JP2008136006A

JP2008136006A - 誤り訂正復号器及びそれに用いる誤り訂正復号方法並びにそのプログラム

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Publication number: JP2008136006A
Application number: JP2006320988A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ariyoshi; 正行有吉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】復号性能あるいは誤り訂正能力の向上を図ることが可能な誤り訂正復号器を提供する。
【解決手段】要素復号制御部１３は要素復号器１１の処理長を制御し、反復復号制御部１２はターボ反復復号処理全体の復号回に応じた制御を行う。初期状態設定部１４は要素復号器１１の初期状態を設定し、初期尤度設定部１５は要素復号器１１の初期尤度を設定する。終端状態メモリ１７及び終端尤度メモリ１８は１回の要素復号処理終了後のトレリス終端状態と各状態の尤度とを保存する。初期状態推定部１６は要素復号器１１と連携して符号化系列のトレリスの起終点情報を推定する。要素復号器１１はこの推定されたトレリスの起終点情報に基づいて制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は誤り訂正復号器及びそれに用いる誤り訂正復号方法並びにそのプログラムに関し、特にディジタル通信における通信路符号化及び復号の技術分野において、テイルバイティング法を用いた非バイナリ入力によるターボ符号の復号器に関する。

並列連接畳込み符号（ターボ符号）は、強力な誤り訂正能力を持つ符号として広く知られ、第三世代（３Ｇ：３ｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ）移動通信システム等で採用、実用化されている（例えば、非特許文献１参照）。

ターボ符号の派生形態としては、非バイナリ入力を持つターボ符号が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。この技術は、従来のターボ符号の入力系列が１ビット入力であったところを、複数ビット入力として処理を並列化したものであり、処理遅延減少や復号処理における収束性等の点で従来比メリットがあると言われている。

ＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）規格では、この非バイナリターボ符号の一種であるＣＴＣ（ＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌＴｕｒｂｏＣｏｄｅ）と呼ばれるターボ符号が採用されている（例えば、非特許文献３参照）。

ＩＥＥＥ８０２．１６規格によって規定されたＣＴＣ符号器の構成概略を図６に示す。上述した通り、符号化入力は並列化されたＡ及びＢのバイナリ２系列である。ＣＴＣ符号器３は、二つの要素符号器（＃１，＃２）３１，３２を並列連接し、各要素符号器３１，３２への入力系列をランダム化するために、符号器間にはインタリーバ３３が挿入される。

すなわち、第一の要素符号器３１へは入力系列Ａ，Ｂが、第二の要素符号器３２へはＡ，Ｂに対してインタリーバ３３にてインタリーブを施し、順序を並び替れた２系列が入力される。各要素符号器３１，３２からの符号化出力もバイナリ２系列であり、第一の要素符号化出力系列はＹ１，Ｗ１、第二の要素符号化出力系列はＹ２，Ｗ２となる。

ターボ符号は組織符号であるため、ＣＴＣ符号化出力は、入力系列と同一の組織部Ａ，Ｂ、及び要素符号器３１，３２からの出力である冗長部Ｙ１，Ｗ１，Ｙ２，Ｗ２となる。

各要素符号化には、図７に示すように、再帰的組織畳込み（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＳｙｓｔｅｍａｔｉｃＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ：ＲＳＣ）符号が用いられ、内部のシフトレジスタ（Ｓ₁〜Ｓ₃）４１〜４３によって状態が定まる。符号の入出力と、この状態の遷移との関係を示す格子状の図をトレリスという。尚、図７において、４４〜４８は論理加算器である。

ＣＴＣでは、要素符号化の過程においてテイルバイティング（あるいはｔｒｅｌｌｉｓｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎと呼ばれることもある）という手法を用いて、符号のトレリス終端のために付加する余剰ビット分の帯域利用効率を向上させている。テイルバイティングとは、符号器の初期状態と最終状態とが同一になるように、被符号化系列に応じた初期状態を設定する方法であり（例えば、非特許文献４参照）、これによってトレリス終端のための余分なビット付加が不要になる。

上記の非特許文献２に記載される内容に基づいて、ＣＴＣを例とした一般的なターボ復号処理について説明する。ＣＴＣ復号の例による一般的なターボ復号器の構成の概略を図８に示す。復号器５は、符号化側で用いた二つの要素符号器に各々対応する二つの要素復号器（＃１，＃２）５１，５３と、符号化側で用いたものと同一の順序並べ替え機能を持つインタリーバ５２と、このインタリーバ５２に対応するデインタリーバ５４と、最終復号結果判定部５５とからなる。

復号器５に入力されるａ，ｂ，ｙ₁，ｗ₁，ｙ₂，ｗ₂は、それぞれ符号化側のＡ，Ｂ，Ｙ１，Ｗ１，Ｙ２，Ｗ２に対応する通信路雑音等を含んだ軟値を示している。

ターボ符号の復号手順は下記にしたがう。まず、ａ，ｂ，ｙ₁，ｗ₁が復号結果を軟出力で返す第一の要素復号器５１に入力され（Ｌｅ₂の初期値は０とする）、復号結果である（Ａ，Ｂ）の事後尤度値Ｌ₁を用いて外部尤度情報Ｌｅ₁＝Ｌ₁−（ａ，ｂ）−Ｌｅ₂が得られる。Ｌｅ₁は符号器内と同一の順序並べ替え機能を持つインタリーバ５２を経てＬｅ₁’となり、（ａ，ｂ）’［インタリーブされた（ａ，ｂ）］の事前尤度情報として第二の要素復号器５３に入力される。

