JP2017175352A - ターボ等化装置およびターボ等化方法 - Google Patents

ターボ等化装置およびターボ等化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】受信性能を保証しつつ、復号処理の反復回数を削減すること。【解決手段】ターボ等化装置100は、入力信号に対して等化処理を反復して行う等化部102と、等化処理の反復回数をカウントする等化反復回数カウント部121と、等化部102から出力された出力信号に対して、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いた復号処理を反復して行う復号部103と、等化処理の反復回数に応じて、復号処理の最大反復回数を決定する復号反復回数制御部105と、を備える。復号部103は、復号処理の最大反復回数を上限として、復号処理を反復して行う。【選択図】図3

Description

本開示は、ターボ等化装置およびターボ等化方法、特に、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いるターボ等化装置およびターボ等化方法に関する。
非特許文献1には、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号として、LDPC符号を用いたターボ等化装置が開示されている。ターボ等化装置は高い等化能力を有することが知られている。
ターボ等化装置は、等化器と誤り訂正復号器との間で信頼度情報をやり取りすることにより符号間干渉の除去、抑圧を図り、受信性能を向上させる。また、LDPC符号は、繰り返し復号アルゴリズムであるsum-product復号法との組み合わせにより優れた誤り訂正能力を有する。
特許第4838819号公報
S. Oelcer and M. Keskinoz, "Performance of MMSE turbo equalization using outer LDPC coding for magnetic recording channels," IEEE Int. Conf. on Commun. (ICC), vol. 2, pp.645-650, June 2004.
ターボ等化装置は、等化処理および復号処理をそれぞれ反復して行うことにより受信性能を向上させることができる。換言すると、ターボ等化装置において優れた受信性能を得るためには、等化処理および復号処理はそれぞれ十分な反復回数を必要とする。しかしながら、実際の通信システムでは、受信装置の受信処理時間が制限されるため、等化処理および復号処理の反復回数が制限されてしまう。そのため、ターボ等化装置において十分な受信性能を得ることは困難である。
本開示の一態様は、受信性能を保証しつつ、復号処理の反復回数を削減できるターボ等化装置およびターボ等化方法を提供する。
本開示の一態様に係るターボ等化装置は、入力信号に対して等化処理を反復して行う等化部と、前記等化処理の反復回数をカウントするカウント部と、前記等化部から出力された出力信号に対して、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いた復号処理を反復して行う復号部と、前記等化処理の反復回数に応じて、前記復号処理の最大反復回数を決定する制御部と、を備え、前記復号部は、前記復号処理の最大反復回数を上限として、前記復号処理を反復して行う構成を採る。
本開示の一態様に係るターボ等化方法は、入力信号に対して等化処理を反復して行い、前記等化処理の反復回数をカウントし、前記等化処理の反復回数に応じて、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いた復号処理の最大反復回数を決定し、前記復号処理の最大反復回数を反復回数の上限として等化処理された信号に対して前記復号処理を反復して行う。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示によれば、受信性能を保証しつつ、復号処理の反復回数を削減できる。
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および/または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、1つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
コードワード毎のシンドロームの変化を示す図 平均的なシンドロームの変化を示す図 本開示の一実施の形態に係るターボ等化装置の構成を示すブロック図 本開示の一実施の形態に係る復号反復回数制御部の構成例1を示すブロック図 本開示の一実施の形態に係る復号反復回数制御部の構成例2を示すブロック図 本開示の一実施の形態に係る復号反復回数制御部の構成例3を示すブロック図 本開示の一実施の形態に係るLUTの一例を示す図 本開示の一実施の形態に係るスイッチ制御部の構成例を示すブロック図
[本開示の一態様をするに至った経緯]
限られた受信処理時間において復号処理の反復回数を削減する方法として、次の2つの方法が考えられる。
