JP2017011753A - 送信装置、受信装置、送信方法及び受信方法 - Google Patents
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Abstract
Description
式(1)に示されるパリティ検査行列Hは、符号長10、符号化率1/2のLDPC符号を定義する5行10列のパリティ検査行列である。但し、式(1)のパリティ検査行列Hは、表記し易くするために小さいサイズの行列としているので低密度な行列になっていない。
すなわち、部分集合A(m)はパリティ検査行列Hのm行目において値が1である列インデックスの集合を表し、部分集合B(n)はパリティ検査行列Hのn列目において値が1である行インデックスの集合を表す。また、部分集合A(m)から要素nを除いた残りの要素n’を式(4)と表す。
LDPC復号器1500は、反復回数のカウンタである変数qをq=1に設定し、最大反復回数をQに設定する。
LDPC復号器1500において、各変数ノードは、入力されるLLRλnと、外部値αm,nを使って繰り返し符号の復号を行い、事前値βm,nを求める。各変数ノードは、n=1、2、・・・、Nの順にHm,n=1を満たす全ての組(m、n)に対して、次の更新式(6)を利用して事前値βm,nを更新する。ただし、q=1の場合のみ、各変数ノードは、αm,n=0として式(6)の計算を行い、q≠1の場合は後述のステップ3で更新された外部値αm,nの値を用いて式(6)の計算を行う。
図3にタナーグラフ上での変数ノード処理の例を示す。図3において、n=5番目の変数ノードに接続されるのはm=1、2、3番目の検査ノードである。これは、式(1)のパリティ検査行列Hの5列目において、Hm,n=1を満たすのは、1、2、3行目であることに相当する。n=5番目の変数ノードは、m=1、2、3それぞれについて、式(6)を用いて事前値β1,5、β2,5、β3,5を求める。事前値β1,5、β2,5、β3,5は式(7)となる。但し、図3はm=1の計算例を示す。
LLRλnは、通信路から得られるn番目の符号語ビットが0であるか1であるかのビット尤度(確からしさ)であり、外部値αm,nは、m番目の検査ノードから得られるn番目の符号語ビットが0であるか1であるかの尤度である。
LDPC復号器1500において、各検査ノードは、変数ノードから送られてくる事前値βm,nを用いて、単一パリティ検査符号の復号を行い、外部値αm,nを求める。各検査ノードは、m=1、2、・・・、Mの順にHm,n=1を満たす全ての組(m、n)に対して、次の更新式(8)を利用して外部値αm,nを更新する。
図4にタナーグラフ上での検査ノード処理の例を示す。図4において、m=3番目の検
査ノードに接続されるのはn=1、3、5、7、9、10番目の変数ノードである。これは、式(1)のパリティ検査行列Hの3行目において、Hm,n=1を満たすのは、1、3、5、7、9、10列目であることに相当する。m=3番目の検査ノードは、n=1、3、5、7、9、10それぞれについて、式(8)を用いて外部値α3,1、α3,3、α3,5、α3,7、α3,9、α3,10を求める。但し、図4はn=1の計算例を示す。
LDPC復号器1500は、n∈[1、N]について事後LLRΛnを式(9)により求め、続いて式(10)を演算する。このようにして、LDPC復号器1500は、一時推定語(c’1,・・・,c’N)を計算する。
#ステップ5(パリティ検査)
LDPC復号器1500は、一時推定語(c’1,・・・,c’N)が符号語になっているかどうかを検査する。つまり、LDPC復号器1500は、一時推定語(c’1、・・・、c’N)が式(11)を満たすかを判定する。
一時推定語(c’1,・・・,c’N)が式(11)を満たせば、一時推定語(c’1、・・・、c’N)は符号語になっているため、LDPC復号器1500は一時推定語(c’1、・・・、c’N)を推定語として出力し、アルゴリズムを終了する。
一時推定語(c’1,・・・,c’N)が式(11)を満たさない場合において、q<Qであるとき、qをインクリメントしてステップ2に戻る。q=Qならば、LDPC復号器1500は一時推定語(c’1、・・・、c’N)を推定語として出力し、アルゴリズムを終了する。
ここで、wは、1以下の正の実数である。(3、6)の正則LDPC符号の場合、wとして0.8程度の値を与えればsum−product復号と同等の誤り率特性が得られることが確認されている。但し、wの最適な値はパリティ検査行列Hによって異なる。
