JPH06244742A

JPH06244742A - 誤り制御装置

Info

Publication number: JPH06244742A
Application number: JP3003693A
Authority: JP
Inventors: Masao Ikegawa; 将夫池川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】単一の畳み込み符号化器と最尤復号器との組み
合わせにおいて、情報系列の一部あるいは全部の誤り訂
正能力を向上させることを目的とする。【構成】送信側で、情報系列のうちの一部あるいは全部
が、１つあるいは複数のビットを複数のビットに写像し
て冗長度を増やすための写像符号化器１１に入力され、
その出力と残りの情報系列とが合わされて畳み込み符号
化器１２に入力されて、符号化系列が出力される。受信
側では、受信系列と写像情報１６とが最尤復号器１５に
入力されて復号化系列が得られる。復号化系列の一部は
逆写像復号化器１７に入力されて、その出力と残りの復
号化系列とが合わされて最終的な復号系列となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディジタル情報を伝送す
る装置に関し、特に誤り訂正符号を符号化及び復号化す
る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル情報を伝送するときに、途中
で雑音が混入してその情報に生じた符号誤りを訂正する
ために「誤り訂正符号」が用いられる。誤り訂正符号に
ついては、例えば今井秀樹「符号理論」、電子情報通信
学会（文献）などに詳述されている。誤り訂正符号は、
送信側で伝達すべきもとの情報に冗長な検査用の情報を
一定の規則にしたがって付加して伝送し、受信側で受け
とった情報がこの規則に従っているかどうかを検査し、
その検査結果によって誤りの訂正を行なえるよう構成さ
れる。誤り訂正符号を用いたディジタル通信システム
は、図１のようにモデル化することができる。同図にお
いて、送信側４の情報源１から出力された情報は、情報
源符号化器２に入力されてディジタル情報系列が出力さ
れる。そのディジタル情報系列は、誤り訂正符号化器３
にて検査符号の付加処理を施され、伝送路５に送られ
る。ここまでが送信側４の処理である。伝送路５を通っ
た符号系列には伝送路誤りが混入し、受信側９では、そ
の誤りの入った符号系列を受けとり、誤り訂正復号化器
６にて復号化されるが、そのとき誤り訂正を施された復
号化系列が情報源復号化器７に入力されて、情報が復元
されて利用される（情報利用８）。

