JP2006515483A - 反復復号のためのソフト情報スケーリング - Google Patents

Abstract

誤り訂正復号プロセスの一部としてソフト値（２１４）をスケーリングする方法及び装置が記載されている。正確な復号は適切なスケールファクターの使用に依存する。ソフト値をスケールするためのスケールファクターの選択及び使用は、正しいスケールファクター又は該ソフト値がそれから得られたところの信号が通信チャネルを通して伝送された時点での現実のチャネル条件に関する事前の知識無しで復号器の性能を改善し且つ／又は最適化するように、設計される。本発明の技法は、処理されるべきソフト値が、チャネル品質値（２００）により正確に記述されうる品質を有する通信チャネルを通して伝送されたということを仮定する。スケールファクターは、スケール（２１２）されるべきソフト値の分布（２０８）と、それらが伝送されたチャネルが予め選択されたチャネル品質値（２１０）に対応する品質のチャネルであったという仮定とから決定される。

Description

関連出願
本出願は、“反復復号のためのソフト情報スケーリング（ＳＯＦＴ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＳＣＡＬＩＮＧ ＦＯＲ ＩＴＥＲＡＴＩＶＥ ＤＥＣＯＤＩＮＧ）”と題されて２００３年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／４５０，１７４号の利益を主張する。

本発明は、復号に関し、特に、例えば復号プロセスの一部としてソフト情報値をスケーリングするために使用されうるスケーリングファクターを決定する方法及び装置に関する。

殆ど全ての形の電子通信及び記憶システムが誤り訂正符号を用いる。誤り訂正符号は、これらのシステムにおいてデータストリームに冗長性を導入することによって情報転送の固有の非信頼性を補償する。誤り訂正の数学的基礎はシャノンによって確立された。シャノンはチャネルという数学的概念を発展させたが、それによると、通信システムにおける信号の歪みはランダムプロセスとしてモデル化される。シャノンの最も基本的な成果は雑音のあるチャネルの定理であり、それはチャネルについて、チャネルを通して情報を確実に送達することのできる最大の速度を明示する量である容量という概念を定義している。この容量は、シャノン容量として知られている。容量に近い速度での確実な伝送は誤り訂正符号の使用を必要とする。誤り訂正符号は、なるべく容量に近い速度で充分な信頼性を達成するように設計される。誤り訂正符号を実施することの複雑さは、誤り訂正符号を実際に適用するときに影響を及ぼし始める追加要因である。

ターボ符号の発明及びその後の低密度パリティーチェック(ｌｏｗ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ−ｃｈｅｃｋ（ＬＤＰＣ））符号の再発見と発展からもたらされた最近の誤り訂正符号化システムの進歩は、シャノンの容量に極めて近い実現可能な複雑さの符号化システムを提供する。

多様な誤り訂正符号化システムがソフト情報に依拠している。ソフト情報は、普通、ビットｂに関する判断、すなわち１か又は０かの判断と、その判断の信頼度の何らかの尺度とを表す。例えば、ソフト値についてよく使われる標準形は対数尤度比ｌｏｇ｛ｐ（ｙ｜ｂ＝０）／ｐ（ｙ｜ｂ＝１）｝であり、ここでｙは、例えば、通信チャネルを通しての伝送の後のビットｂの何らかの観測結果である。復号器へのソフト入力値は、しばしば、伝送される信号をノイズにさらす可能性のある通信チャネルを通して伝送される信号から得られる。その様な場合、そのソフト値をもたらした判断の信頼度の尺度は、チャネルのノイズの効果を反映する。

ｎが０平均と分散ｓ^２とを有する実ガウシアン確率変数を表すｙ＝ｘ＋ｎによりモデル化されるガウシアンチャネルを通してビットを伝送するためにバイナリーフェーズシフトキー（ＢＰＳＫ）変調ｘ＝２ｂ−１が使用されるならば、ｙは１つの一定因子までｘの対数尤度比に等しい。より正確には、ｌｏｇ{ｐ(ｙ｜ｘ＝１）／ｐ（ｙ｜ｘ＝−１）｝＝（２／ｓ^２）ｙである。ビタビ復号を用いる畳込み符号などの一定のタイプの誤り訂正システムでは、復号は正の定数によるスケーリングを受けても変化しないので、スケールファクター２／ｓ^２を知る必要はない。なぜならば、実際には、ビタビ復号器は、ｘ_１ｙ_１＋ｘ_２ｙ_２＋・・・＋ｘ_ｎｙ_ｎを最大にする符号語（ｘ_１、・・・、ｘ_ｎ）を見出すからであり、ここでｙ_１、・・・、ｙ_ｎは、伝送されるビットｘ_１、・・・、ｘ_ｎに対応する観測結果を表す。

近年、ターボ符号及びＬＤＰＣ符号は畳込み符号などの在来の符号化システムと比べて顕著な利得を提供するものであることが証明された。しかし、これらの符号のための最善の復号器は、ソフト値のスケーリングに確かに依存する。ソフト値の不正確なスケーリングは、復号性能に悪影響を及ぼす可能性を有する。

実際上、正しいスケーリングファクターを知ること或いは推定することが非常に難しいことが良くある。理由は、追跡するのが容易でないデータの未知のスケーリングがシステムに発生する可能性があることにある。この様な、追跡困難なデータ・スケーリングは、例えば、自動利得制御回路又はその他の回路によって実行され得る。例えば、チャネルが場合によっては未知の或いは概略的に知られているに過ぎない掛け算利得をｘに対して適用するフェージングチャネルに関しては特にそうであろう。正しいスケーリングファクターの劣等な推定値を用いると、符号化システムの性能の顕著な低下を招く恐れがある。従って、正しいスケーリングファクターが知られている場合と比べて復号性能が損なわれないように、或いは生じる損失を最小限にするように、例えばソフト入力値の集合などのソフトデータのブロックのためにスケールファクターを提供することのできる方法が求められている。実施の見地から、復号前にソフト値に適用されるべきスケールファクターのサイズに影響を及ぼす可能性のあるスケーリング条件及び／又は種々のチャネル条件を追跡する必要なしに、処理されるべきソフト値から適切なスケールファクターを決定できれば、非常に望ましいであろう。

