JP4778441B2

JP4778441B2 - サブブロック処理及びサブブロックをベースとする停止基準を伴うｓｉｓｏ復号器

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Publication number: JP4778441B2
Application number: JP2006544644A
Authority: JP
Inventors: アンドリースピーヘクストラ; ヨハヌスティエムエイチディーリッセン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2011-09-21
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Description

本発明は、受け取った情報シンボルのブロックを繰り返し復号する、特にターボ復号器において用いるためのＳＩＳＯ復号器であり、上記ブロックが情報シンボルの幾つかのウィンドウに分割される当該ＳＩＳＯ復号器に関する。本発明は、また、そのようなＳＩＳＯ復号器を用いるターボ復号器及び対応する復号方法に関する。最後に、本発明は、上記方法を実現するためのコンピュータプログラムに関する。

ターボ符号は、例えばＵＭＴＳ規格に含まれている強力な誤り訂正ブロックコードである。ＵＭＴＳ信号の受信のために必要な信号処理の量は、ＧＭＳ信号の受信のために必要な信号処理の量をはるかに上回り、ＵＭＴＳ端末のバッテリーを消耗させるものである。ターボ符号化信号の復号（「ターボ復号」）は、コンピュータ的に非常に集約的なプロセスである。コンピュータの負荷及び従って繰り返しターボ復号プロセスの電流消費を制限するためのよく知られているやり方は、繰り返しの平均回数を減らすための停止基準を用いることである。これらの既知の停止基準は、ターボ復号器内のデータの全ブロックに適用され、これはグローバル停止基準と呼ばれるべきである。

ターボ符号の発見の直後に、ターボ復号器の原理が等化に適用され得ることが発見された。等化は、信号処理においてよく知られている分野であり、シンボル間干渉の影響をなくすことを目的とするものである。そのため、これはターボ等化と呼ばれている。ターボ符号化とターボ等化との違いは、ターボ等化の場合には、以前はターボ符号化器であった少なくとも1つのバイナリのモジュロ２畳み込み符号器（デジタルフィルタ）がアナログフィルタと取り替えられなければならないことである。ターボ符号の復号に適用される場合のターボ復号と例えば畳み込み符号化器（インターリーバ）及びシンボル間干渉チャネルの直列連接に適用されるターボ復号との間に基本的な違いはないことがよく知られている。従って、以下において「ターボ復号」という用語が用いられる場合、同じ基礎技術のこれらの用途の両方のことを指す。

B. Frey, F. Kschischangの「Early Detection and Trellis Splicing Reduced Complexity Iterative Decoding」（IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, No. 2, pp. 153-159, Febr. 1998）には、確実になったトレリスのセグメント又はトレリスのビットがもはや処理されない「早期検出（early detection）」と呼ばれる方法が開示されている。この方法は、ターボ復号のコンピュータの負荷をより低減するという利点を有しており、バッテリ電流を節約する又は復号の待ち時間を少なくすることが可能である。ターボ復号器に用いるための何種類かのウィンドウをベースとする軟入力，軟出力（ＳＩＳＯ）モジュールも知られている。その場合、ウィンドウを用いる動機付けは、メモリの要求を減らすこと及び恐らく復号の待ち時間を少なくすることである。

バイナリターボ符号は最も一般的である。ターボ復号器において用いられることの多い軟判定のビット表現は対数尤度比である。バイナリ符号の場合、対数尤度比（ＬＬＲ）の記号は対応する硬判定のビット値を示し、対数尤度比の絶対値は推定の信頼度（確実性）を示す。しかしながら、非バイナリのケースについての一般化は可能である。その場合、対数尤度（比）ベクトルの信頼度は、例えば最大成分と１であるが最大の成分との差により決定される。以下において、説明ではバイナリのケースに焦点を当てているが、それにより種々のケースが排除されるべきではない。

ターボ復号器の繰り返しの間、典型的には対数尤度比は、幾らかのランダムな変動及び時には記号の変化を伴って絶対値が大きくなる。実際の実現では、対数尤度比のダイナミックレンジは幾つかの限定された定点又は整数の範囲に制限されなければならない。この範囲内に変数を保つために中間結果のクリッピングが用いられる。経験的に、あるメッセージビットの対数尤度比の変数は、一度クリップされると、全てのその先の繰り返しの間、ほとんどこのレベルにおいて動けないままである。実際上、これは、ビットが非ランダム又は決定的（deterministic）になったことを意味する。上述したFrey及びkschischangの発表において、最後の繰り返しの前におけるそのようなビット当たりの検出が開示され（「早期検出」と呼ばれている。）、「トレリスのセグメント」というより一般的な用語も用いており、これは、幾つかの隣接するメッセージビットが同時に早期判定され得ることを意味する。その場合、そのような判定されたビットは当該トレリスから取り除かれる。

メトリクス（metrics）の記憶に関するメモリの要求を制限する及び／又は復号の待ち時間を制限するＳＩＳＯモジュールの最も極端なバリエーションは、ＷＯ００／５９１１８公報に開示されている。この文献によれば、多数のスライドウィンドウが分離したＳＩＳＯワーカーユニットにより並列に処理される。これは、トレーニングインターバルを伴うスライドウィンドウ復号器及び次の繰り返しの初期化を伴うスライドウィンドウ復号器の両方に適用される。

