JP7394889B2

JP7394889B2 - 送信装置、受信装置及び通信方法

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Publication number: JP7394889B2
Application number: JP2021574437A
Authority: JP
Inventors: 剛近藤; 亮太假谷; 慎也平栗
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: JPWO2021152870A1; WO2021152870A1

Description

本開示は、信頼性及びリアルタイム性を高くする通信技術に関する。

衛星等に搭載される宇宙機器では、ＳＥＥ（ＳｉｎｇｌｅＥｖｅｎｔＥｆｆｅｃｔ）により、ＳｅｒＤｅｓ（ＳＥＲｉａｌｉｚｅｒ／ＤＥＳｅｒｉａｌｉｚｅｒ）の転送ラインにスタック故障が発生する場合がある。スタック故障は、１ビットの誤りが発生すると、連続して誤りが発生してしまう故障である。スタック故障が発生すると、長期に渡り、通信の信頼性及びリアルタイム性が失われる。

スタック故障が発生した場合の対策として、同一のデータを２つの転送ラインで送信し、一方の転送ラインにスタック故障が発生した場合には、他方の転送ラインで送信されたデータを用いる方法がある（特許文献１参照）。

また、スタック故障が発生した場合の対策として、データをバッファに記憶しておき、スタック故障が発生した場合にバッファに記憶されたデータを再送する方法がある（特許文献２参照）。

特開２０１５－１３６１０４号公報特開２０１８－０３２９３４号公報

同一のデータを複数の転送ラインで送信する場合には、同一のデータを送信するための２つの転送ラインを用意しなければならない。そのため、通信装置における回路の規模が大きくなってしまう。
また、データをバッファに記憶しておき再送する場合には、バッファと再送制御とのための回路を用意しなければならない。そのため、通信装置における回路の規模が大きくなってしまう。また、データが再送されるまでに時間がかかってしまい、リアルタイム性が失われてしまう。
本開示は、回路の規模を抑えつつ、通信の信頼性及びリアルタイム性を高くすることを目的とする。

本開示に係る送信装置は、
複数のデータの組に対する誤り訂正符号を生成する訂正符号部と、
前記複数のデータそれぞれに対して誤り検出符号を付して複数の送信データを生成する検出符号部と、
前記検出符号部によって生成された前記複数の送信データと、前記訂正符号部によって生成された前記誤り訂正符号とを、それぞれ異なる転送ラインで送信する送信部と
を備える。

本開示では、それぞれ異なる転送ラインで送信される複数のデータの組に対する誤り訂正符号を生成するとともに、複数のデータそれぞれに対して誤り検出符号を付す。これにより、回路の規模を抑えつつ、通信の信頼性及びリアルタイム性を高くすることが可能である。

実施の形態１に係る通信システム１０の構成図。実施の形態１に係る送信装置２０の構成図。実施の形態１に係る受信装置３０の構成図。実施の形態１に係る通信システム１０の動作の説明図。実施の形態１に係る送信装置２０の動作を示すフローチャート。実施の形態１に係る受信装置３０の動作を示すフローチャート。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、実施の形態１に係る通信システム１０の構成を説明する。
通信システム１０は、送信装置２０と受信装置３０と複数のＳｅｒＤｅｓ４０とを備える。送信装置２０と受信装置３０とは、複数のＳｅｒＤｅｓ４０を介して接続されている。各ＳｅｒＤｅｓ４０は、Ｓｅｒ４１（Ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ）と、Ｄｅｓ４２（Ｄｅｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ）とを備え、Ｓｅｒ４１とＤｅｓ４２との間がシリアル転送用の転送ライン４３で接続されている。
実施の形態１では、通信システム１０は、ｎ台のＳｅｒＤｅｓ４０を備える。ｎ，ｋは整数であり、ｎ＞ｋ＞２である。

