(57)【要約】【課題】包括的ターボ復号器が伝送条件に応じて常に最良の性能のモードで動作するような復号方式の動的切り換え方法を提供すること。【解決手段】　受信機においてターボ符号の到来符号化信号を復号する方法が提供される。該方法は、チャネル状態推定の条件を表す品質情報を動的に決定し、良好または不良推定条件に対応する二進値結果を定義するあらかじめ定められた基準と該品質情報を動的に比較する。その結果、良好条件が存在する場合にはＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における最大事後確率アルゴリズムを選択し、不良条件が存在する場合にはＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における前記最大事後確率アルゴリズムの近似アルゴリズムを選択する。このような選択は動的に実行される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　受信機において到来したターボ符号の符号化信号を復号化する方法であって、該方法は、伝送チャネルから前記符号化信号を受け取るステップと、デジタル方式でターボ符号を復号化するステップとを含み、さらに、
　チャネル状態推定の条件を表す品質情報を動的に求めるステップと、
　良好推定条件または不良推定条件に対応する二進値結果を定義する所定の基準と前記品質情報とを動的に比較するステップと、を含み、
　前記ターボ符号を復号化するステップは、良好条件においてＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における最大事後確率アルゴリズムを動的に選択し、不良条件においてＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における前記最大事後確率アルゴリズムの近似アルゴリズムを動的に選択するステップを含む、前記方法。
【請求項２】
　前記品質情報を動的に求めるステップが、ＳＩＲ推定と呼ばれる信号対干渉比推定の誤差を表す誤差情報を求めるステップを含み、該誤差情報が前記品質情報であり、前記所定の基準が少なくとも１つの所定のしきい値を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　前記誤差情報がＳＩＲ推定の誤差の絶対値であり、
　前記誤差の絶対値が前記しきい値より小さいとき、前記ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択され、
　前記誤差の絶対値が前記しきい値以上であるとき、前記ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
　前記しきい値が０.５ｄＢ以下である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
　前記しきい値が０.２ｄＢに等しい、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
　無線通信システムに属する受信機のための前記方法であって、
　該受信機が移動可能であり、
　前記品質情報を動的に求めるステップが、移動受信機の速度の推定を含み、
　該速度が前記誤差情報である、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
　前記受信機がセル式携帯電話である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
　無線通信システムに属し、移動端末と関連動作する受信機のための前記方法であって、
　前記品質情報を動的に決定するステップが、移動端末の速度の推定を含み、
　該速度が前記誤差情報である、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
　前記受信機が基地局である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
　前記所定の基準が、伝送チャネルの遅延プロファイルも含む、請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
　前記所定の基準が、所定の第１のしきい値と、該第１のしきい値より大きい所定の第２のしきい値と、前記遅延プロファイルに依存する第３のしきい値とを含み、
　推定された前記速度が前記第１のしきい値より小さいとき、前記ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択され、
　推定された前記速度が前記第２のしきい値より大きいとき、前記ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択され、
　推定された前記速度が前記第１のしきい値と前記第２のしきい値との間であるとき、遅延プロファイルを考慮して求められる第３のしきい値と該速度とが比較され、
　　推定された前記速度が前記第３のしきい値より小さいとき、前記ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択され、
　　推定された前記速度が前記第３のしきい値より大きいとき、前記ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
　伝送チャネルから到来するターボ符号の符号化信号を受け取る受信手段と、該受信手段に接続し、復調手段およびターボ符号復号化手段を含むデジタル処理手段とを備えた受信機であって、
