JP5111498B2 - インターリーバ装置及びインターリーバ装置によって生成された信号の受信器 - Google Patents

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Description

本発明は、デジタル伝送技術に関し、特には移動無線及び放送において見られるような時間変化する伝送チャネルに極めて好適な伝送の考え方に関する。
エラー訂正符号(前方エラー訂正、FEC)に組み合わせられた時間インターリービング及び/又は周波数インターリービングは、図6に示されている通り、伝送技術の基本原理に属する。
ここでは、情報ビットからなる情報語が、この情報語から符号語、即ち符号シンボル又は符号ビットのベクトルを確立するFEC符号器に入力される。情報語から形成されるこれらの符号語及び/又はブロックが、インターリーバへと渡される。インターリーバは、シンボルの順序を変更し、そのように混合されたシンボルを伝送チャネルへと渡す。シンボルの並べ替えは、時間軸(「時間インターリービング」)及び/又は周波数軸(「周波数インターリービング」)において行うことができる。
インターリーバの使用は、伝送チャネルが静的でない場合、即ち伝送チャネルの特性が時間及び/又は周波数につれて変化する場合に好適である。つまり、受信器に到着する信号のパワーが移動している受信器において強く変化する可能性がある場合である。この変化により、一部の符号シンボルが他の符号シンボルよりも高い確率で不良となる(例えば熱雑音の重畳によって)。
送信器、受信器、及び/又は伝送経路における物体の移動に依存し、さらには送信器、受信器、及び伝送経路の周囲の性状に依存して、チャネル特性は多少なりとも高速に変化しうる。伝送チャネルの時間的一貫性の指標はコヒーレンス時間であり、この時間において、チャネルは有意には変化しない。
伝送エラーの確率は、通常はチャネル状態から推定される。チャネル状態は、受信信号の品質(例えば雑音に対する信号強度の瞬間的な比)を描写している。インターリーバの目的は、時間において(多くの場合は周波数においても)情報を分散させ、時間的に変化するチャネル特性における、「不良」な(伝送エラーの確率が高い)シンボルに対する「良好」な(伝送エラーの確率が低い)シンボルの比を、伝送側のインターリーバを逆にするデ・インターリーバの背後においては平均でほぼ時間的に一定にすることにある。チャネル特性が高速で変化する(例えば車両の速度が高い)場合には、通常は比較的短いインターリーバで充分である。チャネル特性がゆっくりと時間変化する場合には、相応に大きなインターリーバ長を選択すべきである。
チャネル特性の変化は、様々な影響から生じうる。
−マルチパスの伝搬の場合には、信号部分の相対の位相位置が、信号部分が建設的に重畳するか、あるいは相殺的に重畳するかを決定する。ここでは、搬送信号の波長の数分の1だけ位置が変化するだけでも、別の位相位置につながる。チャネル特性も相応に高速に変化しうる。これを「高速フェージング」と称する。
−しかしながら、信号特性は環境にも強く依存する。即ち、例えば壁が信号を減衰させる。その結果、屋内の信号品質は通常は屋外よりも悪い。環境に関係する信号特性の変化は、高速フェージングに比べて緩慢である。したがって、これは「低速フェージング」と称される。
通常は、インターリーバの設計においては、高速フェージングの特性のみが考慮される。しかしながら、メモリのコストがますます低下しているため、現在では極めて長いインターリーバも考慮に値するようになってきている。この場合、低速フェージングの特性を、インターリーバの設計においてより大きく考慮しなければならない。
低速フェージングの例として、以下を挙げることができる。
−衛星信号の移動受信
移動している車両において、受信シナリオが環境に対応して常に変化する。それぞれの受信シナリオについて、3つの受信状態を定めることができる。
○衛星への視線のリンクが存在する(例えば開けた道路など)。これは「視線状態」(LOS)と称される。
○信号が(例えば樹木によって)減衰させられる。この状態は「影状態」と称されることが多い。
○信号がもはや使用できないほどに大きく減衰させられる。これは「ブロック状態」と称されることが多い。
−比較的低い送信パワーの送信器を有する携帯電話ネットワークにおける伝送
携帯電話ネットワークにおいては、エリアのカバーが多数の送信器によって達成される。この種のネットワークにおいては、受信状態が比較的高速に変化することを考慮しなければならない。送信器の距離が比較的短いため、受信器の相対距離が高速に変化しうる。この場合、長いインターリーバの信号特性が、既にインターリーバの長さにおいて強く変化しうる。
受信器においては、送信器において実行された符号シンボルの交換(=インターリービング)が再び逆にされる(=デ・インターリービング)。これにより、伝送において生じるバーストエラーが、デ・インターリーバの背後においては個々のエラーとしてデータブロックの全体に分散することとなり、FEC復号器によってより容易に訂正することが可能になる。
インターリーバの種類は、以下のように区別される。
−コンボリューション(折り畳み)・インターリーバ
−ブロック・インターリーバ
コンボリューション・インターリーバは、「ブロック間インターリービング」を取り扱い、即ち、インターリーバの前では連続しているブロックが、インターリーバの後ろでは絡み合っているように、ブロックが時間的に「あいまい(blurred)」にされる。ここで、ブロックは1つ以上の符号語で構成される。インターリーバの長さは、ブロックのサイズに依存せず、あいまい化の幅に依存する。
典型的なコンボリューション・インターリーバにおいては、FEC符号シンボルのブロックが、インターリーバによって例えばサイズの異なる4つの部分ブロックへと分割され、上流及び/又は下流のブロックと絡み合わせられる。
コンボリューション・インターリーバは、以下を特徴とする。
−FEC符号器の出力が、デプレクサを介して種々の部分データストリームへと分割される。この原理が図7に示されている。ここでは、データストリームが、通常はビット単位又はビットのグループ(「シンボル」)単位にて部分データストリームへと分配される。次いで、それぞれの部分データストリームが遅延線(例えばFIFOを介して実現される)によって遅延される。
−受信器のコンボリューション・デ・インターリーバを同期させるために、デ・マルチプレクサだけを同期させればよい。
−遅延線の長さを規則的に刻むことができる。しかしながら、連続するシンボルが可能な限り遠くに位置し、したがってチャネル特性が無相関となるように、任意の構成を選択することができる。
ブロック・インターリーバは「ブロック内インターリービング」を取り扱い、即ち処理がブロック単位の方法で行われ、1つのブロックは1つ以上の符号語で構成されている。ここでは、ブロックのサイズがインターリーバの長さを定める。ここでは、系統的なFEC符号が頻繁に使用され、データブロックが、伝送エラーを訂正することができるよう、有用な情報(=伝送すべき情報)及び追加の冗長性を含んでいる。
様々な種類のブロック・インターリーバが知られている。
−データベクトル又は行列の要素を置換、即ち交換することがブロック・インターリーバの基本原理である。
−行列としてとられるブロックの変種が最もよく知られている。ここでは、1つの行が例えば1つの符号語(例えばReed−Solomon符号語)を形成する。次いで、情報が行ごとに行列へと複製され、送信器/インターリーバにおいて列ごとに読み出される。例として、図8に示されているETSI規格EN301192からの方法をここでは挙げることができる。
図9は、有用データ(「アプリケーションデータ」)の構成を示している。読み出し及び/又は送信はデータグラムにて行われる。さらに図9は行での行列配置を示しており、行列は「no_of_rows」に等しい数の行を有している。さらに、一例として、番号0から番号190まで延びる複数の列が存在している。行列を満たすために、いわゆる続き(cont.)のパッディング(詰め物)バイトが最後のデータグラムの後ろに加えられ、最後のパッディングバイトまで続いている。
インターリーバの特性は、とりわけ、以下のパラメータによって特徴付けられる。
−エンド−トゥ−エンドの遅延:
このパラメータは、シンボルがインターリーバの入力において入手可能になった瞬間から、このシンボルがデ・インターリーバの出力において入手可能になる瞬間までの間の時間間隔を定めている。
−(受信器)アクセス時間
最初のシンボルがデ・インターリーバの入力において入手可能になった瞬間と、その符号語がFEC復号器の入力において入手及び復号化可能になる瞬間、即ちデ・インターリーバの出力への到達を意味する瞬間との間の時間間隔である。本発明によれば、受信されたパケットが充分な信号対雑音比を有する限りにおいて、デ・インターリーバの出力において符号語の充分に大きな部分が利用可能になるまで待つだけでよく、エンド−トゥ−エンドの遅延のすべての時間を待つ必要がない。このパラメータは、例えば放送受信器において、受信器をオンにし、あるいは別のプログラムに切り換えてから、信号(例えば音声又は映像信号)がユーザにとって利用可能になるまでの時間を決定する。ある状況下では、例えば映像信号の復号化がさらなる遅延を意味するかもしれないが、これはアクセス時間に入れられるべきではない。この点に関し、音声又は映像復号器が、時間インターリーブされていないサービスにも影響を及ぼすさらなる遅延を生む可能性があることに注意すべきである。
−メモリの要件
メモリの要件は、インターリーバの長さ及びインターリーバの種類、ならびに送信器又は受信器において選択された信号の表現によって決定される。
