JP2002527981A - ターボ符号のためのハイブリッドインタリーバー - Google Patents
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Abstract
Description
を形成する信号処理に関する。より詳細にいうと、この発明はターボ符号インタ
ーリービングマッピングのシステムおよび方法、すなわち構成要素符号化装置の
各々の蓄積用レジスタを全部零の状態に一斉駆動するのに必要な末尾ビットの数
を減らしたシステムおよび方法に関する。
おいて、情報伝送の際の信号ダイバーシティまたは冗長度が、データ伝送システ
ム性能の他側面を犠牲にすることなく性能を改善することが判明している。時間
ダイバーシティを加える手法としてインタリービング符号化および前向き訂正(
FEC)符号化の二つが周知である。
る処理である。例えば、 IN (01234567)←(30671524) ここで、演算子IN[J]は有限入力系列の各ビットまたはシンボルの原位置を
インタリーバINの作用により新たな位置Jに転置する。時間ダイバーシティを
達成するこの配列変換処理をインタリービングと呼び、この処理は多様な方法で
行うことができる。通常のインタリービングの方法として、ブロックインタリー
ビングとランダムインタリービングの二つの方法が知られている。
。この逆処理をインタリービング解除と呼ぶ。
ンタリービング装置には多様な設計が可能であり、復号化の際の複雑さを軽減す
る。もっとも有用なものは三種類、すなわち(1)ブロックインタリービング装置
、(2)擬似ランダムインタリービング装置、および(3)S−ランダムインタリービ
ング装置である。
−ランダムインタリービング装置は、特定の系列長の範囲内の互いに相隣る位置
を同一系列長発揮の互いに隣接する位置にマッピングしない性質を利用する。こ
れによって系列長をできるだけ大きくする。インタリービング装置設計には、入
力系列の大きさと置換とを記述した特定の規則セットが必要である。
対する性能を改善する。FEC符号化は原データ系列に追加の冗長度を加える。
スペクトラム拡散無線インタフェース経由で交信する通信システムでは、共用の
伝送周波数チャネルに冗長度がすでに存在する。FEC符号化装置は、ノードま
たは状態および遅延レジスタによる有限状態マシンである。レジスタ相互間の予
め定めた遷移が経路を定義し、その経路から所与のデータ入力が出力を生ずる。
畳込み符号化データ用の符号化および復号化技術を図解する一般的な方法はトレ
リス図を用いるやり方であり、これはこの技術分野に詳しい技術者に周知である
。トレリス図は状態マシン図の有限の複製であり、図1に示すとおりである。
の経路状態または距離とに基づく最尤度復号アルゴリズムを用いて通常行う。畳
込み符号の符号ワードはすべてトレリス図中の経路沿いのシンボルに対応する。
各状態およびトレリスの各レベルにおいて、加算−比較−選択動作を行って最良
の経路および状態を選択する。多数の受信シンボルに対してトレリスを構成する
。所定数のシンボルを累積したのち、最小誤差のトレリス経路を判定により決め
る。トレリス中の全ビットについての最終決定は、符号化装置を全部0の初期状
態に強制的に戻すことによって符号化装置から行う。この操作は、符号化のあと
有限ビットストリームの末尾に末尾ビット0を挿入することによって行う。この
処理を「末尾オフ」と呼ぶ。
ら最初の判定に向かって判定経路をトレースする。この復号化方法により、原送
信シンボルを判定する。トレリス構成は冗長度を導入し、それまでの履歴に累積
する。
畳込み符号化装置の前段に配置したターボ符号インタリービング装置と並列に接
続した第1および第2の系統的再帰型畳込み符号(RCS)符号化装置を備える
。各符号化装置で用いる二つの再帰型畳込み符号は構成要素符号として周知であ
る。第1の符号化装置は第1の情報ビットNを原配列に再配列し、第2の符号化
装置はターボ符号インタリーバI Nで置換した入力ビットを再配列する。入力情
報系列Nは常にチャネル経由で送信される。データ伝送速度によって、両符号化
