JPH0143493B2 - - Google Patents

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JPH0143493B2
JPH0143493B2 JP21299887A JP21299887A JPH0143493B2 JP H0143493 B2 JPH0143493 B2 JP H0143493B2 JP 21299887 A JP21299887 A JP 21299887A JP 21299887 A JP21299887 A JP 21299887A JP H0143493 B2 JPH0143493 B2 JP H0143493B2
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JP
Japan
Prior art keywords
circuit
code
decoding
error correction
maximum likelihood
Prior art date
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Application number
JP21299887A
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Japanese (ja)
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JPS6367028A (en
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Yutaka Yasuda
Yasuo Hirata
Akira Ogawa
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KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
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Publication date
Application filed by Kokusai Denshin Denwa KK filed Critical Kokusai Denshin Denwa KK
Priority to JP21299887A priority Critical patent/JPS6367028A/en
Publication of JPS6367028A publication Critical patent/JPS6367028A/en
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  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、デイジタル通信におけるビツト誤り
の軽減に極めて有効な最尤誤り訂正システムにお
ける信号化装置に関するものである。 (従来の技術) 近年の通信回線のデイジタル化の機運に伴つ
て、通信品質を向上させる上で極めて効果的な誤
り訂正方式の実システムへの導入が盛んに検討さ
れている。誤り訂正方式には多くの種類がある
が、その中でもたたみ込み符号化と最尤復号法を
組み合わせた誤り訂正方式は非常に強力な誤り訂
正手段としてよく知られている。 最尤復号法とは、受信側において実際の受信信
号系列をもとに送信側で送信可能な全ての信号系
列に対して尤度(実際に送信されたとする場合の
確かさ)を計算し、これらのうちから最も大きな
尤度を示す信号系列を実際に送信側より送信され
た信号系列と判定する復号手段である。特に受信
側で軟判定(ソフトデシジヨン)復調を行なつ
て、受信信号系列の個々の符号シンボルにもその
状態(“1”または“0”)に対して確からしさの
情報を与え、信号系列に対する尤度を精度よく計
算する復号化手段(軟判定最尤復号法)とする
と、その誤り訂正能力は格段と強力なものとな
る。 しかし、実際に最尤復号を実行しようとする
と、送信データ系列が長くなるに従つて、受信側
で予側すべき信号系列(データパターン)の数が
指数関数的に増大するので、復号化装置を構成す
る場合ハードウエア規模が現実的な範囲を越えて
しまう。 このような問題を解決する一つの手段として、
受信側における不必要な尤度計算を極力省き、最
尤復号を能率よく実行できるアルゴリズムを用い
たビタービ復号法がよく知られている。そして、
このビタービ復号法とたたみ込み符号化とを組み
合わせた最尤誤り訂正装置は、符号化率が低く、
かつ符号拘束長の比較的短いものに対しては既に
そのハードウエア化も実現している。 ここで符号化率とは符号化回路の入力ビツト数
と出力ビツト数の比で、入力ビツト数1に対し出
力ビツト数2のときの符号化率は1/2である。こ
のとき増えたビツト数は符号化された符号系列の
冗長の度合を示している。符号化率が大きくなつ
て1に近づくと、(例えば7/8)、符号系列の冗長
度が小さくなるので一般に誤り訂正能力が低くな
る。符号拘束長とは符号化回路の各出力ビツトを
生成するに必要な入力データ系列の長さをいう。 しかし一般に、符号化率ko/noで符号拘束長
がKであるたたみ込み符号をビタービ復号法によ
り復号する復号化装置のハードウエア規模はほぼ
次式のSに比例することが知られている。(文献
参照:J.A.Heller and I.M.Jacobs、
“Viterbidecording for satellite and space
commucations、”IEEE Trans.Commun.
Tecknol.、vol.COM−19、pp.835−847、
Oct.1971) S=2ko(k-1) (1) (1)式は、用いるたたみ込み符号の符号化率
ko/noが高くなるにつれて、あるいは符号化拘
束長Kが長くなるにつれて、復号化装置のハード
ウエア規模が指数関数的に大きくなることを意味
している。この主たる原因は、符号系列の符号拘
束長が長くなるか、あるいは符号化率が高くなる
と、符号の内部状態数が多くなり、復号器の必要
演算回数が多くなるためである。このことにより
従来技術においては、たとえビタービ復号法を用
いても3/4をこえる符号化率を有する符号系列に
適用できる誤り訂正装置の実現は事実上可能とさ
れていた。 一方、帯域制限の厳しい通信系などでは帯域の
有効利用の観点から、情報伝送の冗長度をできる
だけ低くし、かつ誤り訂正能力の大きい誤り訂正
方式の実現が望まれている。 本発明は上記従来技術に鑑みなされたもので、
ハードウエア化の比較的容易な低符号化率用の符
号化回路と復号化回路を用い、これらに簡単な周
辺回路を付加して通信路では高付号化率に変換し
て伝送することにより、等価的に高符号化率符号
の誤り訂正を可能とする通信システムにおける復
号化装置を提供することを目的とする。 (実施例) 以下図面により詳細に説明する。 第1図は、本発明における最尤誤り訂正方式に
基づいてデータの符号化および復号化を行う場合
の概念図である。入力データ系列1は、たたみ込
み符号化回路2によつて符号化データ系列3に変
換され、符号シンボル消去回路4に送られる。第
1図では、符号化率1/2の符号化を仮定し、符号
化データ系列3を並列信号として表示している。
符号シンボル消去回路4では、予め定めた消去パ
ターン5を保持する消去パターン保持回路6の内
容を参照し、該符号化データ系列3から符号シン
ボルを消去しつつ、所定の通信速度を有する送信
データ系列7を生成する。第1図の例では、消去
パターン5中の“1”が実際に送信すべき符号シ
ンボルの位置を示し“0”が消去すべき符号シン
ボルの位置を示している。以上、入力データ系列
1から送信データ系列7を生成するまでの操作
が、符号化装置10によつて実行される。 送信データ系列7は、雑音11のある通信路1
2を介して受信側に送信される。受信側における
受信データ系列13は、送信データ系列7に対応
する送信信号に雑音11が加わつた受信信号を硬
判定(ハードデイシジヨン)または多値軟判定
(ソフトデイシジヨン)復調することにより得ら
れる。軟判定復調とは、通常の“1”または
“0”の2値復調情報に、その復調情報の確かさ
を示す情報を付加して、多値情報として出力する
方法がいい、例えば8値軟判定復調を仮定する
と、受信データ系列13中の各符号シンボルは3
ビツトで構成されることになる。このような軟判
定復調データを用いて最尤復号を行うと、尤度計
算の精度が増して誤り訂正能力が強力となること
は前に述べたとおりである。 前記受信データ系列13は、ダミーシンボル挿
入回路14に送られる。ダミーシンボル挿入回路
14では、送信側の消去パターン5に対応する挿
入パターン15を保持する挿入パターン保持回路
16の内容を参照し、送信側で消去された符号シ
ンボルに対応する受信データ系列13の正しい位
置に、ダミーシンボル(軟判定復調時には、必要
ビツト数分のダミーデータ)を挿入し、所定の通
信速度を有する復号回路入力データ系列17を生
成する。ここでダミーデータは1又は0のいずれ
でもさしつかえない。第1図の例における復号回
路入力データ系列17中の×印は、挿入されたダミ
ーシンボルを示す。この復号回路入力データ系例
17は、最尤復号回路19(ここでは、ビタービ
復号回路を仮定する。)に送られる。但し、挿入
されたダミーシンボルに対しては、予め定められ
た尤度値を固定的に与えて、最尤復号時の各送信
パス毎の尤度計算に基く送信バスの選択誤り確率
を最小限に押える必要がある。このため、例えば
ダミーシンボル挿入回路14では、挿入ダミーシ
ンボルに対する尤度計算禁止パルス20を最尤復
号回路19に送るような機能を有する必要があ
る。 一方、最尤復号回路19は、送信側のたたみ込
み符号化回路2に対応するビタービ復号回路とし
て構成すればよいが、ダミーシンボル挿入回路1
4から尤度計算禁止パルス20を受け取つた時に
は、当該タイミングにおける入力シンボルに対し
て通常の尤度計算を一時的に禁止して、予め定め
られた固定的な尤度値を割り当てるような制御回
路が必要となる。このように、挿入ダミーシンボ
ルに対しては尤度値を強制的に与えながら最尤
(ビタービ)復号を実行することにより、復号デ
ータ系列8が最尤復号回路19から出力される。
以上、受信データ系列13から復号データ系列8
を得るための操作が、復号化装置21により実行
される。 以上が本発明における最尤誤り訂正方式の具体
的説明であるが、この誤り訂正方式の符号化率に
ついては、一般に以下のことが言える。 符号化装置10で用いるたたみ込み符号化回路
2の符号化率をko/noとし、消去パターン5が、
符号化データ系列3のlブロツク(1ブロツクは
noシンボルから構成される。)中のmシンボルを
消去することを指定するものであるとすると、送
信データ系列7の入力データ系列1に対する符号
化率はko′/no′は(2)式のようになる。 ko′/no′=kol/nol−m (2) 従つて、最尤誤り訂正方式を用いた場合の符号
