JP5170428B2

JP5170428B2 - ｔａｉｌ−ｂｉｔｉｎｇ畳み込み符号方式を用いた送信装置、受信装置および通信制御方法

Info

Publication number: JP5170428B2
Application number: JP2008219260A
Authority: JP
Inventors: 真也下林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP2010056845A

Description

本発明は無線通信システムに係り、特にtail-biting（テイル−バイティング）畳み込み符号方式を用いた送信装置、受信装置およびそれらの通信制御方法に関する。

３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project) Release 8で標準化が進められているＬＴＥ(Long Term Evolution)において、ＰＢＣＨ(Physical broadcast Channel)に関しては、tail-biting畳み込み符号化方式が用いられる（非特許文献１）。

また、３ＧＰＰＬＴＥでは、複数アンテナ送信あるいはＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)システムがパフォーマンスの向上に必要な技術であると考えられている。複数アンテナ送信が行われている場合、基地局に接続しようとする移動局は、初期同期後にＰＢＣＨを復号する時点ではアンテナ構成が未知である。さらに、ＰＢＣＨのＴＴＩは４０ｍｓであるが、現在のフレーム（１０ｍｓ）が４０ｍｓのうちのどこに位置するかもその時点では未知である。

たとえば、初期同期後にＰＢＣＨを復号しようとする移動局には、想定される３つのアンテナ構成（ここではアンテナ数＝１，２あるいは４）が可能性として存在し、フレーム位置に関しても、４つのフレーム位置が可能性として存在する。つまり初期同期において、ＰＢＣＨの構成は、アンテナ構成およびフレーム位置に関する可能性が３×４＝１２通り存在することとなり、移動局は最大１２回のＰＢＣＨ復号の試行が必要となる。

3GPP TS 36.212 v8.3.0 (2008-05) 5.1.1〜5.1.5

しかしながら、可能なアンテナ数を逐一試行するには、そのたびにチャネル等化および送信ダイバーシティの復号を行う必要があり、上述したように、tail-biting畳み込み復号を最大１２回繰り返すことは、ＰＢＣＨ復号の処理時間が長くなるだけでなく、消費電力が増大する。低消費電力が常に課題となる移動局にとって、消費電力の増大は大きな問題である。

そこで、本発明の目的は、tail-biting畳み込み符号化データの復号処理時間の短縮および消費電力の削減を可能にする新たな通信制御方法、それを用いた送信装置および受信装置ならびに無線通信システムを提供することにある。

本発明による受信装置は、誤り検査情報を付加したビット系列をtail-biting畳み込み符号化することで生成された符号化ビット系列を送信装置から受信する受信手段と、受信したビット系列をtail-biting畳み込み復号する復号手段と、復号されたビット系列の誤り検査情報により誤り検査を行う誤り検査確認手段と、前記復号されたビット系列における前記誤り検査情報の位置候補を順次変更しながら前記誤り検査確認手段を動作させ、前記誤り検査確認ができない場合には、前記送信装置のアンテナ構成候補を順次選択しながら前記受信手段にアンテナ数に応じたチャネル処理を実行させ、前記復号手段にアンテナ数に応じた送信ダイバーシティ復号を実行させる制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、tail-biting畳み込み符号化データの復号処理時間の短縮および消費電力の削減が可能となる。

本発明は、tail-biting畳み込み符号の特性、すなわち符号器の初期状態と最終状態とが同じとなるために復号時に任意の場所から復号を開始することができるという特性を利用し、送信側でtail-biting畳み込み符号化されたビット列を再マッピングする。受信側では、再マッピングされたビット列をtail-biting畳み込み復号することで、tail-biting畳み込み復号の回数を減少させ、処理時間の短縮および消費電力の削減を達成する。

以下、説明を煩雑化しないために、本発明の一実施形態による無線通信システムとして、アンテナ数が４である場合の３ＧＰＰＬＴＥシステムを取りあげて説明する。ただし、これ以外のシステムであっても本発明が適用可能であることは明らかである。