装置からの出力に送信N前に「鑚孔」する。この鑽孔は、下位タップ(第1およ
び第2の符号化装置1 N,2 N)の交互の出力を出力から消去する処理である。
この処理により符号速度が確定する。
ブラである。一系列全体をインタリービング装置に入力し、所定の配列順で出力
する。
尾ビットを、図3に示すとおり、それぞれの符号化装置のレジスタ帰還から得る
。各構成要素符号化装置のレジスタの内容は末尾オフ動作の初めには互いに異な
るので、各符号化装置は、個別に一斉駆動しなければならない。図4に図解した
とおり、各符号化装置(図3)は情報ビットの符号化後は、互いに独立に排他的
に一斉駆動される。各符号化装置は各自の末尾ビットを抽出し受ける。したがっ
て、状態数、または符号化装置のレジスタメモリの数をmとすると、一つの符号
装置でm個の末尾ビットを要し、両符号化装置で2m個の末尾ビットを要する。
ビット1 Nについてのソフト判定情報が第1の構成要素復号装置に入力される。
この第1の構成要素復号装置は、情報ビットとともに復号装置インタリービング
装置に入力された情報ビットについて、交信ずみのソフト判定尤度値e1(N)
を発生する。第2の構成要素復号装置への入力は第2の構成要素符号化装置から
のインタリービング処理ずみのソフト値系列I NおよびI e1(N)並びにパリ
ティビット2 Nを含む。この第2の構成要素復号装置の出力は第1の構成要素復
号装置の出力から抽出したソフト判定尤度値を改善し、ターボ復号装置インタリ
ービング装置に従った収束型処理としての再配列ののち第1の構成要素復号装置
に帰還される。第2の構成要素復号装置からの出力eは復号動作の完結ののちに
得られる。
長で行う必要が生ずる。そのような有限情報系列を符号化するには、ターボ符号
化装置の両構成要素RSC符号化装置がトレリスターミネーションで全部零の状
態で開始し終了しなければならない。しかし、ターボインタリーバがあるので、
二つの構成要素符号化装置を強制的に同時に同じトレリスビットで全部零の状態
にターミネートさせることは難しい。従来技術によるターボ符号化装置の大半は
情報系列を複数の末尾ビットでターミネートさせる。末尾ビットはターボ符号化
系列に不都合でありオーバーヘッドと考えられている。
末尾ビットを必要としないターボ符号インタリービング装置が必要になっている
。
ドインタリービング装置に関する。このシステムは各符号化装置のレジスタを全
部零の状態に一斉駆動するための複数の末尾ビットを要することなく有限のビッ
トのフレームを符号化する。このハイブリッドインタリービング装置は、両構成
要素符号化装置に同じ末尾ビットを用いることによってターボ符号オーバーヘッ
ドを減らし、最良のターボインタリービング装置の性能を改善する。
必要のないインタリービングのシステムおよび方法を提供することである。
ーヘッドを解消し、符号化処理を全部零の状態でターミネートする末尾ビットの
数を単一のmビット末尾に限定することである。ここで、mは各構成要素符号化
装置における蓄積用レジスタの数である。
細な説明を見れば当業者には明らかになろう。
ーボ符号符号化装置17は単一の末尾オフビット動作25を用いて第1および第
2のRCS構成要素符号化装置21および23を全部零の状態にターミネートす
る。この発明の装置17は最良のターボインタリービング装置の性能の保持と協
働して構成要素符号化装置21および23の各のトレリスターミネーションに必
要な追加の末尾ビットを減らす。
ムおよび信号処理を図解する。信号処理51は入力データ系列27を符号化のた
めに受けることによって開始する(ステップ53)。符号化系列フレーム長Nを
選択する(ステップ55)。状態サイズおよび鑚孔速度(符号速度)はハイブリ
ッドインタリーバとは独立である。ハイブリッドインタリーバ19は置換用にラ
ンダム整数I(k)を発生する(ステップ57)。
置311−Nの各々についてビットごとに行われる。記号I(k)で示したランダ
ム整数の発生(ステップ57)は、次式すなわち、 1<I(k)<N 式(1) で表される。ここで、インタリーバ系列の中のマップ33の位置351−Nの各
々につき、k=1,2,…,Nである。この段階の選択では、I(k)は次の条件
