JP3329053B2 - 誤り訂正方式 - Google Patents

誤り訂正方式

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JP3329053B2
JP3329053B2 JP03364494A JP3364494A JP3329053B2 JP 3329053 B2 JP3329053 B2 JP 3329053B2 JP 03364494 A JP03364494 A JP 03364494A JP 3364494 A JP3364494 A JP 3364494A JP 3329053 B2 JP3329053 B2 JP 3329053B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は伝送路における信号の誤
り訂正方式に関し、特に、1つの伝送路に異なるサービ
スあるいはメディアに関する信号を伝送するマルチメデ
ィア伝送を効率的に行なうことの可能な誤り訂正方式に
係る。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の誤り訂正方式を示すブロッ
ク図である。ここでは誤り訂正符号は伝送路によって1
つに決まっている。この時の符号を(n,k)符号とす
る。ただし、(n,k)符号とは符号長nビットの信号
のうち、kビットが情報ビットであり、他のm(=n−
k)ビットが冗長ビットである符号を意味する。
【0003】同図で、まず送信側610で情報信号61
1は分割回路612において、情報はkビットごとに分
割される。つぎに符号化回路613において、このkビ
ットに対応する(n−k)ビットの冗長ビットを算出
し、冗長ビットと情報ビットをあわせたnビットを符号
化信号614として出力する。このときの冗長信号の算
出法は以下の通りである。
【0004】まず、信号系列を多項式で表現する。分割
されたkビットの信号が a0 ,a1 ,a2 ,a3 ,…ak-1 であるとき、この信号系列を a0 0 +a1 1 +a2 2 +a3 3 +…+ak-1
K-1 とあらわす、ここでai (i=0,1,2,3,…k−
1)は0または1である。演算はガロア体GF(2)の
うえで行なわれ、加算および乗算は以下のようなもので
ある。
【0005】0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1 ただし、乗算演算子×は省略されている。
【0006】まず、送信しようとする信号系列は符号化
のため、kビットに分割される。このkビットの信号を
前記多項式表現により、I(x)と表わす。I(x)は
(k−1)次の多項式であり、このことを deg(I(x))=k−1 と表わす。つぎに、生成多項式をG(x)とする。ここ
で deg(G(x))=m−1 とする。
【0007】つぎに符号多項式としてI(x)とG
(x)を乗算したもの、すなわち、 X(x)=I(x)G(x) とするか、あるいは(I(x)Xm )をG(x)で除算
した結果の剰余多項式を、R(x)すなわち、 R(x)=(I(x)Xm )modG(x) とし、符号多項式X(x)を X(x)=I(x)Xm +R(x) とすると、符号多項式X(x)はつねに生成多項式G
(x)で割りきれる。
【0008】同図の受信側620では受信符号化信号6
21はシンドローム算出回路622へ入力され、ここで
シンドロームが算出される。シンドロームは誤り位置算
出回路623へ入力され、ここで誤り位置が算出され
る。この結果を誤り訂正回路624へ入力し、訂正した
結果が復号信号625となる。以降これを詳細に説明す
る。
【0009】送信側で、X(x)に対応する信号をおく
ることで受信側では、受信多項式をG(x)で除算した
剰余が0の場合には、誤りなしと判断できる。また、G
(x)を適当に選択することにより、受信多項式をG
(x)で除算した剰余から伝送路上で発生した誤り位置
を求め、訂正することが可能となる。
【0010】送信側で、X(x)なる符号化信号を送信
した場合、受信信号の多項式表現である受信多項式Y
(x)は、 Y(x)=X(x)+E(x) ただし、E(x)は誤り多項式で、誤りビットに対応す
る計数のみ1となる(n−1)次の多項式である。
【0011】ここで、Y(x)をG(x)で割った剰余
