JPWO2015162738A1

JPWO2015162738A1 - 通信装置、通信システムおよび誤り訂正フレーム生成方法

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Publication number: JPWO2015162738A1
Application number: JP2016513168A
Authority: JP
Inventors: 小西　良明; 良明小西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2017-04-13
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: US10069516B2; JP5968577B2; CN106165300B; CN106165300A; US20170093432A1; WO2015162738A1

Abstract

情報系列を符号語番号に応じてシフトするバレルシフタ１１と、シフト後の情報系列を符号化して符号語を生成する誤り訂正符号回路１２と、Ｎ行Ｍ列のフレームを行番号の順に送信する送信部１３と、を備え、前記フレームの１行に符号語が１つ配置され、フレームの行番号は符号語番号に対応し、誤り訂正符号回路１２は、符号語番号がＮでない場合、第１のサイズの情報系列を符号化し、フレームの１行に誤り訂正パリティが該情報系列の後となるよう配置し、符号語番号がＮである場合、第１のサイズより少ない第２のサイズの情報系列と第１のサイズと前記第２のサイズとの差である第３のサイズの固定データとを符号化し、フレームの１行に前記誤り訂正パリティが前記第２のサイズの情報系列の後となり前記固定データが該誤り訂正パリティの後となるよう配置する。

Description

本発明は、通信装置、通信システムおよび誤り訂正フレーム生成方法に関する。

移動通信システムにおけるマクロセル基地局の効率的な運用のため、アンテナ装置とベースバンド信号処理装置を分離したモバイルフロントホールの導入が進められようとしている。ＣＰＲＩ（Common Public Radio Interface）は両装置を接続する有線信号路のデファクトスタンダードの１つである。スマートフォン等、無線端末のトラヒック増大に伴い、アンテナ装置とベースバンド信号処理装置を結ぶ光伝送リンクについても大容量化が求められており、ＣＰＲＩ信号についても遅延やエラー性能等の信号品質を保持したまま、効率的に多重化して転送する方法が求められている。

光通信における伝送規格であるＯＴＮ（Optical Transport Network）は、多種多様のクライアント信号を収容することが可能である。かつ、ＯＴＮでは、誤り訂正用のパリティを付与することで信号の伝送品質を上げることが可能である。

長距離光伝送における、信号誤りが集中して発生するバーストエラーの影響を緩和するため、ＯＴＮ規格では、複数の誤り訂正符号化された複数の符号語を交互に送信し、１つの符号語にエラーが集中することを防ぐインタリーブに対応している。例えば非特許文献１では、ＯＴＵ（Optical channel Transport Unit）フレームにインタリーブを適用する方法がAnnex Aに示されている。

ＩＴＵ−ＴＧ．７０９／Ｙ．１３３１ "Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｅｔｗｏｒｋ"

Ｇ．７０９勧告（非特許文献１参照）に規定されているＯＴＮにおける標準的な誤り訂正方式は、１６バイトインタリーブのＲＳ（Reed-Solomon）（２５５，２３９）符号を用いる。なお、ＲＳ符号（ｎ，ｋ）符号は、符号語の総バイト数ｎ，情報バイト数ｋのＲＳ符号を示す。この方式では、２５５バイトで構成される１６個の符号語を１バイトずつ送受信していく。インタリーブによるデータの並び替えと、ＦＥＣ（Forward Error Correction）フレームフォーマットに合わせた信号処理とを行うことから、１つの符号語を送信するために処理時間として４分の１ＯＴＵ（Optical Transport Unit）フレーム分が必要とされる。これは、例えば、１０．７Ｇｂｐｓの信号レートとなるＯＴＵ２信号では約３μｓｅｃの遅延に相当する。

しかしながら、ＣＰＲＩ信号等、モバイルフロントホールに適用する伝送装置には、１μｓｅｃ以下の低遅延が求められるため、インタリーブ段数を減らすことによるフレームフォーマットの短縮が必要となる。この場合、連続データを処理する必要から、誤り訂正回路の並列化が必要となり、回路規模が増大するという問題点があった。

