JP2007081760A - Turbo decoder and method thereof, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はターボ復号装置及びその方法並びにプログラムに関し、特に通信システムや情報処理システムの分野において使用される高性能及び高信頼性のターボ符号を復号化するターボ復号方式の改良に関するものである。 The present invention relates to a turbo decoding apparatus, a method thereof, and a program, and more particularly to an improvement of a turbo decoding method for decoding a high-performance and high-reliability turbo code used in the field of communication systems and information processing systems.
信頼度が低い時間的に変化する回線状態を有する通信システムにおいて良く利用される技術として、パケット再送制御を用いた自動再送要求（ＡＲＱ：Automatic Repeat Request）方式と誤り訂正復号（ＦＥＣ：Forward Error Correction）方式とを組み合わせたハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）と称される技術がある（特許文献１参照）。 As a technique often used in a communication system having a line state that changes with time with low reliability, an automatic repeat request (ARQ) method using packet retransmission control and an error correction decoding (FEC) ) There is a technique called hybrid ARQ (HARQ) in combination with a method (see Patent Document 1).
このＨＡＲＱ技術における再送のための機能ブロック図を図５に示している。図５において、周知の巡回冗長検査（ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check ）符号を用いてＣＲＣチェック部３４においてパケット内に誤りが検出されると、通信システムの受信機での誤りを含むパケットを正しく復号する確率を向上させるために、当該パケットの再送要求を、送信機に対して行う。この再送要求に応答して、送信機からパケットが再送されることになる。
A functional block diagram for retransmission in the HARQ technique is shown in FIG. In FIG. 5, when an error is detected in the packet by the CRC
受信機において、この再送パケットは復調器３１により復調され、ＨＡＲＱ合成器３２より、この再送パケットの内容と再送前の受信パケットの内容とが合成される。そして、ＨＡＲＱ合成器３２の出力が誤り訂正復号器３３において、誤り訂正復号処理が行われることになる。このように、ＨＡＲＱ方式では、前回の受信情報を廃棄せずに、ＨＡＲＱ合成器３２において再利用することにより、受信機の誤り訂正能力を向上させるようにしたものである。
In the receiver, the retransmission packet is demodulated by the
上記の誤り訂正復号器３３のために使用される符号化方式として、ターボ符号による方式があり、これは、C.Berrouらによりシャノン限界に近い誤り訂正符号として提案されたもので、移動体通信システム、情報記録システム、ディジタル放送システム等を含む広範囲の通信分野や情報処理分野において用いられる高性能、高信頼性の符号化方式である。
As an encoding method used for the
ここで、まず、一般的なターボ符号器とターボ復号器について説明する。図６及び図７は公知のターボ符号器及びターボ復号器の構成を示すブロック図である。図６は符号化率＝１／３のターボ符号器の概略ブロック図を示しており、要素符号器Ｅ11及びＥ22と、インタリーバＥ21とを備えている。被符号化ビット（Information Bit to be encoded ）系列Ｅ01は分岐されて組織ビット（Systematic bit）系列Ｅ02として送出されると共に、要素符号器Ｅ11とインタリーバＥ21とに入力される。 First, a general turbo encoder and turbo decoder will be described. 6 and 7 are block diagrams showing the configuration of a known turbo encoder and turbo decoder. FIG. 6 is a schematic block diagram of a turbo encoder with a coding rate = 1/3, and includes element encoders E11 and E22 and an interleaver E21. An encoded bit sequence (Information Bit to be encoded) sequence E01 is branched and transmitted as a systematic bit sequence E02, and is input to an element encoder E11 and an interleaver E21.
要素符号器Ｅ11は、誤り訂正符号により被符号化ビット系列Ｅ01を符号化して、冗長ビット系列（Parity Bit）Ｅ12を出力する。インタリーバＥ21は、一般的に被符号化ビット系列Ｅ01を一度メモリに書き込み、これを異なる順序で読み出すことにより、データの順序を交錯して要素符号器Ｅ22に送出する。要素符号器Ｅ22は、インタリーブされた被符号化ビット系列を要素符号により符号化して冗長ビット系列Ｅ23を送出する。要素符号器Ｅ11，Ｅ22には、再帰的組織畳み込み符号器（ＲＳＣ:Recursive Systematic Convolutional Encoder ）が通常用いられる。 The element encoder E11 encodes the encoded bit sequence E01 using an error correction code, and outputs a redundant bit sequence (Parity Bit) E12. The interleaver E21 generally writes the encoded bit sequence E01 once in the memory and reads it out in a different order, thereby sending the data order to the element encoder E22 in a mixed manner. The element encoder E22 encodes the interleaved encoded bit sequence with an element code and sends a redundant bit sequence E23. As the element encoders E11 and E22, a recursive systematic convolutional encoder (RSC) is usually used.
図７に示すターボ復号器は、要素復号器（Decoder ）Ｄ04，Ｄ16と、インタリーバＤ12と、デインタリーバＤ23と、硬判定出力ブロックＤ25とを備える。要素復号器Ｄ04には、組織ビット系列Ｅ02に対応する組織情報系列（Systematic Information）Ｄ01と、冗長ビット系列Ｅ12に対応する冗長情報系列（Parity Information）Ｄ02、及び外部情報（Extrinsic Information ）Ｄ03が入力される。そして、出力された外部情報Ｄ11は次の要素復号器Ｄ16に利用される。 The turbo decoder shown in FIG. 7 includes element decoders (Decoders) D04 and D16, an interleaver D12, a deinterleaver D23, and a hard decision output block D25. The element decoder D04 receives a systematic information sequence (Systematic Information) D01 corresponding to the systematic bit sequence E02, a redundant information sequence (Parity Information) D02 corresponding to the redundant bit sequence E12, and external information (Extrinsic Information) D03. Is done. The output external information D11 is used for the next element decoder D16.
