符号器によって生成されるレピティションデータビット（レピティションデータビットストリームを形成する）によって連続するシンボル領域（例えば図１１および図１２を参照）が選択される限りは、使用するインタリーブ方式として任意の方式を選択することができる。本発明のさらなる代替実施形態においては、入力データストリームのデータビットと、そのレピティションデータビットとによって、１つの連続するシンボル領域と１つの連続しないシンボル領域とが選択される限りは、インタリーブ方式として任意の方式を選択することができる。
【０１０２】
一般的には、ひとまとまりのデータビット対を識別するステップは受信装置のみに関連する。送信装置によって提供されるときに変調シンボルのビットが正しいデータビットストリームに関連付けられているかどうかは、受信装置においてデータビットおよびそのレピティションを互いに関連付けることができる限りは、特に重要ではない。
【０１０３】
次に、図２２に戻り、受信装置の構造についてさらに詳しく説明する。本発明の１つの実施形態によると、受信装置２２１０の受信器２２１１は、送信装置２２０１によって送信された信号を受信する。受信した信号を復調器２２１２に出力し、この変調器２２１２は、信号の中の個々の変調シンボルを検出する。言い換えれば、復調器は、所定の時間長の信号部分を、送信装置２２０１によって使用される１６ＱＡＭコンスタレーションに従って４連ビットに関連付ける。この場合、変調ビットからデータワード（４連ビット）へのマッピングを逆戻し（reverse）できるようにするためには、送信装置によって使用されるシンボルマッピングの情報を受信装置２２１０に渡し、または受信装置２２１０が認識する必要があることが明らかである。
【０１０４】
さらに、復調器２２１２は、データワードの各ビットにメトリックを関連付け、これにより、受信したデータワードの個々のデータビットの論理値を再構築できるようにする。データワードの各データビットに対するこのメトリックの内容は、使用する復号化方式に依存し、これについては後からさらに詳しく説明する。さらに、復調器２２１２は、送信装置２２０１におけるインタリーバ２２０４によって使用されるインタリーブ方式を認識し、またはその情報を受け取ることができる（例：インタリーブパターンを事前に定義しておくことによって、あるいは制御信号を送ることによって）。復調器２２１２は、送信装置２２０１において使用されるインタリーブ方式の情報に基づいて、送信側における入力データストリームのデータビットに対応する個々のビットを、送信側におけるレピティションデータビットストリームの、それらのレピティションバージョン（すなわちレピティションデータビット）にさらに関連付けることができる。データワードと、その中の個々のデータビットのメトリックと、関連付けられるデータビット対に関する情報とがデータビットストリーム再構築手段２２１３に提供され、データビットストリーム再構築手段２２１３は、データビット対をメトリックに基づいて合成し、レピティション符号器２２０３による信号空間拡張を元に戻す。
【０１０５】
入力データビットストリームを送信側において符号化する場合、受信装置２２１０は、データビットストリーム再構築手段２２１３によって提供されるデータストリームを復号化するための復号器２２１４をさらに備える。
【０１０６】
受信装置２２１０の個々のコンポーネントの構造は、個々の受信装置２２１０において使用される復調／復号化方式に依存することに留意されたい。送信装置によって送信される元の入力データビットストリームを正しく再構築するうえで重要なこととして、受信装置２２１０は、変調シンボルからデータシンボルへの逆マッピングを提供することができ、これにより、データビットのそれぞれまたはデータワードのそれぞれにメトリックを関連付けて、データワードの中のデータビット対（それぞれ、入力データストリームのデータビットと、レピティションデータビットストリームにおけるそのレピティションバージョンとによって形成される）を検出する。従って、送信側における入力データストリームのデータビットに対応する個々のビットと、送信側におけるレピティションデータビットストリームの、それらのレピティションバージョン（すなわちレピティションデータビット）との上述した関連付けは、復調器２２１２の代わりにデータビット再構築手段２２１３が提供することができる。あるいは、データワードをデータビットストリームとレピティションデータビットストリームとに分けて、２つのデータビットストリームにおけるひとまとまりのデータビット対に関する情報を求めるデインタリーバ（de-interleaver）を、復調器２２１２の代わりに、受信装置２２１０の復調器とデータビット再構築手段との間に設けることができる。
【０１０７】
上でも説明したように、データワードの個々のビットに関連付けられるメトリックは、受信器の方式に応じて異なる内容を持つことができる。例えば、軟判定を使用して復号化を実行する場合、メトリックは、個々のデータビットの論理値が−１あるいは１である確率を示す１つ以上の確率値を示すことができる。この目的の場合、メトリックは、例えば、次式によって定義される対数尤度比（ＬＬＲ）とすることができる。
【０１０８】
【数１】
2008541518.tif 000003
【０１０９】
この式において、ｐ（ｘｉ＝１）は、ビットｘｉが論理値１に等しい確率であり、ｐ（ｘｉ＝０）は、ビットｘｉが論理値−１に等しい確率である。このように、ＬＬＲの符号がビットｘｉの論理値を直接示し、ＬＬＲの絶対値が、その判定の確実性を示す。受信装置においてＬＬＲを用いるときには、例えば、データビット対のデータビットのＬＬＲを単純に加えることによって、データビット対（データビットとそのレピティション）から再構築後のデータビットを再構築することができ、再構築後のデータビットの論理値は、ＬＬＲの合計の符号に基づいて判定することができる。
【０１１０】
