JP2016213561A - 復号装置、受信機、無線伝送システムおよび誤り検出方法 - Google Patents

復号装置、受信機、無線伝送システムおよび誤り検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】通信性能の劣化を抑制しつつ、復号後の信号に誤りが含まれるか否かを検出する。【解決手段】本発明に係る復号装置24は、デジタル信号に対する誤り訂正符号化として畳み込み符号化が行われた信号が入力され、入力信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力するものであり、入力信号に対して軟判定ビタビ復号を行う軟判定ビタビ復号部25と、入力信号に対して硬判定ビタビ復号を行う硬判定ビタビ復号部26と、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果との比較に基づき、復号装置24の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第1の誤り検出情報を出力する復号結果比較部28と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、復号装置、受信機、無線伝送システムおよび誤り検出方法に関する。
デジタル無線伝送では一般に、伝搬路において発生する誤りを訂正するために、畳み込み符号に代表される誤り訂正符号が用いられる。図3は、畳み込み符号を用いる場合の送信機30および受信機40の構成例を示す図である。
送信機30は、畳み込み符号化部31と、変調部32と、電力増幅部33と、送信アンテナ34とを備える。畳み込み符号化部31は、入力されたデジタル信号に対して畳み込み符号化を行う。変調部32は、畳み込み符号化後の信号を変調し、電力増幅部33は、変調後の信号の電力増幅を行い、送信アンテナ34から送信する。
受信機40は、受信アンテナ41と、受信増幅部42と、復調部43と、畳み込み符号復号部44とを備える。受信増幅部42は、受信アンテナ41の受信信号の増幅を行い、復調部43は、増幅後の信号を復調する。畳み込み符号復号部44は、復調後の信号に対して畳み込み符号の復号を行い、デジタル信号を出力する。畳み込み符号の復号としては、硬判定ビタビ復号または軟判定ビタビ復号が広く用いられる。
伝搬路の品質が悪い場合、畳み込み符号の復号後の信号に誤りが残存し(含まれ)、残存する誤りが、受信機の後段のシステムに影響を与えることがある。例えば、音声信号の場合には、受信側で大きなノイズが生じるといった問題が発生する。ここで、復号後の信号に誤りが含まれることを検出できれば、後段のシステムへの影響を防ぐ対策を講じることができる。例えば、音声信号の場合には、誤りが含まれる音声信号については再生しないといった対策を講じることで、ノイズの発生を防ぐことができる。
デジタル信号に誤りが含まれる否かを検出する方法として、CRC(Cyclic Redundancy Check)符号に代表される誤り検出符号を用いる方法がある(例えば、特許文献1〜3参照)。
図4は、誤り検出符号を用いる場合の送信機30aおよび受信機40aの構成例を示す図である。図4において、図3と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
送信機30aにおいては、畳み込み符号化部31の前段に誤り検出符号化部35が設けられている。誤り検出符号化部35は、入力されたデジタル信号に対して誤り検出符号化を行う。その後、送信機30と同様に、畳み込み符号化、変調および電力増幅が行われる。
受信機40aにおいては、畳み込み符号復号部44の後段に誤り検出復号部45が設けられている。誤り検出復号部45は、畳み込み符号の復号後の信号に対して誤り検出復号を行い、誤り検出復号により得られるデジタル信号およびそのデジタル信号に誤りが含まれるか否かを示す誤り検出情報を出力する。
特開2014−209699号公報 特開2014−112815号公報 特開2015−23460号公報
誤り検出符号を用いる場合、誤り検出用ビットをデジタル信号に付加する必要がある。しかしながら、無線伝送システムによっては、伝送単位(フレーム)のビット数が少なく、誤り検出用ビットを付加することで、必要な誤り訂正符号化率や情報の伝送レートを確保できないことがある。
例えば、1フレームを39ビットとし、誤り訂正符号化率を2/3(=0.67)として無線伝送を行う場合を考える。この場合、図5(a)に示す26ビットの情報ビットに、図5(b)に示すように、13ビットの誤り訂正符号が付加される。
ここで、誤り検出のために、4ビットの誤り検出符号を付加する必要があるとする。情報ビット(26ビット)と誤り訂正符号(13ビット)とで39ビットに達しているため、4ビットの誤り検出符号を付加するには、図5(c)に示すように、誤り訂正符号を4ビット減らして誤り検出用ビットを付加する方法と、図5(d)に示すように、情報ビットを4ビット減らして誤り検出用ビットを付加する方法とが考えられる。
しかしながら、誤り訂正符号を減らすと、符号化率が10/13(=0.77)となり、誤り訂正能力が低下してしまう。また、情報ビットを減らすと、情報の伝送レートが低下してしまう。そのため、誤り訂正能力の低下や情報の伝送レートの低下といった通信性能の劣化を抑制しつつ、復号後の信号に誤りが含まれるか否かを検出するための技術が求められている。
