JP2005130199A - 通信端末装置および通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ３GPP移動通信システムにおける携帯電話において、特定の符号化率で通信する場合にターボ符号の性能が劣化しないようにする。
【解決手段】 本発明の通信端末装置は、送信すべき入力情報１１に対して２系統の畳み込み符号化を施して（１２〜１６、２０〜２４）、２系統の一方（２０〜２４）を内部インタリーバ１９によりブロック内インタリーブすることによりターボ符号化処理を施すターボエンコーダ１０と、ターボエンコーダの出力を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて間引くレートマッチ（間引き）部２７，２９と、レートマッチ（間引き）部２７，２９のレートマッチアルゴリズムに基づく間引きの周期を変えるように、ターボエンコーダ１０の出力を変更するインタリーバ２６，２８とを備えたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、３GPP（３rd Generation Partnership Projects）移動通信システムにおける送信すべき情報に対してターボ符号化処理を施す通信端末装置および通信方法に関する。
従来、３GPP移動通信システムにおける携帯電話におけるデータ通信では、誤り訂正符号として送信すべき入力情報１１に対して２系統の畳み込み符号化を施して、２系統の一方を内部インタリーバによりブロック内インタリーブすることによりターボエンコーダを用いてターボ符号化処理を施すという技術が採用されていた。
図７は、従来方法の符号化回路を示すブロック図である。
このターボエンコーダ１0は、送信すべき入力情報１１に対して、加算器１２、Dフリップフロップ１３、Dフリップフロップ１４、Dフリップフロップ１５及び加算器１2から構成される一方の畳み込み符号化器と、送信すべき入力情報１１に対して、加算器２０、Dフリップフロップ２１、Dフリップフロップ２２、Dフリップフロップ２３及び加算器２４から構成される他方の畳み込み符号化器とから構成される２系統の畳み込み符号化器と、他方の畳み込み符号化器に対してブロック内インタリーブするターボ内部インタリーバ19とから構成される。
図7において、所望の符号化率を得るために、ターボエンコーダ１０の出力であるパリティビット１８、２５をレートマッチアルゴリズムに基づいて間引くレートマッチ部２７，２９が用いられる。ターボエンコーダ１０は、入力情報１１がそのまま出力される組織ビット１７と、レートマッチ部２７，２９の出力とをパラレル・シリアル変換部３０でパラレルデータからシリアルデータに変換して符号化出力３１を出力する。
このターボエンコーダ１０のターボ符号の符号化率は、各種の通信サービスに応じて、様々な値に設定される。このターボ符号の符号化率の調整は、ターボエンコーダ１０自体の符号化率を変化させるのではなく、レートマッチ部２７，２９として定められた規則を適用して、ターボエンコーダ１０の出力を間引く（パンクチャする）ことで実現される。
[規格名] 3GPP TSG-RAN Working Group 1#32,Paris,France,MAY 19−23,2003,"R１-030421 Turbo Coder Irregularities in HSDPA.doc"、［online］、［平成15年９月３日検索］、インターネット＜URL：http://www.3gpp.orgftp://ftp.3gpp.org/specs/2003-03/＞
上述したターボエンコーダ１０のターボ符号化処理の際、ターボ符号の生成多項式とレートマッチアルゴリズムによる間引きパターンとの関係で、特定の符号化率においてターボ符号の性能が劣化するという不都合があった。
この問題は、非特許文献１の規格に示すように、パンクチャ率が大きくパンクチャパターンの周期が７ビットの場合に顕著に発生する。これはターボエンコーダに使用される畳み込み符号器の生成多項式に起因するものである。つまり、畳み込み符号器に入力される任意の１ビットについて考えた場合、畳み込み符号器の出力には７ビット周期で、この入力ビットの影響を受けない出力ビットが現れるためである。この問題は、畳み込み符号器の生成多項式を変更するか、レートマッチアルゴリズムを変更することで、回避することができるが、既存の設計資産が利用できなくなるという不都合があった。
