JP6242555B1 - 尤度生成回路および尤度算出方法 - Google Patents

Abstract

受信値と尤度とを関連付けたテーブルを有し、テーブルを参照することで受信値に対する尤度を算出する第１の尤度算出回路と、受信値に基づいて尤度を算出する演算式を有し、演算式を用いることで受信値に対する尤度を算出する第２の尤度算出回路と、受信値の受信頻度に基づいて、受信値毎に第１の尤度算出回路または第２の尤度算出回路のいずれか一方の尤度算出回路を選択し、選択しなかった他方の尤度算出回路の算出処理を停止させ、選択した一方の尤度算出回路で算出された尤度を出力する尤度出力制御回路とを備える。

Description

本発明は、受信値を多値判別する軟判定誤り訂正復号時に必要となる尤度生成回路を備えた通信システムに関するものである。

光通信などの通信システムにおいては、大容量化の実現と、通信容量当たりの消費エネルギーの削減が喫緊の課題である。この中で大容量化の実現に向けては、受信値を多値判別し、その結果に基づいて尤度の算出と誤り訂正を行うことで、大容量・高信頼な通信路が実現されている。

算出される尤度は、受信値に対して、送信ビットが１となるパターンのすべての送信候補値との誤差（ユークリッド距離）の最小値と、送信ビットが０となるパターンのすべての送信候補値との誤差の最小値とをそれぞれ求め、その差を対数尤度比ＬＬＲ（Ｌｏｇ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ）とするのが一般的である。

リアルタイムで動作する回路を構成する場合には、尤度生成回路を並列に実装することでリアルタイム性を確保する。この結果として、パラレル数に応じて回路規模が増加する問題があった。回路規模の増加は、消費エネルギーの増加を引き起こす。すなわち、大容量化を実現するためにパラレル数が増加すると、その結果として、通信システムの消費エネルギーが増加するという問題、および放熱が困難になるという問題が生じる。

そこで、通信容量の大容量化と消費エネルギーの削減を両立させるために、次のような方法をとる従来技術がある。すなわち、信号品質の低下を招きやすいところには、性能が良いが消費エネルギーが大きい方式を、信号品質に与える影響が小さなところには、性能は劣るが消費エネルギーが低い方式を、回路設計時に選択して用いる従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。

また、別の方法として、大容量化を実現するために、通信路品質を推定し、その結果に基づいて最適な誤り訂正アルゴリズムを動的に選択する従来技術がある（例えば、特許文献２参照）。

受信値の受信頻度は、一様ではなく、ばらつきを持つ。また、尤度は、受信値が得られると一意に求まる。このため、受信値の受信頻度同様に、算出される尤度の分布にもばらつきが生じる。さらに、受信値が取りうる値の種類が少ないほど、尤度算出回路は、簡易になり、消費エネルギーも低くなるのが一般的である。

従って、頻繁に受信する値に特化した尤度算出方式と、受信値が取りうるすべての値に対応する尤度算出方式とを用意し、受信値毎に適した尤度算出方式を選択することで、尤度算出に必要な平均消費エネルギーを下げることができる。

国際公開第１５／１３７０４９号 特開２００４−１４７３２９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。
特許文献１は、尤度算出にどの方式を用いるかを回路設計時に静的に選択している。従って、特許文献１は、通信路の動的な品質の変化には対応できていない。また、特許文献２は、尤度算出方式を選択するための通信路品質の推定に、複数の受信値による統計情報を用いている。従って、特許文献２は、受信値毎に最適な尤度算出方式を選択することはできないという問題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、通信路の動的な品質の変化に対応できるとともに、受信値毎に適切な尤度算出方式を選択することで、通信容量を保ったまま消費エネルギーを削減することのできる尤度生成回路および尤度算出方法を得ることを目的とする。

