JP5324470B2

JP5324470B2 - 完全差集合巡回符号及び差集合巡回符号の復号装置及び方法

Info

Publication number: JP5324470B2
Application number: JP2009544813A
Authority: JP
Inventors: ヴァシリー・プリビロヴ
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2010515401A; US8122318B2; WO2008120934A1; KR101317039B1; US20080244365A1; KR20080088766A

Description

本発明は復号装置及び方法に関して、特に完全差集合巡回符号を使用する復号装置及び方法に関するものである。

本発明は、通信及びデータ記憶(storage)システムに使用される完全差集合巡回(Perfect Difference-Set Cyclic：以下、“ＰＤＳＣ”と称する)符号及び/又は差集合巡回(Difference-Set Cyclic：以下、“ＤＳＣ”と称する)符号の復号方法に関する。上記符号の中の一つであるＰＤＳＣ(１８４,１０２バージョン)符号は、ＰＤＳＣ(２７３,１９１バージョン)符号の短縮化バージョン(shortened version)であり、ＩＳＤＢ-Ｔ(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial)及びＩＳＤＢ-Ｔｓｂ(Terrestrial sound broadcasting)システム、日本デジタル地上波テレビ及びラジオ放送などに使用される。

ＰＤＳＣ符号は、(ｎ，ｋ，ｓ)として表されることができる。(７，３，１)、(２１，１１，２)、(７３，４５，３)、(２７３，１９１，４)、(１０５７，８１３，５)、(４１６１，３４３１，６）は、よく知られているＰＤＳＣ符号(ｎ，ｋ，ｓ)である。ここで、‘ｎ’は符号語ビットの数を、‘ｋ’は情報ビットの数を、‘ｓ’は負(negative)でない整数を、それぞれ意味する。ｎとｋは、＜数式１＞に示すように定義される。

ＰＤＳＣ(１８４,１０２バージョン)符号のような短縮符号だけでなく、＜数式１＞によって表される符号は、図１に示すデコーダを用いて復号化することができる。

図１を参照すると、キーブロック１１０，１２０，１６０は、外部から提供されるイネーブル/ディスエーブル(enable/disable)制御信号によって入力信号を通過又は遮断させる。排他的論理和(Exclusive OR：ＸＯＲ)部１３０，１５０は、２個の信号を受信する。ＸＯＲ部１３０，１５０は、受信された２個の信号が同一である場合には‘０’を出力し、受信された２個の信号が異なる場合に‘１’を出力する。デコーダレジスタ１４０は、ｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅセルを含むシフトレジスタであり、このｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅは、＜数式１＞によって定義された符号語の長さである。

接続ユニット１７０は、(２ｔ＋１)ＸＯＲユニットを含み、‘ｔ’は、＜数式２＞によって定義され、ＰＤＳＣ符号の誤り訂正能力を意味する。

接続ユニット１７０のＸＯＲユニットは、それぞれシングルデコーダチェック方程式に対応し、(２ｔ＋１)ビットのデータを受信し、１ビットの結果値を出力する。例えば、ＰＤＳＣ(２７３,１９１)符号において、‘基本多項式(basic polynomial)’と呼ばれる第１のチェック方程式ｗ(０)は、下記の＜数式３＞のように定義される。

＜数式３＞において、ｂ０−ｂ２７２は、デコーダレジスタ１４０に格納されたビット数に該当する。

ＰＤＳ(Perfect Difference-Set)Ｐは、次の＜数式４＞に示すように定義される。

他の２ｔチェック方程式は、＜数式５＞に示すように定義されることができる。

例えば、ＰＤＳＣ(２７３,１９１)符号及びその短縮符号の接続ユニットは、数式(６)のように１７個のチェック方程式を含むデコーダマトリックスを遂行する。

多数論理ユニット１８０は、(２ｔ＋１)ビットのデータを受信し、１ビットのデータを出力する。基本的に、接続ユニット１７０から出力される入力値の和が特定のしきい値以上である場合に、多数論理ユニット１８０は、ＢＵＤ(Bit Under Decoding)上の誤り検出を示す‘１’を出力する。しかしながら、入力値の和が特定のしきい値未満である場合には、多数論理ユニット１８０は、ＢＵＤ上の誤りが検出されないことを意味する‘０’を出力する。

