WO2011049014A1

WO2011049014A1 - パリティ制御システム及び方法、並びに通信システム及び方法

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Publication number: WO2011049014A1
Application number: PCT/JP2010/068139
Authority: WO
Inventors: 利彦岡村; 成五高橋; 章雄田島
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-04-28
Also published as: CN102687443B; CN102687443A; JP5724877B2; JPWO2011049014A1

Abstract

　パリティ制御システムは、送信側で、送信する情報部分に対して変調符号化後に誤り訂正符号化を行ってパリティを生成し、受信側で、情報部分とパリティとを含む受信系列に対して誤り訂正符号復号及び変調符号復号を行う。送信側で、変調符号化を行った情報部分に対してヘッダを付加して誤り訂正符号化の入力となる情報ブロックを構成し、その情報ブロックを入力とする誤り訂正符号化によりパリティを生成し、ヘッダの値を用いてパリティのビットパタンを制御する。

Description

パリティ制御システム及び方法、並びに通信システム及び方法

　本発明は、パリティ制御システム及び方法、並びに通信システム及び方法に係り、特に通信における誤り訂正符号化で生成されるパリティのビットパタン制御に関する。

　デジタル通信においては、０、１の個数のバランス（ＤＣバランスと呼ぶ）やラン（０もしくは１の連続）の長さといったビットパタン特性が通信特性に影響を与える。このため、通信特性が劣化するようなビットパタンが現れることを抑えるように送信ビット列を変換する処理が送信前に施されることが多い。この処理は、変調符号化やラインコーディング等と呼ばれている。

　このような技術は、（１）冗長度をもって厳密にあるビットパタン特性を満たすように符号化を行う方式と、（２）スクランブラなどを用いて通信特性劣化につながるビットパタンの発生確率を小さくする方式に大別される。

　（１）の符号化を行う方式については、イーサネット（登録商標）で利用されているマンチェスタ符号化や８Ｂ／１０Ｂ符号化が代表的である。これらは、ＤＣバランスやラン長の通信路制約をブロック単位で厳格に満たす変換を行う。本明細書では、これらをブロック変調符号化とよぶことにする。ブロック変調符号化は、理想のビットパタンを生成するが、冗長度が大きくなる問題がある。例えば、８Ｂ／１０Ｂ符号は８ビットを１０ビットに変換するために、１０Ｇｂｐｓで情報を伝送するためには、チャネルの速度は１２．５Ｇｂｐｓとなり、送受信デバイスもこの速度に対応する必要がある。ブロックを大きくすることで、冗長度の改善を図ることができるが、一般には、ブロックの大きさとともに変換処理は複雑になる。これに関し、たとえば特許文献１では、ブロック符号を用いたデジタルデータ伝送システムの一例が記載されている。

　（２）のスクランブルに基づく方式は、実装容易なＬＦＳＲ（Linear Feedback Shift Register）で発生する擬似乱数列を利用して送信ビット列をランダム化する。このスクランブル方式は、同期型と自己同期型に大別される。

　同期型スクランブルは、ＬＦＳＲで発生する擬似乱数列と情報系列を加算（排他的論理和）することによってランダム化を行う。同期型スクランブルは、送信側と受信側でレジスタの状態に関して事前に完全に同期を取る必要がある。この方式の利点は、エラー（ビット反転）が発生する際にもエラーは伝播しないことが上げられる。同期型スクランブルは、多重化伝送における標準であるＳＯＮＥＴや衛星通信の勧告であるＣＣＳＤＳなどで採用されている。

　自己同期型スクランブルは、過去の出力ビットをＬＦＳＲに格納し、情報系列にＬＦＳＲの出力を加算して出力ビットを生成する。この方式には、ビット反転のエラーが発生した際にはＬＦＳＲの結線数分だけエラーが伝播するデメリットが存在するが、フレーム同期をとる必要がなく、同期ずれのエラーも回復可能となるメリットがある。さらに、自己同期型にはセキュリティ上の利点もある。

　すなわち、スクランブルに基づく方式では、スクランブルの効果を打ち消すようなデータを入力することによる妨害行為がセキュリティ上の脅威として挙げられる。これに対し、自己同期型スクランブルでは、攻撃者はＬＦＳＲの初期状態をランダムに選んで妨害となるような系列を発生させることになるが、攻撃者の設定した初期状態と実際の初期状態が一致する確率は、ＬＦＳＲ長が十分に長ければ十分に小さくすることができる。自己同期型スクランブルは、イーサネット（登録商標）における６４ｂ／６６ｂ符号化などで使用されている。

　変調符号化を行った場合であっても、通信路のＳ／Ｎ比が小さい場合などには、誤り訂正符号化を同時に考える必要がある。この際、変調符号化と誤り訂正符号化の順序が問題になる。

　自然なアプローチは、変調符号化をなるべく下位レイヤで行うことであり、誤り訂正符号化を行ったあとに変調符号化を行う順序となる。これに関し、たとえば特許文献２では、誤り訂正符号の符号化処理を施した後、変調を行う無線通信システムの一例が記載されている。

　しかし、この場合には、受信時には変調符号の復号のあとに誤り訂正符号の復号を行うことになる。ブロック変調符号化や自己同期型スクランブルを用いる場合には、その復号によってエラー伝播が発生するため、このときエラーが拡大した状況で誤り訂正符号の復号を行うことになり、特性が劣化する現象が発生することがある。

