JP2013518488A - 繰り返し復号されるｆｅｃ符号におけるエラーフロアの低減 - Google Patents

Abstract

ＦＥＣデコーダにおいてビット信頼度情報と組み合わせて、シンドローム情報を各繰り返しにおいて利用して、最小の推定ビットエラー構成、即ち、復号処理期間中の送信コードワードに最も近いブロックを抽出し、復号の最後の繰り返しにおける結果が、より大きな推定ビットエラーの数を有する場合に、そのようなブロックを選択する方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、線形符号で符号化されたデータの繰り返し復号を採用する通信システムにおいてエラーフロアを低減する方法に関する。より詳細には、本発明は、無線リンクの品質を改善するために、前方誤り訂正符号化といったチャネル符号化が送信機によって用いられる無線通信システムに適合される。

シャノンの定理の発見以来、誤り符号化に関する研究は、チャネル容量にできるだけ近づき、且つ、比較的単純なエンコーダ及びデコーダ構成を有する良好な符号を見出すことに焦点を当ててきた。この１０年における繰り返し復号される前方誤り訂正符号の画期的な発見により、ハードウェアの複雑度を限定的なものとしつつ、チャネル容量に迫る符号の設計が可能となった。繰り返し復号される、容量に迫る符号のクラスは、いわゆるＬＤＰＣ符号とターボ符号とを含む。

このクラスにおける、うまく設計された符号は、信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal-to-Noise Ratio）に対して非常に急なビット誤り率（Bit Error Rate）曲線又はフレーム誤り率（Frame Error Rate）曲線を有し、チャネル容量の近くまで迫る。しかしながら、ＢＥＲ（又はＦＥＲ）曲線における傾きの変化がしばしば観測され、高いＳＮＲ値におけるより劣化したパフォーマンスにつながることがある。この現象は、いわゆる「エラーフロア（error floor）」の発現である。

エラーフロアの最小化を試みる既存の方法は、符号設計技法に、又は、デコーダの改良及びデコーダ出力の後処理に焦点を合わせてきた。後処理は、分析中の符号に半解析的方法を用いて予め識別された弱い符号の特性の除去に基づき、デコーダの改良は、デコーダの収束を減速させることをしばしば含む。広く用いられているさらなる解決法は、アウター代数的符号（outer algebraic code）を付加して、残留ビット誤りを除去することである。

より複雑なデコーダの改良は、繰り返し復号において、より信頼できる誤り推定値でデコーダを再初期化するステップを含むように復号アルゴリズムを変更することによって、問題に対処する。

符号設計技法は、符号設計段階において全ての弱い構造を識別しようと試みる半解析的方法に基づく。これらの方法の結果は、符号設計を改善し、又は、デコーダ出力を後処理して弱い構造を除去するために用いられる。このアプローチに影響を及ぼす欠点は、適度なブロック長、即ち、数百ビットを超える符号ブロック長以上では、全ての弱い構造を徹底検索することは実現不可能であり、また、弱い構造を検索しようと試みる発見的アルゴリズムでさえ、約１０００ビットを超えると効果的ではない。結果として、実際的関心のある、より長い符号について、符号中の幾つかの弱い構造は気づかれず、高ＳＮＲ／低ＢＥＲ領域におけるエラーフロアを生じさせる。

残留ビット誤りを除去するためのアウター代数的符号の公知の連結（concatenation）が効果的な解決法となるのは、高ＳＮＲ ＢＥＲ（又はＦＥＲ）曲線の主な要因が、誤っているビット数が少ないエラー事象に起因する場合に限る。ここで、「少ない（low）」という用語は、アウター符号（outer code）の誤り訂正能力の範囲内での意味である。アウター符号の誤り訂正能力は、オーバーヘッドの増加を代償にして高めることができる点に留意することが重要である。

しかしながら、この異なるアプローチは、２つの場合に失敗するであろう。ＦＥＲ曲線が多数のビット誤りを有する失敗した（failed）ブロックによって影響を受ける場合、又は、ＦＥＲ曲線はこうしたイベントには影響を受けないが、ＢＥＲ曲線が影響を受ける場合、即ち、ＳＮＲの増加と共に減少する、少数のブロックが多数の誤っているビットと共に寄与する場合である。

一方で、繰り返し復号アルゴリズムをより信頼できる推定値で、即ち、軟入力軟出力繰り返し推定器を用いることにより取得される推定値で再初期化する、デコーダの改良を含む方法は、使用される推定器と、繰り返し復号自体との双方において収束の問題に影響を受ける。こうした方法は、さらなる欠点として、ハードウェアの複雑度も増加させる。

本発明の目的は、上記欠点の少なくとも幾つかを防止し、通信システムにおけるエラーフロアを低減するのに適した方法、装置及び無線リンクを提供して、当該通信システムの受信機側において、送信データのより信頼できる推定値を得ることにある。

以下でより明白になるであろう上記の目的及び他の目標は、線型符号で符号化されたデータの繰り返し復号を採用する通信システムにおいてエラーフロアを低減するための方法によって達成される。この方法は、各復号の繰り返しにおいて、送信データブロックの最新推定値（current estimate）を算出する。この算出は、少なくとも過去の繰り返しの推定値から、又は、復号の繰り返しが最初の１回である場合には、復号されるべき受信データブロックから計算される。

次いで、送信データブロックの最新推定値から、シンドローム情報値及び受信データ信頼度情報値が決定される。

その後、シンドローム情報値と、全ての過去の繰り返しにおいて決定された最小のシンドローム情報値との比較があり、シンドローム情報値が最小のシンドローム情報値よりも低い場合に、過去に決定されたシンドローム情報値が最小のシンドローム情報値として設定される。

