JP2006254466A - 低密度のパリティ検査符号を用いる通信システムにおけるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法 - Google Patents

低密度のパリティ検査符号を用いる通信システムにおけるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低密度のパリティ検査符号（ＬＤＰＣ）を用いる通信システムにおけるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法を提供すること。
【解決手段】情報データビットが入力されると、上記情報データビットを予め設定された符号化方式により符号化してＬＤＰＣ符号語として生成し、上記ＬＤＰＣ符号語を予め設定されたチャンネルインタリービング規則に基づいてインタリービングした後、上記チャンネルインタリービングされたＬＤＰＣ符号語を予め設定された変調方式により変調して変調シンボルとして生成する低密度のパリティ検査符号を用いる通信システム。
【選択図】図３

Description

本発明はチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法に係り、詳しくは、低密度のパリティ検査（Low Density Parity Check；以下、「ＬＤＰＣ」と称する。）符号を用いる通信システムにおけるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法に関する。
近年の移動通信システムの急速な発展には目を見張るものがあり、これに伴い、無線ネットワークを用いて有線ネットワークの容量に近い大容量のデータを送信可能な技術の開発が望まれている。このように、音声を中心としたサービスから、画像、無線データなどの種々の情報を処理して送信可能な高速・大容量の通信システムへの変化が望まれるに伴い、適正なチャンネル符号化方式を用いてシステムの送信効率を高めることが、システムの性能向上に欠かせない要素とされている。しかしながら、移動通信システムは、移動通信システムの特性から、データを転送するに当たり、チャンネルの状況によって雑音と、干渉およびフェーディング等によりやむを得ずエラーが生じ、その結果、上記エラーの発生による情報データの損失が生じていた。
このようなエラーの発生による情報データの損失を低減するために、チャンネルの特性により種々のエラー制御方式を使い分けることにより、上記移動通信システムの信頼度を高めることができる。上記エラー制御技術のうち最も汎用されているエラー制御技術は、エラー訂正符号を用いる技術である。上記エラー訂正符号に代表される符号としては、ターボ符号と、ＬＤＰＣ符号などが挙げられる。
先ず、前者としてのターボ符号は、従来よりエラー訂正のために主として用いられていた畳み込み符号に比べて、高速のデータ送信時における性能ゲインが良好であると知られており、送信チャンネルからの雑音によるエラーを効率よく訂正してデータ送信の信頼度を高めることが可能であるという長所を有する。これに対し、上記ＬＤＰＣ符号は、ファクターグラフ上において和積アルゴリズムに基づく繰り返し復号化アルゴリズムを用いて復号化することができる。上記ＬＤＰＣ符号の復号化器は、上記和積アルゴリズムに基づく繰り返し復号化アルゴリズムを用いることから、上記ターボ符号の復号化器に比べて低い複雑度を有するばかりか、並列処理復号化器として具現し易い。
一方、ｓｈａｎｏｎのチャンネル符号化理論によれば、チャンネルの容量を超えないデータレートに限ってしか、信頼性ある通信を行えないとされている。しかしながら、ｓｈａｎｏｎのチャンネル符号化の理論には、最大チャンネルの容量限界までのデータレートに対応するチャンネル符号化および復号化方法についての具体的な開示は全くされていない。
一般に、ブロックサイズが極めて大であるランダム符号は、ｓｈａｎｏｎのチャンネル符号化理論のチャンネル容量限界に近い性能を示すが、最大事後確率（ＭＡＰ：maximum a posteriori）または最尤（ＭＬ：maximum likelihood）復号化方法を用いる場合、その計算量に多大なロードがかかり、実際に具現が不可であった。
上記ターボ符号は、１９９３年にＢｅｒｒｏｕとＧｌａｖｉｅｕｘ、Ｔｈｉｔｉｍａｊｓｈｉｍａにより提案されており、ｓｈａｎｏｎのチャンネル符号化理論のチャンネル容量限界に近い優れた性能を有している。このようなターボ符号の提案により、符号の繰り返し復号化とグラフ表現に関する研究が活発に行われており、この時点で、Ｇａｌｌａｇｅｒが１９６２年に既に提案しているＬＤＰＣ符号が改めて注目を引くことになった。また、上記ターボ符号とＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上にはサイクルが存在するが、上記サイクルが存在する上記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上における繰り返し復号化は、次善最適であるということは周知であり、上記ＬＤＰＣ符号は繰り返し復号化を通じて優れた性能を有するということも、実験的に立証されている。これまで知られている最高の性能を有するＬＤＰＣ符号は、ブロックサイズ１０７を用い、ビットエラーレート（ＢＥＲ）１０−５でｓｈａｎｏｎのチャンネル符号化理論のチャンネル容量限界において僅か０．０４［ｄＢ］程度の差分を有する性能を示している。また、ｑ＞２となるガロアフィールド（Galois Field；以下、「ＧＦ」と称する）、すなわち、ＧＦ（ｑ）により定義されたＬＤＰＣ符号は、その復号化中に複雑度が増すが、バイナリ符号に比べてはるかに優れた性能を有する。しかしながら、上記ＧＦ（ｑ）により定義されたＬＤＰＣ符号の繰り返し復号化アルゴリズムの成功的な復号化について、満足のいく理論的な説明はまだ行われていない。さらに、上記ＬＤＰＣ符号はＧａｌｌａｇｅｒによって提案された符号であり、ほとんどのエレメントが０の値を有し、上記０の値を有するエレメントを除く極小数のエレメントが１の値を有するパリティ検査行列によって定義される。例えば、（Ｎ，ｊ，ｋ）ＬＤＰＣ符号は、ブロックの長さがＮである線形ブロック符号であり、各列ごとにｊ個の１の値を有するエレメントと、各行ごとにｋ個の１の値を有するエレメントを有し、上記１の値を有するエレメントを除くエレメントはいずれも０の値を有するエレメントよりなるスパース（疎らな）構造のパリティ検査行列によって定義される。
