JP2015032899A - 受信装置、受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】復号の際に、演算の増加を抑制する技術を提供する。【解決手段】復調部５０は、送信装置１０により送信された変調シンボルの信号を受信して信号から変調シンボルを復調する。シンボルデマッピング部５２は、復調した変調シンボルから軟判定値を算出する。軟判定値補正部５４は、算出した軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数を使用することによって、算出した軟判定値を補正する。ＬＤＰＣ復号部６０は、補正した軟判定値を復号する。【選択図】図１

Description

本発明は、誤り訂正符号化の復号に使用される軟判定値を生成する受信装置、受信方法に関する。

近年、無線通信を用いて複数の通信機器間でデータを送受信するデジタル無線通信システムが知られている。デジタル無線通信システムにおいて使用される変調方式の一つとしてＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式が知られている。また、デジタル無線通信システムにおいて使用される符号化方式の一つとして、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り高い復号性能が得られることが知られている。このＬＤＰＣの復号処理は、上記のような変調方式により受信したデータから信頼度を計算により求めた軟判定値を使って復号処理を行っている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−１３１３６４号公報 特開２００３−１３４０８２号公報

この軟判定値を使って復号処理を行うシステムでは、希望波に生じる干渉を検出して軟判定値を補正し復号性能を高める方式などが提案されているが、干渉を検出して補正を行うには、演算が多くなる傾向にある。また、受信の電力レベルに応じて軟判定値を補正し復号性能を高める方式も提案されているが、電力レベルに応じて補正を行うので、演算が多くなる傾向にある。

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、復号の際に、演算の増加を抑制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受信装置は、送信装置により送信された変調シンボルの信号を受信して前記信号から変調シンボルを復調する復調部と、復調した変調シンボルから軟判定値を算出するデマッピング部と、デマッピング部において算出した軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数を使用することによって、デマッピング部において算出した軟判定値を補正する軟判定値補正部と、軟判定値補正部において補正した軟判定値を復号する復号部と、を備える。

本発明の別の態様は、受信方法である。この方法は、送信装置により送信された変調シンボルの信号を受信して前記信号から変調シンボルを復調するステップと、復調した変調シンボルから軟判定値を算出するステップと、算出した軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数を使用することによって、算出した軟判定値を補正するステップと、補正した軟判定値を復号するステップと、を備える。

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、復号の際に、演算の増加を抑制できる。

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、ＬＤＰＣ復号部において使用される検査行列を示す図である。 図１のインタリーブ部、デインタリーブ部において使用されるインタリーブ行列を示す図である。 図１のシンボルマッピング部における８値ＦＳＫのシンボルマッピングを示す図である。 図１のシンボルマッピング部におけるシンボルを構成するビットごとのエラー発生頻度を示す図である。 図１のシンボルデマッピング部での受信値に対する各シンボル値であるための確率の計算結果を示す図である。 図１のシンボルデマッピング部での受信値に対するＭＳＢが１である確率の計算結果を示す図である。 図１のシンボルデマッピング部での受信値に対する２ビット目が１である確率の計算結果を示す図である。 図１のシンボルデマッピング部での受信値に対するＬＳＢが１である確率の計算結果を示す図である。 図１の軟判定値補正テーブルのデータ構造を示す図である。 図１の軟判定値補正テーブルの別のデータ構造を示す図である。 図１の通信システムの受信特性についてのシミュレーション結果を示す図である。 図１の通信システムによる通信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のうち、受信装置に関する。本実施例では、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式のノイズに対する特徴を利用して軟判定値を補正することによって、非常に簡単な演算処理によりＬＤＰＣの復号性能を向上させる。つまり、変調でのノイズに対する強弱に合わせて各ビットの軟判定値に重みづけがなされる。具体的に説明すると、デマッピングでの軟判定値のビット位置情報に応じた補正係数であって、互いに異なった補正係数を使用することによって、軟判定値が重みづけなされる。このような補正係数の値は、変調でのノイズに対する強弱に合わせて異なっている。

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、通信路７０、受信装置２０を含む。送信装置１０は、送信データ３０、ＬＤＰＣ符号化部３２、インタリーブ部３４、シンボルマッピング部４０、変調部４２を含み、受信装置２０は、復調部５０、シンボルデマッピング部５２、軟判定値補正部５４、軟判定値補正テーブル５６、デインタリーブ部５８、ＬＤＰＣ復号部６０、受信データ６２を含む。

