WO2009102012A1 - 復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システム - Google Patents

復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システム Download PDF

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WO2009102012A1
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decoding
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information amount
information
unit
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Kazunari Yokomakura
Yasuhiro Hamaguchi
Hideo Namba
Shimpei To
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Sharp Kabushiki Kaisha
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    • H04L1/0053—Realisations of complexity reduction techniques, e.g. pipelining or use of look-up tables specially adapted for power saving

Definitions

  • the present invention relates to a decoding device, a decoding method, a decoding program, a receiving device, and a communication system.
  • an error correction code that corrects a bit error in advance in the transmission device is used for the influence of distortion caused by a propagation path or disturbance due to noise in the reception device.
  • a powerful error correction code with this error correction capability is a turbo code discovered in 1993, and is currently being introduced into various wireless communication systems as a code that achieves near the theoretical limit in communication systems.
  • the turbo code has two identical code units in parallel on the transmission side, and can generate code bits having two independent constraint conditions by rearranging their input information via an interleaver.
  • Patent Document 1 proposes a method for controlling repetition based on whether the decoded information is positive or negative in order to reduce the power consumption of the receiving apparatus. JP 2000-183758 A
  • the decoding process there is a case where an error does not disappear even if the information decoding process is repeated many times (hereinafter referred to as a stack state).
  • the method of controlling the iteration of the decoding process depending on whether the decoded information is positive or negative is to detect an error in the decoded information in the middle of the iteration and repeat until the error disappears. Therefore, when the receiving apparatus having the first decoding method becomes stuck, it becomes an error no matter how many times the decoding process is repeated, and the decoding process is repeated even though the information cannot be decoded. There is a drawback.
  • the present invention has been made in view of the above points, and provides a decoding device, a decoding method, a decoding program, a receiving device, and a communication system that do not repeat useless decoding processing.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and one aspect thereof is a decoding apparatus that decodes error-correction encoded information by repeating decoding processing.
  • a repetitive number determination unit configured to calculate a mutual information amount indicating a relationship between the encoded information and transmission information, and to determine a repetition number of the decoding process based on the calculated mutual information amount; According to the above configuration, the decoding apparatus determines the number of times to repeat the decoding process based on the mutual information amount, and thus does not repeat the useless decoding process.
  • One aspect of the present invention further includes a storage unit that stores a relationship between the mutual information amount and the number of iterations, and the iteration number determination unit is configured to calculate the mutual information amount and the iteration number stored in the storage unit. From the relationship, the number of iterations corresponding to the calculated mutual information amount is specified, and the number of iterations is set as the number of iterations of the decoding process.
  • the iteration number determination unit determines not to perform a decoding process when the calculated mutual information amount is smaller than a predetermined threshold value. According to the above configuration, the decoding apparatus does not repeat the useless decoding process because it is an error when it is determined that the mutual information amount is smaller than a predetermined threshold value and is in a stack state.
  • the threshold value is a mutual information amount that does not result in a mutual information amount of 1 even after a predetermined number of iterations of decoding processing.
  • the error correction coding is turbo coding.
  • a mutual information amount indicating a relationship between the encoded information and transmission information And determining the number of iterations of the decoding process based on the calculated mutual information amount.
  • a decoding apparatus that decodes error-correction-encoded information by repeating decoding processing is used to indicate a relationship between the encoded information and transmission information.
  • the amount of information is calculated, and the number of iterations of the decoding process is determined based on the calculated amount of mutual information.
  • a receiving device including a decoding device that decodes error correction encoded information included in a received signal by repeating decoding processing.
  • a repetitive number determining unit that calculates a mutual information amount indicating a relationship with the transmission information of the first decoding information and determines the number of repetitions of the decoding process based on the calculated mutual information amount.
  • a transmission apparatus and a reception apparatus including a decoding apparatus that decodes error correction encoded information included in a signal transmitted from the transmission apparatus by repeating decoding processing A mutual information amount indicating a relationship between the encoded information and transmission information, and determining the number of iterations for determining the number of iterations of the decoding process based on the calculated mutual information amount A part.
  • the decoding apparatus since the decoding apparatus determines the number of times to repeat the decoding process based on the mutual information amount, it does not repeat the useless decoding process.
  • the communication system includes a transmission device and a reception device.
  • the receiving device of the communication system receives a transmission signal including information error-encoded by the transmitting device, and decodes the information by repeating the decoding process.
  • the error correction code is a turbo code
  • the coding rate of the turbo code is 1 ⁇ 2.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a transmission apparatus.
  • the transmission device includes a coding device 1, a wireless transmission unit 2, and a transmission antenna 3.
  • the encoding device 1 includes an interleaver 11, a first RSC (Recursive Systematic Convolutional) encoding unit 12, a second RSC encoding unit 13, and a puncturing unit 14.
  • RSC Recursive Systematic Convolutional
  • the input information input to the encoding device 1 is input to the interleaver 11 and the first RSC encoding unit 12 in units of bits.
  • information in bit units is referred to as information bits.
  • the first RSC encoder 12 generates systematic bits and parity bits 1 from the input information bits.
  • the first RSC encoder 12 outputs the generated systematic bit as code bit 1 to the wireless transmitter 2.
  • the first RSC encoding unit 12 outputs the generated parity bit 1 to the puncturing unit 14. Details of the configuration of the first RSC encoder 12 will be described later.
  • the interleaver 11 creates information bits obtained by rearranging the input information bits and outputs the information bits to the second RSC encoder 13.
  • the second RSC encoding unit 13 generates systematic bits and parity bits 2 from the information bits input from the interleaver 11.
  • the second RSC encoding unit 13 outputs the generated parity bit 2 to the puncturing unit 14.
  • the second RSC encoding unit 13 does not output the generated systematic bit and does not transmit it to the receiving device.
  • the puncturing unit 14 thins out the parity bit 1 input from the first RSC encoding unit 12 and the parity bit 2 input from the second RSC encoding unit 13 according to the coding rate. In this embodiment, since the coding rate is 1 ⁇ 2, the puncturing unit 14 generates code bit 2 corresponding to code bit 1. Specifically, the puncturing unit 14 alternately thins out the parity bit 1 input from the first RSC encoding unit 12 and the parity bit 2 input from the second RSC encoding unit 13. A sign bit 2 is generated and output to the wireless transmission unit 2.
  • the wireless transmission unit 2 transmits information bits (hereinafter referred to as transmission bits) input from the encoding device 1 to the reception device. Specifically, the wireless transmission unit 2 converts the code bit 1 and the code bit 2 input from the puncturing unit 14 into an analog signal by digital / analog conversion, respectively, and transmits the transmission signal 1 and the transmission signal 2. Are up-converted to a radio frequency signal and transmitted to the receiving device via the transmitting antenna 3.
  • transmission bits information bits
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of the first RSC encoder 12.
  • the first RSC encoder 12 shown in FIG. 2 generates an RSC code having a constraint length of 4.
  • the RSC encoding unit 12 includes adders (121-1 to 121-3) that calculate exclusive ORs and shift registers (122-1 to 122-3).
