JP2006115534A5 - - Google Patents
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Description
この発明は、誤り訂正符号を復号する誤り訂正符号の復号方法、そのプログラム及びその装置に関し、特に、携帯電話などのデジタル移動体通信システム等に適用して好適な誤り訂正符号の復号方法、そのプログラム及びその装置に関する。
誤り訂正符号としては、最近では、情報理論の限界(これをシャノン限界という)に近い伝送特性を現実的な処理で実現するターボ符号が開発されている。以下、ターボ符号について説明する。
まず、図17に並列連接畳込み符号(PCCCs: Parallel Concatenated Convolutional Codes)のターボ符号(Turbo Codes)を生成するための符号化装置の一例を示す。この例の符号化装置は、2個の畳込み符号化器1及び2をインターリーバ3を介して並列に連接して構成されている。畳込み符号化器1は、外部から供給される情報系列(組織部)uから第1冗長部pを符号化する。インターリーバ3は、組織部uの各ビットの順序を並べ替えた組織部u'を生成(これをインターリーブという)し、畳込み符号化器2に供給する。畳込み符号化器2は、組織部u'から第2冗長部p'を符号化する。組織部uと第1冗長部pの組を第1要素符号(u,p)と呼び、組織部u'と第2冗長部p'の組を第2要素符号(u',p')と呼ぶ。
まず、図17に並列連接畳込み符号(PCCCs: Parallel Concatenated Convolutional Codes)のターボ符号(Turbo Codes)を生成するための符号化装置の一例を示す。この例の符号化装置は、2個の畳込み符号化器1及び2をインターリーバ3を介して並列に連接して構成されている。畳込み符号化器1は、外部から供給される情報系列(組織部)uから第1冗長部pを符号化する。インターリーバ3は、組織部uの各ビットの順序を並べ替えた組織部u'を生成(これをインターリーブという)し、畳込み符号化器2に供給する。畳込み符号化器2は、組織部u'から第2冗長部p'を符号化する。組織部uと第1冗長部pの組を第1要素符号(u,p)と呼び、組織部u'と第2冗長部p'の組を第2要素符号(u',p')と呼ぶ。
一方、ターボ符号の復号方法は、第1要素符号(u,p)と第2要素符号(u',p')との間で信頼度情報である事前情報を交換しながら繰り返し復号を行うことを特徴とする復号方法である。このターボ符号の復号方法には軟入力軟出力復号方法が用いられている。軟入力軟出力復号方法には、大きく分けて、SOVA(soft-output Viterbi algorithm)復号方法と、MAP(maximum a posteriori)復号方法の2つの方法がある。以下では、MAP復号方法の一種であるMax−Log−MAPアルゴリズムについて説明する。Max−Log−MAPアルゴリズムでは、トレリス(Trellis)線図上でビタビ復号(Viterbi Decoding)を行い、パスメトリック(Path Metric)値を算出する。
図18にトレリス線図を、図19に通常の復号の手順を示す。トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行ってパスメトリック値を算出する処理をフォワード処理といい、フォワード処理で算出されるパスメトリック値をαパスメトリック値(αPM)(第1のパスメトリック値)と呼ぶ。αパスメトリック値は、図19に示すメモリに一時記憶される。一方、フォワード処理とは逆方向にビタビ復号を行ってパスメトリック値を算出する処理をバックワード処理といい、バックワード処理で算出されるパスメトリック値をβパスメトリック値(βPM)(第2のパスメトリック値)と呼ぶ。また、αパスメトリック値、βパスメトリック値及びブランチメトリック値から事前情報を算出し、さらに外部情報値を算出する処理を外部情報値算出処理という。ここで、外部情報値とは、情報系列に対する信頼度の増分を表す。この外部情報値は、実際上、上記した第1要素符号(u,p)と第2要素符号(u',p')との間の復号処理で交換される事前情報として用いられる。
以下、Max−Log−MAPアルゴリズムについて詳細に説明する。まず、時点kにおける畳込み符号化器の出力は、組織符号であるために、(uk,pk)∈{±1}(pkは冗長部)とし、対応する畳込み復号器の入力をyk=(yk u,yk p)とする。また、推定情報系列をuhk=(uh1,uh2,…,uhN)とする。図20にトレリス線図上の時点(k−1)から時点kへ遷移する場合における遷移モデルを示す。時点kにおけるトレリス線図上の特定の状態を状態Sk、時点(k−1)におけるトレリス線図上の特定の状態を状態Sk−1と定義すると、Max−Log−MAPアルゴリズムにおける事前情報L(uhk)は、式(1)で表される。
式(1)において、p(sk−1,sk、y)は、畳込み復号器の入力yと状態sk−1から状態skへの遷移に関する同時生起確率である。すなわち、k番目の情報ビットukに関わる事前情報L(uhk)は、uk=+1により生じるすべての遷移(sk−1→sk)に関する同時生起確率p(sk−1,sk、y)の中で最大の確率と、uk=−1により生じるすべての遷移(sk−1→sk)に関する同時生起確率p(sk−1,sk、y)の中で最大の確率との差において定義される。時点iから供給される時点jまでの畳込み復号器の入力を式(2)で表し、符号語長をNとすると、無記憶通信路での伝送において同時生起確率p(sk−1,sk、y)は、式(3)で表される独立な確率の和として与えられる。
Yi j=(yi,yi+1,…,yj)……(2)
p(sk−1,sk、y)=p(sk−1,Y1 k−1)+p(sk,yk|sk−1)+p(Yk N|sk)……(3)
式(3)において、右辺の各項を左から順にαk−1(sk−1)、γ(sk、sk−1)及びβ(sk)とおく。これらのうち、γ(sk、sk−1)は、存在するすべての遷移(sk−1→sk)に関するブランチメトリック値である。また、αk−1(sk−1)はフォワード処理で算出されるパスメトリック値、β(sk)はバックワード処理で算出されるβパスメトリック値であり、各々再帰的に式(4)及び式(5)により算出することができる。
Yi j=(yi,yi+1,…,yj)……(2)
p(sk−1,sk、y)=p(sk−1,Y1 k−1)+p(sk,yk|sk−1)+p(Yk N|sk)……(3)
式(3)において、右辺の各項を左から順にαk−1(sk−1)、γ(sk、sk−1)及びβ(sk)とおく。これらのうち、γ(sk、sk−1)は、存在するすべての遷移(sk−1→sk)に関するブランチメトリック値である。また、αk−1(sk−1)はフォワード処理で算出されるパスメトリック値、β(sk)はバックワード処理で算出されるβパスメトリック値であり、各々再帰的に式(4)及び式(5)により算出することができる。
図21にトレリス線図上の時点(k−1)から時点kへ遷移する場合におけるαk−1(sk−1)及びβ(sk)の算出モデルを示す。ただし、トレリス線図上の始点と終点は一意であり、式(6)で示すように初期化される。
また、外部情報値は、事前情報L(uhk)から式(7)及び式(8)を用いて算出される。
Li(uk)=La(uk)+Lc×yk u……(7)
Le(uhk)=L(uhk)−Li(uk)……(8)
式(7)で表されるLi(uk)は、式(8)で表される外部情報Le(uhk)に対して内部情報と呼ばれる。また、式(7)において、La(uk)は、他方の要素符号の復号の過程において算出された外部情報値である。さらに、Lcは、通信路により決まる定数であり、白色ガウス通信路(平均0、分散N0/2、信号電力Eb)の場合では、式(9)で表される。
Lc=4Eb/N0……(9)
この定数Lcは、通信路の雑音状態に依存する値である。
Li(uk)=La(uk)+Lc×yk u……(7)
Le(uhk)=L(uhk)−Li(uk)……(8)
式(7)で表されるLi(uk)は、式(8)で表される外部情報Le(uhk)に対して内部情報と呼ばれる。また、式(7)において、La(uk)は、他方の要素符号の復号の過程において算出された外部情報値である。さらに、Lcは、通信路により決まる定数であり、白色ガウス通信路(平均0、分散N0/2、信号電力Eb)の場合では、式(9)で表される。
Lc=4Eb/N0……(9)
この定数Lcは、通信路の雑音状態に依存する値である。
以上説明した通常のターボ符号の復号方法においては、トレリス線図の全時点及び全状態におけるパスメトリック値を一旦保持する必要があり、その保持のためのメモリの記憶容量が非常に大きくなるという問題があった。この問題を解決するために、トレリス線図の一定時点(これをウィンドウという)を用いて局所的な復号を行い、上記したパスメトリック値を保持するためのメモリの記憶容量を削減する方法が提案されている。この場合、トレリス線図の始点から復号を開始する通常の復号シーケンスにおいては、局所的なバックワード処理におけるパスメトリック値の初期値の与え方が問題となる。この問題に関しては、まずウィンドウ先のすべての状態を等確率としてバックワード処理を行い、このバックワード処理によりパスメトリック値の初期値を得る期間を学習期間とする復号方法(これをスライディングウィンドウ方法という)が、"Soft-Output Decoding Algorithms for Continuous Decoding of Parallel Concatenated Convolutional Codes", S. Benedetto et al., Proceeding of IEEE International Conference on Communications, pp. 112-117, 1996に開示されている。このスライディングウィンドウ方法において、1サイクルごとに軟出力生成を行う1つの方法として、バックワード処理モジュールをウィンドウ時点分だけ設け、それらをパイプライン化する復号装置が、"VLSI architectures for turbo codes", IEEE Transactions on VLSI systems, pp. 369-379, 1999に開示されている。しかし、この復号装置は、ウィンドウ時点分のバックワード処理モジュールを設ける必要があり、その回路規模が増大するという欠点がある。