第1の方法として、特許文献1に開示されたターボ等化装置は、復号処理を繰り返す度に、復号処理結果の信頼度の向上量を推定し、推定された信頼度の向上量が基準を下回る場合はLDPC復号処理を中断して等化処理に移行し、推定された信頼度の向上量が基準を上回る場合は復号処理を継続する。これにより、ターボ等化装置は、信頼度の向上が期待できない状況において復号処理の反復回数を低減することができる。
第2の方法として、ターボ等化装置において、受信性能の十分な改善が期待できない、等化処理の反復回数が少ない場合は、復号処理の反復回数を多く設定し、受信性能の改善が期待できる、等化処理の反復回数が多い場合は、復号処理の反復回数を少なく設定する方法が考えられる。これにより、ターボ等化装置における復号処理の反復回数の総数を低減することができる。
これに対して、本発明者は、等化処理の反復回数と、復号処理による受信性能の改善度合いとの関係に着目した。
図1は、ターボ等化装置が、ある伝搬路において等化処理を反復する度に復号処理を反復させた場合における、コードワード毎(9コードワード分)のシンドロームの変化の一例を示す。なお、ターボ等化装置は、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号の一例として、LDPC符号を用いる。
「シンドローム」とは、復号処理におけるパリティ検査結果がNG(誤り有り)である一時推定語の数であり、復号処理結果の信頼度を表す情報の一つである。シンドロームがゼロに近いほど、復号処理結果の信頼度は高い。シンドロームがゼロになった場合は、全てのビット誤りが訂正されたことを意味する。
また、「等化反復回数」は、等化処理を反復した回数を示す。例えば、1回目の等化処理が行われる場合、等化反復回数は0であり、2回目の等化処理が行われる場合(つまり、等化処理を1回反復した場合)、等化反復回数は1である。
また、「復号反復回数」は、復号処理を反復した回数を示す。例えば、1回目の復号処理が行われる場合、復号反復回数は0であり、2回目の復号処理が行われる場合(つまり、復号処理を1回反復した場合)、復号反復回数は1である。
図1より、等化反復回数が少ない場合、シンドロームは、復号処理の反復によって単調増加または単調減少していないことが分かる。つまり、等化反復回数が少ない場合、シンドローム(信頼度)は、伝搬路の状況に応じて復号処理の反復毎に増減する。
よって、上記第1の方法では、特許文献1に開示されたターボ等化装置は、信頼度の向上量を精度良く推定するために、少なくない復号反復回数を必要とする。このため、特許文献1では、伝搬路の状況によっては、限られた受信処理時間において信頼度の向上量を推定するための時間さえ確保できないという課題がある。
次に、図2は、図1と同様に、ターボ等化装置が、ある伝搬路において等化処理の反復毎に復号処理を反復させた場合における1000コードワード分のシンドロームを平均化したシンドロームの変化を示す。なお、ターボ等化装置は、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号の一例として、LDPC符号を用いる。
図2より、等化反復回数が少ない場合(例えば、等化反復回数が0回〜1回の場合)、復号処理の反復によるシンドロームの改善は期待できないことが分かる。一方、等化反復回数が少ない場合、等化処理の反復によってシンドロームが改善されることが分かる。すなわち、等化反復回数が少ない場合、復号処理の反復は、受信性能を向上させることができない。
また、図2より、等化反復回数が多い場合(例えば、等化反復回数が2回以上の場合)、復号処理の反復によってシンドロームが改善され、シンドロームはゼロに収束することが分かる。すなわち、等化処理の反復によって受信信号から符号間干渉が十分に除去、抑圧された状態では、復号処理の反復は、シンドロームを改善し、受信性能をさらに向上させることが可能である。
つまり、等化反復回数が少ない場合は、ターボ等化装置は、復号処理よりも等化処理を優先して反復することにより、無駄な復号処理の反復を削減し、受信性能を効率良く向上させることができる。また、等化反復回数が多い場合は、ターボ等化装置は、復号処理を反復することによって受信性能を向上させることができる。
よって、上記第2の方法のように、等化反復回数が少ない場合に復号処理の反復回数を多くし、等化反復回数が多い場合に復号処理の反復回数を少なくする方法は、復号処理の反復回数の総数を削減できるものの、復号処理による受信性能の向上は困難である。
そこで、本開示の一態様では、受信処理時間が制限された通信システムでも受信性能を保証するために、ターボ等化装置は、等化処理の反復回数に応じて、復号処理の最大反復回数を決定する。具体的には、ターボ等化装置は、少なくとも、等化処理の反復回数が最大の場合における復号処理の最大反復回数が等化処理の反復回数が最小の場合における復号処理の最大反復回数よりも多くなるように決定する。
以下、図面を適宜参照して、本開示の一実施の形態について詳細に説明する。
図3は、本実施の形態に係るターボ等化装置の構成を示すブロック図である。図3に示すターボ等化装置100は、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号の一例として、LDPC符号を用いる。
