(57)【要約】  通信システム１００における分割復号器装置２００、４００は、送信元から送信先への送信メッセージの高信頼性転送を提供する。チャネル符号器１１０は送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、チャネル１２０を介して送信符号語を送信する。チャネル１２０は、送信符号語に応答してチャネル出力を生成する。分割復号器装置２００、４００において、復号クライアント２１０、４１０はチャネル出力２０１を受信し、圧縮誤り情報２０２を生成し、復号サーバ２２０、４２０は圧縮誤り情報２０２を受信し、圧縮誤り推定値２０３を生成する。復号クライアント２１０、４１０は圧縮誤り推定値２０３を受信し、メッセージ推定値２０４を生成する。復号クライアント２１０、４１０と復号サーバ２２０、４２０との間の通信複雑度が減少する。
2021536694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための分割復号器装置であって、
前記通信システム内のチャネル符号器が前記送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルで送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成する、分割復号器装置であって、前記分割復号器装置は、
前記チャネル出力を受信して圧縮誤り情報を生成し、
復号サーバから、前記圧縮誤り情報に基づく圧縮誤り推定値を受信し、
メッセージ推定値を生成するように構成された復号クライアントを含む、
分割復号器装置。
【請求項２】
前記復号クライアントは、前記チャネル出力から誤り無し信号を生成するようにさらに構成され、前記誤り無し信号が有効な送信符号語に対応する硬判定を示す場合、前記復号サーバは起動されない、請求項１に記載の分割復号器装置。
【請求項３】
パリティチェックビットがチャネル符号化の前に前記送信メッセージに挿入され、前記復号クライアントは前記パリティチェックビットに依拠して前記誤り無し信号を生成する、請求項２に記載の分割復号器装置。
【請求項４】
前記チャネル符号は、体系的線形ブロック符号または非体系的線形ブロック符号のうちの１つである請求項１に記載の分割復号器装置。
【請求項５】
前記チャネル符号は、体系的極符号または非体系的極符号のうちの１つである請求項３に記載の分割復号器装置。
【請求項６】
前記圧縮誤り推定値は、極符号用の連続キャンセル復号器または連続キャンセルリスト復号器のうちの１つによって生成される、請求項５に記載の分割復号器装置。
【請求項７】
前記復号クライアントは硬判定および誤り側情報（ＨＤ／ＥＳＩ）生成器と、誤りシンドローム生成器と、誤り側情報圧縮器と、誤り推定伸張器と、誤り訂正器とを備え、
前記ＨＤ／ＥＳＩ生成器は前記チャネル出力を受信し、硬判定および誤り側情報を生成するように構成され、
前記誤りシンドローム生成器は前記硬判定を受信し、誤りシンドロームを生成するように構成され、
前記誤り側情報圧縮器は前記誤り側情報を受信し、無損失ソース符号化アルゴリズムを使用することによって、圧縮誤り側情報を生成するように構成され、
前記誤りシンドロームおよび前記圧縮誤り側情報が合わせて圧縮誤り情報を構成する、  請求項１に記載の分割復号器装置。
【請求項８】
前記ＨＤ／ＥＳＩ生成器は前記硬判定および前記誤り側情報を生成する前に、前記チャネル出力に量子化を適用する、請求項７に記載の分割復号器装置。
【請求項９】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの一方であり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ前記誤りシンドロームのみが前記復号クライアントによって送信される場合、前記誤り側情報圧縮器は使用されない、請求項７に記載の分割復号器装置。
【請求項１０】
前記誤り側情報圧縮器は、無損失ソース圧縮のための算術符号化アルゴリズムを使用する、請求項７に記載の分割復号器装置。
【請求項１１】
前記ＨＤ／ＥＳＩ生成器は、前記チャネル出力の量子化のために最大相互情報量子化器を採用する、請求項８に記載の分割復号器装置。
【請求項１２】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための分割復号器方法であって、
チャネル符号器が前記送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルを介して送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成する分割復号器方法であって、
復号クライアントで前記チャネル出力を受信し、圧縮誤り情報を生成し、
復号サーバに前記圧縮誤り情報を送信し、
前記復号クライアントで、前記復号サーバによって生成された圧縮誤り推定値を受信し、
前記復号クライアントでメッセージ推定値を生成することを含む、
分割復号器方法。
【請求項１３】
前記チャネル出力から前記復号クライアントにおいて誤り無し信号を生成することをさらに含み、前記誤り無し信号が有効な送信符号語に対応する硬判定を示す場合、前記復号サーバは起動されない、請求項１２に記載の分割復号器方法。
【請求項１４】
パリティチェックビットがチャネル符号化の前に前記送信メッセージに挿入され、前記復号クライアントは前記パリティチェックビットの助けを借りて前記誤り無し信号を生成する、請求項１３に記載の分割復号器方法。
【請求項１５】
前記チャネル符号は、体系的線形ブロック符号または非体系的線形ブロック符号のうちの１つである請求項１２に記載の分割復号器方法。
【請求項１６】
前記チャネル符号は、体系的極符号または非体系的極符号のうちの１つである請求項１５に記載の分割復号器方法。
【請求項１７】
前記圧縮誤り推定値は、極符号のための連続キャンセル復号器または連続キャンセルリスト復号器のうちの１つによって生成される、請求項１６に記載の分割復号器方法。
【請求項１８】
前記復号クライアントは、硬判定および誤り側情報（ＨＤ／ＥＳＩ）生成器と、誤りシンドローム生成器と、誤り側情報圧縮器と、誤り推定伸張器と、誤り訂正器とを備え、
前記ＨＤ／ＥＳＩ生成器は前記チャネル出力を受信し、硬判定および誤り側情報を生成するように構成され、
前記硬判定を受信し誤りシンドロームを生成し、前記誤り側情報を受信し、無損失ソース符号化アルゴリズムを使用することによって圧縮誤り側情報を生成することをさらに含み、
前記誤りシンドロームと前記圧縮誤り側情報とが合わせて圧縮誤り情報を構成する。請求項１２に記載の分割復号器方法。
【請求項１９】
前記ＨＤ／ＥＳＩ生成器は前記硬判定および前記誤り側情報を生成する前に、前記チャネル出力に量子化を適用する、請求項１８に記載の分割復号器方法。
【請求項２０】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの１つであり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ前記誤りシンドロームのみが前記復号クライアントによって送信される場合には、前記誤り側情報圧縮器は使用されない、請求項１８に記載の分割復号器方法。
【請求項２１】
前記誤り側情報圧縮器は、無損失ソース圧縮のための算術符号化アルゴリズムを使用する、請求項１８に記載の分割復号器方法。
【請求項２２】
プライバシー制約に従うクライアント‐サーバアーキテクチャにおいてチャネル復号化を実行するためのマルチクライアント分割復号器システムであって、
複数の復号クライアントであって、前記複数の復号クライアントのうちのｉ番目の復号クライアントが、ｉ番目のチャネルからのｉ番目のチャネル出力を受信するように構成され、前記ｉ番目のチャネル出力はｉ番目のチャネル符号からのｉ番目の送信符号語が破損されたものであり、前記ｉ番目の復号クライアントは前記ｉ番目のチャネル出力からｉ番目の圧縮誤り情報を生成し、通信ネットワークを介して前記ｉ番目の圧縮誤り情報を復号サーバに送信するようにさらに構成される、前記複数の復号クライアントと、
前記ｉ番目の復号クライアントは、
前記通信ネットワークから、前記復号サーバによって生成された前記ｉ番目の圧縮誤り推定値を受信し、
ｉ番目のメッセージ推定値を生成するようにさらに構成される、
マルチクライアント分割復号器システム。
【請求項２３】
前記ｉ番目のチャネル符号は、極符号である請求項２２に記載のマルチクライアント分割復号器システム。
【請求項２４】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための分割復号器装置であって、
前記通信システム内のチャネル符号器が送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルで送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成し、
前記分割復号器装置は、
復号クライアントから、前記チャネル出力に基づいて圧縮誤り情報を受信し、
前記圧縮誤り情報に基づいて圧縮誤り推定値を生成し、
前記圧縮誤り推定値を前記復号クライアントに送信し、
メッセージ推定値を受信するように構成された復号サーバを含む、
分割復号器装置。
【請求項２５】
前記復号サーバは、前記チャネル出力に基づく誤り無し信号が前記復号クライアントによって生成された硬判定が有効な送信符号語に対応することを示すときにアクティブ化されない、請求項２４に記載の分割復号器装置。
【請求項２６】
前記復号サーバは誤り側情報伸張器、誤り推定器、および誤り推定圧縮器を含み、前記誤り側情報伸張器は前記圧縮誤り側情報を受信し、前記誤り側情報を復元するために前記圧縮誤り側情報を復元し、前記誤り推定器は前記誤り側情報伸張器によって復元された前記誤りシンドロームおよび前記誤り側情報の複製を受信し、誤り推定値を生成し、前記誤り推定値圧縮器は前記誤り推定値を圧縮し、圧縮誤り推定値を生成し、前記誤り推定値を復元するために前記誤り推定値を受信し、伸張し、前記誤り訂正器は前記誤り推定値および硬判定を受信し、前記メッセージ推定値を生成する、請求項２４に記載の分割復号器装置。
【請求項２７】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの１つであり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ前記誤りシンドロームのみが前記復号クライアントから受信される場合、前記誤り側情報伸張器は使用されない、請求項２６に記載の分割復号器装置。
【請求項２８】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための分割復号器方法であって、
チャネル符号器が送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルを介して送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成する分割復号器方法であって、
復号サーバで、復号クライアントによって前記チャネル出力から生成された圧縮誤り情報を受信し、
前記復号サーバにおいて、圧縮誤り情報に基づいて圧縮誤り推定値を生成し、
前記復号クライアントに、前記復号クライアントによるメッセージ推定値の生成に使用するための圧縮誤り推定値を送信することを含む
分割復号器方法。
【請求項２９】
前記復号サーバは、前記チャネル出力に基づく誤り無し信号が前記復号クライアントによって生成された硬判定が有効な送信符号語に対応することを示す場合、起動されない、請求項２８に記載の分割復号器方法。
【請求項３０】
前記復号サーバは、誤り側情報伸張器と、誤り推定器と、誤り推定圧縮器とを備え、  
無損失ソース符号化アルゴリズムを用いて誤り側情報から生成された圧縮誤り側情報を受信し、硬判定に基づく誤りシンドロームと前記圧縮誤り側情報とが合わせて圧縮誤り情報を構成し、
前記誤り側情報の複製を復元するために前記圧縮誤り情報を伸張し、  
前記誤りシンドロームと前記誤り側情報の複製を使用して誤り推定値を生成し、  
誤り推定値を圧縮し、圧縮誤り推定値を生成するステップと、圧縮誤り推定値を送信して、使用される誤り推定値の複製を復元し、硬判定を用いてメッセージ推定値を生成するステップと、を含む。請求項２８に記載の分割復号器方法：
【請求項３１】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの一方であり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ誤り推定器が前記復号クライアントから前記誤りシンドロームのみを受信する場合、誤り側情報伸張器は使用されない、請求項２８に記載の分割復号器方法。
【請求項３２】
プライバシー制約に従うクライアント‐サーバアーキテクチャにおいてチャネル復号化を実行するためのマルチクライアント分割復号器システムであって、  
複数の復号クライアントに通信可能に結合された復号サーバを含み、
前記復号サーバは、
前記複数の復号クライアントのうちのｉ番目の復号クライアントから、通信ネットワークを介して、ｉ番目のチャネルのためにｉ番目のチャネル出力から生成されたｉ番目の圧縮誤り情報を受信し、前記ｉ番目のチャネル出力はｉ番目のチャネル符号からのｉ番目の送信符号語が破損したものであり、
ｉ番目の圧縮誤り推定値を生成し、
前記復号サーバが前記ｉ番目のメッセージを学習することなく、前記ｉ番目の圧縮誤り推定値を、前記ｉ番目の復号クライアントに送信する
ように構成されている、
マルチクライアント分割復号器システム。
【請求項３３】
前記ｉ番目のチャネル符号は極符号である、請求項３２に記載のマルチクライアント分割復号器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は一般に、圧縮チャネル情報を使用する通信システムにおけるデータの復号に関し、より具体的には、極符号などの線形ブロック符号を使用する通信システムにおけるデータの復号に関する。
【背景技術】
【０００２】
本原理によって対処される問題を単純な文脈で導入するために、二値入力アルファベットＸ＝｛０，１｝から入力ｘｉを時間ｉに受信し、確率Ｗ（ｙｉ｜ｘｉ）を有する有限出力アルファベットＹから出力ｙｉを生成する離散メモリレスチャネル（ＤＭＣ）を考える。条件付き確率｛Ｗ（ｙ｜ｘ）：ｘ∈Ｘ，ｙ∈Ｙ｝が、ＤＭＣを特徴付ける。各符号語が長さＮを有するＭ個の符号語を有するブロック符号を使用するＤＭＣ上のチャネル符号化を考える。メッセージの集合｛１，２，…，Ｍ｝からランダムにメッセージが選択され、符号ブックの中の第ｍの符号語ｘｍ＝｛ｘｍ，１，ｘｍ，２，…，ｘｍ，Ｎ｝∈ＸＮに符号化されると仮定する。符号語ｘｍがチャネルを介して送信され、チャネル出力ｙ＝（ｙ１，ｙ２，…，ｙＮ）∈ＹＮが受信されると仮定する。チャネルのメモリレス性質のために、ＤＭＣを介してｘが送信されることを仮定してｙを受信する条件付き確率は、積形式の式Πｉ＝１ＮＷ（ｙｉ｜ｘｉ）によって与えられる。
【０００３】
このような通信システムにおける復号器はチャネル出力ｙを取り込み、送信されたメッセージｍの推定値ｍ〜を生成する。このようなシステムの重要な性能尺度は、推定値ｍ〜が実際に送信されたメッセージｍに等しくない確率として定義されるフレーム誤り率（ＦＥＲ）である。
【０００４】
高速データ通信では、チャネルから復号器へのチャネル出力ｙの配信が必要なデータバス帯域幅、データインターフェースのコスト、および電力消費の観点から、厳しいボトルネックを呈する可能性がある。本発明の原理は、システムのＦＥＲ性能を低下させることなく、受信機における通信の複雑性を低減するようにチャネル出力ｙを圧縮する方法を導入することによって、この問題に対処する。本発明の原理は、主として、データ送信元からデータ送信先へのビット／秒（ｂ／ｓ）で表されるユーザ・データ率が受信機回路で使用されるクロック周波数に対して高い通信システムを対象とする。
【０００５】
本発明の原理が最も有用である場合のより正確な説明のために、送信元から送信先への所望のユーザ・データ率λをビット／秒（ｂ／ｓ）で示し、システムで使用されるチャネル符号の率をＲ＝ｌｏｇ２（Ｍ）／Ｎで示すものとする。次に、符号化データ率はλ／Ｒ（ｂ／ｓ）であり、これは符号化ビットを送信するために二値入力チャネルＷを使用しなければならない回数でもある。受信機では、チャネル出力シンボルが二値論理信号を搬送するデータバスを介して伝送されなければならない。各チャネル出力シンボルｙ∈Ｙをビットｑ＝ｃｅｉｌ（ｌｏｇ２｜Ｙ｜）で表すことができる。ここで、｜Ｙ｜はＹの要素の数を示し、ｃｅｉｌ（ａ）は任意の実数ａに対してａ以上の最小の整数を示す。そして、チャネル出力から復号器入力へのデータ伝送率は、ｑλ／Ｒ（ｂ／ｓ）で与えられる。チャネル出力と復号器入力の間のインターコネクト（データバス）がｆｃＨｚのクロック周波数で動作する場合、インターコネクト幅（レーン数）は少なくとも
ｗ＝（ｑλ／Ｒ）／ｆｃ      …（１）  
必要である。
【０００６】
本原理はコストまたは実現可能性のために、幅ｗが受信機回路の実装にボトルネックを提示する適用例を対象とする。現在、このようなボトルネックを引き起こす傾向がある２つの要因がある。１つはより高いユーザ・データ率λに対して常に存在する需要であり、もう１つはシリコン技術の進歩の減速であり、これはクロック周波数ｆｃを制限する。これらの因子は、一般的な文脈において［ＺＡＢＩＮ］において同定され、詳細に議論されている。本発明の原理はこれらの問題に対処し、チャネル復号器の文脈における解決策を提供する。本開示の観点および動機を提供するために、通信規格およびシリコン技術の傾向の簡単な説明を以下に示す。
