JP2004503978A - 誤った符号語の受理とスループットの最適化 - Google Patents

Abstract

複数の受信された符号化信号値を含む符号化信号が、複数の復号信号と１以上の復号された誤り検出信号とを生成するための誤り訂正復号技術用いて受信される。複数の復号信号を生成するために訂正値が生成される。訂正値は、誤り訂正復号技術がどのくらい実行されたかを表すものである。一以上の復号化された誤り検出信号が、誤り検出結果を生成するために使用される。復号された情報信号は、誤り検出結果と、訂正値を閾値と比較した結果との関数に従って、択一的に受理又は拒絶される。

Description

【０００１】
背景
本発明は、情報が符号化ブロックに搭載されて送信され、かつ、誤り訂正と誤り検出のために符号化が使用されるデジタル通信に関連する。とりわけ、本発明は、誤り検出能力を改善するように設計された既存のシステムにおける誤り訂正能力を低下させるといった簡易な方法に関する。
【０００２】
無線通信において、通信のためのデータは一般にバースト的に送信される。その一例として、２．４５ ＧＨｚでの免許不要の産業・科学・医学（ＩＳＭ）バンドにおいて運用されているＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（商標）のようなアドホックシステムや、ＧＳＭやＩＳ−９５のようなセルラーシステムがある。
【０００３】
これらのようなシステムでは、回線品質を向上させるために符号化が使用されている。符号化には２種類あり、誤り訂正のために使用される符号化と、誤り検出のために使用され符号化とがある。しばしば、これらのタイプの符号化手法の双方が性能（パフォーマンス）を最大限に引き出すために採用される。誤り訂正と誤り検出との双方が利用されるときの符号化器と復号化器との動作手順は以下のとおりである。まず、これから送信されようとしているｋ個の情報ビットが誤り検出のために符号化される。このステップは、一般に巡回冗長検査 （ＣＲＣ） ビットと呼ばれるビットを付加することにより実行される。ビットの総数をｋ’と表現すれば、ｋ’−ｋ個のＣＲＣビットが追加されていることになる。送信されるビットの総数がｎ個となるように、ｋ’個のビットが誤り訂正のために符号化される。これはｋ’個のビットを、ｎ個のビットが含まれる単一の符号語へと符号化するようにして実行してもよいし、あるいは、Ｋ’個のビットを一度ｎ_ｓ個のセグメントに分離したあとで、これらを長さがｎ／ｎ_ｓとなるような符号語へと符号化することによって実現してもよい。この場合の符号化率はｋ／ｎとなる。パラメーターｋは設計パラメータとして捉えることができる。これはすなわち、誤り検出と誤り訂正のそれぞれが、符号化処理の全体においてどのくらい費やされているかを表しているのである。例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（商標）に準拠したシステムでは、まず８個のＣＲＣビットを付加することによって１０ビットのヘッダーが符号化されるため（ｋ＝８）、よってｋ’＝１８となる。誤り検出のために使用される符号は、１８ビットの各符号語間の距離が少なくとも４となることを保証する（すなわち、少なくとも４つのエラーまでは発生したとしても、正しくないヘッダーとして検出できることになる。）。１８のビットは、誤り訂正のために（３，１）繰り返し符号によって符号化される。チャネルにおける誤り率Ｐ_ｂが０．１％（これはシステムを運用する際の合理的なレベルである。）のオーダーであるようなチャンネル条件においては、不正確にパケットヘッダーを復号してしまう確率は非常にわずかであり、不正確なパケットヘッダーを採用してしまう確率は無視できるレベルとなる。
【０００４】
繰り返しによって符号化された３ビット（これはオリジナル符号化されていない１ビットに対応しており、いずれも同一である。）は、１つとなって１シンボルを構成する。シンボルを復号する際には多数決判定が利用される。すなわち、３ビットのうち少なくとも２つが正しいものである限り、正しくて復号していると判定できることを意味する。以下において、ビット誤りについての尺度は、繰り返しによって符号化された３ビットのうちの１つについての誤りを基準とすることを意図している。
【０００５】
受信機についての一般的な動作は以下のとおりである。まず、誤り訂正処理が復号プロセスにおいて実行される。次に、誤り訂正の結果が、誤り検出手段によって検査される。理想的なケースでは、誤り訂正符号を用いることで、受信されたｎ個のビットブロックにおけるほとんどの誤りを訂正することが可能になる。このようなケースでは、再送の数は大幅に削減されることになるだろう。復号された符号語が正しいものとして受理される前に、まず、誤り検出だけのために使用される外部の復号器によって復号された符号語が検査される。この方法を用いれば、誤って復号された符号語が採用される確率を理想的には十分小さくすることができる。
【０００６】