更に、得られた外部情報Ｄ11と組織情報系列Ｄ01は、インタリーバＤ12を介して、冗長ビット系列Ｅ23に対応する冗長情報系列（Parity Information）Ｄ14と共に、要素復号器Ｄ16に入力される。そして、要素復号器Ｄ16にて得られた軟出力情報（Soft Output Information ）Ｄ21と外部情報Ｄ22とはデインタリーバＤ23に送出される。 Further, the obtained external information D11 and organization information series D01 are input to the element decoder D16 through the interleaver D12 together with the redundant information series (Parity Information) D14 corresponding to the redundant bit series E23. The soft output information D21 and external information D22 obtained by the element decoder D16 are sent to the deinterleaver D23.
デインタリーバＤ23は、インタリーバＤ12によるデータの入れ替え順番とは逆の順番に出力する。すなわち、インタリーブされた軟出力情報Ｄ21及び外部情報Ｄ22の各々をインタリーブ前の順序に戻し、軟出力情報Ｄ24及び外部情報Ｄ03として出力する。さらに、硬判定＆出力ブロックＤ25は、軟出力情報Ｄ24を硬判定して最終復号結果を出力する。外部情報Ｄ03は、次の復号処理のために、要素復号器Ｄ04にフィードバックされる。 The deinterleaver D23 outputs the data in the reverse order to the data replacement order by the interleaver D12. That is, the interleaved soft output information D21 and external information D22 are returned to the order before the interleaving and output as soft output information D24 and external information D03. Further, the hard decision & output block D25 makes a hard decision on the soft output information D24 and outputs the final decoding result. The external information D03 is fed back to the element decoder D04 for the next decoding process.
以上のように、図７に示すターボ復号器では、二つの要素復号器の外部情報Ｄ03及びＤ15を更新しながら復号処理が繰り返し行なわれ、複数回のループの後、軟出力情報Ｄ24が硬判定される。 As described above, in the turbo decoder shown in FIG. 7, the decoding process is repeatedly performed while updating the external information D03 and D15 of the two element decoders. After a plurality of loops, the soft output information D24 is a hard decision. Is done.
ターボ復号の要素復号器に適用される軟出力復号アルゴリズムとしては、最大事後確率復号法（以下、Maximum A Posteriori Probability：ＭＡＰと呼ぶ）を用いる方法が現在のところ最良であると言われているが、装置規模や処理量が格段に大きくなるので、実装に際しては送られてきたデータが‘１’か‘０’かを尤度の最大値に基づいて決定することで、処理を簡略化したMax-Log-MAP （Max Logarithmic Maximum A Posteriori）を使用した方式が一般的に広く用いられている。 As a soft output decoding algorithm applied to a turbo decoding element decoder, it is said that a method using a maximum a posteriori probability decoding method (hereinafter referred to as MAP) is currently best. Since the device scale and the processing amount are significantly increased, Max is a simplified processing by determining whether the transmitted data is '1' or '0' based on the maximum likelihood value. A method using -Log-MAP (Max Logarithmic Maximum A Posteriori) is widely used.
ＭＡＰアルゴリズムは、トレリス線図を利用した最尤復号法アルゴリズムである。図８（ａ）はある要素符号器の構成の例であり、レジスタの数が３の場合を示している。トレリス線図とは、図８（ｂ）に示すように、この要素符号器に対して、ある値を入力した時の出力値と、レジスタ状態の関係を表したものである。 The MAP algorithm is a maximum likelihood decoding algorithm using a trellis diagram. FIG. 8A shows an example of the configuration of a certain element encoder, and shows a case where the number of registers is three. As shown in FIG. 8B, the trellis diagram represents the relationship between the output value when a certain value is input to the element encoder and the register state.
ＭＡＰアルゴリズムは大きく分けて次の３種類の処理から構成される。
（ａ）フォワード処理：トレリス線図の先頭から各時点の各状態へ到達する確率（フォワードパスメトリック）を算出する。
（ｂ）バックワード処理：トレリス線図の終端から各時点の各状態へ到達する確率（バックワードパスメトリック）を算出する。
（ｃ）軟出力生成処理および外部値計算：（ａ），（ｂ）の処理結果を用いて各時点における組織ビットの軟出力値を算出する。そして、この軟出力値を用いて、外部値計算を行う。
The MAP algorithm is roughly divided into the following three types of processing.
(A) Forward processing: The probability (forward path metric) of reaching each state at each time point from the top of the trellis diagram is calculated.
(B) Backward processing: The probability (backward path metric) of reaching each state at each time point from the end of the trellis diagram is calculated.
(C) Soft output generation processing and external value calculation: The soft output value of the tissue bit at each time point is calculated using the processing results of (a) and (b). Then, using this soft output value, external value calculation is performed.