図２は、従来技術によるデコーダの動作を示すフローチャートである。図２を参照して、より詳しく、図１に示したデコーダの動作について説明する。

図２を参照すると、ステップ２００で、デコーダは、初期化のために、デコーダレジスタ１４０を‘ゼロ’にリセットする。ステップ２０５で、デコーダは、デコーダレジスタ１４０にｎビットのデータを入力する。このとき、キー入力部１２０は、‘書き込みイネーブル(write enable)’アクティブ信号の入力によって、入力されるｎバイトのデータ信号を通過させ、キー入力部１１０は、‘復号イネーブル(decode enable)’アクティブ信号の入力によってフィードバック信号を通過させ、キー入力部１６０は、‘読み取りイネーブル(read enable)’受動信号によって入力信号を遮断させる。ステップ２１０で、デコーダは、ＢＵＤナンバーをゼロに設定した後に、復号を開始する。

ステップ２１５で、デコーダは、すべてのｋビット(ここで、ｋは情報ビットの数を示す)が復号されたか否かを判定する。すなわち、デコーダは、現在復号されたビットの数、すなわち“ＢＵＤナンバー”がｋビットの数未満(ＢＵＤナンバ−＜ｋ)であるかを判定する。ステップ２１５で、ＢＵＤナンバーがｋ未満であると判定された場合に、ステップ２２０で、接続ユニット１７０は、チェック結果の計算に方程式２ｔ＋１を使用する。ステップ２２５で、接続ユニット１７０は、チェック結果の和を計算し、ステップ２３０で、多数論理ユニット１８０は、誤り検出方法を用いて、計算されたチェック結果の和が決定(decision)しきい値以上であるかを判定する。ステップ２３０で、計算されたチェック結果の和が決定しきい値より大きいと判定された場合には、デコーダは、誤りが検出されたと判定し、ステップ２３５で、ＢＵＤでビット誤り訂正を遂行する。しかしながら、ステップ２３０の判定結果、計算されたチェック結果の和が決定しきい値より大きくないと、デコーダは、誤りが検出されていないと判定し、ステップ２３５で誤り訂正を遂行しない。

ステップ２４０では、‘読み取りイネーブル’値がアクティブ状態に遷移(transition)することによって、キー入力部(キー３）１６０は、入力復号結果を出力する。ステップ２４５で、デコーダは、デコーダレジスタ１４０のデータを１ビットずつシフトし、ＢＵＤナンバーを１ずつ増加させる。以後、デコーダは、ステップ２１５で、すべてのｋビットが復号されたかを再び判定する。

しかしながら、ステップ２１５ですべてのｋビットが復号されたと判定されると、デコーダは、ステップ２５０で、現在受信された符号語の復号動作を終了する。

上記した従来のＰＤＳＣ符号ベースの復号方式は、主にハイ(High)及びロー(Low)のような硬入力(hard-input)データ(bi-level)と、０.７８７及び０.３３５のような軟入力データ(multi-level)によって２種類に分類することができる。

確率伝播(Belief Propagation：ＢＰ)復号アルゴリズムのような軟入力接近法を適用する場合、ビット誤り率(Bit Error Rate：ＢＥＲ）が改善されるが、ハードウェアの複雑度が増加することによって、製造コストが増加する。しかしながら、一般的な硬入力技術が適用される場合には、比較的単純なハードウェアのため、製造コストが低減するが、ＢＥＲが悪くなる可能性がある。

また、ある復号方式では、軟入力接近法よりは硬入力接近法のみが適用される。この場合、ＢＥＲを改善する方法がないという問題点があった。

したがって、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、低い消費電力において、反復ハード決定復号化を用いてＰＤＳＣ符号のＢＥＲを改善する方法及び装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、復号方法は、ヌルデータビットが含まれる符号語ビットを受信するステップと、復号ビット(Bit Under Decoding：ＢＵＤ)を１ビットずつシフトさせつつ受信された符号語ビットを復号するステップと、ＢＵＤごとに誤り検出及び訂正を遂行するステップと、ＢＵＤがヌル復号ビットである場合に、訂正不可能な誤りを検出するステップと、復号結果を出力するステップとを有することを特徴とする。

また、本発明の他の態様によれば、復号装置は、ヌルデータビットを含む符号語で構成されるデータを受信し、ＢＵＤを１ビットずつシフトしつつ、受信されたデータを復号するデコーダレジスタと、デコーダレジスタから出力されるデータに所定のチェック方程式を適用し、チェック結果を出力する接続ユニットと、接続ユニットから出力されるチェック結果によって誤りが検出されるか否かを判定し、判定結果を出力する多数論理ユニットと、受信されたデータの誤りが存在するか、及び復号データの訂正不可能な誤りがあるか否かを判定する誤り情報ユニットと、を含むことを特徴とする。