セルラーシステムにおいて、他のユーザーからの干渉効果は、セル配置計画、周波数割当計画又は厳密な電力制御によってコントロールされる。これにより、システムが最適又はそれに近い条件でもって動作するとが保証される。すなわち、誤りの数を適性な範囲内に留めることができる。これは効果的には次のことを意味する。すなわち、誤った符号語が時々受信されるかもしれないが、非常に高い確率でもって、この誤った符号語は誤り検出のための符号によって検出可能であり、よってほんの少しのエラーしか含まれないことを意味する。その結果、検出できない誤りが含まれている確率を十分に小さいままに維持することができる。
【０００７】
残念ながらこれは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（商標）のようなアドホック・ネットワークについては当てはまらない。伝搬損失を打ち消すために電力制御が実行されるかもしれないが、上記システムでは干渉を制御下に置いていないのである。実際、干渉を起こす装置を、所望の送信機よりもずっと受信機に近い位置に置くことが可能なので、この場合は信号対干渉比（ＳＩＲ）が非常に小くなってしまう（例えば、−２０ｄＢのオーダーとなってしまう。）。 また、２．４５ＧＨｚ帯のような免許不要バンドにおいて運用されているシステムの中には、他の通信装置を必要としないような干渉源も存在する。例えば、非常に高い出力を有する電子レンジのような装置などである。これによって、システムが正常に動作可能な点より２０ｄＢ以上も受信ＳＩＲが悪くなってしまう。
【０００８】
アドホック・ネットワークにおいては非常に強い干渉源が存在しうるため、一般には何らかのタイプのスペクトル拡散技術が採用されている。スペクトル拡散システムには、本質的に干渉を緩和できる方法が２種類あり、１つは干渉を抑圧する方法であり、もう１つは干渉を回避する方法である。直接拡散型スペクトル拡散 （ＤＳＳＳ） は干渉抑圧技術の一例である。ここで使用される瞬時の帯域幅は、通信の対象となる情報のデータレートを遥かに超えるものである。拡散シーケンスを通して処理利得（ＰＧ）が得られる。ＤＳＳＳに基づいた多元接続システムが正確に動作するためには、干渉信号が希望信号よりも強すぎないことが必須の条件である。これはＰＧによって達成可能な抑圧量にも限界が存在するという事実に基づくものである。これはＪ．Ｃ．Ｈａａｒｔｓｅｎ「ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ 無線システム」、ＩＥＥＥパーソナル・コミュニケーション、第７巻、Ｎｏ． １、２０００年２月において説明されている。
【０００９】
干渉回避に基づく多元接続技術として、周波数ホッピング型スペクトル拡散（ＦＨＳＳ）がある。ＤＳＳＳのケースとは異なり、ＦＨＳＳでは、瞬時の帯域幅はシンボルレートと同一のオーダーである。ＦＨＳＳのＰＧ（処理利得）は、バンド幅の全体にわたって搬送波周波数をホッピングさせることによって得られる。このバンド幅の全体は瞬時帯域幅よりもずっと広い。理想的には、搬送周波数が相互に直交するようにすることである。特定の瞬間において１以上のユーザーが同一の搬送周波数を使用する場合にのみ干渉問題が生じるにすぎない。このように同一の周波数において２人のユーザー送信してしまうこと（いわゆる共同チャンネル干渉）がパフォーマンス劣化の根源であるが、実際には、複数のユーザーが隣接した搬送周波数において同時に送信している場合にも同様の問題が生じうる。２つの装置が擬似雑音的な方法に則って相互に独立して異なる搬送周波数間をホッピングしていれば、各装置はその時々でほとんど異なる搬送周波数を使用することになるので、相互干渉を回避できる。ＤＳＳＳと比べ、ＦＨＳＳ技術の主な利点は、たとえ各装置が非常に異なった出力でもって送信していたとしても回避原理が機能することである。データがパケットに搭載されて送信される場合は、（これは一般的なケースであるが）受信されたパケットのわずかな部分にだけにエラーが含まれることを意味し、従って、システムのスループットは非常に良いものとなる。干渉源の存在によってヒットされるパケットのわずかな部分について、受信されたパケットのビット誤りが大きな値であれば誤り訂正符号は事実上価値がなくなる。例えば、ビット誤り率Ｐ_ｂはおそらく２０−５０％のオーダーで非常に良いであろう。もちろんこれはパケットが正しく復号されないことを意味するが、さらに悪いことは誤り検出のために使用されるコードが十分に強力なものでなければ、受信されたパケットにエラーが含まれていることすら検出できなくなってしまうだろう。これを検出できなければ、パケットの再送信による状況改善の可能性すらなくなってしまう。
【００１０】
この問題について単純に説明すれば、比較的に良いチャンネル条件であれば、誤り訂正符号と誤り検出符号とを組み合わせて使用することで、誤ったパケットを受理・採用してしまう確率を非常に小さくすることができよう。しかしながら、チャネル条件が悪化してしまうと、誤ったパケットを受理・採用してしまう確率が誤り検出符号の特性だけによって決定されてしまう。上述したＢＬＵＥＴＯＯＴＨの例について考慮すれば、ヘッダーに検出できない誤りが含まれている確率は、受信された１８ビットワードの総数で符号語の数を除算することによって推定することができる。
【００１１】
【数１】

