JP2001217724A - 通信装置 - Google Patents
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Abstract
置を得ること。 【解決手段】 ターボ符号器が、情報ビット系列u1お
よび情報ビット系列u2に基づいて冗長ビット系列uaを
出力する構成とし、冗長ビット系列uaを生成するため
の最終段の加算器69に対して、情報ビット系列u2を
入力する第1の再帰的組織畳込み符号化器31と、情報
ビット系列u1を並べ替えるインタリーバ32と、情報
ビット系列u2を並べ替えるインタリーバ33と、イン
タリーバ32の出力系列u1tおよびインタリーバ33の
出力系列u2tに基づいて冗長ビット系列ubを出力する
構成とし、冗長ビット系列ubを生成するための最終段
の加算器69に対して、インタリーバ32の出力系列u
1tを入力する第2の再帰的組織畳込み符号化器34と、
を備える構成とする。
Description
復調方式を採用する通信装置に関するものであり、特
に、DMT(Discrete Multi Tone)変復調方式やOF
DM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)変
復調方式等により、既存の通信回線を用いたデータ通信
を実現可能とする通信装置に関するものである。ただ
し、本発明は、DMT変復調方式によりデータ通信を行
う通信装置に限らず、通常の通信回線を介して、マルチ
キャリア変復調方式およびシングルキャリア変復調方式
により有線通信および無線通信を行うすべての通信装置
に適用可能である。
る。たとえば、SS(Spread Spectrum)方式を用いた
広帯域CDMA(W−CDMA:Code Division Multip
le Access)においては、畳込み符号の性能を大きく上
回る誤り訂正符号として、ターボ符号が提案されてい
る。このターボ符号は、情報ビット系列にインタリーブ
を施した系列を既知の符号化系列と並列に符号化するも
ので、シャノン限界に近い特性が得られると言われてお
り、現在最も注目されている誤り訂正符号の1つであ
る。上記W−CDMAにおいては、誤り訂正符号の性能
が、音声伝送やデータ伝送における伝送特性を大きく左
右するため、ターボ符号の適用により伝送特性を大幅に
向上させることができる。
信装置の送信系および受信系の動作を具体的に説明す
る。図9は、送信系において使用されるターボ符号器の
構成を示す図である。図9(a)において、101は情
報ビット系列を畳込み符号化して冗長ビットを出力する
第1の再帰的組織畳込み符号化器であり、102はイン
タリーバであり、103はインタリーバ102により入
れ替え後の情報ビット系列を畳込み符号化して冗長ビッ
トを出力する第2の再帰的組織畳込み符号化器である。
図9(b)は、第1の再帰的組織畳込み符号化器101
および第2の再帰的組織畳込み符号化器103の内部構
成を示す図であり、2つの再帰的組織畳込み符号化器
は、それぞれ冗長ビットのみを出力する符号化器であ
る。また、上記ターボ符号器で用いられるインタリーバ
102では、情報ビット系列をランダムに入れ替える処
理を行う。
は、同時に、情報ビット系列:x1と、第1の再帰的組
織畳込み符号化器101の処理により前記情報ビット系
列を符号化した冗長ビット系列:x2と、第2の再帰的
組織畳込み符号化器103の処理によりインタリーブ処
理後の情報ビット系列を符号化した冗長ビット系列:x
3と、を出力する。
ボ復号器の構成を示す図である。図10において、11
1は受信信号:y1と受信信号:y2とから対数尤度比を
算出する第1の復号器であり、112および116は加
算器であり、113および114はインタリーバであ
り、115は受信信号:y1と受信信号:y3とから対数
尤度比を算出する第2の復号器であり、117はデイン
タリーバであり、118は第2の復号器115の出力を
判定して元の情報ビット系列の推定値を出力する判定器
である。なお、受信信号:y1,y2,y3は、それぞれ
前記情報ビット系列:x1,冗長ビット系列:x2,x3
に伝送路のノイズやフェージングの影響を与えた信号で
ある。
は、まず、第1の復号器111が、受信信号:y1kと受
信信号:y2kから推定される推定情報ビット:x1k´の
対数尤度比:L(x1k´)を算出する(kは時刻を表
す)。このとき、対数尤度比:L(x1k´)は、以下の
ように表すことができる。
a(x1k)は1つ前の外部情報である事前情報を表し、
Pr(x1k=1|{Y})は、受信信号の全系列{Y}
を受け取った条件で、実際に送信された情報ビット:x
1kが1である確率を表し、P r(x1k=0|{Y})
は、全系列{Y}を受け取った条件で、実際に送信され
た情報ビット:x1kが0である確率を表す。すなわち、
(1)式では、情報ビット:x1kが0である確率に対す
る情報ビット:x1kが1である確率を求めることとな
る。
である対数尤度比から、第2の復号器115に対する外
部情報を算出する。外部情報:Le(x1k)は、上記
(1)式に基づいて、以下のように表すことができる。 Le(x1k)=L(x1k´)−y1k−La(x1k) …(2) ただし、1回目の復号においては、事前情報が求められ
ていないため、La(x1k)=0である。
では、受信信号:y1kと外部情報:Le(x1k)を、受
信信号:y3の時刻にあわせるために、信号の並べ替え
を行う。そして、第2の復号器115では、第1の復号
器111と同様に、受信信号:y1と受信信号:y3、お
よび先に算出しておいた外部情報:Le(x1k)に基づ
いて、対数尤度比:L(x1k´)を算出する。その後、
加算器116では、加算器112と同様に、(2)式を
用いて、外部情報:Le(x1k)を算出する。このと