本発明は、ＰＤＳＣ符号の復号化におけるＢＥＲを改善する効果がある。

従来技術によるデコーダの内部を示すブロック構成図である。従来技術によるデコーダの動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態によるデコーダの内部を示すブロック構成図である。本発明の実施形態によるデコーダの動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態によるデコーダの動作を示すフローチャートである。 ‘訂正不可能な誤り検出(Uncorrectable Error Detected)’フラグが使用されない場合に得られるＢＥＲシミュレーション結果を示す図である。 ‘訂正不可能な誤り検出’フラグが使用された場合に得られるＢＥＲシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

下記の説明で、本発明に関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。また、後述する用語は、本発明の機能を考慮して定義されたものであって、ユーザー、運用者の意図、又は慣例によって変わることができる。したがって、上記用語は、本明細書の内容全体に基づいて定義されなければならない。

ある場合に使用されるＰＤＳＣ符号は、ＰＤＳＣ(１８４,１０２)がＰＤＳＣ(２７３,１９１）の短縮化バージョンのように、＜数式１＞を用いて計算されたパラメータを有するＰＤＳＣマザー(mother)符号の短縮化バージョンであり得る。このような状況で、デコーダは、最上位ビット(Most Significant Bit：ＭＳＢ)データの前に８９ビットのヌルデータを付加する必要があり、従来のデコーダは復号されたヌルデータを省略し、復号された情報データのみを出力する。しかしながら、復号されたヌルデータは、シーケンス上の誤り発生をチェックするために使用され、復号されたデータの信頼性を増加させることができる。すなわち、復号されたヌルデータを用いることで上述した従来の復号方法では訂正されなかった他の誤りを発見し得る。

ＰＤＳＣマザー符号の最適なしきい値は、下記の＜数式７＞に示すように定義される符号距離ｄを２で割ることによって得られた値となる。

ＰＤＳＣ(２７３,１９１）の場合、ｓ＝４、ｄ＝１８であるため、最適なしきい値は、１８/２＝９である。したがって、接続ユニット１７０によるチェック結果の和が９以上である場合に、誤り訂正の遂行はＢＵＤの反転なしでは不可能である。しかしながら、マザー符号から短縮符号に至るまで遷移のための最高の誤り訂正性能を得るために、複数の論理ゲートしきい値を最適化することができる。その上、反復復号として知られている復号技術を使用してＢＥＲ性能を向上させることができる。反復復号方式は、デコーダの出力成分を次の復号のための入力として再使用する。このような反復復号方式を使用するためには、決定しきい値を最大値(２ｔ＋１）に設定することが要求される。さらに、反復復号方式は、各反復のためにｄ/２を最小化するためにｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅビットを１ビットずつ減少させる。

図３は、本発明によって提案されるＰＤＳＣ符号を復号するためのデコーダを示すブロック構成図である。

図３を参照すると、入力データレジスタ３１０、例えばシフトレジスタは、受信されたｎビットの符号語を格納する。第１のキー(キー１)３２０は、外部からの‘コピーイネーブル(copy enable)’信号によって入力データレジスタ３１０からデコーダレジスタ３４０にデータを並列伝送する。データが入力データレジスタ３１０からデコーダレジスタ３４０に並列伝送された場合に、デコーダレジスタ３４０は、並列書き込みモードで動作する。さらに、データを復号するために、デコーダレジスタ３４０は、シリアル復号モードに切り替えられなければならない。

接続ユニット３８０は、ＸＯＲ動作を遂行する。ＸＯＲユニットは、接続ユニット３８０に含まれ、それぞれはシングルデコーダチェック方程式に対応し、(２ｔ＋１)ビットのデータを受信し、１ビットのデータを出力する。多数論理ユニット３９０は、(２ｔ＋１)ビットのデータを受信し、１ビットのデータを出力し、入力の和が特定のしきい値以上であるかを判定する。入力の和が特定のしきい値以上であると、多数論理ユニット３９０は、その出力を‘１’に設定し、誤りがＢＵＤで検出されたと判定する。しかしながら、入力の和が特定のしきい値以上でないと、多数論理ユニット３９０は、その出力を‘０’に設定し、誤りがＢＵＤで検出されていないと判定する。誤り情報ユニット３７０は、受信されたデータに誤りがあるか否か、及び復号されたデータで訂正不可能な誤りがあるか否かを判定する。

