特許 7054762 無線通信システム及び無線通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-06

(45)【発行日】2022-04-14

(54)【発明の名称】無線通信システム及び無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H03M 13/39 20060101AFI20220407BHJP

   H03M 13/25 20060101ALI20220407BHJP

   H03M 13/45 20060101ALI20220407BHJP

   H03M 13/29 20060101ALI20220407BHJP

   H04L 1/00 20060101ALI20220407BHJP

【ＦＩ】

H03M13/39

H03M13/25

H03M13/45

H03M13/29

H04L1/00 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021554122

(86)(22)【出願日】2020-09-01

(86)【国際出願番号】 JP2020033046

(87)【国際公開番号】W WO2021084890

(87)【国際公開日】2021-05-06

【審査請求日】2021-12-17

(31)【優先権主張番号】P 2019195303

(32)【優先日】2019-10-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】星 大樹

(72)【発明者】

【氏名】仲田 樹広

【審査官】吉江 一明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－５１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３６００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６８８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】R.Herzog et al.，Iterative decoding and despreading improves CDMA-systems using M-ary orthogonal modulation and FEC，Proceedings of ICC'97 - International Conference on Communications，IEEE，1997年06月12日，pp.909-913

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｍ １３／３９

Ｈ０３Ｍ １３／２５

Ｈ０３Ｍ １３／４５

Ｈ０３Ｍ １３／２９

Ｈ０４Ｌ １／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信装置から受信装置へ無線により信号を送信する無線通信システムにおいて、
前記送信装置は、
伝送対象の信号に対するＲＳ符号化により得られた情報ビット系列のうち、所定の第１ビットを除く第２ビットに対して畳み込み符号化を行う畳み込み符号化手段と、
前記第１ビットと、前記畳み込み符号化手段により得られた符号化ビットとに対して変調処理を行う変調手段とを備え、
前記受信装置は、
前記送信装置からの受信信号に対して復調処理を行い、前記符号化ビットに対するビット対数尤度比を算出する第１復調手段と、
前記第１復調手段により算出された前記符号化ビットに対するビット対数尤度比と、前記第２ビットの情報ビットに対する第１事前情報とに基づいて、事後確率が最大化するように前記第２ビットの情報ビットの復号を行うと共に、前記第２ビットに対する対数尤度比及び前記第２ビットの情報ビットに対する第２事前情報を算出する最大事後確率復号手段と、
前記受信信号と、前記最大事後確率復号手段により算出された前記第２事前情報と、前記第１ビットの情報ビットに対する第３事前情報とに基づいて、前記第１ビットに対する対数尤度比を算出する第２復調手段と、
前記第２復調手段により算出された前記第１ビットに対する対数尤度比と、前記最大事後確率復号手段により算出された前記第２ビットに対する対数尤度比とに基づいて、前記伝送対象の信号を復号する復号手段と、
前記復号手段から出力される復号結果の情報に基づいて、前記第１事前情報を生成して前記最大事後確率復号手段にフィードバックすると共に、前記第３事前情報を生成して前記第２復調手段にフィードバックする事前情報フィードバック手段とを備えたことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記送信装置は、
前記伝送対象の信号を所定の長さの単位でパケット化し、該パケットをＲＳ符号化するＲＳ符号化手段と、
前記ＲＳ符号化手段によるＲＳ符号化後の順序を並べ替えて前記情報ビット系列を取得する第１インタリーブ手段とを更に備え、
前記送信装置の前記事前情報フィードバック手段は、
前記復号手段から出力される前記復号結果の情報に対し、前記送信装置の前記第１インタリーブ手段と同じ順序の並べ替えを施す第２インタリーブ手段と、
前記第２インタリーブ手段による並べ替え後の情報を前記第１ビットに対する情報又は前記第２ビットに対する情報に振り分け、前記第１ビットに対する情報を前記第３情報として前記第２復調手段にフィードバックし、前記第２ビットに対する情報を前記第１情報として前記最大事後確率復号手段にフィードバックする事前情報生成手段とを有することを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
前記受信装置の復号手段は、
前記第２復調手段により算出された前記第１ビットに対する対数尤度比と、前記最大事後確率復号手段により算出された前記第２ビットに対する対数尤度比の順序を並べ替える対数尤度比並べ替え手段と、
前記対数尤度比並べ替え手段による並べ替え後の対数尤度比を硬判定し、復号結果を算出する硬判定手段と、
前記対数尤度比並べ替え手段による並べ替え後の対数尤度比を信頼度に変換する変換手段と、
前記硬判定手段による復号結果と前記変換手段による変換結果のそれぞれに対して、前記送信装置の前記第１インタリーブ手段とは逆順の並べ替えを施すデインタリーブ手段と、
前記デインタリーブ手段による並べ替え後の復号結果をパケット化し、パケット内における信頼度が低い順にＮパターン（Ｎは複数）でパケット内の信号を消失させる消失手段と、
前記消失手段により得られたＮパターンのパケットの各々に対してＲＳ復号を行うＲＳ復号手段と、
前記ＲＳ復号手段により復号されたＮ個のパケットの各々に対してシンドロームを計算し、正しく復号できたパケットであるか、誤りが残留したパケットであるかを判断するシンドローム計算手段と、
前記シンドローム計算手段による判断結果に基づいて、前記ＲＳ復号手段により復号されたＮ個のパケットの中から復号結果として出力するパケットを選択する選択手段とを有することを特徴とする無線通信システム。

【請求項4】

請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記最大事後確率復号手段は、ＢＣＪＲ復号処理を行うＢＣＪＲ復号手段、または、ＳＯＶＡ復号処理を行うＳＯＶＡ復号手段であることを特徴とする無線通信システム。