本発明は、誤り訂正復号の前に、或いはこれと関連させて、ソフト値をスケーリングするための方法及び装置に向けられている。ソフト値をスケールするためのスケールファクターの選択及び使用は、正しいスケールファクター又は該ソフト値がそれから得られた信号が通信チャネルを通して伝送された時点での現実のチャネル条件に関する事前の知識無しで復号器の性能を改善し且つ／又は最適化するように、設計される。本発明の方法及び装置は、例えば無線端末、モバイル・ハンドセット、及び、データを受信し復号する他の種々のタイプの装置などの、多様な装置に用いられるのに良く適する。

与えられた符号体系及び与えられたチャネル品質について、受信装置による適切なスケーリングを仮定すると、受信装置において複数のソフト値分布が可能であり、該分布はチャネル品質に依存して予測可能な態様で変化する。すなわち、例えばシャノンのチャネル容量などのチャネル品質値で表現された特定の品質のチャネルについて、対応するソフト値分布の集合を予測することができる。他のチャネル品質値を有するチャネルは、別のソフト値分布の集合に対応するであろう。適切にスケールされたソフト値の場合、既知の符号体系が与えられたとすると、受信装置におけるソフト値の特定の分布を特定のチャネル品質値に関連付けることが可能である。

本発明では、通信チャネルは、予め選択されたチャネル品質値で表現された例えばチャネル容量などの所定品質レベルを満たすと仮定される。この仮定が与えられると、ソフト値の入力された集合に適用されたときに、その仮定された予め選択されたチャネル品質値に例えば正確に或いはおおよそ匹敵するチャネル品質に対応する分布を生じさせるスケールファクターが決定される。

決定されたスケーリングファクターは、正しいスケーリングに依存する復号操作の前に１つ以上のソフト入力値をスケールするために使われる。

種々の実施態様において予め選択されるチャネル品質値は、スケーリング及び復号の前に、チャネルが容認できなくなるポイントの近くの値となるように選択される。予め選択される値は、容認し得るチャネル品質領域の中に或いはその直ぐ外側にあってよい。チャネルが容認できなくなるこのポイントは、臨界点と称されうる。予め選択されるチャネル品質値は、例えば使用される符号体系に基づいて復号の前に選択され、復号器として働く装置にプログラムされうる。予め選択されるチャネル品質値は、使用される符号体系が与えられたならば達成されると期待されるチャネル容量に対応するように選択されうる。予め選択されるチャネル品質値は、例えば、通信装置の寿命の間、或いは該装置が新しい符号体系を支援するようにプログラムされるまで或いは予め選択されるチャネル品質値が他の方法で更新されるまで、復号の長い期間の間、一定のままであって良い。従って、予め選択されるチャネル品質値は、普通は、信号が通信チャネルを通して送信され且つ／又は受信されるときの実際のチャネル品質とは無関係である。更に、予め選択されるチャネル品質値は、復号を実行している通信装置において受信される信号に適用される自動利得制御（ＡＧＣ）機能或いは他の利得を追跡する動作に依存しない。

図１は例示的通信システム１０を示し、このシステムでは、例えばＬＤＰＣ復号器或いはターボ復号器などの、正しいソフト値スケーリングに依存する反復復号器と組み合わされて本発明のスケーリングファクター決定方法が使用されうる。図示されているように通信システム１０は第１及び第２の通信装置１１，１３を含む。第１通信装置１１は例えば基地局であり、第２通信装置１３は例えば無線端末であってよい。基地局１１は、エアーリンク３７を介して無線端末１３と通信することができる。

第１通信装置１１は、バス１８によって互いに結合されている例えばＣＰＵなどのプロセッサ１４と、入出力インターフェース１６と、入力装置２０と、出力装置２２と、送信装置３５と、メモリー３０とを含む。メモリー３０は、例えば送信されるべきデータなどのデータ３２と、制御ルーチン３４とを含む。制御ルーチン３４の指揮下で動作するプロセッサ１４は、第２通信装置１３へのデータの送信を制御する。Ｉ／Ｏインターフェース１６は、第１通信装置１１がインターネットなどのネットワークとデータをやり取りすることを可能にする。入力装置２０は、例えばキーパッドであってよくて、これを使って第１通信装置１１に制御信号及び／又はデータを入力することができる。出力装置２２は、例えば、ユーザーに情報、データ及び／又は装置状況情報を表示するためのディスプレイを含むことができる。送信装置３５は、送信アンテナ３６に結合されていて、エアーリンク３７を介して第２通信装置１３にデータを送るために使われる。送信装置３６は、符号器２８と変調器２６とを含む。符号器２８は、符号化された信号の復号が送信された信号から得られたソフト値の適切なスケーリングに依存する複数の符号化技法のうちのいずれか１つを実行する。符合器２８は、例えば、ＬＤＰＣ符号器又はターボ符号器であってよい。符合器２８は、送信されるべきデータ値を受け取って、それから符号化された値を作る。符号器２８から出力された符号化された値は、アンテナ３６からの放送信号の一部分として送信される前に変調器２６による変調を受ける。図示はされていないけれども、第１通信装置１１がデータを送信することも受信することもできるように第１通信装置１１が第２通信装置１３のそれに類似する受信回路を含むことができることが理解されるべきである。

