JPH0312500B2

JPH0312500B2 -

Info

Publication number: JPH0312500B2
Application number: JP56179001A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kobayashi; Hidetaka Yanagidaira; Kazuo Kawai
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1991-02-20
Also published as: JPS5881356A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、データ伝送回線での誤り制御方式に
関するものである。

データ伝送では、信頼度の高い情報を能率的に
伝送するため、回線雑音などの通信路上の妨害に
よつて生じる誤りから情報を守る必要がある。こ
のためデータ通信システムでは、何らかの形で必
ず誤り制御を行つている。誤り制御の方法として
は、自動再送要求方式（ARQ）や単方向誤り訂
正方式（FEC）などがある。

現在広く利用されているものは、ARQ方式で
ある。これは、装置化が容易であること、及び
FECなどに比べ信頼性も圧倒的に優れているな
どの点からである。

しかし、ARQ方式は、１フレームの中に１ビ
ツトでも誤りが発生すると１フレームすべてを再
送しなければならなく、比較率的であるという欠
点を有する。この欠点を補うため従来から、受信
側で誤り訂正できる誤りはすべて訂正し、訂正で
きない誤りのみ送信側から再送してもらおうとい
う、ARQ方式とFEC方式の中間に位置するハイ
ブリツド方式が提案されている。しかしながら、
ハイブリツド方式での誤り検出能力は、検出に専
念する符号と比べると劣り、しかも誤り訂正する
機能が付加されるために装置のハードウエアも複
雑になるという欠点があつた。

また、現在広く使用されているPSK方式や
QAM方式などのデイジタル変復調方式では、復
調器の長期安定度と高品質な位相修正ループを持
たせるために入力データ情報を差動符号化してい
る。差動符号化を行うと、１エレメントの誤りは
２エレメントの誤りに波及することから、たとえ
グレイ符号化をほどこしたとしても最低２ビツト
の誤りが発生する。従つて、１フレーム内の１エ
レメントの誤りは２ビツト、２エレメントの誤り
は４ビツトの誤りとなり、誤り訂正機能として
FEC方式やハイブリツド方式を適用しようとし
た場合、誤り訂正能力のすぐれた符号化を行わな
ければならなく、このため復号器の規模は非常に
複雑化することになる。

本発明は、上述した従来技術の欠点を解決する
ものであり、従来のARQ方式で用いている復調
器に簡単な周辺回路を付加して、従来の誤り検出
能力の他に、誤り訂正能力を持たせることが可能
となる誤り制御方式を提供することを目的として
いる。

この目的を達成するための本発明の誤り制御方
式は、送信側においては送信すべき情報データを
誤り検出符号でブロツク符号化した後変調して伝
送路に送出し、受信側では受信信号を復調して受
信判定データを得、該受信判定データのブロツク
毎に誤り検出を行い、誤りを検出したブロツクに
ついては送信側に再送要求をすることによつて誤
りを制御する自動再送要求による誤り制御方式に
おいて、前記受信信号を復調する際に、受信信号
の各ビツトごとの受信状態を１ブロツク分記憶
し、前記誤りを検出したブロツクに対しては、該
ブロツクに対応する各ビツトごとに記憶された受
信状態情報から、前記ブロツク内で最も誤つてい
る可能性の高いビツト、２番目に誤つている可能
性の高いビツト、３番目に誤つている可能性の高
いビツトがごとく、前記ブロツク内で誤つている
可能性の高いビツトの位置を数ビツト求め、これ
ら求められた数ビツトの位置の組み合わせから１
誤り、２誤り、…ｎ誤り訂正用の誤りパターンを
推定し、該推定された誤りパターンに基づいて受
信信号系列を訂正し、前記推定された誤りパター
ンの数と同数の訂正受信信号系列を作成し、次に
これら訂正された受信信号系列を再び誤り検出復
号器に入力し、それぞれの訂正受信信号系列内の
誤りの有無を検査し、誤りが検出されなかつた場
合には、誤りが検出されなかつた訂正受信信号系
列を、誤り訂正された信号系列として出力し、す
べての系列について誤りが検出された場合には、
送信側に該当ブロツクの再送を要求することに特
徴がある。