そこで、本発明は、３GPP移動通信システムにおける携帯電話において、特定の符号化率で通信する場合にターボ符号の性能が劣化しないようにする通信端末装置および通信方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の通信端末装置は、送信すべき情報に対して２系統の畳み込み符号化を施して、２系統の一方を内部インタリーバによりブロック内インタリーブすることによりターボ符号化処理を施す符号化手段と、符号化手段の出力を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて間引く間引き手段と、間引き手段のレートマッチアルゴリズムに基づく間引きの周期を変えるように、符号化手段の出力を変更する変更手段とを備えたものである。
本発明によれば、以下の作用を奏する。
符号化手段の出力を変更する変更手段により、間引き手段のレートマッチアルゴリズムに基づく間引きの周期を変えるようにする。これにより、送信側で間引き手段のレートマッチアルゴリズムの周期が特定ビット周期にならないので、特定の符号化率においてもターボ符号の性能が劣化しないようにすることができる。
また、本発明の通信方法は、送信すべき情報に対して２系統の畳み込み符号化を施して、２系統の一方を内部インタリーバによりブロック内インタリーブすることにより符号化手段によりターボ符号化処理を施すステップと、符号化手段の出力を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて間引き手段により間引くステップと、間引き手段のレートマッチアルゴリズムに基づく間引きの周期を変えるように、符号化手段の出力を変更手段により変更するステップとを備えたものである。
本発明によれば、以下の作用を奏する。
符号化手段の出力を変更する変更手段により、間引き手段のレートマッチアルゴリズムに基づく間引きの周期を変えるようにする。これにより、送信時に間引き手段のレートマッチアルゴリズムの周期が特定ビット周期にならないので、特定の符号化率においてもターボ符号の性能が劣化しないようにすることができる。
また、本発明の通信端末装置は、受信される情報から２系統の畳み込み符号化情報を取り出して、２系統の畳み込み復号化情報を繰り返し復号化処理をすることによりターボ復号化処理を施す復号化手段と、２系統の畳み込み符号化情報を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて所定値を挿入する挿入手段と、挿入手段のレートマッチアルゴリズムに基づく挿入の周期を変えるように、復号化手段への入力を変更する変更手段とを備えたものである。
本発明によれば、以下の作用を奏する。
復号化手段の出力を変更する変更手段により、挿入手段のレートマッチアルゴリズムに基づく挿入の周期を変えるようにする。これにより、受信側で挿入手段のレートマッチアルゴリズムの周期が特定ビット周期にならないので、特定の復号化率においてもターボ符号の性能が劣化しないようにすることができる。
また、本発明の通信方法は、受信される情報から２系統の畳み込み符号化情報を取り出して、２系統の畳み込み復号化情報を繰り返し復号化処理をすることにより復号化手段によりターボ復号化処理を施すステップと、２系統の畳み込み符号化情報を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて所定値を挿入手段により挿入するステップと、挿入手段のレートマッチアルゴリズムに基づく挿入の周期を変えるように、復号化手段への入力を変更手段により変更するステップとを備えたものである。
本発明によれば、以下の作用を奏する。
復号化手段の出力を変更する変更手段により、挿入手段のレートマッチアルゴリズムに基づく挿入の周期を変えるようにする。これにより、受信時に挿入手段のレートマッチアルゴリズムの周期が特定ビット周期にならないので、特定の復号化率においてもターボ符号の性能が劣化しないようにすることができる。
