JP2006279958A - 情報処理の方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】過度にチャネル符号化の複雑性をもたらすことなくデータの信頼性を向上させる。
【解決手段】第一の情報要素を復号する際に第二の情報要素との推定相関を使用する。復号の工程において、軟判定アルゴリズムを使用し反復的に復号する。
【効果】チャネル符号化されたデータの復号化が、データの固有な相関を使用することにより強化された、情報処理のための新規な技術が提供される。上記相関は、送信チャネルにより導入されるビット誤りに対し非常に頑強であることが実証された。よって、上記相関は、データを復号化する際の付加的な情報を表し、これにより、所望の所与のサービス品質に対する送信機側および／または送信チャネルにおける電源および計算用資源に関する制約を緩和する。
【選択図】図８

Description

本発明は、全般的に、有線および／または無線送信チャネルを含むネットワークを介して情報を生成し通信するために使用される方法およびシステムに関する。

マイクロ光学、マイクロ機械工学およびマイクロ電子工学の技術分野における急速な進歩は、情報生成の強化に対する可能性をもたらすとともに（例えばセンサ素子により提供される測定データの形態で）、複数の送信チャネル上での膨大かつ効率的な情報配信を促進し（無線チャネルとして設計されることが多くなっている）、これにより利用者のモビリティの改善とともに接続性の強化をもたらすことがしばしばである。ここで、用語「ネットワーク」は、１つ以上の通信チャネルからデータを受信および／または送信するために、１つ以上の送信チャネルを含む通信媒体に接続される複数のネットワークノード間のデータの伝達を可能にするシステムを説明するためにしばしば使用される。送信チャネルは、ケーブル、光ファイバ、または自由空間で伝播する他種の電磁界のような有線および／または無線通信線を表すことができる。用語「ネットワーク」は、複数の基地局に連結された移動式電話の加入者、ローカルおよびグローバルなネットワークに連結されたコンピュータ装置等のように多数のネットワークノードを含むシステムとの関連で時折使用されるが、本アプリケーションでは、ネットワークは、少なくとも第１のノードと、少なくとも１つの送信チャネルを介して接続された少なくとも第２のノードとを含むシステムとして理解すべきである。この結果、第１のノードと第２のノードは異なる物理的エンティティを表わしてもよいし、あるいは異なる状態にある同じ物理的エンティティを表わしてもよい。例えば、メモリにデータを格納し、その後、当該記憶データを読出すハードウェアユニットは、データを格納するときは第１のノードを表すと考えられ、データを取り出すときは第２のノードと考えられ、一方で、該メモリは送信チャネルを表すことができる。

通常、ネットワーク通信では、最小数のビット誤りで、第１のノードから第２のノードに通信チャネルを介して送信されるデータビットストリームとして提供される情報を受信することを意図としており、ここでは、特定のアプリケーションと送信チャネル特性とに依存して、所望の程度のデータ完全性を維持するために符号化および復号化の努力を多少要する。送信チャネル品質を定量的に表す指標は、データ送信中に誤りビットを生成する確率を表すビット誤り率（ＢＥＲ）である。原理的には、各送信チャネルは、送信チャネルに供給された当初の信号の外乱を引き起こすことがある環境影響にさらされる。さらに、雑音、散乱等のような他の物理現象は、アナログ信号をディジタル表現に再変換した後にビット誤りを生成する確率に重大な影響を及ぼすことがある。信号の送信中に生成されるビット誤りの可能性は避けがたいが、情報は、情報ソースの情報容量がチャネル容量未満であり、かつソース情報を符号化する適正な方法が使用される限り、信号から確実に取り出すことができる。これに関連して、送信された信号を受信機において復号化した後に誤り情報を提供する確率を低減するためにソース情報を符号化することを、チャネル符号化と呼ぶ。すなわち、チャネル符号化は、符号化された情報の送信中に起こったかもしれないビット誤りに関係なく、少なくとも所望の程度に受信機側においてもとの情報を取り出すことができるように、例えば一定度の冗長性を与えることによりもとの情報に複雑性を付加する。信頼できる情報伝送のために必要とされるチャネル符号化の程度は、チャネル特性とソース容量とに依存するということを理解されたい。ここでは、当初符号化された情報を完全に高い信頼性で抽出するのに必要な追加冗長性は、複数のアプリケーションで許容されないことがしばしばある。一方、記憶媒体上にデータを格納し、「ｅｘｅ」ファイルを送信するなどのような多くのアプリケーションは、記憶データを使用するかまたは対応するコンピュータプラットフォーム上で「ｅｘｅ」ファイルを作動する際、アプリケーション動作に危害を及ぼさないように極めて低いビット誤り率を必要とする。よって、データ通信は、情報処理能力と、データ信頼性および／またはアプリケーション性能との妥協となることがしばしばある。従って、情報生成と情報伝送は、通常はソース符号化と呼ばれる第１段階において所望の情報が送信のために生成され準備される処理として説明することができる。上記ソース符号化の処理において、情報の量は、当初生成された情報の圧縮形態を得るために、例えば冗長性を除去することにより、また当該アプリケーションに対し必須でないと考えられる情報部分を除去することなどにより、低減される。当該情報の圧縮技術の種類に依存して、低減された情報の量は、データ損失のある、またはデータ損失のない当初の情報を反映することがある。このソース符号化後、圧縮情報はチャネル符号化される。すなわち、追加冗長性は、伝送誘発性ビット誤りの訂正を可能にするかまたは受信機側におけるビット誤りの発生を一定度識別する可能性を少なくとも与えるように、圧縮情報に追加される。こうして、チャネル符号化における上記努力によって、所与の送信チャネルに対するデータ送信の信頼性が著しく左右され、したがって特定のアプリケーションの実現可能性または適用可能性が著しく左右される。例えば、低コスト型、低電力型で、大量生産されるマイクロセンサおよびマイクロ電気機械システムの構築の大きな進歩は、多様な範囲のアプリケーションのためのシステム設計の新時代の先駆けとなった。このような装置の出現は、センサの革命と見なされる１つの重要な要素を実際に提供した。一方、分散型センサーネットワークから有益な情報を統合し、抽出し、伝達する能力により、分散型センサの利用は、複数のアプリケーションに関与する問題のための魅力的な解決策となる。従って、相互におよび外界と通信を行うネットワークにおいてセンサーノードを使用可能にすることに関するいくつかの問題に対処する研究がこの十年間になされた。