A(ステップ59)、条件B(ステップ63)、および条件C(ステップ65)
を充たさなければならない。すなわち、 条件A:|I(k)−I(k-j)|>S 式(2) ここで、 0<j<S 式(3) および k−j>0 式(4) である。条件Aの式(2)はS−ランダムインタリーバの特性を表す。Sは任意
の値である。
れている構成要素符号化装置で定まる。例えば、L=7は八状態ターボ符号化装
置で用いられる。
る。四状態符号化装置および八状態符号化装置については、mは2および3にそ
れぞれ等しい。上述のステップを、ハイブリッドインタリーバ19についてk=
1,2,…,NのI(k)(ステップ66)が選択され(ステップ67)出力され
る(ステップ69)まで繰り返す。
しくLを4に等しくしたハイブリッドインタリービング装置19付きの四状態タ
ーボ符号符号化装置17を用いた系列フレームサイズ16の系列をこの発明によ
り置換した状態で示す。このハイブリッドインタリービング装置19は上記条件
AおよびBを満足する。ハイブリッドインタリービング装置19の出力37を、
図10に示すとおり条件Cを用いて、入力27の情報系列のインデックスの2m −1による除算ののち出力の残余の系列39Aがインタリービングマッピングイ
ンデックス33により対応の残余系列39Bに等しくなるように検証する。ター
ボ符号ハイブリッドインタリービング装置19が51の形に特定されると、情報
ビット27は、第2の構成要素符号化装置が出力37を受けるようにハイブリッ
ドインタリービング装置19に従って置換される。
てトレリスをターミネートする本発明の処理を図6および図11に図解する。上
述のとおり、情報ビットを両符号化装置により符号化する。第1の構成要素符号
化装置21は原配列の情報ビット27を処理する。第2の構成要素符号化装置2
3はハイブリッドインタリービング装置19により置換ずみの情報ビット37を
処理する。これら第1および第2の構成要素符号化装置21および23の出力を
鑽孔し多重化して出力を生ずる(図2参照)。
は、すべての情報ビットが第1および第2の構成要素符号化装置21および23
により符号化ずみであることを確認して開始される(ステップ83)。符号化処
理のこの時点において、両符号化装置のレジスタの内容は同じである。これら第
1および第2の符号化装置21および23は原情報ビットストリーム27と置換
ずみビットストリームからの入力を第1の符号化装置21からの帰還信号41に
切り換える。第1の符号化装置の出力1 Nおよび第2の符号化装置の出力2 Nを
末尾オフ処理のために情報出力Nで鑽孔する操作は情報ビット27および37の
符号化装置21および23における符号化期間の操作と同じである。両スイッチ
43および45の遷移のあと第1の符号化装置21はそれ自身のレジスタから帰
還経路41経由で末尾ビットを受ける(ステップ85)。第2の符号化装置23
への末尾ビットはハイブリッドインタリービング装置19によるインタリービン
グ処理をまだ受けておらず、第1の符号化装置におけるトレリスターミネーショ
ン用の末尾ビット41と同じである(ステップ87)。
のすべてのレジスタを全部零の状態に一斉駆動するのにlog2M個の末尾ビット
が要る。L=Log2Mとして表1は四状態および八状態符号化装置についての所
用末尾ビット数および末尾符号化シンボル総数を示す。
については、この発明の装置17は末尾ビット4個および6個をそれぞれ不要に
する。八状態構成要素符号化装置付きの1/2速度および1/3速度ターボ符号符号化
装置については、この発明の装置17は従来技術における所用数に対比して末尾
ビット6個および9個をそれぞれ不要にする。
よるS−ランダムインタリービング装置よりも優れた性能を発揮する。すなわち
、上記条件B記載の規則がターボ符号の重み分布の最悪状態を回避する一方、条
件Aが最良の特性を保持するからである。ハイブリッドインタリービング装置1
9は第1および第2の構成要素復号装置21および23の両方について末尾部分
の初めに同じトレリス状態系列に導くので、これら第1および第2の符号化装置
21および23の両方を全部零の状態に一斉駆動するのに単一のmビット末尾系