トレリス線図において、時点ｔ、状態ｓにおけるフォワード処理及びバックワード処理の各々で算出されるフォワードパスメトリック及びバックワードパスメトリックをそれぞれＡｌｐｈａ（ｔ，ｓ），Ｂｅｔａ（ｔ，ｓ）と表す。また、状態ｓから状態ｓ’への時点ｔにおける遷移の確率をＧａｍｍａ（ｔ，ｓ，ｓ’）と表す（ここで、Ｇａｍｍａはブランチメトリックと呼ばれる）。Ｇａｍｍａ（ｔ，ｓ，ｓ’）は、受信値（組織情報系列、冗長情報系列、外部情報）から求める確率である。 In the trellis diagram, the forward path metric and the backward path metric calculated in the forward process and the backward process at the time point t and the state s are expressed as Alpha (t, s) and Beta (t, s), respectively. Further, the probability of transition from the state s to the state s ′ at the time t is expressed as Gamma (t, s, s ′) (here, Gamma is called a branch metric). Gamma (t, s, s') is a probability obtained from a received value (organization information series, redundant information series, external information).
上述したフォワード処理、バックワード処理、軟出力生成処理及び外部値計算の各々は、次のように実行される。
（ａ）フォワード処理：
Ａｌｐｈａ（ｔ，ｓ）＝Ｍａｘ｛Ａｌｐｈａ（ｔ−１，ｓ’）
＋Ｇａｍｍａ（ｔ，ｓ’，ｓ）｝
なお、ここで、最大値を求める処理Ｍａｘはすべての状態ｓ’についてとることを意味する。
Each of the forward processing, backward processing, soft output generation processing, and external value calculation described above is executed as follows.
(A) Forward processing:
Alpha (t, s) = Max {Alpha (t−1, s ′)
+ Gamma (t, s ′, s)}
Here, the processing Max for obtaining the maximum value means that the processing is performed for all states s ′.
図９（ａ）に示すように、時点ｔのある状態Ｓｔａｔｅ（Ｓ３）に対するＡｌｐｈａ（ｔ，Ｓ３）は、次のように計算される。２つの前段Ｓｔａｔｅの持つパスメトリックＡｌｐｈａ（ｔ−１，Ｓ１），Ａｌｐｈａ（ｔ−１，Ｓ２）の各々に、それぞれのブランチメトリックＧａｍｍａ（ｔ，Ｓ１，Ｓ３），Ｇａｍｍａ（ｔ，Ｓ２，Ｓ３）を加算し、値の大きいほうがそのＳｔａｔｅのＡｌｐｈａ値となる（Ａｌｐｈａ ＡＣＳ（Add-Compare-Select）演算と呼ぶ）。この処理を、全時間遷移ｔの全Ｓｔａｔｅに対して行い、全ＳｔａｔｅのＡｌｐｈａ値を保持しておく。 As shown in FIG. 9A, Alpha (t, S3) for a state State (S3) at time t is calculated as follows. The branch metrics Gamma (t, S1, S3), Gamma (t, S2, S3) are added to the path metrics Alpha (t-1, S1) and Alpha (t-1, S2) of the two previous stages, respectively. The larger value is the Alpha value of the State (referred to as Alpha ACS (Add-Compare-Select) operation). This process is performed on all the states of all time transitions t, and the Alpha values of all the states are held.
なお、Ａｌｐｈａ算出の初回では、前段のＡｌｐｈａ値が存在しないので、初期値の設定が必要となる。ここで、必ずトレリス線図中のＳｔａｔｅ＃０から遷移が開始されるため、Ａｌｐｈａの初期値としては、Ｓｔａｔｅ＃０のＡｌｐｈａが０、それ以外のＳｔａｔｅは−ＭＡＸ値（最小値）と規定する。
In the first calculation of Alpha, there is no previous Alpha value, so it is necessary to set an initial value. Here, since the transition always starts from
（ｂ）バックワード処理：
Ｂｅｔａ（ｔ，ｓ）＝Ｍａｘ｛Ｂｅｔａ（ｔ＋１，ｓ’）
＋Ｇａｍｍａ（ｔ＋１，ｓ，ｓ’）｝
(B) Backward processing:
Beta (t, s) = Max {Beta (t + 1, s ′)
+ Gamma (t + 1, s, s ′)}
図９（ｂ）に示すように、時点ｔのあるＳｔａｔｅ（Ｓ４）に対するＢｅｔａ（ｔ，Ｓ４）は、次のように計算される。２つの後段Ｓｔａｔｅの持つパスメトリックＢｅｔａ（ｔ＋１，Ｓ５），Ｂｅｔａ（ｔ＋１，Ｓ６）に、それぞれのブランチメトリックＧａｍｍａ（ｔ＋１，Ｓ４，Ｓ５），Ｇａｍｍａ（ｔ＋１，Ｓ４，Ｓ６）を加算し、値の大きいほうがそのＳｔａｔｅのＢｅｔａ値となる（Ｂｅｔａ ＡＣＳ演算と呼ぶ）。 As shown in FIG. 9B, Beta (t, S4) for State (S4) at time t is calculated as follows. The branch metrics Gamma (t + 1, S4, S5) and Gamma (t + 1, S4, S6) are added to the path metrics Beta (t + 1, S5) and Beta (t + 1, S6) of the two subsequent stages State. The larger value is the Beta value of the State (referred to as Beta ACS operation).
