JP5461728B2 - 低密度パリティ検査符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、低密度パリティ検査（Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ：以下、“ＬＤＰＣ”と称する。）符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムに関し、特に、ＬＤＰＣ符号を効率的に生成し、チャネルの復号化を行うチャネル復号化装置及びその方法に関する。

無線通信システムにおいて、チャネルの様々な雑音、フェージング現象だけではなく、シンボル間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｓｙｍｂｏｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：以下、“ＩＳＩ”と称する。）によりリンク性能が著しく低下する。したがって、次世代移動通信、デジタルブロードキャスト、及びモバイルインターネットのような大量のデータ処理、高速のデータ処理、及び高信頼性のデータを要求する高速のデジタル通信システムを実現するためには、雑音、フェージング、及びＩＳＩを克服する技術を開発することが必須的である。近年では、歪曲された情報を元来の状態に効率的に復元し、通信の信頼度を高めるための方法としてエラー訂正符号に関する研究が活発になされている。

１９６０年代にＧａｌｌａｇｅｒにより初めて紹介されたＬＤＰＣ符号は、その当時の技術をはるかに超える実現複雑度により十分に活用されなかった。しかしながら、１９９３年Ｂｅｒｒｏｕ、Ｇｌａｖｉｅｕｘ、及びＴｈｉｔｉｍａｊｓｈｉｍａにより発見されたターボ符号がＳｈａｎｎｏｎのチャネル容量に近接する性能を示すため、ターボ符号の性能及び特性に関する多くの分析がなされつつ反復復号及びグラフに基づくチャネル符号化に関する多くの研究が進められてきた。

このような研究により、ＬＤＰＣ符号は、１９９０年代後半に再研究され、ＬＤＰＣ符号に対応するタナーグラフ（ファクターグラフの特別ケース）上で積和（ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ）アルゴリズムに基づく反復復号を適用することにより復号化を実行すると、Ｓｈａｎｎｏｎのチャネル容量に近接する性能を有することが証明された。

ＬＤＰＣ符号は、通常、グラフ表現技術を用いて示され、グラフ理論、代数学、及び確率論に基づく方法を通じて多くの特性を分析することができる。一般的に、チャネル符号のグラフモデルは、符号の描写に有用である。符号化されたビットに関する情報をグラフ内の頂点（ｖｅｒｔｅｘ）にマッピングし、符号化されたビット間の関係をグラフ内のエッジ（すなわち、ラインセグメント）にマッピングする場合、チャネルのグラフモデルは、各頂点が各エッジを通じて所定のメッセージをやりとりする通信ネットワークと見なすことができる。したがって、自然の復号アルゴリズムを導出することが可能となる。例えば、グラフの一種と見なされるトレリス（ｔｒｅｌｌｉｓ）から導出された復号アルゴリズムは、よく知られているビタビ（Ｖｉｔｅｒｂｉ）アルゴリズム、及びＢａｈｌ、Ｃｏｃｋｅ、Ｊｅｌｉｎｅｋ、及びＲａｖｉｖ（ＢＣＪＲ）アルゴリズムを含む。

ＬＤＰＣ符号は、一般的に、パリティ検査行列で定義され、タナー（Ｔａｎｎｅｒ）グラフと称される二部グラフ（ｂｉｐａｒｔｉｔｅ ｇｒａｐｈ）を用いて表現することができる。この二部グラフにおいて、頂点は、相互に異なる２つのタイプに分けられている。ＬＤＰＣ符号は、“変数ノード”と“検査ノード”と呼ばれる頂点でなされた二部グラフで表現される。この変数ノードは、符号化されたビットに一対一にマッピングされる。

図１及び図２を参照して、ＬＤＰＣ符号のグラフ表現方法について説明する。

図１は、４行８列で構成されたＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列Ｈ_１の例を示す。図１を参照すると、８個の列は、長さ８の符号語を生成するＬＤＰＣ符号を意味し、各列は、符号化された８ビットにマッピングされる。

図２は、図１のＨ_１に対応するタナーグラフを示す図である。

図２を参照すると、ＬＤＰＣ符号のタナーグラフは、８個の変数ノードｘ_１（２０２）、ｘ_２（２０４）、ｘ_３（２０６）、ｘ_４（２０８）、ｘ_５（２１０）、ｘ_６（２１２）、ｘ_７（２１４）、及びｘ_８（２１６）と４個の検査ノード（２１８、２２０、２２２、２２４）とを含む。

ここで、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列Ｈ_１のｉ番目の列及びｊ番目の行は、変数ノードｘ_ｉ及びｊ番目の検査ノードにマッピングされる。また、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列Ｈ_１のｉ番目の列及びｊ番目の行が相互に交差する位置での１の値、すなわち、０でない値は、図２のタナーグラフ上で変数ノードｘ_ｉとｊ番目の検査ノード間にエッジが存在することを意味する。

ＬＤＰＣ符号のタナーグラフにおいて、変数ノード及び検査ノードの次数（ｄｅｇｒｅｅ）は、各ノードに接続されているエッジの個数を意味し、これは、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列で関連するノードに対応する列、又は行で０でないエントリーの個数と同一である。

例えば、図２において、変数ノードｘ_１（２０２）、ｘ_２（２０４）、ｘ_３（２０６）、ｘ_４（２０８）、ｘ_５（２１０）、ｘ_６（２１２）、ｘ_７（２１４）、及びｘ_８（２１６）の次数は、それぞれ４、３、３、３、２、２、２、及び２であり、検査ノード２１８、２２０、２２２、及び２２４の次数は、それぞれ６、５、５、及び５である。また、図２の変数ノードに対応する図１のパリティ検査行列Ｈ_１のそれぞれの列で０でないエントリーの個数は、上記した次数４、３、３、３、２、２、２、及び２と一致し、図２の検査ノードに対応する図１のパリティ検査行列Ｈ_１のそれぞれの行で０でないエントリーの個数は、上記した次数６、５、５、及び５と一致する。

