(57)【要約】      （修正有）【課題】チャネル符号化を含む無線通信を達成する際に使用するのに適切な装置、方法、及びソースコードに関する。【解決手段】データの無線送信は、送信用データに低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号を加えるように動作可能なエンコーダによって、通信媒体によって定義された通信チャネルを介して達成される。ＬＤＰＣ符号は、可変ノードの次数に関して不規則である。したがって、送信機は、対応する可変ノード次数に関して、符号化されたデータをソートする手段と、符号化されソートされたデータを通信媒体上に割り当てる変調及び分配手段を更に備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信媒体内で定義された通信チャネル内でデータを送信するための無線送信機であって、
送信用データに低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号を加えるように動作可能なエンコーダであって、前記ＬＤＰＣ符号は、可変ノードの次数に関して不規則であるエンコーダと、
符号化されたデータを、対応する可変ノード次数に関してソートするソート手段と、
符号化されソートされたデータを、前記通信媒体上に割り当てる変調及び分配手段と
を備えた送信機。
【請求項２】
請求項１に記載の送信機において、
前記変調及び分配手段は、符号化されてソートされたデータを、前記チャネルに適応された信頼度基準に基づいて割り当てるように動作可能である送信機。
【請求項３】
ＯＦＤＭと、前記通信媒体内で定義された副搬送波とを適用した請求項１又は請求項２に記載の送信機。
【請求項４】
請求項３に記載の送信機において、
請求項２に従属する場合、前記信頼度基準は、個別の副搬送波に関して適応され、前記変調及び分配手段は、個別の副搬送波の相対的な信頼度を考慮するように動作可能である送信機。
【請求項５】
請求項４に記載の送信機において、
前記変調及び分配手段は、相対的に低い次数の可変ノードに関連付けられて符号化及びソートされたデータを、相対的に高い信頼度基準を持つ副搬送波に割り当てるように動作可能である送信機。
【請求項６】
請求項１に記載の送信機において、
前記変調及び分配手段は、符号化されソートされたデータをアンテナビーム形成手段へ割り当てるように動作可能であり、前記ソートする手段は、前記アンテナビーム形成手段の基準に従ってソートするように動作可能である送信機。
【請求項７】
通信チャネル内でデータを送信する方法であって、
送信用データに低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号を加えることであって、前記ＬＤＰＣ符号は、可変ノードの次数に関して不規則であることと、
符号化されたデータを、対応する可変ノード次数に関してソートすることと、
符号化されソートされたデータを、前記通信チャネル上に割り当てることと
を含む方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記割り当てるステップは、符号化されソートされたデータを、信頼度基準に基づいて割り当てることを含む方法。
【請求項９】
マルチ副搬送波通信モードを適用する請求項７又は請求項８に記載の方法において、前記割り当てるステップは、符号化されソートされたデータを、前記チャネル内の副搬送波へ割り当てることを含む方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
請求項８に従属する場合、前記割り当てるステップは、前記各副搬送波のために、信頼度基準に基づいて割り当てることを含む方法。
【請求項１１】
ＯＦＤＭを適用する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
前記割り当てるステップは、相対的に低い次数の可変ノードに関連付けられた符号化及びソートされたデータを、相対的に高い信頼度基準を持つ副搬送波に割り当てることを含む方法。
【請求項１３】
通信チャネルを介して送信された符号化された情報を受信する受信機であって、
不規則な低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号によって符号化されたデータのソート順を、反転情報に従って反転させる再構築手段であって、前記ソート順は、前記ＬＤＰＣ符号の可変ノードの次数に関連している再構築手段と、
前記符号化されたデータを復号する復号手段と
を備えた受信機。
【請求項１４】
通信チャネルを介して受信されたデータを復号する方法であって、
受信機が、
不規則な低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号によって符号化されたデータのソート順を、反転情報に従って反転させることとであって、前記ソート順は、前記ＬＤＰＣ符号の可変ノードの次数に関連していることと、