そのため、m=3番目の検査ノードでの演算では外部値が更新されず、結果として反復復号の利得が低下してしまう。また、この現象は、tanh/tanh−1の代わりに最小値探索を用いる式(12)の場合でも、同様に発生する。外部値αm,nとしてβm,n’の絶対値の最小値が返されるため、βm,nに2つ以上0があると、結果として得られるαm,nは全て0になる。
ルス性雑音のインパルスの数が、リードソロモン符号の訂正可能誤り個数以内になるように、インパルス性雑音の発生周期とリードソロモン符号のブロック長を制御するものである。この方法を用いることで、リードソロモン符号のブロック長内に訂正可能な個数以上の誤りが発生することを避けることができ、誤り訂正の効果を効率よく得ることができる。
状況に基づいて、符号化により生成される符号語ビット系列を構成する各符号語ビットのうち受信装置が復号処理前に消失させる可能性の高い符号語ビットである消失候補ビットの数及び消失候補ビットの夫々の符号語内の位置を示す消失パターンを推定する消失パターン推定部を更に備え、前記決定部は、前記消失パターン推定部によって推定された前記消失パターンと前記LDPC符号化方式の前記パリティ検査行列との関係からこのパリティ検査行列での復号性能を推定し、推定結果に基づいて前記複数のLDPC符号化方式から前記使用するLDPC符号化方式を決定する。
生成された符号語ビット系列を変調することによって変調信号を生成する変調部と、前記変調信号に前記符号化部で前記送信データの符号化に用いられた前記LDPC符号化方式を示す情報を付加して送信する送信部と、を更に備える。
ーブパターンのうち外来性雑音の発生状況に対応したインタリーブパターンを、使用するインタリーブパターンに決定する決定部と、LDPC符号化方式を用いて送信データの符号化を行うことによって符号語ビット系列を生成する符号化部と、前記符号化部で生成された前記符号語ビット系列に対して前記決定部によって決定された前記インタリーブパターンでインタリーブを行うことによって送信ビット系列を生成するインタリーブ部と、を備える。
ット系列を変調することによって変調信号を生成する変調部と、を備える。
以下、実施の形態1について、図面を参照しつつ説明する。
の通信装置間が電力線通信を行う電力線通信システムである。
、A/D変換等の受信処理を行う。
比較を行う。雑音発生状況推定部20は、雑音レベルが雑音閾値Nthより高いサブキャリアの番号をfsc1、fsc2、・・・、fscnとして導出する。図8の例では、サブキャリア総数10で、周波数の低い方から順に1、2、・・・、10とサブキャリア番号を与えたとすると、fsc1=2、fsc2=4、fsc3=8となる。雑音発生状況推定部20は、雑音レベルが雑音閾値Nthより高いサブキャリア番号の情報(図8の例では、fsc1=2、fsc2=4、fsc=8)を雑音発生状況として消失パターン推定部21に送る。
式(15)に示す部分行列Hpは、行重み(各行の1の数)が1の行が1行もなく、行重みが0または2以上となっている。非特許文献3では作成される部分行列に行重みが1の行が存在しない場合に、その消失パターンはストッピングセットであると定義しており、式(14)の消失パターンはストッピングセットを構成している。そのため、式(14)の消失パターンとなった場合、図5で示したように誤り訂正復号後のビット誤り率は大幅に劣化する。復号性能推定部22は、このように式(14)の消失パターンに対して式(1)のパリティ検査行列Hを用いたときの復号性能が悪い(所定の復号性能が得られない)と判断する。復号性能推定部22は、パリティ検査行列Hを用いたときの復号性能が悪いと判断すると、列置換を行うことによってパリティ検査行列を変更することによって復号性能の改善を図る。具体的には、消失ビットの組合せがストッピングセットを構成する場合に復号性能が劣化することが知られているため、復号性能推定部22は、消失ビットの組み合わせがストッピングセットを構成しないように、パリティ検査行列Hの列置換を行う。
復号性能推定部22は、式(16)のパリティ検査行列H1から、式(14)の消失パターンにおいて1となっている符号語ビットに対応する列(2列、4列、8列)のみを抽出して、抽出した列から部分行列H1pを作成する。作成される部分行列H1pは式(17)のようになる
