JP2010041252A - 通信方法および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重要度の高い情報は確実に送受信できるようにし、重要度の高くない情報も比較的正確に送受信することができる通信方法の実現。
【解決手段】情報１と情報２とを合わせた全体でブロック符号化を行い、情報１のみに依存したパリティ１と、情報１、２の両方に依存したパリティ２とが付加された符号語を生成する。次に、情報１とパリティ１を伝送路１によって送信し、情報２とパリティ２を伝送路２によって送信する。次に、伝送路１から情報１とパリティ１とに対応した受信語１を受信し、伝送路２から情報２とパリティ２とに対応した受信語２を受信する。そして、受信語１から情報１を復号し、受信語１と受信語２とから情報１と情報２を復号する。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報をブロック符号化して送信し、受信側で復号して元の情報を得る通信方法に関するものであり、特に情報を分割して複数の伝送路によって送信するものである。

近年、車両同士が直接に情報をやりとりする車車間通信により、衝突の回避などの制御を行う安全運転支援システムの開発が進められている。

車車間通信では、位置、速度などの情報と、娯楽などの用途の情報をやりとりすることが考えられる。車車間通信においてやりとりする情報のうち、位置、速度などの情報は重要度が高く、確実に通信できることが必要である。また、娯楽などの用途の情報は、多少誤りが多くても大容量の通信であることが求められる。

特許文献１に記載の通信方法では、データを重要度に応じて異なったレベルの外符号化を行い、インタリーブした後に、物理相における内符号化を行うことで、データの重要度に応じた誤り率で伝送を実現している。
特開２００２−１４１８１０

しかし、特許文献１に記載の通信方法では、１つの伝送路で送信しているため、その伝送路の誤り率特性が悪い場合には重要度の高い情報も正しく受信できなくなってしまう。また、特許文献１の通信方法は伝送路の状態が良好でない場合は受信側からのフィードバックにより再送を行う、といった処理が前提となっており、車車間通信のように１台の車両が多数の車両に送信するブロードキャスト送信を行う場合には適用することができない。

また、重要度の高い情報と重要度の高くない情報をそれぞれブロック符号化し、重要度の高い情報を含む符号語を良好な伝送路で送信し、重要度の高くない情報を含む符号語をあまり良好でない伝送路で送信する方法が考えられるが、この方法では重要度の低い情報の誤りが多くなるのが問題である。

そこで本発明の目的は、重要度の高い情報は確実に送受信できるようにし、重要度の高くない情報も比較的正確に送受信することができる通信方法および通信装置を実現することである。

第１の発明は、重要度の高い順に第１情報、第２情報、・・・ 、第ｎ情報（ｎは２以上の整数）とし、誤り率特性のよい順に第１伝送路、第２伝走路、・・・ 、第ｎ伝送路として、第１情報から第ｎ情報のブロック符号化により、第１情報のみに依存する第１冗長部を生成し、第１情報から第ｉ−１情報までの情報のうちいずれか１つ以上の情報と、第ｉ情報と、に依存する第ｉ冗長部（２≦ｉ≦ｎ）を生成し、第１情報と第１冗長部を第１伝送路によって送信し、第ｉ情報と第ｉ冗長部を第ｉ伝送路によってそれぞれ送信し、第１伝送路より受信した受信語から第１情報を復号し、第ｉ冗長部に依存する情報を送信した伝送路からの受信語から、第ｉ情報を復号する、ことを特徴とする通信方法である。

第２の発明は、第１の発明において、第ｉ冗長部は、少なくとも第１情報に依存することを特徴とする通信方法である。

第３の発明は、重要度の高い順に第１情報、第２情報、・・・ 、第ｎ情報（ｎは２以上の整数）とし、誤り率特性のよい順に第１伝送路、第２伝走路、・・・ 、第ｎ伝送路として、第１情報から第ｎ情報のブロック符号化により、第１情報のみに依存する第１冗長部を生成し、第１情報から第ｉ−１情報までの情報のうちいずれか１つ以上の情報と、第ｉ情報と、に依存する第ｉ冗長部（２≦ｉ≦ｎ）を生成する符号化器と、第１情報と第１冗長部を第１伝送路によって送信し、第ｉ情報と第ｉ冗長部を第ｉ伝送路によってそれぞれ送信する送信手段と、第１伝送路より受信した受信語から第１情報を復号し、第ｉ冗長部に依存する情報を送信した伝送路からの受信語から、第ｉ情報を復号する復号器と、を備えていることを特徴とする通信装置である。

