The Throughput Performance of LDPC Coded HARQ for MC-CDMA

Abstract

Broadband packet access techniques will be required for the next generation mobile communications systems. Hybrid ARQ (HARQ) is one of the promising error control techniques. Recently, LDPC coding is gaining much attention. Multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA), which uses a number of subcarriers to reduce the ISI resulting from frequency selective channels, has been attracting a lot of attention. In this paper, we consider LDPC-coded HARQ for an MC-CDMA system and evaluate, by the computer simulation, its throughput in a frequency selective fading environment. It is shown that the use of larger spreading factor gives higher throughput unlike turbo-coded HARQ and the type II HARQ provides a good throughput. It is also shown that the LDPC-coded HARQ has a possibility to provide a better throughput performance than turbo-coded HARQ. Keyword LDPC code,HARQ,MC-CDMA. 1. まえがき 次世代移動無線通信システムでは,1Gbps を超える通信 速度を実現する無線パケットアクセス技術が求められている [1].パケット伝送における誤り制御技術のひとつとして誤り 訂正符号化と自動再送要求(Automatic Repeat reQuest : ARQ)を組み合わせた Hybrid ARQ (HARQ)が知られてい る.1993 年に Berrou らによって提案されたターボ符号 [2]は AWGN チャネルにおいて Shannon 限界に迫る強力な誤り 訂正能力を有しており,第 3 世代移動無線通信システムで 採用されている.しかしながら,ターボ符号は復号演算量が 大きいという問題があり,下りリンクでは移動端末に大きな負 担をかけることになってしまう.このため,ターボ符号より少な い復号演算量で強力な誤り訂正能力を有する符号が求め られている.そのような符号 として低密度パリティ検査 (Low-density parity-check : LDPC)符号 [3]が最近注目を 集めている[4,5].LDPC 符号は,1962 年に Gallager によっ て提案された符号であり,低密度な,およびそれと組になる 符号生成行列によって定義される. ところで,移動無線チャネルでは遅延時間の異なる複数 の伝搬路から構成される周波数選択性フェージングチャネ ルが生じる.このためシングルキャリア伝送では符号間干渉 が生じ,平均誤り率特性が大きく劣化してしまう[6].そこで, 多数の直交サブキャリアを用いて並列伝送することで符号 間干渉を軽減することができる Multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA)が有望視されている[7-9].こ れまで, LDPC 符号の平均ビット誤り率特性,および平均 パケット誤り率特性についての評価は行われてきたが[4,5], 筆者らの知る限り MC-CDMA における HARQ のスループッ トについての検討,およびターボ符号との比較は行われてい ない.本論文では,LDPC 符号化 HARQ を用いたときのス ループット特性について検討している. 本論文の構成は以下のようになっている.第 2 章では LDPC 符号化 HARQ について紹介している.第 3 章では MC-CDMA HARQ 伝送系について述べている.第 4 章で は計算機シミュレーションによりスループット特性を評価して いる.第 5 章はむすびである. 2. LDPC 符号化 HARQ 2.1. LDPC 符号[10] 一般的に誤り訂正能力と復号演算量はトレードオフの関 係にある.LDPC 符号は Sum-product 復号との組み合わせ により,比較的簡単な符号化器,復号器で強力な誤り訂正 を実現できる.対数領域 Sum-product 復号では繰り返し復 号を行う.パリティ検査方程式に基づき,次式で表わされる 対数尤度比 (Log Likelihood Ratio : LLR)λnから外部値を 計算する. ) 1 | ( ) 0 | ( ln = = ≡ n n n n n w y P w y P λ (1) ただし P(yn |wn)は,ビット wn を送信した場合に受信信号が yn となる条件付確率である.次に,外部値から事前値を計 算する.この事前値は,これ以降の繰り返しステージにおけ る外部値の計算に用いられる.外部値から仮判定符号語を 求め,パリティ検査において誤りが検出されなかった場合に は受信符号語として出力し,誤りが検出された場合には, 次ステージの復号処理へと進むことになる. 2.2. HARQ 自動再送要求 (ARQ)[11]では,受信側で情報ビット系列 に 誤 り が 検 出 さ れ な か っ た 場 合 , 送 信 側 に Acknowledgement(ACK)信号を送り,次の情報ビット系列 の送信 を要求する.誤 りが検出 された場合には Non ACK(NAK)信号を送信側に送り,再送を要求する.送信側 では同一情報ビット系列をもう一度送信する.受信側では, 再送信号をバッファに保存していた先の受信信号とパケット 合成し,復調することで時間ダイバーシチ効果を得ることが できる.スループット特性の向上のため ARQ に誤り訂正符 号化を組み合わせたものが HARQである.HARQでは,パリ ティビット系列をどのように送信するかによって,スループット 特性や平均送信回数が変わる.文献 [12]で述べているよう に,HARQ のパケット送信法は図 1 のように type I と type II とに区別できる. 2.2.1. Type I 受信側で誤りを検出した場合,同一の符号語を再送する. 毎回,必ずパリティビットを送信するため,最大スループット が ARQ の最大スループットの R(<1)倍に制限されてしまい, 伝搬環境が良好な場合には非効率的である. 2.2.2. Type II まず情報ビット系列を送信し,誤りが検出された場合には, 複数個に分割したパリティビット系列を誤りが検出されなくな るまで順に送信する.パリティビット系列を X 個に分割する 送信法を S-PX と呼ぶ[12].パリティビット系列を分割して送 信することで,必要最低限の送信ビット数で誤りのない通信 が可能になる.しかしながら,送信回数が type I に比べて増 加するという問題が生じる. ・・・

Cite this paper

@inproceedings{Fukuda2005TheTP, title={The Throughput Performance of LDPC Coded HARQ for MC-CDMA}, author={Kaoru Fukuda and Akinori Nakajima and Fumiyuki Adachi}, year={2005} }