(57)【要約】【課題】  パケット通信に利用でき、かつ、情報ビットの長さと冗長ビットの長さを自由度高く設定して組み合わせることができ、さらに、それぞれの組み合わせにおいて誤り訂正された情報の信頼度を自由に設定できる改善されたＦＥＣを提供するとともに、このＦＥＣを用いることにより雑音の影響の大きな通信環境下においても通信の帯域幅を最大限に活用し、信頼性が高くかつ経済的な通信方法および通信装置を実現することにある。【解決手段】  送信側で伝送すべき情報に冗長性を有する誤り訂正符号を付加して送信し、受信側で誤りの訂正を行い復号データを出力する前方向誤り訂正方法であって、  伝送すべき情報ビットを因数分解できる自然数n,mに基づくn行とm列よりなる情報ビット行列で表し、この情報ビット行列の行方向および列方向のそれぞれに情報ビット行列に基づく奇数個の冗長情報ビット行と冗長情報ビット列を設けたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
2006074656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側で伝送すべき情報に冗長性を有する誤り訂正符号を付加して送信し、受信側で誤りの訂正を行い復号データを出力する前方向誤り訂正方法であって、
伝送すべき情報ビットを因数分解できる自然数n,mに基づくn行とm列よりなる情報ビット行列で表し、この情報ビット行列の行方向および列方向のそれぞれに情報ビット行列に基づく奇数個の冗長情報ビット行と冗長情報ビット列を設けたことを特徴とする前方向誤り訂正方法。
【請求項２】
パケットの送信にあたって、伝送すべき情報ビットを因数分解できる自然数n,mに基づくn行とm列よりなる情報ビット行列で表すとともに、この情報ビット行列の行方向および列方向のそれぞれに情報ビット行列に基づく奇数個の冗長情報ビット行と冗長情報ビット列を設けた前方向誤り訂正用コードを付加し、
パケットの受信にあたって誤り訂正処理を行うことを特徴とする通信方法。
【請求項３】
パケットは光パケットであることを特徴とする請求項２記載の通信方法。
【請求項４】
パケット送信部に、伝送すべき情報ビットを因数分解できる自然数n,mに基づくn行とm列よりなる情報ビット行列で表すとともに、この情報ビット行列の行方向および列方向のそれぞれに奇数個の冗長情報ビット行と冗長情報ビット列を設けた前方向誤り訂正用コードを付加するＦＥＣエンコーダを設け、
パケット受信部に受信されたデータの誤り訂正処理を行うＦＥＣデコーダを設けたことを特徴とする通信装置。
【請求項５】
パケットは光パケットであることを特徴とする請求項４記載の通信装置。
【請求項６】
前記ＦＥＣデコーダは、誤り訂正された情報の信頼度を任意に設定できることを特徴とする請求項４記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前方向誤り訂正方法とそれを用いた通信方法および通信装置に関するものであり、詳しくは、特に光パケット通信に有効なＦＥＣ（Forward Error Correction:前方向誤り訂正）と、それを用いた高水準の通信品質を維持する通信方法および通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光インタコネクションの通信信頼性を高めるために、ＦＥＣを用いる構成が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−６８６５９
【０００４】
光ファイバーは、高速で高品質の通信ネットワークを実現できる通信路として、海底ケーブルシステムをはじめとする各種通信システムの基幹網だけでなく、家庭向けのデータ通信サービス（FTTH:Fiber To The Home）における通信路や、企業内や校内のLAN（Local Area Network）の幹線や支線など、多くの場面で利用されている。
【０００５】
一般に、これら光ファイバーを用いた通信システムでは、雑音はほとんど存在せず、通信路で生じた情報の誤りを検出したり訂正したりする「誤り制御」は不要と考えられていた。
【０００６】
しかしながら、近年、ネットワークが長距離化・大容量化するにつれて、光ファイバーを用いた通信システムにおいても、情報が受信装置に正しく伝わらない「誤り」が無視できないほど発生するようになってきた。
【０００７】
大容量の情報をできるだけ誤りなく長距離伝送するためには、光通信装置が中継する距離を制限して多くの光通信装置を用いたり、高性能の光ファイバー伝送路や光通信装置を用いなければならないが、投資コストが増大することになる。
