JP2017224874A - 符号化装置、伝送装置及び符号化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エラーフロアを改善できる符号化装置等を提供する。【解決手段】符号化装置は、パリティ検査行列と、算出部と、選択部と、合成部とを有する。パリティ検査行列は、対角線上の行列及び、前記対角線上の１行下及び所定行下の巡回行列を有するパリティ演算行列と、情報演算行列とを有する。算出部は、メッセージのビット列の入力に応じて、パリティ検査行列内のパリティ演算行列及び情報演算行列で指定する演算式でパリティビット列を算出する際に使用するパリティビットの所定行数分の後方ビット列に全通りの初期値を設定して、初期値毎にパリティビット列を算出する。選択部は、初期値毎のパリティビット列の後方ビット列が初期値と一致する場合に当該初期値のパリティビット列を選択する。合成部は、選択されたパリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語を出力する。【選択図】図４

Description

本発明は、符号化装置、伝送装置及び符号化方法に関する。

近年、光伝送システムのデジタルコヒーレント受信器では、例えば、ＢＣＨ符号やＲＳ（Reed-Solomon）符号等の硬判定符号に比べて誤り訂正能力の高い軟判定符号であるＬＤＰＣ(Low-Density Parity Check)符号のＦＥＣ（Forward Error Correction）がある。図１２は、ＬＤＰＣ符号及び（ＬＤＰＣ符号＋硬判定符号）を使用した誤り訂正のＢＥＲ−ＳＮＲ特性の一例を示す説明図である。図１２に示すＢＥＲ−ＳＮＲ特性には、ウォータフォール及びエラーフロアを有し、ウォータフォールが急峻で、かつ、エラーフロアがなるべく低い位置にある場合に誤り訂正能力が高くなる。しかしながら、ＬＤＰＣ符号を使用した誤り訂正のＢＥＲ−ＳＮＲ特性では、光伝送システムに求められる伝送品質（ＢＥＲ（Bit Error Rate）≦1ｅ^-15）を達成できず、エラーフロアが生じる。

そこで、ＬＤＰＣ符号と硬判定符号とを組み合わせることで、図１２に示すように、エラーフロアを抑制し、光伝送システムの伝送品質ＢＥＲ≦１ｅ^-15を達成できる。しかしながら、ＬＤＰＣ符号の他に、硬判定符号のＦＥＣも必要になるため、回路規模及び消費電力が増加する。

図１３は、ＬＤＰＣ符号の列重み２以下のパリティ検査行列の一例を示す説明図である。パリティ検査行列では、図１３に示すように、列重みが２以下の場合にエラーフロアの位置が高くなることが知られている。そこで、列重みが２以下の列が存在しないようにパリティ検査行列を設計することでエラーフロアが抑制できる場合が多く、しかも、ウォータフォールの傾きも急峻になる。

また、符号化装置の設計及び実装が容易で、誤り訂正能力が高い符号化方法として、ＲＡ（Repeat Accumulate）符号が知られている。図１４は、ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈ２０の一例を示す説明図である。図１４に示すパリティ検査行列Ｈ２０は、パリティビット列を演算する演算式を指定する行列である。パリティ検査行列Ｈ２０は、メッセージのビット列の所定ビットの要素を代入する際の演算式に使用する情報演算行列Ｈ２１と、パリティビットのビット列の所定ビットの要素を代入する際の演算式に使用するパリティ演算行列Ｈ２２とを有する。情報演算行列Ｈ２１は、ランダムな構造に近い行列であって、例えば、Ｄ１〜Ｄ３の３列×６行の行列である。パリティ演算行列Ｈ２２は、対角線上の行列及び、その対角線から１行下の行列に規則的に“１”要素が配置される構造のＰ１〜Ｐ６の６列×６行の行列である。しかしながら、ＲＡ符号のパリティ演算行列Ｈ２２は、列重みが２以下の構成であるため、エラーフロアが高くなる。そこで、パリティ演算行列Ｈ２２の列重みを３以上の構成にしてエラーフロアを抑制する方法として、ｗ３ＲＡ（Weight-3 Repeat Accumulate）符号がある。図１５は、ｗ３ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈ３０の一例を示す説明図である。図１５に示すｗ３ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈ３０は、情報演算行列Ｈ３１と、パリティ演算行列Ｈ３２とを有する。パリティ演算行列Ｈ３２は、対角線上の行列及び、対角線から１行下の行列の他に、対角線から３行下の行列に規則的に“１”要素が配置される構造の下三角行列である。

図１６は、図１５に示すパリティ検査行列Ｈ３０を使用してメッセージを符号化する際の演算の一例を示す説明図である。尚、メッセージｕは、［ｕ１，ｕ２，ｕ３］で構成し、例えば、［１０１］とする。符号語ｃは、データ［ｕ１，ｕ２，ｕ３］と、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］とを結合して、［ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］で構成する。パリティ検査行列Ｈ３０の列毎に０（ｍｏｄ２）演算を使用してパリティビット列内の各パリティビットを順次算出する。

