JP2007116592A - Decoder and coding/decoding system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、符号化利得に優れた低い符号化率を実現する復号化装置および符号化・復号化システムに関する。 The present invention relates to a decoding apparatus and an encoding / decoding system that realize a low coding rate with excellent coding gain.
ターボ符号は、Shannon限界に近い伝送特性を現実的な処理で実現可能な誤り訂正符号であり、W-CDMAやcdma2000のような既存セルラーシステムにおいても利用されている(例えば非特許文献1および2参照)。ターボ符号の符号器および復号器のブロック図をそれぞれ図10および図11に示す。図10に示す符号器において、情報ビット系列は要素符号器1−1に入力され,パリティビット系列1が作られる。情報ビット系列は同時に、ターボインタリーバ1−3(図中ではπと表記)で順序が並べ替えられてもう一方の要素符号器1−2に入力され、パリティビット系列2が作られる。2つのパリティビット系列は、所望の符号化率に応じ、単純に多重化されるか、あるいは間引き(パンクチャ:puncturing)してから多重化され、元の情報ビット系列と多重化されて通信路に送出される。2つの要素符号器の構成は同じでもよいし、異なっていてもよい。
The turbo code is an error correction code that can realize transmission characteristics close to the Shannon limit by realistic processing, and is also used in existing cellular systems such as W-CDMA and cdma2000 (for example, Non-Patent
図11に示す復号器において、要素符号器1−1に対応した要素復号器2−1は、受信ビット系列を受け取って復号処理を行い、各情報シンボルの信頼度情報を外部値として出力する。要素復号器2−2は、ターボインタリーバ2−4により順序が並べ替えられた受信ビット系列について、要素復号器2−1から出力された信頼度情報(ターボインタリーバ2−3により順序が並べ替えられて、事前値として要素復号器2−2に入力される)を利用して復号処理を行い、各情報シンボルの復号結果と信頼度情報を出力する。 In the decoder shown in FIG. 11, the element decoder 2-1 corresponding to the element encoder 1-1 receives the received bit sequence, performs decoding processing, and outputs reliability information of each information symbol as an external value. The element decoder 2-2 relies on the reliability information output from the element decoder 2-1 (the order is rearranged by the turbo interleaver 2-3) for the received bit sequence whose order is rearranged by the turbo interleaver 2-4. Then, a decoding process is performed using the element decoder 2-2 as a prior value), and a decoding result and reliability information of each information symbol are output.
得られた信頼度情報は、ターボデインタリーバ2−5(図中ではπ-1と表記)により、元の順序に戻されてから要素復号器2−1へ送られる。2回目以後の繰り返しでは、要素復号器2−1は要素復号器2−2からの信頼度情報を用いて受信ビット系列の復号処理を実行する。以上の処理が十分に繰り返し実行された後、最終的に要素復号器2−2から出力された復号結果が硬判定され、出力される。以上のようにターボ復号器では、2つの要素復号器間をビットインタリーバによって連接し、各要素復号器において更新されたビットの信頼度情報をもう一方の要素復号器にフィードバックさせる確率伝搬用のフィードバックループを有することにより、効率的なMAP(Maximum A posteriori Probability)復号を達成している。 The obtained reliability information is returned to the original order by the turbo deinterleaver 2-5 (denoted as π-1 in the figure) and then sent to the element decoder 2-1. In the second and subsequent iterations, the element decoder 2-1 executes a decoding process on the received bit sequence using the reliability information from the element decoder 2-2. After the above processing is sufficiently repeated, the decoding result finally output from the element decoder 2-2 is hard-determined and output. As described above, in the turbo decoder, the two element decoders are connected by the bit interleaver, and the reliability information of the bit updated in each element decoder is fed back to the other element decoder. By having a loop, efficient MAP (Maximum A posteriori Probability) decoding is achieved.
また、非特許文献3では、ターボ符号の訂正能力を改善する復調方法として、ツインターボ復調が提案されている。図12にツインターボ復調器のブロック図を示す。ツインターボ復調器では、ターボ復号器の確率伝搬用のフィードバックループに加え、確率結合用のフィードバックループを有することにより、多値変調シンボルを構成する各ビットの尤度の結合確率を計算し、ターボ符号の誤り訂正能力を改善している。確率結合用のフィードバックループとは、一方の要素復号器で得られた事後値を一方の復調器に入力し、その復調器で更新された通信路値をもう一方の要素復号器に入力すると共に、その要素復号器で得られた事後値をもう一方の復調器に入力し、その復調器で更新された通信路値を先の要素復号器にフィードバックさせるループのことである。
しかしながら、上記の従来方式には次のような問題がある。基地局から遠く離れたセル端における通信品質を保証するためには、既定の誤り率を達成するための受信信号電力対雑音電力比を小さくする必要があり、そのためのひとつの手段として、低い符号化率で伝送を行うことが考えられる。低い符号化率を実現するための簡単な方法は、原符号化率1/3のターボ符号器の出力系列の一部を所望の符号化率に合わせて繰り返して(レピティション:repetition)送信することである(例えば非特許文献1参照)。 However, the above conventional method has the following problems. In order to guarantee the communication quality at the cell edge far away from the base station, it is necessary to reduce the received signal power to noise power ratio to achieve a predetermined error rate. It is conceivable to perform transmission at a conversion rate. A simple method for realizing a low coding rate is to transmit a part of the output sequence of a turbo coder with an original coding rate of 1/3 repeatedly according to a desired coding rate (repetition). (For example, see Non-Patent Document 1).
図13に、原符号化率1/3のターボ符号器を用いて符号化率1/5の符号を構成する場合の処理手順の一例を示す。5ビットの情報ビット系列4−1に対して、誤り訂正符号としてのパリティビット1とパリティビット2が付加され、符号化データ4−2となる。この符号化データ4−2に対して、レピティションによりさらにパリティビット1とパリティビット2が付加され、符号化データ4−3となる。レピティションにより、既定の誤り率を達成するための受信信号電力対雑音電力比を小さくすることができるが、同一のビットを繰り返し送信する単純な処理のため、特性利得の改善はほとんどなく、1ビットあたりの受信信号電力対雑音電力比は逆に大きくなってしまう。
FIG. 13 shows an example of a processing procedure when a code having a coding rate of 1/5 is configured using a turbo encoder having an original coding rate of 1/3.
