JP4260804B2 - 再送制御方法および通信装置 - Google Patents

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Description

この発明は、誤り訂正符号として低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ：Low-Density Parity-Check）符号を採用したシステムにて実現可能な再送制御方法および当該システムを構成する通信装置に関するものであり、詳細には、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）にＬＤＰＣ符号を適用した場合の再送制御方法および通信装置に関するものである。
以下、従来の再送制御方法について説明する。たとえば、誤り制御には、誤り訂正符号化（ＦＥＣ：Forward Error Correction）と自動再送要求（ＡＲＱ：Automatic Repeat reQuest）があるが、パケット伝送では、エラーフリー伝送を保証する必要があるため、ＡＲＱによる誤り制御が不可欠である。特に、伝搬路の状態に応じて最適な変調方式，符号化方式を選択して（適応変復調・誤り訂正）スループットの向上を図るようなシステムにおいては、パケット誤りが避けられないため、ＦＥＣ機能を組み込んだＨＡＲＱ方式が必要となる。
なお、上記ＨＡＲＱ方式としては、再送パケットがオリジナルのパケットと同一のＴｙｐｅ−II型ＨＡＲＱと、再送パケットがオリジナルのパケットと異なるＴｙｐｅ−II型ＨＡＲＱがある。
ここで、上記Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱの一例について説明する。Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱは、基本的に、初送時に情報ビットを送信し、再送時に誤り訂正のためのパリティビットを送信するものであるが、ここでは、上記Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱを、一例として、ターボ符号を用いたシステムに適用した場合について説明する（非特許文献１参照）。たとえば、ターボ符号を用いるシステムにおいては、送信側の通信装置が、情報信号系列を符号化率Ｒで符号化した後、所定の消去規則に基づいて符号化後の冗長ビット（パリティビット）を間引いて送信する。そして、再送時には、初回送信時のパケットとは異なる、追加パリティのみで構成されたパケットを送信する。一方、受信側の通信装置では、受信バッファに保存された初送時の受信パケットと再送パケットとを符号合成し、再送回数に応じてより小さい符号化率で復号処理を行う。
Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱでは、このような一連の処理を、誤りが検出されなくなるまで繰り返し実行することによって、エラーフリー伝送を実現し、さらに、符号化利得向上により受信特性の向上を図っている。
J.Xu,"Turbo Coded Hybrid Type II ARQ System",Master's thesis,Chalmere University of Technology,2002.
しかしながら、前述した文献に記載されたターボ符号を用いた再送制御方法においては、消去するビット数が多いほど、シャノン限界との距離が離れ、特性が劣化する、という問題があった。また、ターボ符号を用いた再送制御方法では、再送時に追加パリティを送信した場合であっても、選択されたパリティが最適なパリティかどうかはわからないため、ターボ符号本来の性能が得られない可能性がある、という問題もあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱ
において、消去するビット数が多い場合であっても特性が安定し、常に誤り訂正符号本来の性能を得ることができる再送制御方法および通信装置を提供することを目的としている。