  • the first RSC encoding unit 12 generates a systematic bit and a parity bit 1 from the input information bits according to the operation of the circuit every clock, and outputs them to the radio transmission unit 2 and the puncturing unit 14, respectively.
  • systematic bits correspond to information bits
  • parity bits are bits generated by performing convolution by exclusive OR of a plurality of information bits in order to perform error correction of information bits.
  • the second RSC encoding unit 13 has the same function as the first RSC encoding unit 12.
  • the second RSC encoding unit 13 generates systematic bits and parity bits 2 from the information bits input from the interleaver 11 and outputs only the generated parity bits 2 to the puncturing unit 14.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show a transmission apparatus using a known turbo encoding and its first RSC encoding unit, respectively.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing the configuration of the receiving apparatus according to this embodiment.
  • the receiving device includes a receiving antenna 4, a wireless receiving unit 5, and a decoding device 6.
  • the decoding device 6 includes an LLR (Log Likelihood Ratio) calculation unit 60, an iteration count determination unit 61, a storage unit 62, a first interleaver 63, a depuncturing unit 64, and a first MAP estimation unit. 65, a deinterleaver 66, a second interleaver 67, a second MAP estimation unit 68, an iterative control unit 69, a first adder 601-1 and a second adder 601-2.
  • LLR Log Likelihood Ratio
  • the reception antenna 4 receives a signal transmitted from the transmission device and outputs the signal to the wireless reception unit 5.
  • the wireless reception unit 5 down-converts a reception signal input from the reception antenna 4 from a radio frequency signal to a baseband signal, and then decodes reception information converted into a digital signal by analog / digital conversion in bit units. To the converter 6.
  • reception information bits the reception information in bit units is referred to as reception information bits.
  • reception information bit 1 transmitted by the transmission apparatus is referred to as reception information bit 1
  • reception information bit corresponding to the transmission signal 2 is referred to as reception information bit 2.
  • the LLR calculation unit 60 of the decoding device 6 measures the variance of the reception information bit 1 and the variance of the reception information bit 2 from the reception information bits input from the radio reception unit 5, and calculates the log likelihood ratio, respectively. To do.
  • a specific calculation method performed by the LLR calculation unit will be described.
  • the definition of the log likelihood ratio is expressed by equation (1).
  • Equation (1) l (k) represents the log likelihood ratio of the kth bit, x (k) represents the kth transmission bit (0 or 1), and y represents a vector in which measured reception information bits are arranged. ing. Further, in the expression (1), p (y
  • x (k) 1) and p (y
  • x (k) 0) indicate that the bit value of the transmission bit x (k) is 1 and 0, respectively. Represents the probability density function of the bit value of the vector y. In Equation (1), assuming that the probability density function is a Gaussian distribution, the log likelihood ratio is Equation (2).
  • Equation (2) is a case where the modulation scheme is BPSK (Binary Phase Shift Keying), but the present invention is not limited to this, and other modulation schemes may be used. Calculation formulas for other modulation schemes will be described later.
  • BPSK Binary Phase Shift Keying
  • the LLR calculation unit 60 measures the variance ⁇ 2 of the received information bits and calculates the log likelihood ratio using Equation (2).
  • the LLR calculation unit 60 outputs the calculated log likelihood ratio to the iteration number determination unit 61.
  • the LLR calculation unit 60 calculates a log likelihood ratio (hereinafter referred to as LLR1) calculated from the reception information bit 1 and a log likelihood ratio (hereinafter referred to as LLR2) calculated from the reception information bit 2, respectively.
  • LLR1 log likelihood ratio
  • LLR2 log likelihood ratio
  • the iteration number determination unit 61 calculates a mutual information amount indicating a relationship with the transmission information based on the log likelihood ratio input from the LLR calculation unit 60, and determines the iteration number of the decoding process based on the mutual information amount.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the number of iterations and the input / output characteristics of the mutual information.
  • the vertical axis in FIG. 4 is the mutual information amount input to the decoding process (hereinafter referred to as input mutual information amount), and the horizontal axis is the mutual information amount output from the decoding process (hereinafter referred to as output mutual information amount).
  • input mutual information amount the mutual information amount input to the decoding process
  • output mutual information amount the mutual information amount output from the decoding process
  • the mutual information amount is obtained by quantifying the information amount obtained with respect to transmission information when reception information is obtained in information theory.
  • the mutual information amount is 0, information on transmission information is obtained from reception information. Is not obtained at all, and when the mutual information amount is 1, it means that information on transmission information is completely obtained from received information.
  • FIG. 4 shows that the input mutual information amount with which the output mutual information amount becomes 1 decreases as the number of iterations of the decoding process increases, and the error correction capability increases as the number of iterations increases.
  • the output mutual information amount is 1 when the decoding process is repeated twice, but when the input mutual information is 0.65 or more, the output mutual information amount is 1 when the decoding process is repeated eight times. It becomes when the input mutual information is 0.55 or more.
  • the decoding apparatus 6 can grasp the input / output relationship of the mutual information amount before decoding, and the number of iterations and the presence or absence of the decoding process Can be determined.
  • the storage unit 62 of the encoding device 6 stores the relationship between the number of iterations and the mutual information amount as shown in Table 1.
  • the value of the input mutual information amount is a value when the output mutual information amount becomes 1 for each iteration of the decoding process in FIG.
  • the output mutual information amount is 1 when the input mutual information amount is 0.575 or more and the decoding processing iteration number is two.
  • the output mutual information amount is 1 when the input mutual information amount is 0.65 or more. Therefore, Table 1 shows that when the input mutual information value is 0.575 to 0.65, an output mutual information value of 1 can be obtained by repeating the decoding process at least four times. ing.
  • the upper limit of the number of iterations of the decoding process determined by the iteration number determination unit 61 is determined in advance, and the upper limit of the input mutual information whose output mutual information amount does not become 1 even when the decoding process of the determined number of iterations is performed is a threshold value.
  • the maximum number of decoding processing iterations is eight.
  • the output mutual information amount does not become 1 when the number is 0.55 or less
  • the upper limit threshold is 0.55.
  • the iteration number determination unit 61 determines that the number of iterations is 0, that is, does not perform a decoding process on received information.
  • the iteration number determination unit 61 calculates the mutual information amount from the log likelihood ratio calculated by the LLR calculation unit 60 using Expression (3).
  • I is the mutual information values represented by a real number between 0 and 1
  • K B is the number of transmission bits to be transmitted in one transmission opportunity (a natural number).
  • l k is the log-likelihood ratio of the k-th transmission bit, calculated by the LLR calculation unit 60, and input to the iteration number determination unit 61.
  • the mutual information amount I related to transmission information when receiving information is obtained is defined by Equation (4) using a log likelihood ratio.
  • Equation (4) l is a log likelihood ratio of a real number
  • x is transmission information of a real number.
  • the log likelihood ratio follows a Gaussian distribution, and therefore Equation (4) becomes Equation (5).
  • Equation (6) E [x] is an operator that calculates the expected value of x.
  • the average value and variance of the log likelihood ratio are 1: 2.
  • p (x + 1
  • l) is (1 + exp ( ⁇ l)) ⁇ 1 in consideration of following a Gaussian distribution.
