JP5018807B2

JP5018807B2 - 復号化装置

Info

Publication number: JP5018807B2
Application number: JP2009044174A
Authority: JP
Inventors: 義孝野村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010200126A

Description

本願開示は、一般に復号化装置に関し、詳しくは低密度パリティーチェック符号を復号化する装置に関する。

ネットワークや放送などのデータ通信において誤り訂正技術が一般的に使用されている。
誤り訂正技術は、受信したデータの符号ビットにおいて誤りが生じても、受信側だけで送信したデータを推定し、復元することが可能である。誤り訂正技術を使用することで、伝送路上の外乱の影響で生じた符号ビットの誤りを訂正することができる。

誤り訂正能力が良い手法として、ターボ符号と呼ばれる手法が開発され使用されている。ターボ符号と同等か、それ以上の性能を引き出すことができる手法として、近年、低密度パリティーチェック（ＬＤＰＣ）符号が検討され、様々なところで研究が行われている。ＬＤＰＣ符号の復号手法は、非特許文献１及び２に開示されている。

ＬＤＰＣ符号を用いることにより高性能な誤り訂正が可能となるが、ＬＤＰＣ符号を復号化するには大量な計算が必要となる。そのような大量な計算を実行する復号化装置では消費電力が大きくなるという問題がある。また大量な計算を実行するために回路規模が大きくなるという問題がある。

国際公開第ＷＯ２００７／００７８０１号パンフレット特開２００８−４８２０７号公報特開２００４−３４３１７０号公報特開２００３−１９８３８３号公報

Jinghu Chen at al, "Reduced-Complexity Decoding of LDPC Codes", IEEE Transactions on communications, 2005 vol.53.No.8 p1288-1289 松本渉，阪井塁，吉田英夫，「巡回近似MINアルゴリズム」，電子情報通信学会技術研究報告ＲＣＳ，無線通信システム，RCS2005-40, Vol.105, No.196, pp. 1-6

以上を鑑みると、低密度パリティーチェック符号化された受信信号の復号化において消費電力を削減した復号化装置が望まれる。また回路規模を削減することが望まれる。

伝送路を介して受信した低密度パリティーチェック符号化された受信信号を復号する復号化装置は、前記受信信号を入力として列処理を実行する列演算部と、δ−ｍｉｎアルゴリズムに基づく行処理において前記伝送路の雑音の分散を含めることにより対数尤度比を受信信号から求める際に雑音の分散の値を特定の値にしたアルゴリズムにおいて、前記伝送路の状態を入力とし、前記伝送路の状態に応じた補正値を有する補正項により補正を行う行処理を実行する行演算部とを含み、前記伝送路の状態に応じて前記伝送路の状態に応じた補正値とゼロとの何れかの値を選択し、前記行処理で使用する前記補正項を前記選択された値に設定することを特徴とする。

また、伝送路を介して受信した低密度パリティーチェック符号化された受信信号を復号する復号化装置は、前記受信信号から算出された対数尤度比を入力として列処理を実行する列演算部と、演算された補正値を有する補正項により補正を行うδ−ｍｉｎアルゴリズムによる行処理を行う行演算部とを含み、前記伝送路の状態に応じて前記補正値とゼロとの何れかの値を選択し、前記行処理で使用する前記補正項を前記選択された値に設定することを特徴とする。

本願開示の少なくとも１つの実施例によれば、伝送路の状態に応じてゼロ値を補正値として選択するので、選択されない補正値の計算が不要となり、補正値計算回路での消費電力を削減することが可能となる。また、選択されない補正値の計算が不要となるために、補正値計算に用いるテーブルのサイズを削減することが可能となる。

復号化装置の第１の実施例の構成を示す図である。セレクタの構成例を示す図である。最小値計算部の構成の一例を示す図である。行演算部の行処理を示すフローチャートである。動作制御部及びセレクタで用いる閾値の設定を説明するための図である。復号化装置の第２の実施例の構成を示す図である。

以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。

ＬＤＰＣ符号を復号化する際の計算量を削減する手法として、幾つかの手法が提案されている。誤り訂正能力の劣化が大きいが、演算量の削減が大きい手法として、min-sum BP（Belief-Propagation）法がある。このMin-sum BP法の特性を改善する手法として、offset min-sum BP法等の手法が提案されているが、最適な変数を設定する必要があり、この設定が難しいという問題がある。そこで、min-sum BP法ほどには誤り訂正能力の劣化がなく、変数を決定する必要がない手法も提案されている。