本発明にかかる再送制御方法にあっては、初送時、所定の符号化率で符号化後の符号語を送信し、再送時、追加のパリティを送信する再送制御方法であって、受信側の通信装置からＮＡＫを受け取った送信側の通信装置が、初送時のパリティ検査行列を変換して得られる既約標準形の検査行列（検査記号生成行列Ｐと単位行列で構成される）が一部となるように、再送時のパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列生成ステップと、前記再送時のパリティ検査行列を既約標準形の検査行列（検査記号生成行列（Ｐ＋Ｐ´）と単位行列で構成される）に変換する検査行列変換ステップと、前記検査記号生成行列（Ｐ＋Ｐ´）を含む再送時の既約標準形の生成行列を生成する生成行列生成ステップと、前記生成行列Ｐ´と固定長のメッセージｍとを用いて追加パリティ（＝Ｐ´×ｍ）を生成し、さらに、生成された追加パリティに対して所定のデジタル変調を行い、送信する追加パリティ生成／送信ステップと、受信側の通信装置が、受信した変調信号に対して所定のデジタル復調を行い、さらに、予め保存しておいた初送時の受信データと復調後の追加パリティとを合成して復号処理を行い、初送時の受信データを正常に復号できなかった場合、送信側の通信装置に対してＮＡＫを返信する復号ステップと、を含み、以降、ＮＡＫを受け取った送信側の通信装置が、ＡＣＫが返信されるまで、符号化率を下げながら前記パリティ検査行列生成ステップ、前記検査行列変換ステップ、前記生成行列生成ステップおよび前記追加パリティ生成／送信ステップを繰り返し実行し、一方、受信側の通信装置が、初送時の受信データを正常に復号できるまで、前記追加パリティの合成処理を繰り返しながら前記復号ステップを繰り返し実行することを特徴とする。
この発明によれば、たとえば、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱ採用時の誤り訂正符号として、シャノン限界に極めて近い優れた特性をもつＬＤＰＣ符号を適用した場合、再送時は、初送時または前回の再送時の符号化率よりも低い符号化率で、パリティ検査行列ＨR(L)を生成し、さらに当該パリティ検査行列ＨR(L)から「ＨR(L)×ＧR(L)＝０」を満たす再送時の生成行列ＧR(L)を生成し、その生成結果に基づいて追加パリティのみを送信することとした。
この発明によれば、符号化率が大きい場合であっても、従来のようにパリティビットを間引くことなく、常に最適なパリティを送信できるので、特性を安定させることができ、常に誤り訂正符号本来の性能を得ることができる、という効果を奏する。
本発明をより詳細に説術するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
第１図は、本発明にかかる再送制御方法を示すフローチャートである。ここでは、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱ採用時の誤り訂正符号として、たとえば、シャノン限界に極めて近い優れた特性をもつＬＤＰＣ符号を適用した場合の再送制御方法について説明する。
なお、本実施の形態におけるＬＤＰＣ符号用のパリティ検査行列ＨR(L)は、たとえば、設定されるパラメータに応じて通信装置内で生成する構成としてもよいし、通信装置外部の他の制御装置（計算機等）で生成することとしてもよい。上記パリティ検査行列ＨR(L)が通信装置外部で実行される場合は、生成済みのパリティ検査行列ＨR(L)が通信装置に格納される。以降の実施の形態では、通信装置内でパリティ検査行列ＨR(L)を生成する場合について説明する。ただし、上記Ｒ（Ｌ）は符号化率を表し、Ｌ＝１，２，３，…，ｍａｘ（０＜Ｒ（１）＜Ｒ（１）＜…＜Ｒ（ｍａｘ−１）＜Ｒ（ｍａｘ）＝１）とする。Ｒ（ｍａｘ）は無符号化を意味する。
ここで、本実施の形態の再送制御方法を説明する前に、まず、本実施の形態の再送制御方法を実現可能な符号化器および復号器の位置付けについて説明する。
第２図は、ＬＤＰＣ符号化／復号システムを示す図である。第２図において、送信側の通信装置は、符号化器１０１と変調器１０２と再送制御部１０３を含む構成とし、受信側の通信装置は、復調器１０４と復号器１０５と再送制御部１０６を含む構成とする。なお、ここでは、説明の便宜上、送信側で必要な構成（送信機の構成）と受信側で必要な構成（受信機の構成）に分けて記載しているが、これに限らず、双方向の通信を実現可能な通信装置として、両方の構成を備えることとしてもよい。
送信側の符号化器１０１では、初送時、後述する本実施の形態のパリティ検査行列の構成法にてＬＤＰＣ符号用のパリティ検査行列ＨR(L)（ｎ×ｋ行列）を生成する。そして、以下の条件に基づいて生成行列ＧR(L)を求める。
