(57)【要約】【課題】  移動通信システムにおいて低密度パリティ検査コードにより符号化したデータを穿孔して伝送することにより、多様なコード率を支援するデータ送受信システム及び装置、方法を提供する。【解決手段】  本発明は低密度パリティ検査コードによるデータ送受信システム、装置及び方法を開示する。本発明に係るデータ伝送装置は入力データを低密度パリティ検査符号により符号化する低密度パリティ検査符号化器、及び出力データのコード率に基づき低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順番通り穿孔を行なうビット穿孔器を含む。これにより、多様なコード率を支援すべき次世代移動通信システムにおいて性能に優れた低密度パリティ検査符号を容易に適用できるようになる。【選択図】      図３
2005312061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送しようとする入力データをスクランブリングするスクランブラと、
前記スクランブラからスクランブリングされた入力データを低密度パリティ検査符号により符号化する低密度パリティ検査符号化器と、
出力データのコード率に基づき前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り穿孔を行なうビット穿孔器と、
前記穿孔されたデータを各データにマッピングされるシンボルに変換させる信号写像器と、
前記シンボルに変換されたデータを直交周波数分割多重処理するために逆高速フーリエ変換して受信側に伝送する逆高速フーリエ変換器とを含むことを特徴とする低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項２】
前記逆高速フーリエ変換器で処理されたデジタル信号をアナログ信号に変換させるデジタルアナログ変換器と、
前記アナログ変換された信号を搬送周波数信号とかけた後、無線環境に伝送する送信アンテナをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項３】
前記送信アンテナは超広帯域周波数を使ってデータを伝送することを特徴とする請求項２に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項４】
前記低密度パリティ検査符号化器は、
前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列を交換する列交換部を含むことを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項５】
前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が少なく現れる列を前記低密度パリティ検査符号の左側列及び右側列のうちいずれか一つから順序通り列を交換することを特徴とする請求項４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項６】
前記ビット穿孔器では前記低密度パリティ検査符号のうち左側列から順序通り前記出力データのコード率に基づくビットを穿孔することを特徴とする請求項５に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項７】
前記低密度パリティ検査符号化器は、
各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少ないＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生部と、
前記パリティ検査行列発生部で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生部と、
前記列交換されたパリティ検査行列から生成行列を発生させる生成行列発生部と、
入力されるデータを前記生成行列により符号化する符号化演算部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項８】
前記列交換行列発生部は、
求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出部と、
前記穿孔ビット算出部で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断部と、
前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換部とを含むことを特徴とする請求項７に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項９】
前記穿孔ビット位置判断部は、
Ｍ×Ｎパリティチェック行列と連関されたファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする請求項８に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１０】
入力データを低密度パリティ検査符号により符号化する低密度パリティ検査符号化器と、
出力データのコード率に基づき前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り穿孔を行なうビット穿孔器を含むことを特徴とする低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１１】
前記低密度パリティ検査符号化器は、
前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列を交換する列交換部を含むことを特徴とする請求項１０に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１２】
前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が少く現れる列を前記低密度パリティ検査符号の左側列及び右側列のうちいずれか一つから順序通り列を交換することを特徴とする請求項１１に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１３】
前記ビット穿孔器では前記低密度パリティ検査符号のうち左側列から順序通り前記出力データのコード率に基づくビットを穿孔することを特徴とする請求項１２に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１４】
前記低密度パリティ検査符号化器は、
各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少いＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生部と、
該パリティ検査行列発生部で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生部と、
前記列交換されたパリティ検査行列から生成行列を発生させる生成行列発生部と、
入力されるデータを前記生成行列により符号化する符号化演算部とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１５】
前記列交換行列発生部は、
求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出部と、
前記穿孔ビット算出部で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断部と、
前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換部とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１６】
前記穿孔ビット位置判断部は、
低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする請求項１５に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信装置。
【請求項１７】
送信側から伝送された信号を受信し高速フーリエ変換させる高速フーリエ変換器と、
前記高速フーリエ変換された信号に前記ビット挿入器で穿孔されたビット数ほど中間値を挿入するビット挿入器と、
前記ビット挿入された信号を前記低密度パリティ検査符号化器の符号化方法に基づき復号化する低密度パリティ検査復号化器と、
前記復号化された信号をデスクランブリングして最終出力データを生成するデスクランブラとを含むことを特徴とする低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項１８】
前記伝送された信号を受信する受信アンテナと、
前記受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換させるアナログデジタル変換器をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項１９】
前記ビット挿入器は、
前記低密度パリティ検査復号化器に入力されるデータのうち左側列から順序通り該当ビット数ほどビットを挿入することを特徴とする請求項１７に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２０】
前記低密度パリティ検査復号化器は、
前記ビット挿入器によりビット挿入された受信データの信号に対してソフト判定するソフト判定部と、
前記ソフト判定された信号を低密度パリティ検査符号により復号化するＬＬＲ復号化部とを含むことを特徴とする請求項１７に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２１】
前記低密度パリティ検査復号化器は、