第２通信装置１３は、バス４８を介して互いに結合された例えばＣＰＵなどのプロセッサ４４と、入力装置５０と、出力装置５２と、受信回路５４とメモリー６０とを含む。第２通信装置１３は、空中に送信された信号を受信するための受信アンテナ３８も含む。メモリー６０は、データ６２と、制御ルーチン６４と、予め選択されたチャネル品質値６６と、スケーリング値計算ルーチン６８とを含む機械可読な媒体である。制御ルーチン６４は、ＣＰＵ４４により実行されたときに第２通信装置１３の一般的動作を制御する。データ６２は、制御ルーチン６４により使用されるデータだけではなくて、本発明に従って受信された信号を復調し復号することによって得られるデータも含むことができる。スケーリング値計算ルーチン６８は、ＣＰＵ４４により実行されたときに、復調器５６から出力されたスケールされていないソフト値とメモリー６０に格納されている予め選択されたチャネル品質値６６との関数として適切なスケーリング値をプロセッサ４４に作らせるコンピュータ命令及び／又はモジュールを含む。本発明のソフトウェア実施の代わりとして、本発明に従ってスケーリング値を計算するためにハードウェアモジュール及び／又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いることができる。図示されてはいないけれども、第２通信装置１３がデータを受信するだけでなくてデータを送信することもできるように、第２通信装置１３は第１通信装置１１のそれと同様の送信回路を含むことができる。

図１の実施態様では、復調器５６から出力されたソフト値を、予め選択されたチャネル品質値６６の関数として使用されるべきスケールファクターを決定する目的のために、復号器５８を通してプロセッサ４４に供給することができる。プロセッサ４４は、スケールを実行して、そのスケールされたソフト値を復号器５８に返すことができる。或いは、プロセッサ４４は使用されるべき決定されたスケーリングファクターを返すことができ、復号器５８の入力に含まれるスケーリング回路は、スケーリング依存の反復復号プロセスを実行するために使われる回路により処理される前にソフト入力値をスケールするために使われる。復号器５８により実行される復号プロセスは、送信前に符号化を実行するために使われた符号器２８により実行された符号化プロセスの逆であって良く、また、しばしば、実際にその符号化プロセスの逆である。復号器５８は、或る実施態様では、ＬＤＰＣ復号器である。

アンテナ３６及び３８の間のエアーリンク３７は、送信装置３５により作られた信号が伝送される通信チャネルを表す。この通信チャネルは、例えば、信号利得に、従って復調器５６から出力されるソフト値の値に影響を及ぼしうる自動利得制御回路を含む他のエレメントも符号器２８と復号器５８との間の通信路に含むと解されてもよい。復号器５８は、復調器５６にフィードバックすることができ、或る実施態様では実際にフィードバックを行う。復調器５６は、例えば、適切な程度の決定信頼度が達成されるまで或いは他の何らかの復号停止基準が満たされるまで、作られたソフト値がそれを通して繰り返し処理されるループなどの、該反復復号プロセスの一部を形成することができる。送信された信号がそれを通して伝送される通信チャネル３７はノイズを導入してスケーリング・エラーという結果をもたらすであろう。例えば、復調器５６から出力されるソフト値は、一般に例えばチャネル減衰、不正確なＡＧＣ動作及び／又はその他の因子に起因して大きすぎたり小さすぎたりする可能性があり、また、送信された値の分布以外の分布を取る可能性もある。

与えられた符号体系及び与えられたチャネル品質について、受信装置による適切なスケーリングを仮定すれば、受信装置において複数のソフト値分布が可能であり、それらの分布はチャネル品質に依存して予測可能に変化する。すなわち、例えばシャノンのチャネル容量などのチャネル品質値で表された特定の品質のチャネルについて、対応するソフト値分布の集合を予測することができる。他のチャネル品質値を有するチャネルはソフト値分布の異なる集合に対応する。適切にスケールされたソフト値の場合には、既知の符号体系が与えられれば、受信装置において特定のソフト値分布を特定のチャネル品質値に関連付けることが可能である。

本発明に従って、通信チャネルは、予め選択されたチャネル品質値６６で表された例えばチャネル容量などの所定品質レベルを満たすと仮定される。この値は、例えば使用される符号体系に基づいて、復号の前に選択されうる。例えば、予め選択されるチャネル品質値は、該符号体系が使用されるならば達成されると期待されるチャネル容量に対応するように選択されうる。予め選択されるチャネル品質値６６は、例えば、通信装置１３の寿命の間、或いは該装置１３が新しい符号体系を支援するようにプログラムされるまで、復号の長い期間の間、一定のままであって良い。従って、予め選択されるチャネル品質値６６は、信号が通信チャネルを通して送信され且つ／又は受信されるときの実際のチャネル品質とは無関係である。更に、チャネル品質値６６は、通信装置１３において受信される信号に適用されるＡＧＣ機能或いは他の利得を追跡する動作に依存しない。

例えば前記の予め選択されるチャネル品質値として使われるべきチャネル品質値などの容量目標は、次のように選択されうるし、種々の実施態様において実際に次のように選択される。すなわち、既知の例えばアディティブホワイトガウシアンノイズ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ（ＡＷＧＮ））チャネルなどで目標符号をシミュレートする。該符号の性能がその目標性能レベル（例えば、１０^−３フレーム誤り率）を達成するポイントでのチャネルの容量を見出し、それを性能目標のために用いる。

大きすぎる因子でデータをスケーリングすることによる劣化は小さすぎる因子でスケーリングすることによる劣化より少ないということが認められている。従って、容量目標を、上記方法により要求される容量目標より僅かに高くセットするのが得策であろう。

