JP3811699B2 - 符号分割多重接続移動通信システムのエラー訂正装置及び方法 - Google Patents

符号分割多重接続移動通信システムのエラー訂正装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、符号分割多重接続移動通信システムにおけるエラー訂正装置及び方法に関し、特に、ターボコードを用いた順方向エラー訂正装置及び方法に関する。
通常的に、符号分割多重接続(Code Division Multiple Access：以下、ＣＤＭＡという)移動通信システムは伝送チャンネルで発生するノイズによるエラーを訂正するためのエラー訂正(error correction)を行う。一般に、順方向エラー訂正方式とは、送信端で情報語をエラー訂正方法にて符号語に符号化して伝送し、受信端で適宜な復号方式にて前記受信された符号語を復号して情報語を得る方式のことである。ところが、現在前記ＣＤＭＡ移動通信システムで使用する代表的な順方向エラー訂正方式には重畳コード(Convolutional code)を利用する方式とターボコード(turbo code)を利用する方式の二種類がある。
特に、最近第３世代(3Ｇ：３rd Generation)移動通信システムとして注目されている同期方式と非同期方式の両方でエラー訂正符号としてターボコードが採択されている。前記ターボコードは従来順方向エラー訂正のために主に用いられた重畳コードに比べて高速データの伝送時に優れた性能利得を持つことが知られておる。かつ、前記順方向エラー訂正のために使用されるコードのうち一つであるターボコードは伝送チャンネルで発生するノイズによるエラーを効果的に訂正してデータ伝送の信頼度を向上できる長所がある。
前記ターボ符号器(turbo encoder)はＬ情報ビット(Ｌ information bits)を持つ入力フレームから二つの簡単な並列鎖状符号を用いてパリティシンボル(parity symbol)を生成する構造であり、構成符号としてはＲＳＣ(Recursive Systematic Convolutional)符号を利用する。結果的に、前記ターボコードは二つのＲＳＣ符号器をインターリーバ(interleaver)にて並列で連接して生成した符号であって、復号時に各構成符号に対する軟入力／軟出力(Soft Input Soft Output：以下、ＳＩＳＯという)復号器を直列で連接し、前記ＳＩＳＯ復号器から生成された付加情報(extrinsic information)を交換する過程を通じて反復復号(iterative decoding)を行う。従って、このような反復復号方式では復号性能を保持しながらどんな時点で反復復号を停止させるかが復号器の電力消耗及びその復号処理による時間遅延を決める重大な変数として作用する。即ち、反復復号方式で復号時間を短縮し復号による電力消耗を最小化するためには、復号するフレームのエラー発生有無を頻繁に点検するべきであり、普通そのためにＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)ビットが前記ターボコードと共に用いられている。前記ＣＲＣビットを利用する反復復号停止方法を詳細に説明すると、まず送信端でターボ符号器に入力される一つの入力フレーム毎にＣＲＣビットを付けて、受信端の反復復号過程毎に出力されるフレームに対してＣＲＣビットを用いたエラー検出(error detection)を行う動作からなる。この時、前記エラー検出過程でフレームにエラーが発生しなかったと判断されると更なる復号過程を進行させず、該当フレームの復号を中止する。
そこで、前記ターボ復号過程で反復復号を停止させるための反復復号停止基準(stopping criterion：以下、停止基準という)について説明することにする。
まず、前記反復復号停止基準は下記のような＜条件１＞を充足すべきである。
＜条件１＞ Ｍ(ｉ) ＞ Ｔ(ｉ) 或いは Ｍ(ｉ) ＝ Ｔ(ｉ)の時に反復復号停止
前記＜条件１＞において、Ｍ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程で復号停止のために測定するターボ復号フレーム(turbo decoding frame)の性能を示す測定値であり、Ｔ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程で復号されたフレームに対してエラーが無いと判断できる測定値に対する臨界値である。各復号過程で、前記測定値Ｍ(ｉ)を予め設定しておいた、或いは前記反復復号過程で決定される臨界値Ｔ(ｉ)と比べて、前記比較結果が前記＜条件１＞を充足すると、該当反復復号で復号を停止するようになる。以下、前記ターボ復号器を構成する二つのＳＩＳＯ復号器、即ち第１ＳＩＳＯ復号器と第２ＳＩＳＯ復号器の両方をすべて順次に通じて復号する過程を“１回の反復復号”と定義することにする。従って、前記第１ＳＩＳＯ復号器及び第２ＳＩＳＯ複合器のうち何れか一つのＳＩＳＯ復号器を通じて復号する過程は０.５回の反復復号になるわけである。
そこで、現在まで提案されている前記反復復号のための停止基準によるそれぞれの方式を説明すると次の通りである。
（１）Genie−aided Stopping Criterion方式
前記Genie−aided Stopping Criterion方式(以下、ＧＡ停止基準方式という)は、シミュレーターの一種であるGenieがターボ復号器の反復復号過程を観察しながら任意のＳＩＳＯ復号器で復号された情報語と伝送された情報を比較し、エラーが検出されないと復号を停止する方式である。従って、このような復号停止方式は実験的なシミュレーションのみで実現可能なもので、実際に具現するのは不可能である。但し、前記ＧＡ停止基準方式は外の停止基準を利用する方式の理想的な具現基準としてだけ適用される。何故ならば、前記ＧＡ停止基準方式は実験的に完璧な環境でターボ復号が行われる場合を仮定してからのものなので、実際の環境では具現するのが不可能である。
