JP2001358596A - 通信装置および通信方法 - Google Patents
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Abstract
を実現可能な通信装置を得ること。 【解決手段】 2系統の情報ビット系列を畳込み符号化
して第1の冗長データを出力する第1の再帰的組織畳込
み符号化器と、インタリーブ処理後の前記情報ビット系
列を畳込み符号化して第2の冗長データを出力する第2
の再帰的組織畳込み符号化器と、を備えるターボ符号器
を採用する本発明の通信装置は、当該符号化器を構成す
るすべての接続パターンを検索し、ある特定のブロック
長において、自己終結パターンの2つのビット‘1’の
間隔が最大となり、かつ、前記最大間隔となるパターン
内で重みの合計が最大となる、最適条件を満たす符号化
器を、上記第1および第2の再帰的組織畳込み符号化器
とする。
Description
復調方式を採用する通信装置に関するものであり、特
に、DMT(Discrete Multi Tone)変復調方式やOF
DM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)変
復調方式等により、既存の通信回線を用いたデータ通信
を実現可能とする通信装置および通信方法に関するもの
である。ただし、本発明は、DMT変復調方式によりデ
ータ通信を行う通信装置に限らず、通常の通信回線を介
して、マルチキャリア変復調方式およびシングルキャリ
ア変復調方式により有線通信および無線通信を行うすべ
ての通信装置に適用可能である。
る。たとえば、SS(Spread Spectrum)方式を用いた
広帯域CDMA(W−CDMA:Code Division Multip
le Access)においては、畳込み符号の性能を大きく上
回る誤り訂正符号として、ターボ符号が提案されてい
る。このターボ符号は、情報ビット系列にインタリーブ
を施した系列を既知の符号化系列と並列に符号化するも
ので、シャノン限界に近い特性が得られると言われてお
り、現在最も注目されている誤り訂正符号の1つであ
る。上記W−CDMAにおいては、誤り訂正符号の性能
が、音声伝送やデータ伝送における伝送特性を大きく左
右するため、ターボ符号の適用により伝送特性を大幅に
向上させることができる。
信装置の送信系および受信系の動作を具体的に説明す
る。図23は、送信系において使用されるターボ符号器
の構成を示す図である。図23(a)において、101
は情報ビット系列を畳込み符号化して冗長ビットを出力
する第1の再帰的組織畳込み符号化器であり、102は
インタリーバであり、103はインタリーバ102によ
り入れ替え後の情報ビット系列を畳込み符号化して冗長
ビットを出力する第2の再帰的組織畳込み符号化器であ
る。図23(b)は、第1の再帰的組織畳込み符号化器
101および第2の再帰的組織畳込み符号化器103の
内部構成を示す図であり、2つの再帰的組織畳込み符号
化器は、それぞれ冗長ビットのみを出力する符号化器で
ある。また、上記ターボ符号器で用いられるインタリー
バ102では、情報ビット系列をランダムに入れ替える
処理を行う。
は、同時に、情報ビット系列:x1と、第1の再帰的組
織畳込み符号化器101の処理により情報ビット系列:
x1を符号化した冗長ビット系列:x2と、第2の再帰的
組織畳込み符号化器103の処理によりインタリーブ処
理後の情報ビット系列を符号化した冗長ビット系列:x
3と、を出力する。
ボ復号器の構成を示す図である。図24において、11
1は受信信号:y1と受信信号:y2とから対数尤度比を
算出する第1の復号器であり、112および116は加
算器であり、113および114はインタリーバであ
り、115は受信信号:y1と受信信号:y3とから対数
尤度比を算出する第2の復号器であり、117はデイン
タリーバであり、118は第2の復号器115の出力を
判定して元の情報ビット系列の推定値を出力する判定器
である。なお、受信信号:y1,y2,y3は、それぞれ
情報ビット系列:x1,冗長ビット系列:x2,x3に伝
送路のノイズやフェージングの影響を与えた信号であ
る。
は、まず、第1の復号器111が、受信信号:y1kと受
信信号:y2kから推定される推定情報ビット:x1k´の
対数尤度比:L(x1k´)を算出する(kは時刻を表
す)。ここでは、情報ビット:x 1kが0である確率に対
する情報ビット:x1kが1である確率を求めることとな
る。なお、図示のLe(x1k)は外部情報を表し、La
(x1k)は1つ前の外部情報である事前情報を表す。
である対数尤度比から、第2の復号器115に対する外
部情報を算出する。なお、1回目の復号においては、事
前情報が求められていないため、La(x1k)=0であ
る。
では、受信信号:y1kと外部情報:Le(x1k)を、受
信信号:y3の時刻にあわせるために、信号の並べ替え
を行う。その後、第2の復号器115では、第1の復号
器111と同様に、受信信号:y1と受信信号:y3、お
よび先に算出しておいた外部情報:Le(x1k)に基づ
いて、対数尤度比:L(x1k´)を算出する。そして、
加算器116では、外部情報:Le(x1k)を算出す
る。このとき、デインタリーバ117にて並べ替えられ
た外部情報は、事前情報:La(x1k)として前記第1
の復号器111にフィードバックされる。
を、所定の回数にわたって繰り返し実行することで、よ
り精度の高い対数尤度比を算出し、そして、判定器11
8が、この対数尤度比に基づいて判定を行い、もとの情
報ビット系列を推定する。具体的にいうと、たとえば、
対数尤度比が“L(x1k´)>0”であれば、推定情報
ビット:x1k´を1と判定し、“L(x1k´)≦0”で
あれば、推定情報ビット:x1k´を0と判定する。
上記ターボ符号器で用いられるインタリーバ102の処
理を示す図である。ここで、インタリーバ102により
情報ビット系列をランダムに入れ替える処理について説
明する。
タリーバとして、一般的に、複素インタリーバ(以降、
PILと呼ぶ)が用いられている。このPILは、以下
の3つの特徴をもつ。 N(縦軸:自然数)×M(横軸:自然数)バッファに
おける行と列の入れ替えを行う。 行内のビット入れ替えにおいて、素数を用いた擬似ラ
ンダムパターンを使用する。 行の入れ替えによりクリティカルパターンを回避す
る。
の動作について説明する。たとえば、インタリーバ長:
Lturbo=512bit,N=10,M=P=53(L
turbo/N≦P+1),原始根:g0=2とした場合、マ
ッピングパターン:c(i)は、下記の(1)式のよう
に作成される。 c(i)=(g0×c(i−1))modP …(1) ただし、i=1,2,…,(P−2)とし、c(0)=
1とする。
(i)は、{1,2,4,8,16,32,11,2
2,44,35,17,34,15,30,7,14,
28,3,6,12,24,48,43,33,13,
26,52,51,49,45,37,21,42,3
1,9,18,36,19,38,23,46,39,
25,50,47,41,29,5,10,20,4
0,27}となる。
パターンC(i)を、飛ばし読みパターン:pPIP(j)毎
に飛ばし読みすることでビットの入れ替えを行い、j行
のマッピングパターン:Cj(i)を生成する。まず、
ここでは、{pPIP(j)}を得るために、{qj(j=0
〜N−1)}を以下の式(2),(3),(4)の条件
で決定する。 q0=1 …(2) g.c.d{qj,P−1}=1 (ただし、g.c.dは最大公約数) …(3) qj>6,qj>qj-1 (ただし、j=1〜N−1) …(4)
1,13,17,19,23,29,31,37}とな
り、{pPIP(j)}は、{37,31,29,23,1
9,17,13,11,7,1}(ただし、PIP=N
−1〜0)となる。
PIP(j)に基づいてマッピングパターンC(i)をそれぞ
れ飛ばし読みした結果、すなわち、各飛ばし読みパター
ンを用いて各行を並べ替えた結果、を示す図である。
ピングパターンに、インタリーバ長:Lturbo=512
bitのデータをマッピングした場合のデータ配列を示
す図である。ここでは、1行目にデータ{0〜52}
を、2行目にデータ{53〜105}を、3行目にデー
タ{106〜158}を、4行目にデータ{159〜2
11}を、5行目にデータ{212〜264}を、6行
目にデータ{265〜317}を、7行目にデータ{3
18〜370}を、8行目にデータ{371〜423}
を、9行目にデータ{424〜476}を、10行目に
データ{477〜529}を、それぞれマッピングす
る。
ーンを示す図である。ここでは、所定の規則にしたがっ
て、図27のデータ配列に示すような行間の入れ替えを
行い、最終的な並べ替えパターンを生成する(ここで
は、各行の順番を逆にしている)。そして、PILで
は、生成した並べ替えパターンを、列単位、すなわち、
縦に読み出す。
用いることで、広範囲なインタリーブ長(たとえば、L
turbo=257〜8192bit)において、良好な重
み分布となる符号語を生成するターボ符号を、提供する
ことが可能となる。
符号器およびターボ復号器を用いた場合のBER(ビッ
トエラーレート)特性を示す図である。図示のとおり、
SNRが高くなるにしたがってBER特性が向上する。
誤り訂正符号として、ターボ符号を適用することによ
り、変調方式の多値化に応じて信号点間距離が近くなる
ような場合においても、音声伝送やデータ伝送における