【請求項5】

送信装置から受信装置へ無線により信号を送信する無線通信方法において、
前記送信装置が、
伝送対象の信号に対するＲＳ符号化により得られた情報ビット系列のうち、所定の第１ビットを除く第２ビットに対して畳み込み符号化を行い、
前記第１ビットと、前記畳み込み符号化により得られた符号化ビットとに対して変調処理を行い、
前記受信装置が、
前記送信装置からの受信信号に対して復調処理を行い、前記符号化ビットに対するビット対数尤度比を算出し、
前記算出された前記符号化ビットに対するビット対数尤度比と、前記第２ビットの情報ビットに対する第１事前情報とに基づいて、事後確率が最大化するように前記第２ビットの情報ビットの復号を行うと共に、前記第２ビットに対する対数尤度比及び前記第２ビットの情報ビットに対する第２事前情報を算出し、
前記受信信号と、前記算出された前記第２事前情報と、前記第１ビットの情報ビットに対する第３事前情報とに基づいて、前記第１ビットに対する対数尤度比を算出し、
前記前記第１ビットに対する対数尤度比と、前記算出された前記第２ビットに対する対数尤度比とに基づいて、前記伝送対象の信号を復号し、
前記復号の結果を示す情報に基づいて、前記１事前情報を生成して前記第２ビットの情報ビットの復号用にフィードバックすると共に、前記第３事前情報を生成して前記第１ビットに対する対数尤度比の算出用にフィードバックすることを特徴とする無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信システムにおける繰り返し誤り訂正処理技術に関する。

【背景技術】

【0002】

テレビジョン放送番組素材伝送用の無線伝送装置（ＦＰＵ：Ｆｉｅｌｄ Ｐｉｃｋ－ｕｐ Ｕｎｉｔ）では、マイクロ波帯無線伝送方式としてＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；直交振幅変調）方式が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。この無線伝送方式の誤り訂正では、連接符号方式が採用されている。連接符号方式では、外符号としてＲＳ（Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号、内符号として畳み込み符号が用いられ、これらはインターリーバを介して接続される。受信機側では、復調信号に対して、内符号に対する誤り訂正としてビタビ復号、外符号に対する誤り訂正としてＲＳ復号が用いられている。

【0003】

図１は、非特許文献１に開示された無線伝送方式を採用した無線通信システムの一例を示している。以下の説明において、ブロック１１～１５の処理は、送信機側で行われ、ブロック１７～２１の処理は、受信機側で行われる。

【0004】

画像、データなどの伝送対象となる情報信号は、ＲＳ符号化部１１に入力される。ＲＳ符号化部１１は、入力された情報信号を所定の長さの単位でパケット化し、当該パケットに対してＲＳ符号化を施す。例えば、ＦＰＵで用いられているＲＳ符号は、符号長２０４バイト、組織長１８８バイトの（２０４，１８８）符号が採用されている。ＲＳ符号化部１１によるＲＳ符号化後の信号は、受信機での誤り訂正能力を改善するため、インタリーブ部１２により順序が並べ替えられる。

【0005】

インタリーブ部１２による並べ替え後の信号は、Ｓ／Ｐ変換部１３により（ｍ－１）ビットのパラレルデータに変換される。ｍは、１送信シンボル当たりに載せるビット数を示している。例えば、ｍ＝４の場合は、１６ＱＡＭ方式（１６値直交振幅変調方式）、ｍ＝６の場合は、６４ＱＡＭ方式（６４値直交振幅変調方式）などのデジタル多値変調方式となる。パラレルデータに変換する際、パラレルデータの内の下位の１ビット（以下、「下位ビット」と称する）と、残りの（ｍ－２）ビット（以下、「上位ビット」と称する）に振り分け、下位ビットは畳み込み符号化部１４に入力され、上位ビットは変調部１５に入力される。

【0006】

畳み込み符号化部１４では、情報ビット系列の所定の位置の組み合わせに対して排他的論理和を演算することにより、畳み込み符号化が行われる。変調部１５では、上位ビットと、畳み込み符号化部１４による畳み込み符号化後の信号２ビットのデータとが、２^m ＱＡＭ変調方式に従って無線信号に変換される。非特許文献１では二次変調方式にシングルキャリア方式を用いているが、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；直交波周波数分割多重）などの変調方式を用いることも可能であり、本発明では本質的には変調方式に制約はない。

【0007】

変調部１５で変調された信号は、伝搬路１６を経由して、復調部１７に入力される。復調部１７では、変調部１５での変調に対応する復調処理を行う。復調部１７は、復調結果として、上位ビットに対する情報ビットＬＬＲ（Ｌｏｇ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ；対数尤度比）に対応する硬判定復号結果をＰ／Ｓ部１９に出力し、下位ビットに対する符号化ビットＬＬＲをビタビ復号部１８に出力する。情報ビットＬＬＲは、上位ビットに対する情報ビットの信頼度情報である。符号化ビットＬＬＲは、下位ビットに対する符号化ビットの信頼度情報である。

【0008】

ビタビ復号部１８では、復調部１７で得られた符号化ビットＬＬＲをトレリスダイアグラム上に展開して、最尤のＬＬＲ系列を選択し、その系列に対応する硬判定復号結果をＰ／Ｓ変換部１９に出力する。Ｐ／Ｓ変換部１９では上位ビットに対する硬判定復号結果と下位ビットに対する硬判定復号結果をデインタリーブ部２０に出力する。Ｐ／Ｓ変換部１９から出力される信号は、デインタリーブ部２０によりインタリーブ部１２とは逆の並べ替えが行われ、順序が元に戻される。デインタリーブ部２０の結果はＲＳ復号部２１に入力され、ＲＳ復号処理が施される。（２０４，１８８）符号の場合には、ＲＳ復号前のビット誤り率が２×１０^-4 以下であれば、ＲＳ復号により疑似エラーフリーとすることができ、伝送誤りのない素材伝送が可能となる。

