【０００１】
本発明は請求項１の上位概念記載のターボ符号器へ供給されるデータブロックの適合化方法に関している。 本発明はまた請求項１７の上位概念記載の相応の通信装置に関している。
【０００２】
通信装置ではいわゆるチャネル符号器が相応の受信機へ送信すべきデータビットを符号化するために使用されている。 チャネル符号化によれば本来のデータビットに冗長ビットが付加され、この冗長ビットにより受信機におけるデータビットの確実な検出が可能となる。
【０００３】
チャネル符号化に対していわゆるターボ符号を使用することも公知である。 これは例えばこんにち標準化が進みつつあるＵＭＴＳ移動無線規格（Universal Mobile Telecommunication System）に対して構成されている。
【０００４】
ターボ符号器は２つの畳み込み符号器から成る並列回路である。 ２つの畳み込み符号器の一方にインタリーバが前置接続されており、これが符号化すべきデータビットを時間的に整列させている。 データビットはターボ符号器にブロックごとに供給される。 ターボ符号器の内部のインタリーバは所定のブロックサイズからしか定義されていないので、ターボ符号器に供給される各データブロックは相応の最小サイズＭ、すなわち相応のＭ個の最小数のデータビットを有していなければならない。 ＵＭＴＳ規格にしたがえばこの最小ブロックサイズは例えばＭ＝４０Ｂｉｔに定められている。
【０００５】
ターボ符号器に供給されるデータブロックがターボ符号器の最小ブロックサイズＭよりも小さいブロックサイズを有する場合には、データブロックをターボ符号器へ供給する前にこのデータブロック長を相応に適合化しなければならない。
【０００６】
図３には従来技術によるターボ符号器が示されている。 これは例えばＵＭＴＳ移動無線送信機で使用されているものである。
【０００７】
図示のターボ符号器２は第１の畳み込み符号器３および第２の畳み込み符号器４を有しており、ここで符号化すべきデータブロックのデータビットは第２の畳み込み符号器４へインタリーバ５を介して供給され、このインタリーバにより時間的に整列される。 ２つの畳み込み符号器３、４は再帰形のレジスタ回路によって形成されている。 ターボ符号器２の入力側では符号化すべきビットが符号化されていない状態で取り出され、いわゆる系列ビットＸ（ｔ）として送出される。 第１の畳み込み符号器３は符号化されたデータビットに相応する第１のパリティビットＹ（ｔ）を送出し、これに対して第２の畳み込み符号器は第２のパリティビットＹ'（ｔ）を送出する。 個々の信号分岐Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｙ'（ｔ）を相応に切り替えることにより、ターボ符号器２の出力側にはビットシーケンスＸ（０），Ｙ（０），Ｙ（０）；Ｘ（１），Ｙ（１），Ｙ'（１）などが出力ビットストリームとして出力される。
【０００８】
全データビットまたは全情報ビットが符号化された後、まず図３の上方の畳み込み符号器３に配属されている入力側スイッチが切り替えられる。 これにより相応に図３に破線で示されているフィードバック結合路が活性化される。 同時に下方の畳み込み符号器４は不活性化される。 このようにしてＸ（ｔ）およびＹ（ｔ）に対して得られる次の３つの値が出力シーケンスに付加され、上方の畳み込み符号器３のいわゆるターミネーションに用いられる。 これにより畳み込み符号器３は再び所定の出力状態に至る。 続いて図３の下方の畳み込み符号器４に配属されている入力側スイッチが切り替えられ、相応に図３に破線で示されているフィードバック結合路が活性化される。 同時に上方の畳み込み符号器３が不活性化される。 このようにしてＸ'（ｔ），Ｙ'（ｔ）に対して得られた次の３つの値が同様に出力シーケンスに付加され、下方の畳み込み符号器４のターミネーションに用いられる。
【０００９】