次のステップにおいて、送信データブロックの最新推定値についての判定に基づいて、受信データ信頼度情報値から、復号コードワードが決定され、シンドローム情報値が最小のシンドローム情報値よりも低い場合に、送信データブロックの最良の推定値として、復号コードワードが記憶される。

繰り返し復号により収束に到達していない場合には、送信データブロックの最良の推定値は、復号の最後の繰り返しにおいて出力され、そうでない場合には、収束に到達した復号の繰り返しにおいて決定された復号コードワードが出力される。

代替案として、１回目ではない各復号の繰り返しにおいては、送信データブロックの最新推定値は、過去の繰り返しの推定値だけでなく、過去の繰り返しの推定値及び復号されるべき受信データブロックの双方に基づいて算出されてもよい。

本発明の好適な実施形態において、シンドローム情報値と最小のシンドローム情報値との比較は、シンドローム情報値がシンドローム閾値よりも低い場合にのみ実行されてもよい。

有利には、送信データブロックの最新推定値は、ビットのブロックであり、受信データ信頼度情報値は、当該ビットのブロックの各ビットについての対数尤度比であってもよい。この場合、各ビットについての対数尤度比は、当該ビットが信頼できるかをチェックするために信頼度領域（reliability region）と比較されてもよく、当該チェックが失敗した場合、低信頼度ビット数が増加される。次いで、決定された前記シンドローム情報値は、低信頼度ビット数が所定の累積信頼度閾値よりも高くない場合、最小のシンドローム情報値として設定されてもよい。

復号コードワードの決定において行われる判定は、ビットのブロックの各ビットについての対数尤度比についての硬判定であってもよい。

さらに、繰り返し復号は、誤り訂正符号に適用されてもよく、全てのパリティ検査が満足される場合に前記収束に到達する、低密度パリティ検査繰り返し復号、又は、所定の停止規則が満足される場合に前記収束に到達する、ターボ符号復号であってもよい。

また、本発明の好適な実施形態において、シンドローム情報値は、シンドローム重みであってもよい。

上記の目標及び目的は、通信システムの受信機によっても達成される。この受信機は、線型符号のための繰り返し復号アルゴリズムを採用するデコーダを備えることを特徴とする。このデコーダは、各繰り返しにおいて、少なくとも過去の繰り返しの推定値から、又は繰り返しが最初の１回である場合には、復号されるべき受信データブロックから送信データブロックの最新推定値を算出するように構成される。このデコーダは、各繰り返しにおいて、送信データブロックの最新推定値から、シンドローム情報値及び受信データ信頼度情報値を決定するようにも構成される。

受信機は、エラーフロア最小化装置も備え、当該エラーフロア最小化装置は、復号の最新の繰り返しにおいて、シンドローム情報値と、繰り返し復号アルゴリズムの全ての過去の復号の繰り返しにおいて決定された最小のシンドローム情報値との比較を実行する手段を備える。

エラーフロア最小化装置は、復号の最新の繰り返しにおいて、シンドローム情報値が最小のシンドローム情報値よりも低い場合に、シンドローム情報値を最小のシンドローム情報値として設定する手段をさらに備える。

エラーフロア最小化装置に含まれる他の手段は、復号の最新の繰り返しにおいて、受信データ信頼度情報値についての判定に基づいて、復号コードワードを決定することに適しており、また、復号の最新の繰り返しにおいて、シンドローム情報値が最小のシンドローム情報値よりも低い場合に、復号の最新の繰り返しにおいて、送信データブロックの最良の推定値として、復号コードワードを記憶する手段も存在する。

最後に、エラーフロア最小化装置は、デコーダにより収束に到達していない場合には、送信データブロックの最良の推定値を、復号の最後の繰り返しにおいて出力し、又は、収束に到達した復号の繰り返しにおいて決定された復号コードワードを出力する手段を備える。

デコーダは、具体的には、送信データブロックの最新推定値を、過去の繰り返しの推定値だけでなく、過去の繰り返しの推定値及び復号されるべき受信データブロックの双方から算出するように構成されてもよい。

受信機の好適な実施形態において、シンドローム情報値を最小のシンドローム情報値と比較する手段は、シンドローム情報値がシンドローム閾値よりも低い場合にのみ当該比較を実行するように適合されてもよい。

また、本発明の好適な実施形態において、送信データブロックの最新推定値は、ビットのブロックであってもよく、受信データ信頼度情報値は、当該ビットのブロックの各ビットについての対数尤度比であってもよい。

エラーフロア最小化装置は、ビットのブロックの各ビットについての対数尤度比と信頼度領域との比較に基づいて、ビットのブロックの各ビットが信頼できるかをチェックする対数尤度比閾値比較器をさらに備えてもよい。対数尤度比閾値比較器は、当該対数尤度比閾値比較器によって信頼できないと決定されたビットのブロックの各ビットについて低信頼度ビット数を増加させるように適合された低信頼度ビットカウンタに接続されてもよい。前述した設定手段は、対数尤度比閾値比較器に接続されてもよく、また、低信頼度ビット数が所定の累積信頼度閾値以下である場合に、シンドローム情報値を最小のシンドローム情報値として設定するように適合されてもよい。

受信データ信頼度情報値についての判定は、ビットのブロックの各ビットについての対数尤度比についての硬判定であってもよい。

さらに、デコーダは、繰り返し前方誤り訂正デコーダであってもよく、具体的には、全てのパリティ検査が満足される場合に収束に到達する、低密度パリティ検査デコーダ、又は、所定の停止規則が満足される場合に収束に到達する、ターボ符号デコーダであってもよい。

