JP2001510007A - サービス品質に応じたフレーム処理を行うターボチャネル符号化／復号化装置及びその方法 - Google Patents

サービス品質に応じたフレーム処理を行うターボチャネル符号化／復号化装置及びその方法

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Abstract

(57)【要約】 ＣＤＭＡ移動通信システムのターボチャネル符号化／復号化装置及びその方法を提供する。前記装置は、入力データのフレームが長すぎると、前記入力フレームを適当な長さの複数のサブフレームに分割し、入力データフレームが短すぎると、前記入力フレームを適当な長さの一つのスーパフレームに結合した後、このスーパフレームを符号化及び復号化する。その後、前記符号化／復号化したフレームを元の入力フレームに再構成する。

Description

【発明の詳細な説明】 サービス品質に応じたフレーム処理を行う ターボチャネル符号化／復号化装置及びその方法 発明の背景 １．発明の技術分野 本発明は、移動通信システムでチャネルデータを符号化／復号化するための装 置と方法に関し、特に、ターボコードを使ってチャネルデータを符号化／復号化 するための装置と方法に関する。 ２．関連する技術の説明 ターボコード(turbo code)を使用する符号器(encoder)(以下、“ターボ符号器 ”と称する)は、Ｎビットの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 symbol)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ＲＳ Ｃ(Recursive Systematic Convolutional)コードを用いる。 図１，図２は、従来の並列ターボ符号器と復号器の構造を各々示す図で、より 詳細には米国特許第5,446,747号に開示されている。 図１は、従来の並列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１６を連結した構成となっている。第１、第２構成符号器１２，１４とし ては、当技術分野で知られている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、入力データのフレーム長さ(即ち、Ｎビット)と同一の大き さ（データサイズ）を有し第２構成符号器１４に入力される入力データビットス ト リームｄkの相関性(correlation)を減少させる。従って、入力される入力データ ビットストリームｄkに対する並列鎖状符号の出力は、Ｘk(Ｘk＝ｄk)と、第１， 第２構成符号器１２，１４から各々出力されるｙ1k、ｙ2kになる。 図２は、従来のターボ復号器の構成図であって、加算器１８と、減算器２０， ２２と、軟判定回路(soft decision circuit)２４と、遅延器２６，２８，３０ と、ＭＡＰ(Maximum A Posterior Probability)復号器３２，３４と、を備えて いる。そして、３６は図１のインタリーバ１６と同一構成のインタリーバであり 、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フレーム単位でデータを繰り返し復号する ために、エラー率(Bit Error Rate：ＢＥＲ)性能を向上できる、という長所があ る。このようなターボ復号器については、前記ＭＡＰ復号アルゴリズムの代わり にＳＯＶＡ(Soft Output Viterbi Algorithm)を使用しても良い。 図１に示すインタリーバ１６の存在は、ターボ符号器を使用するためにはフレ ーム単位で符号化と復号化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に必要なメモリと演算 量は、フレームサイズと図１の第１，第２構成符号器１２，１４の状態数(numbe r of state)との積に比例することが判る。 移動通信システムで、音声及びデータを伝送する時、そのデータ伝送率は数Kb ps〜数Mbpsであり、チャネル符号器に入力されるデータのフレーム長さは数ms(m illisecond)〜数百msと可変的である。一例として、３２kbps以上のデータ伝送 率でデータ伝送する場合、高いデータ伝送率によってターボ符号器に入力される データ量が増加するため、ターボ復号器は、入力されたデータを復号する上でよ り多くのメモリと演算量が必要とされる。前記ターボ符号器は、その特徴として 、入力データフレームが長いほど優秀なエラー訂正性能を発揮するが、これに伴 ってチャネルインタリーバの大きさも増大するために、復号器に要求されるメモ リ及び演算量も増加することになる。 また、入力フレームの長さが例えば８Kbps／１０msと短すぎる場合は、ターボ 符号器のインタリーバ１６が入力データの相関性を十分に除去できないために、 エラー訂正性能が低下する、という問題が生ずる。即ち、図１のような構成を有 するターボ符号器及び図２のような構成を有するターボ復号器は、入力データフ レームが長い場合(又は、入力データ伝送率が高い場合)は、符号化及び復号化過 程で多くの演算量及びメモリが必要になる。また、入力データフレームが短い場 合(又は、入力データのデータ伝送率が低い場合)は、たたみ込み(convolutional )又は鎖状符号器と比べてその性能を十分に発揮できないために、ＢＥＲが増加 してしまう。 従って、通信システムで要求されるＢＥＲを十分に保障した上で、ターボ符号 器の入力データフレームの大きさを、該当サービスのデータ伝送率に拘わらず適 切に調節することによって、復号処理に要求される演算量と必要なメモリの大き さを縮めることができるような装置と方法が望まれている。 本発明の一実施形態によるチャネル符号化／復号化装置によれば、スーパフレ ーム又は複数のサブフレームのデータビットを符号化する第１構成符号器と、前 記スーパフレーム又はサブフレームのデータビットをインタリービングするイン タリーバと、前記スーパフレーム又はサブフレームのインタリービングされたデ ータビットを符号化する第２構成符号器とを含む。この時、前記第２構成符号器 は前記インタリーバの出力に連結される。 