JP2004032747A - Receiver - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は搬送波を変調することによりデジタル信号を伝送する伝送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、デジタル伝送装置は様々な分野での利用が進んでいる。とりわけデジタル映像伝送技術の進展はめざましい。
【0003】
中でもデジタルTVの伝送方式が最近注目されつつある。現在デジタルTV伝送装置は放送局間の中継用として一部実用化されているにすぎない。しかし、近い将来、地上放送と衛星放送への展開が予定され各国で検討が進められている。
【0004】
高度化する消費者の要望に応えるため、HDTV放送、PCM音楽放送や情報提供放送やFAX放送等の放送サービスの内容の質と量を今後向上させる必要がある。この場合TV放送の限られた周波数帯域の中で情報量を増大させる必要がある。この帯域で伝送できる情報伝送量はその時代の技術的限界に応じて増大する。このため理想的には時代に応じて受信システムを変更し、情報伝送量を拡張できることが望ましい。
【0005】
しかし放送の視点からみた場合、公共性が重要であり長期間に至る全ての視聴者の既得権の確保が重要となる。新しい放送サービスを始める場合、既存の受信機もしくは受像機でそのサービスを享受できることが必要条件である。過去と現在、そして現在と将来の新旧の放送サービスの間の受信機もしくは受像機の互換性、放送の両立性が最も重要であるといえる。
【0006】
今後登場する新しい伝送規格、例えばデジタルTV放送規格には将来の社会の要求と技術進歩に対応できる情報量の拡張性と、既存の受信機器との間の互換性と両立性が求められている。
【0007】
ここで、これまでに提案されているTV放送の伝送方式を拡張性と両立性の観点から述べる。
【0008】
まずデジタルTVの衛星放送方式としてNTSC−TV信号を約6Mbpsに 圧縮した信号を4値PSK変調を用いTDM方式で多重化し1つのトランスポンダーで4〜20チャンネルNTSCのTV番組もしくは1チャンネルのHDTVを放送する方式が提案されている。またHDTVの地上放送方式として1チャンネルのHDTV映像信号を15Mbps程度のデータに圧縮し、16もしくは32QAM変調方式を用い地上放送を行う方式が検討されている。
【0009】
まず衛星放送方式においては現在提案されている放送方式は、単純に従来の伝送方式で放送するため1チャンネルのHDTVの番組放送に数チャンネル分のNTSCの周波数帯域を使用する。このため、HDTV番組の放送時間帯には数チャンネルのNTSC番組が受信放送できないという問題点があった。NTSCとHDTVの放送との間の受信機、受像機の互換性、両立性がなかったといえる。また将来の技術進歩に伴い必要となる情報伝送量の拡張性も全く考慮されていなかったといえる。
【0010】
次に現在検討されている従来方式のHDTVの地上放送方式はHDTV信号を16QAMや32QAMといった従来の変調方式でそのまま放送しているにすぎない。既存のアナログ放送の場合、放送サービスエリア内においてもビルかげや低地や隣接するTV局の妨害を受けるような受信状態が悪い地域が必ず存在する。このような地域においては、既存のアナログ放送の場合画質が劣化するものの、映像は再生できTV番組は視聴できた。しかし、従来のデジタルTV放送方式では、このような地域においては全く映像が再生できず、TV番組を全く視聴できないという重大な問題があった。これは、デジタルTV放送の本質的な課題を含むものでデジタルTV放送の普及に致命的となりかねない問題であった。これは従来のQAM等の変調方式の信号点の位置か等間隔に配置されていることに起因する。信号点の配置を変更もしくは変調する方式は従来なかった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、特に衛星放送におけるNTSC放送とHDTV放送の両立性、また地上放送におけるサービスエリア内の受信不能地域を大巾に減少させる伝送装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の伝送装置は、信号の入力部と、搬送波を上記入力部からの入力信号により変調し信号ベクトル図上にm値の信号点を発生させる変調部と変調信号を送信する送信部からなりデータ送信を行う送信装置と上記送信信号の入力部と、極座標系(r,θ)で表現できるベクトル図上でP値の信号点の変形PSKもしくは変形APSK変調波を復調する復調器と出力部を有する受信装置の2つの構成を有している。
【0013】
【作用】
この構成によって入力信号としてn値のデータをもつ第1データ列と第2データ列を入力させ、送信装置の変調器によりベクトル図上にm値の信号点をもつ変形m値のQAM方式の変調波を作る。このm点の信号点をn組の信号点群に分割しこの信号点群を第1データ列のnケの各データに割りあて、この信号点群の中のm/nケの信号点もしくは副信号点群に第2データ列の各データを割りあてトレ リス符号化して変調し送信装 置により送信信号を送出する。場合によっては第 3データも送出できる。
【0014】
次に、p>mなるp値の復調器を持つ受信装置においては上記送信信号を受信し信号スペースダイアグラム上のp点の信号点に対して、まずp点の信号点をn組の信号点群に分割し、第1データ列の信号を復調再生する。次に該当する信号点群の中のp/n点の信号点にp/n値の第2データ列を対応させて復調し第1データと第2データを復調再生する。この時、第1データ列もしくは/かつ第2データ列をトレリス符号化する。p=nの受信機においてはn群の信号点群を再生し、各々にn値を対応させ第1データ列のみを復調再生する。
【0015】
以上の動作により送信装置からの同一信号を受信した場合、大型アンテナと多値の復調能力をもつ受信機では第1データ列と第2データ列を復調できる。同時に小型アンテナと少値の復調能力をもつ受信機では第1データ列の受信ができる。こうして両立性のある伝送システムを構築することができる。この場合第1データ列をNTSCまたはHDTVの低域成分等の低域TV信号に、第2データ列をHDTVの高域成分等の高域TV信号に割りあてることにより、同一電波に対して少値の復調能力をもつ受信機ではNTSC信号、多値の復調能力をもつ受信機ではHDTV信号を受信できる。このことによりNTSCとHDTVの両立性のあるデジタル放送が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0017】
本発明の実施例ではデジタルHDTV信号等のデジタル信号を送信、送信機と受信する受信機の組み合わせからなる伝送装置と、磁気テープ等の記録媒体に、HDTV信号等のデジタル信号を記録し、再生する記録再生装置の双方を述べる。
【0018】
しかし本発明のデジタル変複調部と誤り訂正のエンコーダ、デコーダとHDTV信号等の画像符号化のエンコーダ、デコーダの構成動作原理は、伝送装置と記録再生装置に共通するもので基本的に同じ技術である。従って、各実施例では効率的に説明するため、伝送装置もしくは記録再生装置のいずれか一方のブロック図を用いて本発明を説明する。又本発明の各々の実施例の構成はQAM、ASK、PSKのようにConstellation上に信号点を配置する多値のデジタル変調方式であれば、どの方式でも適用できるが、一つの変調方式を用いて説明する。
【0019】
図1は本発明による伝送装置のシステム全体図を示す。入力部2と分離回路部3と変調器4と送信部5をもつ送信機1は複数の多重化された入力信号を分離回路3により第1データ列,D1、と第2データ列,D2、と第3データ列,D3に分 離し変調器4により、変調信号として送信部5より出力し、アンテナ6により、この変調信号は伝送路7により人工衛星10に送られる。この信号は人工衛星10においてはアンテナ11で受信され、中継器12により増幅され、アンテナ13により再び地球へ送信される。
【0020】
送信電波は、伝送経路21、31、41により第1受信機23、第2受信機33、第3受信機43に送られる。まず、第1受信機23ではアンテナ22を介して入力部24より入力し、復調器25により第1データ列のみが復調され、出力部26より出力される。この場合第2データ列、第3データ列の復調能力はもたない。
【0021】
第2受信機33では、アンテナ32を介して入力部34より出力した信号は復調機35により第1データ列と第2データ列が復調され、合成器37により一つのデータ列に合成され、出力部36より出力される。
【0022】
第3受信機43ではアンテナ42からの入力は入力部44に入り復調器45により第1データ列、第2データ列、第3データ列の3つのデータ列が復調され合成器47により一つのデータ群となり出力部46より出力される。
【0023】
以上のように同じ送信機1からの同一の周波数帯の電波を受けても、上述の3つの受信機の復調器の性能の違いにより受信可能な情報量が異なる。この特長により一つの電波帯で性能の異なる受信機に対してその性能に応じた両立性のある3つの情報を同時に伝送することが可能となる。例えば同一番組のNTSCとHDTVと超解像度型HDTVの3つのデジタルTV信号を伝送する場合、スーパーHDTV信号を低域成分、高域差成分、超高域差成分に分離し、各々を第1データ列、第2データ列、第3データ群に対応させれば、1チャンネルの周波数帯で両立性のある中解像度、高解像度、超高解像度の3種のデジタルTV信号を同時に放送できる。
【0024】
この場合、小型アンテナを用いた少値復調の受信機ではNTSC−TV信号を 、中型アンテナを用いた中値復調可能なの受信機ではHDTV信号を、大型アンテナを用いた多値復調可能なの受信機では超高解像度型HDTVを受信できる。図1をさらに説明するとNTSCのデジタルTV放送を行うデジタル送信機51は入力部52より第1データ群と同様のデータのみを入力し、変調器54により変調し、送信機55とアンテナ56により伝送路57により衛星10に送り伝送路58により地球へ再び送信される。
【0025】
第1受信機23では、デジタル送信機1からの受信信号を復調器24により、第1データ列に相当するデータを復調する。同様にして、第2受信機33と第3受信機43は、第1データ列と同じ内容のデータ群を復調する。つまり3つの受信機は、デジタル一般TV放送等のデジタル放送も受信できる。
【0026】
では、各部の説明をする。
図2は送信機1のブロック図である。
【0027】
入力信号は入力部2に入り、分離回路3で第1データ列信号と第2データ列信号と第3データ列信号の3つのデジタル信号に分離される。
【0028】
例えば映像信号が入力された場合、映像信号の低域成分を第1データ列信号、映像信号の高域成分を第2データ列信号、映像信号の超高域成分を第3データ列信号に割り当てることが考えられる。分離された3つの信号は、変調器4の内部の変調入力部61に入力される。ここでは外部信号に基づき信号点の位置を変調もしくは変更する信号点位置変調/変更回路67があり外部信号に応じて信号点の位置を変調もしくは変更する。変調器4の中では直交した2つの搬送波の各々に振幅変調を行い、多値のQAM信号を得る。変調入力部61からの信号は第1AM変調器62と第2AM変調器63に送られる。cos(2πfct)なる搬送波発生 器64からの搬送波のうち一つは第1AM変調器62によりAM変調され、合成器65に送られ、もう一つの搬送波はπ/2移相器66に送られ90°移相されて、sin(2πfct)の状態で第2AM変調器63に送られ、多値の振幅変調を受け た後、合成器65で、第2AM変調波と合成され、送信部5により送信信号しとして出力される。この方式そのものは従来より一般的に実施されているため詳しい動作の説明は省略する。
【0029】
図3の16値の一般的なQAMの信号スペースダイアグラムの第1象限を用い動作を説明する。変調器4で発生する全ての信号は、直交した2つの搬送波Acos2πfctのベクトル81とBsin2πfctのベクトル82の2つのベクトルの合成ベクトルで表現できる。0点からの合成ベクトルの先端を信号点と定義すると、16値QAMの場合a1、a2、a3、a4の4値の振幅値とb1、b2、b3、b4の4値 の振幅値の組み合わせにより合計16ケの信号点が設定できる。図3の第1象限では信号点83のC11、信号点84のC12、信号点85のC22、信号点86のC21の4つの信号が存在する。
【0030】
C11はベクトル0−a1とベクトル0−b1の合成ベクトルであり、C11=a1cos2πfct−b1sin2πfct=Acos(2πfct+dπ/2)となる。
【0031】
ここで図3の直交座標上における0−a1間の距離をA1、a1−a2間をA2、 0−b1間をB1、b1−b2間をB2と定義し、図上に示す。
【0032】
図4の全体ベクトル図に示すように、合計16ケの信号点が存在する。このため各点を4bitの情報に対応させることにより、4bitの情報伝送が1周期つまり1タイムスロット中に可能となる。
【0033】
図5に2進法で各点を表現した場合のその一般的な割り付け例を示す。
当然、各信号点間の距離が離れている程、受信機の方で区別し易い。従って、一般的には各信号点間の距離を、できるだけ離すような配置にする。もし、特定の信号点間の距離を近付けた場合、受信機ではその2点間の識別が困難となり、エラレートが悪くなる。従って一般的には図5のように等間隔の配置にするのが望ましいといわれている。従って16QAMの場合A1=A2/2なる信号点の配置が一般的に実施されている。
【0034】
さて、本発明の送信機1の場合、まず、データを第1データ列と第2データ列場合により第3データ列にに分割する。そして図6に示すように、16ケの信号点もしくは信号点群を4つの信号点群に分割し、第1データ列の4つのデータをまず、各々の信号点群に割り当てる。つまり第1データ列が11の場合第1データ象限の第1信号点群91の4つの信号点のうちのいずれか一つを送信し、01の場合は第2象限の第2信号点群92、00の場合、第3象限の第3信号点群93、10の場合第4象限の第4信号点群94、の中の各々4つの信号点の中から一つの信号点を第2データ列の値に応じて選択して送信する。次に16QAMの場合第2データ列の2bit、4値のデータ、64値QAMの場合4bit、16値のデータを91、92、93、94の各分割信号点群の中の4つの信号点もしくは副信号点群に図7のように割り当てる。どの象限も対象配置となる。信号点の91、92、93、94への割り当ては第1データ群の2bitデータにより優先的に決められる。こうして第1データ列の2bitと第2データ列の2bitは全く独立して送信できる。そして第1データ列は受信機のアンテナ感度が一定値以上あれば4PSK受信機でも復調できる。アンテナにさらに高い感度があれば本発明の変形16QAM受信機で第1データ群と第2データ群の双方が復調できる。
【0035】
ここで図8に、第1データ列の2ビットと第2データ列の2ビットの割り当て例を示す。
【0036】
この場合、HDTV信号を低域成分と高域成分に分け第1データ列に低域映像信号を割り当て、第2データ列に高域映像信号を割り当てることにより、4PSKの受信システムでは第1データ列のNTSC相当の映像を、16QAM又は、64QAMの受信システムでは第1データ列と第2データ列の双方が再生でき、これらを加算して、HDTVの映像を得ることができる。
【0037】
ただ図9のように信号点間距離を等距離にした場合、4PSK受信機からみて第1象限に斜線で示した部分との間のスレシホルド距離がある。スレシホルド距離をATOとするとで4PSKを送るだけならATOの振幅でよい。しかしをATOを維持しながら16QAMを送ろうとすると3ATOつまり3倍の振幅が必要である。つまり、4PSKを送信する場合に比べて、9倍のエネルギーを必要とする。何も配慮をしないで4PSKの信号点を16QAMモードで送ることは電力利用効率が悪い。また搬送波の再生も難しくなる。衛星伝送の場合使用できる電力は制約される。このような電力利用効率の悪いシステムは、衛星の送信電力が増大するまで現実的でない。将来デジタルTV放送が開始されると4PSKの受信機が大量に出回ることが予想されている。一旦普及した後にはこれらの受信感度を上げることは受信機の両立性の問題が発生するため不可能といえる。従って、4PSKモードの送信電力は減らせない。このため16QAMモードで疑似4PSKの信号点を送る場合、送信電力を従来の16QAMより下げる方式が必要となることが予想される。そうしないと限られた衛星の電力では送信できなくなる。
【0038】
本発明の特徴は図10のように図番91〜94の4つの分割信号点群の距離を離すことにより、疑似4PSK型16QAM変調の送信電力を下げることができる点にある。
【0039】
ここで受信感度と送信出力との関係を明らかにするために図1に戻りデジタル送信機51と第1受信機23の受信方式について述べる。
【0040】
まず、デジタル送信機51と第1受信機23は一般的な伝送装置で、データ伝送もしくは放送を含む映像伝送を行っている。図7に示すようにデジタル送信機51は4PSK送信機であり、の図2で説明した多値QAMの送信機1からAM変調機能を除いたものである。入力信号は入力部52を介して変調器54に入力される。変調器54では変調入力部121により、入力信号を2つの信号に分けて基準搬送波を位相変調する第1−2相位相変調回路122と基準搬送波と90°位相が異なる搬送波を変調する第2−2相位相変調回路123に送り、これらの位相変調波は合成器65で合成され、送信部55により送信される。
【0041】
この時の変調信号スペースダイアグラムを図18に示す。
4つの信号点を設定し、電力利用効率を上げるために一般的には信号点間距離は等間隔にするのが常識となっている。一つの例として、信号点125を(11)、信号点126を(01)、信号点127を(00)、信号点128を(10)と定義した場合を示す。この場合4PSKの第1受信機23が満足なデータを受信するためにはデジタル送信機51の出力に一定以上の振幅値が要求される。図18で説明すると第1受信機23がデジタル送信機51の信号を4PSKで受信するのに最低必要な送信信号の最低振幅値つまり0−a1間の距離をATOと定 義すると送信限界の最低振幅ATO以上で送信すれば、第1受信機23が受信可能となる。
【0042】
次に第1受信機23について述べる。第1受信機23は送信機1からの送信信号もしくはデジタル送信機51からの4PSKの送信信号を衛星10の中継器12を介して、小型のアンテナ22で受信し、復調器24により受信信号を4PSK信号とみなして復調する。第1受信機23は本来、デジタル送信機51の4PSKまたは2PSKの信号を受信し、デジタルTV放送やデータ送信等の信号を受信するように設計されている。
【0043】
図19は第1受信機の構成ブロック図で衛星12からの電波をアンテナ22で受信した、この信号は入力部24より入力した後、搬送波再生回路131とπ/2移相器132により搬送波と直交搬送波が再生され、各々第1位相検出回路133と第2位相検波回路134により、直交している成分が各々独立して検波され、タイミング波抽出回路135によりタイムスロット別に各々独立して識別され、第1識別再生回路136と第2識別再生回路137により2つの独立した復調信号は第1データ列再生部232により第1データ列に復調され、出力部26により出力される。
【0044】
ここで受信信号を図20のベクトル図を用いて説明する。デジタル送信機51の4PSKの送信電波に基づき第1受信機23で受信され信号は、もし伝送歪みやノイズが全くない理想的な条件では図20の151〜154の4つの信号点で表せる。
【0045】
しかし、実際は伝送路中のノイズと伝送系の振幅歪みや位相歪みの影響を受け受信された信号点は信号点の周囲のある一定の範囲に分布する。信号点から離れると隣の信号点と判別できなくなるためエラーレートが次第に増え、ある設定範囲を越えるとデータを復元できなくなる。最悪条件の場合でも設定されたエラーレート以内で復調するためには隣接信号点間距離をとればよい。この距離を2AROと定義する。4PSKの限界受信入力の時信号点151が図20の|0−aR1|≧AR0、|0−bR1|≧AR0の斜線で示す第1弁別領域155に入るように伝送システムを設定すれば、後は搬送波が再生できれば復調できる。アンテナ22の設定した最低の半径値をr0とすると、送信出力をある一定以上にすれば全て のシステムで受信できる。図18における送信信号の振幅は第1受信機23の4PSK最低受信振幅値、AR0になるようにに設定する。この送信最低振幅値をAT0と定義する。このことによりアンテナ22の半径がr0以上なら受信条件が最 悪であっても第1受信機23はデジタル送信機51の信号を復調できる。本発明の変形16QAM、64QAMを受信する場合第1受信機23は搬送波を再生することが、困難となる。このため図25(a)のように送信機1が(π/4+nπ/2)の角度上の位置に8つの信号点を配置し送信すれば、4逓倍方式により搬送波を再生できる。又、図25(b)のようにnπ/8の角度の延長線上に16ケの信号点を配置すれば搬送波再生回路131に16逓倍方式の搬送波再生方式を採用することにより信号点が縮退し疑似4PSK型16QAM変調信号の搬送波を容易に再生できる。この場合A1/(A1+A2)=tan(π/8)とな るように送信機1の信号点を設定し送信すればよい。ここでQPSK信号を受信する場合を考えてみる。図2の送信機の信号点位置変調/変更回路67のように信号点位置は(図18)のQPSK信号の信号点位置をAM等の変調を重畳することもできる。この場合第1受信機23の信号点位置復調部138は信号点の位置変調信号もしくは位置変更信号をPM,AM等の復調する。そして送信信号から第1データ列と復調信号を出力する。
【0046】
次に送信機1に戻り図9のベクトル図を用いてここで送信機1の16PSKの送信信号を説明すると図9のように信号点83の水平ベクトル方向の振幅A1を 図18のデジタル送信機51の4PSK最低送信出力ATOより大きくする。すると、図9の第1象限の信号点83、84、85、86の信号は斜線で示す第14PSK受信可能領域87に入る。これらの信号を第1受信機23で受信した場合、この4つの信号点は図20の受信ベクトル図の第1弁別領域に入る。従って、第1受信機23は図9の信号点83、84、85、86のいずれを受信しても図20の信号点151と判断し、(11)なるデータをこのタイムスロットに復調する。このデータは図8に示したように、送信機1の第1分割信号点群91の(11)、つまり第1データ列の(11)である。第2象限、第3象限、第4象限の場合も同様にして第1データ列は復調される。つまり、第1受信機23は16QAMもしくは32QAMもしくは64QAMの送信機1からの変調信号の複数のデータ列のうち、第1データ列の2bitのデータのみを復調することになる。この場合は第2データ列や第3データ列の信号は全て第1〜第4の分割信号点群91に包含されるため第1データ列の信号の復調には影響を与えない。しかし搬送波の再生には影響を与えるので後で述べるような対策が必要である。
【0047】
もし、衛星の中継器の出力に限界がないなら図9のような従来の信号点等距離方式の一般の16〜64QAMで実現できる。しかし、前述のように地上伝送と違い、衛星伝送では衛星の重量が増えると打ち上げコストが大幅に増大する。従って本体の中継器の出力限界と太陽電池の電力の限界から送信出力は制約されている。この状態はロケットの打ち上げコストが技術革新により安くならない限り当分続く。送信出力は通信衛星の場合20W、放送衛星でも100W〜200W程度である。従って、図9のような信号点等距離方式の16QAMで4PSKを伝送しようとした場合16QAMの振幅は2A1=A2であるから3ATO必要となり電力で表現すると9倍必要となる。両立性をもたせるために4PSKの9倍の電力が必要である。かつ4PSKの第1受信機も小型のアンテナで受信可能にしようとすると、現在、計画されている衛星ではこれだけの出力を得ることは難しい。例えば40Wのシステムでは360W必要となり経済的に実現できなくなる。
【0048】
ここで、考えてみると確かに全ての受信機が同じ大きさのアンテナの場合、同じ送信電力なら等距離信号点方式外地番効率がよい。しかし大きさの異なるアンテナの受信機群とを組合わせたシステムを考えてみると新たな伝送方式が構成できる。
【0049】
これを具体的に述べると4PSKは小型のアンテナを用いた簡単で低コストの受信システムで受信させ受信者数を増やす。次に16QAMは中型アンテナを用いた高性能であるが高コストの多値復調受信システムで受信させ投資に見合ったHDTV等の高付加価値サービスを行い特定の受信者に対象を限定すればシステムとして成立する。こうすれば送信出力を若干増加させるだけで4PSKと16QAM、場合により64DMAを階層的に送信することができる。
【0050】
例えば図10のようにA1=A2となるように信号点間隔をとることにより、全送信出力を下げることができる。この場合4PSKを送信するための振幅A( 4)はベクトル95で表現でき、2A1 2の平方根となる。全体の振幅A(16)は ベクトル96で表現でき(A1+A2)2+(B1+B2)2の平方根となる。
【0051】
|A(4)|2=A1 2+B1 2=ATO 2+ATO 2=2ATO 2
|A(16)|2=(A1+A2)2+(B1+B2)2=4ATO 2+4ATO 2=28ATO 2
|A(16)|/|A(4)|=2
つまり、4PSKを送信する場合の2倍の振幅、4倍の送信エネルギーで送信できる。等距離信号点で伝送する一般的な受信機では変形16値QAMの復調はできないがA1とA2の2つの閾値を予め設定することにより第2受信機33で受信できる。図10の場合、第1分割信号点群91の中の信号点の最短距離はA1 であり、4PSKの信号点間距離2A1と比べるとA2/2A1なる。A1=A2よ り1/2の信号点間距離となり、同じエラーレートを得ようとすると2倍の振幅の受信感度、エネルギーでは4倍の受信感度が必要となる。4倍の受信感度を得るには、第2受信機33のアンテナ32の半径r2を第1受信機23のアンテナ 22の半径半径r1に比べて2倍すなわちr2=2r1にすればよい。例えば第1 受信機23のアンテナが直径30cmなら第2受信機33のアンテナ直径を60cmにすれば実現できる。このことにより第2データ列の復調により、これをHDTVの高域成分に割り当てればHDTV等の新たなサービスが同一チャンネルで可能となる。サービス内容が倍増することから受信者はアンテナと受信機の投資に見合った分のサービスを受けることができる。従って第2受信機33はその分高コストでもよい。ここで、4PSKのモード受信のために最低送信電力が決まっているため、図10のA1とA2の比率により4PSKの送信電力に対する変形16APSKの送信電力比n16と第2受信機33のアンテナ半径r2が決定する。
【0052】
この最適化を計るため計算してみると、4PSKの最低必要な送信エネルギーは{(A1+A2)/A1}2倍これをn16と定義すると、変形16値QAMで受信するときの信号点間距離はA2、4PSKで受信するときの信号点間距離は2A1、信号点間距離の比率はA2/2A、であるから受信アンテナの半径をr2とすると図11のような関係となる。曲線101は送信エネルギー倍率n16と第2受信機23のアンテナ22の半径r2の関係を表す。
【0053】
点102は等距離信号点の場合の16QAMを送信する場合で、前述のとおり9倍の送信エネルギーを必要とし実用的ではない。図11からn16を5倍以上増やしても第2受信機23のアンテナ半径r2はさほど小さくならないことがグラ フからわかる。
【0054】
衛星の場合、送信電力は限定されており、一定値以上はとれない。このことからn16は5倍以下が望ましいことが明らかになる。この領域を図11の領域103の斜線で示す。例えばこの領域内なら例えば点104は送信エネルギー4倍で第2受信機23のアンテナ半径r2は2倍になる。また、点105は送信エネ ルギーが2倍でr2は約5倍になる。これらは、実用化可能な範囲にある。
【0055】
n16が5より小さいことをA1とA2で表現すると
n16=((A1+A2)/A1)2≦5
A2≦1.23A1
図10から分割信号点群間の距離を2A(4),最大振巾を2A(16)とすると、 A(4)とA(16)−A(4)はA1とA2に比例する
従って
{A(16)}2≦5{A(14)}2とすればよい
次に変形の64APSK変調を用いた例を示す。第3受信機43は、64値QAM復調ができる。
【0056】
図12のベクトル図は図10のベクトル図の分割信号点群を4値から16値に増加させた場合である。図12の第1分割信号点群91の中には信号点170を始めとして4×4=16値の信号点が等間隔に配置されている。この場合、4PSKとの両用性をもたせるため送信振巾のA1≧ATOに設定しなければならない 。第3受信機43のアンテナの半径をr3として、送信、出力信号n64と定義 した場合のr3の値を、同様にして求めると
r3 2={62/(n−1)}r1 2
となり、図13 64値QAMの半径r3−出力倍数nのようなグラフとなる。
【0057】
ただし、図12のような配置では第2受信機33で受信した場合4PSKの2bitしか復調できないので第1、第2、第3の3つの両立性を成立させるには、第2受信機33に変形64値QAM変調波から変形16値QAMを復調する機能をもたせることが望ましい。
【0058】
図14のように3階層の信号点のグルーピングを行うことにより3つの受信機の両立性が成立する。第1象限だけで説明すると、第1分割分割信号点群91は第1データ列の2bitの(11)を割りあてたことは述べた。
【0059】
次に、第1副分割信号点群181には第2データ列の2bitの(11)を割りあてる。第2副分割信号点群182には(01)を、第3副分割信号点群183には(00)を第4副分割信号点群184には(10)を割りあてる。このことは図7と等価である。
【0060】
図15の第1象限のベクトル図を用いて第3データ列の信号点配置を詳しく説明すると例えば信号点201,205,209,213を(11)、信号点202,206,210,214を(01)、信号点203,207,211,215を(00)、信号点204,208,212,216を(10)とすれば、第3データ列の2bitのデータを第1データ、第2データと独立して、3階層の2bitデータが独立して伝送できる。
【0061】
6bitのデータが送るだけでなく本発明の特徴として3つのレベルの性能の異なる受信機で、2bit,4bit,6bitの異なる伝送量のデータが伝送できしかも、3つの階層の伝送間の両立性をもたせることができる。
【0062】
ここで、3階層伝送時の両立性をもたせるために必要な信号点の配置方法を説明する。
【0063】
図15にあるように、まず、第1データ列のデータを第1受信機23で受信させるためには、A1≧ATOであることはすでに述べた。
【0064】
次に第2データ列の信号点、例えば図10の信号点91と図15の副分割信号点群の182,183,184の信号点と区別できるように信号点間距離を確保する必要がある。
【0065】
図15では2/3A2だけ離した場合を示す。この場合第1副分割信号点群1 81の内部の信号点201,202の信号点間距離はA2/6となる。第3受信 機43で受信する場合に必要な受信エネルギーを計算する。この場合、アンテナ32の半径をr3として、必要な送信エネルギーを4PSK送信エネルギーのn6 4倍であると定義すると、
r3 2=(12r1)2/(n−1)となる
このグラフは図16の曲線221で表せる。例えば点222,223の場合4PSK送信エネルギーの6倍の送信エネルギーが得られれば8倍の半径のアンテナで、また9倍の送信エネルギーなら6倍のアンテナで第1、第2、第3のデータ列が復調できることがわかる。この場合、第2データ列の信号点間距離が2/3A2と近づくため
r2 2=(3r1)2/(n−1)となり
曲線223のように若干第2受信機33のアンテナ32を大きくする必要がある。
【0066】
この方法は、現時点のように衛星の送信エネルギーが小さい間は第1データ列と第2データ列を送り、衛星の送信エネルギーが大巾に増加した将来において第1受信機23や第2受信機33の受信データを損なうことなく、また改造することなく第3データ列を送ることができるという両立性と発展性の両面の大きな効果が得られる。
【0067】
受信状態を説明するために、まず第2受信機33から述べる。前述の第1受信機23が本来半径r1の小さいアンテナでデジタル送信機51の4PSK変調信 号及び送信機1の第1データ列を復調できるように設定してあるのに対し、第2受信機33では送信機1の図10に示した16値の信号点つまり第2データ列の16QAMの2ビットの信号を完全に復調できる。第1データ列と合わせて4bitの信号を復調できる。この場合A1,A2の比率が送信機により異なる。このデータを図21の復調制御部231で設定し、復調回路に閾値を送る。これによりAM復調が可能となる。
【0068】
図21の第2受信機33のブロック図と、図19の第1受信機23のブロック図はほぼ同じ構成である。違う点は、まずアンテナ32がアンテナ22より大きい半径r2をもっている点にある。このため、より信号点間距離の短い信号を弁 別できる。次に、復調器35の内部に復調制御部231と、第1データ列再生部232と第2データ列再生部233をもつ。第1識別再生回路136は変形16QAMを復調するためAM復調機能をもっている。この場合、各搬送波は4値の値をもち、零レベルと±各2値の閾値をもつ。本発明の場合、変形16QAM信号のため、図22の信号ベクトル図のように閾値が送信機の送信出力により異なる。従って、TH16を基準化したスレシホールド値とすると、図22から明らかなように
TH16=(A1+A2/2)/(A1+A2)
となる。
【0069】
このA1,A2もしくはTH16及び、多値変調の値mの復調情報は、送信機1より、第1データ列の中に含めて送信される。また復調制御部231が受信信号を統計処理し復調情報を求める方法もとれる。
【0070】
図26を用いてシフトファクターA1/A2の比率を決定していく方法を説明する。A1/A2を変えると閾値が変わる。受信機側で設定したA1/A2が送信機側で設定したA1/A2の値から離れるに従いエラーは増える。図26の第2データ列再生部233からの復調信号を復調制御回路231にフィールドバックしてエラーレートの減る方向にシフトファクターA1/A2を制御することにより第3受信機43はシフトファクターをA1/A2を復調しなくても済むため回路が簡単になる。また送信機はA1/A2を送る必要がなくなり伝送容量が増えるという効果がある。これを第2受信機33に用いることもできる。