　前記ターボ符号復号化手段が、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における最大事後確率アルゴリズムを実施する第１の構成と、ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における前記最大事後確率アルゴリズムの近似アルゴリズムを実施する第２の構成との間で、二進値の制御信号に応じて選択的に構成されることが可能であり、
　前記デジタル処理手段が、チャネル状態推定の条件を表す品質情報を求める補助処理手段と、前記品質情報を所定の基準と比較して、良好な推定条件に対応する第１の値および不良条件に対応する第２の値を有する前記二進値の制御信号を送り出す制御手段とを更に備え、
　前記ターボ符号復号化手段は、前記二進値の制御信号が第１の値を有するとき、前記第１の構成へと切り換えられ、前記二進値の制御信号が第２の値を有するとき、前記第２の構成に切り換えられる、前記受信機。
【請求項１３】
　前記補助処理手段が、ＳＩＲ推定と呼ばれる信号干渉比推定の誤差を表す誤差情報を求める手段を備え、
　前記誤差情報が前記品質情報であり、
　前記所定の基準が少なくとも１つの所定のしきい値を含む、請求項１２に記載の受信機。
【請求項１４】
　前記誤差情報がＳＩＲ推定の誤差の絶対値であり、
　前記制御信号は、前記誤差の絶対値が前記しきい値より小さいとき、前記第１の値を有し、前記誤差の絶対値が前記しきい値以上であるとき、前記第２の値を有する、請求項１３に記載の受信機。
【請求項１５】
　前記しきい値が０.５ｄＢ以下である、請求項１４に記載の受信機。
【請求項１６】
　前記しきい値が０.２ｄＢに等しい、請求項１５に記載の受信機。
【請求項１７】
　前記受信機が無線通信システムに属し、
　前記受信機が移動可能であり、
　前記補助処理手段が、移動受信機の速度を求める速度推定手段を備え、
　該速度が前記誤差情報である、請求項１３に記載の受信機。
【請求項１８】
　前記受信機がセル式携帯電話である、請求項１７に記載の受信機。
【請求項１９】
　前記受信機が、無線通信システムに属し、移動端末と関連動作する受信機であり、
前記補助処理手段が、移動端末の速度を求める速度推定手段を備え、該速度が前記誤差情報である、請求項１３に記載の受信機。
【請求項２０】
　前記受信機が基地局である、請求項１９に記載の受信機。
【請求項２１】
　前記所定の基準が伝送チャネルの遅延プロファイルを更に含む、請求項１７乃至請求項２０のいずれかに記載の受信機。
【請求項２２】
　前記所定の基準が、所定の第１のしきい値と、該第１のしきい値より大きい所定の第２のしきい値と、前記遅延プロファイルに依存する第３のしきい値とを含み、
　推定された前記速度が前記第１のしきい値より小さいとき、場合前記制御信号が前記第１の値を有し、
　推定された前記速度が前記第２のしきい値より大きいとき、前記制御信号が前記第２の値を有し、
　推定された前記速度が前記第１のしきい値と前記第２のしきい値との間であるとき、遅延プロファイルを考慮して決定される第３のしきい値と推定された前記速度とが比較され、
　　推定された前記速度が前記第３のしきい値より小さいとき、前記制御信号が前記第１の値を有し、
　　推定された前記速度が前記第３のしきい値より大きいとき、前記制御信号が前記第２の値を有する、請求項２１に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般に、チャネル復号技法に関し、特にターボ符号に関する。本発明の適用は、一般に、無線通信システムの分野を対象とし、特に、ＣＤＭＡ２０００、ＷＣＤＭＡ(すなわち広帯域ＣＤＭＡ)またはＩＳ−９５のような種々のＣＤＭＡ型移動無線システムのようなＣＤＭＡシステムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
　移動無線システムにおいて、移動無線チャネル上のデータ伝送をノイズと干渉に対して一層強固にするため、チャネル符号化方式が使用される。ＧＳＭのような既存の移動無線システムにおいて使用される標準チャネル符号化方式は、畳み込み符号化(Convolutional Coding)、リード・ソロモン符号化(Reed Salomon Coding)およびその他の種類のブロック・コードである。
【０００３】
　第３世代移動無線システムは、チャネル符号化手法として畳み込み符号と共にターボ符号(Turbo-code)を指定している(参照：3GPP, Technical Specification Group Radio Access Network ; Multiplexing and channel coding (FDD); (3G TS 25.212 version 3.5.0(2000-12)), Release 1999)。
【０００４】
　ターボ符号符号化器において、前方誤り訂正は、パリティ・ビットを導入することによって使用可能とされる。ターボ符号の場合、オリジナル情報は、組織情報として、パリティ情報と共に、伝送される。前記３ＧＰＰに従った符号化器は、拘束長Ｋ＝４を持つ２つの帰納的組織的畳み込み(ＲＳＣ)符号化器から構成される。これは、また、８状態有限状態機械と解釈することもできる。第１のＲＳＣ符号化器は、そのオリジナルの情報のブロックに対して動作し、第２の符号化器はインターリーブされたシーケンスの情報ブロックに対して動作する。
【０００５】
