JP2013512640A - 情報オブジェクトを符号化する方法及びそれを用いるエンコーダ - Google Patents

Abstract

本発明は、通信システムにおける情報オブジェクトの符号化方法を提供する。その方法は、情報オブジェクトをバッファに格納するステップと、バッファからランダムに選択されるビットとバッファから正規的に選択されるビットとを含むサンプリングセットを生成するステップと、サンプリングセットのサンプリングセット番号及び情報オブジェクトのサイズ情報を含む制御チャンネルデータを生成するステップと、サンプリングセット及び制御チャンネルデータを変調するステップとを有する。

Description

本発明はデータ符号化及び伝送技術に関するもので、無線通信システム及び装置、特に近距離音響ベース通信(short-range acoustic-based communication)システム及び装置に適用することができる。

図１は、従来技術によるＡＲＱ(Automatic Repeat-Request)方式を採用する双方向通信システムのオブジェクト伝送を示す。

従来の通信システムにおいて、送信器１は、ファイル又はメッセージのような情報オブジェクトをデータパケットに分解(decomposition)し、分解された各パケットは一般的に特定タイプの順方向誤り訂正(Forward Error Correction：ＦＥＣ)符号を用いて符号化する。その後、送信器１により符号化されたパケットは変調され、パケット化された情報は、通信チャンネル(例えば、音響チャンネル)を介して受信器２に伝送される。低い信頼度の通信媒体を通じて高い信頼度の情報伝送を実現するために、従来の通信システムは、自動再送要求(Automatic Repeat-Request：ＡＲＱ)プロトコルを利用できる。このようなプロトコルにおいて、受信器２は、データパケットを正確に受信したことを表すために応答(acknowledgement)メッセージを送信器１に伝送する。パケットが正確に受信されない場合、受信器２は、再送要求メッセージを送信器１に伝送できる。あるいは、特定のタイムアウト(time-out)内に受信器１から応答がない場合には、送信器１は、再伝送を試みることができる。

ＡＲＱプロトコルの現代的な変形は、チェース結合(chase combining)を有するＡＲＱ及び増分冗長(incremental redundancy)を有するＡＲＱを含み、これらは非成功的に受信したパケットを廃棄する必要がなく、その代りに補充パケット(complimentary packets)を要求し、受信器２に非成功的に受信した複数のパケットを結合しようと試みる。例えば、Ｇ.Ｃａｉｒｅ ａｎｄ Ｄ.Ｔｕｎｉｎｅｔｔｉ，＜Ｔｈｅ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ-ＡＲＱ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ＞，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．５，ｐｐ．１９７１-１９８８，Ｊｕｌｙ２００１を参照する。

それにもかかわらず、すべてのＡＲＱベース方式で、受信器から送信器へのフィードバック通信経路が存在することが必要であり、これは、応答メッセージ又は再送要求を伝送するために使われることができる。しかしながら、一部アプリケーションでは、複数の制限因子によってフィードバックチャンネルを実現することが難しい。例えば、音響接続アプリケーションでは、送信器は音響信号を獲得するための能力を持たない場合(例えば、マイクロホンがない場合)、あるいは受信器は音響放出能力を持たない場合がある。このような場合には、フィードバック通信経路の存在に依存しない代替方法が使われなければならない。特に、２つの方法が使用され得る。一つの方法は、“ブロードキャストカルーセル(broadcast carousel)”として知られている。例として、Ｐａｉｌａ，Ｔ.,Ｌｕｂｙ,Ｍ.,Ｌｅｈｔｏｎｅｎ,Ｒ.,Ｒｏｃａ,Ｖ.ａｎｄ Ｒ.Ｗａｌｓｈ：ＦＬＵＴＥ-Ｆｉｌｅ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｖｅｒ Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ.ＲＦＣ３９２６,Ｏｃｔｏｂｅｒ２００４、又はＥＴＳＩ ＴＳ１０１ ４９８,Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ(ＤＡＢ)；Ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｗｅｂｓｉｔｅが挙げられる。

図２は、ブロードキャストカルーセル方式を採用する従来の単方向通信システムにおけるオブジェクト伝送を示す。

この方式では、オリジナルメッセージ(すなわち、情報オブジェクト)のパケットは、送信器３からの伝送によってループで(無制限に)周期的に反復され、、各パケットは固有の識別子(番号)を有する。送信器３から受信器４に伝送される循環的パケットストリームは、“…、パケット１、パケット２、パケット３、パケット１、パケット２、パケット３、パケット１、パケット２、…”のような一連のパケットを含む。

信頼性のある通信チャンネルにおいて、受信器は、初期獲得の時間と関係なく単一ループ内ですべてのパケットを収集できる。誤りがチャンネルに導入される場合、受信器は、まだすべてのデータを収集できるが、通常、複数の“カルーセル”ループを待機すべきである。チャンネル条件が悪化するると、ブロードキャストカルーセルは、次第に効率性が落ちる。これは、このような構造で、受信器が連続的なカルーセルサイクルで同一のパケットをミスする場合、次の機会のために全体サイクルを待機しなければならないためである。

より複雑な関連技術では、いわゆる“デジタルファウンテン符号(digital fountain code)”を使用する。これら符号は、リードソロモン符号(Reed-Solomon code)のような消去符号(erasure code)から得られ、あるいはＬＴ(Luby Transform)符号又はラプター符号(raptor code)とともに、よりフレキシブルかつ効率的に実現され得る(例えば、Ｄ.ＭａｃＫａｙ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ，ａｎｄ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ,Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ,２００５,Ｃｈａｐｔｅｒ５０)。

図３は、デジタルファウンテン符号を採用する従来の単方向通信システムにおけるオブジェクト伝送を示す。

この符号化方式において、送信器５は、リードソロモン符号、ＬＴ符号、又はラプター符号のように、デジタルファウンテン符号により生成される長い一連の固有パケットを伝送する。受信器６が所定数のパケットを成功的に受信及び収集すると、送信器５は、全体メッセージ(すなわち、情報オブジェクト)を復号化することができる。受信器６は、最小数のパケットが収集されるまでパケットを継続して受信し、その後に復元(reconstruction)を遂行する。この方式は、パケット損失を有するチャンネルより高い効率性を有する利点がある。

一方、本発明は、移動装置間の音響ベース接続のためのシステムを提供する。このタイプのチャンネルは、高い背景雑音レベル、歪み、及び予測不可能でかつ変更可能な信号対雑音比のような多くの問題点を有すると知られている。

上記したように、従来技術は、次のような問題点を有する。

１）ＡＲＱ方式及びその変形は、フィードバックチャンネルを必要とし、これは、一部のアプリケーションで使用できず、あるいは実現するのに複雑過ぎる。
２）ブロードキャストカルーセルは、パケット誤りが頻繁に導入されるチャンネルに効率的でない。

３）ＬＴ符号又はラプター符号は、パケット損失を有するチャンネル(インターネット通信又は衛星放送など)でほぼ最適であるが、移動装置間の音響通信のような予測不可能な信号対雑音比を有するチャンネルで非効率的であり得る。これは、非常に悪いチャンネル条件で、大部分のパケットが誤りと共に受信される可能性があり、それによってデコーダにいかなる有用な情報が提供されず、逆に、良好なチャンネル条件では、すべてのパケットが相当な雑音余裕(noise margin)で受信され、そのため、チャンネル容量がこのようなシステムによって全く利用されないためである。

このような問題を解決するために、向上した伝送方式は、内部符号又はパケット巡回冗長検査(Cyclic Redundancy Check：ＣＲＣ)方式により提供されるパケット消去に依存するよりは(一般的に、ラプター又はＬＴ符号に対する場合のように)、各伝送されたビット又はデータシンボルに関する“ソフト”情報を考慮しなければならない。同時に、システムは、広範囲な信号対雑音比及びチャンネル条件で最適に近いチャンネル容量の利用を提供すべきである。

したがって、本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、単方向通信システム(すなわち、フィードバックチャンネル及びＡＲＱメカニズムがない)で情報オブジェクトの信頼性のある伝送を許可する情報オブジェクト伝送方式を提供することにある。