各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少いＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生部と、
前記パリティ検査行列発生部で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生部をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２２】
前記列交換行列発生部は、
求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出部と、
前記穿孔ビット算出部で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断部と、
前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換部とを含むことを特徴とする請求項２１に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２３】
前記穿孔ビット位置判断部は、
低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする請求項２２に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２４】
受信データをコード率に基づき送信側で穿孔したビット数ほど該当穿孔位置に挿入するビット挿入器と、
穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換した低密度パリティ検査符号により低密度パリティ検査復号化を行なう低密度パリティ検査復号化器とを含むことを特徴とする低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２５】
前記ビット挿入器は、
前記低密度パリティ検査復号化器に入力されるデータのうち左側列から順序通り該当ビット数ほどビットを挿入することを特徴とする請求項２４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２６】
前記低密度パリティ検査復号化器は、
前記ビット挿入器によりビット挿入された受信データの信号に対してソフト判定するソフト判定部と、
前記ソフト判定された信号を低密度パリティ検査符号により復号化するＬＬＲ復号化部とを含むことを特徴とする請求項２４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２７】
前記低密度パリティ検査復号化器は、
各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少いＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生部と、
該パリティ検査行列発生部で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生部とをさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２８】
前記列交換行列発生部は、
求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出部と、
前記穿孔ビット算出部で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断部と、
前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換部とを含むことを特徴とする請求項２４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項２９】
前記穿孔ビット位置判断部は、
低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする請求項２４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信装置。
【請求項３０】
入力データを低密度パリティ検査符号により符号化する低密度パリティ検査符号化段階と、
出力データのコード率に基づき前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り穿孔を行なうビット穿孔段階とを含むことを特徴とする低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３１】
前記低密度パリティ検査符号化段階は、
前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列を交換する列交換段階を含むことを特徴とする請求項３０に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３２】
前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が少く現れる列を前記低密度パリティ検査符号の左側列及び右側列のうちいずれか一つから順序通り列を交換することを特徴とする請求項３１に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３３】
前記ビット穿孔段階では前記低密度パリティ検査符号のうち左側列から順序通り前記出力データのコード率によるビットを穿孔することを特徴とする請求項３２に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３４】
前記低密度パリティ検査符号化段階は、
各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少いＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生段階と、
前記段階で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生段階と、
前記列交換されたパリティ検査行列から生成行列を発生させる生成行列発生段階と、
入力されるデータを前記生成行列により符号化する符号化演算段階とを含むことを特徴とする請求項３０に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３５】
前記列交換行列発生段階は、
求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出段階と、
前記段階で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置と決定する穿孔ビット位置判断段階と、
前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換段階とを含むことを特徴とする請求項３４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３６】
前記穿孔ビット位置判断段階は、
低密度パリティ検査コードの特性によってファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする請求項３５に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３７】
前記穿孔ビット位置判断段階は、
低密度パリティ検査行列で１の個数が最も少なく存在する列を選択する段階と、
前記選択された列で１が位置する行を調べる段階と、
前記１の個数が最も少なく存在する列をｊ列とする場合、前記該当行のうちｊ列を除いたノンゼロ要素を有する列が全て穿孔されていない行が少くとも一つ存在する場合、ｊ番目列を穿孔可能な列として決定する段階とを含むことを特徴とする請求項３５に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３８】
前記ｊ列の穿孔にも関わらず、０ないしｊ-１列に対しても相変わらず前記条件を満たすようになる時、前記ｊ列を穿孔する列として最終決定することを特徴とする請求項３７に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ送信方法。
【請求項３９】
受信データをコード率に基づき送信側で穿孔したビット数ほど該当穿孔位置に挿入するビット挿入段階と、
穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換した低密度パリティ検査符号により低密度パリティ検査復号化を行なう低密度パリティ検査復号化段階とを含むことを特徴とする低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【請求項４０】
前記ビット挿入段階は、
前記低密度パリティ検査復号化器に入力されるデータのうち左側列から順序通り該当ビット数ほどビットを挿入することを特徴とする請求項３９に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【請求項４１】
前記低密度パリティ検査復号化段階は、
前記ビット挿入器によりビット挿入された受信データの信号に対してソフト判定するソフト判定段階と、
前記ソフト判定された信号を低密度パリティ検査符号により復号化するＬＬＲ復号化段階とを含むことを特徴とする請求項３９に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【請求項４２】
前記低密度パリティ検査復号化段階は、
各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少いＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生段階と、