１．システム構成
図１は移動体通信システムの一般的な構成を模式的に示す図であり、図２は３ＧＰＰＬＴＥシステムの１フレームにおけるサブフレーム＃０の一部を模式的に示すリソース構成図である。ここでは、図１に示すように、基地局ｅＮＢのセル内に移動局ＵＥ(User Equipment)が位置し、移動局ＵＥが基地局ｅＮＢからのブロードキャストチャネルを受信するものとする。

図２に示すように、ＰＢＣＨは、２スロットからなるサブフレーム＃０のスロット１の先頭から４シンボルにマッピングされる。リファレンス信号ＲＳ（Reference signal）がマッピングされるリソースは、実際に使用されるアンテナ数とは独立に、ここでは常に４アンテナ分（アンテナ１〜４）のリファレンス信号ＲＳが配置され、そこにはＰＢＣＨはマッピングされない。

初期同期の手順として、移動局ＵＥは、まず同期チャネル（Sync CH）を受信することによりフレーム同期を確立し、フレーム同期確立後にＰＢＣＨでセル固有情報などの報知情報を取得する。以下、送信装置（ここでは基地局ｅＮＢ）および受信装置（ここでは移動局ＵＥ）の構成について説明する。

図３（Ａ）は本実施形態による無線通信システムの送信装置の概略的機能構成を示すブロック図であり、図３（Ｂ）は同じく受信装置の概略的機能構成を示すブロック図である。

図３（Ａ）において、送信装置は機能的に次のブロックを有する：ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)付加部１０１；tail-biting畳み込み符号化部１０２；インタリーブ部１０３；再マッピング部１０４；レートマッチング部１０５；ブロック分割部１０６；および送信部１０７。ただし、これらは機能的に分けたブロックであり、プログラム制御プロセッサ上でプログラムを実行することにより同様の機能を実現することも可能である。

図３（Ｂ）において、受信装置は機能的に次のブロックを有する：受信部２０１；レートデマッチング部２０２；デインタリーブ部２０３；tail-biting畳み込み復号部２０４；ＣＲＣ確認部２０５；および復号制御部２０６。ただし、これらのブロックも機能的に分けたものであり、プログラム制御プロセッサ上でプログラムを実行することにより同様の機能を実現することも可能である。後述するように、復号制御部２０６は、受信部２０１に対してアンテナ数を設定しながら、ＣＲＣ確認部２０５の確認結果に応じてＣＲＣ確認位置の変更を行う。

２．送信動作
以下、図３（Ａ）および図４を参照しながら、送信装置の送信動作について詳細に説明する。

図４は図３（Ａ）に示す送信装置の送信過程の一例を示す模式図である。まず、ＣＲＣ付加部１０１は、情報３０１（ここでは報知情報）から誤り検査情報であるＣＲＣ情報を算出し、情報３０１の後尾に付加してＣＲＣ付加ビット系列３０２を生成する。tail-biting畳み込み符号化部１０２は、ＣＲＣ付加ビット系列３０２に対して符号化率１／３のtail-biting畳み込み符号化を実行し、同じ系列長のシステマティックビット系列(Systematic bits)と２つのパリティビット系列(Parity1 bits、Parity2 bits)とからなる符号化ビット系列３０３を生成する。

続いて、インタリーブ部１０３は、符号化ビット系列３０３のシステマティックビット系列(Systematic bits)、パリティビット系列(Parity1 bits)およびパリティビット系列(Parity2 bits)のそれぞれをインタリーブし、インタリーブされた符号化ビット系列３０４を再マッピング部１０４へ出力する。

再マッピング部１０４は、システマティックビット系列(Systematic bits)、パリティビット系列(Parity1 bits)およびパリティビット系列(Parity2 bits)のそれぞれの先頭から順次１ビットずつＳ、Ｐ１、Ｐ２の順で再配置し、再マッピング符号化ビット系列３０５を生成する。

レートマッチング部１０５は、再マッピング符号化ビット系列３０５を入力し、物理チャネルの９６０ビットに合致するようにレートマッチング（repetition)を行い、送信ビット系列３０６を生成する。

ブロック分割部１０６は、レートマッチングされた送信ビット系列３０６を４０ｍｓで送信するために、１０ｍｓ毎のデータブロックに４等分し、それぞれを送信部１０７へ順次出力する。ここでは、４等分されたデータ長は必ず３の倍数となっており、各データブロックの先頭は必ずＳ（Systematic bit）から始まる。