【０００３】デジィタル情報伝送で多用される逐次符号
化の場合、所定のビット数（拘束長）ごとに畳み込み処
理を施した畳み込み符号が、誤り訂正符号として使用さ
れる。図３Ａは、拘束長Ｋ＝３、符号化率Ｒ＝１／２の
畳み込み符号化器を示している。入力端子１９には
（０）または（１）のビットが３ツの遅延素子２０ない
し２２に順次入力され、出力端子２６には入力ビットと
２ビット前の入力ビットとの排他的論理和が加算器２４
から出力され、また出力端子２７には入力ビットと１ビ
ット前の入力ビットと２ビット前の入力ビットとの排他
的論理和が加算器２５から出力され、両出力ビットの対
が順次伝送される。この畳み込み符号化器の動作を、図
３Ｂの状態遷移図を用いて説明する。同図中の状態２８
ないし３１は、畳み込み符号化器の状態すなわち、図３
Ａのシフトレジスタ２３の遅延素子２２及び２１の内容
Ｄｎ−２およびＤｎ−１の連接状態を示す。各状態の間
を結んでいる矢印のことを枝と呼び、実線の枝はある状
態で（１）のビットが入力された時の状態の遷移を、点
線の枝はある状態で（０）のビットが入力された時の状
態の遷移をそれぞれ表す。各枝に付けられている２ビッ
トの数字は、その枝をたどって状態が遷移したときに畳
み込み符号化器からの出力ビット対を示している。例え
ば、初期状態を（００）として畳み込み符号化する場合
を考えると、情報系列ＡがＡ＝（０，１，０，０，１）の場合、出力される符号化系列ＣはＣ＝（００，１１，０１，１１，１１）となる。誤り訂正復号化器の使用目的は、誤りが混入し
た受信系列からできるだけ正しい情報系列を推定するこ
とである。畳み込み符号化されたデータを効率良く復号
する手段として、ビタビ・アルゴリズムが知られてい
る。前述の例の符号化系列Ｃに、伝送路で誤りが混入し
て受信系列Ｃ^* が誤り訂正復号化器に入力された場合を
例にとる。ただし、Ｃ^* ＝（０１，１１，０１，０１，１１）とする。この受信系列を復号する場合のビタビ・アルゴ
リズムの動作を図５のトレリス線図を用いて説明する。
なおトレリス線図は、図３Ｂの状態遷移図の各状態を時
間のながれにそって並べて描いたものである。情報系列
Ａを符号化したときの符号化器の状態の遷移を図５Ａの
太線で示している。太線で示したようなトレリス線図上
の経路のことをパスと呼ぶ。時点ｔのある状態Ｓ及び時
点（ｔ＋１）のある状態Ｓ' を結ぶ枝に対応する符号化
系列と、時点（ｔ＋１）の受信系列との間の距離のこと
をその枝の枝メトリックという。距離の尺度にはいろい
ろあるが、ここでは２つのビット系列の間のハミング距
離を尺度として用いる。すなわち、図５Ａのなかで時点
ｔ＝１の状態Ｓ＝（００）及び時点ｔ＝２の状態Ｓ’＝
（０１）を結ぶ枝に対応する符号化系列は（００）で、
時点ｔ＝２の受信系列は（１１）なので、この枝の枝メ
トリックは２となる。トレリス線図の中であるパスを考
えたとき、そのパスを構成する枝の枝メトリックの総和
をパスメトリックという。これは言い換えれば、そのパ
スをたどって畳み込み符号化器の状態が遷移したときの
符号化系列と受信系列の間の距離である。受信系列Ｃ^*
を復号するためには、時点ｔ＝０の状態（００）から時
点ｔ＝４の任意の状態までに至るあらゆるパスのうち
で、そのパスメトリックが最小となるものを選び、その
パスに対応する情報系列を復号結果とすれば良い。トレ
リス線図の中で異なる時点の状態を区別するために、時
点ｔの状態（ｉｊ）（ｉ，ｊは０または１）のことをＳ
（ｔ）_ijと表記することにする。トレリス線図の中でＳ
（ｔ）_ijにはＳ（ｔ−１）_0iとＳ（ｔ−１）_j0から２本
の枝が入っていることに注意しておく。ビタビ・アルゴ
リズムでは、トレリス線図中の各状態Ｓに対して、Ｓに
達するすべてのパスのうちでパスメトリックが最小とな
るパスが順次求められていく。このようなパスのことを
状態Ｓの生き残りパスと呼ぶ。また、状態Ｓの生き残り
パスのパスメトリックのことを状態Ｓのパスメトリック
と呼ぶこともある。ビタビ・アルゴリズムを用いてＣ^*
の復号を行なうと次のようになる。まず初期化として、
Ｓ（０）₀₀のパスメトリックを０として、時点０のそれ
以外の状態のパスメトリックを充分大きな値（ここでは
１０）としておく。次に、Ｓ（１）₀₀に着目する。この
状態にはＳ（０）₀₀とＳ（０）₁₀から２本の枝が入って
いて、その枝メトリックはどちらも１である。それらの
枝を通るパスを比較すると、Ｓ（０）₀₀のパスメトリッ
クは０でＳ（０）₁₀のパスメトリックは１０なのでそれ
らに枝メトリックを加算した値はそれぞれ１と１１とな
ってＳ（０）₀₀からＳ（１）₀₀に入るパスがＳ（１）₀₀
の生き残りパスとして選ばれる。これで、Ｓ（１）₀₀の
生き残りパスとそのパスメトリックが求まった。同様に
して時点 1 の他の状態に対しても生き残りパスとその
パスメトリックを求めた結果が図５Ｂに示されている。
各状態の生き残りパスが太線で表されていて、各状態の
上に付けられている数字はその状態のパスメトリックを
示している。この同様の操作を各時点について時点５ま
で順次行なった結果を図５Ｃに示している。ここで、時
点５の４つの状態のパスメトリックを比較するとＳ
（５）₀₁の生き残りパス比較すメトリックが２で最小と
なっているので、そのパスに対応する符号化系列Ａ' ＝
（０，１，０，０，１）を復号結果とする。この、畳み
込み符号とビタビ復号の組み合わせによる誤り制御装置
は、ランダム誤りを訂正するために有効な手段として広
く知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】単一の誤り訂正符号化
器と誤り訂正復号化器の組み合わせによる誤り制御装置
は一定の誤り訂正能力を持っている。従来の技術による
畳み込み符号とビタビ復号の組み合わせでは、ビット位
置によって多少のバラツキがある場合もあるが、ほぼ均
等の誤り訂正能力を持っている。しかしながら、情報系
列の中でビットによってその重要度が異なるときにその
重要度に応じて誤り訂正能力を変えたい場合や、伝送路
の状態の良し悪しによって全体の誤り訂正能力を変化さ
せたい場合には、異なる誤り訂正能力を持つ符号化器と
復号化器をそれぞれ用意してやらなければならないため
に、装置規模が大きくなり効率が悪く、またシステムの
設計の自由度が低いなどの問題点がある。本発明の目的
は、このような欠点を解決して、単一の畳み込み符号化
器と最尤復号化器の組み合わせによって、一つの情報系
列の中の一部あるいは全部の誤り訂正能力を従来よりも
向上できるようにすることをである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、入力さ
れた情報系列の一部または全部を写像する写像符号化器
と、前記写像符号化器によって写像された情報系列と前
記写像符号化器にて写像されない情報系列とをあわせて
畳み込み符号化するための畳み込み符号化器とを送信側
に有し、その送信側からの受信系列と写像情報とを入力
して前記畳み込み符号化器によって符号化された符号化
系列を復号するための最尤復号化器と、写像された系列
をもとに戻すための逆写像復号化器とを受信側に有す
る。