　図１は、この状況を表す図である。図１において、送信側（送信装置）１１は、誤り訂正符号化手段１０１の処理により情報部分を誤り訂正符号化してパリティを生成し、その後で変調符号化手段１０２の処理により情報部分とパリティとを変調符号化して送信系列を生成し、通信路１２に送信する。受信側（受信装置）１３は、通信路１２からの情報部分とパリティとを含む受信系列に対し変調符号復号手段１０３の処理により変調符号復号を行い、その後で誤り訂正符号復号手段１０４の処理により訂正符号復号を行う。このとき、受信系列のエラーは、変調符号復号手段１０３の処理より増幅され、誤り訂正符号復号手段１０４の処理では、訂正不可能な範囲となってしまうことがある。

　エラー伝播の影響を避けるためには、変調符号の復号はエラーフリーの状況で行う必要があり、このためには、誤り訂正符号の復号後に変調符号の復号を行う順序が望ましく、送信時には、変調符号化を行ったあとに誤り訂正符号化を行う順序となる。このとき、誤り訂正符号が、情報部分はそのまま送信する組織符号であれば、情報部分に関しては通信路制約を満たすが、誤り訂正符号化で生成されるパリティは、変調符号化がなされていないことになる。

　この問題に対して、変調符号化後の情報に対して生成したパリティは、統計的には十分にランダムとみなして、パリティはそのまま送信する方式が考えられる。この方式は、情報部分に単なるスクランブルを適用するような場合には自然な方式と考えられる。

　一方、パリティに対してブロック変調符号化や自己同期型スクランブルを適用する場合には、受信時にはパリティについては変調符号化の復号後に誤り訂正符号の復号を行うことになるため、パリティの復号におけるエラー伝播が問題になる。これに対して、パリティに対してはエラー伝播の影響のない、小さなブロックの変調符号化を用いてエラー伝播の避ける方式が考えられる。このような方式は、例えば非特許文献１に開示されている。

　図２は、非特許文献１に開示されている従来技術の処理過程を示す図である。

　図２において、送信側１１は、第１変調符号化手段２０１の処理により情報部分の変調符号化を行ってから、誤り訂正符号化手段２０２の処理により変調後の情報部分を誤り訂正符号化してパリティを生成する。誤り訂正符号化で生成されたパリティは、第２変調符号化手段２０３の処理により情報部分とは異なる変調符号化で変換され、情報部分と共に送信系列として通信路１２に送られる。

　受信側１３は、通信路１２から受信される情報部分とパリティからなる受信系列の受信時には、最初に第１変調符号復号手段２０４の処理によりパリティに対する変調符号復号を行う。このとき、送信側の変調符号化手段２０３の処理がエラー伝播を抑える方式であるので、次段の誤り訂正符号復号手段２０５の処理により全体としてエラー伝播を抑えた形で誤り訂正符号の復号を実行することができる。そして、次段の第２変調符号復号手段２０６による情報部分の変調符号復号の処理は、誤り訂正符号復号後のエラーのない状態で行うことができる。

特開平１１－２４３３８３号公報特開２００９－０４４４８４号公報

J.L.Fan and A.R.Calderbank, " A Modified Concatenated Coding, Scheme, with Application to Magnetic Data Storage," IEEE Trans. Information Theory, vol44, no.4, pp.1565-1574, 1998.

　情報部分の変調符号化を行ってから誤り訂正符号化を行う通信方式におけるパリティのビットパタン制御に関して、情報部分に非常に小さい冗長度の変調符号化を適用する場合にはパリティに関しても小さい冗長度でビットパタン特性を改善する変換を行うことが望ましく、かつ受信時にエラー伝播が発生しない方式が必要となる。

　本発明の目的は、上記課題を解決するためのシステム及び方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明に係るパリティ制御システムは、送信側で、送信する情報部分に対して変調符号化後に誤り訂正符号化を行ってパリティを生成し、受信側で、前記情報部分と前記パリティとを含む受信系列に対して誤り訂正符号復号及び変調符号復号を行うシステムであって、前記送信側で、変調符号化を行った情報部分に対してヘッダを付加して誤り訂正符号化の入力となる情報ブロックを構成し、その情報ブロックを入力とする誤り訂正符号化によりパリティを生成し、前記ヘッダの値を用いてパリティのビットパタンを制御することを特徴とする。

　本発明によれば、情報部分の変調符号化を行ってから誤り訂正符号化を行う通信方式におけるパリティのビットパタン制御に関して、情報部分に非常に小さい冗長度の変調符号化を適用する場合にはパリティに関しても小さい冗長度でビットパタン特性を改善する変換を行い、かつ受信時にエラー伝播が発生しないパリティ制御システムを提供することができる。

関連技術の誤り訂正符号化、変調符号化の処理順序とエラーの影響を表す図である。関連技術の変調符号化、誤り訂正符号化、パリティ変調符号化の処理順序とエラーの影響を表す図である。本発明の第１の実施の形態に係るパリティ制御システムにおけるデータのフォーマットを表す図である。本発明の第１の実施の形態に係るパリティ制御システムにおけるパリティ生成処理フローを示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るパリティ制御システムの送信側の構成を示すブロック図である。図５におけるパリティ制御手段の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係るパリティ制御システムの受信側における受信時の処理フローを示す図である。本発明の第１の実施の形態において、情報部分も利用したパリティ制御を行う構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態において、情報部分の変調符号化で得られる統計評価値も用いてパリティ制御を行う構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係るパリティ制御システムにおいて、受信側でのパリティヘッダを送信しない方式における受信時の処理フローを示す図である。（ａ）～（ｄ）は、本発明の実施例において、情報部分が６６ビットもしくは６５ビットのブロック単位で誤り訂正符号化の入力となる場合の情報ブロックのフォーマットの例である。本発明の実施例において、２種類の統計評価値に基づくパリティ選択の処理フローの例を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例によるパリティのビットパタン特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

　次に、本発明に係るパリティ制御システム及び方法、並びに通信システム及び方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

