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JP4808722B2 - データ伝送システム及びデータ伝送方法 - Google Patents

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Description

本発明は、データ伝送システム及びデータ伝送方法に関する。
本願は、2005年9月6日に日本国特許庁に出願された特願2005−257844号、そして2005年10月24日に日本国特許庁に出願された特願2005−308965号及び特願2005−308966号に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、無線通信システムにおいては、より高い周波数利用効率を達成することが重要な課題であり、その一解決手法として、訂正能力の高い誤り訂正符号と多値変調の応用が挙げられる。例えば、非特許文献1に記載されるcdma2000 HRPD(High Rate Packet Data)システムのような既存セルラーシステムでは、情報ビットをターボ符号化し、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)などの多値変調を用いることにより、周波数利用効率を改善している。
また、非特許文献2には、ターボ符号よりも訂正能力の高い符号として、低密度パリティ検査符号(Low-Density Parity Check Codes)が開示されている。低密度パリティ検査符号は、その検査行列の重み分布が一定のレギュラー符号と重み分布が異なるイレギュラー符号に分けられ、一般にイレギュラー符号の訂正能力のほうが高いと言われている。例えば、非特許文献3には、パンクチャに適したイレギュラー低密度パリティ検査符号が開示されている。非特許文献3のイレギュラー低密度パリティ検査符号は、位数が2のガロア体で設計されたバイナリ低密度パリティ検査符号であり、いずれかの情報ビットの列重みがパリティビットの列重みよりも大きいことを特徴としている。また、非特許文献4には、多値変調伝送技術に適した符号構成法として、16QAMに適したバイナリ低密度パリティ検査符号の構成法が開示されている。また、非特許文献5には、誤り訂正符号と多値変調を組み合わせた符号化変調方式であり、低密度パリティ検査符号における符号化変調方式の代表的なものとして、位数が2より大きいガロア体で設計した多値低密度パリティ検査符号による多値変調伝送技術が開示されている。
また、非特許文献6においては、ターボ符号の訂正能力を改善する復調方法として、「ツインターボ復調」と呼ばれるターボ符号に係る復調技術が提案されている。図29は、ツインターボ復調器201の構成を示すブロック図である。ここで、公知のターボ符号器において、情報ビットベクトルをX、要素符号器1で生成されたパリティビットベクトルをX、要素符号器2で生成されたパリティビットベクトルをXとする。一般的なターボ復号器では、二つの要素復号器間をビットインタリーバによって連接し、各要素復号器において更新されたビットの事後値をもう一方の要素復号器の事前値としてフィードバックさせる、確率伝搬用のフィードバックループを有することにより、効率的なMAP(Maximum A posteriori Probability)復号を達成している。一方、ツインターボ復調器201では、その確率伝搬用のフィードバックループ(図29において要素復号器2_211出力後の外部値(X)がターボデインタリーバ213を介して要素復号器1_211に事前値(X)として入力される経路)に加え、確率結合用のフィードバックループ(図29において要素復号器2_211出力後の事後値(X,X)がターボデインタリーバ213を介して復調器1_210に入力される経路と要素復号器1_211出力後の事後値(X,X)が復調器2_210に入力される経路)を有することにより、多値変調シンボルを構成する各ビットの尤度の結合確率を計算し、ターボ符号の誤り訂正能力を改善している。
例えば、4ASK(Amplitude Shift Keying)変調においては、図30に示される送信信号点と受信信号点の間の距離の関係が得られたとすると、図29の復調器1,2_210における通信路値更新処理は(1),(2)式で表される。
Figure 0004808722
Figure 0004808722
但し、L(b(0)),L(b(1))はビットb(0),b(1)の通信路値、L(b(0)),L(b(1))はビットb(0),b(1)の事後値、γは信号対雑音電力比を表す。
ビットb(0)の通信路値は、ペアビットであるビットb(1)の事後値によって更新される。もう一方のビットb(1)の通信路値は、ペアビットであるビットb(0)の事後値によって更新される。
また、非特許文献7によれば、多値変調では、変調シンボルのビット位置によって誤り率が異なることが報告されている。
また、新世代移動通信システムでは、シングルキャリア伝送方式に代わり、マルチキャリア伝送方式が有力視されている。マルチキャリア伝送方式の代表的なものとしては、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重)方式、MC−CDMA(Multi-Carrier - Code Division Multiple Access;マルチキャリア符号分割多重アクセス)方式などが挙げられる。MC−CDMA方式によれば、変調シンボルを複数のサブキャリアに拡散、多重して送信することにより、周波数ダイバーシチ効果が得られるとともに、セル間干渉を均一にすることができる。しかしながら、周波数選択性伝送路において符号間干渉が発生するために、逆拡散後の信号対雑音および干渉エネルギー比が劣化することが知られている(例えば非特許文献8参照)。そこで、逆拡散せずに最尤推定する復調方法が検討されている。以下、パイロット信号とデータ信号を時分割多重して送信する下りリンクを例にして、逆拡散せずに最尤推定するMC−CDMA方式について説明する。
図31は、逆拡散せずに最尤推定するMC−CDMA方式のデータ伝送システムの構成を示すブロック図である。ここでは、簡単のために、すべての情報ビットが一つのMC−CDMAシンボルで送信されるものとする。まず、送信機1000aにおいて、変調器1040は情報ビットを変調し、n番目の変調シンボルM(n)を得る。次いで、変調シンボルM(n)は、拡散のために、拡散符号の占有帯域と等しい帯域を持つi番目の周波数バンドに割り当てられ、シリアル/パラレル変換器1050によりパラレル信号に変換される。次いで、i番目の周波数バンドに割り当てられた変調シンボルは、拡散器1060により変調シンボルごとに異なる拡散符号によって拡散され、多重されてデータサブキャリアとなる。その変調シンボルは(3)式の関係を有する。
Figure 0004808722
これにより、(4)式が得られる。
Figure 0004808722
一般に、MC−CDMA方式では、拡散符号としてウォルシュ符号などの直交符号が用いられ、直交符号は(5),(6)式に示されるような特性を持つ。
Figure 0004808722
Figure 0004808722
これにより、同じ符号間の相関値はその系列長となり、異なる符号間の相関値は「0」となる。
次いで、データサブキャリアは、逆フーリエ変換器1070の逆フーリエ変換によって時間領域の信号に変換され、パラレル/シリアル変換器1080でシリアル信号に変換された後、サイクリック・プリフィックス挿入器1090でサイクリック・プリフィックスが挿入され、さらに時間多重器1100でパイロット信号と時間多重されて、送信機1000aから送信される。
送信機1000aから送信された信号は、周波数選択性伝送路3010の周波数選択性の影響を受け、また、加法性白色ガウス雑音伝送路3020の雑音の影響を受けた後に、受信機2000aで受信される。受信機2000aにおいて、その受信信号は、時間多重分離器2010でパイロット信号とデータ信号に分離され、サイクリック・プリフィックス除去器2020,2090でサイクリック・プリフィックスがそれぞれ除去される。次いで、シリアル/パラレル変換器2030,2100でパラレル信号に変換された後に、フーリエ変換器2040,2110のフーリエ変換により、データサブキャリア、パイロットサブキャリアにそれぞれ変換される。パイロットサブキャリアからは、伝送路推定器2120により伝送路変動が推定され、等化器2050によりデータサブキャリアの等化(位相回転補償)が行われる。その等化後データサブキャリアは(7)式で表される。
Figure 0004808722
次いで、等化後データサブキャリアは、パラレル/シリアル変換器2060でシリアル信号に変換され、最尤推定用シンボル生成器2070により最尤推定用シンボルに変換される。例えば、拡散率が2の場合には、最尤推定用シンボルは(8)式で表される。
Figure 0004808722
次いで、復調器2080aは、(9)式により、受信変調シンボルM(n)を得る。
Figure 0004808722
図32に拡散率が2の場合の最尤推定用シンボル生成処理を示す。
また、非特許文献4によれば、多値変調では、変調シンボルのビット位置によって誤り率が異なることが報告されている。
