JP2001045086A - 通信装置およびディジタル情報を符号化する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通信データの符号化において改善された符号
化利得を得る。 【解決手段】 中央局モデムは最下位ビット畳込み符号
化方式を含む。モデムの送信側にはエンコーダ２８が含
まれ、そこでは、畳込みコーダ３５_I，３５_Qはそれぞ
れ、位相および振幅変調コンステレーションに供給され
る各シンボルの１ビット（好ましくは、最下位ビット）
を符号化する。これにより、符号化されたビットは、変
調信号の複数のサブ・コンステレーションの１つを選択
する。コーダ３５_I，３５_Qはそれぞれ、３２または６４
状態の有限状態マシンとして構成される。コードによっ
て与えられる最小ハミング距離は“４”である。このた
め、モデムの符号化利得は、従来の畳込み符号化方式に
対して改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データ通信の分野
に関し、より詳しくは、ケーブルモデムを経由する高デ
ータレート伝送用の符号化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】データ通信の分野では、特に、家庭への
インターネットアクセスの準備において、通信の媒体と
してのケーブルテレビジョン（ＣＡＴＶ）網の使用が魅
力的になってきた。ＣＡＴＶ網の魅力的な特徴には、ケ
ーブルテレビジョンサービスを受ける家庭の比較的広い
設置ベースが含まれ、特に電話サービスで通常使用され
るツイスト・ペア銅配線と比較すると、ケーブルテレビ
ジョンプログラムが配達される同軸ケーブルによって実
行され得る本質的に高いデータレートも含まれる。この
ため、ＣＡＴＶ網を通しての双方向広帯域通信用の適切
な技術を開発するためにかなりの努力がなされてきた。
この点について、この分野における技術の現在の状態を
調査するためには、パーキンスおよびガセラーの「双方
向広帯域ＣＡＴＶ−ＨＦＣ網、最新の傾向および将来の
傾向」，計算機網，Ｖｏｌ．３１（エルスビア・サイエ
ンスＢ．Ｖ，１９９９），ｐｐ．３１３〜３２６に注意
すべきである。

【０００３】高データレート通信方法の一つの重要な基
準は、「スペクトル密度」または同義語的に「スペクト
ル効率」と呼ばれる。スペクトル密度は、与えられた周
波数に対して毎秒当たり通信できるビットの数に関連す
る。もちろん、スペクトル密度が高いほど、その伝送周
波数で通信できる情報は多くなる。近年、データ通信の
スペクトル密度を改善するために、比較的複雑な変調技
術が開発された。ディジタルデータを送信信号に変調す
るため、通信が位相変調と振幅変調とを組み合わせて実
行されることが今や普通のことである。そのような変調
における基本的なものとして、「コンステレーション」
が、複素ユークリッド空間における多くの離散的な点に
よって定義され、各点は一つのデータシンボルの値を表
している。この技術において２５６ＱＡＭと呼ばれる複
素近代コンステレーションの一例は、複素空間において
１６×１６配列にマップされた２５６個の点を持ち、し
たがって、このコンステレーションは、８ビットシンボ
ルの伝送を可能にし、優れたスペクトル密度を提供す
る。

【０００４】この技術では周知のように、伝送方式のス
ペクトル密度は伝送チャネルにおける雑音によって制限
される。雑音が過度であると、コンステレーション点は
相互に間違えられ、伝送に誤りを生じさせる。スペクト
ル密度が増加する（すなわち、複素空間コンステレーシ
ョンにもっと多くの点を持つ）と、隣接するコンステレ
ーション点の間の距離が減少し、ある与えられた雑音レ
ベルに対して、隣接する点の間のより小さな距離が伝送
誤りの可能性に直接関係する。

【０００５】冗長符号化技術は、スペクトル密度とエラ
ーレートとの間のトレードオフを容易にするために、位
相変調と振幅変調とを組み合わせて使用されてきた。１
つの符号化技術は「トレリス」符号化と呼ばれ、これは
一種の畳込み符号化である。トレリス符号化の調査は、
アンダーボークの「冗長信号セットをもつトレリス符号
化変調、パートＩ：序論」，ＩＥＥＥ通信マガジン，Ｖ
ｏｌ．２５，Ｎｏ．２（１９８７），ｐｐ．５〜１１に
記載されている。トレリス符号化技術によれば、コンス
テレーションはサブセットに分割されるが、信号遷移は
有限状態マシンによって制限される。この方法では、特
定の実行に依存して、遷移はあらゆる状態でコンステレ
ーションの隣接点へは許されないが、利用できるコンス
テレーション内の全部の点が等しい頻度で使用されるよ
うに状態から状態への遷移が許される。したがって、有
限状態マシンの使用は、前のシンボルの値を出力信号の
決定に含め、制御された冗長を符号化方式に与える。ト
レリス符号化では、シンボルのビットの一部分のみが符
号化されるが、残りのシンボルビットは符号化されずに
伝送される。符号化ビットは、シンボルが関係するコン
ステレーション・サブセットを選択し、一方、未符号化
ビットは、シンボルに対応する選択されたコンステレー
ション・サブセット内の特定の点を示す。しかしなが
ら、コンステレーションの細分により、未符号化ビット
間のユークリッド距離は増加する。換言すれば、与えら
れたエラーレートに対して、トレリス符号化の使用に要
求される信号対雑音比は、未符号化の場合に対するより
も数ｄＢほど小さいかもしれない。

【０００６】さらなる背景として、米国特許第５，５１
１，０８２号は、伝送されたシンボルの一部を符号化す
るために畳込みコードを使用してディジタルデータを符
号化する方法および装置を記載する。この例における畳
込みコードは、４／５の符号化レートを持ち、これは、
符号化されるべきあらゆる４つのシンボルビットに１つ
の冗長ビットが挿入されることを示す。この方法の拡張
は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｊ．８３付録Ｂによるケーブルモデ
ムに対して規定されたトレリス符号化と他のケーブルモ
デム仕様書とにおいて使用される。この方法では、４つ
のコンステレーション・サブセットが使用され、２つの
最下位ビットは畳込みコードに従って符号化され、符号
化結果はコンステレーション・サブセット間の選択に使
用される。図１は、単純な１６−ＱＡＭコンテクストで
利用されるようなこの方法論の一例を示す。図１から明
白なように、コード語の最下位ビットは虚軸に沿って交
替し、２番目の最下位ビットは実軸に沿って交替する。
サブ・コンステレーション（たとえば、全部の点ｘｘ０
１は１つのサブ・コンステレーションまたはサブセット
に対応する）の選択を示すために２つのＬＳＢを考える
と、図１から明白なように、サブ・コンステレーション
内の隣接点は、全体の１６−ＱＡＭコンステレーション
内の隣接点がそうであるのに較べて、相互にかなり分離
している。この例では、この方法は、隣接未符号化コン
ステレーションビット間のユークリッド距離を２倍にす
る（誤差性能において６ｄＢの改善を与える）。

【０００７】図２は、ブロック図形式で、米国特許第
５，５１１，０８２号に記載されたこのＬＳＢ符号化方
法を実施するために使用されるコーダ機能を示す。パー
サ３は、ビットストリームＢを受信し、符号化を考慮し
て到来ビットストリームＢをｍビットシンボルに解剖
（ｐａｒｓｅ）する。この例では、４／５畳込みコーダ
５ _I，５_Qが使用されると、５つのｍビットシンボルが一
度に発生されることになり、したがって、パーサ３は５
（ｍ−２）ビットを未符号化様式でＱＡＭマップ機能７
へ送る。パーサ３はまた、４ビットを４／５畳込みコー
ダ５_Iへ送り、４ビットを４／５畳込みコーダ５_Qへ送
る。