　受信機側では、上記２つの符号化器の各々に対応するコンポーネント復号化器がある。各コンポーネント復号化器は、いわゆる最大事後確率法(Maximum-A-Posterioriのことで、以下ＭＡＰと略称する)を実施する。この復号化器は、通常、ソフトイン／ソフトアウト(ＳＩＳＯ)復号化器と呼ばれるものである。
【０００６】
　各ブロックは反復的な方法で復号される。組織情報およびパリティ情報は、第１のコンポーネント復号化器(ＭＡＰ１)の入力の役目を果たす。ＭＡＰ１のソフト出力は、'０'または'１'のいずれかとして送られる受信ビットに関する信頼度を反映する。そのような信頼度は、符号化器における場合と同様な方法でインターリーブされ、事前情報として第２のコンポーネント復号化器(ＭＡＰ２)に渡される。 第２のコンポーネント復号化器は、この情報を使用して、第２の符号化器のインターリーブされた組織情報およびパリティ情報の推定を行う。ソフト出力が再びＭＡＰ１に渡され、同様の動作が反復される。停止基準が満たされるまで情報交換は続く。停止基準は、「固定的反復回数」のような単純なケースから、「巡回冗長検査(ＣＲＣ)」の複雑な統計分析にまで及ぶ。
【０００７】
　ＭＡＰアルゴリズムを使用するターボ復号化器に関する実施上の問題は、いくつかの論文で議論されていて、よく知られている(参照：A.Worm, Implementation Issues of Turbo-Decoders, Phd thesis, Institute of Microelectronic Systems, Department of Electrical engineering and Information Technology, University of Kaiserslautern, Forschungsberichte Mikroelektronik, Bd.3, Germany, 2001)。
【０００８】
　ＭＡＰアルゴリズムは、演算子強度を減らすため対数関数領域に変換される(参照：S.S. Pietrobond and A.S. Barbulescu, A Simplification of the Modified Bahl Decoding Algorithm for Systematic Convolutional Codes. In Proc. International Symposium on Information Theory and its Applications, pages 1073-1077, Sydney, Australia, November 1994)：すなわち、乗算は加算になり、加算は修飾された比較によって置き換えられる。それは、前方再帰、後方再帰およびソフト出力計算から構成される。
【０００９】
　当業者に周知のように、２つのＭＡＰアルゴリズムが対数関数領域において動作する。第１のアルゴリズムは、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれ、指数関数を使用する理想的ＭＡＰアルゴリズムと同じ性能を示す。第２のアルゴリズムは、ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれ、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムの準最適バージョンである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　原理的には、ＬｏｇＭＡＰ型ターボ符号復号化器の性能は、ＭａｘＬｏｇＭＡＰ型ターボ符号復号化器よりすぐれている。しかし、特定の環境の下では、ＭａｘＬｏｇＭＡＰ型復号化器は、より堅牢に動作し、ＬｏｇＭＡＰ型復号化器の性能を凌駕する。
【００１１】
　既存のシステムにおいては、上記の復号アルゴリズの１つ、すなわちＬｏｇＭＡＰまたはＭａｘＬｏｇＭＡＰのいずれかが、使用される。
【００１２】
　本発明の目的は、本発明に従った包括的ターボ復号化器が、伝送条件に応じて、常に最良の性能のモードで(ＬｏｇＭＡＰまたはＭａｘＬｏｇＭＡＰいずれかのモードで)動作するように、既存の手法の動的切り換えを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
　本発明は、受信機において到来したターボ符号の符号化信号を復号する方法を提供する。該方法は、伝送チャネルから前記信号を受け取るステップおよびターボ符号をデジタル方式で復号するステップを含む。
【００１４】
　本発明の１つの側面に従えば、該方法は、更に、チャネル状態推定の条件を表す品質情報を動的に求めるステップと、良好または不良推定条件に対応する二進値（二者択一）結果を定義する所定の基準と前記品質情報を動的に比較するステップとを含む。
【００１５】
　また、前記ターボ符号を復号するステップは、良好条件においてはＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における最大事後確率アルゴリズムを、または、不良条件においてはＭａｘＬｏｇアルゴリズムと呼ばれる対数領域における前記最大事後確率アルゴリズムの近似アルゴリズムを動的に選択するステップを含む。
【００１６】
　信号対干渉比(すなわちＳＩＲ)推定の品質を知ることによってチャネル状態推定の条件を予測することができる。具体的に述べれば、本発明の１つの側面に従って、品質情報を求める前記ステップがＳＩＲ推定の誤差を表す誤差情報を求めるステップを含み、従って、該誤差情報が前記品質情報とされる。
【００１７】
　また、前記あらかじめ定められた基準が少なくとも１つのしきい値を含む。
【００１８】