パリティ検査行列Ｈ３０の１行目は、要素“１”に着目し、Ｄ１＋Ｄ２＋Ｐ１＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。そして、演算式は、ｕ１＝１及びｕ２＝０を代入して１＋０＋Ｐ１＝０でＰ１＝１とし、Ｐ１対応のパリティビットｐ１としてｐ１＝１を算出する。パリティ検査行列Ｈ３０の２行目は、要素“１”に着目し、Ｄ１＋Ｄ３＋Ｐ１＋Ｐ２＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。そして、演算式は、ｕ１＝１、ｕ３＝１及びＰ１＝１を代入して１＋１＋１＋Ｐ２＝０でＰ２＝１とし、Ｐ２対応のパリティビットｐ２としてｐ２＝１を算出する。

パリティ検査行列Ｈ３０の３行目は、要素“１”に着目し、Ｄ３＋Ｐ２＋Ｐ３＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。そして、演算式は、ｕ３＝１及びＰ２＝１を代入して１＋１＋Ｐ３＝０でＰ３＝０とし、Ｐ３対応のパリティビットｐ３としてｐ３＝０を算出する。パリティ検査行列Ｈ３０の４行目は、要素“１”に着目し、Ｄ２＋Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ４＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。そして、演算式は、ｕ２＝０、Ｐ１＝１及びＰ３＝０を代入して０＋１＋０＋Ｐ４＝０でＰ４＝１とし、Ｐ４対応のパリティビットｐ４としてｐ４＝１を算出する。

パリティ検査行列Ｈ３０の５行目は、要素“１”に着目し、Ｄ１＋Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。そして、演算式は、ｕ１＝１、Ｐ２＝１及びＰ４＝１を代入して１＋１＋１＋Ｐ５＝０でＰ５＝１とし、Ｐ５対応のパリティビットｐ５としてｐ５＝１を算出する。パリティ検査行列Ｈ３０の６行目は、要素“１”に着目し、Ｄ２＋Ｄ３＋Ｐ３＋Ｐ５＋Ｐ６＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。そして、演算式は、ｕ２＝０、ｕ３＝１、Ｐ３＝０及びＰ５＝１を代入して０＋１＋０＋１＋Ｐ６＝０でＰ６＝０とし、Ｐ６対応のパリティビットｐ６としてｐ６＝０を算出する。

その結果、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝［１１０１１０］となる。そして、符号化装置は、データ［ｕ１，ｕ２，ｕ３］＝［１０１］とパリティビット列［１１０１１０］とを結合して符号語ｃ［１０１１１０１１０］を出力できる。

特表２００８−５４１４９６号公報 国際公開第２００６／１２０８４４号

しかしながら、ｗ３ＲＡ符号を採用した場合でも、図１６に示すようにパリティ検査行列Ｈ３０内のパリティ演算行列Ｈ３２のＰ４、Ｐ５及びＰ６の列重みが２以下になるため、エラーフロアを改善できない。

一つの側面では、エラーフロアを改善できる符号化装置、伝送装置及び符号化方法を提供することを目的とする。

一つの態様では、符号化装置は、パリティ検査行列と、算出部と、選択部と、合成部とを有する。パリティ検査行列は、対角線上の行列及び、前記対角線上の１行下及び所定行下の巡回行列を有するパリティ演算行列と、情報演算行列とを有する。算出部は、メッセージのビット列の入力に応じて、パリティ演算行列及び情報演算行列で指定する演算式でパリティビット列を算出する際に使用するパリティビットの所定行数分の後方ビット列に全通りの初期値を設定して初期値毎にパリティビット列を算出する。選択部は、初期値毎のパリティビット列の後方ビット列が初期値と一致する場合に当該初期値のパリティビット列を選択する。合成部は、選択されたパリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語を出力する。

一つの側面として、エラーフロアを改善できる。

図１は、実施例１の光伝送装置内の一例を示す説明図である。 図２は、実施例１のｗ３ＲＡ符号のパリティ検査行列の一例を示す説明図である。 図３は、符号化部の一例を示す説明図である。 図４は、実施例１のアキュムレータ部の一例を示す説明図である。 図５は、第１の符号化処理に関わる符号化部の処理動作の一例を示す説明図である。 図６は、実施例２のアキュムレータ部の一例を示す説明図である。 図７は、第２の符号化処理に関わる符号化部の処理動作の一例を示す説明図である。 図８は、実施例３のアキュムレータ部の一例を示す説明図である。 図９は、第３の符号化処理に関わる符号化部の処理動作の一例を示す説明図である。 図１０は、実施例４の空間結合ＲＡ符号のパリティ検査行列の一例を示す説明図である。 図１１Ａは、本発明を適用しない空間結合ＲＡ符号（巡回なし）の誤り訂正のＢＥＲ−ＳＮＲ特性の一例を示す説明図である。 図１１Ｂは、実施例４の空間結合ＲＡ符号（巡回あり）の誤り訂正のＢＥＲ−ＳＮＲ特性の一例を示す説明図である。 図１２は、ＬＤＰＣ符号及び（ＬＤＰＣ符号＋硬判定符号）を使用した誤り訂正のＢＥＲ−ＳＮＲ特性の一例を示す説明図である。 図１３は、ＬＤＰＣ符号の列重み２以下のパリティ検査行列の一例を示す説明図である。 図１４は、ＲＡ符号のパリティ検査行列の一例を示す説明図である。 図１５は、ｗ３ＲＡ符号のパリティ検査行列の一例を示す説明図である。 図１６は、符号化部のパリティ検査行列による符号語の生成方法の一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する、符号化装置、伝送装置及び符号化方法の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。以下の各実施例は、適宜、組合せても良い。