【０００８】
そこで、これら設備の投資コストを抑制するために、前述のような通信路で生じた情報の誤りを検出したり訂正したりする「誤り制御法」が重要になる。このような通信システムにおける誤り制御法は、ＦＥＣとＡＲＱ（Automatic Repeat Request：自動再送要求）に大別される。
【０００９】
ＦＥＣは、伝送される情報に適切な冗長性を付加した誤り訂正符号を用いて受信側で誤りの訂正を行い、復号データをそのまま出力する方法である。ＦＥＣは、帰還通信路を必要とせず、システムとしての制御が簡単で、遅延が小さいなどの利点があるが、非常に長いバースト誤りに対しては対処困難であり、冗長度が大きく、復号器が複雑になるなどの欠点がある。
【００１０】
一方、ＡＲＱは、伝送される情報に適切な冗長性を付加した誤り検出符号を用いて（誤り訂正符号は誤り検出符号としても使える）、受信側で誤りが検出された場合には送信側に同じデータの再送を要求する方法である。ＡＲＱは、信頼性が高く、予想しない誤りに対しても強く、復号器が簡単などの利点があるが、帰還通信路を必要とし、遅延が大きくなる場合があり、高誤り率の通信路では再送の繰り返しで輻輳の原因になってしまうなどの欠点がある。
【００１１】
どちらの誤り制御を採用するかは、発生する誤りの種類、誤り訂正能力、帯域拡大率、装置規模、動作速度と遅延時間などが考慮される。
【００１２】
ＦＥＣで用いられる誤り訂正符号の復号器は、ＡＲＱで用いられる誤り検出符号の復号器に比べて複雑であるため、ＦＥＣの通信システムへの適用はＡＲＱよりも遅れていると考えられていたが、近年のＩＣ/ＬＳＩ技術の進展により誤り訂正復号器の装置化も容易になってきた。そこで、最近では、まず通信システムにＦＥＣを適用して誤り率を減らし、その上で更に高い信頼性が要求される場合にはＡＲＱを併用するという考え方が一般的になりつつある。また、両者を組み合わせたハイブリッド方式も提案されている。
【００１３】
ところで、イーサネット（登録商標）による通信方式は、現在最も普及しているパケット通信方式であり、特にＬＡＮでは標準通信方式として広く利用されている。イーサネット（登録商標）による通信方式における誤り制御は、一般的には誤り検知を行うだけで、誤りが検知されたイーサネットフレームは破棄されてしまい、通信の信頼性は保証されない。しかし、実際には、イーサネット（登録商標）の上位レイヤで用いるＴＣＰなどのプロトコルにＡＲＱが採用されているため、通信の信頼性が保証されている。
【００１４】
ＴＣＰで行われるＡＲＱは、再転送つき肯定確認応答（positive acknowledgement with retransmission）と呼ばれるものである。この方式は、受信側が送信側と通信し、データを受信すると確認応答（acknowledgement(ACK)）メッセージの返送を要求する。送信側はパケットを送るときにタイマをスタートさせ、確認応答（ACK）が到着する前にタイマが切れればパケットを再転送（retransmit）する。
【００１５】
図５は従来の光パケット送信部における誤り訂正符号付加部１０の構成例図、図６は従来の光パケット受信部における誤り訂正符号検知部２０の構成例図である。
【００１６】
図５において、ヘッダとペイロードからなるフレームデータに、サイクリックリダンダンシィチェック（ＣＲＣ）１１により誤り検出用コードを付加する。そして、エンコーダ１２で符号化を行い、スクランブラ１３でスクランブル処理した後、メモリコントローラなどの送信部にデータを出力する。
【００１７】
一方、図６において、バッファなどに受信されたデータは、デスクランブラ２１でスクランブルが解除され、デコーダ２２で復号化される。サイクリックリダンダンシィチェック２３により誤り検知が行われて、光パケットのヘッダとペイロードが再生される。
【００１８】
図７は、従来の通信システムにおける肯定確認応答の動作説明図である。図７において、左側には送信側サイトの事象を示し、右側には受信側サイトの事象を示している。中央を横切る各斜線は、ネットワークを通してのひとつのメッセージの転送を示している。
(1)送信側サイトは、パケット１を送信するとともに、
(2)タイマをスタートさせる。
(3)受信側サイトは、パケット１を受信すると、
(4)確認応答ACK1を送信する。
(5)送信側サイトは、確認応答ACK1を受信すると、
(6)パケット１の送信とともにスタートさせたタイマをキャンセルする。
(7)続いて、パケット２を送信するとともに、
(8)タイマをスタートさせる。
(9)受信側サイトは、パケット２を受信すると、
(10)確認応答ACK2を送信する。
(11)送信側サイトは、確認応答ACK2を受信すると、
