JP2000514276A - 段階的データ伝送および処理によるターボ符号化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通信システムにおけるターボ符号化は、情報を複数の段で符号化／復号して、パケットに誤りが生じたときにＬビットのパケット全体の再送信を防止する。ターボ符号化方式を使用して符号化器によって作成される１組の符号ビットに加えて、パンクチャリングされた１組の符号ビットが作成されて送信器のメモリに記憶される。元の１組の符号ビットがＬビット・データ・パケットとして通信路を介して受信器に送信され、受信器は元の１組の符号ビットに対応する受信したデータ・サンプルを記憶する。受信器はターボ復号器を使用してデータ・パケットを復号して、誤りのあるデータ・パケットを受信したかどうか判定する。もしそうなら、受信したデータ・サンプルがメモリに保持され、更なる情報の要求がなされる。そこで、パンクチャリングされた情報の幾分か又は全てが送信器から通信路を介して受信器へ転送される。第２段のターボ復号により、新しいデータ・サンプルが、記憶されている受信した元のデータ・サンプルと組み合わされる。この点で復号が正しくなる可能性が高いが、付加的な段の復号を使用し得る。

Description

【発明の詳細な説明】 段階的データ伝送および処理によるターボ符号化 発明の背景 本発明は一般に通信システムにおける符号化に関するものであり、更に詳しく は情報を段階的にターボ符号化（ｔｕｒｂｏ−ｃｏｄｉｎｇ）することに関する ものである。 ターボ符号化は、並列連結コンボリューション・符号化という名称でも当該分 野でしられている。具体的に述べると、ターボ符号化は、情報シーケンスを２回 符号化し、２回目の符号化は情報シーケンスのランダムなインターリーブ（間挿 ）後に行われる。復号は反復的に行われ、その結果、信頼性のある通信が得られ る。 多くの通信システムでは、データはＬビットのパケットで送信され、ここでＬ は典型的には１０乃至数百程度である。受信器が誤りのあるパケットを受信した と判定した場合、情報を再伝送するように要求がなされ、これは自動リピート要 求（ＡＲＱ）と呼ばれている。これは、全部で２Ｌビットを送信するという欠点 を生じる。 従って、パケットに誤りが生じたときにＬビットのパケット全体を再送信する ことを必要としないターボ符号化の方法および装置を提供することが望ましい。 発明の概要 通信システムで情報の複数の段（ｓｔａｇｅ）をターボ符号化するための方法 および装置は、パケットに誤りが生じたときにＬビットのパケット全体の再送信 を防止する。これによれば、ターボ符号化方式を使用して符号化器によって作成 された１組（セット）の符号ビットに加えて、パンクチャリング（ｐｕｎｃｔｕ ｒｉｎｇ）された１組の符号ビットが作成されて送信器のメモリに記憶される。 元の１組の符号ビットがＬビット・データ・パケットとして通信路を介して受信 器に送信され、受信器は元の１組の符号ビットに対応する受信したデータ・サン プルを記憶する。受信器はターボ復号器（ｔｕｒｂｏ−ｄｅｃｏｄｅｒ）を使用 してデータ・パケットを復号して、誤りのあるデータ・パケットを受信したかど うか判定する。もしそうなら、受信したデータ・サンプルがメモリに保持され、 更なる情報の要求がなされる。そこで、パンクチャリングされた情報の幾分か又 は全てが送信器から通信路を介して受信器へ転送される。第２段のターボ復号（ ｔｕｒｂｏ−ｄｅｃｏｄｉｎｇ）により、新しい（すなわち、パンクチャリング された）データ・サンプルが、記憶されている受信した元のデータ・サンプルと 組み合わされる。この点で復号が正しくなる可能性がある。しかしながら、用途 に応じて、３以上の伝送段の復号を行うことが望ましいことがある。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施態様に従った段階的情報伝送を持つターボ符号化方式 を例示するブロック図である。 図２は、本発明の一実施態様に従った組織的符号化器によるレート（ｒａｔｅ ）１／３を使用した段階的情報伝送を持つターボ符号化方式を例示するブロック 図である。 図３は、本発明の一実施態様に従った段階的復号器を例示するブロック図であ る。 