図１は、実施例１の光伝送装置１の一例を示す説明図である。光伝送装置１は、ＯＴＵ（Optical-channel Transport Unit）フレーマ１１と、送信処理部１２と、ＤＡＣ(Digital Analog Converter)１３と、第１のＬＤ(Laser Diode)１４と、送信側光モジュール１５とを有する。更に、光伝送装置１は、受信側光モジュール１６と、第２のＬＤ１７と、ＡＤＣ(Analog Digital Converter)１８と、受信処理部１９とを有する。

ＯＴＵフレーマ１１は、例えば、クライアント信号をＯＴＵフレームに変換すると共に、ＯＴＵフレームからクライアント信号を抽出する処理部である。送信処理部１２は、符号化部２１と、予等化部２２とを有する。符号化部２１は、ＯＴＵフレーマ１１からのＯＴＵフレームを符号化して符号語ｃを出力する符号化装置である。予等化部２２は、例えば、波長分散補償、周波数オフセット補償、光モジュールの入出力特性補償等の各種信号処理を実行する処理部である。ＤＡＣ１３は、ＯＴＵフレームをアナログ変換する処理部である。送信側光モジュール１５は、アナログ変換されたＯＴＵフレームを第１のＬＤ１４からの光信号で光送信する処理部である。

受信側光モジュール１６は、第２のＬＤ１７からの光信号でＯＴＵフレームを受信する処理部である。ＡＤＣ１８は、ＯＴＵフレームをデジタル変換する処理部である。受信処理部１９は、等化部２３と、復元部２４と、復号部２５とを有する。等化部２３は、例えば、波長分散補償、周波数オフセット補償、偏波モード分散補償、波形歪み補償等の各種信号処理を実行する処理部である。復元部２４は、搬送波位相を復元する処理部である。復号部２５は、符号化データを復号する処理部である。復号部２５は、パリティ検査行列を使用して符号語を繰り返し復号することで誤り訂正を実行する。

符号化部２１は、ｗ３ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈでデータを符号化して符号語ｃを出力する。符号化部２１は、ｗ３ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈを使用してデータを演算することでデータを符号化する。符号語ｃは、情報ビット列［ｕ１，ｕ２，ｕ３］の３ビットと、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］の６ビットとを結合した、合計９ビットのビット列［ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］である。

図２は、ｗ３ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈの一例を示す説明図である。図２に示すパリティ検査行列Ｈは、パリティビット列を演算する演算式を指定する行列であって、情報演算行列Ｈ１と、パリティ演算行列Ｈ２とを有する。情報演算行列Ｈ１は、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の３列×６行の行列である。情報演算行列Ｈ１は、例えば、メッセージのビット列の所定ビットの要素を代入する際の演算式に使用する行列である。パリティ演算行列Ｈ２は、Ｐ１〜Ｐ６の６列×６行の行列である。パリティ演算行列Ｈ２は、例えば、パリティビット列の所定ビットの要素を代入する際の演算式に使用する行列である。

パリティ演算行列Ｈ２は、対角線上の行列と、対角線から１行下の巡回行列と、対角線から所定行、例えば、３行下の巡回行列とに規則的に“１”要素が配置される構造である。対角線から１行下の巡回行列は、Ｐ１列の２行目、Ｐ２列の３行目、Ｐ３列の４行目、Ｐ４列の５行目、Ｐ５列の６行目、Ｐ６列の１行目に“１”要素を配置する。対角線から３行下の巡回行列は、Ｐ１列の４行目、Ｐ２列の５行目、Ｐ３列の６行目、Ｐ４列の１行目、Ｐ５列の２行目、Ｐ６列の３行目に“１”要素を配置する。その結果、パリティ演算行列Ｈ２は、Ｐ１〜Ｐ６の全列の列重みは３以上となる。従って、エラーフロアを低減できる。

パリティ検査行列Ｈの１行目はＤ１＋Ｄ２＋Ｐ１＋Ｐ４＋Ｐ６＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式、パリティ検査行列Ｈの２行目は、Ｄ１＋Ｄ３＋Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ５＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。パリティ検査行列Ｈの３行目は、Ｄ３＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ６＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式、パリティ検査行列Ｈの４行目は、Ｄ２＋Ｐ１＋Ｐ３＋Ｐ４＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。また、パリティ検査行列Ｈの５行目は、Ｄ１＋Ｐ２＋Ｐ４＋Ｐ５＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式、パリティ検査行列Ｈの６列目は、Ｄ２＋Ｄ３＋Ｐ３＋Ｐ５＋Ｐ６＝０の０（ｍｏｄ２）演算の演算式となる。パリティ検査行列Ｈ内の各行の演算式を使用してパリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。

図３は、実施例１の符号化部２１の一例を示す説明図である。図３に示す符号化部２１は、リピート部３１と、インターリーバ部３２と、結合部３３と、アキュムレータ部３４と、合成部３５とを有する。リピート部３１は、パリティ検査行列Ｈ内の情報演算行列Ｈ１の列の重みに応じてメッセージビットを複写する。リピート部３１は、図２に示す情報演算行列Ｈ１の列重みが「３」であるため、３個のメッセージのビット列［ｕ１，ｕ２，ｕ３］を複写する。

