JP6296475B1 - 誤り訂正復号装置及び光送受信装置 - Google Patents

Abstract

ＬＤＰＣ符号で符号化された受信系列を復号するための誤り訂正復号化部３６を備えた光送受信装置であって、誤り訂正復号化部３６は、複数の小検査行列７１が結合された空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列７０を用いた復号処理を行い、当該復号処理は、１以上の小検査行列７１にまたがるＷｉｎｄｏｕ８０を用いたＷｉｎｄｏｗｅｄ復号処理であり、Ｗｉｎｄｏｗ８０のＷｉｎｄｏｗサイズとスループット及び要求される訂正性能により復号繰り返し数とは可変であり、誤り訂正復号化部３６に接続された制御回路１２から入力される。

Description

この発明は、誤り訂正復号装置及び光送受信装置に関する。

近年の光伝送システムにおいては、高い伝送容量と長距離の伝送を実現するための有効な方法として、一般的に、誤り訂正符号が適用されている。誤り訂正符号は、有線／無線通信システム及び記憶装置等で使用される技術である。誤り訂正符号は、送信側で送り出すデジタルデータに冗長なビットを付加することで、受信したデータに誤り（ビット）が生じたとしても、誤りを訂正可能とする技術である。

誤り訂正符号・復号方式として、ハミング符号、ＢＣＨ（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）符号、ＲＳ（リード・ソロモン）符号など、様々な方式が提案されている。

なお、誤り訂正符号を適用することで、伝送路で生じる誤りの検出・訂正が可能となるが、誤りが訂正可能な誤りビット数には限界がある。また、誤り訂正符号方式の誤り訂正性能および復号方式によって、訂正可能な誤りビット数は異なる。

誤り訂正符号においては、送信データ（フレームを構成するオーバヘッド等を含む）を情報ビットと呼び、情報ビットに付加される冗長ビットのことをパリティビットと呼ぶ。パリティビットは、誤り訂正の符号方式によってそれぞれ異なる算出方法で情報ビットから算出される。また、情報ビットとパリティビットとを合わせたビット列を符号語と呼ぶ。

ブロック符号と呼ばれる誤り訂正符号では、あらかじめ設定されたビット数の単位で、情報ビットからパリティビットを算出する。つまり、１つの符号語内の情報ビット数およびパリティビット数は決められており、それぞれ、情報ビット長、パリティビット長と呼ばれる。また、符号語のビット数を符号長と呼ぶ。

海底ケーブルおよび都市間通信に用いられるコア・メトロ系光伝送システムにおいては、伝送容量の拡大及び伝送距離の拡大の需要が顕著であり、日々、強力な誤り訂正符号の適用および提案が行われている。近年、誤り訂正符号として、低密度パリティ検査（LDPC: Low-Density Parity-Check）符号が広く用いられてきている。ＬＤＰＣ符号は、非ゼロ要素の少ない、疎なパリティ検査行列で定義されるブロック符号である。

また、ＬＤＰＣ符号の誤り訂正性能向上実現を実現する手法として、例えば非特許文献１及び非特許文献２では、空間結合ＦＥＣ（Spatially-Coupled Forward Error Correction）構成が提案されている。空間結合ＦＥＣ構成では、空間結合ＬＤＰＣ（Spatially-Coupled LDPC）符号が用いられている。空間結合ＬＤＰＣ符号は、畳み込みＬＤＰＣ符号の一つであり、畳込み型ＬＤＰＣ符号の基本構造を応用して、符号系列を連続型からブロック終端型にしたものである。空間結合ＬＤＰＣでは、小検査行列を用いて、空間結合ＬＤＰＣ符号の部分行列を構成し、それらの小検査行列を複数個斜めに結合して大きな検査行列を構成したものが、空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列となる。

非特許文献１では、ＢＰ（Belief Propagation）復号法を用いることによって、理論限界に迫る高い誤り訂正性能を実現することが示されている。

しかしながら、空間結合ＬＤＰＣ符号は、結合長が長くなるほど性能の向上が望まれる一方で、復号化回路の拡大と遅延の拡大が生じてしまう。そのため、非特許文献２では、回路規模増加の抑制と遅延抑制の方法として、空間結合ＬＤＰＣ符号へのＷｉｎｄｏｗｅｄ復号の適用が提案されている。

S. Kudekar, T. Richardson, and R. L. Urbanke, "Threshold saturation via spatial coupling: Why convolutional LDPC ensembles perform so well over the BEC," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 57, no. 2, pp. 803-834, Feb. 2011. A. R. Iyengar, P. H. Siegel, R. L. Urbanke and J. K. Wolf, "Windowed decoding of spatially coupled codes," Proc. 2011 IEEE Int. Symp. Inf. Theory (ISIT), pp. 2552-2556, Aug. 2011.

近年の光伝送システムでは、伝送容量の拡大に伴い、収容するシステムのクライアントレートが多岐にわたっている。例えば、ＩＥＥＥ系では、１００ＧｂＥ以上の伝送容量として、２００ＧｂＥまたは４００ＧｂＥで、且つ、柔軟に信号を収容可能な、Flex Ethernet（登録商標）の標準化が進められている。また、ＩＴＵ−Ｔ系では、Ｇ．７０９／Ｙ．１３３１にて、１００Ｇ超の光伝送ネットワークとして、ｎ×１００Ｇ（ｎは整数）単位での最大２５．６Ｔｂ／ｓまでのインタフェースで使用できるフレームフォーマット（ＯＴＵＣｎ）の標準化を進めている。光伝送装置を構成する光トランシーバには、これら複数のクライアント信号をフレキシブルに収容し、ライン側に同レート相当で信号を伝送する機能が求められる。

