JP2004266324A - データ受信方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ターボ符号を受信してスライド窓を用いた演算で復号する場合に、学習区間の長さが最適に設定できるようにする。
【解決手段】受信データのパンクチャ率を検出するパンクチャ率検出手段と、検出したパンクチャ率で間引かれたビットを補間する補間手段と、インターリーブされたデータを元の配列とするデインターリーブ手段と、補間手段及びデインターリーブ手段で処理が施されたデータに対して、パンクチャ率検出手段で検出したパンクチャ率に応じて学習区間の長さを可変設定させながら、スライド窓のデータと、そのスライド窓のデータに続く学習区間のデータとを入力させて、再帰的演算でスライド窓のデータを復号するターボ復号手段とを備えて、学習区間に含まれる有効な受信信号を、パンクチャ率が変化してもほぼ一定に保つようにした。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、畳み込み符号とインターリーブ処理とが組み合わされたターボ符号に符号化されて送信されたデータを受信するデータ受信方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ターボ符号と称される符号化を行ってデータを効率良く伝送することが行われている。図4は、送信側でターボ符号を符号化するエンコーダの構成の一例を示した図である。入力データは、組織ビットとしてパラレル/シリアル変換部11に供給すると共に、第1の畳み込み符号化部20に供給し、さらにインターリーバ12を介して第2の畳み込み符号化部30に供給する。第1の畳み込み符号化部20では、加算器21,25とDフリップフロップ22,23,24を使用した畳み込み処理を行う構成で、パリティビットaを生成させ、その生成されたパリティビットaをパラレル/シリアル変換部11に供給する。第2の畳み込み符号化部30では、加算器31,35とDフリップフロップ32,33,34を使用した畳み込み処理を行う構成で、パリティビットbを生成させ、その生成されたパリティビットbをパラレル/シリアル変換部11に供給する。
【0003】
パラレル/シリアル変換部11では、供給される組織ビットとパリティビットa,bを所定の順序でシリアルデータに変換して、ターボ符号化されたデータとして出力させる。
【0004】
このようにターボ符号化されて伝送された信号を受信する側では、例えば図5に示すターボデコーダを使用して復号が行われる。図5に示したターボデコーダの構成について説明すると、受信信号は、シリアル/パラレル変換部41に供給されて、組織ビットとパリティビットa,bとが分離される。このシリアル/パラレル変換部41での分離は、タイミング制御回路49から指示されたタイミングで実行される。
【0005】
分離された組織ビットとパリティビットaは、軟出力復号アルゴリズム部42に供給して、後述するもう1つの軟出力復号アルゴリズム部44の復号出力と組織ビットとパリティビットaを使用して、マップアルゴリズムと称される軟出力復号アルゴリズムで復号処理を行う。軟出力復号アルゴリズム部42で復号されたデータは、インターリーブ用メモリ43に供給してインターリーブ処理を行い、そのインターリーブされたデータと、シリアル/パラレル変換部41で分離されたパリティビットbとを、軟出力復号アルゴリズム部44に供給する。軟出力復号アルゴリズム部44でも、マップアルゴリズムと称される軟出力復号アルゴリズムで復号処理を行い、その復号出力をデインターリーブ用メモリ46を介して軟出力復号アルゴリズム部42に供給する。従って、軟出力復号アルゴリズム部42での復号処理と、軟出力復号アルゴリズム部44での復号処理は、それぞれの出力が相互に供給されて反復復号される。
【0006】
そして、インターリーブ用メモリ43でインターリーブされたデータと、軟出力復号アルゴリズム部44の復号出力とを、加算器45に供給して加算し、その加算出力を硬判定部47に供給する。硬判定部47は、最終的な復号結果を得る回路であり、この硬判定部47での判定(復号)結果を、デインターリーブ用メモリ48に供給して、デインターリーブ処理を行って、そのデインターリーブされたデータを、ターボ符号の復号結果として出力させる。
【0007】