【００１２】
アクセス符号は発見可能であるがヘッダーは多かれ少なかれ破壊されているような強力な干渉波によってパケットの１％がヒットされたとした場合、ヘッダーの誤りの検出に失敗する確率は約４Ｘ１０^−５程度である。回線上のパケットレートを約１６００パケット／秒とすれば、１５分に一度は誤ったパケットヘッダーが受理されることになろう。これが容認できるものであるか否かは、アプリケーションの仕様等に依存する。もし誤って採用されたヘッダーが誤ったヘッダーよりずっと悪くなければ、これはもちろん問題ではない。しかしながら、より深刻な問題を予測するならば、この正しくないヘッダーを高い確率でもって受理・採用してしまうことは容認できそうにない。残念ながら、経験的な証拠によれば、正しくないヘッダーを受理した結果は、正しく復号できないことと同様に有害である。
【００１３】
システムの設計当初においては、誤り検出たのめにどの程度を符号化にさくべきであるか、また誤り訂正のためにどの程度をさくべきであるかを判断することは難しいかもしれない。しかし、システムがしばらくの間運用された後に、長い期間をかけてこれらの使用を完全に変更することは可能であろう。何れのケースにおいても、最適な性能を得るためには、誤り訂正と誤り検出との間のトレードオフをどの程度にすべきかを微調整（ファインチューニング）できることが望ましい。
【００１４】
よって、すでに設計されたシステムに対して上記の微調整を可能ならしめるメカニズムを提供することが望ましいといえる。同様に、現実のそれぞれのチャンネル状況に適合させることによって、非常に異なるチャンネル状況下であっても同一の構成の符号を使用できるシステムを提供することが望ましい。
【００１５】
概要
強調されるべきことは、「含む」及び「含んだ」との用語がこの明細書において使用されるときは、記述された機能、整数、ステップ、あるいは構成の存在を特定するために必要とされることを意味するのであって、これらの用語を使用することで、１あるいはそれ以上の他の機能、整数、ステップ、構成、あるいはこれらからなるグループの追加を除外することを意味してはいない。
【００１６】
本発明のある側面によれば、上述の目的及び他の目的は、複数の受信された符号化信号値を含む符号化信号を受信する方法及び装置によって達成される。本発明のある側面によれば、誤り訂正復号技術を使用して、符号化された信号からの複数の復号された信号を生成する。ここで、複数の復号された信号には１以上の復号された情報信号と一以上の復号された誤り検出信号とが含まれている。複数の復号された信号を生成するために誤り訂正復号技術によってどの程度の誤り訂正が実行されたのかを表す訂正値が生成される。一以上の復号された誤り検出信号を使用して、誤り検出結果が生成される。復号された情報信号は、誤り検出結果と、訂正値の閾値に対する比較との関数（機能）に従って、択一的に受理・採用又は拒絶・却下される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、受信符号化信号（符号化された信号であって受信されたもの）の値がバイナリー（２進数）の値であってもよく、また、訂正値は受信され復号された信号値と、これに対応する複数の比較との関数（機能）によって生成されるハミング重みＷ_Ｈであってもよい。復号信号値についての複数の比較は複数の復号信号から生成される。
【００１８】
そのような実施形態では、誤り検出結果と、閾値及び訂正値間の比較との関数（機能）として復号された情報信号を択一的に採用又は却下することには、複数の復号された信号が誤りを含んでいることを誤り検出結果が示しているか、またはハミング重みＷ_Ｈが閾値より大きければ復号された情報信号を却下し、それ以外であれば復号された情報を採用することが含まれる。
【００１９】
いくつかの代替的な実施形態において、受信された符号化信号値は軟判定による値であってもよい。そのようなケースでは、訂正値は、受信された符号化信号値に含まれている雑音エネルギーの推定値であってもよい。本発明の他の側面において、雑音エネルギーの推定値は、ユークリッド距離Ｗ_Ｅｕｃの２乗であってもよい。これは、受信された符号化信号の値と、複数の復号された信号から生成された対応する複数の復号信号値比較との関数に従って生成される。
【００２０】
本発明の他の観点によれば、一以上の復号された誤り検出信号には一以上の巡回冗長検査ビットが含まれている。
【００２１】
本発明のさらに他の観点によれば、受信された符号化信号値はバイナリーの値であり、訂正値はＭ_ＨＥＣ（複数の復号された信号のうち誤り訂正復号技術による訂正が実行されていないものがどのくらい生成されたかを表現する値）であってもよい。
【００２２】
本発明のさらに他の観点によれば、誤り検出結果と、閾値及び訂正値間の比較との関数に従って復号された情報信号を択一的に受理・採用又は却下することには、複数の復号された信号が誤りを含んでいることを誤り検出結果が示しているか、または訂正値Ｍ_ＨＥＣが閾値より小さければ復号された情報信号を却下・廃棄し、一方、それ以外であれば復号された情報を受理・採用する。
【００２３】
詳細な説明
本発明に係る様々な特徴を図面に対応付けて説明する。同様の部分には同一の参照番号を付すことにする。
【００２４】
本発明の理解を容易にするために、本発明の多くの観点は、例えば、コンピュータシステムの構成要素によって実行される動作のシーケンスとして説明される。各実施形態における種々の動作は、専用の回路（例えば、特定の機能を実行するために連結された論理ゲートなど）によって実行されてもよいし、一以上のプロセッサーによって実行されるプログラム・インストラクションによって、あるいはこれらの組み合わせによって実行されてもよいことを理解できよう。しかも、本発明は付加的に、個々で説明される技術をプロセッサーに実行させるための適宜のコンピュータ・インストラクションのセットを記憶した何れかの形態のコンピュータ可読記録媒体によって全体が実現されてもよい。このように、本発明の様々な観点は、種々の形態によって実現可能であり、このような形態はすべて本願発明の範囲内に含まれる。本発明に係る種々の観点のそれぞれについて、これらの実施形態は、記述された動作を実行するよう「構成されたロジック」として参照されてもよいし、記述された動作を実行する「ロジック」として参照されてもよい。
【００２５】
本発明はスループットと引き換えに誤った符号語を受理する確率を減少させることを可能にするメカニズムをシンプルな方法でもって提供するものである。この技術には次の有利な効果がある。誤り訂正と誤り検出との組み合わせを使用することにより良いパフォーマンスを与えることができる。誤り訂正または誤り検出のために使用される符号を変更することなく、本発明は、誤り訂正能力を引き換えにすることで誤り検出性能を顕著に増大させることができる。
【００２６】
とりわけ、非常に異なる複数の環境下においても、誤り訂正と誤り検出のために同一の符号を使用することが望ましい場合には、本技術にとって１つの適用対象になろう。本提案技術を用いれば、できる限り高いスループットを維持しつつ、正しくない符号語を受理する確率を十分に小さくできるよう符号の全体を簡単に調整可能となる。
【００２７】
本発明の理解を容易にするために、比較的に単純な例を最初に説明し、その次に、より一般化された説明をする。
【００２８】
送信の対象となるデータが以下の通りに符号化されるものと仮定する。まず、ｋ個の情報ビットが誤り検出のために符号化される。ビットの総数がｋ’となるように、ＣＲＣビットのような相当数の誤り検出ビットを加える。そして、これらのｋ’個のビットは誤り訂正のために、例えば、シンプルな（３，１）繰り返しコードによって符号化され、その結果、符号語の長さは３ｋ’となる。これは前述の記述方法が用いられるのであれば、ｎ_ｓ＝ｋ’となることを意味する。受信機側での受信処理においては、１の符号ビットに含まれる誤りの確率がＰ_ｂとなるような雑音の多いチャネルを介して、符号語が送信されるものとする。誤り訂正復号は多数決判定に基づいているものとする。ｋ’個のビットはそれぞれ３回繰り返されるので、シンボルを構成する３ビットのうち少なくとも２つが１であれば、１の方を選択して判定がなされ、そうでなければ０の方を選択して判定がなされる。より明確には、符号化シンボルを誤って復号する確率は次のとおりである。
【００２９】
【数２】