伝送特性を大幅に向上させることが可能となり、既知の
畳込み符号よりも優れた特性を得ていた。
の入力情報系列に対して(複数本の情報ビット系列があ
る場合にはそのすべての系列に対して)ターボ符号化を
実施し、さらに、受信側にて、符号化されたすべての信
号をターボ復号し、その後、軟判定を行っている。具体
的にいうと、たとえば、16QAMであれば4ビットの
すべてのデータ(0000〜1111:4ビットコンス
タレーション)に対して、256QAMであれば8ビッ
トのすべてのデータに対して、判定を行うことになる。
通信を行う従来の通信装置において、ターボ符号を用い
たものがないため、トレリス符号を用いた従来の通信装
置の動作を簡単に説明する。図29は、従来の通信装置
で使用されるトレリス符号器の構成を示す図である。図
29において、201は既知のトレリス符号器であり、
たとえば、トレリス符号器201では、2ビットの情報
ビットの入力に対して、2ビットの情報ビットと1ビッ
トの冗長ビットを出力する。
いてDMT変復調方式によるデータ通信を行う場合、送
信側では、トーンオーダリング処理、すなわち、伝送路
のS/N(signal-to-noise ratio:信号対雑音比)比
に基づいて、予め設定された周波数帯の複数のトーン
(マルチキャリア)に、それぞれが伝送可能なビット数
の伝送データを割り振る処理(この処理により、伝送レ
ートが決定する)、を行う。
に示すように、各周波数のtone0〜tone5に、
それぞれS/N比に応じたビット数の伝送データを割り
振っている。ここでは、tone0とtone5に2ビ
ット、tone1とtone4に3ビット、tone2
に4ビット、tone3に5ビット、の伝送データが割
り振られ、この19ビット(情報ビット:16ビット、
冗長ビット:3ビット)にて1フレームが形成されてい
る。なお、図示のデータフレームバッファと比較して各
トーンに割り振られるビット数が多くなっているのは、
誤り訂正に必要な冗長ビットが加わることに起因してい
る。
た伝送データの1フレームは、たとえば、図30(b)
に示すように構成されることになる。具体的にいうと、
割り振られたビット数の少ないトーン順、すなわち、t
one0(b0´),tone5(b1´),tone
1(b2´),tone4(b3´),tone2(b
4´),tone3(b5´)の順に、並べられ、to
ne0とtone5、tone1とtone4、ton
e2とtone3が、それぞれ1トーンセットとして構
成されている。
レームの符号化は、1トーンセット毎に行われる。ま
ず、最初のトーンセット(tone0,tone5)の
データd0とd1をトレリス符号器201の端子u1と
u2に入力すると、2ビットの情報ビット(u1,u
2)と1ビットの冗長ビット(u0)、すなわち、3ビ
ットのトレリス符号が出力される。多くなっている1ビ
ット分は、この冗長ビットに相当する。
4,tone1)のデータd2,d3,d4,d5,d
6を、トレリス符号器201の端子u1,u2と端子u
3,u4,…に入力すると、2ビットの情報ビット(u
1,u2)と1ビットの冗長ビット(u0)、すなわ
ち、3ビットのトレリス符号と、その他の3ビット(u
3,u4,…)のデータが出力される。多くなっている
1ビット分は、この冗長ビットに相当する。
3,tone2)のデータd7,d0,d1,d2,d
3,d4,d5,d6,d7を、トレリス符号器201
の端子u1,u2と端子u4,u5,…に入力すると、
2ビットの情報ビット(u1,u2)と1ビットの冗長
ビット(u0)、すなわち、3ビットのトレリス符号
と、その他の7ビットのデータ(u3,u4,…)が出
力される。多くなっている1ビット分は、この冗長ビッ
トに相当する。
オーダリング処理、および符号化処理が行われることに
より、1フレーム毎に伝送データが多重化される。さら
に、送信側では、多重化された伝送データに対して高速
逆フーリエ変換(IFFT)を行い、その後、D/Aコ
ンバータを通してディジタル波形をアナログ波形に変換
し、最後にローパスフィルタをかけて、最終的な伝送デ
ータを電話回線上に送信する。
図23(b)に示すターボ符号器を採用する従来の通信
装置においては、たとえば、エンコーダ(再帰的組織畳
込み符号化器に相当)およびインタリーバに改善の余地
があり、このような従来のエンコーダおよびインタリー
バを用いたターボ符号化が、シャノン限界に近い最適な
伝送特性、すなわち、最適なBER特性を得ているとは
いえない、という問題があった。
号器は、SS方式を用いた広帯域CDMAに採用されて
いるものであり、たとえば、電話回線等の既存の伝送路
を用いてDMT変復調方式によりデータ通信を行う従来
の通信装置には、採用されていない。
を採用する従来の通信装置においては、トーンオーダリ
ング処理にて割り振られたビット数の少ないトーン順か
つ2つのトーンで、トーンセットを形成し、さらに、情
報ビット(2ビット)および冗長ビット(1ビット)で
少なくとも3ビットのターボ符号をトーンセットに割り
振る必要がある。そのため、トーンオーダリング処理で
伝送可能なビット数が1ビットと設定されたトーンにつ
いては、送信データを割り振ることができず、これによ
り、伝送効率を劣化させてしまう、という問題があっ
た。
って、マルチキャリア変復調方式およびシングルキャリ
ア変復調方式を用いたすべての通信に適用可能とし、さ
らに、従来技術と比較してBER特性および伝送効率の
大幅な向上を実現可能な通信装置、および通信方法を得
ることを目的とする。
目的を達成するために、本発明にかかる通信装置にあっ
ては、2系統の情報ビット系列を畳込み符号化して第1
の冗長データを出力する第1の再帰的組織畳込み符号化
器と、インタリーブ処理後の前記情報ビット系列を畳込
み符号化して第2の冗長データを出力する第2の再帰的
組織畳込み符号化器と、を備えるターボ符号器を採用
し、さらに、拘束長が「5」かつメモリ数が「4」の再
帰的組織畳込み符号化器を想定した場合に、当該符号化
器を構成するすべての接続パターンを検索し、ある特定
のブロック長において、自己終結パターンの2つのビッ
ト‘1’の間隔が最大となり、かつ、前記最大間隔とな
るパターン内で重みの合計が最大となる、最適条件を満
たす符号化器を、前記第1および第2の再帰的組織畳込
み符号化器として具備することを特徴とする。
2系統の情報ビット系列を畳込み符号化して第1の冗長
データを出力する第1の再帰的組織畳込み符号化器と、
インタリーブ処理後の前記情報ビット系列を畳込み符号
化して第2の冗長データを出力する第2の再帰的組織畳
込み符号化器と、を備えるターボ符号器を採用し、さら
に、拘束長が「4」かつメモリ数が「3」の再帰的組織
畳込み符号化器を想定した場合に、当該符号化器を構成
するすべての接続パターンを検索し、ある特定のブロッ
ク長において、自己終結パターンの2つのビット‘1’
の間隔が最大となり、かつ、前記最大間隔となるパター
ン内で重みの合計が最大となる、最適条件を満たす符号
化器を、前記第1および第2の再帰的組織畳込み符号化
器として具備することを特徴とする。
記ターボ符号器は、「M(横軸:素数)≧2m+1」×
「N(縦軸:自然数)=[{(Ti×Sturbo)−Ta
il}/2]/M」の入力バッファ内に前記情報ビット
系列を格納し(mは整数、Tiは使用トーン数、S
turboはDMTシンボル数、Tailは終端処理用ビッ
ト数)、前記素数を用いて生成された特定の(M−1)
ビットのランダム系列を行単位に1ビットずつシフトす
ることで、(M−1)種類のランダム系列を生成し、さ
らに、すべてのランダム系列における各行のMビット目
に最小値をマッピングし、かつM行目以降のマッピング
パターンを1行目以降と同一とすることで、M×Nのマ
ッピングパターンを生成し、前記M×Nのマッピングパ
ターンに、インタリーバ長の情報ビット系列をマッピン
グし、前記マッピング後の情報ビット系列を列単位に読
み出し、前記第2の再帰的組織畳込み符号化器に対して
出力するインタリーバ、を備えることを特徴とする。
トーンオーダリング処理にて割り振られたビット数の少
ないトーン順、かつ2つあるいは4つのトーンで、トー
ンセットを形成し、さらに、前記2系統の情報ビットま
たは当該いずれか一方の情報ビットと、前記第1および
第2の冗長ビットと、で構成される少なくとも3ビット
のターボ符号を、前記トーンセットに割り振ることを特
徴とする。
2系統の情報ビット系列とともに、当該2系統の情報ビ
ット系列を畳込み符号化して第1の冗長データを出力
し、さらに、インタリーブ処理後の前記情報ビット系列
を畳込み符号化して第2の冗長データを出力する、ター
ボ符号化ステップを含み、ある特定のブロック長におい
て、自己終結パターンの2つのビット‘1’の間隔が最
大となり、かつ、前記最大間隔となるパターン内で重み
の合計が最大となるような、最適条件を満たす再帰的組
織畳込み符号化器を用いて、前記ターボ符号化ステップ
を実行することを特徴とする。
記ターボ符号化ステップにあっては、「M(横軸:素
数)≧2m+1」×「N(縦軸:自然数)=[{(Ti
×Stur bo)−Tail}/2]/M」の入力バッファ
内に前記情報ビット系列を格納するビット系列格納ステ
ップ(mは整数、Tiは使用トーン数、SturboはDM
Tシンボル数、Tailは終端処理用ビット数)と、前
記素数を用いて生成された特定の(M−1)ビットのラ
ンダム系列を行単位に1ビットずつシフトすることで、
(M−1)種類のランダム系列を生成し、さらに、すべ
てのランダム系列における各行のMビット目に最小値を