この処理を、全時間遷移ｔの全Ｓｔａｔｅに対して、Ａｌｐｈａとは逆方向から（トレリス最終Ｓｔａｔｅ側から）Ｂｅｔａ算出処理を行う。なお、Ｂｅｔａ算出の初回では、後段のＢｅｔａ値が存在しないので、初期値の設定が必要となる。ここで、トレリス線図の最終端において、Ｂｅｔａの初期値としては、Ｓｔａｔｅ＃０のＢｅｔａが０、それ以外のＳｔａｔｅは−ＭＡＸ値（最小値）と規定する。
In this process, Beta calculation processing is performed for all States of all time transition t from the opposite direction to Alpha (from the trellis final State side). Note that, at the first time of Beta calculation, there is no subsequent Beta value, so an initial value needs to be set. Here, at the final end of the trellis diagram, the initial value of Beta is defined as 0 for
（ｃ）軟出力生成処理及び外部値計算：
すでに算出しておいたＡｌｐｈａ（ｔ−１，ｓ’）の値とＢｅｔａ（ｔ，ｓ）およびＧａｍｍａ（ｔ，ｓ’，ｓ）を加算して、時点ｔにおける全パスメトリック値を求める。そして、‘デコード結果が０となるパスの最大パスメトリック’と‘デコード結果が１となるパスの最大パスメトリック’の差分が、時点ｔの軟出力値となる。
(C) Soft output generation processing and external value calculation:
The value of Alpha (t−1, s ′) that has already been calculated is added to Beta (t, s) and Gamma (t, s ′, s) to obtain the total path metric value at time t. Then, the difference between the “maximum path metric of the path whose decoding result is 0” and the “maximum path metric of the path whose decoding result is 1” is the soft output value at time t.
図１０を例として説明すると、時点ｔ＝５のすべての（ｓ，ｓ’）の組合せに対して、Ａｌｐｈａ（４，ｓ’），Ｂｅｔａ（５，ｓ）及びＧａｍｍａ（５，ｓ’，ｓ）を加算する。そのうち、デコード結果が０となるパスの最大パスメトリックＬ０（ｔ）を求める。この例では、
Ｌ０（ｔ＝５）＝Ａｌｐｈａ（ｔ＝４，ｓｔａｔｅ＃７）
＋Ｂｅｔａ（ｔ＝５，ｓｔａｔｅ＃６）
＋Ｇａｍｍａ（ｔ＝５，ｓｔｓｔｅ＃７，ｓｔａｔｅ＃６）
となっている。
Taking FIG. 10 as an example, Alpha (4, s ′), Beta (5, s) and Gamma (5, s ′, s) for all combinations of (s, s ′) at time t = 5. ) Is added. Among them, the maximum path metric L0 (t) of the path whose decoding result is 0 is obtained. In this example,
L0 (t = 5) = Alpha (t = 4, state # 7)
+ Beta (t = 5, state # 6)
+ Gamma (t = 5,
It has become.
一方、デコード結果が１となるパスの最大パスメトリックＬ１（ｔ）も求める。この例では、
Ｌ１（ｔ＝５）＝Ａｌｐｈａ（ｔ＝４，ｓｔａｔｅ＃４）
＋Ｂｅｔａ（ｔ＝５，ｓｔａｔｅ＃０）
＋Ｇａｍｍａ（ｔ＝５，ｓｔｓｔｅ＃４，ｓｔａｔｅ＃０）
となっている。そして、ｔ＝５の軟出力値は、
Ｌ（ｔ＝５）＝Ｌ０（ｔ＝５）−Ｌ１（ｔ＝５）
と計算される。
On the other hand, the maximum path metric L1 (t) of the path whose decoding result is 1 is also obtained. In this example,
L1 (t = 5) = Alpha (t = 4, state # 4)
+ Beta (t = 5, state # 0)
+ Gamma (t = 5,
It has become. And the soft output value of t = 5 is
L (t = 5) = L0 (t = 5) -L1 (t = 5)
Is calculated.
また、Ｍａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムでは，上で求めた軟出力値（事後値）から通信路値（受信値から求める値）と事前値（前段の復号器から与えられる外部情報）を減算した値が外部情報となる。 In the Max-Log-MAP algorithm, the value obtained by subtracting the channel value (value obtained from the received value) and the prior value (external information given from the preceding decoder) from the soft output value (post value) obtained above. Becomes external information.
以上のように、理想Ｍａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムでは、Ａｌｐｈａ，Ｂｅｔａの演算を一度に全復号対象データに対して行う。しかし、データ伝送ではデータ長の増大に伴って、Ｍａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰ復号に膨大なメモリ領域が必要となる。特に、トレリス全体のパスメトリック情報を記憶するためのメモリ領域が必要となる。また、復号長の増加により、復号処理遅延も増えるため、実際のリアルタイムシステムに適用することが困難である。 As described above, in the ideal Max-Log-MAP algorithm, Alpha and Beta operations are performed on all decoding target data at once. However, in data transmission, as the data length increases, Max-Log-MAP decoding requires a huge memory area. In particular, a memory area for storing the path metric information of the entire trellis is required. Moreover, since the decoding process delay increases with the increase in decoding length, it is difficult to apply to an actual real-time system.
そこで、スライディングウィンドウと呼ばれている方式が広く使用されている（非特許文献１参照）。この方法では、ウィンドウサイズ分のトレリス内の尤度情報のみ記憶しておき、このウィンドウ位置を復号長に達するまでシフトしていくことで、メモリの大幅な節約を図ることができる。 Therefore, a method called a sliding window is widely used (see Non-Patent Document 1). In this method, only the likelihood information in the trellis for the window size is stored, and the window position is shifted until the decoding length is reached, so that a significant memory saving can be achieved.
