(57)【要約】システムが可変マルチメディアの応用をサポートする場合に生じる符号混み合い問題に対して、複雑度が低く、ダイナミックな符号分配を行うことにより、再分配の回数が非常に少ないため、システム負荷を減少することができるマルチレート無線通信装置。この装置では、記憶部（１０１）は、最適状態であるシステムコードツリーを記憶する。比較部（１０２）は、新しい呼を受信した時に、システムが新しい呼を受け入れることができるか否かを判断する。計算部（１０３）は、記憶部（１０１）に記憶されているコードツリーの状態及び新しい呼が必要のレートｔに基づいて計算を行う。分配部（１０４）は、計算部（１０３）からの計算結果に基づいて、適切な符号を新しい呼に分配して、必要に応じてシステムコードツリーが最適状態であるように、分配した符号を変更して、変更されたコードツリーを記憶部（１０１）に記憶させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更する分配手段と、
前記最適状態の前記数列を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に分配された符号で前記新たな呼に対する送信データを拡散処理する拡散手段と、
を具備するマルチレート無線通信装置。
【請求項２】
前記分配手段は、トポロジー記数法を使用して前記占用された符号の数を表す数字が前記コードツリーの右側に集中するとともに前記占用されていない符号を表す記号であるＸが前記コードツリーの左側に集中する前記数列の前記最適状態になるように変更する請求項１記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項３】
前記分配手段は、前記占用されていない符号の数を示す数値が左側の先頭に付加された前記数列に変更する請求項２記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項４】
前記拡散手段は、直交可変拡散率の拡散方式により分配された符号で前記拡散処理する請求項１記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項５】
前記分配手段は、前記コードツリーであるウォルシュコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号を表す前記記号を前記最適状態になるように変更する請求項１記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項６】
ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更するステップと、
前記最適状態の前記数列を記憶するステップと、
記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に符号を分配するステップと、
を具備する符号分配方法。
【請求項７】
トポロジー記数法を使用して前記占用された符号の数を表す数字が前記コードツリーの右側に集中するとともに前記占用されていない符号を表す記号であるｘが前記コードツリーの左側に集中する前記数列の前記最適状態になるように変更する請求項６記載の符号分配方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はマルチレート無線通信装置及び符号分配方法に関し、例えば複数ユーザアクセス及び可変レートマルチ情報伝送をサポートするマルチアンテナ入力出力−直交周波数分割多重−符号分割多重（以下「ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭ」と記載する）通信に用いるマルチレート無線通信装置及び符号分配方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  無線ネットワークとインターネットとの融合につれて、ユーザが無線通信業務の類型と品質に対する要望は高まりつつある。無線マルチメディアと高速データ伝送の要求を満足するために、新たな無線通信システムを開発しなければならない。その中、ＭＩＭＯとＯＦＤＭとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ無線伝送技術は特に注目されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３）。【０００３】  ＭＩＭＯとＯＦＤＭとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術は両者のメリットを持っており、ＯＦＤＭ変調により、周波数選択性があるＭＩＭＯフェージングチャネルを一組の並行かつ平坦なフェージングチャネルに分解するとともに、ＭＩＭＯを用いてシステムの容量を拡大し、高速音声やビデオを伝送するマルチメディア業務に好適している。また、周波数選択性を防げる以外に、符号分割多重（ＣＤＭ、すなわち符号化）技術を用いてシステム性能を高めるように周波数ダイバーシチ（マルチパスダイバーシチ）を得ることができる（例えば、非特許文献４）。【０００４】  非特許文献５で提案したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムは周波数ダイバーシチと高周波数ベクトル効率効果を同時に得ることができるが、ユーザが一人の場合かつレートは一定である場合のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムの受信処理問題のみ検討を行った。直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）拡散方式を使用し、レートが異なる業務をサポートする場合は、ユーザに割り当てる符号が直交でなければならないため、これは符号が混み合い（ｂｌｏｃｋａｇｅ）やすくなることを招く。符号混み合い問題を解決するため、非特許文献５ではトポロジー捜索に基づく分配方法を提案した、図１のように、その思想はコスト関数を用いて候補サブツリー毎に関連をつけて、確実に符号を最小コストのサブツリーに分配するように、最小コストサブツリーのルーツ符号を新しい呼に分配する。新しい呼がサービスを要求する時（Ｓ１２）に、システムの余剰容量を検出（Ｓ１３）して、システムが当該呼をサポートできる場合（Ｓ１３で「Ｙｅｓ」）は、最小コストのサブツリーを検索し、そのルーツ符号の容量は当該呼をサポートできる（Ｓ１４）。最小コストのサブツリーが見つかり、当該サブツリーが空である場合は（Ｓ１５で「Ｙｅｓ」）、直接ルーツ符号を当該呼に分配する。当該サブツリーが空でない場合は、新しい呼にルーツ符号ではサブ符号データ率が最も高いサブコードツリーを分配（Ｓ１７）する。最後に、新しい呼に当該サブツリーにおいてサブ符号データ率が最も高い符号を再分配（Ｓ１８）する。図２は、従来の受信装置の構成を示すブロック図である。【０００５】  ＯＶＳＦ拡散はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに可変レートマルチメディア業務をサポートするメリットを持たせるものの、応用には拘束条件があるというデメリットがある。ユーザに必ず直交する符号を分配しなければならないため、異なるレート業務をサポートする場合は符号が混み合いやすくなることに繋がる。この符号の混み合い問題を解決するにあたって、新しい呼をサポートできるように符号を再分配する必要がある。【０００６】  しかしながら、従来の装置においては、大量の符号交換や再分配��業を行うため、システムの複雑度が高いという問題がある。
【非特許文献１】Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ，Ｌａｙｅｒｅｄ  ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｆａｄｉｎｇ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ｗｈｅｎ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｔｅｎｎａｓ，Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｓ  Ｔｅｃｈ．Ｊ．，ｖｏｌ．１，１９９６，ｐｐ．４１−５９．
【非特許文献２】Ｉ．Ｅ．Ｔｅｌａｔａｒ，Ｃａｐａｃｉｔｙ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉ−ａｎｔｅｎｎａ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｅｕｒ．Ｔｒａｎｓ．Ｔｅｌ．，ｖｏｌ．１０，ｎｏ．６，Ｎｏｖ．／Ｄｅｃ．１９９９，ｐｐ．５８５−５９５．
【非特許文献３】Ａ．Ｊ．Ｐａｕｌａｒｊ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ｏｆ  ＭＩＭＯ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−Ａ  Ｋｅｙ  ｔｏ  Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．９２，ｎｏ．２，Ｆｅｂ．２００４，ｐｐ．１９８−２１８
【非特許文献４】Ｓ．Ｋａｉｓｅｒ，ＯＦＤＭ  ｃｏｄｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｉｎ  ｆａｄｉｎｇ  ｃｈａｎｎｅｌｓ，ＩＥＥＥ  ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍ．．，ｖｏｌ．５０，Ａｕｇ．２００２，ｐｐ．１２６６−１２７３．