本発明の好適な実施形態において、シンドローム情報値は、シンドローム重みであってもよい。

最後に、受信機は、無線通信チャネルから信号を受信するように適合されるアンテナと、デコーダの上流にカスケードされる復調器とをさらに備えてもよい。

本発明の目標及び目的は、送信機と上記に開示された受信機とを備える無線リンクによってさらに達成される。この無線リンクにおいて、送信器は、送信されるべき線形符号データで符号化するエンコーダと、当該線形エンコーダによって符号化されるデータブロックの変調器と、線形エンコーダによって符号化され変調されたデータを無線通信チャネル上で送信するアンテナとを含む。

提案される方法は、好適には、高ＳＮＲにおけるＢＥＲ（又はＦＥＲ）曲線が、少数のブロックに集中する多数のビット誤りによって影響を受ける場合に対処する。一般論として、この状況に直面するのは、ＬＤＰＣ符号及びターボ符号の双方においてである。本方法を、アウター代数的符号の連結と共に適用して、エラーフロア現象が無いＢＥＲ曲線及び（符号設計及びアウター符号の使用の結果）ＦＥＲ曲線の双方を得ることができる。

実際には、本発明は、線形符号の繰り返し復号において、符号のシンドロームが、各復号の繰り返しにおいて、誤っているビットの数と高い相関があり、デコーダの収束が単調である保証は無いという見解（observation）に基づく。従って、提案される方法は、各繰り返しにおいて、デコーダにおいて入手可能なビット信頼度情報とシンドローム情報を組み合わせて利用して、推定ビット誤りの最も小さい構成、即ち、復号処理中の送信コードワードに最も近いブロックを抽出し、復号の最後の繰り返しにおける結果がより多数の推定ビット誤りを有する場合はそのようなブロックを選択する。このようにして、復号の最後の繰り返しにおいて多数の誤っているビットを有するはずであったエラー事象のＢＥＲへの寄与（contribution）を低減することができ、高ＳＮＲにおいて最も関係のある、ＢＥＲ曲線の改善をもたらすであろう。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面に非限定的な例として示される、特定の但し排他的ではない実施形態の詳細な説明から、より明らかになるであろう。

繰り返し復号される線形符号を用いて無線通信チャネル上でデータを送信する無線リンクを示す。 無線リンクに含まれる送信機装置を示す。 無線リンクに含まれる受信機装置を示す。 受信機に含まれる線形符号デコーダ及びエラーフロア最小化装置を示す。 本発明の第１の実施形態に係るエラーフロア最小化装置を詳細に示す。 本発明の第２の実施形態に係るエラーフロア最小化装置を詳細に示す。 本発明の第１の実施形態に係る方法を示すフロー図を表す。 本発明の第１の実施形態に係る方法を示すフロー図を表す。 本発明の第１の実施形態に係る方法を示すフロー図を表す。 本発明の第２の実施形態に係る方法を表すフロー図である。 様々なＬＤＰＣ繰り返しステップにおけるデコーダにおいてのビット誤りとシンドローム値との間の相関を示すプロットである。 高ビットエネルギー対雑音比における、エラーフロア低減のために提案される方法を用いたビット誤り率曲線と用いないビット誤り率曲線との比較を示す。

以下では、簡単のためにバイナリコードを考慮するが、開示される方法は非バイナリコードにも適用可能である。

図１は、繰り返し復号される線形符号をチャネル符号として用いる、本発明の好適な実施形態に係る無線リンク１を示す。信号は、送信機２から受信機３へ無線通信チャネル４を介して伝達する。具体的には、送信機２は、送信メディアアクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）５と、Ｍ点直交振幅変調（Ｍ−ＱＡＭ：M-point Quadrature Amplitude Modulation）変調器とを採用し、これに応じて、受信機３は、送信された変調信号を復調するためのＭ−ＱＡＭ復調器７と、受信メディアアクセス制御８とを採用する。

図２は、無線リンク１の送信機２に含まれる構成要素全てをより詳細に開示する。送信ＭＡＣ５は、情報源から未処理のデータビット（raw data bit）を受け取り、選択される変調レベルＭに応じて増加又は減少されてもよいデータレートで、送信のために当該ビットをスケジューリングする。送信ＭＡＣ５からのビットストリームは、線形エンコーダ９において符号化される。線形エンコーダ９は、好ましくは前方誤り訂正（ＦＥＣ：Forward Error Correction）エンコーダである。ＦＥＣ符号化されたビットストリームは、使用中の変調モードに従って、Ｍ−ＱＡＭ変調器６においてマッピングされる。変調モードは、ＱＡＭコンスタレーションを定義するポイントの数Ｍに基づく。無線送信の前に、Ｍ−ＱＡＭ変調器６からのシンボルを処理し、及び、無線送信のために準備するために、送信フィルタ部１０が用いられる。

図３は、無線リンク１の受信機３に含まれる全ての構成要素をより詳細に開示する。受信フィルタ部１１は、受信信号に第１のフィルタリング動作を実行し、受信適応イコライザ１２は、残留シンボル間干渉を除去することによって信号品質を回復し、Ｍ−ＱＡＭ復調器７は、受信シンボルをデマッピングする。Ｍ−ＱＡＭ復調器７の下流において、線形符号のための繰り返し復号アルゴリズムを採用するデコーダ１３は、軟情報を用いて、デマッピングされたビットストリームに適当な誤り訂正を適用する。最後に、受信ＭＡＣ８は、可変レートのデータストリームをリパッキングする（repacks）。

図４に示されるように、デコーダ１３は、線形符号で符号化されたデータブロックを受け取り、復号処理の各繰り返しにおいて、エラーフロア最小化装置１５のためにシンドローム情報値４０及び受信データ信頼度情報値４１を生成するように適合される、ＦＥＣデコーダといった線形符号デコーダ１４を備える。