　（第１の実施の形態）
　図３は、本発明の第１の実施の形態に係るパリティ制御システムにおける誤り訂正符号の符号語のデータ構造を表している。本実施の形態は、変調符号化を行った情報に対してヘッダ（「パリティヘッダ」と呼ぶ）によって誤り訂正符号化の入力となる情報ブロックを構成し、この情報ブロックを符号化してパリティを生成し、パリティヘッダの値を調節して実際に送信するパリティのビットパタンを制御する。図３では、情報ブロックの末尾にパリティヘッダをおいているが、他の位置に置くこともできる。

　図４は、本実施の形態における送信側のパリティヘッダとパリティの生成過程を示す図である。図４では、パリティヘッダが２種類の場合を説明するが、２種類より大きい場合にも図８から容易に導くことができる。以下、図４に従って送信側の処理過程を説明する。

　まず、送信側は、送信情報に対してパリティヘッダｈ１を付加して情報ブロックを生成する（ステップ４０１）。次に、ステップ４０１で生成された情報ブロックに対して誤り訂正符号化を行い、パリティ１を生成する（ステップ４０２）。次に、パリティ１に対する統計評価値（後述参照）を求める（ステップ４０３）。

　また、送信側は、ステップ４０１～４０３と並行して次の処理を行う。すなわち、送信情報に対してパリティヘッダｈ２を付加して情報ブロックを生成する（ステップ４０４）。次に、ステップ４０４で生成された情報ブロックに対して誤り訂正符号化を行い、パリティ２を生成する（ステップ４０５）。次に、パリティ２に対する統計評価値（後述参照）を求める（ステップ４０６）。

　そして、送信側は、ステップ４０３と４０６でそれぞれ求めた統計評価値を比較し（ステップ４０７）、その比較結果を基にパリティヘッダとパリティを選択する（ステップ４０８）。

　ここで、統計評価値は、パリティのビットパタン特性を表す値で、最大ラン長やＤＣバランス、もしくはこれらを組み合わせた値などをとることができる。最大ラン長は、ビットパタンにおいて連続する０もしくは１の長さの最大値である。ＤＣバランスは、ビットパタンにおける０と１の個数の差として表される。

　本実施の形態は、図４のように誤り訂正符号化を複数回行うことによって実現することができるが、誤り訂正符号の線型性を用いて簡易化することができる。つまり、誤り訂正符号器によるパリティ生成は実際には１回だけ行い、そこで得られたパリティ１に対してパリティヘッダに応じた補正系列を加算することによって対応するパリティを生成することができる。

　図５にその構成を示す。補正系列は、情報部分を「ａｌｌ　０」としてパリティヘッダ部分はｈ１とｈ２を加算した値とする情報ブロックに対するパリティとして得ることができる。

　図５において、送信側（送信装置）５１は、変調符号化後の情報からパリティを生成するパリティ生成部５００を有する。このパリティ生成部５００は、仮パリティヘッダ付加手段５０１、誤り訂正符号化手段５０２、及びパリティ制御手段５０３を有する。仮パリティヘッダ付加手段５０１は、情報に対してパリティヘッダｈ１のビット列を付加して誤り訂正符号化手段９０２の入力を生成する。誤り訂正符号化手段９０２は、その入力を誤り訂正符号化してパリティ１を出力する。パリティ制御手段５０３は、誤り訂正符号化手段５０２から出力されるパリティ１を元に最終的に送信されるパリティと対応するパリティヘッダを生成して出力する。

　図６は、図５のパリティ制御手段５０１の構成を示す図であり、図４と同様にパリティヘッダが２種類の場合の構成を示している。

　図６に示すパリティ制御手段５０１は、第１統計評価値算出手段６０１、第２統計評価値算出手段６０２、補正系列生成手段６０３、判定手段６０４、セレクタ６０５、及びバッファ６０６を有する。

　第１統計評価値算出手段６０１は、誤り訂正符号化手段５０２から出力されるパリティ１のＤＣバランスや最大ラン長などの特性値（統計評価値）を算出する。バッファ６０６は、このパリティ１を一時的に格納する。

　補正系列生成手段６０３は、パリティヘッダｈ１とｈ２で生成されるパリティの差となる補正系列を生成する。つまりパリティ１に補正系列を加算することによってパリティ２を得ることができる。典型的には、ＲＯＭなどのメモリ上に補正系列を格納しておき、これを読み出すことによって実現することができる。

　第２統計評価値算出手段６０２は、パリティ１と補正系列を加算して生成されるパリティ２に対応するパリティに対して第１統計評価値算出手段６０１と同一の特性値（統計評価値）を算出する。

　判定手段６０４は、第１、第２統計評価値算出手段６０１、６０２で計算されたビットパタン特性値（統計評価値）を比較してどちらのパリティを実際に選択するかを決定する。通常はＤＣバランスであれば０、１の個数のバランスが優れている方、最大ラン長であれば最大ラン長が小さい方を基準に選択を行う。決定されたパリティヘッダを出力する。

　セレクタ６０５は、判定手段６０４で選択されたパリティヘッダに応じてバッファ６０６のパリティ１に対する補正系列（補正系列生成手段６０３で生成）を選択し、これを加算して最終的なパリティを生成する。図６では、パリティヘッダｈ１が選択された場合には、セレクタ６０５は、「ａｌｌ　０」を出力して、バッファ６０６のパリティ１をそのまま送信する構成を表している。

　図７は、本実施の形態における受信側（受信装置）５３において、送信側５１からパリティ制御を行って送信されたデータを通信路５２を経由して受信したときに、情報を得るまでの復号過程を示している。受信側５３では、符号語に対する受信系列に対して、誤り訂正符号復号手段７０１により誤り訂正符号の復号を実行する。その復号結果は、情報とパリティヘッダから成り、この中の情報部分のみに対して、変調符号化復号手段７０２により変調符号化復号を実行し、情報を得る。このように、受信側５３では特別な処理を行うことなく対処できることが、本実施の形態の特徴の一つである。

