JPS5963832A - デ−タ信号の多重化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はディ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１こ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、伝送ビッ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、ディ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、ディジタル音声挿入方式
（ＤＳＩ　：　Ｄｉｇｉｔａｌ　５ｐｅｅｃｈＩｎｔｅ
ｒｐｏｌａｔｉｏｎ　）の通話繁忙時Ｃチャネル過負荷
時）などにみもれるように、各チャネルの音声信号量子
化値のＬ　Ｓ　Ｂ　（Ｌｅａｓｔ　５１ｇｎ１ｆｉｃａ
ｎｔ　Ｂｉｔ　）を他チャネルの音声信号伝送に当てる
ことにより、一時的にチャ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ットの代わりに、シグナリン
グ情報や他チャネルの情報等の別情報を伝送することを
ビッ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、ピッ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
送の際にはピッ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５６−４．０４４９
、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ットをステイー
りン５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太きい。

（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ットを別の情報で置き換えること
により、伝送ビッ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、符号化後のビットが過去の連
続する幾つかのブロックの情報ビットによって定められ
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（入力ビット数と符号化回路から
出力されるビット数の比）が１／２の符号化回路の例で
ある。

図において、ｌはシフトレジスタ、２は排他的論理和ケ
ート、３は入力データ信号、４，５は符号化ビット、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
に対して符号化ビット４゜５０２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
系列の長さく符号拘束長）は７となっている。このこと
は、符号イピビット４，５０２ビットで入力データ信号
３の１ビツトの情報を担っており、かつ符号拘束長内で
各ビットは互いに影響を受は合っているといえる。した
がって、受信側に適用する復号法によっては、符号化率
が１を越えない範囲で符号化データ信号７のビットの一
部をステイーリングして伝送しても、受信側で符号化ビ
ットの生成多項式と、ステイーリングされたビットの位
置とを知っていれば、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１こ信号系列をもとに
、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。

通常の復調ビットＣ′°０”または１“）とともに、そ
の復調ビッ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（行う軟判定ヴイタビ復号と１こたみ込み符
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
ードウェア化も実現している。

本発明は、上述したピットステイーリングにより生じる
剰余ビットを介して別情報を伝送するもので・夛ンる。

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。入力へ
のデータ系列８は、たたみ込み符号化回路９によって符
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
のデータによって置き換えられる。第２図の例では、置
換パターン１２中の°１″が置換を行わないビット位置
、ＩＩ　ＯＩＩ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によって行われる。

送信データ系列１５は、雑音１７が存在する通信路１８
を通っ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
って、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
ビットに対しては、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って置換されたビ
ットに対する尤度計算禁止パルス２７を最尤復号回路部
に送る機能を有する必要がある。

一方、最尤復号回路５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
を受は取った時には、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ットに
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のデータ系列路が
溌尤復号回路５かも出力される。以上、受信データ系列
１９から、出力Ａ′のデータ系列路及び出力１３のデー
タ系列ｎを得るための操作が復号装置２０によって実行
される。　　゛・・次に、本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１６の構成例であ
る。入力Ａのデータ系列８Ｇζ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１こ符号化デ
ータ３０となって論理積ゲート３１に送られる。ま１こ
、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１３のデータ系列１
４は、置換されるビッ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３２０２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
た位置のビットのみを取り出して、出力Ｂのデータ系列
２３とする。また、受信データ系タロ９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５
に入力されて復号がなされ、出力への出力データ系列２
８となる。

以下、受信データ系４１月９は軟判定データとし、最尤
復号回路２５ば、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、スイッチングゲート３６
に送られる。スイッチングゲート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１３において
、軟判定データ系列のうちデータの確から乙さを示すビ
ットが不必要な場合には、軟判定データのうちの通常の
復調ビット（”０”または’ｔ”）のみを取り出せばよ
い。

一方、最尤復号回路５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路を出力
する。但し、置換パターン２１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１、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
部においてなされる。

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】９においてデータが置換されている
ビッ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ビッ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に従って、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（。そして置換ハターン保持メモリ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ア・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、同期状態のもとての復号が正しく
行われるようにアドレス制御）くルス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、入力へのデータ系列８に対する符号化率について
以下のことが言える。

入力１３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ビット毎にｍビットだけ行うとすれ
ば、入力へのデータ系列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）％式％ 従って、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
るタタみ込み符号化回路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への
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ットの数（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
ャド符号に対するグイタビ復号時のＢＥＲ特性から求め
ることができるが（文献参照二安田、平田、小川、°゛
ヴイタビ復号容易な高符号化率たたみ込み符号とその諸
物件゛′、電子通信学会、論文誌（Ｂ）、ｖｏｌ、Ｊ６
４−Ｂ、　７．　ｐＰ。

５７３−５８０　（１９８１−０７）　）、特に置換さ
れるビッ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
れているパンクチャド符号における最適ビット消去パタ
ーンと同じとなる（文献参照二安田、種木、平田、′°
軟判定ヴイタビ復号用パンクチャド符号に対する検討′
”、電子通信学会、信学技報Ｃ８８２−３７，Ｉ）Ｉ）
、　２１−２８．　（１９８２−０６）’）。一方、符
号化ビットの伝送速度に対して、その置換ビットを介す
る別情報の伝送速度ががなり低い場合には、一定のビッ
ト毎に１ビツトの置換を行うことが、ビット置換による
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
ット置換の周期Ｎビット毎に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、ＩＴ　Ｏ１１が置換を行う符号化ビット
の位置、ｕ　ＩＩ＋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、この場合の回路構成は第１図のとおりである）と仮
定している。

以下余白 第　　　　　１　　　　　表 原符号：１／２符号（拘束長７） 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とした場合のビット誤り率とＥ８
／Ｎｏ（Ｅ８：伝送１ビット当りのエネルギー、Ｎｏ二
二側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　、８１１６　、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）場合からのビッ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
伝送ビットレートが一足であることを考慮すると、多重
化しない場合ｂ・らのビット誤り率対Ｅ８／Ｎｏ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ビットに１ビツトの割合で多重化を行う（等制約
に符号化率２／３のパンクチャド符号が構成される）場
合（Ｎ＝４）の利得の劣化量は、約１．７　ａＢである
。

第６図は、達成ビット誤り率を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、ビット誤り車灯Ｅ６／Ｎｏ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０．２　ｄＢ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（僅か
に押えながら１、　別情報のデータの伝送を同時に行え
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叱方゛
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、伝送ビットレートを増
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
、断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１
こ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）Ｊ！１合及び置換の周期（Ｎ）を４　
、８　、１６　、３２とｔ−た場合のビット誤り率とＥ
ｓ／Ｎｏの関係を示す　　区図、第６図は符号拘束長７
、符号化率１／２のターたみ込み符号に対して、達成ビ
ット誤り率を１０−５　　　法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 ５；最尤復号回路 第３図　　　７，１１ 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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
   号化ビットを前記第２のデータ信号系列のビットで置き
   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ットの位
   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、当該符号化ビットの位置には
   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. （２）前記置換パターンによる置換の周期が１２以上で
   あるごとき特許請求の範囲第１項記載のデータ信号の多
   重化方式。