ＬＤＰＣ符号化された受信信号を復号する基本的なアルゴリズムでは、受信信号の確率的な信頼度情報である対数尤度比ＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）を算出しながら繰り返し演算を行うことにより、復号を行う。具体的には、伝送路を介して受信した低密度パリティーチェック符号化された受信信号を復号する復号化装置において、受信信号から対数尤度比を算出し、列演算部が対数尤度比を入力として列処理を実行する。また行処理部が行処理を実行する。これら列処理と行処理とを繰り返し、ＬＬＲを算出し更新していくことにより復号化処理を行なう。このようなアルゴリズムとしては、sum-productアルゴリズムが知られている。またsum-productアルゴリズムの行処理を近似したmin-sumアルゴリズム、更には、行処理用のＬＬＲの絶対値の最小値を補正項により最適値に補正することによりmin-sumアルゴリズムよりも性能を向上させたδ−ｍｉｎアルゴリズムが知られている。

非特許文献２に記載されるように、演算された補正値を有する補正項により補正を行うδ−ｍｉｎアルゴリズムの行演算部の式は、ＬＬＲの算出式が

の場合、

となる。ここで、Ｃは定数、ｙは受信信号、ａ，ｂは受信信号から求められる行演算部と列演算部の値で使用される確率の値、σ^２は伝送路の雑音の分散の値である。また上記の演算された補正値とは、数１のｍａｘ関数の中にある２項目のｍａｘ関数の値（ｍａｘ（Ｃ−||ａ|−|ｂ||／２，０））のことである。定数Ｃは、例えば、特許文献１に示されるように０．９であってよい。δ−ｍｉｎアルゴリズムは公知であり、その復号処理の具体的内容については、例えば特許文献１及び非特許文献２に詳しく記載されている。

上記の手法を改良して、伝送路が時間においてほとんど変化しないような場合においては、受信信号と伝送路の状態を示す雑音の分散の値を特定の値として計算することで対数尤度比（ＬＬＲ）に変換する演算量を少なくする手法が考えられる。この手法では、雑音の分散の値に関わらず受信信号からＬＬＲの値が決まる。そこで、ＬＤＰＣ復号の行演算部で使用する補正項を求める際に伝送路の雑音の分散の値を使用することにより、ＬＬＲを計算した場合と同等になるようにする。ＬＬＲの計算を行うかわりに、ＬＤＰＣ符号の行演算部内の補正値を求めるために、伝送路の雑音の分散の値を使う必要があるが、ＬＬＲのようにビット単位で計算を行う必要がないため、演算量を削減する効果が得られる。

ＬＬＲの計算を簡略化した場合、上記の行演算部の式は、

となる。この場合、補正値の算出の仕方が変更されるだけで、他の演算に関しては、非特許文献２と同様の演算で求めることができる。

この場合、伝送路を介して受信した低密度パリティーチェック符号化された受信信号を復号する復号化装置において、列演算部が受信信号を入力として列処理を実行する。また行処理部が上記数３の行処理を実行する。この行処理は、δ−ｍｉｎアルゴリズムに基づく行処理において、伝送路の雑音の分散σ^２を含めることにより、対数尤度比を受信信号から求める際に伝送路の雑音の分散σ^２を特定の値（式1の場合にはσ^２＝２）に置き換えたアルゴリズムである。具体的には、この行処理では、伝送路の状態σ^２を入力とし、伝送路の状態に応じた補正値ｍａｘ（Ｃ×σ^２／２−||ａ|−|ｂ||／２，０）を有する補正項により補正を行う。これら列処理と行処理とを繰り返し行うことで、スケーリングされたＬＬＲを算出し更新していくことにより復号化処理を行なう。後程説明するように、復号化装置の実施例においては、伝送路の状態に応じて伝送路の状態に応じた補正値とゼロとの何れかの値を選択し、行処理で使用する補正項を、その選択値に設定する。

図１は、検査行列の行方向において行と列の交差する要素が１である箇所が３である場合の復号化装置の第１の実施例の構成を示す図である。図１の復号化装置１０は、列演算部１１、行演算部１２、及びＲＡＭ１３を含む。列演算部１１は、受信信号を受け取り、列処理演算を実行し、列処理演算の結果をＲＡＭ１３に格納する。行演算部１２は、ＲＡＭ１３に格納された値ａ，ｂに基づいて、数３の行処理演算を実行し、行処理演算の結果をＲＡＭ１３に格納する。この列処理と行処理とを繰り返すことにより、列演算部１１から復号結果（復号され且つ誤りが訂正された受信信号）が出力される。