このように構成されるチャネル符号化／復号化装置は、基地局又は移動局の構 成要素として使用することができる。従って、本発明のターボ符号器は、本発明 の一実施形態によるチャネル送信装置の構成要素として含めることができる。こ こでターボ符号器は、一つの入力フレームを多数のサブフレームに分割するか、 又は多数の入力フレームを一つのスーパフレームに結合(assemble)するかを判断 する。 発明の詳細な説明 従って、本発明の目的は、伝送しようとする使用者データのサービス品質(Qua lity of Service：ＱｏＳ)に基づいて、入力データフレームを適切な長さのサブ ／スーパ(sub/super)フレームに可変符号化するチャネル符号化装置と方法を提 供することにある。 本発明の他の目的は、伝送する使用者データのサービス品質に基づいて適切な 長さに可変符号化したフレームを復号化するチャネル復号化装置と方法を提供す ることにある。 本発明のさらに他の目的は、フレームが長い場合又は入力データ伝送率が高い 場合に、入力フレームを適切な長さのサブフレームに分割して符号化し、前記符 号化したサブフレームを復号化して元のフレームに再構成するターボチャネル符 号化／復号化装置とその方法を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、入力されるフレームが短い場合又は入力データの データ伝送率が低い場合に、入力フレームを適切な長さのスーパフレームに結合 して符号化し、前記符号化したスーパフレームを復号化して元のフレームに再構 成するターボチャネル符号化／復号化装置とその方法を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、フレーム長さ、許容時間遅延値(time delay tole rance)、許容エラー率、受信器の複雑さ(特に、受信器のメモリ)、及び伝送され る入力フレームデータのサービスの種類と一致するデータ伝送率などのサービス 品質を分析することによって、サブ／スーパフレームの最適な長さを決定し、こ の決定に従って、入力されるデータフレームをサブ／スーパフレームに分割又は 結合するターボチャネル符号化／復号化装置とその方法を提供することにある。 図面の簡単な説明 図１は、従来技術によるターボ符号器の構造の一例を示す図。 図２は、従来技術によるターボ復号器の構造の一例を示す図。 図３は、本発明の一実施形態によるターボ符号器を含むチャネル送信器の構造 を示す図。 図４は、本発明の一実施形態において、入力フレームを結合し、結合されたフ レーム単位にターボ符号化を行う動作を示す図。 図５は、本発明の一実施形態において、入力フレームを分割し、分割されたフ レーム単位にターボ符号化を行う動作を示す図。 図６は、本発明の一実施形態によるターボ復号器を含むチャネル受信器の構造 を示す図。 好ましい実施形態についての詳細な説明 以下、本発明の好適な一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する 。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号を共通使 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他の形態で実施できることは、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。 次世代移動通信システムでは多様なサービス品質を提供するが、このサービス 品質のパラメータとしては、時間遅延、ビットエラー率(ＢＥＲ)又はフレームエ ラ一率(ＦＥＲ：Frame Error Rate：ＦＥＲ)などがある。前記通信システムにお いて高いエラー率を満足してもいいサービスとしては、時間遅延の短さが要求さ れる音声サービスや、これよりも比較的長めの時間遅延が許容される文字のよう な短いメッセージ(short message)サービスがある。その一方で、低いエラー率 が要求されるサービスとしては、時間遅延の短さが要求される映像会議(video c onference)サービスや、これよりも比較的長めの時間遅延が許容される静止画像 或いはインターネットファイル伝送などのサービスがある。さらにこれらのサー ビスは同じサービスでも多様な時間遅延及びデータ伝送速度を有する。 例えば、動映像情報を送受信する映像サービスでは、データ伝送速度が３２Kb ps〜２０４８Kbps範囲で、許容される時間遅延も１０ms〜４０msの範囲を有する が、そのデータ伝送速度や許容時間遅延値は、そのサービスを利用する使用者又 は端末機の等級(class)、そのサービスを提供する基地局の等級、又はそのサー ビスを利用する時のチャネル状態などのいくつかの基準によって可変的となって いる。特に、ＣＤＭＡ移動通信システムでは、基地局或いは端末機から出力され る電力が制限されるため、高品質のサービスのためにある特定の使用者について だけ送信電力を上げる方法は不適当である。なぜなら、その特定の使用者の送信 電力を増大させる場合、増加した送信電力に比例して他の使用者に対する干渉(i nterference)が増加するためである。そのため、送信電力の増加を最小化するこ とで他の使用者に及ぼす干渉を少なくし、多様なマルチメディアサービスを提供 するための方法が必要である。 また、短いフレームパケットデータを伝送するサービスでは、データ伝送速度 が低く、且つ、極低いエラー率が要求される。しかしながら、もし遅延時間が問 題にならなければ、若干時間遅延が増加したとしてもエラー率を下げる方法が必 要である。このため、本発明ではスーパフレーム概念が採用されている。 一方、前述のエラー訂正のためのチャネル符号器の一つであるターボ符号器に は、入力されるデータフレームの長さとデータレートによって決定されるフレー ムのデータサイズに応じてビットエラー率（BER）又はフレームエラー率（FER） が可変する、という特性がある。即ち、ターボ符号器は、短い拘束長(constrain t length)を有する構成符号器で構成されるが、ターボ符号器内に存在するイン タリーバによって各構成符号器に入力されるデータ間の相関が小さいほど優秀な エラー訂正能力を有する。