JP6668588B2 - 誤り訂正装置及び誤り訂正方法 - Google Patents

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Description

本発明は、誤り訂正装置及び誤り訂正方法に関する。
一般にCRC(Cyclic Redundancy Check)コード等の誤り「検出符号」を使用した通信において誤りを検出した場合には、データを破棄するか、データの再送を要求する方式を採用していた。すなわち、受信したパケットの誤りチェックを「誤り検出」により行い、誤りがあると判断した場合には、再送要求できない通信システムにおいては、そのパケットのデータを破棄し、再送要求できるシステムでは再送を行い、誤りをなくすARQ(Auto Repeat reQuest)方式を採用していた。しかしながら、再送要求できるシステムにおいても、再送するがために伝送速度が低下するという課題を有していた。
この課題に対し、例えば特表2014−501472号公報に示されるデコード方法が提案されている。
特表2014−501472号公報に開示されているデコード方法は、あらかじめ初期メッセージに1ビットの誤りを含ませたデータに対する巡回冗長チェック値を計算し、1ビットの誤りを含ませた初期メッセージと巡回冗長チェックとを組み合わせたテーブルを準備する。誤りがあると判断した場合には、受信データとテーブルを比較することにより誤り位置を特定し、誤り訂正している。
特表2014−501472号公報
しかしながら特許文献1に記載のデコード方法は、上述のように、あらかじめ1ビット誤りを含んだ初期メッセージとCRCとを組み合わせて変換されたメッセージを生成しテーブルを作成し、テーブルを保持し、テーブルと比較する方法をとっている。その場合テーブルを保持するためには膨大なメモリを必要とする。特許文献1のデコード方法は、2ビット誤りまでを訂正するものであるが、3ビット誤り以上を訂正する場合にはさらに多くのメモリを必要とする。
本発明は、誤り検出符号を使用した通信において、限られたメモリリソースしか確保できない環境であっても、誤りを検出したパケットのデータを破棄、再送要求することなく、誤り訂正することができる誤り訂正方法、及び誤り訂正装置を提供することを目的とする。
本発明の誤り訂正装置は、入力されたパケットの誤り検出を行う誤り検出部と、誤りがあったパケット中の誤りがあるビットを想定し、想定したビットを反転して誤り検出部に出力する処理を、訂正不能と判断されない限り繰り返す誤り訂正部と、を有している。
また、本発明の誤り訂正方法は、パケットを受信し、パケット中に誤りがある場合、誤りがあるビットを想定し、想定したビットを反転させる処理と、誤り検出符号で誤り検出を行う処理を、訂正不能と判断されない限り繰り返す。
本発明によれば、誤り検出符号を使用した通信において、限られたメモリリソースしか確保できない環境であっても、誤りを検出したパケットのデータを破棄、再送要求することなく誤り訂正することができる。
図1は、第1の実施形態の構成を示すブロック図である。 図2は、図1の誤り訂正の動作を示すフローチャートである。 図3は、第2の実施形態の構成を示すブロック図である。 図4は、図3の誤り訂正の動作を示すフローチャートである。 図5は、AIS(Automatic Identification System)メッセージのフォーマットを示す図である。 図6は、AISで使用される通信方式を説明するための図である。 図7は、第3の実施形態の誤り訂正の動作を示すフローチャートである。
図1は、本発明の誤り訂正装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る誤り訂正装置1は、入力されたパケットの誤り検出を行う誤り検出部10と、誤り訂正部20とを備えている。誤り訂正部20は、今までに反転したビット(ビット組合せ)以外のビット(ビット組合せ)のうちから、誤りの可能性のあるビット(ビット組合せ)を反転するビット反転部21と、訂正不能かいなか判断する訂正不能判断部22と、を備えている。誤り訂正部20は、誤りがあったパケット中の誤りがあるビット(ビット組合せ)を想定し、想定したビット(ビット組合せ)を反転して誤り検出部10に出力する処理を、訂正不能と判断されない限り繰り返す。