【０００８】図３は、４／５畳込みコーダ５_I，５_Qの１
つの機能構造を示し、もちろん、これらは同様な構造に
なっている。図３に示すように、４つの入力ビットｘ₀
〜ｘ₃は畳込みコーダ５へ直列に与えられる（ビットｘ₃
が時間的に最も早く、ビットｘ₀が最も遅い）。畳込み
コーダ５は４つの遅延ステージＳ₀〜Ｓ₃を含み、これら
の出力は所望の符号化に従って排他的ＯＲ機能９₀，９₁
に印加される。この例では、排他的ＯＲ機能９₀は、全
部の４つの遅延ステージＳ₀〜Ｓ₃の出力と現在印加され
ている入力ビットとを受け、また、排他的ＯＲ機能９₁
は、現在印加されている入力ビットと遅延ステージ
Ｓ₁，Ｓ₃の出力とを受ける。前に引用した米国特許第
５，５１１，０８２号に記載されているように、この構
成は、排他的ＯＲ機能９₀，９₁用の２５₈（１０１０
１₂）および３７₈（１１１１１₂）の８進発生器に対応
する。

【０００９】排他的ＯＲ機能９の出力はパンクチャ論理
１１に印加され、これは所望のパンクチャ方式に従って
コーダ５によって出力されるべきビットを選択する。こ
の例では、パンクチャ論理１１は、排他的ＯＲ機能９₀
によって出力される４ビットの各々を４入力ビットｘ₀
〜ｘ₃のシーケンスから選択するとともに、排他的ＯＲ
機能９₁によって出力される第４の（最後の）ビットの
みを選択する。前に引用した米国特許第５，５１１，０
８２号に記載されているように、この構成に対するパン
クチャマップは次のように記載される。

【００１０】

【数１】

【００１１】パンクチャ論理１１からの５つの出力ビッ
トは、図３では、ビットＯ₀〜Ｏ₄として示されている。
この構成では、出力ビットＯ₀〜Ｏ₃はシーケンス順（ビ
ットＯ₀は時間において最も早い）に排他的ＯＲ機能９₀
によって引き出され、出力ビットＯ₄は排他的ＯＲ機能
９₁によって（排他的ＯＲ機能９₀からのビットＯ₃と一
致した時間に）引き出される。

【００１２】出力ビットＯはコーダ５の構造から容易に
引き出すことが可能である。この例では、コーダ５の初
期の状態が遅延ステージＳ₀〜Ｓ₃の出力によって表され
る場合は、出力ビットＯ₀〜Ｏ₄は次の論理排他的ＯＲ演
算に対応する。

【００１３】

【数２】

【００１４】この従来の構造に従ってコーダ５用の状態
テーブルを容易に引き出すことが可能である。

【００１５】この従来の符号化方法によって提供される
誤差減少における改善は、ユークリッド距離が同じサブ
・コンステレーションにおける隣接点間で増加する限度
（未符号化ビット誤差）とサブ・コンステレーションそ
れ自身間でのユークリッド距離（符号化ビット誤差、ま
たは、逆に、符号化利得）とを決定することによって分
析可能である。事実上、これら２つの誤差形式の各々の
最小ユークリッド距離を識別することによって誤差減少
（または、利得）を検討できる。

【００１６】未符号化ビットに対して、全体のコンステ
レーション（すなわち、全部の４つのサブ・コンステレ
ーションの結合）における隣接点間のユークリッド距離
として“ｄ”を考えると、図２および図３のこの従来の
４／５畳込み符号化方法の分析は、本発明によれば、最
も近い２つの未符号化点（すなわち、図２におけるＱＡ
Ｍマップ機能７へ直接通信されるこれらの点）がユーク
リッド距離２ｄだけ分離されていることを示していた。

【００１７】符号化ビットに対して、この分析は、検出
されない仕方で（ビタビ復号の意味における）「経路」
に沿って発生する誤差のユークリッド距離を考慮してい
る。４／５畳込みコードは線形であるので、誤差はいか
なる状態に関しても分析でき、便宜のため、ここに記載
される分析は誤って状態００００（Ｓ₃〜Ｓ₀）から出発
してそこへ戻るものに対応する。上で言及したように、
図２および図３の従来の方法では、最下位ビットは符号
化され、そのようなビットはコンステレーションにおい
てユークリッド距離ｄだけ分離されている。したがっ
て、最小ハミング距離ｄ_free（または、「自由ハミング
距離」）と通常呼ばれる、ある与えられた状態から出発
してそこへ戻るのに必要な最小数の誤差に対して、符号
化ユークリッド距離の２乗はｄ_freeｄ²以上である。

【００１８】上で言及したように、全体の誤差改善は、
通信されたビットの符号化部分および未符号化部分のユ
ークリッド距離がより小さいことに対応するので、符号
化性能は、より小さな２²ｄ²（未符号化ビットに対する
ユークリッド距離の２乗）およびｄ_freeｄ²（符号化ユ
ークリッド距離の２乗）に対応するであろう。したがっ
て、検出されない誤差（すなわち、最小ハミング距離ｄ
_free）を生じ得るＬＳＢ（複数）における最小数の誤差
が４より小さければ、畳込み符号化は全体のトレリス符
号化性能を制限するであろう。

【００１９】本発明によれば、図２および図３のこの従
来のトレリス符号化方法は、４／５畳込み符号化によっ
て実際には制限されることが分かった。状態００００を
分析すると、出力ビットＯは、「１」レベルで少なくと
も２つのビットを含むことが観察される。このため、ハ
ミング距離Ｈは、状態００００を出発すると、１より大
きい。逆に、状態００００に入ると全部が零の出力は存
在せず、そのため、ハミング距離Ｈは、状態００００に
入ると、１以下である。したがって、状態００００を出
発しそこへ戻るのに含まれる合計の距離は２より大き
く、当業者はこの記載を参照して、この従来の４／５畳
込み符号化による最小ハミング距離ｄ_freeは３（すなわ
ち、ｄ_free＝３）であることを容易に引き出すことがで
きる。

【００２０】伝送されたコンステレーションにおける伝
送されたビットの数の分析によって符号化「利得」を考
えることができる。ｍビット・パルス振幅変調（ＰＡ
Ｍ）コンステレーションにおける電力は、ユークリッド
距離ｄ＝２（すなわち、利用可能なＰＡＭ点が±１，±
３，±５，．．．の場合）に対して、次の通りである。

【００２１】

【数３】

【００２２】図２および図３の従来の構成では、５つの
ｍビットシンボルが、符号化なしで送られたであろう４
つのｍビットシンボルに加えた１つの（ｍ−１）ビット
シンボルの代わりにＱＡＭマップ機能７によって伝送さ
れることは容易に分かるであろう（すなわち、パーサ機
能３によって解剖されるビットの数は４ｍ＋（ｍ−１）
である）。換言すれば、この符号化構成は１つの追加ビ
ットをそのコンステレーションに挿入する。この追加コ
ンステレーションビットの結果として要求される電力増
加は、符号化ＰＡＭ電力の未符号化ＰＡＭ電力に対する
比として、次の通り引き出すことができる。

【００２３】

【数４】

【００２４】特定された電力制約内に伝送電力を維持す
るためには、この電力増加は有効符号化利得の削減を必
要とする。符号化利得が３（すなわち、１０ｌｏｇ₁₀３
ｄＢ）の場合の例に対して、この従来の４／５畳込みＬ
ＳＢ符号化方式によって与えられる有効符号化利得は、
４．０７ｄＢ（すなわち、１０ｌｏｇ₁₀３−１０ｌｏｇ
₁₀（２０／１７））に削減され、これは、この方法が未
符号化ビットに与える６ｄＢの改善より小さい。このた
め、本発明によれば、米国特許第５，５１１，０８２号
に記載された技術の性能はその畳込み符号化利得によっ
て制限されることが観察された。

【００２５】さらなる背景として、コンステレーション
のサブセットの有効なシーケンス間の最小２乗ユークリ
ッド距離（ＭＳＥＤ）がコンステレーション・サブセッ
ト内のＭＳＥＤを超えるまで符号化におけるトレリス状
態の数を増加することによってトレリス符号化変調実施
の性能を改善できることは知られている。これに関し
て、ウエイの「トレリス符号化変調およびリードソロモ
ンコードに基づく２レベル符号化」，通信についてのＩ
ＥＥＥ会報，Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１２（１９９４年１
２月），ｐｐ．３０９８〜３１０８に注目のこと。しか
し、米国特許第５，５１１，０８２号に記載された１６
状態トレリス符号化方法は、提案された指定ｊ．８３の
付録Ｂのように国際電気通信連合（ＩＴＵ）によって採
用された。従来、追加符号化利得はこの方法に従った畳
込み符号化実施における状態の数の増加からは得られな
いことがこの技術において信じられている。