非特許文献１では、ＢＰ復号法を用いることによって、高い誤り訂正性能を実現することが提案されている。また、非特許文献２においては、空間結合ＬＤＰＣ符号とＷｉｎｄｏｗｅｄ復号とを用いることにより、強力な誤り訂正性能を、比較的複雑性を抑えた低回路規模の構成で実現することを提案している。しかしながら、非特許文献１及び２のいずれにおいても、様々な伝送レート（スループット）に対する構成は提案されていない。このように、従来の誤り訂正回路においては、様々な伝送レート（スループット）への対応は、これまで検討されていない。

また、伝送距離によって異なる入力誤り率に対応して、訂正能力を調整することも検討されていない。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、様々な伝送レート（スループット）に対応可能な、誤り訂正復号装置および光送受信装置を得ることを目的としている。

また、伝送距離に応じた性能品質に対応可能な、誤り訂正復号装置を得ることを目的としている。

この発明は、繰り返し復号可能な符号化された受信系列を復号するための誤り訂正復号装置であって、要求スループットおよび要求訂正性能に基づいて設定される復号繰り返し数の回数分の処理を満たす範囲で要求される要求遅延に基づいて、復号処理結果を出力する出力タイミングを決定する出力タイミング設定部と、前記復号繰り返し数の回数分だけ、前記符号化された受信系列に対する復号処理を繰り返し行う誤り訂正復号部とを備えた誤り訂正復号装置である。

この発明に係る誤り訂正復号装置は、要求スループットおよび要求訂正性能に基づいて設定される復号繰り返し数の回数分の処理を満たす範囲で要求される要求遅延に基づいて、復号処理結果を出力する出力タイミングを決定し、復号繰り返し数の回数分だけ、符号化された受信系列に対する復号処理を繰り返し行うようにしたので、回路構成は全く変更することなく、様々な粒度のスループット、性能に柔軟に対応でき、結果として消費電力を抑えることができる。

この発明の実施の形態１に係る光送受信装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信装置で送受信される信号のフレーム構造を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信装置に設けられた誤り訂正符号化部の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信装置に設けられた誤り訂正符号化部から出力される信号のフレーム構造を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信装置に設けられた誤り訂正復号化部の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信装置の誤り訂正復号化部で用いられる空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信装置の誤り訂正復号化部で用いられる空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列に含まれる小検査行列を構成する疑似巡回ＬＤＰＣ符号の検査行列の一例を示す図である。 巡回置換行列の一例を示した図である。 巡回置換行列の一例を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信装置の誤り訂正復号化部で用いられる空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る光送受信装置に設けられた誤り訂正復号化部の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る誤り訂正復号装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る誤り訂正復号装置の従来と同様の動作関係例を示した図である。 この発明の実施の形態３に係る誤り訂正復号装置で図１１の入力に対してスループットが１／２、繰り返し回数が約２倍としたときの動作関係例を示した図である。 この発明の実施の形態３に係る誤り訂正復号装置で図１２の入力に対して、繰り返し回数を図１１と同様としたときの動作関係例を示した図である。 この発明の実施の形態４に係る誤り訂正復号装置の構成例を示したブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る誤り訂正復号装置で図１３の入力、誤り訂正復号動作に対して、復号後フレームを図１２と同様としたときの動作関係例を示した図である。 この発明の実施の形態５に係る誤り訂正復号装置の構成例を示したブロック図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光送受信装置の構成を示すブロック図である。光送受信装置は、誤り訂正復号装置から構成された誤り訂正復号化部を搭載している。以下、光送受信装置の構成について説明する。

図１において、Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１は、クライアント信号が入力される入力インタフェース回路である。Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１には、システムまたはユーザによって、クライアント信号が入力される。当該クライアント信号は、光送受信装置によって送信される信号である。Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１には、Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２が接続されている。

Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２には、Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１に入力されたクライアント信号が入力される。Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２は、クライアント信号を伝送フレームに収容し、後段の処理に適した形に信号をフレーミングする、フレーマー回路である。Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２には、誤り訂正符号化部２３が接続されている。

誤り訂正符号化部２３には、Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２で生成された伝送フレームが入力される。誤り訂正符号化部２３は、入力された伝送フレームに対して、任意の規則に従ってパリティビットを付加して、符号語を生成する。誤り訂正符号化部２３には、シンボルマッピング部２４が接続されている。

シンボルマッピング部２４には、誤り訂正符号化部２３で生成された符号語が入力される。シンボルマッピング部２４は、入力された符号語を、ライン側で伝送するのにふさわしい形へと符号化および多値化するためのマッピング処理回路である。シンボルマッピング部２４には、波形整形部２５が接続されている。

波形整形部２５には、シンボルマッピング部２４から出力される信号が入力される。波形整形部２５は、入力された信号のアナログ波形を、時間および周波数領域で等化して、伝送に適した形に整形するための信号処理回路である。波形整形部２５には、Ｄ／Ａ変換部２６が接続されている。

Ｄ／Ａ変換部２６には、波形整形部２５で生成されたデジタル信号が入力される。Ｄ／Ａ変換部２６は、入力されたデジタル信号をアナログ電気信号に変換するＤ／Ａコンバーターである。Ｄ／Ａ変換部２６には、光送信部２７が接続されている。

光送信部２７には、Ｄ／Ａ変換部２６から出力されるアナログ電気信号が入力される。光送信部２７は、入力されたアナログ電気信号を光信号に変換し、当該光信号を光ファイバへと伝送させる光送信回路である。

以上説明した、Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１から光送信部２７までの構成が、光送受信装置の送信側の構成である。

図１において、光受信部３１は、光ファイバを経由して伝送されてきた光信号を受信する。光受信部３１は、受信した光信号をアナログ電気信号に変換するための光受信器から構成されている。光受信部３１には、Ａ／Ｄ変換部３２が接続されている。

Ａ／Ｄ変換部３２には、光受信部３１からアナログ電気信号が入力される。Ａ／Ｄ変換部３２は、当該アナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバーターから構成されている。Ａ／Ｄ変換部３２には、波形歪補償部３３が接続されている。

