WO2005055542A1 - 通信路におけるデータ誤りを訂正する装置および方法 - Google Patents

通信路におけるデータ誤りを訂正する装置および方法 Download PDF

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Taichi Majima
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Definitions

  • the present invention relates to a transmission device, a reception device, a data transmission method, and a data reception method that perform a function of correcting a data error in a communication channel.
  • error correction techniques include retransmission techniques such as ARQ (Automatic Repeat Request) and FEC (Forword Error Correction).
  • ARQ Automatic Repeat Request
  • FEC Forward Error Correction
  • the ARQ technology is a technology that performs error correction by requesting the source to retransmit the data with an error after reception (and is classified in the backward direction).
  • the FEC technology is a technology for transmitting and receiving data in advance by devising transmitted / received data, and eliminating errors on the receiving side (and thus forward). In data communication, it is common to use only FEC when simultaneous use of FEC and ARQ and simultaneous processing of audio and video is required.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2002-344344 which uses techniques such as FEC to restore received data without retransmitting data overnight (pages 6 to 8, FIG. A transmission / reception device as described in 1) has been proposed. In this transmitting / receiving apparatus, error correction is performed using a block code or a convolutional code.
  • the present invention has been made in view of such a conventional problem, and has been made in view of the above circumstances.
  • a technical technique capable of surely performing error correction, and a transmitting apparatus, a receiving apparatus, a data transmission method, and a data receiving method using the same It aims to provide a method.
  • the device basically includes a redundant bit adding unit that adds redundant bit data to each bit of the supplied data to generate encoded data, and an encoding unit that the redundant bit adding unit generates. And a modulator for transmitting a modulated signal generated based on the data.
  • the redundant bit adding unit arranges the symbol to which the redundant bit data is added so that the data to which the redundant bit data is added has a long solid distance. , Or redundant bit data is added to each bit of the supplied data so that a Gray code is generated.
  • the data supplied to the redundant bit adding unit is data in which the degree of importance is predetermined, and the redundant bit adding unit is one of the data arranged in the bit array.
  • a redundant bit may be added to the bit data having a high degree of importance.
  • the modulation section may perform modulation according to a multi-level FSK scheme.
  • a receiving apparatus operates to receive a signal generated based on data to which redundant bit data is added so that encoded data is generated, Basically, a demodulation unit that demodulates the received signal, a symbol determination unit that performs symbol determination at each Nyquist interval on the signal demodulated by the demodulation unit, and a symbol determination that is performed by the symbol determination unit
  • a pit conversion unit that converts the converted symbol value into a bit value, and a data sequence by removing the added redundant bits from the pit value data converted by the bit conversion unit, And a data restoration unit for restoring the original data.
  • the received signal is A signal modulated according to a value FSK method, wherein the demodulation unit demodulates the received signal by converting the signal into a voltage signal corresponding to the frequency of the received signal.
  • the symbol determination is performed by comparing the voltage of the signal demodulated by the demodulation unit with a preset threshold value.
  • bit data generated by the bit conversion section is data in which bits are arranged in such a manner that the level of importance is determined in advance, and redundant bits are added to bit data of high importance.
  • the overnight restoring unit may delete redundant bits added to the bit data having the higher importance.
  • the data transmission method basically includes a step of generating encoded data by adding a redundant bit to each bit of supplied data; and Sending a signal generated based on the data.
  • the data receiving method basically includes a step of receiving a signal generated based on data to which redundant bit data is added so as to generate encoded data; Demodulating the demodulated signal, performing a symbol decision on the demodulated signal at each Nyquist interval, and converting the symbol value obtained as a result of the symbol decision into a bit value. Removing the added redundant bits from the converted bit value data to synthesize a data sequence and restoring the original data.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transmitting / receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a data frame of the voice vocoder.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the importance of the overnight frame.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the eye pattern and the contents of the symbol determination in the case of using quaternary Nyquist FSK.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation of the transmitting device shown in FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation of the receiving device shown in FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing error characteristics in the transmitting / receiving device shown in FIG.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between B ER and PES Q in the transmitting and receiving apparatus shown in FIG.
  • FIG. 1 shows the configuration of the transmitting and receiving apparatus according to the present embodiment.
  • the transmitting / receiving device includes: transmitting device 11; and receiving device 21.
  • the transmitting device 11 transmits a signal modulated according to the supplied data.
  • the transmitting device 11 includes a dividing unit 12, a redundant bit adding unit 13, an interleaver 14, and a baseband signal generating unit 1. 5, an FM modulator 16, and a transmitting antenna 17.
  • a voice vocoder is a system for expressing a voice signal in a digital format.
  • the voice vocoder analyzes and extracts a set of voice parameters, and extracts the parameters. —This is a system that re-synthesizes speech from the evening.
  • the audio pocoder data is processed by dividing the information in units of time, forming a frame.
  • the audio pocoder data is framed in units of 20 msec.
  • the data frame of the voice vocoder is composed of voice data and error correction data.
  • the number of bits per frame is 72 bits (3600 bps).
  • the audio data is data indicating audio information
  • the error correction data is data for error correction and error detection of the audio data.
  • the error correction data consists of 5 bits of CRC data, 5 bits of CRC protection data, and 18 bits of audio protection data.
  • the number of bits of audio data is set to 44 bits in one frame, and the number of bits for error correction is set to 28 bits.
  • Each bit of the audio data is sorted in order of importance for human hearing.
  • the protected audio data is composed of 18 bits, and the unprotected audio data is composed of 26 bits.
  • Protected audio data is important data that needs to be protected even in an environment with poor communication conditions, such as those where errors are likely to occur. For example, in communications such as voice calls, voice has many elements that can be perceived as human sensations, and it is important to be able to recognize what words are spoken even when noise is superimposed on voice. It is.
  • voice or image transmission if an error occurs in a pit with high importance, it is perceived by humans as noise unrelated to information. Will be done.
  • voice vocoder data important for composing such voice is treated as protected voice data.
  • vocoder data includes sound pressure data, pitch frequency data, and the like.
