JP2012235276A - 符号化装置、復号装置、符号化方法、復号方法、送信装置、送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】復号特性の悪化を抑制しながら処理量を削減する技術を提供する。
【解決手段】ＬＤＰＣ符号化部４４は、符号化の対象となるメッセージを入力する。第１生成部４０、第２生成部４２は、入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得する。第１生成部４０、第２生成部４２において取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列である。ＬＤＰＣ符号化部４４は、検査行列と、メッセージとの演算を実行することによって、メッセージを符号化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信技術に関し、特にＬＤＰＣ符号化を使用すべき符号化装置、復号装置、符号化方法、復号方法、送信装置、送信方法に関する。

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、検査行列の行列要素が「１」である部分を対象にして、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。したがって、復号処理の演算量は検査行列の行列数と行列要素が「１」の数によって決まる。ＬＤＰＣの検査行列のひとつが、ＬＤＧＭ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｔｒｉｘ）構造の検査行列である。当該ＬＤＧＭ構造の検査行列は、検査行列から生成行列を求めることなく符号化可能な特殊な行列である。具体的には、検査行列のパリティビットに作用される部分の行列の例として、右上三角が「０」とした構造や２重対角部分を「０」とした構造を有する。この構造によると上位のパリティから順にパリティが計算されるので、生成行列と検査行列とが同一の行列になる。

例えば、ＬＤＧＭ構造の検査行列は、単位行列とその巡回行列との組み合わせで生成される。このような検査行列では、パリティビットに演算される部分の行列（以下、「パリティ部検査行列」という）が三角形状に「０」になっているので、この部分で列重みと行重みが変化する。これは、行列全体として、列重み次数と行重み次数が一定ではないイレギュラー型の行列であるといえる。イレギュラー型の行列では、列重み次数と行重み次数がそれぞれ一定なレギュラー型の行列よりもウォーターホール特性が優れていることが知られている。イレギュラー型の検査行列を生成するために、符号長、符号化率から決まる検査行列よりも行数が大きな基本行列を作成し、そこから余分な行を削除する際に行の並び替えが実行される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２６６４６３号公報

符号語長やメッセージ長が複数種類規定される場合、検査行列のサイズも複数種類規定される。そのような状況下において、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、検査行列のうち、パリティ部検査行列以外の部分（以下、「メッセージ部検査行列」という）をレギュラー型からイレギュラー型に変形することが有効である。なお、メッセージ部検査行列は、検査行列のうち、メッセージ部分に演算される部分ともいえる。さらに、処理量の増加を抑制するためには、行や列を削除した後になされる並び替えの処理を省略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、復号特性の悪化を抑制しながら処理量を削減す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符号化装置は、符号化の対象となるメッセージを入力する入力部と、入力部において入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得する取得部と、取得部において取得した検査行列と、入力部において入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを符号化する符号化部とを備える。取得部において取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列である。

この態様によると、レギュラー型のメッセージ部を有した行列であって、かつ所定のサイズよりも大きな行列から、一部の行成分と列成分とを削除することによってイレギュラー型のメッセージ部を有した検査行列を生成するので、復号特性の悪化を抑制しながら処理量を削減できる。

取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列のうちのパリティ部に対して、対角成分にて交差する行成分と列成分とが削除されるとともに、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列のうちのメッセージ部に対して、所定の行成分と列成分とが削除された行列であってもよい。この場合、パリティ部に対して、対角成分にて交差する行成分と列成分とが削除されるとともに、メッセージ部に対して、所定の行成分と列成分とが削除されるので、レギュラー型のメッセージ部を有した行列から、イレギュラー型のメッセージ部を有した検査行列を生成できる。

取得部において削除した行成分と列成分とに関する情報を復号装置に通知する通知部をさらに備えてもよい。この場合、削除した行成分と列成分とに関する情報を通知するので、削除すべき行成分と列成分とを柔軟に設定できる。

取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、連続した行成分が削除され、かつパリティ部の対角成分が１に維持された行列であってもよい。この場合、連続した行成分が削除されるので、検査行列を容易に生成できる。

取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、符号化部において最初に符号化されるパリティビット側の最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側または最左列側の連続した列成分が削除された行列であってもよい。この場合、最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側または最左列側の連続した列成分が削除されるので、検査行列を容易に生成できる。

取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、符号化部において最後に符号化されるパリティビット側の最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分が削除された行列であってもよい。この場合、最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分が削除されるので、検査行列を容易に生成できる。

