JP4366463B2

JP4366463B2 - 符号化装置及び符号化方法

Info

Publication number: JP4366463B2
Application number: JP35226199A
Authority: JP
Inventors: ボンケラルフ
Original assignee: ソニーインターナショナル（ヨーロッパ）ゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: EP1009098A1; US6557139B2; US20030033571A1; JP2000183758A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムを介して情報を伝送するために情報を多次元符号化する符号化装置及び符号化方法に関する。特に、本発明は、例えば無線通信システム等の通信システムの通信端末として実現される符号化装置及び符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、無線通信システムにおける基地局等の送信装置から、移動局等の受信端末に情報を伝送する場合、外乱等により伝送チャネルにおいて誤り（エラー）が発生することがある。受信端末は、このような誤りを検出し、訂正する必要がある。伝送される情報内で発生した誤りを検出及び訂正するために、例えばチャネル符号化の手法を用いることができる。チャネル符号化においては、誤り符号シンボル又は誤り符号ビットを伝送すべき情報に付加する。これらの冗長誤りビットは、情報とともに伝送され、受信側で復号され、これにより伝送された情報内に発生した誤りが検出され、訂正される。
【０００３】
チャネル符号化を実現するために、送信装置内に設けられた符号化装置は、対応する符号化方式に応じて、情報ビットに基づいて誤り符号を生成する。受信側は、誤り符号を用いて、誤りが生じた情報ビットを検出する。誤り訂正の可否は、誤りの大きさ、発生位置、誤り符号の量等により決定される。
【０００４】
このようなチャネル符号化において、マルチプル符号化法が用いられることがある。マルチプル符号化の１つとして多次元符号化の手法が知られている。さらに、多次元符号化の１つとして、並列連接再帰的組織畳み込み符号（parallel concatenated systematic recursive codes）、いわゆるターボ符号が知られている。このターボ符号については、シー・ベロウ（C.Berrou)著、１９９３年５月発行のProc.ICC'93「ニア・シャノン限界誤り訂正及び復号：ターボ符号（１）(Near Shannon limit error-correcting and decoding: Turbo-Codes(1)」に記載されている。
【０００５】
多次元符号化された情報は、受信側において、反復復号処理により復号される。ここでは、所定の回数の反復復号処理又は繰り返しステップが実行され、これにより、ビット誤り率又はデータフレーム誤り率を所定の値に改善することができる。ターボ復号処理においては、例えば８回又は１６回等の所定の回数の反復復号処理又は復号ループが実行され、これにより全体的に十分な性能が得られる。
【０００６】
符号化率（code rate)が１／３の符号化装置４０の構成を図３に示す。入力される情報はＮビットからなる符号ブロックであり、この符号ブロックは、この符号化装置４０により符号化され、３本の出力線から出力される。図３に示す従来の符号化装置４０は、第１の符号器４１と第２の符号器４２を備える。第１の符号器４１には、入力情報が何ら変更を加えられないまま供給される。一方、第２の符号器４２には、後述するターボインターリーバ４３においてインターリーブ処理された入力情報が供給される。
【０００７】
この符号化装置４０は、なんら変更を加えていない入力情報（以下、無変更の入力情報という。）を第１の出力ビット＃０として出力する。
【０００８】
第１の符号器４１は、入力情報をそれぞれ１ビット遅延させる遅延器４４，４５を備える。第１の符号器４１に供給された無変更の入力情報は、遅延器４４に供給されて１ビット遅延され、続いて遅延器４５に供給されてさらに１ビット遅延される。遅延器４４及び遅延器４５から出力された情報は、それぞれ加算器４６にフィードバックされる。この加算器４６において、無変更の入力情報と、遅延器４４からの出力情報と、遅延器４５からの出力情報とが加算される。この加算器４６から出力された情報は、遅延器４４及び加算器４７に供給される。加算器４７は、加算器４６から出力された情報と遅延器４５から出力された情報とを加算する。この加算器４７から出力される情報が、この符号化装置４０の第２の出力情報、すなわち出力ビット＃１となる。
