(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報系列に対する誤り訂正符号化を実施して符号語系列を生成するとともに、上記符号語系列を差動変調する送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信する信号受信手段と、上記差動変調が検査行列に置き換えられている行列と誤り訂正符号用の検査行列とが組み合わされている拡張検査行列を用いて、上記信号受信手段の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、上記情報系列の誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段とを備えた受信機。
【請求項２】
情報系列に対する誤り訂正符号化を実施して符号語系列を生成するとともに、上記符号語系列を差動変調して、上記符号語系列の変調信号を伝送路に出力する送信機と、上記送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信して情報系列の誤り訂正復号を行う受信機とを備えた通信装置において、
上記受信機は、上記送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信する信号受信手段と、上記差動変調が検査行列に置き換えられている行列と誤り訂正符号用の検査行列とが組み合わされている拡張検査行列を用いて、上記信号受信手段の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、上記情報系列の誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段とから構成されていることを特徴とする通信装置。
【請求項３】
誤り訂正復号手段は、拡張検査行列を用いて、信号受信手段の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、その復号結果から得られる軟判定ビットを用いて、上記受信信号の位相誤差を推定するとともに、上記位相誤差を用いて上記受信信号を補正し、上記拡張検査行列を用いて、補正後の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列の誤り訂正復号を行うことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
【請求項４】
誤り訂正復号手段は、拡張検査行列として、下記の行列Ｈｄを用いることを特徴とする請求項２記載の通信装置。
0005634640.tif 000034
ただし、Ｄは差動変調に対応する検査行列、Ｉは単位行列、０は零行列、Ｈは誤り訂正符号用の検査行列である。
【請求項５】
誤り訂正復号手段は、拡張検査行列として、下記の行列Ｈｄを用いることを特徴とする請求項３記載の通信装置。
0005634640.tif 000035
ただし、Ｄは差動変調に対応する検査行列、Ｉは単位行列、０は零行列、Ｈは誤り訂正符号用の検査行列である。
【請求項６】
誤り訂正復号手段は、送信機により符号語系列が置換され、置換後の符号語系列が差動変調される場合、拡張検査行列として、下記の行列Ｈｄを用いることを特徴とする請求項２記載の通信装置。
0005634640.tif 000036
ただし、Ｄは差動変調に対応する検査行列、Ｒは置換行列、０は零行列、Ｈは誤り訂正符号用の検査行列である。
【請求項７】
誤り訂正復号手段は、送信機により符号語系列が置換され、置換後の符号語系列が差動変調される場合、拡張検査行列として、下記の行列Ｈｄを用いることを特徴とする請求項３記載の通信装置。
0005634640.tif 000037
ただし、Ｄは差動変調に対応する検査行列、Ｒは置換行列、０は零行列、Ｈは誤り訂正符号用の検査行列である。
【請求項８】
送信機が、情報系列に対する誤り訂正符号化を実施して符号語系列を生成するとともに、上記符号語系列を差動変調して、上記符号語系列の変調信号を伝送路に出力し、受信機が、上記送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信して情報系列の誤り訂正復号を行う通信方法において、
上記受信機では、上記送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信する信号受信処理ステップと、上記差動変調が検査行列に置き換えられている行列と誤り訂正符号用の検査行列とが組み合わされている拡張検査行列を用いて、上記信号受信処理ステップでの受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、上記情報系列の誤り訂正復号を行う誤り訂正復号処理ステップとを実行することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信し、その受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列の誤り訂正復号を行う受信機、通信装置及び通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の通信装置では、例えば、以下の非特許文献１に開示されている同期方法を用いて、位相の同期確立を行っている。