上述したように、上記パリティ検査行列内の各列の重み付け値はｊと一定であり、且つ、上記パリティ検査行列内の各行の重み付け値はｋと一定であるＬＤＰＣ符号を均一ＬＤＰＣ符号と称する。ここで、上記重み付け値とは、上記生成行列およびパリティ検査行列を構成するエレメントのうち０ではない値を有するエレメントの数を示す。これとは異なり、上記パリティ検査行列内の各列の重み付け値と各行の重み付け値が一定ではないＬＤＰＣ符号を不均一ＬＤＰＣ符号と称する。通常、上記均一ＬＤＰＣ符号の性能に比べて、上記不均一ＬＤＰＣ符号の性能が一層優れていると知られている。しかしながら、上記不均一ＬＤＰＣ符号の場合、パリティ検査行列内の各列の重み付け値と各行の重み付け値が一定ではないため、すなわち、不均一であるために、パリティ検査行列内の各列の重み付け値と各行の重み付け値を適切に調節しなければ、優れた性能が保証できなくなる。
以下、図１に基づき、（Ｎ，ｊ，ｋ）ＬＤＰＣ符号、例えば、（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列について説明する。
図１は、通常の（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列を示す図である。
図１を参照すると、まず、上記（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列Ｈは、８列×４行よりなり、各列の重み付け値は２と均一であり、各行の重み付け値は４と均一である。このように、上記パリティ検査行列内の各列の重み付け値と各行の重み付け値が均一であるため、上記の図１に示す（８，２，４）ＬＤＰＣ符号は均一ＬＤＰＣ符号となる。
上記の図１においては（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列について述べているが、以下、図２に基づき、上記の図１における（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のファクターグラフについて説明する。
上記の図２は、図１の（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のファクターグラフを示す図である。
上記の図２を参照すると、上記（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のファクターグラフは８個の変数ノード、すなわち、ｘ１２１１と、ｘ２２１３と、ｘ３２１５と、ｘ４２１７と、ｘ５２１９と、ｘ６２２１と、ｘ７２２３と、ｘ８２２５と、４個の検査ノード２２７、２２９、２３１、２３３と、により構成される。
上記（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列のｉ番目の行とｊ番目の列において、列が交差する個所に１の値を有する、すなわち、０ではない値を有するエレメントが存在する場合、変数ノードｘｉとｊ番目の検査ノードとの間に分岐が起こる。
上述したように、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列は極めて低い重み付け値を有することから、比較的に長いブロック符号であっても、繰り返し復号化により復号化を行うことが可能であり、ブロック符号のブロック長を増大し続けると、ターボ符号のようにｓｈａｎｏｎのチャンネル容量限界に近いような性能を示すことになる。また、ＭａｃＫａｙとＮｅａｌは、流れ伝達方式を用いるＬＤＰＣ符号の繰り返し復号化過程が、ターボ符号の繰り返し復号化過程と略同じ性能を有するということを既に証明している。
一方、高性能のＬＤＰＣ符号を生成するためには、いくつかの条件を満足することが求められる。これらの条件は、下記の通りである。
（１）ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上のサイクルを考慮すること。
上記サイクルとは、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフにおいて変数ノードと検査ノードを結ぶエッジがなすループを言う。上記サイクルの長さは、上記ループを構成するエッジの数により定義される。上記サイクルが長いとは、上記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフにおいてループを構成する変数ノードと検査ノードを結ぶエッジの数が多いことを示す。これに対し、上記サイクルが短いとは、上記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフにおいてループを構成する変数ノードと検査ノードを結ぶエッジの数が少ないことを示す。
上記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上のサイクルを長くして生成するほど、上記ＬＤＰＣ符号の性能が良くなるが、これは、上記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上のサイクルを長くして生成する場合、上記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上に短いサイクルが多数存在するときに生じるエラーフロアなどの性能劣化がなくなるからである。
（２）ＬＤＰＣ符号の効率よい符号化を考慮すること。
上記ＬＤＰＣ符号は、上記ＬＤＰＣ符号の特性から、畳み込み符号やターボ符号に比べて符号化の複雑度が高く、しかも、リアルタイム符号化が困難である。上記ＬＤＰＣ符号の符号化の複雑度を低めるために、繰り返し累積符号（ＲＡ（Repeat Accumulate）code）等が提案されているが、上記繰り返し累積符号もまた、上記ＬＤＰＣ符号の符号化の複雑度を低めるには限界がある。このため、ＬＤＰＣ符号の効率よい符号化を考慮することが望まれる。
