JP4786108B2

JP4786108B2 - 誤り訂正符号化型デジタル伝送方法

Info

Publication number: JP4786108B2
Application number: JP2001567138A
Authority: JP
Inventors: グェガン、アノー; モティエ、デビィッド
Original assignee: Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Current assignee: Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: WO2001069795A1; FR2806177A1; US20030061190A1; CN1180538C; KR20020013869A; JP2003527028A; CN1381096A; US7127443B2; FR2806177B1; EP1134902A1

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、概して、特に大量の干渉が発生するチャネルによるデジタル送信用のシステムのための、誤り訂正符号化型デジタル伝送方法に関する。より正確には、特に順次連結されたターボ符号タイプの符号化方式を使用して、送信状態への適応を可能にする、誤り訂正符号化型デジタル伝送方法に対する改良に関する。
【０００２】
［背景技術］
デジタル送信システムは、ケーブル、光ファイバ、または無線チャネル、衛星等による伝搬等の物理的媒体を使用して情報を伝達する。かかる物理的媒体は、チャネルと呼ばれる。概して、かかるシステムは、特に、送信に関して、チャネル符号化装置、受信に関して復号化装置を備えている。
【０００３】
チャネル符号化装置は、いわゆる誤り訂正符号化機能を有している。誤り訂正符号化の機能は、有効な情報項目に対し、宛先での復号化中に、チャネル上で発生する特に雑音、減衰および干渉タイプの外乱によって影響を受ける、その宛先に到着している情報から、有効な情報を再編成することを可能にする、冗長情報項目を生成することからなる。対応する宛先復号化に関連するかかるチャネル符号化を使用するデジタル伝送方法は、誤り訂正符号化型伝送方法と呼ばれる。
【０００４】
デジタル送信システムの品質は、概して、送信されるビット毎の誤りの確率を計算することによって評価される。これは、特にリンクの信号対雑音比の関数である。対応する復号化に関連する誤り訂正符号化は、信号にもたらされる冗長性の長所によって、送信の品質を向上させることを目的とする。符号化装置によって冗長情報がもたらされると、復号化装置は、あらゆる誤りを訂正するために、受信された冗長情報と符号化規則に対するその知識とを使用する。言い換えれば、宛先で、チャネルによって損傷を受けた受信情報から、対応する有効な情報が再編成される。例えば、冗長性により、符号化規則に従って、符号化情報のいくつかのシーケンスのみが有効である。復号化される受信情報シーケンスがこれら可能なシーケンスと異なる場合、それは、それらがチャネルによって損傷を受けた情報に対応しているためである。最尤復号化の場合、復号化方法は、受信された情報のシーケンスから、および異なる許可されたシーケンスを考慮することにより、最尤有効情報シーケンスを決定することによって、有効情報を再編成する。
【０００５】
すべての符号化および復号化動作によって可能とされるシーケンス間で識別する能力が大きいほど、誤り訂正能力が大きい。
【０００６】
符号化によってもたらされる冗長性の重要な結果は、デジタルフローレートの増大である。従って、符号器の重要なパラメータはその効率であり、それは、送信されるビット毎の情報ビットの数と等しい。概して、効率が低いほど、符号はロバストである。
【０００７】
誤り訂正符号化を伴う送信の性能は、概して、所定の割合Ｅ_b／Ｎ_o（Ｅ_bは情報ビット当たりのエネルギ、Ｎ_oは雑音のパワースペクトル密度）に対するビットまたはパケット誤り率によって測定される。符号は、それを使用することにより、所定の割合Ｅ_b／Ｎ_oに対しおよび所定の復号化複雑度に対し、より高い誤り率が使用可能となるかまたはより低い誤り率が使用可能となるかにより、より有効であるかまたはより有効でないとみなされる。
【０００８】
低効率の符号を用いることによって性能を向上させることができる。しかしながら、これは、送信のスペクトル効率の損傷に対して行われる。概して、使用される効率は、予め決められた誤り率を保証することができるようにする効率であり、この効率は、送信状態に従って変更することができる可能性が高い。
【０００９】
周知の誤り訂正符号は、ブロック符号である。ブロック符号化は、ｎビット（ｎ＞ｋ）の１ブロックをｋ情報ビットの各ブロックに関連付けることによって（ｎ−ｋ）冗長ビットを含むようにすることからなる。ｎビットのブロックは、ｋの有効ビットのブロックに符号生成行列と呼ばれるｋ行ｎ列の行列を掛けることによって得られる。置換により、生成行列が単位行列を示すような形式で書かれることにより、ｎビットのブロックにおいてｋ情報ビットおよびｎ−ｋ冗長ビットが分離される場合、符号は組織的であると言われる。符号の効率は、ｋ／ｎに等しい。復号化装置は、誤りを検出し、最小ハミング距離を用いてそれらを訂正する。本技術分野において周知であるかかる誤り検出符号は、例えばハミング符号、ＢＣＨ符号およびリードソロモン符号である。
【００１０】
