(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データフレーム（８）を通信するように動作するデータ通信装置であって、該装置は
前記データフレームを伝送用のデータブロックに変換するための手段（１２）を有しており、該データブロックは前記データフレームのサイズとは異なっているサイズをしており、当該データフレームを変換するための手段は
選択アルゴリズムに従って決められるデータフレーム内の所定の位置においてビットまたはシンボルをパンクチャリングするまたは繰り返すための手段（ＰＲ）を含んでいる形式のものにおいて、
前記選択アルゴリズムはデジタル・ディフェレンシャル・アナライザー形式のアルゴリズム
であることを特徴とするデータ通信装置。
【請求項２】
前記選択アルゴリズムは、ビットまたはシンボルをパンクチャリングするために使用される
請求項１記載のデータ通信装置。
【請求項３】
前記選択アルゴリズムはブレゼナム・アルゴリズム（Bresenham algorithm）である
請求項１または２記載のデータ通信装置。
【請求項４】
更にエンコーダ（ＥＮ）が含まれており、該エンコーダは符号化アルゴリズムに従って前記データフレームを符号化するように動作する
請求項１から３までのいずれか１項記載のデータ通信装置。
【請求項５】
前記符号化アルゴリズムは誤り制御符号化アルゴリズムである
請求項４記載のデータ通信装置。
【請求項６】
データフレームを通信する方法であって、該方法は
前記データフレームを伝送用のデータブロックに変換するためのステップを有しており、ここで該データブロックは前記データフレームのサイズとは異なっているサイズをしており、当該データフレームを変換するためのステップは
選択アルゴリズムに従って決められるデータフレーム内の所定の位置においてビットまたはシンボルをパンクチャリングするまたは繰り返すことを含んでいる形式の方法において、
前記選択アルゴリズムはデジタル・ディフェレンシャル・アナライザー形式のアルゴリズムである
ことを特注とするデータフレームの通信方法。
【請求項７】
前記選択アルゴリズムを、ビットまたはシンボルをパンクチャリングするために使用する
請求項６記載のデータフレームの通信方法。
【請求項８】
前記選択アルゴリズムはブレゼナム・アルゴリズムである
請求項７記載のデータフレームの通信方法。
【請求項９】
更に前記変換ステップの前または後に、符号化アルゴリズムに従って前記データフレームを符号化するステップを含んでいる
請求項８記載のデータフレームの通信方法。
【請求項１０】
前記符号化アルゴリズムは誤り制御符号化アルゴリズムである
請求項９記載のデータフレームの通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、データ通信装置およびデータを通信するための方法に関する。更に特定すれば、本発明は、データがパンクチャリングまたは繰り返される、データ通信装置およびデータを通信するための方法に関する。
【０００２】
デジタル通信システムは、通信を実現する媒体を介するデータの伝送を容易にする形においてデータを表示することによってデータを通信するように設定されている。例えば、無線通信の場合、データは無線信号として表示されかつ空気を介して通信システムの送信機と受信機との間で伝送される。広帯域のテレコミュニケーションの場合、データは光として表示されかつ例えばシステムの送信機と受信機との間のファイバオプチックネットワークを介して通信することができる。
【０００３】
データの伝送期間、通信されるデータのビットまたはシンボルが損失して、結果的に受信機において正しく検出できなくなるという可能性がある。この理由のために、データ通信システムはしばしば、伝送期間に発生するデータの損失を緩和する手段を含んでいる。この種の手段の１つは、システムの送信機にエンコーダを備えることであり、エンコーダは誤り制御符号に従ってデータを伝送の前に符号化する。誤り制御符号は制御される手法で、データに対して冗長性を付与するように設定されている。受信機において、伝送期間に発生する誤りは誤り制御符号を復号することによって訂正される可能性がある。この場合にはオリジナルデータはリカバーされる。復号は、誤り制御符号に相応する誤り復号アルゴリズムを使用して実現されるようになっており、この場合受信機には誤り制御符号は既知である。
【０００４】