（３）ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上の次数分布を考慮すること。
一般に、均一ＬＤＰＣ符号よりも、不均一ＬＤＰＣ符号の方の性能が優れているとされているが、その理由は、上記不均一ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上の次数が種々の次数を有するからである。ここで、上記次数とは、上記ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上において各ノード、すなわち、変数ノードと検査ノードに接続されているエッジの数を示す。また、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上の次数分布とは、特定の次数を有するノードが全体ノードのうちどれだけ存在するかを示すものである。特定の次数分布を有するＬＤＰＣ符号の性能が優れていることは、Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎなどにより既に証明されている。
しかしながら、現在、上記ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおいて、上記ＬＤＰＣ符号の特性を考慮してチャンネルインタリービング／デインタリービングを行うための具体的な方案についての考慮が全く行われておらず、このため、上記ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおいて、上記ＬＤＰＣ符号の特性を考慮してチャンネルインタリービング／デインタリービングを行うための具体的な方案についての必要性が高まる一方である。
そこで、本発明の目的は、ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおけるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法を提供するところにある。
本発明の他の目的は、ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおいてエラーレートを最小化させるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法を提供するところにある。
上記目的を達成するために、本発明の装置は、ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおけるチャンネルインタリービング装置であって、情報データビットが入力されると、上記情報データビットを予め設定された符号化方式により符号化してＬＤＰＣ符号語として生成する符号化器と、上記ＬＤＰＣ符号語を予め設定されたチャンネルインタリービング規則に基づいてインタリービングするチャンネルインタリーバと、上記チャンネルインタリービングされたＬＤＰＣ符号語を予め設定された変調方式により変調して変調シンボルとして生成する変調器と、を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の他の装置は、ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおけるチャンネルデインタリービング装置であって、受信信号を上記チャンネルデインタリービング装置に対応するチャンネルインタリービング装置において適用した変調方式に基づく復調方式により復調する復調器と、上記復調された信号を上記チャンネルインタリービング装置において適用したチャンネルインタリービング方式に基づくチャンネルデインタリービング方式によりデインタリービングするチャンネルデインタリーバと、上記チャンネルデインタリービングされた信号を上記チャンネルインタリービング装置におけるＬＤＰＣ符号語の符号化方式に基づく復号方式により復号化して情報データビットに復元する復号器と、を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の方法は、ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおけるチャンネルインタリービング方法であって、情報データビットが入力されると、上記情報データビットを予め設定された符号化方式により符号化してＬＤＰＣ符号語として生成するステップと、上記ＬＤＰＣ符号語を予め設定されたチャンネルインタリービング規則に基づいてインタリービングするステップと、上記チャンネルインタリービングされたＬＤＰＣ符号語を予め設定された変調方式により変調して変調シンボルとして生成するステップと、を含むことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の他の方法は、ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおけるチャンネルデインタリービング方法であって、受信信号をチャンネルインタリービング時に適用した変調方式に基づく復調方式により復調するステップと、上記復調された信号を上記チャンネルインタリービング時において適用したチャンネルインタリービング方式に基づくチャンネルデインタリービング方式によりデインタリービングするステップと、上記チャンネルデインタリービングされた信号を上記チャンネルインタリービング時に適用したＬＤＰＣ符号語の符号化方式に基づく復号方式により復号化して情報データビットに復元するステップと、を含むことを特徴とする。
以上のように、本発明はＬＤＰＣ符号を用いる通信システムで非均一信頼度特性を考慮して、チャンネルインタリービングを遂行するように制御することによって上記ＬＤＰＣ符号の信頼性を向上させるという利点を有する。
特に、本発明は上記ＬＤＰＣ符号を構成するビットのうち信頼度が低いビットを上記チャンネルインタリービングを通して、その信頼度を向上させることによって、フェーディングチャンネルと同じバーストエラーが発生する確率が高い無線チャンネル環境において耐久性をあげ、信頼性を向上させる。
このように、信頼性あるＬＤＰＣ符号の送受信は全体システムのエラーレートを減少させて、高速の信頼性ある通信を可能にするという利点を有する。
