JPH0724399B2

JPH0724399B2 - 信号伝送方法

Info

Publication number: JPH0724399B2
Application number: JP3092590A
Authority: JP
Inventors: 正松本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: JPH04304728A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号伝送方法に関す
る。特に、移動通信等のバースト誤りとランダム誤りの
混在するチャネルを介して高信頼にデータを伝送するた
めの方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】誤りの発生する伝送路を介してデータを
高信頼に伝送するために、誤り訂正符号が従来から広く
適用されてきた。一般に、誤りがランダムに発生するチ
ャネルにおける誤り訂正符号の訂正能力は、ブロック符
号の場合符号長が長いほど、また畳み込み符号の場合拘
束長が長いほど、それぞれ大きくなる。そのため、より
大きな符号化利得を得るためには、長い符号長、又は拘
束長の符号を用いることが必要になる。

【０００３】一方、バースト誤りチャネルに適した誤り
訂正方式に、バースト誤り訂正用の符号を用いることが
考えられる。しかし、ランダム誤り訂正符号と同等の効
率のバースト誤り訂正用符号で、その誤り訂正能力がラ
ンダム誤り訂正符号と同等以上の符号は知られていな
い。このため、バースト誤りチャネルではビットインタ
リーブ（又は、シンボルインタリーブ）を併用し、チャ
ネルをランダム誤りチャネルに近付けてランダム誤り訂
正符号を用いる方式が一般には用いられる。

【０００４】ところが、大きな符号化利得を得るために
符号長又は拘束長の長い符号を用いると、インタリーブ
に伴う遅延時間も大きくなってしまう。すなわち、１符
号語内で隣接するビット（又はシンボル）間に他の符号
語のビット（又はシンボル）を挿入して、隣接ビット
（又はシンボル）間を時間的に離すのがインタリーブで
あり、必要となる離す時間の大きさ（＝インタリーブサ
イズ）はバースト誤りの密集の程度によって定まる。従
って、例えばｋビット（またはｋシンボル）を隣接ビッ
ト（又はシンボル）間に挿入すれば遅延時間はｋ倍にな
る。ところが、通常の通信システムでは許容される遅延
時間は有限であるから、いつも十分なサイズのインタリ
ーブが行なえるとは限らない。このため、ランダム誤り
訂正符号とインタリーブを併用する方式では、いつも十
分な改善効果が得られるとは限らない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、バース
ト誤り訂正符号を用いる、又はランダム誤り訂正符号と
インタリーブを併用する従来の方式では、いつも十分な
改善効果が得られるとは限らないという欠点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の欠点に鑑み、バ
ースト誤りとランダム誤りの混在するチャネルにおいて
も高信頼データ伝送が可能な信号伝送方式を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、通信システムに於て、送信局ではｎ
ビットからなる情報部分Ｉを誤りが検出可能な符号に符
号化してＮビットからなる（Ｎ，ｎ）誤り検出符号化デ
ータを得、該誤り検出符号化データを新たなＮビットの
情報部分とみなして変換行列Ａにより一次変換したＮビ
ットのチェック部分を付加してなる（２Ｎ，Ｎ）可逆符
号に符号化し、誤り率が時間的に変動するチャネルを介
して誤り率が無相関となる程度に離間してＮビットの誤
り検出符号化データとＮビットのチェック部分を送信
し、受信局では送信局からの送信データの情報部分Ｉを
受信し、誤りがないときはそのまま受信データとして出
力し、この情報部分Ｉに誤りがあるときは、受信した
（２Ｎ，Ｎ）可逆符号のチェック部分を前記変換行列の
逆行列により一次変換して情報部分Ｉを再生し、誤りが
ないときはそのまま受信データとして出力し、再生した
情報部分に誤りがあるときは、前記（２Ｎ，Ｎ）可逆符
号を誤り訂正回路により復号して（Ｎ，ｎ）誤り検出符
号を復号することを特徴とする信号伝送方法にある。

