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技術 符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法、初期サイズを有する符号化されたデータブロックを反復復号化するための方法、ターボ符号器によって符号化されたデータブロックを反復復号化するための装置、符号化/復号化システム、データのブロックを符号化するための装置、及び符号器によって符号化され、変調されたデータのブロックをターボ等化するための装置

出願人 ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ
発明者 アノー・グェガン
出願日 2002年3月8日 (18年8ヶ月経過) 出願番号 2002-064109
公開日 2002年11月15日 (18年0ヶ月経過) 公開番号 2002-330115
状態 特許登録済
技術分野 エラーの検出訂正 エラー時の再試行 符号誤り検出・訂正 エラーの検出、防止
主要キーワード 整数因子 最大反復数 重み付け出力 事後情報 事前推定 反復停止 信頼度閾値 オーバーライン
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

反復復号化の出力における最大誤り率が予め固定されている際に、反復復号化にかけられることを目的として、符号化されたデータのブロックのサイズを最適化する方法を提供すること。

解決手段

1以上の整数因子(k)で割った標準的なブロックサイズ約数である複数のブロックサイズ(N/k)と、1ブロック上の反復復号化によって行われるようになる最大反復数(n(k)iterations)を与える複数の整数との中から、最大誤り率に適合し、約数サイズのブロック上で反復復号化が行われることになる平均反復数((−)n(k)iterations)ができる限り小さくなるような約数サイズと最大反復数とを求める。

概要

背景

ターボ符号概念は、論文「Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-codes」(ICC-1993, Conference Proceedings, pp. 1064-1070)においてC. Berrou、A. GlavieuxおよびP. Thitimajshimaによって導入され、知られているように多くの開発がなされてきた。

ターボ符号化は、インターリーブステップによって分離される要素符号連接することにより行われる。要素符号には、種々のタイプの符号を用いることができ、たたみ込みターボ符号の場合には再帰組織符号(RSCで表す)を、ブロクターボ符号の場合にはブロック符号(RS、BCH)を用いることができる。後者については、1996年に発表された論文「A very low complexity block turbo decoder for product codes」(Proc. ofIEEE Globecom, pp. 101-105)において、R. Pyndiah、P. CombellesおよびP. Addeが記載している。種々のタイプの連接が想定されており、たとえば並列連接では、インターリーブされた後に同じ情報が各符号器によって個別に符号化され、直列連接では、各符号器の出力がインターリーブされた後、後続の符号器によって符号される。詳細な説明については、並列連接の場合にはBerrou他による上記の論文を、直列連接の場合にはS. Benedetto、G. Montorsi、D. DivsalarおよびF. Pollaraによる論文「Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design and iterative decoding」(JPLTDA Progr. Rep., Vol. 42-126, Aug. 1996)を参照することができる。

従来、ターボ符号の復号化は、一連要素復号化動作からなり、ターボ復号化とも呼ばれる反復プロセスを用いて行われており、その要素復号化動作には、重み付けされた入力値を受信し、その入力にそれぞれ関連する重み付けされた出力値を供給することが含まれ、直列ターボ符号の場合には、対応する要素符号化動作の出力にも重み付けされた出力値が供給される。重み付けされた入力および出力値は、対応する要素符号器の入力および出力(直列ターボ符号の場合)における2値あるいはM値のシンボルの確率を表す。デインターリーブ動作およびインターリーブ動作は、符号化時に実行されるインターリーブ動作の関数として行われ、そのデインターリーブおよびインターリーブ動作によって、要素復号化動作は、対応する符号化動作の入力での順序と同じ順序でデータを考慮できるようになる。

図1はターボ符号器の一例を概略的に示す。図示されるターボ符号器は大きさ2の並列ターボ符号器である。データのブロックの形をとる情報xは、第1の出力y1を供給するために第1の要素符号器110によって符号化され、かつインターリーバ115によってインターリーブされた後に、第2の出力y2を供給するために第2の要素符号器120によって符号化される。組織情報は、130において符号化された情報y1およびy2と多重化され、その後、チャネルインターリーバ140によってインターリーブされる。

受信されると、その情報は、図2に示されるターボ復号器を用いて復号化される。チャネルデインターリーバ145においてデインターリーブした後に、その情報x、y1およびy2は、デマルチプレクサ150によって逆多重化される。LogMAPタイプの要素復号器160および170はそれぞれ、要素符号器110および120に対応する。重み付けされた入力および出力タイプ復号器160は、xについての事前情報と符号化された情報y1とを受信し、xについての事後情報をそこから導出する。事後情報と事前情報との間の差は、外因情報と呼ばれる。xについての事前情報、および第1の復号器によって供給される外因情報e1はインターリーブされた後に加算され、x(より正確にはx’、xのインターリーブされたバージョン)についての新しい事前情報が復号器170に供給される。復号器170は、この事前情報と符号化された情報y2とから、x’についての事後情報を推定する。その情報の差から、内因情報e2’が、171において導出され、デインターリーバ180においてデインターリーブされた後に、151において組織的情報に加算され、復号器160にxについての新しい事前情報が供給される。その後、所定の反復数niterationsだけ復号化ステップが繰り返される。復号器170の出力の軟判定値(flexible values)は判定装置190にかけられ、硬判定値(hard values)が供給される。誤り訂正検査195が判定装置190の出力に関して動作し、復号化されたブロックに誤りがないか否かを判定し、誤りがない場合には、所定の数niterationsだけ待つことを必要とせずに、反復を終了する。別法では、反復の停止を決定するために、ターボ復号器は、CRCの代わりに、たとえば1996年3月に発表されたJ. Hagenauer他による論文「Iterative decoding of binary blockand convolutional codes」(IEEE Transaction on Information Theory, vol.42, pp. 429-445)、あるいは1993年12月に発表されたM. Moherによる論文「Decoding via cross entropy minimization」(Proc. IEEE Globecom Conf., Houston, TX, pp. 809-813)開示される判定基準のような、重み付けされた値に関する別の停止判定基準を用いることができる。

