JP2007081640A - ターボ復号装置およびターボ復号方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 追加回路を最小限に抑えつつ、無駄な繰り返し復号を行わずに効率的な繰り返し数の制御を行うこと。
【解決手段】 排他的論理和２０１、２１１は、要素復号器（１）１０１、要素復号器（２）１０５の事後値と事前値のサインビット（正負の符号）をそれぞれ比較し、レジスタ（１）２０３、２１３、レジスタ（２）２０４、２１４、減算器２０５、２１５、絶対値演算器２０６、２１６により、復号の前後における事前値と事後値のサインビットの不一致数と前回繰り返し復号時の不一致数との差分値の絶対値を算出する。閾値判定部２０７、２１７は、差分値の絶対値と所定の繰り返し終了判定閾値とを閾値判定して、論理積２２０は、閾値判定部２０７、２１７における閾値判定結果に基づいて繰り返し復号の終了判定を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ターボ復号装置およびターボ復号方法に関し、特に、複数の要素復号器の間で外部値を交換しながら繰り返し復号を行うターボ復号において、繰り返し数の制御を行うターボ復号装置およびターボ復号方法に関する。

ターボ符号は、通信路符号化法の限界であるシャノン限界に近い誤り率特性を得られる符号として注目されており、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）においても採用され、すでに実用化されている。

以下、ターボ符号について概略を説明する。図９は、一般的なターボ符号化器の動作を説明するためのブロック図である。まず、情報データ系列ｄは、そのまま符号化データ系列ｕとして出力されるとともに、要素符号器３０１とインタリーバ３０３へ出力される。要素符号器３０１では、情報データ系列ｄに対し畳み込み符号化が行われて、パリティデータ系列ｙ１が生成される。インタリーバ３０３は、情報データ系列ｄの順序をランダムに並び替える。インタリーブされた情報データ系列ｄは、要素符号器３０２へ出力され、要素符号器３０２によって畳み込み符号化が行われてパリティデータ系列ｙ２が生成される。図９に示すターボ符号化器３００は、情報データ１ビットに対して、パリティデータ２ビットが付加されるため、符号化率Ｒが１／３の符号器である。要素符号器３０１および３０２には、再帰的組織畳み込み符号器が用いられる。

ターボ復号器の動作について、図１０を用いて詳細に説明する。図１０は、一般的なターボ復号器の構成を示すブロック図である。なお、図１０の２つの要素復号器を１つにまとめると図１１に示すような構成となる。

図１０に示すターボ復号器４００は、要素復号器（１）４０１と、インタリーバ４０２と、セレクタ４０３と、要素復号器（２）４０４と、デインタリーバ４０５、４０６と、判定器４０７と、減算器４０８、４０９とを備えた構成を採る。

要素復号器（１）４０１は、通信路値（ＵおよびＹ１）と事前値（Ｌ１）とから事後値（Ｌ１'）と外部値（Ｌｅ１）を生成する。ここで、要素復号器（２）４０４は、同様に、通信路値（ＵおよびＹ２）と事前値（Ｌ２）とから事後値（Ｌ２'）と外部値（Ｌｅ２）を生成する。なお、符号化データ系列Ｕは、ターボ符号化器３００で生成された符号化データ系列ｕが通信路を経由した後の信号系列を表す。同様に、パリティデータ系列Ｙ１およびパリティデータ系列Ｙ２は、ターボ符号化器３００で生成されたパリティデータ系列ｙ１およびパリティデータ系列ｙ２がそれぞれ通信路を経由した後の信号系列を表す。通信路値は、ディジタル復調された受信信号に通信路定数が乗算されて算出される。事前値は、通信路値に関する事前確率で、繰り返し復号時に前段の復号器から伝えられる値である。事後値は通信路値に関して得られる事後確率で、式（１）より表される。

外部値は、要素復号器（１）４０１と要素復号器（２）４０４との間で受け渡される信頼度情報で、要素復号器（１）４０１で復号した結果得られる外部値（Ｌｅ１）は、要素復号器（２）４０４の事前値（Ｌ２）として受け渡される。同様に、要素復号器（２）４０４で復号した結果得られる外部値（Ｌｅ２）は、要素復号器（１）４０１の事前値（Ｌ１）として受け渡される。このように、信頼度情報である外部値を受け渡しながら、繰り返し復号により要素復号器における復号結果の軟判定値である事後値を更新して復号特性を向上していくことがターボ復号の特徴である。

次いで、上記のように構成されたターボ復号器４００によるターボ復号動作について説明する。

まず、要素復号器（１）４０１によって要素符号器３０１に対応する復号が行われる。要素復号器（１）４０１へ通信路値として符号化データ系列ｕの受信信号Ｕと、パリティデータ系列ｙ１の受信信号Ｙ１が入力される。さらに事前値として、デインタリーバ４０５から出力されるＬ１が要素復号器（１）４０１へ入力される。ただし、Ｌ１の初期値はゼロであるため、最初の繰り返し復号時には、セレクタ４０３は接地側に接続される。そして、要素復号器（１）４０１によって、通信路値Ｕおよび通信路値Ｙ１と事前値Ｌ１から、まずは事後値Ｌ１’が計算される。ここで求められた事後値Ｌ１’と、通信路値Ｕおよび事前値Ｌ１から上式（１）より外部値Ｌｅ１が計算される。ここでは、信頼度情報である外部値Ｌｅ１そのものを受け渡す代わりに、要素復号器（１）４０１の復号結果の軟判定値である事後値Ｌ１’から事前値Ｌ１を引いた結果が、インタリーバ４０２を介して要素復号器（２）４０４へ受け渡される。このとき、受け渡しされる（Ｌ１’−Ｌ１）は、上式（１）より式（２）のように表される。

すなわち、事後値Ｌ１’から事前値Ｌ１を引いた結果（Ｌ１’−Ｌ１）が受け渡されることにより、通信路値Ｕと外部値Ｌｅ１の加算値（Ｕ＋Ｌｅ１）が受け渡されることとなる。