図22は、"An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes", A. J. Viterbi, IEEE Journal on Selected Areas on Communications, pp. 260-264, 1998から導かれる従来のターボ符号の復号装置の構成例を示すブロック図である。この例のターボ符号の復号装置は、上記したスライディングウィンドウ方法において学習処理を行う学習処理モジュールが設けられており、ウィンドウの大きさの時点分だけタイミングをずらして動作する復号スケジュールが構成されることにより、1サイクルごとの軟出力生成をすることができる。この例のターボ符号の復号装置は、フォワード処理モジュール11と、バックワード処理モジュール12と、学習処理モジュール13と、外部情報値算出処理モジュール14と、スイッチ15と、メモリ16〜19とから構成されている。
フォワード処理モジュール11は、フォワード処理を行う。バックワード処理モジュール12は、バックワード処理を行う。学習処理モジュール13は、学習処理を行う。外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。スイッチ15は、通常はバックワード処理モジュール12側に接続されているが、学習モジュール13による学習結果をパスメトリック値の初期値としてバックワード処理モジュール11に供給する場合には学習モジュール13側に接続される。メモリ16は、フォワード処理モジュール11、バックワード処理モジュール12及び学習処理モジュール13のそれぞれに要素符号及び外部情報値を供給するために設けられている。メモリ17は、フォワード処理モジュール11が算出したパスメトリック値を外部情報値算出処理モジュール14に供給するために設けられている。メモリ18は、外部情報値算出処理モジュール14が算出した外部情報値をメモリ16に供給するために設けられている。すなわち、メモリ18は、第1要素符号(u,p)と第2要素符号(u',p')との間で事前情報として用いられる外部情報値を交換するために設けられている。メモリ19は、インターリーブパターンILPを一時保持しておくために設けられている。なお、メモリ16及び19は4面バッファ構造、メモリ17及び18は2面バッファ構造となっている。
次に、上記構成のターボ符号の復号装置の動作について、図23を参照して説明する。図23において、FWPはフォワード処理を、BWPはバックワード処理を、STPは学習処理をそれぞれ表している。
(1) 時間0〜2Ltでは、後述する学習処理を行うために、図23に示すトレリス線図上の0時点(始点)から2Lp時点までの要素符号及び外部情報をメモリ16に一時保持するための前処理を行う。なお、第2要素符号(u',p')を復号する場合は、上記前処理の他、インターリーブパターンILPをメモリ19に一時保持する処理を行う必要がある。
(2) 時間2Lt〜3Ltでは、フォワード処理モジュール11は、図23に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。また同時に、学習処理モジュール13は、図23に示すトレリス線図上の2Lp時点からLp時点まで学習処理を行う。なお、学習処理におけるパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(1) 時間0〜2Ltでは、後述する学習処理を行うために、図23に示すトレリス線図上の0時点(始点)から2Lp時点までの要素符号及び外部情報をメモリ16に一時保持するための前処理を行う。なお、第2要素符号(u',p')を復号する場合は、上記前処理の他、インターリーブパターンILPをメモリ19に一時保持する処理を行う必要がある。
(2) 時間2Lt〜3Ltでは、フォワード処理モジュール11は、図23に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。また同時に、学習処理モジュール13は、図23に示すトレリス線図上の2Lp時点からLp時点まで学習処理を行う。なお、学習処理におけるパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(3) 時間3Lt〜4Ltでは、フォワード処理モジュール11は、図23に示すトレリス線図上のLp時点から2Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール12は、図23に示すトレリス線図上の上記(2)に示す学習処理に続けてLp時点から0時点(始点)までのバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。さらに同時に、学習処理モジュール13は、図23に示すトレリス線図上の3Lp時点から2Lp時点までの学習処理を行う。
(4) 時間4Lt〜5Ltでは、フォワード処理モジュール11は、図23に示すトレリス線図上の2Lp時点から3Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール12は、図23に示すトレリス線図上の上記(3)に示す学習処理に続けて2Lp時点からLp時点までのバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。さらに同時に、学習処理モジュール13は、図23に示すトレリス線図上の4Lp時点から3Lp時点までの学習処理を行う。
(4) 時間4Lt〜5Ltでは、フォワード処理モジュール11は、図23に示すトレリス線図上の2Lp時点から3Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール12は、図23に示すトレリス線図上の上記(3)に示す学習処理に続けて2Lp時点からLp時点までのバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。さらに同時に、学習処理モジュール13は、図23に示すトレリス線図上の4Lp時点から3Lp時点までの学習処理を行う。
(5) 時間5Lt〜(Nt−Mt+3Lt)(Mt≦Lt)では、上記した(3)及び(4)の処理と同様の処理を行う。
(6) 時間(Nt−Mt+3Lt)〜(Nt+3Lt)では、バックワード処理モジュール12は、図23に示すトレリス線図上の(Np−Mp)時点からNp時点(終点)までのバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。
(7) 以上説明した(1)〜(6)の処理を第1要素符号(u,p)に対する復号処理とし、続いて第2要素符号(u',p')に対する復号処理を同様に行い、繰り返し復号1回とする。
(8) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR: Log Likelihood Ratio)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
"Soft-Output Decoding Algorithms for Continuous Decoding of Parallel Concatenated Convolutional Codes", S. Benedetto et al., Proceeding of IEEE International Conference on Communications, pp. 112-117, 1996 "VLSI architectures for turbo codes", IEEE Transactions on VLSI systems, pp. 369-379, 1999 "An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes", A. J. Viterbi, IEEE Journal on Selected Areas on Communications, pp. 260-264, 1998
(6) 時間(Nt−Mt+3Lt)〜(Nt+3Lt)では、バックワード処理モジュール12は、図23に示すトレリス線図上の(Np−Mp)時点からNp時点(終点)までのバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。
(7) 以上説明した(1)〜(6)の処理を第1要素符号(u,p)に対する復号処理とし、続いて第2要素符号(u',p')に対する復号処理を同様に行い、繰り返し復号1回とする。
(8) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR: Log Likelihood Ratio)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
"Soft-Output Decoding Algorithms for Continuous Decoding of Parallel Concatenated Convolutional Codes", S. Benedetto et al., Proceeding of IEEE International Conference on Communications, pp. 112-117, 1996 "VLSI architectures for turbo codes", IEEE Transactions on VLSI systems, pp. 369-379, 1999 "An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes", A. J. Viterbi, IEEE Journal on Selected Areas on Communications, pp. 260-264, 1998
しかしながら、従来のターボ符号の復号装置においては、学習処理モジュール13を設ける必要がある。また、フォワード処理モジュール11、バックワード処理モジュール12及び学習処理モジュール13のそれぞれに要素符号及び外部情報値を供給するためのメモリ16と、インターリーブパターンILPを一時保持しておくためのメモリ19は、4面バッファ構造とする必要がある。さらに、復号を開始するための前処理である学習処理においては、2Lp時点分の要素符号及び外部情報値をメモリに一時保持する期間が必要である。
このような不都合は、ターボ符号を復号する復号装置だけでなく、一般に、畳込み符号を用いた符号に対して、MAP系の軟入力軟出力復号方法を用いて繰返し復号を行う復号装置においても同様に発生するおそれがある。