ＬＤＰＣ符号のノードに対する次数分布（ｄｅｇｒｅｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を示すために、次数がｉである変数ノードの個数と変数ノードの総数との比率をｆ_ｉとして定義し、次数がｊである検査ノードの個数と検査ノード総数との比率をｇ_ｊとして定義する。例えば、図１及び図２に対応するＬＤＰＣ符号の場合には、ｆ_２＝４／８、ｆ_３＝３／８、ｆ_４＝１／８、ｉ≠２、３、４に対してｆ_ｉ＝０であり、ｇ_５＝３／４、ｇ_６＝１／４、ｊ≠５、６に対してｇ_ｊ＝０である。ＬＤＰＣ符号の長さをＮ、すなわち、列の個数をＮとして定義し、行の個数をＮ／２として定義する時、上述した次数分布を有する全パリティ検査行列で０でないエントリーの密度は、下記の数式（１）のように計算される。

上記数式（１）において、Ｎが増加するに従って、パリティ検査行列内の‘１’の密度は継続して減少する。一般的に、ＬＤＰＣ符号において、符号語の長さＮが０でないエントリーの密度に反比例するので、Ｎが大きいＬＤＰＣ符号は、０でないエントリーの非常に低い密度を有する。このような理由で、ＬＤＰＣ符号は、その名称で“低密度（ｌｏｗ−ｄｅｎｓｉｔｙ）”の意味を含む。

次に、図３を参照して本発明で適用する構造的なＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列の特性について説明する。

図３は、ヨーロッパデジタルブロードキャスト標準の中の１つであるＤＶＢ−Ｓ２（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ−Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ２^ｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）で標準技術として採択されたＬＤＰＣ符号を示す図である。

図３において、ＬＤＰＣ符号において、Ｎ_１はブロックの長さを示し、Ｋ_１は情報語の長さを示し、（Ｎ_１−Ｋ_１）はパリティの長さを示す。また、Ｍ_１及びｑは、ｑ＝（Ｎ_１−Ｋ_１）／Ｍ_１を満足するように決定される。好ましくは、Ｋ_１／Ｍ_１は、整数でなければならない。

図３を参照すると、パリティ検査行列でパリティ部分、すなわち、Ｋ_１番目の列から（Ｎ_１−１）番目の列までの構成は、デュアル対角（ｄｕａｌ ｄｉａｇｏｎａｌ）形態を有する。したがって、パリティ部分に対応する列の次数の分布について、次数‘１’を有する最後の列を除いて、すべての列は、次数‘２’を有する。

パリティ検査行列において、情報語部分、すなわち、０番目の列から（Ｋ_１−１）番目の列までの構成は、以下の規則を用いてなされる。

〔規則１〕パリティ検査行列で情報語に対応するＫ_１個の列をＭ_１個の列で構成された複数のグループにグルーピングすることにより、トータルＫ_１／Ｍ_１個の列グループを生成する。

各列グループに属している列を形成する方法は、下記の規則２に従う。
〔規則２〕ｉ（ここで、ｉ＝１、．．．、Ｋ_１／Ｍ_１）番目の列グループ内の各０番目の列での‘１’の位置を決定する。

各ｉ番目の列グループ内の０番目の列の次数をＤ_ｉで示す時、‘１’を有する行の位置を

と仮定すると、‘１’を有する行の位置

は、ｉ番目の列グループ内のｊ（ここで、ｊ＝１、２、．．．、Ｍ_１−１）番目の列で下
記の数式（２）のように定義される。

上述した規則２に従うと、ｉ番目の列グループに属している列の次数がすべてＤ_ｉに固定される。上述した規則２に従ってパリティ検査行列に関する情報を格納しているＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号の構成を容易に理解するために、以下のような具体的な例が考慮される。

Ｎ_１＝３０、Ｋ_１＝１５、Ｍ_１＝５、及びｑ＝３であり、３個の列グループ内の０番目の列に対する‘１’を有する行の位置に関する情報の３つのシーケンスは、以下のように表現することができる。ここで、説明の便宜上、この３つのシーケンスは、“加重値−１位置シーケンス”と定義する。

この加重値−１位置シーケンスは、以下のように列グループ別に対応する位置情報のみとして表現することができる。

０ １ ２
０ １１ １３
０ １０ １４

すなわち、このｉ番目の行のシーケンスは、ｉ番目の列グループでこれらの情報として１を有する行の位置に関する情報を順次に示すことにより得られる。

上述した例に対応する情報と規則１及び規則２とを用いてパリティ検査行列を構成すると、図４のＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号と同一の概念を有するＬＤＰＣ符号を生成することができる。

図４は、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列の一例を示す図である。

規則１及び規則２に従って設計されたＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号は、構造形状を用いて効率的に符号化することができる。ＤＶＢ−Ｓ２のパリティ検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を実行する工程は、以下のような例を用いて説明する。

Ｎ_１＝１６２００、Ｋ_１＝１０８００、Ｍ_１＝３６０、及びｑ＝１５である場合、ＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号を使用する符号化工程について説明する。また、長さＫ_１を有する情報語ビットは、

として示され、長さ（Ｎ_１−Ｋ_１）を有するパリティビットは、

として示される。

〔ステップ１〕符号化器は、パリティビットを以下のように初期化する。

〔ステップ２〕情報語の１番目の列グループに属する０番目の列でこれらの情報として１を有する行に関する情報は、格納されているパリティ検査行列の位置情報から読み出される。