【０００９】
この符号化装置４０に入力された情報は、上述のように、ターボインターリーバ４３にも供給される。ターボインターリーバ４３は、入力された情報をインターリーブし、このインターリーブした情報を第２の符号器４２に供給する。この情報は、遅延器４８に供給されて１ビット遅延された後、遅延器４９に供給されてさらに１ビット遅延される。遅延器４８及び遅延器４９から出力された情報は、加算器５０に供給される。加算器５０は、ターボインターリーバ４３から供給された情報に、これら遅延器４８から出力された情報と、遅延器４９から出力された情報を加算する。加算器５０から出力された情報は、遅延器４８及び加算器５１に供給される。加算器５１は、加算器５０から供給された情報と遅延器４９から供給された情報とを加算する。この加算器５１から出力される情報は、この符号化装置４０における第３の出力情報、すなわち出力ビット＃２となる。
【００１０】
上述した３つの出力ビット＃０，＃１，＃２は、さらに所定の処理が施された後、所定の伝送チャネルを介して受信装置に伝送される。受信装置は、例えば図４に示すようなターボ復号装置６０を備え、このターボ復号装置６０は、受信装置が受信した信号にターボ復号処理を施す。図４に示すターボ復号装置６０には、図３に示す符号化装置４０から出力される３つの出力信号＃０，＃１，＃２に対応する３つの入力情報が供給される。
【００１１】
図３に示す符号化装置４０の第１の出力ビット＃０は、無変更の入力情報に基づくものであり、この情報ビットは、ターボ復号装置６０内に設けられている第１の復号器６１に供給される。第１符号の受信パリティビットは、図３に示す符号化装置４０の第２の出力ビット＃１に対応する軟判定用のパリティ情報であり、このパリティビットも第１の復号器６１に供給される。第２符号の受信パリティビットは、図３に示す符号化装置４０の第３の出力ビット＃２に対応する軟判定用のパリティ情報であり、このパリティビットは、第２の復号器６２に供給される。
【００１２】
このように、図３に示す符号化装置の第２の出力ビット＃１と第３の出力ビット＃２は、パリティビット、すなわち誤り符号ビットであり、これらは、無変更の情報、すなわち出力ビット＃１とともに伝送され、誤り符号として機能し、受信側は、これらの誤り符号を用いて伝送されてきた情報、すなわち第１の出力ビット＃０に対応する情報における誤りを検出し、訂正する。
【００１３】
第１の復号器６１は、第１符号の受信パリティビット及び受信情報ビットが供給され、これらに基づいて復号軟判定値を生成し、デインターリーバ６３に供給する。デインターリーバ６３は、この復号軟判定値をデインターリーブし、デインターリーブした復号軟判定値を第２の復号器６２に供給する。
【００１４】
受信情報ビットは、インターリーバ６４にも供給される。インターリーバ６４は、受信情報ビットをインターリーブし、インターリーブした情報を第２の復号器６２に供給する。また、第２符号の受信パリティビットもこの第２の復号器６２に供給される。
【００１５】
第２の復号器６２は、上述のように、３つの入力ビットを復号する。第２の復号器６２の出力信号は、軟判定値であり、デインターリーバ６６にフィードバックされる。デインターリーバ６６は、この軟判定値をデインターリーブして第１の復号器６１にフィードバックする。
【００１６】
図４に示すターボ復号装置６０において、デインターリーバ６６が繰り返す処理の回数は、例えば８回又は１６回等のように固定されており、これによりビット誤り率又はデータフレーム誤り率に関する十分な性能が得られる。すなわち、各繰り返しステップにおいて、第２の復号器６２は、第１の復号器６１及びデインターリーバ６３の軟判定尤度値を向上させる。各繰り返しステップにおいて、軟判定尤度値は、変化及び向上し、これによりビット誤り率及びデータフレーム誤り率が改善される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなターボ復号器６０ににおいては、所定回数の反復復号処理が行われた後、第２の復号器６２から出力される軟判定値は、デインターリーバ６５に供給される。デインターリーバ６５は、この軟判定値をデインターリーブした後、デインターリーブした軟判定値を硬判定器６７に供給する。硬判定器６７は、軟判定値を硬判定値、例えば「０」又は「１」のビット情報に変換して出力する。このようなターボ復号装置６０では、常に相当数の繰り返し処理が必要であるため、計算の負荷が高く、電力の消費量が大きい。また、各繰り返しループに一定の処理時間が必要なため、処理による遅延も大きい。
