JP5474256B2 - 入力ビット誤り率推定方法、及びその装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばデジタル伝送システムなどにおける入力ビット誤り率推定方法、及びその装置に関する。

従来の、例えば光通信で一般的な、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７０７（非特許文献１参照）に準拠するＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）伝送方式では、ＯＨ（Overhead）に含まれるＢＩＰ（Bit Interleaved Parity）という制御信号を用いて入力ビット誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Ratio）の推定をしている。ＢＩＰは、ＳＤＨフレーム内の全バイトに対して、ビット毎の偶数パリティを算出している。なお、このＢＩＰについては、非特許文献２に詳細に記載されている。

ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７０７（０３／９６） 河西、槇、辻、上田共著、「わかりやすいＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ伝送方式」、オーム社、５６−５９、１０１−１０４頁、２００１年４月

従来の入力ビット誤り率推定方法及びその装置は、以上のように構成されているため、例えば入力ＢＥＲが１Ｅ−３以上に大きくなると、正確な入力ＢＥＲ推定できなくなるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、例えば入力ＢＥＲが１Ｅ−２程度という大きな場合でも、精度の高い入力ＢＥＲ推定を実現することができる入力ビット誤り率推定方法、及びその装置を得ることを目的とする。

この発明の入力ビット誤り率推定方法は、誤り訂正符号の復号処理における復号結果のモニタ信号に基づいて、復号ビット反転率及び復号残留エラー検出率を演算する演算ステップと、前記復号残留エラー検出率に基づいて、予め設定され択一的に成立する複数の条件のうちどの条件が成立したかを判定する条件判定ステップと、前記条件判定ステップで成立したと判定した条件に応じて、入力ＢＥＲを推定するための複数の処理から１つを選択し、その処理を実行する入力ＢＥＲ推定ステップと、前記入力ＢＥＲ推定ステップでの処理結果を出力する推定結果出力ステップとを有し、前記条件判定ステップにおける前記複数の条件とは、以下の条件Ａ〜Ｃであり、
条件Ａ： Ｄ _ｒ ＜ Ｔ _ｒ
条件Ｂ： Ｔ _ｒ ≦ Ｄ _ｒ ＜ １．０
条件Ｃ： Ｄ _ｒ ＝ １．０
ただし、Ｄ _ｒ は、復号残留エラー検出率であり、Ｔ _ｒ は、条件判定閾値であり、前記入力ＢＥＲ推定ステップは、前記条件Ａが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを前記復号ビット反転率として推定し、前記条件Ｂが成立した場合に、前記復号ビット反転率を誤差補正することにより、前記入力ＢＥＲを推定し、前記条件Ｃが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを推定不能として処理する。

この発明の入力ビット誤り率推定装置は、誤り訂正符号の復号処理における復号結果のモニタ信号に基づいて、復号ビット反転率及び復号残留エラー検出率を演算する演算手段と、前記復号残留エラー検出率に基づいて、予め設定され択一的に成立する複数の条件のうちどの条件が成立したかを判定する条件判定手段と、前記条件判定手段で成立したと判定した条件に応じて、入力ＢＥＲを推定するための複数の処理から１つを選択し、その処理を実行する入力ＢＥＲ推定手段と、前記入力ＢＥＲ推定手段での処理結果を出力する推定結果出力手段とを備え、前記条件判定手段における前記複数の条件とは、以下の条件Ａ〜Ｃであり、
条件Ａ： Ｄ _ｒ ＜ Ｔ _ｒ
条件Ｂ： Ｔ _ｒ ≦ Ｄ _ｒ ＜ １．０
条件Ｃ： Ｄ _ｒ ＝ １．０
ただし、Ｄ _ｒ は、復号残留エラー検出率であり、Ｔ _ｒ は、条件判定閾値であり、前記入力ＢＥＲ推定手段は、前記条件Ａが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを前記復号ビット反転率として推定し、前記条件Ｂが成立した場合に、前記復号ビット反転率を誤差補正することにより、前記入力ＢＥＲを推定し、前記条件Ｃが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを推定不能として処理する。

この発明の入力ビット誤り率推定方法、及びその装置によれば、復号残留エラー検出率に基づいて、予め設定され択一的に成立する複数の条件のうちどの条件が成立したかを判定し、その成立した条件に応じて、入力ＢＥＲを推定するための複数の処理から１つを選択し、その処理を実行するので、例えば入力ＢＥＲが１Ｅ−２程度という大きな場合でも、精度の高い入力ＢＥＲ推定を実現することができる。

この発明の実施の形態１による入力ビット誤り率推定装置を備えたデジタル伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１の誤り訂正符号化部の具体的構成例を示すブロック図である。 図１の誤り訂正復号部の具体的構成例を示すブロック図である。 図１の通信制御部の動作を示すフローチャートである。 符号にＬＤＰＣ符号を用いた場合の図４に示す入力ＢＥＲ推定方法のシミュレーション結果を示すグラフである。 図５の一部分を拡大して示すグラフである。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるデジタル伝送システム（以下、単に「伝送システム」という）の構成を示すブロック図である。
図１において、伝送システムは、入力ビット誤り率推定装置として機能する通信制御部３と、情報源１から情報系列７１を受けるフレーム変換部１１と、フレーム変換部１１に接続された誤り訂正符号化部１２と、誤り訂正符号化部１２に接続されたＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換部１３と、Ｄ／Ａ変換部１３に接続された変調部１４と、変調部１４に接続された通信路１５と、通信路１５を介して変調部１４に接続された復調部２１と、復調部２１に接続されたＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２２と、Ａ／Ｄ変換部２２に接続されたフレーム同期部２３と、フレーム同期部２３に接続された誤り訂正復号部２４と、誤り訂正復号部２４に接続されたフレーム逆変換部２５とを有している。フレーム逆変換部２５は、受信者側機器２に接続されている。