式(17)に示す部分行列H1pは、行重み1の行が2行あるため、パリティ検査行列H1に対して式(14)の消失パターンが示す消失候補ビットの組み合わせはストッピングセットを構成していない。そのため、列置換したパリティ検査行列H1を用いることで、復号性能は改善される。復号性能推定部22は、式(14)の消失パターンに対して式(16)のパリティ検査行列H1を用いたときの復号性能が良い(所定の復号性能が得られる)と判断する。
復号性能推定部22は、パリティ検査行列(最初はパリティ検査行列H、2回目以降はステップA3で列置換することによって得られたパリティ検査行列)から消失パターンにおいて1となっている符号語ビットに対応する列のみを抽出して、抽出した列から部分行列を作成する。
復号性能推定部22は、ステップA1で作成した部分行列に基づいて、消失候補ビットの夫々の符号語内の位置の組合せがストッピングセットを構成するかどうかを判断する。
復号性能推定部22は、消失候補ビットの夫々の符号語内の位置の組合せがストッピングセットを構成しない場合には、ステップA1での処理対象のパリティ検査行列を含む推奨伝送方式を伝送方式決定部15に送る。一方、復号性能推定部22は、消失候補ビットの夫々の符号語内の位置の組合せがストッピングセットを構成する場合には、パリティ検査行列Hの列置換を行い、ステップA1の処理を行う。但し、パリティ検査行列の列置換
は、消失パターンにおいて1となっている符号語ビットに対応する少なくとも1つの列と、消失パターンにおいて0となっている符号語ビットに対応する少なくとも1つの列と、を入れ替えることによって行われる。なお、列置換の対象のパリティ検査行列は、常にパリティ検査行列Hとする場合の他、例えば、最初の列置換ではパリティ検査行列Hに対して列置換を行い、2回目以降は前回の列置換により得られたパリティ検査行列に対して列置換を行うようにしてもよい。
長及び符号化率に基づいて情報ブロック長ごとに区切り、情報ブロック長毎に送信データに対して伝送方式決定部15から指示されたパリティ検査行列H1を使ってLDPC符号化処理を行うことによって符号語ビット系列を生成する。そして、符号化部16は、生成した符号語ビット系列を変調部17に送る。
以上の行でも行重みが少ない方が良くなる傾向があるため、この傾向に基づいて部分行列の行重みが0または1の行がより多くなるよう、または、部分行列の行重みの最大値がより小さくなるよう、パリティ検査行列の列置換を行う方法等が考えられる。
決定部15Aに送る。
復号性能推定部22Aは、デインタリーブパターンに従って消失パターンに対してデインタリーブ処理を施す。デインタリーブパターンは、ステップB1が行われる毎に異なったデインタリーブパターンが用いられる。
復号性能推定部22Aは、パリティ検査行列HからステップB1でデインタリーブされた消失パターンにおいて1となっている符号語ビットに対応する列のみを抽出して、抽出した列から部分行列を作成する。
復号性能推定部22Aは、ステップB2で作成した部分行列に基づいて、消失候補ビットの夫々の符号語内の位置の組合せがストッピングセットを構成するかどうかを判断する。
復号性能推定部22Aは、消失候補ビットの夫々の符号語内の位置の組合せがストッピングセットを構成しない場合には、ステップB1で消失パターンのデインタリーブに用いたデインタリーブパターンと逆のインタリーブパターンを求め、求めたインタリーブパターンを含む推奨伝送方式を伝送方式決定部15Aに送る。一方、復号性能推定部22Aは、消失候補ビットの夫々の符号語内の位置の組合せがストッピングセットを構成する場合には、ステップB1の処理を行う。
ることを利用して、通信装置2は、非通信時の受信部11の出力信号をマルチキャリア復調して得られる各サブキャリアの雑音レベルから消失パターンを推定して、自装置で推定した消失パターンを使用して復号性能の推定に使用している。
の位置を表す消失パターン)を作成し、作成した消失パターンを出力する。
実施の形態1では、LDPC符号化に使用するパリティ検査行列や、符号語ビット系列のインタリーブパターンなどを変更して、復号性能の改善を図る構成について説明したが、実施の形態2では、マルチキャリア変調信号の各サブキャリアの変調方式を指定するトーンマップを変更して復号性能の改善を図る構成について説明する。なお、実施の形態2において、実施の形態1の構成要素と実質的に同じ構成要素は同じ符号を付し、その説明が適用できるため、実施の形態2ではその説明を省略する。
を0にして復号することで、復号時の外来性雑音の影響を軽減できることはすでに述べた。