１つまたは複数の畳込み符号器によって誤り訂正符号化をもたらすこともまた周知である。それらの動作原理は、レジスタ装置を用いて、符号器の入力に存在するｋバイナリ要素のブロックを、入力においてそのブロックに先行するｍブロックもまた考慮することにより、ｎバイナリ要素のブロックとして符号化することからなる。畳込み符号器の出力は、ｎ生成多項式によって定義される符号器の応答により入力に存在するｋバイナリ要素の畳込み積によって生成されるｎ符号化バイナリ要素からなる。符号器の生成多項式の数ｎは、符号器の次元と呼ばれる。符号の効率は、ｋ／ｎに等しい。復号化装置は、例えばＭａｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌによって１９９５年に出版されたＪ．Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓによる文書「ＤｉｇｉｔａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」において述べられているように、例えば連続したタイプの復号化、最尤シンボルに従う復号化、または最尤シーケンスに従う復号化により、オリジナルデータを再編成する。例えば、ビタビアルゴリズムは、最尤シーケンスによる最適復号化を提供する。
【００１１】
このタイプの種々の符号によれば、符号化は、符号化される情報に先行する連続したｍの有効な情報項目を直接考慮することによってではなく、有効な情報項目とｍの予め計算された補足情報項目との数学的組合せによって各々取得される、シフトレジスタタイプの装置に格納された、連続したｍの補足情報項目を用いることによって行われる。かかる畳込み符号は、再帰的であると言われる。更に、有効な情報が、（ｎ−１）の符号化された情報項目または冗長情報項目と共に符号器のｎ出力の間にあるように現れる場合、結果としての符号は、系統的再帰的畳込み符号、すなわちＲＳＣ符号と呼ばれる。
【００１２】
符号化の性能を向上させるために異なる符号器を結合することもまた周知である。例えば、第１の符号器によって符号化されたデータを、第２の符号器に送ることができる。第２の符号器を開始して、復号化は同時に起こる。
【００１３】
特に、ＩＣＣ−１９９３、ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓの１０６４〜１０７０頁に掲載されている、Ｃ．Ｂｅｒｒｏｕ、Ａ．Ｇｌａｖｉｅｕｘ、Ｐ．Ｔｈｉｔｉｍａｊｓｈｉｍａによる文書「ＮｅａｒＳｈａｎｎｏｎＬｉｍｉｔＥｒｒｏｒ−ＣｏｒｒｅｃｔｉｎｇＣｏｄｉｎｇａｎｄＤｅｃｏｄｉｎｇ：Ｔｕｒｂｏ−ｃｏｄｅｓ」に述べられているように、高性能タイプの符号器の結合が提案されている。このタイプの符号器の結合が、本技術分野においてターボ符号（turbocode）として周知の符号化方式のファミリをもたらした。ターボ符号という用語は、要素符号と呼ばれるいくつかの単一符号の、連結と呼ばれる結合に基づく誤り訂正符号に適用される。その際、データが単一符号の各々によって考慮される順序を変更する、インタリービングと呼ばれる入れ換え動作が介入される。要素符号は、上述したタイプの冗長性をもたらす符号を意味する。それは、例えば、畳込みターボ符号用の系統的再帰的畳込み符号、ブロックターボ符号用のハミングブロックまたはＢＣＨ符号の場合であってよい。異なるタイプの連結を考慮することができる。並列連結では、インタリーブされた後に各符号器によって別々に同じ情報が符号化される。直列連結では、各符号器の出力は、インタリーブされた後に後続する符号器によって符号化される。ターボ符号の次元は、このターボ符号を実現するために使用される要素符号器の数を意味する。周知のターボ符号化方式は、系統的再帰的畳込み符号（ＲＳＣ）タイプの要素符号の並列連結からなる。このターボ符号は、ＰＣＣＣと呼ばれる。直列連結ターボ符号の例は、畳込み符号タイプの要素符号を使用するＳＣＣＣと、ブロック符号タイプの要素符号を使用するブロックターボ符号とである。直列連結ターボ符号は、特に、１９９６年８月のＪＰＬＴＤＡＰｒｏｇ．Ｒｅｐ．，ｖｏｌ．４２−１２６における、Ｓ．Ｂｅｎｅｄｅｔｔｏ、Ｇ．Ｍｏｎｔｏｒｓｉ、Ｄ．ＤｉｖｓａｌａｒおよびＦ．Ｐｏｌｌａｒａによって書かれた論文「Ｓｅｒｉａｌｃｏｎｃａｔｅｎａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｃｏｄｅｓ：Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｔｅｒａｔｉｖｅｄｅｃｏｄｉｎｇ」と、１９９８年２月のＩＥＥＥＪＯＵＲＮＡＬＯＮＳＥＬＥＣＴＥＤＡＲＥＡＳＩＮＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ｖｏｌ１６，Ｎｏ２の２３１〜２４４頁における、Ｓ．Ｂｅｎｅｄｅｔｔｏ、Ｄ．Ｄｉｖｓａｌａｒ、Ｇ．ＭｏｎｔｏｒｓｉおよびＦ．Ｐｏｌｌａｒａによって書かれた論文「ＡｎａｌｙｓｉｓＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｔｅｒａｔｉｖｅＤｅｃｏｄｉｎｇｏｆＤｏｕｂｌｅＳｅｒｉａｌｌｙＣｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄＣｏｄｅｓｗｉｔｈＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｒｓ」において述べられている。
【００１４】
