(57)【要約】  複数の異なるビット列(u)をコンステレーション内の複数の異なる信号点(x)にマッピングする方法であって、ビット列(u)の数は信号点(x)の数より多く、この方法は、電気通信ネットワーク内のデバイス用に、・コンステレーション内の各信号点(x)について、前記各信号点(x)にマッピングされるビット列(u)の数を決定する動作であって、ビット列(u)の数が、離散型正規分布に従ってコンステレーションの中で分配される、動作と、・コンステレーション内の各信号点(x)について、決定された数のビット列(u)を含む組を複数のビット列(u)において選択する動作であって、決定された数のビット列(u)が、選択された複数の組の間の最大ハミング距離を最小化する、動作とを含む。
2015506616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なるビット列(u)をコンステレーション内の複数の異なる信号点(x)にマッピングする方法であって、ビット列(u)の数(Nb)が信号点(x)の数(M)より多く、前記方法が、電気通信ネットワーク内のデバイス用に、
・前記コンステレーション内の各信号点(x)について、前記各信号点(x)にマッピングされるビット列(u)の数(Nb)を決定する動作であって、前記ビット列(u)の数(Nb)が、離散型正規分布に従って前記コンステレーションの中で分配される、動作と、
・前記コンステレーション内の前記各信号点(x)について、前記決定された数(Nb)のビット列(u)を含む組を前記複数のビット列(u)において選択する動作であって、前記決定された数(Nb)のビット列(u)が、前記選択された複数の組の間の最大ハミング距離を最小化する、動作と
を含む方法。
【請求項２】
前記決定する動作に続いて、第1の信号点に対して、ハミング距離が2以下になるビット列の第1の組を選択する予備動作をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記組を選択する動作が、第1のビット列を選択し、次に、前記第1の組において前記決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択し、追加的に選択された各ビット列が前記第1のビット列と1ビットだけ異なることをさらに含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記組を選択する動作が、前記コンステレーション内で前記第1の信号点の隣接信号点である第2の信号点に対して、第2の組内の第2のビット列と前記第1の信号点に対して選択された前記第1の組との間の平均ハミング距離を最小にする前記第2のビット列を選択し、次に、前記第2の組において前記決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択することをさらに含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記組を選択する動作が、前記コンステレーション内で前記第1の信号点または前記第2の信号点の隣接信号点である第3の信号点に対して、それぞれ前記第1の信号点に対して選択された前記第1の組との、または、前記第2の信号点に対して選択された前記第2の組との平均ハミング距離を最小化する、第3の組内の第3のビット列を選択し、次に、前記第3の組において前記決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択することをさらに含む、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記組を選択する動作が、すべてのビット列を選択し終えるまで、前記コンステレーション内のすべての前記信号点に対して実行される、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記選択する動作が、前記コンステレーション内の前記信号点の1つ1つを第1の信号点として開始して、選択された組の複数の選択肢を導出するように実行される、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記選択する動作が、各選択された組において最小の最大ハミング距離を有する選択肢を選択することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
複数の異なるビット列(u)をコンステレーション内の複数の異なる信号点(x)にマッピングする電気通信ネットワーク内のデバイスであって、ビット列(u)の数(Nb)が信号点(x)の数(M)より多く、前記デバイスが、
・前記コンステレーション内の各信号点(x)について、前記各信号点(x)にマッピングされるビット列(u)の数(Nb)を決定するよう構成された決定ユニット(32)であって、前記ビット列(u)の数(Nb)が、離散型正規分布に従って前記コンステレーションの中で分配される、決定ユニット(32)と、
・前記コンステレーション内の前記各信号点(x)について、前記決定された数(Nb)のビット列(u)を含む組を前記複数のビット列(u)において選択するよう構成された選択ユニット(34)であって、前記決定された数(Nb)のビット列(u)が、前記選択された複数の組の間の最大ハミング距離を最小化する、選択ユニット(34)と
を備えるデバイス。
【請求項１０】