非特許文献１に開示されている同期方法では、図４に示すように、送信機が、位相が反転している信号（プリアンブル、あるいは、パイロット信号）をＮ個用意して、Ｎ個の信号を送信する。
受信機は、送信機から出力されたＮ個の信号を受信すると、Ｎ個の信号から位相の反転を検出し、その位相の反転を示す信号を同期信号として利用する。
即ち、受信機は、同期信号に同期させて被変調波のデータを復調する。【０００３】
通常、ノイズが多い通信路でも、位相の反転を正確に検出して、同期の確立が行えるようにするために、Ｎの数は１０個以上必要とする場合が多い。
Ｎ個の位相が反転している信号をデータ信号の送信前、あるいは、連続して送信するデータ信号の間に送信して、同期の確立を行っている。【０００４】
次に、ＬＤＰＣ（低密度パリティ検査）符号を使用している符号化と復号について説明する。
図５は従来の通信装置を示す構成図である。
図５において、符号化器及び変調器が送信機側の構成要素であり、復調器及びＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器が受信機側の構成要素である。【０００５】
送信機の符号化器では、予め、検査行列Ｈを用意しており、その検査行列ＨがＬＤＧＭ（Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｍａｔｒｉｘ）の場合、情報長ｋのメッセージ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）を入力すると、その検査行列Ｈを用いて、符号語系列Ｃを生成する。
Ｈ＝（ｎ−ｋ）×ｎ
Ｃ＝｛（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ，ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ−ｋ）
：Ｈ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）ｔ＝０｝
ただし、ｋは情報長、ｎは符号語長である。
また、ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ−ｋはパリティ系列である。【０００６】
送信機の変調器は、符号化器が符号語系列Ｃを生成すると、その符号語系列Ｃをデジタル変調（例えば、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ、多値ＱＡＭなどの変調）し、その変調信号を通信路経由で受信機に送信する。
受信機の復調部は、送信機から送信された変調信号を受信すると、その受信信号をデジタル復調（例えば、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ、多値ＱＡＭなどの復調）する。
受信機のＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器は、復調器の復調結果を用いながら、その受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報長ｋのメッセージ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）を推定する。【０００７】
図５の通信装置では、位相の同期確立部分を省略しているが、位相の同期確立部分を実装している通信装置の構成は図６のようになる。
ただし、図６の通信装置では、同期部と誤り訂正部を独立に扱う例を示している。
図７は図６の通信装置に適用されるフレーム構造を示す説明図である。
図６の通信装置では、同期部がプリアンブル中にシンボル同期を完了し、その結果の推定位相に同期位相を固定した後、ユニークワードによるフレーム同期を実施し、その後、ＬＤＰＣ符号の復号処理を行うものとする。
したがって、ＬＤＰＣ符号の復号性能がシンボル同期の推定位相誤差に依存することになる。【０００８】
以下、図６の通信装置の処理内容を具体的に説明する。
最初に、システムモデルに関してパラメータの定義を行う。
ここでは、通信路として、ＡＷＧＮ伝送路を仮定する。
ＬＤＰＣ符号化器は、メッセージ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）である情報系列ｂｉを入力すると、その情報系列ｂｉに対する誤り訂正符号化を実施して符号語系列Ｃを生成する。
ｂｉ∈｛０，１｝，ｉ＝１，２，・・・，Ｌｃ
Ｃ＝｛（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ，ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ−ｋ）
：Ｈ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）ｔ＝０｝【０００９】
変調器は、ＬＤＰＣ符号化器が符号語系列Ｃを生成すると、下記の式（１）に示すように、その符号語系列Ｃの要素である情報系列ｂｉ及びパリティ系列ｐｎ−ｋから送信信号ｕｉを生成する。
0005634640.tif 000002
【００１０】
変調器は、送信信号ｕｉを生成すると、下記の式（２）に示すように、その送信信号ｕｉから符号語系列ｃｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｌｃ／２）を生成する。
0005634640.tif 000003