方式を決定する。そして、伝送方式決定部15はD、決定した伝送方式に含まれるLDPC符号の符号長、符号化率、及びパリティ検査行列で送信データのLDPC符号化処理を行うように符号化部16に指示する。また、伝送方式決定部15Dは、決定した伝送方式に含まれるトーンマップに従って各サブキャリアの変調を行うように変調部17に指示する。
復号性能推定部22Dは、式(1)のパリティ検査行列Hから、消失パターン推定部21Dから送られてくる式(19)の符号語2の消失パターンにおいて値が1となっている符号語ビットに対応する列(7列、10列)のみを抽出して、抽出した列から部分行列Hp2を作成する。作成される部分行列Hp2は式(21)のようになる。
部分行列Hp3は、重み2の行が1行のみであるため、この部分行列が得られるトーンマップとインタリーブパターンを含む伝送方式を推奨伝送方式として伝送方式決定部15Dに送る。また、符号語2の消失パターンについても、同様である。
トーンマップと符号長及び符号化率を用いた場合の消失パターンを推定するという構成でも良い。このようにすることで、トーンマップだけでなく、符号長及び符号化率といった符号の種類も変更することができるため、復号性能の劣化が少ない伝送方式を推定する際の自由度が向上する。
劣化が少ない一つの伝送方式を推定し、推定した伝送方式を推奨伝送方式として伝送方式決定部15Dに通知すれば、全ての符号語に対して復号性能の劣化を抑えることができるため、推奨伝送方式の推定が容易になる。
いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。また、集積化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィグラブル・プロセッサを利用してもよい。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術により、LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
2 通信装置
3 通信装置
4 雑音源
5 電力線
10 カップリング回路
11 受信部
12 復調部
13 復号部
14 受信特性推定部
15 伝送方式決定部
16 符号化部
17 変調部
18 送信部
20 雑音発生状況推定部
21 消失パターン推定部
22 復号性能推定部
30 カップリング回路
31 受信部
32 復調部
33 復号部
Claims (4)
- 少なくとも第1の伝送方式及び第2の伝送方式を含む複数の伝送方式の中から選択された伝送方式を用いて送信データをマルチキャリア変調信号として送信する送信装置であって、
符号長及び符号化率の少なくともいずれか一方が互いに異なる複数のLDPC符号化方式の中から選択されたLDPC符号化方式を用いて前記送信データを符号化して第1の符号語ビット系列を生成する符号化部と、
互いに異なる複数のインタリーブパターンの中から選択されたインタリーブパターンを用いて前記第1の符号語ビット系列に対してインタリーブを施して第2の符号語ビット系列を生成するインタリーブ部と、
互いに異なる複数の変調方式の中から選択された変調方式を用いて前記第2の符号語ビット系列に含まれる所定数のビットに対してマッピングを施して変調シンボルを生成する変調部と、
前記送信データの送信に用いるLDPC符号化方式、インタリーブパターン、及び変調方式を示す情報を含む制御情報から生成された制御シンボルと、前記変調シンボルとを配置したマルチキャリア変調信号を送信する送信部と、を含み、
前記第1の伝送方式は、第1のLDPC符号方式と第1のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第2の伝送方式は、第1のLDPC符号化方式と第2のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第1のインタリーブパターンと前記第2のインタリーブパターンとは互いに異なる、
送信装置。 - 少なくとも第1の伝送方式及び第2の伝送方式を含む複数の伝送方式の中から選択された伝送方式を用いて送信データをマルチキャリア変調信号として送信する送信方法であって、
符号長及び符号化率の少なくともいずれか一方が互いに異なる複数のLDPC符号化方式の中から選択されたLDPC符号化方式を用いて前記送信データを符号化して第1の符号語ビット系列を生成し、
