JP3892471B2 - 復号方法 - Google Patents
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Description
まず、図17に並列連接畳込み符号(PCCCs: Parallel Concatenated Convolutional Codes)のターボ符号(Turbo Codes)を生成するための符号化装置の一例を示す。この例の符号化装置は、2個の畳込み符号化器1及び2をインターリーバ3を介して並列に連接して構成されている。畳込み符号化器1は、外部から供給される情報系列(組織部)uから第1冗長部pを符号化する。インターリーバ3は、組織部uの各ビットの順序を並べ替えた組織部u'を生成(これをインターリーブという)し、畳込み符号化器2に供給する。畳込み符号化器2は、組織部u'から第2冗長部p'を符号化する。組織部uと第1冗長部pの組を第1要素符号(u,p)と呼び、組織部u'と第2冗長部p'の組を第2要素符号(u',p')と呼ぶ。
Yi j=(yi,yi+1,…,yj)……(2)
p(sk−1,sk、y)=p(sk−1,Y1 k−1)+p(sk,yk|sk−1)+p(Yk N|sk)……(3)
式(3)において、右辺の各項を左から順にαk−1(sk−1)、γ(sk、sk−1)及びβ(sk)とおく。これらのうち、γ(sk、sk−1)は、存在するすべての遷移(sk−1→sk)に関するブランチメトリック値である。また、αk−1(sk−1)はフォワード処理で算出されるパスメトリック値、β(sk)はバックワード処理で算出されるβパスメトリック値であり、各々再帰的に式(4)及び式(5)により算出することができる。
Li(uk)=La(uk)+Lc×yk u……(7)
Le(uhk)=L(uhk)−Li(uk)……(8)
式(7)で表されるLi(uk)は、式(8)で表される外部情報Le(uhk)に対して内部情報と呼ばれる。また、式(7)において、La(uk)は、他方の要素符号の復号の過程において算出された外部情報値である。さらに、Lcは、通信路により決まる定数であり、白色ガウス通信路(平均0、分散N0/2、信号電力Eb)の場合では、式(9)で表される。
Lc=4Eb/N0……(9)
この定数Lcは、通信路の雑音状態に依存する値である。
(1) 時間0〜2Ltでは、後述する学習処理を行うために、図23に示すトレリス線図上の0時点(始点)から2Lp時点までの要素符号及び外部情報をメモリ16に一時保持するための前処理を行う。なお、第2要素符号(u',p')を復号する場合は、上記前処理の他、インターリーブパターンILPをメモリ19に一時保持する処理を行う必要がある。
(2) 時間2Lt〜3Ltでは、フォワード処理モジュール11は、図23に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。また同時に、学習処理モジュール13は、図23に示すトレリス線図上の2Lp時点からLp時点まで学習処理を行う。なお、学習処理におけるパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(4) 時間4Lt〜5Ltでは、フォワード処理モジュール11は、図23に示すトレリス線図上の2Lp時点から3Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール12は、図23に示すトレリス線図上の上記(3)に示す学習処理に続けて2Lp時点からLp時点までのバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。さらに同時に、学習処理モジュール13は、図23に示すトレリス線図上の4Lp時点から3Lp時点までの学習処理を行う。
(6) 時間(Nt−Mt+3Lt)〜(Nt+3Lt)では、バックワード処理モジュール12は、図23に示すトレリス線図上の(Np−Mp)時点からNp時点(終点)までのバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール14は、外部情報値を算出する。
(7) 以上説明した(1)〜(6)の処理を第1要素符号(u,p)に対する復号処理とし、続いて第2要素符号(u',p')に対する復号処理を同様に行い、繰り返し復号1回とする。
(8) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR: Log Likelihood Ratio)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
"Soft-Output Decoding Algorithms for Continuous Decoding of Parallel Concatenated Convolutional Codes", S. Benedetto et al., Proceeding of IEEE International Conference on Communications, pp. 112-117, 1996 "VLSI architectures for turbo codes", IEEE Transactions on VLSI systems, pp. 369-379, 1999 "An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes", A. J. Viterbi, IEEE Journal on Selected Areas on Communications, pp. 260-264, 1998