復調制御回路231はメモリー231aを持つ。TV放送のチャンネル毎に異なるしきい値、つまりシフト比や信号点数や同期ルールを記憶し再びそのチャンネルを受信するとき、この値を呼び出すことにより受信が速く安定するという効果がある。
【0071】
この復調情報が不明の場合、第2データ列の復調は困難となる。以下、(図24)のフローチャートを用いて説明する。
【0072】
復調情報が得られない場合でもステップ313の4PSKの復調及びステップ301の第1データ列の復調はできる。そこで、ステップ302で第1データ列再生部232で得られる復調情報を復調制御部231に送る。復調制御部231はステップ303でmが4又は2ならステップ313の4PSKもしくは2PSKの復調を行う。NOならステップ304でmが8又は16ならステップ305へ向う。NOの場合はステップ310へ向う。ステップ305ではTH8とTH16の演算を行う。ステップ306で復調制御部231はAM復調の閾値TH16を第1識別再生回路136と第2識別再生回路137に送り、ステップ307、315で変形16QAMの復調と第2データ列の再生がなされる。ステップ308でエラーレートがチェックされ、悪い場合はステップ313に戻り、4PSK復調を行なう。
【0073】
またこの場合、図22の信号点85.83はcos(ωt+nπ/2)の角度上にあるが、信号点84.86はこの角度上にない。従って図21の第2データ列再生部233より搬送波再生回路131へ第2データ列の搬送波送出情報を送り信号点84.86のタイミングの信号からは搬送波を抽出しないように設定してある。
【0074】
第2データ列が復調不能な場合を想定して送信機1は第1データ列によりを搬送波タイミング信号を間欠的に送っている。この信号により第2データ列が復調できなくても、第1データ列のみでも信号点83.85がわかる。このため、搬送波再生回路131に搬送波送出情報を送ることにより搬送波が再生できる。
【0075】
次に送信機1より、図23に示すような変形64QAMの信号が送られてきた場合、図24のフローチャートに戻るとステップ304でmが16でないか判断されステップ310でmが64以下かがチェックされ、ステップ311で等距離信号点方式でない場合、ステップ312に向かう。ここでは変形64QAM時の信号点間距離TH64を求めると
TH64=(A1+A2/2)/(A1+A2)
であり、TH16と同じである。しかし、信号点間距離が小さくなる。
【0076】
第1副分割信号点群181の中にある信号点間の距離をA3とすると、第1副 分割信号点群181と第2副分割信号点群182の距離は(A2−2A3)、基準化すると(A2−2A3)/(A1+A2)となる。これをd64と定義すると、d64が第2受信機33の弁別能力T2以下である場合、弁別できない。この場合、ス テップ313で判断し、d64が許容範囲外であればステップ313の4PSKモードに入る。弁別範囲にある場合はステップ305へ向い、ステップ307の16QAMの復調を行う。ステップ308でエラーレートが大きい場合は、ステップ313の4PSKモードに入る。
【0077】
この場合、送信機1が図25(a)に示すような信号点の変形8QAM信号を送信すれば、全ての信号点がcos(2πf+n・π/4)の角度上にあるため、4逓倍回路により、全ての搬送波が同じ位相に縮退されるため搬送波の再生が簡単になるという効果が生まれる。この場合、配慮をしていない4PSK受信機でも第1データ列の2bitは復調でき、第2受信機33では第2データ列の1b 図25(a)と図25(b)の信号点配置図は極座標方向(r,θ)にシフトした信号点を追加した場合のC−CDMの信号点を示す。さきに述べた直交座標上つまりXY方向に信号点をシフトさせたC−CDMを直交座標系C−CDMと呼び、極座標系つまりr,θ方向に信号点をシフトさせたC−CDMを極座標系C−CDMを極座標系C−CDMと呼ぶ。
【0078】
まず図25(a)の8PS−APSKの信号点配置図は、QPSKの4つの信号点の各々に極座標における半径r方向にシフトした信号点をもう1つずつ追加したものである。こうして、図25(a)に示すようにQPSKから8つの信号点をもつ極座標C−CDMのAPSKが実現する。これは極座標上において極(Pole)をシフトさせた信号点を追加したAPSKであることからShifted Pole−APSK略してSP−APSKと呼ぶ。この場合、図139に示すようにシフト ファクターS1を用いることによりQPSKに追加された信号点85の座標が定 義できる。8PS−APSKの信号点は標準のQPSKの極座標(r0,θ0)の信号点83を半径r方向にS1r0だけシフトさせた位置の信号点((S1+1) r0,θ0)を追加したものである。こうしてQPSKと同じ2bitのサブチャンネル1に1bitのサブチャンネル2が追加される。
【0079】
また、図140のコンステレーション図に示すように、座標(r0,θ0)、(r0+S1r0、θ0)の8つの信号点に半径r方向にS2roだけシフトさせた信号点を追加することにより新たに(r0+S2r0、θ0)と(r0+S1r0+S2r0、θ0)の1bitの信号点が追加される。これは2種類の配置があるため1bitのサブチャンネルが得られる。これを16PS−APSKと呼び、2bitのサブチャンネル1と1bitのサブチャンネル2と1bitのサブチャンネル3をもつ。16−PS−APSKもθ=1/4(2n+1)π上に信号点があるため図19で説明した通常のQPSK受信機で搬送波が再生できるため第2サブチャンネルは復調できないが2bitの第1サブチャンネルは復調できる。このように極座標方向にシフトするC−CDM方式はPSKとくに現在の衛星放送において主流であるQPSK受信機と互換性を保ちながら伝送情報量を拡張できるという効果がある。このためPSKを使った第一世代の衛星放送の視聴者を失うことなく第2世代のAPSKを使った多値変調の情報量の多い衛星放送へと互換性を保ちながら拡張できる。
【0080】
図25(b)の場合の信号点は極座標における角度=π/8の上にある。これは16PSKの信号点の各象限4ケのつまり計16ケの信号点のうち各象限3ケつまり12ケの信号点に限定している。限定することにより、荒く見た場合、この3ケの信号点を一つの信号点とみなし全体で4個のQPSKの信号点とみなすことができる。こうして前述場合と同様にして、QPSK受信機を用いて第1サブチャンネルを再生できる。
【0081】
これらの信号点はθ=π/4、θ=π/4+π/8、θ=π/4−π/8の角度上に配置される。 つまり角度π/4上にあるQPSKの信号点を極座標の角度方向に±π/8シフトさせた信号点を追加したものである。θ=π/4±π/8の範囲にあるため、略々θPSKのθ=π/4上の1つの信号点とみなせる。この場合のエラーレートは若干悪くなるが図19に示すQPSKの受信機23により4つの角度上の信号点とは弁別できるため復調でき2bitのデータが再生される。
【0082】
角度シフトC−CDMの場合、角度がπ/n上にある場合、搬送波再生回路は、他の実施例と同様にn逓倍回路により、搬送波は再生できる。またπ/n上にない場合は、他の実施例の場合と同様にキャリア情報を一定期間に数ケ送ることにより、搬送波が再生できる。
【0083】
また、図141に示すようにQPSK又は8−SP−APSKの信号点間の極座標における角度を2θ0、第1次角度シフトファクターをP1とすると信号点を2つに分割し角度θ方向に±P1θ0だけシフトさせることにより、QPSKの場合(r0,θ0+P1θ0)と(r0,θ0−P1θ0)の2つの信号点に分割され信号点の数が倍になる。こうして1bitのサブチャンネル−3が追加される。これをP=P1の8−SP−PSKと呼ぶ。図142に示すようにこの8−SP−P SKの信号点を半径r方向にS1r0だけシフトさせた信号点を加えたものを16−SP−APSK(P,S1型)と呼ぶ。位相が同じである8PS−PSKによ りサブチャンネル1.2が再生できる。さて、ここで図25(b)に戻る。極座標系の角度シフトを用いたC−CDMは図141のようにPSKに適用できるため、第一世代の衛星放送にも用いることができる。しかし、第2世代のAPSKの衛星放送に用いた場合、図142に示すように極座標系C−CDMはグループ内の信号点の間隔を均一にとることができない。従って電力利用効率が悪い。一方直交座標時のC−CDMはPSKとの互換性がよくない。
【0084】
図25(b)の方式は直交座標系と極座標系の双方に互換性をもつ。信号点を16PSKの角度上に配置しているので、16PSKにより復調できるとともに、信号点をグルーピングしてあるためQPSK受信機でも復調できる。また直交座標上にも配置してあるため16−SRQAMでも復調できる。QPSK、16PSK、16−SRQAMの3つの間の極座標系と直交座標系C−CDM間の互換性を実現しながら拡張できるという大きな効果がある方式である。
itが再生でき、合計3bit再生できる。
【0085】
次に第3受信機43について述べる。図26は第3受信機43のブロック図で、図21の第2受信機33とほぼ同じ構成となる。違う点は第3データ列再生部234が追加されていることと識別再生回路に8値の識別能力があることにある。アンテナ42の半径r3がr2よりさらに大きくなるため、より信号点間距離の近い信号、例えば32値QAMや64値QAMも復調できる。このため、64値QAMを復調するため、第1識別再生回路136は検信号波に対し、8値のレベルを弁別する必要がある。この場合7つの閾値レベルが存在する。このうち1つは0のため1つの象限には3つの閾値が存在する。
【0086】
図27の信号スペースダイアグラムに示すように、第1象限では3つの閾値が存在する。
【0087】
図27に示すように3つの正規化された閾値、TH164とTH264とTH364が存在する。
【0088】
TH164=(A1+A3/2)/(A1+A2)
TH264=(A1+A2/2)/(A1+A2)
TH364=(A1+A2−A3/2)/(A1+A2)
で表わせる。
【0089】
この閾値により、位相検波した受信信号をAM復調することにより、図21で説明した第1データ列と第2データ列と同様にして第3データ列のデータが復調される。図23のように第3データ列は例えば第1副分割信号群181の中の4つの信号点201、202、203、204の弁別により、4値つまり2bitとれる。こうして6bitつまり変形64値QAMの復調が可能となる。
【0090】
この時の復調制御部231は第1データ列再生部232の第1データ列に含まれる復調情報により、m、A1、A2、A3の値がわかるのでその閾値TH164と TH264とTH364を計算して第1識別再生回路136と第2識別再生回路137に送り、変形64QAM復調を確実に行うことができる。この場合復調情報にはスクランブルがかかっているので許可された受信者しか64QAMを復調できないようにすることもできる。図28は変形64QAMの復調制御部231のフローチャートを示す。(図24)の16値QAMのフローチャートと違う点のみを説明する。図28のステップ304よりステップ320になりm=32ならステップ322の32値QAMを復調する。NOならステップ321でm=64か判別し、ステップ323でA3が設定値以下から再生できないため、ステップ30 5に向い、図24と同じフローチャートになり、変形16QAMの復調を行なう。ここでステップ323に戻ると、A3が設定値以上ならステップ324で閾値 の計算を行い、ステップ325で第1、第2識別再生回路へ3つの閾値を送りステップ326で変形64QAMの再生を行い、ステップ327で第1、第2、第3データの再生を行い、ステップ328でエラーレートが大きければステップ305に向い16QAM復調をして小さければ64QAM復調を継続する。
【0091】
ここで、復調に重要な搬送波再生方式について述べる。本発明は変形16QAMや、変形64QAMの第1データ列を4PSK受信機で再生させるところに特徴の一つがある。この場合、通常の4PSK受信機を用いた場合は搬送波の再生が困難となり正常な復調ができない。これを防止するため送信機側と受信機側でいくつかの対策が必要となる。
【0092】
本発明による方法として2通りの方式がある。第1の方式は一定規則基つき間欠的に(2nー1)π/4の角度上の信号点を送る方法である。第2の方式はnπ/8の角度上に略略、全ての信号点を配置し送信する方法である。
【0093】
第一の方法は、図38に示したように4つの角度、π/4、3π/4、5π/4、7π/4の角度上にある信号点例えば信号点83、85の信号を送る時、図38の送信信号のタイムチャート図の中のタイムスロット群451のうち斜線で示す間欠的に送られる同期タイムスロット452、453、454、455をある一定の規則に基ずき設定する。そして、この期間中に必ず上記角度上の8つの信号点の中のひとつの信号点を送信する。それ以外のタイムスロットでは任意の信号点を送信する。そして送信機1は、このタイムスロットを送る上記の規則を図41に示すデータの同期タイミング情報部499に配置して送信する。
【0094】
この場合の送信信号の内容を図41を用いてさらに詳しく説明すると同期タイムスロット452、453、454、455を含むタイムスロット群451は1つの単位データ列491、Dnを構成する。
【0095】
この信号には同期タイミング情報の規則に基づき間欠的に同期タイムスロットが配置されているので、この配置規則がわかれば、同期タイムスロットにある情報を抽出することにより搬送波再生は容易にできる。
【0096】
一方データ列492のフレームの先頭部分には、Sで示す同期領域493がありこれは斜線で示す同期タイムスロットだけで構成されている。この構成により上記の搬送波再生用の抽出情報が多くなるので4PSK受信機の搬送波再生が確実にしかも早くできるという効果がある。
【0097】
この同期領域493は、S1、S2、S3で示す同期部496、497、498、等を含み、この部分には、同期のためのユニークワードや前述の復調情報が入っている。さらにITで示す位相同期信号配置情報部499もあり、この中に は、位相同期タイムスロットの配置間隔の情報や配置規則の情報等の情報が入っている。
【0098】
位相同期タイムスロットの領域の信号点は特定の位相しかもたないため搬送波は4PSK受信機でも再生できるため、位相同期部配置情報ITの内容は確実に 再生できるため、この情報入手後は搬送波を確実に再生できる。
【0099】
図41の同期領域493の次に復調情報部501があり、変形多値QAM信号を復調するときに必要なスレシホルド電圧に関する復調情報が入っている。この情報は多値QAMの復調に重要なので、図41の同期領域502のように同期領域の中に復調情報502を入れると復調情報の入手がより確実になる。
【0100】
図42はTDMA方式によりバースト状の信号を送る場合の信号配置図である。図41との違いはデータ列492、Dnと他のデータ列との間にガードタイム521が設けられ、この期間中、送信信号は送信されない。またデータ列492の先頭部には同期をとるための同期部522が設けられている。この期間中は前述の(2n−1)π/4の位相の信号点しか送信されない。従って4PSKの復調器でも搬送波が再生できる。こうしてTDMA方式でも同期及び搬送波再生が可能となる。
【0101】
次に図19の第1受信機23の搬送波再生方式について図43と図44を用いて詳しく述べる。図43において入力した受信信号は入力回路24に入り、同期検波回路541で同期検波された復調信号の1つは出力回路542に送られ出力され、第1データ列が再生される。抽出タイミング制御回路543で図41の位相同期部配置情報部499が再生され、どのタイミングで(2n−1)π/4の位相同期部の信号が入ってくるかわかり、図44のような間欠的な位相同期制御信号561が送られる。復調信号は逓倍回路545に送られ、4逓倍されて搬送波再生制御回路54に送られる。図44の信号562のように真の位相情報563の信号とそれ以外の信号を含む。タイミングチャート564の中の斜線に示すように(2nー1)π/4の位相の信号点からなる位相同期タイムスロット452が間欠的に含まれる。これを位相同期制御信号564を用いて搬送波再生制御回路544により、サンプリングすることにより位相標本信号565が得られる。これをサンプリングホールドすることにより、所定の位相信号566が得られる。この信号はループフィルタ546を通り、VCO547に送られ搬送波が再生され、同期検波回路541に送られる。こうして図39の斜線に示すような(2nー1)π/4の位相の信号点が抽出される。この信号を基に4逓倍方式により正確な搬送波が再生できる。この時、複数の位相が再生されるが図41の同期部496にユニークワードを入れることににより、搬送波の絶対位相を特定できる。
【0102】
図40のように変形64QAM信号を送信する場合、略略(2nー1)π/4の位相の斜線で示す位相同期領域471の中の信号点に対してのみ位相同期タイムスロット452、452b等を送信機は送る。このため通常の4PSK受信機では搬送波は再生できないが、4PSKの第1受信機23でも、本発明の搬送波再生回路を装備することのより搬送波が再生できるという効果がある。
【0103】
以上はコスタス方式の搬送波再生回路を用いた場合である。次に逆変調方式搬送波再生回路に本発明を用いた場合を説明する。
【0104】
図45は本発明の逆変調方式搬送波再生回路を示す。入力回路24からの受信信号は同期検波回路541により、復調信号が再生される。一方、第1遅延回路591により遅延された入力信号は4相位変調器592において上記復調信号により逆復調され搬送波信号となる。搬送波再生制御回路544を通過できた上記搬送波信号は、位相比較器593に送られる。一方VCO547からの再生搬送波は第2遅延回路594により、遅延され、位相比較器593で前述の逆変調搬送波信号と位相比較され、位相差信号はループフィルタ546を通してVCO547に供給され、受信搬送波と同位相の搬送波が再生される。この場合、図43のコスタス形搬送波再生回路と同様にして、抽出タイミング制御回路543は図39の斜線で示した領域の信号点のみの位相情報をサンプリングさせるので16QAMでも64QAMでも、第1受信機23の4PSKの変調器で搬送波を再生できる。
【0105】
次に、16逓倍方式により搬送波を再生する方式について述べる。図2の送信機1は、図46に示すように変形16QAMの信号点をnπ/8の位相に配置して変調および送信を行なう。図19の第1受信機23の方では、図48に示すような16逓倍回路661をもつコスタス型の搬送波再生回路を用いることにより、搬送波が再生できる。16逓倍回路661により、図46のようなnπ/8の位相の信号点は第1象現に縮退されるためループフィルタ546とVCO541により搬送波が再生できる。ユニークワードを同期領域に配置することにより16相から絶対位相を抽出することもできる。
【0106】
次に16逓倍回路の構成を説明する。復調信号から和回路662と差回路663により、和信号、差信号を作り、乗算器664で掛け合わせてcos2θをつくる。また乗算器665ではsin2θをつくる。これらを乗算器666で乗算し、sin4θをつくる。
【0107】
sin2θとcos2θから、同様にして、和回路667差回路668と乗算器670によりsin8θをつくる。和回路671と差回路672と乗算器によりcon8θをつくる。そして乗算器674によりsin16θをつくることにより16逓倍ができる。
【0108】
以上のような16逓倍方式により、図46のような信号点配置をした変形16QAM信号の全ての信号点の搬送波を特定の信号点を抽出することなしに再生できるという大きな効果がある。
【0109】
また図47のような配置をした変形64QAM信号の搬送波も再生できるが、いくつかの信号点は同期領域471より若干ずれているので、復調時エラーレートが増えてしまう。
【0110】
この対策として2つの方法がある。1つは同期領域をはずれた信号点の信号を送信しないことである情報量は減るが構成は簡単になるという効果がある。もう1つは図38で説明したように同期タイムスロットを設けることである。タイムスロット群451の中の同期タイムスロットの期間中に斜線で示すnπ/8の位相の同期位相領域471、471a等の信号点を送ることにより、この期間中に正確に同期をとることができるため位相誤差がすくなくなる。
【0111】
以上のようにして16逓倍方式により、簡単な受信機の構成で4PSK受信機により変形16QAMや変形64QAMの信号の搬送波を再生できるという大きな効果がある。また、さらに同期タイムスロットを設定した場合、変形64QAMの搬送波再生時の位相精度を上げるという効果が得られる。
【0112】
以上詳しく述べたように本発明の伝送装置を用いることにより、1つの電波帯域で複数のデータを階層構造で同時に伝送することができる。
【0113】
この場合に、一つの送信機に対し異なる受信感度と復調能力をもつ3つの階層の受信機を設定することにより、受信機の投資に見合ったデータ量を復調できるという特長がある。まず小さなアンテナと低分解能であるが低コストの第1受信機を購入した人受信者は第1データ列を復調再生できる。次に、中型のアンテナと中分解能の高コストの第2受信機を購入した受信者は第1、第2データ列を再生できる。また、大型のアンテナと高分解能の、かなり高コストの第3受信機を購入した人は第1、第2、第3データ列の全て復調再生できる。
【0114】
もし第1受信機を家庭用デジタル衛星放送受信機にすれば多数の一般消費者に受け容れられるような低い価格で受信機を実現できる。第2受信機は当初は大型のアンテナを必要とする上に高コストのため消費者全般には受け容れられるものではないがHDTVを視聴したい人々には多少高くても意味がある。第3受信機は衛星出力が増加するまでの間かなり大型の産業用アンテナが必要で家庭用には現実的でなく産業用途に当初は適している。例えば超高解像HDTV信号を送り、衛星により各地の映画館に伝送すれば、映画館をビデオにより電子化できる。このばあい映画館やビデオシアターの運営コストが安くなるという効果もある。
【0115】
以上のように本発明をTV伝送に応用した場合、3つの画質の映像サービスを1つの電波の周波数帯域で提供でき、しかもお互いに両立するという大きな効果がある。実施例では4PSK、変形8QAM、変形16QAM、変形64QAMの例を示したが、32QAMや256QAMでも実現できる。 また、図58や図68(a)(b)のような4値もしくは8値のASK信号に適用することもできる。また,8PSK,16PSK、32PSKでも実施できる。また実施例では衛星伝送の例を示したが地上伝送や有線伝送でも同様にして実現できることはいうまでもない。
【0116】
(実施例2)
実施例2は実施例1で説明した物理階層構造をエラー訂正能力の差別化等により論理的にさらに分割し、論理的な階層構造を追加したものである。実施例1の場合それぞれの階層チャンネルは電気信号レベルつまり物理的な復調能力が異なる。これに対し実施例2ではエラー訂正能力等の論理的な再生能力が異なる。具体的には例えばD1の階層チャンネルの中のデータを例えばD1−1とD1−2の2つ に分割し、この分割データの1つ例えばD1−1データのエラー訂正能力をD1−2データより高め、エラー訂正能力を差別化することより、復調再生時にD1−1とD1−2のデータのエラー後調能力が異なるため、送信信号のC/N値を低くしていった場合、D1−2が再生できない信号レベルにおいてもD1−1は設定したエラーレート内に収まり原信号を再生できる。これは論理的な階層構造ということができる。
【0117】
つまり、変調階層チャンネルのデータを分割し、誤り訂正符号と積符号の使用等の誤り訂正の符号間距離の大きさを差別化することによ誤り訂正能力による論理的な階層構造が追加され、さらに細かい階層伝送が可能となる。
【0118】
これを用いると、D1チャンネルはD1−1,D1−2の2つのサブチャンネル,D2チャンネルはD2−1,D2−2の2つのサブチャンネルに増える。
【0119】
これを入力信号のC/N値と階層チャンネル番号の図87を用いて説明すると、階層チャンネルD1−1は最も低い入力信号で再生できる。このCN値をdとす ると、CN=dの時、D1−1は再生されるがD1−2,D2−1,D2−2は再生されない。次にCN=C以上になるとD1−2がさらに再生され、CN=bの時D2−1が加わり、CN=aの時D2−2が加わる。このようにCNが上がるにつれて、再生可能 な階層の総数が増えていく。逆をいうとCNが下がるにつれて、再生可能な階層の総数が減っていく。これを図86の伝送距離と再生可能CN値の図で説明する。一般的に図86実線861に示すように伝送距離が長くなるに従い、受信信号のC/N値は低下する。図85で説明したCN=aとなる地点の送信アンテナからの距離をLaとし,CN=bではLb,CN=CではLc,CN=dではLd,CN=eではLeとなるとする。送信アンテナよりLdの距離より迫い地域は図85で説明したようにD1−1チャンネルのみが再生できる。このD1−1の受信可能範囲を斜線の領域862で示す。図から明らかなようにD1−1チャンネルは一 番広い領域で再生できる。同様にしてD1−2チャンネルは送信アンテナより距離 Lc以内の領域863で再生できる。距離Lc以内の範囲では領域862も含まれるためD1−1チャンネルも再生できる。同様にして領域864ではD2−1チャンネルが再生でき、領域865ではD2−2チャンネルが再生可能となる。このよう にして、CN値の劣化に伴いない伝送チャンネルが段階的に減少する階層型伝送ができる。データ構造を分離して階層構造にし、本発明の多値伝送を用いることにより、アナログ伝送のようにC/Nの劣化に伴いデータ量が次第に減少する階層型の伝送が可能となるという効果がある。
【0120】
次に、具体的な構成を述べる。ここでは物理階層2層、論理階層2層の実施例を述べる。図87は送信機1のブロック図である。基本的には実施例1で説明した図2の送信機のブロック図と同じなので詳しい説明は省略するが、エラー訂正符号エンコーダが付加されている点が異なる。これをECCエンコーダと略す。分離回路3は1−1、1−2、2−1、2−2の4つの出力をもち、入力信号をD1−1、D1−2、 D2−1、D2−2の4つの信号に分離して出力する。このうち、D1−1、D1−2信号は第1ECCエンコーダ871aに入力され、各々、主ECCエンコーダ872aと副ECCエンコーダ873aに送られ、誤り訂正の符号化がなされる。
【0121】
ここで主ECCエンコーダ872aは副ECCエンコーダ873aよりも強力なエラー訂正能力をもっている。このため、図85のCN−階層チャンネルのグラフで説明したように、復調再生時、D1−1チャンネルはD1−2チャンネルより低いC/N値においてもD1−1は基準エラーレート以下で再生できる。D1−1はD1−2よりC/Nの低下に強い論理的な階層構造となっている。誤り訂正されたD1−1、D1−2信号は合成器874aでD1信号に合成され、変調器4に入力される。一方、D2−1、D2−2信号は第2ECCエンコーダ871bの中の各々主エンコーダ872bと副ECCエンコーダ873bにより誤り訂正符号化され合成器874bによりD2信号に合成され、変調器4により入力される。主ECCエンコーダ 872bは副ECCエンコーダ873bよりエラー訂正能力が高い。この場合、変調器4はD1信号、D2信号より階層型の変調信号を作り、送信部5より送信される。以上のように図87の送信機1はまず実施例1で説明した変調によるD1 、D2の2層の物理階層構造をもっている。この説明は既に述べた。次に、エラ ー訂正能力の差別化によりD1−1とD1−2叉はD2−1、D2−2の各々2層の論理的階層構造をもっている。
【0122】
次にこの信号を受信する状態を説明する。図88は受信機のブロック図である。図87の送信機の送信信号を受信した第2受信機33の基本構成は、実施例1の図21で説明した第2受信機33とほぼ同じ構成である。ECCデコーダ876a、876bを追加した点が異なる。この場合、QAM変復調の例を示すが、図58や図68(a)(b)のような4値もしくは8値のVSB等のASK信号に適用することもできる。また、PSK、FSK変復調でもよい。
【0123】
さて、図88において、受信された信号は復調器35によりD1、D2信号として再生され分離器3a、3bにより、各々D1−1とD1−2、D2−1、D2−2の4つの信号がつくられ、第1ECCデコーダ876aと第2ECCデコーダ876bに入力される。第1ECCデコーダ876aでは、D1−1信号が主ECCデコーダ 877aにより誤り訂正されて合成部37に送られる。一方、D1−2信号は副E CCデコーダ878aにより誤り訂正され合成部37に送られる。同様にして第2ECCデコーダ876bにおいてD2−1信号は主ECCデコーダ877bにお いて、D2−2信号は副ECCデコーダ878bにおいて誤り訂正され、合成部37に入力される。誤り訂正されたD1−1、D1−2、D2−1、D2−2信号は合成部37において1つの信号となり出力部36より出力される。
【0124】
この場合、論理階層構造によりD1−1はD1−2より、またD2−1はD2−2より誤り訂正能力が高いため図85で説明したように、入力信号のC/N値がより低い状態においても所定の誤り率が得られ、原信号を再生できる。
【0125】
具体的にHigh Code Gainの主ECCデコーダ877a,877bとLow Code Gainの副ECCデコーダ878a,878bの間に誤り訂正能力の差別化を行う方法を述べる。副ECCデコーダに図165(b)のECC Decoderの図に示すようなリードソロモン符号やBCH符号のような標準的な符号間距離の符号化方式を用いた場合、主ECCデコーダにリードソロモン符号とリードソロモン符号の両者の積符号や長符号化方式や図128(d)(e)(f)に示すTrellis Decoder744p、744q、744rを用 いた誤り訂正の符号間距離の大きい符号化方式を用いることにより誤り訂正能力つまりCode Gainに差をつけることができる。こうして論理的階層構造を実現できる。符号間距離を大きくする方法は様々な方法が知られているため他の方式に関しては省略する。本発明は基本的にはどの方式も適用できる。
【0126】
また図160、図167のブロック図に示すように送信部にインターリーバー744Kを、受信部にデインターリーバー759K、936bを設け、図168(a)のInter leave Table954により、インターリーブをかけ、デインター リーバー936bのデインターリーブRAM936×で、デコードすることにより、伝送系のバーストエラーに対して強い伝送が可能となり、画像が安定する。
【0127】
ここで論理的な階層構造を図89のC/Nと誤り訂正後のエラーレートの関係図を用いて説明する。図89において、直線881はD1−1チャンネルのC/N とエラーレートの関係を示し、直線882はD1−2チャンネルのC/Nと訂正後 のエラーレートの関係を示す。
【0128】
入力信号のC/N値が小さくなればなる程、訂正後のデータのエラーレートは大きくなる。一定のC/N値以下では誤り訂正後のエラーレートがシステム設計時の基準エラーレートEth以下に収まらず原データが正常に再生されない。さて、図89において徐々にC/Nを上げてゆくとD1−1信号の直線881が示す ようにC/Nがe以下の場合D1チャンネルの復調ができない。e≦C/N<d の場合D1チャンネルの復調はできるが、D1−1チャンネルのエラーレートはEthを上回り、原データを正常に再生できない。
【0129】
C/N=dの時、D1−1は誤り訂正能力がD1−2より高いため、誤り訂正後のエラーレートは点885dに示すようにEth以下になり、データを再生できる。一方、D1−2の誤り訂正能力はD1−1ほど高くないため訂正後のエラーレートがD1−1ほど低くないため訂正後のエラーレートがE2とEthを上回るため再生できない。従ってこの場合D1−1のみが再生できる。
【0130】
C/Nが向上してC/N=Cになった時、D1−2の誤り訂正後のエラーレート が点885Cに示すようにEthに達するため、再生可能となる。この時点ではD2−1、D2−2つまりD2チャンネルの復調は不確実な状況にある。C/Nの向上 に伴い、C/N=b’においてD2チャンネルが確実に復調できるようになる。
【0131】
さらにC/Nが向上しC/N=bになった時点で、D2−1のエラーレートが点 885bに示すようにEthまで減少し、D2−1が再生できるようになる。この 時、D2−2のエラーレートはEthより大きいため再生できない。C/N=aに なって点885aに示すようにD2−2のエラーレートがEthにまで減少しD2−2チャンネルが再生できるようになる。
【0132】
このようにして、誤り訂正能力の差別化を用いることにより物理階層D1、D2チャンネルをさらに2層の論理階層を2分割し、計4層の階層伝送ができるという効果が得られる。
【0133】
この場合、データ構造を高階層のデータが欠落しても原信号の一部が再生できるような階層構造にし、本発明の多値伝送と組み合わせることにより、アナログ伝送のようにC/Nの劣化に伴いデータ量が次第に減少する階層型伝送が可能となるという効果がある。特に、近年の画像圧縮技術は急速に進歩しているため、画像圧縮データを階層構造とし階層伝送と組み合わせた場合、同一地点間において、アナログ伝送よりはるかに高画質の映像を伝送すると同時に、アナログ伝送のように段階的に受信信号レベルに応じて画質を低くしながら広い地域で受信できる。このように従来のデジタル映像伝送にはなかった階層伝送の効果をデジタルによる高画質を保ちながら得ることができる。
【0134】
また、画像Segmentデータのアドレスデータや画像圧縮時の基準画像データや、図66のラスクランブル部に示すスクランブル解除データや、フレーム同期信号等のHDTV信号の画像伸長に最も重要なデータをHigh Priority Data D1−1として図88、図133、図170、図172のH igh code GainのECC Encorder743aで送信し、受信機43のHigh code gainのECC Decoder758で受信する。この方式ではC/Nが劣化して、信号のエラーレートが増えてもHigh Priority Data D1−1のエラーレートはさほど増えないため 、デジタル映像特有の致命的な画質の破壊は防げ、往々に画質が劣化するGraceful Degradationの効果が得られる。図133、図170の変調部749、復調部760は前述の16QAM、32QAMでも、後の実施例4で述べる図57の4VSBや図68の8VSBでも8PSKでもGraceful Degradationの効果が得られる。