互いに異なる複数のインタリーブパターンの中から選択されたインタリーブパターンを用いて前記第1の符号語ビット系列に対してインタリーブを施して第2の符号語ビット系列を生成し、
互いに異なる複数の変調方式の中から選択された変調方式を用いて前記第2の符号語ビット系列に含まれる所定数のビットに対してマッピングを施して変調シンボルを生成し、
前記送信データの送信に用いるLDPC符号化方式、インタリーブパターン、及び変調方式を示す情報を含む制御情報から生成された制御シンボルと、前記変調シンボルとを配置したマルチキャリア変調信号を送信する、処理を含み、
前記第1の伝送方式は、第1のLDPC符号方式と第1のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第2の伝送方式は、第1のLDPC符号化方式と第2のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第1のインタリーブパターンと前記第2のインタリーブパターンとは互いに異なる、
送信方法。 - 少なくとも第1の伝送方式及び第2の伝送方式を含む複数の伝送方式の中から選択された伝送方式を用いて送信された制御シンボルと変調シンボルとを配置したマルチキャリア変調信号を受信する受信装置であって、
前記変調シンボルは、互いに異なる複数の変調方式の中から選択された変調方式を用いて第2の符号語ビット系列に含まれる所定数のビットに対してマッピングを施して生成されたものであり、
前記第2の符号化ビット系列は、互いに異なる複数のインタリーブパターンの中から選択されたインタリーブパターンを用いて第1の符号語ビット系列に対してインタリーブを施して生成されたものであり、
前記第1の符号語ビット系列は、符号長及び符号化率の少なくともいずれか一方が互いに異なる複数のLDPC符号化方式の中から選択されたLDPC符号化方式を用いて送信データを符号化して生成されたものであり、
前記制御シンボルは、前記送信データの送信に用いるLDPC符号化方式、インタリーブパターン、及び変調方式を示す情報を含む制御情報から生成されたものであり、
前記第1の伝送方式は、第1のLDPC符号方式と第1のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第2の伝送方式は、第1のLDPC符号化方式と第2のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第1のインタリーブパターンと前記第2のインタリーブパターンとは互いに異なり、
前記情報に基づいて、前記変調シンボルを復調する復調部を備える、
受信装置。 - 少なくとも第1の伝送方式及び第2の伝送方式を含む複数の伝送方式の中から選択された伝送方式を用いて送信された制御シンボルと変調シンボルとを配置したマルチキャリア変調信号を受信する受信方法であって、
前記変調シンボルは、互いに異なる複数の変調方式の中から選択された変調方式を用いて第2の符号語ビット系列に含まれる所定数のビットに対してマッピングを施して生成されたものであり、
前記第2の符号化ビット系列は、互いに異なる複数のインタリーブパターンの中から選択されたインタリーブパターンを用いて第1の符号語ビット系列に対してインタリーブを施して生成されたものであり、
前記第1の符号語ビット系列は、符号長及び符号化率の少なくともいずれか一方が互いに異なる複数のLDPC符号化方式の中から選択されたLDPC符号化方式を用いて送信データを符号化して生成されたものであり、
前記制御シンボルは、前記送信データの送信に用いるLDPC符号化方式、インタリーブパターン、及び変調方式を示す情報を含む制御情報から生成されたものであり、
前記第1の伝送方式は、第1のLDPC符号方式と第1のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第2の伝送方式は、第1のLDPC符号化方式と第2のインタリーブパターンと第1の変調方式を用いる方式であり、前記第1のインタリーブパターンと前記第2のインタリーブパターンとは互いに異なり、
前記情報に基づいて、前記変調シンボルを復調して受信データを生成する、
受信方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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