バイナリー容量以外の関数をスケーリングのための基礎として使用しうることは当業者にとっては明らかであろう。１つの可能な例は信頼度ｔａｎｈ（α｜ｙ｜）である。例えば予め選択されたチャネル品質値などの目標はそれに応じて選択され調整されるが、基本原理は同じままである。これが行われれば方法は同じである。すなわち、使用される符号について臨界チャネル・パラメータの近くの、容認可能なチャネル品質値の範囲の中又はその直ぐ外側の予め選択されたチャネル品質値を使用し、実際のチャネルが該チャネル品質値と一致すると仮定し、もしソフト値の入力されたセットに適用されるならば該予め選択されたチャネル品質に対応するソフト値分布を生じさせるスケーリングファクターを計算する。

後述されるように、復調器５６により作られたソフト値をスケーリングするときに使用されるべきスケールファクターは、復調器５６により作られたスケールされていないソフト値が、予め選択されたチャネル品質値６６を満たすと評されうるチャネルを通して伝送されたという仮定のもとで作られる。すなわち、復調器出力をスケーリングするために使われるべきスケーリングファクターは、どんなスケールファクターが、復調器から出力されたソフト値の分布に適用されたときに、予め選択されたチャネル品質値６６により明示される品質レベルを有する通信チャネルに対応するソフト値の分布をもたらすか計算することによって決定される。

復調器から出力されたソフト値の分布と予め選択されるチャネル品質値とに基づく使用されるべきスケールファクターの計算は、幾つかの簡単な技法のうちの任意の１つを用いて実行されうる。或る技法は、スケールされていない値の与えられた集合について、多数のチャネル品質値を計算することを含み、その多数のチャネル品質値の各々は異なる潜在的スケーリングファクターに対応する。該多数のチャネル品質値から、予め選択された品質値と一致するチャネル品質値を見出すために補間法が使用される。補間された品質値と一致するスケーリングファクターが決定されて、スケールされていないソフト値の与えられた集合に適用されるべきスケーリングファクターとして使用されるために選択される。

復調器から出力されるソフト値と予め選択されたチャネル品質値との関数としてスケーリングファクターを計算するもう一つの方法によれば、初期スケールファクターと、復調器から出力されたスケールされていないソフト値のうちの少なくとも１つとからチャネル品質関数が決定される。その初期スケールファクターは、利用されるスケールファクターがその中で変化し得るスケールファクターの範囲から予め選択されうる。該初期スケールファクターは或る程度は恣意的であっても良いが、その理由は、それが、使用されるスケールファクターを作る出発点として役立つに過ぎないことにある。時間が経つにつれて、現在のスケールファクターと称されて適用されるスケールファクターは、復調器から出力されるソフト値の関数として調整される。この特別の実施態様では、復調器により作られたソフト値のうちの少なくとも１つを与えられた前記関数に適用されたときに、予め選択されたチャネル品質値を生じさせるスケールファクターを決定するために、該決定された品質チャネル関数が解かれる。

更に別の実施態様では、本発明に従って決定されたスケールファクターによりスケールされたソフト値に対応するチャネル品質値が、予め選択されたチャネル品質値と比較され、次のソフト値に適用されるべきスケーリングファクターは、例えば予め選択されたチャネル品質値と次のスケールされたソフト値に対応するチャネル品質値との将来の相違を減少させるために、任意の決定された差の関数として調整される。このアプローチによれば、ソフト入力に対して使用されるスケーリング値の調整は時間が経つにつれて変更され、例えばスケーリング値は処理される各ソフト値のために修正される。種々の実施態様において、各調整に伴なうスケーリング値の大きな揺れを回避すると共に時間経過に伴なうスケーリングファクターの一貫した値への収束を促すために、スケーリングファクターの各調整のサイズは、例えば最大ステップサイズ値の２％未満、また或る場合には最大ステップサイズ値の．７５％未満などの小さな値に保たれる。

代表的な通信チャネルの性質と、ＬＤＰＣ符合及びターボ符号などのスケーリング依存反復符号化システムの性能との一定の観測結果に基づいて、本発明は、復号プロセスの一部としてスケールファクターを決定して適用する方法及び装置に向けられている。

本発明の基礎をなす観測結果の第１点は、スケーリング依存の多くの最新の反復符号化システムについて、性能曲線が急峻であることである。このことは、例えば畳込み符号と比べて、符号化システムの性能が例えば１０^−１フレーム誤り率から１０^−４フレーム誤り率まで変化するチャネルパラメータの範囲が割合に小さいことを意味する。殆どの場合に、符号化システムは一定の性能範囲で使用されるように意図されている、すなわち、該システムは、該符号化システムについて例えば１０^−３フレーム誤り率の目標性能を有する。このことは、通信システムがチャネル動作条件を１０^−３フレーム誤り率を生じさせる条件の近くに保とうとすることを意味する。符号化システム性能が該目標に近いようなチャネル条件の範囲を臨界領域と称することにしよう。この場合、スケールファクターの評価に対する性能の感度は、実際のチャネル条件が該臨界領域に近いときに最高である。チャネルが該臨界領域より遥かに悪ければ、いずれにしても復号器が働かなくなる可能性が非常に大きいので、スケーリングが無意味であることが良くある。もしチャネルが臨界値より遥かに良ければ、スケーリングは復号を成功させるためにそれほど重要ではない。