反復復号化原理は、C. Douillard他による論文「Iterative Correction ofIntersymbol interference: Turbo-equalization」(European Trans. Telecomm., Vol. 6, No. 5. Sept./Oct., pages 507-511)において等化にも適用された。この反復等化方法ターボ等化とも呼ばれ、シンボル間干渉ISI)によって影響を及ぼされるチャネルが、たたみ込み符号器に等価であると見なすことができ、結果として、チャネル符号器、インターリーバおよび伝送チャネルを連接したものそのものが、ターボ復号器に等価であると見なすことができるという原理から出発している。

図4は、ターボ等化器の構造を概略的に示す。データは、図3に示される送信機と同じ側では、符号器201においてチャネル符号化され、その後インターリーバ202によってインターリーブされ、変調器203において、M値−シンボルマッピングにかけられる。そのデータは、チャネルインターリーバ204によってインターリーブされたシンボルのブロックの形で送信される。そのターボ等化器は、最初にチャネルデインターリーバ210を備え、その後、符号化されたデータの軟判定値を供給する、Log−MAPタイプの重み付け出力等化器を備える。これらのデータはデインターリーバ230においてデインターリーブされ、その後、重み付けされた出力を有するLog−MAPタイプの復号器240によって復号化される。復号器240から出力される軟判定値は、対応する硬判定値を供給する判定装置250にかけられる。復号器240の入力における重み付けされた値は出力値から減算され、外因情報eが供給される。インターリーブ後、その外因情報は、一方では等化器220の出力において減算され、もう一方では再変調された後に、等化器に伝送される。受信されたシンボルおよび再変調された外因情報から、等化器220は新たな事前推定続行する。こうして、ターボ等化器は、1つのシンボルブロックにおいて所定の数の反復を実行する。250の出力における誤り訂正検査260は誤りの存否診断し、誤りがない場合には、所定の数niterationsだけ待つことを必要とせずに、反復することなく反復プロセスをインタラプトする。別法では、停止判定基準は、上記のように、重み付けされた値に関連付けることができる。

設計に関連して、ターボ符号化およびターボ等化の両方の場合に、同じプロセッサ内、あるいは、それぞれ所与ランクの反復に対して役割を果たす、パイプラインに配列された専用回路内で、反復を次々と実行することができることに留意されたい。

ターボ符号化およびターボ等化の場合に、ビット誤り率BER)あるいはパケット誤り率(PER)に関する性能を全て上げていくと、内部インターリーバIL)のサイズNが長くなる。これは、内部インターリーバのサイズを大きくする、すなわちインターリーブが実行されるブロックのサイズを大きくすることにより、ターボ符号のハミング重み分布、および反復復号化の効果の両方が改善されるためである。インターリーブ利得はターボ符号のタイプによって変化する。これ以降、用語「性能」は、復号化されたデータに関するBERあるいはPERに対して区別することなく用いることにする。

図5は、一例として、ブロックのサイズNが200から1000まで変化するときの図1のターボ符号器の場合のインターリーブ利得を示しており、その要素符号器は、多項式(13,15)octのRSC(再帰的組織たたみ込み)符号器である。

受信されたデータあるいはシンボルのブロックが実際に復号化された形で利用できるようになるまでの時間として定義される、受信機待ち時間は、その応用形態の重要なパラメータであり、そのため当分野においては、小さい値のNを用いるようにすることが知られている。

受信機における待ち時間は実際には以下のように書き表すことができる。

概要

反復復号化の出力における最大誤り率が予め固定されている際に、反復復号化にかけられることを目的として、符号化されたデータのブロックのサイズを最適化する方法を提供すること。

1以上の整数因子(k)で割った標準的なブロックサイズ約数である複数のブロックサイズ(N/k)と、1ブロック上の反復復号化によって行われるようになる最大反復数(n(k)iterations)を与える複数の整数との中から、最大誤り率に適合し、約数サイズのブロック上で反復復号化が行われることになる平均反復数((−)n(k)iterations)ができる限り小さくなるような約数サイズと最大反復数とを求める。

目的

効果

実績

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請求項1

反復復号化かけられることを目的として、符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法であって、前記反復復号化の出力における最大誤り率は予め固定されており、前記方法は、1以上の整数因子(k)で割った標準的なブロックサイズ約数である複数のブロックサイズ(N/k)と、1ブロック上の前記反復復号化によって行われるようになる最大反復数(n(k)iterations)を与える複数の整数との中から、前記最大誤り率に適合し、約数サイズのブロック上で前記反復復号化が行われることになる平均反復数((−)n(k)iterations)ができる限り小さくなるような前記約数サイズと前記最大反復数とを求めることを特徴とする符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。