前記段階で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生段階をさらに含むことを特徴とする請求項４１に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【請求項４３】
前記列交換行列発生段階は、
求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出段階と、
前記段階で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断段階と、
前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換段階とを含むことを特徴とする請求項４２に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【請求項４４】
前記穿孔ビット位置判断段階は、
低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする請求項４３に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【請求項４５】
前記穿孔ビット位置判断段階は、
低密度パリティ検査行列で１の個数が最も少なく存在する列を選択する段階と、
前記選択された列で１が位置する行を調べる段階と、
前記１の個数が最も少なく存在する列をｊ列とする場合、前記該当行のうちｊ列を除いたノンゼロ要素を有する列が全て穿孔されない行が少くとも一つ存在する場合、ｊ番目列を穿孔可能な列として決定する段階とを含むことを特徴とする請求項４４に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【請求項４６】
前記ｊ列の穿孔にもかかわらず、０ないしｊ-１列についても相変わらず前記条件を満たすようになる際、前記ｊ列を穿孔する列として最終決定することを特徴とする請求項４５に記載の低密度パリティ検査コードによるデータ受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低密度パリティ検査行列コードによるデータ伝送システム、装置及び方法に係り、さらに詳しくは性能に優れ多様なコード率を支援する低密度パリティ検査行列コードによるデータ送受信システム、装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９７０年代末、アメリカでセルラー(cellular)方式の無線移動通信システム(Mobile Telecommunication System)が開発されて以来、韓国ではアナログ方式の１世代(１G; １st Generation)移動通信システムと言えるＡＭＰＳ(Advanced Mobile Phone Service)方式で音声通信サービスを提供し始めた。
その後、１９９０年代半ばごろ２世代(２G; ２nd Generation)移動通信システムが開始され商用化され、１９９０年代末に向上された無線マルチメディア、高速データサービスを目指して開始された３世代(３G;３rd Generation)移動通信システムであるＩＭＴ-２０００(International Mobile Telecommunication-２０００)が一部商用化されサービス運営されている。
【０００３】
現在は３世代移動通信システムから４世代(４G; ４th Generation)移動通信システムに発展していく状態である。前記４世代移動通信システムは以前世代の移動通信システムのように単純な無線通信サービスに留まらず、有線通信ネットワークと無線通信ネットワークとの効率的連動及び統合サービスを目標とし、前記３世代移動通信システムより高速のデータ伝送サービスを提供するための技術が標準化されている。
【０００４】
一方、通信において最も根本的な問題はチャンネル(channel)を通じてどれほど効率的でかつ信頼性あるようにデータを伝送できるかということである。最近活発に研究されている次世代マルチメディア移動通信では初期の音声為主のサービスを脱皮して、映像、無線データなどの多様な情報を処理し伝送できる高速通信システムが求められることによってシステムに適切なチャンネル符号化技法を使用してシステムの効率を高めることが必須である。
【０００５】
また、移動通信システムが急速に発展していくことに伴って、無線ネットワークでも有線ネットワークの容量に近接する大容量データを伝送できる技術開発が求められている。このように音声為主のサービスから脱皮して、映像、無線データなどの多様な情報を処理し伝送できる高速大容量通信システムが求められることにより適正なチャンネル符号化方式を使ってシステム伝送効率を高めることがシステム性能向上に必須の要素として働く。しかし、移動通信システムは移動通信システムの特性上データを伝送する際チャンネルの状況に応じて雑音と、干渉及びフェージング(fading)などによって不可避にエラーが発生し、よって前記エラー発生による情報データの損失が発生する。
【０００６】
このようなエラー発生による情報データ損失を減らすため、チャンネルの性格によって多様なエラー制御技術(error-control technique)を使用することにより前記移動通信システムの信頼度を向上させられる。前記エラー制御技術の中で最も普遍的に使用されているエラー制御技術はエラー訂正符号(error-correcting code)を使用する技術である。
前記エラー訂正符号の代表的な符号としてはターボ符号(turbo code)と、低密度パリティ検査(ＬＤＰＣ: Low Density Parity  Check、以下‘ＬＤＰＣ'と称する)符号などがある。
【０００７】
一方、高速データ伝送ＷＰＡＮ(Wireless Personal Area Network)システムなどに使用されるマルチバンド直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;以下‘ＯＦＤＭ'と称する)においても前述したチャンネル符号は必須のモデム構成要素である。
【０００８】
図１は、従来の畳み込み符号化器を使用したマルチバンドＯＦＤＭシステムの送受信システムのブロック図である。
【０００９】
前記図１を参照すれば、送信装置で入力データはスクランブラ(Scrambler)１１０を通じてスクランブリングされ、前述したチャンネル符号過程に畳み込み符号化器(Convolutional Encoder)１１１で符号化される。
その後、穿孔器(Puncturer)１１２で伝送しようとするデータのコードレートによりパンチャリング(puncturing)を行なう。
【００１０】
前記穿孔されたデータは、インタリーバ(Bit Interleaver)１１３でインタリービングされた後、信号写像器(Constellation Mapper)１１４で該当シンボルに変換される。
その後ＯＦＤＭ処理のためにＩＦＦＴ器１１５(Inverse Fast Fourier Transform;以下、「ＩＦＦＴ器１１５」という)においてＩＦＦＴ変換を行なった後、Ｄ/Ａ変換器１１６でアナログ信号に変換される。
最後に、積算器１１７でexp(j２πfct)の搬送周波数信号とかけられてアンテナ１１８を通じて受信側に伝送される。
【００１１】
受信装置では、前記送信装置における処理と逆の順序で処理が行われる。すなわち、受信アンテナ１２８を通じて受信された信号は、低雑音増幅器１２７（以下、「ＬＮＡ」という）で増幅された後、二つの積算器１２６ａ、１２６ｂでＩ(In Phase)チャンネル信号及びＱ(Quadrature)チャンネル信号に分離された後、前記各信号はＡ/Ｄ変換器(Analog to Digital Converter)１２５ａ、１２５ｂでデジタル信号に変換される。
【００１２】
前記変換された信号はＦＦＴ器１２４(Fast Fourier Transform；以下、「ＦＦＴ」という)でＦＦＴ変換を行なった後、デインタリーバ(De-Interleaver)１２３でデインタリービングされる。
その後、前記デインタリービングされたデータは、ビット挿入器(De-Puncturer)１２２で穿孔されたビット数ほど挿入された後、復号化器１２１(例えば、ビタビ復号器)を通じて復号化される。最後にデスクランブラ(De-Scrambler)１２０でデスクランブリングされ最終出力データが生成される。
【００１３】
前述したシステムのように移動通信の送信装置では符号化過程が必須に求められ、特に多様なコード率を支援するために各コード率に基づく該当ビット数に合わせて穿孔(puncturing)する過程が追加される。
【００１４】
今まで前述したように多様なコード率を支援できる符号化装置として畳み込み符号化器(Convolutional Encoder)を穿孔して使用した。
しかし、前記畳み込み符号化器はＬＤＰＣ符号化器などに比べてＢＥＲ(Bit Error Rate)性能面で著しく低下する短所を有する。
【００１５】
図２は一般の畳み込み符号とＬＤＰＣ符号の性能差を示したグラフである。
【００１６】
前記図２を参照すれば、符号化されない信号２０１と１/２、５/８及び３/４のコード率を有する畳み込みコードに符号化してインタリービングした信号２０２、２０３、２０４と、１/２、５/８及び３/４のコード率を有するＬＤＰＣコードに符号化した信号２０５、２０６、２０７のＰＥＲ(Packet Error Rate)性能を示す。ここで、前記畳み込みコードに符号化した信号とＬＤＰＣコードに符号化した信号間には６．８ｄＢ程度の著しい性能差が出ることが分かる。
【００１７】
従って、次世代移動通信システムなどでは前記ＬＤＰＣ符号のような性能に優れた符号の使用が考慮されている。しかし、前記ＬＤＰＣ符号を多様な符号率を支援するシステムに適用する場合、前述したように符号率を合わせるために穿孔すべきであり、この際一般のランダムパンチャリング(random puncturing)方法で前記ＬＤＰＣ符号を穿孔する場合性能低下の問題点が発生する。