図４は、本発明の一実施態様に従った、送信器における段階的情報ターボ符号 化を例示する流れ図である。 図５は、本発明の一実施態様に従った段情報ターボ復号を例示する流れ図であ る。 発明の詳しい説明 図１は、本発明の一実施態様に従った段階的情報伝送を持つターボ符号化方式 を例示する。図１において、ターボ符号化器１２が、符号化器１４および符号化 器１６（これらは、典型的には符号化器１および符号化器２とそれぞれ呼ばれる ）における２つのコンボリューション符号の並列連結を使用してソース情報を符 号化する。第２の符号化器１６はインターリーバ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）１ ８におけるランダムなインターリーブの後に第２の符号化を行う。 符号ビットＣ１およびＣ２が通信路を介して受信器１９へ送信される。符号化 ６および符号化器１８からそれぞれ送信された元の符号ビットＣ１およびＣ２は 、受信器１９によって受信されて、受信器のメモリに記憶される。符号ビットＣ １ およびＣ２にそれぞれ対応するパンクチャリングされた１組の符号ビットＰ１お よびＰ２がまたターボ符号化器１２によって作成されて、送信器のメモリ２０お よび２２にそれぞれ記憶される。 当該技術分野で知られているように、符号化器はコンボリューション符号にパ ンクチャリング処理を適用することにより所定のパンクチャリング・パターンに 従って幾つかの出力ビットを除去して、その結果の符号のレートを増大させる。 受信器１９内の関連する復号器が対応するデパンクチャリング（ｄｅｐｕｎｃｔ ｕｒｉｎｇ）機能を含み、デパンクチャリング機能は、各々の既知のパンクチャ リングされたビットに対して中性値を挿入することを含む。パンクチャリングさ れた１組の符号ビットの寸法（ｓｉｚｅ）はシステムの帯域幅、パワーおよび再 送信周波数によって決定される。 受信器１９はターボ復号によってデータを復号し、誤りのあるパケットを受信 したがどうか判定する。もしそうなら、符号ビットＣ１およびＣ２に対応する受 信したデータ・サンプルがメモリに保持される。受信器は、更なる情報の要求を なし、これにより、記憶されているパンクチャリングされたビットの幾分か又は 全てが通信路を介して受信器へ送信される。第２段のターボ復号が行われて、パ ンクチャリングされた符号ビットＰ１およびＰ２が、符号ビットＣ１およびＣ２ に対応する受信した元のデータ・サンプルと組み合わされる。この点で復号が正 しくなる可能性が高く、その結果、非常に信頼性のある通信が得られる。しかし ながら、用途に応じて、３以上の伝送段のターボ復号を行うことが望ましいこと がある。 ターボ符号化は普通、組織的コンボリューション符号の使用を含み、そのため に入力ビットが符号出力に直接現れる。このような符号のレートを増大するため に、他の形態のパンクチャリングを適用してもよく、その際、組織的ビットのた だ一つのコピーが送信され、このコピーはターボ復号プロセスにおいて全てのコ ンボリューション復号器によって使用される。上述の段階的伝送プロセスは、こ の形態のパンクチャリングに同様に適用してもよい。具体的に述べると、誤りの あるパケットを受信した場合、組織的ビットの再送信が要求され、新しく受信し たサンプルがターボ復号アルゴリズムの１つ以上のコンボリューション復号器に 印加される。 図２は、段階的情報伝送による組織的符号のターボ復号の例を示す。この例で 、元の入力シーケンスについて動作するレート１／２の組織的コンボリューショ ン符号化器２４の全符号出力を送信すると共に、入力シーケンスのインターリー ブされたコピーについて動作するレート１／２の第２の組織的コンボリューショ ン符号化器２６のパリティ・ビットのみを送信することによって、レート１／３ のターボ符号が作成される。受信器２９では、組織的ビットに対応する受信した データ・サンブルが、ターボ符号の両方のコンボリューション復号成分のために 使用される。受信器は、復号の最初の試みによりパケットの誤りが検出された場 合のみ、メモリ３０を介して組織的ビットの第２のコピーを要求する。組織的ビ ットの第２のコピーに対応する受信したデータ・サンプルが、第２のコンボリュ ーション復号成分のために使用される。有利な点は、新しく要求された情報が、 従来の自動リピート要求（ＡＲＱ）方式で必要とされる送信ビットの数の１／３ に過ぎないことである。 