請求項2

所与因子(k)で割った約数であるサイズと、所与の最大反復数(n(k)iterations)の場合に、前記平均反復数((−)n(k)iterations)は、約数サイズの一連のブロック内の各ブロックに対する反復復号化によって行われることになる反復数の平均値として、信号対雑音比関数として決定され、前記約数サイズのブロックが所定の信頼度判定基準を満たすか、あるいはこのブロックのための反復数が前記所与の最大反復数に到達する場合には前記反復が停止されることを特徴とする請求項1記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。

請求項3

種々の約数サイズ、種々の最大反復数および種々の信号対雑音比の場合の前記平均反復数がテーブル内に格納されることを特徴とする請求項1又は2記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。

請求項4

前記テーブルは、前記反復復号化が継続されるのに応じて更新されることを特徴とする請求項3記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。

請求項5

前記平均反復数は、前記テーブルにおいて利用することができる値を補間することにより得られることを特徴とする請求項3又は4記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。

請求項6

探索は、所定の値(kmin)より大きい値を有する整数に限定されることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。

請求項7

探索前に、所定の最大復号化時間に適合する、標準的なサイズのブロックのための最大反復数(n(1)iterations)を決定し、前記複数の約数ブロックサイズ(N/k)、および前記複数の整数の中からの前記探索は、約数サイズのブロック上の前記反復復号化によって行われることになる前記平均反復数((−)n(k)iterations)が、前記最大反復数(n(1)iterations)より小さくなるような値に限定されることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法。

請求項8

最適ブロックサイズおよびこのサイズに関連する最大反復数が請求項1から請求項7までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法によって決定され、前記初期サイズのブロック内のデータが最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、前記サブブロックは、前記反復復号化の一連の反復によって順次復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数が前記最適サイズに関連する前記最大反復数に達する場合には、前記サブブロックの場合の前記反復が停止されることを特徴とする初期サイズを有する符号化されたデータブロックを反復復号化するための方法。

請求項9

最適ブロックサイズおよびこのサイズに関連する最大反復数が請求項1から請求項7までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法によって決定され、前記初期サイズのブロック内のデータが最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、前記サブブロックは、前記反復復号化の1回の反復を前記各サブブロックにおいて連続して行うことにより復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数が前記最適サイズに関連する前記最大反復数に達する場合には、前記サブブロックの場合の前記反復が行われないようにすることを特徴とする初期サイズを有する符号化されたデータブロックを反復復号化するための方法。

請求項10

請求項1から請求項7までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法を実施するための手段を備え、前記手段は最適ブロックサイズおよび最適サイズのブロックごとの最大反復数を供給し、ターボ符号器に最適ブロックサイズの情報を送信するための手段をさらに備えることを特徴とするターボ符号器によって符号化されたデータブロックを反復復号化するための装置。

請求項11

データのブロックを符号化するように構成されるターボ符号器と、前記ターボ符号器によって符号化される前記データの前記ブロックを復号化するように構成される請求項10による反復復号化装置とを備える符号化/復号化システムであって、前記反復復号化装置は、前記最適ブロックサイズの情報を受信し、受信された前記情報にしたがって少なくとも1つの内部インターリーバのサイズを変更するための手段を有する符号化/復号化システム。

請求項12

請求項1から請求項7までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法を実施するための手段を備え、前記手段は最適ブロックサイズを供給し、前記最適ブロックサイズにしたがって符号化されたデータのブロックのサイズを適応的に変更するための手段をさらに備えることを特徴とするデータのブロックを符号化するための装置。

請求項13

請求項1から請求項7までのいずれかに記載の符号化されたデータブロックのサイズを最適化する方法を実施するための手段を備え、前記手段は最適ブロックサイズを供給し、符号器に前記最適ブロックサイズの情報を送信するための手段をさらに備えることを特徴とする符号器によって符号化され、変調されたデータのブロックをターボ等化するための装置。

技術分野

0001

本発明は、ターボ符号器つまりターボ等化器(turboequaliser)において実装されるような、反復復号化かけられることを目的として符号化されたデータのブロックサイズを最適化する方法に関する。本発明は特に、いわゆる第3世代電気通信システムに当てはまる

背景技術

0002

ターボ符号概念は、論文「Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-codes」(ICC-1993, Conference Proceedings, pp. 1064-1070)においてC. Berrou、A. GlavieuxおよびP. Thitimajshimaによって導入され、知られているように多くの開発がなされてきた。

0003

ターボ符号化は、インターリーブステップによって分離される要素符号連接することにより行われる。要素符号には、種々のタイプの符号を用いることができ、たたみ込みターボ符号の場合には再帰組織符号(RSCで表す)を、ブロクターボ符号の場合にはブロック符号(RS、BCH)を用いることができる。後者については、1996年に発表された論文「A very low complexity block turbo decoder for product codes」(Proc. ofIEEE Globecom, pp. 101-105)において、R. Pyndiah、P. CombellesおよびP. Addeが記載している。種々のタイプの連接が想定されており、たとえば並列連接では、インターリーブされた後に同じ情報が各符号器によって個別に符号化され、直列連接では、各符号器の出力がインターリーブされた後、後続の符号器によって符号される。詳細な説明については、並列連接の場合にはBerrou他による上記の論文を、直列連接の場合にはS. Benedetto、G. Montorsi、D. DivsalarおよびF. Pollaraによる論文「Serial concatenation of interleaved codes: Performance analysis, design and iterative decoding」(JPLTDA Progr. Rep., Vol. 42-126, Aug. 1996)を参照することができる。