各軟出力復号アルゴリズム部42,44とインターリーブ用メモリ43とデインターリーブ用メモリ46,48は、タイミング制御回路49により処理タイミングが制御される。
【0008】
この図5に示すターボデコーダの復号処理状態について説明すると、ターボ符号はブロック符号であるので、符号化及び復号は定められたビット数Nからなるブロック単位で行われる。このブロック単位を、ここではコードブロックと呼ぶ。インターリーブ用のメモリ及びデインターリーブ用のメモリの所要ワード数は、それぞれ1コードブロックのビット数に等しい。
【0009】
2つの軟出力復号アルゴリズム部42,44での反復復号は、例えば、数回から数十回転程度で反復されて復号される。反復復号を開始させる前に、軟出力復号アルゴリズム部42は初期値(0)で初期化をしておく。ここで反復復号処理における1回の処理の概要について説明すると、まず1回の処理の前半では、軟出力復号アルゴリズム部42が動作する。入力として、組織ビットとパリティビットa及びデインターリーブ用メモリ46の出力が用いられる。軟出力復号アルゴリズム部42の出力は、インターリーブ用メモリ43に蓄積される。なお、反復処理の1回目の時点では、デインターリーブ用メモリ46にも情報が蓄積されていないので、初期値(0)が用いられる。
【0010】
1回目の処理の後半では、軟出力復号アルゴリズム部44が動作する。入力として、パリティビットb及びインターリーブ用メモリ43の出力が用いられる。なお、軟出力復号アルゴリズム部44で復号されるマップアルゴリズムbに対応した組織ビットについては、ここでは送信されない構成としてあり、0を入力とする。この軟出力復号アルゴリズム部44の復号出力は、デインターリーブ用メモリ46に蓄積される。ここまでが反復復号処理における1回の復号処理の概要である。インターリーブ用メモリ43及びデインターリーブ用メモリ46から各軟出力復号アルゴリズム部42,44に送られる情報は、事前尤度情報と呼ばれる。
【0011】
この1回の処理を、予め決められた回数だけ反復して行った後、加算器45で加算された出力の硬判定結果(サインビット)を硬判定部47で得て、その結果をデインターリーブ用メモリ48に供給して、ビット順序を復元したものを、最終的な復号結果とする。
【0012】
次に、軟出力復号アルゴリズム部42,44での復号処理に使用されるマップアルゴリズムの動作について、図6を参照して説明する。このマップアルゴリズムは、L.R.Bahl,J.Cocke,F.Jelinek,J.Ravivによる論文“Optimal Decoding of Liner Codes for Minimizing Symbol Error Rate”IEEE Transaction on Informtion Theory,Vol.IT−20,March 1974, pp. 284〜7で説明されている。
【0013】
マップアルゴリズムでは、コードブロックの各ビット位置について軟判定出力を求める。この際に、トレリス上でステートメトリックを求めるための、順方向及び逆方向の再帰演算を必要とする。これらの処理は、図6に示したように、1ブロック単位で先頭から終端まで、連続して実行させる必要がある。即ち、再帰的演算による各ステート毎のステートメトリックを、Nステージのコードブロック全体に渡ってメモリに格納してから、処理する必要がある。このような処理を行うためには、大量のデータが格納できるメモリを必要とする。例えば、W−CDMA方式と称される無線電話システムに適用されている処理(コードブロック長N〜5114,ステート数M=8)の場合には、必要なメモリ容量は約40kワードにもなる。
【0014】
このため、マップアルゴリズムの所要メモリ量を削減する技術として、非特許文献1及び2に記載された、スライド窓を用いた処理が提案されている。
【0015】
【非特許文献1】
S.Pietrobon,S.Barbulescuの論文“A Simplification of the Modified Bahl et al.Decoding Algorithm for systematic Convolutional Codes ”int.Symp. On Inform. Theory and its Applications,Sydney,Australia, pp.1073−7,Nov.1994,revised Jan.4,1996
【0016】
【非特許文献2】
