JP3624855B2 - 正規化装置、方法、プログラムおよび該プログラムを記録した記録媒体ならびに通信端末装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誤り訂正符号の一つであるターボ符号におけるターボ復号器に入力するデータの正規化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、情報信号を符号化し、これを復号することによって誤り訂正を行なうことが可能である。このような誤り訂正の手法には様々なものがある。誤り訂正を行なった場合、誤り訂正が可能すなわち所定の誤り率で情報信号を復調できる、信号対雑音比（Ｅｂ／Ｎ０、ただしＥｂ：ビットあたりの電力、Ｎ０：１Ｈｚあたりの雑音電力）の下限は信頼できる無線通信を行なう場合に非常に重要である。
【０００３】
誤り訂正が可能である信号対雑音比の下限は、理論的にはシャノンの定理により定まる。シャノンの定理により定められる限界にかなり近く、誤り訂正が可能である信号対雑音比の下限をとることができる誤り訂正の方法としてターボ符号化がある。ターボ符号化については、文献「Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ， Ａ． Ｇｌａｖｉｅｕｘ ａｎｄ Ｇ． Ｍｏｎｔｏｒｓｉ： “ＮＥＡＲ ＳＨＡＮＮＯＮ ＬＩＭＩＴ ＥＲＲＯＲ−ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＣＯＤＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＣＯＤＩＮＧ： ＴＵＲＢＯ−ＣＯＤＥＳ（１）”， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＩＣＣ ’９３ （Ｇｅｎｅｖａ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）， ｐｐ． １０６４−１０７０」で初めて紹介された。ターボ符号化の性能については画期的なものとして注目されている。
【０００４】
ここで、ターボ復号器に与える入力信号は、正規化する必要がある。ターボ復号器に与える入力信号にＬＬＲ（Ｌｏｇ−Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏｓ）を使用することが、文献「Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ， Ａ． Ｇｌａｖｉｅｕｘ ａｎｄ Ｍｅｍｂｅｒ， ＩＥＥＥ： “ＮＥＡＲ Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｄｉｎｇ Ａｎｄ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ： Ｔｕｒｂｏ−Ｃｏｄｅｓ”， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＩＥＥＥ ’ Ｏｃｔｏｂｅｒ， １９９６， Ｖｏｌ．４４， ＮＯ．１０， ｐｐ． １２６１−１２７１」に記載されている。ＬＬＲは、以下のように定義されている。
【０００５】
【数１】
特に、ＡＷＧＮチャネルにおいては、以下のように定義されている。
【０００６】
【数２】
ただし、Ｅｓは１シンボル（ターボ符号化後の１ｂｉｔ）あたりのエネルギ、Ｎ０は１Ｈｚあたりの雑音電力である。ＬＬＲを求めるためには、式（２）からわかるように、Ｎ０（１Ｈｚあたりの雑音電力）を求めなければならない。これは、１情報当たりに加算されているＮｏｉｓｅ Ｖａｒｉａｎｃｅを推定すること、さらには受信品質を測定することが必須であることを意味する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受信品質の測定のための回路の規模は、復号器全体の回路規模から見ても、無視できない程の大きさとなる。すなわち、復号器全体の回路規模を大きくしてしまう。
【０００８】
ここで、ターボ復号器に与える入力信号の正規化を行なわないならば、ＬＬＲの使用を回避できるので、回路の規模の増大を防止できる。しかし、ターボ復号器への入力信号レベルの傾向は大きく変わるので、正規化を行なわないならば、通信の品質を実用に耐えるレベルにすることは困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、回路の規模をさほど増大させずに、ターボ復号器に与える入力信号の正規化を行なう正規化装置等を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正規化装置に関する。本発明にかかる正規化装置は、入力データ平均手段、除算手段を備える。入力データ平均手段は、ターボ符号化された入力信号の平均を平均データとして出力する。除算手段は、入力信号を平均データで割った値を正規化データとして出力する。
【００１１】
上記のように構成された発明によれば、ターボ符号化された入力信号を平均データで割るため、正規化することができる。しかも、回路規模は比較的小規模ですむため回路規模の増大を抑制できる。
【００１２】
また、本発明にかかる正規化装置は、重み付け手段、重み付け係数決定手段を備えることが好ましい。重み付け手段は、正規化データに所定の係数を乗じて出力する。重み付け係数決定手段は、入力信号のレートマッチング（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）における入力データ数と出力データ数との比に基づき、所定の係数を決定する。
【００１３】
例えば通信方式としてＷ−ＣＤＭＡを使用する場合、入力信号の１フレームの全体のレベルと、レートマッチングレシオ（入力信号のレートマッチング（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）における入力データ数と出力データ数との比）とは関係がある。そこで、レートマッチングレシオに基づき、重み付けに使用する所定の係数を定めれば、入力信号の１フレームの全体のレベルをほぼ一定に保つことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態にかかる送信装置１０と受信装置２０との構成を示すブロック図である。
【００１６】
送信装置１０は、ターボ符号部１２、レートマッチング部１４、送信部１６を備える。
【００１７】