前記選択ユニット(32)が、第1の信号点に対して、ハミング距離が2以下になるビット列の第1の組を選択するようにさらに構成される、請求項9に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記選択ユニット(32)が、第1のビット列を選択し、次に、前記第1の組において前記決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択し、追加的に選択された各ビット列が前記第1のビット列と1ビットだけ異なるようにさらに構成される、請求項10に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記選択ユニット(32)が、前記コンステレーション内で前記第1の信号点の隣接信号点である第2の信号点に対して、第2の組内の第2のビット列と前記第1の信号点に対して選択された前記第1の組との間の平均ハミング距離を最小にする前記第2のビット列を選択し、次に、前記第2の組において前記決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択するようにさらに構成される、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記選択ユニット(32)が、前記コンステレーション内で前記第1の信号点または前記第2の信号点の隣接信号点である第3の信号点に対して、それぞれ前記第1の信号点に対して選択された前記第1の組との、または、前記第2の信号点に対して選択された前記第2の組との平均ハミング距離を最小化する、第3の組内の第3のビット列を選択し、次に、前記第3の組において前記決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択するようにさらに構成される、請求項12に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記選択ユニット(32)が、各選択された組において最小の最大ハミング距離を有する選択肢を選択するようにさらに構成される、請求項13に記載のデバイス。
【請求項１５】
請求項1から8のいずれか一項に記載の方法をコンピュータシステムが実行できるようにするためのコンピュータ実行可能な命令を含む、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、電気通信ネットワークに関し、より詳細には、そのような電気通信ネットワークで使用されるデジタル信号の処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気通信ネットワークにおいて、変調とは、例えばデジタルビット列またはアナログ音声信号などのメッセージ信号を、通信チャネル上で物理的に伝送され得る別の信号の内部で伝達する処理である。
【０００３】
電気通信ネットワークでは、通信チャネル上でデジタルビット列を送信するために、異なるタイプの変調方式がデバイスによって使用され得る。いくつかの変調方式が知られており、例えば、8パルス振幅変調(8PAM)または16直交振幅変調(16QAM)などでは、まず、複数の異なるバイナリ値の列(ビット列と呼ぶ)を含むアルファベットを使用して、デジタルビットストリームを符号化することを必然的に伴う。したがって、ビット列がnビットで符号化される場合、アルファベットは合計数2nの異なるビット列を含み、これらはデジタルビットストリームの符号化に使用され得る。符号化されたメッセージ信号の各ビット列は、さらに、通信チャネルによって伝送される信号に埋め込まれるシンボルに相当する離散値(信号点と呼ぶ)にマッピング、つまり、関連付けまたは割り当てされる。その結果、nビットに符号化されたビット列と信号点との間のマッピングによって、相当する1つのシンボルを送信するだけで、nビットの情報を送信することが可能になる。このようなマッピングでは、2n種類の異なるビット列が、M個の異なる複数の信号点(M値コンステレーション(M-ary constellation)と呼ばれる)にマッピングされる。例えば、8PAMでは、2n種類のビット列が8つの信号点にマッピングされ、16QAMでは2n種類のビット列が16個の信号点にマッピングされる。
【０００４】
ビット列の数(2n)が信号点の数(M)と等しいときは、各ビット列は、ただ1つの信号点にマッピングされる。この場合、このマッピングは、一様マッピングと呼ばれる。ビット列の数(2n)が信号点の数(M)より多いときは、1つまたは複数のビット列が、ただ1つの信号点にマッピングされる。言い換えると、少なくとも1つのビット列からなる1組のビット列が1つの信号点にマッピングされ、1つの組の中のビット列は互いに異なり、また他の組のビット列とも異なる。この場合、このマッピングは非一様マッピングまたは量子化マッピングと呼ばれる。このような量子化マッピングにより、同じ数の信号点を有する一様マッピングよりも多くの異なるビット列をマッピングすることができるので、変調方式の性能が向上し、よって、通信チャネルの容量を最適に使用することができる。
【０００５】