　前記誤差情報がＳＩＲ推定の誤差の絶対値であり、誤差の絶対値が前記しきい値未満である場合、前記ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択され、誤差の絶対値が前記しきい値以上である場合、前記ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される。
【００１９】
　実際には、前記しきい値は、約０.５ｄＢ以下、例えば約０.２ｄＢであるように選択される。
【００２０】
　前記ＳＩＲ推定誤差の絶対値を計算する可能な方法の１つは、ＳＩＲ推定値の分散を計算することである。しかしながら、(受信機が移動可能な場合)受信機の速度または(受信機が例えば基地局である場合)該受信機と関連動作する移動端末の速度を知ることによってチャネル状態推定の条件を予測することができることを本願発明者は確認している。
【００２１】
　換言すれば、受信機が無線通信システムに属する例えばセルラ（セル式）移動電話であるような場合、品質情報を決定する前記ステップは移動受信機の速度の推定を含み、従って、該速度が前記誤差情報とされる。受信機が例えばセルラ移動電話のような移動端末と連係動作する基地局であることもできる。そのような場合、品質情報を決定する前記ステップは移動端末の速度の推定を含み、従って、該速度が前記誤差情報とされる。
【００２２】
　速度が誤差情報として考慮される場合、前記所定の基準は更に伝送チャネルの遅延プロファイルを含む。具体的に述べれば、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムかＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムのいずれかを選択するために使用されるしきい値を求めるため、該遅延プロファイルを使用することができる。
【００２３】
　本発明は、更に、伝送チャネルから到来するターボ符号の符号化信号を受け取る受信手段と、該受信手段に接続し、復調手段およびターボ符号復号手段を含むデジタル処理手段とを備えた受信機を提供する。
【００２４】
　本発明の１つの側面によれば、前記ターボ符号復号手段は、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと呼ばれる対数領域における最大事後確率アルゴリズムを実施する第１の構成とＭａｘＬｏｇアルゴリズムと呼ばれる対数領域における前記最大事後確率アルゴリズムの近似アルゴリズムを実施する第２の構成との間で、二進値（二者択一）制御信号に応じて、選択的に構成されることが可能である。
【００２５】
　また、前記デジタル処理手段は、チャネル状態推定の条件を表す品質情報を動的に求める補助処理手段、および、前記品質情報を所定の基準と比較して、良好な推定条件に対応する第１の値および不良条件に対応する第２の値を有する前記二進値制御信号を送り渡す制御手段を更に備える。前記ターボ符号復号手段は、前記二進値信号が第１の値を有するときの前記第１の構成と、前記二進値信号が第２の値を有するときの前記第２の構成との間で動的に切り換えられる。
【００２６】
　更なる側面に従えば、前記補助処理手段は、信号対干渉比(ＳＩＲ)推定の誤差を表す誤差情報を決定する手段を備え、該誤差情報が前記品質情報とされ、前記所定の基準が少なくとも１つの所定のしきい値を含む。
【００２７】
　更に、別の側面に従えば、前記誤差情報がＳＩＲ推定の誤差の絶対値であり、前記制御信号が、前記誤差の絶対値が前記しきい値より小さい場合前記第１の値を有し、前記誤差の絶対値が前記しきい値以上である場合前記第２の値を有する。
【００２８】
　該受信機が無線通信システムに属し、移動可能である場合、前記補助処理手段は移動受信機の速度を求める速度推定手段を備え、該速度が前記誤差情報とされる。受信機が無線通信システムに属し、移動端末と連係動作する場合、前記補助処理手段は該移動端末の速度を求める速度推定手段を備え、従って、該速度が前記誤差情報とされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
　本発明に従った復号化アルゴリズムの動的切り換えを詳細に記述する前に、当業者に周知のものであるが、使用される２つのアルゴリズムのいくつかの一般的特徴を以下に記述する。
【００３０】
　１．符号化
１.１　一般的考察および畳み込み符号化方式
　畳み込み符号化は、現在時および／または選択された前回時のステップの入力値のモジュロ２加算を計算することによって実行される。その実施形態は、単純明快であり、シフトレジスタおよび１対の排他的ＯＲゲートから構成される。切り換え方法に応じて、次のような異なる種類の畳み込みコードを実現することができる。
【００３１】
組織コード(systematic code)： 出力ストリームのうちの１つが、入力ストリームすなわち組織情報と等しい
非組織コード(ＮＳＣ)： 各出力はパリティ情報である。パリティ情報は、符号化プロセスの履歴を記述しているシフトレジスタ・エントリのモジュロ２加算をとることによって生成される
再帰コード： 特別のパリティ信号が作成され、組織入力に関連づけられてフィードバックされる
非再帰コード： 再帰コードの場合のようなフィードバック・ループは存在しない
　畳み込み符号化器の１つのインスタンスは、メモリの深さ(拘束長)およびパリティ情報生成に使用される論理関数などの特性の組み合わせによって定義される。これらの特性は、生成多項式を通して記述される。
【００３２】
　１.２　コード・トレリス
コード・トレリスは、有限状態機械が展開された状態線図である。符号化器が存在できる状態の数Ｎは、次のように、拘束長Kの関数である。
【００３３】