  • equation (6) becomes equation (3).
  • the iteration number determination unit 61 identifies the iteration number corresponding to the calculated mutual information amount I from the relationship between the mutual information amount and the iteration number stored in the storage unit 62 (Table 1), and decodes the iteration number. Is determined as the number of iterations. For example, when the calculated mutual information value is 0.7, the iteration number determination unit 61 sets the number of iterations to 2 because the input mutual information value in Table 1 is 0.65 to 0.75. If the calculated mutual information value is 0.6, the input mutual information value in Table 1 is 0.575 to 0.65, so the number of iterations is determined to be 4.
  • the iteration number determination unit 61 determines that an error has occurred and that the received information is not decoded. Specifically, when the calculated mutual information amount is 0.5, the iteration number determination unit 61 determines the iteration number as 0 because the value of the input mutual information amount in Table 1 is ⁇ 0.55. The received information is not decoded, and it is considered an error.
  • the iteration number determination unit 61 outputs the determined iteration number to the iteration control unit 69. In addition, the iteration number determination unit 61 outputs the LLR 1 input from the LLR calculation unit 60 to the first interleaver 63 and the first MAP estimation unit 65, and outputs LLR 2 to the depuncturing unit 64.
  • the interleaver 63 rearranges the LLR 1 input from the iteration number determination unit 61 in the same manner as the interleaver 11 in FIG. 1 and outputs the result to the second MAP estimation unit 68.
  • the depuncturing unit 64 applies the log likelihood ratio corresponding to the parity bit 1 to the first MAP estimation unit 65 for the LLR 2 input from the iteration number determination unit 61, and the log likelihood corresponding to the parity bit 2.
  • the ratio is output to the second MAP estimation unit 68.
  • the depuncturing unit 64 alternately outputs the log likelihood ratio corresponding to the code bit 2 to the first MAP estimation unit 65 and the second MAP estimation unit 68.
  • the depuncturing unit 64 adds 0 which is a dummy bit to the MAP estimation unit 65 that does not output the log likelihood ratio corresponding to the code bit 2 or the second MAP estimation unit 68.
  • the first MAP estimator 65 receives the LLR1 input from the iteration count determination unit 61, the log likelihood ratio corresponding to the parity bit 1 input from the depuncturing unit 64, and the advance input from the deinterleaver 66. Based on the information, a maximum a posteriori probability (MAP) is estimated and error correction is performed.
  • MAP maximum a posteriori probability
  • the prior information input from the deinterleaver 66 is the reliability of the information bits obtained from the second MAP estimation unit 68, and the reliability is not obtained the first time, and thus becomes 0.
  • the first MAP estimation unit 65 outputs the log likelihood ratio subjected to the error correction to the first adder 601-1.
  • the first adder 601-1 subtracts the prior information input from the deinterleaver 66 from the log likelihood ratio input from the first MAP estimation unit 65, and the logarithm by the first MAP estimation unit 65
  • the change in likelihood ratio is output to second interleaver 67.
  • the second interleaver 67 rearranges the log likelihood ratio input from the first adder 601-1 in the same way as the interleaver 11 in FIG. 1, and outputs the result to the second MAP estimation unit 68. To do.
  • the second MAP estimation unit 68 includes the rearranged LLR1 input from the first interleaver 63, the log likelihood ratio corresponding to the parity bit 2 input from the depuncturing unit 64, and the second interleaver.
  • the maximum a posteriori probability (MAP) is estimated based on the prior information input from 67, and error correction is performed.
  • the second MAP estimation unit 68 outputs the log likelihood ratio subjected to the error correction to the iterative control unit 69.
  • the iterative control unit 69 When the log likelihood ratio is input from the MAP estimation unit 67, the iterative control unit 69 counts the number of error correction processes and increases the number by one. The iterative control unit 69 repeats the error correction process until the number of error correction processes reaches the number of iterations input from the iteration number determining unit 61. When the number of error correction processes counted reaches the number of iterations input from the iteration count determining unit 61, the iteration control unit 69 outputs the decoded information and completes the decoding.
  • the iteration control unit 69 sets the log likelihood ratio input from the second MAP estimation unit 68 to the second To the adder 601-2.
  • the second adder 601-2 subtracts the prior information input from the second interleaver 67 from the log likelihood ratio input from the iterative control unit 69, and the log likelihood generated by the second MAP estimation unit 68.
  • the change in the degree ratio is output to the deinterleaver 66.
  • the deinterleaver 66 rearranges the log likelihood ratio corresponding to the sign bit 2 input from the second adder 601-2 in the reverse order to the interleaver 11, that is, information obtained by the interleaver 11 rearranging. Are rearranged to return to the original rearrangement and output to the first MAP estimation unit 65.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the receiving apparatus in this embodiment.
  • the information bits input to the encoding device 1 are input to the interleaver 11 and the first RSC encoder 12.
  • the first RSC encoder 12 generates systematic bits and parity bits 1 from the input information bits.
  • the first RSC encoding unit 12 outputs the generated systematic bit as the code bit 1 to the wireless transmission unit 2 (S101). Also, the first RSC encoder 12 outputs the generated parity bit 1 to the puncturing unit 14 (S102).
  • the interleaver 11 creates information bits obtained by rearranging the input information bits and outputs the information bits to the second RSC encoder 13 (S103).
  • the second RSC encoding unit 13 generates systematic bits and parity bits 2 from the information bits input from the interleaver 11.
  • the second RSC encoding unit 13 outputs the generated parity bit 2 to the puncturing unit 14 (S104).
  • the puncturing unit 14 generates a code bit 2 from the parity bit 1 input from the first RSC encoding unit 12 and the parity bit 2 input from the second RSC encoding unit 13 and outputs the code bit 2 to the wireless transmission unit 2 (S105).
  • the radio transmission unit 2 up-converts the code bit 1 input from the first RSC encoding unit 12 and the code bit 2 input from the puncturing unit 14 to a radio frequency, and receives the reception device via the transmission antenna 3. (S106).
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the transmission apparatus according to this embodiment.
  • the radio reception unit 5 down-converts the reception signal input from the reception antenna 4 from the radio frequency and outputs the received signal as reception information bits to the decoding device 6 (S201).
  • the LLR calculation unit 60 measures the variance of the information based on the reception information bits input from the radio reception unit 5, and calculates a log likelihood ratio (S202).
  • the iteration number determination unit 61 calculates the mutual information amount from the log likelihood ratio input from the LLR calculation unit 60, and determines the iteration number of the decoding process based on the mutual information amount (S203).
  • the first MAP estimation unit 65 is configured such that the first MAP estimation unit 65 is a log likelihood ratio corresponding to the sign bit 1 input from the iteration number determination unit 61 and a parity bit 1 input from the depuncturing unit 64.
  • the maximum a posteriori probability (MAP) is estimated based on the log-likelihood ratio corresponding to and the prior information input from the deinterleaver 66, and error correction is performed (S204).
  • the second MAP estimation unit 68 includes a log likelihood ratio corresponding to the sign bit 2 input from the first interleaver 63, a log likelihood ratio corresponding to the parity bit 2 input from the depuncturing unit 64, and Based on the prior information input from the second interleaver 67, the maximum posterior probability (MAP) is estimated and error correction is performed (S205).