誤り検出部10は、入力されたパケット中の誤り訂正検出のための情報をもとに、誤り検出を行う。本実施形態は誤り検出方式としてCRC方式を用いる例であり、入力されたパケットにはCRCコードを含まれており、誤り検出部10は、受信ビット列に対しCRCコード生成多項式による割り算を実施して、余りの有無から、誤りの有無を判断する。
本実施形態のビット反転部21は、予め決められた順番で、受信ビット列のビットを1ビットずつ反転させる。例えば、パケットの先頭から順番に、2回目以降の反転であれば、前回反転したビットの次のビットを反転するとしてよい。また、複数ビットの組合せについても、同様に予め決められた順番で、例えば、1ビットの反転について全ビットの反転の後、2ビットの全組合せパターンについて順番に反転し、次に3ビットの全組合せパターンについて順番に反転するとしてよい。
訂正不能判断部22は、誤り訂正部20に入力されたパケットが訂正不能であることを判断する。訂正不能判断部22は、例えば、入力されたパケットについて今までに反転したが誤り有りと判断されたビット組合せを記憶する記憶部221を備え、入力されたパケットを認識し、そのパケットについて今まで反転したビット組合せを確認し、そのパケットのすべてのビット組合せについて反転済であった場合に訂正不能であると判断するように構成されていてもよい。
次に本実施形態の誤り訂正の動作について説明する。図2は、本実施形態の誤り訂正の動作を示すフローチャートである。
誤り訂正装置は、1パケットを受信すると(ステップS1)、まず誤り検出部10は、そのままで誤り検出符号により誤り検出を行い(ステップS2)、誤りがあるか判断する(ステップS3)。誤りが検出されなければ、誤りが発生していないので何もしない。
誤りが検出された場合には、誤り訂正部20のビット反転部21は、予め決められた順番で、ビットを故意に反転させる(ステップS4)。なお訂正不能判断部22は、今回反転したビットを、過去に反転したビットと区別して記憶部221に記憶する。
誤り検出部10は、ビット反転部21がビットを故意に反転したパケットについて、誤り検出符号により誤り検出を行い(ステップS5)、誤りがあるか判断する(ステップS6)、誤りが検出されなければ、訂正不能判断部22に記憶されている、直前に反転させたビットが誤りビットであると特定し、誤り訂正を行う(ステップS7)。
ステップS6で誤りが検出されれば、誤り訂正部20の訂正不能判断部22は、全てのビットの組合せを確認したか判断し(ステップS8)、直前に反転させたビットを元に戻す(ステップS9)。ビット反転部21は、予め決められた順番に基づいて、今までに反転させたビットとは別のビットを故意に反転させる(ステップS10)。反転ビットの決め方は、ステップS4と同様である。ステップS5に戻り、誤り検出部10は、ビット反転部21がビットを故意に反転したパケットについて、誤り検出符号により誤り検出を行う。
ステップS8において訂正不能判断部22が全てのビット組合せを確認したと判断した場合、すなわち全てのビット組合せを確認したがビット誤りを訂正できなければ、誤り訂正不能と判断し、誤り訂正の処理を終了する(ステップS11)。
以上説明したように、本実施形態によれば、予め決められた順番で、ビットを故意に反転させ、今までに反転したが誤り有りと判断されたビット及び今回反転したビットを記憶し、誤りが検出されなければ、直前に反転させたビットが誤りビットと特定して誤り訂正を行う。これにより、限られたメモリリソースしか確保できない環境であっても、誤りが検出された受信パケットに対して誤り訂正を行うことができる。
(第2の実施形態の説明)
次に本発明の第2の実施形態について説明する。
本発明の第2の実施形態に係る誤り訂正装置2は、図3に示すように、誤り訂正部20に、今までに反転したビット以外のビットのうちから、誤りの可能性の高いビットを想定する誤りビット想定部23を備えている点で第1の実施形態と異なる。
