JP5391218B2 - 段階的データ伝送および処理によるターボ符号化及びターボ復号化 - Google Patents

Description

本発明は一般に通信システムにおける符号化に関するものであり、更に詳しくは情報を段階的にターボ符号化（ｔｕｒｂｏ−ｃｏｄｉｎｇ）することに関するものである。

ターボ符号化は、並列連結コンボリューション・符号化という名称でも当該分野でしられている。具体的に述べると、ターボ符号化は、情報シーケンスを２回符号化し、２回目の符号化は情報シーケンスのランダムなインターリーブ（間挿）後に行われる。復号は反復的に行われ、その結果、信頼性のある通信が得られる。

多くの通信システムでは、データはＬビットのパケットで送信され、ここでＬは典型的には１０乃至数百程度である。受信器が誤りのあるパケットを受信したと判定した場合、情報を再伝送するように要求がなされ、これは自動リピート要求（ＡＲＱ）と呼ばれている。これは、全部で２Ｌビットを送信するという欠点を生じる。

特開平０８−０８８６２０号公報

krishna R. Narayanan et al.，A Novel ARQ Technique using the Turbo Coding Principle，IEEE COMMUNICATIONS LETTERS，１９９７年 ３月，vol.1, no.2，p.49-51

従って、パケットに誤りが生じたときにＬビットのパケット全体を再送信することを必要としないターボ符号化の方法および装置を提供することが望ましい。

通信システムで情報の複数の段（ｓｔａｇｅ）をターボ符号化するための方法および装置は、パケットに誤りが生じたときにＬビットのパケット全体の再送信を防止する。これによれば、ターボ符号化方式を使用して符号化器によって作成された１組（セット）の符号ビットに加えて、パンクチャリング（ｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ）された１組の符号ビットが作成されて送信器のメモリに記憶される。

元の１組の符号ビットがＬビット・データ・パケットとして通信路を介して受信器に送信され、受信器は元の１組の符号ビットに対応する受信したデータ・サンプルを記憶する。受信器はターボ復号器（ｔｕｒｂｏ−ｄｅｃｏｄｅｒ）を使用してデータ・パケットを復号して、誤りのあるデータ・パケットを受信したかどうか判定する。もしそうなら、受信したデータ・サンプルがメモリに保持され、更なる情報の要求がなされる。そこで、パンクチャリングされた情報の幾分か又は全てが送信器から通信路を介して受信器へ転送される。第２段のターボ復号（ｔｕｒｂｏ−ｄｅｃｏｄｉｎｇ）により、新しい（すなわち、パンクチャリングされた）データ・サンプルが、記憶されている受信した元のデータ・サンプルと組み合わされる。この点で復号が正しくなる可能性がある。しかしながら、用途に応じて、３以上の伝送段の復号を行うことが望ましいことがある。

図１は、本発明の一実施態様に従った段階的情報伝送を持つターボ符号化方式を例示するブロック図である。 図２は、本発明の一実施態様に従った組織的符号化器によるレート（ｒａｔｅ）１／３を使用した段階的情報伝送を持つターボ符号化方式を例示するブロック図である。 図３は、本発明の一実施態様に従った段階的復号器を例示するブロック図である。 図４は、本発明の一実施態様に従った、送信器における段階的情報ターボ符号化を例示する流れ図である。 図５は、本発明の一実施態様に従った段情報ターボ復号を例示する流れ図である。

図１は、本発明の一実施態様に従った段階的情報伝送を持つターボ符号化方式を例示する。図１において、ターボ符号化器１２が、符号化器１４および符号化器１６（これらは、典型的には符号化器１および符号化器２とそれぞれ呼ばれる）における２つのコンボリューション符号の並列連結を使用してソース情報を符号化する。第２の符号化器１６はインターリーバ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）１８におけるランダムなインターリーブの後に第２の符号化を行う。

符号ビットＣ１およびＣ２が通信路を介して受信器１９へ送信される。符号化６および符号化器１８からそれぞれ送信された元の符号ビットＣ１およびＣ２は、受信器１９によって受信されて、受信器のメモリに記憶される。符号ビットＣ１およびＣ２にそれぞれ対応するパンクチャリングされた１組の符号ビットＰ１およびＰ２がまたターボ符号化器１２によって作成されて、送信器のメモリ２０および２２にそれぞれ記憶される。

当該技術分野で知られているように、符号化器はコンボリューション符号にパンクチャリング処理を適用することにより所定のパンクチャリング・パターンに従って幾つかの出力ビットを除去して、その結果の符号のレートを増大させる。