また、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．２ａｖにて規定される１０Ｇ−ＰＯＮ（Passive Optical Network）では、２９ビットの０値を含む２３３バイトデータを、インタリーブ操作なしのＲＳ（２５５，２３３）符号により送信している。１０Ｇ−ＰＯＮでは６４Ｂ／６６Ｂ符号化された符号語の６４ビット中の１ビットを誤り訂正対象から外すことでアイドル期間を設け、並列データパスに揃えることが可能である。しかしながら、この方式はバーストデータを取り扱う１０Ｇ−ＰＯＮシステムには適するが、連続データを取り扱うＯＴＮには適さない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模を低減しつつ遅延を低減することができる通信装置、通信システムおよび誤り訂正フレーム生成方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、情報系列を符号語番号に応じてシフトする送信側シフト部と、前記送信側シフト部によりシフトされた後の情報系列を符号化して符号語を生成する誤り訂正符号回路と、Ｎ、Ｍを自然数とするとき、Ｎ行Ｍ列のフレームを、行番号の順に送信する送信部と、を備え、前記フレームの１行に前記符号語が１つ配置され、前記フレームの行番号は前記符号語番号に対応し、前記誤り訂正符号回路は、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮでない場合、第１のサイズの情報系列を符号化し、前記フレームの１行に前記第１のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティとを前記誤り訂正パリティが該情報系列の後となるよう配置し、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮである場合、前記第１のサイズより少ない第２のサイズの情報系列と前記第１のサイズと前記第２のサイズとの差である第３のサイズの固定データとを符号化し、前記第２のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティと固定データとを前記フレームの１行に前記誤り訂正パリティが前記第２のサイズの情報系列の後となり前記固定データが該誤り訂正パリティの後となるよう配置することを特徴とする。

本発明にかかる通信装置、通信システムおよび誤り訂正フレーム生成方法は、回路規模を低減しつつ遅延を低減することができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる通信システムの構成例を示す図である。図２は、実施の形態の通信システムにおいて使用するフレームのフレームフォーマットの一例を示す図である。図３は、送信装置における並列データパス上でのデータの一例を示す図である。図４は、誤り訂正フレームの生成手順の一例を示す図である。図５は、誤り訂正復号処理手順の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる通信装置、通信システムおよび誤り訂正フレーム生成方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の通信システムは、送信装置１および受信装置２を備える。本実施の形態では、本発明にかかる通信装置として送信装置１および受信装置２を例に説明する。なお、図１では、片側の通信を例に説明するが、両方向で同様の通信を行う場合には、１つの通信装置が送信装置１としての機能と受信装置２としての機能との両方を備える。

図１に示すように、送信装置１は、バレルシフタ１１（送信側シフト部）、誤り訂正符号回路１２および送信部１３を備える。バレルシフタ１１および誤り訂正符号回路１２は並列化されたデジタル回路で構成される。

バレルシフタ１１には送信する情報系列が並列信号として入力される。また、バレルシフタ１１には、情報系列を符号化した符号語の番号を示す符号語番号が入力される。バレルシフタ１１は、並列信号を符号語番号に応じて、並列データパス上でシフトさせたデータを生成し、生成されたシフトされたデータと元の情報系列とを誤り訂正符号回路１２へ出力する。誤り訂正符号回路１２は、入力された情報系列を、符号語番号に応じて誤り訂正符号化して符号語を生成し、送信部１３へ出力する。送信部１３は、符号語を光信号や無線信号等に変換して送信する。

図１に示すように、受信装置２は、受信部１４、フレーム同期回路１５、バレルシフタ１６（受信側シフト部）および誤り訂正復号回路１７を備える。フレーム同期回路１５、バレルシフタ１６および誤り訂正復号回路１７は並列化されたデジタル回路で構成される。

受信部１４は、送信装置１から送信された信号を受信し、所定の受信処理を実施してフレーム同期回路１５へ出力する。送信装置１から光信号が送信される場合、受信部１４は、光信号を電気信号に変換してフレーム同期回路１５へ出力する。フレーム同期回路１５は送信装置から受信した符号語を受信してフレーム境界を認識し、符号語番号を判別する。フレーム同期回路１５は、受信した符号語をバレルシフタ１６に出力し、符号語番号をバレルシフタ１６および誤り訂正復号回路１７に出力する。バレルシフタ１６は、符号語番号を元に、フレーム同期回路１５から入力される符号語を並列データパス上でシフトさせて、誤り訂正復号回路１７へ出力する。誤り訂正復号回路１７は、符号語番号に応じて符号語に対して誤り訂正処理を実施し、元の情報系列を復元して出力する。

図２は、本実施の形態の通信システムにおいて使用するフレームのフレームフォーマットの一例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の通信システムで使用されるフレームは、バイト単位で構成され、１６行×２５５列のフレームである。１行目から１５行目までは、１列から２３９列目に２３９バイト（第１のサイズ）の情報系列が配置され、最後列（２４０列から２５５列）に誤り訂正パリティが配置される。１６行目には、１列から１１１列目に１１１バイト（第２のサイズ）の情報系列が配置され、中間の１１２列から１２７列目に誤り訂正パリティが格納され、最後列（１２８列から２５５列目）に固定スタッフが配置される。固定スタッフ領域には、どのような値が格納されてもよいが、例えば、全て“０”のデータを格納する。