従って、前記ＬＤＰＣ符号の性能に優れるにも関わらず、前述したように多様な符号率を支援するシステムには適用し難いという短所がある。
【００１８】
一方、前述したような優れた性能のＬＤＰＣ符号を使用しつつ、性能低下なしで多様な符号率を支援するための方法として、Infineonなどでは前記ＬＤＰＣ符号を穿孔せず、各コード率に基づき複数のマザーコード(Mother code)を使用する方法を提案した。しかし、このような方法は畳み込みコードに比べて性能は改善されたが、各コード率に対応する別のマザーコードを使用することにより複雑度が増加するようになる問題点が発生した。
【００１９】
これにより、多様なコード率を支援するシステムでさらに低い複雑度と優れた性能を有する符号化方法の開発が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は移動通信システムにおいて低密度パリティ検査コードにより符号化されたデータを穿孔して伝送することにより、多様なコード率を支援するデータ送受信システム、装置及び方法を提供するところにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は低密度パリティ検査コードにより符号化されたデータを穿孔するにおいて、信号復旧が容易な位置のビットを穿孔して伝送する多様なコード率を支援するデータ送受信システム、装置及び方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前述した目的を達成するための本発明に係るデータ送信装置は、伝送しようとする入力データをスクランブリングするスクランブラ、該スクランブラからスクランブリングされた入力データを低密度パリティ検査符号により符号化する低密度パリティ検査符号化器と、出力データのコード率に基づき前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り穿孔を行なうビット穿孔器と、前記穿孔されたデータを各データにマッピングされるシンボルに変換させる信号写像器と、前記シンボルに変換されたデータを直交周波数分割多重処理するために逆高速フーリエ変換して受信側に伝送させる逆高速フーリエ変換器とを含むことを特徴とする。
【００２３】
前記送信装置は前記逆高速フーリエ変換器で処理されたデジタル信号をアナログ信号に変換させるデジタルアナログ変換器、及び前記アナログ変換された信号を搬送周波数信号とかけた後、無線環境に伝送する送信アンテナとをさらに含むことを特徴とする。
【００２４】
この際、前記送信装置は超広帯域周波数を使ってデータを伝送する超広帯域システムであることを特徴とする。
【００２５】
前記低密度パリティ検査符号化器は、前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列を交換する列交換部を含むことを特徴とし、前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が少なく現れる列を前記低密度パリティ検査符号の左側列から順序通り列を交換することを特徴とする。
【００２６】
前記ビット穿孔器では前記低密度パリティ検査符号のうち左側列から順序通り前記出力データのコード率によるビットを穿孔することを特徴とする。
【００２７】
一方、前記低密度パリティ検査符号化器は、各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少ないＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生部と、前記パリティ検査行列発生部で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生部と、前記列交換されたパリティ検査行列から生成行列を発生させる生成行列発生部、及び入力されるデータを前記生成行列により符号化する符号化演算部とを含むことを特徴とする。
【００２８】
この際、前記列交換行列発生部は、求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出部と、前記穿孔ビット算出部で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断部、及び前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換部とを含む。
【００２９】
また、前記穿孔ビット位置判断部は、低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする。
【００３０】
前述した目的を達成するための本発明に係るデータ送信装置は、入力データを低密度パリティ検査符号により符号化する低密度パリティ検査符号化器、及び出力データのコード率に基づき前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り穿孔を行なうビット穿孔器を含むことを特徴とする。
【００３１】
前記低密度パリティ検査符号化器は、前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列を交換する列交換部を含むことを特徴とし、前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が少なく現れる列を前記低密度パリティ検査符号の左側列から順序通り列を交換することを特徴とする。
【００３２】
前記ビット穿孔器では前記低密度パリティ検査符号のうち左側列から順序通り前記出力 データのコード率に基づくビットを穿孔することを特徴とする。
【００３３】
一方、前記低密度パリティ検査符号化器は、各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少ないＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生部と、前記パリティ検査行列発生部で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生部と、前記列交換されたパリティ検査行列から生成行列を発生させる生成行列発生部、及び入力されるデータを前記生成行列により符号化する符号化演算部とを含むことを特徴とする。
【００３４】
この際、前記列交換行列発生部は、求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出部と、前記穿孔ビット算出部で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断部、及び前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換部を含む。
【００３５】
また、前記穿孔ビット位置判断部は、Ｍ×Ｎパリティチェック行列と連関されたファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする。
【００３６】
一方、前述した目的を達成するための本発明に係るデータ受信装置は、送信側から伝送された信号を受信し高速フーリエ変換させる高速フーリエ変換器と、前記高速フーリエ変換された信号に前記ビット挿入器で穿孔されたビット数ほど中間値を挿入するビット挿入器と、前記ビット挿入された信号を前記低密度パリティ検査符号化器の符号化方法により復号化する低密度パリティ検査復号化器、及び前記復号化された信号をデスクランブリングして最終出力データを生成するデスクランブラを含むことを特徴とする。
【００３７】
また、前述した目的を達成するための本発明に係るデータ受信装置は、受信データをコード率に基づき送信側で穿孔したビット数ほど該当穿孔位置に挿入するビット挿入器、及び穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換した低密度パリティ検査符号により低密度パリティ検査復号化を行なう低密度パリティ検査復号化器とを含むことを特徴とする。
【００３８】
前記ビット挿入器は、前記低密度パリティ検査復号化器に入力されるデータのうち左側列から順序通り該当ビット数ほどビットを挿入することを特徴とする。
【００３９】
一方、前記低密度パリティ検査復号化器は、前記ビット挿入器によりビット挿入された受信データの信号に対してソフト判定するソフト判定部、及び前記ソフト判定された信号を低密度パリティ検査符号により復号化するＬＬＲ復号化部を含む。
【００４０】
この際、前記低密度パリティ検査復号化器は、各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少ないＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生部と、前記パリティ検査行列発生部で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生部とをさらに含める。
【００４１】
また、前記列交換行列発生部は、求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出部と、前記穿孔ビット算出部で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断部、及び前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換部とを含むことが望ましい。
【００４２】
前記穿孔ビット位置判断部は、低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とする。
【００４３】