取得部は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列および当該第１単位行列を巡回させた巡回行列を組み合わせることによって、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列を生成する第１生成部と、第１生成部において生成したレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列および当該第２単位行列を巡回させた巡回行列を組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とを削除することによって、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を生成する第２生成部と、を備えてもよい。この場合、使用時に検査行列を生成するので、メモリ量を削減できる。

取得部は、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列が予め記憶されたメモリから、検査行列を取得してもよい。この場合、メモリに検査行列を記憶しておくので、使用時の処理量を低減できる。

本発明の別の態様は、復号装置である。この装置は、ＬＤＰＣ符号化されたメッセージを入力する入力部と、入力部において入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得する取得部と、取得部において取得した検査行列と、入力部において入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを復号する復号部とを備える。取得部において取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列である。

この態様によると、レギュラー型のメッセージ部を有した行列であって、かつ所定のサイズよりも大きな行列から、一部の行成分と列成分とを削除することによってイレギュラー型のメッセージ部を有した検査行列を生成するので、復号特性の悪化を抑制しながら処理量を削減できる。

本発明のさらに別の態様は、符号化方法である。この方法は、符号化の対象となるメッセージを入力するステップと、入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得するステップと、取得した検査行列と、入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを符号化するステップとを備える。取得するステップにおいて取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列である。

本発明のさらに別の態様は、復号方法である。この方法は、ＬＤＰＣ符号化されたメッセージを入力するステップと、入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得するステップと、取得した検査行列と、入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを復号するステップとを備える。取得するステップにおいて取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列である。

本発明のさらに別の態様は、送信装置である。この装置は、検査行列とメッセージとの演算を実行することによって符号化されたメッセージが含まれた信号を変調する変調部と、変調部において変調した信号を送信する送信部とを備える。変調部において変調される信号でのメッセージに対する検査行列は、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列であり、かつ当該検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列である。

本発明のさらに別の態様は、送信方法である。この方法は、検査行列とメッセージとの演算を実行することによって符号化されたメッセージが含まれた信号を変調するステップと、変調した信号を送信するステップとを備える。変調するステップにおいて変調される信号でのメッセージに対する検査行列は、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列であり、かつ当該検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列である。

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、復号特性の悪化を抑制しながら復号処理の処理量を削減できる。

本発明の実施例１に係る通信システムの構成を示す図である。 図１の符号化処理部の構成を示す図である。 図３（ａ）−（ｂ）は、図２の符号化処理部の処理概要を説明するための単位行列および巡回行列を示す図である。 図４（ａ）−（ｂ）は、図２の符号化処理部の処理概要を説明するための検査行列生成テーブルを示す図である。 図２の符号化処理部の処理概要を説明するための検査行列を示す図である。 図２の検査行列サイズテーブル部に記憶された検査行列サイズテーブルのデータ構造を示す図である。 図２の拡大検査行列生成部において生成される拡大検査行列を示す図である。 図２の検査行列数削減部において生成される検査行列を示す図である。 図１の復号処理部の構成を示す図である。 図１の符号化処理部による検査行列の生成手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る検査行列数削減部において生成される検査行列を示す図である。 本発明の実施例２に係る検査行列数削減部において生成される別の検査行列を示す図である。 図１３（ａ）−（ｆ）は、本発明の実施例２に係る検査行列数削減部において生成されるさらに別の検査行列を示す図である。

（実施例１）
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１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。通信システムでは、ＬＤＧＭ構造の検査行列を使用する。前述のごとく、復号特性を向上するためには、検査行列として、メッセージ部検査行列がイレギュラー型になっているＬＤＧＭ構造の行列の使用が望ましい。そのような検査行列を簡易に生成するために、送信装置および受信装置は、次の処理を実行する。

適正サイズよりも大きいサイズの単位行列と、当該単位行列の巡回行列を組み合わせることによって、使用すべき検査行列のサイズよりも大きなサイズの検査行列（以下、「拡大検査行列」という）が生成される。ここで、拡大検査行列もＬＤＧＭ構造を有しているが、これのメッセージ部検査行列はレギュラー型である。次に、拡大検査行列のサイズが検査行列のサイズになるまで、拡大検査行列から行成分と列成分とが削除される。その結果、メッセージ部検査行列がイレギュラー型であるＬＤＧＭ構造の検査行列が生成される。つまり、行成分と列成分との削除だけによって、検査行列のサイズの適正化がなされるとともに、レギュラー型行列からイレギュラー型行列への変換もなされる。