【００３０】
相対的に良好なコンディションであれば、Ｐ_ｂは相対的に小さな値となり、上式（２）からＰ_ｓ ≪ Ｐ_ｂとなり、すなわち 誤り訂正符号によって大幅にパフォーマンスが改善されることになるだろう。
【００３１】
ｋ’個のシンボルを復号した後に、これらが有効な符号語を構成しているかどうかを判定すべく、ＣＲＣが検査される。もしこれが肯定的であれば、この符号語は正しいものとして受理され、ｋ個の情報ビットが次の上位レイヤーへと渡される。もしＣＲＣコードが最小距離ｄ_ｍｉｎを有していれば、少なくともｄ_ｍｉｎのシンボルが誤っており、正しくない符号語の発見に失敗するであろう。もしチャンネルが良好であれば、Ｐ_ｓがとても小さいものになることを式（２）が保証しているため、このイベントの生起確率は非常にわずかとなろう。他方で、もしチャンネルの状態が非常に悪ければ、式（２）からパフォーマンスがあまり改善されないことを理解できよう。Ｐ_ｂ＝５０％のケースでは、Ｐ_ｓ＝５０％となり、符号化利得は全く得られないであろう。よって、後者のケースでは、誤ったヘッダーを受理する確率がＣＲＣ符号の特性によって完全に決定され、また、多くのケースでは、誤ったパケットを受理してしまう確率が高すぎてしまうだろう。
【００３２】
式（２）を参照すると、ほとんどのシンボルエラーは次の特性を有していることが推論される。すなわち、３ビットのうち２つだけが誤っているのであって３つ全てが誤っているわけではない。一般にこれは、誤って復号されたシンボルが、そのまま復号されたのではなく、むしろ１ビットだけが誤って変更されて復号されるという特性を有していることを意味する。この理由は、Ｐ_ｂ≦５０％と仮定できるため上述の加算式の第２項が支配的となるからである。そこで、誤った符号語を受理してしまう確率を低減するためには、ＣＲＣ検査に加え、予め定められたビット数（ここではＦＥＣ_Ｃと示される。）が前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号によって訂正される必要があることを理解できよう。ＦＥＣ_Ｃを小さな値に選択してしまうと、符号語を受理するための必要条件を満足させることが困難となってしまうだろう。効果的には、ＦＥＣ符号の誤り訂正能力が、より良い誤り検出能力と引き換えにされたことを意味する。他方で、もしＦＥＣ_Ｃが大きな値に設定されたとすれば、誤り訂正能力の引き換えはより小さくなり、その結果、誤り検出能力の点ではより少しの改善しか成し遂げられない。
【００３３】
ＦＥＣ_Ｃの値として小さすぎるものを選択してしまった場合の欠点は、正しく復号された符号語が、訂正処理において変更（すなわち訂正）され、ＦＥＣ_Ｃビットよりも多く却下されてしまうことであろう。これではシステムのスループットを低下させてしまうことになる。
【００３４】
ここまでは受信された符号語において、可能な限り多くのビットを訂正するＦＥＣ_Ｃパラメータに関連して本発明を説明してきた。他の実施形態においては、ＦＥＣ_Ｃの代わりに、それとは異なるパラメーター（ここではＭ_ＨＥＣとして示す。）を使用してもよい。これらのパラメーターの関係は次のとおりである。ＦＥＣ_Ｃは復号処理において必要とされた訂正の数を示していたが、Ｍ_ＨＥＣはそれとちょうど反対で、何れの訂正も必要としないシンボル（全会一致で復号されたシンボル）の数を示している。１８個の繰り返しシンボルを例にとると、Ｍ_ＨＥＣは次の値をとる。Ｍ_ＨＥＣ∈｛Ｏ，１，．．．，１８｝。ここで１８とは、１８個のシンボルの全てが全会一致で復号されたことを意味する。
【００３５】
この実施形態において、正しくないヘッダーを受理してしまう問題を回避すべく、ＣＲＣがエラーなしを示してはおらず、Ｍ_ＨＥＣが閾値（ここではＨＥＣ_Ｔとする。）を超えている場合を除き、パケットは受理されないような解決手段を採用する。すなわち、パケットヘッダーが受理されるためには、ＣＲＣ検査は満たされないが、パケットヘッダー内のトータルのシンボル数（例：１８）についてのＨＥＣ_Ｔは少なくとも全会一致で復号されていなければならない。これにより犠牲となるのはスループットの低下である。なぜなら、復号された１８個のビットのほとんどは全会一致で復号されていないといった結果として、正しいヘッダーが却下されうるからである。ＨＥＣ_Ｔの値は設計パラメータであって、却下されるヘッダーの数をほんのわずだけ減少させることによって、誤ったパケットを受理してしまう確率をできる限り低減できるように選択される。ＨＥＣ_Ｔの値を適切に選択する方法を次に説明する。
【００３６】
誤ったパケットヘッダーを受理してしまう確率は簡単に求めることができる。なぜならヘッダーに使用されているＣＲＣコードについての距離スペクトラムは既知だからである。重みスペクトラムＳは次のように与えられる。Ｓ＝［１，０，０，０，１８，０，１６２，０，３２２，０，３５６，０，１３８，０，２６，０，１，０，０］。すなわち、重み０の符号語が１つ、重み４の符号語が１８、重み６の符号語が１６２の如くである。チャンネルについて処理前の誤り率をＰ_ｂとし、符号シンボル内のビット誤りは独立であるとすれば、シンボル誤り率Ｐ_ｓは以下のように表すことができる。
【００３７】
【数３】