データが符号化された後、符号化されたデータを伝送する前に、このデータのブロックからデータビットまたはシンボルをパンクチャリングするという要求がしばしばある。ここで使用されるパンクチャリングという用語は、符号化されたデータブロックからビットをキャンセルまたは削除して、結果的にパンクチャリングされたビットはデータブロックと一緒に伝送されないようにするというプロセスに関している。パンクチャリングは次の理由から必要になるものである：データを運ぶ媒体を介するデータの通信を実現するのに用いられる多重アクセススキーマは、データが前以て決められているサイズを有しているブロックにフォーマットされることを要求するからである。この場合、前以て決められているサイズは符号化されるデータフレームのサイズに相応していない。それ故に、符号化されたデータフレームを前以て決められているサイズの搬送データブロックに適合するために、符号化されたデータフレームが搬送ブロックのサイズより大きい場合には、符号化されたデータフレームからのデータビットはパンクチャリングされて、符号化されたデータブロックのサイズを低減するか、または符号化されたデータフレームが搬送ブロックのサイズより小さい場合には、符号化されたデータフレームのビットを繰り返すかしている。
【０００５】
明らかになるように、データフレームは搬送データブロックにおいて符号化されずに伝送されてもよい。この場合、データフレームを搬送データブロックに適合するためにデータフレームをパンクチャリングすることは適当でなく、データフレームを伝送するために複数の搬送データブロックが使用されなければならない。データフレームが搬送データブロックより小さい場合には、データビットまたはシンボルは、搬送データブロックの残りを充填するために必要な分繰り返される。
【０００６】
符号化されたデータフレームをパンクチャリングすることで、オリジナルデータを正しくリカバーする確率が低減されることは当業者にはよく分かっている。更に、公知の誤り制御符号およびデコーダのパフォーマンスは、データの伝送期間に発生する誤りがガウス雑音によって引き起こされるものであるときに最高である。というのはこの場合には誤りは搬送データブロック全体に無関係に分配されるという効果を有しているからである。それ故に、類似して、符号化されたデータフレームがパンクチャリングされるべきであれば、ビットがパンクチャリングされる、符号化されたデータフレーム内の位置はできるだけ互いに分離されているべきである。このようなものとして、パンクチャリング位置はフレームを通して均等に分布されているべきである。相応に、インターリービングを使用していない無線通信システムの場合特に、伝送期間中の誤りはしばしば、バーストにおいて生じるので、データビットが繰り返されるべきである、符号化されたまたは符号化されていないデータフレーム内の位置は、フレームを通して均質に分離されるように設定されているべきである。
【０００７】
符号化されたデータフレーム内でパンクチャリングされるきまたは繰り返されるべきビットまたはシンボルの位置を選択する公知の方法には、フレーム内のビットまたはシンボルの数を、パンクチャリングされるべきビットまたはシンボルの数によって割り算しかつ該割り算に相応した整数値にある位置を選択することが含まれている。しかし、パンクチャリングされるべきビットの数がフレームの整数割り算ではない場合、パンクチャリングされるまたは繰り返される位置の等間隔の分離は結果的に行われないことになり、いくつかの位置はこの整数より近くになることもあり、またいくつかの場合には隣接し合うことにすらなるという欠点が生じることになる。
【０００８】
ＵＳ特許４９０８８２７号は、畳み込みデータの過剰ビットをパンクチャリングするための方法および装置に向けられている。例えば、３番目毎のビットが除去される。第１および第２のパンクチャリングは実施されて、適正にフォーマット化されたデータ流が得られるようにしている。
ＰＣＴパンフレット（PCT published application）ＷＯ９７／１６８９９号には、データ伝送を容易にするためにフレームを組み合わせるための方法および装置が示されている。この組み合わせは過剰データビットのパンクチャリングを含んでいる。選択方法は当業者に任されている。
ＰＣＴ published application ＷＯ９６／２４９９３号は、データ流内の零データのスムーズな挿入に関している。このパンフレットはいずれのデータビットの除去またはパンクチャリングにも関連していない。むしろ、このパンフレットは占有されているバイトの間の空きスペースに「スムーズに」充填して、バイトを運ぶデータが固定されたフレームにおいて効果的に通信できるようにしてる。このパンフレットでは零バイトのスムーズな配置の選択にブレゼナムのアルゴリズムを使用している。ここでいう配置は、バッファおよび待ち時間節約を効果的に行うようにしている。