【０００７】
より高いデータ率λに対する需要は、最近の標準化活動を見ることによって窺い知ることができる。有線接続の場合、ＩＥＥＥ８０２．３ｂａ  イーサネット（登録商標）標準では、光メディア経由のデータ率としてλ＝１００Ｇｉｇａｂｉｔ−ｐｅｒ−ｓｅｃｏｎｄ（Ｇｂ／ｓ）が指定されている［ＬＡＷ］。ワイヤレス領域では、２０１７年に批准されたＩＥＥＥ８０２．１５．３ｄ規格が２５２〜３２２ギガヘルツ（ＧＨｚ）範囲の周波数を使用する１００Ｇｂ／ｓシステムを画定している［ＨＤＲＷ］。現在のＩＥＥＥ８０２．１１ａｙ標準化活動は、６０ＧＨｚ帯域で１００Ｇｂ／ｓの無線速度を配信することを目指している［ＧＨＡＳＥ］。平成３０年イーサネット（登録商標）ロードマップ［ＥＴＨＥＲ］では、２０２０年以降のＴｅｒａｂｉｔ−ｐｅｒ−ｓｅｃｏｎｄ（Ｔｂ／ｓ）データ率の需要を見込んでいる。これらの例が示すように、近い将来、Ｔｂ／ｓに近いデータ率で動作する誤り訂正符号化システムに対する需要がある。より高いデータ率に対する需要はインターネットトラフィックの増加に起因して減衰されずに続くが、このような需要にシリコン技術における進歩は追いついておらず、本発明の原理によって対処されるようなタイプの通信ボトルネックを作り出している。
【０００８】
従来では、通信システムにおけるデータ率λの増加への需要は、半導体および超大規模集積（ＶＬＳＩ）技術の改善によって満たされ得てきた。最近まで、ＶＬＳＩ技術はムーアの法則とデンナードのスケーリング［ＮＩＫＯＬ］として知られる予報に著しく密接に従った。これらの法則は、半導体技術が１つの技術世代から次の技術世代におよそ１８か月ごとに移行することにつれて、単位電力当たりのＶＬＳＩ性能が時間の経過とともに指数関数的に成長することを仮説とするものである。しかしながら、トランジスタサイズが基本的な物理的限界に近づき始めるにつれて、これらの予測は無効になり、ＶＬＳＩ技術の性能およびエネルギー効率は飽和し始めた。トランジスタの寸法はムーアの法則に従って引き続き縮小するが、トランジスタのスイッチング速度（クロック周波数）は電力密度の制約のために増加を維持できない［ＥＳＭＡＥ］。クロック周波数のプラトー化により、マルチプロセッサを用いた並列計算法が計算性能を改善する主な手段となった［ＢＥＴＺＥ］。一方、タスクが複数のプロセッサに分割される場合、プロセッサ間の通信と同期をサポートするために、プロセッサ間に相互接続ネットワークが存在しなければならない。Ａｍｄａｈｌの法則［ＡＭＤＡＨ］が述べているように、マルチプロセッサシステムにおける相互接続ネットワークにおける少量の待ち時間であっても、並列計算の利点を大幅に低減する可能性がある。上述の技術進化の結果として、待ち時間および電力消費の両方の点での通信オーバヘッドの低減が、高性能コンピューティングにおける重要な設計目標として出現した［ＢＥＴＺＥ］。本原理は、チャネル符号のための高性能復号器の文脈において、この課題に対処するものである。
【０００９】
本原理によって対処される計算問題のスケールを示す数値例について、所望のユーザ・データ率λ＝１Ｔｂ／ｓ、率Ｒ＝２／３を有するチャネル符号、２ｑ＝４＝１６個のチャネル出力アルファベット、およびｆｃ＝１ＧＨｚのクロック周波数で動作する相互接続を有する通信システムを考える。必要な接続幅は、式（１）を用いてｗ＝６０００と計算される。チャネル出力ｙを生成する受信機回路と復号器が異なるチップに配置されている場合、受信機チップからデータを取り出して復号器チップに入力するには、各チップに６０００ピンが必要である。このようなインターフェースをチップ上に設けることは、法外にコストがかかり得る。受信機回路および復号器が同じチップ上に配置されている場合であっても、６０００ビットのオンチップ・データバスは、大きな面積および電力を消費することになる。チップ間またはチップ内通信のための大きな相互接続を提供することに関する技術的課題の完全な議論は、［ＺＡＢＩＮ］に見ることができる。
【００１０】
本原理の一実施形態では、シンドローム復号方法を適用すること、および／またはソース符号化方法を使用してチャネル出力を圧縮することによって、チャネルから復号器にチャネル出力を通信することの複雑性が低減される。本発明の原理の好ましい実施形態では、極符号のためのシンドローム復号器が使用される。本原理は、ＣＲＣの有無にかかわらず、連続キャンセル復号および連続キャンセルリスト復号を含む、極符号のための任意のタイプの復号アルゴリズムと組み合わせて適用可能である。本発明の原理は、パンクチャリングおよび／または短縮を伴う極符号に適用可能である。
【００１１】
本開示は、上述の従来の復号アプリケーションに加えて、本原理が復号サーバとして指定された特殊化された処理ユニットが複数の復号クライアントにサービスを提供するクライアント・サーバタイプのアーキテクチャに適用され得ることを予測する。クライアント・サーバアーキテクチャにおける本原理の一実施形態では復号サーバはクラウド内に配置され、複数の復号クライアントはインターネット、４Ｇまたは５Ｇセルラ・ネットワーク、またはＷｉ−Ｆｉネットワークなどの通信ネットワークを介して復号サーバに接続される。別のクライアント−サーバ型の実施形態では、復号サーバと復号クライアントは同一チップ上に配置され、通信はネットワークオンチップ上で行われる。この後者のタイプの実施形態はシステムオンチップ（ＳｏＣ）タイプの設計において有用であり、この設計では、ＬＴＥおよびＷｉ−Ｆｉ規格のサポートなど、複数のチャネル符号が携帯ハンドセット内に配置された単一のチップによってサポートされる必要がある。
【００１２】
本原理は、復号クライアントから復号サーバへのデータ量を低減するために適用することができる。本原則の追加の利点は、復号サーバがユーザデータへのアクセスを獲得しないことである。このタイプの個人情報の保護は、クラウドが信頼できない場合に重要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】［ＡＭＤＡＨ］  Ａｍｄａｈｌ、Ｇ  Ｍ  （１９６７）’Ｖａｌｉｄｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ  Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ’、ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ａｐｒｉｌ  １８−２０、１９６７、Ｓｐｒｉｎｇ  Ｊｏｉｎｔ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、ＮＹ、ＵＳＡ：  ＡＣＭ（ＡＦＩＰＳ  ’６７  （Ｓｐｒｉｎｇ））、ｐｐ．４８３−４８５、ｄｏｉ：  １０．１１４５／１４６５４８２．１４６５５６０
【非特許文献２】［ＢＥＴＺＥ］Ｂｅｔｚｅｌ、Ｆ  ｅｔ  ａｌ  （２０１８）’Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｓ  ｉｎ  Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ’、ＡＣＭ  Ｃｏｍｐｕｔ．  Ｓｕｒｖ．、５１（１）、ｐｐ．１：１−１：３２、ｄｏｉ：  １０．１１４５／３１４５８１２
【非特許文献３】［ＤＡＭＢＲ］  Ｄ‘Ａｍｂｒｏｓｉａ、Ｊ  （２０１０）’１００  ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  ａｎｄ  ｂｅｙｏｎｄ’、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、４８（３）、ｐｐ．Ｓ６−Ｓ１３、ｄｏｉ：  １０．１１０９／ＭＣＯＭ．２０１０．５４３４３７２
【非特許文献４】［ＥＳＭＡＥ］  Ｅｓｍａｅｉｌｚａｄｅｈ、Ｈ  ｅｔ  ａｌ  （２０１１）’Ｄａｒｋ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｎｄ  ｅｎｄ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ  ｓｃａｌｉｎｇ’、ｉｎ  ２０１１  ３８ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＩＳＣＡ）、ｐｐ  ３６５−３７６
【非特許文献５】［ＥＴＨＥＲ］  「平成３０年イーサネット（登録商標）ロードマップ」ｈｔｔｐｓ：／／ｅｔｈｅｒｎｅｔａｌｌｉａｎｃｅ．ｏｒｇ／ｔｈｅ−２０１８−ｅｔｈｅｒｎｅｔ−ｒｏａｄｍａｐ／  （アクセス日：平成３０年６月８日）
【非特許文献６】［ＧＨＡＳＥ］  Ｇｈａｓｅｍｐｏｕｒ、Ｙ  ｅｔ  ａｌ  （２０１７）’ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａｙ：  Ｎｅｘｔ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ６０  ＧＨｚ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  １００  Ｇｂ／ｓ  Ｗｉ−Ｆｉ’、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、５５（１２）、ｐｐ  １８６−１９２、ｄｏｉ：  １０．１１０９／ＭＣＯＭ．２０１７．１７００３９３
【非特許文献７】［ＨＤＲＷ］  ＩＥＥＥ  ８０２．１５．３ｄ−２０１７−ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｄａｔａ  Ｒａｔｅ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｕｌｔｉ−Ｍｅｄｉａ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ  ２：  １００  Ｇｂ／ｓ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−Ｐｏｉｎｔ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ、ｈｔｔｐｓ：／／ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｆｉｎｄｓｔｄｓ／ｓｔａｎｄａｒｄ／８０２．１５．３ｄ−２０１７．ｈｔｍｌ  （アクセス日：平成３０年６月８日）
【非特許文献８】［ＬＡＷ］  Ｌａｗ、Ｄ  ｅｔ  ａｌ  （２０１３）’Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ｉｎ  ＩＥＥＥ  ８０２．３  ｗｏｒｋｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ’、ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、５１（８）、ｐｐ  ８８−９６、ｄｏｉ：  １０．１１０９／ＭＣＯＭ．２０１３．６５７６３４４
【非特許文献９】［ＮＩＫＯＬ］  Ｎｉｋｏｌｉｃ、Ｂ  （２００８）’Ｄｅｓｉｇｎ  ｉｎ  Ｐｏｗｅｒ−Ｌｉｍｉｔｅｄ  Ｓｃａｌｉｎｇ  Ｒｅｇｉｍｅ’、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、５５（１）、ｐｐ  ７１−８３、ｄｏｉ：  １０．１１０９／ＴＥＤ．２００７．９１１３５０
【非特許文献１０】［ＺＡＢＩＮ］  Ｚａｂｉｎｓｋｉ、ＰＪＧｉｌｂｅｒｔ、ＢＫａｎｄ  Ｄａｎｉｅｌ、ＥＳ［２０１３］’Ｃｏｍｉｎｇ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｔｅｒａｂｉｔ−ｐｅｒ−Ｓｅｃｏｎｄ  Ｄａｔａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ’、ＩＥＥ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、１３（３）ｐｐ．１０−２０、ｄｏｉ：  １０．１１０９／ＭＣＡＳ．２０１３．２２７１４４１
【００１４】
上記に列挙された刊行物は、参照により本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一実施形態では、通信システムで使用するための分割復号器装置が送信元から送信先への送信メッセージの高信頼性転送を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
チャネル符号器は送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、チャネルを介して送信符号語を送信する。チャネルは、送信符号語に応答してチャネル出力を生成する。分割復号器装置はチャネル出力を受信し、圧縮誤り情報を生成するように構成された復号クライアントと、圧縮誤り情報を受信し、圧縮誤り推定値を生成するように構成された復号サーバとを含む。復号クライアントは圧縮された誤り推定値を受け取り、メッセージ推定値を生成する。復号クライアントと復号サーバ間の通信の複雑性が軽減される。分割復号器装置はチャネル出力から誤り無し信号を任意に生成し、誤り無し信号が、硬判定が有効な送信符号語に対応することを示す場合、復号サーバは起動されない。チャネル符号は好ましくは体系的または非体系的線形ブロック符号のうちの１つ、好ましくは、体系的または非体系的極符号のうちの１つである。復号サーバは、誤り推定器を備える。誤り推定器は、極符号のための連続キャンセル復号器または連続キャンセルリスト復号器のうちの１つであってもよい。巡回冗長検査（ＣＲＣ）ビットのような余分なパリティビットをチャネル符号化の前に送信メッセージに付加することができ、その結果、復号クライアントは硬判定が有効な送信符号語に対応し、誤り推定器が送信符号語をより確実に推定できるか否かを、より確実に検査することができる。復号クライアントは好ましくは硬判定および誤り側情報（ＨＤ／ＥＳＩ）生成器、誤りシンドローム生成器、誤り側情報圧縮器、誤り推定伸張器、および誤り訂正器を含み、復号サーバは好ましくは誤り側情報伸張器、誤り推定器、および誤り推定圧縮器を含み、ＨＤ／ＥＳＩ生成器は好ましくはチャネル出力を受信し、硬判定および誤り側情報を生成し、復号クライアントは好ましくは硬判定ベクトルがチャネル符号内の有効な符号語に対応するときに、復号サーバの呼び出しを回避する。実装によっては、誤り側の情報がヌルになることがある。ＨＤ／ＥＳＩ生成器は硬判定と誤り側情報を生成する前に、オプションで量子化をチャンネル出力に適用することができる。誤りシンドローム生成器は硬判定を受信し、誤りシンドロームを生成するように構成されてもよく、誤り側情報圧縮器は誤り側情報を受信し、無損失ソース符号化アルゴリズムを使用することによって圧縮誤り側情報を生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、誤りシンドロームおよび圧縮誤り側情報を合わせて圧縮誤り情報を構成し、誤り側情報伸張器は圧縮誤り側情報を受信し、圧縮誤り側情報を伸張して誤り側情報を回復し、誤り推定器は誤り側情報伸張器によって回復された誤り側情報および誤り側情報の複製を受信し、誤り推定値を生成し、誤り推定値圧縮器は圧縮誤り推定値を生成する際に圧縮し、誤り推定値伸張器は圧縮誤り推定値を受信し、伸張して、メッセージ推定値を生成する際に硬判定と共に使用するために誤り訂正器の誤り推定値を回復する。誤り側情報圧縮器は、無損失ソース圧縮のために算術符号化アルゴリズムを使用することができる。ＨＤ／ＥＳＩ生成器は、チャネル出力の量子化のために最大相互情報量子化器を採用することができる。
【００１７】
別の実施形態では、通信システムで使用する分割復号器方法が送信元から送信先への送信メッセージの高信頼性転送を提供する。送信されたメッセージは、チャネル符号から送信符号語に符号化され、送信符号語に応答してチャネル出力を生成するチャネルを介して送信された送信符号語である。分割復号器方法は復号クライアントでチャネル出力を受信し、圧縮誤り情報を生成することと、復号サーバで圧縮誤り情報を受信し、圧縮誤り推定値を生成することと、復号クライアントで圧縮誤り推定値を受信し、メッセージ推定値を生成することとを含む。復号クライアントと復号サーバ間の通信の複雑性が軽減される。誤り無し信号はチャネル出力から復号クライアントにおいて生成されてもよく、復号サーバは誤り無し信号が硬判定が有効な送信符号語に対応することを示す場合、アクティブ化されない。チャネル符号は好ましくは体系的または非体系的線形ブロック符号のうちの１つであり、好ましくは、体系的または非体系的極符号のうちの１つである。誤り推定器は、極符号のための連続キャンセル復号器または連続キャンセルリスト復号器のうちの１つであってもよい。巡回冗長検査（ＣＲＣ）ビットのような余分なパリティビットを、チャネル符号化の前に送信メッセージに追加することができ、それによって、復号クライアントは硬判定が有効な送信符号語に対応するかどうかをより確実に検査することができ、誤り推定器は、送信符号語をより確実に推定することができる。復号クライアントは硬判定および誤り側情報（ＨＤ／ＥＳＩ）生成器、誤りシンドローム生成器、誤り側情報圧縮器、誤り推定伸張器、および誤り訂正器を含むことができ、復号サーバは誤り側情報伸張器、誤り推定器、および誤り推定圧縮器を含むことができ、ＨＤ／ＥＳＩ生成器はチャネル出力を受信し、硬判定および誤り側情報を生成するように構成される。この方法は好ましくは復号クライアントによって、硬判定ベクトルがチャネル符号内の有効な符号語に対応するときに、復号サーバの呼び出しを回避することを含み、ここで、いくつかの実装では、誤り側情報がヌルであってもよい。ＨＤ／ＥＳＩ生成器は硬判定と誤り側の情報を生成する前に、オプションで量子化をチャンネル出力に適用することができる。本方法は好ましくは誤りシンドローム生成器において硬判定を受信し、誤りシンドロームを生成し、誤り側情報圧縮器において誤り側情報を受信し、無損失ソース符号化アルゴリズムを使用することによって圧縮誤り側情報を生成し、誤りシンドロームおよび圧縮誤り側情報を合わせて構成し、誤り側情報伸張器において圧縮誤り側情報を受信し、誤り側情報を復元するために圧縮誤り側情報を伸張し、誤り側情報伸張器によって復元された誤りシンドロームおよび誤り側情報の複製を誤り推定器において受信し、誤り推定値を生成し、誤り推定値圧縮器において誤り推定値を圧縮し、圧縮誤り推定値を生成し、誤り推定値伸張器において圧縮誤り推定値を受信し、伸張して誤り推定値を復元し、誤り推定値および誤り訂正器において硬判定を受信し、メッセージ推定値を生成することを含む。誤り側情報圧縮器は、無損失ソース圧縮のために算術符号化アルゴリズムを使用することができる。ＨＤ／ＥＳＩ生成器は、チャネル出力の量子化のために最大相互情報量子化器を採用することができる。
