JP3852406B2 - 循環冗長符号シグネチャ比較を行うターボ復号器 - Google Patents

Description

この発明は受信した情報信号に誤り訂正を施す通信システムに関し、さらに詳細にいうと、対話型ターボ復号化システムを利用したこの種の通信システムに関する。

ターボ符号は、符号分割多元接続を用いた時分割多元複信（TDD/CDMA）システムなどの無線通信システムにおいて付加白色ガウス雑音（AWGN）チャネルの性能のシャノン限界値近傍の性能をもたらす誤り訂正符号の一種である。これらの符号のための復号器は、送信されてきたデータのより改善された推算値を各対話ごとに生ずる対話型アルゴリズムを利用する。

これら復号器についての重要なパラメータは適用する反復回数である。復号器はハードウェアでもソフトウェアでも実働化できるが、いずれの場合も、所望のデータ速度の達成に要するデータ処理スループット、復号化動作に伴う消費電力、ハードウェア構成に要するハードウェア量などのデータ処理用リソースの所要量を上記反復回数が左右する。

復号器の実現における反復回数の決定には、周知の方法が概括的に二つある。まず、設計の一環として固定の反復回数を設定できる。この手法は実働化を単純にするが、多大のデータ処理用リソースを要する。すなわち、その固定の反復回数よりも少ない反復回数で済む多数の復号動作のほとんど全ての場合について、所望の範囲の信号対雑音比対応の所望の性能、すなわちビット誤り率の達成に十分な大きさにその固定回数を設定する必要があるからである。

もう一つの手法は、性能を著しく損なうことなく復号化動作を止めるべき時点を動的に定める停止ルールを用いる手法である。もっとも単純な停止ルールは硬判定利用（ＨＤＡ）による基準である。この停止ルールを用いる場合は、反復が２回続けて同じ結果を生じたとき復号化動作を止める。反復相互間では硬判定に変更はない。Ｎビットの符号化ブロックについてこの停止ルールを用いるには、先行比較の結果のためのＮ個のメモリ位置、および先行のＮビットの出力と新たなＮビットの出力との比較を要する。
慣用の停止規準はIEEE
Transactions on Communications誌第４７巻第８号（１９９９年８月）所載のRose Y. Shaoほか著「ターボ復号化のための二つの単純な停止規準」に開示してある。この論文はターボ復号動作における反復処理を停止させる二つの単純な規準を記載している。EP1017176およびEP1009098はターボ符号誤り検出の概略的な現状説明を含んでいる。EP1009098は各フレームにチェックビットを付加することとによる巡回冗長チェックを開示している。

通常のターボ復号器は、反復の各回について、5000ビット以上の情報を有するターボ復号器推算データを生じ得る。したがって、慣用の停止ルールでは、同一結果の発生の判定のために、次回符号反復との比較に備えた初めの反復回の蓄積に5000ビット以上のメモリ位置を割り当てなければならない。

IEEE Transactions onCommunications, August 1999, vol.47, No.8, １１１７頁乃至１１２０頁 ＥＰ１０１７１７６ ＥＰ１００９０９８

発明者は、追加の蓄積装置の所要量を少なくしてより効率的に停止ルールを実働化できる改良型のターボ復号器の提供が求められていることを認識した。

通信信号データの誤り訂正のための対話型のターボ復号器および方法を提供する。この復号器は、選択した反復回数にわたって信号データを再帰的に推算する。

反復回の各々において、復号器回路は、付帯値とも呼ばれる送信データブロックの新たな推算値を生ずる。復号器のデータ蓄積装置は、復号反復１回で生じた上記付帯値を蓄積する。

シグネチャ発生回路で、復号反復各回について送信データブロックの新たな推算値の各々に対応する符号シグネチャを発生する。これらの符号シグネチャは、各々が代表するデータの少なくとも２０分の１以下とするのが好ましく、実際には通常１００分の１以下とする。比較的小さい符号シグネチャ蓄積装置で、復号反復１回について生じたターボ復号器推算データ対応の符号シグネチャを蓄積する。