本発明の他の目的は、予測不可能な信号対雑音比を有する雑音チャンネルで効率的であることで、広範囲なチャンネル条件で最適に近いチャンネル利用を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、通信システムにおける情報オブジェクトの符号化方法が提供される。その方法は、情報オブジェクトをバッファに格納するステップと、バッファからランダムに選択されるビットとバッファから正規的に選択されるビットとを含むサンプリングセットを生成するステップと、サンプリングセットのサンプリングセット番号及び情報オブジェクトのサイズ情報を含む制御チャンネルデータを生成するステップと、サンプリングセット及び制御チャンネルデータを変調するステップとを有する。

本発明の他の態様によれば、情報オブジェクトを符号化してプリコーダバッファに格納するプリコーダと、サンプリングセット番号と、サンプリングセットからランダムに選択されるビットとサンプリングセットから所定規則に従って選択されるビットに対応するプリコーダバッファのアドレスを生成するサンプル番号/アドレス生成部と、サンプル番号/アドレス生成部により生成されるアドレスに対応するプリコーダバッファのビットを選択するマルチプレクサと、マルチプレクサから出力されるサンプリングセットを格納するサンプリングセットバッファと、サンプル番号/アドレス生成部により生成されたサンプリングセット番号に関する情報を含む制御チャンネルデータを生成する制御パケット生成部と、サンプリングセットバッファに格納されているサンプリングセットを制御チャンネル生成部により生成される制御チャンネルデータと組み立てるパケットアセンブラと、パケットアセンブラから出力されるパケットを所定の方式で変調する変調部とを備えるエンコーダが提供される。

本発明では、単方向通信システムで情報オブジェクトを伝達でき、上記した２つの基準を満たす情報伝送システムを紹介した。本発明では、提案されたシステムの効率性をさらに向上させる。提案された修正は、次のような向上をもたらす。

(ａ)特に高い信号対雑音比環境でのより高いスループット
(ｂ)任意のオブジェクトサイズに対するフレキシブルな配列

本発明の上記及び他の態様、特徴、及び利点は、添付の図面と共に述べる以下の詳細な説明から、一層明らかになるはずである。

ＡＲＱ方式を有する従来の双方向通信システムにおけるオブジェクト伝送を示すブロック構成図である。 ブロードキャストカルーセル方式を有する従来の単方向通信システムにおけるオブジェクト伝送を示すブロック構成図である。 デジタルファウンテン符号を採用する従来の単方向通信システムにおけるオブジェクト伝送を示すブロック構成図である。 本発明の一実施形態による単方向通信方式におけるオブジェクト伝送原理を説明するためのブロック構成図である。 本発明の一実施形態による送信器を詳細に示すブロック構成図である。 本発明の比較実施形態によるサンプリングセット選択方法を示すブロック構成図である。 本発明の一実施形態によるアドレス生成器及びマルチプレクサを詳細に示すブロック構成図である。 本発明の一実施形態による正規サンプリングアドレス生成器のためのパラメータ選択手順を示すフローチャートである。 均一の音響雑音スペクトルの場合に伝送信号の振幅スペクトルの分布例を示すグラフである。 )狭帯域に焦点をおいた音響雑音が存在する場合に伝送信号の振幅スペクトルの分布例を示すグラフである。 本発明の一実施形態による受信器を詳細に示すブロック構成図である。 一つのセットを受信した後、ランダムにサンプリングされたセットにおけるビット反復の分布を示すヒストグラムである(ここで、Ｎ＝１０００，Ｋ_０＝１００)。 ５個の連続したセットを受信した後、ランダムにサンプリングされたセットにおけるビット反復の分布を示すヒストグラムである(ここで、Ｎ＝１０００，Ｋ_０＝１００)。 １０個の連続したセットを受信した後、ランダムにサンプリングされたセットにおけるビット反復の分布を示すヒストグラムである(ここで、Ｎ＝１０００，Ｋ_０＝１００)。 一つのセットを受信した後、本発明の実施形態に対するビット反復の分布を示すヒストグラムである(ここで、Ｎ＝１０００，Ｋ_０ ^(reg)＝９０，Ｋ_０ ^(rand)＝１０)。 ５個の連続したセットを受信した後、本発明の実施形態に対するビット反復の分布を示すヒストグラムである(ここで、Ｎ＝１０００，Ｋ_０ ^(reg)＝９０，Ｋ_０ ^(rand)＝１０)。 １０個の連続したセットを受信した後、本発明の実施形態に対するビット反復の分布を示すヒストグラムである(ここで、Ｎ＝１０００，Ｋ_０ ^(reg)＝９０，Ｋ_０ ^(rand)＝１０)。 ２つのサンプリング選択方法(ランダム及び本発明)の性能比較を示すグラフである。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図面において、同一の構成要素に対してはできるだけ同一の参照符号及び参照番号を付して説明する。また、パケット識別の特定値、ディスプレイ情報のコンテンツのように、次の説明における多様な特定の定義は、本発明の一般的な理解を助けるために提供されるだけであって、上記のような定義なしでも本発明が実現できることは当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。さらに、当該技術分野における公知の構成又はプロセスの詳細な説明は、本発明の要旨を不明にする可能性がある場合に省略できる。当業者は、添付図面内の要素が単純化及び明瞭化のために示されたものであって、スケールに従って描かれないことがわかる。例えば、本発明の多様な実施形態の理解を助けるために、図面の一部要素の寸法は誇張することができる。

また、ステップ及び構成要素は共通のシンボルで表現され、本発明の理解に関連した細部事項のみが図面に示される。本発明において、“第１”及び“第２”のような相対的な用語は、一つの対象を他の対象と区分するために使用されるが、これは、オブジェクト間の任意の実際関係又は順序を意味するものではない。

図４は、本発明の一実施形態による単方向通信方式におけるオブジェクト伝送原理を示す。

本発明のシステムにおいて、データ(すなわち、情報オブジェクト)は、論理的に分離された２個のチャンネル(“制御チャンネル”及び“メインチャンネル”と呼ばれる)に配列される。制御チャンネルは、使用可能な帯域幅の小さな部分を占めるので、小さなオーバーヘッドのみを取り入れる。使用可能な帯域幅の相当部分は、メインチャンネルに割り当てられる。制御チャンネルは、メインチャンネルでデータ再構成(reconstruction)を可能にするために必要な動的情報を伝送する。

このシステムでは、データは、またパケットを用いて伝送される。しかしながら、すべてのパケットは均一ではない。各パケットは、メインチャンネルデータ及び制御チャンネルデータを包含し、これら２個のチャンネルのデータは異なる誤り保護メカニズム及び異なる物理的変調フォーマットを有することができる。

送信器７は、プリコーダバッファからサンプリングにより生成されたビットのセット(すなわち、サンプリングセット)をメインチャンネルを介して受信器８に伝送し、さらにロバストなＦＥＣ符号で符号化されたオブジェクトサイズ及びサンプリングセット番号(ＳＳＮ)を制御チャンネルを介して受信器に伝送する。受信器８は、パケットを受信した後に反復して復号化手順を遂行する。

制御チャンネルは、メインチャンネルで復号化可能な情報を搬送する。メインチャンネルデータは、少なくともメインチャンネルを介して伝送される情報オブジェクトの長さ及び現在ＳＳＮを含まなければならない。ＳＳＮは、受信器８にメインチャンネルのデータ配置を通知する固有な識別子である。制御チャンネルの情報は、非常に高い冗長を有する一般的な誤り訂正符号で符号化され、それによって非常に厳しい雑音条件でも受信することができる。メインチャンネルで、符号化演算は、２つのメインステップを含む。一番目に、オリジナルメッセージは、数回反復及びインタリービングされ、結果的なシーケンスは、１/(Ｒ＋１)のレートを有する畳み込み符号(convolutional code)を用いて符号化される。すなわち、情報オブジェクトの各オリジナルビットに対して、畳み込みエンコーダにより生成されるＲパリティビットが存在する。すべての符号化ビットは、プリコーダバッファに格納される。二番目に、各パケット生成間隔で、アドレス生成器は、プリコーダバッファから所定のビットセットを選択し、これらビットを制御チャンネルデータとともに伝送する。

