JP2012080283A - 復号装置および復号方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ｍｉｎ−ｓｕｍ復号での復号特性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】データ記憶部４４は、ＬＤＰＣ符号化がなされたデータを入力する。ｍｉｎ−ｓｕｍ処理部４６は、入力したデータに対して、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムを実行することによって、事前値比をもとに外部値比を更新させるチェックノード処理と、外部値比をもとに事前値比を更新させる変数ノード処理とを交互に実行する。制御部４２は、変数ノード処理において更新される事前値比の大きさに応じて、チェックノード処理において外部値比を更新させる際に使用すべき正規化定数の大きさを調節する。
【選択図】図３

Description

本発明は、復号技術に関し、特にＬＤＰＣによる符号化がなされたデータを復号する復号装置および復号方法に関する。

近年、低Ｓ／Ｎの伝送路でも強力な誤り訂正能力をもつ誤り訂正符号として、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ Ｃｏｄｅ）が注目され、多くの分野で適用されている。ＬＤＰＣでは、送信側において、疎な検査行列をもとに生成される符号化行列によって、データが符号化される。ここで、疎な検査行列とは、要素が１または０からなる行列であって、１の数が少ない行列である。一方、受信側において、検査行列をもとにして、データの復号とパリティ検査とがなされる。特に、ＢＰ（Ｂｅｌｉｅｆ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）法等による繰り返し復号によって復号性能が向上する。

この復号では、検査行列の行方向に復号するチェックノード処理と、列方向に復号する変数ノード処理とを繰り返し実行する。チェックノード処理のひとつとして、Ｇａｌｌａｇｅｒ関数や双曲線関数を用いるｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号が知られている。ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号では、伝送路ノイズの分散値から求まる通信路値を事前値として使用する。ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号を簡略化した復号方法が、ｍｉｎ−ｓｕｍ復号である。ｍｉｎ−ｓｕｍ復号は、複雑な関数を用いることなく、比較演算、和演算等の簡単な処理だけでチェックノード処理を行うことが可能である。さらに、ｍｉｎ−ｓｕｍ復号は、通信路値を必要としないので、処理の簡略化、高速化のために広く用いられている。ｍｉｎ−ｓｕｍ復号の回路規模を削減するために、検査行列の各行での事前値比の最小値と次に小さな値を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２８４０８号公報

ｍｉｎ−ｓｕｍ復号は、ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号よりも簡易に実現される。一方、ｍｉｎ−ｓｕｍ復号の復号特性は、一般的にｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号よりも悪化する傾向をもつ。そのため、ｍｉｎ−ｓｕｍ復号の回路規模の増加を抑制しながら、復号特性を向上することが望まれる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ｍｉｎ−ｓｕｍ復号での復号特性を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の復号装置は、符号化がなされたデータを入力する入力部と、入力部において入力したデータに対して、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムを実行することによって、事前値比をもとに外部値比を更新させるチェックノード処理と、外部値比をもとに事前値比を更新させる変数ノード処理とを交互に実行する復号部と、復号部での変数ノード処理において更新される事前値比の大きさに応じて、チェックノード処理において外部値比を更新させる際に使用すべき正規化定数の大きさを調節する制御部と、を備える。

この態様によると、事前値比の大きさに応じて正規化定数の大きさを調節するので、事前値比の確からしさを反映させた正規化定数の使用によって、復号特性を向上できる。

制御部は、事前値比の大きさが大きくなるほど、正規化定数を大きくしてもよい。この場合、事前値比の確からしさが大きくなるほど、外部値比を更新させる際の事前値比の影響を大きくするので、復号特性を向上できる。

制御部は、複数の正規化定数を記憶する記憶部と、復号部での変数ノード処理において更新される事前値比の大きさをもとに、記憶部に記憶した複数の正規化定数のうちのいずれかを選択する選択部と、を備えてもよい。この場合、記憶した複数の正規化定数のうちのいずれかを選択するので、処理の複雑化を抑制できる。

本発明の別の態様は、復号方法である。この方法は、符号化がなされたデータを入力するステップと、入力したデータに対して、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムを実行することによって、事前値比をもとに外部値比を更新させるチェックノード処理と、外部値比をもとに事前値比を更新させる変数ノード処理とを交互に実行するステップと、変数ノード処理において更新される事前値比の大きさに応じて、チェックノード処理において外部値比を更新させる際に使用すべき正規化定数の大きさを調節するステップと、を備える。