【0135】
また、図133、図156に示すように、High Priority Dataを2nd data stream input744の中のECC Encoder744aとTrellis Encoder744bでHigh code gainの誤り符号化を行い、Low Priority dataをECC encoder743aのみでLow code gainの誤り符号化を行うことにより、受信時のHigh Priority dataとLowPriority dataのエラーレートを大きく差をつけることができる。このため伝送系の大巾なC/Nの劣化に対しても、High Priority Dataは受信できるため、自動車TV受信機のように受信条件の悪い受信機のようにC/Nの劣化が激しい用途においても、Low Priority Dataの劣化に伴い、画質は劣化する。しかしHigh Priority Dataは再生されるため画素ブロックの配置情報は再生されるため、画像が破壊されることなく、解像度やノイズが劣化した画像が得られ、視聴者はTV番組をみることが可能となるという著しい効果が得られる。
【0136】
(実施例3)
以下本発明の第3の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0137】
図29は実施例3の全体図である。実施例3は本発明の伝送装置をデジタルTV放送システムに用いた例を示し、超高解像度の入力映像402は、第1画像エンコーダー401の入力部403に入力し、分離回路404により、第1データ列と第2データ列と第3データ列に分離され、圧縮回路405により圧縮され出力される。
【0138】
他の入力映像406,407,408は各々第1画像エンコーダー401と同様の構成の第2画像エンコーダー409,410,411により圧縮され出力される。
【0139】
これらの4組のデータのうち、第1データ列の4組の信号は、多重器412の第1多重器413によりTDM方式等の時間的に多重化されて、第1データ列として、送信機1に送られる。
【0140】
第2データ列の信号群の全部もしくは1部は多重器414により多重化され、第2データ列として送信機1に送られる。また、第3データ列の信号群の全部もしくは1部は多重器415により多重化され、第3データ列として送信機1に送られる。
【0141】
これらを受けて送信機1では3つのデータ列を変調器4により実施例1で述べた変調を行い、送信部5によりアンテナ6と伝送路7により、衛星10に送り中継器12により、第1受信機23等の3種の受信機に送られる。
【0142】
第1受信機23では伝送路21により半径r1の小径のアンテナ22で受けて 、受信信号の中の第1データ列のみを第1データ列再生部232で再生し、第1画像デコーダー421によりNTSC信号もしくはワイドNTSC信号等の低解像度の映像出力425と426を再生し出力させる。
【0143】
第2受信機33では、半径r2の中径のアンテナ32で受けて、第1データ列 再生部232と第2データ列再生部233により第1データ列と第2データ列を再生し、第2画像デコーダー422により、HDTV信号等の高解像度の映像出力427もしくは映像出力425、426を再生し出力させる。
【0144】
第3受信機43では、半径r3の大径のアンテナ33で受けて、第1データ列 再生部232と第2データ列再生部233と第3データ列再生部234により、第1データ列と第2データ列と第3データ列を再生し、ビデオシアターや映画館用の超高解像度HDTV等の超高解像度の映像出力428を出力する。映像出力425、4266,427も出力できる。一般のデジタルTV放送は、デジタル送信機51から放送され、第1受信機23で受信した場合、NTSC等の低解像の映像出力426として出力される。
【0145】
では、次に図30の第1画像エンコーダー401のブロック図に基ずき、構成を詳しく述べる。超高解像度の映像信号は入力部403に入力され、分離回路404に送られる。分離回路404ではサブバンドコーディング方式により4つの信号に分離する。QMF等の水平ローパスフィルタ451と水平ハイパスフィルタ452により、水平低域成分と水平高域成分に分離され、サブサンプリング部453,454により、各々の成分はサンプリングレートを半分にした後、水平低域成分は垂直ローパスフィルタ455と垂直ハイパスフィルタ456により、各々水平低域垂直低域信号、略してHLVL信号と水平低域垂直高域信号、略してHLVH信号に分離され、サブサンプリング部457と458により、サンプリングレートを落として圧縮部405に送られる。
【0146】
水平高域成分は、垂直ローパスフィルタ459と垂直ハイパスフィルタ460により、水平高域垂直低域信号、略してHHVL信号と、水平高域垂直低域信号、略してHHLH信号に分離され、サブサンプリング部461,462によりサンプリングレートを下げて、圧縮部405に送られる。
【0147】
圧縮部405ではHLVL信号を第1圧縮部471でDCT等の最適の圧縮を行い第1出力部472より第1データ列として出力する。
【0148】
HLVH信号は第2圧縮部473で圧縮され第2出力部464に送られる。HH VL信号は第3圧縮部463により圧縮され第2出力部464へ送られる。HHVH信号は分離回路465により高解像度映像記号(HHVH1)と超高解像度映像 信号(HHVH2)に分けられ、HHVH1は第2出力部464へ、HHVH2は第3出力部468へ送られる。
【0149】
次に図31を用いて第1画像デコーダー421を説明する。第1画像デコーダー421は第1受信機23からの出力、第1データ列つまりD1を入力部501 に入力しデスクランブル部502によりスクランブルを解いた後伸長部503により、前述のHLVL信号に伸長した後画面比率変更回路504と出力部505により画面比率を変更してNTSC信号の画像506、NTSC信号でストライプ画面の画像507、ワイドTVのフル画面の画像508もしくは、ワイドTVのサイドパネル画面の画像509を出力する。この場合、ノンインタレースもしくはインタレースの2つの走査線のタイプが選べる。走査線もNTSCの場合525本と二重描画による1050本が得られる。また、デジタル送信機51からの4PSKの一般のデジタルTV放送を受信した場合は、第1受信機23と第1画像デコーダ421によりTV画像を復調、再生できる。次に図32の第2画像デコーダーのブロック図を用いて第2画像デコーダーを説明する。まず第2受信機33からのD1信号は第1入力部521より入力し、第1伸長部522で伸長さ れ、オーバーサンプリング部523により2倍のサンプリングレートになり垂直ローパスィルタ524により、HLVL信号が再生される。D2信号は第2入力部 530より入力し、分離回路531により3つの信号に分離され、第2伸長部532と第3伸長部533と、第3伸長部534により各々伸長及び、デスクランブルされ、オーバーサンプリング部535、536、537により2倍のサンプリングレートとなり、垂直ハイパスフィルター538、垂直ローパスフィルタ539、垂直ハイパスフィルタ540により送られる。HLVL信号とHLVH信号は加算器525で加算され、オーバーサンプリング部541と水平ローパスフィルター542により水平低域映像信号となり、加算器543に送られる。HHVL信号とHHVH1信号は加算器526により加算され、オーバーサンプリング部544と水平ハイパスフィルター545により水平高域映像信号になり加算器543によりHDTV等の高解像度映像信号HD信号となり出力部546からHDTV等の画像出力547が出力される。場合によりNTSC信号も出力される。
【0150】
図33は第3画像デコーダーのブロック図でD1信号は第1入力部521から D2信号は第2入力部530から入力し高域画像デコーダー527により前述の 手順でHD信号が再生される。D3信号は第3入力部551より入力し超高域部 画像デコーダー552により伸長、デスクランブル、および合成されHHVH2信号が再生される。この信号はHD信号と合成器553で合成され超高解像度TV信号、S−HD信号となり出力部554より超高解像度映像信号555が出力される。
【0151】
次に図29の説明で触れた多重器401の具体的な多重化方法について述べる。
【0152】
図34はデータ配列図であり、第1データ列、D1と第2データ列、D2と第3データ列D3に6つのNTSCチャンネルL1、L2、L3、L4、L5、L6 と6つのHDTVチャンネルM1〜M6と6つのS−HDTVチャンネルH1〜 H6をTの期間中に、時間軸上にどう配置するかを描いたものである。図34はまずTの期間にD1信号にL1からL6をTDM方式等で時間多重により配置す るものである。D1のドメイン601に第1チャンネルのHLVL信号を送る。次 にD2信号のドメイン602には第1チャンネルに相当する時間領域に第1チャ ンネルのHDTVとNTSCとの差分情報M1つまり、前述のHLVH信号とHH VL信号とHHVH1信号を送る。またD3信号のドメイン603には第1チャンネルのスーパーHDTV差分情報H1,すなわち図30で説明したHHVHー2H1を送る。
【0153】
ここで第1チャンネルのTV局を選択した場合を説明する。まず小型アンテナと第1受信機23と第1画像デコーダ421のシステムをもつ一般の受信者は図31のNTSCもしくはワイドNTSCのTV信号が得られる。次に中型アンテナと第2受付信機33と第2画像エンコーダ422をもつ特定の受信者はチャンネル1を選択した場合第1データ列、D1のドメイン601と第2データ列、D2のドメイン602の信号を合成してチャンネル1のNTSC番組と同じ番組内容のHDTV信号を得る。
【0154】
大型アンテナと多値復調できる第3受信機43と第3画像デコーダー423をもつ映画館等の一部の受信者はD1のドメイン601とD2のドメイン602とD3のドメイン603の信号を合成し、チャンネル1のNTSCと同じ番組内容で 映画館用の画質の超解像度HDTV信号を得る。2から3までの他のチャンネルも同様にして再生される。
【0155】
図35は別のドメインの構成である。まずNTSCの第1チャンネルはL1に配置されている。このL1はD1信号の第1タイムドメインのドメイン601の 位置にあり、先頭部にNTSC間のデスクランブル情報と実施例1で説明した復調情報を含む情報S11が入っている。次にHDTVの第1チャンネルはL1とM1に分割されて入っている。M1はHDTVとNTSCとの差分情報であり、D2のドメイン602とドメイン611の両方に入っている。この場合6Mbp sのNTSC圧縮信号を採用しL1に収容すると、M1の帯域は2倍の12Mbpsになる。L1とM1とを合わせると18Mbpsの帯域が第2受信機33と第2画像デコーダ423から復調再生可能である。一方、現在提案されている圧縮方法を用い約15Mbpsの帯域でHDTV圧縮信号を実現することができる。従って図35の配置でチャンネル1でHDTVとNTSCを同時に放送できる。この場合チャンネル2ではHDTVの再生はできない。S21はHDTVのデスクランブル情報である。また、スーパーHDTV信号はL1とM1とH1に分割して放送される。スーパーHDTVの差分情報はD3のドメイン603,61 2,613を用い、NTSCを6Mbpsに設定した場合、合計36Mbps送れ、圧縮を高くすれば映画館用画質の走査線約2000本のスーパーHDTV信号も伝送できる。
【0156】
図36の配置図はD3で6つのタイムドメインを占有させスーパーHDTV信 号を伝送した場合を示す。NTSC圧縮信号を6Mbpsに設定した場合9倍の54Mbpsが伝送できる。このためより高画質のスーパーHDTVを伝送できる。
【0157】
以上は、送信信号の電波の水平もしくは垂直の偏波面の片方を利用する場合である。ここで水平と垂直の2つの偏波面を使うことにより、周波数利用効率は2倍となる。以下に説明をする。
【0158】
図49は第1データ列の水平偏波信号DV1と垂直偏波信号DH1及び第2データ列の同じくDV2とDH2、第3データ列のDV3とDH3の信号配置図を示す。この場合、第1データ列の垂直偏波信号DV1にNTSC等の低域TV信号が入っており第1データ列の水平偏波信号DH1に高域TV信号が入っている。従って、垂直偏波アンテナしかもっていない第1受信機23は,NTSC等の低域信号を再生できる。一方、垂直、水平の両方向の偏波アンテナをもつ第1受信機23は、例えば、L1とM1信号を合成しHDTV信号を得ることができる。つまり、第1受信機23を用いた場合、アンテナの能力により、一方ではNTSCが、他方ではNTSCとHDTVが再生できるため2方式が両立するという大きな効果がある。
【0159】
図50はTDMA方式にした場合で、各データバースト721の先頭部に同期部731とカード部741が設けられている。又、フレームの先頭部には同期情報部720が設けられている。この場合は、各タイムスロット群が、各々1つのチャンネルが割りあてられている。例えば、第1タイムスロット750で第1チャンネルの全く同じ番組のNTSC、HDTV、スーパーHDTVを送ることができる。各々のタイムスロット750〜750eが完全に独立している。従って特定の放送局が特定のタイムスロットを用いてTDMA方式で放送する場合、他局と独立してNTSC、HDTV、スーパーHDTVの放送ができるという効果がある。又、受信側も水平偏波アンテナで第1受信機23をもつ構成の場合NTSCTV信号を両偏波アンテナなら、HDTVを再生できる。第2受信機33にすると低解像度のスーパーHDTVを再生できる。第3受信機43にするとスーパーHDTV信号を完全に再生できる。以上のように両立性のある放送システムを構築出来る。この場合、図50のような配置で、バースト状のTDMA方式でなく、図49のような連続信号の時間多重も可能である。また図51に示すような信号配置にすればより高解度のHDTV信号を再生できる。
【0160】
以上述べたように実施例3により超高解像度型HDTV、HDTVとNTSC−TVの3つの信号の両立性のあるデジタルTV放送が可能になるという顕著な 効果がある。とくに映画館等に伝送した場合、映像を電子化することができるという新たな効果がある。
【0161】
ここで、本発明による変形QAMをSRQAMと呼び、具体的なエラーレートについて述べる。
【0162】
まず、16SRQAMのエラーレートを計算する。図99は16SRQAMの信号点のベクトル図である。第1象限において、16QAMの場合、信号点83a、83b、84a、85、83a等の各16ヶの信号点の間隔は等間隔であり、全て2δである。
【0163】
16QAMの信号点83aは座標軸のI軸、Q軸よりδの距離にある。ここで16SRQAMにする場合、nをシフト値と定義すると、信号点83aはシフトして、座標軸からの距離をnδの位置の信号点83へ移動させる。この場合nは
0<n<3
である。また他の信号点84a、86aもシフトして信号点84、86の位置に移動する。
【0164】
第1データ列の誤り率をPe1とすると
【0165】
【数1】
【0166】
第2データ列の誤り率をPe2とすると
【0167】
【数2】
【0168】
となる。
次に36SRQAMもしくは32SRQAMのエラーレートを計算する。図100は36SRQAMの信号ベクトル図である。第1象限において36QAMの信号点間距離は2δであると定義する。
【0169】
36QAMの信号点83aは座標軸よりδの距離にある。この信号点83aは36SRQAMになると信号点83の位置にシフトし、座標軸よりnδの距離となる。各々の信号点はシフトして信号点83、84、85、86、97、98、99、100、101となる。9ヶの信号点からなる信号点群90を一つの信号点とみなして、変形4PSK受信機で受信し、第1データ列D1のみー再生した 場合の誤り率をPe1とし、信号点群90の中の9個の信号点を各々弁別し、第2データ列D2を再生した場合の誤り率をPe2とすると
【0170】
【数3】
【0171】
となる。
この場合、図101のC/N〜エラーレート図はエラーレートPeと伝送系のC/Nとの関係を計算した一例を示す。曲線900は比較のため従来方式の32QAMのエラーレートを示す。直線905はエラーレートが10の−1.5乗の直線を示す。本発明のSRQAMのシフト量nを1.5とした場合の第1階層D1のエラーレートは曲線901aとなり、エラーレートが10−1.5において曲線 900の32QAMに対してC/N値が5dB下がってもD1は同等のエラーレ ートで再生できるという効果がある。
【0172】
次にn=1.5の場合の第2階層D2のエラーレートは曲線902aで示され る。エラーレートが10−1.5において、曲線900に示す32QAMに比べてC/Nを2.5dB上げないと同等のエラーレートで再生できない。曲線901b、曲線902bはn=2.0の場合のD1、D2を示す。曲線902CはD2を示 す。これをまとめると、エラーレートが10の−1.5乗の値において22n= 1.5、2.0、2.5の時、32QAMに比べて各々D1は5、8、10dB 改善され、D2は2.5dB劣化する。
【0173】
32SRQAMの場合にシフト量nを変化させた場合に所定のエラーレートを得るのに必要な第1データ列D1と第2データ列D2のC/N値を図103のシフト量nとC/Nの関係図で示す。図103をみると明らかなように、nが0.8以上であれば、階層伝送つまり第1データ列D1と第2データ列D2の伝送に必要なC/N値の差が生まれ、本発明の効果が生じることがわかる。従って、32SRQAMの場合n>0.85の条件下で効果がある。16SRQAMの場合のエラーレートは図102のC/Nとエラーレートの関係図のようになる。
【0174】
図102において曲線900は16QAMのエラーレートを示す。曲線901a、901b、901cは各々第1データ列D1のn=1.2、1.5、1.8 の 場合のエラーレートを示す。曲線902a、902b、902cは各々第2 データ列D2のn=1.2、1.5、1.8の場合のエラーレートを示す。
【0175】
図104のシフト量nとC/Nの関係図は16SRQAMの場合にシフト量nを変化させた場合に特定のエラーレートを得るのに必要な第1データ列D1と第 2データ列D2のC/Nの値を示したものである。図104から明らかなように 16SRQAMの場合n>0.9であれば本発明の階層伝送が可能となることがわかる。以上からn>0.9なら階層伝送が成立する。
【0176】
ここで具体的にデジタルTVの地上放送に本発明のSRQAMを適用した場合の一例を示す。図105は地上放送時の送信アンテナと受信アンテナとの距離と、信号レベルとの関係図を示す。曲線911は送信アンテナの高さが1250ftの場合の受信アンテナの信号レベルを示す。まず、現在検討が進められているデジタルTV放送方式において要求される伝送系の要求エラーレートを10の−1.5乗と仮定する。領域912はノイズレベルを示し、点910はC/N=15dBになる地点で従来方式の32QAM方式の受信限界点を示す。このL=60mileの地点においてデジタルのHDTV放送が受信できる。
【0177】
しかし、天候等の受信条件の悪化により時間的にC/Nは5dBの巾で変動する。C/N位が閾値に近い受信状況においてC/Nが低下すると急激にHDTVの受信が不能となる問題を持っている。また地形や建築物の影響により、少なくとも10dB程度の変動が見込まれ、60mileの半径内の全ての地点で受信できる訳でない。この場合、アナログと違いデジタルの場合完全に映像が伝送できない。従って従来のデジタルTV放送方式のサービスエリアは不確実なものであった。
【0178】
一方、本発明の32SRQAMもしくは図68に示す8−VSBの場合、前述のように図133、図137の構成により3層の階層となる。第1ー1階層D1−1でMPEGレベルの低解像度NTSC信号を送り、第1−2階層D1−2でNTSC等の中解像度TV成分を送り、第2階層D2でHDTVの高域成分を送ることができ る。例えば図105において第1−2階層のサービスエリアは点910aのように 70mile地点まで拡大し、第2階層は910bのように、55mile地点まで後退する。図106の32SRQAMのサービスエリア図はこの場合のサービスエリアの面積の違いを示す。図106はコンピュータシミュレーションを行い、図53のサービスエリア図をより具体的に計算したものである。図106において領域708、703c、703a、703b、712は各々従来方式の32QAMのサービスエリア、第1−1階層D1−1のサービスエリア、第1−2階層D1−2のサービスエリア、第2階層D2のサービスエリア、隣接アナログ局のサービス エリアを示す。このうち、従来方式の32QAMのサービスエリアのデータは従来開示されているデータを用いている。
【0179】
従来方式の32QAMの放送方式では名目上60マイルのサービスエリアを設定できる。しかし、実際は天候や地形の条件変化により受信限界地近傍においてきわめて受信状態が不安定であった。
【0180】
しかし、本発明の36SRQAMを用い、第1−1階層D1−1でMPEG1グレードの低域TV成分を第1−2階層D1−2でNTSCグレードの 中域TV成分を送信 し、第2階層D2でHDTVの高域TV成分を送信することにより、図106の ように高解像度グレードのHDTVのサービスエリアの半径が5マイル縮小するものの、中解像度グレードのEDTVのサービスエリアの半径が10マイル以上拡大し、低解像度のLDTVのサービスエリアは18マイル拡大するという効果が生まれる。図107はシフトファクターnもしくはs=1.8の場合のサービスエリアを示し、図135は図107のサービスエリアを面積で示したものです。
【0181】
このことにより、一番目に従来方式では、受信条件が悪い地域において存在した受信不能地域においても本発明のSRQAM方式を適用することにより、少なくとも設定したサービスエリア内においては殆んどの受信機で中解像度もしくは低解像度グレードでTV放送を受信できるような送信が可能となる。従って通常のQAMでは発生するビルかげや低地の受信不能領域と隣接アナログ局からの妨害を受けるような地域において本発明を用いることによりこの受信不能地域が大巾に減少し、これに伴い実質的な受信者数を増大できる。
【0182】
二番目に従来のデジタルTV放送方式では高価なHDTV受信機と受像機をもつ受信者しか放送を受信できなかったため、サービスエリア内においても一部の受信者しか視聴できなかった。しかし本発明では従来のNTSCやPALやSECAM方式の従来型のTV受像機を持っている受信者もデジタル受信機のみを増設することにより、デジタルHDTV放送の番組をNTSCグレードもしくはLDTVグレードではあるが受信可能になるという効果がある。このため受信者はより少ない経済的負担で番組が視聴できる。
【0183】
同時に総受信者数が増えるためTV送信者側はより多くの視聴者を得られるためTV事業としての経営がより安定するという社会的効果が生まれる。
【0184】
三番目に中低解像度グレードの受信地域の面積はn=2.5の場合、36%従来方式に比して拡大する。拡大に応じて受信者が増える。サービスエリアの拡大と受信者数の増加によりその分TV事業者の事業収入が増大する。このことによりデジタル放送の事業リスクが減りデジタルTV放送の普及が早まることが期待できる。
【0185】
さて、図107の32SRQAMのサービスエリア図にみるように、nもしくはs=1.8の場合も同様の効果が得られる。シフト値nを変更することにより 、各々の放 送局がHDTV受像機とNTSCTV受像機の分布状況等の地域特 有の条件や事情に応じてnを変更し、SRQAMのD1とD2のサービスエリア703aと703bを最適な条件に設定することにより、受信者は最大の満足を放送局は最大の受信者数を得ることができる。
【0186】
この場合
n>1.0
の時、以上のような効果が得られる。
従って、32SRQAMの場合nは
1<n<5
となる。
同様にして16SRQAMの場合nは
1<n<3
となる。
【0187】
この場合図99、図100のようにシフトさせて第1と第2階層を得るSRQAM方式において、16SRQAM、32SRQAM、64SRQAMにおいてnが1.0以上であれば、地上放送において本発明の効果が得られる。
【0188】
実施例では映像信号を伝送した場合を説明したが音声信号を高域部もしくは高分解能部と低域部もしくは低分解能部にわけ、それぞれ第2データ列、第1データ列として本発明の伝送方式を用いて伝送すると、同様の効果が得られる。
【0189】
PCM放送、ラジオ、携帯電話に用いるとサービスエリアが広がるという効果がある。
【0190】
また、実施例3では図133に示すように時間分割多重(TDM)方式と組み合わせてTDMによるサブチャンネルを設け、ECC Encoder743a とECC Encoder743bに示すように2つのサブチャンネルのエラー訂正のコードゲインを差別化することにより、各サブチャンネルの閾値に差をつけ多値型伝送のサブチャンネルを増やすことができる。この場合、図137に示すように4VSB、8VSB、16VSBのVSB−ASK信号の2つのサブチャンネルのTrellis Encoder等のECCエンコーダーのCode gainsを変えてもよ い。詳しい説明は後述する実施例6の図131の説明と同じであるため省略する。
【0191】
図131のブロック図は磁気記録再生装置で図137のブロック図は伝送装置である。伝送装置の送信機のUp converter;受信機のDown convertorを各々、磁気記録再生装置の磁気ヘッド記録信号増巾回路、磁気ヘッド再生信号増巾回路に置き換えることにより両者は全く、同じ構成になることがわかる。従って、変復調部の構成と動作は全く同じである。同様にして図84の磁気記録再生システムは図156の伝送システムと同じ構成であることがわかる。また構成を簡単にしたい場合は、図157、更に簡単にしたい場合は図158のような構成にすることができる。
【0192】
図106のシミュレーションにおいては第1−1サブチャンネルD1−1と第1−2サ ブチャンネルD1−2と間に5dBのCoding Gainの差をつけた場合を示している。SRQAMは“C−CDM”とよばれる本発明の信号点符号分割多重方式(Constellation−Code Division Multiplex)をrectangle−QAMに応用したものである。C−CDMはTDMやFDMと独立した多重化方式である。コードに対応した信号点コードを分割することにより、サブチャンネルを得る方式である。この信号点の数を増やすことによりTDMやFDMにはない伝送容量の拡張性が得られる。このことは従来機器とほぼ完全な互換性を保ちながら実現する。このようにC−CDMは優れた効果をもつ。
【0193】
さて、C−CDMとTDMを組み合わせた実施例を用いたが周波数分割多重方式(FDM)と組み合わせても、同様の閾値の緩和効果が生まれる。例えば、TV放送に用いた場合、図108のTV信号の周波数分布図に示すようになる。従来のアナログ放送例えばNTSC方式の信号はスペクトラム725のような周波数分布をしている。一番大きな信号は映像のキャリア722である。カラーのキャリア723や音声のキャリア724はそれほど大きくない。お互いの干渉を避けるため、デジタル放送の信号をFDMにより2つの周波数に分ける方法がある。この場合、図に示すように映像のキャリア722を避けるように第1キャリア726と第2キャリア727に分割し各々第1信号720と第2信号721を送ることにより干渉は軽減できる。第1信号720により低解像度TV信号を大きな出力で送信し、第2信号721により高解像度信号を小さな出力で送信することにより、妨害を避けながらFDMによる階層型放送が実現する。
【0194】
ここで図134に従来の方式32QAMを用いた場合の図を示す。サブチャンネルAの方が出力が大きいため、閾値はThreshold1はサブチャンネルBの閾値Theshold2に比べて4〜5dB小さくて良い。従って4〜5dB閾値の差をもつ2 層の階層型放送が実現する。しかし、この場合、受信信号のレベルがTheshold2 以下になると情報量の大巾を占める第2信号721aの斜線で示す信号の全部が全く受信できなくなり、情報量の少ない第1信号720aしか受信できなくなり、第2階層では画質の著しく悪い画像しか受信できない。
【0195】
しかし、本発明を用いた場合、図108に示すようにまず第1信号720にC−CDMにより得られる32SRQAMを用いてサブチャンネル1ofAを追加する。この閾値の低いサブチャンネル1ofAにさらに低解像度の成分をのせる。第2信号721を32SRQAMとし、サブチャンネル1ofBの閾値を第1信号の閾値Thershold2に合わせる。すると信号レベルがThreshold−2に下がっ ても受信できなくなる。領域は斜線で示す第2信号部721aのみとなり、サブチャンネル1ofBとサブチャンネルAが受信できるため伝送量はあまり減らない。従って第2階層においても画質の良い画像がTh−2の信号レベルにおいても受信できるという効果がある。
【0196】
一方のサブチャンネルに普通解像度の成分を伝送することにより、さらに階層の数が増え、低解像度のサービスエリアが拡がるという効果も生まれる。この閾値の低いサブチャンネルに音声情報叉は同期情報、各データのヘッダー等の重要な情報を入れることにより、この重要な情報は確実に受信できるため安定した受信が可能となる。第2信号721に、同様の手法を用いると、サービスエリアの階層が増える。HDTVの走査線が1050本の場合、525本に加えて、C−CDMにより775本のサービスエリアが加わる。
【0197】
このようにして、FDMとC−CDMを組み合わせるとサービスエリアが拡大するという効果が生まれる。この場合FDMにより2つのサブチャンネルを設けたが3つの周波数に分割し、3つのサブチャンネルを設けてもよい。
【0198】
次にTDMとC−CDMを組み合わせて妨害を避ける方法を述べる。図109に示すようにアナログTV信号には水平帰線部732と映像信号部731がある。水平帰線部732の信号レベルが低いことと、この期間中は妨害を受けても画面に出力されないことを利用する。デジタルTV信号の同期をアナログTV信号と合わせ、水平帰線部732の期間の水平帰線同期スロット733、733aに重要なデータ、例えば同期信号等を送るか高い出力で多くのデータを送ることができる。このことにより、妨害を増やさないでデータ量を増やしたり出力を上げられるという効果がある。なお垂直帰線部735、735aの期間に同期させて垂直帰線同期スロット737、737aを設けても同様の効果が得られる。
【0199】
図110はC−CDMの原理図である。叉、図111は16QAMの拡張版のC−CDMのコード割り当て図を示し、図112は32QAM拡張版のコード割り当て図を示す。図110、111に示すように256QAMは第1、2、3、4層740a、740b、740c、740dの4つの層に分けられ、各々4、16、64、256ケのセグメントを持つ。第4層740dの256QAMの信号点コードワード742dは8bitの“11111111”である。これを2bitずつ4つのコードワード741a、741b、741c、741dに分割し、各第1、2、3、4層740a、740b、740c、740dの信号点領域742a、742b、742c、742dに各々“11”、“11”“11”、“11”を割り当てる。かくして、2bitずつのサブチャンネルすなわち、サブチャンネル1、サブチャンネル2、サブチャンネル3、サブチャンネル4ができる。これを信号点符号分割多重方式という。図111は16QAMの拡張版の具体的な符号配置を示し、図112は36QAMの拡張版を示す。C−CDM多重化方式は独立したものである。従って従来の周波数分割多重方式(FDM)や時間分割多重方式(TDM)と組み合わせることにより、更にサブチャンネルが増やせるという効果がある。こうしてC−CDM方式により新しい多重化方式を実現できる。Rectangle−QAMを用いてC−CDMを説明したが、信号点をもつ 他の変調方式例えば他の形のQAMやPSK、ASK、そして周波数領域を信号点とみなし、FSKも同様に多重化できる。
【0200】
例えば前述の8PS−APSKのサブチャンネル1のエラーレートは
【0201】
【数4】
【0202】
サブチャンネル2のPe2−8は
【0203】
【数5】
【0204】
16−PS−APSK(PS型)のサブチャンネル1のエラーレートは
【0205】
【数6】
【0206】
サブチャンネル2のエラーレートは
【0207】
【数7】
【0208】
サブチャンネル3のエラーレートは
【0209】
【数8】
【0210】
で現せる。
(実施例4)
以下本発明の第4の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【0211】
図37は実施例4の全体のシステム図である。実施例4は実施例3で説明した伝送装置を地上放送に用いたもので、ほぼ同じ構成、動作である。実施例3で説明した図29との違いは、送信用のアンテナ6aが地上伝送用アンテナになっている点と各受信機の各々のアンテナ21a,31a,41aが地上伝送用アンテナになっている点のみである。その他の動作はまったく同じであるため重復する説明を省略する。衛星放送と違い、地上放送の場合は送信アンテナ6aと受信機との距離が重要となる。遠距離にある受信機は到達電波が弱くなり、従来の送信機で単に多値QAM変調した信号では全く復調できず番組を視聴することはできない。
【0212】
しかし本発明の伝送装置を用いた場合、図37のように遠距離にアンテナ22aがある第1受信機23は変形64QMA変調信号もしくは変形16QAM変調信号を受信して4PSKモードで復調し第1データ列のD1信号を再生するのでNTSCのTV信号が得られる。従って電波が弱くても中解像度でTV番組を視聴できる。
【0213】
次に中距離にアンテナ32aがある第2受信機33では到達電波が充分強いため変形16または64QAM信号から第2データ列と第1データ列を復調できHDTV信号が得られる。従って同じTV番組をHDTVで視聴できる。
【0214】