ターボ符号器２に供給されるデータブロックをターボ符号器２で必要とされる最小のブロック長Ｍに適合させるために、各データブロックのデータビットＵ（ｔ）の終了部に予め定義されたビット、すなわちダミービットを充填する。 このダミービットは例えば値０を有する。 こうしたダミービットのデータブロックへの挿入は“パディング”とも称され、図３によればターボ符号器２に前置接続されたパディング装置１からも見てとることができる。
【００１０】
ただし個々のデータブロックの終了部にダミービットを充填することは、ターボ符号器２のリセットまたはターミネーションの際に不定データビットが形成されてしまう欠点を有する。 このためデータを充分に活用できなくなったり、受信機の複雑性が高まったりする。
【００１１】
したがって本発明の課題は、ターボ符号器へ供給されるデータブロックの適合化方法および相応の通信装置において、データブロックのブロック長をターボ符号化に必要な最小のブロック長へ適合化し、その際にも前述のターボ符号器の副次的なターミネーションの欠点が生じないように保証することである。
【００１２】
この課題は本発明の請求項１または１４記載の特徴を有するデータブロックの適合化方法により解決される。 この課題はまた本発明の請求項１５記載の特徴を有する通信装置、請求項１７記載の特徴を有する通信システムにより解決される。 従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【００１３】
本発明によれば、予め定められた既知の値を有する相応数のビット（ダミービット）を符号化すべき各データブロックの前方に配置することにより、ターボ符号器で必要な最小のデータブロック長が得られる。 この手段はきわめて簡単に構成することができ、回路の複雑化もほとんど招かない。 さらにこの手段によれば、ターボ符号器のリセットまたはターミネーションの際に設けられた“テールビット”を超えてそれ以上の不定ビットが形成されないことが保証される。 さらに付加された冗長的なダミービットは後に簡単に伝送品質の改善に用いることができる。
【００１４】
ターボ符号器から送出されるビットストリームのさらなる処理のために、有利には、付加されたダミービットは少なくとも部分的にターボ符号化後に再び削除される。
【００１５】
このために、削除すべきダミービットはマークされ、続いてデータ伝送時に取り除かれる。 ここでターボ符号器から送出されたビットストリームを後続のレートマッチング前に分離することを考慮して、有利には、ダミービットがつねに３つのビットのグループごとに削除されるようにする。
【００１６】
さらに各ビットシーケンスの個々の情報担体ビット（データビット）を反復することによりダミービット位置を置換することができる。 この場合反復は周期的に行ってもよいしブロックごとに行ってもよい。
【００１７】
データブロック長をターボ符号器で必要な最小のデータブロック長へ適合化させる問題を、前述の手段に代えて、符号化すべき各データブロックのデータビットを反復することによりターボ符号器で必要な最小のブロック長とする手法により実現することもできる。 このとき個々のビットの反復は周期的に行ってもよいしブロックごとに行ってもよい。
【００１８】
本発明は有利にはＵＭＴＳ移動無線装置で使用されるが、当該の適用分野のみに限定されるものではない。
【００１９】
本発明を以下に有利な実施例に則して添付図を参照しながら詳細に説明する。 図１には本発明の第１の実施例によるターボ符号器を備えた通信装置のブロック回路図が示されている。 図２には本発明の第２の実施例によるターボ符号器を備えた通信装置のブロック回路図が示されている。 図３には従来技術によるターボ符号器を備えた周知の通信装置のブロック回路図が示されている。
【００２０】
図１にはターボ符号器２が示されており、これは本発明の通信装置、例えばＵＭＴＳ移動電話装置で使用される。 ターボ符号器２の構造および機能は図３に則して説明したターボ符号器に相応しているので、ここで繰り返しては立ち入らない。 以下では図１のコンポーネントと図３の従来のターボ符号器とのあいだの相違点のみを説明する。