図２３は、シンボル（Ｉｉ，Ｑｉ）について測定される同相成分Ｉｉおよび直交成分Ｑｉによって表されるデータビットストリームｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４を、受信した信号から再構築する方法を示す。シンボル（Ｉｉ，Ｑｉ）のそれぞれは、１６ＱＡＭコンスタレーションを使用して４連ビットｘ１ｉ，ｘ２ｉ，ｘ３ｉ，ｘ４ｉにマッピングされ、これらは、シンボル（Ｉｉ，Ｑｉ）のそれぞれの対応する４連ビットを示す。シンボル成分（Ｉｉ，Ｑｉ）の実際の値と、１６ＱＡＭコンスタレーションにおける変調シンボルからの結果の（ユークリッド）距離とに基づいて、ビットｘ１ｉ，ｘ２ｉ，ｘ３ｉ，ｘ４ｉのそれぞれに、ＬＬＲ、すなわち、ＬＬＲ（ｘ１ｉ），ＬＬＲ（ｘ２ｉ），ＬＬＲ（ｘ３ｉ），ＬＬＲ（ｘ４ｉ）を関連付けることができ、これらのＬＬＲは、各ビットが論理値−１または１に等しい確実性を示す。次いで、連続する４連ビットｘ１ｉ，ｘ２ｉ，ｘ３ｉ，ｘ４ｉによって形成されるビットストリームをデインタリーブして（de-interleave）データビットストリームとレピティションデータビットストリームとを生成し、ストリーム内のひとまとまりのデータビット（すなわち元のデータビットとそれに関連付けられるレピティション）を検出する。次いで、関連付けられるデータビット（ビット対）のＬＬＲを合成することによって、再構築されたデータビットストリームｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４を構築することができる。
【０１１１】
受信装置２２１０において硬判定を用いるときには、メトリックが各データビットの論理値を直接示すことができる。さらに、この場合には、（送信された）データビットストリームを再構築するためにデータビット対を合成するステップでは、ビット対のデータビットのメトリックを単純に加算することができる。また、軟判定の使用と組み合わせる、すなわち、データビット対のデータビットの論理値を合計する前に、各論理値を検出するときの確実性を示す確率値を使用して論理値に加重することも可能である。
【０１１２】
本発明の上述した実施形態においては、送信装置の構造は、関与する基本ＦＥＣ（前方誤り訂正）部分としての非常に単純なレピティション符号化方式に制限される。しかしながら、これに加えて、例えば、畳み込み符号、ターボ符号、ブロック符号などの別の符号化方式を使用できることが、当業者には明らかであろう。そのような符号器は、例えば、送信器側におけるレピティション符号化の前に直列に連結することができ、対応する復号器を、受信装置側におけるデータビット再構築手段またはレピティション符号の復号器の後に連結することができる。従って、上述した実施形態は、本発明の適用範囲を上述した極めて高度なＦＥＣ符号化方式に限定するものではないことを理解されたい。
【０１１３】
オプションとして、例えば図６または図７を参照し、各ビットおよびそのインタリーブされたバージョンを、レピティション後に個別に論理反転させる、あるいはレピティション前にビットを反転することによって暗黙的に反転させることができる。さらに、信号ｓ１（ｋ）またはｓ２（ｋ）全体を論理反転させることができる。従って、送信装置構造の論理ブロックにおいて反転させる場合、それに適合させる受信装置構造における対応する論理ブロックにおいて反転を解除する必要がある。
【０１１４】
なお、実数次元および虚数次元に言及する上記の説明は、図１の例におけるような１６ＱＡＭの場合のみ意味を持つことが当業者には明らかであろう。図２に示したような回転した１６ＱＡＭコンスタレーションにおいては、これらの直交次元を同様に回転させなければならない。
【０１１５】
図４に示したようなトレリス符号化変調システムと比較したときの本発明の概念の違いは、以下のとおりである。
【０１１６】
●トレリス符号化変調では、畳み込み（すなわち自明でない）符号器を使用して元のｍ個のビットの一部を符号化する。本発明では、元のｍ個のビットのそれぞれを単純にレピティションし、すなわち、符号器の実施形態を単純にすることができ、要求される計算の複雑さが小さい。
●畳み込み符号器の符号化レートは、
【数２】
2008541518.tif 000004
に制限される。本発明の実施形態において使用するレピティション符号器は、元の入力データストリームに対してレート１／２の符号と等価であると見なすことができ、あるいは、レート２／４の符号と解釈することもでき、なぜなら、２個の入力ビットに対して４個の符号化ビットが得られるためである。
●セット区分手法の結果としての１６ＱＡＭマッピングは、上述した特性ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）を満たさない。
【０１１７】
さらに、本発明は、例えばそのセット区分方式において、従来のチャネルシンボル拡張ダイバーシチ（ＣＳＥＤ）とは異なる。従来のシステム（例えば図５を参照）によって使用されるセット区分方法では、最も近い隣接シンボルのグレイ原理に従う変調方式（「グレイマッピング」）を使用する。例えば図９または図１０において理解できるように、本発明によるセット区分方法は、これとは別のマッピング概念を使用する。
【０１１８】
本発明の主たる目的によると、ここまで説明した本発明および本発明の実施形態は、任意のタイプの通信システムに採用することができる。ただし、特に移動エンティティの特徴に起因して、実施できる手法の複雑が制限される。本発明の原理を移動通信システムに適用すると、複雑さが小さい符号器および復号器を実施することが可能であることに加えて、ＱＰＳＫ変調信号と比較して変調符号化方式のビット誤り率が向上する。
【０１１９】