列を用いることは受入れ可能である。第1の構成要素復号装置の発生した末尾ビ
ットなどの付帯的情報I e1は第2の構成要素復号器に伝達され、これによって
総合特性に向上させる(図5参照)。
号化する。第1の構成要素符号化装置21は入力を原系列のまま処理し、第2の
構成要素符号化装置はインターリービング装置19からの置換ずみ出力Iを処理
する。
はハイブリッドインターリービング装置によって同じになる。これによって、こ
れら第1および第2の符号化装置21および23が同じ末尾ビットを受けること
が可能になり、ターボ符号化処理のオーバーヘッドを減らす。
ののち同じにする。これによって両構成要素符号化装置につき末尾ビットが同じ
になり、末尾ビットに起因するターボ符号オーバーヘッドが減る。また、同じ末
尾ビットを用いると、インターリービング装置の設計がS−ランダムインターリ
ービング装置に基づいている上述の相互作用型復号装置には望ましい。この発明
はターボ符号性能を改善するが、そのメモリに対する要求はインターリービング
装置の大きさに比例した所要メモリ容量を備えるS−ランダムインターリービン
グ装置の場合と同じである。
列Dをp個の直和部分集合S、すなわちp=M−1としたとき S0={dk|,kmod p=0} 式(11) S1={dk|,kmod p=1} 式(12) : : Sp−1={dk|,kmod p=p−1} 式(13) に区画できる。ここで、pは四状態および八状態ターボ符号について3および7
にそれぞれ設定する。上述の区画方法は同時設定区画と同様である。状態ターボ
符号の各々についてpの値を特定する。
以上の値の最小整数を示す。各部分集合をインタリーバマッピングの利用により
置換する。次に、個々の部分集合全部を合成して、下にIで示すインターリービ
ング装置出力を得る。すなわち、 ここで、Si(k)は部分集合Siのk番目のインタリービングずみ出力ビットで
あり、S0(k)は部分集合S0のk番目のインタリービングずみ出力ビットであ
る。部分集合の区画および合成を含む上述の処理は[N/p]行p列のブロック
インタリービング装置を用いて次のとおり図解できる。すなわち、 (1)情報ビットをブロックインタリービング装置で行方向に次のとおり蓄積す
る: 書込み→ (2)各列ブロックの中のビットを、与えられたインタリーバの種類、すなわち
原則的に任意の候補インタリーバの一つにできる種類に従って置換する。例えば
、条件AおよびBを各列ブロックに適用し、条件Cはこの場合に不要である。 (3)上述のマトリクスを下に述べる順序で行ごとに読み出し、インタリービン
グ処理ずみの出力を入力に受ける第2の構成要素符号化装置に加えて原情報系列
インタリービング処理なしの場合と同じ状態に駆動する。 読出し→ この発明を好ましい実施例について上に述べてきたが、特許請求の範囲の各請求
項に記載した発明の範囲内にある上記以外の諸変形が当業者には自明であろう。
す。
ング装置を備えるターボ符号符号化装置のシステム図。
発明の発生した16フレーム長インタリービング系列。
長で行う必要が生ずる。そのような有限情報系列を符号化するには、ターボ符号
化装置の両構成要素RSC符号化装置がトレリスターミネーションで全部零の状
態で開始し終了しなければならない。しかし、ターボインタリーバがあるので、
二つの構成要素符号化装置を強制的に同時に同じトレリスビットで全部零の状態
にターミネートさせることは難しい。従来技術によるターボ符号化装置の大半は
情報系列を複数の末尾ビットでターミネートさせる。末尾ビットはターボ符号化
系列に不都合でありオーバーヘッドと考えられている。 ターボ符号符号化装置を一斉駆動してそれら装置のトレリスを初期状態に戻す
ことに伴う難しさは従来技術でも認識されてきた。例えば Blackert ほか著の論
文「ターボ符号ターミネーションおよびインタリービング装置条件」、Divsalar
ほか著の論文「PSC用のターボ符号」、および Barbulescu ほか著の論文「
ターボ符号のトレリスを同じ状態でターミネートすること」は、複数の符号化装
置のトレリスをそれらの初期状態に戻すことに伴う問題を認識している。しかし