送信部１０７は、データブロックをＱＰＳＫ変調し、報知情報の送信信号としてＢＰＣＨのリソースを用いて送信する（図２参照）。

３．受信動作
以下、図３（Ｂ）、図５〜図７を参照しながら、受信装置の受信制御について詳細に説明する。

図５は図３（Ｂ）に示す受信装置の全体的な受信過程を示すフローチャートであり、図６（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれアンテナ数に応じたチャネル処理を示すフローチャートである。

まず、復号制御部２０６の制御に従って、受信部２０１は、第１アンテナ構成候補（アンテナ数＝１）を設定してチャネル処理を実行し（ステップ４０１）、さらに受信信号の復調（ここではＱＰＳＫ復調）を実行する（ステップ４０２）。アンテナ数＝１のチャネル処理（ステップ４０１）において、受信部２０１は、図６（Ａ）に示すように、アンテナ数を１に設定し（ステップ５０１）、１アンテナ分のチャネル推定およびチャネル等化（ステップ５０２，５０３）を実行する。

続いて、レートデマッチング部２０２およびデインタリーブ部２０３は、図４の送信処理とは逆方向に、復調されたデータをレートデマッチング、再マッピング処理の逆処理およびデインタリーブすることで、図４に示す再マッピングおよびインタリーブ前の符号化ビット系列３０３のビット配列を有する受信ビット系列（以下、この参照番号を「３０３’」とする。）を得る（ステップ４０３）。レートデマッチング部２０２は、上述したようにrepetitionされていたデータの加算を行うが、加算後のデータは必ずSystematic bit（Ｓ）から始まる。

tail-biting畳み込み復号部２０４は受信ビット系列３０３’を入力し、tail-biting畳み込み復号を行うことで、ＣＲＣビット列を含む受信情報ビット系列をＣＲＣ確認部２０５へ出力する（ステップ４０４）。周知のように、tail-biting畳み込み符号化は、符号器の初期状態と最終状態とが同じとなるために、復号時に任意の場所から復号を開始することができる。したがって、図４に示す再マッピングおよびインタリーブ前の符号化ビット系列３０３のビット配列を有する受信ビット系列３０３’の途中からでも復号が可能である。

続いて、ＣＲＣ確認部２０５は、復号された受信情報ビット系列からＣＲＣ確認を行い（ステップ４０５）、ＣＲＣ確認結果がＯＫであるか否かを判定する（ステップ４０６）。上述したように、現在のデータがＴＴＩ＝４０ｍｓの内のどのデータであるかが不明であり、データの切れ目は１０ｍｓ毎のデータブロックによって異なるため、ＣＲＣは必ずデータの最後に付加されているとは限らない。そこで、所定回数（ここでは４回）だけＣＲＣ確認位置を変更しながら（ステップ４０７、４０８）、ＣＲＣ確認判定（ステップ４０５，４０６）を繰り返す。以下、ＣＲＣ確認位置の候補が４通り（候補１〜４）存在する例を説明する。

図７はtail-biting畳み込み復号されたデータのＣＲＣ位置候補を示す模式図である。図７に示すように、データの切れ目に１対１に対応してＣＲＣ位置候補１〜４が存在する。ステップ４０６において、ＣＲＣがＯＫとならなかった場合（ステップ４０６：ＮＯ）、所定回数に到達していなければ（ステップ４０７：ＮＯ）、ＣＲＣ位置候補を順次変更し（ステップ４０８）、ＣＲＣ確認を行う（ステップ４０５、４０６）。あるＣＲＣ確認位置候補においてＣＲＣ確認結果がＯＫだった場合（ステップ４０６：ＹＥＳ）、ＰＢＣＨは現在試行しているアンテナ数およびＣＲＣ位置が正しいと判断する。こうして、現在復号しているデータが４０ｍｓ中のどのデータブロックであるかを特定して処理を終了する。

４つのＣＲＣ位置候補１〜４のいずれでもＣＲＣ判定がＯＫでなかったならば（ステップ４０７：ＹＥＳ）、復号制御部２０６は受信部２０１を第２アンテナ構成候補（アンテナ数＝２）に設定し（ステップ４０９：ＮＯ、ステップ４１０）、上述したステップ４０２〜４０８を繰り返す。

