JP2547577B2 - 誤り訂正ブロック符号の復号方式 - Google Patents

誤り訂正ブロック符号の復号方式

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JP2547577B2 JP62169875A JP16987587A JP2547577B2 JP 2547577 B2 JP2547577 B2 JP 2547577B2 JP 62169875 A JP62169875 A JP 62169875A JP 16987587 A JP16987587 A JP 16987587A JP 2547577 B2 JP2547577 B2 JP 2547577B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明はデータの伝送回線において生じうる誤りの検
出・訂正に用いられる誤り訂正ブロック符号の受信側で
の復号方式の改良に関する。
(従来技術とその問題点) 一般に誤り訂正ブロック符号は、伝送する情報をブロ
ックに分割し、各ブロック毎にある定められた規約に従
って当該のブロックの情報部分から導出される検査(パ
リティ)部分を付加することによって生成され、この検
査部分によって生ずる符号語の冗長度を利用し、伝送回
線で生ずる誤りの検出・訂正を行うことができる。即
ち、受信側は、受信したパターン(受信語)の情報部分
と検査部分との間での上記の定められた規約の成立の有
無を検査し、規約が成立していれば正常に受信されたも
のと見做し、不成立の場合は、誤りが発生したものと見
做した上、誤りパターンが所定の手順に従って同定でき
る場合、その誤りを訂正する。
しかしながら、この訂正を行うにあたって、使用する
符号語の訂正能力の限界まで訂正すると回線品質が劣化
した場合、訂正自体の誤り(誤訂正)が増大し、かえっ
て復号の信頼度が低下する。これを極力回避するため
に、従来は符号語の訂正能力以内の比較的軽微な誤りが
発生した場合にのみこれを訂正し、訂正能力限界に近い
誤りはこれを検出し、棄却する方法が取られている。
しかし、一般には誤訂正りの確率(誤受信率)と受信
語が棄却される確率(棄却率)な相反的な関係にあり、
これらの確率の配分を適用するシステムに最適化する事
が必要となるが、上記従来の方法の例では誤受信率と棄
却率の配分の設定は、専ら許容誤りすなわち誤り訂正を
施す対象となる誤りの程度の上限の設定にのみ依存する
ため、上記2種の確率配分の最適化が必ずしも充分でな
いという欠点があった。
(発明の目的) 本発明は、前記従来の方法による誤受信率と棄却率の
配分の自由度の不足を解消するために行ったもので、前
記の配分の設定自由度が極めて大きいこと、又これを実
現するに当りその処理のほとんどがソフトウェアに置き
換え可能であって機能の柔軟性と装置の経済化に適合す
ることができる誤り訂正ブロック符号の復号化方式を提
供することにある。
(発明の構成) 以下図面により本発明を詳細に説明する。
第1図は、本発明による誤り訂正ブロック符号の復号
方法を実施する復号回路の一構成例である。
図中、1は受信語レジスタで受信・復調されたシンボ
ル系列ri(i=1,2,…n、nは符号語のシンボル数)を
入力し、これらを記憶すると共にその記憶した受信語R
を誤り検出・訂正に供するために外部へ出力する。
2は受信語Rを入力し、所定の手順に従って誤りのパ
ターンを検出する誤りパターン検出回路であり、各シン
ボルに関する一連の代数的演算もしくはテーブルの索引
等の処理により、受信語内の誤りのパターンを判定す
る。Eはその誤りパターン出力であり、受信語Rの各成
分riの誤り成分eiの集合より構成される。
3は受信語Rの各成分riに一意的に対応する2値の品
質情報qiを入力し、これらを記憶すると共にその記憶し
た品質情報Qを出力する品質情報レジスタであって品質
情報Qの各成分qiの値が“0",“1"のとき、受信シンボ
ルriの品質が比較的良好状態,劣化状態であることを夫
々示しているものとする。この様な2値の品質情報は、
例えばデータ伝送を担う搬送波の受信包絡線レベルや受
信シンボル識別直前のベースバンドの信号レベル或いは
同ベースバンドの受信信号帯域外に含まれる雑音のレベ
ル等をモニターレベルとして抽出し、予め設定したある
しきい値レベル以上又は以下にある事をレベル比較器
(図示せず)を用いて検出することにより容易に得る事
ができる。また、例えば、2値のデータ論理値“0",
“1"を、それぞれ2つの互いに隣接する正負の矩形波の
組“+1,−1"、“−1,+1"の変調波形に交換するスプリ
