JP5794939B2

JP5794939B2 - 誤り訂正復号装置および誤り訂正復号方法

Info

Publication number: JP5794939B2
Application number: JP2012058886A
Authority: JP
Inventors: 和夫久保; 吉田　英夫; 英夫吉田; 好邦宮田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013192190A

Description

本発明は、情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された伝送フレームを伝送する光通信システムなどのデジタル通信装置に適用される誤り訂正復号装置および誤り訂正復号方法に関するものである。

従来の誤り訂正装置では、誤り訂正符号化方式（ＦＥＣ：ＦｏｒｗａｒｄＥｒｒｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（前方誤り訂正符号））として、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ−ＤｅｎｓｉｔｙＰａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ）符号やターボ符号を用いた誤り訂正方法が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。これらの誤り訂正符号で符号化されたデータを復号する際には、単一の復号アルゴリズムを繰り返し適用することで、誤り訂正性能を向上することが可能であった。

図４は、従来の復号方法に関する光伝送装置の構成を示した図である。図４（ａ）は、クライアント信号を通信路に送信する経路を示している。この図４（ａ）において、マッピング１０１は、クライアント送信信号をＯＴＵ（ＯｐｔｉｃａｌｃｈａｎｎｅｌＴｒａｎｓｐｏｒｔＵｎｉｔ）フレームのペイロードにマッピングする処理を行う。

ＯＴＵフレーム生成１０２は、フレーム同期や保守制御に必要な情報を付加して、ＯＴＵフレームを生成する処理を行う。ＦＥＣエンコーダ１０３は、ＯＴＵフレームに対して誤り訂正の符号化を行い、Ｅ／Ｏ（電気／光）１０４にて電気信号を光信号に変換して光送信信号を通信路に出力する。

一方、図４（ｂ）は、通信路から受信した光信号をクライアント側に送信する経路を示している。図４（ｂ）において、Ｏ／Ｅ（光／電気）１０５は、通信路からの光受信信号を電気信号に変換し、ＦＥＣデコーダ１０６にて、単一アルゴリズムにて復号処理を行う。ＯＴＵフレーム終端１０７は、復号されたＯＴＵフレームのヘッダ終端処理を行い、デマッピング１０８にてＯＴＵフレームのペイロードのデマッピング処理を行い、クライアント受信信号として出力する。

特許第４７７７２６１号公報特許第４６２７３１７号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来の誤り訂正装置および方法における誤り訂正復号回路では、単一の復号アルゴリズムを用いて繰り返し復号処理を行っていた。このため、演算精度のよい復号アルゴリズムを使用すると、性能は向上するが、全体の回路規模が大きくなるという課題がある。一方、演算精度は落ちるが省回路規模の復号アルゴリズムを使用すると、性能が劣化するという課題があった。

例えば、ＬＤＰＣ符号の復号アルゴリズムとしてＳｈｆｆｌｅｄＢＰ (ＢｅｌｉｅｆＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎ)アルゴリズムを用いると、演算精度は良いが、繰り返し数を多くすると、回路規模が大きくなってしまう。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、性能劣化を抑制した上で、回路規模の増大を抑えた、省回路規模の誤り訂正復号装置および誤り訂正復号方法を得ることを目的とする。

本発明に係る誤り訂正復号装置は、情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された伝送フレームを伝送する光通信システムにおいて、繰り返し数Ｌ回（Ｌは、２以上の整数）の誤り訂正復号処理を実施する誤り訂正復号装置であって、符号化されたデータを第１の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_１回（Ｌ_１は、Ｌ未満の整数）の誤り訂正復号処理を実施する第１の誤り訂正復号部と、第１の誤り訂正復号部により誤り訂正された後のデータに対して、第２の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_２回（Ｌ_２＝Ｌ−Ｌ_１の整数）の誤り訂正復号処理をさらに実施する第２の誤り訂正復号部とを備え、後段の第２の復号アルゴリズムとして、前段の第１の復号アルゴリズムよりも演算性能は劣るが省回路規模で実現できるアルゴリズムが採用されるものである。

