JP4181084B2 - 無線送信装置及び無線受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に可変長の送信データに対応する無線フレームの生成方法に関する。

高速な無線通信を可能とする標準規格としてＩＥＥＥ８０２．１１ａと称される無線通信規格がある。これは２０ＭＨｚの周波数帯域幅を有する無線チャネルを用いて無線通信を行う規格であり、最大で５４Ｍｂｐｓの通信速度を得ることが可能である。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは無線伝送方式として直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）が適用されている。これは複数の狭帯域周波数成分（サブキャリア）においてシンボルが形成され、複数のシンボルにより無線フレームが形成される。ＩＥＥＥ８０２．１１ａに適用される無線フレームは、図１に示すようにＰｒｅａｍｂｌｅフィールド、Ｓｉｇｎａｌフィールド、Ｄａｔａフィールドを含む。ＰｒｅａｍｂｌｅフィールドはＳｈｏｒｔ Ｐｒｅａｍｂｌｅ及びＬｏｎｇ Ｐｒｅａｍｂｌｅフィールドと称されるシステム固有のシンボルを含み、受信装置において、同期処理及び伝送路推定処理等に利用される。ＳｉｇｎａｌフィールドはＲａｔｅ及びＬｅｎｇｔｈフィールド等を含み、受信装置に対して当該無線フレームの伝送レートや長さを通知する目的で利用される。ＤａｔａフィールドはＳｅｒｖｉｃｅ、ＰＳＤＵ、Ｔａｉｌ及びＰａｄｄｉｎｇフィールドを含み、送信データはＰＳＤＵに割当てられる。

ここで、Ｐａｄｄｉｎｇフィールドは図２に示すように当該無線フレームの最後のシンボルにおいて、割当て可能なデータビット数に対して送信するデータビット数が満たない場合に、当該シンボルの全てのサブキャリアに対してデータビットが割当てられるよう補う目的で利用されている。この時Ｐａｄｄｉｎｇフィールドに割当てられるビット数Ｎ_ＰＡＤは、次式（１）から算出することができる(非特許文献1参照)。

例えばＮ_ＤＢＰＳ＝２１６ｂｉｔの場合、送信データのビット数Ｄ_ＤＡＴＡが１３０Ｂｙｔｅのときには、Ｎ_ＰＡＤ＝１８ｂｉｔのＰａｄｄｉｎｇフィールドが付加されることになる。
IEEE802.11a "Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) specifications", P15（17.3.5.4）

ところで、近年の高速無線通信に対する要求から、送信装置及び受信装置に複数のアンテナを有し、無線信号を空間的に多重化することで高速化を実現するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）と称される技術が注目されている。上述した従来技術をＭＩＭＯが適用された無線通信システムに適用する場合、Ｐａｄｄｉｎｇフィールドに割当てられるビット数Ｎ_ＰＡＤは、次式（２）を用いて算出することができる。

なお、式（１）、式（２）において、「ｃｅｉｌ」は除算結果の少数点以下を切り上げることを意味している。

例えば、Ｎ_ＡＮＴ＝４、Ｎ_ＤＢＰＳ＝２１６ｂｉｔの場合、送信データのビット数Ｄ_ＤＡＴＡが１３０Ｂｙｔｅのときには、６６６ｂｉｔのＰａｄｄｉｎｇフィールドが付加されることになる。

これは、上述したＭＩＭＯが適用された無線通信システムに適用する場合、Ｐａｄｄｉｎｇフィールドに割当てられるビット数が増加し、送信データのビット数に対するＰａｄｄｉｎｇフィールドのビット数の割合も増加する傾向にあることを意味している。Ｐａｄｄｉｎｇフィールドは本来何ら意味を持たないフィールドであり、このようなフィールドが増加することは無線通信の効率を考慮した場合、決して好ましい状態ではない。

そこで、本発明は、無線フレームの最後のシンボルに割当て可能なデータビット数に対して送信するデータビット数が満たない場合に、これを補う目的で送信データの冗長性や誤り耐性を増大させることで、当該無線フレームの受信特性を向上させることを可能にする無線通信システムを提供することを目的とする。

（１）本発明は、データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、前記データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段とを有し、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する無線送信装置において、前記符号化手段は、前記パンクチャード符号化により削除するビット数を前記補足ビット数分減じる手段を具備する。

本発明の無線受信装置は、符号化処理及びパンクチャ処理の施された第１のデータ系列と前記符号化処理及び前記パンクチャ処理のうち前記符号化処理のみ施された第２のデータ系列を含むデータフィールドを含むフレーム信号を受信する手段と、前記第１のデータ系列にダミービットを挿入する手段と、前記ダミービットの挿入された第１のデータ系列と前記第２のデータ系列を復号する復号手段とを具備する。

フレーム信号中のデータフィールドに挿入すべき補足ビット（パディングビット）数分、パンクチャされるビット数を減少させることで、（データに対する冗長性を増加させて）、当該フレーム信号の受信特性の向上が図れる。

