JPH0254702B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明はデイジタル通信系におけるデータ信号
系列の多重化方式に係り、特に、たたみ込み符号
化法と最尤復号法を組合せた誤り訂正方式を採用
している情報伝送システムにおいて、伝送ビツト
数や伝送速度を増加させることなく、かつ、伝送
品質を大きく低下させることなく信号の多重化が
可能なデータ信号系列の多重化方式に関するもの
である。 （背景技術） 従来、デイジタル通信系においては、音声のシ
グナリング情報やフレーム情報を伝送する場合
に、周期的に音声情報の一部に代えてこれらの情
報を伝送するような方法がとられることがある。
また、デイジタル音声挿入方式（DSI：Digital
Speech Interpolation）の通話繁忙時（チヤネル
過負荷時）などにみられるように、各チヤネルの
音声信号量子化値のLSB（Least Significant
Bit）を他チヤネルの音声信号伝送に当てること
により、一時的にチヤネル容量を大きくし、音声
の締出し率を低くするような制御が行われること
も多い（データ系列のうちのあるビツトの代わり
に、シグナリング情報や他チヤネルの情報等の別
情報を伝送することをビツトステイーリングとい
う）。しかし、上述の従来技術においては、ビツ
トステイーリングの結果生じる信号の品質劣化が
かなり大きくなり、さらにデータ信号の伝送の際
にはビツトステイーリングの手法を適用すること
はできない。 一方、従来からたたみ込み符号化法と最尤復号
法を組み合せた誤り訂正方式は、非常に強力な訂
正能力を有することで知られている（例えば特願
昭56−40419、特開昭57−155857）。この誤り訂正
方式においては、送信側で信号に冗長を付加して
伝送を行うので、符号化後のデータ系列から一部
のビツトをステイーリングしても受信側において
正しくデータ系列の復号が行われる可能性が大き
い。 （発明の課題） 本発明は上記従来技術に鑑みなされたもので、
たたみ込み符号化法と最尤復号法を組合せた誤り
訂正方式を採用する通信系において、符号化され
たデータ系列の予め定めた位置の符号化ビツトを
別の情報で置き換えることにより、伝送ビツト数
や伝送速度を増加させることなく、かつ、伝送品
質を大きく低下させることなく信号の多重化が可
能なデータ信号の多重化方式を提供することを目
的とする。 （発明の構成および作用） 先ず、本発明の理解を容易にするため、たたみ
込み符号化法と最尤復号法について簡単に説明す
る。 たたみ込み符号化法とは、符号化後のビツトが
過去の連続する幾つかのブロツクの情報ビツトに
よつて定められる符号化法であり、その符号化回
路は基本的にシフトレジスタと排他的論理和ゲー
トにより構成することができる。第１図は符号化
率（入力ビツト数と符号化回路から出力されるビ
ツト数の比）が１／２の符号化回路の例である。
図において、１はシフトレジスタ、２は排他的論
理和ゲート、３は入力データ信号、４，５は符号
化ビツト、６は並列−直列変換器、７は符号化デ
ータ信号である。この符号化回路においては、入
力データ信号３の１ビツトに対して符号化ビツト
４，５の２ビツトが出力される。また、この出力
２ビツトを生成するために必要なデータ系列の長
さ（符号拘束長）は７となつている。このこと
は、符号化ビツト４，５の２ビツトで入力データ
信号３の１ビツトの情報を坦つており、かつ、符
号拘束長内で各ビツトは互いに影響を受け合つて
いるといえる。したがつて、受信側に適用する復
号法によつては、符号化率が１を越えない範囲で
符号化データ信号７のビツトの一部をステイーリ
ングして伝送しても、受信側で符号化ビツトの生
成多項式と、ステイーリングされたビツトの位置
とを知つていれば、受信された信号系列の状態遷
移（パス）を検定することで元の情報を復元でき
る可能性が大きい。 一方、最尤復号法とは、受信側において、上記
たたみ込み符号の性質を利用して受信された信号
系列をもとに、送信側で送信可能な信号系列の全
てに対し尤度（実際に送信されたと仮定すること
の確からしさ）を計算し、最も尤度の高い値を持
つ信号系列を実際に送信されたものと判断する復
号法である。また、受信側で受信信号の復調時
に、通常の復調ビツト（“０”または“１”）とと
もに、その復調ビツトの確からしさの情報を付加
して復号回路の入力データとすることにより、尤
度をより精度良く計算する復号法（軟判定最尤復
号法）を行うと、誤り訂正能力はさらに高められ
ることが知られている。 特に、受信側における不必要な尤度計算を極力
