JP4729727B2

JP4729727B2 - 誤り訂正装置、受信装置、誤り訂正方法および誤り訂正プログラム

Info

Publication number: JP4729727B2
Application number: JP2006027975A
Authority: JP
Inventors: 愛一郎都竹
Original assignee: 学校法人名城大学
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: JP2007208869A

Description

本発明は、誤り訂正符号を用いた信号の復号を行う誤り訂正装置、誤り訂正方法および誤り訂正プログラムに関する。

デジタル信号においては、伝送時の雑音等によって信号に混入した誤りを訂正することができる。また、誤り訂正の能力を向上する技術として、畳み込み符号、リードソロモン符号等の各種符号やインターリーブなど種々の技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３２６３２号公報

しかしながら、従来の技術における誤り訂正の能力には限界があり、さらなる誤り訂正の能力を向上が望まれていた。
すなわち、誤り訂正能力を超える雑音が混入した場合、信号系列は適切に復号されないので、信号系列が画像等の情報を示すのであればその情報が乱れるし、信号系列がプログラムなど誤りの許されない情報を示すのであれば、信号の伝送が成り立たない。

さらに、雑音等による誤り発生率は信号の送信電力や伝送路の環境等に影響されるが、低い誤り訂正能力を前提にすると、信号の伝送時に必要とされる電力が大きくなり、また、信号を伝送可能なエリアが狭くなってしまう。従って、高画質画像の伝送や高い信頼性を確保した伝送、省電力での伝送、広範囲に渡る伝送など、高品質のサービスを提供するためには、高い誤り訂正能力が必要になる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、高い誤り訂正能力を備えた誤り訂正技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明においては、符号化されたデータを１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる多値変調方式で変調した信号を取得して復調する。そして、復号を行うときには、前記符号の復号アルゴリズムで復号を行うが、このとき、各シンボルのユークリッド距離（振幅と位相とによって形成される位相空間内での距離）に基づいて値が正確であると思われるビットを予め特定しておき、このビットは正しい値であるとする。すなわち、復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値の範囲内にある他のシンボルと、当該復調されたシンボルとを比較すると、その範囲内において値が変化し得ないビット（ビットＡと呼ぶ）と値が変化するビット（ビットＢと呼ぶ）とが存在する。

つまり、位相空間上でビットＡの値が異なる値となるシンボルは、前記所定の閾値の範囲外にのみ存在する。一般に、あるシンボルを受信したとき、そのシンボルにおける各ビットが誤りである確率は、ユークリッド距離が長くなるに従って小さくなるので、仮に受信シンボルに誤りが発生していたとしても、ビットＡが誤りである確率はビットＢが誤りである確率より極めて低いと言える。

従って、ビットＡが正しいと仮定してもほとんどの場合その仮定は正しい。そこで、本発明では、復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値の範囲内にある他のシンボルと前記復調されたシンボルとで同じ値になるビット（前記ビットＡ）は、復調結果が正しい値であるとした。

このような構成においては、符号化されたデータを復号する際の復号アルゴリズムと無関係にビットの値を推定することができる。従って、仮に当該復号アルゴリズムによって訂正できないなど、復号アルゴリズムのみの処理では誤りを出力してしまうビットが存在し得るとしても、そのビットが本発明による推定によって値が決められたビットに相当するとき、ほとんどの場合には、その値を正しい値に拘束しながら復号を行うことができる。この結果、復号時の誤り訂正率を向上することが可能である。

むろん、本発明では、復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値の範囲内にある他のシンボルと前記復調されたシンボルとで同じ値になるビットを正しいとみなすことができればよいので、当該正しいと見なすビットの数が復調されたシンボルの位相空間内での位置によって異なっていても良い。

なお、復調手段においては、符号化されたデータを扱うことができればよく、その符号の復号アルゴリズムによって訂正しきれないビットの値を、前記推定によって正しい値に拘束することができる限りにおいて、その符号形式は限定されない。従って、畳み込み符号やブロック符号など種々の符号によるデータを本発明の適用対象とすることができる。

また、本発明においては、１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる変調方式を採用することによって、特定のビットについて値が変動するが他のビットについては値が変動しないという範囲をユークリッド距離についての閾値で定義することが可能になる。例えば、シンボル"０１１"からシンボル"０１０"，"００１"のユークリッド距離を等距離（例えば、距離Ｌ）とし、シンボル"０１１"とシンボル"１１０"とのユークリッド距離をそれより長く（例えば２Ｌ）する。

このとき、シンボル"０１１"からのユークリッド距離が３Ｌ／２の範囲内にあるシンボル"０１０"，"００１"は、左端のビットが全て"０"である。従って、当該左端のビット"０"は正しいと推定するように設定することができる。このように、位相空間内の範囲によって不変のビットを定義するためには、少なくとも３ビットの情報が必要とされる。従って、本発明は１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる全ての変調方式に適用することが可能であり、ＰＳＫやＱＡＭなど種々の変調方式を採用可能である。

