JP3123289B2 - ビタビ復号装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は衛星通信等で使用される
ビタビ復号装置の同期保護回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】畳み込み符号を復号する方式の１つとし
て、ビタビ復号方式が知られている。このビタビ復号方
式は畳み込み符号に対する最尤復号方式であり、送信側
のエンコーダから生成され得るすべての符号系列のなか
から、受信されたデータ系列に最も近い系列を選ぶこと
で誤り訂正を行う。

【０００３】一般にビタビ復号装置は受信データ系列の
同期をとる自己同期回路を必要とする。たとえば、符号
化率１／２の符号語２ビットをパラレル−シリアル変換
して送信した場合には、２ビット毎に受信側で正しく区
切りを付ける必要がある。この区切りがずれた状態、す
なわち、送信側と受信側で符号ブロックの区切りが一致
しない状態を非同期状態と呼ぶ。

【０００４】また、モデムがＱＰＳＫ変調の場合は、符
号器の出力が（Ｉ、Ｑ）として、受信側では、（Ｉ、
Ｑ）、（Ｑ’、I ）、（Ｑ、Ｉ’）、（Ｉ’、Ｑ’）：
“ ’”は反転の意と、４つの引込み不確定を受信側で
確定する必要がある。

【０００５】さらに、高符号化率の符号を得る方法とし
てパンクチャッド符号−ビタビ復号方式が広く知られて
いるが、この際にも同期は不可欠のものである。それは
パンクチャッド符号が以下のように構成されるからで次
にその構成法について述べる。

【０００６】パンクチャッド符号は、簡単に構成可能な
原符号、例えば１／２の畳み込み符号から任意の符号化
率（ｎ−１）／ｎの符号を構成する方法で、その回路構
成を図６に示す。

【０００７】まず原符号、例えば１／２の畳み込み符号
化器３０１が原データを符号化し、パンクチャッドビッ
ト消去部３０２に供給する。パンクチャッドビット消去
部３０２は消去パターンを参照し、ビット消去を行う。
ビット消去された符号データは変調器３０３で送信され
る。復調器３０４は受信データを復調し、消去ビット挿
入器３０５へデータを供給する。消去ビット挿入器３０
５は消去された部分に当たる箇所に消去ビットを挿入す
る。消去ビットを挿入されたデータ系列は、通常のビタ
ビ復号器３０６に供給され復号データを出力する。ビタ
ビ復号器３０６から同期情報が同期制御部３０７に出力
され、消去ビット挿入パターンの制御を行い、消去ビッ
ト挿入器３０５の消去パターンを変更する。

【０００８】図７で１／２符号から出力された２（ｎ−
１）個のデータ系列を消去マップに従ってｎ−２ビット
を消去することでｎ個の符号を構成する方法を示す。こ
の消去マップは検索によりもっとも誤り訂正能力の高い
パターンが選択される。例えば、符号化率７／８のパン
クチャド符号を構成するための消去パターン（消去マッ
プ例）は以下の如くなる。

【０００９】

【数１】

【００１０】以上のようにパンクチャッド符号を復号す
る際には、符号化時に消去した通りの消去パターンに合
わせて受信データ系列に消去ビット挿入を同期させて行
う必要がある。

【００１１】従って一般的なビタビ復号装置の構成は図
４のような構成となる。受信語はまず同期制御部１０１
で、あるパターンの位相（例えば符号化率１／２、
（Ｉ、Ｑ）、消去ビットパターンなし）として処理され
る。処理された受信語をビタビ復号部１０２に供給し、
ビタビ復号部１０２は復号して復号語を出力する。同期
判定部１０３は、このビタビ復号部１０２からなんらか
の同期情報を得て、同期情報を分析し、同期制御部１０
１へ同期制御信号を出力する。

【００１２】同期情報抽出に当たってはビタビ復号回路
の構成の理解が必要であるので、以下に説明する。一般
的なビタビ復号装置のブロック構成を図５に示す。

【００１３】この図に示すビタビ復号装置はブランチメ
トリック計算回路２０１と、ＡＣＳ回路（Ａｄｄ−Ｃｏ
ｍｐａｒｅ−Ｓｅｌｅｃｔ）２０２と、ステートメトリ
ック記憶回路２０３と、パスメモリ回路２０４と、最尤
判定回路２０５とを備えており、送信側から出力された
データ（受信データ）が入力されたとき、送信側のエン
コーダから生成され得る符号系列の中から、受信された
符号系列に、もっとも近い系列（最尤パス）を選んで、
この選択内容に基づいて復号データを生成する。