本発明の通信端末装置によれば、送信側でターボ符号用の畳み込み符号器の生成多項式及び3GPP方式のレートマッチアルゴリズムを変更することなく、特定の符号化率においてターボ符号の性能が劣化しないようにすることができ、通信端末装置における設計資産を有効利用させることができる。
本発明の通信方法によれば、送信時にターボ符号用の畳み込み符号器の生成多項式及び3GPP方式のレートマッチアルゴリズムを変更することなく、特定の符号化率においてターボ符号の性能が劣化しないようにすることができ、通信方法における設計資産を有効利用させることができる。
本発明の通信端末装置によれば、受信側でターボ復号用の繰り返し復号器の生成多項式及び3GPP方式のレートマッチアルゴリズムを変更することなく、特定の復号化率においてターボ符号の性能が劣化しないようにすることができ、通信端末装置における設計資産を有効利用させることができる。
本発明の通信方法によれば、受信時にターボ復号用の繰り返し復号器の生成多項式及び3GPP方式のレートマッチアルゴリズムを変更することなく、特定の復号化率においてターボ符号の性能が劣化しないようにすることができ、通信方法における設計資産を有効利用させることができる。
図１は、本発明の実施の形態の再送情報合成装置が適用される携帯端末装置の構成を示すブロック図である。この携帯端末装置は、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）方式に適用可能な構成を想定している。
図１において、携帯端末装置にアンテナ１を介して無線通信により入力した受信信号は、ＲＦ処理部２において低雑音増幅器で増幅され、高周波数から中間周波数に周波数変換された後、自動利得制御増幅器で線形増幅される。
また、通信処理部３において、増幅後の信号は直交検波されて、同相及び直交成分を生じる。この同相及び直交成分のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換される。さらにディジタル値変換された同相及び直交成分はルートナイキストフィルタで帯域制限後、拡散された受信信号の拡散符号と同一の拡散符号で、逆拡散することにより、伝搬遅延時間の異なる複数のマルチパス成分に時間分離される。
時間分離されたパスはコヒーレントレイク合成され、レイク合成後のデータ系列は、デインターリーブ及びチャネル復号による誤り訂正復号の後、２値のデータ判定が行われ、送信データ系列が再生される。再生データ系列から各トランスポートチャネルへの分離およびブロック誤りの検出が行われ、再生データが出力される。
出力された再生データは制御部４の上位レイヤのアプリケーションソフトウエア処理部に転送される。ユーザーがキー入力部５にキー入力することにより、制御部４の上位レイヤのアプリケーションソフトウエア処理部は表示部６に再生データおよび再生状態の表示を行う。
上述した携帯端末装置の通信処理部３の誤り訂正符号化処理において、本発明の実施の形態の通信装置が適用される。以下、この通信装置について説明する。
図２は、通信装置の通信処理部に用いられるターボエンコーダの構成を示すブロック図である。このターボエンコーダ１0は、送信すべき入力情報１１に対して、加算器１２、Dフリップフロップ１３、Dフリップフロップ１４、Dフリップフロップ１５及び加算器１2から構成される一方の畳み込み符号化器と、送信すべき入力情報１１に対して、加算器２０、Dフリップフロップ２１、Dフリップフロップ２２、Dフリップフロップ２３及び加算器２４から構成される他方の畳み込み符号化器とから構成される２系統の畳み込み符号化器と、他方の畳み込み符号化器に対してブロック内インターリーブするターボ内部インターリーバ19とから構成される。
図2において、3GPPではターボエンコーダ１０の２系統の畳み込み符号化器は、それぞれ帰還を有する3段のDフリップフロップによる畳み込み符号化により3倍の量のビット数を畳み込み符号化した2種類のパリティビット１８、２５を出力する。また、ターボエンコーダ１０は、入力情報１１をそのまま組織ビット１７として出力する。
図３は、本発明の符号化回路のブロック図である。