なお、位相空間上でこのようにシンボルを配置し、閾値を設定するためには、本発明を適用する対象のデータにおいてグレイ符号を採用することが好ましい。すなわち、グレイ符号においては、あるシンボルとその最隣接シンボルとでハミング距離が"１"になるように位相空間上の信号点配置を定義し、ユークリッド距離が遠くなるに従ってハミング距離も遠くなる。従って、あるシンボルから所定の閾値の範囲内にあることによって不変となり、所定の閾値の範囲を超えることによって初めて変動し得るようなビットが存在するように、符号を定義することが極めて容易に実現できる。

また、以上のようなグレイ符号においては、最隣接シンボル同士のユークリッド距離の１．５倍以上を前記所定の閾値とすることが好ましい。すなわち、位相空間上で信号点が均等間隔の格子点を形成する場合、シンボルＡからのユークリッド距離が、最隣接シンボル同士のユークリッド距離の０．５倍以下の信号はシンボルＡであるとして復調される。このとき、最隣接シンボル同士のユークリッド距離の１．５倍を本発明における所定の閾値とすれば、特定のビットについて値が変動するが他のビットについては値が変動しないという範囲を定義することができる。

なお、閾値は最隣接シンボル同士のユークリッド距離の１．５倍以上であればよく、伝送路の性質（誤り発生率）に応じて閾値の大きさを調整することが可能である。例えば、誤りの発生率が高い伝送路を想定するときには、閾値を大きくすることが好ましい。また、位相空間中で信号点が均等間隔の格子点を形成しない８ＰＳＫ等、３個以上の信号点が１直線上に並んでいない変調方式であれば、むろん、最隣接シンボル同士のユークリッド距離の１．５倍と異なる閾値としても良い。

さらに、本発明における復調手段は、取得した信号の振幅と位相に最も近い信号点に対応したシンボル（情報系列）を特定することができればよく、変調方式に対応した復調を行うための種々の構成を採用可能である。例えば、ＯＦＤＭ変調方式によって信号を送信するのであれば、既定の周波数の発振器による検波回路やガードインターバルの除去回路、フーリエ変換回路等を経てサブキャリア毎の復調を行う回路等を本発明にかかる復調手段とすればよい。

さらに、復号手段においては、前記復調手段にて取得する前記符号化されたデータについて所定の復号アルゴリズムを適用して復号する。このとき、特定のビット（復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値の範囲内にある場合に、値が変化しないビット（ビットＡ））については復号アルゴリズムと無関係に、復調されたビットそのままを復号結果として取得できればよい。このための構成は、種々の構成を採用可能であり、例えば、所定の復号アルゴリズムによる復号を実施する回路に対して、前記ビットＡの値は変動させないように拘束条件を課す回路を追加する構成等を採用可能である。

むろん、２重の符号化がなされたデータに対して本発明を適用しても良い。例えば、畳み込み符号とブロック符号とを含むデータを本発明の適用対象とすることもできるし、ターボ符号を本発明の適用対象とすることもでき、種々の符号を本発明の適用対象とすることができる。これらの場合、復号手段においてはこれらの符号を復号化する構成とする。また、符号化されたデータに対してインターリーブを行っても良い。むろん、この場合、デインターリーブ回路などによってインターリーブを解除するように構成する。

さらに、本発明を畳み込み符号によって符号化されたデータに適用すると、当該畳み込み符号の復号アルゴリズムで訂正できない誤りを訂正できる確率を向上することができて好ましい。すなわち、復調した情報系列とビタビアルゴリズムにおけるパスに対応した値とのハミング距離が近い情報系列が確からしいとして復号を行うことを想定すると、本発明においてユークリッド距離に基づいて決定した正しい値（前記ビットＡの値）は、ビタビアルゴリズムによる誤り訂正と無関係に決定される。従って、この畳み込み符号において、このビタビアルゴリズムのみの処理では誤りを出力してしまうビットが存在し得るとしても、その誤りを訂正できる場合がある。この結果、復号時の誤り訂正率を向上することが可能である。

なお、以上のように、復号アルゴリズムによる訂正と無関係に確からしいビットの値を推定する構成として、ビット毎の誤り率に着目した構成を採用しても良い。すなわち、符号化されたデータの変調方式を特定すると、その変調方式における各ビットの誤り訂正率は前記ユークリッド距離等に基づいて特定することができる。そこで、各ビットについて予め特定される誤り率を取得しておき、誤り率が所定の値以下であるビットは正しい値であるとする。この結果、復号アルゴリズムによる訂正と無関係に確からしいビットの値を推定することができ、誤り訂正率を向上することが可能である。

むろん、以上の装置は、受信装置等、種々の装置に対して適用することが可能であるし、上述した誤り訂正は、本願特有の手順で処理を進めていくことから、その手順を特徴とした方法の発明としても実現可能である。また、その手順をコンピュータに実現させるためのプログラムの発明としても実現可能である。むろん、誤り訂正装置、方法、プログラムは他の装置、方法、プログラムの一部として実現されていてもよいし、複数の装置、方法、プログラムの一部を組み合わせることによって実現されていてもよく、種々の態様を採用可能である。むろん、前記プログラムを記録した記録媒体として本発明を実現することも可能である。