一方、近距離にあるか超高感度のアンテナ42aをもつ第3受信機43は電波が変形64QAM信号の復調に充分な強度であるため第1、2、3、データ列D1,D2,D3を復調し超高解像度HDTV信号が得られる。同じTV番組を大型映画と同じ画質のスーパーHDTVで視聴できる。
【0215】
この場合の周波数の配置方法は図34、図35、図36の図を用いて時間多重配置を周波数配置に読み代えることにより説明できる。図34のように1から6チャンネルまで周波数がわり割当られている場合D1信号にNTSCのL1を第1チャンネルに、D2信号の第1チャンネルのM1にHDTVの差分情報を、D3信号の第1チャンネルのH1に超高解像度HDTVの差分情報を配置することによりNTSCとHDTVと超解像度HDTVを同一のチャンネルで送信することができる。また図35、図36のように他のチャンネルのD2信号やD3信号を使用することが許可されれば、より高画質のHDTVや超高解像度HDTVが放送できる。
【0216】
以上のように互いに両立性のある3つのデジタルTV地上放送を1つのチャンネルもしくは他のチャンネルのD2,D3信号領域を使用して放送できるという効果がある。本発明の場合、同じチャンネルで同じ内容のTV番組を中解像度であれば、より広範囲の地域で受信できるという効果がある。
【0217】
デジタル地上放送として16QAMを用いた6MHzの帯域のHDTV放送等が提案されている。しかしこれらの方式はNTSCとの両立性がないため同じ番組をNTSCの別チャンネルで送信するサイマルキャスト方式の採用が前提となっている。また16QAMの場合、伝送できるサービスエリアが狭くなることが予想されている。本発明を地上放送に用いることにより別にチャンネルを設ける必要がなくなるだけでなく、遠距離の受信機でも中解像度で番組を視聴できるため放送サービスエリアが広いという効果がある。
【0218】
図52は従来提案されている方式のHDTVのデジタル地上放送時の受信妨害領域図を示すもので、従来提案されている方式を用いたHDTVのデジタル放送局701からHDTVの受信できる受信可能領域702と隣接するアナログ放送局711の受信可能領域712を示している。両者の重複する重複部713においてはアナログ放送局711の電波妨害により、少なくともHDTVを安定して受信することができなくなる。
【0219】
次に図53は本発明による階層型の放送方式を用いた場合の受信妨害領域図を示す。本発明は従来方式と同一の送信電力の場合、電力利用効率が低いため、HDTVの高解像度受信可能領域703は上述の従来方式の受信可能領域702より若干狭くなる。しかし、従来方式の受信可能領域702より広い範囲のデジタルNTSC等の低解像度受信可能領域704が存在する。以上の2つの領域から構成される。この場合のデジタル放送局701からアナログ放送局711への電波妨害は図52で示した従来方式と同レベルである。
【0220】
この場合、本発明ではアナログ放送局711からのデジタル放送局701への妨害は3つの領域が存在する。1つはHDTVもNTSCも受信できない第1妨害領域705である。第2は妨害を受けるもののNTSCを妨害前と同様に受信できる第2妨害領域706で一重斜線で示す。ここではNTSCはC/Nが低くても受信可能な第1データ列を使用しているためアナログ局711の電波妨害によりC/Nが低下しても妨害の影響範囲は狭い。
【0221】
第3は妨害前はHDTVが受信できていたが妨害後はNTSCのみ受信できる第3妨害領域707で2重斜線で示す。
【0222】
以上のようにして従来方式より妨害前のHDTVの受信領域は若干狭くなるが、NTSCを含めた受信範囲は広くなる。さらにアナログ放送局711からの妨害により従来方式ではHDTVが妨害により受信できなかった領域においてもHDTVと同一の番組をNTSCで受信可能となる。こうして番組の受信不能領域が大巾に削減するという効果がある。この場合、放送局の送信電力を若干増やすことにより、HDTVの受信可能領域は従来方式と同等になる。さらに従来方式では全く番組を視聴できなかった遠方地域や、アナログ局との重複地域において、NTSCTVの品位で番組が受信できる。
【0223】
また2階層の伝送方式を用いた例を示したが、図78の時間配置図のように3階層の伝送方式を用いることもできる。HDTVをHDTV、NTSC、低解像度NTSCの3つのレベルの画像に分離し、送信することにより、図53の受信可能領域は2層から3層に広がり最外層は広い領域となるとともに2階層伝送では全く受信不可能であった第1妨害領域705では低解像度NTSCTVの品位で番組が受信可能となる。以上はデジタル放送局がアナログ放送に妨害を与える例を示した。
【0224】
次にデジタル放送がアナログ放送に妨害を与えないという規制条件のもとにおける実施例を示す。現在米国等で検討されている空きチャンネルを利用する方式は、隣接して同じチャンネルを使用する。このため後から放送するデジタル放送は既存のアナログ放送に妨害を与えてはならない。従ってデジタル放送の送信レベルを図53の条件で送信する場合より下げる必要がある。この場合、従来方式の16QAMや4ASK変調の場合、図54の妨害状態図に示すように二重斜線で示した受信不能領域713が大きいためHDTVの受信可能領域708は大巾に小さくなってしまう。サービスエリアが狭くなり、その分受信者が減るためスポンサーが減る。従って従来方式では放送事業が経済的に成立しにくいことが予想されている。
【0225】
次に図55に本発明の放送方式を用いた場合を示す。HDTVの高解像度受信可能領域703は、従来方式の受信可能領域708より若干狭くなる。しかし、従来方式より広い範囲のNTSC等の低解像度受信可能領域704が得られる。一重斜線で示す部分は、同一番組をHDTVレベルでは受信できないが、NTSCレベルで受信できる領域を示す。このうち第1妨害領域705においてアナログ放送局711からの妨害を受け、HDTVも、NTSCも両方受信できない。
【0226】
以上のように同じ電波強度の場合、本発明の階層型放送ではHDTV品位の受信可能地域は若干狭くなる一方で、同一番組をNTSCTVの品位で受信できる地域が増える。このため放送局のサービスエリアが増えるという効果がある。より多くの受信者に番組を提供できる効果がある。HDTV/NTSCTVの放送事業を、より経済的に安定して成立させることができる。将来デジタル放送受信機の比率が増えた段階ではアナログ放送への妨害規則は緩和されるため電波強度を強くすることができる。この時点でHDTVのサービスエリアを大きくすることができる。この場合、第1データ列と第2データ列の信号点の間隔を調整することにより図55で示したデジタルHDTVINTSCの受信可能地域とデジタルNTSCの受信可能地域を調整することができる。この場合、前述のように第1データ列に、この間隔の情報を送信することにより、より安定して受信ができる。
【0227】
図56は、将来デジタル放送に切り替えた場合の妨害状況図を示す。この場合、図52と違い隣接局はデジタル放送を行うデジタル放送局701aとなる。送信電力を増やすことができるため、HDTV等の高解像度受信可能領域703はアナログTV放送と同等の受信可能領域702まで拡大できる。
【0228】
そして両方の受信可能領域の競合領域714では互いに妨害を受けるため通常の指向性のアンテナでは番組をHDTVの品位では再生できないが、受信アンテナの指向性の方向にあるデジタル放送局の番組をNTSCTVの品位で受信できる。また非常に高い指向性のアンテナを用いた場合アンテナの指向性方向にある放送局の番組をHDTVの品位で受信できる。低解像度受信可能領域704は、アナログTV放送の標準の受信可能領域702より広くなり、隣接の放送局の低解像度受信可能領域704aの競合領域715、716ではアンテナの指向性の方向にある放送局の番組がNTSCTVの品位で再生できる。
【0229】
さて、かなり将来のデジタル放送の本格普及時期においては規制条件がさらに緩和され、本発明の階層型の多値放送により広いサービスエリアのHDTV放送が可能となる。この時点においても、本発明の階層型の多値放送方式を採用するにより従来方式と同程及の広い範囲のHDTV受信範囲を確保するとともに従来方式では受信不可能であった遠方地域や競合地域においてもNTSCTVの品位で番組が受信できるため、サービスエリアの欠損部が大巾に減少するという効果がある。
【0230】
(実施例5)
実施例5は本発明を振巾変調つまりASK方式に用いた場合の実施例である
図57は実施例5の4値のVSB−ASK信号信号点配置図を示し、4つの信号点721、722、723、724をもつ。図68(a)は8値のVSB信号のConstellationを示す。4値の場合2bitのデータ、8値の場合4bitのデータを1周期で送ることができる。4VSBの場合、信号点721、722、723、724を例えば00、01、10、11に対応させることができる。
【0231】
本発明による多値型伝送を行うために、図58の4levelVSB等の4levelASKの信号点配置図に示すように、信号点721、722を1つのグループつまり第1の信号点群725として扱い、信号点723、724を別のグループ、第2の信号点群726と定義する。そして2つの信号点群の間の間隔を等間隔の信号点の間隔より広くする。つまり信号点721、722の間隔をLとすると信号点723、724の間隔は同じLで良いが、信号点722と信号点723の間隔LoはLより大きく設定する。
【0232】
つまり Lo>L
と設定する。これが本発明の階層型の多値伝送システムの特徴である。ただしシステムの設計によっては条件や設定により一時的もしくは恒久的にL=Loに なって も良い。8値のVSBの場合、図68(a)(b)のようなConst ellationとなる。
【0233】
そして図59(a)のように2つの信号点群に第1データ列D1の1bitの データを対応させることができる。例えば第1の信号点群725を0、第2の信号点群726を1と定義すれば、第1データ列の1bitの信号が定義できる。次に第2データ列D2の1bitの信号を各信号群の中の2つの信号点群に対応 させる。例えば、図59(b)のように信号点721、723をD2=0とし、 信号点722、724をD2=1とすれば第2データ列D2のデータを定義できる。この場合も2bit/シンボルとなる。
【0234】
このように信号点を配置することにより、ASK方式で本発明の多値伝送が可能となる。階層型の多値伝送システムは信号対雑音比つまりC/N値が充分高い時は従来の等間隔信号点方式と変わりはない。しかし、C/N値が低い場合、従来方式では全くデーターを再生できない条件においても本発明を用いることにより第2データ列D2は再生できなくなるが、第1データ列D1は再生できる。これを説明するとC/Nが悪くなった状態は図60の4VSB−ASKの信号点配置図のように示せる。つまり受信機で再生した信号点はノイズや伝送歪等により、分散信号点領域721a722a、723a、724aの広い範囲にガウス分布状に分散する。このような場合、4値のスライサーによるスライスレベル2による信号点721と信号点722の区別や、スライスレベル4による信号点723と信号点724の区別が難しくなる。つまり第2データ列D2のエラーレートが 非常に高くなる。しかし図から明らかなよ うに信号点721,722のグルー プと信号点723,724のグループとの区別は容易である。つまり第1の信号点群725と第2の信号点群726との区別ができる。このため、第1データ列D1は低いエラーレートで再生できることに なる。
【0235】
こうして2つの階層のデータ列D1とD2が送受信できる。従って伝送システムのC/Nの良い状態及び地域では第1データ列D1と第2列D2の両方がC/Nの悪い状態及び地域では第1データ列D1のみが再生される多値型伝送ができると いう効果がある。
【0236】
図61は送信機741のブロック図で入力部742は第1データ列入力部743と第2データ列入力部744から構成される。搬送波発生器64からの搬送波は入力部742からの信号を処理部745でまとめた入力信号により乗算器746において振巾変調され、図62(a)のような4値もしくは8値のASK信号となる。4ASKもしくは8ASK信号は、さらにバンドパスフィルタ747により帯域制限され、図62(b)のようにCarrierが少し残留したSide BandをもつVestigial Side BandつまりVSB信号のASK信号となり 出力部748から出力される。
【0237】
ここでフィルタを通過した後の出力波形について述べる。図62(a)はASK 変調信号の周波数分布図である。図のようにキャリアの両側に側波帯がある。この信号をフィルタ747のバンドパスフィルタ図62(b)の送信信号749のよ うにキャリア成分を少し残して片側の側波帯を取り去る。これをVSB信号というが、f0を変調周波数帯域とすると、約f0/2の周波数帯域で送信できるため、周波数利用効率が良いことが知られている。図60のASK信号は元来2bit/シンボルであるがVSB方式を用いると4VSBと8VSBは同一周波数帯域で16QAM、32QAMの4bit/シンボルの5bit/シンボルに相当する情報量が伝送できる。
【0238】
次に図63のブロック図で示すVSB受信機751では地上のアンテナ32aで受けた信号は入力部752を経て、チャンネル選択により可変する可変発振器754からの信号と、混合器753において混合され、低い中間周波数に変換される。次に検波器755において検波され、LPF756によりベースバンド信号となり4VSBの場合は4levelのSlicer、8VSBの場合は8levelのSlicerをもつ識別再生器757により第1データ列D1と第2 データ列D2が再生され第1データ列出力部758と第2データ列出力部759 から出力される。
【0239】
次にこの送信機と受信機を用いてTV信号を送る場合を説明する。図64は映像信号送信機774のブロック図である。HDTV信号等の高解像度TV信号は第1画像エンコーダー401の入力部403に入力し、サブバンドフィルター等 の映像の分離回路404により、HLVL,HLVH,HHVL,HHHH等の高域TV信号と低域TV信号に分離される。この内容は実施例3で図30を用いて説明したので詳しい説明は省略する。分離されたTV信号は圧縮部405において、MPEG等で用いられているDPCMDCT可変長符号化や等の手法を用いて符号化される。動き補償は入力部403において処理される。圧縮された4つの画像データは合成器771によって第1データ列D1と第2データ列D2の2つのデータ列となる。この場合HLVL信号つまり低域の画像信号は第1データ列に含まれる。送信機の741の第1データ列入力部743と第2データ列入力部744に入力され振巾変調を受け、VSB等のASK信号となり、地上アンテナから放送される。
【0240】
このデジタルTV放送のTV受信機全体のブロック図が図65である。地上アンテナ32aで受信した放送信号はTV受信機781の中の受信機751の入力部752に入力され、検波復調部760により受信者が希望する任意のチャンネルの信号が選局され復調され、第1データ列D1と第2データ列D2が再生され第1データ列出力部758と第2データ列出力部759から出力される。詳しい説明は重なるため省く。D1,D2信号は分離部776に入力される。D1信号は分 離器777により分離されHLVL圧縮成分は第1入力部521に入力される。他方は合成器778によりD2信号と合成され第2入力部531に入力される。第 2画像デコーダにおいて第1入力部521に入ったHLVL圧縮信号は、第1伸長部523によりHLVL信号に伸長され画像合成部548と画面比率変更回路779に送られる。元のTV信号がHDTV信号の場合、HLVL信号はワイドのNTSC信号になり、元の信号がNTSC信号の場合、MPEG1のようなNTSCより品位が低い低解像度TV信号になる。
【0241】
この説明では元の映像信号をHDTV信号と設定しているため、HLVL信号はワイドNTSCのTV信号となる。TVの画面アスペクト比が16:9であれば16:9の画面比率のまま出力部780を介して映像出力426として出力する。もし、TVの画面アスペクト比が4:3であれば、画面比率変更回路779により16:9から4:3の画面アスペクト比のレターボックス形式かサイドパネル形式に変更して出力部780を介して映像出力425として出力する。
【0242】
一方、第2データ列出力部759からの第2データ列D2は、分離部776の 合成器778において分離器777の信号と合成され、第2画像デコーダの第2入力部531に入力され、分離回路531によりHLVH、HHVL、HHVHの圧縮信号に分離されて各々第2伸張部535、第3伸長部536、第4伸長部に送られ、伸長されて元のHLVH、HHVL、HHVH信号となる。これらの信号にHLVL信号を加え、画像合成部548に入力され、合成されて1つのHDTV信号となり出力部546より出力され、出力部780を介してHDTVの映像信号427として出力される。
【0243】
この出力部780は第2データ列出力部759の第2データ列の誤まり率を誤まり率検知部782で検知し、エラーレートが高い状態が一定時間続いた場合は一定時間自動的にHLVL信号の低解像度の映像信号を出力させたり、映像出力を停止させたり、フィルタを作動させたり、同期を回復させたり等のシステムのコントロール命令を出す。
【0244】
以上のようにして、階層型放送の送信、受信が可能となる。伝送条件が良い場合、例えばTV送信アンテナが近い放送に対しては、第1データ列と第2データ列の両方が再生できるので、HDTVの品位で番組を受信できる。また送信アンテナとの距離が遠い放送に対しては、第1データ列を再生し、このVLHL信号か ら低解像度のTV信号を出力する。このことにより、HDTVの品位もしくはNTSCTVの品位で同一番組をより広い地域で受信できるという効果がある。
【0245】
また図66のTV受信機のブロック図のように第1データ列出力部768だけに受信機751の機能を縮小すると受信機は第2データ列およびHDTV信号を扱わなくてもよくなるため、構成が大巾には簡略化できる。画像デコーダーは 図31で説明した第1画像デコーダ421を用いればよい。この場合NTSCTVの品位の画像が得られる。HDTVの品位では番組を受信できないが受信機のコストは大巾に安くなる。従って広く普及する可能性がある。このシステムでは従来のTVディスプレイをもつ多くの受信システムを変更しないでアダプターとして追加することにより、デジタルTV放送が受信できるという効果がある。
【0246】
なお、図66に示すようにスクランブルをかけた4VSB,8VSB信号を受信する場合、4VSB,8VSB信号で送信されるスクランブル解除信号とデスクランブラー502の中のDescramble番号メモリー502cの番号をDescramble番号照合器502bにより照合し、一致している場合のみDescrambleを解除することにより特定のスクランブル番組のスクランブルを正当に解除することができる。
【0247】
図67のような構成にするとPSK信号を復調する衛星放送受信機とVSB信号を復調する地上放送受信機の機能をもつ受信機を簡単に構成できる。この場合、衛星アンテナ32から受信したPSK信号は発振器787からの信号と混合器786において混合され、低い周波数に変換されTV受信機781の入力部34に入力され、図63で説明した混合器753に入力される。衛星TV放送の特定のチャンネルの低い周波数に変換されたPSK、もしくはQAM信号は復調部35によりデータ列D1、D2が復調され、分離部788を介して第2画像エンコーダ422により、画像信号として再生され、出力部780より出力される。一方、地上用のアンテナ32aにより受信されたデジタル地上放送とアナログ放送は、入力部752に入力され図63で説明したのと同じプロセスで混合器753により特定のチャンネルが選択され、検波され、低域のみのベースバンド信号となる。アナログ衛星TV放送に混合器753に入り復調される。デジタル放送の場合は、識別再生器757によりデータ列D1とD2が再生され第2画像デコーダ422により映像信号が再生され、出力される。また地上と衛星のアナログTV放送を受信する場合は映像復調部788によりAM復調されたアナログTV信号が出力部780より出力される。図67の構成をとると混合器753が衛星放送と地上放送で共用できる。また第2画像デコーダ422も共用できる。又、デジタル地上放送でASK信号を用いた場合、AM復調のため従来のアナログ放送と同様の検波器755とLPF756等の受信回路を兼用できる。以上のように図67の構成にすると大巾に受信回路を共用化し、回路を削減するという効果がある。
【0248】
また、実施例では4値のASK信号を2つのグループに分け、D1、D2の2層の各1bitの多値伝送を行った。しかし、図68(a)(b)の8VSB信号のConstellation図に示す、8値のASK信号つまり8level−VSBを用いるとD1、D2、D3の3層の各1bitの合計3bit/sym bolの多値伝送を行うことができる 。図68(a)に示すように、まず1b it目の符号のつけ方を説明すると、D3信号の信号点は信号点721aと72 1b、722aと722 b、723aと723b、724aと724bの2値つまり1bitである。次に次の1bitの符号化を説明すると、D2の信号点は 信号点群721と722、信号点群723と724の2値の1 bitである。 D3のデータは大信号点群725と726の2値の1bitとな る。この場合、図57の4つの信号点721、722、723、724を各2ヶの信号点721aと721b、722aと722b、723aと723b、724aと724bに分離し、各グループの間の距離を離すことにより最大3層の階層型の多値伝送が可能となる。前述のようにL=L0にすることもできる。
【0249】
この3層の多値伝送システムを用いて3層等のデジタルHDTVの映像伝送を行うことは実施例3と実施例4で説明したもので動作の詳しい説明は省略する。
【0250】
ここで、図68の8値のVSBによるTV放送を行うことによる効果について述べる。8VSBは伝送情報量が多い反面、同じC/N値に対するエラーレートは4VSBより高い。しかし高画質のHDTV放送を行う場合、伝送容量に余裕があるためエラー訂正符号が多く入るため、エラーレートを下げたり、また将来階層型のTV放送が可能となるという効果がある。
【0251】
ここで4VSBと8VSBと16VSBの効果について比較しながら述べる。
NTSCやPALの周波数帯を用いて地上放送を行う場合、図136に示したようにNTSCの場合6MHzの帯域制限があり約5MHzの実質的な伝送帯域が許される。4VSBの場合、周波数利用効率は4bit/Hzであるため、実質的に5MHz×4=20Mbpsのデータ伝送容量がある。一方、デジタルHDTV信号の伝送には少なくとも15Mbps〜18Mbps必要である。このため、4−VSBではデータ容量に余裕がないため、図169の比較図に示すように誤り訂正符号のための冗長度をHDTVの実質伝送量の10〜20%しかとれない。
【0252】
次に8−VSBの場合、周波数利用効率は6bit/HZであるため5MHz×6=30Mbpsのデータ伝送容量が得られる。上述のようにHDTV信号の伝送には15〜18MHz必要であるが、8VSB変調方式の場合、図169に示すようにHDTV信号の実質伝送量の50%以上の情報量を誤り訂正の符号に用いることができる。従って、同じデータレートのHDTVデジタル信号を6MHzの帯域で地上放送するという条件のもとでは、8VSBの方がより大容量の誤り訂正符号を付加できるため、図161のエラーレートカーブ805と806に示すように、伝送系の同じC/N値に対して、エラー訂正のCode Gainを高くしたTCM−8VSBの方がエラー訂正後のエラーレートがエラー訂正のCode Gainの低い4VSBより低くなる。従って、High coda gainでエラー符号化された8VSBの方が4VSBより、TV地上放送におけるサービスエリアが拡がるという効果がある。確かに8VSBの方が誤り訂正回路の増大により、受信機の回路がより複雑になる欠点がある。しかしVSB・ASK方式は、振巾変調方式のため、位相成分を含むQAM変調方式に比べて、元々受信機のEqualizerの回路規模が大巾に小さい。このため誤り訂正回路を追加しても、全体の回路規模は8VSB方式の方が32QAM方式に比べて大きくならない。従って、8VSB方式により、サービスエリアが広く、全体の回路規模の適切なデジタルHDTV受信機が実現する。
【0253】
なお、具体的な誤り訂正方式の例としては、後の実施例5等で説明するが、図84や実施例6の図131、図137、図156、図157の送受信機のブロック図のECC744aとTrellis Encoder744bを用い、図61で説明した4VSB、8VSB、16VSBのVSBの変調部749を用いて送信する。受信機側としては、図63を用いて説明したVSBの復調部760を用いて4VSBもしくは8VSBもしくは16VSB信号から4、8、16値のlevel slicer757によりデジタルデータを再生し、同じく後の実施例5等で説明する図84、実施例6の図131、図137、図156、図157のTrellis Decoder759bとECC Decoder759aにより、誤り訂正をした後、画像デコータ402の画像伸長器により、デジタルHDTV信号を再生し、出力する。
【0254】
ECC Encoder744aは実施例6で説明する図160(a)、(b)に示すように、Reed solomon Encoder744jとInterleaver744kを用い、ECC Decoder759aにはDeInterleaver759kとReed solomon Decoder759jを用いる。前の実施例で述べたようにInterleaveをかけることにより、バーストエラーに強くなる。
【0255】
図128(a)(b)(c)(d)(e)(f)に示すTrellis encoderを採用することによりさらにCode Gainを上げることができ、エラーレートが下がる。8VSBの場合図172に示すようにRatio2/3のTrellis encoder744b,decoder759bが適用できる。
【0256】
実施例では、主に階層型のデジタルTV信号を伝送する例を用いて説明した。階層型の場合、理想的な放送ができるが、画像圧縮回路や変復調器の回路が複雑になるため、放送開始時にはコストの点で好ましくない。実施例5の冒頭に述べたように4VSBや8VSBの信号点間隔L=L0つまり等間隔にして、非階層 型のTV伝送を行い、図137を図157に示すような、簡単な構成にすることにより、回路の簡単なTVの放送システムが実現する。そして、普及した段階で8VSBの階層型伝送に切り換えればよい。
【0257】
さて、以上4VSBと8VSBについて説明したが、図159(a)〜(d)では16VSBと32VSBについて説明する。図159(a)は16VSBのConstellationを示す。図159(b)は2つの信号点のグループ722a〜722hにグループ化し、8つの信号点とみなすことにより、8VSBとして扱えるため2層の階層型の多値伝送が実現する。この場合Time Division Maltiplexで、間欠的に8VSB信号を送っても階層型伝送が実現する。但し、この方式では最大データレートが2/3になる。図157(c)はさらに4つのグループ723a〜723dとし、4VSBとして扱うためさらに1層階層が増える。この場合も、Time Division Maltiplexで間欠的に4VSB信号を送っても、最大データレートが下がるが階層型伝送が実現する。以上により、3層の階層型VSBが実現する。
【0258】
この方式により、16VSBのC/Nが悪くなった時8VSB、もしくは4VSBのデータが再生できるという階層型伝送が実現する。また図159(d)のように16VSBの信号点を2倍にすることにより、32VSBが伝送できる。将来16VSBの容量を拡大したい場合、この方式により、互換性を保ちながら5bit/symbolのデータ容量が得られるという効果がある。
【0259】
これまで述べたことをまとめると、図161のVSB受信機のブロック図に示す受信機と図162のVSB送信機のブロック図に示す送信機の構成となる。
【0260】
主に4−VSBと8−VSBを用いて説明したが、図159(a)(b)(c)のような16VSBを用いて伝送することもできる。16VSBの場合は地上放送を行う場合6MHzの帯域で、40Mbpsの伝送容量がとれる。しかしHDTVデジタル圧縮信号のデータレートは、MPEG規格を用いた場合15〜18Mbpsとなるため、伝送容量の余裕が大きくなりすぎる。図169に示すようにRedundancy:R16=100%以上となり、1チャンネルのデジタルHDTVを伝送するには冗長度が大きくなりすぎて回路が複雑になるだけで、8VSBに対して効果が少ない。そして2チャンネルのHDTVの地上放送をするには16VSBであると冗長度は4VSBと同じで10b程度しかとれないため充分な誤り訂正符号をいれることができないため、サービスエリアが狭くなる。前述のように4−VSBではRedundancy:R4=10〜20%で充 分なエラー訂正ができないためサービスエリアを広くとれない。図169から明らかなように、8−VSBのRedundancy:R8=50%で充分なエラ ー訂正符号化ができる。エラー訂正の回路規模もさほど大きくならずにサービスエリアがとれる。従ってデジタルHDTV地上放送を6〜8MHzの帯域制限で行う条件のもとでは、図169から明らかなように、8Level−VSBが最も効果があり最適なVSB変調方式であることがわかる。
【0261】
さて実施例3では図30のような画像エンコーダ401を説明したが、図30のブロック図は、図69のように書き換えることができる。内容は全く同じであるため説明は省略する。このように、画像エンコーダ401はサブバンドフィルタ等の映像の分離回路404、404aを2つもつ。これらを分離部794とすると、図70の分離部のブロック図に示す。ように1つの分離回路に信号を時分割で2回通すことにより回路を削減できる。これを説明すると、第1サイクルでは入力部403からのHDTVやスーパーHDTVの映像信号は時間軸圧縮回路795により、時間軸を圧縮されて分離回路404により、HHVH−H、HHVL−H、HLVH−H、HLVL+1の4つの成分に分けられる。この場合、スイッチ765、765a、765b、765cは1の位置にあり、圧縮部405に、HHVH−H、HHVL−H、HLVH−Hの3つの信号を出力する。しかし、HLVL−Hの信号はスイッチ765cの出力1から時間軸調整回路795の入力2へ入力し、第2サイクルつまり時分割処理の空き時間に分離回路404に送られ分離処理されHHVH、HHVL、HLVH、HLVLの4つの成分に分けられ出力される。第2サイクルではスイッチ765、765a、765b、765cは出力2の位置に変わるため、4つの成分は圧縮部405へ送られる。このようにして図70の構成をとり時分割処理することにより分離回路が削減できるという効果がある。
【0262】
次にこのような3層の階層型の画像伝送を行うと受信機側には実施例3の図33のブロック図で説明したような、画像デコーダが必要となる。これを、書き換えると図71のようなブロック図となる。処理能力は違うものの同じ構成の合成器566が2つ存在することになる。
【0263】
これは図72のような構成をとると図70の分離回路の場合と同様にして1つの合成器で実現できる。図72を説明すると、5つのスイッチ、765a,765b,765c,765dにより、まず、タイミング1において、スイッチ765、765a,765b,765cの入力が1に切り替わる。すると、第1伸長部522、第2伸長部522a,第3伸長部522b,第4伸長部522cから各々HLVL,HLVH,HHVL,HHVHの信号が、スイッチを介して合成器556の対応する入力部に入力され、合成処理されて1つの映像信号となる。この映像信号はスイッチ765dに送られ出力1より出力し再びスイッチ765cの入力2に送られる。この映像信号はもともと、高解像度映像信号を分割したHLVL−H成分の信号である。次のタイミング2において、スイッチ765、765a,765b,765cは入力2に切替わる。こうして、今度はHHVH−H,HHVL−H,HLVH−HそしてHLVL−H信号が合成器556に送られ、合成処理されて1つの映像信号が得られる。この映像信号はスイッチ765dの出力2より出力部554から出力される。
【0264】
このようにして、3層の階層型放送を受信する場合時分割処理により2ケの合成器を1ケに削減するという効果がある。
【0265】
さて、この方式は、まずタイミング1においてHHVH,HHVL,HLVH,HLVL信号を入力させ、HLVL−H信号を合成させる。その後、タイミング1と別の期間タイミング2において、HHVH−H,HHVL−H,HLVH−Hと上記のHLVL−H信号を入力させ、最終の映像信号を得るという手順をとっている。従って、2つのグループの信号のタイミングをずらす必要がある。
【0266】
もし、もともと、入力した信号の上記成分のタイミングの順序が違っていたり重複している場合は時間的に分離するためスイッチ765、765a,765b,765cにメモリを設け蓄積し、時間軸を調整することが必要となる。しかし送信機の送信信号を図73のようにタイミング1とタイミング2に時間的に分離して送信することにより、受信機側に時間軸調整回路が不要となる。従って、受信機の構成が簡単になるという効果がある。
【0267】
図73の時間配置図のD1は送信信号の第1データ列D1を示し、タイミング1の期間中にDチャンネルでHLVL,HLVH,HHVL,HHVH信号を送り、タイミング2の期間にD2チャンネルでHLVH−H,HHVL−H,HHVH−Hを送る場合の信号の時間配置を示している。このようにして時間的に分離して送信信号を送ることにより、受信機のエコンコーダの回路構成を削除するという効果がある。
【0268】
次に受信機の伸長部の数が多い。これらの数を削減する方法について述べる。図74(b)は送信信号のデータ810、810a,810b,810cの時間配置図を示す。この図において、データの間に別データ811,810a,811b,811cを送信する。すると、目的とする送信データは間欠的に送られてくることになる。すると、図74(a)のブロック図に示す第2画像エンコーダ422はデータ列D1を第1入力部521とスイッチ812を介して次々と伸長部503に入力する。例えば、データ810の入力完了後は別データ811の時間中に伸長処理を行い、データ810の処理修了後、次のデータ810aが入力することになる。こうすることにより、合成器の場合と同様の手法で時分割で1つの伸長部503を共用することができる。こうして、伸長部の総数を減らすことができる。
