JPH04304728A - 信号伝送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号伝送方式に関する
。特に、移動通信等のバースト誤りとランダム誤りの混
在するチャネルを介して高信頼にデータを伝送するため
の方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】誤りの発生する伝送路を介してデータを
高信頼に伝送するために、誤り訂正符号が従来から広く
適用されてきた。一般に、誤りがランダムに発生するチ
ャネルにおける誤り訂正符号の訂正能力は、ブロック符
号の場合符号長が長いほど、また畳み込み符号の場合拘
束長が長いほど、それぞれ大きくなる。そのため、より
大きな符号化利得を得るためには、長い符号長、又は拘
束長の符号を用いることが必要になる。

【０００３】一方、バースト誤りチャネルに適した誤り
訂正方式に、バースト誤り訂正用の符号を用いることが
考えられる。しかし、ランダム誤り訂正符号と同等の効
率のバースト誤り訂正用符号で、その誤り訂正能力がラ
ンダム誤り訂正符号と同等以上の符号は知られていない
。このため、バースト誤りチャネルではビットインタリ
ーブ（又は、シンボルインタリーブ）を併用し、チャネ
ルをランダム誤りチャネルに近付けてランダム誤り訂正
符号を用いる方式が一般には用いられる。

【０００４】ところが、大きな符号化利得を得るために
符号長又は拘束長の長い符号を用いると、インタリーブ
に伴う遅延時間も大きくなってしまう。すなわち、１符
号語内で隣接するビット（又はシンボル）間に他の符号
語のビット（又はシンボル）を挿入して、隣接ビット（
又はシンボル）間を時間的に離すのがインタリーブであ
り、必要となる離す時間の大きさ（＝インタリーブサイ
ズ）はバースト誤りの密集の程度によって定まる。従っ
て、例えばｋビット（またはｋシンボル）を隣接ビット
（又はシンボル）間に挿入すれば遅延時間はｋ倍になる
。ところが、通常の通信システムでは許容される遅延時
間は有限であるから、いつも十分なサイズのインタリー
ブが行なえるとは限らない。このため、ランダム誤り訂
正符号とインタリーブを併用する方式では、いつも十分
な改善効果が得られるとは限らない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、バース
ト誤り訂正符号を用いる、又はランダム誤り訂正符号と
インタリーブを併用する従来の方式では、いつも十分な
改善効果が得られるとは限らないという欠点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の欠点に鑑み、バ
ースト誤りとランダム誤りの混在するチャネルにおいて
も高信頼データ伝送が可能な信号伝送方式を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、通信システムに於て、送信局にはｎ
ビットからなる情報ビットを誤りが検出可能な符号に符
号化してＮビットからなる（Ｎ，ｎ）誤り検出符号化デ
ータを得る機能と、該誤り検出符号化データを変換行列
Ａにより一次変換したＮビットのチェック部分を付加し
てなる（２Ｎ，Ｎ）可逆符号に符号化する機能と、誤り
率が時間的に変動するチャネルを介して誤り率が無相関
となる程度に離間してＮビットの誤り検出符号化データ
とＮビットのチェック部分を送信する機能とを具備し、
受信局には送信局からの送信データを受信する機能と、
受信した該（２Ｎ，Ｎ）可逆符号のチェック部分を該変
換行列の逆行列により一次変換して情報ビットを得る機
能と、前記（２Ｎ，Ｎ）可逆符号を復号する機能と、（
Ｎ，ｎ）誤り検出符号を復号する機能とを有することを
特徴とする信号伝送方式にある。