ここで、Ｄ／Ａ変換部１３、変調部１４、通信路１５、復調部２１及びＡ／Ｄ変換部２２は、それぞれデジタル伝送システムにおいて一般的に利用されている装置構成からなる。なお、誤り訂正符号化部１２の符号語系列出力はデジタル信号であり、これを入力して変調を施した変調部１４の送信信号出力はアナログ信号である。また、Ｄ／Ａ変換部１３は、２値以上の多値変調の場合には必要であるが、２値変調の場合は必ずしも必要とは限らない。

図２は、図１の誤り訂正符号化部１２の具体的構成例を示すブロック図である。図３は、図１の誤り訂正復号部２４の具体的構成例を示すブロック図である。図２，３において、誤り訂正符号化部１２は、外符号化部３１、インタリーブ部３２、及び内符号化部３３を有している。誤り訂正復号部２４は、内復号部４１、デインタリーブ部４２、及び外復号部４３を有している。内復号部４１は、内復号制御部６１、内復号演算部６２、内復号遅延部６３、内復号訂正部６４及び内復号モニタ部６５を有している。

図４は、図１の通信制御部３の動作を示すフローチャートである。図４において、通信制御部３によって実行される入力ビット誤り率推定方法は、演算ステップＳＴ１と、条件判定ステップＳＴ２と、第１の入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ３と、第２の入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ４と、第３の入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ５と、入力ＢＥＲ推定結果出力ステップＳＴ６とを含んでいる。

即ち、通信制御部３は、演算ステップＳＴ１を実行するための演算手段と、条件判定ステップＳＴ２を実行するための条件判定手段と、第１〜第３入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ３〜５を実行するための入力ＢＥＲ推定手段と、入力ＢＥＲ推定結果出力ステップＳＴ６を実行するための推定結果出力手段とを有している（いずれも図示せず）。また、通信制御部３は、上記の各手段を実現するためのプログラムを記憶する記憶部と、そのプログラムを実行するプロセッサとを有しており（いずれも図示せず）、このプロセッサの演算処理によって、図４に示す各ステップＳＴ１〜６が実行される。

なお、図２，３では記載を省略しているが、実施の形態１の特徴である、内復号残留エラー検出率に応じて条件判定及びその条件に応じて入力ＢＥＲ推定処理を切り換えるようにできれば、様々な誤り訂正符号やフレームフォーマット、インタリーブ及びデインタリーブの構成を備えることは可能である。

次に、誤り訂正符号化部１２及び誤り訂正復号部２４の動作について説明する。図２，３において、まず、情報源１からの情報系列７１をフレーム変換部１１で所定のフレームフォーマットに変換された符号化前のフレーム系列７２と、その所定のフレームの先頭や形式などを識別することに用いる制御信号７５が、外符号化部３１に所定の直列もしくは並列の順序、又はＳＦＩ（Serdes Framer Interface）などの所定のインタフェース規格で入力される。

例えば光通信において標準的に利用されている、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７０９に準拠するＯＴＵｋ（Optical channel Transport Unit-k）フレームを考慮した場合、情報系列及び制御用信号は、ＯＴＵ Ｒｏｗ１からＲｏｗ４まで並べられて、それぞれに制御用のオーバーヘッド（ＯＨ）信号（Ｒｏｗ毎の長さ １・１６バイト）、情報系列に当たるペイロード（Ｒｏｗ毎の長さ ２３８・１６バイト）、パリティ系列（Ｒｏｗ毎の長さ １６・１６バイト）、という領域の割り当てを行う。また、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７０９のＡｐｐｅｎｄｉｘに記載されたＯＴＵｋＶフレームを考慮した場合、ＯＨ及びペイロードは、ＯＴＵｋフレームと同一長で、パリティ系列長をＯＴＵｋフレームよりも任意に長くして、それを内符号のパリティ系列に割り当てる。

なお、フレーム変換部１１は、前記のＯＴＵｋフレームや、ＯＴＵｋＶフレームなどのフレームフォーマットを考慮する場合には必要な回路となるが、フレームフォーマットを意識する必要のない、連続的に符号化することが可能なデジタル伝送システムでは、必ずしも必要であるとは限らない。また、フレーム変換部１１で変換されるフレームフォーマットは、光通信用のＯＴＵｋ（Ｖ）フレーム以外にも、加入者系有線通信、モバイル無線通信、衛星通信、又はデジタル記録装置など、様々な種類のものでも対応可能である。

図２に戻り、次に、外符号化部３１は、外符号化処理（外符号の符号化処理）を行う。具体的に、外符号化部３１は、フレーム変換部１１より入力された符号化前のフレーム系列７２に対して、入力系列調整、外符号化演算、及び出力系列調整を行い、その結果を、外符号化出力系列として出力する。

なお、外符号化の方法としては、硬判定復号に適し、相対的に回路規模を小さくできるブロック符号、特にＢＣＨ（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）符号やＲＳ（Reed-Solomon）符号などが適している。また、ブロック符号単体よりも誤り訂正能力が高い連接符号や積符号などを用いることも可能である。光通信用では、特にＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９７５．１のＡｐｐｅｎｄｉｘに記載されているような、ＯＴＵｋフレームに準拠した連接符号や積符号などを用いる（ブロック符号のＢＣＨ符号やＲＳ符号などの複数種類の組み合わせ）ような構成例が好ましい。また、ブロック符号と畳込み符号との組み合わせでも構成は可能である。