、これら従来技術の手法はいずれも符号化装置の効率の低下なしに複数の符号化
装置のトレリスを初期状態に戻す適切な方法を提供していない。
Claims (11)
- 【請求項1】入力ビットの集合を符号化するターボ符号符号化装置であって
、 入力ビットの集合を符号化する多状態レジスタ付きの第1のRCS構成要素符
号化装置と、 集合の中の入力ビットを配列変換するインタリービング装置と、 インタリービングにより配列変換した入力ビットの集合を符号化する多状態レ
ジスタ付きの第2のRCS構成要素符号化装置と を含み、前記インタリービング装置を、前記第1および第2のRCS構成要素符
号化装置のそれぞれの前記レジスタが同じ入力ビットの集合の符号化のあと同じ
値を保有するように構成したターボ符号符号化装置。 - 【請求項2】前記第1および第2のRCS構成要素符号化装置の両方のレジ
スタをリセットする符号化ずみ入力ビットの各集合について末尾ビットの集合を
発生する末尾ビット発生器をさらに含む請求項1記載のターボ符号符号化装置。 - 【請求項3】前記末尾ビット発生器が前記第2の符号化装置のレジスタの蓄
積内容への末尾ビットを発生する請求項2記載のターボ符号符号化装置。 - 【請求項4】N個の入力ビットの集合(Nは正の整数)を符号化する請求項
1記載のターボ符号符号化装置であって、前記インタリービング装置が、 値1乃至Nの値をとるkについて入力ビット(k)の集合のランダム整数I(k)の
発生を次の条件、すなわち (a)|I(k)−I(k-j)|>S(ここで、Sは任意の値でありjは正の整数)
、 0<j<Sおよびk−j>0、 (b)n・L>S(ここで、Lは符号化装置レジスタ状態の数で定まり、nは
k−n・L>0を条件として正の整数であり、その条件を満たした場合ステップ
dに進む)、 (c)|I(k)−I(k-n・L)|≠j・L(不成立の場合ステップa−cを繰り返
す)、 (d)kmod2m−1=I(k)mod2m−1を用いてランダム整数の各々を検証す
る (ここで2mは前記符号化装置のレジスタ状態の数、不成立の場合ステップa−
dを繰り返す)、 (e)整数ビットカウントkを増加させる、および (f)k=N+1(不成立の場合ステップa−fを繰り返す) を満足するように行う請求項1記載のターボ符号符号化装置。 - 【請求項5】N個の入力ビットの集合を符号化する請求項1記載のターボ符
号符号化装置であって(ここで、Nは整数、dは一つの集合の入力ビット、d=
±1である)、前記インターリビング装置が、 M状態ターボ符号装置への前記入力ビット集合をp個の直和部分集合(ここで
、p=M−1)に配列して、サイズbの各直和部分集合Si(ここでiは0乃至
p−1の整数、bはN/p以上の最小整数値)、すなわち Si={dk|,kmod p=i|} になるようにする手段と、 部分集合Siを合成してb行p列のブロックを形成して一つの部分集合の各素
子が同じ列に含まれるようにする手段と、 前記列の中の入力ビットの集合を配列変換する手段と、 前記列の配列変換のあと前記行を出力してインタリーブ処理により配列変換し
た入力ビット集合を生ずる手段と を含む請求項1記載のターボ符号符号化装置。 - 【請求項6】入力ビットの集合をターボ符号化する方法であって、 入力ビットを符号化する多状態レジスタ付きの第1のRCS構成要素符号化装
置を用いて入力ビットの集合を符号化する過程と、 前記入力ビットの集合をインタリービング装置を用いて選択的に配列変換する
過程と、 多状態レジスタ付きの第2のRCS構成要素符号化装置を用いて前記配列変換
した入力ビットの集合を符号化する過程であって、前記配列変換した前記入力ビ
ットの配列変換選択により前記第2のRCS構成要素符号化装置のレジスタが前
記入力ビットの集合の符号化の終了時に前記第1の構成要素のレジスタと同じ値
を保有するように符号化する過程と を含むターボ符号化方法。 - 【請求項7】符号化ずみ入力ビットの各集合について末尾ビットの集合を発
生する過程と、前記末尾ビットの集合を前記第1および第2のRCS構成要素符
号化装置の両方のレジスタをリセットするように加える過程とをさらに含む請求