正しくないヘッダーを受理してしまう確率は以下の式から容易に得られる。
【００３８】
【数４】

【００３９】
図１は、Ｐ_ｂ の関数としてＰ_ｕｄをプロットしたグラフである。このグラフからわかるように、チャンネルが比較的に良好であるかぎり（左側カーブのほとんどの点ではＰ_ｂ＝１％に一致している。）、正しくないパケットヘッダーを受理してしまう確率は十分に小さい。しかし、Ｐ_ｂが例えば２０％ を超えてしまう場合は、通信状況は極めて劣化してしまう。Ｐ_ｂが５０ ％に近づく場合には、正しくないヘッダーを訂正できる可能性は０．４％に達することとなる（式（３）を参照のこと）。
【００４０】
このパフォーマンスは本発明の原理を採用することによって改善可能である。しきい値ＨＥＣ_Ｔとして適当な値を選択するためには、その効果を理解しておかなければならない。まず、正しく復号されたシンボル内の１ビットを訂正する条件付確率としてｐ_１を定義する。
【００４１】
【数５】

これに対応して、誤って復号されたシンボルにおいてそのうちの１ビットを「訂正する」条件付き確率（例えば（３，１）繰り返し符号において二つのビットが誤っており、実際に正しい残りの１ビットまで誤りであると考慮されてしまうような場合など）としてｐ_２を定義する。この条件付確率は次のように表すことができる。
【００４２】
【数６】

次に、例えば、１８ビットの復号されたシーケンスを考える。ｎ_ｓｅ個のシンボルが誤っており、その結果、１８−ｎ_ｓｅ 個のシンボルが正しく復号されたと仮定する。Ｍ_ＨＥＣ＝１８−ｎ_ｂｅ（すなわちｎ_ｂｅ個の受信されたシンボルが全会一致で復号されていない。）についての確率は次のように表せる。
【００４３】
【数７】

ｎ_ｂｅのシンボルは全会一致で復号されないとの事実から上述の式により、ｊ個は訂正されなければならず、ｎ_ｂｅ−ｊ個は誤って復号されてしまうことになる。ｎ_ｂｅシンボルを生じさせることができる方法を用いて、それぞれの確率によって重みを加算することによって上述の式が導き出せる。明瞭化のために、ｎ_ｓｅのシンボルが誤って復号されたとすれば、ｎ_ｂｅのシンボルが全会一致で復号される確率は、以下の加算式から容易に得られる。
【００４４】
【数８】

式（４）に戻ると、正しくないヘッダーを受理してしまう確率は閾値ＨＥＣ_Ｔの関数として以下のように表現できる。
【００４５】
【数９】

【００４６】
図２は、ＨＥＣ_Ｔの値を異ならしめた場合に、正しくないパケットヘッダーを受信してしまう確率Ｐ_ｕｄを、生のビット誤り率（エラー訂正処理を施さない場合の誤り率）Ｐ_ｂの関数としてプロットしたグラフである。上から下にかけて７本の実線グラフ２０１は、それぞれＨＥＣ_Ｔ＝１０，１１，１２，１３，１４，１５及び１６のものである。比較のため、破線のグラフ２０３はＨＥＣ_Ｔ＝０（すなわち、復号されたビットの受理が誤り検出検査（例：ＣＲＣ）だけに基づく場合の性能）を同様に示している。グラフを見てわかることは、本発明（すなわち、ＨＥＣ_Ｔ≠０）によって実質的にパフォーマンスが改善されていることである。
【００４７】
チャンネルの雑音が非常に増加するにつれ、Ｐ_ｕｄ（ＨＥＣ_Ｔ）が単調増加しない理由は、全会一致で復号判定される確率が減少するからである。すなわち、追加の必要条件であるＭ_ＨＥＣ≧ＨＥＣ_Ｔが満たされないからである。またチャンネルが比較的に良好であるときは、受理された正しくないヘッダーのほとんど全てはちょうど４つのエラーを含んでおり、全会一致で復号判定された回数は高い確率でこれらの４つの誤ったシンボルと一致している。効果的には、ＨＥＣ_Ｔ≦１４となる値では、式（９）及び式（４）同一の結果が得られる。図２を参照すると、ＨＥＣ_Ｔ＞１４では、正しくないヘッダーを受理する確率は実質的に生ビット誤り率と同様の小さな値へと低下する。これについての説明は単純である。ＣＲＣ検査を必要とするような４つ（最小の数）のシンボル誤りを起こすためには、いわずもがな、３つのシンボルが全会一致で復号されておらず、そのうちの１つのシンボルは全会一致によって誤って復号されているにちがいない。
【００４８】
ＨＥＣ_Ｔについて決定するときにＨＥＣ_Ｔの値が大きすぎれば、トレードオフによって、却下されてしまう正しいパケットヘッダーの数が多すぎてしまうだろうし、ＨＥＣ_Ｔの値が小さすぎれば、誤ったヘッダーを受理する確率を十分に低減することができないだろう。ヘッダーについてのスループットηを正しいヘッダーを受理する確率として定義すると、全会一致で復号された判定と関係する付加的な制限を用いることなく次のように表すことができる。
【００４９】
【数１０】