ＧR(L)：（ｎ−ｋ）×ｎ行列（ｎ−ｋ：情報長，ｎ：符号語長）
ＨR(L)×ＧR(L)＝０
その後、符号化器１０１では、情報長ｎ−ｋのメッセージ（ｍ1ｍ2…ｍn-k）を受け取り、上記生成行列ＧR(L)を用いて符号語ＣR(L)を生成する。
ＣR(L)＝（ｍ1ｍ2…ｍn-k）ＧR(L)
＝（ｃ1ｃ2…ｃn） （ただし、Ｈ（ｃ1ｃ2…ｃn）T＝０）
そして、変調器１０２では、生成した符号語ＣR(L)に対して、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，多値ＱＡＭなどのデジタル変調を行い、送信する。
一方、受信側では、復調器１０４が、通信路１０７を介して受け取った変調信号に対して、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，多値ＱＡＭなどのデジタル復調を行い、さらに、復号器１０５が、ＬＤＰＣ符号化された復調結果に対して、「ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズム」による繰り返し復号を実施し、推定結果（もとのｍ1ｍ2…ｍn-kに対応）を出力する。
つづいて、上記ＬＤＰＣ符号化／復号システムにおける各通信装置の動作、すなわち、本実施の形態における再送制御方法について詳細に説明する。第１図（ａ）は送信側の通信装置の処理を示し、第１図（ｂ）は受信側の通信装置の処理を示す。なお、本実施の形態においては、説明の便宜上、１つの情報系列に着目した場合の再送制御について記載するが、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱでは、通常、第３図に示すように、複数の情報系列が連続的に送信され、ＮＡＫが返信された場合に再送制御を行う。
まず、上記送信側の通信装置では、符号化器１０１が、所定の符号化率Ｒ（Ｌ）に基づいて（初送時のＬ＝２〜ｍａｘ−１）、初送時のＬＤＰＣ符号用のパリティ検査行列ＨR(L)（ｎ×ｋの行列）を求め、この初送時のパリティ検査行列ＨR(L)から「ＨR(L)×ＧR(L)＝０」を満たす生成行列ＧR(L)（（ｎ−ｋ）×ｎの行列）を求める（ステップＳ１）。
ここで、上記符号化器１０１におけるＬＤＰＣ符号用のパリティ検査行列の構成法について詳細に説明する。本実施の形態では、一例として、有限アフィン幾何に基づくＩｒｒｅｇｕｌａｒ−ＬＤＰＣ符号用のパリティ検査行列の構成法（第１図ステップＳ１の詳細）について説明する。
第４図は、有限アフィン幾何に基づくＩｒｒｅｇｕｌａｒ−ＬＤＰＣ符号用パリティ検査行列の構成法を示すフローチャートである。なお、以降、Ｉｒｒｅｇｕｌａｒ−ＬＤＰＣ符号用のパリティ検査行列を、単に、パリティ検査行列と呼ぶ。
まず、符号化器１０１では、パリティ検査行列のベースとなる有限アフィン幾何符号ＡＧ（２，２s）を選択する（第４図、ステップＳ２１）。ここでは、行の重みと列の重みがそれぞれ２sとなる。第５図は、たとえば、有限アフィン幾何符号ＡＧ（２，２2）のマトリクスを示す図（空白は０を表す）である。
つぎに、符号化器１０１では、列の重みの最大値ｒl（２＜ｒl≦２s）を決定する（ステップＳ２２）。そして、符号化率Ｒ（Ｌ）を決定する（ステップＳ２２）。
つぎに、符号化器１０１では、ガウス近似法（Gaussian Approximation）による最適化を行い、暫定的に、列の重み配分λ（γi）と行の重み配分ρuを求める（ステップＳ２３）。なお、行の重み配分の生成関数ρ（ｘ）はρ（ｘ）＝ρuｘu-1＋（１−ρu）ｘuとする。また、重みｕはｕ≧２の整数であり、ρuは行における重みｕの割合を表す。
つぎに、符号化器１０１では、有限アフィン幾何の行の分割により構成可能な、行の重み｛ｕ，ｕ＋１｝を選択し、さらに下記（１）式を満たす分割係数｛ｂu，ｂu+1｝を求める（ステップＳ２４）。なお、ｂu，ｂu+1は非負の整数とする。
ｂu＋ｂu+1（ｕ＋１）＝２s …（１）
具体的には、下記（２）式からｂuを求め、上記（１）式からｂu+1を求める。
Figure 0004260804
つぎに、符号化器１０１では、上記決定したパラメータｕ，ｕ＋１，ｂu，ｂu+1によって更新された行の重みの比率ρu´，ρu+1´を（３）式により求める（ステップＳ２５）。
