JP2010278641A

JP2010278641A - ビタビ復号装置および地上デジタル放送受信装置

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Publication number: JP2010278641A
Application number: JP2009127775A
Authority: JP
Inventors: Nobufumi Ueno; 展史上野; Takashi Iida; 崇飯田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-12-09

Abstract

【課題】パンクチャ処理で削除されたビットデータの影響を考慮した信頼度情報を用いることで、誤り訂正能力ひいては復号の精度を向上させることができるビタビ復号装置を提供する。
【解決手段】パンクチャド畳み込み符号化系列の変調信号を復調部３が復調処理してビットデータ列をデパンクチャ処理部８に出力し、デパンクチャ処理部８は、入力されるビットデータ列に対してデパンクチャ処理をし、ビット信頼度変更部１０は、デパンクチャ処理後のビットデータ列に対してパンクチャドパターンに応じた所定のビット位置の信頼度を下げる方向に変更し、軟判定ビタビ復号部１１は、信頼度が変更されたビットデータ列に対して軟判定ビタビ復号処理を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、パンクチャド畳み込み符号化系列をビタビ復号する技術に関する。

地上デジタル放送等では、データ送信時の符号化処理として、パンクチャド畳み込み符号化処理が採用されている（例えば、特許文献１を参照）。パンクチャド畳み込み符号は、入力のビット信号列に対して、畳み込み符号化処理とパンクチャ処理の２つの処理を実施することによって生成される。

畳み込み符号化処理では、入力Ｍビット、出力Ｎビット（符号化率Ｍ／Ｎ）と拘束長Ｋ、各ビット出力の生成多項式Ｘ₁, Ｘ₂,・・・,Ｘ_Nに従って畳み込み符号化系列が生成される。畳み込み符号化処理は、ビット遅延のためのシフトレジスタと、排他的論理和演算器の組み合わせで実現できる。パンクチャ処理では、パンクチャ符号化率Ｊ／Ｌに従って、畳み込み符号化されたビット信号列（Ｎビットずつ組み合わされた信号列）Ｊビットを、パンクチャドパターンに従って（Ｊ−Ｌ）ビット削除してＬビットに変換したパンクチャド畳み込み符号化系列が生成される。

図１に、パンクチャド畳み込み符号化処理の過程におけるビットデータ列の様子の一例を示す。入力ビットデータ列（ｂ₀, ｂ₁, ｂ₂, ｂ₃, ｂ₄, ｂ₅,・・・）は、畳み込み符号化処理後、２ビットのデータの組み合わせ（ｘ₀, ｘ₁, ｘ₂, ｘ₃, ｘ₄, ｘ₅,・・・、ｙ₀, ｙ₁, ｙ₂, ｙ₃, ｙ₄, ｙ₅,・・・）となり、パンクチャ符号化処理により、パンクチャドパターンに従って所定の位置のビットデータが削除され、最終的に出力ビットデータ列（ｘ₀, ｙ₀, ｙ₁, ｘ₂, ｘ₃, ｙ₃, ｙ₄, ｘ₅,・・・）が得られる。

このようにして生成された出力ビットデータ列は変調されて、伝送路に変調波として送出される。そして、受信側は、変調波を受信し復調を行った後、デパンクチャ処理、ビタビ復号処理の順に実施する。デパンクチャ処理およびビタビ復号処理により、伝送路でのノイズ混入等によりビット誤りを含んでいる受信信号を誤り訂正し、符号化前の情報の再生を図る。

デパンクチャ処理は、パンクチャドパターンに従って削除されたビット位置にダミービットと呼ばれる任意のビットデータを挿入する処理である。

ビタビ復号処理は、受信符号化系列と、送信側の符号化により生成された可能性のある全ての符号化系列とを比較し、受信符号化系列に最も近い符号化系列を選択し、これを復号して元の情報系列を再生する処理のことである。ビタビ復号処理は主に、ブランチメトリック（受信符号化系列と各符号化系列との差分）を求める処理、ＡＣＳ（Add：加算／Compare：比較／Select：選択）を繰り返す処理と、最終的にデータを復号するトレースバック処理の３つの処理からなる。