【０００８】好ましい実施例によると、前記誤り検出符
号化データを複数のブロックに分割し、各ブロック毎に
変換行列により可逆符号化して伝送する。

【０００９】

【作用】本発明ではこのような従来の技術の欠点を解決
するために、誤り検出のための符号（（Ｎ，ｎ）符号）
と、可逆性を持った誤り訂正のための符号（（２Ｎ，
Ｎ）符号、又は各（２Ｋ_i ，Ｋ_i ）符号）を併用する。
一般に、バースト誤りチャネルでは誤りは密集して発生
する状態（Bad 状態）と、非常に低い確率でしか誤りが
発生しない状態（Good状態）との間を移行する。この場
合、Bad 状態では誤り訂正符号化を行なっても、訂正能
力をこえる誤りが発生してほとんどの送信データが誤っ
て受信されてしまう。ところが、Good状態では誤り訂正
符号を用いなくても、又は非常に高い効率の（従って、
訂正能力の小さい）符号を用いるだけで十分高い信頼度
でデータを伝送できる。従って、Good状態で受信したビ
ット（又はシンボル）系列だけを用いて送信データを復
元すればよいことになる（従来のランダム誤り訂正符号
とインタリーブを併用する方法では、Good状態で受信し
た系列とBad 状態で受信した系列とを受信語内で混在さ
せるために、Good状態で受信した低い誤り率の系列の信
頼度を、ランダム誤り訂正符号の復号過程で悪くしてい
ることになる）。もしGood状態で誤りが発生しなけれ
ば、誤り検出符号のみを用いることにより、受信側では
Bad 状態で受信したデータに誤りを検出すればこれを除
去できる。従って、例えば同じデータを２回送信すれ
ば、両方のデータをBad 状態で受信する確率は小さいか
ら（どちらか一方はGood状態で受信する確率が大きいか
ら）、誤り検出符号の適用だけで信頼度が改善できるこ
とになる。ところが、実際の通信チャネルではGood状態
においても誤りが発生する確率が０ではない。このた
め、受信語内に１ビットでも誤りがあると誤り検出さ
れ、これがBad 状態で多数の誤りが発生したことと識別
できない。また、GoodとBad の２状態の中間の確率でラ
ンダム誤りを発生することもある。このことは、ランダ
ム誤りとバースト誤りの混在した実際の通信チャネルで
は、誤り検出符号の適用だけでは十分な信頼度が得られ
ないことを意味する。

【００１０】そこで本発明では、同じデータを２回送信
する替わりに可逆性を持った誤り訂正符号を適用するこ
とによって、ランダム誤りとバースト誤りの混在した通
信チャネルでも十分な信頼度確保を可能にする。可逆性
を持った誤り訂正符号の特徴は、そのチェック部分（又
はチェックシンボル）が情報部分（又はシンボル）から
変換行列によって求まることにある。そしてその変換行
列は正則で逆行列を持ち、この逆行列を用いてチェック
部分から情報部分が再生できる。この性質から、上述の
原理によって情報部分かチェック部分のいずれかが誤り
なく受信できれば情報部分を正しく再生できる。一方、
情報部分とチェック部分を合わせた誤り訂正符号として
の１符号語で訂正能力を持つ。従って、情報部分とチェ
ック部分の両方に誤りが検出された場合には、誤り訂正
符号として復号することによって、訂正能力以下の数の
誤りを訂正できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を詳細に説明する。まず、情報
部分ｎビット（又はシンボル）にＮ−ｎビット（または
シンボル）のチェック部分を付加して、Ｎビット（又は
シンボル）からなる誤り検出のための符号に符号化す
る。次に、このＮビット（又はシンボル）を新たな情報
部分とみなして、上述の可逆（２Ｎ，Ｎ）符号に符号化
して送信する。この場合、可逆（２Ｎ，Ｎ）符号の情報
部分の送信とチェック部分の送信を時間的に離すことに
より、両者ともBad 状態で受信する確率を下げることが
できる。

【００１２】一方受信側では、まず情報部分を受信した
ら誤り検出符号の復号を行なって、情報部分に誤りが含
まれるかを調べる。誤りが検出されなければ復号動作を
終了し、続けて受信されるチェック部分を廃棄（又は無
視）する。

【００１３】誤りが検出されたら、続けて受信されるチ
ェック部分から上述の可逆性によって情報部分を変換行
列により求め、求まった情報部分の誤り検出を行なう。
誤りが検出されなければ復号動作を終了する。誤りが検
出されれば、（２Ｎ，Ｎ）誤り訂正符号として復号を行
なう。この結果に誤りが含まれているかどうかは、復号
の結果得られた情報部分の誤り検出符号を再び復号すれ
ば知ることができる。しかし、誤りが含まれていること
を知ったうえでの処理は、本発明を応用するシステムに
よって異なる（例えば、データ通信システムのように、
比較的大きな遅延時間が許容されるシステムでは再送を
要求する。また、音声伝送のように小さな遅延しか許さ
れない場合には、以前に受信したデータでこのフレーム
を置き換えることも可能である）。図３に具体的なアル
ゴリズムのフローを示す。