そして、要素復号器（２）４０４によって要素符号器３０２に対応する復号が行われる。要素復号器（２）４０４へ通信路値としてパリティデータ系列ｙ２の受信信号Ｙ２が入力される。さらに、インタリーバ４０２でインタリーブされた符号化データ系列Ｕが通信路値として、また、外部値Ｌｅ１が事前値Ｌ２として要素復号器（２）４０４へ出力される。これら通信路値Ｕと、Ｙ２と、事前値Ｌ２とが用いられて、事後値Ｌ２’が計算される。ここで求められた事後値Ｌ２’と、通信路値Ｕおよび事前値Ｌ２から上式（１）より外部値Ｌｅ２が求められる。外部値Ｌｅ２は、上式（１）より式（３）と表される。

したがって、外部値Ｌｅ２は事後値Ｌ２’からインタリーバ４０２出力（Ｌｅ１＋Ｕ＝Ｌ２＋Ｕ）を減算することで求められる。外部値Ｌｅ２は、デインタリーバ４０５でデインタリーブされたのち、要素復号器（１）４０１の事前値Ｌ１として用いられて繰り返し復号される。一方、要素復号器（２）４０４の復号結果の軟判定値である事後値Ｌ２’はデインタリーバ４０６でデインタリーブされた後、判定器４０７において硬判定されて、復号結果ｄ’が出力される。要素復号器（１）４０１および要素復号器（２）４０４には、ｌｏｇ−ＭＡＰ（Maximum A Posteriori probability）復号、ＭＡＸ−ｌｏｇ−ＭＡＰ復号、ＳＯＶＡ（Soft Output Viterbi Algorithm）復号などが用いられる。

以下、主にＭＡＸ−ｌｏｇ−ＭＡＰ復号アルゴリズムを用いたターボ復号方法に関して図１２を用いながら説明する。図１２は、トレリス線図で、状態の推移を時間の推移と共に描いたものである。

ターボ復号における処理手順は、後方確率（β）計算、前方確率（α）計算および事後値（Ｌ（ｖ_ｋ））計算に分けられる。後方確率（β）の計算は、すべての状態ｓにおいて式（４）より求められ、前方確率（α）の計算は、すべての状態において式（５）より求められる。

上式（４）では時点ｋのβを計算するために、時点ｋ＋１の値を用いるため、終端から始端に向かって時間軸とは逆方向に計算される。一方、上式（５）では、時点ｋのαを計算するために、時点ｋ−１の値を用いるため、始端から終端に向かって時間軸と順方向に計算される。事後値（Ｌ（ｖ_ｋ））は、式（６）にて計算される。

ここで、ｋは時点、ｓは状態、γ_k（ｓ_kー1、ｓ_k）は、状態ｓ_kー1から状態ｓ_kへの遷移確率、ｕ_kは時点ｋにおける情報、ｖ_ｋはｕ_kの推定値である。

しかしながら、上式（４）〜（６）の計算は非常に煩雑であるため、ＭＡＸ−ｌｏｇ−ＭＡＰ復号では、式（７）の近似式が用いられる。

上式（７）を用いて上式（４）および上式（５）を変形すると、それぞれ式（８）および式（９）となり、さらに上式（６）を変形すると式（１０）のように表せる。

このようにして計算した事後値から外部値を求め、この外部値を複数の要素復号器の間で受け渡しながら繰り返し復号を行い、所定の繰り返し復号停止規範による最終的な事後値に対して、Ｌ（ｖ_ｋ）≧０のときｖ_ｋ＝ビット０、Ｌ（ｖ_ｋ）＜０のときｖ_ｋ＝ビット１と硬判定する。

上述した繰り返し復号はターボ符号復号方法の特徴であり、繰り返し数を増やすほど復号特性が良くなることが知られている。繰り返し数を変化させたときのターボ復号特性を図１３に示す。同図において、横軸はＥｂ／Ｎｏ（ｄＢ）、縦軸はＢＥＲ（Bit Error Rate）を表し、パラメータiteration=02、04、08、16は、それぞれ繰り返し数２回、４回、８回、１６回を意味する。同図から、繰り返し数が多くなるにしたがって、同一のＥｂ／Ｎｏに対してＢＥＲが小さくなって復号特性が良くなることが見て取れる。しかしながら、繰り返し数が多くなるにしたがって、復号特性の改善度が小さくなっていることが分かる。また、繰り返し数が多くなるにしたがって、復号処理に要する時間が増える。すなわち、繰り返し数が多くなるにしたがって、復号処理遅延が増大し、復号スループットが低下する。さらに、復号特性の改善度が小さいにもかかわらず、復号処理による消費電力が増大するという問題が発生する。

これらのことより、ターボ復号における繰り返し復号処理の繰り返し数を適切に制御することは、復号スループットの観点からも消費電力の観点からも非常に重要な課題となる。

この問題を解決するために、特許文献１には、繰り返し数を制御する復号方法として、要素復号器１の事後値出力と要素復号器２の事後値出力のサインビット（正負の符号）同士を比較する、あるいは、前回の繰り返しでの要素復号器１または２の事後値出力と今回の繰り返しでの要素復号器１または要素復号器２の事後値出力のサインビット同士を比較して、全ビットが一致した場合に繰り返しを停止する方法が開示されている。

また、特許文献２には、サインビット同士を比較した結果、サインビットの変化が全ビットにわたって無くなってきた（飽和傾向）と推定された場合に、繰り返しを停止する方法が開示されている。

これらの方法によれば、最大繰り返し数に達する前に復号結果が収束したことを判断することができるため、必要最小限の繰り返し数で復号処理を行うことができる。これにより、所定の復号特性を得るための復号繰り返し数を少なくすることが可能となり、復号スループットの向上および消費電力の低減を図ることができる。
特開２００２−１００９９５号公報 特開２００２−３４４３３０号公報

しかしながら、上述した繰り返し制御方法を用いた場合、２つの要素復号器間で事後値のサインビットの比較をしなければならない、あるいは、前回の繰り返しと今回の繰り返しにおける要素復号器の事後値のサインビットの比較をしなければならないため、繰り返し０．５回分あるいは繰り返し１回分の事後値を記憶するためのメモリが別途必要となり、回路規模が増大するという課題がある。