第二の要素復号器５３では、（ａ，ｂ）’，ｙ₂，ｗ₂，Ｌｅ₁’から同様にして（Ａ，Ｂ）’の軟出力尤度Ｌ₂’と、外部尤度情報Ｌｅ₂’＝Ｌ₂’−（ａ，ｂ）’−Ｌｅ₁’を得る。Ｌｅ₂’は、デインタリーバ５４を介して、次の復号処理の事前尤度情報Ｌｅ₂として第一の要素復号器５１にフィードバックされる。

このようにして、ターボ符号復号器５では、組織部（Ａ，Ｂ）の尤度を更新しながら復号処理を繰り返し行い、複数回のループの後、要素復号器５３の軟出力Ｌ₂の硬判定結果を最終復号結果（Ａ＾，Ｂ＾）として出力する。

要素復号器のアルゴリズムとしては、ＭＡＰ（ＭａｘｉｍｕｍＡＰｏｓｔｅｒｉｏｒｉＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ：最大事後確率）復号（例えば、非特許文献５参照）、ＭＡＰの演算量を削減したＭａｘ−ｌｏｇ−ＭＡＰ（例えば、非特許文献６参照）、ＳＯＶＡ（ＳｏｆｔＯｕｔｐｕｔＶｉｔｅｒｂｉＡｌｇｏｒｉｔｈｍ：軟出力ビタビアルゴリズム）復号（例えば、非特許文献７参照）等が用いられる。

上記の非特許文献２に記載されているように、テイルバイティング手法を用いたターボ符号の一般的な復号処理では、トレリスの連続性を利用した反復処理を特徴としている。つまり、長さｋの被符号化系列の復号において、同一の要素復号器（例えば、第一の要素復号器）における処理は、ある復号回のｋシンボル分の要素復号処理後によって得られた全状態の尤度値を、次の復号回の同一要素復号器処理における全状態の尤度初期値として用いる。この復号処理を実現する要素復号部の構成の一例を図９に示す。以下、図９を参照してより具体的に説明する。

復号処理開始時にはトレリスの初期状態が未知なため、全ての状態を同一の尤度初期値として第一の要素復号処理６１を開始する。この時、反復復号制御部６２は最初の復号回であることを認識し、初期尤度設定部６４に全状態に同一の尤度初期値（例えば、要素復号アルゴリズムがＭＡＰの場合には対数尤度比が０）を設定するように指示する。

要素復号制御部６３は、一回の要素復号６１の処理長（ここでは長さｋ）を制御する。長さｋの要素復号処理を終えた後の全状態の尤度値は終端尤度メモリ６５に記憶される。次回（続く、第二の要素復号処理後）の第一の要素復号処理６１の開始時には、反復復号制御部６２は第２回目の復号回であることを認識し、初期尤度設定部６４が終端尤度メモリ６５から前回保存した全状態の尤度値を読込み、これを設定するように指示する。以後、この処理が繰返して行われる。第二の要素復号器６も同様に動作する。

また、ターボ符号の構成要素としてのテイルバイティングを適用したトレリス符号について、別の復号手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようにして、従来のテイルバイティング手法を用いたターボ符号の一般的な復号処理では、トレリスの連続性を利用し、インタリーブによってランダム化された異なる２系列間での尤度情報を交換することによる反復復号処理を行っている。

しかしながら、この方法では、復号回数が浅い段階では誤りが生じやすいという問題がある。この問題点は、上記の非特許文献２でも指摘されているが、上記の非特許文献２に記載された従来の復号方法では、反復復号処理回数を増やすことによって誤りが訂正されることを期待している。

特許第３８０１２１１号公報Ｂｅｒｒｏｕ，ｅｔ．ａｌ，"ＮｅａｒＳｈａｎｎｏｎｌｉｍｉｔｅｒｒｏｒ−ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇｃｏｄｉｎｇ：Ｔｕｒｂｏｃｏｄｅｓ"，Ｐｒｏｃ．ＩＣＣ’９３，ｐｐ．１０６４−１０７０，Ｍａｙ１９９３ＣａｔｈｅｒｉｎｅＤｏｕｉｌｌａｒｄａｎｄＣｌａｕｄｅＢｅｒｒｏｕ，"ＴｕｒｂｏＣｏｄｅｓｗｉｔｈＲａｔｅ−ｍ／（ｍ＋１）ＣｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌＣｏｄｅｓ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．５３，ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００５ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ，Ｐａｒｔ１６：ＡｉｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＦｉｘｅｄＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥＥＳｔｄ８０２．１６−２００４，ａｐｐｒｏｖｅｄ２４Ｊｕｎｅ２００４ＨｏｗａｒｄＭａａｎｄＪａｃｋＷｏｌｆ，"ＯｎＴａｉｌＢｉｔｉｎｇＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌＣｏｄｅｓ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．ＣＯＭ−３４，ｎｏ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ１９８６Ｂａｈｌ，ｅｔ．ａｌ，"Ｏｐｔｉｍａｌｄｅｃｏｄｉｎｇｏｆｌｉｎｅａｒｃｏｄｅｓｆｏｒｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇｓｙｍｂｏｌｅｒｒｏｒｒａｔｅ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＩｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．２０，ｐｐ．２８４−２８７，Ｍａｒｃｈ１９７４Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，ｅｔ．ａｌ，"Ａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｏｐｔｉｍａｌａｎｄｓｕｂ−ｏｐｔｉｍａｌＭＡＰｄｅｃｏｄｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｔｈｅｌｏｇｄｏｍａｉｎ"，Ｐｒｏｃ．ＩＣＣ’９５，ｐｐ．１００９−１０１３，Ｊｕｎｅ１９９５Ｈａｇｅｎａｕｅｒ，ｅｔ．ａｌ，"Ｉｔｅｒａｔｉｖｅｄｅｃｏｄｉｎｇｏｆｂｉｎａｒｙｂｌｏｃｋａｎｄｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｃｏｄｅｓ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＩｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．４２，ｎｏ．２，ｐｐ．４２９−４４５，Ｍａｒｃｈ１９９６

