JP4863519B2 - 復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システム - Google Patents
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Description
本発明は、復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システムに関する。
近年、無線通信システムにおいて送信装置から受信装置へ情報を伝送する際に伝搬路による歪みや受信装置における雑音による擾乱の影響に対して、送信装置で予めビット誤りを訂正する誤り訂正符号を用いることが前提となっている。特に、この誤り訂正能力で強力な誤り訂正符号は１９９３年に発見されたターボ符号であり、通信システムにおける理論限界近くまで達成する符号として現在様々な無線通信システムに導入されようとしている。ターボ符号は、送信側で２つの同じ符号部を並列に持ち、それらの入力の情報を、インターリーバを介して並び替えることで２つの独立な拘束条件を有する符号ビットを生成することができる。そのため、受信側で２つの復号部を持ち、互いに得られた情報の信頼性を交換する反復処理により徐々に送信情報の信頼性を向上させ、シャノンの限界に近い特性が達成される。
このターボ復号処理は、復号処理を何度も反復することで実現される。特許文献１には、受信装置の低消費電力化のために、復号した情報が肯定的か否定的かで反復を制御する方法が提案されている。
特開２０００−１８３７５８号公報
このターボ復号処理は、復号処理を何度も反復することで実現される。特許文献１には、受信装置の低消費電力化のために、復号した情報が肯定的か否定的かで反復を制御する方法が提案されている。
しかしながら、復号処理では、情報の復号処理を何回反復しても誤りがなくならない場合が存在する（以下、スタック状態という）。また、復号した情報が肯定的か否定的かで復号処理の反復を制御する方法は、反復の途中で復号した情報の誤りを検出し、該誤りがなくなるまで反復するものである。
よって、前期復号化方法を備える受信装置は、スタック状態になってしまうと、復号処理を何回反復しても誤りとなり、情報を復号できないにもかかわらず、無駄な復号処理を反復してしまうという欠点がある。
よって、前期復号化方法を備える受信装置は、スタック状態になってしまうと、復号処理を何回反復しても誤りとなり、情報を復号できないにもかかわらず、無駄な復号処理を反復してしまうという欠点がある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、無駄な復号処理を反復しない復号化装置を提供することにある。
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その一態様は、復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置において、
前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。
上記構成によると、復号化装置は、相互情報量に基づいて復号処理の反復回数を決定するので、無駄な復号処理を反復しない。
前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。
上記構成によると、復号化装置は、相互情報量に基づいて復号処理の反復回数を決定するので、無駄な復号処理を反復しない。
（２）本発明の一態様は、さらに、相互情報量と反復回数との関係を記憶する記憶部を備え、前記反復回数決定部は、前記記憶部が記憶する相互情報量と反復回数との関係から、前記計算した相互情報量に対応する反復回数を特定し、該反復回数を前記復号処理の反復回数とする。
（３）本発明の一態様は、前記反復回数決定部は、前記計算した相互情報量が予め定めた閾値より小さい値の場合には、復号処理を行わないと決定する。
上記構成によると、復号化装置は、相互情報量が予め定めた閾値より小さい値であって、スタック状態になると判定する場合には、誤りとするので、無駄な復号処理を反復しない。
上記構成によると、復号化装置は、相互情報量が予め定めた閾値より小さい値であって、スタック状態になると判定する場合には、誤りとするので、無駄な復号処理を反復しない。
（４）本発明の一態様は、前記閾値は、予め定めた反復回数の復号処理をしても相互情報量が１とならない相互情報量である。
（５）本発明の一態様は、前記誤り訂正符号化は、ターボ符号化である。
（６）本発明の一態様は、復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化方法において、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する過程を有する。
（７）本発明の一態様は、復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置のコンピュータに、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する手段として機能させる。
（８）本発明の一態様は、復号処理を反復することによって、受信信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置おいて、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。
（９）本発明の一態様は、送信装置と、復号処理を反復することによって、送信装置から送信された信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置とを備える通信システムおいて、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。