(Max)(Log)MAPＳＩＳＯモジュールでは、原則的に、メッセージブロック内のメッセージビット数に等しい長さのトレリスが、前方及び後方の両方のトレリス方向において処理されなければならない。パスメトリクス（ステートメトリクスと呼ばれる場合もある。）は、トレリス処理の前方及び後方に関して計算される。出力される対数尤度比（事後又は外的）は、両方のトレリス方向におけるパスメトリクスの関数である。これは、少なくとも一方のトレリス方向（通常、後方トレリス方向と呼ばれる。）におけるパスメトリクスの記憶を必要とする。ＵＭＴＳでは、トレリスは、各トレリスセクションにおいて８つの状態を有し、５１１４メッセージビットの長さ（従って、５１１４トレリスセクション）を有し得る。チップ上の全セクションの全ての状態に関してパスメトリクスを記憶することは、法外に高い額のメモリを要する。これが、(Max)(Log)MAPＳＩＳＯモジュールにウィンドウ技術が導入される１つの理由である。ウィンドウ技術は、例えば後方トレリス方向に関するパスメトリクスが専ら（プロセッサ単位当たり）１ウィンドウ長に関して記憶される必要があるように解決する。このウィンドウ長は、メッセージブロック長全体の小さい部分であり、大きなメモリの節約を実現する。

ＳＩＳＯモジュールにおいてウィンドウを用いる他の動機付けは、ＳＩＳＯモジュールは別個のウィンドウが異なる処理ユニットにより別々に処理されることを可能にすることである。従って、処理速度及びスループットが高められ得る。一般に、復号の待ち時間を減らすことは重要視されている。

従って、本発明の目的は、電力消費の著しい低減が実現され得る、特にターボ復号器に用いるためのＳＩＳＯ復号器を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、ウィンドウの前記受け取った情報シンボルのＳＩＳＯ復号のための少なくとも１つのＳＩＳＯ復号ユニットと、ウィンドウがアクティブ又はイナクティブにされているかどうかを示すウィンドウアクティビティフラグを記憶するウィンドウアクティビティフラグ記憶部と、前記ウィンドウアクティビティフラグをアクティブ又はイナクティブに設定するウィンドウアクティビティフラグ設定ユニットであって、前記ウィンドウアクティビティフラグは最初はアクティブに設定され、前記ウィンドウにおける前記情報シンボルの確実性を示す値が所定の確実性閾値を上回ると、ウィンドウのウィンドウアクティビティフラグはイナクティブに設定される当該ウィンドウアクティビティフラグ設定ユニットと、前記ウィンドウアクティビティフラグ記憶部から前記ウィンドウアクティビティフラグを読み出すウィンドウアクティビティフラグ読み出しユニットと、対応するウィンドウアクティビティフラグがイナクティブに設定されたウィンドウの前記情報シンボルは以後の繰り返しにおいてＳＩＳＯ復号されないように読み出された前記ウィンドウアクティビティフラグに基づいて前記少なくとも１つのＳＩＳＯユニットを制御する制御ユニットとを有する請求項１記載のＳＩＳＯ復号器により達成される。

本発明は、専らスライディングウィンドウ全体が早期検出され得るように早期検出を適用するというアイデアに基づいている。これは、ウィンドウをベースとするＳＩＳＯ復号器はウィンドウ全体をスキップし得ることを意味する。ある実施において、これは実現がとりわけ簡単である。更に、ＳＩＳＯ復号器の各スライディングウィンドウは、ウィンドウアクティビティフラグを有している。初めに、全てのスライディングウィンドウがアクティブである。例えば好ましい形態において提案されているような全ての事後対数尤度比であり得る上記ウィンドウにおける情報シンボルの確実性を示す値が、所定の値である絶対クリッピングレベル（確実性閾値）に達していると、すなわちウィンドウの全てのメッセージビットが確実性のある度合いに達していると、当該ウィンドウのアクティビティフラグはイナクティブに設定され、ウィンドウはある情報ブロックを復号するその先の繰り返しの間スキップされる。

Frey及びkschischangにより述べられた解決策によれば、ビットが確実になったときに、０であるビットの確率は０又は１に設定され、これはトレリスから取り除かれる。その代わりに、これをトレリスから取り除くいかなる再編成のコストも避けるために、本発明の好ましい観点によれば、確率（確実性を示す値）が最後に計算された値に固定（freeze）され、これは０又は１に近いが、等しくはない。好ましい形態において提案されているように、対数尤度比が用いられると、Frey及びkschischangにより提案されているような０又は１に等しい確率を設定することは、現実的ではない正又は負の無限大の対数尤度比を引き起こす。

本発明は、受け取った情報シンボル、特にチャネルデータストリームのチャネルシンボルを繰り返し復号するターボ復号器であって、前記受け取った情報シンボルのＳＩＳＯ復号のための請求項１記載の２つのＳＩＳＯ復号器を有し、これらＳＩＳＯ復号器は連続的に配されており、それぞれ、前記受け取った情報シンボルを入力として有すると共に、対応する他方の前記ＳＩＳＯ復号器により出力として生成される前記情報シンボルの事前情報信頼度を有する請求項８に記載されているターボ復号器にも関連している。

本発明によるＳＩＳＯ復号方法及びターボ復号方法は、請求項９及び請求項１０に規定されている。コンピュータ上で上記方法を実現するための本発明によるコンピュータプログラムは、請求項１１に規定されている。本発明の好ましい形態は、従属請求項に規定されている。