図２の１行は、１つの符号語であり、ここでは、１行目から１５行目はＲＳ（２５５，２３９）符号により符号化されるとする。なお、ここでは、ＲＳ（２５５，２３９）符号による符号化を例に説明するが、符号化の方式はこれに限定されない。ＲＳ（２５５，２３９）符号以外の符号を用いる場合にも、並列処理で情報系列に端数の生じる場合には、本実施の形態の手法を適用することができる。フレームの列数は、符号語のサイズに応じて決定される。また、フレームの行数は、１符号語内の情報系列のサイズと並列データパスのビット数とに応じて定まる。ここでは、後述するように１２８ビットの並列データパスを用い、情報系列が２３９バイトであるため１６行であるが、並列データパスのビット数および情報系列のデータサイズはこれに限定されないため、１フレームの行数も１６行に限定されない。送信部１３は、図２の各行のデータを１行目から順に順次送信する。

図３は、送信装置１における並列データパス上でのデータの一例を示す図である。図３（ａ）は、バレルシフトのない場合の符号語の配置例を示し、図３（ｂ）は、バレルシフトを行う場合の符号語の一例を示している。図３では、１バイトを１つの矩形で示しており、ハッチングのない矩形は情報系列を示している。図３（ａ）において、濃いハッチングの矩形は誤り訂正パリティの位置を示し、薄いハッチングの矩形は固定スタッフを示す。また、図３（ｂ）において、黒くハッチングした部分は、無効データを示す。

図３の上部の１段目には並列データ処理クロックを示し、２段目は１符号語の処理を行うためのクロック群の番号を示している。ここでは、１２８ビットの並列データパスを用いると仮定し、並列データ処理クロックの１パルスあたり、１２８ビット（１６バイト）が並列にデータパスに配置される。図２に示すように１符号語の情報系列は２３９バイトであり、２３９バイトは１６バイトで割り切れない。具体的には、２３９＝１６×１５−１であるため、１符号語の１５個目の並列データ処理クロックでは情報系列は１５バイトであり、残り１バイトは誤り訂正パリティに割り当てられる。したがって、図３（ａ）に示すバレルシフトのない場合には、１番目の符号語は、情報系列の先頭が並列データパスの先頭と一致するが、２番目の符号語では１バイト前にずれ、情報系列の先頭が並列データパスの先頭と一致しない。さらに、３番目の符号語では２バイト前にずれ、４番目の符号語では３バイト前にずれるというように、１６個の符号語が、それぞれ１バイトずつずれて配置されることになる。

このようにずれた状態のまま符号化処理を行う場合、誤り訂正符号回路１２は、符号語先頭が１バイトずつずれた１６の符号語を処理する必要があり、回路規模が増大する。これに対し、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、バレルシフタ１１が、２番目以降の符号語を、８ビット、１６ビットと１バイトずつシフトさせて、並列データパスの先頭と各符号語の情報系列の先頭とを一致させる。これにより、誤り訂正符号回路１２は、符号語の番号によらず並列化データパスの配置が同じ情報系列を処理することが可能となる。したがって、バレルシフトを行わない図３（ａ）の場合に比べ、回路規模を低減させることができる。

しかしながら、１６番目の符号語をバレルシフトする際に、１６番目の符号語に対応する最後の並列データ処理クロックと、１７番目の符号語に対応する最初の並列データ処理クロックとが重なる。バレルシフトにより、１バイトずつ後ろにずらすことが１６回行われることにより、図３（ｂ）に示す無効データとなるデータパスが生じる。この無効データが１並列データパスのデータサイズと一致し、図３（ａ）の場合と比べ１クロック分ずれることになるため、上述のように１６番目の符号語をバレルシフトする際に、１６番目の符号語に対応する最後の並列データ処理クロックと、１７番目の符号語に対応する最初の並列データ処理クロックとが重なる。このため、１６番目の符号語と１７番目の符号語とを同時に符号化処理ができない。したがって、このままでは、２つの誤り訂正回路が必要となる。

本実施の形態では、１６番目の符号語の最後の１２８ビット（１並列データパス分）を固定スタッフバイトとするため、最後の１２８ビットについては符号化処理を行わなくてよい。このため、１７番目の符号語の先頭クロックと１６番目の符号語の最後のクロックとが重なることがない。