【0269】
図75はHDTVを送信する場合の時間配置図である。例えば放送番組の第1チャンネルのNTSC成分に相当するHLVL信号をHLVL(1)とすると、これをD1信号の太線で示すデータ821の位置に時間配置する。第1チャンネルのHDTV付加成分に相当するHLVH,HHVL,HHVH信号はD2信号のデータ821a,821b,821cの位置に配置する。すると第1チャンネルの全てのデータの間には別のTV番組の情報である別データ822,822a,822b,822cが存在するため、この期間中に伸長部の伸長処理が可能となる。こうして1つの伸長部で全ての成分を処理できる。この方式は伸長器の処理が速い場合に適用できる。
【0270】
また、図76のようにD1信号に、データ821,821a,821b,821cを配置しても同様の効果が得られる。通常の4PSKや4ASKのように階層がない伝送を用いて送受信する場合に有効である。
【0271】
図77は、例えばNTSCとHDTVと高解像度HDTVもしくは、低解像度NTSCとNTSCとHDTVのような3層の映像を物理的に2層の階層伝送方式を用いて階層型の多値放送を行う場合の時間配置図を示す。例えば、低解像度NTSCとNTSCとHDTVの3層の映像を放送する場合D1信号には低解像NTSC信号に相当するHLVL信号がデータ821に配置されている。又、NTSCの分離信号であるHLVH,HHVL,HHVHの各成分の信号はデータ821a,821b,821cの位置に配置されている。HDTVの分離信号であるHL VH−H,HHVL−H,HHVH−H信号はデータ823,823a,823bに 配置されている。
【0272】
ここでは、図156や図170のブロック図に示すように、実施例2で説明したエラー訂正能力の差別化による論理的な階層伝送を4VSBや8VSBや16VSBに追加している。具体的にはHLDLはD1信号の中のD1−1チャンネルを用いている。D1−1チャンネルは実施例2で述べたようにD1−2チャンネルより大巾に訂正能力の高い誤り訂正方式を採用している。D1−1チャンネルはD1−2チャンネルに比べて冗長度は高いが再生後のエラーレートは低いため、他のデータ821a,821b,821cよりC/N値の低い条件においても再生できる。このためアンテナから遠い地域や自動車の車内等の受信条件の悪い場合においても低解像度のNTSCTVの品位で番組を再生することができる。実施例2で述べたようにエラーレートの観点でみた場合、D1信号の中のD1−1チャンネルにあるデ ータ 821はD1−2チャンネルにある他のデータ821a,821b,821cより 受信妨害に強く、差別化されており論理的な階層が異なる。実施例2で述 べたようにD1,D2の階層は物理的階層といえ、このエラー訂正符号間距離の差別化による階層構造は論理的な階層構造といえる。
【0273】
さて、D2信号の復調には物理的にD1信号より高いC/N値を必要とする。従って、遠隔地等のC/N値の一番低い受信条件では,HLVL信号つまり、低解像度NTSC信号が再生される。そして、C/N値が次に低い受信条件では加えてHLVH,HHVL,HHVHが再生され、NTSC信号が再生できる。さらにC/N値の高い受信条件ではHLVLに加えてHLVH−H,HHVL−H,HHVH−Hも再生されるためHDTV信号が再生される。こうして3つの階層の放送ができる。この方式を用いることにより図53で説明した受信可能領域は図90の受信妨害領域図に示すように2層から3層に拡大し、より番組受信可能領域が拡がる。
【0274】
ここで図78は図77の時間配置の場合の第3画像デコーダのブロック図を示す。基本的には図72のブロック図からD3信号の第3入力部551を省いた構成に図74(a)のブロック図の構成を加えた構成になっている。
【0275】
動作を説明するとタイミング1において入力部521よりD1信号が、入力部 530よりD2信号が入力される。HLVH等の各成分は時間的に分離されているためこれらはスイッチ812により伸長部503に順次、独立して送られる。こ の順序を図77の時間配置図を用いて説明する。まず、第1チャンネルのHLVL の圧縮信号が伸長部503に入り、伸長処理される。次に第1チャンネルのHL VH,HHVL,HHVHが伸長処理され、スイッチ812aを介して、合成器55 6の所定の入力部に入力され、合成処理され、まずHLVL−H信号が合成される。この信号はスイッチ765aの出力1からスイッチ765の入力2に入力され、合成器556のHLVL入力部に入力される。
【0276】
次にタイミング2において、図77の時間配置図に示すようにD2信号のHL VH−H,HHVL−H,HHVH−H信号が入力され伸長部503により伸長され 、スイッチ812aを介して各信号が合成器556の所定の入力に入力され、合成処理されHDTV信号が出力される。このHDTV信号はスイッチ765aの出力2より出力部521を介してHDTV信号が出力される。上述のように図77の時間配置により送信することにより受信機の伸長部と合成器の数を大巾に削減するという効果がある。なお、図77は時間配置図ではD1,D2信号の2つの段階を用いたが、前述のD3信号を用いると、高解像度HDTVを加え4つの階層のTV放送ができる。
【0277】
図79はD1,D2,D3の3層の物理階層を用いた3つの階層の映像を放送する階層型放送の時間配置図である。図から明かなように同一TVチャンネルの各成分は時間的に重複しないように配置してある。又、図80は図78のブロック図で説明した受信機に第3入力部521aを加えた受信機である。図79の時間配置により放送することにより、図80のブロック図で示すような簡単な構成で受信機が構成できるという効果がある。
【0278】
動作は、図77の時間配置図、図78のブロック図とほぼ同じである。このため説明は省略する。又、図81の時間配置図のようにD1信号に全ての信号を時間多重することもできる。この場合、データ821と別データ822の2つのデータはデータ821a,812b,821cに比べてエラー訂正能力を高めてある。このため、他のデータに比べて階層が高くなっている。前述のように物理的には一層であるが論理的には2層の階層伝送となっている。又、番組チャンネル1のデータの間に別の番組チャンネル2の別データが括入されている。このため、受信機側でシリアル処理が可能となり、図79の時間配置図と同じ効果が得られる。
【0279】
図81の時間配置図の場合、論理的な階層となっているが、データ821,別データ822の伝送ビットレートを1/2や1/3に落とすことにより、このデータの伝送時のエラーレートが下がるため、物理的な階層伝送をすることもできる。この場合、物理階層は3層となる。
【0280】
図82は、図81の時間配置図のような、データ列D1信号のみを伝送する場合の画像デコーダ423のブロック図で、図80のブロック図に示す画像デコーダに比べて、より簡単な構成となる。動作は図80で説明した画像デコーダと同じため説明を省略する。
【0281】
以上のように、図81の時間配置図のような送信信号を送信すると図82のブロック図のように伸長部503合成器556の数を大巾に削減できるという効果がある。又、4つの成分が時間的に分離されて入力されるため、合成器556つまり図32の画像合成部548の内部の回路ブロックを入力する画像成分に応じて接続変更により、いくつかのブロックを時分割で共用し回路を省略することもできる。
【0282】
以上のようにして簡単な構成で受信機が構成できるという効果がある。
なお、実施例5では、ASK変調を用いて動作を説明したが、実施例5で説明した多くの手法は実施例1,2,3で説明したPSKやQAM変調にも使える。
【0283】
又、これまでの実施例はFSK変調にも使える。
例えば、図83のようにf1,f2,f3,f4の多値のFSK変調を行う場合、実施例5の図58の信号点配置図のようにグループ化を行い、各グループの信号点位置を離すことにより、階層型伝送ができる。
【0284】
図83において周波数f1,f2の周波数群841をD1=0と定義し、周波 数f3,f4の周波数群842をD1=1と定義する。そして、f1,f3をD2=0,f2,f4をD2=1と定義すると、図に示すように、D1,D2の各1b it、計2bitの階層型伝送が可能となる。例えば、C/Nの高い場合はt=t3において、D1=0,D2=1が再生でき、t=t4においてD1=1,D2=0が再生できる。次にC/Nが低い場合はt=t3においてD1=0のみが,t =t4においてD=1のみが再生できる。こうしてFSKの階層型伝送ができる。実施例3,4,5で説明した映像信号の階層型の放送にこのFSKの階層型の多値伝送方式を用いることもできる。
【0285】
又、図84のような、ブロック図に示す磁気記録再生装置に本発明の実施例5を用いることもできる。実施例5はASKのため磁気記録再生ができる。
【0286】
図84は記録装置(Recoder)/送信機(Transmitter)と再生装置(Player)/受信機(Receiver)のブロック図を示す。
【0287】
図84のブロック図において、送信機1、受信機43の実施例5のVSB−ASK変調方式が送信機1の送信回路5aを記録装置磁気記録信号アンプ857aにおきかえ、受信機43の受信回路24aを磁気再生信号アンプ857bに置きかえることにより、全く同じ構成になる。本文では伝送装置においてはASK信号は全てVSB−ASKであるため、VSB−ASK信号をASK信号と省略して説明する。
【0288】
図84の動作を説明すると、HDTV信号はVideo encoder401で圧縮された後2つのデータに分けられ、第1データ列はECCエンコーダ743aで誤り符号化され、第2データ列はECC744aで誤り符号化された後、Trellis Encoder744bにより、トレリス符号化されて、VSB−ASKのModulator749に入る。Recoderの場合はOffset Generator856により、Offset信号を加えた上で記録回路853により、磁気テープ855上に記録される。伝送装置のTransmitter1の場合はOffset Generator856によりDCオフセット電圧をASK信号に重畳させてUp converter5aにより送信される。DCオフセットさせることにより受信機43にキャリア再生が容易になる。送信された前述の4VSB,8VSB,16VSBのVSB−ASK信号はアンテナ32bにより受信され受信回路24aを経て、復調器852aに入力される。
【0289】
一方、記録装置で記録された記録信号は再生ヘッド854aで再生されて再生回路858を経て同じく復調器852bへ送られる。
【0290】
復調器852bへ入力された信号は復調器852bのフィルタ858aを経て、前述のVSB等のASK復調機852bにより、復調される。復調信号の第1データ列はECCデコーダ758aにより、エラー訂正され、第2データ列はTrellisデコーダ759bとECCデコーダ759aによりエラー訂正される。そしてビデオデコーダ402により、映像信号に伸長されHDTV、TV信号もしくはSDTVの信号が出力される。
【0291】
Trellis符号化器の追加により回路は複雑になるが、エラーレートが下がり、伝送装置の伝送距離が拡大し、記録再生装置の画質が改善される。この場合、受信機43のFilter858aは、図134に示すようなアナログTV信号のメインキャリアや映像キャリアや音声キャリアを排除するようなフィルタ特性をもった、くし型のFilter760aを用いることにより、アナログTV信号の妨害を排除でき、エラーレートが下がる。この場合、妨害がない時も常にフィルタを入れておくと受信信号が劣化する。これを避けるため図65に示すように、エラーレート検知部782により、アナログTVの妨害により、信号が劣化した場合のみ、アナログTVフィルタ760aをONし、妨害がない時、OFFすることにより、Filterによる信号劣化を防ぐことができる。
【0292】
また、図84の場合第1データ列と第2データ列のち、第2データ列の方がエラーレートが少ない。従って、第2データ列に図66のデ・スクランブル情報や各画像ブロックのイメージデータのヘッダ情報のような重要なHigh priority(HP)情報を伝送/記録することにより、デ・スクランブルや、各画像ブロックの画像信号再生を安定させることができる。
【0293】
また図137、図172に示すように8VSBや16VSBの伝送装置において、時間分割された各サブチャンネルのデータ列を、トレリスデコーダーやECCデコーダーの誤り訂正のコードゲインを各サブチャンネルで変え、HighPriority(HP)情報をこのコードゲインの高い方のサブチャンネルで送る。HP情報のエラーレートは低くなるため伝送路においてある程度ノイズが発生し信号が劣化しLowPriority情報(LP)情報が破壊されても、HP情報のデータは破壊されないという効果が得られる。HP情報として前述のデ・スクランブル情報や画像ブロック単位のデータパケットのアドレス等のヘッダー情報を伝送することによりスクランブルの解除が長時間安定し視聴者は安定してスクランブル解除された番組を視聴できる。また各画像ブロックの壊滅的な破壊が防止されるため受信信号が劣化しても全体の画質が劣化するだけで視聴者は、TV番組をある程度の画質で視聴することができるという効果がある。
【0294】
(実施例6)
第6の実施例により本発明の伝送記録方式を磁気記録再生装置に応用した例を説明する。実施例5では多値伝送のASK伝送方式に本発明を適用した場合を示したが、同じ原理で図173のブロック図に示すような多値のASK記録方式の磁気記録再生装置にも本発明を応用することができる。ASKの他,PSK,FCK,QAMに本発明のC−CDM方式を適用することにより階層型および非階層型の多値の磁気記録が可能となる。前述のように本発明は記録装置、伝送装置の双方に適用できるが、記録装置の例を用いて説明する。
【0295】
まず、16QAMや32QAMの磁気記録再生装置に本発明のC−CDM方式を適用した例を用いて階層化および多値化する方法を説明する。図84は実施例5で多値のVSB等9ASKを用いた伝送・記録装置について説明したが、この図84のASKをQAMに変えても同じ効果が得られる。図84、図173ではQAMにC−CDMを適用した場合を説明する。以下QAMをC−CDM多重化したものをSRQAMと呼ぶ。なお図137と図154では、本発明を伝送システムに応用した場合を説明する。
【0296】
図84、図173を説明すると、磁気記録再生装置851は、入力したHDTV等の映像信号を画像エンコーダ401の第1画像エンコーダ401aと第2画像エンコーダ401bにより高域信号と低域信号に分離し圧縮し、入力部742の中の第1データ列入力部743にHLVL成分等の低域映像信号を、第2データ 列入力部744にHHVH 成分等を含む高域映像信号を入力し、変復調器852 の中の変調部749に入力する。第1データ列入力部743では、エラー訂正コードがECC部73aにおいて低域信号に付加される。一方、第2データ列入力部744に入力された第2データ列は16SRQAM、36SRQAM、64SRQAMの場合、2bit、3bit、4bit、になる。この信号はECC744aにより誤り符号化された後Trellisエンコーダ部744bにより16SR QAM、32SRQAM、64SRQAMの場合、図128(a)(b)(c)に示すTrellis Encoder744bにより、各々1/2,2/3,3/4の比率のTrellis符号化される。例えば64SRQAMの場合、第1データ列は2bitで第2データ列は4bitとなる。このため図128(c)に示すようなTrellis Encoder744bを用い、3bitデータを4bitとしたRatio3/4のTrellis Encodeを行う。4ASK、8ASK、16ASKの場合、単独で1/2、2/3、3/4のトレリスエンコードする。こうして冗長度は上がり、データレートは下がる一方でエラー訂正能力が上がるため同一のデーターレートのエラーレートを下げることができる。このため実質的な記録再生系もしくは伝送系の情報伝送量は増える。実施例5で説明した8VSBの伝送システムの場合、3bit/symbolであるため、図128(b)(e)に示すRatio2/3のTrellis Encoder744g、Trellis Decoder744qを使用でき、全体のブロック図は図171のようになる。但し、Trellis Encodeは回路が複雑になるため、実施例6の図84のブロック図ではエラーレートの元々低い第1データ列には使用していない。第1データ列より第2データ列の方が符号間距離が小さく、エラーレートが悪いが、第2データ列をTrellis符号化することにより、エラーレート が改善される。第1データ列のTrellis符号化回路を省略する構成により、全体の回路がよりシンプルになるという効果がある。変調の動作は実施例5の図64の送信機とほぼ同じであるため詳しい説明は省略する。変調部749で変調された信号は記録再生回路853において、バイアス発生器856によりACバイアスされ増巾器857aにより増巾され磁気へッド854により磁気テープ855上に記録される。
【0297】
記録信号のフォーマットは図113の記録信号周波数配置図に示すように周波数fcなる搬送波をもつ例えば16SRQAMの主信号859に情報が記録されるとともに、fcの2倍の2fcの周波数をもつパイロットfp信号859aが同 時に記録される。周波数fBIASなるバイアス信号859bにより、ACバイアスを加えて磁気記録されるため記録時の歪が少なくなる。図113に示す3層のうち2層の階層型の多値記録がされているため、記録再生できる閾値はTh−1−2 ,Th−2の2つが存在する。記録再生のC/Nレベルにより信号859なら2層全てが信号859CならD1のみが記録再生される。
【0298】
主信号に16SRQAMを用いた場合、信号点配置は図10のようになる。又36SRQAMを用いた場合、図100のようになる。4ASK、8ASKを用いた場合、図58、図68(a)(b)のような配置となる。この信号を再生する場合、磁気ヘッド854からは、主信号859とパイロット信号859aが再生され、増巾器857bにより増巾される。この信号より搬送波再生回路858のフィルタ858aにより2foなるパイロット信号fpが周波数分離され、1/2分周器858bによりfoの搬送波が再生され復調部760に送られる。この再生された搬送波を用いて復調部760において主信号は復調される。この時、HDTV用等の高C/N値の高い磁気記録テープ855を用いた場合、16点の各信号点の弁別しやすくなるため復調部760においてD1とD2の双方が復調される。そして画像デコーダ422により全信号が再生される。HDTVVTRの場合例えば15MbpsのHDTVの高ビットレートのTV信号が再生される。C/N値が低いビデオテープ程、コストは安い。現時点で市販のVHSテープと放送用の高C/N型テープとは10dB以上C/Nの差がある。安価なC/N値の低いビデオテープ855を用いた場合はC/N値が低いため16値や36値の信号点を全て弁別することは難しくなる。このため第1データ列D1は再生できるが第2データ列D2の2bitもしくは3bitもしくは4bitのデータ列は再生できず、第1データ列の2bitのデータ列のみが再生される。2層の階層型のHDTV画像信号を記録再生した場合、低C/Nテープでは高域画像信号は再生されないため第1データ列の低レートの低域画像信号、具体的には例えば7MbpsのワイドNTSCのTV信号が出力される。
【0299】
また図114のブロック図に示すように第2データ列出力部759と第2データ列入力部744と第2画像デコーダ422aを省略し、第1データ列D1のみ を変復調する変形QPSK等の変調器をもつ低ビットレート専用の記録再生装置851も一つの製品形態として設定できる。この装置は第1データ列のみの記録再生が行える。つまりワイドNTSCグレードの画像信号を記録再生できる。上述のHDTV信号等の高ビットレートの信号が記録された高いC/N値を出力するビデオテープ855をこの低ビットレート専用の磁気記録再生装置で再生した場合、第1データ列のD1信号のみが再生され、ワイドNTSC信号が出力され、第2データ列は再生されない。つまり同じ階層型のHDTV信号が記録されたビデオテープ855を再生した場合、一方の複雑な構成の記録再生装置ではHDTV信号、一方の簡単な構成の記録再生装置ではワイドNTSCTV信号が再生できる。つまり2層の階層の場合異なるC/N値をもつテープと異なる記録再生データレートをもつ機種の間で4つの組み合わせの完全互換性が実現するという大きな効果がある。この場合、HDTV専用機に比べてNTSC専用機は著しく簡単な構成になる。具体的には例えばEDTVのデコーダの回路規模はHDTVのデコーダ比べて1/6になる。従って低機能機は大巾に低いコストで実現できる。このようにHDTVとEDTVの画質の記録再生能力が異なる2つのタイプの記録再生装置を実現できるため巾広い価格帯の機種が設定できるという効果がある。また使用者も高価格のC/Nの高いテープから低価格の低C/Nのテープまで、要求画質に応じてその都度自由にテープを選択できる。このように互換性を完全に保ちながら拡張性が得られるとともに将来との互換性も確保できる。従って将来も陳腐化しない記録再生装置の規格が実現することも可能となる。この他の記録方法としては実施例1、3で説明した位相変調による階層記録もできる。
【0300】
実施例5で説明したASKによる記録もできる。現在2値の記録を多値にして図59(c)(d)や図68(a)(b)に示すように4値のASKや8値のASKの信号点を2つのグループに分け、2層と3層の階層化できる。
【0301】
ASKの場合のブロック図は図84と同じである。図173のようになる。TrellisとASKの組み合わせによりエラーレートが下がる。実施例で説明した以外に磁気テープ上の多トラックによる階層型等の多値記録もできる。又、エラー訂正能力を変えて、データを差別化することによる論理的な階層記録もできる。
【0302】
ここで将来規格との互換性について述べる。通常、VTR等の記録再生装置の規格を設定する場合、現実に入手できる最も高いC/Nのテープを用いて規格が定められる。テープの記録特性は日進月歩で向上する。例えば10年前のテープに比べて、現在C/N値は10dB以上向上している。この場合、現在から10年〜20年後の将来においてテープ性能が向上した時点で新しい規格を設定する場合、従来方式では旧い規格との互換性をとることは非常に難しい。このため新旧規格は片互換もしくは非互換である場合が多かった。
【0303】
しかし、本発明の場合、まず、現行テープで第1データ列もしくは第2データ列を記録再生する規格をつくる。次に将来テープのC/Nが大巾に向上した時点で本発明を予め採用しておけば上位のデータ階層のデータ例えば第3データ列のデータを追加し、例えば3階層の64SRQAMや8ASKを記録再生するスーパーHDTVVTRが従来規格と完全互換を保ちながら実現する。この将来規格が実現した理時点で本発明、新規格で第3データ列まで3層記録された磁気テープを、第1データ列、第2データ列しか記録再生できない旧規格の2層の磁気記録再生装置で再生した場合、第3データ列は再生できないが第1、第2データ列は完全に再生できる。このためHDTV信号は再生される。このため新旧規格間の互換性を保ちながら将来、記録データ量を拡張できるという効果がある。
【0304】
ここで図84の再生動作の説明に戻る。再生する時は磁気テープ855を磁気ヘッド854と磁気再生回路853により再生信号を再生し変復調器852に送る。復調部は実施例1,3,4とほぼ同様な動作をするため説明を省略する。復調部760により第1データ列D1と第2データ列D2を再生し、第2データ列はVitabiデコーダ等のTrellis−Decoder759bにより、code gainの高いエラー訂正をされ、エラーレートは低くなる。D1、D2信号は画像デコーダー422により復調されHDTVの映像信号が出力される。
【0305】
以上は2つの階層をもつ磁気記録再生装置の実施例であるが、次に2層の物理階層に1層の論理階層を加えた3層の階層の磁気記録再生装置の実施例を図131のブロック図を用いて説明する。基本的には、図84と同じ構成であるが第1データ列をTDMにより、さらに2つのサブチャンネルに分割し3層構造にしている。図131に示すように、まずHDTV信号は第1画像エンコーダ401aの中の第1―1画像エンコーダ401cと第1―2画像エンコーダ401dにより、中域と低域の映像信号の2つのデータ、D1−1とD1−2に分離され入力部742の第1データ列入力部に入力される。MPEGグレードの画質のデータ列D1−1はECC coder743aにおいてCode gainの高い誤り訂正符号化をされ、D1−2はECC Coder743bにおいて通常のCode gainをもつ誤り訂正符号化をされる。D1−1とD1−2はTDM部743cにより時間多重化され、一つのデータ列D1とな る。D1とD2はC−CDM変調部749で変調され磁気ヘッド854により磁気テープ855上に、2層で階層記録される。
【0306】
再生時には、磁気ヘッド854により再生された記録信号は、図84で説明したのと同様の動作により、C−CDM復調部760によりD1とD2に復調される。第1データ列D1は第1データ出力部758の中のTDM部758cにおいて 、2つのサブチャンネルD1−1とD1−2に復調される。D1−1はCode gainの高いECC Decoder758aにおいて、誤り訂正されるため、D1−2に比べてD1−1は低い C/N値においても復調され第1−1画像デコーダ402aによりLDTVがDecodeされ出力される。一方D1−2はCode gainの通常のECC Decoder758bにおいて誤り訂正されるため、D1−1に比べると高いC/Nのスレシホルド値をもつため 信号レベルが大きくないと再生できない。そして、第1―2画像エンコーダ402dにおいて復調され、D1−1と合成されて、ワイドNTSCグレードのEDTVが出力される。
【0307】
第2データ列D2はTrellis Decoder759bによりVitabi復号され、ECC759aによりエラー訂正され、第2画像エンコーダ402bにより高域画像信号となり、D1−1、D1−2と合成されてHDTVが出力される。この場合のD2のC /Nの閾値はD1−2より大きく設定する。従ってテープ855のC/N値が小さ い場合、D1−1つまりLDTVが再生され、通常のC/N値のテープ855の場 合D1−1、D1−2つまりEDTVが再生され、C/N値の高いテープ855を用いるとD1−1、D1−2、D2つまりHDTV信号が再生される。
【0308】
こうして3層の階層の磁気記録再生装置が実現する。前述のようにテープ855のC/N値とコストとは相関関係にある。本発明の場合使用者は3つのタイプのテープコストに応じた3つのグレードの画質の画像信号を記録再生できるため、使用者が記録したいTV番組の内容に応じてテープのグレードを選択する巾が拡がるという効果がある。
【0309】
次に早送り再生時の階層記録の効果を述べる図132の記録トラック図に示すように磁気テープ855上にはアジマス角Aの記録トラック855aと逆のアジマス角のBの記録トラック855bが記録されている。図示するように記録トラック855aの中央部にこのまま記録領域855cを設け、他の領域をD1−2記 録領域855dとする。これを各々の記録トラック数ヶにつき少なくとも1ヶ所設ける。この中にはLDTV1フレーム分が記録されている。高域信号のD2信 号は記録トラック855aの全領域のD2記録領域855eに記録する。通常速 度の記録再生時には、この記録フォーマットは新たな効果は生まない。さて順方向と逆方向のテープ早送り再生時にはアジマス角Aの磁気ヘッドトレース855fは図に示すように磁気トラックと一致しなくなる。図132に示す本発明においてはテープ中央部の狭い領域に設定されたD1−1記録領域855cを設けてあ る。このためある一定の確率ではあるが、この領域は確実に再生される。再生されたD1−1信号からはMPEG1並みのLDTVの画質ではあるが同一時間の画 面全体の画像を復調できる。こうして早送り再生時には1秒間に数枚から数十枚のLDTVの完全な画像が再生されると使用者は早送り中の画画面を確認できるいう大きな効果がある。
【0310】
また逆送り再生時にはヘッドトレース85g示すように磁気トラックの一部の領域しかトレースしない。しかし、この場合においても図132で示す記録再生フォーマットを用いた場合、D1−1記録領域が再生できるためLDTVグレード の画質の動画が間欠的に出力される。
【0311】
こうして、本発明では記録トラックの一部の狭い領域にLDTVグレードの画像を記録するため使用者は正逆両方向の早送り時にLDTVグレードの画質で早送りの間欠的にほぼ完全な静止画を再生できるため、高速検索時に画面の確認が容易になるという効果がある。
【0312】
次に、さらに高速の早送り再生に対応する方法を述べる。図132の右下に示すようにD1−1記録領域855Cを設け、LDTVの1フレームを記録するとと もにD1−1記録領域855Cの一部にさらに狭い領域のD1−1・D2記録領域85 5hを設ける。この領域におけるサブチャンネルD1−1にはLDTVの1フレー ムの一部の情報が記録されている。LDTVの残りの情報をD1−1・D2記録領域855hのD2記録領域855jに重複して記録する。サブチャンネルD2はサブチャンネルD1−1の3〜5倍のデータ記録量をもつ。従ってD1−1とD2で1/3 〜1/5の面積のテープ上のLDTVの1フレームの情報を記録できる。ヘッドレースがさらに狭い領域である領域855h,855jに記録できるため、ヘッドのトレース時間Ts1に比べて時間も面積も1/3〜1/5になる。従って早送り速度を早めてヘッドのトレースがさらに傾いても、この領域全体をトレースする確率が高くなる。このためD1−1のみの場合に比べてさらに3〜5倍速い早送 り時にも完全なLDTVの画像を間欠的に再生する。
【0313】
この方式は2階層のVTRの場合、D2記録領域855jを再生する機能がな いため、高速の早送り時には再生できない。一方3階層の高機能型VTRにおいては2階層に比べて3〜5倍速い早送り時にも画像が確認できる。つまり、階層の数つまりコストに応じた画質だけでなく、コストに応じて再生可能な最大早送り速度が異なるVTRが実現する。
【0314】
なお実施例では階層型変調方式を用いたが16QAM等の通常の変調方式でも、階層型の画像符号化を行えば本発明による早送り再生が実現する。ことはいうまでもない。
【0315】
従来の高度に画像を圧縮する方式の非階層型のデジタルVTRの記録方式では画像データが均一に分散しているため、早送り再生時に各フレームの同一時間の画面の画像の全部を再生することはできない。このため画面の各ブロックの時間軸のずれた画像しか再生できない。しかし、本発明の階層型のHDTVVTRではLDTVグレードではあるが、画面の各ブロックの時間軸のずれていない画像を早送り再生時に再生できるという効果がある。
【0316】
本発明のHDTVの3層の階層記録を行った場合記録再生系のC/Nが高いときはHDTV等の高解像度TV信号を再生できる。そして記録再生系のC/Nが低い場合や機能の低い磁気再生装置で再生した場合、ワイドNTSC等のEDTVグレードのTV信号もしくは低解像度NTSC等のLDTVグレードのTV信号が出力される。
【0317】
以上のように本発明を用いた磁気再生装置においては、C/Nが低くなった場合や、エラーレートが高くなった場合においても同一内容の映像を低い解像度、もしくは低い画質で再生できるという効果が得られる。
【0318】
(実施例7)
実施例7は本発明を4階層の映像階層伝送に用いたものである。実施例2で説明した4階層の伝送方式と4階層の映像データ構造を組み合わせることにより図91の受信妨害領域図に示すように4層の受信領域ができる。図に示すように最内側に第1受信領域890a、その外側に第2受信領域890b、第3受信領域890c、第4受信領域890dができる。この4階層を実現する方式について述べる。
【0319】
4階層を実現するには変調による4層の物理階層やエラー訂正能力の差別化による4層の論理階層があるが、前者は階層間のC/N差が大きいため4層では大きなC/Nが必要となる。後者は、復調可能なことが前提であるため、階層間のC/N差を大きくとれない。現実的であるのは、2層の物理階層と2層の論理階層を用いて、4層の階層伝送を行うことである。では、まず映像信号を4層に分離する方法を述べる。
【0320】
図93は分離回路3のブロック図である分離回路3は映像分離回路895と4つの圧縮回路から構成される。分離回路404a、404b、404cの内部の基本的な構成は、図30の第1画像エンコーダ401の中の分離回路404のブロック図と同じなので説明は省略する。分離回路404a等は映像信号を低域成分HLVLと高域成分HHVHと中間成分HHVL、HLVHの4つの信号に分離する。この場合、HLVLは解像度が元の映像信号の半分になる。
【0321】
さて入力した映像信号は映像分離回路404aにより高域成分と低域成分に2分割される。水平と垂直方向に分割されるため4つの成分が出力される。高域と低域の分割点はこの実施例では中間点にある。従って、入力信号が垂直1000本のHDTV信号の場合HLVL信号は垂直500本の、水平解像度も半分のTV信号となる。
【0322】
低域成分のHLVL信号は分離回路404cにより、さらに水平、垂直方向の周波数成分が各々2分割される。従ってHLVL出力は例えば垂直250本、水平解像度は1/4となる。これをLL信号と定義するとLL成分は圧縮部405aにより圧縮され、D1−1信号として出力される。
【0323】
一方、HLVLの高域成分の3成分は合成器772cにより1つのLH信号に合成され、圧縮部405bにより圧縮されD1−2信号として出力される。この場合 、分離回路404cと合成器772cの間に圧縮部を3つ設けてもよい。
【0324】
高域成分のHHVH、HLVH、HHVLの3成分は合成器772aにより一つのHHVH−H信号となる。圧縮信号が垂直水平とも1000本の場合、この信号は水平、垂直方向に500本〜1000本の成分をもつ。そして分離回路404bにより4つの成分に分離される。