ここで、Ｐ_ｓは式（３）によって決定されたものであり、Ｐ_ｃｗは符号語エラーの確率である。（この例示的な実施形態において、我々の興味の的となっている「符号語」はまさにヘッダーであり、よってＰ_ｃｗは観測されるヘッダー誤りを表している。）付加的な制約を課すことは簡単で、式（７）及び（８）において単にｎ_ｓｅ＝０とすればよい。これにより次式が得られる。
【００５０】
【数１１】

【００５１】
図３はＰ_ｂの関数としてプロットされたスループットについてのグラフである。上から下までの７つの実線グラフ３０１は、ＨＥＣ_Ｔ＝１０，１１，１２，１３，１４，１５及び１６についてプロットを示している。比較のため、ＨＥＣ_Ｔ＝０の場合（すなわち、復号されたビットの受理が誤り検出検査（例：ＣＲＣ）だけに基づいているようなケースについてパフォーマンス）を破線グラフ３０３として同様に示している。図から見てわかるように、Ｐ_ｂ＜５％についてＨＥＣ_Ｔ＜１４のスループットの低下は無視してよい。Ｐ_ｂ＜２％については、ＨＥＣ_Ｔを１５と同程度に選ぶことで、スループットの観点から許容できるものとなろう。
【００５２】
本発明の例示的な実施形態について説明してきたが、以下ではより一般的なケースについて説明する。ここでは、上述の例示的な実施形態で説明した（３，１）繰り返しコードを調停的なＦＥＣコードと置き換えることにする。同様に、このＦＥＣコードからの品質尺度は訂正された誤りの数、あるいは受信されたシーケンスについての信頼性を表すための他のパラメータを用いることができる。品質尺度として訂正された誤りの数を使用できるのは、ＦＥＣ符号によって硬判定復号が利用される場合、すなわち、受信シーケンスがまずビットへと量子化され、その後で復号処理においてＦＥＣ符号によってこのビットが使用される場合である。形式上、ｒ＝ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎが受信され（量子化され）たシーケンスであるとすれば、ν＝ν_１，ν_２，・・・，ν_Ｎは復号後の対応するシーケンスとなり、受信シーケンスに含まれるエラーの数はエラーシーケンスの単なるハミング重みとなる。すなわち次のように表せる。
【００５３】
【数１２】

ここで、式中の（＋）は、排他的論理和の演算子を示しており、すなわち、ｒ_ｎとν_ｎとが一致しない場合にのみｒ_ｎ（＋）ν_ｎ＝１となる。受信されたシーケンスが十分に信頼できるものであるかどうかを判断するために、Ｗ_ＨはＦＥＣ_Ｃと比較され、Ｗ_Ｈ＞ＦＥＣ_Ｃであれば受信シーケンスは却下される。
【００５４】
入力シーケンスがビット又はシンボルへと量子化されておらず、むしろ実数（いわゆる「軟判定」）からなる場合も、非常に似通ったアプローチを採用することができる。このケースにおいて、受信されたシーケンスは、実際に復号されたシーケンスから生成された仮定的な受信シーケンス（すなわちノイズレスの軟判定値）と比較される。このケースにおいて、もし実際に復号されたシーケンスが正しければ、仮定的な受信シーケンスはノイズレスの受信シーケンスを表すことになる。もし受信されたシーケンスとノイズレスのシーケンスとが実質的に異なれば、これは受信されたシーケンスに非常に多くの雑音が含まれていることを意味するから、この情報はパケットを却下するために使用できる。これは、訂正されたビットの数が硬判定においてＦＥＣ_Ｃを超えるならばパケットを却下できることと、理由は同様である。また受信されたシーケンスが雑音にまみれているかどうかを判断する方法は、雑音がどのようなものであるかどうかに依存する。おそらく、最も一般に使用されている尺度はユークリッド距離に基づくものである。上述したように再び、ｒ＝ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎを受信されたシーケンスとし、ν＝ν_１，ν_２，・・・，ν_Ｎを対応する雑音なしシーケンスとする。ユークリッド距離の２乗は次式から求められる。
【００５５】
【数１３】