3GPP2, C.S0024 Version 4.0, "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification," Oct. 2002. 和田山正,"低密度パリティ検査符号とその復号法について,"信学技報,MR2001-83,Dec. 2001. 鄭辰,鈴木利則,"A Proposal of Rate-Compatible Low-Density Parity-Check Code for Land Mobile Radio,"信学技報,IT2005-5,May 2005. 内田繁,松本渉,大塚晃,村上圭司,"多値変調に適したLDPC符号構成法の検討,"信学通ソ,B-5-59,Sep. 2004. M. C. Davey and D. MacKay, "Low-Density Parity Check Codes over GF(q)," IEEE Comun. Lett., Vol. 2, No. 6, pp. 165-167, Jun. 1998. T. Suzuki, N. Miyazaki, Y. Hatakawa, "A Proposal of Twin Turbo Detector and Its Evaluation for M-QAM OFDM," 信学通ソ,B-5-6,Sep. 2005. N. Miyazaki, C. Zheng, T. Suzuki, and H. Shinonaga, "A Study on Symbol and Sub-Carrier Mapping Techniques for MC-CDMA based on LDPC Code with Progressively Increased Column-Weight," Proc. PIMRC 2005, B01-4, Sep. 2005. N. Miyazaki and T. Suzuki, "A Study on Forward Link Capacity in MC-CDMA Cellular System with MMSEC Receiver," IEICE Trans. Commun., Vol. E88-B, No. 2, pp. 585-593, Feb. 2005.
しかし、上述した従来の技術では、ビット誤り率の低減効果が十分とはいえず、より信頼性の高い通信を実現することが望まれる。
また、符号化・復号手法によって符号化ビットの重要度が異なることから、符号化・復号手法によって最適なビットマッピング方法は異なると考えられる。そのため、ターボ符号を用いるデータ伝送システムにおいて、ツインターボ復調を適用する場合には、ビット誤りを低減して信頼性の高い通信を実現するために、ツインターボ復調に適した多値変調シンボルへのビットマッピング方法が望まれる。
また、ターボ符号を用いるマルチキャリア符号分割多重伝送方式において、ツインターボ復調を適用するとともに逆拡散せずに最尤推定する場合には、ビット誤りを低減して信頼性の高い通信を実現するために、ツインターボ復調及び逆拡散せずに最尤推定を行うときに適した多値変調シンボルへのビットマッピング方法が望まれる。
このような事情を鑑み、本発明は、ビット誤り率の低減効果を拡大し、より信頼性の高い通信の実現に寄与することのできるデータ伝送システム及びデータ伝送方法を提供することを目的とする。
本発明は、ターボ符号等の組織符号を用いるデータ伝送システムにおいて、ツインターボ復調等の確率結合用のフィードバックループを有する復調を適用する場合に適した多値変調シンボルへのビットマッピングを実現するデータ伝送システム及びデータ伝送方法を提供することを目的とする。
本発明は、ターボ符号等の組織符号を用いる符号分割多重伝送方式において、受信信号から逆拡散せずに最尤推定を行うとともにツインターボ復調等の確率結合用のフィードバックループを有する復調を適用する場合に適した多値変調シンボルへのビットマッピングを実現するデータ伝送システム及びデータ伝送方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係るデータ伝送システムは、多値変調方式により符号化ビットを変調シンボルにマッピングして伝送するデータ伝送システムにおいて、前記符号化ビットの重要度に応じて、前記符号化ビットを前記変調シンボルの特定のビット位置にマッピングするビットマッピング手段を備えたことを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、重要度のより高い符号化ビットを誤りにくいビット位置にマッピングすることを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記誤りにくいビット位置は、前記多値変調方式の信号点配置において、受信する可能性のある信号点と0のビット位置を有する信号点との最小の二乗距離と、受信する可能性のある信号点と1のビット位置を有する信号点との最小の二乗距離との差の絶対値を、全ての受信する可能性のある信号点において計算し、この計算結果から、より長い二乗距離を得られる確率がより高いとして得られたことを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記符号化ビットは低密度パリティ検査符号であり、その検査行列の列重みを前記重要度に利用することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記符号化ビット中の情報ビットは、前記符号化ビット中のパリティビットよりも、重要度が大きいことを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記多値変調方式は、変調シンボルの同相成分又は直交成分において2ビット以上伝送することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法は、多値変調方式により符号化ビットを変調シンボルにマッピングして伝送するデータ伝送方法であって、前記符号化ビットの重要度に応じて、前記符号化ビットを前記変調シンボルの特定のビット位置にマッピングすることを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、前記符号化ビットを重要度の大きい順に並び替える手段と、該並び替えられた符号化ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置から順に配置する手段と、を有することを特徴とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係るデータ伝送システムは、情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング手段と、前記変調シンボルが受信されたときの受信信号点と前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調手段と、前記復調手段の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする手段とを備えたデータ伝送システムにおいて、前記ビットマッピング手段は、前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組を同じ変調シンボルに配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットをそれぞれ同数だけ同じ変調シンボルに配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法は、情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング過程と、前記変調シンボルが受信されたときの受信信号点と前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調過程と、前記復調過程の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする過程とを含むデータ伝送方法であって、前記ビットマッピング過程において、前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法においては、前記ビットマッピング過程において、前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組を同じ変調シンボルに配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法においては、前記ビットマッピング過程において、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットをそれぞれ同数だけ同じ変調シンボルに配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法においては、前記ビットマッピング過程において、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係るデータ伝送システムは、情