送信データ３０は、ＬＤＰＣ符号化部３２に入力される。送信データ３０は、送信対象となるデータである。ＬＤＰＣ符号化部３２は、ＬＤＰＣ符号化部３２は、送信データ３０を受けつけ、送信データ３０に対してＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ）符号化を実行する。ＬＤＰＣ符号化部３２は、ＬＤＰＣでのパリティ検査行列をもとにしたパリティビットを送信データ３０に付加する。ＬＤＰＣ符号化では、例えば、ＬＤＧＭ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｔｒｉｘ）構造のパリティ検査行列が使用される。

図２は、ＬＤＰＣ符号化部３２、ＬＤＰＣ復号部６０において使用される検査行列を示す。ＬＤＧＭ構造のパリティ検査行列は、パリティビットに掛かる部分の行列の左下三角が「０」とした構造である。この構造によると上位のパリティから順にパリティビットが計算されるので、生成行列とパリティ検査行列とが同一になる。なお、ＬＤＧＭ構造のパリティ検査行列は、図２に限定されずに、右上三角が「０」や、２重対角部分が「０」といった行列であってもよい。ＬＤＧＭ構造のパリティ検査行列でＬＤＰＣ符号化がなされた場合、パリティ部の列重み、つまり検査行列の列方向に「１」がある個数が少なくなり、データ部よりも確率伝播の働きが悪くなることによって、誤り訂正能力が低下する。図１に戻る。

インタリーブ部３４は、シンボルマッピング部４０のシンボルマッピングするビット数と、シンボルマッピング部４０での変調多値数に応じてインタリーブ処理を行う。つまり、インタリーブ部３４は、誤り訂正符号の特性が十分に得られるように、データの送る順序を並びかえる。ここでは、シンボルマッピング部４０が８値ＦＳＫを使用する場合を例に説明する。なお、シンボルマッピングは８値に限定されない。また、変調方式として、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｉｏｎ）などが使用されてもよい。

図３は、インタリーブ部３４、デインタリーブ部５８において使用されるインタリーブ行列を示す。インタリーブ部３４は、図３のように行列を使って行列の行方向に符号化したデータの１〜２１ビットを書き込み、列方向に読み出し、１、８、１５、２、９、１６・・・・７，１４、２１というようにデータを並べかえる。このような並べかえによって、フェージング等で起こったバーストエラーを分散させて復号性能が向上される。図１に戻る。

シンボルマッピング部４０は、前述のごとく、８値ＦＳＫで行う場合を例に説明する。図４は、シンボルマッピング部４０における８値ＦＳＫのシンボルマッピングを示す。シンボルマッピング部４０は、３ビットごとにシンボル化を行っていくが、そのマッピングによって「０」と「１」の反転回数がビット位置によって変わる。図４のマッピングの例ではグレーコードが使用されており、「０」と「１」の反転回数はＭＳＢビットで１回、２ビット目で２回、ＬＳＢビットで４回になっている。図５は、シンボルマッピング部４０におけるシンボルを構成するビットごとのエラー発生頻度を示す。図示のごとく、反転回数が多いＬＳＢは、反転回数の少ないＭＳＢよりもノイズに対して弱くなり、エラーが発生しやすくなる。図１に戻る。

変調部４２は、シンボルマッピング部４０から送られてきたシンボルデータに所定の変調を施した変調シンボルの信号を送信する。ここでは、前述のごとく、８ＦＳＫが使用される。変調された信号は、無線周波数の信号に周波数変換された後、通信路７０へ送信される。受信装置２０は、通信路７０を介して、送信装置１０からの信号を受信する。受信装置２０の復調部５０は、受信した信号から変調シンボルを復調し、復調結果をシンボルデマッピング部５２に出力する。

シンボルデマッピング部５２は、復調部５０において復調した変調シンボルから軟判定値を算出する。つまり、シンボルデマッピング部５２は、図３のシンボルマッピングテーブルからシンボル値をビットデータの信頼度が分かるような軟判定値に変換する。まず、ビットごとの重みは、受信値ｒを受信した時、送信されたシンボルがｓである確率という条件付き確率Ｐ（ｓ｜ｒ）を利用して算出される。これを導出するために、確率密度関数の式からシンボルｓを送信した時、受信した値がｒである確率、という条件付き確率が算出される。条件付き確率は、次のように導出される。