好ましい形態によれば、上記確実性を示す値は、情報シンボルの対数尤度比（ＬＬＲ）の絶対値である。その場合、上記ウィンドウにおける情報シンボルの対数尤度比の絶対値が所定の対数尤度閾値を上回ると、ウィンドウのウィンドウアクティビティフラグはイナクティブに設定される。

外的ＬＬＲの値又は事後ＬＬＲの値のいずれか一方を記憶することが可能である。好ましい実現では、ウィンドウにおけるビットが確実であることを検出するために事後ＬＬＲが用いられ、その場合、当該ウィンドウのＳＩＳＯ処理はそれ以降停止し、これは、生成された外的ＬＬＲが固定されたままであることを意味する。２つの結果のタイプが可能である。これら２つのタイプの違いは、ウィンドウが確実であるか否かの検出が生成された（出力される）外的ＬＬＲ又は事後ＬＬＲのいずれか一方に関して行われることである。これら２つのＬＬＲの関係は、単なる加算又は減算である。すなわち、
出力される外的ＬＬＲ＝事後ＬＬＲ−事前ＬＬＲ
である。ここで、事前ＬＬＲは以前のサブ反復の出力された外的ＬＬＲである。事後ＬＬＲは、メッセージビットについてより多くの情報を取り込み、従って情報ビットが確実になったかどうかをより確実に示すので、ウィンドウが固定され得るか否かの検出は、事後ＬＬＲに関して行われ、外的ＬＬＲに関して行われないことが好ましい。

他の形態によれば、上記外的ＬＬＲを記憶し、この外的ＬＬＲを次のＳＩＳＯ復号器に伝えること、又は事後ＬＬＲを記憶し、この事後ＬＬＲを次のＳＩＳＯ復号器に伝えることが提案される。元のターボ符号は、ここでは並列連接畳み込み符号（ＰＣＣＣ）と呼ばれる。しかしながら、その後、直列連接畳み込み符号（ＳＣＣＣ）も開発され、うまく作用する。例えば、上述したターボ等化は、ＳＣＣＣに対応する。ここで、ある実現において、最も論理的なものが、（入れ替えられた又は直接の順序で）ＳＩＳＯ復号器に入力、すなわち外的ＬＬＲを記憶するべきである。

他の形態によれば、上記ＳＩＳＯ復号ユニットは、前方状態メトリクスを計算する前方処理ユニットと、後方状態メトリクスを計算する後方処理ユニットと、前方及び後方状態メトリクスを記憶するメトリクス記憶手段と、前方及び／又は後方状態メトリクスを出力する出力手段と、現在処理されているウィンドウの前に位置するウィンドウのチャネルシンボルを復号するＳＩＳＯ復号ユニットから前方状態メトリクスを受け取ると共に、現在処理されているウィンドウの後ろに位置するウィンドウのチャネルシンボルを復号するＳＩＳＯ復号ユニットから後方状態メトリクスを受け取る入力手段とを有する。

好ましい形態によれば、上記メトリクス記憶手段は、ウィンドウの前方及び／又は後方の計算に関する開始状態メトリクスの記憶のために適応される。特に、イナクティブウィンドウの上記事後又は外的出力対数尤度比は固定される。すなわち、これらのウィンドウがアクティブであり、ＳＩＳＯ処理された最後の出力が記憶され、何度も繰り返して用いられる。それらは、関連するメモリに「そのままで」保持される（すなわち更新されない。）。

上述した、すなわち情報ブロックの全てのウィンドウがイナクティブにされるまで繰り返しを実行する停止ルールは、Ｅｂ／Ｎｏ、すなわちノイズスペクトル密度（Ｎｏ）に対する情報シンボル当たりのエネルギー（Ｅｂ）の比が高いほど作業負荷をより多く低減する。上記停止ルールの簡単な変形例は、正常な復号が（ほぼ）不可能であるほど上記Ｅｂ／Ｎｏが低い場合に作業負荷を制限することもできる。低いＳＮＲでは、最小の繰り返し数（例えば３又は３．５）の後、イナクティブにされている少なくとも１つのウィンドウが存在するかどうか、すなわち当該ウィンドウの全ての事後対数尤度比が（入れ替えられた又は直接の順序で）クリップされたかどうかが調べられる。その後、１つのウィンドウもイナクティブにされていないと、復号のプロシージャが中止される。

ウィンドウ当たりアクティビティフラグの二重の設定が実現され、ウィンドウがもはやＳＩＳＯ処理されないように第１のウィンドウフラグをイナクティブに設定することについて判定を下すための第１の基準は、同じウィンドウの第２のウィンドウアクティビティフラグがイナクティブに設定されるべきであるかどうかの判定を下すために用いられる第２の基準とは異なる。その場合、最小の繰り返し数の後、１つの第２のウィンドウアクティビティフラグもイナクティブに設定されていないと、復号のプロシージャは中止される。好ましい形態では、これらの基準は同じであり、スライディングウィンドウ当たりの（ＳＩＳＯユニット当たりの）単一のウィンドウアクティビティフラグが実現される。