  • the data of the pocoder is composed of 16 bits of sound pressure data, 10 bits of first pitch information, and 10 bits of second pitch information. It shall be.
  • the leftmost bit of each data is the most significant bit (MSB), and the rightmost bit is the least significant bit (LSB).
  • the shaded bits are the most significant bits, the most significant bits are the most significant bits, and the bits of these data are arranged according to their significance. It shall be. Note that the pits with high importance are obtained in advance by verification of vocoder algorithms, simulation, and the like.
  • yellow is generated by combining red and green, and if an error occurs in the most significant bit, the color changes.
  • the dividing unit 12 is a voice vocoder as shown in FIG. Is supplied, and the supplied data is divided into 1-bit units. As described above, the bits of high importance are obtained in advance by verification of the vocoder algorithm, simulation, etc., as described above. They are arranged in order.
  • the redundant bit addition unit 13 generates a 2-bit data by adding “1” bit to the most important bit of the bit data divided by the division unit 12. Things.
  • the interleaver 14 replaces the protected audio data bits with the unprotected audio data bits in units of the 2-bit data generated by the redundant bit adding unit 13. Then, by distributing the arrangement of important bits and CRC on the frame, a data sequence is created to reduce block errors due to fading and the like.
  • the baseband signal generation unit 15 generates a baseband signal based on the data sequence that has been exchanged by the interleaver 14.
  • the FM modulator 16 is a baseband signal generated by the baseband signal generator 15 and modulates a carrier according to a quaternary root Nyquist FSK method.
  • the FM modulator 16 includes a root cosine filter, and generates a signal such that an eye pattern as shown in FIG. 4 is formed from the baseband signal generated by the baseband signal generator 15.
  • the transmitting antenna 17 transmits a signal modulated by the FM by the FM modulator 16 as a radio wave.
  • the receiving device 21 includes a receiving antenna 22, an FM demodulating unit 23, a symbol judging unit 24, a bit converting unit 25, a din liver 26, And a frame restoration unit 27.
  • the receiving antenna 22 receives the radio wave transmitted from the transmitting device 11 and converts it into a signal according to the FSK method.
  • the FM demodulation unit 23 performs FM demodulation by converting the FSK signal converted by the receiving antenna 22 into a voltage signal having a voltage based on the frequency, and generates a detection signal.
  • the symbol determination unit 24 performs symbol determination at the Nyquist point of the detection signal generated by the FM demodulation unit 23.
  • An eye pattern as shown in FIG. 4 is drawn by the detection signal of the FM demodulation unit 23. According to the quaternary FSK method, up to three apertures are observed in this eye pattern.
  • the symbol determination unit 24 performs symbol determination by comparing the three threshold values th +, thO, and th- at the next point with the voltage of the detection signal.
  • the symbol determination unit 24 determines that the symbol value is +3. If the voltage of the detection signal at the Nyquist point is equal to or higher than the threshold thO and equal to or lower than the threshold th +, the symbol determination unit 24 determines that the symbol value is +1. The symbol determination unit 24 determines that the symbol value is 1 if the threshold value is less than the threshold thO and is equal to or greater than the threshold value th-. If the voltage of the detection signal at the Nyquist point is less than the threshold th-, the symbol determination unit 24 determines that the symbol value is 13.
  • the bit conversion unit 25 converts the symbol value determined by the symbol determination unit 2 into a bit having a bit value based on the value. First As shown in FIG. 4, if the symbol value determined by the symbol determination unit 24 is +3, the bit conversion unit 25 converts the symbol value +3 into bit values “0, 1”. If the symbol value is +1, the bit converter 25 converts the symbol value + 1 into bit values "0, 0". If the symbol value is 11, the bit converter 25 converts the symbol value 11 into bit values "1, 0". If the symbol value is 13, the pit conversion unit 25 converts the symbol value—3 into the bit values “1, 1”. The bit array converted by the bit conversion unit 25 is a Gray code.
  • the dingtalizer 26 replaces the bit-converted data by the bit converter 25 in units of 2 bits.
  • the frame restoring unit 27 deletes the redundant bits from the data that has been exchanged by the ding leaver 26 and generates an original data frame.
  • the dividing unit 12 of the transmitting device 11 converts the protected voice data including the 5-bit CRC of the supplied voice vocoder data as shown in Fig. 5 (a). The data is divided one bit at a time to generate a bit-by-bit pit data as shown in Fig. 5 (b). The dividing unit 12 divides the unprotected audio data into two bits.
  • the redundant bit addition unit 13 adds "1" to each of the divided bits of the audio data to be protected, including the five CRC bits. Adds a bit to produce a 2-bit data stream. As shown in Fig. 5 (c), by adding a redundant bit "1" to each bit data of the audio data for which the redundant bit addition unit 13 is protected, the bit data of the protected audio data is added. Is always a sympol Will correspond to the value +3 or -3. In other words, the interval between the symbol value + 3 and the symbol value 13 increases, which increases the gain at the Nyquist point.
  • the infrared receiver 14 is a pair of a bit to which the redundant bit data is added and a bit of the audio data to be protected in units of two bits of the data generated by the redundant bit adding unit 13, and is not protected.
  • the data is exchanged between the two bits of the audio data to generate a data string as shown in Fig. 5 (d).
  • the baseband signal generation unit 15 generates a baseband signal based on the data sequence that has been exchanged by the interleaver 14.
  • the FM modulator 16 modulates the carrier with the baseband signal generated by the baseband signal generator 15 in accordance with the quaternary root Nyquist FSK method.
  • the transmitting antenna 17 sends out the signal FM-modulated by the FM modulator 16 as a radio wave.
  • the receiving antenna 22 of the receiving device 21 receives the radio wave transmitted from the transmitting device 11 and converts it into a signal according to the FSK method.
  • the FM demodulation section 23 converts the FSK signal converted by the receiving antenna 22 into a signal. Then, it converts the voltage into a voltage signal based on the frequency and generates a detection signal.
  • the symbol determination unit 24 compares the voltage at the Nyquist point of the detection signal generated by the FM demodulation unit 23 with three preset thresholds th +, thO, and th- to perform symbol determination.