図２に、受信側での復号処理の過程におけるビットデータ列の様子の一例を示す。これは、上述した図１と対応している。復調後のビットデータ列（ｘ₀’, ｙ₀’, ｙ₁’, ｘ₂’, ｘ₃’, ｙ₃’, ｙ₄’, ｘ₅’,・・・）は、デパンクチャ処理により、ダミービットｄｍが挿入された２ビットのデータの組み合わせ（ｘ₀’, ｙ₀’, ｄｍ , ｙ₁’, ｘ₂’, ｄｍ , ｘ₃’, ｙ₃’, ｄｍ , ｙ₄’, ｘ₅’, ｄｍ ,・・・）となり、最終的にビタビ復号処理により、復号化ビットデータ列（ｂ₀’, ｂ₁’, ｂ₂’, ｂ₃’, ｂ₄’, ｂ₅’,・・・）が得られる。

ビタビ復号には、２値のビットデータ（「０」または「１」、「−１」または「＋１」等）からなる復調後のビットデータ列に対してデパンクチャ処理をした後のビットデータ列を入力として用いる硬判定ビタビ復号と、２値の間の値（「０」から「１」までの間の値、「−１」から「＋１」までの間の値等）をとるビット毎の信頼度情報からなる復調後のビットデータ列に対してデパンクチャ処理をした後のビットデータ列を入力として用いる軟判定ビタビ復号とがある。なお、信頼度情報は、２値の値が最も信頼度が高く、２値の中間値が最も信頼度が低いこととなる（例えば、「０」と「１」が最も信頼度が高く、「０．５」が最も信頼度が低い等）。

硬判定ビタビ復号より軟判定ビタビ復号の方が処理は複雑であるが、誤り訂正能力が高く、受信機の性能を向上させるために軟判定ビタビ復号が採用されることが多い。

軟判定ビタビ復号を採用する場合、デパンクチャ処理で挿入されるダミービットは、２値のいずれかの値（例えば、「０」または「１」）ではなく、２値の中間値（例えば、２値が「０」と「１」であれば「０．５」）を用いるのが一般的である。これにより、パンクチャ処理で削除されたビットのビット誤りを発生させる確率は低くできるものの、軟判定の信頼度としては最も低い値を与えることになり、正しくビット再生される確率も高いとはいえない。

特開２００８−２１１５４２号公報

上述したような信頼度情報を用いた軟判定ビタビ復号は、硬判定ビタビ復号より高い精度のＡＣＳ処理が可能となり、誤り訂正能力が向上する。しかしながら、この信頼度情報にはパンクチャ処理で削除されたビットデータの影響が考慮されておらず、誤り訂正能力が十分に高いとはいえなかった。

上記問題点を鑑みて、本発明は、パンクチャ処理で削除されたビットデータの影響を考慮した信頼度情報を用いることで、誤り訂正能力ひいては復号の精度を向上させることができるビタビ復号装置および地上デジタル放送受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のビタビ復号装置は、所定の畳み込み符号化率に従って畳み込み符号化処理がされた後、所定のパンクチャドパターンに従って所定位置のビットデータを削除するパンクチャ処理がされることにより生成されるパンクチャド畳み込み符号化系列の変調信号を復調処理して得られるビットデータ列が入力され、該入力されるビットデータ列に対して前記所定のパンクチャドパターンに従ってビットデータが削除された位置にダミービットを挿入してビットデータ列を生成するデパンクチャ処理部と、
前記デパンクチャ処理部が生成したビットデータ列に対して前記所定のパンクチャドパターンに応じた所定のビット位置の信頼度を下げる方向に変更してビットデータ列を生成するビット信頼度変更部と、
前記ビット信頼度変更部が生成したビットデータ列に対して軟判定ビタビ復号処理を行う軟判定ビタビ復号部と、
を備える構成とした。

このような構成によれば、パンクチャ処理で削除されたビットデータの影響によりビット誤りが発生しやすいビット位置の信頼度を下げる方向に変更して軟判定ビタビ復号処理を行うので、誤り訂正能力ひいては復号の精度を向上させることができる。

また、上記構成において、前記復調処理して得られるビットデータ列は、２値の値からなるビットデータ列、または２値の間の値をとる信頼度情報からなるビットデータ列であるようにしてもよい。