化率は、ko/noに等しい(m=0のとき)か、
それより高くなり、(2)式のlまたはmの値を適当
に選択することにより、ko/no以上の任意の符
号化率の符号に対する最尤誤り訂正が自由に行え
るという特徴を有している。 一方、本発明における最尤誤り訂正方式の誤り
訂正能力、即ち復号後のビツト誤り率特性は、消
去パターン5で指定する消去シンボル比(m/
nol)およびmコの消去シンボル位置に大きく依
存する。ここで、符号化率1/2で拘束長7のたた
み込み符号(この符号のビタービ復号器は現時点
で既にそのハードウエア化が実現されている)
を、符号化装置10内のたたみ込み符号化回路2
に用いると仮定する。この時、最尤誤り訂正方式
により1/2以上の適当な符号化率の符号を構成し
て最尤誤り訂正を行う時の最適消去パターンは、
与えられた符号化率のもとで、可能な全ての消去
パターン5から得られる符号の距離構造を計算機
により調べ、ビタービ復号後の誤り率特性が最も
よくなるような符号を与える消去パターンを1つ
選び出すことにより、一意に決定できる。第1表
は、拘束長7の1/2符号を原符号として、符号化
率2/3から7/8までの符号を最尤誤り訂正方式に基
いて構成する場合の最適消去パターンを調べた結
果である。 同表中の最適消去パターンは、1/2符号化後の
並列シンボルに対する消去パターンとして表示さ
れている。従つて、このパターンを直列に表示す
る場合には例えば3/4符号では“111001”となる。
(Field of Industrial Application) The present invention relates to a signal converting device in a maximum likelihood error correction system that is extremely effective in reducing bit errors in digital communications. (Prior Art) With the recent trend toward digitalization of communication lines, the introduction of error correction methods, which are extremely effective in improving communication quality, into actual systems is being actively studied. There are many types of error correction methods, and among them, an error correction method that combines convolutional coding and maximum likelihood decoding is well known as a very powerful error correction means. Maximum likelihood decoding is a method in which the receiving side calculates the likelihood (certainty if it is actually transmitted) for all signal sequences that can be transmitted on the transmitting side based on the actual received signal sequence. It is a decoding means that determines the signal sequence showing the greatest likelihood among these as the signal sequence actually transmitted from the transmitting side. In particular, by performing soft-decision demodulation on the receiving side, information on the probability of each code symbol of the received signal sequence is given for its state (“1” or “0”), and the signal sequence is If a decoding means (soft-decision maximum likelihood decoding method) is used to accurately calculate the likelihood for , the error correction ability will be much stronger. However, when attempting to actually perform maximum likelihood decoding, the number of signal sequences (data patterns) that must be predicted on the receiving side increases exponentially as the transmitted data sequence becomes longer. When configuring , the hardware scale exceeds the realistic range. One way to solve such problems is to
A well-known Viterbi decoding method uses an algorithm that can efficiently perform maximum likelihood decoding by eliminating unnecessary likelihood calculations on the receiving side as much as possible. and,
This maximum likelihood error correction device that combines Viterbi decoding and convolutional coding has a low coding rate;
Moreover, hardware implementation has already been realized for codes with relatively short code constraint lengths. The coding rate here is the ratio of the number of input bits to the number of output bits of the coding circuit, and when the number of input bits is 1 and the number of output bits is 2, the coding rate is 1/2. The increased number of bits at this time indicates the degree of redundancy of the encoded code sequence. As the coding rate increases and approaches 1 (for example, 7/8), the redundancy of the code sequence decreases, and the error correction ability generally decreases. The code constraint length refers to the length of the input data sequence required to generate each output bit of the encoding circuit. However, it is generally known that the hardware scale of a decoding device that decodes a convolutional code with a coding rate ko/no and a code constraint length K using the Viterbi decoding method is approximately proportional to S in the following equation. (Literature reference: JAHeller and IM Jacobs,
“Viterbirecording for satellite and space
communications,” IEEE Trans.Commun.
Tecknol., vol.COM−19, pp.835−847,
Oct.1971) S=2 ko(k-1) (1) Equation (1) is the coding rate of the convolutional code used.
This means that as ko/no increases or as the encoding constraint length K increases, the hardware scale of the decoding device increases exponentially. The main reason for this is that as the code constraint length of the code sequence becomes longer or the coding rate becomes higher, the number of internal states of the code increases and the number of operations required by the decoder increases. As a result, in the prior art, even if Viterbi decoding is used, it is virtually possible to realize an error correction apparatus that can be applied to a code sequence having a coding rate exceeding 3/4. On the other hand, in communication systems with severe bandwidth limitations, from the viewpoint of effective use of bandwidth, it is desired to realize an error correction method that reduces the redundancy of information transmission as much as possible and has a large error correction capability. The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art,