  • MAP maximum posterior probability
  • the iterative control unit 69 counts the number of error correction processes (S206). The iteration control unit 69 determines whether or not the counted number of error correction processes has reached the number of iterations determined by the iteration number determination unit 61 (S207). When the number of error correction processes counted reaches the number of iterations determined by the iteration number determination unit 61, the iteration control unit 69 decodes the log likelihood ratio input from the second MAP estimation unit 68. Output the data and complete the decoding (S208).
  • the iteration control unit 69 outputs the log likelihood ratio input from the second MAP estimation unit 68 when the counted number of error correction processes does not reach the number of iterations determined by the iteration number determination unit 61.
  • the first MAP estimation unit 65 repeats the error correction process (S204).
  • the decoding device 6 calculates the mutual information amount obtained by decoding the received information, and the calculated mutual information amount is 1, that is, transmitted from the received information.
  • the number of iterations of the decoding process is determined so that the information regarding the information is completely obtained.
  • the decoding device 6 can perform the number of times necessary to set the mutual information amount to 1, and can completely obtain information on the transmission information, and the processing amount and processing can be performed without reducing the reliability of the decoding processing.
  • the delay can be reduced, that is, useless decoding processing is not repeated.
  • the decoding device 6 does not have a mutual information amount of 1 obtained by decoding the received information, that is, the mutual information amount of the received information is smaller than a predetermined threshold value. If it is, it is considered an error and the decoding process is not performed. As a result, the decoding device 6 avoids the mutual information amount not being set to 1 due to the decoding process, and does not repeat the useless decoding process. Since the encoding apparatus 6 does not consume unnecessary power consumption by not repeating a useless decoding process, the power consumption can be reduced.
  • Equation (2) assumes that the modulation method is BPSK, but the present invention is not limited to this.
  • the modulation method may be QPSK (Quaternary Phase Shift Keying).
  • Expression (2) becomes Expression (7).
  • Equation (7) k ′ is an index of the received signal.
  • the coding rate is 1 ⁇ 2 coding, but the present invention is not limited to this.
  • the transmission apparatus does not include the puncturing unit 14 and transmits the code bit 1, the parity bit 1, and the parity bit 2 from the wireless transmission unit 2, thereby setting the coding rate to 1/3.
  • the receiving device does not include the depuncturing unit 64.
  • the encoding device 6 includes the LLR calculation unit 60.
  • the wireless reception unit 5 may include the LLR calculation unit 60, for example.
  • the log likelihood ratio is calculated when the equalization unit performs demodulation from the equalized signal. Then, it may be input to the iteration number determination unit.
  • the equalization unit calculates a log likelihood ratio from a pilot signal used for channel estimation, and outputs the calculated log likelihood ratio to the iteration number determination unit.
  • the iteration number determination unit determines the number of iterations of the decoding process from the log likelihood ratio input from the equalization unit.
  • the wireless reception unit 5 may have other functions according to the transmission method.
  • an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmission system has a function of removing a GI (Guard Interval) and a time frequency conversion function.
  • GI Guard Interval
  • an equalization function for compensating for distortion of the propagation path is provided.
  • the error correction code is a turbo code, but the present invention is not limited to this, and may be another error correction code that performs decoding processing by iteration.
  • the error correction code may be an LDPC (Low Density Parity Check) code, an RA (Repeat Accumulate) code, or a PA (Product Accumulate) code.
  • the transmission apparatus transmits information encoded by a modulation scheme and coding rate determined in advance, and the reception apparatus mutually determines the relationship between the number of repetitions of the decoding process of the reception apparatus and the mutual information amount. The number of iterations of the decoding process in which the information amount is 1 has been determined.
  • the receiving apparatus determines in advance the upper limit of the number of iterations of decoding processing, and the transmitting apparatus determines that the mutual information amount is within the number of iterations determined by the receiving apparatus from the relationship between the number of iterations of decoding processing of the receiving apparatus and the mutual information amount It is also possible to determine a modulation scheme and a decoding rate that become 1, and transmit information encoded by the determined modulation scheme and coding rate. For example, when the number of decoding processes of the receiving device is limited depending on whether or not there is real-time characteristics such as streaming, the transmitting device that distributes the streaming has a mutual information amount of 1 as the limited number of times. A signal decoded by such a modulation method and a decoding rate is transmitted. As a result, the receiving device that receives the streaming information distributed by the transmitting device can perform a decoding process so that the mutual information amount becomes 1 in the limited number of times.
  • the function of each unit of the decoding device 6 or a program for realizing a part of these functions is recorded on a computer-readable recording medium of the decoding device or the receiving device, and this The decoding apparatus 6 may be controlled by causing a computer system to read and execute a program recorded on a recording medium.
  • the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM or a CD-ROM, or a hard disk built in a computer system.
  • the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line.
  • a server that holds a program for a certain time such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client.
  • the program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
  • the present invention is suitable for use in a decoding device, a decoding method, a decoding program, a receiving device, a communication system, and similar techniques, and can perform decoding without repeating unnecessary decoding processing.