以下、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）受信装置の構成：
（１−１）復調部の構成：
（１−２）復号部の構成：
（２）復号器の動作：
（３）他の実施形態：

（１）受信装置の構成：
図１は、本発明の一実施形態にかかる誤り訂正装置を含む受信装置１０を示すブロック図である。受信装置１０は、アンテナ１１と復調部１２と復号部２０とデータ処理部１３とを備えており、アンテナ１１を介して無線電波を受信する。以下に示す実施形態において、受信装置１０はデジタル放送の受信装置であり、畳み込み符号によって符号化されたデータをＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）伝送方式によって多重した放送電波を受信する。なお、本実施形態においてこの電波の変調方式は６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）である。

（１−１）復調部の構成：
すなわち、復調部１２は、アンテナ１１を介してＯＦＤＭ多重された放送電波を受信し、ガードインターバルの除去やフーリエ変換等を実施しながらサブキャリア毎にデジタル信号を復調する。この結果、復調部１２は、前記符号化されたデータの受信結果を情報系列として出力する。

図２は、本実施形態における６４ＱＡＭの信号点を示す位相空間の図であり、横方向にＩ軸、縦方向にＱ軸を示しており、この位相空間内の丸印はその振幅と位相に対応づけられたシンボルを示している。なお、６４ＱＡＭは１シンボルあたり６ビットのデータを伝送可能であり、本明細書では、この６ビットをｂ₀ｂ₁ｂ₂ｂ₃ｂ₄ｂ₅と記述する。また、同図においては、ビットｂ₂〜ビットｂ₅までの値を各丸印の脇に記載している。一方、上位２ビット（ｂ₀ｂ₁）の値は位相空間の象限毎で共通の値であり、第１象限ではｂ₀ｂ₁＝００，第２象限ではｂ₀ｂ₁＝１０，第３象限ではｂ₀ｂ₁＝１１，第４象限ではｂ₀ｂ₁＝０１である。

また、本実施形態における６４ＱＡＭではグレイ符号が採用されており、最隣接のシンボル同士では１ビットの値のみが異なる（すなわち、ハミング距離が１）ように信号点の配置が決められている。復調部１２では、前記放送電波を受信してデジタル信号を復調するが、このとき、復調した信号の振幅と位相に最も近いシンボル（情報系列）が出力される。

（１−２）復号部の構成：
本実施形態において復調部１２によって復調されたデータは、復号部２０に入力されて復号される。この復号部２０においては、前記畳み込み符号を復号化する回路を備えており、前記復調部１２が各サブキャリアについて復調した情報系列を取得し、ビタビアルゴリズムによってこの情報系列を復号する。但し、本実施形態においては、当該ビタビアルゴリズムにおける情報系列の推定を行う前に、このアルゴリズムとは別個に特定のビットの値を決定する。

このために、復号部２０は、削減パス決定部２１とブランチメトリック算出部２２と生き残りパスメモリ２３とＡＣＳ回路２４とパスメトリック記憶部２５とトレースバック部２６とを備えており、削減パス決定部２１は、復調部１２に備えられた誤り率データメモリ２０ａから正しいと見なすべきビットを示すデータを取得し、そのビットの正しい値をＡＣＳ回路２４に出力する。

より具体的には、復調部１２は誤り率データメモリ２０ａを備えており、当該誤り率データメモリ２０ａは、図２に示す位相空間内のユークリッド距離から決定される誤り率に関するデータを記憶している。本実施形態において、誤り率に関するデータは、図２に示す位相空間内のユークリッド距離から決められる特定のビットを示すデータであり、１シンボル内で他のビットと比較して誤りが発生する率が極めて低いビットを示すデータである。

本実施形態において、当該誤りが発生する率が極めて低いビットは、復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値Ｔｈの範囲内にある他のシンボルと前記復調されたシンボルとで同じ値になるビットである。なお、閾値Ｔｈは、最隣接シンボル同士のユークリッド距離の１．５倍である。図２においては、情報系列"００１１００"を示すシンボルＳ₀を例として示している。このシンボルＳ₀からみてユークリッド距離が閾値Ｔｈの範囲内（半径Ｔｈの円内）にあるシンボルは、上下左右に隣接する最隣接シンボルＳ₁〜Ｓ₄と斜め方向に隣接する第２最隣接シンボルＳ₅〜Ｓ₈である（第２最隣接とは２番目に近い距離にあるシンボル群を指す）。

これらのシンボルＳ₁〜Ｓ₈の各ビットをシンボルＳ₀の各ビットと比較すると、全てのシンボルにおいてビットｂ₂とビットｂ₃の値は双方とも"１"であり、同じ値となっている。
一方、ビットｂ₂とビットｂ₃の値がシンボルＳ₀と異なる値となるには、シンボルＳ₀からのユークリッド距離が少なくとも閾値Ｔｈを超え、第３最隣接シンボル（例えば、シンボルＳ₉）と見なすことができる振幅および位相にならなければならない。

