JP2010045529A - ターボデコーダおよびターボ復号方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラービットがターボデコーダの復号性能に対応する改善効果を十分に得ること。
【解決手段】インタリーバ５３１は、第１外部情報Ｌｅ^（１）と、フィラービットが連続して挿入された符号化データｙとをそれぞれインタリーブしてＬｅ’^（１）とｙ’とを得、第２ＳＩＳＯ(Soft In Soft Out)復号部５３２は、Ｌｅ’^（１）とｙ’とを用いてＳＩＳＯ復号処理を行い、インタリーブされた第２外部情報Ｌｅ’^（２）とインタリーブされた第２対数尤度比Ｌ’^（２）とを得、デインタリーバ５３３は、Ｌｅ’^（２）とＬ’^（２）とをそれぞれデインタリーブし、第２外部情報Ｌｅ^（２）と、硬判定または軟判定用の第２対数尤度比Ｌｅ^（２）とを得、第１ＳＩＳＯ復号部５３４は、Ｌｅ^（２）とｙとを用いてＳＩＳＯ復号処理を行い、Ｌｅ^（１）と、硬判定または軟判定用の第１対数尤度比Ｌ^（１）とを得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、テレコミュニケーションシステムまたはパーソナル無線情報通信システムなどに用いられるターボデコーダ(Turbo Decoder)およびターボ復号方法に関する。

誤り訂正技術は無線通信システムにおける要素技術の１つである。ターボ符号化／復号は誤り訂正性能が非常に高く、１００Ｍｂｐｓを超える高速無線通信を実現するＬＴＥシステムにも採用されることが決定されている。一般的に、ターボ符号化器(Turbo Encoder)の前段において、コードブロック分割(Code Block Segmentation)という処理が行われる。コードブロック分割処理は、情報系列をターボ符号化の１処理単位であるコードブロック(Code Block)に分割する処理である。ターボ・インターナル・インタリーバ(Turbo Internal Interleaver)の一種であるＱＰＰ(Quadratic Permutation Polynomial)インタリーバが3GPPにおいて合意され、コードブロックのサイズは１８８種類(最小４０、最大６１４４)定義されている。

コードブロック分割処理のもう１つの機能としては、ターボ符号化器へ入力される情報系列のビット数が所定のコードブロックサイズに適合しない場合に、コードブロックの先頭にフィラービット(Filler bit)として「０」を挿入し、ターボ符号化器の処理対象を所定のコードブロックサイズに揃える機能がある。挿入されるフィラービットの数は、最小８ビット、最大６４ビットとなる。ここで、フィラービットとしては必ず「０」が挿入されるため、受信側は、フィラービットが挿入された位置を検出することができ、その位置に正の最大値を挿入することにより、信頼度ＬＬＲ（対数尤度比：Log Likelihood Ratio)を向上させ、復号特性を改善させることができる。フィラービットは送信時に「０」を挿入するため、受信側でフィラービットは既知の信号となる。すなわち、受信側では、フィラービットをデパンクチャ(depuncture)する際に正の最大値とすることができるため、同じコードブロックサイズでも、フィラービットの挿入率が高いほどターボデコーダの復号特性がより良好となる。なお、ターボデコーダにおいては、トレリスによる復号を基本としているため、フィラービットに相当するＬＬＲの復号特性のみではなく、そのＬＬＲ周辺の復号性能も向上する。

図５は、従来のターボデコーダ１０の主要な構成を示すブロック図である。

図５において、第１ＳＩＳＯ(Soft In Soft Out)復号部１１は、復号対象として入力されるｙと、デインタリーバ１４から入力される外部情報Ｌｅ^（２）とを用い、ＢＣＪＲ（Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv）、Ｌｏｇ−Ｍａｐ（Log-Maximum a posteriori Probability）、ＭａｘＬｏｇ−Ｍａｐ、ＳＯＶＡ（Soft Output Viterbi Algorithm）などの復号アルゴリズムに従ってＳＩＳＯ復号処理を行い、外部情報Ｌｅ^（１）と、対数尤度比Ｌ^（１）とを得る。第１ＳＩＳＯ復号部１１は、得られた外部情報Ｌｅ^（１）をインタリーバ１２に出力し、対数尤度比Ｌ^（１）を硬判定用に外部に出力する。ターボデコーダ１０の復号処理の開始においては、内部シフトレジスタの状態が全「０」状態であるため、第１ＳＩＳＯ復号部１１の初期状態は既知である。