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Abstract

　復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置において、前記符号化された情報の相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。

Description

復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システム
　本発明は、復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システムに関する。
　本願は、２００８年０２月１４日に、日本に出願された特願２００８－０３３２５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、無線通信システムにおいて送信装置から受信装置へ情報を伝送する際に伝搬路による歪みや受信装置における雑音による擾乱の影響に対して、送信装置で予めビット誤りを訂正する誤り訂正符号を用いることが前提となっている。特に、この誤り訂正能力で強力な誤り訂正符号は１９９３年に発見されたターボ符号であり、通信システムにおける理論限界近くまで達成する符号として現在様々な無線通信システムに導入されようとしている。ターボ符号は、送信側で２つの同じ符号部を並列に持ち、それらの入力の情報を、インターリーバを介して並び替えることで２つの独立な拘束条件を有する符号ビットを生成することができる。そのため、受信側で２つの復号部を持ち、互いに得られた情報の信頼性を交換する反復処理により徐々に送信情報の信頼性を向上させ、シャノンの限界に近い特性が達成される。
　このターボ復号処理は、復号処理を何度も反復することで実現される。特許文献１には、受信装置の低消費電力化のために、復号した情報が肯定的か否定的かで反復を制御する方法が提案されている。
特開２０００－１８３７５８号公報
しかしながら、復号処理では、情報の復号処理を何回反復しても誤りがなくならない場合が存在する（以下、スタック状態という）。また、復号した情報が肯定的か否定的かで復号処理の反復を制御する方法は、反復の途中で復号した情報の誤りを検出し、該誤りがなくなるまで反復するものである。
　よって、前期復号化方法を備える受信装置は、スタック状態になってしまうと、復号処理を何回反復しても誤りとなり、情報を復号できないにもかかわらず、無駄な復号処理を反復してしまうという欠点がある。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、無駄な復号処理を反復しない復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システムを提供することにある。
　（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その一態様は、復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置において、
　前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。
　上記構成によると、復号化装置は、相互情報量に基づいて復号処理の反復回数を決定するので、無駄な復号処理を反復しない。
　（２）本発明の一態様は、さらに、相互情報量と反復回数との関係を記憶する記憶部を備え、前記反復回数決定部は、前記記憶部が記憶する相互情報量と反復回数との関係から、前記計算した相互情報量に対応する反復回数を特定し、該反復回数を前記復号処理の反復回数とする。
　（３）本発明の一態様は、前記反復回数決定部は、前記計算した相互情報量が予め定めた閾値より小さい値の場合には、復号処理を行わないと決定する。
　上記構成によると、復号化装置は、相互情報量が予め定めた閾値より小さい値であって、スタック状態になると判定する場合には、誤りとするので、無駄な復号処理を反復しない。
　（４）本発明の一態様は、前記閾値は、予め定めた反復回数の復号処理をしても相互情報量が１とならない相互情報量である。
　（５）本発明の一態様は、前記誤り訂正符号化は、ターボ符号化である。
　（６）本発明の一態様は、復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化方法において、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する過程を有する。
　（７）本発明の一態様は、復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置のコンピュータに、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する手段として機能させる。
　（８）本発明の一態様は、復号処理を反復することによって、受信信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置おいて、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。
　（９）本発明の一態様は、送信装置と、復号処理を反復することによって、送信装置から送信された信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置とを備える通信システムおいて、前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える。
　本発明によれば、復号化装置は、相互情報量に基づいて復号処理の反復回数を決定するので、無駄な復号処理を反復しない。
送信装置の構成を示す概略ブロック図である。 ＲＳＣ符号化部の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態係る受信装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態に係る反復回数と相互情報量の入出力特性の関係を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る送信装置の動作を示すフロー図である。 本発明の実施形態に係る受信装置の動作を示すフロー図である。
符号の説明
１・・・符号化装置、１１・・・インターリーバ、１２・・・ＲＳＣ符号化部、１３・・・ＲＳＣ符号化部、１４・・・パンクチャリング部、２・・・無線送信部、３・・・送信アンテナ、１２１－１～１２１－３・・・加算器、１２２－１～１２２－３・・・シフトレジスタ、４・・・受信アンテナ、５・・・無線受信部、６・・・復号化装置、６０・・・ＬＬＲ計算部、６１・・・反復回数決定部、６２・・・記憶部、６３・・・第１のインターリーバ、６４・・・デパンクチャリング部、６５・・・ＭＡＰ推定部、６６・・・デインターリーバ、６７・・・インターリーバ、６８・・・ＭＡＰ推定部、６９・・・反復制御部、６０１－１～６０１－２・・・加算器
（実施形態）
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態において、通信システムは、送信装置と受信装置を備える。ここで、該通信システムの受信装置は、送信装置が誤り訂正符号化した情報を含む送信信号を受信し、該情報を、復号処理を反復することにより復号する。なお、本実施形態では、前記誤り訂正符号はターボ符号であり、該ターボ符号の符号化率は、１／２とする。
　図１は、送信装置の構成を示す概略ブロック図である。送信装置は、符号装置１と無線送信部２と送信アンテナ３を備える。
　符号装置１は、インターリーバ１１、第１のＲＳＣ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ　Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ：再帰組織的畳み込み）符号部１２、第２のＲＳＣ符号部１３、パンクチャリング部１４を備える。
　符号化装置１に入力された入力情報は、ビット（ｂｉｔ）単位でインターリーバ１１と第１のＲＳＣ符号部１２とに入力される。以下、ビット単位の情報を情報ビットという。
　第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット１とを生成する。第１のＲＳＣ符号化部１２は、該生成した組織ビットを符号ビット１として無線送信部２に出力する。また、第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記生成したパリティビット１をパンクチャリング部１４に出力する。第１のＲＳＣ符号化部１２の構成の詳細については、後述する。
　インターリーバ１１は、前記入力された情報ビットを並び替えた情報ビットを作成し、第２のＲＳＣ符号部１３に出力する。
　第２のＲＳＣ符号化部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２を生成する。第２のＲＳＣ符号化部１３は、前記生成したパリティビット２をパンクチャリング部１４に出力する。なお、第２のＲＳＣ符号化部１３は、該生成した組織ビットは出力せず、受信装置に送信しない。
　パンクチャリング部１４は、第１のＲＳＣ符号部１２から入力されるパリティビット１と、第２のＲＳＣ符号部１３から入力されるパリティビット２とを、符号化率に応じて間引く。本実施形態では、符号化率を１／２としているので、パンクチャリング部１４は、符号ビット１に対応する符号ビット２を生成する。具体的には、パンクチャリング部１４は、第１のＲＳＣ符号部１２から入力されるパリティビット１と、第２のＲＳＣ符号部１３から入力されるパリティビット２とを、交互に間引くことにより、符号ビット２を生成し、無線送信部２に出力する。