インターリーバ部３２は、情報演算行列Ｈ１の行毎の“１”の配置状況に応じてビット列を並び替える。インターリーバ部３２は、例えば、１行目の場合は［Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３］の［１１０］であって、［Ｄ１，Ｄ２］のため、メッセージが［１０１］の場合、［１０］となる。結合部３３は、例えば、６個のＥＸＯＲ（Exclusive-OR）３３Ａを有し、情報演算行列Ｈ１の行の重みに応じてビットを加算する。結合部３３は、１行目の場合、［Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３］の［１１０］であるため、Ｄ１＋Ｄ２となる。尚、リピート部３１、インターリーバ部３２及び結合部３３は、情報演算行列Ｈ１を構成し、図３に示すように、Ｈ１の重み（１）が回路の配線に相当する。例えば、１行目の場合、［Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３］の［１１０］であるため、結合部３３の１行目はｕ１及びｕ２のＸＯＲをとる。

アキュムレータ部３４は、パリティ演算行列Ｈ２の構造に基づき、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。アキュムレータ部３４は、例えば、ｗ３ＲＡ符号のアキュムレータ部とし、後述する、ＥＸＯＲ５１と、第１のシフトレジスタ５２と、第２のシフトレジスタ５３と、第３のシフトレジスタ５４とを有する。合成部３５は、メッセージのビット列［ｕ１，ｕ２，ｕ３］と、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］とを結合して符号語［ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を出力する。

しかしながら、パリティ検査行列Ｈの１行目は、Ｄ１＋Ｄ２＋Ｐ１＋Ｐ４＋Ｐ５＝０の演算式であり、Ｄ１＝１及びＤ２＝０は要素を代入できるものの、Ｐ１、Ｐ４及びＰ５は未知である。そこで、所定行ψ＝３個相当のＰ４、Ｐ５及びＰ６のパリティビット列［ｐ４、ｐ５、ｐ６］の各パターンは、第１の初期値〜第８の初期値の８通りである。第１の初期値は［０００］、第２の初期値は［００１］、第３の初期値は［０１０］、第４の初期値は［０１１］、第５の初期値は［１００］、第６の初期値は「１０１」、第７の初期値は［１１０］、第８の初期値は［１１１］である。尚、この全パターンの内、１個だけ必ず、［ｐ４，ｐ５、ｐ６］の正解がある。尚、所定行は、パリティ演算行列Ｈ２内の所定行下、すなわち３行下の巡回行列であるため、３となる。

図４は、実施例１のアキュムレータ部３４の一例を示す説明図である。図４に示すアキュムレータ部３４は、2^(所定行数)＝2^3＝8個のアキュムレータ部を内蔵している。アキュムレータ部３４は、第１のアキュムレータ部４１Ａと、第２のアキュムレータ部４１Ｂと、第３のアキュムレータ部４１Ｃと、第４のアキュムレータ部４１Ｄと、第５のアキュムレータ部４１Ｅとを有する。アキュムレータ部３４は、第６のアキュムレータ部４１Ｆと、第７のアキュムレータ部４１Ｇと、第８のアキュムレータ部４１Ｈと、第１の選択部４２とを有する。

第１のアキュムレータ部４１Ａは、ＥＸＯＲ５１と、第１のシフトレジスタ５２と、第２のシフトレジスタ５３と、第３のシフトレジスタ５４とを有する。尚、第２〜第８のアキュムレータ部４１Ｂ〜４１Ｈも、第１のアキュムレータ部４１Ａと同様にＥＸＯＲ５１、第１〜第３のシフトレジスタ５２〜５４を有する。

第１のアキュムレータ部４１Ａは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第１の初期値［０００］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。第２のアキュムレータ部４１Ｂは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第２の初期値［００１］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。第３のアキュムレータ部４１Ｃは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第３の初期値［０１０］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。

第４のアキュムレータ部４１Ｄは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第４の初期値［０１１］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。第５のアキュムレータ部４１Ｅは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第５の初期値［１００］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。第６のアキュムレータ部４１Ｆは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第６の初期値［１０１］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。第７のアキュムレータ部４１Ｇは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第７の初期値［１１０］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。第８のアキュムレータ部４１Ｈは、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］＝第８の初期値［１１１］に設定し、その設定結果に基づく、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を算出する。

第１の選択部４２は、第１〜第８のアキュムレータ部４１Ａ〜４１Ｈから各パリティビット列を収集し、パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と、設定ビット列とが一致しているか否かを判定する。尚、後方ビット列は、所定行ψ個相当のビット列である。第１の選択部４２は、第１のアキュムレータ部４１Ａのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第１の初期値［０００］とが一致しているか否かを判定する。また、第１の選択部４２は、第２のアキュムレータ部４１Ｂのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第２の初期値［００１］とが一致しているか否かを判定する。第１の選択部４２は、第３のアキュムレータ部４１Ｃのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第３の初期値［０１０］とが一致しているか否かを判定する。また、第１の選択部４２は、第４のアキュムレータ部４１Ｄのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第４の初期値［０１１］とが一致しているか否かを判定する。第１の選択部４２は、第５のアキュムレータ部４１Ｅのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第５の初期値［１００］とが一致しているか否かを判定する。また、第１の選択部４２は、第６のアキュムレータ部４１Ｆのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第６の初期値［１０１］とが一致しているか否かを判定する。第１の選択部４２は、第７のアキュムレータ部４１Ｇのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第７の初期値［１１０］とが一致しているか否かを判定する。また、第１の選択部４２は、第８のアキュムレータ部４１Ｈのパリティビット列の場合、当該パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の第８の初期値［１１１］とが一致しているか否かを判定する。

