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JP5298648B2 - 送信機及び受信機並びに送信方法及び受信方法 - Google Patents

送信機及び受信機並びに送信方法及び受信方法 Download PDF

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Description

本件は、送信機及び受信機並びに送信方法及び受信方法に関する。本件は、送信機が、受信機からの受信エラー通知に応じて前記受信機へデータを再送する無線通信システムにに用いられる場合がある。
無線通信において、符号化技術の一つしてautomatic-repeat-request（ＡＲＱ）が知られている。ＡＲＱは、cyclic redundancy check（ＣＲＣ）のようなエラー検出技術と併用される。
ＣＲＣによりエラーが検出された場合、受信機は、送信機が送信したパケットデータ（以下、「データパケット」又は単に「パケット」ともいう）の受信に失敗したことを、制御チャネルを通じて、送信機へ通知する。この通知を受信した送信機は、前記送信パケットに関連するパケットを、受信機が受信に成功するまで再送する。
有力なＡＲＱ方式としては、stop-and wait ＡＲＱ、go-back-N ＡＲＱ、selective-repeatＡＲＱの３種類の方式が知られている。これらの方式では、チャネルエラーレートの増加に伴って急激にスループットが低下する場合がある。そこで、ＡＲＱとforward-error control（ＦＥＣ）とを組み合わせたhybrid-ARQ（ＨＡＲＱ）も提案されている。
ＨＡＲＱは、間接的なリンクアダプテーション技術の一つであり、一般に、物理レイヤにおいて用いられる。ＨＡＲＱには、有力な方式として２つの方式が知られている。１つはchase combining（ＣＣ、チェイス合成）と呼ばれる方式であり、もう１つはincremental redundancy（ＩＲ）と呼ばれる方式である。
ＣＣ方式では、送信機は、受信機が受信に失敗した送信（符号化）パケットと同じパケットを受信機へ再送する。受信機のデコーダでは、例えば受信ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）に基づく重み付けにより、受信に失敗した送信パケットと再送されたパケットとの合成を行なう。したがって、ＣＣ方式では、時間領域でのダイバーシティ利得を得ることができる。
一方、ＩＲ方式では、ＣＣ方式のように符号化パケットに含まれる冗長情報（パリティビット）のすべてを再送することはしない。その代わりに、ＩＲ方式では、復号に失敗する度に、パリティビットの送信部分を増やしながら順次再送する。
また、ＨＡＲＱ方式では、受信機に要求されるバッファ容量を緩和するために、N-channel stop-and-wait（Ｎチャネル停止・待機）方式と呼ばれるＨＡＲＱも提案されている。この方式として、非同期ＨＡＲＱ方式と同期ＨＡＲＱ方式とが知られている。
Ｎチャネルは、論理的なチャネル（以下、ＨＡＲＱチャネルともいう）である。非同期ＨＡＲＱ方式において、Ｎチャネルは、明示的に割り当てられたサブチャネル番号で識別することができる。一方、同期ＨＡＲＱ方式において、Ｎチャネルは、例えば所定のサブフレームタイミング（時間スロット）で識別することができる。
S. Lin, and D. J. Costello, JR, Error Control Coding, Fundamentals and Application, Prentice-Hall, Inc, Englewood Cliffs, New Jersey, 1983. 3GPP TR 25.848 V4.0.0, March 2001. J. Wu, W. Tong, and J. Li, "Non-complete puncture based re-transmission for HARQ", C50-20011105-025, 3GPP2 TSG-C WG5, November 5, 2001. J. Wu, W. Tong, and J. Li, "Simulation study on NCP-HARQ", C50-20011203-022, 3GPP2 TSG-C WG5, December 3, 2001. Xiao, L.; Fuja, T.E.; Kliewer, J.; Costello, D.J.Jr. "Nested Codes with Multiple Interpretations", ISS 2006 40th, 22-24 March 2006.
図１１に、Ｎ＝４の場合の同期Ｎチャネル停止・待機方式に基づくＨＡＲＱ処理の一例を示す。この図１１には、例示的に、４つのパケット＃１〜＃４が４並列のＨＡＲＱチャネルを用いて４ＴＴＩの時間で送信される様子を示している。
各パケットは、送信すべきパケットが存在する限り、すべての時間においてＨＡＲＱチャネルが送信パケットで占められるように、他のパケットの送信を待たずに送信される。本例において、再送の発生する位置は、例えば、ｍ＋ｋ・Ｎ（ｍは着目する送信パケットのＨＡＲＱチャネル番号、ｋは正の整数）で表される位置に制限される。したがって、このＨＡＲＱチャネルが他のユーザ（ＵＥ）に割り当てられていると、再送が遅延し得る。
Ｎチャネル停止・待機ＨＡＲＱ方式は、３ＧＰＰ２や、３ＧＰＰ、ＩＥＥＥ８０２．１６などの多くのスタンダードに適するが、例えばＵＥが低速で移動するような環境においては、さらなる改善の余地がある。
すなわち、ＵＥが低速で移動しているような場合においては、ＨＡＲＱの再送において必ずしも再送要求されたノーマルパケットをそのまま送信する必要はない。にもかかわらず、ノーマルパケットを送信することは、不必要な冗長的送信となり、多くのチャネルリソースを浪費し得る。
図１２に、１シンボルあたりの相互（協力）情報（ＭＩ：Mutual Information）とＳＩＮＲ（Signal-to-Interference and Noise power Ratio）との関係の一例を示す。
この図１２に例示するように、ＨＡＲＱ送信に要求されるＳＩＮＲは、ノーマルパケットを送信する場合のＳＩＮＲよりもずっと少なくてよい。ＨＡＲＱの動作ポイントは、一般に、１０％のブロックエラーレート（ＢＬＥＲ）に設定される。
したがって、ＵＥがフェージング変動の少ない環境にあれば、パケットを復元するのに要求されるエネルギーは少なくてよい。このエネルギーをＳＮＲ基準に換算すると、平均値で１ｄＢよりも少ない。
このような観点から、ＮＣＰ（Non-complete Punctre）ベースＨＡＲＱと呼ばれる提案が２００１年の1xEV-DV（1X Evolution-Data and Voice）スタンダード向けになされている。この提案は、主にＨＡＲＱプロセスにおけるチャネルリソースの浪費の削減に関わる。
このＮＣＰ再送方式では、再送パケットは、複数の新規パケットのペイロードを少しだけ占めるように前記新規パケットへ分散及び間引き（パンクチャ）される。その結果、全体のスループットを大きく増加することが可能となる。なお、受信機において、再送パケットと新規パケットとは個別に復号される。
また、近年、複数の解釈を用いる入れ子符号化方式も提案されている。この方式によれば、複数のパケットは個別に符号化され、各符号化パケットは、物理レイヤにおいて排他的論理和（ＸＯＲ）による演算が施されてから送信される。
しかしながら、上述した従来技術は、再送パケットを複数の新規パケットのペイロードに含めることができるか、個々のパケットをＸＯＲ演算できるかに留まる。
本件の目的の一つは、送信機から受信機に対するデータスループットを向上することにある。
なお、前記目的に限らず、後述する実施形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的の一つとして位置付けることができる。
例えば、以下の手段を用いる。
（１）受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算を施す論理演算部と、前記論理演算により得られた送信データを前記受信機へ送信する送信部と、をそなえた送信機を用いることができる。