図3において、ターボエンコーダ１0は、送信すべき入力情報１１に対して、加算器１２、Dフリップフロップ１３、Dフリップフロップ１４、Dフリップフロップ１５及び加算器１2から構成される一方の畳み込み符号化器と、送信すべき入力情報１１に対して、加算器２０、Dフリップフロップ２１、Dフリップフロップ２２、Dフリップフロップ２３及び加算器２４から構成される他方の畳み込み符号化器とから構成される２系統の畳み込み符号化器と、他方の畳み込み符号化器に対してブロック内インタリーブするターボ内部インタリーバ19とから構成される。
図３において、所望の符号化率を得るために、ターボエンコーダ１０の出力であるパリティビット１８、２５をレートマッチアルゴリズムに基づいて間引くレートマッチ部２７，２９が用いられる。
ここで、ターボエンコーダ１０とレートマッチ部２７，２９との間にインタリーバ２６，２８を挿入する。このインタリーバ２６，２８により、等価的にレートマッチ部２７，２９の間引きの周期にランダム性を持たせるようにする。ターボエンコーダ１０とレートマッチ部２７，２９との間に挿入するインタリーバ２６，２８のインタリーブ処理の大きさは、７ビットの周期性をランダムかすることができればよいので、例えば、８ビット程度でも十分である。インタリーバ２６，２８の方法は、例えば、簡単なブロックインタリーバを適用することができる。
ターボエンコーダ１０は、入力情報１１がそのまま出力される組織ビット１７と、レートマッチ部２７，２９の出力とをパラレル・シリアル変換部３０でパラレルデータからシリアルデータに変換して符号化出力３１を出力する。
図４は、本発明の復号化回路のブロック図である。
図４において、受信信号４１は、パラレル・シリアル変換部４２でシリアルデータから上述したターボエンコーダ１０側の組織ビット１７に相当する組織ビット４７と、レートマッチ部２７，２９の出力に相当する２つの出力のパラレルデータに変換される。
レートマッチ部２７，２９の出力に相当する２つの出力は、それぞれレートマッチ部４３，４５でレートマッチ部２７，２９の間引きデータ位置に対応するデータ位置にレートマッチアルゴリズムに基づいてゼロデータが挿入される。これにより、ターボデコーダ５０に入力されるビット数を、ターボデコーダ５０から出力されるビット数と等しくするようにする。
ここで、レートマッチ部４３，４５とターボデコーダ５０との間に、インタリーバ２６，２８のインタリーブ処理を元に戻すデインタリーバ４４，４６を挿入する。
このデインタリーバ４４，４６により、ターボデコーダ５０に入力される２つのパリティビット４８，４９のビットの並び順を、ターボエンコーダ１０の出力の並び順と同じにする。
ターボデコーダ５０は、ターボエンコーダ１０による符号化処理に対して、符号化データを元のデータに戻す復号化処理をする。
組織ビット４７と、一方のパリティビット４８はターボデコーダ５０のMAPアルゴリズム部５１に入力される。繰り返し復号を行う第１のMAP（Mobile Application Part)アルゴリズム部５１は組織ビット４７及びパリティビット４８を用いて外部情報を計算する。MAPアルゴリズム部５１の出力はターボ用インタリーバ５２に入力される。ターボ用インタリーバ５２は、MAPアルゴリズム部５１の出力をターボ復号用にインタリーブする。
また、ゼロデータ、他方のパリティビット４９及びターボ用インタリーバ５２の出力はターボデコーダ５０のMAPアルゴリズム部５３に入力される。繰り返し復号を行う第２のMAPアルゴリズム部５３はゼロデータ及び他方のパリティビット４９を用いてターボ用インタリーバ５２の出力である外部情報を更新する。ここでMAPアルゴリズム部５３にゼロデータを入力するのは、組織ビット４７に対応するものがないためである。
MAPアルゴリズム部５３の出力はターボ用デインタリーバ５５に入力される。ターボ用デインタリーバ５５は、MAPアルゴリズム部５３の出力の並び順を、ターボ用インタリーバ５２による出力の並び順と同じにする。ターボ用デインタリーバ５５の出力はターボ用デインタリーバ５５に帰還される。これにより、更新された外部情報は第２のMAPアルゴリズム部５３にフィードバックされて上記の処理が繰り返し行われる。
