JP2000513555A - 通信システムのチャネル符号／復号装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 サービス種類、データ等級及びチャネル状態に基づいて反復復号回数を調整するチャネル符号／復号装置及び方法を提供する。本発明のチャネル受信装置は、受信されるメッセージに関する情報を受信するメッセージ情報受信器と、受信されるメッセージ情報に基づいて復号器の反復復号回数を決定する制御器と、決定された反復復号回数に基づいて受信されるメッセージを反復復号する復号器と、を備えることを特徴とする。ここで、メッセージ情報は、受信データの等級を含み、この等級は要求されるビットエラー率を含む。要求されるビットエラー率が低い場合は反復復号回数を増加させる。また、等級は許容遅延時間を含み、この許容遅延時間が長い場合、反復復号回数を増加させる。また、メッセージ情報は、受信データのサービス種類を含む。ここで、サービス種類が動画像サービスであれば、反復復号回数を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】 通信システムのチャネル符号／復号装置及び方法 従来技術 １．技術分野 本発明は、通信システムのチャネル符号／復号装置及び方法に関し、特に、軟 判定反復復号(soft-decision iterative decoding)を行うチャネル符号／復号装 置及びその方法に関する。 ２．背景技術 一般に、ターボ符号器は反復復号を支援するチャネル符号器である。このよう なターボ符号器は、並列ターボ符号器と直列ターボ符号器とに大別される。本発 明では並列ターボ符号器を中心として説明するが、本発明の思想は反復復号を行 う直列ターボ符号器でも適用可能である。 ターボ符号器は、Ｎビットのデータフレームからなる入力を、二つの簡単な並 列鎖状符号(parallel concatenated code)を用いてパリティシンボル(parity sy mbol)に符号化するものであって、この時の構成符号(component code)としては 通常ＲＳＣ(Recursive Systematic Convolutional)コードを用いる。 図１及び図２は、従来の並列ターボ符号器及び復号器の構造を各々示す図であ って、１９９５年８月２９日付にて登録された米国特許番号第５,４４６,７４７ 号に詳細に開示されている。 図１は、従来のターボ符号器の構成図であって、このターボ符号器は、第１構 成符号器(constituent encoder)１２と第２構成符号器１４との間にインタリー バ(interleaver)１６が連結されてなる。この第１、第２構成符号器１２，１４ は、当該技術分野で周知の技術であるＲＳＣ符号器を使用することができる。ま た、インタリーバ１６は、入力される情報ビットのフレーム長さ(即ち、Ｎビッ ト)と同一の大きさを有し、第２構成符号器１４に入力される情報ビット列ｄ_kの 順序を変えることによって、情報ビット間の相関(correlation)を低減させる。 従って、 入力される情報ビット列ｄ_kに対する並列鎖状符号の出力は、Ｘ_k(Ｘ_k＝ｄ_k)、ｙ_1k 、ｙ_2kになる。 図２は、従来のターボ復号器の構成図であって、参照符号１８は加算器、２０ ，２２は減算器、２４は軟判定回路(soft decision circuit)、２６，２８，３ ０は遅延器、３２，３４はＭＡＰ(Maximum A Posteriori Probability)復号器で ある。そして、参照符号３６は、図１のインタリーバ１６と同一のインタリーバ であり、参照符号３８，４０はデインタリーバである。このような構成を有する ターボ復号器は、ＭＡＰ復号アルゴリズムに基づいて、受信されたデータに対し フレーム単位で復号を繰り返すために、ビットエラー率(Bit Error Rate：ＢＥ Ｒ)性能が向上するという長所がある。通常、ターボ復号器には、軟判定反復復 号の可能なＭＡＰ復号器の他に、ＳＯＶＡ(Soft Output Viterbi Algorithm)復 号器を使用しても良い。 