最適のパケットサイズは、２つの考慮事項に基づいて選択される。その一つは、上記したように、メインチャンネルを通じて伝送されたデータ量が制御チャンネルのデータ量よりかなり大きいので、制御チャンネルでの符号の高い冗長は、伝送システムの累積効率性(cumulative effectiveness)に実際に影響を及ぼさない。もう一つは、多くのアプリケーションで、過度に長いパケットは特に小さなオブジェクトに対するオブジェクトの受信中に望ましくない遅延を引き起こす可能性があるため、パケット伝送時間は、比較的短くなければならない(例えば、１秒)。したがって、特定アプリケーションに依存するトレードオフ(trade-off)が存在すべきである。データパケットは、受信装置でチャンネル推定及び等化を単純化するための特別なパイロットシンボルの追加とともに、一つ又は複数タイプの変調(ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ｎ-ＱＡＭなど)を通じてパケットアセンブリユニットで変調される。考慮中であるシステムでは、一つ又は複数の搬送波を用いる広帯域変調を使うことができる(例えば、ＯＦＤＭ、ＣＤＭＡなど)。本発明は、ロシア特許出願第２００９１１９７７６号及びシリアル番号１２/７８２，５２０であり、２０１０年５月１８日に米国特許庁に出願された米国特許出願第２０１０-０２９０４８４ Ａ１の“Ｅｎｃｏｄｅｒ，Ｄｅｃｏｄｅｒ，Ｅｎｃｏｄｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ，Ａｎｄ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”に開示されているオブジェクト伝送のための音響通信システムと共同で使用され、これら各内容は本願に参照することにより組み込まれる。

図５は、本発明の一実施形態による送信器の詳細構成を示す。次の説明において、入力端及び出力端は、該当デバイスの入力及び出力に各々対応し、第１のデバイスの出力が第２のデバイスの入力に接続されるということは、事実上、第１のデバイスの出力が第２のデバイスの入力となることを意味する。

送信器７は、エンコーダ１０１を備え、このエンコーダ１０１は、第１の入力端Ｉｎ１と第２の入力端Ｉｎ２を通じて情報を受信する。デジタル/アナログ変換器(Digital-to-Analog Converter：ＤＡＣ)１０２及びスピーカ(loudspeaker)１０３は、エンコーダ１０１の出力端に連続して接続される。通信チャンネル診断のために、エンコーダ１０１は、送信器７のアナログ/デジタル変換器(Analog-to-Digital Convertor：ＡＤＣ)１０４を通じて送信器７のマイクロホンＭ１に接続される追加入力端ＡｄｄＩｎを備える。

エンコーダ１０１は、所定の符号化方式によって入力される情報オブジェクトを符号化し、プリコーダバッファ１０９の符号化した情報オブジェクトを格納するプリコーダ１０と、各サンプリングセットのサンプリングセット番号及び各サンプリングセットの各ビットに対応し、プリコーダバッファ１０９のアドレスに該当するアドレスを生成するサンプル番号/アドレス生成部１２と、このサンプル番号/アドレス生成部１２により生成されたアドレスに対応するプリコーダバッファのビットを選択するマルチプレクサ１１０と、マルチプレクサ１１０から出力される各サンプリングセットのビットを格納するサンプリングセットバッファ１１１と、サンプル番号/アドレス生成部１２により生成されたサンプリングセット番号に関する情報を含む制御パケット(すなわち、制御チャンネルデータ)を形成する制御パケット生成部１４と、サンプリングセットバッファ１１１に格納されているサンプリングセットと制御パケット生成部１４により生成された制御パケットを組み立てるパケットアセンブラ１１２と、パケットアセンブラ１１２から出力されるパケットを所定方式で音響信号に変調する変調部１６とを備える。

また、エンコーダ１０１は、外部音響通信チャンネルに関する情報を受信し、この受信した音響通信チャンネルの音響スペクトルを計算するスペクトル算出部１８をさらに備え、変調部１６は、スペクトル算出部１８から提供される情報に基づいて音響信号のスペクトルを補正する構成素子をさらに備えることができる。

サンプル番号/アドレス生成部１２はサンプリングセット番号生成器１１５とアドレス生成器１１６を備え、制御パケット生成部１４は制御データパッキング部１１３と制御データエンコーダ１１４を備えることができる。また、変調部１６は、スペクトル生成器１１７、変調器１１８、及び同期シーケンス挿入器１１９を備え、スペクトル算出部１８は、チャンネル分析部１２０とスペクトル算出部１２１を備えることができる。

プリコーダ１０は、連続的に接続され、このプリコーダ１０を形成する構成素子を備える。この構成素子は、コンテナパッキング部１０６、反復器(repeater)/インタリーバ(又は反復/インタリービング部)１０７、畳み込みエンコーダ１０８、及びプリコーダバッファ１０９を備える。コンテナパッキング部１０６の入力は、プリコーダ１０、エンコーダ１０１、及び送信器７の各々に対する第１の入力端Ｉｎ１及び第２の入力端Ｉｎ２に該当する。プリコーダバッファ１０９の出力は、プリコーダ１０の出力端に該当し、マルチプレクサ１１０の入力端に一対一で接続される。マルチプレクサ１１０の出力端は、サンプリングセットバッファ１１１を通じてパケットアセンブラ１１２の第１の入力端Ｉｎ１に接続される。このような方法で、エンコーダメインデータの準備チャンネル(メインチャンネル)が形成される。

エンコーダ１０１の第２の入力端Ｉｎ２は、制御データパッキング部１１３の第１の入力端Ｉｎ１に接続され、また制御データエンコーダ１１４を通じてパケットアセンブラ１１４の第２の入力端Ｉｎ２に接続される。同時に、エンコーダ制御データの準備チャンネル(制御チャンネル)が形成される。

サンプリングセット番号生成器１１５の出力端は、制御データパッキング部１１３の第２の入力端Ｉｎ２に接続され、エンコーダアドレス生成器１１６を通じてマルチプレクサ１１０にも接続される。このアドレス生成器１１６は、エンコーダ１０１の第２の入力端Ｉｎ２に接続される。エンコーダ１０１の第２の入力端Ｉｎ２は、反復器/インタリーバ１０７の追加入力端に接続される。

パケットアセンブラ１１２の出力端は、連続して接続されるスペクトル生成器１１７、変調器１１８、及び同期シーケンス挿入器１１９を通じてエンコーダ１０１の出力端Ｏｕｔに接続される。

エンコーダ１０１の追加入力端ＡｄｄＩｎは、連続して接続されるチャンネル分析部１２０とスペクトル算出部１２１を通じてスペクトル生成器１１７の追加的な入力端に接続され、それによって伝送信号の最適振幅スペクトルを計算する。

図示されていないが、エンコーダ１０１及び/又は送信器７に他の追加的入力が使用されても良い。例えば、特定のエンコーダ構成素子に入力データを伝送する必要性を通知するための開始入力と、エンコーダ１０１に入力データ伝送終了を命令するための代替通信チャンネルの入力があり得る。

送信器７の回路は、すべての回路素子に電力供給が可能なように構成される。

本発明によるシステムの送信側は、送信器７を備え、その機能は下記のようである。

送信器７は、エンコーダ１０１、デジタル/アナログ変換器１０２、アナログ/デジタル変換器１０４、スピーカ１０３、及びマイクロホン１０５がアクティブされて待機モードにある場合にスイッチオン状態となる。