【００１８】
さらに別の実施形態ではプライバシー制約の対象となるクライアント・サーバアーキテクチャにおいてチャネル復号を実行するためのマルチクライアント分割復号器システムが復号サーバと複数の復号クライアントとを含み、複数の復号クライアントのうち、ｉ番目の復号クライアントはｉ番目のチャネルからｉ番目のチャネル出力を受信するように構成され、ｉ番目のチャネル出力はｉ番目のチャネル符号からのｉ番目の送信符号語が破損したものであり、ｉ番目の復号クライアントはｉ番目のチャネル出力からｉ番目の圧縮誤り情報を生成し、ｉ番目の圧縮誤り情報を、通信ネットワークを介して復号サーバに送信する。復号サーバは通信ネットワークからｉ番目の圧縮誤り情報を受信し、ｉ番目の圧縮誤り推定値を生成し、次の圧縮誤り推定値を送信する。この復号クライアントは通信ネットワークからｉ番目の圧縮誤り推定値を受信し、ｉ番目のメッセージ推定値を生成する。これにより、復号サーバは、ｉ番目のメッセージを学習することができない。マルチクライアント分割復号器システムでは、ｉ番目のチャネル符号は極符号である。
【００１９】
以下の詳細な説明に着手する前に、本特許文書全体にわたって使用される特定の単語および語句の定義を記載することが有利である。「結合」という用語及びその派生語はそれらの要素が互いに物理的に接触しているか否かにかかわらず、２つ以上の要素間の直接的又は間接的な通信を意味する。「送信」、「受信」及び「通信」という用語、並びにそれらの派生語は直接的及び間接的な通信の両方を包含する。「含む」及び「含む」という用語、及びそれらの派生語は、非限定的な包含を意味する。「又は」は、「及び／又は」という包含的な意味を示す。「関連する」という用語、並びにそれらの派生語は、含む、含まれる、相互接続する、包含する、包含される、接続する又はされる、連結する又はされる、通信可能に接続する、協働する、インターリーブする、並置する、近接する、束縛される、又はそれらとの性質を有する、又はそれらとの関係を有する、等を意味する。「コントローラ」とは、少なくとも１つの動作を制御する任意の装置、システム又はその一部を意味する。このようなコントローラは、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアおよび／またはファームウェアのいずれかまたは両方とを組み合わせにより実施されてもよい。任意の特定のコントローラに関連付けられた機能はローカルまたはリモートにかかわらず、集中化または分散化することができる。「少なくとも１つ」という語句は項目のリストと共に使用される場合、リストされた項目のうちの１つまたは複数の異なる組合せが使用され得ることを手段し、リスト中の１つの項目のみが必要とされ得る。例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃ」はＡ、Ｂ、Ｃ、ＡおよびＢ、ＢおよびＣ、ＡおよびＣ、Ａ、ＢおよびＣのうちのいずれかの組合せを含む。
【００２０】
さらに、以下に説明する様々な機能は１つ以上のコンピュータプログラムによって実現またはサポートすることができ、その各々は、コンピュータ読み取り可能なプログラムコードから形成され、コンピュータ読み取り可能な媒体で具体化される。用語「アプリケーション」および「プログラム」は１つまたは複数のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令のセット、手順、機能、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、または適切なコンピュータ可読プログラム符号での実装に適合されたその一部を指す。語句「コンピュータ可読プログラム符号」はソース符号、オブジェクトコード、および実行可能符号を含む任意のタイプのコンピュータコードを含む。語句「コンピュータ可読媒体」は読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意の他のタイプのメモリなど、コンピュータによってアクセスされることが可能な任意のタイプの媒体を含む。一時的でないコンピュータ可読媒体はデータを永久的に記憶することができる媒体と、書き換え可能な光ディスクまたは消去可能なメモリ装置のように、データを記憶し後で上書きすることができる媒体とを含む。他の特定の語句の定義は、本開示全体を通して提供される。当業者は、ほとんどではないにしても多くの場合、そのような定義がそのような定義された単語および句の以前の使用および将来の使用に適用されることを理解すべきである。
【００２１】
本開示およびその利点をより完全に理解するために、以下の説明を添付の図面と併せて参照し、添付の図面では、同様の参照番号は同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の原理を採用することができるデータ伝送のための通信システムの機能ブロック図である。
【図２】２つのブロック間の通信複雑性を低減するために、復号器機能が復号クライアントと復号サーバと呼ばれる２つの機能ブロックに分割されるチャネル復号器の機能ブロック図である。
【図３】復号サーバが複数の復号クライアント間で共有されるクライアント／サーバ構成の図である。
【図４】図２のアーキテクチャによるチャネル復号器の好ましい実施形態の機能ブロック図である。
【図５】本原理の好ましい実施形態における算術符号化の有効性を示すグラフである。
【図６】ＳＣ復号器およびＳＣシンドローム復号器を示す。
【図７】チャネル復号が本開示に従って実装され得る例示的なワイヤレスネットワークを示す。
【図８Ａ】チャネル復号が本開示に従って実装され得る例示的なユーザ機器ネットワークを示す。
【図８Ｂ】チャネル復号が本開示に従って実装され得る例示的な拡張ノードＢ（ｅＮＢ）ネットワークを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に説明する図１〜図８Ｂ、および本特許文献における本開示の原理を説明するために使用される様々な実施形態は単に例示のためのものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。当業者は、本開示の原理が任意の適切に構成された通信システムにおいて実施され得ることを理解するであろう。
【００２４】
以下の説明では、集合を大文字Ａ，Ｂで表す。任意の集合Ａについて、表記｜Ａ｜はＡの要素の数を示し、表記Ａｃは指定された汎用集合の補集合を示す。
【００２５】
符号化理論において確立された規則に従って、システム内のデータ語および符号語は、有限体Ｆ上のベクトルとして表される。体要素（スカラー）は、ａ∈Ｆのようにして小文字によって示される。ベクトルはそれ自体、小文字ａで示され、表記法ａ∈ＦＮは有限体Ｆ上のＮ次元ベクトルであることを示すために使用される。長さＮのベクトルの要素は整数１，２，…，Ｎでインデックス付けされ、ベクトルａ∈ＦＮはその要素でａ＝（ａ１，ａ２，…，ａＮ）により表される。つまり、体Ｆ上の行列は、Ｍが行数を示し、Ｎが列数を示すように、大文字によりＡ∈ＦＭ×Ｎで表される。その成分がすべてゼロであるベクトル（すべてゼロのベクトル）は、０で与えられ、その次元は文脈から推論されるものとする。
【００２６】
ベクトルｘ＝（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ）および座標インデックスの部分集合Ｓ⊂｛１，２，…，Ｎ｝が与えられると、表記ｘＳは、｛ｉ１，ｉ２，…，ｉｎ｝を自然な（増加する）順序の要素のリストとしたときのサブベクトル（ｘｉ１，ｘｉ２，…，ｘｉｎ）を示す。たとえば、ｘ＝（１，２，３，４，５）、Ｓ＝｛４，１，２｝とすると、ｘＳ＝（１，２，４）である。
【００２７】
エントロピーおよび相互情報のシャノンの概念は、本開示における重要な概念である。確率質量関数（ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  ｍａｓｓ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）（ＰＭＦ）ｐ（ｘ）を有する離散ランダム変数のエントロピーは、Ｈ（Ｘ）＝−Σｘｐ（ｘ）ｌｏｇｐ（ｘ）として定義される。同時ＰＭＦｐ（ｘ，ｙ）を有する２つの確率変数（Ｘ，Ｙ）間の相互情報は、Ｉ（Ｘ；Ｙ）＝Σｘ，ｙｐ（ｘ，ｙ）ｌｏｇ（ｐ（ｘ、ｙ）／（ｐ（ｘ）ｐ（ｙ）））として定義される。０＜α＜１について、表記ｈ（α）は、二値エントロピー関数ｈ（α）＝−αｌｏｇ（α）−（１−α）ｌｏｇ（１−α）を示す。  
【００２８】
以下の説明では、本原理の完全な理解を提供するために、特定の実施形態、手順、技法などの特定の詳細を説明の目的で記載し、限定するものではない。しかし、本明細書の特定の詳細から逸脱する他の実施形態で本原理を実施発明することは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明の原理は任意のデータ送信機とデータ受信機との間の任意のデータ通信システムにおいて実施することができる（例えば、図１参照）。本発明の原理の１つの特定の非限定的な用途は無線通信システムにおけるものであり、例えば、図７および図８Ａ〜図８Ｂを参照されたい。
【００２９】
いくつかの図はそれらの実施に使用されるハードウェア回路の構成および動作の詳細な説明なしに、個々の機能ブロックを含む。そのような詳細が省略されるときはいつでも、当業者は、機能がハードウェア回路によって少なくともある程度実装され、個々のハードウェア回路を使用して、適切にプログラムされたデジタルマイクロプロセッサまたは汎用コンピュータと共に機能するソフトウェアを使用して、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して、および／または１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用して実装され得ることを理解することができるであろう。
【００３０】
上記を念頭に置いて、最初に図１を参照すると、本開示の実施形態による圧縮チャネル出力情報を使用してデータを復号するためのシステムの実施形態を使用することができる通信システム１００が示されている。示されるように、通信システム１００は、チャネル符号器１１０と、チャネル１２０と、チャネル復号器１３０とを含む。チャネル１２０は、送信機１２１と、伝送媒体１２２と、受信機１２３とを備える。チャネル符号器１１０は送信されたメッセージ１０１を受信し、送信されたメッセージ１０１をチャネル符号から送信符号語に符号化する。送信機１２１は送信符号語を受信し、送信符号語を送信された信号に変調し、送信された信号を送信媒体１２２に送信する。伝送媒体１２２は、送信された信号に応答して、その出力で受信信号を生成する。受信機１２３は受信信号を受信し、これを復調し、チャネル出力を生成する。復号器１３０はチャネル出力を受信し、メッセージ推定値１０２を生成する。
【００３１】
受信機１２３およびチャネル復号器１３０は、ノイズ効果およびシステム内の他の非理想性によって課される制限を受けて、送信機１２１およびチャネル符号器１１０によってそれぞれ実行される動作の逆を実行することが容易に理解されるであろう。いずれにせよ、通信システム１００が適切に設計され、その設計パラメータ内で動作する場合、メッセージ推定値１０２は、送信されたメッセージ１０１と高い信頼性で一致しなければならない。実際、通信システム１００の主な目的は、送信されたメッセージ１０１を、誤り無しにメッセージ推定値１０２として再生することである。メッセージ推定値１０２が送信されたメッセージ１０１と等しくない場合、フレーム誤りが発生すると言うる。
通信システム１００の主要な性能メトリックはフレーム誤り率（ＦＥＲ）であり、フレーム誤り事象の確率として定義される。
【００３２】
本発明の原理は、様々な伝送システムおよび媒体に適用されることを理解されたい。例えば、無線通信システムにおいて、伝送媒体１２２は典型的には空間または環境であり、この場合、通信システム１００は、無線通信システムである。そのような実施形態では、送信機１２１および受信機１２３はそれぞれ、送信機１２１および受信機１２３にそれぞれ結合されたアンテナを含む。しかしながら、本開示の他の実施形態は有線通信システムにおいて実施されてもよく、その場合、伝送媒体１２２は送信機１２１を受信機１２３に接続するケーブルまたはワイヤであってもよい。本開示の実施形態はまた、記憶システムのために実装されてもよく、その場合、伝送媒体１２２は、磁気テープ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、ソリッドステートメモリ、または別の記憶媒体であってもよい。
【００３３】
上述の説明では、変調動作は送信機１２１の一部とみなされており、復調動作は受信機１２３の一部とみなされている。変調および復調動作の詳細は、不必要な詳細で記述を煩雑にしないために省略されている。変調とは、（符号語の要素等の）シンボルの（離散時間離散振幅）シーケンスを、伝送媒体１２２を介して伝送可能な物理波形にマッピングする動作である。復調は、（離散時間、離散または連続振幅）チャネル出力を生成するために伝送媒体１２２の出力を処理する逆動作である。理想的には、チャネル出力が受信信号において利用可能な送信符号語に関する全ての関連情報を含む。当業者は、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）、パルス振幅変調（ＰＡＭ）、又は直交振幅変調（ＱＡＭ）のような種々の変調方式とともに本原理を実施することが困難でないことを理解されるであろう。
【００３４】
実装の観点から、通信システム１００の構成要素は、送信サブシステム１４０および受信サブシステム１５０にグループ化することができる。送信サブシステムは、チャネル符号器１１０および送信機１２１を備える。受信サブシステムは、受信機１２３およびチャネル復号器１３０を備える。本原理によれば、送信サブシステム１４０の各構成要素１１０および１２１、ならびに受信サブシステム１５０の各構成要素１２３および１３０は電気回路を備え、それ自体のそれぞれの半導体チップ上に実装されてもよく、図１のシステムによれば、種々のチップは互いに通信する。代替的に、１つの半導体チップは送信システムの全て又は複数の構成要素を有してもよく、第２の半導体チップは受信システムの全て又は複数の構成要素を有する可能性がある。そのようなチップは、本明細書で説明されるような論理ゲートの回路を実装することができる。さらにやはり、電気回路を備え、ハードウェア（任意選択でソフトウェアまたはファームウェアによってプログラムされる）で実装されるアクセスロジックを備えるデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などのプロセッサは、送信システム１４０のそれぞれの構成要素のうちの１つまたは複数の機能、および（別個のプロセッサ上の）受信システム１５０の機能を実行することができる。ソフトウェアが（デジタル論理およびアナログ信号処理電気回路の形態のハードウェアに加えて）プロセッサの実装の一部を形成する場合、ソフトウェアは、限定はしないが、ディスクベースまたはソリッドステート記憶装置などのコンピュータ可読記憶媒体に記憶され、ＤＳＰなどの機械は論理に従って方法ステップを実行する。いずれにせよ、チャネル復号器１３０が半導体チップ上に実装される場合、チップの回路は、本明細書の記載に従って、復号回路を確立する。同様に、チャネル復号器１３０がハードウェアによって実現されたロジックにアクセスするプロセッサ（または、オプションで、ハードウェア・ロジックのソフトウェアによって実現されるロジック・プログラミング）によって実現される場合、ロジックを備えたプロセッサは本明細書に記載するように、チャネル復号器を定義する回路を確立する。また、上記の実施態様の組み合わせを使用することができる。
【００３５】