ターボ符号部１２は、受信装置２０に送信すべき情報信号をターボ符号化する。ターボ符号は、文献「Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ， Ａ． Ｇｌａｖｉｅｕｘ ａｎｄ Ｇ． Ｍｏｎｔｏｒｓｉ： “ＮＥＡＲ ＳＨＡＮＮＯＮ ＬＩＭＩＴ ＥＲＲＯＲ−ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＣＯＤＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＣＯＤＩＮＧ： ＴＵＲＢＯ−ＣＯＤＥＳ（１）”， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＩＣＣ ’９３ （Ｇｅｎｅｖａ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）， ｐｐ． １０６４−１０７０」で初めて紹介された符号化の方法である。ターボ符号部１２の構成を図２に示す。
【００１８】
ターボ符号部１２は、符号器１２１、１２２、インターリーブ部１２３、切り替え部１２４、並／直変換部１２５を有する。ターボ符号は、上記の文献において説明されているので、ここでは簡略に説明するにとどめる。
【００１９】
符号器１２１は、情報信号を組織的畳み込み符号（ｎ，ｋ）により符号化して切り替え部１２４に出力する。符号器１２２は、インターリーブ部１２３の出力を組織的畳み込み符号（ｎ，ｋ）により符号化して切り替え部１２４に出力する。インターリーブ部１２３は、情報信号を所定の大きさ（サイズ）でインターリーブして、符号器１２２に出力する。切り替え部１２４は、インターリーブ部１２３によるインターリーブに対応して、符号器１２１、１２２からの出力を交互に切り替えて出力する。並／直変換部１２５は、切り替え部１２４の出力（符号化ビット）と情報信号（無符号化ビット）とを受け、切り替え（並列／直列変換）を行ない出力する。並／直変換部１２５の出力が、ターボ符号部１２の出力である。
【００２０】
図１に戻り、レートマッチング部１４は、ターボ符号部１２の出力を受け、レートマッチング（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を行なう。そして、データブロックサイズを調整した情報信号を出力する。また、レートマッチング部１４は、入力信号のレートマッチングにおける出力データ数／入力データ数（レートマッチングレシオ（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｒａｔｉｏ）という）を出力する。なお、レートマッチングレシオの定義から、下記の表に示すことがいえる。
【００２１】
【表１】
レートマッチング（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）は、ターボ符号化が行なわれた信号のデータブロックサイズを、通信路を介して送受信できるデータブロックサイズに調整することをいう。文献「３ＧＰＰ，”ＴＳ ２５．２１２Ｖｅｒ３．５．０ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ （ＦＤＤ）”， ２００１」にはターボ符号を用いた通信システム例が記載されており、レートマッチングについても説明されている。
【００２２】
送信部１６は、レートマッチング部１４から出力された情報信号（ターボ符号化およびレートマッチング済み）、パイロット信号および変調方法を示す制御信号を、適宜、変調、拡散およびＤ／Ａ変換を行なって、受信装置２０に送信する。なお、これらの信号とは別に、レートマッチングレシオを示す信号も送信する。
【００２３】
受信装置２０は、受信部２２、Ａ／Ｄ変換部２４、逆拡散部２６、レートデマッチング（Ｒａｔｅ Ｄｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ）部３２、正規化装置３４、データ復調・復号部３６、制御データ復調・復号部４２、制御部４４、伝播路推定部５２を備える。
【００２４】
受信部２２は、送信装置１０から送信される情報信号、パイロット信号および制御信号を有する信号を受信する。この受信した信号を受信信号（符号化信号）といい、フレーム単位で区分されている。受信信号は、情報信号、パイロット信号および制御信号を有し、送信装置１０の送信部１６において拡散および変調されている。なお、制御信号は変調方式を指定している。例えば、受信信号が基地局においてＱＰＳＫで変調されたということを制御信号が示していれば、復調方式はＱＰＳＫでなければならない。すなわち、復調方式としてＱＰＳＫを指定していることになる。なお、受信部２２は、受信信号とは別に、レートマッチングレシオを示す信号も受信する。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部２４は、受信信号およびレートマッチングレシオを示す信号をデジタル化する。逆拡散部２６は、デジタル化された受信信号を逆拡散し、情報信号、パイロット信号および制御信号を出力する。なお、レートマッチングレシオを示す信号も逆拡散して出力する。
【００２６】
レートデマッチング（Ｒａｔｅ Ｄｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ）部３２は、受信装置２０が受信した情報信号のデータブロックサイズを、データ復調・復号部３６が有するターボ復号部３６ｂが処理できるデータブロックサイズに調整して正規化装置３４に出力する。すなわち、レートデマッチング部３２は、レートマッチング部１４の逆の機能を有するものである。
【００２７】
正規化装置３４は、レートデマッチング部３２から入力された入力信号を正規化してデータ復調・復号部３６に出力する。正規化装置３４の構成を図３に示す。正規化装置３４は、入力信号バッファ３４１、入力データ平均部３４２、除算器３４３、重み付け係数決定部３４４、重み付け部３４５を備える。なお、入力信号バッファ３４１、入力データ平均部３４２、除算器３４３が正規化手段を構成する。
【００２８】