スライディングウィンドウ方式ではない一般のターボ復号方式では、初回復号処理（１ｓｔ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ，Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１）において、Ａｌｐｈａ，Ｂｅｔａを算出するためには、外部値の初期値の設定が必要であるが、通常は、これらの値は全て０とされる。但し、ＨＡＲＱ再送制御の場合には、ＨＡＲＱ再送前のターボ外部情報が一定の信頼度を有しているので、再利用できれば、より良い復号性能が得られることになる。また、復号結果が所定の条件を満たす場合には、繰り返し復号をその時点で中止させて硬判定を行い復号結果を出力するという、復号回数制御処理がある場合には、ターボ復号処理の収束は早いと考えらる。 In a general turbo decoding method that is not a sliding window method, it is necessary to set initial values of external values in order to calculate Alpha and Beta in the first decoding process (1st iteration, Decoder # 1). These values are all 0. However, in the case of HARQ retransmission control, the turbo external information before HARQ retransmission has a certain degree of reliability, so if it can be reused, better decoding performance can be obtained. When the decoding result satisfies a predetermined condition, the turbo decoding process converges when there is a decoding number control process in which iterative decoding is stopped at that time point and a hard decision is made and the decoding result is output. I think it's fast.
一方、スライディングウィンドウターボ復号方式は、ウィンドウ順に処理するものであるから、初回復号処理において、ウィンドウ毎に分割されたサブウィンドウの各々のＢｅｔａの初期値が不安定であり、よって強制設定されることにより復号の収束が遅くなり、またウィンドウ分割によって、この分割節目点（サブウィンドウ毎の分割点）での復号誤りの集中が発生するという問題がある。従って、有効なスライディングウィンドウ復号を実現するために、復号処理の初期化の改良方法が課題となっており、上述したＨＡＲＱ方式におけるターボ復号においても同様である。 On the other hand, since the sliding window turbo decoding method processes in the order of windows, in the initial decoding process, the initial value of each of the sub-windows divided for each window is unstable, and thus is forcibly set. Decoding converges slowly, and there is a problem that decoding errors are concentrated at the divided node points (dividing points for each subwindow) due to window division. Therefore, in order to realize effective sliding window decoding, a method for improving the initialization of the decoding process has been an issue, and the same applies to the turbo decoding in the HARQ scheme described above.
そこで、本発明は、ＨＡＲＱ再送時におけるターボ復号性能の向上を図り、かつターボ復号回数の減少化を図って電力消費の削減を可能としたターボ復号装置及びその方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a turbo decoding apparatus and method for improving turbo decoding performance during HARQ retransmission and reducing the number of times of turbo decoding and reducing power consumption. .
本発明によるターボ復号装置は、ターボ符号化された受信データの自動再送要求を送信側に対してなすようにした受信装置におけるターボ復号装置であって、前記受信データの再送時に、再送前のターボ復号により得られた外部情報を、パスメトリック算出のための初期値として使用する復号手段を含むことを特徴とする。 A turbo decoding device according to the present invention is a turbo decoding device in a receiving device that makes an automatic retransmission request for turbo-encoded received data to a transmitting side, and the turbo before retransmission is performed when the received data is retransmitted. It includes a decoding means for using external information obtained by decoding as an initial value for path metric calculation.
本発明によるターボ復号方法は、ターボ符号化された受信データの自動再送要求を送信側に対してなすようにした受信装置におけるターボ復号方法であって、前記受信データの再送時に、再送前のターボ復号により得られた外部情報を、パスメトリック算出のための初期値として使用する復号ステップを含むことを特徴とする。 A turbo decoding method according to the present invention is a turbo decoding method in a receiving apparatus in which an automatic retransmission request for turbo-encoded received data is made to a transmitting side, and a turbo before retransmission is transmitted when the received data is retransmitted. It includes a decoding step of using external information obtained by decoding as an initial value for path metric calculation.
本発明によるプログラムは、ターボ符号化された受信データの自動再送要求を送信側に対してなすようにした受信装置におけるターボ復号方法をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、前記受信データの再送時に、再送前のターボ復号により得られた外部情報を、パスメトリック算出のための初期値として使用する処理を含むことを特徴とする。 A program according to the present invention is a program for causing a computer to execute a turbo decoding method in a receiving apparatus configured to make an automatic retransmission request of turbo-coded received data to a transmitting side, and retransmitting the received data Sometimes, it includes a process of using external information obtained by turbo decoding before retransmission as an initial value for path metric calculation.
本発明によれば、ＨＡＲＱ再送時に、再送前のターボ外部情報（外部値）を廃棄せずに、初期情報（外部値初期値）として再利用することにより、復号性能の向上を可能とすると共に、反復復号の回数を減少することができ、よって消費電力の削減が可能となるという効果がある。 According to the present invention, at the time of HARQ retransmission, the turbo external information (external value) before retransmission is not discarded, but is reused as initial information (external value initial value), thereby improving the decoding performance. Thus, it is possible to reduce the number of iterative decoding operations, thereby reducing the power consumption.
以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態のブロック図であり、スライディングウィンドウターボ方式ではない、一般のターボ復号装置に、本発明を適用した場合のものである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a general turbo decoding apparatus that is not a sliding window turbo system.
ここで、ターボ復号とは、繰り返し復号を意味するものであり、１回の復号処理には、図７に示したように２つの要素復号器Ｄ０４，Ｄ１６を用いた要素復号処理（Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１，＃２）があり、要素復号器で得られた外部情報（Extrinsic Information ）はインタリーバＤ１２またはデインタリーバＤ２３を介して次の要素復号器に渡されるのであるが、実際には、これらを１つの処理回路で実現しており、図１はその回路ブロックを示すものである。 Here, turbo decoding means iterative decoding, and in one decoding process, as shown in FIG. 7, an element decoding process (Decoder # 1) using two element decoders D04 and D16 is used. , # 2), and extrinsic information obtained by the element decoder is passed to the next element decoder via the interleaver D12 or deinterleaver D23. The circuit is realized by a processing circuit. FIG. 1 shows the circuit block.