ここで、ｒは受信値を示し、ｓは送信した変調シンボルを示す。

ここで、σ＝１とすると、条件付き確率は次のように示される。

これから、各シンボルの条件付き確率を求めると、図６のようになる。図６は、シンボルデマッピング部５２での受信値に対する各シンボル値であるための確率の計算結果を示す。横軸が受信値ｒを示し、縦軸が確率ｐを示す。

８値ＦＳＫではシンボルをビットに分解した時、ＭＳＢと２ビット目とＬＳＢの３ビットに分かれる。ここでは、ＭＳＢに着目し、ＭＳＢが１である確率を例として求める。この確率は、ｐ（ＭＳＢ＝１｜ｒ）とすれば、次のように算出される。

これは、図７のように示される。図７は、シンボルデマッピング部５２での受信値に対するＭＳＢが１である確率の計算結果を示す。また、２ビット目が１になる確率、ＬＳＢが１になる確率も同様に算出されており、それらは、図８、図９のようにそれぞれ示される。図８は、シンボルデマッピング部５２での受信値に対する２ビット目が１である確率の計算結果を示す。図９は、シンボルデマッピング部５２での受信値に対するＬＳＢが１である確率の計算結果を示す。図１に戻る。

実際のシステムではこれらの確率を簡単に計算するために２次式で近似している。例としてＭＳＢ＝１の場合を考えると、次のように示される。

このような２次式での近似値を使い、受信値ｒからＭＳＢと２ビット目とＬＳＢの３ビットに対してデータが１もしくは０になる確率を算出して軟判定値が算出される。

軟判定値補正部５４は、シンボルデマッピング部５２において算出した軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数を使用することによって、シンボルデマッピング部５２において算出した軟判定値を補正する。軟判定値補正テーブル５６は、補正係数を記憶する。図１０は、軟判定値補正テーブル５６のデータ構造を示す。ノイズに対してエラーが発生しづらいＭＳＢは係数値１．０となっており、２ビット目が係数値０．９、エラーが発生しやすいＬＳＢは係数値０．８とすることによって、復号処理を行う際にノイズに対して弱いビットの影響が少なくなるように軟判定値に重みづけすることが可能になる。このように、エラーが発生しづらくなるほど、補正係数の値が大きくされる。図１に戻る。

軟判定値補正部５４は、図５で示したような変調でのマッピング位置によってノイズに対して強弱が発生するので、それに応じた重みづけを行うように、軟判定値補正テーブル５６に記憶したテーブル値にしたがって、マッピング位置に応じた軟判定値に補正係数を乗算する。つまり、軟判定値補正部５４は、シンボルデマッピング部５２よりＭＳＢ、２ビット目、ＬＳＢの順番の繰り返しで軟判定値が送られてくるので、そのビット位置に応じて軟判定値補正テーブル５６より読み込んだ補正係数を軟判定値に乗算して補正を行う。図１０の補正係数では、ＭＳＢは補正せず、２ビット目は軟判定値×０．９を行い、ＬＳＢは軟判定値×０．８を行う。その結果、復号の際にノイズに対して弱いビットの影響が低減される。

図１０では、受信レベルに関係なく、各ビット位置に対して固定の補正係数が使用される。しかしながら、受信レベルに応じて補正係数が変更されてもよい。つまり、軟判定値補正部５４は、受信した変調シンボルの受信レベルに応じて、軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数の値を変更してもよい。受信装置２０が受信レベルを測定し、軟判定値補正部５４は、受信レベルに応じて補正係数を選択する。軟判定値補正テーブル５６は、受信レベルに応じた補正係数を記憶する。図１１は、軟判定値補正テーブル５６の別のデータ構造を示す。図示のごとく、２ビット目に対する補正係数が受信レベルに応じて変わるように規定されている。ＬＳＢに対しても同様である。図１に戻る。