上記読み出された情報の関連する位置情報だけの一例は、以下のように表現することができる。

０ ２０８４ １６１３ １５４８ １２８６ １４６０ ３１９６ ４２９７ ２４
８１ ３３６９ ３４５１ ４６２０ ２６２２

また、上記読み出された情報の関連する複数の位置情報は、以下のように加重値−１位置シーケンスとして表現することができる。

上記読み出された情報及び情報語ビットｉ_０を用いて下記の数式（３）で定義するように特定のパリティビットｐ_ｘをアップデートする。ここで、ｘは、それぞれの

の値を意味する。

上述した数式（３）において、

は、

として表現することもでき、

は、２進加算を意味する。

〔ステップ３〕ｉ_０の後の３５９個の情報語ビットｉ_ｍ（ここで、ｍ＝１、２、．．．
、３５９）のそれぞれの値は、下記の数式（４）により求められる。

｛ｘ＋（ｍ ｍｏｄ Ｍ_１）×ｑ｝ ｍｏｄ （Ｎ_１−Ｋ_１）
Ｍ_１＝３６０、ｍ＝１、２、．．．、３５９ ・・・数式（４）

上述した数式（４）において、ｘは、それぞれの

の値を意味する。ここで、上述した数式（４）は、上述した数式（２）と同一の概念を有する。

次いで、上述した数式（４）で求められた値を用いて数式（３）と近似した動作を実行する。すなわち、符号化器は、ｉ_ｍに対して

をアップデートする。

例えば、ｍ＝１の場合、すなわち、ｉ_１に対して、符号化器は、下記の数式（５）のように、

をアップデートする。

上述した数式（５）は、ｑ＝１５であると仮定した場合に対応する。符号化器は、ｍ＝
１、２、．．．、３５９に対して上記のような工程を同様に実行する。

〔ステップ４〕ステップ２と同様に、符号化器は、３６１番目の情報語ビットｉ_３６０に対して

の情報を読み出し、特定のパリティビットｐ_ｘをアップデートする。ここで、ｘは、

を意味する。符号化器は、ｉ_３６０の後の３５９個の情報語ビットｉ_３６１、ｉ_３６２、．．．、ｉ_７１９に数式（４）を同様に適用することにより、

をアップデートする。

〔ステップ５〕符号化器は、３６０個の情報語ビットを有する各情報語ビットグループに対してステップ２、３、及び４の工程を反復する。

〔ステップ６〕符号化器は、最終的に下記の数式（６）を用いてパリティビットを決定する。

上述した数式（６）において、パリティビットｐ_ｉは、ＬＤＰＣ符号化が完了することにより得られたパリティビットである。

上述したように、ＤＶＢ−Ｓ２は、ステップ１からステップ６までの工程を通じてＬＤＰＣ符号化を行う。

一方、上述したようなＬＤＰＣ符号化は、実際の通信システムで要求するデータ送信量をサポートするのに適合するように設計されなければならない。特に、高速のデータ送信をサポートするために、ハイブリッド自動再送要求（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ：ＨＡＲＱ）方式及び適応型変調及び符号化（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ：ＡＭＣ）方式などを適用する適応型通信システムだけでなく、様々なブロードキャストサービスをサポートする通信システムでも、システムの要求に応じて様々なデータ送信量をサポートするために様々なブロックの長さを有するＬＤＰＣ符号化が必要とされる。

しかしながら、従来のＬＤＰＣ符号化方式は、同一の長さを有するすべてのＬＤＰＣ符号語を生成することによりチャネルの符号化及び復号化を行うのに限界があった。

したがって、大容量のデータ処理量、さらなる高速のデータ処理、及びより高い信頼度のデータを要求する高速のデジタル通信システムのためのＬＤＰＣ符号化方式が必要であるという問題がある。また、より効率的なＬＤＰＣ符号語を適用したチャネル符号化及び復号化方式が必要であるという問題がある。

そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、デジタルブロードキャスト通信システムにおいて、固定長を有するＬＤＰＣ符号からパンクチャーリング又は短縮を用いて可変長のＬＤＰＣ符号を生成し、該生成されたＬＤＰＣ符号を用いてチャネルの復号化を行う装置及び方法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、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化方法が提供される。受信した信号に基づいて短縮パターン及びパンクチャーリングパターンが判定される。前記短縮パターンに従って短縮されたビットの値が０に設定される。前記パンクチャーリングパターンに従って消失が設定される。前記短縮又はパンクチャーリングが実行されたビットが存在する場合、ＬＤＰＣ復号化が実行される。前記短縮パターン及び前記パンクチャーリングパターンを判定するステップは、下記数式（７）を用い、前記パンクチャーリングされたビット数と前記所定の短縮されたビット数との比率を表す係数Ａの値を５／４又は６／５に設定するステップを含む。

ここで、

は、ｘよりも小さいか又は同一の最大整数であり、Ｎｐは、パンクチャーリングされるビット数であり、Ｋ_１は、短縮前のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、Ｋ_２は、短縮後のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、前記所定の短縮されたビット数は（Ｋ_１−Ｋ_２）である。

本発明の他の態様によれば、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化装置が提供される。前記装置は、チャネルの受信及び復調を行う復調器を含む。前記装置は、前記復調された信号に基づいて所定の短縮及びパンクチャーリングパターンを判定し、短縮及びパンクチャーリングがなされるビットに関する位置情報をＬＤＰＣ復号化器に伝達する短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部をさらに含む。前記装置は、前記短縮及びパンクチャーリングがなされるビットに関する位置情報に従って、短縮されたビット数だけゼロを挿入し、前記パンクチャーリングされたビット数だけ消失を設定し、ＬＤＰＣ符号を復号化するＬＤＰＣ復号化器をさらに含む。前記短縮及びパンクチャーリングパターンにおいて、下記数式（７）を用い、前記パンクチャーリングされたビット数と前記短縮されたビット数との比率を表す係数Ａの値を５／４又は６／５に設定する。

