(57)【要約】【課題】ブロックサイズを変動させることなく復号に必要な計算量を調節し、バーストエラーに対する耐性を向上させる通信方法、符号器及び復号器を提供する。【解決手段】符号器１０と復号器２０との間で、情報ビット系列中の特定のビットは、状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有するステップ（Ｓ１０１）と、特定のビットは２以上存在し、符号器１０において、特定のビットが特定の状態となるように制御する制御ビットを、特定のビットの前に付加したフレームを生成するステップ（Ｓ１０２）と、符号器１０において、生成されたフレームを符号化するステップ（Ｓ１０３）と、復号器２０において、形状情報を用いて、符号化されたフレームを復号するステップ（Ｓ１０５）とを含む通信方法である。【選択図】図８
2008011146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ符号方式を用いて、状態遷移表で記述される方法により、情報ビット系列を符号化する符号器と、前記符号化されたデータを復号する復号器との通信方法であって、
前記符号器と前記復号器との間で、前記情報ビット系列中の特定のビットは、前記状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有するステップと、
前記特定のビットは２以上存在し、前記符号器において、前記特定のビットが前記特定の状態となるように制御する制御ビットを、前記特定のビットの前に付加したフレームを生成するステップと、
前記符号器において、前記生成されたフレームを符号化するステップと、
前記復号器において、前記形状情報を用いて、前記符号化されたフレームを復号するステップと
を含むことを特徴とする通信方法。
【請求項２】
前記符号化するステップにおいて、前記情報ビット系列内のデータの順番を撹拌する際、前記制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌し、
前記復号するステップにおいて、前記情報ビット系列内のデータの順番を撹拌する際、前記制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌することを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項３】
ターボ符号方式を用いて、状態遷移表で記述される方法により、情報ビット系列を符号化する符号器であって、
前記符号化されたデータを復号する復号器との間で、前記情報ビット系列中の特定のビットは、前記状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有する形状情報保持部と、
前記特定のビットは２以上存在し、前記特定のビットが前記特定の状態となるように制御する制御ビットを、前記特定のビットの前に付加したフレームを生成する生成部と、
前記生成部によって生成されたフレームを符号化する符号化部と
を備えることを特徴とする符号器。
【請求項４】
ターボ符号方式を用いて、状態遷移表で記述される方法により、情報ビット系列を符号化する符号器によって符号化されたデータを復号する復号器であって、
前記符号器との間で、前記情報ビット系列中の特定のビットは前記状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有する形状情報保持部と、
前記特定のビットは２以上存在し、前記符号器によって、前記特定のビットが前記特定の状態となるように制御する制御ビットを、前記特定のビットの前に付加して生成され、符号化されたフレームを、前記形状情報を用いて復号する復号部と
を備えることを特徴とする復号器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信方法、符号器及び復号器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムにおいて、誤り訂正符号技術は、情報を伝達する際に欠かせない技術である。その中で、ターボ符号は、誤りなしに送信可能なデータ伝送速度の限界である「シャノン限界」に迫る、符号化／復号方式として注目を集めている。
【０００３】
ターボ符号では、二つある畳み込み符号のうち、二つめの畳み込み符号の符号化の前に一度メモリにデータを保管する。その後、異なる順でデータを取り出すインターリーバによって、データの順番を攪拌する。復号するときには、二つの畳み込み符号に対応した復号器を使う。このとき、一つの復号器の結果をフィードバックしながら繰り返し復号を行う。
【０００４】
このように、ターボ符号は復号に多くの計算量を要すると同時に、復号に必要な計算量と符号の誤り訂正性能は、トレードオフの関係にある。即ち、誤り訂正性能を上げるためには、復号に必要な計算量が増大する。そのため、符号化の１単位であるブロックサイズを変動させることにより、復号に必要な計算量を調節する方法が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】XLINKS IEEE 802.16e CTC Decoder Core