（２）本発明は、データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、前記データフィールドに前記補足ビット数の補足ビットを挿入する挿入手段と、前記挿入手段で前記補足ビットの挿入されたデータフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段とを有する無線送信装置において、前記挿入手段は、前記パンクチャード符号化により削除されるビットが前記補足ビットとなるように前記データフィールド内に前記補足ビットを挿入する。

データフィールド内のデータ中のパンクチャード符号化により除去されるビット位置に補足ビットを挿入した後、パンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、このようなフレーム信号の受信特性の向上が図れる。

（３）本発明の無線送信装置は、データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、前記データフィールド内のデータの前記補足ビット数分のコピーを当該データフィールドに挿入する挿入手段と、前記挿入手段で前記コピーの挿入されたデータフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段とを具備する。

パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する無線受信装置は、前記データフィールドの補足ビット数を求める手段と、前記データフィールドを、前記データフィールドに含まれる前記補足ビット数分のコピーを用いて復元する手段とを具備する。

データフィールド内のデータの一部のコピーをパディングビット数分データフィールド内に挿入した後、パンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、当該フレーム信号の受信特性の向上が図れる。

（４）本発明の無線送信装置は、データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドに挿入すべき補足ビット数を求める手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を変調する変調手段と、変調されたフレーム信号を送信する手段とを有し、前記変調手段は、前記パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記補足ビット数に応じて、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で変調する。

パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する手段と、前記データフィールドの補足ビット数を求める手段と、前記フレーム信号中の前記データフィールドを復調する復調手段と、復調された前記データフィールドにダミービットを挿入して復号する復号手段とを具備した無線受信装置の前記復調手段は、前記データフィールドの前記補足ビット数に応じて、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で復調する。

データフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりにデータフィールド内の一部のデータに対する変調方式を、それ以外の部分の変調方式よりも誤り耐性の大きい変調方式とすることで、データフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このようなフレーム信号の受信特性の向上が図れる。

（５）本発明は、データフィールドをパンクチャード符号化する符号化手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールドを変調する変調手段と、変調されたデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段とを有する無線送信装置であって、パンクチャード符号化されたデータフィールドに挿入すべき補足ビット数を求める手段と、パンクチャード符号化されたデータフィールド内の前記変調手段での変調により相対的に誤り耐性の小さくなる各ビット位置に、前記補足ビット数分の補足ビットをそれぞれ挿入する挿入手段とを具備し、前記変調手段は、前記補足ビットの挿入された前記パンクチャード符号化されたデータフィールドを含むフレーム信号を変調する。

無線受信装置は、変調されたデータフィールドを含むフレーム信号を受信する受信手段と、前記データフィールドを復調する復調手段と、復調されたデータフィールドから相対的に誤り耐性の小さくなる各ビット位置に挿入された補足ビットを削除する手段とを具備する。

パンクチャード符号化データ内の、多値変調後に相対的に誤り耐性が小さくなるビット位置に、情報としての意味をもたないパディングビットを挿入した後に変調を行うことで、データフィールド内の情報として意味をもつデータが、比較的誤り耐性の小さい位置に配置されることが抑制でき、データフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このようなフレーム信号の受信特性の向上が図れる。

本発明によれば、無線信号の受信特性が向上する。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図４は、第１の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。

図３の送信装置は、アンテナ３０１、無線処理部３０２、変調処理部３０３、パンクチャ処理部３０４、符号化処理部３０５、誤り検出符号付加部３０６、送信バッファ３０７、制御部３０８、位置決定部３０９、補足ビット計算部３１０を含む。

図４の受信装置は、アンテナ４０１、無線処理部４０２、復調処理部４０３、デパンクチャ処理部４０４、復号処理部４０５、誤り検出処理部４０６、受信バッファ４０７、制御部４０８、位置決定部４０９、補足ビット計算部４１０を含む。

図３の送信装置及び図４の受信装置は各々以下のように動作する。送信データ（図１のＰＳＤＵフィールドのデータ系列）は制御部３０８より送信バッファ３０７に入力されて一時的に記憶される。所定のタイミングにより送信データは誤り検出符号付加部３０６に入力され、例えばＣＲＣ符号等の誤り検出符号が付加され、符号化処理部３０５へ入力される。符号化処理部３０５は入力されたデータに対して畳み込み符号化等の所定の符号化処理を行う。所定の符号化率により符号化されたデータはパンクチャ処理部３０４へ入力される。パンクチャ処理部３０４は入力されたデータに対して所定のパンクチャード符号化率により決定されるビット消去パターン（ビットマップパターンとも呼ぶ）に基づき、規則的にビットを除去するパンクチャ処理を行い、その結果を変調処理部３０３へ入力する。変調処理部３０３は入力されたデータに対し、所定の変調方式により変調を行う。変調された送信データは無線処理部３０２へ入力される。無線処理部５０２は入力されたデータに対して、Ｄ／Ａ変換、直交変調、アップコンバード、帯域制限、電力増幅等の所定の無線処理を行って、無線信号を生成する。当該無線信号はアンテナ３０１より無線通信路へ送信される。