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング手段と、一つの変調シンボルが拡散された範囲のサブキャリアで構成された信号空間において、各サブキャリアの受信値を座標とする受信信号点と、前記受信信号点が本来取りうる座標の組合せである参照信号点と、前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調手段と、前記復調手段の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする手段とを備えた符号分割多重伝送方式のデータ伝送システムであり、前記ビットマッピング手段は、前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組が同じ前記参照信号点に配置されるように、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットを前記変調シンボルに配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットがそれぞれ同数だけ同じ前記参照信号点に配置されるようにすることを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送システムにおいては、前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法は、情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング過程と、一つの変調シンボルが拡散された範囲のサブキャリアで構成された信号空間において、各サブキャリアの受信値を座標とする受信信号点と、前記受信信号点が本来取りうる座標の組合せである参照信号点と、前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調過程と、前記復調過程の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする過程とを含む符号分割多重伝送方式のデータ伝送システムであり、前記ビットマッピング過程において、前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法においては、前記ビットマッピング過程において、前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組が同じ前記参照信号点に配置されるように、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットを前記変調シンボルに配置することを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法においては、前記ビットマッピング過程において、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットがそれぞれ同数だけ同じ前記参照信号点に配置されるようにすることを特徴とする。
本発明に係るデータ伝送方法においては、前記ビットマッピング過程において、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする。
本発明によれば、ビット誤り率の低減効果を拡大し、より信頼性の高い通信の実現に寄与することができる。
本発明によれば、ターボ符号等の組織符号を用いるデータ伝送システムにおいて、ツインターボ復調等の確率結合用のフィードバックループを有する復調を適用する場合に適した多値変調シンボルへのビットマッピングを実現することができる。
本発明によれば、ターボ符号等の組織符号を用いる符号分割多重伝送方式において、受信信号から逆拡散せずに最尤推定を行うとともにツインターボ復調等の確率結合用のフィードバックループを有する復調を適用する場合に適した多値変調シンボルへのビットマッピングを実現することができる。
本発明の第1実施形態に係る送信機10の構成を示すブロック図である。 低密度パリティ検査符号の検査行列Hの一例を示す図である。 16QAMシンボルの信号点配置を示す図である。 16QAMシンボルの受信信号点とd(n)の関係を表すグラフ図である。 図1に示すチャネルインタリーバ12の構成を示すブロック図である。 時間多重器23が行う時間多重処理の一実施例を示す説明図である。 本発明の第1実施形態に係るビットマッピング処理による効果を示すためのシミュレーション結果のグラフ図である。 図7に係るシミュレーションパラメータを示す図表である。 64QAMシンボルの信号点配置を示す図である。 本発明の第2実施形態に係るデータ伝送システムの構成を示すブロック図である。 ターボ符号化器の構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第2実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第2実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第2実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第2実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第2実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るデータ伝送システムの構成を示すブロック図である。 QPSKシンボルの信号点配置を示す図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 本発明の第3実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。 従来技術におけるツインターボ復調器の構成を示すブロック図である。 従来技術における4ASKシンボルの信号点配置を示す図である。 従来技術における逆拡散せずに最尤推定するMC−CDMA方式のデータ伝送システムの構成を示すブロック図である。 従来技術における拡散率が2の場合の最尤推定用シンボル生成処理を示す図である。
符号の説明
10 送信機
11 低密度パリティ検査符号化器
12 チャネルインタリーバ
13 16QAM変調器
13、14 送信フィルタ
21,22 ビットリオーダ
23 時間多重器
41 ブロックインターリーバ
100 送信機
101 ターボ符号化器
102 パンクチャ
103 ビットインタリーバ
104 変調器
111 要素符号器
112,212 ターボインタリーバ
200 受信機
201 ツインターボ復調器
210 復調器
211 要素復号器
213 ターボデインタリーバ
1000 送信機
1010 ターボ符号化器
1020 パンクチャ
1030 ビットインタリーバ
1040 変調器
1060 拡散器
2000 受信機
2070 最尤推定用シンボル生成器
2080 ツインターボ復調器
111 要素符号器
112,212 ターボインタリーバ
210 復調器
211 要素復号器
213 ターボデインタリーバ
以下、図面を参照し、本発明の各実施形態について説明する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る送信機10の構成を示すブロック図である。図1において、送信機10は、低密度パリティ検査符号化器11とチャネルインタリーバ12と16QAM変調器13と送信フィルタ14を備える。
低密度パリティ検査符号化器11は、入力される情報ビットを低密度パリティ検査符号に符号化し、符号化ビット(情報ビット及びパリティビット)と列重みを出力する。列重みは符号化ビットの重要度を表す。符号化ビット及び列重みはチャネルインタリーバ12へ入力する。
チャネルインタリーバ12は、列重みに基づき、符号化ビットの時系列順序を変更する。そして、その変更した時系列順序で符号化ビットを出力する。
16QAM変調器13は、チャネルインタリーバ12から出力された時系列順序で符号化ビットを、16QAMの変調シンボル(16QAMシンボル)にマッピングする。その16QAMシンボルは送信フィルタ14を介して送信される。
ここで、本実施形態の特徴的なビットマッピング処理(多値変調シンボルへ符号化ビットをマッピングする処理)について説明する。
チャネルインタリーバ12には、図2に例示される符号化ビット(情報ビット及びパリティビット)と列重みが低密度パリティ検査符号化器11から入力される。図2には、低密度パリティ検査符号の検査行列Hの一例が示されている。図2の検査行列Hは、非特許文献3に開示される、位数が2のガロア体で設計されたバイナリ低密度パリティ検査符号であって、その情報ビット数が10、符号化率が1/2の場合であり、1列目から10列目はパリティビット、11列目から20列目は情報ビットである。