【００２６】さらなる背景として、ヨスダらの「ソフト
・ディシジョン・ビタビ復号化用の高速パンクチャ畳込
みコード」，通信についての会報，Ｖｏｌ．ＣＯＭ−３
２，Ｎｏ．３（ＩＥＥＥ，１９８４年３月），ｐｐ．３
１５〜３１８はパンクチャコードの表を与え、これに
は、これらコード用のレートおよび最小ハミング距離ｄ
_freeを含む。そこで明白なように、４／５コードレート
の畳込みコードが存在し、それは４のｄ_freeを持ち、し
たがって、５．３１ｄＢの符号化利得を与える（上の分
析により）。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、通信データの畳込み符号化において改善された
符号化利得を提供することにある。本発明の他の目的
は、そのような改善された符号化利得を与える電気通信
システム，そのモデムおよびこれを動作させる方法を提
供することにある。本発明のその他の目的は、改善され
た畳込み符号化が少ない費用で実施できるそのようなシ
ステム，モデムおよび方法を提供することにある。本発
明のさらに他の目的は、ケーブル・モデム通信に特によ
く合うような利益を提供することにある。

【００２８】本発明の他の目的および利点は、当業者に
とって以下の記載を図面とともに参照することにより明
らかであろう。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、同軸ケーブル
または他の高速媒体を通してデータを通信するモデム間
のような通信網を通して送信および受信すべきデータの
畳込み符号化に実施することができる。本発明によれ
ば、通信網におけるモデムは、３２または６４の状態を
持ち、各場合において４のハミング距離を持つ畳込み符
号化方式に従って動作する。これらの符号化方式は、コ
ンステレーション・サブセット内でユークリッド距離を
超える十分な符号化利得を提供し、また、従来の符号化
方式と後方互換性がある。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下の記載から明らかになるよう
に、本発明は、ケーブルテレビジョン（ＣＡＴＶ）網を
通じてコンピュータ読取り可能データを伝送するために
ケーブルモデムの動作に関係して特別な利点を提供する
ことを意図している。そこで、本発明の好ましい実施の
形態はそのようなネットワークに関して詳細に記載され
る。しかし、当業者はこの明細書を参照して本発明を他
の通信システムにおいて有利に容易に実施できることを
予期している。したがって、以下の記載は例示のためだ
けであることを理解すべきである。

【００３１】図４は、本発明の好ましい実施の形態を組
み込んだケーブルテレビジョン（ＣＡＴＶ）網のシステ
ム・トポロジの一例を示す。図４に示されるように、ヘ
ッドエンド２はケーブル会社事務所で、そこからＣＡＴ
ＶプログラムがユーザＵとして図４に示したケーブル加
入者に送られる。そのため、ヘッドエンド２は、衛星送
信や陸線などを経由してビデオプログラム信号を受信す
る。ヘッドエンド２は、中継線Ｔ，分配器６およびタッ
プ８を含む「ツリー」網を経由してこれらの信号をユー
ザＵに送る。図４に示すように、分配器６は、建物また
は都市ブロックでもよい一つの場所Ｌ内のようにタップ
８のどちらの側に位置してもよい。図４に示すような網
における伝送媒体は典型的には同軸ケーブルである。し
かし、近年では、幾つかのケーブルシステムは、ファイ
バ光リンクを中継線Ｔとして少なくとも一部に利用し、
いわゆるハイブリッド・ファイバ・コアックス（ＨＦ
Ｃ）インフラストラクチャを生じさせている。

【００３２】もちろん、図４のシステムは、ヘッドエン
ド２からユーザＵへの情報の単一方向伝送によく適して
いる。しかし、前述したように、ＣＡＴＶ網は今やユー
ザＵにインターネットへのアクセスを提供するために益
々使用されており、その場合、双方向通信が実行され
る。そのような双方向通信は、ユーザＵの所在地にケー
ブルモデムを使用することによって図４のＣＡＴＶ網ト
ポロジを通して容易に実行できる。同軸ケーブルまたは
ＨＦＣインフラストラクチャは、特にツイスト・ペア導
体を伝送設備として利用する従来の電話網に比べてイン
ターネット・アクセスおよび使用において有益なような
高データレート伝送を容易に実行できる。

【００３３】図５は、図４に例示したシステム・トポロ
ジで実施できるようなケーブルモデム網の論理的トポロ
ジの一例を示す。図５に示すように、図４のシステム・
トポロジのヘッドエンド２に位置する中央局モデム１２
は、一方の側でインターネットに接続され、他方の側で
ユーザ所在地（図４のシステム・トポロジにおけるユー
ザＵのような）でのケーブルモデム１０₀〜１０_kに接続
されている。もちろん、各ケーブルモデム１０は、ユー
ザまたは顧客のコンピュータシステム（不図示）に接続
され、そこでは、データが表示され入力される。ダウン
ストリーム経路ＤＳは、図５に示すように、インタネッ
トの送信および他のコンピュータ読取り可能データを中
央局モデム１２からケーブルモデム１０へ運搬する。ケ
ーブルモデム１０の各々は個別のアドレスが割り当てら
れ、そのため、それは、受信のためにダウンストリーム
経路ＤＳ上のそれ自身のダウンストリームデータを検出
し、ケーブルモデム１０の他のもの用に意図されたデー
タをフィルタで取り除くことができる。そのため、ダウ
ンストリームデータは、ダウンストリーム経路ＤＳを通
して効果的に放送される。中央局モデム１２は、ケーブ
ルモデム１０へのデータの専用送信機である（すなわ
ち、ケーブルモデム１０は、相互に直接通信しない代わ
りに、中央局モデム１２またはインターネットそれ自身
を経由して相互に通信する）。そのため、この論理的構
成ではダウンストリームメディアアクセス制御（ＭＡ
Ｃ）機構は必要ない。

【００３４】ケーブルモデム１０の各々は、図５にアッ
プストリーム経路ＵＰとしてまとめて示した多くのチャ
ネルを経由して中央局モデム１２と通信する。経路ＵＰ
内の各チャネルは多数のケーブルモデム１０によって共
有されてもよい。中央局モデム１２は、アップストリー
ムチャネルとこれらとともにスロットとを割り当てるた
めの機能を含む。さらに、多数のアップストリームチャ
ネルはアップストリーム経路ＵＰを経由して中央局モデ
ム１２によって受信されるので、メディアアクセス制御
（ＭＡＣ）機構がそれらとともに備えられる。ＭＡＣ動
作、特に図５の網において利用されるアップストリーム
通信スロットの割当ておよびアップストリームタイミン
グの管理におけるものは、パーキンスおよびガセーラの
「双方向広帯域ＣＡＴＶ−ＨＦＣ網、最新のおよび将来
の傾向」，計算機網，Ｖｏｌ．３１（エルスビア・サイ
エンスＢ．Ｖ，１９９９），ｐｐ．３１３〜３２６に記
載され、ここに引用して組み入れられる。

【００３５】図６は、図５のケーブルモデムシステムで
の双方向通信におけるプロトコル層の関係を示す。物理
層ＰＨＹは中央局モデム１２とユーザのケーブルモデム
１０とからなり、これらの各々は典型的には時分割多重
アクセス（ＴＤＭＡ）技術に従って動作する。伝送コン
バージェンス層ＴＣは、サブレイヤであり、物理層ＰＨ
Ｙとメディアアクセス制御層ＭＡＣとの間に位置し、ア
ップストリーム通信のタイミングを取得してロックする
役目をし、伝送コンバージェンス層ＴＣは、ケーブルモ
デム１０が中央局モデム１２から広い範囲の距離に亘つ
て設置されることを考慮すると特に重要である。メディ
アアクセス制御層ＭＡＣは、上述したように、共有され
るアップストリームチャネルの帯域のスケジューリング
および割当てを従来の方法で制御する。また、各ケーブ
ルモデム１０は独特の４８ビットＭＡＣアドレスを有
し、メディアアクセス制御層ＭＡＣは、アドレスされた
ケーブルモデム１０で所望のダウンストリーム通信が受
信されることを保証するようにケーブルモデム１０にお
いて動作する。リンク層ＬＩＮＫは、中央局モデム１２
内で実現され、この例ではアップストリーム方向および
ダウンストリーム方向の両方において通信をインターネ
ット層ＮＥＴへリンクする。