き、デインタリーブ117にて並べ替えられた外部情報
は、事前情報:La(x1k)として前記第1の復号器1
11にフィードバックされる。
所定の回数にわたって繰り返し実行することで、より精
度の高い対数尤度比を算出し、そして、判定器118
が、この対数尤度比に基づいて判定を行い、もとの情報
ビット系列を推定する。具体的にいうと、たとえば、対
数尤度比が“L(x1k´)>0”であれば、推定情報ビ
ット:x1k´を1と判定し、“L(x1k´)≦0”であ
れば、推定情報ビット:x1k´を0と判定する。
ボ復号器を用いた場合のBER(ビットエラーレート)
特性を示す図である。図示のとおり、SNRが高くなる
にしたがってBER特性が向上する。たとえば、図11
のようにBERを用いてターボ符号の性能を判断する場
合、ターボ符号語の「最小ハミング重み:wmin」が、
高SNRのBERに対して影響を与える。具体的にいう
と、最小ハミング重みが小さいと、エラーフロア領域
(BERの下落が緩やかになる領域)のBERが高くな
ることが一般的に知られている。
図9に示す系列(x1,x2,x3)のとりうる各パター
ンの、‘1’の個数の最小値のことをいう。したがっ
て、たとえば、 x1=…00100100000… x2=…00010100000… x3=…00010101000… という符号語が、‘1’の個数の最小値を示すパターン
の場合、このターボ符号器の最小ハミング重みは、w
min=7となる。ただし、x1、x2は、エンコーダの入
力データ系列を表し、x3はエンコーダからの出力デー
タ系列を表す。
誤り訂正符号として、ターボ符号を適用することによ
り、変調方式の多値化に応じて信号点間距離が近くなる
ような場合においても、音声伝送やデータ伝送における
伝送特性を大幅に向上させることが可能となり、既知の
畳込み符号よりも優れた特性を得ていた。
の入力情報系列に対して(複数本の情報ビット系列があ
る場合にはそのすべての系列に対して)ターボ符号化を
実施し、さらに、受信側にて、符号化されたすべての信
号をターボ復号し、その後、軟判定を行っている。具体
的にいうと、たとえば、16QAMであれば4ビットの
すべてのデータ(0000〜1111:4ビットコンス
タレーション)に対して、256QAMであれば8ビッ
トのすべてのデータに対して、判定を行うことになる。
ターボ符号を採用する従来の通信装置においては、たと
えば、図9(b)に示す従来のターボ符号器で用いられ
ているエンコーダに改善の余地があり、このような従来
のエンコーダ(再帰的組織畳込み符号化器に相当)を用
いたターボ符号化が、シャノン限界に近い最適な伝送特
性、すなわち、最適なBER特性を得ているとはいえな
い、という問題があった。
って、マルチキャリア変復調方式およびシングルキャリ
ア変復調方式を用いたすべての通信に適用可能とし、さ
らに、従来技術と比較してBER特性の大幅な向上を実
現可能な通信装置を得ることを目的とする。
目的を達成するために、本発明にかかる通信装置にあっ
ては、ターボ符号器を備え、該ターボ符号器が、入力さ
れる第1の情報ビット系列および第2の情報ビット系列
に基づいて第1の冗長ビット系列を出力する構成とし、
該第1の冗長ビット系列を生成するための最終段の加算
器に対して、前記第2の情報ビット系列を入力する第1
の再帰的組織畳込み符号化手段(後述する実施の形態の
第1の再帰的組織畳込み符号化器31に相当)と、前記
第1の情報ビット系列を既知の方法で並べ替える第1の
並べ替え手段(インタリーバ32に相当)と、前記第2
の情報ビット系列を同一の方法で並べ替える第2の並べ
替え手段(インタリーバ33に相当)と、入力される前
記第1の並べ替え手段の出力系列および第2の並べ替え
手段の出力系列に基づいて第2の冗長ビット系列を出力
する構成とし、該第2の冗長ビット系列を生成するため
の最終段の加算器に対して、前記第1の並べ替え手段の
出力系列を入力する第2の再帰的組織畳込み符号化手段
(第2の再帰的組織畳込み符号器34に相当)と、を備
えることを特徴とする。
記第1および第2の再帰的組織畳込み符号化手段は、5
つの加算器(加算器65,66,67,68,69に相
当)と4つの遅延器(遅延器61,62,63,64に
相当)が、1段目の加算器から順に交互に接続され、さ
らに、最終段の加算器の出力が、1段目および4段目の
加算器にフィードバックされた状態で、前記第2の情報
ビット系列を、前記第1の再帰的組織畳込み符号化手段
における1段目、3段目、4段目および前記最終段の加
算器に入力し、前記第1の情報ビット系列を、前記第1
の再帰的組織畳込み符号化手段における2段目、3段目
および4段目の加算器に入力し、前記第2の並べ替え手
段の出力系列を、前記第2の再帰的組織畳込み符号化手
段における2段目、3段目および4段目の加算器に入力
し、前記第1の並べ替え手段の出力系列を、前記第2の
再帰的組織畳込み符号化手段における1段目、3段目、
4段目および前記最終段の加算器に入力することを特徴
とする。
記第1および第2の再帰的組織畳込み符号化手段は、4
つの加算器(加算器75,76,77,78に相当)と
4つの遅延器(遅延器71,72,73,74に相当)
が、第1の遅延器から順に交互に接続され、さらに、最
終段の遅延器の出力が、1段目の遅延器および3段目の
加算器にフィードバックされた状態で、前記第2の情報
ビット系列を、前記第1の再帰的組織畳込み符号化手段
における2段目および前記最終段の加算器に入力し、前
記第1の情報ビット系列を、前記第1の再帰的組織畳込
み符号化手段における1段目、2段目および3段目の加
算器に入力し、前記第2の並べ替え手段の出力系列を、
前記第2の再帰的組織畳込み符号化手段における1段
目、2段目および3段目の加算器に入力し、前記第1の
並べ替え手段の出力系列を、前記第2の再帰的組織畳込
み符号化手段における2段目および前記最終段の加算器