入力信号バッファ３４１は、入力信号Ｉ（ｉ）を所定の個数Ｎ個（例えば、１００個程度）受けて合計Ｓ（＝ΣＩ（ｉ））を出力する。入力データ平均部３４２は、合計Ｓ（＝ΣＩ（ｉ））を所定の個数Ｎ個で割って平均データＡ＝Ｓ／Ｎを求める。この平均データは、フレーム単位で求めることが好ましい。除算器３４３は、入力信号Ｉ（ｉ）を平均データＡで割って、正規化データＩ（ｉ）／Ａとして出力する。ここで、正規化データＩ（ｉ）／Ａにさらに重み付けを行なったデータを正規化データとすることが好ましい。そこで、重み付け係数決定部３４４は、受信装置２０が受信したレートマッチングレシオに基づき重み付け係数αを決定する。重み付け部３４５は、正規化データＩ（ｉ）／Ａに重み付け係数αを乗じて出力する。重み付け部３４５の出力を重み付け信号といい、これが正規化装置３４の出力となる。
【００２９】
なお、重み付け係数αの決定法を図４を参照して説明する。図４に示すように、重み付け係数決定部３４４は、レートマッチングレシオと重み付け係数αとを対応させた表を参照して、レートマッチングレシオに対応する重み付け係数αをフレーム単位で選択する。ここで、レートマッチングレシオが小さくなるにつれて、重み付け係数αを大きくすることが好ましい。
【００３０】
レートマッチングレシオは入力信号のレートマッチングにおける出力データ数／入力データ数である。このことから、レートマッチングレシオが小さくなるということは、レートマッチング部１４の出力データ数が小さいということを意味する。よって、レートデマッチング部３２におけるレートデマッチングにおいては、出力データ数が多くなる。ここで、通信方式としてＷ−ＣＤＭＡを使用した場合、出力データ数をレートデマッチングにおいて大きくするためには、ゼロ（０）を補填しなければならない。しかし、ゼロ（０）を補填すれば、１フレーム全体のレベルが本来のレベルよりも下がる。そこで、レートマッチングレシオが小さい場合は、大きい重み付け係数αを乗じて出力データ数を大きくする。これにより、ゼロ（０）の補填の量を抑制でき、１フレーム全体のレベルをほぼ本来のレベルに保つことができる。
【００３１】
データ復調・復号部３６は、正規化装置３４から出力された正規化済みの情報信号を、制御信号において指定された復調方式により復調し、かつ、ターボ復号を行なう。なお、データ復調・復号部３６は、伝播路推定部５２により計算された位相回転量に基づき位相補正を行なう。また、データ復調・復号部３６は、復調部３６ａ、ターボ復号部３６ｂを有する。
【００３２】
復調部３６ａは、制御信号において指定された復調方式（例、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ）により情報信号を復調する。ターボ復号部３６ｂは、図５に示すように、情報信号をターボ復号化する。ターボ復号部３６ｂは、直／並変換部３６１、ＭＡＰ復号部３６２、３６３、インターリーブ部３６４、デインターリーブ部３６５、３６６を有する。
【００３３】
直／並変換部３６１は、正規化済みの情報信号を直列／並列変換し、ＭＡＰ復号部３６２、３６３に出力する。
【００３４】
ここで、ＭＡＰ復号について説明する。符号化を行ない、符号語ｗｊを送ったとき正しく復号できるのは、受信語ｙが符号語ｗｊの復号領域内Ｒｊに入る場合である。したがって、この場合の正しい復号の確率Ｐｃは、各符号語が送られる確率をＰ（ｗｊ）とすると、
【００３５】
【数３】
となる。式（３）において、結合確率Ｐ（ｗｊ，ｙ）＝Ｐ（ｗｊ）・Ｐ（ｙ｜ｗｊ）が最大になるようにすればよい。結局、ある与えられた受信語ｙに対し、条件付き確率Ｐ（ｙ｜ｗｊ）を最大とする符号語が送られたと判断すればよい。条件付き確率Ｐ（ｙ｜ｗｊ）を事後確率と呼び、この確率を最大とする符号語が送られたと推定する復号を最大事後確率符号（ｍａｘｉｍｕｍ ａ ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｃｏｄｉｎｇ：ＭＡＰ復号）という。ＭＡＰ復号については、文献「Ｌ．Ｒ．Ｂａｈｌ， Ｊ．Ｃｏｃｋｅ， Ｆ．Ｊｅｌｉｎｅｋ， ａｎｄ Ｊ．Ｒａｖｉｖ，： “Ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｄｅｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ｓｙｍｂｏｌ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ，” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｉｎｆｏｒｍ． Ｔｈｅｏｒｙ． Ｖｏｌ．ＩＴ−２０， ｐｐ． ２８４−２８７，１９７４」に詳細に述べられている。
【００３６】
ＭＡＰ復号部３６２は、直／並変換部３６１の出力およびデインターリーブ部３６５の出力をＭＡＰ復号化してインターリーブ部３６４に出力する。ＭＡＰ復号部３６３は、直／並変換部３６１の出力およびインターリーブ部３６４の出力をＭＡＰ復号化してデインターリーブ部３６５および３６６に出力する。インターリーブ部３６４は、ＭＡＰ復号部３６２の出力を符号化の際のインターリーブ部１２３におけるインターリーブに対応した長さで並び替えを行なって出力する。デインターリーブ部３６５は、ＭＡＰ復号部３６３の出力に対し、インターリーブ部３６４と逆の動作を行なう。デインターリーブ部３６６は、ＭＡＰ復号部３６３の出力にインターリーブ部３６４と逆の動作を行なって出力する。デインターリーブ部３６６の出力が、ターボ復号部３６ｂの出力である。
【００３７】
図１に戻り、制御データ復調・復号部４２は、逆拡散部２６から出力された制御信号を予め定められた方式で復調かつ復号する。例えば、制御信号はＱＰＳＫ変調することが予め定められているならば、ＱＰＳＫ方式により復調する。
【００３８】
制御部４４は、制御データ復調・復号部４２から出力された制御信号から、指定された復調方式を読み出す。そして、指定された復調方式によって、データ復調・復号部３６が復調を行なうように制御する。
【００３９】
伝播路推定部５２は、逆拡散部２６から出力されたパイロット信号に基づき位相回転量を求める。位相回転量は、図６に示すように、受信信号と期待する受信信号との位相差である。位相回転量は、パイロットチャネル上に付加される雑音成分の影響を考慮して、Ｍ個のパイロットシンボルの平均後に求める。伝播路推定部５２は位相回転量をデータ復調・復号部３６に送る。
【００４０】
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
【００４１】