【００１４】ブランチメトリック計算回路２０１は受信
データが入力されたとき、この受信データのブランチメ
トリックを計算してこの計算結果（ブランチメトリッ
ク）をＡＣＳ回路２０２に供給する。ＡＣＳ回路２０２
は前記ブランチメトリック計算回路２０１から供給され
るブランチメトリックと、前記ステートメトリック記憶
回路２０３から供給されるステートメトリック（累積
和）とに基づいて、ある状態に合流する２本のそれぞれ
のパスに対し、受信符号とパスとのハミング距離（ブラ
ンチメトリック）と、それまでのブランチメトリックの
累積和（ステートメトリック）を加算して比較し、この
比較結果に基づいて尤度の高いものを選択して、この選
択内容をパスメモリ回路２０４に供給するとともに、新
たに得られた累積和をステートメトリック記憶部２０３
に供給する。

【００１５】ステートメトリック回路２０３は前記ＡＣ
Ｓ回路２０２から出力されるステートメトリックをあら
かじめ設定されている範囲内の値に正規化してから記憶
し、これを前記ＡＣＳ回路２０２に戻す。

【００１６】またパスメモリ回路２０４は前記ＡＣＳ回
路２０２から出力される選択情報に基づいてメモリ内の
データを遷移させる。この際、遷移方向は符号化器の遷
移ダイアグラムに基づいて遷移先が決定する。パスメモ
リの長さは一般に符号化器の拘束長の４〜５倍の長さを
とれば復号語が収束すると言われており、パスメモリの
最後段から復号語の候補は最尤判定回路２０５に出力さ
れる。

【００１７】最尤判定回路２０５は前記ステートメトリ
ック記憶回路２０３に記憶されているステートメトリッ
クの尤度に基づき最尤パスを判定して復号データを選択
し、これを出力する。

【００１８】以上でビタビ復号装置の原理説明を終え
る。

【００１９】ここで、同期情報を得る手段としては、次
の２つの方法が知られており、１つはステートメトリッ
クの増加率やステートメトリック間の差を調べる方法で
ある。この方法はステートメトリックの増加率やステー
トメトリック間の差が同期時と非同期時とで異なる性質
を持つことを利用している。

【００２０】またもう１つの方法は、復号語を再符号化
して受信データ系列と比較して相関を調べることで同期
情報を抽出するものである。同期が取れていない場合は
受信データ系列は組織的に構成されていない非符号化系
列であるから再符号されたデータと相関は小さいという
特性をもつ。

【００２１】図８の方式は後者の方式で、復号語を再符
号化部４０３で再符号化し、同期判定部４０５へ供給す
る。復号遅延回路４０４は上記再符号化系列と受信系列
を比較するために受信語を復号に要する時間と再符号化
する時間を足した時間だけ遅延させる。遅延データを同
期判定部４０５へ供給する。同期判定部４０５はこの２
系列を比較して相関を調べることにより同期かどうかを
判定し、非同期であれば同期制御信号を出力して同期制
御部を制御する。この信号に基づき同期制御部４０１は
同期パターンを変化させる。同期が取れれば、同期制御
部はその時点の同期パターンにとどまり、同期が外れれ
ば、上述の手順を繰り返す。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
同期の取り方を採用すると、突発的に生じるバーストエ
ラーや、回線状態の一時的な悪化で同期が外れてしまい
やすい。同期が取れた状態であるにもかかわらず、その
ような一時的なエラーの発生で同期が外れた、と同期判
定部が見なしてしまう。そのため、同期制御回路は現在
のパターン以外の総てのパターンを採用して、次に一回
りして同期がはずれた時点のパターンが来てはじめて同
期を回復する。

【００２３】衛星通信等に用いられる符号化器は通常拘
束長７の畳み込み符号であり、これを７／８の符号化率
にパンクチャッド符号化すると消去パターンは７クロッ
ク分あるので、６つのブロック区切りを順次パターンと
して採用しなければならない。また符号化率の違い、さ
らにモデムの位相不確定等を総て組み合わせると同期引
込み時間はかなり長く、画像通信やデータ通信では致命
的な情報の欠落となる。