上述したように、従来のテイルバイティング手法を用いたターボ符号の一般的な復号処理では、トレリスの連続性を利用し、インタリーブによってランダム化された異なる２系列間での尤度情報を交換することによる反復復号処理を行っている。

しかしながら、この方法では、復号回数が浅い段階では誤りが生じやすいという問題がある。すなわち、復号後の誤り率特性が劣化し、また復号収束性が劣化（復号処理の反復復号回数が増加）する、という問題となる。この問題点は、テイルバイティングによってトレリスの初期状態が未知なため、全ての状態を同じ尤度初期値として復号を開始していることに起因する。

一方、復号時のトレリス初期状態を正確に把握し、尤度初期値を適切に与えることができると、上述した従来の復号処理に比べて誤り率特性を改善することができ、例えばＩＥＥＥ８０２．１６規格で規定されているＣＴＣ符号では約１ｄＢほど改善することができると期待される。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、復号性能あるいは誤り訂正能力の向上を図ることができる誤り訂正復号器及びそれに用いる誤り訂正復号方法並びにそのプログラムを提供することにある。

本発明による誤り訂正復号器は、テイルバイティングを用いた要素符号によってターボ符号化された信号に対し、通信路組織部情報系列、通信路冗長部情報系列及び事前尤度情報を入力して事後尤度情報を出力する要素復号手段を含む誤り訂正復号器であって、
前記要素復号手段と連携して符号化系列の起点及び終点の符号化出力を得た時の符号器の内部状態情報を示す前記符号化系列のトレリスの起点情報及び終点情報を推定する推定手段と、
前記推定手段にて推定されたトレリスの起点情報及び終点情報に基づいて前記要素復号手段を制御する制御手段とを備えている。

本発明による誤り訂正復号方法は、テイルバイティングを用いた要素符号によってターボ符号化された信号に対し、通信路組織部情報系列、通信路冗長部情報系列及び事前尤度情報を入力して事後尤度情報を出力する要素復号処理を実行する誤り訂正復号器に用いる誤り訂正復号方法であって、
前記誤り訂正復号器において、
前記要素復号手段と連携して符号化系列の起点及び終点の符号化出力を得た時の符号器の内部状態情報を示す前記符号化系列のトレリスの起点情報及び終点情報を推定する推定処理と、
前記推定処理にて推定されたトレリスの起点情報及び終点情報に基づいて前記要素復号処理を制御する制御処理とを実行している。

本発明によるプログラムは、テイルバイティングを用いた要素符号によってターボ符号化された信号に対し、通信路組織部情報系列、通信路冗長部情報系列及び事前尤度情報を入力して事後尤度情報を出力する要素復号処理を実行する誤り訂正復号器が実行するプログラムであって、
コンピュータに、
前記要素復号手段と連携して符号化系列の起点及び終点の符号化出力を得た時の符号器の内部状態情報を示す前記符号化系列のトレリスの起点情報及び終点情報を推定する推定処理と、
前記推定処理にて推定されたトレリスの起点情報及び終点情報に基づいて前記要素復号処理を制御する制御処理とを実行させている。

すなわち、本発明の誤り訂正復号器は、テイルバイティングを用いたターボ符号の復号処理において、未知であるトレリスの初期状態を高精度に推定し、尤度初期値を適切に与えることによって、復号性能あるいは誤り訂正能力の向上を図っている。

より具体的に説明すると、本発明による誤り訂正復号器は、通信路組織部情報系列、通信路冗長部情報系列及び事前尤度情報を入力して事後尤度情報を出力する要素復号手段と、該要素復号手段と連携して符号化系列のトレリスの起終点情報（即ち符号化系列の起終点の符号化出力を得た時の符号器の内部状態情報）を推定する手段と、該推定したトレリスの起終点情報に基づいて要素復号手段を制御する手段とを備えている。

本発明による誤り訂正復号器では、復号の本処理に先立って、符号化系列のトレリスの起終点情報を推定し、該推定結果に基づいて続く要素復号の本処理における初期値を制御して、復号を行うように動作する。

本発明による誤り訂正復号器では、このような構成を採用し、未知であるトレリスの初期状態を高精度に推定し、本復号の尤度初期値を適切に与えることによって、上述した課題を解決することが可能となる。