図１に示したインタリーバ１６の存在は、ターボ符号器を使用するためにはフ レーム単位に符号化及び復号が行われるべきであるということを意味する。従っ て、図２のようなターボ復号器のＭＡＰ復号器３２，３４に必要なメモリは、フ レームの大きさと図１の第１及び第２構成符号器１２，１４の状態数(status nu mber)との積に比例することが判る。 通信システムでは、音声、文字、画像及び動画像などの多様なサービスを提供 し、この時の伝送速度は数Kbps〜数Mbpsであり、チャネル符号器に入力されるデ ータフレームの長さは数ms(millisecond)〜数百msと可変的である。特に、ター ボ復号器のように反復復号を用いるチャネル復号器では、反復復号回数の増加に よってビットエラー率の性能が改善されるという長所もあるが、逆に、計算量の 増加、復号器の余分の電力消費、及び時間遅延を招くという短所もある。このた め、一般に反復復号を用いるチャネル復号器は、復号時許容可能な時間遅延内で サービスの種類に拘わらず反復復号回数を一定に設定して使用する。 しかし、伝送チャネル環境が時間によって変わるために、チャネルの環境が最 悪になった場合は、設定された反復復号回数だけでは望むビットエラー率が確保 できない。また、パケットデータサービスのように伝送遅延時間にほぼ影響を受 けないサービスでは、反復復号回数を増加させることによって望むビットエラー 率が得られるが、しかし、最悪のチャネル環境だけを考慮に入れて反復復号回数 を最大に設定すれば、チャネル環境が良好な場合には少ない反復回数だけで既に 望むビットエラー率の性能が得られたにも拘わらず、追加される反復復号によっ て余分の計算量の増加及び復号器の電力浪費を招くことになる。また、場合によ っては、伝送遅延時間が増大しても使用者の等級及び受信データの等級に基づい て反復復号回数を増加させる必要がある。従って、反復復号回数は、サービス種 類、データ等級及びチャネルの状態に基づいて可変とする必要がある。 発明の概要 従って、本発明の目的は、サービスの種類、データの等級に基づいて、反復復 号回数を可変とするチャネル符号／復号装置及び方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、時間的に変わる伝送チャネルの状態に基づいて、反復復 号回数を可変とするチャネル符号／復号装置及び方法を提供することにある。 このような目的を達成するために、本発明は、受信されるメッセージに関する 情報を受信するメッセージ情報受信器と、その受信メッセージ情報に基づいて復 号器の反復復号回数を決定する制御器と、決定した反復回数に基づいて、受信さ れるメッセージを反復復号する復号器と、を備える通信システムのチャネル受信 装置を提供する。 ここで、メッセージ情報は受信データの等級を含み、等級は要求されるビット エラー率(ＢＥＲ)を含む。この要求されるＢＥＲが低いと、反復復号回数を増加 させる。また、等級は許容遅延時間を含み、この許容遅延時間が長いと、反復復 号回数を増加させる。 さらに、メッセージ情報は、受信データのサービス種類を含む。ここで、サー ビス種類が動画像サービスであれば、このサービスは時間遅延の短いことが要求 されるために反復復号回数を減少させる。 図面の簡単な説明 図１は、従来技術におけるターボ符号器の構造を示す図。 図２は、従来技術におけるターボ復号器の構造を示す図。 図３は、本発明の一実施形態によるチャネル送信装置の構造を示す図。 図４は、本発明の一実施形態によるチャネル受信装置の構造を示す図。 図５は、本発明の他の実施形態によるチャネル受信装置の構造を示す図。 図６は、本発明による反復復号制御器の制御過程を詳細に示すフローチャート 。 図７は、本発明の一実施形態に係るチャネル復号器の反復復号回数による性能 のシミュレーション結果を示すグラフ。 実施形態の詳細な説明 以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお 、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通 使用するものとする。 