【０００６】

【作用】本発明の誤り制御装置では、送信側で、情報系
列のうちの一部あるいは全部を写像符号化器によって写
像してビット数を増やした後に畳み込み符号化するため
に、その部分の冗長度が増していて、復号側において、
その性質を活かして最尤復号をするので、誤り訂正能力
が向上する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明について説明す
る。

【０００８】図１は本発明の一実施例を示すブロック図
であり、図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ本実施例の誤り
訂正符号化器３および誤り訂正復号化器６の構成例を示
すブロック図である。

【０００９】本実施例では、情報源１は音声信号を発
し、情報源符号化器２として４Ｋｂｉｔ／Ｓ程度で音声
信号をディジタル情報に符号化する音声符号化器を使用
する。音声符号化器は連続して入力される音声を４０ｍ
ｓずつ区切って符号化を行ない、この４０ｍｓの単位を
１フレームと呼ぶことにする。また、音声符号化器はフ
レーム毎に無声部と有声部の２つのモードを切り替えな
がら動作し、そのモードを表すビットが情報源符号化器
から出力される情報系列のうちで最も重要度が高いもの
とする。さらに、１フレーム分の情報系列の先頭のビッ
トがモードを表しているものとする。なお図２Ａ中の畳
み込み符号化器１２として図３Ａに示す回路を使い、ま
た図２Ｂ中の最尤復号器１５の動作を説明するためのト
レリス線図を図４Ａないし４Ｃに示す。図２Ａにおい
て、写像符号化器１１には情報源符号化器２の出力のう
ち現フレームのモードを表す１ビットが入力され、次の
規則Ｍにしたがって２ビットの系列に写像されてその２
ビットが出力される。Ｍ：（０）→（０１）Ｍ：（１）→（１０）写像符号化器１１の出力の後に情報源符号化器２の出力
のうちでモードを表すビットを除いた部分が結合され
て、畳み込み符号化器 12 に入力される。従来技術の項
で取り上げた例をもとにして符号化の説明をする。情報
源符号化器２から情報系列Ａ０が出力されたとする。た
だし、Ａ０＝（０，０，０，１…）とする。このうちで先頭のビットの（０）が写像符号化
器に入力され、（０１）が出力される。これとＡ０の２
ビット目以降を結合したビット系列Ａが畳み込み符号化
器１２に入力されることになる。ここでＡ＝（０，１，０，０，１…）である。図２Ｂにおいて、最尤復号器１５には受信系列
とともに上記の写像規則Ｍを表わす写像情報１６が入力
されて復号が行なわれる。その復号の手順を図４のトレ
リス線図を用いて説明する。まず従来方式の場合と同様
の操作によって、時点２までの各状態の生き残りパスと
そのパスメトリックを求める。ここまでの結果が図４Ａ
に示されている。ここで、時点ｔ＝１および２の情報系
列は写像Ｍによって写像されたことが既知なので、時点
ｔ＝２の各状態からその生き残りパスをたどって、その
パスが起こり得るパスかどうかを調べる。具体的には、
Ｓ（２）₀₀の生き残りパスに対応する情報系列は（０
０）なのでこれは起こり得ないパスであり、Ｓ（２）₀₁
の生き残りパスに対応する情報系列は（０１）なのでこ
れは起こり得るパスであり、以下同様にＳ（２）₁₀の生
き残りパスは起こり得るパスで、Ｓ（２）₁₁の生き残り
パスは起こり得ないパスである。そこで、この先の生き
残りパスの探索において、Ｓ（２）₀₀あるいはＳ（２）
₁₁を通るようなパスが選ばれないように、Ｓ（２）₀₀と
Ｓ（２）₁₁のパスメトリックの値を充分大きな値（ここ
では１０）で置き換える。ここまでの結果を図４Ｂに示
す。これ以降は普通のビタビ・アルゴリズムに従って復
号を行なう。最終的なトレリス線図の様子を図４Ｃに示
す。最尤復号化器１５からの出力のうち写像されたビッ
トにあたる系列は逆写像復号化器１７に入力されて、Ｍ
の逆写像の結果が出力される。