【００１４】以上、情報部分ｎビット（又はシンボル）
にＮ−ｎビット（またはシンボル）のチェック部分を付
加した誤り検出符号化データを可逆（２Ｎ，Ｎ）符号に
符号化して送信する場合について述べてきた。しかし、
一般にブロック符号（可逆（２Ｎ，Ｎ）符号を含む一般
的な誤り訂正符号のクラス）では符号長が長くなると復
号のための処理量が極めて大きくなる欠点がある。例え
ば、ＢＣＨ（１０２３，５２３）符号２３ビット短縮し
た（１０００，５００）符号は可逆性を持つ符号となる
ため、本発明によるデータ伝送方式用の符号として適用
できる。しかし、受信側で情報部分とチェック部分の両
方に誤りを検出した場合この符号を復号する必要がある
が、数１００kb/sec程度のビットレートの伝送でも専用
のプロセッサを必要とする処理量になってしまう。そこ
で本発明では、Ｎが大きくなる場合には、誤り検出符号
化データを複数の小ブロックに分割してそれぞれの小ブ
ロックに対して符号長の短い可逆符号で符号化する。す
なわち、ｉ番目の小ブロックはＫ_i ビット（またはシン
ボル）からなる小ブロックからなり、これを変換行列Ａ
_i により一次変換したＫ_i ビットのチェック部分を付加
して（２Ｋ_i ，Ｋ_i）可逆符号に符号化する。受信局で
は、情報部分に誤りを検出した場合は、各（２Ｋ_i ，Ｋ
_i ）符号の可逆性により各小ブロックのチェック部分か
ら情報部分を得る。そして、その結果に再び誤りを検出
した場合には、各（２Ｋ_i ，Ｋ_i ）符号を復号して誤り
の訂正を試みる。もし、誤りが全て訂正できなければ、
誤り検出符号復号によりそのことが検出できる。しか
し、誤りが含まれてることを知ったうえでの処理は、シ
ステムによって異なることは上述のとおりである。

【００１５】図２に本発明の受信側の実施例を示す。１
０は入力端子で、図１の（ａ）に示す情報ビットＩとチ
ェックビットＣが入力される。１２は再生回路、１４は
誤り訂正回路、１６はスイッチ、１８は誤り検出回路、
２０は制御回路、２２は出力端子である。

【００１６】スイッチ１６は始めに端子に接続され、
受信データのうち、情報部分Ｉをとり込み、誤り検出回
路１８に入力する。ここで誤りが発見されなければ、情
報部分Ｉを受信データとしてそのまま出力する。誤りが
発見されたときは、スイッチ１６を端子に切替える。

【００１７】スイッチ１６が端子に接続されると、再
生回路１２が受信データのチェック部分Ｃを用いて、Ｉ
＝Ａ^−１Ｃにより情報部分Ｉを再生して、誤り検出回路
１８に送る。ここで誤りが発見されなければ、再生した
情報ビットを受信データとして出力し、誤りが発見され
ると、スイッチ１６を端子に切替える。

【００１８】スイッチ１６が端子に接続されると、誤
り訂正回路１４が図１（ａ）のＩ及びＣを用いて誤り訂
正を施す。

【００１９】次に、誤り検出符号化データを複数の小ブ
ロックに分割する方式についてより具体的な例をあげて
説明する。この例で用いるフレーム構成を図１に示す。
送信側では、情報ビット９６ビット（図中Ｉ−１）に対
して誤り検出のためのチェック部分１６ビット（図中Ｃ
−１）を付加し（例えばＣＲＣ符号によってほとんど全
ての誤りが検出できる）、１１２（＝９６＋１６）ビッ
トの誤り検出符号化データＩはさらに各４ビットからな
る２８個の小ブロック（Ｉ₁からＩ₂₈）に分割される。
各小ブロックは誤り訂正のための（８，４）符号（ハミ
ング（７，４）符号を１ビット拡大した符号）に符号化
され、合計２２４ビットのデータになる。データは２２
４ビットを１フレームとして伝送されるが、前述のよう
に情報部分Ｉの１１２ビットとチェック部分（Ｃ₁から
Ｃ₂₈）の１１２ビットＣは時間的に離れた位置で送信し
てもよい。この（８，４）符号は可逆性を持ち、チェッ
ク部分Ｃ₁ は