すなわち、送信側からシンボルＳ₀として出力された信号が、受信側で受信されたときにビットｂ₂とビットｂ₃の値のいずれかが"１"でなくなるためには、閾値Ｔｈを超えた振幅と位相の変化が生じるほどのノイズが重畳されている必要があり、一般には、このような状況が発生する確率は低い。また、他のビットｂ₀ｂ₁ｂ₄ｂ₅がノイズによって変化する確率とビットｂ₂ｂ₃が変化する確率を比較すると後者の方が極めて低い。

そこで、本実施形態においては、復調部１２から出力されたシンボルと他のシンボルとを比較したときに、位相空間内で閾値Ｔｈを超えるまで値が変化しないビットは正しい値であると見なす。前記誤り率データは当該正しい値であると見なすビットを示すデータであり、このデータをシンボル毎に対応づけて記憶している。例えば、シンボルＳ₀にはビットｂ₂とビットｂ₃とを示すデータが対応づけられている。

削減パス決定部２１は、復調部１２が出力する情報系列を取得し、そのシンボルに対応づけられている誤り率データを取得する。すなわち、この誤り率データに基づいてそのシンボルにおいて正しいとすべきデータを取得する。正しいとすべきデータはＡＣＳ回路２４に受け渡され、ビタビアルゴリズムにおけるパスの選択の際に選択肢を限定するために利用される。

一方、ブランチメトリック算出部２２は、復調部１２が取得する情報系列を取得し、ビタビアルゴリズムにおけるパス選択のために各状態に到達するパス毎のメトリックを算出する。すなわち、ビタビアルゴリズムは、畳み込み符号を生成する際の符号器における遅延素子の状態数に対応した状態を考え、各状態を通るパスのうち、最も確からしいパスを推定することによって符号語の復号を行うアルゴリズムである。

本実施形態においては、パスを特定する際に復調部１２から出力された情報系列と各パスに対応する符号器の出力値とのハミング距離を計算し、その累計（パスメトリック）が最小になるパスを選択することによってパスを推定する。そこで、ブランチメトリック算出部２２は、このパスを推定するために、各時刻における各状態に達するパス毎のメトリック（ブランチメトリック）を算出する。

図３は、ビタビアルゴリズムにおける推定を簡略化して説明するトレリス線図であり、同図においては、４つの状態（状態０〜状態３）によって符号器の状態を特定できる畳み込み符号の復号化を示している。また、同図においては、各状態を白丸で示して縦方向に並べるとともに横方向を時間軸として示している。

同図３においては時刻ｔ_n-1〜ｔ_n+2における各状態を示しており、実線は符号器への入力が"０"である場合、破線は符号器への入力が"１"である場合に対応したパスである。また、各実線および破線の脇に示す２ビットのデータは、各実線および破線のパスに対応した符号器の出力を示している。従って、パス毎にこの符号器の出力値とその時刻に対応した情報系列とを比較すれば、パス毎のブランチメトリックを算出することができる。

例えば、時刻ｔ_n-1から時刻ｔ_nの各状態に移る際の情報系列に対応するデータ（受信符号）が"１１"である場合、状態０に達するパスは２つ存在し、状態０から状態０に達するパスに対応した符号器の出力値は"００"であるため、この場合のハミング距離は"２"である。従って、このパスのブランチメトリックは"２"である。また、状態２から状態０に達するパスに対応した符号器の出力値は"１１"であるため、この場合のハミング距離は"０"である。従って、このパスのブランチメトリックは"０"である。なお、図３においてはこのハミング距離の値を白丸の中に示すとともにパスの脇に示している。

図３に示す例において時刻ｔ_n-1から時刻ｔ_nの各状態に移るパスは、状態０〜状態３の各状態についてそれぞれ２個ずつ存在するので、この例においては、ブランチメトリック算出部２２によって８個のパスについてブランチメトリックが算出される。ＡＣＳ（Add Compare Select）回路２４は、ブランチメトリック算出部２２の出力データとパスメトリック記憶部２５の記憶内容とに基づいて各状態におけるパスを選択する回路である。

すなわち、時刻ｔ_nにおいてパスメトリック記憶部２５は、時刻ｔ_n-1以前のパスであって、選択し得るパス（生き残りパスと呼ぶ）についてブランチメトリックを累計した値（パスメトリック）を記憶している。従って、ＡＣＳ回路２４は、パスメトリック記憶部２５に記憶されていた各パスについてのパスメトリックと、ブランチメトリック算出部２２が出力するブランチメトリックとをパス毎に加算することによって時刻ｔ_nにおける各状態に達するパスのパスメトリックを取得することができる。

各パスのパスメトリックが得られたら、各パスのパスメトリックを比較し、各状態についてパスメトリックの小さいパスを選択することで、より確からしいパスを選択することができる。なお、各状態におけるパスのパスメトリックが同値の場合には、任意のパスを選択するなど種々の方法でパスを選択すればよい。ＡＣＳ回路２４はこの比較と選択を行って、選択されたパスを示すデータを生き残りパスメモリ２３に出力する。