シンドローム情報値４０は、好ましくは、シンドローム重み、即ち、最新の復号の繰り返しにおける受信データブロック又は送信ブロックの推定値とパリティ検査行列の乗算から得られる、ベクトル中の非ヌルのシンボル（例えば、ビット）の数である。シンドローム情報値は、信号が伝達する通信チャネルに存在する妨害の度合いを示す。実際、ヌルではないシンドロームの値は、送信データブロックと受信データブロックとの間に対応がないことを示す。一方、ヌルであるシンドロームの値は、受信データブロックが送信データブロックと一致し、従って、通信チャネルに如何なる種類の妨害又は雑音も存在しないことを示す。

線形符号デコーダ１４は、各繰り返しにおいて、シンドローム情報値と共に、受信データ信頼度情報値４１を出力する。受信データ信頼度情報値４１は、好ましくは、復号されつつあるデータブロックの各ビットについての対数尤度比（ＬＬＲ：log-likelihood ratio）値である。受信データ信頼度情報値４１は、線形符号デコーダ１４によって推定される各ビット（又は、より一般的には、シンボル）が正確に復号された可能性（probability）を表す。

本発明の好適な実施形態において、シンドローム重み４０及び対数尤度比４１は、エラーフロア最小化装置１５に入力される。エラーフロア最小化装置１５は、デコーダ１３に含まれており、その動作は以下により詳細に開示されるであろう。

データブロックを符号化する線形符号は、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ：Low Density Parity Check）符号又はターボ符号であってよい。線形符号デコーダ１４は、軟判定に基づくものでも硬判定に基づくものでも、任意の繰り返し復号アルゴリズムを適用することができる。以下に記載される実施形態においては、軟判定ＬＬＲと繰り返し確率伝搬アルゴリズム（iterative belief propagation algorithm）が用いられる。

図５は、ＬＤＰＣデコーダを用いる本発明の第１の実施形態に係る、エラーフロア最小化装置１５の詳細なロジック構造を表す。このようなロジック構造は、デジタル信号プロセッサといったプロセッサを適当にプログラムすることによって、ハードウェアで再現することができる。

最新の繰り返しｉ（ここでｉは整数である）から得られるシンドローム重み４０は、所定のシンドローム閾値と比較されるために、好適にはシンドローム閾値比較器１６に入力される。所定のシンドローム閾値は、好適には、最初の復号の繰り返し（ｉ＝０）において復号動作を失敗させるように高く設定される。最小シンドローム比較器１７もシンドローム閾値比較器１６の下流に設けられ、最小シンドローム比較器１７は、最新のシンドローム重み４０がシンドローム閾値よりも低い場合に、全ての過去の繰り返しから得られる最小のシンドローム値とさらに比較するように適合される。最小シンドローム比較器１７は、最小シンドローム比較器１７におけるこの第２の比較の結果に従って最小のシンドローム値を更新するための設定手段１８、の上流に接続される。設定手段１８は、入力側でＬＬＲソフトビット４１も受け取り、ＬＬＲソフトビット４１に基づいて、送信されるコードワードの最小のＢＥＲを用いて推定値を更新することに適している。

設定手段１８は、判定ブロック１９にさらに接続される。判定ブロック１９は、そのステップが後により詳細に記載されるであろう方法に従って、送信コードワードに完全に対応するコードワード、又は、送信コードワードの最良の推定値を出力する。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るエラーフロア最小化装置のロジック構造を示し、図５に示される同一の要素には同一の符号が使用されている。図６のロジック構造は、デジタル信号プロセッサといったプロセッサを適当にプログラムすることによって、ハードウェアで再現することができる。

第２の実施形態に係るエラーフロア最小化装置は、第１の実施形態と同一の、閾値比較器１６と、最小シンドローム比較器１７と、設定手段１８と、硬判定ブロック１９とを備える。第１の実施形態との相違点は、ＬＬＲソフトビット４１が、設定手段１８に供給される前にチェックの対象となる点である。具体的には、ＬＬＲ閾値比較器２０が設けられる。ＬＬＲ閾値比較器２０は、各復号の繰り返しｉにおいて、ＬＬＲソフトビット４１と、所定の可能性領域（probability region）に対応する信頼度閾値との比較を実行する。ＬＬＲ閾値比較器２０に接続される低信頼度ビットカウンタ（unreliable bit counter）２１は、あるビットについてのＬＬＲが所定の可能性領域内に含まれる場合に、低信頼度ビット数（unreliable bit count）の増加を実行する。低信頼度ビットカウンタ２１は、低信頼度ビット閾値比較器２２に接続される。低信頼度ビット閾値比較器２２は、一定の累積信頼度閾値に照らして、低信頼度ビットカウンタ２１によってカウントされる低信頼度ビットが当該閾値を超えるか否かを判定する。

閾値比較器２２は、設定手段１８に接続され、設定手段１８は、次いで、図５と同様に判定ブロック１９に接続される。

本発明の第１の実施形態に係る動作の方法は、ここで図７を参照しつつ記載される。

線形符号デコーダ１４は、図３に示されるブロック１１及び１２によって適当にフィルタリングされ及び等化された後に、Ｍ−ＱＡＭ復調器７からデマッピングされた、線形符号で符号化されたバイナリデータを受け取る。線形符号デコーダ１４に入力される符号化されたデータブロックは、遠隔送信機２において生成され、エンコーダ９に入力された対応するデータブロックから得られる。

本発明の第１の実施形態において、線形符号はＬＤＰＣ符号であり、線形符号デコーダ１４は、所定の繰り返し回数を有する繰り返し確率伝搬アルゴリズムを用いる。全てのパリティ検査が満足される場合、従って、送信データブロック、即ち、エンコーダ９に供給されたデータブロックの推定値が得られた場合に、アルゴリズムは収束する。そうでない場合、所定の繰り返し回数が実行されたときに、アルゴリズムは停止する。

