JP5602312B2 - 誤り訂正復号装置 - Google Patents

Description

この発明は、デジタルデータ伝送における受信データの符号の誤りを訂正し復号する誤り訂正復号装置に関するものである。

従来の誤り訂正復号装置では、符号の最小距離によって定まる誤り訂正可能ビット数を超える場合の訂正について、受信系列から計算されるシンドロームに対してＲＯＭ（Read-Only Memory ）にあらかじめ一意に特定可能な誤りパターンを記憶させることにより、誤りベクトルを導き出し誤り訂正を行っていた（例えば特許文献１）。
また、符号の最小距離によって定まる誤り訂正可能ビット数を超える場合の訂正を行う他の方法の場合、受信系列から計算されるシンドロームから硬判定復号を行った結果と尤度情報を利用して軟判定復号を行った結果から、符号の最小距離によって定まる誤り訂正可能ビット数を超える場合の誤り訂正を行っていた（例えば特許文献２）。

特開平4-88725号公報 特開平10-256919号公報

従来の特許文献１に示されているような誤り訂正復号装置では、シンドロームに対して、誤りパターンを出力するためのＲＯＭが必要となり、誤り訂正能力を高くするために誤り訂正符号のチェックビット数を大きく取った符号を用いた場合には、シンドロームのビット幅が大きくなるためにＲＯＭの容量が大きくなってしまう問題があった。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、チェックビット長が大きい場合に、メモリを用いずに符号の最小距離によって定まる誤り訂正可能ビット数を超える場合の訂正を行えるようにしたものである。

また、従来の特許文献２に示されているような誤り訂正復号装置では、受信状態から軟判定情報を生成する軟判定生成回路と軟判定復号装置が必要となり回路規模が大きくなる問題がある。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、硬判定情報のみの復号を行なうことにより、回路規模を削減し、符号の最小距離によって定まる誤り訂正可能ビット数を超える場合の訂正を行えるようにしたものである。

この発明に係る誤り訂正復号装置は、受信データから生成多項式で除算を行った剰余多項式の係数をシンドロームとして計算するシンドローム生成部と、情報ビットのすべてのエラーパターンを生成する情報ビットエラーパターン生成手段と、チェックビット部分は、すべて０とし、情報ビット部分は、上記情報ビットエラーパターン生成部からの各情報ビットのエラーパターンを受信系列としたときのシンドロームの生成を行い、このシンドロームとシンドローム生成部からのシンドロームとからチェックビットのエラーパターンを計算するチェックビットエラーパターン生成部と、情報ビットとチェックビットのエラーパターンの重みがあらかじめ定められた値よりも小さい符号の組み合わせに対して、生成されたエラーパターンを訂正する誤り訂正部を備える。

この発明に係る誤り訂正復号装置によれば、情報ビット部のすべてのエラーパターンに対して、生成されたシンドローム値からチェックビット部分のエラーパターンを生成し、全体のエラービット数があらかじめ定めた閾値よりも小さい場合に誤り訂正を行うようにしたため、閾値の値を符号の最小距離により定まる誤りビット数よりも大きなビット数を取ることにより、シンドロームから直接誤りパターンを出力するようなＲＯＭを持つことをしなくてもエラーパターンを発生させることができ、閾値の値を符号の最小距離によって定まる誤り訂正可能ビット数よりも大きな値をとることにより、誤り訂正能力を向上できる効果がある。

この発明の実施の形態１による誤り訂正復号装置のブロック図である。 この発明の実施の形態２による誤り訂正復号装置のブロック図である。 この発明の実施の形態３による誤り訂正復号装置のブロック図である。 この発明の誤り訂正復号装置を利用し秘密鍵情報を生成する秘密鍵生成装置のブロック図である。 この発明の誤り訂正復号装置を利用し秘密鍵情報を生成する他の秘密鍵生成装置のブロック図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による誤り訂正復号装置を示したブロック図である。図１において１はｎビットの受信語入力に対して、シンドロームを生成するシンドローム生成部、２はｎビットの受信されたデータを保持するための受信語保持部、３はｋビットの情報ビットのエラーパターンに対して２^k通りのすべてのエラーパターンを生成する情報ビットエラーパターン生成部、４は情報ビットエラーパターン生成部３で生成された情報ビットエラーパターンとシンドローム生成部１で生成されたシンドロームから(ｎ−ｋ)ビットのチェックビット部のエラーパターンを生成するチェックビットエラーパターン生成部、５は情報ビットエラーパターン生成部３で生成された情報ビットエラーパターンとチェックビットエラーパターン生成部４で生成されたチェックビット部のエラーパターンから受信語全体のエラービット数をカウントするエラーカウント部である。