【００２４】このように一時的なエラー発生に対して従
来の同期方法は同期外れが生じやすく、また特にビタビ
復号においては次に同期を引き込むまでの時間を多く要
し、データの信頼性を低くするという問題があった。

【００２５】また同期のパターンを変化させた後、受信
データ系列がそのパターンで復号されるまでの遅延は符
号化率で変化するが、従来の同期回路にはその遅延量を
考慮して同期情報を得るような構成にはなっておらず、
同期引込みに無駄な時間を要した。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るビタビ復号装置は、ビタビ復号法によ
って受信データを復号するビタビ復号装置であって、ビ
タビ復号を行うビタビ復号部と、このビタビ復号部から
得られる同期情報をもとに同期を検出する同期検出部
と、前方カウンター、後方カウンター及び非同期カウン
ターからなり上記非同期カウンタにより非同期部分をカ
ウントして非同期時の同期制御信号の出力を中止させる
競合カウンタ方式の同期保護回路と、上記同期検出部が
出力する同期検出信号をもとに上記前方カウンター、後
方カウンター及び非同期カウンターを制御するカウンタ
ー制御部とを備えてなるものである。

【００２７】すなわち、本発明に係るビタビ復号装置
は、一時的な同期外れがあってもすぐに次のパターンを
採用しないように競合カウンタ方式の同期保護をかける
回路を同期判定部に備え、また同期が外れて次のパター
ンを採用するまでの非同期に復号される時間をカウント
する非同期専用のカウンターを組み合わせることで、同
期が外れにくく、かつ、同期引込み時間を短縮すること
が出来、また採用するパンクチャッド符号、変復調器な
どに応じて自由にカウンター値を設定、変更出来るよう
な回路構成とした。

【００２８】

【作用】本発明に係るビタビ復号装置の回路構成におい
ては、ビタビ復号装置の同期保護回路として競合カウン
ターを適用し、同期パターン変更後の非同期で復号する
時間をカウントする非同期用カウンターを組み合わせる
ことにより、いろいろな符号化率を有するビタビ復号装
置においても同期の引込みを最適に設定することが容易
である。

【００２９】

【実施例】まず本発明の詳細な説明に先だって、図１、
図２を参照しながら本発明の基本原理を説明する。

【００３０】ビタビ復号部１は同期情報を同期検出部２
に供給する。同期検出部２は同期情報に基づいて同期検
出信号をカウンター制御部３に出力する。カウンター制
御部３は同期検出信号が同期を示すか、非同期を示す
か、かつ、３つのカウンターの状態、すなわち非同期カ
ウンター４、後方カウンター５及び前方カウンター６の
状態とから同期制御信号を出力するか否かを決定する。

【００３１】また同時に３つのカウンターへイネーブル
信号をそれぞれ必要であれば出力する。このカウンター
のコントロールは図２のカウンター遷移図に基づいて行
う。たとえばこの図２では前方カウンターを５、後方カ
ウンターを４に設定している。

【００３２】前方カウンターと後方カウンタを組み合わ
せた同期保護回路を競合カウンター方式の同期保護回路
という。

【００３３】このカウンターの動作を以下に説明する。 １．はじめに４０状態にセットされる。 ２．同期検出信号が「非同期」であることを示すと、前
方カウンターが１カウントされて状態はＡへ移り、この
とき同期制御信号を出力する。 ３．Ａ状態では非同期カウンターが動作し、前回に採用
された同期パターンの影響がなくなる長さ分カウントを
する。この同期パターンの相違による影響は、たとえ
ば、違うクロックでデータをラッチしたり、パンクチャ
ッドの区切りが違っていたり、ＱＰＳＫの位相が違うも
のでＩＱに変換されたりしており、それがＦＩＦＯやパ
スメモリを通ってある遅延の後に復号されるようなこと
を示す。このカウント量は符号化率等により異なり、採
用した同期パターンによって最適、もしくは最短に設定
すれば良い。

【００３４】４．１の状態からエラーがなかった場合は
後方カウンタがカウントアップされ４１へと状態が移
る。この段階で同期が確立すれば次の同期検出信号も
「同期」を示し、４２から４３と状態がすすみ、００状
態へと遷移する。この前方カウンターが０である状態を
繰り返し周り続ける状態が同期状態である。同期が外れ
ると前方カウンタがカウントアップされる。