By using low coding rate encoding and decoding circuits that are relatively easy to implement in hardware, adding simple peripheral circuits to these circuits, and converting to a high coding rate on the communication channel for transmission. , it is an object of the present invention to provide a decoding device in a communication system that can equivalently perform error correction of high coding rate codes. (Example) A detailed explanation will be given below with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram when data is encoded and decoded based on the maximum likelihood error correction method according to the present invention. Input data series 1 is converted into encoded data series 3 by convolutional encoding circuit 2 and sent to coded symbol erasure circuit 4 . In FIG. 1, encoding with a coding rate of 1/2 is assumed, and encoded data series 3 is displayed as a parallel signal.
The code symbol erasing circuit 4 refers to the contents of the erasure pattern holding circuit 6 that holds a predetermined erasure pattern 5, and while erasing code symbols from the encoded data series 3, generates a transmission data series having a predetermined communication speed. Generate 7. In the example shown in FIG. 1, "1" in the erasure pattern 5 indicates the position of the code symbol to be actually transmitted, and "0" indicates the position of the code symbol to be erased. The operations described above are performed by the encoding device 10 to generate the transmission data sequence 7 from the input data sequence 1. Transmission data series 7 is transmitted through communication channel 1 with noise 11.
2 to the receiving side. The received data sequence 13 on the receiving side is obtained by demodulating the received signal, which is the transmitted signal corresponding to the transmitted data sequence 7 with noise 11 added, by hard decision or multilevel soft decision. can get. Soft-decision demodulation is a method that adds information indicating the reliability of the demodulated information to normal binary demodulation information of "1" or "0" and outputs it as multi-value information. For example, 8-value soft Assuming decision demodulation, each code symbol in the received data sequence 13 is 3
It will be made up of bits. As mentioned above, when maximum likelihood decoding is performed using such soft-decision demodulated data, the accuracy of likelihood calculation increases and the error correction ability becomes stronger. The received data series 13 is sent to a dummy symbol insertion circuit 14. The dummy symbol insertion circuit 14 refers to the contents of the insertion pattern holding circuit 16 that holds the insertion pattern 15 corresponding to the erasure pattern 5 on the transmission side, and corrects the received data sequence 13 corresponding to the code symbol erased on the transmission side. A dummy symbol (dummy data for the required number of bits during soft-decision demodulation) is inserted at the position to generate a decoding circuit input data series 17 having a predetermined communication speed. Here, the dummy data may be either 1 or 0. The x mark in the decoding circuit input data series 17 in the example of FIG. 1 indicates an inserted dummy symbol. This decoding circuit input data system example 17 is sent to a maximum likelihood decoding circuit 19 (here, a Viterbi decoding circuit is assumed). However, a predetermined likelihood value is fixedly given to the inserted dummy symbol to minimize the transmission bus selection error probability based on the likelihood calculation for each transmission path during maximum likelihood decoding. It is necessary to hold down. For this reason, for example, the dummy symbol insertion circuit 14 needs to have a function of sending the likelihood calculation inhibition pulse 20 for the inserted dummy symbol to the maximum likelihood decoding circuit 19. On the other hand, the maximum likelihood decoding circuit 19 may be configured as a Viterbi decoding circuit corresponding to the convolutional encoding circuit 2 on the transmitting side, but the dummy symbol insertion circuit 1
A control circuit that, when receiving a likelihood calculation prohibition pulse 20 from 4, temporarily prohibits normal likelihood calculation for the input symbol at the relevant timing and assigns a predetermined fixed likelihood value. Is required. In this way, by performing maximum likelihood (Viterbi) decoding while forcibly giving a likelihood value to the inserted dummy symbols, the decoded data series 8 is output from the maximum likelihood decoding circuit 19.