分散型センサーネットワークに関し、遭遇する問題の多くは、マイクロプロセッサ等の設計のような旧来の技術分野においても遭遇した共通の問題であるが、さらに厳しい制約が考慮されるべきである。すなわち、例えば、従来のデータ通信または端末装置と比較して著しく低減された計算用電力および電池電力は、通常、ネットワークノードにおいて利用可能であり、したがって計算用電力および電池電力に関する要件を満たすために、ネットワーク上で伝達されるデータの高効率なチャネル符号化を必要とする。従って、所与の忠実度基準に対し厳しく電力制限されたノードの送信電力を低減するためにチャネル符号化とその信号処理を設計することは重要な側面である。例えば、ネットワークとして、所与の階層レベルにおいて各々がクラスターヘッドを有する様々なクラスターに属するノード集合を含むツリー構造に、階層的に配列された複数のセンサーノードを含むネットワークが考えられる。クラスターヘッドには、他のクラスターノードと比較し、より大きな信号処理能力と利用可能な電力を与えられることができる。このような例では、クラスターヘッドは、ツリー階層の、あるレベルから次のレベルへ移動するデータに対する集合ノードを代表することができる。このような構成では、より低い階層のネットワークノードからより高い階層のネットワークノードまたはクラスターヘッドまでのデータ通信は、より低い階層のネットワークノードにおいて、送信電力および／またはコンピュータ電力の厳しい制約に起因する信頼性の低減を被ることがある。

上述の状況を鑑みるに、過度にチャネル符号化の複雑性をもたらすことなくデータの信頼性を向上するために情報処理技術を改善する必要がある。

本発明の一態様によると、情報処理方法は、第１の情報要素および第２の情報要素を適時な方法で生成する工程と、第１の送信チャネルで第１のソースから第２のソースに少なくとも第１の情報要素を送信する工程と、を含む。さらに、本方法は、送信された第１の情報要素と、少なくとも第１の情報要素を復号化する際に少なくとも第２の情報のソースにおいて入手可能な第２の情報要素との間の推定相関を使用することにより第２のソースにおいて少なくとも第１の情報要素を復号化する工程を含む。

本発明のこの態様によれば、しばしば第１および第２の情報要素の固有の特性である第１および第２の情報要素の間の相関の存在は、送信チャネルを介して送信された情報要素の少なくとも１つを復号化する際に活用することができる。これによって、第１および第２の情報要素は適時な方法で生成されるので、それらの時間関係は、第２のソースにおいて特定の相関度を判定するのに使用することができる。送信チャネルにおいて誤りを引き起こすメカニズムに対し非常に頑強である特定の相関度に基づき、第１および第２の情報要素に加えて受信機側において少なくとも第１の情報要素をより確実に復号化するために利用可能な別の情報が存在しており、これにより送信機側におけるチャネル符号化に関しての制約を緩和する可能性、または第１のソース、第２のソース、送信チャネルの所与の構成に対するデータ送信信頼性を改善する可能性を提供する。従って、当初生成された第１および第２の情報要素に存在する相関は送信中非常に頑強であるということから、第１および／または第２の情報要素を受信するネットワークノードのような任意のソースは、例えば電力利用可能性および計算用資源に関する非常に厳しい制約を満たすにもかかわらず、より確実に情報を伝達することができる。

さらに好ましい実施の形態では、少なくとも第１の情報要素を復号化する工程は、軟判定アルゴリズムを使用することにより第１の情報要素を反復的に復号化することを含む。一般的に知られているように、軟判定基準を含む反復復号化技術に基づきチャネル復号化する工程（従来の復号化方式においてしばしば使用される）もまた、第１および第２の情報要素の間の固有の相互相関を活用することにより著しく強化することができる。

好ましい一実施の形態では、少なくとも第１の情報要素を反復的に復号化する工程は、第１の反復段階において第１の情報要素を部分的に復号化することと、部分的に復号化された第１の情報要素を第２の情報要素へ関連付けることにより第１の相関値を推定すること、そして最後に、第２の反復段階において第１の情報要素を復号化する際、第１の相関値を使用することとを含む。

こうして、第１の反復段階において復号化された第１の情報要素に基づき第１の相関値を推定することにより、十分に確認された反復復号化技術を使用することができ、その後、次の反復段階において第１の相関値を提供することにより該技術を強化することができる。

ここで、該相関値により伝えられた追加情報により、第１の情報要素の正確さのさらに信頼できる評価が可能になる。第１の相関値は、前もって復号化された第１の情報要素と、第２の情報要素とに基づいて提供されるので、「副情報（side information)」は、さらに続く復号化処理を強化するためには一切必要ない。つまり、送信チャネルも第１のソースのいずれも追加情報を取り込まないが、それにもかかわらず第１の情報要素の一部が正しく送信されたか否かを判定する際に強化された手段が提供される。

さらに別の実施の形態では、第１の相関値は、軟判定アルゴリズムの少なくとも１つの判定基準を再調整するために使用される。その結果、第１のソースまたは送信チャネルに関するいかなる副情報も無しに取得された第１の相関値は、その後の反復段階において判定閾値を再調整し、これにより必要となる反復回数を低減すること、または反復段階の所与の回数に対するデータの信頼性を強化することを可能にする。

さらに別の実施の形態において、第１の情報要素を反復的に復号化する工程は、第２の反復段階後に得られた第１の情報要素を部分的に復号化することと、部分的に２回復号化された第１の情報要素を第２の情報要素へ関連付けることにより第２の相関値を推定することと、第３の反復段階において第１の情報要素を復号化する際、第２の相関値を使用することとを含む。