（２）送信機において受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算が施されて送信されたデータを受信する受信部と、前記受信部で受信した受信データと、過去に受信した、前記再送データに対応するデータとに前記論理演算に対応する第１の演算を施して前記未送信データの成分を検出し、前記未送信データを復調、復号する未送信データ処理部と、前記受信部で受信した受信データと、前記未送信データ処理部で検出された未送信データの成分とに前記論理演算に対応する第２の演算を施して前記再送データの成分を検出し、前記再送データを復調、復号する再送データ処理部と、をそなえた受信機を用いることができる。
（３）受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算を施す過程と、前記論理演算により得られた送信データを前記受信機へ送信する過程と、を有する送信方法を用いることができる。
（４）送信機において受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算が施されて送信されたデータを受信する過程と、受信データと、過去に受信した、前記再送データに対応するデータとに前記論理演算に対応する第１の演算を施して前記未送信データの成分を検出し、前記未送信データを復調、復号する過程と、前記受信データと、前記未送信データ処理部で検出された未送信データの成分とに前記論理演算に対応する第２の演算を施して前記再送データの成分を検出し、前記再送データを復調、復号する過程と、を有する受信方法を用いることができる。
開示の技術によれば、送信機から受信機に対するデータスループットを向上することが可能となる。
また、ＨＡＲＱのような再送合成処理で用いるチャネルリソースの利用効率を向上することも可能である。
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。
〔１〕一実施形態
本実施形態では、ＸＯＲ演算ベースの符号化と、ＨＡＲＱと調和し、かつ、スループットを大幅に向上できる、新規なＨＡＲＱ方式とを提案する。
提案するＨＡＲＱプロセスは、所定の反復周期において以下の３つの処理を含む。
第１の処理では、初回送信においてデータパケットが正しく受信機において受信されないと、送信機は、前記データパケット（以下、単に「パケット」ともいう）の再送を試行する。この再送パケットは、所定のパターンに従って一部又は全部を新規パケットとＸＯＲ演算することにより得られる。
第２の処理において、受信機は、以前に或る数のハードレベルの正しいシンボルを用いて復号されてバッファに保存された、エラーの生じたパケット情報を基に受信した符号化パケットを復号する。
第３の処理では、再送パケットは、含まれる有効なシンボルの割合に関わらず、既知のパケット情報に応じて、全体的又は部分的に、新規送信するパケット（未送信パケット）と合成（ＸＯＲ演算）される。合成された再送部分（シンボル又はビット）は、復号処理を継続するとともに再送ゲインを向上するために、保存された以前の受信失敗パケットと合成される。
なお、前記の送信機は、例示的に、radio access network（ＲＡＮ、無線アクセス網）のエンティティの送信系、あるいは、user equipment（ＵＥ）の送信系として用いることができる。一方、前記の受信機は、例示的に、ＵＥの受信系や、ＲＡＮのエンティティの受信系に用いることがでできる。
ＲＡＮのエンティティの一例は、base station（ＢＳ）やNode B、eNB（evolved Node B）などの無線基地局である。ＵＥの一例は、移動局、例えば携帯電話、携帯電話と同等の無線インタフェース付きの情報端末などである。従って、ＵＥには、音声又はデータ又はその両方をＲＡＮと接続して送受信可能な装置が含まれる。また、ＵＥは、固定の無線装置（携帯装置や端末など）であっても良い。
〔２〕協力符号化によるＨＡＲＱ方式（cooperative coding based HARQ）
協力符号化によるＨＡＲＱ方式を明確に定義するために、まず、いくつかのパラメータの定義を行なう。提案するＨＡＲＱ方式の原理は、以下に述べる幾つかの例によって技術的に明確に理解されるであろう。また、提案するＨＡＲＱ方式は、ＣＣ方式及びＩＲ方式のいずれにも適用可能であることも後に明らかにする。
（２．１）パラメータの定義
本例のＨＡＲＱ方式を詳細に説明する前に、本実施形態を通じて使用するいくつかのパラメータに関する定義を与える。その定義は、以下のとおりである。
・ｋ：送信データパケットのインデックス
・ｉ：送信のインデックスであり、ｉ＝０なら、初期送信に属するデータパケットを表し、それ以外なら再送に属するデータパケットを表す。
・ｎ：各データパケットのシンボル番号
・Ｎ：各データパケットのシンボル数
・ｓk,i（n）：ｉ番目の送信でｋ番目に送信されるデータパケットのｎ番目の送信シンボル。ここで、ｎ＝０，１，…，Ｎ−１である。
・Ｓk,i：ｉ番目の送信でｋ番目に送信されるシンボルのベクトルを表し、以下の式（１）で表すことができる。
Figure 0005298648
 ただし、ＢＴは、Ｂの転置を表す。
・Ａｉ：Ｎ×Ｎの対角行列を表す。この対角行列は、ＨＡＲＱシーケンスの過程で、ｉ番目の送信におけるＨＡＲＱシンボルの選択のために用いられる。例えば、以下の式（２）で表すことができる。
Figure 0005298648
 エントリａi(n)がとり得る値は０又は１、つまりａi(n)＝｛０，１｝である。
・ｍi,0：ｉ番目の送信での対角行列Ａｉのエントリａi(n)＝０の数。
・ｍi,1：ｉ番目の送信での対角行列Ａｉのエントリａi(n)＝１の数。ここで、ｍi,0＋ｍi,1＝Ｎである。
・γk.i：復号後のシンボルベクトルＳk,iの残留シンボルエラーレート
・Ｃk,i：ｉ番目の送信のｋ番目のノーマルデータパケットについての符号化率
（２．２）ＨＡＲＱ送信
本例の協力符号化によるＨＡＲＱにおいては、２種類の送信データパケットを用いる。１つは、ノーマルデータパケットであり、再送パケットの成分を含まない初めて送信されるパケット（新規パケットともいう）である。もう１つは、符号化データパケットであり、ノーマルパケットに再送パケットの一部又は全部がＸＯＲ演算された成分を含むパケットである。
ノーマルデータパケットは、ＨＡＲＱバッファに再送データが存在しない場合に送信される。これに対して、符号化データパケットは、再送パケットの送信が必要な場合に送信される。
以下、提案するＨＡＲＱ及び同期及び非同期ＨＡＲＱをベースとする符号化データパケットのフォーマット例について詳細に説明する。
本例のＨＡＲＱ方式では、ＨＡＲＱプロセスを扱うＨＡＲＱスケジューラを用いる。そのスケジューリングルールの一例は、以下のとおりである。
ノーマルデータパケットは、例えば以下の場合に送信される。
（ａ）ＨＡＲＱバッファに再送パケットが残っていない場合、又は
（ｂ）ＨＡＱＲバッファに再送パケットが残っているが、その再送パケットに対応するＡＣＫ／ＮＡＫ信号を送信機が未受信である場合、又は
（ｃ）受信失敗パケットの待ち時間（レイテンシ）に起因して、送信機がＨＡＲＱ送信を早期終了（停止）する場合
これに対して、符号化データパケットは、例えば、ＨＡＲＱバッファに再送パケットが存在し、かつ、送信機が前記再送パケットに対応するＮＡＫ信号を受信している場合に、送信される。
ノーマルデータパケットのフォーマットは、従来と変更ない。これに対して、符号化データパケットのフォーマットは、符号化方式に依存するとともに、符号化動作に影響する。
一般化の可能性を損なうことなく、ＨＡＲＱの動作を説明するために、ＵＥの数を１とし、ＨＡＲＱチャネルの数を４と仮定する。図１に、協力符号化によるＨＡＲＱの同期フローの一例を示す。
この図１に例示するＨＡＲＱ送信フローにおいては、パケット＃１が１番目のスロット（ＴＴＩ）で送信機１０から受信機５０（例えば、ＵＥ）に送信され、次いで、その送信に対応するＮＡＫが受信機５０から送信機１０へ送信される。そして、送信機１０では、４スロット（ＴＴＩ）後（Ｎ＝４）である５番目のスロット（ＴＴＩ）において、パケット＃１についての最初の再送機会が到来する。
ここで、５番目のスロットで受信機５０へ送信するノーマルパケット＃５は、前記ＮＡＫを受けた再送パケット＃１の一部（又は全部）と、ＸＯＲ演算（以下、ＸＯＲ符号化ともいう）される。なお、ノーマルパケット＃５とＸＯＲ演算される再送パケット＃１の一部（又は全部）は、再送パケット＃１と、対角行列Ａｉで表される所定のバイナリ列（パターン）とを乗算して得られる。