図2においては、列重みは各列に対応して記されている。図2の検査行列Hにおいて、1列目から6列目までの各パリティビット列の列重みは2、7列目から10列目までの各パリティビット列の列重みは3、11列目及び12列目の各情報ビット列の列重みは3、13列目から17列目までの各情報ビット列の列重みは4、18列目から20列目までの各情報ビット列の列重みは5である。そして、図2の検査行列Hにおいて、1列目から10列目のパリティビットに関わるサブマトリックスの列重みは2から3であるのに対して、11列目から20列目の情報ビットに関わるサブマトリックスの列重みは3から5であり、情報ビットの列重みはパリティビットの列重みより大きい。つまり、いずれかの情報ビットの列重みは、パリティビットの列重みよりも大きいという特徴を持つ。
なお、図2の例では、列重みとして各列の要素のビット値“1”の個数を用いているが、列重みはこれに限定されず、低密度パリティ検査符号化器11から出力される符号化ビット(情報ビット及びパリティビット)から構成される検査行列Hの各列の符号化ビットの重要度を表す情報であればよい。
図3には、16QAMシンボルの16個の信号点配置が示されている。16QAMシンボルは、4ビット[b(0)b(1)b(2)b(3)]から構成される。図3に示されるように、b(0)及びb(1)は直交成分に判定点を持ち、b(2)及びb(3)は同相成分に判定点を持つ。ここで、16QAMシンボルに関し、その信号点とビット誤り率の関係を考察する。
番目の受信ビットの軟判定値L(n)は(10)式で表される。
Figure 0004808722
但し、M(n)は受信変調シンボル、γ(n)は信号対雑音電力比である。また、M(n,n)は「b(n−Rbit)=0」を満たす信号点配置を表し、M(n,n)は「b(n−Rbit)=1」を満たす信号点配置を表す。また、Rbitは伝送効率であり、16QAM変調の場合は「Rbit=4」である。
ここで、説明を簡単にするために、(10)式の二乗距離の差の絶対値をd(n)とすると、d(n)は(11)式で表される。
Figure 0004808722
図4は、16QAMシンボルの受信信号点とd(n)の関係を表すグラフ図である。図4においては、同相成分に判定点を持つb(2)及びb(3)に関して、受信信号点を変化させたときのd(n)をグラフ化している。波形31はb(2)、波形32はb(3)に係るグラフである。図4から明らかなように、b(2)の方が、b(3)に比べて、より高いd(n)を得られる受信信号点の範囲が広い。このことは、b(2)の方がb(3)よりも大きな軟判定値を得ることができることを示している。これにより、b(2)の方がb(3)よりも雑音に強い、すなわち、b(2)の方がb(3)よりも誤りにくいビット位置であるといえる。同様の考察を直交成分に判定点を持つb(0)及びb(1)に関して行うと、b(0)の方ほうがb(1)よりも誤りにくいビット位置であることがわかる。
上記考察の結果、16QAMシンボルに関する信号点においては、b(0)及びb(2)は、b(1)及びb(3)よりも、誤りにくいビット位置である。この知見に基づき、本実施形態におけるビットマッピング処理においては、より重要度の高い符号化ビットを、誤りにくいビット位置であるb(0)及びb(2)にマッピングするように構成する。このために、送信機10には、16QAMシンボルのb(0)及びb(2)を誤りにくいビット位置として予め設定する。
以下、本実施形態の特徴的なビットマッピング処理を実現する構成について説明する。
図5は、図1に示すチャネルインタリーバ12の構成を示すブロック図である。図5において、チャネルインタリーバ12は、ビットリオーダ21,22と時間多重器23を有する。
ビットリオーダ21には情報ビットベクトルXを入力し、ビットリオーダ22にはパリティビットベクトルYを入力する。情報ビットベクトルX及びパリティビットベクトルYは、ともにその系列長はNである。また、ビットリオーダ21,22には列重みを入力する。この列重みは、情報ビットベクトルX及びパリティビットベクトルYのビット毎の重要度を表す。
ビットリオーダ21は、情報ビットベクトルX中の各ビットを列重みの降順(重要度が大きい順)に並び替える。その並び替え後の情報ビットベクトルUを時間多重器23に入力する。ビットリオーダ22は、パリティビットベクトルY中の各ビットを列重みの降順(重要度が大きい順)に並び替える。その並び替え後のパリティビットベクトルVを時間多重器23に入力する。情報ビットベクトルU及びパリティビットベクトルVは(12)式で表す。
Figure 0004808722
ここで、本実施形態においては、上記図2に例示される低密度パリティ検査符号が用いられるので、情報ビットベクトルUの列重みは、パリティビットベクトルVの列重みよりも大きい。
時間多重器23は、情報ビットベクトルU及びパリティビットベクトルVを時間多重する。この時間多重処理では、後段の16QAM変調器13において、より重要度の高い符号化ビットが、16QAMシンボルのより誤りにくいビット位置であるb(0)及びb(2)にマッピングされるようにする。つまり、本実施形態においては、情報ビットが、誤りにくいビット位置であるb(0)及びb(2)にマッピングされるようにする。
本実施形態の16QAM変調器13は、入力されるビット列をb(0)、b(1)、b(2)及びb(3)に1ビットずつマッピングするが、そのとき、ビットの入力順に、b(0)、b(1)、b(2)、b(3)、b(0)、b(1)、・・・の順で順次マッピングする。そこで、時間多重器23は、情報ビットベクトルU及びパリティビットベクトルVの各ビットを、「情報ビットの次にパリティビット」の順で繰り返し連結し、16QAM変調器13に入力するビット列を作成する。
図6には、時間多重器23が行う時間多重処理の一実施例が示されている。図6の実施例においては、ブロックインターリーバ41を用いている。ブロックインターリーバ41は、4行、N/2列のビット記憶領域を有する。図6に示されるように、ブロックインターリーバ41のビット記憶領域において、1行目は16QAMシンボルのb(0)にマッピングするデータを格納する領域、2行目は16QAMシンボルのb(1)にマッピングするデータを格納する領域、3行目は16QAMシンボルのb(2)にマッピングするデータを格納する領域、4行目は16QAMシンボルのb(3)にマッピングするデータを格納する領域、である。
図6において、系列長Nの情報ビットベクトルUは、ブロックインターリーバ41のビット記憶領域の1行目にu(0)〜u(N/2−1)のN/2個のビットが書き込まれ、3行目にu(N/2)〜u(N−1)のN/2個のビットが書き込まれる。系列長NのパリティビットベクトルVは、ブロックインターリーバ41のビット記憶領域の2行目にv(0)〜v(N/2−1)のN/2個のビットが書き込まれ、4行目にv(N/2)〜v(N−1)のN/2個のビットが書き込まれる。
次いで、情報ビットベクトルU及びパリティビットベクトルVが書き込まれたビット記憶領域から、列方向にビットを読み出す。その読み出し順序は、1列目から順番にN/2列目まで、各列とも1行目のビットから読み出していく。これにより、出力ビット列U/Vが得られる。
その出力ビット列U/Vは16QAM変調器13に出力される。そして、16QAM変調器13において、図6に示されるように、u(0)〜u(N/2−1)は16QAMシンボルのb(0)に、v(0)〜v(N/2−1)は16QAMシンボルのb(1)に、u(N/2)〜u(N−1)は16QAMシンボルのb(2)に、v(N/2)〜v(N−1)は16QAMシンボルのb(3)に、それぞれマッピングされる。これにより、符号化ビットのうち、より重要度の高い情報ビットが、16QAMシンボルの誤りにくいビット位置であるb(0)及びb(2)にマッピングされる。
なお、送信機10における16QAMシンボルへのビットマッピングの情報を受信側と共有することによって、受信側ではその復調を行うことができる。
図7は、本実施形態のビットマッピング処理による効果を示すためのシミュレーション結果のグラフ図である。図7には、信号対雑音電力比を変化させたときのフレーム誤り率をシミュレーションした結果が示されている。図8には、そのシミュレーションパラメータが示されている。また、従来のビットマッピング処理においては、情報ビットを、誤りにくいビット位置b(0)及びb(2)と誤りやすいビット位置b(1)及びb(3)に等確率でマッピングしている。
図7から明らかなように、本実施形態のビットマッピング処理によれば、従来に比して、同じフレーム誤り率を達成するための所要信号対雑音電力比を低減することができる。例えば、1%のフレーム誤り率を達成するための所要信号対雑音電力比は、従来に比して0.12dB低減することができる。これにより、低誤り率で信頼性の高い通信を効率よく行うことが可能になる。
上述したように本実施形態によれば、ビット誤り率の低減効果を拡大し、例えば所望のフレーム誤り率を達成するための所要信号対雑音電力比を低減することができ、低誤り率で信頼性の高い通信を効率よく行うことが可能になる。
また、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)非特許文献3に記載の低密度パリティ検査符号のように、いずれかの情報ビットの列重みがパリティビットの列重みより大きい等、符号化ビットの重要度が異なる符号語に対して、16QAM変調のような、変調シンボルの各成分(同相成分、もしくは直交成分)に2ビット以上伝送する多値変調方式を用いる場合において、より適したビットマッピング方法を提供し、ビット誤り率を大幅に低減することができる。これにより、信頼性の高い通信を行うことが可能になる。