このような不都合は、ターボ符号を復号する復号装置だけでなく、一般に、畳込み符号を用いた符号に対して、MAP系の軟入力軟出力復号方法を用いて繰返し復号を行う復号装置においても同様に発生するおそれがある。
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で短時間に誤り訂正符号を復号することができる誤り訂正符号の復号方法、そのプログラム及びその装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、符号語を構成するシンボル列の論理を反転させたトレリス線図を用いることを特徴としている。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の誤り訂正符号の復号方法に係り、前記符号語を構成する前記シンボル列と受信語のシンボル列の相関値をパスメトリック値とすることを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、請求項12記載の誤り訂正符号の復号方法に係り、前記パスメトリック値が最小となる前記トレリス線図上のパスが最尤パスとなることを特徴としている。
また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の誤り訂正符号の復号方法に係り、前記トレリス線図の始点における複数の状態のパスメトリック値の初期値として、前記複数の状態の内、一の状態の初期値を0とし、その他の状態の初期値を0以上とすることを特徴としている。
また、請求項5記載の発明は、請求項2から4のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法に係り、前記トレリス線図上の各時点における複数の状態の各々が有する前記パスメトリック値のうち最小のパスメトリック値を、前記複数の状態が有する前記パスメトリック値から減算することを特徴としている。
また、請求項6記載の発明は、誤り訂正符号の復号方法に係り、前記トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行うフォワード処理によって第1のパスメトリック値を算出するステップと、前記フォワード処理とは逆方向にビタビ復号を行うバックワード処理によって第2のパスメトリック値を算出するステップと、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいて行う外部情報値算出処理によって外部情報値を算出するステップと、を所定情報長の受信データに対して繰り返し行い、前記バックワード処理は、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に行い、前回繰り返し復号を行った際の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の第2のパスメトリック値の初期値として利用することを特徴としている。
また、請求項7記載の発明は、請求項6記載の誤り訂正符号の復号方法に係り、前記フォワード処理は、前回ウィンドウ分の前記フォワード処理が終了した時点の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値を、今回の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行うことを特徴としている。
また、請求項8記載の発明は、所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理と、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理と、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいた前記外部情報値の算出を行う外部情報値算出処理とからなる復号処理を前記所定情報長の受信データに対して複数回繰り返し行う誤り訂正符号の復号方法に係り、前記バックワード処理では、前回繰り返し復号を行った際の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、前記フォワード処理、前記バックワード処理及び前記外部情報値算出処理でが、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴としている。
また、請求項9記載の発明は、所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理と、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理と、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいた前記外部情報値の算出を行う外部情報値算出処理とからなる復号処理を前記所定情報長の受信データに対して複数回繰り返し行う誤り訂正符号の復号方法に係り、前記フォワード処理では、前回ウィンドウ分の前記フォワード処理が終了した時点の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、前記バックワード処理では、前回繰り返し復号を行った際の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、前記フォワード処理、前記バックワード処理及び前記外部情報値算出処理では、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴としている。
また、請求項10記載の発明は、請求項6から9のいずれか1項に誤り訂正符号の復号方法に係り、上記外部情報値として、0.5以上0.9以下の範囲の正規化係数を乗算したものを用いることを特徴としている。
また、請求項11記載の発明は、請求項6から10のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法に係り、上記外部情報値を算出する際に用いる通信路定数は、1.5以上2.5以下の範囲の値であることを特徴としている。
また、請求項12記載の発明は、請求項6から11のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法に係り、上記ウィンドウのサイズは、拘束長の4倍以上であって、要求される最大情報ビット数の2分の1以下の値であることを特徴としている。
また、請求項13記載の発明は、誤り訂正符号の復号プログラムに係り、コンピュータに請求項1から12のいずれか1項に記載の機能を実現させることを特徴としている。
また、請求項14記載の発明は、所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理を行うフォワード処理モジュールと、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理を行うバックワード処理モジュールと、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいた前記外部情報値を算出する外部情報値算出処理を行う外部情報値算出処理モジュールと備え、前記フォワード処理、前記バックワード処理及び前記外部情報値算出処理とからなる復号処理を前記所定情報長の受信データに対して複数回繰り返し行う誤り訂正符号の復号装置に係り、前記バックワード処理モジュールが前回の繰り返し復号時に算出した前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値が一時保持されるメモリを有し、前記バックワード処理モジュールは、前記メモリから前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を読み出して今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、前記フォワード処理モジュール、前記バックワード処理モジュール及び前記外部情報値算出処理モジュールは、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴としている。
また、請求項15記載の発明は、誤り訂正符号の復号装置に係り、所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理と、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理とを交互に行うフォワード処理・バックワード処理共用モジュールと、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいて前記外部情報値を算出する外部情報値算出処理を行う外部情報値算出処理モジュールと、前記フォワード処理モジュールが前回ウィンドウ分の前記フォワード処理が終了した時点の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値が一時保持される第1のメモリと、前記バックワード処理モジュールが前回の繰り返し復号時に算出した前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値が一時保持される第2のメモリとを備え、前記フォワード処理・バックワード処理共用モジュールは、前記第1のメモリから前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値を読み出して今回の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行うとともに、前記第2のメモリから前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を読み出して今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、前記フォワード処理モジュール、前記バックワード処理モジュール及び前記外部情報値算出処理モジュールは、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴としている。
また、請求項16記載の発明は、請求項14又は15記載の誤り訂正符号の復号装置に係り、上記外部情報値として、0.5以上0.9以下の範囲の正規化係数を乗算したものを用いることを特徴としている。