つまり、本発明による誤り訂正復号器では、テイルバイティングを用いたターボ符号の復号処理において、トレリスの初期状態を高精度に推定し、その結果を用いて適切な尤度初期値を与えて本復号処理を行うため、トレリスの初期状態が既知の場合と同等の良好な復号後の誤り率特性を得ることが可能となる。上述した通り、例えばＩＥＥＥ８０２．１６規格で規定されているＣＴＣ符号では、従来の復号方法に比べて約１ｄＢほどの改善が期待される。

また、本発明による誤り訂正復号器では、トレリスの初期状態を高精度に推定し、その結果を用いて適切な尤度初期値を与えて本復号処理を行うため、本復号処理における復号収束性を高め、従来の復号方法に比べて本復号処理にかかる時間を短縮化することが可能となる。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、復号性能あるいは誤り訂正能力の向上を図ることができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施例によるターボ復号器の要素復号部の構成を示すブロック図である。図１において、要素復号部１は要素復号器［例えば、ＭＡＰ（ＭａｘｉｍｕｍＡＰｏｓｔｅｒｉｏｒｉＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ：最大事後確率）復号器］１１と、要素復号器１１の初期状態を設定する初期状態設定部１４及び要素復号器１１の初期尤度を設定する初期尤度設定部１５と、１回の要素復号処理終了後のトレリス終端状態と各状態の尤度とを保存する終端状態メモリ１７及び終端尤度メモリ１８と、トレリスの初期状態推定部１６と、要素復号器１１の処理長を制御する要素復号制御部１３と、ターボ反復復号処理全体の復号回に応じた制御を行う反復復号制御部１２とから構成されている。

本発明の第１の実施例によるターボ復号処理の概略は、図８に示す従来のターボ復号器５と同様の構成とすることが可能である。しかしながら、本発明の第１の実施例によるターボ復号器はその要素復号部５１，５３に特徴があり、図１に示すように、トレリスの初期状態を推定し、推定された初期状態に応じて適切な初期尤度を設定する機能を備えている。

上記のように、本発明の第１の実施例によるターボ復号法の特徴は、被符号化系列の本復号処理に先立って要素復号におけるトレリスの初期状態（あるいは、加えて各状態の最適な初期尤度）を推定し、最適なトレリス初期状態及び初期尤度を用いて本復号処理を行う点にある。以下、ｎ個の状態Ｓｉ（ｉ＝０〜ｎ−１）を有する系列長ｋの符号を例として図１に示す各処理機能の動作について説明する。

本発明の第１の実施例においては、要素復号におけるトレリス起点を全探索し、起点・終点の状態の一致を確認して初期状態及び尤度を確定することを特徴とする。

図２は図１に示す要素復号部１の動作を示すフローチャートである。これら図１及び図２を参照して本発明の第１の実施例による要素復号部１の動作について説明する。尚、図２に示す処理は要素復号部１の動作を実現するＣＰＵ（中央処理装置）（図示せず）がプログラムを実行することで実現可能である。

反復復号制御部１２及び要素復号制御部１３は、復号処理開始時に、要素復号におけるトレリス初期状態推定を行う予備復号処理モードである旨の認識を共有し（図２ステップＡ１）、また通常の反復復号処理時には本復号処理モードである旨の認識を共有する（図２ステップＡ１，Ａ２）。

予備復号処理モードにおける処理開始時、反復復号制御部１２及び要素復号制御部１３からの情報によって、初期状態設定部１４ではまず起点状態を状態Ｓ０に設定し（図２ステップＡ３，Ａ４）、初期尤度設定部１５では状態Ｓ０の初期尤度値を他の状態Ｓ１〜Ｓｎ−１よりも高く設定する（図２ステップＡ５）。例えば、ＭＡＰ復号アルゴリズムがＢＣＪＲ（Ｂａｈｌ−Ｃｏｃｋｅ−Ｊｅｉｎｅｋ−Ｒａｖｉｖ）の場合には、Ｓ０＝０、Ｓ１＝Ｓ２＝・・・＝−∞とする。

この初期値に基づいて、要素復号器１１は系列長ｋ分の予備復号処理を行う（図２ステップＡ６）。要素復号器１１の処理長ｋは、要素復号制御部１３が管理する。要素復号器１１における予備復号処理終点での各状態の尤度値が終端尤度メモリ１８に、最大尤度値を与える終点状態が終端状態メモリ１７にそれぞれ保存される（図２ステップＡ７）。

初期状態推定部１６では、状態Ｓ０を起点の初期状態とした予備処理終了を要素復号制御部１３に通知し（図２ステップＡ８）、これを受けて初期状態設定部１４では次に状態Ｓ１を初期状態に設定する。すなわち、この時点からトレリスの起点初期状態をｉ＝１とした処理に移行する（図２ステップＡ９，Ａ１０，Ａ４）。

初期尤度設定部１５では、上述した処理と同様、状態Ｓｉのみ初期尤度値を他の状態よりも高く設定し（図２ステップＡ５）、要素復号器１１による次の予備処理が行われる（図２ステップＡ６）。ｉ＝１の時のＭＡＰ予備処理終点の各状態尤度値及び終点状態は、終端尤度メモリ１８及び終端状態メモリ１７に、上記のｉ＝０についての情報に追加して保存される（図２ステップＡ７）。以下、ｉ＝２，３，・・・，ｎ−１まで、ｉ＝１の場合と同様の処理を継続する（図２ステップＡ４〜Ａ１０）。