ここで、前記ＧＡ停止基準方式を示すと下記の＜条件２＞の通りである。
＜条件２＞ Ｍ(ｉ) ＞ Ｔ(ｉ)の時に反復復号停止
但し、前記＜条件２＞において、測定値Ｍ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程でＳＩＳＯ復号器から検出された、前記復号されたフレームと伝送されたフレーム間の相異なるビット数を示し、臨界値Ｔ(ｉ)は０である。
（２）ＣＲＣ Check Stopping Criterion方式
一般に、ＣＤＭＡ移動通信システムでターボ符号器に入力されるフレームはターボ復号器で復号された後に該当フレームに対するエラーの発生有無を上位階層に報告できるようにエラー検出のためのＣＲＣビットが含まれている。前記ＣＲＣビットのフレームに対するエラー発生有無を検出できる能力は前記ターボ復号器の停止基準としても使用できる。即ち、ターボ復号器に入力される任意のフレームに対して反復復号過程でＣＲＣ検査過程を通じてエラーを検出し、前記エラーが検出されないと復号過程を停止する。
ここで、前記ＣＲＣ停止基準方式を示すと下記の＜条件３＞の通りである。
＜条件３＞ Ｍ(ｉ) ＝ Ｔ(ｉ)の時に反復復号停止
但し、前記＜条件３＞において、測定値Ｍ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程でＳＩＳＯ復号器から検出された、前記復号されたフレームに対するＣＲＣ検査結果を示し、臨界値Ｔ(ｉ)は０である。
ところが、前記ＣＲＣ停止基準方式を前記ターボ復号器の停止基準として利用する場合、次のような問題点が発生する。第一、フレーム毎にＣＲＣビットによるオーバヘッド(overhead)が存在し、復号過程でフレーム分割により入力されるフレームにＣＲＣビットが存在しない場合には、該当フレームを前記ＣＲＣ停止基準方式にて復号するのが不可能である。例えば、ＵＭＴＳ(Universal Mobile Telecommunication System)の高速順方向パケット接続(High Speed Down link Access：以下、ＨＳＤＰＡという)通信システムにおいて、コードユニット(code unit)が二つ以上の場合にはいつもＣＲＣビットが存在するわけではない。そのため、前記ＣＲＣ停止基準方式はターボ復号器の停止基準として不適合である。
（３）Approximated Cross Entropy Stopping Criterion方式
一般に、二つの確率分布(probability distribution)間の交差エントロピー(Cross Entropy)は前記二つの確率分布間の確率的密接度(probabilistic closeness)を表す測定値として使用できる。Hagenauerは二つのＳＩＳＯ復号器の出力の確率分布間の交差エントロピーを信頼度(Log Likelihood Ratio：以下、ＬＬＲという)を用いて定義及び簡略化し、これをターボ復号器の停止基準に適用する測定値として定義した。そこで、前記測定値が段々小さくなって前記ＳＩＳＯ復号器出力の確率的密接度が非常に大きいと判断されると復号を停止させる停止基準が提案されたのである。
ここで、前記Approximated Cross Entropy Stopping Criterion方式(以下、近似交差エントロピー停止基準方式という)を示すと下記の＜条件４＞の通りである。
＜条件４＞ Ｍ(ｉ) ＜ Ｔ(ｉ)の時に反復復号停止
但し、前記＜条件４＞において、第１ＳＩＳＯ復号器では測定値
Figure 0003811699
 であり、或いは第２ＳＩＳＯ復号器では測定値
Figure 0003811699
 を示し、臨界値Ｔ(ｉ)はＴ（１０−２〜１０−４）である。
ところが、前記近似交差エントロピー停止基準方式は各反復復号過程で基準を設定するために各ＳＩＳＯ復号器別にexp(.)演算を行わなければならなく、結果的にハードウェアの複雑性が増加する問題点が存在する。
（４）Hard Decision Aided(ＨＤＡ) Stopping Criterion方式
前記ＨＤＡ停止基準方式は任意の反復復号過程で二つのＳＩＳＯ復号器の出力情報語を比較し、前記比較結果に応じて二つのＳＩＳＯ復号器からそれぞれ出力される情報語に差がない場合に復号を停止する方式である。
ここで、前記ＨＤＡ停止基準方式を示すと次の＜条件５＞の通りである。
＜条件５＞ Ｍ(ｉ) ＝ Ｔ(ｉ)の時に反復復号停止
但し、前記＜条件５＞において、測定値Ｍ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程と(ｉ−０.５)番目の反復復号過程で検出された、前記復号された情報フレーム間の相異なるビット数を示し、臨界値Ｔ(ｉ)は０である。
前記ＨＤＡ停止基準方式では、以前のＳＩＳＯ復号器の情報語出力を現在のＳＩＳＯ復号器の情報語出力と比較するので、ハードウェアに以前のＳＩＳＯ復号器の情報語を貯蔵するために追加的なメモリを具備しなければならない。
（５）Minimum Absolute LLR(ＭＡＬ) Stopping Criterion方式
前記ＭＡＬ停止基準方式はHagenauerが提案した近似交差エントロピーによる停止基準で用いられた測定値を下記の数学式３のように近似化して適用される。
Figure 0003811699
前記数学式３のような近似化過程を通じて新たな停止基準、即ち前記ＭＡＬ停止基準方式を提案し、前記ＭＡＬ停止基準方式を示すと下記の＜条件６＞の通りである。
＜条件６＞ Ｍ（ｉ）＞Ｔ１（ｉ）で、Ｍ（ｉ）＞Ｔ２（ｉ）の時に反復復号停止
但し、前記＜条件６＞で、ｉ番目の反復復号過程における第ｖＳＩＳＯ復号器で測定値
Figure 0003811699
 で、第１臨界値
Figure 0003811699
 であり、Ｔ２（ｉ）＝Ｍ１＋Ｔｄである。
