JPH07112161B2 - ブロック符号復号方法 - Google Patents

ブロック符号復号方法

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JPH07112161B2
JPH07112161B2 JP61121698A JP12169886A JPH07112161B2 JP H07112161 B2 JPH07112161 B2 JP H07112161B2 JP 61121698 A JP61121698 A JP 61121698A JP 12169886 A JP12169886 A JP 12169886A JP H07112161 B2 JPH07112161 B2 JP H07112161B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明はブロック誤り訂正符号化された信号の軟判定
を用いたブロック符号復号方式に関する。ブロック符号
の軟判定復号方式は具体的には例えば陸上移動無線にお
ける制御信号伝送のようなブロック誤り訂正符号を用い
る伝送方式において、硬判定を用いた復号法に比べ信頼
度の改善を図ることが可能な復号方法である。
「従来の技術」 まず、従来までの硬判定によるブロック符号復号法を以
下の例によって説明する。いま、0,1の2つの情報に対
してΩ={X1,X2}={(000),(111)}に符号化す
るブロック誤り訂正符号を考える。この符号は、符号間
距離が3であるから1ビット誤りが訂正可能である。こ
のブロック符号を復号する場合、従来までの硬判定によ
るブロック符号復号法は受信語と符号との間に距離が最
も小さくなるような符号語が送信されたものとみなす方
法である。いま送信側では1を1(ボルト)、0を−1
(ボルト)に対応させてX2=(111)を送信し、受信側
で第1図に示すような波形r(t)を受信したとするこ
の受信波形r(t)は各タイムスロットTごとに1.0V,
−0.2V,−0.2Vのレベル値をとったものとする。硬判定
復号ではビット単位の(各タイムスロット)の復号を受
信波形r(t)のレベルの正負によってそれぞれ1,0に
対応させることで行なう、従って第1図の例では受信語
YはY=(100)となり、符号語(000)との距離が1、
符号語(111)との距離が2であるから0が送信された
と見なし誤受信となる。
これに対し、ブロック符号についてビット単位の復号時
におけるレベル情報を用いた軟判定による復号を行なう
方法が文献〔D,Chase,“A Class of Algorithms for De
coding Block Codes with Channel Measurement Inform
ation",IEEE Trans.IT−18,No.1,Jan.1972〕によって示
され、この方法により、ブロック毎の誤り訂正能力を拡
大できることが示されている。この方法によるブロック
符号の軟判定復号法は、受信語Yに対し、 となる符号語Xjを復号出力とする。ここで Ω :符号語の集合,Xj:j番目の符号語 Xji:符号語Xjの第iディジットで Xj=(Xj1,Xj2,…,XjN) Yi :受信語の第iディジットで Y=(Y1,Y2,…,YN) li :受信語の第iディジットの復号時のレベル値 :排他的論理和,Min:最小値,|l1|: l1の絶対値である。
このアルゴリズムに従うと、第1図の例についてレベル
値は{li}={1.0,−0.2,−0.2} だから 符号語X1に対し 符号語X2に対し となって、符号語X2の時最小となるから1が送信された
と見なし、正しく受信される。ブロック符号の軟判定復
号法では、符号語と受信語との相異するビットに対し、
その判定の信頼度に応じた重みで(レベル値liを重み係
数とする)重み付けした受信語からの距離を最小化する
符号語が送信されたと見なす。この方法によればブロッ
ク符号の誤り訂正能力は拡大される。しかし、ビット単
位の復号時のレベル値li(i=1〜N)はアナログ値で
あり、このようなアナログレベル値を含めた復号処理を
行なうためには、レベル値をアナログ−ディジタル変換