デインタリーブ部５８は、軟判定値補正部５４からのデータに対して、送信装置１０におけるインタリーブに対応したデインタリーブを実行する。具体的に説明すると、デインタリーブ部５８は、インタリーブ部３４と同じサイズの行列を使い、列方向に書き込みを行い、行方向に読み出しすることによって、各ビットの軟判定値を並べかえる。デインタリーブ部５８は、軟判定値をＬＤＰＣ復号部６０へ出力する。

ＬＤＰＣ復号部６０は、ＬＤＰＣ復号部６０は、デインタリーブ部５８においてデインタリーブを実行したデータに対して、ＬＤＰＣ復号を実行する。ＬＤＰＣ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。
つまり、ＬＤＰＣ復号部６０は、軟判定値補正部５４において補正した軟判定値を復号する。ＬＤＰＣ復号部６０は、復号結果を受信データ６２として出力する。

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１２は、通信システム１００の受信特性についてのシミュレーション結果を示す。従来方式は、軟判定値を補正しない場合に相当する。図示のごとく、本実施例によって、従来方式よりも復号性能が改善されている。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図１３は、通信システム１００による通信手順を示すフローチャートである。復調ステップにおいて、復調部５０は、受信データを復調し、シンボルデマッピングステップにデータを送る（Ｓ１０）。シンボルデマッピングステップにおいて、シンボルデマッピング部５２は、受信シンボルデータから変調ビット数分（ＭＳＢ、２ビット目、ＬＳＢの３ビット分）のデータに変換して軟判定値として出力する。この処理は１フレーム分繰り返しなされる（Ｓ２０）。

軟判定値補正ステップにおいて、軟判定値補正部５４は、軟判定値補正テーブル５６からマッピング位置に対する軟判定値の補正係数を読み込む。軟判定値補正部５４は、その読み込んだ補正係数にしたがって、シンボルデマッピングステップからのＭＳＢ、２ビット目、ＬＳＢと順番に繰り返し送られてくるデータに対してマッピング位置に対する補正係数を掛けて補正を行い、デインタリーブステップに出力する（Ｓ４０）。デインタリーブステップにおいて、デインタリーブ部５８は、行列によるデータの並べかえを行い、ＬＤＰＣ復号化ステップへ送る（Ｓ５０）。ＬＤＰＣ復号化ステップにおいて、ＬＤＰＣ復号部６０は、デインタリーブステップからのデータを復号し、受信データを出力する（Ｓ６０）。

本発明の実施例によれば、変調でのノイズに対する強弱に合わせて各ビットの軟判定値に重みづけを行うので、復号処理を行う際にノイズに対してエラーが発生しやすい、ノイズに対して弱いビットの影響を低下させて誤り訂正能力を向上できる。また、補正係数を予め記憶しておくので、演算の増加を抑制できる。また、受信レベルに応じて補正係数を変更するので、受信レベルに適した補正係数を使用できる。また、受信レベルに適した補正係数を使用するので、誤り訂正能力を向上できる。

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２０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２０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。

１０ 送信装置、 ２０ 受信装置、 ３０ 送信データ、 ３２ ＬＤＰＣ符号化部、 ３４ インタリーブ部、 ４０ シンボルマッピング部、 ４２ 変調部、 ５０ 復調部、 ５２ シンボルデマッピング部、 ５４ 軟判定値補正部、 ５６ 軟判定値補正テーブル、 ５８ デインタリーブ部、 ６０ ＬＤＰＣ復号部、 ６２ 受信データ、 ７０ 通信路、 １００ 通信システム。

Claims (3)

1. 送信装置により送信された変調シンボルの信号を受信して前記信号から変調シンボルを復調する復調部と、
   復調した前記変調シンボルから軟判定値を算出するデマッピング部と、
   前記デマッピング部において算出した軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数を使用することによって、前記デマッピング部において算出した軟判定値を補正する軟判定値補正部と、
   前記軟判定値補正部において補正した軟判定値を復号する復号部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記軟判定値補正部は、前記変調シンボルの受信レベルに応じて、軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数の値を変更することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 送信装置により送信された変調シンボルの信号を受信して前記信号から変調シンボルを復調するステップと、
   復調した前記変調シンボルから軟判定値を算出するステップと、
   算出した軟判定値のマッピング位置ごとに互いに異なった補正係数を使用することによって、算出した軟判定値を補正するステップと、
   補正した軟判定値を復号するステップと、
   を備えることを特徴とする受信方法。

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