JP2009038662A - 復号器、受信装置及び符号化データの復号方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、通信路3に伝送された符号化データXnに対して繰り返し復号法による誤り訂正復号を行って復号データCnを得る復号器5に関する。この復号器5は、符号化データXnの対数尤度比λnを算出する算出部6と、算出された対数尤度比λnの絶対値が大きい順に符号化データXnを並べ替えるデータソート部8と、並べ替えられた符号化データXnの順に、ビットシリアル型のサムプロダクト復号法又はその変形アルゴリズムによって当該符号化データXnの誤り訂正復号を行う復号処理部7とを備える。
【選択図】 図3
Description
かかる誤り訂正技術の一つとして、低密度パリティ検査(LDPC:Low-Density Parity-Check)符号と、その復号法であるサムプロダクト(sum-product)復号法とが注目されている(非特許文献1及び2)。
また、サムプログラム復号法は、並列処理による復号処理を実行するため、符号長を長くすることができるとともに、処理能力を向上させることができる。また、復号法としては、サムプロダクト復号法を簡略化した、ミニサム(min-sum)復号法も知られている。
かかる特許文献1に記載の復号装置では、行処理及び列処理の演算処理は、反復して繰り返し行われる。そして、行処理及び列処理の繰り返し回数が所定値に到達すると、行処理及び列処理の反復が終了する。
そこで、非特許文献4では、並列計算処理と近似的なシリアル計算処理を施すことで回路の小型化を計っている。また、単純にシリアル化しただけでは満足な処理速度が得られないことから、非特許文献5では、ビットシリアル(Bit-serial)処理に基づく部分並列処理型のLDPCコーダが提案されている。
このため、復号結果が受信系列の前の方のデータ内容に大きく依存し、受信信号の前の方に誤りが集中したデータを受け取った場合に、このデータを正常に復号できない可能性がある。
このため、誤りが集中した符号化データのビット誤りの伝搬が抑制され、所定の反復回数における誤り訂正能力を改善することができる。
このため、誤りが集中した符号化データのビット誤りの伝搬が抑制され、所定の反復回数における誤り訂正能力を改善することができる。
この点、上記第二の復号器では、対数尤度比の絶対値が所定の閾値より大きいか小さいかを判定すればよいので、第一の復号器に比べて復号特性がラフになり得るが、演算処理を高速化できるとともに、回路規模も小さくて済むという利点がある。
〔第一実施形態〕
図1は、本発明の第一実施形態に係る復号器を有する、通信システムの構成例を示す図である。図1に示すように、この通信システムは、符号化データを送信する送信装置(送信側通信装置)Sと、符号化データを受信して復号する受信装置(受信側通信装置)Rとを備えている。
符号化器1は、Kビットの情報に対し、パリティ計算用の冗長ビットMビットを付加して、(K+M)ビットのLDPC(低密度パリティ検査)符号化データを生成する。低密度パリティ検査行列においては、行が冗長ビットに対応し、列が符号ビットに対応する。
変調器2は、この通信路3の構成に応じて、振幅変調、位相変調、コード変調、周波数変調または直交周波数分割多重変調などの変調を行なう。
復調器4は、この通信路3における送信形態に応じて復調処理を行なう。例えば、振幅変調、位相変調、コード変調、周波数変調および直交周波数分割多重変調等の場合、復調器4において、振幅復調、位相復調、コード復調、および周波数復調等の処理が行なわれる。
図2において、上述のように、通信路3が光ファイバの場合、変調器2においては、送信データが“0”のときには、”1”に変換され、送信用のレーザダイオード(発光ダイオード)の発光強度が強くなり、また送信データビットが“1”のときには、”−1”に変換され、レーザダイオードの発光強度を弱くして送信する。
図2においては、8段階に受光レベルが量子化された場合の受信信号強度を示す。すなわち、受光レベルがデータ“7”のときには、発光強度がかなり強く、受光レベルが“0”のときには、光強度がかなり弱い状態である。
復号器5は、この復調器4から与えられた(K+M)ビットの受信符号化データ(各ビットは、多値情報を含む)の入力を受け、サムプロダクト(sum-product)復号法、或いは、これの変形アルゴリズムであるミニサム(min-sum)復号法又はファーストミニサム(fast mini-sum)復号法に従ってLDPCパリティ検査行列を適用して、元のKビットの情報を復元する。
また、図2においては、比較器を用いて、ある閾値を使って受信信号のレベルを判定し、2値信号を生成してもよい。