結果的に、前記ＭＡＬ停止基準方式は任意のＳＩＳＯ復号器の出力ＬＬＲ情報のうち最小絶対値を測定値として設定し、以前の反復復号過程で前記設定した測定値を現在の臨界値として利用する方式である。前述した近似交差エントロピー停止基準方式及びＨＤＡ停止基準方式では二つのＳＩＳＯ復号器から検出した情報を用いたが、前記ＭＡＬ停止基準は現在のＳＩＳＯ復号器から検出できる情報のみで反復復号を停止させられる。そのため、フレームエラー率(Frame Error Rate：以下、ＦＥＲという)の側面で性能劣化の可能性がある。従って、前記のような性能の劣化を最小化するために、前記第１臨界値Ｔ１（ｉ）と第２臨界値Ｔ２（ｉ）を設定するためのＴｆとＴｄをシミュレーション等を通じた実験的な結果を用いて検出する。かつ、フレームサイズ(frame size)や信号対ノイズ比(Signal to Noise Ratio：以下、ＳＮＲという)に対する性能の独立性を縮小するために前記臨界値を適応的に適用可能にさせる。しかし、前記のように臨界値を適応的に適用する場合、ＦＥＲの側面では性能の劣化が防止されるが逆に反復復号回数の平均値が増加するという問題点がある。即ち、ＦＥＲの側面で性能劣化を防止するためには、反復復号回数が増加される短所をこうむらざるを得ない。
（６）Sign Difference Ratio(ＳＤＲ) Stopping Criterion方式
前記ＨＤＡ停止基準方式は、ターボ復号器を構成する第１ＳＩＳＯ復号器と第２ＳＩＳＯ復号器からそれぞれ出力される情報語を０.５回毎の反復復号過程で比較し、現在復号を行っているＳＩＳＯ復号器の復号完了時点に以前のＳＩＳＯ復号器の出力情報語を貯蔵しなければならない。従って、前記ＨＤＡ停止基準方式の適用時にはハードウェアのメモリが追加される。前記のようにハードウェアに追加されるメモリの導入を防ぐために提案されたのが前記ＳＤＲ停止基準方式である。前記方式は現在ＳＩＳＯ復号器の出力情報語と以前ＳＩＳＯ復号器の出力情報語を比較する代りに、一つのＳＩＳＯ復号器の現在フレームに対する入力事前情報と出力付加情報の符号(sign)をすべて比較して相異なる符号の回数に応じて復号を停止する。
ここで、前記ＳＤＲ停止基準方式を示すと下記の＜条件７＞の通りである。
＜条件７＞ Ｍ（ｉ）＜Ｔ（ｉ）の時に反復復号停止
但し、前記＜条件７＞において、臨界値Ｍ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程でＳＩＳＯ復号器で復号された情報フレームに対して入力される事前情報と出力される付加情報間の相異なる符号の回数を示し、臨界値Ｔ(ｉ)はｐである。
前記ＳＤＲ停止基準方式で前記入力される事前情報及び出力される付加情報はＬＬＲ情報に比べて比較的収束が遅いので、前記ｐ＝０のＳＤＲ停止基準方式の平均反復復号回数はＨＤＡ停止基準方式より増加するようになる。このように前記臨界値のｐを増加させると平均反復復号回数は減少するが、ＦＥＲ性能が劣化する問題点がある。
前述した各種停止基準方式のうち比較的優秀なＦＥＲ性能を持つのはＨＤＡ停止基準方式である。ところが、前記ＨＤＡ停止基準方式は以前ＳＩＳＯ復号器の出力情報語を貯蔵するメモリをハードウェアに追加しなければならない短所がある。そこで、前記問題点を解決するために提案されたのがＳＤＲ停止基準方式である。前記ＳＤＲ停止基準方式はその臨界値に応じてＦＥＲ性能が劣化したり又は逆に平均反復復号回数が増加して時間遅延及び消費電力の増大をもたらすという短所がある。一方、ＭＡＬ停止基準方式は簡単に算出可能な最小絶対値信頼度を用いて比較的優秀な性能が得られるが、同じく臨界値に応じてＦＥＲ性能が可変するという短所がある。従って、ハードウェアが複雑にならず、別途のメモリを追加する必要がなく、簡単に設定可能な臨界値を用いて反復復号を停止できる新たな方式の停止基準方式の必要性が台頭してきた。
本発明は、符号分割多重接続移動通信システムにおいて、反復復号をさらに効率的に停止させるためのエラー訂正装置及び方法を提供することにその目的がある。
本発明の他の目的は、符号分割多重接続移動通信システムにおいて、ハードウェア的に最小化されたエラー訂正装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、符号分割多重接続移動通信システムにおいて、ソフトウェア的な演算が最小化されたエラー訂正装置及び方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の装置は、ターボコードを使用する順方向エラー訂正装置において、所定制御により反復復号停止命令が印可されるまで入力されるフレームを反復復号し、前記フレームを構成するシンボルそれぞれの絶対値信頼度を出力する復号器と、前記絶対値信頼度を入力し、前記絶対値信頼度のうち最小絶対値信頼度を測定値として検出する測定値検出器と、前記シンボルそれぞれの事前情報と付加情報を利用して臨界値を検出する臨界値検出器と、前記測定値と臨界値を比較し、前記比較結果に応じて前記反復復号停止命令を出力する制御器とを含むことを特徴とする。
前記の目的を達成するために、本発明の方法は、ターボコードを使用する順方向エラー訂正方法において、所定制御により反復復号停止命令が印可されるまで入力されるフレームを反復復号し、前記フレームを構成するシンボルそれぞれの絶対値信頼度を出力する過程と、前記絶対値信頼度のうち最小絶対値信頼度を測定値として検出する過程と、前記シンボルそれぞれの事前情報と付加情報を利用して臨界値を検出する過程と、前記測定値と臨界値を比較して、前記比較結果に応じて前記反復復号停止命令を出力する過程とを含むことを特徴とする。
本発明は、ターボコードを利用する順方向エラー訂正装置において、反復復号停止のための停止基準としての測定値に受信フレームを構成するシンボルそれぞれの最小絶対値ＬＬＲを用い、臨界値として前記シンボルそれぞれの事前情報と付加情報の符号差を利用することにより、ハードウェア的にメモリを追加しなくても最小反復復号過程を通じて順方向エラー訂正が可能になり、ＦＥＲ性能が劣化しない長所がある。