をシンドローム多項式S(x)と定義すると、 S(x)=Y(x)modG(x) =(X(x)+E(x))modG(x) =E(x)modG(x) となる。
【0012】誤りがない場合には、E(x)=0であ
り、従ってS(x)=0となる。また、誤りが1ビット
だけある場合、n個あるE(x)の係数のうち、1つだ
け1となり、他は0となるすなわちE(x)=xj (た
だし、jは0からnまでのうちの1つ)となる。このと
きに、n種類あるE(x)のすべてに対して、S(x)
が異なり、さらに0でないようにG(x)を設定すれ
ば、1ビットの誤り訂正ができる。
【0013】以上が1ビット訂正の場合の符号の原理で
ある。tビット誤り訂正符号の場合には、生成多項式G
(x)は G(x)=G1 (x)G2 (x)…Gt (x) とし、Gi (x)(i=1,2,…t)はそれぞれm次
の多項式となる。送信側では、I(x)をG(x)で割
り切れるX(x)に変換するのは1ビット訂正の場合と
同様である。受信側では、受信多項式をG1 (x),G
2 (x),…,Gt (x)で割った剰余であるシンドロ
ーム多項式S1 (x),S2 (x),…,St (x)を
もとめ、これをもとに、誤り位置多項式を算出し、最大
t個までの誤りの位置を算出し、誤りを訂正する。
【0014】冗長信号数は deg(G(x))+1 すなわちtmビットとなる。
【0015】以上の説明からもわかるように、冗長信号
数を増加し、符号化効率を減少させるほど、多くの誤り
を訂正できるため、訂正能力は向上する。従って、誤り
訂正符号はその訂正能力と符号化効率のトレードオフを
考慮して設計される。たとえば、伝送路で発生する誤り
の誤り率がp0 で要求される誤り率がp1 である場合、
0 をp1 とできる誤り訂正符号が許容できる符号化効
率であれば選択される。
【0016】また、従来、伝送路の状況に応じて誤り訂
正符号を選択する方式が提案されていた(文献;Mic
hael B.Pursley,Stuart D.S
andberg,“Variable−Rate Co
ding for Meteor−Burst Com
munications”,IEEE Transac
tion on Communications Vo
l.37,No.11,Nov.1989,pp110
5−1112)。
【0017】これは、伝送路特性が劣化してきた場合に
は、符号化効率を下げ、誤り訂正能力を向上し、逆に、
伝送路特性が向上してきた場合には、誤り訂正能力を下
げ、符号化効率を向上するものである。ただし、これ
は、誤り訂正符号は伝送路の状況に応じてのみ誤り訂正
符号を選択するものであった。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】近年マルチメディア通
信の研究が盛んに行なわれている。この場合、複数の異
なるサービスあるいはメディアの信号を1つの伝送路で
伝送する伝送技術が必要となる。異なるメディアとは、
高い伝送路品質を要求する画像と、比較的低い伝送路品
質で伝送可能な音声に分類することもできる。
【0019】あるいは、リアルタイムを必要とするテレ
ビ会議などの画像通信とリアルタイムを必要としないデ
ータ転送等に分類することもできる。この場合、データ
転送では大容量の伝送が必要であるが、再送などによる
品質の確保が可能である。
【0020】一方、リアルタイムの場合、再送の適用が
困難であり、誤り訂正を含めた伝送路品質として極めて
高い値が要求される場合がある。このように、マルチメ
ディア通信においては高い伝送品質を要求するサービス
あるいはメディアと大きな伝送容量を要求するものを同
一の伝送路で伝送する技術が必要である。
【0021】しかし、従来は、異なるサービスあるいは
メディアに対しても同一の誤り訂正符号を適用してお
り、各メディアについて最適な符号設計がなされていな
いという問題があった。このため、すべてのメディアに
十分な品質で伝送しようとする場合、誤り訂正能力を最
も要求条件の厳しいメディアにあわせて設計するため、
符号化効率が低下するという問題があった。
【0022】本発明は上述のような従来の問題点を解決
し、異なるメディアに対してそれぞれ要求される伝送品
質を満足し、且つ、全体のスループットを向上すること
のできる誤り訂正方式を提供することを目的としてい