ＳＩＳＯモジュールにおいて（スライディング）ウィンドウをベースとする処理が用いられるかどうかに関係なく、上述した例えば３．５の繰り返しの場合、ターボ復号器は、関連技術において最も一般的であるような直列の２つのＳＩＳＯモジュールを用いると仮定される。すなわち、任意の時間において１つのＳＩＳＯモジュールのみがアクティブである。しかしながら、本発明は、２つ又はそれ以上のＳＩＳＯモジュールが並列に動作する場合にも当てはまる。その場合、同時に２つ又はそれ以上のＳＩＳＯモジュールがアクティブであり得る。以下の文面全体にわたって、２つのＳＩＳＯモジュールが直列で動作していることが仮定される。繰り返しにおける第１のＳＩＳＯモジュールを第２のモジュールと区別するために、「サブ反復」、特に「奇数サブ反復」及び「偶数サブ反復」という用語が用いられる。結局、例えば図面において「奇数」又は「偶数」という用語が生じる時はいつでも、これはサブ反復の回数のことを指している。

上述した方法の組み合わせは、各アクティブウィンドウに関して、全ての事後（又は外的）ＬＬＲの全ての絶対値がある閾値を越えるように停止されるべきであるかどうかが監視されることを意味する。ウィンドウはイナクティブになるので、コンピュータの負荷にとって直接の利点が存在する。ある所定の繰り返しの指標（３又は３．５）が達せられると、少なくとも１つのウィンドウがイナクティブであるかどうかが調べられる。そうではない場合、復号全体が中止される。このように、高いＳＮＲのルールと低いＳＮＲのルールとの組み合わせは、これら２つのルールの間において全く切り替えを伴わない。これらのルールは、好ましい形態により共同で簡単に適用される。

他の形態によれば、複数のウィンドウの情報シンボルの並列ＳＩＳＯ復号のための複数のＳＩＳＯ復号ユニット又は複数のウィンドウの情報シンボルの直列ＳＩＳＯ復号のための単一のＳＩＳＯ復号ユニットのいずれか一方が与えられ得る。

新規のＳＩＳＯ復号器の本発明は、一般に少なくとも２つのＳＩＳＯ復号器を備えたターボ復号器に好ましく適用される。従って、ターボ復号器では、少なくとも２つのブロックで各情報ビットが生じ、典型的には１つは直接の順序で、１つ（又はそれ以上）は入れ替えられた順序である。各ブロックは異なるウィンドウに分割され、情報ビットは少なくとも２つのウィンドウに存在する。従って、情報ビットは、１つのウィンドウにおいて固定されるか又はイナクティブであり、他のウィンドウにおいてアクティブであり得る。

本発明の他の変形例が可能である。１つの変形例では、事後対数尤度比をクリップするための判定が得られる絶対閾値レベルが繰り返しの指標に依存する。また、クリッピングレベルは、クリッピングの判定が得られる上記閾値レベルよりも大きくてもよい。同様に、クリッピングレベルは、依存する、例えば連続する繰り返しと共に大きくなる繰り返しであり得る。上記閾値及びクリッピングレベルの両方は、ウィンドウが最初にクリップされた（半分の）繰り返しにも依存し得る。

クリッピングの判定のベースを事後対数尤度比に置くのではなく、クリッピングの判定は外的出力対数尤度比をベースとしてもよい。

本発明は、追加のメモリを要しない。好ましい形態では、次の初期化の繰り返しを考慮して、ウィンドウの最も右側の（最も「前方の」）トレリスセクションにおける全ての状態についての後方パスメトリクスに関する初期化値を有するステーク（stake）の１つのセットが記憶される。ウィンドウは一度イナクティブになると、当該ウィンドウの後方トレリスの再帰に関するそのような初期化ベクトルはもはや必要とされない。しかしながら、次の繰り返しの間、右側（より前方）への上記ウィンドウに関する(Max)(Log)MAPの前方トレリスの再帰は初期化ベクトルを必要とする。イナクティブウィンドウの後方初期化ベクトル（ステーク）のためにもはや必要とされない記憶スペースは、右側（より前方のウィンドウ）への上記ウィンドウに関する前方初期化ベクトル（ステーク）のために再使用され得る。従って、ステークに関する全体のメモリの消費は、ウィンドウの早期検出の適用により影響を受けないままである。ウィンドウがアクティブのままであるか否かを記憶しているためのウィンドウ当たりのスペース、すなわちウィンドウ当たり単に１ビットの記憶領域であり得るウィンドウアクティビティフラグ記憶領域は、ほとんどない。

本発明は、以下に図面を参照してより詳細に説明される。

ターボ符号化器とターボ復号器とを含む既知のターボ符号化システムの全体のレイアウトのブロック図が図１に示されている。ターボ符号化器４０は、並列に連接された２つの再帰的組織畳み込み（ＲＳＣ）符号化器４１，４２を有して実現されている。Ｎ情報ビットのフレームｕが第１の符号化器４１により符号化される一方で、インターリーバ４３は情報ｕの事前に指定されたランダムな並べ替えをもたらし、その後、これは第２の符号化器４２により符号化される。伝送される符号のシーケンスｃは、チャネル５０を越えて送られ、２つの符号化器４１，４２により生成されるパリティビットと共に情報ビットｕにより構成される。全体の符号化速度を高めるために、間引き／多重化ユニット４４における上記パリティビットの間引き又は定期的な削除が時々用いられる。インターリーバ４３は、最尤復号を用いてシャノンが証明した情報理論上の限界に近い性能を概して実現し得るランダムなブロック符号の構造特性と類似した構造特性をターボ符号に与える。