ターボ符号によって符号化される情報は、以下ターボ復号化と呼ぶ反復的な方法によって復号化することができる。このターボ復号化を行うために、各々符号化装置の要素符号器に対応する、入力および出力が重み付けされたいくつかの要素復号器が結合されている。重み付けされた入力および出力は、確率、尤度比またはログ尤度比によって影響を受ける。インタリーバおよびデインタリーバにより、各復号器は、対応する符号器の出力または入力における情報の対応する項目と同じ順序で提供される、情報の項目を考慮することができる。各要素復号器は、対応する符号器から出力される情報の項目に対応する情報の項目と、対応する符号器の入力情報に対応する情報の項目とを受信し、信頼性の向上した情報を生成する。要素復号器によって生成された補足情報は、外部（extrinsic）情報と呼ばれる。それは、適合されたインタリービングまたはデインタリービングの後に、１つまたは複数の他の要素復号器によって使用される。外部情報の交換は、同じステップ内で、およびこのステップから後続するステップまで要素復号器間で行われる。従って、新たなステップのぞれぞれは、出力で生成される情報の信頼性を向上させる。要素復号器は、例えば、ＥｕｒｏｐｅａｎＴｒａｎｓ．ｏｎＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．８，Ｍａｒｃｈ−Ａｐｒｉｌ１９９７の１１９〜１２５頁に掲載されている、Ｐ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ、Ｐ．ＨｏｅｈｅｒおよびＥ．Ｖｉｌｌｅｂｒｕｎによる論文「Ｏｐｔｉｍａｌａｎｄｓｕｂ−ｏｐｔｉｍａｌｍａｘｉｍｕｍａｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｕｒｂｏｄｅｃｏｄｉｎｇ」と、Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥＧｌｏｂｅｃｏｍ１９９６の１０１〜１０５頁に掲載されている、Ｒ．Ｐｙｎｄｉａｈ、Ｐ．ＣｏｍｂｅｌｌｅｓおよびＰ．Ａｄｄｅによる論文「Ａｖｅｒｙｌｏｗｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｂｌｏｃｋｔｕｒｂｏｄｅｃｏｄｅｒｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｃｏｄｅｓ」において述べられている、例えばＭＡＰ、ＬｏｇＭＡＰ、ＭａｘＬｏｇＭＡＰ、ＳＯＶＡまたはＣｈａｓｅアルゴリズムを使用する。復号化された情報を生成するために、最終復号化ステップから出力される情報に対し、閾値処理が適用される。
【００１５】
ターボ符号化という用語は、例えば使用されるターボ符号化のタイプによって、考慮することができる種々の連結方式を包含する。例えば、直列連結ターボ符号に対応するターボ符号化において、要素復号器が要素符号器の逆の順序に関連付けられており、各要素復号器は、２つの演繹的に重み付けされた情報項目を受信する。一方は、対応する要素符号器からの出力情報に対応し、他方は、対応する要素符号器の入力情報に対応する。この要素復号器は、２つの帰納的に重み付けされた情報項目を生成する。一方は、対応する要素符号器の出力に対応し、従って後続する反復中、対応するインタリービング後に、先行する要素復号器の演繹的入力となり、他方は、対応する要素符号器の入力に対応し、従って、同じ反復において、対応するデインタリービング後に、後続する要素復号器の演繹的入力となる。直列連結ターボ符号に対するターボ符号化の例は、特に、１９９６年８月のＪＰＬＴＤＡＰｒｏｇ．Ｒｅｐ．，ｖｏｌ．４２−１２６において、Ｓ．Ｂｅｎｅｄｅｔｔｏ、ＧＭｏｎｔｏｒｓｉ、Ｄ．ＤｉｖｓａｌａｒおよびＦ．Ｐｏｌｌａｒａによって書かれた、上述した論文「Ｓｅｒｉａｌｃｏｎｃａｔｅｎａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｃｏｄｅｓ：Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｔｅｒａｔｉｖｅｄｅｃｏｄｉｎｇ」と、１９９８年２月のＩＥＥＥＪＯＵＲＮＡＬＯＮＳＥＬＥＣＴＥＤＡＲＥＡＳＩＮＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ｖｏｌ１６，Ｎｏ２，２３１〜２４４頁において、Ｓ．Ｂｅｎｅｄｅｔｔｏ、Ｄ．Ｄｉｖｓａｌａｒ、Ｇ．ＭｏｎｔｏｒｓｉおよびＦ．Ｐｏｌｌａｒａによって書かれた、上述した論文「ＡｎａｌｙｓｉｓＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｔｅｒａｔｉｖｅＤｅｃｏｄｉｎｇｏｆＤｏｕｂｌｅＳｅｒｉａｌｌｙＣｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄＣｏｄｅｓｗｉｔｈＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｒｓ」と、に述べられている。概して、要素復号器は、直列に連結されるが、他のタイプの連結も考慮されてよい。
【００１６】
いずれの場合も、外部情報は、常に、要素復号化の入力で作用する、演繹的情報項目に関する要素符号化に関連する要素符号化によって提供される追加情報として、定義することができる。
【００１７】