波形歪補償部３３には、Ａ／Ｄ変換部３２から出力されるデジタル信号が入力される。波形歪補償部３３は、当該デジタル信号を時間／周波数領域で等化することにより、送信されてきたであろう元の信号へと補償するための信号処理回路である。波形歪補償部３３では、伝送路または光アナログフロントエンドで受けた歪みを補償する。波形歪補償部３３には、タイミング検出部３４が接続されている。

タイミング検出部３４には、波形歪補償部３３によって補償された信号が入力される。タイミング検出部３４は、当該信号から伝送フレームの先頭を検出してタイミングをとるタイミング検出処理回路から構成されている。タイミング検出部３４においては、波形歪補償部３３で補償された信号に基づいて、伝送フレームの先頭が検出されアライメントされる。タイミング検出部３４には、尤度算出部３５が接続されている。

尤度算出部３５には、タイミング検出部３４から出力されるアライメントされた信号が入力される。尤度算出部３５は、当該シンボルマッピングされた各ビットの対数尤度比（LLR: Log-likelihood ratio）を算出する尤度算出回路から構成されている。尤度算出部３５には、誤り訂正復号化部３６が接続されている。

誤り訂正復号化部３６は、この発明の実施の形態１に係る誤り訂正復号装置である。誤り訂正復号化部３６は、様々な伝送レート（スループット）に対応するための機能を有している。誤り訂正復号化部３６は、尤度算出部３５から、各ビットのＬＬＲが入力される。誤り訂正復号化部３６は、当該ＬＬＲに基づいて、受信信号の誤り訂正復号化処理を行う。誤り訂正復号化部３６の構成については後述する。誤り訂正復号化部３６には、Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７が接続されている。

Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７には、誤り訂正復号化部３６によって誤りが訂正された信号が入力される。Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７は、誤りが訂正された当該信号を並べなおして、各クライアント信号にするクライアント信号生成回路である。Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７では、受信した伝送フレームにＨＤ−ＦＥＣのパリティビットが付加されていた場合には、当該ＨＤ−ＦＥＣの復号処理も行う。Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７では、復号処理が行われた信号が、各クライアント信号として取り出され、必要に応じてオーバヘッドが付加される。Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７には、Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＯＵＴ）３８が接続されている。

Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＯＵＴ）３８には、Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７で生成されたクライアント信号が入力される。Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＯＵＴ）３８は、入力されたクライアント信号を出力する出力インタフェース回路である。Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＯＵＴ）３８は、入力されたクライアント信号を、外部に設けられた各クライアントモジュール等へ出力する。

以上説明した、光受信部３１からＣｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＯＵＴ）３８までの構成が、光送受信装置の受信側の構成である。

なお、以下では、Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１及びＣｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＯＵＴ）３８を、まとめて、クライアント側アナログインターフェース部と呼ぶこととする。

また、Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２からＤ／Ａ変換部２６まで、および、Ａ／Ｄ変換部３２からＣｌｉｅｎｔ信号生成部３７までを、まとめて、光アナログ変復調部と呼ぶこととする。

また、光送信部２７及び光受信部３１を、まとめて、デジタル信号処理部と呼ぶこととする。

図１において、制御回路１１，１２，１３は、システムもしくはユーザからの設定を受けて、上記の各部２１〜３８を制御するための制御回路である。制御回路１１は、クライアント側アナログインターフェース部に対して設けられている。制御回路１２は、光アナログ変復調部に対して設けられている。制御回路１３は、デジタル信号処理部に対して設けられている。このように、本実施の形態においては、クライアント側アナログインターフェース部、デジタル信号処理部、および、光アナログ変復調部に対して、それぞれ、１つの制御回路が設けられている。しかしながら、本実施の形態においては、クライアント側アナログインターフェース部、デジタル信号処理部、および、光アナログ変復調部に対して、共通の１つの制御回路のみを設けるようにしてもよく、その場合にも、本実施の形態は実現可能である。

次に、本実施の形態に係る光送受信装置の動作について説明する。

送信側では、まず、Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１に、本実施の形態に係る光送受信装置が収容する様々なクライアント信号が入力される。Ｃｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＩＮ）２１は、例えば、１００ＧｂＥであれば、ＣＡＵＩ−４またはＣＡＵＩ−１０などのインタフェースとなるが、本実施の形態では構成は問わない。入力された信号は、Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２で伝送フレームに収容され、ライン側での長距離伝送に適した形にフレーミングされる。Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２では、必要に応じて、外符号として硬判定誤り訂正符号（HD-FEC: Hard-Decision Forward Error Correction）のパリティビットを付加する。図２に、例えば、ライン側でのフレームフォーマットをＯＴＵ４（ただしＨＤ−ＦＥＣの冗長度は不定）とした場合の伝送フレームのフレーム構造を示す。図２に示す例では、情報ビット領域に、硬判定パリティビット領域が付加されている。硬判定パリティビット領域には、ＨＤ−ＦＥＣのパリティビットが収容されている。ＯＵＴ４では、単位時間当たりの伝送容量が１０４．７９４４Ｇｂｐｓ（パリティビット含まず）であることから、以降の説明では、フレームフォーマットとして図２に記載の構造を用いて、かつ、誤り訂正符号化部２３および誤り訂正復号化部３６には約１００Ｇｂｐｓ単位で信号が入出力されるものを用いることとするが、本実施の形態はその限りではない。