本原理によって対処される技術的問題は、チャネル１２０上の所望のデータ伝送速度λと、通信システム１００内のデジタル回路によって使用されるクロック周波数ｆｃとの間の速度不整合である。速度不整合問題を先に議論し、式（１）を使用して、受信機側で必要な最小バス幅ｗを推定した。本原理は、必要なバス幅ｗおよび関連するデジタル回路が主要な実装上のボトルネックとなるほど速度不整合が十分に大きい応用例を対象とする。例えば、式（１）はデータ率λがＴｂ／ｓに近づき、クロック周波数ｆｃが１ＧＨｚ付近に残る近未来のシステムの場合、バス幅は数千にも上らなくてはならないことを予測している。このような大きなデータバスは、コスト及び複雑性の点で法外なものとなり得る。本原理はチャネル復号化問題の特殊な特性を利用することにより、チャネル復号化の文脈でこの問題に対する解を提案する。
【００３６】
受信サブシステム１５０の実装における通信の複雑性を低減するための重要な設計上の考慮事項は受信サブシステム１５０内部のデータトラフィックを低減するために、データ圧縮をどこでどのように適用するかを決定することである。受信機１２３からチャネル復号器１３０への通信の複雑性を低減するために、受信機１２３の一部として圧縮を使用することができる。チャネル復号器１３０の実現における通信の複雑性を低減するために、チャネル復号器１３０の内部でさらなる圧縮が採用されてもよい。本開示は受信機１２３とチャネル復号器１３０との間のインターフェースを実施する際に、より大きな柔軟性を提供する分割復号器アーキテクチャを導入する。分割復号器アーキテクチャは復号器性能を著しく低下させることなく通信の複雑性を低減するように、受信機および復号器機能の同時最適化を提唱する。
【００３７】
図２を参照すると、チャネル復号器１３０の実施に圧縮方法を導入するためのアーキテクチャテンプレートとして働く分割復号器２００が示されている。分割復号器２００は、復号クライアント２１０と復号サーバ２２０とを備える。復号クライアント２１０はチャネル出力２０１を受信し、圧縮誤り情報２０２を生成する。復号クライアントによる動作は、圧縮誤り情報２２０の生成に先立って量子化関数を含むことができる。復号サーバ２２０は圧縮誤り情報２０２を受信し、圧縮誤り推定値２０３を生成する。復号クライアント２１０は圧縮誤り推定値２０３を受信し、メッセージ推定値２０４を生成する。
【００３８】
分割復号器２００は、機能ブロック２１０および２２０間のデータトラフィックを低減するように設計されたアーキテクチャを有する。この目標は、送信されたメッセージを直接推定するのではなく、チャネルによって導入された誤りを推定するシンドローム復号方法を使用することによって達成される。シンドローム復号方法が利用可能ないくつかの周知のチャネル符号には、Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ（ＢＣＨ）符号、Ｒｅｅｄ−Ｍｕｌｌｅｒ（ＲＭ）符号、Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ（ＲＳ）符号、およびＬｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ（ＬＤＰＣ）符号が含まれる。ＢＣＨ符号およびＲＳ符号の場合、Ｂｅｒｌｅｋａｍｐ−Ｍａｓｓｅｙアルゴリズムなどの周知のシンドローム復号方法が存在する。ＬＤＰＣ符号では、シンドローム復号方法として、ＢＰ（ｂｅｌｉｅｆ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）復号を用いることができる。
【００３９】
より新しいタイプのチャネル符号は極符号である。極符号は、参照文献「Ａｒｉｋａｎ、Ｅ（２００９）’Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：  Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔｙ−Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ  Ｃｏｄｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｂｉｎａｒｙ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｅｍｏｒｙｌｅｓｓ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ’、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ、５５（７）、ｐｐ。３０５１−３０７３」に記載されている。本発明の原理は、極符号と共に使用することができる。極符号は、低複雑度の符号化及び復号化アルゴリズムを有するという利点を有する。本明細書は、参考文献「Ａｒｉｋａｎ、Ｅ（２０１０）’Ｓｏｕｒｃｅ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ’、ｉｎ  ２０１０  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ（ＩＳＩＴ）、ＩＥＥＥ、ｐｐ。８９９−９０３」に由来する極符号のシンドローム復号アルゴリズムを開示する。
【００４０】
本発明の原理は、体系的チャネル符号および非体系的チャネル符号の両方に適用することができる。チャネル符号器１１０は、送信されたメッセージが送信符号語の一部として現れる場合、体系的と呼ばれる。チャネル符号器１１０が体系的でない場合は、非体系的と呼ばれる。分割復号器２００の実施は、チャネル符号器が体系的であるか否かに依存する。一般に、体系的符号化は、分割復号器２００における計算および通信の複雑性の両方をより低減する。以下に与えられる本原理の特定の実施形態は、体系的符号化および非体系的符号化の両方と共にシンドローム復号の使用を示す。
【００４１】
分割復号器２００アーキテクチャのさらなる利点は、復号サーバ２２０が送信されたメッセージについて何も知らないということを保証するために使用できることである。以下に論じられる本原理の好ましい実施形態では復号サーバ２２０がチャネル誤りに関する情報のみを提示され、チャネル誤りに関する情報は送信されたメッセージに関する情報を運ばない。
【００４２】
本原理から最大の可能な利益を引き出すために、復号クライアント２１０のいくつかの機能は、受信機１２３に近接して、またはその不可欠な部分として実装されるべきである。このような機能の中で最も大きいのは、受信機１２３の内部に配置された復調機能と大幅に重なる復号クライアント２１０の量子化機能である。通信の複雑性を制御するために、そのような出力が復号クライアント２１０によってより粗いレベルに量子化されなければならない場合、復調器は、精密解像度出力を生成する必要はない。復号クライアントの量子化機能を復調器のそれと結合することにより、不必要な複雑性を除去できる。これは好ましいアプローチであるが、以下の説明は受信機１２３および復号クライアント２１０における別個の量子化機能のための余地を作る。受信機が別個のチップ上に実装される場合のように、受信機１２３が外部からアクセスできない状況では、２つの別個の量子化器を有することは避けられない場合がある。
【００４３】
図３を参照すると、図２の分割復号器アーキテクチャの利点を示すマルチクライアント分割復号器３００が示されている。マルチクライアント分割復号器３００は、復号サーバ３１０と、複数の復号クライアント３２０、３３０、３４０とを備える。複数の復号クライアントと復号サーバは、通信ネットワーク３５０を介して互いに通信する。通信ネットワークは、インターネット、ローカルエリアネットワーク、カード上のネットワーク、またはチップ上のネットワークなどのワイドエリアネットワークであってもよい。このネットワーク化アーキテクチャはコスト低減を提供するために、複数の復号クライアント間で単一の復号サーバを共有することを可能にする。共通の復号サーバを共有する場合、送信されたメッセージ１０１のプライバシーが懸念される場合がある。たとえば、復号クライアントがパブリッククラウドに配置されている場合、プライバシーの維持は重要な問題である。本原理は圧縮された誤り情報２０２を復号サーバに提示することにより、このようなプライバシーを保証する。以下に説明する本原理の好ましい実施形態では、圧縮誤り情報２０２が送信されたメッセージ１０１から独立しており、したがって、プライバシーが基本的な意味で保たれることを保証する。
【００４４】
図４を参照すると、図２の一般的なアーキテクチャに従って構成された分割復号器４００の詳細が示されている。分割復号器４００は、主要な機能ブロックとして、復号・クライアント４１０と復号・サーバ４２０とを備える。復号クライアント４１０は、硬判定及び誤り側情報（ＨＤ／ＥＳＩ）生成器４１１、誤りシンドローム生成器４１２、誤り側情報圧縮器４１３、誤り推定伸張器４１４、及び誤り訂正器４１５を有する。
【００４５】
ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１はチャネル出力を受信し、硬判定及び誤り側情報を生成する。本発明の原理によれば、硬判定は、送信符号語の初期推定値として役立つように意図されている。硬判定は有限アルファベット上のシンボルのストリングであり、典型的には、送信符号語のアルファベットと同じである。誤り側情報は、硬判定の精度に関する信頼性の尺度として役立つことを意図している。理想的には、個々の硬判定ごとの信頼度の尺度がその硬判定が誤っている確率、またはこの確率と同等のものである。通信の複雑性を制御するために、本発明の原理は、以下に示す誤り側情報のアルファベットを有限集合Ｌに制限する。一般に、集合Ｌは整数の集合であり、各整数は特定の硬判定でコミットされた誤りの特定の事後分布のインデックスとして機能する。
【００４６】
誤りシンドローム生成器４１２は硬判定を受信し、硬判定が通信システム１００によって使用されるチャネル符号内の有効な符号語に対応するかどうかをチェックする。誤りシンドローム生成器４１２は、硬判定が有効な符号語に対応するか否かに応じて、誤り無し信号を１または０にそれぞれ設定する。誤り無し信号が１である場合、誤りシンドローム生成器４１２は、復号サーバ４２０に何も送信しない。誤り無し信号が０である場合、誤りシンドローム生成器４１２は、復号クライアント４２０に誤りシンドロームを送る。誤りシンドローム生成器４１２は、硬判定が有効な符号語に対応するかどうかをチェックする第１のステップとして誤りシンドロームを計算することができる。場合によっては、誤りシンドローム生成器４１２が硬判定が有効な符号語に対応するかどうかを決定するために、送信符号語に組み込まれた追加の冗長性を活用することができる。追加の冗長性は、送信されたデータの関数として計算され、符号語に挿入される巡回冗長検査（ＣＲＣ）の形式をとることができる。
【００４７】
誤り側情報圧縮部４１３は、誤りシンドローム生成部４１２からの誤り無し信号を待つ。誤り無し信号が１である場合、誤り側情報圧縮器４１３は、復号クライアント４２０に何も送信しない。誤り無し信号が０である場合、誤り側情報圧縮部４１３はＨＤ／ＥＳＩ生成部４１１から誤り側情報を受け取り、誤り側情報を圧縮して圧縮誤り側情報を生成し、圧縮誤り側情報を復号サーバ４２０に送る。誤りシンドローム及び圧縮誤り側情報は、図２の圧縮誤り情報２０２を構成する。
【００４８】
復号サーバ４２０は、誤り側情報伸張器４２１と、誤り推定器４２２と、誤り推定圧縮器４２３とを備える。復号サーバは新たな復号動作を開始する前に、誤りシンドロームおよび圧縮誤り側情報を待つ。（誤り無し信号が１  の場合、復号クライアントはその復号サイクルでアクティブにならない。）誤りシンドロームと圧縮された誤り情報が到着すると、復号サーバがアクティブになる。（復号サーバの起動は図２に示されていない制御回路によって行われる。なぜなら、本開示によるこのような制御部の構成は当業者にとっての設計事項であるからである。）誤り側情報伸張器４２１が圧縮された誤り側情報を受け取り、誤り側情報を再生成する。誤り推定器４２２は誤り側情報伸張器４２１から誤り側情報を受信し、誤りシンドローム生成器４１２から誤りシンドロームを受信し、誤り推定値を生成する。誤り推定値圧縮器４２３は誤り推定値を受け取り、それを圧縮して、圧縮誤り推定値を生成する。誤り推定伸張器４１４は圧縮された誤り推定値を受け取り、それを伸張して誤り推定値を再生成する。
【００４９】
誤り訂正器４１５は、誤り無し信号が１または０であることに応じて、２つの動作モードを有する。誤り無し信号が１である場合、誤り訂正器４１５は、硬判定が送信符号語の正しい推定値を形成すると仮定することによって、メッセージ推定値を生成するように進める。誤り無し信号が０である場合、誤り訂正器１１５は誤り推定値が誤り推定値伸張器４１４から到着するのを待ち、誤り推定値を受信した後、メッセージ推定値の生成に進む。本原理の好ましい実施形態では、誤り側情報圧縮器４１３および誤り推定圧縮器４２３が無損失データ圧縮を行う。無損失圧縮は可逆的であり、圧縮されたデータは、適切な伸張器によって正確に復元することができる。無損失圧縮の場合、適切なアルゴリズムは例えば、参考文献「Ｈｏｗａｒｄ，  Ｐ．Ｇ．ａｎｄ  Ｖｉｔｔｅｒ，  Ｊ．Ｓ．（１９９４）’ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｄａｔａ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ’、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ，８２（６）、ｐｐ．８５７−８６５」に記載されているような算術符号化である。
【００５０】
本原理の好ましい実施形態では、ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１が誤り側情報の生成の一部として量子化（損失データ圧縮）を任意に適用することができる。量子化は可逆的ではなく、一部の情報は量子化後に永久に失われる。量子化は、利用可能な復号器回路によってサポートされ得るレベルまで通信複雑性を低減するために使用される。図２の復号クライアント２１０の一般的な説明に関連して上述したように、復号クライアントが量子化関数を含む場合、そのような関数を受信機１２３内の量子化関数と統合することが好ましい。その場合、ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１は、受信機１２３の一部として実装されてもよい。量子化関数のこのような統合が不可能な場合、ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１の量子化関数は２つのモジュール間のデータバスの長さを最小化するように、できるだけ受信機１２３の近くに実装されるべきである。
【００５１】
本発明の原理はチャネル復号器１３０の様々な機能構成ブロック間でのバルクデータの不必要な転送を回避することによって、通信の複雑性を低減する際に、（以下に説明するように）重要な利点を提供する。分割復号器４００のアーキテクチャはデータを可能な限り局所に保ち、必要なときにのみデータを転送し、データトラフィックをさらに低減するために圧縮を使用することによって、通信の複雑性の節約を達成するように設計される。
【００５２】
本発明の原理によって規定されるような通信の複雑性を低減するために支払われるペナルティはデータ圧縮および圧縮解除を使用する必要性であり、これは、システム全体の計算の複雑性を増す。誤り推定器４２２は通常の復号器の計算量に匹敵する計算量を有し、システム全体の計算量を実質的に増加または減少させない。データ圧縮および圧縮解除の使用による計算の複雑性の増加と引き換えに、本発明の原理はオンチップ・データバス内のレーンの数、またはチップツーチップ・インターフェースにおける入力／出力（Ｉ／Ｏ）ピンの数によって測定されるように、かなり少ない数の通信リソースを必要とする。本原理の適用における計算および通信の複雑性の間のこのトレードオフは、本原理の特定の実施形態および例によって例示される。
【００５３】
本原理の第１の好ましい実施形態を説明する。最初に図１を見ると、第１の好ましい実施形態はチャネル１２０が二値入力メモリレスチャネル（略してＢＭＣ）、すなわち、二値入力アルファベットＸ、任意の出力アルファベットＹ、および任意の組のチャネル遷移確率｛Ｗ（ｘ｜ｙ）：ｘ∈Ｘ，ｙ∈Ｙ｝を有するチャネルである場合に適用可能である。
第１の好ましい実施形態の以下の説明では、チャネル１２０が入力アルファベットＸ＝｛０，１｝を有するＢＭＣであると仮定する。出力アルファベットＹについては、離散的な場合も連続的な場合も考慮される。Ｙが離散であるときは条件付き確率質量関数Ｗ（ｙ｜ｘ）がＹについて定義される。Ｙが連続であるときは条件付き確率密度関数Ｗ（ｙ｜ｘ）がＹについて定義される。
【００５４】
第１の好ましい実施形態では、通信システム１００によって使用されるチャネル符号が二値体Ｆ２上の線形ブロック符号である。チャネル符号器１１０への入力である送信されたメッセージはＦ２Ｋからの行ベクトルｄ＝（ｄ１，ｄ２，…，ｄＫ）であり、送信符号語は、Ｆ２Ｎからの行ベクトルｘ＝（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ）である。チャネル符号器１１０は事実上、行列乗算ｘ＝ｄＧを実行し、ここで、Ｇは考慮中の線形符号のための（Ｋ行およびＮ列を有する）生成行列である。行列演算は体Ｆ２内で行われる。整数Ｋ、Ｎは、条件１≦Ｋ≦Ｎのみにより制限される任意の整数である。比Ｒ＝Ｋ／Ｎは符号化率である。