生き残りパスメモリ２３は、当該生き残りパスを示す情報を記憶するメモリである。当該生き残りパスは、各状態について１つであるが、ある時刻において選択し得る状態が複数個存在する場合には各状態について１つのパスが存在し、パスは未定である。トレースバック部２６は、生き残りパスメモリ２３に記憶されたパスから確からしいパスを決定し、畳み込み符号の復号データを出力する回路である。本実施形態において、トレースバック部２６はある時刻までのパスが一つに限定された場合にその時刻までのパスが推定されたとし、そのパスに対応した復号データを出力する。

すなわち、トレースバック部２６は、生き残りパスメモリ２３に記憶されている生き残りパスを逆に（負の時間方向）たどっていく。このとき、上述のＡＣＳ回路２４によって生き残りパスが選択されたことに起因して、ある時刻（＜ｔ_n）までのパスが一つのみに限定される場合がある。そこで、この場合には、その時刻までのパスは確かであるとしてそのパスに対応した復号データを出力する。

なお、以上の例においては、時刻ｔ_n-1にて状態０〜状態３の全てを取り得ることとして説明したが、時刻ｔ_n-1までの処理によって取り得る状態が限定されているのであれば、取り得る状態からのパスのみについて検討すればよい。また、図３は簡略化した図面であり、状態数はより多数であっても良いし、各状態からのパスは２つのみに限定されないし、トレースバック処理も上述の処理に限定されることはなく、種々の手法を採用可能である。

本実施形態における復号部２０は、以上の回路構成に加えて上述の削減パス決定部２１を備えており、ＡＣＳ回路２４が当該削減パス決定部２１の処理に基づいてパスを制限することによって、復調方式および符号方式から得られる誤り訂正率に基づく推定結果を反映した畳み込み符号の復号を実施する。すなわち、削減パス決定部２１は、復調部１２から復調された情報系列を取得し、誤り率データメモリ２０ａからその情報系列（シンボル）に対応づけられている誤り率データを取得する。

そして、当該削減パス決定部２１は、前記誤り率データが示すビット（正しい値であると見なすビット）の値をＡＣＳ回路２４に出力する。このとき、ＡＣＳ回路２４は、このビットの値と矛盾するパスを選択肢から削除し、生き残りパスとして選択しないように処理を進める。なお、ここでは、削減パス決定部２１が出力するデータに基づいて、ＡＣＳ回路２４にて前記誤り率データが示すビットに対応するパスのみを生き残りパスとすることができればよく、ブランチメトリック算出部２２における出力と同期させ、前記訂正されたビットに対応する時刻で前記訂正されたビットに対応しないパスを削除するように構成しても良いし、このパス以外のブランチメトリックを大きくしても良く、種々の処理を実施可能である。

（２）復号器の動作：
いずれにしても、以上の回路によって畳み込み符号を復号化することにより、復号化における誤り訂正率を向上することができ、以下、その動作および誤り訂正の例を説明する。図４は、誤り訂正の例を示しており、図５は、復号部２０における処理を示すフローチャートである。図４においては、状態０〜状態３のパスを時刻Ｔ_n-3〜時刻Ｔ_n+3まで示している。この例において、正しい情報系列に対応したパスは太線で示すパスＰ₀であり、破線で示すパスＰ₁は誤りを含む情報系列に対応したパスである。（図４においては、簡単のため、時刻Ｔ_n-1までのパスが一つに限定されている状態を示しているが、むろん、この時刻においてパスが一つのみに限定されているとは限らない。）

上述のビタビアルゴリズムにおいては、受信した情報系列と比較して確からしいパスを選択していくことで、所定の誤り発生率までの誤りを訂正することができるが、誤り訂正能力を超えた誤りを含む場合には、ビタビアルゴリズムによって訂正できないビットが存在してしまう。一方、本実施形態における誤り訂正では、上述のように、シンボル同士のユークリッド距離に基づいて正しいと見なすビットが予め決められている。このビットは、前記ビタビアルゴリズムと無関係に決められるので、上述のようにビタビアルゴリズムによって訂正できなかったビットであっても訂正できることはあり得る。

図４においては、このような状況に対応したパスＰ₀，Ｐ₁の例を示している。すなわち、同図４においては、本発明のように予め正しいと見なすビットを決定することなくビタビアルゴリズムによって復号を行ったときの従来の復号結果をパスＰ₀とし、かつ、時刻Ｔ_n以降においてはこのパスに対応したビットは誤りであったとする。また、時刻Ｔ_n-1から時刻Ｔ_nに達するパスに対応した２桁のビットが本発明において正しいと見なしたビットであることとする。