本発明の方法は、チャネルが臨界領域に近いと、例えば容認可能な品質領域の端に近いと、仮定し、この仮定とスケールされていないソフト入力値とに基づいて適切なスケールファクターを引き出す。以下でそのやり方を示す。もしチャネルが臨界領域に近いけれども依然として容認可能な領域の中にあるとすれば、該仮定は正しいか或いは殆ど正しく、スケーリングは正しいか或いは殆ど正しくなり、更に、結果としての性能は、正しいスケーリングが知られていて使用された場合と同じ或いは殆ど同じである。もしチャネルが臨界領域より遥かに悪いとすれば、スケーリングは既に指摘されたように殆ど無意味であって復号が失敗する可能性があるが、それは、いずれにせよ、悪いチャネル条件に起因して発生しそうである。もしチャネルが臨界値より遥かに良ければ、臨界領域に近いけれども依然として容認可能な領域内にある予め選択されたチャネル品質値の使用に基づくスケーリングは、依然として、種々の実施態様において目標性能である臨界値より良好な性能を与えるであろう。実際、或る実施態様では、その様なスケーリングが反復符号化システムのいわゆるエラーフロア領域（ｅｒｒｏｒ ｆｌｏｏｒ ｒｅｇｉｏｎ）における性能を実際に改善することができることが観察された。

次に、上記のスケーリングを実行する方法を提示する。本発明の種々の実施態様は、主として又はもっぱら例えば対数尤度比などの適切にスケールされたソフト値の絶対値の分布に依存する、臨界領域に例えば対応する、記述する値を使用する。例えば不正確にスケールされた対数尤度比の集合などの、入力ソフト値の集合が与えられたならば、スケールされていないソフト値に対して適用されたときに、例えば使用されるべきスケールファクターを決定するために使用される予め選択されたチャネル品質値に対応する分布などの、臨界領域内にあると思われる対数尤度比の分布を生じさせるスケールファクターを計算する。臨界領域は１つの範囲のチャネル品質値で表現されて良く、１つの予め選択された例えば目標チャネル品質値は、容認可能な伝送性能に対応するけれども、チャネル品質が容認できなくなる領域に近い該臨界領域に属する。

特定のチャネル品質値により示される特定の品質を有するチャネルを通して伝送される信号から得られたソフト値は、例えば特定の量のチャネル・ノイズに起因する特定の値分布を有しがちである。従って、ソフト値分布はチャネル品質値に対応する。複数の種々のソフト値分布が普通は単一のチャネル品質値に対応する。ソフト値分布の種々の集合が種々のチャネル品質値に対応する。この事実は、以下のように使用されるべきスケーリングファクターを決定するために本発明に従って使用される。

本発明の種々の方法は、代表的チャネルの一定の特性に基づいている。これらの特性は、正しいソフト値スケーリングを想定すると、種々のチャネル品質のチャネルが与えられたならば種々のソフト値分布が期待されうるという事実と、これらの種々のチャネル品質が、種々の計算に使用されうる例えばシャノン容量値などのチャネル品質値として表現されうるという事実とを含む。

ｐ（｜）に記憶のない対称バイナリーチャネルを表示させる。対称性は、この文脈では、ｐ（ｙ｜ｘ＝１）＝ｐ（−ｙ｜ｘ＝−１）を意味する。ｆに、このチャネルに関連付けられた受信された対数尤度比の絶対値の密度を表示させる。例えば、該チャネルのＢＰＳＫシグナリングのもとでの最大速度などのバイナリー・シャノン容量は
[数１]

で与えられ、ここでｚ（ｘ）＝１／（１＋ｅ^ｘ）であり、ｈはｈ（ｚ）＝−ｚｌｏｇ_２ｚ−（１−ｚ）ｌｏｇ_２（１−ｚ）として定義されるバイナリー・エントロピー関数である。例えばスケールされていないソフト入力値の絶対値、｜ｙ_１｜、・・・、｜ｙ_ｎ｜、などの経験的サンプルがあるとしよう。ここでｙ_ｉは、例えば伝送されるＬＤＰＣ符号語などの中のビットｉに関連付けられた対数尤度比のα^-1倍に等しい。もしαが既知であれば、例えば該チャネルの容量などの、対応するチャネル品質値を
[数２]

として推定することができる。同様に、チャネル容量Ｃが既知であれば、
[数３]

を用いてアルファの値を求めることができる。基本のアイデアは、もし予め選択されるチャネル品質値Ｃが適切に選択され、例えば或る目標容量Ｃ^ｔにセットされたならば、上記方程式を解いてαを見出し、これによりスケーリングファクターを決定することができるということである。その決定されたスケーリングファクターを用いてソフト入力値をスケールして、スケールされたシーケンスαｙ_１・・・αｙ_ｎを作ることができ、これは、スケールされたソフト入力として反復復号器に提供される。これが本発明の種々の実施態様のうちの１つに従って行われれば、該復号器の性能は、正しいアルファが実際に知られていた場合とほぼ同じであろう。更に、この技法は、記憶のないチャネルのタイプとは無関係に、例えば対数尤度比の絶対値の分布とは無関係に、使用されうる。なぜならば、ＡＷＧＮチャネルについてのｓ^２或いはバイナリー対称チャネルについてのクロスオーバー確立などの代表的パラメータではなくて例えば該チャネルのシャノン容量などのチャネル品質値で臨界領域が記述されるならば、観測される臨界領域は、その特定のチャネルに顕著には依存しなくて、殆どの場合に例えばシャノンのチャネル容量などのチャネル品質値によって殆ど一意的に記述されうるということが観察されているからである。従って、Ｃ^ｔの適切な選択は、該チャネルの具体的詳細に至るまで殆ど不変であって、使用される特定の符号が良く設計されていて急峻なカーブを有することを条件として、主としてその特定の符号に依存する。この不変性は、チャネルが複雑で例えば無線フェージングチャネルの場合のように早晩急速に変化し得る状況において特に有益である。

図２−図４を参照して本発明の方法を説明する。

図２は、入力値１０２の与えられた集合について例えばチャネル容量目標値Ｃ^ｔなどの予め選択されたチャネル品質値１００の関数としてスケーリングファクターを作る実施態様を示す。