前記各構成符号器に入力されるデータの相関性は、タ ーボ符号器に入力されるデータフレームが長いほど低減され、結果として入力さ れるフレームが長いほど優秀なエラー訂正能力を有する。しかし、入力されるフ レームが長いほど符号器及び復号器での時間遅延も増加する。 図３は、本発明の一実施形態によるターボ符号器を含むチャネル送信器の構造 を示す図である。図３のターボ符号器は、メッセージ情報に基づいて入力される 使用者データ(user data：ＵＤ)のビット数をカウントして一つの入力フレーム をサブフレームに分割するか、多数の入力フレームをスーパフレームに結合した 後、ターボコードで符号化して伝送チャネルを通じて伝送する。前記“メッセー ジ情報”とは、サービス品質、即ち音声、文字、画像及び動映像データのような データのサービスの種類、データ伝送速度、入力フレームのデータの大きさ、許 容遅延値、許容エラー率などを含む情報を意味する。この“メッセージ情報”は 、基地局と端末機が呼設定(call setup)を行う過程で互いに交換する情報であっ て、該当サービスが終了する時まで保たれる。また、呼設定時に互いに約束した 情報は、該当サービスの途中であっても基地局と端末機が互いに交換して可変す ることもできる。即ち、前記“メッセージ情報”は、ターボ符号器で処理するフ レームの大きさ（データサイズ）を示す情報を含むものであって、前記フレーム の大きさ（データサイズ）を示す情報は、サービスしようとするデータの伝送速 度に応じて再設定することができる。例えば、１０msフレームのデータを２０４ ８Kbpsの伝送速度でサービスする時、１フレームのデータは２０４８０ビットと なるが、本発明のターボ符号器では１０／４msフレームに分割して１フレーム当 たり５１２０ビットを４回ターボ符号化して送信し、ターボ復号器では４フレー ムを復号した後再結合して２０４８０ビットの１フレームに再構成することがで きる。 伝送速度が数Kbpsである音声の他に、文字、画像及び動映像のように、通常伝 送速度が数十Kbps以上である使用者データＵＤが、図３で示すソースデータ符号 器４２に入力されると、ソースデータ符号器４２は、使用者データＵＤをサービ スの種類に応じた固定長のデータフレームに符号化してビットカウンタ５０の入 力へ提供する。例えば、ソースデータ符号器４２は、音声データについては１０ ms、文字データについては２０ms、画像データについては８０ms、動映像データ については４０msのフレームフォーマットに各々符号化してビットカウンタ５０ へ提供する。この時、処理サイズはデータ伝送速度又はフレーム長さに応じて異 なり、フレーム長さ単位は１０ms又は２０msに固定される。この時、中央制御装 置(Central Processing Unit：ＣＰＵ)４６は、サービス品質、即ち、伝送しよ うとする使用者データのサービス種類(音声、文字、画像及び動映像)及びデータ 伝送速度などに関する情報を、メッセージ情報送信器４４を通じてメッセージ情 報受信器１０８(図６)に伝達する。図３のチャネル送信装置は、基地局と端末機 の双方について同様に適用することができる。 この実施形態では、メッセージ情報を別途の送信器を用いて復号器に伝送する 例を示しているが、データ送信時に伝送フレームのヘッド部分(head area)に前 記メッセージ情報をローディングして伝送しても良い。 図３において、ＣＰＵ４６は、送信しようとするデータのサービス種類、それ に伴うデータ伝送速度、許容遅延値及び許容エラー率(ＢＥＲ又はＦＥＲ)及びフ レーム長さに関する情報と、基地局又は端末機の等級に関する情報と、を含むサ ービス品質に基づく情報を、フレーム分割／結合情報貯蔵器４８から読み取る。 次いで、ＣＰＵ４６は、この読み取った情報を用いてフレーム分割を決定すると 同時に、その分割フレームの分割サイズと分割数も決定する。また、ＣＰＵ４６ は、前記読み取った情報を用いてフレーム結合を決定すると同時に、結合するフ レームの数も決定することができる。次いで、ＣＰＵ４６は、前記決定に対応す るフレーム分割又は結合制御信号とインタリービングモード信号を、ビットカウ ンタ５０とプログラマブルインタリーバ５２に各々供給してターボ符号化を行う 。即ち、ＣＰＵ４６は、伝送するデータのサービス品質に基づいてスーパフレー ムを発生するために、複数の連続する入力フレームをいくつ結合するかを決定す る か、又は一つの入力フレームを分割することによって発生されるサブフレームの 数を決定する。その後、ターボ符号器は、前記スーパフレームのデータビット或 いは前記分割された各サブフレームのデータビットをターボ符号化する。この時 、サービス品質には、前述の如く、入力フレームデータの大きさ、使用者データ 伝送速度、許容遅延値、許容エラー率などが含まれ、入力フレームの大きさ(デ ータサイズ)は入力フレームの長さと使用者データ伝送速度によって決定される 。 上述のようなＣＰＵ４６によるフレーム分割又は結合の決定に際しては、次の ような原理が考慮される。 通常、パケットデータを伝送する場合は、数十Kbps以下の低い伝送率を用い、 伝送遅延時間が数十msであり、要求されるＢＥＲが１０-2〜１０-4程度である。 例えば、ソースデータ符号器４２の出力フレームが１０msの長さであり、ターボ 符号器で使用可能な遅延時間が４０msであれば、ソースデータ符号器４２から出 力される四つの１０msフレームを一つのスーパフレームに結合してターボ符号器 に入力し、これにより結合されたパケットデータのエラー率が減少される。 一方、文字、画像及び動映像のようなデータを伝送する場合は、許容可能な遅 延が数十ms〜数百msであり、要求されるＢＥＲが１０-6〜１０-7である。ターボ 符号の性能は、符号器への入力データのフレーム長さが増大されるほど向上され るが、これと共にターボ復号器に必要とされる演算量とメモリも増加する。従っ て、パケットデータサービスでは、例えばＭビットの長さを有するソースデータ 符号器４２の出力データのフレームをＮビット長さのサブ／スーパフレームに分 割／結合するサブ／スーパフレーム制御信号がＣＰＵ４６から出力されて要求さ れるＢＥＲを満足させることができる。 