　無線送信部２は、符号装置１から入力された情報ビット（以下、送信ビットという）を受信装置に送信する。具体的には、無線送信部２は、符号ビット１と、パンクチャリング部１４から入力された符号ビット２とを、それぞれ、デジタル／アナログ変換によりアナログ信号に変換して送信信号１と送信信号２として、無線周波数の信号にアップコンバートし、送信アンテナ３を介して受信装置に送信をする。
　図２は、第１のＲＳＣ符号部１２の構成を示す概略ブロック図である。
　図２に示す第１のＲＳＣ符号部１２は、拘束長４のＲＳＣ符号を生成する。ＲＳＣ符号部１２は、排他的論理和を計算する加算器（１２１－１～１２１－３）とシフトレジスタ（１２２－１～１２２－３）とを備える。
　前記第１のＲＳＣ符号部１２は、入力された情報ビットから、１クロック毎に回路の動作に従って組織ビットとパリティビット１とを生成し、それぞれ、無線送信部２とパンクチャリング部１４とに出力する。ここで、組織ビットは、情報ビットに対応し、パリティビットは、情報ビットの誤り訂正を行うために複数の情報ビットを排他的論理和による畳み込みを行って生成するビットである。
　なお、第２のＲＳＣ符号部１３も第１のＲＳＣ符号部１２と同じ機能を有する。第２のＲＳＣ符号部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２とを生成し、該生成したパリティビット２のみパンクチャリング部１４に出力する。なお、図１と図２とは、それぞれ、公知のターボ符号化を用いる送信装置とその第１のＲＳＣ符号部とを示すものである。
　図３は、本実施形態係る受信装置の構成を示す概略ブロック図である。受信装置は、受信アンテナ４、無線受信部５、及び復号化装置６を備える。
　復号化装置６は、ＬＬＲ（Ｌｏｇ　Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ　Ｒａｔｉｏ：対数尤度比）計算部６０、反復回数決定部６１、記憶部６２、第１のインターリーバ６３、デパンクチャリング部６４、第１のＭＡＰ推定部６５、デインターリーバ６６、第２のインターリーバ６７、第２のＭＡＰ推定部６８、反復制御部６９、第１の加算器６０１－１、第２の加算器６０１－２を備える。
　受信アンテナ４は、前記送信装置から送信された信号を受信し、無線受信部５に出力する。無線受信部５は、受信アンテナ４から入力された受信信号を無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートし、次いでアナログ／デジタル変換によりデジタル信号に変換した受信情報を、ビット単位で、復号化装置６に出力する。以下、ビット単位の受信情報を受信情報ビットという。また、送信装置が送信した送信信号１に対応する受信情報ビットを受信情報ビット１、送信信号２に対応する受信情報ビットを受信情報ビット２とする。
　復号化装置６のＬＬＲ計算部６０は、無線受信部５から入力された受信情報ビットから、受信情報ビット１の分散と受信情報ビット２の分散とを計測し、それぞれ、対数尤度比を計算する。
　以下、ＬＬＲ計算部が行う具体的な計算方法を説明する。対数尤度比の定義は式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、ｌ（ｋ）はｋ番目のビットの対数尤度比、ｘ（ｋ）はｋ番目の送信ビット（０か１）、ｙは計測した受信情報ビットを並べたベクトルを表している。また、式（１）において、ｐ（ｙ｜ｘ（ｋ）＝１）、およびｐ（ｙ｜ｘ（ｋ）＝０）は、それぞれ、送信ビットｘ（ｋ）のビット値が１、および０であるときのベクトルｙのビット値の確率密度関数を表している。
　式（１）において、確率密度関数がガウス分布であると仮定すると、対数尤度比は式（２）になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、ｌ（ｋ）はｋ番目のビットの対数尤度比、ｙ（ｋ）はｋ番目の受信情報ビット、σ２は受信情報ビットの分散（雑音の分散）である。なお、式（２）は、変調方式がＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ：２層位相シフト変調）の場合であるが、本発明はこれに限られず、他の変調方式でもよい。他の変調方式の場合の計算式は、後述する。
　本実施形態で、ＬＬＲ計算部６０は、受信情報ビットの分散σ２を計測し、式（２）を用いて対数尤度比を計算する。ＬＬＲ計算部６０は、前記計算をした対数尤度比を反復回数決定部６１に出力する。ここで、ＬＬＲ計算部６０は、受信情報ビット１から計算した対数尤度比（以下、ＬＬＲ１という）と、受信情報ビット２から計算した対数尤度比（以下、ＬＬＲ２という）とを、それぞれ、反復回数決定部６１に出力する。
　反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０から入力された対数尤度比に基づき送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該相互情報量に基づき復号処理の反復回数を決定する。
　以下、反復回数決定部６１が行う反復回数の決定方法を説明する。まず、反復回数と相互情報量との関係を説明し、次に、ＬＬＲ計算部６０が計算した対数尤度比から相互情報量を計算する方法を説明し、該計算した相互情報量から反復回数を決定する方法を説明する。
　図４は、反復回数と相互情報量の入出力特性の関係を示す説明図である。図４の縦軸は復号処理に入力された相互情報量（以下、入力相互情報量という）であり、横軸は該復号処理から出力された相互情報量（以下、出力相互情報量という）であって、０から１の値に拘束される。また、図４では、復号処理の反復回数が１回である場合（反復回数１回）、２回である場合（反復回数２回）、４回である場合（反復回数４回）、及び８回である場合（反復回数８回）の入力相互情報量と出力相互情報量との関係をそれぞれ示している。
　なお、相互情報量とは、情報理論において受信情報を得たときに送信情報に関して得られる情報量を数値化したものであり、相互情報量が０の場合には、受信情報から送信情報に関する情報を全く得ていないことを意味し、相互情報量が１の場合には、受信情報から送信情報に関する情報を完全に得ていることを意味している。
　図４は、復号処理の反復回数が多くなるほど出力相互情報量が１となる入力相互情報量は少なくなっており、反復回数が多いほど誤り訂正能力が高いことを示している。例えば、２回の復号処理の反復で出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報が０．６５以上のときであるが、８回の復号処理の反復で出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報が０．５５以上のときである。
　ここで、復号における相互情報量の入出力関係は、符号装置における情報ビットの特定のルールに従った畳み込みにより実現されるため、同じ拘束長で同じ符号化率であれば特性は一意に決定される。即ち、送信装置の符号化装置１で使用され得る拘束長と符号化率が分かれば、復号化装置６は、相互情報量の入出力関係を復号前に把握でき、反復回数や復号処理の有無を決定することができる。
　本実施形態では、符号化装置６の記憶部６２は、表１のような反復回数と相互情報量との関係を記憶する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１で、入力相互情報量の値は、図４において、復号処理の反復回数ごとに出力相互情報量が１となるときの値である。例えば、図４において、復号処理の反復回数が４回の場合、出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報量が０．５７５以上であり、復号処理の反復回数が２回の場合、出力相互情報量が１となるのは、入力相互情報量が０．６５以上である。よって、表１は、入力相互情報量の値が０．５７５～０．６５のとき、少なくとも復号処理を４回反復することで、値が１である出力相互情報量を得ることができることを示している。
　ここで、反復回数決定部６１が決定する復号処理の反復回数の上限を予め決定し、該決定した反復回数の復号処理をしても出力相互情報量が１とならない入力相互情報の上限を閾値として予め定める。本実施形態では、復号処理の反復回数を最大で８回とする。そして、図４において、反復回数が８回のとき出力相互情報量が１とならないのは、０．５５以下の場合であり、その上限である閾値は、０．５５である。
　なお、反復回数決定部６１は、入力相互情報量が閾値である０．５５より小さい値の場合には、誤りとし、反復回数を０、つまり、受信情報の復号処理をしないと決定する。
　次に、ＬＬＲ計算部６０が計算した対数尤度比から相互情報量を計算する方法を説明する。反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０が計算した対数尤度比から式（３）を用いて、相互情報量を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（３）において、Ｉは０から１の間の実数で表される相互情報量の値、ＫＢは１回の伝送機会で送信する送信ビット数（自然数）である。ｌｋは、ｋ番目の送信ビットの対数尤度比であり、ＬＬＲ計算部６０が計算して、反復回数決定部６１に入力される。