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、情報ビット系列の復号特性を改善することができる復号化装置および符号化・復号化システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a decoding device and an encoding / decoding system that can improve the decoding characteristics of an information bit sequence.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、複数の情報ビットからなる情報ビット系列中に既知の参照ビットを挿入した参照ビット挿入後データから誤り訂正符号を生成し、前記情報ビット系列に前記誤り訂正符号を付加することによって生成された符号化データを復号化する復号化装置であって、前記符号化データに対して、デジタル変調および周波数方向への符号拡散が施されて複数のサブキャリアで周波数多重された信号を、1つの変調シンボルが拡散された範囲のサブキャリアの拡散状態の受信値の組合せからなる受信信号点と、そのサブキャリアの拡散状態の受信値の組合せが取りうる値からなる参照信号点との関係に基づいて復調する復調手段と、前記参照ビットを、尤度に関する既知の情報として用いて、前記復調手段によって復調された前記符号化データを復号化する復号化手段とを備えたことを特徴とする復号化装置である。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and generates an error correction code from data after inserting reference bits into which an already-known reference bit is inserted into an information bit sequence composed of a plurality of information bits, and the information A decoding device that decodes encoded data generated by adding the error correction code to a bit sequence, wherein the encoded data is subjected to digital modulation and code spreading in a frequency direction. A combination of a reception signal point composed of a combination of reception values of spreading states of subcarriers in a range in which one modulation symbol is spread, and a reception value of spreading states of the subcarriers of a signal frequency-multiplexed by a plurality of subcarriers Demodulating means for demodulating based on the relationship with reference signal points consisting of possible values, and using the reference bits as known information on likelihood, the decoding A decoding apparatus characterized by comprising a decoding means for decoding the coded data demodulated by the means.
また、本発明は、複数の情報ビットからなる情報ビット系列中に既知の参照ビットを挿入した参照ビット挿入後データから誤り訂正符号を生成し、前記情報ビット系列に前記誤り訂正符号を付加することによって生成された符号化データを復号化する復号化装置であって、前記符号化データに対してデジタル変調が施された信号を復調する復調手段と、前記参照ビットを、尤度に関する既知の情報として用いて、前記復調手段によって復調された前記符号化データを復号化する復号化手段とを備え、前記復号化手段は、復号結果の確からしさを示す値を変調シンボルの出現確率として前記復調手段へフィードバックし、前記復調手段は、前記符号化データに対してデジタル変調が施された信号を、変調シンボルに対応する信号点と受信信号点との関係および前記出現確率に基づいて復調することを特徴とする復号化装置である。 Further, the present invention generates an error correction code from data after inserting a reference bit in which a known reference bit is inserted into an information bit sequence composed of a plurality of information bits, and adds the error correction code to the information bit sequence A decoding device that decodes the encoded data generated by the demodulation means for demodulating a signal obtained by subjecting the encoded data to digital modulation; And a decoding means for decoding the encoded data demodulated by the demodulation means, wherein the decoding means uses the value indicating the probability of the decoding result as the appearance probability of the modulation symbol. And the demodulating means outputs a signal obtained by digitally modulating the encoded data to a signal point corresponding to a modulation symbol and a received signal point. A decoding apparatus characterized by demodulating based on the relation and the appearance probability.
また、本発明の復号化装置は、前記復調手段によって復調された前記符号化データに対して、前記既知の参照ビットと同じ参照ビットを同じ位置に挿入する第1の参照ビット挿入手段をさらに備え、前記復号化手段は、前記第1の参照ビット挿入手段によって挿入された前記参照ビットを、尤度に関する既知の情報として用いて前記符号化データを復号化することを特徴とする。 The decoding apparatus of the present invention further includes first reference bit insertion means for inserting the same reference bit as the known reference bit at the same position with respect to the encoded data demodulated by the demodulation means. The decoding means decodes the encoded data by using the reference bits inserted by the first reference bit insertion means as known information relating to likelihood.
また、本発明は、複数の情報ビットからなる情報ビット系列に既知の参照ビットを挿入して参照ビット挿入後データを生成する第2の参照ビット挿入手段と、前記情報ビット系列に付加する誤り訂正符号を前記参照ビット挿入後データから生成する誤り訂正符号生成手段とを備えた符号化装置と、上記の復号化装置とを備えたことを特徴とする符号化・復号化システムである。 The present invention also provides a second reference bit insertion means for generating a data after inserting a reference bit by inserting a known reference bit into an information bit sequence composed of a plurality of information bits, and error correction added to the information bit sequence. An encoding / decoding system comprising: an encoding device including an error correction code generating means for generating a code from the data after insertion of the reference bit; and the decoding device described above.
また、本発明の符号化・復号化システムにおいて、前記第2の参照ビット挿入手段は、挿入後の先頭の前記参照ビットと末尾の前記参照ビットの間に1以上の前記情報ビットが存在するように前記参照ビットを挿入することを特徴とする。 In the encoding / decoding system of the present invention, the second reference bit insertion means may include one or more information bits between the first reference bit after insertion and the last reference bit. The reference bit is inserted into the.
また、本発明の符号化・復号化システムにおいて、挿入する前記参照ビットの数が前記情報ビットの数よりも多い場合に、前記第2の参照ビット挿入手段は、前記情報ビットが連続しないように前記参照ビットを挿入することを特徴とする。 Further, in the encoding / decoding system of the present invention, when the number of the reference bits to be inserted is larger than the number of the information bits, the second reference bit insertion means prevents the information bits from being continuous. The reference bit is inserted.
また、本発明の符号化・復号化システムにおいて、挿入する前記参照ビットの数が前記情報ビットの数以下である場合に、前記第2の参照ビット挿入手段は、前記参照ビットが連続しないように前記参照ビットを挿入することを特徴とする。 Also, in the encoding / decoding system of the present invention, when the number of the reference bits to be inserted is equal to or less than the number of the information bits, the second reference bit insertion means prevents the reference bits from being continuous. The reference bit is inserted.