また、請求項17記載の発明は、請求項14から16のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号装置に係り、上記外部情報値を算出する際に用いる通信路定数は、1.5以上2.5以下の範囲の値であることを特徴としている。
また、請求項18記載の発明は、請求項14から17のいずれか1に記載の誤り訂正符号の復号装置に係り、上記ウィンドウのサイズは、拘束長の4倍以上であって、要求される最大情報ビット数の2分の1以下の値であることを特徴としている。
この発明の構成によれば、フォワード処理と、バックワード処理と、外部情報値算出処理とからなる復号を繰り返し行う誤り訂正符号の復号方法において、バックワード処理では、前回繰り返し復号を行った際のウィンドウ境界の第2のパスメトリック値を今回のウィンドウ境界の第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行っているので、簡単な構成で短時間に誤り訂正符号を復号することができる。
また、この発明の別の構成によれば、コンピュータが誤り訂正符号の復号プログラムを実行するので、コンピュータの演算量、記憶装置の記憶容量及びコンピュータにおける消費電流を削減することができ、処理時間も短縮することができる。
また、この発明の別の構成によれば、フォワード処理、バックワード処理及び外部情報値算出処理では、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いてビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択しているので、復号装置を構成するメモリの記憶容量や回路規模をより削減することができる。
また、この発明の別の構成によれば、コンピュータが誤り訂正符号の復号プログラムを実行するので、コンピュータの演算量、記憶装置の記憶容量及びコンピュータにおける消費電流を削減することができ、処理時間も短縮することができる。
また、この発明の別の構成によれば、フォワード処理、バックワード処理及び外部情報値算出処理では、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いてビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択しているので、復号装置を構成するメモリの記憶容量や回路規模をより削減することができる。
フォワード処理、バックワード処理及び外部情報値算出処理では、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択する。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、参考例及び実施例を用いて具体的に行う。
A.第1の参考例
まず、この発明の第1の参考例について説明する。
図1は、この発明の第1の参考例であるターボ符号の復号装置の構成を示すブロック図である。
この例のターボ符号の復号装置は、フォワード処理モジュール21と、バックワード処理モジュール22と、外部情報値算出処理モジュール23と、メモリ24〜28とから構成されている。
A.第1の参考例
まず、この発明の第1の参考例について説明する。
図1は、この発明の第1の参考例であるターボ符号の復号装置の構成を示すブロック図である。
この例のターボ符号の復号装置は、フォワード処理モジュール21と、バックワード処理モジュール22と、外部情報値算出処理モジュール23と、メモリ24〜28とから構成されている。
フォワード処理モジュール21は、フォワード処理を行う。バックワード処理モジュール22は、バックワード処理を行う。外部情報値算出処理モジュール23は、外部情報値を算出する。メモリ24は、バックワード処理モジュール22に要素符号及び外部情報値を供給するために設けられている。メモリ25は、バックワード処理モジュール22が算出したウィンドウ境界のパスメトリック値を一時保持するために設けられている。メモリ26は、フォワード処理モジュール21が算出したパスメトリック値を外部情報値算出処理モジュール23に供給するために設けられている。メモリ27は、外部情報値算出処理モジュール23が算出した外部情報値をメモリ24に供給するために設けられている。すなわち、メモリ27は、第1要素符号(u,p)と第2要素符号(u',p')との間で事前情報として用いられる外部情報値を交換するために設けられている。メモリ28は、インターリーブパターンILPを一時保持しておくために設けられている。
なお、メモリ24、26、27及び28は2面バッファ構造となっている。
なお、メモリ24、26、27及び28は2面バッファ構造となっている。
次に、上記構成のターボ符号の復号装置の動作について、図2を参照して説明する。図2において、FWPはフォワード処理を、BWPはバックワード処理をそれぞれ表している。
(1) 時間0〜Ltでは、フォワード処理モジュール21は、図2に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。
(2) 時間Lt〜2Ltでは、フォワード処理モジュール21は、図2に示すトレリス線図上の上記(1)に示すフォワード処理に続けてLp時点から2Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール22は、図2に示すトレリス線図上のLp時点から0時点(始点)までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール23は、外部情報値を算出する。この時、バックワード処理におけるウィンドウ境界(Lp時点)のβパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(1) 時間0〜Ltでは、フォワード処理モジュール21は、図2に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。
(2) 時間Lt〜2Ltでは、フォワード処理モジュール21は、図2に示すトレリス線図上の上記(1)に示すフォワード処理に続けてLp時点から2Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール22は、図2に示すトレリス線図上のLp時点から0時点(始点)までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール23は、外部情報値を算出する。この時、バックワード処理におけるウィンドウ境界(Lp時点)のβパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(3) 時間2Lt〜3Ltでは、フォワード処理モジュール21は、図2に示すトレリス線図上の上記(2)に示すフォワード処理に続けて2Lp時点から3Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール22は、図2に示すトレリス線図上の2Lp時点からLp時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール23は、外部情報値を算出する。この時、バックワード処理におけるウィンドウ境界(2Lp時点)のβパスメトリック値の初期値も、上記した(2)の場合と同様に、ウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。また、図2に示すトレリス線図上のウィンドウ境界(Lp時点)のβパスメトリック値は、次回繰り返し復号時におけるバックワード処理におけるβパスメトリック値の初期値として利用するために、メモリ25に一時保持される(図2(1)参照)。
(4) 時間3Lt〜(Nt−Mt+Lt)(Mt≦Lt)では、フォワード処理モジュール21、バックワード処理モジュール22及び外部情報値算出処理モジュール23は、フォワード処理が図2に示すトレリス線図上のNp時点(終点)に達するまで上記した(3)の処理を繰り返す。
(4) 時間3Lt〜(Nt−Mt+Lt)(Mt≦Lt)では、フォワード処理モジュール21、バックワード処理モジュール22及び外部情報値算出処理モジュール23は、フォワード処理が図2に示すトレリス線図上のNp時点(終点)に達するまで上記した(3)の処理を繰り返す。
(5) 時間(Nt−Mt+Lt)〜(Nt+Lt)では、バックワード処理モジュール22は、図2に示すトレリス線図上のNp時点(終点)から(Np−Mp)(Mp≦Lp)時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール23は、外部情報値を算出する。また、図2に示すトレリス線図上のウィンドウ境界((Np−Mp)時点)におけるβパスメトリック値は、次回繰り返し復号時におけるバックワード処理のβパスメトリック値の初期値として利用するために、メモリ25に一時保持される。
(6) 以上説明した(1)〜(5)の処理を第1要素符号(u,p)に対する復号処理とし、続いて第2要素符号(u',p')に対する復号処理を同様に行い、繰り返し復号1回とする。これ以降は、バックワード処理モジュール22は、バックワード処理におけるウィンドウ境界のβパスメトリック値の初期値として前回繰り返し復号時においてメモリ25に一時保持されたウィンドウ境界におけるβパスメトリック値を利用して、繰り返し復号処理を行う(図2(2)参照)。
(7) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR)(事前情報)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
(6) 以上説明した(1)〜(5)の処理を第1要素符号(u,p)に対する復号処理とし、続いて第2要素符号(u',p')に対する復号処理を同様に行い、繰り返し復号1回とする。これ以降は、バックワード処理モジュール22は、バックワード処理におけるウィンドウ境界のβパスメトリック値の初期値として前回繰り返し復号時においてメモリ25に一時保持されたウィンドウ境界におけるβパスメトリック値を利用して、繰り返し復号処理を行う(図2(2)参照)。
(7) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR)(事前情報)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