また、本発明に係る誤り訂正復号方法は、情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された伝送フレームを伝送する光通信システムにおいて、繰り返し数Ｌ回（Ｌは、２以上の整数）の誤り訂正復号処理を実施する誤り訂正復号装置に適用される誤り訂正復号方法であって、符号化されたデータを第１の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_１回（Ｌ_１は、Ｌ未満の整数）の誤り訂正復号処理を実施する第１の誤り訂正復号ステップと、第１の誤り訂正復号ステップにより誤り訂正された後のデータに対して、前段の第１の復号アルゴリズムよりも演算性能は劣るが省回路規模で実現できる第２の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_２回（Ｌ_２＝Ｌ−Ｌ_１の整数）の誤り訂正復号処理をさらに実施する第２の誤り訂正復号ステップとを備えるものである。

本発明に係る誤り訂正復号装置および誤り訂正復号方法によれば、単一の復号アルゴリズムを用いて行っていた繰り返し復号処理を、前段において、演算精度のよいアルゴリズムによる第１の繰り返し復号処理を採用し、後段において、演算精度は落ちるが省回路規模のアルゴリズムによる第２の繰り返し復号処理を採用することにより、性能劣化を抑制した上で、回路規模の増大を抑えた、省回路規模の誤り訂正復号装置および誤り訂正復号方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る誤り訂正方法を用いた光通信システムを示す構成図である。本発明の実施の形態１における図１に示した光伝送装置の詳細を示す構成図である。本発明の実施の形態１において、復号アルゴリズムに応じた誤り訂正性能の比較を示した図である。従来の復号方法に関する光伝送装置の構成を示した図である。

以下、本発明の誤り訂正復号装置および誤り訂正復号方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る誤り訂正方法を用いた光通信システムを示す構成図である。図１において、光伝送装置１ａ、１ｂは、クライアント送受信信号と光送受信信号の相互変換を行う。より具体的には、光伝送装置１ａ、１ｂは、例えば、クライアント信号と光伝送フレームとのマッピング、デマッピング処理や、誤り訂正符号化および復号処理、電気／光変換などを行う。さらに、光伝送装置１ａと光伝送装置１ｂとの間では、通信路２を介して双方向通信が行われる。

図２は、本発明の実施の形態１における図１に示した光伝送装置１ａ、１ｂの詳細を示す構成図である。図２（ａ）は、クライアント信号を通信路に送信する経路を示しており、図２（ｂ）は、通信路から受信した光信号をクライアント側に送信する経路を示している。

従来技術である先の図４の構成と比較すると、この図２の構成は、図２（ｂ）における復号処理の部分が異なっている。具体的には、本実施の形態１における図２の構成は、従来の図４（ｂ）におけるＦＥＣデコーダ１０６が、第１のＦＥＣデコーダ１０６ａと第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂを備えて構成されている。

前段の第１のＦＥＣデコーダ１０６ａ（第１の誤り訂正復号部）は、演算精度の高い誤り訂正復号アルゴリズムにて復号処理を行う。さらに、後段の第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂ（第２の誤り訂正復号部）は、省回路規模の誤り訂正復号アルゴリズムにて復号処理を行う。

図３は、本発明の実施の形態１において、復号アルゴリズムに応じた誤り訂正性能の比較を示した図であり、横軸が入力誤りレート（ＢＥＲ:ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）、縦軸が出力誤りレートを示している。より具体的には、この図３は、ＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムと巡回近似δ−ｍｉｎアルゴリズムについて、繰り返し数Ｌ回を同一条件とした場合の誤り訂正性能の比較を示している。

図３から明らかなように、ＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムは、巡回近似δ−ｍｉｎアルゴリズムと比較して誤り訂正性能が良い。しかしながら、ＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムは、巡回近似δ−ｍｉｎアルゴリズムと比較して、演算精度の高いアルゴリズムのため、演算回路が複雑であり、大容量メモリを保持する必要がある。

