(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信情報ビット系列を複数フレームに分割し、１フレーム目のターボ符号化前に各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化し、１フレーム目のターボ符号化を実施した後、２フレーム目以降はターボ符号化前に各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せずに、ターボ符号化を連続して実施するターボ符号化ステップと、
最終フレームのターボ符号化後にのみ各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化するためのテールビットを算出する送信終了処理ステップと
を備えた誤り訂正符号化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の誤り訂正符号化方法において、
上記送信終了処理ステップは、送信最終フレームのある一定時刻から最終時刻まで、送信すべき情報ビット系列ではない既知の決められたダミービットを挿入する
ことを特徴とする誤り訂正符号化方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の誤り訂正符号化方法において、
分割された各フレームは、送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替えることを特徴とする誤り訂正符号化方法。
【請求項４】
送信情報ビット系列を複数フレームに分割し、各送信フレームの境でターボ符号器の各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せずにターボ符号化された送信ビット系列に雑音が混入した受信系列を復号する際、復号対象フレームに対応する受信系列をバッファリングすると共に、それに続く後続フレームに対応する受信系列をバッファリングするバッファリング処理ステップと、
後続フレームの受信系列より繰り返し復号手段に入力するのに必要な受信系列のみ抽出する抽出処理ステップと、
繰り返し復号手段により復号対象フレームに対応する送信情報ビット系列の推定値を算出する復号処理ステップと、
復号対象フレームが受信最終フレームであるかを判断する最終フレーム判断処理ステップと、
復号対象フレームが受信最終フレームであった場合に、繰り返し復号手段の動作手順を受信最終フレーム用に切り換える動作モード切替処理ステップと、
切り替えられたモードに対応した繰り返し復号手段により復号対象フレームに対応する送信情報ビット系列の推定値を算出する最終フレーム復号処理ステップと
を備えた誤り訂正復号化方法。
【請求項５】
請求項４に記載の誤り訂正復号化方法において、
上記最終フレーム復号処理ステップは、送信最終フレームのある一定時刻から最終時刻まで、送信すべき情報ビット系列ではない既知の決められたダミービットが挿入された送信ビット系列に、雑音が混入した受信系列を復号する
ことを特徴とする誤り訂正復号化方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の誤り訂正復号化方法において、
上記バッファリング処理ステップは、送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替えられた系列に、雑音が混入した受信系列を復号する際、復号対象フレームに対応する受信系列をバッファリングした後、送信情報ビット系列に対応する受信系列を元の順序に並び直すことを特徴とする誤り訂正復号化方法。
【請求項７】
送信情報ビット系列を送信フレーム単位に保存するバッファと、
送信情報ビット系列の保存先バッファを切り替えるためのスイッチと、
ターボ符号器に入力する送信情報ビット系列の保存元バッファを切り替えるためのスイッチと、
送信情報ビット系列および送信パリティビット系列を多重化するための多重化器と、
最終送信フレームのみ送信終了処理を実施する制御をするための送信終了処理制御手段と、
テールビットを算出するためのテールビット算出器と
を備え、送信フレームの終端でターボ符号器の再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せず、テールビットを算出させず、送信フレーム間を連続して符号化することを特徴とする誤り訂正符号化装置。
【請求項８】
請求項７に記載の誤り訂正符号化装置において、
送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替える並び替え器を備えたことを特徴とする誤り訂正符号化装置。
【請求項９】
受信系列を受信フレーム単位に保存するバッファと、
受信系列の保存先バッファを切り替えるためのスイッチと、
復号対象フレームに対応する受信系列の保存元バッファを切り替えるためのスイッチと、
復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列の保存元バッファを切り替えるためのスイッチと、
復号対象フレームに対応する受信系列を分割しそれを繰り返し復号器に入力する第１の分割器と、
復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列の中から必要なもののみ抽出および分割しそれを繰り返し復号器に入力する第２の分割器と、
最終受信フレームのみ受信終了処理を実施する制御をするための受信終了処理制御手段と
を備え、送信情報ビット系列を複数フレームに分割し、各送信フレームの境でターボ符号器の各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せずにターボ符号化された送信ビット系列に雑音が混入した受信系列を復号することを特徴とする誤り訂正復号化装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の誤り訂正復号化装置において、
送信情報ビット系列に対応する受信系列を元の順序に並べなおす並べ直し器とをさらに備え、送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替えられた系列に、雑音が混入した受信系列を復号することを特徴とする誤り訂正復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誤り訂正符号化方法および復号化方法とその装置に関し、特にターボ符号の符号化方法および復号化方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のターボ符号化方法について説明する。図１０は、後述するターボ符号器を用いた従来のターボ符号化方法を示すフローチャートである。図１０において、ＳＴ７１は送信開始時にインタリーバのブロック長Ｎを決定する処理ステップ、ＳＴ７２はブロック長Ｎのインタリーバパターンを作成する処理ステップ、ＳＴ７３は第１の畳込み符号器のレジスタ６５および第２の畳込み符号器のレジスタ６６の値を初期化する処理ステップ、ＳＴ７４は１ブロック分の情報ビット系列ｕをバッファリングする処理ステップ、ＳＴ７５はターボ符号器６１によりターボ符号化し、パリティビット系列ｐaおよびｐbを出力する処理ステップ、ＳＴ７６はレジスタ６５および６６を初期値に戻すためのテールビットｔを計算する処理ステップ、ＳＴ７７は処理中のフレームが最後のものかを判定し、処理動作を切りかえる処理ステップである。
【０００３】
図１１は、上述したターボ符号化方法を実施するもので、送信側で使用されるターボ符号器の構成を示す図である。図１１において、６１はターボ符号器、６２は情報ビット系列ｕを畳込み符号化してパリティビット系列ｐaを出力する第１の再帰的組織畳込み符号器（以下、単に第１の畳込み符号器と称す）、６３はインタリーバ、６４はインタリーバ６３により入れ替え後の情報ビット系列ｕを畳込み符号化してパリティビット系列ｐbを出力する第２の再帰的組織畳込み符号器（以下、単に第２の畳込み符号器と称す）である。６５は第１の畳込み符号器６２のレジスタ、６６は第２の畳込み符号器６４のレジスタである。
【０００４】
図１２は、従来の符号化方法で符号化された情報ビット系列およびパリティビット系列を１フレームにまとめた構成図である。図１２において、５１はターボ符号器６１に入力する情報ビット系列ｕ、５２は第１の畳込み符号器６２により出力されたパリティビット系列ｐa、５３は第２の畳込み符号器６４により出力されたパリティビット系列ｐb、５４は第１の畳込み符号器６２内のレジスタを初期値に戻すためのテールビットｔa,u、５６は第１の畳込み符号器６２内のレジスタを初期値に戻すためのテールビットｔa,p、５５は第２の畳込み符号器６４内のレジスタを初期値に戻すためのテールビットｔb,u、５７は第２の畳込み符号器６４内のレジスタを初期値に戻すためのテールビットｔb,pである。
【０００５】
また、図１３は、受信側で使用される繰り返し復号器の構成図である。図１３において、８１は受信系列ｘ、ｙa、ｚa,u、ｚa,pおよび事前確率比Ｌａ（ｕ）を入力して対数尤度比Ｌ（ｕ）を算出する第１の軟入力軟出力復号器（以下、単に第１の復号器と称す）、８２は受信系列ｘ、ｙb、ｚb,u、ｚb,pおよび事前確率比Ｌａ（ｕ）を入力して対数尤度比Ｌ（ｕ）を算出する第２の軟入力軟出力復号器（以下、単に第２の復号器と称す）、８３および８４はインタリーバ、８５はデインタリーバ、８６は第１の加算器、８７は第２の加算器、８８は第２の復号器８２が出力した対数尤度比Ｌ（ｕ）より送信された情報ビット系列の推定値を算出する判定器、８９は第１の復号器８１に入力する事前確率比Ｌａ（ｕ）を初期値０とするか第２の加算器８７より出力された値とするかを切りかえるスイッチである。