Above, from received data series 13 to decoded data series 8
An operation is performed by the decoding device 21 to obtain . The above is a specific explanation of the maximum likelihood error correction method according to the present invention, and the following can generally be said about the coding rate of this error correction method. The coding rate of the convolutional coding circuit 2 used in the coding device 10 is ko/no, and the erasure pattern 5 is
1 block of encoded data series 3 (1 block is
Consists of no symbols. ), then the coding rate of the transmission data series 7 for the input data series 1 is ko'/no' as shown in equation (2). ko′/no′=kol/nol−m (2) Therefore, the coding rate when using the maximum likelihood error correction method is equal to ko/no (when m=0), or
By appropriately selecting the value of l or m in equation (2), maximum likelihood error correction can be performed freely for codes with any coding rate higher than ko/no. There is. On the other hand, the error correction ability of the maximum likelihood error correction method in the present invention, that is, the bit error rate characteristic after decoding, is determined by the erasure symbol ratio (m/
(nol) and m erasure symbol positions. Here, a convolutional code with a coding rate of 1/2 and a constraint length of 7 (a Viterbi decoder for this code has already been implemented in hardware)
, the convolutional encoding circuit 2 in the encoding device 10
Assume that it is used for At this time, the optimal erasure pattern when performing maximum likelihood error correction by constructing a code with an appropriate coding rate of 1/2 or more using the maximum likelihood error correction method is:
Under a given coding rate, a computer examines the distance structure of codes obtained from all possible erasure patterns 5, and selects one erasure pattern that provides a code with the best error rate characteristics after Viterbi decoding. By selecting, it can be uniquely determined. Table 1 shows the optimal erasure patterns when configuring codes with coding rates from 2/3 to 7/8 based on the maximum likelihood error correction method using a 1/2 code with a constraint length of 7 as the original code. This is the result. The optimal erasure patterns in the table are displayed as erasure patterns for parallel symbols after 1/2 encoding. Therefore, when this pattern is displayed in series, it becomes "111001" in 3/4 code, for example.

【表】【table】

【表】 同表中のl及びmは、1/2符号化後のlブロツ
ク(2lシンボル)中のmビツトを周期的に消去す
ることを意味している。同表には参考のため、各
符号の最小距離dおよび、正しいパスからの距離
がdである全ての誤つたパス中に含まれる誤りビ
ツトの総数Ckの値も併て示す。一般に、ビター
ビ復号後のビツト誤り率特性は、dが大きいほ
ど、また同じdに対してはCkの値が小さいほど
よくなることが知られている。従つて、同表か
ら、符号の符号化率が高くなるにつれて(即ち、
1/2符号化シンボルの消去率が大きくなるにつれ
て)、ビタービ復号時のビツト誤り率特性は劣化
することが予想される。 第2図は、第1表に示した各符号の8値軟判定
ビタービ復号時のビツト誤り率特性を理論的に計
算することにより、達成ビツト誤り率=10-6にお
ける符号化利得を計算し、従来からよく用いられ
ている2誤り訂正自己直交符号のそれと比較して
示したものである。横軸には、各符号の帯域拡大
率(符号化率n−1/nの逆数)デシベル値をと
つている。但し、ここで符号化利得とは、一定の
ビツト誤り率を達成しようとするとき、符号化を
行わない場合と、情報伝送速度一定として符号化
を行つた場合の必要Eb/Np(Eb:情報1ビツト当
りのエネルギー、No:片側雑音電力密度)の差
として定義している。同図より、拘束長7の1/2
たたみ込み符号を原符号として、本発明に基く誤
り訂正方式を8値軟判定と組み合わせた場合の符
号化利得は、代表的なたたみ込み符号ある2誤り
訂正自己直交符号のそれよりかなり大きく、例え
ば、7/8符号で比較しても、達成ビツト誤り率=
10-6の点でみて約1.3dBほど優れていることがわ
かる。このように最尤誤り訂正方式は、高い符号
化率の符号に対しても非常に優れたビツト誤り率
特性を提供しうるものである。 また、今後LSI技術の発達により、例えば符号
化率1/2で拘束長が7より大きいたたみ込み符号
の符号化回路およびビタービ復号回路のハードウ
エア化が近い将来実現する可能性は十分にあり、
その場合には、最尤誤り訂正方式に基いて最大誤
り訂正を実行すば、第2図に示した特性より更に
優れた特性を有する高符号化率符号の誤り訂正装
置を容易に実現することができる。 次に最尤誤り訂正方式に基く、符号化装置10
および復号化装置21の具体的構成法について述
べる。 第3図は、符号化装置10内のたたみ込み符号
化回路2に、前記の符号化率1/2で拘束長7の符
号を用いた場合の符号化装置10の構成例であ
る。たたみ込み符号回路2は、7段のシストレジ
スタ22と、排他論理和ゲート23で構成され
る。入力データ系列1の速度をRとすると、本回