　　　　　N = 2K-1
コードの性質(ＲＳＣ、ＮＳＣ．．．)に従って、一定の遷移だけが可能である。トレリスはそのような遷移を記述するために使用される。
【００３４】
　１.３ トレリス終結
　考察されるコードに関して、トレリスの初期状態は、すべてゼロの状態であるということが常にわかっている。符号化器は、予告なしに、後方再帰を開始すべきヒントを残さずに、任意の状態で終了することができる。これは、定義された最終状態に符号化器を駆動することによって、打ち消すことができる。(例えばすべてゼロのような)最終状態への到達は、シーケンスを追加して、符号化器を可能な限り迅速に最終状態に向かわせることによって達成することができる。このシーケンスは、また、最後の情報ビットが符号化された後の符号化器の状態に依存する。このシーケンスの長さはＫ−１と等しく、伝送されるビットはテールビットと呼ばれる。
【００３５】
　１.４ インターリービング
　トレリス型復号は、バースト誤りに対して非常に脆弱である。伝送されるビットのシーケンスが壊れれば、復号は不正確になる。従って、近隣関係を破る方式、すなわち、インターリービングが適用される。インターリービングの背後にある主要な考え方は、ビットが生成または使用される順序とは異なる順序でビットを伝送するというものである。例えば、ビット４がその近傍の３および５と連続的に符号化されるとしても、伝送の間、それはビット３１２およびビット１０２１の隣に置くことができる。チャネルのバースト誤りがビット３１２、４および１０２１に対して発生するかもしれないが、受信機上では、インターリービング解除器を通してそのような誤りは再び広がり、元の順序に戻されるので、復号はさほど影響されない。
【００３６】
　１.５ ターボ符号化
　ターボ符号符号化器は、２つの成分畳み込み符号化器および１つのインターリービング器から構成される。畳み込みコードは、前述のようなレート1/2および生成多項式(13,15/(８進法表記))のＲＳＣコードであるように固定される。
【００３７】
　第２の符号化器の組織情報は、第１の符号化器の組織出力から(インターリービング解除によって)再構築されることができるので、伝送されない。これによって、R=1/3のレートが達成される。図１は、ＵＭＴＳターボ符号符号化器の詳細を示す。トレリス終結が各符号化器をその最終状態に導く。これは、テールビットに関する第１と第２の符号化器の組織情報の間の依存性を無効にする。なぜなら、それら符号化器がそれぞれのスイッチを起動させることによって相手から独立した符号化器となるからである(図１参照)。従って、各符号化器の最後の６ビット(各々について組織ビットおよびパリティ・ビット)は別々に伝送されなければならない。この結果、ブロックあたり１２ビットの合計オーバーヘッドが生じる。
【００３８】
　２.　復号
　畳み込みコードの復号は、符号化において発生した遷移の情報を把握し続ける。これによって、送出された入力シンボルが取り除かれる。チャネルに起因する劣化のため、組織ビットおよびパリティ・ビットの推定値だけが利用可能とされる。このような両方のビットを本明細書ではチャネル値と呼ぶこととする。次のような２つの異なる種類の出力がある。
【００３９】
ハード値： シンボルが"１"または"０"であると見なされるか否かを単に標示する
ソフト値： ソフト値もまた決定の信頼性のための基準を搬送する(すなわち、ハードな決定がその決定が正しいという確率によって拡張される)
　ターボ復号の場合、ソフトイン値(soft-in)だけが関係する。チャネル値に基づいて、組織ビットおよびパリティ・ビットの一定の組み合わせが発生したという確率を計算することができる。これにより、また、符号化器履歴を考慮して、符号化器が所与の時間段階において所与の状態にあった確率を計算することができる。
【００４０】
　それらの状態確率を取り扱う２つの手法が存在する。最大尤度型のビタビ(Viterbi)アルゴリズムは、それらの確率を使用して、最もありそうなコードワードを検索する。このアルゴリズムは、全ゼロ状態から最後の状態までのトレリスを調べて、最もありそうなシーケンスを探す。生存経路として選択される状態が、送出されたシンボルの最もありそうなシーケンスを示す。このように、ビタビ復号化器はシーケンス推定器である。
【００４１】
　一方、最大事後確率アルゴリズム(英語表記"maximum-a-posteriori"の頭文字をとってＭＡＰと呼称される)は、符号化器が所与の状態にあって、現在の状態がチャネル値の残りを所与として最終状態に至る確率を推定する。これは、トレリス（格子）に対する前方および後方再帰によって効率的に計算されることができる。その後、各ビットについて、組織ビット"０"に関連したそれらの状態に関する確率が加算され、ビット"１"に関連した確率と比較される。比較的高い確率を持つシンボルが、送出されたシンボルであると推量される。この動作がシーケンス・レベルではなくビット単位に行われるので、これはシンボル推定と呼ばれる。
【００４２】
　ターボ復号は、畳み込み復号化器のソフト出力も要求する。適切なアルゴリズムは、ＭＡＰアルゴリズムおよびＳＯＶＡ(Soft Output Viterbi Algorithm)である。
【００４３】