図３は、本発明の一実施態様による受信器内の段階的ターボ復号器４０を示す 。ターボ復号器４０の入力は入力データ選択器４２によって制御される。送信さ れた符号ビットに対応する受信したデータ・サンプルが、第１段の送信において メモリ４４にコピーされ、ターボ復号プロセスにおける各反復において使用され る。メモリ４４はまた、符号化器１および符号化器２（図１および図２）に共通 である組織的情報が第１段のターボ復号において１度だけ送信されるようにする 。第１段の復号において、データ選択器は情報がパンクチャリングされていると きはＡを選択し、また受信したデータ・サンプルが利用できるときはＢを選択す る。メモリ４４は、符号化器１のデータが処理されるときは非インターリーブ・ シーケンスによってアドレス指定され、符号化器２のデータが処理されるときは インターリーブ・シーケンスによってアドレス指定される。 第１段のターボ復号の後、パケット誤り検出機構５０により、データが正しく 受信されたかどうか判定される。典型的なパケット誤り検出機構は周知の１６ビ ット巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号を有する。前に述べたように、パケットの誤り が検出された場合、前にパンクチャリングされた情報の送信要求および／または 第２組の組織的データに対する要求がなされる。新しい情報はまたメモリ４４に 記憶される。次いで、第２段の復号がより完全な情報により行われる。すなわち 、前にパンクチャリングされた情報が新しい段の情報と組み合わされて復号され る。 図４は、本発明の一実施態様による送信器側におけるターボ符号化を例示する 流れ図である。ステップ６０で、第１の（または次の）情報ブロックが送信器に 供給される。ステップ６２で、段１乃至段Ｎの情報ビットが作成されて記憶され る。ステップ６４で、段ｉのビットが送信される。パケットの送信に誤りがあっ たかどうか受信器で判定された後、ステップ６６で同じ表示が送信器に与えられ る。肯定応答（すなわち、誤りなしの表示）が与えられた場合、プロセスはステ ップ６０に戻り、そこで次の情報ブロックが送信器に供給される。誤りが表示さ れた場合（肯定応答がない場合）、送信段ｉが増分されて、プロセスはステップ ６４に戻る。プロセスは肯定応答がなされるまで情報段を１つずつ増分する。 図５は、本発明の一実施態様による受信器側における段階的ターボ復号を例示 する流れ図である。ステップ７０で、復号段ｉが１に設定される。ステップ７２ でデータ・サンプルが受信され、ステップ７４で受信データ・サンプルがメモリ に記憶される。ステップ７６でターボ復号が実行され、ステップ７８でパケット の誤りについての判定が行われる。パケットに誤りがなければ、ステップ８０で 受信器に対して肯定応答がなされる。しかし、ステップ７８でパケットの誤りが 表示されると、ターボ復号段ｉがステップ８２で増分される。次いでステップ８ ４で、ターボ復号段の数が所定の限界（最大）に達したどうかを判定するための 試験が行われる。所定の限界に達している場合、ステップ８６でターボ復号プロ セスを再開始する要求がなされる。所定の限界に達していない場合、ステップ８ ８で段ｉのターボ復号の要求がなされ、プロセスはステップ７２に戻る。 本発明の好ましい実施態様を図示し説明したが、この様な実施態様は例として 示されたものであることは明らかであろう。当業者には本発明の範囲内で種々の 変形、変更および置換をなし得よう。従って、本発明は請求の範囲に記載の精神 および範囲によって定められるべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．