インタリーバ１２は、復号対象であるｙと、第１ＳＩＳＯ復号部１１から入力される外部情報Ｌｅ^（１）とのそれぞれに対してインタリーブ処理を行い、インタリーブされた復号対象ｙ’とインタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（１）とを第２ＳＩＳＯ復号部１３に出力する。

第２ＳＩＳＯ復号部１３は、インタリーバ１２から入力されるインタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（１）とインタリーブされた外部情報ｙ’とを用い、第１ＳＩＳＯ復号部１１と同様にＢＣＪＲ、Ｌｏｇ−Ｍａｐ、ＭａｘＬｏｇ−Ｍａｐ、ＳＯＶＡなどの復号アルゴリズムに従ってＳＩＳＯ復号処理を行う。第２ＳＩＳＯ復号部１３は、ＳＩＳＯ復号処理により得られる、インタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（２）とインタリーブされた対数尤度比Ｌ’^（２）とをデインタリーバ１４に出力する。

デインタリーバ１４は、第２ＳＩＳＯ復号部１３から入力されるインタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（２）と、インタリーブされた対数尤度比Ｌ’^（２）とのそれぞれに対してデインタリーブ処理を行い、外部情報Ｌｅ^（２）と対数尤度比Ｌ’^（２）とを得る。デインタリーバ１４で得られた外部情報Ｌｅ^（２）は第１ＳＩＳＯ復号部１１に出力され、対数尤度比Ｌ^（２）は硬判定用に外部に出力される。

図６は、ターボデコーダ１０に対応するターボエンコーダから送信される送信データにおけるフィラービットの挿入位置を示す図である。

図６において、白い四角は送信データの各ビットを示し、斜線がついた四角はフィラービットを示す。図６に示すように、フィラービットは送信データの先頭に連続して挿入される。このような送信データは、ターボデコーダ１０に送信されて復号対象となるため、図６においては送信データをｙと記す。

図７は、ターボデコーダ１０におけるループ処理のループ回数と信頼度（ＬＬＲ）との関係を示す図である。

図７において、横軸はループ回数を示し、縦軸は信頼度を示す。図７において、実線はターボエンコーダから送信される送信データにフィラービットが挿入されていない場合に、ターボデコーダで得られる信頼度を示し、破線はターボエンコーダから送信される送信データにフィラービットが挿入されているに、ターボデコーダで得られる信頼度を示す。なお、ループの回数「０．５」、「１．５」、「２．５」、「３．５」などに対応する信頼度は、第１ＳＩＳＯ復号部１１で得られる信頼度を示し、ループの回数「１．０」、「２．０」、「３．０」、「４．０」などに対応する信頼度は、第２ＳＩＳＯ復号部１３で得られる信頼度を示す。すなわち、ここでは第１ＳＩＳＯ復号部１１から順次、インタリーバ１２、第２ＳＩＳＯ復号部１３、およびデインタリーバ１４を含めた一連の処理を１ループと見なし、各ループにおいて第１ＳＩＳＯ復号部１１間でのみの処理を「０．５」ループと見なす。

しかしながら、図５に示すように、ターボデコーダ１０における復号処理はループ処理になっているため、ターボデコーダ１０の復号処理の開始においては、第１ＳＩＳＯ復号部１１に入力される復号対象のｙの先頭部分に信頼度が高いフィラービットが連続していても、これらのフィラービットは、第１ＳＩＳＯ復号部１１の初回の復号処理の性能改善に影響を与えず、内部シフトレジスタの「０」状態の状態確率を増加させるだけである。

また、図７に示すように、０．５回目のループに対応する信頼度、すなわち第１ＳＩＳＯ復号部１１の最初のＳＩＳＯ復号処理において得られる信頼度は、ターボエンコーダから送信される送信データにフィラービットが挿入されたか否かにより影響されない。