上述のインターリーバの考え方は、時間に関して、符号語又はブロックの範囲内のスクランブリング及び符号語の境界を越えるスクランブリングの両方が良好であることを特徴とする。図7に示される通り、入力側デ・マルチプレクサに順に進入する符号語の個々のシンボルの順序の変更が、外側インターリーバの遅延要素によって達成される。これらのデータの伝送に関して、これは必ずしも時間的なスクランブリングでなくてもよく、周波数スクランブリングがこれによって達成されてもよい。周波数スクランブリングは、例えば、外側インターリーバの右側端においてマルチプレクサから出力されるデータストリームがシリアル−パラレル変換され、OFDMシンボルにて例えば1024の搬送波からなるセットに結合される場合に達成される。このとき、例えばQPSKマッピングが使用される場合には、常に出力側のデータストリームの2ビットが搬送波に結合され、OFMDオキュペーションは、外側インターリーバによって生成された通りの順序で2048ビットを収容する。当然ながら、これは、ビット及び/又はFECシンボルが、外側インターリーバの遅延要素ゆえに、外側インターリーバが存在しない場合に配置される通りに、別の搬送波の上に配置されることを意味する。
このように、遅延を有するコンボリューション・インターリーバ又はインターリーバは、その後の実装に応じて、時間インターリーバ又は周波数インターリーバのいずれかとして機能し、あるいは時間及び周波数の両方のインターリーバとして機能する。
図7に示したインターリーバ構造においては、送信器側及び受信器側の両者において高い経費及び高いメモリの要件が存在することが欠点である。この欠点は、符号語が大きくなるにつれて、即ち例えば図6に示されるように、より多くのビットがブロックとしてFEC符号器へと入力され、より多くのビットがブロックとしてFEC符号器から出力されるにつれて、ますます深刻になる。FEC符号器は、常に1よりも小さい符号レートを有している。例えば1/3という符号レートは、図6に概説される通り、FEC符号器から出力される符号語のビットの数がFEC符号器へと入力される入力ブロック又は情報語のビット数の3倍であることを意味している。今や、インターリーバは、可能な限り良好な時間及び周波数スクランブリングを実行すべきであり、マルチプレクサ制御及び/又は広く言えばそれ自身の「処理」が(FECの符号化の仕組みに応じて)各ビット及び/又は各バイトについて必要とされる。
上述の必要性は、直接的に、対応するデ・インターリーバ制御が受信器側においても同様に必要であることを意味する。さらに、達成された信号/雑音比についての値、ビットエラーの確率についての値、あるいはビット及び/又はバイトの値の確率などといった品質情報を、各ビット及び/又は各シンボルについて、復号化のために生成しなければならいことになるが、このような確率は、特にいわゆるソフト復号器において使用されるものである。そのため、比較的小さい符号語においてはまだ重要でないが、符号語が長くなるにつれて問題が大きくなる。つまり、送信器の複雑さを低減し、さらには受信器の複雑さを低減する(受信器が大量生産品であって、安価に提供されなければならないため、特に放送の用途において重要である)ためには、実際には小さな符号語長が望ましいことになる。他方で、より長い符号語長は、符号語をより長い時間期間及び/又はより広い周波数範囲にわたって「分配」することができるため、チャネル特性の時間変化が緩慢となるという良好な利点をもたらす。
本発明の目的は、効率的であり、したがって良好な管理を可能にする伝送の概念であって、かつ特性がゆっくりと変化するチャネルについても良好な結果をもたらす伝送の概念を提供することにある。
この目的は、請求項1に記載のインターリーバ装置、請求項21に記載の送信器、請求項22に記載の符号語処理方法、請求項23に記載の受信器、請求項32に記載の受信方法、又は請求項33に記載のコンピュータプログラムによって達成される。
本発明は次の知見を基礎とする。即ち、コンボリューション・インターリーバの役割を果たすインターリーバ装置が、FECシンボルを単位とする方法でインターリービングを実行するのではなく、インターリービング単位(IU)により動作し、1つのインターリービング単位が少なくとも2つのFECシンボルを含むとき、符号語が増加する場合にも良好な効率を維持できるという知見である。特定のFEC符号器においては、FECシンボルは1ビットである。この場合には、1つのインターリービング単位は少なくとも2つのビットを含む。他のFEC符号器においては、FECシンボルは1バイトである。その場合には、1つのインターリービング単位は少なくとも2バイトを含む。したがって、少なくとも2つのシンボルの結合を有する各インターリービング単位のシーケンスを含む符号語が、インターリービング手段へと供給され、変更されたシーケンスでインターリービング単位を有するインターリーブ後の符号語が得られる。詳しくは、インターリービングは次のように行われる。即ち、インターリービング単位内のシンボルの順序は変えない一方で、1つの同じ符号語の2つのインターリービング単位の間に、先行又は後続の符号語の少なくとも1つのインターリービング単位が配置されるようにする方法か、あるいは、インターリーブ後の符号語におけるインターリービング単位の順序が、インターリービング手段による処理前の符号語のインターリービング単位の順序とは異なるような方法で、インターリービング単位のシーケンスを変更する。
上述のように達成されるインターリービングは、インターリービング単位内のシンボルの数を任意に調節できるため、スケーラブルである。換言すると、固定的に存在するか又は固定的に設計されたインターリーバであって、シンボルではなくインターリービング単位で作動するインターリーバの中で、符号語長を任意に増減させることが可能となる。この目的のために、インターリーバの構造を変更する必要がない。インターリービング単位内のシンボルの数だけを変化させればよい。固定数のインターリーバ・タップの場合には、1つのインターリービング単位内のシンボル数を増やせばより大きな符号語を処理することができ、反対に、より小さな符号語を処理する場合には、1つのインターリービング単位内のシンボルの数を減らせばよい。1つのインターリービング単位内のシンボル数が増えるほど、受信器側及び送信器側の処理はより効率的になる。反対に、1つのインターリービング単位のシンボルの数が多くなると、コンボリューション・インターリービングの好ましい効果が低下する可能性がある。しかしながら、この影響は、次の場合に弱めることができる。即ち、コンボリューション・インターリーバの上流側に、インターリービング単位の形成に先立ち、インターリービング単位ではなく、FECシンボルを単位とする方法でブロック・インターリービングを実際に実行するブロック・インターリーバが接続される場合である。したがって、本発明のこの好ましい実施の形態においては、ブロック・インターリーバとコンボリューション・インターリーバとが組み合わせられ、ブロック・インターリーバがブロック全体についてシンボル毎に機能する一方で、コンボリューション・インターリーバは、シンボル毎ではなく、インターリービング単位毎でのみ機能する。
他の実施の形態においては、効果的なブロック・インターリーバを、例えば極めて長いシフトレジスタ長(例えば25超のメモリセル)の線形フィードバックシフトレジスタ(LFSR)を有するFEC符号器など、符号語の全体にわたる情報の極めて良好な分配を達成する特別なFEC符号によって置き換えることさえ可能である。
本発明によれば、今や受信器全体を、インターリービング単位ごとの処理へと変更することができる。したがって、受信されたインターリービング単位に関するソフトウェア情報、即ちサイド情報を、もはやシンボルごとに判断する必要がなく、インターリービング単位ごとに判断するだけでよい。これは、例えば1つのインターリービング単位が8つのシンボルを有する場合、受信器のコストを8分の1へ低減できることを意味する。
さらに、メモリの管理を、送信器側だけでなく、受信器側においても大幅に簡素化することができる。なぜなら、バーストにおいてメモリを大幅により素早く読み書きできるからであり、この場合バーストは、隣接するメモリアドレスに関係するときに特に効率的である。インターリービング単位内の順序が変更されないため、受信器のメモリによってインターリービング単位をバースト状の方法で極めて効率的に読み出すことができ、インターリービングの機能を実行することができる。実際、個々のインターリービング単位は、おそらくはメモリ内で遠く離れて分布した様々なメモリアドレスに配置される。しかしながら、送信器側のコンボリューション・インターリーバがインターリービング単位内のシンボルの順序には手を付けないため、インターリービング単位内のシンボルは連続的であり、したがって受信器のメモリにおいて隣接して保存される。
本発明のさらなる利点は、サイド情報を、もはや個々のシンボルごとにではなく、インターリービング単位について生成し、管理し、使用すればよいため、サイド情報のための管理コスト及びメモリコストを、受信器側において大きく削減できる点にある。さらに、インターリービング単位において、伝送品質が比較的良好である場合に、特定の時間の後及び/又は特定の数のインターリービング単位を受信した後で、エラーが少ない復号化又はエラーのない復号化を実行するために充分なデータを既に復号器が有しているか否かを判断することができる。その結果、受信器において、さらなるインターリービング単位を容易に無視し、いわゆる「イレージャ(抹消)」として記録することができる。これは、エンド−トゥ−エンドの遅延の大幅な短縮につながる。
さらに、正確な復号化のために充分なインターリービング単位が受信されたときに、受信器又は受信器の該当部分をスリープモードにすることができるため、効率的なエネルギー管理を実行することが可能である。
さらに、受信器が、充分なインターリービング単位を有したときに準備完了となって復号化を開始し、準備完了となるために完全な符号語の復号化を行う必要がないため、より良好な受信器アクセス時間も達成可能である。