受信器１９内の関連する復号器が対応するデパンクチャリング（ｄｅｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ）機能を含み、デパンクチャリング機能は、各々の既知のパンクチャリングされたビットに対して中性値を挿入することを含む。パンクチャリングされた１組の符号ビットの寸法（ｓｉｚｅ）はシステムの帯域幅、パワーおよび再送信周波数によって決定される。
受信器１９はターボ復号によってデータを復号し、誤りのあるパケットを受信したがどうか判定する。もしそうなら、符号ビットＣ１およびＣ２に対応する受信したデータ・サンプルがメモリに保持される。受信器は、更なる情報の要求をなし、これにより、記憶されているパンクチャリングされたビットの幾分か又は全てが通信路を介して受信器へ送信される。第２段のターボ復号が行われて、パンクチャリングされた符号ビットＰ１およびＰ２が、符号ビットＣ１およびＣ２に対応する受信した元のデータ・サンプルと組み合わされる。この点で復号が正しくなる可能性が高く、その結果、非常に信頼性のある通信が得られる。しかしながら、用途に応じて、３以上の伝送段のターボ復号を行うことが望ましいことがある。

ターボ符号化は普通、組織的コンボリューション符号の使用を含み、そのために入力ビットが符号出力に直接現れる。このような符号のレートを増大するために、他の形態のパンクチャリングを適用してもよく、その際、組織的ビットのただ一つのコピーが送信され、このコピーはターボ復号プロセスにおいて全てのコンボリューション復号器によって使用される。上述の段階的伝送プロセスは、この形態のパンクチャリングに同様に適用してもよい。具体的に述べると、誤りのあるパケットを受信した場合、組織的ビットの再送信が要求され、新しく受信したサンプルがターボ復号アルゴリズムの１つ以上のコンボリューション復号器に印加される。

図２は、段階的情報伝送による組織的符号のターボ復号の例を示す。この例で、元の入力シーケンスについて動作するレート１／２の組織的コンボリューション符号化器２４の全符号出力を送信すると共に、入力シーケンスのインターリーブされたコピーについて動作するレート１／２の第２の組織的コンボリューション符号化器２６のパリティ・ビットのみを送信することによって、レート１／３のターボ符号が作成される。受信器２９では、組織的ビットに対応する受信したデータ・サンブルが、ターボ符号の両方のコンボリューション復号成分のために使用される。受信器は、復号の最初の試みによりパケットの誤りが検出された場合のみ、メモリ３０を介して組織的ビットの第２のコピーを要求する。組織的ビットの第２のコピーに対応する受信したデータ・サンプルが、第２のコンボリューション復号成分のために使用される。有利な点は、新しく要求された情報が、従来の自動リピート要求（ＡＲＱ）方式で必要とされる送信ビットの数の１／３に過ぎないことである。

図３は、本発明の一実施態様による受信器内の段階的ターボ復号器４０を示す。ターボ復号器４０の入力は入力データ選択器４２によって制御される。送信された符号ビットに対応する受信したデータ・サンプルが、第１段の送信においてメモリ４４にコピーされ、ターボ復号プロセスにおける各反復において使用される。メモリ４４はまた、符号化器１および符号化器２（図１および図２）に共通である組織的情報が第１段のターボ復号において１度だけ送信されるようにする。第１段の復号において、データ選択器は情報がパンクチャリングされているときはＡを選択し、また受信したデータ・サンプルが利用できるときはＢを選択する。メモリ４４は、符号化器１のデータが処理されるときは非インターリーブ・シーケンスによってアドレス指定され、符号化器２のデータが処理されるときはインターリーブ・シーケンスによってアドレス指定される。

第１段のターボ復号の後、パケット誤り検出機構５０により、データが正しく受信されたかどうか判定される。典型的なパケット誤り検出機構は周知の１６ビット巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号を有する。前に述べたように、パケットの誤りが検出された場合、前にパンクチャリングされた情報の送信要求および／または第２組の組織的データに対する要求がなされる。新しい情報はまたメモリ４４に記憶される。次いで、第２段の復号がより完全な情報により行われる。すなわち、前にパンクチャリングされた情報が新しい段の情報と組み合わされて復号される。

図４は、本発明の一実施態様による送信器側におけるターボ符号化を例示する流れ図である。ステップ６０で、第１の（または次の）情報ブロックが送信器に供給される。ステップ６２で、段１乃至段Ｎの情報ビットが作成されて記憶される。ステップ６４で、段ｉのビットが送信される。パケットの送信に誤りがあったかどうか受信器で判定された後、ステップ６６で同じ表示が送信器に与えられる。肯定応答（すなわち、誤りなしの表示）が与えられた場合、プロセスはステップ６０に戻り、そこで次の情報ブロックが送信器に供給される。誤りが表示された場合（肯定応答がない場合）、送信段ｉが増分されて、プロセスはステップ６４に戻る。プロセスは肯定応答がなされるまで情報段を１つずつ増分する。