【００２１】
ターボ符号器２には図３と同様にパディング装置１が前置接続されている。 このパディング装置は符号化すべき個々のデータブロックにダミービットを充填して、データブロックのブロック長がターボ符号器２に必要な最小ブロック長Ｍへ適合化されるようにする。 ただし従来技術とは異なって、ここでのパディング装置１は符号化すべき各データブロックに対して相応する数のダミービットを後方に配置するのではなく前方に配置するように構成されている。 したがってターボ符号器２には付加されたダミービットが最初に供給される。 これにより図３に則して説明したターボ符号器２のリセットによる不都合が生じないという利点が生じる。 さらにこの手法では従来技術とは異なって、第１のパリティビットＹ（ｔ）を冗長ビットとしてマークすることができる。 このため（後述のように）、符号化されたビットストリームをさらに処理する際にも有利である。
【００２２】
データビットＵ（０），Ｕ（１），Ｕ（２），． ． ． ，Ｕ（Ｎ−１）を有する長さＮ＜Ｍのデータブロックが符号化される場合、パディング装置１の機能は次式によって記述される。 ここでＸ（０），Ｘ（１），Ｘ（２），． ． ． ，Ｘ（ｉ）はパディング装置１の送出ビットまたはターボ符号器２の入力ビットであり、すなわち系列ビットに相応している。 データブロックの充填に予め定められた値０を有するダミービットが使用されることに基づいて０≦ｉ≦Ｍ−Ｎのとき Ｘ（ｉ）＝０
Ｍ−Ｎ≦ｉ≦Ｍ−１のとき Ｘ（ｉ）＝Ｕ（ｉ−Ｍ＋Ｎ）
が成り立つ。
【００２３】
このことはまた次のように記述することもできる。
【００２４】
【外１】
【００２５】
またＰ＝Ｍ−Ｎでは、予め定められた値０を有する挿入ダミービットの数として、次のように記述される。
【００２６】
【外２】
【００２７】
またｉ＝ｋ−１（１でなく０から開始されるインデクス）、Ｐ＝Ｙ
ｉ 、Ｍ＝Ｋ ｉ 、Ｘ＝ｏ ｉｌ 、Ｕ＝ｘ ｉでは次のように記述される。
【００２８】
【外３】
【００２９】
前述の手法により、系列ビットＸ（ｔ）においても第１のパリティビットＹ（ｔ）においても最初のＭ−Ｎ個のビットは一定の値０を有する（ＵＭＴＳ規格ではＭ＝４０である）。 これに対してパディングがデータブロックの終了部で行われる場合、一般に第１のパリティビットＹ（ｔ）の最後のＭ−Ｎ個のビットは値０を有さず、データビットと見なさなければならない。 このためターボ符号化後にもこれを置換できず、また削除することもできない。
【００３０】
当該のビットが一定の値０を有しているという知識は、例えば受信機内で、符号化されたデータビットの受信を改善するために使用される。 移動無線技術の分野で使用される復号器は受信データビットの復号に使用されるが、これは典型的にはいわゆる軟判定アルゴリズムにしたがっている。 つまり各受信ビットの評価値だけでなく、付加的にそのビットに割り当てられている有意性が評価されるのである。 この有意性とは当該のビットが実際に検出値を有する確率を表している。 事前に既知となっているビット、例えば本発明で付加されるダミービットを使用すれば、受信を改善するために事前に既知のビットを備えた受信信号を無視し、さらなる処理に対して絶対確実な受信ビット値と置換することができる。
【００３１】
パディングが上述のように個々のデータブロックの開始部で行われるいわゆるフロントパディングによれば最適な受信アルゴリズムを実行することができる。 しかもこれはデータブロックの終了部でパディングを行うケースと比べてきわめて簡単に達成可能である。
【００３２】