【0009】

ＱＡＭ方式における繰り返し誤り訂正処理技術に関し、これまでに種々の発明が提案されている。例えば、特許文献１に開示された発明では、送信装置側において、シリアル／パラレル変換した送信データの内、１ビットの信号を畳み込み符号器に入力し、その出力の２ビットと畳み込み符号器に入力しなかった他の信号との組み合わせにより、それぞれ実数部・虚数部に分け、それぞれ独立に送信する信号点を決める。受信装置側において、実数部・虚数部独立に領域判定、メトリック設定を行い、ビタビ復号の結果を送信装置側の符号器と同構成の畳み込み符号器に入力して、その出力と領域判定の情報から送信データを復号する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００１－３４５７８５号公報

【非特許文献】

【0011】

【文献】ＡＲＩＢ ＳＴＤ－Ｂ１１ ２．２版、「テレビジョン放送番組素材伝送用可搬形マイクロ波帯デジタル無線伝送システム」、一般社団法人電波産業会

【文献】特許庁：標準技術集［技術分類］３－３－２ ＭＩＭＯ周辺技術／誤り制御技術／誤り訂正復号化技術，＜https://www.jpo.go.jp/resources/report/sonota/document/hyoujun_gijutsu/h29_mimo.pdf＞．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

ＦＰＵは、受信レベルが低くＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ：搬送波電力対雑音電力比）が低下しているような環境で受信が行われることも多い。このような劣悪な環境では、ビット誤り率が多くなり、ビタビ復号後の誤り率が２×１０^-4 を上回ってしまい、正しい視聴ができなくなってしまうことがある。正しく伝送するために必要な（外復号後のビット誤り率が０となる）ＣＮＲは、所要ＣＮＲと称される。誤り訂正能力を改善することにより所要ＣＮＲを改善することは、無線機の恒久的な課題の一つである。

【0013】

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、送信装置から受信装置へ無線により信号を送信する無線通信システムの所要ＣＮＲを改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明では、上記の目的を達成するために、送信装置から受信装置へ無線により信号を送信する無線通信システムを以下のように構成した。
すなわち、送信装置において、以下のような処理を行う。畳み込み符号化手段が、伝送対象の信号に対するＲＳ符号化により得られた情報ビット系列のうち、所定の第１ビットを除く第２ビットに対して畳み込み符号化を行う。変調手段が、第１ビットと、畳み込み符号化手段により得られた符号化ビットとに対して変調処理を行う。

【0015】

また、受信装置において、以下のような処理を行う。第１復調手段が、送信装置からの受信信号に対して復調処理を行い、符号化ビットに対するビット対数尤度比を算出する。最大事後確率復号手段が、第１復調手段により算出された符号化ビットに対するビット対数尤度比と、第２ビットの情報ビットに対する第１事前情報とに基づいて、事後確率が最大化するように第２ビットの情報ビットの復号を行うと共に、第２ビットに対する対数尤度比及び第２ビットの情報ビットに対する第２事前情報を算出する。第２復調手段が、受信信号と、最大事後確率復号手段により算出された第２事前情報と、第１ビットの情報ビットに対する第３事前情報とに基づいて、第１ビットに対する対数尤度比を算出する。復号手段が、第２復調手段により算出された第１ビットに対する対数尤度比と、最大事後確率復号手段により算出された第２ビットに対する対数尤度比とに基づいて、伝送対象の信号を復号する。事前情報フィードバック手段が、復号手段から出力される復号結果の情報に基づいて、第１事前情報を生成して最大事後確率復号手段にフィードバックすると共に、第３事前情報を生成して第２復調手段にフィードバックする。

【0016】

このような構成によれば、受信装置において、最大事後確率復号とＲＳ復号が反復的に繰り返されることになる。その結果、各々の誤り訂正能力を徐々に改善できるので、所定の反復回数を経た後には大きな改善効果を得ることができる。したがって、所要ＣＮＲを改善できる無線通信システムを提供することができる。

【0017】

ここで、一構成例として、送信装置において、更に以下のような処理を行う。すなわち、ＲＳ符号化手段が、伝送対象の信号を所定の長さの単位でパケット化し、該パケットをＲＳ符号化する。第１インタリーブ手段が、ＲＳ符号化手段によるＲＳ符号化後の順序を並べ替えて情報ビット系列を取得する。第１インタリーブ手段により取得された情報ビット系列は、第１ビット部分が変調手段に入力され、第２ビット部分が畳み込み符号化手段に入力される。

【0018】

また、受信装置の事前情報フィードバック手段において、以下のような処理を行う。第２インタリーブ手段が、復号手段から出力される復号結果の情報に対し、送信装置の第１インタリーブ手段と同じ順序の並べ替えを施す。事前情報生成手段が、第２インタリーブ手段による並べ替え後の情報を第１ビットに対する情報又は第２ビットに対する情報に振り分け、第１ビットに対する情報を第３情報として第２復調手段にフィードバックし、第２ビットに対する情報を第１情報として最大事後確率復号手段にフィードバックする。