ここで、図3に、この例の復号装置の復号特性(曲線a)と、従来のスライディングウィンドウ方法による復号装置の復号特性(曲線b)とを比較するための図を示す。縦軸はビット誤り率BER(Bit Error Rate)及びブロック誤り率BLER(Block Error Rate)である。また、横軸は復号装置直前における信号対雑音比を通信路のシンボル当たり情報ビット数で割った値である(正確には、1ビット当たりの信号エネルギEbと、片側パワスペクトル密度N0との比Eb/N0である)。データ数は656、繰り返し復号回数は8回、ウィンドウサイズは64時点である。図3から分かるように、スライディングウィンドウ方法による復号装置の復号特性(曲線b)と、この例の復号装置の復号特性(曲線a)との間には有意的な差はない。
また、外部情報値に乗算する正規化係数(外部情報値正規化係数)、外部情報値を算出する際に組織部に乗算する通信路定数、ウィンドウサイズのそれぞれをパラメータにしてシミュレーションを行った結果を図4〜図6に示す。このシミュレーションは、第3世代の技術標準を策定するためのパートナーシップ・プロジェクトである3GPP(3rd Generation Partnership Project)において規定されている「RMC64」の条件において、繰り返し復号回数を8回とし、Eb/N0が0.4dBである場合及びEb/N0が0.8dBである場合のそれぞれについて行った。
図4は、外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BER及びブロック誤り率BLERの特性のシミュレーション結果である。図4において、曲線aはEb/N0が0.4dBである場合の外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合の外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BERの特性、曲線cはEb/N0が0.4dBである場合の外部情報値正規化係数に対するブロック誤り率BLERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合の外部情報値正規化係数に対するブロック誤り率BLERの特性である。Max−Log−MAPアルゴリズムにおいては、MAPアルゴリズムに比べて大きな軟出力値を出力する傾向に有る。よって、外部情報値に正規化係数を乗算することによりMAPアルゴリズムの復号特性に近づけることができる。図4から分かるように、外部情報値正規化係数が0.5〜0.9の範囲、特に、0.7程度である場合に最良の復号特性が得られる。
図4は、外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BER及びブロック誤り率BLERの特性のシミュレーション結果である。図4において、曲線aはEb/N0が0.4dBである場合の外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合の外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BERの特性、曲線cはEb/N0が0.4dBである場合の外部情報値正規化係数に対するブロック誤り率BLERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合の外部情報値正規化係数に対するブロック誤り率BLERの特性である。Max−Log−MAPアルゴリズムにおいては、MAPアルゴリズムに比べて大きな軟出力値を出力する傾向に有る。よって、外部情報値に正規化係数を乗算することによりMAPアルゴリズムの復号特性に近づけることができる。図4から分かるように、外部情報値正規化係数が0.5〜0.9の範囲、特に、0.7程度である場合に最良の復号特性が得られる。
また、図5は、通信路定数に対するビット誤り率BER及びブロック誤り率BLERの特性のシミュレーション結果である。図5において、曲線aはEb/N0が0.4dBである場合の通信路定数に対するビット誤り率BERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合の通信路定数に対するビット誤り率BERの特性、曲線cはEb/N0が0.4dBである場合の通信路定数に対するブロック誤り率BLERの特性、曲線dはEb/N0が0.8dBである場合の通信路定数に対するブロック誤り率BLERの特性である。通信路定数は通信状態(Eb/N0)の値により決まるがこの例では定数としている。図5から分かるように、通信路定数が1.5〜2.5の範囲、特に、2程度である場合に最良の復号特性が得られる。
さらに、図6は、ウィンドウサイズに対するビット誤り率BER及びブロック誤り率BLERの特性のシミュレーション結果である。図6において、曲線aはEb/N0が0.4dBである場合のウィンドウサイズに対するビット誤り率BERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合のウィンドウサイズに対するビット誤り率BERの特性、曲線cはEb/N0が0.4dBである場合のウィンドウサイズに対するブロック誤り率BLERの特性、曲線dはEb/N0が0.8dBである場合のウィンドウサイズに対するブロック誤り率BLERの特性である。図6から分かるように、ウィンドウサイズを大きくすると復号特性が向上するが、収束傾向が見られる。すなわち、ウィンドウサイズが拘束長の4倍以上であって、要求される最大情報ビット数の2分の1以下の値である場合に、回路規模を増大させることなく、良好な復号特性が得られる。
このように、この例の構成によれば、前回繰り返し復号時における、バックワード処理において得られるウィンドウ境界のβパスメトリック値を一時保持するメモリ25を設け、このβパスメトリック値を、次回繰り返し復号時における、バックワード処理におけるβパスメトリック値の初期値として利用している。したがって、図22に示す従来のターボ符号の符号化装置では必要であったパスメトリック値の初期値を算出するための学習処理が不要となる。これにより、図22に示す学習処理モジュール13が不要となり、また4面バッファ構造であったメモリ16及び19(図22参照)に換えて、2面バッファ構造のメモリ24及び28を設けるだけで1サイクルごとの軟出力生成を実現することができる。さらに、従来のターボ符号の符号化装置では必要であった前処理期間も不要となる。
さらに、フォワード処理モジュール21とバックワード処理モジュール22が独立に設けられており、バックワード処理をフォワード処理からウィンドウ分遅らせて開始しているので、1サイクルごとの外部情報値算出が可能である。
さらに、フォワード処理モジュール21とバックワード処理モジュール22が独立に設けられており、バックワード処理をフォワード処理からウィンドウ分遅らせて開始しているので、1サイクルごとの外部情報値算出が可能である。
ここで、具体例を示す。3GPPでは最大情報ビット数は5,114ビットである。したがって、受信データのビット幅が8ビット、ウィンドウサイズが128の場合、この例の復号装置を構成するメモリ25の記憶容量は、βパスメトリック値の初期値(13ビット)を一時保持するために、8,320(40ワード×13ビット×8状態×2)ビット分が必要となる。しかし、従来必要であった、要素符号(16ビット)及び外部情報値(14ビット)を一時保持するための7,680(128ワード×(16ビット+14ビット)×2)ビットの記憶容量を有するメモリと、インターリーブパターン(13ビット)を一時保持するための3,328(128ワード×13ビット×2)ビットの記憶容量を有するメモリとは不要となる。よって、この例の構成によれば、合計で(7,680+3,328)−8,320=2,688ビットの記憶容量を削減することができる。
一方、論理回路に関しては、図22に示す学習処理モジュール13が1個分、約5kゲートの回路規模を削減することができる。また、処理時間に関しては、ウィンドウサイズをLとし、1サイクルごとに軟出力を生成すると、第1要素符号及び第2要素符号を復号すると、それぞれ2L・CK(CKは基本クロックの1周期の時間)だけ短縮することができる。例えば、ウィンドウサイズが128の場合、3GPPに規定されている「RMC64」の条件の下では、各要素符号の1回の復号について、(128×2)/(1,296+(128×3)) =0.1523…となり、処理時間を約15.2%だけ短縮することができる。
この結果、この例の復号装置を携帯電話等の携帯用電子機器に適用した場合には、回路規模が削減されるとともに、処理時間が短縮されバッテリ等の寿命も伸長し、ひいては携帯用電子機器を安価に構成することができる。
一方、論理回路に関しては、図22に示す学習処理モジュール13が1個分、約5kゲートの回路規模を削減することができる。また、処理時間に関しては、ウィンドウサイズをLとし、1サイクルごとに軟出力を生成すると、第1要素符号及び第2要素符号を復号すると、それぞれ2L・CK(CKは基本クロックの1周期の時間)だけ短縮することができる。例えば、ウィンドウサイズが128の場合、3GPPに規定されている「RMC64」の条件の下では、各要素符号の1回の復号について、(128×2)/(1,296+(128×3)) =0.1523…となり、処理時間を約15.2%だけ短縮することができる。
この結果、この例の復号装置を携帯電話等の携帯用電子機器に適用した場合には、回路規模が削減されるとともに、処理時間が短縮されバッテリ等の寿命も伸長し、ひいては携帯用電子機器を安価に構成することができる。
B.第2の参考例
次に、この発明の第2の参考例について説明する。
図7は、この発明の第2の参考例である誤り訂正符号の復号装置の構成を示すブロック図である。
この例のターボ符号の復号装置は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31と、外部情報値算出処理モジュール32と、メモリ33〜37と、スイッチ38及び39とから構成されている。フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、フォワード処理とバックワード処理とを交互に行う。外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。
次に、この発明の第2の参考例について説明する。
図7は、この発明の第2の参考例である誤り訂正符号の復号装置の構成を示すブロック図である。
