JP4140809B2 - 符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法、初期サイズを有する符号化されたデータブロックを反復復号化するための方法、ターボ符号器によって符号化されたデータブロックを反復復号化するための装置、符号化／復号化システム、データのデータブロックを符号化するための装置、及び符号器によって符号化され、変調されたデータのデータブロックをターボ等化するための装置 - Google Patents
符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法、初期サイズを有する符号化されたデータブロックを反復復号化するための方法、ターボ符号器によって符号化されたデータブロックを反復復号化するための装置、符号化／復号化システム、データのデータブロックを符号化するための装置、及び符号器によって符号化され、変調されたデータのデータブロックをターボ等化するための装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ符号器つまりターボ等化器（turboequaliser）において実装されるような、反復復号化にかけられることを目的として符号化されたデータのブロックサイズを最適化する方法に関する。本発明は特に、いわゆる第３世代電気通信システムに当てはまる。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ符号の概念は、論文「Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-codes」（ICC-1993, Conference Proceedings, pp. 1064-1070）においてC. Berrou、A. GlavieuxおよびP. Thitimajshimaによって導入され、知られているように多くの開発がなされてきた。
【０００３】
ターボ符号化は、インターリーブステップによって分離される要素符号を連接することにより行われる。要素符号には、種々のタイプの符号を用いることができ、たたみ込みターボ符号の場合には再帰的組織符号（ＲＳＣで表す）を、ブロックターボ符号の場合にはブロック符号（ＲＳ、ＢＣＨ）を用いることができる。後者については、１９９６年に発表された論文「A very low complexity block turbo decoder for product codes」（Proc. of IEEE Globecom, pp. 101-105）において、R. Pyndiah、P. CombellesおよびP. Addeが記載している。種々のタイプの連接が想定されており、たとえば並列連接では、インターリーブされた後に同じ情報が各符号器によって個別に符号化され、直列連接では、各符号器の出力がインターリーブされた後、後続の符号器によって符号される。詳細な説明については、並列連接の場合にはBerrou他による上記の論文を、直列連接の場合にはS. Benedetto、G. Montorsi、D. DivsalarおよびF. Pollaraによる論文「Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design and iterative decoding」（JPL TDA Progr. Rep., Vol. 42-126, Aug. 1996）を参照することができる。
【０００４】
従来、ターボ符号の復号化は、一連の要素復号化動作からなり、ターボ復号化とも呼ばれる反復プロセスを用いて行われており、その要素復号化動作には、重み付けされた入力値を受信し、その入力にそれぞれ関連する重み付けされた出力値を供給することが含まれ、直列ターボ符号の場合には、対応する要素符号化動作の出力にも重み付けされた出力値が供給される。重み付けされた入力および出力値は、対応する要素符号器の入力および出力（直列ターボ符号の場合）における２値あるいはＭ値のシンボルの確率を表す。デインターリーブ動作およびインターリーブ動作は、符号化時に実行されるインターリーブ動作の関数として行われ、そのデインターリーブおよびインターリーブ動作によって、要素復号化動作は、対応する符号化動作の入力での順序と同じ順序でデータを考慮できるようになる。
【０００５】
図１はターボ符号器の一例を概略的に示す。図示されるターボ符号器は大きさ２の並列ターボ符号器である。データのブロックの形をとる情報ｘは、第１の出力ｙ１を供給するために第１の要素符号器１１０によって符号化され、かつインターリーバ１１５によってインターリーブされた後に、第２の出力ｙ２を供給するために第２の要素符号器１２０によって符号化される。組織情報は、１３０において符号化された情報ｙ１およびｙ２と多重化され、その後、チャネルインターリーバ１４０によってインターリーブされる。
【０００６】
受信されると、その情報は、図２に示されるターボ復号器を用いて復号化される。チャネルデインターリーバ１４５においてデインターリーブした後に、その情報ｘ、ｙ１およびｙ２は、デマルチプレクサ１５０によって逆多重化される。Ｌｏｇ ＭＡＰタイプの要素復号器１６０および１７０はそれぞれ、要素符号器１１０および１２０に対応する。重み付けされた入力および出力タイプの復号器１６０は、ｘについての事前情報と符号化された情報ｙ１とを受信し、ｘについての事後情報をそこから導出する。事後情報と事前情報との間の差は、外因情報と呼ばれる。ｘについての事前情報、および第１の復号器によって供給される外因情報ｅ１はインターリーブされた後に加算され、ｘ（より正確にはｘ’、ｘのインターリーブされたバージョン）についての新しい事前情報が復号器１７０に供給される。復号器１７０は、この事前情報と符号化された情報ｙ２とから、ｘ’についての事後情報を推定する。その情報の差から、内因情報ｅ２’が、１７１において導出され、デインターリーバ１８０においてデインターリーブされた後に、１５１において組織的情報に加算され、復号器１６０にｘについての新しい事前情報が供給される。その後、所定の反復数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓだけ復号化ステップが繰り返される。復号器１７０の出力の軟判定値（flexible values）は判定装置１９０にかけられ、硬判定値（hard values）が供給される。誤り訂正検査１９５が判定装置１９０の出力に関して動作し、復号化されたブロックに誤りがないか否かを判定し、誤りがない場合には、所定の数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓだけ待つことを必要とせずに、反復を終了する。別法では、反復の停止を決定するために、ターボ復号器は、ＣＲＣの代わりに、たとえば１９９６年３月に発表されたJ. Hagenauer他による論文「Iterative decoding of binary block and convolutional codes」（IEEE Transaction on Information Theory, vol. 42, pp. 429-445）、あるいは１９９３年１２月に発表されたM. Moherによる論文「Decoding via cross entropy minimization」（Proc. IEEE Globecom Conf., Houston, TX, pp. 809-813）開示される判定基準のような、重み付けされた値に関する別の停止判定基準を用いることができる。
【０００７】
反復復号化の原理は、C. Douillard他による論文「Iterative Correction of Intersymbol interference: Turbo-equalization」（European Trans. Telecomm., Vol. 6, No. 5. Sept./Oct., pages 507-511）において等化にも適用された。この反復等化方法はターボ等化とも呼ばれ、シンボル間干渉（ＩＳＩ）によって影響を及ぼされるチャネルが、たたみ込み符号器に等価であると見なすことができ、結果として、チャネル符号器、インターリーバおよび伝送チャネルを連接したものそのものが、ターボ復号器に等価であると見なすことができるという原理から出発している。
【０００８】
図４は、ターボ等化器の構造を概略的に示す。データは、図３に示される送信機と同じ側では、符号器２０１においてチャネル符号化され、その後インターリーバ２０２によってインターリーブされ、変調器２０３において、Ｍ値−シンボルマッピングにかけられる。そのデータは、チャネルインターリーバ２０４によってインターリーブされたシンボルのブロックの形で送信される。そのターボ等化器は、最初にチャネルデインターリーバ２１０を備え、その後、符号化されたデータの軟判定値を供給する、Ｌｏｇ−ＭＡＰタイプの重み付け出力等化器を備える。これらのデータはデインターリーバ２３０においてデインターリーブされ、その後、重み付けされた出力を有するＬｏｇ−ＭＡＰタイプの復号器２４０によって復号化される。復号器２４０から出力される軟判定値は、対応する硬判定値を供給する判定装置２５０にかけられる。復号器２４０の入力における重み付けされた値は出力値から減算され、外因情報ｅが供給される。インターリーブ後、その外因情報は、一方では等化器２２０の出力において減算され、もう一方では再変調された後に、等化器に伝送される。受信されたシンボルおよび再変調された外因情報から、等化器２２０は新たな事前推定を続行する。こうして、ターボ等化器は、１つのシンボルブロックにおいて所定の数の反復を実行する。２５０の出力における誤り訂正検査２６０は誤りの存否を診断し、誤りがない場合には、所定の数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓだけ待つことを必要とせずに、反復することなく反復プロセスをインタラプトする。別法では、停止判定基準は、上記のように、重み付けされた値に関連付けることができる。
【０００９】