【0325】
従ってHLVL出力として水平、垂直方向の500本〜750本の成分が分離される。これをHH信号とよぶ。そしてHHVH、HLVH、HHVLの3成分は750本〜1000本の成分をもち、合成器772bで合成され、HH信号となり圧縮部405dで圧縮され、D2−2信号として出力される。一方HL信号はD2−1信号として出力される。従ってLL、つまりD1−1信号は例えば0本〜250本以下 の成分、LHつまりD1−2信号は250本以上500本以下の周波数成分HLつ まりD2−1信号は500本以上750本以下の成分、HHつまりD2−2信号は750本以上1000本以下の周波数成分をもつ。この分離回路3により階層型のデータ構造ができるという効果がある。この図93の分離回路3を用いて実施例2で説明した図87の送信機1の中の分離回路3の部分を置きかえることにより、4層の階層型伝送ができる。
【0326】
こうして階層型データ構造と階層型伝送を組み合わせることにより、C/Nの劣下に伴い段階的に画質が劣下する画像伝送が実現できる。これは放送においてはサービスエリアの拡大という大きな効果がある。次にこの信号を復調再生する受信機は実施例2で説明した図88の第2受信機と同じ構成と動作である。従って全体の動作は省略する。ただ映像信号を扱うため合成部37の構成がデータ送信と異なる。ここでは合成部37を詳しく説明する。
【0327】
実施例2において図88の受信機のブロック図を用いて説明したように、受信した信号は復調され、エラー訂正され、D1−1、D1−2、D2−1、D2−2の4つの信号となり、合成部37に入力される。
【0328】
ここで図94は合成部33のブロック図である。入力されたD1−1、D1−2、D2−1、D2−2信号は伸長部523a、523b、523c、523dにおいて伸長され、図93の分離回路において説明したLL、LH、HL、HH信号となる。この信号は、元の映像信号の水平、垂直方向の帯域を1とするとLLは1/4、LL+LHは1/2、LL+LH+HLは3/4、LL+LH+HL+HHは1の帯域となる。LH信号は分離器531aにより分離され画像合成部548aにおいてLL信号と合成されて画像合成部548cのHLVL端子に入力される。画像合成部531aの例の説明に関しては図32の画像デコーダ527で説明したので省略する。一方、HH信号は分離器531bにより分離され、画像合成部548bに入力される。HL信号は画像合成部548bにおいてHH信号と合成され、HHVH−H信号となり分離器531cにより分離され、画像合成部548cにおいてLHとLLの合成信号と合成され、映像信号となり合成部33から出力される。そして図88の第2受信機の出力部36でTV信号となり出力される。この場合、原信号が垂直1050本、約1000本のHDTV信号ならば図91の受信妨害図に示した4つの受信条件により4つの画質のTV信号が受信される。
【0329】
TV信号の画質を詳しく説明する。図91と図86を一つにまとめたのが図92の伝送階層構造図である。このようにC/Nの向上とともに受信領域862d、862c、862b、862aにおいてD1−1、D1−2、D2−1、D2−2と次々と再生できる階層チャンネルが追加されデータ量が増える。
【0330】
映像信号の階層伝送の場合図95伝送階層構造図のようにC/Nの向上とともにLL、LH、HL、HH信号の階層チャンネルが再生されるようになる。従って送信アンテナからの距離が近づくにつれ、画質が向上する。L=Ldの時LL信号、L=Lcの時LL+LH信号、L=Lbの時LL+LH+HL信号、L=Laの時LL+LH+HL+HH信号が再生される。従って、原信号の帯域を1とすると1/4、1/2、3/4、1の帯域の画質が各々の受信地域で得られる。原信号が垂直走査線1000本のHDTVの場合、250本、500本、750本、1000本のTV信号が得られる。このようにして段階的に画質が劣化する階層型映像伝送が可能となる。図96は従来のデジタルHDTV放送の場合の受信妨害図である。図から明らかなように従来方式ではCNがVO以下でTV信 号の再生は全く不可能となる。従ってサービスエリア距離Rの内側においても他局との競合地域、ビルかげ等では×印で示すように受信できない。図97は本発明を用いたHDTVの階層放送の受信状態図を示す。図97に示すように、距離LaでC/N=a、LbでC/N=b、LcでC/N=c、LdでC/N=dとなり各々の受信地域で250本、500本、750本、1000本の画質が得られる。距離La以内でもC/Nが劣下し、HDTVの画質そのものでは再生できない地域が存在する。しかし、その場合でも画質が落ちるものの再生はできる。例えばビルかげのB地点では750本、電車内のD地点では250本、ゴーストを受けるF地点では750本、自動車内のG地点では250本、他局との競合地域であるL地点でも250本の画質で再生できる。以上のようにして本発明の階層伝送を用いることにより従来提案されている方式では受信再生できなかった地域でも受信できるようになり、TV局のサービスエリアが大巾に拡大するという著しい効果がある。また、図98の階層伝送図に示すようにD1−1チャンネルで その地域のアナログ放送と同じ番組の番組Dを放送し、D1−2、D2−1、D2−2チ ャンネルで他の番組C、B、Aを放送することにより、番組Dのサイマルキャストを全地域で確実に放送し、サイマルキャストの役割を果たしながら他の3つの番組をサービスするという多番組化の効果も得られる。
【0331】
(実施例8)
以下、第7の実施例を図面に基づき説明する。実施例8は本発明の階層型伝送方式をセルラー電話システムの送受信機に応用したものである。図115の携帯電話機の送受信機のブロック図においてマイク762から入力された通話者の音声は圧縮部405により前述した階層構造のデータD1,D2,D3に圧縮符号化 され、時分割部765においてタイミングに基づき所定のタイムスロットに時間分割され、変調器4において前述のSRQAM等の階層型の変調を受け1つの搬送波にのり、アンテナ共用器764を経てアンテナ22より送信され、後述する基地局で受信され、他の基地局もしくは電話局に送信され、他の電話と交信できる。
【0332】
一方、他の電話からの交信信号は基地局からの送信電波としてアンテナ22により受信される。この受信信号はSRQAM等の階層型の復調器45において、D1,D2,D3のデータとして復調される。復調信号からはタイミング回路76 7においてタイミング信号が検出され、このタイミング信号は時分割部765に送られる。復調信号D1,D2,D3は伸長部503において伸長され音声信号に なり、スピーカ65に送られ、音声となる。
【0333】
次に図116の基地局のブロック図にあるように6角形もしくは円形の3つの受信セル768,769,770,の各中心部にある基地局771,772,773は図115と同様の送受信機761a〜761jを複数個もち、送受信機の数と同じチャンネル数のデータを送受信する。各基地局に接続された基地局制御部774は各基地局の通信のトラフィック量を常に監視し、これに応じて各基地局へのチャンネル周波数の割り当てや各基地局の受信セルの大きさの制御等の全体システムのコントロールを行う。
【0334】
図117の従来方式の通信容量トラフィック分布図に示すようにQPSK等の従来方式のデジタル通信方式では受信セル768,770のAchの伝送容量はd=Aの図に示すように同波数利用効率2bit/Hzのデータ774d、774bとd=Bの図のデータ774cを合わせたデータ774dなり、どの地点においても2bit/Hzの一様な周波数利用効率である。一方、実際の都市部は密集地775a,775b,775cのようにビルの集中したところは人口密度が高く、交信トラフィック量もデータ774eに示すようにピークを示す。周辺のそれ以外の地域では交信量は少ない。実際のトラフィック量TFのデータ774eに対して従来のセルラー電話の容量はデータ774dに示すように全地域、同じ2bit/Hzの周波数効率であった。つまりトラフィック量の少ないところにも多いところと同じ周波数効率を適用しているという効率の悪さがあった。従来方式ではトラフィック量の多い地域には周波数割り当てを多くしチャンネル数を増やしたり、受信セルの大きさを小さくして対応していた。しかし、チャンネル数を増やすには周波数スペクトルの制約があった。また従来方式の16QAM,64QAM等の多値化は送信電力を増加させた。受信セルの大きさを小さくし、セル数を増やすことは基地局の数の増加を招き、設置コストを増大させる。以上の問題点がある。
【0335】
理想的にはトラフィック量の多い地域には周波数効率を高くし、トラフィック量の少ない地域には周波数効率を高くし、トラフィック量の少ない地域には低くすることがシステム全体の効率を高められる。本発明の階層型伝送方式の採用により以上のことを実現できる。このことを図118の本発明の実施例8における通信容量・トラフィック分布図を用いて説明する。図118の分布図は上から順に受信セル770B,768,769,770,770aのA−A’線上の通信容量を示す。受信セル768,770はチャンネル群A受信セル770b,769,770aはチャンネル群Aと重複しないチャンネル群Bの周波数を利用している。これらのチャンネルは各受信セルのトラフィック量に応じて図116の基地局制御器774により、チャンネル数が増減させられる。さて図118においてd=AはAチャンネルの通信容量の分布を示す。d=BはBチャンネルの通信容量、d=A+Bは全チャンネルを加算した通信容量、TFは通信トラフィック量、Pは建物と人口の分布を示す。受信セル768,769,770では前の実施例で説明したSRQAM等の多層の階層型伝送方式を用いているためデータ776a,776b,776cに示すように、QPSKの周波数利用効率2bit/Hzの3倍の6bit/Hzを基地局周辺部では得られる。周辺部にいくに従い4bit/Hz,2bit/Hzと減少する。送信パワーを増やさないと点線777a,b,cに示すQPSKの受信セルの大きさに比べて2bit/Hzの領域が狭くなるが、基地局の送信パワーを若干上げることにより同等の受信セルの大きさが得られる。64SRQAM対応の子局は基地局から遠いところではSRQAMのシフト量をS=1にした変形QPSKで送受信し、近いところでは16SRQAM、さらに近傍では64SRQAMで送受信する。従ってQPSKに比べて最大送信パワーが増加することはない。また、回路を簡単にした図121のブロック図に示すような4SRQAMの送受信機も互換性を保ちながら他の電話と交信できる。図122のブロック図に示す16SRQAMの場合も同様である。従って3つの変調方式の子機が存在する。携帯電話の場合小型計量性が重要である。4SRQAMの場合周波数利用効率が下がるため通話料金は高くなるが、回路が簡単になるため小型軽量化が要求されるユーザーには適している。こうして本方式は巾広い用途に対応できる。
【0336】
以上のようにして図118のd=A+Bのような容量の異なる分布をもつ伝送システムができる。TFのトラフィック量に合わせて基地局を設置することにより、総合的な周波数利用効率が向上するという大きな効果がある。特にセルの小さいマイクロセル方式は多くのサブ基地局を設置できるためサブ基地局をトラフィックの多い個所に設置しやすいため本発明の効果が高い。
【0337】
次に図119のデータの時間配置図を用いて各タイムスロットのデータ配置を説明する。図119(a)は従来方式のタイムスロット、図119(b)は実施例8のタイムスロットを示す。図119(a)に示すように従来方式の送受信別周波数方式はDownつまり基地局から子局への送信の時に周波数Aで時間のスロット780aで同期信号Sを送り、スロット780b,780c,780dで各々A,B,Cチャンネルの子機への送信信号を送る。次にUp側つまり子機から基地局へ送る場合、周波数Bで時間スロット781a,781b,781c,781dに各々同期信号、a,b,cチャンネルを送信信号する。
【0338】
本発明の場合、図119(b)に示すように前述の64SRQAM等の階層型伝送方式を用いているためD1,D2,D3の各々の2bit/Hzの3つの階層 データをもつ。A1,A2データは16SRQAMで送るためスロット782b,782cとスロット783b,783cに示すように約2倍のデータレートとなる。同一音質で送る場合半分の時間で送れる。従ってタイムスロット782b,782cは半分の時間になる。こうして2倍の伝送容量が図118の776cの第2階層の地域つまり基地局の近傍で得られる。同様にして、タイムスロット782g,783gではE1データの送受信が64SRQAMで行われる。約3倍 の伝送容量をもつため、同一タイムスロットで3倍のE1,E2,E3の3チャン ネルが確保できる。この場合基地局のさらに近傍地域で送受信することが要求される。このようにして最大約3倍の通話が同一周波数帯で得られるという効果がある。但し、この場合は基地局の近傍でこのままの通話が行われた場合で、実際はこの数字より低い。また実際の伝送効率は90%程度に落ちる。本発明の効果を上げるためには、トラフィック量の地域分布と本発明による伝送容量分布が一致することが望ましい。しかし、図118のTFの図に示すように実際の都市においてはビル街を中心として緑地帯が周辺に配置されている。郊外においても住宅地の周辺に田畑や森が配置されている。従ってTFの図に近い分布をしている。従って本発明を適用する効果が高い。
【0339】
図120のTDMA方式タイムスロット図で(a)は従来方式(b)は本発明の方式を示す。図120(a)に示すように、同一周波数帯でタイムスロット786a,786bで各々A,Bチャンネルの子機への送信を行い、タイムスロット787a,787bで各々A,Bチャンネルの子機からの送信を行う。図120(b)に示すように、本発明の場合16SRQAMの場合スロット788aでA1チャンネルの受信を行い、スロット788cでA1チャンネルの送信を行う。タイムスロット巾は約1/2になる。64SRQAMの場合スロット788iでD1チャンネルの受信を行い、スロット788lでD1チャンネルの送信を行う。タイムスロット巾は約1/3になる。
【0340】
特に消費電力を下げるためにスロット788pにおいて1/2のタイムスロットで16SRQAMのE1の受信を行うが、送信はスロット788rで通常のタ イムスロット4SRQAMで行う。16SRQAMより4SRQAMの方が消費電力が少ないため、送信時の電力消費が少なくなるという効果がある。ただし、占有時間が長い分だけ通信料金は高くなる。バッテリの小さい小型軽量型の携帯電話やバッテリ残量が少ない時に効果が高い。
【0341】
以上のようにして実際のトラフィック分布に合わせて伝送容量分布を設定できるため実質的な伝送容量が高めることができるという効果がある。また3つのもしくは2つの伝送容量の伝送容量を基地局、子局が選択できるため周波数効率を下げて消費電力を下げたり逆に効率を上げて通話料金を下げたり自由度が高く、様々な効果が得られる。また、伝送容量の低い4SRQAM等の方式により、回路を簡単にして小型化、低コスト化をした子機も設定できる。この場合、前の実施例で説明したように全ての機種間の伝送互換性がとれる点が本発明の特徴の一つである。こうして伝送容量の増大とともに超小型機から高機能機までの巾広い機種展開が計れる。
【0342】
(実施例9)
以下第9の実施例を図面に基づき説明する。実施例9は本発明をOFDM伝送方式に適用したものである。図123のOFDM送受信機のブロック図と図124のOFDMの動作原理図を示す。FDMの一種であるOFDMは隣接するキャリアを直交させることにより、一般のFDMより周波数帯の利用効率が良い。またゴースト等のマルチパス妨害に強いためデジタル音楽放送用やデジタルTV放送用に検討されている。図124のOFDMの原理図に示すようにOFDMの場合入力信号を直列並列変換部791で周波数軸793上にデータを1/tsの間隔で配置し、サブチャンネル794a〜eを作成する。この信号を逆FFT器40をもつ変調器4で時間軸799へ逆FFT変換し、送信信号795を作る。tsの有効シンボル期間796の期間の間、この逆FFTされた信号は送信され、各シンボルの間にはtgのガード期間797が設けられる。
【0343】
図123のOFDM−CCDMハイブリッド方式のブロック図を用いてHDTV信号を送受信する場合の実施例9の動作を説明する。入力されたHDTV信号は画像エンコーダ401により低域D1−1と(中域−低域)D1−2と(高域−中域−低域)D2の3層の階層構造の画像信号に分離され、入力部742に入力され る。第1データ列入力部743において、D1−1信号はCode gainの高いECC符号化をされ、D1−2信号は通常のコードゲインのECCの符号化をされる。D1−1とD2−2はTDM部743により、時間分割多重化され、D1信号になり、変調器852aのD1直列並列変換器791aに入力される。D1信号はn個の並列データとなり、nヶのC−CDM変調器4a,4b・・・の第1入力部に入力される。
【0344】
一方、高域成分信号のD2は入力部742の第2データ列入力部744におい てECC部744aにおいてECC(Error Correction Code)符号化されトレ リスエンコーダ744bにおいてトレリス符号化され、変調器852aのD2直 列並列器791bに入力され、nヶの並列データとなり、C−CDM変調器4a,4b・・・の第2入力部に入力される。第1入力部のD1データと第2入力部のD2データにより各々のC−CDM変調器4a,4b,4c・・・において16SRQAM等にC−CDM変調される。このnヶのC−CDM変調器は各々の異なる周波数のキャリアをもつとともに隣接するキャリアは図124の794a,794b,794c・・・に示すように直交しながら周波数軸上793上にある。こうし て、C−CDM変調されたnヶの変調信号は、逆FFT回路40により、周波数軸ディメンジョン793から時間軸のディメンジョン790に写像され、tsの実効シンボル長の時間信号796a,796b等になる。実効シンボル時間帯796aと796bの間にはマルチパス妨害を減らすためTg秒のガード時間帯797aが設けられている。これを時間軸と信号レベルで表現したものが、図129の時間軸ー信号レベル図であり、ガード時間帯797aのTgはマルチパスの影響時間から用途に応じて決定される。TVゴースト等のマルチパスの影響時間より長くTgを設定することにより受信時に逆FFT回路40からの変調信号は並列直列コンバータ40bにより、一つの信号となり送信部5により、RF信号となり送信される。
【0345】
次に、受信機43の動作を述べる。図124の時間軸シンボル信号796eに示す。受信信号は図123の入力部24に入力され、変調部852bに入力され、デジタル化され、FFT部40aにより、フーリェ係数に展開され、図124に示すように時間軸799から周波数軸793aに写像される。図124の時間軸シンボル信号から、周波数軸の信号のキャリア794a,794b等に変換される。これらのキャリアは互いに直交しているため、各々の変調信号が分離できる。図125(b)に示す16SRQAM等が復調され、各々のC−CDM復調器45a、45b等に送られる。そして、C−CDM復調器45の各々のC−CDM復調部45a、b等において、階層型に復調されD1、D2のサブ信号が復調され、D1並列直列コンバーター852aとD2並列直列コンバーター852bにより、直列信号となり元のD1、D2信号が復調される。この場合、図125(b)に示すようなC−CDMを用いた階層伝送方式を用いているため、C/N値の悪い受信条件では、D1信号のみが復調され、よい受信条件では、D1とD2信号 の両方が復調される。復調されたD1信号は出力部757において復調される。 D1−2信号に比べてD1−1信号エラー訂正のコードケインが高いため、D1−1信号 のエラー信号がより受信条件の悪い条件でも再生される。D1−1信号は第1ー1 画像デコーダ402cによりLDTVの低域信号となり、D1−2信号は第1ー2 画像デコーダ402dによりEDTVの中域成分の信号となり、出力される。
【0346】
D2信号はトレリス復号され、第2画像デコーダ402bにより、HDTVの 高域成分となり出力される。上記の低域信号のみではLDTVが出力され、上記中域成分を加えることにより、ワイドNTSCグレードのEDTV信号が出力され、さらに上記高域成分を加えることによりHDTV信号が合成される。前の実施例と同様、受信C/Nに応じた画質のTV信号が受信できる。実施例9の場合はOFDMとC−CDMを組み合わせて用いることにより、OFDMそのものでは、実現できない階層型伝送を実現できる。図130のエラーレートC/Nに示すように従来のOFDM−TCM変調信号の曲線805に対して、本発明のC−CDM−OFDM方式はサブチャンネル1 807aはエラーレートが下がりサブチャンネル2 807bはエラーレートが上がる。こうして階層型が実現する。
【0347】
OFDMは確かにガード期間Tg中にマルチパスの干渉信号を収めているためTVゴースト等のマルチパスに強い。従って、自動車のTV受信機用のデジタルTV放送用に用いることができる。しかし、階層型伝送ではないため、ある一定のC/Nのスレシホルド以下では受信できない。本発明のC−CDMと組み合わせることにより、マルチパスに強くかつC/Nの劣化に応じた画像受信(Graditional Degradation)の2つが実現できる。自動車内でTV受信をする時、単に マルチパスだけでなくC/N値も劣化する。従ってマルチパス対策だけではTV放送局のサービスエリアはさほど広がらない。しかし、階層型伝送のC−CDMと組み合わせることにより、C/Nがかなり劣化してもLDTVグレードで受信できる。一方、自動車用TVの場合、画面サイズは通常100寸以下であるため、LDTVグレードで充分な画質が得られる。自動車TVのLDTVグレードのサービスエリアが大巾に拡大するという効果がある。OFDMをHDTVの全帯域に使うと現時点の半導体技術ではDSPの回路規模が大きくなる。そこで低域TV信号のD1−1のみをOFDMで送る方法を示す。図138のブロック図に示 すように、HDTVの中域成分と高域成分のD1−2とD2信号の2つを本発明のC−CDM多重化し、FDM40Dにより周波数帯Aで送信する。一方受信機側で受信した信号はFDM4oeにより周波数分離され、本発明のC−CDM復調器4bで復調され、図123と同様にしてHDTVの中域成分と高域成分が再生される。この場合の画像デコーダーの動作は実施例1,2,3と同じであるため省略する。
【0348】
次にHDTVのMPEG1グレードの低域信号であるD1−1信号は直列並列コ ンバーター791により並列信号となりOFDM変換器852Cの中でQPSKや16QAMの変調を受け、逆FFT器40により時間軸の信号に変換されFDM40dにより周波数帯Bで送信される。
【0349】
一方、受信機43で受信された信号はFDM部40eにおいて周波数分離され、OFDM復調部852dにおいてFFT40aにより多くの周波数軸の信号となり、各々の復調器45a,45b等により復調され、並列直列コンバータ852aによりD1−1信号が復調され、図123と同様にして、LDTVグレードの D1−1信号が受信機43から出力される。
【0350】
こうして、LDTV信号のみがOFDMされた階層伝送が実現する。図138の方法を用いることにより、OFDMの複雑な回路はLDTV信号のみでよい。HDTV信号に比べてLDTV信号は1/20のビットレートである。従ってOFDMの回路規模は1/20になり、全体の回路規模は大巾に小さくなる。
【0351】
OFDMはマルチパスに強い伝送方式で携帯TVや自動車TVの受信時や自動車のデジタル音楽放送受信時のような移動局でマルチパス妨害が大きく、かつ変動する用途を主目的として応用されようとしている。このような用途においては4インチから8インチの10インチ以下の小さい画面サイズが主流である。従ってHDTVやEDTVのような高解像度TV信号全てをOFDM変調する方式はかける費用の割には効果が低く、自動車TV用にはLDTVグレート゛のTV信号の受信で充分である。一方、家庭用TVのような固定局においてはマルチパスが常に一定であるため、マルチパス対策がとりやすい。このため強ゴースト地域以外はOFDMの効果は高くない。HDTVの中高域成分にOFDMを用いることはOFDMの回路規模が大きい現状では得策でない。従って本発明の図138に示すOFDMを低域TV信号のみに使用する方法は、自動車等の移動局において受信されるLDTVのマルチパス妨害を大巾に軽減するというOFDMの効果を失なわないで、OFDMの回路規模を1/10以下に大巾に削減できるという大きな効果がある。
【0352】
なお、図138ではD1−1のみをOFDM変調しているがD1−1とD1−2をOF DM変調することもできる。この場合、D1−1とD1−2はC−CDMの2階層伝送ができるため、自動車等の移動体においてもマルチパルスに強い階層型放送が実現し、移動体において、LDTVとSDTVが受信レベルやアンテナ感度に応じた画質の画像が受信できるというGraditional Degradationの効果が生まれる。
【0353】
こうして本発明の階層伝送が可能となり、前述した様々な効果が得られる。OFDMの場合特にマルチパスに強いため本発明の階層伝送と組み合わせることによりマルチパスに強くかつ受信レベルの劣化に応じたデータ伝送グレードの劣化が得られるという効果が得られる。
【0354】
階層構造型伝送方式を実現する方法として、図126(a)に示すように、おFDMの各サブチャンネル794a〜cを第1層801aとしサブチャンネル794d〜fを第2層801bとし中間にfgなる周波数ガード帯802aを設け、図126(b)に示すようにPgなる電力差802bを設けることにより、第1層801aと第2層801bの送信電力を差別化できる。
【0355】
これを利用すると、前に説明した図108(d)に示すようにアナログTV放送に妨害を与えない範囲で第1層801aの電力を増やすことができる。この場合図108(e)に示すように第1層801aの受信可能なC/N値のスレシホルド値は第2層801bに比べて低くなる。従って信号レベルの低い地域やノイズの多い地域においても第1層801aの受信が可能となるという効果が得られる。図147に示すように二層の階層伝送が実現する。これをPower−Weighted−OFDM方式(PW−OFDM)と本文では呼ぶ。この本実施例のPW−OFDMに前述の本発明のC−CDM方式を組み合わせることにより、図108(e)に示すように階層は増え3層になり、より受信可能地域が拡がるという効果がある。
【0356】
具体的な回路は、図144に示すように第1層データは第1データ列回路791aを介して振幅の大きい変調器4a〜4cでキャリアf1〜f3で逆FFT40によりOFDM変調し、第2層データは第2データ列回路791bを介して通常の振幅の変調器4d〜4fでキャリアf6〜f8で逆FFT40によりOFDM変調し送信する。
【0357】
受信信号は受信機43のFFT40aによりf1〜fnのキャリアをもつ信号に分離され、キャリアf1〜f3は復調器45a〜45cにより第1データ列D1つ まり第1層801aが復調され、キャリアf6〜f8からは第2データ列D2つま り第2層801bが復調される。
【0358】
第1層801aの電力は大きいため信号の弱い地域においても受信できる。こうしてPW−OFDMにより、2層の階層型伝送が実現する。PW−OFDMをC−CDMと組み合わせると3〜4層の階層が実現する。なお図144の他の動作は図123のブロック図の場合と動作が同じであるため説明を省略する。
【0359】
さて、次に本発明のTime−Weighted−OFDM(TW−OFDM)方式の階層化方式について述べる。OFDM方式は前に述べたように、ガード時間帯tgがあるため、ゴーストつまりマルチパス信号の遅延時間tMがtM<tgの条件式を満たせばゴーストの影響をなくすことができる。一般家庭のTV受信機のような固定局ではtM は数μsと小さく、また、一定であるためキャンセルし易い。しかし、車載TV受信機のように移動局の場合は反射波が多いため、tMは大きく数十μs近くに なるだけなく、移動に伴い変化するためキャンセルが難しい。従ってマルチパスに対する階層化が必要になることが予想される。
【0360】
本実施例の階層化の方法を述べると、図146に示すように第A層のガード時間tgaを第B層のガード時間tgbに比べて大きくとることによりA層のサブチャンネルのシンボルはゴーストに対して強くなる。こうしてガード時間のWeightingによりマルチパスに対する階層型伝送が実現する。この方式をGuard−Time−Weighted−OFDM(GTW−OFDM)と呼ぶ。
【0361】
さらに第A層と第B層のシンボル時間Tsのシンボル数を同じ数に設定した場合、Aのシンボル時間tsaをBのシンボル時間tsbより大きくとる。するとこれにより周波数軸上においてA,Bのキャリヤの間隔をそれぞれ△fa、△fbとすると△fa>△fbである。このためBのシンボルに比べて、Aののシンボルを復調した場合のエラーレートは低くなる。こうしてシンボル時間TsのWeightingの差別化により第A層と第B層のマルチパスに対する2層の階層化が実 現する。この方式をCarrier−Spacing−Weighted−OFDM(CSW−OFDM)と呼ぶ。GTW−0FDMを用いて2層の階層伝送を実現し、第A層にて低解像度のTV信号を、第B層で高域成分を送信することにより、車載TV受信機のようにゴーストの多い条件の受信でも低解像度TVの安定した受信が可能となる。またCSW−OFDMを用いたシンボル時間tsの差別化により第A層と第B層のC/Nに対する階層化をGTW−OFDMとを組み合わせることにより受信信号レベルの低い車載TVにおいてさらに安定した受信ができるという大きな効果が実現する。車載用途や携帯用途のTVにおいては高い解像度は要求されない。低解像度TV信号を含むシンボル時間の時間比率は小さいため、このガード時間のみを長くすことは全体の伝送効率をあまり下げない。従って本実施例のGTW−OFDMを用いて低解像度TV信号に重点を置いてマルチパス対策をすることにより伝送効率に殆ど影響を与えないで携帯TVや車載TVのような移動局と、家庭のTVのような固定局とを両立させた階層型TV放送を実現するという大きな効果がある。この場合前述のようにCSW−OFDMやC−CDMと組み合わせることによりC/Nにたいする階層化が加わりさらに安定 した移動局の受信が可能となる。
【0362】
具体的にマルチパスの影響を説明すると、図145(a)に示すように遅延時間が短いマルチパス810a〜dの場合は第1送と第2層の信号が受信でき、HDTVの信号が復調できる。しかし、図145(b)に示すように長いマルチパス811a〜dの場合は、第2層のB信号のガード時間、Tgbが短いため復調できなくなる。この場合、第1層のA信号はガード時間Tgaが長いため、遅延時間の長いマルチパスの影響を受けない。前述のようにB信号にはTVの高域成分が含まれており、A信号にはTVの低域成分が含まれているため、例えば車載用TVではLDTVが再生できる。さらに第1層のシンボル時間TsaをTsbより大きくとっているためC/Nの劣化にも第1層は強い。
【0363】
こうしてガード時間とシンボル時間の差別化をすることにより、OFDMの二次元の階層化が簡単な構成で可能となる。図123のような構成でガード時間差別化とC−CDMと組み合わせることにより、マルチパスとC/N値劣化の双方の階層化が計れる。
【0364】
ここで具体的な例を用いて詳しく述べる。
マルチパス遅延時間TMは、D/U比が小さい程、直接波より反射波が多くな り、大きくなる。例えば図148に示すようにD/U<30dBでは反射波の影響が大きくなり30μs以上になる。図148に示すように50μs以上のTgをとることにより、一番悪い条件でも受信できる。従って図149(a)に具体的に示すようにTV信号1secに対して図149(b)に示す2msの周期の うち、各シンボルを第1層801a,第2層801b,第3層801cの3つの階層のグループに分け、図149(c)に示す。各々のグループのガード時間797a,797b,797cつまりTga,Tgb,Tgcを例えば50μs,5μs,1μsと重みづけをして設定することにより図150に示すような階層801a,801b,801cの3つの階層のマルチパスに関する階層型放送が実現する。全ての画質に対してGTW−OFDMを適用すると当然伝送効率は落ちてしまう。しかし、情報量の少ないLDTVの画質信号のみにGTW−OFDMのマルチパス対策をすることにより全体の伝送効率があまり落ちないいう効果がある。特に第1層801aではガード時間Tgを30μs以上の50μsにとっているため、車載用TV受信機でも受信できる。回路は図127のブロック図に示したものを用いる。特に車載用TVはLDTVグレードの画質で良いためMPEG1クラスの1Mbps程度の伝送容量でよい。従って図149に示したようにシンボル時間796aTsaを2msの周期に対して200μsとれば2Mbpsとれるため良く、さらにシンボルレートを半分に下げても1Mbps近くになり、LDTVグレードの画質が得られるため本発明のCSW−OFDM に より伝送効率は若干落ちるがエラーレートが低くなる。特に本発明のC−CDMをGTW−OFDMと組み合わせた場合、伝送効率が低下しないため効果がさらに高い。図149では同じシンボル数に対してシンボル時間796a,796b,796cを200μs,150μs,100μsに差別化している。従って第1層,第2層,第3層の順にエラーレートが高くなってゆく階層型伝送となっている。
【0365】
同時にC/Nに対しても階層型伝送が実現する。図151に示すようにCSW−OFDMとCSW−OFDMの組み合わせにより、マルチパスとC/Nの2次元の階層型伝送が実現する。前述のようにCSW−OFDMと本発明のC−CDMを組み合わせても実現でき、この場合全体の伝送効率の低下が少ないという効果がある。第1層801aおよび第1−2層851a,第1−3層851aではマルチパスTMが大きくかつC/Nが低い用途例えば車載用TVReceiver においてもLDTVグレードの安定した受信ができる。第2層801bと第2−3層851bではサービスエリアのフリンジエリアのようにC/Nが低く、ゴーストの多い受信地域の固定局において標準解像度のSDTVグレードの受信ができる。サービスエリアの半分以上を占める第3層801cではC/Nが高く、直接波が大きくゴーストが少ないためHDTVグレードの画質で受信できる。こうしてC/Nとマルチパスの2次元の階層型放送が実現する。このように大きな効果が本発明のGTW−OFDMとC−CDMの組み合わせまたは、GTW−OFDMとCSW−C−CDMの組み合わせにより得られる。従来はC/Nに対する階層型放送方式が提案されているが、本発明により、C/Nとマルチパスの2次元のマトリクス型の階層型放送が実現する。