ステップ１０６で、容量推定方程式を解いてα１０８を求めることによって適用されるべきスケールファクターを計算するために、例えば復調器５６の出力などの入力されたスケールされていないソフト値ｙ_１、・・・、ｙ_ｎ１０２と容量目標Ｃ^ｔ１００とが使用される。解かれる容量推定方程式は次のように表示されうる：
[数４]

ここでＣ^ｔは例えばチャネル目標容量などの事前選択チャネル品質値であり、ｉはｎ個のソフトシンボルの入力された集合中のスケールされていないソフトシンボルの番号を示すカウント変数であり、ｈは使用される対応する符号化関数に対応する既知のソフト値分布関数である。

次に、ステップ１１０で、スケールされたソフト値αｙ_１、・・・、αｙ_ｎ１１２を得るためにスケールされていないソフト値ｙ_１、・・・、ｙ_ｎ１０２をスケールするためにα１０８が使用される。スケールされたソフト値αｙ_１、・・・、αｙ_ｎ１１２は、適切なスケーリングを仮定すれば、一実施態様では、反復復号器５８により確実に復号されうる対数尤度比であろう。

私たちは、一般的スケーリング方法に加えて、予め定められた目標Ｃ^ｔと一致するチャネル容量に基づく入力データスケール適応のための２つの実用的方法を提案する。始めに、私たちはｇ（ｘ）＝１−ｈ（ｚ（ｘ））により関数ｇを定義する。

図３は、入力されたスケールされていないソフト値ｙ_１、・・・、ｙ_ｎ２０２に単一パスで適用されるべきスケールファクターを、例えば使用される符号についての容量目標Ｃ^ｔなどの予め選択されたチャネル品質値２００の関数として決定する本発明のスケールファクター決定方法を示す。ステップ２０６において、スケールされていないソフト値２０２の絶対値｜ｙ_１｜、・・・、｜ｙ_ｎ｜と容量目標Ｃ^ｔ２００とが、例えば３つ以上のいろいろなスケールファクターα_１＜α_２＜α_３（実際のαの値の期待される範囲の少なくとも一部分を含むように選択される）についての容量Ｃ_ｊなどの複数のチャネル品質値を次のように計算するために使用される：
[数５]

次に、ステップ２０８で、例えばスケールされていないソフト値２０２の関数としてフィッティング関数を用いることによってスケールファクターについての推定が洗練される。例えば、目標容量Ｃ^ｔと調和するスケールファクターを推定するために２次以上の逆補間が実行される。ステップ２０８を実行するために使用されうる、そして時折実際に使用される、代わりのもっと精密な方法は、各々の可能なアーギュメントの周りでαの関数として関数ｇ（α ｘ）に適合する多項式の係数を表に作って、サンプルに関してそれらを平均することである。逆補間は、基本的な加算／減算／シフト演算を用いて連続する近似反復としてハードウェアで実行されうる。容量関数ｇ（）又は該適合多項式の係数は、メモリー６０に含まれる参照用テーブルに格納され得、また或る実施態様では実際に格納される。この容量計算をシステムデータ転送操作中に即座に実行することが可能である。スケールファクターα２１０の洗練された推定値がステップ２０８からの出力として得られる。次に、ステップ２１２で、α２１０は、スケールされたソフト値αｙ_１、・・・、αｙ_ｎ２１４を得るために、スケールされていないソフト入力値ｙ_１、・・・、ｙ_ｎ２０２をスケールするために使用される。適切なスケーリングを仮定すれば、或る実施態様では対数尤度比の形をとる、スケールされたソフト値αｙ_１、・・・、αｙ_ｎ２１４は、復号器５８によって正確に処理されうる。

図４は、本発明に従ってスケーリングファクターを決定して使用する他の方法を示す。図４の方法は、ソフト値ｙ_ｉが例えばターボ等化方式で連続的に処理されるシステムで用いるのに良く適している。この場合、スケールファクターαは制御ループを用いて決定されうる。該制御ループにおけるエラー信号は、例えばチャネル目標容量などの予め選択されたチャネル品質値と例えばサンプル・チャネル容量ｇ（α｜ｙ_ｉ｜）などのスケールされたサンプルに対応するチャネル品質値との差により決定される。該エラー信号は、フィルタリングされ、反復更新プロセスを形成するために現在のスケールファクターに対して補正として適用される。これは次のように実行されうる：
α_ｉ＋１＝α_ｉ＋ε*α_ｉ*（Ｃ^ｔ−ｇ（α_ｉ*ｙ_ｉ））、
ここでεはステップサイズ・パラメータである。例えば異なる更新ステップサイズで同様の方程式を使用することができる。αは、或る予め選択された最大値及び最小値の間で変化することを許されても良い。スケールファクター調整ステップサイズは、いろいろな実施態様において割合に小さいように選択され、例えば、αの最大値の２％未満、そして多くの場合にαの最大サイズの１％未満であるように選択される。

この方法はターボ等化方式において付加的な利点を有する。なぜなら、これは、復号プロセス全体にわたって殆ど一定の入力容量を維持して、増大する復号器外因ソフト出力に由来する正のスケール・フィードバックを補償することができるからである。