る。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上述の課
題は、前記特許請求の範囲に記載した手段により解決さ
れる。
【0024】すなわち、本発明は伝送品質に対して異な
る要求条件をもつメディアを伝送する場合において、そ
れぞれの要求条件を満足するような誤り訂正符号を適用
することを最も主要な特徴とするものであって、請求項
1の発明は、リアルタイム性を要求される信号とリアル
タイム性を要求されないディジタル信号を同一伝送路で
伝送する場合に、信号に施す誤り訂正方式において、
該信号がリアルタイム性を要求されるものであるか否か
を識別する手段と、リアルタイム性を要求される信号に
対しては符号化利得の大きい誤り訂正を施し、リアルタ
イム性を要求されない信号に対しては符号化効率の大き
い誤り訂正を施す手段と、を設けたことを特徴とする
り訂正方式である。
【0025】請求項2の発明は、画像通信信号とデータ
転送信号を同一伝送路で伝送する場合に、信号に施す誤
り訂正方式において、当該信号が画像通信信号であるか
データ転送信号であるかを識別する手段と、画像通信に
対しては符号化利得の大きい誤り訂正を施し、データ転
送信号に対しては符号化効率の大きい誤り訂正を施す手
段と、を設けたことを特徴とする誤り訂正方式である。
【0026】請求項3の発明は、誤り訂正符号として一
定符号長のBCH符号あるいはリードソロモン符号での
誤り訂正ビット数を選択する誤り訂正方式を採り、 信号
の種類に応じて訂正ビット数を選択する符号選択回路
と、該符号選択回路によって選択された誤り訂正符号の
訂正ビット数に応じて信号を分割する分割回路と、該分
割回路出力を入力し第1番目の冗長信号を入力に付加す
る第1番目の符号化回路と、第(k−1)番目の符号化
回路出力を入力し第k番目の冗長信号を付加する第k番
目(k=2,3,…n)の符号化回路と、 n個の前記符
号化回路出力を入力し前記符号選択回路によって選択さ
れた誤り訂正符号の訂正ビット数に応じて前記n個の符
号化回路出力のうち1つを選択し出力する符号化信号選
択回路と、を有することを特徴とする請求項1または請
求項2記載の誤り訂正方式である。
【0027】請求項4の発明は、誤り訂正符号として一
定符号長のBCH符号あるいはリードソロモン符号での
誤り訂正ビット数を選択する誤り訂正方式を採り、 復号
回路に、誤り訂正符号化された受信符号化信号を入力し
シンドロームを算出するm個のシンドローム算出回路
と、第1番目〜第t番目(t=1,2,…m)までのシ
ンドローム算出回路から出力されるシンドロームを入力
しビット誤り位置を算出する第t番目(t=1,2,…
m)の誤り位置算出回路と、 m個の誤り位置算出回路出
力を入力し前記符号選択回路によって選択された誤り訂
正符号に応じて前記m個の誤り位置算出回路の出力から
1つを選択し出力する訂正信号選択回路と、 該訂正信号
選択回路出力と受信符号化信号を入力し誤りを訂正する
誤り訂正回路と、を有することを特徴とする請求項3記
載の誤り訂正方式である。
【0028】
【0029】
【作用】図1は本発明の基本的構成を示す図である。以
下、同図に基づいて、本発明の作用について説明する。
【0030】同図において送信側110では、送信すべ
き情報信号111を信号種類識別回路112によって識
別する。この出力である信号種類識別信号113を誤り
訂正符号器114に転送し、誤り訂正符号器は、信号種
類識別信号に従って誤り訂正符号を選択のうえ、符号化
を行ない、符号化信号115を出力する。復号側120
では、受信符号化信号121は、誤り訂正復号器122
での誤り訂正符号を認識し、誤り訂正復号を行ない復号
信号123を出力する。
【0031】
【実施例】図2は本発明の第1の実施例を示す図であ
る。同図において、送信側210では、情報信号211
は情報種類識別回路212に入力され、ここで、情報の
種類に応じた誤り訂正符号が選択される。この結果が信
号種類識別信号213として出力される。その後、誤り
訂正符号器214において、信号種類識別信号に従って
選択された符号で誤り訂正符号化される。さらに、符号
種類情報付加回路215において、どの符号が選択され
ているかの情報を付加する。最終的に符号化信号216
を得る。