ここで、

は、ｘよりも小さいか又は同一の最大整数であり、Ｎｐは、パンクチャーリングされるビット数であり、Ｋ_１は、短縮前のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、Ｋ_２は、短縮後のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、前記所定の短縮されたビット数は（Ｋ_１−Ｋ_２）である。

本発明の装置及び方法は、ＬＤＰＣ符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおいて、与えられたパリティ検査行列に関する情報を用いた可変長のＬＤＰＣ符号により、デジタルブロードキャスト通信システムの拡張性及び柔軟性を保証することができる。

また、本発明の装置及び方法は、ＬＤＰＣ符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおいて、与えられたパリティ検査行列に関する情報を用いた所定の有効受信範囲を最大に一定に保持するＬＤＰＣ符号により、チャネル送信を最大に保証することができる。

さらに、本発明の装置及び方法は、システムの要求に応じて様々なブロック長をサポートするために生成されたＬＤＰＣ符号語に短縮又はパンクチャーリングを適用するにあたり、短縮又はパンクチャーリングを実行したＬＤＰＣ符号の性能が短縮又はパンクチャーリングを実行する前のＬＤＰＣ符号のシステム性能と同様であることを保証する。したがって、ＬＤＰＣ符号への短縮及びパンクチャーリングの適用を通じてより速いデータ処理速度を保証することができる。

長さが８であるＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列の一例を示す図である。 長さが８であるＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列のタナーグラフを示す図である。 ＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号の概略的な構成を示す図である。 ＤＶＢ−Ｓ２形態のＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列の一例を示す図である。 本発明の実施形態が適用されるＬＤＰＣ符号を使用する通信システムにおける送受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態が適用されるＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号に短縮及びパンクチャーリングを適用することにより得られた性能曲線を示すグラフである。 本発明の実施形態が適用されるＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号に短縮及びパンクチャーリングを適用することにより得られた性能曲線を示すグラフである。 本発明の実施形態による短縮されたビット数対パンクチャーリングされたビット数の関係式を示すグラフである。 本発明の実施形態による短縮されたビット数対パンクチャーリングされたビット数の関係式を示すグラフである。 本発明の実施形態による短縮されたビット数対パンクチャーリングされたビット数の関係式を示すグラフである。 本発明の実施形態による短縮及びパンクチャーリングを適用したＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号の改善された性能を示すグラフである。 本発明の実施形態による短縮及びパンクチャーリングを適用したＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号の改善された性能を示すグラフである。 本発明の実施形態によるＬＤＰＣ情報語の長さに対する符号率の変化を示すグラフである。 本発明の実施形態によるパンクチャーリングパターンを適用する場合の受信器でのＬＤＰＣ復号化工程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態で提案したパンクチャーリング及び短縮がなされたＬＤＰＣ符号を使用する送信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態で提案したパンクチャーリング及び短縮がなされたＬＤＰＣ符号を使用する受信器の構成を示すブロック図である。

次に、本発明に係る低密度パリティ検査符号を使用する通信システムにおけるチャネル符号化及び復号化装置並びにその方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。本発明の他の目的、利点、及び顕著な特徴は、添付の図面及び本発明の実施形態からなされた以下の詳細な説明から、この分野の当業者に明確になるはずである。

図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一の符号及び番号を共通使用するものとする。また、下記の説明において、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は、その詳細な説明を省略する。

本発明は、ＬＤＰＣ符号に短縮及びパンクチャーリングを適用するシステムにおいて、短縮されたビットとパンクチャーリングされたビットとの比率が固定されているため引き起こされる有効受信範囲の変動を最小化するために短縮されたビットとパンクチャーリングされたビットとの比率を所定の規則により変更する方法を提供する。また、本発明は、ＬＤＰＣ符号を使用する通信システムにおいて様々なブロック長を有するＬＤＰＣ符号化 されたブロックを生成する装置及びその制御方法を提供する。

図５は、本発明が適用されるＬＤＰＣ符号を使用する通信システムにおける送受信器の構成を示すブロック図である。

図５を参照すると、入力信号ｕは、信号ｃを出力する送信器５１０のＬＤＰＣ符号化器５１１により符号化される。出力信号ｃは、無線チャネル５２０を通じて送信のために信号ｓを出力する変調器５１３により変調される。その後に、受信器５３０の復調器５３１は、受信（Ｒｘ）チャネルから信号ｒを復調し、信号ｘを出力する。ＬＤＰＣ復号化器５３３は、この復調されたＲｘチャネルに基づいて推定値

を推定する。ここで、ＬＤＰＣ符号化器５１１は、所定の方式を用いて通信システムにより要求されるブロック長に従ってパリティ検査行列を生成する。

特に、本発明に従うと、ＬＤＰＣ符号化器５１１は、追加の格納情報に対する別途の必要なしにＬＤＰＣ符号を用いて様々なブロックの長さをサポートする。本発明による様々なブロックの長さをサポートする方法は、パンクチャーリング又は短縮技術を使用する。

ここで使用される“パンクチャーリング法”は、与えられた特定のパリティ検査行列のＬＤＰＣ符号化を行い、ＬＤＰＣ符号語を生成した後に、ＬＤＰＣ符号語の特定の部分を実際に送信しない技術を意味する。したがって、受信器は、送信されない部分を消失したものと判定する。