前記符号化されたデータを、前記ＬＤＰＣ符号に従って復号することと
を含む方法。
【請求項１５】
請求項７乃至１２及び請求項１４のうちの何れか１項に記載の方法を実行するコンピュータ化された通信装置を構成するように動作可能なプロセッサ実行可能なステップを含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信を達成する際に使用するのに適切な装置、方法、及びソースコードに関し、特に、チャネル符号化を含む無線通信に向けられている。
【背景技術】
【０００２】
送信されたデータに対する、エラーからのより一層の防御のために、通信システムでは、チャネル符号化が適用されている。様々なチャネル符号化システムが存在する。それらの幾つかは、送信されるのに必要なデータ量を拡大する結果となる。これによって、送信に冗長性を加える。
【０００３】
多くの符号化−復号技術は、適切に文書化され、通信装置において共通して見うけられる。畳み込み符号化、ターボ符号化、及びパリティチェック符号化は、一般に使用される幾つかのスキームである。"Low-Density Parity-Check Codes."（R. G. Gallager、博士論文、1960年、マサチューセッツ工科大学）（非特許文献１）は、比較的単純な復号スキームを考慮した符号化方法を記述している。低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号について、多くの研究についての一層の改良がなされた。例えば、
"Good codes based on very sparse matrices" (D. Mackay, R. Neal,, in BOYD, C (Ed):”Cryptography and Coding". 5th IMA Conf., 1995, (Springer), pp. 100-111 (number 1025 in Lecture Notes in Computer Science))（非特許文献２）、
"Near Shannon limit performance of low density parity check codes" (D. Mackay, R. Neal, IEEE Electronics Letters, vol. 33, No. 6, March 1997)（非特許文献３）、
"A linear time erasure-resilient code with nearly optimal recovery" (N. Alon, M. Luby, IEEE Trans. Information Theory, pp. 1732-1736, Nov. 1996)（非特許文献４）、
"Efficient encoding of low-density parity-check codes" (T. J. Richardson, R. Urbanke, , IEEE Trans. Information Theory, vol. 47, pp. 638-656, Feb. 2001)（非特許文献５）、
"Design of capacity-approaching irregular low-density parity-check codes" (T. Richardson, A. Shokrollahi, R. Urbanke,, IEEE Trans. Information Theory, vol. 47, pp. 619-637, Feb. 2001)（非特許文献６）がある。
【０００４】
ＬＤＰＣ符号は、可変ノードとチェックノードとの関係を示す要因グラフとして表現することができる。要因グラフは、"A recursive approach to low complexity codes" (R. M. Tanner, IEEE Trans. Information Theory, pp. 533-547, Sept. 1981)（非特許文献７）で導入され、"An introduction to LDPC Codes" (W. E. Ryan, Handbook for Coding and Signal Processing for Recoding Systems (B. Vasic, ed.), CRC Press, 2004)（非特許文献８）でも使用されている。要因グラフは、Ｔａｎｎｅｒグラフとしても知られている。
【０００５】
ＬＤＰＣ要因グラフは、規則的にも不規則にもなりえる。各ノードへの接続の数は、ノードの次数と称される。可変ノードの次数は、そのノードに与えられた防御の相対的な程度を決定する。ノードの次数が高いほど、そのノードに関連した情報ビットの補正に対する機能はよい。これは、ドロップされたビットのアイデンティティーが決定されるノードに関連する更なる情報が存在するからである。
【０００６】