また、本発明の符号化・復号化システムにおいて、前記第2の参照ビット挿入手段は、前記参照ビット間に挟まれる、連続する前記情報ビットの数が同じ前記情報ビット系列内で同一となるように前記参照ビットを挿入することを特徴とする。 Also, in the encoding / decoding system of the present invention, the second reference bit inserting means may be the same in the information bit sequence having the same number of consecutive information bits sandwiched between the reference bits. The reference bit is inserted into the.
本発明によれば、情報ビット系列に既知の参照ビット群を挿入して符号化を行い、復号時には参照ビットを、尤度が非常に大きい既知情報として利用することで、情報ビット系列の復号特性を改善することができるという効果が得られる。 According to the present invention, decoding is performed by inserting a known reference bit group into an information bit sequence and performing encoding, and using the reference bit as known information with a very high likelihood at the time of decoding. The effect that can be improved is obtained.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態によるターボ符号の符号器(符号化装置)の構成を示している。従来のターボ符号の符号器(図10)と比較して、各要素符号器(要素符号器5−1および5−2)の直前に参照ビット挿入器(参照ビット挿入器5−4および5−5)が設けられている。参照ビット挿入器5−5の前にはターボインタリーバ5−3が設けられており、参照ビット挿入器5−4に入力される情報ビット系列と、参照ビット挿入器5−5に入力される情報ビット系列の入力順序は異なっている。なお、図1において、情報ビット系列に、各要素符号器から出力されたパリティビット系列を付加する構成は、図10と同様に省略されているが、公知の技術で構成することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a turbo code encoder (encoder) according to an embodiment of the present invention. Compared with the conventional turbo code encoder (FIG. 10), reference bit inserters (reference bit inserters 5-4 and 5-1-2) are provided immediately before each element encoder (element encoders 5-1 and 5-2). 5) is provided. A turbo interleaver 5-3 is provided in front of the reference bit inserter 5-5, and an information bit sequence input to the reference bit inserter 5-4 and information input to the reference bit inserter 5-5. The input order of bit sequences is different. In FIG. 1, the configuration of adding the parity bit sequence output from each element encoder to the information bit sequence is omitted as in FIG. 10, but can be configured by a known technique. .
以下、図4および図6を用いて符号化の手順を説明する。図4は、符号器(参照ビット挿入器および要素符号器)での処理手順を示すフローチャートである。まず、参照ビット挿入器によって、情報ビット系列の任意の位置に参照ビット群が挿入される(ステップ8−1)。続いて、情報ビット系列と、挿入された参照ビット群が、要素符号器によってまとめて符号化され、入力に応じたパリティビット系列が生成される(ステップ8−2)。実際に通信路に伝送されるのは、情報ビット系列とパリティビット系列のみであり、参照ビット群は伝送前に除去される(ステップ8−3)。 Hereinafter, the encoding procedure will be described with reference to FIGS. 4 and 6. FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure in the encoder (reference bit inserter and element encoder). First, a reference bit group is inserted at an arbitrary position in the information bit sequence by the reference bit inserter (step 8-1). Subsequently, the information bit sequence and the inserted reference bit group are collectively encoded by the element encoder, and a parity bit sequence corresponding to the input is generated (step 8-2). Only the information bit sequence and the parity bit sequence are actually transmitted to the communication path, and the reference bit group is removed before transmission (step 8-3).
図6は、原符号化率1/3のターボ符号器を用いて符号化率1/5の符号を構成する場合の処理手順の一例を示している。5ビットの情報ビット系列10−1に対して参照ビット群が挿入され、ビット系列10−2(符号化前データ)となる。このビット系列10−2に対して、誤り訂正符号としてのパリティビット1とパリティビット2が付加され、符号化データ10−3となる。この符号化データ10−3から参照ビット群が除去され、符号化データ10−4となる。図4および図6では、参照ビット挿入後データにパリティビット系列を付加し、最後に参照ビットを除去する手順を示したが、図1に示すように、参照ビットを含まない情報ビット系列とパリティビット系列を独立に出力し、最後に情報ビット系列にパリティビット系列を付加してもよい。
FIG. 6 shows an example of a processing procedure when a code with a coding rate of 1/5 is configured using a turbo coder with an original coding rate of 1/3. A reference bit group is inserted into the 5-bit information bit sequence 10-1 to form a bit sequence 10-2 (data before encoding).
参照ビット挿入器によって挿入される参照ビットは「0」でも「1」でもよいが、「0」および「1」のいずれであるのかは既知であるものとする。挿入する参照ビット数は、所望の符号化率に応じて決定される。情報ビット長をx、原符号器の符号化率をR、所望の符号化率をR'とすれば、挿入すべき参照ビットの数はx・(R-R')/{R'(1-R)}となる。例えば、図6に示すように原符号化率1/3のターボ符号器を用いる場合、情報長5に対して5つの参照ビットを挿入すれば、符号化率1/5の符号を構成することができる。 The reference bit inserted by the reference bit inserter may be “0” or “1”, but it is assumed that “0” or “1” is known. The number of reference bits to be inserted is determined according to a desired coding rate. If the information bit length is x, the encoding rate of the original encoder is R, and the desired encoding rate is R ′, the number of reference bits to be inserted is x · (R−R ′) / {R ′ (1 -R)}. For example, when a turbo encoder having an original coding rate of 1/3 is used as shown in FIG. 6, if 5 reference bits are inserted for an information length of 5, a code having a coding rate of 1/5 is formed. Can do.