即ち、前記フレーム分割／結合情報貯蔵器４８内には、低いＢＥＲを要求する サービスについてはサブ／スーパフレームの長さＮを増大させ、短い遅延及び高 いＢＥＲを要求するサービスについてはサブ／スーパフレームの長さＮを縮める フレーム分割／結合情報が貯蔵されており、ＣＰＵ４６は、入力されるデータの サービス種類及びフレーム長さによるフレーム分割／結合情報を、前記フレーム 分割／結合情報貯蔵器４８から読み取る。 ターボ符号器に入力されるフレーム長さの分割及び結合動作は、以下の説明に よってさらに明確になる。例えば、２０４８Kbpsのデータ伝送速度で低いＢＥＲ を要求するサービスについて、ターボ符号器に入力されるフレーム長さは２０４ ８０ビット／１０msとなる。前記サービスを提供するための端末機を設計する場 合、ターボ復号器内のメモリ大きさは、２０４８０ビットに軟判定値のためのビ ットを乗算した大きさを必要とする。端末機のメモリ増加は、端末機全体の複雑 さを増加させ、全体的に端末機がコスト高となる。 しかし、２０４８Kbps／１０msのデータ伝送速度を有するサービスについて、 チャネル符号化装置が、ターボ符号器に入力されるフレーム長さを１／４に分け て四つのサブフレームに分割し、これらサーブフレームを符号化し、チャネル復 号化装置のターボ復号器でも前記サブフレーム単位に復号した後、復号化したサ ブフレームを再構成して元のフレーム大きさに復元させる方法を用いると、ター ボ復号器内のメモリ大きさは、５１２９ビットに軟判定値のためのビット分を乗 算した大きさがあればいいので、要求されるメモリ容量が縮められる。 これに対し、３２Kbps／１０msの低い伝送率を有する、低いＢＥＲ、例えば１ ０-6〜１０-7を要求するサービスでは、ターボ符号器に入力される１フレームの データは３２０ビットになる。仮に、３２Kbps／８０ms、即ち、１フレームを２ ５６０ビットにしてターボ符号化すると、３２Kbps／１０ms、即ち１フレームを ３２０ビットで構成してターボ符号化する時に比べて、時間遅延は多少増加する が、同一の信号対雑音比(signal-to-noise ratio)(Ｅｂ／Ｎｏ)では遥かにＢＥ Ｒが下がり、同一のＢＥＲではＥｂ／Ｎｏ値を減少させて全体システムの容量を 増加させることができる。 一方、移動通信システムで全使用者又は全端末機に同一のサービスが提供され るとは言えない。その理由は、使用者の等級、端末機の等級又はサービスを提供 する基地局の等級によって提供可能なデータの伝送速度が制限されるためである 。また、各端末機の等級に基づいて定められるメモリの容量によって処理可能な データ伝送速度が制限されることもある。従って、サービスの種類によって多様 な伝送速度、即ち３２Kbps〜２０４８Kbpsの範囲を有し、許容される時間遅延も １０ms〜４００msの範囲を有する時、本発明による装置は、該当するサービスに 要求される低いエラー率を満足しながらも、該当サービスを利用する使用者又は 端末機の等級、該当サービスを提供する基地局の等級又は該当サービスを利用す る時のチャネル状態などによって、ターボ符号器に入力されるフレームの長さを 可変させることができる。例えば、本発明による装置は、チャネル状態が非常に 悪い場合であっても、送信電力を増加せずに時間遅延を許容し、ターボ符号器に 入力されるフレーム長さを増加させることによって該当サービスに要求される低 いエラー率を確保している。 前記フレーム分割／結合情報は、基地局と端末機間に交換されるメッセージ情 報であって、ターボ符号化／復号化時のフレーム大きさに対する情報を有するが 、この時のフレーム大きさは、前記使用者の等級、端末機の等級、基地局の等級 、チャネル状態によって決定される。 ビットカウンタ５０は、ＣＰＵ４６から出力されるＮビットフレーム分割／結 合制御信号に従って入力データをＮビットごとにカウントし、カウントしたＮビ ットをプログラマブルインタリーバ(programmable interleaver)５２と第１及び 第２入力バッファ５４，５６に各々供給する。ビットカウンタ５０はまた、入力 データをＮビットごとにカウントする度に、ビットカウント完了信号をＣＰＵ４ ６に供給する。したがって、ビットカウンタ５０は、使用者のサービス種類及び データ伝送速度などフレーム分割／結合情報貯蔵器４８に貯蔵されたサービス品 質を表す情報を利用するＣＰＵ４６の制御に基づいて、入力されるデータビット のフレームを特定長さを有するサブ／スーパフレームに分割又は結合してプログ ラマブルインタリーバ５２と第１及び第２入力バッファ５４，５６に供給するこ とが判る。 プログラマブルインタリーバ５２内のインタリーバ演算器７２は、ＣＰＵ４６ から出力されるインタリービングモード制御信号に対応するインタリービングパ ラメータを、インタリービングパラメータ貯蔵器７０から読み取って演算を行い 、その結果をインタリービングアドレスマッパー(interleaving address mapper )７４に提供する。ここで、ＣＰＵ４６がインタリーバ演算器７２に提供するイ ンタリービング情報は次のようである。 第一に、インタリーバ５２として単一インタリービング方法を有するターボイ ンタリーバを用いる場合には、インタリービングのための情報ビットの長さと可 変されるインタリーバの長さに基づいて最も優秀な性能を有するよう求められた 最適のパラメータ値などがインタリービング情報として提供される。前記パラメ ータ値はターボインタリーバの構造によって決定される。 第二に、インタリーバ５２として一つ以上のインタリービング方法を有するタ ーボインタリーバを用いる場合には、インタリービング方法を指定するインタリ ービングモード情報、インタリービングのための情報ビットの長さ、そして該当 されるインタリービングモードで可変されるインタリーバの大きさに基づいて最 も優秀な性能を有するよう実験的に求められた最適のパラメータ値などがインタ リービング情報として提供される。例えば、要求される伝送遅延時間が短く、タ ーボ符号器の入力データ、即ちソースデータ符号器４２の出力データフレームの サイズ（長さ）が小さい場合は、インタリーバ５２としてブロックインタリーバ や循環シフトインタリーバのような均一(uniform)インタリーバを使用する。一 方、要求される伝送遅延が比較的長く、入力データフレームのサイズが大きい場 合は、インタリーバ５２としてランダムインタリーバのような不均一(non-unifo rm)インタリーバを使用する。