図２を参照して、実施の形態１に係る送信装置２０の構成を説明する。
送信装置２０は、電子回路２１と、通信インタフェース２２とのハードウェアを備える。送信装置２０は、通信インタフェース２２を介して各ＳｅｒＤｅｓ４０におけるＳｅｒ４１と接続される。

送信装置２０は、機能構成要素として、訂正符号部２１１と、検出符号部２１２と、送信部２１３とを備える。送信装置２０の各機能構成要素の機能は電子回路２１により実現される。

図３を参照して、実施の形態１に係る受信装置３０の構成を説明する。
受信装置３０は、電子回路３１と、通信インタフェース３２とのハードウェアを備える。受信装置３０は、通信インタフェース３２を介して各ＳｅｒＤｅｓ４０におけるＤｅｓ４２と接続される。

受信装置３０は、機能構成要素として、受信部３１１と、誤り検出部３１２と、誤り訂正部３１３とを備える。受信装置３０の各機能構成要素の機能は電子回路３１により実現される。

電子回路２１，３１としては、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ（ＧａｔｅＡｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）が想定される。
各機能構成要素を１つの電子回路２１，３１で実現してもよいし、各機能構成要素を複数の電子回路２１，３１に分散させて実現してもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図４から図６を参照して、実施の形態１に係る通信システム１０の動作を説明する。
実施の形態１に係る通信システム１０の動作手順は、実施の形態１に係る通信方法に相当する。また、実施の形態１に係る通信システム１０の動作を実現するプログラムは、実施の形態１に係る通信プログラムに相当する。

図４及び図５を参照して、実施の形態１に係る送信装置２０の動作を説明する。
（図５のステップＳ１１：訂正符号生成処理）
訂正符号部２１１は、転送対象の複数のデータを取得する。実施の形態１では、訂正符号部２１１は、ｋ個のデータを取得する。各データは、複数のビットから構成される。例えば、各データは、３２ビットである。訂正符号部２１１は、取得された複数のデータの組に対する誤り訂正符号を生成する。

実施の形態１では、誤り訂正符号は、ＲＳ（Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号である。つまり、訂正符号部２１１は、各データを１つのシンボルとして、ｋ個のデータの組に対するＲＳ符号を生成する。実施の形態１では、訂正符号部２１１は、（ｎ－ｋ）個のＲＳ符号を生成する。（ｎ－ｋ）は、誤りの訂正可能な数を示している。そのため、通信の信頼性をどの程度にするかに応じて定められる。

つまり、図４に示すように、訂正符号部２１１は、ｋ個のデータｍ_１，．．．，ｍ_ｋの組に対する（ｎ－ｋ）個のＲＳ符号である誤り訂正符号ｐ_１，．．．，ｐ_{（ｎ－ｋ）}を生成する。

（図５のステップＳ１２：検出符号生成処理）
検出符号部２１２は、ステップＳ１１で取得された複数のデータそれぞれに対して誤り検出符号を付して複数の送信データを生成する。また、検出符号部２１２は、ステップＳ１１で生成された１つ以上の誤り訂正符号それぞれに対して誤り検出符号を付して複数の送信符号を生成する。

実施の形態１では、誤り検出符号は、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）符号である。なお、誤り検出符号は、ＣＲＣ符号に限らず、パリティビットといった他の符号であってもよい。検出符号部２１２は、データのビット数に応じて、誤りの検出が可能なビット数のＣＲＣ符号を生成する。そして、検出符号部２１２は、データにＣＲＣ符号を付して送信データを生成する。同様に、検出符号部２１２は、誤り訂正符号のビット数に応じて、誤りの検出が可能なビット数のＣＲＣ符号を生成する。そして、検出符号部２１２は、誤り訂正符号にＣＲＣ符号を付して送信符号を生成する。

つまり、図４に示すように、検出符号部２１２は、ｋ個のデータｍ_１，．．．，ｍ_ｋそれぞれに対してＣＲＣ符号である誤り検出符号を付して送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋを生成する。また、検出符号部２１２は、（ｎ－ｋ）個の誤り訂正符号ｐ_１，．．．，ｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれに対してＣＲＣ符号である誤り検出符号を付して送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}を生成する。