通信システムでのターボ符号化方法において、 第１および第２のコンボリューション符号の並列連結を使用して ソース情報をターボ符号化するステップであって、ソース情報に第１のコンボリ ューション符号を適用して第１群の符号ビットを作成する第１の符号化ステップ と、ソース情報をインターリーブした後で該ソース情報に第２のコンボリューシ ョン符号を適用して第２群の符号ビットを作成する第２の符号化ステップとを有 するターボ符号化ステップ、 第１および第２群の符号ビットをパンクチャリングするステップ、 パンクチャリングされた第１および第２群の符号ビットをメモリに記憶するス テップ、 パンクチャリングされてない第１および第２群の符号ビットを通信路を介して 受信器へ送信するステップ、 パンクチャリングされてない第１および第２群の符号ビットに対応するデータ ・サンプルをメモリに記憶するステップ、 前記の第１および第２群の符号ビットに対応するデータ・サンプルを少なくと も２つの復号段でターボ復号し、そして送信されて受信された符号ビットに誤り があるかどうか判定するステップ、並びに 誤りがあった場合、パンクチャリングされてない第１および第２群の符号ビッ トに対応するデータ・サンプルをメモリに保持し、且つ前記の記憶されパンクチ ャリングされた符号ビットの少なくとも所定の部分を受信器へ送信し、次いで、 パンクチャリングされてない第１および第２群の符号ビットに対応するデータ・ サンプルを前記の送信されたパンクチャリングされた符号ビットに対応するデー タ・サンプルと組み合わせることにより少なくとも２つの復号段でターボ復号す るステップ、 を含んでいることを特徴とするターボ符号化方法。 ２．パンクチャリングする前記ステップが、所定のパンクチャリング・パター ンに従って符号ビットを除くことから成り、またターボ復号する前記ステップが 、パンクチャリングされたビットに対して中性知を挿入するデパンクチャリング 機 能を有している請求項１記載の方法。 ３．前記第１および第２のコンボリューション符号が組織的コンボリューショ ン符号を有している請求項１記載の方法。 ４．パンクチャリングする前記ステップが、第１および第２の符号ビットの単 一のコピーを送信することを有し、該コピーが各々のターボ復号段で使用される 請求項３記載の方法。 ５．送信されて受信された符号ビットに誤りがあるかどうか判定する前記ステ ップが、１６ビット巡回冗長検査符号を有している請求項１記載の方法。 ６．送信器および受信器を含む通信システムにおいて、 ａ）送信器が、 ソース情報をターボ符号化するターボ符号化器であって、第１および第２の コンボリューション符号の並列連結を有し、ソース情報に第１のコンボリューシ ョン符号を適用して第１群の符号ビットを作成し、またソース情報をインターリ ーブした後で該ソース情報に第２のコンボリューション符号を適用して第２群の 符号ビットを作成するターボ符号化器と、 第１および第２群の符号ビットをパンクチャリングするパンクチャリング装 置と、 パンクチャリングされた第１および第２群の符号ビットをメモリに記憶する メモリとを有し、 前記送信器は、パンクチャリングされてない第１および第２群の符号ビット を通信路を介して受信器へ送信し、 ｂ）受信器が、 パンクチャリングされてない第１および第２群の符号ビットに対応するデー タ・サンプルを記憶するメモりと、 前記の第１および第２群の符号ビットに対応するデータ・サンプルを少なくと も２つの復号段でターボ復号し、そして送信されて受信された符号ビットに誤り があるかどうか判定し、誤りがあった場合は、パンクチャリングされてない第１ および第２群の符号ビットに対応するデータ・サンプルをメモリに保持し、且つ 前記の記憶されパンクチャリングされた符号ビットの少なくとも所定の部分の送 信を要求し、次いで、パンクチャリングされてない第１および第２群の符号ビッ トに対応するデータ・サンプルを前記の送信されたパンクチャリングされた符号 ビットに対応するデータ・サンプルと組み合わせることにより少なくとも２つの 復号段でターボ復号するターボ復号器とを有していること、 を特徴とする通信システム。 ７．前記パンクチャリング装置が、所定のパンクチャリング・パターンに従っ て符号ビットを除き、また前記ターボ復号器が、パンクチャリングされたビット に対して中性知を挿入する請求項６記載の通信システム。 ８．前記第１および第２のコンボリューション符号が組織的コンボリューショ ン符号を有している請求項６記載の通信システム。 ９．前記パンクチャリング装置が、第１および第２の符号ビットの単一のコピ ーを送信し、該コピーが各々のターボ復号段で使用される請求項６記載の通信シ ステム。 １０．前記復号器が、１６ビット巡回冗長検査符号を使用することによって、 送信されて受信された符号ビットに誤りがあるかどうか判定する請求項６記載の 通信システム。