ターボ等化装置100は、伝搬路推定部101と、等化部102と、復号部103と、レプリカ生成部104と、復号反復回数制御部105と、スイッチ106,107と、スイッチ制御部108と、を備える。
伝搬路推定部101は、入力される受信信号を用いて、送信機(図示せず)と、ターボ等化装置100を備える受信機(図示せず)との間の伝搬路特性を推定し、伝搬路推定結果1011を等化部102およびレプリカ生成部104にそれぞれ出力する。
等化部102は、伝搬路推定結果1011、および、レプリカ生成部104から入力されるレプリカ信号1041を用いて、入力される受信信号に対して等化処理を反復して行う。すなわち、等化部102は、受信信号に含まれる符号間干渉成分の除去、および、伝搬路推定結果1011に基づく符号間干渉成分の抑圧を行う。等化部102は、等化処理後の信号である等化信号1021を復号部103に出力する。なお、等化部102における等化処理の最大反復回数は予め設定されてもよい。
また、等化部102は、等化反復回数カウント部121を内部に備える。等化反復回数カウント部121は、等化処理の反復回数をカウントする。等化反復回数カウント部121は、カウントされた反復回数である等化反復回数1022を、復号反復回数制御部105およびスイッチ制御部108にそれぞれ出力する。
復号部103は、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号の一例として、LDPC符号を用いる。復号部103は、等化信号1021に対して誤り訂正処理(復号処理)を行い、軟判定結果1031をスイッチ106に出力し、硬判定結果1032をスイッチ107に出力し、パリティ検査結果1033をスイッチ制御部108に出力する。なお、パリティ検査結果1033は、パリティ検査結果がOK(誤り無し)のときに真である信号である。
なお、復号部103は、復号反復回数制御部105から入力される、LDPC復号処理の最大反復回数を示す最大復号反復回数1051を上限として復号処理を反復して行う。
また、復号部103は、復号反復回数カウント部131を内部に備える。復号反復回数カウント部131は、復号処理の反復回数を示す復号反復回数1034を、カウントする。復号反復回数カウント部131は、カウントされ復号反復回数1034をスイッチ制御部108に出力する。
レプリカ生成部104は、伝搬路推定結果1011、および、スイッチ106を介して入力される軟判定結果1031に基づいて受信信号のレプリカ信号1041を生成する。レプリカ生成部104は、生成されたレプリカ信号1041を等化部102に出力する。
復号反復回数制御部105は、等化部102から入力される等化反復回数1022に基づいて、復号処理の最大反復回数を示す最大復号反復回数1051を決定する。復号反復回数制御部105は、最大復号反復回数1051を、等化処理の反復回数毎に決定する。
図4〜図6は、復号反復回数制御部105の構成例1〜3をそれぞれ示す。
図4に示す構成例1では、復号反復回数制御部105−1は、入力される等化反復回数1022に所定数α(αは正の整数)を加算することにより、最大復号反復回数1051を決定する。すなわち、復号反復回数制御部105−1は、等化反復回数1022に比例して当該等化反復回数1022に対する最大復号反復回数1051が多くなるように、最大復号反復回数1051を決定する。つまり、復号反復回数制御部105−1は、等化反復回数1022が多いほど、当該等化反復回数1022での等化信号1021(出力信号)に対する最大復号反復回数1051が多くなるように決定する。
図5に示す構成例2では、復号反復回数制御部105−2は、等化処理の反復回数が最小である場合(つまり、等化反復回数1022は0回の場合)における最大復号反復回数1051をレジスタの初期値として予め格納する。次いで、復号反復回数制御部105−2は、等化反復回数1022が更新された場合(すなわち、等化処理が反復された場合)、レジスタに格納された値に所定数β(βは正の整数)を加算することにより、復号処理の最大復号反復回数1051の値を決定する。
これにより、構成例2の復号反復回数制御部105−2は、構成例1の復号反復回数制御部105−1と比較すると、最大復号反復回数1051の初期値を任意に設定することができる。また、構成例1の復号反復回数制御部105−1と同様、構成例2の復号反復回数制御部105−2は、等化反復回数1022に比例して当該等化反復回数1022に対する最大復号反復回数1051が多くなるように、最大復号反復回数1051を決定する。つまり、復号反復回数制御部105−2は、等化反復回数1022が多いほど、当該等化反復回数1022での等化信号1021に対する最大復号反復回数1051が多くなるように決定する。
図6に示す構成例3では、復号反復回数制御部105−3は、LUT(Look Up Table)を備え、LUTに基づいて、最大復号反復回数1051を決定する。LUTでは、等化反復回数1022と最大復号反復回数1051とが関連付けられている。復号反復回数制御部105−3は、入力される等化反復回数1022の値に関連付けられた最大復号反復回数1051の値をLUTから読み出す。