以上、本発明の第1実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した第1実施形態では、チャネルインタリーバ12に列重みを入力して符号化ビットの時系列順序を変更したが、列重みを16QAM変調器13に入力し、16QAM変調器13が列重みに基づき、符号化ビットの時系列順序及び16QAMシンボルへのマッピングをあわせて行うように構成してもよい。
また、低密度パリティ検査符号化器11が、符号化ビットを列重みの降順、もしくは昇順に出力することによって、符号化ビット列自体に、符号化ビットの重要度を表す重要度情報を持たせるようにしてもよい。この場合には、列重みの出力は省略してもよい。
また、上述した第1実施形態では、符号化ビットの重要度を表す重要度情報として、低密度パリティ検査符号の検査行列Hの列重みを用いたが、重要度情報はこれに限定されず、各種の指標が利用可能である。
また、上述した第1実施形態では、低密度パリティ検査符号を例に挙げて説明したが、符号化ビットの重要度を表す重要度情報が得られれば、低密度パリティ検査符号以外の符号に対しても本発明を適用可能である。
また、上述した第1実施形態では、本発明に適用する多値変調方式の一例として16QAMを挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ASK(Amplitude Shift Keying)、64QAM、256QAMなども本発明に適用可能である。また、変調シンボルの同相成分又は直交成分において2ビット以上伝送する多値変調方式であれば、本発明による効果を十分に享受することができる。
図9は、64QAMの変調シンボル(64QAMシンボル)の信号点配置を示す図である。図9には、64QAMシンボルの64個の信号点配置が示されている。64QAMシンボルは、6ビット[b(0)b(1)b(2)b(3)b(4)b(5)]から構成される。b(0)がMSB(Most Significant Bit)、次いでb(1)、b(2)、b(3)、b(4)、そしてb(5)がLSB(Least Significant Bit)である。
図9に示す64QAMシンボルの信号点配置においては、ビットb(0)及びb(3)が最も誤りにくいビット位置であり、ビットb(2)及びb(5)が最も誤りやすいビット位置である。ビットb(1)及びb(4)は、中程度の誤りやすさのビット位置(ビットb(0)及びb(3)より誤りやすく、ビットb(2)及びb(5)より誤りにくいビット位置)である。
256QAMにおいては、その変調シンボル(256QAMシンボル)は、8ビット[b(0)b(1)b(2)b(3)b(4)b(5)b(6)b(7)]から構成される。b(0)がMSB(Most Significant Bit)、次いでb(1)、b(2)、b(3)、b(4)、b(5)、b(6)、そしてb(7)がLSB(Least Significant Bit)である。
その256QAMシンボルの信号点配置においては、ビットb(0)及びb(4)が最も誤りにくいビット位置であり、次いでビットb(1)及びb(5)がやや誤りにくいビット位置であり、次いでビットb(2)及びb(6)がやや誤りやすいビット位置であり、ビットb(3)及びb(7)が最も誤りやすいビット位置である。
また、本発明は、有線及び無線のいずれのデータ伝送に対しても適用可能である。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態を説明する。
図10は、本発明の第2実施形態に係るデータ伝送システムの構成を示すブロック図である。図11は、ターボ符号化器101の構成を示すブロック図である。
図10において、ターボ符号化器101は、情報ビットベクトルXをターボ符号化し、図11の要素符号器1_111によりパリティビットベクトルX、要素符号器2_111によりパリティビットベクトルXを生成する。次いで、パンクチャ102は、パリティビットベクトルX,Xをパンクチャすることにより、任意の符号化率の符号系列を生成する。次いで、ビットインタリーバ103はビットインタリーブする。次いで、変調器104は、そのビットインタリーブされた符号化ビットを、本実施形態に係るビットマッピング規則に従って変調シンボルにマッピングすることにより変調を行う。変調後の信号は送信される。その送信信号は伝送路300による変動を受けて受信機200で受信される。受信機200において、受信信号はツインターボ復調器201によって復調される。ツインターボ復調器201の構成は図29に示されている。
本実施形態に係るビットマッピング方法においては、次の規則1,2,3に従って符号化ビットをマッピングする(優先度順)。
(規則1)情報ビットを誤りにくいビット位置に配置する。
(規則2)同じ変調シンボルに、要素符号器1_111で生成されたパリティビットと要素符号器2_111で生成されたパリティビットを同数配置する。
(規則3)要素符号器1_111で生成されたパリティビットを要素符号器2_111で生成されたパリティビットより誤りにくいビット位置に配置する。
ここで、上記規則1,2,3を採用する理由を説明する。
[規則1の理由]
ツインターボ復調器201では、パリティビットの通信路値はいずれか一方の要素復号器211において用いられるのに対し、情報ビットの通信路値は両方の要素復号器1,2_211において用いられる。従って、情報ビットのほうがパリティビットより重要度の高いビットと言える。このことから、上記規則1により、情報ビットの信号対雑音電力比を改善できる。
[規則2の理由]
ツインターボ復調器201において、復調器1_210に入力されるパリティビットの事後値は、要素復号器2_211で生成されたもののみであり、要素復号器1_211で生成されたものは入力されない。一方、復調器2_210に入力されるパリティビットの事後値は、要素復号器1_211で生成されたもののみであり、要素復号器2_211で生成されたものは入力されない。よって、一つの変調シンボルにいずれか一方の要素符号器111で生成されたパリティビットを固めてしまうと、復調器1,2_210のいずれかでペアビットの事後値が得られないビットが生じ、そのビットの通信路値が更新されない。このことから、上記規則2により、両方の復調器1,2_210において通信路値更新処理に用いることが可能なペアビットの数が等しくなるので、両方の復調器1,2_210における通信路値の更新精度が均一化される。
[規則3の理由]
ツインターボ復調器201では、復調器2_210の通信路値更新回数は復調器1_210より1回多い。よって、復調器2_210に入力されるパリティビットの通信路値の信号対雑音電力比を改善することにより、通信路値の更新精度が改善する。このことから、上記規則3により、要素符号器1_211で生成されたパリティビットの信号対雑音電力比を改善できる。
以下、各具体例を挙げて、本実施形態に係るビットマッピング方法を説明する。なお、ここでは、図3に示す16QAMシンボルの信号点配置と、図9に示す64QAMシンボルの信号点配置を例に挙げる。
図3に示す16QAMシンボルの信号点配置においては、ビットb(0),b(2)が誤りにくいビット位置であり、ビットb(1),b(3)が誤りやすいビット位置である。
図9に示す64QAMシンボルの信号点配置においては、ビットb(0),b(3)が誤りにくいビット位置であり、ビットb(2),b(5)が誤りやすいビット位置である。ビットb(1),b(4)の誤りやすさは中程度(ビットb(0),b(3)より誤りやすく、ビットb(2),b(5)より誤りにくいビット位置)である。
また、ビットインタリーブ後のi番目の情報ビットをX'(i)、ビットインタリーブ後の要素符号器1_111で生成されたj番目のパリティビットをX'(j)、ビットインタリーブ後の要素符号器2_111で生成されたj番目のパリティビットをX'(j)とする。
先ず、図3に示す16QAMシンボルの信号点配置の場合の具体例(ケースA1,A2,A3)を説明する。
[ケースA1;16QAM変調であり、符号化率が1/3(情報ビット数がパリティビット数より少ない)の場合]
図12は、16QAM変調であり、符号化率が1/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置する。そして、いずれか一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置し、もう一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。そして、すべての情報ビットを配置した後に、残りのパリティビットX'(j)を誤りにくいビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を誤りやすいビット位置に配置する。
[ケースA2;16QAM変調であり、符号化率が1/2(情報ビット数とパリティビット数が同数)の場合]