0004

従来、ターボ符号の復号化は、一連要素復号化動作からなり、ターボ復号化とも呼ばれる反復プロセスを用いて行われており、その要素復号化動作には、重み付けされた入力値を受信し、その入力にそれぞれ関連する重み付けされた出力値を供給することが含まれ、直列ターボ符号の場合には、対応する要素符号化動作の出力にも重み付けされた出力値が供給される。重み付けされた入力および出力値は、対応する要素符号器の入力および出力(直列ターボ符号の場合)における2値あるいはM値のシンボルの確率を表す。デインターリーブ動作およびインターリーブ動作は、符号化時に実行されるインターリーブ動作の関数として行われ、そのデインターリーブおよびインターリーブ動作によって、要素復号化動作は、対応する符号化動作の入力での順序と同じ順序でデータを考慮できるようになる。

0005

図1はターボ符号器の一例を概略的に示す。図示されるターボ符号器は大きさ2の並列ターボ符号器である。データのブロックの形をとる情報xは、第1の出力y1を供給するために第1の要素符号器110によって符号化され、かつインターリーバ115によってインターリーブされた後に、第2の出力y2を供給するために第2の要素符号器120によって符号化される。組織情報は、130において符号化された情報y1およびy2と多重化され、その後、チャネルインターリーバ140によってインターリーブされる。

0006

受信されると、その情報は、図2に示されるターボ復号器を用いて復号化される。チャネルデインターリーバ145においてデインターリーブした後に、その情報x、y1およびy2は、デマルチプレクサ150によって逆多重化される。LogMAPタイプの要素復号器160および170はそれぞれ、要素符号器110および120に対応する。重み付けされた入力および出力タイプ復号器160は、xについての事前情報と符号化された情報y1とを受信し、xについての事後情報をそこから導出する。事後情報と事前情報との間の差は、外因情報と呼ばれる。xについての事前情報、および第1の復号器によって供給される外因情報e1はインターリーブされた後に加算され、x(より正確にはx’、xのインターリーブされたバージョン)についての新しい事前情報が復号器170に供給される。復号器170は、この事前情報と符号化された情報y2とから、x’についての事後情報を推定する。その情報の差から、内因情報e2’が、171において導出され、デインターリーバ180においてデインターリーブされた後に、151において組織的情報に加算され、復号器160にxについての新しい事前情報が供給される。その後、所定の反復数niterationsだけ復号化ステップが繰り返される。復号器170の出力の軟判定値(flexible values)は判定装置190にかけられ、硬判定値(hard values)が供給される。誤り訂正検査195が判定装置190の出力に関して動作し、復号化されたブロックに誤りがないか否かを判定し、誤りがない場合には、所定の数niterationsだけ待つことを必要とせずに、反復を終了する。別法では、反復の停止を決定するために、ターボ復号器は、CRCの代わりに、たとえば1996年3月に発表されたJ. Hagenauer他による論文「Iterative decoding of binary blockand convolutional codes」(IEEE Transaction on Information Theory, vol.42, pp. 429-445)、あるいは1993年12月に発表されたM. Moherによる論文「Decoding via cross entropy minimization」(Proc. IEEE Globecom Conf., Houston, TX, pp. 809-813)開示される判定基準のような、重み付けされた値に関する別の停止判定基準を用いることができる。

0007

反復復号化の原理は、C. Douillard他による論文「Iterative Correction ofIntersymbol interference: Turbo-equalization」(European Trans. Telecomm., Vol. 6, No. 5. Sept./Oct., pages 507-511)において等化にも適用された。この反復等化方法ターボ等化とも呼ばれ、シンボル間干渉ISI)によって影響を及ぼされるチャネルが、たたみ込み符号器に等価であると見なすことができ、結果として、チャネル符号器、インターリーバおよび伝送チャネルを連接したものそのものが、ターボ復号器に等価であると見なすことができるという原理から出発している。

0008

図4は、ターボ等化器の構造を概略的に示す。データは、図3に示される送信機と同じ側では、符号器201においてチャネル符号化され、その後インターリーバ202によってインターリーブされ、変調器203において、M値−シンボルマッピングにかけられる。そのデータは、チャネルインターリーバ204によってインターリーブされたシンボルのブロックの形で送信される。そのターボ等化器は、最初にチャネルデインターリーバ210を備え、その後、符号化されたデータの軟判定値を供給する、Log−MAPタイプの重み付け出力等化器を備える。これらのデータはデインターリーバ230においてデインターリーブされ、その後、重み付けされた出力を有するLog−MAPタイプの復号器240によって復号化される。復号器240から出力される軟判定値は、対応する硬判定値を供給する判定装置250にかけられる。復号器240の入力における重み付けされた値は出力値から減算され、外因情報eが供給される。インターリーブ後、その外因情報は、一方では等化器220の出力において減算され、もう一方では再変調された後に、等化器に伝送される。受信されたシンボルおよび再変調された外因情報から、等化器220は新たな事前推定続行する。こうして、ターボ等化器は、1つのシンボルブロックにおいて所定の数の反復を実行する。250の出力における誤り訂正検査260は誤りの存否診断し、誤りがない場合には、所定の数niterationsだけ待つことを必要とせずに、反復することなく反復プロセスをインタラプトする。別法では、停止判定基準は、上記のように、重み付けされた値に関連付けることができる。