まず、情報信号はターボ符号部１２によりターボ符号化される。ターボ符号化された情報信号は、レートマッチング部１４により、レートマッチングされる。すなわち、通信に適したデータブロックサイズに変換される。情報信号は、パイロット信号、変調方式を指示した制御信号と共に、変調および拡散され、送信部１６から、受信装置２０に送信される。レートマッチングレシオも別途、受信装置２０に送信される。
【００４２】
受信装置２０の受信部２２は、送信装置１０から送信された信号を受信する。この受信信号は、Ａ／Ｄ変換部２４によりデジタル化され、逆拡散部２６により逆拡散される。逆拡散部２６から出力された制御信号は、制御データ復調・復号部４２により復調および復号され、制御部４４に送られる。制御部４４は、制御信号から復調方式を読み出す。また、逆拡散部２６から出力されたパイロット信号は、伝播路推定部５２が位相回転量を求めるために使用される。
【００４３】
逆拡散部２６から出力された情報信号は、レートデマッチング部３２により、レートデマッチングされ、ターボ復号に適したブロックサイズに調整される。レートデマッチング部３２が出力した信号は、入力信号Ｉ（ｉ）として正規化装置３４に与えられる。
【００４４】
入力信号Ｉ（ｉ）は、入力信号バッファ３４１により所定の個数Ｎ個の合計Ｓ（＝ΣＩ（ｉ））が求められ、合計Ｓは入力データ平均部３４２により所定の個数Ｎ個で割られて平均データＡ＝Ｓ／Ｎとなる。また、入力信号Ｉ（ｉ）は、除算器３４３により平均データＡで割られて、正規化データＩ（ｉ）／Ａとなる。正規化データＩ（ｉ）／Ａには、重み付け部３４５によって、重み付け係数αが乗じられて出力される。なお、重み付け係数αは、重み付け係数決定部３４４により、レートマッチングレシオに基づき定められる。
【００４５】
ここで、このような正規化装置３４を回路で実現した場合の回路規模は、受信品質の測定を行なわなくてよいことから、小さい。
【００４６】
データ復調・復号部３６は、正規化装置３４の出力を、制御部４４が読み出した復調方式で復調し、ターボ復号化する。このとき、伝播路推定部５２が求めた位相回転量を位相補正に利用する。
【００４７】
本発明の実施の形態によれば、ターボ符号化された入力信号Ｉ（ｉ）を平均データＡ＝Ｓ／Ｎで割るため、正規化データＩ（ｉ）／Ａを得ることができる。しかも、受信品質の測定を伴わないため正規化装置３４の回路規模は比較的小規模ですむため回路規模の増大を抑制できる。
【００４８】
さらに、例えば通信方式としてＷ−ＣＤＭＡを使用する場合、レートマッチングレシオが小さい場合は、入力信号の１フレームの全体のレベルも小さくなる傾向がある。本発明の実施形態においては、レートマッチングレシオが小さいほど、重み付け係数決定部３４４が、重み付け係数αを大きくする。そして、重み付け部３４５が、重み付け係数αを正規化データＩ（ｉ）／Ａに乗ずるため、入力信号の１フレームの全体のレベルをほぼ一定に保つことができる。
【００４９】
なお、図７に、ＬＬＲを用いた場合と本発明の実施形態の場合のブロックエラーレート（符号化および復号化が行われるデータブロック単位）を比較する。ＬＬＲを用いた場合と本発明の実施形態の場合とにおいて、品質は同程度であることがわかる。
【００５０】
また、本発明は、復号器に入力される信号のパワーが復号特性（誤り率）に何らかの影響を与える復号方法に適用して好適なものである。その復号方法として、例えばＬｏｇ−ＭＡＰ復号がある。簡単にいえば、Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号は、二つのＢｒａｎｃｈ Ｍｅｔｒｉｃ値から大きい値を選択し、補正項を加算する復号方法である。単に、二つのＢｒａｎｃｈ Ｍｅｔｒｉｃ値から大きい値を選択するＭａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号には、本発明による正規化処理を施さなくてもよい。
【００５１】
なぜ、Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号では信号パワーによって復号特性が大きく変化するのかを説明する。すなわち、Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号の補正項は復号器内部に参照テーブルとして記憶されており、信号パワーが適切に設定されていないと参照テーブルの不適切な個所を読みに行ってしまい、復号特性が大きく変化するからである。
【００５２】
また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、フラッシュメモリ、メディア（フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリスティックなど）読み取り装置を備えたコンピュータのメディア読み取り装置に、上記の各部分を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスク、フラッシュメモリなどにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ターボ符号化された入力信号を平均データで割るため、正規化することができる。しかも、回路規模は比較的小規模ですむため回路規模の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる送信装置１０と受信装置２０との構成を示すブロック図である。
【図２】ターボ符号部１２の構成を示すブロック図である。
【図３】正規化装置３４の構成を示すブロック図である。
【図４】重み付け係数αの決定法を模式的に示す図である。
【図５】ターボ復号部３６ｂの構成を示すブロック図である。
【図６】位相回転量を示す図である。
【図７】平均を求める際に使用するパイロット信号の長さを示す図である。
【符号の説明】
３４ 正規化装置
３４１ 入力信号バッファ
３４２ 入力データ平均部
３４３ 除算器
３４４ 重み付け係数決定部
３４５ 重み付け部
【発明の属する技術分野】
本発明は、誤り訂正符号の一つであるターボ符号におけるターボ復号器に入力するデータの正規化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、情報信号を符号化し、これを復号することによって誤り訂正を行なうことが可能である。このような誤り訂正の手法には様々なものがある。誤り訂正を行なった場合、誤り訂正が可能すなわち所定の誤り率で情報信号を復調できる、信号対雑音比（Ｅｂ／Ｎ０、ただしＥｂ：ビットあたりの電力、Ｎ０：１Ｈｚあたりの雑音電力）の下限は信頼できる無線通信を行なう場合に非常に重要である。