なお、以下の説明において、符号化処理部３０５での畳み込み符号化等の符号化処理と、パンクチャ処理部３０４でのパンクチャ処理（パンクチャード処理）とを合わせて、パンクチャード符号化処理と呼ぶ。図１のＳａｒｖｉｃｅフィールドとＰＳＤＵフィールドとＴａｉｌフィールドを含むＤａｔａフィールド（ここには、パディングフィールドは含まれていない）が、パンクチャード符号化される。

制御部３０８は補足ビット計算部３１０に対して、送信データのビット数、変調方式、符号化率、パンクチャード符号化率を通知する。補足ビット計算部３１０はこれらの値を用いて、例えば、アンテナが１つのみの場合には式（１）、複数のアンテナを用いる場合には式（２）を用いて、当該送信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数、すなわちパディングビット数（補足ビット数）を決定し、当該パディングビット数を位置決定部３０９へ通知する。位置決定部３１０は通知されたパディングビット数に基づき、パンクチャ処理を行うデータの範囲を決定し、パンクチャ処理部３０４へ通知する。

なお、送信データのビット数は、図１のシグナルフィールドのＬｅｎｇｔｈフィールドに書き込まれて受信装置へ通知され、変調方式や符号化率、パンクチャード符号化率を通知するための情報も同じく図１のシグナルフィールのＲａｔｅフィールドに書き込まれて受信装置へ通知される。Ｒａｔｅフィールドに書き込まれている伝送レートにより、変調方式と符号化率及びパンクチャード符号化率が定まる。ただし、符号化率については一般的にシステム固有に設定されている。

送信装置から送信された無線信号は受信装置のアンテナ４０１にて受信され、無線処理部４０２に入力される。無線処理部４０２は入力された無線信号に対して帯域制限、ダウンコンバート、直交復調、Ａ／Ｄ変換等の所定の無線処理を行い、その結果得られるデータは復調処理部４０３へ入力される。復調処理部４０３は入力されたデータに対して、同期処理、伝搬路推定処理及び所定の復調方式により復調処理を行い、復調されたデータをデパンクチャ処理部４０４へ入力する。デパンクチャ処理部４０４は、所定のパンクチャード符号化率により決定されるビット消去パターン（ビットマップパターン）に従って、消去されたビット位置にダミービットを挿入し、結果を復号処理部４０５へ入力する。復号処理部４０５は入力されたデータに対してビタビ復号等の所定の復号処理を行い、復号されたデータを誤り検出処理部４０６へ入力する。誤り検出処理部４０６は入力されたデータに対して誤り検出処理を行い、誤り検出結果を制御部へ通知すると共に、受信データを受信バッファ４０７へ入力する。受信データは受信バッファ４０７に一時的に記憶され、所定のタイミングにより制御部４０８へ出力される。

なお、受信装置では、図１のＩＥＥＥ８０２．１１ａの無線フレームを受信すると、まず、当該無線フレームのうち、先頭からＳｉｇｎａｌフィールドまでを復調・復号した結果が先に制御部４０８に入力され、制御部４０８は、Ｓｉｇｎａｌフィールドなどに含まれている情報を基に、上記各部を制御して、当該無線フィールド内のＤａｔａフィールドを復号するようになっている。すなわち、制御部４０８は、Ｓｉｇｎａｌフィールド内のＬｅｎｇｔｈフィールドや、Ｒａｔｅフィールド内の情報から、当該無線フィールド内のＤａｔａフィールドに含まれるデータ系列（送信データ）のビット数、変調方式、符号化率、パンクチャード符号化率を認識して、それを補足ビット計算部４１０に対して通知する。ただし、符号化率については一般的にシステム固有に設定されている。

補足ビット計算部４１０はこれらの値を適用して、例えば式（１）、式（２）を用いて、当該送信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数、すなわちパディングビット数Ｎ_ＰＡＤを決定して、結果を位置決定部４０９へ通知する。位置決定部４０９は通知されたパディングビット数に基づき、パンクチャ処理が行われているデータの範囲（あるいは、パンクチャ処理が行われていないデータの範囲）を決定し、デパンクチャ処理部４０４へ通知する。

なお、送信装置の制御部３０８は、無線処理部３０２、変調処理部３０３、パンクチャ処理部３０４、符号化処理部３０５、誤り検出符号付加部３０６、送信バッファ３０７を制御する。また、受信装置の制御部４０８は、無線処理部４０２、復調処理部４０３、デパンクチャ処理部４０４、復号処理部４０５、誤り検出処理部４０６、受信バッファ４０７を制御する。

具体的には、無線処理部３０２、４０２に対しては、適用する無線チャネルの周波数等を通知する。変調処理部３０３に対しては変調方式等を通知し、復調処理部４０３に対しては変調方式及び復調方法等を通知する。パンクチャ処理部３０４に対してはパンクチャード符号化率を通知し、デパンクチャード処理部４０４に対してはパンクチャード符号化率を通知する。符号化処理部３０５に対しては符号化方式及び符号化率等を通知し、復号処理部４０５に対しては復号方式及び符号化率等を通知する。

