JPS617730A - 誤り訂正復号器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はビタビ・アルゴリズムを用いて誤り訂正および
誤シ検出を行なう誤り訂正復号器に関する。

（従来技術とその問題点） 畳み込み符号に対するビタビ・アルゴリズムによる復号
法は従来から訂正能力の高す復号法として知られている
。ビタビ・復号の原理及び動作については、プロシーテ
ィンゲス　オプ　ジ　アイ・イー・イー畢イー（Ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＪ　）誌１９
７３年３月号第２６８頁から２７８頁の論文［ザ　ビタ
ビ　アルゴリズム（Ｔｈｅ　Ｖｉｔｅｒｂｉａｌｇｏｒ
ｉｔｈｍ　）　Ｊに詳細に記されている。しかしながら
後述する通りこの復号法は　／、　　　−今どのような
受信信号系列に対しそも復号を行なうので訂正できない
誤りが生じた場合にそれを検出することができないとい
う欠点があった。

第１図は畳み込み符号器の１例を示す図である。

第１図の畳み込み符号器は拘束長３．符号化率１／２の
符号器を構成している。入力端子１００から入力された
１又は０の信号はレジスタｌおよび２に順次蓄えられる
。入力信号とレジスタ１の内容と、レジスタ２の内容の
２を法とした加算が排他論理和回路３で求められ出力端
子１０１から出力される。また入力信号とレジスタ２の
内容との２を法とした加算が排他論理和回路４で求めら
れ出力端子１０２から出力される。このようにして１ビ
ツトの入力信号が２ビツトに変換されて送信される。

出力の２ビツトはレジスタ１＞よび２の内容と入力信号
で決定されるのでこの符号器の状態遷移図は第２図のよ
うになる。第２図で４つの状態（００）、（１０）、（
０１）、（１１）はそれぞれレジスタ１，２の内部状態
に対応しておりそれぞれの状態と、次の状態を結ぶ線（
これを枝と呼ぶ）は入力信号の匝によって次に異った状
態に移ることを意味している。また枝上の（００）、（
１１）、（１０）。

（０１）の表現は端子１０１および端子１０２から出力
される値を表現している。例えばレジスタト２の初期値
が（０，０）であって信号”１”が入力されたとすると
出力は（１，１）となりレジスタ１゜２の状態は（１、
０’）に変わる。第２図にはこれに続いて１．０．１と
信号が入力されたときの状態の変化を太線で示す。

このように各入力信号列に１対ＩＫ対応して状態遷移図
上の折線が形成される。この折線のことを通常パスと呼
んでいる。

さて、ピタビ復号器は各パスに対応した送信系列と受信
系列の相関値を計算し、相関値の最大になるパス１を判
定して復号を行っている。受信系列と各パスとの相関値
は通常パス・メトリックと呼ばれている。ビタビ・復号
器は第２図の４通りの状態に対応するパス・メトリック
を記憶してお゛き１ビツトの情報に対応する２シンボル
が受信される毎にパス・メトリックを更新する。

第２図から明らかなように、４通シの各状態は送信信号
に対応して２本の枝を田し再び４通りのいずれかの状棟
になる。新たな状態の側から見れば、以前の状態のうち
２つの状態から異なった符号を送信した結果として新た
な状態が得られている。例えば（１，０）という状態は
（０，０）という状態の時に“１”が入力されて、（１
，１）が出力され（１，０）Ｋ達する場合と（０，１）
という状態の時に１”が入力されて、（０，０）が出力
され（１，０）に達する場合とがある。

ビタビ・復号器ではこの２通りの場合について前回のパ
ス・メｌ−ＩＪツク埴に、受信信号と各校に対応する受
信候補信号との相関値（これを枝メトリックと呼ぶ）を
加え、大きい方を新たなパス・メトリックとするという
方法でパス・メトリックの更新を行なう。このパスメト
リックの演算並びに更新の方法についてより詳しく説明
する。

今、ｋ番目の受信信号に対応するパスメトリ。

りを各状態に合わせて、Ｍ；、（００）、Ｍｋ（１０）
。

Ｍｋ（Ｏｆ）、Ｍｋ（１１）と表現し、ｋ＋１番目の２
ビツトの受信信号と各校に対応した２ビツトの受信候補
信号（ｔ＋、ｉｔ）との相関値を、Ｒｋ＋＋（’＋＋　
Ｉｔ）と表わすことにする。