【非特許文献５】Ｋｉｌｓｉｋ  Ｈａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｂ．Ｌｅｅ，１１３２８８１６５９７５９＿０．ｐｄｆ，ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００３  Ｓｐｒｉｎｇ（ＶＴＣ  ２００３Ｓ），Ｊｅｊｕ，Ｋｏｒｅａ，ｖｏｌ．１，ｐｐ．７６４−７６８，Ａｐｒ．２００３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明の目的は、システムが可変マルチメディアの応用をサポートする場合に生じる符号混み合い問題に対して、複雑度が低く、ダイナミックな符号分配を行うことにより、再分配の回数が非常に少ないため、システム負荷を減少することができるマルチレート無線通信装置及び符号分配方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明のマルチレート無線通信装置は、ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更する分配手段と、前記最適状態の前記数列を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に分配された符号で前記新たな呼に対する送信データを拡散処理する拡散手段と、を具備する構成を採る。【０００９】  本発明の符号分配方法は、ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更するステップと、前記最適状態の前記数列を記憶するステップと、記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に符号を分配するステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、システムが可変マルチメディアの応用をサポートする場合に生じる符号混み合い問題に対して、複雑度が低く、ダイナミックな符号分配を行うことにより、再分配の回数が非常に少ないため、システム負荷を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の符号分配方法を示すフロー図
【図２】従来の受信装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図６Ａ】本発明の実施の形態にコードツリーを示す図
【図６Ｂ】本発明の実施の形態に係るトポロジー記数法を示す図
【図７Ａ】本発明の実施の形態にコードツリーを示す図
【図７Ｂ】本発明の実施の形態に係るトポロジー記数法を示す図
【図８Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図９Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図９Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１０Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１１Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１１Ｃ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１２Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１２Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１２Ｃ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１３Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１４】本発明の実施の形態に係る符号分配方法を示すフロー図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  本発明は、コードツリー最適状態とＥ−ｔ記数法に基づいて、ダイナミックな符号分配方法を提供する。その主旨はシステムが新しい呼を受け入れる容量がある場合には、新しい呼に符号を分配するとともに、コードツリーの最適状態を維持することである。【００１３】  以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ここで記述される実施の形態は本発明を説明するためものであり、本発明の範囲を限定するものではない。【００１４】  （実施の形態）
以下の記述では、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムをマルチレート無線通信システムの一例として、本発明を説明する。ただし、本発明はこれに限らない。【００１５】  複数ユーザがアクセスする場合は、システムは可変レートマルチメディア情報伝送をサポートできるように、本発明はデータストリームがアンテナ多重を行うステップに入る前に、ユーザ毎に単一の直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）を分配する拡散シーケンスを利用して情報をビット拡散する。入力されたビットストリームが符号化、織り込み（ｉｎｔｅｒｗｅａｖｅ）、変調及び拡散処理が行われた後多重され、複数のサブストリームとなっている。サブストリーム毎に、並列データ符号に変換され、ＣＤＭ多重器に送出し拡散によりサブストリーム出力信号が得られて、さらに織り込み及びＯＦＤＭ変調処理を行われた信号を送信する。ＣＤＭ処理されたデータ符号は複数のサブキャリアに分散して伝送する。各サブキャリアで伝送している符号は単一符号の代わりに、各符号の線形組み合わせである。このように、ある一つのサブキャリアにひどいフェージング（ｄｅｅｐ  ｆａｄｉｎｇ）が存在しても、他のサブキャリアから送信信号を復元できるため、周波数ダイバーシチ効果が得られる。受信側において、符号同期、ＯＦＤＭ変調、逆織り込み、信号検出を経て、逆拡散、復調、逆織り込み及び復号処理を行うことによって、ビットストリームに復元される。マルチアンテナチャネル伝送行列を得るために、ＯＦＤＭ−ＣＤＭがパイロットシーケンスを送出して、受信側でパイロット信号を測定するとともにＡＧＣ、符号同期及びチャネル推定等を行うことを提案する。さらに、受信側では、次優（Ｓｕｂｏｐｔｉｍｕｍ）チャネル容量を得るために、本発明は球形復号（Ｓｐｈｅｒｅ  ｄｅｃｏｄｉｎｇ）の受信処理方式を使用することを提案する。【００１６】  図３は、ＮＬ本の送信アンテナが設置されたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムのブロック図である。入力されたビットストリームが、チャネル符号化部Ｔ１０１で符号化され、織り込み部Ｔ１０２で織り込みされ、変調部Ｔ１０３で変調処理が行われた後多重され、ＮＬ個のサブストリームとなる。そして、Ｓ／Ｐ部Ｔ１０５にて、ＮＬ個のサブストリームをＰ個の並列データ符号に変換し、変換された並列データ符号がＣＤＭ多重器Ｔ１０７に送出され、拡散及び多重により、（１）式に示すような第ｎｆのサブストリーム出力信号が得られる。【００１７】
【数１】
2006057334.tif 000002
【００１８】  （１）式において、全ての列は直交拡散符号シーケンスである。（１）式の第ｎｆのサブストリーム出力信号は、織り込み部Ｔ１０８にて織り込みされるとともにＩＤＦＴ部Ｔ１０９及びＣＰ付加部Ｔ１１０にてＯＦＤＭ変調されて、第ｎｔのアンテナから送信される（Ｔ１１１）。ＣＤＭ処理されたデータ符号が複数のサブキャリアに分散して、それぞれ符号の線形組み合わせが伝送される。このように、ある一つのサブキャリアにひどいフェージングが存在しても、他のサブキャリアから送信信号を復元できるため、周波数ダイバーシチ効果が得られる。【００１９】  受信側において、受信信号は、時間周波数同期部Ｒ２１２にて符号同期され、ＣＰ削除部Ｒ２１０及びＤＦＴ部Ｒ２０９にてＯＦＤＭ変調され、逆織り込み部Ｒ２０８にてデータ逆織り込みされ、球形復号受信機Ｒ２１４にて信号検出されて、復調部Ｒ２０３にて復調され、逆織り込み部Ｒ２０２にて逆織り込みされ、さらに復号部Ｒ２０１にて復号処理されることによって、ビットストリームに復元される。第Ｎｒ本目のアンテナ受信信号を（２）式に示す。【００２０】
【数２】
2006057334.tif 000003
【００２１】  （２）式では、チャネル利得行列の因子は零平均（ｚｅｒｏ  ｍｅａｎ）値と単位分散の複ガウス任意変数であり、雑音ベクトルの各因子は独立同分布（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｉｎｄｅｎｔｉｃａｌｌｙ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）のガウス任意変数である。【００２２】  ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに対して、非特許文献５ではＶ−ＢＬＡＳＴ検出方法を提案したが、この方法にはシステム容量損失という問題がある。近年、文献Ｒ．ｗａｎｇ，Ｇ．Ｂ．Ｇｉａｎｎａｋｉｓ，Ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ  ＭＩＭＯ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｗｉｔｈ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  ｓｏｆｔ  ｓｐｈｅｒｅ  ｄｅｃｏｄｉｎｇ，ＷＣＮＣ  ２００４では、球形復号に基づいたＭＩＭＯ検出方法についての検討も行った。【００２３】  本発明は、球形復号に基づいたＭＩＭＯ検出方法をＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに適用し、受信信号を中心として、一定半径の球範囲内で送信信号を捜索することを提案する。このシステムの骨組みは、次優チャネル容量が得られる。球形復号を行う場合に、チャネル伝送行列を得るために、各サブキャリアのフェージング係数が既知でなければならない。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムがパイロットシーケンスを送信し、受信側ではパイロット信号を測定して、ＡＧＣ、符号同期及びチャネル推定等を行う。【００２４】  非特許文献５は、ユーザが一人かつレートが一定である場合のシステムのみについて研究してきた。本発明は、Ｓ／Ｐ部Ｔ１０５にてアンテナ多重する前に、ユーザ毎に単一の直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）を分配する拡散シーケンスを利用して情報符号ストリームを拡散部Ｔ１０４にて拡散する。このように、異なるデータストリームが異なる倍数の拡散を行い、つまり、低速符号ストリームに対して長い符号で拡散し、高速符号ストリームに対して短い符号で拡散した後、同様のチップレートで伝送する（図３の点線部分）というところはＳＦ−ＣＤＭＡ方式と類似している。なお、符号ストリームの前に拡散を行うのは、システムにマルチユーザと可変レートをサポートする能力を持たせるためであり、多重の後にアンテナ毎にＣＤＭ拡散を行うのは、データ符号をＯＦＤＭのサブキャリアに分散するためであるから、両者の効果に違いがある。【００２５】  ＯＶＳＦ拡散はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに可変レートマルチメディア業務をサポートするメリットを持たせるものの、応用には拘束条件があるというデメリットがある。