一方、このパンクチャーリング法及び短縮法を比較してみると、この２つの技術は、ＬＤＰＣ符号語のブロック長を短くするという共通点はあるけれども、パンクチャーリング法は、短縮法とは異なり、特定のビットの値を制限しない。すなわち、このパンクチャーリング法は、特定の情報語ビット又は生成されたパリティビットの中の特定の部分をただ送信せず、受信器が送信されない特定の部分を消失として処理する。

以下、図３に示したＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列を用いてパンクチャーリング法について説明する。

図３に示したパリティ検査行列において、その全長がＮ_１であり、このパリティ検査行列の先頭部分が長さＫ_１を有する情報語ビットに対応し、残りの後方部分が長さＮ_１−Ｋ_１を有するパリティビットに対応する。

に対応し、残りの後方部分が長さＮ_１−Ｋ_１を有するパリティビット

に対応する。

すなわち、長さＮ_１を有するすでに生成されたＬＤＰＣ符号語の中でＮ_Ｐ個の予め定義された位置にあるビットのみが送信されない時、長さＮ_１−Ｎ_Ｐを有するＬＤＰＣ符号語を送信するものと同一の効果を得ることができる。

上述したパリティ検査行列において、パンクチャーリングされたビットに対応する列は、復号化工程ですべてそのまま使用される。したがって、この点でパンクチャーリング法は、短縮法とは異なる。

システムを設定する時、送信器及び受信器は、このパンクチャーリングされたビットに関する位置情報を同様に共有するか又は推定することができる。したがって、受信器は、関連するパンクチャーリングされたビットをただ消失として処理し、復号化を実行する。

このパンクチャーリングにより、送信器で実際に送信するブロック長がＮ_１−Ｎ_Ｐであり、情報語の長さが変わりなくＫ_１であるので、符号率がＫ_１／（Ｎ_１−Ｎ_Ｐ）となり、初期値として与えられた符号率Ｋ_１／Ｎ_１より常に大きくなる。

以下では、与えられたＬＤＰＣ符号化にパンクチャーリング及び短縮を同時に適用する場合の特性について説明する。

説明の便宜のために、最初のＬＤＰＣ符号のブロックの長さ及び情報語の長さをそれぞれＮ_１及びＫ_１とする。また、最終のＬＤＰＣ符号のブロックの長さ及び情報語の長さをそれぞれＮ_２及びＫ_２とする。この最終のＬＤＰＣ符号は、この最初のＬＤＰＣ符号の短縮及びパンクチャーリングを行うことにより最終的に取得しようとする。

Ｎ_１−Ｎ_２＝Ｎ_Δ及びＫ_１−Ｋ_２＝Ｋ_Ｓと定義する場合に、ＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列でＫ_Ｓビットだけの短縮を行い、Ｎ_Ｐ（＝Ｎ_Δ−Ｋ_Ｓ）ビットだけのパンクチャーリングを行うと、ブロックの長さ及び情報語の長さとしてそれぞれＮ_２及びＫ_２を有するＬＤＰＣ符号を生成することができる。

この生成されたＬＤＰＣ符号でＮ_Δ＞０又はＫ_Ｓ＞０である時、符号率が となり、一般的にＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号の符号率Ｋ_１／Ｎ_１とは異なる。したがって、代数的特性が変わる。ここで、Ｎ_Δ＝Ｋ_Ｓの場合には、短縮及びパンクチャーリングの両方ともを適用しないか又は短縮だけを行う場合に対応する。

となり、一般的にＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号の符号率Ｋ_１／Ｎ_１とは異なる。したがって、代数的特性が変わる。ここで、Ｎ_Δ＝Ｋ_Ｓの場合には、短縮及びパンクチャーリングの両方ともを適用しないか又は短縮だけを行う場合に対応する。

上述したように、ＬＤＰＣ符号は、短縮されたビット数とパンクチャーリングされたビット数を適切に調節する時、システムが要求する符号率及びブロックの長さを得ることができる。

これに関連して、本発明の実施形態は、短縮及びパンクチャーリングの特性を用いて短縮とパンクチャーリングとの比率を適切に調節することにより、符号率が相互に異なる符号を生成し、有効受信範囲を最大に一定に保持する方法を提案する。

符号率が１／５であり、Ｎ_１＝１６２００、Ｋ_１＝３２４０、Ｍ_１＝３６０、及びｑ_１＝３６であるＤＶＢ−Ｓ２符号及び符号率が４／９であり、Ｎ_１＝１６２００、Ｋ_１＝７２００、Ｍ_１＝３６０、及びｑ_１＝２５であるＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号の両方に特定のパターンの短縮及びパンクチャーリングを一定の比率で適用する場合、システム性能は、図６及び図７のようになる。

図６及び図７を参照すると、ビットエラー率（ＢＥＲ）＝１０^−５の近傍で短縮及びパンクチャーリングを全く適用しない場合及びＫ_２＝３６０である場合の性能差は、ほぼ２ｄＢに到達する。

上述したような性能差による有効受信範囲の損失を補償するために、短縮及びパンクチャーリングをＬＤＰＣ符号に適用した後のＬＤＰＣ符号に同一の符号率を適用してはならない。すなわち、さらに大きい符号化利得を得るために、さらに少ないビットのパンクチャーリングを通じて符号率が低いＬＤＰＣ符号を送信しなければならない。

例えば、図６において、Ｋ_２＝３６０である場合に、符号率１／５を保持するために、Ｎ_Ｐを１１５２０に設定した。しかしながら、Ｎ_Ｐが少しずつ減少するにつれ、符号率が徐々に減少し、これにより、Ｎ_１＝１６２００、Ｋ_１＝３２４０、Ｍ_１＝３６０、及びｑ_１＝３６であるＤＶＢ−Ｓ２符号とほとんど同様の性能を有する場合が発生する。

