JP5051164B2

JP5051164B2 - ビタビ復号装置

Info

Publication number: JP5051164B2
Application number: JP2009068581A
Authority: JP
Inventors: 浩明妹尾
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010226215A

Description

本発明は、ビタビ復号装置に関する。本発明は、例えば通信装置や蓄積・再生装置等で、テイルバイティング畳み込み符号化を行い、ビタビ復号を行う場合のビタビ復号装置に適用することができる。

テイル付与畳み込み符号化の例を図１１に、テイルバイティング畳み込み符号化の例を図１２に示す。テイル付与畳み込み符号化は、ビット数Ｘの入力データの末尾にオール“０”等の既知の値のテイルを付与し、２×（Ｘ＋Ｋ−１）ビットの畳み込み符号化データが出力される。ここでＫは拘束長、２は符号化率の逆数である。この例の場合、最終データ入力後のトレリス状態はオール“０”となる。

一方、ビット数Ｘの入力データの末尾の（Ｋ−１）ビットを入力データの先頭に複写するテイルバイティング畳み込み符号化では、２×Ｘビットの畳み込み符号化データが出力される。テイルバイティング畳み込み符号化では、データ先頭とデータ末尾でのトレリス状態は一致する。

通常のＩＥＥＥ１１．ａ等の規格による通信で使用される、データ末尾にオール“０”等の既知の値を付与するテイル付与畳み込み符号化・ビタビ復号の場合、テイルバイティング畳み込み符号化に比べ、テイルビット付与分の余分なデータを送信するため、データ転送効率が低下する。

逆にテイルバイティング畳み込み符号化では、テイルビット付与を行わないため、データ転送効率の低下を防ぐことができるが、データ先頭又はデータ末尾のトレリス状態が既知ではないため、受信側での復号処理の計算量がテイル付与畳み込み符号化に比べて増加してしまう。

受信側での復号処理の計算量を軽減し、受信処理遅延を低減する手法として、例えば以下のような手法が知られている。その第１の手法は、インタリーブ処理単位で既知パターンのテイルビットを挿入し、受信側では、テイルビットの挿入毎にデータを分割復号することにより、受信処理遅延を低減するものである。これは例えば特許文献１等によって知られている。この手法の場合、復号処理遅延を低減することはできるが、データの分割単位を小さくするほど、通常の畳み込み符号化以上にテイルビットを挿入する分、データ転送効率が低下してしまう。

第２の手法として、テイルバイティング畳み込み符号化を行い、ターボ復号を行う場合に、トレリス先頭状態とトレリス末尾状態とが等しく、且つ、尤度が一定の閾値以上の場合に、ターボ復号の繰り返し復号処理を打ち切ることにより、復号遅延を低減する手法がある。これは例えば特許文献２等によって知られている。

更に第３の手法として、ターボ復号の繰り返し復号処理において、処理単位を分割し、各復号器が全体でパイプライン処理を行うことにより遅延を低減する手法がある。これは例えば特許文献３等によって知られている。ただし、ビタビ復号を行う場合、ターボ復号に存在する繰り返し復号処理が存在しないため、上記第２及び第３の手法による遅延低減効果は得られないことになる。

特開２００７−８１９３１号公報特開２００８−１３６００６号公報特開２００２−９６３３号公報

テイルバイティング畳み込み符号化では、オール“０”等の既知パターンをテイルビットとして挿入する畳み込み符号化に比べ、テイルビット付与によるデータ転送効率の低下を防ぐことができるが、最高尤度のパスメトリック値を計算するために必要な計算量は増加し、復号処理遅延も増加する。本発明の１つの側面は、テイルバイティング畳み込み符号を復号するビタビ復号装置において、復号処理遅延を低減することを目的とする。

上記課題を解決するビタビ復号装置は、テイルバイティング畳み込み符号の入力データを入力し、該入力データの先頭から中間点までのパスメトリック値の計算を行い、最高尤度パスから該入力データの前半部の復号結果と、該入力データの先頭及び中間点でのトレリス状態とを算出する第１のトレースバック部と、前記入力データと同一の入力データを入力し、該入力データの末尾から中間点までのパスメトリック値の計算を行い、最高尤度パスから該入力データの後半部の復号結果と、該入力データの末尾及び中間点でのトレリス状態を算出する第２のトレースバック部と、前記入力データの先頭と末尾でのトレリス状態が一致し、かつ、前記各中間点でのトレリス状態が一致したことを条件に、前記前半部の復号結果と前記後半部の復号結果とを結合して出力する多重部と、を備えたものである。