次に、インタリーブ部３２では、所定のフレームフォーマットに基づき、系列の並べ替えの処理を行い、その結果の内符号化入力系列を内符号化部３３へ出力する。

次に、内符号化部３３は、内符号化処理（内符号の符号化処理）を行う。インタリーブ部３２より入力された並べ替え後の内符号化入力系列に対して、入力系列調整、内符号化演算、及び出力系列調整を行い、その結果を、符号語系列７３としてＤ／Ａ変換部１３へ出力する。

なお、内符号化の方法としては、ＢＣＨ符号やＲＳ符号などのブロック符号、畳込み符号、畳込み型ターボ符号、ブロックターボ符号やＬＤＰＣ（Low-Density Parity-Check）符号などが適用可能である。ただし、内符号としては、誤り訂正能力の高い軟判定復号可能な符号が適しており、特にこの実施の形態１では、ＬＤＰＣ符号を用いるものとして説明する。

また、外符号化部３１及び内符号化部３３の入力系列調整及び出力系列調整では、入出力系列に対してタイミング調整、系列順調整、スクランブル・デスクランブル処理などを行う。図２の説明では、系列順調整をインタリーブ部３２のみで行うこととしているが、所定のフレームフォーマットに対応した処理であれば、例えば外符号化部３１の入力と出力とでそれぞれインタリーブ処理とデインタリーブ処理とを行う系列順調整を行ってもよいし、内符号化部３３の入力と出力とでそれぞれインタリーブ処理とデインタリーブ処理とを行う系列順調整を行ってもよいし、さらにそれらを両方行うようにしてもよい。

なお、誤り訂正符号化部１２内の各機能ブロック（回路）３１〜３３の間、その内部の各回路、誤り訂正符号化部１２に接続するフレーム変換部１１との間、及び誤り訂正符号化部１２に接続するＤ／Ａ変換部１３との間で伝達される情報(データ)は、各機能ブロックの路間を接続するバスを経由するパイプライン方式で受け渡されるように構成してもよく、又は、隣接する前後段の回路から参照可能な作業用記憶領域を設けて受け渡されるように構成してもよい。また、特定の区間、例えば外符号化部３１と内符号化部３３とを、ＳＦＩなどの所定のインタフェース規格で接続してもよい。この場合、外符号化部３１と内符号化部３３とを異なるデバイスへ組み込むことが可能となる。

次に、誤り訂正復号部２４の動作について説明する。なお、誤り訂正復号部２４は、誤り訂正符号化部１２に対応した構成になっており、誤り訂正符号化部１２によって符号化された誤り訂正符号を復号する機能を有している。図３において、まず、Ａ／Ｄ変換部２２にて処理された量子化受信系列８２と、フレーム同期部２３にて調整された、所定フレームの先頭や形式などを識別することに用いる制御信号８５が、内復号部４１に所定の直列もしくは並列の順序、又はＳＦＩなどの所定のインタフェース規格で入力される。

なお、フレーム同期部２３は、前記のＯＴＵｋフレーム、ＯＴＵｋＶフレームなどのフレームフォーマットを考慮する場合には、送信側で付加されて、量子化受信系列８２に含まれているＯＨを検出してフレームの先頭位置を特定するために必要な回路となるが、フレームフォーマットを意識する必要のない、連続的に符号化することが可能なデジタル伝送システムでは、必ずしも必要であるとは限らない。また、フレーム同期部２３で同期検出処理されるフレームフォーマットは、光通信用のＯＴＵｋ（Ｖ）フレーム以外にも、加入者系有線通信、モバイル無線通信、衛星通信、又はデジタル記録装置など、様々な種類のフレームフォーマットでも対応可能である。

なお、Ａ／Ｄ変換部２２にて処理された量子化受信系列８２が、送信１シンボルあたりｑビットに量子化されている場合、ｑ＝１の場合を「硬判定」と称し、ｑ＞１の場合を「軟判定」と称するが、この実施の形態１では、軟判定を想定する。ただし、硬判定でもこの実施の形態１を構成することは可能である。また、この後の系列の処理は、送信１シンボルあたりｑビットを１シンボルとみなして、そのシンボルを一まとめで処理することを想定して記載する。

図３に戻り、内復号部４１は、内復号処理（内符号の復号）を行う。具体的に、内復号部４１は、Ａ／Ｄ変換部２２により処理された量子化受信系列８２に対して、入力系列調整、内復号演算、及び出力系列調整を行い、その結果を、内復号出力系列１０３として出力する。

ここで、この内復号の処理は、内符号化の方法に応じて行われる。ＢＣＨ符号やＲＳ符号などのブロック符号を選択した場合には、硬判定復号を行うのが好ましく、畳込み符号を選択した場合には軟判定復号を行うのが好ましく、畳込み型ターボ符号や、ブロックターボ符号やＬＤＰＣ符号などを用いた場合には軟判定繰り返し復号を行うのが好ましい。特にこの実施の形態１では、ＬＤＰＣ符号に対する軟判定繰り返し復号を用いるものとして説明する。なお、この内復号のより具体的な処理については、後述する。

図３に戻り、デインタリーブ部４２では、所定のフレームフォーマットに基づき、また誤り訂正符号化部１２のインタリーブ部３２に対応した、系列の並べ直しの処理を行い、その結果の外復号入力系列を外復号部４３へ出力する。