【０００６】
図１４は、受信側で使用される軟入力軟出力復号器（第１の復号器８１及び第２の復号器８２）の計算手段の１手法である、ＭＡＰ（maximum a-posteriori）復号法を示すフローチャートである。図１４において、ＳＴ１０１は順方向パスメトリックα（Ｓj,k）、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｎ（ｋは時刻を表す）の初期値α（Ｓj,0）を設定する処理ステップ、ＳＴ１０２は時刻ｋを１と初期化する処理ステップ、ＳＴ１０３は枝メトリックγi,kを計算する処理ステップ、ＳＴ１０４は順方向パスメトリックα（Ｓj,k）を計算する処理ステップ、ＳＴ１０５はα（Ｓj,k）をメモリに格納する処理ステップ、ＳＴ１０６は時刻ｋがＮ以上になったかどうか判定する処理ステップ、ＳＴ１０７は時刻ｋを１だけ繰り上げる処理ステップ、ＳＴ１０８は逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）、ｋ＝１，２，・・・，Ｎ＋Ｔ（ｋは時刻を表す）の初期値β（Ｓj,N+T）を設定する処理ステップ、ＳＴ１０９は時刻ｋをＮ＋Ｔ−１と初期化する処理ステップ、ＳＴ１１０は枝メトリックγi,kを計算する処理ステップ、ＳＴ１０４は逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）を計算する処理ステップ、ＳＴ１１２は対数尤度比Ｌ（ｕk）を計算する処理ステップ、ＳＴ１１２は外部情報Ｌｅ（ｕk）を計算する処理ステップ、ＳＴ１１４は時刻ｋが１以下になったかどうか判定する処理ステップ、ＳＴ１１５は時刻ｋを１だけ繰り下げる処理ステップである。
【０００７】
次に、従来の符号化方法の動作を具体的に説明する。図１１に示すターボ符号器６１には、情報ビット系列ｕ：ｕ1，ｕ2，・・・，ｕNを時刻１，２，・・・，Ｎの順序で逐次的に入力する。すなわち、ターボ符号器６１の再帰的組織畳込み符号器６２は、情報ビット系列ｕを入力して符号化し、パリティビット系列ｐa：ｐa,1，ｐa,2，・・・，ｐa,Nを出力する。
【０００８】
時刻Ｎで、最後の情報ビットｕN を入力した後、第１の畳込み符号器６２のレジスタを初期値に戻すための、テールビットｔa,uおよびテールビットｔa,pを計算する（ｔa,uおよびｔa,pの長さをそれぞれＴとする）。テールビットは、最後の情報ビットｕN を入力した後のレジスタの値から一意に求めることができる。テールビットｔa,uを畳込み符号器６２に入力した場合、レジスタが初期値に戻る。そして、第１の畳込み符号器６２はパリティビットとして、テールビットｔa,pを出力する。
【０００９】
ターボ符号器６１の第２の畳込み符号器６４は、インタリーバ６３により並び替えられた情報ビットｕの系列を逐次入力して符号化し、パリティビット系列ｐb：ｐb,1，ｐb,2，・・・，ｐb,Nを出力する。
【００１０】
時刻Ｎで、最後の情報ビットｕN を入力した後、第２の畳込み符号器６４のレジスタを初期値に戻すための、テールビットｔb,uおよびテールビットｔb,pを計算する（ｔb,uおよびｔb,pの長さをそれぞれＴとする）。テールビットは、最後の情報ビットｕN を入力した後のレジスタの値から一意に求めることができる。テールビットｔb,uを第２の畳込み符号器６４に入力した場合、レジスタが初期値に戻る。そして、第２の畳込み符号器６４はパリティビットとして、テールビットｔb,pを出力する。
【００１１】
以上のような符号化処理をした後、図１２に示すように、情報ビット系列ｕ、パリティビット系列ｐa、ｐb、そしてテールビットｔa,u、ｔa,p、ｔb,u、ｔb,pを送信する。
【００１２】
ターボ符号器６１では、第２の畳込み符号器６４に入力する情報ビット系列ｕを、インタリーバ６３で並び替える必要がある。そのため、情報ビット系列ｕを長さＮのブロック単位に分割する必要がある。インタリーバ６３は、ブロック長Ｎ毎に分割された情報ビット系列ｕ1，ｕ2，・・・，ｕNを並び替える。最終的に符号化された情報ビット系列、パリティビット系列およびテールビット系列は図１２に示したフレーム単位で送信する。
【００１３】
次に、図１０を参照して送信開始から送信終了までのターボ符号化による処理手順を説明する。図１０に示すように、まず、ステップＳＴ７１でインタリーバ６３のブロック長Ｎを決定する。そして、ステップＳＴ７２でブロック長Ｎに対するインタリーバパターンを作成する。ステップＳＴ７３で畳込み符号器のレジスタＤを初期化し、ステップＳＴ７４で送信する情報ビット系列ｕをバッファリングした後、ステップＳＴ７５でターボ符号化処理を実施し、パリティビット系列ｐa，ｐbを出力し、ステップＳＴ７６でテールビットｔを出力する。ステップＳＴ７７では、現在処理している送信フレームが最後のものかどうか判定する。もし、最後のものでない場合、ステップＳＴ７３に戻り、畳込み符号器のレジスタＤを初期化し、ターボ符号化を継続する。もし、最後の場合は送信処理を終了する。
【００１４】
受信側では、情報ビット系列ｕを送信して通信路上で雑音が混入した受信系列ｘ、パリティビット系列ｐa、およびｐbを送信して通信路上で雑音が混入した受信系列ｙa、およびｙb、そしてテールビットを送信して通信路上で雑音が混入した受信系列ｚa,u、ｚa,p、ｚb,u、ｚb,pを受信する。ターボ符号の復号は、符号化時にインタリーバを使用している関係上、長さ３Ｎ＋４Ｔの受信系列をすべて受信してからでないと開始できない。受信完了後、受信系列を繰り返し復号器に入力し、繰り返し復号を実施する。
【００１５】
ここで、図１３に示す繰り返し復号器の動作を具体的に説明する。受信側では、情報ビット系列ｕを送信して通信路上で雑音が混入した受信系列ｘ：ｘ1，ｘ2，・・・，ｘN 、パリティビット系列ｐaを送信して通信路上で雑音が混入した受信系列ｙa：ｙa,1，ｙa,2，・・・，ｙa,N 、パリティビット系列ｐbを送信して通信路上で雑音が混入した受信系列ｙb：ｙb,1，ｙb,2，・・・，ｙb,N 、テールビットｔa,u、ｔa,p、ｔb,u、ｔb,pを送信して通信路上で雑音が混入した受信系列ｚa,u、ｚa,p、ｚb,u、ｚb,pを受信する。
【００１６】
まず、受信系列ｘ、ｙa、ｚa,u、ｚa,pを第１の復号器８１に入力する。また、復号開始時刻のみスイッチ８９はＡ側に倒れており、事前確率比：Ｌａ（ｕk），ｋ＝１，２，・・・，Ｎとして初期値０を入力する。これら入力値より、第１の復号器８１は軟入力軟出力復号を実施し、情報ビットｕkに対応する対数尤度比：Ｌ（ｕk）、ｋ＝１，２，・・・，Ｎを算出する（ここで、ｋは時刻を表す）。このとき、対数尤度比：Ｌ（ｕk）は式（１）のように表すことができる。
【００１７】
【数１】
0004451008.tif 000002
なお、Ｌｅ（ｕk）は外部情報を表し、Ｌａ（ｕk）は１つ前の外部情報を事前確率比とした値、Ｐr（ｕ'k＝１｜｛Ｙ｝）は、受信信号の全系列｛Ｙ｝を受け取った状態で推定される推定情報ビット：ｕ'kが１である確率を表し、Ｐr（ｕ'k＝０｜｛Ｙ｝）は、受信信号の全系列｛Ｙ｝を受け取った状態で推定される推定情報ビット：ｕ'kが０である確率を表す。すなわち、式（１）では、推定情報ビットｕ'kが０である確率に対する推定情報ビットｕ'kが１である確率を求めることとなる。また、Ｌｃ・ｘkは通信路値である。
【００１８】
次に、加算器８６では、前記算出結果である対数尤度比から、第２の復号器８２に対する外部情報を算出する。外部情報：Ｌｅ（ｕk）、ｋ＝１，２，・・・，Ｎは、上記式（１）に基づいて、次式（２）のように表すことができる。
【００１９】
【数２】
0004451008.tif 000003
ただし、１回目の復号においては、事前情報が求められていないため、Ｌａ（ｕk）＝０である。
【００２０】
次に、インタリーバ８３および８４では、受信系列ｘと外部情報Ｌｅ（ｕk）の系列を、受信系列ｙbの時刻にあわせるために、信号の並べ替えを行う。そして、第２の復号器８２では、第１の復号器８１と同様に、受信系列ｘ、ｙb、ｚb,u、ｚb,p、および先に算出しておいた外部情報：Ｌｅ（ｕk）に基づいて、対数尤度比：Ｌ（ｕk）を算出する。その後、加算器８７では、加算器８６と同様に、式（２）を用いて、外部情報：Ｌｅ（ｕk）を算出する。このとき、デインタリーブ８５にて並べ替えられた外部情報は、事前確率比：Ｌａ（ｕk）として前記第１の復号器８１にフィードバックされる。
【００２１】
最後に、繰り返し復号器では、上記処理を、所定の回数にわたって繰り返し実行することにより、より精度の高い対数尤度比を算出し、そして、判定器８９が、この対数尤度比に基づいて判定を行い、もとの情報ビット系列を推定する。具体的にいうと、たとえば、対数尤度比が“Ｌ（ｕk）＞０”であれば、推定情報ビット：ｕ'kを１と判定し、“Ｌ（ｕk）≦０”であれば、推定情報ビット：ｕ'kを０と判定する。
【００２２】