そして、以下の説明では、具体的な特定事項が示しているが、これに限られる ことなく本発明を実施できることは、当技術分野で通常の知識を有する者には自 明である。また、関連する周知技術については適宜説明を省略するものとする。 本実施形態ではチャネル符号器としてターボ符号器を使用し、軟判定反復復号 にはＭＡＰ復号器を使用する。なお、この軟判定反復復号にはＳＯＶＡ復号器を 使用しても良い。 図３は、本発明の一実施形態によるターボチャネル符号器を備えるチャネル送 信装置を示すブロック図である。図３に示したターボチャネル符号器は、Ｎビッ ト長さのフレーム単位で入力される使用者データを、ターボ符号化して伝送チャ ネルに伝送する。 図３を参照すれば、ソースデータ符号器(sourse date encoder)３１２は、入 力装置(user date input device)３１１から入力される使用者データを圧縮及び 符号化して出力する。チャネル符号器(channel encoder)３１３はソースデータ 符号器３１２の出力を符号化する。ここで、本実施形態ではチャネル符号器３１ ３としてターボ符号器を使用するものである。インタリーバ(interleaver)３１ ４はチャネル符号器３１３の出力をインタリービングする。変調器(modulater) ３１５はインタリーバ３１４の出力を変調(又は、拡散)して、伝送チャネル(tra nsmisson channel)３１６を通じて送信する。中央処理装置(ＣＰＵ：Central Pr ocessing Unit)３００は、サービスの種類(音声、文字、画像又は動画像サービス)及びデ ータの等級を決定し、これに関する情報をメッセージ情報送信器(message infom ation transmission)３０１に提供する。ここで、データ等級には、要求される ＢＥＲ及び許容遅延時間(permissible time delay)が含まれる。また、これらデ ータ等級又はサービス種類は、呼セットアップ時の他に、サービス中に予め決定 できる。 図３において、伝送速度が数Kbpsである音声の他に、文字、画像、及び動画像 のように通常伝送速度が数＋Kbps以上である使用者データが、入力装置３１１か らソースデータ符号器３１２に入力されると、ソースデータ符号器３１２は使用 者データを符号化してターボ符号器３１３の入力として提供する。この時、中央 処理装置３００は伝送しようとする使用者データのサービス種類及びデータ等級 に関するメッセージ情報(message information)を、メッセージ情報送信器３０ １を通じて送信する。 本発明の実施形態では、メッセージ情報を別途のチャネルを通じて復号器に伝 送する例を挙げたが、使用者データ送信時に伝送フレームのヘッド部分(head ar ea)又はテール部分(tail area)にメッセージ情報を載せて伝送しても良い。 図４は、本発明の一実施形態によるチャネル復号器を含むチャネル受信装置を 示している。 図４を参照すれば、復調器(demodulator)４１２は、伝送チャネル(trasmissio n channel)４１１を通じて入力される信号を復調して出力する。デインタリーバ (chanel deinterleaver)４１３は、復調器４１２の出力をデインタリービングし て出力する。メッセージ情報受信器(message information receiver)４０１は、 図３のメッセージ情報送信器３０１から送信したメッセージ情報を受信して中央 処理装置(CPU)４００に提供する。この中央処理装置４００は受信したメッセー ジ情報を分析して、反復復号に関する情報を反復復号制御器（iterative decodi ng controller)４０２に提供する。反復復号制御器４０２は、中央処理装置４０ ０から入力された反復復号に関する情報を分析して反復復号回数を決定し、決定 された反復復号回数に従って軟判定復号器(soft-decision decoder)４１４を制 御する。たとえば、サービスの種類が動画像サービスの場合には許容遅延時間が 短いため、 反復回数を減少させ、一方、文字情報の場合は許容遅延時間が長いため、反復回 数を増加させる。