Figure 0004260804
つぎに、符号化器１０１では、ガウス近似法による最適化を行い、さらに上記で求めたｕ，ｕ＋１，ρu´，ρu+1´を固定のパラメータとして、暫定的に、列の重み配分λ（γi）を求める（ステップＳ２６）。なお、重みγiはγi≧２の整数であり、λ（γi）は列における重みγiの割合を表す。また、列数が１以下となる重み（λ（γi）≦γi／ｗt，ｉは正の整数）を候補から削除する。ただし、ｗtはＡＧ（２，２s）に含まれる１の総数を表す。
つぎに、上記で求めた重み配分を満たし、かつ下記（４）式を満たす、列の重み候補のセット｛γ1，γ2，…，γl（γl≦２s）｝を選択する（ステップＳ２７）。そして、下記（４）式を満たさない列の重みγiが存在する場合には、その列の重みを候補から削除する。
Figure 0004260804
なお、各ａは、列の重み２sを構成するための｛γ1，γ2，…，γl｝に対する非負の整数となる係数を表し、ｉ，ｊは正の整数であり、γiは列の重みを表し、γlは列の最大重みを表す。
つぎに、符号化器１０１では、ガウス近似法による最適化を行い、さらに上記で求めたｕ，ｕ＋１，ρu´，ρu+1´と｛γ1，γ2，…，γl｝を固定パラメータとして、列の重み配分λ（γi）と行の重み配分ρuを求める（ステップＳ２８）。
つぎに、符号化器１０１では、分割処理を行う前に、列の重み配分λ（γi）と行の重み配分ρuを調整する（ステップＳ２９）。なお、調整後の各重みの配分は、可能な限りガウス近似法で求めた値に近い値にする。第６図は、ステップＳ２９における最終的な列の重み配分λ（γi）と行の重み配分ρuの一例を示す図である。
最後に、符号化器１０１では、求めるパリティ検査行列のサイズがｎ×ｋとなるように、また、上記処理で求めた各重み配分に基づいて、有限アフィン幾何における行および列を削除および分割し（ステップＳ３０）、ｎ×ｋのパリティ検査行列ＨR(L)を生成する。本発明における有限アフィン幾何符号の分割処理は、各行または各列から「１」の番号をランダムに抽出し、不規則に分割（ランダム分割）する。なお、この抽出処理は、ランダム性が保持されるのであればどのような方法を用いてもよい。
このように、本実施の形態では、たとえば、上記有限アフィン幾何に基づくパリティ検査行列の構成法（第１図、ステップＳ１）を実行することによって、確定的で特性が安定したパリティ検査行列ＨR(L)：（ｎ×ｋ）を生成した。
なお、本実施の形態においては、基本となる符号（基本行列）に有限アフィン幾何を用いることとした（ステップＳ２１）が、これに限らず、「行と列の重みが一定」かつ「２部グラフ上のサイクル数が６以上」という条件を満たす行列であれば、有限アフィン幾何以外（Ｃａｙｌｅｙグラフによる基本行列やＲａｍａｎｕｊａｎグラフによる基本行列等）の行列を用いることとしてもよい。
また、本実施の形態では、一例として、上記ステップＳ２１〜Ｓ２９を用いて有限アフィン幾何に基づくパリティ検査行列を生成したが、上記ステップＳ１で生成するパリティ検査行列ＨR(L)については、これに限らず、上記以外の構成法で生成することとしてもよい。具体的にいうと、上記検査行列ＨR(L)の重み配分は、「パリティ検査行列ＨR(L)がフルランク（線形独立）であること」という条件を満たしていれば、上記とは異なる既知の方法で決定してもよい。
また、本実施の形態では、初送時のＬを２〜ｍａｘ−１としたが、Ｌ＝ｍａｘとしてもよい。初送時のＬがＬ＝ｍａｘ（Ｒ（ｍａｘ）＝１）の場合は、無符号化を意味するので、符号化器１０１による符号化処理は行われない。
上記のように、初送時のパリティ検査行列ＨR(L)を生成後、つぎに、符号化器１０１では、このＨR(L)を用いて「ＨR(L)×ＧR(L)＝０」を満たす初送時の生成行列ＧR(L)を求める（ステップＳ１）。ここで、初送時の生成行列ＧR(L)の生成処理を詳細に説明する。
まず、符号化器１０１では、上記「ＨR(L)×ＧR(L)＝０」を満たす、すなわち、第７図に示す条件を満たす上記生成行列ＧR(L)を生成するため、上記パリティ検査行列ＨR(L)を第８図に示すような既約標準形の検査行列Ｈsys＝［Ｐ(n-k)xk｜Ｉk］に変換する。なお、上記パリティ検査行列ＨR(L)は、フルランク（線形独立）なので、必ず既約標準形の検査行列Ｈsysを生成できる。ただし、Ｐは検査記号生成行列であり、Ｉは単位行列である。