省き、復号を能率良く行う軟判定ヴイタビ復号と
たたみ込み符号化を組み合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
いものに対して既にそのハードウエア化も実現し
ている。 本発明は、上述したビツトステイーリングによ
り生じる剰余ビツトを介して別情報を伝送するも
のである。 第２図は、本発明によるデータ信号多重化方式
に基づいてデータの符号化、データの置換、置換
されたデータの選択、及び最尤復号を行う場合の
概念図である。入力Ａのデータ系列８は、たたみ
込み符号化回路９によつて符号化データ系列１０
に変換され、データ置換回路１１に送られる。第
２図では、符号化率１／２のたたみ込み符号が用
いられていることが仮定されており、符号化デー
タ系列１０を便宜上並列信号として表示してい
る。データ置換回路１１では、予め定められたデ
ータ置換パターン１２を保持する置換パターン保
持回路１３の内容に基づいて、符号化データ系列
１０のデータの一部が入力Ｂのデータによつて置
き換えられる。第２図の例では、置換パターン１
２中の“１”が置換を行わないビツト位置、“０”
が置換を行う位置を示している。以上、入力デー
タ系列８と１４から送信データ系列１５を作成す
るまでの操作が符号化装置１６によつて行われ
る。 送信データ系列１５は、雑音１７が存在する通
信路１８を通つて受信側に送信される。置換デー
タ選択回路２０は、置換パターンに対する同期を
とりながら置換パターン２１を保持する置換パタ
ーン保持回路２２の制御に従つて、受信データ系
列１９から出力Ｂのデータ系列２３のみを取り出
す。受信データ系列１９と全く同じ最尤復号回路
入力データ系列２４（１／２符号を仮定している
ので、便宜上並列信号として表示している）は、
最尤復号回路２５（この例ではヴイタビ復号を仮
定する）に送られる。但し、別情報のデータが置
き換えられた位置のビツトに対しては、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
送信パルス毎の尤度計算に基づく送信パルスの選
択誤り確率を最小限に押える必要がある。このた
め、尤度計算制御回路２６が置換パターン２１を
参照しながら、別情報のデータによつて置換され
たビツトに対する尤度計算禁止パルス２７を最尤
復号回路２５に送る機能を有する必要がある。 一方、最尤復号回路２５は、送信側のたたみ込
み符号化回路９に対応するヴイタビ復号回路とし
て構成すればよいが、尤度計算制御回路２６から
尤度計算禁止パルス２７を受け取つた時には、当
該タイミングにおける入力ビツトに対して通常の
尤度計算を禁止して、予め定められた固定的な尤
度値を割り当てるような回路が必要となる。この
ように、別情報のデータにより置換されたビツト
に対しては特定の尤度値を強制的に与えながら最
尤（ヴイタビ）復号を行うことにより、出力Ａの
データ系列２８が最尤復号回路２５から出力され
る。以上、受信データ系列１９から、出力Ａのデ
ータ系列２８及び出力Ｂのデータ系列２３を得る
ための操作が復号装置２９によつて実行される。 次に、文データ多重化方式に基づく符号化装置
１６及び復号装置２９の具体的構成法について述
べる。 第３図は、たたみ込み符号化回路９によるデー
タの符号化率が１／２である場合の符号化装置１
６の構成例である。入力Ａのデータ系列８は、た
たみ込み符号化回路９により符号化がなされた後
に、直列化された符号化データ３０となつて論理
積ゲート３１に送られる。また、入力Ｂのデータ
系列１４は論理積ゲート３２に送られる。但し、
符号化データ３０と入力Ｂのデータ系列１４は、
置換されるビツトの位置に関して同期している必
要がある。一方、外部から指定される置換パター
ン１２の内容を保持する置換パターン保持メモリ
３３は、アドレスカウンタ３４が指定するアドレ
スの内容を順次出力する。アドレスカウンタ３４
は、データの置換の周期に相当するＮ個の置換パ
ターン１２の内容が含まれる置換パターン保持メ
モリ３３のアドレスを周期的に順次指定していく
機能を有する。 論理積ゲート３１及び３２の２つの出力信号は
排他的論理和ゲート３５に送られ、この排他的論
理和ゲート３５の出力が、入力Ａのデータ系列８
と入力Ｂのデータ系列１４が多重化された送信デ
ータ系列１５になる。 第４図は、第２図における符号化装置１６に対
応する復号装置２９の具体的構成例を示したもの
である。復号装置２９では、符号化装置１６で行
われた逆の操作が行われる。即ち、受信データ系
列１９から送信側で置換された位置のビツトのみ
を取り出して、出力Ｂのデータ系列２３とする。
また、受信データ系列１９はそのまま第２図のた