行演算部１２は、動作制御部２１、テーブル２２、補正値計算部２３、ゼロ出力部２４、セレクタ２５、最小値計算部２６、補正演算部２７を含む。テーブル２２は、伝送路の状態として例えば伝送路の雑音の分散値σ^２を受け取り、この分散値σ^２に応じた値ｋを出力する。この値ｋは、前記数３中のＣ×σ^２／２に相当する。補正値計算部２３は、ＲＡＭ１３から読み出した値ａ，ｂとテーブル２２からの値ｋとに基づいて、ｍａｘ（−α×||ａ|−|ｂ||＋ｋ，０）を計算する。ここでαは−１／２であり、補正値計算部２３の計算値は、前記補正値ｍａｘ（Ｃ×σ^２／２−||ａ|−|ｂ||／２，０）に等しい。

セレクタ２５は、伝送路の状態として例えば伝送路の雑音の分散値σ^２を受け取り、伝送路の状態に応じて補正値計算部２３の計算値（補正値）又は値０を選択して補正項ｔとして出力する。具体的には、伝送路の状態を示す値（雑音の大きさに応じた値）が所定の閾値よりも低く、伝送路の状態が良好である場合には、セレクタ２５は０を選択する。また伝送路の状態を示す値（雑音の大きさに応じた値）が所定の閾値以上で、伝送路の状態が不良である場合には、セレクタ２５は補正値計算部２３の計算値（補正値）を選択する。これは、行演算部１２の行処理演算（前記数３の演算）において、伝送路の状態が良好な場合には、補正項を用いなくとも（即ち補正値がゼロであっても）、復号処理は収束し、十分な誤り訂正能力を発揮するからである。

図２は、セレクタ２５の構成例を示す図である。セレクタ２５は、比較器３１と選択回路３２とを含む。比較器３１は、伝送路の状態を示す値と閾値とを受け取り、これら伝送路の状態を示す値と閾値とを比較し、比較結果に応じた信号レベルの選択信号を出力する。選択回路３２は、選択信号の信号レベルに応じて補正値計算部２３の出力計算値或いはゼロ出力部２４の出力ゼロ値の何れかを選択する。

図１を再び参照し、最小値計算部２６は、ｓ＝Ｍｉｎ（|ａ|，|ｂ|）を計算して出力する。補正演算部２７は、最小値計算部２６からの値ｓと補正項ｔとに基づいて、Ｍａｘ（ｓ−ｔ，０）を計算する。この計算値は、補正項ｔが補正値計算部２３の計算値（補正値）に等しい場合、前記の数３の計算値となる。補正演算部２７の計算結果を用いた値が行演算部１２の出力として、ＲＡＭ１３に格納される。

動作制御部２１は、伝送路の状態として例えば伝送路の雑音の分散値σ^２を受け取り、伝送路の状態に応じてテーブル２２及び補正値計算部２３の動作を制御する。具体的には、伝送路の状態を示す値（雑音の大きさに応じた値）が所定の閾値よりも低く、伝送路の状態が良好である場合には、動作制御部２１はテーブル２２及び補正値計算部２３の動作を停止させる。また伝送路の状態を示す値（雑音の大きさに応じた値）が所定の閾値以上で、伝送路の状態が不良である場合には、動作制御部２１はテーブル２２及び補正値計算部２３を動作させる。これは、伝送路の状態が良好な場合には補正項を用いないので、テーブル２２及び補正値計算部２３の動作は不要だからである。テーブル２２と補正値計算部２３との動作を停止させることにより、消費電力を削減することができる。なお行演算部１２は、実際には多数設けられており、複数の行演算部１２が同時並行的に動作する。従って、テーブル２２と補正値計算部２３との動作を停止させることによる消費電力削減の効果は大きい。

図３は、最小値計算部２６の構成の一例を示す図である。最小値計算部２６は、比較器３３を含む。比較器３３は、伝送路の状態を示す値（例えば雑音電力）と閾値とを受け取り、これら伝送路の状態を示す値と閾値とを比較し、比較結果に応じた信号レベルの動作制御信号を出力する。この動作制御信号の信号レベル（例えばＨＩＧＨ／ＬＯＷ）に応じて、テーブル２２と補正値計算部２３との動作が制御される。