以上の説明から、インタリービングするデータの サイズに適した優秀な性能を有する異なる種類のインタリーバを選択的に使用す ることが 判る。 インタリービングアドレスマッパー７４は、ビットカウンタ５０からＮビット 長さのサブフレーム又はスーパーフレームに分割又は結合された使用者データビ ットが入力されると直ぐ、演算結果に対応するアドレスに入力されたビットをマ ッピングしてインタリービングを行い、インタリービングされたデータを第１バ ッファ５４内のインタリービングされた入力データバッファ(Interleaved Input Data Buffer)ＩＬＩＢ７８又は第２バッファ５６内のＩＬＩＢ９０に提供する 。 第１、第２入力バッファ５４，５６は、各々二つの入／出力スイッチと、この 二つの入／出力スイッチに各々入力ポートと出力ポートが接続された入力データ 貯蔵バッファ(Input Data Save Buffer)ＩＤＳＢ，ＩＬＩＢを備えている。図３ の符号７６，８８がＩＤＳＢで、７８，９０がＩＬＩＢで、８０，８４，９２， ９６が入力スイッチで、８２，８６，９４，９８が出力スイッチである。前記全 てのスイッチは、ＣＰＵ４６の制御下にスイッチングされるものであって、第１ 入力バッファ５４内の入出力スイッチ８０，８４，８２，８６と第２入力バッフ ァ５６内の入出力スイッチ９２，９６，９４，９８のスイッチング状態は、相互 排他的に動作する。即ち、第１入力バッファ５４内の入力スイッチ８０，８４が “オン”状態であり、出力スイッチ８２，８６が“オフ”状態であれば、第２入 力バッファ５６内の入力スイッチ９２，９６は“オフ”状態で、出力スイッチ９ ４，９８は“オン”状態になる。 従って、ビットカウンタ５０がＣＰＵ４６によって予め定められたＮビット長 さのデータをカウンティングする場合、ビットカウンタ５０から出力されるデー タは、初期“オン”状態にある入力スイッチ８０を通じて第１バッファ５４内の ＩＤＳＢ７６に貯蔵される。この時、前記ビットカウンタ５０からカウンティン グ出力されるデータがプログラマブルインタリーバ５２によってインタリービン グされた後、スイッチ８４を通じて第１入力バッファ５４内のＩＬＩＢ７８に貯 蔵される。前記ビットカウンタ５０がＮビット長さのサブ／スーパフレームのカ ウンティングを完了する信号を発生すると、ＣＰＵ４６は、第１入力バッファ５ ４が出力状態、第２入力バッファ５６が入力状態になるよう全てのスイッチをス イッチングさせて前記過程を繰り返し行う。従って、第２入力バッファ５６内の ＩＤＳＢ８８とＩＬＩＢ９０にはビットカウンタ５０から出力されるその次のＮ ビットフレームのデータとインタリービングされたデータが貯蔵される。 このような動作過程中、前記ＲＳＣ１ ５８とＲＳＣ２ ６０は、出力スイッ チ８２，８６を通じて第１入力バッファ５４のＩＤＳＢ７６とＩＬＩＢ７８から 各々出力される前記Ｎビット長さのサブ／スーパフレームデータに対応するイン タリービングされたデータを受信して、図１のような原理に基づいてＮビットフ レーム単位のターボ符号化を行う。 次いで、前記第２入力バッファ５４にＮビットフレームのデータが貯蔵し終わ ると、第１入力バッファ５４は入力状態、第２入力バッファ５６は出力状態に再 び遷移する。従って、前記ＲＳＣ１ ５８とＲＳＣ２ ６０は、第１、第２入力バ ッファ５４，５６からＮビットフレームの単位に交互にスイッチング出力される データを連続的にターボ符号化することが判る。 前記ＲＳＣ１ ５８とＲＳＣ２ ６０でターボ符号化されたビットは、マルチプ レクサ６２によってマルチプレクシングされた後、チャネルインタリーバ６４に よってインタリービングされる。チャネルインタリーバ６４は、複数の入力フレ ームがスーパフレームに結合されてスーパフレーム単位にデータがターボ符号化 された場合は、図４で示すように、スーパフレーム単位にチャネルインタリービ ングを行う。また、チャネルインタリーバ６４は、一つの入力フレームが複数の サブフレームに分割されてサブフレーム単位にデータがターボ符号化された場合 は、図５で示すように、前記入力フレーム単位にチャネルインタリービングを行 う。即ち、チャネルインタリーバ６４は、スーパフレーム又はサブフレーム単位 に符号化した符号器の出力シンボルを入力フレームの大きさに結合してチャネル インタリービングする。そして、インタリービングされたデータは変調器６６で 変調された後、伝送チャネル６８を通じて伝送される。 従って、図３のような構成を有する本例のチャネル送信装置は、伝送するデー タのサービス品質を表す使用者のサービス種類(音声、文字、画像、及び動映像) 及びデータ伝送速度を判別し、低いＢＥＲを要求する場合には、入力データを結 合してビット数Ｎを増大させ、低い復号器の複雑さを要求する場合には、入力デ ータフレームをサブフレームに分割してフレーム当たりビット数Ｎを減少させる 。このような方法から、前記チャネル送信装置は、ターボ符号器／復号器の処理 能力を極大化することができる。 図４は、本発明の動作を説明するための図であって、ここでフレームは低速〜 中速のデータ伝送速度で結合した後、ターボ符号化される。例えば、結合するフ レーム数のパラメータＪは１〜８の値を有することができ、オリジナルフレーム 当たりビット数と前記フレームの数Ｊとの積によって決定されるターボ符号器の 入力データフレームのビット数は、使用者データ伝送率と復号器の複雑さによっ て制限される。 図５は、本発明の動作を説明するための図であって、ここで、高速データ伝送 速度で提供されるフレームデータはフレーム分割後ターボ符号化される。分割す るフレーム数のパラメータＩは１〜４の値を有することができ、元のフレーム（ オリジナルフレーム）のビット数と分割されたサブフレーム数Ｉとの積によって 決定されるターボ符号器の入力データフレームのビット数は、使用者データ伝送 速度と許容エラー率によって制限される。 前記図３のような構成を有するターボチャネル符号器によって伝送された伝送 チャネル上のデータは、図６のようなターボチャネル復号器によって復号されて 元のデータ（オリジナルデータ）に復元される。この復元動作は、以下の説明に よってさらに明確になる。 