つまり、ノーマルパケットとＸＯＲ演算を施される再送パケットのデータ量は、再送パケットに、パケットが送信される論理的なチャネル（ＨＡＲＱチャネル）の情報に基づいて適応的に制御される前記バイナリ列を乗じることで制御される。
前記ＸＯＲ演算されたデータパケットは、５番目のスロット（ＴＴＩ）で送信機１０から受信機５０へ送信される。なお、パケット＃１の再送が不要な場合は、５番目のスロット（ＴＴＩ）でノーマルデータパケット＃５がそのまま送信される。これらの送信パケットは、次式（３）により表すことができる。
Figure 0005298648
 ただし、本例の場合、ｋ＝５、ｉ＝１である。
パケット＃１が再び受信機５０において後述する協力復号化により正しく受信、復号されない場合（パケット＃１についてＮＡＫを受信した場合）、同期ＨＡＲＱによると、送信機１０では、さらに４スロット（ＴＴＩ）後の９番目のスロット（ＴＴＩ）において再送機会が到来する。
したがって、送信機１０は、９番目のスロット（ＴＴＩ）において、ノーマルデータパケット＃９と、再送パケット＃１と対角行列Ａｉとの乗算結果であるパケット＃１の一部（又は全部）とをＸＯＲ符号化して、受信機５０へ送信する。なお、再送が不要な場合は、９番目のスロット（ＴＴＩ）でノーマルデータパケット＃９がそのまま送信される。これらの送信パケットも、前記式（２）により表すことができる。ただし、この場合は、ｋ＝９、ｉ＝２である。
また、受信機５０は、再送パケット＃１とＸＯＲ符号化されたノーマルパケット＃５の受信、復号に失敗した場合、ノーマルパケット＃５についてＮＡＫを送信機１０へ送信する。つまり、受信機５０は、ＸＯＲ符号化により合成されたノーマルパケットと再送パケットとのそれぞれについてＡＣＫ／ＮＡＣＫを送信機１０へ送信する。
送信機１０は、ノーマルパケット＃５についてＮＡＫを受信した場合、さらに４スロット（ＴＴＩ）後の１３番目のスロット（ＴＴＩ）において再送機会が到来する。したがって、１３番目のスロット（ＴＴＩ）において、ノーマルパケット＃１３と、再送パケット＃５と対角行列Ａｉとの乗算結果であるパケット＃５の一部（又は全部）と、がＸＯＲ符号化されて、受信機５０へ送信される。再送が不要な場合は、１３番目のスロット（ＴＴＩ）でノーマルパケット＃１３がそのまま送信される。これらの送信パケットも、前記式（２）により表すことができる。ただし、ｋ＝１３、ｉ＝１である。
以上の協力符号化プロセスは、受信機５０がパケット＃１の受信に成功するか（ＡＣＫを返信するか）、再送回数が所定の最大再送回数に到達するまで、あるいは、受信ＢＬＥＲが向上しなくなるまで、継続して実施される。
次に、図２に、非同期ＨＡＲＱの場合のＨＡＲＱ送信フローを例示する。非同期ＨＡＲＱの場合、再送パケットは、対応するＮＡＫが受信されていれば、任意のスロット（ＴＴＩ）において、ノーマルパケットとＸＯＲ符号化されることができる。図２には、例示的に、９番目と１０番目の連続する２スロット（ＴＴＩ）＃９，＃１０において、ノーマルパケット＃９，＃１０と、再送パケット＃１，＃５の一部（又は全部）とがそれぞれＸＯＲ符号化されて送信される様子を例示している。
以上のようなＨＡＲＱ送信を行なう送信機の構成例を図３に例示する。
この図３に示す送信機１０は、例示的に、符号化・変調部１１と、ＨＡＲＱコントローラ１２と、Ａｉメモリ１３と、再送バッファ１４と、乗算器１５と、ＸＯＲ演算器１６と、制御チャネル（ＣＨ）送信部１７と、多重化部（ＭＵＸ）１８と、ＲＦユニット１９と、送信アンテナ２０と、をそなえる。また、この送信機１０は、受信系の一例として、受信アンテナ２１と、ＲＦユニット２２と、制御チャネル（ＣＨ）受信部２３と、をそなえる。
符号化・変調部１１は、受信機５０宛に送信するノーマルパケットを符号化、変調する。
Ａｉメモリ１３は、既述のＮ×Ｎの対角行列Ａｉを保持する。
再送バッファ（ＨＡＲＱバッファ）１４は、送信済みのパケットを再送に備えて保持する。
ＨＡＲＱコントローラ１２は、再送バッファ１４に対するパケットの書き込み及び読み出しを制御するとともに、Ａｉメモリ１３の対角行列Ａｉの書き込み及び読み出しを制御する。なお、対角行列Ａｉのすべてのエントリａi(n)を０に制御すると、ＸＯＲ演算器１６においてノーマルパケットとＸＯＲ演算される再送パケットの成分がすべて０となるから、ノーマルパケットがそのまま（再送パケットの成分を含まずに）送信されることになる。
乗算器１５は、ＨＡＲＱコントローラ１２の制御の下、再送バッファ１４から読み出された再送パケットと、Ａｉメモリ１３から読み出された対角行列Ａｉとを乗算する。
ＸＯＲ演算器１６は、符号化・変調部１１で符号化、変調されたノーマルパケットと、乗算器１５による乗算結果である再送パケットの一部（又は全部）とをＸＯＲ演算（ＸＯＲ符号化）する。なお、ＸＯＲ演算の代わりに、これと等価な論理演算（乗算又は加算）を用いることも可能である。
ノーマルパケットと再送パケットとをＸＯＲ演算することにより、再送パケットの送信に個別のＨＡＲＱチャネルを不要にすることができる。したがって、送信機１０から受信機５０に対するデータスループットを向上することができる。また、ＨＡＲＱチャネルリソースの利用効率を向上することも可能である。
制御チャネル送信部（識別情報送信部）１７は、ＨＡＲＱコントローラ１２で生成された、受信機５０宛の制御チャネルの信号（制御信号）を符号化、変調する。制御信号には、後述するように、送信パケットの状態（ＸＯＲ符号化の有無）を識別する情報が含まれる。
多重化部１８は、ＸＯＲ演算器１６による演算結果と、制御チャネル送信部１７からの制御信号とを多重化する。
ＲＦユニット１９は、多重化部１８からの多重化信号に対して、ＤＡ変換や無線周波数への周波数変換（アップコンバージョン）、所定の送信電力への電力増幅などの無線送信処理を施して、送信アンテナ２０から送信する。
上記の多重化部１８、ＲＦユニット１９及び送信アンテナ２０は、ＸＯＲ演算器１６でＸＯＲ符号化されたパケットを受信機５０へ送信する送信部の一例として用いられる。
受信アンテナ２１は、受信機５０から送信された無線信号を受信する。
ＲＦユニット２２は、受信アンテナ２１で受信された無線信号に対して、低雑音増幅、ベースバンド信号への周波数変換（ダウンコンバージョン）、ＡＤ変換などの所定の無線受信処理を施す。
制御チャネル受信部２３は、ＲＦユニット２２で前記無線受信処理を受けた受信信号を復調、復号して、制御チャネルの信号（制御信号）を検出する。この制御信号には、受信機５０での受信エラーの有無を表す確認応答（ＡＣＫ／ＮＡＫ信号）が含まれる。検出した制御信号は、ＨＡＲＱコントローラ１２に与えられる。これにより、ＨＡＲＱコントローラ１２は、受信機５０からのＡＣＫ／ＮＡＫ信号に応じて、前記ＸＯＲ符号化に用いる対角行列Ａｉのエントリａi(n)を制御する。
（２．２．１）ＨＡＲＱシーケンス設計
本例の協力符号化によるＨＡＲＱ方式では、或るパラメータが重要な役割を果たす。それは、対角行列Ａｉによって数学的に定式化され、かつ、高レベルのシグナリングチャネルが規定されたＨＡＲＱシーケンスである。
前記の式（２）により、ｉ番目の送信での対角行列Ａｉが決まる。式（２）において、対角行列Ａｉのエントリａi(n)は、再送のインデックスｉに依存して０又は１の値をとる。つまり、ａi(n)＝｛0，1｝である。ｉ＝０の初回送信において、対角行列Ａ０のすべてのエントリは０に設定することができる。つまり、対角行列Ａｉは、０行列となる。
しかし、ｉ≠０の再送において、対角行列Ａｉのエントリの０の数は、ノーマルパケットに対する再送パケットの比率に依存する。受信機５０が受信に失敗したデータパケット（再送パケット）は、比率μに応じて部分的（あるいは全体的でもよい）にノーマルパケットとＸＯＲ演算器１６にてＸＯＲ演算される。この場合、対角行列Ａｉのエントリａi(n)＝１は、下記の式（４）で表されるように、１／μ（整数）毎に繰り返される。
Figure 0005298648
前記比率μ＝０．２５の場合のエントリａi(n)の一例を、次表１に例示する。
Figure 0005298648
 比率μ＜１とすると、ＨＡＲＱパケットは部分的にＸＯＲ符号化されるので、新規パケット（ノーマルパケット）の受信機５０での受信成功率を向上することができる。