全ｎ通りの処理終了後（図２ステップＡ９）、初期状態推定部１６では、終端状態メモリ１７及び終端尤度メモリ１８に蓄えられた全ｎ通りの結果から、
条件（１）：基点・終点の状態が一致しているもの
かつ
条件（２）：最終状態の尤度値が最大のもの
を満たすものを、本復号処理におけるトレリス初期状態として選択し（図２ステップＡ１１）、予備復号処理モード完了となる。

これを受けて、要素復号制御部１３及び反復復号制御部１２は本復号処理モードに移行し、上記の処理で推定した初期状態を初期状態設定部１４にて設定する。初期尤度設定部１５では、上記の処理と同一の処理によって、各状態の初期尤度を設定し、要素復号器１１において長ｋさの被符号化系列に対するＭＡＰ復号の本処理が施された結果が尤度出力として、要素復号部１全体の出力となる。

反復復号制御部１２はターボ反復復号処理体の復号回を管理しており、反復２回目以降においては、初回における処理で推定した初期状態及びそれに応じた各状態の初期尤度値を継続して用いた復号処理が行われる。

上述した処理が図８に示す従来のターボ復号器５の第１の要素復号器５１全体の動作であり、第二の要素復号器５３全体も、第１の要素復号器５１全体と同様に動作する。

このように、本実施例では、テイルバイティングを用いたターボ符号の復号処理において、トレリスの初期状態を高精度に推定し、その結果を用いて適切な尤度初期値を与えて本復号処理を行うため、トレリスの初期状態が既知の場合と同等の良好な復号後の誤り率特性を得ることができる。上述した通り、例えばＩＥＥＥ８０２．１６規格で規定されているＣＴＣ符号では、従来の復号方法に比べて約１ｄＢほどの改善が期待できる。

また、本実施例では、トレリスの初期状態を高精度に推定し、その結果を用いて適切な尤度初期値を与えて本復号処理を行うため、本復号処理における復号収束性を高め、従来の復号方法に比べて本復号処理にかかる時間を短縮化することができる。

図３は本発明の第２の実施例による要素復号部の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施例による要素復号部は、上記の図１に示す本発明の第１の実施例による要素復号部と同様の構成となっている。これら図１及び図３を参照して本発明の第２の実施例による要素復号部１の動作について説明する。

尚、図３に示す処理は要素復号部１の動作を実現するＣＰＵがプログラムを実行することで実現可能である。また、図３において、ステップＢ１〜Ｂ８の処理は上記の図２に示すステップＡ１〜Ａ８の処理と同様であるので、その説明は省略する。

本発明の第２の実施例による要素復号部１の動作は、上述した本発明の第１の実施例とほぼ同様であるが、予備復号処理モードにおいて得られる終端尤度値に対する閾値を設け、下記の条件を最初に満たした時点で推定初期状態を確定し、予備処理を完了することで、本発明の第１の実施例に比べて処理の高速化を図っている。したがって、本発明の第２の実施例では、主に、初期状態推定部１６の処理内容が上記の本発明の第１の実施例と異なる。

本発明の第２の実施例における初期状態推定部１６での判定基準は、上記の本発明の第１の実施例における条件（１）を満たし、かつ
条件（３）：終端尤度値が該閾値を越えているもの
を満たすものである。

予備復号処理モードにおいて処理を開始後、ある状態Ｓｉを起点とした予備復号処理で上記の条件（１）及び条件（３）を初めて満たしたとすると（図３ステップＢ９，Ｂ１０）、初期状態推定部１６はこの状態Ｓｉを本復号処理におけるトレリス初期状態として選択し（図３ステップＢ１１）、予備復号処理モード完了となる。

これを受けて、要素復号制御部１３及び反復復号制御部１２は本復号処理モードに移行し、以後、要素復号部１の各処理部は上記の本発明の第１の実施例と同様に動作する。よって、本発明の第２の実施例では、本発明の第１の実施例に比べて処理の高速化を図ることができる。

図４は本発明の第３の実施例による要素復号部の動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施例による要素復号部は、上記の図１に示す本発明の第１の実施例による要素復号部と同様の構成となっている。これら図１及び図４を参照して本発明の第３の実施例による要素復号部１の動作について説明する。

尚、図４に示す処理は要素復号部１の動作を実現するＣＰＵがプログラムを実行することで実現可能である。また、図４において、ステップＣ１〜Ｃ８の処理は上記の図２に示すステップＡ１〜Ａ８の処理と同様であるので、その説明は省略する。

本発明の第３の実施例による要素復号部１の動作は、上述した本発明の第１及び第２の実施例における予備復号処理をさらに高速化するため、予備復号処理モードにおいて、上記の条件（１）のみを最初に満たした時点で予備処理を完了している。したがって、本発明の第３の実施例では、主に、初期状態推定部１６の処理内容が、上記の本発明の第１及び第２の実施例とは異なり、他の処理部は上記の本発明の第１及び第２の実施例と同様に動作する。

予備復号処理モードにおいて処理を開始後、ある状態Ｓｉを起点とした予備復号処理で上記の条件（１）及び条件（３）を初めて満たしたとすると（図４ステップＣ９）、初期状態推定部１６はこの状態Ｓｉを本復号処理におけるトレリス初期状態として選択し（図４ステップＣ１０）、予備復号処理モード完了となる。