【０００３】
誤り訂正が可能である信号対雑音比の下限は、理論的にはシャノンの定理により定まる。シャノンの定理により定められる限界にかなり近く、誤り訂正が可能である信号対雑音比の下限をとることができる誤り訂正の方法としてターボ符号化がある。ターボ符号化については、文献「Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ， Ａ． Ｇｌａｖｉｅｕｘ ａｎｄ Ｇ． Ｍｏｎｔｏｒｓｉ： “ＮＥＡＲ ＳＨＡＮＮＯＮ ＬＩＭＩＴ ＥＲＲＯＲ−ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＣＯＤＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＣＯＤＩＮＧ： ＴＵＲＢＯ−ＣＯＤＥＳ（１）”， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＩＣＣ ’９３ （Ｇｅｎｅｖａ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）， ｐｐ． １０６４−１０７０」で初めて紹介された。ターボ符号化の性能については画期的なものとして注目されている。
【０００４】
ここで、ターボ復号器に与える入力信号は、正規化する必要がある。ターボ復号器に与える入力信号にＬＬＲ（Ｌｏｇ−Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏｓ）を使用することが、文献「Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ， Ａ． Ｇｌａｖｉｅｕｘ ａｎｄ Ｍｅｍｂｅｒ， ＩＥＥＥ： “ＮＥＡＲ Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｄｉｎｇ Ａｎｄ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ： Ｔｕｒｂｏ−Ｃｏｄｅｓ”， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＩＥＥＥ ’ Ｏｃｔｏｂｅｒ， １９９６， Ｖｏｌ．４４， ＮＯ．１０， ｐｐ． １２６１−１２７１」に記載されている。ＬＬＲは、以下のように定義されている。
【０００５】
【数１】
【０００６】
【数２】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受信品質の測定のための回路の規模は、復号器全体の回路規模から見ても、無視できない程の大きさとなる。すなわち、復号器全体の回路規模を大きくしてしまう。
【０００８】
ここで、ターボ復号器に与える入力信号の正規化を行なわないならば、ＬＬＲの使用を回避できるので、回路の規模の増大を防止できる。しかし、ターボ復号器への入力信号レベルの傾向は大きく変わるので、正規化を行なわないならば、通信の品質を実用に耐えるレベルにすることは困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、回路の規模をさほど増大させずに、ターボ復号器に与える入力信号の正規化を行なう正規化装置等を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正規化装置に関する。本発明にかかる正規化装置は、入力データ平均手段、除算手段を備える。入力データ平均手段は、ターボ符号化された入力信号の平均を平均データとして出力する。除算手段は、入力信号を平均データで割った値を正規化データとして出力する。
【００１１】
上記のように構成された発明によれば、ターボ符号化された入力信号を平均データで割るため、正規化することができる。しかも、回路規模は比較的小規模ですむため回路規模の増大を抑制できる。
【００１２】
また、本発明にかかる正規化装置は、重み付け手段、重み付け係数決定手段を備えることが好ましい。重み付け手段は、正規化データに所定の係数を乗じて出力する。重み付け係数決定手段は、入力信号のレートマッチング（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）における入力データ数と出力データ数との比に基づき、所定の係数を決定する。
【００１３】
例えば通信方式としてＷ−ＣＤＭＡを使用する場合、入力信号の１フレームの全体のレベルと、レートマッチングレシオ（入力信号のレートマッチング（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）における入力データ数と出力データ数との比）とは関係がある。そこで、レートマッチングレシオに基づき、重み付けに使用する所定の係数を定めれば、入力信号の１フレームの全体のレベルをほぼ一定に保つことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態にかかる送信装置１０と受信装置２０との構成を示すブロック図である。
【００１６】
送信装置１０は、ターボ符号部１２、レートマッチング部１４、送信部１６を備える。
【００１７】
ターボ符号部１２は、受信装置２０に送信すべき情報信号をターボ符号化する。ターボ符号は、文献「Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ， Ａ． Ｇｌａｖｉｅｕｘ ａｎｄ Ｇ． Ｍｏｎｔｏｒｓｉ： “ＮＥＡＲ ＳＨＡＮＮＯＮ ＬＩＭＩＴ ＥＲＲＯＲ−ＣＯＲＲＥＣＴＩＮＧ ＣＯＤＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＣＯＤＩＮＧ： ＴＵＲＢＯ−ＣＯＤＥＳ（１）”， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＩＣＣ ’９３ （Ｇｅｎｅｖａ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）， ｐｐ． １０６４−１０７０」で初めて紹介された符号化の方法である。ターボ符号部１２の構成を図２に示す。
【００１８】
ターボ符号部１２は、符号器１２１、１２２、インターリーブ部１２３、切り替え部１２４、並／直変換部１２５を有する。ターボ符号は、上記の文献において説明されているので、ここでは簡略に説明するにとどめる。
【００１９】