ビット想定部23は、今までに反転したビット以外のビットのうちから、誤りの可能性の高いビットを想定することができるよう構成されている。例えば誤り検出部10において算出されたCRCコード生成多項式による割り算の結果の余りと、誤りビット数と誤りビット位置を記憶部231に記憶しておき、入力されたパケットの生成多項式による割り算の結果の余りから、誤りビット数を予測して、統計的に最も確率の高いものからビット反転させる。
次に本実施形態の誤り訂正の動作について説明する。図4は、本発明の第2の実施形態の誤り訂正の動作を示すフローチャートである。
誤り訂正装置2は、1パケットを受信すると、第1の実施形態と同様、ステップS1からステップS3を行い、ステップS3において誤りが検出された場合には、誤り訂正部20の誤りビット想定部23が、ある誤りの組合せを予測し、その誤っていると予測したビットを、ビット反転部21に故意に反転させる(ステップS21)。
誤りの組合せを予測するには、例えば、ステップS3で誤り無しの場合、及び、後述のように誤り訂正を実施するステップS7の後、ステップS3により最初に算出されたCRCコード生成多項式による割り算の結果の余りと、結果的に誤り訂正した誤りビット数と、結果的に誤り訂正した誤りビット位置を記憶部231に記憶しておく(ステップS22)。
そしてステップS21においては、ステップS3で算出されたCRCコード生成多項式による割り算の結果の余りを認識し、過去に割り算の結果の余りが類似だった例を検索し、統計的に確率の高いビットを特定する。ビット反転部21は、そのビットが誤っていると予測して反転させる。
なお、CRCコード生成多項式による割り算の結果の余りに基づいて予測されたビット数が1ビットであれば、1ビットずつ、確率の高い順に予測されたビットを反転させていけばよい。
もし、CRCコード生成多項式による割り算の結果の余りに基づいて予測されたビット数が2ビットの場合は、1ビットは確率の高いあるビットに固定し、他の1ビットを、固定ビットとは異なる他のビットで確率の高い順に予測されたビットを順に反転させる。すべての組み合わせで誤り検出し、誤りが解消しなければ、固定する1ビットを変え、他の1ビットを、固定ビットとは異なる他のビットで確率の高い順に予測されたビットを順に反転させていけばよい。
ビット反転部21がビットを故意に反転させた後、訂正不能判断部22は、今回反転したビットを、過去に反転したビットと区別して記憶し、誤り検出部10に出力する。
誤り検出部10は、ビット反転部21が誤っていると予測したビットを故意に反転したパケットについて、第1の実施形態と同様、ステップS5からステップS6を行い、誤りが検出されなければ、故意に反転させたビットが誤りビットであると特定し、誤り訂正を行う(ステップS7)。
このとき上述のように、誤りビット想定部23は、誤り訂正できた例として、ステップS3により最初に算出された生成多項式による割り算の結果の余りと、結果的に誤り訂正した誤りビット数と、結果的に誤り訂正した誤りビット位置を記憶しておく(ステップS22)。
ステップS6において誤りが検出されれば、誤り訂正部20の訂正不能判断部22は、全てのビット組合せを確認したか判断し(ステップS8)を行い、全組合せの確認が終了していなければ直前に故意に反転させたビットを元に戻す(ステップS9)。誤りビット想定部23は、今までに反転させたビットとは別のビット組合せに誤りが発生したと予測して、その誤りがあると予測したビットをビット反転部21に故意に反転させる(ステップS23)。誤りの組合せの予測は、ステップS21と同様である。
ステップS5に戻り、誤りが訂正できるまで、誤りビット想定部23は、誤っていると予測したビットを故意にビット反転部21に反転させ、誤り検出部10は、誤り検出符号により誤り検出を行い、データ及び誤り検出符号のすべてのビットの組合せについて行う。また第1の実施形態と同様、ステップS8において訂正不能判断部22が全てのビット組合せを確認したと判断した場合、すなわち全てのビット組合せを確認しても、ビット誤りを訂正できなければ、誤り訂正不能と判断し、誤り訂正の処理を終了する(ステップS11)。