本発明によれば、復号化装置は、相互情報量に基づいて復号処理の反復回数を決定するので、無駄な復号処理を反復しない。
（実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態において、通信システムは、送信装置と受信装置を備える。ここで、該通信システムの受信装置は、送信装置が誤り訂正符号化した情報を含む送信信号を受信し、該情報を、復号処理を反復することにより復号する。なお、本実施形態では、前記誤り訂正符号はターボ符号であり、該ターボ符号の符号化率は、１／２とする。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態において、通信システムは、送信装置と受信装置を備える。ここで、該通信システムの受信装置は、送信装置が誤り訂正符号化した情報を含む送信信号を受信し、該情報を、復号処理を反復することにより復号する。なお、本実施形態では、前記誤り訂正符号はターボ符号であり、該ターボ符号の符号化率は、１／２とする。
図１は、送信装置の構成を示す概略ブロック図である。送信装置は、符号装置１と無線送信部２と送信アンテナ３を備える。
符号装置１は、インターリーバ１１、第１のＲＳＣ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ：再帰組織的畳み込み）符号部１２、第２のＲＳＣ符号部１３、パンクチャリング部１４を備える。
符号装置１は、インターリーバ１１、第１のＲＳＣ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ：再帰組織的畳み込み）符号部１２、第２のＲＳＣ符号部１３、パンクチャリング部１４を備える。
符号化装置１に入力された入力情報は、ビット（ｂｉｔ）単位でインターリーバ１１と第１のＲＳＣ符号部１２とに入力される。以下、ビット単位の情報を情報ビットという。
第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット１とを生成する。第１のＲＳＣ符号化部１２は、該生成した組織ビットを符号ビット１として無線送信部２に出力する。また、第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記生成したパリティビット１をパンクチャリング部１４に出力する。第１のＲＳＣ符号化部１２の構成の詳細については、後述する。
第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット１とを生成する。第１のＲＳＣ符号化部１２は、該生成した組織ビットを符号ビット１として無線送信部２に出力する。また、第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記生成したパリティビット１をパンクチャリング部１４に出力する。第１のＲＳＣ符号化部１２の構成の詳細については、後述する。
インターリーバ１１は、前記入力された情報ビットを並び替えた情報ビットを作成し、第２のＲＳＣ符号部１３に出力する。
第２のＲＳＣ符号化部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２を生成する。第２のＲＳＣ符号化部１３は、前記生成したパリティビット２をパンクチャリング部１４に出力する。なお、第２のＲＳＣ符号化部１３は、該生成した組織ビットは出力せず、受信装置に送信しない。
第２のＲＳＣ符号化部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２を生成する。第２のＲＳＣ符号化部１３は、前記生成したパリティビット２をパンクチャリング部１４に出力する。なお、第２のＲＳＣ符号化部１３は、該生成した組織ビットは出力せず、受信装置に送信しない。
パンクチャリング部１４は、第１のＲＳＣ符号部１２から入力されるパリティビット１と、第２のＲＳＣ符号部１３から入力されるパリティビット２とを、符号化率に応じて間引く。本実施形態では、符号化率を１／２としているので、パンクチャリング部１４は、符号ビット１に対応する符号ビット２を生成する。具体的には、パンクチャリング部１４は、第１のＲＳＣ符号部１２から入力されるパリティビット１と、第２のＲＳＣ符号部１３から入力されるパリティビット２とを、交互に間引くことにより、符号ビット２を生成し、無線送信部２に出力する。
無線送信部２は、符号装置１から入力された情報ビット（以下、送信ビットという）を受信装置に送信する。具体的には、無線送信部２は、符号ビット１と、パンクチャリング部１４から入力された符号ビット２とを、それぞれ、デジタル／アナログ変換によりアナログ信号に変換して送信信号１と送信信号２として、無線周波数の信号にアップコンバートし、送信アンテナ３を介して受信装置に送信をする。
図２は、第１のＲＳＣ符号部１２の構成を示す概略ブロック図である。
図２に示す第１のＲＳＣ符号部１２は、拘束長４のＲＳＣ符号を生成する。ＲＳＣ符号部１２は、排他的論理和を計算する加算器（１２１−１〜１２１−３）とシフトレジスタ（１２２−１〜１２２−３）とを備える。
前記第１のＲＳＣ符号部１２は、入力された情報ビットから、１クロック毎に回路の動作に従って組織ビットとパリティビット１とを生成し、それぞれ、無線送信部２とパンクチャリング部１４とに出力する。ここで、組織ビットは、情報ビットに対応し、パリティビットは、情報ビットの誤り訂正を行うために複数の情報ビットを排他的論理和による畳み込みを行って生成するビットである。
なお、第２のＲＳＣ符号部１３も第１のＲＳＣ符号部１２と同じ機能を有する。第２のＲＳＣ符号部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２とを生成し、該生成したパリティビット２のみパンクチャリング部１４に出力する。なお、図１と図２とは、それぞれ、公知のターボ符号化を用いる送信装置とその第１のＲＳＣ符号部とを示すものである。