符号器１２１は、情報信号を組織的畳み込み符号（ｎ，ｋ）により符号化して切り替え部１２４に出力する。符号器１２２は、インターリーブ部１２３の出力を組織的畳み込み符号（ｎ，ｋ）により符号化して切り替え部１２４に出力する。インターリーブ部１２３は、情報信号を所定の大きさ（サイズ）でインターリーブして、符号器１２２に出力する。切り替え部１２４は、インターリーブ部１２３によるインターリーブに対応して、符号器１２１、１２２からの出力を交互に切り替えて出力する。並／直変換部１２５は、切り替え部１２４の出力（符号化ビット）と情報信号（無符号化ビット）とを受け、切り替え（並列／直列変換）を行ない出力する。並／直変換部１２５の出力が、ターボ符号部１２の出力である。
【００２０】
図１に戻り、レートマッチング部１４は、ターボ符号部１２の出力を受け、レートマッチング（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を行なう。そして、データブロックサイズを調整した情報信号を出力する。また、レートマッチング部１４は、入力信号のレートマッチングにおける出力データ数／入力データ数（レートマッチングレシオ（Ｒａｔｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｒａｔｉｏ）という）を出力する。なお、レートマッチングレシオの定義から、下記の表に示すことがいえる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
送信部１６は、レートマッチング部１４から出力された情報信号（ターボ符号化およびレートマッチング済み）、パイロット信号および変調方法を示す制御信号を、適宜、変調、拡散およびＤ／Ａ変換を行なって、受信装置２０に送信する。なお、これらの信号とは別に、レートマッチングレシオを示す信号も送信する。
【００２３】
受信装置２０は、受信部２２、Ａ／Ｄ変換部２４、逆拡散部２６、レートデマッチング（Ｒａｔｅ Ｄｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ）部３２、正規化装置３４、データ復調・復号部３６、制御データ復調・復号部４２、制御部４４、伝播路推定部５２を備える。
【００２４】
受信部２２は、送信装置１０から送信される情報信号、パイロット信号および制御信号を有する信号を受信する。この受信した信号を受信信号（符号化信号）といい、フレーム単位で区分されている。受信信号は、情報信号、パイロット信号および制御信号を有し、送信装置１０の送信部１６において拡散および変調されている。なお、制御信号は変調方式を指定している。例えば、受信信号が基地局においてＱＰＳＫで変調されたということを制御信号が示していれば、復調方式はＱＰＳＫでなければならない。すなわち、復調方式としてＱＰＳＫを指定していることになる。なお、受信部２２は、受信信号とは別に、レートマッチングレシオを示す信号も受信する。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部２４は、受信信号およびレートマッチングレシオを示す信号をデジタル化する。逆拡散部２６は、デジタル化された受信信号を逆拡散し、情報信号、パイロット信号および制御信号を出力する。なお、レートマッチングレシオを示す信号も逆拡散して出力する。
【００２６】
レートデマッチング（Ｒａｔｅ Ｄｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ）部３２は、受信装置２０が受信した情報信号のデータブロックサイズを、データ復調・復号部３６が有するターボ復号部３６ｂが処理できるデータブロックサイズに調整して正規化装置３４に出力する。すなわち、レートデマッチング部３２は、レートマッチング部１４の逆の機能を有するものである。
【００２７】
正規化装置３４は、レートデマッチング部３２から入力された入力信号を正規化してデータ復調・復号部３６に出力する。正規化装置３４の構成を図３に示す。正規化装置３４は、入力信号バッファ３４１、入力データ平均部３４２、除算器３４３、重み付け係数決定部３４４、重み付け部３４５を備える。なお、入力信号バッファ３４１、入力データ平均部３４２、除算器３４３が正規化手段を構成する。
【００２８】
入力信号バッファ３４１は、入力信号Ｉ（ｉ）を所定の個数Ｎ個（例えば、１００個程度）受けて合計Ｓ（＝ΣＩ（ｉ））を出力する。入力データ平均部３４２は、合計Ｓ（＝ΣＩ（ｉ））を所定の個数Ｎ個で割って平均データＡ＝Ｓ／Ｎを求める。この平均データは、フレーム単位で求めることが好ましい。除算器３４３は、入力信号Ｉ（ｉ）を平均データＡで割って、正規化データＩ（ｉ）／Ａとして出力する。ここで、正規化データＩ（ｉ）／Ａにさらに重み付けを行なったデータを正規化データとすることが好ましい。そこで、重み付け係数決定部３４４は、受信装置２０が受信したレートマッチングレシオに基づき重み付け係数αを決定する。重み付け部３４５は、正規化データＩ（ｉ）／Ａに重み付け係数αを乗じて出力する。重み付け部３４５の出力を重み付け信号といい、これが正規化装置３４の出力となる。
【００２９】
なお、重み付け係数αの決定法を図４を参照して説明する。図４に示すように、重み付け係数決定部３４４は、レートマッチングレシオと重み付け係数αとを対応させた表を参照して、レートマッチングレシオに対応する重み付け係数αをフレーム単位で選択する。ここで、レートマッチングレシオが小さくなるにつれて、重み付け係数αを大きくすることが好ましい。
【００３０】
レートマッチングレシオは入力信号のレートマッチングにおける出力データ数／入力データ数である。このことから、レートマッチングレシオが小さくなるということは、レートマッチング部１４の出力データ数が小さいということを意味する。よって、レートデマッチング部３２におけるレートデマッチングにおいては、出力データ数が多くなる。ここで、通信方式としてＷ−ＣＤＭＡを使用した場合、出力データ数をレートデマッチングにおいて大きくするためには、ゼロ（０）を補填しなければならない。しかし、ゼロ（０）を補填すれば、１フレーム全体のレベルが本来のレベルよりも下がる。そこで、レートマッチングレシオが小さい場合は、大きい重み付け係数αを乗じて出力データ数を大きくする。これにより、ゼロ（０）の補填の量を抑制でき、１フレーム全体のレベルをほぼ本来のレベルに保つことができる。
【００３１】