つぎに、符号化器１０１では、第９図に示すように、上記検査記号生成行列Ｐ(n-k)xkと単位行列Ｉn-kで構成された（ｎ−ｋ）×ｎの初送時の既約標準形の生成行列ＧR(L)を生成する。
上記のように、ステップＳ１の処理によって、初送時のパリティ検査行列ＨR(L)および初送時の生成行列ＧR(L)を生成後、つぎに、符号化器１０１では、第７図に示すように、符号語ＣR(L)＝ＧR(L)×ｍを生成する（ステップＳ２）。なお、ｍ＝ｍ1，ｍ2，…，ｍn-kである。そして、変調器１０２が、生成された符号語ＣR(L)に対して、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，多値ＱＡＭなどのデジタル変調を行い、送信する（ステップＳ２）。
つぎに、受信側の通信装置では、復調器１０４が、通信路１０７を介して受け取った変調信号に対して、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，多値ＱＡＭなどのデジタル復調を行い、さらに、復号器１０５が、ＬＤＰＣ符号化された復調結果に対して、「ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズム」による繰り返し復号を実施する（ステップＳ１１）。その結果、初送時のデータを正常に受信できた場合（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、再送制御部１０６では、送信側の通信装置にＡＣＫを返信する（ステップＳ１３）。そして、ＡＣＫを受け取った送信側の通信装置では（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、再送用に保存しておいて初送データを削除する。
一方で上記ステップＳ１２の判断処理によって、初送時のデータを正常に受信できなかった場合（ステップＳ１２，Ｎｏ）、再送制御部１０６では、送信側の通信装置に対してＮＡＫを返信し、同時に、初送時の受信データを保存する（ステップＳ１４）し、その後、再送データの受信待ち状態に移行する（ステップＳ１５）。
つぎに、ＮＡＫを受け取った送信側の通信装置では（ステップＳ３，Ｎｏ）、再送制御部１０３が、符号化器１０１に対して、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲ
Ｑを採用する場合の再送データとして、たとえば、追加パリティの生成を指示する。そして、符号化器１０１が、初送時の符号化率よりも低い符号化率Ｒ（Ｌ）で（たとえば、初送時のＬがｍａｘであれば再送時のＬはｍａｘ−１、初送時のＬが２であれば再送時のＬは１となる）、再送時のパリティ検査行列ＨR(L)（（ｎ＋ｔ）×（ｋ＋ｔ）の行列）を生成し（ステップＳ４）、新たに生成したパリティ検査行列ＨR(L)から「ＨR(L)×ＧR(L)＝０」を満たす再送時の生成行列ＧR(L)（（ｎ−ｋ）×（ｎ＋ｔ）の行列）を求める（ステップＳ４）。ここで、再送時の生成行列ＧR(L)（（ｎ−ｋ）×（ｎ＋ｔ）の行列）の生成処理について説明する。
第１０図は、再送時のパリティ検査行列ＨR(L)（（ｎ＋ｔ）×（ｋ＋ｔ）の行列）を示す図である。
符号化器１０１では、情報ｍの情報量（ｍ1〜ｍn-k）を固定した状態で追加パリティを生成するために、まず、第１０図に示すように、初送時の既約標準形の検査行列Ｈsys（図示の斜線部に相当）を保持した状態で、ｔ×ｋの０行列を初送時の既約標準形の検査行列Ｈsysの右横に配置し、さらに、（ｎ＋ｔ）×ｔの行列Ａを追加生成し、それを初送時の既約標準形の検査行列Ｈsysの下部に配置した、再送時のパリティ検査行列ＨR(L)を生成する。
このとき、上記行列Ａの重み配分は、「再送時のパリティ検査行列ＨR(L)がｒａｎｋＨR(L)＝ｋ＋ｔとなること（フルランク：線形独立であること）」，「再送時のパリティ検査行列ＨR(L)が初送時の既約標準形の検査行列Ｈsysを保持すること」，「各符号化率Ｒ（Ｌ）に応じて求めたＨR(L)に対応するＳＮＲとシャノン限界との差、の総和が最小（最適）であること」という拘束条件の下で、上記第４図に示す方法またはそれとは異なる既知の方法により決定する。なお、ｔのサイズは、システムの要求条件に依存する。また、上記ｔ列分の０行列は、上記拘束条件を満たせるのであれば、必ずしも０行列である必要はない。