この例のターボ符号の復号装置は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31と、外部情報値算出処理モジュール32と、メモリ33〜37と、スイッチ38及び39とから構成されている。フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、フォワード処理とバックワード処理とを交互に行う。外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。
メモリ33は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31がフォワード処理において算出したウィンドウ境界のαパスメトリック値を一時保持するために設けられている。メモリ34は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31がバックワード処理において算出したウィンドウ境界のβパスメトリック値を一時保持するために設けられている。メモリ35は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31がフォワード処理において算出したパスメトリック値を外部情報値算出処理モジュール32に供給するために設けられている。メモリ36は、外部情報値算出処理モジュール32が算出した外部情報値をフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31に供給するために設けられている。すなわち、メモリ36は、第1要素符号(u,p)と第2要素符号(u',p')との間で事前情報として用いられる外部情報値を交換するために設けられている。メモリ37は、インターリーブパターンILPを一時保持しておくために設けられている。なお、フォワード処理と、バックワード処理及び外部情報値算出処理とを時分割で交互に行うために、メモリ37は1面バッファ構造となっている。
スイッチ38は、通常はメモリ35とフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31とを接続しているが、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31がフォワード処理において2つ目以降のウィンドウの処理を開始する場合にフォワード処理のウィンドウ境界のパスメトリック値の初期値をフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31に供給するためにメモリ33とフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31とを接続する。また、スイッチ38は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31が繰り返し復号が2回目以降のバックワード処理を開始する場合にバックワード処理のウィンドウ境界のパスメトリック値の初期値をフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31に供給するためにメモリ34とフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31とを接続する。スイッチ39は、外部情報値算出処理モジュール32がインターリーブパターンILPを用いる場合にメモリ37と外部情報値算出処理モジュール32とを接続し、インターリーブパターンILPを外部に供給する場合にメモリ37と出力端子とを接続する。
次に、上記構成のターボ符号の復号装置の動作について、図8を参照して説明する。図8において、FWPはフォワード処理を、BWPはバックワード処理をそれぞれ表している。
(1) 時間0〜2Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。そして、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、フォワード処理が終了した時点のαパスメトリック値をウィンドウ境界のαパスメトリック値の初期値としてメモリ33に一時保持する。
(2) 時間2Lt〜4Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上のLp時点から0時点(始点)までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。この時、バックワード処理におけるウィンドウ境界(Lp時点)のβパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(1) 時間0〜2Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。そして、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、フォワード処理が終了した時点のαパスメトリック値をウィンドウ境界のαパスメトリック値の初期値としてメモリ33に一時保持する。
(2) 時間2Lt〜4Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上のLp時点から0時点(始点)までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。この時、バックワード処理におけるウィンドウ境界(Lp時点)のβパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(3) 時間4Lt〜6Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、(1)の処理においてメモリ33に一時保持されたウィンドウ境界のαパスメトリック値をαパスメトリック値の初期値として利用して、図8に示すトレリス線図上のLp時点から2Lp時点までフォワード処理を行う。
(4) 時間6Lt〜8Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上の2Lp時点からLp時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。そして、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、バックワード処理が終了した時点のβパスメトリック値をウィンドウ境界のβパスメトリック値の初期値としてメモリ34に一時保持する(図8(1)参照)。
(4) 時間6Lt〜8Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上の2Lp時点からLp時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。そして、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、バックワード処理が終了した時点のβパスメトリック値をウィンドウ境界のβパスメトリック値の初期値としてメモリ34に一時保持する(図8(1)参照)。
(5) 時間8Lt〜(4Nt−Mt)(Mt≦2Lt)では、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、フォワード処理が図8に示すトレリス線図上の2Lp時点からNp時点(終点)に達するまで上記した(3)及び(4)の処理を交互に行う。
(6) 時間(4Nt−Mt)〜4Ntでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上のNp時点(終点)から(Np−Mp時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。
(6) 時間(4Nt−Mt)〜4Ntでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上のNp時点(終点)から(Np−Mp時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。
(7) 以上説明した(1)〜(6)の処理を第1要素符号(u,p)に対する復号処理とし、続いて第2要素符号(u',p')に対する復号処理を同様に行い、繰り返し復号1回とする。これ以降は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、バックワード処理におけるウィンドウ境界のβパスメトリック値の初期値として前回繰り返し復号時においてメモリ34に一時保持されたウィンドウ境界におけるβパスメトリック値を利用して、繰り返し復号処理を行う(図8(2)参照)。
(8) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR)(事前情報)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
(8) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR)(事前情報)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
このように、この例の構成によれば、フォワード処理とバックワード処理とを交互に行うフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31が設けられている。さらに、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、ACS演算を2クロックで行っている。また、前回繰り返し復号時における、フォワード処理において得られるウィンドウ境界のαパスメトリック値を一時保持するメモリ33を設け、このαパスメトリック値を、次回繰り返し復号時における、フォワード処理におけるαパスメトリック値の初期値として利用するとともに、前回繰り返し復号時における、バックワード処理において得られるウィンドウ境界のβパスメトリック値を一時保持するメモリ34を設け、このβパスメトリック値を、次回繰り返し復号時における、バックワード処理におけるβパスメトリック値の初期値として利用している。したがって、図22に示す従来のターボ符号の復号装置では必要であったパスメトリック値の初期値を算出するための学習処理が不要となる。これにより、図22に示す学習処理モジュール13が不要となり、また4面バッファ構造であったメモリ16及び19(図22参照)に換えて、1面バッファ構造のメモリ33〜37を設けるだけで2サイクルごとの軟出力生成を実現することができる。さらに、従来のターボ符号の復号装置では必要であった前処理期間も不要となる。