一方、本発明に係るデータ送信方法は、入力データを低密度パリティ検査符号により符号化する低密度パリティ検査符号化段階、及び出力データのコード率に基づき前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り穿孔を行なうビット穿孔段階を含むことを特徴とする。
【００４４】
この際、前記低密度パリティ検査符号化段階は、前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列を交換する列交換段階を含むのが望ましく、前記低密度パリティ検査符号のうち穿孔による性能劣化が少なく現れる列を前記低密度パリティ検査符号の左側列から順序通り列を交換することが望ましい。
【００４５】
また、前記ビット穿孔段階では前記低密度パリティ検査符号のうち左側列から順序通り前記出力データのコード率に基づくビットを穿孔するのが望ましい。
【００４６】
一方、前記低密度パリティ検査符号化段階は、各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少ないＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生段階と、前記段階で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生段階と、前記列交換されたパリティ検査行列から生成行列を発生させる生成行列発生段階、及び入力されるデータを前記生成行列により符号化する符号化演算段階とを含む。
【００４７】
この際、前記列交換行列発生段階は、求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出段階と、前記段階で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断段階、及び前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換段階とを含める。
【００４８】
前記穿孔ビット位置判断段階は、低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうち一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とし、前記穿孔ビット位置判断段階は、低密度パリティ検査行列で１の個数が最も少なく存在する列を選択する段階と、前記選択された列で１が位置する行を調べる段階、及び前記１の個数が最も少なく存在する列をｊ列とする場合、前記該当行のうちｊ列を除いたノンゼロ要素を有する列が全て穿孔されない行が少くとも一つ存在する場合、ｊ番目列を穿孔可能な列として決定する段階とを含むことを特徴とする。
【００４９】
一方、前記ｊ列の穿孔にも関わらず、０ないしｊ-１列に対しても相変わらず前記条件を満たすようになる際、前記ｊ列を穿孔する列として最終決定することが望ましい。
【００５０】
本発明に係るデータ受信方法は、受信データをコード率に基づき送信側で穿孔したビット数ほど該当穿孔位置に挿入するビット挿入段階、及び穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換した低密度パリティ検査符号により低密度パリティ検査復号化を行なう低密度パリティ検査復号化段階とを含むことを特徴とする。
【００５１】
前記ビット挿入段階は、前記低密度パリティ検査復号化器に入力されるデータのうち左側列から順序通り該当ビット数ほどビットを挿入することが望ましい。
【００５２】
一方、前記低密度パリティ検査復号化段階は、前記ビット挿入器によりビット挿入された受信データの信号に対してソフト判定するソフト判定段階、及び前記ソフト判定された信号を低密度パリティ検査符号により復号化するＬＬＲ復号化段階とを含むのが望ましい。
【００５３】
この際、前記低密度パリティ検査復号化段階は、各エレメントの構成要素が０または１であり、１の数が少ないＭ×Ｎサイズのパリティ検査行列を生成するパリティ検査行列発生段階と、前記段階で生成された前記パリティ検査行列で穿孔による性能劣化が最も少なく現れる列の順序通り列交換を行なって列交換された行列を生成する列交換行列発生段階をさらに含むことを特徴とする。
【００５４】
また、前記列交換行列発生段階は、求められるコード率のうち最大コード率に基づき穿孔すべきビット数を算出する穿孔ビット算出段階と、前記段階で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置として決定する穿孔ビット位置判断段階、及び前記列交換しようと決定した列に対して順次に列交換する列交換段階とを含むことを特徴とする。
【００５５】
一方、前記穿孔ビット位置判断段階は、低密度パリティ検査コードの特性によりファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードの中から一つの変数ノードだけが穿孔される列を穿孔可能な列として決定することを特徴とし、前記穿孔ビット位置判断段階は、低密度パリティ検査行列で１の個数が最も少なく存在する列を選択する段階と、前記選択された列で１が位置する行を調べる段階、及び前記１の個数が最も少なく存在する列をｊ列とする場合、前記該当行のうちｊ列を除いたノンゼロ要素を有する列が全て穿孔されない行が少くとも一つ存在する場合、j番目列を穿孔可能な列に決定する段階とを含むことを特徴とする。
【００５６】
この際、前記ｊ列の穿孔にも関わらず、０ないしｊ-１列に対しても相変わらず前記条件を満足する時、前記ｊ列を穿孔する列に最終決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００５７】
以上述べたように、本発明によれば多様なコード率を支援すべき次世代移動通信システムにおいて性能に優れたＬＤＰＣ符号を容易に適用できるようになる長所がある。
【００５８】
また、従来のマルチバンドＯＦＤＭシステムに使用されていた畳み込みコードに比べて著しく性能が向上されたし、各コード率毎に別のＬＤＰＣ符号を使用することにより複雑度が増加された従来のＬＤＰＣ符号方法と比較する時も性能の劣化程度が低下されなくなる長所がある。
【００５９】
また、畳み込みコードを使用する場合バーストエラーに構えてビットインタリーバ使用が必須であるが、ＬＤＰＣ符号の場合符号自体にインタリービング機能が含まれているので、ビットインタリーバの使用が要らないという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
本発明は、多様なコード率を支援するシステムにおいて、低密度パリティ検査(Low DensityParity Check;以下、「ＬＤＰＣ」と称する)符号を使って符号化する方法及び装置を提案するものである。
【００６１】
前述したようにＬＤＰＣ符号を使って多様なコード率を支援するためには、各コード率に適したＬＤＰＣ符号を、それぞれ使用する必要があるが、これは複雑度が増加するという深刻な問題を引き起こす。
また、ＬＤＰＣ符号化されたデータを、各コード率に合わせて穿孔する方法も考えられるが、従来のランダムパンチャリング方法によって穿孔する場合、穿孔する前のＬＤＰＣ符号性能に比べて性能が劣化するという問題が生じてします。
【００６２】
従って、本発明ではＬＤＰＣ符号化されたデータを穿孔する際に、性能低下を防止するために受信側で信号復旧が容易なビットを優先的に穿孔することにより、複雑度を増加させずに、優れた性能を奏でることのできるデータ送受信方法及び装置を提案する。
【００６３】
この際、前記ＬＤＰＣ符号において復旧しやすいビット、すなわち穿孔するビットの位置を決定するためにはＬＤＰＣ符号の特性を理解しておく必要がある。そこで、本発明の容易な理解のために、前記ＬＤＰＣ符号について、以下に簡略に説明する。
【００６４】
ＬＤＰＣ符号は、Gallagerにより提案された符号であり、殆んどのエレメント（要素）が「０」の値を有し、値が「０」でないエレメント（要素）が、「１」の値を有するパリティ検査行列により定義されるものである。
【００６５】
より具体的に説明すると、ＬＤＰＣ符号による符号化方法は、ブロックコード符号化方法であり、伝送しようとするデータＩを、所定の生成行列Ｇと演算して符号化する。
ここで、符号化されたデータをＣとすると、符号化されたデータＣは、下記式１のように表すことができる。
【００６６】
【数１】
2005312061.tif 000003
【００６７】
符号化されたデータＣを復号化する場合、符号化されたデータＣは、パリティ検査行列Ｈと演算され、下記のように全てのＣに対して前記パリティ検査行列と演算された結果が０になる場合、エラーがないことと判断するようになる。
【００６８】
【数２】
2005312061.tif 000004
【００６９】
従って、ＬＤＰＣ符号は、パリティ検査行列Ｈとして定義され、ＬＤＰＣ符号化のための演算の複雑度も、パリティ検査行列Ｈにより決定される。
【００７０】
具体的に説明すると、(Ｎ、ｊ、ｋ)ＬＤＰＣ符号は、各列(column)にｊ個の「１」の値を有するエレメント（要素）と、各行(row)にｋ個の「１」の値を有するエレメント（要素）と、それ以外が「０」の値を有するエレメント（要素）から構成される粗構造(sparse structure)のパリティ検査行列により定義される、ブロック長さがＮの線形ブロック符号を意味するものである。
【００７１】
また、ＬＤＰＣ符号は、ファクターグラフ上において和積アルゴリズム(sum-product algorithm)に基づいた反復復号アルゴリズム(iterative decoding algorithm)を使用して、復号化することができる。
和積アルゴリズムに基づいた反復復号アルゴリズムを使用する復号方法を使用することによって、ＬＤＰＣ符号の復号器は、ターボ符号の復号器に比べて低い複雑度を有する（処理が複雑でない）だけではなく、並列処理復号器を具現するにおいて容易になる。