このとき、例えば（ｋ＋１）番目のパスメトリックＭｋ
＋１（１０）は、Ｍｋ（ｏ　ｏ　）　＋　Ｒ、＋１（ｉ
　１）と−（０１）＋Ｒｋ＋１（００）の大きい方とな
る。そζで、Ｍｋ＋１（００）　、　Ｍｋ、（１０）　
、　Ｍｋ＋、（０１）、　Ｍｋ＋１（１１）を数式で表
現するならば、次のようになる。

但し、　Ｍｌｌｘ（Ａ　、　Ｂ　）はＡとＢのうち大き
い方の値をとることを示す。もしＡ＝Ｂならば、どちら
を選んでもかまわないが、説明の便宜上ここでは、Ａを
選ぶものとする。

つまり である。

さて、２本の枝のうちどちらを選択したかでどのような
パスを、とったかがわかるので、その選択信号をもとに
第１図の符号器に対応するビタビ復号器は常に４通りの
パスを記憶してゆく。つまり、４通りの送信系列の候補
を記憶してゆく。このパスを記憶する回路は通常パス・
メモリと呼ばれる。

第３図にはパス・メモリに記憶されるパスの例を示す。

第３図には選択されたパスのみが記されて込る。

第３図には情報ビットが常に０”で時刻Ｃまでは誤シが
なく、時刻Ｃから時刻ＡＫ移る時点で伝送路誤りが生じ
た場合のパスが示しである。

第３図において時刻Ａにおいてパス・メモリに記憶され
ている全てのパスを逆にたどると時刻Ｂ以前の部分は全
て同一のパスに帰着していることがわかる。従って今後
どのような信号が受信されようと時刻Ｂ以前のパス（太
線の部分）から外れることはあり得ない。この現象はマ
ージと言われるがマージが起れば、それ以前に受信され
た系列は一意的に決定されるのでこれから判定出力を得
ることができる。一般にマージするまでのパスの長さは
伝送路誤りのパタンによって異シ、誤シバタンによって
は無限にマージしない場合もあり得る、現実の回路では
無限の長さのパスを記憶することは不可能なのでどこか
でパスの長さを打切ることになる。この場合には４本の
パスがマージしないうちに判定をしなくてはならない場
合が生じる、パスがマージしていないときの判定誤りを
少くするには現在（判定時刻）で最も確からしいパスを
正しいパスとする方法が用いられる。従りて通常のビタ
ビ・復号器では一定長のパスメモリを用い、各判定時刻
で最大のパスメトリックを持つパスの最も前のシンボル
に対応す、る値を判定出力としている。

このような従来のビタビ復号器では復号結果は必ず出力
されるが、伝送路上の誤りが多く正しい復号が実現でき
ない場合でもそれを検出することができない。しかし、
コンピュータ通信などのように用途によっては極めて低
い誤シ率が要求され、誤り訂正符号では訂正できないよ
うな伝送路上の誤りに対しては誤シ検出を行ない再送を
要求する方が良い場合もある。しかしながら従来のビタ
ビ復号器は、誤り検出機能を有していないためこのよう
な用途には使用できなかった。

（発明の目的） 本発明の目的はこのような従来のビタビ復号法の欠点を
取り除き、誤り訂正能力は多少減少しても、訂正できな
いような誤シが伝送路上に生じたときにそれを検出でき
るような誤り検出機能を有し、かつ誤９検出能力が外部
信号によって制御可能な誤り訂正復号器を提供すること
にある。