このシグネチャ符号回路および復号器回路と動作可能な状態で比較器を接続する。この比較器は、現在発生中で現在の復号反復回の期間にわたり蓄積される新たな送信データ推算値について発生した符号シグネチャと、シグネチャ蓄積装置の蓄積内容とを比較する。この比較で両者が互いに等しいことが判った場合は、復号器回路は反復処理を止める。この比較で両者が互いに異なることが判った場合は、発生した符号シグネチャをシグネチャ蓄積装置に蓄積し、次の復号反復回の符号シグネチャにおける比較に利用できるようにする。

この比較器は、発生した符号をシグネチャレジスタに蓄積するのに用いることができる。代わりに、この比較器が、シグネチャ符号発生器による新たなシグネチャ符号発生の前にシグネチャレジスタにアクセスできるようにすることもできる。この構成によって、シグネチャ符号発生器は、新たなシグネチャ符号を比較器だけでなく点線表示のとおりシグネチャレジスタにも出力でき、比較器はシグネチャ符号レジスタへの蓄積動作が不要になる。

この比較器は、所定最小回数の反復のあとだけ復号化回路反復の制御を行うように復号化回路と結合するのが好ましい。また、復号化回路は、所定の反復回路上限値到達時に反復処理を止めるのが好ましい。反復回数上限値は、上記所定の最小回数よりも少なくとも３だけ大きい整数にするのが好ましい。好ましい実施例では、上記所定の最小値は４とし、上限値は８とする。

この発明は、従来技術よりも小さい蓄積装置で停止ルールを選択的に実働化する反復ターボ復号器を提供することを目的とする。

この発明の上記以外の目的および利点は、好ましい実施例に関する次の説明からさらに明らかになろう。

対話型ターボ復号器を用いたTDD/CDMAシステムなどの通信システム用の受信機において追加の蓄積装置の所要量を抑えたターボ復号器により受信機を単純化し、製造コストを抑える。

図１を参照すると、通信信号入力１２および出力１４を有するターボ復号器１０が示してある。ターボ復号器１０は、ターボ復号化反復処理回路２０と、それに付随するターボデータレジスタ２２とを含む。復号器処理回路２０は入力１２から通信信号のデータブロックを受けて、送信データブロックの新たな推算値を生じ、それをレジスタ２２に蓄積する処理回路２０は、ターボ復号処理の２回目以降の相続く反復の各々についてターボデータレジスタ２２の蓄積内容を利用するように、ターボデータレジスタと再帰的に結合してある。

ターボ復号処理回路２０は、ターボ復号器出力が最終の復号化反復のあとターボ復号器レジスタの内容に基づいて定まるように、任意の通信信号データブロックについて起こる処理反復の回数の所定の限界値を設けて構成するのが好ましい。処理回路２０が行う処理反復の回数の最大値は８にするのが好ましい。

処理回路２０は停止ルールの実働化も行うが、このルールの下では反復回数の最大値以下で十分である。復号器が互いに相続く反復について発生中の推算値データが変動していないと判定すると、反復処理は止まる。推算データの前回の反復の蓄積のために比較的大量の追加の蓄積装置を設ける代わりに、比較的単純なシグネチャ符号発生器２４と比較的小さい符号シグネチャレジスタ２６とを、停止ルール実働化のための反復処理回路２０に接続した比較器２８への入力に設ける。

比較器２８は、所定の最小回数の反復が終わってから復号器回路反復処理の制御を始めるように復号回路２０と接続するのが好ましい。また、復号器回路２０は反復の回数が下限値を超えたとき反復処理を止めるのが好ましい。反復回数の上限値は下限値の少なくとも３倍以上にするのが好ましい。好ましい実施例では、下限値は４とし、上限値は８とする。

反復１回につき５１１４程度の２進推算データを生ずるターボ復号器については、シグネチャ符号発生器は、５１１４の２進データ列を選ばれた１６ビット２進数で除算してその除算からの剰余を比較器２８に出力する単純な１６ビット２進除算器で構成するのが好ましい。上記剰余は、除数が長さ１６ビットであるので１６ビットを超えることはない。