設計に関連して、ターボ符号化およびターボ等化の両方の場合に、同じプロセッサ内、あるいは、それぞれ所与のランクの反復に対して役割を果たす、パイプラインに配列された専用回路内で、反復を次々と実行することができることに留意されたい。
【００１０】
ターボ符号化およびターボ等化の場合に、ビット誤り率（ＢＥＲ）あるいはパケット誤り率（ＰＥＲ）に関する性能を全て上げていくと、内部インターリーバ（ＩＬ）のサイズＮが長くなる。これは、内部インターリーバのサイズを大きくする、すなわちインターリーブが実行されるブロックのサイズを大きくすることにより、ターボ符号のハミング重み分布、および反復復号化の効果の両方が改善されるためである。インターリーブ利得はターボ符号のタイプによって変化する。これ以降、用語「性能」は、復号化されたデータに関するＢＥＲあるいはＰＥＲに対して区別することなく用いることにする。
【００１１】
図５は、一例として、ブロックのサイズＮが２００から１０００まで変化するときの図１のターボ符号器の場合のインターリーブ利得を示しており、その要素符号器は、多項式（１３，１５）ｏｃｔのＲＳＣ（再帰的組織たたみ込み）符号器である。
【００１２】
受信されたデータあるいはシンボルのブロックが実際に復号化された形で利用できるようになるまでの時間として定義される、受信機の待ち時間は、その応用形態の重要なパラメータであり、そのため当分野においては、小さい値のＮを用いるようにすることが知られている。
【００１３】
受信機における待ち時間は実際には以下のように書き表すことができる。
【００１４】
【数１】
【００１５】
ただしＤｄは１反復当たりの復号化速度であり、Ｔｒｅｃは１ブロックのデータをデインターリーブされた形で得るのにかかる時間である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
待ち時間の短縮は、ブロックのサイズを小さくすることにより達成することができるが、図５から明らかなように、それに応じてシステムの性能が劣化するという犠牲をともなう。本発明の根底をなす１つの課題は、性能の劣化を引き起こすことなく、当分野の現状よりも短い待ち時間を達成できるようにするブロックサイズＮを決定することである。
【００１８】
反復復号化が高速のプロセッサによって処理されるとき、重要なリソースはもはや待ち時間ではなく、復号化に含まれる動作の数にも依存する、その計算を実行するために費やされるエネルギーである。
【００１９】
本発明の根底をなす一般的な課題は、性能の劣化を引き起こすことなく、当分野の現状よりもリソースの消耗を低減できるようにするブロックサイズＮを決定することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によってもたらされる解決法は、反復復号化にかけられることを目的として、符号化されたデータのブロックのサイズを最適化する方法を特徴とし、反復復号化の出力における最大誤り率が予め固定されており、その方法は、相異なる複数の１以上の整数因子で割った標準データブロックのサイズの約数である複数のデータブロックのサイズと、１データブロック上の反復復号化によって行われるようになる最大反復数を与える複数の整数との中から、最大誤り率を超えず、約数であるサイズのデータブロック上で反復復号化が実行することになる平均反復数が最小になるような約数であるサイズと最大反復数とを求める。
【００２１】
有利には、所与の因子ｋによって割った約数であるサイズおよび所与の最大反復数の場合に、平均反復数は、約数サイズの一連のブロック内の各ブロックに対して反復復号化によって行われることになる反復数の平均値として、信号対雑音比に応じて判定することができ、約数サイズのブロックが所定の信頼度判定基準が満たすか、あるいはこのブロックのための反復数がその所与の最大反復数に達する場合に、その反復が停止される。
【００２２】
種々の約数サイズ、種々の最大反復数および種々の信号対雑音比の場合の平均反復数は、テーブルに格納されることが好ましい。そのテーブルは、反復復号化が続けられるのに応じて更新することができる。平均反復数は、そのテーブル内の利用可能な値を補間することにより有利に選択される。
【００２３】
その探索は、所定の値より大きい値を有する整数に限定することができる。
【００２４】
一実施形態によれば、その探索の前に、所定の最大復号化時間に適合する、標準的なブロックサイズの場合の最大反復数が判定され、その複数の約数ブロックサイズおよび複数の整数の中からの探索は、約数のサイズのブロック上の反復復号化によって達成されることになる平均反復数が、最大反復数より小さくなるような値に限定される。
【００２５】
また本発明は、符号化されたデータのブロックを反復復号化する方法を特徴とし、そのブロックは初期サイズを有し、その方法は、先に開示された最適化方法によって、最適ブロックサイズとこのサイズに関連する最大反復数とを判定する。初期サイズのブロック内のデータが、最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、そのサブブロックは、反復復号化の一連の反復によって順次復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数がその最適サイズに関連する最大反復数に達する場合には１つのサブブロックのための反復が停止される。
【００２６】
また本発明は、符号化されたデータのブロックを反復復号化する方法を特徴とし、そのブロックは初期サイズを有し、その方法は、先に開示された最適化方法によって、最適ブロックサイズとこのサイズに関連する最大反復数とを判定する。初期サイズのブロック内のデータが、最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、そのサブブロックは、反復復号化の１回の反復を各サブブロックにおいて連続して行うことにより復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数がその最適サイズに関連する最大反復数に達する場合には１つのサブブロックのための反復が実行されなくなる。
【００２７】
本発明は、上記の最適化方法を実施するための手段を有するターボ符号器によって符号化されるデータのブロックを反復復号化するための装置に関し、その手段は最適ブロックサイズと、最適サイズの１ブロック当たり最大の反復数とを供給し、またその装置は、ターボ符号器に最適ブロックサイズの情報を送信するための手段も備える。
【００２８】
また本発明は、データのブロックを符号化するように構成されるターボ符号器と、ターボ符号器によって符号化されたデータのブロックを復号化するように構成される、上記のような反復復号化装置とを含む符号化／復号化システムに関し、反復復号化装置は、最適ブロックサイズの情報を受信し、その受信された情報にしたがって少なくとも１つの内部インターリーバのサイズを変更するための手段を備える。
【００２９】
また本発明は、データのブロックを符号化するための装置に関し、その装置は上記のような最適化方法を実施するための手段を有し、その手段は最適ブロックサイズを供給し、またその装置はその最適ブロックサイズにしたがって、符号化されたデータのブロックのサイズを適応的に変更するための手段も備える。
【００３０】
最後に、本発明は、符号器によって符号化され、変調されたデータのブロックをターボ等化するための装置に関し、その装置は上記の最適化方法を実施するための手段を有し、その手段は最適ブロックサイズを供給し、またその装置は符号器に最適ブロックサイズの情報を送信するための手段も備える。
【００３１】
上記の本発明の特徴および他の特徴は、例示的な実施形態の以下に記載される説明を読むことによりさらに明らかになるであろう。その説明は、添付の図面に関連して与えられる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の根底をなす一般的な概念は、設定数とも呼ばれる所定の反復数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、反復復号器において、最後の反復が計画される前に、そのブロックを完全に復号化することができるということを利用することである。たとえば、その反復のための反復停止判定基準が完全な判定基準である（ＢＥＲが０、すなわちブロック内に全く誤りがない）場合には、平均反復数、（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは多くの場合に、図６において確認することができるように、設定数よりも小さい。この図は、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値が異なる場合に、信号対雑音比による（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの変化を示す。所与の数、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、平均反復数がこの値に達することはなく、これは信号対雑音比が高いに場合に一層そのようになることを確認することができる。当然、実際には、完全な停止判定基準は存在せず、たとえば、ＣＲＣによって誤りがないことを単に検査し、ＣＲＣがもはや誤りを検出しなくなった直後に、反復が停止される。しかしながら、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓに対する（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの変化に関する結論は依然として有効である。なお、（−）ｎにおいて、（−）はｎのオーバーラインを表わす。
【００３３】