（２．２．１．１）適応ＨＡＲＱシーケンス
無線通信において、受信機５０の一例としてのＵＥの移動速度は、チャネル推定に大きな影響を与えるパラメータの一つである。ＵＥが高速移動すると、チャネル変動も大きくなる。一般に、チャネル変動が大きいと、再送パケットのエラーレートも高くなる。
送信機１０がパケットの再送に先行して確率的にエラー率を知っていれば、前記比率μを送信すべきノーマルパケットに大きなダメージを与えない好適な値に設定することができる。これは、対角行列Ａｉによって定式化されるＨＡＲＱシーケンスが、チャネル値の変化に応じて適応的に制御可能であることを意味する。その詳細は、シミュレーション評価結果に依存する。
さらに、かかる適応ＨＡＲＱシーケンスは、同じパケットのリカバリのために連続的に送信される複数のＸＯＲ符号化パケットについて実施することも可能である。すなわち、複数のノーマルパケットに対して１個の再送パケットの一部又は全部をＸＯＲ演算することも可能である。その一例については、後述する。
（２．２．２）ＸＯＲ符号化
ＸＯＲ符号化をさらに説明するために、パケット＃ｋに対するＮＡＫが受信されると仮定し、また、再送パケットについても同様と仮定する。
図４に、送信機１０における、協力符号化によるＨＡＲＱ方式の符号化プロセスのフローの一例を示す。この図４においては、ＵＥが受信に失敗して再送するパケットの５０％（μ＝０．５）が新規のノーマルパケットとＸＯＲ符号化される場合を例示している。
対角行列Ａｉと再送パケット（ベクトル）Ｓk,iとが乗算器１５において乗算されて、再送データパケットＡｉ・Ｓk,iが得られる。この再送データパケットＡｉ・Ｓk,iは、新規のノーマルパケットＳk+N,0とＸＯＲ演算器１６にてＸＯＲ符号化され、その結果が送信符号化データパケットＴk+N・i，iとして、データチャネルへ送信される。
（２．３）ＨＡＲＱ受信
ＨＡＲＱ受信のために、受信機５０は、制御信号を復号して、受信パケットが、ノーマルパケットと再送パケットとが送信機１０においてＸＯＲ符号化されたパケットであるか否かを検出する。受信パケットがＸＯＲ符号化されていなければ、当該受信パケットは通常の復号処理で復号される。これに対し、受信パケットがＸＯＲ符号化されていれば、当該受信パケットは、以下に説明する処理で復号される。
例示的に、ｉ番目の送信のｋ番目のパケットであるＸＯＲ符号化パケットの受信シンボルベクトルＲｋは、下記の式（５）にて表すことができる。

Ｒk,i＝Ｔk,i＋ηk,i …（５）

ただし、Ｔk,iは符号化データパケットを表し、ηk,iはｉ番目の送信でのｋ番目のパケットに関する受信ノイズベクトルを表す。ηk,iは、下記の式（６）で表すことができる。

ηk,i＝（ηk,i(0) ηk,i(1) … ηk,i(N-1)）Ｔ …（６）
前記受信シンボルベクトルＲk,iについて、復号処理は、２つの処理に分けられる。第１の処理は、ノーマルパケットの復号に用いられる。この復号には、部分的に既知のハードビット情報を用いることができる。ただし、後述するように再送パケットのソフトビット情報を用いることも可能である。
第２の処理は、再送パケットの復号に用いられる。この復号には、前記第１の処理で先行的に復号されたノーマルパケットのビット情報を用いる。これらの第１及び第２の処理を含む処理は、所定回数、あるいは、ノーマルパケット及び再送パケットそれぞれのＢＬＥＲが向上しなくなるまで、反復的に継続される。
図５に、受信機の構成例を示すブロック図である。この図５に示す受信機５０は、例示的に、受信アンテナ３０と、ＲＦユニット３１と、分離部（ＤＭＵＸ）３２と、ノーマルパケット処理部３３と、Ａｉメモリ３４と、再送パケット処理部３５と、をそなえる。また、この受信機５０は、ＣＲＣ演算部３６，３７と、制御チャネル（ＣＨ）受信部３８と、ＨＡＲＱコントローラ３９と、をそなえるとともに、送信系の一例として、制御チャネル（ＣＨ）送信部４０と、ＲＦユニット４１と、送信アンテナ４２と、をそなえる。
さらに、ノーマルパケット処理部（未送信データ処理部）３３は、例示的に、ＸＯＲ演算器３３１と、復調・復号部３３２と、スイッチ３３３と、エンコーダ３３４と、乗算器３３５と、をそなえる。また、再送パケット処理部（再送データ処理部）３５は、例示的に、ＸＯＲ演算器３５１と、ＨＡＲＱバッファ３５２と、ＨＡＲＱ合成部３５３と、復調・復号部３５４と、スイッチ３５５と、エンコーダ３５６と、乗算器３５７と、をそなえる。
受信アンテナ３０は、送信機１０から送信された無線信号（ノーマルパケット及び再送パケット）を受信する。受信した無線信号は、ＲＦユニット３２に入力される。
ＲＦユニット３１は、受信アンテナ３０で受信された無線信号に対して、低雑音増幅、ベースバンド信号への周波数変換（ダウンコンバージョン）、ＡＤ変換などの所定の無線受信処理を施す。この無線受信処理を受けた受信信号は、分離部３２に入力される。
分離部３２は、前記受信信号をデータチャネルの信号（受信パケット）と制御チャネルの信号（制御信号）とに分離する。制御信号は、制御チャネル受信部３８に入力され、データチャネルの信号（受信パケット）は、ノーマルパケット処理部３３のＸＯＲ演算器３３１と、再送パケット処理部３５のＸＯＲ演算器３５１とに入力される。
ＸＯＲ演算器３３１は、前記受信信号と、乗算器３３５の出力とに、送信機１０のＸＯＲ演算器１６による論理演算に対応する第１の演算の一例として、ＸＯＲ演算を施す。ここで、乗算器３３５の出力は、過去にＨＡＲＱ合成して復調、復号された再送パケットに、Ａｉメモリ３４に保持された対角行列Ａｉを乗じた結果である。したがって、ＸＯＲ演算器３３１のＸＯＲ演算により、受信信号からノーマルパケットの信号成分が検出される。
このＸＯＲ演算結果（ノーマルパケットの信号成分）は、復調・復号部３３２にて、復調、復号されて、スイッチ３３３へ出力される。前記復調、復号は、送信機１０が用いる変調方式、符号化方式に依存する。変調方式の一例としては、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどを用いることができる。符号化方式（復号方式）の一例としては、ターボ符号化（ターボ復号）などを用いることができる。
スイッチ３３３は、出力端子ａ，ｂを有し、復調・復号部３３２の出力信号を、出力端子ａ，ｂのいずれか一方に選択的に出力する。本例では、所定回数、あるいは、ノーマルパケット及び再送パケットそれぞれのＢＬＥＲが向上しなくなるまで、出力端子ｂ（エンコーダ３３４）側にその出力が接続される。所定回数、あるいは、ノーマルパケット及び再送パケットそれぞれのＢＬＥＲが向上しなくなると、スイッチ３３３の出力は、出力端子ａ側に切り替えられる（ノーマルパケットの復調、復号結果が出力される）。このような切り替え制御は、例示的に、ＨＡＲＱコントローラ３９によって行なわれる。
エンコーダ３３４は、スイッチ３３３から入力された前記復調、復号結果を符号化して、ノーマルパケットの前記復号前の信号（レプリカ）を生成（推定）する。このレプリカは、受信信号から再送パケットを検出するために用いられる。そのため、当該レプリカは、再送パケット処理３５の乗算器３５７に与えられる。
乗算器３５７は、前記レプリカにＡｉメモリ３４に保持された対角行列Ａｉを乗算する。この乗算は、送信機１０の乗算器１０による乗算に相当する。したがって、この乗算は、送信機１０でＸＯＲ符号化されたパケットのレプリカを生成することに相当する。
ＸＯＲ演算器３５１は、この乗算器３５７の出力信号と、ＲＦユニット３２の出力信号とに、送信機１０のＸＯＲ演算器１６による論理演算に対応する第２の演算の一例として、ＸＯＲ演算を施す。これにより、受信信号から再送パケットの信号成分が検出される。検出された信号成分は、ＨＡＲＱ合成部３５３に入力される。
ＨＡＲＱ合成部３５３は、ＸＯＲ演算器３５１で検出された再送パケットの信号成分と、ＨＡＲＱバッファ３５２に保持されているパケット（受信エラーとなったパケット）とを合成（以下、ＨＡＲＱ合成ともいう）する。この合成結果は、復調・復号部３５４に出力される。
復調・復号部３５４は、前記ＨＡＲＱ合成の結果を復調、復号する。ここでの復調、復号は、復調・復号部３３２で用いる処理と同等でよい。復調、復号結果は、スイッチ３５５に出力される。