本発明の課題は、パンクチャリングされるまたは繰り返されるビットの位置がフレームを通して実質的に等間隔であるという、データフレームから単一の反復においてデータビットをパンクチャリングするまたは繰り返すための手段を提供することである。
【０００９】
本発明は、一般に、データのフレームが、選択アルゴリズムに従って決定される位置においてフレームからのビットまたはシンボルをパンクチャリングするまたは繰り返すことによって伝送用のブロックに変換され、該位置はデータフレームを通して均一に分配されるようになっている、データ通信装置に属するものである。
【００１０】
本発明によれば、データフレームを通信するために動作するデータ通信装置であって、該装置は前記データフレームを伝送のためのデータブロックに変換するための手段を有しており、該データブロックは前記データフレームのサイズとは異なっているサイズをしており、当該データフレームを変換するための手段は
選択ストラテジーに従って決められるデータフレーム内の所定の位置においてビットまたはシンボルをパンクチャリングするまたは繰り返すための手段を含んでおり、ここで選択ストラテジーは前記データフレーム全体を通して前記位置の実質的に等しい分配が行われるように立てられているというデータ通信装置が提案される。
【００１１】
変換器手段は、データフレームを、該データフレームのサイズとは異なっているサイズを有しているデータ搬送ブロックに変換するために用いられ、かつ選択ストラテジーに従って決められるデータフレーム内の位置でデータフレームをパンクチャリングするまたは繰り返すための手段を含んでいる。相互の位置が等間隔になるようにするのとは異なって、繰り返されるべきまたはパンクチャリングされるべき位置がデータフレームを通して均一に分配される効果が得られるように選択ストラテジーを立てることによって、選択された位置は、データフレーム内の位置の最適な平均分離を提供できるものとなる。
【００１２】
選択ストラテジーは、パンクチャリングまたは繰り返されるべきビットまたはシンボルの数と組み合わされて、データフレームのサイズに従って動作する選択アルゴリズムによって実施されるようにすればよい。
【００１３】
デジタル・ディフェレンシャル・アナライザー・アルゴリズムはそれ自体、コンピュータ生成画像に使用されるようになっている２次元にラインを図形的に表現するためのコンピュータグラフィクスの分野において周知である。デジタル・ディフェレンシャル・アナライザーは、“Computergrafik：Einfuehrung - Algorithmen - Programmenentwicklung”というタイトルの刊行物（Juergen Plate 著, page 55 to page 65,  ISBN Number 3 - 7723 - 5006 - 2 に記載されておりかつ更に、“Bresenham's Line Algorithm”というタイトルの、ラインの描画に関連した論文に記載されている（Sunir Shah 著、１９９７年１月１５日）。この論文は、“WASTE - Warfare by Artifical Strategic and Tactical Engines”という刊行物においてaddress“http://intranet.on.ca/-sshah/waste/art7.html”でインターネット上にて公開されたものである。
【００１４】
デジタル・ディフェレンシャル・アナライザー形のアルゴリズムの適用バージョンの使用は特別な利点を提供する。例えば、隣接するビットのパンクチャリングは回避され、パンクチャリングされたビットは伝送されるデータフレームにわたって均一に分配され、いずれか所望の速度でパンクチャリングするために１つのパスが必要なだけであり、かつ実質的に大して複雑でない同じ選択アルゴリズムをパンクチャリングおよび繰り返しのために使用することができる。更に、このアルゴリズムでは、“Service Multiplexing”というタイトルの“Special Mobile Group 2”UMTS-11 Tdoc 229/98 に記載されているようなポテンシャル・パンクチャリング・グリッド（Potential Puncturing Grid＝ＰＰＧ）によって要求される位置のように、選択されたビットの位置に対する付加的な制約に対して容易に適合することができる。
【００１５】