符号化の予備ステップで、情報オブジェクト(ＩＯ；ファイル、メッセージなど)は送信器７の第１の入力端Ｉｎ１に入力され、このＩＯのサイズに関するデータは送信器７の第２の入力端Ｉｎ２を通じてアドレス生成器１１６及び制御データパッキング部１１３に入力される。コンテナパッキング部１０６で、ＩＯは、標準コンテナにパッキングされる。このために、ヘッダーラベルはＩＯに付加され、インテグリティチェックのためのバイト(例えば、チェックサム(check sum)、ＣＲＣ、及びハッシュ符号(Hash-code)など)が設定される。

さらに、コンテナパッキング部１０６において、コンテナは、誤り訂正符号(例えば、リードソロモン符号)により符号化できる。コンテナパッキング部１０６からのコンテナとコンテナパッキング部１０６又はエンコーダ１０１の第２の入力端からのＩＯのサイズ情報は、反復器/インタリーバ１０７に搬送され、このコンテナのデータビットは所定回数反復及び混合される。このような再配列の疑似ランダム機能は、ＩＯのサイズに基づく。

その後、畳み込み符号の符号化は、畳み込みエンコーダ１０８で遂行される。上記のような方式で符号化されたビットの形成(すなわち、反復及びインタリービング以後の畳み込み符号化)が受信側での反復的な復号化の場合に符号の高い雑音耐性を達成することは知られている。しかしながら、本発明では、このような方式で符号化されたＩＯ(送信用データブロック)が通信チャンネルを通じて直接に変調器に伝送されない。符号化されたＩＯは、畳み込みエンコーダ１０８からプリコーダバッファ１０９に伝送される。

送信用データブロックは、符号化のメインスステップのためにプリコーダバッファ１０９に格納される。予備ステップは、通信チャンネル(本実施形態では音響チャンネル)を通じた伝送の開始以前に一回だけ遂行され、それによって可変通信チャンネルによる送信特性の追加的調整が必要な場合でもプリコーダバッファ１０９のコンテンツは変更されずそのままである。

提示された技術的実現の他の実施形態において、プリコーダ１０は任意の公知された方法で形成することができることに留意すべきである。任意の冗長を有する誤り訂正符号を使用することができる。

その次に、符号化の基本(メイン)ステップが遂行される。送信器７がスイッチオン状態である場合、サンプリングセット番号生成器１１５は、任意の公知の方法(すなわち、開始入力又は反復器/インタリーバ１０７)により開始される。

サンプリングセット番号生成器１１５は、プリコーダバッファ１０９からのビットサンプリングのために所定周期を有する識別番号として機能するサンプリングセット番号(ランダム又は連続値)を生成し、これらをアドレス生成器１１６及び制御データパッキング部１１３の第２の入力端Ｉｎ２に転送する。

本発明の性能に直接に影響を及ぼす核心要素のうちの一つは、ビット選択機能を実現するアドレス生成器１１６である。アドレス生成器１１６は、ビットがプリコーダバッファ１０９からサンプリングされる方法を制御する。プリコーダバッファ１０９は、通常オリジナル(組織的)データ及び一部追加パリティデータを包含する。実際に、ビット選択手順は全くランダムであるが、システム性能は最適性能より多少悪いことがある。これは、ビット位置が全くランダムな方式で選択される場合、一部のビットが連続的なパケット又は同一のパケットでも数回反復できる一方、一部のビットは長い期間でサンプリングセットバッファ１１１に存在しないこともあるためである。

図６は、本発明の比較実施形態によるサンプリングセットの選択方法を示す。

この比較実施形態において、線形合同生成器(Linear Congruential Generator：ＬＣＧ)のような単純な疑似ランダム関数がアドレス生成器１１６ａとして使用される。このような状況で、アドレス生成器１１６ａは、一つの望ましい性質を有する。アドレス生成器１１６ａは周期的に疑似乱数(pseudorandom number)を生成し、全周期(full-cycle)アドレス生成器１１６ａは周期内に生成された数を反復しない。このようなアドレス生成器１１６ａが本発明のシステムに使用される場合、マルチプレクサ１１０ａを通じてサンプリングセットを受信するサンプリングセットバッファ１１１は、ビット反復を包含しない(サンプリングセットバッファ１１１が符号化されたバッファより小さい場合)。さらに、アドレス生成器１１６ａが以前パケット伝送中にアドレス生成器１１６ａの最後状態に対応する状態に初期化される場合、連続した２個のサンプリングセット内のビットは、同様に重ならないものとする。不幸にも、このような接近は短所を有する。主な短所は、全周期アドレス生成器１１６ａが任意のオブジェクト長さに対して容易に構成できないということである。そのため、オブジェクトの長さが所定値のうちいずれか一つと非常に異なる場合、システム性能は悪化する可能性がある。

図７は、本発明の一実施形態によるアドレス生成器及びマルチプレクサの詳細構成を示す。

アドレス生成器１１６は、各々ランダムビットを選択するためにランダム値を出力する複数のランダムアドレス生成器(Random Address Generator：ＲａＡＧ)１１６１、すなわち(Ｒ＋１)個のランダムアドレス生成器ＲａＡＧ０〜ＲａＡＧＲと、各々正規ビットを選択するために所定規則による正規値を出力する複数の正規アドレス生成器(Regular Address Generator：ＲｅＡＧ)１１６２、すなわち(Ｒ＋１)個の正規アドレス生成器ＲｅＡＧ０〜ＲｅＡＧＲを備える。マルチプレクサ１１０は、複数のＲａＡＧ１１６１と一対一接続される複数の第１のマルチプレクサＭＵＸ_１１１０１、すなわち(Ｒ＋１)個の第１のマルチプレクサＭＵＸ_１０〜ＭＵＸ_１Ｒと、複数のＲｅＡＧ１１６２と一対一接続される複数の第２のマルチプレクサＭＵＸ_２１１０２、すなわち(Ｒ＋１)個の第２のマルチプレクサＭＵＸ_２０〜ＭＵＸ_２Ｒと、各々該当するＲａＡＧ１１６１及びＲｅＡＧ１１６２に接続される複数のスイッチＳＷ１１０４、すなわち(Ｒ＋１)個のスイッチＳＷ０〜ＳＷＲと、複数のスイッチ１１０４に接続される第３のマルチプレクサＭＵＸ_３１１０３を含む。複数のＲａＡＧ１１６１及び複数のＲｅＡＧ１１６２の各々は、サンプリングセット番号生成器１１５から共通のサンプリングセット番号を受信する。一対のＲａＡＧ１１６１及びＲｅＡＧ１１６２は、プリコーダバッファ１０９のオリジナルデータセグメント又は該当パリティデータセグメントに対応する。一対のＲａＡＧ１１６１及びＲｅＡＧ１１６２は、該当するスイッチ１１０４に接続される。これに関して、ＲａＡＧ１１６１及びＲｅＡＧ１１６２の出力端は、各々スイッチ１１０４の第１及び第２の入力端と接続され、スイッチ１１０４の出力端は、第３のマルチプレクサ１１０３の該当入力端と接続される。

本発明によるサンプリングセット選択方法は、任意の長さの情報オブジェクトに適合する。

プリコーダバッファ１０９から選択されたビットのセットは、２つの多少矛盾的な条件を満足しなければならない。まず、これは、基本的な“ランダム”性質を持ち、いろいろな連続したサンプリングセットと同様に、単一サンプリングセットで可能な最小の反復を生成しなければならない。このような目標を達成するために、本発明では、次のような手順が遂行される。

第１に、オリジナル及びパリティデータからビットの均一な表示を可能にするために、プリコーダバッファ１０９は、(Ｒ＋１)セグメントに分割される。ここで、０〜(Ｎ−１)の番号を有するビットはオリジナルデータビットを表し、Ｎ〜(２Ｎ-１)の番号を有するビットは第１のパリティビットを表し、２Ｎ〜(３Ｎ-１)の番号を有するビットは第２のパリティビットを表す。

第２に、ビットの２個のグループは、プリコーダバッファ１０９の各セグメントから選択される。正規グループとランダムグループである。

ランダムグループは、良好な統計的性質を有する適切なランダム生成器１１６１を用いて全くランダムな方式で選択されるべきである。正規グループは、以下に詳細に説明されるように、よく構成されたアルゴリズムに従って選択される。