この実施の形態によると、さらなる別の反復段階は、以前に計算された相関値に既に基づき復号化された第１の情報要素に基づき、計算されて更新された相関値に基づき実行することができる。その結果、更新された相関値を使用することにより、さらなる別の反復処理は、さらに強化することができる。なぜならば、第１および第２の情報要素の間の相関が、チャネル誘発性誤りに関する高い頑強性のため以前の反復段階において高信頼性があったとしても、上記更新された相関値の精度は改善することができるからである。

さらに有利な実施の形態では、第２の情報要素は、第２の送信チャネルを介して第２のソースに送信される。この構成では、第２の情報要素は、第１の情報要素と同様のやり方で伝えることができ、ここでは、第１の情報要素に関して説明したように、第２の送信チャネルもまたビット誤りを受けることがあるが、第１および第２の情報要素に対し当初存在する相関は実質的に維持される。こうして、第１および第２の情報要素は相関付けられた情報ソースにより生成することができ、第１および第２の情報要素間の頑強な相関は、強化された信頼度を有する第１および第２の情報要素を復号化する際に使用することができる。

さらに別の実施の形態では、第２の情報要素は、第１の送信チャネルを介して送信される。この構成では、第２の情報要素は、第１の送信チャネルにより第２のソースにおいて入手可能となり、ここでは、相関の頑強性は、第１および／または第２の情報要素の復号化を支援することができる。例えば、第１および第２の情報要素は、同一のネットワークノードに接続された非同一の情報ソースにおいて生成することができるか、あるいは第１および第２の情報要素は、特定のネットワークノードに接続された特定のプラットホームにおいて作動する１つ以上のアプリケーションにより生成することができるか、あるいは第１および第２の情報要素は、単一の情報ソースにより生成された情報のそれぞれの部分を表すことができる。

さらに別の実施の形態では、第１の情報要素は、第１のソースにおいて生成され、第２の情報要素は、第２のソースにおいて生成される。この構成では、第２の情報要素は、必ずしも送信チャネルを介して送信されなくてもよいが、その代わり、さらなる符号化および復号化処理なしに直接使用することができる。例えば、第１および第２のソースは、第１の送信チャネルにより接続されたセンサーネットワークノードを表すことができ、したがって第２のセンサーネットワークノードは、第１の送信チャネルを介して情報を受信し、そして高度の相関（すなわち、高度の類似性または相違性）が第１および第２の情報要素間に存在するということを活用することにより、改善された信頼性を有する当該情報を復号化することができる。

別の構成では、第１の情報要素は、第１のソースにおいて生成され、第２の情報要素は、第３のソースにおいて生成される。こうして、第１および第２の情報要素は、第２のソースにおいて受信され復号化されるようにそれぞれの送信チャネルを介して送信することができる。具体的例として、第１および第３のソースは、第１のソースと通信を行うセンサーネットワークノードを考えることができる。これらセンサーネットワークノードは、計算用資源および電力に関し厳しい制約で作動される第１および第３のソースと比較して計算用電力および電源を増やしてしまうかもしれないさらに別のセンサーネットワークノードを表す。ここで、制約された第１および第３のソースのチャネル符号化および電力能力にもかかわらず、データは、高信頼度でもって第２のソースに転送できる。なぜなら、伝送誘発性誤りは、相関によって伝えられた追加情報により効率的に識別することができ、そして復号化のために使用可能であるからである。

さらに別の実施の形態では、第１の情報要素は、第１の送信チャネルを含む複数の第１の送信チャネルを介して、第２のソースを含む複数の第２のソースに送信される複数の第１の情報要素の１つであり、複数の第１のソースのそれぞれは、複数の第１の情報要素の少なくとも１つを送信し、複数の第２のソースのそれぞれは、複数の第１の情報要素の少なくとも１つを受信する。ここで、複数の第２のソースのそれぞれは、第２の情報要素を含む複数の第２の情報要素の少なくとも１つを入手可能である。ここで、本方法は、複数の第２の情報要素を有する複数の第１の情報要素のそれぞれの推定相関を使用することにより、複数の第２のソースにおいて複数の第１の情報要素を復号化する工程をさらに含む。

この構成により、複数のソースは、それぞれの情報を複数の受信ソースに送信することができる。ここで、受信側においては、１つ以上の受信メッセージと、各受信ソースにおいて入手可能な少なくとも１つの第２の情報要素との間の何らかの相関は、チャネル復号化の強化のために使用される。その結果、上記構成は、複数の送信ネットワークノードと複数の受信ネットワークノードとを含むネットワークを動作させる際に非常に有利である。本発明の実行のためには必要ではないが、この構成は、第１のソースが第２の受信ソースと比較して低減された計算用資源および／または電源を表す場合、非常に有利である。

１つの好ましい実施の形態において、本方法は、第１の情報要素のすべてのチャネル符号化に先立ってデータ圧縮無しで第１の情報要素を送信する工程をさらに含む。ソース符号化は、送信チャネルを介して転送されるビットの数を低減するために使用されるものの、ほとんどの信号処理負担を情報ソースにおいて課すことにより非常に高性能な計算用資源および電源を必要とするので、この実施の形態は、ソース符号化がそれほど魅力的でない手法であるアプリケーションにおいて非常に有利である。更に、データパケットサイズが適度に小さい場合（分散型センサネットワークではよくある）、ソース符号化は意味をなさず、実際にはデータ圧縮よりむしろデータ拡張を引き起こすことがある。

さらに好ましい実施の形態では、本方法は、第１の情報要素を表す第１のデータビットと、第２の情報要素を表す第２のデータビットとを論理演算により比較することにより、推定相関を判定する工程をさらに含む。こうして、第１および第２の情報要素の間の相関度を評価するための非常に効率的な手段が提供され、これにより、第２のソース、すなわち、受信ソースにおけるコンピュータ資源量をまた低減する。