路は速度Rのシフトロツク24を供給することに
より動作する。符号化並列データ系列3は、並
列/直列変換回路25により直列データ系列26
に変換されたのち、フアーストイン・フアースト
アウト(FIFO)メモリー27に送られる。一方、
外部から指定される消去パターン5の内容を保持
する消去パターン保持メモリー28は、速度2R
のクロツク29の供給により動作するアドレスカ
ウンタ30で指定されたアドレスの内容を順次出
力する。アドレスカウンタ30は、長さlブロツ
ク(シンボル数:2l)の消去シンボルパターン5
の内容が含まれる消去パターン保持メモリー28
のアドレスを周期的に順次指定してゆく機能を有
する。 消去パターン保持メモリー28の出力信号31
と、速度2Rの連続クロツク29は、アンドゲー
ト32により論理積がとられ、得られた歯抜けク
ロツク33が、FIFOメモリー27への書き込み
クロツクとして供給される。従つて、FIFOメモ
リー27へは、書き込みクロツク33が供給され
た時点の符号化データ26だけが選択的に書き込
まれることになる。消去パターン5で指定される
消去周期がlブロツク、消去シンボル数がmの場
合には、FIFOメモリー27からの読み出し用ク
ロツク34として、速度(2l−m/l)Rのクロツ クが供給され、FIFOメモリーに書き込まれたデ
ータが所定の速度(2l−m/l)Rに変換された連 続データとして読み出され、これが送信データ系
列7として出力される。 第4図は、第3図で必要なクロツクの位相関係
を、第1表で示した7/8符号(l=7、m6→
2l−m/l=8/7)の場合を例にとつて示したもので ある。同図Aは、速度Rのクロツク24、Bは速
度2Rのクロツク29、Cは、消去パターン5直
列読み出しした場合の消去パターン保持メモリー
28の出力信号31であり、Dは、BとCとの論
理積をとることにより生成される速度2Rの歯抜
けクロツク33、Eは速度8/7Rの読み出しクロ
ツク34である。 次に、第3図の構成の符府化装置10に対応す
る復号化装置21の構成例を第5図に示す。復号
化装置21では、原則として送信側と逆の操作を
行う。即ち、消去された符号シンボルの位置にダ
ミーシンボルを再び挿入し、符号化回路2で生成
された速度2Rの符号化データ系列と同じ速度の
データ系列を再構成したのちに1/2たたみ込み符
号(拘束長K=7)用のビタービ復号回路19を
用いて最尤復号を実行する。なお、以下、受信デ
ータ系列13は軟判定データとし、ビタービ復号
回路19は、軟判定入力データ煮対する(以下メ
トリツクと呼ぶ)計算が可能なものを用いるとす
る。 受信データ系列13は、速度(2l−m/l)Rの 受信クロツクを書き込みクロツク35として、
FIFOメモリー36に書き込まれる。一方、送信
側の消去パターン5に対応する挿入パターン15
を保持する挿入保持メモリー37は、速度2Rの
クロツク38の供給により動作するアドレスカウ
ンタ39で指定されたアドレス内容を順次出力す
る。アドレスカウンタ39は、長さlブロツクの
挿入シンボルパターン15の内容が含まれる挿入
パターン保持メモリー37のアドレスを周期的に
順次指定してゆく機能を有する。挿入パターン保
持メモリー37の出力信号40と、速度2Rの連
続クロツク38は、アンドゲート41により論理
積がとられ、得られた歯抜けクロツク42が
FIFOメモリー36の読み出しクロツクとして供
給され歯抜けクロツク42に同期した形でFIFO
メモリー36からデータが読み出される。 一方、挿入パターン保持メモリー37の出力信
号40は、スイツチ43の制御用としても用いら
れ、スイツチ43はFIFOメモリー36からデー
タが読出されるタイミングでは、FIFOメモリー
36側へ、ダミーシンボルが挿入されるべきタイ
ミングでは、ダミーデーター保持回路44の側に
接続されるように制御される。前記手順により得
られる復号回路入力データ系列17が、ビタービ
復号回路19に入力される。更に、挿入パターン
保持メモリー37の出力信号40は、その極性が
インバーター45で反転されたのち、挿入ダミー
シンボルに対するメトリツク計算禁止パルス20
としてビタービ復号回路19に送られる。 ビタービ復号回路19では、入力データ系列1
7およびメトリツク計算禁止パルス20を直列/
並列変換回路47,48によりそれぞれ並列信号
に変換したのち、メトリツク計算回路48におい
て当該並列入力シンボルに対するメトリツク計算
を実行する。メトリツク計算回路48において
は、メトリツク計算禁止パルス20が同時に送ら
れた入力シンボルに対しては、通常のメトリツク
計算を禁止し、特定のメトリツク値を強制的に与
えるような機能を有する。メトリツク計算禁止時
の操作は、データ“0”および“1”に対して同
一のメトリツク値を与えることにすればビタービ
復号における最尤パス選択機能に及ぼす影響を最
小とすることができるが、後述の自己同期機能に
与える影響をも最小限に押えるには、軟判定デー
タに対する最大のメトリツク値と最小のメトリツ
ク値の中間の値を与えるのが最も好ましい。 メトリツク計算回路48で計算されたメトリツ
ク値49は、速度Rのクロツク50で生残りパス
選択部51に転送される。生残りパス選択部51
では、符号の各内部状態におけるその時点までの
生残りパスのパスメトリツク値を記憶しているパ
スメトリツク記憶回路52、及び各生残りパスの
ビツト系列を記憶している生残りパスメモリー5
3から情報と、その時点のメトリツク値49をも
とに、各内部状態における生残りパスを選択し、
その結果をもとに、パスメトリツク記憶回路52
と生残りパスメモリー53の内容を逐次更新して
ゆく。生残りパスメモリー53からは、予め指定
された打切りパス長分の遅延を伴つて、復号デー
タ8が順次出力される。前記、ビタービ復号回路
19における復号手順は、文献(G.D.Forney、
JR.、“The Viterbi Algorithm”、proceedings
of the lEEE.vol−61、No.3、March.1973、
pp.268−276)に詳しい。なお、本方式に用いる
ビタービ復号回路19内の生残りパスメモリー5
3における打切りパス長は、符号化率が高くなる
につれてかなり長くとる必要があり、例えば第1
表に示した3/4符号で60ビツト、7/8符号で100ビ
ツト程度必要となる。 ところで、この復号化装置21を連続データに
用いる場合、常に受信データ系列13の正しい位
置にダミーシンボルを挿入してゆくために、消去
パターンを単位とする自己同期機能が必要とな
る。受信側におけるこのような自己同期は、例え
ば次のようにして実行することができる。 一般に、符号の同期がとれている時には、信号
対雑音電力比がある程度大きければ、ビタービ復
号時のパスメトリツク値は、ある特性のパスに対
してのみ大きく、他のパスのメトリツク値は、そ
れに対してかなり低い値になる。一方、同期はず
れが生じると、全てのパスのメトリツク値は一定
の値に平均化される。従つて、ビタービ復号回路
19内で各パスのメトリツクの大きさをもとに、
符号の同期状態を示す尺度となるメトリツク情報
を作成することが可能となる。このような目的
で、パスメトリツク記憶回路52で作成されたメ
トリツク情報54は、同期状態監視回路55に送
られ、メトリツク情報54が予め定められた同期
はずれ状態と見なされる値の領域に入つた時に
は、同期状態監視回路55から、アドレス制御パ
ルス56がアドレスカウンタ39に送られる。ア
ドレスカウンタ39は、アドレス制御パルス56
により、挿入パターン保持メモリ37からの読み
出しアドレスを1シンボル分シフトする機能を有
する。同期状態監視回路55では、一定の時間間
隔で上記制御を繰り返し、ビタービ復号回路19
からのメトリツク情報54が、同期状態を見なさ
れる値の領域に戻つた時点で、同期はずれが回復
したと判断して、アドレス制御パルス56の送出
を停止する。上記操作により、符号の同期はずれ
を受信側で自動的に検知して、同期回復を図る機
能を果すことができる。 なお、第5図における復号化装置21の動作に
必要な各クロツクの位相関係は、第4図に示した
符号化装置10のそれと同様であるのでここでは
省略する。また、前記の誤り訂正装置の構成およ
び動作説明では、入出力データ系列を全て直列連
続信号と仮定したが、これは並列信号であつて