以下、図面により詳細に説明する。第１図は、
従来のARQ方式の概念図を示す。本発明は５の
復調器、６の誤り検出器に関わるものである。こ
こで、従来のARQ方式について若干の説明を行
う。１は情報源である。２の符号化器では、１か
らのｋビツトの情報を生成多項式より決定できる
（ｎ−ｋ）ビツトの検査ビツトを含むブロツク符
号化を行う。送信符号列をＦ（ｘ）とすると、Ｆ
（ｘ）はｋビツトの情報と（ｎ−ｋ）ビツトの検
査ビツトより構成され、次式のように表わされ
る。

Ｆ（ｘ）＝Ｍ（ｘ）x^n-k−Ｒ（ｘ）＝Ｇ（ｘ）・Ｑ（ｘ） ……(1) 但し、Ｍ（ｘ）は（ｋ−１）次以下の情報多項
式であり、Ｇ（ｘ）は検査ビツトを作成する生成
多項式である。Ｑ（ｘ）はＭ（ｘ）・x^n-kをＧ（ｘ）
で割つた時の商であり、Ｒ（ｘ）はその時の剰余
すなわち検査ビツトを示す。又、Ｍ（ｘ），Ｒ（ｘ）
は、入力データ情報a₀〜a_k-1、検査ビツトb₀〜
b_o-k-1を使うことにより次式によつて表わされ
る。

Ｍ（ｘ）＝a₀＋a₁x＋a₂x²＋…… ＋a_k-1x^k-1 ……(2) Ｒ（ｘ）＝b₀＋b₁x＋b₂x²＋…… ＋b_o-k-1x^n-k-1 ……(3) 従つて、送信符号列Ｆ（ｘ）はＧ（ｘ）で割り切
れるように情報符号列Ｍ（ｘ）に検査ビツトＲ
（ｘ）を付加していることになる。今、４の伝送
路上で雑音によつて誤りを受けるとすると、その
時の誤り符号列Ｅ（ｘ）は次式で表わされる。

Ｅ（ｘ）＝e₀＋e₁x＋e₂x²＋…… ＋e_o-1x^n-1 ……(4) 但し、e_iは、ｉ番目のビツトが誤つている場合
は１であり、誤つていない場合は０である。従つ
て、式(4)を使うことにより受信符号列F′（ｘ）は
次式によつて表わされる。

F′（ｘ）＝Ｆ（ｘ）＋Ｆ（ｘ） ……(5) 次に、受信符号列F′（ｘ）は６の誤り検出器に
おいて、生成多項式Ｇ（ｘ）で割り切れるか否か
で受信ブロツクの中の誤りの有無が検査される。
剰余が０であればそのフレーム内には誤りがない
ことがわかり、そのまま７の復号器に出力され
る。もし剰余が０でない場合は、フレーム内に誤
りがあることから再送要求を602の帰還路を通し
て送信側へ送る。このような操作により信頼度の
高いデータ伝送が実現できる。しかし、以上述べ
たような方式では、例えば、１フレーム1000ビツ
トで構成されているとすると、その中の１ビツト
の誤りに対しても１フレーム分すなわち1000ビツ
トの再送をしなければならなかつた。

本発明は、以下に述べるような誤りエレメント
とその時の受信信号状態との相関性を利用するこ
とにより３〜４ビツト程度までの誤りを訂正し、
上記欠点を補うものである。又、本発明の装置化
も比較的容易である。

５の復調器では、受信信号の判定はスレツシヨ
ールドを境に１か０かだけを決定するHard
Dicision（硬判定）であり、判定前の受信信号の
持つているアナログ情報は考慮していなかつた。

しかし、伝送路が白色雑音でモデル化できるよ
うな例えば衛星回線などのような場合、誤りとそ
の時のアナログ情報とは非常に大きな相関があ
る。ここでアナログ情報とは、受信信号レベルか
らいちばん近い判定スレツシヨールドまでの距離
のことである。従つて、その距離が短いほど受信
信号は誤つている確率が大きく、逆に距離が長い
ほど受信信号は正しく受信されている確率が大き
いことになる。以後、アナログ情報を表わす距離
のことをアナログ重みと呼ぶ。