ここで、軟入力軟出力復号器（第１の復号器８１及び第２の復号器）の動作を具体的に説明する。畳込み符号器により生成される情報ビット系列およびパリティビット系列、テールビットは、トレリスと呼ばれる、枝（状態の遷移を表す）と節点（畳込み符号器のレジスタの状態を表す）からなるダイアグラムを形成する。図１４に示したＭＡＰ復号法は、受信系列よりこのトレリスダイアグラムを探索し、送信された情報ビット系列の推定をする。
【００２３】
ここで、レジスタの状態をＳj,kと定義する（ｊはレジスタの値の十進表記、ｋは時刻を示す）。また、情報ビットｕkを入力してパリティビットｐkを出力したときに通過する枝のラベルをｉk＝（ｕk，ｐk）と定義する。まず、時刻ｋ＝１から順方向にトレリスの探索をする。ここで、時刻１から時刻ｋまでの受信系列を受け取った元で、送信情報ビット系列が状態Ｓj,kを通過した事後確率を、順方向パスメトリック：α（Ｓj,k）と定義する。ステップＳＴ１０１で、順方向パスメトリックα（Ｓj,k）の初期値α（Ｓj,0）を設定する。ＭＡＰ復号では、式（３）のように設定する。
【００２４】
【数３】
0004451008.tif 000004
ステップＳＴ１０２で、時刻ｋを１と設定する。
【００２５】
ステップＳＴ１０３で、枝ラベルｉkの枝を通過する結合確率：枝メトリックγi,kを計算する。枝メトリックγi,kの計算は、通信路の状態や変調法によって異なる。例えば白色ガウス雑音通信路において、ＢＰＳＫ変調をかけた場合を想定する。雑音の分散値がσ2、情報ビットおよびパリティビットの受信信号の振幅値がそれぞれｘk，ｙkである時、枝メトリックγi,kは式（４）のように計算される。
【００２６】
【数４】
0004451008.tif 000005
ここで、Ｌａ（ｕk）はの事前確率比である。
【００２７】
ステップＳＴ１０４で、順方向パスメトリックα（Ｓj,k）を以下の式（５）、（６）で計算する。
【００２８】
【数５】
0004451008.tif 000006
ただし、式（５）の和は状態Ｓj,kに入る枝についてのみ計算する。ステップＳＴ１０６で、上記のように計算したα（Ｓj,k）をメモリに格納する。ステップＳＴ１０７で、時刻ｋがブロック長Ｎ以上かどうか比較し、もしＮより小さければｋを１だけ繰り上げてステップＳＴ１０３の処理を実施する。もし、Ｎ以上であれば、順方向パスメトリック演算を終了する。
【００２９】
次に、時刻ｋ＝Ｎ＋Ｔから逆方向にトレリスの探索をする。ここで、時刻ｋ＋１から時刻Ｎ＋Ｔまでの受信系列を受け取った元で、送信情報ビット系列が状態Ｓj,kを通過した事後確率を、逆方向パスメトリック：β（Ｓj,k）と定義する。ステップＳＴ１０８で、逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の初期値β（Ｓj,N+T）を設定する。ＭＡＰ復号では、式（７）のように設定する。
【００３０】
【数６】
0004451008.tif 000007
初期値をβ（Ｓj,N+T）を式（７）のように設定できるのは、テールビットｔu，ｔpを付加したことでトレリスが初期状態の節点Ｓ0,N+Tに収束したためである。ステップＳＴ１０９で、時刻ｋをＮ＋Ｔ−１と設定する。
【００３１】
ＳＴ１１０で、枝ラベルｉkの枝を通過する結合確率：枝メトリックγi,k+1を式（４）により計算する。ステップＳＴ１１１で、逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）を以下の式（８），（９）で計算する。
【００３２】
【数７】
0004451008.tif 000008
ただし、式（８）の和は状態Ｓj,kから出る枝についてのみ計算する。
【００３３】
ステップＳＴ１１１で、テールビットに対応する、時刻ｋ＝Ｎ＋Ｔ，Ｎ＋Ｔ−１，・・・，Ｎ＋１については、枝メトリックγi,kの計算式にｘk，ｙkの代わりにｚa,u,k（またはｚb,u,k），ｚa,p,k（またはｚb,p,k）を入力する。また、事前確率比Ｌａ（ｕk）＝０とする。
【００３４】
ステップＳＴ１１２で、対数尤度比Ｌ（ｕk）を以下の式（１０）〜（１２）で計算する。
【００３５】
【数８】
0004451008.tif 000009
ステップＳＴ１１３で、式（２）により外部情報Ｌｅ（ｕk）を計算する。ここで、通信路値：Ｌｃ・ｘkは今回の条件では式（１３）のようになる。
【００３６】
【数９】
0004451008.tif 000010
なお、式（２）の計算は加算器８６、８７で実施される。ステップＳＴ１１４で、時刻ｋが２以下かどうか比較し、もし大きければｋを１だけ繰り下げてステップＳＴ１１０の処理を実施する。もし２以下であれば、逆方向パスメトリック演算を終了、あわせて軟入力軟出力復号処理を終了する。
【００３７】
なお、テールビットに対応する、時刻ｋ＝Ｎ＋Ｔ，Ｎ＋Ｔ−１，・・・，Ｎ＋１については、ステップＳＴ１１２およびステップＳＴ１１３の演算は実施しない。
【００３８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の符号化方法は以上のように構成されているので、本来送信したい情報ビット系列およびパリティビット系列のほかに、符号化器のレジスタを初期化するためのテールビットも同時に送信する必要があるという問題があった。テールビット自体は冗長なものであるため、その分だけ送信効率が低下することとなる。また、送信フレームの中に、テールビットの領域を確保する必要があるため、送信フレームの構成上制約を与えてしまう。
【００３９】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、テールビットを送信する必要のない誤り訂正符号化方法および復号化方法とその装置を得ることを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、この発明に係る誤り訂正符号化方法は、送信情報ビット系列を複数フレームに分割し、１フレーム目のターボ符号化前に各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化し、１フレーム目のターボ符号化を実施した後、２フレーム目以降はターボ符号化前に各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せずに、ターボ符号化を連続して実施するターボ符号化ステップと、最終フレームのターボ符号化後にのみ各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化するためのテールビットを算出する送信終了処理ステップとを備えたものである。
【００４１】
また、上記送信終了処理ステップは、送信最終フレームのある一定時刻から最終時刻まで、送信すべき情報ビット系列ではない既知の決められたダミービットを挿入することを特徴とするものである。
【００４２】
また、分割された各フレームは、送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替えることを特徴とするものである。
【００４３】
また、この発明に係る誤り訂正復号化方法は、送信情報ビット系列を複数フレームに分割し、各送信フレームの境でターボ符号器の各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せずにターボ符号化された送信ビット系列に雑音が混入した受信系列を復号する際、復号対象フレームに対応する受信系列をバッファリングすると共に、それに続く後続フレームに対応する受信系列をバッファリングするバッファリング処理ステップと、後続フレームの受信系列より繰り返し復号手段に入力するのに必要な受信系列のみ抽出する抽出処理ステップと、繰り返し復号手段により復号対象フレームに対応する送信情報ビット系列の推定値を算出する復号処理ステップと、復号対象フレームが受信最終フレームであるかを判断する最終フレーム判断処理ステップと、復号対象フレームが受信最終フレームであった場合に、繰り返し復号手段の動作手順を受信最終フレーム用に切り換える動作モード切替処理ステップと、切り替えられたモードに対応した繰り返し復号手段により復号対象フレームに対応する送信情報ビット系列の推定値を算出する最終フレーム復号処理ステップとを備えたものである。
【００４４】
また、上記最終フレーム復号処理ステップは、送信最終フレームのある一定時刻から最終時刻まで、送信すべき情報ビット系列ではない既知の決められたダミービットが挿入された送信ビット系列に、雑音が混入した受信系列を復号することを特徴とするものである。
【００４５】
また、上記バッファリング処理ステップは、送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替えられた系列に、雑音が混入した受信系列を復号する際、復号対象フレームに対応する受信系列をバッファリングした後、送信情報ビット系列に対応する受信系列を元の順序に並び直すことを特徴とするものである。
【００４６】
また、この発明に係る誤り訂正符号化装置は、送信情報ビット系列を送信フレーム単位に保存するバッファと、送信情報ビット系列の保存先バッファを切り替えるためのスイッチと、ターボ符号器に入力する送信情報ビット系列の保存元バッファを切り替えるためのスイッチと、送信情報ビット系列および送信パリティビット系列を多重化するための多重化器と、最終送信フレームのみ送信終了処理を実施する制御をするための送信終了処理制御手段と、テールビットを算出するためのテールビット算出器とを備え、送信フレームの終端でターボ符号器の再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せず、テールビットを算出させず、送信フレーム間を連続して符号化することを特徴とするものである。