も、また所定の速度のバーストデータであつても
よい。 以上、説明したように本発明による最尤誤り訂
正システムにおける復号化装置を用いることによ
り、これまでハードウエアの構成が困難と考えら
れてきた高符号化率符号の最尤誤り訂正装置の実
現も容易となり、しかもその誤り訂正能力は、軟
判定復調と組み合わせれば、既存の誤り訂正符号
の特性よりかなり優れているので、各種のデイジ
タル通信回線の通信品質の向上を図る、という点
で非常に効果がある。更に、本誤り訂正システム
における復号化装置を用いた誤り訂正装置は、消
去パターンの選択により、用いる符号の符号化率
を自由に選択して指定することができるという大
きな特徴を有しており、今後、回線の状態に応じ
て常に最適の符号化率の符号を選択して誤り訂正
を行うような適応型誤り訂正への応用も可能と考
えられ、デイジタル通信回線の回線設計の柔軟性
を増す、という点でも大いに効果がある。
[Table] In the table, l and m mean that m bits in l block (2l symbols) after 1/2 encoding are periodically erased. For reference, the table also shows the minimum distance d of each code and the total number C k of error bits included in all erroneous paths whose distance from the correct path is d. Generally, it is known that the bit error rate characteristics after Viterbi decoding become better as d becomes larger and, for the same d, as the value of C k becomes smaller. Therefore, from the same table, as the coding rate of the code increases (i.e.,
It is expected that as the erasure rate of 1/2 encoded symbols increases, the bit error rate characteristics during Viterbi decoding will deteriorate. Figure 2 shows that the coding gain at the achieved bit error rate = 10 -6 is calculated by theoretically calculating the bit error rate characteristics during 8-level soft-decision Viterbi decoding for each code shown in Table 1. , which is compared with that of a two-error correcting self-orthogonal code that has been commonly used in the past. The horizontal axis shows the band expansion rate (reciprocal of the coding rate n-1/n) decibel value of each code. However, the coding gain here refers to the required E b /N p (E b : Energy per 1 bit of information, No: One-sided noise power density) is defined as the difference. From the same figure, 1/2 of restraint length 7
When a convolutional code is used as an original code and the error correction method based on the present invention is combined with an 8-ary soft decision, the coding gain is considerably larger than that of a typical convolutional code, which is a two-error correcting self-orthogonal code. , even when compared with 7/8 code, the achieved bit error rate =
It can be seen that this is about 1.3 dB better in terms of 10 -6 . In this way, the maximum likelihood error correction method can provide extremely excellent bit error rate characteristics even for codes with high coding rates. Furthermore, as LSI technology develops in the future, there is a good chance that hardware encoding circuits and Viterbi decoding circuits for convolutional codes with a coding rate of 1/2 and a constraint length greater than 7 will be realized in the near future.
In that case, by performing maximum error correction based on the maximum likelihood error correction method, it is possible to easily realize an error correction device for high coding rate codes that has characteristics even better than those shown in FIG. Can be done. Next, the encoding device 10 based on the maximum likelihood error correction method
A specific method of configuring the decoding device 21 will now be described. FIG. 3 shows an example of the configuration of the encoding device 10 when the convolutional encoding circuit 2 in the encoding device 10 uses a code with a coding rate of 1/2 and a constraint length of 7. The convolutional code circuit 2 includes seven stages of sister registers 22 and an exclusive OR gate 23. Assuming that the rate of the input data series 1 is R, the circuit operates by supplying a shift lock 24 with a rate R. The encoded parallel data series 3 is converted into a serial data series 26 by the parallel/serial conversion circuit 25.