さらに、繰り返しごとの事後値のサインビットの変化の推移を観測し、事後値のサインビットの変化が見られなくなったときに繰り返しを停止する方法を取る場合には、全ての繰り返しにおける全符号長のサインビットを記憶する必要があるため、さらにメモリが必要となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、追加回路を最小限に抑えつつ、無駄な繰り返し復号を行わずに効率的な繰り返し数の制御を行うことができるターボ復号装置およびターボ復号方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明に係るターボ復号装置は、複数の要素復号器の間で外部値を交換しながら、ターボ符号化されたデータ系列を繰り返し復号するターボ復号装置において、通信路値と事前値とから事後値および外部値を生成する要素復号器と、前記要素復号器に入力される入力信号と前記要素復号器から出力される出力信号のサインビット同士を比較し、一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における前記不一致数又は前記一致数の差分値と、所定の繰り返し終了判定閾値とを閾値判定し、閾値判定の結果に応じて繰り返し復号を終了するか否かの判定を行う繰り返し終了判定手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、要素復号器の入力信号のサインビットと出力信号のサインビットとが一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における不一致数又は一致数の差分値のみから繰り返し復号を終了するか否かの判定を行うため、外部メモリを追加せず、極めて簡易な構成で繰り返し復号の終了判定を行うことができる。
また、復号結果に誤りが残り誤り訂正に限界がある場合においても、最大繰り返し数に至る前に繰り返し復号を終了することができ、不要な繰り返し動作を抑えて消費電力を低減することができる。

本発明によれば、追加回路を最小限に抑えつつ、無駄な繰り返し復号を行わずに効率的な繰り返し数の制御を行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施の形態に係るターボ復号装置の構成を示す。ターボ復号装置１００へは、符号化データ系列Ｕ、パリティデータ系列Ｙ１およびパリティデータ系列Ｙ２が入力される。上述したように、符号化データ系列Ｕ、パリティデータ系列Ｙ１およびパリティデータ系列Ｙ２は、ターボ符号化器３００で生成された符号化データ系列ｕ、パリティデータ系列ｙ１およびパリティデータ系列ｙ２がそれぞれ通信路を経由した後の信号系列を表す。

ターボ復号装置１００は、要素復号器（１）１０１、セレクタ１０２、インタリーバ１０４、要素復号器（２）１０５、外部値用のデインタリーバ１０７、繰り返し終了判定部１０８、事後値用のデインタリーバ１０９、判定器１１０、減算器１０３および減算器１０６を備えた構成を採る。

要素復号器（１）１０１は、符号化データ系列Ｕ、パリティデータ系列Ｙ１および事前値Ｌ１が入力されると、外部値Ｌｅ１および事後値Ｌ１’を生成する。なお、事前値Ｌ１の初期値はセレクタ１０２によりゼロに接地されている。事後値Ｌ１’は、減算器１０３へ出力されるとともに、繰り返し終了判定部１０８へ出力される。

減算器１０３は、事後値Ｌ１’から事前値Ｌ１を減算する。このとき、得られたＬ１’−Ｌ１は、上式（１）より外部値Ｌｅ１＋通信路値Ｕに等しい。得られた結果をインタリーバ１０４へ出力する。

インタリーバ１０４は、減算結果（Ｌ１’−Ｌ１＝Ｌｅ１＋Ｕ）の並びをパリティビット系列ｙ２の通信路値Ｙ２に合わせてインタリーブにより並び替えて、インタリーブ後のＬｅ１＋Ｕを要素復号器（２）１０５へ出力するとともに、外部値Ｌｅ１を繰り返し終了判定部１０８へ出力する。なお、外部値Ｌｅ１は、要素復号器（２）１０５の事前値Ｌ２に等しい。

要素復号器（２）１０５は、インタリーブ後のＬｅ１＋Ｕとパリティビット系列ｙ２の通信路値Ｙ２を復号し、事後値Ｌ２’を生成する。得られた事後値Ｌ２’は、減算器１０６へ出力されるとともに繰り返し終了判定部１０８へ出力される。

減算器１０６は、事後値Ｌ２’からインタリーバ１０４から出力されるＬ１’−Ｌ１（＝Ｌｅ１＋Ｕ）を減算する。外部値Ｌｅ１は要素復号器（２）１０５の事前値Ｌ２に等しく、Ｕは符号化データ系列ｕの通信路値である。したがって、減算器１０６の出力Ｌ２’−（Ｌ２＋Ｕ）は、式（１）より要素復号器（２）の外部値Ｌｅ２と等しい。減算器１０６は、得られた外部値Ｌｅ２をデインタリーバ１０７へ出力する。

デインタリーバ１０７は、外部値Ｌｅ２をデインタリーブし、要素復号器（１）１０１の事前値Ｌ１とする。

繰り返し終了判定部１０８は、復号の前後で要素復号器の軟判定値のサインビット（正負の符号）の不一致数の差分値を監視し、差分値の変化の様子から繰り返し復号の収束性を判断して繰り返し復号の終了判定を行う。

繰り返し終了判定部１０８は、図２に示すように排他的論理和２０１、２１１、カウンタ２０２、２１２、レジスタ（１）２０３、２１３、レジスタ（２）２０４、２１４、減算器２０５、２１５、絶対値演算器２０６、２１６、閾値判定部２０７、２１７、および、論理積２２０を備えた構成と採り、繰り返し終了判定を行う。以下、具体的に説明する。

排他的論理和２０１、２１１は、要素復号器（１）１０１、要素復号器（２）１０５の事後値と事前値のサインビット（正負の符号）をそれぞれ比較し、比較結果をカウンタ２０２、２１２へ出力する。

カウンタ２０２、２１２は、比較結果が不一致の数をカウントし、カウント値をレジスタ（１）２０３、２１３へ出力する。

レジスタ（１）２０３、２１３は、カウンタ値が示す１符号長における要素復号器の事後値と事前値のサインビット不一致数を記憶する。

レジスタ（２）２０４、２１４は、レジスタ（１）２０３、２１３の内容を前回の繰り返し復号時の不一致数として記憶する。

減算器２０５、２１５は、前回の繰り返し復号時の不一致数であるレジスタ（２）２０４、２１４に記憶された値から今回の繰り返し復号時の不一致数であるレジスタ（１）２０３、２１３に記憶された値を減算し差分値を求め、得られた差分値を絶対値演算器２０６、２１６へ出力する。