変調器は、送信信号ｕｉから符号語系列ｃｋを生成すると、その符号語系列ｃｋをＱＰＳＫ変調して、下記の式（３）に示すようなＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）をＡＷＧＮ伝送路に出力する。
0005634640.tif 000004
ここで、Ｒｅは実部、ｆｃは搬送波周波数、ｔは時間、Ｔｓはサンプル間隔を示している。
なお、変調器は、ｔ＝Ｔｓ・ｉ，（ｉ＝１，２，・・・，２ｋ−１，２ｋ・・・，Ｌｃ）の順に、ＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）をＡＷＧＮ伝送路に出力する。
図８は時間軸上の送信系列を示す説明図である。【００１１】
ＡＷＧＮ伝送路では、ＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）の送信中に、加法性白色ガウス（ＡＷＧＮ）雑音ｎｋを受けるものとする。
0005634640.tif 000005
ただし、σ０２はガウス雑音の分散値である。
また、送信機と受信機のサンプル点誤差による位相誤差θや、送信機と受信機間の発振子の周波数誤差による搬送波周波数誤差ΔφがＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）に付加されるため、下記の式（４）に示す変調信号が受信信号ｓ’（ｔ）として受信機に受信されるものとする。
0005634640.tif 000006
【００１２】
受信機の復調器は、サンプル間隔Ｔｓで、ｔ＝Ｔｓ・ｉ，（ｉ＝１，２，・・・，２ｋ−１，２ｋ・・・，Ｌｃ）の順に、受信信号ｓ’（ｔ）を復調して、下記の式（５）に示すような受信符号語系列ｙｋを得る。
0005634640.tif 000007
ここで、ｒ２ｋ−１，ｒ２ｋは受信符号語系列ｙｋの複素成分である。【００１３】
受信機のＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器は、復調器から受信符号語系列ｙｋを受けると、その受信符号語系列ｙｋを用いながら、受信信号ｓ’（ｔ）に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列ｂｉの誤り訂正復号を行う。
これにより、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器からメッセージ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）が出力される。【００１４】
［位相誤差によるＬＤＰＣ符号の復号性能］
図９は固定の位相誤差が存在している状態でのＬＤＰＣ復号特性を示す説明図である。
通信装置において、要求されているビット誤り率特性がＢＥＲ＝１０−４、フレーム誤り率がＦＥＲ＝１０−２であるとき、ビット誤り率特性及びフレーム誤り率の両方を達成できる固定の位相誤差φに起因するＥｂ／Ｎ０の劣化量を０．５ｄＢ（Ｅｂ／Ｎ０≒２ｄＢ）とすると、固定位相誤差は、約１０°程度までは許容できるが、それ以上は劣化が大きいことが分かる。【００１５】
通信装置が、例えば、光通信を行う場合、位相変動が著しいため、図９に示すように劣化の大きな要因となる。
このため、光通信を行う通信装置等では、位相変動に強い差動変調器（図１０を参照）を送信機に搭載して、符号語系列ｃｋをデジタル変調することが多い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】松本、今井、“低密度パリティ検査（LDPC）符号を用いたブラインド同期方式”、電子情報通信学会論文誌  B  Vol.J86-B No.10 pp.2065-2078 2003年10月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の通信装置は以上のように構成されているので、位相変動が著しい場合、位相変動に強い差動変調器を送信機に搭載すれば、位相変動の影響を低減することができる。しかし、送信機が差動変調器を搭載する場合、受信機側で差動検波を行うと、例えば、１ビットのビット誤りが発生すると、そのビット誤りが倍増して、２ビットのビット誤りとなる。このため、検波後のビット誤り率（ＢＥＲ）に対するＳＮＲ比で、約３ｄＢの劣化を生じてしまう課題があった。【００１８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、位相変動に強い差動変調器を送信機に搭載しても、ビット誤り率に対するＳＮＲ比の劣化を防止することができる受信機、通信装置及び通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に係る受信機は、送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信する信号受信手段を設け、誤り訂正復号手段が、送信機で行われる差動変調が検査行列に置き換えられている行列と誤り訂正符号用の検査行列とが組み合わされている拡張検査行列を用いて、信号受信手段の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列の誤り訂正復号を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信する信号受信手段を設け、誤り訂正復号手段が、送信機で行われる差動変調が検査行列に置き換えられている行列と誤り訂正符号用の検査行列とが組み合わされている拡張検査行列を用いて、信号受信手段の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列の誤り訂正復号を行うように構成したので、位相変動に強い差動変調器を送信機に搭載しても、ビット誤り率に対するＳＮＲ比の劣化を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１による通信装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による通信装置の処理内容（通信方法）を示す構成図である。