続いて、図５を参照して、図３の符号化処理部３０５及びパンクチャ処理部３０４の動作について説明する。

図５では、符号化処理部３０５及びパンクチャ処理部３０４をそれぞれ、「Ｅｎｃｏｒｄｅｒ」、「Ｐｕｎｃｔｕｒｅ」と示している。

ここでは、符号化処理部３０５における符号化率をＲ（ｅｎｃ）＝１／２、パンクチャ処理部３０４におけるパンクチャード符号化率をＲ（ｐｕｎｃ）＝３／４としている。ＮＢｉｔのデータは符号化処理部３０５に入力され、所定の符号化方式により符号化され、Ｎ／Ｒ（ｅｎｃ）すなわち２ＮＢｉｔの符号化データとして出力される。２Ｎビットの符号化データはパンクチャ処理部３０４に入力され、パンクチャ処理部３０４においてＮ（ｎｕｍ）／Ｒ（ｅｎｃ）＝６Ｂｉｔ単位にブロック化され、Ｒ（ｐｕｎｃ）＝３／４の所定のビット消去パターン（図５では、ビットマップパターン(Bit Map Pattern)）によりパンクチャ処理が行われる。なお、Ｎ（ｎｕｍ）はＲ（ｐｕｎｃ）の分子の値である。

ここで、図５に示したビットマップパターンでは、「１」で示されたビットは出力し、「０」で示されたビットを消去するとしている。これにより所定の符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）＝３／４にてパンクチャード符号化されたＮ／Ｒ（ｐｕｎｃ）すなわち４Ｎ／３Ｂｉｔのデータが出力される。

パンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）が３／４の場合、符号化率１／２の畳み込み符号化データ６ビットのうち２ビットを削除されるから、ここでは、６ビットを１ブロックとしている。

続いて、図６を参照して図４に示したデパンクチャ処理部４０４及び復号処理部４０５の動作について説明する。なお、図６では、復号処理部４０５及びデパンクチャ処理部４０４をそれぞれ、「Ｄｅｃｏｒｄｅｒ」、「ＤｅＰｕｎｃｔｕｒｅ」と示している。

ここでは復号処理部４０５における符号化率をＲ（ｄｅｃ）＝１／２、デパンクチャ処理部４０４におけるパンクチャード符号化率をＲ（ｄｅｐｕｎｃ）＝３／４としている。４Ｎ／３Ｂｉｔのパンクチャード符号化されたデータはデパンクチャ処理部４０４に入力される。デパンクチャ処理部４０４では、Ｎ（ｄｅｎ）＝４Ｂｉｔ単位にブロック化され、Ｒ（ｄｅｂｕｎｃ）＝３／４の所定のビットマップパターンの「０」で示されるビットに対してダミービットが挿入され、Ｎ／Ｒ（ｄｅｃ）すなわち２ＮＢｉｔの符号化データが出力される。２ＮＢｉｔの符号化データは復調処理部４０５に入力され、所定の復号方式により復号されＮＢｉｔの受信データとして出力される。

続いて、図７を参照して、図３、図４に示した位置決定部３０９、４０９の動作について説明する。まず、位置決定部３０９について説明する。位置決定部３０９には、補足ビット計算部３１０で算出された、送信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数、すなわち、パディングビット数Ｎ_ｐａｄ及びパンクチャード符号化率により決定される（当該パンクチャード符号化率のビットマップパターンで示されている）、１ブロック内で消去されるビット数Ｎ_{ｐｕｎｃ ｐｅｒ ｂｌｏｃｋ}が入力される。

そして、これらを用いて、次式（３）により、Ｎ_ｐａｄをＮ_{ｐｕｎｃ ｐｅｒ ｂｌｏｃｋ}で除することにより、パンクチャ処理を行わないブロック数Ｎ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}を算出する。

パンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）が３／４の場合、符号化率１／２の畳み込み符号化データ６ビットのうち２ビットを削除されるから、１ブロック内で消去されるビット数Ｎ_{ｐｕｎｃ ｐｅｒ ｂｌｏｃｋ}は「２」となる。

位置決定部３０９は、当該算出された、パンクチャ処理を行わないブロック数Ｎ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}、さらに、その位置（パンクチャ処理を行わない範囲）をパンクチャ処理部３０４へ通知する。

位置決定部３０９で決定される、パンクチャ処理を行わないブロック（パンクチャ処理を行わない範囲）は、図７に示すように、例えば３通りある。なお、図７では、Ｎ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}をＮ（ｎｐ）と表し、送信データ内の全ブロック数をＮ（ａｌｌ）と表している。

図７（１）では、送信データの先頭からＮ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}個のブロックをパンクチャ処理を行わない範囲とし、パンクチャ処理を行わないようにする場合を示している。図７（２）では、送信データの最後部からＮ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}個のブロックをパンクチャ処理を行わない範囲とし、パンクチャ処理を行わないようにする場合を示している。図７（３）では、送信データ内において所定間隔おきにパンクチャ処理を行わないブロックを設け、パンクチャ処理を行わないブロックが全部でＮ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}個とする場合を示している。