第４の発明は、第３の発明において、符号化器は、第ｉ冗長部を少なくとも第１情報に依存するよう生成することを特徴とする通信装置である。

本発明によると、最も重要度の高い第１情報は、最も誤り率特性のよい第１伝送路より送信するため、第１伝送路よりも誤り率特性の悪い第２伝送路〜第ｎ伝送路の影響を受けず、誤り少なく第１情報を受信することができる。また、第ｉ冗長部は、第ｉ情報よりも重要度の高い情報に依存する。そのため、第ｉ情報は、第ｉ伝送路からの受信語だけでなく、第ｉ伝送路よりも誤り率特性のよい伝送路からの受信語をも用いて復号されるので、第ｉ伝送路のみによって送信した場合よりも誤り少なく第ｉ情報を受信することができる。

まず、本発明の通信方法について、概説する。

本発明は、情報をブロック符号化してｎ本（ｎは２以上の整数）の伝送路により通信を行う場合を考える。情報は、重要度の高い順に第１情報、・・・ 、第ｎ情報、の計ｎ個の情報からなり、伝送路は、誤り率特性のよい順に第１伝送路、・・・ 、第ｎ伝送路とする。

ｎ個の情報は、以下のようにしてブロック符号化し、パリティ１〜パリティｎの計ｎ個のパリティを生成する。パリティ１は、第１情報のみに依存するよう生成する。パリティｉ（２≦ｉ≦ｎ）は、第１情報から第ｉ−１情報までのうち、いずれか１つ以上の情報と、第ｉ情報とに依存するよう生成する。このような組み合わせは、全部で２^i-1 −１通り存在する。

たとえば、パリティ３の生成は、第１情報から第３情報までのすべての情報に依存するように生成する場合、第１情報と第３情報に依存するように生成する場合、第２情報と第３情報に依存するように生成する場合の３通り考えられる。

次に、第１情報とパリティ１を第１伝送路により送信し、第２伝送路、・・・ 、第ｎ伝送路のそれぞれにおいて、第ｉ情報とパリティｉとを第ｉ伝送路により送信する。

次に、第１伝送路、・・・ 、第ｎ伝送路のそれぞれから、第１受信語、・・・ 、第ｎ受信語を受信し、情報を復号する。第１情報は、第１情報とパリティ１に対応する第１受信語を復号することにより得られる。また、第ｉ情報は、パリティｉに依存する情報に対応した受信語を復号することにより得られる。たとえば、パリティ３が第１情報と第３情報に依存する場合は、第１受信語と第３受信語を復号することで第１情報と第３情報が得られる。

本発明の通信方法によると、パリティ１は第１情報のみに依存するため、誤り率特性のよい第１伝送路からの第１受信語のみから第１情報を復号することができ、第１伝送路よりも誤り率特性の悪い第２伝送路〜第ｎ伝送路からの第２受信語〜第ｎ受信語の影響を受けない。よって第１情報は誤り少なく受信することができる。

また、本発明の通信方法では、第ｉ情報に対応するパリティｉを、第１情報から第ｉ−１情報までのうち、いずれか１つ以上の情報と、第ｉ情報とに依存するよう生成しているので、第ｉ情報の復号には、第ｉ情報とパリティｉに対応した第ｉ受信語だけでなく、第１受信語から第ｉ−１受信語のいずれかをも用いることが必要になる。第１受信語から第ｉ−１受信語は、第ｉ伝送路よりも誤り率特性のよい伝送路から受信したものであるから、第ｉ受信語よりも誤りが少ない。第ｉ情報は、この誤りの少ない受信語も利用して復号されるため、単に第ｉ情報のみに依存するパリティｉを生成して符号化し、第ｉ伝送路により送信した場合よりも、誤り少なく第ｉ情報を受信することができる。

また、上記理由から、パリティｉの生成は、パリティｉを生成する２^i-1 −１通りの情報の組み合わせのうち、第１情報を含む組み合わせであることが望ましい。第１情報は最も誤り率特性のよい第１伝送路により伝送されるため、第１伝走路からの受信語１を利用して復号すれば、より誤り少なく第ｉ情報を受信することができる。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１の通信方法について、図１を参照に説明する。

重要度の高い情報１と重要度の高くない情報２からなる情報を、ブロック符号を用いて誤り訂正符号化して送信する場合を考える。ここで、情報１については誤り率特性の良い伝送路１を用いて送信し、情報２については、伝送路１よりも誤り率特性の悪い伝送路２を用いて送信するものとする。また、情報１、情報２の情報長は任意の長さでよく、情報１と情報２とで長さが同じでも異なっていてもよい。