次に、外復号部４３は、外復号処理（外符号の復号処理）を行う。デインタリーブ部４２より入力された外復号入力系列に対して、入力系列調整、外復号演算、及び出力系列調整を行い、その結果を、推定符号語系列８３として出力する。

なお、この外復号の処理は、外符号化の方法に応じて行う。硬判定復号に適したブロック符号、特にＢＣＨ符号やＲＳ符号などを選択した場合、外復号部４３で行う外復号処理において、外符号化に対応した硬判定限界距離復号を行う。また、外符号化の方法として、連接符号や積符号などを用いた場合、外復号部４３において、硬判定繰り返し復号を行うのが好ましい。

なお、内復号結果として、軟判定情報（送信１シンボル当りＱ'ビット、Ｑ'＞１）を出力して、外符号で軟判定繰り返し復号を行うことも可能である。また、内復号結果として、消失フラグ（送信１シンボルが消失していたら１を、それ以外を０とするフラグ）も追加出力して、外符号で消失訂正に基づく復号を行うことも可能である。ただし、外復号処理は硬判定情報（Ｑ'＝１）をもとに、硬判定復号するのが好ましい。

フレーム逆変換部２５（送信側のフレーム変換部１１に対応）は、誤り訂正復号部２４から、所定のフレームフォーマットで構成されている推定符号語系列８３及びその所定のフレームの先頭や形式などを識別することに用いる制御信号８６を、所定の直列もしくは並列の順序、又はＳＦＩなどの所定のインタフェース規格で受ける。そして、フレーム逆変換部２５は、推定符号語系列８３に含まれるＯＨ信号（オーバーヘッド信号）に対応するビット、パリティ系列に対応するビットを除去するフレーム逆変換を行い、推定情報系列８４を受信者側機器２へ出力する。

なお、フレーム逆変換部２５は、前記のＯＴＵｋフレーム、ＯＴＵｋＶフレームなどのフレームフォーマットを考慮する場合には必要な機能ブロックとなるが、フレームフォーマットを意識する必要のない、連続的に符号化することが可能なデジタル伝送システムでは、必ずしも必要であるとは限らず、省略してもよい。また、フレーム逆変換部２５で逆変換されるフレームフォーマットは、光通信用のＯＴＵｋ（Ｖ）フレーム以外にも、加入者系有線通信、モバイル無線通信、衛星通信、又はデジタル記録装置など、様々な種類のフレームフォーマットでも対応可能である。

なお、内復号部４１及び外復号部４３の入力系列調整及び出力系列調整は、入出力系列に対してタイミング調整、系列順調整、及びスクランブル・デスクランブル処理などを行う。図３の説明では、系列順調整をデインタリーブ部４２のみで行うこととしているが、この処理は誤り訂正符号化部１２に対応したものであり、所定のフレームフォーマットに対応した処理であれば、例えば内復号部４１の入力と出力とでそれぞれインタリーブ処理とデインタリーブ処理とを行う系列順調整を行ってもよいし、外復号部４３の入力と出力とでそれぞれインタリーブ処理とデインタリーブ処理とを行う系列順調整を行ってもよいし、さらに、それらを両方行うようにしてもよい。

なお、誤り訂正復号部２４内の各機能ブロック４１〜４３間、その内部の各機能ブロック６１〜６５間、誤り訂正復号部２４に接続するフレーム同期部２３との間、及び誤り訂正復号部２４に接続するフレーム逆変換部２５との間で伝達される情報(データ)は、各機能ブロック間を接続するバスを経由するパイプライン方式で受け渡されるように構成してもよく、又は、隣接する前後の機能ブロック（回路）から参照可能な作業用記憶領域を設けて受け渡されるように構成してもよい。また、特定の区間、例えば内復号部４１と外復号部４３とをＳＦＩなどの所定のインタフェース規格で接続してもよい。この場合、内復号部４１と外復号部４３とを異なるデバイスへ組み込むことが可能となる。

次に、内復号部４１の動作について、より具体的に説明する。ここでは、図３を用いて、内復号処理の説明をする。内復号部４１は、Ａ／Ｄ変換部２２にて処理された量子化受信系列８２に対して、フレーム同期部２３にて調整された制御信号８５に基づいて、入力タイミング調整、系列順調整、及びデスクランブル処理などを行う。フレーム同期部２３からの出力が、ＳＦＩなどの所定のインタフェース規格へ変換してから出力されている場合、その逆変換も行う。これらの処理は、制御信号８５を受けた内復号制御部６１にて制御される。

内復号演算部６２は、内復号制御部６１による制御の下で、量子化受信系列８２に対して、軟入力値演算を行う。例えば、軟判定復号に適した符号、例えば畳込み符号、畳込み型ターボ符号、ブロックターボ符号、ＬＤＰＣ符号などを選択した場合には、内復号演算部６２は、送信１シンボルあたりｑビットの量子化受信系列８２を、送信１シンボルあたりＱビットの軟入力値へ変換する。この変換は、硬判定復号を行う場合は不要となる。また、送信１シンボルあたりｑビットの量子化受信系列をそのまま軟入力値とみなして処理することが可能な場合は、同様に不要となる。

具体的な処理方法は、採用する符号や、通信路モデルなどにより異なるが、実施の形態１では、どのような方法であっても、適用することができる。特に、この実施の形態１では、送信１シンボルあたりｑビットの量子化受信系列８２を、送信１シンボルあたりＱビットの軟入力値へ変換する例について説明する。