【図３】受信信号と回帰直線の関係を示す説明図である。
【図４】非特許文献１に開示されている同期方法を示す説明図である。
【図５】従来の通信装置を示す構成図である。
【図６】位相の同期確立部分を実装している通信装置を示す構成図である。
【図７】図６の通信装置に適用されるフレーム構造を示す説明図である。
【図８】時間軸上の送信系列を示す説明図である。
【図９】固定の位相誤差が存在している状態でのＬＤＰＣ復号特性を示す説明図である。
【図１０】差動変調器を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による通信装置を示す構成図である。
図１において、送信機１はＬＤＰＣ符号化器２と差動変調器３から構成されている。
送信機１のＬＤＰＣ符号化器２は情報系列に対する誤り訂正符号化を実施して符号語系列を生成する処理を実施する。
送信機１の差動変調器３はＬＤＰＣ符号化器２により生成された符号語系列を差動変調して、その符号語系列の変調信号を伝送路に出力する処理を実施する。
【００２３】
受信機１１は信号受信器１２、復調器１６及びＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７から構成されている。
信号受信器１２はキャリアセンス部１３、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）１４及びフレーム同期部１５から構成されており、送信機１から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信する処理を実施する。なお、信号受信器１２は信号受信手段を構成している。
【００２４】
キャリアセンス部１３は送信機１から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を検波する処理を実施する。
ＰＬＬ１４は位相同期回路であり、キャリアセンス部１３により検波された変調信号である受信信号の位相同期を確立する回路である。
フレーム同期部１５は送信側と受信側の同期を確立するため、受信信号から所定のビット・パターンを検出すると、有意のデータの始まりを認識する回路である。
【００２５】
復調器１６は信号受信器１２の受信信号を復調する処理を実施する。
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は差動変調器３における差動変調が検査行列に置き換えられている行列Ｄと誤り訂正符号用の検査行列Ｈとが組み合わされている拡張検査行列Ｈｄを用いて、信号受信器１２の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列の誤り訂正復号を行う誤り訂正復号器である。
なお、復調器１６及びＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７から誤り訂正復号手段が構成されている。
【００２６】
図１の例では、通信装置の構成要素であるＬＤＰＣ符号化器２、差動変調器３、信号受信器１２、復調器１６及びＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７が専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、送信機１及び受信機１１のそれぞれがコンピュータで構成されていてもよい。
送信機１がコンピュータで構成されている場合、ＬＤＰＣ符号化器２及び差動変調器３の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
また、受信機１１がコンピュータで構成されている場合、信号受信器１２、復調器１６及びＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１による通信装置の処理内容（通信方法）を示す構成図である。
【００２７】
次に動作について説明する。
この実施の形態１では、送信機１が差動変調を行う条件の下で、位相誤差及び搬送波周波数誤差による同期性能の劣化をリカバリするために、サンプルタイミング及び搬送波周波数に対して同期が取れていない状態で、差動変調を考慮した検査行列に対応する新たなＬＤＰＣ復号法を用いることにより、位相誤差や搬送波周波数誤差を推定して、誤り訂正能力を高める方法を提案する。
【００２８】
そこで、この実施の形態１では、送信機１が行う差動変調を検査行列で表現して、ＬＤＰＣ復号やターボ復号での復号を可能にする。
即ち、従来の通信装置では、ＬＤＰＣ符号の検査行列Ｈだけを用いて復号していたが、この実施の形態１では、差動変調が検査行列に置き換えられている行列Ｄと、誤り訂正符号用の検査行列Ｈとが組み合わされている拡張検査行列Ｈｄを用いて、復号を行うようにする。