このような構成によれば、デパンクチャ処理部の入力を２値の値からなるビットデータ列（硬入力）としても、パンクチャドパターンに応じた所定のビット位置の信頼度を下げる方向に変更して軟判定ビタビ復号処理を行うので、従来の硬判定ビタビ復号を用いたビタビ復号装置よりも誤り訂正能力が向上する。また、従来の軟判定ビタビ復号を用いたビタビ復号装置でも、デパンクチャ処理部の入力を２値の間の値をとる信頼度情報からなるビットデータ列（軟入力）とするが、本発明では、パンクチャドパターンに応じた所定のビット位置の信頼度を下げる方向に変更するので、従来の軟判定ビタビ復号を用いたビタビ復号装置よりも誤り訂正能力が向上する。

また、上記目的を達成するため、本発明の地上デジタル放送受信装置は、畳み込み符号化率１／２に従って畳み込み符号化処理された後、地上デジタル放送の規格で定められた符号化率のパンクチャドパターンに従ってパンクチャ処理されることにより生成されるパンクチャド畳み込み符号化系列の変調信号を受信し、上記いずれかの構成のビタビ復号装置を備えることとした。

本発明のビタビ復号装置および地上デジタル放送受信装置によれば、パンクチャ処理で削除されたビットデータの影響を考慮した信頼度情報を用いることで、誤り訂正能力ひいては復号の精度を向上させることができる。

パンクチャド畳み込み符号化処理の過程におけるビットデータ列の様子の一例を示す図である。受信側での復号処理の過程におけるビットデータ列の様子の一例を示す図である。デパンクチャ処理後のビットデータ列における１８ビット周期での各ビット位置のビット誤り発生率を示すグラフである。地上デジタル放送受信装置の概略構成を示す図である。硬判定ビタビ復号を行う従来の誤り訂正部の構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係る誤り訂正部の構成を示す図である。軟判定ビタビ復号を行う従来の誤り訂正部の構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係る誤り訂正部の構成を示す図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

ここではまず、本発明の主な特徴であるパンクチャドパターンに応じた信頼度情報の生成方法について説明する。

デパンクチャ処理後のビットデータ列は、畳み込み符号化後の正しいビットデータ列と比較すると、ある周期において、ある所定のビット位置にビット誤りの発生が集中する。

図３は、地上デジタル放送で採用されている符号化率３／４のパンクチャ処理（パンクチャドパターン：「１０１、１１０」）によるパンクチャド畳み込み符号化系列（図１参照）を受信側で受信した場合のデパンクチャ処理後のビットデータ列（図２参照）を解析した結果であり、１８ビットの周期における各ビット位置のビット誤り発生率を示す。図３から、１８ビットの周期における０、１、９、１０番目のビット位置にビット誤りの発生が集中していることが分かる（図２でいえば、０番目はｘ₀’、１番目はｙ₀’、９番目はｙ₄’、１０番目はｘ₅’）。また、このような現象は伝送路の状態に関わらず生じる。これは、パンクチャ処理で削除したビットが影響しているものと考えられる。

そこで、デパンクチャ処理後のビットデータ列に対して、ビット誤りの発生が集中しているビット位置（１８ビット周期における０、１、９、１０番目、すなわち、０、１、９、１０、１８、１９、２７、２８、３６、３７、４５、４６・・・番目）の信頼度を下げる方向に変更してから、軟判定ビタビ復号処理を行うことで、誤り訂正能力が向上する（図２でいえば、ｘ₀’、ｙ₀’、ｙ₄’、ｘ₅’の信頼度を下げる方向に変更する）。信頼度を下げる方向に変更するとは、２値の中間値に近づけるように変更することである。

ビット周期およびビット誤りが集中するビット位置は、パンクチャドパターンによって変化するため、信頼度を下げる方向に変更するビット位置は、パンクチャドパターンに応じたものとなる。地上デジタル放送では、符号化率として上述の３／４の他に、５／６、７／８が採用されているが、これらの符号化率の放送を受信する場合は、これらの符号化率のパンクチャドパターン（符号化率５／６では「１０１０１、１１０１０」、符号化率７／８では「１０００１０１、１１１１０１０」）に応じたビット位置の信頼度を下げる方向に変更する必要がある。