以下、本発明による望ましい実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。下記の説明では本発明の動作を理解するに必要な部分だけが説明され、それ以外の説明は本発明の本意を害しない範囲内で省かれるようになる。
本発明はＣＤＭＡ移動通信システムでターボコードを利用する順方向エラー訂正(ＦＥＣ)装置において、停止基準のための測定値が実際信頼度(ＬＬＲ)の収束速度を反映できるように、本発明はＭＡＬ停止基準方式で適用する測定値を停止基準の測定値として利用するＳＤＭＬ(Sign Difference ＆ Minimum absolute LLR：以下、ＳＤＭＬという)停止基準方式を提供する
前記ＳＤＭＬ停止基準方式を示すと下記の＜条件８＞の通りである。
＜条件８＞ Ｍ（ｉ）＞Ｔ（ｉ）の時に反復復号停止
但し、前記＜条件８＞において、測定値Ｍ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程で第ｖ軟入力／軟出力の復号器で測定値
Figure 0003811699
 であり、臨界値Ｔ(ｉ)はｉ番目の反復復号過程で第ｖ復号器で復号される受信フレームに対して入力される事前情報(priori information)と前記第ｖＳＩＳＯ復号器で復号される情報フレームに対して出力される付加情報(extrinsic information)間の相異なる符号数である。即ち、前記第ｖＳＩＳＯ復号器で復号される情報フレームを構成するそれぞれのシンボルに対して事前情報と付加情報のそれぞれの符号を比較して、異なる符号数を前記臨界値Ｔ(ｉ)として設定する。そして、前記＜条件８＞において、前記変数ｋは前記受信フレームを構成するそれぞれのシンボルを示すインデックス(index)である。
前記本発明で提案するＳＤＭＬ停止基準方式はターボ復号器のＦＥＲ性能は前記従来の技術部分で説明したＨＤＡ停止基準方式と殆ど同一な性能を持ち、平均反復復号回数も同じく前記ＨＤＡ停止基準方式と殆ど同一な回数を持つ。その反面、前記ＨＤＡ停止基準方式の場合、以前のＳＩＳＯ復号器の情報語出力を現在のＳＩＳＯ復号器の情報語出力と比較しなければならないので、ハードウェアの具現時に以前ＳＩＳＯ復号器の情報語を貯蔵するためのメモリを追加的に具備する必要があった。ところが、前記ＳＤＭＬ停止基準方式は別途のメモリを追加する必要が無い上に、前記ＨＤＡ停止基準方式と殆ど同一な性能を持つ。
そこで、前記ＳＤＭＬ停止基準方式によるターボ復号器の構造を図１を参照して説明することにする。
前記図１は本発明の実施例における機能を行うためのターボ復号器の構成を示したブロック図である。
前記図１を参照すると、ターボ復号器１００はＳＩＳＯ復号器１１５と、測定値検出器１１７と、比較器１１９と、論理和ゲート１２１と、カウンター１２３と、乗算器１２５と、制御器１２７とから構成される。
そして、入力バッファ１１１は前記受信フレーム、即ち前記ターボ復号器に入力される受信フレームデータをバッファリングする。かつ、前記入力バッファ１１１は前記バッファリングした受信フレームをＳＩＳＯ復号器１１５にシンボル単位に出力する。前記ＳＩＳＯ復号器１１５は前記受信されたシンボルを復号して、その出力された情報語を出力バッファ１１３に出力すると同時に、前記シンボルに対して測定した絶対値ＬＬＲ(以下、ＬＬＲという)を測定値検出器１１７に出力する。前記測定値検出器１１７は前記ＳＩＳＯ復号器１１５から出力したＬＬＲを入力されて最小絶対値ＬＬＲ(minimum absolute LLR：以下、最小ＬＬＲという)の測定値Ｍ(ｉ)を検出し、前記検出された測定値Ｍ(ｉ)を比較器１１９に出力する。ここで、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式はターボ復号器の測定値Ｍ(ｉ)を最小ＬＬＲとして設定する。
一方、前記ＳＩＳＯ復号器１１５は前記ＳＩＳＯ復号器１１５に入力されるｋ番目の情報シンボルに対する事前情報
Figure 0003811699
 と前記ＳＩＳＯ復号器１１５から出力されるｋ番目の情報シンボルに対する付加情報
Figure 0003811699
 を論理和ゲート１２１に出力する。すると、前記論理和ゲート１２１は前記ＳＩＳＯ復号器１１５から出力した事前情報
Figure 0003811699
 と付加情報
Figure 0003811699
 のそれぞれの符号を論理和演算してカウンター１２３に出力する。前記カウンター１２３は前記論理和ゲート１２１からの出力信号値が１である場合の数をカウントする。前記乗算器１２５は前記カウンター１２３から出力された信号を常数Ｋと乗算して前記比較器１１９に出力する。ここで、前記カウンター１２３が論理和ゲート１２１から出力した信号値が１である場合のみをカウントする理由は、前記事前情報
Figure 0003811699
 と付加情報
Figure 0003811699
 の符号が同じの場合には前記論理和ゲート１２１で０を出力し、前記事前情報
Figure 0003811699
 と付加情報
Figure 0003811699
 の符号が異なる場合には前記論理和ゲート１２１で１を出力するからである。即ち、臨界値Ｔ(ｉ)は該当フレームの事前情報と付加情報間の異なる信号を示す数である。かつ、前記常数Ｋは実際のハードウェアで入力シンボルの値が量子化(quantization)された場合或いは入力シンボルがスケーリング(scaling)された時に生じる差を補正するための値である。
前記比較器１１９は前記測定値検出器１１７で出力した測定値
Figure 0003811699