文献「On the application of LDPC codes to arbitrary discrete-memoryless channels」、2004年で、A.BennatanとD.Burshteinは、ビットインタリーブ符号化変調−繰り返し復号(BICM-ID：Bit-Interleaved Coded Modulation-Iterative Decoding)システムと呼ぶ知られた変調システムに、量子化マッピングを使用した。このようなマッピングは、特に、通信チャネル上の伝送の整形利得を改善するため、つまり、平均送信電力を減少させるために設計されている。図1を参照しながら説明するように、このマッピングは、まず、各信号点xについて、前記各信号点xにマッピングされるビット列uの数Nbを決定し、ビット列uの数Nbは、離散型正規分布に従って信号点xのコンステレーションの中で分配されること、次に、コンステレーション内の各信号点xに、決定した数Nb個のビット列uを自然昇順または降順でマッピングすることを必然的に伴う。ここで、マッピングされるビット列uはすべて異なる。このようなマッピングを自然マッピングと呼ぶ。図1に示される、10PAM変調方式を使用するマッピングでは、4ビットに符号化された16個のビット列uがM=10の信号点x={-9,-7,-5,-3,-1,1,3,5,7,9}にマッピングされる。つまり、0000(Nb=1)はx=-9にマッピングされ、0001(Nb=1)はx=-7にマッピングされ、0010(Nb=1)はx=-5にマッピングされ、0011および0100(Nb=2)はx=-3にマッピングされ、0101、0110、0111(Nb=3)はx=-1にマッピングされ、1000、1001、1010(Nb=3)はx=1にマッピングされ、1011および1100(Nb=2)はx=3にマッピングされ、1101(Nb=1)はx=5にマッピングされ、1110(Nb=1)はx=7にマッピングされ、1111(Nb=1)はx=9にマッピングされる。
【０００６】
しかし、この解決策では、ビット列が自然順序で信号点にマッピングされるので、整形利得が最適ではない。
【０００７】
現在、複数のビット列を複数の信号点に効率的にマッピングするための解決策で、通信チャネル上の伝送の整形利得を最適化して、そのような通信システムの効率を改善することができるものはない。
【０００８】
現在、既存の通信インフラストラクチャに簡単に実装することができる最適化された解決策が必要とされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「On the application of LDPC codes to arbitrary discrete-memoryless channels」、2004年、A.BennatanとD.Burshtein
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本システムの目的は、従来技術の欠点を克服すること、および/または従来技術を改善することである
【課題を解決するための手段】
【００１１】
その目的のために、本発明は、複数の異なるビット列をコンステレーション内の複数の異なる信号点にマッピングする方法に関係し、ここで、ビット列の数は信号点の数より多く、前記方法は、電気通信ネットワーク内のデバイス用に、・コンステレーション内の各信号点について、前記各信号点にマッピングされるビット列の数を決定する動作であって、ビット列の数が、離散型正規分布に従ってコンステレーションの中で分配される、動作と、・コンステレーション内の各信号点について、決定された数のビット列を含む組を複数のビット列において選択する動作であって、決定された数のビット列が、選択された複数の組の間の最大ハミング距離を最小化する、動作とを含む。
【００１２】
したがって、決定された数に相当する異なるビット列を含む選択された組が、各信号点にマッピングされ、ビット列のアルファベットの中の各ビット列は、マッピングに1回だけ使用され、コンステレーション内のただ1つの信号点にマッピングされる。
【００１３】
2つのビット列間のハミング距離は、前記2つのビット列間の異なるビットの数に相当する。例えば、0000と0001は最後のビットだけが異なるので、ハミング距離は1に等しく、0000と1111は4つのビットが異なるので、ハミング距離は4に等しい。1組のビット列の中の、または1組のビット列の最大ハミング距離は、その組の任意の2つのビット列間のハミング距離のうち最大のものに相当する。選択された組の中の最大ハミング距離を最小化することとは、可能な組の選択肢のすべての組み合わせにおいて、ビット列の各組の中の最大ハミング距離が最小化されるようなマッピングが得られることを意味する。
【００１４】
本発明による方法では、整形利得を改善および最適化すること、および電気通信システムの最大チャネル容量に著しく近づくことが可能になる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、この方法は、決定する動作に続いて、第1の信号点に対して、ハミング距離が2以下になるビット列の第1の組を選択する予備動作をさらに含む。
【００１６】
この予備動作は、第1のビット列を選択し、次に、第1の組において決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択し、追加的に選択された各ビット列が第1のビット列と1ビットだけ異なることをさらに含み得る。これにより、選択されたビット列の組の中の最大ハミング距離を最小化することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態では、組を選択する動作は、コンステレーション内で第1の信号点の隣接信号点である第2の信号点に対して、第2の組内の第2のビット列と第1の信号点に対して選択された第1の組との間の平均ハミング距離を最小にする前記第2のビット列を選択し、次に、第2の組において決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択することをさらに含む。
【００１８】