図１を参照すると、図５にて説明したＨＡＲＱ処理のためのＨＡＲＱ処理部１１の出力であるＨＡＲＱ処理後のデータは、ターボ入力ＲＡＭ１２に格納される。ターボ復号処理のときに、このＲＡＭ１２からのデータと、１つ前の要素復号器にて得られた外部情報とを用いて、Ａｌｐｈａ計算部１３、Ｂｅｔａ計算部１４において、Ａｌｐｈａ計算（フォワード処理）、Ｂｅｔａ計算（バックワード処理）がそれぞれ行われる。但し、ＨＡＲＱ再送の場合には、第１回ターボ復号（Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１）が始まると、ＨＡＲＱ再送前に、メモリ１９に保存されていたターボ復号の最終回の外部情報が、外部値初期値としてＡｌｐｈａ計算部１３、Ｂｅｔａ計算部１４で用いられる。そのために、外部値計算部１７とメモリ１９との切り替えがスイッチ２０により行われるようになっている。
Referring to FIG. 1, data after HARQ processing, which is an output of the
そして、得られたＡｌｐｈａ値、Ｂｅｔａ値を用いて、ＬＬＲ計算部１５において、ＬＬＲ（最大対数尤度比、すなわち軟出力値）計算が行われる。このＬＬＲ計算結果は外部値計算部１７へ入力されて、外部情報の計算が行われる。この計算結果である外部情報は、ＨＡＲＱ処理による再送時における外部値初期値として用いるために、メモリ１９へ格納され、またスイッチ２０及びインタリーバ／デインタリーバ２１を介して次の要素復号器の外部情報として用いられる。
Then, using the obtained Alpha value and Beta value, the
更に、より復号効率を高めるために、復号回数制御部１８によって復号回数の制御が行われる。すなわち、軟出力値がある所定条件を満たす時点で、繰り返し復号を中止し、硬判定部１６にて硬判定を行うよう制御している。この硬判定結果が復号結果として出力されることになる。
Further, in order to further improve the decoding efficiency, the decoding
図２は図１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。図２を参照すると、先ず、ＨＡＲＱ処理部１１におけるＨＡＲＱ処理後のデータはターボ復号器へ入力される（ステップＳ１）が、このデータがＨＡＲＱによる再送データではない場合には（ステップＳ２でＮｏ）、第１回のターボ復号の要素復号器（図７のＤ０４に相当：Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１）で用いられる外部値初期値は全て０とされる（ステップＳ３）。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the embodiment of FIG. Referring to FIG. 2, first, the data after HARQ processing in
データがＨＡＲＱ再送の場合には（ステップＳ２でＹｅｓ）、第１回のターボ復号の要素復号器（Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１）で用いる外部値初期値は、メモリ１９に保存されているＨＡＲＱ再送前のターボ復号の最終外部情報とされる（ステップＳ４）。そして、Ａｌｐｈａ、Ｂｅｔａ計算が行われ（ステップＳ５）、ＬＬＲ（軟出値）が計算される（ステップＳ６）。
When the data is HARQ retransmission (Yes in step S2), the external value initial value used in the first turbo decoding element decoder (Decoder # 1) is the turbo before HARQ retransmission stored in the
仮に、今の要素復号処理がＤｅｃｏｄｅｒ＃１の場合（ステップＳ７でＮｏ）、外部値計算が行われ（ステップＳ８）、この計算結果である外部値（外部情報）は、次段のＤｅｃｏｄｅｒ＃２の外部値初期値として使用されることになる。今の要素復号処理がＤｅｃｏｄｅｒ＃２の場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、復号回数制御処理、すなわち軟出力が所定条件を満たすかどうか判定を行って（ステップＳ９）、満たさなければ（ステップＳ１０でＮｏ）、そのときの外部情報は、次回（ターボ繰り返し復号回数の次の回）の要素復号器１へ引渡される（ステップＳ８）。
If the current element decoding process is Decoder # 1 (No in step S7), external value calculation is performed (step S8), and the external value (external information) as the calculation result is the
軟出力が所定条件を満たせば（ステップＳ１０でＹｅｓ）、復号停止となり、得られた外部情報はメモリ１９に保存される（ステップＳ１１）。保存された外部情報は、更にＨＡＲＱ再送が必要な場合に外部値初期値として用いられることになる。最後に、得られた軟出力により硬判定が行われてターボ復号の最終結果が出力されるのである（ステップＳ１２）。 If the soft output satisfies the predetermined condition (Yes in step S10), the decoding is stopped and the obtained external information is stored in the memory 19 (step S11). The stored external information is used as an external value initial value when HARQ retransmission is further required. Finally, a hard decision is made based on the obtained soft output, and the final result of turbo decoding is output (step S12).
図３は本発明の他の実施の形態のブロック図であり、スライディングウィンドウターボ方式の復号装置に本発明を適用した場合のものである。図１と同等部分は同一符号により示している。スライディングウィンドウターボ復号においては、前述した如く、１つのターボコードブロックは、複数の等長（等サイズ）のサブウィンドウ（サブコードブロック）に分割され、１つのコードブロックは、順番にサブコードブロック毎（サブウィンドウ単位）に要素復号処理を受けるようになっている。 FIG. 3 is a block diagram of another embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a sliding window turbo decoding device. Parts equivalent to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In sliding window turbo decoding, as described above, one turbo code block is divided into a plurality of equal-length (equal size) sub-windows (sub-code blocks), and one code block is sequentially assigned to each sub-code block ( Element decryption processing is performed on a subwindow basis.