（発明の構成） 受信信号系列から枝メ）　＋Ｊツクを求める枝メトリッ
ク演算回路 各パスに対応したパスメトリックを記憶するパスメトリ
ック記憶回路 前記枝メ）　ＩＪツク演算回路の出力を用いて前記パス
タ）　ＩＪツク記憶回路の記憶内容を更新し新たなパス
の検出を行なうとともに新たなパスメトリックを前記パ
スメトリック記憶回路に供給するメトリック演算回路 前記メトリック演算回路からのパス選択情報に基いて選
択されたパスを記憶するパスメモリ前記パスメモリに記
憶されたパス情報から複数のパス長の時点の信号を入力
とし外部からの切替信号によって一つのパス長のパス情
報を選択的に出力するパス長選択回路 前記パス長選択回路の出力がマージしているかどうかを
検出するマージ検出回路 から構成され、前記パスメモリから誤り訂正復号出力を
取り出し、前記マージ検出回路から誤り検出情報を取り
出すことを特徴とした誤り訂正復号器を得ることができ
る。

（発明の原理） 本発明では前述したピタビ・復号のマージという性質を
利用して誤り検出を行なう。第３図から明らかなように
第１図のような符号器を用いて、伝送路上に誤シがない
場合には２シンボルでマージが起るが、伝送路上で誤り
が生じるとマージまでの距離が長くなる。従っである一
定のパスの長さでマージしていない場合には誤って判定
する確率が高いと考えられる。本発明ではマージまでの
距離が長いときに誤り検出とする。長いメツセージ伝送
のような場合には一度でも、このような非マージ状態が
生じれば誤り検出とする。

誤シ検出能力はこのマージ検出を行うまでのパスの長さ
による。すなわち十分長いパスをとり、その後にマージ
検出を行うと、マージしない確率は少く、誤シ訂正能力
は高いが誤シ検出能力は低くなる。逆に短いパス長でマ
ージ検出を行なうとマージしない確率は高く、誤シ検出
能力も高くなる。但し、この場合にはパス長を十分長く
とれば正しいパスにマージするような場合でも誤シ検出
をしてしまうので誤シ訂正能力は低くなる。衛星通信や
移動通信のように時間的に受信信号レベルが変動するよ
うな場合には、マージ検出までのパス長を変えることに
より回線をより効率的に利用することができる。すなわ
ち受信信号レベルが低確率が小さいときＫはマージ検出
までのパス長を長くし、訂正能力をあげて不要な誤シ検
出をなくすことができる。

従って本発明の復号器はマージ検出までのパス長を外部
からの制御信号で変更可能なよう托して誤り訂正能力と
検出能力を適応的に変化させることが可能なようにして
いる。

（実施例） 第４図に本発明の一実施例を示す。図中結線上の斜線は
複数の結線があることを示す。

第４図において、入力端子４００より２シンボルの受信
信号が入力され、枝メトリック演算回路４０１で、各校
についての受信信号に対する枝メトリックが計算される
。該枝メトリックと、パスメトリック記憶回路４０３に
蓄えられて匹るその前の復号ステップにおける生き残シ
パスの各メトリックとから、各状態の訴しい生き残りパ
スを定めるべく、前記（１）式に従ったパス７）　ＩＪ
フック演算が、パスのメトリック演算回路４０２で行な
われる。

その結果、生残ったパスに対応する系列を生き残りパス
のパスメモリー４０４に蓄え、生き残りのパスの中で最
も確からしいパスの最も前の、つまり最も古いシンボル
を復号シンボルとして出力端子４０７に出力する。

ここまでは従来のビタビ復号器と同一である。

更に本実施例ではパス・メモリの最終段とそれより短い
段数の時点の２ケ所からパス情報をとり出す。この内容
を示すために第３図の時刻Ａにおけるパス・メモリの内
容を第５図に示す。今、パス・メモリの最終段（イ）は
第３図のＤの時点、もう１つのパス長段（ロ）を第３図
のＥの時点とすると第５図（イ）の時点では全ての状態
に対応するパス・メモリの内容が＠Ｏ”になっておりマ
ージしていると判定できるが、←）の時点では状態（１
，１）Ｋ対応するパス・メモリの内容が′１”になって
いるためマージしていないと判定できる。従って端子４
０８からの切替信号の制御によってパス長選択回路４０
５で（イ）の時点か（ロ）の時点かいずれかのパス・メ
モリの内容をマージ検出回路４０６へ出力するとマージ
検出回路では（イ）の時点のパスの内容が入力されたと
きにはマージしたと判定し、幹）の時点のパスの内容が
入力されたときはマージしていないと判定する。実際の
系においては同の時点でマージしていなくても誤ってマ
ージするとは限らず今後の受信信号に誤りがなければ正
しいパスにマージする。但し、（ロ）の時点までマージ
していないということは既に伝送路に誤りが生じたこと
を意味し、誤シ復号の確率も高くなっているので、誤り
復号の確率が小さいことを要求されて込る場合には誤９
検出とした方が良い。