この図3においては、復調器4および通信路3も併せて示している。
復調器4は、通信路3から与えられた信号を復調する復調回路4aと、この復調回路4aにより生成されたアナログ復調信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路4bを含み、このアナログ/デジタル変換回路4bの出力データ(符号化データ)Xnが復号器5へ与えられる。
復号器5へ与えられる符号化データXnはL値(L≧2)のデータである。この符号化データXnは多値量子化データであるため、以下においては、当該データXnをシンボルと称することがある。
また、復号器5は、復調器4からの復調シンボルXnの対数尤度比λnを生成する対数尤度比算出部6(単に、算出部6と表記することがある。)と、対数尤度比λnの絶対値の大きさ順に復調シンボルXnを並べ替えるデータソート部8と、並べ替えられた復調シンボルXnに対して上記復号処理を行う復号処理部7(単に、処理部7と表記することがある。)とを含む。
しかし、本実施形態においては、この対数尤度比算出部6は、バッファ回路または定数乗算回路で形成され、対数尤度比λnは、Xn・fで与えられる。ここで、fは非ゼロの正の数である。
本実施形態の復号処理部7は、データソート部8が定めた変数ノードnの順序でビットシリアルな行処理と列処理の演算を反復して行わせるために、列処理部10の出力がデータソート部8を介して行処理部9にフィードバック入力されるようになっている。すなわち、行処理部9と列処理部10とは、行処理部9の入力側に位置するデータソート部8を介在した状態でループ状に接続されている。
具体的には、行処理部9が、式(1)による外部値対数比(第1変数)αmnを算出する演算を行い、列処理部10が、式(2)による事前値対数比βmnを算出する演算を行う。
また、αおよびβの行列内の位置を示す添え字“mn”は、通常は下付文字で示されるが、本明細書においては、読みやすさのために、「横並びの文字」で示す。
式(1)中において、fはギャラガ(Gallager)のf関数であり、関数sign(x)は次の式(3)で定義される。
A(m)={n:Hmn=1} …(4)
B(n)={m:Hmn=1} …(5)
より具体的に説明するために、例えば図4に示す検査行列Hを考える。
この図4の検査行列Hにおいては、第1行の第1列から第3列に“1”が立ち、また第2行の第3列および第4列に“1”が立ち、また第3行の第4列から第6列に、“1”が立つ。従って、この場合、部分集合A(m)は以下のようになる。
A(2)={3,4}
A(3)={4,5,6}
B(1)=B(2)={1}
B(3)={1,2}
B(4)={2,3}
B(5)=B(6)={3}
すなわち、図5に示すように、変数ノード1,2,3は、チェックノードX(第1行)に接続され、変数ノード3,4が、チェックノードY(第2行)に接続される。変数ノード4,5,6が、チェックノードZ(第3行)に接続される。
LDPCの検査行列Hでは、“1”の数は少なく、低密度の検査行列であり、これにより、計算量を低減できる。この変数ノードとチェックノードの間で各条件確率P(Xi|Yi)を伝播させ、MAPアルゴリズムに従って、尤もらしい符号を各変数ノードについて決定する。ここで、条件付確率P(Xi|Yi)は、Yiの条件下でXiとなる確率を示す。
なお、式(6)において、関数minは最小値を求める演算子である。また、サムプロダクト復号法の式(2)とミニサム復号法の式(7)とは同じものである。
この判定部11は、行処理及び列処理の反復回数が、終了回数に達したか否かを判定し、行処理と列処理の繰り返し回数が終了回数に達すると、復号処理部7による復号変算の反復を終了させる。
具体的には、判定部11は、次の式(8)に従ってQnを算出する。
ビットシリアル型のサムプロダクト復号法やこれの変形アルゴリズム(ミニサム復号法又はファーストミニサム復号法等)を実行する本実施形態の復号処理部7では、一連の入力シンボルXnを復号処理する場合には、通常、図5に示すように、対数尤度比λnの値に拘わらず、変数ノードnが小さい順(n=1,2,3…)に行処理と列処理が繰り返される。
従って、このような場合には、繰り返し回数を多くしても復号データが収束せず、入力シンボルXnを正常に復号できない場合がある。なお、かかる復号特性の劣化は、一連の入力シンボルXnの中間部分にバースト誤りがある場合も同様に生じうる。
すなわち、例えば、対数尤度比λnの絶対値の大きさが、n=5,4,6,2,1,3の順である場合には、図6のタナーグラフを示すように、データソート部8は符号化データXn(変数ノード)をその順に並べ替え、その順序で復号処理部7が行処理及び列処理を行う。