たみ込み符号化回路９に対応する最尤復号回路２
５に入力されて復号がなされ、出力Ａの出力デー
タ系列２８となる。以下、受信データ系列１９は
軟判定データとし、最尤復号回路２５は、軟判定
データに対する尤度を計算できる機能、尤度計算
を禁止する機能、及び尤度計算が禁止された場合
には受信データに０と１の中間の尤度を与える機
能を有するものとする。 軟判定受信データ系列１９は、スイツチングゲ
ート３６に送られる。スイツチングゲート３６で
は、尤度計算禁止パルス２７が送られた時のみ
ON状態となり、出力Ｂのデータ系列２３が得ら
れる。但し、出力Ｂにおいて、軟判定データ系列
のうちデータの確からしさを示すビツトが不必要
な場合には、軟判定データのうちの通常の復調ビ
ツト（“０”または“１”）のみを取り出せばよ
い。 一方、最尤復号回路２５は軟判定受信データ系
列１９に基づいて復号を行い、出力Ａに対するデ
ータ系列２８を出力する。但し、置換パターン２
１の内容を保持する置換パターン保持メモリ３７
から尤度計算禁止パルス２７が出力された場合に
は、通常の尤度計算を禁止し、０と１の中間の尤
度を受信データに与える操作が最尤復号回路２５
においてなされる。 この場合、尤度計算禁止パルス２７の送出タイ
ミングが、受信データ系列１９においてデータが
置換されているビツトの位置に一致している必要
がある。即ち、送信側における置換の周期Ｎビツ
ト毎の周期が必要となる。 伝送システム側でこのような周期がとられてい
る場合には、アドレスカウンタ３８は、伝送シス
テムから供給されるアドレス制御パルス３９に従
つて、データの置換の周期Ｎに相当するＮ個の置
換パターン２１の内容が含まれる置換パターン保
持メモリ３７のアドレスを周期的に順次指定して
いく。そして置換パターン保持メモリ３７は、ア
ドレスカウンタ３８が指定するアドレスの内容を
順次出力する。もし、伝送システム側で上記のよ
うな同期がとられていない場合には、同期状態監
視回路４０が、最尤復号回路２５から出力される
尤度情報４１を基に同期状態であるかどうかを判
断し、同期状態のもとで復号が正しく行われるよ
うにアドレス制御パルス４２の出力タイミングを
制御する必要がある。 以上が本発明によるデータ多重化方式の具体的
説明であるが、入力Ａのデータ系列８に対する符
号化率について以下のことが言える。 入力Ｂのデータ系列１４による置換を、符号化
データ系列１０においてＮビツト毎にｍビツトだ
け行うとすれば、入力Ａのデータ系列８に対する
等価的な符号化率R′は、符号化装置１６で用い
るたたみ込み符号化回路９の符号化率をＲとする
と、式(1)のようになる。 R′＝Ｎ／Ｎ−ｍＲ＜１ 従つて、本方式を用いた場合には、入力Ａのデ
ータ系列８に対する等価的な符号化率は、符号化
装置１６で用いるたたみ込み符号化回路９の符号
化率より高くなる。 一方、本発明に基づくデータ多重化方式による
入力Ａのデータ系列８に対する符号化利得は、デ
ータ置換の周期Ｎ、１周期内で置換されるビツト
の数ｍ及びその位置に依存する。そしてこの符号
化利得は、パンクチヤド符号に対するヴイタビ復
号時のBER特性から求めることができるが（文
献参照：安田、平田、小川、“ヴイタビ復号の容
易な高符号化率たたみ込み符号とその諸特性”、
電子通信学会、論文誌Ｂ、vol.J64−Ｂ，７，
pp.573−580（1981−07））、特に置換されるビツト
の位置に対しては、置換しない（多重化しない）
場合からの符号化利得の劣化量をなるべく小さく
押えるように考慮する必要がある。例えば、入力
Ａのデータ系列８に対する符号化率がｎ／（ｎ＋
１）（ｎ＝２，３……）となるようにデータの多
重化が行われる場合には、符号化利得の劣化を最
小にするような最適置換パターンは、以下の文献
に与えられているパンクチヤド符号における最適
ビツト消去パターンと同じとなる（文献参照：安
田、樫木、平田、“軟判定ヴイタビ復号用パンク
チヤド符号に対する検討”、電子通信学会、信学
技報CS82−37、pp.21−28，（1982−06））。一方、
符号化ビツトの伝送速度に対して、その置換ビツ
トを介する別情報の伝送速度がかなり低い場合に
は、一定のビツト毎に１ビツトの置換を行うこと
が、ビツト置換による原符号の符号化利得の劣化
を低く押える上で有効となる。第１表は、拘束長
７の１／２符号を原符号として、ビツト置換の周
期Ｎビツト毎に１ビツトの置換を行う場合の最適
置換パターンの例である。但し、Ｎは偶数である
と仮定し、置換パターンは、１／２符号化後の並
列データに対する置換パターンとして表示してい
る。また、同表中、“０”が置換を行う符号化ビ