項6記載のターボ符号化方法。 - 【請求項8】請求項6記載のターボ符号化方法であって、前記選択的配列変
換する過程が、 (a)N個の入力ビット(Nは正の整数)を受ける過程と、 (b)ハイブリッドインタリービング装置フレームサイズNを区画する過程と、 (c)値1乃至Nの値をとるkについてランダム整数I(k)の発生を次の条件、す
なわち (1)|I(k)−I(k-j)|>S(ここで、Sは任意の値でありjは正の整数)
、 0<j<Sおよびk−j>0、 (2)n・L>S(ここで、Lは符号化装置レジスタ状態の数で定まり、nは
k−n・L>0を条件として正の整数であり、その条件を満たした場合ステップ
4に進む)、 (3)|I(k)−I(k-n・L)|≠j・L(不成立の場合ステップ1−3を繰り返
す)、 (4)kmod2m−1=I(k)mod2m−1を用いてランダム整数の各々を検証す
る (ここで2mは前記符号化装置のレジスタ状態の数、不成立の場合ステップ1−
4を繰り返す)、 (5)整数ビットカウントkを増加させる、および (6)k=N+1(不成立の場合ステップcを繰り返す) を満足するように行う過程と、 (d)置換ずみのインタリーバデータ系列を符号化用に出力する過程と を含む請求項6記載のターボ符号化方法。 - 【請求項9】請求項7記載のターボ符号化方法であって、 (a)第1の構成要素符号化装置および第2の構成要素符号化装置による符号化
が完結したことを確認する過程と、 (b)情報ビットストリームおよび置換ずみのビットストリームから前記第1お
よび第2の符号化装置への入力を前記第1の構成要素符号化装置最終段からの共
通帰還に切り換える過程と、 (c)前記第1の構成要素符号化装置の中のレジスタの数よりも大きい前記帰還
からの末尾ビットの数を増加させ、それ以外の場合に過程b−cを繰り返す過程
と を含む請求項7記載のターボ符号化方法。 - 【請求項10】N個の入力ビットの集合を符号化する請求項6記載のターボ
符号化方法であって(ここで、Nは整数、dは一つの集合の入力ビット、d=±
1である)、前記選択的配置変換が、 M状態ターボ符号装置への前記入力ビット集合をp個の直和部分集合(ここで
、p=M−1)に配列して、サイズbの各直和部分集合Si(ここでiは0乃至
p−1の整数、bはN/p以上の最小整数値)、すなわち Si={dk|,kmod p=i|} になるようにする過程と、 部分集合Siを合成してb行p列のブロックを形成して一つの部分集合の各素
子が同じ列に含まれるようにする過程と、 前記列の中の前記部分集合の要素を配列変換する過程と、 前記列の配列変換のあと前記行を出力してインタリーブ処理により配列変換し
た入力ビット集合を生ずる過程と をさらに含む請求項6記載のターボ符号化方法。 - 【請求項11】N個の入力ビットの集合を符号化するターボ符号符号化装置
であって(ここで、Nは整数、dは一つの集合の入力ビット、d=±1である)
、 入力ビットの集合を符号化する多状態レジスタ付きの第1のRCS構成要素符
号化装置と、 M状態ターボ符号装置への前記入力ビット集合をp個の直和部分集合(ここで
、p=M−1)に配列して、サイズbの各直和部分集合Si(ここでiは0乃至
p−1の整数、bはN/p以上の最小整数値)、すなわち Si={dk|,kmod p=i|} になるようにする手段と、 部分集合Siを合成してb行p列のブロックを形成して(ここでkは1乃至b
の整数)一つの部分集合の各素子が同じ列に含まれるようにする手段と、 前記列の中の前記入力ビットの集合を配列変換するインターリービング手段と
、 前記列の配列変換のあと前記行を出力してインタリーブ処理により配列変換し
た入力ビット集合を出力する手段と インターリービングにより配列変換した入力ビット集合を符号化する多状態レ
ジスタ付きの第2のRCS構成要素符号化装置と を含み、前記第1および第2のRCS構成要素符号化装置のそれぞれのレジスタ
が同一の入力ビットの集合の符号化ののち同一の値を保有するターボ符号符号化
装置。
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