  • the bit conversion unit 25 converts the symbol determined by the symbol determination unit 24 into a bit having a bit value based on the value.
  • bit conversion unit 25 performs bit conversion according to the symbol determination value.
  • the bit arrangement of the bit-converted data is a Gray code arrangement.
  • the ding receiver 26 converts the bit converted by the pit converter 25 into a bit to which redundant bit data is added and a protected voice.
  • the data bit pairs and the unprotected audio data 2 bits are swapped so that they have the same data array.
  • the frame restoration unit 27 deletes the redundant bits added to the protected audio data from the data that has been replaced by the dintalever 26, as shown in FIG. Are combined to generate an original data frame as shown in FIG. 6 (i).
  • the transmitting device 11 consequently performs not binary modulation but quadrature modulation. Further, the reception device 21 only deletes the lower bits, and the processing performed by the reception device 21 is equivalent to performing binary demodulation as a result. Therefore, although each symbol interval at the time of quaternary value is “2”, with such a configuration of the present embodiment, the symbol interval becomes three times “6”, and theoretically, the BER is about This will be improved by about 4.8 dB.
  • the transmitting device 11 adds redundant bits in the quaternary FSK scheme, and the receiving device 21 deletes the redundant bits added by the transmitting device 11.
  • the characteristics are equivalent to the binary FSK scheme, but the modulation scheme remains the 4-level FSK scheme.
  • Figure 7 shows the BER curve when focusing only on the protected bits. Show.
  • a characteristic line L 10 shows characteristics of the transmitting and receiving apparatus according to the present embodiment.
  • a characteristic line L 11 shows characteristics when decoding is performed by a Viterbi decoder having a coding rate of 2.
  • the characteristic line L12 shows the characteristic when error correction is not performed.
  • the right end of the graph shows the case where the communication state is the best, and indicates that the communication state is decreasing as the value of EbZNo changes to the left side.
  • FIG. 8 shows sound quality characteristics when the transmitting / receiving device of the present embodiment is applied to an actual vocoder.
  • the transmitting apparatus 11 adds a redundant bit to each data bit of the voice vocoder, performs interleaving, performs FM modulation, and removes this signal. I do.
  • the receiver 21 performs FM symbol demodulation, performs symbol determination, performs bit conversion din-leave, and then deletes redundant pixels added by the transmitter. Therefore, error correction can be performed more reliably even in an environment where the communication state is not good.
  • the transmission / reception device of the present embodiment is suitable for voice and image transmission in call-streaming.
  • error correction is performed by a simple process in which the transmitting device 11 adds redundant bits to the data and the receiving device 21 deletes the redundant bits of the demodulated data. Therefore, compared to the FEC system that performs many operations and the one that uses a Viterbi decoder that requires a large amount of memory, neither the operation for error correction nor the memory capacity is required.
  • the configuration can be simplified. Also, there is no need to operate the processor at high speed, and low power consumption can be achieved.
  • the data to be processed is not limited to audio data and may be image data.
  • the FSK is not limited to four values, and may be a multivalue of four values or more. Further, not only FSK but also other modulation methods such as PSK may be used. Further, in the above-described embodiment, an example in which bit importance such as speech streaming is defined has been described. However, it can be applied to protocols and e-mail communications even if it is desired to easily increase the gain.
  • the present embodiment can be executed by software.
  • the transmitting device 11 and the receiving device 21 include a processor for executing software. Even when the present embodiment is executed by sending and using hardware, there is no need to perform an operation such as FEC, so that the program is simplified and the memory capacity required for the program can be reduced.
  • a voice vocoder has been described as an example.
  • the present embodiment can be applied not only to the voice pocoder but also to data communication.
  • data whose protection is to be partially strengthened and other data may be applied to protected data and unprotected data in the present embodiment.
  • the number of bits may change each time the communication content changes. Also, for example, even when the least significant bit is the same as the most significant bit, there are cases where the least significant bit is the same as the case where "FF" and "FE" are transmission and reception flags, respectively. In such a case, for example, if it is possible to add a 3-bit control flag to the end of the data so that only these 3 bits are resistant to errors and define the importance, Will be effective.
  • the redundant bit adding unit 13 adds the redundant bit data to each bit of the supply data so that the Gray code is generated.
  • the redundant bit addition unit 13 The present invention is not limited to the above-described embodiment, provided that the symbols to which redundant bit data is added are arranged so that the data grid to which the added data is added has a long solid distance.
  • the present invention it is possible to provide a transmission device and a reception device that can perform more reliable error correction even in an environment with a poor communication state of a transmission path, with a simple configuration.