【００７２】
ＬＤＰＣ符号をファクターグラフとして表すと、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上にサイクルが存在するようになるが、サイクルが存在するＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上における反復復号は、準最適(sub-optimal)であるということは既に知られている事実である。
また、ＬＤＰＣ符号は、反復復号を通じて優れた性能を有するという点も実験的に立証された事実である。
しかしながら、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上に、短い長さのサイクルが複数存在する場合、ＬＤＰＣ符号の性能劣化が生じてしまう。そのため、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上に短い長さのサイクルが存在しないようにするＬＤＰＣ符号を設計するための研究が、日々行われている。
【００７３】
前記ＬＤＰＣ符号の設計は既存の符号化行列を設計する方法と違って、低いウェート密度を有するパリティ検査行列を設計して復号化性能を高められるようにした。
ここで、「ウェート」とは、生成行列及びパリティ検査行列を構成するエレメント（要素）のうち、「０」以外の値を有するエレメント（要素）の数を意味するものである。
【００７４】
ここで、パリティ検査行列の各列のウェートの数がｊ個に一定であり、パリティ検査行列の各行のウェートの個数がｋ個に一定したＬＤＰＣ符号を、均一ＬＤＰＣ符号(regular LDPC code)という。ここで、ｊ、ｋは、それぞれ任意の正の整数である。
これに対して、パリティ検査行列の各列のウェートの個数と、各行のウェートの個数とが、一定でないＬＤＰＣ符号を、不均一ＬＤＰＣ符号(irregular LDPC code)という。
ここで、一般に、不均一ＬＤＰＣ符号の性能は、均一ＬＤＰＣ符号の性能に比べて優れていることが知られている。
しかしながら、不均一ＬＤＰＣ符号の場合パリティ検査行列の各列のウェートの個数と各行のウェートの個数とが一定でないため、優れた性能を獲得するためには、パリティ検査行列の各列のウェートの個数と各行のウェートの個数とを適切に調節する必要がある。
【００７５】
ＬＤＰＣ符号の各ビットに対して良好な性能を保障する条件は、一般に以下のようなものがある。
【００７６】
(１)ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上のサイクルを考慮すべきである。
サイクルとは、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフにおいて変数ノードのエッジと検査ノードのエッジとを接続することにより形成されるループを意味する。
そして、サイクルの長さは、ループを構成するエッジの個数と定義される。  従って、サイクルが長いということは、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフでループを構成する変数ノードと検査ノードを連結するエッジの個数が多いことを示す。
これに対して、サイクルの長さが短いということは、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフでループを構成する変数ノードと検査ノードを連結するエッジの個数が少いことを示す。
【００７７】
ＬＤＰＣ符号の性能は、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上のサイクルの長さに比例する。すなわち、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上のサイクルを長くすればするほど、ＬＤＰＣ符号の性能が良好になる。
これは、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上のサイクルを長く生成する場合、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上に短い長さのサイクルが多量存在する時に発生するエラーフロア(floor)等の性能劣化が発生しないからである。
言い換えると、長さの短いサイクルが生成されると、エラーフロア(error floor)が生成し、これがＬＤＰＣ符号の性能の低下をもたらすが、長さの長いサイクルが生成されると、エラーフロアが生じないからである。
【００７８】
(２)ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上の次数の高いビットが良好な性能を有する。
一般に、前記ファクターグラフ上で次数の高いビットが次数の低いビットに比べて性能に優れている。
これは、次数の高いビットは、反復復号を通じてエッジに連結された別のビットにより復元され得るからである。
ここで、「次数」とは、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上で、各ノード、すなわち変数ノードと検査ノードとに連結されているエッジの数を意味するものである。
また、ＬＤＰＣ符号のファクターグラフ上の「次数分布」とは、ある特定の値の次数を有するノードが、全体ノードのうちで、どれぐらい存在するのかを示すものである。
【００７９】
従って、本発明はＬＤＰＣ符号の特性を用いて、受信側で信号復旧が容易なビット位置を優先的に穿孔できるように、ＬＤＰＣ符号のパリティ検査行列上で穿孔しても性能劣化が最も少なく現れる列を決定して列置換するようになる。
すなわち、穿孔しても性能劣化が最も少なく現れる列を第１列と置換した後入力データを符号化し、該当符号率に合わせて前記第１列から穿孔することにより多様な符号率を得ると同時に、穿孔による性能低下を防止することができる。
【００８０】
以下、図面に基づき本発明をさらに詳述する。
【００８１】
図３は、本発明に係る多様なコード率を支援するＬＤＰＣ符号化器によるデータ伝送手続きを示したフローチャートである。
図３に示すように、受信側に伝送されるＫビットのデータが、ＬＤＰＣ符号化器に入力されると(Ｓ３０１)、入力データは、符号化率がＲであり、コード長さがＮであるＬＤＰＣコードに符号化される(Ｓ３０２)。
この際、本発明により前記ＬＤＰＣコードは、穿孔した時の性能低下が最も少なく現れる列を穿孔する位置に列交換したコードになる。前記列交換の具体的な方法は後述する。
【００８２】
符号化ののち、ＬＤＰＣコードに符号化された入力データ（符号化データ）は、必要なコード率(Ｒ')に基づいて、所定数のビット、すなわちＫ(１/Ｒ-１/Ｒ')ビット、穿孔される(Ｓ３０３)。そして、穿孔された符号化データ（穿孔符号化データは、伝送される(Ｓ３０４)。
【００８３】
図４は、本発明に係る多様なコード率を支援するＬＤＰＣ符号化器により伝送されたデータを受信する手続きを示したフローチャートである。
図４に示すように、受信側では、図３に示す送信側で符号化されたのち伝送されたデータを受信する(Ｓ４０１)。そして、受信側では、穿孔された位置に中間値のビットを挿入する(Ｓ４０２)。
ビットが挿入されたデータは、復号化によりＬＤＰＣコードとされ（Ｓ４０３）、最終的にＫビットのデータが出力されることになる(Ｓ４０４)。
【００８４】
ここで、データのうち、穿孔された部分は、送信側において、性能低下に関する影響が最も少いビットに置き換えられて穿孔したので、受信側では穿孔された位置に中間値のビットを挿入して復号化しても性能低下の問題が発生しない。
【００８５】
以上本発明に係るデータ送受信手続きを説明した。
以下、前記本発明に係るＬＤＰＣ符号化をマルチバンドＯＦＤＭシステムに適用した例を説明する。
【００８６】
図５は、本発明の一実施例によるＬＤＰＣ符号化器を使用したマルチバンドＯＦＤＭシステムの送受信システムのブロック図である。
【００８７】
図５に示すように、マルチバンドＯＦＤＭシステムは、送信装置（図５において上側）と受信装置（図５において下側）とを含んで構成される。
送信機は、スクランブラ(Scrambler)５１０と、ＬＤＰＣ符号化器５１１と、ビット穿孔器(Puncturer)５１２と、信号写像器(Constellation Mapper)５１３と、ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)器５１４と、Ｄ/Ａ変換器５１５と、積算器５１６と、アンテナ５１７とを含んで構成される
【００８８】
この送信装置では、入力データは、スクランブラ５１０によりスクランブリングされたのち、ＬＤＰＣ符号化器５１１において符号化される。ＬＤＰＣ符号化器５１１は、
、チャンネル符号過程として本発明に係るＬＤＰＣ符号化器５１１で符号化される。この際、前記ＬＤＰＣ符号化器におけるＬＤＰＣコードは本発明によりパンチャリングしても性能に大きく影響を受けない列を穿孔する位置の列に列交換したコードを使用するようになる。
そして、置換ののち、ＬＤＰＣ符号化データは、穿孔器５１２において、伝送されるデータのコードレートに基づいて、穿孔（パンチャリング：puncturing)される。
【００８９】
穿孔されたデータは、信号写像器５１３において、シンボルに変換された後、ＯＦＤＭ処理のためにＩＦＦＴ器５１４で、ＩＦＦＴ変換される。
そして、Ｄ/Ａ変換器５１５において、アナログ信号に変換され、最後に積算器５１６において、exp(j２πfct)の搬送周波数信号と積算されたのち、アンテナ５１７を介して受信側に伝送される。
【００９０】
受信装置における処理は、送信装置における処理と逆の順序で行われる。
ここで、受信装置は、デスクランブラ(De-Scrambler)５２０と、ＬＤＰＣ復号化器５２１と、ビット挿入器(De-Puncturer)５２２と、ＦＦＴ器５２３と、Ａ/Ｄ変換器(Analog to Digital Converter)５２４ａ、５２４ｂと、ＬＮＡ(Low Noise Amplifier)５２６と、受信アンテナ５２７とを含んで構成される。