図４は、行演算部１２の行処理を示すフローチャートである。ステップＳ１で、行演算部１２のセレクタ２５により、閾値よりも伝送路の雑音の分散が小さいか否かを判断する。閾値よりも伝送路の雑音の分散が小さい場合、ステップＳ２で、行演算部１２のセレクタ２５により、補正項ｔとして０を出力する。また伝送路の雑音の分散が閾値以上である場合、ステップＳ３で、行演算部１２のテーブル２２により、伝送路の雑音の分散に応じた最適値ｋを出力する。更にステップＳ４で、行演算部１２の補正値計算部２３により補正値を算出し、セレクタ２５によりこの補正値を補正項ｔとして選択して出力する。最後にステップＳ５で、行演算部１２の補正演算部２７が、補正項ｔを用いて更新値Ｍａｘ（ｓ−ｔ，０）を算出する。

なお動作制御部２１及びセレクタ２５への入力である伝送路の状態を示す指標としては、伝送路の雑音の分散値σ^２に限定されるものではない。例えばＣＮＲ（搬送波対雑音比）等を伝送路の状態を示す指標として用いてよい。またテーブル２２の代りに、例えば入力値に基づいて出力値を計算する演算回路を用いてもよい。

図５は、動作制御部２１及びセレクタ２５で用いる閾値の設定を説明するための図である。図５のグラフは、伝送路の状態を横軸に示し、復号化装置１０により受信信号を復号・訂正した後の信号のエラー確率を縦軸に示す。特性曲線４１は補正項ｔが０の場合、即ち伝送路の状態が良好でありセレクタ２５がゼロ出力部２４の出力０を選択した場合に、復号化装置１０により得られる復号信号のエラー確率の値を、各伝送路の状態の値に対して示したものである。また特性曲線４２は補正項ｔが０でない場合、即ち伝送路の状態が不良でありセレクタ２５が補正値計算部２３の計算した補正値を選択した場合に、復号化装置１０により得られる復号信号のエラー確率の値を、各伝送路の状態の値に対して示したものである。

水平方向に延びる点線４３が、あるエラー確率の値を示しており、このエラー確率の値が復号化装置１０に必要な性能である。伝送路の状態が良好な場合と不良な場合とを含めた広い範囲の伝送路の状態に対して、復号化装置１０の復号化信号のエラー確率が、点線４３の示す必要な性能を上回る必要がある。図５のグラフで縦軸のエラー確率は上側が高く下側が低いので、点線４３より下側でエラーが少なく、必要な性能を上回ることになる。そのためには、例えば垂直方向に延びる点線４４で示す値に閾値を設定すればよい。この場合、閾値を示す点線４４の右側では特性曲線４１が使用され、閾値を示す点線４４の左側では特性曲線４２が使用される。従って、広い範囲の伝送路の状態に対して必要性能を満たしながら、最大限の電力削減効果を発揮することができる。

なお図５において、閾値を示す点線４４の右側では特性曲線４１を使用するので、点線４４の右側の領域に対しては、分散値σ^２に応じた値ｋをテーブル２２に格納しておく必要がない。従って、常に特性曲線４２を使用する構成、即ち常に０でない補正項ｔを使用する構成に比較して、テーブル２２のサイズを小さくすることができる。前述のように行演算部１２は多数設けられているので、テーブル２２のサイズ削減（メモリ回路規模削減）による回路規模削減の効果は大きい。

図６は、図１と同様の検査行列を持つ際の復号化装置の第２の実施例の構成を示す図である。図６の復号化装置１０Ａは、列演算部１１Ａ、行演算部１２Ａ、及びＲＡＭ１３Ａを含む。列演算部１１Ａは、受信信号から求めた対数尤度比ＬＬＲを受け取り、列処理演算を実行し、列処理演算の結果をＲＡＭ１３Ａに格納する。行演算部１２Ａは、ＲＡＭ１３Ａに格納された値ａ，ｂに基づいて、数２の行処理演算を実行し、行処理演算の結果をＲＡＭ１３Ａに格納する。この列処理と行処理とを繰り返すことにより、列演算部１１から復号結果（復号され且つ誤りが訂正された受信信号）が出力される。