マッピングし、かつM行目以降のマッピングパターンを
1行目以降と同一とすることで、M×Nのマッピングパ
ターンを生成するマッピングパターン生成ステップと、
前記M×Nのマッピングパターンに、インタリーバ長の
情報ビット系列をマッピングするマッピングステップ
と、前記マッピング後の情報ビット系列を列単位に読み
出すビット系列読み出しステップと、を含むことを特徴
とする。
トーンオーダリング処理にて割り振られたビット数の少
ないトーン順、かつ2つあるいは4つのトーンで、トー
ンセットを形成し、さらに、前記2系統の情報ビットま
たは当該いずれか一方の情報ビットと、前記第1および
第2の冗長ビットと、で構成される少なくとも3ビット
のターボ符号を、前記トーンセットに割り振ることを特
徴とする。
の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、
この実施の形態によりこの発明が限定されるものではな
い。
信装置で使用される符号器(ターボ符号器)、および復
号器(ターボ復号器と硬判定器とR/S(リードソロモ
ン符号)デコーダの組み合わせ)の構成を示す図であ
り、詳細には、図1(a)が本実施の形態における符号
器の構成を示す図であり、図1(b)が本実施の形態に
おける復号器の構成を示す図である。
は、上記符号器および復号器の両方の構成を備えること
とし、高精度なデータ誤り訂正能力をもつことにより、
データ通信および音声通信において優れた伝送特性を得
る。なお、本実施の形態においては、説明の便宜上、上
記両方の構成を備えることとしたが、たとえば、2つの
うちの符号器だけを備える送信機を想定することとして
もよいし、一方、復号器だけを備える受信機を想定する
こととしてもよい。
1は誤り訂正符号としてターボ符号を採用することによ
りシャノン限界に近い性能を得ることが可能なターボ符
号器であり、たとえば、ターボ符号器1では、2ビット
の情報ビットの入力に対して、2ビットの情報ビットと
2ビットの冗長ビットとを出力する。さらに、ここで
は、受信側において各情報ビットに対する訂正能力が均
一になるように、各冗長ビットを生成する。
は受信信号:Lcy(後述の受信信号:y2,y1,ya
に相当)から対数尤度比を算出する第1の復号器であ
り、12および16は加算器であり、13および14は
インタリーバであり、15は受信信号:Lcy(後述の
受信信号:y2,y1,ybに相当)から対数尤度比を算
出する第2の復号器であり、17はデインタリーバであ
り、18は第1の復号器15の出力を判定して元の情報
ビット系列の推定値を出力する第1の判定器であり、1
9はリードソロモン符号を復号してより精度の高い情報
ビット系列を出力する第1のR/Sデコーダであり、2
0は第2の復号器15の出力を判定して元の情報ビット
系列の推定値を出力する第2の判定器であり、21はリ
ードソロモン符号を復号してさらに精度の高い情報ビッ
ト系列を出力する第2のR/Sデコーダであり、22は
Lcy(後述の受信信号:y3,y4…に相当)を硬判定
して元の情報ビット系列の推定値を出力する第3の判定
器である。
説明する前に、本発明にかかる通信装置の基本動作を図
面に基づいて簡単に説明する。たとえば、DMT(Disc
reteMulti Tone)変復調方式を用いて、データ通信を行
う有線系ディジタル通信方式としては、既設の電話回線
を使用して数メガビット/秒の高速ディジタル通信を行
うADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)通
信方式、およびHDSL(high-bit-rate Digital Subs
criber Line)通信方式等のxDSL通信方式がある。
なお、この方式は、ANSIのT1.413等において
標準化されている。以降、本実施の形態の説明について
は、たとえば、上記ADSLに適応可能な通信装置を用
いることとする。
の構成を示す図である。図2において、送信系では、送
信データをマルチプレックス/シンクコントロール(図
示のMUX/SYNC CONTROLに相当)41にて多重化し、多重
化された送信データに対してサイクリックリダンダンシ
ィチェック(CRC:Cyclic redundancy checkに相
当)42、43にて誤り検出用コードを付加し、さら
に、フォワードエラーコレクション(SCRAM&FECに相
当)44、45にてFEC用コードの付加およびスクラ
ンブル処理を行う。
ール41から、トーンオーダリング49に至るまでには
2つの経路があり、一つはインタリーブ(INTERLEAVE)
46が含まれるインタリーブドデータバッファ(Interl
eaved Data Buffer)経路であり、もう一方はインタリ
ーブを含まないファーストデータバッファ(Fast Data
Buffer)経路であり、ここでは、インタリーブ処理を行
うインタリーブドデータバッファ経路の方の遅延が大き
くなる。
(RATE-CONVERTORに相当)47、48にてレートコンバ
ート処理を行い、トーンオーダリング(TONE ORDERING
に相当)49にてトーンオーダリング処理を行う。そし
て、トーンオーダリング処理後の送信データに基づい
て、コンスタレーションエンコーダ/ゲインスケーリン
グ(CONSTELLATION AND GAIN SCALLNGに相当)50にて
コンスタレーションデータを作成し、逆高速フーリエ変
換部(IFFT:Inverse Fast Fourier transformに相当)
51にて逆高速フーリエ変換を行う。
ッファ(INPUT PARALLEL/SERIAL BUFFERに相当)52に
てフーリエ変換後のパラレルデータをシリアルデータに
変換し、アナログプロセッシング/ディジタル−アナロ
グコンバータ(ANALOG PROCESSING AND DACに相当)5
3にてディジタル波形をアナログ波形に変換し、フィル
タリング処理を実行後、送信データを電話回線上に送信
する。
の構成を示す図である。図3において、受信系では、受
信データ(前述の送信データ)に対し、アナログプロセ
ッシング/アナログ−ディジタルコンバータ(図示のAN
ALOG PROCESSING AND ADCに相当)141にてフィルタ
リング処理を実行後、アナログ波形をディジタル波形に
変換し、タイムドメインイコライザ(TEQに相当)14
2にて時間領域の適応等化処理を行う。
タについては、インプットシリアル/パラレルバッファ
(INPUT SERIAL / PARALLEL BUFFERに相当)143にて
シリアルデータからパラレルデータに変換され、そのパ
ラレルデータに対して高速フーリエ変換部(FFT:Fast
Fourier transformに相当)144にて高速フーリエ変
換を行い、その後、周波数ドメインイコライザ(FEQに
相当)145にて周波数領域の適応等化処理を行う。
されたデータについては、コンスタレーションデコーダ
/ゲインスケーリング(CONSTELLATION DECODER AND GA
IN SCALLNGに相当)146およびトーンオーダリング
(TONE ORDERINGに相当)147にて行われる復号処理
(最尤復号法)およびトーンオーダリング処理により、
シリアルデータに変換される。その後、レートコンバー
タ(RATE-CONVERTORに相当)148,149によるレー
トコンバート処理、デインタリーブ(DEINTERLEAVEに相
当)150によるデインタリーブ処理、フォワードエラ
ーコレクション(DESCRAM&FECに相当)151,152
によるFEC処理およびデスクランブル処理、およびサ
イクリックリダンダンシィチェック(cyclic redundanc
y check:CRCに相当)153,154による巡回冗長検
査等の処理が行われ、最終的にマルチプレックス/シン
クコントロール(MUX/SYNC CONTROLに相当)155から受
信データが再生される。
信系と送信系においてそれぞれ2つの経路を備え、この
2つの経路を使い分けることにより、またはこの2つの
経路を同時に動作させることにより、低伝送遅延および
高レートのデータ通信を実現可能としている。
おいては、図1(a)に示す符号器が、上記送信系にお
けるコンスタレーションエンコーダ/ゲインスケーリン
グ50に位置付けられ、図1(b)に示す復号器が、上
記受信系におけるコンスタレーションデコーダ/ゲイン
スケーリング146に位置付けられる。
系)および復号器(受信系)の動作を図面にしたがって
詳細に説明する。まず、図1(a)に示す符号器の動作
について説明する。なお、本実施の形態では、多値直交
振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulatio
n)として、たとえば、16QAM方式を採用する。ま
た、本実施の形態の符号器においては、すべての入力デ
ータ(4ビット)に対してターボ符号化を実行する従来
技術と異なり、図1(a)に示すように、下位2ビット
の入力データに対してのみターボ符号化を実施し、他の
上位ビットについては入力データをそのままの状態で出
力する。
てのみターボ符号化を実行する理由を説明する。図4
は、各種ディジタル変調の信号点配置を示す図であり、
詳細には、図4(a)が4相PSK(Phase Shift Keyi
ng)方式の信号点配置であり、(b)が16QAM方式
の信号点配置であり、(c)が64QAM方式の信号点
配置である。
配置において、受信信号点がaまたはbの位置である場