オリジナルデータセグメントから選択されたビットの数はＫ_０として示し、ｉ番目のパリティセグメントから選択されたビットの数はＫ_ｉ(すなわち、Ｋ_１，Ｋ_２，…，Ｋ_Ｒ)として示し、式(１)により表示される。

オリジナルセグメントから選択されたビットのセットは、Ｋ_０ ^(reg)の正規的に選択されたビット及びＫ_０ ^(rand)のランダムに選択されたビットで構成される。同様に、ｉ番目のパリティセグメントから選択されたビットのセットは、Ｋ_ｉ ^(reg)の規則的に選択されたビット及びＫ_ｉ ^(rand)のランダムに選択されたビットで構成される。

プリコーダバッファ１０９に格納された全体ビット数(Ｒ＋１)Ｎは、一般的にサンプリングセットのビット数Ｋより非常に大きい。

各データセグメントからのランダムなビットグループの選択は、０〜(Ｎ-１)範囲の疑似乱数を生成するランダムアドレス生成器１１６１を用いて遂行できる。ここで、Ｎは、各セグメントのサイズ(又は、オリジナルデータの長さ)である。オリジナルデータセグメントからＫ_０ ^(rand)のランダムビットを選択するために、ランダムアドレス生成器１１６１の出力は、ビットアドレスとして直接に使用される。また、パリティセグメントのうちいずれか一つからランダムビットを選択するために、アドレスは、下記の式(２)のように生成される。

ここで、ｉは、パリティセグメントのインデックスを表す。送信器７及び受信器８両方ともを同期化するために、ランダムアドレス生成器１１６１は、同一のランダムシード(random seed)で初期化しなければならない。これは、一般的にサンプリングセット番号のある関数、すなわちｒａｎｄ_ｓｅｅｄ＝ｆ(ＳＳＮ)である。

オリジナルデータセグメントからＫ_０ ^(reg)の正規ビットを選択するために、正規アドレス生成器１１６２は、次の式(３)によるビット選択インデックスを生成できる。

ここで、()_modＮは()をＮで割って残りを求めるモジュロ演算を表し、ｊは次の値を取るサンプルインデックスであり、下記の式(４)によって示される。

ここで、ＳＳＮはサンプリングセット番号であり、Ａ_０は事前選択した定数(固定オフセット)であり、Ｐ_０はオリジナルデータサイズＮによるパラメータである。望ましい特性を実現するために、Ｐ_０は、Ｎに対して互いに素(relatively prime)でなければならない。すなわち、Ｐ_０は、素数であり、Ｎの約数になってはならない。パラメータＰ_０を生成するための簡単な解決策は、素数のテーブルを検索して所定テーブルから最初の素数を選択することである。この数でＮを割ることによって、０でない残りが生成される。Ｎを候補Ｐ_０で除算した残りが０である場合、次の素数がテーブルから選択され、残りの値を算出する関数であるｒｅｍ[Ｎ/Ｐ_０]条件が更に検証される。パラメータＰ_０が正確に選択された場合、インデックスは、自身を反復する前に０〜(Ｎ-１)の範囲内ですべての可能な値にわたることがわかる。したがって、インデックスＳＳＮ＝ｍ，ｍ＋１，ｍ＋２，ｍ＋２，…を有するいろいろな連続的に生成されたサンプリングセットを考慮すれば、オリジナルデータセグメントのすべてのビットが漏れなく最小数の反復で選択されたサンプリングセット内に表示されることがわかる。

同一の手順は、パリティデータセグメントからＫ_ｉ ^(reg)の正規ビットを選択するために使用される。正規アドレス生成器１１６２は、下記の式(５)に従ってビット選択指数を生成する。

ここで、ｊは、次の値を取るサンプルインデックスであり、式(６)のように示される。

ここで、Ａ_ｉ及びＰ_ｉは、Ａ_０及びＰ_０に類似したパラメータである。より良い結果を得るために、各セグメント(オリジナル及びパリティ)のためのＡ_ｉ及びＰ_ｉは、異なる値を取る必要がある。Ａ_ｉ係数は、予め選択し、任意の値Ｎに対して固定することができる。

Ｐ_ｉ係数は、Ｐ０と同一の方式を用いて選択されるが、互いに素数Ｐ_１の検索は、Ｐ_ｉに対して異なる値を得るためにＰ_０より大きい最初の素数から開始できる。同様に、互いに素Ｐ_２の検索は、Ｐ_１より大きい最初の素数から開始できる。

より良い性能を実現するために、パラメータＰ_０，Ｐ_１，…，Ｐ_Ｒ及びＡ_０，Ａ_１，…，Ａ_Ｒは特定数のサンプリングセットの生成以後に動的に変更され得る。パラメータＡ_０，Ａ_１，…，Ａ_Ｒのさまざまなセットは予め定義され、ＲＯＭテーブルに格納できる反面、パラメータＰ_０，Ｐ_１，…，Ｐ_Ｒは上述したアルゴリズムを利用、すなわち素数のテーブルから数を選択し、その数がＮに対する互いに素であるか否かを確認することによって再選択することができるが、各選択の場合に、再整列(置換(permutation))された素数テーブルを利用できる。この方法は、送信器７が数回正規ビットグループの実質的に同一のセットを選択することを防止する。

図８は、本発明の一実施形態による正規サンプリングアドレス生成器のためのパラメータ選択手順を示す。

ステップＳ１１０で、素数テーブルの素数(ｐｒｉｍｅｓ[])は、サンプリングセット番号の入力に従って再整列(又は置換)される。ステップＳ１２０で、パラメータｉ及びｍは、０に初期化される。ステップＳ１３０で、ｉ番目の素数ｐｒｉｍｅｓ[ｉ]は、候補値Ｐ_candidateに設定する。ステップＳ１４０で、Ｎを候補値Ｐ_candidateで除算した残りの値は、残りの値ｒｅｍに設定される。ステップＳ１５０で、残りの値ｒｅｍが０であるか否かが決定される。残り値ｒｅｍが０である場合、パラメータｉはステップＳ１６０で１だけ増加され、手順はステップＳ１３０に戻る。残り値ｒｅｍが０でない場合、パラメータＰ_ｍは、ステップＳ１７０でＰ_candidateに設定される。ステップＳ１８０で、パラメータｍがＲと同一であるか否かが判定される。パラメータｍがＲと同一でない場合、パラメータｉ及びｍは、ステップＳ１９０で各々１だけ増加され、手順はステップＳ１３０に戻る。パラメータｍがＲと同一である場合、パラメータ選択手順は終了する。

更に図５を参照すると、サンプリングセットバッファ１１１からのサンプリングビットセットは、追加的な誤り訂正符号の適用なしに、パケットアセンブラ１１２の第１の入力端に転送される。そのため、情報オブジェクト伝送に対することは、いわゆる“メインチャンネル”で形成される。

オブジェクトサイズ情報が第２の入力端Ｉｎ２から制御データパッキング部１１３の第１の入力端に入力される場合、サンプリングセット番号生成器１１５から制御データパッキング部１１３の第２の入力端に入力されるサンプリングセット番号は、制御データパッキング部１１３の動作を初期化する。制御データパッキング部１１３は、制御データを組み立て、この制御データは、(制御データパッキング部の動作を考慮して)コンテナサイズ及び/又はオブジェクトサイズ、サンプリングセット番号、及び他の補助情報を含む。制御データエンコーダ１１４において、制御データは誤り訂正符号により符号化され、特定のチェックシンボルは付加されて制御パケットインテグリティ(例えば、チェックサム、ＣＲＣなど)をチェックする。制御データエンコーダ１１４で生成された制御パケットは、パケットアセンブラ１１２の第２の入力端に搬送される。したがって、“メインチャンネル”での各サンプリングセットの形成と同時に、これに対応する制御パケットは“制御チャンネル”に形成される。