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施の形態を詳述する。本発明を説明するに当たり、本発明による動作を理解する上で必要であると考えられる部分だけを説明し、その以外の部分の説明は本発明の要旨を曖昧にしないために省略していることに留意しなければならない。
以下においては、本発明は、ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおいてエラーレートを最小化させるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法を提案する。特に、本発明は、符号化されたＬＤＰＣ符号語を変調するとき、エラーレートを最小化させるように変調シンボルに対応付けしてチャンネルインタリービングを行うことにより、符号性能を最大化させるチャンネルインタリービング／デインタリービング装置およびその制御方法を提案する。
図３は、本発明の実施の形態によるＬＤＰＣ符号を用いる通信システムの構造を概略的に示す図である。
図３を参照すると、まず、上記通信システムは、送信機３００と、受信機３５０と、により構成される。上記送信機３００は、符号化器３１１と、チャンネルインタリーバ３１３と、変調器３１５とを備える。また、上記受信機３５０は、復調器３５１と、チャンネルデインタリーバ３５３と、復号器３５５とを備える。
初めに、上記送信機３００について説明すると、下記の通りである。
先ず、情報データビットが入力されると、上記情報データビットを上記符号化器３１１に伝送し、上記符号化器３１１は、上記伝送された情報データビットを入力し、予め設定された符号化方式により符号化して符号語として生成した後、上記チャンネルインタリーバ３１３に出力する。ここで、上記符号化器３１１はＬＤＰＣ符号化器であり、このため、上記符号化器３１１において生成される符号語は、ＬＤＰＣ符号語となる。
上記チャンネルインタリーバ３１３は、上記符号化器３１１に出力されたＬＤＰＣ符号語を入力して、予め設定されたチャンネルインタリービング方式によりインタリービングした後、上記変調器３１５に出力する。ここで、上記チャンネルインタリーバ３１３は、フェーディングなどの影響によりバーストエラーが起こることを防ぐために、上記符号化器３１１に出力されたＬＤＰＣ符号語を上記チャンネルインタリービング方式によりインタリービングする。ここで、上記チャンネルインタリーバ３１３のチャンネルインタリービングの動作は、本発明において提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞に基づいて行われる。なお、この詳細については後述するため、ここではその詳細な説明を省略する。
上記変調器３１５は、上記チャンネルインタリーバ３１３に出力された信号、すなわち、チャンネルインタリービングされたＬＤＰＣ符号語を予め設定された変調方式により変調した後、送信アンテナＴｘ．Ａｎｔを介して上記受信機３５０に送信する。ここで、上記チャンネルインタリーバ３１３は、上記変調器３１５において上記チャンネルインタリービングされたＬＤＰＣ符号語を上記変調方式により変調するとき、エラーレートを最小化させるように変調シンボルに割り当ててチャンネルインタリービングを行う。すなわち、上記チャンネルインタリーバ３１３は、ＬＤＰＣ符号語のサイクル特性と、重み付け値の分布と、符号語ビットに相当する変数ノードの次数によりＬＤＰＣ符号語の各ビットの信頼度が異なる特性を用いて設計される。なお、これについての詳細は後述するため、ここではその詳細な説明を省略する。
第二に、上記受信機３５０について説明する。
上記送信機３００から送信された信号は、受信アンテナＲｘ．Ａｎｔに受信され、上記受信アンテナに受信された信号は、上記復調器３５１に伝送される。上記復調器３５１は上記送信機３００の変調器３１５において適用した変調方式に基づく復調方式により上記受信アンテナに受信された信号を復調した後、上記チャンネルデインタリーバ３５３に出力する。
上記チャンネルデインタリーバ３５３は、上記復調器３５１に出力された信号を上記送信機３００のインタリーバ３１３において適用したチャンネルインタリービング方式に基づくチャンネルデインタリービング方式によりデインタリービングした後、上記復号器３５５に出力する。ここで、上記チャンネルデインタリーバ３５３のチャンネルデインタリービングの動作もまた本発明から提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞に基づいて行われる。なお、この詳細については後述するため、ここではその詳細な説明を省略する。
上記復号器３５５は、上記送信機３００の符号化器３１１において適用した符号化方式に基づく復号方式により復号して、最終的な情報データビットに復元する。
一方、上記の図３には、上記変調器３１５後に別設された無線周波数（Radio Frequency；以下、「ＲＦ」と称する。）信号の送信処理のための送信部の構造、および上記復調器３５１の手前に設けられたＲＦ信号受信処理のための受信部の構造は示していないが、上記変調器３１５に出力された信号が上記送信部を介してＲＦ処理されて送信され、上記受信部にＲＦ処理されて受信された信号が上記復調器３５１に供給されるということは言うまでもない。
上記の図３においては、本発明の実施の形態によるＬＤＰＣ符号を用いる通信システムの構造について述べているが、以下、図４に基づき、通信システムにおいて汎用される変調方式の１６ＱＡＭ（Quardrature Amplitude Modulation）方式を適用する場合の変調態様について説明する。
上記の図４は、通常の１６ＱＡＭ変調方式の変調態様を概略的に示す図である。
上記の図４に示すように、ある変調シンボルに該当するＳ３，Ｓ２，Ｓ１，Ｓ０の各ビットの信頼度はそれぞれ異なる。図４中、実数値を有するｉ１とｉ２は、上記変調シンボルにおけるＳ３とＳ１に該当する。ここで、上記ビットＳ３は虚数軸のｙ軸に対称して０と１の値を有するように対応付けられるが、上記ビットＳ１は、ｙ軸に近い領域は０の値を有し、上記ｙ軸から遠い領域は１の値を有するように対応付けられ、受信機において０を１に決める確率が、１を０に決める確率よりも高くなる。このような非対称性により、上記ビットＳ１に対応付けられる値にはエラーが生じる確率が高くなり、その結果、信頼性が低下する。