【００３５】一時的に回線状態が悪くなった場合などに
は、エラーが増大し、同期検出信号は「非同期」を示す
が、その際は状態が図で左側に遷移していくだけで、同
期のパターン自体は変化しない。同期検出信号の「非同
期」が５回連続して生じた場合に完全に同期はずれとみ
なし、同期パターンを切り替える同期制御信号を同期制
御部へ出力する。

【００３６】このような構成により、同期パターンの変
更後、最短の時間を非同期用カウンターに設定すること
により、多くの同期パターンを採用するまでの時間も短
く、また同期が確立すると、突発的なエラーの増加があ
っても同期は外れにくい。

【００３７】構成システムに応じて（拘束長、符号化率
等）前方、後方カウンターの値を換えることで同期の引
込みの早さや、外れにくさを設定可能である。

【００３８】図３に具体的な実施例を示す。ここでは再
符号を行って同期情報を得る場合の例を示す。

【００３９】復号部から出力された復号語を、再符号化
器１０で再符号化する。再符号化された符号語は比較部
１２へ供給される。

【００４０】復号遅延回路１１は受信語に復号の際にか
かる遅延量と、再符号化の遅延量を付加し、比較部１２
へ出力する。

【００４１】比較部１２は再符号化器１０の出力と、復
号遅延回路１１の出力をハミング距離を求めるために、
排他的論理和を計算し加算部１３に供給する。

【００４２】加算部１３はハミング距離値の累積加算を
求め、しきい値比較器１４へ供給する。

【００４３】しきい値比較器１４は一定時間内にある一
定値以下のビット誤りであれば「同期」、一定値を超え
るビット誤りがあれば「非同期」を表す信号（エラー検
出信号）を出力する。しきい値比較器１４に入力された
累積加算値は加算部１３へ出力される。

【００４４】同期判定部１５は動作原理で示したよう
に、図２のようなカウンタ遷移図に従って各カウンター
を制御し、同期外れを検出する。すなわち図２の前方カ
ウンターが４０の状態でさらに非同期検出信号を受ける
と、同期制御信号を出力し、同期パターンを変更する。
同期パターンを変更後復号が次の同期パターンで行われ
るまでの間は非同期で復号されているので、非同期カウ
ンター１６が動作して、その間、しきい値比較器１４に
検出中止信号を出力してエラー検出信号の出力をとめさ
せる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビタビ復号装置に競合カウンター方式で、かつ非同期用
のカウンターを組み合わせる構成の同期保護回路を採用
することで、回線状態の一時的な悪化により同期が外れ
ても、同期保護回路が働いて、変復調の際の位相不確
定、パンクチャッド符号の区切り、符号化率の変更等、
同期引込みに要する時間を大幅に減らすことが出来る。
また同期を取るために同期パターンが変更したのちも、
非同期用カウンタが最短の時間で次の同期パターンの同
期情報をカウントする時点を設定するため、同期引込み
の時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による同期保護回路構成例を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１に示すカウンター制御部のカウンター遷移
図の一例を示す図である。

【図３】図１に示す同期保護回路の一実施例を示すブロ
ック図である。

【図４】従来から知られているビタビ復号と同期制御部
の構成を示すブロック図である。

【図５】従来から知られているビタビ復号装置の一例を
示すブロック図である。

【図６】パンクチャッド符号化−ビタビ復号装置の構成
を示すブロック図である。

【図７】パンクチャッド符号の構成法を示す図である。

【図８】再符号化により同期判定をする場合のビタビ復
号及び同期回路を示すブロック図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビタビ復号法によって受信データを復号
   するビタビ復号装置において、 ビタビ復号を行うビタビ復号部と、 上記ビタビ復号部から得られる同期情報をもとに同期を
   検出する同期検出部と、 前方カウンター、後方カウンター及び非同期カウンター
   からなり、上記非同期カウンタにより非同期部分をカウ
   ントして非同期時の同期制御信号の出力を中止させる競
   合カウンタ方式の同期保護回路と、 上記同期検出部が出力する同期検出信号をもとに上記前
   方カウンター、後方カウンター及び非同期カウンターを
   制御するカウンター制御部とを備えたことを特徴とする
   ビタビ復号装置。