絶対値演算器２０６、２１６は、減算器２０５、２１５から出力される差分値の絶対値をとって、得られた絶対値を閾値判定部２０７、２１７へ出力する。

閾値判定部２０７、２１７は、絶対値が所定の繰り返し制御終了判定閾値以下であるか否かの比較を行い、絶対値が所定の繰り返し終了判定閾値以下の場合、論理積２２０へ真を出力し、絶対値が所定の繰り返し終了判定閾値を超える場合、論理積２２０へ偽を出力する。

論理積２２０は、閾値判定部２０７、２１７における閾値判定結果がともに真であるときに終了判定結果を真とし、終了判定結果をデインタリーバ１０９および判定器１１０へ出力する。

サインビットは、軟判定結果である事前値および事後値が、それぞれ”１”または”０”のどちらである可能性が高いかを示している。したがって、復号の前後で要素復号器の事前値と事後値のサインビットの不一致数の差分値の変動を監視することで、復号の収束の傾向を把握することができる。

すなわち、繰り返し終了判定部１０８は、“１”または“０”のうちのどちらである可能性が高いかを示す事前値と事後値とのサインビットの復号前後における不一致数の変動（差分値）を１符号長にわたって監視し、変動が所定の閾値以下に収束したか否かを繰り返し数の制御に利用する。これにより、サインビットの不一致数の差分値のみの収束を監視することで、復号の終了可否の判定を大幅に効率化してターボ復号の処理速度を向上させ、また、ターボ復号器の冗長な復号動作を無くし装置の消費電力を削減することができる。

デインタリーバ１０９は、繰り返し終了判定部１０８から出力される終了判定結果が真のとき、事後値Ｌ２’をデインタリーブし判定器１１０へ出力する。

判定器１１０は、繰り返し終了判定部１０８から出力される終了判定結果が真のとき、デインタリーブされた事後値Ｌ２’を硬判定し復号結果ｄ’を得る。

次いで、上記のように構成されたターボ復号装置の繰り返し復号の動作について説明する。

被復号信号である通信路値（情報系列Ｕおよび冗長系列Ｙ１）は、事前値Ｌ１とともに要素復号器（１）１０１において復号されて、事後値Ｌ１’が求められる。繰り返し復号における事前値Ｌ１の初期値はゼロとする。減算器１０３によって、事後値Ｌ１’から事前値Ｌ１が減算される。このＬ１’−Ｌ１は、上式（１）より外部値Ｌｅ１＋通信路値Ｕと等しい。得られたＬ１’−Ｌ１＝Ｌｅ１＋Ｕは、インタリーバ１０４へ出力される。

インタリーバ１０４によって、Ｌ１’−Ｌ１＝Ｌｅ１＋Ｕの並びが、冗長系列の通信路値Ｙ２に合わせて並び替えられる。

インタリーブされたＬ１’−Ｌ１（＝Ｌｅ１＋Ｕ）と冗長系列の通信路値Ｙ２は要素復号器（２）１０５において復号され、事後値Ｌ２’が求められ、事後値Ｌ２’は減算器１０６へ出力される。そして、減算器１０６によって、事後値Ｌ２’からインタリーバ１０４からのＬ１’−Ｌ１（＝Ｌｅ１＋Ｕ）が減算される。このＬｅ１は、要素復号器（２）１０５の事前値Ｌ２に等しく、Ｕは情報系列ｕの通信路値Ｕである。したがって、減算器の出力Ｌ２’−Ｌ２−Ｕは式（１）より要素復号器（２）１０５の外部値Ｌｅ２と等しい。

減算器１０６の出力である外部値Ｌｅ２はデインタリーバ１０７でデインタリーブされて、デインタリーブされた外部値Ｌｅ２は、要素復号器（１）１０１の事前値Ｌ１として用復号器（１）へ出力される。

このようにして、１回目の繰り返し復号が行われる。以後、基本的には、この繰り返し復号が所定の回数だけ行われ、要素復号器（２）１０５から出力される事後値Ｌ２’がデインタリーバ１０９にてデインタリーブされて、判定器１１０にて硬判定されることにより、復号結果ｄ’が得られる。

次いで、繰り返し終了判定部１０８における繰り返し終了の判定動作について説明する。繰り返し終了判定部１０８では、事後値Ｌ１’と事前値Ｌ１とのサインビット（正負の符号）から要素復号器（１）の復号結果の収束性が判断される。以下、具体的に説明する。

要素復号器（１）の復号結果の軟判定値である事後値Ｌ１’および事前値Ｌ１は、減算器１０３へ出力されるとともに、事後値Ｌ１’および事前値Ｌ１のそれぞれのサインビットが繰り返し終了判定部１０８内部の排他的論理和２０１へ出力され、排他的論理和２０１によって、両者のサインビットが一致するか否か判定される。判定の結果、両者のサインビットが一致する場合はカウンタ２０２の値はそのままとし、両者のサインビットが異なる場合のみカウンタ２０２の値がインクリメントされる。排他的論理和２０１によって、サインビットの比較が１符号長にわたって行われることで、１符号長における事後値Ｌ１’と事前値Ｌ１とのサインビットの不一致数がカウンタ２０２によって得られる。得られた不一致数は、レジスタ（１）２０３に格納されると同時に、カウンタ２０２の値はゼロにリセットされる。

同様に、事後値Ｌ２’および事前値Ｌ２のそれぞれのサインビットが繰り返し終了判定部１０８内の排他的論理和２１１へ出力されて、カウンタ２１２によって、事後値Ｌ２’と事前置Ｌ２（Ｌｅ１）のサインビットの不一致数が得られる。得られた不一致数は、レジスタ（２）２１３に格納されると同時に、カウンタ２１２の値はゼロにリセットされる。上述した動作により、繰り返し終了判定部１０８における繰り返し復号の１回目の動作が終了する。