隣接信号点とは、一連の連続した信号点であるコンステレーション内の、ある信号点の直前もしくは直後の信号点、または、信号点の2次元行列であるコンステレーション内の、ある信号点のすぐ左、右、上もしくは下の信号点を意味する。第2の信号点に対して選択されている組のビット列と第1の信号点に対して選択されている組との間の平均ハミング距離は、第2の組内の前記ビット列と第1の組内の各ビット列との間のハミング距離の平均である。
【００１９】
本発明の一実施形態では、組を選択する動作は、コンステレーション内で第1の信号点または第2の信号点の隣接信号点である第3の信号点に対して、それぞれ第1の信号点に対して選択された第1の組との、または、第2の信号点に対して選択された第2の組との平均ハミング距離を最小化する、第3の組内の第3のビット列を選択し、次に、第3の組において決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択することをさらに含む。
【００２０】
本発明の一実施形態では、選択する動作は、すべてのビット列を選択し終えるまで、コンステレーション内のすべての信号点に対して実行される。
【００２１】
本発明の一実施形態では、選択する動作は、コンステレーション内の信号点の1つ1つを第1の信号点として開始して、選択される組の複数の選択肢を導出するように実行される。
【００２２】
本発明の一実施形態では、選択する動作は、各選択された組において最小の最大ハミング距離を有する選択肢を選択することをさらに含む。
【００２３】
本発明の一実施形態では、選択する動作は、選択された組の中で平均ハミング距離の最小平均を有する選択肢を選択することをさらに含む。
【００２４】
本発明の一実施形態では、選択する動作は、各組の平均ハミング距離を最小にするビット列を選択することをさらに含む。
【００２５】
本明細書で、離散型正規分布とは、離散値の正規分布に近づくことを意味する。
【００２６】
本発明の一実施形態では、決定する動作は、コンステレーションの中心から最も近い信号点を、前記信号点にマッピングされるべき最多数のビット列に関連付け、コンステレーションの中心から最も遠い信号点を、前記信号点にマッピングされるべき最少数のビット列に関連付けることをさらに含む。例えば、コンステレーションの中心から最も近い各信号点は、3つのビット列と関連付けられ得る。
【００２７】
本発明の一実施形態では、決定する動作は、同じコンステレーションについて離散値の正規分布に最も近づくビット列数の分布を選択することをさらに含む。
【００２８】
本発明の一実施形態では、決定する動作は、ビット列数の可能なすべての離散型正規分布を決定する動作と、決定した各分布について、加法性白色ガウス雑音チャネル上の入力信号と出力信号との相互情報量を計算する動作と、決定した複数の分布から、計算された相互情報量が最大である分布を選択する動作とをさらに含む。
【００２９】
本発明はまた、複数の異なるビット列をコンステレーション内の複数の異なる信号点にマッピングする電気通信ネットワーク内のデバイスに関係し、ここで、ビット列の数は信号点の数より多く、前記デバイスは、・コンステレーション内の各信号点について、前記各信号点にマッピングされるビット列の数を決定するよう構成された決定ユニットであって、ビット列の数が、離散型正規分布に従ってコンステレーションの中で分配される、決定ユニットと、・コンステレーション内の各信号点について、決定された数のビット列を含む組を複数のビット列において選択するよう構成された選択ユニットであって、決定された数のビット列が、選択された複数の組の間の最大ハミング距離を最小化する、選択ユニットとを備える。
【００３０】
電気通信ネットワーク内のこのようなデバイスは、例えば、基地局、端末、サーバなどであり得る。
【００３１】
本発明の一実施形態では、選択ユニットは、第1の信号点に対して、ハミング距離が2以下になるビット列の第1の組を選択するようにさらに構成される。
【００３２】
選択ユニットは、第1のビット列を選択し、次に、第1の組において決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択し、追加的に選択された各ビット列が第1のビット列と1ビットだけ異なるようにさらに構成され得る。
【００３３】
本発明の一実施形態では、選択ユニットは、コンステレーション内で第1の信号点の隣接信号点である第2の信号点に対して、第2の組内の第2のビット列と第1の信号点に対して選択された第1の組との間の平均ハミング距離を最小にする前記第2のビット列を選択し、次に、第2の組において決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択するようにさらに構成される。
【００３４】
本発明の一実施形態では、選択ユニットは、コンステレーション内で第1の信号点または第2の信号点の隣接信号点である第3の信号点に対して、それぞれ第1の信号点に対して選択された第1の組との、または、第2の信号点に対して選択された第2の組との平均ハミング距離を最小化する、第3の組内の第3のビット列を選択し、次に、第3の組において決定されたビット列数に達するまで必要な数のビット列を選択するようにさらに構成される。
【００３５】
本発明の一実施形態では、選択ユニットは、各選択された組において最小の最大ハミング距離を有する選択肢を選択するようにさらに構成される。
【００３６】
本発明の一実施形態では、選択ユニットは、選択された組の中で平均ハミング距離の最小平均を有する選択肢を選択するようにさらに構成される。
【００３７】
本発明の一実施形態では、選択ユニットは、各組の平均ハミング距離を最小にするビット列を選択するようにさらに構成される。
【００３８】