に入力することを特徴とする。
の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、
この実施の形態によりこの発明が限定されるものではな
い。
信装置で使用される符号器(ターボ符号器)、および復
号器(ターボ復号器と硬判定器とR/S(リードソロモ
ン符号)デコーダの組み合わせ)の構成を示す図であ
り、詳細には、図1(a)が本実施の形態における符号
器の構成を示す図であり、図1(b)が本実施の形態に
おける復号器の構成を示す図である。
は、上記符号器および復号器の両方の構成を備えること
とし、高精度なデータ誤り訂正能力をもつことにより、
データ通信および音声通信において優れた伝送特性を得
る。なお、本実施の形態においては、説明の便宜上、上
記両方の構成を備えることとしたが、たとえば、2つの
うちの符号器だけを備える送信機を想定することとして
もよいし、一方、復号器だけを備える受信機を想定する
こととしてもよい。
誤り訂正符号としてターボ符号を採用することによりシ
ャノン限界に近い性能を得ることが可能なターボ符号器
であり、たとえば、ターボ符号器1では、2ビットの情
報ビットの入力に対して、2ビットの情報ビットと2ビ
ットの冗長ビットとを出力し、さらに、ここでは、受信
側において各情報ビットに対する訂正能力が均一になる
ように、各冗長ビットを生成する。
は受信信号:Lcy(後述の受信信号:y2,y1,ya
に相当)から対数尤度比を算出する第1の復号器であ
り、12および16は加算器であり、13および14は
インタリーバであり、15は受信信号:Lcy(後述の
受信信号:y2,y1,ybに相当)から対数尤度比を算
出する第2の復号器であり、17はデインタリーバであ
り、18は第1の復号器15の出力を判定して元の情報
ビット系列の推定値を出力する第1の判定器であり、1
9はリードソロモン符号を復号してより精度の高い情報
ビット系列を出力する第1のR/Sデコーダであり、2
0は第2の復号器15の出力を判定して元の情報ビット
系列の推定値を出力する第2の判定器であり、21はリ
ードソロモン符号を復号してより精度の高い情報ビット
系列を出力する第2のR/Sデコーダであり、22はL
cy(後述の受信信号:y3,y4…に相当)を硬判定し
て元の情報ビット系列の推定値を出力する第3の判定器
である。
説明する前に、本発明にかかる通信装置の基本動作を図
面に基づいて簡単に説明する。たとえば、DMT(Disc
reteMulti Tone)変復調方式を用いて、データ通信を行
う有線系ディジタル通信方式としては、既設の電話回線
を使用して数メガビット/秒の高速ディジタル通信を行
うADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)通
信方式、およびHDSL(high-bit-rate Digital Subs
criber Line)通信方式等のxDSL通信方式がある。
なお、この方式は、ANSIのT1.413等において
標準化されている。以降、本実施の形態の説明について
は、たとえば、上記ADSLに適応可能な通信装置を用
いることとする。
の構成を示す図である。図2において、送信系では、送
信データをマルチプレックス/シンクコントロール(図
示のMUX/SYNC CONTROLに相当)41にて多重化し、多重
化された送信データに対してサイクリックリダンダンシ
ィチェック(CRC:Cyclic redundancy checkに相
当)42、43にて誤り検出用コードを付加し、さら
に、フォワードエラーコレクション(SCRAM&FECに相
当)44、45にてFEC用コードの付加およびスクラ
ンブル処理を行う。
ール41から、トーンオーダリング49に至るまでには
2つの経路があり、一つはインタリーブ(INTERLEAVE)
46が含まれるインタリーブドデータバッファ(Interl
eaved Data Buffer)経路であり、もう一方はインタリ
ーブを含まないファーストデータバッファ(Fast Data
Buffer)経路であり、ここでは、インタリーブ処理を行
うインタリーブドデータバッファ経路の方の遅延が大き
くなる。
(RATE-CONVERTORに相当)47、48にてレートコンバ
ート処理を行い、トーンオーダリング(TONE ORDERRING
に相当)49にてトーンオーダリング処理を行う。そし
て、トーンオーダリング処理後の送信データに基づい
て、コンスタレーションエンコーダ/ゲインスケーリン
グ(CONSTELLATION AND GAIN SCALLNGに相当)50にて
コンスタレーションデータを作成し、逆高速フーリエ変
換部(IFFT:Inverse Fast Fourier transformに相当)
51にて逆高速フーリエ変換を行う。
ッファ(INPUT PARALLEL/SERIAL BUFFERに相当)52に
てフーリエ変換後のパラレルデータをシリアルデータに
変換し、アナログプロセッシング/ディジタル−アナロ
グコンバータ(ANALOG PROCESSING AND DACに相当)5
3にてディジタル波形をアナログ波形に変換し、フィル
タリング処理を実行後、送信データを電話回線上に送信
する。
の構成を示す図である。図3において、受信系では、受
信データ(前述の送信データ)に対し、アナログプロセ
ッシング/アナログ−ディジタルコンバータ(図示のAN
ALOG PROCESSING AND ADCに相当)141にてフィルタ
リング処理を実行後、アナログ波形をディジタル波形に
変換し、タイムドメインイコライザ(TEQに相当)14
2にて時間領域の適応等化処理を行う。
タについては、インプットシリアル/パラレルバッファ
(INPUT SERIAL / PARALLEL BUFFERに相当)143にて