好ましくは5000超のシンボルからなる長さを有し、さらに好ましくは10000超のシンボルを有する入力ブロック、即ち情報語が使用される。したがって、例えば1/3という符号レートにおいて、FEC符号器は15000超のシンボルからなる符号語をもたらす。一般に、FEC符号器の出力における10000ビット超の符号語サイズが使用される。好ましいインターリービング単位は、少なくとも2つのビット/シンボルを有するだけでなく、少なくとも100のシンボルを含んでおり、したがって各符号語当たりのインターリービング単位の数は200よりも少なく、最適には10〜50の範囲にある。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
本発明によるインターリーバの概念の原理を説明している。 本発明による送信器の好ましい実施の形態を示している。 本発明による受信器の好ましい実施の形態を示している。 図3の受信器構造の機能を説明している。 受信器の効率を高めるためのプロセッサの処理ルーチンの好ましい実施の形態を示している。 FEC符号器とインターリーバとの組み合わせの原理を説明している。 DVB−T EN300744からのコンボリューション・インターリーバを示している。 EN301192によるブロック・インターリーバ構造を示している。 読み出し及び/又は伝送がデータグラムにて行われる有用なデータである「アプリケーションデータ」の配置を示している。 異なる遅延を持つ3つのグループの接続線を有している本発明によるインターリーバ装置の好ましい実施の形態を示している。 等間隔のインターリーバ・プロファイルを示している。 良好な受信状態の伝送チャネルに適しており、短いアクセス時間(高速アクセス)を可能にする等間隔/後期のインターリーバ・プロファイルを示している。
個々の図を詳しく説明する前に、最初に、図1に基づいて説明される好ましいインターリーバ装置の特別な利点を説明する。本発明は、特に長いコンボリューション・インターリーバの場合において、単独のみならず特別な復号器方式との組み合わせにおいても、特段の利点を達成する効率的な実現を可能にする。
本発明の目的は、特に極めて長い時間インターリーバにおいて、効率的な実現を可能にするインターリーバ構造である。この構造は、復号器方式に関連して好都合である。
復号器方式は以下のグループに分けることができる。
−チャネル状態情報なし
追加の情報なしでエラーを認識及び訂正しなければならない。
−ソフト復号化
伝送エラーの確率を、各ビット又はシンボルについて推定することができる。
−イレージャ復号化
シンボルが受信されていないことが分かっている場合である。この形態は、ソフト復号化の特別な場合と見ることができる。受信されなかったビット又はバイトについて(又は極めて低い信号/雑音比を有するビット又はバイトについて)、或る意味では「推測」が行われ、即ちビットが「0」又は「1」である確率がそれぞれ50%に設定される。
本発明の一実施形態によれば、特に、ソフト復号化及びイレージャ復号化について利点を提供する。この実施形態では以下の利点を有している。
−イレージャ又はソフト復号化に必要なチャネル状態情報が、ブロック(インターリーバ単位=IU)ごとに形成され、IUとともに保存される。
−チャネル状態情報を、メモリの要件を軽減するためにも使用することができる。即ち、例えば充分な信号品質を有するデータのみを保存することが可能である。
−複数(典型的には少なくとも100以上)のビットからなるIUが、受信器において1つのブロックとして取り扱われるため、最新のメモリチップ、例えば個々のメモリセルへの選択的なアクセスではなく、データブロックへの効率的なアクセスに通常は対応するメモリチップを使用することが可能である。
−さらにこの構造は、プログラムを変更する場合又は受信器をオンするときに、メモリのより良好な管理を可能にする。古い(=以前に選択されていた)プログラム及び新たなプログラムからのデータの混合を避けるため、プログラム変更の場合にはメモリを削除しなければならない(あるいはメモリが新たなデータで満たされるまで待たされる)。本発明で提案する構造においては、チャネル状態情報が「イレージャ」に設定されれば充分である。
本発明は、長い時間インターリーバを有するシステムに特に関係するインターリーバ構造及び関連の復号器方式を説明する。
本発明のインターリーバは、低レートのエラー訂正符号との関連において、例えば衛星通信又は携帯電話地上ネットワークにおいて典型的に見られるような、大きく時間変化するチャネルの場合であっても、安全な伝送を可能にする。適切なパラメータ及び復号器方式によって、例えば長いアクセス時間及び大きなメモリ要件など、インターリーバの典型的な欠点の多くも軽減される。
この利点は、一方では、データが小さなデータパケット(IU)としてさらに処理されることによって達成される。つまり、上述したようにデータのより効率的な取り扱いを可能にする。しかしながら、完全なインターリーバのゲインを達成するためには、データをビット単位でインターリーブすることが好都合である。これは、いわゆるミキサによって達成される。
2つのインターリーバの連結によって、ビット単位のインターリービングの利点が、データ−パケット指向の処理のより効率的な実装に組み合わせられる。
図1は、時間において順に配置され、例えば図6に示すようなFEC符号器からの出力データのストリームを形成する複数の符号語CW1、CW2、CW3を処理するための、本発明によるインターリーバ装置を示している。これらの符号語は、図2に関して説明するように、既にブロック・インターリーバ又は「ミキサ」から出力された符号語であってよい。
それぞれの符号語が、いくつかのインターリービング単位IUへと分割され、それぞれのインターリービング単位は、あくまで表記の目的で、2つの指標、即ち指標i及び指標jを有している。指標iは符号語シーケンスにおける当該符号語のシーケンス番号を示している一方で、指標jは符号語i自身の中のインターリービング単位のシーケンス番号を示している。重要な点として、それぞれのインターリービング単位がFEC符号器に応じた複数のシンボル、即ち複数のビット又はバイトを含んでおり、ビット又はバイトの数、即ち一般的にはインターリービング単位のシンボルの数は、好ましくは50よりも多く、400よりも少ないことが挙げられる。
さらに、1つのインターリービング単位内にあるシンボルの数は符号語長に依存し、それぞれの符号語が、好ましくは少なくとも50以上のインターリービング単位を有することが好ましい。単に分かり易くするために、図1に示す実施の形態においては、符号語はわずか4つのインターリービング単位を有して示されている。
FEC符号器の中で、冗長性付加符号化を使用して、符号語がシンボルの入力ブロックから導出される。その符号語は入力ブロックよりも多くのシンボルを含んでおり、つまり、冗長性付加符号器の符号レートが1よりも小さいという記述と同義である。その符号語は、インターリービング単位のシーケンスを含んでおり、それぞれのインターリービング単位は少なくとも2つのシンボルを含んでいる。
インターリーバ装置は、その核心部として、符号語内のインターリービング単位のシーケンスを変更して、インターリービング単位を変更後のシーケンスで含むインターリーブ済の符号語を得るように形成されたインターリービング手段10を含んでいる。特に、インターリービング手段10は、インターリービング単位内のシンボルの順序を変えずにインターリービング単位の順序を変えて、先行又は後続の符号語の少なくとも1つのインターリービング単位を、ある符号語の2つのインターリービング単位の間に配置し、及び/又はインターリーブ済の符号語のインターリービング単位の順序を、インターリービング単位のシーケンスの順序と相違させるように構成されている。好ましくは、インターリービング手段は、入力マルチプレクサ11と、複数の接続線12と、出力マルチプレクサ13とを有するように形成されている。1つ以上の完全なインターリービング単位を1つの接続線へと供給した後で、入力マルチプレクサは、別の接続線へと切り替わるように形成されている。
さらに、図1に示した実施の形態においては、第1の接続線12aが、実質的にゼロの遅延値を有している。つまり、この接続線12aには、FIFOメモリ又は特別な遅延線の形態の遅延要素が配置されていない。他方で、第2の接続線12bは、所定の遅延Dを有しており、次の接続線12cは、2つの遅延手段Dによって形成され、接続線12bの遅延とは異なる別の所定の遅延を有している。接続線12cの遅延は、あくまで例として、遅延線12bにおける遅延の2倍である。任意の遅延比を調節できるが、図10に関して後述するように、複数の接続線のうちの少なくとも所定数の接続線の間では、整数ラスタが好ましい。図10に示した実施の形態は、複数の接続線を備えており、その中に特別の共通な遅延値を特徴とする接続線のグループが少なくとも2つ、図10に示した実施の形態においては3つ含まれている。
図2は送信器の好ましい実施の形態を示しており、図1に示すインターリーバ装置を送信器に埋め込む場合についても、図2から想像できる。図2に示す送信器装置は、図2においては、番号20で示す本発明によるインターリーバ装置と、上流のFEC符号器22とを含んでおり、さらには下流のマルチプレクサ24とこのマルチプレクサの下流にある変調器26とを含んでいる。さらにインターリーバ装置20は、図2に示す好ましい実施の形態においては、図1に示したインターリービング手段10を含んでいる。このインターリービング手段10は、図2においては「ディスパーサ(分散器)」と称されているが、原理的には図1のインターリービング手段10と同じ機能を有している。ディスパーサ10の上流に、やはり本発明によるインターリーバ装置20の好ましい実施の形態に含まれるミキサ18が配置され、ディスパーサにおけるインターリービング単位ごとの処理に先立って、ミキサ18がブロック・インターリービングの機能を実行し、FEC符号器22から出力される符号語のシンボルの順序を変更するようなシンボル単位のインターリービングを実行する。