【００３６】図７は、本発明の好ましい実施の形態によ
る例示のケーブルモデム１０の構造を図４のシステムト
ポロジにおけるヘッドエンド２に位置するような例示の
中央局モデム１２と組み合わせて示す。本発明は多くの
アーキテクチャの任意の１つのケーブルモデムでも容易
に実現することができ、したがって、図７に示すケーブ
ルモデム１０および中央局モデム１２は例としてのみ提
示されていることを理解すべきである。本発明が容易に
実現できるケーブルモデムアーキテクチャの他の例は、
マックゴルドリックの「スーパーチップはケーブルモデ
ムの大きさを下げる第１のもの」，電子設計（１９９７
年６月）と、ゴルドバーグの「ＩＣはケーブルシステム
に５００チャンネルフィロンティアを開く」，電子設計
（１９９４年１１月）と、ＶＥＳ４６１３ ６４／２５
６ＱＡＭサブシステム製品パンフレット（ＶＬＳＩ技
術，１９９５年５月）と、サミュエリの「ダウンストリ
ーム６４−ＱＡＭ伝送用のシリコンＩＣ技術の更新」，
ＩＥＥＥプロジェクト８０２．１４ケーブルＴＶプロト
コル作業グループ，文書＃ＩＥＥＥ８０２．１４−９６
／０９５（１９９５年３月）とに記載されている。

【００３７】また、図７の例はケーブルモデム１０およ
び中央局モデム１２内の機能ブロックを示すが、これら
の機能は、好ましくは、大部分は、ケーブルモデム１０
および中央局モデム１２の両方におけるディジタル信号
プロセッサ（ＤＳＰ）集積回路により実現されることが
考えられている。ケーブルモデム１０および中央局モデ
ム１２における使用に特に適している高性能ＤＳＰ集積
回路の例は、テキサスインスツルメンツ社から入手でき
るＴＭＳ３２０Ｃ６ｘディジタル信号プロセッサファミ
リを含む。このような実現では、図７に示すケーブルモ
デム１０および中央局モデム１２の各々の数個の機能ブ
ロックは別個のハードウエア回路に対応しないであろう
が、その代わりに、プログラム命令の制御下でＤＳＰ集
積回路によって遂行される機能またはルーチンに対応す
る。このような構成では、ここに記載されたディジタル
機能は典型的にはＤＳＰによって遂行され、特別機能集
積回路は、信号の変調および復調やアナログ領域とディ
ジタル領域との間の信号変換などに含まれるようなアナ
ログおよび混合信号機能を遂行するために使用される。
明瞭にする目的のために、ケーブルモデム１０および中
央局モデム１２の以下の記載は図７の機能ブロックの見
地からなされる。

【００３８】本発明の好ましい実施の形態は、特に、ケ
ーブルモデム関係において、中央局モデム１２の送信側
およびケーブルモデム１０の受信側に関し、これらはと
もに図７に関して詳細に記載される。図７に示すよう
に、中央局モデム１２のインタリーブおよび同期機能３
０は、ヘッドエンド２の残りから、ＣＡＴＶ網を通して
伝送されるべきディジタルデータを受信する。インタリ
ーブおよび同期機能３０は、通信されるデータストリー
ム上のいかなるバースト誤り事象の影響をも分散するた
めに、従来の技術に従って畳込みインターリービングを
遂行し、また、伝送周波数を中央局モデム１２内の主ク
ロック（不図示）と同期させる。これらのインタリーブ
されかつ同期されたデータはエンコーダ２８へ送られ、
これは、本発明の好ましい実施の形態によれば、図８を
参照して述べるように誤差および符号化利得の見地から
特に有利な方法でデータ語を符号化する。

【００３９】エンコーダ２８は、図８に示すように、ビ
ットストリームＢをＭＡＣおよびインタフェース機能２
６からパーサ機能３３で受信する。本発明のこの実施の
形態によれば、パーサ機能３３は、到来ビットストリー
ムを処理して５（ｍ−２）＋８ビットの複数の群とし、
ここで、ｍは各符号化されたシンボルにおけるビットの
数に対応する。もちろん、この分野において周知である
ように、パーサ機能３３により実施されるビットのグル
ープ化は、ホストコンピュータから通信されるべきデー
タ語の語幅とはいかなる関係も持つ必要がなく、シンボ
ルは受信と同時に再配列される。ビットの各群の一部分
はパーサ機能３３によってＱＡＭマップ機能３７へ直接
送られ、この例では、これらの未符号化ビットの数は５
（ｍ−２）である。代わりに、これらの未符号化ビット
（畳込み符号化の意味において）は、ＱＡＭマップ機能
３７へ印加する前に、リードソロモン符号化のような別
の技術に従って符号化してもよく、これは、ウエイの
「トレリス−符号化変調およびリードソロモンコードに
基づく２レベル符号化」，通信についてのＩＥＥＥ会
報，Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１２（１９９４年１２月），
ｐｐ．３０９８〜３１０８に記載されている。

【００４０】パーサ機能３３は、本発明のこの実施の形
態では、４ビットを各畳込みコーダ３５_I，３５_Qへ送
る。コーダ３５_I，３５_Qはそれぞれ、その受信した４ビ
ットを５ビットに符号化し、各コーダ３５からの５つの
出力ビットは、ＱＡＭマップ機能３７によってマッピン
グされた５つのシンボルの１つにおける２つの最下位ビ
ットの１つに対応する。コーダ３５_I，３５_Qからのこれ
らの最下位ビット（ＬＳＢ）は、図１に関して上述した
のと同様な仕方で、４つのサブ・コンステレーションの
１つの同相および直交選択におけるＬＳＢにそれぞれ対
応する。

【００４１】本発明の第１の好ましい実施の形態による
コーダ３５_I，３５_Qの構造について図９（ａ）を参照し
て説明するが、コーダ３５_I，３５_Qの１つだけが図９
（ａ）に示されており、もちろん、この構造はコーダ３
５_I，３５_Qの両方に適用されることを理解すべきであ
る。図９（ａ）に示すように、４つの入力ビットｘ₀〜
ｘ₃のシーケンスは、図８に示すようなパーサ機能３３
から畳込みコーダ３５へ直列（ビットｘ₃が時間的に最
も早く、ビットｘ₀が最後）に与えられる。

【００４２】本発明のこの実施の形態では、畳込みコー
ダ３５は、３２個の状態を有する有限状態マシンとして
実施される。そのため、コーダ３５は５つの遅延ステー
ジＳ ₀〜Ｓ₄を含み、これらの出力は本発明の第１の実施
の形態の符号化に従って排他的ＯＲ機能３７₀，３７₁に
印加される。この例では、排他的ＯＲ機能３７₀は、４
つの選択された遅延ステージＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₄の出力
を現在印加されている入力ビットと組み合わせて受け取
る。この選択は、上に引用した米国特許第５，５１１，
０８２号の命名法を使用すると、１１１１０１₂（また
は、７５₈）の発生器マップに対応する。排他的ＯＲ機
能３７₁は、現在印加されている入力ビットと、３つの
選択された遅延ステージＳ₁，Ｓ₃，Ｓ₄の出力とを受け
取り、これは１０１０１１₂（または、５３₈）の発生器
マップに対応する。

【００４３】排他的ＯＲ機能３７の出力はパンクチャ論
理４１に印加され、これは、パンクチャ方式に従ってコ
ーダ３５によって出力されるべきビットを選択する。こ
の例では、パンクチャ論理４１は、４つの入力ビットｘ
₀〜ｘ₃のシーケンスから発生される排他的ＯＲ機能３７
₁の第１の出力ビットを選択し、その次の３つの出力ビ
ットを無視する。パンクチャ論理４１はまた、４つの入
力ビットｘ₀〜ｘ₃のシーケンスから発生される排他的Ｏ
Ｒ機能３７₀によって４つのビット出力の各々を選択す
る。発生されたビットのこの選択を続くパンクチャマッ
プによって表すことができる。