　ＳＯＶＡは、通常、ビタビ・アルゴリズム部およびソフト出力計算部という２つのステップを含むアルゴリズムとして実施される。ビタビ方式を実現させる部分の状態測定ユニットは、後方追跡またはレジスタ交換構造に基づいて実施することができる。ソフト出力計算部は、主として、競争的経路計算ユニットから構成される。スループット（処理能力）が低いときを除いて、このユニットは、レジスタ交換アーキテクチャとして実施される。レジスタ交換ユニットの主な欠点は、ハードウエア折りたたみの役に立たないことである。従って、広範囲にわたるスループット要求に対して有効なＳＯＶＡアーキテクチャを取得するのは(不可能ではないとしても)困難である。更に、最適なソフト更新を持つＳＯＶＡの通信性能は、準最適ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと同じ程度のものであるにすぎない。かくして、効率的実施のため、ＭＡＰアルゴリズムが実施される。
【００４４】
　２.１　ターボ復号
　最尤コードワードの検索によるターボ符号の復号は非常に複雑である。従って、反復的復号が推奨される。２つの畳み込みコードが別々に復号される。これを実行している間、各復号化器は他方によって収集された情報を取り込む。この"情報の収集"はソフト出力値の交換であり、１つのユニットのビット推定値が次の推定のための事前情報に変換される。このように、復号化器は、ソフト入力ソフト出力(ＳＩＳＯ)ユニットでなければならない。
【００４５】
　ビット推定における信頼度は、式(2.1)に示される対数尤度比(ＬＬＲ)として表される。
【数１】
2004147329.tif 000003
【００４６】
　符号はこのビットが１またはゼロとみなされるか否かを示し、一方、決定における信頼度は絶対値によって表される。
【００４７】
　最後の復号段階の間に収集された情報を抽出するため、この推定値へ導く組織情報および事前情報が取り除かれなければならない。これによって、次式(2.2)および(2.3)が得られる。
【数２】
2004147329.tif 000004
【００４８】
　これは、付帯情報と呼ばれる。１つのビットが特定の値を持つという１つの復号化器の信頼度が、他方の復号化器の初期的推測を偏向させる。
【００４９】
　図２は、インターリービング器（ＩＬ）およびインターリービング解除器（ＤＩＬ）という２つのＭＡＰ復号化器から構成されたターボ符号復号化器を示す。事前情報入力として１つの復号化器の入力を次の復号化器へ提供することは、復号反復動作の向上を可能にする。この動作が燃焼ターボ・エンジンにおいて使用される"排気フィードバック"に類似しているので、ターボ符号と名付けられた所以でもある。復号化器への入力は、受け取られたチャネル値(組織値、パリティ１およびパリティ２)である。すなわち、第１のＭＡＰ１の動作の間、事前情報はゼロにセットされる。
【００５０】
　２.２　最大事後確率(ＭＡＰ)アルゴリズム
　最大事後という名称は、ビットの推定が受信機シーケンス全体に基づくという事実から付けられたものである。すべての情報を受け取った後に推定が実行される。
【００５１】
　式(2.4)は、そのようなＭＡＰ復号化器の出力を示す。Bahl氏らは、その著書において、前方および後方再帰においてトレリスに対して作用する再帰に基づくＭＡＰ復号化器に関する効率的アルゴリズムを記述している(参照：L. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv. Optimal Decoding of Linear Codes for Minimizing Symbol Error Rate. IEEE Transaction on Information Theory, IT-20:84-287, march 1974)。そのアルゴリズムは、一般に、ＭＡＰまたはＢＣＪＲアルゴリズムと呼ばれている。
【００５２】
　ここで、次の数３の式がＭＡＰの入力を表すものとする。
【数３】
2004147329.tif 000005
【００５３】
　また、
【数４】
2004147329.tif 000006
【００５４】
　ここで、Ｎは、ブロックの長さを表す。次に、ＢＣＪＲアルゴリズムが、シンボル・シーケンスの受領の後、各データ・シンボルdkについて、次式(2.4)のように、事後確率(ＡＰＰ)を計算する。
【数５】
2004147329.tif 000007
【００５５】
　これは、次のような２つの確率を使用して計算される。すなわち、１つは、ｋ個のシンボルを受け取った後復号化器がm∈{1...2M}を有して状態Skmに到達した確率：
【数６】
2004147329.tif 000008
【００５６】
　一方は、時間k+1における状態Sk+1m’を所与として入力シーケンスの残りが最終状態に復号化器を導くであろう確率：
【数７】
2004147329.tif 000009
【００５７】
　このためには、状態SkmからSk+1m’への推移の確率が既知でなければならない。それは、コード構造、チャネル・モデル、前の復号ステップの付帯情報および受け取ったシンボルRkに依存する：
【数８】
2004147329.tif 000010
【００５８】
　γを使用して、αおよびβは次式によって再帰的に計算される。
【数９】
2004147329.tif 000011
【００５９】
　既知の開始および最終の状態は、ＢＣＪＲアルゴリズムを最適に実行するため必須である。トレリスが終結していない場合、すべての状態は、ｋ＝Ｎについて等しい確率を持つと仮定されなければならない。
【００６０】
　事後確率自体は次のように表されることができる。
【数１０】
2004147329.tif 000012
【００６１】
　ＡＰＰの計算に必要とされる多数の乗算が、その実施の魅力を減殺している。従って、ＭＡＰアルゴリズムは、対数関数領域に変換しなければならない。この場合、ＭＡＰアルゴリズムはＬｏｇＭＡＰアルゴリズムとなる。ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムは、誤り訂正性能を低下させることなく、数値的安定性を増大し、実施を容易にする。