これに対をなす受信器構造を図3に示す。入力信号は復調器30へと供給され、復調器30から、入力信号から追加の情報及び様々なデータストリームを抽出することができるデ・マルチプレクサ32へと送られる。あくまで例として、データストリームの処理を番号iで示し、このデータストリームは、図2に示した例において生成されたデータストリームである。送信器及び受信器側において、例えば他の放送又はテレビ番組あるいは他の通話である別のデータストリームk、jについて、送信器側及び受信器側での処理は、データストリームiの処理とまさに同様に行うことができる。マルチプレクサ32によって抽出されたデータストリームiはデ・ディスパーサ34へと供給され、デ・ディスパーサ34はインターリービング単位(IU)をデ・ミキサ36へと供給し、デ・ミキサ36は個々の符号語を復元し、次いでこれらの符号語をFEC復号器38へと供給することができる。伝送が充分であり、及び/又は充分な冗長性が付加されているならば、ビットエラーは別として、送信側において図2のFEC符号器22へと供給されたシンボルの入力ブロックと同一のシンボルの入力ブロックを、FEC復号器38で再び生成することができる。
FEC符号器22は入力信号に冗長性を付加するように機能する。この目的のため、例えば3GPP2規格から知られるようなターボ符号、あるいは例えばDVB−S2規格から知られるようなLDPC符号などのような、強力な符号が適切である。しかしながら、他の符号も使用可能である。FEC符号器22の出力は符号語である。典型的には10000ビットを超える比較的長い符号語の使用が、伝送品質のために好都合である。
ミキサ18は、1つの符号語内のビットの順序をシンボル単位の方法、即ちビット単位又はバイト単位の方法で交換する一種のブロック・インターリーバである。この直後に、インターリービング単位での多重化が行われる。ミキサの出力は、インターリービング単位(IU)へと分割される。インターリーバ単位は、ビット又はバイトの集まりであり、あるいは一般的には、シンボルの集まりである。典型的には、符号語を約20又はそれ以上のインターリーバ単位へと分割する。10000ビットを超える符号語サイズにおいては、インターリービング単位ごとのビット数は200以上になる。
ディスパーサ10は、インターリーバ単位を時間において分布させるように機能する一種のコンボリューション・インターリーバを呈する。通常のコンボリューション・インターリーバとは対照的に、ビット単位又はシンボル単位の方法での変更は行われず、インターリービング単位ごとの方法で変更が行われる。
次に、ディスパーサ10の出力は、図2に示されているように他のデータと多重化できる。即ち追加の情報、他のプログラム、あるいはプログラム群と多重化することができる。
次に、変調器26がRF信号を生成する。様々な変調器を使用することができるが、ここではOFDM又はn−PSK変調による搬送波変調のみを例として挙げる。
図3に示した受信器は、同期手段を付随して備える復調器30を含んでいる。さらに、この復調器がいかなるフレーム構造をも使用せず、あるいは別のフレーム長を利用する場合には、フレーム同期を実行してもよい。このフレーム同期は、デ・マルチプレクサ及びデ・インターリーバの同期のために役立つ。
デ・マルチプレクサ32は、その出力において、一連のインターリービング単位を有するデータストリームを供給する。さらに、図4に関して説明する通り、チャネル状態の推定も実行する。ここでチャネル状態は、シンボル単位で推定されるのではなく、インターリービング単位ごとの方法で推定される。即ち一般的に言えば、1つのインターリービング単位について受信品質情報が1つもたらされ、何らかの形でインターリービング単位の全体としての信頼性又は受信品質に関する情報をもたらす。チャネル状態、信号−雑音比、ビットエラー率などが、そのような受信品質情報である。いかなる受信品質情報も、シンボルごとには決定又は使用されない。
データストリームは、例えばメモリの取り扱いによって実現されるデ・ディスパーサへと供給されるが、デ・ディスパーサについては後に詳細に説明する。デ・ディスパーサの出力においては、デ・ディスパーサの出力のインターリービング単位から符号語を再生するために多重化が実行され、次いで符号語に対し、デ・ミキサ36においてブロック・デ・インターリービングが加えられ、最後にFEC復号器38において、例えばViterbi復号化又は他の任意の種類の復号化などの復号化が実行される。一般的に言えば、デ・ディスパーサ34がディスパーサ10の機能と対をなす動作を実行し、デ・ミキサ36がミキサ18の動作と対をなす動作を実行する。しかしながら、受信器側の構成要素34及び36は、常に符号語の全体を処理する必要はなく、後述する通り、特定のインターリービング単位をイレージャで置き換えることもでき、その結果、構成要素34及び36のデ・インターリーバ動作は、実際に受信されたインターリービング単位を使用するのではなく、イレージャ情報を使用して行われる。
次に、ミキサ18をさらに詳しく説明する。
このミキサは、1つのより短いブロック内、例えば各符号語内においてビットの順序を変更するブロック・インターリーバである。
ディスパーサを備えるインターリーバの枠組の中では、復号化処理によってより良好な結果がもたらされるように、デ・ミキサは、IU単位のデ・インターリービングゆえにデ・ディスパーサの背後に不可避的に生じるバーストエラーを、ブロックにおいて可能な限り好都合に、例えば符号語の全体に一様に分散させるように機能する。
一実施の形態においては、入力ビットa[i]から出力ビットb[i]へのインターリービングが、以下の式に対応して行われる。
b[i]=a[(CILM_Inc×i) mod codewordLen]
ここで、codewordLenは符号語の長さであり、CILM_Incは設定可能なパラメータであり、modはモジュロ演算子である。このパラメータCILM_Incは典型的には素数又は素数の積である。
次に、図1にも全体的に示されている通りの図2のディスパーサ10を説明する。
実際の時間インターリーバ(恐らくは周波数インターリーバとしても使用される)は、ディスパーサである。ミキサによって出力されたブロック(例えば符号語)を、時間(及び/又は周波数)において分布させる。ディスパーサは、ビット単位ではなく、ブロック単位の方法で動作するコンボリューション・インターリーバである。ブロック単位で機能するため、ミキサの使用は合理的となる(上記を参照)。
ブロック単位のインターリービングの利点は、とりわけ受信器において見られる。
−デ・インターリービングは、通常は、流入データを中間の保管場所に保存し、その後にデ・インターリーブされた順序で読み出すことによって行われる。ブロック単位の方法での保存及び読み出しは、メモリの効率的な制御を可能にする。即ち、ダイナミックランダムアクセスメモリ(RAM)は、個々のバイトに非接触でアクセスする場合に比べ、バーストにてはるかに高速に書き込み及び読み出しが可能である。したがって、ブロック単位のインターリービングの場合には、(a)ビット単位のインターリービングの場合よりも低速/安価なメモリを用いることができ、あるいは(b)メモリをより良好な方法で他のユーザと共用(共有メモリの調停)することができるので、必要なメモリパッケージがより少なくなる。どちらの場合も、コストの節約が達成可能である。
−デ・インターリーバにおける受信データの管理が、より効率的に行われる。チャネル状態情報(例えば信号−雑音比の推定)を、各シンボル/ビットごとにではなく、IUごとに保存するだけでよいため、メモリ空間が節約される。さらに、IU単位で保存することで、例えば「良好」の(ほとんど乱されていない)IUが符号語から充分に受信されて「不良」のIUをもはや保存する必要がない場合など、IUが不要になった場合には、インターリーバを個々のIUを削除するために運用できるようになり、また、巧みなインターリーバ運用により、既に受信したIUを容易に解放することが可能となる。ここで、巧みなインターリーバ運用とは、復号器の結果及び必要メモリを最適化するために、インターリーバ制御ユニットが、保存した各IUのサイド情報をテーブル内に保持することを意味する。インターリーバ制御ユニットは、さらなる復号化処理においてどのIUが必要とされ、どのIUが必要とされないかを常に判断することができる。復号化においては、保存されないIUはイレージャによって置き換えられなければならない。そのため、デ・ミキサは、デ・ディスパーサからこれらのIUのためのいくつかのイレージャを入手する。
図10は、一実施の形態のためのディスパーサにおけるコンボリューション・インターリーバの基本構造を示す。図示するインターリーバは、不規則な遅延線を有している。
ディスパーサは、noIlvTapsで表された個数の並列遅延線を備えており、noIlvTapsは、ミキサ出力におけるブロックサイズを1つのIUのサイズ(以下にIU_Lenで表す)で除算した値に対応している。これら遅延線には、デ・マルチプレクサ(DEMUX)によって一つ一つ供給される。このデ・マルチプレクサの入力は、ミキサの出力からの符号ビット又はシンボルのストリームである。DEMUXは、各遅延線に対し、ミキサの出力からのIU_Lenの符号ビット又はシンボルに対応する正確に1つのインターリーバ単位(IU)を供給する。その後、DEMUXは次の線へと切り替わり、以下同様である。ミキサによって処理されるブロック(例えば符号語)の最初において、DEMUXは、常に次の線(指標0)へと切り替わる。DEMUXがIUを最後の線(指標noIlvTaps−1)へと供給したとき、ブロックの終わりに達する。
図示するインターリーバを、noIlvTaps、middleStart、lateStart、tapDiffMult、earlyTapDiff, middleTapDiff, lateTapDiffという7つのパラメータによって設定することができる。
それぞれの並列遅延線は遅延要素を含んでいる。図10から分かるように、3つの要素が考えられる。
−遅延「E」は、tapDiffMult×earlyTapDiffのIU(即ち、tapDiffMult×earlyTapDiff×IU_Lenのビット/シンボル)を含む。