【０００８】好ましい実施例によると、前記誤り検出符
号化データを複数のブロックに分割し、各ブロック毎に
変換行列により可逆符号化して伝送する。

【０００９】

【作用】本発明ではこのような従来の技術の欠点を解決
するために、誤り検出のための符号（（Ｎ，ｎ）符号）
と、可逆性を持った誤り訂正のための符号（（２Ｎ，Ｎ
）符号、又は各（２Ｋｉ　，Ｋｉ　）符号）を併用する
。 一般に、バースト誤りチャネルでは誤りは密集して発生
する状態（Ｂａｄ　状態）と、非常に低い確率でしか誤
りが発生しない状態（Ｇｏｏｄ状態）との間を移行する
。この場合、Ｂａｄ　状態では誤り訂正符号化を行なっ
ても、訂正能力をこえる誤りが発生してほとんどの送信
データが誤って受信されてしまう。ところが、Ｇｏｏｄ
状態では誤り訂正符号を用いなくても、又は非常に高い
効率の（従って、訂正能力の小さい）符号を用いるだけ
で十分高い信頼度でデータを伝送できる。従って、Ｇｏ
ｏｄ状態で受信したビット（又はシンボル）系列だけを
用いて送信データを復元すればよいことになる（従来の
ランダム誤り訂正符号とインタリーブを併用する方法で
は、Ｇｏｏｄ状態で受信した系列とＢａｄ　状態で受信
した系列とを受信語内で混在させるために、Ｇｏｏｄ状
態で受信した低い誤り率の系列の信頼度を、ランダム誤
り訂正符号の復号過程で悪くしていることになる）。も
しＧｏｏｄ状態で誤りが発生しなければ、誤り検出符号
のみを用いることにより、受信側ではＢａｄ　状態で受
信したデータに誤りを検出すればこれを除去できる。従
って、例えば同じデータを２回送信すれば、両方のデー
タをＢａｄ　状態で受信する確率は小さいから（どちら
か一方はＧｏｏｄ状態で受信する確率が大きいから）、
誤り検出符号の適用だけで信頼度が改善できることにな
る。ところが、実際の通信チャネルではＧｏｏｄ状態に
おいても誤りが発生する確率が０ではない。このため、
受信語内に１ビットでも誤りがあると誤り検出され、こ
れがＢａｄ　状態で多数の誤りが発生したことと識別で
きない。また、ＧｏｏｄとＢａｄ　の２状態の中間の確
率でランダム誤りを発生することもある。このことは、
ランダム誤りとバースト誤りの混在した実際の通信チャ
ネルでは、誤り検出符号の適用だけでは十分な信頼度が
得られないことを意味する。

【００１０】そこで本発明では、同じデータを２回送信
する替わりに可逆性を持った誤り訂正符号を適用するこ
とによって、ランダム誤りとバースト誤りの混在した通
信チャネルでも十分な信頼度確保を可能にする。可逆性
を持った誤り訂正符号の特徴は、そのチェックビット（
又はチェックシンボル）が情報ビット（又はシンボル）
から変換行列によって求まることにある。そしてその変
換行列は正則で逆行列を持ち、この逆行列を用いてチェ
ック部分から情報部分が再生できる。この性質から、上
述の原理によって情報部分かチェック部分のいずれかが
誤りなく受信できれば情報部分を正しく再生できる。一
方、情報部分とチェック部分を合わせた誤り訂正符号と
しての１符号語で訂正能力を持つ。従って、情報部分と
チェック部分の両方に誤りが検出された場合には、誤り
訂正符号として復号することによって、訂正能力以下の
数の誤りを訂正できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を詳細に説明する。まず、情報
部分ｎビット（又はシンボル）にＮ−ｎビット（または
シンボル）のチェック部分を付加して、Ｎビット（又は
シンボル）からなる誤り検出のための符号に符号化する
。次に、このＮビット（又はシンボル）を新たな情報部
分とみなして、上述の可逆（２Ｎ，Ｎ）符号に符号化し
て送信する。この場合、可逆（２Ｎ，Ｎ）符号の情報部
分の送信とチェック部分の送信を時間的に離すことによ
り、両者ともＢａｄ　状態で受信する確率を下げること
ができる。

【００１２】一方受信側では、まず情報部分を受信した
ら誤り検出符号の復号を行なって、情報部分に誤りが含
まれるかを調べる。誤りが検出されなければ復号動作を
終了し、続けて受信されるチェック部分を廃棄（又は無
視）する。

【００１３】誤りが検出されたら、続けて受信されるチ
ェック部分から上述の可逆性によって情報部分を変換行
列により求め、求まった情報部分の誤り検出を行なう。 誤りが検出されなければ復号動作を終了する。誤りが検
出されれば、（２Ｎ，Ｎ）誤り訂正符号として復号を行
なう。この結果に誤りが含まれているかどうかは、復号
の結果得られた情報部分の誤り検出符号を再び復号すれ
ば知ることができる。しかし、誤りが含まれていること
を知ったうえでの処理は、本発明を応用するシステムに
よって異なる（例えば、データ通信システムのように、
比較的大きな遅延時間が許容されるシステムでは再送を
要求する。また、音声伝送のように小さな遅延しか許さ
れない場合には、以前に受信したデータでこのフレーム
を置き換えることも可能である）。図３に具体的なアル
ゴリズムのフローを示す。