このとき、復調部１２においては、誤り率データメモリ２０ａから前記正しいと見なしたビットを示す誤り率データおよび復調したシンボルを出力し（ステップＳ１００）、削減パス決定部２１は、これらの入力を受けてパスを削減するためのデータ（誤り率データが示すビットの値）をＡＣＳ回路２４に出力する（ステップＳ１１０）。図２に示す例では、正しいと見なすべきビットがビットｂ₂とビットｂ₃であり、ステップＳ１１０ではその値"１１"を出力する。

一方、復号部２０においては、復調部１２から入力される情報系列に対する復号処理を実施している。すなわち、ブランチメトリック算出部２２は、復調部１２から情報系列（受信符号）の入力を受け（ステップＳ２００）、時刻Ｔ_nにおけるパスのブランチメトリックを算出する。図４に示す例においては、時刻Ｔ_n-1の各状態から時刻Ｔ_nの各状態に到達するパス（例えば、状態２から状態０に到達するパス（パスＰ₁に対応）や状態２から状態１に到達するパス（パスＰ₀に対応））についてブランチメトリックを算出する（ステップＳ２１０）。

ブランチメトリック算出部２２がブランチメトリックを算出すると、その値を示すデータがＡＣＳ回路２４に出力され、ＡＣＳ回路２４はステップＳ２１０にて算出したブランチメトリックを時刻Ｔ_n-1までのパスにおけるパスメトリックに加算する（ステップＳ２２０）。そして、当該ＡＣＳ回路２４は、各状態において選択肢とされ得るパスを生き残りパスとするための処理を行う（ステップＳ２３０）が、このとき、前記削減パス決定部２１がステップＳ１１０にて出力したデータに応じてパスの選択肢を限定する。

すなわち、正しいと見なすビットの値が特定されているので、この値に対応したパスのみを選択肢とし、その他のパスは削除される。例えば、図４に示す例において、パスＰ₁に対応した出力値は"１１"であるのでこのパスは選択肢とされ、パスＰ₀に対応した出力値は"００"であるのでこのパスは選択肢とされない。従って、この例において、ＡＣＳ回路２４は各状態におけるパスを選択する際にパスＰ₀を示すデータを出力せず、パスＰ₁を示すデータは出力する。この結果、ステップＳ２３０の終了時点で、生き残りパスメモリ２３にパスＰ₁は記録されていないことになる。むろん、ステップＳ２００〜Ｓ２３０において、正しいと見なすビットに相当しないビットを処理している場合には、ステップＳ１００，Ｓ１１０の処理と無関係に処理を進める。

トレースバック部２６は、生き残りパスメモリ２３を参照して上述のトレースバック処理を実施し、生き残りパスが１本になっている場合にはその生き残りパスに対応した復号データを出力するし、生き残りパスが１本になっていない場合には、上述のステップＳ２００以降の処理を繰り返すことになる（ステップＳ２４０，Ｓ２５０）。以上のように、本実施形態では、ビタビアルゴリズムと無関係に決定されたビットの値とビタビアルゴリズムとを併用して復号を行うので、誤り訂正率の高い復号化を行うことができる。

トレースバック部２６によって出力されたデータはデータ処理部１３に入力され、所定の処理が実施される。ここでは、復号化されたデータを利用したあらゆるデータ処理を想定することができ、例えば、受信装置１０がデジタル放送映像の視聴装置の場合であれば、復号化されたデータに基づいて画面上に画像を表示するためのデータ処理を行い、図示しない表示画面に当該画像を表示する。むろん、受信装置１０はデジタル放送映像の視聴装置に限定されず、デジタル放送映像の記録装置や携帯端末など、各種の装置が本発明の受信装置１０となり得る。

なお、前記図４に示す図では、時刻Ｔ_nにおけるパスの削減に伴って、時刻Ｔ_n+1以外の誤りも訂正される可能性が高くなる。すなわち、時刻Ｔ_nから時刻Ｔ_n-1に到達するパスを制限することによって時刻Ｔ_n-1にて選択し得るパスは極めて少なくなる。例えば、図４において、時刻Ｔ_n-1から時刻Ｔ_nに到達するパスのうち、出力値"１１"に対応したパスは、上述のパスＰ₁と状態０から状態１に至るパスのみである（図３参照）。従って、選択し得るパスは８個から２個に制限されたことになる。また、限定された選択肢の中には、正しいと見なしたビットに対応したパスが必ず含まれている。従って、従来の畳み込み符号の復号と比較して誤りを訂正できる可能性が極めて高くなる。

以上のように、本発明においては、誤り訂正能力を向上することができる。出願人のシミュレート結果によると、デジタル放送における畳み込み符号として許容されるＢＥＲ（Bit Error Rate）の上限値を実現するためのＣ／Ｎ（Carrier to Noise Ratio）は、従来の構成と本発明の構成とで２〜３ｄＢの差が生じることが判明している。従って、本発明によれば、特定の電力で電波を送信しているときにサービスの提供を受けられるエリアを広くすることができる。また、サービスエリアの広さが一定であることを前提にする場合は、電波の送信に必要とされる電力を小さくすることができる。