図３に戻り、次に、内復号演算部６２は、軟入力値に対して内復号演算を行い、その結果の内復号演算結果系列１０１を内復号訂正部６４へ出力する。この内復号の処理は、内符号化の方法に応じて行う。ＢＣＨ符号やＲＳ符号などのブロック符号を選択した場合には、硬判定限界距離復号を行うのが好ましく、畳込み符号を選択した場合は軟判定復号を行うのが好ましく、畳込み型ターボ符号、ブロックターボ符号やＬＤＰＣ符号などを用いた場合は軟判定繰り返し復号を行うのが好ましい。特に、この実施の形態１では、ＬＤＰＣ符号に対する軟判定繰り返し復号を用いるものとして説明する。

内復号演算部６２からの出力である、内復号演算結果系列１０１は、例えば、２元の外復号処理が硬判定情報（Ｑ'＝１）のみをもとに硬判定復号する場合は、硬判定受信系列に対して反転するかどうかを示すフラグの系列で表される。これは、「１なら反転 ／ ０ならそのまま」を意味する。以下、本明細書では、このフラグを反転フラグとし、特に反転フラグが１のものを反転ビットとして説明する。

また、内復号演算結果系列１０１として、多元シンボルの復号結果を出力する場合や、軟判定情報（Ｑ'＞１）を出力する場合も、所定のビット幅の多元シンボル数値、又は軟判定繰り返し演算結果の量子化事後確率の系列で表すこともできる。特にこの実施の形態１では、反転フラグを用いるものとして説明する。

図３に戻り、内復号遅延部６３は、内復号制御部６１による制御の下で、量子化受信系列８２を受けて、内復号演算部６２の処理遅延に応じた遅延処理を行い、その結果である内復号遅延処理系列１０２を内復号訂正部６４へ出力する。

例えば、外復号処理が２元の硬判定情報（Ｑ'＝１）のみをもとに硬判定復号する場合には、量子化受信系列８２のうち、硬判定受信系列に対応する２元の情報を、バッファなどに保持して、内復号演算部６２の演算処理完了に合わせて内復号訂正部６４へ出力すればよい。また、内復号演算結果系列１０１として、多元シンボルの復号結果を出力する場合や、軟判定情報（Ｑ'＞１）を出力する場合も、所定のビット幅の量子化受信系列８２を、バッファなどに保持して、内復号演算部６２の演算処理完了に合わせて内復号訂正部６４へ出力することもできる。特に、この実施の形態１では、硬判定受信系列に対して遅延処理を行うものとして説明する。

図３に戻り、内復号訂正部６４は、内復号制御部６１による制御の下で、内復号演算部６２から出力される内復号演算結果系列１０１、及び内復号遅延部６３から出力される内復号遅延処理系列１０２に基づいて、内復号出力系列１０３を算出して出力する。

例えば、外復号処理が２元の硬判定情報（Ｑ'＝１）のみをもとに硬判定復号する場合には、内復号訂正部６４は、内復号遅延処理系列１０２に対して、内復号演算結果系列１０１を構成する反転フラグの中で、反転ビットに対応する（値が１のもの）に対してのみ、内復号遅延処理系列１０２の対応するビットを反転する処理（２元の排他的論理和の演算にあたる）を行う。なお、内復号演算結果系列１０１が多元シンボルである場合や、外復号処理で軟判定情報（Ｑ'＞１）を用いる場合も、それぞれに応じた訂正処理を行うことができる。

次に、実施の形態１の特徴である、内復号残留エラー検出率に基づく条件判定と、及びその条件判定結果に応じた入力ＢＥＲ推定処理とを含む入力ビット誤り率推定方法について説明する。まず、図３において、入力ＢＥＲ推定処理に必要なモニタ信号８７の説明をする。内復号モニタ部６５は、内復号演算部６２からの出力である第１の内部モニタ信号１０４と、内復号訂正部６４からの出力である第２の内部モニタ信号１０５とを受けて、モニタ信号８７を生成して、通信制御部３へ出力する。

次に、内復号演算部６２からの出力である第１の内部モニタ信号１０４について説明する。この信号は、内復号演算部６２において、内復号演算処理の結果、即ち内復号演算結果系列１０１に残留エラーが含まれていることを検出したかどうかを示すものである。例えば、ＢＣＨ符号やＲＳ符号などのブロック符号に対する硬判定限界距離復号では、シンドロームの状態により、処理対象の系列が訂正できるかどうかを判断できるため、その誤り検出（つまり訂正不可フラグ）の結果を出力する。

また、ＬＤＰＣ符号に対する軟判定繰り返し復号の場合は、復号結果に対するパリティ検査（これもシンドロームに対応する）が全ゼロでない場合は、処理対象の系列に残留エラーを含んでいると判定できるため、このパリティ検査の結果である残留エラーフラグを出力する。特に、この実施の形態１では、ＬＤＰＣ符号に対する軟判定繰り返し復号の復号結果に対するパリティ検査を実施し、その判定結果である残留エラーフラグを第１の内部モニタ信号１０４として出力するものとする。

なお、内復号演算部６２において、複数の符号語に対応する量子化受信系列８２を複数の演算回路で並列処理する場合は、前記の残留エラーフラグの加算結果を出力してもよい。

次に、内復号訂正部６４からの出力である第２の内部モニタ信号１０５について説明する。この信号は、内復号訂正部６４において、内復号訂正処理の結果、即ち内復号遅延処理系列１０２に対してビット反転した数の合計を示すものである。内復号訂正部６４は、例えば、外復号処理が２元の硬判定情報（Ｑ'＝１）のみをもとに硬判定復号する場合には、内復号演算結果系列１０１を構成する反転フラグの１の数の合計を出力する。