本実施形態において、参照ビット挿入器は参照ビット群全体を情報ビット系列の前または後ろに付加するのではなく、情報ビット系列の中に分散して挿入する。なお、参照ビット群の一部を情報ビット系列の前または後ろに付加し、残りを情報ビット系列の中に挿入しても構わない(例えば図6参照)。挿入する参照ビットの数が情報ビットの数よりも多い場合、参照ビット挿入器は、必ず情報ビットが連続しないように(すなわち参照ビット間に挟まれる情報ビットの数が1のみとなるように)参照ビットを挿入する。また、参照ビット挿入器は、連続する参照ビットのビット数のばらつきが50%以内(望ましくは20%以内)に収まるように参照ビットを分散して挿入する。ビット数のばらつきとは、連続するビットの最大ビット数と最小ビット数の差であり、これが最大ビット数の50%以内(望ましくは20%以内)に収まるようにして、参照ビットが挿入される。特に、連続する参照ビットの数が同じ情報ビット系列内で同一となることがより望ましい。 In this embodiment, the reference bit inserter does not add the entire reference bit group before or after the information bit sequence, but inserts it in a distributed manner in the information bit sequence. A part of the reference bit group may be added before or after the information bit sequence, and the rest may be inserted into the information bit sequence (for example, see FIG. 6). When the number of reference bits to be inserted is larger than the number of information bits, the reference bit inserter ensures that the information bits are not consecutive (that is, the number of information bits sandwiched between the reference bits is only 1). Insert a reference bit. The reference bit inserter inserts the reference bits in a distributed manner so that the variation in the number of consecutive reference bits is within 50% (preferably within 20%). The variation in the number of bits is the difference between the maximum number of consecutive bits and the minimum number of bits, and the reference bit is inserted so that this is within 50% (preferably within 20%) of the maximum number of bits. . In particular, it is more desirable that the number of consecutive reference bits be the same within the same information bit sequence.
また、挿入する参照ビットの数が情報ビットの数以下である場合、参照ビット挿入器は、必ず参照ビットが連続しないように(すなわち情報ビット間に挟まれる参照ビットの数が1のみとなるように)参照ビットを挿入する。また、参照ビット挿入器は、連続する情報ビットのビット数のばらつきが50%以内(望ましくは20%以内)に収まるように情報ビットを分散して挿入する。ビット数のばらつきに関しては上記と同様である。上記の条件を満たせば、参照ビットの挿入位置は任意であるが、情報ビットに対して等間隔となる(すなわち参照ビット間に挟まれる、連続する情報ビットの数が同じ情報ビット系列内で同一となる)ことがより望ましい。 When the number of reference bits to be inserted is equal to or less than the number of information bits, the reference bit inserter always ensures that the reference bits are not continuous (that is, the number of reference bits sandwiched between information bits is only 1). To) insert a reference bit. The reference bit inserter inserts information bits in a distributed manner so that the variation in the number of consecutive information bits is within 50% (preferably within 20%). The variation in the number of bits is the same as described above. If the above conditions are satisfied, the insertion position of the reference bits is arbitrary, but the information bits are equally spaced (that is, the number of consecutive information bits sandwiched between the reference bits is the same within the same information bit sequence) Is more desirable.
次に、ターボ符号の復号器(復号化装置)の構成を説明する。マルチキャリア伝送方式の代表的なものとして、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)方式とMC-CDM(Multi-Carrier - Code Division Multiplexing:マルチキャリア符号分割多重)方式が挙げられる。MC-CDM方式では、変調シンボルを複数のサブキャリアに拡散、多重して送信することにより、周波数ダイバーシチが得られると共に、セル間干渉を均一にすることができる。しかしながら、周波数選択性伝送路において符号間干渉が発生するため、逆拡散後の信号対雑音および干渉エネルギー比が劣化することが報告されている。そこで、逆拡散せずに最尤推定する復調方法が検討されている。 Next, the configuration of a turbo code decoder (decoding device) will be described. Representative examples of the multicarrier transmission scheme include an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) scheme and an MC-CDM (Multi-Carrier-Code Division Multiplexing) scheme. In the MC-CDM system, by spreading and multiplexing modulation symbols on a plurality of subcarriers, frequency diversity can be obtained and inter-cell interference can be made uniform. However, since intersymbol interference occurs in the frequency selective transmission line, it has been reported that the signal-to-noise and the interference energy ratio after despreading deteriorate. Therefore, a demodulation method that performs maximum likelihood estimation without despreading has been studied.
図2は、逆拡散せずに最尤推定するMC-CDM方式を用いた参照ビット挿入型のターボ復号器の構成を示している。従来のターボ符号の復号器(図11)と比較して、各要素復号器(要素復号器6−1および6−2)の直前に参照ビット挿入器(参照ビット挿入器6−6および6−7)が設けられている。ただし、要素符号器5−1の前に設けられた参照ビット挿入器5−4と、要素復号器6−1の前に設けられた参照ビット挿入器6−6は同一のものとし、同じく要素符号器5−2の前に設けられた参照ビット挿入器5−5と、要素復号器6−2の前に設けられた参照ビット挿入器6−7は同一のものとする。ここでいう同一とは、入力された情報ビット系列に対し、同一数の同一ビットを同一位置に挿入することを意味する。 FIG. 2 shows a configuration of a reference bit insertion type turbo decoder using the MC-CDM method that performs maximum likelihood estimation without despreading. Compared with a conventional turbo code decoder (FIG. 11), reference bit inserters (reference bit inserters 6-6 and 6-6) are provided immediately before each element decoder (element decoders 6-1 and 6-2). 7) is provided. However, the reference bit inserter 5-4 provided in front of the element encoder 5-1 and the reference bit inserter 6-6 provided in front of the element decoder 6-1 are the same. The reference bit inserter 5-5 provided before the encoder 5-2 and the reference bit inserter 6-7 provided before the element decoder 6-2 are the same. Here, the same means that the same number of the same bits are inserted at the same position in the inputted information bit series.
また、図2のターボ復号器には、逆拡散を行わずに直接、復調を行うための最尤推定用シンボル生成器6−8が設けられている。受信データは、最尤推定用シンボル生成器6−8によって最尤推定用のシンボルに変換され、とりうる全ての信号点との最小二乗距離との比較により得られた通信路値が出力される。言い換えると、最尤推定用シンボル生成器6−8は、1つの変調シンボルが拡散された範囲のサブキャリアの拡散状態の受信値の組合せからなる受信信号点と、そのサブキャリアの拡散状態の受信値の組合せが取りうる値からなる参照信号点との対応を示す所定の対応関係に基づいて、送信された信号を判定する。 Further, the turbo decoder of FIG. 2 is provided with a maximum likelihood estimation symbol generator 6-8 for performing direct demodulation without performing despreading. The received data is converted into a symbol for maximum likelihood estimation by a maximum likelihood estimation symbol generator 6-8, and a channel value obtained by comparison with the least square distance with all possible signal points is output. . In other words, maximum likelihood estimation symbol generator 6-8 receives a reception signal point composed of a combination of received values of the spread state of subcarriers in a range where one modulation symbol is spread, and reception of the spread state of the subcarriers. The transmitted signal is determined based on a predetermined correspondence relationship indicating a correspondence with a reference signal point composed of values that can be taken by a combination of values.