本発明の一実施形態では、決定ユニットは、コンステレーションの中心から最も近い信号点を、前記信号点にマッピングされるべき最多数のビット列に関連付け、コンステレーションの中心から最も遠い信号点を、前記信号点にマッピングされるべき最少数のビット列に関連付けるようにさらに構成される。
【００３９】
本発明の一実施形態では、決定ユニットは、同じコンステレーションについて離散値の正規分布に最も近づくビット列数の分布を選択するようにさらに構成される。
【００４０】
本発明の一実施形態では、決定ユニットは、ビット列数の可能なすべての離散型正規分布を決定し、決定した各分布について、加法性白色ガウス雑音チャネル上の入力信号と出力信号との相互情報量を計算し、決定した複数の分布から、計算された相互情報量が最大である分布を選択するようにさらに構成される。
【００４１】
本発明はまた、本明細書において上記で説明した発明による方法をコンピュータシステムが実行できるようにするためのコンピュータ実行可能な命令を含む、コンピュータ読み取り可能な媒体にも関係する。
【００４２】
本発明の実施形態を単なる例示として、また添付図面を単に参照して説明し、同様の部分は相当する参照番号を伴って添付図面に提示する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来技術による、16個のビット列と10個の信号点との間の量子化マッピングを示す概略図である。
【図２】変調システムの概略図である。
【図３】本発明によるデバイスの概略図である。
【図４】本発明による方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による方法を示す図である。
【図６】離散型正規分布に近い分布の例を示す図である。
【図７】従来技術による、8PAM変調を使用した量子化マッピングを示す図である。
【図８】本発明による、8PAM変調を使用した量子化マッピングを示す図である。
【図９】従来技術による、16QAM変調を使用した量子化マッピングを示す図である。
【図１０】本発明による、16QAM変調を使用した量子化マッピングを示す図である。
【図１１】8PAM変調を使用した本発明による、シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
下記は例示的実施形態の説明であり、添付図面を併用して上記の特徴および利点を実証し、さらなる特徴および利点を紹介する。
【００４５】
下記の説明では、限定ではなく説明を目的として、構造、インタフェース、技法、デバイスなどの特定の詳細が例証のために説明される。しかし、これらの詳細とは別の他の実施形態もやはり添付の特許請求の範囲の範囲内であることが理解されるであろうことは、当業者には明らかであろう。
【００４６】
さらに、明確にするため、よく知られたデバイス、システムおよび方法についての詳細な説明は、本システムの説明を曖昧にしないよう、省略される。さらに、電気通信ネットワークのルータ、サーバ、ノード、ゲートウェイまたは他のエンティティについては、これらの実装は本システムおよび方法の範囲の外にあるので、これらについての詳細は説明されない。
【００４７】
別途指定のない限り、これ以降、例示的実施形態は、電気通信デバイスの変調システムへの適用例において説明される。
【００４８】
加えて、図面は例証を目的として含まれており、本システムの範囲を表すものではないことは、明白に理解されなければならない。
【００４９】
図2は、量子化マッピングを使用するビットインタリーブ符号化変調-繰り返し復号(BICM-ID)方式を動作させるよう構成された、変調システム20を示す概略図である。
【００５０】
データのデジタルビットストリームが、ターボ類似符号化装置21を使用して符号化される。符号化されたデータcは、通信チャネル上の性能を向上させるために、ビットインターリーバ22によってビットインタリーブ、つまり、非連続的な形で配置される、次に、相当するuk個のビット列が量子化マッピングユニット23に送信される。
【００５１】
量子化ユニット23により、ビット列を信号点にマッピングすることが可能になる。次に、信号点に相当するシンボルを含む信号Xが、通信チャネル24によって送信される。
【００５２】
デジタルビットストリームに符号化、ビットインタリーブ、マッピングを行い、相当するシンボルを通信チャネル上に送信するデバイスは送信機であり、通信チャネルからシンボルを受信して、復号、デインタリーブおよびデマッピングを行うデバイスは受信機である。あるユニークなデバイスは、送信機と受信機の両方であり得る。
【００５３】
受信機では、最初に、量子化デマッピングユニット25によって、チャネル24から受信した信号Y、およびターボ類似復号装置27により出力されるビットインタリーブされた外部情報Laに、デマッピングが行われる。量子化デマッピングユニット25が出力する情報は外部ログ尤度比(LLR)情報と呼ばれ、デビットインターリーバ26によってデビットインタリーブされて、ターボ類似復号装置27に入力情報として送信される。ターボ類似復号装置27による復号の後、出力外部LLR情報はビットインタリーブされて、量子化デマッピングユニット25に送信される。この繰り返し動作は、所定の繰り返し回数に達するまで継続する。
【００５４】
下記の説明で、
・uk=(uk(1),uk(2)...uk(T))は、符号化後のインタリーブされたビット列を表す。
・xは、チャネル24によって送信される、量子化マッピング後のシンボル列を表し、チャネル24は、例えば、離散時間無記憶の加法的白色ガウス雑音(AWGN)チャネルであり得る。
【００５５】
量子化デマッピングユニット25により受信されるシンボル列Y=(Y1,Y2,...,Yk,...)は、