するような複雑な処理回路が必要となる欠点がある。
「問題点を解決するための手段」 この発明によれば、各符号を複数ビットよりなる誤り訂
正可能な符号語として送信されたブロック符号を電圧比
較器によりビット単位の復号を行い、かつそのビット単
位の復号に対し信頼度に応じた重み付けをして誤り訂正
復号を行なうブロック符号復号方式において、上記電圧
比較器出力の高レベルと低レベルとの再生ビットに対す
る各時間率の差をビット単位の復号の信頼度指標とし、
各符号語と受信語との相異ビットにおける上記信頼度指
標の総和を最小化する符号語を復号語と判定する。
例えばビットに対応する受信波形の電圧比較器出力を時
間軸上でいくつかの点に分割し、その各分割出力がマー
ク(高レベル)の場合+1を、スペース(低レベル)の
場合は−1を対応させてその和となる値すなわちマーク
とスペースとの再生ビット当りの各時間率の差の値、又
はそれに比例する値をビット単位の復号の信頼度を表わ
す情報(以下、信頼度指標という)とし、従来の軟判定
復号におけるレベル値のかわりにこの信頼度指標を用い
て各受信語(フレーム)毎に軟判定復号を行なう。この
ようにして従来の軟判定復号法と同程度に、誤り訂正符
号の誤り訂正能力を従来の硬判定復号法よりも拡大し、
しかも復号処理にアナログ−ディジタル変換のような複
雑な処理を必要とせずに簡単な処理で復号を行うとがで
きる。
「実施例」 この発明では各ビット単位の復号に用いる電圧比較器の
出力の高レベルと低レベルとの再生ビット当りの各時間
率の差を信頼度指標として求めるが、このことについて
第2図を参照して説明する。いま第2図Aに示すような
高レベル1ビットの送信波形に対し、第2図Bに示すよ
うな受信波形1が得られたとする。この受信波形1の電
圧比較器出力は第2図Cに示すようになる。この再生1
ビット分の時間長を図のように10とした場合、電圧比較
器出力(第2図C)は長さ4の高レベル(受信波形の正
成分)、長さ1の低レベル(受信波形の負成分)、長さ
5の高レベルよりなる。従って高レベルと低レベルとの
再生1ビット当りの時間率の差l1は|(4+5)−1|=
8となる。第2図Dに示すような受信波形2として受信
された場合はその電圧比較器の出力は第2図Eに示すよ
うに長さ3の高レベル−長さ3の低レベル−長さ4の高
レベルとなり、高レベルと低レベルとの再生1ビット当
りの時間率の差l2は|(3+4)−3|=4となる。第2
図Fに示すような受信波形3として受信された場合はそ
の電圧比較器の出力は第2図Gに示すように長さ1の高
レベル−長さ1の低レベル−長さ1の高レベル−長さ2
の低レベル−長さ1の高レベル−長さ3の低レベル−長
さ1の高レベルとなり、その高レベルと低レベルとの再
生1ビット当りの時間率の差l3は|(1+1+1+1)
−(1+2+3)|=2となる。
これら時間率の差l1=8,l2=4,l3=2はそれぞれそのま
ま受信波形1,2,3の信頼度の高低、つまり信頼度指標を
表わす。
このような時間率の差は簡単な回路をもって測定するこ
とができ、その得られた時間率の差を信頼度指標として
前述した従来のブロック符号軟判定におけるレベル値li
のかわりに用いれば、ビット単位には電圧比較器を用い
た硬判定を行ないつつ、フレーム単位には軟判定復号を
行なうことが可能となる。この時、ビット単位の復号は
従来までと同様にビットの識別時点における識別結果、
すなわちレベルの正負による判定を行なっても良いが、
1ビットの時間内における時間率の大きい方を復号結果
としても良い。一方ブロック符号の復号ではビット単位
の信頼度指標を用いた軟判定を行なっているので、誤り
訂正符号の誤り訂正能力が硬判定を行う場合より拡大さ
れ、非受信率特性が改善されることが期待できる。
第3図はこの発明の実施例を示し、入力端子11よりの入
力信号は電圧比較器12へ入力され、その電圧比較器12の
出力はビット単位復号器13と時間率測定回路14とへ供給
される。ビット単位復号器13の復号結果と、時間率差測
定回路14の測定結果とが軟判定誤り訂正復号回路15に入
力され、軟判定誤り訂正復号回路15よりのフレーム復号