また、上記の図４において虚数値を有するｑ１とｑ２は、上記変調シンボルにおけるＳ２とＳ０に該当する。上記Ｓ２とＳ０は、上記Ｓ３とＳ１とほぼ同じであるため、上記ビットＳ２がビットＳ０に比べて信頼性が高くなる。
本発明においては、上述したような高次変調方式の非均一エラー特性を用い、チャンネルインタリーバを設計する。以下、図５に基づき、符号語の長さが５７６であり、且つ、符号化率が１／２であるＬＤＰＣ符号の１ビット当たりＢＥＲについて説明する。
上記した図５は、符号語の長さが５７６であり、且つ、符号化率が１／２であるＬＤＰＣ符号の１ビット当たりＢＥＲを示すグラフである。
上記の図５を参照すると、まず、ｘ軸は、第１のビットないし第５７６のビットのそれぞれを示し、パリティ検査行列の第１の列から第５７６の列に対応する。次に、ｙ軸は上記第１のビットないし第５７６のビットのそれぞれのＢＥＲを示す。
上記符号語の長さが５７６であり、且つ、符号化率が１／２であるＬＤＰＣ符号は、第１のビットから第１９２のビットまでは次数が３の変数ノードに該当し、第１９３のビットから第２８８のビットは、次数が６の変数ノードに該当し、残りのビットは、次数が２または３の変数ノードに該当する。ここで、上記変数ノードの次数は該当列の重み付け値に該当し、上記重み付け値とは、上記ＬＤＰＣ符号の生成行列およびパリティ検査行列を構成するエレメントのうち０ではない値を有するエレメントの数を示す。
上記の図５に示すように、低次数を有する変数ノードに該当する第１のビットないし第１９２のビットと、第２８９のビットないし第５７６のビットのＢＥＲが、高い次数を有する変数ノードに該当する第１９２のビットないし第２８８のビットのＢＥＲよりも高いことが分かる。また、上記の図５に示すように、同じ次数を有する変数ノードに該当するビットであっても、各ノードに接続されるサイクルの構造、すなわち、サイクルのサイズとその数が相異なるため、そのＢＥＲがそれぞれ異なることが分かる。
上記ＬＤＰＣ符号は、ファクターグラフ上において、和積アルゴリズムに基づく繰り返し復号アルゴリズムを用いて復号を行うことができる。しかしながら、上記和積アルゴリズムの特性から、各符号化されたビットの信頼度はサイクル構造に影響されるため、通常、サイズが小さいサイクルに多数接続されているビットは、その信頼度が低くなる。このため、これを測定する指標として平均サイクル値を用いるが、上記平均サイクル値は符号化されたビットに該当するファクターグラフ上の変数ノードに接続されている全体サイクルの数を加えた後、上記サイクルの数で割ることで得られる。結果的に、平均サイクルが小さな変数ノードに該当する符号化ビットの信頼度が低く、平均サイクルが大きな変数ノードに該当する符号化ビットの信頼度が高い。
また、上記ＬＤＰＣ符号の信頼度はファクターグラフ上の変数ノードに接続されている検査ノードの数、すなわち、変数ノードの次数にも影響を受けるが、次数が高い変数ノードに該当する符号化ヒットは信頼度が高い。
このため、本発明においては、上記サイクルサイズとノード次数の特性を考慮して上記ＬＤＰＣ符号のチャンネルインタリーバを設計する。そのときの設計の規則は、下記の通りである。
＜チャンネルインタリーバの設計規則＞
第１の規則：信頼度が低い次数、すなわち、低次数を有する変数ノードを変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付ける。
第２の規則：平均サイクル数が小さな変数ノードを変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付ける。
ここで、上記平均サイクルとは、上記ＬＤＰＣ符号語のファクターグラフ上において変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、上記全体サイクルの数で割った値を示す。
第３の規則：サイズが小さな１サイクルを構成する変数ノードは、チャンネルインタリービングによりＬＤＰＣ符号語内における距離を予め設定された値以上とする。ここで、上記サイズの小さなサイクルとは、予め設定されたサイズ未満のサイズを有するサイクルであり、上記予め設定されたサイズは、例えば、サイクル８未満としても良い。
初めに、上記第１の規則を詳述すると、下記の通りである。
まず、コンポーネント符号語において、すなわち、ＬＤＰＣ符号語において低次数の変数ノードを変調シンボル内の高信頼度のビットに対応付けてその信頼性を一層高めることで、結果としてＢＥＲ特性を高める。すなわち、ＬＤＰＣ符号語の符号化ビットのうちエラーが頻繁に生じる変数ノードの信頼度を高めることができる。
第二に、上記第２の規則を詳述すると、下記の通りである。
まず、実用的な通信システムにおいては、上記第２の規則を適用するために、上記ＬＤＰＣ符号語の全体のサイクルを検出する必要はない。すなわち、サイズが小さなサイクル（例えば、サイズが１０以下のサイクル）のみを検出すればよく、サイズが小さなサイクルが多数ある変数ノードを変調シンボル内の高信頼度のビットに対応付ければよい。
第三に、上記第３の規則を詳述すると、下記の通りである。
先ず、上述したように、そのサイズが小さなサイクルに接続されている変数ノードは、信頼度が低い。このため、上記第３の規則においては、上記変数ノードの信頼度を高めるために、上記変数ノードをそれぞれ別々のサイクルに含め、これは、各変数ノードの依存度を低減する。特に、サイズが小さなサイクルに共に接続されている変数ノードは、ファクターグラフ上においてその距離が短いため、ＬＤＰＣ符号語上において互いに最大限に隔てることにより、その距離を最大限に大きくする。上述したように、サイズが小さなサイクルに共に接続されている変数ノードをＬＤＰＣ符号語上において互いに最大限に隔てる理由は、これにより、フェーディングチャンネルなどのバーストエラーが生じるチャンネルにおいて、低信頼度のビットに続いてエラーが生じることを防ぐことができ、結果的に、該当ビットの信頼度を高めることが可能になるためである。