図５は、本発明の一実施態様による受信器側における段階的ターボ復号を例示する流れ図である。ステップ７０で、復号段ｉが１に設定される。ステップ７２でデータ・サンプルが受信され、ステップ７４で受信データ・サンプルがメモリに記憶される。ステップ７６でターボ復号が実行され、ステップ７８でパケットの誤りについての判定が行われる。パケットに誤りがなければ、ステップ８０で受信器に対して肯定応答がなされる。しかし、ステップ７８でパケットの誤りが表示されると、ターボ復号段ｉがステップ８２で増分される。次いでステップ８４で、ターボ復号段の数が所定の限界（最大）に達したどうかを判定するための試験が行われる。所定の限界に達している場合、ステップ８６でターボ復号プロセスを再開始する要求がなされる。所定の限界に達していない場合、ステップ８８で段ｉのターボ復号の要求がなされ、プロセスはステップ７２に戻る。

本発明の好ましい実施態様を図示し説明したが、この様な実施態様は例として示されたものであることは明らかであろう。当業者には本発明の範囲内で種々の変形、変更および置換をなし得よう。従って、本発明は請求の範囲に記載の精神および範囲によって定められるべきである。

１２ ターボ符号化器
１４ 符号化器
１６ 符号化器
１８ インターリーバ
１９ 受信器
２０ メモリ
２２ メモリ

Claims (6)

1. 通信システムにおける情報のターボ符号化方法であって、
   ターボ復号器に送信するソース情報をターボ符号化器を用いてターボ符号化するステップであって、前記ターボ符号化器が、前記ソース情報をインターリーブするインターリーバによって隔離された第１及び第２のコンボリューション符号化器と、該第１及び第２のコンボリューション符号化器のそれぞれに結合した第１及び第２のメモリを備える、前記ステップと、
   パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットと、パンクチャリングされていない符号化ビットのセットを作成するステップであって、前記パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットが復号エラーの表示に応じて、前記ターボ復号器に順次送信可能なように前記パンクチャリングされた符号化ビットの所定の数の複数のセットが前記パンクチャリングされていない符号化ビットのセットの送信に先立って作成される、前記ステップと、
   前記パンクチャリングされていない符号化ビットのセットを前記ターボ復号器に送信するステップと、
   前記ターボ復号器から受信した誤りの表示の数をカウントし、カウントした数に基づいて、パンクチャリングされた符号化ビットの次のセットを前記ターボ復号器に送信するステップであって、前記パンクチャリングされた符号化ビットの前記次のセットが前記ターボ符号化器の前記第１及び第２のメモリに記憶された前記パンクチャリングされた符号化ビットからのものである、前記ステップと、
   前記カウントした数が、前記パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットと前記パンクチャリングされていない符号化ビットのセットとの合計数に達した時に、パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットとパンクチャリングされていない符号化ビットのセットとの生成を再開するステップと、
   を含む、
   符号化方法。
2. 前記通信システムの用途に応じて、前記パンクチャリングされた符号化ビットの所定の数が決定される、請求項１記載の方法。
3. 前記パンクチャリングされた符号化ビットのセットの寸法が、前記通信システムの再送信頻度、帯域幅および／又はパワーによって決定される、請求項１または２に記載の方法。
4. 通信システムにおいて複数段による情報のターボ符号化を行う装置であって、
   ソース情報をターボ符号化するターボ符号化器であって、前記ソース情報をインターリーブするインターリーバによって隔離された第１及び第２のコンボリューション符号化器と、該第１及び第２のコンボリューション符号化器のそれぞれに結合した第１及び第２のメモリを備える、前記ターボ符号化器と、
   パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットと、パンクチャリングされていない
   符号化ビットのセットを作成する手段であって、前記パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットが復号エラーの表示に応じて、前記ターボ復号器に順次送信可能なように前記パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットが前記パンクチャリングされていない符号化ビットのセットの送信に先立って作成される、前記手段と、
   前記パンクチャリングされていない符号化ビットのセットを前記ターボ復号器に送信する手段と、
   前記ターボ復号器から受信した誤りの表示の数をカウントし、カウントした数に基づいて、パンクチャリングされた符号化ビットの次のセットを前記ターボ復号器に送信する手段であって、前記パンクチャリングされた符号化ビットの前記次のセットが前記ターボ符号化器の前記第１及び第２のメモリに記憶された前記パンクチャリングされた符号化ビットからのものである、前記手段と、
   前記カウントした数が、前記パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットと前記パンクチャリングされていない符号化ビットのセットとの合計数に達した時に、パンクチャリングされた符号化ビットの複数のセットとパンクチャリングされていない符号化ビットのセットとの生成を再開する手段と、
   を含む、装置。
5. 前記通信システムの用途に応じて、前記パンクチャリングされた符号化ビットの所定の数が決定される、請求項４記載の装置。
6. 前記パンクチャリングされた符号化ビットのセットの寸法が、前記通信システムの再送信頻度、帯域幅および／又はパワーによって決定される、請求項４または５に記載の装置。