図７に示すように、パンクチャ処理部３０４は、パンクチャ処理を行わない範囲を除いてパンクチャ処理を行うよう動作する。

位置決定部４０９には、補足ビット計算部４１０で算出された、受信データを含む無線フレームに対して不足しているビット数Ｎ_ｐａｄ及びパンクチャード符号化率により決定される（当該パンクチャード符号化率のビットマップパターンで示されている）、１ブロック内で消去されるビット数Ｎ_{ｐｕｎｃ ｐｅｒ ｂｌｏｃｋ}が入力される。そして、上記位置決定部３０９と同様に、パンクチャ処理を行わないブロック数Ｎ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}を算出し、図７に示したようなパンクチャ処理を行わないブロック数Ｎ_{ｎｐ ｂｌｏｃｋ}及びその位置（パンクチャ処理を行わない範囲）をパンクチャ処理部３０４へ通知する。デパンクチャ処理部４０４は、パンクチャ処理が行われていない範囲を除いてデパンクチャ処理を行うよう動作する。

以上説明したように、上記第１の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際には、当該無線フレーム中のＤａｔａフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Ｄａｔａフィールド内のパンクチャード符号化により消去するビット数を減少させる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置の復号処理部４０５において、高精度に復号が行え、受信特性の向上が図れる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図９は、第２の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図８、図９では、図３、図４と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図８の送信装置では、図３の位置決定部３０９に代えて、パンクチャード符号化処理前のデータフィールド内に補足ビットを挿入するための補足ビット挿入部８０９が新たに追加されている。また、図９の受信装置では、図４の位置決定部４０９に代えて、復号処理部４０５からの出力データから、送信装置により挿入された補足ビットを取り除くための補足ビット抽出部９０９が新たなに追加されている。

図８の補足ビット挿入部８０９には、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数及びパンクチャード符号化率が入力され、当該パンクチャード符号化率に対応するビットマップパターンに基づき、誤り検出符号付加部３０６から符号化処理部３０５へ入力されるデータ（図１のＤａｔａフィールド内のＰａｄｄｉｎｎｇフィールドを除く、ＳｅｒｖｉｃｅフィールドからＴａｉｌフィールドまでのデータ）中に、所定の規則に従って補足ビットを挿入する。挿入する補足ビットの総数は、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数に等しい。なお、パディングビットは情報として意味を持たないデータであり、一般的には「０」が挿入されるから、ここでは、補足ビットとして「０」を挿入するものとする。

好ましくは、補足ビット挿入部８０９では、パンクチャ処理部３０４で、符号化処理部３０５から出力される畳み込み符号化データから除去されるビットが上記補足ビットであるように、誤り検出符号付加部３０６から出力されるデータに補足ビットを挿入する。

図９の補足ビット抽出部９０９には、補足ビット計算部４１０で算出されたパディングビット数及びパンクチャード符号化率が入力され、当該パンクチャード符号化率に対応するビットマップパターンに基づき、復号処理部４０５からの出力データから、図８の送信装置により挿入されている補足ビット（すなわち、「０」）を抽出する。

次に、図１０を参照して、図８の補足ビット挿入部８０９の動作について説明する。なお、図１０では、補足ビット挿入部８０９は、「Ｐａｄｄｉｎｇ Ｂｉｔ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ」と表している。また、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数Ｎ_ｐａｄは、Ｎ（ｐａｄ）と、パンクチャード符号化率をＲ（ｐｕｎｃ）と表している。

図１０に示すように、補足ビット挿入部８０９に対しては、補足ビット計算部３１０で計算されたパディングビット数Ｎ（ｐａｄ）及び、Ｄａｔａフィールド内のデータに対するパンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）が入力される。

補足ビット挿入部８０９はＲ（ｐｕｎｃ）に対応するビットマップパターンに基づき、パンクチャ処理が行われる単位ブロック数及び除去されるビット位置を決定する。

図１０では、パンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）＝３／４の場合の補足ビット挿入部８０９での補足ビットの挿入方法を３通り示している。この場合、ビットマップパターンは、図５に示すように、連続する３ビットのうちの２及び３ビット目である。また、ここでは、連続する３ビットが符号化処理部３０５で６ビットとなり、パンクチャ処理部３０４のパンクチャ処理により２ビットが取り除かれる。従って、符号化処理部３０５に入力するデータの連続する３ビットのうち後２ビットが補足ビットとなるように補足ビットを挿入すると、パンクチャ処理により取り除かれるビットは補足ビットとなる。図１０（１）には、誤り検出符号付加部３０６から出力されるデータの先頭から、図１０（２）では、誤り検出符号付加部３０６から出力されるデータの最後部から、図１０（３）では、誤り検出符号付加部３０６から出力されるデータに等間隔に補足ビットを挿入する場合を示している。