図２に示す第１のＲＳＣ符号部１２は、拘束長４のＲＳＣ符号を生成する。ＲＳＣ符号部１２は、排他的論理和を計算する加算器（１２１−１〜１２１−３）とシフトレジスタ（１２２−１〜１２２−３）とを備える。
前記第１のＲＳＣ符号部１２は、入力された情報ビットから、１クロック毎に回路の動作に従って組織ビットとパリティビット１とを生成し、それぞれ、無線送信部２とパンクチャリング部１４とに出力する。ここで、組織ビットは、情報ビットに対応し、パリティビットは、情報ビットの誤り訂正を行うために複数の情報ビットを排他的論理和による畳み込みを行って生成するビットである。
なお、第２のＲＳＣ符号部１３も第１のＲＳＣ符号部１２と同じ機能を有する。第２のＲＳＣ符号部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２とを生成し、該生成したパリティビット２のみパンクチャリング部１４に出力する。なお、図１と図２とは、それぞれ、公知のターボ符号化を用いる送信装置とその第１のＲＳＣ符号部とを示すものである。
図３は、本実施形態係る受信装置の構成を示す概略ブロック図である。受信装置は、受信アンテナ４、無線受信部５、及び復号化装置６を備える。
復号化装置６は、ＬＬＲ（Ｌｏｇ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ：対数尤度比）計算部６０、反復回数決定部６１、記憶部６２、第１のインターリーバ６３、デパンクチャリング部６４、第１のＭＡＰ推定部６５、デインターリーバ６６、第２のインターリーバ６７、第２のＭＡＰ推定部６８、反復制御部６９、第１の加算器６０１−１、第２の加算器６０１−２を備える。
復号化装置６は、ＬＬＲ（Ｌｏｇ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ：対数尤度比）計算部６０、反復回数決定部６１、記憶部６２、第１のインターリーバ６３、デパンクチャリング部６４、第１のＭＡＰ推定部６５、デインターリーバ６６、第２のインターリーバ６７、第２のＭＡＰ推定部６８、反復制御部６９、第１の加算器６０１−１、第２の加算器６０１−２を備える。
受信アンテナ４は、前記送信装置から送信された信号を受信し、無線受信部５に出力する。無線受信部５は、受信アンテナ４から入力された受信信号を無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートし、次いでアナログ／デジタル変換によりデジタル信号に変換した受信情報を、ビット単位で、復号化装置６に出力する。以下、ビット単位の受信情報を受信情報ビットという。また、送信装置が送信した送信信号１に対応する受信情報ビットを受信情報ビット１、送信信号２に対応する受信情報ビットを受信情報ビット２とする。
復号化装置６のＬＬＲ計算部６０は、無線受信部５から入力された受信情報ビットから、受信情報ビット１の分散と受信情報ビット２の分散とを計測し、それぞれ、対数尤度比を計算する。
以下、ＬＬＲ計算部が行う具体的な計算方法を説明する。対数尤度比の定義は式（１）で表される。
以下、ＬＬＲ計算部が行う具体的な計算方法を説明する。対数尤度比の定義は式（１）で表される。
式（１）において、ｌ（ｋ）はｋ番目のビットの対数尤度比、ｘ（ｋ）はｋ番目の送信ビット（０か１）、ｙは計測した受信情報ビットを並べたベクトルを表している。また、式（１）において、ｐ（ｙ｜ｘ（ｋ）＝１）、およびｐ（ｙ｜ｘ（ｋ）＝０）は、それぞれ、送信ビットｘ（ｋ）のビット値が１、および０であるときのベクトルｙのビット値の確率密度関数を表している。
式（１）において、確率密度関数がガウス分布であると仮定すると、対数尤度比は式（２）になる。
式（１）において、確率密度関数がガウス分布であると仮定すると、対数尤度比は式（２）になる。
式（２）において、ｌ（ｋ）はｋ番目のビットの対数尤度比、ｙ（ｋ）はｋ番目の受信情報ビット、σ２は受信情報ビットの分散（雑音の分散）である。なお、式（２）は、変調方式がＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：２層位相シフト変調）の場合であるが、本発明はこれに限られず、他の変調方式でもよい。他の変調方式の場合の計算式は、後述する。
本実施形態で、ＬＬＲ計算部６０は、受信情報ビットの分散σ２を計測し、式（２）を用いて対数尤度比を計算する。ＬＬＲ計算部６０は、前記計算をした対数尤度比を反復回数決定部６１に出力する。ここで、ＬＬＲ計算部６０は、受信情報ビット１から計算した対数尤度比（以下、ＬＬＲ１という）と、受信情報ビット２から計算した対数尤度比（以下、ＬＬＲ２という）とを、それぞれ、反復回数決定部６１に出力する。
反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０から入力された対数尤度比に基づき送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該相互情報量に基づき復号処理の反復回数を決定する。
以下、反復回数決定部６１が行う反復回数の決定方法を説明する。まず、反復回数と相互情報量との関係を説明し、次に、ＬＬＲ計算部６０が計算した対数尤度比から相互情報量を計算する方法を説明し、該計算した相互情報量から反復回数を決定する方法を説明する。
図４は、反復回数と相互情報量の入出力特性の関係を示す説明図である。図４の縦軸は復号処理に入力された相互情報量（以下、入力相互情報量という）であり、横軸は該復号処理から出力された相互情報量（以下、出力相互情報量という）であって、０から１の値に拘束される。また、図４では、復号処理の反復回数が１回である場合（反復回数１回）、２回である場合（反復回数２回）、４回である場合（反復回数４回）、及び８回である場合（反復回数８回）の入力相互情報量と出力相互情報量との関係をそれぞれ示している。