また、例えば、ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．，ＶｏｌＣＯＭ−３６．４，１９８８の３８９〜４００頁に掲載された、Ｊ．Ｈａｇｅｎａｕｅｒによる論文「Ｒａｔｅ−ＣｏｍｐａｔｉｂｌｅＰｕｎｃｔｕｒｅｄＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ（ＲＣＰＣ）ｃｏｄｅｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｉｏｎ」かまたは、ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．，Ｖｏｌ．ＣＯＭ−４２．２，１９９４の３０７３〜３０７９頁に掲載された、Ｌ．Ｈ．Ｃ．Ｌｅｅによる論文「ＮｅｗＲａｔｅＣｏｍｐａｔｉｂｌｅＰｕｎｃｔｕｒｅｄＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌＣｏｄｅｓｆｏｒＶｉｔｅｒｂｉＤｅｃｏｄｉｎｇ」に述べられているように、情報のシーケンスにおいていくつかのビットを送信しないことを含む、パンクチャリング（puncturing）動作によって、符号の効率を向上させることができることも知られている。これら非送信ビットは、概して冗長情報ビットである。送信時、１つまたは複数の符号化動作の後、１つまたは複数のパンクチャリング動作が発生する。宛先では、１つまたは複数の復号化動作の前に、１つまたは複数の相反するデパンクチャリング動作が実行される。冗長情報ビットのパンクチャリングにより、符号の訂正能力が低下し、その効率は増大する。
【００１８】
直列連結ターボ符号の場合、送信時、インタリービング動作の前、各要素符号化動作の後にパンクチャリングを発生させることができる。概して、直列連結ターボ符号の場合、要素符号器と同じ数のパンクチャリング行列がある。要素符号の効率が概して同じでなく、パンクチャリング処理が概して一様に分散していないため、所定のインタリーバのサイズは、一方ではそれに先立つ要素符号の効率により、他方ではこの要素符号とこのインタリーバとの間に介挿されたパンクチャリング行列によって決まる。直列ターボ符号の全体効率は、各々対応するパンクチャリングによって変更される要素符号の効率の積に等しくなる。
【００１９】
上述した技術的現状によるターボ符号のファミリの誤り補正符号により、非常に高性能な誤り補正を得ることができる一方で、非常に高い効率を保持し、符号の複雑度に比較して低複雑度の復号化動作が可能になる。
【００２０】
しかしながら、誤り訂正符号を用いる送信の性能は、送信状態によって変化することが知られている。送信状態は、特に信号対雑音比、それだけでなくビットまたはパケット誤り率、信号対干渉プラス雑音比、通信システムのアクティブユーザの数、送信システムに必要なサービスの品質、送信システムのユーザの移動の速度、または他のあらゆるパラメータ等、送信の性能に影響を与えるパラメータを意味する。
【００２１】
技術的現状において、送信状態に対する適応は、チャネルがより荒い（ｈａｒｓｈ）か否かによって符号をよりロバストにするか否かをために、効率を低下させるかまたは増大させることによって影響を受ける。
【００２２】
本発明の１つの目的は、一定の効率で、直列連結ターボ符号タイプの誤り訂正符号送信方法の送信状態に対する動的な適応を可能とすることである。
【００２３】
［発明の開示］
この目的を達するために、一方では、チャネル上の送信ステップの前に、有効な情報項目から全体効率によって特徴付けられるある全体の冗長性を含む符号化された情報項目を生成し、それぞれのパンクチャリングステップに関連し直列に連結された少なくとも２つの要素符号化ステップと、２つの連続する要素符号化ステップの間で行われるインタリービングステップとを含み、前記要素符号化ステップの各々は、入力情報項目から対応するパンクチャリングによって変更された要素符号化ステップ効率によって特徴付けられるある要素符号化ステップ冗長性を有する出力情報項目を生成し、前記全体効率は、対応するパンクチャリングによって各々変更される前記要素符号化ステップの効率の積と等しい、符号化手順と、他方では、前記チャネル上の前記送信ステップの後に、復号化される情報項目から送信誤りを訂正することによって前記有効な情報項目の評価を取得し、反復的であって、その反復の各々は、各ステップが対応する符号器からそれぞれ出力されかつそれらに入力される情報に対応する情報を考慮することができるようにする、デインタリービングおよびデパンクチャリングステップとパンクチャリングおよびインタリービングステップと同様に、前記要素符号化ステップに対応する要素符号化ステップを含む復号化手順とを含む誤り訂正符号化型デジタル伝送方法であって、送信状態の少なくとも１つのパラメータ特性を決定するための送信状態を観測するステップと、少なくとも１つのパラメータの関数として、全体効率が同じである、前記要素符号化ステップ冗長性の複数の分散の中から前記要素符号化ステップ冗長性の分散を選択するための冗長性分散選択ステップと、前記選択された冗長性分散の関数として前記符号化手順と前記復号化手順とを適応させるための、符号化および復号化手順を適応させるステップとをさらに含むことを特徴とする誤り訂正符号化型デジタル伝送方法を提案している。
【００２４】