【0019】

また、受信装置の復号手段において、以下のような処理を行う。対数尤度比並べ替え手段が、第２復調手段により算出された第１ビットに対する対数尤度比と、最大事後確率復号手段により算出された第２ビットに対する対数尤度比の順序を並べ替える。硬判定手段が、対数尤度比並べ替え手段による並べ替え後の対数尤度比を硬判定し、復号結果を算出する。変換手段が、対数尤度比並べ替え手段による並べ替え後の対数尤度比を信頼度に変換する。デインタリーブ手段が、硬判定手段による復号結果と前記変換手段による変換結果のそれぞれに対して、送信装置の第２インタリーブ手段とは逆順の並べ替えを施す。消失手段が、デインタリーブ手段による並べ替え後の復号結果をパケット化し、パケット内における信頼度が低い順にＮパターン（Ｎは複数）でパケット内の信号を消失させる。復号手段が、消失手段により得られたＮパターンのパケットの各々に対してＲＳ復号を行う。シンドローム計算手段が、ＲＳ復号手段により復号されたＮ個のパケットの各々に対してシンドロームを計算し、正しく復号できたパケットであるか、誤りが残留したパケットであるかを判断する。選択手段が、シンドローム計算手段による判断結果に基づいて、ＲＳ復号手段により復号されたＮ個のパケットの中から復号結果として出力するパケットを選択する。

【0020】

このような構成によれば、受信信号の復号を繰り返すうちに、第１ビット（例えば、上位ビット）に対する対数尤度比の信頼度と第２ビット（例えば、下位ビット）に対する対数尤度比の信頼度を徐々に向上させることができ、所定の反復回数を経た後には大きな改善効果を得ることができる。

【0021】

なお、最大事後確率復号手段としては、例えば、ＢＣＪＲ（Ｂａｈｌ－Ｃｏｃｋｅ－Ｊｅｌｉｎｅｋ－Ｒａｖｉｖ）復号処理を行うＢＣＪＲ復号手段を用いることができる。また、別の例として、ＳＯＶＡ（Ｓｏｆｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｖｉｔｅｒｂｉ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）復号処理を行うＳＯＶＡ復号手段を用いることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、送信装置から受信装置へ無線により信号を送信する無線通信システムの所要ＣＮＲを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】無線通信システムの構成の一例を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの受信機の構成例を示す図である。

【図3】ＲＳ復号前のＣＮＲ対ビット誤り特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの受信機の構成について、図２を用いて詳細に説明する。なお、送信機側は図１で示した構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。図１で説明したように、送信機側で誤り訂正符号化及び変調処理がなされた信号が伝搬路１６に送出され、受信機に到達する。

【0025】

受信機で受信された信号は、上位ビットＬＬＲ算出部３４と符号化ビットＬＬＲ算出部３２に入力される。
受信機側での誤り訂正復号について説明する前に、誤り訂正符号と変復調の対応付けについて説明する。送信機側の畳み込み符号化部１４の出力である符号化ビットは‘０’と‘１’であるが、変復調や軟判定誤り訂正処理では、ビット‘０’を＋１、ビット‘１’を－１に置き換えている。

【0026】

符号化ビットＬＬＲ算出部３２では、受信信号ｙ_j に基づいて、（式１）に示す、送信側の畳み込み符号化部１４の出力である符号化ビットに対する符号化ＬＬＲ Ｌ_j ^c(a),BCJR を算出する。ここで、ｊは順序番号を示している。

【数1】

【0027】

Ｌ_j ^c(a),BCJR の算出方法は、ＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）やＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）といった波形等化を行った後に、等化後の信号からＬ_j ^c(a),BCJR を算出する方法や、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）のように受信信号レプリカを算出して、受信信号とのユークリッド二乗距離に基づいてＬ_j ^c(a),BCJR を算出する方法などがある。本発明は、Ｌ_j ^c(a),BCJR の算出方式に依存しないため、詳細な説明は省略する。
復調器２１で得られた符号化ＬＬＲ Ｌ_j ^c(a),BCJR は、ＢＣＪＲ復号部３３に入力される。ＢＣＪＲの名称は発明者であるＢａｈｌ，Ｃｏｃｋｅ，Ｊｅｌｉｎｅｋ，Ｒａｖｉｖの頭文字から命名されている。

【0028】

以下に、ＢＣＪＲアルゴリズムに基づいた最大事後確率復号について説明する。詳細な説明は、非特許文献２等を参照されたい。畳み込み符号化部１４に対応するトレリス線図において、時刻ｊの状態をＳ_j 、時刻ｊ＋１の状態をＳ_j+1 とすると、畳み込み符号化部１４への入力情報ビットｕ_j は、Ｓ_j からＳ_j+1 への状態遷移に対応している。そのため、受信系列ｙに対する情報ビットの事後確率ｐ（ｕ_j ｜ｙ）は、（式２）となる。

【数2】

ここで、ｙ_1～j-1 は、１～ｊ－１までの受信系列、ｙ_j+1～J は、ｊ＋１～Ｊまでの受信系列を示している。

【0029】

この（式２）に対して、以下の置換を行う。

【数3】

【0030】

（式３）を（式２）に代入して書き換えると、（式４）となる。

【数4】

【0031】

ここで、α（Ｓ_j-1 ）は前向きメトリック、β（Ｓ_j ）は後向きメトリックと称されることが多い。このα（Ｓ_j-1 ）、β（Ｓ_j ）は、（式５）、（式６）のように再帰的に表現される。

【数5】

【数6】

【0032】

（式５）、（式６）に対して対数をとると、（式７）、（式８）となる。

【数7】

【数8】

【0033】

また、演算量を削減するために、（式５）、（式６）のΣ（ ）の処理を最大値選択ｍａｘ（ ）に置き換えて、（式９）、（式１０）としても、大きな特性劣化は生じない。

【数9】

【数10】

【0034】

また、（式３）の２番目の式に対して対数をとると、（式１１）となる。

【数11】

【0035】

ここで、Γ（Ｓ_j-1 ，Ｓ_j ）は、（式１２）で表される。

【数12】

Ｌ_j ^c(a),BCJR は、（式１）で示した符号化ビットに対する対数尤度比であり、Ｌ_j ^u(a,l),BCJR は、下位ビットに対する情報ビットｕ^l の事前情報である。