なお、相互情報量とは、情報理論において受信情報を得たときに送信情報に関して得られる情報量を数値化したものであり、相互情報量が０の場合には、受信情報から送信情報に関する情報を全く得ていないことを意味し、相互情報量が１の場合には、受信情報から送信情報に関する情報を完全に得ていることを意味している。
なお、相互情報量とは、情報理論において受信情報を得たときに送信情報に関して得られる情報量を数値化したものであり、相互情報量が０の場合には、受信情報から送信情報に関する情報を全く得ていないことを意味し、相互情報量が１の場合には、受信情報から送信情報に関する情報を完全に得ていることを意味している。
図４は、復号処理の反復回数が多くなるほど出力相互情報量が１となる入力相互情報量は少なくなっており、反復回数が多いほど誤り訂正能力が高いことを示している。例えば、２回の復号処理の反復で出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報が０．６５以上のときであるが、８回の復号処理の反復で出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報が０．５５以上のときである。
ここで、復号における相互情報量の入出力関係は、符号装置における情報ビットの特定のルールに従った畳み込みにより実現されるため、同じ拘束長で同じ符号化率であれば特性は一意に決定される。即ち、送信装置の符号化装置１で使用され得る拘束長と符号化率が分かれば、復号化装置６は、相互情報量の入出力関係を復号前に把握でき、反復回数や復号処理の有無を決定することができる。
本実施形態では、符号化装置６の記憶部６２は、表１のような反復回数と相互情報量との関係を記憶する。
表１で、入力相互情報量の値は、図４において、復号処理の反復回数ごとに出力相互情報量が１となるときの値である。例えば、図４において、復号処理の反復回数が４回の場合、出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報量が０．５７５以上であり、復号処理の反復回数が２回の場合、出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報量が０．６５以上である。よって、表１は、入力相互情報量の値が０．５７５〜０．６５のとき、少なくとも復号処理を４回反復することで、値が１である出力相互情報量を得ることができることを示している。
ここで、反復回数決定部６１が決定する復号処理の反復回数の上限を予め決定し、該決定した反復回数の復号処理をしても出力相互情報量が１とならない入力相互情報の上限を閾値として予め定める。本実施形態では、復号処理の反復回数を最大で８回とする。そして、図４において、反復回数が８回のとき出力相互情報量が１とならないのは、０．５５以下の場合であり、その上限である閾値は、０．５５である。
なお、反復回数決定部６１は、入力相互情報量が閾値である０．５５より小さい値の場合には、誤りとし、反復回数を０、つまり、受信情報の復号処理をしないと決定する。
なお、反復回数決定部６１は、入力相互情報量が閾値である０．５５より小さい値の場合には、誤りとし、反復回数を０、つまり、受信情報の復号処理をしないと決定する。
次に、ＬＬＲ計算部６０が計算した対数尤度比から相互情報量を計算する方法を説明する。反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０が計算した対数尤度比から式（３）を用いて、相互情報量を計算する。
式（３）において、Ｉは０から１の間の実数で表される相互情報量の値、ＫＢは１回の伝送機会で送信する送信ビット数（自然数）である。ｌｋは、ｋ番目の送信ビットの対数尤度比であり、ＬＬＲ計算部６０が計算して、反復回数決定部６１に入力される。
以下、式（３）の導出について説明する。一般に、受信情報を得たときに送信情報に関する相互情報量Ｉは、対数尤度比を用いて式（４）で定義される。
式（４）において、ｌは実数の対数尤度比、ｘは実数の送信情報である。ここで、送信情報は送信ビットが０の場合に−１となり、送信ビットが１の場合に１となる。つまり、ｘは、−１か１の値しかとらず、ｘ＝−１とｘ＝１の場合の確率の和は、１である。さらに、本実施形態では、対数尤度比はガウス分布に従うので、式（４）は、式（５）となる。
また、ベイズの定理よりｐ（ｌ｜ｘ＝＋１）は２×ｐ（ｌ）ｐ（ｘ＝＋１｜ｌ）と書き換えられることから、式（５）は式（６）となる。
式（６）において、Ｅ［ｘ］はｘの期待値を計算する演算子である。ここで、一般に、対数尤度比の平均値と分散は１：２になることが知られている。また、ｐ（ｘ＝＋１｜ｌ）は、ガウス分布に従うことも考慮すると、（１＋ｅｘｐ（−ｌ））−１となる。
以上より、式（６）は、式（３）となる。
以上より、式（６）は、式（３）となる。
次に、式（３）で計算した相互情報量から反復回数を決定する方法を説明する。反復回数決定部６１は、記憶部６２が記憶する相互情報量と反復回数との関係（表１）から、前記計算した相互情報量Ｉに対応する反復回数を特定し、該反復回数を復号処理の反復回数として決定する。
例えば、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量の値が０．７の場合、表１中の入力相互情報量の値が０．６５〜０．７５であるから反復回数を２と決定し、前記計算した相互情報量の値が０．６の場合、表１中の入力相互情報量の値が０．５７５〜０．６５であるから反復回数を４と決定する。
例えば、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量の値が０．７の場合、表１中の入力相互情報量の値が０．６５〜０．７５であるから反復回数を２と決定し、前記計算した相互情報量の値が０．６の場合、表１中の入力相互情報量の値が０．５７５〜０．６５であるから反復回数を４と決定する。
また、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量が、前記予め定めた閾値より小さい値の場合には、誤りとし、受信情報の復号処理をしないと決定する。