　図４、図５では、パリティのビットパタン特性のみからその選択を行う方法を示しているが、本発明は必ずしもこれに限定されず、たとえば情報部分と合わせてのビットパタン特性に基づいて、送信するパリティを選択する方法も考えられる。図８は、図５に対して、このような本発明の実施の形態を表している。送信側のパリティ生成部５００におけるパリティ制御手段８０３は、ビットパタン特性の内、最大ラン長については、パリティヘッダとパリティ内、もしくは図３のフォーマットであれば、情報部分の末尾からパリティヘッダとパリティにかかる系列のみを統計評価値とする。また、ビットパタン特性の内、ＤＣバランスについては、パリティ制御手段８０３は、情報部分も含めて符号語全体のＤＣバランスを算出する。

　図８に対して、情報部分の変調符号化のときに算出した、情報部分の統計評価値を利用してパリティ制御を実行する形態も考えられる。図９は、その構成を示すブロック図である。図８に示す送信側のパリティ生成部５００において、情報に対する変調符号化手段９０１は、パリティ制御手段９０３に対して情報部分のＤＣバランスや情報部分の末尾のランに関する情報などのビットパタン特性値を提供する。パリティ制御手段９０３は、この情報とパリティのビットパタンに基づき統計評価値を算出する。

　（第２の実施の形態）
　本発明の第２の実施の形態として、パリティヘッダによってパリティの制御を行うが、パリティヘッダを送信しない方法が考えられる。この場合、受信側でどちらのパリティが送信されたのかを判別するためには、復号時にはパリティヘッダを設定して複数回復号を行い、その復号結果から正しいパリティを判別することができる。

　図１０は、そのときの受信側５３の処理の流れを示している。

　受信側５３では、パリティヘッダの値が不明であるので、パリティヘッダ１、２を設定して、第１、第２誤り訂正符号手段７０１ａ、７０１ｂによりそれぞれ誤り訂正符号の復号を試みる。後述のリード・ソロモン符号などでは、パリティヘッダを実際とは異なる値に設定して復号した場合には、訂正不能という結果が第１、第２誤り訂正符号手段７０１ａ、７０１ｂから出力される。

　復号結果判別手段１００１は、第１、第２誤り訂正符号手段７０１ａ、７０１ｂからの結果を入力とし、正しく復号された方（図１０の例では、第１誤り訂正符号手段７０１ａ）の結果を選択し、図７と同様にパリティヘッダ（図１０の例では、パリティヘッダ１）を除いた情報部分を上位の処理、すなわち変調符号復号手段７０２に送る。

　本発明で使用する誤り訂正符号は、パリティヘッダのわずかな違いによってパリティのビットパタンが大きく変化することが望ましい。リード・ソロモン符号は、この要求に合致した符号である。本実施例では、リード・ソロモン符号はガロア体ＧＦ（２＾８）（１シンボル＝８ビット）上の符号を考える。ベーシックなリード・ソロモン符号では、このとき符号長は最大で２５５シンボルとなり、パリティを１６シンボルとした場合には８シンボルまでのエラーを訂正可能となる。ＧＦ（２＾８）の原始元は、例えばＧＦ（２）上の次の方程式で決定される。

　　［式１］　α＾８＋α＾４＋α＾３＋α＾２＋１＝０
　パリティシンボル数１６のリード・ソロモン符号の生成多項式ｇ（ｘ）は、［式２］のようにとることができる。

　　［式２］　ｇ（ｘ）＝（ｘ－α）（ｘ－α＾２）・・・（ｘ－α＾１６）
　ＧＦ（２＾８）の元は、α＾７、α＾６、α＾５、α＾４、α＾３、α＾２、α、１を基底とするＧＦ（２）上のベクトル表現で表すことができる。［式１］に対して、１６進表記で、例えばα＝０ｘ０２、α＾８＝０ｘ１ｄなどと表される。

　情報系列を、
　　［式３］　Ｕ＝（ａ（０）、ａ（１）、…、ａ（ｋ－１））
　　　　　　　ａ（ｉ）∈ＧＦ（２＾８）
と表す（情報長はシンボルの倍数とする）。［式２］のリード・ソロモン符号に対してはｋ＜２３９とする。本発明におけるパリティヘッダを１ビットとして、これをＭＳＢとして持つシンボルをＵの末尾に連接して誤り訂正符号の情報ブロックを生成する場合には、ステップ８０１における情報ブロックであるＵ０、ステップ８０３における情報ブロックであるＵ１は、次のようになる。

　　［式４］　Ｕ０＝（ａ（０）、ａ（１）、…、ａ（ｋ－１）、０ｘ００）
　　　　　　　Ｕ１＝（ａ（０）、ａ（１）、…、ａ（ｋ－１）、０ｘ８０）
　Ｕの先頭にパリティヘッダを連接する場合には、次のようになる。

　　［式５］　Ｕ０＝（０ｘ００、ａ（０）、ａ（１）、…、ａ（ｋ－１））
　　　　　　　Ｕ１＝（０ｘ０１、ａ（０）、ａ（１）、…、ａ（ｋ－１））
　［式４］や［式５］においてパリティヘッダを１シンボルとすることによって送信時および受信時の整列処理を容易にすることも考えられる。このとき、最大で２５５種類のパリティヘッダのパタンが考えられるが、パリティヘッダにおけるビットバランスや最大ラン長などを基準に限られた種類のビットパタンのみを使うことも効果的である。例えば、パリティヘッダが１シンボル（８ビット）で２種類のパリティヘッダのみを使用する場合は、ｈ１＝０ｘａａ、ｈ２＝０ｘ５５として、［式４］に対して次のように情報ブロックを生成する。