図４において、チャネルからのデータ３０２はステップ３０４で等化器及び／又は復調器処理を受けさせられて、スケールされていないソフト値ｙ_ｉ３０６をもたらす。このスケールされていないソフト値ｙ_ｉ３０６と、例えば与えられた符号についての容量目標Ｃ^ｔ３００などの予め選択されたチャネル品質値とは、スケールファクターα３１０を更新するために使用されるフィルタリング・ステップ３０８に入力される。該フィルタリング・ステップは、ハードウェアで実現されるフィルターにより実行されうる。ステップ３０８で使用されるフィルターは、入力されたソフト値と予め選択されたチャネル品質値３００との関数としてスケールファクターα３１０の値を求める非線形フィルターである。ステップ３０８で実行されるフィルタリングは値ごとに実行されて、各々の処理されるサンプルについて調整が徐々に行われる。スケールファクターαは、始めに例えば１などの所定出発値にセットされて良く、フィルタリングが進むにつれて収斂する。該フィルタリング・プロセスの一部として、ステップ３０８で使われるフィルターは、容量寄与を測定して、それをＣ^ｔ３００と比較する。もし容量寄与がＣ^ｔより大きければ、スケールファクターα３１０は小さくされる。もし容量寄与がＣ^ｔより小さければ、スケールファクターαは大きくされる。次に、エレメント３１２は、フィルタリング・ステップ３０８から出力されたスケールファクターα３１０の値にスケールされていないソフト値ｙ_ｉ３０６を掛け或いはスケールし、スケールされたソフト値αｙ_ｉ３１４を生じさせる。スケールされたソフト値αｙ_ｉ３１４は復号器３１６に入力され、これは外因ソフト情報３１８を出力する。外因ソフト情報３１８は等化器３０４に入って、ここで処理されて新しいスケールされていないソフト値ｙ_ｉ３０６になる。この新しいスケールされていないソフト値ｙ_ｉ３０６はフィルタリング・ステップ３０８に入り、ここで、スケールファクターα３１０の値を正しい値の方へゆっくり駆り立てるために、前記のフィルタリング処理が行われる。処理は再びスケーリング・ステップ３１２、復号３１６、及び等化器ステップ３０４を通って進む。このルーピングは、満足なスケールファクター値α３１０が得られるまで、続く。αｙ_ｉのスケールされた値は、出力３２０を作るために復号器３１６により対数尤度比として使われる。

図５において私たちは関数ｇのグラフを提示し、ここでｇ（ｘ）＝１−ｈ（ｚ（ｘ））であり、ｈはバイナリーエントロピー関数であり、ｈ（ｘ）＝（１−ｘ）ｌｏｇ_２（１−ｘ）−ｘｌｏｇ_２（ｘ）であり、ｚ（ｘ）＝１／（１＋ｅ^ｘ）であり、チャネル品質値としてのシャノンのチャネル容量の使用に対応する。もしｘが特定のチャネルに関連付けられた対数尤度比の絶対値として分布させられた確率変数であるならば、ｇ（ｘ）の期待値はそのチャネルについての（バイナリー入力）シャノン容量である。

上記方法は、互いに結合されたメモリーと、ＣＰＵと、１つ以上の入力及び／又は出力装置とを含むコンピュータシステムで実行されうる。該メモリーは、本発明に従って実行されるルーチンを含む。実行されたとき、該ルーチンは、本発明に従ってＣＰＵにデータを受け取らせ、処理させ、そして出力させる。或いは、本発明のステップは、例えば回路などの専用ハードウェア及び／又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実行されても良い。

上記の方法及び装置は、スケーリングに依存するいろいろな復号技法と共に用いるのに良く適している。その様な技法の例は、ＬＤＰＣ復号及びターボ復号技法を含む。

入力値の正しいスケーリングに依存する反復復号器と組み合わせて本発明のスケーリングファクター決定方法を用いることのできる例示的通信システムを示す。 入力値の与えられた集合のために、予め選択されたチャネル品質値の関数としてスケーリングファクターが作られる本発明の方法を示す。 本発明の例示的スケールファクター決定方法を示し、これは、本発明の一実施態様に従ってソフト値に適用されるスケールファクターを決定する。 本発明の他の代表的実施態様に従ってスケーリングファクターを決定し使用する他の方法を示す。 チャネル品質値としてシャノンのチャネル容量を使用することに対応する関数ｇを示し、ここでｇ（ｘ）＝１−ｈ（ｚ（ｘ））であり、ｈはバイナリーエントロピー関数であり、ｚ（ｘ）＝１／（１＋ｅ^ｘ）である。

符号の説明

１０ 通信システム
１１，１３ 通信装置
１４，４４ プロセッサ
１６ 入出力インターフェース
１８ バス
３６，３８ アンテナ
３７ エアーリンク

Claims (26)