S.Pietrobon の論文“Efficient Implementation of Continuous MAP Decodersand a Synchronisation Technique for Turbo Decoders ”int.Symp. On Inform. Theory and its Applications,Victoria,B.C.,Canada, pp.586−9,September 1996
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上述したスライド窓を用いた復号処理の詳細については、発明の実施の形態の中で説明するが、簡単に述べると、再帰的演算処理を窓単位で実行するものである。窓の長さをL、ある窓の時刻をtとすると、逆方向の再帰的演算は時刻t+2Lから開始し、逆方向の再帰的演算によるステートメトリックは、時刻t+Lから時間tまでの区間がメモリに格納される。
【0018】
時刻t+2Lから時刻t+Lまでの区間は、窓単位に分割された再帰的演算の信頼度を十分に高めるための処理で、ここではこの区間を学習区間と呼ぶ。学習区間の長さをPとすると、上記非特許文献ではP=Lとなることが記載されているが、必ずしもそうである必要はない。学習区間の長さPを短くすることで、演算量の増加を抑えることができるが、その一方で性能の劣化が生じるので、Pの値は注意深く決める必要があり、ある程度の余裕を持たせる必要があった。順方向の再帰的演算及び出力尤度計算は、時刻tから時刻t+Lの区間で実行される。
【0019】
次の窓は、窓の先頭位置をLだけ増やしたt+Lとして、同様な処理を行う。以後、窓の先頭位置をLずつ増やしながら(スライドさせながら)、トレリスの終端に達するまで処理を続ける。なお、トレリスの終端から行う再帰的演算においては、学習区間は設けない。
【0020】
このようなスライド窓を用いた演算を行うことで、所要メモリ量はN*MワードからL*Mワードまで軽減される。但し演算量は、逆方向の再帰的演算の部分が2倍に増加する。
【0021】
このように学習区間の長さPは、許容できる演算量の増加分と、性能の劣化を考慮して決められる。演算量を少なくするためには、なるべく学習区間の長さを小さくする必要があったが、伝送されるターボ符号の状態によっては、必ずしも適切な学習区間の長さが設定されているとは言えない状況であった。
【0022】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ターボ符号を受信してスライド窓を用いた演算で復号する場合に、学習区間の長さが最適に設定できるようにすることを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明のデータ受信方法は、所定のビット数からなるブロック単位で、畳み込み符号による符号化とインターリーブとが組み合わされて符号化されると共に、所定のパンクチャ率により必要により間引かれて送信されたターボ符号を受信して復号するデータ受信方法において、受信データのパンクチャ率を判断する処理と、パンクチャ率で間引かれたビットを補間する補間処理と、インターリーブされたデータを元の配列とするデインターリーブ処理と、補間処理及びデインターリーブ処理が施されたデータに対して、パンクチャ率判断処理で判断したパンクチャ率に応じて学習区間の長さを可変設定させながら、スライド窓のデータと、そのスライド窓のデータに続く前記学習区間のデータとを入力させて、再帰的演算でスライド窓のデータを復号するターボ復号処理とを行うようにしたものである。
【0024】
また本発明のデータ受信装置は、所定のビット数からなるブロック単位で符号化されたターボ符号を受信して復号するデータ受信装置において、受信データのパンクチャ率を検出するパンクチャ率判断手段と、判断したパンクチャ率で間引かれたビットを補間する補間手段と、インターリーブされたデータを元の配列とするデインターリーブ手段と、補間手段及びデインターリーブ手段で処理が施されたデータに対して、パンクチャ率判断手段で検出したパンクチャ率に応じて学習区間の長さを可変設定させながら、スライド窓のデータと、そのスライド窓のデータに続く学習区間のデータとを入力させて、再帰的演算でスライド窓のデータを復号するターボ復号手段とを備えたものである。
【0025】