合、通常、受信側では、軟判定により情報ビット系列
(送信データ)として最も確からしいデータを推定す
る。すなわち、受信信号点との距離が最も近い信号点を
送信データとして判定することになる。しかしながら、
このとき、たとえば、図4の受信信号点aおよびbに着
目すると、いずれの場合(図4(a)(b)(c)に相
当)においても、受信信号点に最も近い4点の下位2ビ
ットが、(0,0)(0,1)(1,0)(1,1)で
あることがわかる。そこで、本実施の形態においては、
特性が劣化する可能性のある4つの信号点(すなわち、
信号点間距離が最も近い4点)の下位2ビットに対し
て、優れた誤り訂正能力をもつターボ符号化を実施し、
受信側で軟判定を行う。一方、特性が劣化する可能性の
低いその他の上位ビットについては、そのままの状態で
出力し、受信側で硬判定を行う構成とした。
値化に伴って劣化する可能性のある特性を向上させるこ
とができ、さらに、送信信号の下位2ビットに対しての
みターボ符号化を実施するため、すべてのビットをター
ボ符号化の対象とする従来技術(図23参照)と比較し
て、演算量を大幅に削減することができる。
ータ:u1,u2に対してターボ符号化を実施する、図1
(a)に示すターボ符号器1の動作の一例について説明
する。たとえば、図5は、ターボ符号器1の構成例を示
す図であり、詳細には、図5(a)がターボ符号器1の
ブロック構成を示す図であり、図5(b)が再帰的組織
畳込み符号器の回路構成の一例を示す図である。なお、
ここでは、再帰的組織畳込み符号器として図5(b)の
構成を用いることとしたが、これに限らず、たとえば、
従来と同一の再帰的組織畳込み符号器や、その他の既知
の再帰的組織畳込み符号器を用いることとしてもよい。
列に相当する送信データ:u1,u2を畳込み符号化して
冗長データ:uaを出力する第1の再帰的組織畳込み符
号化器であり、32および33はインタリーバであり、
34はインタリーブ処理後のデータ:u1t,u2tを畳込
み符号化して冗長データ:ubを出力する第2の再帰的
組織畳込み符号化器である。ターボ符号器1では、同時
に、送信データ:u1,u2と、第1の再帰的組織畳込み
符号化器31の処理により送信データ:u1,u2を符号
化した冗長データ:uaと、第2の再帰的組織畳込み符
号化器34の処理によりインタリーブ処理後のデータ:
u1t,u2tを符号化した(他のデータとは時刻の異な
る)冗長データ:ubと、を出力する。
符号化器において、61,62,63,64は遅延器で
あり、65,66,67,68,69は加算器である。
この再帰的組織畳込み符号化器においては、1段目の加
算器65が、入力される送信データ:u2(またはデー
タ:u1t)とフィードバックされた冗長データ:u
a(または冗長データ:ub)とを加算出力し、2段目の
加算器66が、入力される送信データ:u1(またはデ
ータ:u2t)と遅延器61の出力とを加算出力し、3段
目の加算器67が、入力される送信データ:u1(また
はデータ:u2t)と送信データ:u2(またはデータ:
u1t)と遅延器62の出力とを加算出力し、4段目の加
算器68が、入力される送信データ:u1(またはデー
タ:u2t)と送信データ:u2(またはデータ:u1t)
と遅延器63の出力とフィードバックされた冗長デー
タ:ua(または冗長データ:ub)とを加算出力し、最
終段の加算器69が、入力される送信データ:u2(ま
たはデータ:u1t)と遅延器64の出力とを加算し、最
終的に冗長データ:ua(冗長データ:ub)を出力す
る。
データ:ua,ubを用いた受信側での送信データ:u1
とu2の推定精度が、均一になるように、各冗長ビット
における重みに偏りが発生しないようにしている。すな
わち、送信データ:u1とu2の推定精度を均一化するた
めに、たとえば、送信データ:u2を、第1の再帰的組
織畳込み符号化器31における加算器65,67,6
8,69(図5(b)参照)に入力し、インタリーブ実
施後のデータ:u2tを、第2の再帰的組織畳込み符号化
器34における加算器66〜68に入力し、一方、送信
データ:u1を、第1の再帰的組織畳込み符号化器31
における加算器66〜68に入力し、インタリーブ実施
後のデータ:u1tを、第2の再帰的組織畳込み符号化器
34における加算器65,67,68,69に入力する
ことで、送信データ:u1の系列と送信データ:u2の系
列との間で、出力までに通る遅延器の数を同一にしてい
る。
いた場合には、インタリーブの効果として、バースト的
なデータの誤りに対して誤り訂正能力を向上させること
が可能となり、さらに、送信データ:u1の系列の入力
と送信データ:u2の系列の入力とを、第1の再帰的組
織畳込み符号化器31と第2の再帰的組織畳込み符号化
器34との間で入れ替えることにより、受信側における
送信データ:u1とu2の推定精度の均一化が可能とな
る。
ついて説明する。なお、本実施の形態では、多値直交振
幅変調(QAM)として、たとえば、16QAM方式を
採用する場合について説明する。また、本実施の形態の
復号器においては、受信データの下位2ビットに対して
ターボ復号を実施し、軟判定により元の送信データを推
定し、他の上位ビットについては、受信データを第3の
判定器22で硬判定することにより、元の送信データを
推定する。ただし、受信信号Lcy:y4,y3,y2,
y1,ya,ybは、それぞれ前記送信側の出力:u4,u
3,u2,u1,u a,ubに伝送路のノイズやフェージン
グの影響を与えた信号である。
ybを受け取ったターボ復号器では、第1の復号器11
が、受信信号Lcy:y2,y1,yaを抽出し、これら
の受信信号から推定される情報ビット(元の送信デー
タ:u1k,u2kに相当):u1k´,u2k´の対数尤度
比:L(u1k´),L(u2k´)を算出する(kは時刻
を表す)。すなわち、ここでは、u2kが0である確率に
対するu2kが1である確率と、u1kが0である確率に対
するu1kが1である確率と、を求めることとなる。な
お、以降の説明では、u1k,u2kのことを単にukと呼
び、u1k´,u2k´のことを単にuk´と呼ぶ。
(uk)は外部情報を表し、La(uk)は1つ前の外部
情報である事前情報を表す。また、対数尤度比を算出す
る復号器としては、たとえば、既知の最大事後確率復号
器(MAPアルゴリズム:MaximumA-Posteriori)が用
いられることとが多いが、たとえば、既知のビタビ復号
器を用いることとしてもよい。
ある対数尤度比から、第2の復号器15に対する外部情
報:Le(uk)を算出する。ただし、1回目の復号に
おいては、事前情報が求められていないため、La(u
k)=0である。
は、受信信号Lcyと外部情報:Le(uk)に対して
信号の並べ替えを行う。そして、第2の復号器15で
は、第1の復号器11と同様に、受信信号Lcy、およ
び先に算出しておいた事前情報:La(uk)に基づい
て、対数尤度比:L(uk´)を算出する。
様に、外部情報:Le(uk)を算出する。このとき、
デインタリーバ17にて並べ替えられた外部情報は、事
前情報:La(uk)として、前記第1の復号器11に
フィードバックされる。
を、所定の回数(イテレーション回数)にわたって繰り
返し実行することにより、より精度の高い対数尤度比を
算出し、そして、第1の判定器18および第2の判定器
20が、この対数尤度比に基づいて信号の判定を行い、
もとの送信データを推定する。具体的にいうと、たとえ
ば、対数尤度比が“L(uk´)>0”であれば、推定
情報ビット:uk´を1と判定し、“L(uk´)≦0”
であれば、推定情報ビット:uk´を0と判定する。な
お、同時に受信する受信信号Lcy:y3,y4…につい
ては、第3の判定器22を用いて硬判定される。
第2のR/Sデコーダ21では、所定の方法でリードソ
ロモン符号を用いたエラーのチェックを行い、推定精度
がある特定の基準を超えたと判断された段階で上記繰り
返し処理を終了させる。そして、リードソロモン符号を
用いて、各判定器にて前記推定されたもとの送信データ
の誤り訂正を行い、より推定精度の高い送信データを出
力する。
第2のR/Sデコーダ21によるもとの送信データの推
定方法を具体例にしたがって説明する。ここでは、具体
例として、3つの方法をあげる。第1の方法としては、
たとえば、第1の判定器18または第2の判定器20に
てもとの送信データが推定される毎に、対応する第1の
R/Sデコーダ19、または第2のR/Sデコーダ21
が、交互にエラーのチェックを行い、いずれか一方のR
/Sデコーダが「エラーがない」と判断した段階でター
ボ符号器による上記繰り返し処理を終了させ、そして、
リードソロモン符号を用いて前記推定されたもとの送信
データの誤り訂正を行い、より推定精度の高い送信デー
タを出力する。
18または第2の判定器20にてもとの送信データが推
定される毎に、対応する第1のR/Sデコーダ19、ま
たは第2のR/Sデコーダ21が、交互にエラーのチェ
ックを行い、両方のR/Sデコーダが「エラーがない」
と判断した段階でターボ符号器による上記繰り返し処理
を終了させ、そして、リードソロモン符号を用いて前記
推定されたもとの送信データの誤り訂正を行い、より推
定精度の高い送信データを出力する。
び第2の方法にて誤って「エラーがない」と判断され、
繰り返し処理が実施されなかった場合に誤訂正をしてし
まうという問題を改善し、たとえば、予め決めておいた
所定回数分の繰り返し処理を実施し、ある程度、ビット
誤り率を低減しておいてから、リードソロモン符号を用