しかしながら、ターボ符号に関する最尤（ＭＬ）シーケンス復号器の実現は非常に複雑である。その代わりに、最適状態に及ばないが単純で効果的な復号アーキテクチャが用いられることが多い。復号器６０は、要素畳み込み符号のそれぞれに対して分離した軟入力，軟出力（ＳＩＳＯ）復号器６１，６２を組み込んでおり、これらは、繰り返し、連携して動作する。各要素復号器６１，６２は、受け取った情報ビットに関する事後確率（ＡＰＰ）の形態の軟出力を生成する。これらの確率から、ＳＩＳＯ復号器は、情報ビットに関する事前確率の役割を果たす軟入力として他のＳＩＳＯ復号器に与えられる「外的情報」値を引き出す。復号の最初に、上記情報ビットに対応するノイズのあるチャネルの出力が用いられ、その後、これらは、事前確率を初期化するために最終的には逆間引き（depuncturing）／逆多重化ユニット６４により逆間引き及び逆多重化される。これらは、復号プロシージャ全体にわたって各要素復号器６１，６２に適用可能でもある。ＳＩＳＯ復号器６１とＳＩＳＯ復号器６２との間には、デインターリーバ６３及びインターリーバ６５が設けられている。復号及び上記外的情報のやり取りのこのサイクルの繰り返し回数が、（繰り返し回数に関する所定の制限であることが多い）停止ルールにより要求される。上記ターボ復号器の出力は、最後の復号サイクルにより生成される情報ビットｕの硬（hard）量子化されたlog-APP比である。より正確には、時間ｎの時点における情報ビットｕ_ｎの事後対数尤度比（ＬＬＲ）は、
ＬＬＲ_ｎ＝log（（Ｐｒ（ｕ_ｎ＝１｜ｒ）／（Ｐｒ（ｕ_ｎ＝０｜ｒ））
として表される。ここで、ｒはノイズのあるチャネルの出力シーケンスを示している。最後の出力シーケンスｕ’は硬判定ユニット６６の出力部において得られる。

図１に示されているターボ復号器において実際には２度用いられる既知のＳＩＳＯ復号器６１，６２のブロック図が図２に示されている。そのようなＳＩＳＯ復号器は、ＳＩＳＯアルゴリズムを実行する少なくとも１つのＳＩＳＯ復号ユニット７０により構成されている。原則的には、これはフルブロックアルゴリズムであるが、より大きなブロックのウィンドウとして位置付けられ、その場合、ＳＩＳＯ復号ユニット７０は典型的には４０〜６４のトレリスセクションのウィンドウサイズを与える。ウィンドウのベータステーク（stake）、すなわち後方状態メトリクスβは、ステークメモリ７１に記憶されている以前の繰り返しから各ウィンドウのベータステークを用いて初期化される。ステークメモリ７１は、（１つは偶数のサブ反復（sub-iteration）に関し、１つは奇数のサブ反復に関する）２つの部分を有することに注意されたい。

ステークメモリ７１における読出し及び書込み動作は、ステークアドレス発生器７２により行われる。このユニットは、（Ｒにより示されている）読出し動作及び（Ｗにより示されている）書込み動作が経時的に示された図３に示されているようなトリビアルである読出し及び書込み動作をスケジュール設定する。書込み動作Ｗ−１は専ら理解しやすいように示されているが、実際の実現の点において簡単に片付けられていることに注意されたい。この図は、また、最後のウィンドウのステークは読出しのみであるが、生成されないことも示している。最後のステークベクトルは、初期化されなければならない値とみなされる。この図では全てのウィンドウが同じ長さであるが、実際の実現では最後のウィンドウの長さは異なる。これは、生成されなければならないアドレスではなく最後の書込み動作のタイミングのみに影響を及ぼす。ＳＩＳＯ復号ユニット７０から出るベータベクトルは、必要な時に再び書込むことを可能にするためにバッファ７３によりバッファリングされる（読出し及び書込みは同時に行われ得ない。）。

図４は、本発明によるＳＩＳＯ復号器の詳細な実施の形態を示している。再度計算される必要のないウィンドウの早期検出の実現のために、上記アーキテクチャが変更されなければならない。以下に、本発明によるＳＩＳＯ復号器に含まれる各構成要素の詳細が説明される。

実際にはビット検出器又は復調器を含んでいるターボ復号器は、チャネルから入力を得る。その場合、軟判定ビット検出器又は軟判定復調器の使用が、一般的であり、有利である。ターボ復号器への入力値、すなわち外部からの入力部２５により受け取られる情報シンボル（系統的なパリティ１及びパリティ２データと呼ばれることが多い。）は、入力メモリ１０に記憶される。受け取られた上記情報シンボルは、ＳＩＳＯアルゴリズムに関する入力データである。偶数サブ反復にパリティ１データを通すため及び奇数サブ反復にパリティ２データを通すために偶数／奇数入力が用いられる。外的メモリ１１，１２において、１つの繰り返しから他の繰り返しに進むデータが保存される。これは、所謂外的情報、すなわち繰り返しの間に得られる情報である。外的メモリ１１，１２は、スイッチ１３，１６を用いて各繰り返しの間にスワップされる。実行可能状態（ready）であるウィンドウに関するアドレスが生成される必要がないので、入力アドレス発生器１４は、偶数／奇数（偶数はインターリーブを意味する。）及びレディテーブル（ready table）２３に依存するアドレスの生成を担当する。出力アドレス発生器１５は、偶数／奇数繰り返し及びレディテーブル２３に依存するアドレス生成を担当する。