次いで、繰り返し終了判定部１０８における繰り返し復号の２回目の動作を説明する。繰り返し復号の１回目と同様に、事後値Ｌ１’と事前値Ｌ１とのサインビットの不一致数が、排他的論理和２０１およびカウンタ２０２により求められて、レジスタ（１）２０３に格納される。これに先立ち、上述した繰り返し復号の１回目の動作によりレジスタ（１）２０３に格納されていた１回目のサインビットの不一致数はレジスタ（２）２０４へ格納される。

そして、減算器２０５によって、レジスタ（２）２０４の値からレジスタ（１）２０３の値が減算される。これにより、繰り返し復号１回目のサインビットの不一致数と、繰り返し復号２回目のサインビットの不一致数との差分値が求められる。

そして、絶対値演算器２０６によって、得られた差分値の絶対値が算出されて、得られた差分値の絶対値は閾値判定部２０７へ出力される。そして、閾値判定部２０７によって、差分値の絶対値と予め設定された終了判定閾値との比較が行われる。そして、差分値の絶対値が終了判定閾値以下であれば、閾値判定部２０７から論理積２２０へ真が出力される。

同様に、事後値Ｌ２’と事前値Ｌ２とのサインビットの不一致数が、排他的論理和２１１およびカウンタ２１２により求められて、レジスタ（１）２１３に格納される。これに先立ち、上述した繰り返し復号の１回目の動作によりレジスタ（１）２１３に格納されていた１回目のサインビットの不一致数はレジスタ（２）２１４へ格納される。

そして、減算器２１５によって、レジスタ（２）２１４の値からレジスタ（１）２１３の値が減算される。これにより、繰り返し復号の１回目のサインビットの不一致数と、繰り返し復号の２回目のサインビットの不一致数との差分値が求められる。

そして、絶対値演算器２１６によって、得られた差分値の絶対値が算出されて、得られた差分値の絶対値は閾値判定部２１７へ出力される。そして、閾値判定部２１７によって、差分値の絶対値と予め設定された終了判定閾値との比較が行われる。そして、差分値の絶対値が終了判定閾値以下のとき、判定結果は真とされて、閾値判定部２１７から論理積２２０へ判定結果が出力される。

そして、論理積２２０によって、閾値判定部２０７、２１７から出力される判定結果がともに真のとき、終了判定結果が真とされ、終了判定結果がデインタリーバ１０９および判定器１１０へ出力される。そして、デインタリーブ１０９によって、要素復号器（２）１０５の事後値Ｌ２’がデインタリーブされ、判定器１１０で硬判定によりｄ’が復号される。上述した動作により、繰り返し終了判定部１０８における繰り返し復号の動作が終了する。

終了判定結果出力が真でない場合は、繰り返し復号の３回目以降が繰り返し復号の２回目と同様に行われる。なお、最大繰り返し数を経過した場合は、その時点で終了判定結果が真でなくても繰り返し復号は終了され、判定器１１０によって硬判定がされる。

上述した繰り返し終了判定により繰り返し終了判定を行ったときのビット誤り率特性を図３に示す。図３は、繰り返し数を固定（繰り返し数：４回、８回、１６回）にした固定モード時の特性と、上述した繰り返し終了判定を用いた場合の特性を示している。図３において、横軸はＥｂ／Ｎｏ、縦軸はＢＥＲ（Bit Error Rate）を表す。また、図３において、パラメータのiter04、iter08、iter16はそれぞれ繰り返し数を４回、８回、１６回に固定としたときの特性で、iter04(prop)、iter08(prop)、iter16(prop)は最大繰り返し数を４回、８回、１６回として本発明に係る繰り返し終了判定方法を用いた場合のビット誤り率特性である。なお、繰り返し数が４回のときは終了判定閾値を１０とし、繰り返し数が８回および１６回のときは終了判定閾値を２とした。図３から分かるとおり、いずれの繰り返し数においても、繰り返し数が固定の場合と同程度の特性が得られている。

図４に、本発明において提案する繰り返し終了判定方法を用いた場合の平均繰り返し数を示す。最大繰り返し数が８回、１６回に設定された場合において、Ｅｂ／Ｎｏ（ビットあたりの信号対雑音電力比）が小さく伝搬環境が悪い場合には、最大繰り返し数として設定された回数だけ復号が繰り返されているが、Ｅｂ／Ｎｏが大きくなって伝搬環境が良くなるにしたがい最大繰り返し数として設定された回数に比べ少ない回数で繰り返し復号が終了している。すなわち、上述した繰り返し終了判定を行うことにより、最大繰り返し数として設定された回数だけ繰り返しを行わなくても、最大繰り返し数と同程度のビットエラー特性が得られることがわかる。結果として、繰り返し数を削減することが可能で、これにより消費電力を低減することができる。一方、最大繰り返し数が４回と少なく設定された場合は、いずれのＥｂ／Ｎｏにおいても、差分値の絶対値が１０以下に収束せず、繰り返し復号が最大繰り返し数（４回）行われている。つまり、最大繰り返し数が多く設定された場合ほど、本発明に係る繰り返し終了判定方法が用いられた場合に、最大繰り返し数前に繰り返し復号が終了できるために消費電力を低減の効果が顕著となる。

次いで、要素復号器（１）と要素復号器（２）におけるそれぞれの事前値と事後値のサインビットの不一致数が、繰り返し回数に従って変化する様子を図５および図６に示す。図５は、繰り返し復号により誤りを完全に訂正できる場合の事前値と事後値のサインビット不一致数の変化の様子を示し、図６は、誤りが完全に訂正しきれない場合の事前値と事後値のサインビット不一致数の変化の様子を示す。図５および図６において、ともに横軸は繰り返し数、縦軸はサインビット不一致数である。この結果から、誤りが完全に訂正できる場合と、誤りが訂正しきれずに残ってしまう場合とで、サインビット不一致数の遷移の仕方や漸近する収束値が異なることが分かる。特に図６のように、誤りが訂正しきれずに残ってしまう場合は、漸近する収束値がゼロ付近ではなく、かつ、収束値付近で増減を繰り返す傾向を示す。

