(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑度を低く維持しながらも性能劣化が減少する、近似方法を提案する。【解決手段】誤り訂正のためのチャンネル符号を使用する通信システムにおいてエラーを反復復号過程を適用して矯正する受信機であって、チャンネルの出力信号を受信し、復調部と、エラーを矯正するために、復調部出力信号を数回反復して復号し、反復して復号する場合に用いられるＬＬＲ値を求めｌｏｇ（ｅａ１＋ｅａ２＋…＋ｅａＮ）である第１式を、ａ１乃至ａＮのうちの最も大きいａｍａｘ１と二番目に大きいａｍａｘ２とを利用して近似させる反復復号部とシンク部とを備えている。ここで、反復復号部は、上記第１式を2006174437.tif 000005のように近似化してＬＬＲ値を求める。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
誤り訂正のためのチャンネル符号を使用する通信システムにおいてチャンネルの損傷により発生するエラーを反復復号過程を適用して矯正する受信機であって、
チャンネルの出力信号を受信し、復号に必要な形態に変換する復調部と、
チャンネルの損傷により発生するエラーを矯正するために、前記復調部から出力される信号を数回反復して復号し、反復して復号する場合に用いられるＬＬＲ値を求めるときに計算するべきｌｏｇ（ｅａ１＋ｅａ２＋…＋ｅａＮ）である第１式を、ａ１乃至ａＮのうちの最も大きい値であるａｍａｘ１と二番目に大きい値であるａｍａｘ２とを利用して近似させる反復復号部と、
前記反復復号部により復号された信号を使用するシンク部と、
を備えていることを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記反復復号部は、前記第１式を
【数１】
2006174437.tif 000004
のように近似させてＬＬＲ値を求めることを特徴とする請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記反復復号部は、前記ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）項を、ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）関数曲線に対応する二つの近似直線を利用して求めることを特徴とする請求項２に記載の受信機。
【請求項４】
前記反復復号部は、前記二つの近似直線を利用して前記ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）項を計算するときにビットシフト処理と定数項の足し算処理とにより近似させることを特徴とする請求項３に記載の受信機。
【請求項５】
送信機、チャンネル及び受信機を含む通信システムにおいて前記チャンネルの損傷により発生するエラーを矯正するために反復して復号する前記受信機の信号処理方法であって、
（ａ）チャンネルの出力信号を受信して復調する過程と、
（ｂ）チャンネルの損傷により発生するエラーを矯正するためにＬＬＲ近似方法を適用し、前記過程（ａ）において復調された信号を反復復号する過程と、
（ｃ）前記過程（ｂ）において復号された信号を使用する過程と、
を含み、
前記ＬＬＲ近似方法において用いられるｌｏｇ（ｅａ１＋ｅａ２＋…＋ｅａＮ）である第１式を、前記第１式のａ１乃至ａＮのうちの最も大きい値であるａｍａｘ１と二番目に大きい値であるａｍａｘ２とを利用して近似させる受信機の信号処理方法。
【請求項６】
前記第１式を、前記ａｍａｘ１とｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）との合計により近似させることを特徴とする請求項５に記載の受信機の信号処理方法。
【請求項７】
前記ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）項を、ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）関数曲線に対応する二つの近似直線を利用して求めることを特徴とする請求項６に記載の受信機の信号処理方法。
【請求項８】