【００４７】
また、送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替える並び替え器をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００４８】
また、この発明に係る誤り訂正復号化装置は、受信系列を受信フレーム単位に保存するバッファと、受信系列の保存先バッファを切り替えるためのスイッチと、復号対象フレームに対応する受信系列の保存元バッファを切り替えるためのスイッチと、復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列の保存元バッファを切り替えるためのスイッチと、復号対象フレームに対応する受信系列を分割しそれを繰り返し復号器に入力する第１の分割器と、復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列の中から必要なもののみ抽出および分割しそれを繰り返し復号器に入力する第２の分割器と、最終受信フレームのみ受信終了処理を実施する制御をするための受信終了処理制御手段とを備え、送信情報ビット系列を複数フレームに分割し、各送信フレームの境でターボ符号器の各再帰的組織畳込み符号器のレジスタを初期化せずにターボ符号化された送信ビット系列に雑音が混入した受信系列を復号することを特徴とするものである。
【００４９】
さらに、送信情報ビット系列に対応する受信系列を元の順序に並べなおす並べ直し器をさらに備え、送信情報ビット系列の中で、第２の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットを、第１の再帰的組織畳込み符号器に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替えられた系列に、雑音が混入した受信系列を復号することを特徴とするものである。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による誤り訂正符号化方法を示すフローチャートであり、従来例と同様に図１１に示すターボ符号器６１を用いて実施する。図１において、ＳＴ４１は送信開始時にインタリーバ６３のブロック長Ｎを決定する処理ステップ、ＳＴ４２はブロック長Ｎのインタリーバパターンを作成する処理ステップ、ＳＴ４３は後述する第１の畳込み符号器６２のレジスタ６５および第２の畳込み符号器６４のレジスタ６６の値を初期化する処理ステップ、ＳＴ４４は１ブロック分の情報ビット系列ｕをバッファリングする処理ステップ、ＳＴ４５はターボ符号器６１によりターボ符号化しパリティビット系列ｐaおよびｐbを出力する処理ステップ、ＳＴ４６は処理中のフレームが最後のものかを判定し処理動作を切りかえる処理ステップ、ＳＴ４７は最後の送信フレームに対して送信終了処理を実施する処理ステップである。
【００５２】
また、図２は、この発明の実施の形態１によるターボ符号化方法で作成される送信フレーム構造を示す図である。図２において、１０は１番目の送信フレーム１と２番目の送信フレーム２の区切りを示すものであり、１１はフレーム１の送信情報ビット系列ｕ、１２はフレーム１の送信パリティビット系列ｐa、１３はフレーム１の送信パリティビット系列ｐb、１４は復号範囲１８に含まれるフレーム２内の情報ビットｕを示す範囲、１５は復号範囲１８に含まれるフレーム２内のパリティビットｐaを示す範囲、１６は復号範囲１９に含まれるフレーム２内の情報ビットｕを示す範囲、１７は復号範囲１９に含まれるフレーム２内のパリティビットｐbを示す範囲、１８はフレーム１の繰り返し復号における第１の復号器８１に入力する受信系列の範囲、１９はフレーム１の繰り返し復号における第２の復号器８２に入力する受信系列の範囲を示すものである。
【００５３】
２０はフレーム２とフレーム３の区切りを示すものであり、２１はフレーム２の送信情報ビット系列ｕ、２２はフレーム２の送信パリティビット系列ｐa、２３はフレーム２の送信パリティビット系列ｐb、２４は復号範囲２８に含まれるフレーム３内の情報ビットｕを示す範囲、２５は復号範囲２８に含まれるフレーム３内のパリティビットｐaを示す範囲、２６は復号範囲２９に含まれるフレーム３内の情報ビットｕを示す範囲、２７は復号範囲２９に含まれるフレーム３内のパリティビットｐbを示す範囲、２８はフレーム２の繰り返し復号における第１の復号器８１に入力する受信系列の範囲を示すものであり、２９はフレーム２の繰り返し復号における第２の復号器８２に入力する受信系列の範囲を示すものである。
【００５４】
また、図３は、この発明の実施の形態１による復号化方法を示す図である。図３において、ＳＴ１２１は受信開始時にインタリーバのブロック長Ｎを決定する処理ステップ、ＳＴ１２２はブロック長Ｎのインタリーバパターンを作成する処理ステップ、ＳＴ１２３は復号処理したい復号対象フレームに対応する受信系列を受信してバッファリングする処理ステップ、ＳＴ１２４は復号対象フレームが最終受信フレームであるかを判断する処理ステップ、ＳＴ１２５は復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列を受信してバッファリングする処理ステップ、ＳＴ１２６は後続フレームの受信系列より繰り返し復号手段に入力するのに必要な図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列を抽出してメモリに保存する処理ステップ、ＳＴ１２７は繰り返し復号を実施し推定情報ビット系列ｕ’を出力する処理ステップ、ＳＴ１２８は復号対象フレームが受信最終フレームであった場合に送信時の送信終了処理の方法によって繰り返し復号手段の動作モードを切り替える処理ステップである。
【００５５】
次に動作について説明する。まず、送信開始から送信終了までの処理手順を説明する。図１に示すように、まず、ステップＳＴ４１でインタリーバ６３のブロック長Ｎを決定する。次に、ステップＳＴ４２でブロック長Ｎに対するインタリーバパターンを作成する。
【００５６】
ステップＳＴ４３で第１の畳込み符号器６２のレジスタ６５および第２の畳込み符号器６４のレジスタ６６を初期化する。この初期化は、送信開始時にのみ実施し、送信フレームの区切りでは初期化を実施しない。この点で、この発明は従来の技術と大きく異なる。
【００５７】
ステップＳＴ４４で１フレーム分の情報ビット系列ｕをバッファリングする。ステップＳＴ４５でターボ符号化を実施し、送信パリティビットｐa，ｐbを出力する。
【００５８】
ステップＳＴ４６では、現在処理している送信フレームが最後のものかどうか判定する。もし、最後のものでない場合、ステップＳＴ４４に戻り、次のフレームのターボ符号化処理を実施する。もし、最後の場合は、ＳＴ４７で送信終了処理を実施する。
【００５９】
送信終了処理としては様々な手法が考えられる。例えば、最終送信フレームのみテールビットを付加する方法が挙げられる。また、最終送信フレームをまったくのダミーフレームとし、送信すべき情報ビット系列ではない既知の（決められた）ビットを畳込み符号器に入力した結果を送信することが挙げられる。また、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’までが送信すべき情報ビット系列で、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１から時刻ｋ＝Ｎまでをダミービット（送信すべき情報ビット系列ではない既知の決められたビット）としたフレームを送信する方法が考えられる。このように送信終了処理を完了させ、一連の送信処理を終了する。
【００６０】
上述したように、この発明によるターボ符号化方法では、送信フレームでの区切りで畳込み符号器の初期化を実施しない。したがって、初期化に必要なテールビットを付加する必要がない。そのテールビット分だけ送信効率が低下することがなくなる。また、送信フレームの中に、テールビットの領域を確保する必要がなくなるため、送信フレームの構成がより容易になる。
【００６１】
しかし、テールビットを削除すると、繰り返し復号の性能が落ちるというデメリットが生じる。その理由は以下の通りである。ＭＡＰ復号時、順方向パスメトリックα（Ｓj,k）、逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）を演算する際、それぞれ初期値α（Ｓj,0）、β（Ｓj,N+T）を設定する。これら初期値は、トレリスの枝が時刻ｋ＝０では状態Ｓ0,0からのみ出ていき、時刻ｋ＝Ｎ＋Ｔでは状態Ｓ0,N+Tに集約されることが明らかなため、パスメトリック計算でこの制約を重み付けする意味が含まれている。
【００６２】
ここで、テールビットは、枝を時刻ｋ＝Ｎ＋Ｔで状態Ｓ0,N+Tに集約させるために必要なものである。テールビットを削除すると、式（７）による初期値β（Ｓj,N+T）の設定が出来ない。トレリス終端による制約の重み付けを出来ないため、時刻ｋ＝Ｎに近い範囲で、逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の演算結果の精度が落ちる。よって、繰り返し復号の性能が落ちる。
【００６３】