さらに別の実施の形態では、本方法は、比較の一致の回数に基づいて比較結果を判定することと、比較結果を平滑化することにより推定相関を取得する工程とを含む。その結果、この実施の形態によると、相関は、例えば第１の情報要素および第２の情報要素を表す、対応するビット間の一致の数または不一致の数をそれぞれ数えることにより容易に判定することができ、したがって、この比較結果は、適切に平滑化されると、さらに別の反復段階でデータビットを復号化するさらに別の処理に対し容易に使用することができる。

好ましい実施の形態では、第１の要素および第２の要素は、以前の反復段階後に計算された推定相関に基づき第１および第２の情報要素の新しい復号化バージョンを評価する際に反復的に、かつ、第１段階後に取得された推定相関を使用することにより共通な系列において有利に復号化される。

さらに有利な実施の形態では、少なくとも第１の情報要素はチャネル符号化され、ここで、一実施の形態では、第１の情報要素をチャネル符号化する工程は、第１の情報要素のチャネル符号化のための低密度パリティチェックを含み、一方、別の実施の形態では、チャネル符号化は直列連接畳み込み符号（serially concatenated convolutional codes）を含む。

さらに別の実施の形態では、第１および第２の情報要素は両方とも同じ符号化方法によりチャネル符号化される。

本発明の別の態様によれば、少なくとも第１のソースにより生成された第１の情報要素を表す第１のデータと、第２のソースにより生成された第２の情報要素を表す第２のデータとをチャネル復号化する方法が提供され、ここで、第１および第２のデータは特定の相関度を有する。本方法は、第１および第２のデータを受信する工程と、第１段階において少なくとも第１のデータを復号化する工程と、第１段階において復号化された第１のデータと第２のデータとに基づいて相関度の推定値を判定する工程と、上記相関度の推定値に基づいて第２段階において少なくとも第１のデータを復号化する工程とを含む。

既に指摘したように、本発明は、送信チャネルを介して受信されたデータをチャネル復号化するための新規な技術を提供し、ここで、上記復号化は、復号化処理の信頼性を強化するために第１および第２のデータの間の相関を使用しながら少なくとも２段階で実行される。前に議論したように、ネットワークの送信チャネルを介したデータ転送を必要とする多くのアプリケーションでは、特定のネットワークノードにおいて受信された情報が相関部分を含むか、あるいは異なるネットワークノードから受信された情報が一定の相関を持つことができ、このことは、後でより詳細に議論されるように、情報転送中に発生するいかなるビット誤りとは無関係に高度に維持される。このように、第１および第２のデータを受信することにより（ここでは、少なくとも第１のデータは特定の送信チャネルを介してチャネル符号化され、送信される）、第１のデータは、送信機側および送信チャネルにおいて追加の資源を必要とすることなく、第１および第２のデータに関する付加的な情報（すなわち、これら相互の相関）に基づき復号化することができる。こうして、本発明の方法は、送信側における計算用資源および／または電源に関しての厳しい制約を有する階層構造を有するネットワークアプリケーションにおいて非常に有利である。しかしながら、本発明はまた、相関のある非同一ソースにより生成された情報であって少なくともその一部が送信チャネルを介して伝達される情報のすべての情報処理にも適用可能であることを強調しておかなければならない。例えば、雑音の有る送信チャネルにおいて測定結果がゆるやかに変化する通信は、後続の２つのメッセージ間の相関の存在を活用することにより著しく改善することができる。また、他のネットワークアプリケーションでは、後続の類似したデータまたは類似していないデータの送信は、チャネル復号化処理を強化するために、受信機側に付加的な暗示的情報（すなわち、後続のメッセージ間の相関）を提供することができる。

好ましい実施の形態では、第１のデータおよび第２のデータは復号化することができる。この構成では、第１のデータおよび第２のデータの両方は１つ以上の送信チャネルを介して送信することができ、ここでは、復号化処理は、それぞれの送信チャネルに作用する誤りメカニズムに無関係に、第１および第２のデータ両方に対する復号化の信頼性を強化するためにその固有相関を活用する。

本発明のさらに別の態様によると、ネットワークが提供される。ネットワークは、第１の情報要素を符号化するように構成されたチャネル符号器を含む第１のノードを含む。上記ネットワークは、チャネル符号化された第１の情報要素を、第１の情報要素および第２の情報要素の間の推定相関値に基づいて復号化するように構成されたチャネル復号器を含む第２のノードをさらに含み、この相関値はネットワーク上で伝達され、かつ第１の情報要素を復号化する際に第２のノードにおいて入手可能である。第２のノードは、推定相関を示す値をチャネル復号器に提供するように構成された相関推定器をさらに含む。さらに、本ネットワークは、１つ以上の通信チャネルを提供し、第１および第２のノードに接続されるとともに、少なくともチャネル符号化された第１の情報要素を第２のノードに伝えるように構成された通信媒体を含む。

前に議論したように、本発明の第１および第２の態様に関し、通信チャネルを介して伝達することができる第１の情報要素と、受信機側において第１の情報要素を復号化する際に入手可能である第２の情報要素との間に存在する相関という形式で、追加の固有の情報を使用する概念は、また、送信機側と通信チャネルとの所与の構成に関する復号化の信頼性を強化するため、あるいは、サービス品質の所望の度合いを目的とする送信機側および／または通信チャネルにおける負担を減少させるために通信ネットワークへ有利に適用することができる。

さらに、上で規定したネットワークは、複数の構成および実施の形態において提供することができ（そのうちいくつかは情報処理の方法およびチャネル復号化方法に関して説明した）、ここでもまた、新規のネットワークに適用できる複数の利点が提供される。特に、本通信ネットワークは、通信チャネルを介した送信により引き起こされた誤りを低減または識別可能にすることにより、ネットワークにおけるノード間の通信の改善を可能にする。こうして、通信チャネルの利用可能な帯域幅のより効率的な利用が達成され、これにより、例えば転送先ノードにおいて確実に受信されるためにメッセージが再送信されなければならない回数を低減する。これによって、第１および第２の情報要素は非同一のソースにより生成することができる、用語「非同一のソース」は、単一のソースにより生成された同一のメッセージの複数のセグメント、異なるソースにより生成されたメッセージのセグメント、単一ネットワークノードにおいてトラヒックを生成する複数のアプリケーションにより生成されたメッセージのセグメント、または上記構成の任意の組合せを含んでよい。その結果、本発明の通信ネットワークの概念は、広範囲な種類のアプリケーションに適用可能である。さらに、所与のネットワークノードにより処理される非同一の情報ソースの数は変化してもよく、また特に以下の組合せを含むことができる。