たとえば、初期時のＬをｍａｘ−１とし、再送時のＬをｍａｘ−２とすると、上記再送時のパリティ検査行列ＨR(L)（（ｎ＋ｔ）×（ｋ＋ｔ）の行列）の生成処理は、下記（５）式のように表現できる。なお、ＨR(max-1)，ＨR(max-2)はともにフルランクである。
Figure 0004260804
つぎに、符号化器１０１では、再送時においても「ＨR(L)×ＧR(L)＝０」を満たす生成行列ＧR(L)を生成するため、再送時のパリティ検査行列ＨR(L)を、第１１図に示すような、再送時の既約標準形の検査行列Ｈsys＝［Ｐ(n-k)x(k+t)｜Ｉk+t］に変換する。なお、上記条件により再送時のパリティ検査行列ＨR(L)は、フルランク（線形独立）なので、必ず上記再送時の既約標準形の検査行列Ｈsysを生成できる。
つぎに、符号化器１０１では、第１２図に示すように、上記検査記号生成行列Ｐ(n-k)x(k+t)と単位行列Ｉn-kで構成された（ｎ−ｋ）×（ｎ＋ｔ）の再送時の既約標準形の生成行列ＧR(L)を生成する（図示の斜線部に相当）。
上記のようにステップＳ４の処理によって、再送時のパリティ検査行列ＨR(L)および再送時の既約標準形の生成行列ＧR(L)を生成後、つぎに、符号化器１０１では、第１３図の斜線部で示す追加パリティｐ´（ｐ´＝Ｐ(n-k)xt×ｍ）を生成する（ステップＳ５）。なお、第１３図は、再送時の符号語を示す図である。また、ｍ＝ｍ1，ｍ2，…，ｍn-kである。そして、変調器１０２が、生成された追加パリティｐ´に対して、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，多値ＱＡＭなどのデジタル変調を行い、送信する（ステップＳ５）。
つぎに、受信側の通信装置では、復調器１０４が、通信路１０７を介して受け取った変調信号に対して、前述同様、所定のデジタル復調を行い（ステップＳ１５）、さらに、復号器１０５が、上記ステップＳ１４の処理で予め保存しておいた初送時の受信データと復調後の追加パリティとを合成して「ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズム」による繰り返し復号を実施する（ステップＳ１６）。その結果、初送時のデータを正常に受信できた場合（ステップＳ１７，Ｙｅｓ）、再送制御部１０６では、送信側の通信装置にＡＣＫを返信する（ステップＳ１８）。そして、ＡＣＫを受け取った送信側の通信装置では（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、再送用に保存しておいた送信データおよび追加パリティを削除する。
一方で上記ステップＳ１７の判断処理によって、初送時のデータを正常に受信できなかった場合（ステップＳ１７，Ｎｏ）、再送制御部１０６では、送信側の通信装置に対してＮＡＫを送信し、同時に、追加パリティを保存し（ステップＳ１９）、その後、再々送データの受信待ち状態に移行する（ステップＳ１５）。
そして、ＮＡＫを受け取った送信側の通信装置では（ステップＳ６，Ｎｏ）、再送制御部１０３が、符号化器１０１に対してさらなる追加パリティの生成を指示し、ＡＣＫが返信されるまで（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、符号化率Ｒ（Ｌ）を下げながらステップＳ４〜Ｓ６の処理を繰り返し実行する。一方、受信側の通信装置においては、初送データを正常に復号できるまで（ステップＳ１７，Ｙｅｓ）、上記合成処理を繰り返しながらステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を繰り返し実行する。
なお、本実施の形態では、ステップＳ３およびステップＳ６にてＡＣＫが返信された場合、送信側の通信装置では、符号化率Ｒ（Ｌ）を更新していないが、たとえば、受信側の通信装置が、ＡＣＫに、復号時に訂正した誤り数を含ませ、送信側の通信装置が、当該誤り数に応じて符号化率Ｒ（Ｌ）を最適値に更新することとしてもよい。
このように、本実施の形態の再送制御方法においては、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱ採用時の誤り訂正符号として、たとえば、シャノン限界に極めて近い優れた特性をもつＬＤＰＣ符号を適用し、再送時は、初送時または前回の再送時の符号化率よりも低い符号化率で、パリティ検査行列ＨR(L)を生成し、さらに当該パリティ検査行列ＨR(L)から「ＨR(L)×ＧR(L)＝０」を満たす再送時の生成行列ＧR(L)を生成し、その生成結果に基づいて追加パリティのみを送信することとした。これにより、符号化率が大きい場合であっても、従来のようにパリティビットを間引くことなく、常に最適なパリティを送信できるので、特性を安定させることができ、常に誤り訂正符号本来の性能を得ることができる。