規則的なＬＤＰＣ要因グラフについては、全てのチェックノードがそうであるように、全ての可変ノードが同じ次数である。これは、チェックノード及び可変ノードが同じ次数からなることを示唆しないことが、読者によって理解されるであろう。チェックノードは、可変ノードよりも、高い次数にも、低い次数にもなりえる。
【０００７】
対照的に、不規則なＬＤＰＣ符号の場合、可変ノード及びチェックノードの次数は、各々必ず異なる必要がある。
【０００８】
"A Simple Coded Modulation Scheme based on Irregular Low-Density Parity-Check Codes" (K. Harada, M. Mukai, H. Tsurumi, Intl. Symposium on Info. Theory and its Applications, ISITA 2004, Parma, Italy, Oct. 10-13, 2004)（非特許文献９）は、可変ノード次数に基づいてＬＤＰＣ符号シーケンスをソートし、セットパーティション技術（set partitioning technique）を用いて信号コンステレーション点にマッピングする方法を説明している。この論文は、ＬＤＰＣ符号の確立においてノード次数を説明する利益を実証する。
【０００９】
送信機と受信機において、複数入力及び複数出力（ＭＩＭＯ）アンテナを使用する利点は、例えば、"A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications" (S.M. Alamouti, IEEE JSAC, vol. 16, no.8, Oct. 1998, pp. 1451-1458)（非特許文献１０）、及び"Layered Space-time Architecture for Wireless Communication in a Fading Environment When using Multiple Antennas" (G.J. Foschini, , Bell Labs Tech.J., vol.1 no 2, autumn 1996, pp. 41-59)（非特許文献１１）に良く文書化されている。
【００１０】
更に、"Design of Low-Density Parity-Check Codes for Modulation and Detection" (S.ten Brink, G. Kramer, A. Ashikhmin,, IEEE Trans.Comms, vol. 52, no.4, April 2004, pp. 670-678)（非特許文献１２）と、"Best Mapping for LDPC Coded Modulation on SISO, MIMO and MAC Channels" (J.Wu, H-N Lee, Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conf., March 2004, pp. 2428-2431)（非特許文献１３）とは、ＭＩＭＯシステム内の要因グラフ（ＬＤＰＣ符号はその一例である）上で表現することができる符号の使用について記述する。これによって、従来のチャネル符号化／ＭＩＭＯソリューションと比較して、向上した性能が得られる結果となる。
【００１１】
可変ノード次数分配情報は、チャネル情報に基づいて、変調されたシンボルが送信されるＭＩＭＯシステム内の送信アンテナを割り当てるためには現在利用されていない。同様に、ＯＦＤＭベースの送信スキームでは、副搬送波をロードするビットにおける可変ノード次数分配は考慮されない。これは、既存の処理が、受信機からのチャネル状態情報の使用を必要とするからである。それは、システムに、更なる処理オーバヘッドをもたらす。
【非特許文献１】"Low-Density Parity-Check Codes."、R. G. Gallager、博士論文、1960年、マサチューセッツ工科大学
【非特許文献２】"Good codes based on very sparse matrices"、D. Mackay, R. Neal,, in BOYD, C (Ed)："Cryptography and Coding". 5th IMA Conf.,1995, (Springer), pp100-111 (number 1025 in Lecture Notes in Computer Science))
【非特許文献３】"Near Shannon limit performance of low density parity check codes" (D. Mackay, R. Neal, IEEE Electronics Letters, vol. 33, No. 6, March 1997)
【非特許文献４】"A linear time erasure-resilient code with nearly optimal recovery" (N. Alon, M. Luby, IEEE Trans. Information Theory, pp. 1732-1736, Nov. 1996)