図２のフレーム区切り１０において、第１の畳込み符号器６２および第２の畳込み符号器６４は、フレーム１に関するテールビットを算出せずに、レジスタの状態を継続してフレーム２の符号化を実施する。よって、領域１５および領域１７のパリティビット系列は、フレーム１の制約を受けていることとなる。
【００６４】
そこで、ＭＡＰ復号時、逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の演算において、フレーム区切り１０すなわち時刻ｋ＝Ｎから演算を開始せず、フレーム２の領域１５（または領域１７）の最後尾から開始する。領域１５（または領域１７）のビット幅をＴ’、畳込み符号のレジスタ数をｄとしたとき、逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の初期値β（Ｓj,N+T’）を以下のように設定する。
【００６５】
【数１０】
0004451008.tif 000011
逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）をｋ＝Ｎ＋Ｔ’−１，Ｎ＋Ｔ’−２，・・・，Ｎ＋１まで式（８）により計算する。ただし、枝メトリックγi,k，ｋ＝Ｎ＋Ｔ’−１，Ｎ＋Ｔ’−２，・・・，Ｎ＋１の演算において、Ｌａ（ｕk）＝０とする。またｋ＝Ｎ＋Ｔ’−１，Ｎ＋Ｔ’−２，・・・，Ｎ＋１の演算において、対数尤度比Ｌ（ｕk）および外部情報Ｌｅ（ｕk）の演算は実施しない。領域１５（または領域１７）のビット幅Ｔ’を十分に大きく取れば、時刻ｋ＝Ｎに近い範囲での逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の演算結果の精度が落ちることが回避できる。
【００６６】
一方で、順方向パスメトリックα（Ｓj,k）の初期値α（Ｓj,0）は、以下のように計算する。フレーム１については式（３）で計算する。フレーム２以降については、前フレームの時刻Ｎの順方向パスメトリックα（Ｓj,N）を当該復号対象フレームの順方向パスメトリックの初期値α（Ｓj,0）とする。
【００６７】
パリティビット系列ｐaの領域１５に対応する情報ビット系列ｕの領域は領域１４であり、パリティビット系列ｐbの領域１７に対応する情報ビット系列ｕの領域は領域１６である。領域１４はフレーム２の情報ビット系列ｕの先頭部分に対応する。しかし、領域１６は、第２の畳込み符号器６４に入力される情報ビット系列ｕが、インタリーブを掛けられている関係上、フレーム２の情報ビット系列ｕの全域に散らばっている。繰り返し復号は、復号すべき受信系列をすべて受信してからでないと開始することが出来ない。よって、上記復号方式では、フレーム１の復号開始は、フレーム２をすべて受信してから開始することとする。同様に、フレーム２の復号開始は、フレーム３をすべて受信してから開始することとする。よって、復号結果を算出するまでに１フレーム分の遅延が発生することとなる。
【００６８】
上記復号方式の処理をフローチャートにまとめたのが図３である。図３の復号方式の動作について説明する。まず、ステップＳＴ１２１でインタリーバのブロック長Ｎを決定する。次に、ステップＳＴ１２２でブロック長Ｎに対するインタリーバパターンを作成する。
【００６９】
ステップＳＴ１２３で復号処理したい復号対象フレームに対応する受信系列を受信してバッファリングする。ステップＳＴ１２４では、復号対象フレームが受信最終フレームかどうかを判断する。もし、受信最終フレームでない場合、ステップＳＴ１２５で復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列を受信してバッファリングする。ステップＳＴ１２６で、後続フレームの受信系列より、図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bを抽出し、メモリに保存する。
【００７０】
ステップＳＴ１２７で、情報ビット系列ｕに雑音が混入した受信系列ｘ、パリティビット系列ｐaおよびｐbに雑音が混入した受信系列ｙaおよびｙb、そして受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bより、繰り返し復号を実施し、推定情報ビット系列ｕ’を出力する。それを出力後、ステップＳＴ１２３に戻って次の復号対象フレームの復号処理を続ける。
【００７１】
一方、ステップＳＴ１２４で、復号対象フレームが受信最終フレームと判断した場合、ステップＳＴ１２８で、送信時の送信終了処理の方法によって、繰り返し復号手段の動作モードを切り替える処理を実施する。送信終了処理として、最終フレームのみテールビットを付加する方法がなさられた場合、テールビットに対応する受信系列ｚa,u，ｚb,u，ｚa,p，ｚb,pを抽出し、情報ビット系列ｕに対応する受信系列ｘおよびパリティビット系列ｐa，ｐbに対応する受信系列ｙa，ｙbとともに繰り返し復号器に入力し、復号処理を実施する。また、最終フレームがダミーフレームであった場合、当該復号対象フレームに対する処理を何もせず復号動作を終了させる。そして、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１から時刻ｋ＝Ｎまでをダミービットを付加する方法がなされた場合、対数尤度比Ｌ（ｕk），ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１，Ｎ−Ｔ’＋２，・・・，Ｎおよび外部情報Ｌｅ（ｕk），ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１，Ｎ−Ｔ’＋２，・・・，Ｎの算出をしない繰り返し復号を実施する。
【００７２】
なお、本実施の形態１において、入力情報ビット数が１、出力パリティビット数が２のターボ符号に関して具体的に説明した。しかし、例えば入力情報ビット数が２以上であるものや、パリティビットが３以上のものや、パリティビットをパンクチャするものなど、本実施の形態１に適用可能なターボ符号のパラメータは広範にわたっている。
【００７３】
以上、本実施の形態１においては、送信フレームでの区切りで畳込み符号器の初期化を実施しない。したがって、初期化に必要なテールビットを付加する必要がなくなるという効果を有する。そのテールビット分の送信効率低下を避けることができる。また、送信フレームの中に、テールビットの領域を確保する必要がなくなるため、送信フレームの構成をより容易にすることができる。本実施の形態１は、特に衛星通信など、送信または受信が長時間継続する形態の通信に適用すると、極めて好適な効果を発揮する。
【００７４】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるターボ符号化方法よって符号化された情報ビット系列およびパリティビット系列をシリアルに並べ替えた送信系列を示すものである。図４において、１４１はフレーム２における領域１４に対応する情報ビットｕk、領域１５に対応するパリティビットｐa,k、領域１７に対応するパリティビットｐb,kを、（ｕk，ｐa,k，ｐb,k）の順序に並べた部分フレーム、１４２はフレーム２における領域１６に対応する情報ビットｕk、パリティビット系列２２に含まれる領域１５に続くパリティビットｐa,k、パリティビット系列２３に含まれる領域１７に続くパリティビットｐb,kを、（ｕk，ｐa,k，ｐb,k）の順序に並べた部分フレームである。
【００７５】
また、図５は、この発明の実施の形態２による誤り訂正復号化方法を示す図である。図５において、ＳＴ１５１は受信開始時にインタリーバのブロック長Ｎを決定する処理ステップ、ＳＴ１５２はブロック長Ｎのインタリーバパターンを作成する処理ステップ、ＳＴ１５３は復号処理したい復号対象フレームを受信してバッファリングする処理ステップ、ＳＴ１５４は復号対象フレームに含まれる受信系列ｘの並び順を元の通りに並べなおす処理ステップ、ＳＴ１５５は復号対象フレームが最終フレームであるかを判断する処理ステップ、ＳＴ１５６は復号対象フレームの後続フレームの先頭６×Ｔ’時刻分の受信系列を受信してバッファリングする処理ステップ、ＳＴ１５７はＳＴ１５６でバッファリングした後続フレームの受信系列より図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列を抽出してメモリに保存する処理ステップ、ＳＴ１５８は繰り返し復号を実施し推定情報ビット系列ｕ’を出力する処理ステップ、ＳＴ１５９は復号対象フレームが受信最終フレームであった場合に送信時の送信終了処理の方法によって繰り返し復号手段の動作モードを切り替える処理ステップである。
【００７６】
次に動作について説明する。実施の形態１では、図２のように符号化された情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbを（ｕk，ｐa,k，ｐb,k），ｋ＝１，２，・・・，Ｎの順序でシリアルに並べ替え、変調器に入力し、その出力信号を送信する。受信側でフレーム１を復号する際、フレーム２の領域１６に対応する受信系列をすべて受信してからでないと復号できない。領域１６に対応する受信系列は、フレーム２全体に散らばっているため、結果としてフレーム２に対応するすべての受信系列を受信しないと復号を開始することができない。
【００７７】