Abstract

　本発明は、通信路におけるデータ誤りを訂正する機能を有する送信および受信装置に関する。本発明においては、送信装置の冗長ビット付加部は、分割部が１ビットずつ分割した各データビットに冗長ビットを付加し、インタリーバは、インタリーブを行う。送信装置は、ＦＭ変調部がＦＭ変調した信号を送信する。受信装置のシンボル判定部は、ＦＭ復調部がＦＭ復調した信号に対して、ナイキスト点におけるシンボル判定を行い、ビット変換部は、シンボル判定の結果に基づいてビット変換し、フレーム復元部は、デインタリーバがデインタリーブを行ったビット列から、送信装置の冗長ビット付加部が付加した冗長ビットを削除する。これにより、通信状態が良好ではない環境下でも、簡易な構成で、より確実に誤り訂正を行うことが可能となる。

Description

明細書
通信路におけるデータ誤りを訂正する装置および方法
技術分野
本発明は、 通信路におけるデータ誤りを訂正する機能を果たす送 信装置、 受信装置、 データ送信方法及びデータ受信方法に関する。 背景技術
従来、 通信路でのデ一夕誤りを訂正する技術は、 各方面で研究が 進んでおり、 シャノン限界に近い能力を有するものもある。
特に、 移動体通信では、 通信路の誤り特性が大きく変化すること から、 非常に強い誤り訂正が求められる。
誤り訂正技術としては、 ARQ (Automatic Repeat Request) 等 の再送技術、 F E C (Forword Error Correction： 刖方向エラー gT 正） の技術が知られている。 AR Qの技術は、 受信後にエラーがあ つたデータを送信元に再送要求することでエラー訂正を行う （よつ て後方向に分類される） 技術である。 F E Cの技術は、 予め送受信 データを工夫して、 信頼性を有するデータを送信し、 受信側でエラ —を除去する技術 （よって前方向） の技術である。 尚、 データ通信 では、 F E Cと AR Qとの併用、 音声や画像の同時処理が必要なも のは F E Cのみを用いるのが一般的である。
しかし、 AR Q等を用いた送受信装置では、 再送が多くなると、 伝送効率が低下する。 また、 AR Q等を用いた送受信装置では、 通 話やス トリーミングで伝送される音声データ又は画像データを送受 信することは、 同時処理の必要性から、 困難である。
このため、 メール等のデータ通信、 音声データ又は画像データの 伝送には、 受信データに対して誤り訂正を行うことにより、 できる だけデ一夕の再送を行わずに、 受信データを復元する F E C等の技 術を用いた特開 2 0 0 2— 3 4 4 4 4 1 3号公報（第 6頁一第 8頁、 図 1 ) に記載されるような送受信装置が提案されている。 この送受 信装置では、 ブロック符号や畳み込み符号を用いて誤り訂正が行わ れている。
しかしながら、 従来の F E Cの技術を用いた送受信装置では、 誤 り訂正の計算が複雑であり、 計算処理が増える。 このため、 このよ うな送受信装置では、 計算に必要なメモリ容量も多く必要となる。 また、 F E C方式の送受信装置では、 通信路におけるデータの誤 りが多くなつて誤り訂正の処理能力を超えると、 かえって多くの誤 りを発生させてしまうという不都合が生じる。
特に、 音声通話のような通信では、 このような不都合は、 好まし くない。 音声は人間の間隔としてとら えられる要素が多く、 多少ノ ィズが入っていても、 どのような言葉が発せられているかを認知で きる方が重要である。 つまり、 F E C がより多くの誤りを発生させ てしまった場合、 データ補間や繰り返し、 破棄 （欠落） 等が行われ る。 この処理をバッ ドフレームマスキング処理という。 このバッ ド フレームマスキング処理が頻繁に起こ ると、 通話の内容自体が聞き 取れなくなる可能性が高くなる。
本発明は、 このような従来の問題 に鑑みてなされたもので、 確 実に誤り訂正を行うことが可能な技術手法、 およびこれを採用した 送信装置、 受信装置、 デ一夕送信方法及びデータ受信方法を提供す ることを目的とする。
発明の開示
上記発明目的を達成するために、 本発明の第 1の観点に係る送信 装置は、 基本的に、 供給されたデータの各ビッ トに冗長ビッ トデ一 夕を付加して符号化データを生成する冗長ビッ ト付加部と、 前記冗 長ビッ ト付加部が生成した符号化データに基づいて生成された被変 調波信号を送出する変調部とから構成される。
本発明の送信装置において、好適には、前記冗長ビッ ト付加部は、 冗長ビッ トデータを付加したデータのュ一クリッ ド距離が離れるよ うに、 前記冗長ビッ トデ一タを付加したシンポルを配置するもので あるか、 あるいはグレイ符号が生成されるように、 前記供給された データの各ビッ 卜に冗長ビッ トデータを付加するものである。
また、 前記冗長ビッ ト付加部に供給されるデ一夕は、 重要度の高 低が予め定められたデータであって、 前記冗長ビッ ト付加部は、 前 記ビッ ト配列されたデータのうちの重要度が高いビッ トデ一夕につ いて冗長ビッ トを付加するものであってもよい。
さらに、 前記変調部は、 多値の F S K方式に従って変調を行うも のであってもよい。
本発明の第 2の観点に係る受信装置は、 符号化デ一夕が生成され るように冗長ビッ トデータが付加されたデータに基づいて生成され た信号を受信するよう動作するものであって、 基本的に、 前記受信 した信号を復調する復調部と、前記復調部が復調した信号に対して、 ナイキスト間隔毎にシンポル判定を行うシンポル判定部と、 前記シ ンポル判定部がシンポル判定して得られたシンポル値をビッ ト値に 変換するピッ ト変換部と、 前記ビッ ト変換部が変換したピッ ト値の デ一夕から、 付加された冗長ビッ トを削除してデータ列を合成し、 元のデータを復元するデータ復元部と、 から構成される。
本発明の受信装置において、 好適には、 前記受信した信号は、 多 値の F S K方式に従って変調された信号であって、 前記復調部は、 前記受信信号の周波数に対応する電圧の信号に変換することにより、 受信した信号を復調するものであり、 前記シンポル判定部は、 前記 復調部が復調した信号の電圧を、 予め設定された閾値と比較するこ とにより、 シンポル判定を行うものである。