所定の回数の繰り返しの処理の後に、ターボ用インタリーバ５２の出力とMAPアルゴリズム部５３の出力は加算器５４で加算され、加算出力は硬判定部５６に入力されて、データの対数尤度比を硬判定することで、送信データ系列を再生する。
硬判定部５６の判定出力はターボ用デインタリーバ５７に入力される。ターボ用デインタリーバ５５は、判定出力の並び順を、ターボ用インタリーバ５２による出力の並び順と同じにして、復号結果５８を出力する。
図５は、インタリーバの例を示す図であり、図５Aは書き込み順、図5Bは読み出し順である。
上述したターボエンコーダ１０とレートマッチ部２７，２９との間に挿入するインタリーバ２６，２８の要件は、次の２点である。第１に、レートマッチ部２７，２９が７ビット周期の間引き（パンクチャ）を行う際に、実際に間引き（パンクチャ）されるターボエンコーダ１０の出力ビットの位置をランダム化できる点である。
第２に、レートマッチ部２７，２９が７ビット以外の周期で間引き（パンクチャ）を行う際に、実際に間引き（パンクチャ）されるターボエンコーダ１０の出力ビットが７ビット間隔となる頻度が少なくなる点である。
例として、図５に示すような７×７のブロックインタリーバを用いる場合の動作を説明する。図５Ａに示す書き込み順が、横方向に昇順となるデータ配置のとき、図5Ｂに示す読み出し順が、縦方向に昇順となるデータ配置となるようにインタリーバによりデータの並び替えを行う。
図６は、インタリーバ挿入の効果を示す図であり、図６Aはターボエンコーダ出力、図6Bは７×７インタリーバ出力、図6Cはレートマッチアルゴリズム出力である。
図６Aはターボエンコーダ１０から出力されるビットの並び順を示したものである。説明を容易にするために、注目する７ビットおきのビットの上に＊印を付けてある。図６Aのデータをレートマッチ部２７，２９に直接入力すると、レートマッチ部２７，２９が７ビット周期の間引き（パンクチャ）を行う際、＊印のビットが集中的に間引き（パンクチャ）される場合があるため、ターボ符号の性能が劣化する。
そこで、図6Bに示すようにターボエンコーダ１０の出力を７×７インタリーバに入力してその出力を得るようにする。７×７インタリーバ出力は、４２ビットおきに＊印が付されている７ビットが連続するものとなる。
これにより、図6Ｃに示すように、レートマッチ部２７，２９が７ビット周期の間引き（パンクチャ）を行場合でも、＊印の付されたビットが集中的に間引き（パンクチャ）されることはなくなる。ここで、×印で表示されたビットが、実際に間引き（パンクチャ）されたビットである。
本発明の装置は、携帯端末装置の通信処理部のターボ符号を用いた誤り訂正符号化処理において、適用することができる。
本発明の実施の形態の通信装置が適用される携帯端末装置の構成を示すブロック図である。 通信処理部に用いられるターボエンコーダの構成を示すブロック図である。 本発明の符号化回路のブロック図である。 本発明の復号化回路のブロック図である。 インタリーバの例を示す図であり、図５Aは書き込み順、図5Bは読み出し順である。 インタリーバ挿入の効果を示す図であり、図６Aはターボエンコーダ出力、図6Bは７×７インタリーバ出力、図6Cはレートマッチアルゴリズム出力である。 従来方法の符号化回路を示すブロック図である。
符号の説明
１…アンテナ、２…ＲＦ処理部、３…通信処理部、４…制御部、５…キー入力部、６…表示部、１０…ターボエンコーダ、１１…入力、１２…加算器、１３…Dフリップフロップ、１４…Dフリップフロップ、１５…Dフリップフロップ、１６…加算器、１７…組織ビット、１８…パリティビット、１９…ターボ内部インタリーバ、２０…加算器、２１…Dフリップフロップ、２２…Dフリップフロップ、２３…Dフリップフロップ、２４…加算器、２５…組織ビット、１８…パリティビット、２６…インタリーバ、２７…レートマッチ（間引き）部、２８…インタリーバ、２９…レートマッチ（間引き）部、３０…パラレルシリアル変換部、３１…符号化出力、４１…受信信号、４２…シリアルパラレル変換部、４３…レートマッチ（ゼロ挿入）部、４４…デインタリーバ、４５…レートマッチ（ゼロ挿入）部、４６…デインタリーバ、４７…組織ビット、４８…パリティビット、４９…パリティビット、５０…ターボデコーダ、５１…MAPアルゴリズム部、５２…ターボ用インタリーバ、５３…MAPアルゴリズム部、５４…加算器、５５…ターボ用デインタリーバ、５６…硬判定部、５７…ターボ用デインタリーバ、５８…復号結果