一般に、制御チャンネルにおける符号化は、高い冗長符号とその結果として高い雑音耐性を有するように遂行され、これによって制御チャンネルは、通信チャンネルの深刻な雑音及び干渉条件でも受信することができる。このように、制御チャンネルは、メインチャンネルの情報量に比べて少量の情報のみを含み、これは、制御チャンネルの条件では累積される冗長が比較的小さいためである。

メインチャンネルの冗長が制御チャンネル冗長に比べて小さい、２個のチャンネル符号化の構造は、情報オブジェクト伝送速度を大きく増加させ、大きい情報オブジェクトを伝送する可能性を提供する。すなわち、メインチャンネルのデータ冗長が低い場合、疑似ランダムサンプルにより情報オブジェクトの伝送速度が高くなる。メイン及び制御チャンネルで同一の雑音耐性程度に従って、情報オブジェクト伝送速度は、個別サンプルの高い反復受信率及び情報オブジェクトの成功的な復旧によってかなり増加する。

メインチャンネルと制御チャンネルは、異なるセキュリティメカニズム及び異なる物理的フォーマットを有することができる。制御チャンネルは、メインチャンネルの復号化を可能にする情報を搬送し、メインチャンネルを介して伝送される情報オブジェクトの長さ及び現在サンプリングセット番号を含む。サンプリングセット番号は、メインチャンネルのデータ配列を受信器８に通知するための固有識別子として役割を果たす。

メインチャンネルの符号化動作は、一般的に２つのステップに分けられる。第１のステップでは、オリジナル情報オブジェクトは、数回反復された後にインタリービングされる。その後、その結果は、例えば１/(Ｒ＋１)の比率を有する畳み込み符号を用いて復号化でき(すなわち、情報オブジェクトのそれぞれのオリジナルビットのためにＲパリティビットが生成される)、畳み込みエンコーダ１０８で復号化されたすべてのビットは、プリコーダバッファに格納される。第２のステップでは、各パケット生成区間で、アドレス生成器１１６により生成されたアドレスに従ってプリコーダバッファ１０９に格納されたビットから事前設定されたビットのセットが選択され、このビットは、以後制御チャンネルデータとともに伝送される。

制御パケットビット及びサンプルビット(すなわち、サンプリングセットのビット）は、最適サイズのデータパケットを形成する。最適のパケットサイズは、２つの考慮事項に基づいて選択される。一つは、上記したように、メインチャンネルを介して伝送されるデータ量が制御チャンネルのデータ量よりかなり大きくなければならないため、制御チャンネルで符号の高い冗長は、送信システムの累積的効率性に大きく影響を及ぼさない。もう一つは、過度に長いパケットがオブジェクトの受信中に好ましくない遅延を招くことができるので、多くのアプリケーションで、パケット送信時間は、比較的短くなければならない(例えば、１秒)。したがって、特定のアプリケーションに基づいてトレードオフされなければならない。

データパケットは、一つ以上の変調方式(例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ｎ-ＱＡＭ)によってパケットアセンブラ１１２で変調され、受信器８でチャンネル推定及びチャンネル等化を単純化するために特定のパイロットシンボルを付加する。このシステムでは、例えば、一つ又は複数の搬送波を有する広帯域変調(例えば、ＯＦＤＭ、ＣＤＭＡなど)を使用することができる。ユーザーに対する可聴音の感知性を減少させ、同時にトーンの広帯域特性及び平均電力を保存するために、トーンスペクトルは、変調器１１８への送信以前にスペクトル生成器１１７で訂正される。例えば、このような性能を実現するためにフィルタが使われる。スペクトル訂正は適応的に遂行できる。

このような訂正は、送信器７がマイクロホン(Ｍ１)１０５とアナログ/デジタル変換器(ＡＤＣ１)１０４を備える場合に可能である。アナログ/デジタル変換器(ＡＤＣ１)１０４を通じてマイクロホン(Ｍ１)１０５から搬送される可聴音は、チャンネル分析部１２０で定められた周期で分析される。ここで、通信チャンネルでの音響雑音のレベル及びスペクトル構成を評価する。本発明のシステムの実施形態において、音響雑音は、送信器７自体により放出される信号を除き、すべての可聴音(音声、音楽、通知の可聴音など)を含む。以後、スペクトル算出部１２１で実現される音響感知の音響心理(psycho-acoustic)モデルに基づき、最適の信号スペクトルが計算される。ここで、音響感知性が変更なしに信号の電力は最大レベルで提供される。

図９は、(図９Ａ)均一の音響雑音スペクトルの場合と、(図９Ｂ)狭帯域に焦点をおいた音響雑音が存在する場合の送信信号の振幅スペクトルの分布実施形態を示す。

特に、スペクトル算出部１１２で、図９に示すように、周波数隠し効果が適用され、ここで、望ましい信号スペクトルは、音響雑音(点線で表示)を有する通信チャンネルで実線で表示される。したがって、音響雑音レベルが均一に近い場合(図９Ａ)、振幅スペクトルの分布は、雑音信号に対する人間の耳の平均感度と反比例する(例えば、このような感度特性はＩＴＵ-Ｒ４６８標準で決定される)。

一定の周波数で表示されるピークを有する深刻な音響干渉の場合、最適の分布は、周波数隠し効果を考慮する雑音信号に対する耳の感度によって決定される。このような分布例は、図９Ｂに提供される。所望しない激しい可聴音は、隣接周波数区間に位置した信号成分をマスクし、それによって隣接周波数での伝送信号の強さは、伝送された信号の音響容量の自覚的な増加なしに増加することができる。

スペクトル算出部１１２から推定されるデータは、スペクトル生成器１１７に伝送される。これは、信号のスペクトル補正は各データパケットに対する可変通信チャンネルによって遂行され、受信器８による誤りのないデータ受信の可能性をさらに増加させ(その上、伝送速度も増加させ)、送信信号はユーザーにほとんど注目されないようになる。

さらに、変調器１１８では、補正されたシンボルは、変調されて情報信号が得られる。同期シーケンス挿入器１１９では、同期信号は時間ドメインでデータ信号に付加され、それによって受信器における同期化及びチャンネル整列手順の単純化をもたらす。このような方式で得られた送信信号は、デジタル/アナログ変換器１０２及びスピーカ１０３を通じて通信チャンネルに伝達される。

図１０は、本発明の一実施形態による受信器の詳細構成を示す。

受信側で、まず信号が変調され、その後にチャンネル歪みはチャンネルイコライザで補償され得る。

以下、受信器８の動作について説明する。

復調器２０５は、メイン及び制御チャンネルに対する“ソフト”ビット決定を作り出す。制御チャンネルに対するソフトビット決定は、チャンネルデコーダ２１１に伝達される。成功的な制御チャンネル復号化の場合に、オブジェクトコンテナサイズ及び現在ＳＳＮに関する情報は、送信器７側のアドレス生成器１１６に対応するアドレス生成器２１２に伝送される。

メインチャンネルに対応するソフト決定は、アドレス生成器２１２により生成されるアドレス情報に従って第２のデマルチプレクサ(ＤｅＭｕｘ２)２０８によって逆多重化される。以後、各受信されたサンプリングセットビットに対するソフト決定は、累算器(accumulator)２０９ａに順次に累積される(合算部２０９の各累算器２０９ａはプリコーダバッファ１０９内で１ビットに対応する)。以後、累積されたソフト決定は、ストレージ(storage)バッファ２１０に格納される。特定の最小数のソフト決定がストレージバッファ２１０に伝送された直後に、復号化手順が反復デコーダ２１３で始まる。復号化を試みた後、受信器８は、復号化されたオブジェクトのインテグリティをチェックし、インテグリティチェックが成功する場合には復号化手順が終了する。一方、インテグリティチェックが失敗する場合、デコーダ２０１は、次のサンプリングセットを有する次のパケットの到着を待機し、その後に復号化を再び試みる。このデコーダ２０１は、オブジェクトが正確に復号化するまでこの手順を継続して遂行すべきである。