このように、従来のターボデコーダにおいては、ターボエンコーダから送信される送信データに挿入されたフィラービットによるターボデコーダ１０の復号性能の改善効果を十分に得られない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ターボエンコーダから送信される送信データに挿入されたフィラービットによるターボデコーダの復号性能の改善効果を十分に得ることができるターボデコーダを提供することを目的とする。

本発明のターボデコーダは、第１外部情報と、フィラービットが連続して挿入された符号化データとに対してインタリーブ処理を行うインタリーブ手段と、前記インタリーブされた第１外部情報と前記インタリーブされた符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、インタリーブされた第２外部情報とインタリーブされた第２対数尤度比とを得る第２ソフトインソフトアウト復号手段と、前記インタリーブされた第２外部情報と前記インタリーブされた第２対数尤度比とに対してデインタリーブ処理を行い、第２外部情報と、硬判定または軟判定用の第２対数尤度比とを得るデインタリーブ手段と、前記第２外部情報と前記符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、前記第１外部情報と、硬判定または軟判定用の第１対数尤度比とを得る第１ソフトインソフトアウト復号手段と、を具備する構成をとる。

本発明のターボ復号方法は、フィラービットが連続して挿入された符号化データに対してインタリーブ処理を行う第１ステップと、前記インタリーブされた符号化データを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、インタリーブされた第２外部情報とインタリーブされた第２対数尤度比とを得る第２ステップと、前記インタリーブされた第２外部情報とインタリーブされた第２対数尤度比とに対してデインタリーブ処理を行い、第２外部情報と、硬判定または軟判定用の第２対数尤度比とを得る第３ステップと、前記第２外部情報と前記符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、第１外部情報と、硬判定または軟判定用の第１対数尤度比とを得る第４ステップと、前記第１外部情報と前記符号化データに対してインタリーブ処理を行う第５ステップと、前記インタリーブされた第１外部情報と前記インタリーブされた符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、前記インタリーブされた第２外部情報と前記インタリーブされた第２対数尤度比とを得る第６ステップと、を実行し、さらに前記第３ステップから前記第６ステップまでの複数のステップを繰り返して実行するようにした。

本発明によれば、フィラービットが連続して挿入されている送信データをインタリーブしてから初めてＳＩＳＯ復号の復号対象とすることにより、フィラービットがターボデコーダの復号性能に対する改善効果を十分に得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る無線受信装置１００の主要な構成を示すブロック図である。

図１において、無線受信装置１００は、アンテナ１０１、ＲＦ(Radio Frequency)部１０２、同期部１０３、復調部１０４、および復号部１０５を備える。

アンテナ１０１は、無線送信装置から送信される送信データを受信し、受信信号としてＲＦ部１０２に出力する。

ＲＦ部１０２は、アンテナ１０１から入力される受信信号に対して増幅処理やダウンコンバート処理等の所定の無線処理を施し、得られるベースバンド信号を同期部１０３に出力する。

同期部１０３は、ＲＦ部１０２から入力されるベースバンド信号に対して時間領域および周波数領域の同期処理を行い、得られる同期信号を復調部１０４に出力する。

復調部１０４は、同期部１０３から入力される同期信号に対して復調処理を行い、得られる復調信号を復号部１０５に出力する。

復号部１０５は、復調部１０４から入力される復調信号に対して復号処理を行い、得られる復号信号を出力する。

図２は、復号部１０５の内部の主要な構成を示すブロック図である。

図２において、復号部１０５は、チャネルデインタリーバ１５１、デパンクチャ部１５２、ターボデコーダ１５３、およびＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check:巡回冗長検査)検証部１５４を備える。

チャネルデインタリーバ１５１は、復調部１０４から入力される復調信号に対してバースト誤りをランダム化するためのチャネルデインタリーブ処理を行い、得られるチャネルデインタリーブ信号をデパンクチャ部１５２に出力する。

デパンクチャ部１５２は、チャネルデインタリーバ１５１から入力されるチャネルデインタリーブ信号を用い、送信側でパンクチャされたビットをデパンクチャしてマザーレートに戻し、得られるデパンクチャ信号をターボデコーダ１５３に出力する。この際、デパンクチャ部１５２は、フィラービットに対するデパンクチャ処理としては「０」を挿入せず正の最大値を挿入する。