 と前記乗算器１２５で出力したＴ(ｉ)を比較して制御器１２７に出力する。前記制御器１２７は前記比較器１１９で出力した測定値Ｍ(ｉ)と臨界値Ｔ(ｉ)の比較結果に応じて反復復号過程を停止するかどうかを判断する。そこで、Ｍ(i)>Ｔ(i)の時、前記制御器１２７は反復復号を停止し、反復復号停止命令ＴＵＲＢＯ_ＳＴＯＰを前記ＳＩＳＯ復号器１１５に出力する。すると、前記ＳＩＳＯ復号器１１５は前記制御器１２７で出力した反復復号停止命令に相応して反復復号を停止する。
そこで、前記図１で説明した測定値検出器１１７の内部構成を図２を参照して説明することにする。前記図２は測定値検出器１１７の内部構成を示したブロック図である。前記図２を参照すると、前記測定値検出器１１７は復号されたフレーム情報フレームに対する最小絶対値ＬＬＲを検出する。前記測定値検出器は比較器及び選択器を用いて具現することも可能である。
前記図２を参照すると、第１選択器２１０は前記制御器１２７からの初期最大値ＭＡＸと前記測定値検出器１１７から出力された測定値Ｍ(ｉ)のうち何れか一つを前記制御器１２７からの選択信号ＳＥＬに応じて選択して出力する。前記制御器１２７は最初にはＭＡＸを選択するためのＳＥＬを提供し、後には前記測定値検出器１１７の出力である測定値Ｍ(ｉ)を選択するＳＥＬ信号を提供する。即ち、前記ＳＥＬ信号は一番目のシンボルのみが０であり、その以外のシンボルは１である。比較器２１２は前記第１選択器２１０からの出力とＳＩＳＯ復号器１１５からのＬＬＲ(ｋ)を入力(ａ、ｂ)とし、前記二つの入力(ａ、ｂ)を比較して前記比較結果に応じて前記二つの入力(ａ，ｂ)のうち何れか一つを選択して出力する。ここで、ＬＬＲ(ｋ)は前記フレームを構成するｋ番目のシンボルに対するＬＬＲのことである。例えば、前記ＬＬＲ(ｋ)、即ちｂが前記第１選択器２１０からの出力、即ちａより大きい条件を充足すると前記比較器２１２は“１”を出力し、前記条件を充足しないと前記比較器２１２は“０”を出力する。第２選択器２１４は前記ＬＬＲ(ｋ)と前記第１選択器２１０からの出力をそれぞれ入力ポート０と入力ポート１の入力とし、前記比較器２１２からの出力を選択信号にして前記入力ポート０と１のうち何れか一つを選択して前記選択された入力ポートに入力される信号をＭ(ｉ)として出力する。例えば、前記第２選択器２１４は前記比較器２１２からの選択信号が“０”であると前記入力ポート０を選択し、前記比較器２１２からの選択信号が“１”であると前記入力ポート１を選択する。前述したように図２に示した測定値検出器１１７はレジスターの値をＭＡＸに初期化した後、各フレームを構成するそれぞれのシンボルに対するＬＬＲ値をレジスターに貯蔵された値と比較しながらレジスターをアップデートすることにより、最終的にレジスタに残っている値を測定値Ｍ(ｉ)として出力する。
次に、図３を参照してＳＤＭＬ停止基準方式を用いたターボ復号過程を説明することにする。
前記図３は本発明の一実施例によるＳＤＭＬ停止基準方式を用いたターボ復号過程を示した順序図である。
前記図３を参照すると、まずターボ復号器に入力されるフレームに対する一番目の反復復号過程を行う前に、３１１段階で前記制御器１２７は前記測定値Ｍ(ｉ)と臨界値Ｔ(ｉ)をそれぞれ０に初期化し、変数ｉ、ｖを１に初期化し、最大反復復号回数をＩｍａｘに設定する。ここで、前記ｉは反復復号回数を示し、ｖは復号器の番号を示す。例えば、前記ｖが１の場合には第１ＳＩＳＯ復号器を示し、前記ｖが２の場合には第２ＳＩＳＯ復号器を示す。前記３１３段階で、前記制御器１２７は第ｖＳＩＳＯ復号器に対してｉ番目の反復復号過程を行うように制御する。すると、第ｖＳＩＳＯ復号器はｉ番目の反復復号過程を行い、前記復号結果に応じて３１６段階で測定値Ｍ(ｉ)を検出して比較器１１９に出力する。一方、第ｖＳＩＳＯ復号器はｉ番目の反復復号過程を行い、前記復号結果に応じて論理和ゲート１２１は事前情報
Figure 0003811699
 と付加情報
Figure 0003811699
 を論理和演算する。前記カウンター１２３は前記論理和ゲート１２１の演算結果値が１である回数を３１７段階でカウントする。前記乗算器１２５は前記カウントされた値を常数Ｋと乗算して臨界値Ｔ(ｉ)を計算する。
３１９段階で、前記比較器１１９は前記測定値検出器１１７から出力したＭ(ｉ)と前記乗算器１２５から出力したＴ(ｉ)とを比較して、その比較結果を制御器１２７に出力する。もし、Ｍ(ｉ)がＴ(ｉ)を超過すると、前記制御器１２７はＳＤＭＬ停止基準方式の停止基準を充足するので、更なる反復復号過程を行う必要がないので反復復号停止命令ＴＵＲＢＯ_ＳＴＯＰを前記ＳＩＳＯ復号器１１５に出力して反復復号過程を停止させる。一方、Ｍ(ｉ)がＴ(ｉ)を超過しないと、制御器１２７は反復復号過程を持続的に行うために３２１段階に進む。
前記３２１段階で、前記制御器１２７は前記反復復号回数を示す変数ｉが前記最大反復復号回数を示すＩｍａｘより未満であるかを検査する。前記検査結果で前記反復復号回数を示す変数ｉが前記最大反復復号回数Ｉｍａｘより未満ではない場合には反復復号を続けるのが不可能なので、前記制御器１２７は反復復号停止命令ＴＵＲＢＯ_ＳＴＯＰを前記ＳＩＳＯ復号器１１５に出力して反復復号過程を停止させる。一方、前記反復復号回数を示す変数ｉが前記最大反復復号回数Ｉｍａｘより未満ならば、前記制御器１２７は３２３段階に進む。前記３２３段階で、前記制御器１２７は前記ＳＩＳＯ復号器の番号を示す変数ｖが２であるかを検査する。前記検査結果で前記変数ｖが２である場合には、前記制御器１２７は３２５段階に進む。前記３２５段階で、前記制御器１２７は前記反復復号回数を示す変数ｉをｉ＋２に設定させ、前記ＳＩＳＯ復号器の番号を示す変数ｖを１に設定してから３１３段階に戻る。一方、前記変数ｖが２ではない場合には、前記制御器１２７は前記変数ｖを２に設定してから３１３段階に戻る。
そこで、前記本発明のＳＤＭＬ停止基準方式によるターボ復号過程のシミュレーション結果を従来の技術による停止基準方式によるターボ復号過程のシミュレーション結果と比較してみることにする。ここで、前記シミュレーションのために利用するターボ符号器は３ＧＰＰ(３rd Generation Partnership Project)標準規格で提案する拘束長Ｋ＝４、符号化率Ｒ＝１／３のターボ符号器であり、各構成符号器のＲＳＣ(Recursive Systematic Convolutional)の伝送関数は下記の数学式１８の通りである。