６はエラーカウント部５から出力されるエラービット数と、あらかじめ定められた誤り訂正閾値との比較を行う比較部、７は比較部６で閾値よりも小さいエラービット数であるエラーパターンとなる組み合わせの個数をカウントするカウンタ、８は比較部６において、エラービット数が閾値よりも小さい状態でカウンタ７の値が０のときに生成されたエラーパターンを記憶するエラーパターン保持部、９は受信語保持部２に保持されている受信語にエラーパターン保持部８に保持されているエラーパターンを加算して誤り訂正を行う誤り訂正部である。また、点線で囲まれている１００−１は実施の形態１におけるエラーベクトル計算部を表し、上述の情報ビットエラーパターン生成部３、チェックビットエラーパターン生成部４、エラーカウント部５、比較部６、カウンタ７、エラーパターン保持部８で構成される。

次に、動作について説明する。（ｎ，ｋ）巡回符号において、ｎビットの受信語の入力を行い、シンドローム生成部１において、（ｎ−ｋ）ビットのシンドロームの計算を行う。シンドロームの計算はｎビットの受信系列を多項式表現してｒ（ｘ）（ｒ（ｘ）は（ｎ−１）次）であらわしたとき、生成多項式ｇ（ｘ）（ｇ（ｘ）は（ｎ−ｋ）次）で除算を行ったときの剰余多項式の係数を線形帰還シフトレジスタにより計算し、シンドロームとする。また、ｎビットの受信語系列は受信語保持部２に記憶させる。

次に、情報ビットエラーパターン生成部３ではｋビットの情報ビットに対して２^k通りのすべてのエラーパターンを生成する。
チェックビットエラーパターン生成部４においては、まず、チェックビットがすべて０であるものとして情報ビットエラーパターン生成部３からのそれぞれの情報ビットのエラーパターンを受信系列とし、シンドロームの生成を行う。このシンドロームの計算については情報ビットエラーパターンの組み合わせ論理回路により構成できる。ここで、情報ビットのエラーパターンから生成されたシンドロームとシンドローム生成部１で計算されたシンドロームとを加算して、チェックビットのエラーパターンを生成する。

次に、エラーカウント部５において、情報ビットエラーパターン生成部３で生成された情報ビットのエラーパターンとチェックビットエラーパターン生成部４で生成されたチェックビットのエラーパターンに対して、１のたっているビット数、すなわち誤りビット数ｅを計算（カウント）する。比較部６において、エラーカウント部５でカウントされた誤りビット数ｅとあらかじめ定めておいた訂正ビット閾値ｕとを比較し、誤りビット数ｅの値が訂正ビット閾値ｕ以下のときは、カウンタ７をカウントアップさせる。また、誤りビット数ｅの値が訂正ビット閾値ｕ以下でカウンタ７の値をインクリメントする前の値が０のときは、エラーパターンをエラーパターン保持部８に保持する。誤りビット数ｅの値が訂正ビット閾値ｕ以下でカウンタ７の値をインクリメントする前の値が０以外のときは、エラーパターン保持部８に保持しているエラーの値をクリアする。

誤り訂正部９において、すべての情報ビット系列のエラーパターンに対して、上記の処理を行った後に、受信語保持部２に保持されている受信語系列にエラーパターン保持部８に記憶しているエラーパターンを加算して、復号結果を出力する。
上記の実施の形態では、誤りビット数ｅの値が訂正ビット閾値ｕ以下となる組み合わせが１通りの場合に対してのみ誤り訂正を行っていたが、上記の組み合わせが２組以上ある場合に最初に検出された誤りパターンを復号するようにしてもよい。