前述のパディングにより挿入されるダミービットは有利にはターボ符号化後に再びターボ符号器２の出力データストリームから削除される。 ダミービットは最も簡単なケースではターボ符号器２の入力ビットに相応する系列ビットＸ（ｔ）および／または第１のパリティビットＹ（ｔ）から取り除かれる。 これは当該のビット列で既知のダミービットがそのつどデータブロックの最初に位置しているからである。 これに対して第２のパリティビットＹ'（ｔ）は入力ビット列Ｘ（ｔ）からインタリーバ５によるスクランブル後に計算されて形成される。 これにより第２のパリティビットＹ'（ｔ）は既知のダミービットと未知の情報ビットとをばらばらの順序で有することになり、このため既知のダミービットの識別が困難となる。
【００３３】
ターボ符号化後にどれだけの数のビットが再び削除されるかに応じて以下の種々のケースが区別される。
【００３４】
ターボ符号器２の符号化されていない系列ビットＸ（ｔ）は（前述したように）パディング時に前方に配置されたダミービットを不変のまま有しているので、情報を有さないダミービットをマークして後の処理の際に削除することが推奨される。 この理由から、図１に示されている実施例ではマーキング装置６が系列ビットＸ（ｔ）の信号路に設けられており、この装置により０≦ｉ≦Ｍ−ＮのときビットＸ（ｉ）がマークされる。 マークされたビットは後のデータ伝送の際に取り除かれる。
【００３５】
ターボ符号器２の第１のパリティビットＹ（ｔ）はパディングで挿入されたダミービットに相応して最初は値０を有する。 したがって０≦ｉ≦Ｍ−ＮのときのビットＹ（ｉ）も系列ビットＸ（ｔ）と同様に前述の手法でマークされ、後の伝送の際に取り除かれる。
【００３６】
ターボ符号化後、一般にターボ符号器２から送出されるビットストリームのデータレートの適応化（レートマッチング）が行われる。 その際に系列ビットＸ（ｔ）、第１のパリティビットＹ（ｔ）および第２のパリティビットＹ'（ｔ）を有するビットストリームが再び個々のビットシーケンスＸ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｙ'（ｔ）へ分割される。 この分割のステップは“分離”と称される。 続いて一般にパリティビットＹ（ｔ），Ｙ'（ｔ）のデータレートのみが個々のビットの削除（パンクチャリング）によりデータ伝送に必要なデータレートへ適応化される。 同様にデータレートの適応化は個々のビットの反復（リピーティング）によっても可能である。 ここで反復が行われる場合には３つの全てのビットクラスＸ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｙ'（ｔ）が反復される。
【００３７】
分離に必要なのは、ターボ符号器から送出されるビット数が値３により割り切れるという条件である。 したがって分離を変更なしに行うためには、基本的に全ての既知のダミービットをマークし伝送の際に削除するのではなく、３つのダミービットから成るダミービットグループごとにマークするとよい。 パディングの際に例えば８つのダミービットが付加されたとすると、この手法では６つのビットが取り除かれる。 ここで各クラスのビットから３で割り切れる数のビットが取り除かれるか、または全体で３により割り切れる数のビット、例えば７つのパリティビットＹ（ｔ）および８つの系列ビットＸ（ｔ）から成るビットが取り除かれる。
【００３８】
この手法では、ＵＭＴＳ送信機において、分離された３つのビットストリームが分離後に１つのクラスのビットのみを有するのではなく、各ビットストリームがブロックの開始部に第２のパリティビットを有するはずである。 このため、第２のパリティビットＹ'（ｔ）はレートマッチング中に全体が完全に均等にはパンクチャされない。 ただしＵＭＴＳではこんにちレートマッチングのために第１のパリティビットＹ（ｔ）と第２のパリティビットＹ'（ｔ）とを交互にパンクチャするパンクチャリングアルゴリズムが定義されている。 このパンクチャリングアルゴリズムにより、各ブロックの開始部に位置している第２のパリティビットＹ'（ｔ）のパンクチャリングは比較的均等に行われ、これにより既知のダミービットのマーキングおよび削除に関して前述したＵＭＴＳ通信システムでの手法や後続のレートマッチングに際しても障害とならない。 さらに分離の際に系列ビットＸ（ｔ）の前方に配置された第２のパリティビットＹ'（ｔ）はパンクチャされず、これにより開始部の第２のパリティビットＹ'（ｔ）のパンクチャリングレートは効率的に小さくなる。 したがって本発明の出力能すなわちパフォーマンスも損なわれない。