従来技術と本発明との差異は、本発明がそれぞれの新たな反復復号に対して決定しきい値を制御して変更することができることである。したがって、本発明は、硬入力方式のためのＢＥＲ性能を改善する。本発明は、ＢＥＲ性能を改善し、電力消費を減少させるために反復回数を減少させることを目的とする。反復回数は、デコーダの動作中に固定又は変更されることができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態によるデコーダの動作を示すフローチャートである。

図４Ａを参照すると、デコーダは、ステップ４００で、デコーダレジスタ３４０を初期化するために‘ゼロ’状態にリセットする。ここで、デコーダは、本発明で追加される‘訂正不可能な誤り検出’フラグを‘０’にリセットする。ステップ４０５で、ｎビットデータは、“イネーブル”アクティブ信号によって、入力データレジスタ３１０に入力される。ステップ４１０で、デコーダは、入力データレジスタ３１０からデコーダレジスタ３４０にｎビットデータをコピー(並列伝送)する。ステップ４１５で、デコーダは、反復回数をゼロに設定し、決定しきい値を初期化状態に設定する。

図４Ｂを参照すると、ステップ４２０で、デコーダは、ＢＵＤナンバーをゼロに設定し、復号を始める。ステップ４２５で、デコーダは、すべてのｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅビットが復号されたか、すなわちＢＵＤナンバーがｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅ以上であるか否かを判定する。ステップ４２５で、ｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅビットがすべて復号されていないと判定された場合、すなわちＢＵＤナンバーがｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅ未満であると、接続ユニット３８０は、ステップ４３０で、チェック結果を計算するために方程式２ｔ＋１を使用する。ステップ４３５で、接続ユニット３８０は、チェック結果の和を計算し、多数論理ユニット３９０は、ステップ４４０で誤りが検出されたか否かを判定する。具体的には、多数論理ユニット３９０は、ステップ４４０で、計算されたチェック結果の和が決定しきい値以上であるかを判定し、誤り検出をチェックする。ステップ４４０で、計算されたチェック結果の和が決定しきい値以上であると判定されると、すなわち誤りが検出された場合には、誤り情報ユニット３７０は、ステップ４４５で、ＢＵＤでビット誤り訂正を遂行し、‘誤り検出’フラグをセットアップする。しかしながら、ステップ４４０で、計算されたチェック結果の和が決定しきい値以上でないと判定された場合、すなわち誤りが検出されていない場合に、デコーダは、ステップ４４５でビット誤り訂正をスキップ(skip)する。

ステップ４５０で、誤り情報ユニット３７０は、ＢＵＤナンバーに該当するＢＵＤがヌル復号ビットであるかを判定する。ステップ４５０で、前記ＢＵＤナンバーに該当するＢＵＤがヌル復号ビットであると判定された場合に、誤り訂正ユニット３７０は、ステップ４５５で、訂正不可能な誤りが検出されたか否かを判定する。

そして、前記誤り訂正ユニット３７０は、前記訂正不可能な誤りが検出された場合、ステップ４６０で‘訂正不可能な誤り検出’フラグをセットアップし、ステップ４６５に進行する。一方、前記誤り訂正ユニットは、前記ステップ４５０の判断結果、前記ＢＵＤナンバーに該当するＢＵＤがヌル復号ビットでない場合、ステップ４６５に進行する。

一方、ステップ４２５で、ＢＵＤナンバーがｎ_ｍｏｔｈｅｒ_ｃｏｄｅ以上であると判定された場合には、デコーダは、ステップ４７０で、現在の反復回数が最大反復回数未満であるかを判定する。ステップ４７０で反復回数が最大反復回数未満であると判定された場合には、デコーダは、ステップ４７５で、反復回数を１ずつ増加させ、決定しきい値を変更する。

しかしながら、ステップ４７０で、現在の反復回数が最大反復回数以上であると判定された場合には、デコーダは、ステップ４８０で復号されたｋビットを出力し、ステップ４８５でデコーダレジスタ３４０をリセットした後に、ステップ４９０で復号動作を終了したか否かを判定する。その判定結果に基づき、デコーダは、復号動作を終了し、あるいはステップ４１０に戻る。

上記提案された方法の検証のために、チャンネルコーデックは、Ｃ/Ｃ＋＋プログラムで実現される。ここで、付加的白色ガウス雑音(Additive White Gaussian Noise：ＡＷＧＮ)チャンネルモデルが適用され、この適用された変調方法はＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)である。