−遅延「M」は、tapDiffMult×middleTapDiffのIUを含む。
−遅延「L」は、tapDiffMult×lateTapDiffのIUを含む。
並列遅延線の出力において、マルチプレクサ(MUX)が遅延要素の出力を集約する。MUXが並列遅延線を切り換える方法は、DEMUXに完璧に同期する。
したがって、MUXの出力は、インターリーブ済のブロック又は符号語のIUのストリームである。
第1の線(指標0)のIUは、常に遅延されない。ブロック/符号語の他のすべてのIU、即ち指標iが0<i<noIlvTapsであるIUは、第1のIUに対して以下のように遅延される(図10も参照のこと)。
0≦i<middleStartの場合:ブロック/符号語における遅延は、i×tapDiffMult×earlyTapDiffである。
middleStart≦i<lateStartの場合:ブロック/符号語における遅延は、(middleStart−1)×tapDiffMult×earlyTapDiff+(i−middleStart+1)×tapDiffMult×middleTapDiffである。
lateStart≦i<noIlvTapsの場合:ブロック/符号語における遅延は、(middleStart−1)×tapDiffMult×earlyTapDiff+(lateStart−middleStart)×tapDiffMult×middleTapDiff+(i−lateStart+1)×tapDiffMult×lateTapDiffである。
上述の理由から、ブロック/符号語の最初のmiddleStartのIU(「初期部分」)は、時間において、中期の(lateStart−middleStart)のIU(「中期部分」)とは異なって分配され、最後の(noIlvTaps−lateStart)のIUも、やはり異なって分配される。
−インターリーブの前に同一ブロック/符号語に属していた初期部分のIU間の距離は、
tapDiffMult×earlyTapDiff×IU_Lenである。
−中期部分のIU間の距離は、tapDiffMult×middleTapDiff×IU_Lenである。
−後期部分のIU間の距離は、tapDiffMult×lateTapDiff×IU_Lenである。
良好な品質を有しているインターリービング単位であっても、もはや必要とされないため破棄される。
7つのインターリーバ・パラメータを設定することによって、適切なインターリーバ・プロファイルを選択することが可能である。即ち、ブロック/符号語の内容の時間(及び/又は周波数)における好ましい分布を選択することができる。例えば、必要に応じて、後期部分において多数のIUを短い遅延で伝送することができ、あるいはIUを所定の期間にわたって一様に分布させることができ、あるいは両者を組み合わせることができる、などを選択できる。
図10は、ディスパーサとも称される上述したインターリーバ装置の好ましい実施の形態を示している。特に、図10に示すインターリーバ装置又はインターリーバ装置のインターリーブ手段は、デ・マルチプレクサとして形成され、図10においてはDEMUXと称されている入力マルチプレクサ11を含んでいる。さらに、図10においてMUXと称されている出力マルチプレクサ12が存在している。2つのマルチプレクサ11及び12の間には、上述のように図10に示した実施の形態においては3つのグループに分けられている複数の接続線が存在している。第1のグループが初期部分12dである。第2の部分が中期部分12eであり、第3のグループが後期部分12fである。
それぞれの遅延線及び/又は遅延を有する接続線は、一番最初の接続線12aを除き、一定の遅延ユニットを有しているが、これらの遅延ユニットは3つのグループにおいて異なって構成されてもよい。即ち、グループ12dのためのパラメータであるearlyTapDiff、グループ12eのためのパラメータであるmiddleTapDiff、及びグループ12fのためのパラメータであるlateTapDiffによって設定することができる。
さらに図10は、接続線(Tap)から接続線へと、遅延が増分(E、M又はL)ずつ増加しており、その結果、例えば接続線Tap middleStart−1が、Tap middleStart−1の数の遅延要素Eを有する旨を示している。さらに、第2のグループ12eの各接続線は、第1のグループの最後の接続線と同数の遅延ユニットEを有し、さらに接続線から接続線へと増加する数のM遅延を有している。同様に、最後のグループの各接続線は、第1のグループの最後の接続線と同数のE遅延と、第2のグループの最後の接続線と同数のM遅延と、接続線から接続線へと増加する数のL遅延とを有している。
第1のグループ及び第2のグループならびに第3グループは、それぞれ接続線を含んでおり、それら接続線のそれぞれが、第1のグループの一番最初の接続線を除き、所定量の遅延又はこの所定量の遅延の整数倍を有している。この所定量の遅延、即ち増分E、M、Lは、グループごとに異なっていてもよく、また重要なことには、上述の通り個々の制御パラメータによって設定可能である。図10ならびにE、M、及びLの説明から分かるように、基底ラスタは1つのインターリービング単位の長さ、即ちIU_Lenである。したがって、1つのインターリービング単位が例えば20のシンボルを有する場合、すべての遅延E、M、Lは、1つのインターリービング単位の長さIU_Lenに対応する遅延の整数倍である。1つのインターリービング単位全体に対応する遅延は、ビット又はシンボルの数を乗算した処理クロックの周期継続時間によって与えられ、この処理クロックはビットの処理の場合にはビットクロックであり、シンボルとしてのバイトの処理の場合にはバイトクロックである。
次に、特定の構成例を説明する。
FECパラメータ
3GPP2規格に対応するターボ符号をFEC符号器として使用する。
Figure 0005111498
ミキサの設定
codeWordLenは49152ビットであり、CILM_Incは217である。
ディスパーサの設定
以下の段落において、種々のインターリーバ・プロファイル、つまり様々な用途の場合を表わす種々の設定を示している。
等分布(Equal Spreading)(図11)
1つのブロック(又は符号語)に属するIUが時間において等しく分配され、即ちディスパーサの出力においてIU間の距離が同じである。
このような設定は、伝送チャネルがランダムな短い中断(不良のチャネル状態)を生じ、そのため多少なりともランダムに個々のIUを乱す場合に合理的である。特にこの設定は、より高い符号レートにおいて合理的である。
考えられる1つの設定は、初期部分のみを使用することであり、即ちmiddleStart=noIlvTapsとすることである。
初期/後期
1つのブロックのIUが2つのバースト(初期及び後期)にて伝送され、これら2つのバーストの間には、このブロックのIUがまったく伝送されないかあるいは極めてまれにしか伝送されない時間間隔が存在する。
この設定は、伝送チャネルが極めて長い中断を生じる場合(例えば橋の下又はトンネルの中を走行している場合)に使用されるべきである。ここで良好な受信の場合には、初期又は後期部分が単独で、そのブロックを復号化するために充分でなければならない。もし充分であれば、この中断が最大では初期と後期との間の間隔と同じ長さになっても、このブロックの復号化に不具合は生じない。
この設定のパラメータ化のために、middleStart及びnoIlvTaps−lateStart(初期及び/又は後期部分の数)が、lateStart−middleStart(中期部分のサイズ)よりも大きくあるべきである。バースト状の伝送のために、earlyTapDiff及びlateTapDiffがゼロに選択されるべきである一方で、tapDiffMult及びmiddleTapDiffは、中期部分においてIUを可能な限り延ばすために最大であるべきである。
等間隔/後期(図12)
IUの一部が「等分布」の方式(上述)にしたがって伝送され、残りの部分は後期部分としてバースト状の方法で到来する。
この場合には、良好な受信状態の場合に後期部分だけでエラーなしの復号化のために充分であるように、後期部分が充分な数のIUを含んでいなければならない。したがって、このインターリーバ・プロファイルは高速アクセスに適しており、長いインターリーバにもかかわらず、アクセス時間を短く保つことができる。等間隔部分の残りのIUは、IUのランダムな不具合からの保護をもたらすと考えられる(「等分布」を参照)。
このパラメータ化は、初期、中期、及び後期部分について上記と同様の方法で行うことができる。
初期/等間隔
この設定は、「等間隔/後期」の設定の時間的な鏡像であり、即ちバースト状の初期部分が存在し、その後に残りのIUの「等分布」が続いている。
最も早い場合には、受信されたデータはこのデータの初期部分を受信した直後にその復号化が終わっていても良い。このデータの初期部分の受信は、付随の情報が受信器へと入力された直後となる。
図4は本発明による受信器装置の機能的な構成を示している。図3の中ではマルチプレクサ32からの出力信号、例えば番号iのデータストリームからの出力信号であり、かつデ・ディスパーサ34への入力信号のように、インターリーブ済のインターリービング単位を有する受信信号を、この受信器装置は受信する。これらインターリーブ済のインターリービング単位は、信号からインターリービング単位を受信するように形成されたインターリービング単位検出器40へと入力される。検出されたインターリービング単位は、デ・ディスパーサ34を正確に制御するために必要である。さらに、本発明によれば、サイド情報推定器42が配置されており、インターリービング単位検出器40とのみ通信するか、あるいは受信信号を追加で入手してもよく、あるいはチャネル推定器などといった他の装置によって制御されてもよい。サイド情報推定器42は、抽出されたインターリービング単位について、全インターリービング単位の伝送に関する情報を推定するように形成されている。サイド情報推定器42とインターリービング単位検出器40とは、インターリービング単位をさらに処理するためのプロセッサ44へと信号を供給するが、このときプロセッサ44は、サイド情報推定器42からもたらされるインターリービング単位の全体について判断されたサイド情報を使用する。したがって、この好ましい実施の形態においては、プロセッサ44が、図3のデ・ディスパーサ34及びデ・ミキサ36の機能を組み合わせて持つ。さらに、本発明の好ましい実施の形態においては、以下に図5を参照して説明するように、プロセッサ44は受信器の効率を向上させるためのさらなる機能を含んでいる。