シリアルデータからパラレルデータに変換され、そのパ
ラレルデータに対して高速フーリエ変換部(FFT:Fast
Fourier transformに相当)144にて高速フーリエ変
換を行い、その後、周波数ドメインイコライザ(FEQに
相当)145にて周波数領域の適応等化処理を行う。
されたデータについては、コンスタレーションデコーダ
/ゲインスケーリング(CONSTELLATION DECODER AND GA
IN SCALLNGに相当)146およびトーンオーダリング
(TONE ORDERRINGに相当)147にて行われる復号処理
(最尤復号法)およびトーンオーダリング処理により、
シリアルデータに変換される。その後、レートコンバー
タ(RATE-CONVERTORに相当)148,149によるレー
トコンバート処理、デインタリーブ(DEINTERLEAVEに相
当)150によるデインタリーブ処理、フォワードエラ
ーコレクション(DESCRAM&FECに相当)151,152
によるFEC処理およびデスクランブル処理、およびサ
イクリックリダンダンシィチェック(cyclic redundanc
y checkに相当)153,154による巡回冗長検査等
の処理が行われ、最終的にマルチプレックス/シンクコ
ントロール(MUX/SYNC CONTROLに相当)155から受信デ
ータが再生される。
信系と送信系においてそれぞれ2つの経路を備え、この
2つの経路を使い分けることにより、またはこの2つの
経路を同時に動作させることにより、低伝送遅延および
高レートのデータ通信を実現可能としている。
おいては、図1(a)に示す符号器が、上記送信系にお
けるコンスタレーションエンコーダ/ゲインスケーリン
グ50に位置付けられ、図1(b)に示す復号器が、上
記受信系におけるコンスタレーションデコーダ/ゲイン
スケーリング146に位置付けられる。
系)および復号器(受信系)の動作を図面にしたがって
詳細に説明する。まず、図1(a)に示す符号器の動作
について説明する。なお、本実施の形態では、多値直交
振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulatio
n)として、たとえば、16QAM方式を採用する。ま
た、本実施の形態の符号器においては、すべての入力デ
ータ(4ビット)に対してターボ符号化を実行する従来
技術と異なり、図1(a)に示すように、下位2ビット
の入力データに対してのみターボ符号化を実施し、他の
上位ビットについては入力データをそのままの状態で出
力する。
てのみターボ符号化を実行する理由を説明する。図4
は、各種ディジタル変調の信号点配置を示す図であり、
詳細には、図4(a)が4相PSK(Phase Shift Keyi
ng)方式の信号点配置であり、(b)が16QAM方式
の信号点配置であり、(c)が64QAM方式の信号点
配置である。
配置において、受信信号点がaまたはbの位置である場
合、通常、受信側では、軟判定により情報ビット系列
(送信データ)として最も確からしいデータを推定す
る。すなわち、受信信号点との距離が最も近い信号点を
送信データとして判定することになる。しかしながら、
このとき、たとえば、図4の受信信号点aおよびbに着
目すると、いずれの場合(図4(a)(b)(c)に相
当)においても、受信信号点に最も近い4点の下位2ビ
ットが、(0,0)(0,1)(1,0)(1,1)で
あることがわかる。そこで、本実施の形態においては、
特性が劣化する可能性のある4つの信号点(すなわち、
信号点間距離が最も近い4点)の下位2ビットに対し
て、優れた誤り訂正能力をもつターボ符号化を実施し、
受信側で軟判定を行う。一方、特性が劣化する可能性の
低いその他の上位ビットについては、そのままの状態で
出力し、受信側で硬判定を行う構成とした。
値化に伴って劣化する可能性のある特性を向上させるこ
とができ、さらに、送信信号の下位2ビットに対しての
みターボ符号化を実施するため、すべてのビットをター
ボ符号化の対象とする従来技術と比較して、演算量を大
幅に削減することができる。
ータ:u1,u2に対してターボ符号化を実施する、図1
(a)に示すターボ符号器1の動作について説明する。
たとえば、図5は、ターボ符号器1の構成を示す図であ
り、詳細には、図5(a)がターボ符号器1のブロック
構成を示す図であり、図5(b)が本発明にかかる再帰
的組織畳込み符号器の回路構成を示す図である。
列に相当する送信データ:u1,u2を畳込み符号化して
冗長データ:uaを出力する第1の再帰的組織畳込み符
号化器であり、32および33はインタリーバであり、
34はインタリーブ処理後のデータ:u1t,u2tを畳込
み符号化して冗長データ:ubを出力する第2の再帰的
組織畳込み符号化器である。ターボ符号器1では、同時
に、送信データ:u1,u2と、第1の再帰的組織畳込み
符号化器31の処理により前記送信データを符号化した
冗長データ:uaと、第2の再帰的組織畳込み符号化器
34の処理によりインタリーブ処理後のデータを符号化
した(他のデータとは時刻の異なる)冗長データ:ub
と、を出力する。
織畳込み符号化器において、61,62,63,64は
遅延器であり、65,66,67,68,69は加算器
である。この再帰的組織畳込み符号化器においては、1
段目の加算器65が、入力される送信データ:u2(ま
たはデータ:u1t)とフィードバックされた冗長デー
タ:ua(または冗長データ:ub)とを加算出力し、2
段目の加算器66が、入力される送信データ:u1(ま
たはデータ:u2t)と遅延器61の出力とを加算出力
し、3段目の加算器67が、入力される送信データ:u
1(またはデータ:u2t)と送信データ:u2(またはデ
ータ:u1t)と遅延器62の出力とを加算出力し、4段
目の加算器68が、入力される送信データ:u1(また