【００４４】

【数５】

【００４５】そのため、パンクチャ論理４１は、４つの
ビットの入力シーケンスから合計５つの出力ビットを生
成する。これらの５つの出力ビットは、図９（ａ）にお
いてビットＯ₀〜Ｏ₄として示され、出力ビットＯ₀は排
他的ＯＲ機能３７₁によって引き出され、出力ビットＯ₁
〜Ｏ₄は順番に（ビットＯ₁が時間的に最も早く）排他的
ＯＲ機能３７₀によって引き出される。出力ビットＯ
₀は、排他的ＯＲ機能３７ ₀からのビットＯ₁と一致する
時間に排他的ＯＲ機能３７₁によって引き出される。

【００４６】図３に関して上述したのと同様な命名法を
使用すると、遅延ステージＳ₀〜Ｓ₄の初期状態がそれら
の遅延ステージ参照Ｓ_xによって引用される場合には、
出力ビットＯの論理的依存状態は初期状態ビットＳと入
力ｘとの関数として次のように容易に引き出すことがで
きる。

【００４７】

【数６】

【００４８】これらの関係が与えられると、本発明のこ
の第１の実施の形態によるコーダ３５用の状態表を容易
に引き出すことができる。もちろん、そのような状態表
が与えられると、コーダ３５は、ルックアップテーブル
または他のそのような構造を用いてＤＳＰまたは他の高
性能論理回路で容易に実施できる。メモリ内のルックア
ップテーブルの場合には、それへのアドレスは、入力ビ
ットｘの前の値によってセットされる初期状態と組み合
わせて入力ビットｘ₀〜ｘ₃の現在の状態から引き出すこ
とができる。

【００４９】図９（ａ）のコーダ３５によって実行され
るコードが４の最小ハミング距離ｄ _freeを有すること
は、この明細書を参照することにより当業者によって容
易に引き出すことができる。図２および図３に関して上
述したように、従来の４／５畳込みコーダは３の最小ハ
ミング距離ｄ_freeを有する。そこで、本発明の第１の好
ましい実施の形態による４／５畳込みコーダ３５は、図
２および図３の従来のトレリス符号化のそれに対して４
／３すなわち１．２５ｄＢの符号化利得の改善を提供す
る。さらに、前述した説明から明白なように、コーダ３
５は、上述した従来の場合と同じく、４／５の符号レー
トを有する。上述したようにその従来の方法の符号化利
得が４．０７ｄＢであることを考えると、本発明の第１
の好ましい実施の形態によるトレリス符号化構成の性能
は５．３２ｄＢに増加している。それで、本発明のこの
好ましい実施の形態は、解剖されたデータ語の符号化さ
れたＬＳＢ（複数）における誤差削減を、未コード化コ
ンステレーション点間の増加されたユークリッド距離２
ｄに実質的に釣り合う限度まで提供する。

【００５０】上述したように、本発明の第１の好ましい
実施の形態による畳込みコーダ３５は、先行技術の畳込
みコーダの１６状態よりむしろ３２状態を有する有限状
態マシンを必要とする。しかし、特に現代ケーブルモデ
ム技術によって与えられる処理能力を考慮すると、この
畳込みコーダの複雑性の増加は、これを具体化するケー
ブルモデム１０の費用または動作の複雑性における影響
はほとんどないであろうことが予期される。

【００５１】本発明によれば、図９（ａ）に関して上述
したコーダ３５によって提供される畳込み符号化は、最
小ハミング距離ｄ_freeの完全な追加ビットを与える一
方、そのトレリス内に多数の「最近隣」を有することが
観察された。換言すれば、この符号化方法は、ある与え
られた状態から出発してそこへ戻るのに７つの等しそう
な誤差経路を有する（もちろん、各々は４つの誤差を必
要とする）。より厳密には、この方法の伝達関数は次の
ように表される。

【００５２】

【数７】

【００５３】これは、ある与えられた状態から出発しそ
こへ戻る７つの４誤差経路の存在を示す。これに対し、
上述したように、前に述べた従来の１６状態４／５畳込
みコーダは次の伝達関数を持つ。

【００５４】

【数８】

【００５５】これは、２つの３誤差経路は、ある与えら
れた状態から続いてそこへ戻ることを示す。図９（ａ）
のコーダによって提供される最小ハミング距離ｄ
_freeは、従来の（ｄ_free＝３）符号化に対し著しい改善
を与えるが、幾つかの応用では、より少ない「最近隣」
トレリス経路を有するそのような符号化を与えることが
好ましい。

【００５６】図９（ｂ）を参照すると、本発明の第２の
好ましい実施の形態による４／５畳込みコーダ３５’が
記載されている。このコーダ３５’は、６４状態畳込み
コーダであり、コーダ３５’の入力へ順番に接続された
６つの遅延ステージＳ₀〜Ｓ₅を含む。排他的ＯＲ機能３
９₀は、４つの選択された遅延ステージＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，
Ｓ₅の出力を現在印加されている入力ビットと組み合わ
せて受け取る。そこで、排他的ＯＲ機能３９₀によって
印加される組合せは、発生器１１１１００１₂（また
は、１７１₈）として表すことができる。排他的ＯＲ機
能３９₁は、現在印加されている入力ビットを４つの選
択された遅延ステージＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₄，Ｓ₅の出力と組み
合わせて受け取り、１０１１０１１₂（または、１３
３₈）の発生器に対応する。

【００５７】本発明のこの第２の好ましい実施の形態で
は、パンクチャ論理４１’は、他のパンクチャ方式に従
ってコーダ３５’によって出力されるべきビットを選択
するが、４つの入力ビットｘ₀〜ｘ₃のシーケンスから発
生された排他的ＯＲ機能３９ ₀の第１の出力ビットが選
択され、それに続く３つの出力ビットは無視され、ま
た、４つの入力ビットｘ₀〜ｘ₃のシーケンスからそのよ
うに発生された排他的ＯＲ機能３９₁によって出力され
る４ビットが選択される。この方式に対する対応パンク
チャマップは次のように表される。

【００５８】

【数９】

【００５９】したがって、パンクチャ論理４１’は、４
ビットの入力シーケンスから発生された８つの可能なビ
ットから合計５つの出力ビットを選択する。これらの５
つの出力ビットは、図９（ｂ）にビットＯ₀〜Ｏ₄として
示され、出力ビットＯ₄は排他的ＯＲ機能３９₀によって
引き出され、出力ビットＯ₀〜Ｏ₃は排他的ＯＲ機能３９
₁によって順番に（ビットＯ₀が時間的に最も早く）引き
出される。出力ビットＯ₀は、排他的ＯＲ機能３９₀から
のビットＯ₅と一致する時間に排他的ＯＲ機能３９₁によ
って引き出される。

【００６０】遅延ステージＳ₀〜Ｓ₅の初期状態をそれら
の対応する遅延ステージ参照Ｓ_xによって参照すると、
初期ステージビットＳおよび入力ｘの関数としての出力
ビットＯの論理的依存性は容易に次のように引き出され
る。

【００６１】

【数１０】

【００６２】これらの関係を仮定すると、本発明のこの
第２の好ましい実施の形態によるコーダ３５’用の状態
表を容易に引き出すことができ、上述したように、その
ような状態表は、ルックアップテーブルまたは他のその
ような構造を用いてＤＳＰまたは他の高性能論理回路に
容易に実施できる。上述したように、メモリ内のルック
アップテーブルを用いた畳込みコーダの実施は、状態マ
シンの状態をセットする入力ビットｘの前の値と入力ビ
ットｘ₀〜ｘ₃の現在の状態との組合せに従ってそのよう
な表を処理するであろう。