非同一のノードは、別のノードにより中継された情報またはメッセージ要素を送信する。よって、第１のノードによって送信された情報と相関のある情報を入手可能である。このシナリオでは、受信ノードは、復号化の信頼性の向上のための相関情報を生成するために、入手可能なメッセージを使用しながら前のノードにより送信されたメッセージを復号化することができる。

複数のノードは、ノードにより処理することができる相関のある情報を送信し、ここでは、受信ノードは、複数のノードにより送信された情報の互に既存の相関を使用することにより、複数の送信ノードからの情報を一緒に復号化する。

複数のノードは、相関のある情報を複数の受信ノードへ送信し、それぞれの受信ノードにおいて、当該相関は復号化処理を強化する際に使用される。

さらに、上述のシナリオの任意の組合せは、上に議論された本発明の通信ネットワークに基づいて実現することができる。

本発明の別の態様によると、チャネル復号器が提供される。本チャネル復号器は、少なくとも第１の信号がチャネル符号化信号である第１および第２の信号を受信し、かつ第１および第２の信号を復調して第１の情報要素および第２の情報要素を表す第１および第２のデータを生成するように構成された入力部を含む。さらに、本チャネル復号器は、第１データおよび第２のデータを受信し、第１および第２のデータの間の相関度を規定する相関値を判定するように構成された相関推定器を含む。最後に、本チャネル復号器は、入力部および相関推定器に接続され、相関値に基づいて少なくとも第１のデータを復号化するように構成された復号器部を含む。

この新規なチャネル復号器は、本発明の上記態様と同じ原理に基づくので、同様な利点もまた本新規なチャネル復号器により容易に達成することができる。

別の実施の形態において、復号器部は、相関値に基づいて少なくとも１つの軟判定閾値を調節するように構成された反復軟判定復号器を含む。その結果、この新規な反復軟判定復号器は、送信機側または送信チャネルにおいていかなる変更も必要とせずに、従来のチャネル復号器と比較して改善された効率を上記新規なチャネル復号器に提供する。

本発明のさらに別の態様によれば、ネットワークノードユニットは、上に規定されたチャネル復号器と、ネットワークに接続可能であるとともに少なくとも復号化された第１の情報要素を処理するように構成されたハードウェアユニットと、を含む。

一実施の形態において、ハードウェアユニットは、復号化された第１の情報要素の有効性を評価するとともに、少なくとも第１の情報要素の再送を命令するための命令をネットワークを介して送信するようにさらに構成される。こうして、本発明の原理を適用することにより、すなわち、情報要素またはメッセージの少なくとも１つを復号化する際に情報またはメッセージの固有の相関を使用することにより、センサアプリケーションに特に適合する非常に効率的なネットワーク・ユニットが提供される。

さらに、好ましい実施の形態およびその利点は、添付の特許請求の範囲において定義されており、そして添付図面と併せて本発明の以下の例示的実施の形態の詳細な説明を検討すると、明らかとなる。

前に説明したように、本発明は、データ保護用のチャネル符号から付加的な符号化利得を取得するために、複数の情報ソース間に存在する潜在的な相関を活用する。ここでは、受信機におけるいかなるチャネル副情報（side information）の存在を、想定もしないし、使用もしない。むしろ、相互相関の実証的推定値が、ジョイント反復軟復号化パラダイム（iterative joint soft decoding paradigm）における部分的な復号化段階において使用される（特定の実施の形態において）。

図（１）は、異なる情報要素（piece of information）間の固有の相関を使用し、これら情報要素の少なくとも１つをチャネル復号化するように構成された通信ネットワーク１００を例示的に示す。ネットワーク１００は、第１の情報ソース１３０を含む。第１の情報ソース１３０は、ここでは第１のデータ１３１として表される第１の情報要素を生成し、通信媒体１２０に提供するために必要なハードウェアユニットと装置とを含む第１のネットワークノードを表す。通信媒体１２０は１つ以上の送信チャネルを含むことができる。このように、第１のソース１３０は、１つ以上のアプリケーション手順を作動するためのプラットホームを表すことができる。これらのアプリケーション手順の内の１つ以上が、第１のデータ１３１を生成することができる。第１のデータ１３１は、ケーブル接続等のような周知の任意の手段により通信媒体１２０に提供することができる。例えば、第１のソース１３０は、データを生成して該データをチャネル符号化して通信媒体１２０に提供するために、マイクロ光学、マイクロ機械および／またはマイクロ電子部品を含むハードウェアユニットを表すことができる。特定の実施の形態では、第１のソース１３０は、環境データ等の関連データ（relevant data）を生成し提供するために構成されたセンサ素子を表すことができる。通信媒体１２０は、有線および／または無線送信チャネルとして設けられた複数の送信チャネルを含むことができ、これら送信チャネルは、特定の構成によっては、第１のデータ１３１を通信媒体１２０を介して搬送する際にチャネル誘発性誤りを生成する一定の不可避の確率を被ることがある。ネットワーク１００は、第２のソース１１０をさらに含み、第２のソース１１０は、通信媒体１２０に接続され、チャネル誘発性誤りにより第１のデータ１３１とは異なるかもしれない送信データ１３２をそこから受信する第２のネットワークノードを表す。送信データ１３２を受信するために、第２のソース１１０は、特定度合いの相関１３４により第１のデータ１３１と固有に関連付けられる第２のデータ１３３を受信するようにさらに構成された入力部１１１を含む。例えば、第２のソース１１０が、第１のソース１３１の近傍に配置されるセンサ素子であって第１および第２のソース１３０、１１０の各場所では著しい相違のない環境特性を検知するセンサ素子を含む場合、固有の相関１３４は、第１のデータ１３１と第２のデータ１３３とを生成する処理により引き起こされる。しかしながら、第１および第２のデータ１３１、１３３間に固有の相関が存在すし得る他の多くのアプリケーションが考えられる。例えば、第１および第２のデータ１３１、１３３の両方は、第１のソース１３０により生成することができ、したがって特定度合いの類似性または相違性を示し、通信媒体１２０を介して伝達することができる。他の実施の形態では、複数の第１のソース１３０を設けることができ、その各ソースは第１のデータ１３１のそれぞれの集合を生成し、該集合は第２のソース１１０へ伝達することができる。また、複数の第２のソース１１０を設けることができ、その各ソースは、第１のデータ１３１の１つ以上の集合の内の少なくとも１つの復号化処理中に活用することができる固有の相関を有する第１および第２のデータを受信する。