はデータ:u2t)と送信データ:u2(またはデータ:
u1t)と遅延器63の出力とフィードバックされた冗長
データ:ua(または冗長データ:ub)とを加算出力
し、最終段の加算器69が、入力される送信データ:u
2(またはデータ:u1t)と遅延器64の出力とを加算
し、最終的に冗長データ:ua(冗長データ:ub)を出
力する。
データ:ua,ubを用いた受信側での送信データ:u1
とu2の推定精度が均一になるように、各冗長ビットに
おける重みに偏りが発生しないようにしている。すなわ
ち、送信データ:u1とu2の推定精度を均一化するため
に、たとえば、送信データ:u2を、第1の再帰的組織
畳込み符号化器31における加算器65,67,68,
69(図5(b)参照)に入力し、インタリーブ実施後
のデータ:u2tを、第2の再帰的組織畳込み符号化器3
4における加算器66〜68に入力し、一方、送信デー
タ:u1を、第1の再帰的組織畳込み符号化器31にお
ける加算器66〜68に入力し、インタリーブ実施後の
データ:u1tを、第2の再帰的組織畳込み符号化器34
における加算器65,67,68,69に入力すること
で、送信データ:u1の系列と送信データ:u2の系列と
の間で、出力までに通る遅延器の数を同一にしている。
いた場合には、インタリーブの効果として、バースト的
なデータの誤りに対して誤り訂正能力を向上させること
が可能となり、さらに、送信データ:u1の系列の入力
と送信データ:u2の系列の入力とを、第1の再帰的組
織畳込み符号化器31と第2の再帰的組織畳込み符号化
器34との間で入れ替えることにより、受信側による送
信データ:u1とu2の推定精度の均一化が可能となる。
込み符号化器と同一の符号を構成する再帰的組織畳込み
符号化器の一例を示す図である。したがって、図5
(b)に示す再帰的組織畳込み符号化器を、図6の回路
構成に置き換えた場合においても、上記と同様の効果が
得られる。
化器において、71,72,73,74は遅延器であ
り、75,76,77,78は加算器である。この再帰
的組織畳込み符号化器は、1段目の加算器75が、入力
される送信データ:u1(またはデータ:u2t)と遅延
器71の出力とを加算出力し、2段目の加算器76が、
入力される送信データ:u1(またはデータ:u2t)と
送信データ:u2(またはデータ:u1t)と遅延器72
の出力とを加算出力し、3段目の加算器77が、入力さ
れる送信データ:u1(またはデータ:u2t)と遅延器
73の出力とフィードバックされた遅延器74の出力と
を加算出力し、最終段の加算器78が、入力される送信
データ:u2(またはデータ:u1t)と遅延器74の出
力とを加算し、最終的に冗長データ:ua(冗長デー
タ:ub)を出力する。
ついて説明する。なお、本実施の形態では、多値直交振
幅変調(QAM)として、たとえば、16QAM方式を
採用する場合について説明する。また、本実施の形態の
復号器においては、受信データの下位2ビットに対して
ターボ復号を実施し、軟判定により元の送信データを推
定し、他の上位ビットについては、受信データを第3の
判定器22で硬判定することにより、元の送信データを
推定する。ただし、受信信号Lcy:y4,y3,y2,
y1,ya,ybは、それぞれ前記送信側の出力:u4,u
3,u2,u1,u a,ubに伝送路のノイズやフェージン
グの影響を与えた信号である。
ybを受け取ったターボ復号器では、第1の復号器11
が、受信信号Lcy:y2,y1,yaを抽出し、これら
の受信信号から推定される情報ビット(元の送信デー
タ:u1k,u2kに相当):u1k´,u2k´の対数尤度
比:L(u1k´),L(u2k´)を算出する(kは時刻
を表す)。なお、対数尤度比を算出する復号器として
は、たとえば、既知の最大事後確率復号器(MAPアル
ゴリズム:Maximum A-Posteriori)が用いられることが
多いが、たとえば、既知のビタビ復号器を用いることと
してもよい。
(u2k´)は、以下のように表すことができる。
(u1k),Le(u2k)は外部情報を表し、La
(u1k),La(u2k)は1つ前の外部情報である事前
情報を表し、Pr(u1k=1|{Lcy})は、受信信
号Lcy:y2,y1,yaを受け取った条件で、実際に
送信された情報ビット:u1kが1である事後確率を表
し、Pr(u1 k=0|{Lcy})は、u1kが0である
事後確率を表し、Pr(u2k=1|{Lcy})は、受
信信号Lcy:y2,y1,yaを受け取った条件で、実
際に送信された情報ビット:u2kが1である事後確率を
表し、Pr(u2k=0|{Lcy})は、u2kが0であ
る事後確率を表す。すなわち、(3)(4)式では、u
2kが0である確率に対するu2kが1である確率と、u1k
が0である確率に対するu 1kが1である確率と、を求め
ることとなる。
ある対数尤度比から、第2の復号器15に対する外部情
報を算出する。外部情報:Le(u1k),Le(u2k)
は、上記(3)(4)式に基づいて、以下のように表す
ことができる。 Le(u1k)=L(u1k´)−Lcy−La(u1k) …(5) Le(u2k)=L(u2k´)−Lcy−La(u2k) …(6) ただし、1回目の復号においては、事前情報が求められ
ていないため、La(u1k)=0,La(u2k)=0で
ある。
は、受信信号Lcyと外部情報:Le(u1k),Le
(u2k)に対して信号の並べ替えを行う。そして、第2
の復号器15では、第1の復号器11と同様に、受信信
号Lcy、および先に算出しておいた事前情報:La
(u1k),La(u2k)に基づいて、(3)(4)式に
よる対数尤度比:L(u1k´),L(u2k´)を算出す
る。なお、ここでは、Pr(u1k=1|{Lcy})
は、受信信号Lcy:y2,y1,ybを受け取った条件
で、実際に送信された情報ビット:u1kが1である事後