　以下、式（３）の導出について説明する。一般に、受信情報を得たときに送信情報に関する相互情報量Ｉは、対数尤度比を用いて式（４）で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（４）において、ｌは実数の対数尤度比、ｘは実数の送信情報である。ここで、送信情報は送信ビットが０の場合に－１となり、送信ビットが１の場合に１となる。つまり、ｘは、－１か１の値しかとらず、ｘ＝－１とｘ＝１の場合の確率の和は、１である。さらに、本実施形態では、対数尤度比はガウス分布に従うので、式（４）は、式（５）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、ベイズの定理よりｐ（ｌ｜ｘ＝＋１）は２×ｐ（ｌ）ｐ（ｘ＝＋１｜ｌ）と書き換えられることから、式（５）は式（６）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（６）において、Ｅ［ｘ］はｘの期待値を計算する演算子である。ここで、一般に、対数尤度比の平均値と分散は１：２になることが知られている。また、ｐ（ｘ＝＋１｜ｌ）は、ガウス分布に従うことも考慮すると、（１＋ｅｘｐ（－ｌ））－１となる。
　以上より、式（６）は、式（３）となる。
　次に、式（３）で計算した相互情報量から反復回数を決定する方法を説明する。反復回数決定部６１は、記憶部６２が記憶する相互情報量と反復回数との関係（表１）から、前記計算した相互情報量Ｉに対応する反復回数を特定し、該反復回数を復号処理の反復回数として決定する。
　例えば、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量の値が０．７の場合、表１中の入力相互情報量の値が０．６５～０．７５であるから反復回数を２と決定し、前記計算した相互情報量の値が０．６の場合、表１中の入力相互情報量の値が０．５７５～０．６５であるから反復回数を４と決定する。
　また、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量が、前記予め定めた閾値より小さい値の場合には、誤りとし、受信情報の復号処理をしないと決定する。
　具体的には、反復回数決定部６１は、前記計算した相互情報量が０．５の場合、表１中の入力相互情報量の値が～０．５５であるから反復回数を０と決定し、受信情報の復号処理を実施せず、誤りとする。
　反復回数決定部６１は、前記決定した反復回数を反復制御部６９に出力する。また、反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０から入力されたＬＬＲ１を第１のインターリーバ６３と第１のＭＡＰ推定部６５とに出力し、ＬＬＲ２をデパンクチャリング部６４に出力する。
　インターリーバ６３は、反復回数決定部６１から入力されたＬＬＲ１に対し、図１のインターリーバ１１と同じ並び替えをして、第２のＭＡＰ推定部６８に出力する。
　デパンクチャリング部６４は、反復回数決定部６１から入力されたＬＬＲ２に対し、前記パリティビット１に対応する対数尤度比を第１のＭＡＰ推定部６５に、前記パリティビット２対応する対数尤度比を第２のＭＡＰ推定部６８に出力する。
　具体的には、デパンクチャリング部６４は、前記符号ビット２に相当する対数尤度比を、交互に第１のＭＡＰ推定部６５と第２のＭＡＰ推定部６８とに出力する。このとき、デパンクチャリング部６４は、前記符号ビット２に相当する対数尤度比を出力しないＭＡＰ推定部６５、又は、第２のＭＡＰ推定部６８に対しダミービットである０を付加する。
　第１のＭＡＰ推定部６５は、反復回数決定部６１から入力されたＬＬＲ１、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット１に対応する対数尤度比、及びデインターリーバ６６から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ　Ａ　ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ　Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）推定をして、誤り訂正を行う。ここで、デインターリーバ６６から入力される事前情報は、第２のＭＡＰ推定部６８から得られる情報ビットの信頼性であり、１回目は信頼性が得られていないので、０となる。
　第１のＭＡＰ推定部６５は、前記誤り訂正を行った対数尤度比を第１の加算器６０１－１に出力する。
　第１の加算器６０１－１は、第１のＭＡＰ推定部６５から入力された対数尤度比から、デインターリーバ６６から入力された事前情報を減算し、第１のＭＡＰ推定部６５による対数尤度比の変化分を第２のインターリーバ６７に出力する。
　第２のインターリーバ６７は、第１の加算器６０１－１から入力された対数尤度比に対し、図１のインターリーバ１１と同じ並び替えをして、第２のＭＡＰ推定部６８に出力する。
　第２のＭＡＰ推定部６８は、第１のインターリーバ６３から入力された並び替えられたＬＬＲ１、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット２対応する対数尤度比、及び第２のインターリーバ６７から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ）を推定して、誤り訂正を行う。
　第２のＭＡＰ推定部６８は、前記誤り訂正を行った対数尤度比を反復制御部６９に出力する。
　反復制御部６９は、ＭＡＰ推定部６７から前記対数尤度比が入力されると、誤り訂正処理の回数を数え、その回数を１増加する。反復制御部６９は、該誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達するまで、誤り訂正処理を反復する。
　反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達すると、復号化された情報として出力し、復号化を完了する。
　反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が反復回数決定部６１から入力された反復回数に達しない場合、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を、第２の加算器６０１－２に出力する。
　第２の加算器６０１－２は、反復制御部６９から入力された対数尤度比から、第２のインターリーバ６７から入力された事前情報を減算し、第２のＭＡＰ推定部６８による対数尤度比の変化分をデインターリーバ６６に出力する。
　デインターリーバ６６は、第２の加算器６０１－２から入力された符号ビット２に相当する対数尤度比に対し、インターリーバ１１と逆の並び替え、つまり、インターリーバ１１が並び替えた情報を元の並び替えに戻す並び替えをして、第１のＭＡＰ推定部６５に出力する。
　次に、本実施形態における受信装置の動作について説明をする。図５は、本実施形態における受信装置の動作を示すフロー図である。
　符号化装置１に入力された情報ビットは、インターリーバ１１と第１のＲＳＣ符号部１２とに入力される。
　第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット１とを生成する。第１のＲＳＣ符号化部１２は、該生成した組織ビットを符号ビット１として、無線送信部２に出力する（Ｓ１０１）。また、第１のＲＳＣ符号化部１２は、前記生成したパリティビット１をパンクチャリング部１４に出力する（Ｓ１０２）。
　一方、インターリーバ１１は、前記入力された情報ビットを並び替えた情報ビットを作成し、第２のＲＳＣ符号部１３に出力する（Ｓ１０３）。
　第２のＲＳＣ符号部１３は、インターリーバ１１から入力された情報ビットから、組織ビットとパリティビット２を生成する。第２のＲＳＣ符号化部１３は、該生成したパリティビット２をパンクチャリング部１４に出力する（Ｓ１０４）。
　パンクチャリング部１４は、第１のＲＳＣ符号部１２から入力されるパリティビット１と第２のＲＳＣ符号部１３から入力されるパリティビット２とから符号ビット２を生成し、無線送信部２に出力する（Ｓ１０５）。
　無線送信部２は、第１のＲＳＣ符号化部１２から入力された符号ビット１と、パンクチャリング部１４から入力された符号ビット２を無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナ３を介して受信装置に送信をする（Ｓ１０６）。
　次に、本実施形態における送信装置の動作について説明をする。図６は、本実施形態における送信装置の動作を示すフロー図である。
　無線受信部５は、受信アンテナ４から入力された受信信号を無線周波数からダウンコンバートし、受信情報ビットとして復号化装置６に出力する（Ｓ２０１）。
　ＬＬＲ計算部６０は、無線受信部５から入力された受信情報ビットに基づき該情報の分散を計測し、対数尤度比を計算する（Ｓ２０２）。
　反復回数決定部６１は、ＬＬＲ計算部６０から入力された対数尤度比から相互情報量を計算し、該相互情報量に基づき復号処理の反復回数を決定する（Ｓ２０３）。
　第１のＭＡＰ推定部６５は、第１のＭＡＰ推定部６５は、反復回数決定部６１から入力された符号ビット１に相当する対数尤度比、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット１に対応する対数尤度比、及びデインターリーバ６６から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ）推定をして、誤り訂正を行う（Ｓ２０４）。
　第２のＭＡＰ推定部６８は、第１のインターリーバ６３から入力された符号ビット２に相当する対数尤度比、デパンクチャリング部６４から入力されたパリティビット２対応する対数尤度比、及び第２のインターリーバ６７から入力された事前情報に基づき最大事後確率（ＭＡＰ）推定をして、誤り訂正を行う（Ｓ２０５）。
　反復制御部６９は、ＭＡＰ推定部６７から対数尤度比が入力されると、誤り訂正処理の回数を数える（Ｓ２０６）。反復制御部６９は、該数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達したか否かを判断する（Ｓ２０７）。