ットフェーズ信号等の様に、データの変調自体に、ある
特定の冗長なる特徴を有する場合は、受信側でその特徴
の維持の有無を判定しこれを2値の品質情報とすること
も可能である。
次に、4は誤り訂正回路であって、受信語Rと誤りパ
ターンEとを入力し、受信語Rに含まれる誤りパターン
Eを除去する機能を有し、例えば符号語が2値のシンボ
ルで構成される場合は、この誤り訂正回路4は単にn個
の排他的論理和のアレイで構成することができる。な
お、Cは4から出力される誤り訂正後の復号語出力であ
る。
5は誤りパターン検出回路2から得られる誤りパター
ンEと品質情報レジスタ3から得られる品質情報Qとを
入力し、EとQの組合せに対応して復号語出力Cの受理
・棄却を判定する棄却判定回路であり、Aはその出力
で、論理値“0"で受理、“1"で棄却を夫々示す2値の棄
却判定出力である。
次に、符号語の各シンボルが2値の論理値“0",“1"
である場合の上記棄却判定回路5の2種類の構成例を第
2図(A),(B)に示す。
第2図(A)は、誤りが検出されたシンボル位置と品
質劣化を示すシンボル位置とが少なくとも1箇所で一致
する時にこれを受理し、一致する位置が存在しない時
に、棄却とする場合の棄却判定回路5の構成例である。
(A)の51−1〜51−nはn個(nは符号語のシンボル
数)のANDゲートで、夫々のゲートの入力の一方は誤り
パターン出力Eの各シンボルe1〜enが、又他方の入力は
品質情報Qの各成分q1〜qnが夫々接続される。52はAND
ゲート51−1〜51−nの出力を入力するn入力のNORゲ
ートで、その出力は棄却条件出力Aとなる。以上の構成
により、いずれか少なくとも1つのシンボル位置iで誤
り成分eiと品質情報成分qiとが共に論理“1"となる時、
棄却判定出力Aは“0"(受理)となり、またいずれの位
置もeiとqiとが共に論理“1"となる組が存在しない時A
は“1"(棄却)となる動作を行うことがわかる。
第2図(B)は、品質劣化を示すシンボル位置の全て
が誤りを示すシンボル位置に包含される時にのみこれを
受理し、包含されない時は棄却とする場合の構成例であ
る。(B)の53−1〜53−nは夫々誤りパターンe1〜en
を入力とする論理反転ゲート(NOT)であって、その出
力は品質情報成分q1〜qnと共にn個のANDゲート51−1
〜51−nに同一シンボル位置同士が入力される。54はAN
Dゲート51−1〜51−nの各出力を入力とするn入力のO
Rゲートでその出力は棄却判定出力Aとなる。
以上の構成では、いずれか少なくとも1つのシンボル
位置iでei=“0"(誤りなし)、qi=“1"(品質劣化)
の論理状態が発生した時、A=“1"(棄却)となるの
で、誤りを示すシンボル位置に包含されない品質劣化情
報の発生による棄却条件の検出ができることがわかる。
なお、第2図(B)において、eiとqiを入れ換えた構
成とした場合は、上記とは逆に誤りを示すシンボル位置
の全てが品質劣化を示すシンボル位置に包含される時の
みを受理条件とする場合に対応することも明らかであ
る。
次に第1図及び第2図に示した構成例に基づく本発明
の誤り訂正ブロック符号の復号の動作と効果を、具体的
な符号例と回線モデル例に基づいてさらに詳しく説明す
る。
まず、誤り訂正ブロック符号の例としては、符号長n
=23ビット、情報長k=12ビット、検査長m=11ビット
の2値ゴーレイ(23,12)符号を考える。この符号は最
小符号間ハミング距離が7ビット、誤り訂正可能ビット
が3ビットであり、全ての符号語の3ビット以下の誤り
パターンの集合が符号長23ビットの全ての2値パターン
の集合と一致するいわゆる完全符号であって、任意の1
つの符号語から4ビット以上のハミング距離を有する任
意のパターンは必ず他の少なくとも1つの符号語に対
し、3ビット以下のハミング距離の位置に存在すること
になる。
また誤り発生の回線モデルとしては、移動無線通信に
おいて一般的なレイリーフェージング回線とし、誤り発
生は符号語のデータシンボルを互いに時間的に分離して
伝送するいわゆるインターリーブ伝送によって完全にラ
ンダム化した場合を想定し、変調方式は非同期FSK(Fre
quency Shift Keying)とする。さらに、品質情報Qの
各成分qiとして、第i番目のシンボル位置の受信電力対
雑音電力比(CNR)γが特定の判定しきい値γより大
きい時に“0"(品質良好)、γより小さい時に“1"
(品質劣化)となる2値情報を採用することとする。こ
れは受信レベルの包絡線を受信シンボルのタイミングに
従って抽出し、その抽出レベルと所定のしきい値レベル
との大小を判定することにより容易に得ることができ