内復号演算結果系列１０１が多元シンボルである場合や、外復号処理で軟判定情報（Ｑ'＞１）を用いる場合にも、内復号訂正部６４は、それぞれの誤り数値や量子化事後確率に応じて、最終的に内復号出力系列１０３に対して硬判定に対応するビットに対してビット反転した数の合計を出力する。特に、この実施の形態１では、内復号演算結果系列１０１を構成する反転フラグの１の数の合計を内復号訂正部６４が出力するものとする。

図３に戻り、内復号モニタ部６５は、前記の第１の内部モニタ信号１０４と第２の内部モニタ信号１０５とを受けて、モニタ信号８７の生成のための処理を行う。具体的には、前記の第１の内部モニタ信号１０４に含まれる残留エラーフラグと、前記の第２の内部モニタ信号１０５に含まれるビット反転数とを、それぞれ個別に積算する。

なお、このモニタ信号積算処理の制御は、例えば内復号モニタ部６５の内部動作クロックの所定のタイミングに応じて、開始・終了としてもよいし、通信制御部３からの信号に応じて開始・終了としてもよい。

そして、内復号モニタ部６５は、この積算結果を、モニタ信号の制御信号とともに、モニタ信号８７として通信制御部３へ出力する。

次に、通信制御部３の入力ＢＥＲ推定動作について説明する。図４は、図１の通信制御部３による入力ビット誤り率推定動作を示すフローチャートである。このフローチャートによる動作説明に先立って、次のように各記号を定義する。
内復号残留エラー回数： Ｄ
内復号ビット反転数： Ｅ
フレーム数： Ｆ
フレーム毎ビット数： Ｎ
内復号残留エラー検出率１２３： Ｄ_r
内復号ビット反転率１２１： Ｅ_r
条件判定閾値： Ｔ_r

ここで、内復号残留エラー回数Ｄと内復号ビット反転数Ｅとは、通信制御部３に入力されるモニタ信号８７に含まれている。これらは、所定の時間単位で累積されたものである。なお、その所定の時間単位で内復号演算されたフレーム数Ｆは、モニタ信号８７に含めてもよく、又は所定の時間の数値より推定演算することなどによって求めてもよい。ただし、ここでのフレーム数とは、フレーム変換部１１にて処理される単位ではなく、内復号部４１にて処理される単位（つまり内符号の符号語の総数）に対応する。

フレーム毎ビット数Ｎは、フレームフォーマットや内符号の符号構成によって予め定まるものである。ただし、ここでのフレームの単位は、フレーム変換部１１にて処理される単位ではなく、内復号部４１にて処理される単位（つまり内符号の符号語の符号長）に対応する。

図４に戻り、演算ステップＳＴ１では、通信制御部３は、モニタ信号８７より得られる内復号残留エラー回数Ｄ及び内復号ビット反転数Ｅと、フレーム数Ｆ及びフレーム毎ビット数Ｎとをもとに、以下の演算により、内復号残留エラー検出率Ｄ_r及び内復号ビット反転率Ｅ_rを算出する。
Ｄ_r ＝ Ｄ／Ｆ ・・・ （１）
Ｅ_r ＝ Ｅ／（Ｆ・Ｎ） ・・・ （２）

次に、条件判定ステップＳＴ２では、通信制御部３は、内復号残留エラー検出率Ｄ_rに基づいて、予め設定され択一的に成立する複数の条件Ａ〜Ｃのうちどの条件が成立したかを判定する。具体的に、通信制御部３は、以下の条件判定を行い、成立した条件に応じて、処理の移行先のステップを決定する。
条件Ａ： Ｄ_r ＜ Ｔ_r → ＳＴ３へ
条件Ｂ： Ｔ_r ≦ Ｄ_r ＜ １．０ → ＳＴ４へ
条件Ｃ： Ｄ_r ＝ １．０ → ＳＴ５へ

そして、通信制御部３は、条件判定ステップＳＴ２で成立したと判定した条件に応じて、入力ＢＥＲを推定するための複数の処理、即ちステップＳＴ３〜５の処理から１つを選択し、その処理を実行する（入力ＢＥＲ推定処理を切り換えて実行する）。具体的に、通信制御部３は、条件判定ステップＳＴ２において条件Ａが成立したと判定した場合、第１の入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ３で、「Ｅｒ ≒ 真の入力ＢＥＲ１２２」と推定して、入力ＢＥＲ推定結果出力ステップＳＴ６へ移行する。この推定の根拠については後述する。

一方、通信制御部３は、条件判定ステップＳＴ２において条件Ｂが成立したと判定した場合、第２の入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ４で、「Ｅ_rを誤差補正して」それを真の入力ＢＥＲ１２２と推定して、入力ＢＥＲ推定結果出力ステップＳＴ６へ移行する。この推定の根拠についても後述する。

他方、通信制御部３は、条件判定ステップＳＴ２において条件Ｃが成立したと判定した場合、第３の入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ５で、「真の入力ＢＥＲ１２２は推定不能」と判断して、入力ＢＥＲ推定結果出力ステップＳＴ６へ移行する。この判断の根拠についても後述する。

最後に、入力ＢＥＲ推定結果出力ステップＳＴ６では、通信制御部３は、入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ３〜５の処理結果である入力ＢＥＲ推定値又は推定不能フラグを出力する。