図６は、本発明の一実施形態によるターボチャネル復号器の構造を示す図であ る。図６のチャネル復号器は、メッセージ情報に対応するＮビットのサブ／スー パフレーム単位に入力される使用者データのビットをカウントしてターボ符号で 復号化した後、元のデータビット長さのフレームに結合又は分割して使用者デー タとして再構成する。 前記使用者データがＮビットスーパフレームで構成される場合、前記ターボ復 号器は、入力される使用者データを復号化した後、この復号化したデータを元の 長さを有するフレームに分割することによって、前記使用者データの分割を行う 。 図６を参照すれば、伝送チャネル６８を通じてＮビット長さのフレームが受信 されると、復調器１００はこれを復調してチャネルデインタリーバ１０２に供給 する。チャネルデインタリーバ１０２は、復調されたデータフレームをディスク ランブリングしてデマルチプレクサ１０４に入力する。デマルチプレクサ１０４ は、マルチプレクシングされた情報シンボル及びパリティシンボルをデマルチプ レクシングしてビットカウンタ１０６に供給する。この時、メッセージ情報受信 器１０８は、図３のメッセージ情報送信器４４が伝送チャネルを通じて送信した 使用者のサービス種類(文字、音声、画像、動映像)及びデータ伝送速度に関する メッセージ情報を受信してＣＰＵ１１２に供給する。 ＣＰＵ１１２は、メッセージ情報受信器１０８から提供されたメッセージ情報 の内容を分析し、この分析に対応するフレーム分割／結合情報をフレーム分割／ 結合情報貯蔵器１１０から読み取る。また、ＣＰＵ１１２は、メッセージ情報に 含まれているインタリービング情報の内容を分析し、その分析結果に従ってイン タリービングモード信号とパラメータ値をターボ復号器１１６内のインタリーバ 及びデインタリーバに伝達してターボ復号化を行う。また、受信データがサブフ レームであれば(実際に受信されたデータのフレームがサブフレーム単位に符号 化されたが元のフレーム大きさを有すると)、ＣＰＵ１１２は、前記読み取った メッセージ情報に応じて、Ｎビットフレーム分割制御信号をターボ復号化前に出 力し、 フレーム再構成制御信号をターボ復号化後に出力する。この時、フレーム分割／ 結合情報貯蔵器１１０に貯蔵された情報は、図３のフレーム分割／結合情報貯蔵 器４８の貯蔵内容と略同一である。 また、受信データがスーパフレームである場合、ＣＰＵ１１２は、ターボ復号 器を制御して受信されたフレームを復号化した後、読み取ったメッセージ情報に 基づいてターボ復号後にフレーム分割制御信号を出力する。 ビットカウンタ１０６は、デマルチプレクサ１０４から出力されるデータを、 Ｎビットフレーム分割制御信号に応じてＮビット長さのサブフレーム単位で連続 的にフレームバッファ１１４に供給する。フレームバッファ１１４内のスイッチ １２６，１３２は初期“オン”状態であり、他のスイッチ１２８，１３０は初期 “オフ”状態である。 従って、ビットカウンタ１０６からカウンティング出力されるデータは、初期 にはＮ−フレームバッファ(Ｎ−ＦＢ１)１２２に貯蔵される。その後、ビットカ ウンタ１０６から出力されるＮビットのデータがＮ−ＦＢ１ １２２に貯蔵完了 されてビットカウンタ１０６からＮビットカウンティング完了信号が出力される と、ＣＰＵ１１２は、フレームバッファ１１４内のスイッチ１２６と１３２を“ オフ”とし、他のスイッチ１３０，１２８を“オン”にする。すると、ビットカ ウンタ１０６からカウンティング出力されるＮビットのデータはＮ−ＦＢ２ １ ２４に貯蔵される。この時、前記Ｎ−ＦＢ１ １２２に貯蔵された受信データは 、前記図２のような構成を有するターボ復号器１１６で復号される。 したがって、フレームバッファ１１４内のＮ−ＦＢ１ １２２とＮ−ＦＢ２ １ ２４は、ＣＰＵ１１２の制御によって、ビットカウンタ１０６からＮビット単位 に出力されるデータを交互に受信して貯蔵し、この貯蔵されたデータはターボ復 号器１１６で復号されることがわかる。使用者データがサブフレーム単位に復号 されると、ターボ復号器１１６から出力される復号されたデータは、ＣＰＵ１１ ２の制御を受けるフレーム再構成器１１８によって元の長さを有するフレームに 再構成された後、ソースデータ復号器１２０を通じて使用者データＵＤとして出 力される。 要するに、ターボ復号器１１６は、複数のフレームで構成されたスーパフレー ムで構成されるフレームデータ又はフレームから分割された複数のサブフレーム で構成されるフレームデータを受信して、受信したフレームデータについてター ボ復号化を行う。フレーム再構成器１１８は、ＣＰＵ１１２の制御に基づいて呼 設定時スーパフレーム内のフレームの数と各フレームの大きさの情報に応答して 、前記ターボ復号器１１６の出力を元の長さを有するフレームに再構成するか、 又はフレーム内のサブフレームの数と各サブフレームの大きさの情報に応答して 、前記ターボ復号器１１６の出力を元のフレーム（オリジナルフレーム）に再構 成する。 即ち、フレーム再構成器１１８は、ＣＰＵ１１２の制御の下で、スーパフレー ム単位に使用者データが復号される場合に、スーパフレームを構成されるフレー ムの数とフレーム大きさに対する情報に応答してターボ復号器１１６の出力を元 のフレーム（オリジナルフレーム）に分割する。 本発明の他の見地によれば、上述の実施形態によるターボ符号化装置は、次の ように実施することもできる。この例によれば、図３のビットカウンタ５０及び 前記インタリービングのためのバッファ５４，５６のいずれか一つは不要である 。即ち、フレーム結合動作時には定められたフレーム数だけの情報ビットを順に インタリービングのためのメモリ(即ち、バッファ５４又は５６)に貯蔵する。ま た、ターボ符号器のＲＳＣ１にはインタリービングされない前記結合フレーム数 だけの情報ビットを順次に出力させ、ＲＳＣ２には前記インタリーバ演算器の演 算によって発生される前記インタリービングアドレスマッパーのアドレスによっ てインタリービングされた前記結合フレーム数だけの情報ビットを出力させる。 また、フレーム分割動作時には、入力される情報ビットを順にインタリービン グのためのメモリに貯蔵するようにしてもよい。ターボ符号器のＲＳＣ１には分 割された大きさだけの情報ビットを順に出力させ、ＲＳＣ２には前記分割された 大きさだけの情報ビットをインタリービング出力させてもよい。 