【非特許文献５】"Efficient encoding of low-density parity-check codes" (T. J. Richardson, R. Urbanke,, IEEE Trans. Information Theory, vol. 47, pp. 638-656, Feb. 2001)
【非特許文献６】"Design of capacity-approaching irregular low-density parity-check codes" (T. Richardson, A. Shokrollahi, R. Urbanke, , IEEE Trans. Information Theory, vol. 47, pp. 619-637, Feb. 2001)
【非特許文献７】"A recursive approach to low complexity codes" (R. M. Tanner, IEEE Trans. Information Theory, pp. 533-547, Sept. 1981)
【非特許文献８】、  "An introduction to LDPC Codes" (W. E. Ryan, Handbook for Coding and Signal Processing for Recoding Systems (B. Vasic, ed.), CRC Press, 2004)
【非特許文献９】"A Simple Coded Modulation Scheme based on Irregular Low-Density Parity-Check Codes" (K. Harada, M. Mukai, H. Tsurumi, Intl. Symposium on Info. Theory and its Applications, ISITA 2004, Parma, Italy, Oct. 10-13, 2004)
【非特許文献１０】"A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications" (S.M. Alamouti, IEEE JSAC, vol. 16, no.8, Oct. 1998, pp. 1451-1458)
【非特許文献１１】"Layered Space-time Architecture for Wireless Communication in a Fading Environment When using Multiple Antennas" (G.J. Foschini,, Bell Labs Tech.J., vol.1 no 2, autumn 1996, pp. 41-59)
【非特許文献１２】"Design of Low-Density Parity-Check Codes for Modulation and Detection" (S.ten Brink, G. Kramer, A. Ashikhmin,, IEEE Trans.Comms, vol. 52, no.4, April 2004, pp. 670-678)
【非特許文献１３】"Best Mapping for LDPC Coded Modulation on SISO, MIMO and MAC Channels" (J.Wu, H-N Lee, Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conf., March 2004, pp. 2428-2431)
【発明の開示】
【００１２】
従って、本発明によれば、通信媒体内で定義された通信チャネル内でデータを送信するための無線送信機が提供される。この送信機は、送信用データに低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号を加えるように動作可能なエンコーダであって、前記ＬＤＰＣ符号は、可変ノードの次数に関して不規則であるエンコーダと、符号化されたデータを、対応する可変ノード次数に関してソートするソート手段と、符号化されソートされたデータを、前記通信媒体上に割り当てる変調及び分配手段とを備えている。
【００１３】
本発明の別の局面によれば、送信機は、動作時に、Ｔａｎｎｅｒグラフ等を用いてパリティチェックを加える。Ｔａｎｎｅｒグラフは、可変ノード次数に関して不規則に表れる。送信機は更に、可変ノード次数に関してＴａｎｎｅｒグラフをソートし、このデータを変調し、関連する通信媒体に分配する。
【００１４】
対応する送信方法、受信機、及び受信方法もまた、本発明の局面に従っているものと考えられる。
【００１５】