ユーザに必ず直交する符号を分配しなければならないため、異なるレートの業務をサポートする場合は符号が混み合いやすくなることに繋がる。この符号の混み合い問題を解決するにあたって、新しい呼をサポートできるように符号を再分配する必要がある。システムが使用している符号分配装置は、図３に示すように、記憶部１０１、比較部１０２、計算部１０３及び分配部１０４の四つのモジュールを有する。【００２６】  記憶部１０１は、後述する最適状態であるシステムコードツリーを記憶する。ここで、コードツリーとは、ツリー構造にて拡散率毎に拡散符号を階層的に関係付けたものである。【００２７】  比較部１０２は、新しい呼を受信した時に、記��部１０１に記憶されているコードツリーの状態及び新しい呼が必要のレートｔに基づいて、システムが新しい呼を受け入れることができるか否かを判断する。システムが新しい呼を受け入れることができない場合には、システムコードツリーの状態を維持し、計算部１０３を触発しないのに対して、システムが新しい呼を受け入れることができる場合には、計算部１０３を触発する。【００２８】  計算部１０３は、記憶部１０１に記憶されているコードツリーの状態及び新しい呼が必要のレートｔに基づいて計算を行い、その計算結果を分配部１０４に与える。【００２９】  分配部１０４は、計算部１０３からの計算結果に基づいて、適切な符号を新しい呼に分配して、必要に応じてシステムコードツリーが最適状態であるように、分配した符号を変更して、変更されたコードツリーを記憶部１０１に記憶させる。即ち、分配部１０４は、分配により占用された符号と、まだ分配されていない占用されていない符号とを示すランダムな数列から、占用された符号と占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更する。なお、符号を分配する方法については後述する。【００３０】  これから、まずＯＶＳＦ拡散システムにおける符号分配原理について分析する。ユーザ毎に長さがＮである直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）を分配して、持続時間Ｔ（データ率Ｒ＝１／Ｔ）の全てのデータ符号に対して拡散する原理を使用している。ＯＶＳＦ直交拡散符号はウォルシュ（Ｗａｌｓｈ）符号により生成されて、図５のコードツリーで示すことができる。【００３１】  トポロジー記数法を使用してコードツリーを記述する方法は、第一層の符号に対して、左から右へ観察して、その符号がまだ分配可能であれば、Ｘで表す（Ｔｈｉｔ  Ｍｉｎ，Ｋａｉ，Ｙｅｕｎｇ（Ｓｕｎｎｙ）Ｓｉｕ，Ｄｙｎａｍｉｃ  ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ  ｏｆ  ＯＶＳＦ  ｃｏｄｅｓ  ｉｎ  Ｗ−ＣＤＭＡ，ＩＥＥＥ  ＪＳＡＣ，２０００，１８（８）：１４２９−１４４０）。当該符号が占用された場合は、その容量の「１」で表す。また、そのマザー符号が占用されているため、使用不能となる場合は、当該マザー符号が何個の（Ｋとする）第一層サブ符号を使用不能とさせたかを観察する。Ｋ個の第一層符号をＫで表す。コードツリーのトポロジー記数法を観察すると、そのすべての数字部分は数字列の右側にあることが分かる。それに対して、Ｘは数字列の左側だけにある。つまり、占用されている符号がコードツリーの右側に集中している。これをコードツリーの最適状態と言う。【００３２】  コードツリーの最適状態に対して、本発明は拡張トポロジー記数法を提案する。占用されていない数字の全てが左側にあるため、一組の数字だけで記録できる。数字列では一番目の数字はトポロジー記数法におけるＸの個数（すなわち、余剰容量）であり、その他の数字はトポロジー記数法におけるＸ以外の他の数字の個数（両者の順序が一致することを保つ）である。Ｅ−ｔ記数法でコードツリーを記録する場合では、Ｅ−ｔ記数法で記録したコードツリーと、第一層符号の分配状況と二組の数字列だけを記録すればよい。直接Ｅ−ｔ記数法を使用できない場合もあるが、最適状態の性質を持っているため、符号番号を交換することにより、最適状態を満足していると見なしてよい。これを擬似最適状態と言う。【００３３】  Ｅ−ｔ記数法は、数列を（Ｓ，ａ１，ａ２，・・・，ａｋ）として、そのコードツリーが（擬似）最適状態を満足し、システム容量が２ｎである。その数列では、一番目の数字（余剰容量）以外の他の数字の全ては、２ｍ＜２ｎかつａｑ＝２ｍ１＜２ｍ，２ｍ｜ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｑ−１が存在する場合に、ｉがｑ≦ｉ、ａｑ＋・・・＋ａｉ＝２ｍを満足するという性質を有する。【００３４】  図５はコードツリーを示す図である。下の層のＯＶＳＦ符号は上の層の符号により、生成され、符号毎に固有の層数と枝数で示して、符号の層数は下から上に向かって１から計数する。図５に示すように、第３層の二つの符号第４層のマザー符号により生成されたものである。図５では、［Ｘ］が二進法符号数列であり、［−Ｘ］がその逆符号である。それぞれの層における符号の枝数は左から右へ数える。第一層の符号がレートＲのデータをサポートするのであれば、第Ｍ層の符号がサポートするレートは、２（Ｍ−１）Ｒ［ｂｐｓ］である。「サポートする最大データ率Ｎｍａｘ＝第一層の符号総数」と定義したものは、つまりシステムの総容量である。システムの余剰容量は総容量から占用された符号の容量和を引いたものである。Ｎｍａｘが確定されると、コードツリーの層数も確定されて、それぞれの符号は、「符号＝（層数，枝数）」と表示することができる。【００３５】  一つの枝はコードツリーの完全二進法サブツリーであり、コードツリー（サブツリー）一番上の符号は当該コードツリー（サブツリー）のルーツ符号と言う。図６Ａに示すように、（４，１）はコードツリー全体のルーツ符号であって、（３，１）は一つの枝（サブツリー）のルーツ符号である。この枝に含まれる符号は（２，１），（２，２），（１，１），（１，２），（１，３）及び（１，４）である。層数の高い符号が循環することにより、全ての層数の低い符号（サブ符号）となって、ある層数の低い符号と繋がる全てのルーツ符号はそれのマザー符号と言う。二つの符号が上の層にある同一マザー符号直接生成された場合は、それらをブラザー符号と言う。図６Ａにおける（２，４）の全てのサブ符号はブラザー符号（１，７）、（１，８）であり、（１，５）の全てのマザー符号は（２，３）、（３，２）及び（４，１）である。なお、図６Ａより、（１，１）、（１，２）、（２，２）、（２，３）、（３，１）、（３，２）、（４，１）は混み合い符号であり、（１，３）、（１，５）、（２，１）は分配された符号である。【００３６】  それぞれの層の符号は互いに直交し、違う層の二つの符号は何れか一方は何れか他方のマザー符号である場合以外、全て直交している。全ての符号がペアーで直交するように、一つの符号が占用された場合は、それのマザー符号及ぶサブ符号が使用不能となる。図６Ａ及び図６Ｂは符号の混み合いを示す図である。符号（２，１）、（１，３）及び（１，５）を分配されると、余剰容量は（２（４−１）−２（２−１）−２（１−１）−２（１−１））×Ｒ＝４Ｒ［ｂｐｓ］となり、つまり、システムはレートが４Ｒ［ｂｐｓ］のデータをサポートできる。ただし、符号（４，１）、（３，１）、（��，２）、（２，２）及び（２，３）はそれぞれのサブ符号により混み合って、（１，１）、（１，２）はそれらのマザー符号により混み合っているため、システムが混み合い状態となる。【００３７】  システムが符号混み合い状態となると、新しい呼をサポートするために、再分配をしなければならない。図６Ａに示すように、レートが４Ｒ［ｂｐｓ］の新しい呼が入ると、もともと符号（１，５）でサポートデータを符号（１，４）に変更することによって、符号（３，２）で新しい呼をサポートすることができる。符号（１，５）か（１，４）へ変更することは符号の再分配と言う。【００３８】  非特許文献６は、トポロジー記数法を導入してコードツリーを記述して、つまり、任意のコードツリー構造に、固有（唯一）の数列と対応付ける。その方法は、第一層の符号に対して、左から右へ逐次に観察し、その符号はまだ分配可能であれば、Ｘで表し、当該符号が占用されている場合は、その容量の１で表し、そのマザー符号によって、使用不能となる場合は、当該マザー符号によって、何個の第一層サブ符号が使用不能（Ｋとする）となっているのを観察する。これらＫ個の第一層符号がＫで表す。図６Ａの場合（占用された符号を黒色で表示する）は、そのトポロジー記数法を図６Ｂに示す。また、Ｘの個数はまだ分配していないシステムの余剰容量を示す。コードツリーのトポロジー記数法について、すべての数字部分が数列の右側にある。すなわち、占用された符号はコードツリーの右側に集中するとともに、Ｘが数列の左側だけにある状態はコードツリーの最適状態と言う。図７Ａ及び図７Ｂは二種類の最適状態を示し、トポロジー記数法によりそれぞれ図７ＡはＸ１１１２２と記述され、図７ＢはＸＸ２４と記述される。【００３９】  コードツリーの最適状態について、トポロジー記数法から延長して、本発明は拡張トポロジー（Ｅ−ｔ）記数法を提案する。占用されていない符号はすべて左側にあるため、一組の数字だけで記録できる。数列では一番目の数字はトポロジー記数法におけるＸの個数（つまり余剰容量）であり、その他の数字はトポロジー記数法におけるＸ以外の他の数字の個数（両者の順序が一致することを保つ）である。図７Ａの下半分に示すように、Ｅ−ｔ記数法の（１１１１２２）について具体的に説明する。一番目の「１」は占用されていない符号の個数を示し、二番目、三番目及び四番目の「１」はそれぞれ（４，２）、（４，３）及び（４，４）が分配されたことを示す。五番目と六番目の「２」はそれぞれ（４，５）、（４，６）、（４，７）及び（４，８）が混み合っていることを示す。同様に、図７Ｂに示すコードツリーのＥ−ｔ記数法は（２２４）と表示される。【００４０】  Ｅ−ｔ記数法によって、システム余剰容量が「０」である場合は、数列の前に「０」を入れて、図８Ａに示すように、Ｅ−ｔ記数法によると、０４２１１と表示される。図８ＢにおいてのＥ−ｔ記数法は４２１１と表示される。【００４１】  総括すると、Ｅ−ｔ記数法は、まずコードツリーの最適状態を作り上げる。そして、当該コードツリーの第一層符号に対して、左から右へ逐次に観察し、その符号はまだ分配可能であれば、Ｘで表し、当該符号が占用されている場合は、その容量の１���表し、そのマザー符号によって、使用不能となる場合は、当該マザー符号によって、何個の第一層サブ符号が使用不能（Ｋとする）となっているのを観察する。これらＫ個の第一層符号がＫで表す（ここまではトポロジー記数法である）。最後、一組の数字によって当該状態を記録して、当該数列一番目の数字はＸの個数であり、他の数字は当該符号が占用又は混み合いを示す（拡張トポロジー記数法）。