従って、図１と相違する点は、図１のＡｌｐｈａ計算部１３が、図３では、サブウィンドウのＡｌｐｈａ計算部１３ａとなり、図１のＢｅｔａ計算部１４が、図３では、サブウィンドウのＢｅｔａ計算部１４ａとなっている。また、サブウィンドウ計算部１４ａのＢｅｔａ計算結果を格納するメモリ２２と、このメモリ２２の出力をサブウィンドウのＢｅｔａ計算部１４ａへ初期値として供給するスイッチ２３とが追加されている。他の構成は、図１のそれと同等である。
Therefore, the difference from FIG. 1 is that the
図３において、ＨＡＲＱ処理後のデータは全てターボ入力ＲＡＭ１２に格納され、１つのサブウィンドウ単位で、Ａｌｐｈａ及びＢｅｔａがそれぞれ計算される。但し、コードブロックをサブコードブロックであるサブウィンドウに分割処理しているために、第１回ターボ復号（Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１，＃２）のときに、中間の各々のサブウィンドウのＢｅｔａ初期値（各サブウィンドウの最後のＢｅｔａ値）は不定であるために、ＨＡＲＱ再送前に、要素復号レトリスの同等位置のＢｅｔａ値を、メモリ２２から読み出して、これら中間の各サブウィンドウのＢｅｔａ初期値として用いられる。
In FIG. 3, all data after HARQ processing is stored in the
なお、外部値初期値、ＬＬＲ計算、復号回数制御、硬判定などの処理は図１の例と同じである。復号回数制御部１８において、復号終了と判断されると、全コードブロック外部情報及びコードブロック分割による各サブコードブロックの節目のＢｅｔａ値は、それぞれメモリ１９及び２２に格納され、更に再送が必要な場合に、ターボ復号の初期値として再利用される。
Note that the processes such as the external value initial value, LLR calculation, decoding count control, and hard decision are the same as in the example of FIG. When the decoding
図４は図３に示した本発明の他の実施の形態の動作を説明するための図であり、ＨＡＲＱ再送の場合を含むスライディングウィンドウターボ復号処理の動作である。各サブウィンドウのＨＡＲＱ再送時には、第１回ターボ復号の要素復号１（Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１）において、当該サブウィンドウに対するＨＡＲＱ再送前の外部情報及び節目的のＢｅｔａ情報が、それぞれメモリ１９，２２から読み出され、初期値として要素復号処理に使用される。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of another embodiment of the present invention shown in FIG. 3, and is an operation of sliding window turbo decoding processing including the case of HARQ retransmission. At the time of HARQ retransmission of each sub-window, in the first turbo decoding element decoding 1 (Decoder # 1), external information and HA-target Beta information before HARQ retransmission for the sub-window are read from the
また、第１回ターボ復号の要素復号２（Ｄｅｃｏｄｅｒ＃２）において、当該サブウィンドウに対するＨＡＲＱ再送前のターボ節目点のＢｅｔａ情報がメモリ２２から読み出されて、サブウィンドウのＢｅｔａ初期値として用いられる。ターボ復号の繰り返し回数が２以上（２回復号以降）の場合（Ｎとする）には、サブウィンドウのＡｌｐｈａとＢｅｔａの初期値は、次のようになる。
Also, in element decoding 2 (Decoder # 2) of the first turbo decoding, Beta information of the turbo node before HARQ retransmission for the subwindow is read from the
（１）最初のサブウィンドウ＃１（図４の１〜Ｗ）について：
Ａｌｐｈａは、理想Ｍａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムの設定と同じであり、Ｂｅｔａは、前回（Ｎ−１）繰り返しターボ復号における次のサブウィンドウ（図４のＷ＋１〜２Ｗ）の先頭のＢｅｔａ値である。
(1) For the first subwindow # 1 (1 to W in FIG. 4):
Alpha is the same as the setting of the ideal Max-Log-MAP algorithm, and Beta is the top Beta value of the next subwindow (W + 1 to 2W in FIG. 4) in the previous (N-1) iterative turbo decoding.
（２）最初＃１と最後＃Ｘのサブウィンドウを除く中間サブウィンドウ＃ｉ（１＜ｉ＜Ｘ）について：
Ａｌｐｈａは、前回（Ｎ−１）繰り返しターボ復号における＃（ｉ−１）のサブウィンドウの最終Ａｌｐｈａ値であり、Ｂｅｔａは、前回（Ｎ−１）繰り返しターボ復号における＃（ｉ＋１）のサブウィンドウの先頭のＢｅｔａ値である。
(2) For intermediate sub-window #i (1 <i <X) excluding the
Alpha is the final Alpha value of the # (i-1) sub-window in the previous (N-1) iterative turbo decoding, and Beta is the top of the # (i + 1) sub-window in the previous (N-1) iterative turbo decoding. Beta value.
（３）最後のサブウィンドウ＃Ｘについて：
Ａｌｐｈａは、前回（Ｎ−１）繰り返しターボ復号における＃（Ｘ−１）のサブウィンドウの最終Ａｌｐｈａ値であり、Ｂｅｔａは、理想Ｍａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムの設定と同じである。
(3) For the last subwindow #X:
Alpha is the final Alpha value of the subwindow of # (X-1) in the previous (N-1) iterative turbo decoding, and Beta is the same as the setting of the ideal Max-Log-MAP algorithm.