また、 前記ビッ ト変換部が生成したビッ トデ一夕は、 重要度の高 低が予め定められるようにビッ トが配列され、 重要度が高いビッ ト データに冗長ビッ トが付加されたデータであって、 前記デ一夕復元 部は、 前記重要度が高いビッ トデータ に付加された冗長ビッ トを削 除するものであってもよい。
本発明の第 3の観点に係るデータ送信方法は、 基本的に、 供給さ れたデータの各ビッ トに冗長ピッ トを付加して符号化データを生成 するステップと、 前記生成された符号化データに基づいて生成され た信号を送出するステップと、 を含む。
本発明の第 4の観点に係るデータ受信方法は、 基本的に、 符号化 データが生成されるように冗長ビッ 卜データが付加されたデータに 基づいて生成された信号を受信するステップと、 受信した信号を復 調するステップと、 復調した信号に対して、 ナイキス ト間隔毎にシ ンポル判定を行うステップと、 シンボル判定の結果、 得られたシン ポル値をビッ ト値に変換するステップと、 前記変換したビッ ト値の データから、 付加された冗長ビットを削除してデータ列を合成し、 元のデータを復元するステップと、 を含む。
図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施形態に係る送受信装置の構成を示すプロ ック図である。 第 2図は、 音声ボコーダのデータフ レームの構成を示す説明図で ある。
第 3図は、 デ一夕フレームの重要度についての説明図である。 第 4図は、 4値のナイキスト F S Kを用いた場合のアイパターン、 シンポル判定の内容を示す説明図である。
第 5図は、 第 1図に示す送信装置の動作を示す説明図である。 第 6図は、 第 1図に示す受信装置の動作を示す説明図である。 第 7図は、 第 1図に示す送受信装置におけるエラ一特性を示す説 明図である。
第 8図は、 第 1図に示す送受信装置における B E Rと P E S Qと の関係を示す説明図である。
発明の実施の形態
以下、 本発明の実施の形態に係る送受信装置を図面を参照して説 明する。
本実施の形態に係る送受信装置の構成を第 1図に示す。
本実施の形態に係る送受信装置は、 送信装置 1 1 と、 受信装置 2 1 と、 からなる。
送信装置 1 1は、 供給されたデータに従って変調された信号を送 信するものであり、 分割部 1 2 と、 冗長ビッ ト付加部 1 3 と、 イン タリーバ 1 4と、 ベースバンド信号生成部 1 5 と、 F M変調部 1 6 と、 送信アンテナ 1 7 と、 を備える。
本実施の形態では、 4値のルートナイキス ト F S K方式に従って、 音声ボコーダを伝送する場合を例として説明する。
音声ボコーダは、 音声信号をデジタル形式で表現するためのシス テムであり、 音声のパラメ一夕の組を分析して抽出し、 そのパラメ —夕から音声を再合成するシステムである。
音声ポコーダのデータは、 第 2 図に示すように、 時間的な単位で情 報を区切り、 フレーム化されて処理される。
音声ポコーダのデータは、 2 0 msecを単位としてフレーム化され る。 音声ボコーダのデータフレームは、 音声データと、 誤り訂正用 データと、 からなり、 1フレームのビッ ト （bit) 数は、 7 2 ビッ ト ( 3600bps) とされる。 音声データは、 音声情報を示すデ一夕であ り、 誤り訂正用データは、 音声データのエラ一訂正、 エラ一検出の ためのデータである。
誤り訂正用データは、 5 ビッ トの C R Cデータと、 5 ビッ トの C R C保護用データと、 1 8ビッ トの音声保護用のデータと、 からな る。
音声データのビッ ト数は、 1 フレーム中 4 4ビッ トとされ、 誤り 訂正用ビッ トのビッ ト数は、 2 8 ビッ トとされる。
音声データの各ビッ トデ一夕は、 人間の聴覚にとって重要度の高 い順に並べ替えられている。 このうち、 保護される音声データは 1 8 ビッ ト、保護されない音声データは 2 6 ビッ トとして構成される。 保護される音声デ一夕は、 エラーが多く発生しやすいような、 通 信状態が良好でない環境下においても、 保護されるべき重要度の高 いデータである。 例えば、 音声通話のような通信において、 音声は 人間の感覚としてとらえられる要素が多く、 音声にノイズが重畳し ていたとしても、 どのような言葉が発せられるかを認知できるよう にすることが重要である。
音声や画像の伝送の場合、 重要度の高いピッ トにエラーが発生し た場合、 人間の知覚として、 情報とは無関係のノイズとしてとらえ られてしまう。 音声ボコーダでは、 このような音声を構成する上で 重要なデータは、 保護される音声データ として扱われる。
例えば、 音声の場合、 ボコーダのデータには、 音圧データ、 ピッ チ周波数データ等がある。 ポコーダのデータのデ一夕が、 第 3図に 示すように、 1 6 ビッ トの音圧データと、 1 0 ビッ トの第 1 ピッチ 情報と、 1 0ビッ トの第 2ピッチ情報と、 からなるものとする。 図 中、各データの最も左側のビッ トが最上位ビッ ト （M S B )であり、 最も右側のビッ トが最下位ビッ ト （L S B ) であることを示す。 第 3図に示す例では、 斜線で示すビッ トが重要度が高いビッ ト、 最上 位ビッ トが最も重要度が高いビッ トとして、 これらのデータのビッ トは、 重要度に従って、 配列されている ものとする。 尚、 重要度が 高いとされるピッ トは、 ボコーダのアルゴリズムの検証、 シミュレ ーシヨン等で予め求められる。
ビッ トが上位になるに従って、 エラ一による情報への影響は大き くなる。 例えば、 " F F F F " のデータ のうち、 最上位ビッ トにェ ラーが発生すると、 データは、 " 7 F F F " となり、 1 0進数では、 3 2 7 6 8だけの差が生じる。 しかし、 最下位ビッ トにエラーが発 生しても、 1だけの差しか生じない。
画像データについても同様であり、 例えば、 黄色は、 赤色と緑色 とを合成することによって生成され、 最上位ビッ トにエラーが発生 すると、 色が変わってしまう。
このように重要度が高いビッ トデータをいかに保護するかという ことが重要である。 本実施の形態では、 簡易な構成で、 このように 重要度の高いビッ トデータを保護している。