第２のソース、すなわちノード１１０は、通信媒体１２０を介した送信中のデータ保護を強化するために、第１のソース１３０において使用された特定のチャネル符号化技術に関するデータ１３２を、復号化するように構成された検出部１１２をさらに含む。第１のソース１３０は、相関推定器１１３をさらに含み、相関推定器１１３は、入力部１１１と復号器部１１２とに接続されるとともに、固有の相関１３４の推定を判定しかつ復号器部１１２へ推定相関を提供するように構成される。よって、この相関推定器１１３は、通信媒体１２０を介して受信された送信データ１３２の強化復号化バージョンを提供することができる。以下に示すように、固有の相関１３４は、通信媒体１２０を介して伝達されたデータが経験するいかなる誤りメカニズムに対しても極めて頑強であり、その結果、推定器１１３により与えられる推定相関は、欠陥のあるまたは誤りになりがちな送信データ１３２をより確実に復号化するために使用することができる頑強基準を表す。これにより、第１のデータ１３１をチャネル符号化する際の労力を低減する、および／または通信媒体１２０の帯域幅に関する制約を低減する、あるいは第１のソース１３１と通信媒体１２０との所与の構成に対するサービス品質（ＱｏＳ）を改善する、潜在能力を提供する。例えば、送信データ１３２を受信して第２のソース１１０における固有の相関１３４に基づいてそれを復号化した後、送信データ１３２内の誤りのために第１のデータ１３１を再送させる命令の回数は、本発明による優れた復号化効率により低減することができる。

ネットワーク１００の動作中、第１および第２のデータ１３１、１３３は、第２のデータ１３３がどこで生成されたかに関係なく、適時な方法で生成される。第１および第２のデータ１３１、１３３の時間相関に従って、第１および第２のデータ１３１、１３３は、相互に正しく割り振ることができ、したがって第２のソース１１０において適切に処理することができる。これにより、第１のデータ１３１と第２のデータ１３３との間のそれぞれの時間関係は、例えば第２のソース１１０における受信の順番により、または対応する時間情報が当該データの一部であってよいそれぞれのデータの生成の時間により、またはその他のメカニズムにより、容易に設定できることを理解されたい。その後、通信媒体１２０を介して送信される少なくとも第１のデータ１３１は、それぞれの送信チャネルのデータ保護のための任意の適切な符号化技術によりチャネル符号化される。本明細書ではこの後、畳み込み符号化技術、低密度パリティチェック（low density parity check：ＬＤＰＣ）符号化技術、および直列連接畳み込み符号（serially concatenated convolutional code：ＳＣＣＣ）に関するそれぞれの構成をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ブロック符号化および畳み込み符号化の形態の任意の組合せにおいて、そして任意の形式の符号連接（直列、並列、またはハイブリッド）とともに使用できることも理解されたい。

通信媒体１２０（前に説明したように、記憶媒体を表してもよい）を通過した後、ある程度のデータ破損が生じたかもしれなく（有線および無線送信チャネル上のデータ通信に関しては周知である）、これにより欠陥データ１３２を生成する。第１のノード１１０において欠陥データ１３２を受信した後、および欠陥データ１３２の復号化時に第２のソース１１０おいて入手可能な第２のデータ１３３に基づき、復号器部１１２は、従来の復号化技術に従って欠陥データ１３２の復号化バージョンの第１の推定値を提供することができる。その後、復号化されたデータの第１の推定値を受信するとともに第２のデータ１３３を受信する推定器１１３は、固有の相関１３４の推定値を算出し、復号器部１１２に推定相関を提供することができる。次に、復号器部１１２は、復号化された欠陥データ１３２に対する第２の推定値を推定相関に基づき判定することができる。例えば、復号器部１１２は、推定器１１３により提供される推定相関により判定基準を調節することができる軟判定アルゴリズムを含むことができる。固有の相関１３４の形式で第１のデータ１３１、１３３に包含される付加的な情報のお陰で、第２のソース１１０における復号化処理は、強化された信頼性を有する、欠陥データ１３２の復号化結果を提供することができる。

参考文献:
[1] J. Hagenauer, E. Offer, and L. Papke, "Iterative decoding of binary block and convolutional codes," IEEE Trans. on Inform. Theory, vol.42, no.2, pp.429-445, March 1996
[2] L. R. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, "Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate," IEEE Trans. On Inform. Theory, vol.IT-20, pp.284-287, May 1974
[3] C. Fragouliand R.D. Wesel, "Semi-random interleaverdesign criteria," Proc. IEEE Globecom 1999, vol.5 , pp.2352-2356, Dec. 1999
[4] G. Montorsiand S. Benedetto, "Design of fixed-point iterative decoders for concatenated codes with interleavers," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol.19, No.5, pp.871-882, May 2001