もし、ｒ＝ν＋ｎ（ｎは雑音成分）とし、ｎ＝ｎ_１，ｎ_２，・・・，ｎ_Ｎを雑音シーケンスとすれば、次式となる。
【００５６】
【数１４】

すなわち、 ２乗のユークリッド距離は雑音エネルギーについての適切な尺度になるといえよう。
式（１４）を参照すると、Ｗ_Ｅｕｃ が大きな値であると、雑音が多いことを意味し、式（１２）のＷ_Ｈと同じ意味を持っていることがわかる。従って、軟判定値を利用する同一のアプローチを実施形態に採用することができる（すなわちＷ_Ｅｕｃが予め定められた閾値を超えていればパケットを却下する。）。
【００５７】
要約すると、誤り訂正と誤り検出のためにデータが符号化されるシステムにおいて、完全なデータセグメントには１以上の符号語が含まれており、この符号語の有効性はＣＲＣや他の誤り検出符号によって検査される場合に（すなわちＣＲＣは全ての符号語について正しいか誤っているかを決定するために使用される。）、本発明は誤り訂正と誤り検出とをトレードする簡易な手段を提供するものである。これは符号化全体を最適な方法で利用するシンプルな方法を可能にするものである。とりわけ、もし誤り訂正が性能にとって鍵を握る手段であり、誤り訂正符号が非常に有用といえる環境において運用すべく、当初のシステムが設計されていた場合に、さらにＩＳＭバンドのように干渉により制限される環境においても当該システムを利用可能とすべく、受信機の設計にとてもマイナーな変更を施すだけで誤り検出能力を改善できるように符号化手順の全体を調整するシンプルな方法を本発明は提供する。
【００５８】
本発明をさらに図４及び図５に関連して説明する。はじめに図４を参照すると、無線通信システムのような通信システムにおいて相互に通信する送信機４０１及び受信機４０３と、本発明に係る動作とを示したブロック図を示している。送信機４０１内には、まず送信対象となる情報が誤り検出符号化（ＥＤＣ）ユニット４０５へと供給される。例示的な実施形態において、ＥＤＣユニット４０５は供給された情報からＣＲＣ符号を生成し、生成されたＣＲＣ符号を前述の供給された情報へと追加する。代替的な実施形態では、他の誤り検出符号処理が採用されてもよい。ＥＤＣによって符号化された情報は前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号化ユニット４０７へと供給される。例示的な実施形態においては、ＦＥＣ符号化は（３，１）繰り返し符号であり、ＥＤＣによって符号化された情報ビットの１つを取りだし、それを反復し、入力として供給された１ビットごとに３つのビットが出力として生成される。他のタイプのＦＥＣ符号化を代わりの実施形態において使用してもよい。ＦＥＣにより符号化された情報は受信機４０３へと送信される。ＦＥＣ符号化された情報を送信するための送信機内の構成要素は良く知られているため、本発明の理解の妨げとならないよう図面や説明から省略する。同様の理由からＦＥＣ符号化された情報を受信するための受信機内の構成要素も図４や説明から省略されている。
【００５９】
ＦＥＣ符号化された情報が受信機４０３内で受信された後、受信された情報はＦＥＣ復号ユニット４０９へと供給され、誤り訂正復号が実行され、復号されたビットが生成される。復号されたビットには、送信機において追加された誤り検出符号に対応するビットが含まれており、復号されたビットは誤り検出ユニット４１１へと供給され、誤りが検出されたかどうかを表す出力が生成される。
【００６０】
ＦＥＣ復号ユニット４０９は、さらに、受信されたＦＥＣ符号化された情報の品質尺度を表す訂正値出力を生成する。上述したように、この品質尺度は多数の代替形式が存在しうる。いくつかの実施形態においては、復号ビットを生成するためにＦＥＣ復号ユニット４０９によってどの程度の回数の訂正が実行されたかを、この品質尺度は表している。例えば、ＦＥＣ訂正ユニット４０９内において、訂正値は、全会一致の判定によって生成された復号ビットの数を表している（すなわち品質尺度はＭ_ＨＥＣであってもよい）。
【００６１】
誤り検出ユニット４１１からの誤り検出出力だけでなく、ＦＥＣ復号ユニット４０９からの訂正値（品質尺度）も、受理／却下判定を生成するロジック４１３（ゆえに受理／却下ロジック４１３とよぶ。）へと供給される。受理／却下ロジック４１３は上述の詳細に説明した本発明の原理を使用して、受信されたＦＥＣ符号化された情報が受理されるべきであるか又は却下されるべきであるかを示す信号を生成する。
【００６２】
受理／却下ロジックのハイレベルな動作を図５のフローチャートに関連して説明する。誤り検出結果（誤り検出ユニット４１１によって生成されたもの）は、誤りが検出されているかどうかを判断すべく分析される（判定ブロック５０１）。もし誤りが検出されれば（判定ブロック５０１からの「Ｙｅｓ」の経路へと進み）、受信された情報は却下される（ステップ５０３）。訂正値（ＦＥＣ復号ユニット４０９によって生成されたもの）も同様に評価される（判定ブロック５０１からの「ＮＯ」の経路に進む）。とりわけ訂正値は閾値と比較される（判定ブロック５０５）。もし比較結果が、受信されたＦＥＣ符号化された情報が品質が低すぎ（例えば、復号処理において全会一致で決定されることによって生成された復号ビットが少なすぎる場合）たことを示していれば（判定ブロック５０５からの低品質の経路へと進み）、受信された情報は却下される（ステップ５０３）。
【００６３】
それ以外であれば（判定ブロック５０５からの「高品質」の経路へと進み）、受信された情報は受理される（ステップ５０７）。なお、受理／却下ロジック４１３の動作についての実施形態は数多く存在し、図５のフローチャートはそのうちの１つに過ぎない。例えば、例示された各ステップの実行順序は本発明にとって必須というものではない。代替的な他の順序でもって実行してもよいし、可能であれば複数のステップを同時並行的に実行してもよい。
【００６４】
本発明は、ランダムに発生する干渉源に起因する誤りを前提としている。もし、受信された全てのビットが誤って０に変えられてしまったときは、本発明はあまり機能しないであろう。もし上述した発明技術に何らかの技術が加えられ、しかもこの何らかの技術が硬判定が実施される前に（例えば無線において）実行されるのであれば、このようなケースにも本発明は適用可能である。
【００６５】
本発明を特別な実施形態に関連して説明してきた。しかしながら、当業者であれば、上述した好ましい実施形態以外の特定の他の形式においても本発明を実現できることは明白に理解できよう。しかも、これは本発明の思想から逸脱するころなく実施されよう。
【００６６】
例えば、例示的な実施形態では、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ^ＴＭに準拠したシステムに特有なパラメーターを使用して説明した。しかしながら、誤り検出と誤り訂正とを採用している如何なる通信システムにおいて、復号ビットの受理又は却下を制御するために、誤り検出結果と、訂正値（復号信号を生成すべく誤り訂正復号技術によって何回の訂正が実行されたかを表している値）の閾値に対する比較との関数（機能）に従って、復号された情報信号を受理又は却下する代替的な方法に関する本発明の様々な側面についても明らかであろう。
【００６７】
このように、好ましい実施形態は単に説明上の便宜に過ぎず、どのような形であれ限定するものとみなされるべきでない。本発明の範囲は上述の説明ではなく添付の請求項によって確定され、また、請求項の範囲内に収まる種々の変形例及び均等物の全ては請求項の範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的及び有利な効果は、図面と関連付けて詳細な説明を読むことにより理解できるであろう。
【図１】
図１は、Ｐ_ｂの関数としてＰ_ｕｄをプロットしたグラフを示した図である。
【図２】
図２は、ＨＥＣ_Ｔの値を変えていったとき生ビット誤り率の関数としてプロットされた誤ったパケットヘッダーが受理される確率Ｐ_ｕｄを示した図である。
【図３】
いくつかの品質閾値についてＰ_ｂの関数としてプロットされたスループットのグラフを示した図である。
【図４】
無線システムのように送信機と受信機とが交互に通信する通信システムであって、本発明に従って動作している様子を示したブロック図である。
【図５】
本発明に従った受理又は却下論理のハイレベルな動作に係る例示的な実施形態を示したフローチャートである。