（図５のステップＳ１３：送信処理）
送信部２１３は、ステップＳ１２で生成された複数の送信データと、ステップＳ１１で生成された誤り訂正符号とを、それぞれ異なる転送ラインで送信する。ここでは、送信部２１３は、誤り訂正符号として、ステップＳ１２で生成された送信符号を送信する。

つまり、図４に示すように、送信部２１３は、送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋそれぞれを、Ｓｅｒ４１Ｓ_１，．．．，Ｓ_ｋを介して転送ラインＬ_１，．．．，Ｌ_ｋで送信する。また、送信部２１３は、送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれを、Ｓｅｒ４１Ｓ_ｋ＋１，．．．，Ｓ_ｎを介して転送ラインＬ_ｋ＋１，．．．，Ｌ_ｎで送信する。

図４及び図６を参照して、実施の形態１に係る受信装置３０の動作を説明する。
（図６のステップＳ２１：受信処理）
受信部３１１は、図５のステップＳ１３で送信された複数の送信データと誤り訂正符号とを受信する。ここでは、受信部３１１は、誤り訂正符号として、送信符号を受信する。

つまり、図４に示すように、受信部３１１は、送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋとそれぞれを、Ｄｅｓ４２Ｄ_１，．．．，Ｄ_ｋを介して転送ラインＬ_１，．．．，Ｌ_ｋから受信する。また、受信部３１１は、送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれを、Ｄｅｓ４２Ｄ_ｋ＋１，．．．，Ｄ_ｎを介して転送ラインＬ_ｋ＋１，．．．，Ｌ_ｎから受信する。

（図６のステップＳ２２：誤り検出処理）
誤り検出部３１２は、複数の送信データそれぞれを検出対象として、検出対象に付された誤り検出符号により検出対象に誤りがあるか否かを判定する。また、誤り検出部３１２は、送信符号を検出対象として、検出対象に付された誤り検出符号により検出対象に誤りがあるか否かを判定する。
つまり、誤り検出部３１２は、送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋそれぞれと、送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれとについて誤りがあるか否かを判定する。

（図６のステップＳ２３：誤り訂正処理）
誤り訂正部３１３は、誤りがあると判定された送信データについて、誤りがないと判定された送信符号の誤り訂正符号を用いて誤りの訂正を行う。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係る通信システム１０では、送信装置２０がそれぞれ異なる転送ラインで送信される複数のデータの組に対する誤り訂正符号を生成するとともに、複数のデータそれぞれに対して誤り検出符号を付す。これにより、回路の規模を抑えつつ、通信の信頼性及びリアルタイム性を高くすることが可能である。

具体的には、実施の形態１に係る通信システム１０では、受信装置３０は、ＣＲＣ符号といった誤り検出符号により誤りがあるデータを特定し、ＲＳ符号といった誤り訂正符号により誤りがあるデータを訂正する。
単純にＲＳ符号といった誤り訂正符号で誤りがあるデータを特定した上で、誤りがあるデータを訂正することも可能である。しかし、ＲＳ符号を用いる場合には、誤りがある箇所が特定されていないと、ＲＳ符号の数を２で除した数だけしか訂正ができない。つまり、（ｎ－ｋ）／２個のデータについてしか訂正ができない。
これに対して、誤りの箇所が特定されている場合には、ＲＳ符号の数だけ訂正が可能である。つまり、（ｎ－ｋ）個のデータについての訂正が可能である。そのため、ＣＲＣ符号といった誤り検出符号により誤りがあるデータを特定することにより、ＲＳ符号の数を減らすことができる。
実施の形態１に係る通信システム１０では、ＲＳ符号である誤り訂正符号の数だけ転送ライン４３が必要である。そのため、ＲＳ符号の数を減らすことで、転送ライン４３の数を減らすことが可能である。その結果、回路の規模を抑えることが可能である。