更に、本発明のこれら全ての局面は、適切なコンピュータプログラム可能な通信手段、及びコンピュータプログラムの供給によって実行することができることが認識されるであろう。このコンピュータプログラムは、記憶媒体上に供給されたソフトウェア製品、又はダウンロード可能なファイル、あるいはファイルの集合の形態である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の更なる局面、特徴、及び利点は、添付図面を参照して、一例としてのみ提供される具体的な実施例によって説明される。
【００１７】
図面を参照して、本発明の第一の実施例が図１の中で例証される。単純化されたＭＩＭＯ通信システム１０は、送信機２０及び受信機４０を含んで示されている。送信機２０及び受信機４０は、送信及び受信にそれぞれ専用のユニットとして示される。しかし、使用においては、双方向通信を達成するために、通信デバイスが両方の要素を含むであろうことが認識されるだろう。
【００１８】
本発明はＭＩＭＯ送信と関連して説明されるが、本発明は、他の送信モードにも等しく適用可能であることが認識されるだろう。
【００１９】
送信機２０は、送信用データを生成する任意のハードウェア及び／又はソフトウェア要素でありうるデータソース２２と、不規則ＬＤＰＣエンコーダ２４と、ＶＮＤソータ２６と、分配ユニット２８と、変調器３０のアレイと、対応するアンテナ３２のアレイとを備えている。
【００２０】
不規則ＬＤＰＣエンコーダ２４は、ＬＤＰＣ符号を決定し、これを、ＬＤＰＣ符号（上述したように、要因グラフによって表現することができる）に従って、送信されるデータに加える。不規則ＬＤＰＣ符号を加えることに続いて、符号化されたデータは、可変ノード次数（ＶＮＤ）ソータに渡される。それは、各ビットが符号化された可変ノードの次数を参照することによって、符号化されたデータのビットをソートする。これは、ビットが、高次数可変ノード上で符号化されたビットより前に順序付けられている低次数可変ノード上で符号化されるという結果になる。
【００２１】
もちろん、高次数可変ノード上のビットが、低次数可変ノード上のビットより前に順序付けられるよう、ＶＮＤソータが、可変ノードの次数を参照することにより、符号化されたデータのビットをソートするように構成されうる逆もまた提供されうることを読者は理解するであろう。
【００２２】
その後、この順序付けられたデータは、分配ユニット２８へ渡される。分配ユニット２８は、受信機に格納された分配設定情報の指示の下で、ビット、又はビットのグループを、変調器アンテナペア３０，３２に割り当てる。これは、達成可能な多くの方法のうちの一つにすぎないことが認識されるだろう。あるいは、分配設定情報は、受信機又は他のソースから得られるかもしれない。更に、変調器とアンテナとは必ずしもペアである必要がないことが認められるであろう。変調器は、一般に、現状において適切であるあらゆる形式で、アンテナ処理手段へ情報を渡すように構成されうる。
【００２３】
分配ユニット２８は、例えば空間パス利得のような事前情報に基づいて割り当て決定を行う。
【００２４】
従って、ＭＩＭＯチャネル上で送信が達成される。また、これは、アンテナアレイ４２によって、受信機４０で検知される。アンテナ４２において受信された信号は、その後、復調器４４の対応するバンクを使用して復調される。デフォーマッタ４６は、受信した信号から、サイド情報、すなわち設定情報を抽出する。サイド情報が、通信チャネルの設定の多くの異なる局面に関する情報を含むかもしれないが、この例では、興味のあるただ一つの情報は、送信機２０のＶＮＤソータ２６によって確立されるソート順に関係することが認識されるだろう。サイド情報は、主要な情報ストリームと共にＶＮＤデソータ４８に渡される。
【００２５】
ＶＮＤデソータ４８は、送信機２０内のＶＮＤソータ２６によってソートされたビットのオリジナルの順番を再構築する。その後、デソータ４８は、再構築された情報をＬＤＰＣデコーダ５０へ渡す。ＬＤＰＣデコーダ５０は、オリジナルの情報を抽出し、データシンク５２に渡す。データシンク５２では、このデータが受け取られ、ユーザ相互作用のために利用可能となる。
【００２６】
図１の送信機内で使用される符号化トレーンの更なる構成は、本発明の範囲を読者が理解することを支援するために、図２および図３を参照して説明される。コンポーネントが図１中で例証されたものと同じ機能を本質的に持つところでは、同じ参照番号が与えられる。明確さの理由で、例えばデータソース２２のように、送信機の全体的な構成は省略される。
【００２７】
図２では、図１における変調器３０のシリーズは、ＶＮＤソータ２６と分配ユニット２８との間に介挿された単一の変調器１３０に置き換えられる。分配ユニット２８は、例えばチャネル周波数応答のような外部情報に基づいて、アンテナ３２のアレイについて定義されたｎ個の副搬送波１３１のうちの１つにシンボルを割り当てる。この実施例の実装の特定の一例では、副搬送波は２本のアンテナのアレイによって定義することができる。
【００２８】
図３では、分配ユニット２８は、ｎ個の副搬送波２３１の前にあるｍ個の個別の変調器２３０の系列のうちの一つにビットを割り当てる。ｍは、ｎより小さいか、あるいは等しい。また、分配ユニット２８は、チャネル条件に基づいて動作する。