Claims (16)

1. 複数の受信符号化信号値を含む符号化信号を受信する方法であって、
   １以上の復号された情報信号と一以上の復号された誤り検出信号とが含まれる複数の復号された信号を前記符号化信号から生成するため誤り訂正復号技術を使用するステップと、
   前記誤り訂正復号技術を使用して前記複数の復号された信号を生成する際に訂正がどの程度実行されたかを表す訂正値を生成するステップと、
   誤り検出結果を生成するため前記一以上の復号された誤り検出信号を使用するステップと、
   前記誤り検出結果と、前記訂正値の閾値に対する比較との関数に従って前記復号された情報信号を択一的に受理又は却下するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記受信符号化信号値はバイナリー値であり、前記訂正値はハミング重みＷ_Ｈであり、該Ｗ_Ｈは、前記受信符号化信号値と、前記複数の復号された信号から生成された対応する複数の比較符号化信号値との関数に従って生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記受理又は却下のステップには、
   前記複数の復号された信号に誤りが含まれていることを前記誤り検出結果が示しているか、または前記ハミング重みＷ_Ｈが前記閾値よりも大きい場合には前記復号された情報信号を却下し、そうでなければ前記復号された情報信号を受理するステップが含まれていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記受信符号化信号値は軟判定値であり、前記訂正値は前記受信符号化信号値に含まれている雑音エネルギーの推定値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記雑音エネルギーの推定値は、ユークリッド距離Ｗ_Ｅｕｃの２乗であり、該Ｗ_Ｅｕｃは、前記受信符号化信号値と、前記複数の復号された信号から生成された対応する複数の比較符号化信号値との関数に従って生成されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記１以上の復号された誤り検出信号には一以上の巡回冗長検査ビットが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記受信符号化信号値はバイナリー値であり、前記訂正値はＭ_ＨＥＣの値であり、該Ｍ_ＨＥＣは、前記誤り訂正復号技術によって誤り訂正が実行されることなく生成された複数の復号信号がどのくらいあったを表す値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記受理又は却下のステップには、
   前記複数の復号された信号に誤りが含まれていることを前記誤り検出結果が示しているか、または前記訂正値Ｍ_ＨＥＣが前記閾値より小さい場合には前記復号された情報信号を却下し、そうでなければ前記復号された情報信号を受理するステップが含まれていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 複数の受信符号化信号値を含む符号化信号を受信する装置であって、
   １以上の復号された情報信号と一以上の復号された誤り検出信号とが含まれる複数の復号された信号を前記符号化信号から生成するために誤り訂正復号技術を使用するロジックと、
   前記誤り訂正復号技術を使用して前記複数の復号された信号を生成する際にどの程度誤り訂正が実行されたかを表す訂正値を生成するロジックと、
   誤り検出結果を生成すべく前記一以上の復号された誤り検出信号を使用するロジックと、
   前記誤り検出結果と、前記訂正値の閾値に対する比較との関数に従って前記復号された情報信号を択一的に受理又は却下するロジックと
   を含むことを特徴とする装置。
10. 前記受信符号化信号値はバイナリー値であり、前記訂正値はハミング重みＷ_Ｈであり、該Ｗ_Ｈは、前記受信符号化信号値と、前記複数の復号された信号から生成された対応する複数の比較符号化信号値との関数に従って生成されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記受理又は却下のロジックには、
    前記複数の復号された信号に誤りが含まれていることを前記誤り検出結果が示しているか、または前記ハミング重みＷ_Ｈが前記閾値よりも大きい場合には前記復号された情報信号を却下し、そうでなければ前記復号された情報信号を受理するロジックが含まれていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記受信符号化信号値は軟判定値であり、前記訂正値は前記受信符号化信号値に含まれている雑音エネルギーの推定値であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. 前記雑音エネルギーの推定値は、ユークリッド距離Ｗ_Ｅｕｃの２乗であり、該Ｗ_Ｅｕｃは、前記受信符号化信号値と、前記複数の復号された信号から生成された対応する複数の比較符号化信号値との関数に従って生成されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記１以上の復号された誤り検出信号には一以上の巡回冗長検査ビットが含まれていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
15. 前記受信符号化信号値はバイナリー値であり、前記訂正値はＭ_ＨＥＣの値であり、該Ｍ_ＨＥＣは、前記誤り訂正復号技術によって誤り訂正が実行されることなく生成された複数の復号信号がどのくらいあったを表す値であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
16. 前記受理又は却下のロジックには、
    前記複数の復号された信号に誤りが含まれていることを前記誤り検出結果が示しているか、または前記訂正値Ｍ_ＨＥＣが前記閾値より小さい場合には前記復号された情報信号を却下し、そうでなければ前記復号された情報信号を受理するロジックが含まれていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。

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