テイルバイティング畳み込み符号のビタビ復号処理において、入力データを２分割して同時に並行して復号処理することが可能となり、復号処理遅延を半減することができる。

ビタビ復号装置における復号処理部の機能ブロック構成例を示す図である。複写部の処理を示す図である。第１のトレースバック部の前半の処理例を示す図である。第１のトレースバック部の後半の処理例を示す図である。第２のトレースバック部の処理例を示す図である。多重部の処理例を示す図である。多重部の機能ブロックの構成例を示す図である。復号処理の動作フロー例を示す図である。第２のトレースバック部でフルトレースバック処理を行う構成例を示す図である。信号対雑音比（ＳＮＲ）推定ブロックを追加した構成例を示す図である。テイル付与畳み込み符号化の例を示す図である。テイルバイティング畳み込み符号化の例を示す図である。

図１に開示のビタビ復号装置における復号処理部の機能ブロック構成例を示す。同図において、１−１は複写部、１−２は第１のトレースバック部、１−３は第２のトレースバック部、１−４は多重部である。第１のトレースバック部１−２は、入力データの先頭からトレースバックの処理を行い、第２のトレースバック部１−３は、入力データの末尾からトレースバックの処理を行う。

各ブロックの処理の概要を図２〜図７に示す。以下、各ブロックの処理を説明する。複写部１−１は図２に示すように、テイルバイティング畳み込み符号の入力データを複写して２つの同一データＡ及びデータＢを生成する。複写部１−１は、データＡを第１のトレースバック部１−２に、データＢを第２のトレースバック部１−３に渡す。

図３に第１のトレースバック部１−２の前半の処理を示す。第１のトレースバック部１−２は、データＡの先頭からデータＡの中間点（複写部からの出力データ量の半分）までのパスメトリック値の計算を行い、最高尤度パスからデータＡの前半の復号結果（例．“０１１０”）、データＡの先頭トレリス状態（例．図中の丸印で示す状態）、及びデータＡの中間点でのトレリス状態Ａ’（例．図中の四角印で示す状態）を計算し、それらを多重部１−４に出力する。

図４に第１のトレースバック部１−２の後半の処理を示す。第１のトレースバック部１−２は、データＡの前半の復号結果、データＡの先頭トレリス状態、データＡの中間点でのトレリス状態Ａ’を出力した後、フルトレースバックでの復号を行うため、前半処理に追加してデータＡの後半の最高尤度パスメトリック値の計算を行う。そして、フルトレースバックでの復号結果、例えば“０１１０１０００”を得る。

図５に第２のトレースバック部１−３の処理を示す。第２のトレースバック部１−３は、データＢの末尾からデータＢの中間点までのパスメトリック値の計算を行い、最高尤度パスからデータＢの後半の復号結果（例．“１１００”）、データＢの末尾トレリス状態（例．図中の丸印で示す状態）、及びデータＢの中間点でのトレリス状態Ｂ’（例．図中の四角印で示す状態）を計算し、それらを多重部１−４に出力する。

図６に多重部１−４の処理を示す。多重部１−４は、第１のトレースバック部１−２と第２のトレースバック部１−３の各出力結果を比較する。そして、図６に示すように、データＡの先頭トレリス状態（例．“０００００１”）とデータＢの末尾トレリス状態（例．“０００００１”）が一致し、かつ、データＡの中間点でのトレリス状態Ａ’（例．“００００１０”）とデータＢの中間点でのトレリス状態Ｂ’（例．“００００１０”）が一致する条件（以下、条件（１）と称する。）を満たす場合、データＡの前半の復号結果（例．“０１１０”）とデータＢの後半の復号結果（例．“１１００”）をビット結合して出力する。

また、多重部１−４は、第１のトレースバック部１−２に対して、分割復号結果（条件（１）を満たすか否か）を、第１のトレースバック部１−２に返送する。分割復号結果を受信した第１のトレースバック部１−２は、条件（１）を満たす分割復号結果を受信すると、フルトレースバック処理を実行中の場合、フルトレースバック処理を停止させる。