【００４２】  Ｅ−ｔ記数法でコードツリーの状態を記録する場合は、Ｅ−ｔ記数法でコードツリーの状態を記録する数列と、第一層符号の分配状況を記録する数列が必要である。図９Ａは疑似最適状態を示す図であり、図９Ｂは図９Ａに対応する最適状態を示す図である。図９Ｂで示すように、コードツリーの状態を（１１１１２１１）（各数字は符号の容量を示す）と記録し、第一層符号の分配状況は７８５６１２３４（各数字は符号番号後を示す）である。【００４３】  直接Ｅ−ｔ記数法で記述できない場合もあるが、最適状態という特徴がある。また、符号番号を交換することにより、最適状態を満足する（擬似最適状態と言う）と見なしてもいい。図９Ａに示すように、当該状態を記録する場合に、第一層符号の番号は１２３４５６７８であり、対応するトポロジー記数法は２１１１１Ｘ１となる。即ち、図９Ａは、占用された符号と占用されていない符号とを示すコードツリーの関係を維持した数列になっている。コードツリーの状況は図９Ｂのように示す場合は、第一層符号の番号は７８５６１２３４と記録され、対応するトポロジー記数法はＸ１１１２１１となるため、Ｅ−ｔ記数法で（１１１１２１１）と記録することができる。図９Ａの状態を擬似最適状態と言う。【００４４】  上述した過程は符号の番号交換であり、二つの符号の外部特性は完全に同様し、内部では互いに直交しているため、番号を交換することは外部及び内部に対してまったく影響がない。符号の番号を交換されると、それに応じて記録した数列の順番も変更しなければならない。なお、交換する二つの符号は占用されたか否かとの関係がないが、ブラザー符号でなければならない。交換する二つの符号は第一層にない場合は（この時、二つのサブツリーの番号を交換する）、記録されたそれに対応する第一層符号の状態は元の順序に基づいて、全体的に交換し、コードツリーの状態を記録する数列が同様に交換してもいい。例えば、（ＸＸＸＸ２Ｘ１）及び１２３４５６７８について、図１０Ａに示すように、（２，３）と（２，４）を交換すると、Ｅ−ｔ記録数列は（５１２）及び１２３４７８５６となる。【００４５】  本発明は、コードツリー最適状態とＥ−ｔ記数法に基づいて、ダイナミックな符号分配方法を提供する。システムが新しい呼を受け入れる容量がある場合には、新しい呼に符号を分配するとともに、コードツリーの最適状態を維持する。図１４は、本発明による符号分配方法を示すフロー図である。【００４６】  「Ｓ，ａ１，ａ２，・・・ａｋ」と「ｂ１，ｂ２，・・・」の二組のデータが記録される（ステップＳ１４０１）。ここで、「Ｓ，ａ１，ａ２，・・・ａｋ」はコードツリー全体の状態を示し、「Ｓ」はシステム余剰容量、ａｉ∈｛ａ１，ａ２，・・・ａｋ｝は占用された符号容量であり、「ｂ１，ｂ２，・・・」はコードツリーの第一層符号の番号である。【００４７】  レートがｔである新しい呼を受信する（ステップＳ１４０２）と、Ｓとｔとを比較して（ステップＳ１４０３）、Ｓ＜ｔの場合には（ステップＳ１４０３で「Ｎｏ」）、システム容量が不足しているため、新しい呼をキャンセルする。Ｓ≧ｔの場合には（ステップＳ１４０３で「Ｙｅｓ」）、システムが新しい呼をサポートできる。そして、以下の操作を行う。【００４８】  ステップＳ１４０４では、割算操作を行いＳ／ｔ＝ｘ余ｙ、すなわちＳ＝ｔ×ｘ＋ｙ、且つ０≦ｙ＜ｔ。【００４９】  ステップＳ１４０５では、余りｙに対して判断を行う。ｙ＝０の場合には（ステップＳ１０５で「Ｙｅｓ」）、つまり、第一層のコードツリーにおいて新しい呼の整数ｘ倍の余剰容量があるため、新しい呼に番号（ｂＳ−ｔ＋１・・・ｂＳ）が対応する符号を分配する。【００５０】  ｙ≠０の場合には（ステップＳ１４０５で「Ｎｏ」）、ステップＳ１４０６ではＸに対して判断する。【００５１】  ｘが奇数である場合には（ステップＳ１４０７で「Ｙｅｓ」）、この時の第一層符号分配数は奇数であるため、新しい呼に番号（ｂＳ−ｔ−ｙ＋１，・・・，ｂＳ−ｙ）が対応する符号を分配して、コードツリーの最適状態を維持する（ステップＳ１４０８）ために、新しい呼と前のｔ個番号が対応する符号の番号を変更させる。即ち、［ｂＳ−ｔ−ｙ＋１，・・・，ｂＳ−ｙ］が対応する符号を新しい呼に分配して、ｔをそれのブラザー符号と符号の番号を交換する。【００５２】  一方、ｘが偶数である場合には（ステップＳ１４０７で「Ｎｏ」）、この時の第一層符号の分配数が偶数である。後述するＥ−ｔ記数法の性質により、添え字ｐが存在するため、ｙ＋ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｐ＝ｔとなり，ａｉ占用符号が対応する番号はｍｉである場合には、ｉ＝１・・・ｐとなり、ａｉに再分配する符号はｍ′ｉである。ここで、ｍｉ＝ｂｂｐとすると、ｍ′ｉ＝ｂｐ−ｔとなり、ｍｉ＝（ｂｐ，ｂｐ＋１・・・）とすると、ｍ′ｉ＝（ｂｐ−ｔ，ｂｐ−ｔ＋１・・・）となる。すなわち、符号ａ１，ａ２，・・・，ａｋを左にｔ単位並行移動した。最後、ｔ個の第一層符号の番号ｂｘｔ＋１，・・・ｂｘｔ＋ｔが対応する符号を新しい呼に分配する（ステップＳ１４０９）ことが分かる。即ち、ｙ＋ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｐ＝ｔとし、まずａ１，ａ２，・・・の符号を再分配して、つまり左へｔ単位平行移動して、［ｂ（ｘｔ＋１），・・・，ｂ（ｘｔ＋ｔ）］が対応する符号を新しい呼に再分配する。【００５３】  システムは上記の操作をされても（擬似）最適状態を維持しており、この場合に、新しい呼が入ると、符号分配はとてもしやすく、再分配する符号の量も少ない。四層のコードツリーに対して、コードツリーの記録状況は５１２及び５１１１であり、レートが２の符号入る場合のみ、符号の再分配を行う。【００５４】  具体的にＥ−ｔ記数法は、数列を（Ｓ，ａ１，ａ２，・・・，ａｋ）とし、そのコードツリーが最適状態であり、システム容量は２ｎである場合に、当該数列一番目の数字以外のすべての数字は以下のことを満足する（２ｍ＜２ｎ）、且つ数列においてａｑ＝２ｍ１＜２ｍ、２ｍ｜ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｑ−１が存在する場合、ｉはｑ≦ｉ、ａｑ＋・・・＋ａｉ＝２ｍを満足するという性質を有する。この性質について、以下のように証明する。【００５５】  第（ｍ＋１）層について、当該層のすべての符号の容量は２ｍであり、ａｑ＜２ｍのため、一つ容量が２ｍのａｑのマザー符号を見出せるゆえに、当該マザー符号のサブ符号の中に必ず占用されたものがある、且つ占用されたサブ符号の容量は２ｍであるため、当該性質は証明される。【００５６】  以下に各状況の実例を示す。図１１Ａ〜図１１Ｃは符号分配の実例１を示す図である。図１２Ａ〜図１２Ｃは符号分配の実例２を示す図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは符号分配の実例３を示す図である。【００５７】  図１１Ａ〜図１１Ｃにおいて、図１１Ａの状態から並行移動することにより図１１Ｂの状態になり、図１１Ｂの状態から符号分配することにより図１１Ｃの状態になる。図１１Ａ〜図１１Ｃの実例１より、コードツリー記数法は５１２であり（つまり、Ｓ＝５，ａ１，ａ２＝１，２符号が対応する番号ｂ１，ｂ２，・・・，ｂ８＝１，２，・・・，８）、システムにレートが２（ｔ）の新しい呼がある場合に、５／２＝２（ｘ）の割算を行い、余が１（ｙ）であるため、ｙ≠０、ｘは偶数となる。計算により１（ｙ）＋ａ１＝２（ｔ）が得られるため、下添え字ｐ＝１，符号ａ１が対応する番号は６（ｍ１）＝（ｂ１，ｂｐ＋１，・・・，ｂｐ＋５）であるため，４（ｍ′１）＝（ｂ１−２，ｂ１−２＋１，・・・，ｂ１−２＋５）となる。つまり、当該符号を左へ２（ｔ）個符号分を並行移動した。最後、（ｂ２×２＋１，ｂ２×２＋２）＝（ｂ５，ｂ６）が対応する符号を新しい呼に分配する。符号分配操作は図８に示す。【００５８】  図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて、図１２Ａの状態から符号分配することにより図１２Ｂの状態になり、図１２Ｂの状態から符号の番号交換することにより図１２Ｃの状態になる。図１２Ａ〜図１２Ｃの実例２より、同様に、コードツリー記数法は５１２であり、Ｓ＝５，ａ１，ａ２＝１，２符号が対応する番号はｂ１，ｂ２，・・・，ｂ８＝１，２，・・・，８となり、システムにレートが３（ｔ）の新しい呼がある場合に、５／３＝１（ｘ）の割算を行い、余が２（ｙ）であるため、ｙ≠０、ｘは奇数となる。上記の計算により新しい呼に番号が（ｂ５−３−２＋１，ｂ５−３−２＋２，ｂ５−２＝ｂ１，ｂ２，ｂ３）である符号を分配し、コードツリーが最適状態であるようにそれのブラザー符号と符号番号を交換する。符号分配操作は図１２Ａ〜図１２Ｃに示す。【００５９】  同様に、図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、図１３Ａの状態から符号分配することにより図１３Ｂの状態になる。図１３Ａ及び図１３Ｂの実例３より、コードツリー記数法は６２であり、Ｓ−６，ａ１＝２符号が対応する番号はｂ１，ｂ２，・・・，ｂ８＝１，２，・・・，８となり、システムにレートが２（ｔ）の新しい呼がある場合に、６／２＝３（ｘ）の割り算を行い、余が０（ｙ）であるため、ｙ＝０となる。上記の計算により、再分配する必要がなく、直接番号が（ｂ６−２＋１，ｂ６＝ｂ５，ｂ６）である符号を新しい呼に分配する。符号分配操作は図１０に示す。【００６０】  システム容量が４Ｒの場合は、新しい呼が強度λのポアソン過程に従え、システムにおけるサービス時間においては、パラメータがμである負指数分布に服従する。業務負荷がλ／μ＝５の場合、提案したダイナミックな符号分配方法は再分配の必要がなく、それに対して、非特許文献５の計算法は５０回再分配する必要があることは上記の計算から分かる。従来の方法と比べて、本発明の符号分配方法の再分配の回数はとても少なく、システムコストを削減することができる。【００６１】  このように、本実施の形態によれば、システムが可変マルチメディアの応用をサポートする場合に生じる符号混み合い問題に対して、複雑度が低く、ダイナミックな符号分配を行うことにより、再分配の回数が非常に少ないため、システム負荷を減少することができる。また、本実施の形態によれば、ＯＶＳＦ拡散を使用することにより、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに複数ユーザアクセス及び可変レートマルチメディア情報伝送能力を持たせることができる。また、本実施の形態によれば、受信側では球形復号を使用することにより、システムが次優容量を得ることができる。また、本実施の形態によれば、コードツリーの最適状態とＥ−ｔ記数法に基づいて、複雑度が一般方法より低いダイナミックな符号分配計算法を提供することができる。【００６２】  典型的な実施の形態について説明したが、本発明の符号分配方法は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに適応する以外、全てのＯＶＳＦ拡散通信システムに適応することが可能である。即ち、本発明は上記の実施の形態に拘らず、本発明の主旨と範囲から離れない限り、他の種々の変更、置き換え及び追加することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】  本発明にかかるマルチレート無線通信装置及び符号分配方法は、特に複数ユーザアクセス及び可変レートマルチ情報伝送をサポートするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭ通信に好適である。