図７は、ＢＥＲ（それゆえＰＥＲ）を０にするために必要とされる反復数のヒストグラムを概略的に示す。実際には、無限の反復数を達成することはできないので、待ち時間に適合する設定反復数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは上記のように固定され、（１）によるインターリーバのサイズがそこから導出される。ヒストグラムの平均（−）ｎ∞は、無限の設定数に対応する。所与の設定数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、平均値（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは、曲線の斜線領域上で得られる。
【００３４】
設定待ち時間Ｔを与え、Ｔｌａｔｅｎｃｙ ＜Ｔを満たす一対の値（ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ、Ｎ）が決定されているものと仮定する。ただしＴｌａｔｅｎｃｙは（１）によって与えられる。これ以降、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓおよびＴｌａｔｅｎｃｙはそれぞれｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓおよびＴ（１） ｌａｔｅｎｃｙで示されるであろう。
【００３５】
ここで、ブロックのサイズＮ、それゆえターボ符号器あるいはターボ等化器の内部インターリーバのサイズが、０以外の整数ｋによって除算されるものと仮定する。縮小されたサイズＮ／ｋのｋ個のブロックが復号化されるまでの待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙは以下の式によって表される。
【００３６】
【数２】
【００３７】
ただしＴ（ｋ） ｒｅｃは、縮小されたサイズＮ／ｋのｋ個のブロックが、適用可能な場合にはインターリーブされた形で、受信機において利用可能になるまでの受信時間である。チャネルインターリーブが存在しない場合、この受信時間はＮ／（ｋ・Ｄｕ）＋Σｋ ｉ＝２δｔ（ｉ） ｒｅｃに等しい。ただし、Ｎ／（ｋ・Ｄｕ）は、第１のブロックサイズＮ／ｋの受信時間であり、δｔ（ｉ） ｒｅｃは、（ｉ−１）番目のブロックの復号化の終了時と、ｉ番目のブロックの受信の終了時との間で受信機が待たなければならない時間である。したがって、これは、Ｎ／（ｋ・Ｄｕ）＜Ｔ（ｋ） ｒｅｃ＜Ｎ／Ｄｕを与える。一方、Ｍｋ ＞Ｎ／ｋの場合に、サイズＭｋのチャネルインターリーバが送信機に適用されているとき、これは、Ｔ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕ＋ΣＮ／Ｍｋ ｉ＝２δ（ｉ） ｒｅｃを与える。ただしδ（ｉ） ｒｅｃは、一方においてk・Mｋ／Nブロックの（ｉ−１）番目のグループのデインターリーブおよびその復号化の終了時と、もう一方ではｉ番目のグループの受信の終了時との間の待ち時間である。実際には、Ｍｋ＝Ｎが得られることになり、それゆえＴ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕである。
【００３８】
ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ（ｉ）は、所与の設定反復数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、所定の停止判定基準を用いて、サイズＮ／ｋのｉ番目のブロックにおいて復号器によって行われる反復数である。
【００３９】
（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは、ｋ個のブロックの組において行われる平均反復数である。（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは一般に、ブロックサイズＮ／ｋの場合に選択される設定数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓと、信号対雑音比とに依存することに留意されたい。これ以降、用語（Ｎ／ｋ、ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）は、サイズＮ／ｋのブロック上で動作するターボ符号のために用いられ、多くても１ブロック当たりｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓによって復号化されるであろう。
【００４０】
一般に、チャネルインターリーブのサイズＭｋはｋとともに減少し（幅広い意味で）、それゆえＴ（ｋ） ｒｅｃは、チャネルインターリーブが適用されるか否かにはかかわらず、ｋの減少関数であり、すなわちＴ（ｋ＋１） ｒｅｃ ＜Ｔ（ｋ） ｒｅｃであることにまず最初に留意されたい。
【００４１】
停止判定基準は、所定の残留誤り率を許容できることにも留意されたい。上記のように、重み付けされた出力（１つまたは複数）あるいは外因情報において動作する停止判定基準を用いることができ、所定の信頼度閾値に到達する際に、その反復の停止がなされるようになる。全ての場合に、停止判定基準は、復号化されたデータのブロックの信頼度に関連し、そのため信頼度判定基準とも呼ばれるであろう。用いられる停止判定基準は、ｋの全ての値の場合に同じになるように選択される。
【００４２】
本発明は、最大設定反復数に達する前に、一般に反復復号化が収束し、整数ｋ、すなわち、平均反復数（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓが、（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＜ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓであり、それゆえ必然的にＴ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙ＜Ｔ（１） ｌａｔｅｎｃｙになるような整数ｋおよび設定数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓを見いだすことができるということに基づいている。
【００４３】
２つの状況間の比較が図８に示される。１回の反復は、そのブロックの長さにわたって延在する水平線によって表される。その線は、反復後に誤りが残っている場合には破線であり、誤りがない場合には実線である。誤りの位置は×記号により示されている。図の上側の部分は、サイズＮのブロックにおいて、待ち時間の制約条件３Ｎ／Ｄｄ ＜Ｔを満たす設定数ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝３の反復の場合の反復復号化のプロセスを示す（簡略化するために、チャネルインターリーブは行われず、受信時間は０であるものと仮定する）。反復プロセスは３番目の反復の終了時には収束されず、復号化されたブロックには誤りが残留する。図の下側の部分は、そのブロックのサイズを１０分割したときの状況を示す。設定数ｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは、４に等しくなるように選択されている。大部分のブロックの場合に、反復プロセスは、４回の反復の前、および３回の反復の前であっても、収束することが明らかに示される。この例では、ブロック８のみが依然として、４番目の反復の終了時に誤りを有する。理想的な待ち時間については、待ち時間が３Ｎ／Ｄｄから２、６Ｎ／Ｄｄへと変化する。
【００４４】
一般的に、因子ｋおよび反復数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの選択は、所与の性能の制約条件を満たしつつ、待ち時間Ｔ（１） ｌａｔｅｎｃｙから、より短い待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙに移行することを可能にする。その後、ｋおよびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値の中から、最も短い待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙを得ることができるようにする値の対が求められる。採用されるｋの値は、縮小されたサイズＮ／ｋのｋ個のブロックにおいて待ち時間を平均化するだけの十分に大きな値でなければならない。
【００４５】
図９は、本発明の第１の実施形態による、性能の制約条件下で、ブロックサイズを最適化する方法の流れ図を概略的に示す。７１０において示される送信は、１つの内部インターリーブ長と、ブロックサイズＮとを用いる。受信されると、７２０において、Ｎ、および７２１における最大待ち時間Ｔの推定値から、式（１）を用いて最大反復数ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓが決定される。第２のステップ７３０では、システムは次に、信号対雑音比を考慮して、テーブル７３１の中から、必要とされる性能レベル（ＢＥＲ、ＰＥＲ）に適合するｋ（ｋ＞１であり、ｋはＮの除数）およびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値を選択する。本発明の一変形形態によれば、固定されたサイズのチャネルインターリーブが用いられる（それゆえ、Ｔ（ｋ） ｒｅｃが一定である）とき、その探索は予め、（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ<ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓであるようなｋおよびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値に限定される。その際、ステップ７３０において、選択された値の中から、最も短い待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙを与える値の対（ｋおよびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）が決定される。