データ通信装置は更に、符号化アルゴリズムに従ってデータフレームを符号化するように動作するエンコーダを含んでいるとよい。符号化アルゴリズムは誤り制御符号化アルゴリズムであるとよい。例えば、符号化アルゴリズムは、Ｂ−Ｃ−Ｈ、リード・ソロモンまたはハミングコードのようなブロックコードに従って動作することが可能である。更に、符号化アルゴリズムは畳み込み符号、ターボ符号または積符号（プロダクトコード）であってよい。
【００１６】
本発明の別の様相によれば、データフレームを通信する方法であって、該方法は前記データフレームを伝送のためのデータブロックに変換するためのステップを有しており、ここで該データブロックは前記データフレームのサイズとは異なっているサイズをしており、当該データフレームを変換するためのステップは
選択ストラテジーに従って決められるデータフレーム内の所定の位置においてビットまたはシンボルをパンクチャリングするまたは繰り返すことを含んでおり、ここで選択ストラテジーは前記データフレーム全体を通して前記位置の実質的に等しい分配が行われるように立てられている、というデータフレームの通信方法が提案される。
【００１７】
次に本発明の１つの実施例を、添付図を参照して例示としてのみ説明する。その際：
図１は、移動無線通信システムの概略的なブロック線図であり、
図２は、図１に示されている移動局と基地局との間のリンクを形成しているデータ通信装置の概略的なブロック線図であり、
図３は、図２に示されているレートコンバータの概略的なブロック線図であり、
図４は、従来の選択ストラテジーに従ったパンクチャリングビットの結果を表すダイヤグラムであり、
図５は、本発明に従った選択ストラテジーを使用したパンクチャリングビットの結果を表すダイヤグラムである。
【００１８】
本発明の実施例を、移動無線通信システムを参照して説明する。移動無線通信システムには多重アクセスシステムが備えられている。多重アクセスシステムは例えば移動用の地球規模システム（the Global System for Mobiles＝ＧＳＭ）において使用されているような時分割多重アクセス（Time Division Multiple Access＝ＴＤＭＡ）に従って動作する。時分割多重アクセスはヨーロッパのテレコミュニケーション・スタンダード・インスティテュート（the European Telecommunications Standards Institute）によって推奨される移動無線電話標準である。移動無線通信システムは択一的に、第３世代のユニバーサル・モービル・テレコミュニケーション・システム（the third generation Universal Mobile Telecommunication System）に対して提案されているようなコード分割多重アクセス（Code Division Multiple Access＝ＣＤＭＡ）に従って動作する多重アクセスシステムを備えていることもできる。しかし、後で明らかになるように、本発明の実施例を説明するためにいずれのデータ通信システムを使用しても構わない。例えば、ローカル・エリア・ネットワークまたは非同期転送モードに従って動作する広帯域テレコミュニケーション・ネットワーク。これら挙げたデータ通信システムの例は殊に、データがバースト、パケットまたはブロックとして伝送されるということによって特徴付けられている。移動無線通信システムの場合、データはデータを運ぶ無線信号のバーストにおいて搬送される。この種の信号は前以て決められたデータサイズを表している。この種の移動無線通信システムの例が図１に示されている。
【００１９】
図１には、破線２によって示されているセル１によって形成されている無線カバーエリア内の移動局ＭＳと無線信号を交信するようになっている３つの基地局ＢＳが図示されている。基地局ＢＳはネットワーク・インター−ワーキング・ユニットＮＥＴを使用するように一緒に接続されている。移動局ＭＳ、および基地局ＢＳはデータを、移動局ＭＳと基地局ＢＳとに結合されている、アンテナ６間で４の矢印で示されている無線信号を送信することによってデータを通信する。データは移動局ＭＳと基地局ＢＳとの間で通信され、その際データ通信装置が使用され、ここではデータが無線信号４に変換される。無線信号は受信アンテナ６に通信され、アンテナが無線信号を検出する。データは無線信号から受信機によってリカバーされる。
【００２０】
移動局ＭＳの１つと基地局ＢＳの１つとの間に無線通信リンクを形成するデータ通信装置の実施例が図２に示されている。ここで、図１にもあった部分には同一の番号が付されている。データ源１０はデータフレーム８を発生する。その際のレートは、源が発生するデータの形式によって決められる。源１０によって発生されるデータフレーム８はレートコンバータ１２に供給される。これはデータフレーム８を搬送データブロック１４に変換するように動作する。搬送データブロック１４は実質的にサイズが等しくなるように調整される。すなわち、データを運ぶ無線信号のバーストによって搬送することができる量のデータの前以て決められているサイズにである。データを運ぶ無線信号を介してデータは、送信機１８および受信機２２の対によって形成される無線インタフェースによって通信される。