また、復号中であってもＢＥＲ又はＦＥＲ(Frame Error Rate) が設定基準値より高いと、反復回数を増加させることができる。軟判定復号器４ １４は、反復復号制御器４０２の制御のもとで、チャネルデインタリーバ４１３ の出力を反復復号して出力する。ここで、軟判定復号器４１４は、ＭＡＰ及びＳ ＯＶＡ復号器を使用することができる。ソースデータ復号器(source date decod er)４１５は、軟判定復号器４１４の出力を復号して使用者データ出力装置(user date output device)４１６に出力する。 前述したようにメッセージ情報は、使用者データのサービス種類（音声、文字 、画像及び動画像サービス）及びデータ等級を含み、また、データ等級は要求さ れるＢＥＲ及び許容遅延時間を含むものである。これらメッセージ情報は反復回 数の決定時に用いられる。仮に、要求されるＢＥＲが低いか、又は許容遅延時間 が長い場合、反復復号制御器４０２は復号回数を増加させる。 図４のチャネル復号器４１４は、反復復号制御器４０２から提供される反復復 号回数制御信号に応じて、使用者データを反復復号する。復調器４１２は、伝送 チャネル４１１を通じてフレームデータを受信すると、これを復調してチャネル デインタリーバ４１３に供給する。チャネルデインタリーバ４１３は復調された データフレームをデインタリービングして復号器４１４に出力する。この時、メ ッセージ情報受信器４０１は、図３のメッセージ情報送信器３０１から伝送チャ ネルを通じて使用者のサービス種類及びデータ等級に関するメッセージ情報を受 信して中央処理装置４００に提供する。この中央処理装置４００は受信したメッ セージ情報を分析し、反復復号に関する情報を反復復号制御器４０２に提供する 。すると、反復復号制御器４０２は、入力される情報を分析して反復復号回数を 決定する。この決定に基づいて、反復復号制御器４０２は必要に応じて軟判定復 号器４１４の反復復号回数を調整する。軟判定復号器４１４は、反復復号制御器 ４０２から提供される反復復号回数に関する制御信号に応じて、チャネルデイン タリーバ４１３の出力を復号する。この時、中央処理装置４００は、反復復号回 数を可変することから発生する全体復号過程のタイミングを制御する。軟判定復 号器４１４の出力はソースデータ復号器４１５を通じて使用者データ出力装置４ １ ６に出力される。 図５は、本発明の他の実施形態によるチャネル復号器を含むチャネル受信装置 を示す図である。 図５に示したチャネル受信装置には、図４のメッセージ情報受信器４０１が備 えられていない。しかし、チャネル受信装置は使用者のサービス種類及びデータ 等級に関するメッセージ情報を送信側から別途に受信することができ、そして、 この受信装置においては、チャネル状態分析器５０１が時変するチャネル環境に 対応して、軟判定復号器５１４の反復復号回数を変更する。例えば、ＣＤＭＡ方 式を使用する通信システムでは、一つの基地局と多数の使用者端末機が互いにデ ータを取交わす時、基地局が、受信する逆方向チャネルの相互干渉電力レベル信 号(interference level signal among reverse channal signal)を、ブロードキ ャスティングチャネル(broadcasting channel)を通じて各移動局に送信する。こ の干渉電力レベル信号は、移動局でのチャネル状態の決定に用いられる。そのた め、端末機は、基地局から送信されたパイロット信号を分析して、受信信号対干 渉比(Signal-to-Interference Ratio：ＳＩＲ)を測定することによって、チャネ ル状態を確認することができる。 図５を参照すれば、復調器(demodulator)５１２は、伝送チャネル(transmissi on channel)５１１を通じて入力される信号を復調して出力する。チャネルデイ ンタリーバ(channel deinterleaver)５１３は、復調器５１２の出力をデインタ リービングして出力する。