本発明の目的は、上述した課題を解決し、通信性能の劣化を抑制しつつ、復号後の信号に誤りが含まれるか否かを検出することができる復号装置、受信機、無線伝送システムおよび誤り検出方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る復号装置は、デジタル信号に対する誤り訂正符号として畳み込み符号化が行われた信号が入力され、入力信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する復号装置であって、前記入力信号に対して軟判定ビタビ復号を行う軟判定ビタビ復号部と、前記入力信号に対して硬判定ビタビ復号を行う硬判定ビタビ復号部と、前記軟判定ビタビ復号部の復号結果と前記硬判定ビタビ復号部の復号結果との比較に基づき、前記復号装置の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第1の誤り検出情報を出力する復号結果比較部と、を備える。
また、本発明に係る復号装置において、前記軟判定ビタビ復号部の復号結果および前記硬判定ビタビ復号部の復号結果の一方を、前記出力信号として出力する出力部をさらに備えることが好ましい。
また、本発明に係る復号装置において、前記入力信号は、デジタル信号に対して誤り検出符号化が行われた後、畳み込み符号化が行われた信号であり、前記軟判定ビタビ復号部の復号結果および前記硬判定ビタビ復号部の復号結果の一方を出力する出力部と、前記出力部から出力された復号結果に対して誤り検出復号を行い、復号後の信号を前記出力信号として出力するとともに、前記出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第2の誤り検出情報を出力する誤り検出復号部と、をさらに備えることが好ましい。
また、本発明に係る復号装置において、前記出力部は、前記軟判定ビタビ復号部の復号結果を出力することが好ましい。
また、上記課題を解決するため、本発明に係る受信機は、デジタル信号に対する過り訂正符号化として畳み込み符号化が行われた信号を受信し、受信信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する受信機であって、上述したいずれかの復号装置を備え、該復号装置により前記受信信号に対する復号を行う。
また、上記課題を解決するため、本発明に係る無線伝送システムは、デジタル信号に対する誤り訂正符号として畳み込み符号化を行った信号を無線送信する送信機と、前記信号を受信し、受信信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する受信機とを備える無線伝送システムであって、前記受信機は、前記受信信号に対して軟判定ビタビ復号を行う軟判定ビタビ復号部と、前記受信信号に対して硬判定ビタビ復号を行う硬判定ビタビ復号部と、前記軟判定ビタビ復号部の復号結果と前記硬判定ビタビ復号部の復号結果との比較に基づき、前記受信機の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第1の誤り検出情報を出力する復号結果比較部と、を備える。
また、上記課題を解決するため、本発明に係る誤り検出方法は、デジタル信号に対する誤り訂正符号化として畳み込み符号化が行われた信号が入力され、入力信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する復号装置における誤り検出方法であって、前記入力信号に対して軟判定ビタビ復号を行うステップと、前記入力信号に対して硬判定ビタビ復号を行うステップと、前記軟判定ビタビ復号の復号結果と前記硬判定ビタビ復号の復号結果との比較に基づき、前記復号装置の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第1の誤り検出情報を出力するステップと、を含む。
本発明に係る復号装置、受信機、無線伝送システムおよび誤り検出方法によれば、情報の伝送レートや誤り訂正能力を劣化させることなく、復号後の信号に誤りが含まれるか否かを検出することができる。
本発明の第1の実施形態に係る無線伝送システムの構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る無線伝送システムの構成を示す図である。 関連する送信機および受信機の構成例を示すブロック図である。 関連する送信機および受信機の他の構成例を示すブロック図である。 従来技術の課題を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る無線伝送システム1の構成を示す図である。
図1に示す無線伝送システム1は、送信機10と、受信機20とを備える。
送信機10は、デジタル信号(例えば、音声信号)に対して畳み込み符号化を行った信号を無線送信する。受信機20は、送信機10の送信信号を受信し、受信信号に対する畳み込み符号の復号を行い、復号により得られたデジタル信号を後段のシステム(例えば、音声再生システム)に出力する。