【0036】

以上の処理により、ＢＣＪＲ復号部３３では、上記のＢＣＪＲアルゴリズムに従ってＭａｘ－Ｌｏｇ－ＭＡＰ復号と呼ばれる最大事後確率復号に近似の復号処理を行い、情報ビットｕ^l の事後情報Ｌ_j ^u(p,l),BCJR を出力する。事後情報Ｌ_j ^u(p,l),BCJR は、ＢＣＪＲ復号結果である情報ビットｕ^l の信頼度を示している。

【数13】

【0037】

本発明の目的は、ＢＣＪＲ復号部３３とＲＳ復号部４３の結果をインタリーブ４６を介して反復処理することにより、所要ＣＮＲの改善を図ることにあるが、反復処理の初回では下位ビットに対する情報ビットｕ^l の知見が得られていないため、事前情報Ｌ_j ^u(a,l),BCJR は０となり、（式１２）に対応するΓ（Ｓ_j-1 ，Ｓ_j ）は（式１４）となる。

【数14】

【0038】

また、ＢＣＪＲ復号部３３では、下位ビットの符号化ビットに対する外部情報Ｌ_j ^c(e),BCJR を（式１５）で求める。

【数15】

外部情報Ｌ_j ^c(e),BCJR は、下位ビットに対する情報ビットｕ^l の事前情報Ｌ_j ^u(a,l),MLD として上位ビットＬＬＲ算出部３４に出力される。

【0039】

上位ビットＬＬＲ算出部３４では、受信信号ｙ_j と、ＢＣＪＲ復号部３３からの下位ビットに対する情報ビットｕ^l の事前情報Ｌ_j ^u(a,l),MLD と、事前情報生成部４８からの上位ビットに対する情報ビットｕ^h の事前情報Ｌ_j ^u(a,h),MLD とに基づいて、上位ビットに対する事後情報ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(p,h),MLD を算出する。Ｌ_j ^u(p,h),MLD の算出方法は、ＺＦといった波形等化を行った後に、等化後の信号から算出する方法や、ＭＬＤのように受信信号レプリカを算出して、受信信号と比較することで直接算出する方法などがある。以下、ＭＬＤ法を用いる場合を例に説明するが、ＺＦ法やＭＭＳＥ法を用いる場合も同様である。

【0040】

上位ビットＬＬＲ算出部３４では、受信候補点に従い、受信信号ｙ_j のレプリカである受信信号レプリカｙ_j^ を算出する。そして、受信信号ｙ_j と、受信信号レプリカｙ_j^ と、受信雑音電力の推定結果σ²^ とに基づいて、ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(p,h),MLD を算出して出力する。ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(p,h),MLD の各成分Ｌ_j ^u(p),MLD （ｂ_q ）の算出は、例えば、（式１６）による。

【数16】

ここで、インデックスｑは、受信候補点番号でｑ＝１，・・・，Ｑであり、受信候補点数をＱとしたとき、ｒ^ ＝［ｒ₁^ ，・・・，ｒ_Q^］である。ｂ_q は、受信候補点番号ｑの受信候補点を構成するビットのインデックスである。ｂ_q （ｒ_q^ ）は、受信候補点ｒ_q^ を構成する信号点ベクトルのｑ番目のビット（‘０’または‘１’）である。

【0041】

ここで、（式１７）の近似式を用いると、（式１６）は（式１８）となる。

【数17】

【数18】

【0042】

ＬＬＲ並べ替え部３５は、上位ビットＬＬＲ算出部３４から出力された上位ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(p,h),MLD と、ＢＣＪＲ復号部３３から出力された下位ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(p,l),BCJRとに対し、送信側で所定の順序に並べ替えたものを元の順序に戻す処理を行い、元の順序に戻した事後情報ＬＬＲ Ｌ_j ^u(p) を硬判定部３６へ出力する。

【0043】

硬判定器３６は、事後情報ＬＬＲ Ｌ_j ^u(p) の符号が正の場合には情報ビット‘０’を出力し、負の場合には情報ビット‘１’を出力する。これは、前述した誤り訂正符号と変復調の対応付けによるものである。
硬判定の結果は、Ｓ／Ｐ変換器３８に入力される。Ｓ／Ｐ変換器３８は、硬判定の結果のシリアルビットをＲＳ符号に応じたビット数（一般的には１バイト＝８ビット）にパラレル変換する。

【0044】

また、事後情報ＬＬＲ Ｌ_j ^u(p) は、ＬＬＲ／確率変換部３７にも入力される。ＬＬＲ／確率変換部３７は、事後情報ＬＬＲ Ｌ_j ^u(p) を用いて、（式１９）に示す演算を行う。

【数19】

これは、Ｌ_j ^u(p) ＝ｌｎ｛Ｐ（ｕ＝＋１）／Ｐ（ｕ＝－１）｝を逆変換して導出している。このＬＬＲ／確率変換器３７の出力Ｐ_u,j は、情報ビットｕに関する誤り確率である。

【0045】

なお、演算処理のダイナミックレンジを低減するために、（式２０）に示す変換であってもよい。

【数20】

【0046】

この情報ビット確率Ｐ_u,j は、バイト確率変換器３９に入力される。バイト確率変換器３９は、（式２１）に従い、情報ビット確率Ｐ_u,j をバイト単位の確率Ｐ_{u_byte} に変換する。

【数21】

【0047】

また、演算処理のダイナミックレンジを低減するために、（式２２）を用いることで、積を和に変換してもよい。

【数22】

【0048】

これらバイト確率Ｐ_{u_byte} は、そのバイトの信頼性を示し、値が小さいほど信頼性が低く、誤りが生じている可能性が高いことを示している。
Ｓ／Ｐ変換３８により得られたバイト単位の情報信号は、デインタリーブ部４０－１に入力、バイト確率変換器３９により得られたバイト確率Ｐ_{u_byte} は、デインタリーブ部４０－２に入力される。これらデインタリーブ部４０－１，４０－２は、入力に対してインタリーブ部１２の並び替えと逆の並び替えを行い、元の順序に戻す。