　　［式６］　Ｕ０＝（ａ（０）、ａ（１）、…、（ｋ－１）、０ｘａａ）
　　　　　　　Ｕ１＝（ａ（０）、ａ（１）、…、ａ（ｋ－１）、０ｘ５５）
　情報部分が６４ｂ／６６ｂ符号化などリード・ソロモン符号のシンボルのビット数（本実施例では８）の倍数ではないブロック単位で誤り訂正符号化の入力となる場合には、パリティヘッダと情報部分と合わせた長さがシンボルのビット数の倍数になるようにパリティヘッダの長さを設定することも効果的である。

　例えば、ＧＦ（２＾８）上の冗長シンボル数３２のリード・ソロモン符号における情報部分は、最大２２３シンボルとなるが、情報部分が６６ビットブロックの倍数となる場合には、図１１（ａ）のように２７個のブロックに２ビットのパリティヘッダを連接することで、２２３シンボルからなる誤り訂正符号化の情報ブロックを生成する。

　図１１（ｂ）は、情報部分が６５ビットブロックの場合で、この場合には２７個のブロックに５ビットのパリティヘッダを連接して２２０シンボルの情報ブロックを生成する。図１１（ｃ）及び（ｄ）は、同様にパリティのシンボル数１６（情報シンボル数最大２３９）のリード・ソロモン符号を用いた場合の情報ブロックのフォーマットの例である。

　次に、補正系列生成手段６０３（図６）で出力する補正系列Ｓの具体例を［式２］の生成多項式のリード・ソロモン符号（ＧＦ（２＾８）上、パリティシンボル数１６）を使用した場合に対して示す。

　［式４］において、パリティヘッダを含むシンボルを最大情報長に対応する最終シンボル（０から数えて２３８番目のシンボル）としたとき、Ｓは次のようになる。

　［式７］　Ｓ＝０ｘ７６　０ｘ３４　０ｘ６７　０ｘ１ｆ　０ｘ６８　０ｘ７ｅ　０ｘｂｂ　０ｘｅ８　０ｘ１１　０ｘ３８　０ｘｂ７　０ｘ３１　０ｘ６４　０ｘ５１　０ｘ２ｃ　０ｘ４ｆ
　パリティヘッダが３種類以上の場合にも、図６において、統計値評価手段をパリティヘッダの個数分用意し、補正系列生成手段６０３は、（パリティヘッダの種類の数－１）個の補正系列を生成することで対応できる。補正系列生成手段６０３の構成は、これらの系列をすべてメモリに保持する方法が考えられる。パリティヘッダ間にも線型の関係がある場合には、メモリに保持した系列と系列の加算によって生成する方法が考えられる。

　次に、統計評価値を用いたパリティ選択の実施例について述べる。

　通信においては、一般に最大ラン長は小さい方が良く、最大ラン長を統計評価値とする場合には、その値が最小となるものを選択することが一つ方法となる。ＤＣバランスを統計評価値とする場合には、０の個数と１の個数の差が最小となるものを選択することが一つの方法となる。

　統計評価値は、ある一定の値以下で十分となることも多い。このような通信方式では、その基準によってパリティを選別する方法が考えられる。ただし、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合には、対象となる複数のパリティの中から他の基準で選択を行う必要がある。このような他の基準を用いて選択に関しては、次のような方法が考えられる。

　最も簡易な方法は、パリティヘッダに順位をつけておいて、対象となるパリティが複数存在する場合にはその順位で選択を行う方法である。また、複数の候補の中からランダムに選択を行う方法も考えられる。推測困難な方法でランダムに選択を行う場合には、悪意のある者が故意に通信特性の劣化につながるビットパタンを送信してシステムへの妨害を図る脅威を低減することができる。

　一方、第２の統計評価値を用意しておき、第１の統計評価値で選別を行ったのちに第２の統計評価値を用いてパリティの選択を行う方法も考えられる。この場合の処理手続きを図１２に示す。

　図１２において、送信側のパリティ制御手段は、まず第１の統計評価値が基準時を満たしているパリティが１個のみであるかを調べる（ステップ１２０１）。第１の統計評価値として最大ラン長を選んだ場合には、例えばある基準値Ｍを設定して、パリティのみの最大ラン長がＭ以下となるものが唯一となるかを調べる。これによってパリティが一意に決まる場合には、そのパリティヘッダとパリティを選択する（ステップ１２０２）。そうでない場合、つまり複数のパリティの第１の統計表価値が基準値を満たすか、もしくはすべてのパリティの統計評価値が基準値を満たさない場合は、第２の統計評価値２に基づいてパリティの選択を行う（ステップ１２０３）。

　図１２のパリティの選択処理（第１の統計評価値＝最大ラン長（Ｍ＝１５）、第２の統計評価値＝ＤＣバランス）を用いて、シミュレーション（１０＾６個の符号語）を行って得られた、パリティにおける最大ラン長の分布と、ＤＣバランス（＝ｎ１－Ｌ／２）の分布とを図１３（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。