【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】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月21日(2007.5.21)
【手続補正１】
【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】
ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更する分配手段と、
前記最適状態の前記数列を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に分配された符号で前記新たな呼に対する送信データを拡散処理する拡散手段と、
を具備するマルチレート無線通信装置。
【請求項２】
前記分配手段は、トポロジー記数法を使用して前記占用された符号の数を表す数字が前記コードツリーの右側に集中するとともに前記占用されていない符号を表す記号であるＸが前記コードツリーの左側に集中する前記数列の前記最適状態になるように変更する請求項１記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項３】
前記分配手段は、前記占用されていない符号の数を示す数値が左側の先頭に付加された前記数列に変更する請求項２記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項４】
前記拡散手段は、直交可変拡散率の拡散方式により分配された符号で前記拡散処理する請求項１記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項５】
前記分配手段は、前記コードツリーであるウォルシュコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号を表す前記記号を前記最適状態になるように変更する請求項１記載のマルチレート無線通信装置。
【請求項６】
ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更するステップと、
前記最適状態の前記数列を記憶するステップと、
記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に符号を分配するステップと、
を具備する符号分配方法。
【請求項７】
トポロジー記数法を使用して前記占用された符号の数を表す数字が前記コードツリーの右側に集中するとともに前記占用されていない符号を表す記号であるｘが前記コードツリーの左側に集中する前記数列の前記最適状態になるように変更する請求項６記載の符号分配方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチレート無線通信装置及び符号分配方法に関し、例えば複数ユーザアクセス及び可変レートマルチ情報伝送をサポートするマルチアンテナ入力出力−直交周波数分割多重−符号分割多重（以下「ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭ」と記載する）通信に用いるマルチレート無線通信装置及び符号分配方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークとインターネットとの融合につれて、ユーザが無線通信業務の類型と品質に対する要望は高まりつつある。無線マルチメディアと高速データ伝送の要求を満足するために、新たな無線通信システムを開発しなければならない。その中、ＭＩＭＯとＯＦＤＭとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ無線伝送技術は特に注目されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３）。
【０００３】
ＭＩＭＯとＯＦＤＭとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ技術は両者のメリットを持っており、ＯＦＤＭ変調により、周波数選択性があるＭＩＭＯフェージングチャネルを一組の並行かつ平坦なフェージングチャネルに分解するとともに、ＭＩＭＯを用いてシステムの容量を拡大し、高速音声やビデオを伝送するマルチメディア業務に好適している。また、周波数選択性フェージングを防げる以外に、符号分割多重（ＣＤＭ、すなわち符号化）技術を用いてシステム性能を高めるように周波数ダイバーシチ（マルチパスダイバーシチ）を得ることができる（例えば、非特許文献４）。
【０００４】
非特許文献５で提案したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムは周波数ダイバーシチと高ベクトル効率効果を同時に得ることができるが、ユーザが一人の場合かつレートは一定である場合のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムの受信処理問題のみ検討を行った。直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）拡散方式を使用し、レートが異なる業務をサポートする場合は、ユーザに割り当てる符号が直交でなければならないため、これは符号が混み合い（blockage）やすくなることを招く。符号混み合い問題を解決するため、非特許文献５ではトポロジー捜索に基づく分配方法を提案した、図１のように、その思想はコスト関数を用いて候補サブツリー毎に関連をつけて、確実に符号を最小コストのサブツリーに分配するように、最小コストサブツリーのルーツ符号を新しい呼に分配する。新しい呼がサービスを要求する時（Ｓ１２）に、システムの余剰容量を検出（Ｓ１３）して、システムが当該呼をサポートできる場合（Ｓ１３で「Ｙｅｓ」）は、最小コストのサブツリーを検索し、そのルーツ符号の容量は当該呼をサポートできる（Ｓ１４）。最小コストのサブツリーが見つかり、当該サブツリーが空である場合は（Ｓ１５で「Ｙｅｓ」）、直接ルーツ符号を当該呼に分配する。当該サブツリーが空でない場合は、新しい呼にルーツ符号ではサブ符号データ率が最も高いサブコードツリーを分配（Ｓ１７）する。最後に、新しい呼に当該サブツリーにおいてサブ符号データ率が最も高い符号を再分配（Ｓ１８）する。図２は、従来の受信装置の構成を示すブロック図である。
【０００５】
ＯＶＳＦ拡散はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに可変レートマルチメディア業務をサポートするメリットを持たせるものの、応用には拘束条件があるというデメリットがある。ユーザに必ず直交する符号を分配しなければならないため、異なるレート業務をサポートする場合は符号が混み合いやすくなることに繋がる。この符号の混み合い問題を解決するにあたって、新しい呼をサポートできるように符号を再分配する必要がある。
【０００６】
しかしながら、従来の装置においては、大量の符号交換や再分配作業を行うため、システムの複雑度が高いという問題がある。
【非特許文献１】G. J. Foschini, Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multi-element antennas, Bell Labs Tech. J., vol. 1, 1996, pp. 41-59.
【非特許文献２】I. E. Telatar, Capacity of multi-antenna Gaussian channels, Eur. Trans. Tel., vol. 10, no. 6, Nov./Dec. 1999, pp. 585-595.
【非特許文献３】A. J. Paularj et al., An Overview of MIMO Communications-A Key to Gigabit Wireless, Proceedings of IEEE, vol. 92, no. 2, Feb. 2004, pp. 198-218
【非特許文献４】S. Kaiser, OFDM code division multiplexing in fading channels, IEEE trans. Comm.., vol. 50, Aug. 2002, pp. 1266-1273.
【非特許文献５】Kilsik Ha and K. B. Lee, OFDM-CDM with V-BLAST Detection and Its Extension to MIMO Systems, in Proc. IEEE Vehicular Technology Conference 2003 Spring (VTC 2003S), Jeju, Korea, vol. 1, pp.764-768, Apr. 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、システムが可変マルチメディアの応用をサポートする場合に生じる符号混み合い問題に対して、複雑度が低く、ダイナミックな符号分配を行うことにより、再分配の回数が非常に少ないため、システム負荷を減少することができるマルチレート無線通信装置及び符号分配方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のマルチレート無線通信装置は、ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更する分配手段と、前記最適状態の前記数列を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に分配された符号で前記新たな呼に対する送信データを拡散処理する拡散手段と、を具備する構成を採る。
【０００９】