調節するステップは、事前値比の大きさが大きくなるほど、正規化定数を大きくしてもよい。

調節するステップは、変数ノード処理において更新される事前値比の大きさをもとに、メモリに記憶した複数の正規化定数のうちのいずれかを選択してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ｍｉｎ−ｓｕｍ復号での復号特性を向上できる。

本発明の実施例に係る通信システムの構成を示す図である。 図１のＬＤＰＣ符号化部において使用される検査行列を示す図である。 図１の復号部の構成を示す図である。 図３の復号部の動作を模式的に表したタナーグラフを示す図である。 図３の復号部における外部値比の更新の概要を示す図である。 図３の復号部における事前値比の更新の概要を示す図である。 図１の受信装置によるＢＥＲ特性を示す図である。 図３の復号部による復号手順を示すフローチャートである。

本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例は、ＬＤＰＣ符号化を実行する送信装置と、送信装置において符号化されたデータ（以下、「符号化データ」という）に対して検査行列をもとに繰り返し復号を実行する受信装置とを含む通信システムに関する。特に、受信装置は、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムを実行する。前述のごとく、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムは、簡易な処理にて実現されるが、復号特性が悪化しやすい。処理量の増加を抑制しながら復号特性を改善するために、本実施例に係る通信システム、特に受信装置は、次のように構成される。

ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムは、チェックノード処理と変数ノード処理とを繰り返し実行することによって、復号の精度を向上させていく。チェックノード処理は、正規化定数を使用しながら、事前値比によって外部値比を更新する。本実施例に係る受信装置は、事前値比の大きさをもとに、正規化定数を決定する。その際、複数の正規化定数が予め記憶され、そのうちのいずれかが選択される。また、受信装置は、決定した正規化定数を使用してチェックノード処理を実行する。

図１は、本発明の実施例に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、送信装置１０、受信装置１２を含む。送信装置１０は、情報データ生成部２０、ＬＤＰＣ符号化部２２、変調部２４を含む。受信装置１２は、復調部２６、復号部２８、情報データ出力部３０を含む。

情報データ生成部２０は、送信すべきデータを取得し、情報データを生成する。なお、取得したデータがそのまま情報データとされてもよい。情報データ生成部２０は、情報データをＬＤＰＣ符号化部２２へ出力する。ＬＤＰＣ符号化部２２は、情報データ生成部２０から、情報データを入力する。ＬＤＰＣ符号化部２２は、ＬＤＰＣでの検査行列をもとにしたパリティ（以下、「ＬＤＰＣパリティ」という）を情報データに付加する。ＬＤＰＣパリティを付加した情報データが、前述の符号化データに相当する。ＬＤＰＣ符号化部２２は、符号化データを変調部２４に出力する。図２は、ＬＤＰＣ符号化部２２において使用される検査行列を示す。検査行列Ｈｍｎは、ｍ行ｎ列の行列である。ここでは、説明を明瞭にするために、検査行列Ｈｍｎが４行８列であるとするが、これに限定されるものではない。図１に戻る。

変調部２４は、ＬＤＰＣ符号化部２２から符号化データを入力する。変調部２４は、符号化データを変調する。変調方式として、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）等が使用される。変調部２４は、変調した符号化データを変調信号として送信する。復調部２６は、変調部２４から通信路、例えば無線伝送路を介して変調信号を受信する。復調部２６は、変調信号を復調する。復調には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。復調部２６は、復調結果（以下、「復調データ」という）を復号部２８へ出力する。

復号部２８は、復調部２６からの復調データを入力する。復号部２８は、復調データに対して、ＬＤＣＰでの検査行列による復号処理を繰り返し実行する。復号処理として、例えば、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムが実行される。ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムは、次の手順で実行される。
１．初期化：事前値比を初期化し、最大復号繰り返し回数を設定する。
２．チェックノード処理：検査行列の行方向に対して外部値比を更新する。
３．変数ノード処理：検査行列の列方向に対して事前値比を更新する。
４．一時推定語を計算する。