詳しくは、プロセッサ44が、インターリービング単位についてのサイド情報を入手したときに、当該インターリービング単位へと割り当てられた受信品質がしきい値よりも良好であるか否かをチェックする(ステップ50)。この答えが否定である場合、このインターリービング単位はすべて破棄される(ステップ52)。これは、例えばメモリに何も保存せず、単に破棄されたインターリービング単位をイレージャで特徴付けることによって実現でき、例えばデ・ディスパースが行われるときに0又は1について50%の確率を知らせる確率情報によって実現できる。
一方、ステップ50の答えが肯定である場合、そのようなインターリービング単位が、ステップ54に説明される通り受信器のメモリに保存され、メモリからの読み出しを書き込み時とは異なる方法で行うことによってデ・ディスパーサ34の機能が実現される。また、ある符号語に関して、良好な品質のインターリービング単位が充分に受信済みであって、この符号語のすべてのインターリービング単位を受信するまでもなく、この符号語が正しく復号化できると既に判断された場合には、その時点で検討中のインターリービング単位よりも劣る品質のインターリービング単位が受信器のメモリに保存されているかどうかがチェックされる。もしそのような低品質のインターリービング単位が発見された場合には、そのインターリービング単位は、その時点で検出された新たな高品質のインターリービング単位で上書きされる。しかしながら、保存されているすべてのインターリービング単位がよりよい品質を有していると判断され、かつ充分なインターリービング単位が既に受信済みであると判断される場合には、推定されたサイド情報により比較的良好な品質を有しているインターリービング単位であっても、もはや必要とされないため破棄される。
上述の点に関し、ステップ56において、充分なインターリービング単位が保存されているか否かがチェックされる。即ち1つの符号語の正しい復号化が既に実行可能であるか否かがチェックされる。この答えが肯定的である場合には、ステップ58において復号化が開始される。即ち、図3に示すデ・ミキサが存在する場合にはこの符号語はデ・ミキサ36へと供給され、あるいはデ・ミキサ36が存在しない場合には、この符号語は直接的にFEC復号器38へと送られる。そこでは、破棄されたインターリービング単位又はもはや保存されていないインターリービング単位については、イレージャが挿入される。同時に、ステップ60においてメモリにまだ空きがあると判断される場合には、プログラム切り換えの場合に生じる時間のずれを短くするために、この受信器のメモリに、別のプログラムのインターリービング単位を並行して保存する(ステップ62)ことを、既に始めてもよい。その結果、最適な場合には、第2のプログラムも符号語に関して完全にメモリに保存され、或るプログラムから他のプログラムへの切り換えを直接的に行うことができる。即ち、長いコンボリューション・インターリーバによって実際にもたらされるエンド−トゥ−エンドの遅延なしに切り換えることができる。
本発明によれば、シンボル単位又はビット単位の方法ではなく、インターリービング単位ごとの方法で作業が行われ、品質情報をインターリービング単位ごとの方法で処理しさえすればよいため、上述のステップがすべて可能になる。さらに、受信メモリをインターリービング単位ごとの方法で、即ちバースト状の方法で読み出しても良い。その結果、通常のRAMメモリを使用する場合にデ・ディスパーサの動作が大いに加速されるだけでなく、他のメモリを使用する場合の読み出しも促進される。なぜなら、隣接し合うメモリアドレスをバーストの中で読み出し、1つのインターリービング単位に存在する個々のシンボルを取得できる、つまりデ・ディスパーサの動作を実行できるからである。さらに、管理されるべき複数の時間情報をもはやビット単位の方法ではなく、インターリービング単位ごとの方法で生成し、管理し、適用すればよい。そのため、インターリービング単位が例えば128以上のビットを含む場合には、管理すべき情報を128分の1に減らすことになり、明瞭な信号化を維持することができる。その結果として、実際のところは精度が低下することになる。なぜなら、もはやビットごとの品質情報を持つことがなく、インターリービング単位ごとの品質情報、即ち粒度のより粗い品質情報しか持たないからである。しかしながら、このような精度の低下は重要でない。なぜなら、ビットごとの正確な品質情報は必要ではなく、及び/又はそのような精密な粒度の品質情報が常にそれ程正確に表現されるわけではないからである。本発明によれば、品質情報の取得はインターリーバに合わせて調整される。即ち、複雑さが軽減された場合には、品質を低下させることなく、チャネル推定器の複雑さをも等しく軽減できる。
次に、図4及び図5に示す復号器方式を詳述する。チャネル状態が各IUについて早期に判断されるため、デ・ディスパーサ内のこのサイド情報を、デ・ディスパーサにおけるさらなる復号化工程を制御するために使用することができる。メモリについて最適化された実現は、以下の通りであってよい。
時間変化する伝送チャネルにおいて低レートの符号を使用することで、「良好」な(あまり乱されていない)IUのみを保存することが可能になる。即ち、信号品質の低いIUを保存する必要がない。例として、レートが1/4のある符号を使用した場合であって、その符号の各符号語が96個のIUで構成されている場合について述べる。極めて良好な受信の場合、この符号を復号化可能とするために、IUのうちの30%があれば充分である。即ち、レートが1/4の符号内の情報を表現するために、符号のうちの25%が必要であり、加えて復号器が正しく動作できるために、5%の冗長性が必要である。「最良のIUのみを保存」という方式がとられる場合、必要なメモリを30%まで減らすことができる。したがって、96個のIUではなく、チャネル状態が最良であると推定された30%×96個=29個のIUのみが各符号語について保存される。もし29個のIUが既に保存されており、受信済の最悪のIUよりも良好な別のIUが受信された場合には、この不良IUはより良好なIUによって単に置き換えられる。この操作は、デ・ディスパーサの適切なインターリーバ制御ユニットによって行われる。
同様の方式は、ダイバーシティ結合に関して特に興味深く、あるいは種々のプログラムを含むマルチプレクサの場合に特に興味深い。
概念1:
−復号化に必要とされる数と同数のIUが、選択されたプログラムのために保存される(上記の例を参照)。
−残りのメモリは、迅速なプログラム変更が可能になるように、別のプログラムのために使用される(高速アクセスを参照)。これにより、既存のメモリが最適に利用される。
概念2:
−ダイバーシティ結合の場合に、良好なIUのみが早期に保存される。これにより、必要なメモリがより小さくなる。
代案又は追加として適用され、エネルギーの消費に関して最適化されている方式は、次の通りであってよい。
もし「良好」なIUが充分に受信された場合には、受信器をオフにすることが可能である。このとき、受信器は受信したIUの品質を継続的に測定し、もし良好な信号品質を有するIUが充分に受信された場合には、残りのIUはもはや不要となり、「イレージャ」で置き換えることができる。もし例えば、伝送システムが特定の範囲(送信器と受信器との間の最大距離)で許可するように形成されている場合には、送信器により近いすべての受信器はデータをより高い品質で受信する。このとき受信器は、エラーのない復号化のために、もはやすべてのIUを必要としない。あるIUがもはや不要である場合には、受信器の対応する部分を、繰り返し短くオフにすることができる。これにより、平均の電力消費が少なくなり、携帯型の装置における動作時間を延ばすことができる。データの管理は、選択されたインターリーバ構造によって大幅に単純化される。
高速アクセスによって最適化された方式が最適に機能する場合とは、インターリーバが、後期部分が強力であるように設定される場合、即ち図10のディスパーサの第3のグループが強く重み付けられる場合である。
コンボリューション・インターリーバの場合には、送信器及び受信器における遅延線の長さの合計が、すべてのタップについて等しい。もし遅延線が、送信器において長くなるように選択される場合、これに対応して、遅延線は受信器において短い。送信器において遅延線が長いと言うことは、付随するデータがより遅く(=「後期」)に送信されることを意味する。反対に、受信器における短い遅延線は、短い遅延を意味する。したがって、短い遅延時間の後で、付随するビットをデ・ディスパーサの出力において得ることができる(=より高速なアクセス=「高速アクセス」)。この設定は、FEC符号器のために比較的低い符号レートを使用する場合に、特に好都合である。
要約すると、本発明は、インターリービング単位ごとの方法で動作するコンボリューション・インターリーバの機能をインターリービング手段内に備えたインターリーバ装置を含み、インターリービング単位は2つ以上のシンボルを含んでいる。ここで、1シンボルあたりのビット数は、FEC符号器のシンボル長に対応する。
したがって、本発明のインターリーバ構造は、1つの符号語が一連のより小さなデータパケット、即ちインターリービング単位へと分解されるという特徴を有している。1つのインターリービング単位は2つ以上の情報シンボルを含んでおり、好ましくは少なくとも128の情報シンボルを含んでいる。これらのインターリービング単位は、デ・マルチプレクサを介して異なる遅延を有する種々の接続線へと分配され、これら接続線及び/又は遅延線は様々な長さを有しているか、あるいは何らかの方法で(例えばFIFOメモリによって)様々な遅延を実現している。相応の遅延の後に、出力側のマルチプレクサが接続線の出力を再びデータストリームへと多重化し、その後、このデータストリームが最終的にRF出力信号を生成するために変調器へと送られる。