【００１８】
そこで、欧州特許公開公報ＥＰ０７５５１２２Ａ２には、多次元復号において、反復復号処理に関する最適な回数を決定する手法が開示されている。この手法においては、反復復号処理を行うたびに第２の復号器から出力される軟判定値が直前の処理における軟判定値と比較される。２つの連続する反復復号処理の結果得られた２つの軟判定値に変化がない場合、反復復号処理は停止される。しかしながら、この手法では、伝送された情報ビットに誤りが多い場合、誤りの検出及び訂正の精度が低くなる。また、上述のように、２つの連続する反復復号処理の結果得られる軟判定尤度値が同じになるまで、処理を繰り返す必要があるため、実際に必要な処理よりも常に１回多く処理を行う必要がある。
【００１９】
そこで、本発明は、反復復号処理を有効かつ効率的に行うことを可能にした、情報を多次元符号化する符号化装置及び符号化方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明に係る符号化装置は、入力データに対するチェックサム符号を生成するチェックサム符号生成手段と、上記入力データ及び上記チェックサム符号生成手段が生成したチェックサム符号に基づいてデータフレームを生成するデータフレーム生成手段と、上記データフレームを多次元符号化する多次元符号化手段とを備え、上記チェックサム符号生成手段は、巡回冗長チェックサム符号を生成する。
【００２３】
また、本発明に係る符号化方法は、入力データに対するチェックサム符号を生成するチェックサム符号生成ステップと、上記入力データ及び上記チェックサム符号生成ステップにて生成したチェックサム符号に基づいてデータフレームを生成するデータフレーム生成ステップと、上記データフレームを多次元符号化する多次元符号化ステップとを有し、上記チェックサム符号生成ステップにおいて、巡回冗長チェックサム符号を生成する。
【００３１】
本発明に係る符号化装置及び符号化方法によれば、多次元符号化された情報に対する反復復号処理を最適化し、効率を向上させることが可能な多次元符号化を実現することができる。特に、本発明に係る符号化装置は、好ましくは、チェックサム符号生成手段を備え、さらにこのチェックサム符号は好ましくは巡回冗長チェックサム符号である。元の入力ビットと、入力ビットに基づいて生成された巡回冗長チェックサム符号ビットを用いて、新たなデータフレームを構成する。これによりデータ量が若干増加するが、この増加分は極僅かであり、受信側は、この巡回冗長チェックサム符号を用いて電力消費量及び計算の複雑性を大幅に削減することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る符号化装置及び符号化方法について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明を適用した符号化装置１０の構成を示すブロック図である。この符号化装置１０は、所定のシリアルデータが入力されるデータ入力部１１と、データ入力部１１に入力されたデータに基づいてチェックサム符号を生成するチェックサム生成器１２と、データ入力部１１に入力されたデータ及びチェックサム生成器が生成したチェックサム符号にもとづいてデータフレームを生成するフレームフォーマッタ１３と、フレームフォーマッタ１３が生成したデータフレームをターボ符号化するターボ符号器１４とを備える。
【００３４】
データ入力部１１は、連続して供給されるシリアルデータから例えばＮ個のデータｄ₀，ｄ₁，・・・ｄ_N-1からなるデータフレームを受信し、このデータフレームをチェックサム生成器１２及びフレームフォーマッタ１３に供給する。チェックサム生成器１２は、入力されたデータフレームのビットに基づいて例えば巡回冗長チェックサム符号等のチェックサム符号を生成する。例えば、この実施例において、データフレームが１０２４ビットである場合、チェックサム生成器１２は、Ｍを１６としてＣ₀，・・・，Ｃ_M-1からなる１６チェックサム符号ビットを生成し、このチェックサム符号ビットをフレームフォーマッタ１３に供給する。
【００３５】