アンテナ数＝２のチャネル処理（ステップ４１０）において、受信部２０１は、図６（Ｂ）に示すように、アンテナ数を２に設定し（ステップ５０４）、２アンテナ分のチャネル推定およびチャネル等化（ステップ５０５，５０６）を実行した後、送信ダイバーシティ復号（SFBC: space-frequency block coding）を実行する（ステップ５０７）。

アンテナ数＝２の場合でもＣＲＣ判定でＯＫにならなかったならば（ステップ４０６：ＮＯ、ステップ４０７：ＹＥＳ、ステップ４０９：ＹＥＳ）、復号制御部２０６は受信部２０１を第３アンテナ構成候補（アンテナ数＝４）に設定し（ステップ４０９：ＮＯ、ステップ４１０）、上述したステップ４０２〜４０８を繰り返す。

アンテナ数＝４のチャネル処理（ステップ４１２）において、受信部２０１は、図６（Ｃ）に示すように、アンテナ数を４に設定し（ステップ５０８）、４アンテナ分のチャネル推定およびチャネル等化（ステップ５０９，５１０）を実行した後、送信ダイバーシティ復号（SFBC + FSTD: frequency-shift time diversity）を実行する（ステップ５１１）。

アンテナ数＝４の場合でもＣＲＣ判定でＯＫにならなかったならば（ステップ４０６：ＮＯ、ステップ４０７：ＹＥＳ、ステップ４０９：ＹＥＳ、ステップ４１１：ＹＥＳ）、全アンテナ構成に対する復号を試行してもＣＲＣ判定がＯＫにならなかったのであるから、復号制御部２０６は復号結果無しとして処理を終了する。

４．効果
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、現在復号を行っているフレームが４０ｍｓのどこに位置するか未知である場合、４つの候補それぞれに応じてtail-biting畳み込み復号を行う必要がなく、アンテナ数の候補毎に１回、合計３回の復号を行うのみでよい。また。４０ｍｓにおけるＣＲＣの位置検出は、復号後のbit列から候補となる４箇所の位置にてＣＲＣ確認を行い、ＣＲＣ判定がＯＫとなることを確認することで検出可能である。

よって、上述した例によれば、本実施形態を適用しない場合にはtail-biting畳み込み復号の回数が最大１２回必要であったのに対して、本実施形態を適用することで最大３回に削減できる。これにより、初期同期時のＰＢＣＨ復号の時間短縮が可能となる。

本発明は、３ＧＰＰ Release 8で検討中のＬＴＥに対応した移動通信システム、基地局、ユーザ端末（移動局あるいは携帯通信端末）に適用可能である。

移動体通信システムの一般的な構成を模式的に示す図である。３ＧＰＰＬＴＥシステムの１フレームにおけるサブフレーム＃０の一部を模式的に示すリソース構成図である。（Ａ）は本実施形態による無線通信システムの送信装置の概略的機能構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は同じく受信装置の概略的機能構成を示すブロック図である。図３（Ａ）に示す送信装置の送信過程の一例を示す模式図である。図３（Ｂ）に示す受信装置の全体的な受信過程を示すフローチャートである。（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれアンテナ数に応じたチャネル処理を示すフローチャートである。 tail-biting畳み込み復号されたデータのＣＲＣ位置候補を示す模式図である。

符号の説明

１０１ＣＲＣ付加部
１０２ tail-biting畳み込み符号化部
１０３インタリーブ部
１０４再マッピング部
１０５レートマッチング部
１０６ブロック分割部
１０７送信部
２０１受信部
２０２レートデマッチング部
２０３デインタリーブ部
２０４ tail-biting畳み込み復号部
２０５ＣＲＣ確認部
２０６復号制御部