第 1図に戻り、 分割部 1 2は、 第 2 0に示すような音声ボコーダ のデータが供給されて、 供給されたデ一夕を 1 ビッ トずつに分割す るものである。尚、前述のように、重要度が高いとされるビッ トは、 前述のようにボコーダのアルゴリズムの検証、 シミュレーション等 で予め求められ、 音声ボコーダのデ一夕のビッ トは、 重要度が高い 順に配列されている。
冗長ビッ ト付加部 1 3は、 分割部 1 2が分割した各ビッ トデータ のうち、 重要度が高いビッ トに " 1 " のビッ トを付加して、 2 ビッ トのデ一夕を生成するものである。
インタリーバ 1 4は、 冗長ビッ ト付加部 1 3が生成した 2 ビッ ト のデータを単位として、 保護される音声データのビッ トと、 保護さ れない音声データのビッ トとの間で、 入れ替えを行い、 重要ビッ ト や C R Cのフレーム上での配置を分散させることで、 フェージング 等によるブロック誤りを軽減するためのデ一夕列を生成するもので ある。
ベースバンド信号生成部 1 5は、 インタリーバ 1 4が入れ替えを 行ったデ一夕列に基づいてベースバンド信号を生成するものである。
F M変調部 1 6は、 ベースバンド信号生成部 1 5が生成したベー スバンド信号で、 4値のルー卜ナイキスト F S K方式に従って搬送 波を変調するものである。 F M変調部 1 6は、 ルートコサインフィ ル夕を備え、 ベースバンド信号生成部 1 5が生成したベースバンド 信号を、 第 4図に示すようなアイパターンが形成されるような信号 を生成する。 送信アンテナ 1 7は、 F M変調部 1 6が F M変調した 信号を電波として送出するものである。
受信装置 2 1は、 受信アンテナ 2 2 と、 F M復調部 2 3と、 シン ポル判定部 2 4と、 ビッ ト変換部 2 5 と、 ディン夕リーバ 2 6 と、 フレーム復元部 2 7 と、 を備える。
受信アンテナ 2 2は、 送信装置 1 1か ら送出された電波を受信し て、 F S K方式による信号に変換するものである。
F M復調部 2 3は、 受信アンテナ 2 2が変換した F S K方式の信 号を、 その周波数に基づいた電圧の電圧信号に変換することにより F M復調を行い、 検波信号を生成するものである。
シンポル判定部 2 4は、 F M復調部 2 3が生成した検波信号のナ ィキス ト点におけるシンポル判定を行う ものである。 F M復調部 2 3の検波信号により、第 4図に示すようなアイパターンが描かれる。 4値の F S K方式によれば、 このアイパターンに、 最大 3つの開口 部が観測される。
この点をナイキス ト点として、 シンポル判定を行うための 3つの 閾値 th+, thO, th-が予め設定される。 シンポル判定部 2 4は、 ナ ィキス ト点におけるこの 3つの閾値 th+， thO, th-と、 検波信号の 電圧とを比較することにより、 シンポル判定を行う。
シンボル判定部 2 4は、 ナイキスト点における検波信号の電圧が 閾値 th+を越えると、 シンポル値 + 3 と判定する。 シンポル判定部 2 4は、 ナイキス ト点における検波信号の電圧が、 閾値 thO 以上、 かつ、 閾値 th+以下であれば、 シンポル値 + 1 と判定する。 シンポ ル判定部 2 4は、 閾値 thO未満、 かつ、 閾値 th-以上であれば、 シ ンポル値一 1 と判定する。 シンポル判定部 2 4は、 ナイキス ト点に おける検波信号の電圧が閾値 th-未満であれば、 シンポル値一 3 と 判定する。
ビッ ト変換部 2 5は、 シンポル判定部 2 が判定したシンボル値 を、 その値に基づいたビッ ト値のビッ ト に変換するものである。 第 4図に示すように、 ビッ ト変換部 2 5は、 シンポル判定部 2 4が判 定したシンポル値が + 3であれば、シンポル値 + 3をビッ ト値" 0 , 1 "に変換する。 ビット変換部 2 5は、 シンポル値が + 1であれば、 シンポル値 + 1をビッ ト値 " 0 , 0 " に変換する。 ビッ ト変換部 2 5は、 シンポル値が一 1であれば、 シンポル値一 1 をビッ ト値" 1， 0 "に変換する。 ピッ ト変換部 2 5は、 シンポル値が一 3であれば、 シンポル値— 3をビッ ト値 " 1 , 1 " に変換する。 尚、 ビッ ト変換 部 2 5がビッ ト変換したビッ トの配列はグレイ符号になっている。
ディンタリーバ 2 6は、 ビッ ト変換部 2 5がビッ ト変換したデ一 夕を、 2ビッ ト単位で入れ替え直すものである。
フレーム復元部 2 7は、 ディンタ リーバ 2 6が入れ替え直したデ —夕から、 冗長ビッ トを削除して、 元のデ一夕フレームを生成する ものである。
次に実施形態に係る送受信装置の動作を説明する。
送信装置 1 1の分割部 1 2は、 第 5図 （ a ) に示すような供給さ れた音声ボコーダのデ一夕のうち、 C R Cの 5 ビッ トも含めて、 保 護される音声データを 1 ビッ トずつ分割し、 第 5図 （ b ) に示すよ うな 1 ビッ トずつのピッ トデ一夕を生成する。また、分割部 1 2は、 保護されない音声データについては、 2 ビッ トずつに分割する。
冗長ビッ ト付加部 1 3は、 第 5図 （ c ) に示すように、 C R Cの 5 ビッ トも含めて、 保護される音声デ一夕の分割した各ビッ 卜デ一 夕に " 1 " のビッ トを付加して、 2 ビッ トのデ一夕を生成する。 第 5図 （ c ) に示すように、 冗長ビッ ト付加部 1 3が保護される 音声データの各ビッ トデータに、 冗長ビッ ト " 1 " を付加すること により、 保護される音声データのビッ トデータは、 必ず、 シンポル 値 + 3又は— 3に対応することになる。 言い換えると、 シンポル値 + 3 とシンポル値一 3 との間隔は広がり、 これにより、 ナイキスト 点における利得は大きくなる。
イン夕リーバ 1 4は、 冗長ビッ ト付加部 1 3が生成したデータの 2 ビッ トを単位として、 冗長ビッ トデータを付加したビッ トと保護 される音声データのビッ トとのペアと、 保護されない音声データの 2 ビッ トとの間で、 入れ替えを行って、 第 5図 （d ) に示すような データ列を生成する。