いて前記推定されたもとの送信データの誤り訂正を行
い、より推定精度の高い送信データを出力する。
いた場合には、変調方式の多値化に伴ってコンスタレー
ションが増大する場合においても、特性劣化の可能性が
ある受信信号の下位2ビットに対する軟判定処理とリー
ドソロモン符号による誤り訂正とを実施するターボ復号
器と、受信信号におけるその他のビットに対して硬判定
を行う判定器と、を備えることで、計算量の多い軟判定
処理の削減と、良好な伝送特性と、を実現することが可
能となる。
2のR/Sデコーダ21を用いて送信データを推定する
ことにより、イテレーション回数を低減することがで
き、計算量の多い軟判定処理およびその処理時間をさら
に削減することが可能となる。なお、ランダム誤りとバ
ースト誤りが混在するような伝送路においては、シンボ
ル単位での誤り訂正を行うR−S符号(リードソロモ
ン)や他の既知の誤り訂正符号等との併用により優れた
伝送特性が得られることが一般的に知られている。
いて送信データを復号した場合のBER(ビットエラー
レート)特性と、図23に示す従来のターボ符号器を用
いて送信データを復号した場合のBER特性と、を比較
する。図6は、両者のBER特性を示す図である。たと
えば、BERを用いてターボ符号の性能を判断した場
合、高Eb/No領域、すなわち、エラーフロア領域で
は、図5に示すターボ符号器の方が、従来の符号器より
もビット誤り率が低い。図6における比較検討結果か
ら、エラーフロア領域のBER特性が低い、図5に示す
ターボ符号器の性能の方が、図23に示す従来技術より
明らかに優れているといえる。
帰的組織畳込み符号化器(エンコーダ)に、たとえば、
図5(b)に示すように、送信データの少なくともいず
れか一方の系列を最終段の加算器に入力する構成を採用
することで、送信データの影響を冗長データに対してよ
り強く反映させることができるようになる。すなわち、
受信側における復調特性を、従来技術と比較して大幅に
向上させることができる。
図5に示すような、 g=[h0,h1,h2] =[10011,01110,10111] …(5) のターボ符号器((5)式の表現については後述の図7
を参照する)を採用した場合を前提とし、このターボ符
号器に入力する2つの情報ビット系列の少なくともいず
れか一方の系列を最終段の加算器に入力する構成を採用
することで、受信側における復調特性を向上させてい
た。以降の説明では、さらに復調特性を向上させること
ができる本発明の再帰的組織畳込み符号化器を採用した
ターボ符号器を用いることで、さらに、シャノン限界に
近い最適な伝送特性、すなわち、最適なBER特性を得
る。
的組織畳込み符号化器の検索方法について説明する。本
実施の形態では、再帰的組織畳込み符号化器の一例とし
て、拘束長:5(加算器の数)、メモリ数:4の符号化
器を想定する。まず、最適な再帰的組織畳込み符号化器
を検索する場合は、情報ビット:u1,u2を入力した
場合にとりうるすべての再帰的組織畳込み符号化器の接
続パターンを検索し、下記の最適条件を満たす再帰的組
織畳込み符号化器を検出する。
した場合における、再帰的組織畳込み符号化器の接続の
一例を示す図であり、たとえば、情報ビット:u1,u
2をすべての加算器に入力し、かつ冗長ビット:ua
(またはub)を最終段以外の各加算器にフィードバッ
クした場合の再帰的組織畳込み符号化器である。この符
号化器は、 g=[h0,h1,h2] =[11111,11111,11111] …(6) と表現する。
における最適条件を記載する。 (1)ブロック長:L,入力重み:2で、自己終結(遅
延器61,62,63,64がオール0となる状態)す
るパターンの2つのビット‘1’の間隔:deが最大と
なるパターン(例:間隔de=10)。具体的にいう
と、 自己終結パターンの発生数:K=L/de(ただし、小数点以下切り捨て) …(7) が最小のとき。 (2)かつ、重みの合計(total weight)が上記パター
ン内で最大となるパターン(例:total weight=8)。
法により求められた最適な再帰的組織畳込み符号化器で
ある。拘束長:5,メモリ数:4を想定した場合は、図
8および図9に示す、間隔de=10およびtotal weig
ht=8(後述の図11および図12参照)の再帰的組織
畳込み符号化器が、上記最適条件を満たすことになる。
び図11は、上記最適条件を満たす、図8および図9の
再帰的組織畳込み符号化器の自己終結パターン、すなわ
ち、自己終結するパターンのビット‘1’の間隔:de
と、トータル重み:total weightと、を示す図である。
用いて送信データを復号した場合のBER特性と、図8
および図9に示す再帰的組織畳込み符号化器を採用した
ターボ符号器を用いて送信データを復号した場合のBE
R特性と、を示す図である。たとえば、BERを用いて
ターボ符号の性能を判断した場合、高Eb/No領域で
は、図8および図9に示す再帰的組織畳込み符号化器を
採用したターボ符号器の方が、図5のターボ符号器より
もビット誤り率が低い。すなわち、図12における比較
検討結果から、高Eb/NoのBER特性が低い、本実施
の形態におけるターボ符号器の方が、図5に示すターボ
符号器よりも性能が優れている、といえる。
て、拘束長:5,メモリ数:4の再帰的組織畳込み符号
化器を想定した場合において、ブロック長:L,入力重
み:2で、自己終結するパターンのビット‘1’の間
隔:deが最大となり、かつ、前記間隔deが最大とな
るパターン内で、重みの合計(total weight)が最大と
なるように、最適な再帰的組織畳込み符号化器を決定
し、さらに、この再帰的組織畳込み符号化器をターボ符
号器に採用したため、受信側におけるBER特性を大幅
に向上させることができる。
織畳込み符号化器をターボ符号器に用いる場合、テイル
ビットは、以下のように処理する。
器は、 u1(1)=S0(0)+S3(0) u2(1)=S0(0)+S2(0) u1(2)=S3(0) u2(2)=S0(0)+S1(0) …(10) 一方、図9の再帰的組織畳込み符号化器は、 u1(1)=S0(0)+S1(0)+S3(0) u2(1)=S2(0) u1(2)=1(0)+S2(0)+S3(0) u2(2)=S1(0)+S2(0) …(11) となる。なお、ここでいう‘+’は排他的論理和を表
す。
方を具体的に説明する。以下、一例として、(10)式
の求め方を記載する。たとえば、自己終結するときの情
報ビットをu1(2)およびu2(2)とし、自己終結する1
つ手前の情報ビットをu1(1 )およびu2(1)とし、さら
に、自己終結するときのメモリ値をS0(2),S1(2),
S2(2),S3(2)とし、自己終結する1つ手前のメモリ
値をS0(1),S1(1),S2(1),S3(1)とし、自己終
結する2つ手前のメモリ値をS0(0),S1(0),S2
(0),S3(0)とした場合、まず、図8に基づいて、以下
の方程式をたてる。 S0(1)=u1(1)+u2(1)+(u1(1)+u2(1)+S3(0)) =S3(0) S1(1)=u1(1)+S0(0) S2(1)=u1(1)+S1(0) S3(1)=S2(0)+(u1(1)+u2(1)+S3(0)) …(12)
めた以下の方程式を立てる。 S0(2)=S3(1) =S2(0)+u1(1)+u2(1)+S3(0) S1(2)=u1(2)+S0(1) =u1(2)+S3(1) S2(2)=u1(2)+S1(1) =u1(2)+u1(1)+S3(0) S3(2)=S2(1)+(u1(2)+u2(2)+S3(1)) =u1(1)+S1(0)+u1(2)+u2(2)+S2(0)+u1(1) +2(1)+S3(1) u2(1)+u1(2)+u2(2)+S1(0)+S2(0)+S3(0) …(13)
て、u1(1),u2(1),u1(2),u2(2)を解くと、
(10)式のテイルビットの計算式が得られる。
ては、一例として、拘束長:5(加算器の数)、メモリ
数:4の再帰的組織畳込み符号化器を想定したが、本実
施の形態では、安価な通信装置を提供する、という観点
から、拘束長:4、メモリ数:3の再帰的組織畳込み符
号化器を採用するターボ符号器を用いて、シャノン限界
に近い最適な伝送特性、すなわち、最適なBER特性を
得る。
的組織畳込み符号化器の検索方法について説明する。本
実施の形態では、上記したように、再帰的組織畳込み符
号化器の一例として、拘束長:4、メモリ数:3の符号
化器を想定する。まず、最適な再帰的組織畳込み符号化
器を検索する場合は、情報ビット:u1,u2を入力し
た場合にとりうるすべての再帰的組織畳込み符号化器の
接続パターンを検索し、下記の最適条件を満たす再帰的
組織畳込み符号化器を検出する。
定した場合における、再帰的組織畳込み符号化器の接続
の一例を示す図であり、たとえば、情報ビット:u1,
u2をすべての加算器に入力し、かつ冗長ビット:ua
(またはub)を最終段以外の各加算器にフィードバッ
クした場合の再帰的組織畳込み符号化器である。この符
号化器は、 g=[h0,h1,h2] =[1111,1111,1111] …(14) と表現する。
における最適条件を記載する。 (1)ブロック長:L,入力重み:2で、自己終結(遅
延器61,62,63がオール0となる状態)するパタ
ーンの2つのビット‘1’の間隔:deが最大となるパ
ターン。具体的にいうと、前記(7)式が最小のとき。 (2)かつ、重みの合計(total weight)が上記パター
ン内で最大となるパターン。
本実施の形態の検索方法により求めたれた最適な再帰的