伝送チャネル状態分析器(channel condition analyze r)５０１は、ＳＩＲを測定してチャネル状態を分析した後、これを中央処理装置 (CPU)５００に伝送する。中央処理装置５００は測定されたチャネル状態に関す る情報を反復復号制御器（iterative decording controller)５０２に提供する 。反復復号制御器５０２は入力された情報を分析して設定された現在の反復復号 回数を調整する必要があるか判断し、この決定に基づいて軟判定復号器５１４の 反復復号を制御する。軟判定復号器(soft-decision decoder)５１４は、反復復 号制御器５０２の制御下に、チャネルデインタリーバ５１３の出力を反復復号し て出力する。ここで、軟判定復号器５１４としてはＭＡＰ及びＳＯＶＡ復号器を 使用することができる。ソースデータ復号器(source data decoder)５１５は、 軟判定復号 器５１４の出力を復号して使用者データ出力装置(user data output device)５ １６に出力する。 図５において、伝送チャネル状態分析器５０１は、基地局から伝送された相互 干渉電力レベル制御信号とパイロット信号に基づいてＳＩＲを測定し、中央処理 装置５００に提供する。この中央処理装置５００は、反復復号に関する情報を反 復復号制御器５０２に提供する。すると、反復復号制御器５０２は前記反復復号 に関する情報を分析し、軟判定復号器５１４の現在の反復復号回数を調整する必 要があるか決定する。例えば、反復復号制御器５０２は、伝送チャネル状態が基 準設定値より良好であれば、反復復号回数を減らす。そして、軟判定復号器５１ ４は反復復号制御器５０２から提供される反復復号回数に関する制御信号に応じ て、チャネルデインタリーバ５１３の出力を復号する。この時、中央処理装置５ ００は反復復号回数を変更することから発生する全体復号過程のタイミングを制 御する。軟判定復号器５１４の出力は、ソースデータ復号器５１５を通じて使用 者データ出力装置５１６に提供される。 以下、反復復号制御器４０２，５０２の動作を図６を参照して詳細に説明する 。 図６を参照すれば、反復復号制御器４０２，５０２は、６１１段階で、中央処 理装置４００，５００から反復復号に関する情報(反復復号回数)を受信する。こ こで、反復復号に関する情報とは、送信側から受信される使用者データのサービ ス種類、データ等級及び現在のチャネル状態を分析して得られる情報である。次 に、反復復号に関する情報を受けた反復復号制御器４０２，５０２は、６１２段 階で、情報を分析して軟判定復号器４１４，５１４の反復復号回数を決定する。 次いで、６１３段階で、決定された反復復号回数を基準設定値と比較し、反復復 号回数を調整するか否か判断する。この時、反復復号回数を調整する必要がない と判断されると、反復復号制御器４０２，５０２は６１５段階に進行して軟判定 復号器４１４，５１４に第１状態の反復復号に関する制御信号を出力し、一方、 反復復号回数を調整する必要があると判断されると、６１４段階に進行して反復 復号回数を、６１３段階で決定された反復復号回数に調整し、６１５段階に進行 して軟判定復号器４１４，５１４に第２状態の反復復号に関する制御信号を出力 する。 図７は、チャネル復号器の反復復号回数による性能のシミュレーション結果を 示すグラフである。図７に示すように、反復復号を４回行った場合と８回行った 場合との間にはビットエラー率において大きな差が出た。初期に４回反復復号と して設定された状況で高いデータ等級を有するサービスを提供するためには８回 反復復号を行うのが望ましい。 上述の如く、本発明は、使用者データの種類、データ等級、及び伝送チャネル の状態に基づいて反復復号回数を可変とすることによって、ターボ復号器の効率 を最大限に向上させることができる。 以上、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を上げて説明してきたが、本 発明の思想の範囲内で様々な変形が可能であるということは勿論である。