データ復調・復号部３６は、正規化装置３４から出力された正規化済みの情報信号を、制御信号において指定された復調方式により復調し、かつ、ターボ復号を行なう。なお、データ復調・復号部３６は、伝播路推定部５２により計算された位相回転量に基づき位相補正を行なう。また、データ復調・復号部３６は、復調部３６ａ、ターボ復号部３６ｂを有する。
【００３２】
復調部３６ａは、制御信号において指定された復調方式（例、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ）により情報信号を復調する。ターボ復号部３６ｂは、図５に示すように、情報信号をターボ復号化する。ターボ復号部３６ｂは、直／並変換部３６１、ＭＡＰ復号部３６２、３６３、インターリーブ部３６４、デインターリーブ部３６５、３６６を有する。
【００３３】
直／並変換部３６１は、正規化済みの情報信号を直列／並列変換し、ＭＡＰ復号部３６２、３６３に出力する。
【００３４】
ここで、ＭＡＰ復号について説明する。符号化を行ない、符号語ｗｊを送ったとき正しく復号できるのは、受信語ｙが符号語ｗｊの復号領域内Ｒｊに入る場合である。したがって、この場合の正しい復号の確率Ｐｃは、各符号語が送られる確率をＰ（ｗｊ）とすると、
【００３５】
【数３】
【００３６】
ＭＡＰ復号部３６２は、直／並変換部３６１の出力およびデインターリーブ部３６５の出力をＭＡＰ復号化してインターリーブ部３６４に出力する。ＭＡＰ復号部３６３は、直／並変換部３６１の出力およびインターリーブ部３６４の出力をＭＡＰ復号化してデインターリーブ部３６５および３６６に出力する。インターリーブ部３６４は、ＭＡＰ復号部３６２の出力を符号化の際のインターリーブ部１２３におけるインターリーブに対応した長さで並び替えを行なって出力する。デインターリーブ部３６５は、ＭＡＰ復号部３６３の出力に対し、インターリーブ部３６４と逆の動作を行なう。デインターリーブ部３６６は、ＭＡＰ復号部３６３の出力にインターリーブ部３６４と逆の動作を行なって出力する。デインターリーブ部３６６の出力が、ターボ復号部３６ｂの出力である。
【００３７】
図１に戻り、制御データ復調・復号部４２は、逆拡散部２６から出力された制御信号を予め定められた方式で復調かつ復号する。例えば、制御信号はＱＰＳＫ変調することが予め定められているならば、ＱＰＳＫ方式により復調する。
【００３８】
制御部４４は、制御データ復調・復号部４２から出力された制御信号から、指定された復調方式を読み出す。そして、指定された復調方式によって、データ復調・復号部３６が復調を行なうように制御する。
【００３９】
伝播路推定部５２は、逆拡散部２６から出力されたパイロット信号に基づき位相回転量を求める。位相回転量は、図６に示すように、受信信号と期待する受信信号との位相差である。位相回転量は、パイロットチャネル上に付加される雑音成分の影響を考慮して、Ｍ個のパイロットシンボルの平均後に求める。伝播路推定部５２は位相回転量をデータ復調・復号部３６に送る。
【００４０】
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
【００４１】
まず、情報信号はターボ符号部１２によりターボ符号化される。ターボ符号化された情報信号は、レートマッチング部１４により、レートマッチングされる。すなわち、通信に適したデータブロックサイズに変換される。情報信号は、パイロット信号、変調方式を指示した制御信号と共に、変調および拡散され、送信部１６から、受信装置２０に送信される。レートマッチングレシオも別途、受信装置２０に送信される。
【００４２】
受信装置２０の受信部２２は、送信装置１０から送信された信号を受信する。この受信信号は、Ａ／Ｄ変換部２４によりデジタル化され、逆拡散部２６により逆拡散される。逆拡散部２６から出力された制御信号は、制御データ復調・復号部４２により復調および復号され、制御部４４に送られる。制御部４４は、制御信号から復調方式を読み出す。また、逆拡散部２６から出力されたパイロット信号は、伝播路推定部５２が位相回転量を求めるために使用される。
【００４３】
逆拡散部２６から出力された情報信号は、レートデマッチング部３２により、レートデマッチングされ、ターボ復号に適したブロックサイズに調整される。レートデマッチング部３２が出力した信号は、入力信号Ｉ（ｉ）として正規化装置３４に与えられる。
【００４４】
入力信号Ｉ（ｉ）は、入力信号バッファ３４１により所定の個数Ｎ個の合計Ｓ（＝ΣＩ（ｉ））が求められ、合計Ｓは入力データ平均部３４２により所定の個数Ｎ個で割られて平均データＡ＝Ｓ／Ｎとなる。また、入力信号Ｉ（ｉ）は、除算器３４３により平均データＡで割られて、正規化データＩ（ｉ）／Ａとなる。正規化データＩ（ｉ）／Ａには、重み付け部３４５によって、重み付け係数αが乗じられて出力される。なお、重み付け係数αは、重み付け係数決定部３４４により、レートマッチングレシオに基づき定められる。
【００４５】
ここで、このような正規化装置３４を回路で実現した場合の回路規模は、受信品質の測定を行なわなくてよいことから、小さい。
【００４６】
データ復調・復号部３６は、正規化装置３４の出力を、制御部４４が読み出した復調方式で復調し、ターボ復号化する。このとき、伝播路推定部５２が求めた位相回転量を位相補正に利用する。
【００４７】
本発明の実施の形態によれば、ターボ符号化された入力信号Ｉ（ｉ）を平均データＡ＝Ｓ／Ｎで割るため、正規化データＩ（ｉ）／Ａを得ることができる。しかも、受信品質の測定を伴わないため正規化装置３４の回路規模は比較的小規模ですむため回路規模の増大を抑制できる。
【００４８】
さらに、例えば通信方式としてＷ−ＣＤＭＡを使用する場合、レートマッチングレシオが小さい場合は、入力信号の１フレームの全体のレベルも小さくなる傾向がある。本発明の実施形態においては、レートマッチングレシオが小さいほど、重み付け係数決定部３４４が、重み付け係数αを大きくする。そして、重み付け部３４５が、重み付け係数αを正規化データＩ（ｉ）／Ａに乗ずるため、入力信号の１フレームの全体のレベルをほぼ一定に保つことができる。
【００４９】
なお、図７に、ＬＬＲを用いた場合と本発明の実施形態の場合のブロックエラーレート（符号化および復号化が行われるデータブロック単位）を比較する。ＬＬＲを用いた場合と本発明の実施形態の場合とにおいて、品質は同程度であることがわかる。
【００５０】