C.実施例
次に、この発明の実施例について説明する。
上記した第1及び第2の参考例においては、ブランチメトリック値の算出方法については特に言及せず、従来の算出方法を用いることを前提としている。Max−Log−MAPアルゴリズムでは、ブランチメトリック値は、符号語を構成するシンボル列と受信語のシンボル列との相関値(ユークリッド距離)及び外部情報値に基づいて算出される。このブランチメトリック値は、符号語に対する受信語の尤もらしさを表すものであり、値が大きいほど尤もらしいということになる。したがって、従来では、ブランチメトリック値を算出した以降のACS演算及びデルタ算出において、複数の演算結果又は算出結果の中から最大値を選択して復号処理を行っていた。ここではパスメトリック値が最大のパスが最尤パスとなる。
しかし、この従来の算出方法では値の大きなものを選択してパスメトリック値の積算が行われるため、結果としてパスメトリック値が非常に大きくなり、復号装置を構成するメモリの記憶容量や各モジュールの回路規模が大きくなってしまう。
次に、この発明の実施例について説明する。
上記した第1及び第2の参考例においては、ブランチメトリック値の算出方法については特に言及せず、従来の算出方法を用いることを前提としている。Max−Log−MAPアルゴリズムでは、ブランチメトリック値は、符号語を構成するシンボル列と受信語のシンボル列との相関値(ユークリッド距離)及び外部情報値に基づいて算出される。このブランチメトリック値は、符号語に対する受信語の尤もらしさを表すものであり、値が大きいほど尤もらしいということになる。したがって、従来では、ブランチメトリック値を算出した以降のACS演算及びデルタ算出において、複数の演算結果又は算出結果の中から最大値を選択して復号処理を行っていた。ここではパスメトリック値が最大のパスが最尤パスとなる。
しかし、この従来の算出方法では値の大きなものを選択してパスメトリック値の積算が行われるため、結果としてパスメトリック値が非常に大きくなり、復号装置を構成するメモリの記憶容量や各モジュールの回路規模が大きくなってしまう。
そこで、この実施例では、図1に示すフォワード処理モジュール21、バックワード処理モジュール22及び外部情報値算出処理モジュール23における処理(上記した第1の参考例の構成)及び、図7に示すフォワード処理・バックワード処理共用モジュール31及び外部情報値算出処理モジュール32での処理(上記した第2の参考例の構成)において、符号語を構成するシンボル列の「0」と「1」とを反転させたトレリス線図を用いてビタビ復号を行う、すなわち、ACS演算及びデルタ算出において、複数の演算結果又は算出結果の中から最小値を選択し、さらに、フォワード処理、バックワード処理及び外部情報値算出処理のそれぞれにおいて最小値となるパスを選択することにより、演算ビット幅を削減し、復号装置を構成するメモリの記憶容量や各モジュールの回路規模を削減する。
図9に従来の算出方法(これを最大値選択方法と呼ぶ)を用いた場合のトレリス線図を示し、図10にこの実施例の算出方法(これを最小値選択方法と呼ぶ)を用いた場合のトレリス線図を示す。図9及び図10において、ステップ0の右側に示された"00"、"11"、"01"及び"10"は、符号語を構成するシンボル列(組織部及び冗長部)を表しており、また各楕円の左側の数値は各パスメトリック値を表しており、各数値でアンダーラインが付されている数値は、ACS演算の結果選択されたパスメトリック値を表している。また、各楕円の右側の数値はACS演算の結果選択されたパスメトリック値に後述するトランケーションを施した結果を表している。
最小値選択方法では、「0」と「1」を反転させた符号語を構成するシンボル列と受信語のシンボル列との相関値及び外部情報に基づいて算出されたブランチメトリック値は、符号語に対する受信語の尤もらしさの反対を表すものであり、値が小さい程尤もらしいということになる。したがって、最小値選択方法では、パスメトリック値が最小のパスが最尤パスとなる。また、最小値選択方法では、パスメトリック値の初期値が最大値選択方法と異なる。すなわち、最大値選択方法では、ACS演算で間違ったパスを選択しないために、十分に大きな値を状態"000"の初期値として与え、その他の状態"001"〜"111"には最小値である「0」を初期値としていた。これに対し、最小値選択方法では、逆に、状態"000"に最小値である「0」を初期値として与え、その他の状態"001"〜"111"には十分に大きな値を初期値として与える。これにより、最小値選択方法においても間違ったパスを選択する可能性を排除する。
ここで、最大値選択方法及び最小値選択方法について、トランケーション(Truncation)前の各状態のパスメトリック値を、ステップ0〜ステップ2についてプロットした図を図11〜図13に示す。また、最大値選択方法及び最小値選択方法について、トランケーション後の各状態のパスメトリック値を、ステップ0〜ステップ2についてプロットした図を図14〜図16に示す。トランケーションとは、最小値を求めて減算する処理である。図11〜図16において、曲線aが最大値選択方法、曲線bが最小値選択方法に関するものである。また、図11及び図14がステップ0、図12及び図15がステップ1、図13及び図16がステップ2に関するものである。
図11〜図13から分かるように、最小値選択方法の曲線bは、横軸に平行な直線を対称線として、最大値選択方法の曲線aと線対称の関係になっており、最大値選択方法では尤もらしいパスのパスメトリック値を最大にとっているのに対し、最小値選択方法では尤もらしいパスのパスメトリック値を最小にとっている。
これにより、理想的なトランケーション処理を行うことができる。すなわち、外部情報値の元になる軟出力値は最も「0」らしい確率と最も「1」らしい確率の差で求められる。よって、重要なのは各状態のパスメトリック値そのものではなく差分情報である。従って、最大値選択方法と最小値選択方法において算出される外部情報値は同一であり、復号特性についての差はない。
なお、ターボ符号の復号装置の構成自体については、上記した第1又は第2の参考例の構成、すなわち、図1又は図7の構成をそのまま使用することができる。
これにより、理想的なトランケーション処理を行うことができる。すなわち、外部情報値の元になる軟出力値は最も「0」らしい確率と最も「1」らしい確率の差で求められる。よって、重要なのは各状態のパスメトリック値そのものではなく差分情報である。従って、最大値選択方法と最小値選択方法において算出される外部情報値は同一であり、復号特性についての差はない。
なお、ターボ符号の復号装置の構成自体については、上記した第1又は第2の参考例の構成、すなわち、図1又は図7の構成をそのまま使用することができる。
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例においては、この発明をターボ符号を復号する復号装置に適用する例を示したが、これに限定されず、この発明は、一般に、畳込み符号を用いた符号に対して、MAP系の軟入力軟出力復号を用いて繰返し復号を行う復号装置にも適用することができる。
例えば、上述の実施例においては、この発明をターボ符号を復号する復号装置に適用する例を示したが、これに限定されず、この発明は、一般に、畳込み符号を用いた符号に対して、MAP系の軟入力軟出力復号を用いて繰返し復号を行う復号装置にも適用することができる。
また、上述の実施例においては、各手段をハードウェアで構成した例を示したが、これに限定されない。すなわち、上記誤り訂正符号の復号装置を、プロセッサ(演算装置)と、ROMやRAM等の内部記憶装置と、FDD(フレキシブル・ディスク・ドライバ)、HDD(ハード・ディスク・ドライバ)、CD−ROMドライバ等の外部記憶装置と、出力手段と、入力手段とを有するコンピュータによって構成し、上記フォワード処理モジュール21、上記バックワード処理モジュール22又は上記フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31並びに上記外部情報値算出処理モジュール23又は32がプロセッサによって構成され、これらの機能が誤り訂正符号の復号プログラムとして、ROM等の半導体メモリや、FD、HDDやCD−ROM等の記憶媒体に記憶されていると構成しても良い。この場合、上記内部記憶装置、あるいは外部記憶装置が上記メモリ24〜28又はメモリ33〜37となり、誤り訂正符号の復号プログラムは、記憶媒体からプロセッサに読み込まれ、プロセッサの動作を制御する。プロセッサは、誤り訂正符号の復号プログラムが起動されると、上記フォワード処理モジュール21、上記バックワード処理モジュール22又は上記フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31並びに上記外部情報値算出処理モジュール23又は32として機能し、誤り訂正符号の復号プログラムの制御により、上記した処理を実行するのである。
このような構成によれば、上記したように学習処理が不要となるので、その学習処理に関するプロセッサの演算量を削減することができる。フォワード処理、バックワード処理、外部情報処理及び学習処理のそれぞれのプロセッサの演算量はほぼ同一であるので、上記構成によれば単純計算で従来より演算量を4分の3以下に削減することができる。これに応じて記憶装置の記憶容量、特に、命令を格納するためのインストラクションメモリの記憶容量を削減することができるとともに、処理時間も短縮することができ、コンピュータにおける消費電流も削減することができる。
このような構成によれば、上記したように学習処理が不要となるので、その学習処理に関するプロセッサの演算量を削減することができる。フォワード処理、バックワード処理、外部情報処理及び学習処理のそれぞれのプロセッサの演算量はほぼ同一であるので、上記構成によれば単純計算で従来より演算量を4分の3以下に削減することができる。これに応じて記憶装置の記憶容量、特に、命令を格納するためのインストラクションメモリの記憶容量を削減することができるとともに、処理時間も短縮することができ、コンピュータにおける消費電流も削減することができる。
21 フォワード処理モジュール
22 バックワード処理モジュール
23,32 外部情報値算出処理モジュール
24〜28,33〜37 メモリ
31 フォワード処理・バックワード処理共用モジュール
22 バックワード処理モジュール
23,32 外部情報値算出処理モジュール
24〜28,33〜37 メモリ