したがって、図３のターボチャネル符号器及び図６のターボチャネル復号器は 、入力データのフレームか短すぎる場合には、適切なスーパフレームの長さに入 力データフレームの長さを結合してから、その結合単位ごとに符号化及び復号化 を行い、入力データフレームが長すぎる場合には、短いサブフレームに分割して から、その分割単位ごとに符号化及び復号化を行うことによって送信効率を増大 させることかできる。 以上、述べてきたように、本発明の実施形態によれば、入力されるデータフレ ームが長すぎるか、又は短すぎる場合は、入力フレームを適切な長さのサブ／ス ーパフレームに分割／結合してターボ符号化及び復号化を行うことによって、タ ーボコード符号器の性能を十分に保障することができると共に、復号器に必要な 演算量及びメモリの大きさを少なくするという効果か得られる。 一方、前記本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に上げて説明してきたが 、本発明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、 本発明の範囲は上述の実施形態によって限られてはいけなく、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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｌ 1/00 Ｈ０４Ｊ 13/00 Ａ (72)発明者 リー ヒョン ウ 大韓民国，441―390，キョンギ―ド，スウ ォン―シ，クォンソン―グ，クォンソン― ドン，ペクサンアパート．806―901 【要約の続き】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．伝送するデータのサービス品質に基づいてスーパフレームを発生するために 、複数の連続する入力フレームをいくつ結合するかを決定する中央制御装置と、 前記決定された数だけの前記入力フレームを結合したスーパフレームのデータ サイズでターボ符号化する符号器と、を備えることを特徴とする移動通信システ ム。 ２．前記ターボ符号器は、 前記スーパフレームのデータビットを符号化する第１構成符号器と、 前記スーパフレームのデータビットをインタリービングするインタリーバと、 前記インタリーバに連結され、前記インタリービングされたスーパフレームの データビットを符号化する第２構成符号器と、を含む第１項に記載の移動通信シ ステム。 ３．前記インタリーバは、前記スーパフレーム大きさ単位でインタリービングを 行うインタリービングアドレスマッパーを有する第２項に記載の移動通信システ ム。 ４．前記第１及び第２構成符号器の出力を各々マルチプレクシングするマルチプ レクサと、 前記マルチプレクサの出力をインタリービングするチャネルインタリーバと、 をさらに備える第２項に記載の移動通信システム。 ５．前記マルチプレクサは、レートマッチング(rate matching)のために、前記 符号化したシンボルのビット数を穿孔するものである第４項に記載の移動通信シ ステム。 ６．前記サービス品質には、少なくともフレームのデータサイズを決定する情報 が含まれる第１項に記載の移動通信システム。 ７．前記サービス品質には少なくともデータ伝送速度が含まれており、スーパフ レームに結合される入力フレームの数は、前記入力フレームのデータ伝送速度と 入力フレームの長さによって決定されるようになっている第６項に記載の移動通 信システム。 ８．前記入力フレームのデータサイズは３２０ビット以上である第７項に記載の 移動通信システム。 ９．前記サービス品質には少なくとも許容遅延値が含まれ、この許容遅延値に基 づいて前記結合されるフレームの数が決定されるようになっている第１項に記載 の移動通信システム。 １０．前記サービス品質には少なくとも許容エラー率が含まれ、この許容エラー 率に基づいて前記スーパフレームに結合されるフレームの数が決定されるように なっている第７項に記載の移動通信システム。 １１．前記サービス品質には少なくとも受信器のメモリサイズが含まれ、このメ モリサイズに基づいて前記スーパフレームに結合される入力フレームの数が決定 されるようになっている第７項に記載の移動通信システム。 １２．前記システムは基地局内に構成してある第１項に記載の移動通信システム 。 １３．前記システムは端末機内に構成してある第１項に記載の移動通信システム 。 １４．移動通信システムのチャネル符号化方法において、 伝送するデータのサービス品質に基づいてスーパフレームを発生するために複 数の連続する入力フレームを幾つ結合するかを決定する過程と、 前記決定に基づいて前記入力フレームを結合したスーパフレームのデータサイ ズにターボ符号化する過程と、を含むことを特徴とする移動通信システムのチャ ネル符号化方法。 １５．前記ターボ符号化したスーパフレームのシンボルの大きさによってチャネ ルインタリービングを行う過程をさらに含む第１４項に記載の移動通信システム のチャネル符号化方法。 １６．前記サービス品質には少なくともデータ伝送速度が含まれ、前記入力フレ ームのデータ伝送速度及び入力フレームの長さによって前記スーパフレームに結 合されるフレームの数が決定されるようになっている第１４項に記載の移動通信 システムのチャネル符号化方法。 １７．前記入力フレームのデータサイズは少なくとも３２０ビットである第１６ 項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 １８．前記サービス品質には少なくとも許容遅延値が含まれ、この許容遅延値に 基づいて前記スーパフレームに結合される入力フレームの数が決定されるように なっている第１６項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 １９．前記サービス品質には少なくとも許容エラー率が含まれ、この許容エラー 率に基づいて前記スーパフレームに結合される入力フレームの数が決定されるよ うになっている第１６項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 ２０．