上記実施の形態では、情報ビット部のすべてのエラーパターンに対して、生成されたシンドローム値からチェックビット部分のエラーパターンを生成し、全体のエラービット数があらかじめ定めた閾値よりも小さい場合に誤り訂正を行うようにしたため、閾値の値を符号の最小距離により定まる誤りビット数よりも大きなビット数を取ることにより、シンドロームから直接誤りパターンを出力するようなＲＯＭを持つことをしなくてもエラーパターンを発生させることができ、閾値の値を符号の最小距離によって定まる誤り訂正可能ビット数よりも大きな値をとることにより、誤り訂正能力を向上できる効果がある。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による誤り訂正復号装置を示したブロック図である。図において、１０は１受信語の誤り訂正操作における一連の操作において、最小のエラービット数の値を保持するエラービット数保持部、１１は比較部６で出力される誤りビット数とエラービット数保持部１０に記憶されている値とを比較する第２の比較部である。その他の記号は実施の形態１と同じ内容である。また、点線で囲まれている１００−２は実施の形態２におけるエラーベクトル計算部を表し、情報ビットエラーパターン生成部３、チェックビットエラーパターン生成部４、エラーカウント部５、比較部６、エラーパターン保持部８、エラービット数保持部１０、第２の比較部１１で構成される。

次に、動作について説明する。シンドローム生成部１において、受信語からシンドロームを生成し、情報ビットエラーパターン生成部３で生成された情報ビットのエラーパターンとシンドローム生成部１からのシンドロームとからチェックビットエラーパターン生成部４でチェックビットのエラーパターンを生成し、情報ビットのエラーパターンとチェックビットのエラーパターンに対して１のたっているビット数、すなわち誤りビット数ｅをエラーカウント部５で計算（カウント）する。比較部６において、エラーカウント部５でカウントされた誤りビット数ｅとあらかじめ定められた訂正ビット閾値ｕとを比較するところまでは、実施の形態１と同じ動作をする。

比較部６において、誤りビット数ｅの値が訂正ビット閾値ｕ以下のときは、この誤りビット数ｅとエラービット数保持部１０に保持されている最小誤りビット数ｅｍｉｎとの比較を第２の比較部１１で行なう。最小誤りビット数ｅｍｉｎは最初、符号長ｎを保持している。誤りビット数ｅが最小誤りビット数ｅｍｉｎよりも小さいときには、エラービット数保持部１０に誤りビット数ｅの値を保持し、情報ビットエラーパターン生成部３およびチェックビットエラーパターン生成部４で生成されたエラーパターンをエラーパターン保持部８に保持する。

誤りビット数ｅが最小誤りビット数ｅｍｉｎと同じ値の場合には、エラーパターン保持部８の値はクリアする。誤りビット数ｅが最小誤りビット数ｅｍｉｎよりも大きな値の場合には、エラーパターン保持部８およびエラービット数保持部１０の値はそのままにして更新は行わない。
誤り訂正部９において、すべての情報ビット系列のエラーパターンに対して、上記の処理を行った後に、受信語保持部２に保持されている受信語系列にエラーパターン保持部８に記憶しているエラーパターンを加算して、復号結果を出力する。

上記の実施の形態では、最小エラービット数ｅｍｉｎの値が同数のものが２つある場合は訂正を行っていないが、１つの誤りパターンを選択して、復号するようにしてもよい。
上記実施の形態では、情報ビット部のすべてのエラーパターンに対して、生成されたシンドローム値からチェックビット部分のエラーパターンを生成し、全体のエラービット数があらかじめ定めた閾値よりも小さく、その中で最も誤りビット数の少ない符号が１通りしかない場合に誤り訂正を行うようにしたため、実施の形態１で複数の復号結果の候補が出現するような場合に対しても復号できる場合が生じて、誤り訂正能力を向上できる効果がある。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による誤り訂正復号装置を示したブロック図である。図において、１２はあらかじめ誤り検出ができるｍ個のブロックについて誤り訂正部９で誤り訂正が行われ、復号されたｍ符号分の複数の復号結果を記憶する復号結果メモリ、１３は復号結果メモリ１２に記憶されているｍ符号分の復号結果につき、すべての組み合わせについて誤りのチェックを行って、誤りのない組み合わせを選択する復号結果選択部である。その他の記号は実施の形態１の同じ記号に相当する内容である。
また、点線で囲まれている１００−３は実施の形態３におけるエラーベクトル計算部を表し、情報ビットエラーパターン生成部３、チェックビットエラーパターン生成部４、エラーカウント部５、比較部６、エラーパターン保持部８で構成される。

次に、動作について説明する。
シンドローム生成部１において、受信語からシンドロームを生成し、情報ビットエラーパターン生成部３で生成された情報ビットのエラーパターンとシンドローム生成部１からのシンドロームとからチェックビットエラーパターン生成部４でチェックビットのエラーパターンを生成し、情報ビットのエラーパターンとチェックビットのエラーパターンに対して１のたっているビット数、すなわち誤りビット数ｅをエラーカウント部５で計算（カウント）する。比較部６において、エラーカウント部５でカウントされた誤りビット数ｅとあらかじめ定められた訂正ビット閾値ｕとを比較するところまでは、実施の形態１あるいは実施の形態２と同一の動作をする。比較部６の比較結果により誤りビット数ｅの値が訂正ビット閾値ｕ以下のときは、エラーパターン保持部８に情報ビットのエラーパターンとチェックビットのエラーパターンを保持する。