【００２１】
データ搬送ブロック１４は無線アクセスプロセッサ１６に供給される。このプロセッサは搬送データブロック１４の、無線アクセスインタフェースを介する伝送をスケジュールするように動作する。適当な時点で、搬送データブロック１４は無線アクセスプロセッサ１６によって送信機１８に供給される。送信機は搬送データブロックをデータを運ぶ無線信号のバーストに変換するように動作する。データを運ぶ無線信号のバーストは、無線信号の通信を実現するために送信機に対して割り当てられている時間間隔において送信される。受信機２２において、受信機のアンテナ６″は無線信号を検出しかつデータフレームをダウンコンバートしかつリカバーする。データフレームは無線アクセスデスケジューラ２４に供給される。無線アクセスデスケジューラ２４は受信されたデータ搬送ブロックをレート・デコンバータ２６に供給する。このことは、多重アクセス・デコンバータ２４に制御されて導線２８を介して行われる。その後レート・デコンバータ２６は再生されたデータフレーム８の表現を、ブロック３０によって示されている、データフレーム８に対する宛先またはシンクに供給する。
【００２２】
レート・コンバータ１２、およびレート・デコンバータ１４は、可能である限り、搬送データブロック１４内で利用可能な、データを運ぶ能力の最適な使用を行うように調整されている。このことは本発明の図示の実施例によればレート・マッチング・コンバータ１２によって行われる。これは、データフレームを符号化して、それから符号化されたデータフレームから選択されたデータビットまたはシンボルをパンクチャリングしまたは繰り返して、データブロック１４のサイズに整合する搬送データブロックを発生する効果が得られるように動作する。レート・コンバータ１２のブロック線図が図３に示されている。図３でも図２にあった部分には同一の参照番号が付されている。図３には、エンコーダＥＮと、パンクチャ回路ＰＲとを有していることが示されている。エンコーダＥＮに供給されるデータフレーム８は符号化されて符号化されたデータフレームＥＦを発生する。それはパンクチャ回路ＰＲに供給される。符号化されたデータフレームはそれからパンクチャ回路ＰＲによってパンクチャリングされて、データ搬送ブロック１４が発生される。
【００２３】
次にレート・マッチング・コンバータ１２の動作について説明する。本発明の実施例の利点を説明するために、まず、パンクチャリングまたは繰り返しのために、従来技術の選択ストラテジーに従ったビットまたはシンボルを選択する過程を考察するのが望ましい。従来技術の選択ストラテジーに従ったデータフレームをパンクチャする結果は図４に示されている。
【００２４】
図４において、符号化されたデータフレームＤＦがパンクチャのために選択されたビット位置ＢＰ１と一緒に示されている。図４に示されているように、パンクチャリングされるべきビットの位置の選択は、本特許出願の出願日の以前に流布していたものである、section 6.2.3.3 of the “Universal Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex, multiplexing, channel coding and interleaving”description（xx.04）of the“Special Mobile Group 2”UMTS−L1 Tdoc 396/98 に記載されている公知の選択ストラテジーに従って行われたものである。この従来の形式の選択アルゴリズムは、パンクチャリングまたは繰り返しのための位置を、これら位置がお互いにほぼ等間隔であるように選択しようというものである。不都合なことに、通例の場合、パンクチャリング・レートのために整数値を見つけることができない。この理由のために、従来技術のアルゴリズムは数回の反復において働かなければらなず、それぞれの反復において等間隔の独立したパンクチャリングが行われる。反復は独立して働くので、隣接するビットのパンクチャリングを妨げることはできない。このことは図４に示されており、ここでは選択アルゴリズムが全部で９８個からパンクチャリングのために１６個のビットを選択しようとする。このことを実現するために、２回の反復が必要である。第１の反復において、各７番目のビット（ｃｅｉｌ（９８／１６）＝ｃｅｉｌ（６．１２５）＝７）、すなわち