このような不都合は、ターボ符号を復号する復号装置だけでなく、一般に、畳込み符号を用いた符号に対して、MAP系の軟入力軟出力復号方法を用いて繰返し復号を行う復号装置においても同様に発生するおそれがある。
A.第1の参考例
まず、この発明の第1の参考例について説明する。
図1は、この発明の第1の参考例であるターボ符号の復号装置の構成を示すブロック図である。
この例のターボ符号の復号装置は、フォワード処理モジュール21と、バックワード処理モジュール22と、外部情報値算出処理モジュール23と、メモリ24〜28とから構成されている。
なお、メモリ24、26、27及び28は2面バッファ構造となっている。
(1) 時間0〜Ltでは、フォワード処理モジュール21は、図2に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。
(2) 時間Lt〜2Ltでは、フォワード処理モジュール21は、図2に示すトレリス線図上の上記(1)に示すフォワード処理に続けてLp時点から2Lp時点までフォワード処理を行う。また同時に、バックワード処理モジュール22は、図2に示すトレリス線図上のLp時点から0時点(始点)までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール23は、外部情報値を算出する。この時、バックワード処理におけるウィンドウ境界(Lp時点)のβパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(4) 時間3Lt〜(Nt−Mt+Lt)(Mt≦Lt)では、フォワード処理モジュール21、バックワード処理モジュール22及び外部情報値算出処理モジュール23は、フォワード処理が図2に示すトレリス線図上のNp時点(終点)に達するまで上記した(3)の処理を繰り返す。
(6) 以上説明した(1)〜(5)の処理を第1要素符号(u,p)に対する復号処理とし、続いて第2要素符号(u',p')に対する復号処理を同様に行い、繰り返し復号1回とする。これ以降は、バックワード処理モジュール22は、バックワード処理におけるウィンドウ境界のβパスメトリック値の初期値として前回繰り返し復号時においてメモリ25に一時保持されたウィンドウ境界におけるβパスメトリック値を利用して、繰り返し復号処理を行う(図2(2)参照)。
(7) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR)(事前情報)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
図4は、外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BER及びブロック誤り率BLERの特性のシミュレーション結果である。図4において、曲線aはEb/N0が0.4dBである場合の外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合の外部情報値正規化係数に対するビット誤り率BERの特性、曲線cはEb/N0が0.4dBである場合の外部情報値正規化係数に対するブロック誤り率BLERの特性、曲線bはEb/N0が0.8dBである場合の外部情報値正規化係数に対するブロック誤り率BLERの特性である。Max−Log−MAPアルゴリズムにおいては、MAPアルゴリズムに比べて大きな軟出力値を出力する傾向に有る。よって、外部情報値に正規化係数を乗算することによりMAPアルゴリズムの復号特性に近づけることができる。図4から分かるように、外部情報値正規化係数が0.5〜0.9の範囲、特に、0.7程度である場合に最良の復号特性が得られる。
さらに、フォワード処理モジュール21とバックワード処理モジュール22が独立に設けられており、バックワード処理をフォワード処理からウィンドウ分遅らせて開始しているので、1サイクルごとの外部情報値算出が可能である。
一方、論理回路に関しては、図22に示す学習処理モジュール13が1個分、約5kゲートの回路規模を削減することができる。また、処理時間に関しては、ウィンドウサイズをLとし、1サイクルごとに軟出力を生成すると、第1要素符号及び第2要素符号を復号すると、それぞれ2L・CK(CKは基本クロックの1周期の時間)だけ短縮することができる。例えば、ウィンドウサイズが128の場合、3GPPに規定されている「RMC64」の条件の下では、各要素符号の1回の復号について、(128×2)/(1,296+(128×3)) =0.1523…となり、処理時間を約15.2%だけ短縮することができる。
この結果、この例の復号装置を携帯電話等の携帯用電子機器に適用した場合には、回路規模が削減されるとともに、処理時間が短縮されバッテリ等の寿命も伸長し、ひいては携帯用電子機器を安価に構成することができる。
次に、この発明の第2の参考例について説明する。
図7は、この発明の第2の参考例である誤り訂正符号の復号装置の構成を示すブロック図である。
この例のターボ符号の復号装置は、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31と、外部情報値算出処理モジュール32と、メモリ33〜37と、スイッチ38及び39とから構成されている。フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、フォワード処理とバックワード処理とを交互に行う。外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。