また、単純にＲＳ符号といった誤り訂正符号で誤りがあるデータを特定した上で、誤りがあるデータを訂正することも可能である。しかし、この場合には、誤りがあるデータの特定に時間がかかってしまう。
これに対して、ＣＲＣ符号といった誤り検出符号を用いて効率的に誤りがあるデータを特定することが可能である。そのため、実施の形態１に係る通信システム１０は、リアルタイム性を高くすることが可能である。

なお、従来のように、同一のデータを送信するための２つの転送ラインを用意する場合には、データの送信に必要な転送ラインと同数の転送ラインを追加する必要がある。つまり、データの送信に必要な数の２倍の転送ラインが必要になる。
これに対して、実施の形態１に係る通信システム１では、誤り訂正符号を送信するための転送ライン４３は、故障が同時に発生すると想定される転送ライン４３の数だけ必要になる。故障が同時に発生すると想定される転送ライン４３の数は、通信の信頼性をどの程度にするかに応じて定められる。しかし、全ての転送ライン４３に同時に故障が発生することが想定されることはほとんどない。そのため、追加する必要がある転送ライン４３の数は、同一のデータを送信するための２つの転送ラインを用意する場合よりも少なくなる。

実施の形態１では、誤り検出符号としてＣＲＣ符号を用いた。ＣＲＣ符号は、連続した誤りの検出に向いているという特性がある。宇宙機器では、ＳＥＥによりスタック故障が発生する場合がある。そのため、通信システム１０を宇宙機器に用いるような場合には、誤り検出符号としてＣＲＣ符号を用いることが有効である。

＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
実施の形態１では、各機能構成要素がハードウェアで実現された。しかし、変形例１として、各機能構成要素はソフトウェアで実現されてもよい。この変形例１について、実施の形態１と異なる点を説明する。

変形例１に係る送信装置２０の構成を説明する。
各機能構成要素がハードウェアで実現される場合には、送信装置２０は、電子回路２１に代えて、プロセッサとメモリとを備える。
メモリには、送信装置２０の各機能構成要素の機能を実現するプログラムが格納されている。このプログラムは、プロセッサによりメモリに読み込まれ、プロセッサによって実行される。これにより、送信装置２０の各機能構成要素の機能が実現される。

変形例１に係る受信装置３０の構成を説明する。
各機能構成要素がハードウェアで実現される場合には、受信装置３０は、電子回路３１に代えて、プロセッサとメモリとを備える。
メモリには、受信装置３０の各機能構成要素の機能を実現するプログラムが格納されている。このプログラムは、プロセッサによりメモリに読み込まれ、プロセッサによって実行される。これにより、受信装置３０の各機能構成要素の機能が実現される。

プロセッサは、プロセッシングを行うＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサは、具体例としては、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（ＧｒａｐｈｉｃｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）である。

メモリは、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリは、具体例としては、ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）である。

＜変形例２＞
変形例２として、一部の各機能構成要素がハードウェアで実現され、他の各機能構成要素がソフトウェアで実現されてもよい。

電子回路２１，３１とプロセッサとメモリとを処理回路という。つまり、各機能構成要素の機能は、処理回路により実現される。

１０通信システム、２０送信装置、２１電子回路、２２通信インタフェース、２１１訂正符号部、２１２検出符号部、２１３送信部、３０受信装置、３１電子回路、３２通信インタフェース、３１１受信部、３１２誤り検出部、３１３誤り訂正部、４０ＳｅｒＤｅｓ、４１Ｓｅｒ、４２Ｄｅｓ、４３転送ライン。