なお、誤り訂正符号回路１２は、１６番目の符号語については、最終１２８ビット分を固定値（例えば０）とみなして誤り訂正パリティを生成する。また、誤り訂正符号回路１２は、生成した誤り訂正パリティを、通過させる情報系列に続く所定の位置に配置して送信部１３へ出力する。

図４は、本実施の形態の誤り訂正フレームの生成手順の一例を示す図である。まず、符号語番号ｍ＝１と初期化して、処理を開始し、バレルシフタ１１が、情報系列を符号語番号に応じてシフトする（ステップＳ１）。なお、符号語番号の初期化およびインクリメントは、例えば、送信装置１の全体を制御する図示しない制御部が実施し、制御部が符号語番号を誤り訂正回路１２およびバレルシフタ１１に入力する。Ｎ番目の符号語であるか否かを判断する（ステップＳ２）。Ｎは、図３の例では、１６であり、一般にはシフトさせた合計のデータサイズ（無効データのサイズ）が１並列データパス分となる符号語の数である。

Ｎ番目の符号語でない場合（ステップＳ２Ｎｏ）、誤り訂正符号回路１２は、通常の符号化（情報系列のみを符号化）を実施して誤り訂正パリティを生成する（ステップＳ５）。ｍは１インクリメントされ（ステップＳ６）、ステップＳ１へ戻る。Ｎ番目の符号語である場合（ステップＳ２Ｙｅｓ）、誤り訂正符号回路１２は、入力される情報系列と最後の固定スタッフ相当分の０としたデータとを符号化して誤り訂正パリティを生成する（ステップＳ３）。そして、誤り訂正パリティを通過させる情報系列に続く所定の位置に配置し、最後に固定スタッフを挿入する（ステップＳ４）。以上の処理により１フレーム分のデータが生成される。１フレーム分（１６個の符号語）のデータが生成されると次のフレームの生成では、符号語番号は再び１に初期化されて、１６までインクリメントされる。

図５は、本実施の形態の受信装置２における誤り訂正復号処理手順の一例を示す図である。受信装置２では、フレーム同期回路１５が、受信したフレームの先頭を検出するフレーム同期処理を実施する（ステップＳ１０）。フレーム同期回路１５は、符号語番号を抽出して、後段のバレルシフタ１６および誤り訂正復号回路１７に通知する。符号語番号の抽出方法としては、例えば、検出したフレームの先頭を基準とし、先頭からのビット数に基づいて符号語番号を求めることができる。バレルシフタ１６では符号語番号に応じて、送信側と同様にバレルシフトを実施し、符号語の先頭を１２８ビット並列化データパスの先頭に合わせて、誤り訂正復号回路１７へ出力する（ステップＳ１１）。誤り訂正復号回路１７は、符号語番号がＮであるか否かを判断し（ステップＳ１２）、符号語番号がＮである場合（ステップＳ１２Ｙｅｓ）、誤り訂正復号回路１７は、最後の１２８ビットが０であるとみなして復号処理を実施して元の情報系列を復元する（ステップＳ１３）。また、符号語番号がＮでない場合（ステップＳ１２Ｎｏ）、誤り訂正処置を実施して元の情報系列を復元する（ステップＳ１４）。

図２に示すように、符号語が短区間にまとめられたフレームフォーマットでは、符号語が２のｎ（ｎは整数）乗バイトの倍数にならない。このため、並列化されたデジタル信号回路内部で、符号語の先頭が並列化されたデジタル信号の先頭がずれ、符号並びに復号回路が複雑になるという課題がある。しかしながら、本実施の形態では、補正のため、バレルシフトを実施して先頭を随時合わせ、さらに最後の符号語の最終データを固定スタッフ領域とすることで、１つの符号回路（誤り訂正符号回路１２）および復号回路（誤り訂正復号回路１７）で、次の符号語のデータを処理することが可能となり、回路規模を抑制しつつも、低遅延を実現できるという効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる通信装置、通信システムおよび誤り訂正フレーム生成方法は、誤り訂正符号化を行ってデータを送信する通信装置に有用であり、特に、並列処理を行う通信装置に適している。