【００５５】
送信符号語ｘはチャネル１２０を介して送信され、チャネル出力ｙ＝（ｙ１，ｙ２，…，ｙＮ）はチャネル１２０の出力で受信される。第１の好ましい実施形態におけるチャネル復号器１３０はチャネル出力を処理し、メッセージ推定値ｄ＾＝（ｄ＾１，ｄ＾２，…，ｄ＾Ｋ）を生成する。フレーム誤りは、メッセージ推定値ｄ＾が少なくとも１つの座標で送信メッセージｄと異なる場合に発生する。本発明の原理は、ＦＥＲ性能を著しく低下させることなく、通信の複雑性を低減することを目的とする。
【００５６】
第１の好ましい実施例におけるチャネル復号器１３０の更なる詳細を特定するために、図４に注目する。本文脈では、ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１がチャネル出力ｙ＝（ｙ１，ｙ２，…，ｙＮ）を受信し、対数尤度比（ＬＬＲ）ベクトルｌ＝（ｌ１，ｌ２，…，ｌＮ）を以下のようにｉ＝１，２，…，Ｎについて計算する  
【数１】
2021536694.tif 000003
ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１はＬＬＲベクトルから、ｌｉ＞０ならばｚｉ＝０、ｌｉ≦０ならばｚｉ＝１と設定することによって硬判定ベクトルｚ＝（ｚ１，ｚ２，…，ｚＮ）を生成する。また、ＨＤ／ＥＳＩ生成部４１１は、ＬＬＲベクトルからも、誤り側情報ベクトルｍ＝（ｍ１，ｍ２，…，ｍＮ）を、｜ｌｉ｜をｌｉの絶対値としたときに、ｍｉ＝｜ｌ｜と設定することにより生成する。
【００５７】
誤りベクトルｅ＝（ｅ１，ｅ２，…，ｅＮ）は、減算を二値体Ｆ２内で行うものとしてｅ＝ｚ−ｘにより定義される。誤り側情報ｍは、以下の意味で誤りｅに対するＬＬＲとして解釈される。
【数２】
2021536694.tif 000004
【００５８】
誤りシンドローム生成器４１２は考慮中の線形ブロック符号のパリティ検査行列Ｈによりｓ＝ｚＨを計算することによって誤りシンドロームベクトルｓ＝（ｓ１，ｓ２，…，ｓＮ−Ｋ）を生成するために、硬判定ベクトルｚを使用する。パリティ検査行列Ｈの定義により、任意の符号語ｘに対してｘＨ＝０が成立する。したがって、誤りシンドロームはｓ＝ｚＨ＝ｘＨ＋ｅＨ＝ｅＨに等しく、これは、誤りシンドロームｓが誤りベクトルｅのみに依存することを示す。シンドロームがゼロ、ｓ＝０、である場合、誤り無し信号を１に設定することによって復号はスキップされる。
【００５９】
誤り無し信号が１である場合、誤り訂正器４１５は、式ｚ＝ｄ＾Ｇを解くことによってメッセージ推定値ｄ＾＝（ｄ＾１，ｄ＾２，…，ｄ＾Ｋ）を生成する。
【００６０】
誤り無し信号が０である場合、復号サーバ４２０はアクティブになる。誤り推定器４２２は、誤り推定ベクトルｅ＾＝（ｅ＾１，ｅ＾２，…，ｅ＾Ｎ）を生成する。誤り推定圧縮器４２３は圧縮誤り推定値を得るためにｅ＾を圧縮し、誤り推定値伸張器４１４は誤り推定値ｅ＾を復元するために圧縮誤り推定値を復元する。誤り訂正器４１５は誤り推定値ｅ＾を受信し、式ｘ＾＝ｄ＾Ｇを解くことによってメッセージ推定値を生成し、符号語推定値はｘ＾＝（ｘ＾１，ｘ＾２，…，ｘ＾Ｎ）、ｘ＾＝ｚ−ｅ＾として定義される。
【００６１】
本原理の第２の好ましい実施形態を説明する。本原理の第２の好ましい実施形態は、第２の好ましい実施形態におけるチャネル符号器４１１が体系的であることを除いて、第１の好ましい実施形態と同じである。言い換えると、サイズ｜Ｊ｜＝Ｋとされた情報集合Ｊ⊂｛１，２，…，Ｎ｝が存在し、送信されるメッセージｄごとに、対応する送信符号語ｘがｘＪ＝（ｘｉ：ｉ∈Ｊ）＝ｄを満たす。換言すれば、体系的符号化のために、送信されたメッセージ（データ語）は、送信符号語の一部として透過的に現れる。
【００６２】
誤り訂正器４１５は単に、硬判定および誤り推定のそれぞれの体系的部分であるｚＪ＝（ｚｉ：ｉ∈Ｊ）及びｅ＾Ｊ＝（ｅｉ：ｉ∈Ｊ）に基づきｄ＾＝ｚＪ−ｅ＾Ｊを計算することによってメッセージ推定を生成することができるので、体系的符号化は、本発明の原理の適用に有利である。第１の好ましい実施形態とは異なり、より複雑な方程式の組（ｚ−ｅ＾）＝ｄ＾Ｇを解くことによってメッセージ推定値ｄ＾を計算する必要はない。
【００６３】
さらに、チャネル符号化が体系的である場合、誤り推定圧縮器４２３は誤り推定ｅ＾の一部ｅ＾Ｊを圧縮するだけでよく、これは通信の複雑性のさらなる節約につながる。
【００６４】
（例１）
この例は、本原理の第１の好ましい実施形態を単純な文脈で示す。この例におけるチャネル符号器１１０は非体系的である。チャネル１２０は二値対称チャネル（ＢＳＣ）であり、これは、εが範囲０≦ε≦１／２内を満たす定数であるとして、Ｘ＝Ｙ＝｛０，１｝、Ｗ（０｜０）＝Ｗ（１｜１）＝１−ε、Ｗ（１｜０）＝Ｗ（０｜１）＝εを有するＢＭＣの特別な場合のことを指す。
【００６５】
ＢＳＣの場合、ＬＬＲは２つの可能な値、すなわち、ａ＝ｌｏｇ（（１−ε）／ε）を非負の実数として、ｙｉ＝０ならばｌｉ＝ａ、ｙｉ＝１ならばｌｉ＝−ａを有し、これは、換言すると、Ｌ＝｛−ａ、ａ｝を意味する。硬判定はｚｉ＝ｙｉにより与えられ、誤り側情報はｍｉ＝ａによって与えられる。
【００６６】
誤り側情報ｍは定数ｍ＝（ａ，ａ，…，ａ）であるため、本例の誤り側情報圧縮部４１３及び誤り側情報伸張部４２１は冗長であり、実装する必要はない。誤り推定器４２２はその処理を実行するために、定数誤り側情報の局所的に生成された複製を受信するように構成され得る。
【００６７】
実施例１のシステムの残りの部分は、本原理の第１の好ましい実施形態の一部として上述した一般的な規則に従って動作する。
【００６８】
本原理の利点を説明するために、例１の通信複雑度はまず、復号クライアント４１０から復号サーバ４２０への方向で分析され、次に、逆方向で分析される。
【００６９】
復号クライアントから復号サーバへの通信の複雑性について説明する。この例では、圧縮された誤り側情報はｎｕｌｌ文字列である。したがって、復号クライアント４１０から復号サーバ４２０に通信されなければならないビットの数は、誤りシンドロームの長さ、すなわち（Ｎ−Ｋ）＝Ｎ（１−Ｒ）ビットに等しい。ここで、Ｒ＝Ｋ／Ｎは符号率である。同様の状況では、受信サブシステム１５０が受信機１２３からチャネル復号器１３０にＮビット（チャネル出力ｙの長さ）を送る。したがって、ベンチマーク受信サブシステム１５０と比較して、本発明の原理は、通信の複雑性を（１−Ｒ）倍だけ改善する。この改善は、１に近い符号率Ｒを有するシステムに対して特に重要になる。
【００７０】
（１−Ｒ）倍通信の複雑性を減少させることは、バス幅及びチップインタフェースの点でハードウェアの複雑性を同様に節約することに直接つながる。受信機１２３およびチャネル復号器１３０が別々のエンティティであるベンチマーク受信サブシステム１５０は、（ｑ＝１とした場合の）式（１）によって与えられるようなバス幅ｗ＝（λ／Ｒ）／ｆｃを必要とする。分割復号器２００のアーキテクチャに必要なバス幅はｗ’＝［λ（１−Ｒ）／Ｒ］／ｆｃである。２つのバス幅は、ｗ’＝（１−Ｒ）ｗによって関連付けられる。
【００７１】
λ＝１Ｔｂ／ｓ、ｆｃ＝１ＧＨｚ、及びＲ＝０．８２を有するテラビット／秒のアプリケーションでは、必要とされるバス幅はｗ＝１２２０からｗ’＝２２０に低減される。この数値例で使用されるパラメータは、本原理によって対象とされる新しいアプリケーションシナリオのタイプの典型である。
【００７２】
Ｒが１に近い通信システムには多くの例がある。例えば、光通信ではＧ．７０９規格が符号率Ｒ〜０．９４を有するリードソロモン符号を使用し、より新しい規格Ｇ．９７５．１は０．８２〜０．９４の範囲の率を有する、ＢＣＨおよびＬＤＰＣ符号などの様々な符号を指定する。別の例は、符号率１１／１５および１４／１５を有するＬＤＰＣ符号を使用する高データ率無線マルチメディアネットワークのための最近のＩＥＥＥ  ８０２．１５．３ｄ規格である。本発明の原理は、このようなシステムに適用される場合、受信機１２３からチャネル復号器１３０へのデータトラフィック量を８２％から９４％減少させる。
【００７３】
復号サーバから復号クライアントへの通信の複雑性を説明する。逆方向において、誤り推定圧縮器４２３は、誤り推定ベクトルｅ＾＝（ｅ＾１，ｅ＾２，…，ｅ＾Ｎ）の圧縮バージョンを送る。誤り推定ベクトルは、誤りがめったに発生しないので、良好に機能する通信システムのための疎な（したがって、高度に圧縮可能である）ベクトルである可能性が高い。疎なベクトルが高度に圧縮可能であることを例証するために、１００個のランダムに選択した誤り推定ベクトルｅ＾＝（ｅ＾１，ｅ＾２，…，ｅ＾Ｎ）（Ｎ＝１０００）のサンプルを、演算符号化を用いて圧縮したシミュレーション研究を行った。サンプルは、各サンプルがランダムな位置に丁度３個の１（および９９７個の０）を含むように選択した。圧縮誤り推定値の平均長は４０．７６ビットであり、圧縮後の実際の長さは４０または４１であった。従って、算術符号化による圧縮は、復号サーバから復号器クライアントへの通信複雑性を無視できるレベルに低減した。
【００７４】
（例２）  
この例は本原理の第２の好ましい実施形態におけるように、体系的符号化を使用することのさらなる利点を示すことを意図している。この例は、チャネル符号器１１０が体系的であることを除いて、すべての点で例１と同じである。復号器クライアント４１０から復号サーバ４２０への通信複雑度は、実施例１と同様である。逆方向では、誤り推定圧縮器４２３がここでは誤り推定値ｅ＾の体系的部分ｅ＾Ｊのみを送るので、実施例２の通信複雑度は実施例１の通信複雑度よりも小さい。これは、通信の複雑性の節約が因子Ｒであることに大まかに対応する。
【００７５】
体系的符号化のさらなる利点は、誤り訂正器４１５が単にｄ＾＝ｚＪ−ｅ＾Ｊを計算することによってメッセージ推定値ｄ＾を生成することができることである。実施例１とは異なり、式（ｚ−ｅ＾）＝ｄ＾Ｇを解く必要はない。
【００７６】
（例３）
実施例１、２では、誤り側情報がｎｕｌｌであった。この例は、誤り側情報がｎｕｌｌでない場合を示している。この例におけるＢＭＣ  Ｗは出力アルファベットＹ＝｛０，１，２，３｝および遷移確率Ｗ（０｜０）＝Ｗ（１｜１）＝α（１−ε）、Ｗ（１｜０）＝Ｗ（０｜１）＝αε、Ｗ（２｜０）＝Ｗ（３｜１）＝（１−α）（１−δ）、Ｗ（３｜０）＝Ｗ（２｜１）＝（１−α）δを有し、ここで、α、ε、δは、０＜α＜１、０＜ε＜δ＜１／２を満たす実数である。
【００７７】
ＬＬＲはアルファベットＬ＝｛−ｂ，−ａ，ａ，ｂ｝内の値をとり、ａ＝ｌｏｇ（（１−ε）／ε）、ｂ＝ｌｏｇ（（１−δ）／δ）は（異なる）正の実数である。具体的には、チャネル出力ｙｉが０、１、２、または３であることに依存して、各ＬＬＲ要素がそれぞれ、ｌｉ＝ａ、−ａ、ｂ、又は−ｂに等しくなる。
【００７８】
各誤り側情報変数ｍｉは、確率Ｐ（ｍｉ＝ａ）＝α、Ｐ（ｍｉ＝ｂ）＝（１−α）を有する集合｛ａ，ｂ｝の値をとる。α＝１／２の場合を除いて、無損失ソース符号化方法を適用して、誤り側情報変数を圧縮することができる。理想的には、圧縮された誤り側情報のサイズがこの例ではｈ（α）＝−αｌｏｇ２α−（１−α）ｌｏｇ２（１−α）に等しいエントロピーＨ（ｍｉ）に縮小されることができる（これらの関数Ｈ、ｈは、上で定義した通りである）。
【００７９】
本文脈におけるデータ圧縮の有効性を説明するために、２つの単純なシミュレーション研究を報告する。シミュレーションは、誤り側情報圧縮器４１３のための無損失データ圧縮の好ましい方法として算術符号化アルゴリズムを採用する。
【００８０】
第１のシミュレーション研究では、パラメータがＮ＝１０００、α＝０．７であった。ランダムに生成された１００個のサンプルｍ＝（ｍ１，ｍ２，…，ｍＮ＝１０００）を算術符号化によって圧縮した。圧縮されたシーケンスの平均長は８９１ビットであり、実際の長さは８６０〜９３４の間で変化した。通信の複雑性の平均節約は、非圧縮通信に比べて１１％であった。圧縮比０．８９１はエントロピー限界ｈ（０．７）＝０．８８１の１．１％以内であった。
【００８１】
第２のシミュレーション研究は、ここでα＝０．９を使用したことを除いて、第１のシミュレーション研究と同一であった。圧縮されたシーケンスの平均長さは４７６ビットであり、実際の長さは３８８〜５６８の間で変化した。通信の複雑性の平均節約は５２％であった。圧縮比はエントロピー限界ｈ（０．９）＝０．４７９の１．５％以内であった。
【００８２】
一般に、本発明の原理は、Ｎ（１−Ｒ）（誤りシンドロームに対応する）とＮＨ（ｍｉ）（圧縮された誤り情報の長さの近似値）との和によって与えられる、復号クライアント４１０から復号サーバ４２０への通信の複雑性を有する。これは復号クライアントがＬＬＲ値を直接圧縮し、それらを復号サーバに送る（このようなシステムはシンドローム復号器の代わりに通常の復号器を使用する）代替スキームの通信の複雑性と比較することができる。そのような代替復号器の圧縮限界は、ｌｉと（ｚｉ，ｍｉ）が１対１の関係にあることから、（硬判定と誤りサイド情報との結合エントロピーである）ＮＨ（ｚｉ，ｍｉ）に等しいＮＨ（ｌｉ）である。結合エントロピーは、Ｈ（ｚｉ，ｍｉ）＝Ｈ（ｚｉ）＋Ｈ（ｍｉ｜ｚｉ）と書くことができる。この例では、ｍｉとｚｉが統計的に独立しているため、Ｈ（ｚｉ）＝１ビットおよびＨ（ｍｉ｜ｚｉ）＝Ｈ（ｍｉ）である。したがって、代替スキームの通信の複雑性はＮ＋ＮＨ（ｍｉ）であり、本発明の原理の通信の複雑性よりもＮＲ分だけ大きい。この差は、Ｒが１に近く、Ｈ（ｍｉ）がＲよりもそれほど大きくない場合に有意である。本発明の原理は、これらの両方の条件が満たされる用途において最も有用であることが期待される。そのような用途の１つは光通信であり、別の用途はＴＨｚ範囲の無線通信である。高速光学分野では、光ファイバ伝送媒体が、Ｒが１に近い符号率をサポートするのに十分にクリーンであり、細粒度量子化は非常に高いデータ率（１００Ｇｂ／ｓ以上）で実行するのに非常にコストがかかり、実施例１〜３のようにＨ（ｍｉ）が小さくなる。新しいＴＨｚ通信では伝送媒体が（近接使用の場合を除いて）、Ｒが１に近い符号率をサポートするのに十分にクリーンであることは保証されていないが、受信機技術は細かい粒度のＬＬＲ値を提供するのに十分に成熟しておらず、やはり小さいＨ（ｍｉ）の値をもたらす。
【００８３】
（例４）  
この例はチャネル出力アルファベットが連続的である場合（非常に細かい量子化の理想化）のための本原理を示しており、ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１の一部として量子化器を使用する必要がある。前の例では、復号クライアントがチャネルから既に量子化されたサンプルを受信した。この例で説明される方法は受信機１２３がアクセス不能であり、復号クライアント４１０から復号サーバ４２０への通信の複雑性を許容可能なレベルに低減するために、チャネル出力のより粗い量子化の必要がある場合にも適用することができる。
【００８４】
具体的には、ここではチャネル１２０が二値位相シフトキーイング（ＢＳＰＫ）変調を有する加法的ガウス雑音チャネル（ＡＧＮＣ）であると仮定する。送信符号語ｘ＝（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ）はＢＰＳＫ信号ｔ＝（ｔ１，ｔ２，…，ｔＮ）にマッピングされ、その結果、ｘｉ＝０であればｔｉ＝Ａ、ｘｉ＝１であればｔｉ＝−Ａであり、ここで、Ａ＞は振幅パラメータである。チャネル出力ｙ＝（ｙ１，ｙ２，…，ｙＮ）はｙ＝ｔ＋ｎ（実ベクトルの加算）によって与えられ、ここで、ｎ＝（ｎ１，ｎ２，…，ｎＮ）は独立した同一分布（ｉ．ｉ．ｄ．）要素を有する雑音ベクトルであり、各要素ｎｉは、平均０および分散α２を有するガウス分布を有する。したがって、チャネル出力アルファベットはＹ＝（−∞，∞）であり、チャネル遷移確率は次のように１対の確率密度関数によって定義される。
【数３】
2021536694.tif 000005
【００８５】
以下では、比Ａ２／σ２を信号対雑音比（ＳＮＲ）と呼ぶことにする。ＳＮＲは通常デシベル（ｄＢ）で引用される。正の実数ｘのｄＢ値は、１０ｌｏｇ１０ｘとして定義される。
【００８６】
ここで、ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１は、第１の好ましい実施形態における一般的なアプローチに従う。ＬＬＲ値の形式的計算により（自然対数を使用して）以下が得られる。
【数４】
2021536694.tif 000006
ＬＬＲ値ｌｉは、範囲（−∞，∞）内の任意の値をとることができる実数である。たとえＬＬＲ値ｌｉの無限の精密計算が可能であっても、本原理は通信複雑性を許容レベルに低減するように、ＬＬＲ値の量子化を含んでいる。したがって、本発明の原理は、以下のタイプのＬＬＲ計算を適用する  
【数５】
2021536694.tif 000007
ここで、Ｑは量子化器（実直線（−∞，∞）から表現点からなる有限集合Ｌへのマッピング）である。量子化器の具体的なオプションについては後述する。
【００８７】
量子化されたＬＬＲ値ｌｉ∈Ｌを計算した後、ＨＤ／ＥＳＩ生成器４１１は、ｌｉ＞０の場合にｚｉ＝０、ｌｉ≦０の場合にｚｉ＝１として硬判定を計算し、誤り側情報をｍｉ＝｜ｌｉ｜として計算する。
【００８８】
この例の残りの部分では、振幅パラメータはＡ＝１に固定される。
【００８９】