また、上記ＬＤＰＣ符号の性能を高めるためには、密度進化方式を用いて最適性能を示す次数分布を実現することが好ましい。もちろん、上記した最適性能を示す次数分布を有するＬＤＰＣ符号を具現することに加えて、上記第１の規則ないし第３の規則のチャンネルインタリーバの設計規則をいずれも適用することは、ファクターグラフ上のサイクル構造とハードウェア具現などの種々の制約条件があってかなり困難であるが、できぐ限り、上記チャンネルインタリーバの設計規則を適用してその性能を高めることが好ましい。ここで、上記密度進化方式を用いて最適性能を示す次数分布を求めることは本発明と直接的な関連性がないため、その詳細な説明を省略する。
次に、図６に基づき、上記＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第１の規則を適用する場合における、チャンネルインタリーバの設計規則について説明する。
上記の図６は、本発明から提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第１の規則を適用する場合における、チャンネルインタリーバの設計規則を概略的に示す図である。
上記の図６を説明するに先立ち、上記ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列をＨと定義する場合、上記ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列Ｈは、第１の列ないし第４の列は低次数、第５の列ないし第８の列は高次数を有すると仮定する。また、上記ＬＤＰＣ符号を用いる通信システムにおいて、上記の図４に基づき上述した１６ＱＡＭ方式をその変調方式として用いるとすれば、変調シンボル内のビットＳ３とＳ２の信頼度が上記変調シンボル内ビットＳ１とＳ０の信頼度よりも高い。このため、上記＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第１の規則を適用し、その次数が低い変数ノードに該当する第１ビットないし第４のビットは信頼度が高いＳ１とＳ０に対応付け、その次数が高い変数ノードに該当する第５のビットないし第８のビットは信頼度が低いＳ３とＳ２に対応付ける。
このように、パリティ検査行列Ｈにおいて、第３のビット、第４のビットと第５のビット、第６のビットをインタリービングすると、上記＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第１の規則を満足する。すなわち、上記パリティ検査行列Ｈの第１の列と、第２の列と、第３の列と、第４の列と、第５の列と、第６の列と、第７の列と、第８の列から、その列の順番を変えて、第１の列と、第２の列と、第５の列と、第６の列と、第３の列と、第４の列と、第７の列と、第８の列よりなる新しいパリティ検査行列Ｈ’を構成することができ、上記新しいパリティ検査行列Ｈ’にチャンネルインタリービングを行う場合、ＢＥＲを最小化でき、結果として、上記ＬＤＰＣ符号の性能が高くなる。なお、上記チャンネルインタリービング方式を示すチャンネルインタリービング関数ＣＩは、下記式１のように表わせる。
ＣＩ＝［１２５６３４７８］・・・・（式１）
上記の図６においては、本発明から提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第１の規則を適用する場合における、チャンネルインタリーバの設計規則について説明した。以下、図７に基づき、本発明から提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第２の規則および第３の規則を適用する場合における、チャンネルインタリーバの設計規則について説明する。
上記の図７は、本発明から提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第２の規則および第３の規則を適用する場合における、チャンネルインタリーバの設計規則を概略的に示す図である。
上記の図７を参照すると、パリティ検査行列Ｈは、変数ノードｖ１、ｖ２、ｖ３、すなわち、第１の列ないし第３の列が、ファクターグラフに示すようなサイクル４の構造を有するパリティ検査行列である。このように、サイクルが小さな変数ノードの場合は、上記＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第２の規則を適用して、その信頼度が高いＳ３とＳ２に対応付ける。ここで、同じサイクル４に接続される２つの変数ノードｖ１とｖ２、及びｖ２とｖ３は、上記＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第３の規則を適用してチャンネルインタリービングされた後、予め設定された距離ｄ以上の距離だけ互いに離れていることになる。ここで、上記設定距離ｄは、上記ＬＤＰＣ符号のブロックサイズ、すなわち、符号語の長さに応じて決められる。
一方、本発明の詳細な説明の欄においては具体的な実施の形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において種々の変形が可能であることは言うまでもない。よって、本発明の範囲は、上述した実施の形態に限定されて決まるものではなく、後述する特許請求の範囲に加え、この特許請求の範囲との均等物などによって決まるべきである。
通常の（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列を示す図である。 図１の（８，２，４）ＬＤＰＣ符号のファクターグラフを示す図である。 本発明の実施の形態によるＬＤＰＣ符号を用いる通信システムの構造を概略的に示す図である。 通常の１６ＱＡＭ変調方式の変調様子を概略的に示す図である。 符号語の長さが５７６であり、且つ、符号化率が１／２であるＬＤＰＣ符号の１ビット当たりＢＥＲを示すグラフである。 本発明から提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第１の規則を適用する場合における、チャンネルインタリーバの設計規則を概略的に示す図である。 本発明から提案する＜チャンネルインタリーバの設計規則＞の第２の規則および第３の規則を適用する場合における、チャンネルインタリーバの設計規則を概略的に示す図である。