ここで、図４に示す入力ＢＥＲ推定方法の有効性をシミュレーション（計算機検証）により検証した結果について、図５，６を用いて以下に説明する。図５は、内符号にＬＤＰＣ符号を用いた場合の図４に示す入力ＢＥＲ推定方法のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図６は、図５の一部分を拡大して示すグラフである。

図５において、横軸は真の入力ＢＥＲ１２２を示し、縦軸は以下のプロットの数値である。○印及び□印は、それぞれ内復号ビット反転率Ｅ_r及び内復号残留エラー検出率Ｄ_rとを示し、−印及び＋印は、それぞれ真の入力ＢＥＲ１２２及び真の内復号出力ＦＥＲ（Ｆｒａｍｅ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｉｏ）１２４を示す。

図５に示す領域１６１では、内復号ビット反転率Ｅ_rは真の入力ＢＥＲ１２２とほぼ等しいことがわかる。唯一、入力ＢＥＲが１Ｅ−２程度の高い領域１６２の部分のみ、内復号ビット反転率Ｅ_rは、真の入力ＢＥＲ１２２に対して誤差が生じていることがわかる。このことから、入力ＢＥＲ推定方法として、入力ＢＥＲの低い領域１６１では、内復号ビット反転率Ｅ_rを真の入力ＢＥＲ１２２とみなし、入力ＢＥＲの高い領域１６２の部分のみ誤差補正する、という方法が妥当であると考えられる。

また、内復号残留エラー検出率Ｄ_rは、どの領域でも、真の内復号出力ＦＥＲ１２４とほぼ等しいことがわかる。これは、特にＬＤＰＣ符号の場合、誤訂正による見逃し誤りがほとんど生じないという性質に起因するものと考えられる。

前述の、内復号残留エラー検出率Ｄ_rが真の内復号出力ＦＥＲ１２４とほぼ等しいという特徴を利用することで、前述の誤差補正を行うことが、実施の形態１による入力ビット誤り率推定方法及びその装置の主要な要素である。この誤差補正の詳細について、図６を用いて以下に説明する。

図６において、真の入力ＢＥＲ１２２の高さに応じて、領域を３つに分割する。ここでは、真の入力ＢＥＲ１２２の低い順に、領域１６３、領域１６４、領域１６５と分ける。なお、この領域分割は、図４の条件判定ステップＳＴ２における条件判定、及び条件Ａ、Ｂ、Ｃへの分岐に対応している。

領域１６３と領域１６４との分割は、内復号残留エラー検出率Ｄ_rと条件判定閾値Ｔ_rとの比較によって行う。この条件判定閾値Ｔ_rの値は、符号化方式や通信路条件、量子化ビット幅ｑなどによって異なるが、この図６の例では、例えばＴ_r＝０．５という数値が妥当と考えられる。また、領域１６４と領域１６５との分割は、内復号残留エラー検出率Ｄ_rが１に等しいかどうかで判断する。

図６に戻り、領域１６３（条件Ａ）では、図から明らかなように、内復号ビット反転率Ｅ_rが真の入力ＢＥＲ１２２とほぼ等しくなっている。よって、ポイント１４１に示すように、「Ｅｒ ≒ 真の入力ＢＥＲ１２２」と推定することができる。この入力ＢＥＲ推定は、図４の第１の入力ＢＥＲ推定ステップＳＴ３における推定動作に対応している。

また、領域１６４（条件Ｂ）では、内復号ビット反転率Ｅ_rが真の入力ＢＥＲ１２２に対して誤差が生じていることがわかる。しかしながら、ポイント１４２に示す内復号残留エラー検出率Ｄ_rからたどると、ポイント１４３に示すようなわずかな誤差を補正すれば、正確な入力ＢＥＲ推定を行うことができると考えられる。

この領域１６４（条件Ｂ）における誤差補正の具体的な方法としては、例えば、内復号ビット反転率Ｅ_rに固定値を加算するという方法がある。また、より正確な方法としては、例えば、内復号ビット反転率Ｅ_rに加算する補正値のテーブルを通信制御部３に予め用意しておき、その補正値加算を行うという方法がある。この補正値テーブルは、内復号残留エラー検出率Ｄ_rの数値に対応してそれぞれ異なる補正値を保存するものである。なお、補正値テーブルは、領域１６４（条件Ｂ）に対応する部分のみを準備すればよいため、全領域の数値を保存する場合に比べて、非常に小さなものとなる。

図６に戻り、領域１６５（条件Ｃ）では、ＬＤＰＣ符号の訂正能力を超えている高い入力ＢＥＲの領域であり、全ての復号結果において内復号残留エラーを検出している状況である。そのため、ポイント１４４に示すとおり、真の入力ＢＥＲ１２２が領域１６５の中のどの位置にあるのか、判断することができない。よってこの場合は、「真の入力ＢＥＲ１２２は推定不能」と判断する。

以上のように、実施の形態１によれば、内復号残留エラー検出率と内復号ビット反転率とを演算する演算ステップと、内復号残留エラー検出率に基づいて、予め設定され択一的に成立する複数の条件のうちどの条件が成立したかを判定する条件判定ステップと、その成立した条件に応じて、入力ＢＥＲを推定するための複数の処理から１つを選択し、その処理を実行する入力ＢＥＲ推定ステップと、推定結果を出力する入力ＢＥＲ推定結果出力ステップとを含むようにしたので、例えば入力ＢＥＲが１Ｅ−２程度という大きな場合でも、精度の高い入力ＢＥＲ推定を実現することができる。