各復号の繰り返しｉ（ｉ＝０，１，２，．．．）において、線形符号デコーダ１４は、ステップ７０で、送信データブロックの最新推定値（current estimate）を算出する。この推定値は、少なくとも過去の繰り返しｉ−１の推定値から算出され、随意的に、復号されるべき受信データブロックからも算出される。繰り返しが最初の１回である場合（ｉ＝１）にのみ、推定値は、復号されるべきデータブロックから直接計算される。以下、特に断りのない限り、下記の方法のステップの各々は、一般的な復号の繰り返しｉにおいて実行されることが意図される。

ステップ７１において、送信データブロックの最新推定値から、シンドローム情報値４０及び受信データ信頼度情報値４１が決定され、これらは線形符号デコーダ１４からエラーフロア低減装置１５へ供給される。好適には、シンドローム情報値４０及び受信データ信頼度情報値４１は、送信データブロックの最新推定値の各ビットについての、シンドローム重み及び軟判定ＬＬＲにそれぞれ対応する。

任意のステップ７２において、シンドローム重み４０は、シンドローム閾値比較器１６においてシンドローム閾値と比較される。

シンドローム重み４０がシンドローム閾値以上である場合、方法は停止し、新たな復号の繰り返し（ｉ＋１）が始まる。このことは、ステップ７０における送信データブロックの新たな推定値の算出につながる。

シンドローム重み４０がシンドローム閾値よりも低く、且つ、繰り返しが最初の１回である（ｉ＝０）場合、手順はステップ７４に進み、最新のシンドローム重みが最小のシンドローム値として設定される。

そうでない場合、繰り返しが最初の１回ではないとき（ｉ＞０）は、ステップ７３において、シンドローム重み４０は、エラーフロア最小化装置に記憶される最小のシンドローム重み、即ち、過去の繰り返し（ｉ−１，ｉ−２，．．．，０）において決定される値とさらに比較される。

ステップ７３において、シンドローム重み４０の最新の値が、過去の繰り返しで得られた最小のシンドローム重み以上であると判定される場合、過去に設定された最小のシンドローム重みは更新されず、繰り返しは次の復号の繰り返し（ｉ＋１）から再開する。

そうでない場合、シンドローム重み４０の最新の値が、過去の繰り返しで得られた最小のシンドローム重みよりも低いときは、ステップ７４において、シンドローム重み４０の最新の値が、新たなシンドローム値として設定され、且つ、記憶される。

ＬＬＲソフトビットのさらなる精緻化（elaboration）は、図８に示されるように、上記のシンドローム評価ステップと並行して実行される。

最初の２つのステップ７０及び７１は、明確にするために図８に示され、これらは本明細書中で上述された同一のステップ７０及び７１に対応する。ステップ８０において、ＬＬＲソフトビットについての硬判定が実行される。このようにして、ビットのＦＥＣブロックが取得され、ＦＥＣブロックは、ステップ８１において、送信データブロックの最新の最良の推定値、即ち、最小のＢＥＲ構成（configuration）に対応するものとして設定手段１８によって記憶される。

図７及び図８に示される並列的な精緻化処理は、図９の判定ブロック９０に合流する。具体的には、ステップ９０において、最新の復号繰り返しｉにおいて、収束に到達したか否か、つまり、ステップ７４において記憶された最小のシンドローム値がゼロであるかが検証される。収束に到達した場合、ステップ９２では、ステップ８１において過去に記憶された送信データブロックの最良の推定値が破棄され、ヌルシンドロームを有する有効な復号コードワードがエラーフロア最小化装置１５から出力される。そうでない場合、方法がシンドロームのヌル値に達しないときは、ステップ９１で記憶される最小のＢＥＲ構成推定値（BER configuration estimate）に対応するコードワードが出力される。

シンドローム重み曲線１１０のビット誤り数曲線１１１に対する相関する振る舞いを示す図１１を参照すると、ビット誤りの数を少なくするためには、３０回の繰り返しが必要となるであろうことに気付く。実際には、そのような多数回の繰り返しを伴う復号は、レイテンシ、計算の負荷及び電力損失が大きくなるため実現不可能であろう。例えば１０回といった、より現実的な回数の繰り返しであれば、本発明の第１の実施形態において、デコーダ１３は、シンドローム重み曲線が最小値１１０ａに達し、且つ、ビット誤りが比較的小さい数１１１ａである、５回目の繰り返しにおいて推定されるコードワードを出力することになるであろう。従来技術のＬＤＰＣデコーダでは、そうせずに、最後の繰り返しにおけるコードワードが出力され、より多数のビット誤りと大きなシンドローム重みを有するであろう。

ここまでに記載した第１の実施形態は、複雑度は低いが、最小のＢＥＲ構成の推定における信頼度の正確さの観点では改善の余地がある。

さらにより正確な復号アルゴリズムを有するために、図６に示される本発明の第２の実施形態が用いられる。第２の実施形態は、各繰り返しにおいてＬＬＲ値を処理する必要性に起因して複雑度は増すが、最小のＢＥＲ構成の信頼できる推定の観点では利点がある。

本発明の第２の好適な実施形態の動作は、図１０に示される。図１０は、図８に示されるステップを置換し、図７の方法を結合する。ここでも、ＬＤＰＣ復号アルゴリズムにおいて設定される所定の回数の繰り返しのうちの最新の繰り返しｉについて述べる。

最初の２つのステップ７０及び７１は、第１の実施形態と同一であり、結果として、これらはシンドローム重み４０及びＬＬＲソフトビット４１を供給する。次いで、ステップ１００において、ＬＬＲ閾値比較器２０は、ＬＬＲソフトビットを受け取って、対応するＬＬＲ値と所定の信頼度閾値との比較を実行する。