受信器８は、デコーダ２０１を備え、このデコーダ２０１の入力端Ｉｎは、受信器８のアナログ/デジタル変換器(ＡＤＣ２)２０２を通じて受信器８のマイクロホン(Ｍ２)２０３に接続される。

デコーダ２０１は、所定の復調方式に従って入力される音響信号を復調する復調部２０と、復調部２０から出力される各受信ビットのソフト値を判定し、サンプリングセットのビットを該当サンプリングセットに関する情報を含む制御パケットのビットと分離する第１のデマルチプレクサ(ＤｅＭｕｘ１)２０７と、該当サンプリングセットの各ビットに対応するアドレスを生成するアドレス生成部２２と、サンプルビットのソフト判定を受信し、アドレス生成部２２により生成されたアドレス情報に従ってソフト判定を逆多重化して出力する第２のデマルチプレクサ２０８と、第２のデマルチプレクサ２０８の各出力別にソフト判定を合計する合算部２０９と、この合算部２０９からの合計したソフト判定を格納するストレージバッファ２１０と、ストレージバッファ２１０に格納されているサンプリングセットを復号化するデコーダ２４を備える。

復調部２０は、同期化部２０４、復調器２０５、及びチャンネル推定器２０６を備え、アドレス生成部２２は、制御チャンネルデコーダ２１１とアドレス生成器２１２を備えることができる。また、デコーダ２４は、反復デコーダ２１３、データインテグリティチェック部２１４、及びコンテナアンパッキング部/オブジェクト再構成部２１５を備えることができる。

デコーダ２０１では、同期化部２０４、復調器２０５、チャンネル推定器２０６、及び第１のデマルチプレクサは、連続して相互に接続される。

第１のデマルチプレクサ２０７の第１の出力端Ｏｕｔ１は、第２のデマルチプレクサ２０８の第１の入力端(Ｉｎｐｕｔ１)と接続され、第２のデマルチプレクサ２０８の出力端は各々合算部(Σ)２０９を通じて対応するストレージバッファ(ＳＢ）２１０の入力端と連結される。合算部２０９を構成する累算器２０９ａの個数は、図５に示したエンコーダ１０１のプリコーダバッファ１０９のビット数に対応する。

第１のデマルチプレクサ２０７の第２の出力端(Ｏｕｔ２)は、制御チャンネルデコーダ２１１に接続され、制御チャンネルデコーダ２１１の第１及び第２の出力端は、アドレス生成器２１２の入力端と各々接続され、アドレス生成器２１２の出力端は第２のデマルチプレクサ２０８の第２の入力端(Ｉｎ２)に接続される。

ストレージバッファ２１０は、連続して接続される反復デコーダ２１３、データインテグリティチェック部２１４、及びアンパッキング部/再構成部２１５を通じて、受信器８のデータ出力端(Ｏｕｔ)であるデコーダ２０１の出力端に接続される。同時に、データインテグリティチェック部２１４の追加出力端は、反復デコーダ２１３の追加的入力端に接続され、また受信器８の追加出力端(ＡｄｄＯｕｔ)となる。

受信器８の回路は、すべての回路素子各々に対する電力供給が可能なように構成され、このような電力供給器を具備できる。

受信器８を備える本発明によるシステムの受信側は、下記の方式で動作する。

デコーダ２０１、アナログ/デジタル変換器(ＡＤＣ２)２０２、及びマイクロホン(Ｍ２)２０３がアクティブされて待機モードにある場合、受信器８はスイッチオン状態である。

マイクロホン(Ｍ２)２０３を通じた通信チャンネルからの信号は、アナログ/デジタル変換器(ＡＤＣ２)２０２に伝送され、ここで、信号は、デジタル化されてデコーダ２０１の入力端に転送される。同期化部２０４では、同期信号による送信信号を検出した後、信号の境界が復元され、サンプリング周波数は正確に調整され、入力信号が受信される。以後、受信信号は、一つ又は複数の搬送波を有する復調器２０５に伝送される。この復調器２０５は、フィルタバンク又は高速フーリエ変換に基づいて、変調器１１８と対応するように実現される。チャンネル推定器２０６では、パイロットシンボルを用いて通信チャンネルと雑音成分が評価され、歪みスペクトルは適応的に評価される。第１のデマルチプレクサ２０７において、受信ビットの“ソフト”値が判定され、“メイン”チャンネルのためのサンプルビットと“制御”チャンネルのための制御パケットビットが分離される。

制御パケットの“ソフト”判定は、図５に示した制御データエンコーダ１１４に順応して設計された制御チャンネルデコーダ２１１に伝達される。制御パケットの成功的な復号化の場合に、制御チャンネルデコーダ２１１の第１の出力端を通じたコンテナサイズデータと制御チャンネルデコーダ２１１の第２の出力端を通じたサンプリングセット番号は、送信器７のアドレス生成器１１６に類似しているアドレス生成器２１２の入力端各々に伝送される。同時に、ビットアドレスは、送信器７のプリコーダバッファ１０９のアドレスに対応するアドレス生成器２１２で生成される。

サンプルビットに対応する“ソフト”判定は、アドレス生成器２１２により生成されたアドレス情報に従って第２のデマルチプレクサ２０８により逆多重化される。その後、それぞれの受信されたサンプルビットでの“ソフト”判定は、対応する合算部２０９で順次に累算される(それぞれの累算器２０９ａは、プリコーダバッファ１０９の１ビットに対応する)。そのため、一定の個数の受信されたサンプルビット以後の累積される“ソフト”判定は、ストレージバッファ２１０に格納される。所定の要求される最小数の“ソフト”判定がプリコーダバッファ１０９からデータパッケージビットに対応するストレージバッファ２１０に伝送されると(反復デコーダ２１３により決定される)、すぐにプリコーダバッファ１０９から受信されたデータパケットの“ソフト”判定に対する復号化手順は、反復デコーダ２１３に格納される。

合算部２０９の一部累算器が詰まっていない場合でも、復号化が反復デコーダ２１３で開始できることに留意すべきである。同時に、反復復号化が類似した穿孔符号(punctured code)特性と同一である場合には、符号特性は、すなわち最適に近くなる。

それぞれの復号化を試みた後に、データインテグリティチェック部２１４は、反復デコーダに対応する反復(ハード判定(rigid decisions))を要求した後に、エンコーダにより提供されるハード判定を用いて受信されたデータパッケージのインテグリティをチェックする。チェックが成功する場合、受信されたデータパッケージは、コンテナアンパッキング部/再構成部２１５に伝送され、コンテナ抽出及び情報オブジェクト復元のためにアンパッキングされる。さらに、反復終了命令がデータインテグリティチェック部２１４で生成されて反復デコーダ２１３に伝達される。その後、情報オブジェクトは、受信器の出力端を通じてユーザー装置に上位処理階層で伝送される。同時に、受信確認信号は、補助(逆方向)通信チャンネル(例えば、無線チャンネル、音響チャンネル、又はビジュアルチャンネル)を介して受信器の追加出力端(Ａｄｄｏｕｔ)を用いて発行される。

ストレージバッファ２１０からの追加的データ復号化は、所定の周期で遂行される。これは、復号化サイクルの完了中に(例えば、数十回の反復によって決定される)、データパッケージが復元されず、第１のデマルチプレクサ２０７を通じて新たなサンプリングセットが到達した場合(すなわち、ストレージバッファコンテンツが更新された場合)に提供される。反復デコーダ２１３では、復号化手順は、ストレージバッファ２１０から新たなデータを用いて反復的に開始される。このような反復される復号化手順は、デコーダ２１０がプリコーダバッファ１０９から伝送されるデータパッケージを誤りなしに復元できるまで遂行される。

受信器が一連の連続したパケットを受信すると、受信されたサンプリングセットは、漏れなしに少ない回数の反復でオリジナルデータセグメント及びパリティセグメントのすべてのビットを示す。一方、各サンプリングセットが全くランダムな方式で選択される場合、欠落及び反復の数は相対的に非常に高いことがある。