本発明によるチャネル復号器とネットワークノードとを含む通信ネットワークを例示的に表す。 シミュレーション計算結果のグラフを示す。 シミュレーション計算結果のグラフを示す。 シミュレーション計算結果のグラフを示す。 一般的なトレリス線図を例示的に表す。 本発明の例示的実施の形態によるジョイントチャネル復号器の構成を例示的に示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を表すグラフを示す。 従来の個々の直列連接畳み込み符号（ＳＣＣＣ）の符号器と反復復号器との構成を例示的に示す。 ＳＣＣＣ構成についての、信号対雑音比に対するビット誤り率およびフレーム誤り率のシミュレーション結果を示すグラフを表す。 ＳＣＣＣ構成についての、信号対雑音比に対するビット誤り率のシミュレーション結果を示すグラフを表す。 ＳＣＣＣ構成についての、信号対雑音比に対する推定相関のシミュレーション結果を示すグラフを表す。 ＳＣＣＣ構成についての、信号対雑音比に対する推定相関の変化のシミュレーション結果を示すグラフを表す。 チャネル符号化が低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）符号化方法に従って実行される、本発明による相関性ソースのジョイントチャネル復号器の構成を例示的に示す。 シミュレーション結果による信号対雑音比に対するビット誤り率を示すグラフを表す。 シミュレーション結果による信号対雑音比に対するビット誤り率を示すグラフを表す。 シミュレーション結果による信号対雑音比に対するビット誤り率を示すグラフを表す。 本発明のいくつかの例示的実施の形態によるＬＬＲ値の実証的確率密度関数を例示的に表す。 ソース間相関の２つの値について、所与のグローバル反復の終了時でのジョイントＬＤＰＣ復号器により実行されたローカル反復の平均回数を表に示す。

Claims (39)