（３）他の実施形態：
上述の実施形態は本発明の一実施形態であり、本発明の実施形態は前記の実施形態に限定されない。すなわち、各シンボルにおいて正しいと見なすビットを特定し、この特定結果に基づいて符号化データを復号化することができる限りにおいて、種々の構成を採用可能である。例えば、誤り率データメモリ２０ａに記録するデータは、正しいと見なすビットを特定するためのデータであればよく、ビットの値が変化するユークリッド距離の最低値を示すデータであるなど、種々のデータを採用可能である。

また、誤り率データを保持するためのメモリは復調部１２に備えられていることが必須というわけではなく、削減パス決定部２１に備えられていてもよく、種々の構成が採用可能である。むろん、誤り率データは予め決定して記憶しておいても良いし、ユークリッド距離に基づいて算出しても良い。さらに、復調部１２において受信した信号の復調方式が変動する場合に、その変動に対応した誤り率データを出力するように構成してもよい。

さらに、本発明において受信するデータは２つ以上の符号によって符号化されていてもよい。例えば、デジタル放送の放送電波においては、ブロック符号（リードソロモン符号）と畳み込み符号との２つの符号によって符号化されたデータを送信するので、この電波を受信する際に各シンボルに対応したビットの誤り率に対応して予め正しいと見なすビットを決めておき、畳み込み符号あるいはブロック符号の復号に際して当該正しいと見なしたビットの値を反映した復号を行う構成とすることもできる。むろん、送信される信号においてインターリーブを実施しているのであれば、このインターリーブを解除するデインターリーブ回路を備えるように構成すればよく、デインターリーブ回路を備える構成であったとしても本発明を適用することは可能である。

さらに、正しいと見なすビットの数は２個に限定されず、より多くのビットにおいてその値を正しいと見なすことが可能である。例えば、上述の図２において、シンボルＳ₁₀は６ビットのうち４ビットの値を正しいと見なしても良い。すなわち、シンボルＳ₁₀を基準にすると、シンボルＳ₁₀を中心にして半径が閾値Ｔｈである円の中に含まれる全てのシンボルにおいてビットｂ₀ｂ₁ｂ₂ｂ₃の値が"０"であり、不変である。従って、このシンボルにおいては、ビットｂ₀ｂ₁ｂ₂ｂ₃の値が正しいと見なすことができる。むろん、２個以上のビットを正しいと見なすシンボルはシンボルＳ₁₀に限らず、他の位置であっても正しいと見なすビットを増やすことが可能である。

また、上述の図４に示す例では、正しいと見なした２桁のビットが時刻Ｔ_n-1から時刻Ｔ_nへ到達するパスにおける２桁のビットに一致していたが、正しいと見なした２桁のビットが２つのブランチに跨っていても良い。例えば、正しいと見なした２桁のビットの左側が時刻Ｔ_n-1から時刻Ｔ_nへ到達するパスにおける右側のビットに相当し、正しいと見なした２桁のビットの右側が時刻Ｔ_nから時刻Ｔ_n+1へ到達するパスにおける左側のビットに相当していても良い。この場合、連続する２つのブランチにおいてパスの数が８個から４個に限定され、誤り訂正率が向上する。

さらに、上述の実施形態はデジタル放送の受信装置であったが、むろん、本発明は１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれるデータを扱うあらゆる装置に適用することができる。例えば、信号はデジタル放送の信号に限らず、無線通信の信号であっても良いし、有線の信号など、無線放送以外の送信信号を受信する受信装置であってもよい。また、符号化されたデータを記録するハードディスクドライブやリムーバブル記録装置であっても良い。

さらに、上述の実施形態においては、各回路をＬＳＩによって構成しており、高速性やリアルタイム性が要求される場合に好ましい実施形態となっていた。しかし、高速性やリアルタイム性が要求されないのであれば、汎用的なプロセッサによる処理で上述の処理を実施することとしても良い。

さらに、トレースバック部２６においては、トレースバック処理によって生き残りパスが１本になった時点で逐次復号データを出力していたが、むろん、情報系列の全てについての生き残りパスの選択が終了した後に一括してトレースバック処理を行っても良い。さらに、上述のトレリス線図においては、各状態から他の状態に達する２本のパスが存在したが、むろん、各状態に対応するパスの数は２本に限られず、より多数のパスを考えても良い。

さらに、上述の実施形態は、ブランチメトリックやパスメトリックを整数値のハミング距離によって算出する硬判定を採用していたが、本発明を軟判定の復号に適用してもよい。例えば、シンボルに対応した振幅および位相とパスのユークリッド距離によってブランチメトリックやパスメトリックを算出する構成を採用可能である。