【0049】

デインタリーブ部４０－２によるバイト確率Ｐ_{u_byte} のデインタリーブ結果は、昇順並べ替え部４１に入力される。昇順並べ替え部４１は、ＲＳ復号器で処理するＲＳパケット内のバイト確率が小さい順にその位置を把握する。

【0050】

消失部４２では、後続する複数のＲＳ復号部４３に対する消失パターンを算出するが、消失部４２の処理を説明する前に、消失復号の簡単な説明を行っておく。
前述したＲＳ（２０４，１８８）符号の最小距離ｄ_min は、ｄ_min ＝２０４－１８８＝１６である。

【0051】

ＲＳ復号の特徴として、（式２３）であれば正しい復号が可能となる。

【数23】

ここで、ｅは、誤りの位置が予め分かっている場合の消失訂正バイト数を示しており、ｔは、誤り位置が不明な場合の誤り訂正バイト数を示している。

【0052】

全ての誤りの位置が不明な場合には、（式２３）を満たすためにはｔ≦８であり、ＲＳパケット（２０４バイト）中の８バイトまで誤り訂正が可能となる。また、全ての誤り位置が分かっている場合には、ｅ≦１６であり、１６バイトまで訂正可能である。このように、誤り位置をＲＳ復号部に提示することで、提示しない場合と比較して誤り訂正能力は最大２倍まで増加する。

【0053】

消失部４２では、デインタリーブ部４０－１によるデインタリーブ後のバイト単位の情報信号に対し、昇順並替え部４１から得られた信号に基づいて、誤り位置を示す消失パターンを複数作成する。具体的には、第一の消失パターンは、消失バイト数ｅを０とし、誤り位置は無しとする。第二の消失パターンは、例えば、消失バイト数ｅを２とし、その消失バイトの位置は昇順並べ替え部４１の結果の中から最も値の小さいバイト確率Ｐ_{u_byte} となる位置とする。第三の消失パターンは、例えば、消失バイト数ｅを４とし、昇順並べ替え部４１の結果の中からバイト確率Ｐ_{u_byte} が小さい順に３バイトを消失バイトの位置とする。同様に第四の消失パターン以降では、消失バイト数ｅを６，８，１０，１２，１４とし、消失バイトの位置は昇順並べ替え部４１の結果から値が小さい順に割り当てる。

【0054】

消失部４２で算出した消失パターンは、第一の消失パターンから順にＲＳ復号部４３－１、ＲＳ復号部４３－２、ＲＳ復号部４３－３、ＲＳ復号部４３－４、・・・、ＲＳ復号部４３－Ｎに入力される。ＲＳ復号部４３－１～４３－Ｎは、提示された消失パターンに対してＲＳ復号を実施する。

【0055】

ＲＳ復号部４３－１～４３－Ｎからの復号結果Ｄ_k （ｋ＝１～最大消失パターン数）は、それぞれ、シンドローム計算部４４－１～４４－Ｎに入力される。シンドローム計算部４４では、各復号結果Ｄ_k に対してシンドロームＳ_k を計算する。シンドロームは、ＲＳ符号部により生成された符号はＲＳ符号生成多項式で除算すると除算結果が０となることを利用して、誤り検出に用いられる。すなわち、ＲＦ復号結果からシンドロームＳ_k を計算し、シンドロームＳ_k が０であれば正しく復号されたことを意味しており、シンドロームＳ_k が０でなければ誤りが残留しているものと判断する。

【0056】

各シンドロームＳ_k は、選択部４５に入力される。選択部４５では、以下に示すように、シンドロームＳ_k に基づいて復号結果Ｄ_k を選択する。
選択部４５は、シンドローム計算部４４－１～４４－Ｎで得られたシンドロームＳ_k がＳ_k ＝０となるｋが存在する場合に、そのパケットの正復号結果Ｗとして、Ｗ＝ωを出力すると共に、Ｓ_k ＝０となる復号結果Ｄ_k を選択して出力する。ここで、ωは事前情報係数であり、０より大きい所定の係数とし、例えばω＝０．８とする。Ｓ_k ＝０となる復号結果が存在しない場合には、正しい復号ができなかったものとして、Ｗ＝０とする。

【0057】

ここで、（式１）の定義に従い、復号結果Ｄ_k を構成するビットが‘０’の場合には＋１に置換え、‘１’の場合には－１に置換える。また、その結果に対してパケット全体に正復号結果Ｗを乗じる。すなわち、正しく復号された結果が無い場合には、０に置き換える。

【0058】

これら処理の具体例について説明する。
正しく復号できた結果Ｄ_k が、｛“１０１１００１０”，“００１１１１００”，・・・｝であったとすると、ω＝０．８の場合には、置き換えた結果Ｄ・Ｗは、｛“－０．８ ＋０．８ －０．８ －０．８ ＋０．８ ＋０．８ －０．８ ＋０．８”，“＋０．８ ＋０．８ －０．８ －０．８ －０．８ －０．８ ＋０．８ ＋０．８”，・・・｝となる。また、正しい復号結果が存在しない場合には、そのパケットは全て０｛“０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０”，“０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０”，・・・｝となる。

【0059】

この結果は、インタリーブ部４６に入力される。インタリーブ部４６は、送信機側のインタリーブ部２３と同様の順序並べ替えを行う。インタリーブされた結果は、Ｐ／Ｓ変換器４７を経由して、バイト単位のパラレル信号からビット単位のシリアル信号に変換され、事前情報生成部４８に入力される。