組織畳込み符号化器である。拘束長:4,メモリ数:3
を想定した場合は、図14〜図17に示す、間隔de=
10およびtotal weight=8(後述の図11および図1
2参照)の再帰的組織畳込み符号化器が、上記最適条件
を満たすことになる。
19、図20および図21は、上記最適条件を満たす、
図14〜図17の再帰的組織畳込み符号化器の自己終結
パターン、すなわち、自己終結するパターンのビット
‘1’の間隔:deと、トータル重み:total weight
と、を示す図である。
て、拘束長:4,メモリ数:3の再帰的組織畳込み符号
化器を想定した場合において、ブロック長:L,入力重
み:2で、自己終結するパターンのビット‘1’の間
隔:deが最大となり、かつ、前記間隔deが最大とな
るパターン内で、重みの合計(total weight)が最大と
なるように、最適な再帰的組織畳込み符号化器を決定
し、さらに、この再帰的組織畳込み符号化器をターボ符
号器に採用した。そのため、受信側におけるBER特性
を従来より大幅に向上させることができ、さらに、実施
の形態1よりも大幅に回路規模を削減できるため、安価
な通信装置を実現することが可能となる。
組織畳込み符号化器をターボ符号器に用いる場合、テイ
ルビットは、以下のように処理する。
化器は、 u1(1)+u2(1)+u2(2)=S1(0)+S2(0) u2(1)+u1(2)+u2(2)=S2(0) u1(2)+u2(2)=S0(0)+S1(0)+S2(0) …(19) また、図15の再帰的組織畳込み符号化器は、 u1(1)+u2(1)+u1(2)=S1(0)+S2(0) u1(1)+u1(2)=S2(0) u2(1)+u1(2)+u2(2)=S0(0)+S1(0)+S2(0) …(20) また、図16の再帰的組織畳込み符号化器は、 u2(1)+u2(2)=S1(0) u1(2)=S1(0)+S2(0) u1(1)+u2(2)=S0(0)+S2(0) …(21) また、図17の再帰的組織畳込み符号化器は、 u1(1)+u2(1)+u1(2)=S1(0) u2(1)+u2(2)=S1(0)+S2(0) u2(1)+u1(2)+u2(2)=S0(0)+S2(0) …(22) となる。なお、ここでいう‘+’は排他的論理和を表
す。
方を具体的に説明する。以下、一例として、(19)式
の求め方を記載する。たとえば、自己終結するときの情
報ビットをu1(2)およびu2(2)とし、自己終結する1
つ手前の情報ビットをu1(1 )およびu2(1)とし、さら
に、自己終結するときのメモリ値をS0(2),S1(2),
S2(2)とし、自己終結する1つ手前のメモリ値をS0
(1),S1(1),S2(1)とし、自己終結する2つ手前の
メモリ値をS0(0),S1(0),S2(0)とした場合、ま
ず、図14に基づいて、以下の方程式をたてる。 S0(1)=u1(1)+(u1(1)+u2(1)+S2(0)) S1(1)=u1(1)+u2(1)+S0(0) S2(1)=(u1(1)+u2(1)+S2(0))+S1(0) …(23)
すめた以下の方程式を立てる。 S0(2)=u1(2)+u1(2)+u2(2)+S2(1) =u1(2)+u1(2)+u2(2)+u1(1)+u2(1)+S2(0)+S1(0) =u1(1)+u2(1)+u2(2)+S2(0)+S1(0) S1(2)=u1(2)+u2(2)+S0(1) =u1(2)+u2(2)+u1(1)+u1(1)+u2(1)+S2(0) =u2(1)+u1(2)+u2(2)+S2(0) S2(2)=u1(2)+u2(2)+S2(1)+S1(1) =u1(2)+u2(2)+u1(1)+u2(1)+S2(0)+S1(0)+u1(1 )+u2(1)+S0(0) …(24)
て、u1(1),u2(1),u1(2),u2(2)を解くと、
(19)式のテイルビットの計算式が得られる。
2では、すべて構成で同一のインタリーバを用いること
を前提とし、再帰的組織畳込み符号化器の違いにより、
受信側における復調特性を向上させた。以降の説明で
は、本実施の形態にかかるインタリーバを用いること
で、さらに、受信側における復調特性を大幅に向上さ
せ、シャノン限界に近い最適な伝送特性、すなわち、最
適なBER特性を得る。
2,33を用いて、情報ビット系列をランダムに入れ替
える処理について説明する。なお、インタリーバ以外の
構成については、前述と同様であるため、同一の符号を
付してその説明を省略する。
つの処理を行う。 M(素数):「17」×「N:[{(Ti×
Sturbo)−6}/2]/17」 の入力バッファ内に情報ビット系列を格納する。なお、
Mは横軸、Nは縦軸、Tiは使用トーン数、Sturboは
DMTシンボルの数を表し、上記Nを表す式中の‘6’
は、終端処理用ビット数を表す。 素数を用いて生成された特定の16ビットのランダム
系列を、行単位に、1列ずつ順に(左)シフトし、16
種類のランダム系列を生成する。そして、すべてのラン
ダム系列の17ビット目に0をマッピングし、17行目
からN行目までのマッピングパターンを1行目以降と同
一とし、「17」×「[{(Ti×Sturb o)−6}/
2]/17」のマッピングパターンを生成する。 上記のように生成された「17」×「[{(Ti×S
turbo)−6}/2]/17」のマッピングパターン
に、インタリーバ長の情報ビット系列をマッピングす
る。 マッピングされた情報ビット系列を列単位に読み出
し、各再帰的組織畳込み符号化器に対して出力する。
る。まず、横軸のビット数をM=17とした理由、すな
わち、マッピングパターンを17ビットとした理由、に
ついて説明する。たとえば、再帰的組織畳込み符号化器
においては、遅延器(一般的にはメモリと呼ばれる)の
数によって、ある特定の間隔で自己終結パターンが発生
する。具体的に言うと、情報ビット系列が2系統の場合
には、最大2m−1間隔で自己終結パターン(出力が無
限に0となる入力パターン)が発生する。なお、mはメ
モリ数を表す。
込み符号化器を用いた場合には、情報ビット系列:u1
を{1(1ビット目),0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,1(16ビット目),…
(以降0と仮定する)}、情報ビット系列:u2をオー
ル0、とすると、自己終結パターンが発生し、17ビッ
ト目以降、無限に0が出力され、受信機側における復調
特性が劣化する。
再帰的組織畳込み符号化器31および第2の再帰的組織
畳込み符号化器34のいずれか一方で必ず自己終結パタ
ーンを回避できるように、ビットの並べ替えを行う。
ーンを回避するためには、入力バッファの横軸がM≧2
m+1で、かつ行(M)と列(N)がともにランダムパ
ターンである必要があり、さらに、計算式(1)を用い
たランダムパターンを生成するためには、Mが素数であ
る必要があるため、本実施の形態においては、入力バッ
ファの横軸Mを、すなわち、マッピングパターンのビッ
ト数を、「M≧2m+1かつ素数」を満たす値とする。
また、通常、インタリーバでは、ランダムパターンを用
いて並べ替え後の情報ビット系列を、列単位に読み出す
という観点から、縦軸においても自己終結パターンを回
避する必要があるため、縦軸を「N=[{(Ti×S
turbo)−6}/2]/M」とした。したがって、図5
(b)に示すような、遅延器が4個の再帰的組織畳込み
符号化器を用いた場合には、M=17,N=[{(Ti
×Sturbo)−6}/2]/17となる。
いては、上記のように決定された「17」×「[{(T
i×Sturbo)−6}/2]/17」の入力バッファ内
に情報ビット系列を格納する。このとき、本実施の形態
のターボ符号器には、2系統の情報ビット系列が入力さ
れるので、2系統の情報ビット系列の信号点間距離が0
とならないように、たとえば、少なくともいずれか一方
の行を入れ替える。
は、素数を用いて生成された特定の16ビットのランダ
ム系列を生成する。具体的にいうと、たとえば、M=P
=17,原始根:g0=3とし、ランダムパターン(ラ
ンダム系列):Cを、前述した式(1)を用いて作成す
る。その結果、ランダムパターンCは,{1,3,9,
10,13,5,15,11,16,14,8,7,
4,12,2,6,}となる。
ットずつ順に(左)シフトし、16種類のランダム系列
を生成する。具体的にいうと、ラテンスクエアパターン
(16×16)を形成することで、すべての行と列がラ
ンダム系列となる。そして、16種類のランダム系列の
17ビット目に0をマッピングすることで、17(M)
×16のマッピングパターンを生成し、さらに、17行
目からN行目までのマッピングパターンを1行目以降と
同一とすることで、「17」×「[{(Ti×
Sturbo)−6}/2]/17」のマッピングパターン
を生成する。これにより、擬似ランダムパターンを生成
するために計算式を複雑化した従来技術と比較して、イ
ンタリーバを簡単な構成で実現できる。
は、上記のように生成した「17」×「[{(Ti×S
turbo)−6}/2]/17」のマッピングパターン
に、インタリーバ長の情報ビット系列をマッピングす
る。すなわち、「17」×「[{(Ti×Sturbo)−
6}/2]/17」のマッピングパターンを用いて、行
単位に、入力バッファ内の情報ビット系列の入れ替えを
行う。
は、マッピングされた情報ビット系列を、列単位に読み
出し、各再帰的組織畳込み符号化器に対して出力する。
「M≧2m+1かつ素数」×「N=[{(Ti×
Sturbo)−6}/2]/M」の入力バッファ内に情報
ビット系列を格納し、素数を用いて生成された特定の