Figure 0003811699
かつ、前記ターボ符号化のためのインターリービング(interleaving)方式も同様に３ＧＰＰ標準規格に従う。そして、ターボ符号化された符号語を伝送する時には２進位相シフトキーイング(Binary Phase Shift Keying：以下、ＢＰＳＫという)変調方式を用い、ＡＷＧＮ(Additive White Gaussian Noise)伝送路を仮定することにする。
そして、受信端では受信フレームを復号するためのターボ復号器としてmax−Log−MAPアルゴリズムに基づいた浮動小数点ＳＩＳＯ復号アルゴリズム(floating point ＳＩＳＯ decoding algorithm)を用い、各ＳＩＳＯ復号器はインターリーバを通じて直列で連結され、一つのフレームに対する最大反復復号回数は８回に制限する。そして、前記復号停止のための停止基準は各ＳＩＳＯ復号器の復号が終了した後に適用される。即ち、反復復号が停止できる反復復号回数は０.５回単位である。そして、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と、従来の停止基準方式のうち予め設定される臨界値を必要とする停止基準方式、即ち近似交差エントロピー停止基準方式とＭＡＬ停止基準方式及びＳＤＲ停止基準方式は次のように臨界値を設定する。
（１）近似交差エントロピー停止基準方式： Ｔ＝１０-３
（２）ＭＡＬ停止基準方式： Ｔｔ＝５、Ｔｄ＝５
（３）ＳＤＲ停止基準方式： ｐ＝０或いは２０
前記のようにターボ符号化及びターボ復号化を行うという仮定下で、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式による性能を比較して説明することにする。
まず、図４はフレームサイズが５１１４の時、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式によるＦＥＲの性能を示したグラフである。
前記図４を参照すると、まずターボ復号器のＦＥＲの性能において、ｐ＝２０であるＳＤＲ停止基準方式は任意のＳＩＳＯ復号器に入出力されるフレームに対して事前情報と付加情報間の符号差が２０以内の場合には該当ＳＩＳＯ復号器の出力にエラーが無いと判断するので、ターボ復号器の平均反復復号回数を減少させられる。ところが、実際に復号されたフレームにはエラーが存在し得るので、ＦＥＲの性能が外の方式より劣化する問題点がある。その反面、同一なＳＤＲ停止基準方式でもｐ＝０の場合には、任意のＳＩＳＯ復号器のフレーム内のすべてのビットに対する事前情報と付加情報間に符号差が無い場合のみに復号を停止するので、平均反復復号回数は増加するものの、ＦＥＲの面ではＧＡ停止基準方式の性能と殆ど同一になる。そして、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式でも前記ＦＥＲの性能は多少劣化してしまうが、前記図４に示したように従来の外の停止基準方式に比べてその性能劣化の幅は小さいことが分かる。
前記ＳＤＲ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式でＦＥＲ性能の劣化が発生する理由は、両方式が一つのＳＩＳＯ復号器の出力のみを顧慮してＭ(ｉ)及びＴ(ｉ)を設定し、前記設定したＭ(ｉ)及びＴ(ｉ)を用いて反復復号を停止するかどうかを判断するからである。即ち、前記ターボ復号器は二つのＲＳＣが一つの情報語を生成する形態なので、一つのＳＩＳＯ復号器のみで反復復号の停止を判断するのは、ターボ復号仮定で必要な情報の１／２のみを利用することと同一である。従って、性能の劣化が発生する。ところが、前記ＳＤＲ停止基準方式及びＳＤＭＬ停止基準方式と同一に一つのＳＩＳＯ復号器の出力のみによって反復復号を停止するかを判断するＭＡＬ停止基準方式は、前記ＧＡ停止基準方式のＦＥＲ性能に殆ど類似するようにＴ(ｉ)を設定するのでＦＥＲ性能の劣化が比較的小さい。
一方、ＨＤＡ停止基準方式は、第１ＳＩＳＯ復号器と第２ＳＩＳＯ復号器の出力をすべて顧慮してＭ(ｉ)とＴ(ｉ)を設定するので、前記ＧＡ停止基準方式と殆ど同一なＦＥＲ性能を持つ。かつ、平均反復復号の回数の側面でも、ＨＤＡ停止基準方式はＧＡ停止基準方式に比べて約０.５回の追加的な反復復号過程のみを必要とする。もし、任意のＳＩＳＯ復号器の出力情報語に最初にエラーが存在しない場合、前記ＧＡ停止基準方式は該当時点で復号を停止させられるが、前記ＨＤＡ停止基準方式は常に１回のＳＩＳＯ復号過程を行わなければならない。そして、前記ＨＤＡ停止基準方式は設定臨界値以下のＦＥＲ領域ではターボコードの最小情報加重値(minimum information weight)による見逃しエラー(undetected error)が発生する。前記見逃しエラーはＧＡ停止基準方式でも発見されるが、前記ＨＤＡ停止基準方式では発見されないフレームエラーとして作用するため、ＦＥＲ性能の劣化が発生する。
前記図４に示したように、多数の停止基準方式のうち一番優れたＦＥＲ性能を持つのはＨＤＡ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式である。前記ＨＤＡ停止基準方式は最適に近い、即ちＧＡ停止基準方式と殆ど類似したＦＥＲ性能と最小反復復号回数を持つ点では前記ＳＤＭＬ停止基準方式より優れている。その反面、前記ＳＤＭＬ停止基準方式は前記ＨＤＡ停止基準方式と殆ど類似したＦＥＲ性能及び平均反復復号回数を持ちながらもハードウェア的にメモリを追加する必要がない長所を持つ。