【００４６】
ステップ７４０では、採用されたｋの値が待ち時間の平均化のために必要とされる値ｋｍｉｎより大きいか否かが検査される。大きい場合には、ｋおよびそれゆえ新しいブロックサイズＮ／ｋの値が、戻りチャネルを用いて送信機に送信される。その後、ターボ符号器が、この新しい値にしたがって、そのブロックのサイズ、および内部インターリーバ（単数または複数）のサイズを適合させる。大きくない場合には、最適化プロセスは終了し、ブロックサイズは変更されないままである。
【００４７】
示される実施形態に対する代替形態では、検査７４０は実行されず、テーブル７３１内の探索は、ｋｍｉｎより大きいｋの値に限定される。
【００４８】
テーブル７３１は予め作成されるか、得られた性能および実際の反復数から後で作成されることができる。またそのテーブルは予め作成され、システムを使用するのに応じて完成させることができる。そのテーブルにおいて利用できない値は、既知の値を補間することによって計算することができる。
【００４９】
本発明の第２の実施形態によれば、ブロックサイズ最適化プロセスは送信機において行われ、システムは、受信機と送信機との間に戻りチャネルを全く持たない。そのブロックサイズは送信機において変更され、１ブロック当たりの最大反復数は、反復復号化の出力における最大誤り率の制約条件にしたがって、受信機においてできる限り低減される。このようにして、平均反復数が得られ、それゆえ、最大限可能な範囲まで短縮された受信機待ち時間が得られる。
【００５０】
いずれの実施形態においても、ブロックのサイズＮが因子ｋによって分割されているとき、反復プロセスは２つの実現可能な方法で行うことができる。
【００５１】
第１の変形形態によれば、第１の復号化反復が、ｋ個の各ブロックの対して行われ、第２の復号化反復が、第１の反復等の後に誤りが残留しているブロックに対して、ｋ個のブロックの復号化のために割り当てられた利用可能なリソースあるいは時間が使い尽くされるまで行われる。各通過時に、残留する誤りを有するブロックが、停止判定基準を用いて特定される。このようにして、利用可能なリソースあるいは割り当てられた待ち時間が最適な形で用いられることになり、１ブロックの復号化にあまりにも長時間「手間取り」、ｋが反復数の十分な平均化を確実にするほど十分に大きくない場合に後続のブロックに不利になることが避けられることは確実である。
【００５２】
図８の例の場合に、この変形形態は以下のように実施されるであろう。
１−ブロック１〜１０に対する反復＃１
２−ブロック１〜１０に対する反復＃２→ブロック１、２、５、６、１０訂正
３−ブロック３、４、７、８，９に対する反復＃３→ブロック３、４、７、９訂正
４−ブロック８に対する反復＃４
【００５３】
この第１の復号化の変形形態は、チャネルＴ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕが固定されているか、あるいはｋが小さいときに有利である。これは、チャネル時間Ｍｋ／Ｄｕが固定されている場合には、１ブロックを復号化することができるようになる前に時間Ｍｋ／Ｄｕだけ待つ必要があり、ｋが小さい場合には、あらゆる平均化の問題点を改善することができるようになるためである。
【００５４】
第２の変形形態によれば、ｋ＝１０の各ブロックがそれぞれ順次復号化される。平均して１０個全てのブロックにわたって、１ブロック当たり（−）ｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝２．６の反復に達するために、停止判定基準を用いて、各ブロックにおいて最大でｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝４の復号化反復が順次行われる。
【００５５】
図８の例の場合に、この変形形態は以下のように実施されるであろう。
１．ブロック１に対して反復１〜２
２．ブロック２に対して反復１〜２
３．ブロック３に対して反復１〜３
４．ブロック４に対して反復１〜３
５．ブロック５に対して反復１〜２
６．ブロック６に対して反復１〜２
７．ブロック７に対して反復１〜３
８．ブロック８に対して反復１〜ｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝４
９．ブロック９に対して反復１〜３
１０．ブロック１０に対して反復１〜２
【００５６】
第２の変形形態は、チャネルインターリーブ時間Ｔ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕが固定されていないか、あるいはｋが大きいときに有利である。これは、時間Ｍｋ／Ｄｕが固定されていない場合には、おそらく性能の劣化を犠牲にして、サイズｋ／Ｎのｋ’＜ｋ個の連続したブロックにおけるインターリーブに対応する値まで短縮させることができるためである。結果として、（２）によって与えられる待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙも短縮させることができる。
【００５７】
ここまで基本的に取り扱われてきた最大待ち時間は、反復復号化を達成するための利用可能なリソースのうちの１つにすぎないことに留意することが重要である。リソースは、プロセッサによって費やされるエネルギーおよびそれ自体の反復関数を意味することができる。より一般的には、利用可能なリソースは、反復復号化によって費やされることになる、付加的な物理量を意味するであろう。
【００５８】
本発明の説明は基本的には、ターボ符号化されたブロックのサイズの最適化のプロセスとして性能の制約条件下で示されてきたが、同じようにして、この最適化がターボ等化器（第１の実施形態）で実行されるか、送信機（第２の実施形態）で実行されるかに関係なく、性能の制約条件下にある、ターボ等化されたブロックのサイズを最適化するプロセスにも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 当分野において知られているターボ符号器の一例を示す概略図である。
【図２】 図１のターボ符号器によって符号化されるデータを復号化するように構成される、既知の構造を有するターボ復号器の一例を示す概略図である。
【図３】 当分野において知られている送信機の一例を示す概略図である。
【図４】 当分野において知られているターボ等化器の一例を示す概略図である。
【図５】 第１のブロックサイズから第２のブロックサイズに変化する、図１のターボ符号器のインターリーブ利得を示すグラフである。
【図６】 完全な停止判定基準が用いられるときに、所与の最大反復数の場合に、図２のターボ復号器の平均反復数を示すグラフである。
【図７】 完全な停止判定基準を満たすために必要とされる反復数のヒストグラムである。
【図８】 本発明の結果から生じる反復数の平均化の利点を示す図である。
【図９】 本発明の第１の実施形態による最適ブロックサイズを判定する方法の流れ図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ符号器つまりターボ等化器（turboequaliser）において実装されるような、反復復号化にかけられることを目的として符号化されたデータのブロックサイズを最適化する方法に関する。本発明は特に、いわゆる第３世代電気通信システムに当てはまる。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ符号の概念は、論文「Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-codes」（ICC-1993, Conference Proceedings, pp. 1064-1070）においてC. Berrou、A. GlavieuxおよびP. Thitimajshimaによって導入され、知られているように多くの開発がなされてきた。
【０００３】
ターボ符号化は、インターリーブステップによって分離される要素符号を連接することにより行われる。要素符号には、種々のタイプの符号を用いることができ、たたみ込みターボ符号の場合には再帰的組織符号（ＲＳＣで表す）を、ブロックターボ符号の場合にはブロック符号（ＲＳ、ＢＣＨ）を用いることができる。後者については、１９９６年に発表された論文「A very low complexity block turbo decoder for product codes」（Proc. of IEEE Globecom, pp. 101-105）において、R. Pyndiah、P. CombellesおよびP. Addeが記載している。種々のタイプの連接が想定されており、たとえば並列連接では、インターリーブされた後に同じ情報が各符号器によって個別に符号化され、直列連接では、各符号器の出力がインターリーブされた後、後続の符号器によって符号される。詳細な説明については、並列連接の場合にはBerrou他による上記の論文を、直列連接の場合にはS. Benedetto、G. Montorsi、D. DivsalarおよびF. Pollaraによる論文「Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design and iterative decoding」（JPL TDA Progr. Rep., Vol. 42-126, Aug. 1996）を参照することができる。
【０００４】
従来、ターボ符号の復号化は、一連の要素復号化動作からなり、ターボ復号化とも呼ばれる反復プロセスを用いて行われており、その要素復号化動作には、重み付けされた入力値を受信し、その入力にそれぞれ関連する重み付けされた出力値を供給することが含まれ、直列ターボ符号の場合には、対応する要素符号化動作の出力にも重み付けされた出力値が供給される。重み付けされた入力および出力値は、対応する要素符号器の入力および出力（直列ターボ符号の場合）における２値あるいはＭ値のシンボルの確率を表す。デインターリーブ動作およびインターリーブ動作は、符号化時に実行されるインターリーブ動作の関数として行われ、そのデインターリーブおよびインターリーブ動作によって、要素復号化動作は、対応する符号化動作の入力での順序と同じ順序でデータを考慮できるようになる。