図１は、本発明の実施例１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、符号化処理部２２、変調部２４を含む。受信装置１２は、復調部２６、復号処理部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、情報データを符号化処理部２２へ出力する。符号化処理部２２は、情報データ生成部２０から、情報データを入力する。符号化処理部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での検査行列については後述する。符号化処理部２２は、符号化データを変調部２４に出力する。なお、符号化データに対してインタリーブがなされてもよい。

変調部２４は、符号化処理部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）を復号処理部２８へ出力する。

復号処理部２８は、復調部２６からの復調データを入力する。復号処理部２８は、符号化処理部２２においてインタリーブがなされている場合、復調データに対してデインタリーブを実行する。復号処理部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、ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムが実行される。ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ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。
なお、復号処理部２８において使用される検査行列は、符号化処理部２２において使用される検査行列と同一である。

復号処理部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、復号処理部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２は、符号化処理部２２の構成を示す。符号化処理部２２は、第１生成部４０、第２生成部４２、ＬＤＰＣ符号化部４４を含む。第１生成部４０は、検査行列生成テーブル部４６、拡大検査行列生成部４８、単位行列サイズ変更部５０、検査行列サイズテーブル部５２を含み、第２生成部４２は、検査行列数削減部５４を含む。

符号化処理部２２での処理を説明する前に、ここでは、ＬＤＰＣでの検査行列、特にＬＤＧＭ構造の検査行列の生成処理を説明する。アレー符号と呼ばれる検査行列では、単位行列とその巡回行列とが行方向と列方向に配置されている。図３（ａ）−（ｂ）は、符号化処理部２２の処理概要を説明するための単位行列および巡回行列を示す。ここでは、図３（ａ）−（ｂ）に示すような５行５列（ｐ＝５）の行列を一例とするが、これに限定されない。図３（ａ）は、５行５列の単位行列（Ｉ）を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）の単位行列（Ｉ）に対する巡回行列αを示す。αは単位行列を１回左あるいは右に巡回した行列を意味するが、図３（ｂ）は右に巡回した場合に相当する。α＾ｉは単位行列をｉ回左あるいは右に巡回した行列を意味しており、例えば、α＾２（２乗）は単位行列を２回左あるいは右に巡回した行列に相当する。

図４（ａ）−（ｂ）は、符号化処理部２２の処理概要を説明するための検査行列生成テーブルを示す。図４（ａ）は、図３（ａ）−（ｂ）に示された単位行列とその巡回行列を行方向に５個（ｊ＝５）、列方向に１２個（ｋ＝１２）配置した場合の構成例である。ここで、０は、全ての構成要素が０である零行列を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応したシフトパターンを示しており、当該シフトパターンが検査行列生成テーブルにて示される。検査行列生成テーブルにおける０が単位行列に対応し、検査行列生成テーブルにおける−１が零行列に対応する。

図５は、符号化処理部２２の処理概要を説明するための検査行列を示す。これは、単位行列サイズ（ｐ＝５）と行方向（ｊ＝３）、列方向（ｋ＝６）の配置にて構成され、かつ図４（ｂ）に示された検査行列生成テーブルにもとづくシフトがなされた検査行列である。図示のごとく、検査行列は、左側のパリティ部検査行列と右側のメッセージ部検査行列とによって構成される。前述のごとく検査行列はＬＤＧＭ構造を有しているので、パリティ部検査行列のうち、左上から右下への対角成分が「１」で構成され、右上三角あるいは左下三角の部分が「０」で構成されている。なお、図５に示した検査行列のうち、メッセージ部検査行列は、各行とも重みが「３」であるとともに、各列とも重みが「３」であるので、各行、各列で重みが一定のレギュラー型の行列になっている。図２に戻る。

検査行列サイズテーブル部５２は、符号語長とメッセージ長に対する検査行列のサイズを規定するためのテーブルである。符号語長とメッセージ長とは、可変に設定される。図６は、検査行列サイズテーブル部５２に記憶された検査行列サイズテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、符号語長欄２００、メッセージ長欄２０２、単位行列サイズ欄２０４、行方向構成数欄２０６、列方向構成数欄２０８を含む。このテーブルによると、
符号語長が３０ビットのパターンでデータを送受信するときには、単位行列を５行５列（ｐ＝５）とし、行方向に３個（ｊ＝３）、列方向に６個（ｋ＝６）配置した構成になる。また、符号語長が３４８ビットのパターンでデータを送受信するときには、単位行列を２９行２９列（ｐ＝２９）とし、行方向に５個（ｊ＝５）、列方向に１２個（ｋ＝１２）配置した構成になる。図２に戻る。