これらの手順の詳細な説明は省略するが、後述のチェックノード処理において、正規化定数が使用される。復号部２８は、変数ノード処理において更新した事前値比をもとに正規化定数を決定するが、詳細は後述する。復号部２８は、復号結果（以下、「復号データ」という）を情報データ出力部３０へ出力する。情報データ出力部３０は、復号部２８からの復号データを入力する。情報データ出力部３０は、復号データをもとに情報データを生成する。なお、復号データがそのまま情報データとされてもよい。情報データ出力部３０は、外符号復号部を含み、例えばＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）等の外符号を復号してもよい。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図３は、復号部２８の構成を示す。復号部２８は、フレーム構成部４０、制御部４２、データ記憶部４４、ｍｉｎ−ｓｕｍ処理部４６、復号結果演算部４８を含む。また、制御部４２は、検出部５０、選択部５２、正規化定数記憶部５４を含み、ｍｉｎ−ｓｕｍ処理部４６は、チェックノード処理部５６、変数ノード処理部５８を含む。

フレーム構成部４０は、図示しない復調部２６からの復調データを入力する。復調データは、通信路を介してのＬＤＰＣ符号化がなされたデータといえる。フレーム構成部４０は、復調データに含まれたフレーム同期信号を検出する。フレーム構成部４０は、フレーム同期信号をもとに、復調データによって形成されるフレームの単位を特定する。例えば、フレームの先頭部分にフレーム同期信号が配置され、かつフレームの期間が固定長である場合、フレーム構成部４０は、フレーム同期信号を検出してから固定長の期間をフレームと特定する。なお、ＬＤＰＣ符号化の単位がフレームであってもよい。フレーム構成部４０は、フレーム単位にまとめた復調データをデータ記憶部４４に記憶させる。データ記憶部４４は、フレーム単位で復調信号を一時的に記憶する。

ｍｉｎ−ｓｕｍ処理部４６は、データ記憶部４４からの復調データを入力するとともに、選択部５２からの正規化定数を入力する。ｍｉｎ−ｓｕｍ処理部４６は、正規化定数を使用して、復調データに対してｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムを実行する。ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムでは、チェックノード処理部５６と変数ノード処理部５８とが交互に実行される。図４は、復号部２８の動作を模式的に表したタナーグラフを示す。タナーグラフでは、ｂ１からｂ８が変数ノードと呼ばれ、ｃ１からｃ４がチェックノードと呼ばれる。ここでは、変数ノードの数をｎとし、ｂｎをｎ番目の変数ノードとする。また、チェックノードの数をｍとし、ｃｍをｍ番目のチェックノードとする。変数ノードｂ１からｂ８には、図３のデータ記憶部４４に蓄えられたデータｙ１からｙ８が接続されている。図３に戻る。

チェックノード処理部５６は、選択部５２からの正規化定数を入力するとともに、繰り返し復号の最初に事前値比βを初期化する。ここでは、データ記憶部４４に記憶された復調データがそのまま使用される。次に、チェックノード処理部５６は、事前値比の絶対値の最小値ｍｉｎ｜βｍｎ’｜を求める。チェックノード処理部５６は、チェックノードにつながる変数ノードとの間で、ｃｍからｂｍへの外部値比αｍｎを更新させる。αｍｎの計算は、検査行列Ｈｍｎ＝１を満たすすべての組（ｍ、ｎ）について、次のようになされる。

αｍｎ＝ａ（Πｓｉｇｎ（βｍｎ’））・ｍｉｎ｜βｍｎ’｜・・・（１）
ここで、ｎ’はＡ（ｍ）＼ｎ ：Ａ（ｍ）はチェックノードｍに接続する変数ノード集合で、＼ｎはｎを含まない差集合を示す。また、ｓｉｇｎはシグネチャ関数、ｍｉｎ｜βｍｎ’｜は絶対値の最小値選択を示す。ここで、ａは正規化定数である。図５は、復号部２８における外部値比の更新の概要を示す。外部値比α１１は、β１１’から導出される。つまり、チェックノード処理部５６は、事前値比をもとに外部値比を更新させる。図３に戻る。事前値比の絶対値の最小値ｍｉｎ｜βｍｎ’｜の導出は、繰り返しごとになされる。

変数ノード処理部５８は、αｍｎから変数ノードにつながるチェックノードとの間で、ｂｎからｃｍへの事前値比βｍｎを更新する。βｍｎの計算は、検査行列Ｈｍｎ＝１を満たすすべての組（ｍ、ｎ）について、次のようになされる。
βｍｎ＝Σαｍ’ｎ＋λｎ・・・・（２）
ここで、λｎは、入力データｙｎに等しい。入力データｙｎは、復調部２６からの復調データに相当する。また、ｍ’はＢ（ｎ）＼ｍ：Ｂ（ｎ）は変数ノードｎに接続するチェックノード集合で、＼ｍはｍを含まない差集合を示す。図６は、復号部２８における事前値比の更新の概要を示す。事前値比β１１は、α１’１から導出される。つまり、変数ノード処理部５８は、外部値比をもとに事前値比を更新させる。図３に戻る。