図３に、本実施の形態に係る誤り訂正符号化部２３の構成の一例を示す。図３に示す例においては、誤り訂正符号化部２３は、誤り訂正符号処理部としてのＬＤＰＣ符号化回路２３２と、その両側に設けられたインタリーバ２３１とデインタリーバ２３３とで構成されている。インタリーバ２３１には、Ｃｌｉｅｎｔ信号収容部２２で収容したビットレートに応じて、ｎ×１００Ｇ（ｎは整数）の信号が入力される。ここでは、当該信号は、ＯＴＵ４フレームフォーマットに収容されている。インタリーバ２３１は、入力された信号をインタリーブして、ＬＤＰＣ符号化回路２３２に入力する。ＬＤＰＣ符号化回路２３２では、入力された信号に、ＬＤＰＣパリティ生成規則に基づいたパリティビットを付加し、デインタリーバ２３３に入力する。デインタリーバ２３３は、入力された信号をデインタリーブして、シンボルマッピング部２４に入力する。なお、ＬＤＰＣ符号化回路２３２に入力されたフレーム構造にＨＤ−ＦＥＣのパリティビットが付加されていた場合、ＬＤＰＣ符号化回路２３２では、ＨＤ−ＦＥＣのパリティビットも情報ビットとして処理する。図４に、誤り訂正符号化部２３のデインタリーバ２３３から出力されるフレーム構造を示す。図４のフレーム構造においては、クライアント信号が収容された情報ビット領域と硬判定パリティビット領域とを合わせて情報ビットとしている。当該情報ビットには、ＬＤＰＣパリティビット領域が付加されている。なお、要求される変調方式や伝送性能によって、誤り訂正符号の冗長度は異なるため、本実施の形態ではフレームフォーマットに関わるｋ，Ｎ（ｋ＞３０５９２，Ｎ＞ｋを満たす整数）を定めない。また、ＬＤＰＣパリティビット領域は必ずしもフレーム構造の最後にまとめられる必要性はなく、途中にＬＤＰＣパリティビット領域が挿入されることもある。

誤り訂正符号化部２３から出力された信号は、シンボルマッピング部２４に入力され、ライン側で伝送するのにふさわしい形へ変換される。シンボルマッピング部２４の変換手法としては、多値化、多次元符号化、または、差動符号化が含まれる。また、さらに、シンボルマッピング部２４の変換手法には、後段での処理に用いるパイロット（既知）信号の付加なども含まれる。シンボルマッピング部２４の出力信号は、波形整形部２５に入力される。波形整形部２５では、入力された信号の疑似的なアナログ波形を、時間領域、周波数領域、もしくは、両領域で等化することで、波形整形をする。波形整形部２５の波形整形方法としては、例えばナイキストフィルタリングやアナログ部の帯域補償などがある。波形整形部２５からの出力は、Ｄ／Ａ変換部２６によって、アナログ電気信号に変換される。Ｄ／Ａ変換部２６から出力されたアナログ電気信号は、光送信部２７にて光信号に変換され、光ファイバ等の伝送路へ送信される。

受信側では、まず、光受信部３１に、光ファイバを経由して伝送された光信号が入力される。光受信部３１は、受信した当該光信号をアナログ電気信号に変換する。光受信部３１から出力されたアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換部３２に入力される。Ａ／Ｄ変換部３２では、入力されたアナログ電気信号がデジタル信号に変換される。当該デジタル信号は、波形歪補償部３３に入力される。波形歪補償部３３では、当該デジタル信号に対して、伝送路や光アナログフロントエンドなどで受けた歪みを補償する処理を行う。歪み補償方法としては、例えば帯域補償や分散補償等の線形補償、ファイバ又は光素子による非線形補償、送受信光源の周波数オフセット、あるいは、位相補償などがある。波形歪補償部３３からの出力は、タイミング検出部３４に入力される。タイミング検出部３４では、タイミング検出され、フレームの先頭、あるいは、必要に応じてマルチフレームの先頭が検出され、アライメントされる。尤度算出部３５では、補償された信号を受け、シンボルマッピングされた各ビットのＬＬＲを算出し、誤り訂正復号化部３６へ入力する。

図５に、本実施の形態に係る誤り訂正復号化部３６の構成の一例を示す。図５に示す例においては、誤り訂正復号化部３６は、空間結合ＬＤＰＣ復号処理部３６２と、その両側に設けられたデインタリーバ３６３とインタリーバ３６１とから構成されている。空間結合ＬＤＰＣ復号処理部３６２では、ライン側からのｎ×１００Ｇ（ｎは整数）の信号が入力され、ＯＴＵ４（Ｖ）構造のｎ×１００Ｇ（ｎは整数）の信号が出力される。空間結合ＬＤＰＣ復号処理部３６２は、図５に示すように、メモリ３６２１と空間結合ＬＤＰＣ復号演算回路３６２２とを備えている。また、空間結合ＬＤＰＣ復号処理部３６２は、制御回路１２にて制御される。空間結合ＬＤＰＣ復号処理部３６２では、図６Ａに記載されるような検査行列を用いて復号処理を行う。

図６Ａにおいて、大外を囲っている四角６０は、空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列７０（Ｍ行×Ｎ列）全体を示しており、その中の四角６１は、空間結合ＬＤＰＣ符号の部分行列を示している。この部分行列を、以下では、小検査行列７１と呼ぶこととする。なお、四角６０で示される空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列７０の行列要素は、小検査行列７１以外の部分は、すべて０である。

なお、小検査行列７１は、それ自体が検査行列になっている。空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列７０は、基本となる小検査行列７１をＬＤＰＣ規則的構造で連結して構成したＬＤＰＣ畳み込み符号である。図６Ａに示すように、小検査行列７１を右下方向に斜めに並べるように結合して、大きな検査行列７０を構成する。隣接する小検査行列７１同士は、予め設定されたｋ行ずつずれている（ｋは、１以上の整数）。

小検査行列７１には、例えば擬似巡回（QC: Quasi-Cyclic）ＬＤＰＣ符号（以下、ＱＣ−ＬＤＰＣ符号とする）が適用できる。ここで、ＱＣ−ＬＤＰＣ符号について簡単に説明する。いま、小検査行列７１として、図６Ｂに示すＬＤＰＣ符号の検査行列Ｈを想定する。検査行列Ｈは、複数の区分行列Ａ_j,k（ブロック行列とも呼ばれる）から構成されている。これらの区分行列Ａ_j,kを、巡回置換行列または零行列のいずれか一方に制限した場合、検査行列Ｈは、ＱＣ−ＬＤＰＣ符号となる。ＱＣ−ＬＤＰＣ符号は、検査行列の構成および回路実装が比較的容易であり、実用上よく用いられている。