Claims

tail-biting畳み込み符号方式を用いた受信装置において、
誤り検査情報を付加したビット系列をtail-biting畳み込み符号化することで生成された符号化ビット系列を送信装置から受信する受信手段と、
受信したビット系列をtail-biting畳み込み復号する復号手段と、
復号されたビット系列の誤り検査情報により誤り検査を行う誤り検査確認手段と、
前記復号されたビット系列における前記誤り検査情報の位置候補を順次変更しながら前記誤り検査確認手段を動作させ、前記誤り検査確認ができない場合には、前記送信装置のアンテナ構成候補を順次選択しながら前記受信手段にアンテナ数に応じたチャネル処理を実行させ、前記復号手段にアンテナ数に応じた送信ダイバーシティ復号を実行させる制御手段と、
を有することを特徴とする受信装置。
前記送信装置は移動通信システムにおける基地局であり、前記受信手段は、前記基地局との初期同期後に、前記基地局からのブロードキャストチャネルで前記符号化ビット系列を受信することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
送信装置と受信装置との間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記送信装置は、
誤り検査情報を付加した情報ビット系列をtail-biting畳み込み符号化し複数の符号化ビット系列を生成するtail-biting畳み込み符号化手段と、
前記符号化ビット系列から送信信号を生成して送信する送信手段と、を有し、
前記受信装置は、
初期同期が確立した前記送信装置から受信ビット系列を受信する受信手段と、
前記受信ビット系列をtail-biting畳み込み復号する復号手段と、
復号されたビット系列の誤り検査情報により誤り検査を行う誤り検査確認手段と、
前記復号されたビット系列における前記誤り検査情報の位置候補を順次変更しながら前記誤り検査確認手段を動作させ、前記誤り検査確認ができない場合には、前記送信装置のアンテナ構成候補を順次選択しながら前記受信手段にアンテナ数に応じたチャネル処理を実行させ、前記復号手段にアンテナ数に応じた送信ダイバーシティ復号を実行させる制御手段と、
を有することを特徴とする無線通信システム。
tail-biting畳み込み符号方式を用いた受信装置における通信制御方法であって、
ａ）誤り検査情報を付加したビット系列をtail-biting畳み込み符号化することで生成された符号化ビット系列を送信装置から受信し、
ｂ）受信したビット系列をtail-biting畳み込み復号し、
ｃ）前記復号されたビット系列における前記誤り検査情報の位置候補を順次変更しながら前記誤り検査情報により誤り検査確認を行い、
ｄ）前記誤り検査確認ができない場合には前記送信装置のアンテナ構成候補を順次選択しながら、前記ステップａ）においてアンテナ数に応じたチャネル処理を実行し、前記ステップｂ）において送信ダイバーシティ復号を実行する、
ことを特徴とする通信制御方法。
送信装置と受信装置との間で無線通信を行う無線通信システムにおける通信制御方法であって、
前記送信装置は、
ａ）誤り検査情報を付加した情報ビット系列をtail-biting畳み込み符号化して符号化ビット系列を生成し、
ｂ）前記符号化ビット系列から送信信号を生成して送信する、
前記受信装置は、
ｃ）前記符号化ビット系列を前記送信装置から受信し、
ｄ）受信したビット系列をtail-biting畳み込み復号し、
ｅ）前記復号されたビット系列における前記誤り検査情報の位置候補を順次変更しながら前記誤り検査情報により誤り検査確認を行い、
ｆ）前記誤り検査確認ができない場合には前記送信装置のアンテナ構成候補を順次選択しながら、前記ステップｃ）においてアンテナ数に応じたチャネル処理を実行し、前記ステップｄ）において送信ダイバーシティ復号を実行する、
ことを特徴とする無線通信システムにおける通信制御方法。
tail-biting畳み込み符号方式を用いた受信装置のプログラム制御プロセッサに通信制御機能を実現するためのプログラムであって、
ａ）誤り検査情報を付加したビット系列をtail-biting畳み込み符号化することで生成された符号化ビット系列を送信装置から受信するステップと、
ｂ）受信したビット系列をtail-biting畳み込み復号するステップと、
ｃ）前記復号されたビット系列における前記誤り検査情報の位置候補を順次変更しながら前記誤り検査情報により誤り検査確認を行うステップと、
ｄ）前記誤り検査確認ができない場合には前記送信装置のアンテナ構成候補を順次選択しながら、前記ステップａ）においてアンテナ数に応じたチャネル処理を実行し、前記ステップｂ）において送信ダイバーシティ復号を実行するステップと、
を有する通信制御機能を実現するプログラム。