第１の選択部４２は、パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の初期値とが一致している場合、当該パリティビット列が正解と判断し、正解と判断されたパリティビット列をアキュムレータ部３４の出力として合成部３５に出力する。合成部３５は、メッセージのビット列［ｕ１，ｕ２，ｕ３］と、パリティビット列［ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］とを結合して符号語［ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６］を出力する。

次に実施例１の光伝送装置１の動作について説明する。図５は、第１の符号化処理に関わる符号化部２１の処理動作の一例を示すフローチャートである。図５において符号化部２１は、メッセージのビット列［ｕ１，ｕ２，ｕ３］を蓄積したか否かを判定する（ステップＳ１１）。符号化部２１は、メッセージのビット列［ｕ１，ｕ２，ｕ３］を蓄積した場合（ステップＳ１１肯定）、リピート部３１のリピート処理を実行する（ステップＳ１２）。

符号化部２１は、リピート処理を実行後、インターリーバ部３２にてインターリーバ処理を実行する（ステップＳ１３）。符号化部２１は、結合部３３にて結合処理を実行する（ステップＳ１４）。符号化部２１は、第１のアキュムレータ部４１Ａ〜第８のアキュムレータ部４１Ｈで初期値毎のアキュムレート処理を並行して実行する（ステップＳ１５）。符号化部２１は、第１のアキュムレータ部４１Ａ〜第８のアキュムレータ部４１Ｈのアキュムレート処理で初期値毎のパリティビット列を出力する（ステップＳ１６）。

符号化部２１は、初期値毎に取得したパリティビット列内の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の初期値とを比較し（ステップＳ１７）、後方ビット列と設定中の初期値とが一致したパリティビット列を選択する（ステップＳ１８）。符号化部２１は、選択したパリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語ｃを生成し（ステップＳ１９）、生成した符号語ｃを出力し（ステップＳ２０）、図５に示す処理動作を終了する。

実施例１の符号化部２１は、パリティ検査行列Ｈ内のパリティ演算行列Ｈ２の対角線上の行列と、対角線から１行下の巡回行列と、対角線から所定行、例えば、３行下の巡回行列とを有し、全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈを有するため、エラーフロアを改善できる。

符号化部２１は、パリティ検査行列Ｈ内の情報演算行列Ｈ１、パリティ演算行列Ｈ２及び［ｐ４，ｐ５，ｐ６］に代入する各初期値に基づき、初期値毎のパリティビット列を算出し、パリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とを比較する。そして、後方ビット列と初期値とが一致したパリティビット列を選択し、当該パリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語ｃを出力する。その結果、全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈを使用した場合でもパリティビット列を算出できる。

しかも、符号化部２１は、初期値毎の第１〜第８のアキュムレータ部４１Ａ〜４１Ｈを並列に配置し、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］の全パターンのパリティビット列を算出する。更に、符号化部２１は、パリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とを比較し、後方ビット列と設定中の初期値とが一致したパリティビット列を選択する。その結果、全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈを使用した場合でもパリティビット列を算出できる。

実施例１では、高い伝送品質が要求される光伝送システムにおいても、ＲＡ符号と同様のメリットを利用できる。しかも、硬判定の誤り訂正回路を併用しなくても済むため、回路規模及び消費電力を抑えた光伝送システムが実現できる。つまり、硬判定回路を持たずに受信ＢＥＲ≦1ｅ^-15を達成できる。

上記実施例１のアキュムレータ部３４は、パリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］の全パターンの初期値を設定した第１〜第８のアキュムレータ４１Ａ〜４１Ｈを並列に配置した場合を例示した。しかしながら、このような構成に限定されるものではなく、単一のアキュムレータ部であっても良く、その場合の実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。尚、実施例１の光伝送装置１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

実施例１と実施例２のアキュムレータ部とが異なるところは、第１〜第８のアキュムレータ部４１Ａ〜４１Ｈを並列配置する代わりに、単一の第１０のアキュムレータ部４３で初期値を順次更新して各パターンのパリティビット列を順次出力する点にある。

図６は、実施例２のアキュムレータ部３４Ａの一例を示す説明図である。図６に示すアキュムレータ部３４Ａは、第１０のアキュムレータ部４３と、第２の選択部４２Ａとを有する。第１０のアキュムレータ部４３は、ＥＸＯＲ５１と、第１のシフトレジスタ５２と、第２のシフトレジスタ５３と、第３のシフトレジスタ５４と、パターンメモリ５５と、設定部５６とを有する。パターンメモリ５５は、［ｐ４，ｐ５，ｐ６］の全ての初期値を格納する領域である。設定部５６は、パターンメモリ５５内の各初期値を第１〜第３のシフトレジスタ５２〜５４に設定する。尚、初期値は、例えば、第１の［０００］、第２の［００１］、第３の［０１０］、第４の［０１１］、第５の［１００］、第６の「１０１」、第７の［１１０］及び第８の［１１１］の８通りである。