【００９１】
この受信装置では、受信アンテナ５２７を介して受信された信号は、ＬＮＡ５２６で増幅されたのち、二つの積算器５２５ａ、５２５ｂにおいて、Ｉ(In Phase)チャンネル信号と、Ｑ(Quadrature)チャンネル信号に分離される。
そして、これら各信号は、Ａ/Ｄ変換器５２４ａ、５２４ｂにおいてデジタル信号に変換される。
【００９２】
デジタル信号は、ＦＦＴ器５２３でＦＦＴ変換が行われたのち、挿入器５２２において、送信装置側において穿孔されたビット数ほど中間値が挿入されたのち、本発明に係るＬＤＰＣ復号化器５２１において復号化される。
そして、最後に、デスクランブラ５２０でデスクランブリングされ最終出力データが生成される。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態では、複雑度を抑えるために、ＬＤＰＣ符号化データは、穿孔された後に伝送される。従って、本発明により複雑性の低いマルチバンドＯＦＤＭシステムを提供することが可能である。
さらに、本発明の場合、性能劣化が起こりにくい位置のビットが穿孔されるので、性能に優れたＬＤＰＣ符号化器を、様々なコード率の伝送装置に活用できるようになる。
【００９４】
以下、本発明の一実施例によるＬＤＰＣ符号化器５１１とＬＤＰＣ復号化器５２１の具体的な構造と、穿孔する位置を決める方法を、図６乃至図１０に基づいて説明する。
【００９５】
図６は、本実施形態にかかるＬＤＰＣ符号化器と、復号化器の具体的な構成を示したブロック図である。
図６に示すようにＬＤＰＣ符号化器５１１は、パリティ検査行列発生部６１０と、列交換行列発生部６２０と、生成行列発生部６３０と、符号化演算部６４０とを含んで構成される。
また、ＬＤＰＣ復号化器５２１は、ＬＬＲ復号化部６５０と、ソフト判定部６６０とを含んで構成される。
【００９６】
パリティ検査行列発生部６１０は、各エレメント（要素）の構成要素（値）が、「０」または「１」であり、「１」の数が極少のＭ×Ｎ行列、すなわちパリティ検査行列(Ｈ)を生成するものである。ここで、このパリティ検査行列発生部６１０において生成されるパリティ検査行列(Ｈ)は、一般的に、図７のような構成を有している。
言い換えると、パリティ検査行列発生部６１０は、その要素の値のほとんどが、「０」であるＭ×Ｎ行列を生成するものである。
【００９７】
図７に示すように、パリティ検査行列の各エレメント（ｈi,J）は、前記したように、「０」または「１」となり、パリティ検査行列は、Ｍ個の行と、Ｎ個の列とから構成される。
この際、Ｎの大きさは、符号化されるコードワードの長さを意味し、Ｍの大きさはパリティビット(parity bit)の数を示している。
【００９８】
パリティ検査行列発生部６１０で生成されるパリティ検査行列Ｈは、穿孔する列として選択された列にしたがって、列交換行列発生部６２０において穿孔される。
すなわち、列交換行列発生部６２０は、図８に示すような列交換された行列Ｈ'を生成するものである。
【００９９】
図８に示すように、伝送されるコード率に基づいて、合計Ｎ個の列の中で穿孔しても性能に及ぼす影響が最も少い列の数（ＮP）が、穿孔する列の数（ＮP）として決定される。
そして、決定されたＮP個の列が、左側に存在する列と列交換されることになる。
【０１００】
ここで、選択された列を交換方法は、穿孔方法に応じて変形することが可能である。
すなわち、交換しようと選択された列は優先的に穿孔するための列であっていずれの位置の列と交換されてもビット穿孔器で最も優先的に穿孔するようになる列になる。
【０１０１】
ここで、前記図８のように、穿孔しても最も性能低下が少く現れる列の順序に最も左側の列と列交換されることが好ましい。
言い換えると、穿孔しても性能への影響の少ない列から順番に、最も左側の列と列交換されることが好ましい。
この場合、ビット穿孔器では、伝送されるコード率に基づいて、最も左側の列から穿孔することになる。そして、受信装置側では、最も左側の列からビット挿入が行われることになるため、別の穿孔位置を示す情報を保存または伝送する必要がなくなる。
すなわち、穿孔位置に関する情報を新たに用意する必要がなくなる。
【０１０２】
一方、他の具現方法として、前記優先的に穿孔するための列をパリティ検査行列の最も右側の列と列交換した後、最も右側の列から穿孔させられる。
すなわち、穿孔させる列をパリティ検査行列の最も右側の列から左側の列に向かって順番に列交換する構成とすることも可能である。
【０１０３】
また、前述したように列交換を行なわず、穿孔するための列の位置情報を貯蔵した後、ビット穿孔器で該当列を穿孔させられる。
しかしながら、この場合は、受信側でも穿孔された位置に対する情報を知っている必要があるという欠点がある。
【０１０４】
生成行列発生部６３０は、列交換行列発生部６２０で生成された列交換行列から、生成行列を発生させる。すなわち、生成行列発生部６３０では、下記式（３）を満たすＫ×ＮＧ'行列を決定し、これを生成行列Ｇ'とする。
【０１０５】
【数３】
2005312061.tif 000005
【０１０６】
符号化演算部６４０は、入力されるＫビットのメッセージベクトル(message vector)ｍを、生成行列Ｇ'により符号化演算するものである。
もし、入力されたメッセージベクトルｍが、ｍ=[ｍ0、ｍ1、…ｍk-1]である場合、生成行列Ｇ'との演算により生成されたコードワードｃ(codewordｃ)は、下記式（４）のように表せる。
【０１０７】
【数４】
2005312061.tif 000006
【０１０８】
前記式（４）において、ｐはパリティパート(parity part)であり、ｍはメッセージパート(message part)を意味する。
【０１０９】
一方、要求されるコード率をＲ'とし、穿孔するビットをＮpとする場合、Ｎpほど前から穿孔するようになり、前記穿孔された結果は下記式（５）のように表せる。
【０１１０】
【数５】
2005312061.tif 000007
【０１１１】
図６に示したように、前記穿孔されたデータｃ'が伝送チャンネルを経ると受信側ではｒ'信号が受信される。前記受信信号ｒ'は下記式（６）のように表される。
【数６】
2005312061.tif 000008
【０１１２】
この際、前記ビット挿入器５２２で変調された値の中間値ｅを、穿孔された位置に挿入すれば、下記数式（７）のように表される。
【０１１３】
【数７】
2005312061.tif 000009
【０１１４】
ビット挿入された受信データｒは、ソフト判定(soft decision)部６６０でソフト判定した後、ＬＬＲ復号化部６５０でＨ'行列に基づきＬＬＲ-ＢＰ(Log-likelihoodratio belief-propagation) アルゴリズムにより復号化される。
【０１１５】
2005312061.tif 000010
【０１１６】
【数８】
2005312061.tif 000011
【０１１７】
図９は本発明の一実施例による列交換行列発生部を示したブロック図である。  図９を参照して、列交換行列発生部６２０（図６参照）は、穿孔ビット位置判断部９００と、穿孔ビット算出部９１０と、列交換部９２０とを含んで構成される。
【０１１８】
すなわち、前述したように最初生成されたパリティ検査行列において穿孔する位置の列交換を行なって列交換された行列を生成するためには、列交換する列の個数と位置を決定して列交換を行なうべきである。
【０１１９】
従って、穿孔ビット算出部９１０は、求められるコード率のうち最大値のコード率ＲMAXにより穿孔するビットの個数を、最初に算出する。
すなわち、コード率が高いほど穿孔するビット数も多くなる。
【０１２０】
一方、前記最大コード率がＲMAXである場合、穿孔する総ビット数ＮP、MAXは下記数式（９）のように算出できる。
【０１２１】
【数９】
2005312061.tif 000012
【０１２２】
前記穿孔ビット位置判断部９００では前記穿孔ビット算出部９１０で算出したビット数により幾つの列を交換する列として選択するかを決定した後、穿孔しても性能低下が最も少ない前記該当個数の列を列交換する位置と決定するようになる。
前記列交換部９２０では前記列交換しようと決定した列に対して、最も左側の列、または最も右側の列から、順次に列交換するようになる。
こうすることから、最終的に列交換行列Ｈ'が生成される。
【０１２３】
以下、前記穿孔する列の位置を決定する方法をさらに具体的に説明する。
前記穿孔する列の位置は、前述した手法に従って穿孔して伝送しても性能低下が最も少なくなる列にする必要がある。
従って、前述したようにＬＤＰＣコードの特性によってファクターグラフ上で一つのチェックノードに連結された複数の変数ノードのうちの一つの変数ノードだけが穿孔される列が選択されるようになる。
【０１２４】
前記穿孔する列の位置を決定する方法は、まず「１」の数が最も少なく存在する列を選択し(第１段階)、前記選択された列で「１」が位置する行を調べる(第２段階)。
【０１２５】
それから、「１」の行の数が最も少なくなる存在する列をｊ列とすると、該当行のうちｊ列を除いたノンゼロ要素(non-zero element)を有する列が全て穿孔されない行が少くとも一つ以上存在する場合、ｊ番目の列を穿孔可能な列として決定する(第３段階)。
【０１２６】
この際、前記ｊ列の穿孔にも関わらず、０ないしｊ-１列についても相変わらず前記第３段階の条件を満たすようになると、前記ｊ列は穿孔する列として最終決定される。
【０１２７】
以下、本発明の容易な理解のため例を挙げて説明する。
【０１２８】
下記表１はパリティ検査行列の各エレメントを表で示したものである。
【０１２９】
【表１】
2005312061.tif 000013
【０１３０】