ＳＩＳＯ復号ユニット１７は、ウィンドウの入力データを処理する。ウィンドウが実行可能状態であると、該ウィンドウはレディフラグ（又はイナクティブに設定されたウィンドウアクティビティフラグ）を用いてこれを信号で知らせる。再度の読出し／ステークメモリ２１への書込みにより、偶数／奇数繰り返しに関して異なるＳＩＳＯ復号ユニット１７のタイミングをデカップリングするために、バッファ（具体的にはフリップフロップ）１８，１９，２０，２５が用いられる。このステークメモリは、アルファ又はベータステークを保存し、完全に、処理されるウィンドウのレディフラグ（ウィンドウアクティビティフラグ）に依存する書込みアドレスと、処理されるウィンドウに依存し、レディテーブル２３を用いる読出しアドレスとを生成するステークアドレス発生器２２の制御の下にある。レディテーブル２３では、各ウィンドウの完全性の情報が記憶され、例えば各ウィンドウに関して対応するレディフラグ（又はウィンドウアクティビティフラグ）の状態が記憶される。それは、偶数／奇数繰り返しに関して異なることに注意されたい。多重化器２４は、当該ウィンドウの次の／新しいアクティビティ状態に依存して、アルファ又はベータのいずれか一方のステークを記憶するために用いられる。

出力ユニット２６は、ＳＩＳＯ復号ユニット１７の出力（判定）を得て、この出力を外部に伝える。制御ユニット２７は、上記復号器、具体的には上記繰り返しを制御する。最初に、全ての入力が入力ユニット２５から得られ、その後、例えば１つ／両方の全てのウィンドウが正しくなる又は他の停止基準が満たされるまで繰り返し（偶数／奇数／偶数／…）が行われる。その後、出力ユニット２６は、事後軟情報として最後のＬＬＲ比を出力する。

ＳＩＳＯウィンドウが実行可能状態であることを信号で知らせると、ベータステークではなくアルファステーク（すなわち、前方状態メトリクスα）が保存される。このアルファステークは、以前にそのウィンドウ自体のベータステークが保存された場所に記憶され、ウィンドウはこれ以上計算されないので、ベータステークはもはや必要とされない。これは、通常以前のウィンドウに関するベータステークが書き込まれているので同じアドレスではないことに注意されたい。上記アルファステークは、これ以上は再計算されないので保存される必要がある。スキップされたウィンドウに続くウィンドウに関して、アルファ及びベータの両方のステークが上記ステークメモリから取り出されなければならないことに注意されたい。

上記ステークアドレス発生器２２において上記実現における１つの重大な変化が存在する。最初の繰り返しの間、そのタイミングの挙動は図２に示されている前の実現に等しい。しかしながら、その先の繰り返しに関して、タイミングは、２つのステップにおけるタイミングの挙動を示している図５に示されているように変化する。前の繰り返しの間、（斜線上に示されている）ウィンドウ３は実行可能状態であるとみなされた。これは、ウィンドウ４に関して、位置３に記憶されているアルファステークが取り出されなければならないことを意味する。第２の意味合いは、ウィンドウ４が処理された後、前のウィンドウに関するベータベクトルを生成しないことである。上記ウィンドウは、そこに記憶されたアルファベクトルに上書きする。しかしながら、このウィンドウが実行可能状態であると、上記アルファベクトルが（位置４に）保存されなければならない。

上記ステークアドレス発生器２２は、幾つのウィンドウがスキップされなければならないかを計算する必要があり、これは、特により多くのサイクルを得るのでかなり単純な動作である。これまで、専らＳＩＳＯ復号ユニットに関する意味合いが説明されてきた。しかしながら、トップレベルにおいても幾らかの変化が必要とされ得る。１つの例は、ＬＬＲに関するアドレスの発生において見出され、スキップされるブロックのアドレスは生成されない。上記アドレスは、生成されないので、上書きされず、古い値が次の半分の繰り返しにおいて用いられ得ることに注意されたい。処理されたウィンドウのＬＬＲのみが更新される。

本発明により提案されているように、ウィンドウ当たりの停止ルールにウィンドウをベースとするＳＩＳＯ復号器を伴うウィンドウの早期検出を使用することによって、既知のターボ復号器の電力消費は、Hagenauer等により「Iterative Decoding if Binary Block and Convolutional Codes」（IEEE Transactions on Information Theory, vol. 42, No. 2, March 1996）において説明された、ウォーターフォール領域においてほぼ同じＢＥＲ又はＦＥＲ性能を持つよく知られたクロスエントロピー停止ルールの場合よりも約３５％多く低減され得る。後者の停止ルールは、グローバル停止ルールである。一般に、上記低減は、伝送チャネルのＥｂ／Ｎｏに依存する。Ｅｂ／Ｎｏが高いほど、コンピュータの負荷は小さい。これは、全ての停止基準に当てはまる。フレーム長１２９６の高いＳＮＲのウィンドウ当たりの停止ルールの場合、停止ルールを伴わないケースに対してＢＥＲ又はＦＥＲ性能における損失はほぼ存在しないようである。これも、一度低いＳＮＲのウィンドウ当たりの停止ルールが用いられると、高いＳＮＲのウィンドウ当たりの停止ルールの追加はＢＥＲ及びＦＥＲ曲線を実質的に変化しないままにする理由である。上記低いＳＮＲのウィンドウ当たりの停止ルールは幾らかの劣化を与える。