以上説明したように、上記第２の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際には、当該無線フレーム中のＤａｔａフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Ｄａｔａフィールド内（ＳｅｒｖｉｃｅフィールドからＴａｉｌフィールド）のデータ中のパンクチャード符号化により除去されるビット位置に補足ビットを挿入した後、符号化処理部３０５及びパンクチャ処理部３０４でパンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置の復号処理部４０５において、高精度に復号が行え、受信特性の向上が図れる。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図１２は、第３の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図１１、図１２では、図３、図４と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図１１の送信装置では、図３の位置決定部３０９はなく、その代わり、誤り符号付加部３０６と符号化処理部３０５との間にビット複製部１１０９が挿入され、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数などがビット複製部１１０９に入力するように接続されている。また、図１２の受信装置では、図４の位置決定部４０９はなく、その代わりに復号処理部４０５と誤り検出処理部４０６の間にビット復元部１２０９が挿入され、補足ビット計算部４１０で算出されたパディングビット数などがビット複製部１２０９に入力するように接続されている。

図１１のビット複製部１１０９には、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数が入力され、誤り検出符号付加部３０６から出力されるデータのうちの例えばＰＳＤＵフィールド内の当該パディングビット数分のデータのコピーをＰＳＤＵフィールドの後に追加し、符号化処理部３０５へ出力する。

図１２のビット復元部１２０９には、補足ビット計算部４１０で算出されたパディングビット数が入力され、復号処理部４０５から出力されるデータに対して、例えばコヒーレント加算演算を行い、送信装置のビット複製部１１０９で複製された、パディングビット数分のデータを復元して、誤り検出処理部４０６へ出力する。

次に、図１３を参照して、ビット複製部１１０９の動作について説明する。なお、図１３では、ビット複製部１１０９は、「Ｂｉｔ ｃｏｐｙ」と表している。また、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数Ｎ_ｐａｄは、Ｎ（ｐａｄ）と表している。図１３に示すようにビット複製部１１０９には、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数Ｎ（ｐａｄ）が入力される。

ビット複製部１１０９は、誤り検出符号付加部３０６から出力されるデータのうちの例えばＰＳＤＵフィールド内から当該パディングビット数分のデータをコピーして、当該コピーをＰＳＤＵフィールドの最後部に挿入する。あるいは、ＰＳＤＵフィールド内から数ビット分のデータをコピーして、当該コピーをＰＳＤＵフィールド内の最後部に挿入する操作を挿入されたビット総数がパディングビット数Ｎ（ｐａｄ）になるまで繰返す。なお、パディングビット数Ｎ（ｐａｄ）を超えない限りどのように繰り返し挿入しても構わない。また、ＭＩＭＯが適用されている無線通信システムにおいては、異なるアンテナから送信される各データの一部のコピーをそれぞれの無線フレーム内に挿入するようにしてもよい。

以上説明したように、上記第３の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際に、当該無線フレーム中のＤａｔａフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Ｄａｔａフィールド内（ＳｅｒｖｉｃｅフィールドからＴａｉｌフィールド）のデータの一部のコピーをパディングビット数分Ｄａｔａフィールド内に挿入した後、符号化処理部３０５及びパンクチャ処理部３０４でパンクチャード符号化を行うことにより、必要な情報を含むデータ内からパンクチャード符号化により除去されるビット数を抑えることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置の復号処理部４０５において、高精度に復号が行え、受信特性の向上が図れる。

（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図１５は、第４の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図１４、図１５では、図３、図４と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図１４の送信装置では、図３の位置決定部３０９の代わりに、パディングビットを付加する代わりに、Ｄａｔａフィールド内の一部のデータの変調方式をより誤り耐性の大きい変調方式に変更するために、変調方式制御部１４０９が追加されている。また、図１５の受信装置では、図４の位置決定部４０９の代わりに変調方式制御部１５０９が追加されている。

図１４の変調方式制御部１４０９には、補足ビット計算部３１０からパディングビット数Ｎ_ｐａｄ及びパンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）が入力され、次式（４）を用いて、パンクチャ処理部３０４から出力された、パンクチャード符号化データ（ＰａｄｄｉｎｇフィールドのないＤａｔａフィールド）の一部を相対的に誤り耐性の大きい変調方式で変調する場合のシンボル数、すなわち、変調方式を変更する変調シンボル数Ｎ_{ｍｏｄ ｃｈａｎｇｅ}を算出する。なお、式（４）では、パンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）をＲ_ｐｕｎｃと表している。

ここで、式（４）の説明を補足する。例えば、Ｎ（ＰＡＤ）＝９でＲ（ＰＵＮＣ）＝３／４の場合、１２ビットが不要なビットになる。これを例えば１６ＱＡＭで変調する場合、１シンボル当たり４ビットを送信することができるので、３シンボルが不要なシンボルになる。不要というのは、従来だとパディングビットが挿入されていることを示す。ここで、一部のシンボルに対する変調方式をＢＰＳＫに変更した場合、１シンボル当たり１ビットを送信することになる。この時、本来なら４ビット送信するはずのシンボルが１ビットに変更されるので３ビットが浮いてしまうことになる。この浮いた３ビットが不要なシンボルを埋めていくように制御されればよい。そこで、式（４）をそのまま適用すると、変更するシンボル数は４シンボルとなる。９／（３／４）／３を計算している。１６ＱＡＭで送信するはずだった４シンボルがＢＰＳＫに変更されると、（４−１）×３の１２ビットが浮きます。これを不要な１２ビットの代わりする。