設定部５６は、パターンメモリ５５から初期値を読み出し、読み出した初期値を第１〜第３のシフトレジスタ５２〜５４に更新することで、初期値毎のパリティビット列を順次出力する。つまり、第１０のアキュムレータ部４３は、設定部５６の初期値の更新に応じて、初期値毎のパリティビット列を順次出力する。

第２の選択部４２Ａは、第１０のアキュムレータ部４３からの初期値のパリティビット列を順次入力し、入力したパリティビット列の後方ビット列［ｐ４，ｐ５，ｐ６］と設定中の初期値とを比較する。第２の選択部４２Ａは、後方ビット列と設定中の初期値とが一致した場合に当該パリティビット列を出力する。第２の選択部４２Ａは、後方ビット列と設定中の初期値とが一致しなかった場合、当該パリティビット列を破棄する。尚、設定部５６は、第２の選択部４２Ａで後方ビット列と設定中の初期値とが一致するまで初期値を順次設定する。

次に実施例２の光伝送装置１の動作について説明する。図７は、実施例２の第２の符号化処理に関わる符号化部２１の処理動作の一例を示すフローチャートである。図７において符号化部２１は、ステップＳ１４にて結合処理を実行した後、第１０のアキュムレータ部４３に初期値を設定する（ステップＳ３１）。符号化部２１は、第１０のアキュムレータ部４３の初期値に基づき、アキュムレート処理を実行する（ステップＳ３２）。

符号化部２１は、アキュムレート処理で初期値のパリティビット列を取得する（ステップＳ３３）。符号化部２１は、設定したパリティビット列内の後方ビット列と現在設定中の初期値とを比較し（ステップＳ３４）、後方ビット列と現在設定中の初期値とが一致したか否かを判定する（ステップＳ３５）。符号化部２１は、後方ビット列と初期値とが一致した場合（ステップＳ３５肯定）、一致したパリティビット列を選択する（ステップＳ３６）。

符号化部２１は、選択したパリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語ｃを生成し（ステップＳ３７）、生成した符号語ｃを出力し（ステップＳ３８）、図７に示す処理動作を終了する。符号化部２１は、後方ビット列と初期値とが一致しなかった場合（ステップＳ３５否定）、未設定の初期値を第１０のアキュムレータ部４３に設定し（ステップＳ３９）、アキュムレート処理を実行すべく、ステップＳ３２に移行する。

実施例２の符号化部２１は、単一の第１０のアキュムレータ部４３で初期値を順次設定して初期値毎のパリティビット列を順次算出し、算出したパリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とを比較する。符号化部２１は、後方ビット列と設定中の初期値とが一致している場合に当該パリティビット列を出力する。更に、符号化部２１は、当該パリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語ｃを出力する。その結果、全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈを使用した場合でもパリティビット列を算出できる。

尚、実施例１及び２のアキュムレータ部３４（３４Ａ）の構成に限定されるものではなく、並列処理及び更新処理を併用したアキュムレータ部にしても良く、その実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。尚、実施例１の光伝送装置１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

実施例１のアキュムレータ部３４と実施例３のアキュムレータ部３４Ｂとが異なるところは、第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄの４台にし、各第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄで２種類の初期値を設定可能にした点にある。

図８は、実施例３のアキュムレータ部３４Ｂの一例を示す説明図である。図８に示すアキュムレータ部３４Ｂは、第１１のアキュムレータ部４４Ａと、第１２のアキュムレータ部４４Ｂと、第１３のアキュムレータ部４４Ｃと、第１４のアキュムレータ部４４Ｄと、第３の選択部４２Ｂとを有する。

第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄは、ＥＸＯＲ５１と、第１〜第３のシフレジスタ部５２〜５４と、パターンメモリ５５Ａと、設定部５６Ａとを有する。

第１１のアキュムレータ部４４Ａのパターンメモリ５５Ａには、２種類の初期値として、第１の初期値［０００］及び第２の初期値［００１］を格納している。第１１のアキュムレータ部４４Ａの設定部５６Ａは、第１の初期値［０００］及び第２の初期値［００１］を設定可能にしている。

第１２のアキュムレータ部４４Ｂのパターンメモリ５５Ａには、２種類の初期値として、第３の初期値［０１０］及び第４の初期値［０１１］を格納している。第１２のアキュムレータ部４４Ｂの設定部５６Ａは、第３の初期値［０１０］及び第４の初期値［０１１］を設定可能にしている。

第１３のアキュムレータ部４４Ｃのパターンメモリ５５Ａには、２種類の初期値として、第５の初期値［１００］及び第６の初期値［１０１］を格納している。第１３のアキュムレータ部４４Ｃの設定部５６Ａは、第５の初期値［１００］及び第６の初期値［１０１］を設定可能にしている。

第１４のアキュムレータ部４４Ｄのパターンメモリ５５Ａには、２種類の初期値として、第７の初期値［１１０］及び第８の初期値［１１１］を格納している。第１４のアキュムレータ部４４Ｄの設定部５６Ａは、第７の初期値［１１０］及び第８の初期値［１１１］を設定可能にしている。