本発明の符号分配方法は、ツリー構造のコードツリーにて拡散率毎に階層的に関係付けた符号の内で占用された符号と占用されていない符号とを示す前記関係を維持した数列から前記占用された符号と前記占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更するステップと、前記最適状態の前記数列を記憶するステップと、記憶されている前記最適状態の前記数列に基づいて新たな呼に符号を分配するステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、システムが可変マルチメディアの応用をサポートする場合に生じる符号混み合い問題に対して、複雑度が低く、ダイナミックな符号分配を行うことにより、再分配の回数が非常に少ないため、システム負荷を減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、コードツリー最適状態とＥ−ｔ記数法に基づいて、ダイナミックな符号分配方法を提供する。その主旨はシステムが新しい呼を受け入れる容量がある場合には、新しい呼に符号を分配するとともに、コードツリーの最適状態を維持することである。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ここで記述される実施の形態は本発明を説明するためものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１３】
（実施の形態）
以下の記述では、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムをマルチレート無線通信システムの一例として、本発明を説明する。ただし、本発明はこれに限らない。
【００１４】
複数ユーザがアクセスする場合は、システムは可変レートマルチメディア情報伝送をサポートできるように、本発明はデータストリームがアンテナ多重を行うステップに入る前に、ユーザ毎に単一の直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）を分配する拡散シーケンスを利用して情報をビット拡散する。入力されたビットストリームが符号化、織り込み（inter weave）、変調及び拡散処理が行われた後多重され、複数のサブストリームとなっている。サブストリーム毎に、並列データ符号に変換され、ＣＤＭ多重器に送出し拡散によりサブストリーム出力信号が得られて、さらに織り込み及びＯＦＤＭ変調処理を行われた信号を送信する。ＣＤＭ処理されたデータ符号は複数のサブキャリアに割り当てて伝送する。各サブキャリアで伝送している符号は単一符号の代わりに、各符号の線形組み合わせである。このように、ある一つのサブキャリアにひどいフェージング（deep fading）が存在しても、他のサブキャリアから送信信号を復元できるため、周波数ダイバーシチ効果が得られる。受信側において、符号同期、ＯＦＤＭ復調、逆織り込み、信号検出を経て、逆拡散、復調、逆織り込み及び復号処理を行うことによって、ビットストリームに復元される。マルチアンテナチャネル伝送行列を得るために、ＯＦＤＭ−ＣＤＭがパイロットシーケンスを送出して、受信側でパイロット信号を測定するとともにＡＧＣ、符号同期及びチャネル推定等を行うことを提案する。さらに、受信側では、次優（Suboptimum）チャネル容量を得るために、本発明は球形復号（Sphere decoding）の受信処理方式を使用することを提案する。
【００１５】
図３は、ＮＬ本の送信アンテナが設置されたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムのブロック図である。入力されたビットストリームが、チャネル符号化部Ｔ１０１で符号化され、織り込み部Ｔ１０２で織り込みされ、変調部Ｔ１０３で変調処理が行われた後多重され、ＮＬ個のサブストリームとなる。そして、Ｓ／Ｐ部Ｔ１０５にて、ＮＬ個のサブストリームをＰ個の並列データ符号に変換し、変換された並列データ符号がＣＤＭ多重器Ｔ１０７に送出され、拡散及び多重により、（１）式に示すような第ｎｆのサブストリーム出力信号が得られる。
【００１６】
【数１】
2006057334.tif 000028
【００１７】
（１）式において、全ての列は直交拡散符号シーケンスである。（１）式の第ｎｆのサブストリーム出力信号は、織り込み部Ｔ１０８にて織り込みされるとともにＩＤＦＴ部Ｔ１０９及びＣＰ付加部Ｔ１１０にてＯＦＤＭ変調されて、第nｔのアンテナから送信される（Ｔ１１１）。ＣＤＭ処理されたデータ符号が複数のサブキャリアに分散して、それぞれ符号の線形組み合わせが伝送される。このように、ある一つのサブキャリアにひどいフェージングが存在しても、他のサブキャリアから送信信号を復元できるため、周波数ダイバーシチ効果が得られる。
【００１８】
受信側において、受信信号は、時間周波数同期部Ｒ２１２にて符号同期され、ＣＰ削除部Ｒ２１０及びＤＦＴ部Ｒ２０９にてＯＦＤＭ復調され、逆織り込み部Ｒ２０８にてデータ逆織り込みされ、球形復号受信機Ｒ２１４にて信号検出されて、復調部Ｒ２０３にて復調され、逆織り込み部Ｒ２０２にて逆織り込みされ、さらに復号部Ｒ２０１にて復号処理されることによって、ビットストリームに復元される。第Ｎｒ本目のアンテナ受信信号を（２）式に示す。
【００１９】
【数２】
2006057334.tif 000029
【００２０】
（２）式では、チャネル利得行列の因子は零平均（zero mean）値と単位分散の複ガウス任意変数であり、雑音ベクトルの各因子は独立同分布（independent indentically distributed）の複ガウス任意変数である。
【００２１】
ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに対して、非特許文献５ではＶ−ＢＬＡＳＴ検出方法を提案したが、この方法にはシステム容量損失という問題がある。近年、文献R. wang, G. B. Giannakis, Approaching MIMO channel capacity with reduced complexity soft sphere decoding, WCNC 2004では、球形復号に基づいたＭＩＭＯ検出方法についての検討も行った。
【００２２】
本発明は、球形復号に基づいたＭＩＭＯ検出方法をＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに適用し、受信信号を中心として、一定半径の球範囲内で送信信号を捜索することを提案する。このシステムの骨組みは、次優チャネル容量が得られる。球形復号を行う場合に、チャネル伝送行列を得るために、各サブキャリアのフェージング係数が既知でなければならない。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムがパイロットシーケンスを送信し、受信側ではパイロット信号を測定して、ＡＧＣ、符号同期及びチャネル推定等を行う。
【００２３】
非特許文献５は、ユーザが一人かつレートが一定である場合のシステムのみについて研究してきた。本発明は、Ｓ／Ｐ部Ｔ１０５にてアンテナ多重する前に、ユーザ毎に単一の直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）を分配する拡散シーケンスを利用して情報符号ストリームを拡散部Ｔ１０４にて拡散する。このように、異なるデータストリームが異なる倍数の拡散を行い、つまり、低速符号ストリームに対して長い符号で拡散し、高速符号ストリームに対して短い符号で拡散した後、同様のチップレートで伝送する（図３の点線部分）というところはＳＦ−ＣＤＭＡ方式と類似している。なお、符号ストリームの前に拡散を行うのは、システムにマルチユーザと可変レートをサポートする能力を持たせるためであり、多重の後にアンテナ毎にＣＤＭ拡散を行うのは、データ符号をＯＦＤＭのサブキャリアに分散するためであるから、両者の効果に違いがある。
【００２４】
ＯＶＳＦ拡散はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに可変レートマルチメディア業務をサポートするメリットを持たせるものの、応用には拘束条件があるというデメリットがある。ユーザに必ず直交する符号を分配しなければならないため、異なるレートの業務をサポートする場合は符号が混み合いやすくなることに繋がる。この符号の混み合い問題を解決するにあたって、新しい呼をサポートできるように符号を再分配する必要がある。システムが使用している符号分配装置は、図３に示すように、記憶部１０１、比較部１０２、計算部１０３及び分配部１０４の四つのモジュールを有する。
【００２５】
記憶部１０１は、後述する最適状態であるシステムコードツリーを記憶する。ここで、コードツリーとは、ツリー構造にて拡散率毎に拡散符号を階層的に関係付けたものである。
【００２６】
比較部１０２は、新しい呼を受信した時に、記憶部１０１に記憶されているコードツリーの状態及び新しい呼が必要のレートｔに基づいて、システムが新しい呼を受け入れることができるか否かを判断する。システムが新しい呼を受け入れることができない場合には、システムコードツリーの状態を維持し、計算部１０３を触発しないのに対して、システムが新しい呼を受け入れることができる場合には、計算部１０３を触発する。
【００２７】
計算部１０３は、記憶部１０１に記憶されているコードツリーの状態及び新しい呼が必要のレートｔに基づいて計算を行い、その計算結果を分配部１０４に与える。
【００２８】
分配部１０４は、計算部１０３からの計算結果に基づいて、適切な符号を新しい呼に分配して、必要に応じてシステムコードツリーが最適状態であるように、分配した符号を変更して、変更されたコードツリーを記憶部１０１に記憶させる。即ち、分配部１０４は、分配により占用された符号と、まだ分配されていない占用されていない符号とを示すランダムな数列から、占用された符号と占用されていない符号とが二分された数列の最適状態になるように変更する。なお、符号を分配する方法については後述する。
【００２９】
これから、まずＯＶＳＦ拡散システムにおける符号分配原理について分析する。ユーザ毎に長さがＮである直交可変拡散率（ＯＶＳＦ）を分配して、持続時間Ｔ（データ率Ｒ＝１／Ｔ）の全てのデータ符号に対して拡散する原理を使用している。ＯＶＳＦ直交拡散符号はウォルシュ（Walsh）符号により生成されて、図５のコードツリーで示すことができる。
【００３０】
トポロジー記数法を使用してコードツリーを記述する方法は、第一層の符号に対して、左から右へ観察して、その符号がまだ分配可能であれば、Ｘで表す（Thit Min, Kai,Yeung(Sunny)Siu, Dynamic assignment of OVSF codes in W-CDMA ,IEEE JSAC, 2000, 18(8):1429-1440）。当該符号が占用された場合は、その容量の「１」で表す。また、そのマザー符号が占用されているため、使用不能となる場合は、当該マザー符号が何個の（Ｋとする）第一層サブ符号を使用不能とさせたかを観察する。Ｋ個の第一層符号をＫで表す。コードツリーのトポロジー記数法を観察すると、そのすべての数字部分は数字列の右側にあることが分かる。それに対して、Ｘは数字列の左側だけにある。つまり、占用されている符号がコードツリーの右側に集中している。これをコードツリーの最適状態と言う。