(12)パケット２の送信とともにスタートさせたタイマをキャンセルする。
【００１９】
図８は図７と同様の通信システムにおいて、パケット喪失が発生した場合の動作説明図である。
(1)送信側サイトは、パケット１を送信するとともに、
(2)タイマをスタートさせる。ところが、パケットが受信側サイトで受信されるまでの間に、パケット喪失が発生してしまった。
(3)受信側サイトにおいて、パケット１を受信すべき時点になってもパケット１を受信できず、
(4)確認応答ACK1を送信すべき時点になっても確認応答ACK1を送信できない。
(5)送信側サイトにおいて、確認応答ACK1を受信すべき時点になっても確認応答ACK1を受信できず、
(6)パケット１の送信とともにスタートさせたタイマは時間切れになる。
(7)そこで、パケット１を再送信するとともに、
(8)タイマをスタートさせる。
(9)受信側サイトは、パケット１を受信すると、
(10)確認応答ACK1を送信する。
(11)送信側サイトは、確認応答ACK1を受信すると、
(12)パケット１の送信とともにスタートさせたタイマをキャンセルする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来のパケット通信方式においても、長距離・大容量で、かつ、非常に高い信頼性が必要な場合にはＦＥＣ方式が採用されていて、その代表的なものにRead-Solomon（ＲＳ）符号化方式がある。この方式は、パケット単位で符号化を行うことにより、パケット通信方式に適用するものである。
【００２１】
しかし、ＲＳ符号化方式は、符号化される情報である情報ビットと誤り訂正のために付加する情報である冗長ビットとの長さのバランスにおいて取り得る自由度が低く、限られたパケット通信だけにしか用いることができないだけでなく、利用できる帯域を最大限に活用できないという欠点がある。
【００２２】
また、例えば特許文献１に開示されているように、ワード単位などパケット長より短い長さを単位として符号化する方式も、パケット通信に適用可能である。
【００２３】
しかしながら、特許文献１に開示されている方式では、情報ビットに付加する冗長ビットが符号化の単位であるワードに対して３ビット程度までのごく短いものを用いるものである。したがって、情報ビットと冗長ビットの長さのバランスにおいて取り得る自由度が低く、ワード単位で符号化を行うため、多くの種類のパケット通信方式に利用できるものの、利用できる帯域を最大限に活用できないという欠点がある。
【００２４】
本発明は、これらの従来の問題点を解決するものであって、その目的は、パケット通信に利用でき、かつ、情報ビットの長さと冗長ビットの長さを自由度高く設定して組み合わせることができ、さらに、それぞれの組み合わせにおいて誤り訂正された情報の信頼度を自由に設定できる改善されたＦＥＣを提供するとともに、このＦＥＣを用いることにより雑音の影響の大きな通信環境下においても通信の帯域幅を最大限に活用し、信頼性が高くかつ経済的な通信方法および通信装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
送信側で伝送すべき情報に冗長性を有する誤り訂正符号を付加して送信し、受信側で誤りの訂正を行い復号データを出力する前方向誤り訂正方法であって、
伝送すべき情報ビットを因数分解できる自然数n,mに基づくn行とm列よりなる情報ビット行列で表し、この情報ビット行列の行方向および列方向のそれぞれに情報ビット行列に基づく奇数個の冗長情報ビット行と冗長情報ビット列を設けたことを特徴とする。
【００２６】
請求項２記載の発明は、
パケットの送信にあたって、伝送すべき情報ビットを因数分解できる自然数n,mに基づくn行とm列よりなる情報ビット行列で表すとともに、この情報ビット行列の行方向および列方向のそれぞれに情報ビット行列に基づく奇数個の冗長情報ビット行と冗長情報ビット列を設けた前方向誤り訂正用コードを付加し、
パケットの受信にあたって誤り訂正処理を行うことを特徴とする通信方法である。
【００２７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の通信方法において、パケットは光パケットであることを特徴とする。
【００２８】
請求項４記載の発明は、
パケット送信部に、伝送すべき情報ビットを因数分解できる自然数n,mに基づくn行とm列よりなる情報ビット行列で表すとともに、この情報ビット行列の行方向および列方向のそれぞれに奇数個の冗長情報ビット行と冗長情報ビット列を設けた前方向誤り訂正用コードを付加するＦＥＣエンコーダを設け、