検出部５０は、チェックノード処理部５６から、チェックノード処理に使用される事前値比の絶対値の最小値ｍｉｎ｜βｍｎ’｜を入力する。この値は、変数ノード処理部５８において更新される事前値比の大きさともいえる。検出部５０は、１回のチェックノード処理で使用される複数の事前値比の絶対値の最小値ｍｉｎ｜βｍｎ’｜から、ひとつの最小値を選択する。検出部５０は、選択した絶対値の最小値を選択部５２へ出力する。正規化定数記憶部５４は、複数の正規化定数を記憶する。ここでは、ふたつの正規化定数として、第１正規化定数と第２正規化定数とが記憶される。例えば、第１正規化定数が「０．６５」であり、第２正規化定数が「０．７２」である。つまり、第２正規化定数は、第１正規化定数よりも大きい。

選択部５２は、検出部５０からの絶対値の最小値を入力する。選択部５２は、絶対値の最小値としきい値とを比較して、比較結果をもとに、正規化定数記憶部５４に記憶した複数の正規化定数のうちのいずれかを選択する。例えば、しきい値は「０．５」である。具体的に説明すると、選択部５２は、絶対値の最小値が０．５よりも小さければ、第１正規化定数を選択し、絶対値の最小値が０．５以上であれば、第２正規化定数を選択する。そのため、事前値比の絶対値の大きさが大きくなるほど、正規化定数が大きくされる。

事前値比の絶対値の大きさには、事前値比の確からしさが反映される。一方、式（１）に示されたように、正規化定数は、外部値比を更新させる際における事前値比の影響の程度に相当する。事前値比の確からしさが高い場合に、外部値比を更新させる際における事前値比の影響が大きくされ、事前値比の確からしさが低い場合に、外部値比を更新させる際における事前値比の影響が小さくされる。その結果、外部値比の更新精度が向上することによって、復号特性が向上される。

選択部５２は、選択した正規化定数をチェックノード処理部５６へ出力する。選択した正規化定数は、チェックノード処理部５６において外部値比αの更新に使用される。このように、制御部４２は、変数ノード処理部５８において更新される事前値比の大きさに応じて、チェックノード処理部５６において外部値比を更新させる際に使用すべき正規化定数の大きさを調節する。

復号結果演算部４８は、チェックノード処理部５６での処理と変数ノード処理部５８での処理とが所定回数繰り返された後、一時推定語を計算する。なお、復号結果演算部４８は、所定回数繰り返される前であっても、パリティ検査の結果が正しければ一時推定語を計算してもよい。復号結果演算部４８は、一時推定語を復号結果として出力してもよい。

図７は、受信装置１２によるＢＥＲ特性を示す。図７において、横軸が伝送路のＳ／Ｎの相対値、縦軸がビットエラーレートを示す。また、ひし形の印が、正規化定数を０．７２に固定してチェックノード処理を実行した場合に相当し、四角の印が、図３での復号部２８のごとく、第１正規化定数あるいは第２正規化定数に切りかえてチェックノード処理を実行した場合に相当する。正規化定数を切りかえた場合は、正規化定数を固定する場合と比較して、付加ノイズの大きさにかかわらず、復号特定が向上している。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図８は、復号部２８による復号手順を示すフローチャートである。チェックノード処理部５６は、事前値比βを初期化する（Ｓ１０）。チェックノード処理部５６は、ｍｉｎ｜βｍｎ’｜を導出する（Ｓ１２）。選択部５２は、ｍｉｎ｜βｍｎ’｜がしきい値０．５よりも小さければ（Ｓ１４のＹ）、正規化定数ａとして第１正規化定数０．６５を選択する（Ｓ１６）。一方、選択部５２は、ｍｉｎ｜βｍｎ’｜がしきい値０．５よりも小さくなければ（Ｓ１４のＮ）、正規化定数ａとして第２正規化定数０．７２を選択する（Ｓ１８）。チェックノード処理部５６は、正規化定数ａを使用して外部値比αｍｎを更新する（Ｓ２０）。変数ノード処理部５８は、外部値比αｍｎを使用して、事前値比βｍｎを更新する（Ｓ２２）。繰り返し復号が終了されなければ（Ｓ２４のＮ）、ステップ１２に戻る。繰り返し復号が終了されれば（Ｓ２４のＹ）、処理は終了される。