【数１】によって情報部分Ｉ_i から、また、情報部分Ｉ_i は

【数２】によってチェック部分Ｃ_i からそれぞれ求まる。一方こ
の符号は最小ハミング距離４を持つので、１ビットの誤
りを訂正し、２ビット誤りを検出する。

【００２０】次に、受信側の動作を、情報部分に誤り
が含まれない場合、情報部分に誤りが含まれるが、チ
ェック部分には誤りが含まれない場合、２８個の小ブ
ロック中に、１ビットの誤りを含むものが複数存在し
て、情報部分とチェック部分の両方に誤りを検出した場
合、２８個の小ブロック中に、１ビットの誤りを含む
小ブロックと２ビットの誤りを含むものが複数存在し
て、情報部分とチェック部分の両方に誤りを検出した場
合、２８個の小ブロック中に、３ビット以上の誤りを
含む小ブロックが複数存在して、情報部分とチェック部
分の両方に誤りを検出した場合、のそれぞれについて説
明する。

【００２１】の場合誤り検出符号の復号により、受信した１１２ビットの情
報部分Ｉに誤りが含まれないことが検出できる。情報部
分Ｉを受信データとしてそのまま出力する。

【００２２】の場合誤り検出符号の復号により、受信した情報部分Ｉに誤り
が含まれることが検出できる。次に、受信したチェック
部分Ｃから式（２）によって２８個の小ブロックを逆変
換し、４×２８＝１１２ビットの情報部分Ｉを再生す
る。誤り検出符号の復号により、再生した情報部分に誤
りが含まれないことが検出できる。再生した情報部分Ｉ
を受信データとして出力する。

【００２３】の場合誤り検出符号の復号により、受信した情報部分Ｉとチェ
ック部分Ｃの両方に誤りが含まれることが検出できる。
次に、受信した各小ブロックの情報部分Ｉ_i とチェック
部分Ｃ_i 並べた（Ｉ_i Ｃ_i ）とパリティ検査行列の積

【数３】から、２８個の小ブロックのシンドロームＳ_i を求め
る。各ブロック中の誤りビット数は１ビット以下だか
ら、このブロックに誤りがなければＳ_i ＝０、１ビット
の誤りがあればＳ_i はパリティ検査行列のいずれかの列
ベクトルに一致するはずである。この列のベクトルを第
ｋ列とすれば、この小ブロックの情報部分Ｉ_iとチェッ
ク部分Ｃ_i 並べた（Ｉ_i Ｃ_i ）の第ｋ列に誤りがあるこ
とになるのでこのビットを反転（０は１に、１は０に変
更）する。２８個の小ブロックに対して以上の処理を行
なって、４×２８＝１１２ビットの情報部分Ｉを再生す
る。再び、誤り検出符号を復号して再生した情報部分に
誤りが含まれないことが検出できるので、再生した情報
部分Ｉを受信データとして出力する。

【００２４】の場合の場合と同様にして、２８個の小ブロックのシンドロ
ームを求める。各ブロック中に２ビットの誤りを含むも
のが存在するから（例えば、第ｍブロックとする）、こ
のブロックに対するシンドロームはパリティ検査行列の
いずれの列ベクトルにも一致しない。このことは、
（８，４）符号が訂正できない誤りを復号の過程で検出
したことを意味する。そこで、第ｍ小ブロックは受信し
た情報部分Ｉ_m をそのまま用いる（情報部分に誤りを含
むかは、この段階ではわからない）。２８個の小ブロッ
クに対して以上の処理を行なって、４×２８＝１１２ビ
ットの情報部分Ｉを再生する。再び、誤り検出符号を復
号して再生した情報部分に誤りが含まれないことが検出
できれば、再生した情報部分Ｉを受信データとして出力
する。誤りが含まれていることを検出したときの処理
は、システムによって異なる。