ＨＤ／ＥＳＩ生成器の一部として使用できる量子化器Ｑは一般に一対の集合Ｑ＝（Ｂ，Ｌ）によって特徴づけることができる。ここでＢ＝｛ｂ１，ｂ２，…，ｂＭ−１｝は境界点の集合であり、Ｌ＝｛ｃ１，ｃ２，…，ｃＭ｝は表現点の集合である。表現点の数Ｍは、任意の整数にすることができる。量子化器マッピングは、任意の実数ｘに対して、ｘ＜ｂ１であればＱ（ｘ）＝ｃ１、ｂ１≦ｘ＜ｂ２であればＱ（ｘ）＝ｃ２、ｂ２≦ｘ＜ｂ３であればＱ（ｘ）＝ｃ３、…、ｘ＞ｂＭ−１であればＱ（ｘ）＝ｃＭを値として取るマッピングである。
【００９０】
量子化器Ｑ＝（Ｂ，Ｌ）は、誤り側情報に量子化器を誘導する。誤り側情報変数ｍｉは、集合Ｍ＝｛｜ｌ｜：ｌ∈Ｌ｝内の量子化された値をとる。
【００９１】
実施例４は、Ｂ＝｛−５．５８，−２．２３，０，２．２３，５．５８｝及びＬ＝｛−９．５３，−３．７９，−１．１０，１．１０，３．７９，９．５３｝とする量子化器Ｑを用いて説明される。（例えば、この量子化器は−４．７３を−３．７９に６．４を９．５３にマッピングする）この特定の量子化器は、記事「Ｗｉｎｋｅｌｂａｕｅｒ、Ａａｎｄ  Ｍａｔｚ、Ｇ（２０１５）’Ｏｎ  ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｏｇ−ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  ｒａｔｉｏｓ  ｆｏｒ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｍｕｔｕａｌ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ’２０１５年ＩＥＥＥ  １６ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＳＰＡＷＣ）、ｐｐ．３１６−３２０」で述べられている、最大の相互情報設計ルールに従う。
【００９２】
最大相互情報設計ルールは、特定のチャネルＳＮＲ１／σ２（Ａ＝１であることを思い出されたい）における量子化されたＬＬＲ値ｌｉとチャネル入力ｘｉの間の相互情報Ｉ（ｘｉ；ｌｉ）を最大化する。上述の量子化器Ｑ＝（Ｂ，Ｌ）がチャネル内の９ｄＢ  ＳＮＲに対して最適化され、チャネルの実際の動作ＳＮＲに関係なく固定されたままである。９ｄＢのＳＮＲで、量子化器出力における各ＬＬＲ値ｌｉは、それぞれ確率０．４１０４、０．０６２６、０．０２７１、０．０２７１、０．０６２６、０．４１０４で、−９．５３、−３．７９、−１．１０、１．１０、３．７９、９．５３の値をとる。９ｄＢ  ＳＮＲで、量子化器は相互情報Ｉ（ｘｉ；ｌｉ）＝０．９８９２ビットを達成し、量子化器出力でのＬＬＲエントロピーはＨ（ｌｉ）＝１．２３７２ビットである。値Ｉ（ｘｉ；ｌｉ）は、量子化後のチャネル１２０のシャノン容量を表す。エントロピーＨ（ｌｉ）は復号クライアント２１０から復号器サーバ２２０への通信複雑度の下限であり、以下に説明する実際の通信複雑度のベンチマークとして働く。
【００９３】
上記の量子化器については、量子化されたＬＬＲ値から導かれる硬判定が各ＳＮＲにおいて０または１である可能性が等しくなる。したがって、すべてのＳＮＲでＨ（ｚｉ）＝１ビットである。これは、硬判定が非圧縮性であることを意味している。誤り側情報変数ｍｉは集合Ｍ＝｛１．１０，３．７９，９．５３｝内の値をとるが、それらのエントロピーＨ（ｍｉ）は動作ＳＮＲに依存する。９ｄＢのＳＮ比では、エントロピーはＨ（ｍｉ）＝０．２３７２ビットである。予想されるように、Ｈ（ｌｉ）＝Ｈ（ｍｉ）＋Ｈ（ｚｉ）であり、これは、ＬＬＲｌｉを符号および絶対値に分割して別々に処理することが、達成可能な圧縮率の損失につながらないことを示す。所与のＳＮＲにおけるエントロピーＨ（ｍｉ）は、そのＳＮＲにおける誤り側情報に対して可能な圧縮の限界を設定する。
Ｈ（ｍｉ）はＳＮＲと共に変化するので、圧縮限界も変化する。したがって、ハフマン符号化のような固定ソース符号化方法は避けるべきである。この観察によって動機付けられるように、本発明の原理は、それらの好ましい実施形態において適応ソース符号化方法を採用する。
【００９４】
この例は、適応ソース符号化の方法として算術符号化を使用するものとして説明を続ける。算術符号化の詳細および圧縮問題にどのように適用できるかは、当業者には周知の知識であるので、ここでは省略する。本文脈における算術符号化の有効性についての経験的証拠を提供するために、ここではシミュレーション研究のみを報告する。シミュレーション研究では、算術符号化を用いて、誤り側情報変数をＳＮＲ範囲−１０ｄＢから１２ｄＢにわたって１ｄＢ刻みで圧縮した。算術符号化によって達成されるエントロピー限界Ｈ（ｍｉ）およびデータ率を図５に示す。この例が示すように、算術符号化は、ＳＮＲ値の全範囲にわたってほぼ最適である圧縮比を達成する。
【００９５】
例４では、最大相互情報量子化器を例示的な例として使用した。実装がより簡単であり得る代替的な量子化器は、境界点間の間隔が固定されている均一量子化器である。
当業者であれば、上記の例から、本発明の原理は、他のタイプの量子化器およびソース符号化アルゴリズムを用いて実施することができることを理解するのであろう。
【００９６】
本原理の最も好ましい実施形態について説明する。本原理の最も好ましい実施の形態は第１および第２の好ましい実施の形態の特別な場合であり、最も好ましい実施の形態で使用されるチャネル符号は極符号であるというさらなる条件を満たす。極符号は、参考文献「Ａｒｉｋａｎ、Ｅ（２００９）’  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：  Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔｙ−Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ  Ｃｏｄｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｂｉｎａｒｙ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｅｍｏｒｙｌｅｓｓ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ’、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ、５５（７）、ｐｐ.３０５１−３０７３」にて導入された線形ブロック符号のタイプである。
【００９７】
極符号は体系的または非体系的な方法で符号化することができ、両方の場合についてシンドローム復号アルゴリズムが存在する。したがって、本原理の第１および第２の好ましい実施形態の両方において、チャネル符号として極符号を使用することができる。シンドローム復号器と共に（体系的又は非体系的形式のいずれかで）極符号を使用することは、本原理の最も好ましい実施形態を構成する。極符号のシンドローム復号手順を説明するために、極符号化について簡単に説明する。
【００９８】
極符号は、ブロック長Ｎ＝２ｎ、整数ｎ≧１、および１≦Ｋ≦Ｎである場合の率Ｒ＝Ｋ／Ｎごとに定義される線形ブロック符号である。
長さＮ＝２ｎおよび率Ｒ＝Ｋ／Ｎの特定の極符号は、二値体Ｆ２＝｛０，１｝上のＮ×Ｎ生成行列
【数６】
2021536694.tif 000008
によって定義される。ここで、
【数７】
2021536694.tif 000009
であり、
【数８】
2021536694.tif 000010
はＦのｎ次クロネッカ乗を示す。極符号構成の中心は、ソースベクトルｕ＝（ｕ１，ｕ２，…，ｕＮ）、符号語ベクトルｘ＝（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ）と取ったときの変換ｘ＝ｕＧである。率Ｒ＝Ｋ／Ｎの極符号を得るために、凍結集合Ｆ＝｛１，２，…，Ｎ｝がサイズ｜Ｆ｜＝Ｎ−Ｋを満たすものとして選択され、ソースベクトルは、送信されたメッセージに依存しない固定ビットパターンｆ（復号器で知られている）によりｕＦ＝ｆと設定することによって、凍結集合の位置にて凍結される。通常、ｆ＝０と設定されるが、ここでの説明はより一般的であることを目的とする。情報集合と呼ばれる相補的な座標集合Ｊ＝Ｆｃが、送信されたメッセージｄ＝（ｄ１，ｄ２，…，ｄＫ）によって決定される。
【００９９】
非体系的極符号化では、ｕＦ＝ｆ，ｕＪ＝ｄと設定し、変換ｘ＝ｕＧを計算することによって符号語ｘを得る。この計算の計算複雑性は、Ｏ（ＮｌｏｇＮ）である。
【０１００】
本原理の最も好ましい実施形態は、体系的極符号化を使用する。極符号の体系的符号化では、ｘＪ＝ｄと設定することによってデータを直接符号語に挿入し、ｘ＝ｕＧおよびｕＦ＝ｆが構成する連立方程式から符号語の残りの部分を得る。極符号の体系的符号化の複雑性についても、参照文献「Ｅ．Ａｒｉｋａｎ、’ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  Ｐｏｌａｒ  Ｃｏｄｉｎｇ’、ＩＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ。１５、Ｎｏ。８、ｐｐ。８６０−８６２、Ａｕｇ。２０１１」および「Ｅ．Ａｒｉｋａｎ、’Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｅｒｒｏｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ  ｄａｔａ  ｕｓｉｎｇ  ｌｏｗ  ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  ｅｎｃｏｄｅｒ’、米国特許第８，３４７，１８６  Ｂ１、０１−Ｊａｎ−２０１３」に記述されているようにＯ（ＮｌｏｇＮ）である。
【０１０１】
本原理の第１の好ましい実施形態は、非体系的極符号のためのシンドローム復号器を必要とする。極符号のためのシンドローム復号器を構成する多くの可能な方法がある。１つの可能性は極符号のための連続キャンセル（ＳＣ）復号器から開始し、その入力変数を修正することによってシンドローム復号器に変換することである。次に、このアプローチについて説明する。
【０１０２】
図６を参照すると、ＳＣ復号器６１０およびＳＣシンドローム復号器６６０が示されている。ＳＣ復号器６１０は、第１の入力６０１と、第２の入力６０２と、出力６０３とを備える。第１の入力６０１において、ＳＣ復号器６１０は凍結集合Ｆおよび凍結ビットパターンｆを受信し、ここで、Ｆとｆは共同して、ソースベクトルｕに対してｕＦ＝Ｆを示す。入力Ｆとｆは、考慮中の極符号の設計をＳＣ復号器に記述する構成パラメータである。第２の入力６０２において、ＳＣ復号器６１０はＬＬＲ情報ｌ＝（ｌ１，ｌ２，…，ｌＮ）を受信し、このＬＬＲ情報は、システム内の送信符号語に関するチャネルから来る情報の要約である。復号動作を実行した後、ＳＣ復号器６１０は、その出力６０３においてメッセージ推定値ｄ＾＝（ｄ＾１，ｄ＾２，…，ｄ＾Ｋ）を生成する。ＳＣ復号器６１０の内部の詳細はここでは関連しないので省略するが、ここで説明される方法は任意の所与のＳＣ復号器をシンドローム復号器に変えるように機能する。当業者であれば、本明細書のＳＣ復号器６１０は「Ａｒｉｋａｎ、Ｅ（２００９）’Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：  Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔｙ−Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ  Ｃｏｄｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｂｉｎａｒｙ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｅｍｏｒｙｌｅｓｓ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ’、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ、５５（７）、ｐｐ。３０５１−３０７３」の文献に記載されているように、ＳＣ復号の基本原理に従って動作することが理解されるであろう。
【０１０３】
図６のＳＣシンドローム復号器６６０は、第１の入力６６１、第２の入力６０２、および出力６６３を備える。ＳＣシンドローム復号器６６０はそれらの内部動作に関する限り、ＳＣ復号器６１０の同一の複製であり、２つの復号器は、それらのそれぞれの入力が準備され、それらのそれぞれの出力が解釈される方法においてのみ異なる。本原理の第１の好ましい実施形態に従って準備されたＬＬＲベクトルｌ＝（ｌ１，ｌ２，…，ｌＮ）、硬判定ベクトルｚ＝（ｚ１，ｚ２，…，ｚＮ）、および誤り側情報ベクトルｍ＝（ｍ１，ｍ２，…，ｍＮ）を仮定する。考察中の極符号に対するパリティ検査行列Ｈを用いてｓ＝ｚＨにより計算される誤りシンドロームｓ＝（ｓ１，ｓ２，…，ｓＮ−Ｋ）を仮定する。極符号の場合、シンドロームを計算する好ましい方法は最初に逆変換ｗ＝ｚＧ−１を計算し、シンドロームをｓ＝ｗＦにより得ることである。極符号生成行列Ｇは、Ｇ−１＝Ｇの特性を有する。したがって、計算ｗ＝ｚＧ−１は極符号化演算と同等であり、計算複雑性Ｏ（ＮｌｏｇＮ）を有するが、極符号生成器の特別な構造が活用されない場合、シンドローム計算の直接的な方法ｓ＝ｚＨは複雑性Ｏ（Ｎ２）を必要とする。考慮中の極符号内の任意の符号語ｘについてｘＨ＝ｆと構成されていることにより、シンドロームは、ｓ＝ｚＨ＝ｘＨ＋ｅＨ＝ｆ＋ｅＨとして書くことができる。これにより、誤りシンドロームがｓ＝ｚＨとしてｅＨ＝ｓ−ｆにより得られるかがわかる。対（Ｆ，ｓ−ｆ）は、ＳＣシンドローム復号器の第１の入力６６１に印加される。誤り側情報ｍは、ＳＣシンドローム復号器の第２の入力６６２に印加される。これらの入力に応答して、ＳＣシンドローム復号器６６０は、出力６６３においてメッセージ誤り推定値ｖ＾＝（ｖ＾１，ｖ＾２，…，ｖ＾Ｋ）を生成する。これで、所与のＳＣ復号器をＳＣシンドローム復号器に変える方法の説明を終了する。
【０１０４】
要約すると、入力値（Ｆ，ｆ）およびｌをＳＣ復号器６１０の入力６０１および６０２でそれぞれ使用する代わりに、ＳＣシンドローム復号器６６０は、入力６６１および６６２でそれぞれ入力値（Ｆ，ｚＨ−ｆ）を使用する。ここでは、上述したように、本原理に基づいて（ｚ，ｍ）がｌから導出される。極符号化の当業者には明らかなように、２つの復号器６１０および６６０が、上で定義されたようにそれぞれの入力で動作される場合、出力６０３におけるメッセージ推定値ｄ＾と、出力６６３におけるメッセージ誤り推定値ｖ＾とは、凍結集合の補集合をＪ＝Ｆｃとし、ｗ＝ｚＧ−１としたときに、互いにｄ＾＝ｗＪ＋ｖ＾により関連付けられる。ＳＣ復号器およびＳＣシンドローム復号器の出力は、１対１で互いに結合される。いずれの復号器も、それぞれの入力変数および出力変数の適切な前処理および後処理を有する他の復号器の代わりとして使用することができる。
【０１０５】
図７は、チャネル復号が本開示に従って実装され得る例示的なワイヤレスネットワークを示す。図７に示される無線ネットワーク７００の実施形態は、単に例示のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、無線ネットワーク７００の他の実施形態を使用することができる。無線ネットワーク７００は、ｅＮｏｄｅＢ７０１、ｅＮＢ７０２、ｅＮＢ７０３を含む。ｅＮＢ７０１は、ｅＮＢ７０２およびｅＮＢ７０３と通信する。ｅＮＢ７０１はまた、インターネット、専有ＩＰネットワーク、または他のデータネットワークのような、少なくとも１つのインターネットプロトコルネットワーク７３０と通信する。
【０１０６】
ネットワークタイプに応じて、「基地局」または「アクセスポイント」などの「ｅＮｏｄｅＢ」または「ｅＮＢ」の代わりに、他の周知の用語を使用することができる。便宜上、「ｅＮｏｄｅＢ」および「ｅＮＢ」という用語はこの特許文書ではリモート端末に無線アクセスを提供するネットワークインフラストラクチャコンポーネントを指すために使用される。また、ネットワークタイプに応じて、「移動局」（または「ＭＳ」）、「加入者局」（または「ＳＳ」）、「リモート端末」、「無線端末」、または「ユーザデバイス」などの「ユーザ機器」または「ＵＥ」の代わりに他の周知の用語を使用することができる。便宜上、「ユーザ機器」および「ＵＥ」という用語はこの特許文書ではＵＥがモバイルデバイス（携帯電話またはスマートフォンなど）であるか、または通常は固定デバイス（デスクトップコンピュータまたは自動販売機など）と見なされるかにかかわらず、ｅＮＢに無線アクセスするリモート無線機器を指すために使用される。
【０１０７】
ｅＮＢ  ７０２は、ｅＮＢ  ７０２のカバレッジエリア７２０内の第１の複数のユーザ機器（ＵＥ）に対して、ネットワーク７３０への無線ブロードバンドアクセスを提供する。第１の複数のＵＥは、スモールビジネス（ＳＢ）内に位置することができるＵＥ  ７１１と、企業（Ｅ）内に位置することができるＵＥ  ７１２と、ＷｉＦｉホットスポット（ＨＳ）内に位置することができるＵＥ  ７１３と、第１の住宅（Ｒ）内に位置することができるＵＥ  ７１４と、第２の住宅（Ｒ）内に位置することができるＵＥ  ７１５と、携帯電話、ワイヤレスラップトップ、ワイヤレス携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットなどのようなモバイルデバイス（Ｍ）とすることができるＵＥ  ７１６とを含む。ｅＮＢ  ７０３は、ｅＮＢ  ７０３のカバレッジエリア７２５内の第２の複数のＵＥに対して、ネットワーク７３０への無線ブロードバンドアクセスを提供する。第２の複数のＵＥは、ＵＥ  ７１５およびＵＥ  ７１６を含む。いくつかの実施形態では、ｅＮＢ７０１〜７０３のうちの１つまたは複数が３Ｇ、４Ｇ、または５Ｇ、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、ＬＴＥ−Ａ、ＷｉＭＡＸ、または他の高度なワイヤレス通信技法を使用して、互いに通信し、ＵＥ７１１〜７１６と通信することができる。