そのため、従来技術のように、繰り返し復号における繰り返し数Ｌ回分すべてをＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムにより演算処理する構成にする場合には、繰り返し数Ｌ回分のデータの復号演算処理をするための演算回路およびメモリを確保する必要がある。この結果、ＦＥＣデコーダ全体の回路規模が大きくなってしまう。

そこで、本発明では、図２に示すように、繰り返し数Ｌ回のうちの前半Ｌ_１回と後半Ｌ_２回とで、復号アルゴリズムを切り換えることを行う（ここでＬ＝Ｌ_１＋Ｌ_２とする）。まず、第１のＦＥＣデコーダ１０６ａでは、ＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_１回分の復号処理を行う。

この前段の復号処理により、ある程度の誤りが訂正された後、次に、第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂでは、第１のＦＥＣデコーダ１０６ａで用いられるＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムと比較すると演算精度は劣るが省回路規模となる巡回近似δ−ｍｉｎアルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_２回分の復号処理を行う。

以上のような、２段階の誤り訂正復号処理を行うことで、繰り返し数Ｌ回すべて巡回近似δ−ｍｉｎアルゴリズムを用いる場合と比較して、誤り訂正性能を向上させることができる。ただし、図３に示すように、繰り返し数Ｌ回すべてＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムを用いる場合と比べると、誤り訂正性能は劣化する。しかしながら、通信に必要な性能を満たすのであれば、本実施の形態１の構成で十分である。

一方、繰り返し数１回あたりの回路規模の大きな第１のＦＥＣデコーダ１０６ａは、繰り返し数Ｌ_１回分の回路実装をすればよくなるため、繰り返し数Ｌ回分すべてＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムを用いる場合と比べて、回路規模を削減することが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、復号回路として演算精度が高い復号アルゴリズムを最初に用い、その訂正後に演算精度は劣るが回路規模の小さい復号アルゴリズムを用いる構成を備えている。これにより、全体として回路規模を抑えつつ、所望の性能を満たすことができ、すべて演算精度が高いアルゴリズムを用いるよりも回路規模を小さくでき、またすべて演算精度に劣るアルゴリズムを用いるよりも性能を向上させることが可能となる。

なお、実施の形態１では、符号化としてＬＤＰＣ符号、第１のＦＥＣデコーダ１０６ａにおける復号アルゴリズムとしてＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズム、第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂにおける復号アルゴリズムとして巡回近似δ−ｍｉｎアルゴリズムの例を示した。しかしながら、本発明に適用できるアルゴリズムは、これに限定されるものではない。

後段の第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂで採用される復号アルゴリズムが、前段の第１のＦＥＣデコーダ１０６ａで採用される復号アルゴリズムよりも、演算性能は劣るが省回路規模で実現できるアルゴリズムであれば、同様の効果を得ることができる。

例えば、第１のＦＥＣデコーダ１０６ａにおける復号アルゴリズムとしてＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズム、第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂにおける復号アルゴリズムとしてＭｉｎ−ｓｕｍアルゴリズム、ＮｏｒｍａｒｉｚｅｄＢＰ−ｂａｓｅｄアルゴリズム、ＯｆｆｓｅｔＢＰ−ｂａｓｅｄアルゴリズム、可変ＯｆｆｓｅｔＢＰ−ｂａｓｅｄアルゴリズムなどの復号アルゴリズムや、他の誤り訂正符号化および復号アルゴリズムを用いてもよい。

さらに、復号処理において、第１のＦＥＣデコーダ１０６ａの内部演算中間値のビット幅ｑ_１に対して、第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂの内部演算中間値のビット幅ｑ_２を小さくしてもよい。

このようにビット幅を可変とした場合には、第２のＦＥＣデコーダ１０６ｂにとっての入力誤りレートが比較的小さいことにより、ビット幅削減による劣化が最小限に抑えられ、かつ演算回路規模およびメモリ容量をさらに小さくできる。この結果、さらなる回路規模削減を図ることができる。