図13は、16QAM変調であり、符号化率が1/2の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、すべての変調シンボルにおいて、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置する。そして、いずれか一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置し、もう一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。
[ケースA3;16QAM変調であり、符号化率が2/3(情報ビット数がパリティビット数より多い)の場合]
図14は、16QAM変調であり、符号化率が2/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置する。そして、いずれか一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置し、もう一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。そして、すべてのパリティビットを配置した後に、残りの情報ビットX'(i)を順番に配置する。
次に、図9に示す64QAMシンボルの信号点配置の場合の具体例(ケースB1,B2,B3)を説明する。
[ケースB1;64QAM変調であり、符号化率が1/3(情報ビット数がパリティビット数より少ない)の場合]
図15は、64QAM変調であり、符号化率が1/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、すべての変調シンボルにおいて、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置する。そして、パリティビットX'(j)を中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を誤りやすいビット位置に配置する。
[ケースB2;64QAM変調であり、符号化率が1/2(情報ビット数とパリティビット数が同数)の場合]
図16は、64QAM変調であり、符号化率が1/2の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置と中程度の誤りやすさのビット位置に、順番に配置する。そして、いずれか一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置し、もう一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。そして、半分の変調シンボルをマッピングした後に、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を誤りやすいビット位置に配置する。
[ケースB3;64QAM変調であり、符号化率が2/3(情報ビット数がパリティビット数より多い)の場合]
図17は、64QAM変調であり、符号化率が2/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、すべての変調シンボルにおいて、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置と中程度の誤りやすさのビット位置に順番に配置する。そして、いずれか一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置し、もう一方の誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。
上述した第2実施形態によれば、ツインターボ復調に適した多値変調シンボルへのビットマッピングが可能になる。
なお、本発明に係るビットマッピング方法においては、上述した第2実施形態の規則1,2,3についての各種変形が可能である。
例えば、
(1)ビットマッピングの優先順位としては、先ず情報ビットX、次いでパリティビットX、最後にパリティビットXとする。
(2)一変調シンボルに対して、「情報ビットX、パリティビットX、パリティビットX」の組を有するように配置する。より好ましくは、一変調シンボルに対して、パリティビットXとパリティビットXを同数配置する。
上記(1),(2)の規則に従うようにしてもよい。
以上、本発明の第2実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の第2実施形態においては、ツインターボ復調器を例に挙げて説明したが、本発明に適用可能な復調器はツインターボ復調器に限定されない。本発明は、確率結合用のフィードバックループを有する各種の復調器に適用可能であり同様の効果が得られる。
また、本発明に適用可能な多値変調方式としては、上述した16QAM、64QAMに限定されない。例えば、256QAM、ASKなど、変調シンボルの各成分(同相成分、もしくは直交成分)に2ビット以上伝送する変調方式であれば、本発明に適用可能である。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態を説明する。
図18は、本発明の第3実施形態に係るデータ伝送システムの構成を示すブロック図である。
図18に示すデータ伝送システムは、マルチキャリア符号分割多重伝送方式(MC−CDMA方式)であり、送信機1000と受信機2000を備える。送信機1000は、ターボ符号の符号化及び多値変調を行った信号を送信する。受信機2000は、受信した信号から逆拡散せずに最尤推定を行い、ツインターボ復調を行う。なお、図18において、図31の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。また、ターボ符号化器1010の構成は図11に同じであり、図11に対応する部分には同一の符号を付して説明する。
図18において、ターボ符号化器1010は、情報ビットベクトルXをターボ符号化し、図11の要素符号器1_111によりパリティビットベクトルX、要素符号器2_111によりパリティビットベクトルXを生成する。次いで、パンクチャ1020は、パリティビットベクトルX,Xをパンクチャすることにより、任意の符号化率の符号系列を生成する。次いで、ビットインタリーバ1030はビットインタリーブする。次いで、変調器1040は、そのビットインタリーブされた符号化ビットを、本実施形態に係るビットマッピング規則に従って変調シンボルにマッピングすることにより変調を行う。変調後の信号はシリアル/パラレル変換器1050でパラレル信号に変換される。拡散器1060は、そのパラレル信号を拡散及び多重して、データサブキャリアを生成する。そのデータサブキャリアは、従来のMC−CDMA方式と同様に、逆フーリエ変換器1070で逆フーリエ変換された後にパラレル/シリアル変換器1080でシリアル信号に変換され、さらにサイクリック・プリフィックス挿入器1090でサイクリック・プリフィックスの挿入後に、時間多重器1100でパイロット信号と多重されて送信される。
その送信信号は伝送路変動を受けて受信機2000で受信される。受信機2000は、受信信号から、伝送路推定、等化処理を行って、等化後のデータサブキャリアを生成する。その等化後データサブキャリアは、パラレル/シリアル変換された後、最尤推定用シンボルに変換され、ツインターボ復調器2080によって復調される。ツインターボ復調器2080の構成は図29に同じであり、図29に対応する部分には同一の符号を付して説明する。
本実施形態に係るビットマッピング方法においては、次の規則1,2,3に従って符号化ビットをマッピングする(優先度順)。
(規則1)情報ビットを誤りにくいビット位置に配置する。
(規則2)同じ最尤推定用シンボルに、要素符号器1_111で生成されたパリティビットと要素符号器2_111で生成されたパリティビットが同数配置されるようにする。
(規則3)要素符号器1_111で生成されたパリティビットを要素符号器2_111で生成されたパリティビットより誤りにくいビット位置に配置する。
ここで、上記規則1,2,3を採用する理由を説明する。
[規則1の理由]
ツインターボ復調器2080では、パリティビットの通信路値はいずれか一方の要素復号器211において用いられるのに対し、情報ビットの通信路値は両方の要素復号器1,2_211において用いられる。従って、情報ビットのほうがパリティビットより重要度の高いビットと言える。このことから、上記規則1により、情報ビットの信号対雑音電力比を改善できる。
[規則2の理由]
ツインターボ復調器2080において、復調器1_210に入力されるパリティビットの事後値は、要素復号器2_211で生成されたもののみであり、要素復号器1_211で生成されたものは入力されない。一方、復調器2_210に入力されるパリティビットの事後値は、要素復号器1_211で生成されたもののみであり、要素復号器2_211で生成されたものは入力されない。よって、一つの変調シンボルにいずれか一方の要素符号器111で生成されたパリティビットを固めてしまうと、復調器1,2_210のいずれかでペアビットの事後値が得られないビットが生じ、そのビットの通信路値が更新されない。このことから、上記規則2により、両方の復調器1,2_210において通信路値更新処理に用いることが可能なペアビットの数が等しくなるので、両方の復調器1,2_210における通信路値の更新精度が均一化される。