確率を表し、Pr(u1k=0|{Lcy})は、u1kが
0である事後確率を表し、Pr(u2k=1|{Lc
y})は、受信信号Lcy:y2,y1,ybを受け取っ
た条件で、実際に送信された情報ビット:u2kが1であ
る事後確率を表し、Pr(u2k=0|{Lcy})は、
u2kが0である事後確率を表す。
様に、(5)(6)式を用いて、外部情報:Le
(u1k),Le(u2k)を算出する。このとき、デイン
タリーブ17にて並べ替えられた外部情報は、事前情
報:La(u1k),La(u2k)として、前記第1の復
号器11にフィードバックされる。
を、所定の回数(イテレーション回数)にわたって繰り
返し実行することにより、より精度の高い対数尤度比を
算出し、そして、第1の判定器18および第2の判定器
20が、この対数尤度比に基づいて信号の判定を行い、
もとの送信データを推定する。具体的にいうと、たとえ
ば、対数尤度比が“L(u1k´)>0”であれば、推定
情報ビット:u1k´を1と判定し、“L(u1k´)≦
0”であれば、推定情報ビット:u1k´を0と判定し、
同様に、対数尤度比が“L(u2k´)>0”であれば、
推定情報ビット:u2k´を1と判定し、“L(u2k´)
≦0”であれば、推定情報ビット:u2k´を0と判定す
る。なお、同時に受信する受信信号Lcy:y3,y4…
については、第3の判定器22を用いて硬判定される。
第2のR/Sデコーダ21では、所定の方法でリードソ
ロモン符号を用いたエラーのチェックを行い、推定精度
がある特定の基準を超えたと判断された段階で上記繰り
返し処理を終了させる。そして、リードソロモン符号を
用いて、各判定器にて前記推定されたもとの送信データ
の誤り訂正を行い、より推定精度の高い送信データを出
力する。
第2のR/Sデコーダ21によるもとの送信データの推
定方法を具体例にしたがって説明する。ここでは、具体
例として、3つの方法をあげる。第1の方法としては、
たとえば、第1の判定器18または第2の判定器20に
てもとの送信データが推定される毎に、対応する第1の
R/Sデコーダ19、または第2のR/Sデコーダ21
が、交互にエラーのチェックを行い、いずれか一方のR
/Sデコーダが「エラーがない」と判断した段階でター
ボ符号器による上記繰り返し処理を終了させ、そして、
リードソロモン符号を用いて前記推定されたもとの送信
データの誤り訂正を行い、より推定精度の高い送信デー
タを出力する。
18または第2の判定器20にてもとの送信データが推
定される毎に、対応する第1のR/Sデコーダ19、ま
たは第2のR/Sデコーダ21が、交互にエラーのチェ
ックを行い、両方のR/Sデコーダが「エラーがない」
と判断した段階でターボ符号器による上記繰り返し処理
を終了させ、そして、リードソロモン符号を用いて前記
推定されたもとの送信データの誤り訂正を行い、より推
定精度の高い送信データを出力する。
び第2の方法にて誤って「エラーがない」と判断され、
繰り返し処理が実施されなかった場合に誤訂正をしてし
まうという問題を改善し、たとえば、予め決めておいた
所定回数分の繰り返し処理を実施し、ある程度、ビット
誤り率を低減しておいてから、リードソロモン符号を用
いて前記推定されたもとの送信データの誤り訂正を行
い、より推定精度の高い送信データを出力する。
いた場合には、変調方式の多値化に伴ってコンスタレー
ションが増大する場合においても、特性劣化の可能性が
ある受信信号の下位2ビットに対する軟判定処理とリー
ドソロモン符号による誤り訂正とを実施するターボ復号
器と、受信信号におけるその他のビットに対して硬判定
を行う判定器と、を備えることで、計算量の多い軟判定
処理の削減と、良好な伝送特性と、を実現することが可
能となる。
2のR/Sデコーダ21を用いて送信データを推定する
ことにより、イテレーション回数を低減することがで
き、計算量の多い軟判定処理およびその処理時間をさら
に削減することが可能となる。なお、ランダム誤りとバ
ースト誤りが混在するような伝送路においては、シンボ
ル単位での誤り訂正を行うR−S符号(リードソロモ
ン)や他の既知の誤り訂正符号等との併用により優れた
伝送特性が得られることが一般的に知られている。
信データを復号した場合のBER(ビットエラーレー
ト)特性と、従来のターボ符号器を用いて送信データを
復号した場合のBER特性と、を比較する。図7は、両
者のBER特性を示す図である。たとえば、BERを用
いてターボ符号の性能を判断する場合、ターボ符号語の
「最小ハミング重み:wmin」が、高SNRのBERに
対して影響を与える。すなわち、最小ハミング重みが小
さいと、エラーフロア領域(BERの下落が緩やかにな
る領域)のBERが高くなることが一般的に知られてい
る。
色ガウス雑音通信路において、誤り訂正符号のBER特
性の理論式は、一般的に、以下の(7)式のように示さ
れている。
のNIビットに含まれる‘1’の個数(ハミング重み)
を表し、woは符号化された後の符号語系列のNoビット
のハミング重みを表し、wminは符号語の最小ハミング
重みを表し、Rは符号化レートを表し、Eb/Noは1情
報ビットあたりの信号エネルギー対雑音電力比を表し、
上記関数Q(x)は、以下の(8)式のように表す。
エラーフロア領域では、関数Q(x)の減少によって、
最小ハミング重み:wminが最もBER特性に影響を与
えることがわかる。このような状況に鑑み、ここでは、
各符号器の性能比較の指標として、ターボ符号語の最小
ハミング重みを採用した。
採用した場合における、本発明のターボ符号器の最小ハ
ミング重みと従来のターボ符号器における最小ハミング
重みとを示す図である。この最小ハミング重みは、入力
される情報ビット系列のハミング重みが‘2’および
‘3’であるものを全パターンにわたってターボ符号化
し、その後、その符号化された系列のハミング重みを求