従って 、本発明の範囲は前記実施形態によって限られず、請求の範囲とそれに均等なも のによって定められるべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 受信されるメッセージに関する情報を受信するメッセージ情報受信器と、 これにより受信したメッセージ情報に基づいて復号器の反復復号回数を決定す る制御器と、 その決定した反復回数に基づいて受信メッセージを反復復号する復号器と、を 備えることを特徴とする通信システムの受信装置。 ２． メッセージ情報が、受信されるデータの等級を含む請求項１記載の通信シ ステムの受信装置。 ３． 等級として、要求されるビットエラー率の情報を含む請求項２記載の通信 システムの受信装置。 ４． 要求されるビットエラー率が低いと、反復復号回数を増やす請求項３記載 の通信システムの受信装置。 ５． 等級として、許容遅延時間の情報を含む請求項２記載の通信システムの受 信装置。 ６． 許容遅延時間が長いと、反復復号回数を増やす請求項５記載の通信システ ムの受信装置。 ７． メッセージ情報が、受信されるデータのサービス種類を含む請求項１記載 の通信システムの受信装置。 ８． サービス種類が動画像サービスであれば、反復復号回数を減らす請求項７ 記載の通信システムの受信装置。 ９． 復号器は軟判定復号器である請求項１記載の通信システムの受信装置。 １０． 復号器がＭＡＰ(Maximum A Posteriori Probability)復号器である請求 項１記載の通信システムの受信装置。 １１． 復号器がＳＯＶＡ(Soft Output Viterbi Algorithm)復号器である請求 項１記載の通信システムの受信装置。 １２． 受信チャネルの状態を分析するチャネル状態分析器と、 これによるチャネル状態分析結果に基づいて復号器の反復復号回数を決定する 制御器と、 その決定した反復回数に基づいて受信メッセージを反復復号する復号器と、を 備えることを特徴とする通信システムの受信装置。 １３． チャネル状態が設定基準値より悪いと、反復復号回数を増やす請求項１ ２記載の通信システムの受信装置。 １４． 復号器は軟判定復号器である請求項１２記載の通信システムの受信装置 。 １５． 復号器がＭＡＰ復号器である請求項１４記載の通信システムの受信装置 。 １６． 復号器がＳＯＶＡ復号器である請求項１４記載の通信システムの受信装 置。 １７． 受信されるメッセージに関する情報を受信するメッセージ情報受信過程 と、 これにより受信されるメッセージ情報に基づいて復号器の反復復号回数を決定 する決定過程と、 これにより決定した反復復号回数に基づいて受信メッセージを反復復号する過 程と、を含むことを特徴とする通信システムの受信方法。 １８． メッセージ情報が、受信されるデータの等級を含む請求項１７記載の通 信システムの受信方法。 １９． データの等級が低いと、反復復号回数を減らす請求項１８記載の通信シ ステムの受信方法。 ２０． 等級として、要求されるビットエラー率の情報を含む請求項１８記載の 通信システムの受信方法。 ２１． 要求されるビットエラー率が高いと、反復復号回数を減らす請求項２０ 記載の通信システムの受信方法。 ２２． 等級として、許容遅延時間の情報を含む請求項１８記載の通信システム の受信方法。 ２３． 許容遅延時間が短いと、反復復号回数を減らす請求項２２記載の通信シ ステムの受信方法。 ２４． メッセージ情報が、受信されるデータのサービス種類を含む請求項１７ 記載の通信システムの受信方法。 ２５． 受信されるデータのサービスが動画像サービスであれば、反復復号回数 を減らす請求項２４記載の通信システムの受信方法。 ２６． 受信チャネルの状態を分析するチャネル状態分析過程と、 このチャネル状態分析過程の結果に基づいて復号器の反復復号回数を決定する 過程と、 その決定した反復復号回数に基づいて受信メッセージを反復復号する過程と、 を含むことを特徴とする通信システムの受信方法。 ２７． 受信チャネルの状態は受信信号対干渉比に基づいて決定される請求項２ ６記載の通信システムの受信方法。 ２８． 受信チャネルの状態が設定基準値より悪いと、反復復号回数を増やす請 求項２７記載の通信システムの受信方法。