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したターボ復号に要する演算時間を減少させるために、符号ブロックサイズを短くした場合、符号化されたデータを撹拌したときの符号間距離が減少する。即ち、ブロックサイズが長い場合に比べて、撹拌された各データの分散する距離が短くなる。このため、ブロックの一部が損失された場合、撹拌前に近接していたデータがまとめて損失される可能性が高く、バーストエラーに対する耐性が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、ブロックサイズを変動させることなく復号に必要な計算量を調節し、バーストエラーに対する耐性を向上させる通信方法、符号器及び復号器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、ターボ符号方式を用いて、状態遷移表で記述される方法により、情報ビット系列を符号化する符号器と、符号化されたデータを復号する復号器との通信方法であって、（ａ）符号器と復号器との間で、情報ビット系列中の特定のビットは、状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有するステップと、（ｂ）特定のビットは２以上存在し、符号器において、特定のビットが特定の状態となるように制御する制御ビットを、特定のビットの前に付加したフレームを生成するステップと、（ｃ）符号器において、生成されたフレームを符号化するステップと、（ｄ）復号器において、形状情報を用いて、符号化されたフレームを復号するステップとを含む通信方法であることを要旨とする。
【０００８】
第１の特徴に係る通信方法によると、ブロックサイズを変動させることなく復号に必要な計算量を調節し、バーストエラーに対する耐性を向上させることができる。
【０００９】
又、第１の特徴に係る通信方法において、符号化するステップにおいて、情報ビット系列内のデータの順番を撹拌する際、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌し、復号するステップにおいて、情報ビット系列内のデータの順番を撹拌する際、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌してもよい。
【００１０】
この通信方法によると、撹拌前後でフレーム内での制御ビットの位置が変動しないため、復号後も特定のビットが特定の状態であるように制御することができる。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、ターボ符号方式を用いて、状態遷移表で記述される方法により、情報ビット系列を符号化する符号器であって、（ａ）符号化されたデータを復号する復号器との間で、情報ビット系列中の特定のビットは、状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有する形状情報保持部と、（ｂ）特定のビットは２以上存在し、特定のビットが特定の状態となるように制御する制御ビットを、特定のビットの前に付加したフレームを生成する生成部と、（ｃ）生成部によって生成されたフレームを符号化する符号化部とを備える符号器であることを要旨とする。
【００１２】
第２の特徴に係る符号器によると、ブロックサイズを変動させることなく復号に必要な計算量を調節し、バーストエラーに対する耐性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、ターボ符号方式を用いて、状態遷移表で記述される方法により、情報ビット系列を符号化する符号器によって符号化されたデータを復号する復号器であって、（ａ）符号器との間で、情報ビット系列中の特定のビットは状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有する形状情報保持部と、（ｂ）特定のビットは２以上存在し、符号器によって、特定のビットが特定の状態となるように制御する制御ビットを、特定のビットの前に付加して生成され、符号化されたフレームを、形状情報を用いて復号する復号部とを備える復号器であることを要旨とする。
【００１４】
第３の特徴に係る復号器によると、ブロックサイズを変動させることなく復号に必要な計算量を調節し、バーストエラーに対する耐性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、ブロックサイズを変動させることなく復号に必要な計算量を調節し、バーストエラーに対する耐性を向上させる通信方法、符号器及び復号器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【００１７】
（無線通信装置）
本発明は、マルチキャリア変復調方式を採用する無線通信装置における通信に適用する。マルチキャリア変復調方式としては、例えば、ＤＭＴ（Discrete Multi Tone）変復調方式やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）変復調方式等が挙げられる。以下において、無線通信装置として基地局を例に挙げ、説明する。
【００１８】
本実施形態に係る基地局１００は、図１に示すように、アンテナ１と、ＲＦ（Radio Frequency）部２と、データの符号化、復号などを行うベースバンド部３と、通信路インターフェース４と、制御部５とを備える。
【００１９】
アンテナ１は、無線端末と無線回線を通じて通信を行う。ＲＦ部２は、高周波の送受信を行う。通信路インターフェース４は、他の通信装置と通信網６を介して接続する。制御部５は、基地局全体を制御する。
【００２０】
ベースバンド部３は、符号器１０と、復号器２０と、送信変調部３０と、受信復調部３１とを備える。受信復調部３１は、無線端末から受信した系列の復調処理を行う。復号器２０は、パケット情報を基に受信データの誤り訂正復号を行う。符号器１０は、送信データに対して誤り訂正符号化を行う。送信変調部３０は、送信データに対して送信信号を生成する。
【００２１】
符号器１０は、ターボ符号方式を用いて、状態遷移表で記述される方法により、情報ビット系列を符号化し、復号器２０は、符号化されたデータを復号する。
【００２２】
符号器１０は、図２に示すように、第１のＲＳＣエンコーダ１１と、ＣＴＣインターリーバ１２と、第２のＲＳＣエンコーダ１３と、マルチプレクサ１４と、形状情報保持部１５とを備える。