具体的には、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量が０．５の場合、表１中の入力相互情報量の値が〜０．５５であるから反復回数を０と決定し、受信情報の復号処理を実施せず、誤りとする。
具体的には、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量が０．５の場合、表１中の入力相互情報量の値が〜０．５５であるから反復回数を０と決定し、受信情報の復号処理を実施せず、誤りとする。
反復回数決定部６１は、前記決定した反復回数を反復制御部６９に出力する。また、反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０から入力されたＬＬＲ１を第１のインターリーバ６３と第１のＭＡＰ推定部６５とに出力し、ＬＬＲ２をデパンクチャリング部６４に出力する。
インターリーバ６３は、反復回数決定部６１から入力されたＬＬＲ１に対し、図１のインターリーバ１１と同じ並び替えをして、第２のＭＡＰ推定部６８に出力する。
デパンクチャリング部６４は、反復回数決定部６１から入力されたＬＬＲ２に対し、前記パリティビット１に対応する対数尤度比を第１のＭＡＰ推定部６５に、前記パリティビット２対応する対数尤度比を第２のＭＡＰ推定部６８に出力する。
具体的には、デパンクチャリング部６４は、前記符号ビット２に相当する対数尤度比を、交互に第１のＭＡＰ推定部６５と第２のＭＡＰ推定部６８とに出力する。このとき、デパンクチャリング部６４は、前記符号ビット２に相当する対数尤度比を出力しないＭＡＰ推定部６５、又は、第２のＭＡＰ推定部６８に対しダミービットである０を付加する。
具体的には、デパンクチャリング部６４は、前記符号ビット２に相当する対数尤度比を、交互に第１のＭＡＰ推定部６５と第２のＭＡＰ推定部６８とに出力する。このとき、デパンクチャリング部６４は、前記符号ビット２に相当する対数尤度比を出力しないＭＡＰ推定部６５、又は、第２のＭＡＰ推定部６８に対しダミービットである０を付加する。
第１のＭＡＰ推定部６５は、反復回数決定部６１から入力されたＬＬＲ１、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット１に対応する対数尤度比、及びデインターリーバ６６から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ａ ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）推定をして、誤り訂正を行う。ここで、デインターリーバ６６から入力される事前情報は、第２のＭＡＰ推定部６８から得られる情報ビットの信頼性であり、１回目は信頼性が得られていないので、０となる。
第１のＭＡＰ推定部６５は、前記誤り訂正を行った対数尤度比を第１の加算器６０１−１に出力する。
第１のＭＡＰ推定部６５は、前記誤り訂正を行った対数尤度比を第１の加算器６０１−１に出力する。
第１の加算器６０１−１は、第１のＭＡＰ推定部６５から入力された対数尤度比から、デインターリーバ６６から入力された事前情報を減算し、第１のＭＡＰ推定部６５による対数尤度比の変化分を第２のインターリーバ６７に出力する。
第２のインターリーバ６７は、第１の加算器６０１−１から入力された対数尤度比に対し、図１のインターリーバ１１と同じ並び替えをして、第２のＭＡＰ推定部６８に出力する。
第２のインターリーバ６７は、第１の加算器６０１−１から入力された対数尤度比に対し、図１のインターリーバ１１と同じ並び替えをして、第２のＭＡＰ推定部６８に出力する。
第２のＭＡＰ推定部６８は、第１のインターリーバ６３から入力された並び替えられたＬＬＲ１、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット２対応する対数尤度比、及び第２のインターリーバ６７から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ）を推定して、誤り訂正を行う。
第２のＭＡＰ推定部６８は、前記誤り訂正を行った対数尤度比を反復制御部６９に出力する。
第２のＭＡＰ推定部６８は、前記誤り訂正を行った対数尤度比を反復制御部６９に出力する。
反復制御部６９は、ＭＡＰ推定部６７から前記対数尤度比が入力されると、誤り訂正処理の回数を数え、その回数を１増加する。反復制御部６９は、該誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達するまで、誤り訂正処理を反復する。
反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達すると、復号化された情報として出力し、復号化を完了する。
反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達しない場合、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を、第２の加算器６０１−２に出力する。
反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達すると、復号化された情報として出力し、復号化を完了する。
反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達しない場合、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を、第２の加算器６０１−２に出力する。
第２の加算器６０１−２は、反復制御部６９から入力された対数尤度比から、第２のインターリーバ６７から入力された事前情報を減算し、第２のＭＡＰ推定部６８による対数尤度比の変化分をデインターリーバ６６に出力する。