本発明に係る尤度生成回路は、誤り訂正を行う通信装置に適用され、受信値を多値判別した判別結果に基づいて尤度を生成する尤度生成回路であって、受信値と尤度とを関連付けたテーブルを有し、テーブルを参照することで受信値に対する尤度を算出する第１の尤度算出回路と、受信値に基づいて尤度を算出する演算式を有し、演算式を用いることで受信値に対する尤度を算出する第２の尤度算出回路と、受信値の受信頻度に基づいて、受信値毎に第１の尤度算出回路または第２の尤度算出回路のいずれか一方の尤度算出回路を選択し、選択しなかった他方の尤度算出回路の算出処理を停止させ、選択した一方の尤度算出回路で算出された尤度を出力する尤度出力制御回路とを備えるものである。

また、本発明に係る尤度算出方法は、受信値を多値判別した判別結果に基づいて尤度を生成し、誤り訂正を行う通信装置において実行される尤度算出方法であって、受信頻度があらかじめ設定した判定頻度以上であると予想される受信値に対して尤度を関連付けたテーブル、および受信値に基づいて尤度を算出する演算式を、記憶部にあらかじめ記憶させておく第１ステップと、受信した受信値の受信頻度を、あらかじめ与えられた受信値の分布情報、または過去に受信した一定量の受信値の集合から作成したヒストグラムを元に、判定頻度以上であるか否かを判定する第２ステップと、第１の実行指令を受信することで、テーブルを用いて受信した受信値に対応する尤度を算出する第１尤度算出処理を実行する第３ステップと、第２の実行指令を受信することで、演算式を用いて受信した受信値に対応する尤度を算出する第２尤度算出処理を実行する第４ステップと、受信した受信値の受信頻度が判定頻度以上であり、かつ、受信した受信値に対応する尤度がテーブル内に保持されている場合には、第１の実行指令を出力して第１尤度算出処理を実行させ、第２の実行指令を出力しないことで第２尤度算出処理を非実行状態とする第５ステップと、受信した受信値の受信頻度が判定頻度未満の場合には、第２の実行指令を出力して第２尤度算出処理を実行させ、第１の実行指令を出力しないことで第１尤度算出処理を非実行状態とする第６ステップと、受信した受信値の受信頻度が判定頻度以上であり、かつ、受信した受信値に対応する尤度がテーブル内に保持されていない場合には、第２の実行指令を出力して第２尤度算出処理を実行させ、第１の実行指令を出力しないことで第１尤度算出処理を非実行状態とするとともに、第２尤度算出処理により算出された尤度を受信した受信値と関連付けて、テーブルを更新する第７ステップとを有するものである。

本発明によれば、受信値の受信頻度に応じて、尤度を算出するために動作させる回路を選択し、選択しなかった回路を停止させる構成を備えている。この結果、通信路の動的な品質の変化に対応できるとともに、受信値毎に適切な尤度算出方式を選択することで、通信容量を保ったまま消費エネルギーを削減することのできる尤度生成回路および尤度算出方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る光通信システムの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光通信システムの構成例を示す図である。

以下、本発明の尤度生成回路および尤度算出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に係る光通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態１における光通信システム１０は、受信頻度判定回路１１、テーブル参照型尤度算出回路１２、演算型尤度算出回路１３、および選択回路１４を備えて構成されている。ここで、受信頻度判定回路１１および選択回路１４は、受信値の発生頻度に応じて尤度算出方式を切り換え制御する、尤度出力制御回路に相当する。

光通信システム１０は、受信値を入力信号として取り込み、尤度を出力信号として出力する。なお、入力信号としては、複数の受信値が同時に入力されてもよく、その場合には、複数の受信値それぞれに対して独立して処理が行われ、算出されたそれぞれの尤度が出力される。

光通信システム１０に入力された受信値は、受信頻度判定回路１１、テーブル参照型尤度算出回路１２、および演算型尤度算出回路１３のそれぞれに入力される。

受信頻度判定回路１１は、受信値の受信頻度を元に、テーブル参照型尤度算出回路１２または演算型尤度算出回路１３のどちらの尤度算出回路を用いるかを決定する。この決定を行うに当たって、受信頻度判定回路１１は、あらかじめ与えられた受信値の分布情報を元に、受信した受信値の受信頻度を算出することができる。あるいは、受信頻度判定回路１１は、過去に受信した一定量の受信値の集合からヒストグラムを作成することで、今回受信した受信値の受信頻度を推定することもできる。