従って、符号化手順の最小効率Ｒ_mより大きい目標効率Ｒ_cを固定することにより、冗長性の分散は、最適な性能を保証するために送信状態に従って時間的に動的に調整される。上述したように、送信状態のパラメータ特性は、ビット誤り率、パケット誤り率、信号対雑音比、信号対干渉プラス雑音比、通信システムのアクティブユーザの数、送信システムに必要なサービスの品質、送信システムのユーザの移動の速度、または送信システムの性能に影響を与える傾向のあるあらゆる他のパラメータであってよい。このパラメータは、例えば送信された信号に対して行われる測定から、送信時に直接評価することができる。また、それらは、外部制御信号によって提供されることも可能である。各全体効率Ｒ_cに対する複数の冗長性分散は、送信状態の関数として符号化の性能に対する従来の研究に従って予め決められる。それにより、各送信状態に対し、最適な性能をもたらす冗長性分散を決定することが可能となる。異なる送信に対応するパンクチャリング方式を、ルックアップテーブルに格納することも可能である。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、符号化および復号化手順を適応させる前記ステップは、前記選択された冗長性分散の関数として、前記復号化手順の前記デインタリービングおよびデパンクチャリングステップと前記パンクチャリングおよびインタリービングステップと同様に、前記符号化手順の前記パンクチャリングおよびインタリービングステップを変更する。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、前記符号化および復号化手順適応化ステップは、前記選択された冗長性分散の関数として、前記復号化手順の要素復号化ステップと、デインタリービングおよびデパンクチャリングステップと、対応するパンクチャリングおよびインタリービングステップと、同様に、前記符号化手順の１つまたは複数の要素符号化ステップと対応するパンクチャリングおよびインタリービングステップとを削除する。
【００２７】
当然ながら、符号化および復号化手順適応化ステップは、上述した２つの動作モードを結合することができる。
【００２８】
要素符号化ステップは、畳込み符号とブロック符号とのいずれをも使用することができる。
【００２９】
本発明の１つの態様によれば、送信状態を観測する前記ステップと前記冗長性選択ステップとは、前記符号化手順が実行される送信機で実行され、前記選択された冗長性分散は、前記復号化手順が実行される受信機に送信される。
【００３０】
あるいは、送信状態を観測する前記ステップと前記冗長性選択ステップとは、前記符号化手順が実行される送信機と前記復号化手順が実行される受信機との両方で実行される。
【００３１】
当然ながら、本質的に、冗長性分散の決定は受信機と送信機とで同じである。従って、送信状態のパラメータ特性が、送信機が考慮されるか受信機が考慮されるかに従って変化しない場合にのみ、後者の変化が採用される。当然ながら、前記冗長性分散を決定するために使用されるアルゴリズムおよび／または参照テーブルは、送信機と受信機とで同じである。
【００３２】
［発明を実施するための最良の形態］
上述した本発明の特徴は、他の特徴と同様、添付図面に関連して与えられている一例としての実施の形態の以下の説明を読むことにより、より明確に明らかとなろう。
【００３３】
全体的にみて、誤り訂正符号化型デジタル伝送方法において、本発明は、全体効率を一定に維持する、すなわちパンクチャリングステップによってそれぞれ変更される要素符号化ステップの効率の積に等しい、誤り訂正符号の最小効率Ｒ_mより大きい予め決められた目標効率Ｒ_cに等しい効率を維持することにより、送信状態に従って、全体効率が目標効率Ｒ_cと等しい複数の冗長性分散の中から、要素符号化ステップの冗長性の分散を選択することを可能にする。それにより、誤り訂正符号化を含むデジタル伝送方法の性能が、これら送信状態に対して最適となる。符号化手順に関して行われる変更は、復号化手順に対して対応する効果を与える。
【００３４】
ここで述べる本発明の実施の形態は、送信時に、符号化手順が、直列に連結されたそれぞれのパンクチャリングステップに関連するｎの要素符号化ステップと、２つの連続する要素符号化ステップの間で発生するインタリービングステップと、を含む、誤り訂正符号化型伝送方法に適用される。それは、特に直列連結ターボ符号タイプの誤り訂正符号を使用する送信方法の場合であってよい。符号化手順は、有効な情報項目から、全体効率によって特徴付けられるある全体の冗長性を含む符号化された情報項目を生成する。要素符号化ステップの各々は、入力情報項目から、対応するパンクチャリングによって変更される要素符号化ステップ効率によって特徴付けられる、ある要素符号化ステップ冗長性を備えた、出力情報項目を生成する。全体効率は、各々が対応するパンクチャリングによって変更される要素符号化ステップの効率の積と等しい。
【００３５】
宛先において、復号化続きは、ｎの要素符号化ステップに対応するｎの要素復号化ステップによって、情報を再編成する。復号化手順は反復的であり、その反復の各々は、各要素復号化ステップが、それぞれ対応する符号器から出力されそれに入力される情報に対応する情報を考慮することができるようにする、デインタリービングおよびデパンクチャリングステップとパンクチャリングおよびインタリービングステップと同様、ｎの要素符号化ステップに対応するｎの要素復号化ステップを含む。
【００３６】
図１は、本発明による送信方法の符号化手順の実施の形態の基本原理を、概略的形式で示す。
符号化手順３０は、直列ターボ符号により有効情報シーケンスの符号化をもたらす。初めは、図２から分かるように、それは、初期次元ｎおよび初期効率Ｒ_mである直列ターボ符号を用いる符号化手順３０Ｉの場合である。Ｒ_mより大きい目標効率Ｒ_cは固定である。この目標効率に対し、パンクチャリングステップによって変更されるように、冗長性を、要素符号化ステップ間において種々の方法で分散させることができる。例えば、符号化された情報シーケンスがビットのシーケンスである場合、以下のようになる。
【００３７】
【数１】

ここで、Ｎ_in,iは、ｉ番目の要素符号化ステップの入力ビットの数であり、Ｎ_OUT,iは、このｉ番目の要素符号化ステップに続くパンクチャリングステップから出力されるビットの数であり、Ｒ_iは、対応するパンクチャリングによって変更されるようなｉ番目の要素符号化ステップの効率である。