0009

設計に関連して、ターボ符号化およびターボ等化の両方の場合に、同じプロセッサ内、あるいは、それぞれ所与ランクの反復に対して役割を果たす、パイプラインに配列された専用回路内で、反復を次々と実行することができることに留意されたい。

0010

ターボ符号化およびターボ等化の場合に、ビット誤り率BER)あるいはパケット誤り率(PER)に関する性能を全て上げていくと、内部インターリーバIL)のサイズNが長くなる。これは、内部インターリーバのサイズを大きくする、すなわちインターリーブが実行されるブロックのサイズを大きくすることにより、ターボ符号のハミング重み分布、および反復復号化の効果の両方が改善されるためである。インターリーブ利得はターボ符号のタイプによって変化する。これ以降、用語「性能」は、復号化されたデータに関するBERあるいはPERに対して区別することなく用いることにする。

0011

図5は、一例として、ブロックのサイズNが200から1000まで変化するときの図1のターボ符号器の場合のインターリーブ利得を示しており、その要素符号器は、多項式(13,15)octのRSC(再帰的組織たたみ込み)符号器である。

0012

受信されたデータあるいはシンボルのブロックが実際に復号化された形で利用できるようになるまでの時間として定義される、受信機待ち時間は、その応用形態の重要なパラメータであり、そのため当分野においては、小さい値のNを用いるようにすることが知られている。

0013

受信機における待ち時間は実際には以下のように書き表すことができる。

0014

0015

ただしDdは1反復当たりの復号化速度であり、Trecは1ブロックのデータをデインターリーブされた形で得るのにかかる時間である。

0016

待ち時間の短縮は、ブロックのサイズを小さくすることにより達成することができるが、図5から明らかなように、それに応じてシステムの性能が劣化するという犠牲をともなう。本発明の根底をなす1つの課題は、性能の劣化を引き起こすことなく、当分野の現状よりも短い待ち時間を達成できるようにするブロックサイズNを決定することである。

0018

反復復号化が高速のプロセッサによって処理されるとき、重要なリソースはもはや待ち時間ではなく、復号化に含まれる動作の数にも依存する、その計算を実行するために費やされるエネルギーである。

0019

本発明の根底をなす一般的な課題は、性能の劣化を引き起こすことなく、当分野の現状よりもリソースの消耗を低減できるようにするブロックサイズNを決定することである。

0020

本発明によってもたらされる解決法は、反復復号化にかけられることを目的として、符号化されたデータのブロックのサイズを最適化する方法を特徴とし、反復復号化の出力における最大誤り率が予め固定されており、その方法は、1以上の整数因子で割った標準的なブロックサイズの約数である複数のブロックサイズと、1ブロック上の反復復号化によって行われるようになる最大反復数を与える複数の整数との中から、最大誤り率に適合し、約数サイズのブロック上で反復復号化が実行することになる平均反復数を、最も小さくできるような約数サイズと最大反復数とを求める。

課題を解決するための手段

0021

有利には、所与の因子kによって割った約数であるサイズおよび所与の最大反復数の場合に、平均反復数は、約数サイズの一連のブロック内の各ブロックに対して反復復号化によって行われることになる反復数の平均値として、信号対雑音比に応じて判定することができ、約数サイズのブロックが所定の信頼度判定基準が満たすか、あるいはこのブロックのための反復数がその所与の最大反復数に達する場合に、その反復が停止される。

0022

種々の約数サイズ、種々の最大反復数および種々の信号対雑音比の場合の平均反復数は、テーブルに格納されることが好ましい。そのテーブルは、反復復号化が続けられるのに応じて更新することができる。平均反復数は、そのテーブル内の利用可能な値を補間することにより有利に選択される。

0023

その探索は、所定の値より大きい値を有する整数に限定することができる。

0024

一実施形態によれば、その探索の前に、所定の最大復号化時間に適合する、標準的なブロックサイズの場合の最大反復数が判定され、その複数の約数ブロックサイズおよび複数の整数の中からの探索は、約数のサイズのブロック上の反復復号化によって達成されることになる平均反復数が、最大反復数より小さくなるような値に限定される。

0025

また本発明は、符号化されたデータのブロックを反復復号化する方法を特徴とし、そのブロックは初期サイズを有し、その方法は、先に開示された最適化方法によって、最適ブロックサイズとこのサイズに関連する最大反復数とを判定する。初期サイズのブロック内のデータが、最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、そのサブブロックは、反復復号化の一連の反復によって順次復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数がその最適サイズに関連する最大反復数に達する場合には1つのサブブロックのための反復が停止される。