このように、逆拡散を行わずに拡散状態のままで復調を行うことができるので、従来において逆拡散時に発生していた干渉成分の混入はなくなり、本実施形態の復調時には、符号間干渉の影響を被ることがない。これにより、復調精度を高めることができ、受信特性が向上する。なお、符号拡散の方法は任意でよい。 In this way, since demodulation can be performed in the spread state without performing despreading, there is no mixing of interference components that occurred in the past in the case of despreading. It will not be affected. As a result, demodulation accuracy can be improved, and reception characteristics are improved. The code spreading method may be arbitrary.
以下、図2のターボ復号器の動作を説明する。例えば図1に示した符号器を備えた送信装置において、情報ビット系列に既知の参照ビットを挿入した参照ビット挿入後データから誤り訂正符号を生成し、元の情報ビット系列にその誤り訂正符号を付加することによって符号化された符号化データが生成される。この符号化データは、デジタル変調されて変調シンボルに変換され、直交符号を用いて周波数方向に拡散される。拡散された信号は複数のサブキャリアで周波数多重されて送信される。 Hereinafter, the operation of the turbo decoder of FIG. 2 will be described. For example, in a transmission apparatus including the encoder shown in FIG. 1, an error correction code is generated from data after reference bit insertion in which a known reference bit is inserted into an information bit sequence, and the error correction code is added to the original information bit sequence. The encoded data encoded by adding is generated. This encoded data is digitally modulated and converted into modulation symbols, and spread in the frequency direction using orthogonal codes. The spread signal is frequency-multiplexed with a plurality of subcarriers and transmitted.
送信された信号は受信装置によって受信され、図2のターボ復号器に入力される。そして、上記のようにして、符号化データの通信路値が最尤推定用シンボル生成器6−8から出力される。このうち、情報ビット系列およびパリティビット系列1の両方の通信路値が参照ビット挿入器6−6に入力される。また、情報ビット系列およびパリティビット系列2の両方の通信路値が、ターボインタリーバ6−4を介して参照ビット挿入器6−7に入力される。参照ビット挿入器6−6は、要素符号器5−1によって挿入された参照ビット群と同一の参照ビット群を同一の挿入位置に挿入し、要素復号器6−1へ出力する。同様に、参照ビット挿入器6−7は、要素符号器5−2によって挿入された参照ビット群と同一の参照ビット群を同一の挿入位置に挿入し、要素復号器6−2へ出力する。
The transmitted signal is received by the receiving device and input to the turbo decoder of FIG. Then, the channel value of the encoded data is output from the maximum likelihood estimation symbol generator 6-8 as described above. Among these, the channel values of both the information bit sequence and the
要素復号器6−1で最初に復号処理を行う際には、情報ビットの事前値を「1/2」(対数尤度で0)とする。この結果、情報ビット系列の外部値と事後値が計算される。ただし、一般にこの段階では外部値のみが次の処理に用いられる。要素復号器6−1から出力された外部値はターボインタリーバ6−3で順序が並べ替えられた後、事前値として要素復号器6−2に入力される。 When the decoding process is first performed by the element decoder 6-1, the prior value of the information bits is set to “1/2” (log likelihood is 0). As a result, the external value and posterior value of the information bit sequence are calculated. However, generally, at this stage, only the external value is used for the next processing. The external values output from the element decoder 6-1 are rearranged in order by the turbo interleaver 6-3, and then input to the element decoder 6-2 as prior values.
要素復号器6−2は、復号処理の結果として情報ビット系列の外部値と事後値を出力する。要素復号器6−2から出力された外部値は、ターボデインタリーバ6−5で元の順序に戻されてから、事前値として要素復号器6−1に入力される。2回目以後の繰り返しでは、要素復号器6−1は要素復号器6−2からの事前値を用いて受信ビット系列の復号処理を実行する。 The element decoder 6-2 outputs an external value and a posterior value of the information bit sequence as a result of the decoding process. The external value output from the element decoder 6-2 is returned to the original order by the turbo deinterleaver 6-5, and then input to the element decoder 6-1 as a prior value. In the second and subsequent iterations, the element decoder 6-1 executes the received bit sequence decoding process using the prior value from the element decoder 6-2.
図5は、復号器(参照ビット挿入器および要素符号器)での処理手順を示すフローチャートである。復号器では、符号器で挿入された参照ビット群を、挿入位置と値が既知のものとして参照ビット挿入器が再び挿入する(ステップ9−1)。要素復号器は、各参照ビットを、尤度が非常に高い既知情報として利用し、情報ビット系列を復号する(ステップ9−2)。2つの要素復号器間のフィードバックループを用いた繰り返し復号処理を実行した後、硬判定によりビット判定が行われて、受信情報ビット系列が出力される(ステップ9−3)。 FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure in the decoder (reference bit inserter and element encoder). In the decoder, the reference bit group inserted by the encoder is reinserted by the reference bit inserter with the insertion position and value already known (step 9-1). The element decoder uses each reference bit as known information with very high likelihood, and decodes the information bit sequence (step 9-2). After iterative decoding processing using a feedback loop between two element decoders is performed, bit determination is performed by hard decision, and a received information bit sequence is output (step 9-3).
以下、図7を参照し、図5のステップ9−2における復号手順を説明する。各要素復号器は、図7に示すトレリス線図に基づいて受信系列の推定を行う。図7は、例としてレジスタの状態数が4である場合を示している。状態「x」において、受信系列のi番目のビットとして「y」が入力された場合のブランチメトリックri x,yは、復調器から入力される通信路値と、もう一方の要素復号器からフィードバックされる事前値とを用いて計算される。ri x,yの値が大きいほど、そのブランチを経由する確率が高い。i番目のビットとして通常の情報ビットが受信された場合には、4つの状態に対してそれぞれ「0」または「1」が入力される場合があるため、要素復号器はri x,yとして8つの値を計算し、その値をi番目のビットが「0」であるか「1」であるかの尤度の計算に用いる。 Hereinafter, the decoding procedure in step 9-2 in FIG. 5 will be described with reference to FIG. Each element decoder performs reception sequence estimation based on the trellis diagram shown in FIG. FIG. 7 shows a case where the number of register states is 4, for example. In the state “x”, the branch metric r i x, y when “y” is input as the i-th bit of the reception sequence is obtained from the channel value input from the demodulator and the other element decoder. Calculated using the prior value to be fed back. The larger the value of r i x, y, the higher the probability of going through that branch. When a normal information bit is received as the i-th bit, “0” or “1” may be input for each of the four states, so the element decoder is set as r i x, y Eight values are calculated and used to calculate the likelihood of whether the i-th bit is “0” or “1”.