好ましい実施の形態においては、ミキサがディスパーサの上流に接続されている。これにより、インターリービング単位でのグループ化から一見して生じるように見える欠点が補償される。しかし、FEC符号のようにミキサなしでも比較的良好な特性を依然として有している符号において、送信器側と受信器側との両方をミキサなしで構成することは、複雑さを回避するために好ましい。
もしミキサが使用される場合には、ブロック・インターリーバとして機能するミキサがインターリービング手段の上流に接続され、1つの符号語内のデータビット又はデータシンボルを個々に、即ちシンボル単位又はビット単位で並べ替える。
復号器の機能を改善するために、最初に各インターリービング単位についてチャネル状態が復号器側で判断される。その後、一連のインターリービング単位ならびにそれらのチャネル状態情報が、デ・ディスパーサによって元の順序に戻される。次に、デ・ディスパーサの出力ならびにチャネル状態情報が、FEC復号器によってさらに処理される。図10に基づいて説明したように、ディスパーサは、いくつかの部分を有する設定可能なディスパーサであって、それらの部分のインターリービング単位での長さ、ならびにそれぞれの部分における遅延に関するそれらの部分の時間的広がりを、要件に応じて様々に選択することができる。3つの部分、即ち初期部分、中期部分、及び後期部分でのディスパーサの設定は、特別な一構成例である。特定の用途においては、初期−後期の設定又は等間隔−後期の設定が好都合であってもよく、この後者の設定においては、高速アクセスを可能にするために、低レートのFEC符号及び強力な後期部分が好ましい。他の設定として、初期/等間隔の設定又は送信ダイバーシティの場合の相補的なディスパーサ設定が挙げられる。復号器側においては、一方では良好でありかつ復号化のために必要であるインターリービング単位をメモリに保存し、他方では低品質のインターリービング単位がより良好なインターリービング単位で置き換えられるか、あるいは低品質のインターリービング単位が保存されないような、復号器のアルゴリズムが好ましい。インターリービング単位は、チャネルが予定よりも良好である場合にも保存されない。ここでは、利用できないインターリービング単位は「イレージャ」と見なされる。
上述の機能は、優れたエネルギー管理のために特に使用することができ、電池で動作する携帯型の装置にとって特に好都合であり、そのような装置の作動時間を長くすることができる。詳しくは、良好なインターリービング単位が充分に受信されている場合に、電池の電流を節約するために対応する受信器部分がオフにされる。
状況に応じて、本発明の方法は、ハードウェア又はソフトウェアにて実現することができる。特に、デジタル記憶媒体、即ち電子的に読み取り可能であって、本発明の方法を実行すべくプログラム可能なコンピュータシステムと協働できる制御信号とを有しているディスク又はCDなどの記憶媒体として構成してもよい。したがって、本発明は、一般的には、プログラムコードを機械で読み取ることができるキャリア上に保存されたコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で実行されたときに前記方法を実行するコンピュータプログラム製品も含む。換言すると、本発明は、コンピュータ上で実行されたときに前記方法を実行するためのプログラムコードを有しているコンピュータプログラムとして実現することも可能である。
〔備考〕
冗長性付加符号化を使用してシンボルのブロックから導出され、かつインターリービング単位のシーケンスを含む符号語に基づいた信号であって、前記インターリービング単位のシーケンスが、インターリービング単位内のシンボルの順序を変えずに、前記符号語の2つのインターリービング単位の間に先行又は後続の符号語の少なくとも1つのインターリービング単位が配置されるように、あるいはインターリーブ後の符号語におけるインターリービング単位の順序がインターリーブ前のインターリービング単位の順序とは異なるように変更された信号を受信するための受信器であって、
前記信号からインターリービング単位を検出するための検出器(40)と、
1つのインターリービング単位全体の伝送に関係するインターリービング単位のサイド情報を推定するサイド情報推定器(42)と、
個々のインターリービング単位全体について決定された前記サイド情報に基づいてインターリービング単位をさらに処理するためのプロセッサ(44)と、
を備えている受信器。
前記サイド情報推定器(42)が、前記インターリービング単位について受信品質情報を推定するように形成されており、
前記プロセッサ(44)が、前記サイド情報に基づき、さらなる処理のためにインターリービング単位全体を完全に保存し、あるいはさらなる処理においてインターリービング単位全体を完全に無視するように形成されている、受信器。
前記受信品質がしきい値(50)よりも高いことを前記サイド情報が示している場合に、前記プロセッサ(44)は、さらなる処理のためにインターリービング単位を保存するように形成されている、受信器。
前記プロセッサ(44)が、ある符号語について所定のエラー率で復号化するために充分なインターリービング単位が未だ保存されていないと判断した場合に、さらなる処理のためにインターリービング単位を保存するように形成されている、受信器。
ある符号語について充分なインターリービング単位が既に保存されており、かつ受信品質が既に保存されている受信品質よりも良好である旨を示すサイド情報がさらなるインターリービング単位について推定された場合に、前記プロセッサ(44)は、メモリ内に既に保存済みでかつ良好でない受信品質のインターリービング単位を前記さらなるインターリービング単位によって上書き(54)するように形成されている、受信器。
前記信号が複数のプログラムを含んでおり、
ある選択されたプログラムの符号語について充分なインターリービング単位が既に保存されており、かつ空きメモリが依然として利用可能(60)である場合に、前記プロセッサ(44)は、前記選択されたプログラムの前記符号語のインターリービング単位を保存せず、別のプログラムのインターリービング単位を保存(62)するように形成されている、受信器。
前記符号語の正確な復号化のために充分なインターリービング単位が保存された場合に、前記プロセッサ(44)は、当該受信器をエネルギー節約モードにするように形成されている、受信器。
前記符号語のインターリービング単位が伝送の他の時間区間よりも多く含まれる後期時間区間が存在するように、前記信号がインターリーブされており、
前記プロセッサ(44)が、前記後期時間区間から見出されるインターリービング単位に基づいて、他の時間区間からのインターリービング単位を待つことなく符号語の復号化を開始するために、高速アクセス機能を備えている、受信器。
前記信号は0.5以下の符号レートで符号化されており、
後期時間区間が、複数のインターリービング単位のうちの或る割合を有しており、
該割合は、所定のチャネル品質の場合において所定のエラー率で復号化を行うために、後期時間区間内のインターリービング単位の数が充分であるような大きさである、受信器。
冗長性付加符号化を使用してシンボルのブロックから導出され、かつインターリービング単位のシーケンスを含む符号語に基づいた信号であって、前記インターリービング単位のシーケンスが、インターリービング単位内のシンボルの順序を変えずに、前記符号語の2つのインターリービング単位の間に先行又は後続の符号語の少なくとも1つのインターリービング単位が配置されるように、あるいはインターリーブ後の符号語におけるインターリービング単位の順序がインターリーブ前のインターリービング単位の順序とは異なるように変更された信号を受信する方法であって、
前記信号からインターリービング単位を検出するステップ(40)と、
1つのインターリービング単位全体の伝送に関係するインターリービング単位のサイド情報を推定するステップ(42)と、
個々のインターリービング単位全体について決定された前記サイド情報に基づいてインターリービング単位をさらに処理するステップ(44)と、
を含む方法。
10 インターリービング手段(コンボリューション・インターリーバ)
11 入力マルチプレクサ
12 接続線
13 出力マルチプレクサ
18 ミキサ(ブロック・インターリーバ)
20 インターリーバ装置
22 FEC符号器
24 マルチプレクサ
26 変調器
30 復調器
34 デ・ディスパーサ
36 デ・ミキサ
38 FEC復号器

Claims (22)

  1. 複数のシンボルからなる入力ブロックから冗長性付加符号化(22)を使用して導出され、かつ前記入力ブロックよりも多くのシンボルを有する符号語を処理するための装置であって、
    前記符号語内のシンボルの順序を、前記冗長性付加符号化(22)によって生成されたシンボルの順序とは異なるように変更し、所定のインターリービング単位のシーケンスを含む前記符号語を得るためのブロック・インターリーバ(18)であって、前記各インターリービング単位は少なくとも2つのシンボルを含み、1つのインターリービング単位内にあるシンボルの数は符号語長に依存して調整可能である、ブロック・インターリーバ(18)と、
    前記インターリービング単位のシーケンスを変更し、変更されたシーケンスのインターリービング単位を含むインターリーブ後の符号語を得るためのコンボリューション・インターリーバ(10)とを備え、
    前記コンボリューション・インターリーバ(10)は、前記インターリービング単位内のシンボルの順序は変えずに、前記符号語の2つのインターリービング単位の間に先行又は後続の符号語の少なくとも1つのインターリービング単位が配置されるように、前記シーケンスを変更するように構成されているインターリーバ装置。