次に、送信機10および受信機20の構成について図1を参照して説明する。
まず、送信機10の構成について説明する。
図1に示す送信機10は、畳み込み符号化部11と、変調部12と、電力増幅部13と、送信アンテナ14とを備える。
畳み込み符号化部11は、デジタル信号が入力され、入力されたデジタル信号に対して畳み込み符号化を行い、畳み込み符号化後の信号を変調部12に出力する。
変調部12は、所定の変調方式により畳み込み符号化部11の出力信号を変調し、変調後の信号を電力増幅部13に出力する。
電力増幅部13は、変調部12の出力信号の電力を増幅して、送信アンテナ14から送信する。
次に、受信機20の構成について説明する。
図1に示す受信機20は、受信アンテナ21と、受信増幅部22と、復調部23と、復号装置24とを備える。
受信増幅部22は、送信機10から送信され、受信アンテナ21が受信した信号を増幅して、復調部23に出力する。
復調部23は、送信機10の変調方式に対応した復調方式で受信増幅部22の出力信号を復調し、復調後の信号を復号装置24に出力する。
復号装置24は、復調部23の出力信号に対して畳み込み符号の復号を行い、復号により得られたデジタル信号を出力信号として後段のシステムに出力する。また、復号装置24は、畳み込み符号の復号の結果に基づき、出力信号に誤りが含まれるか否かを示す誤り検出情報を出力する。
復号装置24は、軟判定ビタビ復号部25と、硬判定ビタビ復号部26と、出力部27と、復号結果比較部28とを備える。復調部23の出力信号は、軟判定ビタビ復号部25および硬判定ビタビ復号部26に入力される。
軟判定ビタビ復号部25は、入力信号(復調部23の出力信号)に対して軟判定ビタビ復号を行い、復号結果を出力部27および復号結果比較部28に出力する。
硬判定ビタビ復号部26は、入力信号(復調部23の出力信号)に対して硬判定ビタビ復号を行い、復号結果を出力部27および復号結果比較部28に出力する。
出力部27は、軟判定ビタビ復号部25の復号結果および硬判定ビタビ復号部26の復号結果のうち、いずれか一方を復号装置24の出力信号として、受信機20の後段のシステムに出力する。なお、一般に、軟判定ビタビ復号の方が、硬判定ビタビ復号よりも、良いビット誤り率特性を得られる。そのため、通常、出力部27は、軟判定ビタビ復号部25の復号結果を復号装置24の出力信号として出力する。
復号結果比較部28は、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果との比較に基づき、誤り検出情報(第1の誤り検出情報)を出力する。具体的には、復号結果比較部28は、任意のフレーム区間、例えば、1サンプルが24ビットで量子化されたデジタル音声信号であれば、24ビットで区分けされたフレーム区間における軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果とを比較する。
一般に、復号方式が異なっていても、誤りが残存することなく誤り訂正が成功した場合には、復号結果が一致するという特性がある。また、復号方式が異なると、誤り訂正に失敗した場合には、誤りビットの残り方が異なる確率が高いという特性がある。
これらの特性に基づき、復号結果比較部28は、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果とが一致する場合には、復号装置24の出力信号に誤りが含まれない旨を示す誤り検出情報を出力する。一方、復号結果比較部28は、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果とが一致しない場合には、復号装置24の出力信号に誤りが含まれる旨を示す誤り検出情報を出力する。
このように本実施形態によれば、復号装置24は、軟判定ビタビ復号を行う軟判定ビタビ復号部25と、硬判定ビタビ復号を行う硬判定ビタビ復号部26と、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果との比較に基づき、復号装置24の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す誤り検出情報を出力する復号結果比較部28とを有する。
上述のとおり、異なる復号方式の結果を比較したとき、誤り訂正が成功した場合には、復号結果が一致し、誤り訂正に失敗した場合には、誤りビットの残り方が異なるため、復号結果が一致しない確率が高い。そのため、軟判定ビタビ復号の復号結果と硬判定ビタビ復号の復号結果とを比較することで、出力信号に誤りが含まれるか否かを検出することができる。また、誤り検出符号を用いていないため、誤り訂正能力の低下や情報の伝送レートの低下といった通信性能の劣化を抑制しつつ、誤り検出を行うことができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態においては、誤り検出符号を用いない例について説明したが、誤り検出符号の付加が許容されている無線伝送システムもある。しかし、誤り検出符号を用いた場合であっても、復号後の信号に誤りが含まれているにも関わらず、誤り無し、と判定される、いわゆる「誤り見逃し」が発生することがあり、誤り見逃しの発生頻度を低下させることが求められている。