ターボデコーダ１５３は、デパンクチャ部１５２から入力されるデパンクチャ信号に対してターボ復号処理を行い、得られるターボ復号信号をＣＲＣ検証部１５４に出力する。

ＣＲＣ検証部１５４は、ターボデコーダ１５３から入力されるターボ復号信号に対してＣＲＣ検証を行うことにより、パケット内に存在する誤りビットを検出して訂正し、得られる復号信号を出力する。

図３は、ターボデコーダ１５３の内部の構成を示すブロック図である。

図３において、ターボデコーダ１５３は、インタリーバ５３１、第２ＳＩＳＯ復号部５３２、デインタリーバ５３３、および第１ＳＩＳＯ復号部５３４を備える。

インタリーバ５３１は、デパンクチャ部１５２から入力されるデパンクチャ信号（以下、ｙと記す）と、第１ＳＩＳＯ復号部５３４から入力される外部情報Ｌｅ^（１）とのそれぞれに対してインタリーブ処理を行い、インタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（１）とインタリーブされたデパンクチャ信号ｙ’とを第２ＳＩＳＯ復号部５３２に出力する。

第２ＳＩＳＯ復号部５３２は、インタリーバ５３１から入力されるインタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（１）と、インタリーブされたデパンクチャ信号ｙ’とを用い、ＢＣＪＲ、Ｌｏｇ−Ｍａｐ、ＭａｘＬｏｇ−Ｍａｐ、ＳＯＶＡなどの復号アルゴリズムに従ってＳＩＳＯ復号処理を行う。第２ＳＩＳＯ復号部５３２は、ＳＩＳＯ復号処理により得られる、インタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（２）とインタリーブされた信頼度Ｌ’^（２）とをデインタリーバ５３３に出力する。

デインタリーバ５３３は、第２ＳＩＳＯ復号部５３２から入力される、インタリーブされた外部情報Ｌｅ’^（２）とインタリーブされた信頼度Ｌ’^（２）とのそれぞれに対してデインタリーブ処理を行い、外部情報Ｌｅ^（２）と信頼度Ｌ^（２）とを得る。デインタリーバ５３３は、得られた外部情報Ｌｅ^（２）を第１ＳＩＳＯ復号部５３４に出力し、信頼度Ｌ^（２）を硬判定用に外部に出力する。

第１ＳＩＳＯ復号部５３４は、デパンクチャ部１５２から入力されるデパンクチャ信号ｙとデインタリーバ５３３から入力される外部情報Ｌｅ^（２）とを用い、ＢＣＪＲ、Ｌｏｇ−Ｍａｐ、ＭａｘＬｏｇ−Ｍａｐ、ＳＯＶＡなどの復号アルゴリズムに従ってＳＩＳＯ復号処理を行って外部情報Ｌｅ^（１）と信頼度Ｌ^（１）とを得る。第１ＳＩＳＯ復号部５３４は、得られた外部情報Ｌｅ^（１）をインタリーバ５３１に出力し、信頼度Ｌ^（１）を硬判定用に外部に出力する。

図３に示すように、ターボデコーダ１５３の復号処理の開始において、デパンクチャ信号ｙはまずインタリーバ５３１によりインタリーブされ、デパンクチャ信号の先頭に連続して挿入されていたフィラービットはデパンクチャ信号の全般にばらつくようになる。このようにインタリーブされたデパンクチャ信号ｙ’を用いて初めて第２ＳＩＳＯ復号部５３２においてＳＩＳＯ復号処理が行われるため、フィラービットにより第２ＳＩＳＯ復号部５３２における復号性能、すなわち「０．５」回目のループにおける復号性能は改善され、ターボデコーダ１５３全般における復号性能も改善される。