したがって、与えられたＬＤＰＣ符号の性能と短縮及びパンクチャーリングを適用したＬＤＰＣ符号の性能とができるだけ高い所定の値を有するようにするためには、短縮を多く適用した場合パンクチャーリングを少なく行わなければならない。

したがって、本発明は、有効受信範囲ができるだけ大きく変わらないようにしつつ簡素に適用されることができるように、図８、図９、及び図１０の関係グラフを有する短縮及びパンクチャーリング方法を提案する。

まず、図８の関係グラフは、以下の数式（７）のように表すことができる。

ここで、は、ｘより小さいか又は同一の最大整数である。

ここで、

は、ｘより小さいか又は同一の最大整数である。

数式（７）において、スロープ値を決定するＡは、Ｋ_２の値が小さくなる場合にも、ＬＤＰＣ符号の性能が低下しないように適切なＮ_Ｐの値を決定するための値に設定する。

図９の関係グラフは、下記の数式（８）のように表すことができる。

上記の数式（８）において、Ｋ_２の値が特定の値より小さいか又は同一である場合には、パンクチャーリングされたビット数を一定に保持する。他方、Ｋ_２の値が特定の値より大きい場合には、（Ｋ_１−Ｋ_２）に比例して特定の比率だけパンクチャーリングするビット数を適用する。

一方、図９において、Ｋ_２の領域は、２以上の間隔に分けられてもよく、２以上の間隔に設定されてもよい。

図１０の関係グラフは、下記の数式（９）のように表すことができる。

数式（９）は、Ｋ_２の領域によりパンクチャーリングされたビット数を不連続的に定義する。図１０において、Ｋ_２の領域は、３つの間隔に設定される。しかしながら、Ｋ_２の領域は、３つの間隔以上に分けられてもよく、３つの間隔以上に設定されてもよい。

上述の数式（７）、（８）、及び（９）に対応する図８、図９、及び図１０の共通点は、Ｋ_２の長さが短い場合に短縮とパンクチャーリングとの比率が低くなることにある。したがって、Ｋ_２が継続して小さくなる場合にも、短縮及びパンクチャーリングが適用されたＬＤＰＣ符号の性能が継続して低下しない。特に、数式（７）、（８）、及び（９）の中で、数式（７）は、すべてのＫ_２に対してパンクチャーリングされたビットの比率を異なって取ることにより優秀な性能改善を得ることができる。

しかしながら、各システムにより若干の性能改善及び低い実現複雑度を所望する場合に、数式（８）又は数式（９）により定義された方法がさらに効率的であり得る。

図１１及び図１２は、本発明の実施形態で提案した短縮及びパンクチャーリング方法の性能を理解するために、図６及び図７のＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号に数式（７）に対応する方法を適用することにより得られた性能を示すグラフである。

図６及び図７に示すように、最も小さい値を有するＫ_２の場合と最も大きい値を有するＫ_２の場合との性能差の値は、ほぼ２ｄＢである。しかしながら、図１１及び図１２を参照すると、ＢＥＲ＝１０^−５の近傍の性能差が０．４ｄＢ内に大きく減少したことがわかる。特に、図１１及び図１２は、Ｎ_１＝１６２００、Ｋ_１＝７２００、Ｍ_１＝３６０、及びｑ_１＝２５を含む特性を有し、符号率Ｒが４／９であるＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号に対する性能曲線を示す図である。

図１１において、数式（１０）は、ＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号にパンクチャーリングを適用するのに使用される。

この時、パンクチャーリングされるビット数Ｎ_Ｐは整数でなければならないため

演算を実行する。数式（１０）を使用する場合、符号率が４／９とほぼ同一の値を有する。

これは、下記の数式（１１）を用いて確認することができる。

図１２に示すように、ＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号に短縮及びパンクチャーリングを適用した後の符号が有効受信範囲を最大に一定に保持するようにするためには、下記の数式（１２）のような関係式を定義することができる。

上記の数式（１２）において、整数６／５は、スロープに関連した因子であり、設計の
便宜上、

（Ｂは、整数）の形態で限定した場合に最もよい値を有する。

上記の数式（１２）を適用した場合、情報語の長さＫ_２に対して有効なＬＤＰＣ符号率Ｒ_ｅｆｆは、下記の数式（１３）で表すことができる。

図１３は、本発明の実施形態に従って、情報語の長さＫ_２に対してこの有効なＬＤＰＣ符号率Ｒ_ｅｆｆの変化を示すグラフである。

図１３は、情報語の長さＫ_２が短くなると、符号率Ｒ_ｅｆｆも減少し、情報語の長さＫ_２が長くなると、符号率Ｒ_ｅｆｆも増加することを示す。すなわち、この有効なＬＤＰＣ符号率Ｒ_ｅｆｆも情報語の長さＫ_２の変化に従って変化する。また、Ｋ_２≦７２００の範囲で、Ｒ_ｅｆｆの値は、常に４／９より小さいか又は同一である。

参考のため、有効ＬＤＰＣ符号率Ｒ_ｅｆｆの変化に従うＬＤＰＣ符号のブロックの長さは、下記の数式（１４）のように概略的に表現することができる。

上述したように、情報語の長さに応じて符号率を変化させることにより有効受信範囲を一定に保持することができる。

数式（１３）と実質的に同様の性能を示す数学式を下記の数式（１５）で表現することができる。

上記の数式（１５）で定義するように、同様のＮ_Ｐ値を出力する異なるすべての場合にも、実現の便宜に従って適切に演算を調節し、同様の性能をサポートすることができる。

ＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号に短縮及びパンクチャーリングを適用した後のブロックの長さＫ_２＋（Ｎ_１−Ｋ_１−Ｎ_Ｐ）の値がｍの倍数でなければならない場合、Ｋ_２＋（Ｎ_１−Ｋ_１−Ｎ_Ｐ）＝ｍＣが任意の整数Ｃに対して成立するように数式（７）〜数式（１５）の値を求めるための各方法において追加の演算を実行することもある。