単位行列サイズ変更部５０は、第１段階として、符号語長をもとに検査行列サイズテーブル部５２を参照することによって、単位行列サイズ（ｐ）、行方向（ｊ）、列方向（ｋ）の構成数を決定する。なお、単位行列サイズ変更部５０は、符号語長およびメッセージ長に関する情報を図示しない制御部から入力する。単位行列サイズ変更部５０は、第２段階として、決定した単位行列サイズよりも大きなサイズの単位行列（以下、「拡大単位行列」という）、および決定した単位行列サイズよりも大きなサイズの巡回行列（以下、「拡大巡回行列」という）を生成する。拡大単位行列のサイズおよび拡大巡回行列のサイズは、所定のサイズよりも大きいといえる。

なお、拡大単位行列のサイズおよび拡大巡回行列のサイズは同一である。単位行列サイズ変更部５０は、検査行列サイズテーブル部５２から下記式により、変更が可能な拡大単位行列および拡大巡回行列の限界値を導出する。拡大単位行列および拡大巡回行列のサイズがこの範囲内に設定されるので、これから作成する行列の列重みの平均（小数点以下を四捨五入）が予め検討されている最適な列重みと同じ値となり、基本的な特性が維持される。

単位行列変更可能サイズｒ＝
行方向構成数ｊ×単位行列サイズｐ／（行方向構成数ｊ−０．５）
符号語長が３０ビットの場合には、下記のごとく、単位行列変更可能サイズｒが６になる。
単位行列変更可能サイズｒ＝３（ｊ）×５（ｐ）／（３（ｊ）−０．５）＝６
拡大単位行列サイズｐ´は単位行列サイズｐから単位行列変更可能サイズｒの範囲内の整数値が選択可能である。符号語長に合わせてｐからｒの範囲のどの辺りの数値にするのか任意に選択してもよいが、ここではｒに近い整数値が選択される。前述の例では、拡大単位行列サイズｐ´は６になる。

検査行列生成テーブル部４６は、前述の図４（ｂ）に示したデータ構造を記憶する。ここでは、拡大検査行列を生成するための拡大単位行列と拡大巡回行列との組合せ方が示されている。検査行列生成テーブル部４６にて示された拡大単位行列と拡大巡回行列との組合せ方は、検査行列を生成するための単位行列と巡回行列との組合せ方と同一である。拡大検査行列生成部４８は、単位行列サイズ変更部５０において特定した行方向（ｊ）、列方向（ｋ）の構成数をもとに、検査行列生成テーブル部４６に示された情報にしたがって、拡大単位行列および拡大巡回行列を組み合わせる。組み合わせた結果が拡大検査行列である。拡大検査行列は、ＬＤＧＭ構造をもつとともに、レギュラー型のメッセージ部検査行列を有する。図７は、拡大検査行列生成部４８において生成される拡大検査行列を示す。単位行列のサイズが拡大されたことによって、パリティ部検査行列、メッセージ部検査行列ともに適正サイズよりも大きな行列となる。図２に戻る。

検査行列数削減部５４は、検査行列生成テーブル部４６において生成した拡大検査行列から、一部の行成分と列成分とを削除することによって、検査行列を生成する。ここで、所定のサイズの単位行列と当該単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせて検査行列を組み合わせた場合のサイズになるまで、行成分と列成分とが削除される。検査行列数削減部５４は、パリティ部検査行列について下記式により行列削減数を導出する。
パリティ部行列削減数＝
（拡大単位行列サイズｐ´−単位行列サイズｐ）×行方向構成数ｊ
前述の例の場合は、パリティ部行列削減数＝｛６（ｐ´）−５（ｐ）｝×３（ｊ）＝３になる。