Claims (8)

  1. 無線通信を介して送信すべき情報に対して通信処理を施して送信する通信端末装置において、
    上記送信すべき情報に対して２系統の畳み込み符号化を施して、２系統の一方を内部インタリーバによりブロック内インタリーブすることによりターボ符号化処理を施す符号化手段と、
    上記符号化手段の出力を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて間引く間引き手段と、
    上記間引き手段の上記レートマッチアルゴリズムに基づく間引きの周期を変えるように、上記符号化手段の出力を変更する変更手段と
    を備えたことを特徴とする通信端末装置。
  2. 請求項１記載の通信端末装置において、
    上記変更手段は、上記レートマッチアルゴリズムが特定ビット周期の間引きのとき上記符号化手段の出力がランダムになるように所定単位で変更することを特徴とする通信端末装置。
  3. 請求項１記載の通信端末装置において、
    上記変更手段は、上記レートマッチアルゴリズムが特定ビット周期以外の間引きのとき上記符号化手段の出力が特定ビット周期とならないように所定単位で変更することを特徴とする通信端末装置。
  4. 無線通信を介して送信すべき情報に対して通信処理を施して通信端末装置により送信する通信方法において、
    上記送信すべき情報に対して２系統の畳み込み符号化を施して、２系統の一方を内部インタリーバによりブロック内インタリーブすることにより符号化手段によりターボ符号化処理を施すステップと、
    上記符号化手段の出力を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて間引き手段により間引くステップと、
    上記間引き手段の上記レートマッチアルゴリズムに基づく間引きの周期を変えるように、上記符号化手段の出力を変更手段により変更するステップと
    を備えたことを特徴とする通信方法。
  5. 請求項４記載の通信方法において、
    上記変更手段は、上記レートマッチアルゴリズムが特定ビット周期の間引きのとき上記符号化手段の出力がランダムになるように所定単位で変更することを特徴とする通信方法。
  6. 請求項４記載の通信方法において、
    上記変更手段は、上記レートマッチアルゴリズムが特定ビット周期以外の間引きのとき上記符号化手段の出力が特定ビット周期とならないように所定単位で変更することを特徴とする通信方法。
  7. 無線通信を介して受信される情報に対して通信処理を施して出力する通信端末装置において、
    上記受信される情報から２系統の畳み込み符号化情報を取り出して、２系統の畳み込み復号化情報を繰り返し復号化処理をすることによりターボ復号化処理を施す復号化手段と、
    上記２系統の畳み込み符号化情報を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて所定
    値を挿入する挿入手段と、
    上記挿入手段の上記レートマッチアルゴリズムに基づく挿入の周期を変えるように、上記復号化手段への入力を変更する変更手段と
    を備えたことを特徴とする通信端末装置。
  8. 無線通信を介して受信される情報に対して通信処理を施して通信端末装置により出力する通信方法において、
    上記受信される情報から２系統の畳み込み符号化情報を取り出して、２系統の畳み込み復号化情報を繰り返し復号化処理をすることにより復号化手段によりターボ復号化処理を施すステップと、
    上記２系統の畳み込み符号化情報を、所定のレートマッチアルゴリズムに基づいて所定値を挿入手段により挿入するステップと、
    上記挿入手段の上記レートマッチアルゴリズムに基づく挿入の周期を変えるように、上記復号化手段への入力を変更手段により変更するステップと
    を備えたことを特徴とする通信方法。
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