0026

また本発明は、符号化されたデータのブロックを反復復号化する方法を特徴とし、そのブロックは初期サイズを有し、その方法は、先に開示された最適化方法によって、最適ブロックサイズとこのサイズに関連する最大反復数とを判定する。初期サイズのブロック内のデータが、最適サイズの一連のサブブロックとして符号化されているときに、そのサブブロックは、反復復号化の1回の反復を各サブブロックにおいて連続して行うことにより復号化され、所定の信頼度判定基準が満たされるか、あるいは反復数がその最適サイズに関連する最大反復数に達する場合には1つのサブブロックのための反復が実行されなくなる。

0027

本発明は、上記の最適化方法を実施するための手段を有するターボ符号器によって符号化されるデータのブロックを反復復号化するための装置に関し、その手段は最適ブロックサイズと、最適サイズの1ブロック当たり最大の反復数とを供給し、またその装置は、ターボ符号器に最適ブロックサイズの情報を送信するための手段も備える。

0028

また本発明は、データのブロックを符号化するように構成されるターボ符号器と、ターボ符号器によって符号化されたデータのブロックを復号化するように構成される、上記のような反復復号化装置とを含む符号化/復号化システムに関し、反復復号化装置は、最適ブロックサイズの情報を受信し、その受信された情報にしたがって少なくとも1つの内部インターリーバのサイズを変更するための手段を備える。

0029

また本発明は、データのブロックを符号化するための装置に関し、その装置は上記のような最適化方法を実施するための手段を有し、その手段は最適ブロックサイズを供給し、またその装置はその最適ブロックサイズにしたがって、符号化されたデータのブロックのサイズを適応的に変更するための手段も備える。

0030

最後に、本発明は、符号器によって符号化され、変調されたデータのブロックをターボ等化するための装置に関し、その装置は上記の最適化方法を実施するための手段を有し、その手段は最適ブロックサイズを供給し、またその装置は符号器に最適ブロックサイズの情報を送信するための手段も備える。

0031

上記の本発明の特徴および他の特徴は、例示的な実施形態の以下に記載される説明を読むことによりさらに明らかになるであろう。その説明は、添付の図面に関連して与えられる。

0032

実施の形態1.本発明の根底をなす一般的な概念は、設定数とも呼ばれる所定の反復数niterationsの場合に、反復復号器において、最後の反復が計画される前に、そのブロックを完全に復号化することができるということを利用することである。たとえば、その反復のための反復停止判定基準が完全な判定基準である(BERが0、すなわちブロック内に全く誤りがない)場合には、平均反復数、(−)niterationsは多くの場合に、図6において確認することができるように、設定数よりも小さい。この図は、niterationsの値が異なる場合に、信号対雑音比による(−)niterationsの変化を示す。所与の数、niterationsの場合に、平均反復数がこの値に達することはなく、これは信号対雑音比が高いに場合に一層そのようになることを確認することができる。当然、実際には、完全な停止判定基準は存在せず、たとえば、CRCによって誤りがないことを単に検査し、CRCがもはや誤りを検出しなくなった直後に、反復が停止される。しかしながら、niterationsに対する(−)niterationsの変化に関する結論は依然として有効である。なお、(−)nにおいて、(−)はnのオーバーラインを表わす。

発明を実施するための最良の形態

0033

図7は、BER(それゆえPER)を0にするために必要とされる反復数のヒストグラムを概略的に示す。実際には、無限の反復数を達成することはできないので、待ち時間に適合する設定反復数niterationsは上記のように固定され、(1)によるインターリーバのサイズがそこから導出される。ヒストグラムの平均(−)n∞は、無限の設定数に対応する。所与の設定数niterationsの場合に、平均値(−)niterationsは、曲線斜線領域上で得られる。

0034

設定待ち時間Tを与え、Tlatency<Tを満たす一対の値(niterations、N)が決定されているものと仮定する。ただしTlatencyは(1)によって与えられる。これ以降、niterationsおよびTlatencyはそれぞれn(1)iterationsおよびT(1)latencyで示されるであろう。

0035

ここで、ブロックのサイズN、それゆえターボ符号器あるいはターボ等化器の内部インターリーバのサイズが、0以外の整数kによって除算されるものと仮定する。縮小されたサイズN/kのk個のブロックが復号化されるまでの待ち時間T(k)latencyは以下の式によって表される。

0036

0037

ただしT(k)recは、縮小されたサイズN/kのk個のブロックが、適用可能な場合にはインターリーブされた形で、受信機において利用可能になるまでの受信時間である。チャネルインターリーブが存在しない場合、この受信時間はN/(k・Du)+Σki=2δt(i)recに等しい。ただし、N/(k・Du)は、第1のブロックサイズN/kの受信時間であり、δt(i)recは、(i−1)番目のブロックの復号化の終了時と、i番目のブロックの受信の終了時との間で受信機が待たなければならない時間である。したがって、これは、N/(k・Du)<T(k)rec<N/Duを与える。一方、Mk>N/kの場合に、サイズMkのチャネルインターリーバが送信機に適用されているとき、これは、T(k)rec=Mk/Du+ΣN/Mki=2δ(i)recを与える。ただしδ(i)recは、一方においてk・Mk/Nブロックの(i−1)番目のグループのデインターリーブおよびその復号化の終了時と、もう一方ではi番目のグループの受信の終了時との間の待ち時間である。実際には、Mk=Nが得られることになり、それゆえT(k)rec=Mk/Duである。