第３の選択部４２Ｂは、第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄから初期値毎のパリティビット列を並列に入力する。第３の選択部４２Ｂは、初期値のパリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とを比較し、後方ビット列と設定中の初期値とが一致したか否かを判定する。第３の選択部４２Ｂは、パリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とが一致した場合に当該パリティビット列を選択出力する。また、第３の選択部４２Ｂは、パリティビット列の後方ビット列と初期値とが一致しなかった場合に当該パリティビット列を破棄する。

次に実施例３の光伝送装置１の動作について説明する。図９は、実施例３の第３の符号化処理に関わる符号化部２１の処理動作の一例を示すフローチャートである。図９において符号化部２１は、ステップＳ１４にて結合処理を実行した後、第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄに初期値を設定する（ステップＳ４１）。符号化部２１は、第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄの初期値に基づき、アキュムレート処理を実行する（ステップＳ４２）。

符号化部２１は、アキュムレート処理で初期値のパリティビット列を取得する（ステップＳ４３）。符号化部２１は、設定したパリティビット列内の後方ビット列と現在設定中の初期値とを比較し（ステップＳ４４）、後方ビット列と現在設定中の初期値とが一致したか否かを判定する（ステップＳ４５）。符号化部２１は、後方ビット列と設定中の初期値とが一致した場合（ステップＳ４５肯定）、一致した初期値のパリティビット列を選択する（ステップＳ４６）。

符号化部２１は、選択したパリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語ｃを生成し（ステップＳ４７）、生成した符号語を出力し（ステップＳ４８）、図９に示す処理動作を終了する。符号化部２１は、後方ビット列と設定中の初期値とが一致しなかった場合（ステップＳ４５否定）、未設定の初期値を第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄに設定し（ステップＳ４９）、アキュムレート処理を実行すべく、ステップＳ４２に移行する。

実施例３の符号化部２１は、第１１〜第１４のアキュムレータ部４４Ａ〜４４Ｄで初期値を順次設定して初期値毎のパリティビット列を順次算出し、算出したパリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とを比較する。符号化部２１は、後方ビット列と設定中の初期値とが一致している場合に当該パリティビット列を出力する。更に、符号化部２１は、当該パリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語ｃを出力する。その結果、全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈを使用した場合でもパリティビット列を算出できる。

尚、上記実施例１〜３では、ｗ３ＲＡ符号を例示したが、ｗ３ＲＡ符号に限定されるものではなく、空間結合ＲＡ符号にも適用できるため、その実施の形態につき、実施例４として以下に説明する。尚、実施例１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

空間結合ＲＡ符号は、ＲＡ符号又はｗ３ＲＡ符号の情報演算行列Ｈ１１が空間結合ＬＤＰＣで構成し、各要素行列を空間と見立てて結合している。図１０は、空間結合ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈ１０の一例を示す説明図である。

図１０に示すパリティ検査行列Ｈ１０は、情報演算行列Ｈ１１と、パリティ演算行列Ｈ１２とを有する。パリティ演算行列Ｈ１２は、対角線上の行列と、対角線から１行下の巡回行列と、対角線から所定行、例えば、４行下の巡回行列とに規則的に“１”要素を配置する構造である。この場合、パリティ演算行列Ｈ１２内の所定行、すなわち４桁の後方ビット列［ｐ９，ｐ１０，ｐ１１，ｐ１２］の１６通りの全パターンの設定ビット列を１６台のアキュムレータ部に設定する。初期値は、2^(所定行数)＝2^4＝16通りである。１６台のアキュムレータ部を並列配置するものとする。その結果、１６台のアキュムレータ部は、設定ビット列毎に１６通りのパリティビット列を出力する。

そして、第１の選択部４２は、パリティビット列の後方ビット列［ｐ９，ｐ１０，ｐ１１，ｐ１２］と設定中の初期値とが一致しているか否かを判定し、後方ビット列と設定中の初期値とが一致したパリティビット列を合成部３５に出力する。

図１１Ａは、本発明を適用しない空間結合ＲＡ符号（巡回なし）の誤り訂正のＢＥＲ−ＳＮＲ特性の一例を示す説明図である。図１１Ａに示す例では、パリティ演算行列Ｈ１２内に列重みが２以下の列が存在するため、エラーフロアが発生している。これに対して、図１１Ｂは、実施例４の空間結合ＲＡ符号（巡回あり）の誤り訂正のＢＥＲ−ＳＮＲ特性の一例を示す説明図である。図１１Ｂに示す例では、パリティ演算行列Ｈ１２内の全ての列の列重みが３以上の構成であるため、エラーフロアが改善している。

実施例４の符号化部２１は、空間結合ＲＡ符号のパリティ検査行列Ｈ１０内のパリティ演算行列Ｈ１２の対角線上の行列と、対角線から１行下の巡回行列と、対角線から４行下の巡回行列とを有し、全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈ１０を有する。その結果、エラーフロアを改善できる。

実施例４の符号化部２１は、パリティ検査行列Ｈ１０内の情報演算行列Ｈ１１、パリティ演算行列Ｈ１２及び［ｐ９，ｐ１０，ｐ１１，ｐ１２］に代入する各初期値に基づき、初期値毎のパリティビット列を算出する。符号化部２１は、初期値毎のパリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とを比較する。そして、符号化部２１は、後方ビット列と設定中の初期値とが一致したパリティビット列を出力し、当該パリティビット列とメッセージのビット列とを結合して符号語ｃを出力する。その結果、空間結合ＲＡ符号の全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈ１０を使用した場合でもパリティビット列を算出できる。