このように、漸近する収束値がゼロ付近にない場合には、復号の繰り返し数を増やしても誤りが完全に訂正できないため、繰り返し復号を早急に終了させることが、低消費電力の面からも復号スループット向上の面からも有利である。漸近する収束値に応じて、終了判定閾値を大きくして、繰り返し復号の終了を早めることも可能である。一方、誤り訂正能力が高い場合には、繰り返し終了判定閾値をできる限り小さくすることで、誤り訂正能力を発揮して復号することができる。すなわち、誤りを訂正する能力は符号長や符号化率によって変わり、誤り訂正能力によって漸近する収束値も変わるため、符号化率等の誤り訂正能力に応じて繰り返し終了判定閾値を切り替えることで繰り返し復号の終了を早めたり、誤り訂正能力を発揮することができる。

切り替えは、終了判定閾値をあらかじめＲＯＭテーブルに格納して持たせても良いし、レジスタ設定により任意に切り替える構成としても良い。

以上のように、本実施の形態によれば、“１”または“０”のうちのどちらである可能性が高いかを示す事後値のサインビットの復号前後における不一致数の変動（差分値）を１符号長にわたって監視し、変動が所定の閾値以下に収束したか否かを繰り返し数の制御に利用する。これにより、サインビットの不一致数の差分値のみの収束を監視することで、復号の終了可否の判定を大幅に効率化してターボ復号の処理速度を向上させ、また、ターボ復号器の冗長な復号動作を無くし装置の消費電力を削減することができる。

なお、上述した構成では、要素復号器（２）１０５から出力される事後値Ｌ２’をデインタリーブし硬判定した結果をターボ復号結果として用いることとしたが、要素復号器（１）１０１から出力される事後値Ｌ１’を直接硬判定してターボ復号結果としても良い。
また、要素復号器（１）１０１と要素復号器（２）１０５の両方の事後値と事前値とのサインビットの不一致数の差分値を用いて繰り返し終了判定を行うように説明したが、どちらか一方の要素復号器のみの差分値を用いて繰り返し終了判定を行っても良い。

また、要素復号器（２）１０５の復号結果の収束性を判断する際に、事前値Ｌ２（＝Ｌｅ１）のサインビットを用いることとしたが、減算器１０６へ入力される事前値と通信路値の加算値（Ｌｅ１＋Ｕ）のサインビットを用いた場合にもほぼ同等の性能が得られているので、事前値Ｌ２（＝Ｌｅ１）の代わりに事前値と通信路値の加算値（Ｌｅ１＋Ｕ）のサインビットを用いる方法でも良い。要素復号器（２）１０５では、常に事前値Ｌｅ１と通信路値Ｕの加算値が用いられるため、復号結果の収束性を判断する際に（Ｌｅ１＋Ｕ）のサインビットを用いることにより、事前値Ｌｅ１と通信路値Ｕを分離する演算処理が不要となる。

また、事前値のサインビットと事後値のサインビットとの不一致数の差分値を繰り返し復号の終了判定に用いたが、通信路値と事後値とのサインビットの不一致数の差分値を用いても良く、これらを組み合わせても良い。繰り返し復号では、繰り返しごとに事前値がより確からしい値になり、誤り訂正による効果が得られる環境においては、事前値と事後値は同一のサインビットで、繰り返し復号ごとにその絶対値が大きくなっていく。したがって、通信路で受けるノイズ等の影響が小さければ、通信路値と事後値も同一の符号となるため、サインビットの比較対象として、事前値に替えて通信路値を用いることも可能である。図７に、繰り返し終了判定部１０８におけるサインビットの比較対象として、通信路値Ｕと事後値Ｌ１’、Ｌ２’が用いられる場合のターボ復号装置の構成を示す。なお、図１のターボ復号装置１００と異なる点は、繰り返し終了判定部１０８へ通信路値Ｕと、インタリーバ１０４によってインタリーブされた通信路値Ｕが出力される点のみである。

また、上述した実施の形態においては、繰り返し終了判定部１０８において事前値と事後値とのサインビットの不一致数を求めているが、一致数を求めても良いことは明らかである。具体的には、排他的論理和２０１によって、両者のサインビットが一致するか否か判定され、判定の結果、両者のサインビットが一致しない場合はカウンタ２０２の値はそのままとし、両者のサインビットが一致する場合はカウンタ２０２の値がインクリメントされる。以後、カウンタ２０２によって不一致数がカウントされた場合と同様に、レジスタ（１）２０３に一致数が格納されて、レジスタ（２）２０４、減算器２０５、および絶対値演算器２０６によって繰り返し復号の前後におけるサインビットの一致数の差分値の絶対値が求められる。そして、閾値判定部２０７によって、差分値の絶対値と予め設定された終了閾値との比較が行われ、差分値の絶対値が終了閾値以下であれば、閾値判定部２０７から論理積２２０へ真が出力される。

また、上述した実施の形態においては、２つの要素復号器を１つにまとめた図１１のような構成であったとしても、繰り返し終了判定部１０８において要素復号器（１）と要素復号器（２）からの要素復号器前後のサインビットの入力の代わりに、図８に示すように、１つの要素復号器前後のサインビットを入力し、閾値判定部の結果を要素復号器毎に記憶できる構成とすればよいことは明らかである。具体的には、閾値判定部２０７の結果を記憶するレジスタを用意し、共通化した要素復号器が要素復号器（１）として動作している場合の閾値判定部２０７の結果をレジスタ（３）２３０に記憶する。レジスタ（３）２３０では閾値判定部２０７の結果の真偽を記憶すると同時に論理積２２０へ出力する。また、共通化した要素復号器が要素復号器（２）として動作している場合の閾値判定部２０７の結果は直接論理積２２０へ出力する。論理積２２０では、２つの入力が共に真の場合のみ繰り返し復号の終了判定結果を真とする。

このように、本発明の実施の形態によれば、今回と前回の繰り返し復号における、事前値と事後値のサインビットの不一致数の差分値を繰り返し復号の終了判定に用いるようにしたので、外部メモリを必要とせず、極めて簡易な回路で繰り返し制御の終了判定を行うことができる。さらに、復号結果に誤りが含まれる場合であっても、事前値と事後値のサインビットの不一致数の遷移の様子から誤り訂正の限界を判断できるため、最大繰り返し数に至るまで復号処理を行わずに、繰り返し復号を停止することができ、消費電力を低減することができる。さらに、復号処理遅延時間の短縮により、復号スループットを向上することができる。