今、i+1番目のビットとして参照ビット「0」が入力されたとする。このとき、ビット「1」に対応するブランチメトリックを考慮する必要はなく、ビット「0」に対応するブランチメトリックのみを考慮すればよい。例えば具体的な処理として、ri+1 x,0(y=1,2,3,4)を計算するとき、復調器から入力される通信路値として非常に大きな尤度値∞を代入してやれば、ビット「0」に対応するブランチのみが候補として生き残ることになる。逆に参照ビット「1」が入力された場合には、ri+1 x,1(y=1,2,3,4)を計算するときに、復調器から入力される通信路値として非常に大きな尤度値∞を代入し、ビット「1」に対応するブランチのみを候補として残す。このように、参照ビットが入力されたときには、通常の情報ビットと比較して半数のブランチを考慮すればよく、受信系列全体を復号する際の生き残り有効パス数を限定することができ、情報ビット系列の復号特性が改善する。本実施形態の復号アルゴリズムは、「MAP(Maximum A posteriori Probability)復号」、「Log-MAP復号」、および「Max Log-MAP復号」のいずれにも適用可能である。 Assume that a reference bit “0” is input as the i + 1th bit. At this time, it is not necessary to consider the branch metric corresponding to bit “1”, and only the branch metric corresponding to bit “0” needs to be considered. For example, as a specific process, when calculating r i + 1 x, 0 (y = 1,2,3,4), substitute a very large likelihood value ∞ as a channel value input from the demodulator. For example, only the branch corresponding to bit “0” survives as a candidate. Conversely, when the reference bit “1” is input, when calculating r i + 1 x, 1 (y = 1, 2, 3, 4), the communication channel value input from the demodulator Is substituted with a large likelihood value ∞, leaving only the branch corresponding to bit “1” as a candidate. In this way, when reference bits are input, half of the branches need only be considered in comparison with normal information bits, the number of surviving effective paths when decoding the entire received sequence can be limited, and information bits The decoding characteristics of the sequence are improved. The decoding algorithm of the present embodiment is applicable to any of “Maximum A posteriori Probability (MAP) decoding”, “Log-MAP decoding”, and “Max Log-MAP decoding”.
次に、ターボ符号の復号器(復号化装置)の他の構成例を説明する。図3は、参照ビット挿入型のツインターボ復調器の構成を示している。従来のターボ符号の復号器(図12)と比較して、各要素復号器(要素復号器7−1および7−2)の直前に参照ビット挿入器(参照ビット挿入器7−9および7−10)が設けられている。ただし、要素符号器5−1の前に設けられた参照ビット挿入器5−4と、要素復号器7−1の前に設けられた参照ビット挿入器7−9は同一のものとし、同じく要素符号器5−2の前に設けられた参照ビット挿入器5−5と、要素復号器7−2の前に設けられた参照ビット挿入器7−10は同一のものとする。ここでいう同一とは、入力された情報ビット系列に対し、同一数の同一ビットを同一位置に挿入することを意味する。 Next, another configuration example of a turbo code decoder (decoding device) will be described. FIG. 3 shows a configuration of a reference bit insertion type twin turbo demodulator. Compared with a conventional turbo code decoder (FIG. 12), reference bit inserters (reference bit inserters 7-9 and 7-) are provided immediately before each element decoder (element decoders 7-1 and 7-2). 10). However, the reference bit inserter 5-4 provided in front of the element encoder 5-1 and the reference bit inserter 7-9 provided in front of the element decoder 7-1 are the same, and the same elements The reference bit inserter 5-5 provided before the encoder 5-2 and the reference bit inserter 7-10 provided before the element decoder 7-2 are the same. Here, the same means that the same number of the same bits are inserted at the same position in the inputted information bit series.
以下、図3のツインターボ復調器の動作を説明する。例えば図1に示した符号器を備えた送信装置において、情報ビット系列に既知の参照ビットを挿入した参照ビット挿入後データから誤り訂正符号を生成し、元の情報ビット系列にその誤り訂正符号を付加することによって符号化された符号化データが生成される。この符号化データは、デジタル変調されて変調シンボルに変換され、送信される。 Hereinafter, the operation of the twin turbo demodulator of FIG. 3 will be described. For example, in a transmission apparatus including the encoder shown in FIG. 1, an error correction code is generated from data after reference bit insertion in which a known reference bit is inserted into an information bit sequence, and the error correction code is added to the original information bit sequence. The encoded data encoded by adding is generated. This encoded data is digitally modulated, converted into modulation symbols, and transmitted.
送信された信号が受信装置によって受信され、図3のツインターボ復調器に入力される。図3において、復調器7−7に受信シンボルが入力される。また、要素復号器7−2から出力された事後値(復号結果の確からしさを表す値;信頼度情報)が、ターボデインタリーバ7−6で順序が並べ替えられた後に、変調シンボルの事前確率として復調器7−7に入力される。 The transmitted signal is received by the receiving device and input to the twin turbo demodulator of FIG. In FIG. 3, the received symbol is input to the demodulator 7-7. Also, after the posterior values (values representing the reliability of the decoding results; reliability information) output from the element decoder 7-2 are rearranged in order by the turbo deinterleaver 7-6, the prior probability of the modulation symbol To the demodulator 7-7.