め、その中の最小値を示したものである。
小ハミング重みが大きく、エラーフロア領域のBER特
性が低い、本発明にかかるターボ符号器の性能の方が、
従来技術より明らかに優れているといえる。
号器1で使用する再帰的組織畳込み符号化器(エンコー
ダ)に、たとえば、図5(b)および図6に示すよう
な、送信データのいずれか一方の系列を最終段の加算器
に入力する形を採用することで、送信データの影響を冗
長データに対してより強く反映させることができるよう
になる。これにより、受信側における復調特性を、従来
技術と比較して大幅に向上させることができるようにな
るため、シャノン限界に近い最適な伝送特性、すなわ
ち、最適なBER特性を得ることが可能となる。
ば、ターボ符号器で使用する再帰的組織畳込み符号化手
段(エンコーダ)に、たとえば、情報ビット系列のいず
れか一方を最終段の加算器に入力する形を採用すること
で、送信データの影響を冗長データに対してより強く反
映させることができるようになる。これにより、受信側
における復調特性を、従来技術と比較して大幅に向上さ
せることができるようになるため、シャノン限界に近い
最適な伝送特性、すなわち、最適なBER特性を得るこ
とが可能な通信装置を得ることができる、という効果を
奏する。
列の入力と第2の情報ビット系列の入力とを、第1の再
帰的組織畳込み符号化手段と第2の再帰的組織畳込み符
号化手段との間で入れ替えることにより、すなわち、第
1の情報ビット系列と第2の情報ビット系列との間で、
出力までに通る遅延器の数を同一にすることにより、受
信側による第1および第2の情報ビット系列の推定精度
を均一化することが可能な通信装置を得ることができ
る、という効果を奏する。
列と第2の情報ビット系列との間で、出力までに通る遅
延器の数を同一にすることにより、受信側による第1お
よび第2の情報ビット系列の推定精度を均一化すること
が可能な通信装置を得ることができる、という効果を奏
する。
および復号器の構成を示す図である。
す図である。
す図である。
ある。
一の符号を構成する再帰的組織畳込み符号化器の一例を
示す図である。
復号した場合のBER特性、および従来のターボ符号器
を用いて送信データを復号した場合のBER特性を示す
図である。
合における、本発明のターボ符号器の最小ハミング重み
と従来のターボ符号器における最小ハミング重みとを示
す図である。
成を示す図である。
構成を示す図である。
用いた場合のビットエラーレート特性を示す図である。
65,66,67,68,69,75,76,77,7
8 加算器、13,14,32,33 インタリーバ、
15 第2の復号器、17 デインタリーバ、18 第
1の判定器、19 第1のR/Sデコーダ、20 第2
の判定器、21 第2のR/Sデコーダ、22 第3の
判定器、31 第1の再帰的組織畳込み符号化器、34
第2の再帰的組織畳込み符号化器、41 マルチプレ
ックス/シンクコントロール、42,43 サイクリッ
クリダンダンシィチェック(CRC)、44,45 フ
ォワードエラーコレクション(FEC)、46 インタ
リーブ、47,48 レートコンバータ、49 トーン
オーダリング、50 コンスタレーションエンコーダ/
ゲインスケーリング、51 逆高速フーリエ変換部(I
FFT)、52 インプットパラレル/シリアルバッフ
ァ、53 アナログプロセッシング/ディジタル−アナ
ログコンバータ、61,62,63,64,71,7
2,73,74遅延器、141 アナログプロセッシン
グ/アナログ−ディジタルコンバータ、142 タイム
ドメインイコライザ(TEC)、143 インプットシ
リアル/パラレルバッファ、144 高速フーリエ変換
部(FFT)、145 周波数ドメインイコライザ(F
EC)、146 コンスタレーションエンコーダ/ゲイ
ンスケーリング、147 トーンオーダリング、14
8,149 レートコンバータ、150 デインタリー
ブ、151,152 フォワードエラーコレクション、
153,154 サイクリックリダンダンシィチェック
(CRC)、155マルチプレックス/シンクコントロ
ール。
Claims (3)
- 【請求項1】 ターボ符号器を備える通信装置におい
て、 前記ターボ符号器は、 入力される第1の情報ビット系列および第2の情報ビッ
ト系列に基づいて第1の冗長ビット系列を出力する構成
とし、該第1の冗長ビット系列を生成するための最終段
の加算器に対して、前記第2の情報ビット系列を入力す
る第1の再帰的組織畳込み符号化手段と、 前記第1の情報ビット系列を既知の方法で並べ替える第
1の並べ替え手段と、 前記第2の情報ビット系列を同一の方法で並べ替える第
2の並べ替え手段と、 入力される前記第1の並べ替え手段の出力系列および第
2の並べ替え手段の出力系列に基づいて第2の冗長ビッ
ト系列を出力する構成とし、該第2の冗長ビット系列を
生成するための最終段の加算器に対して、前記第1の並
べ替え手段の出力系列を入力する第2の再帰的組織畳込
み符号化手段と、 を備えることを特徴とする通信装置。 - 【請求項2】 前記第1および第2の再帰的組織畳込み
符号化手段は、5つの加算器と4つの遅延器が、1段目
の加算器から順に交互に接続され、さらに、最終段の加
算器の出力が、1段目および4段目の加算器にフィード
バックされた状態で、 前記第2の情報ビット系列を、前記第1の再帰的組織畳
込み符号化手段における1段目、3段目、4段目および
前記最終段の加算器に入力し、 前記第1の情報ビット系列を、前記第1の再帰的組織畳
込み符号化手段における2段目、3段目および4段目の
加算器に入力し、 前記第2の並べ替え手段の出力系列を、前記第2の再帰
的組織畳込み符号化手段における2段目、3段目および
4段目の加算器に入力し、 前記第1の並べ替え手段の出力系列を、前記第2の再帰