[規則3の理由]
ツインターボ復調器2080では、復調器2_210の通信路値更新回数は復調器1_210より1回多い。よって、復調器2_210に入力されるパリティビットの通信路値の信号対雑音電力比を改善することにより、通信路値の更新精度が改善する。このことから、上記規則3により、要素符号器1_211で生成されたパリティビットの信号対雑音電力比を改善できる。
以下、各具体例を挙げて、本実施形態に係るビットマッピング方法を説明する。なお、ここでは、図19に示すQPSK(Quadrature Phase Shift Keying, Quadri-Phase Shift Keying)シンボルの信号点配置と、図3に示す16QAMシンボルの信号点配置と、図9に示す64QAMシンボルの信号点配置を例に挙げる。
図3に示す16QAMシンボルの信号点配置においては、ビットb(0),b(2)が誤りにくいビット位置であり、ビットb(1),b(3)が誤りやすいビット位置である。
図9に示す64QAMシンボルの信号点配置においては、ビットb(0),b(3)が誤りにくいビット位置であり、ビットb(2),b(5)が誤りやすいビット位置である。ビットb(1),b(4)の誤りやすさは中程度(ビットb(0),b(3)より誤りやすく、ビットb(2),b(5)より誤りにくいビット位置)である。
また、ビットインタリーブ後のi番目の情報ビットをX'(i)、ビットインタリーブ後の要素符号器1_111で生成されたj番目のパリティビットをX'(j)、ビットインタリーブ後の要素符号器2_111で生成されたj番目のパリティビットをX'(j)とする。
先ず、図19に示すQPSKシンボルの信号点配置の場合の具体例(ケースA1,A2,A3)を説明する。
[ケースA1;QPSK変調であり、符号化率が1/3(情報ビット数がパリティビット数より少ない)の場合]
図20は、QPSK変調であり、符号化率が1/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)をいずれか一方のビット位置に配置し、もう一方のビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)をいずれか一方のビット位置に配置し、もう一方のビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。それらの処理を繰り返し、すべての情報ビットを配置した後に、パリティビットX'(j)のみで構成される変調シンボルと、パリティビットX'(j)のみで構成される変調シンボルを交互に作成する。
[ケースA2;QPSK変調であり、符号化率が1/2(情報ビット数とパリティビット数が同数)の場合]
図21は、QPSK変調であり、符号化率が1/2の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)をいずれか一方のビット位置に配置し、もう一方のビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)をいずれか一方のビット位置に配置し、もう一方のビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。以降、それらの処理を繰り返し行う。
[ケースA3;QPSK変調であり、符号化率が2/3(情報ビット数がパリティビット数より多い)の場合]
図22は、QPSK変調であり、符号化率が2/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)をいずれか一方のビット位置に配置し、もう一方のビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)をいずれか一方のビット位置に配置し、もう一方のビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。それらの処理を繰り返し、すべてのパリティビットを配置した後に、情報ビットX'(i)のみで構成される変調シンボルを作成する。
次に、図3に示す16QAMシンボルの信号点配置の場合の具体例(ケースB1,B2,B3)を説明する。
[ケースB1;16QAM変調であり、符号化率が1/3(情報ビット数がパリティビット数より少ない)の場合]
図23は、16QAM変調であり、符号化率が1/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。それらの処理を繰り返し、すべての情報ビットを配置した後に、残りのパリティビットX'(j)を誤りにくいビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を誤りやすいビット位置に配置する。
[ケースB2;16QAM変調であり、符号化率が1/2(情報ビット数とパリティビット数が同数)の場合]
図24は、16QAM変調であり、符号化率が1/2の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。以降、それらの処理を繰り返し行う。
[ケースB3;16QAM変調であり、符号化率が2/3(情報ビット数がパリティビット数より多い)の場合]
図25は、16QAM変調であり、符号化率が2/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。それらの処理を繰り返し、すべてのパリティビットを配置した後に、情報ビットX'(i)のみで構成される変調シンボルを作成する。
次に、図9に示す64QAMシンボルの信号点配置の場合の具体例(ケースC1,C2,C3)を説明する。
[ケースC1;64QAM変調であり、符号化率が1/3(情報ビット数がパリティビット数より少ない)の場合]
図26は、64QAM変調であり、符号化率が1/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、すべての変調シンボルにおいて、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置する。そして、パリティビットX'(j)を中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を誤りやすいビット位置に配置する。
[ケースC2;64QAM変調であり、符号化率が1/2(情報ビット数とパリティビット数が同数)の場合]
図27は、64QAM変調であり、符号化率が1/2の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置と中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置と中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。それらの処理を繰り返し、半分の変調シンボルをマッピングした後に、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、パリティビットX'(j)を誤りやすいビット位置に配置する。
[ケースC3;64QAM変調であり、符号化率が2/3(情報ビット数がパリティビット数より多い)の場合]
図28は、64QAM変調であり、符号化率が2/3の場合の本実施形態に係るビットマッピング手順を示す概念図である。この場合、まず、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置と中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。次に、情報ビットX'(i)を誤りにくいビット位置と中程度の誤りやすさのビット位置に配置し、誤りやすいビット位置にパリティビットX'(j)を配置する。以降、それらの処理を繰り返し行う。
上述した第3実施形態によれば、ターボ符号を用いるマルチキャリア符号分割多重伝送方式において、受信信号から逆拡散せずに最尤推定を行うとともにツインターボ復調を行う場合に適した多値変調シンボルへのビットマッピングが可能になる。
なお、本発明に係るビットマッピング方法においては、上述した第3実施形態の規則1,2,3についての各種変形が可能である。
例えば、
(1)ビットマッピングの優先順位としては、先ず情報ビットX、次いでパリティビットX、最後にパリティビットXとする。
(2)一最尤推定用シンボルに「情報ビットX、パリティビットX、パリティビットX」の組を有するように、変調シンボルへの情報ビットX、パリティビットX及びパリティビットXの配置を行う。より好ましくは、一最尤推定用シンボルにパリティビットXとパリティビットXが同数配置されるようにする。
上記(1),(2)の規則に従うようにしてもよい。
以上、本発明の第3実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の第3実施形態においては、ツインターボ復調器を例に挙げて説明したが、本発明に適用可能な復調器はツインターボ復調器に限定されない。本発明は、確率結合用のフィードバックループを有する各種の復調器に適用可能であり同様の効果が得られる。