After being converted into , it is sent to a first-in first-out (FIFO) memory 27 . on the other hand,
The erase pattern holding memory 28 that holds the contents of the erase pattern 5 specified from the outside has a speed of 2R.
The address counter 30 operated by the supply of the clock 29 sequentially outputs the contents of the specified address. The address counter 30 has an erasure symbol pattern 5 of length l block (number of symbols: 2l).
Erase pattern holding memory 28 containing the contents of
It has the function of specifying the addresses of 1 in sequence periodically. Output signal 31 of erase pattern holding memory 28
and the continuous clock 29 with a speed of 2R are ANDed by an AND gate 32, and the resulting blank clock 33 is supplied as a write clock to the FIFO memory 27. Therefore, only the encoded data 26 at the time when the write clock 33 is supplied is selectively written into the FIFO memory 27. When the erasing period specified by the erasing pattern 5 is 1 block and the number of erasing symbols is m, a clock with a speed of (2l-m/l)R is supplied as the reading clock 34 from the FIFO memory 27, and the FIFO The data written in the memory is read out as continuous data converted to a predetermined speed (2l-m/l)R, and this is output as the transmission data series 7. Figure 4 shows the phase relationship of the clocks required in Figure 3 using the 7/8 code (l = 7, m6 →
2l-m/l=8/7). In the same figure, A is the clock 24 at speed R, B is the clock 29 at speed 2R, C is the output signal 31 of the erase pattern holding memory 28 when the erase pattern 5 is serially read out, and D is the output signal 31 between B and C. The toothless clock 33 with a speed of 2R and E generated by taking the logical product is a read clock 34 with a speed of 8/7R. Next, FIG. 5 shows an example of the configuration of the decoding device 21 corresponding to the encoding device 10 having the configuration shown in FIG. 3. In principle, the decoding device 21 performs the opposite operation to that on the transmitting side. In other words, a dummy symbol is reinserted in the position of the erased code symbol, and a data sequence with the same speed as the encoded data sequence with a speed of 2R generated by the encoding circuit 2 is reconstructed, and then a 1/2 convolutional code is generated. Maximum likelihood decoding is performed using the Viterbi decoding circuit 19 for (constraint length K=7). Hereinafter, it is assumed that the received data series 13 is soft-decision data, and that the Viterbi decoding circuit 19 is capable of calculating (hereinafter referred to as metrics) for soft-decision input data. The received data series 13 uses a receiving clock at a speed of (2l-m/l)R as a writing clock 35.
Written to FIFO memory 36. On the other hand, insertion pattern 15 corresponding to deletion pattern 5 on the sending side
The insertion/holding memory 37 holding the address sequentially outputs the contents of the addresses specified by the address counter 39 operated by the supply of the clock 38 at a speed of 2R. The address counter 39 has a function of periodically and sequentially specifying the addresses of the insertion pattern holding memory 37 containing the contents of the insertion symbol pattern 15 of length l block. The output signal 40 of the insertion pattern holding memory 37 and the continuous clock 38 with a speed of 2R are ANDed by an AND gate 41, and the resulting toothless clock 42 is
The FIFO clock is supplied as a read clock for the FIFO memory 36 and is synchronized with the toothless clock 42.
Data is read from memory 36. On the other hand, the output signal 40 of the insertion pattern holding memory 37 is also used for controlling the switch 43, and the switch 43 inserts a dummy symbol into the FIFO memory 36 at the timing when data is read from the FIFO memory 36. At the right timing, it is controlled to be connected to the dummy data holding circuit 44 side. The decoding circuit input data series 17 obtained by the above procedure is input to the Viterbi decoding circuit 19. Furthermore, the polarity of the output signal 40 of the insertion pattern holding memory 37 is inverted by an inverter 45, and then a metric calculation inhibition pulse 20 is generated for the insertion dummy symbol.
The signal is sent to the Viterbi decoding circuit 19 as a signal. In the Viterbi decoding circuit 19, input data series 1
7 and metric calculation inhibition pulse 20 in series/
After being converted into parallel signals by parallel conversion circuits 47 and 48, a metric calculation circuit 48 executes metric calculation for the parallel input symbols. The metric calculation circuit 48 has a function of prohibiting normal metric calculation and forcibly giving a specific metric value to input symbols to which the metric calculation prohibition pulse 20 is sent at the same time. When metric calculation is disabled, the effect on the maximum likelihood path selection function in Viterbi decoding can be minimized by giving the same metric value to data "0" and "1", but this will be discussed later. In order to minimize the influence on the self-synchronization function of the soft decision data, it is most preferable to give an intermediate value between the maximum and minimum metric values for the soft decision data. The metric value 49 calculated by the metric calculation circuit 48 is transferred to the surviving path selection section 51 at a clock 50 having a speed R. Survival path selection section 51
Here, a path metric storage circuit 52 stores path metric values of surviving paths up to that point in each internal state of the code, and a surviving path memory 5 stores a bit sequence of each surviving path.