一方、第１のトレースバック部１−２は、条件（１）を満たさない分割復号結果を受信すると、フルトレースバック処理を継続し、フルトレースバックでの復号結果を計算し出力する。入力データの信号対雑音比（ＳＮＲ）が高い場合、上述の条件（１）を満たす復号結果となる確率が高い。従って信号対雑音比（ＳＮＲ）が高い状態では、入力データを２分割して同時に並行して復号処理することが可能となり、復号処理遅延を約半分に削減することができる。

図７に多重部１−４の機能ブロックの構成例を示す。多重部１−４は、入力データ先頭でのトレリス状態と入力データ末尾でのトレリス状態とを比較し、一致判定を行う第１の一致判定部７−１を備える。また、データＡの中間点でのトレリス状態Ａ’とデータＢの中間点でのトレリス状態Ｂ’とを比較し、一致判定を行う第２の一致判定部７−２を備える。

そして、第１及び第２の一致判定部７−１，７−２の一致判定結果の論理積を演算し、前述の条件（１）を満たすか否か、即ち、分割復号可能か否かを示す論理信号（例．分割可能：“１”、分割不可能：“０”）を出力する論理積演算部７−３を備える。

また、第１及び第２のトレースバック部１−２，１−３からそれぞれ出力されるデータＡの前半復号結果及びデータＢの後半復号結果をビット結合する結合部７−４を備える。また、前述の論理積演算部７−３から出力される論理信号に従って、分割復号可能な場合は、結合部７−４からの出力データを選択し、分割復号不可能な場合は、フルトレースバックでの復号結果を選択して出力する選択部７−５を備える。

以上の復号処理の動作フローを図８に示す。複写部１−１は入力データ複写し、２つの同一のデータＡ及びデータＢを生成し、データＡを第１のトレースバック部１−２に出力し、データＢを第２のトレースバック部１−３に出力する（８−１）。

第１のトレースバック部１−２は、データＡの先頭から中間点までの最高尤度メトリックを計算し、データＡの前半復号結果、データＡの先頭トレリス状態及び中間点のトレリス状態Ａ’を多重部１−４に出力する（８−２）。

第２のトレースバック部１−３は、データＢの末尾から中間点までの最高尤度メトリックを計算し、データＢの後半復号結果、データＢの末尾トレリス状態及び中間点のトレリス状態Ｂ’を多重部１−４に出力するする（８−３）。

第１のトレースバック部１−２は、引き続き、データＡの先頭から中間点までの最高尤度メトリック計算結果を元に、データＡの中間点から末尾までの最高尤度メトリックを追加計算する（８−４）。

多重部１−４は、分割復号結果（条件（１）を満たすか否か、即ち、先頭トレリス状態と末尾トレリス状態が一致し、かつ、データＡ及びＢの各中間点でのトレリス状態Ａ’及びＢ’が一致するか否か）を算出する（８−５）。該分割復号結果を元に分割復号が可能か否かを判定し（８−６）、可能である場合、データＡの前半の復号結果とデータＢの後半の復号結果とを結合し（８−７）、分割処理での復号結果を出力する。分割復号が可能でない場合は、フルトレースバックでの復号結果を出力する。

一方、第１のトレースバック部１−２は、分割復号結果を元に分割復号が可能か否かを判定し（８−８）、可能でない場合、フルトレースバック処理を継続して実行する（８−９）。分割復号が可能な場合、フルトレースバック処理の動作中か否かを判定し（８−１０）、動作中であれば、フルトレースバック処理を停止させる（８−１１）。

なお、前述の構成例では、フルトレースバック処理を第１のトレースバック部１−２で実施したが、フルトレースバック処理は、第２のトレースバック部１−３で行う構成としても良い。第２のトレースバック部１−３でフルトレースバック処理を行う構成例を図９に示す。

更に他の変形例として、信号対雑音比（ＳＮＲ）推定ブロックを追加した構成例を図１０に示す。この構成例の場合、信号対雑音比（ＳＮＲ）推定部１０−１で信号対雑音比（ＳＮＲ）を推定し、信号対雑音比（ＳＮＲ）の推定結果を第１のトレースバック部１−２、第２のトレースバック部１−３、及び多重部１−４のそれぞれに通知する。