【００３９】
前述したように、ターボ符号器２から送出されるビットシーケンスＸ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｙ'（ｔ）のビット数が相応の通信装置、例えば移動電話に関連したアルゴリズムに適するように注意しなければならない。 特に個々のビットシーケンスＸ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｙ'（ｔ）から成るビットストリームの前述の分離はレートマッチングのために必要であり、ビットシーケンスＸ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｙ'（ｔ）あたりの出力ビット数が等しくなければならない（ターボ符号器２のターミネーションの際に付加されるテールビットは除く）。 この前提条件は個々のビットシーケンス内の既知のダミービットが不均一に削除されたり取り除かれたりする（パンクチャリング）と障害を受ける。 このことが望ましくない場合、ダミービットを単純に削除するのみでなく、他のビット、特に情報担体ビットを複数回伝送することによりその位置を埋めることができる。 このために図１にはＹ（ｔ）の信号路について、第１のパリティビットシーケンスＹ（ｔ）に含まれる既知のダミービットを無視する装置７と、これにより空いた第１のパリティビットシーケンスＹ（ｔ）の位置に所定の情報担体ビットを埋める（すなわち当該の情報担体ビットを反復する）装置８とが設けられている。
【００４０】
この手法を実現するには、図１に示された実施例で第１のパリティビットＹ（ｔ）の情報担体ビット、すなわちＭ−Ｎ≦ｉ≦Ｍ−１＋ＴのときのビットＹ（ｉ）をメモリ内へ書き込む。 ここでＭは１つのデータブロックに必要な最小ビット長であり、Ｎはパディング前のデータブロック長であり、Ｔはターボ符号器２のターミネーションに必要なテールビットの数である。 ＵＭＴＳ通信システムではＭ＝４０、Ｔ＝６である。 続いてパディングの際に付加されたダミービットが所望の位置を占めるまで、メモリ内に書き込まれた情報担体ビットが周期的に読み出される。 このようにして反復装置８から送出されたビットシーケンスＺ（ｔ）のビットに対して次の値が得られる。 すなわち０≦ｉ≦Ｍ−１＋ＴのときＺ（ｉ）＝Ｓ（ｉｍｏｄ（Ｎ＋Ｔ））であり、ここでＳ（ｉ）は順次にメモリ内へ書き込まれた情報担体ビットを表す。 したがってこの手法では情報担体ビットがシーケンスＳ（０），Ｓ（１），Ｓ（２），． ． ． ，Ｓ（Ｎ＋Ｔ−１），Ｓ（０），Ｓ（１），． ． ． 内の相応のダミービットの置換物として出力される。
【００４１】
同様に０≦ｉ≦Ｍ−１＋Ｔのとき式Ｚ（ｉ）＝Ｓ（（ｉ＋Ｎ−Ｍ）ｍｏｄ（Ｎ＋Ｔ））による反復も可能である。 ここでモジュロ関数はいずれの場合にも正の値を形成するので、例えば−９ｍｏｄ１０＝１である。 当該の手法の利点は受信機側で２つの選択手段を実現できることである。 第１の選択手段によれば、受信機は開始部の反復ビットを無視し、最後のビットブロックのビット、すなわち４２−Ｎ−Ｔ−１≦ｉ≦４２−１のときのＺ（ｉ）のみを評価する。 第２の選択手段によれば、全ビット、すなわち反復ビットを含むビット全体が評価される。
【００４２】