【0032】受信側220では、受信符号化信号221
は符号種類識別回路222で用いている符号を識別す
る。これは上記符号種類情報付加回路215で付加され
た信号を解読することにより、符号を識別できる。つぎ
に、識別した結果を符号種類情報323として、誤り訂
正復号器224へ送る。誤り訂正復号器224では符号
種類情報に従って選択した符号で誤り訂正復号を行な
う。最終的に復号信号225を得る。
【0033】送信側において、送信すべき情報が入力さ
れる。この情報はリアルタイムの画像伝送のように再送
不可能で伝送路に高い品質を要求するものとデータ転送
のように、大容量伝送を要求するものが同一の端子から
入力される。信号種類識別回路ではこのサービスがどの
ようなサービスに関する情報であるかを識別する。
【0034】例えば、ATM(Asynchronou
s Transfer Mode)伝送の場合では、A
AL(ATM Adaptation Layer)に
おけるサービスタイプから識別することが可能となる。
信号種類識別から出力される信号種類識別信号は誤り訂
正符号器に入力される。
【0035】誤り訂正符号器は信号種類識別信号に従っ
て、最適な誤り訂正により符号化する。誤り訂正符号化
された信号に符号種類情報付加回路において、符号種類
を示す情報付加する。受信側においては受信符号化信号
を入力し、受信信号から、符号種別識別回路において符
号を識別し符号種類情報を出力する。この符号種類情報
に応じて誤り訂正復号器において復号する。
【0036】図3は誤り訂正符号器として、BCH符号
を適用した場合について符号の構成を示す。ここでは符
号長はすべて2m −1ビットの符号とし、誤り訂正ビッ
ト数1から4までの場合を(a)〜(d)に示してい
る。この場合、誤り訂正ビット数が大きくなるほど符号
化利得が大きく伝送路品質は向上するが、逆に符号化率
が小さくなり、伝送容量が小さくなる。なお、この場
合、すべての符号長は同一であるため誤り訂正のワード
同期をとりなおす必要はない。以上はBCH符号につい
て説明したが、BCH符号を拡張したリードソロモン符
号においてもビットがバイトになる以外は同様である。
【0037】図4は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。この実施例は請求項の発明に対応する。そしてこ
れは上記BCH符号を適用した場合の符号器の構成で、
最大4ビット訂正まで選択できる構成である。
【0038】図4において情報信号410は符号種類識
別回路420へ入力され、ここで適用する誤り訂正符号
が選択され、その結果が信号種類識別信号440とし
て、出力される。分割回路430は信号種類識別信号4
40で指定される符号の情報ビットごとの信号に分割さ
れる。分割回路出力は451の冗長信号生成回路1に入
力され、1ビット訂正の場合の符号化された信号を出力
する。
【0039】この信号は452の冗長信号生成回路2へ
入力され、ここでさらに冗長信号が付加される。この出
力が2ビット訂正符号の場合の符号化信号である。同様
にこの出力が453の冗長信号生成回路3および454
の冗長信号生成回路4へ出力される。
【0040】451から454の冗長信号生成回路の出
力は符号化信号選択回路460へ入力される。符号化信
号選択回路460では信号種類識別信号440に従い、
符号化信号を入力の中から選択し、符号化信号470を
出力する。以降これを詳細に説明する。
【0041】符号長n(=2m −1)でtビット誤り訂
正BCH符号の生成多項式は、 G(x)=G1 (x)G2 (x)…Gt (x) となる。
【0042】ただし、ここでGi (x)(ただし、i=
1,2,…t)はm次の多項式である。従って、符号器
では上記生成多項式において、訂正するビット数に従っ
て第1項から順次乗算すればよい。図4の回路はこの原
理にしたがった回路である。ブロック生成回路出力は冗
長信号生成回路1において、kビットに分割された情報
信号の多項式表現I(x)をG1 (x)で乗算するか、
1 (x)で割った剰余をI(x)xm に加算するもの
で、その出力はG1 (x)でわりきれる。
【0043】この出力は1ビット誤り訂正符号化された
信号となる。さらに冗長信号生成回路1の出力を冗長信
号生成回路2に入力し、G2 (x)で乗算するか、G2