本発明の実施例によれば、事前値比の大きさに応じて正規化定数の大きさを調節するので、外部値比を更新する際に、事前値比の確からしさを反映させた正規化定数を使用できる。また、事前値比の確からしさを反映させた正規化定数が使用されるので、復号特性を向上できる。また、事前値比の大きさが大きくなるほど、正規化定数を大きくするので、事前値比の確からしさが大きくなるほど、外部値比を更新させる際の事前値比の影響を大きくできる。また、事前値比の大きさが小さくなるほど、正規化定数を小さくするので、事前値比の確からしさが小さくなるほど、外部値比を更新させる際の事前値比の影響を小さくできる。また、記憶した複数の正規化定数のうちのいずれかを選択するので、処理の複雑化を抑制できる。また、正規化定数を選択するために使用される最小値は、チェックノード処理において既に導出されているので、新たな処理の付加を小さくできる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、通信システム１００は無線通信システムを前提としているので、送信装置１０および受信装置１２は、無線通信装置に含まれる。しかしながらこれに限らず例えば、通信システム１００は有線通信システムを前提としてもよい。その際、送信装置１０および受信装置１２は、有線通信装置に含まれる。本変形例によれば、本発明をさまざまな装置に適用できる。

本発明の実施例において、正規化定数記憶部５４に記憶され、かつ選択部５２において選択の対象とされる正規化定数の数は、２であるとしている。しかしながらこれに限らず例えば、正規化定数の数は、３以上であってもよい。その際、選択部５２において、正規化定数の数に応じた数のしきい値も規定される。本変形例によれば、正規化定数を細かく設定できる。

本発明の実施例において、送信装置１０は、ＬＤＰＣ符号化を実行している。しかしながらこれに限らず例えば、送信装置１０は、ＬＤＰＣ符号化以外の符号化であっても、復号の際にｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムを実行可能な符号化を実行してもよい。本変形例によれば、本発明をさまざまな符号化に適用できる。

１０ 送信装置、 １２ 受信装置、 ２０ 情報データ生成部、 ２２ ＬＤＰＣ符号化部、 ２４ 変調部、 ２６ 復調部、 ２８ 復号部、 ３０ 情報データ出力部、 ４０ フレーム構成部、 ４２ 制御部、 ４４ データ記憶部、 ４６ ｍｉｎ−ｓｕｍ処理部、 ４８ 復号結果演算部、 ５０ 検出部、 ５２ 選択部、 ５４ 正規化定数記憶部、 ５６ チェックノード処理部、 ５８ 変数ノード処理部、 １００ 通信システム。

Claims (6)

1. 符号化がなされたデータを入力する入力部と、
   前記入力部において入力したデータに対して、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムを実行することによって、事前値比をもとに外部値比を更新させるチェックノード処理と、外部値比をもとに事前値比を更新させる変数ノード処理とを交互に実行する復号部と、
   前記復号部での変数ノード処理において更新される事前値比の大きさに応じて、チェックノード処理において外部値比を更新させる際に使用すべき正規化定数の大きさを調節する制御部と、
   を備えることを特徴とする復号装置。
2. 前記制御部は、事前値比の大きさが大きくなるほど、正規化定数を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の復号装置。
3. 前記制御部は、
   複数の正規化定数を記憶する記憶部と、
   前記復号部での変数ノード処理において更新される事前値比の大きさをもとに、前記記憶部に記憶した複数の正規化定数のうちのいずれかを選択する選択部と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の復号装置。
4. 符号化がなされたデータを入力するステップと、
   入力したデータに対して、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムを実行することによって、事前値比をもとに外部値比を更新させるチェックノード処理と、外部値比をもとに事前値比を更新させる変数ノード処理とを交互に実行するステップと、
   変数ノード処理において更新される事前値比の大きさに応じて、チェックノード処理において外部値比を更新させる際に使用すべき正規化定数の大きさを調節するステップと、
   を備えることを特徴とする復号方法。
5. 前記調節するステップは、事前値比の大きさが大きくなるほど、正規化定数を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の復号方法。
6. 前記調節するステップは、変数ノード処理において更新される事前値比の大きさをもとに、メモリに記憶した複数の正規化定数のうちのいずれかを選択することを特徴とする請求項４または５に記載の復号方法。

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