【0060】

事前情報生成部４８では、入力されたＲＳ復号可否の情報を変調方式情報に従って上位ビットに対する情報と下位ビットに対する情報とに振り分ける。下位ビットに対するＲＳ復号可否の情報は、ＢＣＪＲ復号部３３に事前情報ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(a,l),BCJR として入力される。上位ビットに対するＲＳ復号可否の情報は、上位ビットＬＬＲ算出部に事前情報ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(a,h),MLD として入力される。

【0061】

（式１２）で述べたように、Γ（Ｓ_j-1 ，Ｓ_j ）は符号化ビットＬＬＲ Ｌ_j ^c(a),BCJR と事前情報ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(a,l),BCJR の和であり、ＲＳ復号可否の情報は事前情報ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(a,l),BCJR としてＢＣＪＲ復号部３３に入力される。これら事前情報ビットＬＬＲは、インタリーブ部４６によりパケット単位のまとまった信号が分散される。すなわち、正しく復号できなかった場合の事前情報０と正しく復号できた場合の事前情報±ωとが分散されてＢＣＪＲ復号部３３に入力されることになる。

【0062】

これら処理を（式２４）で示す。ＲＳ復号結果Ｄと正復号結果Ｗを乗じた信号に対してインタリーブ関数Π［ ］により並べ替えを行い、その後｛ ｝_P→S によりパラレルシリアル変換して、事前情報ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(a,l),BCJR として加算する。

【数24】

【0063】

ＢＣＪＲ復号では、初回の処理では誤った系列推定を行ってしまった場合であっても、（式２４）のように事前情報ビットＬＬＲ Ｌ_j ^u(a,l),BCJRを入力することで正しい系列推定を行うことができるようになり、ビット誤り率を低減することができる。

【0064】

以上、説明した処理を複数回繰り返すことにより、ＢＣＪＲ復号部３３と上位ビットＬＬＲ算出部３４とＲＳ復号部４３－１～４３－Ｎが反復処理を繰り返す毎に、各々の誤り訂正能力を徐々に改善することで、所定の反復回数を経た後には大きな改善効果を得ることができる。

【0065】

図３は、非特許文献１に開示されている構成において、拘束長７、符号化率１／２の畳み込み符号に対するＢＣＪＲ復号とＲＳ（２０４，１８８）復号を繰り返し処理した場合のＲＳ復号前のＣＮＲ対ビット誤り率特性を示した図である。変調方式は３２ＱＡＭを用いている。前述したように、ＲＳ復号前のビット誤り率が２×１０^-4 が、後続のＲＳ復号でエラーフリーとなるビット誤り率である。この結果から分かるように、繰り返し処理を行うことで、約７ｄＢの所要ＣＮＲの改善を実現することができる。

【0066】

以上説明したように、本例では、送信機および受信機は次のように動作する。
送信機において、ＲＳ符号化部１１が、伝送対象の信号を所定の長さの単位でパケット化し、該パケットをＲＳ符号化する。インタリーブ部１２が、ＲＳ符号化部１１によるＲＳ符号化後の順序を並べ替えて情報ビット系列を取得する。Ｓ／Ｐ変換部１３が、インタリーブ部１２により得られた情報ビット系列を上位ビット（ｕ^h ）又は下位ビット（ｕ^l ）に振り分ける。畳み込み符号化部１４が、Ｓ／Ｐ変換部１３により振り分けられた下位ビットに対して畳み込み符号化を行う。変調部１５が、Ｓ／Ｐ変換部１３により振り分けられた上位ビットと、畳み込み符号化部１４により得られた符号化ビットとに対して変調処理を行う。

【0067】

受信機において、符号化ビットＬＬＲ算出部３２が、送信装置からの受信信号（ｙ_j ）に対して復調処理を行い、符号化ビットに対するビット対数尤度比（Ｌ_j ^c(a),BCJR ）を算出する。ＢＣＪＲ復号部３３が、符号化ビットＬＬＲ算出部３２により算出された符号化ビットに対するビット対数尤度比（Ｌ_j ^c(a),BCJR ）と、下位ビットの情報ビットに対する事前情報（Ｌ_j ^u(a,l),BCJR ；第１事前情報）とに基づいて、事後確率が最大化するように下位ビットの情報ビットの復号を行うと共に、下位ビットに対する対数尤度比（Ｌ_j ^u(p,l),BCJR ）及び下位ビットの情報ビットに対する事前情報（Ｌ_j ^u(a,l),MLD ；第２事前情報）を算出する。上位ビットＬＬＲ算出部３４が、受信信号（ｙ_j ）と、ＢＣＪＲ復号部３３により算出された事前情報（Ｌ_j ^u(a,l),MLD ；第２事前情報）と、上位ビットの情報ビットに対する事前情報（Ｌ_j ^u(a,h),MLD ；第３事前情報）とに基づいて、上位ビットに対する対数尤度比（Ｌ_j ^u(p,h),MLD ）を算出する。