【００１４】以上、情報部分ｎビット（又はシンボル）
にＮ−ｎビット（またはシンボル）のチェック部分を付
加した誤り検出符号化データを可逆（２Ｎ，Ｎ）符号に
符号化して送信する場合について述べてきた。しかし、
一般にブロック符号（可逆（２Ｎ，Ｎ）符号を含む一般
的な誤り訂正符号のクラス）では符号長が長くなると復
号のための処理量が極めて大きくなる欠点がある。例え
ば、ＢＣＨ（１０２３，５２３）符号２３ビット短縮し
た（１０００，５００）符号は可逆性を持つ符号となる
ため、本発明によるデータ伝送方式用の符号として適用
できる。しかし、受信側で情報部分とチェック部分の両
方に誤りを検出した場合この符号を復号する必要がある
が、数１００ｋｂ／ｓｅｃ程度のビットレートの伝送で
も専用のプロセッサを必要とする処理量になってしまう
。そこで本発明では、Ｎが大きくなる場合には、誤り検
出符号化データを複数の小ブロックに分割してそれぞれ
の小ブロックに対して符号長の短い可逆符号で符号化す
る。すなわち、ｉ番目の小ブロックはＫｉ　ビット（ま
たはシンボル）からなる小ブロックからなり、これを変
換行列Ａｉ　により一次変換したＫｉ　ビットのチェッ
ク部分を付加して（２Ｋｉ　，Ｋｉ）可逆符号に符号化
する。受信局では、情報部分に誤りを検出した場合は、
各（２Ｋｉ　，Ｋｉ　）符号の可逆性により各小ブロッ
クのチェック部分から情報部分を得る。そして、その結
果に再び誤りを検出した場合には、各（２Ｋｉ　，Ｋｉ
　）符号を復号して誤りの訂正を試みる。もし、誤りが
全て訂正できなければ、誤り検出符号復号によりそのこ
とが検出できる。しかし、誤りが含まれてることを知っ
たうえでの処理は、システムによって異なることは上述
のとおりである。

【００１５】図２に本発明の受信側の実施例を示す。１
０は入力端子で、図１の（ａ）に示す情報ビットＩとチ
ェックビットＣが入力される。１２は再生回路、１４は
誤り訂正回路、１６はスイッチ、１８は誤り検出回路、
２０は制御回路、２２は出力端子である。

【００１６】スイッチ１６は始めに端子■に接続され、
受信データのうち、情報部分Ｉをとり込み、誤り検出回
路１８に入力する。ここで誤りが発見されなければ、情
報部分Ｉを受信データとしてそのまま出力する。誤りが
発見されたときは、スイッチ１６を端子■に切替える。

【００１７】スイッチ１６が端子■に接続されると、再
生回路１２が受信データのチェックビットＣを用いて、
Ｉ＝Ａ−１Ｃにより情報ビットＩを再生して、誤り検出
回路１８に送る。ここで誤りが発見されなければ、再生
した情報ビットを受信データとして出力し、誤りが発見
されると、スイッチ１６を端子■に切替える。

【００１８】スイッチ１６が端子■に接続されると、誤
り訂正回路１４が図１（ａ）のＩ及びＣを用いて誤り訂
正を施す。

【００１９】次に、誤り検出符号化データを複数の小ブ
ロックに分割する方式についてより具体的な例をあげて
説明する。この例で用いるフレーム構成を図１に示す。 送信側では、情報ビット９６ビット（図中Ｉ−１）に対
して誤り検出のためのチェック部分１６ビット（図中Ｃ
−１）を付加し（例えばＣＲＣ符号によってほとんど全
ての誤りが検出できる）、１１２（＝９６＋１６）ビッ
トの誤り検出符号化データＩはさらに各４ビットからな
る２８個の小ブロック（Ｉ１からＩ２８）に分割される
。 各小ブロックは誤り訂正のための（８，４）符号（ハミ
ング（７，４）符号を１ビット拡大した符号）に符号化
され、合計２２４ビットのデータになる。データは２２
４ビットを１フレームとして伝送されるが、前述のよう
に情報部分Ｉの１１２ビットとチェック部分（Ｃ１から
Ｃ２８）の１１２ビットＣは時間的に離れた位置で送信
してもよい。この（８，４）符号は可逆性を持ち、チェ
ック部分Ｃ１　は