【００１０】なお本実施例の構成以外にも、本発明の意
図を損なうことなく種々の変形が可能である。写像符号
化器１１の入力系列のビット数と出力系列のビット数と
は、出力系列のビット数の方が多いという条件さえ満た
せば、任意の組合せにすることができる。本実施例では
説明を簡単にするために、写像符号化器１１の出力の後
ろに情報系列を結合したが、情報系列の任意の位置に写
像符号化器の出力を挿入して良い。一般には、情報系列
のなかのｔ０，ｔ１，・・・，ｔｉ番目（ｔ０＜ｔ１＜
…＜ｔｉ）に、写像符号化器１１の出力が挿入されてい
る場合、時点ｔｉの各状態の生き残りパスを求めた時点
で、各状態の生き残りパスが起こり得るパスか否かを調
べて、起こり得ないパスに対してはパスメトリックの値
を充分大きい値に設定した上で、それ以降の時点につい
ての操作を続ければ良い。複数の写像符号化器１１を組
み合わせて用いれば、一つの情報系列に対し複数種類の
誤り訂正能力の符号化をすることも容易である。複数の
写像符号化器１１を用意しておき、複数種類の伝送路の
状態に対応することができるようにすることも可能であ
る。復号のアルゴリズムとして、本実施例ではビタビ・
アルゴリズムを使用した方法を述べたが、他の復号アル
ゴリズムを使用しても良い。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、情
報系列のうちの一部あるいは全部のビットを写像してビ
ット数を増やした上で畳み込み符号化して、その性質を
利用して最尤復号を行なうことにより、写像した系列の
誤り訂正能力を高めることができる。また、ビタビ・ア
ルゴリズムの特性により、写像された系列の信頼性が高
まるとともに、系列中でその近くにあるビットに対する
誤り訂正能力も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図

【図２】Ａは、図１の誤り訂正符号化器の構成図を示す
ブロック図Ｂは、図１の誤り訂正復号化器の構成図を示すブロック
図

【図３】Ａは、図２Ａにおける畳み込み符号化器の構成
例を示すブロック図Ｂは、その畳み込み符号化器の動作を説明するための状
態遷移図

【図４】ＡないしＣは図２Ｂの装置における最尤復号器
の動作を説明するためのトレリス線図

【図５】ＡないしＣは従来方式での畳み込み符号および
ビタビ・アルゴリズムを説明するためのトレリス線図

【符号の説明】

１情報源２情報源符号化器３誤り訂正符号化器４送信側５伝送路６誤り訂正復号化器７情報源復号化器８情報利用９受信側１０入力端子１１写像符号化器１２畳み込み符号化器１３出力端子１４入力端子１５最尤復号器１６写像情報１７逆写像復号器１８出力端子１９入力端子２０，２１，２２遅延素子２３シフトレジスタ２４，２５加算器２６，２７出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された情報系列の一部または全部を
写像する写像符号化器と、前記写像符号化器によって写
像された情報系列と前記写像符号化器にて写像されない
情報系列とをあわせて畳み込み符号化するための畳み込
み符号化器とを送信側に有し、その送信側からの受信系
列と写像情報とを入力して前記畳み込み符号化器によっ
て符号化された符号化系列を復号するための最尤復号化
器と、写像された系列をもとに戻すための逆写像復号化
器とを受信側に有することを特徴とする誤り制御装置。
【請求項２】前記畳み込み符号化器および前記最尤復
号器化器がそれぞれビタビ・アルゴリズムで符号化およ
び復号化する請求項１記載の誤り制御方式。