【００２５】の場合の場合と同様にして、２８個の小ブロックのシンドロ
ームを求める。各ブロック中に３ビットの誤りを含むも
のが存在するから（例えば、第ｍ’ブロックとする）、
このブロックに対するシンドロームはパリティ検査行列
のいずれかの列のベクトルに一致するはずである。
（８，４）符号の復号の過程では、これが１ビットの誤
りによるものか３ビットの誤りによるものかは識別でき
ないので、（３）の場合と同様にして１ビットの誤り訂
正処理を行なう。２８個の小ブロックに対して以上の処
理を行なって、４×２８＝１１２ビットの情報部分Ｉを
再生する。しかし、第ｍ’ブロックの復号では誤訂正を
行なっているので、Ｉ_m'には誤りが含まれる。再び、誤
り検出符号を復号して誤りが含まれていることを検出す
る。その後の処理は、システムによって異なる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では可
逆性を持った誤り訂正符号を適用しているので、バース
ト誤り訂正とランダム誤り訂正の両者の能力を有効に用
いている。これにより、バースト誤りとランダム誤りの
混在した通信チャネルでも十分な信頼度確保を可能にす
る。

【００２７】図４は、バースト誤りとランダム誤りの混
在する代表的な通信チャネルである、ディジタル移動通
信に本発明を適用した場合のビット誤り率特性（図中カ
ーブＡ）である（ＱＤＰＳＫ遅延検波、ビットレート４
２kb/s、最大ドップラ周波数４０Hzのフェージングのも
とでのシュミレーションによる評価例）。上述の例のよ
うに（８，４）符号を小ブロックとして用い、２８個＝
２２４ビットで１フレームを構成した。情報部分１１２
ビットには誤り検出のための１６ビットが含まれる。図
には、本発明による方式のほかに、従来から用いられて
きたランダム誤り訂正符号とインタリーブを併用する方
式のビット誤り率特性（図中カーブＢ）、及び符号化を
行なわないＱＤＰＳＫ遅延検波方式のビット誤り率特性
（図中カーブＣ）も示してある。本発明による方式は、
従来方式と比較してビット誤り率１０^-3を得る平均Eb/N
O を約４dB低減できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるフレーム構成の例を示す。

【図２】本発明における受信側のブロック図である。

【図３】本発明における受信側の動作フローを示す。

【図４】ディジタル移動通信に本発明を適用した場合、
及び従来のランダム誤り訂正符号とインタリーブを併用
する方式のビット誤り率特性を示している。カーブＡは
本発明によるビット誤り率特性、カーブＢはランダム誤
り訂正符号とインタリーブを併用する方式のビット誤り
率特性、カーブＣ符号化を行なわないＱＤＰＳＫ遅延検
波方式のビット誤り率特性である。

【符号の説明】

Ｉ−１情報部分Ｃ−１チェック部分Ｉ誤り検出符号化された情報部分Ｉ_１〜Ｉ_２８分割した小ブロックＣ_１〜Ｃ_２８Ｉ_１〜Ｉ_２８を可逆（２Ｎ，Ｎ）符号に
符号化したときのチェック部分ＣＣ_１〜Ｃ_２８を集めたチェック部分の全体１０入力端子１２再生回路１４誤り訂正回路１６スイッチ１８誤り検出回路２０制御回路２２出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信システムに於て、送信局ではｎビッ
トからなる情報部分Ｉを誤りが検出可能な符号に符号化
してＮビットからなる（Ｎ，ｎ）誤り検出符号化データ
を得、該誤り検出符号化データを新たなＮビットの情報
部分とみなして変換行列Ａにより一次変換したＮビット
のチェック部分を付加してなる（２Ｎ，Ｎ）可逆符号に
符号化し、誤り率が時間的に変動するチャネルを介して
誤り率が無相関となる程度に離間してＮビットの誤り検
出符号化データとＮビットのチェック部分を送信し、受
信局では送信局からの送信データの情報部分Ｉを受信
し、誤りがないときはそのまま受信データとして出力
し、この情報部分Ｉに誤りがあるときは、受信した（２
Ｎ，Ｎ）可逆符号のチェック部分を前記変換行列の逆行
列により一次変換して情報部分Ｉを再生し、誤りがない
ときはそのまま受信データとして出力し、再生した情報
部分に誤りがあるときは、前記（２Ｎ，Ｎ）可逆符号を
誤り訂正回路により復号して（Ｎ，ｎ）誤り検出符号を
復号することを特徴とする信号伝送方法。
【請求項２】前記誤り検出符号化データを複数のブロ
ックに分割し、各ブロック毎に変換行列により可逆符号
化して伝送することを特徴とする請求項１記載の信号伝
送方法。