【００６３】この明細書を参照すると、当業者は、図９
（ｂ）のコーダ３５’によって実行されるコードの最小
ハミング距離ｄ_freeも値“４”をもつことを容易に引き
出すことができるが、これは、図２および図３の従来の
畳込みコーダによって提供される“３”のｄ_freeに対す
る改善であり、このため、本発明のこの第２の好ましい
実施の形態も、従来の方法に対して４／３すなわち１．
２５ｄＢの符号化利得を与える。また、本発明のこの第
２の好ましい実施の形態による４／５畳込みコーダ３
５’の伝達関数を次のように容易に引き出すことができ
る。

【００６４】

【数１１】

【００６５】この式は、ある与えられた状態から出発し
てそこへ戻る３つの４誤差経路だけが存在することを示
す。本発明のこの第２の好ましい実施の形態によるコー
ダ３５’のより少ない「最近隣」によって与えられるこ
のロバスト性は、幾つかの応用において、コーダ３５’
の有限状態マシン実現において６４状態を備えるための
増加する費用を正当化する十分な改善である。３２状態
コーダ３５と６４状態コーダ３５’との間の選択は、所
望の誤差性能が与えられれば、この明細書を参照した当
業者によって容易に行えることが期待される。

【００６６】図８を参照すると、コーダ３５₁，３５_Qの
出力は、３２状態コーダ３５を用いて実施されようとこ
こに記載された６４状態コーダ３５’で実施されよう
と、パーサ機能３３からの５（ｍ−２）個の未符号化ビ
ットと組み合わされてＱＡＭマップ機能３７に送られ
る。次に、ＱＡＭマップ機能３７は、これらのビットを
５つのｍビット・コンステレーション点またはシンボル
に配列し、これらのシンボルを相互に関して暫時シーケ
ンスに配列する。この点に関して、これらの５つの点の
各々の特別なサブ・コンステレーションは、ＱＡＭマッ
プ機能３７によって、畳込みコーダ３５_Iからの５つの
出力ビットＬＳＢ_Iの対応する１つを用いてサブ・コン
ステレーション選択用の最下位同相ビットとして選択さ
れるとともに、畳込みコーダ３５_Qからの５つの出力ビ
ットＬＳＢ_Qの対応する１つを用いてサブ・コンステレ
ーション選択用の最下位直交ビットとして選択される。
この点に関して、コーダ３５_I，３５_Qからの出力ビット
はＱＡＭ符号化用の４つのサブ・コンステレーションの
１つを選択し、この選択は図１の１６−ＱＡＭの場合に
関して上述したものと同様な方法でなされる。

【００６７】図７を参照して、本発明の好ましい実施の
形態による、エンコーダ２８から下流の中央局モデム１
２の送信側の構造について説明する。エンコーダ２８の
符号化データ出力は、ＱＡＭ変調器機能３４によって変
調されるべき適当なデータ語のシーケンスであり、ま
た、ＱＡＭ変調器機能３４は、エンコーダ２８によって
発生された符号化コンステレーション点を同相および直
交（すなわち、複素数）値に変換する。したがって、変
調器３４によって発生された変調信号は、位相および振
幅の両方において変調される。位相および振幅の両方に
おける信号の変調は、一般に、この分野において「直交
振幅変調」すなわちＱＡＭと呼ばれる。変調信号の複素
数値は、ＲＦインタフェース１４によって適切な振幅お
よび位相信号のアナログ信号に変換される。ＲＦインタ
フェース１４は、適当なディジタル／アナログ変換（Ｄ
ＡＣ）機能を含む。その後、アップストリーム信号は、
中央局モデム１２によってＣＡＴＶ網に印加され、図７
の例示のシステム構成に示すようにダウンストリーム設
備ＤＳを介してケーブルモデム１０に送られる。

【００６８】このダウンストリーム信号は、アドレスさ
れたケーブルモデム１０によって受信される。図７の例
では、ケーブルモデム１０は、無線周波数（ＲＦ）イン
タフェース１４’を用いてＣＡＴＶ網のダウンストリー
ム設備ＤＳとインタフェースする。ＲＦインタフェース
１４’は、分配器として効果的に動作し、したがって、
ケーブルモデム１０の送信側および受信側の両方と通信
する。この点について、ＲＦインタフェース１４’は、
アナログ／ディジタル変換（ＡＤＣ）機能を含み、これ
を用いて、到来アナログ信号は、ケーブルモデム１０の
受信側によって処理のためサンプルされディジタル化さ
れる。この受信側上では、タイミング回復機能１６は、
従来の方法における高精度外部水晶発振器クロックに対
して、到来信号からクロック信号を回復する。復調機能
１８は、受信信号を復調するため動作する。受信信号
は、上述したように、位相および振幅の両方において
（すなわち、ＱＡＭ信号として）変調される。したがっ
て、復調機能１８は、ディジタル語のシーケンスを等化
機能２０に与える。等化機能２０は、通信チャネルによ
って導入された信号歪みを補償するためにこのシンボル
シーケンスをフィルタする。典型的には、等化機能２０
によって適用されるディジタルフィルタは、ケーブルモ
デム１０によって、それが通信する中央局モデム１２と
の組合せで、通信セッションの初期化の間に、既知の訓
練信号の送信および受信を用いてまたは適合等化方法を
用いてセットされる。等化に加えて、等化機能２０は、
送信モデムのＲＦ部分とケーブルモデム１０自身の受信
側との間の周波数および位相オフセットの補正に有益な
動作を行うことができる。

【００６９】本発明のこの実施の形態によるデコードお
よびデ・インターリービング機能２４は、信号の送信に
使用された符号化およびインターリービングを反転させ
る。機能２４によって遂行されるデコードは、本発明の
この実施の形態によれば、上述したように、未符号化ビ
ットおよび畳込み符号化ビットの両方を含むコード語か
らデータ語を回復するためのビタビ復調を含む。加え
て、上に引用したウエイの論文に記載されているよう
に、「未符号化」ビットは、追加の誤差削減のためにリ
ード・ソロモン符号化を受けたかもしれず、その場合に
は、デコード機能２４は、適当なリード・ソロモン・デ
コード動作を実行するであろう。さらに、デコード機能
２４は、中央局モデム１２で送信信号に適用された畳込
みインターリービングを反転する。機能２４からのデコ
ード出力はメディアアクセス制御ＭＡＣおよびインタフ
ェース機能２６’に送られる。インタフェース機能２
６’は、受信信号に適当なＭＡＣ機能を遂行し、また、
ケーブルモデム１０のホストコンピュータとのインタフ
ェースとなる。

【００７０】上述したように、本発明の好ましい実施の
形態による符号化方法は、ケーブルモデム通信におい
て、中央局モデム１２からケーブルモデム１０への「ダ
ウンストリーム」トラフィックへ最も有利に適用され
る。しかし、この分野で知られているようにかつ上述し
たように、ケーブルモデム１０から中央局モデム１２へ
のアップストリーム通信もまた行われる。そこで、モデ
ム１０,１２はそれぞれ、畳込み技術に従って構成され
動作される適当なアップストリーム機能性を含む。もち
ろん、本発明によるダウンストリームトラフィックに対
する上述した符号化方法も、このアップストリームトラ
フィックのために利用される。モデム１０,１２のこれ
らの機能は、完全のために、図７に示されている。より
詳しくは、ケーブルモデム１０はアップストリーム送信
符号化および変調機能２７を含み、この機能は、ホスト
コンピュータによって発生されメディアアクセス制御Ｍ
ＡＣおよびインタフェース機能２６’によって処理され
るアップストリームディジタルデータを符号化し変調す
る。符号化および変調機能２７の出力はＲＦインタフェ
ース１４’に供給され、これは、アップストリーム信号
をアップストリーム設備ＵＰに供給する前に適切なディ
ジタル／アナログ変換および他の信号フォーマッティン
グおよび処理を遂行する。逆に、中央局モデム１２はア
ップストリーム受信デコードおよび復調機能２５を含
み、これは、アップストリームトラッフィックをアップ
ストリーム設備ＵＰからＲＦインタフェース１４（それ
によって遂行されるＡ／Ｄ変換を含む）を経由して受信
する。デコードおよび復調機能２５は、アップストリー
ム送信符号化および変調機能２７によって遂行された処
理を効果的に反転し、ヘッドエンド２へ送るためディジ
タル出力をメディアアクセス制御およびインタフェース
２６に供給し、したがって、双方向ループを完成する。