また、各誤り訂正符号処理の前段や後段において、随時、インタリーブやデインタリーブを行い、伝送路で生じる誤りを誤り訂正復号する際に分散させてもよい。

１ａ、１ｂ光伝送装置、２通信路、１０１マッピング、１０２ＯＴＵフレーム生成、１０３ＦＥＣエンコーダ、１０６ＦＥＣデコーダ、１０６ａ第１のＦＥＣデコーダ（第１の誤り訂正復号部）、１０６ｂ第２のＦＥＣデコーダ（第２の誤り訂正復号部）、１０７ＯＴＵフレーム終端、１０８デマッピング。

Claims

情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された伝送フレームを伝送する光通信システムにおいて、繰り返し数Ｌ回（Ｌは、２以上の整数）の誤り訂正復号処理を実施する誤り訂正復号装置であって、
符号化されたデータを第１の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_１回（Ｌ_１は、Ｌ未満の整数）の誤り訂正復号処理を実施する第１の誤り訂正復号部と、
前記第１の誤り訂正復号部により誤り訂正された後のデータに対して、第２の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_２回（Ｌ_２＝Ｌ−Ｌ_１の整数）の誤り訂正復号処理をさらに実施する第２の誤り訂正復号部と
を備え、
後段の前記第２の復号アルゴリズムとして、前段の前記第１の復号アルゴリズムよりも演算性能は劣るが省回路規模で実現できるアルゴリズムが採用される
ことを特徴とする誤り訂正復号装置。
請求項１に記載の誤り訂正復号装置において、
前記誤り訂正符号は、ＬＤＰＣ符号であり、
前記第１の復号アルゴリズムは、ＳｈｕｆｆｌｅｄＢＰアルゴリズムに基づく繰り返し復号である
ことを特徴とする誤り訂正復号装置。
請求項２に記載の誤り訂正復号装置において、
前記第２の復号アルゴリズムは、巡回近似δ−ｍｉｎアルゴリズムに基づく繰り返し復号である
ことを特徴とする誤り訂正復号装置。
請求項１に記載の誤り訂正復号装置において、
前記誤り訂正符号は、ＬＤＰＣ符号であり、
前記第１の復号アルゴリズムは、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムに基づく繰り返し復号である
ことを特徴とする誤り訂正復号装置。
請求項４に記載の誤り訂正復号装置において、
前記第２の復号アルゴリズムは、Ｍｉｎ−ｓｕｍアルゴリズム、ＮｏｒｍａｒｉｚｅｄＢＰ−ｂａｓｅｄアルゴリズム、ＯｆｆｓｅｔＢＰ−ｂａｓｅｄアルゴリズム、可変ＯｆｆｓｅｔＢＰ−ｂａｓｅｄアルゴリズムのいずれかである
ことを特徴とする誤り訂正復号装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の誤り訂正復号装置において、
前記第２の誤り訂正復号部における前記第２の復号アルゴリズムの内部演算中間値のビット幅は、前記第１の誤り訂正復号部における第１の復号アルゴリズムの内部演算中間値のビット幅よりも小さい
ことを特徴とする誤り訂正復号装置。
情報データにオーバヘッドと誤り訂正符号とを付加して形成された伝送フレームを伝送する光通信システムにおいて、繰り返し数Ｌ回（Ｌは、２以上の整数）の誤り訂正復号処理を実施する誤り訂正復号装置に適用される誤り訂正復号方法であって、
符号化されたデータを第１の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_１回（Ｌ_１は、Ｌ未満の整数）の誤り訂正復号処理を実施する第１の誤り訂正復号ステップと、
前記第１の誤り訂正復号ステップにより誤り訂正された後のデータに対して、前段の前記第１の復号アルゴリズムよりも演算性能は劣るが省回路規模で実現できる第２の復号アルゴリズムを用いて、繰り返し数Ｌ_２回（Ｌ_２＝Ｌ−Ｌ_１の整数）の誤り訂正復号処理をさらに実施する第２の誤り訂正復号ステップと
を備える
ことを特徴とする誤り訂正復号方法。