(1) 時間0〜2Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上の0時点(始点)からLp時点までフォワード処理を行う。そして、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、フォワード処理が終了した時点のαパスメトリック値をウィンドウ境界のαパスメトリック値の初期値としてメモリ33に一時保持する。
(2) 時間2Lt〜4Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上のLp時点から0時点(始点)までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。この時、バックワード処理におけるウィンドウ境界(Lp時点)のβパスメトリック値の初期値はウィンドウ先のすべての状態を等確率とする。
(4) 時間6Lt〜8Ltでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上の2Lp時点からLp時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。そして、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、バックワード処理が終了した時点のβパスメトリック値をウィンドウ境界のβパスメトリック値の初期値としてメモリ34に一時保持する(図8(1)参照)。
(6) 時間(4Nt−Mt)〜4Ntでは、フォワード処理・バックワード処理共用モジュール31は、図8に示すトレリス線図上のNp時点(終点)から(Np−Mp時点までバックワード処理を行う。また同時に、外部情報値算出処理モジュール32は、外部情報値を算出する。
(8) 適当な回数(10回程度)の繰り返し復号を終了した後に、第2要素符号(u',p')に対する復号処理の対数尤度比(LLR)(事前情報)の符号ビットを用いて各組織部uの硬判定を行う。
次に、この発明の実施例について説明する。
上記した第1及び第2の参考例においては、ブランチメトリック値の算出方法については特に言及せず、従来の算出方法を用いることを前提としている。Max−Log−MAPアルゴリズムでは、ブランチメトリック値は、符号語を構成するシンボル列と受信語のシンボル列との相関値(ユークリッド距離)及び外部情報値に基づいて算出される。このブランチメトリック値は、符号語に対する受信語の尤もらしさを表すものであり、値が大きいほど尤もらしいということになる。したがって、従来では、ブランチメトリック値を算出した以降のACS演算及びデルタ算出において、複数の演算結果又は算出結果の中から最大値を選択して復号処理を行っていた。ここではパスメトリック値が最大のパスが最尤パスとなる。
しかし、この従来の算出方法では値の大きなものを選択してパスメトリック値の積算が行われるため、結果としてパスメトリック値が非常に大きくなり、復号装置を構成するメモリの記憶容量や各モジュールの回路規模が大きくなってしまう。
これにより、理想的なトランケーション処理を行うことができる。すなわち、外部情報値の元になる軟出力値は最も「0」らしい確率と最も「1」らしい確率の差で求められる。よって、重要なのは各状態のパスメトリック値そのものではなく差分情報である。従って、最大値選択方法と最小値選択方法において算出される外部情報値は同一であり、復号特性についての差はない。
なお、ターボ符号の復号装置の構成自体については、上記した第1又は第2の参考例の構成、すなわち、図1又は図7の構成をそのまま使用することができる。
例えば、上述の実施例においては、この発明をターボ符号を復号する復号装置に適用する例を示したが、これに限定されず、この発明は、一般に、畳込み符号を用いた符号に対して、MAP系の軟入力軟出力復号を用いて繰返し復号を行う復号装置にも適用することができる。
このような構成によれば、上記したように学習処理が不要となるので、その学習処理に関するプロセッサの演算量を削減することができる。フォワード処理、バックワード処理、外部情報処理及び学習処理のそれぞれのプロセッサの演算量はほぼ同一であるので、上記構成によれば単純計算で従来より演算量を4分の3以下に削減することができる。これに応じて記憶装置の記憶容量、特に、命令を格納するためのインストラクションメモリの記憶容量を削減することができるとともに、処理時間も短縮することができ、コンピュータにおける消費電流も削減することができる。
22 バックワード処理モジュール
23,32 外部情報値算出処理モジュール
24〜28,33〜37 メモリ
31 フォワード処理・バックワード処理共用モジュール
Claims (17)
- トレリス線図上の、一の時点の複数の状態の内の第1の状態から、前記一の時点の次の時点の複数の状態の内の第2の状態への遷移に対するブランチメトリック値を、前記遷移が生じて前記第2の状態にある符号化器が出力する符号語の論理を反転したシンボル列と受信語のシンボル列との相関値を用いて計算し、
前記相関値は、前記符号語の論理を反転したシンボル列と前記受信語のシンボル列との相関が高いほど大きい値となり、
前記ブランチメトリック値を用いて計算されるパスメトリック値が最小となるパスを最尤パスとして選択することを特徴とする復号方法。 - 前記トレリス線図上の始点における複数の状態のパスメトリック値の初期値として、前記複数の状態の内、一の状態の初期値を0とし、その他の状態の初期値を0以上とすることを特徴とする請求項1に記載の復号方法。