本実施の形態２は、上記の問題を解決するためになされるものである。送信側で１フレーム分の情報ビット系列ｕを符号器に入力し、パリティビット系列ｐa，ｐbを出力した後、情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbをシリアルに並び替える前に、情報ビット系列ｕの領域１６に対応する情報ビットｕtb,k（すなわち、第２の畳込み符号器６４に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のもの）を取りだし、領域１４に対応する情報ビットｕta,k（すなわち、第１の畳込み符号器６２に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のもの）の直後に挿入する。ただし、ｕta,kの中でｕtb,kでもあるビットは取り出さずそのままにする。このような情報ビット系列ｕの並び替えの後、図４のように情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbを（ｕk，ｐa,k，ｐb,k），ｋ＝１，２，・・・，Ｎの順序でシリアルに並び替える。
【００７８】
復号側では、図５に示すように、まず、ステップＳＴ１５１でインタリーバのブロック長Ｎを決定する。次に、ステップＳＴ１５２でブロック長Ｎに対するインタリーバパターンを作成する。そして、ステップＳＴ１５３で復号対象フレームに対応する受信系列を受信した後、ステップＳＴ１５４で情報ビット系列に対応する受信系列ｘの並び順を元の通りに並べなおす。
【００７９】
ステップＳＴ１５５で当該復号対象フレームが最終受信フレームでないと判断された場合、ステップＳＴ１５６で後続フレームの先頭６×Ｔ’ビットに対応する受信系列を受信し、バッファリングする。ステップＳＴ１５７でそのバッファリングした受信系列の中から、逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の算出に必要な、図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bを抽出しメモリに保存する。
【００８０】
ステップＳＴ１５８で、情報ビット系列ｕに雑音が混入した受信系列ｘ、パリティビット系列ｐaおよびｐbに雑音が混入した受信系列ｙaおよびｙb、そして受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bより、繰り返し復号を実施し、推定情報ビット系列ｕ’を出力する。それを出力後、ステップＳＴ１５３に戻って次の復号対象フレームの復号処理を続ける。
【００８１】
一方、ステップＳＴ１５５で、復号対象フレームが受信最終フレームと判断した場合、ステップＳＴ１５９で、送信時の送信終了処理の方法によって、繰り返し復号手段の動作モードを切り替える処理を実施する。送信終了処理として、最終フレームのみテールビットを付加する方法がなさられた場合、テールビットに対応する受信系列ｚa,u，ｚb,u，ｚa,p，ｚb,pを抽出し、情報ビット系列ｕに対応する受信系列ｘおよびパリティビット系列ｐa，ｐbに対応する受信系列ｙa，ｙbとともに繰り返し復号器に入力し、復号処理を実施する。
【００８２】
また、最終フレームがダミーフレームであった場合、当該復号対象フレームに対する処理を何もせず復号動作を終了させる。そして、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１から時刻ｋ＝Ｎまでをダミービットを付加する方法がなされた場合、対数尤度比Ｌ（ｕk），ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１，Ｎ−Ｔ’＋２，・・・，Ｎおよび外部情報Ｌｅ（ｕk），ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１，Ｎ−Ｔ’＋２，・・・，Ｎの算出をしない繰り返し復号を実施する。
【００８３】
後続フレームの受信系列をすべて受信してから繰り返し復号を開始する実施の形態１と異なり、実施の形態２では、後続フレームの受信系列を領域１４１および１４２の一部のみ受信した後、繰り返し復号を開始する。この点が大きく異なる。逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の算出に必要な、図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bが、領域１４１および１４２に対応する受信系列にすべて含まれるため、ＳＴ１５７が完了した後ただちに繰り返し復号を実施することが可能となっている。
【００８４】
なお、本実施の形態２において、入力情報ビット数が１、出力パリティビット数が２のターボ符号に関して具体的に説明した。しかし、例えば入力情報ビット数が２以上であるものや、パリティビットが３以上のものや、パリティビットをパンクチャするものなど、本実施の形態２に適用可能なターボ符号のパラメータは広範にわたっている。
【００８５】
以上、本実施の形態２においては、送信側で、情報ビット系列ｕの中の第２の畳込み符号器６４に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のものをを取りだし、第１の畳込み符号器６２に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のものの直後に挿入した後、情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbを（ｕk，ｐa,k，ｐb,k），ｋ＝１，２，・・・，Ｎの順序でシリアルに並び替えることにより、受信側で、２フレーム目の受信系列を一部のみ受信した後、繰り返し復号を開始できるため、復号遅延を少なくすることができる。本実施の形態２は、特に衛星通信など、送信または受信が長時間継続する形態の通信に適用すると、極めて好適な効果を発揮する。
【００８６】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による符号化器を示すものである。図６において、６１はターボ符号器であり、６２は情報ビット系列ｕを畳込み符号化してパリティビット系列ｐaを出力する第１の畳込み符号器、６３はインタリーバ、６４はインタリーバ６３により入れ替え後の情報ビット系列ｕを畳込み符号化してパリティビット系列ｐbを出力する第２の畳込み符号器である。
【００８７】
１６１は送信情報ビット系列ｕを送信フレーム単位にバッファリングする第１のバッファ、１６２は送信情報ビット系列ｕを送信フレーム単位にバッファリングする第２のバッファ、１６３は送信情報ビット系列ｕの保存先バッファを切り替えるスイッチ、１６４はターボ符号器６１に入力する送信情報ビット系列ｕの入力元バッファを切り替えるスイッチ、１６５は送信情報ビット系列ｕ、送信パリティビット系列ｐa，ｐbをシリアル系列に変換する多重化器、１６６は変調器、１６７は送信終了時の最終送信フレームで実施する送信終了処理の制御をする送信終了処理制御手段、１６８はテールビットを算出するテールビット算出器である。
【００８８】
また、図７は、この発明の実施の形態３による復号器を示す図である。図７において、１７０は復調器、１７１は受信系列を受信フレーム単位にバッファリングする第１のバッファ、１７２は受信系列を受信フレーム単位にバッファリングする第２のバッファ、１７３は受信系列を受信フレーム単位にバッファリングする第３のバッファ、１７４は受信系列の保存先バッファを切り替えるスイッチ、１７５は繰り返し復号器１７９に入力する復号対象フレームに対応する受信系列の入力元バッファを切り替えるスイッチ、１７６は復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列の入力元バッファを切り替えるスイッチである。
【００８９】
１７７は復号対象フレームの受信系列を送信情報ビット系列ｕに対応する受信系列ｘおよび送信パリティビット系列ｐa，ｐbに対応する受信系列ｙa，ｙbに分割する第１の分割器、１７８は復号対象フレームの後続フレームの受信系列より図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bを抽出し分割する第２の分割器、１７９は繰り返し復号器、１８０は受信終了時の最終受信フレームで実施する受信終了処理の制御をする受信終了処理制御手段である。
【００９０】
次に動作について説明する。図６において、まず、情報源より送信情報ビット系列ｕが連続して送られてくる。その送信情報ビット系列ｕを送信フレーム単位で第１のバッファ１６１または第２のバッファ１６２に保存する。保存バッファ先は、スイッチ１６３により、空いているバッファに切り替えられる。例えば、第１のバッファ１６１に保存完了した場合、後続フレームに対応する送信情報ビット系列ｕを保存するためにスイッチ１６３をｂ側に倒し、第２のバッファ１６２に保存するよう切り換える。
【００９１】
スイッチ１６４をａ側に倒し、送信対象フレームに対応する送信情報ビット系列ｕをターボ符号器６１に入力する。ターボ符号器６１より出力された送信情報ビット系列ｕ、送信パリティビット系列ｐa，ｐbを多重化器１６５に入力し、送信系列をシリアル系列に変換する。そして、それを変調器１６６に入力し、変調された送信信号を送信する。
【００９２】
第１のバッファ１６１に保存されたフレームに対する送信動作が完了した後、スイッチ１６３およびスイッチ１６４をそれぞれａ側およびｂ側に倒し、次の送信フレームの符号化を開始すると共に、さらに次の送信フレームに対応する情報ビット系列ｕをバッファに保存する。