【００６２】
　２.３　対数関数領域におけるＭＡＰアルゴリズム：ＬｏｇＭＡＰ
　乗算の加算への変換が、対数領域においてＭＡＰアルゴリズムを定義する目的である。加算によって１つの問題が派生する。ヤコビアン対数を使用して、加算は次のような新しい演算子によって置き換えられる。
【数１１】
2004147329.tif 000013
【００６３】
　同様に、負の対数が取られ、次式が導かれる。
【数１２】
2004147329.tif 000014
【００６４】
　３以上のオペランドに関して、max*が再帰的に適用される。演算子が相関的であるので、ツリーのような評価を使用することが可能であり、この点はハードウエア実施にとって有利である。数１３に示される近似を使用することによって、準最適ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが取得される。
【数１３】
2004147329.tif 000015
【００６５】
max*演算を使用すれば、再帰は次式のようになる。
【数１４】
2004147329.tif 000016
【００６６】
　以下、ln(αk(m'))を次の数１５のように表すこととする(従ってβおよびγに関しても同様である)。
【数１５】
2004147329.tif 000017
【００６７】
これにより、再帰は次式の形式をとる。
【数１６】
2004147329.tif 000018
【００６８】
同様に、次式が得られる。
【数１７】
2004147329.tif 000019
【００６９】
2004147329.tif 000020
【００７０】
　かくして実際の対応付けは、'1'→'-1'、'0'→'1'である。
【００７１】
2004147329.tif 000021
【数１８】
2004147329.tif 000022
【００７２】
　コード構造だけがどのコードがどの推移に割り当てられるかを決定する。定数要因を省略して、付加的代数変換を行った後、次の結果が得られる。
【数１９】
2004147329.tif 000023
【００７３】
　この結果、チャネルおよび事前データから計算されなければならないのは２項だけであるので、実施形態が大幅に単純化される。第１の項は完全に除外することができ、最後の項は最初の２項から計算される。スケーリング因子(すなわち4Es/N0)は動作ポイントの使用度を外部から乗算される。
【００７４】
　復号アルゴリズムの動的切り換え
　図３は、セルラ携帯電話ＴＰの受信部に組み入れられる本発明に従ったチャネル復号化器を示す。
【００７５】
　符号化された信号がアンテナＡＮＴによって受け取られ、受信機の無線周波数段階ＥＲＦによって処理される。ＥＲＦ段階の出力において、信号はＡ／Ｄ変換器によってデジタル領域に変換される。次に、デジタル型バンド信号が、ＣＤＭＡシステムの場合一般に使用される"レーキ(rake)"復調器によって処理される。
【００７６】
　次に、チャネル復号段階は、本発明に従ったチャネル復号化器ＣＴＤを含む。処理経路は、また、ソース復号処理を実行するソース復号ブロックＤＣＳを含む。
【００７７】
　本発明に従ったチャネル復号化器ＣＴＤは、図４に示されるように、従来技術の前処理手段ＭＤＭ(マルチプレクサ、インターリービング機能、およびデパンクチャリング・ユニット（パンクチャ機能の逆の動作を行う装置）)およびそれに続くターボ符号復号化器を備える。ターボ符号復号化器は、制御信号ＳＣの値に従って、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムかＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムかいずれかを選択して実施することができる。
【００７８】
　実際には、この制御信号ＳＣは、対数表を内包するＲＯＭメモリを起動または停止させるスイッチＳＷを制御する。一層具体的に述べれば、ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが使用される場合、ＲＯＭメモリが起動され、一方、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが使用される場合、ＲＯＭメモリは起動されない。このようにして、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムに基づくターボ符号復号化器を実施するための実施オーバーヘッドは、ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムと比較して小さい。ハードウエア（シリコン）におけるその他のオーバーヘッドは２％を下回る。
【００７９】
　原理的には、ＬｏｇＭＡＰ型ターボ符号復号化器の性能は、ＭａｘＬｏｇＭＡＰ型復号化器よりすぐれている。ＬｏｇＭＡＰ復号化器は入力信号を測定するため非常に良好なチャネル状態推定を必要とするので、この推定が可能で利用できる場合にのみ、上記の点は有効である。悪い推定条件の下では、ＭａｘＬｏｇＭＡＰ型復号化器の方が非常に強力に動作し、ＬｏｇＭＡＰ型復号化器の性能を凌駕する。本発明は、チャネル状態推定の条件に基づく２つの復号化器アーキテクチャの間の切り換えを以下のように提案する。
【００８０】
　チャネル状態推定条件を決定する１つの方法は、信号対干渉比(ＳＩＲ)の品質を決定することからなる。一層具体的に述べれば、ＳＩＲ推定の誤差を表す誤差情報が決定され、品質情報とみなされる。