検査行列数削減部５４は、パリティ部検査行列の行番号（１〜１８）もしくは列番号（１〜１８）から、計算で求まった削減数分の数値（例では３個）をランダムに選び、その番号に対応するパリティ部検査行列の行および列を削除する。つまり、検査行列数削減部５４は、レギュラー型のメッセージ部検査行列を有したＬＤＧＭ構造の拡大検査行列のうちのパリティ部検査行列に対して、対角成分にて交差する行成分と列成分とを削除する。図８は、検査行列数削減部５４において生成される検査行列を示す。ここでは、拡大検査行列のうち、３、１１、１４の番号を選んだ場合に相当する。図８において、パリティ部検査行列の塗り潰し部分の行列が削除される。図２に戻る。

次に、検査行列数削減部５４は、メッセージ部検査行列について下記式により行列削減数を求める。
メッセージ部行列削減数＝（拡大単位行列サイズｐ´−単位行列サイズｐ）×
（列方向構成数ｋ−行方向構成数ｊ）
前述の例の場合、メッセージ部行列削減数＝｛６（ｐ´）−５（ｐ）｝×｛６（ｋ）−３（ｊ）｝＝３になる。検査行列数削減部５４は、メッセージ部の行番号（１〜１８）から、計算で求まった削減数分の数値（例では３個）をランダムに選び、その番号に対応するメッセージ部検査行列の行を削除する。図８では、拡大検査行列のうち、３、１１、１４の番号が選ばれている。この場合、メッセージ部検査行列の行方向に塗り潰された部分の行が削除される。図２に戻る。

検査行列数削減部５４は、メッセージ部の列番号（１９〜３６）から、計算で求まった削除数分の数値（例では３個）をランダムに選び、その番号に対応するメッセージ部検査行列の列を削除する。つまり、検査行列数削減部５４は、レギュラー型のメッセージ部検査行列を有したＬＤＧＭ構造の行列のうちのメッセージ部検査行列に対して、所定の行成分と列成分とを削除する。図８では、拡大検査行列のうち、２４、２８、３３の番号が選ばれている。この場合、メッセージ部検査行列の列方向に塗り潰された部分の列が削除される。図２に戻る。

検査行列数削減部５４におけるランダムな選択手順は、図１の受信装置１２でも同様に決定されている。その結果、送信側、受信側とにおいて共通して同一の検査行列が生成される。つまり、検査行列数削減部５４は、レギュラー型のメッセージ部検査行列を有したＬＤＧＭ構造の拡大検査行列から、単位行列および巡回行列を組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とを削除する。その結果、行成分と列成分の削除のみで、イレギュラー型のメッセージ部検査行列を有したＬＤＧＭ構造の検査行列が生成される。

ＬＤＰＣ符号化部４４は、図１に示された情報データ生成部２０から、情報データを入力する。情報データが、符号化の対象となるメッセージに相当する。また、ＬＤＰＣ符号化部４４は、検査行列数削減部５４から検査行列を入力する。ＬＤＰＣ符号化部４４は、検査行列と、入力した情報データとの演算を実行することによって、符号化データを生成する。符号化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。符号化データは、メッセージビットとパリティビットによって構成される。

図９は、復号処理部２８の構成を示す。復号処理部２８は、第１生成部６０、第２生成部６２、ＬＤＰＣ復号部６４を含む。第１生成部６０は、検査行列生成テーブル部６６、拡大検査行列生成部６８、単位行列サイズ変更部７０、検査行列サイズテーブル部７２を含み、第２生成部６２は、検査行列数削減部７４を含む。ここで、検査行列生成テーブル部６６、拡大検査行列生成部６８、単位行列サイズ変更部７０、検査行列サイズテーブル部７２、検査行列数削減部７４は、図２の検査行列生成テーブル部４６、拡大検査行列生成部４８、単位行列サイズ変更部５０、検査行列サイズテーブル部５２、検査行列数削減部５４にそれぞれ対応しており、同様の処理を実行する。ここでは、これらの説明を省略する。

ＬＤＰＣ復号部６４は、図１の復調部２６からの復調データを入力する。また、ＬＤＰＣ復号部６４は、検査行列数削減部７４から検査行列を入力する。ＬＤＰＣ復号部６４は、チェックノード処理と変数ノード処理とを繰り返すことによって、ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムを実行する。なお、ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムの代わりに、ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズムが実行されてもよい。ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムやｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズム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。ＬＤＰＣ復号部６４は、復号結果である復号データを図１の情報データ出力部３０へ出力する。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図１０は、符号化処理部２２による検査行列の生成手順を示すフローチャートである。単位行列サイズ変更部５０は、符号語長に合わせて単位行列サイズ（ｐ）、行方向構成数（ｊ）、列方向構成数（ｋ）を検査行列サイズテーブル部５２から読み込む（Ｓ１０）。単位行列サイズ変更部５０は、拡大単位行列サイズｐ’＝行方向構成数ｊ×単位行列サイズｐ／（行方向構成数ｊ−０．５）を計算することによって、拡大単位行列サイズｐ´を求める（Ｓ１２）。拡大検査行列生成部４８は、行方向構成数（ｊ）×列方向構成数（ｋ）分のシフト量を検査行列生成テーブル部４６から読み込む（Ｓ１４）。