１６ビットの除数としては、２進数１０００００００００００００１１を用いるのが望ましい。この除数は１＋ｘ^１４＋ｘ^１５で表される２進数多項式に対応する。符号発生器２４による２進数除算は、５１１４ビットの反復推算データの２進多項式を、２進演算（すなわちモジュロ２）を用いて多項式１＋ｘ^１４＋ｘ^１５で除算することに対応する。この２進除算の剰余は剰余多項式に対応する。この剰余が推算データの二つの連続５１１４ビットのデータ列について同一である確率は約２^１６あたり１であり、発明者はこの確率を受容可能な危険率と判断した。

信号符号の発生への多項式の対応づけおよびその利用は当業者に周知であり、ＰＩＲＥ誌１９６１年１月号所載のW. W. PersonおよびD. T. Brown共著の論文「誤り検出用の信号符号」に論じられている。本件発明者はこの形式の符号化はターボ復号器に応用できることを認識した。

動作の際には、ターボ復号器２０は、一定の回数の反復について、推算データＮビットをターボデータレジスタおよび信号符号発生器２４に出力する。信号符号発生器２４は、比較器２８への入力Ｎの１００分の１以下であるのがこのましいＭビットを有する対応の符号シグネチャを発生する。比較器２８は、符号発生器２４からのＭビットシグネチャ符号入力をシグネチャレジスタ２６の蓄積内容と比較して両者が等しいか否かを判定する。

両者が等しいと比較器が判定した場合は、処理回路２０に信号を送って反復動作を停止させ、ターボ復号化の結果を出力する。両者が等しくないと比較器が判定した場合は、シグネチャ符号発生器２４から受けたＭビットシグネチャ符号をシグネチャレジスタ２６に蓄積する。

比較器２８は、発生した符号をシグネチャレジスタ２６に蓄積するのに用いることもできる。また、シグネチャ符号発生器２４が新たなシグネチャ符号を出力する前に比較器２８がシグネチャレジスタ２６に単にアクセスするだけにすることもできる。それによって、シグネチャ符号発生器２４は新たなシグネチャ符号を比較器２８とシグネチャレジスタ２６との両方に点線で示すとおり出力でき、シグネチャ符号レジスタ２６への比較器２８の蓄積動作が不要になる。

復号器反復動作のために２進データ５１１４ビットのブロックを発生する場合は、シグネチャ符号発生器２４は１０００００００００００００１１で除算して１６ビット以下の剰余を発生し、シグネチャレジスタ２６の記憶容量を１６ビットにするようにするのが好ましい。

この発明は、シグネチャ符号発生のためのコストが低く、所要の付加メモリのコストが高いハードウェアによる実働化に適している。しかし、ソフトウェアによる実働化にもこの発明は利用できる。

時分割複信CDMA（TDD/CDMA）通信システムなど大容量の通信システムの誤り訂正機能付き受信機に適用できる。

この発明によるターボ復号器の概略図

符号の説明

１０ ターボ復号器
１２ 信号入力
１４ 信号出力
２０ ターボ復号器反復処理回路
２２ ターボデータレジスタ
２４ シグネチャ符号発生器
２６ シグネチャレジスタ
２８ 比較器

Claims (17)