ベースバンド信号生成部 1 5は、 インタリーバ 1 4が入れ替えを 行ったデ一夕列に基づいてベースバンド信号を生成する。
F M変調部 1 6は、 ベースバンド信号生成部 1 5が生成したベ一 スパンド信号で、 4値のルートナイキスト F S K方式に従って搬送 波を変調する。 送信アンテナ 1 7 は、 F M変調部 1 6が F M変調し た信号を電波として送出する。
受信装置 2 1の受信アンテナ 2 2は、 送信装置 1 1から送出され た電波を受信して、 F S K方式による信号に変換し、 F M復調部 2 3は、 受信アンテナ 2 2が変換した F S K信号を、 その周波数に基 づいた電圧の電圧信号に変換し、 検波信号を生成する。
シンポル判定部 2 4は、 F M復調部 2 3が生成した検波信号のナ ィキスト点における電圧と、 予め設定された 3つの閾値 th+, thO, th-とを比較して、 シンボル判定を行う。
ビッ ト変換部 2 5は、シンボル判定部 2 4が判定したシンボルを、 その値に基づいたビッ ト値のビッ トに変換する。
第 6図 （ e ) に示すように、 シンポル判定部 2 4が判定した結果 のシンポル値が一 3であれば、 ビッ ト変換部 2 5は、 第 6図 （ f ) に示すように、 ビッ ト値 " 0， 1 " に変換する。 同様にして、 ビッ ト変換部 2 5は、 シンボル判定値に従って、 ビッ ト変換を行う。尚、 ビッ ト変換したデ一夕のビッ ト配列は、 グレイ符号の配列になって いる。
ディン夕リーバ 2 6は、 第 6図 （ g ) に示すように、 ピッ ト変換 部 2 5がビッ ト変換したデ一夕を、 冗長ビッ トデ一タを付加したビ ッ トと保護される音声データのビッ トとのペアと、 保護されない音 声データの 2ビッ トと、 のデータ配列となるように入れ替え直す。
フレーム復元部 2 7は、 ディンタリーバ 2 6が入れ替え直したデ —夕から、 第 6図 （h ) に示すように、 保護される音声データに付 加された冗長ビッ トを削除し、 各ビッ トを合成して、 第 6図 （ i ) に示すような元のデ一タフレームを生成する。
保護されるビッ 卜データのみに着目する と、 送信装置 1 1は、 結 果として、 4値変調ではなく、 2値変調を行っていることになる。 また、 受信装置 2 1は、 下位ビッ トを削除するだけで、 受信装置 2 1が行う処理は、 結果として 2値の復調を行うことと等価になる。 従って、 4値のときの各シンポル間隔は 「 2」 であるものの、 本 実施形態のこのような構成により、 シンポル間隔は、 3倍の 「 6」 になり、 理論的には、 B E Rは、 約 4.8dB 程度、 改善されることに なる。
このように、 送信装置 1 1は、 4値の F S K方式において、 冗長 ビッ トを付加し、 受信装置 2 1は、 送信装置 1 1が付加した冗長ビ ッ トを削除する。 結果として、 特性上では、 2値の F S K方式と等 価になっているものの、変調方式は 4値の F S K方式のままである。
保護されるビッ トのみに着目した場合の B E R曲線を、 第 7図に 示す。
第 7図において、 特性線 L 1 0は、 本実施の形態に係る送受信装 置による特性を示す。 特性線 L 1 1 は、 符号化率 1 / 2のビ夕ビ (Viterbi) 復号器で復号した場合の特性を示す。 特性線 L 1 2は、 誤り訂正を行わない場合の特性を示す。 また、 グラフの右端は、 通 信状態が最も良好な場合であり、 E bZN oの値が左側に変化する に従って通信状態が低下している ことを示す。
この第 7図に示すように、 通信状態が良好な場合、 特性線 L 1 1 で示すように、 ビタビ復号器で復号した方が誤り訂正による効果は 大きく、 B E Rは低い。 しかし、 通信状態が低下するに従って本実 施形態に係る送受信装置で復号化した方が誤り訂正による効果は、 ビタビ復号器で復号化した場合よ りも誤り訂正能力の効果は大きく なる。
また、 本実施形態の送受信装置を実際のボコーダに適用した場合 の音質特性を第 8図に示す。
音質の評価には、 I T U— Tで勧告されている P E S Q (Perceptual evaluation of speech qualityノ を用レ o。 尚、 8 において、 L 1 0， L 1 1 , L I 2は、 第 7図と同じように、 それ ぞれ、 本実施形態に係る送受信装置による特性、 ビタビ復号器によ る特性、 誤り訂正を行わない場合の特性を示す。
第 8図に示すように、 B E Rが低い場合、 即ち、 通信状態が良好 な場合には、 ビタビ復号器によって復号化した方が、 本実施形態の 送受信装置よりも、 音質は良好である。 伹し、 この差は、 わずかな ものであり、 実際に聞き比べても判別できない程度の差である。 B E Rが高い場合、 即ち、 通常状態が良好ではない場合、 本実施形態 の送受信装置によって復号化した方が、 ビタビ復号既よりも、 音質 は良好になり、 高い音質を実現できる。
以上説明したように、 本実施形態によれば、 送信装置 1 1は、 音 声ボコーダの各データビッ トに冗長ビッ 卜を付加し、 インタリーブ を行った後、 F M変調して、 この信号を迭信する。受信装置 2 1は、 F M復調した後、 シンポル判定を行い、 ビッ ト変換ディン夕リーブ を行った後、送信装置が付加した冗長ピソ トを削除するようにした。 従って、 通信状態が良好でない環境下であっても、 より確実に誤 り訂正を行うことができる。 特に、 本実施形態の送受信装置は、 通 話ゃストリ一ミングでの音声や画像伝送に適したものになる。
また、 送信装置 1 1がデータに冗長ビ ッ トを付加し、 受信装置 2 1が、 復調されたデータの冗長ビッ トを削除するという簡単な処理 を行うことによって、 誤り訂正が行われる。 従って、 多くの演算を 行う F E C方式のもの、 多くのメモリ容量を必要とするビタビ復号 器等を用いたものに比較して、 誤り訂正のための演算も、 メモリ容 量も必要としないので、 構成を簡易なも のにすることができる。 ま たプロセッサを高速に動作させる必要もなく、 低消費電力化を実現 できる。
尚、 本発明を実施するにあたっては、 種々の形態が考えられ、 上 記実施の形態に限られるものではない。