【００２３】
形状情報保持部１５は、情報ビット系列中の特定のビットは、状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を保持する。トレリスの形状情報は、復号器２０と共有される情報である。トレリスの形状情報については、後に詳述する。
【００２４】
第１のＲＳＣエンコーダ（第１の再帰的組織畳み込み符号化器）１１は、情報ビット系列を畳み込み符号化して、冗長ビットを出力する。このとき、第１のＲＳＣエンコーダ１１は、特定のビットが特定の状態となるように制御する制御ビットを、特定のビットの前に付加したフレームを生成し、生成したフレームを符号化する。
【００２５】
ＣＴＣインターリーバ１２は、情報ビット系列のデータの順番を撹拌して、ランダムに入れ替える。このとき、ＣＴＣインターリーバ１２は、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌する。
【００２６】
第２のＲＳＣエンコーダ（第２の再帰的組織畳み込み符号化器）１３は、インターリーバ１２により入れ替え後の情報ビット系列を畳み込み符号化して、冗長ビットを出力する。
【００２７】
マルチプレクサ１４は、複数の入力信号から１の入力信号を切り替えて出力する。
【００２８】
図３は、第１のＲＳＣエンコーダ１１及び第２のＲＳＣエンコーダ１３の内部構成を示す図であり、２つの再帰的組織畳み込み符号化器は、それぞれ冗長ビットのみを出力する符号化器である。
【００２９】
上記のように構成される符号器１０では、同時に、情報ビット系列：ｘ1と、第１のＲＳＣエンコーダ１１の処理により情報ビット系列：ｘ1を符号化した冗長ビット系列：ｘ2と、第２のＲＳＣエンコーダ１３の処理によりインター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：ｘ3とを出力できる。
【００３０】
復号器２０は、図４に示すように、デマルチプレクサ２１と、第１のＣＴＣデコーダ２２と、ＣＴＣインターリーバ２３と、第２のＣＴＣデコーダ２４と、ＣＴＣデインターリーバ２５と、形状情報保持部２６とを備える。以下の説明において、受信信号：ｙ1，ｙ2，ｙ3は、それぞれ情報ビット系列：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。
【００３１】
デマルチプレクサ２１は、１の入力信号から複数の入力信号を切り替えて出力する。
【００３２】
第１のＣＴＣデコーダ２２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。具体的には、第１のＣＴＣデコーダ２２は、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）。ここでは、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。
【００３３】
ＣＴＣインターリーバ２３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。
【００３４】
第２のＣＴＣデコーダ２４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。具体的には、第２のＣＴＣデコーダ２４は、第１のＣＴＣデコーダ２２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。
【００３５】
ＣＴＣデインターリーバ２５は、外部情報を並べ替え、事前情報：Ｌａ（ｘ1k）として第１のＣＴＣデコーダ２２にフィードバックする。このとき、ＣＴＣデインターリーバ２５は、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌する。
【００３６】
形状情報保持部２６は、情報ビット系列中の特定のビットは、状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を保持する。形状情報は、符号器１０と共有される情報である。
【００３７】
（通信方法）
まず、本実施形態に係るトレリスの形状情報について、説明する。
【００３８】
復号器２０は、受信データの復号を行う際、状態遷移確率の算出を行う。具体的には、図５に示すように、k+1ビットの状態がＳ1である確率βk+1(S1)は、k-1ビットの状態がS1であり、kビットの状態がS0であり、k+1ビットの状態がＳ1である確率の積をとったものであり、αk-1(S1)×γk(S1,S0)×γk+1(S0,S1)で表される。このようにすべての遷移状態を考えると、図６に示す状態遷移表となる。復号器２０は、このような状態遷移表を用いて、各ビットの状態を算出し、最も確率の高い状態を出力する。
【００３９】
本実施形態では、符号器１０と復号器２０で、情報ビット系列中の特定のビットは、状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有する。例えば、図７に示すように、ｉビットの状態がS0であり、ｊビットの状態がS0であることを規定した形状情報を共有する。
【００４０】
次に、本実施形態に係る通信方法について、図８を用いて説明する。ここでは、送信側である符号器１０を含む第１の無線通信装置と、受信側である復号器２０を含む第２の無線通信装置との間で通信を行うこととする。
【００４１】
まず、符号器１０と復号器２０との間で、情報ビット系列中の特定のビットは、状態遷移表中の特定の状態を有することを予め規定したトレリスの形状情報を共有する（Ｓ１０１）。共有する形状情報としては、例えば、図９に示すように、情報ビット系列中のｌビットと、ｍビットと、ｎビットが状態S0であることを規定したものとする。形状情報は、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、前もって定めていてもよく、通信前に制御信号に形状情報を付加して第１の無線通信装置から第２の無線通信装置へ送信してもよい。