さらに、本発明による処理に付随して他の処理を行うことも可能である。例えば、復調部１２にてパイロット信号を平均化する際に、パイロット信号に基づいて伝送路の特性変化を推定し、伝送路の特性変化が大きいときには平均化処理を行わなずにＡＦＣ等の補正処理を行い、伝送路の特性変化が小さいときには平均化処理を行って当該補正処理を行う構成を採用可能である。この構成によれば、伝送路の特性が安定している場合に雑音の影響を効果的に軽減し、伝送路の特性が安定していない場合にはその特性変化に追従した補正処理を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る誤り訂正装置を示すブロック図である。信号点の振幅と位相を示す図である。トレリス線図である。復号化の例を示す図である。復号化を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…受信装置
１１…アンテナ
１２…復調部
１３…データ処理部
２０…復号部
２０ａ…誤り率データメモリ
２１…削減パス決定部
２２…ブランチメトリック算出部
２３…生き残りパスメモリ
２４…ＡＣＳ回路
２５…パスメトリック記憶部
２６…トレースバック部

Claims

畳み込み符号により符号化されたデータを１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる変調方式で変調した信号を取得して復調する復調手段と、
復調されたシンボルが含む各ビットのうち、復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値の範囲内にある他のシンボルと前記復調されたシンボルとで同じ値となるビットは正しいと見なすとともに、
復調されたシンボルが含む各ビットの値とのハミング距離を小さくさせるパスの選択を行って畳み込み符号を復号するビタビ復号部を備えるとともに、当該ビタビ復号部は、パスの選択に際して正しいと見なしたビットの値を一致させるパスを選択する復号手段とを備えることを特徴とする誤り訂正装置。
前記復調手段で取得する信号はグレイ符号によって符号化されていることを特徴とする請求項１に記載の誤り訂正装置。
前記所定の閾値は、最隣接シンボル同士のユークリッド距離の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の誤り訂正装置。
畳み込み符号により符号化されたデータを１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる変調方式で変調した信号を取得して復調する復調手段と、
復調されたシンボルが含む各ビットのうち、復調されたシンボルが含むビットについて予め得られている誤り率が所定の値以下であるビットは正しいと見なすとともに、
復調されたシンボルが含む各ビットの値とのハミング距離を小さくさせるパスの選択を行って畳み込み符号を復号するビタビ復号部を備えるとともに、当該ビタビ復号部は、パスの選択に際して正しいと見なしたビットの値を一致させるパスを選択する復号手段とを備えることを特徴とする誤り訂正装置。
前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の誤り訂正装置を備えた無線信号の受信装置。
信号に含まれる誤りを訂正する誤り訂正方法であって、
畳み込み符号により符号化されたデータを１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる変調方式で変調した信号を取得して復調する復調工程と、
復調されたシンボルが含む各ビットのうち、復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値の範囲内にある他のシンボルと前記復調されたシンボルとで同じ値となるビットは正しいと見なすとともに、
復調されたシンボルが含む各ビットの値とのハミング距離を小さくさせるパスの選択を行って畳み込み符号を復号するビタビ復号部を備えるとともに、当該ビタビ復号部は、パスの選択に際して正しいと見なしたビットの値を一致させるパスを選択する復号工程とを含むことを特徴とする誤り訂正方法。
信号に含まれる誤りを訂正する誤り訂正方法であって、
畳み込み符号により符号化されたデータを１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる変調方式で変調した信号を取得して復調する復調工程と、
復調されたシンボルが含む各ビットのうち、復調されたシンボルが含むビットについて予め得られている誤り率が所定の値以下であるビットは正しいと見なすとともに、
復調されたシンボルが含む各ビットの値とのハミング距離を小さくさせるパスの選択を行って畳み込み符号を復号するビタビ復号部を備えるとともに、当該ビタビ復号部は、パスの選択に際して正しいと見なしたビットの値を一致させるパスを選択する復号工程とを含むことを特徴とする誤り訂正方法。
信号に含まれる誤りを訂正する機能をコンピュータに実現させる誤り訂正プログラムであって、
畳み込み符号により符号化されたデータを１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる変調方式で変調した信号を取得して復調する復調機能と、
復調されたシンボルが含む各ビットのうち、復調されたシンボルからのユークリッド距離が所定の閾値の範囲内にある他のシンボルと前記復調されたシンボルとで同じ値となるビットは正しいと見なすとともに、
復調されたシンボルが含む各ビットの値とのハミング距離を小さくさせるパスの選択を行って畳み込み符号を復号するビタビ復号部を備えるとともに、当該ビタビ復号部は、パスの選択に際して正しいと見なしたビットの値を一致させるパスを選択する復号機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする誤り訂正プログラム。
信号に含まれる誤りを訂正する機能をコンピュータに実現させる誤り訂正プログラムであって、
符号化されたデータを１シンボルあたりに３ビット以上の情報が含まれる変調方式で変調した信号を取得して復調する復調機能と、
復調されたシンボルが含む各ビットのうち、復調されたシンボルが含むビットについて予め得られている誤り率が所定の値以下であるビットは正しいと見なすとともに、
復調されたシンボルが含む各ビットの値とのハミング距離を小さくさせるパスの選択を行って畳み込み符号を復号するビタビ復号部を備えるとともに、当該ビタビ復号部は、パスの選択に際して正しいと見なしたビットの値を一致させるパスを選択する復号機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする誤り訂正プログラム。