第２図に誤りビツトＭと、その時のアナログ重
みとの関係を２値の場合について計算した結果を
示す。ここで、縦軸は正しく誤り訂正できる確率
を示し、横軸Ｍは１ブロツク内で誤り訂正を行う
ビツト数を示す。すなわち第２図は、ｎビツトの
受信信号を硬判定し、その中にｍビツトの誤りが
発生したとし、その時ｍビツトの誤りビツトの持
つアナログ重みがｎ個のアナログ重みの中で小さ
い方から数えてＭ番目までの中にすべて含まれて
いる場合の確率をｍ３、Ｍ10、Ｍｍについ
て計算した結果である。図からわかるように、
Ｓ／Ｎ（信号電力対雑音電力比）がある程度高い
所では、誤りビツトとその時のアナログ重みとの
間には非常に大きな相関があることがわかる。

本発明では、このアナログ重みと符号の持つ誤
り検出能力とを併用することにより誤り訂正を行
うものである。すなわち、硬判定によるフレーム
単位のデータを誤り検出器を用いてフレーム内の
誤りの有無を検査し、誤りがなければそのまま復
調データとして出力し、誤りが存在することが誤
り検出器により検出されれば、以下のような操作
を行い誤り訂正を行う。

ｎビツトのアナログ重みの中から最も小さいビ
ツト、２番目、３番目に小さいビツトなどに対応
する次数のe_iを１とおくことによつて、式(4)のよ
うな誤りパターンを作成する。例えば、２個の最
も小さいアナログ重みを考慮する場合、これに対
応する次数をm₁、m₂とすると、推定誤りパター
ンは次式で表わされる。

E₁（ｘ）＝x^m1 E₂（ｘ）＝x^m2 E₃（ｘ）＝x^m1＋x^m2 ……(6) 又、考慮するアナログ重みの数をm₁、m₂、m₃
の３個を考え、その中で２ビツトまでの誤りだけ
を訂正するような場合の推定誤りパターンは、次
式のように表わされる。

E₁（ｘ）＝x^m1 E₂（ｘ）＝x^m2 E₃（ｘ）＝x^m3 E₄（ｘ）＝x^m1＋x^m2 E₅（ｘ）＝x^m1＋x^m3 E₆（ｘ）＝x^m2＋x^m3 ……(7) 次に、式(5)で表わされる硬判定復調データ
F′（ｘ）に式(6)、(7)などのように表わされる推定
誤りパターンをそれぞれたし込むことにより得ら
れるF″（ｘ）は、次式によつて表わされる。

F″（ｘ）＝Ｆ（ｘ）＋Ｅ（ｘ）＋E_i（ｘ） ……(8) （ｉ＝１〜ｌ）ここで、もし伝送路上で起こる誤りパターンＥ
（ｘ）と同じものがE_i（ｘ）の中にあるとすると、
F″（ｘ）は次式の関係よりＦ（ｘ）の送信データ
列となり、誤り訂正ができたことになる。

Ｅ（ｘ）＋E_i（ｘ）＝０ ……(9) F″（ｘ）＝Ｆ（ｘ） ……(10) もし、E_i（ｘ）の中にＥ（ｘ）と同じものがない
場合には、｛Ｅ（ｘ）＋E_i（ｘ）｝がＧ（ｘ）で割り切
ることができず剰余が出て、誤り訂正ができなか
つたことがわかる。この場合は、従来のARQ方
式と同様に送信側に再送要求を行う。

ここで、本発明の誤り訂正を行うことによる誤
り検出能力の劣化度について述べる。

例えば、（ｎ−ｋ）次の生成多項式により得ら
れる最小距離４のハミング符号を誤り検出符号と
して用いた場合、誤り検出器で誤りが検出されな
い割合は、１／2^n-k-1以下である。従つて、上述したような手法で誤り訂正を行つた場合の誤り検出
能力は、次式によつて表わされる。