符号の説明
２２７、２２９、２３１、２３３：検査ノード
２１１、２１３、２１５、２１７：変数ノード
２１９、２２１、２２３、２２５：変数ノード

Claims (40)

  1. 通信システムにおけるチャンネルインタリービング装置であって、
    情報データビットが入力されると、前記情報データビットを予め設定された符号化方式により符号化して低密度のパリティ検査（ＬＤＰＣ）符号語として生成する符号化器と、
    前記低密度のパリティ検査符号語を予め設定されたチャンネルインタリービング規則に基づいてインタリービングするチャンネルインタリーバと、
    前記チャンネルインタリービングされた低密度のパリティ検査符号語を予め設定された変調方式により変調して変調シンボルとして生成する変調器と、を備えることを特徴とするチャンネルインタリービング装置。
  2. 前記チャンネルインタリービング装置は、前記変調器において生成された変調シンボルを無線周波数処理して送信する送信部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のチャンネルインタリービング装置。
  3. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであることを特徴とする請求項１に記載の前記チャンネルインタリービング装置。
  4. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであることを特徴とする請求項１に記載のチャンネルインタリービング装置。
  5. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項４に記載のチャンネルインタリービング装置。
  6. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであることを特徴とする請求項１に記載のチャンネルインタリービング装置。
  7. 前記設定距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項６に記載のチャンネルインタリービング装置。
  8. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであることを特徴とする請求項１に記載のチャンネルインタリービング装置。
  9. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項８に記載のチャンネルインタリービング装置。
  10. 前記設定距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項８に記載のチャンネルインタリービング装置。
  11. 通信システムにおけるチャンネルインタリービング方法であって、
    情報データビットが入力されると、前記情報データビットを予め設定された符号化方式により符号化して低密度のパリティ検査（ＬＤＰＣ）符号語として生成するステップと、
    前記低密度のパリティ検査符号語を予め設定されたチャンネルインタリービング規則に基づいてインタリービングするステップと、
    前記チャンネルインタリービングされた低密度のパリティ検査符号語を予め設定された変調方式により変調して変調シンボルとして生成するステップと、を含むことを特徴とするチャンネルインタリービング方法。
  12. 前記生成された変調シンボルを無線周波数処理して送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のチャンネルインタリービング方法。
  13. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであることを特徴とする請求項１１に記載のチャンネルインタリービング方法。
  14. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであることを特徴とする請求項１１に記載のチャンネルインタリービング方法。
  15. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項１４に記載のチャンネルインタリービング方法。
  16. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであることを特徴とする請求項１１に記載のチャンネルインタリービング方法。
  17. 前記設定距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項１６に記載のチャンネルインタリービング方法。
  18. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであることを特徴とする請求項１１に記載のチャンネルインタリービング方法。
  19. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項１８に記載の前記チャンネルインタリービング方法。
  20. 前記設定距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項１８に記載の前記チャンネルインタリービング方法。
  21. 通信システムにおけるチャンネルデインタリービング装置であって、
    受信信号を前記チャンネルデインタリービング装置に対応するチャンネルインタリービング装置において適用した変調方式に基づく復調方式により復調する復調器と、
    前記復調された信号を前記チャンネルインタリービング装置において適用したチャンネルインタリービング方式に基づくチャンネルデインタリービング方式によりデインタリービングするチャンネルデインタリーバと、
    前記チャンネルデインタリービングされた信号を前記チャンネルインタリービング装置における低密度のパリティ検査（ＬＤＰＣ）符号語の符号化方式に基づく復号方式により復号化して情報データビットに復元する復号器と、を備えることを特徴とするチャンネルデインタリービング装置。