このため、ある特定の入力シンボルXnに誤りが集中していても、行処理及び列処理の演算の初期段階でその誤差が伝搬することがなく、誤りが集中した符号化データXnのビット誤りの伝搬が抑制され、所定の反復回数における誤り訂正能力を改善されることになる。
図7は、第二実施形態に係る復号器5の構成を概略的に示す図である。
この第二実施形態の復号器5が第一実施形態のそれと異なる点は、対数尤度比λnの絶対値の大きい順に符号化データXnを並べ替えるデータソート部8の代わりに、符号化データXnを、その対数尤度比λnの絶対値がある閾値より大きい高尤度データと同閾値より小さい低尤度データとに分けるデータ区分部12を採用した点にある。
図8に示すように、例えば、対数尤度比λnの絶対値の閾値をλsとし、λ2、λ4及びλ6の絶対値がその閾値λsよりも大きい高尤度データであり、λ1、λ3及びλ5の絶対値がその閾値λsよりも小さい低尤度データであるとする。
この場合、図8のタナーグラフを示すように、データ区分部12は高尤度データXn(n=2,4,6)が先に演算処理され、低尤度データXn(n=1,3,5)が後に演算処理されるように変数ノードを並べ替え、その順序で復号処理部7が行処理及び列処理を行う。
このため、ある特定の入力シンボルXnに誤りが集中していても、行処理及び列処理の演算の初期段階でその誤差が伝搬することがなく、誤りが集中した符号化データXnのビット誤りの伝搬が抑制され、所定の反復回数における誤り訂正能力を改善されることになる。
もっとも、本実施形態において、対数尤度比λnの閾値λsを複数個設定してもよく、この場合には、対数尤度比λnのグループ分けが細かくなるので、復号特性がより向上する。
4a:復調回路 4b:アナログ/デジタル変換回路
5:復号器 5a:符号化データ入力ポート 5b:復号データ出力ポート
6:対数尤度比算出部 7:復号処理部 8:データソート部 9:行処理部
10:列処理部 11:判定部 12:データ区分部
S:送信装置 R:受信装置 Xn:符号化データ Cn:復号データ
λn:対数尤度比 λs:閾値
Claims (5)
- 通信路に伝送された符号化データに対して繰り返し復号法による誤り訂正復号を行って復号データを得る復号器であって、
前記符号化データの対数尤度比を算出する算出部と、
算出された前記対数尤度比の絶対値が大きい順に前記符号化データを並べ替えるデータソート部と、
並べ替えられた前記符号化データの順に、ビットシリアル型のサムプロダクト復号法又はその変形アルゴリズムによって当該符号化データの誤り訂正復号を行う復号処理部とを備えていることを特徴とする復号器。 - 通信路に伝送された符号化データに対して誤り訂正復号を行って復号データを得る復号器であって、
前記符号化データの対数尤度比を算出する算出部と、
算出された前記対数尤度比の絶対値と予め設定された所定の閾値とを比較し、前記符号化データを、その対数尤度比の絶対値が前記閾値より大きい高尤度データと同閾値より小さい低尤度データとに分けるデータ区分部と、
前記高尤度データから低尤度データの順に、ビットシリアル型のサムプロダクト復号法又はその変形アルゴリズムによって当該符号化データの誤り訂正復号を行う復号処理部とを備えていることを特徴とする復号器。 - 通信路に伝送された符号化データを受信して復号する受信装置であって、
受信した前記符号化データをデジタル復調する復調器と、
復調された前記符号化データのデジタル信号を復号する請求項1又は2に記載の復号器とを備えていることを特徴とする受信装置。 - 通信路に伝送された符号化データに対して、繰り返し復号法による誤り訂正復号を行って復号データを得る符号化データの復号方法あって、
前記符号化データの対数尤度比を算出し、その対数尤度比の絶対値が大きい前記符号化データから順に、ビットシリアル型のサムプロダクト復号法又はその変形アルゴリズムによって当該符号化データの誤り訂正復号を行うことを特徴とする符号化データの復号方法。 - 通信路に伝送された符号化データに対して、繰り返し復号法による誤り訂正復号を行って復号データを得る符号化データの復号方法あって、
前記符号化データの対数尤度比を算出し、算出された前記対数尤度比の絶対値と予め設定された所定の閾値とを比較し、その閾値よりも大きい前記対数尤度比の絶対値である前記符号化データから順に、ビットシリアル型のサムプロダクト復号法又はその変形アルゴリズムによって当該符号化データの誤り訂正復号を行うことを特徴とする符号化データの復号方法。
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