このように、本実施形態においては、今までに反転したビット以外のビットのうちから、誤りの可能性の高いビットを想定し優先的に反転するため、誤り訂正すべきビットを速やかに見つけることができる。
本発明の効果的な利用分野について説明する。船舶間の衝突回避や、船舶の位置、進路及び速度等状況認識のため国際海事機関(IMO)により開発されたAIS(Automatic Identification System)と呼ばれる海上交通監視システムが国際的に運用されている。ある大きさ以上の船舶は、6秒間隔から3分間隔で、図5に示すAISメッセージを、SOTDMA(Self−organizing TDMA)方式で繰り返し送信することが義務づけられている。AISメッセージは、図5に示すように規定されている。すなわち、24ビットのプリアンブル31と、8ビットのスタートフラグ32と、168ビットのデータ33と、16ビットのFCS34と、8ビットのエンドフラグ35と、24ビットのバッファ36からなる。データ33は6ビットのメッセージID331と30ビットのユーザID332を含む。16ビットのFCS34は、誤り検出符合であるCRCコードである。しかしながら、AISメッセージは、誤り訂正符合を含んでいない。また現行のAISではSOTDMAセル内の海岸局及び各船舶41、42、43は、SOTDMAセル内(半径約60km)の海岸局及び他の船舶のAISメッセージを受信する。図6のスロットマップ44に示すように衝突しないよう海岸局が設定したスロットの設定情報に基づき各船舶が使用するスロット444、445、446を選択する。一方、近年、宇宙からAISメッセージを収集する衛星受信AISが開発されているが、衛星受信AISは、いくつものSOTDMAセルを同時にカバーするため、衛星で受信する際、SOTDMAの効果が無いエリア同志のAISメッセージの衝突が発生する可能性がある。このように、パケットの衝突が発生するが誤り訂正のためのデータを含ませることが困難なパケットに対して誤り訂正を行うことができ、受信率の向上が期待できる。
またAIS受信システム以外にも、CRCコードを使用した通信システムにおいて、これまで誤り検出にのみ使用していたCRCコードを、誤り訂正に使用することにより、通信品質の改善が図れる。例えば、HDLCのフレーム制御、銀行のATM、イーサネット(登録商標)などでCRCコードが使用されているが、CRCコードで誤り検出し、誤りが発見された場合には再送要求をしていた。再送するためには時間がかかるが、上記のようにCRCコードで誤り訂正を行うことができれば、再送の必要は無く、サービス時間を短縮することができる。
(第3の実施形態の説明)
次に本発明の第3の実施形態について説明する。
本実施形態は、例えばAISのように、同じ情報を繰り返し受信するシステムを前提としている。本実施形態に係る誤り訂正装置は、今までに受信したパケットに含まれていた繰り返し受信する情報、例えばAISでは、送信元が変わらなければ変わらない上記ユーザID332等を含む送信元固有情報を、記憶部231に一定期間、記憶しておく。誤りが検出されたパケットが入力されたときは、まず、送信元固有情報が書き込まれている複数ビットを、記憶部に記憶されている送信元固有情報と比較する。類似の送信元固有情報にあわせて、異なるビットをビット反転部21に反転させて、誤り検出を試みる。
この実施形態についてさらに具体的に説明する。本実施形態の誤り訂正装置の構成は、図3と同様であるが、ビット想定部23は、送信元固有情報、例えば、上記ユーザID332の他、名称、船舶の種類、サイズ、設備等を示す情報を記憶部231に一定期間、記憶する点で上記第2の実施形態と異なる。ビット想定部23は、誤りが検出されたパケットが入力されたときは、送信元固有情報が書き込まれている複数ビットを、記憶部に記憶されている送信元固有情報と比較する。類似の送信元固有情報があれば、最も類似するものから順番に、類似の送信元固有情報にあわせて異なるビットをビット反転部21にビット反転させる。