前記二つの近似直線を利用して前記ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）項を計算するときに、ビットシフト処理と定数項の足し算処理とにより近似させることを特徴とする請求項７に記載の受信機の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムにおける受信機に係り、特に、対数尤度比（Log-Likelihood Ratio、以下、「ＬＬＲ」とする。）近似方法を利用して反復復号する受信機及びその信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信システムは、チャンネルを通して送信端から受信端へ送ろうとする情報を正しく伝送することを目的としている。チャンネルは、送信端から受信端へ情報を送ろうとするのに必要な媒介体の役割を果たすものである。しかし、このチャンネルには正しい情報の伝送を妨害する要因が存在し、この要因によって伝送エラーが発生する。通信システムでは、このような伝送エラーを克服するための多様な方法を使用している。チャンネル符号は、現在大抵の通信システム形態であるデジタル通信システムにおいて使用可能な誤り訂正及びエラー検出の方法であって、通信過程で発生するビット誤り率（Bit Error Rate、以下、「ＢＥＲ」とする。）を効果的に低減することができるので、大部分のデジタル通信システムではチャンネル符号を使用している。
【０００３】
様々な種類のチャンネル符号のうち、非特許文献１のターボコードは、並列連接された畳み込みコードであって、反復復号過程を通じてシャノン容量（Shannon Capacity）に近い性能を現して注目を浴びた。ターボコードの優れた性能は、外部情報を利用した反復復号に起因する。
【０００４】
ターボコードの反復復号過程では、ビットの確率情報であるＬＬＲ値を利用するが、このＬＬＲに基づいてビットを判別する方法が帰納的最大確率（Maximum a Posterior、以下 「ＭＡＰ」とする。）方式である。しかし、ＭＡＰ方式でＬＬＲ値を求めるためには多量の演算が必要であるため、ＭＡＰ方式による反復復号システムは非常に複雑である。
【０００５】
ターボコードが出て以来、反復復号に関する多くの研究が行われ、 非特許文献１の著者ベロウ（Ｂｅｒｒｏｕ）らが発表した並列連接畳み込みコードの形態のみだけでなく、他の多様な形態のチャンネル符号も反復復号を通じて全体通信システムの性能を向上させることが可能である。そして、このようなコードは、ターボコードの場合より演算量の側面からさらに有利な効果を有する。このようなコードの例として、非特許文献２の反復合算（Repeat-Accumulate、ＲＡ）コード、非特許文献３の連接単一パリティチェックコード（Concatenated Single Parity Check Codes、以下「連接ＳＰＣコード」とする。）、非特許文献４の連接ジグザグコード等がある。
【０００６】
しかしながら、このようなコードに対しても、ＬＬＲ値をそのまま利用するＭＡＰ方式の反復復号を適用するためには少なくない演算量が必要であるため、普通は最大対数ＭＡＰ（最大対数ＭＡＰ）方式を利用する反復復号を使用する。最大対数ＭＡＰ方式は、ＬＬＲをＭＡＸ（最大値摘出）及びＬＯＧ（対数）の演算子を利用して近似させる方法であって、ＬＬＲ計算によるシステムの複雑度を大きく低減することができる。しかし、システムの複雑度を低減する代わりに、最大対数ＭＡＰ方式は、ＬＬＲ値を近似させる過程で発生する誤差の影響によりシステムの性能が低下する。
【０００７】
このような問題を解決するために、低い複雑度を維持しながらも、ＭＡＰ方式を最大対数ＭＡＰ方式に近似させる場合に生じる誤差を補正して性能の劣化を防止するための方法が提案され、その代表的な例として、ルックアップテーブルを利用する反復的な誤差補正法（非特許文献５参照）がある。しかし、上記反復的な誤差補正法は、誤差を正確に補正することはできるが、ＬＬＲを計算するための項の個数に比例して反復的に補正しなければならず、ＬＬＲ計算のための項の個数がコードワードの長さに指数的に比例するため、ＬＬＲ誤差補正のための演算量が非常に大きくなるという問題点がある。
【非特許文献１】Berrou, C., et. al., Near Shannon Limit Error--Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes (1); IEEE, 1993, pp. 1064-1070.
【非特許文献２】D. Divsalar, H. Jin, R. McEliece, 'Coding theorem for turbo-like codes', Allerton Conference, Sep. 1998.
【非特許文献３】L. Ping, S. Chan, and K.L. Yeung, 'Iterative Decoding of Multidimensional Concatenated Single Parity Check Codes', IEEE ICC'98, vol. 1, pp. 131-135, Jun., 1998.
【非特許文献４】L. Ping, X. Huang and N. Phamdo, 'Zigzag Codes and Concatenated Zigzag Codes', IEEE Trans. Information Theory, vol. 47, pp. 800-807, Feb., 2001.