パケット受信部に受信されたデータの誤り訂正処理を行うＦＥＣデコーダを設けたことを特徴とする通信装置である。
【００２９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の通信装置において、パケットは光パケットであることを特徴とする。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の通信装置において、
前記ＦＥＣデコーダは、誤り訂正された情報の信頼度を任意に設定できることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、雑音の影響の大きな環境下においても、帯域幅を最大限に活用し、信頼性が高く、かつ、経済的な通信システムを実現でき、通信システムに対するサービス、保守などの低価格化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づく光パケット送信部における誤り訂正符号付加部３０の構成例図、図２は本発明に基づく光パケット受信部における誤り訂正符号検知部４０の構成例図である。
【００３３】
図１において、ヘッダとペイロードからなるフレームデータに、サイクリックリダンダンシィチェック（ＣＲＣ）３１により誤り検出用コードを付加する。そして、エンコーダ３２で符号化を行い、スクランブラ３３でスクランブル処理した後、ＦＥＣエンコーダ３４でＦＥＣ用コードを付加し、メモリコントローラなどの送信部にデータを出力する。
【００３４】
図２において、バッファなどに受信されたデータは、ＦＥＣデコーダ４１により誤り訂正処理された後、デスクランブラ４２でスクランブルが解除され、さらにデコーダ４３で復号化される。そして、サイクリックリダンダンシィチェック４４により誤り検知が行われて、光パケットのヘッダとペイロードが再生される。
【００３５】
誤り訂正符号付加部のＦＥＣエンコーダ３４における動作を詳細に説明する。スクランブル処理されたフレームデータ（情報ビット）の長さをFRM[ビット]とする。この情報ビットを適当な自然数n,mで因数分解すると、
FRM＝n＊m
になり、この状態を図３に示す。この図に示される情報ビットの行列を情報ビット行列と呼ぶことにする。nとmはできるだけ近い値がよい。適切に因数分解できない場合は、もとのフレームデータに適切な長さのデータを追加する。追加するデータの値はどのようなものでもよいが、'1010...'など、符号化やスクランブルを考慮したものが望ましい。
【００３６】
次に、この情報ビット行列を用いて、以下の式で表される冗長ビットのための情報ビットbij,cijを求める。
bij＝sum(a11,...,a1m) mod 2; ただし、i＝1,..,n; j=1,..,k; kは奇数; k<m;
cij＝sum(a11,...,an1) mod 2; ただし、i＝1,..,l; j=1,..,m; lは奇数; l<n;
この冗長ビットのための情報ビットbij,cijを符号化してスクランブルし、冗長ビットを生成する。このようにして生成した冗長ビットを、たとえば情報ビットの後に付加した符号語を生成するような処理を行う。
【００３７】
次に、誤り訂正符号検知部のＦＥＣデコーダ４１における動作を説明する。予め定められたn,m,k,l（定数）の情報を用いて、符号語を情報ビットと冗長ビットに分解する。冗長ビットは、符号化され、スクランブルされているので、デスクランブル、復号化する。k,lは、それぞれm,nより小さい奇数であれば任意に設定できる値である。
【００３８】
まず、b11,...,b1kを比較し、k個のデータの中の多数決で値を求める。いずれの情報も0か1であるので、容易に求めることができる。これを、bij, i＝1,..,n;j＝1,..,k について行い、さらに、cij, i＝1,..,l; j＝1,..,m についても同様に行い、誤り訂正のためのベクトルを求める。この様子を図４に示す。bij,cijを用いて求められた誤り訂正のためのベクトルは、それぞれ以下のとおりとなる。
【００３９】
bijを用いて求められた誤り訂正のためのベクトル：b＝Trans[b1,b2,...,bn]
cijを用いて求められた誤り訂正のためのベクトル：c＝[c1,c2,...,cn]
ただし、Trans[A]は、Aの転置行列である。
【００４０】
次に、情報ビットの復号化を行う。まず、a11'の復号化について説明する。
B1＝sum(a11',.....,a1m') mod 2
を求める。そして、B1とb1を比較し、等しいかどうかを調べる。次に、
C1＝sum(a11',.....,an1') mod 2