ここで、（Ｎ_１−Ｋ_１−Ｎ_Ｐ）は、パンクチャーリングの後に実際に送信されるパリティビットの個数である。すなわち、数式（７）〜数式（１４）で与えられた値を計算する各工程は、追加の条件に応じて少しずつ変化し得る。

図１４は、本発明の実施形態による受信器の受信工程を示すフローチャートである。

図１４を参照すると、受信器は、ステップ１００１で受信した信号に基づいてパンクチャーリング及び短縮パターンの判定又は推定を行う。

ステップ１００３で、受信器は、パンクチャーリング又は短縮がなされたビットが存在するか否かを判定する。

ステップ１００３の判定の結果、パンクチャーリングされたか又は短縮されたビットが存在しない場合、受信器は、ステップ１００９に進み復号化を実行する。

他方、ステップ１００３の判定の結果、パンクチャーリングされたか又は短縮されたビットが存在する場合、受信器は、ステップ１００５に進む。受信器は、ステップ１００５で、この判定されたパンクチャーリング／短縮パターンをＬＤＰＣ復号化器に提供する。

ＬＤＰＣ復号化器は、ステップ１００７で、この判定されたパンクチャーリングされたビットを消失したビットとして設定する。また、ＬＤＰＣ復号化器は、短縮されたビットの値がゼロである確率を１に設定する。

その後、ステップ１００９で、このパンクチャーリング及び短縮を適用したビットの復号化を実行する。

図１５は、本発明の実施形態によるパンクチャーリング及び短縮がなされたＬＤＰＣ符号を使用する送信器の構成を示すブロック図である。

図１５を参照すると、送信器は、制御部１１１０、短縮パターン適用部１１２０、ＬＤＰＣ符号パリティ検査行列抽出部１１４０、ＬＤＰＣ符号化器１１６０、及びパンクチャーリングパターン適用部１１８０を含む。

ＬＤＰＣ符号パリティ検査行列抽出部１１４０は、短縮がなされたＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列を抽出する。ＬＤＰＣ符号パリティ検査行列は、メモリに予め設定されている検査行列を用いて抽出してもよく、又は、送信器でＬＤＰＣ符号パリティ検査行列を直接生成してもよい。

制御部１１１０は、情報語の各長さに基づいて有効受信範囲を考慮して可変の短縮パターンを決定するように短縮パターン適用部１１２０を制御する。短縮パターン適用部１１２０は、短縮されたビットに対応する位置にゼロの値を有するビットを挿入するか、又は与えられたＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列から短縮されたビットに対応する列を除去する機能を果たす。

ここで、この短縮パターンは、メモリに格納されている短縮パターンに基づいて決定されてよく、又はシーケンス生成器（図示せず）を用いて生成してもよい。また、この短縮パターンは、パリティ検査行列及び与えられた情報語の長さに密度進化分析アルゴリズムなどを適用することにより決定されてもよい。

また、制御部１１１０は、変調方式及びパンクチャーリングされるビットの長さに適合したパンクチャーリングパターンを決定し、該決定されたパンクチャーリングパターンを適用するようにパンクチャーリングパターン適用部１１８０を制御する。ここで、このパンクチャーリングパターンは、シグナリング情報の長さに従って有効受信範囲を補正するように決定される。また、パンクチャーリングパターン適用部１１８０は、短縮パターンを考慮して少ないビットのパンクチャーリングを決定してもよい。

制御部１１１０及び短縮パターン適用部１１２０は、ＬＤＰＣ符号化器１１６０を通じて短縮されたＬＤＰＣ符号に基づいて符号化を実行する。ＬＤＰＣ符号化器１１６０により生成されたＬＤＰＣ符号語は、パンクチャーリングパターン適用部１１８０により変調方式及びパンクチャーリングされるビットの長さに適合するようにパンクチャーリングを実行する。

図１６は、本発明の実施形態による受信器の構成を示すブロック図である。特に、図１６は、パンクチャーリング又は短縮が適用されたＤＶＢ−Ｓ２ ＬＤＰＣ符号を使用する通信システムにおいて、送信された信号を受信し、該受信された信号からユーザが所望するデータを復元する受信器の例を示す。

図１６を参照すると、受信器は、制御部１２１０、短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部１２２０、復調器１２３０、及びＬＤＰＣ復号化器１２４０を含む。

復調器１２３０は、短縮がなされたＬＤＰＣ符号の受信及び復調を行う。短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部１２２０及びＬＤＰＣ復号化器１２４０は、この復調された信号を復調器１２３０から受信する。

制御部１２１０は、この復調された信号からＬＤＰＣ符号のパンクチャーリング又は短縮パターンに関する情報の推定又は判定を行うように短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部１２２０を制御する。その後に、短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部１２２０は、判定されたパンクチャーリング及び短縮がなされたビットに関する位置情報をＬＤＰＣ復号化器１２４０に提供する。

短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部１２２０は、メモリに格納されているパンクチャーリング及び短縮パターンを用いてパンクチャーリング及び短縮パターンを生成してもよく、又は、あらかじめ実行された生成方法を用いてパンクチャーリング／短縮パターンを生成してもよく、又は、パリティ検査行列及び与えられた情報語の長さに密度進化分析アルゴリズムを適用することによりパンクチャーリング及び短縮パターンの判定又は推定を行ってもよい。