さらに、受信頻度判定回路１１は、受信値に対して加算や乗算、論理演算、表の参照等を用いて、この決定を行うこともできる。また、その際に、受信頻度判定回路１１は、受信値に加えて、回路内部に保持されている値や外部から与えられる受信値以外の値を用いてもよい。なお、回路内部に保持されている値は、回路の動作中に更新することもできる。

そして、受信頻度判定回路１１は、受信値の受信頻度とあらかじめ設定した判定頻度とを比較し、受信頻度が判定頻度以上の場合には、テーブル参照型尤度算出回路１２を選択し、受信頻度が判定頻度未満の場合には、演算型尤度算出回路１３を選択することができる。なお、判定頻度は、固定値ではなく、受信環境に応じて動的に変更することも可能である。

受信頻度判定回路１１は、テーブル参照型尤度算出回路１２または演算型尤度算出回路１３のうち、尤度算出に用いないことを決定した尤度算出回路に対して、停止信号を出力する。さらに、受信頻度判定回路１１は、決定した結果を尤度の選択信号として、選択回路１４に対して出力する。

また、受信頻度判定回路１１に複数の受信値が同時に入力された場合には、複数の受信値のそれぞれに対応付けられて、上述した停止信号および選択信号が生成され、出力されることとなる。

テーブル参照型尤度算出回路１２は、受信値に対応したアドレスと尤度とが関連付けられたテーブルを有している。そして、テーブル参照型尤度算出回路１２は、受信値を用いてテーブルを参照するためのアドレスを生成し、アドレスに対応する尤度をテーブルから抽出する。この時、テーブル参照型尤度算出回路１２は、受信値をそのままアドレスとして使用してもよいし、受信値に対して演算を行った結果をアドレスとして使用してもよい。

なお、テーブルは、あらかじめ設定されたデータには限定されず、逐次更新することも可能である。例えば、通信路やシステムの状態変化、システムの動作パラメータの変更等により受信値の受信頻度が変化した場合には、テーブル参照型尤度算出回路１２は、テーブルに保持している受信値と尤度の内容を、変化後の受信頻度に合わせて動的に更新してもよい。

テーブル参照型尤度算出回路１２は、受信値に対応する尤度がテーブルに保持されていない場合には、内部にて演算により尤度を算出し、算出した尤度を用いてテーブルを更新することができる。この更新処理により、今後、テーブルを参照して尤度を短時間で抽出することができる受信値を、動的にテーブル化することができる。

テーブル参照型尤度算出回路１２は、受信頻度判定回路１１より停止信号を受け取った場合には、算出処理動作を停止することで、消費エネルギーの削減を図ることができる。

なお、テーブル参照型尤度算出回路１２は、受信値と停止信号が同時に複数入力された場合には、停止信号に対応付けられた受信値の尤度算出について動作を停止し、停止信号が入力されない受信値についてのみ、尤度を算出することができる。このような処理によっても、消費エネルギーの削減を図ることができる。

一方、演算型尤度算出回路１３は、入力された受信値を用いて、四則演算や論理演算、表の参照等により、尤度を算出する。この算出に当たって、演算型尤度算出回路１３は、受信値に加えて、回路内部に保持されている値や外部から与えられる受信値以外の値を用いてもよい。

演算型尤度算出回路１３は、受信頻度判定回路１１より停止信号を受け取った場合には、算出処理動作を停止することで、消費エネルギーの削減を図ることができる。

なお、演算型尤度算出回路１３は、受信値と停止信号が同時に複数入力された場合には、停止信号に対応付けられた受信値の尤度算出について動作を停止し、停止信号が入力されない受信値についてのみ、尤度を算出することができる。このような処理によっても、消費エネルギーの削減を図ることができる。