【００９３】
従来方式では送信フレームが代わるたび、すなわち符号語の終端で、ターボ符号器６１の要素畳込み符号器６２および６４のレジスタを初期化する。そして、その初期化をするためのテールビットを出力し、それを送信する。しかし、この発明ではこの初期化は、送信開始時にのみ実施し、送信フレームの区切りでは初期化を実施しない。また、テールビットを求めること、送信することはしない。この点で、この発明は従来の技術と大きく異なる。
【００９４】
第２のバッファ１６２に保存された送信フレームの符号化を開始するが、その際、ターボ符号器６１の要素畳込み符号器６２および６４のレジスタを初期化せず、前フレームの最終状態を継続して符号化する。この送信フレームに対する送信動作が完了した後、スイッチ１６３およびスイッチ１６４をそれぞれｂ側およびａ側に倒し、次の送信フレームの符号化を開始すると共に、さらに次の送信フレームに対応する情報ビット系列ｕをバッファに保存する。
【００９５】
送信フレームを連続して送信する場合は、上記の動作を連続して実施する。一方で、当該送信フレームが最終送信フレームである場合の動作を以下に記す。まず、符号化しようとするフレームが最終送信フレームである場合、そのことを知らせる送信終了信号を送信終了処理制御手段１６７が受信する。送信終了処理制御手段は、送信終了処理制御信号をターボ符号器６１に対して出力する。
【００９６】
もし、送信終了処理として最終送信フレームのみテールビットを付加する方法をとる場合、ターボ符号器に畳込み符号器のレジスタ値Ｄを出力することを指示する。それを受け取ったテールビット算出器１６８はテールビットを算出し、多重化器１６６に入力する。
また、最終フレームをまったくのダミーフレームとし、送信すべき情報ビット系列ではない既知の（決められた）ビットを畳込み符号器に入力した結果を送信する方法を採用する場合、送信終了処理制御手段１６７は、スイッチ１６４をｃ側に倒し、ダミービットをターボ符号器に入力する。ターボ符号器より出力される情報ビット系列ｕ（ダミービット）、パリティビット系列ｐa，ｐbを多重化器に入力する。
【００９７】
そして、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’までが送信すべき情報ビット系列で、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１から時刻ｋ＝Ｎまでをダミービット（送信すべき情報ビット系列ではない既知の決められたビット）としたフレームを送信する方法を採用する場合、時刻ｋ＝１から時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’まではスイッチ１６４をｂ側に倒し、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１から時刻ｋ＝Ｎまでスイッチ１６４をｃ側に倒しダミービットをターボ符号器６１に入力するように制御する。ターボ符号器より出力される情報ビット系列ｕ（Ｔ’ビット分のダミービットを含む）、パリティビット系列ｐa，ｐbを多重化器に入力する。
【００９８】
受信側では、図７に示すように、まず、復調器１７０により受信信号を受信系列に変換する。その受信系列を受信フレーム単位で第１のバッファ１７１または第２のバッファ１７２または第３のバッファ１７３に保存する。保存バッファ先は、スイッチ１７４により、空いているバッファに切り替えられる。例えば、第１のバッファ１７１に復号対象フレームに対応する受信系列を保存し、それが完了した場合、スイッチ１７４は後続フレームに対応する受信系列を保存するためにｂ側に倒し、第２のバッファ１７２に保存するよう切り換える。そして、後続フレームに対応する受信系列を保存完了した場合、さらに次のフレームに対応する受信系列を保存するため、スイッチ１７４をｃ側に倒す。
【００９９】
復号対象フレームに対応する受信系列およびその後続フレームに対応する受信系列がバッファに保存された段階で、復号動作を開始する。スイッチ１７５をａ側に倒し、復号対象フレームに対応する受信系列を第１の分割器１７７に入力する。そしてその出力である、送信情報ビット系列ｕに対応する受信系列ｘおよび送信パリティビット系列ｐa，ｐbに対応する受信系列ｙa，ｙbを繰り返し復号器１７９に入力する。
【０１００】
また、スイッチ１７６をｂ側に倒し、復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列を第２の分割器１７８に入力する。第２の分割器１７８は、図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bを抽出し、それを繰り返し復号器１７９に入力する。
【０１０１】
繰り返し復号器１７９は、繰り返し復号を実施し、送信情報ビットの推定値ｕ’を出力する。
【０１０２】
上記動作が完了した後、第２のバッファに保存された受信フレームを復号対象フレーム、第３のバッファに保存された受信フレームを復号対象フレームの後続フレームとして復号動作を開始する。その際、スイッチ１７４はａ側に倒しさらに次の受信系列を保存する。また、スイッチ１７５はｂ側に倒し、スイッチ１７６はｃ側に倒す。この様に、受信フレームを連続して受信する場合は、上記の動作を連続して実施する。
【０１０３】
一方で、当該受信フレームが最終受信フレームである場合の動作を以下に記す。まず、復号しようとするフレームが最終受信フレームである場合、そのことを知らせる受信終了信号を受信終了処理制御手段１８０が受信する。受信終了処理制御手段は、受信終了処理制御信号を第２の分割器１７８および繰り返し復号器１７９に対して出力する。第２の分割器１７８および繰り返し復号器１７９は、送信側で実施された送信終了処理の手法に応じて、繰り返し復号の動作を切り替える。
【０１０４】
送信終了処理として、最終フレームのみテールビットを付加する方法がなさられた場合、テールビットに対応する受信系列ｚa,u，ｚb,u，ｚa,p，ｚb,pを抽出し、情報ビット系列に対応する受信系列ｘおよびパリティビット系列に対応する受信系列ｙa，ｙbとともに繰り返し復号器に入力し、復号処理を実施する。また、最終フレームがダミーフレームであった場合、当該復号対象フレームに対する処理を何もせず復号動作を終了させる。そして、時刻ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１から時刻ｋ＝Ｎまでをダミービットを付加する方法がなされた場合、対数尤度比Ｌ（ｕk），ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１，Ｎ−Ｔ’＋２，・・・，Ｎ＋１および外部情報Ｌｅ（ｕk），ｋ＝Ｎ−Ｔ’＋１，Ｎ−Ｔ’＋２，・・・，Ｎ＋１の算出をしない繰り返し復号を実施する。
【０１０５】
なお、本実施の形態３において、入力情報ビット数が１、出力パリティビット数が２のターボ符号に関して具体的に説明した。しかし、例えば入力情報ビット数が２以上であるものや、パリティビットが３以上のものや、パリティビットをパンクチャするものなど、本実施の形態３に適用可能なターボ符号のパラメータは広範にわたっている。
【０１０６】
以上、本実施の形態３においては、送信フレームでの区切りで畳込み符号器の初期化を実施しない。したがって、初期化に必要なテールビットを付加する必要がなくなるという効果を有する。そのテールビット分の送信効率低下を避けることができる。また、送信フレームの中に、テールビットの領域を確保する必要がなくなるため、送信フレームの構成をより容易にすることができる。本実施の形態３は、特に衛星通信など、送信または受信が長時間継続する形態の通信に適用すると、極めて好適な効果を発揮する。
【０１０７】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４による符号化器を示すものである。図８において、図６に示す実施の形態３と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１６９は送信情報ビット系列ｕの中で第２の畳込み符号器６４に入力される時刻の早い一定数のビットを第１の畳込み符号器６２に入力される時刻の早い一定数のビットの後続にくるように順序を並び替える並び替え器である。
【０１０８】
また、図９は、この発明の実施の形態４による復号化器を示す図である。図９において、図７に示す実施の形態３と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１８１は受信系列ｘの並び順を元の通りに並べなおす並べ直し器である。
【０１０９】
次に動作について説明する。実施の形態３では、図２のように符号化された情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbを（ｕk，ｐa,k，ｐb,k），ｋ＝１，２，・・・，Ｎの順序でシリアルに並べ替え、変調器に入力し、その出力信号を送信する。受信側でフレーム１を復号する際、フレーム２の領域１６に対応する受信系列をすべて受信してからでないと復号できない。領域１６に対応する受信系列は、フレーム２全体に散らばっているため、結果としてフレーム２に対応するすべての受信系列を受信しないと復号を開始することができない。
【０１１０】