巡回置換行列とは、単位行列を巡回シフトした行列である。図７Ａに、巡回置換行列の一例を記載する。図７Ａに示す巡回置換行列は、ｐ行×ｐ列の行列である。巡回置換行列のｘ行目のｙ列目の行列要素を（ｘ，ｙ）と表記した場合、行列要素（１，ｔ），（２、ｔ＋１），（３，ｔ＋２），・・・，（ｔ，ｐ）が、１である。また、行列要素（ｔ＋１，１），（ｔ＋２，２），・・・，（ｐ，ｔ−１）が、１である。それ以外の行列要素は、すべて、０である。このように、巡回置換行列においては、複数の単位行列が巡回シフトされている。巡回置換行列は、行列のサイズｐと行の右方向へのシフト値ａを用いて、Ｉ_p ^(a)で表される。Ｉ_p ⁽⁰⁾は単位行列である。また、例えば、Ｉ₅ ⁽¹⁾は、図７Ｂに示す行列となる。従って、図７Ａの巡回置換行列は、行列のサイズがｐで、且つ、１行目のｔ列目の行列要素が「１」であるため、シフト値ａは「ｔ−１」となるので、Ｉ_p ^(t-1)と表される。

本実施の形態において、誤り訂正復号化部３６は、複数の小検査行列にまたがるＷｉｎｄｏｗサイズ単位で、Ｗｉｎｄｏｗｅｄ復号処理を行う。図６Ａの例では、太点線で示されるように、５つの小検査行列７１にまたがったＷｉｎｄｏｗ８０を示している。具体的には、図６Ａの例では、Ｗｉｎｄｏｗ８０が、小検査行列７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅの５つの小検査行列７１にまたがっている。しかしながら、Ｗｉｎｄｏｗ８０に含まれる小検査行列７１の個数は５つに限定されるものではなく、任意の個数に設定してよい。

Ｗｉｎｄｏｗｅｄ復号処理では、Ｗｉｎｄｏｗ８０内において、列方向に、１行毎の復号を行う。すなわち、図６Ａの細点線で示すように、まず、Ｗｉｎｄｏｗ８０内の１番上の行８１の復号処理を行う。このとき、行８１には、小検査行列７１ａ，７１ｂ，７１ｃの各１行が含まれる。その後、下の行に向かって、１行ずつ、逐次的に処理を進めていく。そうして、Ｗｉｎｄｏｗ８０内の一番下の行まで処理が到達した場合に、再度、Ｗｉｎｄｏｗ８０の一番上の行８１から一番下の行まで、順に、復号処理を行う。このように、Ｗｉｎｄｏｗｅｄ復号処理では、Ｗｉｎｄｏｗ８０に対して、繰り返し復号処理を行う。この繰り返しの回数を、以下では、復号繰り返し数と呼ぶ。こうして、Ｗｉｎｄｏｗ８０に対する復号処理が、復号繰り返し数の回数分、すべて、完了した場合、Ｗｉｎｄｏｗ８０の一番上の行８１に関し、その演算結果を出力するとともに、演算途中の中間値の廃棄を行う。また、図８に示すように、Ｗｉｎｄｏｗ８０を、右下に向かって、検査行列７１の１つ分だけずらす。これにより、Ｗｉｎｄｏｗ８０から小検査行列７１ａが外れ、Ｗｉｎｄｏｗ８０内に、新しく、小検査行列７１ｆが入力される。これが、新しいＷｉｎｄｏｕｗ８０となる。新しいＷｉｎｄｏｗ８０は、小検査行列７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆの５つの小検査行列にまたがっている。こうして、新しいＷｉｎｄｏｗ８０に対して、上記の復号処理と同様の繰り返し復号処理を実行する。

空間結合ＬＤＰＣ符号にＷｉｎｄｏｗｅｄ復号を適用した場合、その性能は、Ｗｉｎｄｏｗ８０のＷｉｎｄｏｗサイズの大きさに応じて向上する。一方で、Ｗｉｎｄｏｗサイズの拡大に従い、復号処理に要するメモリサイズを拡大する必要がある。また、上記復号方式は、復号繰り返し数の増加に従い、性能が向上する。一方で、復号繰り返し数の増加に従って、回路規模や消費電力が増加する。すなわち、性能を向上させるためには、Ｗｉｎｄｏｗサイズを大きくし、復号繰り返し数を増加させる必要があるが、その場合には、メモリのサイズや回路規模を大きくする必要がある。メモリのサイズや回路規模が大きい場合、回路実装が困難になる。そのため、回路規模の拡大抑制及び回路実装の容易性を確保しながら、性能を向上させることは難しい。従って、性能と、回路規模および回路実装とは、トレードオフの関係にある。

本実施の形態１においては、最小スループット時の最大実現可能なＷｉｎｄｏｗサイズに対応したメモリを有する構成をとる。こうして、誤り訂正復号化部３６に入力されるスループットに応じて、Ｗｉｎｄｏｗサイズと復号繰り返し数とを、制御回路１２から変更することにより、複数のスループットに対応する。ここでは、Ｗｉｎｄｏｗサイズを、Ｗｉｎｄｏｗ８０の列方向の大きさとする。従って、図８の例では、Ｗｉｎｄｏｗ８０の列方向の大きさは、ちょうど１つの小検査行列７１が含まれる幅であるため、小検査行列７１の行数をｐ列とすると、Ｗｉｎｄｏｗ８０のＷｉｎｄｏｗサイズは「ｐ」となる。なお、本実施の形態においては、Ｗｉｎｄｏｗ８０の行方向の大きさは固定値とするが、これについても可変としてもよい。ちなみに、図８の例では、Ｗｉｎｄｏｗ８０の行方向の大きさは、ちょうど５つの小検査行列７１が含まれる幅であるため、小検査行列７１の列数をｐ列とすると、Ｗｉｎｄｏｗ８０の行方向の大きさは「ｐ×５」となっている。