選択回路１４は、２つ以上の尤度入力端子と１つ以上の選択信号入力端子を持ち、受信頻度判定回路１１からの選択信号に基づいて、テーブル参照型尤度算出回路１２および演算型尤度算出回路１３のそれぞれから出力される尤度を選択する。

上述したテーブル参照型尤度算出回路１２は、テーブルに保持されている尤度に関しては、演算処理を行うことなく、短時間で抽出することができる。ただし、テーブル参照型尤度算出回路１２は、テーブルに保持されていない尤度については、演算処理が必要なため、処理時間が長くなる特徴がある。しかしながら、テーブル参照型尤度算出回路１２は、一度演算処理により算出した尤度については、テーブルに組み込むことができる。

一方、演算型尤度算出回路１３は、加算器や乗算器等の演算器を組み合わせて、受信値から尤度を算出する。従って、演算型尤度算出回路１３は、演算処理時間は必要になるものの、テーブル参照型尤度算出回路１２よりも多くの種類の受信値に対して、同じ処理時間で尤度を算出できる。

従って、受信頻度が判定頻度よりも高い受信値に対しては、テーブル化されたデータを利用してテーブル参照型尤度算出回路１２により尤度を算出する方が有利である。

以上のように、実施の形態１によれば、受信値を受信するごとに、受信値の受信頻度に応じて、テーブル参照型または演算型のいずれか一方の尤度算出回路を選択し、選択しなかった尤度算出回路を停止させることができる。また、通信路の動的な品質変化に応じて、テーブル参照型尤度算出回路のテーブルを更新することができる。

換言すると、テーブル参照型尤度算出回路は、演算型尤度算出回路で算出できる尤度の中で、発生頻度の高い一部の尤度をテーブルに保持している。従って、尤度と受信値との対応関係がテーブル化されている場合には、演算型尤度算出回路による演算処理を用いる場合よりも、低いエネルギーで尤度を算出することができる。

また、テーブル参照型尤度算出回路により尤度を算出する際には、演算型尤度算出回路を停止させることで消費エネルギーの削減を図っている。さらに、テーブルは、受信値の実際の受信状態に応じて、動的に更新することができる。

この結果、通信路の動的な品質の変化に対応できるとともに、受信値毎に適切な尤度算出方式を選択し、省エネルギー化を図ることができる尤度生成回路を備えた通信システムを実現できる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、受信頻度判定回路１１を備え、受信値の受信頻度を直接求めた上で、尤度算出回路を選択する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、受信頻度判定回路１１を有さず、間接的に受信頻度を考慮して、先の実施の形態１と同様の効果を得ることのできる通信システムについて説明する。

図２は、本発明の実施の形態２に係る光通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態２における光通信システム２０は、尤度検索回路２１、演算型尤度算出回路２２、テーブル２３、および選択回路２４を備えて構成されている。ここで、尤度検索回路２１および選択回路２４は、受信値の発生頻度に応じて尤度算出方式を切り換え制御する、尤度出力制御回路に相当する。

そして、光通信システム１０は、受信値を入力信号として取り込み、尤度を出力信号として出力する。なお、入力信号としては、複数の受信値が同時に入力されてもよく、その場合には、複数の受信値それぞれに対して独立して処理が行われ、算出されたそれぞれの尤度が出力される。

光通信システム２０に入力された受信値は、尤度検索回路２１、および演算型尤度算出回路２２のそれぞれに入力される。

尤度検索回路２１は、受け取った受信値を元に、受信値に対応する尤度がテーブル２３に保持されているか否かを検索する。もしも、テーブル２３中に受信値に対応する尤度が保持されていない場合には、尤度検索回路２１は、演算型尤度算出回路２２を用いて、受信値に対応する尤度を算出する。

演算型尤度算出回路２２にて算出された尤度は、選択回路２４および尤度検索回路２１に送信される。演算型尤度算出回路２２にて算出された新たな尤度を受信した尤度検索回路２１は、テーブル２３中の最も古い尤度を削除し、受信した新たな尤度を最も新しいデータとして、受信値と対応付けてテーブル２３を更新する。