【０００５】
図１はターボ符号器の一例を概略的に示す。図示されるターボ符号器は大きさ２の並列ターボ符号器である。データのブロックの形をとる情報ｘは、第１の出力ｙ１を供給するために第１の要素符号器１１０によって符号化され、かつインターリーバ１１５によってインターリーブされた後に、第２の出力ｙ２を供給するために第２の要素符号器１２０によって符号化される。組織情報は、１３０において符号化された情報ｙ１およびｙ２と多重化され、その後、チャネルインターリーバ１４０によってインターリーブされる。
【０００６】
受信されると、その情報は、図２に示されるターボ復号器を用いて復号化される。チャネルデインターリーバ１４５においてデインターリーブした後に、その情報ｘ、ｙ１およびｙ２は、デマルチプレクサ１５０によって逆多重化される。Ｌｏｇ ＭＡＰタイプの要素復号器１６０および１７０はそれぞれ、要素符号器１１０および１２０に対応する。重み付けされた入力および出力タイプの復号器１６０は、ｘについての事前情報と符号化された情報ｙ１とを受信し、ｘについての事後情報をそこから導出する。事後情報と事前情報との間の差は、外因情報と呼ばれる。ｘについての事前情報、および第１の復号器によって供給される外因情報ｅ１はインターリーブされた後に加算され、ｘ（より正確にはｘ’、ｘのインターリーブされたバージョン）についての新しい事前情報が復号器１７０に供給される。復号器１７０は、この事前情報と符号化された情報ｙ２とから、ｘ’についての事後情報を推定する。その情報の差から、内因情報ｅ２’が、１７１において導出され、デインターリーバ１８０においてデインターリーブされた後に、１５１において組織的情報に加算され、復号器１６０にｘについての新しい事前情報が供給される。その後、所定の反復数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓだけ復号化ステップが繰り返される。復号器１７０の出力の軟判定値（flexible values）は判定装置１９０にかけられ、硬判定値（hard values）が供給される。誤り訂正検査１９５が判定装置１９０の出力に関して動作し、復号化されたブロックに誤りがないか否かを判定し、誤りがない場合には、所定の数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓだけ待つことを必要とせずに、反復を終了する。別法では、反復の停止を決定するために、ターボ復号器は、ＣＲＣの代わりに、たとえば１９９６年３月に発表されたJ. Hagenauer他による論文「Iterative decoding of binary block and convolutional codes」（IEEE Transaction on Information Theory, vol. 42, pp. 429-445）、あるいは１９９３年１２月に発表されたM. Moherによる論文「Decoding via cross entropy minimization」（Proc. IEEE Globecom Conf., Houston, TX, pp. 809-813）開示される判定基準のような、重み付けされた値に関する別の停止判定基準を用いることができる。
【０００７】
反復復号化の原理は、C. Douillard他による論文「Iterative Correction of Intersymbol interference: Turbo-equalization」（European Trans. Telecomm., Vol. 6, No. 5. Sept./Oct., pages 507-511）において等化にも適用された。この反復等化方法はターボ等化とも呼ばれ、シンボル間干渉（ＩＳＩ）によって影響を及ぼされるチャネルが、たたみ込み符号器に等価であると見なすことができ、結果として、チャネル符号器、インターリーバおよび伝送チャネルを連接したものそのものが、ターボ復号器に等価であると見なすことができるという原理から出発している。
【０００８】
図４は、ターボ等化器の構造を概略的に示す。データは、図３に示される送信機と同じ側では、符号器２０１においてチャネル符号化され、その後インターリーバ２０２によってインターリーブされ、変調器２０３において、Ｍ値−シンボルマッピングにかけられる。そのデータは、チャネルインターリーバ２０４によってインターリーブされたシンボルのブロックの形で送信される。そのターボ等化器は、最初にチャネルデインターリーバ２１０を備え、その後、符号化されたデータの軟判定値を供給する、Ｌｏｇ−ＭＡＰタイプの重み付け出力等化器を備える。これらのデータはデインターリーバ２３０においてデインターリーブされ、その後、重み付けされた出力を有するＬｏｇ−ＭＡＰタイプの復号器２４０によって復号化される。復号器２４０から出力される軟判定値は、対応する硬判定値を供給する判定装置２５０にかけられる。復号器２４０の入力における重み付けされた値は出力値から減算され、外因情報ｅが供給される。インターリーブ後、その外因情報は、一方では等化器２２０の出力において減算され、もう一方では再変調された後に、等化器に伝送される。受信されたシンボルおよび再変調された外因情報から、等化器２２０は新たな事前推定を続行する。こうして、ターボ等化器は、１つのシンボルブロックにおいて所定の数の反復を実行する。２５０の出力における誤り訂正検査２６０は誤りの存否を診断し、誤りがない場合には、所定の数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓだけ待つことを必要とせずに、反復することなく反復プロセスをインタラプトする。別法では、停止判定基準は、上記のように、重み付けされた値に関連付けることができる。
【０００９】
設計に関連して、ターボ符号化およびターボ等化の両方の場合に、同じプロセッサ内、あるいは、それぞれ所与のランクの反復に対して役割を果たす、パイプラインに配列された専用回路内で、反復を次々と実行することができることに留意されたい。
【００１０】
ターボ符号化およびターボ等化の場合に、ビット誤り率（ＢＥＲ）あるいはパケット誤り率（ＰＥＲ）に関する性能を全て上げていくと、内部インターリーバ（ＩＬ）のサイズＮが長くなる。これは、内部インターリーバのサイズを大きくする、すなわちインターリーブが実行されるブロックのサイズを大きくすることにより、ターボ符号のハミング重み分布、および反復復号化の効果の両方が改善されるためである。インターリーブ利得はターボ符号のタイプによって変化する。これ以降、用語「性能」は、復号化されたデータに関するＢＥＲあるいはＰＥＲに対して区別することなく用いることにする。
【００１１】
図５は、一例として、ブロックのサイズＮが２００から１０００まで変化するときの図１のターボ符号器の場合のインターリーブ利得を示しており、その要素符号器は、多項式（１３，１５）ｏｃｔのＲＳＣ（再帰的組織たたみ込み）符号器である。
【００１２】
受信されたデータあるいはシンボルのブロックが実際に復号化された形で利用できるようになるまでの時間として定義される、受信機の待ち時間は、その応用形態の重要なパラメータであり、そのため当分野においては、小さい値のＮを用いるようにすることが知られている。
【００１３】
受信機における待ち時間は実際には以下のように書き表すことができる。
【００１４】
【数１】
ただしＤｄは１反復当たりの復号化速度であり、Ｔｒｅｃは１ブロックのデータをデインターリーブされた形で得るのにかかる時間である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
待ち時間の短縮は、ブロックのサイズを小さくすることにより達成することができるが、図５から明らかなように、それに応じてシステムの性能が劣化するという犠牲をともなう。本発明の根底をなす１つの課題は、性能の劣化を引き起こすことなく、当分野の現状よりも短い待ち時間を達成できるようにするブロックサイズＮを決定することである。
【００１８】
反復復号化が高速のプロセッサによって処理されるとき、重要なリソースはもはや待ち時間ではなく、復号化に含まれる動作の数にも依存する、その計算を実行するために費やされるエネルギーである。
【００１９】
本発明の根底をなす一般的な課題は、性能の劣化を引き起こすことなく、当分野の現状よりもリソースの消耗を低減できるようにするブロックサイズＮを決定することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によってもたらされる解決法は、反復復号化にかけられることを目的として、符号化されたデータのブロックのサイズを最適化する方法を特徴とし、反復復号化の出力における最大誤り率が予め固定されており、その方法は、相異なる複数の１以上の整数因子で割った標準データブロックのサイズの約数である複数のデータブロックのサイズと、１データブロック上の反復復号化によって行われるようになる最大反復数を与える複数の整数との中から、最大誤り率を超えず、約数であるサイズのデータブロック上で反復復号化が実行することになる平均反復数が最小になるような約数であるサイズと最大反復数とを求める。
【００２１】
有利には、所与の因子ｋによって割った約数であるサイズおよび所与の最大反復数の場合に、平均反復数は、約数サイズの一連のブロック内の各ブロックに対して反復復号化によって行われることになる反復数の平均値として、信号対雑音比に応じて判定することができ、約数サイズのブロックが所定の信頼度判定基準が満たすか、あるいはこのブロックのための反復数がその所与の最大反復数に達する場合に、その反復が停止される。
【００２２】
種々の約数サイズ、種々の最大反復数および種々の信号対雑音比の場合の平均反復数は、テーブルに格納されることが好ましい。そのテーブルは、反復復号化が続けられるのに応じて更新することができる。平均反復数は、そのテーブル内の利用可能な値を補間することにより有利に選択される。
【００２３】