0038

niterations(i)は、所与の設定反復数n(k)iterationsの場合に、所定の停止判定基準を用いて、サイズN/kのi番目のブロックにおいて復号器によって行われる反復数である。

0039

(−)n(k)iterationsは、k個のブロックの組において行われる平均反復数である。(−)n(k)iterationsは一般に、ブロックサイズN/kの場合に選択される設定数n(k)iterationsと、信号対雑音比とに依存することに留意されたい。これ以降、用語(N/k、n(k)iterations)は、サイズN/kのブロック上で動作するターボ符号のために用いられ、多くても1ブロック当たりn(k)iterationsによって復号化されるであろう。

0040

一般に、チャネルインターリーブのサイズMkはkとともに減少し(幅広い意味で)、それゆえT(k)recは、チャネルインターリーブが適用されるか否かにはかかわらず、kの減少関数であり、すなわちT(k+1)rec<T(k)recであることにまず最初に留意されたい。

0041

停止判定基準は、所定の残留誤り率許容できることにも留意されたい。上記のように、重み付けされた出力(1つまたは複数)あるいは外因情報において動作する停止判定基準を用いることができ、所定の信頼度閾値に到達する際に、その反復の停止がなされるようになる。全ての場合に、停止判定基準は、復号化されたデータのブロックの信頼度に関連し、そのため信頼度判定基準とも呼ばれるであろう。用いられる停止判定基準は、kの全ての値の場合に同じになるように選択される。

0042

本発明は、最大設定反復数に達する前に、一般に反復復号化が収束し、整数k、すなわち、平均反復数(−)n(k)iterationsが、(−)n(k)iterations<n(1)iterationsであり、それゆえ必然的にT(k)latency<T(1)latencyになるような整数kおよび設定数n(k)iterationsを見いだすことができるということに基づいている。

0043

2つの状況間の比較が図8に示される。1回の反復は、そのブロックの長さにわたって延在する水平線によって表される。その線は、反復後に誤りが残っている場合には破線であり、誤りがない場合には実線である。誤りの位置は×記号により示されている。図の上側の部分は、サイズNのブロックにおいて、待ち時間の制約条件3N/Dd<Tを満たす設定数n(1)iterations=3の反復の場合の反復復号化のプロセスを示す(簡略化するために、チャネルインターリーブは行われず、受信時間は0であるものと仮定する)。反復プロセスは3番目の反復の終了時には収束されず、復号化されたブロックには誤りが残留する。図の下側の部分は、そのブロックのサイズを10分割したときの状況を示す。設定数n(10)iterationsは、4に等しくなるように選択されている。大部分のブロックの場合に、反復プロセスは、4回の反復の前、および3回の反復の前であっても、収束することが明らかに示される。この例では、ブロック8のみが依然として、4番目の反復の終了時に誤りを有する。理想的な待ち時間については、待ち時間が3N/Ddから2、6N/Ddへと変化する。

0044

一般的に、因子kおよび反復数n(k)iterationsの選択は、所与の性能の制約条件を満たしつつ、待ち時間T(1)latencyから、より短い待ち時間T(k)latencyに移行することを可能にする。その後、kおよびn(k)iterationsの値の中から、最も短い待ち時間T(k)latencyを得ることができるようにする値の対が求められる。採用されるkの値は、縮小されたサイズN/kのk個のブロックにおいて待ち時間を平均化するだけの十分に大きな値でなければならない。

0045

図9は、本発明の第1の実施形態による、性能の制約条件下で、ブロックサイズを最適化する方法の流れ図を概略的に示す。710において示される送信は、1つの内部インターリーブ長と、ブロックサイズNとを用いる。受信されると、720において、N、および721における最大待ち時間Tの推定値から、式(1)を用いて最大反復数n(1)iterationsが決定される。第2のステップ730では、システムは次に、信号対雑音比を考慮して、テーブル731の中から、必要とされる性能レベル(BER、PER)に適合するk(k>1であり、kはNの除数)およびn(k)iterationsの値を選択する。本発明の一変形形態によれば、固定されたサイズのチャネルインターリーブが用いられる(それゆえ、T(k)recが一定である)とき、その探索は予め、(−)n(k)iterations<n(1)iterationsであるようなkおよびn(k)iterationsの値に限定される。その際、ステップ730において、選択された値の中から、最も短い待ち時間T(k)latencyを与える値の対(kおよびn(k)iterations)が決定される。

0046

ステップ740では、採用されたkの値が待ち時間の平均化のために必要とされる値kminより大きいか否かが検査される。大きい場合には、kおよびそれゆえ新しいブロックサイズN/kの値が、戻りチャネルを用いて送信機に送信される。その後、ターボ符号器が、この新しい値にしたがって、そのブロックのサイズ、および内部インターリーバ(単数または複数)のサイズを適合させる。大きくない場合には、最適化プロセスは終了し、ブロックサイズは変更されないままである。