信号対雑音比（ＳＮＲ）の悪い入力データの場合、トレリス状態の接合点（中間点）の不一致を生じる可能性が高い。従って、トレリス状態の接合点（中間点）の不一致を生じる可能性がある信号対雑音比（ＳＮＲ）の閾値を予め記憶しておき、信号対雑音比（ＳＮＲ）の推定結果が該閾値より低い場合、第１のトレースバック部１−２は、最初からフルトレースバック処理を行う。

その場合、第２のトレースバック部１−３は、トレースバックを行わない。多重部１−４は、第１のトレースバック部１−２からのデータのみを出力データとして出力する。なお、フルトレースバック処理を行うのは第２のトレースバック部１−３としてもよい。

逆に信号対雑音比（ＳＮＲ）の推定結果が該閾値より高い場合、第１のトレースバック部１−２は、入力データの前半部分のみのトレリスを計算し、第２のトレースバック部１−３は後半部分のみのトレリスを計算する。そして、多重部１−４は、第１のトレースバック部１−２からの復号結果と、第２のトレースバック部１−３からの復号結果とを多重し、出力データとして出力する。

この構成例の場合、復号処理の実施前に分割復号処理が可能か否かを判定することが可能となるため、信号対雑音比（ＳＮＲ）が悪いためフルトレースバック処理が必要な場合には、第２のトレースバック部１−３（又は第１のトレースバック部１−２の何れか一方）は、最初から動作させず、無効な処理の実施を抑制することができる。また、この構成例では、多重部１−４から、第１のトレースバック部１−２（又は第２のトレースバック部１−３の何れか一方）へのフィードバック経路がなくなり、フィードバック処理に伴う制御の複雑性を緩和することができる。

以上説明したように、テイルバイティング畳み込み符号のビタビ復号では、データ先頭でのトレリス状態とデータ末尾でのトレリス状態が一致することを利用し、復号処理を２分割して同時に並行して行うことにより、復号処理遅延を低減することができる。特に信号対雑音比（ＳＮＲ）が高い状態のとき、復号処理遅延を半減することができる。

１−１複写部
１−２第１のトレースバック部
１−３第２のトレースバック部
１−４多重部

Claims

テイルバイティング畳み込み符号の入力データを入力し、該入力データの先頭から中間点までのパスメトリック値の計算を行い、最高尤度パスから該入力データの前半部の復号結果と、該入力データの先頭及び中間点でのトレリス状態とを算出する第１のトレースバック部と、
前記入力データと同一の入力データを入力し、該入力データの末尾から中間点までのパスメトリック値の計算を行い、最高尤度パスから該入力データの後半部の復号結果と、該入力データの末尾及び中間点でのトレリス状態を算出する第２のトレースバック部と、
前記入力データの先頭と末尾でのトレリス状態が一致し、かつ、前記各中間点でのトレリス状態が一致したことを条件に、前記前半部の復号結果と前記後半部の復号結果とを結合して出力する多重部と、
を備えたことを特徴とするビタビ復号装置。
前記第１又は第２のトレースバック部の少なくとも何れかに一方は、前記中間点以降のパスメトリック値の計算を継続して実行し、最高尤度パスから該入力データの全復号結果を算出するフルトレースバック計算手段を備え、
前記多重部は、前記入力データの先頭と末尾でのトレリス状態が一致しない、又は、前記各中間点でのトレリス状態が一致しない場合に、前記フルトレースバック計算手段で算出した全復号結果を出力する出力切り替え手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のビタビ復号装置。
前記入力データについての信号対雑音比を推定する信号対雑音比推定部を備え、
前記出力切り替え手段は、前記信号対雑音比が所定の閾値以上のとき、前記第１及び第２のトレースバック部からそれぞれ出力される前記前半部及び前記後半部の復号結果を前記多重部で結合して出力させ、前記信号対雑音比が前記所定の閾値以下のとき、前記第１又は第２のトレースバック部の前記フルトレースバック計算手段により出力される全復号結果を出力させることを特徴とする請求項２に記載のビタビ復号装置。