【００３８】
従って、同じ目標効率Ｒ_cに対し、パンクチャリングステップに関連する要素符号化ステップ間での冗長性の複数の分散を考慮することができる。
【００３９】
本発明によれば、所定の冗長性分散の選択は、送信状態の関数として動的に行われる。
【００４０】
符号化手順に平行して、送信状態の観測および冗長性の動的選択の処理３３（図１参照）は、第１のステップ３５（図２参照）において送信状態を分析する。この処理は、１つまたは複数のパラメータによって送信状態を測定する。例えば、この処理は、信号対雑音比を計算することができる。送信状態の分析は、所定の瞬間に連続的にかまたは単独に実行することができる。それは、シーケンスが符号化されるべきである時はいつでも、あるいはシーケンスのグループに対するかまたはいくつかの特定のシーケンスに対し、実行することができる。
【００４１】
信号対雑音比等、送信状態観測処理３５によって計算されるパラメータにより、第２のステップにおいて、処理３３が冗長性分散を選択することができる。選択は、目標効率Ｒ_cに対する式（１）を満足する予め決められた複数の冗長性分散の間で行われる。これら冗長性分散は、例えば、参照テーブルに格納される。また、それらは、予め決められたアルゴリズムによって計算することができる。これら冗長性分散の各々は、所定の送信状態に対し、最適な冗長性分散、すなわち、例えば最良の送信性能をもたらす分散に対応する。この性能は、例えば、ビット誤り率に関して測定される。従来の研究により、最適な分散を送信状態を特徴付けるパラメータの各値に関連付けることができる。このように、各所定の送信状態に対し、処理３３は、目標効率Ｒ_cを変更することなく、最適な冗長性分散を選択する。
【００４２】
図２は、動的冗長性選択ステップが符号化手順を変更する方法をより正確に述べている。上述したように、要素符号化ステップの冗長性は、概して一緒にされてよい２つの方法で変更される。
【００４３】
要素符号化ステップの冗長性を変更する第１の方法は、図２のステップ３１によって示されており、対応するパンクチャリングおよびインタリービングステップと共に、１つまたは複数の要素符号化ステップを削除することからなる。そして、符号化手順によって適用される誤り訂正符号は、ｎより小さい次元ｎ’の直列ターボ符号である。
【００４４】
要素符号化ステップ冗長性を変更する第２の方法は、図２のステップ３２によって示されており、パンクチャリングステップのためのパンクチャリング行列を変更することと、それに対応して符号化方法のインタリービングステップのためのインタリービング行列を変更することと、からなる。
【００４５】
図２に示すように、これら２つの処理方法が結合されると、ステップ３１がまず実行される。このように、ｎ以下の次元ｎ’およびＲ_m以下の全体効率Ｒ’_mの直列ターボ符号が得られる。そして、ステップ３２は、次元ｎ’および効率Ｒ_cの直列ターボ符号３０_Mが得られるよう、式（１）に従ってパンクチャリングおよびインタリービング行列を選択する。
【００４６】
符号化される各シーケンスに最適に適応された冗長性分散を選択することが望まれる場合、送信状態分析ステップ３５は、符号化される各新たなシーケンスの前に送信状態の少なくとも１つの測定を行い、送信状態に変化を検出した場合、ステップ３１および３２がもう１度実行される。
【００４７】
送信に関して行われる変更は、受信時、対応する変更動作を必要とする。
【００４８】
図３は、本発明による送信方法の復号化手順の実施の形態の基本原理を概略的形式で示す。
【００４９】
復号化手順４０は、送信時に使用される直列ターボ符号に基づいて、受信される情報シーケンスの復号化をもたらす。最初、図４から分かるように、それは、ｎの要素復号化ステップを含む復号化手順４０_Iの場合である。
【００５０】
復号化手順に平行して、ターボ復号化方式４３（図３参照）の送信状態および動的選択の観測の処理は、第１のステップ４５（図４参照）において送信状態を分析する。この処理は、送信時に採用される符号化方式に対応するターボ復号化方式の選択をもたらすことができるように、送信時と同じ方法で送信状態を測定する。この送信状態を観測する処理は、送信時に適用される符号化の解法を直接に示す、送信機によって送信される情報によって、置換えることができる。または、複数の送信冗長性分散に対応する複数の復号化方式を、参照テーブルに格納することができ、あるいは、予め決められたアルゴリズムを用いて計算することができる。
【００５１】
図４は、復号化方式動的選択ステップが復号化手順を変更する方法をより正確に述べている。
【００５２】
符号化手順がステップ３１によって変更されている場合、復号化手順は、ステップ４１によって変更される。ステップ４１は、デインタリービングおよびデパンクチャリングステップと関連するパンクチャリングおよびインタリービングステップと同様、要素復号化ステップか、またはステップ３１によって削除された要素符号化ステップに対応するステップを削除することからなる。
【００５３】
そして、ターボ復号化手順は、変更された符号化手順のｎ’の要素符号化ステップに対応するｎ’の要素復号化ステップからなる。
【００５４】
ステップ３２によって符号化手順が変更されている場合、復号化手順はステップ４２によって変更される。ステップ４２は、符号化手順の対応するパンクチャリングおよびインタリービング行列に適用される変更の関数としての、デインタリービングおよびデパンクチャリングステップとパンクチャリングおよびインタリービングステップとを変更することからなる。
【００５５】