一方、もしも、テーブル２３中に受信値に対応する尤度が見つかった場合には、尤度検索回路２１は、テーブル２３から受信値に対応する尤度を抽出するとともに、演算型尤度算出回路２２に対して停止信号を出力し、演算処理を中止させる。また、尤度検索回路２１は、テーブル２３中に見つけた尤度を、そのテーブル２３で最も新しいデータとするように、テーブル２３を更新する。

このような構成を備えた本実施の形態２における光通信システム２０では、受信頻度を直接求めることなく、頻繁に受信する値についてはテーブル２３に保持された尤度を用い、受信頻度が低くテーブル２３中に対応する尤度が保持されていない受信値については、演算型尤度算出回路２２にて算出した尤度を用いて、尤度算出が実行される。

換言すると、本実施の形態２に係る光通信システム２０は、受信値の受信頻度を直接求めるのではなく、直近に受信した有限個の受信値と、それに対応する尤度をテーブルとして保持しておくことで、間接的に受信頻度を用いる構成を備えている。その結果、頻繁に受信する値に対する尤度算出に必要な消費エネルギーを削減でき、尤度算出に必要な平均消費エネルギーを下げることができる。

なお、上述した例では、直近に受信した有限個の受信値に対応する尤度をテーブル２３として保持するように更新する場合について説明したが、テーブル２３は、これ以外の構成とすることも可能である。例えば、尤度検索回路２１は、今までに受信した有限個の受信値に関してヒストグラムを作成し、発生頻度の高い受信値を優先して、動的に特定して、テーブル２３を更新することもできる。

以上のように、実施の形態２によれば、受信値を受信するごとに、直近に受信されていた場合には、テーブル参照により尤度算出を行い、直近に受信されていない場合には、演算により尤度算出を行うができる。さらに、直近に受信した有限個の受信値により、テーブルを更新することができる。この結果、通信路の動的な品質の変化に対応してテーブルを更新し、受信値毎に適切な尤度算出方式を選択し、省エネルギー化を図ることができる尤度生成回路を備えた通信システムを実現できる。

Claims (8)