しかも、実施例４の符号化部２１は、初期値毎にアキュムレータ部３４を並列に配置し、［ｐ９，ｐ１０，ｐ１１，ｐ１２］の全パターンのパリティビット列を算出し、パリティビット列の後方ビット列と設定中の初期値とを比較する。符号化部２１は、後方ビット列と設定中の初期値とが一致したパリティビット列を出力する。その結果、全ての列の列重みが３以上のパリティ検査行列Ｈ１０を使用した場合でもパリティビット列を算出できる。

実施例４では、空間結合ＲＡ符号に適用することで、符号化処理を過度に複雑化することなく、高いエラー訂正能力と低いエラーフロアとを両立できる。

尚、上記実施例１〜３では、パリティ演算行列Ｈ２内の対角線上の行列、対角線から１行下の巡回行列、対角線から３行下の巡回行列で構成したが、これらの構成に限定されるものではなく、適宜変更可能であることは言うまでもない。所定行は対角線から３行下、若しくは４行下に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

実施例４の符号化部２１は、空間結合ＲＡ符号を実施例１のアキュムレータ部３４に適用して説明したが、実施例２のアキュムレータ部３４Ａや実施例３のアキュムレータ部３４Ｂに適用しても良く、適宜変更可能である。

また、上記実施例の符号化部２１は、光伝送装置１に内蔵したが、光信号に限定されるものではなく、電気信号を符号化する場合にも適用可能である。

また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

更に、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。

１ 光伝送装置
２１ 符号化部
３４、３４Ａ、３４Ｂ アキュムレータ部
４１Ａ〜４１Ｈ 第１〜第８のアキュムレータ部
４２ 第１の選択部
４２Ａ 第２の選択部
４２Ｂ 第３の選択部
４３ 第１０のアキュムレータ部
４４Ａ〜４４Ｄ 第１１〜第１４のアキュムレータ部

Claims (8)

1. 対角線上の行列及び、前記対角線上の１行下及び所定行下の巡回行列を有するパリティ演算行列と、情報演算行列とを有するパリティ検査行列と、
   メッセージのビット列の入力に応じて、前記パリティ演算行列及び前記情報演算行列で指定する演算式でパリティビット列を算出する際に使用するパリティビットの前記所定行数分の後方ビット列に全通りの初期値を設定して、前記初期値毎にパリティビット列を算出する算出部と、
   前記初期値毎の前記パリティビット列の後方ビット列が前記初期値と一致する場合に当該初期値のパリティビット列を選択する選択部と、
   選択されたパリティビット列と前記メッセージのビット列とを結合して符号語を出力する合成部と
   を有することを特徴とする符号化装置。
2. 前記算出部は、
   前記初期値毎に前記パリティビット列を算出するアキュムレータ部を2^(所定行数)個有し、これらアキュムレータ部を並列配置することを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
3. 前記算出部は、
   前記初期値を設定する設定部と、
   前記設定部にて設定された前記初期値毎に前記パリティビット列を算出するアキュムレータ部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
4. 前記算出部は、
   前記初期値を設定する設定部と、
   前記設定部にて設定された前記初期値毎に前記パリティビット列を算出する複数のアキュムレータ部とを有し、これらアキュムレータ部を並列配置することを特徴とする請求項１に記載の符号化装置。
5. 前記パリティ検査行列は、
   ｗｅｉｇｈｔ−３ Ｒｅｐｅａｔ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ符号のパリティ検査行列であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の符号化装置。
6. 前記パリティ検査行列は、
   空間結合Ｒｅｐｅａｔ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ符号のパリティ検査行列であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の符号化装置。
7. メッセージのビット列の入力に応じて符号語を出力する符号化装置を内蔵した伝送装置であって、
   前記符号化装置は、
   対角線上の行列及び、前記対角線上の１行下及び所定行下の巡回行列を有するパリティ演算行列と、情報演算行列とを有するパリティ検査行列と、
   前記メッセージのビット列の入力に応じて、前記パリティ演算行列及び前記情報演算行列で指定する演算式でパリティビット列を算出する際に使用するパリティビットの前記所定行数分の後方ビット列に全通りの初期値を設定して、前記初期値毎にパリティビット列を算出する算出部と、
   前記初期値毎の前記パリティビット列の後方ビット列が前記初期値と一致する場合に当該初期値のパリティビット列を選択する選択部と、
   選択されたパリティビット列と前記メッセージのビット列とを結合して符号語を出力する合成部と
   を有することを特徴とする伝送装置。
8. 対角線上の行列及び、前記対角線上の１行下及び所定行下の巡回行列を有するパリティ演算行列と、情報演算行列とを有するパリティ検査行列を有し、
   メッセージのビット列の入力に応じて、前記パリティ演算行列及び前記情報演算行列で指定する演算式でパリティビット列を算出する際に使用するパリティビットの前記所定行数分の後方ビット列に全通りの初期値を設定して、前記初期値毎にパリティビット列を算出し、
   前記初期値毎の前記パリティビット列の後方ビット列が前記初期値と一致する場合に当該初期値のパリティビット列を選択し、
   選択されたパリティビット列と前記メッセージのビット列とを結合して符号語を出力する
   処理を実行することを特徴とする符号化方法。

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