JP4611864B2 - 伝送方式 - Google Patents

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Description

本発明は、回転直交符号を用いる伝送方式に関する。
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、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)方式と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)方式が挙げられる。
ＭＣ−ＣＤＭＡは、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。そのＭＣ−ＣＤＭＡの拡散符号として、ＯＦＤＭとウォルシュ符号を用いるＭＣ−ＣＤＭＡのハイブリッドな特性が得られる回転直交符号が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。拡散率が２の場合、ｎ番目の変調シンボルをＭｉ（ｎ）とすると、回転直交符号により拡散されたｎ番目のデータサブキャリアＤｉ（ｎ）は、式（１）で表される。
Figure 0004611864
 なお、拡散率が２の回転直交符号を式（２）の行列で与えるとすると、式（１）は式（３）のように書きなおすことができ、２より大きい拡散率の回転直交符号は式（４）より得られる。
Figure 0004611864
Figure 0004611864
Figure 0004611864
 図９にＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)変調シンボルを拡散率が２の回転直交符号を用いて拡散したときの送信信号点を示す。なお、図９の信号点は、拡散後の送信信号点に最尤推定用シンボルへの変換処理（非特許文献１参照）を行うことにより得られる。
図９より、θ１＝０の場合はＯＦＤＭ変調シンボル、θ１＝π／４の場合はウォルシュ符号で拡散したＭＣ−ＣＤＭＡ変調シンボルが得られることがわかる。したがって、０からπ／４の間の値を回転直交符号の回転角として与えることにより、周波数ダイバーシチを制御でき、ＯＦＤＭとウォルシュ符号を用いるＭＣ−ＣＤＭＡの中間の特性を得ることができる。
3GPP TSG RAN WG1#42 bis, R1-051261, "Enhancement of Distributed Mode for Maximizing Frequency Diversity," Oct. 2005. D. Garg and F. Adachi, "Diversity-Coding-Orthogonality Trade-off for Coded MC-CDMA with High Level Modulation," IEICE Trans. Commun., Vol. E88-B, No. 1, pp. 76-83, Jan. 2005.
非特許文献２において、変調方式、誤り訂正符号の符号化率、伝送方式によって、所要パケット誤り率が得られる信号対雑音電力比が異なることが報告されている。すなわち、変調方式、誤り訂正符号の符号化率などのチャネルフォーマットによって最適な伝送方式が異なり、ＯＦＤＭの所要信号対雑音電力比のほうがＭＣ−ＣＤＭＡより低いケースもあれば、逆に、高いケースも存在する。
よって、チャネルフォーマットによって最小の所要信号対雑音電力比が得られる回転直交符号の回転角も異なるが、まだ報告されていない。もし、回転直交符号を用いる伝送方式において、送信チャネルフォーマットに適した回転角の回転直交符号で拡散し、送信することができれば、ビット誤りを低減でき、信頼性の高い通信を行うことが可能になる。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、変調方式と誤り訂正符号の符号化率の組み合わせに適した回転角を持つ回転直交符号を提供することを目的としている。
請求項１に記載の発明は、回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式であって、誤り訂正符号の符号化率が４／５のＱＰＳＫ変調において、ＯＦＤＭと同一の信号点となる回転角を０度としたときに、１８から４５度の間、もしくは、−１８から−４５度の間の回転角を持つ回転直交符号を用いることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式であって、誤り訂正符号の符号化率が３／４の１６ＱＡＭ変調において、ＯＦＤＭと同一の信号点となる回転角を０度としたときに、１２から４２度の間、もしくは、−１２から−４２度の間の回転角を持つ回転直交符号を用いることを特徴とする。