(x)で割った剰余をI(x)xm に加算する。この出
力は2ビット誤り訂正符号化された信号となる。これを
順次繰り返すと各冗長信号生成回路出力は各誤り訂正符
号に従って符号化された符号化信号となる。これを符号
化信号選択回路で選択することにより、最適符号化され
た信号を出力する。
【0044】図5は本発明の第3の実施例を示す図であ
って、請求項の発明に対応するtビット誤り訂正BC
H符号では、受信多項式をそれぞれG1 (x),G
2 (x),…,Gt (x)で割った剰余であるシンドロ
ームを算出し、この値から誤り位置多項式を算出し、誤
り訂正を行なう。
【0045】図5はこの原理に従った復号回路である。
同図において、受信符号化信号520は531から53
4のシンドローム算出回路へ入力され、それぞれの生成
多項式の因数G1 (x),G2 (x),…,G t (x)
に関するシンドロームを算出する。
【0046】541の誤り位置算出回路1はビット訂正
符号用の誤り位置算出回路で、シンドローム算出回路1
で算出されたシンドロームのみから1ビットの誤り位置
を算出する。542の誤り位置算出回路2は2ビット訂
正符号用の誤り位置算出回路で、シンドローム算出回路
1とシンドローム算出回路2で算出されたシンドローム
から2ビットの誤り位置を算出する。同様に543と5
44の誤り位置算出回路は3および4ビット誤り訂正用
の誤り位置算出回路である。
【0047】これら誤り位置算出回路は訂正信号選択回
路550へ入力される。訂正信号選択回路550は符号
種類識別信号510に従って、訂正信号を選択する。こ
の結果をもとに、誤り訂正回路560において誤りを訂
正し、最終的に復号回路570を得る。
【0048】受信符号化信号は複数のシンドローム算出
回路に入力され、各シンドロームを算出する。次段の誤
り位置算出回路ではtビット誤り訂正を行なうために
は、t個のシンドローム算出回路出力を入力し、演算す
る。訂正位置算出回路においては符号選択信号に従って
誤り位置算出回路出力を選択し、これをもとに受信符号
化信号の誤りを訂正する。さらに、符号選択信号に従っ
て冗長信号を削除し復号を終える。
【0049】上記各実施例の説明においては、各構成要
素(回路等)をハードウェアで実現するように記述して
いるが、これに限るものではなく、メモリに記憶されて
いる処理プログラムをプロセッサにより実行する構成に
よっても本発明を実現できるものであることは言うまで
もない。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、伝送路の品質が劣化し
ている場合においても、誤り訂正符号により、各メディ
アともに十分な品質で伝送可能であり、かつ、全体の伝
送容量あるいはスループットを向上できる。
【0051】一例として、ATMを用いたマルチメディ
ア伝送について効果を説明する。ATMでは、信号を固
定長のセルに分割して伝送し、その品質を評価する手段
として、セル廃棄率がある。伝送する信号を音声、画
像、データ転送の3種類のメディアに分類した場合、そ
れぞれのメディアの要求するセル廃棄率は音声で1
-3、画像で10-12 、データ転送で10-8といわれる
(参考文献;馬場健一他”ATM網におけるマルチチャ
ネルを考慮した帯域管理方式の比較評価”電子情報通信
学会論文誌B−I vol.J76−B−I No.3
pp231−2381993年3月)。伝送路での誤
り率が10-4であるとした場合、符号長63の符号の場
合で、音声に1ビット誤り訂正、画像に5ビット誤り訂
正、データ転送に3ビット誤り訂正符号がそれぞれ必要
となる。
【0052】本発明を使用しない場合には、誤り訂正符
号は5ビット訂正が必要である。このときの符号化効率
は約52%となる。一方、本発明を適用する場合には、
画像については符号化効率52%であるが、データ転送
の符号化効率は約71%、音声については約90%とな
り、全体の符号化効率、伝送容量の改善がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図3】BCH符号を説明する図である。
【図4】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図6】従来の誤り訂正方式を示すブロック図である。
【符号の説明】