これを受けて、要素復号制御部１３及び反復復号制御部１２は本復号処理モードに移行し、以後、要素復号部１の各処理部は上記の本発明の第１及び第２の実施例と同様に動作する。よって、本発明の第３の実施例では、本発明の第１及び第２の実施例に比べて処理の高速化を図ることができる。

図５は本発明の第４の実施例によるターボ復号器の要素復号部の構成を示すブロック図である。図５において、本発明の第４の実施例による要素復号部２は、初期状態設定部１４、初期尤度設定部１５、初期状態推定部１６の代わりに初期状態設定部２１、初期尤度設定部２２、初期状態推定部２３を設け、要素復号の本復号処理開始時に用いる各状態の初期尤度を初期状態推定部２３によって直接設定するようにした以外は図１に示す本発明の第１の実施例による要素復号部１と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。

上述した本発明の第１〜３の実施例においては、要素復号の本復号処理開始時に用いる初期尤度は、予備復号処理によって推定された初期状態に基づいて一意に決定されている。すなわち、図１に示す通り、初期尤度設定部１５は初期状態設定部１４によって制御されており、設定する各状態の尤度初期値は推定した初期状態が真である場合に最適なものである。しかしながら、初期状態推定に用いる組織部入力、冗長部入力は通信路における誤りを含む可能性をもつ以上、推定された初期状態が誤る可能性があり、この場合、上記の初期尤度設定法は必ずしも最適ではない状況も存在する。

そこで、本発明の第４の実施例では、図５に示す通り、要素復号の本復号処理開始時に用いる各状態の初期尤度を、初期状態推定部２２から直接設定するものとし、予備復号処理における初期状態推定時に用いる終端状態メモリ１７、終端尤度メモリ１８の情報を用いて柔軟に設定できるようにしている。

この時、予備復号処理過程における各処理部の動作は、上記の本発明の第１〜３の実施例と共通としてよい。一例として、初期状態推定部２１において、本発明の第１の実施例または本発明の第２の実施例、あるいは本発明の第３の実施例による判定基準にしたがって、推定初期状態を確定した時点の各状態の尤度値を本復号処理における初期値としてもよい。

また、本発明では、図１を参照して説明した本発明の第１〜３の実施例と図５を参照して説明した本発明の第４の実施例とを組み合わせて実施することも可能である。すなわち、本発明では、被符号化系列の状況（通信路における信号対雑音電力比等）に応じて適応的に本復号処理開始時に用いる初期尤度設定法を制御することが可能である。

一例として、被符号化系列の通信路での信号対雑音電力比等の品質情報を要素復号器の外部（図１及び図５には明示せず）から受け、該品質情報にしたがって初期尤度設定法を制御してもよい。この場合、例えば、信号対雑音電力比が大きく通信路状態が良好な場合には、初期状態の推定精度が高いと想定されるため、推定した初期状態に基づく本発明の第１〜３の実施例で説明した初期尤度設定方法とする。一方、信号対雑音電力比が小さく雑音の影響が大きいと想定される場合には、初期状態の推定精度が低いと想定されるため、終端尤度メモリから与えられる各状態の尤度値に基づく初期尤度設定方法としてもよい。

このように、本発明では、テイルバイティングを用いたターボ符号の復号処理において、トレリスの初期状態を高精度に推定することができ、トレリスの初期状態が既知の場合と同等の良好な復号特性を得ることができる。

尚、上述した本発明の第１〜第４の実施例では、候補状態の初期値をＳ０（ｉ＝０）としているが、候補状態の初期値はｉ＝０に限らず、ｉが１以上の値であってもよく、これに限定されない。

本発明の第１の実施例によるターボ復号器の要素復号部の構成を示すブロック図である。図１に示す要素復号部の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施例による要素復号部の動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施例による要素復号部の動作を示すフローチャートである。本発明の第４の実施例によるターボ復号器の要素復号部の構成を示すブロック図である。ＩＥＥＥ８０２．１６規格により規定されたＣＴＣ符号器の概略図である。ＩＥＥＥ８０２．１６規格により規定されたＣＴＣ符号器内のＲＳＣ要素符号器の概略図である。ＣＴＣを含む一般的なターボ復号器の構成を示すブロック図である。ＣＴＣを含む一般的なＣＴＣ復号器における従来の要素復号器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，２要素復号部
１１要素復号器
１２反復復号制御部
１３要素復号制御部
１４，２１初期状態設定部
１５，２２初期尤度設定部
１６，２３初期状態推定部
１７終端状態メモリ
１８終端尤度メモリ