  22. 前記チャンネルデインタリービング装置は、無線周波数信号を無線周波数処理して前記受信信号として生成する受信部をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  23. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項２１に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  24. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項２１に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  25. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項２４に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  26. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項２１に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  27. 前記設定距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項２６に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  28. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項２８に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  29. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項２８に記載のチャンネルデインタリービング装置。
  30. 前記距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項２８に記載の前記デインタリービング装置。
  31. 通信システムにおけるチャンネルデインタリービング方法であって、
    受信信号をチャンネルインタリービング時に適用した変調方式に基づく復調方式により復調するステップと、
    前記復調された信号を前記チャンネルインタリービング時に適用したチャンネルインタリービング方式に基づくチャンネルデインタリービング方式によりデインタリービングするステップと、
    前記チャンネルデインタリービングされた信号を前記チャンネルインタリービング時に適用した低密度のパリティ検査（ＬＤＰＣ）符号語の符号化方式に基づく復号方式により復号化して情報データビットに復元するステップと、を含むことを特徴とするチャンネルデインタリービング方法。
  32. 無線周波数信号を無線周波数処理して前記受信信号として生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  33. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項３１に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  34. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付けるものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項３１に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  35. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項３４に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  36. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項３１に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  37. 前記距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項３６に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  38. 前記チャンネルインタリービング規則は、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において低次数を有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において小さな平均サイクルのサイズを有する変数ノードを前記変調シンボル内のビットのうち高信頼度のビットに対応付け、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において予め設定されたサイズ未満のサイクルを構成する変数ノードは、前記チャンネルインタリービングの行われた低密度のパリティ検査符号語内においてその距離を予め設定された距離以上とするものであり、前記変調シンボルは、前記情報データビットを前記符号化方式に基づいて符号化後、前記変調方式に基づいて変調して生成されたものであることを特徴とする請求項３１に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  39. 前記平均サイクルは、前記低密度のパリティ検査符号語のファクターグラフ上において前記変数ノードに接続されている全体サイクルのサイズを加算後、前記全体サイクルの数で割った値であることを特徴とする請求項３８に記載のチャンネルデインタリービング方法。
  40. 前記設定距離は、前記低密度のパリティ検査符号のブロックサイズを考慮して決められるものであることを特徴とする請求項３８に記載の前記デインタリービング方法。
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