1. 第１の情報要素および第２の情報要素を適時な方法で生成する工程と、
   第１の送信チャネルで第１のソースから第２のソースに少なくとも前記第１の情報要素を送信する工程と、
   前記送信された第１の情報要素と、前記第１の情報要素を復号化する際に前記第２のソースにおいて入手可能な前記第２の情報要素間との推定相関を使用することにより、前記第２のソースにおいて少なくとも前記第１の情報要素を復号化する工程と、を含む情報処理方法。
2. 少なくとも前記第１の情報要素を復号化する工程は、軟判定アルゴリズムを使用することにより前記第１の情報要素を反復的に復号化する工程を含む請求項１記載の方法。
3. 少なくとも前記第１の情報要素を反復的に復号化する工程は、第１の反復段階により前記第１の情報要素を部分的に復号化することと、前記部分的に復号化された第１の情報要素を前記第２の情報要素へ関連付けることにより第１の相関値を推定することと、第２の反復段階において前記第１の情報要素を復号化する際、前記第１の相関値を使用することとを含む、請求項２記載の方法。
4. 前記第１の相関値は、前記軟判定アルゴリズムの少なくとも１つの判定基準を再調整するために使用される、請求項３記載の方法。
5. 前記第１の情報要素を反復的に復号化する工程は、前記第２の反復段階後に得られた前記第１の情報要素を部分的に復号化することと、部分的に２回復号化された前記第１の情報要素を前記第２の情報要素へ関連付けることにより第２の相関値を推定することと、所望の固定の反復合計回数に達するまで第３の反復段階等において前記第１の情報要素を復号化する際、前記第２の相関値を使用することとを含む、請求項３または請求項４に記載の方法。
6. 前記第２の情報要素は、第２の送信チャネルを介して前記第２のソースに送信される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第２の情報要素は、前記第１の送信チャネルを介して送信される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
8. 前記第１の情報要素は、前記第１のソースにおいて生成され、前記第２の情報要素は、前記第２のソースにおいて生成される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
9. 前記第１の情報要素は、前記第１のソースにおいて生成され、前記第２の情報要素は、前記第３のソースにおいて生成される、請求項６に記載の方法。
10. 前記第１および第２の情報要素は、前記第１のソースにおいて生成される、請求項７に記載の方法。
11. 前記第１の情報要素は、前記第１の送信チャネルを含む複数の第１の送信チャネルを介して、前記第２のソースを含む複数の第２のソースに送信される複数の第１の情報要素の１つであり、前記複数の第１のソースのそれぞれは、前記複数の第１の情報要素の少なくとも１つを送信し、前記複数の第２のソースのそれぞれは、前記複数の第１の情報要素の少なくとも１つを受信し、前記複数の第２のソースのそれぞれは、前記第２の情報要素を含む複数の第２の情報要素の少なくとも１つを入手可能であり、前記方法は、前記複数の第２の情報要素により前記複数の第１の情報要素のそれぞれの推定相関を使用することにより、前記複数の第２のソースにおいて前記複数の第１の情報要素を復号化する工程をさらに含む、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第１の情報要素のすべてのチャネル符号化に先立って、データ圧縮を行いまたは行わずに前記第１の情報要素を送信する工程をさらに含む、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記第１の情報要素を表す第１のデータビットと、前記第２の情報要素を表す第２のデータビットとを論理演算により比較することにより前記推定相関を判定する工程をさらに含む、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記比較の一致の数に基づいて比較結果を判定し、前記比較結果を平滑化することにより前記推定相関を取得する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１および第２の情報要素が反復的に復号化される請求項１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記第１および第２の情報要素に対する第１の反復段階後に前記第１の相関値を判定する工程と、前記第１および第２の情報要素を復号化する第２の段階において前記第１の相関値を使用する工程とをさらに含む、請求項３から請求項１６に記載の方法。
17. 少なくとも前記第１の情報要素をチャネル符号化する工程をさらに含む、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の方法。
18. 少なくとも前記第１の情報要素をチャネル符号化する工程は、前記第１の情報要素を、低密度パリティチェック符号化すること、または他のブロック符号化することを含む請求項１７記載の方法。
19. 少なくとも前記第１の情報要素をチャネル符号化する工程は、それが連接ブロック、畳み込みまたは混合ブロック、および畳み込み符号であれば、直列連接畳み込み符号、または複数の符号の連接を伴うまたは伴わない他の畳み込み符号化方式を使用すること、を含む請求項１７記載の方法。
20. 前記第２の情報要素は、前記第１の情報要素と同じ符号化方法により符号化されたチャネルである請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の方法。
21. 少なくとも第１のソースにより生成された第１の情報要素を表す第１のデータと、第２のソースにより生成された第２の情報要素を表す第２のデータとをチャネル復号化する方法であって、前記第１および第２のデータは特定の相関度を有し、前記方法は、
    前記第１および第２のデータを受信する工程と、
    第１段階において少なくとも前記第１のデータを復号化する工程と、
    前記第１段階において復号化された前記第１のデータと、前記第２のデータとに基づいて前記特定の相関度の推定値を判定する工程と、
    前記推定値に基づき第２段階において少なくとも前記第１のデータを復号化する工程と、を含む方法。
22. 少なくとも前記第１のデータを復号化する工程は、前記第２のデータを復号化することを含む請求項２１記載の方法。
23. 前記相関度の推定値を判定する工程は、前記第１および第２のデータの比較に基づいて第１の相関値を判定することを含み、前記第２の段階において判定基準を再調整するために前記第１の相関値を使用する工程をさらに含む請求項２１または請求項２２記載の方法。
24. 第１の情報要素を符号化するように構成されたチャネル符号器を含む第１のノードと、
    前記第１の情報要素と、前記ネットワーク上で通信されるとともに、前記第１の情報要素を復号化する際に前記第２のノードにおいて入手可能な第２の情報要素との間の推定相関に基づいて、前記チャネル符号化された第１の情報要素を復号化するように構成されたチャネル復号器と、前記推定相関を示す値を前記チャネル復号器に提供するように構成された相関推定器と、を含む第２のノードと、
    １つ以上の通信チャネルを提供し、前記第１および第２のノードに接続され、かつ少なくとも前記チャネル符号化された第１の情報要素を前記第２のノードに伝えるように構成された通信媒体と、を含む通信ネットワーク。
25. 前記チャネル復号器は、反復軟判定復号器を含む請求項２４記載の通信ネットワーク。
26. 前記第２の情報要素を符号化するように構成されたチャネル符号器を含む第３のノードをさらに含み、前記第３のノードは、前記第２のノードに前記第２の情報要素を伝えるために前記通信媒体に接続された請求項２４または請求項２５記載の通信ネットワーク。
27. 前記第１のノードの前記チャネル符号器は、前記通信媒体上で送信するために前記第２の情報要素を符号化するように構成された請求項２４または請求項２５記載の通信ネットワーク。
28. 前記第１のノードは、第１の複数のノードの１つであり、前記第２のノードは、第２の複数のノードの１つであり、前記第１の複数のノードのそれぞれは、対応する第１の情報要素を符号化するように構成されたそれぞれのチャネル符号器を含み、前記第２のノードは、第２の複数のノードの１つであり、前記第２の複数のノードのそれぞれは、前記第１の情報要素と、前記第２の情報要素を含む複数の前記第２の情報要素との間の推定相関に基づいて、前記チャネル符号化された第１の情報要素を復号化するように構成されたそれぞれのチャネル復号器を含み、前記第２の情報要素の１つは、前記第２のノードのそれぞれにおいて入手可能であり、前記第２のノードのそれぞれは、それぞれの相関推定器を含む、請求項２４または請求項２５記載のネットワーク。
29. 前記第１および第２の情報要素を生成する１つ以上のアプリケーションを実行するように構成されるとともに、前記第１のノードに少なくとも接続されたプラットホームを含む、請求項２４から請求項２８のいずれかに記載の通信ネットワーク。
30. 前記１つ以上のアプリケーションは、１つ以上のハードウェアユニットに関連し、少なくとも１つのハードウェアユニットは、前記第１のノードに連結された、請求項２９記載の通信ネットワーク。
31. 少なくとも１つのハードウェアユニットは、前記第３のノードに連結された請求項３０記載の通信ネットワーク。
32. 前記１つ以上のハードウェアユニットは、センサ素子をそれぞれ含む請求項２９記載の通信ネットワーク。
33. 前記第１のノードにおいて利用可能な電力資源および／または計算用資源は、前記第２のノードにおいて利用可能な電力資源および／または計算用資源に比較して少ない請求項２４から請求項３３のいずれかに記載の通信ネットワーク。
34. 少なくとも第１の信号はチャネル符号化された信号である第１および第２の信号を受信し、かつ前記第１および第２の信号を復調して第１の情報要素および第２の情報要素を表す第１および第２のデータを生成するように構成された入力部と、
    前記第１のデータおよび前記第２のデータを受信し、かつ前記第１および第２のデータの間の相関度を規定する相関値を判定するように構成された相関推定器と、
    前記入力部および相関推定器に接続され、前記相関値に基づいて少なくとも前記第１のデータを復号化するように構成された復号器部と、を含むチャネル復号器。
35. 前記復号器部は、前記相関値に基づき少なくとも１つの軟判定閾値を調節するように構成された反復軟判定復号器を含む請求項３４記載のチャネル復号器。
36. 前記相関推定器は、第１の反復段階後に前記第１のデータの復号化バージョンを受信し、かつ次の反復段階のために前記復号器に、更新された相関値を提供するように構成された請求項３５記載のチャネル復号器。
37. 前記復号器部は、前記相関値に基づき前記第１のデータおよび前記第２のデータを復号化するように構成された請求項３４から請求項３７のいずれかに記載のチャネル復号器。
38. 請求項３４から請求項３７のいずれかに記載のチャネル復号器と、
    ネットワークに接続可能であるとともに、少なくとも前記復号化された第１の情報要素を処理するように構成されたハードウェアユニットと、
    を含むネットワークノードユニット。
39. 前記ハードウェアユニットは、前記復号化された第１の情報要素の有効性を評価し、かつ少なくとも前記第１の情報要素を再送するための命令を、前記ネットワークを介して送信するようにさらに構成された、請求項３８記載のネットワークノードユニット。

Images