拡大検査行列生成部４８は、拡大単位行列サイズｐ´と読み込んだシフト量から単位行列とその巡回行列による適正サイズよりも大きな検査行列を生成する（Ｓ１６）。適正サイズよりも大きな検査行列が、前述の拡大検査行列に相当する。検査行列数削減部５４は、パリティ部行列削減数＝（拡大単位行列サイズｐ´−単位行列サイズｐ）×行方向構成数ｊ、メッセージ部行列削減数＝（拡大単位行列サイズｐ´−単位行列サイズｐ）×（列方向構成数ｋ−行方向構成数ｊ）より、パリティ部検査行列とメッセージ部検査行列の行列削減数を求め、削減数分ランダムに行列番号を選び、その行列を削除する（Ｓ１８）。

本発明の実施例によれば、所定のサイズよりも大きな拡大単位行列と拡大巡回行列を組み合わせた拡大検査行列から一部の行成分と列成分とを削除することによって検査行列を生成するので、処理量を削減しながら検査行列を作成できる。また、レギュラー型のメッセージ部を有した拡大検査行列から、イレギュラー型のメッセージ部を有した検査行列が生成されるように行成分および列成分が削除されるので、復号特性の悪化を抑制しながら処理量を削減できる。また、パリティ部検査行列に対して、対角成分にて交差する行成分と列成分とが削除されるので、拡大検査行列から検査行列を生成できる。また、メッセージ部検査行列に対して、所定の行成分と列成分とが削除されるので、削除すべき行成分と列成分との自由度を向上できる。

また、メッセージ部検査行列に対して、所定の行成分と列成分とが削除されるので、レギュラー型のメッセージ部を有した行列から、イレギュラー型のメッセージ部を有した検査行列を生成できる。また、使用時に検査行列を生成するので、複数種類の検査行列のいずれかを使用する場合に、メモリ量を削減できる。また、適正サイズよりも大きな単位行列とその巡回行列から生成したＬＤＧＭ構造の検査行列から所定数の行列を削除して適正サイズの行列に変形することにより、簡単な処理でメッセージ部検査行列をレギュラー型からイレギュラー型に変形できる。また、イレギュラー型化されることによって、復号特性を向上できる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２を説明する。本発明の実施例２は、実施例１と同様に、拡大検査行列のうち、一部の行と列とを削除することによって検査行列を生成する送信装置および受信装置に関する。実施例２では、実施例１と比較して、削除すべき行と列とが異なる。具体的に説明すると、実施例２に係る送信装置および受信装置は、拡大検査行列から、連続した行成分と列成分とを削除することによって、検査行列を生成する。実施例２に係る通信システム１００、符号化処理部２２、復号処理部２８は、図１、図２、図９と同様のタイプである。ここでは、差異を中心に説明する。

検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、連続した行成分を削除する。その際、検査行列数削減部５４は、パリティ部検査行列の対角成分を「１」に維持させる。検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最初に符号化されるパリティビット側の最下行または最上行から連続した行成分を削除し、かつ最右列側または最左列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。図１１は、本発明の実施例２に係る検査行列数削減部５４において生成される検査行列を示す。ここでは、拡大検査行列の下側から行成分が削除される。つまり、ＬＤＰＣ符号化部４４において最初に符号化されるパリティビットが最下行に相当する。また、パリティ部検査行列が左側に配置され、メッセージ部検査行列が右側に配置される。さらに、パリティ部検査行列の左上から右下への対角成分が「１」になっている。この場合、検査行列数削減部５４は、最下行から３行を削除した後、メッセージ部検査行列側の端、つまり右側から６列を削除する。その結果、検査行列において、パリティ部検査行列の対角成分が「１」に維持される。