スイッチ３５５は、スイッチ３３３と同様に、出力端子ａ，ｂを有し、復調・復号部３３２の出力信号を、出力端子ａ，ｂのいずれか一方に選択的に出力する。例えば、所定回数、あるいは、ノーマルパケット及び再送パケットそれぞれのＢＬＥＲが向上しなくなるまで、出力端子ａ（エンコーダ３５６）側にその出力が接続される。所定回数、あるいは、ノーマルパケット及び再送パケットそれぞれのＢＬＥＲが向上しなくなると、スイッチ３５５の出力は、出力端子ｂ側に切り替えられる（再送パケットの復調、復号結果が出力される）。かかる切り替え制御も、例示的に、ＨＡＲＱコントローラ３９によって行なわれる。
つまり、各パケット処理部３３，３５は、それぞれの復号結果を符号化して互いに与え合うことを繰り返す。
エンコーダ３５６は、スイッチ３５５から入力される、復調・復号部３５４の出力信号を符号化して、受信した再送パケットの前記復号前の信号（レプリカ）を生成（推定）する。この再送パケットのレプリカは、上述したように受信信号からノーマルパケットを検出するために用いられる。そのため、当該レプリカは、ノーマルパケット処理部３３の乗算器３３５に与えられる。
ＣＲＣ演算部３６は、スイッチ３３３から入力される、ノーマルパケット処理部３３の復調・復号部３３２にて復調、復号されたノーマルパケットに対してＣＲＣ演算を施して受信エラーチェックを行なう。
同様に、ＣＲＣ演算部３７は、スイッチ３５５から入力される、再送パケット処理部３５の復調・復号部３５４にて復調、復号された再送パケットに対してＣＲＣ演算を施して受信エラーチェックを行なう。
制御チャネル受信部３８は、分離部３２で分離された前記制御信号を復調、復号して、ＨＡＲＱコントローラ３９に与える。制御信号には、データチャネルを通じて受信されるパケットがノーマルパケットかＸＯＲパケットかを示す情報が含まれる。したがって、ＨＡＲＱコントローラ３９は、この情報に基づいて、前記のノーマルパケットの検出及び再送パケットの検出に用いる対角行列Ａｉのエントリａi(n)を制御することができる。
また、ＨＡＲＱコントローラ３９は、ＣＲＣ演算部３６，３７による受信エラーチェックの結果毎に、受信エラーの有無（受信成功又は失敗）を示す制御信号（ＡＣＫ／ＮＡＫ信号）を生成する。
制御チャネル送信部（確認応答送信部）４０は、ＨＡＲＱコントローラ３９で生成された制御信号（ＡＣＫ／ＮＡＫ信号を含む）を符号化、変調する。
ＲＦユニット４１は、この符号化、変調された制御信号に対して、ＤＡ変換、無線周波数への周波数変換（アップコンバージョン）、所定の送信電力への電力増幅などの所定の無線送信処理を施す。この無線送信処理を受けた制御信号は、無線信号として送信アンテナ４２から送信機１０に向けて送信される。
以上のように、本例の受信機５０は、ノーマルパケット処理部３３によるノーマルパケットの検出、復調、復号と、再送パケット処理部３５による再送パケットの検出、復調、復号とを、互いの処理結果を用いて、繰り返し行なう。これにより、ノーマルパケット及び再送パケットをそれぞれ適切に復号することが可能となる。前記繰り返しの回数は、所定回数、あるいは、両パケットそれぞれのＢＬＥＲが向上しなくなるまで、反復的に継続される。
なお、上述した協力符号化によるＨＡＲＱ方式は、受信機５０の一例としてのＵＥの移動速度に応じて選択的に実施することとしてもよい。例えば、ＵＥ５０の移動速度が所定速度未満である場合に、協力符号化によるＨＡＲＱ方式を実施し、前記移動速度が前記所定速度以上である場合には、通常のＨＡＲＱ方式を適用することとしてもよい。
通常のＨＡＲＱ方式を適用するには、対角行列Ａｉのエントリａi(n)をすべて０に制御すればよい。つまり、協力符号化によるＨＡＲＱ方式と通常のＨＡＲＱ方式との切り替えは、対角行列Ａｉのエントリａi(n)を制御することで実施できる。この選択（切替）は、例示的に、ＨＡＲＱコントローラ１２によって実施することができる。
つまり、ＨＡＲＱコントローラ１２は、ＸＯＲ符号化の適否を、ＵＥ５０の移動速度に応じて選択的に切り替える切替制御部の一例としても用いられる。なお、ＵＥ５０の移動速度は、例えば、ＵＥからの受信信号を基に送信機１０が検知することとしてもよいし、ＵＥから制御チャネルにより送信機１０に通知することとしてもよい。
（２．３．１）ノーマルパケットの復号処理
図６に、協力符号化によるＨＡＲＱ方式での受信ノーマルパケットについての復号処理フローを例示する。
まず、受信機５０は、Ａｉメモリ３４の前記対角行列Ａｉと、エンコーダ３５６によって推定されたデータパケットベクトル
Figure 0005298648
との乗算を乗算器３３５によって行なう。その乗算結果であるベクトル（バイナリハードビット要素を有する）は、下記の式（７）で表すことができる。
Figure 0005298648
このベクトルは、前記の式（３）で表される再送パケットにおける既知のシンボルと部分的に対応する。すなわち、エンコーダ３５６によって推定された前記データパケットベクトルは、対角行列Ａｉと乗算されることにより、エントリａi(n)＝０に対応する部分（シンボル）が０にマスクされる。したがって、エントリａi(n)＝０に対応するシンボルにエラーが生じていたとしても、そのエラーシンボルは０にマスクされる。結果として、エラーシンボルが復調、復号に用いられることを確率的に低減することができる。
乗算器３３５の乗算結果である前記ベクトルは、ＸＯＲ演算器３３１に与えられる。ＸＯＲ演算器３３１は、当該ベクトルと受信パケット（ベクトル）とのＸＯＲ演算を行なう。このＸＯＲ演算の結果が、復調・復号部３３２にて、復調、復号される。硬判定復号、軟判定復号のいずれを用いる場合でも、ノーマルデータパケットを効率的に復号することができる。ただし、本例においては、システム容量の向上を図ることを目的として、軟判定復号に着目して説明を行なう。
再送パケット及びノーマルデータパケットにおけるハードビットを
Figure 0005298648
と表す。ただし、ｉは送信のインデックス、ｋは送信パケットのインデックス、ｎはパケットにおけるシンボル番号（インデックス）、ｌはシンボルにおけるハードビット番号（インデックス）をそれぞれ表す。
この場合、仮に
Figure 0005298648
が復号に際して既知であるとすると、
Figure 0005298648
のlog-likelihood ratio（ＬＬＲ、対数尤度比）は、以下の式（８）で表すことができる。
Figure 0005298648
代替的に、ＸＯＲ符号化を施された先行する再送シンボルに基づいて、受信シンボルのコンスタレーションを交換することにより、個々のノーマルパケットの復号のために新しいシンボルベースコンスタレーションを生成し得る。したがって、軟判定復号は、硬判定復号と同様に、実現可能である。
ＸＯＲ符号化を行なわないｋ番目の送信ノーマルパケットの符号化率をＣｋと定義する。この場合、ｋ番目の送信ノーマルパケットにおける、情報ビットの数Ｎk (I)およびパリティチェックビットの数Ｎk (P)の間には、以下の関係がある。
Figure 0005298648
協力ＸＯＲ符号化されたｋ番目のノーマルパケットの効率の良い符号化率は、次式（９）で与えられる。
Figure 0005298648
ここで、ｍi,lは、ｉ番目の送信における対角行列Ａｉのエントリａi(n)＝１の数を表し、γk,i (R)は、ｉ回の再送を試行した後のｋ番目の送信データパケットに残存するエラーレートを表す。
効率的な符号化率
Figure 0005298648
の値は、現実のチャネルに良く適合するように、適切に制御される。残存エラーレートγk,i (R)は、チャネル状態及びＨＡＲＱ動作ポイントに依存するから、再送部分に対応するｍi,lを制御することで、調整が可能である。パラメータｍi,lは、再送データパケット及びノーマルデータパケットの有効なデータレート間のトレードオフに関わる。
（２．３．２）再送データパケットの復号処理
図７に、協力符号化によるＨＡＲＱ方式での受信再送パケットについての復号処理フローを例示する。
再送パケットの復号処理は、ノーマルパケットの復号処理と類似する。例えば、（ｋ＋Ｎ・ｉ）番目のＴＴＩにおける残存エラーレートが
Figure 0005298648
であり、ノーマルパケットの復号に失敗したとする。受信機５０は、Ａｉメモリ３４の対角行列Ａｉと、エンコーダ３３４によって推定されたデータパケットベクトル
Figure 0005298648