1. 復号化反復１回についての復号器推算データを蓄積する復号器データメモリ（２２）と、選ばれたビットサイズＮを有する復号器推算データの相続く反復を生ずるとともに前記復号器推算値データを前記復号器データメモリ（２２）に蓄積する復号器反復処理装置（２０）とを含む誤り訂正通信信号データ用反復ターボ復号器であって、
   復号化反復１回について発生した復号器推算値データに対応する選ばれたビットサイズＭ（ここでＭはＮの２０分の１以下）の符号シグネチャを蓄積するシグネチャメモリ（２６）と、
   復号器推算値データのＭビット符号シグネチャを所定のＭ−１次２進多項式対応のＭビットデータ列で前記復号器推算データを処理することによって発生するシグネチャ符号発生手段（２４）と、
   前記シグネチャ符号発生手段（２４）および前記復号器反復処理手段（２０）に接続され、復号器推算データの反復１回について発生した符号シグネチャと前記シグネチャメモリ（２６）の蓄積内容とを比較し、その比較の結果により両者が等しいことが示された場合は停止信号を前記復号化反復処理手段（２０）に供給する比較器（２８）と
   を含む反復ターボ復号器。
2. 前記比較器（２８）が選ばれた回数の前記反復のあとだけ停止信号を送るように構成され、
   復号器反復処理手段（２０）が前記選ばれた数よりも少なくとも３だけ大きい整数に等しい前記反復回数の上限値に達したとき前記反復処理を止めるように構成されている
   請求項１記載の反復ターボ復号器。
3. 前記選ばれた数が４であり、上記上限値が８である請求項２記載の反復ターボ復号器。
4. 前記シグネチャ符号発生手段（２４）が前記選ばれたビットサイズＮの１００分の１以下のビットサイズＭの符号シグネチャを発生するように構成されている請求項１記載の反復ターボ復号器。
5. 前記復号器推算データがＮビット２進データ列であって、前記シグネチャ符号発生手段（２４）が、復号器データの対応のＮビット２進データ列を選ばれた２進の除数に対応する前記Ｍビットデータ列で除算しその除算の剰余を前記符号シグネチャとして前記比較器（２８）に出力する請求項１記載の反復ターボ復号器。
6. 前記復号器推算データ列が長さ少なくとも５０００ビットであり、前記２進除数が１６ビット２進数であり、前記符号シグネチャが１６ビット以下である請求項５記載の反復ターボ復号器。
7. 前記除数が１０００００００００００００１１である請求項６記載の反復ターボ復号器。
8. 前記比較器（２８）を前記シグネチャメモリ（２６）に、次の復号反復の回のための符号シグネチャについての比較に供するために符号シグネチャを蓄積するように接続した請求項１記載の反復ターボ復号器。
9. 前記シグネチャ符号発生手段（２４）を前記シグネチャメモリ（２６）に、次の復号反復の回のための符号シグネチャについての比較に供するために符号シグネチャを蓄積するように接続した請求項１記載の反復ターボ復号器。
10. 被選択ビットサイズＮを有する復号器推算データの相続く反復を生ずることと、復号器推算データを前記復号器データメモリ（２２）に蓄積することとにより被選択反復回数にわたり信号データを再帰的に推算して通信信号データを誤り訂正する反復ターボ復号器のための方法であって、
    復号化反復１回について生じた復号器推算値対応の被選択ビットサイズＭ（ここでＭはＮの２０分の１以下）の符号シグネチャをシグネチャメモリ（２６）に蓄積する過程と、
    復号器推算データのＭビット符号シグネチャを、前記復号器推算データを所定のＭ−１次２進多項式対応のＭビットデータ列で処理することによって発生する過程と、
    復号器推算データの反復１回について発生した符号シグネチャをシグネチャメモリ（２６）の蓄積内容と比較する過程と、
    前記比較の結果により両者が等しいことが示された場合は復号器推算値データ反復発生を止める過程と
    を含むことを特徴とする方法。
    
11. 前記復号器推算データ発生を止める前に最小限の回数の前記復号反復を行い、
    前記最低限の数よりも少なくとも３だけ大きい整数に等しい前記反復回数の上限値に達したとき前記復号器推算値データ反復発生を止め、
    前記最小限の反復回数のあとであって前記上限値の反復回数の前で前記比較の結果が両者が互いに等しいことを示したとき復号器推算データ反復を止める
    請求項１０記載の方法。
12. 前記最低限の数が４であり、上記上限値が１１である請求項１０記載の方法。
13. 処理反復の各回についての前記復号器推算データが２進データ列であって、前記シグネチャ符号を、復号器データの対応の２進データ列を選ばれた２進の除数で除算しその除算の剰余を前記符号シグネチャとして前記比較のために出力することによって発生する請求項１０記載の方法。
14. 前記復号器推算データ列が長さ少なくとも５０００ビットであり、前記２進除数が１６ビット２進数であり、前記符号シグネチャが１６ビット以下である請求項１３記載の方法。
15. 前記除数が１０００００００００００００１１である請求項１４記載の方法。
16. 前記発生した符号シグネチャを前記シグネチャ符号発生手段（２４）により前記シグネチャメモリ（２６）に蓄積し、次の復号反復の回のための符号シグネチャについての比較に供する請求項１０記載の方法。
17. 前記発生した符号シグネチャを前記シグネチャを前記シグネチャ比較器（２８）により前記シグネチャメモリ（２６）に蓄積し、次の復号反復の回のための符号シグネチャについての比較に供する請求項１０記載の方法。
    

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