さらに、本処理を、パイプライン処理にするためには、次の小検査行列７１の処理に必要な信号が揃ったタイミングで、現時点のＷｉｎｄｏｗ８０に対する復号処理を完了する必要がある。従って、各スループットに対するＷｉｎｄｏｗサイズと復号繰り返し数の決定方法として、例えば最小スループット時のＷｉｎｄｏｗサイズの最大値を実装上優位なメモリサイズの最大値とし、Ｗｉｎｄｏｗサイズと繰り返し数との積が復号処理に必要な単位時間以下となる最大値とする方法が考えられる。しかしながら、当該方法に、限定されず、他の方法でもよい。

以上のようにして復号処理された信号は、Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７に入力される。送信側にてＨＤ−ＦＥＣのパリティビットが付加されている場合には、Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７において、ＨＤ−ＦＥＣの復号処理が行われる。復号処理が行われた信号は、各クライアント信号として取り出され、必要に応じてオーバヘッド等が付加され、クライアント信号として生成される。Ｃｌｉｅｎｔ信号生成部３７からの出力はＣｌｉｅｎｔ ＩＦ（ＯＵＴ）３８に入力され、各クライアントモジュール等へ出力される。

このように、Ｗｉｎｄｏｗサイズと復号繰り返し数とを可変とする構成とすることで回路構成は全く変更することなく、様々な粒度のスループットに柔軟に対応できる。

以上のように、本実施の形態に係る光送受信装置は、ＬＤＰＣ符号で符号化された受信系列を復号するための誤り訂正復号装置から構成された誤り訂正復号化部３６を備えている。誤り訂正復号化部３６は、空間結合ＬＤＰＣ符号の検査行列を用いた復号処理を行い、空間結合ＬＤＰＣ符号の前記検査行列においては、複数の小検査行列７１がＬＤＰＣ規則的構造で結合されている。また、復号処理は、１以上の小検査行列７１にまたがるＷｉｎｄｏｗ８０を用いて、Ｗｉｎｄｏｗ単位で逐次的に復号していくＷｉｎｄｏｗｅｄ復号処理である。当該Ｗｉｎｄｏｗｅｄ復号処理は、復号繰り返し数の回数分だけ繰り返し実行される。Ｗｉｎｄｏｗ８０のＷｉｎｄｏｗサイズと復号繰り返し数とは可変であり、誤り訂正復号化部３６に接続された制御回路１２から入力される。Ｗｉｎｄｏｗサイズと前記復号繰り返し数とは、制御回路１２によって、光送受信装置で送受信される光信号のスループットに応じて決定される。これにより、本実施の形態に係る光送受信装置は、様々な伝送レート（スループット）に対応可能である。以上のように、本実施の形態においては、Ｗｉｎｄｏｗサイズと復号繰り返し数とを可変とする構成とすることで、回路構成は全く変更することなく、様々な粒度のスループットに柔軟に対応できる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、Ｗｉｎｄｏｗ８０のＷｉｎｄｏｗサイズと復号繰り返し数とを可変とする構成とすることで、複数のスループットに対応したものであるが、空間結合ＬＤＰＣ復号演算回路３６２２を、大きな一つの演算コア回路で構成したものであった。このように、大きな一つの演算コア回路で構成した場合、回路の複雑性が増加する。任意のＷｉｎｄｏｗサイズ及び任意の復号繰り返し数とした場合、その復号処理回路規模の見積もりが困難になるため、設計のやり直しが生じやすくなる。

図９に、この発明の実施の形態２に係る誤り訂正復号化部３６の構成を示す。図９に示すように、実施の形態２では、図５に示した空間結合ＬＤＰＣ復号演算回路３６２２の代わりに、２個以上の小規模な小回路規模復号演算回路３６４を並列に配置している。

これらの小回路規模復号演算回路３６４は、すべて、同じ回路構成で実現可能である。このように、図５の空間結合ＬＤＰＣ復号演算回路３６２２に比べて、小回路規模復号演算回路２６４を小さい回路構成とすることで、比較的精度の高い回路規模見積もりが可能となる。本実施の形態においては、以上の構成とすることで、誤り訂正復号化部３６の回路規模／誤り訂正性能／スループットを柔軟に設計・構築することが可能となる。

以上のように、本実施の形態においても、上記の実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、本実施の形態においては、誤り訂正復号化部３６を、２以上の小回路規模復号演算回路２６４から構成するようにしたので、誤り訂正復号化部３６の回路規模／誤り訂正性能／スループットを柔軟に設計・構築することが可能となる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る誤り訂正復号装置の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、誤り訂正復号装置は、繰り返し数設定部４０３と、誤り訂正復号部４０５とを搭載している。誤り訂正復号部４０５は、例えば、図５の空間結合ＬＤＰＣ復号処理部３６２と同様の構成を有しており、繰り返し訂正が可能である。以下、誤り訂正復号装置の構成について説明する。

図１０において、繰り返し数設定部４０３は、要求スループット４０１及び要求訂正性能４０２に基づき、次の誤り訂正符号系列の復号処理が始まる前に復号処理が終了する繰り返し数を最大値として、誤り訂正復号部４０５の復号繰り返し数を設定する。要求訂正性能４０２とは、伝送距離により想定される受信誤り率あるいは消費電力等により要求される最適な誤り訂正性能である。繰り返し数設定部４０３は、ユーザから要求スループット４０１及び要求訂正性能４０２が入力されることにより、予め設定されている演算等を用いて、繰り返し数を設定する。あるいは、ユーザが、机上にて、要求スループット４０１及び要求訂正性能４０２に基づいて最適な復号繰り返し数を決定して、当該復号繰り返し数を繰り返し数設定部４０３に入力して設定してもよい。繰り返し数設定部４０３は、例えばレジスタにより復号繰り返し数に基づく制御信号を生成して、誤り訂正復号部４０５に渡す。