また、第１回ターボ復号の要素復号１（Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１）以外の外部値初期値は、Ｄｅｃｏｄｅｒ＃１と＃２との間でインタリーバ／デインタリーバを介して情報を引き渡すことにより設定される。
Also, external value initial values other than the first turbo decoding element decoding 1 (Decoder # 1) are set by passing information between the
上記の図３，４に示した例では、スライディングウィンドウターボ復号において、サブウィンドウを＃１から＃Ｘまで、この順番に処理する例であるが、サブウィンドウを＃Ｘから＃１まで、この順番に（逆の順番に）行う場合もあり、その場合には、各サブウィンドウの節目（各サブウィンドウの最初）のＡｌｐｈａ初期値は、メモリ２２から再送前の節目のＡｌｐｈａ値を読み出すことが必要になり、図３，４において、ＡｌｐｈａとＢｅｔａとが全て逆になるものである。
In the example shown in FIGS. 3 and 4, in the sliding window turbo decoding, the subwindows are processed in this order from # 1 to #X, but the subwindows are processed in this order from #X to # 1 ( In that case, the Alpha initial value of the node of each subwindow (the first of each subwindow) needs to read the Alpha value of the node before retransmission from the
上記の各実施の形態の動作は、その動作手順を予めプログラムとしてＲＯＭなどの記録媒体に記録しておき、これをコンピュータにより読み取らせて実行するよう構成できることは明らかである。 It is obvious that the operation of each of the above embodiments can be configured such that the operation procedure is recorded in advance on a recording medium such as a ROM as a program and is read and executed by a computer.
以上説明したように、本発明によれば、ＨＡＲＱ再送の場合、再送前のターボ外部情報を廃棄せず、初期情報として再利用でき、復号性能を上がることができる。また、ターボ復号の回数制御処理を利用する場合、反復復号の復号回数を減少でき、節電の効果もある。更に、コードブロックの分割によるスライディングウィンドウターボの第１回復号において、Ｂｅｔａの初期値が未定であるため、再送前のＢｅｔａ Ｍｅｔｒｉｃ情報を用いて、復号性能の改善ができることになる。 As described above, according to the present invention, in the case of HARQ retransmission, turbo external information before retransmission can be reused as initial information without being discarded, and decoding performance can be improved. In addition, when the turbo decoding frequency control process is used, the number of iterative decoding times can be reduced, which also saves power. Furthermore, since the initial value of Beta is undecided in the first sliding window turbo decoding by code block division, decoding performance can be improved using Beta Metric information before retransmission.
ここで簡単に説明すると、Ｂｅｔａ値はコードブロックの最後から最初までの方向（バックワード方向）で計算されるために、コードブロック順番（最初のサブウィンドウから最後のサブウィンドウまで）で復号を行う時に、隣のサブウィンドウ（一つ後ろ）からＢｅｔａ値が引き渡されることができない。事前初期化処理を行わない場合、初回の復号処理にてその初期値をある固定値（例えば、０）と仮定するため、この初期値設定に基づいて、算出された尤度情報（ＬＬＲ）を理想的なＭａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムの結果と異なる。 Briefly, since the Beta value is calculated in the direction from the end to the beginning of the code block (backward direction), when decoding in code block order (from the first subwindow to the last subwindow), Beta values cannot be passed from the next subwindow (one behind). When the pre-initialization process is not performed, since the initial value is assumed to be a fixed value (for example, 0) in the first decoding process, the likelihood information (LLR) calculated based on this initial value setting is used. It differs from the result of the ideal Max-Log-MAP algorithm.
つまり、尤度情報が不正確になるため、繰返し復号器の性能も悪くなる。本発明では、再送前の各サブウィンドウの節目のＢｅｔａ情報を初期値として再利用することにより、スライディングウィンドウターボ復号性能を改善できることになる。 That is, since the likelihood information becomes inaccurate, the performance of the iterative decoder also deteriorates. In the present invention, the Beta window information of each sub-window before retransmission is reused as an initial value, thereby improving the sliding window turbo decoding performance.
１１ ＨＡＲＱ処理部
１２ ターボ入力ＲＡＭ
１３ Ａｌｐｈａ計算部
１４ Ｂｅｔａ計算部
１５ ＬＬＲ計算部
１６ 硬判定部
１７ 外部値計算部
１８ 復号回数制御部
１９，２２ メモリ
２０，２３ スイッチ
２１ インタリーバ／デインタリーバ
11
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記受信データの再送時に、再送前のターボ復号により得られた外部情報を、パスメトリック算出のための初期値として使用する復号手段を含むことを特徴とするターボ復号装置。 A turbo decoding device in a receiving device configured to make a request for automatic retransmission of turbo-coded received data to a transmitting side,
A turbo decoding device comprising: decoding means for using, as an initial value for path metric calculation, external information obtained by turbo decoding before retransmission when the received data is retransmitted.
前記受信データの再送時に、再送前のターボ復号により得られた外部情報を、パスメトリック算出のための初期値として使用する復号ステップを含むことを特徴とするターボ復号方法。 A turbo decoding method in a receiving apparatus configured to make a request for automatic retransmission of turbo-encoded received data to a transmitting side,
A turbo decoding method comprising: a decoding step of using external information obtained by turbo decoding before retransmission as an initial value for path metric calculation when the received data is retransmitted.
前記受信データの再送時に、再送前のターボ復号により得られた外部情報を、パスメトリック算出のための初期値として使用する処理を含むことを特徴とするプログラム。 A program for causing a computer to execute a turbo decoding method in a receiving apparatus configured to make an automatic retransmission request for turbo-encoded received data to a transmitting side,
A program comprising a process of using external information obtained by turbo decoding before retransmission as an initial value for path metric calculation when the received data is retransmitted.
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