とを乗算器３５７によって乗算する。その乗算結果である、ハードビット要素を有するデータパケットベクトルは、下記の式（１０）で表すことができる。
Figure 0005298648
 このベクトルは、以前に復調・復号部３３２にて復号された、前記式（２）で表されるノーマルパケットにおけるシンボルと部分的に対応する。すなわち、エンコーダ３３４によって推定された前記データパケットベクトルは、対角行列Ａｉと乗算されることにより、エントリａi(n)＝０に対応する部分（シンボル）が０にマスクされる。したがって、エントリａi(n)＝０に対応するシンボルにエラーが生じていたとしても、そのエラーシンボル０にマスクされる。結果として、確率的に、エラーシンボルが復調、復号に用いられることを低減することができる。
乗算器３５７の乗算結果である前記ベクトルは、ＸＯＲ演算器３５１に与えられる。ＸＯＲ演算器３５１は、当該ベクトルと受信パケット（ベクトル）とのＸＯＲ演算を行なう。このＸＯＲ演算の結果が、復調・復号部３５４にて復調、復号される。本例では、復調・復号部３３２と同様に、例示的に、軟判定復号を用いる。
例えば、再送パケット及びノーマルパケットにおけるハードビットを
Figure 0005298648
と表す。この場合、仮に
Figure 0005298648
が復号に際して既知であるとすると、
Figure 0005298648
のＬＬＲは、以下の式（１１）で表すことができる。
Figure 0005298648
Ｉ個の再送パケット送信後のＨＡＲＱ合成は、ＩＲ方式及びＣＣ方式のいずれにおいても実施可能である。ＩＲ方式については、通常のＨＡＲＱ方式と本例の協力符号化によるＨＡＲＱ方式とで大きな相違は無い。
これに対して、ＣＣ方式については、ＬＬＲに基づくソフトゲイン合成を行なう点で通常のＨＡＲＱ方式とは相違する。項目〔６〕にて後述するように、ＣＣ方式での協力符号化によるＨＡＲＱ方式では、ノーマルパケットと再送パケットとの間の軟値としての合成ＬＬＲは、ノイズパワーレベルに由来するウェイトベクトルの導入により計算することができる。
〔３〕制御チャネル設計
Ｎチャネル停止・待機ベースのＨＡＲＱでは、ＡＣＫ／ＮＡＫ信号を受信機５０から送信機１０へのリンクチャネル（例えば、制御チャネル）を通じて送信する。ＡＣＫ／ＮＡＫ信号は、受信したトランスポートブロック（ＴＢ）毎に送信することができ、ＴＢが受信エラーの状態か否かを示す情報である。この情報は、例えば、０でＡＣＫ（受信成功）を示し、１でＮＡＫ（受信失敗）を示す１ビットの情報とすることができる。
本例のＸＯＲ符号化を用いるＨＡＲＱプロトコルでは、２つの追加的な情報を用いることができる。したがって、本例において、ＨＡＲＱの制御チャネルの信号は、下記に示す３種類の情報（例えば、それぞれ１ビット）を含む。
・第１の情報（bit-1-CH）は、ノーマルパケットフローの確認応答（ＡＣＫ／ＮＡＫ）に用いる情報であり、受信機５０から送信機１０へ送信される情報である。
・第２の情報（bit-2-CH）は、再送パケットフローの確認応答（ＡＣＫ／ＮＡＫ）に用いる情報であり、受信機５０から送信機１０へ送信される新規定義の情報である。この情報は、Ｍ個（Ｍは１以上の整数）のＸＯＲ符号化パケット毎に送信することが可能である。普通はＭ＝１に設定するが、制御チャネルのビット数を削減するために、代替的に、Ｍ≠１に設定することもできる。
・第３の情報（bit-3-CH）は、送信パケットの状態（ＸＯＲ符号化の有無）を示すのに用いられる情報であり、送信機１０から受信機５０へ送信される新規定義の情報である。
図８に、Ｍ＝１の場合のＸＯＲ符号化ＨＡＲＱの制御チャネルフローを、図９に、Ｍ＝３の場合のＸＯＲ符号化ＨＡＲＱの制御チャネルフローを、それぞれ例示する。
図８には、５，９，１３番目のスロット（ＴＴＩ）で送信されるパケット＃５，＃９，＃１３が、それぞれ送信機１０においてＸＯＲ符号化されて受信機５０へ送信される様子を例示している。
一方、図９には、連続的なＭ＝３個のスロット（ＴＴＩ）で送信されるノーマルパケット＃５，＃６，＃７と、再送パケット＃１とが送信機１０においてＸＯＲ符号化され、同様に、ノーマルパケット＃９，＃１０，＃１１と、再送パケット＃５とが送信機１０においてＸＯＲ符号化されて、受信機５０へ送信される様子を例示している。
前記のbit-1-CH，bit-2-CH，bit-3-CHの挙動は、以下のように要約することができる。
・bit-1-CH：受信機５０は、ノーマルパケットを受信すると、当該ノーマルパケットに対する確認応答として、当該bit-1-CHを、受信状態がエラーであったとしても、送信機１０へ返信する。
・bit-2-CH：受信機５０は、Ｍ個のＸＯＲ符号化パケットを受信すると、Ｍ個のＸＯＲ符号化パケットに対する確認応答として、当該bit-2-CHを、受信状態がエラーであったとしても、送信機１０へ返信する。図８の例はＭ＝１の場合であり、受信機５０は、受信したＸＯＲ符号化パケットに含まれる再送パケット＃１，＃９，＃１３の成分毎にbit-2-CHを送信機１０へ送信する。一方、図９の例はＭ＝３の場合であり、受信機５０は、Ｍ＝３個のＸＯＲ符号化パケットに含まれる１個の再送パケット＃１（＃５）の成分毎に１つのbit-2-CHを送信機１０に送信する。
・bit-3-CH：送信機１０は、パケット（ノーマルパケット又はＸＯＲ符号化パケット）を受信機５０へ送信すると、当該bit-3-CHを受信機５０へ送信する。このbit-3-CHは、例示的に、０でノーマルパケット、１でＸＯＲ符号化パケットであることをそれぞれ表すことができる。また、bit-3-CHは、データチャネルの同じサブフレームにて送信することができる。図８の例では、ノーマルパケット＃５，＃９，＃１３のそれぞれが再送パケットとＸＯＲ符号化されたパケットであることを示すbit-3-CHが送信される。一方、図９の例では、連続的な３個のノーマルパケット＃５，＃６，＃７（又は＃９，＃１０，＃１１）が１セットとして１個の再送パケット＃１（又は＃５）とＸＯＲ符号化されたパケットであることを示すbit-3-CHが送信される。
Ｍのとり得る値は、（対角行列Ａｉで定式化された）ＨＡＲＱシーケンスの内容に依存する。ＨＡＲＱシーケンスにおいて、対角行列Ａｉにおける０の数が大きい場合はＭの値も大きく設定するのが好ましい。逆に、対角行列Ａｉにおける０の数が小さい場合はＭの値も小さく設定するのが好ましい。
換言すれば、送信機１０から送信するＸＯＲ符号化パケットに含まれる再送部分（シンボル又はビット）が少ないほど、Ｍの値を大きくする。したがって、適応ＨＡＲＱシーケンスは、Ａｉ及びＭの両パラメータに依存する。これらのパラメータは、シミュレーション評価結果に基づいて適切に設定することができる。
〔４〕早期停止処理
早期停止処理は、一般に、ＨＡＲＱの待機時間（レイテンシ）を削減する目的で用いられる。1xEV-DO（1x Evolution Data Only），IEEE 802.16e，LTE（Long Term Evolution）のような代表的な標準において、早期停止処理は、再送パケットの伝送が再送回数の上限に達する前に成功した場合に実施される。
本例のＸＯＲ符号化パケットによる再送についても、同様の早期停止処理を適用することができる。ただし、本例では、ＸＯＲ符号化パケットを用いるから、同じ処理ではない。そのため、本例では、早期停止処理で重要な役割を果たす幾つかのパラメータを以下に定義する。
・Bs：送信機１０から送信されるＸＯＲ符号化パケットの再送部分のシンボル又はビットの数
・L：再送パケットの復元のために送信機１０が実施した再送の回数
・Bmax：再送パケットの復元のために送信機１０が送信したシンボル数又はビット数の最大値。この最大値は、システムにおいて静的に与えられ、残留パケットエラーレートを制限する。
・Dmax：システムが許容する伝送遅延の最大値（最大耐性遅延）
・Fmin：再送パケットの保持に利用可能なＨＡＲＱバッファ３５２におけるバッファサイズの最小値
これらのパラメータを用いて、本例における早期停止処理は、例示的に、以下の４つの方法によって実行することが可能である。この早期停止処理は、例えば、ＨＡＲＱコントローラ１２（又は３９）によって実施される。つまり、ＨＡＲＱコントローラ１２（又は３９）は、再送パケットの送信（受信）回数を制限する早期停止制御部の一例としても用いられる。