前記表１において、各列の「１」の個数(すなわち、ウェート)は全て２である均一ＬＤＰＣ符号なので、まず０番列（０番目の列）から順次に考慮する。
前述したように、前記０番列で「１」が位置する行は第６行及び第７行になる。
この際、前記２行のうち０番列を除いたノンゼロ要素を有する列が全て穿孔されない行が少くとも一つ存在するので０番列を穿孔可能な列として決定する。
【０１３１】
それから、下記表２のように１番列についても前述したような判断を行なう。
【０１３２】
【表２】
2005312061.tif 000014
【０１３３】
すなわち、前記１番列を考慮すれば、「１」が位置する行は第４行及び第９行になる。前述したように前記第４行及び第９行の両方１番列以外に何れの列も穿孔されなかったため、１番列を穿孔可能な列として仮定する。最後に、前記１番列を穿孔すると仮定する場合、前記０番列についても相変わらず前記第３段階の同一な条件を満たしているので、前記１番列を最終的に穿孔する列として決定するようになる。
【０１３４】
次いで、２番列についても前述したように調べると、下記表３の通りである。
【０１３５】
【表３】
2005312061.tif 000015
【０１３６】
すなわち、前記２番列を考慮すれば、１が位置する行は第２行及び第３行になる。前述したように、前記第２行及び第３行の両方２番列以外にいずれの列も穿孔されなかったため、２番列を穿孔可能な列と仮定する。最後に、前記２番列を穿孔すると仮定する場合、既に穿孔しようと決定した前記０番及び１番列についても相変わらず前記第３段階の同一な条件を満たしているので、前記２番列を最終的に穿孔する列と決定するようになる。
【０１３７】
同様な方法で検査すれば３番列及び４番列についても穿孔可能であることが分かる。しかし、５番列では既に穿孔しようと決定した列について前記第３段階の条件を満たさないので穿孔することができなくなる。下記表４は５番列に対する穿孔可否検査を示した表である。
【０１３８】
【表４】
2005312061.tif 000016
【０１３９】
前記表４を参照すれば、５番列のうち１が位置する第１行及び第２行を見れば、第１行には前記５番列以外に既に３番列で穿孔され、第２行には前記５番列以外にすでに２番列で穿孔された。従って、前記５番列は穿孔するようになる場合性能低下を招く恐れがあるため、穿孔しない方が望ましい。
【０１４０】
残り６番列ないし１９番列についても前述したことと同様な手続きにより検査すれば、下記表５のように穿孔する列が決定されうることが分かる。
【０１４１】
【表５】
2005312061.tif 000017
【０１４２】
前記表５を参照すれば、最終穿孔可能な列として０、１、２、３、４、７及び１８番列が選らばれることが分かる。
【０１４３】
前記パリティ検査行列は図１０のようにファクターグラフ形態で表せ、ファクターグラフ上でも前記過程によって決定された列が穿孔されても性能低下に最も影響を与えない列であることが分かる。
【０１４４】
図１０は本発明の一実施例により穿孔位置を判断するためのファクターグラフである。前記図１０を参照すれば、前記パリティ検査行列は１０行×２０列より構成されているので、２０個の変数ノード１０００と１０個の検査ノード１０１０を連結したグラフで表せる。ここで、前記パリティ検査行列上で各行と列が合う地点に‘１'が存在する場合、前記変数ノードと検査ノードが連結される。
【０１４５】
一方、本発明により０、１、２、３、４、７及び１８番列が穿孔される場合、前記０、１、２、３、４、７及び１８番の変数ノードと連結された線は信頼度が低下するようになる。しかし、前記穿孔された列の変数ノードと連結された別の検査ノードでは穿孔されない列の変数ノードと一つ以上ずつ連結されるように穿孔したので、復号時性能低下を防止できるようになる。
【０１４６】
図１１ないし図１３は本発明に係るＬＤＰＣ符号と従来の符号の性能を比較したグラフである。
【０１４７】
図１１はコード率１/２の符号化器における従来の符号と本発明に係るＬＤＰＣ符号の性能を比較したグラフであり、図１２はコード率３/４の符号化器における従来の符号と本発明に係るＬＤＰＣ符号の性能を比較したグラフであり、図１３はコード率５/８の符号化器における従来の符号と本発明に係るＬＤＰＣ符号の性能を比較したグラフである。
【０１４８】
前記グラフにおけるシミュレーション条件は次の通りである。
-測定対象コード:畳み込みコード(ＣＣ)、穿孔しない複数のＬＤＰＣコード(Infineon's ＬＤＰＣＣ)、本発明で提案するＬＤＰＣコード(proposed ＬＤＰＣＣ)-チャンネルモデル:ＵＷＢチャンネル(チャンネル１ないしチャンネル３)-復号アルゴリズム:ＣＣはビタビデコーダ(viterbi decoder)使用、残りはＬＬＲ-ＢＰアルゴリズムで最大反復回数(＃of maximum iterations)を１２と設定。
【０１４９】
-その他条件:完全キャリア/時間同期及び完全チャンネル推定。非線形的要素(例えば、ＤＡＣ、ＡＤＣ、ＲＦなど)は考慮されない。サイクリックプリフィックス(cyclic-prefix)使用。１個ＰＥＲポイント当り１０００パケット伝送(８０００ビット≦１パケット≦４００ビット)
【０１５０】
前記図１１を参照すれば、符号化しない信号のＰＥＲ性能グラフ１１０１、畳み込みコードを使用した場合のＰＥＲ性能グラフ１１０２、穿孔しない複数のＬＤＰＣ符号化器を使用した場合のＰＥＲ性能グラフ１１０３及び本発明により穿孔したＬＤＰＣ符号化器を使用した場合のＰＥＲ性能グラフ１１０４が示され、本発明に係る符号化方法(１１０４)が従来の畳み込みコードによる符号化方法１１０２に比べて性能に優れることが分かる。また、穿孔せず各コード率に基づき別のマザーコードを使用する従来のＬＤＰＣ符号化方法１１０３と比較する際、複雑度が遥かに軽減しながらも同一な性能を奏でることが分かる。
【０１５１】
前記図１２及び図１３のコード率が３/４及び５/８の場合も同じく従来の技術に比べて性能に優れるだけではなく、複雑度が高い穿孔しないＬＤＰＣ符号の性能にも近く到達することが分かる。
【０１５２】
本発明は最近研究が盛んになされているＵＷＢ(Ultra Wideband)システムにも効果的に適用でき、低密度パリティ検査符号を使用できるいずれのシステムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】従来の畳み込み符号化器を使用したマルチバンドＯＦＤＭシステムの送受信システムのブロック図である。
【図２】一般の畳み込み符号とＬＤＰＣ符号の性能差を示したグラフである。
【図３】本発明に係る多様なコード率を支援するＬＤＰＣ符号化器によるデータ伝送手続を示した流れ図である。
【図４】本発明に係る多様なコード率を支援するＬＤＰＣ符号化器により伝送されたデータを受信する手続を示した流れ図である。
【図５】本発明の一実施例によるＬＤＰＣ符号化器を使用したマルチバンドOFDMシステムの送受信システムのブロック図である。
【図６】本発明の一実施例によるＬＤＰＣ符号化器及び復号化器の細部構成を示したブロック図である。
【図７】本発明に適用されるパリティ検査行列の例を示した図である。
【図８】本発明の一実施例により列交換されたパリティ検査行列を示した図である。
【図９】本発明の一実施例による列交換行列発生部を示したブロック図である。
【図１０】本発明の一実施例により穿孔位置を判断するためのファクターグラフである。
【図１１】本発明に係るＬＤＰＣ 符号と従来の符号の性能を比較したグラフである。
【図１２】本発明に係るＬＤＰＣ 符号と従来の符号の性能を比較したグラフである。
【図１３】本発明に係るＬＤＰＣ 符号と従来の符号の性能を比較したグラフである。
【符号の説明】
【０１５４】
１１０、５１０      スクランブラ
１１１              畳み込み符号化器
１１２、５１２      ビット穿孔器
１１３              インタリーバ
１１４、５１３      信号写像器
１１５、５１４      ＩＦＦＴ器
１１６、５１５      Ｄ/Ａ変換器
１１７、５１６      積算器
１１８、１２８、 ５１７、 ５２７    アンテナ
１２０、５２０      デスクランブラ
１２１              復号化器
１２２、５２２      ビット挿入器
１２３              デインタリーバ器
１２４、５２３      ＦＦＴ器
１２５、５２４      Ａ/Ｄ変換器
１２６、５２５      積算器
１２７、５２６      ＬＮＡ
５１１              ＬＤＰＣ符号化器
５２１              ＬＤＰＣ復号化器
６１０              パリティ検査行列発生部
６２０              列交換行列発生部
６３０              生成行列発生部
６４０              符号化演算部
６５０              ＬＬＲ復号化部
６６０              ソフト判定部
９００              穿孔ビット位置判断部
９１０              穿孔ビット算出部
９２０              列交換部
【図１】
2005312061.tif 000018
【図２】
2005312061.tif 000019
【図３】
2005312061.tif 000020
【図４】
2005312061.tif 000021
【図５】
2005312061.tif 000022
【図６】
2005312061.tif 000023
【図７】
2005312061.tif 000024
【図８】
2005312061.tif 000025
【図９】
2005312061.tif 000026
【図１０】
2005312061.tif 000027
【図１１】
2005312061.tif 000028
【図１２】
2005312061.tif 000029
【図１３】
2005312061.tif 000030