　反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達すると、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を復号した情報として出力し、復号を完了する（Ｓ２０８）。
　一方、反復制御部６９は、前記数えた誤り訂正処理の回数が、反復回数決定部６１が決定した反復回数に達しない場合、第２のＭＡＰ推定部６８から入力された対数尤度比を出力し、第１のＭＡＰ推定部６５は、誤り訂正処理を反復する（Ｓ２０４）。
　このように、本実施形態によれば、復号化装置６は、受信情報を復号化処理することで得られる相互情報量を計算し、該計算した相互情報量が１、つまり、受信情報から送信情報に関する情報を完全に得ている値、となるように復号処理の反復回数を決定している。これにより、復号化装置６は、相互情報量を１とするのに必要な回数だけ行い、送信情報に関する情報を完全に得ることができ、復号処理の信頼度を低下させることなく処理量及び処理遅延を軽減することができる、つまり、無駄な復号処理を反復しない。
　また、本実施形態によれば、復号化装置６は、受信情報を復号化処理することで得られる相互情報量が１とならない、つまり、受信情報の相互情報量が予め定めた閾値より小さい値であるときは、誤りとし、復号化処理を行わない。これにより、復号化装置６は、復号化処理により相互情報量が１とならずにスタック状態となってしまうことを回避し、無駄な復号処理を反復しない。
　符号化装置６は、無駄な復号処理を反復しないことにより、該処理に係る消費電力を消費しないので、消費電力を削減することができる。
　前記実施形態において、    式（２）は、変調方式がＢＰＳＫの場合としているが、本発明はこれに限らず、例えば、変調方式はＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）であってもよい。このとき式（２）は、式（７）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（７）において、ｋ’は受信信号のインデックスである。変調方式がＱＰＳＫの場合、１の受信信号で２ビットの情報を送ることができるので、ＬＬＲ計算部６０は、２ビット分のＬＬＲを計算する。即ち、式（２）に対応させると、ｋ＝２ｋ’とｋ＝２ｋ’’＋１の２ビット分のＬＬＲが同時に計算される。同様に１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの他の変調方式でも各ビットのＬＬＲは算出可能である。
　前記実施形態において、符号化率を１／２の符号化としているが、本発明はこれに限られない。例えば、送信装置は、パンクチャリング部１４を備えず、符号ビット１、パリティビット１、パリティビット２を無線送信部２から送信することで、符号化率を１／３とする。このとき、受信装置は、デパンクチャリング部６４を備えない。
　前記実施形態において、符号化装置６はＬＬＲ計算部６０を備えているが、本発明はこれに限らず、例えば、無線受信部５がＬＬＲ計算部６０を備えていてもよい。具体的には、受信装置の無線受信部５が伝搬路による歪みを補正する等化部を備える場合、該等化部において該等化された信号から復調を行う際に対数尤度比を計算し、それを反復回数決定部に入力してもよい。
　例えば、前記等化部は、伝搬路推定に用いるパイロット信号から対数尤度比を計算し、該計算した対数尤度比を反復回数決定部に出力する。反復回数決定部は、前記等化部から入力された対数尤度比から復号処理の反復回数を決定する。
　また、前記実施形態において、無線受信部５は、伝送方式に応じて他の機能を有していてもよい。例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式であればＧＩ（Ｇｕａｒｄ　Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を除去する機能と時間周波数変換手機能を有する。また、シングルキャリア（単一搬送波）による通信であれば伝搬路の歪みを補償する等化機能を有する。
　さらに、前記実施形態において、誤り訂正符号をターボ符号としたが、本発明はこれに限らず、反復により復号処理をする他の誤り訂正符号であってもよい。
　例えば、誤り訂正符号は、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｐａｒｉｔｙ　Ｃｈｅｃｋ：低密度パリティ検査）符号や、ＲＡ（Ｒｅｐｅａｔ　Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）符号、ＰＡ（Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）符号であってもよい。
　また、前記実施形態において、送信装置が予め決定した変調方式や符号化率により符号化した情報を送信し、受信装置は、受信装置の復号処理の反復回数と相互情報量との関係からから相互情報量が１となる復号処理の反復回数を決定していた。しかし、受信装置が復号処理の反復回数の上限を予め決定し、送信装置は、受信装置の復号処理の反復回数と相互情報量との関係から受信装置が決定した反復回数以内で相互情報量が１となるような変調方式や復号化率を決定し、該決定した変調方式や符号化率により符号化した情報を送信してもよい。
　例えば、ストリーミングのようなリアルタイム性があるか否かなどにより受信装置の復号処理の回数が制限される場合に、該ストリーミングを配信する送信装置は、該制限された回数で相互情報量が１となるような変調方式や復号化率により復号化した信号を送信する。これにより、該送信装置が配信したストリーミングの情報を受信する受信装置は、前記制限された回数で相互情報量が１となるような復号処理をすることができる。
　なお、以上説明した実施形態において、復号化装置６の各部の機能又はこれらの機能の一部を実現するためのプログラムを復号化装置又は受信装置のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより復号化装置６の制御を行っても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
　また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時刻の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時刻プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
　以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
　本発明は、復号化装置、復号化方法、復号化プログラム、受信装置、及び通信システム、それと類似の技術において用いて好適であり、無駄な復号処理を反復しないで復号化をすることができる。

Claims (9)

  1. 　復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置において、
    　前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備える復号化装置。
  2. 　さらに、相互情報量と反復回数との関係を記憶する記憶部を備え、
    　前記反復回数決定部は、前記記憶部が記憶する相互情報量と反復回数との関係から、前記計算した相互情報量に対応する反復回数を特定し、該反復回数を前記復号処理の反復回数とすることを特徴とする請求項１に記載の復号化装置。
  3. 　前記反復回数決定部は、前記計算した相互情報量が予め定めた閾値より小さい値の場合には、復号処理を行わないと決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の復号化装置。
  4. 　前記閾値は、予め定めた反復回数の復号処理をしても相互情報量が１とならない相互情報量であることを特徴とする請求項３に記載の復号化装置。
  5. 　前記誤り訂正符号化は、ターボ符号化であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一の項に記載の復号化装置。
  6. 　復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化方法において、
    　前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する過程を有することを特徴とする復号化方法。
  7. 　復号処理を反復することによって、誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置のコンピュータに、
    　前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する手段として機能させる復号化プログラム。
  8. 　復号処理を反復することによって、受信信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置おいて、
    　前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備えることを特徴とする受信装置。
  9. 　送信装置と、復号処理を反復することによって、送信装置から送信された信号に含まれる誤り訂正符号化された情報を復号する復号化装置を具備する受信装置とを備える通信システムおいて、
    　前記符号化された情報の送信情報との関係を示す相互情報量を計算し、該計算した相互情報量に基づいて前記復号処理の反復回数を決定する反復回数決定部を備えることを特徴とする通信システム。
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