【0366】
C/Nの3層とマルチパスの3層の2次元の階層型放送の具体的なHDTV、SDTV、LDTVの3階層のTV信号の時間配置図を図152に示す。図に示すように1番マルチパスに強いA層の第1階層のスロット796a1にはLDTVを配置し、次にマルチパスに強いスロット796a2やC/N劣化に強いスロット796b1にはSDTVの同期信号やアドレス信号等の重要なHP信号を配置する。B層の第2層、3層にはSDTVの一般信号つまりLP信号や、HDTVのHP信号を配置する。C層には1、2、3層にSDTV,EDTV,HDTV等の高域成分TV信号を配置する。
【0367】
この場合CN劣化やマルチパスに強くすればするほど伝送レートが落ちるためTV信号の解像度が減少し、図153に示すように3次元のGraceful Degradationが実現するという従来にない効果が本発明により得られる。図153はCNR、マルチパス遅延時間、伝送レートの3つのパラメーターにより本発明の3次元構造の階層型放送を表現したものである。
【0368】
本発明のGTW−OFDMと前述の本発明のC−CDMの組み合わせまたは、GTW−OFDMとCSW−C−CDMの組み合わせにより2次元の階層構造が得られる例を用いて実施例を説明したがGTW−OFDMとPower−Weighted−OFDMの組み合わせや、GTW−OFDMと他のCNRの階層伝送方式と組み合わせても2次元の階層型放送は実現する。
【0369】
図154はキャリア794a、794c,794eの電力をキャリア794b,794d,794fに比べて小さく重みずけして送信したもので、2階層のPower−Weighted−OFDMが実現する。キャリア794aに直交するキャリア795a,795cの電力も同様にしてキャリア795b,795dに対して電力重みずけすることにより2階層がえられる。あわせると4層の階層が得られるが、図154では2層の場合の実施例をしめしている。図に示すようにキャリアの周波数分布が分散するため同一周波数帯にある他のアナログ放送等への妨害が分散されるため影響が小さくなるという効果がある。
【0370】
また、図155のように1つのシンボル796a,796b,796c毎にガード時間797a,797b,797cの時間幅を変化させた時間配置をとることにより3層のマルチパスに対する階層型の多値伝送が実現する。図155の時間配置にするとA層、B層、C層のデータが時間軸上に分散する。このため特定時間に発生するバーストノイズが発生しても各層のデータにインターリーブをかけることによりデータの破壊が防止されTV信号が安定して復調できるという効果がある。特にA層のデータを分散させインターリーブをかけることにより車載TV受信時に発生する他の自動車の点火装置から発生するバーストノイズの妨害を大幅に低減できる。
【0371】
この場合の具体的なECCエンコーダー744jとECCデコーダー749jのブロック図を図160(a)(b)にそれぞれ示す。また図167にデ・インターリーブ部936bのブロック図を示す。デ・インターリーブ部936bのデ・インターリーブRAM936aの中で処理されるインターリーブテーブル954を図168(a)で示し、インターリーブ距離L1を図168(b)に示す。
【0372】
こうしてデータをインターリーブすることによりバーストノイズの妨害を軽減することができる。図161のVSB受信機のブロック図と図162のVSB送信機のブロック図に示すように実施例4、5、6等で説明した4VSBや8VSBや16VSBの伝送装置や実施例1、2等で説明したQAMやPSK伝送装置に用いることにより、バーストノイズの妨害を軽減できるため、地上放送においてノイズの少ないTV受信ができるという効果がある。
【0373】
図155の方式により3階層の階層放送を行うことによりA層は前述のマルチパス、C/N劣化に加えてバーストノイズの妨害を低減できるため車載TV受信機やポケットTV等の移動局によるLDTVグレードのTV受信を安定させるという効果がある。
【0374】
本発明はASK,QAM,PSK、OFDMの変調方式を用いて実施例を説明したが他の変調方式でも同様の効果がえられる。またパーシャルレスポンスを用いることにより記録系のみならず伝送系でもエラーレートを下げることができる。
【0375】
本発明の多値伝送方式の一つの特徴は周波数利用効率を向上させるものであるが一部の受信機にとっては電力利用効率がかなり低下する。従って全ての伝送システムに適用できるものではない。例えば特定受信者間の衛星通信システムならその時期に得られる最高の周波数利用効率と最高の電力利用効率の機器にとりかえるのが最も経済性が高い方法である。このような場合必ずしも本発明を使う必要はない。
【0376】
しかし、衛星放送方式や地上放送方式の場合は本発明のような階層型伝送方式が必要である。なぜなら衛星放送の規格の場合50年以上の永続性が求められる。この期間、放送規格は変更されないが技術革新に伴い衛星の送信電力は飛躍的に向上する。放送局は数十年後の将来において現時点においても製造された受信機がTV番組を受信視聴できるように互換性のある放送を行わなければならない。本発明を用いると既存のNTSC放送とHDTV放送との互換性と将来の情報伝送量の拡張性という効果が得られる。
【0377】
本発明は電力効率よりも周波数効率を重視したものであるが、受信機側に各伝送段階に応じて設計受信感度を設けた各々、何種類かの受信機を設定することにより送信機の電力をさほど増やす必要はなくなる。このため現在の電力の小さい衛星でも充分送信可能である。また将来、送信電力が増大した場合でも同一の規格で伝送できるため将来の拡張性と、新旧の受信機との間の互換性が得られる。以上述べたように本発明は衛星放送規格に用いた場合、顕著な効果がえられる。
【0378】
また本発明の多値伝送方式を地上放送に用いた場合、電力利用効率を全く考慮する必要がないため衛星放送より本発明は実施しやすい。前述のように従来のデジタルHDTV放送方式では存在したサービスエリア内の受信不能地域を大巾に減少させるという顕著な効果と前述のNTSCとHDTV受信機もしくは受像機の両立性の効果がある。またTV番組のスポンサーからみた場合のサービスエリアが実質的に拡大するという効果もある。なお、実施例ではQPSK、16QAM、32QAMと4VSB、8VSB、16VSBの変調方式を用いた例を用いて説明したが、64QAM、128QAM、256QAMや32VSB、64VSB等に適用できることはいうまでもない。また、図を用いて説明したように多値のPSKやASKやFSKに適用できることもいうまでもない。本発明とTDMを組み合わせて伝送する実施例を説明したが、FDM,CDMAや拡散通信方式を組み合わせて伝送することもできる。
【0379】
本発明の多値伝送方式の一つの特徴は周波数利用効率を向上させるものであるが一部の受信機にとっては電力利用効率がかなり低下する。従って全ての伝送システムに適用できるものではない。例えば特定受信者間の衛星通信システムならその時期に得られる最高の周波数利用効率と最高の電力利用効率の機器にとりかえるのが最も経済性が高い方法である。このような場合必ずしも本発明を使う必要はない。
【0380】
しかし、衛星放送方式や地上放送方式の場合は本発明のような多値伝送方式が必要である。なぜなら衛星放送の規格の場合50年以上の永続性が求められる。この期間、放送規格は変更されないが技術革新に伴い衛星の送信電力は飛躍的に向上する。放送局は数十年後の将来において現時点においても製造された受信機がTV番組を受信視聴できるように互換性のある放送を行わなければならない。本発明を用いると既存のNTSC放送とHDTV放送との互換性と将来の情報伝送量の拡張性という効果が得られる。
【0381】
本発明は電力効率よりも周波数効率を重視したものであるが、受信機側に各伝送段階に応じて設計受信感度を設けた各々、何種類かの受信機を設定することにより送信機の電力をさほど増やす必要はなくなる。このため現在の電力の小さい衛星でも充分送信可能である。また将来、送信電力が増大した場合でも同一の規格で伝送できるため将来の拡張性と、新旧の受信機との間の互換性が得られる。以上述べたように本発明は衛星放送規格に用いた場合、顕著な効果がえられる。
【0382】
また本発明の多値伝送方式を地上放送に用いた場合、電力利用効率を全く考慮する必要がないため衛星放送より本発明は実施しやすい。前述のように従来のデジタルHDTV放送方式では存在したサービスエリア内の受信不能地域を大巾に減少させるという顕著な効果と前述のNTSCとHDTV受信機もしくは受像機の両立性の効果がある。またTV番組のスポンサーからみた場合のサービスエリアが実質的に拡大するという効果もある。なお、実施例では16QAMと32QAMの変調方式を用いた例を用いて説明したが、64QAMや128QAMや256QAM等に適用できることはいうまでもない。また、図を用いて説明したように多値のPSKやASKやFSKに適用できることもいうまでもない。
【0383】
【発明の効果】
以上のように本発明は、信号入力部と、位相の異なる複数の搬送波を上記入力部からの入力信号により変調し信号ベクトル図上になるm値の信号点を発生させる変調部と、変調信号を送信する送信部からなりデータ伝送を行う伝送装置においてn値の第1データ列と第2データ列を入力し、上記信号をn個の信号点群に分割し、該信号点群の各々第1データ列のデータに割りあて上記信号点群の中の各信号点に第2データ群の各データを割りあて、送信する送信機により信号を送信し、該送信信号の入力部と、信号スペースダイヤグラム上でp値の信号点のQAM変調波を復調する復調器と出力部を有する受信装置において上記信号点をn値の信号点群に分割し、各信号点群n値の第1データ列を対応させて復調し、信号点群の中の略々p/n値の信号点にp/n値の第2データ列のデータを復調再生し、受信装置を用いてデータを伝送することにより、例えば送信機1の変調器4により、n値の第1データ列と第2データ列と第3データ列を信号点群にデータを割りあてて変形m値のQAM変調信号を送信し、第1受信機23では、復調器25によりn値の第1データ列を、第2受信機33では第1データ列と第2データ列を、第3受信機43では第1データ列、第2データ列、第3データ列を復調することにより、効果として最大m値のデータを変調した多値変調波をn<mなるn値の復調能力しかない受信機でもn値のデータを復調可能とした両立性と発展性のある伝送装置が得られる。さらに、QAM方式の信号点のうち最も原点に近い信号点とI軸もしくはQ軸との距離をfとした場合、この距離がn>1なるnfとなるように上記信号点をシフトさせることにより、階層型の伝送が可能となる。
【0384】
この伝送系にNTSC信号を第1データ列、HDTVとNTSCとの差信号を第2データ列として送信することにより、衛星放送においてはNTSC放送とHDTV放送との両立性があり、情報量の拡張性の高いデジタル放送が可能となり、地上放送においてはサービスエリアの拡大と受信不能地域の解消という顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における伝送装置のシステム全体を示す構成図
【図2】本発明の実施例1の送信機1のブロック図
【図3】本発明の実施例1の送信信号のベクトル図
【図4】本発明の実施例1の送信信号のベクトル図
【図5】本発明の実施例1の信号点へのコードの割り当て図
【図6】本発明の実施例1の信号点群へのコーディング図
【図7】本発明の実施例1の信号点群の中の信号点へのコーディング図
【図8】本発明の実施例1の信号点群と信号点へのコーディング図
【図9】本発明の実施例1の送信信号の信号点群の閾値状態図
【図10】本発明の実施例1の変形16値QAMのベクトル図
【図11】本発明の実施例1のアンテナ半径r2と送信電力比nとの関係図
【図12】本発明の実施例1の変形64値QAMの信号点の図
【図13】本発明の実施例1のアンテナ半径r3と送信電力比nとの関係図
【図14】本発明の実施例1の変形64値QAMの信号群と副信号点群のベクトル図
【図15】本発明の実施例1の変形64値QAMの比率A1,A2の説明図
【図16】本発明の実施例1のアンテナ半径r2,r3と送信電力比n16,n64の関係図
【図17】本発明の実施例1のデジタル送信機のブロック図
【図18】本発明の実施例1の4PSK変調の信号スペースダイアグラム図
【図19】本発明の実施例1の第1受信機のブロック図
【図20】本発明の実施例1の4PSK変調信の信号スペースダイアグラム図
【図21】本発明の実施例1の第2受信機のブロック図
【図22】本発明の実施例1の変形16値QAMの信号ベクトル図
【図23】本発明の実施例1の変形64値QAMの信号ベクトル図
【図24】本発明の実施例1のフローチャート
【図25】(a)は本発明の実施例1の8値QAMの信号ベクトル図、
(b)は本発明の実施例1の16値QAMの信号ベクトル図
【図26】本発明の実施例1の第3受信機のブロック図
【図27】本発明の実施例1の変形64値QAMの信号点の図
【図28】本発明の実施例1のフローチャート
【図29】本発明の実施例3における伝送システムの全体の構成図
【図30】本発明の実施例3の第1画像エンコーダーのブロック図
【図31】本発明の実施例3の第1画像デコーダのブロック図
【図32】本発明の実施例3の第2画像デコーダのブロック図
【図33】本発明の実施例3の第3画像デコーダのブロック図
【図34】本発明の実施例3のD1,D2,D3信号の時間多重化の説明図
【図35】本発明の実施例3のD1,D2,D3信号の時間多重化の説明図
【図36】本発明の実施例3のD1,D2,D3信号の時間多重化の説明図
【図37】本発明の実施例4における伝送装置のシステム全体の構成図
【図38】本発明の実施例3における変形16QAMの信号点のベクトル図
【図39】本発明の実施例3における変形16QAMの信号点のベクトル図
【図40】本発明の実施例3における変形64QAMの信号点のベクトル図
【図41】本発明の実施例3の時間軸上の信号配置図
【図42】本発明の実施例3のTDMA方式の時間軸上の信号配置図
【図43】本発明の実施例3の搬送波再生回路のブロック図
【図44】本発明の実施例3の搬送波再生の原理図
【図45】本発明の実施例3の逆変調方式の搬送波再生回路のブロック図
【図46】本発明の実施例3の16QAM信号の信号点配置図
【図47】本発明の実施例3の64QAM信号の信号点配置図
【図48】本発明の実施例3の16逓倍方式の搬送波再生回路のブロック図
【図49】本発明の実施例3のDV1,DH1,DV2、DH2,DV3,DH3信号の時間多重化の説明図
【図50】本発明の実施例3のDV1,DH1,DV2、DH2,DV3,DH3信号のTDMA方式の時間多重化の説明図
【図51】本発明の実施例3のDV1,DH1,DV2、DH2,DV3,DH3信号のTDMA方式の時間多重化の説明図
【図52】本発明の実施例4における従来方式の受信妨害領域図
【図53】本発明の実施例4における階層型放送方式の場合の受信妨害領域図
【図54】本発明の実施例4における従来方式の受信妨害領域図
【図55】本発明の実施例4における階層型放送方式の場合の受信妨害領域図
【図56】本発明の実施例4におけるデジタル放送局2局の受信妨害領域図
【図57】本発明の実施例5における変形4ASK信号の信号点配置図
【図58】本発明の実施例5における変形4ASKの信号点配置図
【図59】(a)は本発明の実施例5における変形4ASKの信号点配置図、(b)は本発明の実施例5における変形4ASKの信号点配置図
【図60】本発明の実施例5における低いC/N値の場合の変形4ASK信号の信号点配置図
【図61】実施例5における4VSB、8VSBの送信機
【図62】(a)は本発明の実施例5におけるASK信号つまりフィルタリングの多値VSB信号のスペクトル図、(b)は本発明の実施例5におけるVSB信号の周波数分布図
【図63】実施例5における4VSB、8VSB、16VSBのReceiverのブロック図
【図64】本発明の実施例5における映像信号送信機のブロック図
【図65】本発明の実施例5におけるTV受信機全体のブロック図
【図66】本発明の実施例5における別のTV受信機のブロック図
【図67】本発明の実施例5における衛星・地上TV受信機のブロック図
【図68】(a)は実施例5、6における8VSBのConstellation図、(b)は実施例5、6における8VSBのConstellation図、(c)は実施例5、6における8VSBの信号−時間波形図
【図69】本発明の実施例5における画像エンコーダの別のブロック図
【図70】本発明の実施例5における分離回路1つの画像エンコーダのブロック図
【図71】本発明の実施例5における画像デコーダのブロック図
【図72】本発明の実施例5における合成器1つの画像デコーダのブロック図
【図73】本発明による実施例5の送信信号の時間配置図
【図74】(a)は本発明による実施例5の画像デコーダのブロック図、
(b)は本発明による実施例5の送信信号の時間配置図
【図75】本発明による実施例5の送信信号の時間配置図
【図76】本発明による実施例5の送信信号の時間配置図
【図77】本発明による実施例5の送信信号の時間配置図
【図78】本発明による実施例5の画像デコーダのブロック図
【図79】本発明による実施例5の3階層の送信信号の時間配置図
【図80】本発明による実施例5の画像デコーダーのブロック図
【図81】本発明による実施例5の送信信号の時間配置図
【図82】本発明による実施例5のD1の画像デコーダーのブロック図
【図83】本発明による実施例5の周波数変調信号の周波数−時間図
【図84】本発明による実施例5の磁気記録再生装置のブロック図
【図85】本発明による実施例2のC/Nと階層番号の関係図
【図86】本発明による実施例2の伝送距離とC/Nの関係図
【図87】本発明による実施例2の送信機のブロック図
【図88】本発明による実施例2の受信機のブロック図
【図89】本発明によ実施例2のC/N−エラーレートの関係図
【図90】本発明による実施例5の3階層の受信妨害領域図
【図91】本発明による実施例6の4階層の受信妨害領域図
【図92】本発明による実施例6の階層伝送図
【図93】本発明による実施例6の分離回路のブロック図
【図94】本発明による実施例6の合成部のブロック図
【図95】本発明による実施例6の伝送階層構造図
【図96】従来方式のデジタルTV放送の受信状態図
【図97】本発明による実施例6のデジタルTV階層放送の受信状態図
【図98】本発明による実施例6の伝送階層構造図
【図99】本発明による実施例3の16SRQAMのベクトル図
【図100】本発明による実施例3の32SRQAMのベクトル図
【図101】本発明による実施例3のC/N−エラーレートの関係図
【図102】本発明による実施例3のC/N−エラーレートの関係図
【図103】本発明による実施例3のシフト量nと伝送に必要なC/Nの関係図
【図104】本発明による実施例3のシフト量nと伝送に必要なC/Nの関係図
【図105】本発明による実施例3の地上放送時の送信アンテナからの距離と信号レベルと
【図106】本発明による実施例3の32SRQAMのサービスエリア図
【図107】本発明による実施例3の32SRQAMのサービスエリア図
【図108】(a)は従来のTV信号の周波数分布図、(b)は従来の二階層のTV信号の周波数分布図、(c)は本発明の実施例3のスレシホルド値を現す図、(d)は実施例9の2階層のOFDMのキャリヤ群の周波数分布図、(e)は実施例9の3改装のOFDMの3つのスレシホルド値を示す図
【図109】本発明による実施例3のTV信号時間配置図
【図110】本発明による実施例3のC−CDMの原理図
【図111】本発明による実施例3の符号割り当て図
【図112】本発明による実施例3の36QAMを拡張した場合の符号割り当て図
【図113】本発明による実施例5の変調信号周波数配置図
【図114】本発明による実施例5の磁気記録再生装置のブロック図
【図115】本発明による実施例7の携帯電話の送受信機のブロック図
【図116】本発明による実施例7の基地局のブロック図
【図117】従来方式の通信容量とトラフィックの分布図
【図118】本発明による実施例7の通信容量とトラフィックの分布図
【図119】(a)は従来方式のタイムスロット配置図、(b)は本発明による実施例7のタイムスロット配置図
【図120】(a)は従来方式のTDMA方式タイムスロット配置図、(b)は本発明による実施例7のTDMA方式タイムスロット配置図
【図121】本発明による実施例7の1階層の送受信機のブロック図
【図122】本発明による実施例7の2階層の送受信機のブロック図
【図123】本発明による実施例8のOFDM方式送受信機のブロック図
【図124】本発明による実施例8のOFDM方式の動作原理図
【図125】(a)は従来方式の変調信号の周波数配置図、(b)は本発明による実施例8の変調信号の周波数配置図
【図126】(a)は実施例9におけるOFDMのWeightingしない状態を示す図、(b)は実施例9における送信電力によりWeightingした2階層のOFDMの2つ のサブチャンネルを示す図、(c)は実施例9におけるキャリヤ間隔を二倍にWeightingしたOFDMの周波数分布図、(e)は実施例9におけるWeightingしないキャリヤ間隔のOFDMの周波数分布図
【図127】本発明による実施例9の送受信機のブロック図
【図128】(a)は実施例2、4、5におけるTrellis Encoder(Ratio1/2)のブロック図、(b)は実施例2、4、5におけるTrellis Encoder(Ratio2/3)のブロック図、(c)は実施例2、4、5におけるTrellis Encoder(Ratio3/4)のブロック図、(d)は実施例2、4、5におけるTrellis Decoder(Ratio1/2)のブロック図、(e)は実施例2、4、5におけるTrellis Decoder(Ratio2/3)のブロック図、(f)は実施例2、4、5におけるTrellis Decoder(Ratio3/4)のブロック図
【図129】実施例9の実効シンボル期間とガード期間の時間配置図
【図130】従来例と実施例9のC/N対エラーレートの関係図
【図131】実施例5の磁気記録再生装置のブロック図
【図132】実施例5の磁気テープ上のトラックの記録フォーマットとヘッドの走行図
【図133】実施例3の送受信機のブロック図
【図134】従来例の放送方式の周波数配置図
【図135】実施例3の3層の階層型伝送方式を用いた場合のサービスエリアと画質の関係図
【図136】実施例3の階層型伝送方式とFDMを組み合わせた場合の周波数配置図
【図137】実施例3におけるトレリス符号化を用いた場合の送受信機のブロック図
【図138】実施例9における1部の低域信号をOFDMで伝送する場合の送受信機のブロック図
【図139】実施例1における8−PS−APSKの信号点配置図
【図140】実施例1における16−PS−APSKの信号点配置図
【図141】実施例1における8−PS−PSKの信号点配置図
【図142】実施例1における16−PS−PSK(PS型)の信号点配置図
【図143】実施例1における衛星アンテナの半径と伝送容量との関係図
【図144】実施例9におけるWeighted OFDM送受信機のブロック図
【図145】(a)は実施例9におけるマルチパスの短い場合のガード時間、シンボル時間階層型OFDMの波形図、(b)は実施例9におけるマルチパスの長い場合のガード時間、シンボル時間階層型OFDMの波形図
【図146】(a)は実施例9におけるガード時間、シンボル時間階層型OFDMの原理図
【図147】実施例9のおける電力重み付けによる2階層伝送方式のサブチャンネル配置図
【図148】実施例9におけるD/V化とマルチパス遅延時間とガード時間の関係図
【図149】(a)は実施例9における、各階層のタイムスロット図、
(b)は実施例9における、各階層のガード時間の時間分布図、(c)は実施例9における、各階層のガード時間の時間分布図図
【図150】実施例9のマルチパス遅延時間と伝送レート図の関係図におけるマルチパスに対する3階層の階層型放送方式の説明図
【図151】実施例9のGTW−OFDMとC−CDM(又はCSW−OFDM)を組み合わせた場合の、遅延時間とCN値の関係図における2次元マトリクス構造の階層型放送方式の説明図
【図152】実施例9のGTW−OFDMとC−CDM(又はCSW−OFDM)を組み合わせた場合の、各タイムスロットにおける3階層のTV信号の時間配置図
【図153】実施例9のGTW−OFDMとC−CDM(又はCSW−OFDM)を組み合わせた場合の、マルチパス信号遅延時間とCN値と伝送レートの関係図における3次元マトリクス構造の階層型放送方式の説明図
【図154】実施例9のPower−Weighted−OFDMの周波数分布図
【図155】実施例9のGuard−Time−OFDMとC−CDMを組み合わせた場合の各タイムスロットにおける3階層のTV信号の時間軸上の配置図
【図156】実施例4、5における送信機と受信機のブロック図
【図157】実施例4、5における送信機と受信機のブロック図
【図158】実施例4、5における送信機と受信機のブロック図
【図159】(a)は実施例5における16VSBの信号点配置図、(b)は実施例5における16VSBの信号点配置図(8VSB)、(c)は実施例5における16VSBの信号点配置図(4VSB)、(d)は実施例5における16VSBの信号点配置図(16VSB)
【図160】(a)は実施例5、6におけるECC Encoderのブロック図、(b)は実施例5、6におけるECC Encoderのブロック図
【図161】実施例5におけるVSB受信機の全体ブロック図
【図162】実施例5における送信機を示す図
【図163】実施例4VSBとTC−8VSBのエラーレート/C/N値曲線
【図164】実施例4VSBとTC−8VSBのサブチャンネル1とサブチャンネル2のエラーレートカーブ
【図165】(a)は実施例2、4、5におけるReed Solomon Encoderのブロック図、(b)は実施例2、5、6におけるReed
Solomon Decoderのブロック図
【図166】実施例2、4、5のReed Solomon誤り訂正、演算のフローチャート図
【図167】実施例2、3、4、5、6におけるデインターリーブ部のブロック図
【図168】(a)は実施例2、3、4、5におけるインターリーブ、デインターリーブテーブルの図、(b)は実施例2、3、4、5におけるインターリーブ距離を示す図
【図169】実施例5における4−VSB,8−VSB,16−VSBのRedundancyの比較図
【図170】実施例2、3、4、5におけるHigh Priority信号を受信するTV Receiverのブロック図
【図171】実施例2、3、4、5における送信機と受信機のブロック図
【図172】実施例2、3、4、5における送信機と受信機のブロック図
【図173】実施例6のASK方式の磁気記録再生装置のブロック図
【符号の説明】
1 送信機
4 変調器
6 アンテナ
6a 地上アンテナ
10 衛星
12 中継器
23 第1受信機
25 復調器
33 第2受信機
35 復調器
43 第3受信機
51 デジタル送信機
85 信号点
91 第1分割信号点群
401 第1画像エンコーダー
703 SRQAMの受信可能地域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission device for transmitting a digital signal by modulating a carrier wave.
[0002]
[Prior art]
In recent years, digital transmission devices have been increasingly used in various fields. In particular, the development of digital video transmission technology is remarkable.
[0003]
In particular, digital TV transmission systems have recently been receiving attention. At present, digital TV transmission devices are only partially used for relaying between broadcasting stations. However, development to terrestrial broadcasting and satellite broadcasting is scheduled in the near future, and studies are being conducted in various countries.
[0004]
It is necessary to improve the quality and quantity of contents of broadcasting services such as HDTV broadcasting, PCM music broadcasting, information providing broadcasting, and FAX broadcasting in order to meet the demands of consumers who are becoming more sophisticated. In this case, it is necessary to increase the amount of information in a limited frequency band of TV broadcasting. The amount of information that can be transmitted in this band increases according to the technological limitations of the era. Therefore, ideally, it is desirable that the receiving system can be changed according to the times and the information transmission amount can be expanded.
[0005]
However, from the broadcasting point of view, publicity is important, and it is important to secure the vested rights of all viewers over a long period of time. When starting a new broadcast service, it is a necessary condition that the existing receiver or receiver can enjoy the service. The compatibility of receivers or receivers between the past and present, and the present and future new and old broadcast services, and the compatibility of broadcasting can be said to be the most important.
[0006]
New transmission standards that will appear in the future, for example, digital TV broadcasting standards, require expandability of the amount of information to meet future social requirements and technological advances, and compatibility and compatibility with existing receiving devices. .
[0007]
Here, transmission systems of TV broadcasting that have been proposed so far will be described from the viewpoint of expandability and compatibility.
[0008]
First, as a digital TV satellite broadcast system, NTSC-TV signals are compressed to about 6 Mbps and multiplexed by TDM using 4-level PSK modulation, and one
[0009]
First, in the satellite broadcasting system, the currently proposed broadcasting system uses an NTSC frequency band for several channels for one-channel HDTV program broadcasting in order to simply broadcast by a conventional transmission system. For this reason, there has been a problem that an NTSC program of several channels cannot be received and broadcast in a broadcast time zone of an HDTV program. It can be said that there was no compatibility or compatibility between the receiver and the receiver between NTSC and HDTV broadcasting. It can also be said that the scalability of the amount of information transmission required with future technological progress was not considered at all.