図５は、‘訂正不可能な誤り検出’フラグが使用されない場合に獲得されるＢＥＲシミュレーション結果を示す。より具体的に説明すれば、図５のシミュレーション結果は、本発明が４.４５Ｅ-０４(ＳＮＲ＝６ｄＢ)の代わりにＢＥＲ１.５４Ｅ-０５を獲得し、あるいは３.９２Ｅ-０６(ＳＮＲ＝７ｄＢ)の代わりに３.４５Ｅ-０８を獲得しており、より高いＳＮＲ(Signal-to-Noise Ratio)という性能改善を示している。

図６は、‘訂正不可能な誤り検出’フラグが使用された場合に獲得されるＢＥＲ性能シミュレーション結果を示す。このような動作モードは、デジタルテレビまたはサウンドブロードキャスティングのための制御チャンネルに適合し、また訂正不可能な誤りパターンが検出された場合には、復号されたパケットは省略され(omit)、この復号動作が次のパケットに対して繰り返される。上記提案された方法は、前述の面で従来の方法と異なる。これは、提案された方法の使用は、２ｄBより高いＳＮＲに対するＢＥＲ性能を改善させることが可能であることを示す。９回反復のデコーダは、より高いＳＮＲに対する最善の結果を示すが、復号が９回反復されるため、高い電力を消耗する。この場合に、３回の反復復号が、ケース２に示すように好ましい。

以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲を外れない限り、様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

３１０入力データレジスタ
３２０第１のキー(キー１)
３４０デコーダレジスタ
３７０誤り情報ユニット
３８０接続ユニット
３９０多数論理ユニット

Claims

復号方法であって、
ヌルデータビットが含まれる符号語ビットを受信するステップと、
復号ビット(Bit Under Decoding：ＢＵＤ)を１ビットずつシフトさせつつ前記受信された符号語ビットを復号するステップと、
前記ＢＵＤごとに誤り検出及び訂正を遂行するステップと、
ヌル復号ビットを含むＢＵＤが存在するか否かによって、訂正不可能な誤りを検出するステップと、
所定のしきい値を変更しつつ、所定の回数だけ反復復号を遂行するステップと、
反復復号結果を出力するステップと、
を有することを特徴とする復号方法。
前記誤り検出及び訂正を遂行するステップは、
所定のチェック方程式を用いてチェック結果を計算するステップと、
前記チェック結果の和を計算するステップと、
前記チェック結果の和が所定のしきい値以上であるかを判定するステップと、
前記チェック結果の和が所定のしきい値以上である場合に、誤りが検出されたと判定し、誤り検出フラグを設定し、前記検出された誤りを訂正するステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の復号方法。
前記ヌル復号ビットを含むＢＵＤが存在する場合に、前記訂正不可能な誤りを検出し、訂正不可能な誤り検出フラグを設定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の復号方法。
前記ヌル復号ビットを含むＢＵＤが存在しない場合に、ＢＵＤは１ビットシフトされることを特徴とする請求項１に記載の復号方法。
復号装置であって、
ヌルデータビットを含む符号語で構成されるデータを受信し、復号ビット(Bit Under Decoding：ＢＵＤ)を１ビットずつシフトしつつ、前記受信されたデータを復号するデコーダレジスタと、
前記デコーダレジスタから出力されるデータに所定のチェック方程式を適用し、チェック結果を出力する接続ユニットと、
前記接続ユニットから出力される前記チェック結果によって誤りが検出されるか否かを判定し、判定結果を出力する多数論理ユニットと、
前記受信されたデータの誤りが存在するか否か及び、ヌル復号ビットを含むＢＵＤが存在するか否かによって、復号データの訂正不可能な誤りがあるか否かを判定する誤り情報ユニットと、
を含み、
前記デコーダレジスタは、復号結果を出力する前に、所定のしきい値を変更しつつ、所定の回数だけ反復復号を遂行することを特徴とする復号装置。
前記多数論理ユニットは、前記チェック結果の和が所定のしきい値以上であるかを判定し、前記チェック結果の和が前記しきい値以上である場合に、誤りが検出されたことを出力することを特徴とする請求項５に記載の復号装置。
前記誤り情報ユニットは、
前記ヌル復号ビットを含むＢＵＤが存在する場合に、訂正不可能な誤りを検出し、訂正不可能な誤り検出フラグを設定することを特徴とする請求項５に記載の復号装置。
前記ヌル復号ビットを含むＢＵＤが存在しない場合に、ＢＵＤは１ビットシフトされることを特徴とする請求項５に記載の復号装置。