0005634640.tif 000008
ただし、Ｄは差動変調に対応する検査行列、Ｉは単位行列、０は零行列、Ｈは誤り訂正符号用の検査行列である。
【００２９】
ここで、送信機１が行う差動変調が、例えば、差動ＢＰＳＫである場合、拡張検査行列Ｈｄの具体的な行列は、下記の式（７）のようになる。
式（７）の上側には、拡張検査行列Ｈｄに対する符号語系列を示している。符号語系列は、情報系列ｂとパリティ系列Ｐと送信符号語系列Ｕとからなり、送信機１から伝送路に出力される系列は、送信符号語系列Ｕだけである。
0005634640.tif 000009
【００３０】
また、送信機１が行う差動変調が、例えば、差動ＱＰＳＫである場合、拡張検査行列Ｈｄの具体的な行列は、下記の式（８）のようになる。
式（８）の上側には、拡張検査行列Ｈｄに対する符号語系列を示している。符号語系列は、情報系列ｂとパリティ系列Ｐと送信符号語系列Ｕとからなり、送信機１から伝送路に出力される系列は、送信符号語系列Ｕだけである。
0005634640.tif 000010
【００３１】
したがって、受信機１１では、送信符号語系列Ｕに対する受信値の対数尤度比が受信され、情報系列ｂとパリティ系列Ｐに関しては受信されないため、“１”と“０”の確率が共に５０％の状態（対数尤度比＝０の値）を入力して計算する。
特に、後述する具体的な計算では、送信符号語系列Ｕに対する受信値の対数尤度比からＬＤＰＣの復号法を用いて、情報系列ｂの値を推定するようにしている。
この実施の形態１では、上記の拡張検査行列Ｈｄを用いるｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔアルゴリズムを実行する方式を採用するものであるが、この方式では、確率領域ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号法及び対数領域ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号法のいずれでも同等の性能を得ることができる。
この実施の形態１では、便宜上、対数領域ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号法で説明するが、確率領域ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号法を用いてもよいことは言うまでもない。
また、この実施の形態１では、ＬＤＰＣ符号を用いているものを説明するが、ＬＤＰＣ復号法であれば、いかなる復号法でも適用することができる。
【００３２】
以下、図１の通信装置の処理内容を具体的に説明する。
ここでは、通信路として、ＡＷＧＮ伝送路を仮定する。
まず、送信機１のＬＤＰＣ符号化器２は、情報長ｋのメッセージ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）である情報系列ｂｉを入力すると、その情報系列ｂｉに対する誤り訂正符号化を実施して、符号語系列Ｃ（情報系列ｂ＋パリティ系列Ｐ＋送信符号系列Ｕ）を生成する（図２のステップＳＴ１）。
Ｃ＝｛（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ，ｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎ−ｋ）
：Ｈ（ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｋ）ｔ＝０｝
送信機１の差動変調器３は、ＬＤＰＣ符号化器２が符号語系列Ｃを生成すると、その符号語系列Ｃを差動変調して、その符号語系列Ｃの変調信号ｓ（ｔ）を伝送路に出力する（ステップＳＴ２）。
【００３３】
即ち、差動変調器３は、符号語系列Ｃを差動変調する場合、下記の式（９）に示すように、符号語系列Ｃに含まれている情報系列ｂｉとパリティ系列ｐｉから送信符号系列ｕｉを求める。
0005634640.tif 000011
【００３４】
差動変調器３は、送信符号系列ｕｉを求めると、下記の式（１０）に示すように、その送信符号系列ｕｉから符号語系列ｃｋを生成する。
0005634640.tif 000012
差動変調器３は、送信信号ｕｉから符号語系列ｃｋを生成すると、その符号語系列ｃｋをＱＰＳＫ変調して、下記の式（１１）に示すようなＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）をＡＷＧＮ伝送路に出力する。ここでは、符号語系列ｃｋをＱＰＳＫ変調しているが、ＱＰＳＫ変調に限るものではなく、例えば、符号語系列ｃｋをＢＰＳＫ変調してもよい。
0005634640.tif 000013
ここで、Ｒｅは実部、ｆｃは搬送波周波数、ｔは時間、Ｔｓはサンプル間隔を示している。
なお、差動変調器３は、ｔ＝Ｔｓ・ｉ，（ｉ＝１，２，・・・，２ｋ−１，２ｋ・・・，Ｌｃ）の順に、ＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）をＡＷＧＮ伝送路に出力する。図８は時間軸上の送信系列を示している。
【００３５】
ＡＷＧＮ伝送路では、ＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）の送信中に、加法性白色ガウス（ＡＷＧＮ）雑音ｎｋを受けるものとする。
0005634640.tif 000014