誤り訂正部９において、すべての情報ビット系列のエラーパターンに対して、上記の処理を行った後に、受信語保持部２に保持されているすべての受信語系列にエラーパターン保持部８に記憶されているエラーパターンを加算して、１つあるいは複数の復号結果を出力し、復号結果メモリ１２に記憶させる。

上記の操作をあらかじめ誤り検出ができるｍ個のブロックについて行ない、ｍ個の符号の復号結果をすべて復号結果メモリ１２に保持する。復号結果選択部１３において、復号結果メモリ１２に記憶しているｍ個の符号の復号結果について、各符号について１個復号結果を選択して、誤り検出を行い、誤り検出されなかった組み合わせを最終的な復号結果として出力する。

上記の実施の形態では、実施の形態１および実施の形態２では誤り訂正を行った結果、複数の候補が出力される場合には誤り検出をおこなっているが、複数得られた復号結果を出力し、その中で誤りが検出されなかった組み合わせを選択し出力することにより、実施の形態１あるいは実施の形態２では訂正されていなかった結果が訂正できるようになるため復号性能がより向上する効果がある。

実施の形態４．
図４は、この発明の誤り訂正復号装置を利用したものとして、例えば、回路の遅延特性やグリッチによる信号の形状などの機器固有情報から秘密鍵情報を生成する秘密鍵生成装置を示したブロック図であり、機器固有情報については温度変化や電圧の変動などで誤りが生じやすい状態になっている。
図４において、１４は１回目に読み出された機器固有情報から生成されたシンドロームを公開情報として記憶する公開情報記憶部、１５は公開情報記憶部１４に記憶された公開情報と２回目以降に読み出された機器固有情報から生成されたシンドロームとを加算する加算部、１００はエラーベクトル計算部であり、実施の形態１から実施の形態３における１００−１から１００−３に相当する。１６は誤り訂正部９から出力されるｍ個の符号語の復号結果から秘密鍵を生成する秘密鍵生成部である。その他の記号は実施の形態１の同じ記号に相当する内容である。

次に、動作について説明する。まず、最初に（ｎ・ｍ）ビットの機器固有情報を読み出して、ｎビットごとに分割を行って、シンドローム生成部１において、それぞれシンドロームを計算し、計算した結果を公開情報として公開情報記憶部１４に記憶させる。公開情報記憶部１４に公開情報を記憶した後に、秘密鍵を生成するために再度（ｎ・ｍ）ビットの機器固有情報を読み出してシンドローム生成部１においてシンドロームの計算を行う。また、読み出した機器固有データは受信語保持部２に記憶させる。

次に、加算部１５において公開情報記憶部１４に記憶している１回目のシンドローム情報と２回目に読み出された機器固有情報からシンドローム生成部１で生成されたシンドロームとの加算を行う。次に、加算部１５で加算された値をシンドロームとしてエラーベクトル計算部１００において、ｎビットのエラーベクトルをｍ組生成する。なお、エラーベクトル計算部１００は実施の形態１，２，３において記載したエラーベクトル計算部１００−１，１００−２，１００−３に相当する。エラーベクトル計算部１００で生成されたエラーベクトル情報は、誤り訂正部９において受信語保持部２に保持されている内容と加算されて訂正復号され、秘密鍵生成部１６において、機器固有の秘密鍵情報の生成を行う。

上記の実施の形態では、読み出し時にエラーが頻繁に生じる状態の機器固有情報からその機器固有の秘密鍵情報を生成することが可能になり、誤り訂正能力が向上しているために、秘密鍵情報生成にかかる時間を削減することが可能になる。

実施の形態５．
図５は図４で示した実施の形態４とは別の実施の形態による機器固有情報から秘密鍵情報を生成する秘密鍵生成装置を示したブロック図である。機器固有情報については温度変化や電圧の変動などで誤りが生じやすい状態になっていることは実施の形態４と同様である。
図５において、１７は乱数で発生させた符号語情報を生成する乱数符号語生成部、１８は１回目に読み出された機器固有情報に乱数符号語生成部１７で生成された符号語情報を加算する第２の加算部、１９は第２の加算部１８で加算された結果を公開情報として記憶する公開情報記憶部、２０は公開情報と２回目以降に生成された機器固有情報とを加算する加算部である。その他の記号は実施の形態４と同じ内容である。