【００７１】図１０を参照して、本発明の好ましい実施
の形態によって与えられる有効符号化利得における重要
な改善を示すシミュレーション結果について説明する。
ここに示されるように、プロット５０は、符号化されな
い場合、すなわち、畳込み符号化は準備されないときの
信号対雑音比の関数としての誤差の確率のシミュレーシ
ョン・プロットである。プロット５２は、図３に関して
上述した従来の畳込み符号化に対する信号対雑音比に関
しての誤差確率のシミュレーションであり、これは、期
待されるように、符号化されない場合を超えてかなりの
量の改善を与え、そこでは、同じ誤差確率に対して遥か
に低い信号対雑音比が許容される。

【００７２】プロット５４は、本発明の第１の実施の形
態に関して上述した３２状態の畳込み符号化のシミュレ
ートされた性能を示す。図１０に示すように、この符号
化方法により著しい性能改善が与えられる。例えば、１
０^-5（これは、典型的な特定された誤差レベル）の誤差
確率で、本発明の第１の好ましい実施の形態に関して上
述した３２状態の畳込み符号化は、図３の（および、プ
ロット５２によって示された）畳込み符号化によって与
えられるものよりもほぼ０．５ｄＢ良好な２１．５ｄＢ
の信号対雑音比で動作できる。プロット５６は、本発明
の第２の実施の形態に関して上述した６４状態の畳込み
符号化のシミュレートされた性能を示し、図１０に示す
ように、１０^-5の誤差確率で、その許された信号対雑音
比においてほぼ０．７５ｄＢの改善が、本発明のこの実
施の形態においてプロット５２の畳込み符号化方法の性
能に対して与えられる。より低い誤差確率で、従来の方
法に対する本発明の好ましい実施の形態によって与えら
れる利得の改善は、より目覚ましくなる。

【００７３】したがって、本発明によれば、ＣＡＴＶ網
によって提供されかつケーブルモデム通信を用いるもの
のような高データレート通信設備を介した通信用のディ
ジタルデータの符号化の能力において顕著な改善を与え
得ることが期待される。この改善は、ある与えられた信
号対雑音比に対する誤差確率の著しい減少から明白であ
り、また、畳込み符号化機能性の複雑さにおける控え目
の増加によって得られる。本発明は、ディジタル信号処
理装置ルーチンを用い、または代替として、希望すれば
カスタムハードウエアを用いて容易に実施できる。さら
に、本発明は、複雑性の減少した畳込み符号化技術と容
易に後方互換性があり、本発明を現在のケーブルモデム
システム内に実施することを便利にしている。

【００７４】本発明がその好ましい実施の形態に従って
記載されたが、本発明の利点および利益を得る修正およ
び代替のようなこれらの実施の形態の修正や代替は、当
業者には、本明細書および図面を参照して明らかである
ことが予期される。このような修正および代替は特許請
求の範囲に記載した発明の範囲内にあることを意図して
いる。

【００７５】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）通信施設を介してデータ信号を伝送する通信装置
であって、伝送すべきデータ信号に対応するデータ語を
受信するコンピュータ・インタフェースと、エンコーダ
であって、前記コンピュータ・インタフェースに結合さ
れた、一群のディジタル・ビットの第１の選択されたサ
ブセットを受信する第１の畳込みコーダと、前記コンピ
ュータ・インタフェースに結合された、前記一群のディ
ジタル・ビットの第２の選択されたサブセットを受信す
る第２の畳込みコーダと、ディジタル・シンボルを位相
および振幅変調コンステレーションの点に配列する位相
および振幅変調マップ機能であって、各コンステレーシ
ョン点が一つのディジタル値に対応し、前記位相および
振幅変調マップ機能が、前記コンピュータ・インタフェ
ースに結合され、前記第１および第２の畳込みコーダに
よって符号化されていない一群のディジタル・ビット受
信し、前記第１および第２の畳込みコーダに結合され、
符号化ディジタル・ビットを受信する、位相および振幅
変調マップ機能と、を含み、前記第１および第２の畳込
みコーダがそれぞれ、少なくとも３２個の状態を持つ有
限状態マシンを含み、畳込み符号化方式を用いて符号化
ビットの第１および第２の群を発生し、該符号化ビット
の第１および第２の群が前記第１および第２の選択され
たサブセットよりも多くのビットをそれぞれ有し、前記
畳込み符号化方式が“４”の最小ハミング距離を有す
る、エンコーダと、該エンコーダに結合された、前記位
相および振幅変調コンステレーションの点に応じて位相
および振幅変調信号を発生する変調器と、該変調器に結
合された、前記変調信号で通信設備を駆動する網インタ
フェースと、を具備する、通信装置。 （２）前記位相および振幅変調マップ機能が、前記符号
化ビットの第１および第２の群の各々の１ビットを各コ
ンステレーション点に割り当てる、第１項記載の装置。 （３）前記位相および振幅変調コンステレーションが、
４つのサブ・コンステレーションを含み、前記位相およ
び振幅変調マップ機能が、前記符号化ビットの第１およ
び第２の群の各々の前記割り当られた１ビットの値に応
じて、各コンステレーション点に対して前記４つのサブ
・コンステレーションの１つを選択する、第２項記載の
装置。 （４）前記第１および第２の畳込みコーダの各々の前記
有限状態マシンが、３２個の状態を有する、第１項記載
の装置。 （５）前記第１および第２の畳込みコーダの各々の前記
有限状態マシンが、入力に接続された一連の遅延ステー
ジと、前記入力と前記遅延ステージの選択されたものと
に結合された第１および第２の排他的ＯＲ発生器と、該
第１および第２の排他的ＯＲ発生器からの出力信号の選
択されたものをマスクするパンクチャ論理と、を含む、
第４項記載の装置。 （６）前記第１の排他的ＯＲ発生器が、１１１１０１₂
の発生器マップを有し、前記第２の排他的ＯＲ発生器
が、１０１０１１₂の発生器マップを有し、前記パンク
チャ論理が、次のパンクチャマップを有する、第５項記
載の装置。

【００７６】

【数１２】

【００７７】（７）前記第１および第２の畳込みコーダ
の各々が、６４個の状態を有する、第１項記載の装置。 （８）前記第１および第２の畳込みコーダの各々の前記
有限状態マシンが、入力に接続された一連の遅延ステー
ジと、前記入力と前記遅延ステージの選択されたものと
に結合された第１および第２の排他的ＯＲ発生器と、該
第１および第２の排他的ＯＲ発生器からの出力信号の選
択されたものをマスクするパンクチャ論理と、を含む、
第７項記載の装置。 （９）前記第１の排他的ＯＲ発生器が、１１１１００１
₂の発生器マップを有し、前記第２の排他的ＯＲ発生器
が、１０１１０１１₂の発生器マップを有し、前記パン
クチャ論理が、次のパンクチャマップを有する、第８項
記載の装置。