本発明の第１の態様に係るターボ復号装置は、複数の要素復号器の間で外部値を交換しながら、ターボ符号化されたデータ系列を繰り返し復号するターボ復号装置において、通信路値と事前値とから事後値および外部値を生成する要素復号器と、前記要素復号器に入力される入力信号と前記要素復号器から出力される出力信号のサインビット同士を比較し、一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における前記不一致数又は前記一致数の差分値と、所定の繰り返し終了判定閾値とを閾値判定し、閾値判定の結果に応じて繰り返し復号を終了するか否かの判定を行う繰り返し終了判定手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、要素復号器の入力信号のサインビットと出力信号のサインビットとが一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における不一致数又は一致数の差分値のみから繰り返し復号を終了するか否かの判定を行うため、外部メモリを追加せず、極めて簡易な構成で繰り返し復号の終了判定を行うことができる。

本発明の第２の態様に係るターボ復号装置は、上記第１の態様において、前記繰り返し終了判定手段は、前記入力信号として事前値を用い、前記出力信号として事後値を用いる構成を採る。

この構成よれば、要素復号器の事前値のサインビットと事後値のサインビットとが一致しない不一致数又は一致する一致数の差分値のみから繰り返し復号の終了判定を行うことができるため、最大繰り返し数に至る前に誤り訂正の効果により誤りが除去された場合や復号結果に誤りが残り誤り訂正に限界がある場合においても、最大繰り返し数に至る前に繰り返し復号を終了することができ、不要な繰り返し動作を抑えて消費電力を低減することができる。

本発明の第３の態様に係るターボ復号装置は、上記第１の態様において、前記繰り返し終了判定手段は、前記入力信号として通信路値を用い、前記出力信号として事後値を用いる構成を採る。

この構成によれば、要素復号器の通信路値のサインビットと事後値のサインビットとが一致しない不一致数又は一致する一致数の差分値から繰り返し復号の終了判定を行うことができるため、通信路で受けるノイズ等の影響が小さい場合に、最大繰り返し数に至る前に繰り返し復号を終了することができ、不要な繰り返し動作を抑えて消費電力を低減することができる。

本発明の第４の態様に係るターボ復号装置は、上記第１の態様において、前記繰り返し終了判定手段は、前記入力信号として通信路値と事前値の加算値を用い、前記出力信号として事後値を用いる構成を採る。

この構成によれば、要素復号器の通信路値と事前値の加算値のサインビットと事後値のサインビットとが一致しない不一致数又は一致する一致数の差分値から繰り返し復号の終了判定を行うことができるため、上記第２又は第３の態様に比べ、演算処理を低減できる。

本発明の第５の態様に係るターボ復号装置は、上記第１の態様において、前記繰り返し終了判定手段は、予め設定されている最大繰り返し数に応じて、前記所定の繰り返し終了判定閾値を可変とする構成を採る。

この構成によれば、最大繰り返し数が大きく繰り返し復号による効果が期待される場合には、所定の繰り返し終了判定閾値を小さくして復号特性を十分に発揮させることができる。一方、最大繰り返し数が小さく繰り返し復号による効果が期待されない場合には、終了判定閾値を大きくして早期に繰り返し復号を終了させ、無駄な繰り返し復号を打ち切り、消費電力を低減することができる。

本発明の第６の態様に係るターボ復号装置は、上記第１の態様において、前記繰り返し終了判定手段は、ターボ符号化の符号長または符号化率に応じて、前記所定の繰り返し終了判定閾値を可変とする構成を採る。

この構成によれば、符号長や符号化率によって決定される誤り訂正能力に応じて、所定の繰り返し終了判定閾値を切り替えることができるため、誤り訂正能力に限界があり不一致数がゼロ近傍に収束しない場合においても、不一致数の差分値が所定の閾値以下の場合に繰り返し復号を終了することで、無駄な繰り返し復号を打ちきることができ、誤り訂正能力が高い場合には、繰り返し終了判定閾値をできる限り小さくすることで、誤り訂正能力を発揮することができる。

本発明の第７の態様に係るターボ復号装置は、上記第１の態様において、前記繰り返し終了判定手段は、前記要素復号器ごとの前記入力信号のサインビットと前記出力信号のサインビットとを比較する排他的論理和と、前記排他的論理和における比較結果に応じてカウンタ値をインクリメントするカウンタと、符号長分のサインビットを比較して得られる前記カウンタのカウンタ値を記憶する第１のレジスタと、前記第１のレジスタに記憶されたカウンタ値を記憶する第２のレジスタと、前記第１のレジスタに記憶されたカウンタ値と前記第２のレジスタに記憶されたカウンタ値との差分値を算出する減算器と、前記差分値の絶対値を算出する絶対値演算器と、前記絶対値が前記所定の繰り返し終了判定閾値以下であるか否かに応じて繰り返し復号を終了するか否かの判定を行う閾値判定手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、要素復号器ごとの事前置と事後値のサインビットを比較して、比較結果が異なる場合にカウンタ値をインクリメントし、符号長分のカウンタ値を記憶する第１のレジスタと、第１のレジスタに記憶されたカウンタ値を記憶する第２のレジスタと、これらレジスタに記憶されたカウンタ値の差分値の絶対値を算出し、絶対値が所定の繰り返し終了判定閾値以下か否かを閾値判定して、繰り返し復号の終了判定を行うため、符号長分の事前値および事後値を記憶するためのメモリを用いないで追加回路を最小限に抑えつつ、無駄な繰り返し復号を行わずに効率的な繰り返し数の制御を行うことができる。

本発明の第８の態様に係るターボ復号方法は、複数の要素復号器の間で外部値を交換しながら、ターボ符号化されたデータ系列を繰り返し復号するターボ復号装置において、通信路値と事前値とから外部値および事後値を生成する工程と、前記要素復号器に入力される入力信号と前記要素復号器から出力される出力信号のサインビット同士を比較し、一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における前記不一致数の差分値と、所定の繰り返し終了判定閾値とを閾値判定し、閾値判定の結果に応じて繰り返し復号を終了するか否かの判定を行う工程と、を有するようにした。