　誤り訂正符号は、１６シンボルパリティのリード・ソロモン符号（［式２］）、パリティヘッダは［式４］をそれぞれ用いた。

　比較のために、パリティヘッダを用いない、従来例の符号化で得られた結果も示す。図１３（ａ）から、Ｍ＝１５の最大ラン長の第１の統計評価値によるパリティの選別によって、本実施例は、従来例と比べると、最大ラン長が１５より大きくなるパリティが現れる回数が非常に抑圧できていることがわかる。また、図１３（ｂ）から、同時にＤＣバランスに関しても絶対値が大きいところでは、本実施例は、従来例よりも１桁以上発生回数を抑えられていることがわかる。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、例えばリード・ソロモン符号などの誤り訂正符号を用いた場合には、パリティを制御するパリティヘッダが１ビットであっても、その値に応じてパリティのビットパタンは大きく異なり、パリティヘッダ値に応じた複数のパリティの中からビットパタン特性の良いパリティを選択することによって、小さい冗長度であってもビットパタン特性を大きく改善することが可能となる。

　また、本実施の形態で生成されたデータの受信時の処理は、誤り訂正符号の復号後に単にパリティヘッダを捨てるだけなのでエラー伝播も発生しない。

　なお、上記のパリティ制御システム及び方法は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。

　例えば、上記のパリティ制御システムは、ハードウェアによって実現することもできるが、コンピュータをそのシステムとして機能させるためのプログラムを、コンピュータが記録媒体から読み出して、実行することによっても実現することができる。

　また、上記のパリティ制御方法は、ハードウェアによって実現することもできるが、コンピュータにその方法を実行させるためのプログラムを、コンピュータがコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み出して、実行することによっても実現することができる。

　また、上述したハードウェア、ソフトウェア構成は特に限定されるものではなく、上述した各手段の機能を実現可能であれば、いずれのものでも適用可能である。例えば、上述した各手段の機能毎に個別に構成したものでも、各手段の機能を一体的に構成したものでも、いずれでもよい。

　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。

　（付記１）送信側で、送信する情報部分に対して変調符号化後に誤り訂正符号化を行ってパリティを生成し、受信側で、前記情報部分と前記パリティとを含む受信系列に対して誤り訂正符号復号及び変調符号復号を行うシステムであって、前記送信側で、変調符号化を行った情報部分に対してヘッダを付加して誤り訂正符号化の入力となる情報ブロックを構成し、その情報ブロックを入力とする誤り訂正符号化によりパリティを生成し、前記ヘッダの値を用いてパリティのビットパタンを制御することを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記２）付記１記載のパリティ制御システムにおいて、前記送信側で、前記ヘッダの値に応じた複数のパリティを生成し、個々の前記パリティに対してそのビットパタンから決まる統計評価値を計算し、前記統計評価値に基づきパリティを選択することでパリティ制御を行うことを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記３）付記２記載のパリティ制御システムにおいて、前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおいて０もしくは１が連続して現れる回数の最大値である最大ラン長であることを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記４）付記２記載のパリティ制御システムにおいて、前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおける０と１の出現回数の差であるＤＣバランスであることを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記５）付記１又は２記載のパリティ制御システムにおいて、前記送信側は、送信する情報部分に固定のヘッダを付加して情報ブロックを生成する仮パリティヘッダ付加手段と、前記仮パリティヘッダ手段で生成される情報ブロックに対するパリティを計算する誤り訂正符号化手段と、前記パリティを入力として、その入力を基に前記仮パリティヘッダ付加手段で付加されたヘッダとは異なるヘッダを付加した情報ブロックに対するパリティを計算し、送信するヘッダとパリティを選択するパリティ制御手段とを有することを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記６）付記５記載のパリティ制御システムにおいて、前記パリティ制御手段は、前記パリティに対する特性値を計算する統計評価値算出手段と、前記仮パリティヘッダ付加手段で付加されるヘッダとそのときのパリティに対して、異なるヘッダに対応するパリティを生成するための補正系列を生成する補正系列生成手段と、前記統計評価値算出手段で生成される各パリティの特性値から送信するヘッダおよびパリティを決定する判定手段とを有することを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記７）付記１から６のいずれか１項記載のパリティ制御システムにおいて、前記受信側で、前記誤り訂正符号復号後は前記ヘッダを捨てて前記情報部分を上位の処理に送ることを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記８）付記６記載のパリティ制御システムにおいて、前記統計評価値算出手段は、前記情報部分も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記９）付記６記載のパリティ制御システムにおいて、前記統計評価値算出手段は、前記情報部分に対する変調符号化において算出される統計評価値も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記１０）付記１から９のいずれか１項記載のパリティ制御システムにおいて、前記送信側で、前記ヘッダは送信せず、前記受信側で、前記ヘッダのパタンに応じて複数回の誤り訂正符号復号を行うことを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記１１）付記１から１０のいずれか１項記載のパリティ制御システムにおいて、前記誤り訂正符号化で用いる誤り訂正符号は、リード・ソロモン符号であり、前記パリティに対するヘッダは、前記情報部分と合わせて前記リード・ソロモン符号のシンボルのビット数の倍数になるような大きさであることを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記１２）付記２記載のパリティ制御システムにおいて、前記送信側で、前記統計評価値が別途与えられる基準値を満たすパリティを選別することを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記１３）付記１２記載のパリティ制御システムにおいて、前記送信側で、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中からランダムに最終的なパリティを決定することを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記１４）付記１２記載のパリティ制御システムにおいて、前記送信側で、第２の統計評価値を用意し、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中から前記第２の統計評価値に基づいてパリティの選択を行うことを特徴とするパリティ制御システム。