１送信装置、２受信装置、１１，１６バレルシフタ、１２誤り訂正符号回路、１３送信部、１４受信部、１５フレーム同期回路、１７誤り訂正復号回路。

Claims

情報系列を符号語番号に応じてシフトする送信側シフト部と、
前記送信側シフト部によりシフトされた後の情報系列を符号化して符号語を生成する誤り訂正符号回路と、
Ｎ、Ｍを自然数とするとき、Ｎ行Ｍ列のフレームを、行番号の順に送信する送信部と、
を備え、
前記フレームの１行に前記符号語が１つ配置され、前記フレームの行番号は前記符号語番号に対応し、
前記誤り訂正符号回路は、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮでない場合、第１のサイズの情報系列を符号化し、前記フレームの１行に前記第１のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティとを前記誤り訂正パリティが該情報系列の後となるよう配置し、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮである場合、前記第１のサイズより少ない第２のサイズの情報系列と前記第１のサイズと前記第２のサイズとの差である第３のサイズの固定データとを符号化し、前記第２のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティと固定データとを前記フレームの１行に前記誤り訂正パリティが前記第２のサイズの情報系列の後となり前記固定データが該誤り訂正パリティの後となるよう配置することを特徴とする通信装置。
Ｎは、前記誤り訂正符号回路における並列データパスのビット数と前記第１のサイズとに基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記誤り訂正符号回路における並列データパスのビット数は１２８ビットであり、Ｎは１６であり、Ｍは２５５であり、前記第１のサイズは２３９バイトであり、
前記送信側シフト部は、前記符号語番号が１の場合に前記情報系列をシフトさせず、前記符号語番号が２の場合に１バイト前記情報系列をシフトさせ、以降符号語番号が１つ増えるごとに１バイトずつシフト量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
請求項１に記載された通信装置から送信されたフレームを受信する受信装置であって、
受信した前記フレームの先頭と符号語番号とを抽出するフレーム同期回路と、
前記符号語番号に基づいて、前記フレームに含まれる符号語をシフトする受信側シフト部と、
前記符号語番号に基づいて、前記受信側シフト部によるシフト後の符号語に対して誤り訂正処理を実施する誤り訂正復号回路と、
を備えることを特徴とする通信装置。
送信装置と前記送信装置から送信された信号を受信する受信装置とを備える通信システムであって、
前記送信装置は、
情報系列を符号語番号に応じてシフトする送信側シフト部と、
前記送信側シフト部によりシフトされた後の情報系列を符号化して符号語を生成する誤り訂正符号回路と、
Ｎ、Ｍを自然数とするとき、Ｎ行Ｍ列のフレームを、行番号の順に送信する送信部と、
を備え、
前記フレームの１行に前記符号語が１つ配置され、前記フレームの行番号は前記符号語番号に対応し、
前記誤り訂正符号回路は、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮでない場合、第１のサイズの情報系列を符号化し、前記フレームの１行に前記第１のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティとを前記誤り訂正パリティが該情報系列の後となるよう配置し、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮである場合、前記第１のサイズより少ない第２のサイズの情報系列と前記第１のサイズと前記第２のサイズとの差である第３のサイズの固定データとを符号化し、前記第２のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティと固定データとを前記フレームの１行に前記誤り訂正パリティが前記第２のサイズの情報系列の後となり前記固定データが該誤り訂正パリティの後となるよう配置し、
前記受信装置は、
受信した前記フレームの先頭と符号語番号とを抽出するフレーム同期回路と、
前記符号語番号に基づいて、前記フレームに含まれる符号語をシフトする受信側シフト部と、
前記符号語番号に基づいて、前記受信側シフト部によるシフト後の符号語に対して誤り訂正処理を実施する誤り訂正復号回路と、
を備えることを特徴とする通信システム。
情報系列を符号語番号に応じてシフトする第１のステップと、
前記第１のステップでシフトされた後の情報系列を符号化して符号語を生成する第２のステップと、
Ｎ、Ｍを自然数とするとき、Ｎ行Ｍ列のフレームを、行番号の順に送信する第３のステップと、
を含み、
前記フレームの１行に前記符号語が１つ配置され、前記フレームの行番号は前記符号語番号に対応し、
前記第２のステップでは、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮでない場合、第１のサイズの情報系列を符号化し、前記フレームの１行に前記第１のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティとを前記誤り訂正パリティが該情報系列の後となるよう配置し、符号化する情報系列に対応する符号語番号がＮである場合、前記第１のサイズより少ない第２のサイズの情報系列と前記第１のサイズと前記第２のサイズとの差である第３のサイズの固定データとを符号化し、前記第２のサイズの情報系列と該情報系列の誤り訂正パリティと固定データとを前記フレームの１行に前記誤り訂正パリティが前記第２のサイズの情報系列の後となり前記固定データが該誤り訂正パリティの後となるよう配置することを特徴とする誤り訂正フレーム生成方法。