次に、実施例２において生成される別の検査行列を説明する。検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最後に符号化されるパリティビット側の最下行または最上行から連続した行成分を削除し、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。図１２は、本発明の実施例２に係る検査行列数削減部５４において生成される別の検査行列を示す。ここでは、拡大検査行列の上側から行成分が削除される。また、パリティ部検査行列が左側に配置され、メッセージ部検査行列が右側に配置される。さらに、パリティ部検査行列の左上から右下への対角成分が「１」になっている。この場合、検査行列数削減部５４は、最上行から３行を削除した後、右側の３列および左側の３列を削除する。その結果、検査行列において、パリティ部検査行列の対角成分が「１」に維持される。

図１３（ａ）−（ｆ）は、本発明の実施例２に係る検査行列数削減部５４において生成されるさらに別の検査行列を示す。これらでは、図１１および図１２と比較して、パリティ部検査行列とメッセージ部検査行列との配置や、パリティ部検査行列において１になる対角成分の方向が異なっている。また、説明を明瞭するために、拡大検査行列のうち、対角成分の「１」以外の要素は省略されている。

図１３（ａ）−（ｂ）では、パリティ部検査行列が左側に配置され、メッセージ部検査行列が右側に配置されているとともに、パリティ部検査行列の右上から左下への対角成分が「１」になっている。図１３（ａ）において、検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最初に符号化されるパリティビット側の最上行から連続した行成分を削除し、かつ最右列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。図１３（ｂ）において、検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最後に符号化されるパリティビット側の最下行から連続した行成分を削除し、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。

図１３（ｃ）−（ｄ）では、パリティ部検査行列が右側に配置され、メッセージ部検査行列が左側に配置されているとともに、パリティ部検査行列の右上から左下への対角成分が「１」になっている。図１３（ｃ）において、検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最初に符号化されるパリティビット側の最下行から連続した行成分を削除し、かつ最左列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。図１３（ｄ）において、検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最後に符号化されるパリティビット側の最上行から連続した行成分を削除し、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。

図１３（ｅ）−（ｆ）では、パリティ部検査行列が右側に配置され、メッセージ部検査行列が左側に配置されているとともに、パリティ部検査行列の左上から右下への対角成分が「１」になっている。図１３（ｅ）において、検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最初に符号化されるパリティビット側の最上行から連続した行成分を削除し、かつ最左列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。図１３（ｆ）において、検査行列数削減部５４は、拡大検査行列から、ＬＤＰＣ符号化部４４において最後に符号化されるパリティビット側の最下行から連続した行成分を削除し、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分を削除することによって、検査行列を生成する。

本発明の実施例によれば、連続した行成分が削除されるので、拡大検査行列から検査行列を容易に生成できる。また、最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側または最左列側の連続した列成分が削除されるので、検査行列を容易に生成できる。また、最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分が削除されるので、検査行列を容易に生成できる。また、削除すべき行列をランダムに抽出する必要がなくなるので、検査行列を容易に生成できる。また、特定の行列の重みが偏って減るということがなくなるので、行列削除後の重みの確認を不要にできる。

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、送信装置１０における検査行列数削減部５４と、受信装置１２における検査行列数削減部７４とは、行成分と列成分とを削除するための規則を共有しており、同一の行成分と列成分とを削除する。しかしながらこれに限らず例えば、送信装置１０は、図示しない通知部を備えており、通知部は、検査行列数削減部５４において削除した行成分と列成分とに関する情報を受信装置１２に通知してもよい。本変形例によれば、削除した行成分と列成分とに関する情報を通知するので、削除すべき行成分と列成分とを柔軟に設定できる。

本発明の実施例において、送信装置１０における符号化処理部２２と、受信装置１２における復号処理部２８とは、使用時に検査行列を生成している。しかしながらこれに限らず例えば、符号化処理部２２と復号処理部２８とは、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列が予め記憶されたメモリから、検査行列を取得してもよい。本変形例によれば、メモリに検査行列を記憶しておくので、使用時の処理量を低減できる。

本発明の実施例において、情報データ生成部２０と符号化処理部２２は送信装置１０に含まれているが、これらを別の符号化装置に含み、送信装置１０は符号化装置で符号化されたデータを伝送路に適した変調信号に変換して、送信する処理を行うのみの構成であってもよい。また、受信装置１２も同様であり、復号処理部２８と情報データ出力部３０とが別の復号装置に含まれ、受信装置１２は受信した信号を復調するのみの構成であってもよい。本変形例によれば、装置設計の自由度を向上できる。