デインターリーバ６６は、第２の加算器６０１−２から入力された符号ビット２に相当する対数尤度比に対し、インターリーバ１１と逆の並び替え、つまり、インターリーバ１１が並び替えた情報を元の並び替えに戻す並び替えをして、第１のＭＡＰ推定部６５に出力する。
次に、本実施形態における受信装置の動作について説明をする。図５は、本実施形態における受信装置の動作を示すフロー図である。
符号化装置１に入力された情報ビットは、インターリーバ１１と第１のＲＳＣ符号部１２とに入力される。
第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット１とを生成する。第１のＲＳＣ符号化部１２は、該生成した組織ビットを符号ビット１として、無線送信部２に出力する（Ｓ１０１）。また、第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記生成したパリティビット１をパンクチャリング部１４に出力する（Ｓ１０２）。
第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット１とを生成する。第１のＲＳＣ符号化部１２は、該生成した組織ビットを符号ビット１として、無線送信部２に出力する（Ｓ１０１）。また、第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記生成したパリティビット１をパンクチャリング部１４に出力する（Ｓ１０２）。
一方、インターリーバ１１は、前記入力された情報ビットを並び替えた情報ビットを作成し、第２のＲＳＣ符号部１３に出力する（Ｓ１０３）。
第２のＲＳＣ符号部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２を生成する。第２のＲＳＣ符号化部１３は、該生成したパリティビット２をパンクチャリング部１４に出力する（Ｓ１０４）。
第２のＲＳＣ符号部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２を生成する。第２のＲＳＣ符号化部１３は、該生成したパリティビット２をパンクチャリング部１４に出力する（Ｓ１０４）。
パンクチャリング部１４は、第１のＲＳＣ符号部１２から入力されるパリティビット１と第２のＲＳＣ符号部１３から入力されるパリティビット２とから符号ビット２を生成し、無線送信部２に出力する（Ｓ１０５）。
無線送信部２は、第１のＲＳＣ符号化部１２から入力された符号ビット１と、パンクチャリング部１４から入力された符号ビット２を無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナ３を介して受信装置に送信をする（Ｓ１０６）。
無線送信部２は、第１のＲＳＣ符号化部１２から入力された符号ビット１と、パンクチャリング部１４から入力された符号ビット２を無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナ３を介して受信装置に送信をする（Ｓ１０６）。
次に、本実施形態における送信装置の動作について説明をする。図６は、本実施形態における送信装置の動作を示すフロー図である。
無線受信部５は、受信アンテナ４から入力された受信信号を無線周波数からダウンコンバートし、受信情報ビットとして復号化装置６に出力する（Ｓ２０１）。
ＬＬＲ計算部６０は、無線受信部５から入力された受信情報ビットに基づき該情報の分散を計測し、対数尤度比を計算する（Ｓ２０２）。
反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０から入力された対数尤度比から相互情報量を計算し、該相互情報量に基づき復号処理の反復回数を決定する（Ｓ２０３）。
ＬＬＲ計算部６０は、無線受信部５から入力された受信情報ビットに基づき該情報の分散を計測し、対数尤度比を計算する（Ｓ２０２）。
反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０から入力された対数尤度比から相互情報量を計算し、該相互情報量に基づき復号処理の反復回数を決定する（Ｓ２０３）。
第１のＭＡＰ推定部６５は、第１のＭＡＰ推定部６５は、反復回数決定部６１から入力された符号ビット１に相当する対数尤度比、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット１に対応する対数尤度比、及びデインターリーバ６６から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ）推定をして、誤り訂正を行う（Ｓ２０４）。
第２のＭＡＰ推定部６８は、第１のインターリーバ６３から入力された符号ビット２に相当する対数尤度比、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット２対応する対数尤度比、及び第２のインターリーバ６７から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ）推定をして、誤り訂正を行う（Ｓ２０５）。
反復制御部６９は、ＭＡＰ推定部６７から対数尤度比が入力されると、誤り訂正処理の回数を数える（Ｓ２０６）。反復制御部６９は、該数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達したか否かを判断する（Ｓ２０７）。
反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達すると、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を復号した情報として出力し、復号を完了する（Ｓ２０８）。
一方、反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達しない場合、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を出力し、第１のＭＡＰ推定部６５は、誤り訂正処理を反復する（Ｓ２０４）。