図7は、第3の実施形態の誤り訂正の動作を示すフローチャートである。
誤り訂正装置2は、1パケットを受信すると、第1の実施形態と同様、ステップS1からステップS3を行う。ステップS3において誤りが検出された場合には、誤り訂正部20の誤りビット想定部23が、記憶部231に記憶されている送信元固有情報と比較し、類似のものから優先して記憶部231に記憶されている送信元固有情報と異なるビットを特定する。例えば、記憶部231に記憶されている送信元固有情報のうち異なるビット数の少ないものを優先して、それにあわせてビットを反転させる。ビット反転部21は、そのビットが誤っていると予測して反転させる(ステップS31)。
またこのために、例えば、ステップS3で誤り無しの場合、ビット想定部23は、受信したパケットに含まれていた送信元固有情報、例えば、識別情報、名称、船舶の種類、サイズ、設備等を示す情報を記憶部231に一定期間、記憶しておく(ステップS32)。このとき、すでに記憶されている送信元固有情報であれば、送信元固有情報は追記せず破棄してもよい。もし送信元固有情報の受信時刻を記憶していれば送信元固有情報の受信時刻の情報を変更あるいは追記してもよい。
ビット反転部21がビットを故意に反転させた後、訂正不能判断部22は、今回反転したビットを、過去に反転したビットと区別して記憶し、誤り検出部10に出力する。
誤り検出部10は、ビット反転部21が誤っていると予測したビットを故意に反転したパケットについて、第1の実施形態と同様、ステップS5からステップS6を行い、誤りが検出されなければ、故意に反転させたビットが誤りビットであると特定し、誤り訂正を行う(ステップS7)。
ステップS6において誤りが検出されれば、誤り訂正部20の訂正不能判断部22は、記憶部231に記憶されている全ての送信元固有情報について確認したか判断し(ステップS33)、全送信元固有情報についての確認が終了していなければ直前に故意に反転させたビットを元に戻す(ステップS9)。誤りビット想定部23は、今までに反転させたビットとは別のビットの組合せに誤りが発生したと予測して、その誤りがあると予測したビットをビット反転部21に故意に反転させる(ステップS34)。誤りの組合せの予測は、ステップS31と同様である。
ステップS5に戻り、誤りが訂正できるまで、誤りビット想定部23は、誤っていると予測したビットを故意にビット反転部21に反転させ、誤り検出部10は、誤り検出符号により誤り検出を行い、データ及び誤り検出符号のすべてのビットの組合せについて行う。また、ステップS33において訂正不能判断部22が全ての送信元固有情報について確認したと判断した場合、すなわち全ての送信元固有情報について確認しても、ビット誤りを訂正できなければ、誤り訂正不能と判断し、誤り訂正の処理を終了する(ステップS11)。
本発明の第3の実施形態においては、送信元が変わらなければ変わらない送信元固有情報を、一定期間、記憶しておくことで、送信元固有情報に誤り訂正すべきビットがあった場合、誤り訂正すべきビットを速やかに見つけることができる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、第3の実施形態において、例えばAISのように、各送信元の使用するスロット範囲が予め設定され、そのスロット範囲のいずれかのスロットを使用して各送信元がパケットを送信するシステムであれば、各スロットに、設定されている送信元の送信元固有情報を記憶部231に記憶し、誤りが検出されたパケットがあれば、まず、そのスロットに設定されていた送信元の送信元固有情報と、誤りが検出されたパケット中の送信元固有情報とを比較し、異なるビットをビット反転部21に反転させてもよい。
このような構成とすれば、各送信元の使用するスロット範囲が予め設定され、そのスロット範囲のいずれかのスロットを使用して各送信元がパケットを送信するシステムにおいては、誤り訂正すべきビットを速やかに見つける可能性を向上することができる。