フレームフォーマッタ１３は、データ入力部１２から受信したデータフレームとチェックサム生成器１２から受信したチェックサム符号に基づいて、元の情報に基づくデータビットとチェックサム生成器１２が生成したチェックサム符号とを含む新たなデータフレームを生成する。この具体例においては、新たなデータフレームは、１０２４＋１６、すなわち１０４０ビットから構成される。ここで、元のデータフレームサイズに対して付加されたビットの割合は、１６／１０４０、すなわち約１．５％となり、この値は非常に小さいものである。フレームフォーマッタ１３は、以上のようにして生成した新たなデータフレームをターボ符号器１４に供給する。この具体例において、ターボ符号器１４は、情報伝送のための多次元符号化を行う符号器の一例に過ぎない。
【００３６】
図２は、本実施の形態における復号装置２０のブロック図である。例えば復調器から出力された、軟判定値形式の入力情報ビットは、デマルチプレクサ２１で３つの異なる出力ビットにデマルチプレクスされ、これにより軟データビットと軟パリティビットが分離される。この異なる３つの出力ビットは、例えば図１に示す符号化装置１０等の対応する送信機のターボ符号化装置によって生成された３つの出力信号にそれぞれ対応する。第１の出力信号は、変更が加えられていない受信情報ビットであり、この受信情報ビットは、一旦、バッファ２２に格納される。デマルチプレクサ２１から出力される第２の出力信号は、第１符号の受信パリティビットであり、このパリティビットは、一旦、バッファ２３に格納される。デマルチプレクサ２１から出力される第３の出力信号は、第２符号の受信パリティビットであり、このパリティビットは、一旦、バッファ２４に格納される。バッファ２２，２３，２４から出力される３つの信号は、多次元符号化された情報をインターリーブ復号する復号器、すなわちターボ復号器２５に供給される。
【００３７】
この実施例におけるターボ復号器２５は、後に詳細に説明するが、入力された各データフレームに対して１回目の反復復号処理を実行した後は、繰り返しステップを実行させるための制御信号によるトリガを待って反復復号処理を繰り返す。換言すれば、ターボ復号器２５は、各データフレームに対する１回目の反復復号処理以外については、制御信号によるトリガがない限り反復復号処理を繰り返さない。
【００３８】
本実施の形態における復号装置２０は、さらに、各反復復号処理により復号された情報を検査し、その検査による結果に基づいて、例えばターボ復号器２５等の復号器を制御し、さらなる反復復号処理を実行させる検査回路を備える。この図２に示す実施例においては、復号された情報を検査する検査回路は、巡回冗長チェックサム符号検査器２９であり、巡回冗長チェックサム符号検査器２９は、各データフレームに含まれているチェックサム符号ビットｃ₀，ｃ₁，・・・，ｃ_M-1に基づいて、転送データｄ₀，ｄ₁，・・・，ｄ_N-1の誤りを検出する。
【００３９】
巡回冗長チェックサム符号検査器２９の前段には、硬判定器２６と、データバッファ２７が設けられている。硬判定器２６は、ターボ復号器２５から出力された軟判定値を硬判定値、例えば０又は１のビット情報に変換し、この硬判定値をデータバッファ２７に供給する。データバッファ２７は、この情報を一旦バッファリングし、この情報をデータフレーム単位で巡回冗長チェックサム符号検査器２９に供給する。巡回冗長チェックサム符号検査器２９は、巡回冗長検査により情報の誤りを検出する。巡回冗長チェックサム符号検査器２９は、伝送データｄ₀，ｄ₁，・・・，ｄ_N-1の誤りを検出したときには、制御信号を生成して、この制御信号をターボ復号器２５にフィードバックする。ターボ復号器２５内には、トリガ回路又は制御回路が設けられており、このトリガ回路又は制御回路は、巡回冗長チェックサム符号検査器２９から出力された制御信号に応じて、ターボ復号器２５本体を制御し、さらなる反復復号処理を実行させる。ターボ復号器２５は、反復復号処理を実行するたびに軟判定値を出力し、出力された軟判定値は、硬判定器２６において硬判定値に変換された後、データバッファ２７に格納される。すなわち、このようにして、データバッファ２７には、元の伝送情報を推定して得られた情報と、巡回冗長検査符号とが格納される。
【００４０】