ツトの位置、“１”が置換を行わない位置である。
また、原符号の生成多項式は、第１ビツト（上
段）を133、第２ビツト（下段）を171（いずれも
８進表示であり、この場合に回路構成は第１図の
とおりである）と仮定している。

【表】

【表】 〓
〓第2ビツト(下段)〓171
第５図は、たたみ込み符号化回路における符号
拘束長を７、符号化率を１／２とした場合のビツ
ト誤り率とE_S／N₀（E_S：伝送１ビツト当りのエネ
ルギー、N₀：片側雑音電力密度）の関係を示し
たものであり、入力データの置換は、４，８，
16，32ビツト毎に１ビツトだけ行われることが想
定されている。また点線Ａは、データの多重化を
行わない場合の特性である。同図より、周期が長
くなるにつれて、多重化しない（データの置換を
行わない）場合からのビツト誤り率特性の劣化が
少なくなる様子がわかる。また、送信データ系列
１５の伝送ビツトレートが一定であることを考慮
すると、多重化しない場合からのビツト誤り率対
E_S／N₀特性の劣化量が多重化による符号化利得
の劣化量となる。例えば、４ビツトに１ビツトの
割合で多重化を行う（等価的に符号化率２／３の
パンクチヤド符号が構成される）場合（Ｎ＝４）
の利得の劣化量は、約1.7dBである。 第６図は、達成ビツト誤り率を10^-5とした場合
において、データの置換の周期Ｎに対する符号化
利得の劣化量を、ビツト誤り率対E_S／N₀特性の
理論計算結果より求めて示したものである。同図
より、多重化による符号化利得の劣化量を0.5dB
以内に押えるためには、Ｎを12以上とすればよい
こと、更にＮが26以上であれば、利得の劣化量は
0.2dB以内であることがわかる。このように、本
データ多重化方式は、入力Ａのデータ系列８に対
する符号化利得の劣化をごく僅かに押えながら、
別情報のデータ伝送を同時に行える優れた特徴を
有している。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によるデータ多重
化方式は、最尤復号を適用した通信系において、
シグナリング信号や同期信号等の別情報を、伝送
ビツトレートを増加することなく、そして符号化
利得の劣化を僅かに押えながら伝送できるという
特徴を有している。更に、本データ多重化方式
は、既に設置されている回線を利用して、新たに
別情報を送る必要が生じた場合にも、既設の符号
化及び復号装置に簡単な回路を付加するだけで別
情報を送ることができるので、通信システムに柔
軟性を持たせる上で極めて有効な方式であると言
えよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は符号拘束長７、符号化率１／２のたた
み込み符号化回路の構成を示す図、第２図は本発
明によるデータ多重化方式の基本概念図を説明す
る図、第３図は符号化装置の具体的構成例を示す
図、第４図は復号装置の具体的構成例を示す図、
第５図は符号拘束長７、符号化率１／２のたたみ
込み符号に対して、多重化を行わない（置換を行
わない）場合及び置換の周期Ｎを４，８，16，32
とした場合のビツト誤り率とE_S／N₀の関係を示
す図、第６図は符号拘束長７、符号化率１／２の
たたみ込み符号に対して、達成ビツト誤り率を
10^-5とした場合の置換しない場合からの符号化利
得の劣化量と置換の周期Ｎの関係を示した図であ
る。 ９…たたみ込み符号化回路、１１…データ置換
回路、１３，２１…置換パターン、２０…置換デ
ータ選択回路、２５…最尤復号回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 送信側においては、少なくとも第１、第２の
   データ信号系列を入力として、該第１のデータ信
   号系列に対してたたみ込み符号化を施すことによ
   り符号化データ信号系列を得、該符号化データ信
   号系列の符号化率が１を越えない範囲で置換パタ
   ーンにより定められる位置の符号化ビツトを前記
   第２のデータ信号系列のビツトで置き換えて送信
   し、受信側においては、受信データ信号系列の前
   記置換パターンにより定められる符号化ビツトの
   位置から情報を抜き出すことにより前記第２のデ
   ータ信号系列を復元するとともに、当該符号化ビ
   ツトの位置には予め定まる尤度値を与えて最尤復
   号することにより前記第１のデータ信号系列を復
   元することを特徴とするデータ信号の多重化方
   式。 ２ 前記置換パターンによるビツト置換を12ビツ
   ト以上毎に１ビツトの割合で行なう特許請求の範
   囲第１項記載のデータ信号の多重化方式。