例えば、 上記実施の形態では、 4値ルートナイキス ト F S Kを用 いて音声通話を行う場合について説明した。 しかし、 処理されるデ —夕は、音声デ一夕とはかぎられず、画像のデータであってもよい。 F S Kは、 4値とは限られず、 4値以上の多値であってもよい。 ま た、 F S Kだけでなく、 P S K等、 他の変調方式を用いてもよい。 また、 上記実施の形態では、 通話ゃストリ一ミングのようなビッ ト重要度が規定された例について説明した。 しかし、 プロ トコルや メール通信でも、 簡易に利得を上げたい場合にも十分適用可能にな る。
また、 本実施の形態は、 ソフトウェアにより実行されることがで きる。 この場合、 送信装置 1 1、 受信装置 2 1は、 ソフ トウェアを 実行するためのプロセッサを備える。 本実施の形態を送付とウェア によって実行した場合でも、 F E Cのような演算を行う必要がない ので、 プログラムは、 簡易となり、 プログラムに要するメモリ容量 を少なくすることができる。
本実施の形態では、 音声ボコーダを例として説明した。 しかし、 音声ポコーダに限らず、データ通信にも本実施の形態を適用できる。 この場合、部分的に保護を強く したいデータとそれ以外のデータを、 本実施の形態における保護されるデ一夕と保護されないデ一夕に適 用すればよい。
また、 データ通信等に用いられるデータでは、 通信内容が変化す る毎に、 ビッ ト数が変化することがある。 また、 例えば、 " F F " 、 " F E " が、 それぞれ、 送信、 受信を示すフラグである場合のよう に、 最下位ビッ トであっても上位ビッ トと同じ重要度になることも ある。 このような場合、 例えばデ一夕の末尾に 3 ビッ トの制御フラ グを付加して、 この 3 ビッ トだけを誤りに強く して、 重要度を定義 できる場合、 本実施の形態は、 非常に有効なものになる。
また、 本実施の形態では、 冗長ビッ ト付加部 1 3は、 グレイ符号 が生成されるように、 供給デ一夕の各ビッ トに冗長ビッ トデ一夕を 付加するようにした。 しかし、 冗長ビッ ト付加部 1 3が、 冗長ビッ トデータを付加したデータのュ一クリ ッ ド距離が離れるように、 冗 長ビッ トデータを付加したシンポルを配置すれば、 上記実施の形態 に限定されるものではない。
産業上の利用可能性
本発明によれば、 簡易な構成でありながら、 伝送路の通信状態が 悪い環境下においても、 より確実な誤り訂正を行うことが可能な送 信装置および受信装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 供給されたデータの各ビッ トに冗長ビッ トデ一夕を付加し て符号化データを生成する冗長ビッ ト付加部と、
前記冗長ビッ ト付加部が生成した符号化データに基づいて生成さ れた被変調波信号を送出する変調部と、
を備えることを特徴とする送信装置。
2 . 請求項 1 に記載の送信装置において、
前記冗長ビッ ト付加部は、 冗長ビッ 卜データを付加したデータの ュ一クリ ッ ド距離が離れるように、 前記冗長ビッ トデータを付加し たシンボルを配置する、 ようにした送信装置。
3 . 請求項 1に記載の送信装置において、
前記冗長ビッ ト付加部は、 グレイ符号が生成されるように、 前記 供給されたデータの各ビッ 卜に冗長ビッ 卜デ一夕を付加する、 よう にした送信装置。
4 . 請求項 1ないし 3のいずれかに記載の送信装置において、 前記冗長ビッ ト付加部に供給されるデータは、 重要度の高低が予 め定められたデータであり、 前記冗長ピッ ト付加部は、 前記ビッ ト 配列されたデータのうちの重要度が高いビッ トデ一夕について冗長 ビッ トを付加する、 ようにした送信装置。
5 . 請求項 1ないし 4のいずれかに記載の送信装置において、 前記変調部は、多値の F S K方式に従つ て変調を行うものである、 送信装置。
6 . 符号化デ一夕が生成されるように冗長ビッ トデータが付加 されたデータに基づいて生成された信号を受信する受信装置であつ て、
前記受信した信号を復調する復調部と、
前記復調部が復調した信号に対して、 ナイキスト間隔毎にシンポ ル判定を行うシンポル判定部と、
前記シンポル判定部がシンポル判定して得られたシンポル値をビ ッ ト値に変換するビッ ト変換部と、
前記ビッ ト変換部が変換したビッ ト値のデ一夕から、 付加された 冗長ビッ トを削除してデータ列を合成し、 元のデータを復元するデ 一夕復元部と、
を備えたことを特徴とする受信装置。
7 . 請求項 5に記載の受信装置において、
前記受信した信号は、 多値の F S K方式に従って変調された信号 であり、 前記復調部は、 前記受信信号の周波数に対応する電圧の信 号に変換することにより、 受信した信号を復調するものであり、 そ して前記シンポル判定部は、 前記復調部が復調した信号の電圧を、 予め設定された閾値と比較することにより、 シンポル判定を行うも のである、 ように構成された受信装置。
8 . 請求項 5又は 6に記載の受信装置において、
前記ビッ ト変換部が生成したビッ トデータは、 重要度の高低が予 め定められるようにビッ 卜が配列され、 重要度が高いビッ トデータ に冗長ビッ トが付加されたデータでり、 前記デ一夕復元部は、 前記 重要度が高いビッ トデータに付加された冗長ビッ トを削除する、 ようにした受信装置。
9 . 供給されたデータの各ビッ トに冗長ビッ トを付加して符号 化デ一夕を生成するステップと、 前記生成された符号化データに基づいて生成された信号を送出す るステップと、
を含むことを特徴とするデ一タ送信方法。
1 0 . 符号化データが生成されるように冗長ビッ トデータが付加 されたデータに基づいて生成された信号を受信するステツプと、 受信した信号を復調するステップと、
復調した信号に対して、 ナイキスト間隔毎にシンポル判定を行う ステップと、
シンポル判定の結果、 得られたシンポル値をビッ ト値に変換する ステップと、
前記変換したビッ ト値のデータから、 付加された冗長ビッ トを削 除してデータ列を合成し、 元のデータを復元するステップと、
を含むことを特徴とするデ一タ受信方法。
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