る。
以上の仮定をもとに、まず1つのシンボル(ビット)
当りの平均誤り率を品質情報値が“0",“1"の夫々につ
いて、p0,p1とおき、これを求める。これらは、非フェ
ージング時における受信CNRγの時のビット誤り率pe=1
/2e−γ/2を、CNRのしきい値γ以上、及び以下のCNR
の確率密度で平均化することにより得られる。すなわ
ち、 (但し、γ0:平均CNR) となる。
一方、1ビット当りの平均の正常受信率を品質情報値
“0",“1"の夫々について同様にq0,q1とおき、これを求
めると、 となる。
以上の式によって、第1図の品質情報レジスタ3の品
質情報Qの夫々の成分qiの2値状態“0",“1"に対応す
る受信語レジスタ1の受信語Rの当該シンボルriでの誤
りの平均発生確率が得られる。ところで、誤りパターン
検出回路2は受信語Rを入力し、誤りが3ビット以下で
ある場合は、誤りパターンを正しく検出するが4ビット
以上の誤りが発生した場合、受信語Rは送信された符号
語とは異なる別の1つの符号語との間でハミング距離が
3ビット以内となってしまうため、誤りパターン検出回
路2はこれを正しく検出できず、従来の復号法では誤り
訂正回路4からの出力Cは受理され誤受信に至る。しか
しながら、本発明の構成では棄却判定回路5により、誤
り検出回路2によって推定された誤りパターンEと品質
情報レジスタ3によって得られた品質情報との間で、以
前に説明したような論理的関係の成立により何らかの相
関を吟味し、受理,棄却を判定するので、必ずしも誤受
信に至るとは限らず、誤り訂正回路4からの復号出力C
は棄却されることがある。そこで、この効果を定量的に
調べるために、3ビット以上の誤り検出時にのみ、第2
図(A)又は(B)の構成による棄却判定回路5を用い
て受理,棄却を判定する場合の非受信率(棄却や誤受信
によって正しい受信が行われない確率)と、4ビット誤
り発生時の誤受信率とを求めてみる。
今、非受信率をPE、4ビット誤りによる誤受信率をPE
(4)とおくと第2図(A)を用いる場合には、 となる。
又、第2図(B)を用いる場合には、 となる。
いずれの式も、その一部下側に2重線(=)を施した
部分が棄却判定回路5による棄却効果を反映している。
即ち、品質情報に基づく判定により、3ビット誤り無条
件訂正に比べると、非受信率PEは棄却の増加により若干
増大するが、誤受信率は逆に棄却の増加により、大きく
減少する。
(1)〜(4)式を(5)〜(8)式に代入し、平均
CNR値γに対する非受信率PE、4ビット誤りによる誤
受信率PF(4)を品質の良否判定のしきい値γをパラ
メータとして算出した結果を第3図(A),(B)に示
す。
第3図(A)は棄却判定回路として第2図(A)の構
成を用いた場合であって、PE,PF(4)は夫々(5)式
及び(6)式に基づいている。図の横軸は平均CNR値γ
を対数値(dB)の等分目盛で示し、縦軸はPE,P
F(4)の確率値を4桁の対数目盛で示す。また、パラ
メータγの値も対数値で示し、γ≧0dB及びγ
−∞dBの場合を計算している。同図によれば判定しきい
値γが小さくなる程PEが増大し、逆にPF(4)は減少
するが、これはγが小さくなると、品質劣化と見做さ
れるシンボルの数が減少し、3ビット誤りのほとんどが
棄却される方向へ変化するためであって、γ→−∞dB
では2ビット以下の誤り訂正、3ビット誤りの棄却と同
一の特性に一致する。逆にγ→+∞dBは全てのシンボ
ルが品質劣化と見做され、第2図(A)の棄却判定出力
は3ビット誤り発生時必ず“0"(受理)となるから、3
ビット以下の無条件誤り訂正と等価となる。
なお、0dB≦γ+∞dBの範囲ではPEの変化幅が約
2倍であるのに対し、PF(4)の変化幅は約10倍となっ
ている事は注目に値する。
第3図(B)は棄却判定回路5として第2図(B)の
構成を用いた場合であって、PE,PF(4)は(7)式及
び(8)式に基づき、第3図(A)と同様のγの範囲
に対する計算結果を示している。なお、図の様式は全て
第3図(A)と同一である。
第3図(B)では、判定しきい値γの変化に対する
PE,PF(4)の変化の方向が(A)とは逆になっている
が、これは例えばγ→−∞dBでは全てのシンボルが品
質良と見なされ、第2図(B)の棄却判定出力Aの値が
“0"となるので、3ビット誤り発生時でも棄却されずに
受理されるため、3ビット以下の無条件誤り訂正と等価
となることから理解できる。また、第3図(B)では、
平均CNR:γが比較的小さい時には、第3図(A)に比
べ非受信率が大きくなるが、誤受信率が小さくなるとい
う特徴を有している。