伝送するデータのサービス品質に基づいて一つの入力フレームを分割して 生成されるサブフレームの数とデータサイズを決定する中央制御装置と、 前記決定されたサブフレームのデータサイズに従って前記入力フレームをター ボ符号化する符号器と、を備えることを特徴とする移動通信システム。 ２１．前記ターボ符号器は、 前記サブフレームのデータビットを符号化する第１構成符号器と、 前記サブフレームのデータビットをインタリービングするインタリーバと、 前記インタリービングされた前記サブフレームのデータビットを符号化する第 ２構成符号器と、を含む第２０項に記載の移動通信システム。 ２２．前記符号化したサブフレームを同時にインタリービングするチャネルイン タリーバをさらに備える第２１項に記載の移動通信システム。 ２３．前記サービス品質には少なくとも時間遅延、データ伝送速度、及びエラー 率が含まれる第２０項に記載の移動通信システム。 ２４．分割されたサブフレームの数は、前記データ伝送速度及びフレーム長さに よって決定されるようになっている第２３項に記載の移動通信システム。 ２５．前記入力フレームのデータサイズは、少なくとも２０４８０ビットを含む ものである第２４項に記載の移動通信システム。 ２６．前記サービス品質には少なくとも許容遅延値が含まれ、この許容遅延値に 基づいて前記分割されたサブフレームの数が決定されるようになっている第２４ 項に記載の移動通信システム。 ２７．前記サービス品質には少なくとも許容エラー率が含まれ、この許容エラー 率に基づいて前記分割されたサブフレームの数が決定されるようになっている第 ２４項に記載の移動通信システム。 ２８．前記システムは基地局内に構成してある第２０項に記載の移動通信システ ム。 ２９．前記システムは端末機内に構成してある第２０項に記載の移動通信システ ム。 ３０．移動通信システムのチャネル符号化方法において、 伝送するデータのサービス品質に基づいて一つの分割された入力フレームから 発生されるサブフレームの数を決定する過程と、 前記決定されたサブフレームの数に前記入力フレームを分割してサブフレーム 単位に各々符号化する過程と、を含むことを特徴とする移動通信システムのチャ ネル符号化方法。 ３１．前記サブフレーム単位に符号化したシンボルを結合してチャネルインタリ ービングする過程をさらに含む第３０項に記載の移動通信システムのチャネル符 号化方法。 ３２．サービス品質には少なくとも許容遅延値、データ伝送速度、及びエラー率 が含まれる第２０項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 ３３．前記分割されるサブフレームの数は、前記データ伝送速度及びフレーム長 さによって決定された入力フレームデータのサイズによって決定されるようにな っている第３２項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 ３４．前記入力フレームのデータサイズは、少なくとも２０４８０ビットを含む ものである第３３項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 ３５．前記分割されるサブフレームの数は、前記許容遅延値によって決定される ようになっている第３３項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 ３６．前記分割されるサブフレームの数は、前記エラー率によって決定されるよ うになっている第３３項に記載の移動通信システムのチャネル符号化方法。 ３７．連続する複数のオリジナルデータフレームで構成されるスーパフレームと して受信されるデータをターボ復号化する復号器と、 前記スーパフレームを構成するオリジナルフレームの数に関するメッセージ情 報に応答して、前記復号器の出力を前記複数のデータフレームに再構成するフレ ーム再構成器と、を備えることを特徴とする移動通信システム。 ３８．前記メッセージ情報は、呼設定時に受信される第３７項に記載の移動通信 システム。 ３９．前記スーパフレームに結合されたオリジナルフレームの数と各フレームサ イズに対する情報に基づいて前記スーパフレームを構成するオリジナルフレーム の数を決定し、この決定された数とデータサイズ情報をフレーム再構成器に提供 する中央制御装置を備える第３７項に記載の移動通信システム。 ４０．前記システムは基地局内に構成してある第３７項に記載の移動通信システ ム。 ４１．前記システムは端末機内に構成してある第３７項に記載の移動通信システ ム。 ４２．移動通信システムのチャネル復号化方法において、 複数のオリジナルデータフレームで構成されたスーパフレームの大きさに受信 されるデータをターボ復号化する過程と、 前記スーパフレームを構成するフレーム数に関するメッセージ情報に応答して 、前記ターボ復号化したデータを前記複数の連続するオリジナルの入力フレーム に再構成する過程と、を含むことを特徴とする移動通信システムチャネル復号化 方法。 ４３．複数のサブフレームで構成される受信データフレームをサブフレームごと にターボ復号化する復号器と、 前記サブフレームの数に関する情報に応答して前記復号器の出力をオリジナル フレームに再構成するフレーム再構成器と、を備えることを特徴とする移動通信 システム。 ４４．前記サブフレームの数と各サブフレームのデータサイズに関する情報を受 信して前記サブフレームの数と各サブフレームのデータサイズを決定し、この決 定されたサブフレーム数とデータサイズ情報を前記フレーム再構成器に提供する 中央制御装置をさらに備える第４３項に記載の移動通信システム。 ４５．前記システムは基地局内に構成される第４３項に記載の移動通信システム 。 ４６．前記システムは端末機内に構成される第４３項に記載の移動通信システム 。 ４７．移動通信システムのチャネル復号化方法において、 受信データを受信されたメッセージ情報に基づいて複数のサブフレームに分割 する過程と、 前記サブフレームごとにターボ復号化を行う過程と、 サブフレームの数に対する情報に応答して、前記ターボ復号化したデータを前 記受信されたフレームに再構成する過程と、を含むことを特徴とする移動通信シ ステムのチャネル復号化方法。
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