【００８１】
　次いで、一般的には、この誤差情報が所定のしきい値より小さければ、チャネル状態推定条件は良好であるとみなされ、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される。反対の場合、ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される。
【００８２】
　更に、本発明に従って、この選択は動的に行われる。換言すれば、チャネル状態条件は、符号化された信号の受信の間に動的に推定され、当然のことながら、その受信の間に変更することもできる。従って、例えば携帯電話の環境に応じて、２つの可能なアルゴリズムの間の選択を受信の間に変更することもできる。
【００８３】
　本発明の１つの実施形態に従えば、ＳＩＲ推定の誤差を表す誤差情報はＳＩＲ推定の誤差の絶対値である。例えば、この絶対値は、ＳＩＲ推定の分散を計算することによって決定することができる。
【００８４】
　このように、チャネル復号化器ＣＴＤは、ＳＩＲを推定する手段ＭＳＲを含むことができる。そのような手段は、従来技術のものであり、当業者に既知のものである。そのような技術は、例えば、TSG-RAN Working Group 1 meeting (4 (Shin-Yokohama, Japan, April 18-20, 1999) entitled "Proposal for downlink interference measurement method"に記載されている。
【００８５】
　ＳＩＲを推定した後、ソフトウェアによって容易に実施可能な制御手段ＣＴＬが、このＳＩＲ推定の分散を計算し、その分散を一般的に約０.５ｄＢ以下のあらかじめ定められたしきい値と比較する。実際には、そのようなしきい値は約０.２ｄＢに等しくすることができる。
【００８６】
　しかしながら、ＳＩＲ推定の品質およびそれに伴うチャネル状態推定の品質は、携帯電話の速度を知ることによって予測することができることを本願発明者は確認している。また、一般的に、ＳＩＲの分散を計算するより携帯電話の速度を推定する方が容易である。
【００８７】
　携帯電話の速度を推定するどのような従来の方法も使用することができる。例えば、移動端末の速度は、受け取った信号のパワーの正規化された自己共分散関数を使用して推定することができる。既知の別の１つの方法は、例えば、ヨーロッパ特許ＥＰ第１０１４１０７号に開示されているように、受け取った信号の自己共分散を使用する。更に、そのような方法について、ＥＰ第１０２６５１８号を参照することもできる。
【００８８】
　速度推定に基づくＬｏｇＭＡＰアルゴリズムとＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムとの間の選択の一例が図５に示されている。具体的に述べれば、速度推定手段ＭＳＥが速度を推定した後(ステップ５０)、速度Ｖが(例えば５ｋｍ／ｈに等しい)第１のしきい値Ｔｈ１と比較される(ステップ５１)。
【００８９】
　速度Ｖが、歩行者の移動電話に対応するようなしきい値Ｔｈ１より小さければ、チャネル状態推定条件は良好であるとみなされ、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される。速度Ｖが(例えば２５ｋｍ／ｈに等しい)第２のしきい値Ｔｈ２より大きければ(ステップ５２)、良好な推定条件を持つためには速度が早いとみなされる。従って、ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される。速度Ｖが２つのしきい値Ｔｈ１とＴＨ２の間にあれば、伝送チャネルの遅延プロファイルが考慮される(ステップ５３)。
【００９０】
　遅延プロファイルは、多重経路伝送チャネルの経路の数と共にレーキ受信機の指の強度を与える。それに従って、可変しきい値Ｔｈ３が決定される。一層具体的に述べれば、経路が２つだけであれば、しきい値Ｔｈ３は例えば１５ｋｍ／ｈに等しい。経路が２未満であれば、しきい値Ｔｈ３は５ｋｍ／ｈに等しく、経路が３以上であれば、しきい値Ｔｈ３は２５ｋｍ／ｈに等しい(ステップ５３０、５３１および５３２)。
【００９１】
　次に、速度Ｖがしきい値Ｔｈ３と比較される(ステップ５３３)。速度ＶがＴｈ３未満であれば、ＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択され、そうでなければ、ＭａｘＬｏｇＭＡＰアルゴリズムが選択される。
【００９２】
　特定の速度推定アルゴリズムを使用することによって、復号アルゴリズムの動的切り換えを実施することができる。このようにして、包括的ターボ復号化器ＴＣは、伝送条件に依存して、常に、最良の性能を発揮するモードで(ＬｏｇＭＡＰまたはＭａｘＬｏｇＭＡＰのいずれかで)、動作する。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】ＵＭＴＳターボ符号復号化器のブロック図。
【図２】一般的なターボ復号化器のブロック図。
【図３】携帯電話の受信部の機能ステップを示すブロック図。
【図４】本発明に従った携帯電話におけるチャネル復号化器の内部アーキテクチャを示すブロック図。
【図５】携帯電話の速度に応じてＬｏｇＭＡＰとＭａｘＬｏｇＭＡＰのアルゴリズムの選択を行う方法を示す流れ図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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