【数１】 によって情報部分Ｉｉ　から、また、情報部分Ｉｉ　は

【数２】 によってチェック部分Ｃｉ　からそれぞれ求まる。一方
この符号は最小ハミング距離４を持つので、１ビットの
誤りを訂正し、２ビット誤りを検出する。

【００２０】次に、受信側の動作を、■情報部分に誤り
が含まれない場合、■情報部分に誤りが含まれるが、チ
ェック部分には誤りが含まれない場合、■２８個の小ブ
ロック中に、１ビットの誤りを含むものが複数存在して
、情報部分とチェック部分の両方に誤りを検出した場合
、■２８個の小ブロック中に、１ビットの誤りを含む小
ブロックと２ビットの誤りを含むものが複数存在して、
情報部分とチェック部分の両方に誤りを検出した場合、
■２８個の小ブロック中に、３ビット以上の誤りを含む
小ブロックが複数存在して、情報部分とチェック部分の
両方に誤りを検出した場合、のそれぞれについて説明す
る。

【００２１】■の場合 誤り検出符号の復号により、受信した１１２ビットの情
報部分Ｉに誤りが含まれないことが検出できる。情報部
分Ｉを受信データとしてそのまま出力する。

【００２２】■の場合 誤り検出符号の復号により、受信した情報部分Ｉに誤り
が含まれることが検出できる。次に、受信したチェック
部分Ｃから式（２）によって２８個の小ブロックを逆変
換し、４×２８＝１１２ビットの情報部分Ｉを再生する
。誤り検出符号の復号により、再生した情報部分に誤り
が含まれないことが検出できる。再生した情報部分Ｉを
受信データとして出力する。

【００２３】■の場合 誤り検出符号の復号により、受信した情報部分Ｉとチェ
ック部分Ｃの両方に誤りが含まれることが検出できる。 次に、受信した各小ブロックの情報部分Ｉｉ　とチェッ
ク部分Ｃｉ　並べた（Ｉｉ　Ｃｉ　）とパリティ検査行
列の積

【数３】 から、２８個の小ブロックのシンドロームＳｉ　を求め
る。各ブロック中の誤りビット数は１ビット以下だから
、このブロックに誤りがなければＳｉ　＝０、１ビット
の誤りがあればＳｉ　はパリティ検査行列のいずれかの
列ベクトルに一致するはずである。この列のベクトルを
第ｋ列とすれば、この小ブロックの情報部分Ｉｉとチェ
ック部分Ｃｉ　並べた（Ｉｉ　Ｃｉ　）の第ｋ列に誤り
があることになるのでこのビットを反転（０は１に、１
は０に変更）する。２８個の小ブロックに対して以上の
処理を行なって、４×２８＝１１２ビットの情報部分Ｉ
を再生する。再び、誤り検出符号を復号して再生した情
報部分に誤りが含まれないことが検出できるので、再生
した情報部分Ｉを受信データとして出力する。

【００２４】■の場合 ■の場合と同様にして、２８個の小ブロックのシンドロ
ームを求める。各ブロック中に２ビットの誤りを含むも
のが存在するから（例えば、第ｍブロックとする）、こ
のブロックに対するシンドロームはパリティ検査行列の
いずれの列ベクトルにも一致しない。このことは、（８
，４）符号が訂正できない誤りを復号の過程で検出した
ことを意味する。そこで、第ｍ小ブロックは受信した情
報部分Ｉｍ　をそのまま用いる（情報部分に誤りを含む
かは、この段階ではわからない）。２８個の小ブロック
に対して以上の処理を行なって、４×２８＝１１２ビッ
トの情報部分Ｉを再生する。再び、誤り検出符号を復号
して再生した情報部分に誤りが含まれないことが検出で
きれば、再生した情報部分Ｉを受信データとして出力す
る。誤りが含まれていることを検出したときの処理は、
システムによって異なる。