Ｐ＝（ｌ＋１）／2^n-k-1 ……（11）但し、ｌは推定誤りパターン数を示す。従つ
て、ｌが小さい場合は、ほとんど誤り検出能力を
劣化することなく誤り訂正が可能となる。

第３図に本発明によるブロツク誤り率の計算結
果（曲線ｂ）を示す。計算例は、ｎ＝1000、ｎ−
ｋ＝16、ｌ＝６の場合について示す。又、図中に
は従来のブロツク誤り率（曲線ａ）も合わせて示
す。図よりＳ／Ｎ＝10dBで比較すると、本発明
の手法は、従来の手法に比べて、ブロツク誤り率
は約3000倍程度改善されていることがわかる。

又、これは、本手法をSelective Repeat ARQ
方式、SETRAN ARQ方式、Go−Back−Ｎ
ARQ方式に適用した場合のスループツト特性
（伝送効率）で比較すると第４図のようになる。
第４図で実線ａは従来のSelective Repeat ARQ
方式の特性、黒点はこのARQ方式に本発明を適
用した場合の特性、点線ｂは従来のSETRAN
ARQ方式の特性、×点はこのARQ方式に本発明
を適用した場合の特性、１点鎖線ｃは従来のGo
−Back−Ｎ ARQ方式の特性、白点はこの
ARQ方式に本発明を適用した場合の特性である。
なお第４図の各グラフで、応答遅延ブロツク数Ｎ
（誤りが発生した時さかのぼつて再送するブロツ
クの数）は、Ｎ＝128である。第４図より、本発
明の適用により、各ARQ方式共にスループツト
特性が大幅に改善されることがわかる。

次に本発明による一実施例について説明する。
第５図に本発明の受信部の概略図を示す。５１の
復調器では、受信信号を従来の復調器と同様に、
硬判定する操作と同時にエレメントごとのアナロ
グ重みを取り出す操作を行う。５２のアナログ重
り記憶部では、アナログ重みを小さい順に何個か
と、その時の受信判定結果を記憶する。５３の誤
りパターン推定器では、５２で得られたアナログ
重みの小さいエレメントの受信判定結果から誤り
ビツトパターンを推定する。ここで推定する誤り
ビツトパターンは、式(6)ではE₁（ｘ）、E₂（ｘ）、
式(7)ではE₁（ｘ）、E₂（ｘ）、E₃（ｘ）などのように
１エレメント分だけでよい。５４の剰余演算器で
は、５３で得られた誤りビツトパターンの多項式
を生成多項式Ｇ（ｘ）で割り、その時の剰余を求
める。５５の剰余パターン合成器では、５４で得
られた剰余を使つて式(6)のE₃（ｘ）、式(7)のE₄
（ｘ）、E₅（ｘ）、E₆（ｘ）に相当する誤りビツトパ
ターンをＧ（ｘ）で割つた時の剰余を合成する。
これは、次式の関係を使つて合成している。

E₃（ｘ）＝x^m1＋x^m2 ……（12） E₃（ｘ）／Ｇ（ｘ）＝Q_n1（ｘ）＋Q_n2（ｘ）＋R_n1（ｘ）＋R_n2（ｘ）／Ｇ（ｘ）……（13）但し、Q_n1（ｘ）、Q_n2（ｘ）はx^m1、x^m2をそれぞ
れＧ（ｘ）で割つた時の商であり、R_n1（ｘ）、R_n2
（ｘ）はその時の剰余である。従つてE₃（ｘ）を
Ｇ（ｘ）で割つた時の剰余は、独立にE₁（ｘ）、E₂
（ｘ）をＧ（ｘ）で割つた時の剰余の和になつてい
る。これより、５５の剰余パターン合成器では、
式(6)に相当するすべての誤りパターンについての
剰余が求まつたことになる。