【００２５】
【外１】
0004248149.tif 000002
【００２６】
が位置ＢＰ１において（薄いグレイ）選択され、かつ第２の反復において、残っている８４個のビットから２つのビットがパンクチャリングされなければならない。すなわち各（８４／２）＝４２番目のビットが除去される。このことは、第２のパンクチャリング位置ＢＰ２として（濃いグレー）図示されている。結果として、隣接するビット位置番号４７および４８がオリジナルデータから除去される。
【００２７】
その他の場合に、３つの隣接するビットがパンクチャリングされる可能性すらある。このことは例えば、２３８０個のソースビットから４６２個のビットをパンクチャリングするとき（０．１９のパンクチャリング・レート）に起こる。
【００２８】
従来の選択アルゴリズムはいくつかの欠点を有している。公知の選択アルゴリズムによって、パンクチャリングのために２つまたはそれ以上の隣接するビットが選択される。更に、大抵のパンクチャリング配分の場合、パンクチャリングされるビットは均一に分配されず、かつデータフレームにわたる未知数のパンクチャリングの反復が必要であり、このためにハードウェア・インプリメンテーションは複雑になる。
【００２９】
本発明の図示の実施例に従って動作する選択アルゴリズムは、以下に説明するデジタル・ディフェレンシャル・アナライザー・アルゴリズムの適応バージョンに従って動作する。この選択アルゴリズムを使用するパンクチャリングに大してビット位置を選択する結果は図５に示されており、ここでも１６個のビット位置が、９８個のビットからパンクチャリングを行うために選択された。図５から確かめることができるように、パンクチャリング位置ＢＰ′間の間隙はいつも６または７ビットである。パンクチャリングのために、このように選択される位置ＢＰ′はデータフレーム全体にわたって均一に分布されており、かつこのことは、このアルゴリズムに従ってワン・パス・セレクション・プロセスにおいて実現される。
【００３０】
図示の実施例に示されている選択アルゴリズムの数学的な説明は次のように表される：
Input data（入力データ）：
Ｘｉ      入力ビットの数
Ｎｐ／ｒ  パンクチャリング／繰り返されるべきビットの数。
【００３１】
パンクチャリング／繰り返しルールは次の通りである：
ｅ＝２＊Ｎｐ／ｒ−Ｘｉ                        …
カレントパンクチャリングレシオと所望のパン
クチャリングレシオとの間の初期の誤差
ｘ＝０                  …カレントビットのインデックス
do while ｘ＜Ｘｉ
if e＞０ then      …ビット数ｘがパンクチャリング／繰り返され
るべきかどうかをチェックする
puncture or repeat bit x（ビットｘをパンクチャリングするまたは繰り返す）
ｅ＝ｅ＋（２＊Ｎｐ／ｒ−２＊Ｘｉ）…update error（誤差を更新する）
else
ｅ＝ｅ＋２＊Ｎｐ／ｒ                …update error（誤差を更新する）
end if
ｘ＝ｘ＋１                          …next bit（次のビット）
end do。
【００３２】
当業者には明らかであるように、本発明の範囲を逸脱しなければこれまで説明してきた実施例を種々に変形することが可能である。特に、データフレームは符号化されてもよいし、符号化されなくてもよく、かつ選択アルゴリズムに従って選択されるビットまたはシンボルはパンクチャリングされてもよく、繰り返されてもよくまたはパンクチャリングおよび繰り返しの組み合わせでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  移動無線通信システムの概略的なブロック線図である。
【図２】  図１に示されている移動局と基地局との間のリンクを形成しているデータ通信装置の概略的なブロック線図である。
【図３】  図２に示されているレートコンバータの概略的なブロック線図である。
【図４】  従来の選択ストラテジーに従ったパンクチャリングビットの結果を表すダイヤグラムである。
【図５】  本発明に従った選択ストラテジーを使用したパンクチャリングビットの結果を表すダイヤグラムである。
【図１】
0004248149.tif 000003
【図２】
0004248149.tif 000004
【図３】
0004248149.tif 000005
【図４】
0004248149.tif 000006
【図５】
0004248149.tif 000007