（４．１）送信機１０又は受信機５０は、予め再送部分のシンボル又はビットの最大数Bmaxを設定する。早期停止処理は、送信機１０が送信したシンボル又はビットの数Bs・Lが前記最大数Bmax以上である場合に生じる。このタイプの早期停止処理は、例えばセクタ内の通信中のユーザ数が多いと、予期しない伝送遅延が生じる場合があるものの、低い残留パケットエラーレートを保証し得る。
（４．２）送信機１０又は受信機５０は、前記最大耐性遅延Dmaxを予め静的に設定する。早期停止処理は、最初のデータパケットの送信時刻と現在時刻との間にカウントされる、システム全体の遅延時間が最大耐性遅延Dmax以上である場合に生じる。このタイプの早期停止処理は、残留パケットエラーレートの観点からは、上位レイヤのＡＲＱプロセスでの廃棄が増える可能性があるものの、最大システム耐性遅延を保証することができる。
（４．３）送信機１０又は受信機５０は、ＨＡＲＱバッファ３５２における最小バッファサイズFminを予め静的に設定する。早期停止処理は、ＨＡＲＱバッファ３５２における余剰バッファサイズが最小バッファサイズFmin以下である場合に生じる。このタイプの早期停止処理は、再送パケットを保持するバッファサイズのオーバーフローを防止することができる。
（４．４）以上の３つの方法のいずれかを組み合わせる。例えば、送信機１０又は受信機５０は、最大シンボル数（又はビット数）Bmax、最大耐性遅延Dmax、および、最小バッファサイズFminを予め設定する。早期停止処理は、これらのパラメータによる条件が満たされない場合に生じる。このタイプの早期停止処理は、システムの最大耐性遅延を保証できるとともに、残留パケットエラーを制限し、かつ、有効バッファサイズのオーバーフローを防止することができる。
図１０に、再送の最大シンボル数基準に基づくＸＯＲ符号化ＨＡＲＱの早期停止処理の一例を示す。
送信機１０においていったん早期停止処理が生じると、パケット状態を示す追加的な制御信号は送信されない。早期停止処理で用いられるパケットは、新規ノーマルパケットとして扱われるため、bit-3-CHの処理は単純化される。
ノーマルパケットか早期停止処理のパケットかの識別は、bit-2-CHの確認応答数に従って簡単に行なうことができる。そのため、例えば、送信機１０及び受信機５０は、ノーマルパケット又は早期停止パケットの場合は当該ビットを０に設定し、ＸＯＲ符号化パケットの場合は当該ビットを１に設定する。
〔５〕まとめ
本実施形態において、協力符号化メカニズムを適用した、ＨＡＲＱシステムのための新規な送信、受信方法を提案した。提案するＨＡＲＱシステムは、新規のデータパケットと、伝送に失敗して再送要求されたデータパケットとを、ＸＯＲ演算を用いて、全体的に又は部分的に合成する。これら２つのパケットは、反復（繰り返し）復号処理において互いの助け及び利益となり得る。本例のＨＡＲＱ方式は、適切なＨＡＲＱ動作ポイントを設定することで、ＨＡＲＱ処理に用いられるチャネルリソースの利用効率を飛躍的に向上し得る。
〔６〕その他（ＬＬＲ Soft Chase Combining）
ＣＣ方式の協力符号化方式によるＨＡＲＱにおけるＬＬＲ演算には、ノイズパワーに基づくウェイトベクトルを導入することで、ノーマルパケットと再送パケットとの間にソフト合成を用いることができる。以下に、その詳細を説明する。
一般化を損なうことなく、送信データパケットはＢＰＳＫにより変調されるものと仮定し、また、ｉ番目の送信におけるｋ番目のパケットのｎ番目の受信データシンボルをｒk,i(n)と表すものとする。この場合、受信データシンボルｒk,i(n)は、以下の式（１２）で表される。
Figure 0005298648
 ここで、ｘk,i(n)は、
Figure 0005298648
を満たす、ｉ番目の送信におけるｋ番目のパケットの協力符号化シンボルを表し、ηk,i(n)は、ｉ番目の送信におけるｋ番目のパケットの、基準偏差σk,i（σk,i＝１／（ＳＮＲ）１／２）の受信ＡＷＧＮ（Additive White Gaussian Noise）を表す。
協力符号化ＨＡＲＱではない場合、Ｉ個の再送パケット（ｉ＝０の初回送信を含む）を合成した後の受信信号は、下記の式（１３）により表すことができる。
Figure 0005298648
したがって、対応するＬＬＲ値は、下記の式（１４）により演算することができる。
Figure 0005298648
この式（１４）は、次式（１５）のように単純化することができる。
Figure 0005298648
これに対して、協力符号化ＨＡＲＱでは、個々のパケットのＬＬＲを求めてから、求めたＬＬＲを、ノイズウェイトベクトルを用いて合成する。
ｉ番目の再送におけるｋ番目のパケットのｎ番目の受信データシンボルに対応するＬＬＲは、次式（１６）で与えられる。
Figure 0005298648
この演算結果であるＬＬＲは、次式（１７）に示すように、ＨＡＲＱソフト合成前に、受信機での既知のシンボルのビットに応じて反転される。
Figure 0005298648
受信した符号化パケットにおける既知のシンボルを用いて、前記反転処理後のＬＬＲは、次式（１８）で表すことができる。
Figure 0005298648
ここで、ηk,i (flip)(n)は、前記反転処理後のノイズシンボルを表す。ただし、σk,iと同じ基準偏差をもつ。
したがって、Ｉ個の再送パケットを合成した後の、ｋ番目のパケットのｎ番目の受信データシンボルのＬＬＲは、次式（１９）により演算することができる。
Figure 0005298648
この式（１９）は、次式（２０）に単純化することができる。
Figure 0005298648
したがって、協力符号化ＨＡＲＱ送信におけるＬＬＲの統計値は、通常ＨＡＲＱ送信におけるものと同じである。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
〔７〕付記
（付記１）
受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データとに所定の論理演算を施す論理演算部と、
前記論理演算により得られた送信データを前記受信機へ送信する送信部と、
をそなえたことを特徴とする、送信機。
（付記２）
前記論理演算は、排他的論理和又はこれと等価な演算である、ことを特徴とする、付記１記載の送信機。
（付記３）
前記未送信データは、前記再送データの一部又は全部と前記論理演算を施される、ことを特徴とする、付記１又は２に記載の送信機。
（付記４）
前記再送データは、複数の前記未送信データと前記論理演算を施される、ことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の送信機。
（付記５）
前記未送信データと前記論理演算を施される再送データ量は、前記再送データに、所定のバイナリパターンを乗じることで制御される、ことを特徴とする、付記３記載の線送信機。
（付記６）
前記バイナリパターンは、前記送信データが送信される論理的なチャネル情報に基づいて適応的に制御される、ことを特徴とする、付記５記載の送信機。
（付記７）
前記論理演算により得られた送信データを識別する情報を前記受信機に通知する識別情報送信部、をさらにそなえたことを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の送信機。
（付記８）
前記再送データの送信回数を制限する早期停止制御部、をさらにそなえたことを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の送信機。
（付記９）
前記早期停止制御部は、前記再送データの送信量、送信データの許容伝送遅延、前記再送データのバッファサイズのいずれか１又は２以上の情報の組み合わせに基づいて、前記制限を行なう、ことを特徴とする、付記８記載の送信機。
（付記１０）
前記論理演算の適否を、前記受信機の移動速度に応じて選択的に切り替える切替制御部をさらにそなえたことを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の送信機。
（付記１１）
送信機において受信機宛に送信する未送信データと前記受信機宛に再送する再送データとに所定の論理演算が施されて送信されたデータを受信する受信部と、
前記受信部で受信した受信データと、過去に受信した未送信データとに前記論理演算に対応する第１の演算を施して再送データの成分を検出し、前記再送データを復調、復号する再送データ処理部と、