第1の実施形態においては、誤り検出符号を用いることなく、畳み込み符号の復号の結果から、誤り検出情報を得る例について説明した。本発明は、誤り検出符号を用いたデジタル無線伝送にも適用することができ、本発明を適用することで、誤り見逃しの発生頻度を低下させることができる。以下、本発明の第2の実施形態について説明する。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る無線伝送システム1aの構成を示す図である。
図2に示す無線伝送システム1aは、第1の実施形態に係る無線伝送システム1と比較して、送信機10を送信機10aに変更した点と、受信機20を受信機20aに変更した点と、が異なる。
送信機10aは、デジタル信号に対して誤り検出符号化および畳み込み符号化を行った信号を無線送信する。受信機20は、送信機10の送信信号を受信し、受信信号に対する復号(畳み込み符号の復号および誤り検出復号)を行い、復号により得られたデジタル信号を後段のシステムに出力する。
次に、送信機10aおよび受信機20aの構成について図2を参照して説明する。
まず、送信機10aの構成について説明する。
図2に示す送信機10aは、図1に示す送信機10と比較して、誤り検出符号化部15を追加した点が異なる。
誤り検出符号化部15は、畳み込み符号化部11の前段に設けられており、入力されたデジタル信号に対してCRC符号化などの誤り検出符号化を行い、誤り検出符号化後の信号を畳み込み符号化部11に出力する。その後、送信機10と同様に、畳み込み符号化、変調および電力増幅が行われて、送信アンテナ14から信号が送信される。
次に、受信機20aの構成について説明する。
図2に示す受信機20aは、図1に示す受信機20と比較して、復号装置24を復号装置24aに変更した点が異なる。
復号装置24aは、軟判定ビタビ復号部25と、硬判定ビタビ復号部26と、出力部27aと、復号結果比較部28と、誤り検出復号部29とを備える。
軟判定ビタビ復号部25および硬判定ビタビ復号部26はそれぞれ、第1の実施形態と同様に、入力信号(復調部23の出力信号)に対して軟判定ビタビ復号、硬判定ビタビ復号をそれぞれ行い、復号結果を出力部27aおよび復号結果比較部28に出力する。
出力部27aは、軟判定ビタビ復号部25の復号結果および硬判定ビタビ復号部26の復号結果が入力され、いずれか一方を誤り検出復号部29に出力する。上述したように、一般に、軟判定ビタビ復号の方が、硬判定ビタビ復号よりも、良いビット誤り率特性を得られる。そのため、通常、出力部27aは、軟判定ビタビ復号部25の復号結果を誤り検出復号部29に出力する。
復号結果比較部28は、第1の実施形態と同様に、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果との比較に基づき、誤り検出情報(第1の誤り検出情報)を出力する。
誤り検出復号部29は、出力部27aの出力信号に対して誤り検出復号を行い、誤り検出復号により得られるデジタル信号およびそのデジタル信号に誤りが含まれているか否かを示す誤り検出情報(第2の誤り検出情報)を後段のシステムに出力する。
上述したように、復号結果比較部28は、軟判定ビタビ復号部25および硬判定ビタビ復号部26による復号結果の比較により得られた誤り検出情報(第1の誤り検出情報)を出力する。また、誤り検出復号部29は、誤り検出復号により得られた誤り検出情報(第2の誤り検出情報)を出力する。したがって、本実施形態に係る復号装置24aは、畳み込み符号の復号から得られた誤り検出情報(第1の誤り検出情報)と、誤り検出復号から得られた誤り検出情報(第2の誤り検出情報)という、2つの誤り検出情報を出力する。
後段のシステムでは、第1の誤り検出情報および第2の誤り検出情報のうち少なくとも一方が、出力信号に誤りが含まれる旨を示す場合には、誤りによる影響を防ぐ対策を講じることができる。こうすることで、誤りが含まれることによりシステムに悪影響が生じる可能性を低減することができる。
上述したように、誤り検出符号を用いた場合であっても、誤り見逃しが発生することがあり、誤り見逃しの発生頻度を低下させることが求められている。図4に示す受信機40aにおいては、誤り検出復号から誤り検出情報を得るだけであり、誤り見逃しの発生頻度の低下を図ることができない。
一方、本実施形態に係る復号装置24aにおいては、畳み込み符号の復号から得られた誤り検出情報(第1の誤り検出情報)と、誤り検出復号から得られた誤り検出情報(第2の誤り検出情報)という、2つの誤り検出情報が得られるため、誤り見逃しの発生頻度の低下を図ることができる。
例えば、誤りが含まれる軟判定ビタビ復号部25の復号結果が、出力部27aを介して誤り検出復号部29に出力されたときに、誤り検出復号部29において誤り見逃しが発生し、出力信号に誤りが含まれていない旨を示す誤り検出情報が出力される場合がある。
本実施形態においては、軟判定ビタビ復号部25の復号結果に誤りが含まれているため、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果とが一致しない可能性が高い。そのため、復号結果比較部28は、誤りが含まれている旨を示す誤り検出情報を出力する可能性が高いので、誤り見逃しの発生頻度の低下を図ることができる。