このようにしたことで、受信データのパンクチャ率に応じて学習区間の長さを可変設定するようにしたので、学習区間に含まれる有効な受信信号を、パンクチャ率が変化してもほぼ一定に保つことが可能になる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図3を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【0027】
本例においては、ターボ符号として符号化されたデータを受信する受信装置に適用したものである。図1は、受信装置の全体構成を示した図である。アンテナ1で受信した信号は、低雑音アンプ2に供給して増幅した後、受信RF部3に供給して周波数変換などの高周波処理を行って、得られた受信信号を復調部4に供給する。復調部4で復調された受信信号は、デインターリーブ・デパンクチャ部5に供給して、送信時に施されたインターリーブ処理と逆のデインターリーブ処理を行って、元のデータ配置とすると共に、送信時に間引かれたデータ位置に0ビットを挿入して、元のデータ長に復元するデパンクチャ処理を行う。
【0028】
そして、デパンクチャ処理で元のデータ長とされたデータを、ターボデコーダ6に供給すて、ターボ符号化からの復号処理を行い、受信データを得る。この場合、本例のターボデコーダでは、従来技術の欄で既に説明したスライド窓を使用した復号処理を行うようにしてある。
【0029】
デインターリーブ・デパンクチャ部5,ターボデコーダ6などでの受信処理については、中央制御ユニット(CPU)7の制御で実行される。
【0030】
なお、ここではパンクチャ率については、そのときのデータなどによって可変設定されるようにしてあり、そのパンクチャ率のデータについては、伝送されるデータに制御データなどとして付加してある。このパンクチャ率のデータなどの受信制御に必要なデータは、復調部4から中央制御ユニット7に供給するようにしてあり、中央制御ユニット7でそのデータからパンクチャ率を判断することができる。
【0031】
そして本例の場合には、中央制御ユニット7で判断したパンクチャ率に応じて、デインターリーブ・デパンクチャ部5で0ビットを挿入する位置や長さを可変設定させて、どのパンクチャ率のデータを受信した場合にも対処できるようにしてある。さらに中央制御ユニット7は、判断したパンクチャ率に応じて、ターボデコーダ6でスライド窓を使用した復号処理を行う際に、学習区間の長さを可変設定する制御を行うようにしてある。
【0032】
このパンクチャ率に応じて可変設定される学習区間の長さとしては、例えば、中央制御ユニット7でのパンクチャ率の判断により、そのパンクチャ率で間引かれたビット数に相当する長さだけ変化させて、学習区間の中に含まれる実データ(即ちデパンクチャ処理で挿入された0ビットを除いたデータ)のビット数が、パンクチャ率が変化しても一定となるようにしてある。
【0033】
図2は、本例のマップアルゴリズムによるターボ符号の復号処理例を示したフローチャートである。既に説明したように、ターボ符号はブロック符号であり、ターボデコーダでの復号は、定められたビット数Nからなるブロック単位(コードブロック)で行われる。図2のフローチャートは、この1ブロックの処理を示した図である。
【0034】
まず、1ブロックの処理が開始されると、中央制御ユニット7は、パンクチャ率が前回の受信処理から変化しているか否か判断する(ステップS11)。ここで、パンクチャ率が変化したと判断した場合には、学習区間の長さを、そのときのパンクチャ率に応じて再設定させて、中央制御ユニット7に記憶させておく(ステップS12)。
【0035】
そして、ステップS11でパンクチャ率の変化がない場合、或いはステップS12でパンクチャ率が変化して再設定が完了すると、〔1ウィンドウの窓の長さ〕+〔学習区間のデータ〕をターボデコーダ6に入力させる(ステップS13)。そして、その入力されたデータを使用した逆方向の再帰的演算を行う(ステップS14)。そして、その再帰的演算の終了後に、1ウィンドウのデータ(即ち学習区間の部分を除いたデータ)を、ターボデコーダ6内のマップアルゴリズム部が備えるメモリに格納させ(ステップS15)、メモリに格納されたデータを読み出し(ステップS16)、その読み出されたデータの順方向の演算及び出力尤度計算を行う(ステップS17)。ここまでの処理が終了すると、1ブロックのデータの終端まで処理したか否か判断し(ステップS18)、終端でない場合には、ステップS13に戻る。