【００３１】
コードツリーの最適状態に対して、本発明は拡張トポロジー記数法を提案する。占用されていない数字の全てが左側にあるため、一組の数字だけで記録できる。数字列では一番目の数字はトポロジー記数法におけるＸの個数（すなわち、余剰容量）であり、その他の数字はトポロジー記数法におけるＸ以外の他の数字の個数（両者の順序が一致することを保つ）である。Ｅ−ｔ記数法でコードツリーを記録する場合では、Ｅ−ｔ記数法で記録したコードツリーと、第一層符号の分配状況と二組の数字列だけを記録すればよい。直接Ｅ−ｔ記数法を使用できない場合もあるが、最適状態の性質を持っているため、符号番号を交換することにより、最適状態を満足していると見なしてよい。これを擬似最適状態と言う。
【００３２】
Ｅ−ｔ記数法は、数列を（Ｓ，ａ１，ａ２，・・・，ａｋ）として、そのコードツリーが（擬似）最適状態を満足し、システム容量が２ｎである。その数列では、一番目の数字（余剰容量）以外の他の数字の全ては、２ｍ＜２ｎかつａｑ＝２ｍ１＜２ｍ，２ｍ｜ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｑ−１が存在する場合に、ｉがｑ≦ｉ、ａｑ＋・・・＋ａｉ＝２ｍを満足するという性質を有する。
【００３３】
図５はコードツリーを示す図である。下の層のＯＶＳＦ符号は上の層の符号により、生成され、符号毎に固有の層数と枝数で示して、符号の層数は下から上に向かって１から計数する。図５に示すように、第３層の二つの符号第４層のマザー符号により生成されたものである。図５では、[Ｘ]が二進法符号数列であり、[−Ｘ]がその逆符号である。それぞれの層における符号の枝数は左から右へ数える。第一層の符号がレートＲのデータをサポートするのであれば、第Ｍ層の符号がサポートするレートは、２（Ｍ−１）Ｒ［ｂｐｓ］である。「サポートする最大データ率Ｎｍａｘ＝第一層の符号総数」と定義したものは、つまりシステムの総容量である。システムの余剰容量は総容量から占用された符号の容量和を引いたものである。Ｎｍａｘが確定されると、コードツリーの層数も確定されて、それぞれの符号は、「符号＝（層数，枝数）」と表示することができる。
【００３４】
一つの枝はコードツリーの完全二進法サブツリーであり、コードツリー（サブツリー）一番上の符号は当該コードツリー（サブツリー）のルーツ符号と言う。図６Ａに示すように、（４，１）はコードツリー全体のルーツ符号であって、（３，１）は一つの枝（サブツリー）のルーツ符号である。この枝に含まれる符号は（２，１），（２，２）,（１，１），（１，２），（１，３）及び（１，４）である。層数の高い符号が循環することにより、全ての層数の低い符号（サブ符号）となって、ある層数の低い符号と繋がる全てのルーツ符号はそれのマザー符号と言う。二つの符号が上の層にある同一マザー符号直接生成された場合は、それらをブラザー符号と言う。図６Ａにおける（２，４）の全てのサブ符号はブラザー符号（１，７）、（１，８）であり、（１，５）の全てのマザー符号は（２，３）、（３，２）及び（４，１）である。なお、図６Ａより、（１，１）、（１，２）、（２，２）、（２，３）、（３，１）、（３，２）、（４，１）は混み合い符号であり、（１，３）、（１，５）、（２，１）は分配された符号である。
【００３５】
それぞれの層の符号は互いに直交し、違う層の二つの符号は何れか一方は何れか他方のマザー符号である場合以外、全て直交している。全ての符号がペアーで直交するように、一つの符号が占用された場合は、それのマザー符号及ぶサブ符号が使用不能となる。図６Ａ及び図６Ｂは符号の混み合いを示す図である。符号（２，１）、（１，３）及び（１，５）を分配されると、余剰容量は（２(4-1)−２(2-1)−２(1-1)−２(1-1)）×Ｒ＝４Ｒ［ｂｐｓ］となり、つまり、システムはレートが４Ｒ［ｂｐｓ］のデータをサポートできる。ただし、符号（４，１）、（３，１）、（３，２）、（２，２）及び（２，３）はそれぞれのサブ符号により混み合って、（１，１）、（１，２）はそれらのマザー符号により混み合っているため、システムが混み合い状態となる。
【００３６】
システムが符号混み合い状態となると、新しい呼をサポートするために、再分配をしなければならない。図６Ａに示すように、レートが４Ｒ［ｂｐｓ］の新しい呼が入ると、もともと符号（１，５）でサポートデータを符号（１，４）に変更することによって、符号（３，２）で新しい呼をサポートすることができる。符号（１，５）か（１，４）へ変更することは符号の再分配と言う。
【００３７】
非特許文献６（Thit Min, Kai, Yeung(Sunny) Siu, Dynamic assignment of OVSF codes in W-CDMA, IEEE JSAC, 2000, 18 (8):1429-1440）は、トポロジー記数法を導入してコードツリーを記述して、つまり、任意のコードツリー構造に、固有（唯一）の数列と対応付ける。その方法は、第一層の符号に対して、左から右へ逐次に観察し、その符号はまだ分配可能であれば、Ｘで表し、当該符号が占用されている場合は、その容量の１で表し、そのマザー符号によって、使用不能となる場合は、当該マザー符号によって、何個の第一層サブ符号が使用不能（Ｋとする）となっているのを観察する。これらＫ個の第一層符号がＫで表す。図６Ａの場合（占用された符号を黒色で表示する）は、そのトポロジー記数法を図６Ｂに示す。また、Ｘの個数はまだ分配していないシステムの余剰容量を示す。コードツリーのトポロジー記数法について、すべての数字部分が数列の右側にある。すなわち、占用された符号はコードツリーの右側に集中するとともに、Ｘが数列の左側だけにある状態はコードツリーの最適状態と言う。図７Ａ及び図７Ｂは二種類の最適状態を示し、トポロジー記数法によりそれぞれ図７ＡはＸ１１１２２と記述され、図７ＢはＸＸ２４と記述される。
【００３８】
コードツリーの最適状態について、トポロジー記数法から延長して、本発明は拡張トポロジー（Ｅ−ｔ）記数法を提案する。占用されていない符号はすべて左側にあるため、一組の数字だけで記録できる。数列では一番目の数字はトポロジー記数法におけるＸの個数（つまり余剰容量）であり、その他の数字はトポロジー記数法におけるＸ以外の他の数字の個数（両者の順序が一致することを保つ）である。図７Ａの下半分に示すように、Ｅ−ｔ記数法の（１１１１２２）について具体的に説明する。一番目の「１」は占用されていない符号の個数を示し、二番目、三番目及び四番目の「１」はそれぞれ（４，２）、（４，３）及び（４，４）が分配されたことを示す。五番目と六番目の「２」はそれぞれ（４，５）、（４，６）、（４，７）及び（４，８）が混み合っていることを示す。同様に、図７Ｂに示すコードツリーのＥ−ｔ記数法は（２２４）と表示される。
【００３９】
Ｅ−ｔ記数法によって、システム余剰容量が「０」である場合は、数列の前に「０」を入れて、図８Ａに示すように、Ｅ−ｔ記数法によると、０４２１１と表示される。図８ＢにおいてのＥ−ｔ記数法は４２１１と表示される。
【００４０】
総括すると、Ｅ−ｔ記数法は、まずコードツリーの最適状態を作り上げる。そして、当該コードツリーの第一層符号に対して、左から右へ逐次に観察し、その符号はまだ分配可能であれば、Ｘで表し、当該符号が占用されている場合は、その容量の１で表し、そのマザー符号によって、使用不能となる場合は、当該マザー符号によって、何個の第一層サブ符号が使用不能（Ｋとする）となっているのを観察する。これらＫ個の第一層符号がＫで表す（ここまではトポロジー記数法である）。最後、一組の数字によって当該状態を記録して、当該数列一番目の数字はＸの個数であり、他の数字は当該符号が占用又は混み合いを示す（拡張トポロジー記数法）。
【００４１】
Ｅ−ｔ記数法でコードツリーの状態を記録する場合は、Ｅ−ｔ記数法でコードツリーの状態を記録する数列と、第一層符号の分配状況を記録する数列が必要である。図９Ａは疑似最適状態を示す図であり、図９Ｂは図９Ａに対応する最適状態を示す図である。図９Ｂで示すように、コードツリーの状態を（１１１１２１１）（各数字は符号の容量を示す）と記録し、第一層符号の分配状況は７８５６１２３４（各数字は符号番号後を示す）である。
【００４２】
直接Ｅ−ｔ記数法で記述できない場合もあるが、最適状態という特徴がある。また、符号番号を交換することにより、最適状態を満足する（擬似最適状態と言う）と見なしてもいい。図９Ａに示すように、当該状態を記録する場合に、第一層符号の番号は１２３４５６７８であり、対応するトポロジー記数法は２１１１１Ｘ１となる。即ち、図９Ａは、占用された符号と占用されていない符号とを示すコードツリーの関係を維持した数列になっている。コードツリーの状況は図９Ｂのように示す場合は、第一層符号の番号は７８５６１２３４と記録され、対応するトポロジー記数法はＸ１１１２１１となるため、Ｅ−ｔ記数法で（１１１１２１１）と記録することができる。図９Ａの状態を擬似最適状態と言う。
【００４３】
上述した過程は符号の番号交換であり、二つの符号の外部特性は完全に同様し、内部では互いに直交しているため、番号を交換することは外部及び内部に対してまったく影響がない。符号の番号を交換されると、それに応じて記録した数列の順番も変更しなければならない。なお、交換する二つの符号は占用されたか否かとの関係がないが、ブラザー符号でなければならない。交換する二つの符号は第一層にない場合は（この時、二つのサブツリーの番号を交換する）、記録されたそれに対応する第一層符号の状態は元の順序に基づいて、全体的に交換し、コードツリーの状態を記録する数列が同様に交換してもいい。例えば、（ＸＸＸＸ２Ｘ１）及び１２３４５６７８について、図１０Ａに示すように、（２，３）と（２，４）を交換すると、Ｅ−ｔ記録数列は（５１２）及び１２３４７８５６となる。
【００４４】
本発明は、コードツリー最適状態とＥ−ｔ記数法に基づいて、ダイナミックな符号分配方法を提供する。システムが新しい呼を受け入れる容量がある場合には、新しい呼に符号を分配するとともに、コードツリーの最適状態を維持する。図１４は、本発明による符号分配方法を示すフロー図である。
【００４５】
「Ｓ，ａ１，ａ２，・・・ａｋ」と「ｂ１，ｂ２，・・・」の二組のデータが記録される（ステップＳ１４０１）。ここで、「Ｓ，ａ１，ａ２，・・・ａｋ」はコードツリー全体の状態を示し、「Ｓ」はシステム余剰容量、ａｉ∈｛ａ１，ａ２，・・・ａｋ｝は占用された符号容量であり、「ｂ１，ｂ２，・・・」はコードツリーの第一層符号の番号である。
【００４６】