0047

示される実施形態に対する代替形態では、検査740は実行されず、テーブル731内の探索は、kminより大きいkの値に限定される。

0048

テーブル731は予め作成されるか、得られた性能および実際の反復数から後で作成されることができる。またそのテーブルは予め作成され、システムを使用するのに応じて完成させることができる。そのテーブルにおいて利用できない値は、既知の値を補間することによって計算することができる。

0049

本発明の第2の実施形態によれば、ブロックサイズ最適化プロセスは送信機において行われ、システムは、受信機と送信機との間に戻りチャネルを全く持たない。そのブロックサイズは送信機において変更され、1ブロック当たりの最大反復数は、反復復号化の出力における最大誤り率の制約条件にしたがって、受信機においてできる限り低減される。このようにして、平均反復数が得られ、それゆえ、最大限可能な範囲まで短縮された受信機待ち時間が得られる。

0050

いずれの実施形態においても、ブロックのサイズNが因子kによって分割されているとき、反復プロセスは2つの実現可能な方法で行うことができる。

0051

第1の変形形態によれば、第1の復号化反復が、k個の各ブロックの対して行われ、第2の復号化反復が、第1の反復等の後に誤りが残留しているブロックに対して、k個のブロックの復号化のために割り当てられた利用可能なリソースあるいは時間が使い尽くされるまで行われる。各通過時に、残留する誤りを有するブロックが、停止判定基準を用いて特定される。このようにして、利用可能なリソースあるいは割り当てられた待ち時間が最適な形で用いられることになり、1ブロックの復号化にあまりにも長時間「手間取り」、kが反復数の十分な平均化を確実にするほど十分に大きくない場合に後続のブロックに不利になることが避けられることは確実である。

0052

図8の例の場合に、この変形形態は以下のように実施されるであろう。
1−ブロック1〜10に対する反復#1
2−ブロック1〜10に対する反復#2→ブロック1、2、5、6、10訂正
3−ブロック3、4、7、8,9に対する反復#3→ブロック3、4、7、9訂正
4−ブロック8に対する反復#4

0053

この第1の復号化の変形形態は、チャネルT(k)rec=Mk/Duが固定されているか、あるいはkが小さいときに有利である。これは、チャネル時間Mk/Duが固定されている場合には、1ブロックを復号化することができるようになる前に時間Mk/Duだけ待つ必要があり、kが小さい場合には、あらゆる平均化の問題点を改善することができるようになるためである。

0054

第2の変形形態によれば、k=10の各ブロックがそれぞれ順次復号化される。平均して10個全てのブロックにわたって、1ブロック当たり(−)n(10)iterations=2.6の反復に達するために、停止判定基準を用いて、各ブロックにおいて最大でn(10)iterations=4の復号化反復が順次行われる。

0055

図8の例の場合に、この変形形態は以下のように実施されるであろう。
1.ブロック1に対して反復1〜2
2.ブロック2に対して反復1〜2
3.ブロック3に対して反復1〜3
4.ブロック4に対して反復1〜3
5.ブロック5に対して反復1〜2
6.ブロック6に対して反復1〜2
7.ブロック7に対して反復1〜3
8.ブロック8に対して反復1〜n(10)iterations=4
9.ブロック9に対して反復1〜3
10.ブロック10に対して反復1〜2

0056

第2の変形形態は、チャネルインターリーブ時間T(k)rec=Mk/Duが固定されていないか、あるいはkが大きいときに有利である。これは、時間Mk/Duが固定されていない場合には、おそらく性能の劣化を犠牲にして、サイズk/Nのk’<k個の連続したブロックにおけるインターリーブに対応する値まで短縮させることができるためである。結果として、(2)によって与えられる待ち時間T(k)latencyも短縮させることができる。

0057

ここまで基本的に取り扱われてきた最大待ち時間は、反復復号化を達成するための利用可能なリソースのうちの1つにすぎないことに留意することが重要である。リソースは、プロセッサによって費やされるエネルギーおよびそれ自体の反復関数を意味することができる。より一般的には、利用可能なリソースは、反復復号化によって費やされることになる、付加的な物理量を意味するであろう。

0058

本発明の説明は基本的には、ターボ符号化されたブロックのサイズの最適化のプロセスとして性能の制約条件下で示されてきたが、同じようにして、この最適化がターボ等化器(第1の実施形態)で実行されるか、送信機(第2の実施形態)で実行されるかに関係なく、性能の制約条件下にある、ターボ等化されたブロックのサイズを最適化するプロセスにも当てはまる。

0059

図1当分野において知られているターボ符号器の一例を示す概略図である。
図2図1のターボ符号器によって符号化されるデータを復号化するように構成される、既知の構造を有するターボ復号器の一例を示す概略図である。
図3当分野において知られている送信機の一例を示す概略図である。
図4当分野において知られているターボ等化器の一例を示す概略図である。
図5第1のブロックサイズから第2のブロックサイズに変化する、図1のターボ符号器のインターリーブ利得を示すグラフである。
図6完全な停止判定基準が用いられるときに、所与の最大反復数の場合に、図2のターボ復号器の平均反復数を示すグラフである。
図7完全な停止判定基準を満たすために必要とされる反復数のヒストグラムである。
図8本発明の結果から生じる反復数の平均化の利点を示す図である。
図9本発明の第1の実施形態による最適ブロックサイズを判定する方法の流れ図である。

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