ただし、σ０２はガウス雑音の分散値である。
また、送信機１と受信機１１のサンプル点誤差による位相誤差θや、送信機１と受信機１１間の発振子の周波数誤差による搬送波周波数誤差ΔφがＱＰＳＫ変調信号ｓ（ｔ）に付加されるため、下記の式（１２）に示す変調信号が受信信号ｓ’（ｔ）として受信機１１に受信されるものとする。
0005634640.tif 000015
【００３６】
受信機１１のＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、信号受信器１２が式（１２）に示す変調信号を受信信号ｓ’（ｔ）として受信すると（ステップＳＴ３）、差動変調器３における差動変調が検査行列に置き換えられている行列Ｄと誤り訂正符号用の検査行列Ｈとが組み合わされている拡張検査行列Ｈｄを用いて、信号受信器１２の受信信号ｓ’（ｔ）に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列ｂｉの誤り訂正復号を行う（ステップＳＴ４）。
【００３７】
以下、復調器１６及びＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７の処理内容を具体的に説明する。
ここでの処理は、（Ａ）軟判定による位相誤差補正処理と、（Ｂ）一般的なＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号処理とに大別される。
【００３８】
（Ａ）軟判定による位相誤差補正処理（第１ステップ）
（Ａ−１）初期化
まず、下記の（Ａ−２）で実施する対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号におけるｌＡ回目の繰り返し復号後の情報系列ｂｉに対する擬似対数事後値比（ｐｓｅｕｄｏ−ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ ｌｏｇ−ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  ｒａｔｉｏ）をＬｕｌＡ（ｂｉ）とする。
また、（Ａ−２）で実施する対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号におけるｌＡ回目の繰り返し復号後のパリティ系列ｐｉに対する擬似対数事後値比をＬｕｌＡ（ｐｉ）とする。
また、（Ａ−２）で実施する対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号におけるｌＡ回目の繰り返し復号後の送信符号系列ｕｉに対する擬似対数事後値比をＬｕｌＡ（ｕｉ）とする。
ただし、送信符号系列ｕｉに対する擬似対数事後値比の初期値Ｌｕ０（ｕｉ）だけは、下記の式（１３）に示すように、ＡＷＧＮ通信路から得られる対数尤度比とする。
0005634640.tif 000016
【００３９】
ここで、初期値Ｌｕ０（ｕｉ）とＬｕ０（ｖｉ）は、下記の式（１４）のようになる。
0005634640.tif 000017
また、情報系列ｂｉに対する擬似対数事後値比の初期値Ｌｕ０（ｂｉ）は、下記の式（１５）のように設定する。
0005634640.tif 000018
さらに、パリティ系列ｐｉに対する擬似対数事後値比の初期値Ｌｕ０（ｐｉ）は、下記の式（１６）のように設定する。
0005634640.tif 000019
なお、ＡＷＧＮ雑音の分散値をσ０２、受信シンボルのブロックをｒ：［ｒ１，ｒ２，・・・，ｒＬｅ］とする。
また、初期の繰り返しカウンタの変数ｌＡを“１”に設定し、最大繰り返し数の変数をｌＡｍａｘとする。
【００４０】
（Ａ−２）対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号
初期値Ｌｕ０（ｂｉ）以外の送信符号系列ｕｉに対する擬似対数事後値比ＬｕｌＡ（ｕｉ）は、後述する（Ａ−３）〜（Ａ−６）によって実行された位相誤差補正後の通信路の対数尤度比であるとして、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７が、拡張検査行列Ｈｄを用いて、対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号を１度だけ実行する。
【００４１】
（Ａ−３）軟判定ビット計算
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号を実行した後、ｌＡ回繰り返し後の符号化信号｛ｕｋ｝ｋ＝１ＬｃのＬｕｌＡ（ｕｋ）を用いて、下記の式（１７）のように、軟判定ビットｕｋハット（電子出願の都合上、ｕｋの文字の上に付いている「＾」の記号を文章中には表記できないので、「ｕｋハット」のように表記する）の推定を行う。
0005634640.tif 000020
【００４２】
（Ａ−４）最小平均自乗誤差法（ＭＭＳＥ）による位相誤差推定
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、ＭＭＳＥによる位相誤差推定を以下のように実行する。
まず、推定位相誤差をθハットとし、推定搬送波周波数誤差をΔφハットとする。
0005634640.tif 000021
【００４３】
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、下記の式（１８）をｋの回帰直線と見なし、下記の式（１９）を満足する推定位相誤差θハット、推定搬送波周波数誤差Δφハットを算出する。