次に、本発明の具体的な構成について説明する。図４は、地上デジタル放送受信装置の一般的な概略構成を示す。

地上デジタル放送受信装置は、チューナ部２と、復調部３と、誤り訂正部４と、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）５と、映像復号部６と、音声復号部７と、を備え、アンテナ１が接続される。

アンテナ１は、屋外において配置されており、パンクチャド畳み込み符号化系列の変調波であるデジタル放送波を受信し、高周波デジタル変調信号をチューナ部２に出力する。

チューナ部２は、高周波デジタル変調信号から選局周波数の信号を抽出して、抽出されたデジタル変調信号を復調部３に出力する。復調部３は、デジタル変調信号に対して復調処理を行いビットデータ列を生成し、生成されたビットデータ列を誤り訂正部４に出力する。誤り訂正部４は、復調部３から入力されるビットデータ列に対して誤り訂正を行い、トランスポートストリームを取り出し、取り出したトランスポートストリームをＤＥＭＵＸ５に出力する。

ＤＥＭＵＸ５は、トランスポートストリームから、ＭＰＥＧ２（Moving Picture Experts Group2）準拠で符号化された映像ストリームおよび音声ストリームを分離する。

映像復号部６は、ＤＥＭＵＸ５から入力される映像ストリームに対して復号処理を行い、復号化された映像信号を出力する。また、音声復号部７は、ＤＥＭＵＸ５から入力される音声ストリームに対して復号処理を行い、復号化された音声信号を出力する。

本発明は誤り訂正部４に特徴を持たしたものである。まず、本発明の第１実施形態について説明する。

図５に、硬判定ビタビ復号を行う従来の誤り訂正部の構成を示す。従来の誤り訂正部４は、デパンクチャ処理部８と、硬判定ビタビ復号部９を有しており、その後段には不図示のバイト変換部、バイトデインタリーブ部、リードソロモン復号部を有する。

復調部３は、２値の値（「０」または「１」等）からなるビットデータ列（硬入力）を生成し、生成したビットデータ列をデパンクチャ処理部８に出力する。デパンクチャ処理部８は、復調部３から入力されるビットデータ列に対して、パンクチャドパターンに従ってビットデータが削除された位置にダミービットを挿入するデパンクチャ処理を行い、デパンクチャ処理後のビットデータ列を硬判定ビタビ復号部９に出力する。ここで挿入するダミービットは、２値のいずれかの値とする。そして、硬判定ビタビ復号部９は、デパンクチャ処理部８から入力されるビットデータ列に対して硬判定ビタビ復号処理を行い、復号化ビットデータ列を後段に出力する。

これに対して、本発明の第１実施形態では、図６に示すように、ビット信頼度変更部１０を追加し、硬判定ビタビ復号部９を軟判定ビタビ復号部１１に置き換えている。

復調部３は、２値の値からなるビットデータ列（硬入力）を生成し、生成したビットデータ列をデパンクチャ処理部８に出力する。２値の値は、最も信頼度が高い信頼度情報となる。デパンクチャ処理部８は、復調部３から入力されるビットデータ列に対して、パンクチャドパターンに従ってビットデータが削除された位置にダミービットを挿入するデパンクチャ処理を行い、デパンクチャ処理後のビットデータ列をビット信頼度変更部１０に出力する。ここで挿入するダミービットは、２値の中間値とする（「０」と「１」の場合は「０．５」等）。

そして、ビット信頼度変更部１０は、デパンクチャ処理部８から入力されるビットデータ列に対して、パンクチャドパターンに応じた所定のビット位置の信頼度を下げる方向に変更し、信頼度を変更したビットデータ列を軟判定ビタビ復号部１１に出力する。そして、軟判定ビタビ復号部１１は、ビット信頼度変更部１０から入力されるビットデータ列に対して軟判定ビタビ復号処理を行い、復号化ビットデータ列を後段に出力する。

このような第１実施形態によれば、デパンクチャ処理部８の入力としては従来（図５）と同様の硬入力を用いるが、デパンクチャ処理で２値の中間値のダミービットを用い、さらにビット信頼度変更部１０により信頼度を変更して軟判定ビタビ復号を行うので、従来よりも誤り訂正能力が向上して、復号の精度が向上する。