Claims

ｋが２より大きい整数であり、ｎがｋよりも大きい整数であるとし、
ｋ個のデータｍ_１，．．．，ｍ_ｋの組に対して、ＲＳ（Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号である（ｎ－ｋ）個の誤り訂正符号ｐ_１，．．．，ｐ_{（ｎ－ｋ）}を生成する訂正符号部と、
前記データｍ_１，．．．，ｍ_ｋそれぞれに対して、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）符号である誤り検出符号を付して送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋを生成するとともに、前記訂正符号部によって生成された前記誤り訂正符号ｐ_１，．．．，ｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれに対して、ＣＲＣ符号である誤り検出符号を付して送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}を生成する検出符号部と、
前記検出符号部によって生成された前記送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋと前記送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}とを、それぞれ異なる転送ラインで送信する送信部と
を備える送信装置。
前記送信部は、前記誤り検出符号により、前記送信データｔｄ _１，．．．，ｔｄ _ｋ及び前記送信符号ｔｐ _１，．．．，ｔｐ _{（ｎ－ｋ）} に誤りがあるか否かを判定する誤り検出部と、前記送信データｔｄ _１，．．．，ｔｄ _ｋのうち前記誤り検出部によって誤りがあると判定された送信データについて、前記送信符号ｔｐ _１，．．．，ｔｐ _{（ｎ－ｋ）} のうち前記誤り検出部によって誤りがないと判定された前記送信符号に含まれる前記誤り訂正符号を用いて誤りの訂正を行う誤り訂正部とを備える受信装置に対して、前記送信データｔｄ _１，．．．，ｔｄ _ｋ及び前記送信符号ｔｐ _１，．．．，ｔｐ _{（ｎ－ｋ）} を、それぞれ異なる転送ラインで送信する
請求項１に記載の送信装置。
ｋが２より大きい整数であり、ｎがｋよりも大きい整数であるとし、
ｋ個のデータｍ_１，．．．，ｍ_ｋそれぞれに対して、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）符号である誤り検出符号が付された送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋと、前記データｍ_１，．．．，ｍ_ｋの組に対するＲＳ（Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号である（ｎ－ｋ）個の誤り訂正符号ｐ_１，．．．，ｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれに対して、ＣＲＣ符号である誤り検出符号が付された送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}とを、それぞれ異なる転送ラインで受信する受信部と、
前記送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋそれぞれと、前記送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれとを検出対象として、前記検出対象に付された前記誤り検出符号により前記検出対象に誤りがあるか否かを判定する誤り検出部と、
前記誤り検出部によって誤りがあると判定された送信データについて、誤りがないと判定された送信符号に含まれる誤り訂正符号を用いて誤りの訂正を行う誤り訂正部と
を備える受信装置。
ｋが２より大きい整数であり、ｎがｋよりも大きい整数であるとし、
送信装置が、ｋ個のデータｍ_１，．．．，ｍ_ｋの組に対して、ＲＳ（Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号である（ｎ－ｋ）個の誤り訂正符号ｐ_１，．．．，ｐ_{（ｎ－ｋ）}を生成し、
前記送信装置が、前記データｍ_１，．．．，ｍ_ｋそれぞれに対して、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）符号である誤り検出符号を付して送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋを生成し、
前記送信装置が、前記誤り訂正符号ｐ_１，．．．，ｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれに対して、ＣＲＣ符号である誤り検出符号を付して送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}を生成し、
前記送信装置が、前記送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋと前記送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}とをそれぞれ異なる転送ラインで送信し、
受信装置が、前記送信装置によって送信された前記送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋと前記送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}とを受信し、
前記受信装置が、前記送信データｔｄ_１，．．．，ｔｄ_ｋそれぞれと、前記送信符号ｔｐ_１，．．．，ｔｐ_{（ｎ－ｋ）}それぞれとを検出対象として、前記検出対象に付された前記誤り検出符号により前記検出対象に誤りがあるか否かを判定し、
前記受信装置が、誤りがあると判定された送信データについて、誤りがないと判定された送信符号に含まれる誤り訂正符号を用いて誤りの訂正を行う通信方法。