本発明によれば、回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式において、変調方式と誤り訂正符号の符号化率の組み合わせに適した回転角を持つ回転直交符号で信号を拡散することができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本発明の回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式の送受信ブロックダイアグラムの一例を図1に示す。図１において、送信機１から受信機３へ情報ビットを送信する際には、まず、送信機１の符号化器１１が情報ビットを入力して符号化を行い、続いて符号化後の情報ビットを変調器１２で変調を行い、変調シンボルを生成する。
拡散器１３は、得られた変調シンボルを変調方式と符号化率の組み合わせに適した回転角の回転直交符号を用いて拡散し、伝送路２へ送信する。受信機３は、伝送路２から受信した信号を逆拡散器３１で逆拡散を行い、逆拡散後の信号を復調器３２で復調した後に、復号器３３で情報ビットを復号する。
次に、図２から図８を参照して、拡散器１３で行う拡散において、変調方式と符号化率の組み合わせに適した回転角について説明する。図３から図８は、変調方式と符号化率の組み合わせ毎に、回転角を変化させたときのパケット誤り率を計算機シミュレーションにより評価した結果を示す図であり、図２はシミュレーションの際のシミュレーションパラメータを示す表である。
図２において、データサブキャリア数は、データを変調するサブキャリアの数であり、本実施形態では５１２である。サイクリックプリフィックス数は、マルチパス干渉を抑圧するために、ＭＣ−ＣＤＭＡ変調シンボルの前に挿入するＭＣ−ＣＤＭＡシンボル末尾のコピーであり、本実施形態では１２８である。
情報ビット数は、図１の送信機１から送信する情報ビットの数であり、本実施形態では１０２４、２０４８、３０７２、４０９６のいずれかを用いる。誤り訂正符号は、拘束長が４であるターボ符号を用いる。符号化率は、符号化ビットに占める情報ビットの割合であり、１／２、２／３、３／４、４／５のいずれかを用いる。
復号アルゴリズムは、図１の復号器３３で行う復号化で使用するアルゴリズムであり、ツインターボ復調（Max Log-MAPアルゴリズム、非特許文献１参照）を用いる。変調方式は、ＱＰＳＫ及び１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)のいずれかを用いる。
拡散率／符号多重数は、図１の拡散器１３で実施される符号拡散処理の拡散率、符号多重数であり、本実施形態ではともに２である。復調方式は、ＭＤ−ＤＥＭ（非特許文献１参照）を用いる。伝搬路は、フレーム内で一定、フレーム間で独立な準静的１６パスレイリーモデルで、各パスの遅延時間差は６サンプルで、指数減衰する。伝搬路推定は、理想推定を仮定した。
図３から図６は、誤り訂正符号の符号化率を１／２、２／３、３／４、４／５とし、ＱＰＳＫ変調したときの正規化パケット誤り率を示す。ここで、正規化パケット誤り率は、０度から４．５度ずつ回転角を変化させて得られた最小のパケット誤り率で各回転角におけるパケット誤り率を正規化することにより得られる。なお、０度の回転角とはＯＦＤＭと同一の信号点となる回転角である（以下、図７及び図８においても同様）。
図３から図６より、回転角にはパケット誤り率を最小にする最適値が存在することがわかる。また、最小のパケット誤り率の１．５倍のパケット誤り率を許容できたとしても、符号化率が１／２、２／３、３／４のＱＰＳＫ変調の場合には１７から４５度の間に、符号化率が４／５のＱＰＳＫ変調の場合には１８から４５度の間に回転角を制限する必要がある。
パケット誤り率の増加は通信品質の劣化を招き、加入者に十分なサービスを提供することが困難となる。特に、パケット誤りが発生しても情報を再送しないＵＤＰ（User Datagram Protocol）アプリケーションにおいて、パケット誤り率が１．５倍以上になると、伝搬路変動に応じて適応変調する伝送方式を用いたとしても通信を継続することが困難となる。また、正規化パケット誤り率が１．５以上の領域では、１．５未満の領域と比較して、回転角の変化に対する正規化パケット誤り率の増加が大きいことが確認できる。