1. 誤り訂正を行う通信装置に適用され、受信値を多値判別した判別結果に基づいて尤度を生成する尤度生成回路であって、
   受信値と尤度とを関連付けたテーブルを有し、前記テーブルを参照することで前記受信値に対する前記尤度を算出する第１の尤度算出回路と、
   受信値に基づいて尤度を算出する演算式を有し、前記演算式を用いることで前記受信値に対する前記尤度を算出する第２の尤度算出回路と、
   受信値の受信頻度に基づいて、受信値毎に前記第１の尤度算出回路または前記第２の尤度算出回路のいずれか一方の尤度算出回路を選択し、選択しなかった他方の尤度算出回路の算出処理を停止させ、選択した前記一方の尤度算出回路で算出された前記尤度を出力する尤度出力制御回路と
   を備える尤度生成回路。
2. 前記尤度出力制御回路は、
   あらかじめ与えられた受信値の分布情報を元に、受信した受信値ごとに受信頻度を特定し、
   受信頻度があらかじめ設定した判定頻度以上の場合には、前記一方の尤度算出回路として前記第１の尤度算出回路を選択し、選択しなかった前記第２の尤度算出回路に対して尤度算出処理を停止させる制御信号を出力し、
   受信頻度が前記判定頻度未満の場合には、前記一方の尤度算出回路として前記第２の尤度算出回路を選択し、選択しなかった前記第１の尤度算出回路に対して尤度算出処理を停止させる制御信号を出力する
   請求項１に記載の尤度生成回路。
3. 前記尤度出力制御回路は、
   過去に受信した一定量の受信値の集合から作成したヒストグラムを元に、受信した受信値ごとに受信頻度を動的に特定し、
   受信頻度があらかじめ設定した判定頻度以上の場合には、前記一方の尤度算出回路として前記第１の尤度算出回路を選択し、選択しなかった前記第２の尤度算出回路に対して尤度算出処理を停止させる制御信号を出力し、
   受信頻度が前記判定頻度未満の場合には、前記一方の尤度算出回路として前記第２の尤度算出回路を選択し、選択しなかった前記第１の尤度算出回路に対して尤度算出処理を停止させる制御信号を出力する
   請求項１に記載の尤度生成回路。
4. 前記第１の尤度算出回路は、前記尤度出力制御回路により前記一方の尤度算出回路として選択され、かつ、受信した前記受信値に対応する尤度が前記テーブル内に存在しない場合には、演算式により尤度を算出し、算出結果を用いて前記テーブルを動的に更新する
   請求項２または３に記載の尤度生成回路。
5. 前記尤度出力制御回路は、
   受信した受信値に対応する尤度が、前記第１の尤度算出回路内の前記テーブルに保持されているか否かを検索し、
   受信した前記受信値に対応する前記尤度が前記テーブルに保持されている場合には、前記一方の尤度算出回路として前記第１の尤度算出回路を選択し、選択しなかった前記第２の尤度算出回路に対して尤度算出処理を停止させる制御信号を出力し、
   受信した前記受信値に対応する前記尤度が前記テーブルに保持されていない場合には、前記一方の尤度算出回路として前記第２の尤度算出回路を選択し、選択しなかった前記第２の尤度算出回路に対して尤度算出処理を停止させる制御信号を出力するとともに、前記第２の尤度算出回路で算出された尤度を用いて前記テーブルを動的に更新する
   請求項１に記載の尤度生成回路。
6. 前記尤度出力制御回路は、前記テーブルを動的に更新するに当たって、直近に受信した有限個の受信値に対応する尤度を前記テーブル内に保持するように更新処理を行う
   請求項５に記載の尤度生成回路。
7. 前記尤度出力制御回路は、前記テーブルを動的に更新するに当たって、過去に受信した一定量の受信値の集合から作成したヒストグラムに基づいて、発生頻度が高いものを優先して前記テーブル内に保持するように更新処理を行う
   請求項５に記載の尤度生成回路。
8. 受信値を多値判別した判別結果に基づいて尤度を生成し、誤り訂正を行う通信装置において実行される尤度算出方法であって、
   受信頻度があらかじめ設定した判定頻度以上であると予想される受信値に対して尤度を関連付けたテーブル、および受信値に基づいて尤度を算出する演算式を、記憶部にあらかじめ記憶させておく第１ステップと、
   受信した受信値の受信頻度を、あらかじめ与えられた受信値の分布情報、または過去に受信した一定量の受信値の集合から作成したヒストグラムを元に、前記判定頻度以上であるか否かを判定する第２ステップと、
   第１の実行指令を受信することで、前記テーブルを用いて前記受信した受信値に対応する尤度を算出する第１尤度算出処理を実行する第３ステップと、
   第２の実行指令を受信することで、前記演算式を用いて前記受信した受信値に対応する尤度を算出する第２尤度算出処理を実行する第４ステップと、
   前記受信した受信値の前記受信頻度が前記判定頻度以上であり、かつ、前記受信した受信値に対応する尤度が前記テーブル内に保持されている場合には、前記第１の実行指令を出力して前記第１尤度算出処理を実行させ、前記第２の実行指令を出力しないことで前記第２尤度算出処理を非実行状態とする第５ステップと、
   前記受信した受信値の前記受信頻度が前記判定頻度未満の場合には、前記第２の実行指令を出力して前記第２尤度算出処理を実行させ、前記第１の実行指令を出力しないことで前記第１尤度算出処理を非実行状態とする第６ステップと、
   前記受信した受信値の前記受信頻度が前記判定頻度以上であり、かつ、前記受信した受信値に対応する尤度が前記テーブル内に保持されていない場合には、前記第２の実行指令を出力して前記第２尤度算出処理を実行させ、前記第１の実行指令を出力しないことで前記第１尤度算出処理を非実行状態とするとともに、前記第２尤度算出処理により算出された尤度を前記受信した受信値と関連付けて、前記テーブルを更新する第７ステップと
   を有する尤度算出方法。

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