図４は、ターボデコーダ１５３で得られる復号性能（ＢＥＲ：Bit Error Rate）を示す図である。

図４において、横軸はｄＢ単位で表されるＣＮＲ(Carrier to Noise ratio)を示し、縦軸は、復号性能を表すＢＥＲ(Bit Error Rate)を示す。なお、実線は本実施の形態に係るターボデコーダ１５３で得られる復号性能（ＢＥＲ）を示し、破線は従来技術に係るターボデコーダ１０（図５参照）で得られる復号性能を示す。なお、これらの復号性能は、ＱＰＳＫの変調方式（例えば、図１に示す復調部１０４における変調方式）、１／３の符号化率（例えば、図１に示す復号部１０５における復号率）、１．５％のフィラービット挿入率（例えば、図３に示すデパンクチャ信号ｙにおけるフィラービットの比率）、およびｆｄ(Doppler frequency)＝７０ＨｚのＥｘｔｅｎｄｅｄ ＴＵ(Typical Urban)チャネルなどを条件として計算機のシミュレーションにより得られた結果である。図４に示すように、本実施の形態に係るターボデコーダ１５３で得られる復号性能は、従来技術に係るターボデコーダ１０で得られる復号性能よりも良い。

このように、本実施の形態によれば、送信側から送信される送信データはターボデコーダの復号処理の開始において、ＳＩＳＯ復号される前にインタリーブされるため、送信データの先頭に連続して挿入されていたフィラービットが送信データの全般にばらつくようになる。こうして送信データの全般にばらついたフィラービットは後続のＳＩＳＯ復号性能を改善させることができ、さらにはターボデコーダ全般の復号性能を改善させることができる。

本発明に係るターボデコーダおよびターボ復号方法は、テレコミュニケーションシステムまたはパーソナル無洗浄法通信システムなどの用途に適用することができる。

本発明の一実施の形態に係る無線受信装置の主要な構成を示すブロック図 図１に示した復号部の内部の主要な構成を示すブロック図 図２に示したターボデコーダの内部の構成を示すブロック図 図３に示したターボデコーダで得られる復号性能を示す図 従来技術に係るターボデコーダの主要な構成を示すブロック図 図５に示したターボデコーダに対応するターボエンコーダから送信される送信データにおけるフィラービットの挿入位置を示す図 図５に示したターボデコーダにおけるループ処理のループ回数と信頼度との関係を示す図

符号の説明

１００ 無線受信装置
１０１ アンテナ
１０２ ＲＦ部
１０３ 同期部
１０４ 復調部
１０５ 復号部
１５１ チャネルデインタリーバ
１５２ デパンクチャ部
１５３ ターボデコーダ
１５４ ＣＲＣ検証部
５３１ インタリーバ
５３２ 第２ＳＩＳＯ復号部
５３３ デインタリーバ
５３４ 第１ＳＩＳＯ復号部

Claims (2)

1. 第１外部情報と、フィラービットが連続して挿入された符号化データとに対してインタリーブ処理を行うインタリーブ手段と、
   前記インタリーブされた第１外部情報と前記インタリーブされた符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、インタリーブされた第２外部情報とインタリーブされた第２対数尤度比とを得る第２ソフトインソフトアウト復号手段と、
   前記インタリーブされた第２外部情報と前記インタリーブされた第２対数尤度比とに対してデインタリーブ処理を行い、第２外部情報と、硬判定または軟判定用の第２対数尤度比とを得るデインタリーブ手段と、
   前記第２外部情報と前記符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、前記第１外部情報と、硬判定または軟判定用の第１対数尤度比とを得る第１ソフトインソフトアウト復号手段と、
   を具備するターボデコーダ。
2. フィラービットが連続して挿入された符号化データに対してインタリーブ処理を行う第１ステップと、
   前記インタリーブされた符号化データを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、インタリーブされた第２外部情報とインタリーブされた第２対数尤度比とを得る第２ステップと、
   前記インタリーブされた第２外部情報とインタリーブされた第２対数尤度比とに対してデインタリーブ処理を行い、第２外部情報と、硬判定または軟判定用の第２対数尤度比とを得る第３ステップと、
   前記第２外部情報と前記符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、第１外部情報と、硬判定または軟判定用の第１対数尤度比とを得る第４ステップと、
   前記第１外部情報と前記符号化データに対してインタリーブ処理を行う第５ステップと、
   前記インタリーブされた第１外部情報と前記インタリーブされた符号化データとを用いてソフトインソフトアウト復号処理を行い、前記インタリーブされた第２外部情報と前記インタリーブされた第２対数尤度比とを得る第６ステップと、
   を実行し、さらに前記第３ステップから前記第６ステップまでの複数のステップを繰り返して実行する、
   ターボ復号方法。

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