　（付記１５）付記１から１４のいずれか１項記載のパリティ制御システムを用いて通信を行うことを特徴とする通信システム。

　（付記１６）送信側で、送信する情報部分に対して変調符号化後に誤り訂正符号化を行ってパリティを生成し、受信側で、前記情報部分と前記パリティとを含む受信系列に対して誤り訂正符号復号及び変調符号復号を行う方法であって、前記送信側で、変調符号化を行った情報部分に対してヘッダを付加して誤り訂正符号化の入力となる情報ブロックを構成し、その情報ブロックを入力とする誤り訂正符号化によりパリティを生成し、前記ヘッダの値を用いてパリティのビットパタンを制御することを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記１７）付記１６記載のパリティ制御方法において、前記送信側で、前記ヘッダの値に応じた複数のパリティを生成し、個々の前記パリティに対してそのビットパタンから決まる統計評価値を計算し、前記統計評価値に基づきパリティを選択することでパリティ制御を行うことを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記１８）付記１７記載のパリティ制御方法において、前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおいて０もしくは１が連続して現れる回数の最大値である最大ラン長であることを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記１９）付記１７記載のパリティ制御方法において、前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおける０と１の出現回数の差であるＤＣバランスであることを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２０）付記１６又は１７記載のパリティ制御方法において、前記送信側は、送信する情報部分に固定のヘッダを付加して情報ブロックを生成する仮パリティヘッダ付加処理と、前記仮パリティヘッダ処理で生成される情報ブロックに対するパリティを計算する誤り訂正符号化処理と、前記パリティを入力として、その入力を基に前記仮パリティヘッダ付加処理で付加されたヘッダとは異なるヘッダを付加した情報ブロックに対するパリティを計算し、送信するヘッダとパリティを選択するパリティ制御処理とを行うことを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２１）付記２０記載のパリティ制御方法において、前記パリティ制御処理は、前記パリティに対する特性値を計算する統計評価値算出処理と、前記仮パリティヘッダ付加処理で付加されるヘッダとそのときのパリティに対して、異なるヘッダに対応するパリティを生成するための補正系列を生成する補正系列生成処理と、前記統計評価値算出処理で生成される各パリティの特性値から送信するヘッダおよびパリティを決定する判定処理とを有することを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２２）付記１６から２１のいずれか１項記載のパリティ制御方法において、前記受信側で、前記誤り訂正符号復号後は前記ヘッダを捨てて前記情報部分を上位の処理に送ることを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２３）付記２１記載のパリティ制御方法において、前記統計評価値算出処理は、前記情報部分も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２４）付記２１記載のパリティ制御方法において、前記統計評価値算出処理は、前記情報部分に対する変調符号化において算出される統計評価値も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２５）付記１６から２４のいずれか１項記載のパリティ制御方法において、前記送信側で、前記ヘッダは送信せず、前記受信側で、前記ヘッダのパタンに応じて複数回の誤り訂正符号復号を行うことを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２６）付記１６から２５のいずれか１項記載のパリティ制御方法において、前記誤り訂正符号化で用いる誤り訂正符号は、リード・ソロモン符号であり、前記パリティに対するヘッダは、前記情報部分と合わせて前記リード・ソロモン符号のシンボルのビット数の倍数になるような大きさであることを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２７）付記１７記載のパリティ制御方法において、前記送信側で、前記統計評価値が別途与えられる基準値を満たすパリティを選別することを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２８）付記２７記載のパリティ制御方法において、前記送信側で、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中からランダムに最終的なパリティを決定することを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記２９）付記２７記載のパリティ制御方法において、前記送信側で、第２の統計評価値を用意し、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中から前記第２の統計評価値に基づいてパリティの選択を行うことを特徴とするパリティ制御方法。

　（付記３０）付記１６から２９のいずれか１項記載のパリティ制御方法を用いて通信を行うことを特徴とする通信方法。

　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　この出願は、２００９年１０月２１日に出願された日本出願特願２００９－２４２４３５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　本発明は、光通信などにおけるパリティ制御システム及び方法、これを用いて通信を行う通信システム及び方法に利用可能である。

１１、５１　送信側（送信装置）
１２、５２　通信路
１３、５３　受信側（受信装置）
１０１　誤り訂正符号化手段
１０２　変調符号化手段
１０３　変調符号復号手段
１０４　誤り訂正符号化手段
２０１　第１変調符号化手段
２０２　誤り訂正符号化手段
２０３　第２変調符号復号手段
２０４　第１変調符号復号手段
２０５　誤り訂正符号復号手段
２０６　第２変調符号復号手段
５００　パリティ生成部
５０１　仮パリティヘッダ付加手段
５０２　誤り訂正符号化手段
５０３、８０３、９０３　パリティ制御手段
６０１　第１統計評価値算出手段
６０２　第２統計評価値算出手段
６０３　補正系列生成手段
６０４　判定手段
６０５　セレクタ
６０６　バッファ
９０１　変調符号化手段
１００１　復号結果判定手段