出力は出力端子16へ出力される。
入力端子11から第4図中の波形21に示すような入力信号
21が入力されたとする。この入力信号21は電圧比較器12
で正成分は高レベル、負成分は低レベルに変換され、第
4図中の波形22で示すような電圧出力が得られる。この
波形22の電圧出力はビット単位復号器13において従来と
同様な手法により、マークかスペースかに各ビットごと
に復号される。
波形22の電圧出力は時間率差測定回路14に入力されてそ
の高レベルと低レベルとの1ビット当りの時間率の差が
測定される。時間率差測定回路14としては第5図に示す
ような市販のアップダウンカウンタ23を用いて構成する
ことができる。そのカウントモード選択端子24に電圧比
較器12の出力電圧が印加され、この印加電圧が高レベル
の時、アップダウンカウンタ23はアップカウント状態に
なり、低レベルの時ダウンカウント状態になる。クロッ
ク発生器25から、入力端子11の入力信号のビットレート
のN倍のクロックがアップダウンカウンタ23のクロック
端子CKに入力され、このクロックが計数される。アップ
ダウンカウンタ23のリセット端子26にビット単位復号器
13から得られる再生クロックが用いられる。入力信号の
各1ビットの終了時にはその1ビットにおける電圧比較
器出力の高レベルと低レベルとの時間差つまり再生1ビ
ット当りの時間率の差に比例した値がアップダウンカウ
ンタ23のカウンタ出力端子27に得られる。この値を軟判
定誤り訂正復号回路15へ出力すると共に1ビットのカウ
ント終了時にビット単位復号器13からの再生クロックに
よってアップダウンカウンタ23をリセットして次のビッ
トに対して再び同様な動作を始める。
次に(7,4)ハミング符号を用いて実施例の動作につい
て説明する。(7,4)ハミング符号の符号語を第6図に
示す。今、送信側から第6図中のNo.2に示した(100010
1)が送られたとし、受信側の受信波形が伝送途中に付
加された雑音により第7図に示すようになり、受信語Y
が Y=(1001111) となったとする。このとき、従来までの硬判定復号法で
は符号語X=(1000101)と受信語Yとの符号間距離は
2であるが、ハミング(7,4)符号の符号語の1つであ
るX′=(1001110)と受信語Yとは符号間距離が1で
あるため、符号語X′が送信されたとみなし、誤受信が
起きる。
これに対しこの発明による復号方式では正しく受信され
ることを説明する。なお、1ビット内を10ケ所のサンプ
リングにより時間率差を測定する例について考える。受
信波形の電圧比較器出力より得られる各ビットごとの信
頼度指標liは第7図に示すように与えられたとし、この
信頼度指標liを用いて16個のハミング符号の符号語に対
して式(1)の計算を行った結果を第6図中右端に示
す。符号語X=(1000101)については となるが符号語X′=(1001110)については計算結果
が10となり、符号語Xについての計算結果が最小値を与
えるため、符号語Xが送信されたとみなされ、正しく復
号される。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、従来の硬判定
復号方法では非受信、又は誤受信となる受信語について
も正しく復号できる。式(1)の最小化の効率的なアル
ゴリズムは、前述の文献等にも詳しく述べられており、
この方法は誤り訂正符号の復号を行なうための演算装置
(CPU)を用いたソフトウェアで容易に実現できる。
一方、ビット単位の復号は、従来までと何ら変わらない
方法で行なって良い。また信頼度指標を求めるための時
間率差測定回路は市販のICを用いて極めて簡単に構成で
きるが、ソフトウェア処理で行ってもよい。
以上述べたようにこの発明によれば、AD変換回路等の複
雑な処理回路を用いることなく、誤り訂正符号の訂正能
力が硬判定復号方法より拡大し得るという利点がある。
次にこの発明による改善効果を定量的に述べる。前述の
文献によれば、式(1)に示す軟判定復号法を行なうと
符号間距離dが2t0+1の場合、最大で2t0個の誤まり
まで訂正できる。なお従来の硬判定復号による時は最大