ステップ１０１において、各ビットについてのＬＬＲ値が、対応する送信ビットの低信頼度推定値（unreliable estimation）としてみなされるべきかが然るべく検証される。

低信頼度推定値としてみなされるべきではない場合、ステップ１０７において、低信頼度ビット数はそのまま変更されず、処理はステップ１００に戻って、次のビットが信頼度閾値と比較される。

そうでない場合、即ち、各ビットについてのＬＬＲ値が、対応する送信ビットの低信頼度推定値としてみなされるべきである場合、ステップ１０２において、低信頼度ビット数は、低信頼度ビットカウンタ２１において１つだけ増加され、次いで、ステップ１０３において、低信頼度ビット閾値比較器（unreliable bits threshold comparator）２２に記憶される累積信頼度閾値と比較される。ステップ１０１及び１０２における評価は、送信データブロックの最新推定値の全てのビットのＬＬＲ値が評価されるまで、繰り返される。

低信頼度ビット数が累積信頼度閾値を超えない場合、ステップ１０４において、ステップ７４で過去に記憶されたシンドローム重みが最小のシンドローム値として最終的に（definitely）記憶される。次いで、ステップ１０５において、ＬＬＲソフトビットについて硬判定が実行され、ステップ１０６においては、硬判定によって取得されたビットのＦＥＣブロックが、最小のＢＥＲ構成に対応する、送信データブロックの最新の最良の推定値として記憶される。反対に、累積信頼度閾値を超える場合、ステップ１０８において、最新のシンドローム重み４０は考慮されず、過去に記憶された最小のシンドローム値が保持され、ステップ１０４から１０６は実行されずに手順はステップ９０に進み、第１の実施形態と同様に継続する。

上述した２つの実施形態は、ＬＤＰＣ符号で符号化された送信データを考慮する。２つの実施形態では、いつ有効なコードワードがアルゴリズムによって取得されるのか、即ち、いつ収束に到達するのかを、デコーダが把握している。

図１２は、高ビットエネルギー対雑音比（Ｅｂ／Ｎｏ）における、ＬＤＰＣ符号についてのエラーフロア低減のための提案される方法を用いたＢＥＲ曲線と用いないＢＥＲ曲線とを比較する例示的な図を示す。曲線１２０は、高Ｅｂ／Ｎｏ値における典型的なエラーフロア、即ち、高ＳＮＲ値において単調ではない動向（trend）を示す。代わりに、本発明に係る方法を用いることによって、曲線１２１は、高Ｅｂ／Ｎｏ値においても低Ｅｂ／Ｎｏ値におけるときと同じくらい急なままである。

本発明のさらなる実施形態は、図４から図６に示されるデコーダのロジック構造を変更することなく、ＬＤＰＣ符号の代わりにターボ符号を用いることができる。第１及び第２の実施形態とは異なり、バイナリ畳み込み符号の並列的又は直列的な連結に基づくバイナリターボ符号が使用される場合、デコーダは、収束を宣言するための所定の停止ルールを採用するように構成され、ＬＤＰＣ符号について前述されたのと同様の方法で各繰り返しにおいて符号シンドロームを算出するために用いられるシンドローム形成器を備える。シンドローム形成器は、各繰り返しにおいてデコーダから抽出される硬判定ビットの推定値を対象として動作する。

ＬＤＰＣ符号の代わりにターボ符号を用いる上記実施形態は、図７から図１０に示されるように動作し、唯一の相違点は、収束が過去の精緻化処理ではなく所定の停止ルールから得られる点である。従って、ステップ９２においては、有効なコードワードの発見というよりも、ターボデコーダにおいて用いられる特定の停止基準（stopping metric）に従って信頼できるコードワードの発見という方がより正確である。

より詳細には、本発明の第３の実施形態では、各繰り返しにおいて、シンドローム形成器によって決定されるシンドローム値がシンドローム閾値と比較される。シンドローム値が上記閾値よりも低い場合、シンドローム値は、過去の繰り返しにおいて得られたシンドロームの最小のシンドローム値と比較される。シンドローム値の最新の値が最小のシンドローム値よりも低い場合、最新のシンドローム値が記憶される。同時に、ＬＬＲソフトビットについての硬判定が実行され、このようにして取得されるＦＥＣブロックビットは、最小のＢＥＲ構成の最新の最良の推定値として記憶される。

復号処理において、ターボデコーダで用いられる停止基準に従って信頼できるコードワードが得られる場合、最小のＢＥＲ構成の最良の推定値は破棄され、信頼できるコードワードが出力される。復号の繰り返しの最後において、信頼できるコードワードが得られない場合、最小のＢＥＲ構成の最良の推定値が出力される。

ここまで記載された第３の実施形態は、複雑度は低いが、最小のＢＥＲ構成の推定値の信頼度の正確さの観点では改善の余地がある。

さらにより正確な復号アルゴリズムを得るために、本発明の第４の実施形態を提供することができる。第４の実施形態は、各繰り返しにおいてＬＬＲ値を処理する必要性に起因して、複雑度が増加するが、最小のＢＥＲ構成の信頼できる推定の観点では利点がある。

本発明の第４の実施形態では、各繰り返しにおいて、シンドローム形成器によって決定されるシンドローム値がシンドローム閾値と比較される。シンドローム閾値よりも低い場合、シンドローム値は、過去の繰り返しにおいて得られたシンドロームの最小値と比較される。最新のシンドローム値が過去の最小値よりも低い場合、新たな値が記憶される。