【0036】
そして、終端であると判断した場合には、ここでの1ブロックの処理を終了する。
【0037】
図3は、本例のスライド窓を用いたマップアルゴリズムの処理手順の例を示した図である。復号トレリスについては、図3Aに示すように、1ブロックのデータの先頭から終端まで連続している。ここで、最初の手順1での処理としては、図3Bに示すように、予め決められた固定長である1ウィンドウのデータ長Lに、パンクチャ率により可変設定される長さである学習区間の長さだけ加算した位置から、逆方向に再帰的演算を行い、その演算結果として、図3Cに示すように、1ウィンドウのデータをメモリに格納させる。次に、手順2として、図3Dに示すように、そのメモリに格納されたデータを読み出し、図3Eに示すように、その読み出されたデータを使用して、順方向に演算を行うと共に、出力尤度計算を行う。ここまでが1ブロックの処理である。
【0038】
次のブロックの処理としては、1ウィンドウに相当する長さだけ読み出し位置をスライドさせて、図3Fに示すように、手順3として、1ウィンドウのデータ長Lに、可変設定される学習区間の長さだけ加算した位置から、逆方向に再帰的演算を行い、その演算結果として、図3Gに示すように、1ウィンドウのデータをメモリに格納させる。次に、手順4として、図3Dに示すように、そのメモリに格納されたデータを読み出し、図3Eに示すように、その読み出されたデータを使用して、順方向に演算を行うと共に、出力尤度計算を行う。
【0039】
以下、同様に1ウィンドウ毎のスライドを行いながらのマップアルゴリズムによる復号を実行して行く。そして、1ブロックの最後の1ウィンドウを処理する場合には、図3Nに示すように、最後の1ウィンドウのデータを使用した(即ち学習区間のない状態で)、逆方向の再帰的演算を行い、そのデータのメモリ格納(図3O)、メモリ読み出し(図3P)、順方向の演算(図3Q)を行って、1ブロック内の全ての処理を終了させる。
【0040】
このようにしてターボ符号の復号を行うことで、常に最適な学習区間の長さの設定を行いながらの、スライド窓によるターボ復号が行える効果を有する。即ち、送信側でデータを間引く率であるパンクチャ率が可変した場合には、本例の受信装置内のデインターリーブ・デパンクチャ部5で0ビットを挿入する位置や長さを可変設定させて、デパンクチャされた受信データについては、元のデータ長が復元されるようにしてある。そして、パンクチャ率で間引かれたビット数に相当する長さだけ、学習区間の長さを変化させるようにしたことで、学習区間の中に含まれる有効なデータのビット数が、パンクチャ率が変化しても一定となるようにしてあるので、常に一定量の有効なデータを使用した逆方向の再帰的な演算処理が行われ、一定の性能での復号が可能になる。
【0041】
また、学習区間の長さが常に適切に設定されることで、従来のように学習区間の長さを固定した場合には、性能確保のために必要以上に長く学習区間の長さを設定する必要があったが、そのようなことがなくなり、ターボデコーダでの演算処理量を最低限に抑えることが可能になる。また、無駄な演算を行う必要がないので、復号の処理速度を高速化でき、演算処理に要する消費電力の低減も図れる。
【0042】
なお、ここまで説明した一連の処理は、ハードウェアにより実現させることもできるが、ソフトウェアにより実現させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実現する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムをコンピュータ装置などのデータ処理装置にインストールして、そのプログラムをコンピュータ装置などで実行することで、上述した受信装置が機能的に実現される。
【0043】
また、上述した実施の形態では、学習区間の長さを可変設定する場合に、パンクチャ処理で間引かれたビット数の数と、学習区間の長さを変化させるビット数とを、ほぼ完全に一致させると述べたが、パンクチャ処理で間引かれたデータ量と、学習区間の長さの可変設定量とを、ある程度対応した状態で変化させるようにしても良い。そのような場合でも、学習区間の長さにある程度の余裕があれば、それほど復号精度には影響しない。
【0044】
【発明の効果】