まず、情報１と情報２とを合わせた全体でブロック符号化を行い、情報１のみに依存したパリティ１と、情報１、２の両方に依存したパリティ２とが付加された符号語を生成する（図１（ａ））。なお、情報１と情報２とを合わせた全体での符号化率と、情報１の符号化率は同じでもよいし異なっていてもよい。

このような符号化を行う符号として、たとえば階層的ＬＤＰＣ符号を用いる。この階層的ＬＤＰＣ符号を用いれば、情報１と情報２とを合わせた全体で符号化することで、情報１とパリティ１を包含した形で符号語を生成することができ、情報１を情報２に依らずに復号することができる。この階層的ＬＤＰＣ符号の構成方法については後述する。

次に、生成された符号語を、情報１とパリティ１とからなる符号語１と、情報２とパリティ２とからなる符号語２に分割し、情報１とパリティ１とからなる符号語１を伝送路１によって送信し、情報２とパリティ２とからなる符号語２を伝送路２によって送信する（図１（ｂ））。

伝送路１、２の態様として、たとえば以下の例が挙げられる。

例１は、情報１とパリティ１とからなる符号語をパイロットの近くに配置し、情報２とパリティ２とからなる符号語をパイロットから遠い位置に配置してパケットを構成して送信する場合である。フェージング環境下では、パイロットに近い情報には誤りがなく、パイロットから遠い情報にはバースト誤りが発生する状況が起こる。したがって、パイロットの近くに情報を配置するのは伝送路１に相当し、パイロットから遠い位置に情報を配置するのは伝送路２に相当する。

例２は、ＢＰＳＫ変調やＱＰＳＫ変調して送信するのを伝送路１とし、１６ＱＡＭ変調や６４ＱＡＭ変調して送信するのを伝送路２とする場合である。

例３は、有線で伝送するのを伝送路１とし、無線で伝送するのを伝送路２とする場合である。

例４は、低周波数の電磁波による伝送を伝送路１とし、それよりも高周波数の電磁波による伝送を伝送路２とする場合である。たとえば、ＵＨＦ帯の無線伝送を伝送路１とし、５ＧＨｚ帯の無線伝送を伝送路２とする場合や、電波による伝送を伝送路１とし、赤外線や可視光による伝送を伝送路２とする場合である。

次に、伝送路１から情報１とパリティ１とに対応した受信語１を受信し、伝送路２から情報２とパリティ２とに対応した受信語２を受信する。そして、受信語１から情報１を復号する。また、情報２は、受信語１と受信語２とを合わせた受信語から情報１と情報２を復号することで得られる。これは、情報２を単独で符号化せず、情報１と情報２とを合わせた全体で符号化しているためで、復号には情報１、２およびパリティ１、２に対応した受信語、すなわち受信語１と受信語２が必要となるからである。なお、復号にはサム・プロダクト復号法などを用いることができる。

この通信方法によると、重要度の高い情報１については誤り率特性の良い伝送路１によって送信するため、誤り少なく情報１を復号することができ、また、情報１よりも重要度の低い情報２についても、伝送路１から受信した誤りの少ない受信語１を生かして復号できるため、単独で情報２を符号化して送信する場合よりも誤り少なく情報２を復号できる。

なお、受信語１から誤り訂正復号した情報１をもう一度符号化して符号語を生成し、その受信誤りのない符号語と受信語２とから情報１と情報２を復号するようにしてもよい。より誤りが少なく情報２を復号することができる。

次に、階層的なＬＤＰＣ符号の構成方法について述べる。

ＬＤＰＣ検査行列Ｈは、単位行列とその巡回シフト行列、および零行列を要素とし、ＬＤＧＭ構造を有するよう構成する。ここで、ＬＤＧＭ構造とは、ＬＤＰＣ検査行列のパリティ部に対応する部分行列を下三角行列とする構造である。ＬＤＧＭ構造とすると、Ｈｓ＝０（ｓは符号語）であることを利用して順次パリティビットを計算することができるので、生成行列を求める必要がなく、少ない計算量でＬＤＰＣ符号化を行うことができる。また、単位行列の巡回シフト行列は、各行において１の要素を一定回数右にずらした行列である。たとえば、５×５の単位行列を２回ずらした巡回シフト行列は、その要素ｂ_ijのうち、ｂ₁₃、ｂ₂₄、ｂ₃₅、ｂ₄₁、ｂ₅₂の要素のみが１で、それ以外の要素は０の行列である。