Based on the information from 3 and the metric value 49 at that point, select the surviving path in each internal state,
Based on the results, the path metric storage circuit 52
The contents of the remaining path memory 53 are updated one after another. The decoded data 8 is sequentially outputted from the surviving path memory 53 with a delay corresponding to the length of the aborted path specified in advance. The decoding procedure in the Viterbi decoding circuit 19 is described in the literature (GDForney,
J.R., “The Viterbi Algorithm”, proceedings
of the lEEE.vol−61, No.3, March.1973,
(pp.268-276) for details. Note that the surviving path memory 5 in the Viterbi decoding circuit 19 used in this method
The truncation path length in 3 needs to be considerably longer as the coding rate increases; for example, in the first
The 3/4 code shown in the table requires 60 bits, and the 7/8 code requires about 100 bits. By the way, when this decoding device 21 is used for continuous data, a self-synchronization function in units of erasure patterns is required in order to always insert dummy symbols at correct positions in the received data series 13. Such self-synchronization on the receiving side can be performed, for example, as follows. In general, when the codes are synchronized and the signal-to-noise power ratio is large to a certain extent, the path metric value during Viterbi decoding will be large only for a path with a certain characteristic, and the metric values of other paths will be The value will be quite low. On the other hand, when an out-of-synchronization occurs, the metric values of all paths are averaged to a constant value. Therefore, in the Viterbi decoding circuit 19, based on the size of the metric of each path,
It becomes possible to create metric information that is a measure of the code synchronization state. For this purpose, the metric information 54 created by the path metric storage circuit 52 is sent to the synchronization state monitoring circuit 55, and when the metric information 54 enters a predetermined value range that is considered to be an out-of-synchronization state, An address control pulse 56 is sent from the synchronization state monitoring circuit 55 to the address counter 39. The address counter 39 receives the address control pulse 56
This has a function of shifting the read address from the insertion pattern holding memory 37 by one symbol. The synchronization state monitoring circuit 55 repeats the above control at regular time intervals, and the Viterbi decoding circuit 19
When the metric information 54 from the address control unit returns to the range of values considered to be in synchronization, it is determined that the out-of-synchronization has been recovered, and the sending of the address control pulse 56 is stopped. By the above operation, it is possible to automatically detect out-of-synchronization of codes on the receiving side and achieve a function of recovering synchronization. The phase relationship between the clocks necessary for the operation of the decoding device 21 in FIG. 5 is the same as that of the encoding device 10 shown in FIG. 4, and therefore will not be described here. Furthermore, in the above explanation of the configuration and operation of the error correction device, it is assumed that all input/output data sequences are serial continuous signals, but these may be parallel signals or burst data at a predetermined speed. As explained above, by using the decoding device in the maximum likelihood error correction system according to the present invention, it is possible to realize a maximum likelihood error correction device for high coding rate codes, which has been considered difficult to configure in hardware. Moreover, when combined with soft-decision demodulation, its error correction ability is considerably superior to the characteristics of existing error correction codes, making it extremely useful for improving the communication quality of various digital communication lines. effective. Furthermore, the error correction device using the decoding device in the present error correction system has the great feature that the coding rate of the code to be used can be freely selected and specified by selecting the erasure pattern. In the future, it is thought that it will be possible to apply adaptive error correction, which performs error correction by always selecting a code with the optimal coding rate depending on the line condition, increasing the flexibility of line design for digital communication lines. , it is also very effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明における最尤誤り訂正方式の
基本概念を説明する図、第2図は、拘束長7の1/
2符号を原符号として最尤誤り訂正方式による誤
り訂正を8値軟判定を行つた場合の達成ビツト誤
り率10-6におけるn−1/n符号の符号化利得を
2誤り訂正自己直交符号のそれと比較して示した
図、第3図は、最尤誤り訂正方式に基く符号化装
置の構成例を示す図、第4図は、第3図の符号化
装置を動作させるに必要なクロツク信号の位相関
係を7/8符号を例にとつて示した図、第5図は、
最尤誤り訂正方式に基く復号化装置の構成例を示
す図である。 1……たたみ込み符号化回路、4……符号シン
ボル消去回路、12……通信路、14……ダミー
シンボル挿入回路、19……最尤復号回路。
FIG. 1 is a diagram explaining the basic concept of the maximum likelihood error correction method in the present invention, and FIG.
The coding gain of the n-1/n code at the achieved bit error rate of 10 -6 when performing error correction using the maximum likelihood error correction method using an 8-value soft decision using the 2-code as the original code is expressed as Figure 3 shows a configuration example of an encoding device based on the maximum likelihood error correction method, and Figure 4 shows a clock signal necessary to operate the encoding device shown in Figure 3. Figure 5 is a diagram showing the phase relationship of 7/8 code as an example.
1 is a diagram illustrating a configuration example of a decoding device based on a maximum likelihood error correction method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Convolutional encoding circuit, 4... Code symbol erasure circuit, 12... Communication channel, 14... Dummy symbol insertion circuit, 19... Maximum likelihood decoding circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 送信側では送信すべきデータ系列を冗長化し
て符号化し、受信側では最尤復号するシステムに
おける復号化装置において、 送信側の符号シンボル消去パターンに対応する
ダミーシンボル挿入パターンを保持する挿入パタ
ーン保持回路と、 該挿入パターン保持回路を参照しながら受信デ
ータ系列の送信側で消去された符号シンボルに対
応する位置にダミーシンボルを挿入するダミーシ
ンボル挿入回路と、 該ダミーシンボル挿入回路によつて挿入された
ダミーシンボルに対しては予め定める尤度値を与
えて最尤復号する復号化手段とを有することを特
徴とする復号化装置。
[Claims] 1. In a decoding device in a system in which a data sequence to be transmitted is redundantly encoded on the transmitting side and maximum likelihood decoded on the receiving side, a dummy symbol insertion pattern corresponding to a coded symbol erasure pattern on the transmitting side is provided. an insertion pattern holding circuit that holds the insertion pattern; a dummy symbol insertion circuit that inserts a dummy symbol at a position corresponding to a code symbol erased on the transmission side of a received data series while referring to the insertion pattern holding circuit; 1. A decoding device comprising: decoding means for giving a predetermined likelihood value to a dummy symbol inserted by a circuit to perform maximum likelihood decoding.
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