1. 復号プロセスの一部として、通信チャネルを通して伝送される信号から得られたソフト入力値をスケールするために装置を操作する方法であって、該方法は：
   前記信号が伝送されたときの実際のチャネル条件から独立した予め選択されたチャネル品質値と、前記ソフト値のうちの少なくとも１つとの関数として現在のスケーリングファクターを計算するステップと；
   スケールされたソフト値を作るために、前記計算された現在のスケーリングファクターを用いて前記ソフト値のうちの１つをスケールするステップと；
   を含む方法。
2. 複数のソフト値分布が可能であり、可能なソフト値分布の１つの部分集合は前記予め選択されたチャネル品質値に対応し、その他の可能な分布は他のチャネル品質値に対応し、現在のスケーリングファクターを計算する前記ステップは：
   前記受け取られたソフト値に対して適用されたときに、前記予め選択されたチャネル品質値に対応するソフト値分布の前記部分集合中の１つのソフト値分布を生じさせるスケーリングファクターを決定するステップを含む、請求項１の方法。
3. スケーリングファクターを決定するステップは：
   前記ソフト入力値のうちの少なくとも幾つかから複数のチャネル品質値を計算するステップを含み、各チャネル品質値は夫々異なるスケールファクターに対応する、請求項２の方法。
4. 補間された値を作るために前記複数のチャネル品質値のうちの少なくとも２つの間を補間するステップと；
   その補間された品質値の関数として前記現在のスケールファクターを決定するステップと；
   を更に含む、請求項３の方法。
5. 前記予め選択されたチャネル品質値はチャネル容量値である、請求項１の方法。
6. 前記スケーリングファクターを計算するステップは：
   第１スケールファクターから現在のチャネル品質関数を決定するステップを含む、請求項３の方法。
7. 前記少なくとも幾つかのソフト入力値を与えられた前記関数に適用されたときに前記目標チャネル品質を生じさせるスケールファクターを決定するために前記関数を解くステップを含み、前記決定されたスケールファクターは前記現在のスケールファクターとして使用される、請求項６の方法。
8. 現在のスケールファクターを決定するステップは反復プロセスの一部であり、この反復プロセスは：
   更新される現在のスケールファクターによりスケールされたソフト値の関数として現在のスケールファクターを更新するステップを含む、請求項２の方法。
9. 前更新ステップは：
   目標品質値と対応する品質値との差を決定するために、スケールされたソフト値に対応するチャネル品質値を目標品質値と比較するステップと；
   前記決定された差の関数としてスケーリングファクターを調整するステップとを含む、請求項８の方法。
10. 前記スケールファクターは、次に処理されたソフト値に対応するチャネル品質値と前記目標チャネル品質値との次の差を小さくする方向に調整される、請求項９の方法。
11. スケールファクター調整は、最大許容スケーリング値と最小許容スケーリング値との間にわたる範囲の中で行われ、個々のスケールファクター調整は最大許容スケーリング値の２％の最大調整ステップサイズより大きくない、請求項９の方法。
12. 前記予め選択されたチャネル品質値は、容認可能なチャネル品質領域の中の、該領域の端の近くにある品質領域に対応する値である、請求項１の方法。
13. 前記復号プロセスは、低密度パリティーチェック復号操作及びターボ符号復号操作のうちの少なくとも１つを含む、請求項１の方法。
14. 通信チャネルを通して伝送される信号から得られたソフト入力値をスケールするために使用されるべきファクターを決定するための装置であって：
    通信チャネルを通して伝送される信号を受信するための受信装置と；
    前記受信された信号からソフト入力値を作るための手段と；
    前記信号が伝送されたときの実際のチャネル条件から独立した前記予め選択されたチャネル品質値を記憶するメモリーと；
    前記予め選択されたチャネル品質値と複数のソフト入力値のうちの少なくとも１つとの関数としてスケーリングファクターを計算するための手段と；
    を含む装置。
15. 前記予め選択されたチャネル品質値は、容認可能なチャネル品質領域の端に近い品質領域に対応する値である、請求項１４の装置。
16. 前記予め選択されたチャネル品質値はチャネル容量値である、請求項１５の装置。
17. 複数のソフト値分布が可能であり、可能なソフト値分布の１つの部分集合は前記予め選択されたチャネル品質値に対応し、他の可能な分布は他のチャネル品質値に対応し、スケーリングファクターを計算するための前記手段は：
    前記受信されたソフト値に対して適用されたときに、前記予め選択されたチャネル品質値に対応するソフト値分布の前記部分集合中の１つのソフト値分布を生じさせるスケーリングファクターを決定するための手段を含む、請求項１４の装置。
18. スケーリングファクターを決定するための前記手段は：
    前記ソフト入力値のうちの少なくとも幾つかから複数のチャネル品質値を計算するための手段を含み、各チャネル品質値は異なるスケールファクターに対応する、請求項１７の装置。
19. 補間された値を作るために前記複数のチャネル品質値のうちの少なくとも２つの間を補間するための手段と；
    その補間された品質値の関数として前記スケールファクターを決定するための手段と；
    を更に含む、請求項１８の装置。
20. 計算するための前記手段と補間のための前記手段とは、各々、プロセッサを制御して前記計算操作及び補間操作の少なくとも一部分を実行させるためのコンピュータ命令を含む、請求項１９の装置。
21. 前記スケーリングファクターを計算するための前記手段は：
    第１スケールファクターからチャネル品質関数を決定するための手段と；
    前記少なくとも幾つかのソフト入力値を与えられた前記関数に適用されたときに前記目標チャネル品質を作るスケールファクターを決定するために前記関数を解くための手段とを含んでおり、前記決定されたスケールファクターは前記現在のスケールファクターとして用いられる、請求項１８の装置。
22. 現在のスケールファクターを決定するための前記手段は反復プロセスを実行し、前記装置は：
    更新される現在のスケールファクターによりスケールされたソフト値の関数として、該現在のスケールファクターを更新するための制御ループを更に含む、請求項１７の装置。
23. 前記制御ループは：
    スケールされたソフト値に対応するチャネル品質値と目標品質値とを比較して目標品質値と対応する品質値との差を決定するための比較器と；
    スケーリングファクターを前記決定された差の関数として調整するための手段と；
    を含む、請求項２２の装置。
24. 機械可読な媒体であって：
    ｉ）予め選択されたチャネル品質値と、通信チャネルを通して伝送される信号から得られた少なくとも１つのソフト入力値との関数として現在のスケーリングファクターを計算するステップであって、前記予め選択されたチャネル品質値は前記信号が伝送されたときの実際のチャネル条件から独立しているステップと；
    ｉｉ）スケールされたソフト値を作るために、前記計算された現在のスケーリングファクターを用いて前記少なくとも１つの前記ソフト値をスケールするステップと；
    を実行するように機械を制御するための機械実行可能な命令を含む機械可読媒体。
25. 前記予め選択されたチャネル品質値、前記予め選択されたチャネル品質値は、容認可能なチャネル品質領域の端に近い品質領域に対応する値であることを更に含む、請求項１の機械可読媒体。
26. 前記チャネル品質値は通信チャネル容量値である、請求項２５の機械可読媒体。
    

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