復号されつつあるＦＥＣブロックの各ビットについてのＬＬＲは、信頼度閾値と比較される。あるビットについてのＬＬＲ値が所定の低信頼度領域（unreliable region）内にある場合、低信頼度ビット数が更新される。最終的な低信頼度ビット数は、次いで、累積信頼度閾値と比較される。累積信頼度閾値を超えない場合、過去に記憶されたシンドローム値が最小のシンドローム値として保存され、ＬＬＲソフトビットについての硬判定が実行され、このようにして取得されるＦＥＣブロックビットは、最小のＢＥＲ構成の最新の最良の推定値として記憶される。

復号処理において、ターボデコーダで用いられる停止基準に従って信頼できるコードワードが得られる場合、最小のＢＥＲ構成の最良の推定値は破棄され、信頼できるコードワードが出力される。復号の繰り返しの最後において、信頼できるコードワードが得られない場合、最小のＢＥＲ構成の最良の推定値が出力される。

上記実施形態の全てにおいて議論されたＦＥＣスキームを、代数的アウター符号（algebraic outer code）を付加することによって連結されたＦＥＣスキームと置換した場合にも、本発明は実施をすることができることに留意しなければならない。

本発明のさらなる実施形態は、各繰り返しにおけるＬＬＲの処理において幾つかの改良を含むことができる。例えば、図６のＬＬＲ閾値比較器２０、ブロック２１及び２２、並びに、図１０に示される対応する精緻化ステップを、ビット信頼度の平均とその後の閾値比較で置換することができる。別の可能性は、複数のビット信頼度のうちより劣悪な値を閾値と比較することである。

本発明は、データが線形符号を用いて送信される無線リンクにおいて、繰り返し前方誤り訂正復号化（iterative Forward Error Correction decoding）が適用される場合に、受信側におけるビット誤り率を低減する可能性を与えることにより、意図される目的と目標とを本発明が達成することが示された。

従来技術に対して、本発明は幾つかの利点を有する。第一に、半解析的技法は線形符号に適用可能でないのに対し、本方法は、コードブロック長に関わらず線形符号に適用可能であり、また、繰り返し復号されることができる如何なる線形符号にも適用可能である。加えて、本発明は、バイナリ線形符号に限定されず、繰り返し復号アルゴリズムに若干の複雑度を加えれば容易に利用可能な情報の内容を有効に利用する。

さらに、本方法は、フレーム誤り率を最小化することを目的とする適当な符号設計技法、及び、アウター代数的符号を連結して残留ビット誤りを除去し、ＢＥＲとＦＥＲとを改善する定着した技法と組み合わせることができる。

本発明の範囲から逸脱することなく、幾つかの変形例が当業者には明白になるであろうこと、及び、幾つかの変形例が当業者には容易に実施をされ得ることは、明らかである。従って、特許請求の範囲は、図面、又は、例として明細書に記載された好適な実施形態によって限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲は、当業者によって均等物として扱われるであろうあらゆる特徴を含む、本発明に属する特許可能な新規性を有するあらゆる特徴を包含すべきものである。

任意の請求項に記載される技術的な特徴には符号が付されているが、それらの符号は当該請求項をより明瞭にする目的で含まれているに過ぎず、従って、そのような符号は、当該符号によって例として識別される各要素の解釈を限定する効果を有しない。

Claims (22)