【0068】

その後、受信機は、上位ビットＬＬＲ算出部３４により算出された上位ビットに対する対数尤度比（Ｌ_j ^u(p,h),MLD ）と、ＢＣＪＲ復号部３３により算出された下位ビットに対する対数尤度比（Ｌ_j ^u(p,l),BCJR ）とに基づいて、伝送対象の信号を復号する復号処理を行う。この復号処理では、ＬＬＲ並べ替え部３５が、上位ビットＬＬＲ算出部３４により算出された上位ビットに対する対数尤度比（Ｌ_j ^u(p,h),MLD ）と、ＢＣＪＲ復号部３３により算出された下位ビットに対する対数尤度比（Ｌ_j ^u(p,l),BCJR ）の順序を並べ替える。硬判定部３６が、ＬＬＲ並べ替え部３５による並べ替え後の対数尤度比を硬判定し、復号結果を算出する。ＬＬＲ／確率変換部３７が、ＬＬＲ並べ替え部３５による並べ替え後の対数尤度比を信頼度に変換する。デインタリーブ部４０－１，４０－２が、硬判定部３６による復号結果とＬＬＲ／確率変換部３７による変換結果のそれぞれに対して、送信機のインタリーブ部１２とは逆順の並べ替えを施す。消失部４２が、デインタリーブ部４０－１による並べ替え後の復号結果をパケット化し、パケット内における信頼度が低い順にＮパターン（Ｎは複数）でパケット内の信号を消失させる。ＲＳ復号部４３－１－Ｎが、消失部４２により得られたＮパターンのパケットの各々に対してＲＳ復号を行う。シンドローム計算部４４－１～４４－Ｎが、ＲＳ復号部４３－Ｎにより復号されたＮ個のパケットの各々に対してシンドロームを計算し、正しく復号できたパケットであるか、誤りが残留したパケットであるかを判断する。選択部４５が、シンドローム計算部４４－１～４４－Ｎによる判断結果に基づいて、ＲＳ復号部４３－１～４３－Ｎにより復号されたＮ個のパケットの中から復号結果として出力するパケットを選択する。

【0069】

また、受信機は、選択部４５から出力される復号結果の情報（Ｄ・Ｗ）に基づいて、下位ビットの情報ビットに対する事前情報（Ｌ_j ^u(a,l),BCJR ；第１事前情報）を生成してＢＣＪＲ復号部３３にフィードバックすると共に、上位ビットの情報ビットに対する事前情報（Ｌ_j ^u(a,h),MLD ；第３事前情報）を生成して上位ビットＬＬＲ算出部３４にフィードバックする事前情報フィードバック処理を行う。この事前情報フィードバック処理では、インタリーブ部４６が、選択部４５から出力される復号結果の情報（Ｄ・Ｗ）に対し、送信器のインタリーブ部１２と同じ順序の並べ替えを施す。事前情報生成部４８が、インタリーブ部４６による並べ替え後の情報を上位ビットに対する情報又は下位ビットに対する情報に振り分け、上位ビットに対する情報を上位ビットの情報ビットに対する事前情報（Ｌ_j ^u(a,h),MLD ；第３事前情報）として上位ビットＬＬＲ算出部３４にフィードバックし、下位ビットに対する情報を下位ビットの情報ビットに対する事前情報（Ｌ_j ^u(a,l),BCJR ；第１事前情報）としてＢＣＪＲ復号部３３にフィードバックする。

【0070】

このような構成により、受信機において、ＢＣＪＲ復号とＲＳ復号が反復的に繰り返されることになる。その結果、各々の誤り訂正能力を徐々に改善できるので、上位ビットに対する対数尤度比の信頼度と下位ビットに対する対数尤度比の信頼度を徐々に向上させることができ、所定の反復回数を経た後には大きな改善効果を得ることができる。したがって、所要ＣＮＲを改善できる無線通信システムを提供することができる。

【0071】

ここで、本例の無線通信システムでは、送信機が本発明に係る送信装置に対応し、受信機が本発明に係る受信装置に対応している。なお、送信機と受信機を備えた無線通信装置同士が互いに無線通信する構成など、他の形態の無線通信システムであってもよい。

【0072】

また、本例の無線通信システムでは、本発明に係る最大事後確率復号手段として、ＢＣＪＲ復号処理を行うＢＣＪＲ復号部３３を用いているが、これに限定されない。例えば、ＢＣＪＲ復号部３３に代えて、ＳＯＶＡ復号処理を行うＳＯＶＡ復号器を用いてもよく、最大事後確率復号に近似の復号処理を行えればよい。

【0073】

また、本例の無線通信システムでは、上位ビットが本発明に係る第１ビットに対応し、下位ビットが本発明に係る第２ビットに対応しているが、これに限定されない。例えば、上記の割り当てを逆にしてもよい（すなわち、下位ビットを本発明に係る第１ビットとし、上位ビットを本発明に係る第２ビットとしてもよい）。

【0074】

以上、本発明について一実施形態に基づいて説明したが、本発明はここに記載された無線通信システムに限定されるものではなく、他の無線通信システムに広く適用することができることは言うまでもない。
また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法や方式、そのような方法や方式を実現するためのプログラム、そのプログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

【0075】

この出願は、２０１９年１０月２８日に出願された日本出願特願２０１９－１９５３０３を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

【産業上の利用可能性】

【0076】

本発明は、送信装置から受信装置へ無線により信号を送信する無線通信システムに利用することができる。

【符号の説明】

【0077】

１１：ＲＳ符号器、 １２：インタリーブ部、 １３：Ｓ／Ｐ変換部、 １４：畳み込み符号化部、 １５：変調部、 １６：伝搬路、 １７：復調部、 １８：ビタビ復号部、 １９：Ｐ／Ｓ変換部、 ２０：デインタリーブ部、 ２１：ＲＳ復号部、 ３２：符号化ビットＬＬＲ算出部、 ３３：ＢＣＪＲ復号部、 ３４：上位ビットＬＬＲ算出部、 ３５：ＬＬＲ並べ替え部、 ３６：硬判定部、 ３７：ＬＬＲ／確率変換部、 ３８：Ｓ／Ｐ変換部、 ３９：バイト確率変換部、 ４０－１，４０－２：デインタリーブ部、 ４１：昇順並べ替え部、 ４２：消失部、 ４３－１～４３－Ｎ：ＲＳ復号部、 ４４－１～４４－Ｎ：シンドローム計算部、 ４５：選択部、 ４６：インタリーブ部、 ４７：Ｐ／Ｓ変換部、 ４８：事前情報生成部

【図1】

【図2】

【図3】