- 前記トレリス線図上の各時点における複数の状態の各々が有する前記パスメトリック値のうち最小のパスメトリック値を、前記複数の状態が有する前記パスメトリック値から減算することを特徴とする請求項2に記載の復号方法。
- 前記トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行うフォワード処理によって第1のパスメトリック値を算出するステップと、
前記フォワード処理とは逆方向にビタビ復号を行うバックワード処理によって第2のパスメトリック値を算出するステップと、
前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいて行う外部情報値算出処理によって外部情報値を算出するステップと、を所定情報長の受信データに対して繰り返し行い、
前記バックワード処理は、前記トレリス線図を一定期間ごとに分割したウィンドウごとに行い、前回繰り返し復号の際に前記ウィンドウごとに行った前記バックワード処理で算出したウィンドウ境界の時点での前記第2のパスメトリック値を、今回の繰り返し復号の際の前記ウィンドウごとに行う前記バックワード処理の初期値として利用することを特徴とする請求項3に記載の復号方法。 - 前記フォワード処理は、前記トレリス線図を一定期間ごとに分割したウィンドウごとに行い、一の前記ウィンドウ内で行った前記フォワード処理が終了した時点における前記ウィンドウの境界の前記第1のパスメトリック値を、前記一のウィンドウの次のウィンドウ内での前記フォワード処理の初期値として利用することを特徴とする請求項4に記載の復号方法。
- 前記外部情報値として、0.5以上0.9以下の範囲の正規化係数を乗算したものを用いることを特徴とする請求項4又は5に記載の復号方法。
- 前記外部情報値を算出する際に用いる通信路定数は、1.5以上2.5以下の範囲の値であることを特徴とする請求項4乃至6の何れか一に記載の復号方法。
- 前記ウィンドウのサイズは、拘束長の4倍以上であって、要求される最大情報ビット数の2分の1以下の値であることを特徴とする請求項4乃至7の何れか一に記載の復号方法。
- データ送信側で符号化され、データ受信側に向けて時系列に送信されるシンボル列である符号語と、前記符号語が前記送信後に前記データ受信側に到達した際のシンボル列である受信語と、を用いてトレリス線図上の各時刻における各状態に至るパスについてのパスメトリック値を計算するステップと、
前記トレリス線図上の前記各時刻における前記各状態に至る前記パスについての前記パスメトリック値に基づき前記トレリス線図上の最尤パスを求めるステップと、を有し、
前記パスメトリック値は、前記符号語の論理が反転したシンボル列を用いて計算されることを特徴とする復号方法。 - 前記パスメトリック値は前記符号語の論理が反転したシンボル列と前記受信語のシンボル列の相関が高いほど増加し、このパスメトリック値が最小となるパスを最尤パスとすることを特徴とする請求項9に記載の復号方法。
- 前記トレリス線図上の始点における複数の状態のパスメトリック値の初期値として、前記複数の状態の内、一の状態の初期値を0とし、その他の状態の初期値を0以上とすることを特徴とする請求項10に記載の復号方法。
- 前記トレリス線図上の各時点における複数の状態の各々が有する前記パスメトリック値のうち最小のパスメトリック値を、前記複数の状態が有する前記パスメトリック値から減算することを特徴とする請求項11に記載の復号方法。
- 前記トレリス線図上の始点から終点の方向にビタビ復号を行うフォワード処理によって第1のパスメトリック値を算出するステップと、
前記フォワード処理とは逆方向にビタビ復号を行うバックワード処理によって第2のパスメトリック値を算出するステップと、
前記第1及び第2のパスメトリック値に基づいて行う外部情報値算出処理によって外部情報値を算出するステップと、を所定情報長の受信データに対して繰り返し行い、
前記バックワード処理は、前記トレリス線図を一定期間ごとに分割したウィンドウごとに行い、前回繰り返し復号の際に前記ウィンドウごとに行った前記バックワード処理で算出したウィンドウ境界の時点での前記第2のパスメトリック値を、今回の繰り返し復号の際の前記ウィンドウごとに行う前記バックワード処理の初期値として利用することを特徴とする請求項12に記載の復号方法。 - 前記フォワード処理は、前記トレリス線図を一定期間ごとに分割したウィンドウごとに行い、一の前記ウィンドウで行った前記フォワード処理が終了した時点における前記ウィンドウの境界の前記第1のパスメトリック値を、前記一のウィンドウの次のウィンドウで行う前記フォワード処理の初期値として利用することを特徴とする請求項13に記載の復号方法。
- 前記外部情報値として、0.5以上0.9以下の範囲の正規化係数を乗算したものを用いることを特徴とする請求項13又は14に記載の復号方法。
- 前記外部情報値を算出する際に用いる通信路定数は、1.5以上2.5以下の範囲であることを特徴とする請求項13乃至15の何れか一に記載の復号方法。
- 前記フォワード処理及び前記バックワード処理が行われる前記トレリス線図上の各時点の間隔は、前記符号化器の拘束長の4倍以上であって、要求される最大情報ビット数の2分の1以下の値であることを特徴とする請求項13乃至16の何れか一に記載の復号方法。
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