Claims

テイルバイティングを用いた要素符号によってターボ符号化された信号に対し、通信路組織部情報系列、通信路冗長部情報系列及び事前尤度情報を入力して事後尤度情報を出力する要素復号手段を含む誤り訂正復号器であって、
前記要素復号手段と連携して符号化系列の起点及び終点の符号化出力を得た時の符号器の内部状態情報を示す前記符号化系列のトレリスの起点情報及び終点情報を推定する推定手段と、
前記推定手段にて推定されたトレリスの起点情報及び終点情報に基づいて前記要素復号手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする誤り訂正復号器。
前記推定手段は、
前記トレリスの起点の全候補について、着目する一候補のトレリスの起点状態の初期尤度値を他の状態よりも高く設定して、それに対応するトレリスの終点を計算しかつ前記トレリスの終点における尤度を計算する処理を、着目するトレリスの起点候補を変えて継続的に順次繰返す手段と、
前記トレリスの起点情報と、それぞれ対応して計算されたトレリスの終点情報と、前記トレリスの終点における尤度情報とを関連付けて記録する手段と、
得られた全てのトレリスの起点情報と終点情報と尤度情報とを基に最適なトレリスの起点候補及び終点候補を選択して推定結果とする手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の誤り訂正復号器。
前記推定手段は、得られた全てのトレリスの起点候補及び終点候補の内、前記トレリスの起点とそれに対応する終点とが一致しかつ前記トレリスの終点における尤度値が最大のものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誤り訂正復号器。
前記推定手段は、前記トレリスの終点における尤度値に対する閾値を設け、順次得られるトレリスの起点候補及び終点候補の内、前記トレリスの起点と対応する終点が一致しかつ前記トレリスの終点における尤度値が前記閾値を越えた最初のものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とし、
前記トレリスの起点候補について対応するトレリスの終点及び尤度を計算する際に、前記トレリスの起点及び終点の推定結果を得た時点で残るトレリスの起点候補についてのトレリスの終点及び尤度の計算を打ち切ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誤り訂正復号器。
前記推定手段は、順次得られるトレリスの起点候補及び終点候補の内、最初にトレリスの起点と対応する終点が一致するものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とし、
前記トレリスの起点候補について対応するトレリスの終点及び尤度を計算する際に、前記トレリスの起点及び終点の推定結果を得た時点で残るトレリスの起点候補についてのトレリスの終点及び尤度の計算を打ち切ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誤り訂正復号器。
前記制御手段は、前記要素復号手段において続いて行われる本復号処理に際して、前記推定手段の推定によって得たトレリスの起点及び終点の状態の初期尤度値を他の状態よりも高く設定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の誤り訂正復号器。
前記制御手段は、前記要素復号手段において続いて行われる本復号処理に際して、各状態の初期尤度値を、前記推定手段の推定によって得たトレリスの起点及び終点に対応したトレリスの終点における各状態の尤度値から設定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の誤り訂正復号器。
前記制御手段は、前記要素復号手段において続いて行われる本復号処理に際して、各状態の初期尤度値を、前記推定手段の推定によって得たトレリスの起点及び終点に対応したトレリスの終点における各状態の尤度値を更に前記推定手段の推定によって得たトレリスの起点情報及び終点情報に応じて重み付けして設定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の誤り訂正復号器。
自機器に入力される通信路組織部情報系列及び通信路冗長部情報系列に関する品質情報を自機器の外部から得て、前記推定手段に関する請求項２から請求項５のいずれか記載の内容のいずれか、前記制御手段に関する請求項６から請求項８のいずれか記載の内容のいずれかを前記品質情報によって適応的に切替えて動作させる手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか記載の誤り訂正復号器。
テイルバイティングを用いた要素符号によってターボ符号化された信号に対し、通信路組織部情報系列、通信路冗長部情報系列及び事前尤度情報を入力して事後尤度情報を出力する要素復号処理を実行する誤り訂正復号器に用いる誤り訂正復号方法であって、
前記誤り訂正復号器において、
前記要素復号手段と連携して符号化系列の起点及び終点の符号化出力を得た時の符号器の内部状態情報を示す前記符号化系列のトレリスの起点情報及び終点情報を推定する推定処理と、
前記推定処理にて推定されたトレリスの起点情報及び終点情報に基づいて前記要素復号処理を制御する制御処理とを実行することを特徴とする誤り訂正復号方法。
前記誤り訂正復号器が、前記推定処理において、
前記トレリスの起点の全候補について、着目する一候補のトレリスの起点状態の初期尤度値を他の状態よりも高く設定して、対応するトレリスの終点を計算しかつ前記トレリスの終点における尤度を計算する処理を、着目するトレリスの起点候補を変えて継続的に順次繰返す処理と、
前記トレリスの起点情報と、それぞれ対応して計算されたトレリスの終点情報と、前記トレリスの終点における尤度情報とを関連付けて記録する処理と、
得られた全てのトレリスの起点情報と終点情報と尤度情報とを基に最適なトレリスの起点候補及び終点候補を選択して推定結果とする処理とを実行することを特徴とする請求項１０記載の誤り訂正復号方法。
前記誤り訂正復号器が、前記推定処理において、得られた全てのトレリスの起点候補及び終点候補の内、前記トレリスの起点とそれに対応する終点とが一致しかつ前記トレリスの終点における尤度値が最大のものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とすることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の誤り訂正復号方法。
前記誤り訂正復号器が、前記トレリスの終点における尤度値に対する閾値を設け、順次得られるトレリスの起点候補及び終点候補の内、前記トレリスの起点と対応する終点が一致しかつ前記トレリスの終点における尤度値が前記閾値を越えた最初のものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とし、
前記トレリスの起点候補について対応するトレリスの終点及び尤度を計算する際に、前記トレリスの起点及び終点の推定結果を得た時点で残るトレリスの起点候補についてのトレリスの終点及び尤度の計算を打ち切ることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の誤り訂正復号方法。
前記誤り訂正復号器が、前記推定処理において、順次得られるトレリスの起点候補及び終点候補の内、最初にトレリスの起点と対応する終点が一致するものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とし、