的組織畳込み符号化手段における1段目、3段目、4段
目および前記最終段の加算器に入力することを特徴とす
る請求項1に記載の通信装置。 - 【請求項3】 前記第1および第2の再帰的組織畳込み
符号化手段は、4つの加算器と4つの遅延器が、第1の
遅延器から順に交互に接続され、さらに、最終段の遅延
器の出力が、1段目の遅延器および3段目の加算器にフ
ィードバックされた状態で、 前記第2の情報ビット系列を、前記第1の再帰的組織畳
込み符号化手段における2段目および前記最終段の加算
器に入力し、 前記第1の情報ビット系列を、前記第1の再帰的組織畳
込み符号化手段における1段目、2段目および3段目の
加算器に入力し、 前記第2の並べ替え手段の出力系列を、前記第2の再帰
的組織畳込み符号化手段における1段目、2段目および
3段目の加算器に入力し、 前記第1の並べ替え手段の出力系列を、前記第2の再帰
的組織畳込み符号化手段における2段目および前記最終
段の加算器に入力することを特徴とする請求項1に記載
の通信装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000020943A JP4342674B2 (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 通信装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000020943A JP4342674B2 (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 通信装置 |
Publications (2)
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JP2001217724A true JP2001217724A (ja) | 2001-08-10 |
JP4342674B2 JP4342674B2 (ja) | 2009-10-14 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000020943A Expired - Fee Related JP4342674B2 (ja) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | 通信装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4342674B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002007357A1 (fr) * | 2000-07-19 | 2002-01-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif et procede de communication |
WO2004068756A1 (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-12 | Fujitsu Limited | マルチキャリア通信システム及びその受信装置 |
WO2004079957A1 (ja) * | 2003-03-05 | 2004-09-16 | Fujitsu Limited | 通信システムにおける受信装置 |
WO2005011164A1 (ja) * | 2003-07-29 | 2005-02-03 | Fujitsu Limited | 通信システムにおける受信装置 |
-
2000
- 2000-01-28 JP JP2000020943A patent/JP4342674B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2002007357A1 (fr) * | 2000-07-19 | 2002-01-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif et procede de communication |
WO2004068756A1 (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-12 | Fujitsu Limited | マルチキャリア通信システム及びその受信装置 |
US7317761B2 (en) | 2003-01-31 | 2008-01-08 | Fujitsu Limited | Multi-carrier communication system and receiver thereof |
WO2004079957A1 (ja) * | 2003-03-05 | 2004-09-16 | Fujitsu Limited | 通信システムにおける受信装置 |
US7313191B2 (en) | 2003-03-05 | 2007-12-25 | Fujitsu Limited | Receiver device of communication system |
WO2005011164A1 (ja) * | 2003-07-29 | 2005-02-03 | Fujitsu Limited | 通信システムにおける受信装置 |
US7376196B2 (en) | 2003-07-29 | 2008-05-20 | Fujitsu Limited | Receiving apparatus in communication system |
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JP4342674B2 (ja) | 2009-10-14 |
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