復調器7−7は、変調シンボルに対応する信号点と受信信号点との位置関係に加えて、変調シンボルの出現確率も考慮して、送信装置の変調時における最も確からしい信号点を判定する。この際に復調器7−7は、要素符号器7−2による復号結果の確からしさを示す事後値を変調シンボルの出現確率として利用する。すなわち、復調器7−7は事後値と受信信号点とから、最も確からしい変調シンボルを軟判定し、変調シンボルのビット毎の軟判定値を軟判定データとして出力する。軟判定データは、符号化データの通信路値として参照ビット挿入器7−9に入力され、参照ビットが挿入された後、要素復号器7−1に入力される。要素復号器7−1からの再度の演算処理の実行時において使用される軟判定データ(通信路値)は、復調器7−7によって変調シンボルの事前確率が反映されて更新されたものであり、前回の軟判定データ(通信路値)よりも精度が向上していると期待できる。 The demodulator 7-7 determines the most probable signal point at the time of modulation of the transmission device in consideration of the appearance probability of the modulation symbol in addition to the positional relationship between the signal point corresponding to the modulation symbol and the reception signal point. . At this time, the demodulator 7-7 uses a posterior value indicating the probability of the decoding result by the element encoder 7-2 as the appearance probability of the modulation symbol. That is, the demodulator 7-7 makes a soft decision on the most probable modulation symbol from the posterior value and the received signal point, and outputs a soft decision value for each bit of the modulation symbol as soft decision data. The soft decision data is input to the reference bit inserter 7-9 as the channel value of the encoded data, and is input to the element decoder 7-1 after the reference bits are inserted. The soft decision data (communication channel value) used at the time of the re-execution processing from the element decoder 7-1 is updated by the demodulator 7-7 to reflect the prior probability of the modulation symbol. It can be expected that the accuracy is improved over the previous soft decision data (communication channel value).
また、図3において、復調器7−8は、要素復号器7−1から出力された事後値(事前確率)を用いて、要素復号器7−2に入力する通信路値を更新する。その更新処理では、事前確率に基づいて通信路値を更新する。これにより、要素復号器7−1で得られた復号結果の確からしさを用いて、要素復号器7−2へ引き渡す通信路値を更新することができ、要素復号器7−2に入力する通信路値の精度向上を図ることが可能となる。要素復号器7−1および7−2での復号方法は、前述した図2の要素復号器6−1および6−2での復号方法と同様である。 In FIG. 3, the demodulator 7-8 updates the channel value input to the element decoder 7-2 using the a posteriori value (prior probability) output from the element decoder 7-1. In the update process, the channel value is updated based on the prior probability. Thereby, the channel value delivered to the element decoder 7-2 can be updated using the certainty of the decoding result obtained by the element decoder 7-1, and the communication input to the element decoder 7-2. It becomes possible to improve the accuracy of the road value. The decoding method in the element decoders 7-1 and 7-2 is the same as the decoding method in the element decoders 6-1 and 6-2 in FIG.
上記のように、図3に示されるツインターボ復調器は、ターボ復号器の確率伝搬用のフィードバックループに加え、一方の要素復号器で得られた事後値を一方の復調器に入力し、その復調器で更新された通信路値をもう一方の要素復号器に入力すると共に、その要素復号器で得られた事後値をもう一方の復調器に入力し、その復調器で更新された通信路値を先の要素復号器にフィードバックさせる確率結合用のフィードバックループを有している。これによって、多値変調シンボルを構成する各ビットの尤度の結合確率を計算し、ターボ符号の誤り訂正能力を改善している。なお、復調器7−7および7−8を、前述した直接復調を行う構成としてもよい。 As described above, the twin turbo demodulator shown in FIG. 3 inputs the posterior value obtained by one element decoder to one demodulator in addition to the feedback loop for the probability propagation of the turbo decoder, The channel value updated by the demodulator is input to the other element decoder, and the posterior value obtained by the element decoder is input to the other demodulator, and the channel updated by the demodulator. It has a feedback loop for stochastic coupling that feeds values back to the previous element decoder. Thereby, the joint probability of the likelihood of each bit constituting the multilevel modulation symbol is calculated, and the error correction capability of the turbo code is improved. Note that the demodulators 7-7 and 7-8 may be configured to perform the above-described direct demodulation.
図8に、本実施形態によるツインターボ復調を用いたOFDM伝送における伝送誤り率の特性を示す。シミュレーション条件を図9にまとめる。ターボ符号器の原符号化率は1/3とし、レピティションする方法と参照ビットを挿入する方法とを用いて符号化率1/4および1/5の符号を構成し、それぞれ1ビットあたりの受信信号電力対雑音電力比に対するフレーム誤り率を計算した。従来のレピティションによる方法では、符号化率1/3に比べて特性が劣化しているのに対し、本実施形態による参照ビット挿入法を用いれば、特性が改善することがわかる。 FIG. 8 shows the characteristics of the transmission error rate in OFDM transmission using twin turbo demodulation according to this embodiment. The simulation conditions are summarized in FIG. The original coding rate of the turbo encoder is 1/3, and codes of 1/4 and 1/5 are constructed using the method of repetition and the method of inserting reference bits, and each code per bit The frame error rate for the received signal power to noise power ratio was calculated. In the conventional repetition method, the characteristics are degraded as compared with the coding rate of 1/3. On the other hand, it is understood that the characteristics are improved by using the reference bit insertion method according to the present embodiment.