図７及び図８は、誤り訂正符号の符号化率を２／３、３／４とし、１６ＱＡＭ変調したときの正規化パケット誤り率を示す。ＱＰＳＫ変調した場合と同様に、回転角にはパケット誤り率を最小にする最適値が存在し、例えば、最小のパケット誤り率の１．５倍のパケット誤り率を許容できたとしても、符号化率が２／３の１６ＱＡＭ変調の場合には７から４５度の間に、符号化率が３／４の１６ＱＡＭ変調の場合には１２から４２度の間に回転角を制限する必要がある。なお、図３から図８に示す回転角を変化させたときの正規化パケット誤り率の変化は0度対象であるため、たとえば、x度と−x度では同じ正規化パケット誤り率が得られる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式において、変調方式と誤り訂正符号の符号化率の組み合わせに適した回転角を持つ回転直交符号で信号を拡散することが可能になる。なお、図３から図８に示すシミュレーション結果は、誤り訂正符号としてターボ符号を用いて得られたが、低密度パリティ検査符号など、その他の符号を用いた場合であっても、変調方式と符号化率の組み合わせに適した回転角の範囲は変わらない。
また、復号法としてMax Log-MAPアルゴリズムを用いたが、Log-MAPアルゴリズムなど、その他の符号アルゴリズムを用いた場合であっても、変調方式と符号化率の組み合わせに適した回転角の範囲は変わらない。また、マルチパスモデルとして、６サンプル間隔で指数減衰する１６パスレイリーを用いたが、その他のマルチパスモデルを用いた場合であっても、変調方式と符号化率の組み合わせに適した回転角の範囲は変わらない。
本発明は、回転直交符号を用いる伝送方式に用いて好適である。
本発明の回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式の送受信ブロックダイアグラムの一例を示す図である。 シミュレーションパラメータを示す表である。 変調方式：ＱＰＳＫ、符号化率：１／２、情報ビット数：１０２４の条件で、回転直交符号の回転角を変化させたときの正規化パケット誤り率をシミュレーションした結果を示す図である。 変調方式：ＱＰＳＫ、符号化率：２／３、情報ビット数：２０４８の条件で、回転直交符号の回転角を変化させたときの正規化パケット誤り率をシミュレーションした結果を示す図である。 変調方式：ＱＰＳＫ、符号化率：３／４、情報ビット数：３０７２の条件で、回転直交符号の回転角を変化させたときの正規化パケット誤り率をシミュレーションした結果を示す図である。 変調方式：ＱＰＳＫ、符号化率：４／５、情報ビット数：４０９６の条件で、回転直交符号の回転角を変化させたときの正規化パケット誤り率をシミュレーションした結果を示す図である。 変調方式：１６ＱＡＭ、符号化率：２／３、情報ビット数：４０９６の条件で、回転直交符号の回転角を変化させたときの正規化パケット誤り率をシミュレーションした結果を示す図である。 変調方式：１６ＱＡＭ、符号化率：３／４、情報ビット数：３０７２の条件で、回転直交符号の回転角を変化させたときの正規化パケット誤り率をシミュレーションした結果を示す図である。 ＱＰＳＫ変調シンボルを拡散率が2の回転直交符号を用いて拡散したときの送信信号点を示す図である。
符号の説明
１ … 送信機
２ … 伝送路
３ … 受信機
１１ … 符号化器
１２ … 変調器
１３ … 拡散器
３１ … 逆拡散器
３２ … 復調器
３３ … 復号器

Claims (2)

  1. 回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式であって、誤り訂正符号の符号化率が４／５のＱＰＳＫ変調において、ＯＦＤＭと同一の信号点となる回転角を０度としたときに、１８から４５度の間、もしくは、−１８から−４５度の間の回転角を持つ回転直交符号を用いることを特徴とする伝送方式。
  2. 回転直交符号を用いて信号を拡散する伝送方式であって、誤り訂正符号の符号化率が３／４の１６ＱＡＭ変調において、ＯＦＤＭと同一の信号点となる回転角を０度としたときに、１２から４２度の間、もしくは、−１２から−４２度の間の回転角を持つ回転直交符号を用いることを特徴とする伝送方式。
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