そして、さらにＬＤＰＣ検査行列Ｈを式（１）に示すように構成する。

式（１）において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｔ₁ 、Ｔ₂ は部分行列であり、部分行列Ｔ₁ 、Ｔ₂ は下三角行列である。また、０は零行列を表わしている。部分行列Ａは、パリティ１の生成において情報１を反映する要素であり、部分行列Ｂは、パリティ２の生成において情報１を反映する要素であり、部分行列Ｃは、パリティ２の生成において情報２を反映する要素であり、部分行列Ｄは、パリティ２の生成においてパリティ１を反映する要素である。また、式（１）を見ると分かるように、パリティ１の生成において情報２を反映する要素は０となっている。したがって、パリティ１は情報１のみを反映して生成され、パリティ２は情報１と情報２の双方を反映して生成される。

このようにＬＤＰＣ検査行列Ｈを構成すると、ＬＤＰＣ検査行列Ｈ’＝（Ａ Ｔ₁ ）によって受信語１から情報１を復号することができ、ＬＤＰＣ検査行列Ｈによって受信語１と受信語２とから情報１と情報２を復号することができる。

このような階層的なＬＤＰＣ検査行列Ｈ、およびＬＤＰＣ検査行列Ｈ’の具体的な一例を式（２）、式（３）に示す。

この式（２）のＬＤＰＣ検査行列Ｈは、９７０×１９４０の行列であり、式（３）のＬＤＰＣ検査行列Ｈ’は、４３５×９７０の行列である。式（２）、式（３）では、ＬＤＰＣ検査行列Ｈ、Ｈ’を９７×９７の部分行列を単位として表現している。また、式（２）には破線による区切りを表示し、式（１）との対応を示している。また、−で示した要素は零行列を示し、０で示した要素は単位行列を示している。０で零行列を示す通常の表記とは異なる点注意する。また、数字の要素は巡回シフト行列を示し、その数字は単位行列のシフト量を示している。たとえば、式（２）、式（３）において１２と表記している要素は、９７×９７の単位行列を１２回ずらした巡回シフト行列を表わしている。

図２のグラフは、伝送路１をノイズのないエラーフリーの伝送路とし、伝送路２をＡＷＧＮ（加算性ホワイトガウスノイズ）伝送路とし、伝送路２のＥｂ／Ｎ０を変化させた場合の情報Ｂの誤り率特性についてシミュレーションした結果である。符号化、および復号には式（２）、式（３）に示したＬＤＰＣ検査行列Ｈ、Ｈ’を用いた。情報１、２はそれぞれ４８５ビットで符号化率は１／２であり、符号長は１９４０ビットである。情報２を単独で符号化して伝送路２によって送信した従来の方法（比較例１）での誤り率特性と比較すると、本発明の通信方法は比較例１よりも優れた特性を示している。その理由として、次の２点が考えられる。１つは、実施例１の通信方法では誤り率特性の良い伝送路１からの情報も利用して情報２を復号しているためである。もう１つは、実施例１の通信方法が比較例１に比べて符号長が倍になっているためである。

そこで、従来の方法において符号長を倍にして本発明の通信方法の符号長と揃えた場合（比較例２）の誤り率特性についても検討し、本発明の通信方法による誤り率特性と比較することにより、伝送路１からの情報を利用していることによる寄与を調べた。その結果、実施例１の通信方法は、上記寄与によって、比較例２よりも良い特性が得られていることが分かった。

次に、実施例１の通信方法を実現可能な通信装置の構成について説明する。図３は、通信装置の構成を示すブロック図である。通信装置は送信装置１０と、受信装置２０とにより構成されている。

送信装置１０は、ＬＤＰＣ符号化器１１と、符号語分割手段１２と、送信手段１３、１４を有している。また、受信装置２０は、受信手段２１、２２と、復号器２３、２４と、を有している。

以下、この通信装置の動作について説明する。

階層的ＬＤＰＣ符号化器１１に情報１と情報２とからなる情報が入力されると、ＬＤＰＣ符号化器１１は、その情報を階層的なＬＤＰＣ検査行列ＨによってＬＤＰＣ符号化し、情報１のみに依存したパリティ１と、情報１と情報２の双方に依存したパリティ２とが付加された符号語を生成する。階層的ＬＤＰＣ符号化器１１によって生成された符号語は、符号語分割手段１２によって情報１とパリティ１とからなる符号語１と、情報２とパリティ２とからなる符号語２とに分割される。そして、送信手段１３は、符号語１を伝送路１を介して送信し、送信手段１４は、符号語２を伝送路２を介して送信する。