図7は、LUTの一例を示す。図7では、等化反復回数1022の上限は5回(つまり、等化反復回数1022は0〜5回)であり、各等化反復回数の値に対して最大復号反復回数の値がそれぞれ関連付けられている。
例えば、図7のLUTの一例では、等化反復回数1022が0回の場合、最大復号反復回数1051は1回であり、等化反復回数1022が5回の場合、最大復号反復回数1051は3回である。すなわち、構成例1又は構成例2では、等化反復回数1022の増加に応じて最大復号反復回数も単調に増加するのに対して、構成例3では、等化反復回数1022の増加に対する最大復号反復回数1051の増加度合いを任意に設定することができる。これにより、構成例3の復号反復回数制御部105−3は、構成例1の復号反復回数制御部105−1、構成例2の復号反復回数制御部105−2と比較すると、各等化反復回数の値に対して、最大復号反復回数1051の値をより適切に設定することができる。
以上、復号反復回数制御部105の構成例1〜3について説明した。
このように、構成例1〜3では、復号反復回数制御部105は、等化処理の等化反復回数1022が最大である場合における最大復号反復回数1051が、等化処理の等化反復回数1022が最小である場合における最大復号反復回数1051よりも多くなるように、等化反復回数1022毎の最大復号反復回数1051を決定する。
スイッチ106は、スイッチ制御部108から入力されるスイッチ制御信号1081に従って、軟判定結果1031をレプリカ生成部104に出力する。
スイッチ107は、スイッチ制御部108から入力されるスイッチ制御信号1082に従って、硬判定結果1032を復号データとして出力する。
スイッチ制御部108は、等化反復回数1022、復号反復回数1034、パリティ検査結果1033、および最大復号反復回数1051に基づいて、スイッチ106およびスイッチ107の開閉(オン/オフ)を制御する。
図8は、スイッチ制御部108の構成例を示すブロック図である。
スイッチ制御部108は、復号反復回数1034が最大復号反復回数1051に達し、かつ、パリティ検査結果1033がNG(誤り有り)であり、かつ、等化反復回数1022が等化処理の所定の最大反復回数に達していない場合(図8に示すAND演算aが真となる場合)、スイッチ制御信号1081を用いてスイッチ106をオンにする。これにより、ターボ等化装置100は、等化部102における新たな等化処理を開始する。
また、スイッチ制御部108は、復号反復回数1034および等化反復回数1022の双方が各々に設定された最大反復回数に達した場合(AND演算bが真となる場合)、または、パリティ検査結果1033がOK(誤り無し)である場合(OR演算cが真となる場合)、スイッチ制御信号1082を用いてスイッチ107をオンにする。これにより、ターボ等化装置100は、復号部103において生成された硬判定結果1032を復号データとして出力する。
以上のように、本実施の形態によれば、ターボ等化装置100は、等化部102における等化反復回数に応じて、復号部103における復号処理の最大反復回数を決定する。
具体的には、ターボ等化装置100は、等化部102での等化処理の反復回数が少ない場合における復号処理の最大反復回数を、等化部102での等化処理の反復回数が多い場合(復号処理の反復によるシンドロームの改善が期待できる等化反復回数である場合)における復号処理の最大反復回数よりも少なく設定する。
なぜなら、ターボ等化装置100において、等化部102での等化処理の反復回数が少ない場合は、復号処理の反復によるシンドロームの改善が期待できないからである(例えば、図2を参照)。
等化部102での等化処理の反復回数が少ない場合、ターボ等化装置100は、復号処理よりも等化部102での等化処理を優先して反復することにより、無駄な復号処理の反復を削減し、受信性能を効率良く向上させることができる。
一方、ターボ等化装置100は、等化部102での等化処理の反復回数が多い場合、すなわち、等化処理の反復により受信信号から符号間干渉が十分に除去、抑圧された場合、復号処理の反復によるシンドロームの改善が期待できる(例えば、図2を参照)。そのため、ターボ等化装置100は、復号部103でのLDPC復号処理を反復することによって受信性能を向上させることができる。
また、ターボ等化装置100は、等化処理の反復回数に応じて復号処理の最大反復回数を決定するので、伝搬路状況(つまり、シンドロームの改善量)に依存せずに良好な受信性能を得ることができる。
以上より、本実施の形態によれば、ターボ等化装置100は、復号処理の反復回数を削減できる。これにより、ターボ等化装置100は、受信処理時間が制限される通信システムにおいても受信性能を保証することができる。