また例えば、各実施形態で誤り訂正不能と判断された場合、引き続き、他の実施形態の誤り訂正の動作を実施してもかまわない。例えば、まず第3の実施形態のように動作し、誤り訂正不能と判断された後に、次に第2の実施形態のように動作し、再度、誤り訂正不能と判断された場合には、第1の実施形態のように動作するとしてもよい。
また、上記実施形態において訂正不能判断部22は、全てのビットの組合せを確認してビット誤りを訂正できなければ、誤り訂正不能と判断するものとしたが、これに限らず、例えば、あらかじめ決められた割合のビットを確認して訂正できなければ、訂正不能と判断してもよい。このような構成とすれば、誤り訂正装置の処理負荷を軽減することができる。
また上記実施形態においては誤り検出方式としてCRC方式を用いた例を説明したが、他の誤り検出方式でもよく、チェックサム方式やパリティチェック方式などを用いてもよい。
1、2 誤り訂正装置
10 誤り検出部
20 誤り訂正部
21 ビット反転部
22 訂正不能判断部
23 誤りビット想定部
221、231 記憶部
31 プリアンブル
32 スタートフラグ
33 データ
331 メッセージID
332 ユーザID
34 FCS
35 エンドフラグ
36 バッファ
41、42、43 船舶
44 スロットマップ

Claims (6)

  1. 入力されたパケットの誤り検出を行う誤り検出部と、
    各スロットに設定されている送信元の送信元固有情報を記憶する記憶部と、
    誤りがあったパケット中の送信元固有情報を、前記記憶部に記憶されている、前記誤りがあったパケットが送信されたスロットに設定されている送信元の送信元固有情報と比較し、異なるビットを反転して、前記誤り検出部に出力する処理を、訂正不能と判断されない限り繰り返す誤り訂正部と、
    を有する
    ことを特徴とする誤り訂正装置。
  2. 前記記憶部は、さらに、前記パケットのうち、誤りがなかったパケットに書き込まれていた送信元の送信元固有情報を記憶し、
    前記誤り訂正部は、さらに、前記誤りがあったパケット中の送信元固有情報を、前記記憶部に記憶されている、前記誤りが検出されなかったパケットに書き込まれていた送信元の送信元固有情報と比較し、異なるビットを反転して、前記誤り検出部に出力する処理を、訂正不能と判断されない限り繰り返す
    ことを特徴とする請求項1に記載の誤り訂正装置。
  3. 前記誤り訂正部は、さらに、前記誤りがあったパケット中の誤っている確率の高いビットを想定し、想定したビットを反転して誤り検出部に出力する処理を、訂正不能判断されない限り繰り返す
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の誤り訂正装置。
  4. 前記誤り訂正部は、
    前記記憶部に、算出されたCRCコード生成多項式による割り算の結果の余りと、誤りビット数と誤りビット位置を記憶させ、入力されたパケットのCRCコード生成多項式による割り算の結果の余りから、誤りビット数を予測し、
    該予測した誤りビット数の、誤っている確率の高いビットを反転させる
    ことを特徴とする請求項に記載の誤り訂正装置。
  5. 前記誤り訂正部は、全てのビットの組合せを確認しても、ビット誤りを訂正できなければ、誤り訂正不能と判断することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の誤り訂正装置。
  6. 入力されたパケットの誤り検出を行い、
    各スロットに設定されている送信元の送信元固有情報を記憶し、
    前記誤りがあったパケット中の送信元固有情報を、記憶されている、前記誤りがあったパケットが送信されたスロットに設定されている送信元の送信元固有情報と比較し、異なるビットを反転して、前記異なるビットを反転したパケットの誤り検出を、訂正不能と判断されない限り繰り返す
    ことを特徴とする誤り訂正方法。
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