また、本発明は、復号器に入力される信号のパワーが復号特性（誤り率）に何らかの影響を与える復号方法に適用して好適なものである。その復号方法として、例えばＬｏｇ−ＭＡＰ復号がある。簡単にいえば、Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号は、二つのＢｒａｎｃｈ Ｍｅｔｒｉｃ値から大きい値を選択し、補正項を加算する復号方法である。単に、二つのＢｒａｎｃｈ Ｍｅｔｒｉｃ値から大きい値を選択するＭａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号には、本発明による正規化処理を施さなくてもよい。
【００５１】
なぜ、Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号では信号パワーによって復号特性が大きく変化するのかを説明する。すなわち、Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号の補正項は復号器内部に参照テーブルとして記憶されており、信号パワーが適切に設定されていないと参照テーブルの不適切な個所を読みに行ってしまい、復号特性が大きく変化するからである。
【００５２】
また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、フラッシュメモリ、メディア（フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリスティックなど）読み取り装置を備えたコンピュータのメディア読み取り装置に、上記の各部分を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスク、フラッシュメモリなどにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ターボ符号化された入力信号を平均データで割るため、正規化することができる。しかも、回路規模は比較的小規模ですむため回路規模の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる送信装置１０と受信装置２０との構成を示すブロック図である。
【図２】ターボ符号部１２の構成を示すブロック図である。
【図３】正規化装置３４の構成を示すブロック図である。
【図４】重み付け係数αの決定法を模式的に示す図である。
【図５】ターボ復号部３６ｂの構成を示すブロック図である。
【図６】位相回転量を示す図である。
【図７】平均を求める際に使用するパイロット信号の長さを示す図である。
【符号の説明】
３４ 正規化装置
３４１ 入力信号バッファ
３４２ 入力データ平均部
３４３ 除算器
３４４ 重み付け係数決定部
３４５ 重み付け部
Claims (4)
- ターボ符号化された入力信号の平均を平均データとして出力する入力データ平均手段と、
前記入力信号を前記平均データで割った値を正規化データとして出力する除算手段と、
前記正規化データに所定の係数を乗じて出力する重み付け手段と、
前記入力信号のレートマッチングにおける入力データ数と出力データ数との比に基づき、前記所定の係数を決定する重み付け係数決定手段と、
を備えた正規化装置。 - フレーム単位で区分された符号化信号を受信する受信手段と、
前記符号化信号の信号レベルの平均値を算出し、前記符号化信号を正規化し、正規化信号を生成する正規化手段と、
前記フレーム単位で重み付け係数を発生する重み付け係数決定手段と、
前記正規化信号に前記重み付け係数を乗算し、重み付け信号を生成する重み付け手段と、
前記重み付け信号を復号する復号手段と、
を備え、
前記正規化手段は、前記フレーム単位での符号化信号の信号レベルの平均値を算出し、
前記符号化信号にはレートマッチング処理が施されており、
前記重み付け係数決定手段は、前記レートマッチング処理における入力データ数と出力データ数との比に基づいて前記重み付け係数を決定する通信端末装置。 - ターボ符号化された入力信号の平均を平均データとして出力する入力データ平均処理と、
前記入力信号を前記平均データで割った値を正規化データとして出力する除算処理と、
前記正規化データに所定の係数を乗じて出力する重み付け処理と、
前記入力信号のレートマッチングにおける入力データ数と出力データ数との比に基づき、前記所定の係数を決定する重み付け係数決定処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - ターボ符号化された入力信号の平均を平均データとして出力する入力データ平均処理と、
前記入力信号を前記平均データで割った値を正規化データとして出力する除算処理と、
前記正規化データに所定の係数を乗じて出力する重み付け処理と、
前記入力信号のレートマッチングにおける入力データ数と出力データ数との比に基づき、前記所定の係数を決定する重み付け係数決定処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (6)
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| KR10-2003-7015184A KR20040007588A (ko) | 2001-05-22 | 2002-05-22 | 정규화 장치, 방법, 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한기록 매체와 통신 단말 장치 |
| DE60223362T DE60223362D1 (de) | 2001-05-22 | 2002-05-22 | Normalisierung für Turbo-Dekodierung |
| PCT/JP2002/004959 WO2002095954A1 (fr) | 2001-05-22 | 2002-05-22 | Dispositif et procede de normalisation, programme et support d'enregistrement du programme, et terminal de communication |
| US10/478,766 US7131053B2 (en) | 2001-05-22 | 2002-05-22 | Normalizing device and method, program, recording medium on which the program is recorded and communication terminal for normalizing data |
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