0005634640.tif 000022
【００４４】
ここで、軟判定ビットｕｋハットを用いた複素表現の軟判定符号語系列をｃハットとする。
0005634640.tif 000023
この場合、軟判定ビットｕｋハットを用いて推定した位相誤差は、下記の式（２０）のように表される。
0005634640.tif 000024
ただし、Ｒｅ［・］は実部、Ｉｍ［・］は虚部を示している。
【００４５】
式（１９）を満足する推定位相誤差θハット、推定搬送波周波数誤差Δφハットを算出するには、下記の式（２１）をθハットとΔφハットで偏微分して、それぞれ０とおいて得られる連立一次方程式を解けばよい。
0005634640.tif 000025
つまり、下記の式（２２）と式（２３）の連立一次方程式を解けば、推定位相誤差θハットと推定搬送波周波数誤差Δφハットを算出することができる。
0005634640.tif 000026
【００４６】
ここで、図３は受信信号ｙｋと式（１８）の回帰直線との関係を示し、受信信号ｙｋの位相誤差は、図３に示すような推定直線（ｐｈａｓｅ  ｅｒｒｏｒの直線）を描いている。
【００４７】
（Ａ−５）軟判定ビットによる位相誤差訂正
復調器１６は、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７が推定位相誤差θハットと推定搬送波周波数誤差Δφハットを算出すると、その推定位相誤差θハットと推定搬送波周波数誤差Δφハットを用いて、受信信号ｙｋに対する位相誤差補正と搬送波周波数誤差補正を実施して、補正受信信号ｙｋハットを算出する。
0005634640.tif 000027
【００４８】
（Ａ−６）ＬＬＲの更新
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、復調器１６が補正受信信号ｙｋハットを算出すると、下記の式（２７）に示すように、軟判定ビットによる一時的な位相誤差の訂正によって、送信符号系列ｕｉに対する擬似対数事後値比ＬｕｌＡ（ｕｉ）を算出する。
0005634640.tif 000028
【００４９】
（Ｂ）一般的なＳｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号処理（第２ステップ）
（Ｂ−１）フレーム同期後の初期化
まず、第２ステップの一般的な対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号におけるｌＢ回目の繰り返し復号後の情報系列ｂｉに対する擬似対数事後値比をＬｕｌＢ（ｂｉ）とする。
また、一般的な対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号におけるｌＢ回目の繰り返し復号後のパリティ系列ｐｉに対する擬似対数事後値比をＬｕｌＢ（ｐｉ）とする。
また、一般的な対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号におけるｌＢ回目の繰り返し復号後の送信符号系列ｕｉに対する擬似対数事後値比をＬｕｌＢ（ｕｉ）とする。
【００５０】
第２ステップにおける擬似対数事後値比の初期値は、下記のように設定する。
ＬｕｌＢ＝０（ｂｉ）＝ＬｕｌＡ（ｂｉ）
ＬｕｌＢ＝０（ｐｉ）＝ＬｕｌＡ（ｐｉ）
ＬｕｌＢ＝０（ｕｉ）＝ＬｕｌＡ（ｕｉ）
また、第２ステップにおける初期の繰り返しカウンタの変数ｌＢを“１”に設定し、最大繰り返し数の変数をｌＢｍａｘとする。
【００５１】
（Ｂ−２）Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、擬似対数事後値比ＬｕｌＢ（ｂｉ），ＬｕｌＢ（ｐｉ），ＬｕｌＢ（ｕｉ）と拡張検査行列Ｈｄを用いて、対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号を１度だけ実行する。
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、対数領域Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号の結果として一時推定語を出力する。
0005634640.tif 000029
【００５２】
（Ｂ−３）パリティ検査
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、式（２８）の一時推定語が、下記の式（２９）を満足する場合、下記の式（３０）に示す情報系列を出力して、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号を停止する。
0005634640.tif 000030
【００５３】
（Ｂ−４）カウンタのインクリメント
Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７は、変数ｌＢがｌＢｍａｘ以下である場合（ｌＢ≦ｌＢｍａｘ）、ｌＢ＝ｌＢ＋１を実行して、（Ｂ−１）の処理に移行する。
一方、変数ｌＢがｌＢｍａｘより大きい場合（ｌＢ＞ｌＢｍａｘ）、式（３０）に示す情報系列を出力して、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号を停止する。