以上のように、本発明にかかる再送制御方法および通信装置は、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ：Low-Density Parity-Check）符号を採用した通信システムに有用であり、特に、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱ採用時の誤り訂正符号にＬＤＰＣ符号を適用する通信システムに適している。
第１図は、本発明にかかる再送制御方法を示すフローチャートである。 第２図は、ＬＤＰＣ符号化／復号システムを示す図である。 第３図は、Ｔｙｐｅ−II型ＨＡＲＱの処理を示す図である。 第４図は、有限アフィン幾何に基づくＩｒｒｅｇｕｌａｒ−ＬＤＰＣ符号用のパリティ検査行列の構成法を示すフローチャートである。 第５図は、有限アフィン幾何符号ＡＧ（２，２2）のマトリクスを示す図である。 第６図は、最終的な列の重み配分λ（γi）と行の重み配分ρuの一例を示す図である。 第７図は、生成行列ＧR(L)を生成するための条件を示す図である。 第８図は、既約標準形の検査行列Ｈsys＝［Ｐ(n-k)xk｜Ｉk］への変換処理を示す図である。 第９図は、初送時の既約標準形の生成行列ＧR(L)の生成処理を示す図である。 第１０図は、再送時のパリティ検査行列ＨR(L)を示す図である。 第１１図は、再送時の既約標準形の検査行列Ｈsys＝［Ｐ(n-k)x(k+t)｜Ｉk+t］への変換処理を示す図である。 第１２図は、再送時の既約標準形の生成行列ＧR(L)の生成処理を示す図である。 第１３図は、再送時の符号語を示す図である。
符号の説明
１０１ 符号化器
１０２ 変調器
１０３ 再送制御部
１０４ 復調器
１０５ 復号器
１０６ 再送制御部

Claims (11)

  1. 初送時、所定の符号化率で符号化後の符号語を送信し、再送時、追加のパリティを送信する再送制御方法において、
    受信側の通信装置からＮＡＫを受け取った送信側の通信装置が、初送時のパリティ検査行列を変換して得られる既約標準形の検査行列（検査記号生成行列Ｐと単位行列で構成される）が一部となるように、再送時のパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列生成ステップと、
    前記再送時のパリティ検査行列を既約標準形の検査行列（検査記号生成行列（Ｐ＋Ｐ´）と単位行列で構成される）に変換する検査行列変換ステップと、
    前記検査記号生成行列（Ｐ＋Ｐ´）を含む再送時の既約標準形の生成行列を生成する生成行列生成ステップと、
    前記生成行列Ｐ´と固定長のメッセージｍとを用いて追加パリティ（＝Ｐ´×ｍ）を生成し、さらに、生成された追加パリティに対して所定のデジタル変調を行い、送信する追加パリティ生成／送信ステップと、
    受信側の通信装置が、受信した変調信号に対して所定のデジタル復調を行い、さらに、予め保存しておいた初送時の受信データと復調後の追加パリティとを合成して復号処理を行い、初送時の受信データを正常に復号できなかった場合、送信側の通信装置に対してＮＡＫを返信する復号ステップと、
    を含み、
    以降、ＮＡＫを受け取った送信側の通信装置が、ＡＣＫが返信されるまで、符号化率を下げながら前記パリティ検査行列生成ステップ、前記検査行列変換ステップ、前記生成行列生成ステップおよび前記追加パリティ生成／送信ステップを繰り返し実行し、一方、受信側の通信装置が、初送時の受信データを正常に復号できるまで、前記追加パリティの合成処理を繰り返しながら前記復号ステップを繰り返し実行することを特徴とする再送制御方法。
  2. 前記パリティ検査行列生成ステップでは、