以上は、具体例とした符号語(ゴーレイ(23,12)符
号)において、その訂正能力の限界(3ビット誤り)で
の誤り訂正時に、棄却判定結果を参照する場合について
の符号の伝送信頼度の変化の効果の説明であったが、第
1図の棄却判定回路5としては、第2図(A),(B)
の例の他に、誤りパラメータEと、品質劣化情報Qとの
間の相関の有無判定に種々多様な方法を考えることもで
きる。また、その棄却判定結果を訂正可能限界内の任意
の誤りビットに対して適用してもよく、いずれも第3図
の結果の例に見られる様に、少なくとも誤り訂正を行わ
ずに、誤り検出のみを行う場合と、符号の訂正能力限界
まで、無条件に誤り訂正を行う場合とを両極とする中間
の性能を得ることになることは明らかである。
また、第1図の構成例は、その処理機能のほとんどを
1個のマイクロコンピュータを用いたソフトウェア処理
により実行することが可能であって、この場合装置の経
済化,性能の柔軟性が得られることも明らかである。
(発明の効果) 以上詳細に説明した様に、本発明によれば、符号の棄
却率と、これに相反的な関係にある誤受信率のいずれか
の一方を所定の範囲で連続的に設定できるので、前記両
者の配分設定の自由度が極めて高くなる。
又本発明の構成は、従来の構成に対し、ただ受信レベ
ルやベーストハンド信号レベル等を所定のしきい値レベ
ルと比較する1つの比較器から得られる品質情報のレジ
スタと復号出力の棄却を判定する棄却判定回路とを付加
するのみでよく、これらは1つのマイクロコンピュータ
を用いたソフトウェア処理の1部に吸収できるので、経
済的に実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による誤り訂正符号の復号方法を実施す
る復号回路の一構成例を示すブロック図、第2図(A)
は第1図の実施例に用いられている棄却判定回路の1つ
の構成例を示すブロック図、第2図(B)は第1図の実
施例に用いられている棄却判定回路のもう1つの構成例
を示すブロック図、第3図(A)は第2図(A)の構成
を用いた場合の平均CNR:γに対する非受信率PE,4ビッ
ト誤り受信率PF(4)の計算結果を示す特性図、第3図
(B)は第2図(B)の構成を用いた場合の平均CNR:γ
に対する非受信率PE,4ビット誤り受信率PF(4)の計
算結果を示す特性図である。 1……受信語レジスタ、2……誤りパターン検出回路、
3……品質情報レジスタ、4……誤り訂正回路、5……
棄却判定回路、51−1〜51−n……ANDゲート、52……
n入力のNORゲート、53−1〜53−n……論理反転ゲー
ト、54……n入力のORゲート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 正 神奈川県横須賀市武1丁目2356番地 日 本電信電話株式会社通信網第二研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−102841(JP,A) 特開 昭61−283241(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n個のシンボルから成る誤り訂正ブロック
    符号が伝送される回線において、受信したn個のシンボ
    ルから成る受信信語を記憶する受信語レジスタと、該受
    信レジスタから得られる受信語を入力し符号体系によっ
    て定められた処理に基づき各受信シンボル対応するn個
    シンボルから成る誤りパターンを検出する誤りパターン
    検出回路と、前記受信語の各シンボルに一意に対応し当
    該シンボルが受信された時の搬送波の受信レベルもしく
    はベースバンドの信号レベルもしくはその信号帯域外の
    雑音レベルと所定のしきい値レベルとの大小関係か又は
    送信信号が変調方式上有する冗長性の受信シンボル上で
    の維持の有無によって2値化されるn個の品質情報系列
    を記憶する品質情報レジスタと、前記受信語と誤りパタ
    ーンとを入力し復号語を出力する誤り訂正回路と、前記
    復号語出力の受理・棄却を判定する棄却判定回路とを具
    備すると共に、前記棄却判定回路は、前記誤りパターン
    が示す誤りシンボルの位置の一部又は全部が前記品質情
    報系列が示す品質劣化シンボルの位置の一部又は全部に
    包含されるか否かを判定することによって受理・棄却を
    判定する様に構成されたことを特徴とする誤り訂正ブロ
    ック符号の復号方式。
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