110.210,610 送信側 111,211,410,611 情報信号 112,212,420 信号種類識別回路 113,213,440 信号種類識別信号 114,214 誤り訂正符号器 115,216,470,614 符号化信号 120,220,620 受信側 121 受信信号 122,224 誤り訂正復号器 123,225,570,625 復号信号 215 符号種類情報付加回路 221,520,621 受信符号化信号 222 符号種類識別回路 223 符号種類情報 430,612 分割回路 451〜454 冗長信号生成回路 460 符号化信号選択回路 531〜534,622 シンドローム算出回路 541〜544,623 誤り位置算出回路 550 訂正信号選択回路 560,624 誤り訂正回路 613 符号化回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−28145(JP,A) 特開 平1−188045(JP,A) 特開 昭63−313362(JP,A) 特開 平2−164152(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 1/00 H03M 13/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リアルタイム性を要求される信号とリア
    ルタイム性を要求されないディジタル信号を同一伝送路
    伝送する場合に、信号に施す誤り訂正方式において、 当該信号がリアルタイム性を要求されるものであるか否
    かを識別する手段と、 リアルタイム性を要求される信号に対しては符号化利得
    の大きい誤り訂正を施し、リアルタイム性を要求されな
    い信号に対しては符号化効率の大きい誤り訂正を施す
    段と を設けたことを特徴とする誤り訂正方式。
  2. 【請求項2】 画像通信信号とデータ転送信号を同一伝
    送路で伝送する場合に、信号に施す誤り訂正方式におい
    て、 当該信号が画像通信信号であるかデータ転送信号である
    かを識別する手段と、 画像通信に対しては符号化利得の大きい誤り訂正を施
    し、データ転送信号に対しては符号化効率の大きい誤り
    訂正を施す手段と を設けたことを特徴とする誤り訂正方式。
  3. 【請求項3】り訂正符号として一定符号長のBCH
    符号あるいはリードソロモン符号での誤り訂正ビット数
    を選択する誤り訂正方式を採り、 信号の種類に応じて訂正ビット数を選択する符号選択回
    路と、 該符号選択回路によって選択された誤り訂正符号の訂正
    ビット数に応じて信号を分割する分割回路と、 該分割回路出力を入力し第1番目の冗長信号を入力に付
    加する第1番目の符号化回路と、 第(k−1)番目の符号化回路出力を入力し第k番目の
    冗長信号を付加する第k番目(k=2,3,…)の符
    号化回路と、 n個の前記符号化回路出力を入力し前記符号選択回路に
    よって選択され誤り訂正符号の訂正ビット数に応じて
    前記n個の符号化回路出力のうち1つを選択し出力する
    符号化信号選択回路と、 を有することを 特徴とする請求項1または請求項記載
    の誤り訂正方式。
  4. 【請求項4】 誤り訂正符号として一定符号長のBC
    符号あるいはリードソロモン符号での誤り訂正ビット数
    を選択する誤り訂正方式を採り、 号回路に、 誤り訂正符号化された受信符号化信号を入力しシンドロ
    ームを算出するm個のシンドローム算出回路と、第1番目〜第t番目(t=1,2,…m)までの シンド
    ローム算出回路から出力されるシンドロームを入力しビ
    ット誤り位置を算出する第t番目(t=1,2,…m)
    の誤り位置算出回路と、m個 の誤り位置算出回路出力を入力し前記符号選択回路
    によって選択された誤り訂正符号に応じて前記m個の誤
    り位置算出回路の出力から1つを選択し出力する訂正信
    号選択回路と、 該訂正信号選択回路出力と受信符号化信号を入力し誤り
    を訂正する誤り訂正回路と を有することを特徴とする請求項記載の誤り訂正方
    式。
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