例えば５１１４の最大ブロック長に関してクロスエントロピーに基づくグローバル（ブロック当たりの）停止基準を用いると、繰り返しの平均の数が例えば１．０ｄＢＥｂ／Ｎｏにおいて８から約４．９に減少し得る。本明細書において提案されているようなウィンドウ当たりの停止基準が用いられると、繰り返しの平均有効数は約３・２に減少し得る。ここで、「有効」という語が追加されたことは、全てのウィンドウの半分のみがアクティブである間の繰り返しが有効作業負荷において０．５の重みを有することを説明している。これは、約３５％の節約となる。既知のターボ復号器の実施におけるように「単一のステーク」を用いる場合にメモリの再使用の技術を用いると、ウィンドウ当たりの停止基準がチップのメモリの要求を増大させる必要がない。一般に、停止ルールを伴わない状態に対するコンピュータの負荷の節約は、チャネル上のノイズ比に対するより大きい信号に関してより大きい。

上述したFrey及びKschischangの発表から知られているＳＩＳＯ復号器に反して、本発明によれば、スライディングウィンドウにおける全ての対数尤度比の絶対値は、ウィンドウが固定されるするべきであることを検出するための何らかの定数よりも大きくなっているかどうかを検出することのみが必要とされる。一度ウィンドウが固定されると、当該ウィンドウに関する処理は完全に省かれる。すなわち、その場合には、後で再編成のオーバーヘッドが存在しない。アクティブ又は固定としてウィンドウに印を付けるために単純なアクティビティフラグのみが必要とされる。（直接の又は入れ替えられた）ターボ符号語を（スライディング）ウィンドウに分割することが非常に系統立てられている、すなわちウィンドウのスターティングポイントの間の一定の距離を伴う固定された（ランダムではない）ウィンドウ長を用いることは、既知のＳＩＳＯ復号器が必要とするような処理の際の自由度の必要性が回避され得る状態にする。

Frey及びKschischangの発表の図５では、２つの状態のトレリスの実現が示されている。多数のターボ符号（例えばＵＭＴＳターボ符号）は、８つの状態のトレリスを用いる。トレリスの状態の数が大きいほど、ビット又はビットのシリーズが確実になるときに計算の再編成がより複雑である。この複雑さは、ハードウェアの実現におけるリソース（チップ面積、電流、処理時間）を要する。

本発明によれば、固定されたビットのシリーズに関するランダムではない開始及び停止の位置が用いられるので、処理における自由度が必要とされず、従って、本発明の利点はハードウェアの実現により伝わる。ハードウェアの計算時間の節約、従ってターボ復号器を使用する端末のバッテリの電力消費の節約が存在する。

本発明の利点は、MAP、MaxLogMAP又はMax^＊LogMAPに関して同様に達成され、乗算アルゴリズム又は対数のないアルゴリズムにも適用され得る。事後（代替として外的）対数尤度比の出力は、更なる処理を伴うことなくメモリにおいて単に「そのままで」保持される。これは、常に処理時間および電流の無駄をなくす。

以上のことをまとめると、既知のトレリスのスプライシングは以下の欠点を有する。
・トレリスのスプライシングは、ハードウェアにおいて認識することが困難である受信信号におけるランダムノイズ及びランダムな歪みにビット面で依存する、計算が行われるべき自由度の量を必要とし、ハードウェアにおいて実現される際にこの方法の利点を失う。
・Frey及びKschischangのアルゴリズムの利点は、Max(^＊)LogMAPアルゴリズムのような乗算アルゴリズム又は対数のないアルゴリズムに関して更に失われる。
・トレリスの状態の数が２よりも大きくなると、Kschischangのアルゴリズムにおける計算の再編成のオーバーヘッドが増大する。

本発明は、トレーニングフェーズを伴うスライディングウィンドウターボ復号器及びトレーニングフェーズを伴わないスライディングウィンドウターボ復号器の両方に当てはまる。そのようなトレーニングフェーズは、ウィンドウ間において小さいオーバーラップになる。これは、次の繰り返しの初期化に対する代替の技術であり、例えば移動体通信において用いられるようなターボ復号器の種々の実施の形態により用いられる。

既知のターボ符号化器及びターボ復号器の全体のレイアウトを示している。既知のＳＩＳＯ復号器のブロック図を示している。既知のＳＩＳＯ復号器を用いるＳＩＳＯ復号を示すタイミング図を示している。本発明によるＳＩＳＯ復号器のブロック図を示している。本発明によるＳＩＳＯ復号器を用いるＳＩＳＯ復号を示すタイミング図を示している。