【００４２】
次に、第１の無線通信装置の符号器１０は、特定のビット（ｌビット、ｍビット、ｎビット）が特定の状態（すべてS0）となるように制御する制御ビットを、特定のビットの前に付加したフレームを生成する（Ｓ１０２）。即ち、図９では、ｌビット、ｍビット、ｎビットの前の数個のビットが制御ビットとなる。制御ビットの数は、各特定のビットを特定の状態とするために必要な数となり、状態の組み合わせの数と特定ビット数との積に依存する。
【００４３】
次に、第１の無線通信装置の符号器１０は、生成されたフレームを符号化する（Ｓ１０３）。このとき、符号器１０は、情報ビット系列内のデータの順番を撹拌して符号化するが、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌する。例えば、特定のビットが２つである場合は、図１０に示すように、制御ビットが配置された位置が２箇所あり（図１０の斜線部分）、図９に示すように特定のビットが３つである場合は、図１１に示すように、制御ビットが配置された位置は３箇所ある（図１１の斜線部分）こととなる。
【００４４】
次に、第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置へ符号化されたフレーム情報を送信する（Ｓ１０４）。
【００４５】
次に、第２の無線通信装置の復号器２０は、符号器１０と共有している形状情報を用いて、符号化されたフレームを復号する（Ｓ１０５）。このとき、復号器２０は、情報ビット系列内のデータの順番を撹拌するが、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌して、元の順番へ戻す。
【００４６】
（作用及び効果）
本実施形態に係る通信方法、符号器１０及び復号器２０によると、トレリスの形状情報を用いることにより、符号化の１単位であるブロックサイズを変動させることなく、復号に必要な計算量を調節することができる。即ち、特定のビット数が多ければ多いほど、復号器２０が予測する状態遷移の数が減少し、復号に必要な計算量を調節することができる。
【００４７】
又、ブロックサイズを小さくする必要がないため、インターリーブする距離が広くなり、バーストエラーに対する耐性を向上させることができる。
【００４８】
又、本実施形態では、符号化する際に情報ビット系列内のデータの順番を撹拌するが、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌する。同様に、復号する際に情報ビット系列内のデータの順番を撹拌するが、制御ビット同士の順番を入れ替えるように撹拌する。即ち、従来の撹拌処理では、図１２に示すように、制御ビットがフレーム内で分散してしまうが、本実施形態では、図１０及び図１１に示すように、制御ビット同士の順番が入れ替わるように撹拌する。このように、撹拌前後でフレーム内での制御ビットの位置が変動しないため、復号後も特定のビットが特定の状態であるように制御することができる。
【００４９】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５０】
例えば、本実施形態において、トレリスの形状情報として、特定のビットが状態S0である場合を例にとり説明したが、状態はS0に限らず、その他の状態であってもよい。又、特定のビットは複数存在するが、それらの特定のビットがすべて同じ状態である必要はなく、ビット毎に特定の状態を予め規定すればよい。
【００５１】
更に、本実施形態では、本発明に係る無線通信装置として、基地局を例に挙げ説明したが、ＰＣや携帯電話等の無線端末でも構わないことは勿論である。
【００５２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態に係る無線通信装置のブロック構成図である。
【図２】本実施形態に係る符号器のブロック構成図である。
【図３】図２のＲＳＣエンコーダのブロック構成図である。
【図４】本実施形態に係る復号器のブロック構成図である。
【図５】本実施形態に係る状態遷移確率を説明するための図である（その１）。
【図６】本実施形態に係る状態遷移確率を説明するための図である（その２）。
【図７】本実施形態に係るトレリスの形状情報を示す図である（その１）。
【図８】本実施形態に係る通信方法を示すシーケンス図である。
【図９】本実施形態に係るトレリスの形状情報を示す図である（その２）。
【図１０】本実施形態に係るフレームの撹拌前後を示す図である（その１）。
【図１１】本実施形態に係るフレームの撹拌前後を示す図である（その２）。
【図１２】従来のフレームの撹拌前後を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…アンテナ
２…ＲＦ部
３…ベースバンド部
４…通信路インターフェース
５…制御部
６…通信網
１０…符号器
１１…第１のＲＳＣエンコーダ
１２…ＣＴＣインターリーバ
１３…第２のＲＳＣエンコーダ
１４…マルチプレクサ
１５…形状情報保持部
２０…復号器
２１…デマルチプレクサ
２２…第１のＣＴＣデコーダ
２３…ＣＴＣインターリーバ
２４…第２のＣＴＣデコーダ
２５…ＣＴＣデインターリーバ
２６…形状情報保持部
３０…送信変調部
３１…受信復調部
１００…基地局
【図１】
2008011146.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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