を求める。そして、C1とc1を比較し、等しいかどうかを調べる。誤り訂正のためのベクトルとして、bとcの２種類を用いる場合、情報ビットとの比較結果は、以下の４通りの場合がありえる。それぞれの場合について、a11'の確からしさ（正しい確率）を表す情報をa11'の信頼度情報と呼ぶ。
【００４１】
ケース１⇒  B1＝b1 かつ C1＝c1
ケース２⇒  B1＝b1 かつ C1 NE c1
ケース３⇒  B1 NE b1 かつ C1＝c1
ケース４⇒  B1 NE b1 かつ C1 NE c1
【００４２】
ケース１の場合は、最も高い確率で、すなわち、非常に高い信頼度で、a11'の値は正しいと考えられる。
ケース２とケース３の場合におけるa11'の確からしさ（信頼度）は、kとlの値に依存する。k＝lの場合、ケース２とケース３は、同じ程度の信頼度で、a11'が正しい。ただし、ケース１の場合よりは、低い信頼度である。k＞lの場合、ケース２の信頼度の方がケース３より高い。ただし、ケース１の場合よりは、低い信頼度である。k＜lの場合、ケース３の信頼度の方がケース２より高い。ただし、ケース１の場合よりは、低い信頼度である。
ケース４の場合に、a11'の値が正しい確率は最も低くなる。
【００４３】
信頼度は、たとえば、以下のような式で表すことができる。
ケース１⇒  信頼度＝100[％]
ケース２⇒  信頼度＝100*(k/(k+l))[％]
ケース３⇒  信頼度＝100*(l/(k+l))[％]
ケース４⇒  信頼度＝0[％]
【００４４】
そして、この信頼度に閾値を設定し、設定された閾値より低い場合に誤り訂正を行う（1/0の情報を反転する）ようにする。閾値は、通信機器ごとに設定してもよく、ダイナミックに変わるものでもよい。また、情報ビットの中で複数の閾値を設定してもよい。
【００４５】
情報ビット行列は、１パケットごとに作るのではなく、一定のまとまりが得られる範囲で、たとえば画像１フレームごとに作ってもよい。
【００４６】
冗長ビットのための情報ビットについて、実施例では、情報ビット行列の列ベクトルと行ベクトルのデータを用いてそれぞれ求めているが、たとえば斜め方向に計算して求めたり、画像などの場合には視界の中心にあたる部分だけについて行ったり、情報ビット行列を小さな行列に分割して求めたりしてもよい。
【００４７】
なお、上記実施例では光パケット通信に適用する例を説明したが、電気通信にも有効である。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、情報ビットの長さと冗長ビットの長さを自由度高く設定して組み合わせることができ、さらに、それぞれの組み合わせにおいて、誤り訂正された情報の信頼度を自由に設定できるため、雑音の影響の大きな通信環境下においても、通信の帯域幅を最大限に活用でき、信頼性が高く、かつ、経済的な通信システムを実現でき、合わせて、このような通信システムにおけるサービス、保守などの低価格化も実現できる。
【００４９】
特に、本発明を光パケット通信に適用することにより、常に高水準で安定した通信品質を維持できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に基づく光パケット送信部における誤り訂正符号付加部の構成例図である。
【図２】本発明に基づく光パケット受信部における誤り訂正符号検知部の構成例図である。
【図３】本発明に基づく前方向誤り訂正符号の説明図である。
【図４】本発明に基づく誤り訂正のためのベクトル説明図である。
【図５】従来の光パケット送信部における誤り訂正符号付加部の構成例図である。
【図６】従来の光パケット受信部における誤り訂正符号検知部の構成例図である。
【図７】従来の通信システムにおける肯定確認応答の動作説明図である。
【図８】図７と同様の通信システムでパケット喪失が発生した場合の動作説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
３１  サイクリックリダンダンシィチェック（ＣＲＣ）
３２  エンコーダ
３３  スクランブラ
３４  ＦＥＣエンコーダ
４１  ＦＥＣデコーダ
４２  デスクランブラ
４３  デコーダ
４４  サイクリックリダンダンシィチェック（ＣＲＣ）
【図１】
2006074656.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006074656.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006074656.tif 000009
【図８】
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