y=x+nにより表され得、
ここで、nは、知られている加法性ガウス雑音ベクトルであり、その各要素は独立かつ全く同様にCN(0,N0)に従う。
【００５６】
量子化デマッピングユニット25は、受信したシンボルYk、および相当する復号装置からの先験的LLR
【００５７】
【数１】
2015506616.tif 000003
【００５８】
を処理し、出力LLR
【００５９】
【数２】
2015506616.tif 000004
【００６０】
を生成する。この出力LLRは、ターボ類似復号装置27によって、外部情報として取得される。
【００６１】
本発明によるデバイスは、図3に示される、複数の異なるビット列をコンステレーション内の複数の異なる信号点にマッピングする量子化マッピングユニット23を備え、ここでビット列の数は信号点の数より多い。
【００６２】
信号点のコンステレーションは、10PAM変調方式では信号点の1次元の組、例えば、x={-9,-7,-5,-3,-1,1,3,5,7,9}のような一連の値であり得、あるいは16QAM変調方式では、x={(3,3),(1,3),(-1,3),(-3,3),(3,1),(1,1),(-1,1),(-3,1),(3,-1),(1,-1),(-1,-1),(-3,-1),(3,-3),(1,-3),(-1,-3),(-3-3)}のような、各信号点が一対の値により表される、信号点の2次元の組であり得る。
【００６３】
量子化マッピングユニット23は、・コンステレーション内の各信号点について、前記各信号点にマッピングされるビット列の数を決定するよう構成された決定ユニット32であって、ビット列の数が、離散型正規分布に従ってコンステレーションの中で分配される、決定ユニット32と、・コンステレーション内の各信号点について、決定された数のビット列を含む組を複数のビット列において選択するよう構成された選択ユニット34であって、決定された数のビット列が、選択された複数の組の間の最大ハミング距離を最小化する、選択ユニット34とを備える。
【００６４】
次に、量子化マッピングについて説明する。ここで、Ax={α0,α1,...,αM-1}は、サイズMのコンステレーションを示す。
【００６５】
P(x)、x∈Axは、マッピングに関連する確率質量関数である。
【００６６】
一様マッピングでは、ビット列は同様に確からしく信号点にマッピングされ、相当するマッピング分布は、P(x)=1/Mと表され得る。
【００６７】
量子化マッピングQp(x)(u):{0,1}T→Axは、長さTのバイナリベクトルu=(u1,u2,...,uT)からAxへのマッピングであり、xにマッピングされるベクトルの数が2TP(x)になるように行われる。簡潔にするため、以降、Qp(x)(u)の代わりにQ(u)を使用する。
【００６８】
長さNのベクトルuに対する量子化マッピング分布は、
Qu={Q(u1,u2,...,uT),Q(uT+1,uT+2,...,u2T),...,Q(uN-T+1,uN-T+2,...,uN)}と表し得る。
【００６９】
したがって、p(x)が非一様分布に従う場合、Q(ui,ui+1,...),...,Q(uN-T+1,uN-T+2,...,uN)もまた、非一様分布に従う。
【００７０】
図1にT=4、Q={-9,-7,-5,-3,-3,-1,-1,-1,1,1,1,3,3,5,7,9}の10PAM変調の量子化マッピングが示され、マッピングパターンは、従来技術で使用される自然昇順{Q(0000),Q(0001),...,Q(1110),(Q(1111)}を示す。
【００７１】
この例では、量子化マッピング分布関数は次のとおりである。
【００７２】
【数３】
2015506616.tif 000005
【００７３】
この例では、信号点-3にマッピングされるベクトル、つまりビット列の数は、24P(-3)=2であり、信号点1にマッピングされるビット列の数は24P(1)=3である。
【００７４】
本発明による方法により、複数の異なるビット列をコンステレーション内の複数の異なる信号点にマッピングすることが可能になり、ここで、ビット列の数は信号点の数より多い。
【００７５】
動作E10で、コンステレーション内の各信号点に対し、各信号点にマッピングするビット列の数が、最初に決定される。ビット列の数は、離散型正規分布に従ってコンステレーションの中で分配される。
【００７６】
動作E20で、コンステレーション内の各信号点に対し、複数のビット列の中から1組のビット列が選択され、前記組は決定された数のビット列を含み、これらのビット列は、コンステレーション内の各信号点にマッピングされるすべての選択された組の間の最大ハミング距離を最小化する。
【００７７】
その結果、本発明による方法により、すべてのビット列を各信号点にマッピングすることが可能になる。本発明によるマッピングでは、ある組の中のビット列は、その組の中の他のどのビット列とも異なり、また、他のどのビット列の組の中の他のどのビット列とも異なる。マッピングが終了すると、いくつかのビット列が1つの信号点に関連付けられ得るが、複数のビット列の各ビット列は、コンステレーション内のただ1つの信号点にマッピングされている。
【００７８】
したがって、動作E10によって、採用されるコンステレーション内の信号点の確率質量関数は離散型正規分布に近づくことが可能になり、動作E20によって、1つの信号点に関連付けられた各組の中の最大ハミング距離を最小化することが可能になる。
【００７９】
図5は、本発明の一実施形態による方法を示す図である。この例示的実施形態では、2b個の信号点を有する1次元のコンステレーションの組を使用する。b=2、つまり8つのビット列に対する4つの信号点A、B、C、Dを有するコンステレーション61の例を図6に示す。