レートがｔである新しい呼を受信する（ステップＳ１４０２）と、Ｓとｔとを比較して（ステップＳ１４０３）、Ｓ＜ｔの場合には（ステップＳ１４０３で「Ｎｏ」）、システム容量が不足しているため、新しい呼をキャンセルする。Ｓ≧ｔの場合には（ステップＳ１４０３で「Ｙｅｓ」）、システムが新しい呼をサポートできる。そして、以下の操作を行う。
【００４７】
ステップＳ１４０４では、割算操作を行いＳ／ｔ＝ｘ余ｙ、すなわちＳ＝ｔ×ｘ＋ｙ、且つ０≦ｙ＜ｔ。
【００４８】
ステップＳ１４０５では、余りｙに対して判断を行う。ｙ＝０の場合には（ステップＳ１０５で「Ｙｅｓ」）、つまり、第一層のコードツリーにおいて新しい呼の整数ｘ倍の余剰容量があるため、新しい呼に番号(ｂＳ−ｔ＋１・・・ｂＳ)が対応する符号を分配する。
【００４９】
ｙ≠０の場合には（ステップＳ１４０５で「Ｎｏ」）、ステップＳ１４０６ではＸに対して判断する。
【００５０】
ｘが奇数である場合には（ステップＳ１４０７で「Ｙｅｓ」）、この時の第一層符号分配数は奇数であるため、新しい呼に番号(ｂＳ−ｔ−ｙ＋１，・・・，ｂＳ−ｙ)が対応する符号を分配して、コードツリーの最適状態を維持する(ステップＳ１４０８)ために、新しい呼と前のt個番号が対応する符号の番号を変更させる。即ち、［ｂＳ−ｔ−ｙ＋１，・・・，ｂＳ−ｙ］が対応する符号を新しい呼に分配して、ｔをそれのブラザー符号と符号の番号を交換する。
【００５１】
一方、ｘが偶数である場合には（ステップＳ１４０７で「Ｎｏ」）、この時の第一層符号の分配数が偶数である。後述するＥ−ｔ記数法の性質により、添え字ｐが存在するため、ｙ＋ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｐ＝ｔとなり，ａｉ占用符号が対応する番号はｍｉである場合には、ｉ＝１・・・ｐとなり、ａｉに再分配する符号はｍ′ｉである。ここで、ｍｉ＝ｂｂｐとすると、ｍ′ｉ＝ｂｐ−ｔとなり、ｍｉ＝（ｂｐ，ｂｐ＋１・・・）とすると、ｍ′ｉ＝（ｂｐ−ｔ，ｂｐ−ｔ＋１・・・）となる。すなわち、符号ａ１，ａ２，・・・，ａｋを左にｔ単位並行移動した。最後、ｔ個の第一層符号の番号ｂｘｔ＋１，・・・ｂｘｔ＋ｔが対応する符号を新しい呼に分配する（ステップＳ１４０９）ことが分かる。即ち、ｙ＋ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｐ＝ｔとし、まずａ１，ａ２，・・・の符号を再分配して、つまり左へｔ単位平行移動して、[ｂ（ｘｔ＋１），・・・，ｂ（ｘｔ＋ｔ）]が対応する符号を新しい呼に再分配する。
【００５２】
システムは上記の操作をされても（擬似）最適状態を維持しており、この場合に、新しい呼が入ると、符号分配はとてもしやすく、再分配する符号の量も少ない。四層のコードツリーに対して、コードツリーの記録状況は５１２及び５１１１であり、レートが２の符号入る場合のみ、符号の再分配を行う。
【００５３】
具体的にＥ−ｔ記数法は、数列を（Ｓ，ａ１，ａ２，・・・，ａｋ）とし、そのコードツリーが最適状態であり、システム容量は２ｎである場合に、当該数列一番目の数字以外のすべての数字は以下のことを満足する（２ｍ＜２ｎ）、且つ数列においてａｑ＝２ｍ１＜２ｍ、２ｍ｜ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｑ−１が存在する場合、iはｑ≦ｉ、ａｑ＋・・・＋ａｉ＝２ｍを満足するという性質を有する。この性質について、以下のように証明する。
【００５４】
第（ｍ＋１）層について、当該層のすべての符号の容量は２ｍであり、ａｑ＜２ｍのため、一つ容量が２ｍのａｑのマザー符号を見出せるゆえに、当該マザー符号のサブ符号の中に必ず占用されたものがある、且つ占用されたサブ符号の容量は２ｍであるため、当該性質は証明される。
【００５５】
以下に各状況の実例を示す。図１１Ａ〜図１１Ｃは符号分配の実例１を示す図である。図１２Ａ〜図１２Ｃは符号分配の実例２を示す図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは符号分配の実例３を示す図である。
【００５６】
図１１Ａ〜図１１Ｃにおいて、図１１Ａの状態から並行移動することにより図１１Ｂの状態になり、図１１Ｂの状態から符号分配することにより図１１Ｃの状態になる。図１１Ａ〜図１１Ｃの実例１より、コードツリー記数法は５１２であり（つまり、Ｓ＝５，ａ１，ａ２＝１，２符号が対応する番号ｂ１，ｂ２，・・・，ｂ８＝１，２，・・・，８）、システムにレートが２（ｔ）の新しい呼がある場合に、５／２＝２（ｘ）の割算を行い、余が１（ｙ）であるため、ｙ≠０、ｘは偶数となる。計算により１（ｙ）＋ａ１＝２（ｔ）が得られるため、下添え字ｐ＝１，符号ａ１が対応する番号は６（ｍ１）＝（ｂ１，ｂｐ＋１，・・・，ｂｐ＋５）であるため，４（ｍ′１）＝（ｂ１−２,ｂ１−２＋１，・・・，ｂ１−２＋５）となる。つまり、当該符号を左へ２（ｔ）個符号分を並行移動した。最後、（ｂ２×２＋１，ｂ２×２＋２）＝（ｂ５，ｂ６）が対応する符号を新しい呼に分配する。符号分配操作は図８に示す。
【００５７】
図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて、図１２Ａの状態から符号分配することにより図１２Ｂの状態になり、図１２Ｂの状態から符号の番号交換することにより図１２Ｃの状態になる。図１２Ａ〜図１２Ｃの実例２より、同様に、コードツリー記数法は５１２であり、Ｓ＝５，ａ１，ａ２＝１，２符号が対応する番号はｂ１，ｂ２，・・・，ｂ８＝１，２，・・・，８となり、システムにレートが３（ｔ）の新しい呼がある場合に、５／３＝１(ｘ）の割算を行い、余が２（ｙ）であるため、ｙ≠０、ｘは奇数となる。上記の計算により新しい呼に番号が（ｂ５−３−２＋１，ｂ５−３−２＋２，ｂ５−２＝ｂ１，ｂ２，ｂ３）である符号を分配し、コードツリーが最適状態であるようにそれのブラザー符号と符号番号を交換する。符号分配操作は図１２Ａ〜図１２Ｃに示す。
【００５８】
同様に、図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、図１３Ａの状態から符号分配することにより図１３Ｂの状態になる。図１３Ａ及び図１３Ｂの実例３より、コードツリー記数法は６２であり、Ｓ−６，ａ１＝２符号が対応する番号はｂ１，ｂ２，・・・，ｂ８＝１，２，・・・，８となり、システムにレートが２（ｔ）の新しい呼がある場合に、６／２＝３（ｘ）の割り算を行い、余が０（ｙ）であるため、ｙ＝０となる。上記の計算により、再分配する必要がなく、直接番号が（ｂ６−２＋１，ｂ６＝ｂ５，ｂ６）である符号を新しい呼に分配する。符号分配操作は図１３Ａ及び図１３Ｂに示す。
【００５９】
システム容量が４Ｒの場合は、新しい呼が強度λのポアソン過程に従え、システムにおけるサービス時間においては、パラメータがμである負指数分布に服従する。業務負荷がλ／μ＝５の場合、提案したダイナミックな符号分配方法は再分配の必要がなく、それに対して、非特許文献５の計算法は５０回再分配する必要があることは上記の計算から分かる。従来の方法と比べて、本発明の符号分配方法の再分配の回数はとても少なく、システムコストを削減することができる。
【００６０】
このように、本実施の形態によれば、システムが可変マルチメディアの応用をサポートする場合に生じる符号混み合い問題に対して、複雑度が低く、ダイナミックな符号分配を行うことにより、再分配の回数が非常に少ないため、システム負荷を減少することができる。また、本実施の形態によれば、ＯＶＳＦ拡散を使用することにより、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに複数ユーザアクセス及び可変レートマルチメディア情報伝送能力を持たせることができる。また、本実施の形態によれば、受信側では球形復号を使用することにより、システムが次優容量を得ることができる。また、本実施の形態によれば、コードツリーの最適状態とＥ−ｔ記数法に基づいて、複雑度が一般方法より低いダイナミックな符号分配計算法を提供することができる。
【００６１】
典型的な実施の形態について説明したが、本発明の符号分配方法は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭシステムに適応する以外、全てのＯＶＳＦ拡散通信システムに適応することが可能である。即ち、本発明は上記の実施の形態に拘らず、本発明の主旨と範囲から離れない限り、他の種々の変更、置き換え及び追加することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明にかかるマルチレート無線通信装置及び符号分配方法は、特に複数ユーザアクセス及び可変レートマルチ情報伝送をサポートするＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ−ＣＤＭ通信に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】従来の符号分配方法を示すフロー図
【図２】従来の受信装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図６Ａ】本発明の実施の形態にコードツリーを示す図
【図６Ｂ】本発明の実施の形態に係るトポロジー記数法を示す図
【図７Ａ】本発明の実施の形態にコードツリーを示す図
【図７Ｂ】本発明の実施の形態に係るトポロジー記数法を示す図
【図８Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図９Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図９Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１０Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１１Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１１Ｃ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１２Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１２Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１２Ｃ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１３Ｂ】本発明の実施の形態に係るコードツリーを示す図
【図１４】本発明の実施の形態に係る符号分配方法を示すフロー図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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