さらに、ターボ復号器２５は、各反復ループの完了を示す信号を反復カウンタ２８に供給し、この信号に基づいて反復カウンタ２８は、反復復号処理が行われた回数を計数、すなわちカウントする。反復カウンタ２８は、ターボ復号器２５による反復復号処理が行われる度にカウント値を１インクリメントし、新たなデータフレームが受信され、処理されたデータフレームが出力されたときに、カウント値をリセットする。処理されたデータフレームが出力される場合とは、巡回冗長チェックサム符号検査器２９が肯定的な判定を行った場合、あるいはターボ復号器２５による反復復号処理が所定の回数繰り返された場合のいずれかである。反復カウンタ２８のカウント値が所定の最大繰り返し回数、例えば８又は１６回に到達すると、反復カウンタ２８は、これを示す制御信号又はトリガ信号をデータ抽出器３０に供給する。データ抽出器３０は、この制御信号又はトリガ信号を受信すると、ＣＲＣ検査器２９による検査が終了したデータフレームからデータフレームに付加されている巡回冗長チェックビットを取り除いてデータを抽出し、抽出したデータを出力する。巡回冗長検査の結果得られた巡回冗長検査状態を示す追加的信号に基づいて、次の処理ステージにおいて、誤りを含むデータフレームをどのように扱うかを判断することができる。
【００４１】
エラー検査巡回冗長検査符号に代えて、誤り訂正符号を用いてもよい。この場合、本発明を適用した符号化装置は、例えばビット誤りを検出し訂正するＢＣＨ符号やシンボル誤りを検出し訂正するＲＳ（リード・ソロモン）符号等の誤り訂正符号を生成し、送信すべきデータにこの訂正符号を付加する。一方、復号装置においては、例えば図２に示す巡回冗長検査器２９に代えて、使用されている誤り訂正符号方式に対応する誤り検出／訂正器を設ける。このような構成により、ターボ復号器２５が反復復号処理を最大回数行っても全ての誤りを訂正できないような場合にも、ビットエラーを訂正することができる。
【００４２】
上述のように、本発明を適用して情報を多次元符号化することにより、多次元符号情報に対する反復復号処理を非常に単純な構成で実現することができる。さらに、反復復号処理の最大反復回数に比べて、実際に必要な反復復号処理回数は少なく、したがって処理遅延の平均値を下げることができる。すなわち、本発明を適用した符号化装置は、単純で低コストの構造を提供する。本発明においては、必要なオーバーヘッドは、巡回冗長チェックサム符号のみでよく、このオーバーヘッドは非常に小さい。復号装置におけるターボ復号器２５による反復復号処理の必要回数に応じて、計算の複雑性を低下させることができる。交換された付帯的な情報を観察する他の手法に比べて、本発明によれば信頼性の高いデータフレーム訂正を行うことがでる。また、本発明によれば、復号装置において、反復復号処理は、常に必要な回数だけ行われ、不必要な反復復号処理を行う必要がない。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る符号化装置及び符号化方法によれば、入力データに対するチェックサム符号を生成し、入力データ及び生成したチェックサム符号に基づいてデータフレームを生成し、データフレームを多次元符号化する。これにより、このようにして多次元符号化された情報に対しては、反復復号処理を常に必要な回数だけ行い、復号処理の信頼度を低下させることなく処理量及び処理遅延を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態における復号装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来のターボ復号装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
５デマルチプレクサ、６バッファ、７バッファ、８バッファ、９ターボ復号器、１０硬判定器、１１データバッファ、１２反復カウンタ、１３ＣＲＣ検査器、１４データ抽出器

Claims

入力データに対するチェックサム符号を生成するチェックサム符号生成手段と、
上記入力データ及び上記チェックサム符号生成手段が生成したチェックサム符号に基づいてデータフレームを生成するデータフレーム生成手段と、
上記データフレームを多次元符号化する多次元符号化手段とを備え、
上記チェックサム符号生成手段は、巡回冗長チェックサム符号を生成する符号化装置。
入力データに対するチェックサム符号を生成するチェックサム符号生成ステップと、
上記入力データ及び上記チェックサム符号生成ステップにて生成したチェックサム符号に基づいてデータフレームを生成するデータフレーム生成ステップと、
上記データフレームを多次元符号化する多次元符号化ステップとを有し、
上記チェックサム符号生成ステップにおいて、巡回冗長チェックサム符号を生成する符号化方法。