【０１０８】
点線はカバレージエリア７２０および７２５のおおよその範囲を示し、これらは、例示および説明の目的のみのために、おおよそ円形として示される。カバレージエリア７２０および７２５などのｅＮＢに関連するカバレージエリアは、ｅＮＢの構成、ならびに自然障害物および人工障害物に関連する無線環境の変動に応じて、不規則な形状を含む他の形状を有することができることを明確に理解されたい。
【０１０９】
以下でより詳細に説明するように、ＢＳ  ７０１、ＢＳ  ７０２、およびＢＳ  ７０３のうちの１つまたは複数は、本開示の実施形態で説明する２Ｄアンテナアレイを含む。いくつかの実施態様において、ＢＳ  ７０１、ＢＳ  ７０２及びＢＳ  ７０３の１つ以上は、２Ｄアンテナアレイを有するシステムのための符号ブック設計及び構造を支持する。
【０１１０】
図７は無線ネットワーク７００の一例を示しているが、図７に対して様々な変更を行うことができる。例えば、ワイヤレスネットワーク７００は、任意の数のｅＮＢおよび任意の数のＵＥを任意の適切な構成で含むことができる。また、ｅＮＢ  ７０１は任意の数のＵＥと直接通信し、それらのＵＥにネットワーク７３０への無線ブロードバンドアクセスを提供することができる。同様に、各ｅＮＢ  ７０２−７０３はネットワーク７３０と直接通信し、ＵＥにネットワーク７３０への直接無線ブロードバンドアクセスを提供することができる。さらに、ｅＮＢ  ７０１、７０２、および／または７０３は、外部電話ネットワークまたは他のタイプのデータネットワークなど、他のまたは追加の外部ネットワークへのアクセスを提供することができる。
【０１１１】
図に示され、上記で説明された例示的なチャネル復号システムは以下でさらに詳細に説明されるように、ｅＮＢ（ｅＮＢ  ７０２など）および／またはＵＥ（ＵＥ  ７１６など）において実装され得る。
【０１１２】
図８Ａは、体系的極符号化を使用するＨＡＲＱが本開示に従って実装され得る、例示的なユーザ機器ネットワークを示す。図８Ａに示されるＵＥ  ７１６の実施形態は例示のためだけのものであり、図７のＵＥ７１１〜７１５は、同じまたは同様の構成を有することができる。しかしながら、ＵＥは多種多様な構成で到来し、図８Ａは、本開示の範囲をＵＥの任意の特定の実装に限定しない。
【０１１３】
ＵＥ  ７１６は、アンテナ８０５と、無線周波数（ＲＦ）トランシーバ８１０と、送信（ＴＸ）処理回路８１５（図１の送信サブシステム１４０の一部であってもよい）と、マイクロフォン８２０と、受信（ＲＸ）処理回路８２５（図１の受信サブシステム１５０の一部であってもよい）とを含む。ＵＥ  ７１６はまた、スピーカー８３０と、メインプロセッサ８４０と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース（ＩＦ）８４５と、キーパッド８５０と、ディスプレイ８５５と、メモリ８６０とを含む。メモリ８６０は、基本オペレーティングシステム（ＯＳ）プログラム８６１と、１つ以上のアプリケーション８６２とを含む。ＯＳプログラム８６１、アプリケーション８６２のうちの１つ、またはそれらの何らかの組合せのいずれかは、図１から図４および図６の様々な実施形態で説明したように、チャネル復号のためのプログラミングを実施することができる。
【０１１４】
ＲＦトランシーバ８１０はアンテナ８０５から、ネットワーク８００のｅＮＢによって送信される入力ＲＦ信号を受信する。ＲＦトランシーバ８１０は、受信ＲＦ信号をダウンコンバートして、受信機（Ｒｘ）処理回路８２５に送られるのであろう中間周波数（ＩＦ）またはベースバンド信号を生成することができる。Ｒｘ処理回路８２５は処理された信号をスピーカー８３０（例えば、音声データ用）に、またはさらなる処理（例えば、ウェブブラウジングデータ用）のためにメインプロセッサ８４０に送信する。
【０１１５】
送信（Ｔｘ）処理回路８１５は、送信されたメッセージ１０１のための少なくともいくつかの入力データとして、マイクロフォン８２０からのアナログまたはデジタル音声データ、またはメインプロセッサ８４０からの他の発信ベースバンドデータ（ウェブデータ、電子メール、または対話型ビデオゲームデータなど）を受信する。Ｔｘ処理回路８１５は、チャネル符号化を実装する。ＲＦトランシーバ８１０はＴｘ処理回路８１５からの出射処理済みベースバンドまたはＩＦ信号を受信し、ベースバンドまたはＩＦ信号を、アンテナ８０５を介して送信されるＲＦ信号にアップコンバートする。
【０１１６】
メインプロセッサ８４０はＵＥ  ７１６の全体的な動作を制御するために、１つ以上のプロセッサまたは他の処理装置を含み、メモリ８６０に記憶された基本ＯＳプログラム８６１を実行することができる。例えば、主プロセッサ８４０は、周知の原理に従って、順方向チャネル信号の受信およびＲＦトランシーバ８１０、Ｒｘ処理回路８２５、およびＴｘ処理回路８１５による逆方向チャネル信号の送信を制御することができる。いくつかの実施形態ではメインプロセッサ８４０が少なくとも１つのプログラマブルマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含み、他の実施形態ではメインプロセッサが（任意選択で）プログラマブル論理または処理回路だけでなく、（例えば、体系的および／または非体系的符号化または復号化プロセス、パンクチャリングプロセス、データマッピングなどのための）専用回路を含む。
【０１１７】
メインプロセッサ８４０はまた、本開示の実施形態で説明されるような２Ｄアンテナアレイを有するシステムのためのチャネル品質測定および報告のための動作など、メモリ８６０に常駐する他のプロセスおよびプログラムを実行することができる。メインプロセッサ８４０は実行プロセスによって要求されるように、データおよび／または命令をメモリ８６０内外に移動することができる。いくつかの実施形態では、メインプロセッサ８４０がＯＳプログラム８６１に基づいて、またはｅＮＢまたはオペレータから受信した信号に応答して、アプリケーション８６２を実行するように構成される。メインプロセッサ８４０はまた、Ｉ／Ｏインターフェース８４５に結合され、これは、ラップトップコンピュータやハンドヘルドコンピュータのような他の装置に接続する能力をＵＥ  ７１６に提供する。Ｉ／Ｏインターフェース８４５は、これらのアクセサリとメインコントローラ８４０との間の通信経路である。
【０１１８】
メインプロセッサ８４０はまた、キーパッド８５０（単に単一のボタンであってもよいし、アレイまたは他の組のボタンであってもよい）およびディスプレイユニット８５５に結合される。ＵＥ  ７１６のオペレータは、キーパッド８５０を使用してＵＥ  ７１６にデータを入力することができる。ディスプレイ８５５はタッチスクリーンディスプレイ、またはウェブサイトなどからテキストおよび／または少なくとも限定されたグラフィックスをレンダリングし、既知の慣行に従ってユーザによるタッチ入力を受信することができる他のディスプレイとすることができる。メモリ８６０はメインプロセッサ８４０に結合され、メモリ８６０の少なくとも一部はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができ、メモリ８６０の別の部分はフラッシュメモリまたは他の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。
【０１１９】
図１２ＡはＵＥ  １１１６の一例を示すが、図１２Ａに対して様々な変更を行うことができる。例えば、図１２Ａの様々な構成要素は組み合わせられるか、さらに細分されるか、または省略されることができ、追加の構成要素は、特定の必要性に従って追加されることができる。特定の例として、メインプロセッサ１２４０は、１つ以上の中央プロセッサ（ＣＰＵ）および１つ以上のグラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）のような複数のプロセッサに分割することができる。また、図１２Ａは携帯電話またはスマートフォンとして構成されたＵＥ  １１１６を示しているが、ＵＥは他のタイプのモバイルデバイスまたは固定デバイスとして動作するように構成され得る。
【０１２０】
図８Ｂは、体系的極符号化を使用するＨＡＲＱが本開示に従って実装され得る、例示的な拡張ノードＢ（ｅＮＢ）ネットワークを示す。図８Ｂに示されるｅＮＢ  ７０２の実施形態は例示のためだけのものであり、図７の他のｅＮＢは、同じまたは同様の構成を有することができる。しかしながら、ｅＮＢは多種多様な構成で到来し、図８Ｂは、本開示の範囲をｅＮＢの任意の特定の実装に限定しない。ｅＮＢ  ７０１およびｅＮＢ  ７０３は、ｅＮＢ  ８０２と同じまたは同様の構造を含むことができることに留意されたい。
【０１２１】
図８Ｂに示すように、ｅＮＢ  ７０２は、複数のアンテナ８７０ａ〜８７０ｎ、複数のＲＦトランシーバ８７２ａ〜８７２ｎ、送信（Ｔｘ）処理回路８７４、および受信（Ｒｘ）処理回路８７６を含む。特定の実施形態では、複数のアンテナ８７０ａ〜８７０ｎのうちの１つ以上が２Ｄアンテナアレイを含む。ｅＮＢ  ７０２はまた、コントローラ／プロセッサ８７８、メモリ８８０、およびバックホールまたはネットワークインターフェース８８２を含む。
【０１２２】
ＲＦトランシーバ８７２ａ〜８７２ｎはアンテナ８７０ａ〜８７０ｎから、ＵＥまたは他のｅＮＢによって送信される信号などの受信ＲＦ信号を受信する。ＲＦトランシーバ８７２ａ〜８７２ｎは、入力ＲＦ信号をダウンコンバートして、ＩＦまたはベースバンド信号を生成する。ＩＦまたはベースバンド信号は、ベースバンドまたはＩＦ信号をフィルタリング、復号化、および／またはデジタル化することによって処理された信号を生成するＲｘ処理回路８７６に送られる。Ｒｘ処理回路８７６は、処理された信号をコントローラ／プロセッサ８７８に送信して、さらなる処理を行う。
【０１２３】
Ｔｘ処理回路８７４は、入力データパケット１１のための少なくともいくつかの入力データとして、コントローラ／プロセッサ８７８からアナログまたはデジタルデータ（音声データ、ウェブデータ、電子メール、または対話型ビデオゲームデータなど）を受信する。Ｔｘ処理回路８７４はソース符号化器およびチャネル符号化器を実装して、出力ベースバンドデータを符号化し、多重化し、および／またはデジタル化して、処理済み信号を生成する。ＲＦトランシーバ８７２ａ〜８７２ｎはＴｘ処理回路８７４からの出射処理済み信号を受信し、ベースバンド信号またはＩＦ信号を、アンテナ８７０ａ〜８７０ｎを介して送信されるＲＦ信号にアップコンバートする。
【０１２４】
コントローラ／プロセッサ８７８は、ｅＮＢ  ７０２の全体的な動作を制御する１つ以上のプロセッサまたは他の処理装置を含むことができる。例えば、コントローラ／プロセッサ８７８は、周知の原理に従って、順方向チャネル信号の受信およびＲＦトランシーバ８７２ａ〜８７２ｎ、Ｒｘ処理回路８７６、およびＴｘ処理回路８７４による逆方向チャネル信号の送信を制御することができる。コントローラ／プロセッサ８７８は、より高度な無線通信機能などの追加機能もサポートすることができる。コントローラ／プロセッサ８７８は、ｅＮＢ  ７０２において、多種多様な他の機能のいずれかをサポートすることができる。いくつかの実施形態ではコントローラ／プロセッサ８７８が少なくとも１つのマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含み、一方、他の実施形態ではメインプロセッサが専用回路（例えば、システミックおよび／または非体系的符号化プロセス、パンクチャリングプロセス、データマッピングなどのための）、ならびに（任意選択で）プログラマブル論理または処理回路を含む。
【０１２５】
コントローラ／プロセッサ８７８はまた、メモリ８８０内に常駐するプログラム及び他のプロセス、例えば基本的なＯＳを実行することが可能である。コントローラ／プロセッサ８７８はまた、本開示の実施形態で説明されるように、２Ｄアンテナアレイを有するシステムのためのチャネル品質測定および報告をサポートすることが可能である。ある実施形態では、コントローラ／プロセッサ８７８がエンティティ間の通信をサポートする。コントローラ／プロセッサ８７８は実行プロセスによって要求されるように、データおよび／または命令をメモリ８８０内外に移動することができる。
【０１２６】
コントローラ／プロセッサ８７８はまた、バックホールまたはネットワークインターフェース８８２に結合される。バックホールまたはネットワークインターフェース８８２は、ｅＮＢ  ７０２がバックホール接続を介して、またはネットワークを介して、他のデバイスまたはシステムと通信することを可能にする。インターフェース８８２は、任意の適切な有線または無線接続を介した通信をサポートすることができる。例えば、ｅＮＢ  ７０２が（３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、ＬＴＥ、またはＬＴＥ−Ａをサポートするものなどの）セルラ通信システムの一部として実装される場合、インターフェース８８２は、ｅＮＢ  ７０２が有線または無線バックホール接続を介して他のｅＮＢと通信することを可能にすることができる。ｅＮＢ  ７０２がアクセスポイントとして実装されている場合、インターフェース８８２は、ｅＮＢ  ７０２が有線または無線ローカルエリアネットワークを介して、またはより大きなネットワーク（インターネットなど）への有線または無線接続を介して通信することを可能にすることができる。インターフェース８８２は、イーサネット（登録商標）またはＲＦトランシーバなどの有線または無線接続を介した通信をサポートする任意の適切な構造を含む。
【０１２７】
メモリ８８０は、コントローラ／プロセッサ８７８に結合される。メモリ８８０の一部はＲＡＭを含むことができ、メモリ８８０の別の部分はフラッシュメモリまたは他のＲＯＭを含むことができる。特定の実施形態では、複数の命令がメモリに記憶される。複数の命令はコントローラ／プロセッサ８７８に、システム的および／または非システム的符号化または復号化プロセス、パンクチャリングプロセス、データマッピングなどを実行させるように構成される。
【０１２８】
図８ＢはｅＮＢ  ７０２の一例を示すが、図８Ｂに対して様々な変更を行うことができる。例えば、ｅＮＢ  ７０２は、示されている任意の数の各構成要素を含むことができる。特定の例として、アクセスポイントは多数のインターフェース８８２を含むことができ、コントローラ／プロセッサ８７８は、異なるネットワークアドレス間でデータをルーティングするルーティング機能をサポートすることができる。別の特定の例として、Ｔｘ処理回路８７４の単一のインスタンスおよびＲｘ処理回路８７６の単一のインスタンスを含むものとして示されているが、ｅＮＢ  ７０２はそれぞれの複数のインスタンス（ＲＦトランシーバごとに１つなど）を含むことができる。
【０１２９】
圧縮チャネル出力情報を使用してデータを復号するための特定の方法およびシステムが本明細書で詳細に説明され、図面に示されているが、本開示によって包含される主題は特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。本開示は例示的な実施形態を用いて説明されてきたが、当業者には様々な変更および修正が示唆され得る。本開示は、添付の特許請求の範囲内にあるそのような変更および修正を包含することが意図される。本出願における説明は任意の特定の要素、ステップ、または機能が特許請求の範囲に含まれなければならない必須または重要な要素であることを暗示するものとして解釈されるべきではなく、特許主題の範囲は許可された特許請求の範囲によってのみ定義される。さらに、これらの特許請求の範囲のいずれも、添付の特許請求の範囲または特許請求の範囲の要素のいずれかに関して、３５  ＵＳＣ  §１１２（ｆ）を呼び出すことは意図されておらず、「のための手段」または「のためのステップ」という正確な語が特定の特許請求の範囲において明示的に使用され、その後に、機能を識別するパーティクルフレーズが続かない限り、特許請求の範囲内の「機構」、「モジュール」、「デバイス」、「ユニット」、「構成要素」、「要素」、「部材」、「装置」、「機械」、「システム」、「プロセッサ」、または「コントローラ」などの用語の使用は特許請求の範囲自体の特徴によってさらに修正または強化されたものとして、当業者に知られている構造を指すことが理解され、意図されており、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）を呼び出すことは意図されていない。
【図１】
2021536694.tif 000011
【図２】
2021536694.tif 000012
【図３】
2021536694.tif 000013
【図４】
2021536694.tif 000014
【図５】
2021536694.tif 000015
【図６】
2021536694.tif 000016
【図７】
2021536694.tif 000017
【図８Ａ】
2021536694.tif 000018
【図８Ｂ】