その探索は、所定の値より大きい値を有する整数に限定することができる。
【００２４】
一実施形態によれば、その探索の前に、所定の最大復号化時間に適合する、標準的なブロックサイズの場合の最大反復数が判定され、その複数の約数ブロックサイズおよび複数の整数の中からの探索は、約数のサイズのブロック上の反復復号化によって達成されることになる平均反復数が、最大反復数より小さくなるような値に限定される。
【００２５】
また本発明は、符号化されたデータのブロックを反復復号化する方法を特徴とし、そのブロックは初期サイズを有し、その方法は、先に開示された最適化方法によって、最適ブロックサイズとこのサイズに関連する最大反復数とを判定する。初期サイズのブロック内のデータが、最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、そのサブブロックは、反復復号化の一連の反復によって順次復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数がその最適サイズに関連する最大反復数に達する場合には１つのサブブロックのための反復が停止される。
【００２６】
また本発明は、符号化されたデータのブロックを反復復号化する方法を特徴とし、そのブロックは初期サイズを有し、その方法は、先に開示された最適化方法によって、最適ブロックサイズとこのサイズに関連する最大反復数とを判定する。初期サイズのブロック内のデータが、最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、そのサブブロックは、反復復号化の１回の反復を各サブブロックにおいて連続して行うことにより復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数がその最適サイズに関連する最大反復数に達する場合には１つのサブブロックのための反復が実行されなくなる。
【００２７】
本発明は、上記の最適化方法を実施するための手段を有するターボ符号器によって符号化されるデータのブロックを反復復号化するための装置に関し、その手段は最適ブロックサイズと、最適サイズの１ブロック当たり最大の反復数とを供給し、またその装置は、ターボ符号器に最適ブロックサイズの情報を送信するための手段も備える。
【００２８】
また本発明は、データのブロックを符号化するように構成されるターボ符号器と、ターボ符号器によって符号化されたデータのブロックを復号化するように構成される、上記のような反復復号化装置とを含む符号化／復号化システムに関し、反復復号化装置は、最適ブロックサイズの情報を受信し、その受信された情報にしたがって少なくとも１つの内部インターリーバのサイズを変更するための手段を備える。
【００２９】
また本発明は、データのブロックを符号化するための装置に関し、その装置は上記のような最適化方法を実施するための手段を有し、その手段は最適ブロックサイズを供給し、またその装置はその最適ブロックサイズにしたがって、符号化されたデータのブロックのサイズを適応的に変更するための手段も備える。
【００３０】
最後に、本発明は、符号器によって符号化され、変調されたデータのブロックをターボ等化するための装置に関し、その装置は上記の最適化方法を実施するための手段を有し、その手段は最適ブロックサイズを供給し、またその装置は符号器に最適ブロックサイズの情報を送信するための手段も備える。
【００３１】
上記の本発明の特徴および他の特徴は、例示的な実施形態の以下に記載される説明を読むことによりさらに明らかになるであろう。その説明は、添付の図面に関連して与えられる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の根底をなす一般的な概念は、設定数とも呼ばれる所定の反復数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、反復復号器において、最後の反復が計画される前に、そのブロックを完全に復号化することができるということを利用することである。たとえば、その反復のための反復停止判定基準が完全な判定基準である（ＢＥＲが０、すなわちブロック内に全く誤りがない）場合には、平均反復数、（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは多くの場合に、図６において確認することができるように、設定数よりも小さい。この図は、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値が異なる場合に、信号対雑音比による（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの変化を示す。所与の数、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、平均反復数がこの値に達することはなく、これは信号対雑音比が高いに場合に一層そのようになることを確認することができる。当然、実際には、完全な停止判定基準は存在せず、たとえば、ＣＲＣによって誤りがないことを単に検査し、ＣＲＣがもはや誤りを検出しなくなった直後に、反復が停止される。しかしながら、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓに対する（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの変化に関する結論は依然として有効である。なお、（−）ｎにおいて、（−）はｎのオーバーラインを表わす。
【００３３】
図７は、ＢＥＲ（それゆえＰＥＲ）を０にするために必要とされる反復数のヒストグラムを概略的に示す。実際には、無限の反復数を達成することはできないので、待ち時間に適合する設定反復数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは上記のように固定され、（１）によるインターリーバのサイズがそこから導出される。ヒストグラムの平均（−）ｎ∞は、無限の設定数に対応する。所与の設定数ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、平均値（−）ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは、曲線の斜線領域上で得られる。
【００３４】
設定待ち時間Ｔを与え、Ｔｌａｔｅｎｃｙ ＜Ｔを満たす一対の値（ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ、Ｎ）が決定されているものと仮定する。ただしＴｌａｔｅｎｃｙは（１）によって与えられる。これ以降、ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓおよびＴｌａｔｅｎｃｙはそれぞれｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓおよびＴ（１） ｌａｔｅｎｃｙで示されるであろう。
【００３５】
ここで、ブロックのサイズＮ、それゆえターボ符号器あるいはターボ等化器の内部インターリーバのサイズが、０以外の整数ｋによって除算されるものと仮定する。縮小されたサイズＮ／ｋのｋ個のブロックが復号化されるまでの待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙは以下の式によって表される。
【００３６】
【数２】
ただしＴ（ｋ） ｒｅｃは、縮小されたサイズＮ／ｋのｋ個のブロックが、適用可能な場合にはインターリーブされた形で、受信機において利用可能になるまでの受信時間である。チャネルインターリーブが存在しない場合、この受信時間はＮ／（ｋ・Ｄｕ）＋Σｋ ｉ＝２δｔ（ｉ） ｒｅｃに等しい。ただし、Ｎ／（ｋ・Ｄｕ）は、第１のブロックサイズＮ／ｋの受信時間であり、δｔ（ｉ） ｒｅｃは、（ｉ−１）番目のブロックの復号化の終了時と、ｉ番目のブロックの受信の終了時との間で受信機が待たなければならない時間である。したがって、これは、Ｎ／（ｋ・Ｄｕ）＜Ｔ（ｋ） ｒｅｃ＜Ｎ／Ｄｕを与える。一方、Ｍｋ ＞Ｎ／ｋの場合に、サイズＭｋのチャネルインターリーバが送信機に適用されているとき、これは、Ｔ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕ＋ΣＮ／Ｍｋ ｉ＝２δ（ｉ） ｒｅｃを与える。ただしδ（ｉ） ｒｅｃは、一方においてk・Mｋ／Nブロックの（ｉ−１）番目のグループのデインターリーブおよびその復号化の終了時と、もう一方ではｉ番目のグループの受信の終了時との間の待ち時間である。実際には、Ｍｋ＝Ｎが得られることになり、それゆえＴ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕである。
【００３８】
ｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ（ｉ）は、所与の設定反復数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの場合に、所定の停止判定基準を用いて、サイズＮ／ｋのｉ番目のブロックにおいて復号器によって行われる反復数である。
【００３９】
（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは、ｋ個のブロックの組において行われる平均反復数である。（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは一般に、ブロックサイズＮ／ｋの場合に選択される設定数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓと、信号対雑音比とに依存することに留意されたい。これ以降、用語（Ｎ／ｋ、ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）は、サイズＮ／ｋのブロック上で動作するターボ符号のために用いられ、多くても１ブロック当たりｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓによって復号化されるであろう。