上述した本実施形態によれば、情報ビット系列に既知の参照ビット群を挿入してターボ符号化を行い、復号時には参照ビットを、尤度が非常に大きい既知情報として利用することで、情報ビット系列の復号特性が改善することが期待できる。さらに、伝搬路には参照ビット群は伝送されず、情報ビット系列とパリティビット系列のみが伝送されるため、原符号器の符号化率よりも低い符号化率を効率よく実現できる。結果として、低符号化率で伝送しなければならない信号対雑音電力比の劣悪な状況下において、目的のフレーム誤り率を達成する所要信号対雑音電力比を低減でき、低誤り率で信頼性の高い通信を行うことが可能になる。また、本実施形態による符号化装置および復号化装置は、従来のターボ符号を扱う装置の構成に対してわずかな機能手段を追加することで実現可能であり、低符号化率を実現するために新たな別の符号を導入する場合と比べて、小さい回路規模ですむという利点がある。 According to the above-described embodiment, turbo coding is performed by inserting a known reference bit group into an information bit sequence, and at the time of decoding, a reference bit is used as known information having a very high likelihood, thereby generating an information bit. It can be expected that the decoding characteristics of the sequence are improved. Furthermore, since the reference bit group is not transmitted on the propagation path, and only the information bit sequence and the parity bit sequence are transmitted, a coding rate lower than the coding rate of the original encoder can be efficiently realized. As a result, the required signal-to-noise power ratio to achieve the desired frame error rate can be reduced under the poor signal-to-noise power ratio that must be transmitted at a low coding rate. High communication can be performed. In addition, the encoding device and the decoding device according to the present embodiment can be realized by adding a few functional means to the configuration of a conventional apparatus that handles turbo codes, and in order to realize a low coding rate. There is an advantage that a small circuit scale is required as compared with the case of introducing another new code.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上述した符号化装置と復号化装置を備えた符号化・復号化システムを構成してもよい。一例として、W-CDMAやcdma2000のようなセルラーシステムに本発明を適用することができる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. . For example, an encoding / decoding system including the above-described encoding device and decoding device may be configured. As an example, the present invention can be applied to cellular systems such as W-CDMA and cdma2000.
1−1,1−2,5−1,5−2・・・要素符号器、1−3,2−3,2−4,3−3,3−4,5−3,6−3,6−4,7−3,7−4・・・ターボインタリーバ、2−1,2−2,3−1,3−2,6−1,6−2,7−1,7−2・・・要素復号器、2−5,3−5,3−6,6−5,7−5,7−6・・・ターボデインタリーバ、3−7,3−8,7−7,7−8・・・復調器、5−4,5−5,6−6,6−7,7−9,7−10・・・参照ビット挿入器、6−8・・・最尤推定用シンボル生成器
1-1, 1-2, 5-1, 5-2 ... element encoder, 1-3, 2-3, 2-4, 3-3, 3-4, 5-3, 6-3 6-4, 7-3, 7-4 ... turbo interleaver, 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 6-1, 6-2, 7-1, 7-2,. Element decoders, 2-5, 3-5, 3-6, 6-5, 7-5, 7-6... Turbo deinterleaver, 3-7, 3-8, 7-7, 7-8 ... Demodulators, 5-4, 5-5, 6-6, 6-7, 7-9, 7-10 ... Reference bit inserters, 6-8 ... Symbol generator for maximum likelihood estimation
Claims (12)
前記符号化データに対して、デジタル変調および周波数方向への符号拡散が施されて複数のサブキャリアで周波数多重された信号を、1つの変調シンボルが拡散された範囲のサブキャリアの拡散状態の受信値の組合せからなる受信信号点と、そのサブキャリアの拡散状態の受信値の組合せが取りうる値からなる参照信号点との関係に基づいて復調する復調手段と、
前記参照ビットを、尤度に関する既知の情報として用いて、前記復調手段によって復調された前記符号化データを復号化する復号化手段と、
を備えたことを特徴とする復号化装置。 Coding generated by generating an error correction code from reference bit inserted data in which a known reference bit is inserted into an information bit sequence composed of a plurality of information bits, and adding the error correction code to the information bit sequence A decoding device for decoding data,
A signal in which digital modulation and code spreading in the frequency direction are applied to the coded data and frequency-multiplexed with a plurality of subcarriers is received in a spreading state of subcarriers in a range where one modulation symbol is spread. Demodulating means for demodulating based on the relationship between a received signal point consisting of a combination of values and a reference signal point consisting of values that can be taken by a combination of received values of spreading states of the subcarriers;
Decoding means for decoding the encoded data demodulated by the demodulation means using the reference bits as known information about likelihood;
A decoding apparatus comprising:
前記符号化データに対してデジタル変調が施された信号を復調する復調手段と、
前記参照ビットを、尤度に関する既知の情報として用いて、前記復調手段によって復調された前記符号化データを復号化する復号化手段とを備え、
前記復号化手段は、復号結果の確からしさを示す値を変調シンボルの出現確率として前記復調手段へフィードバックし、
前記復調手段は、前記符号化データに対してデジタル変調が施された信号を、変調シンボルに対応する信号点と受信信号点との関係および前記出現確率に基づいて復調する
ことを特徴とする復号化装置。 Coding generated by generating an error correction code from reference bit inserted data in which a known reference bit is inserted into an information bit sequence composed of a plurality of information bits, and adding the error correction code to the information bit sequence A decoding device for decoding data,
Demodulating means for demodulating a signal subjected to digital modulation on the encoded data;
Decoding means for decoding the encoded data demodulated by the demodulating means using the reference bits as known information on likelihood, and
The decoding means feeds back a value indicating the probability of the decoding result to the demodulating means as an appearance probability of a modulation symbol;
The decoding means demodulates a signal obtained by digitally modulating the encoded data based on a relationship between a signal point corresponding to a modulation symbol and a received signal point and the appearance probability. Device.
前記復号化手段は、前記第1の参照ビット挿入手段によって挿入された前記参照ビットを、尤度に関する既知の情報として用いて前記符号化データを復号化する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の復号化装置。 First reference bit insertion means for inserting the same reference bit as the known reference bit at the same position with respect to the encoded data demodulated by the demodulation means,
2. The decoding unit according to claim 1, wherein the decoding unit decodes the encoded data using the reference bits inserted by the first reference bit insertion unit as known information on likelihood. Item 3. The decoding device according to Item 2.
前記情報ビット系列に付加する誤り訂正符号を前記参照ビット挿入後データから生成する誤り訂正符号生成手段と、
を備えた符号化装置と、
請求項1〜請求項7のいずれかの項に記載の復号化装置と、
を備えたことを特徴とする符号化・復号化システム。 Second reference bit insertion means for inserting known reference bits into an information bit sequence consisting of a plurality of information bits and generating data after reference bit insertion;
An error correction code generating means for generating an error correction code to be added to the information bit sequence from the data after inserting the reference bits;
An encoding device comprising:
The decoding device according to any one of claims 1 to 7,
An encoding / decoding system comprising:
The second reference bit insertion means inserts the reference bits so that the number of consecutive information bits sandwiched between the reference bits is the same in the same information bit sequence. The encoding / decoding system according to any one of claims 8 to 11.
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