    「再送時のパリティ検査行列が線形独立であること」、「初送時のパリティ検査行列の列数＜再送時のパリティ検査行列の列数」、「初送時のパリティ検査行列の行数＜再送時のパリティ検査行列の行数」、「各符号化率に応じたパリティ検査行列に対応するＳＮＲとシャノン限界との差、の総和が最小（最適）であること」という拘束条件の下で、前記初送時の既約標準形の検査行列が一部となるように再送時のパリティ検査行列を生成することを特徴とする請求項１に記載の再送制御方法。
  3. 前記パリティ検査行列生成ステップでは、
    前記再送時のパリティ検査行列の生成時、システムの要求条件に応じて、追加行数および追加列数を決定することを特徴とする請求項２に記載の再送制御方法。
  4. 前記パリティ検査行列生成ステップでは、
    前記再送時のパリティ検査行列の生成時、前記決定された列数分の０行列を追加することを特徴とする請求項３に記載の再送制御方法。
  5. 初送時および再送時に正常に受信データを復号できた場合、受信側の通信装置が、ＡＣＫに、復号時に訂正した誤り数を含ませ、送信側の通信装置が、当該誤り数に応じて符号化率を最適値に更新することを特徴とする請求項１に記載の再送制御方法。
  6. 初送時、所定の符号化率で符号化後の符号語を送信し、再送時、追加のパリティを送信する送信側の通信装置において、
    受信側の通信装置からＮＡＫを受け取った場合に、初送時のパリティ検査行列を変換して得られる既約標準形の検査行列（検査記号生成行列Ｐと単位行列で構成される）が一部となるように再送時のパリティ検査行列を生成し、さらに、前記再送時のパリティ検査行列を既約標準形の検査行列（検査記号生成行列（Ｐ＋Ｐ´）と単位行列で構成される）に変換し、さらに、前記検査記号生成行列（Ｐ＋Ｐ´）を含む再送時の既約標準形の生成行列を生成し、そして、前記生成行列Ｐ´と固定長のメッセージｍとを用いて追加パリティ（＝Ｐ´×ｍ）を生成する符号化手段と、
    前記追加パリティに対して所定のデジタル変調を行い、送信する変調手段と、
    を備え、
    受信側の通信装置からＡＣＫが返信されるまで、符号化率を下げながら前記符号化手段および前記変調手段による処理を繰り返し実行することを特徴とする通信装置。
  7. 前記符号化手段は、「再送時のパリティ検査行列が線形独立であること」、「初送時のパリティ検査行列の列数＜再送時のパリティ検査行列の列数」、「初送時のパリティ検査行列の行数＜再送時のパリティ検査行列の行数」、「各符号化率に応じたパリティ検査行列に対応するＳＮＲとシャノン限界との差、の総和が最小（最適）であること」という拘束条件の下で、前記初送時の既約標準形の検査行列が一部となるように再送時のパリティ検査行列を生成することを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
  8. 前記符号化手段は、前記再送時のパリティ検査行列の生成時、システムの要求条件に応じて、追加行数および追加列数を決定することを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
  9. 前記符号化手段は、前記再送時のパリティ検査行列の生成時、前記決定された列数分の０行列を追加することを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
  10. 前記符号化手段は、受信側の通信装置から復号時に訂正した誤り数を含ませたＡＣＫを受信した場合、当該誤り数に応じて符号化率を最適値に更新することを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
  11. メッセージを所定の符号化率で符号化し、当該符号化により得られた符号語を受信側の通信装置に送信する送信側の通信装置において、
    前記受信側の通信装置から、前記符号語の送信に対する応答としてＮＡＫを受信した場合、
    前記符号語に含まれる初送時のパリティ検査行列、または、前記初送時のパリティ検査行列から変換可能な第１の検査記号生成行列Ｐと第１の単位行列とから形成される既約標準形の検査行列を含み、前記第１の検査記号生成行列Ｐと第２の検査記号生成行列Ｐ´と第２の単位行列に変換可能な再送時のパリティ検査行列を生成し、
    前記第２の検査記号生成行列Ｐ´とメッセージとから追加パリティを形成し、
    前記追加パリティを前記受信側の通信装置に送信することを特徴とする通信装置。
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