これら２つの処理方法が、図４に示すように結合されると、まずステップ４１が実行される。このように、ｎ’（ｎ’はｎ以下）の要素復号器を用いるターボ復号化手順が得られる。そして、ステップ４２は、ターボ符号化手順３０_Mに対応するターボ復号化手順４０_Mが得られるよう、デインタリービングおよびデパンクチャリングステップとパンクチャリングおよびインタリービングステップとを変更する。
【００５６】
送信に関し、符号化される各シーケンスに対して最適に適用される冗長性分散を選択することが望まれる場合、送信状態分析ステップ４５は、送信状態分析ステップ４５が送信状態分析ステップ３５とは無関係である場合、復号化される各新たなシーケンスの前に少なくとも１つの測定を行い、送信状態に変化を検出した場合、新たな送信状態に基づいてステップ４１および４２がもう１度実行される。
【００５７】
図５は、本発明を適用することができるｎ次元直列ターボ符号器タイプの符号器タイプを示す。
【００５８】
直列ターボ符号器は、ｎの要素畳込み符号またはブロック符号符号器の直列連結によって形成される。図５は、それぞれ参照１０、１５、１８によって示されている第１、第２および最終要素符号器を示す。符号器の後で作用するパンクチャは、各要素符号器に関連付けられている。図５において、パンクチャ１２、１９は、要素符号器１０、１８に対応する。パンクチャ１６は、図示しない最後から２番目の要素符号器に対応する。要素符号器は、（ｎ−１）のインタリーバによって分離されている。各インタリーバは、先行する符号器のパンクチャと後続する符号器との間で作用する。図５において、インタリーバ１４は、符号器１０、１５を分離し、インタリーバ１７は、図示しない最後から２番目の符号器と符号器１８とを分離する。
【００５９】
本発明のステップ３１の採用により、１つまたは複数の要素符号器の動作を停止する結果となる。また、要素符号器の動作を停止することは、この符号器に続くパンクチャおよびインタリーバの動作を停止することも意味する。図５において、これは、符号器、パンクチャおよびインタリーバからなる装置を短絡させることになるか、またはこのブロックに先行するインタリーバの出力をこのブロックに後続する符号器の入力に接続することになる。ステップ３２は、適切な方法でパンクチャおよびインタリービング行列を変更する。
【００６０】
図６は、直列３次元符号器３から発生する情報を復号化するターボ復号器を示す。
【００６１】
このターボ復号器は、符号器の３つの要素符号器に対応する３つの要素復号器２１、２４、２９を有している。各要素復号器は、２つの重み付けされた入力および出力を有している。演繹的情報を受信する重み付けされた入力は、文字Ｅが続く復号器の参照符号によって示されている。帰納的情報を生成する重み付けされた出力は、文字Ｓが続く復号器の参照符号によって示されている。参照符号に添字Ｓもまた割付けられている重み付けされた入力は、対応する符号器の出力に対応する重み付けされた情報項目を受信する。参照符号に添字Ｅもまた割付けられている重み付けされた入力は、対応する符号器の入力に対応する重み付けされた情報を受信する。参照符号に添字Ｓもまた割付けられている重み付けされた出力は、対応する符号器の出力に対応する重み付けされた情報を生成する。参照符号に添字Ｅもまた割付けられている重み付けされた出力は、対応する符号器の入力に対応する重み付けされた情報を生成する。受信されたシーケンスは、復調後、第３かつ最終要素符号器に関連するパンクチャに対応するデパンクチャ２０に送信され、その後、この第３の要素符号器に対応する復号器２１の入力２１Ｅ_Sに送信される。１つまたは同じ反復内で、この復号器２１からの出力情報２１Ｓ_Eは、デインタリーバ２２およびデパンクチャ２３によって要素復号器２４の入力２４Ｅ_Sに送信される。これら最後の３つの要素は、ターボ符号器の要素符号器、パンクチャおよびインタリーバからなる第２のアセンブリに対応している。同じ反復内で、この復号器２４から出力される情報２４Ｓ_Eは、デインタリーバ２７およびデパンクチャ２８によって要素復号器２９の入力２９Ｅ_sに送信される。これら最後の３つの要素は、ターボ符号器の要素符号器、パンクチャおよびインタリーバからなる第１のアセンブリに対応する。後続する反復において、復号器２４から出力される情報２４Ｓ_Sは、パンクチャ２６およびインタリーバ２５によって、復号器２１の入力２１Ｅ_Eに送信される。これら最後の３つの要素は、ターボ符号器の要素符号器、パンクチャおよびインタリーバからなる第２のアセンブリに対応する。同様に、復号器２９から出力される情報２９Ｓ_Sは、パンクチャ３１およびインタリーバ３０によって復号器２４の入力Ｅ_Eに送信される。これら最後の３つの要素は、ターボ符号器の要素符号器、パンクチャおよびインタリーバからなる第１のアセンブリに対応している。いくつかの反復後、復号器２９の出力２９Ｓ_Eにおいて、判断が行われる。
【００６２】
本発明のステップ４１を適用する結果、１つまたは複数の要素復号器の動作が停止される結果となる。また、要素復号器の動作を停止することは、この復号器の後続する下流への反復において作用するパンクチャおよびインタリーバと同様、この復号器の同じ上流への反復において作用するデインタリーバおよびデパンクチャの動作を停止することを意味する。例えば、符号化手順において動作を停止される符号器が第２の符号器である場合、復号化ステップにおいて、復号器２４、デインタリーバ２２、デパンクチャ２３、パンクチャ２６およびインタリーバ２５は動作を停止される。図６において、これにより、復号器２１の出力２１Ｓ_Eがインタリーバ２７に接続され、インタリーバ３０が復号器２１の入力２１Ｅ_Eに接続されることになる。ステップ４２は、適切に、残りのデインタリーバ、デパンクチャ、パンクチャおよびインタリーバの行列を変更する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による送信方法の符号化手順の実施の形態の基本原理を示す図である。