反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達すると、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を復号した情報として出力し、復号を完了する（Ｓ２０８）。
一方、反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達しない場合、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を出力し、第１のＭＡＰ推定部６５は、誤り訂正処理を反復する（Ｓ２０４）。
このように、本実施形態によれば、復号化装置６は、受信情報を復号化処理することで得られる相互情報量を計算し、該計算した相互情報量が１、つまり、受信情報から送信情報に関する情報を完全に得ている値、となるように復号処理の反復回数を決定している。これにより、復号化装置６は、相互情報量を１とするのに必要な回数だけ行い、送信情報に関する情報を完全に得ることができ、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、つまり、無駄な復号処理を反復しない。
また、本実施形態によれば、復号化装置６は、受信情報を復号化処理することで得られる相互情報量が１とならない、つまり、受信情報の相互情報量が予め定めた閾値より小さい値であるときは、誤りとし、復号化処理を行わない。これにより、復号化装置６は、復号化処理により相互情報量が１とならずにスタック状態となってしまうことを回避し、無駄な復号処理を反復しない。
符号化装置６は、無駄な復号処理を反復しないことにより、該処理に係る消費電力を消費しないので、消費電力を削減することができる。
また、本実施形態によれば、復号化装置６は、受信情報を復号化処理することで得られる相互情報量が１とならない、つまり、受信情報の相互情報量が予め定めた閾値より小さい値であるときは、誤りとし、復号化処理を行わない。これにより、復号化装置６は、復号化処理により相互情報量が１とならずにスタック状態となってしまうことを回避し、無駄な復号処理を反復しない。
符号化装置６は、無駄な復号処理を反復しないことにより、該処理に係る消費電力を消費しないので、消費電力を削減することができる。
前記実施形態において、 式（２）は、変調方式がＢＰＳＫの場合としているが、本発明はこれに限らず、例えば、変調方式はＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）であってもよい。このとき式（２）は、式（７）となる。
式（７）において、ｋ’は受信信号のインデックスである。変調方式がＱＰＳＫの場合、１の受信信号で２ビットの情報を送ることができるので、ＬＬＲ計算部６０は、２ビット分のＬＬＲを計算する。即ち、式（２）に対応させると、ｋ＝２ｋ’とｋ＝２ｋ’’＋１の２ビット分のＬＬＲが同時に計算される。同様に１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの他の変調方式でも各ビットのＬＬＲは算出可能である。
前記実施形態において、符号化率を１／２の符号化としているが、本発明はこれに限られない。例えば、送信装置は、パンクチャリング部１４を備えず、符号ビット１、パリティビット１、パリティビット２を無線送信部２から送信することで、符号化率を１／３とする。このとき、受信装置は、デパンクチャリング部６４を備えない。
前記実施形態において、符号化装置６はＬＬＲ計算部６０を備えているが、本発明はこれに限らず、例えば、無線受信部５がＬＬＲ計算部６０を備えていてもよい。具体的には、受信装置の無線受信部５が伝搬路による歪みを補正する等化部を備える場合、該等化部において該等化された信号から復調を行う際に対数尤度比を計算し、それを反復回数決定部に入力してもよい。
例えば、前記等化部は、伝搬路推定に用いるパイロット信号から対数尤度比を計算し、該計算した対数尤度比を反復回数決定部に出力する。反復回数決定部は、前記等化部から入力された対数尤度比から復号処理の反復回数を決定する。
例えば、前記等化部は、伝搬路推定に用いるパイロット信号から対数尤度比を計算し、該計算した対数尤度比を反復回数決定部に出力する。反復回数決定部は、前記等化部から入力された対数尤度比から復号処理の反復回数を決定する。
また、前記実施形態において、無線受信部５は、伝送方式に応じて他の機能を有していてもよい。例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式であればＧＩ（Ｇｕａｒｄ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を除去する機能と時間周波数変換手機能を有する。また、シングルキャリア（単一搬送波）による通信であれば伝搬路の歪みを補償する等化機能を有する。
さらに、前記実施形態において、誤り訂正符号をターボ符号としたが、本発明はこれに限らず、反復により復号処理をする他の誤り訂正符号であってもよい。
例えば、誤り訂正符号は、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ：低密度パリティ検査）符号や、ＲＡ（Ｒｅｐｅａｔ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）符号、ＰＡ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）符号であってもよい。
例えば、誤り訂正符号は、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ：低密度パリティ検査）符号や、ＲＡ（Ｒｅｐｅａｔ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）符号、ＰＡ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）符号であってもよい。