Claims

　送信側で、送信する情報部分に対して変調符号化後に誤り訂正符号化を行ってパリティを生成し、受信側で、前記情報部分と前記パリティとを含む受信系列に対して誤り訂正符号復号及び変調符号復号を行うシステムであって、
　前記送信側で、変調符号化を行った情報部分に対してヘッダを付加して誤り訂正符号化の入力となる情報ブロックを構成し、その情報ブロックを入力とする誤り訂正符号化によりパリティを生成し、前記ヘッダの値を用いてパリティのビットパタンを制御することを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記送信側で、前記ヘッダの値に応じた複数のパリティを生成し、個々の前記パリティに対してそのビットパタンから決まる統計評価値を計算し、前記統計評価値に基づきパリティを選択することでパリティ制御を行うことを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項２記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおいて０もしくは１が連続して現れる回数の最大値である最大ラン長であることを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項２記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおける０と１の出現回数の差であるＤＣバランスであることを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１又は２記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記送信側は、
　送信する情報部分に固定のヘッダを付加して情報ブロックを生成する仮パリティヘッダ付加手段と、
　前記仮パリティヘッダ手段で生成される情報ブロックに対するパリティを計算する誤り訂正符号化手段と、
　前記パリティを入力として、その入力を基に前記仮パリティヘッダ付加手段で付加されたヘッダとは異なるヘッダを付加した情報ブロックに対するパリティを計算し、送信するヘッダとパリティを選択するパリティ制御手段とを有することを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項５記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記パリティ制御手段は、
　前記パリティに対する特性値を計算する統計評価値算出手段と、
　前記仮パリティヘッダ付加手段で付加されるヘッダとそのときのパリティに対して、異なるヘッダに対応するパリティを生成するための補正系列を生成する補正系列生成手段と、
　前記統計評価値算出手段で生成される各パリティの特性値から送信するヘッダおよびパリティを決定する判定手段とを有することを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１から６のいずれか１項記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記受信側で、前記誤り訂正符号復号後は前記ヘッダを捨てて前記情報部分を上位の処理に送ることを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項６記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記統計評価値算出手段は、前記情報部分も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項６記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記統計評価値算出手段は、前記情報部分に対する変調符号化において算出される統計評価値も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１から９のいずれか１項記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記送信側で、前記ヘッダは送信せず、
　前記受信側で、前記ヘッダのパタンに応じて複数回の誤り訂正符号復号を行うことを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１から１０のいずれか１項記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記誤り訂正符号化で用いる誤り訂正符号は、リード・ソロモン符号であり、
　前記パリティに対するヘッダは、前記情報部分と合わせて前記リード・ソロモン符号のシンボルのビット数の倍数になるような大きさであることを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項２記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記送信側で、前記統計評価値が別途与えられる基準値を満たすパリティを選別することを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１２記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記送信側で、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中からランダムに最終的なパリティを決定することを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１２記載のパリティ制御システムにおいて、
　前記送信側で、第２の統計評価値を用意し、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中から前記第２の統計評価値に基づいてパリティの選択を行うことを特徴とするパリティ制御システム。
　請求項１から１４のいずれか１項記載のパリティ制御システムを用いて通信を行うことを特徴とする通信システム。
　送信側で、送信する情報部分に対して変調符号化後に誤り訂正符号化を行ってパリティを生成し、受信側で、前記情報部分と前記パリティとを含む受信系列に対して誤り訂正符号復号及び変調符号復号を行う方法であって、
　前記送信側で、変調符号化を行った情報部分に対してヘッダを付加して誤り訂正符号化の入力となる情報ブロックを構成し、その情報ブロックを入力とする誤り訂正符号化によりパリティを生成し、前記ヘッダの値を用いてパリティのビットパタンを制御することを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１６記載のパリティ制御方法において、
　前記送信側で、前記ヘッダの値に応じた複数のパリティを生成し、個々の前記パリティに対してそのビットパタンから決まる統計評価値を計算し、前記統計評価値に基づきパリティを選択することでパリティ制御を行うことを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１７記載のパリティ制御方法において、
　前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおいて０もしくは１が連続して現れる回数の最大値である最大ラン長であることを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１７記載のパリティ制御方法において、
　前記統計評価値は、前記パリティのビットパタンにおける０と１の出現回数の差であるＤＣバランスであることを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１６又は１７記載のパリティ制御方法において、
　前記送信側は、
　送信する情報部分に固定のヘッダを付加して情報ブロックを生成する仮パリティヘッダ付加処理と、
　前記仮パリティヘッダ処理で生成される情報ブロックに対するパリティを計算する誤り訂正符号化処理と、
　前記パリティを入力として、その入力を基に前記仮パリティヘッダ付加処理で付加されたヘッダとは異なるヘッダを付加した情報ブロックに対するパリティを計算し、送信するヘッダとパリティを選択するパリティ制御処理とを行うことを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項２０記載のパリティ制御方法において、
　前記パリティ制御処理は、
　前記パリティに対する特性値を計算する統計評価値算出処理と、
　前記仮パリティヘッダ付加処理で付加されるヘッダとそのときのパリティに対して、異なるヘッダに対応するパリティを生成するための補正系列を生成する補正系列生成処理と、
　前記統計評価値算出処理で生成される各パリティの特性値から送信するヘッダおよびパリティを決定する判定処理とを有することを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１６から２１のいずれか１項記載のパリティ制御方法において、
　前記受信側で、前記誤り訂正符号復号後は前記ヘッダを捨てて前記情報部分を上位の処理に送ることを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項２１記載のパリティ制御方法において、
　前記統計評価値算出処理は、前記情報部分も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項２１記載のパリティ制御方法において、
　前記統計評価値算出処理は、前記情報部分に対する変調符号化において算出される統計評価値も用いて前記パリティに対する特性値を算出することを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１６から２４のいずれか１項記載のパリティ制御方法において、
　前記送信側で、前記ヘッダは送信せず、
　前記受信側で、前記ヘッダのパタンに応じて複数回の誤り訂正符号復号を行うことを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１６から２５のいずれか１項記載のパリティ制御方法において、
　前記誤り訂正符号化で用いる誤り訂正符号は、リード・ソロモン符号であり、
　前記パリティに対するヘッダは、前記情報部分と合わせて前記リード・ソロモン符号のシンボルのビット数の倍数になるような大きさであることを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１７記載のパリティ制御方法において、
　前記送信側で、前記統計評価値が別途与えられる基準値を満たすパリティを選別することを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項２７記載のパリティ制御方法において、
　前記送信側で、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中からランダムに最終的なパリティを決定することを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項２７記載のパリティ制御方法において、
　前記送信側で、第２の統計評価値を用意し、選別されたパリティが複数存在する場合、もしくは全く存在しない場合は対象となる複数のパリティの中から前記第２の統計評価値に基づいてパリティの選択を行うことを特徴とするパリティ制御方法。
　請求項１６から２９のいずれか１項記載のパリティ制御方法を用いて通信を行うことを特徴とする通信方法。