なお、ビタビ・アルゴリズムを実現するためのパス・メ
モリの構成法は種々知られているが、本発明においては
どのような構成法をしていても同様の効果が得られる。

従って第５図のようなパス情報がどのよう処して得られ
るかについては％に詳細には説明せずＫ、パス・メモＩ
７４０４の情報は得られたものとして説明した。

第６図は第４図のマージ検出回路４０６の詳細を示す図
である。端子６００，６０１，６０２．６０３からはそ
れぞれパス長選択回路４０５で選択されたパス長のパス
メモリの内容（第５図０）または幹）の時点の内容）が
入力される。これらの４人力が全て同じ場合にはマージ
と判定し、１つでも異る場合には非マージと判定すれば
良い。４つの入力が全て同じであることを検出するため
には全ての入力の論理積金とるアンド回路６０４と論理
和をとるオア回路６０５の出力が同じであるかどうかを
排他論理和６０６で求めれば、マージが起っている場合
には排他論理和６０６の出力はｏ”に、マージが起って
いないときには”１”になシマージを検出することがで
きる。排他論理和６０６の出力を端子４０９から出力し
て誤り検出信号とすることができる。

なおこのような誤り検出を行うとマージしていない場合
は誤シ検出となるので復号出力を端子４０７から出力す
るときＫも特に最大メトリックのパスにつながる出力に
する必要はなく、任意のパスの出力で良い。またパス長
もより多数のものを選択できるようにすれば誤り検出能
力を更に柔軟に変えることができる。

（発明の効果） 以上詳細に述べたように本発明釦よれば誤シ訂正のみな
らず誤シ検出も行ない、かつ誤シ検出能力を外部からの
制御で簡単に変えることのできる誤り訂正復号器を得る
ことができる。すなわち本発明によれば受信状態の変化
に対して適応的に誤り検出能力、誤り訂正能力全変化さ
せることができ、受信状態が悪い場合には誤シ検出能力
を増加させて情報を送信側に再送させ、受信状態が比較
的良好である場合には誤り訂正能力を向上させることに
よシ、総合的にみて、効率的な通信を行なうことを可能
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誤り訂正復号器に対応する符号器の例
を示す図、第２図および第３図はピタビ・アルゴリズム
を説明するための図であり、第４図は本発明の一実施例
を示す図である。第４図において参照数字４０１；４０
２．４０３．４０４．４０５゜４０６はそれぞれ枝メト
リック演算回路、メトリック演算回路、パスメトリック
記憶回路、パスメモリ、パス長選択回路、マージ検出回
路を示す。第５図はパス・メモリの内容の例を示す図、
第６図はマージ検出回路４０６の詳細を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）受信信号系列から枝メトリックを求める枝メトリ
   ック演算回路。 （ｂ）各パスに対応したパスメトリックを記憶するパス
   メトリック記憶回路。 （ｃ）前記枝メトリック演算回路の出力を用いて前記パ
   スメトリック記憶回路の記憶内容を更新し新たなパスの
   検出を行なうとともに新たなパスメトリックを前記パス
   メトリック記憶回路に供給するメトリック演算回路。 （ｄ）前記メトリック演算回路からのパス選択情報に基
   いて選択されたパスを記憶しかつ復号値を出力するパス
   メモリを有する畳み込み符号をビタピ・アルゴリズムに
   よって最尤復号する誤り訂正復号器において、 （ｅ）前記パスメモリに記憶されたパス情報から複数の
   パス長の時点の信号を入力とし外部からの切替信号によ
   って１つのパス長のパス情報を選択的に出力するパス長
   選択回路 （ｆ）前記パス長選択回路の出力がマージしているかど
   うかを検出するマージ検出回路 とを少なくとも備えていることを特徴とした誤り訂正復
   号器。