ここでは、変調方式は変調シンボル単位のビット数を減らすように制御する。なお、Ｄａｔａフィールドの変調方式は、シグナルフィールド内のＲａｔａフィールドに書き込まれている伝送レートにより定まるもである。Ｒａｔａフィールドに書き込まれている伝送レートから、例えば、Ｄａｔａフィールドに対する変調方式が１６ＱＡＭ（１６値直交振幅変調）である場合には、ＱＰＳＫ（４層位相変調）等に変更するように制御する。この場合には、式（４）の変調方式を変更する場合の変調シンボル単位のビット数差Ｎ_{ｍｏｄ ｓｕｂ}は、４Ｂｉｔ（１６ＱＡＭ）−２Ｂｉｔ（ＱＰＳＫ）＝２Ｂｉｔとなる。

変調方式制御部１４０９は、式（４）の計算結果、及び適用した変更後の変調方式を変調処理部３０３へ通知する。変調処理部３０３は通知された変更後の変調方式及びこれを適用する変調シンボル数に基づき、図１６に示すように変調処理を行う。なお、図１６では、変調処理部３０３は、「ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」と表されている。ここでは、例えば、Ｄａｔａフィールドに対する変調方式が１６ＱＡＭである場合に、Ｄａｔａフィールド内のＮ_{ｍｏｄ ｃｈａｎｇｅ}シンボルについてはＱＰＳＫで変調する場合を例にとり説明する。図１６（１）に示すように、変調処理部３０３は、Ｄａｔａフィールド内の先頭からＮ_{ｍｏｄ ｃｈａｎｇｅ}シンボルまではＱＰＳＫで変調し、それ以外は１６ＱＡＭで変調する。あるいは、Ｄａｔａフィールド内の最後部からＮ_{ｍｏｄ ｃｈａｎｇｅ}シンボルまではＱＰＳＫで変調し、それ以外は１６ＱＡＭで変調する。Ｄａｔａフィールド内の先頭あるいは最後部のうちどちらの変調方式を変更するかは、予め定められているものとする。

このように、送信装置の変調方式制御部１４０９では、パンクチャード符号化されたデＤａｔａフィールド内の補足ビット数（パディングビット数）を求め、変調処理部３０３では、パンクチャード符号化されたＤａｔａフィールド内の補足ビット数に応じて決定される、所定のデータを相対的に誤り耐性の大きい変調方式で変調する。例えば、Ｄａｔａフィールドに対する変調方式が１６ＱＡＭである場合には、当該Ｄａｔａフィールドの先頭あるいは最後部の所定のデータについてはＱＰＳＫで変調し、当該Ｄａｔａフィールドの他の部分は１６ＱＡＭで変調する。

図１５の変調方式制御部１５０９には、変調方式制御部１４０９と同様に、補足ビット計算部４１０で算出されたパディングビット数及びパンクチャード符号化率が入力され、式（４）を用いて、変調方式を変更する変調シンボル数Ｎ_{ｍｏｄ ｃｈａｎｇｅ}を算出する。そして、変調方式が変更されている変調シンボル数Ｎ_{ｍｏｄ ｃｈａｎｇｅ}及び変更後の変調方式を復調処理部４０３へ通知する。復調処理部４０３は通知された変更後の変調方式及びこれを適用する変調シンボル数に基づき復調を行う。

以上説明したように、上記第４の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際に、当該無線フレーム中のＤａｔａフィールド内にパディングフィールドを付加する代わりに、当該Ｄａｔａフィールド内（ＳｅｒｖｉｃｅフィールドからＴａｉｌフィールド）の一部のデータに対する変調方式を、それ以外の部分の変調方式よりも誤り耐性の大きい変調方式とすることで、Ｄａｔａフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置での受信特性の向上が図れる。

（第５の実施形態）
図１７は、第５の実施形態に係る無線通信システムにおける送信装置の構成例を示したものであり、図１８は、第５の実施形態に係る無線通信システムにおける受信装置の構成例を示したものである。なお、図１７、図１８では、図３、図４と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図１７の送信装置では、図３の位置決定部３０９の代わりに、パディングビットを、多値変調後に相対的に誤り耐性が小さくなるビット位置に挿入するための補足ビット挿入部１７０９が追加されている。また、図１８の受信装置では、図４の位置決定部４０９の代わりに、送信装置にて挿入されたパディングビットを復調後に取り除くための補足ビット抽出部１８０９が追加されている。

図１７の補足ビット挿入部１７０９は、補足ビット計算部３１０で算出されたパディングビット数Ｎ_ｐａｄ＝Ｎ（ｐａｄ）及びパンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）が入力され、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数Ｎ（ｐａｄ）／Ｒ（ｐｕｎｃ）を求める。そして、Ｄａｔａフィールドに適用される変調方式に基づき、変調シンボル内の信号点間距離が小さい各ビット位置に、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数分のパディングビットを１ビットずつ挿入する。その後、変調処理部３０３で変調が行われる。