本実施の形態４は、上記の問題を解決するためになされるものである。図８のターボ符号器６１が送信対象フレームの情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbを出力した後、並べ替え器１６９により、多重化器１６５で情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbをシリアルに並び替える前に、情報ビット系列ｕの領域１６に対応する情報ビットｕtb,k（すなわち、第２の畳込み符号器６４に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のもの）を取りだし、領域１４に対応する情報ビットｕta,k（すなわち、第１の畳込み符号器６２に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のもの）の直後に挿入する。ただし、ｕta,kの中でｕtb,kでもあるビットは取り出さずそのままにする。このような情報ビット系列ｕの並び替えの後、図４のように情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbを（ｕk，ｐa,k，ｐb,k），ｋ＝１，２，・・・，Ｎの順序でシリアルに並び替える。
【０１１１】
受信側では、図９に示すように、まず復調器１７０により受信信号を受信系列に変換する。その受信系列を受信フレーム単位で第１のバッファ１７１または第２のバッファ１７２に保存する。保存バッファ先は、スイッチ１７４により、空いているバッファに切り替えられる。例えば、第１のバッファ１７１に復号対象フレームに対応する受信系列を保存し、それが完了した場合、スイッチ１７４は後続フレームに対応する受信系列を保存するためにｂ側に倒し、第２のバッファ１７２に保存するよう切り換える。
【０１１２】
そして、後続フレームに対応する受信系列のうち、領域１４１および１４２に対応する前６×Ｔ’時刻分の受信系列を保存完了した後、復号動作を開始する。
【０１１３】
スイッチ１７５をａ側に倒し、復号対象フレームに対応する受信系列を第１の分割器１７７に入力する。分割器１７７は、送信情報ビット系列ｕに対応する受信系列ｘおよび送信パリティビット系列ｐa，ｐbに対応する受信系列ｙa，ｙbを出力する。並べ直し器１８１は、受信系列ｘの並び順を元の通りに並べ直す。そして、並べ直された受信系列ｘおよび受信系列ｙa，ｙbを繰り返し復号器１７９に入力する。
【０１１４】
また、スイッチ１７６をｂ側に倒し、復号対象フレームの後続フレームに対応する受信系列（一部のみ保存されている）を第２の分割器１７８に入力する。第２の分割器１７８は、図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bを抽出し、それを繰り返し復号器１７９に入力する。
【０１１５】
繰り返し復号器１７９は、繰り返し復号を実施し、送信情報ビットの推定値ｕ’を出力する。
【０１１６】
上記復号動作が完了した後、後続フレームを復号対象フレームとして復号動作を開始する。まず、復号対象フレームに対応する受信系列のうち、すでに受信したもの以外の残りを第２のバッファに保存する。そして、第１のバッファに後続フレームに対応する受信系列のうち、領域１４１および１４２に対応する前６×Ｔ’時刻分の受信系列を保存する。それが完了した後、第２のバッファに保存された受信フレームを復号対象フレーム、第１のバッファに保存された受信フレームを復号対象フレームの後続フレームとして復号動作を開始する。その際、スイッチ１７４はａ側に倒し後続フレームの残りの受信系列を保存する。また、スイッチ１７５はｂ側に倒し、スイッチ１７６はａ側に倒す。この様に、受信フレームを連続して受信する場合は、上記の動作を連続して実施する。
【０１１７】
後続フレームの受信系列をすべて受信してから繰り返し復号を開始する実施の形態３と異なり、実施の形態４では、後続フレームの受信系列のうち、領域１４１および１４２にあたる部分のみ受信した後、繰り返し復号を開始する。この点が大きく異なる。逆方向パスメトリックβ（Ｓj,k）の算出に必要な、図２の領域１４、領域１５、領域１６、領域１７に対応する受信系列ｚ’u,a，ｚ’p,a，ｚ’u,b，ｚ’p,bが、領域１４１および１４２に対応する受信系列にすべて含まれるため、それに対応する前６×Ｔ’時刻分の受信系列を受信し、バッファに保存した後ただちに繰り返し復号を実施することが可能となっている。
【０１１８】
なお、本実施の形態４において、入力情報ビット数が１、出力パリティビット数が２のターボ符号に関して具体的に説明した。しかし、例えば入力情報ビット数が２以上であるものや、パリティビットが３以上のものや、パリティビットをパンクチャするものなど、本実施の形態４に適用可能なターボ符号のパラメータは広範にわたっている。
【０１１９】
以上、本実施の形態４においては、送信側で、情報ビット系列ｕの中の第２の畳込み符号器６４に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のものをを取りだし、第１の畳込み符号器６２に入力された時刻ｋがｋ＝１，２，・・・，Ｔ’のものの直後に挿入した後、情報ビット系列ｕおよびパリティビット系列ｐa，ｐbを（ｕk，ｐa,k，ｐb,k），ｋ＝１，２，・・・，Ｎの順序でシリアルに並び替えることにより、受信側で、２フレーム目の受信系列を一部のみ受信した後、繰り返し復号を開始できるため、復号遅延を少なくすることができる。また、受信側で、２フレーム目の受信系列を一部のみ受信した後、繰り返し復号を開始できるため、受信系列を保存するためのバッファを３個から２個に軽減することができる。本実施の形態４は、特に衛星通信など、送信または受信が長時間継続する形態の通信に適用すると、極めて好適な効果を発揮する。
【０１２０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、送信フレームでの区切りで畳込み符号器の初期化を実施しなく、したがって、初期化に必要なテールビットを付加する必要がなくなり、そのテールビット分の送信効率低下を避けることができ、送信フレームの中に、テールビットの領域を確保する必要がなくなるため、送信フレームの構成をより容易にすることができ、テールビットを送信する必要のない誤り訂正符号化および復号化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるターボ符号化方法を示すフローチャートである。
【図２】  この発明の実施の形態１によるターボ符号化方法で作成される送信フレーム構造を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による誤り訂正復号化方法を示すフローチャートである。
【図４】  この発明の実施の形態２によるターボ符号化方法よって符号化された情報ビット系列およびパリティビット系列をシリアルに並べ替えた送信系列を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態２による誤り訂正復号化方法を示すフローチャートである。
【図６】  この発明の実施の形態３による符号化器を示す構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態３による復号化器を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態４による符号化器を示す構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態４による復号化器を示す構成図である。
【図１０】  従来のターボ符号化方法を示すフローチャートである。
【図１１】  送信側で使用されるターボ符号器の構成を示す図である。
【図１２】  従来の符号化方法で符号化された情報ビット系列およびパリティビット系列を１フレームにまとめた構成図である。
【図１３】  受信側で使用される繰り返し復号器の構成図である。
【図１４】  受信側で使用される軟入力軟出力復号器の計算手段の１手法である、ＭＡＰ（maximum a-posteriori）復号法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
６１  ターボ符号器、６２  第１の再帰的組織畳込み符号器、６３  インタリーバ、６４  第２の再帰的組織畳込み符号器、６５，６６  レジスタ、８１  第１の軟入力軟出力復号器、８２  第２の軟入力軟出力復号器、８３，８４  インタリーバ、８５  デインタリーバ、８６，８７  加算器、８８  判定器、８９  スイッチ、１６１  第１のバッファ、１６２  第２のバッファ、１６３、１６４スイッチ、１６５  多重化器、１６６  変調器、１６７  送信終了処理制御手段、１６８  デールビット算出器、１６９  並べ替え器、１７０  復調器、１７１  第１のバッファ、１７２  第２のバッファ、１７３  第３のバッファ、１７４，１７５，１７６  スイッチ、１７７  第１の分割器、１７８  第２の分割器、１７９  繰り返し復号器、１８０  受信終了処理制御手段、１８１  並べ直し器。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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