受信手段２１は、伝送路３０から受信語１を、受信手段２２は、伝送路３１から受信語２をそれぞれ受信する。復号器２３は、階層的なＬＤＰＣ検査行列Ｈ’によって受信語１から情報１を復号し、復号器２４は、階層的なＬＤＰＣ検査行列Ｈによって受信語１と受信語２とから情報１と情報２を復号する。

ここで、受信装置２０がさらにＬＤＰＣ検査行列Ｈ’によって情報を符号化するＬＤＰＣ符号化器を備えるようにし、復号器２２によって誤り訂正復号された情報１を、再度ＬＤＰＣ符号化器によって符号化して受信誤りのない符号語を生成し、その符号語と受信語２とから復号器２３によって情報１と情報２を復号するようにしてもよい。より誤りが少なく情報２を復号することができる。

以上の通信装置の動作により、実施例１の通信方法が実現される。

なお、実施例１では符号化をＬＤＰＣ符号化としているが、他のブロック符号化方式を用いてもよい。

また、実施例１は重要度の異なる２つの情報を誤り率特性の異なる２つの伝送路でそれぞれ送信する場合であったが、本発明は２分割に限るものではなく、３つ以上に分割する場合にも適用することができる。

また、実施例１では、１度の符号化により情報１のみに依存したパリティ１と、情報１と情報２の双方に依存したパリティ２とを生成しているが、先に情報を情報１と情報２とに分割し、情報１の符号化によるパリティ１の生成と、情報１と情報２からなる情報の符号化によるパリティ２の生成とをそれぞれ別に行うようにしてもよい。

本発明は、たとえば、重要度の高い位置、速度等の情報と、それ以外の情報とを車両同士がやりとりする車車間通信に適用することができる。

実施例１の通信方法について説明する図。 誤り率特性について示したグラフ。 送信装置の構成について示した図。

符号の説明

１０：送信装置
１１：階層的ＬＤＰＣ符号化器
１２：符号語分割手段
１３、１４：送信手段
２０：受信装置
２１、２２：受信手段
２３、２４：復号器

Claims (4)

1. 重要度の高い順に第１情報、第２情報、・・・ 、第ｎ情報（ｎは２以上の整数）とし、
   誤り率特性のよい順に第１伝送路、第２伝走路、・・・ 、第ｎ伝送路として、
   前記第１情報から前記第ｎ情報のブロック符号化により、第１情報のみに依存する第１冗長部を生成し、第１情報から第ｉ−１情報までの情報のうちいずれか１つ以上の情報と、前記第ｉ情報と、に依存する第ｉ冗長部（２≦ｉ≦ｎ）を生成し、
   前記第１情報と前記第１冗長部を第１伝送路によって送信し、
   前記第ｉ情報と前記第ｉ冗長部を第ｉ伝送路によってそれぞれ送信し、
   前記第１伝送路より受信した受信語から前記第１情報を復号し、
   前記第ｉ冗長部に依存する情報を送信した伝送路からの受信語から、前記第ｉ情報を復号する、
   ことを特徴とする通信方法。
2. 前記第ｉ冗長部は、少なくとも前記第１情報に依存することを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
3. 重要度の高い順に第１情報、第２情報、・・・ 、第ｎ情報（ｎは２以上の整数）とし、
   誤り率特性のよい順に第１伝送路、第２伝走路、・・・ 、第ｎ伝送路として、
   前記第１情報から前記第ｎ情報のブロック符号化により、第１情報のみに依存する第１冗長部を生成し、第１情報から第ｉ−１情報までの情報のうちいずれか１つ以上の情報と、前記第ｉ情報と、に依存する第ｉ冗長部（２≦ｉ≦ｎ）を生成する符号化器と、
   前記第１情報と前記第１冗長部を第１伝送路によって送信し、前記第ｉ情報と前記第ｉ冗長部を第ｉ伝送路によってそれぞれ送信する送信手段と、
   前記第１伝送路より受信した受信語から前記第１情報を復号し、前記第ｉ冗長部に依存する情報を送信した伝送路からの受信語から、前記第ｉ情報を復号する復号器と、
   を備えていることを特徴とする通信装置。
4. 前記符号化器は、前記第ｉ冗長部を少なくとも前記第１情報に依存するよう生成することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。

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