でt0個の誤りまでしか訂正できない。この発明の復号方
式でも式(1)のレベル値|li|のかわりに、電圧比較
器出力の高レベルと低レベルとの時間率の差の値を用い
ているので、1ビット内のサンプル数が十分大きけれ
ば、時間率の差によりビット識別を行なう場合、つまり
高レベルと低レベルとでその時間率の大きい方をビット
単位の復号結果とする場合のビット誤り率特性を基準と
して、1フレーム(1符号語)内に2t0個以上の誤りが
発生したときに非受信となるから、この確率が、この発
明による復号方式の符号語誤り率の下限となる。つまり
この発明によれば最良な場合にこの符号誤り率まで得ら
れる。
例えば、BCH(23,12)符号の場合、符号間距離dは7で
あるから2t0+1=2×3+1となり、t0=3であるか
ら、23ビット中7ビット以上誤まる確率が、この発明に
よる復号法の符号誤り率の下限を与え、実際とは誤りが
6ビット以内でも誤まるおそれがある。一方、従来の硬
判定復号法では、符号間距離2t0+1に対して、t0個の
誤りまで訂正可能であるから、符号語誤り率は1符号語
(1フレーム)内にt0+1個以上の誤まりが発生する確
率に等しく、BCH(23,12)の場合、23ビット中、4(t0
+1=3+1)ビット以上誤まる確率に等しい。
高レベルと低レベルとの時間率の差によりビットの識別
再生を行なう場合の例として、文献(2)〔尾上,諏
訪,服部,“スプリットフェーズ信号の積分復号法と伝
送特性",昭和58年度電子通信学会総合全国大会,No.216
7〕に、信号伝送速度(ビットレート)300b/s、周波数
偏移4.5kHz1F帯域幅16kHz、フェージング周波数20Hzの
場合について報告されている。この特性を第8図に曲線
31として示す。この曲線31のビット誤り率特性をもと
に、この発明による復号方式の符号語誤り率の下限、及
び従来の硬判定復号法の符号語誤り率を、BCH(23,12)
符号を例にランダム誤りを仮定して求める。ランダム誤
りを仮定すれば、 により計算できる。但し、pは、ビット誤り率で、第8
図の曲線31より得られる。第8図にビット誤り率pと、
符号語誤り率Pw,P′の関係曲線32,33として示す。例
えば、受信入力電界−8dBμの時、p=2×10-2であ
り、この時 また、受信入力電界−1dBμの時p=2×10-3であり、
この時、 なって、この発明により、符号語誤り率特性は従来の硬
判定復号法と比較して大幅に改善される。
上述においてはNRZ符号にこの発明を適用したが、その
他の符号にもこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は軟判定復号法を説明するための受信波形の例を
示す図、第2図は送信波形と、その各種受信波形と、そ
の各電圧比較器出力との例を示す図、第3図はこの発明
の実施例を示すブロック図、第4図は電圧比較器出力と
受信波形の例を示す図、第5図は時間率差測定回路の実
現例を示す図、第6図は(7,4)ハミング符号の全符号
語を示す図、第7図は受信波形と信頼度指標の例を示す
図、第8図は文献(2)に示されたビット誤り率特性及
びその時にこの発明による復号方式を用いる場合と従来
の復号法を用いる場合との各符号語誤り率特性図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各符号を複数ビットよりなる誤り訂正可能
    な符号語として送信されたブロック符号を電圧比較器に
    よりビット単位の復号を行い、かつそのビット単位の復
    合に対し信頼度に応じた重み付けをして誤り訂正復号を
    行なうブロック符号復号方法において、 上記ビット単位の復号過程での上記電圧比較器出力の高
    レベルと低レベルとの再生1ビットに対する各時間率の
    差をビット単位の復号の信頼度を表わす信頼度指標と
    し、 各符号語と受信語との相異ビットにおける上記信頼度指
    標の総和を最小化する符号語を復号語と判定するブロッ
    ク符号復号方法。
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