【００５４】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器１７が、差動変調器３における差動変調が検査行列に置き換えられている行列Ｄと誤り訂正符号用の検査行列Ｈとが組み合わされている拡張検査行列Ｈｄを用いて、信号受信器１２の受信信号ｓ’（ｔ）に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列ｂｉの誤り訂正復号を行うように構成したので、位相変動に強い差動変調器３を送信機１に搭載しても、ビット誤り率に対するＳＮＲ比の劣化を防止することができる効果を奏する。
即ち、位相誤差推定を繰り返し復号によって高い精度で推定することができるため、差動変調を適用せざるを得なかった通信路でも、同期検波を適用して、約３ｄＢの利得の劣化を防止することができる。
【００５５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、差動変調器３における差動変調が検査行列に置き換えられている行列Ｄと誤り訂正符号用の検査行列Ｈとが組み合わされている拡張検査行列Ｈｄを用いて、信号受信器１２の受信信号ｓ’（ｔ）に対する軟判定繰り返し復号を実施するものを示したが、バーストエラー等の対策のために、送信機１により符号語系列が置換され、置換後の符号語系列が差動変調される場合、拡張検査行列Ｈｄとして、下記の式（３１）に示す行列を用いるようにしてもよい。
【００５６】
0005634640.tif 000031
ただし、Ｄは差動変調に対応する検査行列、Ｒは置換行列、０は零行列、Ｈは誤り訂正符号用の検査行列である。
【００５７】
ここで、送信機１が行う差動変調が、例えば、差動ＢＰＳＫである場合、拡張検査行列Ｈｄの具体的な行列は、下記の式（３２）のようになる。
式（３２）の上側には、拡張検査行列Ｈｄに対する符号語系列を示している。符号語系列は、情報系列ｂとパリティ系列Ｐと送信符号語系列Ｕとからなり、送信機１から伝送路に出力される系列は、送信符号語系列Ｕだけである。
0005634640.tif 000032
【００５８】
また、送信機１が行う差動変調が、例えば、差動ＱＰＳＫである場合、拡張検査行列Ｈｄの具体的な行列は、下記の式（３３）のようになる。
式（３３）の上側には、拡張検査行列Ｈｄに対する符号語系列を示している。符号語系列は、情報系列ｂとパリティ系列Ｐと送信符号語系列Ｕとからなり、送信機１から伝送路に出力される系列は、送信符号語系列Ｕだけである。
0005634640.tif 000033
【００５９】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、位相誤差がある場合の例を示したが、位相誤差が無い場合でも、ＬＤＰＣ符号の検査行列Ｈを拡張している拡張検査行列Ｈｄを用いて、第２ステップの一般のＬＤＰＣ復号法を適用する場合でも、拡張した部分の計算を追加することによって性能が向上する効果が得られる。
【００６０】
また、上記実施の形態１では、受信信号ｙｋの位相誤差が直線に近似しているものとして、その位相誤差を推定するものを示しているが、その位相誤差が曲線に近似しているものとして、その位相誤差を推定するようにしてもよい。
【００６１】
上記実施の形態１では、送信機１が誤り訂正符号としてＬＤＰＣ符号化を用いるものを示したが、軟判定ビットを推定することができるものであれば、どのような誤り訂正符号を用いてもよい。
【００６２】
本発明は、光通信装置、無線通信装置、有線通信装置、衛星通信装置など、いかなる通信装置にも適用することができる。
【００６３】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明に係る受信機は、情報系列に対する誤り訂正符号化を実施して符号語系列を生成するとともに、符号語系列を差動変調する送信機から伝送路に出力された符号語系列の変調信号を受信する信号受信手段と、差動変調が検査行列に置き換えられている行列と誤り訂正符号用の検査行列とが組み合わされている拡張検査行列を用いて、信号受信手段の受信信号に対する軟判定繰り返し復号を実施して、情報系列の誤り訂正復号を行う誤り訂正復号手段とを備え、位相変動に強い差動変調器を送信機に搭載しても、ビット誤り率に対するＳＮＲ比の劣化を防止することができるので、光通信を行う通信装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６５】
１  送信機、２  ＬＤＰＣ符号化器、３  差動変調器、１１  受信機、１２  信号受信器（信号受信手段）、１３  キャリアセンス部、１４  ＰＬＬ、１５  フレーム同期部、１６  復調器（誤り訂正復号手段）、１７  Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号器（誤り訂正復号手段）。
【図１】
0005634640.tif 000038
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005634640.tif 000042
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005634640.tif 000045
【図９】
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【図１０】
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