【００７８】

【数１３】

【００７９】（１０）前記通信設備が、ケーブルテレビ
ジョン網通信設備を含む、第１項記載の装置。 （１１）通信設備を介して伝送するディジタル情報を符
号化する方法であって、前記ディジタル情報をビットス
トリームで受信するステップと、前記受信されたビット
ストリーム内のビットの複数の群の各々に対して、前記
ビットの群の第１のサブセットに少なくとも３２状態の
畳込みコードを適用して符号化ビットの第１のセットを
発生するステップであって、前記畳込みコードが“４”
の最小ハミング距離を有する、ステップと、前記ビット
の群の第２のサブセットに少なくとも３２状態の畳込み
コードを適用して符号化ビットの第２のセットを発生す
るステップであって、前記畳込みコードが“４”の最小
ハミング距離を持ち、前記符号化ビットの第１および第
２のセットが等しい数のビットを有する、ステップと、
前記符号化ビットの第１および第２のセットの各々から
１つのビットを前記第１および第２のサブセットにない
前記ビットの群の少なくとも１つと組み合わせて位相お
よび振幅変調コンステレーションに複数のコンステレー
ション点を形成するステップと、前記複数のコンステレ
ーション点のシーケンスに応じて位相および振幅変調信
号を発生するステップと、を具備する、方法。 （１２）前記位相および振幅変調コンステレーション
が、複数のサブ・コンステレーションを含み、前記組み
合わせるステップが、各コンステレーション点に対し
て、前記符号化ビットの第１および第２のセットの各々
からの組み合わされた１ビットの値に応じて前記サブ・
コンステレーションの１つを選択するステップを含む、
第１１項記載の方法。 （１３）前記畳込みコードを適用するステップがそれぞ
れ、前記ビットのサブセットを一連の遅延ステージに順
番にシフトするステップであって、前記遅延ステージが
前記シフトの開始前に前の状態を記憶する、ステップ
と、前記シフトされたビットのサブセットと前記遅延ス
テージの内容との組合せから第１および第２の排他的Ｏ
Ｒシーケンスを発生するステップと、前記第１および第
２の排他的ＯＲシーケンスのビットを選択して前記符号
化ビットのセットを形成するステップとを含む、第１１
項記載の方法。 （１４）前記一連の遅延ステージが、少なくとも５つの
遅延ステージを含み、前記第１および第２の排他的ＯＲ
シーケンスが、１１１１０１₂および１０１０１１₂の発
生器マップに従ってそれぞれ発生され、前記選択するス
テップが、前記第１および第２の排他的ＯＲシーケンス
のビットを次のパンクチャマップに従って選択する、第
１３項記載の方法。

【００８０】

【数１４】

【００８１】（１５）前記シフトするステップ，前記発
生するステップおよび前記選択するステップが、前記受
信されたビットのサブセットの現在の値と前記受信され
たビットのサブセットの前の値とに対応するアドレスを
用いてルックアップテーブルをアクセスすることによっ
て遂行される、第１４項記載の方法。 （１６）前記一連の遅延ステージが、少なくとも６つの
遅延ステージを含み、前記第１および第２の排他的ＯＲ
シーケンスが、１１１１００１1₂および１０１１０１１
₂の発生器マップに従ってそれぞれ発生され、前記選択
するステップが、前記第１および第２の排他的ＯＲシー
ケンスのビットを次のパンクチャマップに従って選択す
る、第１３項記載の方法。

【００８２】

【数１５】

【００８３】（１７）前記シフトするステップ，前記発
生するステップおよび前記選択するステップが、前記受
信されたビットのサブセットの現在の値と前記受信され
たビットのサブセットの前の値とに対応するアドレスを
用いてルックアップテーブルをアクセスすることによっ
て遂行される、第１６項記載の方法。

【００８４】（１８）最下位ビット畳込み符号化方式を
含むモデム１２が開示される。モデム１２の送信側には
エンコーダ２８が含まれ、そこでは、畳込みコーダ３５
_I，３５_Qはそれぞれ、位相および振幅変調コンステレー
ションに入力される各シンボルの１ビット（好ましく
は、最下位ビット）を符号化するために使用される。こ
れにより、符号化されたビットは、変調信号の複数のサ
ブ・コンステレーションの１つを選択する。コーダ３５
_I，３５_Qはそれぞれ、３２または６４状態の有限状態マ
シンとして構成される。コードによって与えられる最小
ハミング距離ｄ_{fr ee}は“４”である。これにより、結果
としてのモデムの符号化利得は、従来の符号化方式に対
して改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の１６ＱＡＭ位相振幅変調コンステレーシ
ョンを示すコンステレーションマップである。

【図２】ケーブルモデム伝送用の従来のコーダのブロッ
ク形式の図である。

【図３】図２のコーダにおける従来の４／５畳込みコー
ダの構造を示すブロックおよび概要形式の図である。

【図４】本発明の好ましい実施の形態を実施できるケー
ブルテレビジョン（ＣＡＴＶ）網のシステム・トポロジ
図である。

【図５】本発明の好ましい実施の形態が実施できる図４
のシステムにおけるケーブルモデム網の論理的トポロジ
図である。

【図６】図５のケーブルモデムシステムにおけるプロト
コル層の関係を示す図である。

【図７】本発明の好ましい実施の形態に従って構成され
た図５の網におけるケーブルモデムのブロック形式の図
である。

【図８】本発明の好ましい実施の形態による図７のケー
ブルモデムにおけるエンコーダのブロック形式の図であ
る。

【図９】本発明の第１および第２の好ましい実施の形態
による図８のエンコーダの畳込みコーダの概要形式の図
である。

【図１０】未符号化伝送，従来の符号化および本発明の
第１および第２の好ましい実施の形態による符号化につ
いての信号対雑音比に対する誤差確率のシミュレーショ
ン・プロットの図である。

【符号の説明】

２ ヘッドエンド １０ ケーブルモデム １２ 中央局モデム １４’ 網インタフェース ２６ コンピュータ・インタフェース ２８ エンコーダ ３４ 変調器 ３５_I 第１の畳込みコーダ ３５_Q 第２の畳込みコーダ ３７ 位相および振幅変調マップ機能

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信施設を介してデータ信号を伝送する
   通信装置であって、 伝送すべきデータ信号に対応するデータ語を受信するコ
   ンピュータ・インタフェースと、 エンコーダであって、 前記コンピュータ・インタフェースに結合された、一群
   のディジタル・ビットの第１の選択されたサブセットを
   受信する第１の畳込みコーダと、 前記コンピュータ・インタフェースに結合された、前記
   一群のディジタル・ビットの第２の選択されたサブセッ
   トを受信する第２の畳込みコーダと、 ディジタル・シンボルを位相および振幅変調コンステレ
   ーションの点に配列する位相および振幅変調マップ機能
   であって、各コンステレーション点が一つのディジタル
   値に対応し、前記位相および振幅変調マップ機能が、前
   記コンピュータ・インタフェースに結合され、前記第１
   および第２の畳込みコーダによって符号化されていない
   一群のディジタル・ビット受信し、前記第１および第２
   の畳込みコーダに結合され、符号化ディジタル・ビット
   を受信する、位相および振幅変調マップ機能と、を含
   み、 前記第１および第２の畳込みコーダがそれぞれ、少なく
   とも３２個の状態を持つ有限状態マシンを含み、畳込み
   符号化方式を用いて符号化ビットの第１および第２の群
   を発生し、該符号化ビットの第１および第２の群が前記
   第１および第２の選択されたサブセットよりも多くのビ
   ットをそれぞれ有し、前記畳込み符号化方式が“４”の
   最小ハミング距離を有する、 エンコーダと、 該エンコーダに結合された、前記位相および振幅変調コ
   ンステレーションの点に応じて位相および振幅変調信号
   を発生する変調器と、 該変調器に結合された、前記変調信号で通信設備を駆動
   する網インタフェースと、 を具備する、通信装置。
2. 【請求項２】 通信設備を介して伝送するディジタル情
   報を符号化する方法であって、 前記ディジタル情報をビットストリームで受信するステ
   ップと、 前記受信されたビットストリーム内のビットの複数の群
   の各々に対して、 前記ビットの群の第１のサブセットに少なくとも３２状
   態の畳込みコードを適用して符号化ビットの第１のセッ
   トを発生するステップであって、前記畳込みコードが
   “４”の最小ハミング距離を有する、ステップと、 前記ビットの群の第２のサブセットに少なくとも３２状
   態の畳込みコードを適用して符号化ビットの第２のセッ
   トを発生するステップであって、前記畳込みコードが
   “４”の最小ハミング距離を持ち、前記符号化ビットの
   第１および第２のセットが等しい数のビットを有する、
   ステップと、 前記符号化ビットの第１および第２のセットの各々から
   １つのビットを前記第１および第２のサブセットにない
   前記ビットの群の少なくとも１つと組み合わせて位相お
   よび振幅変調コンステレーションに複数のコンステレー
   ション点を形成するステップと、 前記複数のコンステレーション点のシーケンスに応じて
   位相および振幅変調信号を発生するステップと、 を具備する、方法。