誤り訂正復号部４０５は、繰り返し数設定部４０３からの制御信号に従って、復号繰り返し数の回数分だけ、誤り訂正符号フレーム４２０に対して、繰り返し誤り訂正復号処理を行う。誤り訂正復号部４０５は、復号繰り返し数の回数分の繰り返し処理を行った後に、復号後フレーム４２２を出力する。例えばＬＤＰＣ符号の場合、誤り訂正復号部４０５では行演算と列演算が繰り返し行われる。

図１１は、図１０の誤り訂正復号装置の構成において、要求スループット４０１を最大スループットにし、且つ、復号繰り返し数を最大の繰り返し回数とした場合の動作関係例を示した図である。図１１の例においては、誤り訂正符号語からなる誤り訂正符号フレーム４２０の入力所要時間と、誤り訂正復号後フレーム４２２を出力する所要時間とが、同じであるとする。誤り訂正復号部４０５において、入力側及び出力側に誤り訂正符号フレーム相当の容量の記憶部（メモリ）があれば、次の誤り訂正符号フレーム４２０の入力が終了する直前までに、前の誤り訂正復号４２１の復号処理を完了させ、誤り訂正復号後フレーム４２２を出力すれば、衝突を起こすことなく出力できる。

図１２は、図１０の誤り訂正復号装置の構成において、要求スループット４０１を図１１の１／２のスループットにし、且つ、復号繰り返し数を最大の繰り返し回数とした場合の動作関係例を示した図である。この場合、次の誤り訂正符号フレーム４２０の入力が完了するまでに２倍の時間があることから、誤り訂正復号部４０５において、復号繰り返し数を約２倍まで増やすことができ、訂正能力の向上が期待できる。

図１３は、図１０の誤り訂正復号装置の構成において、要求スループット４０１を図１１の１／２のスループットにし、且つ、復号繰り返し数を１／２の繰り返し回数とした場合の動作関係例を示した図である。これは、例えば、近距離の伝送等で、入力時の誤り率が小さく、繰り返し回数を最大の１／２とした場合の動作関係例である。この場合、次の誤り訂正復号４２１の処理時間は、約１／２となる。そのため、次の誤り訂正符号フレーム４２０の入力が完了するまで、誤り訂正復号部４０５を、復号後フレーム４２２の出力を除き、非活性とすることができる。それにより、誤り訂正復号部４０５において、低消費電力化が期待できる。なお、出力までの遅延時間も約１／２となる。

ＬＤＰＣ符号の復号処理では、行演算と列演算を符号系列全体について行うことを復号繰り返し数単位とすることが考えられるが、符号系列を複数のブロックに分けて復号処理を行うことも可能である。また、ブロック数単位を繰り返し数として設定を行うことも可能である。また、畳込み型ＬＤＰＣ符号などで用いられるＷｉｎｄｏｗｅｄ復号においては、Ｗｉｎｄｏｗｅｄ復号単位での繰り返し数制御にも適用できる。

以上のように、本実施の形態においては、繰り返し数設定部４０３に対して、要求スループット４０１及び伝送距離あるいは消費電力等より要求される要求訂正性能４０２に基づいて、誤り訂正復号部４０５の復号繰り返し数を設定することで、複数のスループットにも対応できるとともに、消費電力を抑えた繰り返し誤り訂正復号処理を行うことができる。

実施の形態４．
上述した実施の形態３に係る誤り訂正復号装置においては、繰り返し数設定部４０３に設定される復号繰り返し数の回数分だけ復号処理を行った後に、復号後フレーム４２２を出力する。この場合、設定された復号繰り返し数に従って復号処理の遅延時間が異なってくるため、後段のシステム設計を複雑にする可能性がある。次の誤り訂正符号フレーム４２０の復号処理４２１が終了する直前までに、前の誤り訂正復号後フレーム４２２の出力を完了すれば、衝突を起こすことなく出力できるが、一方で、システムの処理遅延時間は、なるべく小さくしたい要求があり、次の誤り訂正符号フレーム４２０の復号処理４２１が始まる前に、復号後フレーム４２２を出力できることが望ましい。

図１４に、この発明の実施の形態４に係る誤り訂正復号装置の構成を示す。実施の形態４では、誤り訂正復号部４０５に対して、復号繰り返し数を設定する繰り返し数設定部４０３と、要求される要求出力遅延４０６に基づいて出力タイミングを設定する出力タイミング設定部４０４とを設けたものである。図１０と図１４との違いは、図１４においては、出力タイミング設定部４０４が追加されている点である。他の構成については、図１０と同じであるため、同一符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。

出力タイミング設定部４０４は、要求される要求出力遅延４０６、要求スループット４０１及び要求訂正性能４０２に基づいて、繰り返し数設定部４０３に設定される復号繰り返し数よりも大まかな繰り返し数に基づく出力タイミングを設定する。もちろん、出力タイミング設定部４０４は、要求スループット４０１及び要求訂正性能４０２に基づく復号繰り返し数の処理が完了できるように、出力タイミングを設定する必要がある。あるいは、逆に、要求出力遅延４０６に対して、繰り返し数設定部４０３から復号繰り返し数の上限を設定することも可能である。

繰り返し訂正が可能な誤り訂正復号部４０５は、繰り返し数設定部４０３によって設定された復号繰り返し数の回数分だけ復号処理を行った後、出力タイミング設定部４０４から受け取る出力タイミング制御信号で制御される出力タイミングまで、誤り訂正復号後フレーム４２２を誤り訂正復号部４０５内で保持した後に、出力する。