１０ 送信装置、 １２ 受信装置、 ２０ 情報データ生成部、 ２２ 符号化処理部、 ２４ 変調部、 ２６ 復調部、 ２８ 復号処理部、 ３０ 情報データ出力部、 ４０ 第１生成部、 ４２ 第２生成部、 ４４ ＬＤＰＣ符号化部、 ４６ 検査行列生成テーブル部、 ４８ 拡大検査行列生成部、 ５０ 単位行列サイズ変更部、 ５２ 検査行列サイズテーブル部、 ５４ 検査行列数削減部、 ６０ 第１生成部、 ６２ 第２生成部、 ６４ ＬＤＰＣ復号部、 ６６ 検査行列生成テーブル部、 ６８ 拡大検査行列生成部、 ７０ 単位行列サイズ変更部、 ７２ 検査行列サイズテーブル部、 ７４ 検査行列数削減部、 １００ 通信システム。

Claims (13)

1. 符号化の対象となるメッセージを入力する入力部と、
   前記入力部において入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得する取得部と、
   前記取得部において取得した検査行列と、前記入力部において入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを符号化する符号化部とを備え、
   前記取得部において取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列であることを特徴とする符号化装置。
2. 前記取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列のうちのパリティ部に対して、対角成分にて交差する行成分と列成分とが削除されるとともに、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列のうちのメッセージ部に対して、所定の行成分と列成分とが削除された行列であることを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
3. 前記取得部において削除した行成分と列成分とに関する情報を復号装置に通知する通知部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の符号化装置。
4. 前記取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、連続した行成分が削除され、かつパリティ部の対角成分が１に維持された行列であることを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
5. 前記取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、前記符号化部において最初に符号化されるパリティビット側の最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側または最左列側の連続した列成分が削除された行列であることを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
6. 前記取得部において取得した検査行列は、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、前記符号化部において最後に符号化されるパリティビット側の最下行または最上行から連続した行成分が削除され、かつ最右列側および最左列側の連続した列成分が削除された行列であることを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
7. 前記取得部は、
   所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列および当該第１単位行列を巡回させた巡回行列を組み合わせることによって、レギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列を生成する第１生成部と、
   前記第１生成部において生成したレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列および当該第２単位行列を巡回させた巡回行列を組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とを削除することによって、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を生成する第２生成部と、
   を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の符号化装置。
8. 前記取得部は、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列が予め記憶されたメモリから、検査行列を取得することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の符号化装置。
9. ＬＤＰＣ符号化されたメッセージを入力する入力部と、
   前記入力部において入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得する取得部と、
   前記取得部において取得した検査行列と、前記入力部において入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを復号する復号部とを備え、
   前記取得部において取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列であることを特徴とする復号装置。
10. 符号化の対象となるメッセージを入力するステップと、
    入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得するステップと、
    取得した検査行列と、入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを符号化するステップとを備え、
    前記取得するステップにおいて取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列であることを特徴とする符号化方法。
11. ＬＤＰＣ符号化されたメッセージを入力するステップと、
    入力したメッセージに対する検査行列であって、かつイレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列を取得するステップと、
    取得した検査行列と、入力したメッセージとの演算を実行することによって、メッセージを復号するステップとを備え、
    前記取得するステップにおいて取得した検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列であることを特徴とする復号方法。
12. 検査行列とメッセージとの演算を実行することによって符号化されたメッセージが含まれた信号を変調する変調部と、
    前記変調部において変調した信号を送信する送信部とを備え、
    前記変調部において変調される信号でのメッセージに対する検査行列は、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列であり、かつ当該検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列であることを特徴とする送信装置。
13. 検査行列とメッセージとの演算を実行することによって符号化されたメッセージが含まれた信号を変調するステップと、
    変調した信号を送信するステップとを備え、
    前記変調するステップにおいて変調される信号でのメッセージに対する検査行列は、イレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の検査行列であり、かつ当該検査行列は、所定のサイズよりも大きなサイズの第１単位行列と当該第１単位行列を巡回させた巡回行列との組合せによるレギュラー型のメッセージ部を有したＬＤＧＭ構造の行列から、所定のサイズの第２単位行列と当該第２単位行列を巡回させた巡回行列とを組み合わせた場合のサイズになるまで行成分と列成分とが削除された行列であることを特徴とする送信方法。

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