上述の式では４２−Ｎ−Ｔ−１≦ｉ≦４２−１のとき“後方のビット”Ｚ（ｉ）の値は反復が行われず、本発明のフロントパディングのみが適用される。 このとき受信機がパディングのために構成され、ダミービットが“確実に０”の軟判定情報値で埋められ、また上述の反復を行った信号をも処理できる利点が得られる。 この場合反復を利用しないので確かにパフォーマンスの改善は得られないが、相応の移動無線規格ではこの反復を後段で挿入することができ、その際にも従来の受信機との互換性が変化することはない。 ただしこのためには、受信機が既知のダミービットを無視する（評価しない）かまたは特に系列ビットＸ（ｔ）および第１のパリティビットＹ（ｔ）に関するビットに置換するようにこの受信機を構成しなければならない。
【００４３】
情報担体ビットの周期的な読み出しおよび反復に代えて、メモリ内に存在するビットをブロックごとに反復することもできる。 ブロックごとに反復することによりわずかに複雑性は増すが、これに対してビットエラー頻度はレートマッチングまたはインタリーブの後に続くアルゴリズムで低減される。
【００４４】
ブロックごとの反復に対して例えば次のアルゴリズムを使用することができる。 ０≦ｉ≦Ｍ−１＋ＴのときＺ（ｉ）＝Ｓ（ｉ・（Ｎ＋Ｔ）／（Ｍ＋Ｔ））であり、すなわちメモリ内に存在する情報担体ビットはシーケンスＳ（０），Ｓ（０），． ． ． ，Ｓ（０），Ｓ（１），Ｓ（１），． ． ． ，Ｓ（１），Ｓ（２），Ｓ（２），． ． ． 内のダミービットの置換物として出力され、これによりそれぞれの情報担体ビットが複数回反復される。
【００４５】
これに代えて第１の情報担体ビットを（Ｍ＋Ｔ）／（Ｎ＋Ｔ）回反復することもできるし、後続のビットをこれより１回減らして反復することもできる。 この手段は前述の選択手段よりも簡単であるが、第１の選択手段のほうが頻繁に送信されるビットを全ビットにわたって均等に分配できる。
【００４６】
図２には本発明のターボ符号器の別の実施例が示されている。
【００４７】
この実施例はダミービットの無視に関している。 相応の反復装置８、９により第１のパリティビットＹ（ｔ）も系列ビットＸ（ｔ）も反復され、一方パディング装置１は第２のパリティビットＹ'（ｔ）を形成する下方の畳み込み符号器４の前方にのみ接続されている。 ビットシーケンスＸ（ｔ），Ｙ（ｔ）の個々のビットを反復することにより、個々のビットシーケンスＸ（ｔ），Ｙ（ｔ），Ｙ'（ｔ）内にデータブロックごとに出力されるビットの数の適合化が達成される。 この実施例では全てのデータブロックサイズＮ＜Ｍについてターボ符号器２の出力側でのビットと同じ数が得られる（ＵＭＴＳでは全体で３・Ｎ＋１２＝３・４０＋１２＝１３２個の出力ビットが形成される）。
【００４８】
データブロックサイズをターボ符号器２に必要な最小データブロック長Ｍへ適合させる問題は、データブロックの開始部での前述のパディング法に代えて、符号化すべき各データブロックをターボ符号器２の前方に接続された反復装置を用いてデータビットＵ（ｔ）の反復によりターボ符号器３の最小ブロック長Ｍへ適合化させることによっても可能である。 ターボ符号器３そのものにはこうした手法においても変更は必要とされない。 反復は周期的に行ってもよいしまたブロックごとに行ってもよい。 つまり種々の複数ビットを順次に反復してもよいし、同一のビットを複数回反復してもよい。
【００４９】
本発明を送信機、例えばＵＭＴＳ移動無線送信機での使用のケースに則して説明したが、本発明はもちろん受信機に対しても拡張可能である。 ここで本発明により形成される送信信号はそれぞれデータブロック長の適合化に使用されるスキーマに応じて処理される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例によるターボ符号器のブロック回路図である。
【図２】 本発明の第２の実施例によるターボ符号器のブロック回路図である。
【図３】 従来技術によるターボ符号器のブロック回路図である。
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