この方法によれば、要素復号器の入力信号のサインビットと出力信号のサインビットとが一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における不一致数又は一致数の差分値のみから繰り返し復号を終了するか否かの判定を行うため、外部メモリを追加せず、極めて簡易な構成で繰り返し復号の終了判定を行うことができる。また、復号結果に誤りが残り誤り訂正に限界がある場合においても、最大繰り返し数に至る前に繰り返し復号を終了することができ、不要な繰り返し動作を抑えて消費電力を低減することができる。

本発明のターボ復号装置およびターボ復号方法は、追加回路を最小限に抑えつつ、無駄な繰り返し復号を行わずに効率的な繰り返し数の制御を行うことができ、例えば、複数の要素復号器の間で外部値を交換しながら繰り返し復号を行うターボ復号において、繰り返し数の制御を行うターボ復号装置およびターボ復号方法などに有用である。

本発明の一実施の形態に係るターボ復号装置の構成を示すブロック図 上記実施の形態に係る繰り返し終了判定部の構成を示すブロック図 本発明による繰り返し終了判定方法を用いたときのビット誤り率特性を示す図 本発明による繰り返し終了判定方法を用いたときの平均繰り返し数特性を示す図 本発明による繰り返し終了判定方法を用いたときの誤りが完全に訂正されるときのサインビット不一致数の復号繰り返し数ごとの特性を示す図 本発明による繰り返し終了判定方法を用いたときの誤りが完全に訂正されないときのサインビット不一致数の復号繰り返し数ごとの特性を示す図 上記実施の形態に係るターボ復号装置の構成を示すブロック図 上記実施の形態に係る繰り返し終了判定部の構成を示すブロック図 一般的なターボ符号器の構成を示すブロック図 一般的なターボ復号器の構成を示すブロック図 要素復号器を共用化した一般的なターボ復号器の構成を示すブロック図 始端および終端を含むトレリス線図の一例を示す図 ターボ復号器の繰り返し数をパラメータとしたビット誤り率特性を示す図

符号の説明

１０１ 要素復号器（１）
１０２ セレクタ
１０３、１０６ 減算器
１０４ インタリーバ
１０５ 要素復号器（２）
１０７、１０９ デインタリーバ
１０８ 繰り返し終了判定部
１１０ 判定器
２０１、２１１ 排他的論理和
２０２ カウンタ
２０３、２１３ レジスタ（１）
２０４、２１４ レジスタ（２）
２０５、２１５、４０８、４０９ 減算器
２０６、２１６ 絶対値演算器
２０７、２１７ 閾値判定部
２２０ 論理積
２３０ レジスタ（３）
３０１、３０２ 要素符号器
３０３ インタリーバ
４０１ 要素復号器（１）
４０２ インタリーバ
４０３ セレクタ
４０４ 要素復号器（２）
４０５、４０６ デインタリーバ
４０７ 判定器

Claims (8)

1. 複数の要素復号器の間で外部値を交換しながら、ターボ符号化されたデータ系列を繰り返し復号するターボ復号装置において、
   通信路値と事前値とから事後値および外部値を生成する要素復号器と、
   前記要素復号器に入力される入力信号と前記要素復号器から出力される出力信号のサインビット同士を比較し、一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における前記不一致数又は前記一致数の差分値と、所定の繰り返し終了判定閾値とを閾値判定し、閾値判定の結果に応じて繰り返し復号を終了するか否かの判定を行う繰り返し終了判定手段と、
   を具備するターボ復号装置。
2. 前記繰り返し終了判定手段は、
   前記入力信号として事前値を用い、前記出力信号として事後値を用いる請求項１記載のターボ復号装置。
3. 前記繰り返し終了判定手段は、
   前記入力信号として通信路値を用い、前記出力信号として事後値を用いる請求項１記載のターボ復号装置。
4. 前記繰り返し終了判定手段は、
   前記入力信号として通信路値と事前値の加算値を用い、前記出力信号として事後値を用いる請求項１記載のターボ復号装置。
5. 前記繰り返し終了判定手段は、
   予め設定されている最大繰り返し数に応じて、前記所定の繰り返し終了判定閾値を可変とする請求項１記載のターボ復号装置。
6. 前記繰り返し終了判定手段は、
   ターボ符号化の符号長または符号化率に応じて、前記所定の繰り返し終了判定閾値を可変とする請求項１記載のターボ復号装置。
7. 前記繰り返し終了判定手段は、
   前記要素復号器ごとの前記要素復号器に入力される入力信号と前記要素復号器から出力される出力信号のサインビット同士を比較する排他的論理和と、
   前記排他的論理和における比較結果に応じてカウンタ値をインクリメントするカウンタと、
   符号長分のサインビットを比較して得られる前記カウンタのカウンタ値を記憶する第１のレジスタと、
   前記第１のレジスタに記憶されたカウンタ値を記憶する第２のレジスタと、
   前記第１のレジスタに記憶されたカウンタ値と前記第２のレジスタに記憶されたカウンタ値との差分値を算出する減算器と、
   前記差分値の絶対値を算出する絶対値演算器と、
   前記絶対値が前記所定の繰り返し終了判定閾値以下であるか否かに応じて繰り返し復号を終了するか否かの判定を行う閾値判定手段と、
   を具備する請求項１記載のターボ復号装置。
8. 複数の要素復号器の間で外部値を交換しながら、ターボ符号化されたデータ系列を繰り返し復号するターボ復号装置において、
   通信路値と事前値とから事後値および外部値を生成する工程と、
   前記要素復号器に入力される入力信号と前記要素復号器から出力される出力信号のサインビット同士を比較し、一致しない不一致数又は一致する一致数を求め、繰り返し復号の前後における前記不一致数又は一致数の差分値と、所定の繰り返し終了判定閾値とを閾値判定し、閾値判定の結果に応じて繰り返し復号を終了するか否かの判定を行う工程と、
   を含むターボ復号方法。

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