  2. 前記符号語が少なくとも4つのインターリービング単位を含むように、前記インターリービング単位のサイズが選択され、
    前記少なくとも4つのインターリービング単位のシーケンスを変更するように、前記コンボリューション・インターリーバ(10)が形成されている請求項1に記載のインターリーバ装置。
  3. 1つの前記シンボルは1ビットであり、各インターリービング単位は少なくとも2ビットを含むか、あるいは
    1つの前記シンボルは1バイトであり、各インターリービング単位は少なくとも2バイトを含む請求項1又は2に記載のインターリーバ装置。
  4. 前記冗長性付加符号化(22)は、前記符号語がシンボルラスタに基づくように、前記入力ブロックの1つ以上のシンボルの組み合わせから、前記符号語のシンボルを得るべくシンボル単位の方法で機能し、
    前記コンボリューション・インターリーバ(10)は、前記シンボルラスタよりも粗いインターリービング単位ラスタにて前記シーケンスの変更を実行するように形成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  5. 1つの前記インターリービング単位は少なくとも128のシンボルを含み、
    前記コンボリューション・インターリーバ(10)は、少なくとも128のシンボルをそれぞれ含む前記インターリービング単位のシーケンスを変更するように形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  6. 前記ブロック・インターリーバ(18)が、以下のインターリーバ規則
    b[i]=a[(CILM_Inc×i) mod codewordLen]
    を実現するように形成されており、
    ここで、b[i]はブロック・インターリーバの出力における符号語の位置iのシンボルであり、a[x]はブロック・インターリーバへと入力された符号語の位置xのシンボルの値であり、CILM_Incは設定可能な整数であり、modはモジュロ演算子であり、CodewordLenは符号語の長さである請求項1〜5のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  7. 前記ブロック・インターリーバ(18)が、設定可能なパラメータCILM_Incを使用して動作するように設定可能である請求項に記載のインターリーバ装置。
  8. 前記ブロック・インターリーバ(18)が、前記冗長性付加符号化(22)の符号レートに依存する設定可能なパラメータCILM_Incを含むように構成され、このパラメータは典型的には素数又は素数の積である請求項に記載のインターリーバ装置。
  9. 前記冗長性付加符号化が、ターボ符号、Viterbi符号、又はLDPC符号を含む場合には、1シンボルが1ビットを含み、
    前記冗長性付加符号化がReed−Solomon符号化である場合には、1シンボルが1バイトを含む請求項1〜のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  10. 前記コンボリューション・インターリーバは、
    それぞれが所定の遅延をもたらすように形成されている複数の接続線であって、該所定の遅延が、それぞれの接続線ごとに異なっており、あるいは或る接続線について実質的に0に等しい複数の接続線と、
    1以上の数の完全なインターリービング単位を1つの接続線へ供給した後で、別の接続線へと切り替わるように形成されている入力マルチプレクサ(11)と、
    1以上の数の完全なインターリービング単位を1つの接続線から受信した後で、別の接続線へと切り替わるように形成されている出力マルチプレクサ(13)と、
    を備えている請求項1〜のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  11. 前記複数の接続線が、接続線の第1のグループ(12d)及び接続線の第2のグループ(12e)を含んでおり、
    前記接続線の第1のグループ(12d)においては、最初の接続線を除くそれぞれの接続線が、所定の第1の遅延(E)又は該所定の第1の遅延の整数倍の遅延を有するように形成されており、
    前記接続線の第2のグループ(12e)においては、それぞれの接続線が、前記所定の第1のグループの最後の接続線と同数の遅延(E)と、前記所定の第1の遅延(E)とは異なる所定の第2の遅延(M)又は該所定の第2の遅延の整数倍の遅延とを有するように構成されている請求項10に記載のインターリーバ装置。
  12. 前記複数の接続線が、接続線の第3のグループ(12f)をさらに含んでおり、
    該第3のグループのそれぞれの接続線が、前記所定の第1のグループの最後の接続線と同数の遅延(E)と、前記所定の第2のグループの最後の接続線と同数の遅延(M)と、前記所定の第1の遅延又は前記所定の第2の遅延とは異なる所定の第3の遅延(L)又は該所定の第3の遅延の整数倍の遅延とを有するように形成されている請求項11に記載のインターリーバ装置。
  13. 前記所定の第1の遅延(E)又は前記所定の第2の遅延(M)が、インターリービング単位の長さの整数倍での設定を可能にする設定パラメータを使用して設定可能である請求項11又は12に記載のインターリーバ装置。
  14. 前記第3のグループ(12f)の接続線が、前記所定の第3の遅延(L)をインターリービング単位の長さの整数倍に設定するように形成されている請求項12に記載のインターリーバ装置。
  15. 前記コンボリューション・インターリーバが、等間隔の分布のプロファイルを達成するために、符号語のインターリービング単位を時間において一様に送信するようにインターリーブを行うように構成されている請求項1〜14のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  16. 前記コンボリューション・インターリーバが、初期−後期の分布のプロファイルを達成するために、符号語のインターリービング単位を、第1又は第3の時間区間において該第1及び第3の時間区間の間に位置する第2の時間区間に比べてより多く送信し、該第2の時間区間においては、インターリービング単位を送信せず、あるいは前記第1及び第3の時間区間に比べて少ないインターリービング単位しか送信しないように構成されている請求項1〜14のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  17. 前記コンボリューション・インターリーバが、等間隔−後期の散らばりのプロファイルを達成するために、一部のインターリービング単位を時間において一様に分布させて送信し、残りのインターリービング単位を、その後の時間区間において、単位時間当たりに送信されるインターリービング単位が前記第1の時間区間よりも多くなるバースト状の様相で送信するようにインターリーブを行うように構成されている請求項1〜14のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  18. 前記コンボリューション・インターリーバが、初期−等間隔の散らばりのプロファイルを達成するために、いくつかのインターリービング単位を第1の時間区間においてバースト状の様相で送信し、符号語の残りのインターリービング単位を、その後のより長い時間区間において送信し、単位時間当たりに送信されるインターリービング単位が、前記第1の時間区間において前記その後の時間区間よりも多くなるようにインターリーブを行うように構成されている請求項1〜14のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  19. 前記コンボリューション・インターリーバは設定パラメータにより設定可能であり、当該設定パラメータは受信器によって検出されるように送信信号へと導入される請求項1〜18のいずれか一項に記載のインターリーバ装置。
  20. 送信信号を生成するための送信器であって、
    1よりも小さい符号レートを有しており、信号の入力ブロックから、該入力ブロックのシンボルの数よりも多数のシンボルを含む符号語を生成するように形成されている冗長性付加符号器(22)と、
    請求項1〜19のいずれか一項に記載のブロック・インターリーバ及びコンボリューション・インターリーバと、
    前記コンボリューション・インターリーバから出力されるデータストリームを送信チャネルへと変調するための変調器と、
    を備えている送信機。
  21. 信号の入力ブロックから冗長性付加符号化(22)を使用して導出され、かつ前記入力ブロックよりも多くのシンボルを有する符号語を処理するための方法であって、
    前記符号語内のシンボルの順序を、前記冗長性付加符号化(22)によって生成されたシンボルの順序とは異なるように変更すると共に、所定のインターリービング単位のシーケンスを含む前記符号語を得るためのステップ(18)であって、前記各インターリービング単位は少なくとも2つのシンボルを含み、1つのインターリービング単位内にあるシンボルの数は符号語長に依存して調整可能である、ステップと、
    前記インターリービング単位のシーケンスを変更(10)し、変更されたシーケンスのインターリービング単位を含むインターリーブ後の符号語を得るステップであって、前記変更(10)は、前記符号語の2つのインターリービング単位の間に先行又は後続の符号語の少なくとも1つのインターリービング単位が配置されるように、インターリービング単位内のシンボルの順序は変えずに、前記シーケンスを変更することで実行される、ステップと
    を備えることを特徴とする方法。
  22. コンピュータにおいて実行されたときに請求項21に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有しているコンピュータプログラム。
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