前記図４ではＦＥＲ性能を基準として本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式を比べたが、次の図５では平均復号回数を基準として本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式を比べて説明することにする。
前記図５はフレームサイズが５１１４である時、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式による平均反復復号回数を示したものである。
前記図５を参照すると、まずターボ復号器のＦＥＲ性能において、ｐ＝２０であるＳＤＲ停止基準方式は任意のＳＩＳＯ復号器に入出力されるフレームに対して事前情報と付加情報間の符号差が２０以内の場合には該当ＳＩＳＯ復号器の出力にエラーが無いと判断するので、ターボ復号器の平均反復復号回数を減少させられる。従って、前記ｐ＝２０のＳＤＲ停止基準方式はｐ＝０のＳＤＲ停止基準方式に比べて平均反復復号回数の面で性能が向上される。特に、前記ＳＤＭＬ停止基準方式は前記ＨＤＡ停止基準方式と殆ど類似した平均反復復号回数を持ちながらもハードウェア的にメモリを追加する必要が無い長所を持つ。
前記図４及び図５では、フレームサイズが５１１４である場合を仮定して各停止基準方式のＦＥＲ性能及び平均反復復号回数を比較した。次に、前記フレームサイズを２５５８
Figure 0003811699
 に変えて各停止基準方式のＦＥＲ性能及び平均反復復号回数を比較することにする。
まず、図６はフレームサイズが２５５８の時に本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式によるＦＥＲ性能を示したものである。
前記図６を説明する前に、まず次世代移動通信システムのＵＭＴＳ(Universal Mobile Telecommunication System)の高速順方向パケット接続(High Speed Downlink Packet Access：ＨＳＤＰＡ)通信システムでＣＲＣビットを用いて反復復号を停止できるフレームサイズは２５５８−５１１４ビットである。前記図６では前記フレームサイズを２５５８ビットに設定し、前記ＨＤＡ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式との差を明確にするために前記ＨＤＡ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式及びＧＡ停止基準方式に対するＦＥＲ性能のみを示した。
前記図６に示したように前記ＨＤＡ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式によるＦＥＲはＧＡ停止基準方式と殆ど同一である。従って、フレームサイズが小さい場合、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式はＧＡ停止基準方式と殆ど同一なＦＥＲ性能を持つように最適化される。勿論、前記図６に示したように、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式がビットエネルギー対ノイズ比(Ｅｂ／Ｎｏ)の高い領域でわずかなＦＥＲ性能の劣化をもたらすが、一般に前記ＵＭＴＳのＨＳＤＰＡ通信システムではＥｂ／Ｎｏの高い領域は顧慮しない上に、わずかなＦＥＲを目標としない。それ故に、前記ＦＥＲ性能の劣化は前記ＵＭＴＳのＨＳＤＰＡ通信システムでターボ復号性能に殆ど影響を及ぼさない。
前記図６ではＦＥＲ性能を基準として本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式、特にＨＤＡ停止基準方式とＧＡ停止基準方式を比較した。次には、図７を参照して平均反復復号回数を基準として本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式を比較して説明することにする。
前記図７はフレームサイズが２５５８の時に本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式による平均反復復号回数を示したものである。かつ、前記ＨＤＡ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式との差を明確にするために、前記ＨＤＡ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式及びＧＡ停止基準方式による平均反復復号回数を示した。
前記図７に示したように、前記ＨＤＡ停止基準方式とＳＤＭＬ停止基準方式による平均反復復号回数はＧＡ停止基準方式と殆ど同一である。従って、フレームサイズが小さい場合、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式はＧＡ停止基準方式と殆ど同一な平均反復復号回数を持つように最適化される。勿論、前記図７に示したように、本発明のＳＤＭＬ停止基準方式が前記ＨＤＡ停止基準方式及びＧＡ停止基準方式よりは平均反復復号回数の面では劣化するが、ハードウェア的にメモリを追加しなくても前記ＧＡ停止基準方式と殆ど類似した性能を持つようになる。
一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施例に関して説明したが、本発明の思想から外れない範囲内でさまざまな変形が可能なことは、当該技術分野で通常の知識をもつ者にとって自明である。故に、本発明の範囲は前記説明された実施例に限られることなく、特許請求の範囲のみならず前記特許請求の範囲と均等なものにより定められるべきである。