【００２９】
あるいは、分配設定情報は、受信機以外のソースから得られうることが理解されるだろう。
【００３０】
更に、変調器とアンテナとのペアリングは、本発明の範囲における一つの構成に過ぎないことが理解されるだろう。代替構成もまた可能である。例えば、変調器とアンテナとの間に介挿してビーム形成ブロックを備えることができる。これによって、一対一の対応が必要ではなくなる。図４は、これを一層詳細に示す。図２で例示された構成のうちの最初の四つが繰り返されるが、変調器とアンテナアレイとの間にビーム形成器３３２が介挿される。このようにして、送信機で定義された副搬送波は、アンテナに移される。
【００３１】
ＶＮＤソータと分配ユニット（ＤＵ）との組み合わせによって、ＬＤＰＣスキームを定義するＴａｎｎｅｒグラフの可変ノード中の次数分配によって情報ビットに提示された不規則な防御の開発を促進する。
【００３２】
図５は、本発明の第一の実施例に従う送信機２０として構成された無線通信デバイスを概略的に示す。デバイス２０は、ワーキングメモリ３０４内に格納された、又は大容量記憶装置３０６から取得可能であるマシンコード命令を実行するよう動作可能なプロセッサ３０２を含む。汎用バス３０８によって、ユーザ操作可能入力デバイス３１０は、プロセッサ３０２と通信する。ユーザ操作可能入力デバイス３１０は、この例では、キーボードを備えうるが、マウスの他に、例えば、タッチパッド、デバイスのディスプレイユニット上の接触感知面、ライティングタブレット、音声認識手段、触覚入力手段、あるいはユーザ入力動作が解釈されデータ信号へ変換される任意の手段のようなその他のポインティングデバイスを含むこともできる。
【００３３】
更に、ユーザへの情報の出力のために、オーディオ／ビデオ出力デバイス３１２が汎用バス３０８に接続される。オーディオ／ビデオ出力デバイス３１２は、表示装置とスピーカとを含んでいるが、ユーザに情報を提示することができるその他任意のデバイスも更に含むことができる。
【００３４】
通信ユニット３１４は、汎用バス３０８、更には一連のアンテナ３２に接続される。通信ユニット３１４及びアンテナ３２によって、デバイス２０は、別のデバイスとの無線通信を確立することができる。通信ユニット３１４は、デバイス２０が使用されるのに適切なシステムによって使用されるために以前に確立された通信プロトコルに従って、バス３０８上に渡されたデータを、ＲＦ搬送波に変換するように動作可能である。
【００３５】
図３のデバイス２０では、ワーキングメモリ３０４がユーザアプリケーション３１６を格納する。ユーザアプリケーション３１６は、プロセッサ３０２によって実行されると、ユーザインターフェースの確立によって、ユーザとの間でのデータの通信を可能にさせる。アプリケーション３１６は、ユーザによって常々使用される汎用目的の、又は具体的なコンピュータによって実施されるユーティリティ及び手段を確立する。
【００３６】
従来のＬＤＰＣベースのＭＩＭＯ又はＯＦＤＭシステムは、明示的には、可変ノード次数の非同一分配の原因ではない。具体的には、既存の方法は、送信のエラー確率に影響を及ぼしうる他の要因と、不規則な可変ノード次数とを結合させない。
【００３７】
特に、従来のシステムのチャネル符号化メカニズムは、到来データのエラーに対する脆弱性や感度の原因とはならないが、この発明はなる。同様に、従来のチャネル符号化スキームは、通信チャネルの過渡的な条件の原因とはならない。
【００３８】
図３は、符号化された情報が送信されるアンテナを割り当てるための可変次数ノードの使用を示す。例えば、低次の次数ノードシンボルは、より信頼性が高いと考えられる空間チャネル上で送信される。また、高次の次数ノードシンボルは、さほど信頼性の高くない空間チャネル上で送信される。
【００３９】
更に、本発明はＭＩＭＯシステムと関連して説明されているが、本発明は、ＭＩＭＯ構成への応用に、範囲が限定されていないことが理解されるだろう。
【００４０】
更に、本発明は、ＯＦＤＭ技術を使用する特定の実施例に関して上述されているが、これは、本発明のデリバリーに本質的なものではなく、通信媒体中の副搬送波の決定もまた、本発明の必須要素ではないことが認識されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の実施例に従ったＭＩＭＯ送信機を含む通信システムを、共に使用されるのに適した受信機と共に示す。
【図２】図２は、本発明の第二の実施例に従った送信機符号化トレーンを示す。
【図３】図３は、本発明の第三の実施例に従った送信機符号化トレーンを示す。
【図４】図４は、本発明の第三の実施例に従った送信機符号化トレーンを示す。
【図５】図５は、第一の記述された実施例の送信機に従って構成された通信デバイスを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007089157.tif 000007
【外国語明細書】
2007089157000001.pdf