また、前記実施形態において、送信装置が予め決定した変調方式や符号化率により符号化した情報を送信し、受信装置は、受信装置の復号処理の反復回数と相互情報量との関係からから相互情報量が１となる復号処理の反復回数を決定していた。しかし、受信装置が復号処理の反復回数の上限を予め決定し、送信装置は、受信装置の復号処理の反復回数と相互情報量との関係から受信装置が決定した反復回数以内で相互情報量が１となるような変調方式や復号化率を決定し、該決定した変調方式や符号化率により符号化した情報を送信してもよい。
例えば、ストリーミングのようなリアルタイム性があるか否かなどにより受信装置の復号処理の回数が制限される場合に、該ストリーミングを配信する送信装置は、該制限された回数で相互情報量が１となるような変調方式や復号化率により復号化した信号を送信する。これにより、該送信装置が配信したストリーミングの情報を受信する受信装置は、前記制限された回数で相互情報量が１となるような復号処理をすることができる。
例えば、ストリーミングのようなリアルタイム性があるか否かなどにより受信装置の復号処理の回数が制限される場合に、該ストリーミングを配信する送信装置は、該制限された回数で相互情報量が１となるような変調方式や復号化率により復号化した信号を送信する。これにより、該送信装置が配信したストリーミングの情報を受信する受信装置は、前記制限された回数で相互情報量が１となるような復号処理をすることができる。
なお、以上説明した実施形態において、復号化装置６の各部の機能又はこれらの機能の一部を実現するためのプログラムを復号化装置又は受信装置のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより復号化装置６の制御を行っても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時刻の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時刻プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時刻の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時刻プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
１・・・符号化装置、１１・・・インターリーバ、１２・・・ＲＳＣ符号化部、１３・・・ＲＳＣ符号化部、１４・・・パンクチャリング部、２・・・無線送信部、３・・・送信アンテナ、１２１−１〜１２１−３・・・加算器、１２２−１〜１２２−３・・・シフトレジスタ、４・・・受信アンテナ、５・・・無線受信部、６・・・復号化装置、６０・・・ＬＬＲ計算部、６１・・・反復回数決定部、６２・・・記憶部、６３・・・第１のインターリーバ、６４・・・デパンクチャリング部、６５・・・ＭＡＰ推定部、６６・・・デインターリーバ、６７・・・インターリーバ、６８・・・ＭＡＰ推定部、６９・・・反復制御部、６０１−１〜６０１−２・・・加算器
Claims (9)
- 復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置において、
前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える復号化装置。 - さらに、相互情報量と反復回数との関係を記憶する記憶部を備え、
前記反復回数決定部は、前記記憶部が記憶する相互情報量と反復回数との関係から、前記計算した相互情報量に対応する反復回数を特定し、該反復回数を前記復号処理の反復回数とすることを特徴とする請求項１に記載の復号化装置。 - 前記反復回数決定部は、前記計算した相互情報量が予め定めた閾値より小さい値の場合には、復号処理を行わないと決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の復号化装置。
- 前記閾値は、予め定めた反復回数の復号処理をしても相互情報量が１とならない相互情報量であることを特徴とする請求項３に記載の復号化装置。
- 前記誤り訂正符号化は、ターボ符号化であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一の項に記載の復号化装置。
- 復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化方法において、
前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する過程を有することを特徴とする復号化方法。 - 復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置のコンピュータに、
前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する手段として機能させる復号化プログラム。 - 復号処理を反復することによって、受信信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置おいて、
前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備えることを特徴とする受信装置。 - 送信装置と、復号処理を反復することによって、送信装置から送信された信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置とを備える通信システムおいて、
前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備えることを特徴とする通信システム。
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