このように本実施形態によれば、復号装置24aは、軟判定ビタビ復号を行う軟判定ビタビ復号部25と、硬判定ビタビ復号を行う硬判定ビタビ復号部26と、軟判定ビタビ復号部25の復号結果と硬判定ビタビ復号部26の復号結果との比較に基づき、誤り検出情報(第1の誤り検出情報)を出力する復号結果比較部28と、軟判定ビタビ復号部25および硬判定ビタビ復号部26のいずれかの復号結果に対して誤り検出復号を行い、誤り検出情報(第2の誤り検出情報)を出力する誤り検出復号部29と、を備える。
そのため、畳み込み符号の復号に基づく誤り検出情報(第1の誤り検出情報)と、誤り検出復号に基づく誤り検出情報(第2の誤り検出情報)という、2つの誤り検出情報が得られるので、誤り見逃しの発生頻度の低下を図ることができる。
本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
10,10a 送信機
11 畳み込み符号化部
12 変調部
13 電力増幅部
14 送信アンテナ
15 誤り検出符号化部
20 受信機
21 受信アンテナ
22 受信増幅部
23 復調部
24,24a 復号装置
25 軟判定ビタビ復号部
26 硬判定ビタビ復号部
27,27a 出力部
28 復号結果比較部
29 誤り検出復号部

Claims (7)

  1. デジタル信号に対する誤り訂正として畳み込み符号化が行われた信号が入力され、入力信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する復号装置であって、
    前記入力信号に対して軟判定ビタビ復号を行う軟判定ビタビ復号部と、
    前記入力信号に対して硬判定ビタビ復号を行う硬判定ビタビ復号部と、
    前記軟判定ビタビ復号部の復号結果と前記硬判定ビタビ復号部の復号結果との比較に基づき、前記復号装置の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第1の誤り検出情報を出力する復号結果比較部と、
    を備えることを特徴とする復号装置。
  2. 請求項1記載の復号装置において、
    前記軟判定ビタビ復号部の復号結果および前記硬判定ビタビ復号部の復号結果の一方を、前記出力信号として出力する出力部をさらに備えることを特徴とする復号装置。
  3. 請求項1記載の復号装置において、
    前記入力信号は、デジタル信号に対して誤り検出符号化が行われた後、畳み込み符号化が行われた信号であり、
    前記軟判定ビタビ復号部の復号結果および前記硬判定ビタビ復号部の復号結果の一方を出力する出力部と、
    前記出力部から出力された復号結果に対して誤り検出復号を行い、復号後の信号を前記出力信号として出力するとともに、前記出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第2の誤り検出情報を出力する誤り検出復号部と、
    をさらに備えることを特徴とする復号装置。
  4. 請求項2または3記載の復号装置において、
    前記出力部は、前記軟判定ビタビ復号部の復号結果を出力することを特徴とする復号装置。
  5. デジタル信号に対する誤り訂正符号化として畳み込み符号化を行った信号を受信し、受信信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する受信機であって、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の復号装置を備え、該復号装置により前記受信信号に対する復号を行うことを特徴とする受信機。
  6. デジタル信号に対する誤り訂正として畳み込み符号化を行った信号を無線送信する送信機と、前記信号を受信し、受信信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する受信機とを備える無線伝送システムであって、
    前記受信機は、
    前記受信信号に対して軟判定ビタビ復号を行う軟判定ビタビ復号部と、
    前記受信信号に対して硬判定ビタビ復号を行う硬判定ビタビ復号部と、
    前記軟判定ビタビ復号部の復号結果と前記硬判定ビタビ復号部の復号結果との比較に基づき、前記受信機の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第1の誤り検出情報を出力する復号結果比較部と、
    を備えることを特徴とする無線伝送システム。
  7. デジタル信号に対する誤り訂正として畳み込み符号化が行われた信号が入力され、入力信号に対して復号を行い、復号後の信号を出力する復号装置における誤り検出方法であって、
    前記入力信号に対して軟判定ビタビ復号を行うステップと、
    前記入力信号に対して硬判定ビタビ復号を行うステップと、
    前記軟判定ビタビ復号の復号結果と前記硬判定ビタビ復号の復号結果との比較に基づき、前記復号装置の出力信号に誤りが含まれるか否かを示す第1の誤り検出情報を出力するステップと、
    を含むことを特徴とする誤り検出方法。
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