前記受信部で受信した受信データと、前記再送データ処理部で検出された再送データの成分とに前記論理演算に対応する第２の演算を施して未送信データの成分を検出し、前記未送信データを復調、復号する未送信データ処理部と、
をそなえたことを特徴とする、受信機。
（付記１２）
前記再送データ処理部は、
前記復号した再送データを符号化して前記第１の演算に用いるデータとして前記未送信データ処理部に与え、
前記未送信データ処理部は、
前記復号した未送信データを符号化して前記第２の演算に用いるデータとして前記再送データ処理部に与える、
ことを特徴とする、付記１１記載の受信機。
（付記１３）
前記各データ処理部がそれぞれの復号結果を符号化して互いに与え合うことを、所定回数繰り返す、ことを特徴とする、付記１２記載の受信機。
（付記１４）
前記各データ処理部により得られた未送信データ及び再送データのそれぞれについて受信成功又は失敗を示す確認応答を前記送信機へ送信する確認応答送信部、をさらにそなえたことを特徴とする、付記１１〜１３のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１５）
前記確認応答送信部は、
前記送信機において複数の未送信データと前記論理演算された再送データについて１つの前記確認応答を前記送信機へ送信する、ことを特徴とする、付記１４記載の受信機。
（付記１６）
前記第１及び第２の演算は、それぞれ、排他的論理和又はこれと等価な演算である、ことを特徴とする、付記１１〜１５のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１７）
前記各データ処理部は、前記復号に硬判定又は軟判定を用いる、ことを特徴とする、付記１１〜１６のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１８）
受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データとに所定の論理演算を施す過程と、
前記論理演算により得られた送信データを前記受信機へ送信する過程と、
を有することを特徴とする、送信方法。
（付記１９）
送信機において受信機宛に送信する未送信データと前記受信機宛に再送する再送データとに所定の論理演算が施されて送信されたデータを受信する過程と、
受信データと、過去に受信した未送信データとに前記論理演算に対応する第１の演算を施して再送データの成分を検出し、前記再送データを復調、復号する過程と、
前記受信データと、前記検出された再送データの成分とに前記論理演算に対応する第２の演算を施して未送信データの成分を検出し、前記未送信データを復調、復号する過程と、
を有することを特徴とする、受信方法。
一実施形態に係る協力符号化によるＨＡＲＱの同期フローの一例を示す図である。 一実施形態に係る非同期ＨＡＲＱの場合のＨＡＲＱ送信フローの一例を示す図である。 一実施形態に係る送信機の構成例を示すブロック図である。 図３に例示する送信機における、協力符号化によるＨＡＲＱ方式の符号化プロセスのフローの一例を示す図である。 一実施形態に係る受信機の構成例を示すブロック図である。 図５に例示する受信機におけるノーマルパケットについての復号処理フローの一例を示す図である。 図５に例示する受信機における再送パケットについての復号処理フローの一例を示す図である。 一実施形態に係る制御チャネルの信号例（Ｍ＝１の場合）を示す図である。 一実施形態に係る制御チャネルの信号例（Ｍ＝３の場合）を示す図である。 一実施形態に係る早期停止処理を説明する図である。 Ｎ＝４の場合の同期Ｎチャネル停止・待機方式に基づくＨＡＲＱ処理の一例を示す図である。 １シンボルあたりのＭＩとＳＩＮＲとの関係の一例を示す図である。
符号の説明
１０ 送信機
１１ 符号化・変調部
１２ ＨＡＲＱコントローラ
１３ Ａｉメモリ
１４ 再送バッファ
１５ 乗算器
１６ ＸＯＲ演算器
１７ 制御チャネル（ＣＨ）送信部
１８ 多重化部（ＭＵＸ）
１９ ＲＦユニット
２０ 送信アンテナ
２１ 受信アンテナ
２２ ＲＦユニット
２３ 制御チャネル（ＣＨ）受信部
５０ 受信機
３０ 受信アンテナ
３１ ＲＦユニット
３２ 分離部（ＤＭＵＸ）
３３ ノーマルパケット処理部
３３１ ＸＯＲ演算器
３３２ 復調・復号部
３３３ スイッチ
３３４ エンコーダ
３３５ 乗算器
３４ Ａｉメモリ
３５ 再送パケット処理部
３５１ ＸＯＲ演算器
３５２ ＨＡＲＱバッファ
３５３ ＨＡＲＱ合成部
３５４ 復調・復号部
３５５ スイッチ
３５６ エンコーダ
３６，３７ ＣＲＣ演算部
３８ 制御チャネル（ＣＨ）受信部
３９ ＨＡＲＱコントローラ
４０ 制御チャネル（ＣＨ）送信部
４１ ＲＦユニット
４２ 送信アンテナ

Claims (9)

  1. 受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算を施す論理演算部と、
    前記論理演算により得られた送信データを前記受信機へ送信する送信部と、
    をそなえたことを特徴とする、送信機。
  2. 前記未送信データは、前記再送データの一部又は全部と前記論理演算を施される、ことを特徴とする、請求項１記載の送信機。
  3. 前記再送データは、複数の前記未送信データと前記論理演算を施される、ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の送信機。
  4. 送信機において受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算が施されて送信されたデータを受信する受信部と、
    前記受信部で受信した受信データと、過去に受信した、前記再送データに対応するデータとに前記論理演算に対応する第１の演算を施して前記未送信データの成分を検出し、前記未送信データを復調、復号する未送信データ処理部と、
    前記受信部で受信した受信データと、前記未送信データ処理部で検出された未送信データの成分とに前記論理演算に対応する第２の演算を施して前記再送データの成分を検出し、前記再送データを復調、復号する再送データ処理部と、
    をそなえたことを特徴とする、受信機。
  5. 前記再送データ処理部は、
    前記復号した再送データを符号化して前記第１の演算に用いるデータとして前記未送信データ処理部に与え、
    前記未送信データ処理部は、
    前記復号した未送信データを符号化して前記第２の演算に用いるデータとして前記再送データ処理部に与える、
    ことを特徴とする、請求項４記載の受信機。
  6. 前記各データ処理部がそれぞれの復号結果を符号化して互いに与え合うことを、所定回数繰り返す、ことを特徴とする、請求項５記載の受信機。
  7. 前記各データ処理部により得られた未送信データ及び再送データのそれぞれについて受信成功又は失敗を示す確認応答を前記送信機へ送信する確認応答送信部、をさらにそなえたことを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の受信機。
  8. 受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算を施す過程と、
    前記論理演算により得られた送信データを前記受信機へ送信する過程と、
    を有することを特徴とする、送信方法。
  9. 送信機において受信機宛に送信する未送信データと、前記受信機宛に再送する再送データに前記未送信データのデータ量に対する前記再送データのデータ量の比率に依存するバイナリパターンを乗じたデータとに、排他的論理和又はこれと等価な論理演算が施されて送信されたデータを受信する過程と、
    受信データと、過去に受信した、前記再送データに対応するデータとに前記論理演算に対応する第１の演算を施して前記未送信データの成分を検出し、前記未送信データを復調、復号する過程と、
    前記受信データと、前記未送信データ処理部で検出された未送信データの成分とに前記論理演算に対応する第２の演算を施して前記再送データの成分を検出し、前記再送データを復調、復号する過程と、
    を有することを特徴とする、受信方法。
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