なお、デパンクチャ処理部８でのダミービット挿入およびビット信頼度変更部１０での信頼度変更は、ある固定のパンクチャドパターンに応じたものであってもよいし、受信するデジタル放送波に含まれるＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control）信号に記載された符号化率のパンクチャドパターンに応じたものとしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図７に、軟判定ビタビ復号を行う従来の誤り訂正部の構成を示す。従来の誤り訂正部４は、デパンクチャ処理部８と、軟判定ビタビ復号部１１を有しており、その後段には不図示のバイト変換部、バイトデインタリーブ部、リードソロモン復号部を有する。

復調部３は、２値の間の値（「０」から「１」までの間の値等）をとる信頼度情報からなるビットデータ列（軟入力）を生成し、生成したビットデータ列をデパンクチャ処理部８に出力する。デパンクチャ処理部８は、復調部３から入力されるビットデータ列に対して、パンクチャドパターンに従ってビットデータが削除された位置にダミービットを挿入するデパンクチャ処理を行い、デパンクチャ処理後のビットデータ列を軟判定ビタビ復号部１１に出力する。ここで挿入するダミービットは、２値の中間値とする。そして、軟判定ビタビ復号部１１は、デパンクチャ処理部８から入力されるビットデータ列に対して軟判定ビタビ復号処理を行い、復号化ビットデータ列を後段に出力する。

これに対して、本発明の第２実施形態では、図８に示すように、ビット信頼度変更部１０を追加している。

復調部３は、２値の間の値（「０」から「１」までの間の値等）をとる信頼度情報からなるビットデータ列（軟入力）を生成し、生成したビットデータ列をデパンクチャ処理部８に出力する。デパンクチャ処理部８は、復調部３から入力されるビットデータ列に対して、パンクチャドパターンに従ってビットデータが削除された位置にダミービットを挿入するデパンクチャ処理を行い、デパンクチャ処理後のビットデータ列をビット信頼度変更部１０に出力する。ここで挿入するダミービットは、２値の中間値とする。

このような第２実施形態によれば、デパンクチャ処理部８の入力としては従来（図７）と同様の軟入力を用いるが、ビット信頼度変更部１０により信頼度を変更して軟判定ビタビ復号を行うので、従来よりも誤り訂正能力が向上して、復号の精度が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、実施形態は本発明の趣旨の範囲内であれば種々に変更可能である。例えば、本発明に係るビタビ復号装置は、地上デジタル放送受信装置に備えられるものに限られることはない。

１アンテナ
２チューナ部
３復調部
４誤り訂正部
５デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）
６映像復号部
７音声復号部
８デパンクチャ処理部
９硬判定ビタビ復号部
１０ビット信頼度変更部
１１軟判定ビタビ復号部

Claims

所定の畳み込み符号化率に従って畳み込み符号化処理がされた後、所定のパンクチャドパターンに従って所定位置のビットデータを削除するパンクチャ処理がされることにより生成されるパンクチャド畳み込み符号化系列の変調信号を復調処理して得られるビットデータ列が入力され、該入力されるビットデータ列に対して前記所定のパンクチャドパターンに従ってビットデータが削除された位置にダミービットを挿入してビットデータ列を生成するデパンクチャ処理部と、
前記デパンクチャ処理部が生成したビットデータ列に対して前記所定のパンクチャドパターンに応じた所定のビット位置の信頼度を下げる方向に変更してビットデータ列を生成するビット信頼度変更部と、
前記ビット信頼度変更部が生成したビットデータ列に対して軟判定ビタビ復号処理を行う軟判定ビタビ復号部と、
を備えることを特徴とするビタビ復号装置。
前記復調処理して得られるビットデータ列は、２値の値からなるビットデータ列、または２値の間の値をとる信頼度情報からなるビットデータ列であることを特徴とする請求項１に記載のビタビ復号装置。
畳み込み符号化率１／２に従って畳み込み符号化処理された後、地上デジタル放送の規格で定められた符号化率のパンクチャドパターンに従ってパンクチャ処理されることにより生成されるパンクチャド畳み込み符号化系列の変調信号を受信し、
請求項１または請求項２に記載のビタビ復号装置を備えることを特徴とする地上デジタル放送受信装置。