1. 線型符号で符号化されたデータの繰り返し復号を採用する通信システムにおいてエラーフロアを低減するための方法であって、前記方法は、各復号の繰り返しにおいて、
   ａ）送信データブロックの最新推定値を算出するステップ（７０）と、
   前記算出（７０）は、少なくとも過去の繰り返しの推定値から、又は最初の繰り返しにおいては復号されるべき受信データブロックからの計算によって行われることと、
   ｂ）前記送信データブロックの前記最新推定値から、シンドローム情報値（４０）及び受信データ信頼度情報値（４１）を決定するステップ（７１）と、
   ｃ）前記シンドローム情報（４０）値を、全ての過去の繰り返しにおいて決定された最小のシンドローム情報値と比較するステップ（７３）と、
   ｄ）前記シンドローム情報値（４０）が前記最小のシンドローム情報値よりも低い場合に、ステップｂ）において決定された前記シンドローム情報値を前記最小のシンドローム情報値として設定するステップ（７４）と、
   ｅ）前記送信データブロックの前記最新推定値についての判定に基づいて、前記受信データ信頼度情報値（４１）から、復号コードワードを決定するステップ（８０）と、
   ｆ）ステップｄ）において前記シンドローム情報値（４０）が前記最小のシンドローム情報値よりも低いと判定された場合に、前記送信データブロックの最良の推定値として、ステップｅ）において取得された前記復号コードワードを記憶するステップ（８１）と、
   を含むことを特徴とし、
   前記繰り返し復号により収束に到達していない場合には、前記送信データブロックの前記最良の推定値は、復号の最後の繰り返しにおいて出力され（９１）、そうでない場合には、収束に到達した復号の繰り返しにおいて決定された前記復号コードワードが出力される（９２）、
   方法。
2. 前記送信データブロックの前記最新推定値は、前記過去の繰り返しの推定値及び前記復号されるべき受信データブロックの双方から算出される、請求項１に記載の方法。
3. 前記シンドローム情報値（４０）を前記最小のシンドローム情報値と比較するステップ（７３）は、前記シンドローム情報値がシンドローム閾値よりも低い場合にのみ実行される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記送信データブロックの前記最新推定値は、ビットのブロックであり、前記受信データ信頼度情報値（４１）は、前記ビットのブロックの各ビットについての対数尤度比である、先行する請求項の１つ以上に記載の方法。
5. 各ビットについての前記対数尤度比は、当該ビットが信頼できるかをチェックするために信頼度領域と比較され、当該チェックが失敗した場合、低信頼度ビット数が増加され、ステップｂ）において決定された前記シンドローム情報値（４０）は、当該低信頼度ビット数が所定の累積信頼度閾値よりも高くない場合、前記最小のシンドローム情報値として設定される、請求項４に記載の方法。
6. ステップｅ）における前記判定（８０）は、前記ビットのブロックの各ビットについての前記対数尤度比についての硬判定である、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記繰り返し復号は、前方誤り訂正符号に適用される、先行する請求項の１つ以上に記載の方法。
8. 前記繰り返し復号は、低密度パリティ検査繰り返し復号であり、全てのパリティ検査が満足される場合に前記収束に到達する、請求項７に記載の方法。
9. 前記繰り返し復号は、ターボ符号復号であり、所定の停止規則が満足される場合に前記収束に到達する、請求項７に記載の方法。
10. 前記シンドローム情報値（４０）は、シンドローム重みである、先行する請求項の１つ以上に記載の方法。
11. 通信システムの受信機（３）であって、
    線型符号のための繰り返し復号アルゴリズムを採用するデコーダ（１４）と、
    エラーフロア最小化装置（１５）と、
    を備えることを特徴とし、
    前記デコーダは、各繰り返しにおいて、少なくとも過去の繰り返しの推定値から、又は最初の繰り返しにおいては復号されるべき受信データブロックから送信データブロックの最新推定値を算出するように構成され、
    前記デコーダは、各繰り返しにおいて、前記送信データブロックの前記最新推定値から、シンドローム情報値及び受信データ信頼度情報値を決定するようにも構成され、
    前記エラーフロア最小化装置（１５）は、
    −復号の最新の繰り返しにおいて、前記シンドローム情報値（４０）を、前記繰り返し復号アルゴリズムの全ての過去の復号の繰り返しにおいて決定された最小のシンドローム情報値と比較する手段（１７）と、
    −前記復号の最新の繰り返しにおいて、前記シンドローム情報値（４０）が前記最小のシンドローム情報値よりも低い場合に、前記シンドローム情報値（４０）を前記最小のシンドローム情報値として設定する手段（１８）と、
    −前記復号の最新の繰り返しにおいて、前記受信データ信頼度情報値（４１）についての判定に基づいて、復号コードワードを決定する手段（１９）と、
    −前記復号の最新の繰り返しにおいて、前記シンドローム情報値（４０）が当該復号の最新の繰り返しにおける前記最小シンドローム情報値よりも低いと判定された場合に、前記送信データブロックの最良の推定値として、前記復号コードワードを記憶する手段（１８）と、
    を含み、
    前記エラーフロア最小化装置（１５）は、前記繰り返し（lo leverei）デコーダにより収束に到達していない場合には、前記送信データブロックの前記最良の推定値を、復号の最後の繰り返しにおいて出力し、又は、収束に到達した復号の繰り返しにおいて決定された前記復号コードワードを出力する手段、を備える、
    受信機（３）。
12. 前記デコーダ（１４）は、前記送信データブロックの前記最新推定値を、前記過去の繰り返しの推定値及び前記復号されるべき受信データブロックの双方から算出するように構成される、請求項１１に記載の受信機。
13. 前記シンドローム情報値（４０）を前記最小のシンドローム情報値と比較する手段（１７）は、前記シンドローム情報値がシンドローム閾値よりも低い場合に前記比較を実行するように適合される、請求項１１又は１２に記載の受信機。
14. 前記送信データブロックの前記最新推定値は、ビットのブロックであり、前記受信データ信頼度情報値（４１）は、前記ビットのブロックの各ビットについての対数尤度比である、請求項１１〜１３の１つ以上に記載の受信機。
15. 前記エラーフロア最小化装置（１５）は、前記ビットのブロックの各ビットについての前記対数尤度比と信頼度領域との比較に基づいて、前記ビットのブロックの各ビットが信頼できるかをチェックするための対数尤度比閾値比較器（２０）を備え、当該対数尤度比閾値比較器（２０）は低信頼度ビットカウンタ（２１）に接続され、当該低信頼度ビットカウンタ（２１）は、前記対数尤度比閾値比較器（２０）によって信頼できないと決定された前記ビットのブロックの各ビットについて前記低信頼度ビット数を増加させるように適合され、
    前記設定手段（１８）は、前記対数尤度比閾値比較器（２０）に接続され、前記低信頼度ビット数が所定の累積信頼度閾値よりも高くない場合、前記シンドローム情報値（４０）を前記最小のシンドローム情報値として設定するように適合される、
    請求項１４に記載の受信機。
16. 前記判定は、前記ビットのブロックの各ビットについての前記対数尤度比についての硬判定である、請求項１４又は１５に記載の受信機。
17. 前記デコーダ（１４）は、繰り返し前方誤り訂正デコーダである、請求項１１〜１５の１つ以上に記載の受信機。
18. 前記デコーダ（１４）は、低密度パリティ検査デコーダであり、全てのパリティ検査が満足される場合に前記収束に到達する、請求項１７に記載の受信機。
19. 前記デコーダ（１４）は、ターボ符号デコーダであり、所定の停止規則が満足される場合に、前記収束に到達する、請求項１７に記載の受信機。
20. 前記シンドローム情報値（４０）は、シンドローム重みである、請求項１１〜１９の１つ以上に記載の受信機。
21. 無線通信チャネルから信号を受信するための受信アンテナと、前記デコーダ（１４）の上流にカスケードされる復調器（７）とをさらに備える、請求項１１〜２０の１つ以上に記載の受信機。
22. 送信機（２）と請求項２１に記載の受信機（３）とを備える無線リンク（１）であって、当該送信器（２）は、送信されるべきデータを線形符号で符号化するためのエンコーダ（９）と、当該線形エンコーダによって符号化されるデータブロックの変調器（６）と、前記線形エンコーダによって符号化され変調された前記データを無線通信チャネル（４）上で送信するための送信アンテナとを含む、無線リンク（１）。
    

Images