本発明の実施形態による送信器と同様に、短縮及びパンクチャーリングの両方を適用する場合、短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部１２２０は、短縮パターンの判定又は推定をまず行ってもよく、又はパンクチャーリングパターンの判定又は推定をまず行ってもよい。また、短縮パターンの判定又は推定は、パンクチャーリングパターンの判定又は推定と同時に行われてもよい。

ＬＤＰＣ復号化器１２４０は、このパンクチャーリングされたビットがゼロである確率とこのパンクチャーリングされたビットが１である確率とが１／２に同様であると仮定し、データの復号化を実行する。また、ＬＤＰＣ復号化器１２４０は、このパンクチャーリングされたビットを消失したビットとして処理し、復号化を実行する。さらに、この短縮されたビットの値がゼロである確率が１、すなわち、１００％である。したがって、ＬＤＰＣ復号化器１２４０は、この短縮されたビットが復号化器の復号化動作に参加しないようにする。これとは異なり、ＬＤＰＣ復号化器１２４０は、この短縮されたビットがゼロである確率の値１に基づいて、この短縮されたビットが復号化器の復号化動作に参加することを許可するか否かを判定する。

パンクチャーリング／パターン判定又は推定部１２２０により短縮されたＬＤＰＣ符号の長さを確認する時、ＬＤＰＣ復号化器１２４０は、この受信した信号からユーザが所望するデータを復元する。

図１５に示したように、本発明の実施形態による送信器は、ＬＤＰＣ符号化器１１６０の入力の前段で短縮を実行し、ＬＤＰＣ符号化器１１６０の出力段でパンクチャーリングを実行する。一方、図１６に示す受信器において、ＬＤＰＣ復号化器１２４０は、パンクチャーリング及び短縮に関する情報を同時に認識しつつ復号化を実行する。

以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく様々な変更が可能であるということは、当業者には明らかであり、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で定められるべきである。

５１０ 送信機
５１１ ＬＤＰＣ符号化器
５１３ 変調器
５２０ チャネル
５３０ 受信機
５３１ 復調器
５３３ ＬＤＰＣ復号化器
１１１０ 制御部
１１２０ 短縮パターン適用部
１１４０ ＬＤＰＣ符号パリティ検査行列抽出部
１１６０ ＬＤＰＣ符号化部
１１８０ パンクチャーリングパターン適用部
１２１０ 制御部
１２２０ 短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部
１２３０ 復調器
１２４０ ＬＤＰＣ復号化器

Claims (6)

1. 低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化方法であって、
   受信した信号に基づいて短縮パターン及びパンクチャーリングパターンを判定するステップと、
   短縮又はパンクチャーリングを実行するために使用されたビットが存在する場合、前記判定された短縮パターンに従って短縮されたビットの数だけ０を挿入し、前記判定されたパンクチャーリングパターンに従ってパンクチャーリングされたビットの数だけ消失を設定し、ＬＤＰＣ復号化を実行するステップと、を有し、
   前記短縮パターン及び前記パンクチャーリングパターンを判定するステップは、下記数式（７）を用い、前記パンクチャーリングされたビット数と前記所定の短縮されたビット数との比率を表す係数Ａの値を５／４又は６／５に設定するステップを含むことを特徴とする低密度パリティ検査符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化方法。
   

   

   ここで、
   

   

   は、ｘよりも小さいか又は同一の最大整数であり、Ｎｐは、パンクチャーリングされるビット数であり、Ｋ_１は、短縮前のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、Ｋ_２は、短縮後のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、前記所定の短縮されたビット数は（Ｋ_１−Ｋ_２）である。
2. 前記パンクチャーリングされたビット数は、下記数式（１２）により決定されることを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティ検査符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化方法。
   

   
3. 前記短縮及び前記パンクチャーリング後の符号化ブロックの長さは、予め定められた条件で追加的な演算により予め定められた定数の倍数の値を有することを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティ検査符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化方法 。
4. 低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化装置であって、
   チャネルの受信及び復調を行う復調器と、
   前記復調された信号に基づいて所定の短縮及びパンクチャーリングパターンを判定し、短縮及びパンクチャーリングがなされるビットに関する位置情報をＬＤＰＣ復号化器に伝達する短縮／パンクチャーリングパターン判定又は推定部と、
   前記短縮及びパンクチャーリングがなされるビットに関する位置情報に従って、短縮されたビット数だけ０を挿入し、パンクチャーリングされたビット数だけの消失を設定し、ＬＤＰＣ符号を復号化するＬＤＰＣ復号化器とを有し、
   前記短縮及びパンクチャーリングパターンにおいて、下記数式（７）を用い、前記パンクチャーリングされたビット数と前記短縮されたビット数との比率を表す係数Ａの値を５／４又は６／５に設定することを特徴とする低密度パリティ検査符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化装置。
   

   

   ここで、
   

   

   は、ｘよりも小さいか又は同一の最大整数であり、Ｎｐは、パンクチャーリングされるビット数であり、Ｋ_１は、短縮前のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、Ｋ_２は、短縮後のＬＤＰＣ符号の情報語の長さであり、前記所定の短縮されたビット数は（Ｋ_１−Ｋ_２）である。
5. 前記パンクチャーリングされたビット数は、下記数式（１２）により決定されることを特徴とする請求項４に記載の低密度パリティ検査符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化装置。
   

   
6. 前記短縮及び前記パンクチャーリング後の符号化ブロックの長さは、予め定められた条件で追加的な演算により予め定められた定数の倍数の値を有することを特徴とする請求項４に記載の低密度パリティ検査符号を使用するデジタルブロードキャスト通信システムにおけるチャネル復号化装置 。

Images