本発明の実施例における機能を行うためのターボ復号器の構成を示すブロック図。 図１に示した測定値検出１１７の内部構成を示すブロック図。 本発明の一実施例によるＳＤＭＬ停止基準方式を利用するターボ復号過程を示す順序図。 フレームサイズが５１１４の時に本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式によるＦＥＲ性能を示す図。 フレームサイズが５１１４の時に本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式による平均反復復号回数を示す図。 フレームサイズが２５５８の時に本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式によるＦＥＲ性能を示す図。 フレームサイズが２５５８の時に本発明のＳＤＭＬ停止基準方式と従来の停止基準方式による平均反復復号回数を示す図。
符号の説明
１００ ターボ復号器
１１１ 入力バッファ
１１３ 出力バッファ
１１５ ＳＩＳＯ復号器
１１７ 測定値検出器
１１９ 比較器
１２１ 論理和ゲート
１２３ カウンター
１２５ 乗算器
１２７ 制御器

Claims (10)

  1. ターボコードを使用する順方向エラー訂正装置において、
    所定制御により反復復号停止命令が印可されるまで入力されるフレームを反復復号し、前記フレームを構成するシンボルそれぞれの絶対値信頼度を出力する復号器と、
    前記絶対値信頼度を入力し、前記絶対値信頼度のうち最小絶対値信頼度を測定値として検出する測定値検出器と、
    前記シンボルそれぞれの事前情報と付加情報から臨界値を検出する臨界値検出器と、
    前記測定値と臨界値を比較し、前記比較結果に応じて前記反復復号停止命令を出力する制御器とを含むことを特徴とする前記ターボコードを使用する順方向エラー訂正装置。
  2. 前記制御器は前記比較結果で前記測定値が前記臨界値を超える時に前記反復復号停止命令を出力することを特徴とする請求項１に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正装置。
  3. 前記臨界値検出器は、
    前記事前情報と付加情報の符号を論理和演算する論理和ゲートと、
    前記論理和ゲートから出力された信号を入力して前記事前情報と付加情報の符号が異なる場合の回数をカウントするカウンターとを含むことを特徴とする請求項１に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正装置。
  4. 前記臨界値検出器は前記復号器に入力されるシンボルの量子化に応じる特性補正値と前記カウントされた回数を乗算する乗算器をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正装置。
  5. 前記測定値検出器は、
    初期に設定された初期値と前記入力されるフレームの最初シンボルの最小絶対値信頼度を入力して、前記制御器から出力される選択信号に応じて前記初期値と前記最小絶対値信頼度のうち何れか一つを選択する第１選択器と、
    前記絶対値信頼度と前記第１選択器からの出力を入力して、前記絶対値信頼度と前記第１選択器からの出力を比較してその比較結果に応じる選択信号を出力する比較器と、
    前記絶対値信頼度と前記第１選択器からの出力を入力して、前記比較器からの選択信号に応じて前記絶対値信頼度と前記第１選択器からの出力のうち何れか一つを選択して最小絶対値信頼度を出力する第２選択器とを含み、
    前記フレームを構成するシンボルそれぞれに対する最小絶対値信頼度を順次に測定し、かつ比較して最小値を測定値として出力することを特徴とする請求項１に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正装置。
  6. ターボコードを使用する順方向エラー訂正方法において、
    所定制御により反復復号停止命令が印可されるまで入力されるフレームを反復復号し、前記フレームを構成するシンボルそれぞれの絶対値信頼度を出力する過程と、
    前記絶対値信頼度のうち最小絶対値信頼度を測定値として検出する過程と、
    前記シンボルそれぞれの事前情報と付加情報を利用して臨界値を検出する過程と、
    前記測定値と臨界値を比較して、前記比較結果に応じて前記反復復号停止命令を出力する過程とを含むことを特徴とするターボコードを使用する順方向エラー訂正方法。
  7. 前記反復復号停止命令を出力する過程は、前記測定値が前記臨界値を超える時に前記反復復号停止命令を出力することを特徴とする請求項６に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正方法。
  8. 前記臨界値を検出する過程は、
    前記事前情報と付加情報の符号を論理和演算する過程と、
    前記論理和演算された値にて前記事前情報と付加情報の符号が異なる回数をカウントして前記臨界値として検出する過程を含むことを特徴とする請求項６に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正方法。
  9. 前記臨界値を検出する過程は、前記復号器に入力されるシンボルの量子化に応じる特性補正値と前記カウントされた回数を乗算する過程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正方法。
  10. 前記測定値を検出する過程は、
    初期に設定された初期値と前記入力されるフレームシンボルの最小絶対値信頼度のうち何れか一つを選択する第１過程と、
    前記絶対値信頼度と前記第１過程で選択された値を比較して選択信号を生成する第２過程と、
    前記選択信号に応じて前記絶対値信頼度と前記第１過程で選択された値のうち何れか一つを選択して前記最小絶対値信頼度として出力する過程と、
    前記入力されるフレームを構成するシンボルそれぞれに対する最小絶対値信頼度を順次に測定し、かつ比較して最小値を測定値として出力することを特徴とする請求項６に記載のターボコードを使用する順方向エラー訂正方法。
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