【非特許文献５】P. Robertson, E. Villebrun and P. Hoeher, 'A comparison of optimal and sub-optimal MAP decoding algorithms operating in the log domain', IEEE ICC'95, pp. 1009-1013, Jun., 1995.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するためのものであって、その目的は、 複雑度を低く維持しながらも性能劣化の少ないＬＬＲ近似方法を利用して反復復号を適用する受信機及びその信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の特徴に係る受信機は、誤り訂正のためのチャンネル符号を使用する通信システムにおいてチャンネルの損傷により発生するエラーを反復復号過程を適用して矯正する受信機であって、チャンネルの出力信号を受信し、復号に必要な形態に変換する復調部と、チャンネルの損傷により発生するエラーを矯正するために、上記復調部から出力される信号を数回反復して復号し、反復して復号する場合に用いられるＬＬＲ値を求めるときに計算するべきｌｏｇ（ｅａ１＋ｅａ２＋…＋ｅａＮ）である第１式を、ａ１乃至ａＮのうちの最も大きい値であるａｍａｘ１と二番目に大きい値であるａｍａｘ２とを利用して近似させる反復復号部と、上記反復復号部により復号された信号を使用するシンク部と、を備えている。ここで、上記反復復号部は、上記第１式を
【数１】
2006174437.tif 000002
のように近似化してＬＬＲ値を求める。
【００１０】
本発明の他の特徴に係る受信機の信号処理方法は、送信機、チャンネル及び受信機を含む通信システムにおいて上記チャンネルの損傷により発生するエラーを矯正するために反復して復号する上記受信機の信号処理方法であって、（ａ）チャンネルの出力信号を受信して復調する過程と、（ｂ）チャンネルの損傷により発生するエラーを矯正するためにＬＬＲ近似方法を適用し、上記過程（ａ）において復調された信号を反復復号する過程と、（ｃ）上記過程（ｂ）において復号された信号を使用する過程と、を含み、上記ＬＬＲ近似方法において用いられるｌｏｇ（ｅａ１＋ｅａ２＋…＋ｅａＮ）である第１式を、上記第１式のａ１乃至ａＮのうちの最も大きい値であるａｍａｘ１と二番目に大きい値であるａｍａｘ２とを利用して近似させる。ここで、上記第１式を、上記ａｍａｘ１とｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）との合計により近似させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＬＬＲ近似に使用される必須計算式に対して新たな近似方法を提案することによって、複雑度を低く維持しながらも性能劣化を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な相違した形態で実現することができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。
【００１３】
図面において、本発明を明確に説明するために説明上必要のない部分は省略した。明細書全体を通じて類似の部分については同一図面符号を付した。
【００１４】
次に、本発明の実施の形態によるＬＬＲ近似方法を利用して反復復号を適用する通信システムでの受信機及びその信号処理方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
先ず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る反復復号方法が適用される通信システムについて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る反復復号装置が使用される通信システムを示すブロック図である。
【００１７】
図１に示したように、本発明の実施の形態に係る通信システムは、送信機１００、チャンネル２００及び受信機３００を含む。ここで、送信機１００は、ソース部１２０、チャンネル符号化部１４０及び変調部１６０を備え、受信機３００は、復調部３２０、反復復号部３４０及びシンク部３６０を備えている。
【００１８】
ソース部１２０は、使用者が伝送しようとするランダムデータビットシーケンスを発生させ、チャンネル符号化部１４０は、ソース部１２０から出力されるランダムデータビットシーケンスに、エラー補正のために余分のビットを付け、変調部１６０は、チャンネル符号化部１４０から出力されるビットを符号（Symbol）にマッピングし、チャンネル２００に伝送できるように変調する。