次に、動作について説明する。まず、最初に（ｎ・ｍ）ビットの機器固有情報を読み出す。次に、乱数符号語生成部１７においてｍ個の符号について、符号語をランダムに生成し、第２の加算部１８において読み出した機器固有情報と加算させて、公開情報記憶部１９に記憶させる。公開情報記憶部１９に公開情報を記憶した後に、秘密鍵を生成するために再度（ｎ・ｍ）ビットの機器固有情報を読み出して、加算部２０により公開情報と加算を行なう。その結果をシンドローム生成部１に入力してシンドロームの計算を行う。また、読み出した機器固有情報は受信語保持部２に記憶させる。次に、シンドローム生成部１で生成されたシンドロームに対して、エラーベクトル計算部１００において、ｎビットのエラーベクトルをｍ組生成する。エラーベクトル計算部１００で生成されたエラーベクトル情報は、誤り訂正部９において受信語保持部２に保持されている内容と加算されて訂正復号され、秘密鍵生成部１６において、機器固有の秘密鍵情報の生成を行う。

上記の実施の形態についても、読み出し時にエラーが頻繁に生じる状態の機器固有情報からその機器固有の秘密鍵情報を生成することが可能になり、誤り訂正能力が向上しているために、秘密鍵情報生成にかかる時間を削減することが可能になる。

この発明は、デジタルデータ伝送における受信側において、受信データの符号の誤りを訂正し、復号する装置や、機器固有の秘密鍵情報の生成を行う誤り訂正装置に適用可能である。

Claims (3)

1. 受信データから生成多項式で除算を行った剰余多項式の係数をシンドロームとして計算するシンドローム生成部と、
   情報ビットのすべてのエラーパターンを生成する情報ビットエラーパターン生成手段と、
   この情報ビットエラーパターン生成部からの各情報ビットのエラーパターンを受信系列として、シンドロームの生成を行い、このシンドロームとシンドローム生成部からのシンドロームとからチェックビットのエラーパターンを計算するチェックビットエラーパターン生成部と、
   情報ビットとチェックビットのエラーパターンの重みがあらかじめ定められた値よりも小さい符号の組み合わせに対して、生成されたエラーパターンを訂正する誤り訂正部を備えたことを特徴とする誤り訂正復号装置。
2. 受信データから生成多項式で除算を行った剰余多項式の係数をシンドロームとして計算するシンドローム生成部と、
   情報ビットのすべてのエラーパターンを生成する情報ビットエラーパターン生成手段と、
   チェックビット部分を０として、この情報ビットエラーパターン生成部からの各情報ビットのエラーパターンを受信系列として、シンドロームの生成を行い、このシンドロームとシンドローム生成部からのシンドロームとからチェックビットのエラーパターンを計算するチェックビットエラーパターン生成部と、
   情報ビットとチェックビットのエラーパターンの重みがあらかじめ定められた値よりも小さい符号の組み合わせのエラーパターンを生成し、上記エラーパターンが複数あった場合には、誤り訂正ビット数の最も小さなエラーパターンを選択し、選択されたエラーパターンを訂正する誤り訂正部を備えたことを特徴とする誤り訂正復号装置。
3. 受信データから生成多項式で除算を行った剰余多項式の係数をシンドロームとして計算するシンドローム生成部と、
   情報ビットのすべてのエラーパターンを生成する情報ビットエラーパターン生成手段と、
   チェックビット部分を０として、この情報ビットエラーパターン生成部からの各情報ビットのエラーパターンを受信系列として、シンドロームの生成を行い、このシンドロームとシンドローム生成部からのシンドロームとからチェックビットのエラーパターンを計算するチェックビットエラーパターン生成部と、
   情報ビットとチェックビットのエラーパターンの重みがあらかじめ定められた値よりも小さい符号の組み合わせのエラーパターンを生成し、これらのエラーパターンについて、すべて訂正を行う誤り訂正部と、
   誤り訂正部が訂正を行った結果をすべて保持する復号結果メモリと、
   複数の受信語の復号結果に対して誤り検出処理を行い、誤り検出されなかった復号結果の組み合わせを最終的な復号結果として出力する復号結果選択部を備えたことを特徴とする誤り訂正復号装置。

Images