【００２５】■の場合 ■の場合と同様にして、２８個の小ブロックのシンドロ
ームを求める。各ブロック中に３ビットの誤りを含むも
のが存在するから（例えば、第ｍ’ブロックとする）、
このブロックに対するシンドロームはパリティ検査行列
のいずれかの列のベクトルに一致するはずである。 （８，４）符号の復号の過程では、これが１ビットの誤
りによるものか３ビットの誤りによるものかは識別でき
ないので、（３）の場合と同様にして１ビットの誤り訂
正処理を行なう。２８個の小ブロックに対して以上の処
理を行なって、４×２８＝１１２ビットの情報部分Ｉを
再生する。しかし、第ｍ’ブロックの復号では誤訂正を
行なっているので、Ｉｍ’には誤りが含まれる。再び、
誤り検出符号を復号して誤りが含まれていることを検出
する。その後の処理は、システムによって異なる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では可
逆性を持った誤り訂正符号を適用しているので、バース
ト誤り訂正とランダム誤り訂正の両者の能力を有効に用
いている。これにより、バースト誤りとランダム誤りの
混在した通信チャネルでも十分な信頼度確保を可能にす
る。

【００２７】図４は、バースト誤りとランダム誤りの混
在する代表的な通信チャネルである、ディジタル移動通
信に本発明を適用した場合のビット誤り率特性（図中カ
ーブＡ）である（ＱＤＰＳＫ遅延検波、ビットレート４
２ｋｂ／ｓ、最大ドップラ周波数４０Ｈｚのフェージン
グのもとでのシュミレーションによる評価例）。上述の
例のように（８，４）符号を小ブロックとして用い、２
８個＝２２４ビットで１フレームを構成した。情報部分
１１２ビットには誤り検出のための１６ビットが含まれ
る。図には、本発明による方式のほかに、従来から用い
られてきたランダム誤り訂正符号とインタリーブを併用
する方式のビット誤り率特性（図中カーブＢ）、及び符
号化を行なわないＱＤＰＳＫ遅延検波方式のビット誤り
率特性（図中カーブＣ）も示してある。本発明による方
式は、従来方式と比較してビット誤り率１０−３を得る
平均Ｅｂ／ＮＯ　を約４ｄＢ低減できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるフレーム構成の例を示す。

【図２】本発明における受信側のブロック図である。

【図３】本発明における受信側の動作フローを示す。

【図４】ディジタル移動通信に本発明を適用した場合、
及び従来のランダム誤り訂正符号とインタリーブを併用
する方式のビット誤り率特性を示している。カーブＡは
本発明によるビット誤り率特性、カーブＢはランダム誤
り訂正符号とインタリーブを併用する方式のビット誤り
率特性、カーブＣ符号化を行なわないＱＤＰＳＫ遅延検
波方式のビット誤り率特性である。

【符号の説明】

Ｉ−１　　情報ビット Ｃ−１　　チェックビット Ｉ　　誤り検出符号化された情報部分 Ｉ１　〜Ｉ２８　　分割した小ブロックＣ１　〜Ｃ２８
　　Ｉ１　〜Ｉ２８を可逆（２Ｎ，Ｎ）符号に符号化し
たときのチェック部分 Ｃ　　Ｃ１　〜Ｃ２８を集めたチェック部分の全体１０
　　入力端子 １２　　再生回路 １４　　誤り訂正回路 １６　　スイッチ １８　　誤り検出回路 ２０　　制御回路 ２２　　出力端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　通信システムに於て、送信局にはｎビ
   ットからなる情報ビットを誤りが検出可能な符号に符号
   化してＮビットからなる（Ｎ，ｎ）誤り検出符号化デー
   タを得る機能と、該誤り検出符号化データを変換行列Ａ
   により一次変換したＮビットのチェック部分を付加して
   なる（２Ｎ，Ｎ）可逆符号に符号化する機能と、誤り率
   が時間的に変動するチャネルを介して誤り率が無相関と
   なる程度に離間してＮビットの誤り検出符号化データと
   Ｎビットのチェック部分を送信する機能とを具備し、受
   信局には送信局からの送信データを受信する機能と、受
   信した該（２Ｎ，Ｎ）可逆符号のチェック部分を該変換
   行列の逆行列により一次変換して情報ビットを得る機能
   と、前記（２Ｎ，Ｎ）可逆符号を復号する機能と、（Ｎ
   ，ｎ）誤り検出符号を復号する機能とを有することを特
   徴とする信号伝送方式。
2. 【請求項２】　　前記誤り検出符号化データを複数のブ
   ロックに分割し、各ブロック毎に変換行列により可逆符
   号化して伝送することを特徴とする請求項１記載の信号
   伝送方式。