【００８０】
最初に、動作E11で、辺縁の信号点、つまり、図6に示すコンステレーション62の両端点に、これらの点の確率質量が確実に小さくなるようにするために、1つのビット列が関連付けられる。
【００８１】
次に、動作E12で、コンステレーションの中心に近づいている信号点に、これらの中心の点の確率質量を増加させるために、関連付けるビット列の総数、つまり、図6で示される例では8個に達するまで、さらに多くの数のビット列が関連付けられる。
【００８２】
動作E13で、動作E11およびE12の条件を満たす、すべての離散型確率分布を検索し得る。
【００８３】
動作E14で、検索したすべての可能な確率分布に従って、加法性白色ガウス雑音(AWGN)チャネル上の入力信号Xと出力信号Yとの間の相互情報量I(X;Y)が計算され得る。2つのランダムな変数の相互情報量とは、2つのランダムな変数の相互依存の尺度となる量である。
【００８４】
次に、動作E15で、最大の相互情報量を有する分布が選択される。この分布は、離散型正規分布に最も近くなる。
【００８５】
例えば、図6に示すように、分布63は、点AおよびDがさらにNb=1個のビット列にマッピングされ得、点BおよびCがさらにNb=3個のビット列にマッピングされ得ることを暗示する。
【００８６】
最適な分布が選択されると、決定されたビット列uの数Nbに従って、最適な分布の中で、コンステレーション内の各信号点xに対して、信号点にさらにマッピングされるビット列が選択され得る。
【００８７】
第1の信号点に対して1組のビット列が選択される。最初に、動作E21で、任意の1つの信号点、例えば図6の点Bに対して第1のビット列が選択される。次に、動作E22で、動作E15で選択された分布に従って、相当する第1の信号点に関連付けられた組に対して決定されたビット列の数に達するまで、組の中の選択された他のビット列のそれぞれが動作E21で選択された第1のビット列と異なるビットを1つだけ有するように、より多くのビット列が必要に応じて選択される。例えば、図6に示す例では、次に点Bに関連付けられたビット列の組にさらに2つのビット列が選択され、それぞれのビット列は、動作E21で選択された第1のビット列と異なるビットを1つだけ有する。動作E22によって、組の中の最大ハミング距離を最小化することができる。
【００８８】
第1の信号点、この例では図6の点Bに対するビット列の組の選択が終了した後、動作E23で、まだビット列の組にマッピングされていない信号点があるかどうかがチェックされる。まだマッピングされていない信号点がある場合は、第1の信号点に隣接する第2の信号点、例えば図6の点Cに対して新しいビット列の組が選択されることになる。
【００８９】
その目的のために、動作E21で、マッピングされた信号点に関連付けられた組の中でまだ選択されていないビット列が、第2の信号点(例えば、図6の点C)に対して選択される。隣接する信号点、つまり、第1の信号点に対して、以前に組が選択されているので、動作E22は、ここでさらに、第2の信号点に対して、ビット列を、選択された新しいビット列と、第1の信号点(図6の点B)、つまり第1の組に対して選択されている組内のすべてのビット列との間の異なるビットの数、つまりハミング距離を最小化するように、選択することを含む。言い換えると、動作E22は、ここでさらに、第2の信号点に対して、ビット列を、ビット列と第1の組との間のハミング距離を最小化するように、選択することを含む。あるビット列とある組との間のハミング距離は、このビット列と第1の組の各ビット列との間の平均ハミング距離に相当する。
【００９０】
動作E21およびE22が第3の信号点に対して行われ、次に、コンステレーションに残りの信号点がある場合は、ビット列のすべての組がコンステレーション内のすべての信号点に対して選択されるまで(動作E23)、例えば、図6に示される例の4つの組(つまり、8つのビットの列)が4つの信号点A、B、C、Dに対して選択されるまで、残りの信号点に対して動作E21およびE22が行われる。これにより、すべて異なるビット列を含む選択肢を生成すること、つまり、すべての信号点へのすべてのビット列のマッピングを生成することができる。次に、動作E24で、各組内および確定されたコンステレーションの複数の組の間のハミング距離が計算され得る。
【００９１】
動作E21からE24は、複数の生成された組の選択肢を獲得するために、異なる第1の信号点を使用して、例えば、図6に示す例の点Bではなく点Aから開始して、コンステレーション内のすべての信号点が第1の信号点として使用されるまで(動作E25)、繰り返され得る。
【００９２】
最適化された選択肢が相当する信号点にマッピングされるようにするために、生成された複数の選択肢のうち、複数の組の間、つまり各組の間で最も小さい最大ハミング距離を有するか、または、各組のハミング距離平均の最も小さい平均を有する、生成された1つの選択肢または生成された複数の選択肢のうちの1つが、動作E26で、最適の選択肢として選択され得る。
【００９３】
図7は従来技術によるマッピングを示し、図8は本発明による方法を使用したマッピングを示す。両方の例では、信号点x={-7,-5,-3,-1,1,3,5,7}を有する8PAM量子化マッピングが使用され、信号点x=-7、-5、5、7に1つのビット列uがマッピングされ、信号点x=-3、-1、1、3に3つのビット列uがマッピングされる。
【００９４】
例えば、図8に示すように、本発明による方法では、信号点x=-3に関連付けられた組の中の第1のビット列1011は、組の中の他の2つのビット列1010および1001と1ビットだけ異なる。