図１５は、図１４の誤り訂正復号装置の構成において、出力タイミング設定部４０４から、想定される最大ではない復号繰り返し数に基づいて出力タイミングを設定したときの動作関係例を示した図である。この場合、誤り訂正復号４２１において、復号＃２以降は、繰り返し数設定部４０３により設定される、想定の最大繰り返し数での復号処理であるが、復号＃１は、それより少ない繰り返し数を繰り返し数設定部４０３により設定されている。しかしながら、出力タイミング設定部４０４により、復号＃１の出力タイミングを、復号＃２等と同様の出力タイミングとしているため、復号後フレーム４２２の出力において、復号後フレーム＃１から復号後フレーム＃２への切り替えは途切れることなく出力することができる。

以上のように、本実施の形態においては、繰り返し数設定部４０３とは別に、要求される要求出力遅延４０６に基づいて出力タイミングを設定する出力タイミング設定部４０４を設けることで、繰り返し数設定部４０３による復号繰り返し数に変更があっても、安定した所望の遅延での誤り訂正復号フレームを出力することができる。

実施の形態５．
上述した実施の形態３及び実施の形態４では、１つの誤り訂正復号部４０５を用いた構成について説明したが、高速スループットに対応するため複数の誤り訂正復号部を並列に複数個並べて処理することも考えられる。

図１６に、この発明の実施の形態５に係る誤り訂正復号装置の構成を示す。ここでは、複数の誤り訂正復号部４０５，４０７を設けている。誤り訂正復号部４０７の構成は、誤り訂正復号部４０５の構成と同様であるため、ここでは、説明を省略する。また、図１６に示すように、誤り訂正復号部４０５，４０７の前段には、フレーム分配部４０８が設けられ、後段には、フレーム選択部４０９が設けられている。図１６では、誤り訂正復号部の個数が２個の場合を例に挙げているが、誤り訂正復号部の個数は任意の個数でよい。なお、他の構成については、実施の形態３，４と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

フレーム分配部４０８には、誤り訂正符号フレーム４２０が入力される。フレーム分配部４０８は、入力された誤り訂正符号フレーム４２０を、誤り訂正復号部４０５と誤り訂正復号部４０７とに、交互に入力する。繰り返し数設定部４０３と出力タイミング設定部４０４からの制御信号は、誤り訂正復号部４０５と誤り訂正復号部４０７に対して共通に入力される。また、フレーム選択部４０９は、誤り訂正復号部４０５と誤り訂正復号部４０７から交互に出力される誤り訂正復号後フレーム４２２を選択して出力する。

以上のように、本実施の形態においては、誤り訂正復号部の個数を例えば２個にすることで、実施の形態４の構成において２倍のスループットで行った繰り返し処理と同等の繰り返し処理を行うことができる。なお、誤り訂正復号部４０５と誤り訂正復号部４０７に対して、異なる要求訂正性能４０２と異なる誤り訂正符号フレーム４２０とが入力可能であれば、繰り返し数設定部４０３からの制御信号を別々に設定し、出力タイミング設定部４０４からの制御信号を同一にすることで、消費電力を抑えつつ、所望の誤り訂正復号後フレーム４２２を出力することができる。

実施の形態６．
上述した実施の形態１〜５では、光送受信装置に対して、ＬＤＰＣ符号、特に空間結合ＬＤＰＣ符号等の畳込み型ＬＤＰＣ符号の誤り訂正復号装置を適用する場合の例について示してきたが、その場合に限らず、繰り返し復号可能な誤り訂正符号は、ターボ符号、積符号、連接符号等様々な符号構成があり、これらもＬＤＰＣ符号同様に、復号繰り返し数の設定を制御できるため、実施の形態１〜５に係る光送受信装置に適用することができる。また、これらは、光送受信装置だけでなく、地上無線通信、衛星通信、衛星光通信等の他の通信方法においても、繰り返し復号可能な誤り訂正符号での復号において適用することができる。

Claims (6)

1. 繰り返し復号可能な符号化された受信系列を復号するための誤り訂正復号装置であって、
   要求スループットおよび要求訂正性能に基づいて設定される復号繰り返し数の回数分の処理の実行を満たす範囲で要求される要求遅延に基づいて、復号処理結果を出力する出力タイミングを決定する出力タイミング設定部と、
   前記復号繰り返し数の回数分だけ、前記符号化された受信系列に対する復号処理を繰り返し行う誤り訂正復号部と
   を備えた誤り訂正復号装置。
2. 前記要求スループット及び前記要求訂正性能に応じて、前記要求スループット及び前記要求訂正性能のそれぞれを満たすように、データレートを満たす最大繰り返し数以下の範囲で、復号繰り返し数を設定する繰り返し数設定部をさらに備えた、
   請求項１に記載の誤り訂正復号装置。
3. 前記符号化された受信系列は、ＬＤＰＣ符号系列とする、
   請求項１または２に記載の誤り訂正復号装置。
4. 前記誤り訂正復号部は複数個設けられており、
   前記符号化された受信系列を、予め設定された順序で、前記複数個の前記誤り訂正復号部に対して順に入力していくフレーム分配部と、
   前記複数個の前記誤り訂正復号部から出力される復号後の前記受信系列を選択して出力するフレーム選択部と
   をさらに備えた、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の誤り訂正復号装置。
5. 前記復号処理は、１以上の小検査行列にまたがるＷｉｎｄｏｗを用いて、前記Ｗｉｎｄｏｗ単位で逐次的に復号していくＷｉｎｄｏｗｅｄ復号処理であり、
   前記ＷｉｎｄｏｗのＷｉｎｄｏｗサイズと前記復号繰り返し数とは可変であり、
   前記Ｗｉｎｄｏｗサイズと前記復号繰り返し数とは、前記誤り訂正復号装置に接続された制御回路から入力され、
   前記制御回路は、前記要求スループット及び前記要求訂正性能に基づいて、前記Ｗｉｎｄｏｗサイズと前記復号繰り返し数とを決定する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の誤り訂正復号装置。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の誤り訂正復号装置を備えた光送受信装置。

Images