ここで、実施の形態１による入力ビット誤り率推定方法及びその装置は、外符号として硬判定復号を行うブロック符号、連接符号又は積符号、内符号として軟判定繰り返し復号を行うＬＤＰＣ符号を用いた連接符号方式において、内符号であるＬＤＰＣ符号の内復号ビット反転率及び内復号残留エラー検出率に基づいて、入力ＢＥＲ推定を行う場合の例を示した。しかしながら、その他の形式、例えばＬＤＰＣ符号単体を用いる符号方式や、硬判定復号を行うブロック符号、連接符号もしくは積符号を単体として用いる場合、それらを内符号として用いる場合、又は軟判定復号を行う畳込み符号とＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）とを組み合わせる場合など、様々な形式でも、構成することは可能である。ただし、この発明の実施の形態１による構成が、性能面及び回路構成面において、最も好適なものといえる。

特に、内符号としてＬＤＰＣ符号を用いる場合、ＬＤＰＣ符号で大半のビット誤りを訂正していること、またＬＤＰＣ符号の復号残留エラーをほぼ検出できること、さらにビット誤り訂正（ビット反転）と残留エラー検出とを同時に行うことができるので、より正確な入力ＢＥＲ推定を行うことができる。ちなみに、ＢＣＨ符号やＲＳ符号を硬判定限界距離復号する場合には、訂正不可（残留エラー検出）時は、同時に誤り訂正（ビット反転）をすることができないため、この事象における入力ビット誤りが、入力ＢＥＲ推定においては推定精度の劣化を招く。

また、内符号と外符号とが異なるデバイスに実装される場合、通常は外符号の復号結果とを組み合わせる必要があり、実装が困難である。これに対して、この発明の実施の形態１では、内符号の復号結果のみを用いるため、実装が容易である。

なお、実施の形態１において、上記具体例に示した構成に制約されることはなく、誤り訂正符号化の方法、フレームフォーマットの形式、入出力の形式、伝送速度などについて、実現可能な組み合わせであれば、適宜組み合わせることが可能であり実現され得ることは言うまでもない。

また、この発明は、光伝送システムに限定されて適用されることはなく、加入者系有線通信、モバイル無線通信、衛星通信、又はデジタル記録装置など、様々な種類の伝送システムにも適用可能である。

Claims (4)

1. 誤り訂正符号の復号処理における復号結果のモニタ信号に基づいて、復号ビット反転率及び復号残留エラー検出率を演算する演算ステップと、
   前記復号残留エラー検出率に基づいて、予め設定され択一的に成立する複数の条件のうちどの条件が成立したかを判定する条件判定ステップと、
   前記条件判定ステップで成立したと判定した条件に応じて、入力ＢＥＲを推定するための複数の処理から１つを選択し、その処理を実行する入力ＢＥＲ推定ステップと、
   前記入力ＢＥＲ推定ステップでの処理結果を出力する推定結果出力ステップと
   を有し、
   前記条件判定ステップにおける前記複数の条件とは、以下の条件Ａ〜Ｃであり、
   条件Ａ： Ｄ _ｒ ＜ Ｔ _ｒ
   条件Ｂ： Ｔ _ｒ ≦ Ｄ _ｒ ＜ １．０
   条件Ｃ： Ｄ _ｒ ＝ １．０
   ただし、Ｄ _ｒ は、復号残留エラー検出率であり、Ｔ _ｒ は、条件判定閾値であり、
   前記入力ＢＥＲ推定ステップは、
   前記条件Ａが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを前記復号ビット反転率として推定し、
   前記条件Ｂが成立した場合に、前記復号ビット反転率を誤差補正することにより、前記入力ＢＥＲを推定し、
   前記条件Ｃが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを推定不能として処理する
   ことを特徴とする入力ビット誤り率推定方法。
2. 前記演算ステップは、２種類あるいはそれ以上の誤り訂正符号を組み合わせた誤り訂正符号方式における最も内側の誤り訂正符号の復号結果のモニタ信号に基づいて演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の入力ビット誤り率推定方法。
3. 上記演算ステップは、誤り訂正符号としてＬＤＰＣ符号を用いる場合の復号結果のモニタ信号に基づいて演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の入力ビット誤り率推定方法。
4. 誤り訂正符号の復号処理における復号結果のモニタ信号に基づいて、復号ビット反転率及び復号残留エラー検出率を演算する演算手段と、
   前記復号残留エラー検出率に基づいて、予め設定され択一的に成立する複数の条件のうちどの条件が成立したかを判定する条件判定手段と、
   前記条件判定手段で成立したと判定した条件に応じて、入力ＢＥＲを推定するための複数の処理から１つを選択し、その処理を実行する入力ＢＥＲ推定手段と、
   前記入力ＢＥＲ推定手段での処理結果を出力する推定結果出力手段と
   を備え、
   前記条件判定手段における前記複数の条件とは、以下の条件Ａ〜Ｃであり、
   条件Ａ： Ｄ _ｒ ＜ Ｔ _ｒ
   条件Ｂ： Ｔ _ｒ ≦ Ｄ _ｒ ＜ １．０
   条件Ｃ： Ｄ _ｒ ＝ １．０
   ただし、Ｄ _ｒ は、復号残留エラー検出率であり、Ｔ _ｒ は、条件判定閾値であり、
   前記入力ＢＥＲ推定手段は、
   前記条件Ａが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを前記復号ビット反転率として推定し、
   前記条件Ｂが成立した場合に、前記復号ビット反転率を誤差補正することにより、前記入力ＢＥＲを推定し、
   前記条件Ｃが成立した場合に、前記入力ＢＥＲを推定不能として処理する
   ることを特徴とする入力ビット誤り率推定装置。

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