31 フォワード処理・バックワード処理共用モジュール
Claims (18)
- 符号語を構成するシンボル列の論理を反転させたトレリス線図を用いることを特徴とする誤り訂正符号の復号方法。
- 前記符号語を構成する前記シンボル列と受信語のシンボル列の相関値をパスメトリック値とすることを特徴とする請求項1に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- 前記パスメトリック値が最小となる前記トレリス線図上のパスが最尤パスとなることを特徴とする請求項2に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- 前記トレリス線図の始点における複数の状態のパスメトリック値の初期値として、前記複数の状態の内、一の状態の初期値を0とし、その他の状態の初期値を0以上とすることを特徴とする請求項3に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- 前記トレリス線図上の各時点における複数の状態の各々が有する前記パスメトリック値のうち最小のパスメトリック値を、前記複数の状態が有する前記パスメトリック値から減算することを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- 前記トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行うフォワード処理によって第1のパスメトリック値を算出するステップと、
前記フォワード処理とは逆方向にビタビ復号を行うバックワード処理によって第2のパスメトリック値を算出するステップと、
前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいて行う外部情報値算出処理によって外部情報値を算出するステップと、を所定情報長の受信データに対して繰り返し行い、
前記バックワード処理は、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に行い、前回繰り返し復号を行った際の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の第2のパスメトリック値の初期値として利用することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法。 - 前記フォワード処理は、前回ウィンドウ分の前記フォワード処理が終了した時点の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値を、今回の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行うことを特徴とする請求項6に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- 所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理と、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理と、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいた前記外部情報値の算出を行う外部情報値算出処理とからなる復号処理を前記所定情報長の受信データに対して複数回繰り返し行う誤り訂正符号の復号方法であって、
前記バックワード処理では、前回繰り返し復号を行った際の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、前記フォワード処理、前記バックワード処理及び前記外部情報値算出処理では、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴とする誤り訂正符号の復号方法。 - 所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理と、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理と、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいた前記外部情報値の算出を行う外部情報値算出処理とからなる復号処理を前記所定情報長の受信データに対して複数回繰り返し行う誤り訂正符号の復号方法であって、
前記フォワード処理では、前回ウィンドウ分の前記フォワード処理が終了した時点の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、前記バックワード処理では、前回繰り返し復号を行った際の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、
前記フォワード処理、前記バックワード処理及び前記外部情報値算出処理では、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴とする誤り訂正符号の復号方法。 - 前記外部情報値として、0.5以上0.9以下の範囲の正規化係数を乗算したものを用いることを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- 前記外部情報値を算出する際に用いる通信路定数は、1.5以上2.5以下の範囲の値であることを特徴とする請求項6から10のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- 前記ウィンドウのサイズは、拘束長の4倍以上であって、要求される最大情報ビット数の2分の1以下の値であることを特徴とする請求項6から11のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号方法。
- コンピュータに請求項1から12のいずれか1項に記載の機能を実現させるための誤り訂正符号の復号プログラム。
- 所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理を行うフォワード処理モジュールと、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理を行うバックワード処理モジュールと、前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいた前記外部情報値を算出する外部情報値算出処理を行う外部情報値算出処理モジュールとを備え、前記フォワード処理、前記バックワード処理及び前記外部情報値算出処理とからなる復号処理を前記所定情報長の受信データに対して複数回繰り返し行う誤り訂正符号の復号装置であって、
前記バックワード処理モジュールが前回の繰り返し復号時に算出した前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値が一時保持されるメモリを有し、前記バックワード処理モジュールは、前記メモリから前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を読み出して今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、
前記フォワード処理モジュール、前記バックワード処理モジュール及び前記外部情報値算出処理モジュールは、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴とする誤り訂正符号の復号装置。 - 所定情報長の受信データ及び外部情報値に基づいて、トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行って第1のパスメトリック値を算出するフォワード処理と、前記トレリス線図を一定期間毎に分割したウィンドウ毎に前記受信データ及び前記外部情報値に基づいて前記フォワード処理とは逆方向に前記トレリス線図上で前記ビタビ復号を行って第2のパスメトリック値を算出するバックワード処理とを交互に行うフォワード処理・バックワード処理共用モジュールと、
前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいて前記外部情報値を算出する外部情報値算出処理を行う外部情報値算出処理モジュールと、
前記フォワード処理モジュールが前回ウィンドウ分の前記フォワード処理が終了した時点の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値が一時保持される第1のメモリと、
前記バックワード処理モジュールが前回の繰り返し復号時に算出した前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値が一時保持される第2のメモリとを備え、
前記フォワード処理・バックワード処理共用モジュールは、前記第1のメモリから前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値を読み出して今回の前記ウィンドウ境界の前記第1のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行うとともに、前記第2のメモリから前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値を読み出して今回の前記ウィンドウ境界の前記第2のパスメトリック値の初期値として利用して繰り返し復号を行い、かつ、
前記フォワード処理モジュール、前記バックワード処理モジュール及び前記外部情報値算出処理モジュールは、符号語を構成するシンボル列の正負を反転させたトレリス線図を用いて前記ビタビ復号を行うとともに、最小値となるパスを選択することを特徴とする誤り訂正符号の復号装置。 - 前記外部情報値として、0.5以上0.9以下の範囲の正規化係数を乗算したものを用いることを特徴とする請求項14又は15に記載の誤り訂正符号の復号装置。
- 前記外部情報値を算出する際に用いる通信路定数は、1.5以上2.5以下の範囲の値であることを特徴とする請求項14から16のいずれか1項に記載の誤り訂正符号の復号装置。
- 前記ウィンドウのサイズは、拘束長の4倍以上であって、要求される最大情報ビット数の2分の1以下の値であることを特徴とする請求項14から17のいずれか1に記載の誤り訂正符号の復号装置。
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