【図２】図１の符号化手順において実行される冗長性の動的選択を示す図である。
【図３】本発明による送信方法の復号化手順の実施の形態の基本原理を示す図である。
【図４】図３の復号化手順において実行されるターボ符号化方式の動的選択を示す図である。
【図５】ｎ次元直列ターボ符号のためのターボ符号器を示す図である。
【図６】３次元直列ターボ符号のためのターボ符号器を示す図である。

Claims

一方では、チャネル上の送信ステップの前に、有効な情報項目から全体効率によって特徴付けられるある全体の冗長性を含む符号化された情報項目を生成し、それぞれのパンクチャリングステップに関連し直列に連結された少なくとも２つの要素符号化ステップと、２つの連続する要素符号化ステップの間で行われるインタリービングステップとを含み、前記要素符号化ステップの各々は、入力情報項目から対応するパンクチャリングによって変更された要素符号化ステップ効率によって特徴付けられるある要素符号化ステップ冗長性を有する出力情報項目を生成し、前記全体効率は、対応するパンクチャリングによって各々変更される前記要素符号化ステップの効率の積と等しい、符号化手順と、
他方では、前記チャネル上の前記送信ステップの後に、復号化される情報項目から送信誤りを訂正することによって前記有効な情報項目の評価を取得し、反復的であって、その反復の各々は、各ステップが対応する符号器からそれぞれ出力されかつそれらに入力される情報に対応する情報を考慮することができるようにする、デインタリービングおよびデパンクチャリングステップとパンクチャリングおよびインタリービングステップと同様に、前記要素符号化ステップに対応する要素符号化ステップを含む、復号化手順と
を含む誤り訂正符号化型デジタル伝送方法であって、
送信状態の少なくとも１つのパラメータ特性を決定するための送信状態を観測するステップと、
前記少なくとも１つのパラメータの関数として、前記全体効率が同じである、前記要素符号化ステップ冗長性の複数の分散の中から前記要素符号化ステップ冗長性の分散を選択するための、冗長性分散選択ステップと、
前記選択された冗長性分散の関数として前記符号化手順と前記復号化手順とを適応させるための、符号化および復号化手順を適応させるステップと
をさらに含み、
前記符号化および復号化手順適応化ステップは、前記選択された冗長性分散の関数として、前記復号化手順の前記要素復号化ステップ、前記デインタリービングおよびデパンクチャリングステップ、および対応する前記パンクチャリングおよびインタリービングステップと同様に、前記符号化手順の１つまたは複数の要素符号化ステップと対応するパンクチャリングおよびインタリービングステップとを削除することを特徴とする誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。
符号化および復号化手順を適応させる前記ステップは、前記選択された冗長性分散の関数として、前記復号化手順の前記デインタリービングおよびデパンクチャリングステップと前記パンクチャリングおよびインタリービングステップと同様に、前記符号化手順の前記パンクチャリングおよびインタリービングステップを変更することを特徴とする請求項１記載の誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。
前記符号化および復号化手順適応化ステップもまた、前記選択された冗長性分散の関数として、前記復号化手順の残りのパンクチャリングおよびインタリービングステップと残りのデインタリービングおよびデパンクチャリングステップと同様に、前記符号化手順の残りのパンクチャリングおよびインタリービングステップを変更することを特徴とする請求項１記載の誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。
前記要素符号化ステップは、畳込み符号を使用することを特徴とする請求項１記載の誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。
前記要素符号化ステップは、ブロック符号を使用することを特徴とする請求項１記載の誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。
送信状態のパラメータ特性は、ビット誤り、パケット誤り率、信号対雑音比、信号対干渉プラス雑音比、通信システムのアクティブユーザの数、送信システムによって必要とされるサービスの品質、および送信システムのユーザの移動の速度であることが可能であることを特徴とする請求項１記載の誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。
前記送信状態観測ステップおよび前記冗長性選択ステップを、前記符号化手順が実行される送信機で実行し、前記選択された冗長性分散を、前記復号化手順が実行される受信機に送信することを特徴とする請求項１記載の誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。
前記送信状態観測ステップおよび前記冗長性選択ステップを、前記符号化手順が実行される送信機と前記復号化手順が実行される受信機との両方において実行することを特徴とする請求項１記載の誤り訂正符号化型デジタル伝送方法。