(M−1)ビットのランダム系列を行単位に1ビットず
つシフトすることで(M−1)種類のランダム系列を生
成し、この(M−1)種類のランダム系列から生成した
M×Nのマッピングパターンに情報ビット系列をマッピ
ングするインタリーバを備え、さらに、第1の再帰的組
織畳込み符号化器31および第2の再帰的組織畳込み符
号化器34のいずれか一方で自己終結パターンを回避で
きるようにしたため、誤り訂正能力を大幅に向上させる
ことが可能となる。これにより、受信側における復調特
性をさらに大幅に向上させることができるため、シャノ
ン限界に近い最適な伝送特性、すなわち、最適なBER
特性を得ることができる。
ば、先に説明した実施の形態1または2の再帰的組織畳
込み符号化器、および実施の形態3のインタリーバ、を
採用するターボ符号器を用いた場合の、本発明にかかる
通信装置の動作を具体的に説明する。なお、ターボ符号
器およびインタリーバの構成については、前述の実施の
形態と同様であるため、同一の符号を付してその説明を
省略する。
いてDMT変復調方式によるデータ通信を行う場合、送
信側では、トーンオーダリング処理、すなわち、伝送路
のS/N(signal-to-noise ratio:信号対雑音比)比
に基づいて、予め設定された周波数帯の複数のトーン
(マルチキャリア)に、それぞれが伝送可能なビット数
の伝送データを割り振る処理(この処理により、伝送レ
ートが決定する)、を行う。
に示すように、各周波数のtone0〜tone9に、
それぞれS/N比に応じたビット数の伝送データを割り
振っている。ここでは、tone9に0ビット、ton
e0とtone1とtone7とtone8に1ビッ
ト、tone6に2ビット、tone2に3ビット、t
one5に4ビット、tone3に5ビット、tone
4に6ビット、の伝送データが割り振られ、この24ビ
ット(情報ビット:16ビット、冗長ビット:8ビッ
ト)にて1フレームが形成されている。なお、図示のデ
ータフレームバッファと比較して各トーンに割り振られ
るビット数が多くなっているのは、誤り訂正に必要な冗
長ビットが加わることに起因している。
た伝送データの1フレームは、たとえば、図22(b)
に示すように構成されることになる。具体的にいうと、
割り振られたビット数の少ないトーン順、すなわち、t
one9(b0´),tone0(b1´),tone
1(b2´),tone7(b3´),tone8(b
4´),tone6(b5´),tone2(b6
´),tone5(b7´),tone3(b8´),
tone4(b9´)の順に、並べられ、tone9と
tone0とtone1とtone7、tone8とt
one6、tone2とtone5、およびtone3
とtone4が、それぞれ1トーンセットとして構成さ
れている。このように、本実施の形態では、トーンオー
ダリング処理にて割り振られたビット数の少ないトーン
順かつ2つあるいは4つのトーンで、トーンセットを形
成する。そして、少なくとも3ビット(3ビットは情報
ビットが1系列の場合である)で構成される前述のター
ボ符号を、そのトーンセットに割り振る。これにより、
トーンオーダリング処理で伝送可能なビット数が1ビッ
トと設定されたトーンについても、送信データを割り振
ることができる。
ムの符号化は、1トーンセット毎に行われる。まず、最
初のトーンセット(tone9,tone0,tone
1,tone7)のデータd0,ダミーデータd_du
mmy(情報ビットが1系列であるため)を、ターボ符
号器1の端子u1,u2に入力すると、2ビットの情報
ビット(u1,u2)と2ビットの冗長ビット(ua,
ub)、すなわち、4ビットのターボ符号が出力され
る。多くなっている2ビット分は、この冗長ビットに相
当する。なお、情報ビットu2は、ダミーデータである
ので、実際に符号化されるのはu1,ua,ubの3ビ
ットとなる。
8,tone6)のデータd1,ダミーデータd_du
mmyを、ターボ符号器1の端子u1,u2に入力する
と、2ビットの情報ビット(u1,u2)と2ビットの
冗長ビット(ua,ub)、すなわち、4ビットのター
ボ符号が出力される。多くなっている2ビット分は、こ
の冗長ビットに相当する。なお、情報ビットu2は、ダ
ミーデータであるので、上記同様、実際に符号化される
のはu1,ua,ubの3ビットとなる。
2,tone5)のデータd2,d3,d4,d5,d
6を、ターボ符号器1の端子u1,u2と端子u4,u
5,…に入力すると、2ビットの情報ビット(u1,u
2)と2ビットの冗長ビット(ua,ub)、すなわ
ち、4ビットのターボ符号と、その他の3ビットのデー
タ(u3,u4,…)が出力される。多くなっている2
ビット分は、この冗長ビットに相当する。
3,tone4)のデータd7,d0,d1,d2,d
3,d4,d5,d6,d7を、ターボ符号器1の端子
u1,u2と端子u4,u5,…に入力すると、2ビッ
トの情報ビット(u1,u2)と2ビットの冗長ビット
(ua,ub)、すなわち、4ビットのターボ符号と、
その他の7ビットのデータ(u3,u4,…)が出力さ
れる。多くなっている2ビット分は、この冗長ビットに
相当する。
オーダリング処理、および符号化処理が行われることに
より、1フレーム毎に伝送データが多重化される。さら
に、送信側では、多重化された伝送データに対して高速
逆フーリエ変換(IFFT)を行い、その後、D/Aコ
ンバータを通してディジタル波形をアナログ波形に変換
し、最後にローパスフィルタをかけて、最終的な伝送デ
ータを電話回線上に送信する。
ーンオーダリング処理にて割り振られたビット数の少な
いトーン順かつ2つあるいは4つのトーンで、トーンセ
ットを形成し、さらに、少なくとも3ビットで構成され
るターボ符号を、そのトーンセットに割り振る。そのた
め、従来とは異なり、トーンオーダリング処理で伝送可
能なビット数が1ビットと設定されたトーンについて
も、送信データを割り振ることができる。これにより、
本実施の形態の通信装置では、伝送効率を従来技術と比
較して大幅に向上させることができる。
ば、一例として、拘束長:5,メモリ数:4の再帰的組
織畳込み符号化器を想定した場合において、ブロック
長:L,入力重み:2で、自己終結するパターンのビッ
ト‘1’の間隔:deが最大となり、かつ、前記間隔d
eが最大となるパターン内で、重みの合計(total weig
ht)が最大となるように、最適な再帰的組織畳込み符号
化器を決定する。そして、この再帰的組織畳込み符号化
器をターボ符号器に採用する。これにより、受信側にお
けるBER特性を大幅に向上させることが可能な通信装
置を得ることができる、という効果を奏する。
長:4,メモリ数:3の再帰的組織畳込み符号化器を想
定した場合において、ブロック長:L,入力重み:2
で、自己終結するパターンのビット‘1’の間隔:de
が最大となり、かつ、前記間隔deが最大となるパター
ン内で、重みの合計(total weight)が最大となるよう
に、最適な再帰的組織畳込み符号化器を決定する。そし
て、この再帰的組織畳込み符号化器をターボ符号器に採
用する。これにより、受信側におけるBER特性を従来
より大幅に向上させることができ、さらに、大幅に回路
規模を削減できるため、安価な通信装置を実現すること
が可能な通信装置を得ることができる、という効果を奏
する。
素数」×「N=[{(Ti×Sturbo)−6}/2]/
M」の入力バッファ内に情報ビット系列を格納し、素数
を用いて生成された特定の(M−1)ビットのランダム
系列を行単位に1ビットずつシフトすることで(M−
1)種類のランダム系列を生成し、この(M−1)種類
のランダム系列から生成したM×Nのマッピングパター
ンに情報ビット系列をマッピングするインタリーバを備
え、さらに、第1の再帰的組織畳込み符号化器および第
2の再帰的組織畳込み符号化器のいずれか一方で自己終
結パターンを回避できるようにした。これにより、受信
側における復調特性をさらに大幅に向上させることがで
きるため、シャノン限界に近い最適な伝送特性、すなわ
ち、最適なBER特性を得ることが可能な通信装置を得
ることができる、という効果を奏する。
処理にて割り振られたビット数の少ないトーン順かつ2
つあるいは4つのトーンでトーンセットを形成し、さら
に、少なくとも3ビットで構成されるターボ符号をその
トーンセットに割り振る。そのため、従来とは異なり、
トーンオーダリング処理で伝送可能なビット数が1ビッ
トと設定されたトーンについても、送信データを割り振
ることができる。これにより、伝送効率を大幅に向上さ
せることが可能な通信装置を得ることができる、という
効果を奏する。
力重み:2で、自己終結するパターンのビット‘1’の
間隔:deが最大となり、かつ、前記間隔deが最大と
なるパターン内で、重みの合計(total weight)が最大
となるように、最適な再帰的組織畳込み符号化器を決定
する。これにより、受信側におけるBER特性を大幅に
向上させることが可能な通信方法を得ることができる、
という効果を奏する。
素数」×「N=[{(Ti×Sturbo)−6}/2]/
M」の入力バッファ内に情報ビット系列を格納し、素数
を用いて生成された特定の(M−1)ビットのランダム
系列を行単位に1ビットずつシフトすることで(M−
1)種類のランダム系列を生成し、この(M−1)種類
のランダム系列から生成したM×Nのマッピングパター
ンに情報ビット系列をマッピングする。これにより、情
報ビットな並べ替えが可能となり、第1の再帰的組織畳