前記トレリスの起点候補について対応するトレリスの終点及び尤度を計算する際に、前記トレリスの起点及び終点の推定結果を得た時点で残るトレリスの起点候補についてのトレリスの終点及び尤度の計算を打ち切ることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の誤り訂正復号方法。
前記誤り訂正復号器が、前記制御処理において、前記要素復号処理にて続いて行われる本復号処理に際して、前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点及び終点の状態の初期尤度値を他の状態よりも高く設定することを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか記載の誤り訂正復号方法。
前記誤り訂正復号器が、前記制御処理において、前記要素復号処理にて続いて行われる本復号処理に際して、各状態の初期尤度値を、前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点及び終点に対応したトレリスの終点における各状態の尤度値から設定することを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか記載の誤り訂正復号方法。
前記誤り訂正復号器が、前記制御処理において、前記要素復号処理にて続いて行われる本復号処理に際して、各状態の初期尤度値を、前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点及び終点に対応したトレリスの終点における各状態の尤度値を更に前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点情報及び終点情報に応じて重み付けして設定することを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか記載の誤り訂正復号方法。
復号入力である通信路組織部情報系列及び通信路冗長部情報系列に関する品質情報を付加情報として得て、前記推定処理に関する請求項１０から請求項１４のいずれか記載の内容のいずれか、前記制御処理に関する請求項１５から請求項１７のいずれか記載の内容のいずれかを前記品質情報によって適応的に切替えて動作させることを特徴とする請求項１０から請求項１７のいずれか記載の誤り訂正復号方法。
テイルバイティングを用いた要素符号によってターボ符号化された信号に対し、通信路組織部情報系列、通信路冗長部情報系列及び事前尤度情報を入力して事後尤度情報を出力する要素復号処理を実行する誤り訂正復号器が実行するプログラムであって、
コンピュータに、
前記要素復号手段と連携して符号化系列の起点及び終点の符号化出力を得た時の符号器の内部状態情報を示す前記符号化系列のトレリスの起点情報及び終点情報を推定する推定処理と、
前記推定処理にて推定されたトレリスの起点情報及び終点情報に基づいて前記要素復号処理を制御する制御処理とを実行させるためのプログラム。
前記コンピュータに、前記推定処理において、
前記トレリスの起点の全候補について、着目する一候補のトレリスの起点状態の初期尤度値を他の状態よりも高く設定して、対応するトレリスの終点を計算させかつ前記トレリスの終点における尤度を計算させる処理を、着目するトレリスの起点候補を変えて継続的に順次繰返す処理と、
前記トレリスの起点情報と、それぞれ対応して計算されたトレリスの終点情報と、前記トレリスの終点における尤度情報とを関連付けて記録する処理と、
得られた全てのトレリスの起点情報と終点情報と尤度情報とを基に最適なトレリスの起点候補及び終点候補を選択して推定結果とする処理とを実行させることを特徴とする請求項１９記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記推定処理において、得られた全てのトレリスの起点候補及び終点候補の内、前記トレリスの起点とそれに対応する終点とが一致しかつ前記トレリスの終点における尤度値が最大のものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とさせることを特徴とする請求項１９または請求項２０記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記推定処理において、前記トレリスの終点における尤度値に対する閾値を設け、順次得られるトレリスの起点候補及び終点候補の内、前記トレリスの起点と対応する終点が一致しかつ前記トレリスの終点における尤度値が前記閾値を越えた最初のものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とし、
前記トレリスの起点候補について対応するトレリスの終点及び尤度を計算する際に、前記トレリスの起点及び終点の推定結果を得た時点で残るトレリスの起点候補についてのトレリスの終点及び尤度の計算を打ち切らせることを特徴とする請求項１９または請求項２０記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記推定処理において、順次得られるトレリスの起点候補及び終点候補の内、最初にトレリスの起点と対応する終点が一致するものを選択して前記トレリスの起点及び終点の推定結果とし、
前記トレリスの起点候補について対応するトレリスの終点及び尤度を計算する際に、前記トレリスの起点及び終点の推定結果を得た時点で残るトレリスの起点候補についてのトレリスの終点及び尤度の計算を打ち切らせることを特徴とする請求項１９または請求項２０記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記制御処理において、前記要素復号処理にて続いて行われる本復号処理に際して、前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点及び終点の状態の初期尤度値を他の状態よりも高く設定させることを特徴とする請求項１９から請求項２３のいずれか記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記制御処理において、前記要素復号処理にて続いて行われる本復号処理に際して、各状態の初期尤度値を、前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点及び終点に対応したトレリスの終点における各状態の尤度値から設定させることを特徴とする請求項１９から請求項２３のいずれか記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記制御処理において、前記制御処理において、前記要素復号処理にて続いて行われる本復号処理に際して、各状態の初期尤度値を、前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点及び終点に対応したトレリスの終点における各状態の尤度値を更に前記推定処理の推定によって得たトレリスの起点情報及び終点情報に応じて重み付けして設定させることを特徴とする請求項１９から請求項２３のいずれか記載のプログラム。
前記コンピュータに、復号入力である通信路組織部情報系列及び通信路冗長部情報系列に関する品質情報を付加情報として得て、前記推定処理に関する請求項１９から請求項２３のいずれか記載の内容のいずれか、前記制御処理に関する請求項２４から請求項２６のいずれか記載の内容のいずれかを前記品質情報によって適応的に切替えて動作させることを特徴とする請求項１９から請求項２６のいずれか記載のプログラム。