図１８の補足ビット抽出部１８０９は、補足ビット計算部４１０で算出されたパディングビット数Ｎ_ｐａｄ＝Ｎ（ｐａｄ）及びパンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）が入力され、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数Ｎ（ｐａｄ）／Ｒ（ｐｕｎｃ）を求める。そして、Ｄａｔａフィールドに適用される変調方式に基づき、復号処理部４０５からの出力データより、変調シンボル内の信号点間距離が小さいビット位置に対して送信装置により挿入されているパディングビットを取り除く。

次に、図１９を参照して、図１７の補足ビット挿入部１７０９の動作について説明する。なお、図１９では、補足ビット挿入部１７０９は、「Ｐａｄｄｉｎｇ Ｂｉｔ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ」と表している。図１９に示すように補足ビット挿入部１７０９には、パディングビット数Ｎ_ｐａｄ＝Ｎ（ｐａｄ）及びパンクチャード符号化率Ｒ（ｐｕｎｃ）が入力される。補足ビット挿入部１７０９は、パンクチャード符号化処理後のパディングビット数Ｎ（ｐａｄ）／Ｒ（ｐｕｎｃ）を求め、変調シンボルを単位として、変調方式に基づき決定される、信号点距離の小さいビット位置に対して、求めたパディングビット数分のパディングビット「０」を挿入する。図１９では、Ｄａｔａフィールドに対する変調方式を１６ＱＡＭとしている。図１９（１）では、データフィールドの先頭から、信号点距離の小さいビット位置に対して、求めたパディングビット数分のパディングビット「０」を挿入する場合を示している。図１９（２）では、データフィールドの最後部から、信号点距離の小さいビット位置に対して、求めたパディングビット数分のパディングビット「０」を挿入する場合を示している。

以上説明したように、上記第５の実施形態に係る送信装置では無線フレームを生成する際に、パンクチャード符号化データ内の、多値変調後に相対的に誤り耐性が小さくなるビット位置に、情報としての意味をもたないパディングビットを挿入した後に変調を行うことで、Ｄａｔａフィールド内の情報として意味をもつデータが、比較的誤り耐性の小さい位置に配置されることが抑制でき、Ｄａｔａフィールド内のデータに対する誤り耐性を大きくすることができる。その結果、このような無線フレームを受信する上記受信装置での受信特性の向上が図れる。

以上第１乃至第５の実施形態に係る送信装置で生成する無線フレームのＤａｔａフィールドにはパディングフィールドは含まれていない。上記各実施形態によれば、パディングビットを挿入する代わりに、Ｄａｔａフィールド内のデータに対する冗長性を増加させたり（第１乃至第３の実施形態）、Ｄａｔａフィールド内の一部のデータに対する誤り耐性を増加させる（第４、第５の実施形態）ことで、パディングビット数分のデータを補い、当該無線フレームの受信特性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａで規定されているフレーム信号のフォーマットを示した図。 パディングビットについて説明するための図。 第１の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第１の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 符号化処理部及びパンクチャ処理部の動作について説明するための図。 デパンクチャ処理部及び復号処理部の動作について説明するための図。 位置決定部の動作について説明するための図。 第２の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第２の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 補足ビット挿入部の動作について説明するための図。 第３の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第３の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 ビット複製部の動作について説明するための図。 第４の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第４の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 変調方式制御部及び変調処理部の動作について説明するための図。 第５の実施形態に係る無線通信システムの無線送信装置の構成例を示した図。 第５の実施形態に係る無線通信システムの無線受信装置の構成例を示した図。 補足ビット挿入部の動作について説明するための図。

符号の説明

３０１…アンテナ、３０２…無線処理部、３０３…変調処理部、３０４…パンクチャ処理部、３０５…符号化処理部、３０６…誤り検出符号付加部、３０７…送信バッファ、３０８…制御部、３０９…位置決定部、３１０…補足ビット計算部、４０１…アンテナ、４０２…無線処理部、４０３…復調処理部、４０４…デパンクチャ処理部、４０５…復号処理部、４０６…誤り検出処理部、４０７…受信バッファ、４０８…制御部、４０９…位置決定部、４１０…補足ビット計算部、８０９…補足ビット挿入部、９０９…補足ビット抽出部、１１０９…ビット複製部、１２０９…ビット復元部、１４０９…変調方式制御部、１５０９…変調方式制御部、１７０９…補足ビット挿入部、１８０９…補足ビット抽出部。

Claims (1)

1. データフィールド内に挿入すべき補足ビット数を求める手段と、
   前記データフィールドを符号化する符号化手段と、
   前記符号化手段で符号化されたデータフィールドのうち、パンクチャ処理により削除さ
   れるビット数を前記補足ビット数分減じるための前記パンクチャ処理を行わない範囲を決
   定する手段と、
   前記符号化手段で符号化されたデータフィールドのうち、前記パンクチャ処理を行わな
   い範囲を除いて前記パンクチャ処理を行う手段と、
   前記パンクチャ処理後のデータフィールドを含むフレーム信号を送信する手段と、
   を有する無線送信装置。

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