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、上記実施の形態では、本開示の一態様をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には、入力端子および出力端子を有する集積回路であるLSIとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力端子と出力端子を備えてもよい。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、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、集積回路化の手法は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ギュラブル・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。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
本開示のターボ等化装置は、入力信号に対して等化処理を反復して行う等化部と、等化処理の反復回数をカウントするカウント部と、等化部から出力された出力信号に対して、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いた復号処理を反復して行う復号部と、等化処理の反復回数に応じて、復号処理の最大反復回数を決定する制御部と、を備え、復号部は、復号処理の最大反復回数を上限として、復号処理を反復して行う構成を採る。
本開示のターボ等化装置において、制御部は、等化処理の反復回数が最大である場合における復号処理の最大反復回数が、等化処理の反復回数が最小である場合における復号処理の最大反復回数よりも多くなるように、等化処理の反復回数毎に復号処理の最大反復回数を決定する。
本開示のターボ等化装置において、制御部は、等化処理の反復回数に比例して当該等化処理の反復回数に対する復号処理の最大反復回数が多くなるように、復号処理の最大反復回数を決定する。
本開示のターボ等化装置において、制御部は、等化処理の反復回数と復号処理の最大反復回数とが関連付けられたLUT(Look Up Table)を備え、LUTに基づいて、最大反復回数を決定する。
本開示のターボ等化装置において、誤り訂正符号は、低密度パリティ検査(LDPC:Low Density Parity Check)符号である。
本開示のターボ等化方法は、入力信号に対して等化処理を反復して行い、等化処理の反復回数をカウントし、等化処理の反復回数に応じて、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いた復号処理の最大反復回数を決定し、復号処理の最大反復回数を反復回数の上限として等化処理された信号に対して復号処理を反復して行う。
本開示は、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いるターボ等化装置に好適である。
100 ターボ等化装置
101 伝搬路推定部
102 等化部
103 復号部
104 レプリカ生成部
105 復号反復回数制御部
106,107 スイッチ
108 スイッチ制御部

Claims (6)

  1. 入力信号に対して等化処理を反復して行う等化部と、
    前記等化処理の反復回数をカウントするカウント部と、
    前記等化部から出力された出力信号に対して、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いた復号処理を反復して行う復号部と、
    前記等化処理の反復回数に応じて、前記復号処理の最大反復回数を決定する制御部と、
    を備え、
    前記復号部は、前記復号処理の最大反復回数を上限として、前記復号処理を反復して行う、
    ターボ等化装置。
  2. 前記制御部は、前記等化処理の反復回数が最大である場合における前記復号処理の最大反復回数が、前記等化処理の反復回数が最小である場合における前記復号処理の最大反復回数よりも多くなるように、前記等化処理の反復回数毎に前記復号処理の最大反復回数を決定する、
    請求項1に記載のターボ等化装置。
  3. 前記制御部は、前記等化処理の反復回数に比例して当該等化処理の反復回数に対する前記復号処理の最大反復回数が多くなるように、前記復号処理の最大反復回数を決定する、
    請求項2に記載のターボ等化装置。
  4. 前記制御部は、
    前記等化処理の反復回数と前記復号処理の最大反復回数とが関連付けられたLUT(Look Up Table)を備え、
    前記LUTに基づいて、前記最大反復回数を決定する、
    請求項2に記載のターボ等化装置。
  5. 前記誤り訂正符号は、低密度パリティ検査(LDPC:Low Density Parity Check)符号である、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のターボ等化装置。
  6. 入力信号に対して等化処理を反復して行い、
    前記等化処理の反復回数をカウントし、
    前記等化処理の反復回数に応じて、確率伝搬アルゴリズムを用いる誤り訂正符号を用いた復号処理の最大反復回数を決定し、
    前記復号処理の最大反復回数を反復回数の上限として等化処理された信号に対して前記復号処理を反復して行う、
    ターボ等化方法。
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