【００１９】
チャンネル２００はデータが伝送される経路であって、有線チャンネル及び無線チャンネルを含み、チャンネル２００ではノイズ等のビットエラーが生じてデータの損傷が発生する。
【００２０】
復調部３２０は、チャンネルの出力信号を受信して、反復復号部３４０が復号するのに必要な形態に変換し、反復復号部３４０は、チャンネルの損傷により発生するエラーを数回反復して復号過程を通じて矯正し、送信機１００により送信したランダムデータビットを復元し、シンク部３６０は、反復復号部３４０により復号されたランダムデータビットシーケンスを使用する部分である。ここで、本発明の実施の形態に係る反復復号部３４０である反復復号装置では、低いシステム複雑度を維持しながらも性能劣化の少ないＬＬＲ近似方法を使用する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係る上記反復復号部３４０、即ち、反復復号装置において適用されるＬＬＲ近似方法について説明する。反復復号装置においてデータビットを復元するためにはＬＬＲ値を計算しなければならないが、このＬＬＲ値を求めるのに用いられる必須の計算式はｌｏｇ（ｅａ１＋ｅａ２＋…＋ｅａＮ）を含む。この計算式は、無理数である自然対数の底であるｅの指数関数計算とこれらの合計及び自然対数を計算する過程が含まれていて、その計算が非常に複雑である。以下では、この複雑な計算を簡単化し、性能劣化の少ないＬＬＲ近似方法について説明する。
【００２２】
下記数式１は、上記ＬＬＲ近似方法を示す数式である。
【数２】
2006174437.tif 000003
【００２３】
数式１において、ｌｏｇは自然対数、ｅは自然対数の底、Ｎは任意の自然数、||は絶対値関数であり、ａｍａｘ１及びａｍａｘ２は、各々実数を要素とする集合｛ａ１、ａ２、ａ３、…、ａＮ｝において、値が最も大きい要素と二番目に大きい要素とを意味する。つまり、本発明の実施の形態に係る反復復号部３４０、即ち、反復復号装置は、上記数式１の左辺のようなビットのＬＬＲを求めるのに用いられる必須の計算を、右辺のように簡単に近似して使用する。
【００２４】
数式１において、右辺でのｍａｘ  ａｋ（＝ａｍａｘ１）項は、数式１の左辺の集合｛ａ１、ａ２、ａ３、…、ａＮ｝のうち最も値が大きい要素を示し、ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）は、ＬＬＲ近似によるエラーを補正する役割を果たす。一般的に、最大対数ＭＡＰ方式では、上記数式１においてｍａｘ  ａｋ（＝ａｍａｘ１）項のみに近似化して表現するが、このような最大対数ＭＡＰ方式で近似させる場合、近似式で生じ得る最大誤差は、集合｛ａ１、ａ２、ａ３、…、ａＮ｝において総ての要素値が同一であるときにｌｏｇＮが発生して、全体システムのエラー性能を低下させるようになる。しかし、本発明の実施の形態では、集合｛ａ１、ａ２、ａ３、…、ａＮ｝において値が最も大きい要素であるａｍａｘ１と二番目に大きい要素であるａｍａｘ２とを利用して計算することにより、数式１の右辺のようにｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）項を通じてエラーを補正する。
【００２５】
上記数式１の右辺においてｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）項を計算する方法にはｌｏｇ演算が含まれているので、ルックアップテーブルを利用したり、図２に示したようにｌｏｇ関数近似直線を利用して計算することができる。ルックアップテーブルを利用して求める方法は、関数ｌｏｇ（１＋ｅ−|ａｍａｘ１−ａｍａｘ２|）に対する値を保存して求める方法であって、本発明の属する技術分野の通常の知識を有する者であれば分かるので、具体的説明は省略する。
【００２６】
図２は、ｌｏｇ（ｌ＋ｅ−ｘ）関数と、この二つの直線を近似した関数を示す図である。ここで、Ｘ軸のｘ値は数式１において|ａｍａｘ１−ａａｍｘ２|を示し、Ｙ軸は、数式２における右辺の二番目の項の補正値（即ち、ｌｏｇ（１＋ｅ−ｘ））を示し、実線は曲線ｌｏｇ（ｌ＋ｅ−ｘ）を示し、点線は曲線ｌｏｇ（ｌ＋ｅ−ｘ）に対する近似化した二つの直線を示す。この二つの直線は下記のような数式２に表現できる。
［数式２］
０．６１５−０．２５ｘ    （０＜ｘ＜０．２５）の場合
０                          その他の場合
【００２７】