Claims

受け取った情報シンボルのブロックを繰り返し復号する、特にターボ復号器において用いるためのＳＩＳＯ復号器であり、前記ブロックは情報シンボルの幾つかのウィンドウに分割されるＳＩＳＯ復号器であって、
ウィンドウの前記受け取った情報シンボルのＳＩＳＯ復号のための少なくとも１つのＳＩＳＯ復号ユニットと、
ウィンドウがアクティブ又はイナクティブにされているかどうかを示すウィンドウアクティビティフラグを記憶するウィンドウアクティビティフラグ記憶部と、
前記ウィンドウアクティビティフラグをアクティブ又はイナクティブに設定するウィンドウアクティビティフラグ設定ユニットであって、前記ウィンドウアクティビティフラグは最初はアクティブに設定され、前記ウィンドウにおける前記情報シンボルの確実性を示す値が所定の確実性閾値を上回ると、ウィンドウのウィンドウアクティビティフラグはイナクティブに設定される当該ウィンドウアクティビティフラグ設定ユニットと、
前記ウィンドウアクティビティフラグ記憶部から前記ウィンドウアクティビティフラグを読み出すウィンドウアクティビティフラグ読み出しユニットと、
対応するウィンドウアクティビティフラグがイナクティブに設定されたウィンドウの前記情報シンボルは以後の繰り返しにおいてＳＩＳＯ復号されないように読み出された前記ウィンドウアクティビティフラグに基づいて前記少なくとも１つのＳＩＳＯユニットを制御する制御ユニットと
を有する当該ＳＩＳＯ復号器において、
前記ＳＩＳＯ復号器は、
前方状態メトリクスを計算する前方処理ユニットと、
後方状態メトリクスを計算する後方処理ユニットと、
前方及び後方状態メトリクスを記憶するメトリクス記憶手段と、
前方及び／又は後方状態メトリクスを出力する出力手段と、
現在処理されているウィンドウの前に位置するウィンドウのチャネルシンボルを復号するＳＩＳＯ復号ユニットから前方状態メトリクスを受け取ると共に、現在処理されているウィンドウの後ろに位置するウィンドウのチャネルシンボルを復号するＳＩＳＯ復号ユニットから後方状態メトリクスを受け取る入力手段と
を有するＳＩＳＯ復号器。
前記確実性を示す値は前記情報シンボルの対数尤度比の絶対値であり、ウィンドウにおける前記情報シンボルの前記対数尤度比の前記絶対値が所定の対数尤度比閾値を上回ると、前記ウィンドウのウィンドウアクティビティフラグはイナクティブに設定される請求項１記載のＳＩＳＯ復号器。
前記メトリクス記憶手段は、ウィンドウの前方及び／又は後方の計算に関する開始状態メトリクスの記憶のために適応される請求項１記載のＳＩＳＯ復号器。
複数のウィンドウの前記情報シンボルの並列ＳＩＳＯ復号のための複数のＳＩＳＯ復号ユニットを有する請求項１記載のＳＩＳＯ復号器。
複数のウィンドウの前記情報シンボルの直列ＳＩＳＯ復号のための単一のＳＩＳＯ復号ユニットを有する請求項１記載のＳＩＳＯ復号器。
前記制御ユニットは、所定の繰り返し数の後又は全てのウィンドウがイナクティブにされると前記繰り返しが停止されるように、前記チャネルのデータストリームの前記情報シンボルの繰り返しＳＩＳＯ復号を制御する請求項１記載のＳＩＳＯ復号器。
受け取った情報シンボル、特にチャネルデータストリームのチャネルシンボルを繰り返し復号するターボ復号器であって、前記受け取った情報シンボルのＳＩＳＯ復号のための請求項１記載の２つのＳＩＳＯ復号器を有し、これらＳＩＳＯ復号器は連続的に配されており、それぞれ、前記受け取った情報シンボルを入力として有すると共に、
対応する他方の前記ＳＩＳＯ復号器により出力として生成される前記情報シンボルの事前情報確率を有する当該ターボ復号器。
受け取った情報シンボルのブロックを繰り返し復号する、特にターボ復号器において用いるためのＳＩＳＯ復号方法であり、前記ブロックは情報シンボルの幾つかのウィンドウに分割されるＳＩＳＯ復号方法であって、
前記受け取られたウィンドウの情報シンボルのＳＩＳＯ復号のステップと、
ウィンドウアクティビティフラグをアクティブ又はイナクティブに設定するステップであって、前記ウィンドウアクティビティフラグはウィンドウがアクティブ又はイナクティブにされているかどうか及びどれが最初アクティブに設定されるかを示し、前記ウィンドウにおける前記情報シンボルの確実性を示す値が所定の確実性閾値を上回ると、ウィンドウのウィンドウアクティビティフラグはイナクティブに設定される当該ステップと、
前記ウィンドウアクティビティフラグを記憶するステップと、
次にＳＩＳＯ復号されるべきである関連するウィンドウのウィンドウアクティビティフラグを読み出すステップと、
対応する前記ウィンドウアクティビティフラグがイナクティブに設定されたウィンドウの前記情報シンボルが以後の繰り返しにおいてＳＩＳＯ復号されないように、読み出された前記ウィンドウアクティビティフラグに基づいて前記ＳＩＳＯ復号を制御するステップと
を有する当該ＳＩＳＯ復号方法において、
前方状態メトリクスを計算するステップと、
後方状態メトリクスを計算するステップと、
前方及び後方状態メトリクスを記憶するステップと、
前方及び／又は後方状態メトリクスを出力するステップと、
現在処理されているウィンドウの前に位置するウィンドウのチャネルシンボルを復号して前方状態メトリクスを受け取ると共に、現在処理されているウィンドウの後ろに位置するウィンドウのチャネルシンボルを復号して後方状態メトリクスを受け取るステップと
を有する当該ＳＩＳＯ復号方法。
情報シンボル、特にチャネルデータストリームのチャネルシンボルを繰り返し復号するターボ復号方法であって、前記情報シンボルのＳＩＳＯ復号のための請求項１記載の２つのＳＩＳＯ復号器において行われる請求項８記載のＳＩＳＯ復号方法のステップを有し、前記ＳＩＳＯ復号器は連続的に配されており、それぞれ、前記情報シンボルを入力として有すると共に、対応する他方の前記ＳＩＳＯ復号器により出力として生成される前記情報シンボルの事前情報確率を有する当該ターボ復号方法。
コンピュータ上で実行される際にコンピュータが請求項８又は９記載の方法の前記ステップを行うようにするプログラム符号手段を有するコンピュータプログラム。