本発明によると、受信データのパンクチャ率に応じて学習区間の長さを可変設定するようにしたので、学習区間に含まれる有効な受信信号を、パンクチャ率が変化してもほぼ一定に保つことが可能になる。従って、学習区間として、常に最低限の長さとすることが可能になり、スライド窓を使用したマップアルゴリズムの演算時に、過剰な演算を行う必要がなくなり、演算速度を高速化でき、また無駄な電力消費を抑えることができるという効果を有する。
【0045】
特に、パンクチャ率に応じて可変設定される学習区間の長さとして、パンクチャ率で間引かれたビット数に相当する長さだけ変化させることで、学習区間に含まれる有効な受信データのビット数を、ほぼ完全に一定とできるようになり、効率の良い復号処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による受信装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態によるマップアルゴリズムの処理例を示すフローチャートである。
【図3】本発明の一実施の形態によるスライド窓を用いたマップアルゴリズムの処理手順を示した説明図である。
【図4】ターボエンコーダの構成例を示すブロック図である。
【図5】ターボデコーダの構成例を示すブロック図である。
【図6】従来のマップアルゴリズムの処理手順を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
1…アンテナ、2…低雑音アンプ、3…受信RF部、4…復調部、5…デインターリーブ・デパンクチャ部、6…ターボデコーダ、7…中央制御ユニット(CPU)、11…パラレル/シリアル変換部、12…インターリーバ、20…第1の畳み込み符号化部、30…第2の畳み込み符号化部、41…シリアル/パラレル変換部、42…軟出力復号アルゴリズム部、43…インターリーブ用メモリ、44…軟出力復号アルゴリズム部、45…加算器、46…デインターリーブ用メモリ、47…硬判定部、48…デインターリーブ用メモリ、49…タイミング制御部

Claims (4)

  1. 所定のビット数からなるブロック単位で、畳み込み符号による符号化とインターリーブとが組み合わされて符号化されると共に、所定のパンクチャ率により必要により間引かれて送信されたターボ符号を受信して復号するデータ受信方法において、
    前記受信データのパンクチャ率を判断する処理と、
    前記パンクチャ率で間引かれたビットを補間する補間処理と、
    前記インターリーブされたデータを元の配列とするデインターリーブ処理と、
    前記補間処理及び前記デインターリーブ処理が施されたデータに対して、前記パンクチャ率検出処理で判断したパンクチャ率に応じて学習区間の長さを可変設定させながら、スライド窓のデータと、そのスライド窓のデータに続く前記学習区間のデータとを入力させて、再帰的演算でスライド窓のデータを復号するターボ復号処理とを行う
    データ受信方法。
  2. 請求項1記載のデータ受信方法において、
    前記パンクチャ率に応じて可変設定される学習区間の長さは、前記パンクチャ率を判断する処理で判断されたパンクチャ率で間引かれたビット数に相当する長さだけ変化させる
    データ受信方法。
  3. 所定のビット数からなるブロック単位で符号化されたターボ符号を受信して復号するデータ受信装置において、
    前記受信データのパンクチャ率を判断するパンクチャ率判断手段と、
    前記検出したパンクチャ率で間引かれたビットを補間する補間手段と、
    前記インターリーブされたデータを元の配列とするデインターリーブ手段と、
    前記補間手段及び前記デインターリーブ手段で処理が施されたデータに対して、前記パンクチャ率判断手段で判断したパンクチャ率に応じて学習区間の長さを可変設定させながら、スライド窓のデータと、そのスライド窓のデータに続く前記学習区間のデータとを入力させて、再帰的演算でスライド窓のデータを復号するターボ復号手段とを備えた
    データ受信装置。
  4. 請求項3記載のデータ受信装置において、
    前記ターボ復号手段でパンクチャ率に応じて可変設定される学習区間の長さは、前記パンクチャ率判断手段でパンクチャ率で間引かれたビット数に相当する長さだけ変化させる
    データ受信装置。
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