５６のデータ記憶部では１フレーム分の硬判定
データを蓄える。５７の剰余演算器では、１フレ
ーム分の硬判定データ符号列をＧ（ｘ）で割つた
時の剰余を求めている。５９の判定器では、５５
より得られる剰余と５７より得られる剰余の和の
中から０となる剰余パターンを見つけ出す回路で
あり、もし、剰余の和が０となる剰余パターンが
存在しない場合は６１のSWをｂ側にし、再送要
求を６０２を通して送信側へ送る。又、０となる
剰余パターンが存在する時は６１のSWをａ側に
し、５５の剰余パターン合成器から出力されてい
るどのパターンかの情報を出力する。６２の推定
誤りパターン合成器では、式(6)、(7)に相当する誤
りパターンすべてを合成しており、５９の情報か
らその中の１つを選び出す。これにより、伝送路
上で発生したと思われる誤りパターンＥ（ｘ）と
同じパターンを選び出すことができる。

次に、６３の和算器により式(8)の操作が行わ
れ、式(9)の関係から硬判定データは誤り訂正さ
れ、復調データとして６０１を通して複号器に送
られる。

本発明は、エレメント単位でアナログ重みを観
測していることから、変調器で差動符号化を行つ
たとしても、５３の誤りパターン推定器では、２
エレメントにわたる誤りビツトパターンを推定す
ることができる。

例えば、同期検波差動４相PSK方式の場合、
あるエレメントが誤る時必ず隣りの判定領域で誤
つていると仮定すると（Ｓ／Ｎが高い所では、ほ
とんどこのような誤り方をする。）、その時の２エ
レメントにわたる誤りビツトパターンは、以下に
示す４通りだけである。

同様に、同期検波差動８相PSKの場合は、以
下に示す９通りだけである。

従つて、硬判定結果とアナグロ重みの状態を見
ることにより、５３で作成する誤りビツトパター
ンは容易に作成できる。

以上詳細に述べたように本発明は、従来の
ARQ方式の復調器と誤り検出器に簡単な回路を
付加するだけで、今まで誤り検出するだけであつ
たものを、誤り検出されたフレームをアナログ重
みという受信信号の判定前の情報を使うことによ
り、誤り訂正も行うことができる誤り制御方式で
あるので、簡単な回路により信頼度及び伝送能力
の高い通信方式を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のARQ方式の概略を示す図、第
２図は誤りビツトＭとその時のアナログ重みとの
関係を２値の場合について計算した結果を示す
図、第３図は本発明によるＳ／Ｎに対するブロツ
ク誤り率特性を示す図、第４図は本発明を種々の
ARQ方式に適用した場合のスループツト特性を
示す図、第５図は本発明による復調器と誤り検出
器の一実施例を示す概略図である。５１……復調器、５２……アナログ重み記憶
部、５３……誤りパターン推定器。

Claims

【特許請求の範囲】１送信側においては送信すべき情報データを誤
り検出符号でブロツク符号化した後変調して伝送
路に送出し、受信側では受信信号を復調して受信
判定データを得、該受信判定データのブロツク毎
に誤り検出を行い、誤りを検出したブロツクにつ
いては送信側に再送要求をすることによつて誤り
を制御する自動再送要求による誤り制御方式にお
いて、前記受信信号を復調する際に、受信信号の各ビ
ツトごとの受信状態を１ブロツク分記憶し、前記
誤りを検出したブロツクに対しては、該ブロツク
に対応する各ビツトごとに記憶された受信状態情
報から、前記ブロツク内で最も誤つている可能性
の高いビツト、２番目に誤つている可能性の高い
ビツト、３番目に誤つている可能性の高いビツト
がごとく、前記ブロツク内で誤つている可能性の
高いビツトの位置を数ビツト求め、これら求めら
れた数ビツトの位置の組み合わせから１誤り、２
誤り、…ｎ誤り訂正用の誤りパターンを推定し、
該推定された誤りパターンに基づいて受信信号系
列を訂正し、前記推定された誤りパターンの数と
同数の訂正受信信号系列を作成し、次にこれら訂
正された受信信号系列を再び誤り検出復号器に入
力し、それぞれの訂正受信信号系列内の誤りの有
無を検査し、誤りが検出されなかつた場合には、
誤りが検出されなかつた訂正受信信号系列を、誤
り訂正された信号系列として出力し、すべての系
列について誤りが検出された場合には、送信側に
該当ブロツクの再送を要求することを特徴とする
誤り制御方式。