また、上述の第3実施形態においては、逆拡散せずに最尤推定するマルチキャリア符号分割多重アクセス方式の下りリンクを例に挙げて説明したが、本発明は、符号拡散していればアクセス方式には限定されない。例えば、周波数分割、時分割アクセス方式においても本発明を適用可能である。また、本発明はリンク方向に限定されない。
また、本発明は、シングルキャリア伝送方式においても適用可能である。また、本発明は、2より大きい拡散率においても適用可能であり、同様の効果が得られる。
また、上述の第3実施形態においては、パイロット信号とデータ信号を時分割多重する方式を例に挙げて説明したが、パイロット信号とデータ信号を周波数分割多重する方式にも適用可能である。また、一つのフレームが複数のデータMC−CDMAシンボルによって構成されてもよい。また、MMSE(Minimum Mean Square Error)等化など、位相回転補償以外の等化方法においても適用可能であり、同様の効果が得られる。
また、本発明に適用可能な多値変調方式としては、上述したQPSK、16QAM、64QAMに限定されない。例えば、256QAM、ASK等、各種の多値変調方式に適用可能である。
本発明は、ツインターボ復調等の確率結合用のフィードバックループを有する復調に適した多値変調シンボルへのビットマッピングを実現するデータ伝送システムに適用することができる。

Claims (18)

  1. 多値変調方式により符号化ビットを変調シンボルにマッピングして伝送するデータ伝送システムにおいて、
    前記符号化ビットの重要度に応じて、前記符号化ビットを前記変調シンボルの特定のビット位置にマッピングするビットマッピング手段を備え
    前記符号化ビットは低密度パリティ検査符号であり、その検査行列の列重みを前記重要度に利用する、
    ことを特徴とするデータ伝送システム。
  2. 前記符号化ビット中の情報ビットは、前記符号化ビット中のパリティビットよりも、重要度が大きいことを特徴とする請求項に記載のデータ伝送システム。
  3. 情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング手段と、
    前記変調シンボルが受信されたときの受信信号点と前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調手段と、
    前記復調手段の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする手段とを備えたデータ伝送システムにおいて、
    前記ビットマッピング手段は、前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とするデータ伝送システム。
  4. 前記ビットマッピング手段は、
    前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組を同じ変調シンボルに配置することを特徴とする請求項に記載のデータ伝送システム。
  5. 前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットをそれぞれ同数だけ同じ変調シンボルに配置することを特徴とする請求項に記載のデータ伝送システム。
  6. 前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする請求項からのいずれかの項に記載のデータ伝送システム。
  7. 情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング過程と、
    前記変調シンボルが受信されたときの受信信号点と前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調過程と、
    前記復調過程の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする過程とを含むデータ伝送方法であって、
    前記ビットマッピング過程において、
    前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とするデータ伝送方法。
  8. 前記ビットマッピング過程において、
    前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組を同じ変調シンボルに配置することを特徴とする請求項に記載のデータ伝送方法。
  9. 前記ビットマッピング過程において、
    前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットをそれぞれ同数だけ同じ変調シンボルに配置することを特徴とする請求項に記載のデータ伝送方法。
  10. 前記ビットマッピング過程において、
    前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする請求項からのいずれかの項に記載のデータ伝送方法。
  11. 情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング手段と、
    一つの変調シンボルが拡散された範囲のサブキャリアで構成された信号空間において、各サブキャリアの受信値を座標とする受信信号点と、前記受信信号点が本来取りうる座標の組合せである参照信号点と、前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調手段と、
    前記復調手段の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする手段とを備えた符号分割多重伝送方式のデータ伝送システムであり、
    前記ビットマッピング手段は、前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とするデータ伝送システム。
  12. 前記ビットマッピング手段は、
    前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組が同じ前記参照信号点に配置されるように、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットを前記変調シンボルに配置することを特徴とする請求項11に記載のデータ伝送システム。
  13. 前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットがそれぞれ同数だけ同じ前記参照信号点に配置されるようにすることを特徴とする請求項12に記載のデータ伝送システム。
  14. 前記ビットマッピング手段は、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする請求項11から13のいずれかの項に記載のデータ伝送システム。
  15. 情報ビットと前記情報ビットから異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットとから成る符号化ビットを多値変調方式の変調シンボルにマッピングするビットマッピング過程と、
    一つの変調シンボルが拡散された範囲のサブキャリアで構成された信号空間において、各サブキャリアの受信値を座標とする受信信号点と、前記受信信号点が本来取りうる座標の組合せである参照信号点と、前記受信信号点の出現確率とに基づき、送信された信号を判定する復調過程と、
    前記復調過程の判定結果から誤り訂正符号の復号を行い、該復号過程で得られる受信信号の確からしさを前記受信信号点の出現確率としてフィードバックする過程とを含む符号分割多重伝送方式のデータ伝送システムであり、
    前記ビットマッピング過程において、
    前記情報ビットを前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とするデータ伝送方法。
  16. 前記ビットマッピング過程において、
    前記情報ビットと前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットの組が同じ前記参照信号点に配置されるように、前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットを前記変調シンボルに配置することを特徴とする請求項15に記載のデータ伝送方法。
  17. 前記ビットマッピング過程において、
    前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットがそれぞれ同数だけ同じ前記参照信号点に配置されるようにすることを特徴とする請求項16に記載のデータ伝送方法。
  18. 前記ビットマッピング過程において、
    前記異なる要素符号器で各々生成されたパリティビットのうち、前記復号過程で先に用いられるパリティビットを、前記復号過程で後に用いられるパリティビットよりも、前記変調シンボルの誤りにくいビット位置に配置することを特徴とする請求項15から17のいずれかの項に記載のデータ伝送方法。
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