込み符号化器および第2の再帰的組織畳込み符号化器の
いずれか一方で必ず自己終結パターンを回避できるよう
になるため、受信側における復調特性をさらに大幅に向
上させることが可能な通信方法を得ることができる、と
いう効果を奏する。
処理にて割り振られたビット数の少ないトーン順かつ2
つあるいは4つのトーンでトーンセットを形成し、さら
に、少なくとも3ビットで構成されるターボ符号をその
トーンセットに割り振る。そのため、従来とは異なり、
トーンオーダリング処理で伝送可能なビット数が1ビッ
トと設定されたトーンについても、送信データを割り振
ることができる。これにより、伝送効率を大幅に向上さ
せることが可能な通信方法を得ることができる、という
効果を奏する。
および復号器の構成を示す図である。
す図である。
す図である。
ある。
復号した場合のBER特性、および従来のターボ符号器
を用いて送信データを復号した場合のBER特性を示す
図である
おける再帰的組織畳込み符号化器の接続の一例を示す図
である。
適な再帰的組織畳込み符号化器を示す図である。
適な再帰的組織畳込み符号化器を示す図である。
自己終結パターンのビット‘1’の間隔:deと、トー
タル重み:total weightと、を示す図である。
自己終結パターンのビット‘1’の間隔:deと、トー
タル重み:total weightと、を示す図である。
タを復号した場合のBER特性と、図8および図9に示
す再帰的組織畳込み符号化器を採用したターボ符号器を
用いて送信データを復号した場合のBER特性と、を示
す図である。
における再帰的組織畳込み符号化器の接続の一例を示す
図である。
最適な再帰的組織畳込み符号化器を示す図である。
最適な再帰的組織畳込み符号化器を示す図である。
最適な再帰的組織畳込み符号化器を示す図である。
最適な再帰的組織畳込み符号化器を示す図である。
る自己終結パターンのビット‘1’の間隔:deと、ト
ータル重み:total weightと、を示す図である。
る自己終結パターンのビット‘1’の間隔:deと、ト
ータル重み:total weightと、を示す図である。
る自己終結パターンのビット‘1’の間隔:deと、ト
ータル重み:total weightと、を示す図である。
る自己終結パターンのビット‘1’の間隔:deと、ト
ータル重み:total weightと、を示す図である。
示す図である。
号器の構成を示す図である。
号器の構成を示す図である。
ーバの処理を示す図である。
ーバの処理を示す図である。
ーバの処理を示す図である。
用いた場合のBER特性を示す図である。
器の構成を示す図である。
ある。
65,66,67,68,69 加算器、13,14,
32,33 インタリーバ、15 第2の復号器、17
デインタリーバ、18 第1の判定器、19 第1の
R/Sデコーダ、20 第2の判定器、21 第2のR
/Sデコーダ、22 第3の判定器、31 第1の再帰
的組織畳込み符号化器、34 第2の再帰的組織畳込み
符号化器、41 マルチプレックス/シンクコントロー
ル、42,43 サイクリックリダンダンシィチェック
(CRC)、44,45 フォワードエラーコレクショ
ン(FEC)、46 インタリーブ、47,48 レー
トコンバータ、49 トーンオーダリング、50 コン
スタレーションエンコーダ/ゲインスケーリング、51
逆高速フーリエ変換部(IFFT)、52 インプッ
トパラレル/シリアルバッファ、53 アナログプロセ
ッシング/ディジタル−アナログコンバータ、61,6
2、63,64 遅延器、141 アナログプロセッシ
ング/アナログ−ディジタルコンバータ、142 タイ
ムドメインイコライザ(TEC)、143 インプット
シリアル/パラレルバッファ、144 高速フーリエ変
換部(FFT)、145 周波数ドメインイコライザ
(FEC)、146 コンスタレーションエンコーダ/
ゲインスケーリング、147 トーンオーダリング、1
48,149 レートコンバータ、150 デインタリ
ーブ、151,152 フォワードエラーコレクショ
ン、153,154 サイクリックリダンダンシィチェ
ック(CRC)、155 マルチプレックス/シンクコ
ントロール。
Claims (7)
- 【請求項1】 2系統の情報ビット系列を畳込み符号化
して第1の冗長データを出力する第1の再帰的組織畳込
み符号化器と、インタリーブ処理後の前記情報ビット系
列を畳込み符号化して第2の冗長データを出力する第2
の再帰的組織畳込み符号化器と、を備えるターボ符号器
を採用する通信装置において、 拘束長が「5」かつメモリ数が「4」の再帰的組織畳込
み符号化器を想定した場合に、当該符号化器を構成する
すべての接続パターンを検索し、 ある特定のブロック長において、自己終結パターンの2
つのビット‘1’の間隔が最大となり、かつ、前記最大
間隔となるパターン内で重みの合計が最大となる、最適
条件を満たす符号化器を、前記第1および第2の再帰的
組織畳込み符号化器として具備することを特徴とする通
信装置。 - 【請求項2】 2系統の情報ビット系列を畳込み符号化
して第1の冗長データを出力する第1の再帰的組織畳込
み符号化器と、インタリーブ処理後の前記情報ビット系
列を畳込み符号化して第2の冗長データを出力する第2
の再帰的組織畳込み符号化器と、を備えるターボ符号器
を採用する通信装置において、 拘束長が「4」かつメモリ数が「3」の再帰的組織畳込
み符号化器を想定した場合に、当該符号化器を構成する
すべての接続パターンを検索し、 ある特定のブロック長において、自己終結パターンの2
つのビット‘1’の間隔が最大となり、かつ、前記最大
間隔となるパターン内で重みの合計が最大となる、最適
条件を満たす符号化器を、前記第1および第2の再帰的
組織畳込み符号化器として具備することを特徴とする通
信装置。 - 【請求項3】 前記ターボ符号器は、 「M(横軸:素数)≧2m+1」×「N(縦軸:自然
数)=[{(Ti×Stur bo)−Tail}/2]/
M」の入力バッファ内に前記情報ビット系列を格納し
(mは整数、Tiは使用トーン数、SturboはDMTシ
ンボル数、Tailは終端処理用ビット数)、 前記素数を用いて生成された特定の(M−1)ビットの
ランダム系列を行単位に1ビットずつシフトすること
で、(M−1)種類のランダム系列を生成し、さらに、
すべてのランダム系列における各行のMビット目に最小
値をマッピングし、かつM行目以降のマッピングパター
ンを1行目以降と同一とすることで、M×Nのマッピン
グパターンを生成し、 前記M×Nのマッピングパターンに、インタリーバ長の
情報ビット系列をマッピングし、 前記マッピング後の情報ビット系列を列単位に読み出
し、前記第2の再帰的組織畳込み符号化器に対して出力
するインタリーバ、 を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の通
信装置。 - 【請求項4】 トーンオーダリング処理にて割り振られ
たビット数の少ないトーン順、かつ2つあるいは4つの
トーンで、トーンセットを形成し、さらに、前記2系統
の情報ビットまたは当該いずれか一方の情報ビットと、
前記第1および第2の冗長ビットと、で構成される少な
くとも3ビットのターボ符号を、前記トーンセットに割
り振ることを特徴とする請求項1、2または3に記載の
通信装置。 - 【請求項5】 2系統の情報ビット系列とともに、当該
2系統の情報ビット系列を畳込み符号化して第1の冗長
データを出力し、さらに、インタリーブ処理後の前記情
報ビット系列を畳込み符号化して第2の冗長データを出
力する、ターボ符号化ステップを含む通信方法にあって
は、 ある特定のブロック長において、自己終結パターンの2
つのビット‘1’の間隔が最大となり、かつ、前記最大
間隔となるパターン内で重みの合計が最大となるよう
な、最適条件を満たす再帰的組織畳込み符号化器を用い
て、前記ターボ符号化ステップを実行することを特徴と
する通信方法。 - 【請求項6】 前記ターボ符号化ステップにあっては、 「M(横軸:素数)≧2m+1」×「N(縦軸:自然
数)=[{(Ti×Stur bo)−Tail}/2]/
M」の入力バッファ内に前記情報ビット系列を格納する
ビット系列格納ステップ(mは整数、Tiは使用トーン
数、SturboはDMTシンボル数、Tailは終端処理
用ビット数)と、 前記素数を用いて生成された特定の(M−1)ビットの
ランダム系列を行単位に1ビットずつシフトすること
で、(M−1)種類のランダム系列を生成し、さらに、
すべてのランダム系列における各行のMビット目に最小
値をマッピングし、かつM行目以降のマッピングパター
ンを1行目以降と同一とすることで、M×Nのマッピン
グパターンを生成するマッピングパターン生成ステップ
と、 前記M×Nのマッピングパターンに、インタリーバ長の
情報ビット系列をマッピングするマッピングステップ
と、 前記マッピング後の情報ビット系列を列単位に読み出す
ビット系列読み出しステップと、 を含むことを特徴とする請求項5に記載の通信方法。 - 【請求項7】 トーンオーダリング処理にて割り振られ
たビット数の少ないトーン順、かつ2つあるいは4つの
トーンで、トーンセットを形成し、さらに、前記2系統
の情報ビットまたは当該いずれか一方の情報ビットと、
前記第1および第2の冗長ビットと、で構成される少な
くとも3ビットのターボ符号を、前記トーンセットに割
り振ることを特徴とする請求項5または6に記載の通信
方法。
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