数式２の二つの直線を計算する方法は、ビットシフト演算と定数項を加える演算とによって容易に実現可能である。即ち、０.６１５は定数であるので、あるレジスタ又はメモリを値０.６１５で初期化しておき、その領域に−０.２５ｘの値を加える。そして、ビットシフトは、０.２５ｘを実現する場合にｘ値に０.２５を乗じて実現することもできるが、この場合には０.２５が２の累乗形態である２（−２）として表現できるので、ｘの値を右側に２ビットシフトさせたものである０.２５ｘが表現される。例えば、ｘ＝２０である場合、２進数で示すと、ｘ＝（０００１０１００）２になり、更に０.２５ｘ＝０.２５×２０＝５になるが、これは上記２進数のｘ値を右側に２ビットシフトさせた（０００００１０１）２と同一である。ビットシフト演算は乗算演算に比べてその計算量が遥かに少ないので、計算量を一層低減することができる。
【００２８】
以下、図３及び図４を参照して、数式１に基づいて反復復号方法が適用された場合の性能について説明する。
【００２９】
図３は、連接ＳＰＣコードに対し、本発明の実施の形態に係る反復復号方法を適用した場合のビット誤り率を示すグラフである。ここで、横軸はＥｂ/Ｎｏ（即ち、Energy per bit/Noise spectral density）のデシベル（ｄＢ）を示す。つまり、図３は、連接ＳＰＣコードにおいて、従来のＭＡＰ方式（ａ）、従来の最大対数ＭＡＰ方式（ｄ）、及び、本発明の実施の形態において提示した方法（ｂ、ｃ）に対し、連接とＭＡＰ方式を適用した場合のビット誤り率を示す。一方、図３におけるｂは、上記で説明したように対数演算を数式２のような二つの直線に近似した場合に対するビット誤り率を示し、ｃは、関数ｌｏｇ（１＋ｅ−ｘ）をそのまま適用した場合に対するビット誤り率を示す。そして、図３でのシミュレーション条件は、非特許文献３の図３（Fig.3）の環境条件を利用した。
【００３０】
図３の結果を参照すると、本発明の実施の形態による対数関数に対して二つの直線で近似した場合（ｂ）と対数関数を適用した場合とでほとんど同一のビット誤り率が発生したことが分かり、本発明の実施の形態に係る反復復号方法を適用した場合（ｂ、ｃ）とＭＡＰ方式（ａ）とを比較してみると、ビット誤り率がほとんど類似していいるので性能の差がほとんど無いことが分かる。また、本発明の実施の形態に係る反復復号方法を適用した場合（ｂ、ｃ）と最大対数ＭＡＰ方式（ａ）とを比較してみると、本発明の実施の形態のビット誤り率が遥かに低く出るので性能が優れていることが分かる。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態に係る反復復号方法と最大対数ＭＡＰ方式に対し、反復復号回数によるビット誤り率を示すグラフである。図４において、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ及びｉは、各々本発明の実施の形態に係る反復復号方法により１回、３回、５回、１０回及び２０回反復復号したことを示し、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ及びｎは、各々最大対数ＭＡＰ方式により１回、３回、５回、１０回及び２０回反復復号したことを示す。
【００３２】
図４を参照すると、最大対数ＭＡＰ方式により２０回反復復号化したもの（「ｎ」参照）の性能と、本発明の実施の形態に係る反復復号方法により５回反復復号化したもの（「ｇ」参照）のビット誤り率とが近似していることが分かる。従って、本発明に係る反復復号方法は最大対数ＭＡＰ方式と比較してみると、反復復号回数を減らしても、同一であるかもむしろさらに良い性能を得ることができる。
【００３３】
一方、反復復号装置において反復回数は復号遅延時間と関連しているので、反復回数が少ないほど復号遅延時間が短くなる。上記で説明したように、本発明の実施の形態に係る反復復号装置では反復回数を減らすことが可能であり、復号遅延時間を減少させることができる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る通信システムを示すブロック図である。
【図２】ｌｏｇ（ｌ＋ｅ−ｘ）関数と二つの直線を近似した関数を示す図である。
【図３】連接ＳＰＣコードに対し、本発明の実施の形態に係る反復復号方法を適用した場合のビット誤り率を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る反復復号方法と最大対数ＭＡＰ方式とに対し、反復復号回数によるビット誤り率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１００  送信機
１２０  ソース部
１４０  チャンネル符号化部
１６０  変調部
２００  チャンネル
３００  受信機
３２０  復調部
３４０  反復復号部
３６０  シンク部
【図１】
2006174437.tif 000006
【図２】
2006174437.tif 000007
【図３】
2006174437.tif 000008
【図４】
2006174437.tif 000009