【００４０】
一般に、チャネルインターリーブのサイズＭｋはｋとともに減少し（幅広い意味で）、それゆえＴ（ｋ） ｒｅｃは、チャネルインターリーブが適用されるか否かにはかかわらず、ｋの減少関数であり、すなわちＴ（ｋ＋１） ｒｅｃ ＜Ｔ（ｋ） ｒｅｃであることにまず最初に留意されたい。
【００４１】
停止判定基準は、所定の残留誤り率を許容できることにも留意されたい。上記のように、重み付けされた出力（１つまたは複数）あるいは外因情報において動作する停止判定基準を用いることができ、所定の信頼度閾値に到達する際に、その反復の停止がなされるようになる。全ての場合に、停止判定基準は、復号化されたデータのブロックの信頼度に関連し、そのため信頼度判定基準とも呼ばれるであろう。用いられる停止判定基準は、ｋの全ての値の場合に同じになるように選択される。
【００４２】
本発明は、最大設定反復数に達する前に、一般に反復復号化が収束し、整数ｋ、すなわち、平均反復数（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓが、（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＜ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓであり、それゆえ必然的にＴ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙ＜Ｔ（１） ｌａｔｅｎｃｙになるような整数ｋおよび設定数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓを見いだすことができるということに基づいている。
【００４３】
２つの状況間の比較が図８に示される。１回の反復は、そのブロックの長さにわたって延在する水平線によって表される。その線は、反復後に誤りが残っている場合には破線であり、誤りがない場合には実線である。誤りの位置は×記号により示されている。図の上側の部分は、サイズＮのブロックにおいて、待ち時間の制約条件３Ｎ／Ｄｄ ＜Ｔを満たす設定数ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝３の反復の場合の反復復号化のプロセスを示す（簡略化するために、チャネルインターリーブは行われず、受信時間は０であるものと仮定する）。反復プロセスは３番目の反復の終了時には収束されず、復号化されたブロックには誤りが残留する。図の下側の部分は、そのブロックのサイズを１０分割したときの状況を示す。設定数ｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓは、４に等しくなるように選択されている。大部分のブロックの場合に、反復プロセスは、４回の反復の前、および３回の反復の前であっても、収束することが明らかに示される。この例では、ブロック８のみが依然として、４番目の反復の終了時に誤りを有する。理想的な待ち時間については、待ち時間が３Ｎ／Ｄｄから２、６Ｎ／Ｄｄへと変化する。
【００４４】
一般的に、因子ｋおよび反復数ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの選択は、所与の性能の制約条件を満たしつつ、待ち時間Ｔ（１） ｌａｔｅｎｃｙから、より短い待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙに移行することを可能にする。その後、ｋおよびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値の中から、最も短い待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙを得ることができるようにする値の対が求められる。採用されるｋの値は、縮小されたサイズＮ／ｋのｋ個のブロックにおいて待ち時間を平均化するだけの十分に大きな値でなければならない。
【００４５】
図９は、本発明の第１の実施形態による、性能の制約条件下で、ブロックサイズを最適化する方法の流れ図を概略的に示す。７１０において示される送信は、１つの内部インターリーブ長と、ブロックサイズＮとを用いる。受信されると、７２０において、Ｎ、および７２１における最大待ち時間Ｔの推定値から、式（１）を用いて最大反復数ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓが決定される。第２のステップ７３０では、システムは次に、信号対雑音比を考慮して、テーブル７３１の中から、必要とされる性能レベル（ＢＥＲ、ＰＥＲ）に適合するｋ（ｋ＞１であり、ｋはＮの除数）およびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値を選択する。本発明の一変形形態によれば、固定されたサイズのチャネルインターリーブが用いられる（それゆえ、Ｔ（ｋ） ｒｅｃが一定である）とき、その探索は予め、（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ<ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓであるようなｋおよびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓの値に限定される。その際、ステップ７３０において、選択された値の中から、最も短い待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙを与える値の対（ｋおよびｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）が決定される。
【００４６】
ステップ７４０では、採用されたｋの値が待ち時間の平均化のために必要とされる値ｋｍｉｎより大きいか否かが検査される。大きい場合には、ｋおよびそれゆえ新しいブロックサイズＮ／ｋの値が、戻りチャネルを用いて送信機に送信される。その後、ターボ符号器が、この新しい値にしたがって、そのブロックのサイズ、および内部インターリーバ（単数または複数）のサイズを適合させる。大きくない場合には、最適化プロセスは終了し、ブロックサイズは変更されないままである。
【００４７】
示される実施形態に対する代替形態では、検査７４０は実行されず、テーブル７３１内の探索は、ｋｍｉｎより大きいｋの値に限定される。
【００４８】
テーブル７３１は予め作成されるか、得られた性能および実際の反復数から後で作成されることができる。またそのテーブルは予め作成され、システムを使用するのに応じて完成させることができる。そのテーブルにおいて利用できない値は、既知の値を補間することによって計算することができる。
【００４９】
本発明の第２の実施形態によれば、ブロックサイズ最適化プロセスは送信機において行われ、システムは、受信機と送信機との間に戻りチャネルを全く持たない。そのブロックサイズは送信機において変更され、１ブロック当たりの最大反復数は、反復復号化の出力における最大誤り率の制約条件にしたがって、受信機においてできる限り低減される。このようにして、平均反復数が得られ、それゆえ、最大限可能な範囲まで短縮された受信機待ち時間が得られる。
【００５０】
いずれの実施形態においても、ブロックのサイズＮが因子ｋによって分割されているとき、反復プロセスは２つの実現可能な方法で行うことができる。
【００５１】
第１の変形形態によれば、第１の復号化反復が、ｋ個の各ブロックの対して行われ、第２の復号化反復が、第１の反復等の後に誤りが残留しているブロックに対して、ｋ個のブロックの復号化のために割り当てられた利用可能なリソースあるいは時間が使い尽くされるまで行われる。各通過時に、残留する誤りを有するブロックが、停止判定基準を用いて特定される。このようにして、利用可能なリソースあるいは割り当てられた待ち時間が最適な形で用いられることになり、１ブロックの復号化にあまりにも長時間「手間取り」、ｋが反復数の十分な平均化を確実にするほど十分に大きくない場合に後続のブロックに不利になることが避けられることは確実である。
【００５２】
図８の例の場合に、この変形形態は以下のように実施されるであろう。
１−ブロック１〜１０に対する反復＃１
２−ブロック１〜１０に対する反復＃２→ブロック１、２、５、６、１０訂正
３−ブロック３、４、７、８，９に対する反復＃３→ブロック３、４、７、９訂正
４−ブロック８に対する反復＃４
【００５３】
この第１の復号化の変形形態は、チャネルＴ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕが固定されているか、あるいはｋが小さいときに有利である。これは、チャネル時間Ｍｋ／Ｄｕが固定されている場合には、１ブロックを復号化することができるようになる前に時間Ｍｋ／Ｄｕだけ待つ必要があり、ｋが小さい場合には、あらゆる平均化の問題点を改善することができるようになるためである。
【００５４】
第２の変形形態によれば、ｋ＝１０の各ブロックがそれぞれ順次復号化される。平均して１０個全てのブロックにわたって、１ブロック当たり（−）ｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝２．６の反復に達するために、停止判定基準を用いて、各ブロックにおいて最大でｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝４の復号化反復が順次行われる。
【００５５】
図８の例の場合に、この変形形態は以下のように実施されるであろう。
１．ブロック１に対して反復１〜２
２．ブロック２に対して反復１〜２
３．ブロック３に対して反復１〜３
４．ブロック４に対して反復１〜３
５．ブロック５に対して反復１〜２
６．ブロック６に対して反復１〜２
７．ブロック７に対して反復１〜３