本発明の別の実施形態は、上述したさまざまな実施形態を、ハードウェアおよびソフトウェアを使用して実施することに関する。上述したさまざまな方法と、上述したさまざまな論理ブロック、モジュール、あるいは回路は、例えば、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはその他のプログラマブルロジックデバイスなどのコンピューティングデバイスを使用して、実施または実行できることを認識されたい。さらに、本発明のさまざまな実施形態は、これらのデバイスの組合せによって実行する、あるいは具体化することもできる。
【０１２０】
さらに、本発明のさまざまな実施形態は、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実施する、あるいはハードウェアに直接実装することもできる。また、ソフトウェアモジュールとハードウェア実装の組合せも可能である。ソフトウェアモジュールは、任意の種類のコンピュータ可読媒体（例：ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、レジスタ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ）に格納することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】正方形コンスタレーションの１６ＱＡＭの例を示す。
【図２】正方形コンスタレーションの１６ＱＡＭの例を示す。
【図３】本発明の実施形態による、レピティション符号化およびインタリーブを使用して２個のビットから４個のビットに信号空間を拡張する一般的な例を示す。
【図４】トレリス符号化変調における先行技術による符号器／変調器の構造を示す。
【図５】先行技術のＣＳＥＤシステムの送信器のブロック図を示す。
【図６】本発明の実施形態による、ワードインタリーバを使用する例示的な送信器のブロック図を示す。
【図７】本発明の実施形態による、部分的に独立するビットインタリーブを使用する例示的な送信器のブロック図を示す。
【図８】本発明の実施形態による、偶数および奇数のハミング重みを持つデータワードから１６ＱＡＭコンスタレーションの信号点への例示的なマッピングを示す。
【図９】本発明の相異なる実施形態による、データワードから１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルへの２つの例示的なマッピング（ＡＩＣＯマッピング）を示す。
【図１０】本発明の相異なる実施形態による、データワードから１６ＱＡＭコンスタレーションの変調シンボルへの２つの例示的なマッピング（ＡＩＣＯマッピング）を示す。
【図１１】それぞれ、ＡＩＣＯマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、第１ビットによって選択される、本発明の実施形態による例示的な状況を示す。
【図１２】それぞれ、ＡＩＣＯマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、第２ビットによって選択される、本発明の実施形態による例示的な状況を示す。
【図１３】それぞれ、ＡＩＣＯマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、第３ビットによって選択される、本発明の実施形態による例示的な状況を示す。
【図１４】それぞれ、ＡＩＣＯマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、第４ビットによって選択される、本発明の実施形態による例示的な状況を示す。
【図１５】グレイマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、データワードの第１ビットによって選択される例示的な状況を示す。
【図１６】グレイマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、データワードの第２ビットによって選択される例示的な状況を示す。
【図１７】グレイマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、データワードの第３ビットによって選択される例示的な状況を示す。
【図１８】グレイマッピングを使用する１６ＱＡＭコンスタレーションのシンボル領域が、データワードの第４ビットによって選択される例示的な状況を示す。
【図１９】加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルにおける、従来のＱＰＳＫマッピングと、グレイ１６ＱＡＭマッピングと、本発明の実施形態によるＡＩＣＯ１６ＱＡＭマッピングのビット誤りパフォーマンスのシミュレーションの結果を示す。
【図２０】レイリーフェージングチャネルにおける、従来のＱＰＳＫマッピングと、グレイ１６ＱＡＭマッピングと、本発明の実施形態によるＡＩＣＯ１６ＱＡＭマッピングのビット誤りパフォーマンスのシミュレーションの結果を示す。
【図２１】図２０に示した、レイリーフェージングチャネルにおける、グレイ１６ＱＡＭマッピングと、本発明の実施形態によるＡＩＣＯ１６ＱＡＭマッピングのビット誤りパフォーマンスのシミュレーションの結果の一部を示す。
【図２２】本発明の実施形態による例示的な送信器および受信器のブロック図を示す。
【図２３】本発明の実施形態による、復調およびデータストリーム再構築の例示的なプロセスを示す。
【図１】
2008541518.tif 000005
【図２】
2008541518.tif 000006
【図３】
2008541518.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【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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【国際調査報告】
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