【００９５】
隣接する信号点x=-5に関連付けられた組の中の第1の(かつ唯一の)ビット列1000と、選択された組(1011、1010、1001)との間のハミング距離は2に等しく、信号点x=-7に関連付けられた組の中のビット列1100との間のハミング距離は1に等しい。
【００９６】
信号点x=-1に関連付けられた組の中の第1のビット列1111は、最大ハミング距離(1101と1110との間のハミング距離)がDmax=2である同じ選択された組の中にある1110および1101と1ビットだけ異なる。信号点x=-1(信号点x=-3の隣接点)に関連付けられた組の中の第1のビット列1111は、1011と1ビットだけ異なり、1010とは2ビットだけ異なり、1001とは2ビットだけ異なり、つまり、選択された組(1011、1010、1001)との間のハミング距離は、(1+2+2)/3=5/3に等しい。
【００９７】
隣接する信号点x=1に関連付けられた組の中の第1のビット列0111は、最大ハミング距離(0101と0110との間のハミング距離)がDmax=2である同じ選択された組の中にある0110および0101と1ビットだけ異なる。
【００９８】
信号点x=1に関連付けられた組の中の第1のビット列0111は、1111と1ビットだけ異なり、1110とは2ビットだけ異なり、1101とは2ビットだけ異なる。つまり、選択された組(1111、1110、1101)との間のハミング距離は、(1+2+2)/3=5/3に等しい。
【００９９】
隣接する信号点x=3に関連付けられた組の中の第1のビット列0011は、最大ハミング距離(0010と0001との間のハミング距離)がDmax=2である同じ選択された組の中にある0010および0001と1ビットだけ異なる。
【０１００】
信号点x=1に関連付けられた組の中の第1のビット列0011は、0111と1ビットだけ異なり、0110とは2ビットだけ異なり、0101とは2ビットだけ異なる。つまり、選択された組(0111、0110、0101)との間のハミング距離は、(1+2+2)/3=5/3に等しい。
【０１０１】
隣接する信号点x=5に関連付けられた組の中の第1の(かつ唯一の)ビット列0000と選択された組(0011、0010、0001)との間のハミング距離は2に等しく、信号点x=7に関連付けられた組の中のビット列0100とのハミング距離は1に等しい。
【０１０２】
このような組の選択肢は、本発明による方法を使用して導かれた選択肢の組み合わせのうち、複数の組の各組内の最大ハミング距離を最小化する選択肢であり、各組はコンステレーション内の1つの信号点に関連付けまたはマッピングされている。
【０１０３】
図7に示される従来技術の量子化マッピングでは、ビット列uの組の間の最大ハミング距離(Dmax)は3であり、図8に示される本発明による量子化マッピングでは、ビット列uの組の間の最大ハミング距離(Dmax)は2である。
【０１０４】
さらに、図7に示される従来技術の量子化マッピングでは、2つの組の平均ハミング距離(Dave)は2に等しく、他の2つの組では4/3に等しいが、図8に示される本発明による量子化マッピングでは、すべての組の平均ハミング距離(Dave)は4/3に等しい。
【０１０５】
図9は従来技術によるマッピングを示し、図10は本発明による方法を使用したマッピングを示す。両方の例で、16QAM量子化マッピングが使用されている。図9に示される従来技術による量子化マッピングでは、ビット列uの組の間の最大ハミング距離(Dmax)は3であり、図10に示される本発明による量子化マッピングでは、ビット列uの組の間の最大ハミング距離(Dmax)は2である。
【０１０６】
図11は、Eb/N0(ビットエネルギー対雑音電力密度比)のビット誤り率(BER)関数の性能シミュレーションを示す。このシミュレーションでは、AWGNチャネル上で、バイナリLDPCレート-1/2[9216,4608]チャネル符号が、8PAM変調方式と共に使用される。このシミュレーションでは、8PAMの信号方式を使用することによって、従来技術の量子化マッピングに対して約0.5dBの利得が得られることが実証される。結局、同じ送信電力でBER性能が向上し、同じ、または低次の変調に基づいて、より高いスペクトル効率が達成され得る。
【符号の説明】
【０１０７】
u  ビット列
x  信号点
20  変調システム
21  ターボ類似符号化装置
22  ビットインタリーバ
23  量子化マッピングユニット
24  通信チャネル
25  量子化デマッピングユニット
26  デビットインタリーバ
27  ターボ類似復号器
28  ビットインタリーバ
32  決定ユニット
34  選択ユニット
61  コンステレーション
62  コンステレーション
63  コンステレーション
【図１】
2015506616.tif 000006
【図２】
2015506616.tif 000007
【図３】
2015506616.tif 000008
【図４】
2015506616.tif 000009
【図５】
2015506616.tif 000010
【図６】
2015506616.tif 000011
【図７】
2015506616.tif 000012
【図８】
2015506616.tif 000013
【図９】
2015506616.tif 000014
【図１０】
2015506616.tif 000015
【図１１】
2015506616.tif 000016
【国際調査報告】
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2015506616.tif 000018