行演算部１２Ａは、動作制御部２１、定数出力部２２Ａ、補正値計算部２３Ａ、ゼロ出力部２４、セレクタ２５、最小値計算部２６、補正演算部２７を含む。図６において、図１と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は適宜省略する。

定数出力部２２Ａは、定数値ｋを出力する。この値ｋは、前記数２中のＣに相当する。補正値計算部２３Ａは、ＲＡＭ１３Ａから読み出した値ａ，ｂと定数出力部２２Ａからの値ｋとに基づいて、ｍａｘ（−α’×||ａ|−|ｂ||＋ｋ，０）を計算する。ここでα’は−１／２であり、補正値計算部２３の計算値は、補正値ｍａｘ（Ｃ−||ａ|−|ｂ||／２，０）に等しい。

セレクタ２５は、伝送路の状態として例えば伝送路の雑音の分散値σ^２を受け取り、伝送路の状態に応じて補正値計算部２３の計算値（補正値）又は値０を選択して補正項ｔとして出力する。最小値計算部２６は、ｓ＝Ｍｉｎ（|ａ|，|ｂ|）を計算して出力する。補正演算部２７は、最小値計算部２６からの値ｓと補正項ｔとに基づいて、Ｍａｘ（ｓ−ｔ，０）を計算する。この計算値は、補正項ｔが補正値計算部２３の計算値（補正値）に等しい場合、前記の数２の計算値となる。セレクタ２５、最小値計算部２６、及び補正演算部２７の動作は、第１の実施例の場合と同様である。補正演算部２７の計算結果は、行演算部１２Ａの出力として、ＲＡＭ１３Ａに格納される。

動作制御部２１は、伝送路の状態として例えば伝送路の雑音の分散値σ^２を受け取り、伝送路の状態に応じて補正値計算部２３Ａの動作を制御する。具体的には、伝送路の状態を示す値（雑音の大きさに応じた値）が所定の閾値よりも低く、伝送路の状態が良好である場合には、動作制御部２１は補正値計算部２３Ａの動作を停止させる。また伝送路の状態を示す値（雑音の大きさに応じた値）が所定の閾値以上で、伝送路の状態が不良である場合には、動作制御部２１は補正値計算部２３Ａを動作させる。補正値計算部２３Ａの動作を停止させることにより、消費電力を削減することができる。なお行演算部１２Ａは、実際には多数設けられており、複数の行演算部１２Ａが同時並行的に動作する。従って、補正値計算部２３Ａの動作を停止させることによる消費電力削減の効果は大きい。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。

１０復号化装置
１１列演算部
１２行演算部
１３ＲＡＭ
２１動作制御部
２２テーブル
２３補正値計算部
２４ゼロ出力部
２５セレクタ
２６最小値計算部
２７補正演算部

Claims

伝送路を介して受信した低密度パリティーチェック符号化された受信信号を復号する復号化装置であって、
前記受信信号を入力として列処理を実行する列演算部と、
δ−ｍｉｎアルゴリズムに基づく行処理において前記伝送路の雑音の分散を含めることにより対数尤度比を受信信号から求める際に雑音の分散の値を特定の値にしたアルゴリズムにおいて、前記伝送路の状態を入力とし、前記伝送路の状態に応じた補正値を有する補正項により補正を行う行処理を実行する行演算部と
を含み、前記伝送路の状態に応じて前記伝送路の状態に応じた補正値とゼロとの何れかの値を選択し、前記行処理で使用する前記補正項を前記選択された値に設定することを特徴とする復号化装置。
前記行演算部は前記補正値を求める回路を含み、前記選択された値がゼロである場合に、前記回路の動作を停止することを特徴とする請求項１記載の復号化装置。
前記回路は前記伝送路の状態を入力として前記補正値を出力するテーブルを含むことを特徴とする請求項２記載の復号化装置。
伝送路を介して受信した低密度パリティーチェック符号化された受信信号を復号する復号化装置であって、
前記受信信号から算出された対数尤度比を入力として列処理を実行する列演算部と、
演算された補正値を有する補正項により補正を行うδ−ｍｉｎアルゴリズムによる行処理を行う行演算部と
を含み、前記伝送路の状態に応じて前記補正値とゼロとの何れかの値を選択し、前記行処理で使用する前記補正項を前記選択された値に設定することを特徴とする復号化装置。
前記行演算部は前記補正値を演算する回路を含み、前記選択された値がゼロである場合に、前記回路の動作を停止することを特徴とする請求項４記載の復号化装置。