2021536694.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月6日(2021.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図２を参照すると、チャネル復号器１３０の実施に圧縮方法を導入するためのアーキテクチャテンプレートとして働く分割復号器２００が示されている。分割復号器２００は、復号クライアント２１０と復号サーバ２２０とを備える。復号クライアント２１０はチャネル出力２０１を受信し、圧縮誤り情報２０２を生成する。復号クライアント２１０による動作は、圧縮誤り情報２０２の生成に先立って量子化関数を含むことができる。復号サーバ２２０は圧縮誤り情報２０２を受信し、圧縮誤り推定値２０３を生成する。復号クライアント２１０は圧縮誤り推定値２０３を受信し、メッセージ推定値２０４を生成する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
誤りシンドローム生成器４１２は硬判定を受信し、硬判定が通信システム１００によって使用されるチャネル符号内の有効な符号語に対応するかどうかをチェックする。誤りシンドローム生成器４１２は、硬判定が有効な符号語に対応するか否かに応じて、誤り無し信号を１または０にそれぞれ設定する。誤り無し信号が１である場合、誤りシンドローム生成器４１２は、復号サーバ４２０に何も送信しない。誤り無し信号が０である場合、誤りシンドローム生成器４１２は、復号サーバ４２０に誤りシンドロームを送る。誤りシンドローム生成器４１２は、硬判定が有効な符号語に対応するかどうかをチェックする第１のステップとして誤りシンドロームを計算することができる。場合によっては、誤りシンドローム生成器４１２が硬判定が有効な符号語に対応するかどうかを決定するために、送信符号語に組み込まれた追加の冗長性を活用することができる。追加の冗長性は、送信されたデータの関数として計算され、符号語に挿入される巡回冗長検査（ＣＲＣ）の形式をとることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
誤り訂正器４１５は、誤り無し信号が１または０であることに応じて、２つの動作モードを有する。誤り無し信号が１である場合、誤り訂正器４１５は、硬判定が送信符号語の正しい推定値を形成すると仮定することによって、メッセージ推定値を生成するように進める。誤り無し信号が０である場合、誤り訂正器４１５は誤り推定値が誤り推定値伸張器４１４から到着するのを待ち、誤り推定値を受信した後、メッセージ推定値の生成に進む。本原理の好ましい実施形態では、誤り側情報圧縮器４１３および誤り推定圧縮器４２３が無損失データ圧縮を行う。無損失圧縮は可逆的であり、圧縮されたデータは、適切な伸張器によって正確に復元することができる。無損失圧縮の場合、適切なアルゴリズムは例えば、参考文献「Ｈｏｗａｒｄ，  Ｐ．Ｇ．ａｎｄ  Ｖｉｔｔｅｒ，  Ｊ．Ｓ．（１９９４）’ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｄａｔａ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ’、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ，８２（６）、ｐｐ．８５７−８６５」に記載されているような算術符号化である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
ネットワークタイプに応じて、「基地局」（または「ＢＳ」）または「アクセスポイント」などの「ｅＮｏｄｅＢ」または「ｅＮＢ」の代わりに、他の周知の用語を使用することができる。便宜上、「ｅＮｏｄｅＢ」および「ｅＮＢ」という用語はこの特許文書ではリモート端末に無線アクセスを提供するネットワークインフラストラクチャコンポーネントを指すために使用される。また、ネットワークタイプに応じて、「移動局」（または「ＭＳ」）、「加入者局」（または「ＳＳ」）、「リモート端末」、「無線端末」、または「ユーザデバイス」などの「ユーザ機器」または「ＵＥ」の代わりに他の周知の用語を使用することができる。便宜上、「ユーザ機器」および「ＵＥ」という用語はこの特許文書ではＵＥがモバイルデバイス（携帯電話またはスマートフォンなど）であるか、または通常は固定デバイス（デスクトップコンピュータまたは自動販売機など）と見なされるかにかかわらず、ｅＮＢに無線アクセスするリモート無線機器を指すために使用される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
ｅＮＢ  ７０２は、ｅＮＢ  ７０２のカバレッジエリア７２０内の第１の複数のユーザ機器（ＵＥ）に対して、ネットワーク７３０への無線ブロードバンドアクセスを提供する。第１の複数のＵＥは、スモールビジネス（ＳＢ）内に位置することができるＵＥ  ７１１と、企業（Ｅ）内に位置することができるＵＥ  ７１２と、ＷｉＦｉホットスポット（ＨＳ）内に位置することができるＵＥ  ７１３と、第１の住宅（Ｒ１）内に位置することができるＵＥ  ７１４と、第２の住宅（Ｒ２）内に位置することができるＵＥ  ７１５と、携帯電話、ワイヤレスラップトップ、ワイヤレス携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットなどのようなモバイルデバイス（Ｍ）とすることができるＵＥ  ７１６とを含む。ｅＮＢ  ７０３は、ｅＮＢ  ７０３のカバレッジエリア７２５内の第２の複数のＵＥに対して、ネットワーク７３０への無線ブロードバンドアクセスを提供する。第２の複数のＵＥは、ＵＥ  ７１５およびＵＥ  ７１６を含む。いくつかの実施形態では、ｅＮＢ７０１〜７０３のうちの１つまたは複数が３Ｇ、４Ｇ、または５Ｇ、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、ＬＴＥ−Ａ、ＷｉＭＡＸ、または他の高度なワイヤレス通信技法を使用して、互いに通信し、ＵＥ７１１〜７１６と通信することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
図８Ａは、チャネル符号化が本開示に従って実装され得る、例示的なユーザ機器ネットワークを示す。図８Ａに示されるＵＥ  ７１６の実施形態は例示のためだけのものであり、図７のＵＥ７１１〜７１５は、同じまたは同様の構成を有することができる。しかしながら、ＵＥは多種多様な構成で到来し、図８Ａは、本開示の範囲をＵＥの任意の特定の実装に限定しない。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
図８ＡはＵＥ  ７１６の一例を示すが、図８Ａに対して様々な変更を行うことができる。例えば、図８Ａの様々な構成要素は組み合わせられるか、さらに細分されるか、または省略されることができ、追加の構成要素は、特定の必要性に従って追加されることができる。特定の例として、メインプロセッサ８４０は、１つ以上の中央プロセッサ（ＣＰＵ）および１つ以上のグラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）のような複数のプロセッサに分割することができる。また、図８Ａは携帯電話またはスマートフォンとして構成されたＵＥ  ７１６を示しているが、ＵＥは他のタイプのモバイルデバイスまたは固定デバイスとして動作するように構成され得る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
図８Ｂは、チャネル符号化が本開示に従って実装され得る、例示的な拡張ノードＢ（ｅＮＢ）ネットワークを示す。図８Ｂに示されるｅＮＢ  ７０２の実施形態は例示のためだけのものであり、図７の他のｅＮＢは、同じまたは同様の構成を有することができる。しかしながら、ｅＮＢは多種多様な構成で到来し、図８Ｂは、本開示の範囲をｅＮＢの任意の特定の実装に限定しない。ｅＮＢ  ７０１およびｅＮＢ  ７０３は、ｅＮＢ  ７０２と同じまたは同様の構造を含むことができることに留意されたい。
【手続補正９】
【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】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための復号クライアント装置であって、前記通信システム内のチャネル符号器が前記送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルで送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成し、
前記復号クライアント装置は、
前記チャネル出力を受信し、硬判定および誤り側情報を生成するように構成された硬判定および誤り側情報（ＨＤ／ＥＳＩ）生成器と、
前記硬判定から誤りシンドロームを生成し、前記誤りシンドロームを復号サーバに送信するように構成された誤りシンドローム生成器と、
前記誤り側情報から圧縮誤り側情報を生成し、前記圧縮誤り側情報を前記復号サーバに送信するように構成された誤り側情報圧縮器と、
前記復号サーバから圧縮誤り推定値を受信し、誤り推定値を生成するように構成された誤り側情報伸張器と、
前記硬判定と前記誤り推定値からメッセージ推定値を生成するように構成された誤り訂正器とを含む
復号クライアント装置。
【請求項２】
前記ＨＤ／ＥＳＩ生成器は前記硬判定および前記誤り側情報を生成する前に、前記チャネル出力に量子化を適用する、請求項１に記載の復号クライアント装置。
【請求項３】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの一方であり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ前記誤りシンドロームのみが前記復号クライアント装置によって前記復号サーバに送信される場合、前記誤り側情報圧縮器は使用されない、請求項１に記載の復号クライアント装置。
【請求項４】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための復号クライアント方法であって、チャネル符号器が前記送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルを介して送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成し、
前記復号クライアント方法は、
硬判定および誤り側情報（ＨＤ／ＥＳＩ）生成器において、前記チャネル出力を受信し、硬判定および誤り側情報を生成し、
誤りシンドローム生成器において、前記硬判定から誤りシンドロームを生成し、前記誤りシンドロームを復号サーバに送信し、
誤り側情報圧縮器において、前記誤り側情報から圧縮誤り側情報を生成し、前記圧縮誤り側情報を前記復号サーバに送信し、
復号クライアントにおいて、前記復号サーバから圧縮誤り推定値を受信し、誤り推定値を生成し、
誤り訂正器において、前記硬判定と前記誤り推定値からメッセージ推定値を生成することを含む、
復号クライアント方法。
【請求項５】
前記ＨＤ／ＥＳＩ生成器は前記硬判定および前記誤り側情報を生成する前に、前記チャネル出力に量子化を適用する、請求項４に記載の復号クライアント方法。
【請求項６】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの一方であり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ前記誤りシンドロームのみが前記復号クライアントによって前記復号サーバに送信される場合、前記誤り側情報圧縮器は使用されない、請求項４に記載の復号クライアント方法。
【請求項７】
チャネル復号化を実行するためのマルチクライアント分割復号器システムであって、
プライバシー制約に従うクライアント‐サーバアーキテクチャにおける複数の復号クライアントであって、前記複数の復号クライアントのうちのｉ番目の復号クライアントが、ｉ番目のチャネルからのｉ番目のチャネル出力を受信するように構成され、ｉ番目の送信符号語がｉ番目の送信メッセージから取得され、前記ｉ番目のチャネル出力はｉ番目のチャネル符号からの前記ｉ番目の送信符号語が破損されたものであり、前記ｉ番目の復号クライアントは、前記ｉ番目のチャネル出力から、前記ｉ番目の送信メッセージとは独立しておりかつその情報を含んでいないｉ番目の圧縮誤り情報を生成し、通信ネットワークを介して前記ｉ番目の圧縮誤り情報を復号サーバに送信するようにさらに構成される、前記複数の復号クライアントと、
前記ｉ番目の復号クライアントは、
前記通信ネットワークから、前記復号サーバによって生成されたｉ番目の圧縮誤り推定値を受信し、
前記復号サーバが前記ｉ番目の送信メッセージに関するいかなる情報も学習することなく前記ｉ番目の送信メッセージの推定値を生成するようにさらに構成される、
マルチクライアント分割復号器システム。
【請求項８】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための復号サーバ装置であって、前記通信システム内のチャネル符号器が前記送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルで送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成し、復号クライアントが、前記チャネル出力を受信し、誤りシンドロームおよび圧縮誤り側情報を生成し、前記誤りシンドロームおよび前記圧縮誤り側情報を前記復号サーバ装置に送信し、
前記復号サーバ装置は、
前記圧縮誤り側情報を受信して前記圧縮誤り側情報を伸張することにより誤り側情報を復元する誤り側情報伸張器と、
前記誤りシンドロームおよび前記誤り側情報伸張器により復元された前記誤り側情報を受信して誤り推定値を生成する誤り推定器と、
前記誤り推定値から圧縮誤り推定値を生成し、前記圧縮誤り推定値を前記復号クライアントに送信するように構成された誤り推定圧縮器とを含む
復号サーバ装置。
【請求項９】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの一方であり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ前記誤りシンドロームのみが前記復号クライアントから受信される場合、前記誤り側情報伸張器は使用されない、請求項８に記載の復号サーバ装置。
【請求項１０】
送信元から送信先へ送信メッセージの高信頼性転送を行う通信システムにおいて使用するための復号サーバ方法であって、前記通信システム内のチャネル符号器が前記送信メッセージをチャネル符号から送信符号語に符号化し、前記送信符号語を前記通信システムのチャネルで送信し、前記チャネルは前記送信符号語に応答してチャネル出力を生成し、復号クライアントが、前記チャネル出力を受信し、誤りシンドロームおよび圧縮誤り側情報を生成し、前記誤りシンドロームおよび前記圧縮誤り側情報を復号サーバ装置に送信し、
前記復号サーバ方法は、
誤り側情報伸張器において、前記圧縮誤り側情報を受信して前記圧縮誤り側情報を伸張することにより誤り側情報を復元し、
誤り推定器において、前記誤りシンドロームおよび前記誤り側情報伸張器により復元された前記誤り側情報を受信して誤り推定値を生成し、
誤り推定圧縮器において、前記誤り推定値から圧縮誤り推定値を生成し、前記圧縮誤り推定値を前記復号クライアントに送信することを含む
復号サーバ方法。
【請求項１１】
前記誤り側情報はヌル誤り側情報および非ヌル誤り側情報のうちの一方であり、前記誤り側情報がヌル誤り側情報でありかつ前記誤りシンドロームのみが前記復号クライアントから受信される場合、前記誤り側情報伸張器は使用されない、請求項１０に記載の復号サーバ方法。
【請求項１２】
チャネル復号化を実行するためのマルチクライアント分割復号器システムであって、
プライバシー制約に従うクライアント‐サーバアーキテクチャにおいて、複数の復号クライアントに通信可能に結合された復号サーバを含み、
前記復号サーバは、
前記複数の復号クライアントのうちのｉ番目の復号クライアントから、通信ネットワークを介して、ｉ番目のチャネルのためにｉ番目のチャネル出力から生成されたｉ番目の圧縮誤り情報を受信し、前記ｉ番目のチャネル出力はｉ番目のチャネル符号からのｉ番目の送信符号語が破損したものであり、前記ｉ番目の送信符号語がｉ番目の送信メッセージから取得され、前記ｉ番目の圧縮誤り情報はｉ番目の圧縮誤り側情報およびｉ番目の誤りシンドロームを含み、前記ｉ番目の圧縮誤り情報は前記ｉ番目の送信メッセージとは独立しておりかつその情報を含んでおらず、
前記ｉ番目の圧縮誤り側情報を伸張することによりｉ番目の誤り側情報を復元し、
前記ｉ番目の誤り側情報および前記ｉ番目の誤りシンドロームからｉ番目の誤り推定値を生成し、
前記ｉ番目の誤り推定値を圧縮してｉ番目の圧縮誤り推定値を生成し、
前記ｉ番目の圧縮誤り推定値を前記ｉ番目の復号クライアントに送信するように構成され、
前記ｉ番目の圧縮誤り推定値は、前記復号サーバが前記ｉ番目のメッセージを学習することなく前記ｉ番目の送信メッセージの推定値を生成するために前記ｉ番目の復号クライアントにより使用される、
マルチクライアント分割復号器システム
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2021536694.tif 000020
【国際調査報告】
2021536694.tif 000021
2021536694.tif 000022