図１１は、ランダムにサンプリングされるセットに対するビット反復の分布として、(Ａ)は一つのセットを受信した後、(Ｂ)は５個の連続したセットを受信した以後、(Ｃ)は１０個の連続したセットを受信した以後を示す(ここで、Ｎ＝１０００、Ｋ_０＝１００)。以上のように、ビット選択手順がランダムな場合、１０個のパケットを受信した以後でも、すべてのビットのほぼ４０％が受信器のストレージバッファに存在しない。

図１２は、本発明の実施形態に対するビット反復の分布として、(Ａ)は一つのセットを受信した後、(Ｂ)は５個の連続したセットを受信した以後、(Ｃ)は１０個の連続したセットを受信した以後を示す(ここで、Ｎ＝１０００、Ｋ_０ ^(reg)＝９０、Ｋ_０ ^(rand)＝１０)。

１０個の連続的なパケットを受信した後に、すべてのデータビットの８０％以上は、小さい数の欠落(〜８％)と、小さい数の反復(〜８％)を有し、一度に伝送することができる。したがって、本発明では、受信器は、成功的にさまざまな連続したデータパケット(サンプリングセット)を受信する限りオブジェクトを迅速に復号化することができる。成功的なオブジェクト復号化のために要求される連続的なパケットの数は、通信チャンネルでの信号対雑音比に基づく。受信器がいろいろな非連続的なパケットを収集する場合、受信器は、成功的な復号化を実現するためにより多いパケットを必要とするということに注意しなければならない。それにもかかわらず、ランダムアドレス生成器の存在及び正規アドレス生成器のパラメータＰｉの周期的な修正により、少なくともこのような場合での性能は全くランダムなアドレス生成器の場合に比べて悪化しないものである。

図１３は、２個のサンプリング選択方法(ランダム及び本発明)の性能比較を示す。

本発明の効率は、移動装置のための音響ベース接続システムで検査される。図１３は、サンプリングセット生成の２つの方法、すなわち完全ランダム方法、及び本発明を用いる方法(すべての他のシステムパラメータは両システムに対して正確に同一であることに注意する)間の比較を示す。上記のように、低い信号対雑音比(ＳＮＲ〜０-５ｄＢ)で、本発明は、完全ランダムビット選択方法より良い性能を示す。しかしながら、高い信号対雑音比(ＳＮＲ＞２０ｄＢ)で、本発明は、上記した要素によって相当な性能利点を示す。

ここに説明した単方向通信システムにおけるサンプリングセットビットを選択する方法は、２つの方法で実現することができる。

第１の変形形態において、ビット選択ロジックが式(１)〜(６)によって図６のアドレス生成器を変更して実現することができる。この場合に、アドレス生成器は、オリジナルデータセグメントからのすべてのＫ_０ ^(rand）のランダムビットのインデックス、オリジナルデータセグメントからのすべてのＫ_０ ^(reg)の正規ビットのインデックス、第１のパリティセグメントからのすべてのＫ_１ ^(reg)の正規ビット、及びすべての残りのパリティセグメントに対することを連続的に生成する。この方法は、ソフトウェア実現に適切である。

他の変形形態では、専用アドレス生成器によりオリジナルセグメント及び各パリティセグメントからランダムビット及び正規ビットの並列選択を実現し、図７に示したように共通サンプリングセットバッファにこれらビットを結合するものである。この方法は、ハードウェアの実現に適合し、異なるセグメントからのビットを並列処理するので、より高いスループットを有することができる。

本発明の方法は、多様な無線通信アプリケーションに使われることができる。これは、チャンネル環境及び信号対雑音比が予測不可能で、広範囲に変更され得るアプリケーションに特に適合する。例えば、これは、移動装置のための音響ベース通信システムの場合である。本方法では、音響接続システムで実現されて成功的に試験された。

本発明において、すべての構成素子(各種ユニット、生成器、デコーダなど)は、各々装置、機能ブロック、ステップ(プロセッサによって遂行される)などを指示することができる。

本発明の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、及びそれらの組み合わせの形態で実現することができる。このような任意のソフトウェアは、例えば削除可能又は再記録可能に関係なく、ＲＯＭのような揮発性又は不揮発性記憶装置、ＲＡＭ、メモリチップ、メモリ装置、又はメモリＩＣのようなメモリ、又はＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスク、又は磁気テープのような記録可能な光又は磁気媒体に格納することができる。記憶装置及び記憶媒体はプロセッサ装置によって実行される本発明の実施形態を実現する指示を含むプログラムを格納するのに適合した機械読み取り可能な記憶装置の実施形態であることがわかる。したがって、このプログラムは、 有無線接続を通じて伝送される通信信号のような任意の媒体を通じて電子的に転送でき、実施形態はこれと均等なことを適切に含む。

以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められる本発明の範囲及び精神(趣旨)を逸脱することなく、形式や細部の様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。

７ 送信器
８ 受信器
１０ プリコーダ
１２ サンプル番号/アドレス生成部
１４ 制御パケット生成部
１６ 変調部
１８ スペクトル算出部
１０１ エンコーダ
１０２ デジタル/アナログ変換器(Digital-to-Analog Converter：ＤＡＣ)
１０３ スピーカ
１０４ デジタル/アナログ変換器
１０５ マイクロホン

Claims (8)

1. 通信システムにおける情報オブジェクトの符号化方法であって、
   情報オブジェクトをバッファに格納するステップと、
   前記バッファからランダムに選択されるビットと前記バッファから正規的に選択されるビットとを含むサンプリングセットを生成するステップと、
   前記サンプリングセットのサンプリングセット番号及び前記情報オブジェクトのサイズ情報を含む制御チャンネルデータを生成するステップと、
   前記サンプリングセット及び制御チャンネルデータを変調するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記情報オブジェクトを格納するステップ以前に、前記情報オブジェクトのビットを反復及びインタリービングするステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記反復及びインタリービングされた情報オブジェクトを所定の符号を用いて符号化するステップ以前に、前記情報オブジェクトを格納するステップをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 情報オブジェクトを符号化してプリコーダバッファに格納するプリコーダと、
   サンプリングセット番号と、前記サンプリングセットからランダムに選択されるビットと前記サンプリングセットから所定規則に従って選択されるビットに対応する前記プリコーダバッファのアドレスを生成するサンプル番号/アドレス生成部と、
   前記サンプル番号/アドレス生成部により生成される前記アドレスに対応する前記プリコーダバッファのビットを選択するマルチプレクサと、
   前記マルチプレクサから出力されるサンプリングセットを格納するサンプリングセットバッファと、
   前記サンプル番号/アドレス生成部により生成された前記サンプリングセット番号に関する情報を含む制御チャンネルデータを生成する制御パケット生成部と、
   前記サンプリングセットバッファに格納されているサンプリングセットを前記制御チャンネル生成部により生成される制御チャンネルデータと組み立てるパケットアセンブラと、
   前記パケットアセンブラから出力されるパケットを所定の方式で変調する変調部と、
   を備えることを特徴とするエンコーダ。
5. 前記サンプル番号/アドレス生成部は、
   ランダム値を出力するランダムアドレス生成器と、
   所定の規則による正規値を出力する正規アドレス生成器と、
   を備えることを特徴とするエンコーダ。
6. 前記プリコーダは、
   所定の周期でサンプリングセットの識別に使用するための前記サンプリングセット番号を生成するサンプリングセット番号生成器をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
7. 前記プリコーダは、
   前記情報オブジェクトにヘッダーラベルを付加し、インテグリティチェックのためのビットを設定して標準コンテナに前記情報オブジェクトをパッキングするコンテナコンパックパッキング部と、
   前記コンテナパッキング部から出力データを反復及びインタリービングする反復器/インタリーバと、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
8. 前記プリコーダは、前記反復器/インタリーバから出力されるデータを畳み込み符号で符号化して前記プリコーダバッファに格納する畳み込みエンコーダをさらに備えることを特徴とする請求項７記載のエンコーダ。

Images