８．ブロック８に対して反復１〜ｎ（１０） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ＝４
９．ブロック９に対して反復１〜３
１０．ブロック１０に対して反復１〜２
【００５６】
第２の変形形態は、チャネルインターリーブ時間Ｔ（ｋ） ｒｅｃ＝Ｍｋ／Ｄｕが固定されていないか、あるいはｋが大きいときに有利である。これは、時間Ｍｋ／Ｄｕが固定されていない場合には、おそらく性能の劣化を犠牲にして、サイズｋ／Ｎのｋ’＜ｋ個の連続したブロックにおけるインターリーブに対応する値まで短縮させることができるためである。結果として、（２）によって与えられる待ち時間Ｔ（ｋ） ｌａｔｅｎｃｙも短縮させることができる。
【００５７】
ここまで基本的に取り扱われてきた最大待ち時間は、反復復号化を達成するための利用可能なリソースのうちの１つにすぎないことに留意することが重要である。リソースは、プロセッサによって費やされるエネルギーおよびそれ自体の反復関数を意味することができる。より一般的には、利用可能なリソースは、反復復号化によって費やされることになる、付加的な物理量を意味するであろう。
【００５８】
本発明の説明は基本的には、ターボ符号化されたブロックのサイズの最適化のプロセスとして性能の制約条件下で示されてきたが、同じようにして、この最適化がターボ等化器（第１の実施形態）で実行されるか、送信機（第２の実施形態）で実行されるかに関係なく、性能の制約条件下にある、ターボ等化されたブロックのサイズを最適化するプロセスにも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 当分野において知られているターボ符号器の一例を示す概略図である。
【図２】 図１のターボ符号器によって符号化されるデータを復号化するように構成される、既知の構造を有するターボ復号器の一例を示す概略図である。
【図３】 当分野において知られている送信機の一例を示す概略図である。
【図４】 当分野において知られているターボ等化器の一例を示す概略図である。
【図５】 第１のブロックサイズから第２のブロックサイズに変化する、図１のターボ符号器のインターリーブ利得を示すグラフである。
【図６】 完全な停止判定基準が用いられるときに、所与の最大反復数の場合に、図２のターボ復号器の平均反復数を示すグラフである。
【図７】 完全な停止判定基準を満たすために必要とされる反復数のヒストグラムである。
【図８】 本発明の結果から生じる反復数の平均化の利点を示す図である。
【図９】 本発明の第１の実施形態による最適ブロックサイズを判定する方法の流れ図である。
Claims (13)
- 反復復号化にかけられることを目的として、符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法であって、
前記反復復号化の出力における最大誤り率は予め固定されており、前記方法は、相異なる複数の１以上の整数因子（ｋ）で割った標準データブロックのサイズ（Ｎ）の約数である複数のデータブロックのサイズ（Ｎ／ｋ）と、１データブロック上の前記反復復号化によって行われるようになる最大反復数（ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）を与える複数の整数との中から、前記最大誤り率を超えず、約数であるサイズのデータブロック上で前記反復復号化が行われることになる平均反復数（（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）が最小になるような前記約数であるサイズと前記最大反復数とを求める
ことを特徴とする符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。 - 相異なる複数の１以上の整数因子（ｋ）で割った約数であるサイズと、所与の最大反復数（ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）の場合に、前記平均反復数（（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）は、約数であるサイズの一連のデータブロック内の各データブロックに対する反復復号化によって行われることになる反復数の平均値として、信号対雑音比の関数として決定され、前記約数であるサイズのデータブロックが所定の信頼度判定基準を満たすか、あるいはこのデータブロックのための反復数が前記所与の最大反復数に到達する場合には前記反復が停止される
ことを特徴とする請求項１記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。 - 種々の約数であるサイズ、種々の最大反復数および種々の信号対雑音比の場合の前記平均反復数がテーブル内に格納される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。 - 前記テーブルは、前記反復復号化が継続されるのに応じて更新される
ことを特徴とする請求項３記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。 - 前記平均反復数は、前記テーブルにおいて利用することができる値を補間することにより得られる
ことを特徴とする請求項３又は４記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。 - 探索は、所定の値（ｋｍｉｎ）より大きい値を有する整数に限定される
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。 - 探索前に、所定の最大復号化時間に適合する、標準サイズのデータブロックのための最大反復数（ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）を決定し、前記約数である複数のデータブロックのサイズ（Ｎ／ｋ）、および前記複数の整数の中からの前記探索は、約数であるサイズのデータブロック上の前記反復復号化によって行われることになる前記平均反復数（（−）ｎ（ｋ） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）が、前記最大反復数（ｎ（１） ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ）より小さくなるような値に限定される
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。 - データブロックの最適サイズおよびこの最適サイズに関連する最大反復数が請求項１から請求項７までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法によって決定され、初期サイズのデータブロック内のデータが最適サイズの一連のサブデータブロックとして符号化されているときに、前記サブデータブロックは、前記反復復号化の一連の反復によって順次復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数が前記最適サイズに関連する前記最大反復数に達する場合には、前記サブデータブロックの場合の前記反復が停止される
ことを特徴とする初期サイズを有する符号化されたデータブロックを反復復号化するための方法。 - データブロックの最適サイズおよびこの最適サイズに関連する最大反復数が請求項１から請求項７までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法によって決定され、初期サイズのデータブロック内のデータが最適サイズの一連のサブデータブロックとして符号化されているときに、前記サブデータブロックは、前記反復復号化の１回の反復を前記各サブデータブロックにおいて連続して行うことにより復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数が前記最適サイズに関連する前記最大反復数に達する場合には、前記サブデータブロックの場合の前記反復が行われないようにする
ことを特徴とする初期サイズを有する符号化されたデータブロックを反復復号化するための方法。 - 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法を実施するための手段を備え、
前記手段はデータブロックの最適サイズおよび最適サイズのデータブロックごとの最大反復数を供給し、
ターボ符号器にデータブロックの最適サイズの情報を送信するための手段
をさらに備えることを特徴とするターボ符号器によって符号化されたデータブロックを反復復号化するための装置。 - データのデータブロックを符号化するように構成されるターボ符号器と、
前記ターボ符号器によって符号化される前記データの前記データブロックを復号化するように構成される請求項１０による反復復号化装置と
を備える符号化／復号化システムであって、
前記反復復号化装置は、前記データブロックの最適サイズの情報を受信し、受信された前記情報にしたがって少なくとも１つの内部インターリーバのサイズを変更するための手段を有する符号化／復号化システム。 - 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法を実施するための手段を備え、
前記手段はデータブロックの最適サイズを供給し、
前記データブロックの最適サイズにしたがって符号化されたデータのデータブロックのサイズを適応的に変更するための手段
をさらに備えることを特徴とするデータのデータブロックを符号化するための装置。 - 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法を実施するための手段を備え、
前記手段はデータブロックの最適サイズを供給し、
符号器に前記データブロックの最適サイズの情報を送信するための手段
をさらに備えることを特徴とする符号器によって符号化され、変調されたデータのデータブロックをターボ等化するための装置。
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