[0010]
Next, the conventional HDTV terrestrial broadcasting system under consideration at present is merely broadcasting an HDTV signal as it is using a conventional modulation system such as 16QAM or 32QAM. In the case of the existing analog broadcasting, there is always an area having a bad reception condition such as a building shadow, a lowland, or interference from an adjacent TV station even in the broadcasting service area. In such an area, although the image quality deteriorates in the case of the existing analog broadcasting, the video can be reproduced and the TV program can be viewed. However, the conventional digital TV broadcasting system has a serious problem that no video can be reproduced at all in such an area and that no TV program can be viewed. This involves an essential problem of digital TV broadcasting, and was a problem that could be fatal to the spread of digital TV broadcasting. This is due to the fact that signal points of a conventional modulation method such as QAM are arranged at equal positions or at equal intervals. There has not been a method of changing or modulating the arrangement of signal points.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and in particular, to provide a transmission apparatus that greatly reduces the unreceivable area in a service area of terrestrial broadcasting, and the compatibility of NTSC broadcasting and HDTV broadcasting in satellite broadcasting. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a transmission device according to the present invention comprises a signal input unit, a modulation unit that modulates a carrier with an input signal from the input unit, and generates an m-value signal point on a signal vector diagram. And a transmission unit for transmitting data, an input unit for the transmission signal, and a modified PSK or modified APSK modulated wave of a P-value signal point on a vector diagram that can be expressed in a polar coordinate system (r, θ). It has two configurations: a demodulator for demodulation and a receiving device having an output unit.
[0013]
[Action]
With this configuration, a first data sequence and a second data sequence having n-valued data are input as input signals, and a modulator of the transmitting apparatus modulates a modified m-valued QAM system having m-valued signal points on a vector diagram. Make waves. The m signal points are divided into n sets of signal points, and the signal points are assigned to n data in the first data sequence, and m / n signal points or Each data of the second data sequence is allocated to the sub-signal point group, trellis-encoded and modulated, and the transmission device transmits a transmission signal. In some cases, the third data can also be transmitted.
[0014]
Next, in a receiving apparatus having a demodulator having a p-value of p> m, the transmitting signal is received, and p signal points are first set to n sets of signal points with respect to p signal points on the signal space diagram. The signal is divided into groups, and the signal of the first data string is demodulated and reproduced. Next, the p / n value second data string is made to correspond to the p / n signal points in the corresponding signal point group and demodulated to demodulate and reproduce the first data and the second data. At this time, the first data string and / or the second data string are trellis-encoded. In the receiver with p = n, n groups of signal points are reproduced, and only the first data string is demodulated and reproduced with the n values corresponding to each group.
[0015]
When the same signal is received from the transmitting device by the above operation, the first data sequence and the second data sequence can be demodulated by the large antenna and the receiver having the multi-level demodulation capability. At the same time, a small antenna and a receiver having a small demodulation capability can receive the first data string. Thus, a compatible transmission system can be constructed. In this case, the first data stream is allocated to a low-frequency TV signal such as a low frequency component of NTSC or HDTV, and the second data stream is allocated to a high-frequency TV signal such as a high frequency component of HDTV. A receiver having a value demodulation capability can receive an NTSC signal, and a receiver having a multi-value demodulation capability can receive an HDTV signal. This enables digital broadcasting compatible with NTSC and HDTV.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Example 1)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
In an embodiment of the present invention, a digital signal such as a digital HDTV signal is transmitted, and a digital signal such as an HDTV signal is recorded and reproduced on a recording medium such as a magnetic tape or the like, and a transmission device including a combination of a transmitter and a receiver for receiving. Both recording and reproducing devices will be described.
[0018]
However, the operation principle of the digital modulation / demodulation unit, the encoder for error correction, the encoder for decoding an image such as an HDTV signal, and the decoder of the present invention is the same for the transmission apparatus and the recording / reproducing apparatus and basically the same technology. It is. Accordingly, in each embodiment, the present invention will be described with reference to a block diagram of one of the transmission device and the recording / reproducing device for efficient description. Further, the configuration of each embodiment of the present invention can be applied to any multi-level digital modulation system such as QAM, ASK, PSK, which arranges signal points on a constellation, but one modulation system is used. Will be explained.
[0019]
FIG. 1 shows an overall system diagram of a transmission device according to the present invention. A
[0020]
The transmission radio wave is transmitted to the
[0021]
In the
[0022]
In the
[0023]
As described above, even when radio waves of the same frequency band are received from the
[0024]
In this case, a receiver capable of demodulation using an NTSC-TV signal with a small antenna using a small antenna, and a receiver capable of multi-level demodulation using a large antenna with an HDTV signal using a medium antenna and a receiver capable of medium value demodulation. Can receive an ultra-high resolution HDTV. Referring to FIG. 1 further, a
[0025]
In the
[0026]
Now, each part will be described.
FIG. 2 is a block diagram of the
[0027]
The input signal enters the
[0028]
For example, when a video signal is input, a low-frequency component of the video signal is allocated to a first data sequence signal, a high-frequency component of the video signal is allocated to a second data sequence signal, and an ultra-high frequency component of the video signal is allocated to a third data sequence signal. It is possible. The three separated signals are input to a
[0029]
The operation will be described using the first quadrant of the signal space diagram of the 16-valued general QAM of FIG. All the signals generated by the
[0030]
C11Is the vector 0-a1And the vector 0-b1Is a composite vector of11= A1cos2πfctb1sin2πfct = Acos (2πfct + dπ / 2).
[0031]
Here, 0-a on the rectangular coordinates in FIG.1A is the distance between1, A1-A2A between2, $ 0-b1B between1, B1-B2B between2And shown on the figure.
[0032]
As shown in the overall vector diagram of FIG. 4, there are a total of 16 signal points. Therefore, by associating each point with 4-bit information, 4-bit information can be transmitted in one cycle, that is, in one time slot.
[0033]
FIG. 5 shows an example of general assignment when each point is expressed in a binary system.
Of course, the greater the distance between the signal points, the easier it is for the receiver to distinguish. Therefore, in general, the arrangement is such that the distance between each signal point is as far as possible. If the distance between specific signal points is reduced, it becomes difficult for the receiver to discriminate between the two points, and the error rate deteriorates. Therefore, it is generally said that it is desirable to arrange them at equal intervals as shown in FIG. Therefore, in the case of 16QAM, a signal point arrangement of A1 = A2 / 2 is generally implemented.
[0034]
Now, in the case of the
[0035]
Here, FIG. 8 shows an example of allocation of 2 bits of the first data string and 2 bits of the second data string.
[0036]
In this case, the HDTV signal is divided into a low-frequency component and a high-frequency component, a low-frequency video signal is allocated to the first data sequence, and a high-frequency video signal is allocated to the second data sequence. In the 16 QAM or 64 QAM receiving system, both the first data string and the second data string can be reproduced, and an HDTV image can be obtained by adding these.
[0037]
However, when the distance between signal points is made equal as shown in FIG. 9, there is a threshold distance between the hatched portion in the first quadrant as viewed from the 4PSK receiver. Threshold distance ATOThen if you only send 4PSK, ATOMay be used. But ATOTrying to send 16QAM while maintaining 3ATOThat is, three times the amplitude is required. In other words, it requires nine times as much energy as transmitting 4PSK. Sending 4PSK signal points in 16QAM mode without any consideration is inefficient in power use. Regeneration of the carrier wave also becomes difficult. The power available for satellite transmission is limited. Such a system with poor power use efficiency is not practical until the transmission power of the satellite increases. It is expected that a large number of 4PSK receivers will be available when digital TV broadcasting is started in the future. It is impossible to increase the receiving sensitivity once it has been widely used because of the compatibility problem of the receiver. Therefore, the transmission power in the 4PSK mode cannot be reduced. For this reason, when transmitting a pseudo 4PSK signal point in the 16QAM mode, it is expected that a method of lowering the transmission power than the conventional 16QAM is required. Otherwise, transmission will not be possible with limited satellite power.
[0038]
The feature of the present invention is that the transmission power of the pseudo 4PSK 16QAM modulation can be reduced by increasing the distance between the four divided signal point groups of FIGS. 91 to 94 as shown in FIG.
[0039]
Here, in order to clarify the relationship between the receiving sensitivity and the transmission output, returning to FIG. 1, the receiving method of the
[0040]
First, the
[0041]
FIG. 18 shows a modulated signal space diagram at this time.
In general, it is common practice to set four signal points and make the distances between signal points equally spaced in order to increase power use efficiency. As an example, a case where the
[0042]
Next, the
[0043]
FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the first receiver. The radio wave from the
[0044]
Here, the received signal will be described with reference to the vector diagram of FIG. The signal received by the
[0045]
However, actually, the received signal points are distributed in a certain range around the signal point under the influence of noise in the transmission path and amplitude distortion and phase distortion of the transmission system. The error rate gradually increases because the signal point cannot be distinguished from the adjacent signal point when the signal point is apart from the signal point. When the signal point exceeds a certain set range, data cannot be restored. In order to perform demodulation within the set error rate even in the worst condition, the distance between adjacent signal points may be set. This distance is 2AROIs defined. At the time of 4PSK limit reception input, the
[0046]
Next, returning to the
[0047]
If the output of the satellite transponder has no limit, it can be realized by a conventional signal point equidistant 16-64 QAM as shown in FIG. However, as described above, unlike terrestrial transmission, satellite transmission significantly increases the launch cost as the weight of the satellite increases. Therefore, the transmission output is restricted by the output limit of the repeater of the main body and the power limit of the solar cell. This situation will continue for some time unless the launch cost of the rocket is reduced by technological innovation. The transmission output is about 20 W for communication satellites and about 100 W to 200 W for broadcast satellites. Therefore, when trying to transmit 4PSK by 16QAM of the signal point equidistant system as shown in FIG. 9, the amplitude of 16QAM is 2A.1= A2Because it is 3ATOIt is needed and expressed in terms of electric power, it is required 9 times. Nine times as much power as 4PSK is required for compatibility. In addition, if the first receiver of 4PSK is to be receivable with a small antenna, it is difficult to obtain such an output with a satellite currently being planned. For example, a system of 40 W requires 360 W and cannot be realized economically.
[0048]
Here, when it is considered, in the case where all the receivers have the same size of antenna, the same number of antennas of the same distance signal point method with the same transmission power provides good external lot number efficiency. However, considering a system in which receiver groups of antennas having different sizes are combined, a new transmission system can be configured.
[0049]
More specifically, 4PSK increases the number of recipients by allowing reception with a simple and low-cost receiving system using a small antenna. Next, 16QAM is a high-performance but high-cost multi-level demodulation receiving system that uses a medium-sized antenna, receives high-value-added services such as HDTV that matches the investment, and limits the target to specific recipients. To establish. In this way, 4PSK and 16QAM, and in some cases, 64DMA can be transmitted hierarchically by slightly increasing the transmission output.
[0050]
For example, by taking the signal point intervals so that A1 = A2 as shown in FIG. 10, the total transmission output can be reduced. In this case, the amplitude A (4) for transmitting 4PSK can be represented by a vector 95, and 2A1 2Is the square root of The overall amplitude A (16) can be represented by a vector 96 (A1+ A2)2+ (B1+ B2)2Is the square root of
[0051]
| A (4) |2= A1 2+ B1 2= ATO 2+ ATO 2= 2ATO 2
| A (16) |2= (A1+ A2)2+ (B1+ B2)2= 4ATO 2+ 4ATO 2= 28ATO 2
| A (16) | / | A (4) | = 2
That is, transmission can be performed with twice the amplitude and four times the transmission energy of transmitting 4PSK. A general receiver transmitting at equidistant signal points cannot demodulate the modified 16-value QAM,1And A2By setting the two thresholds in advance, the
[0052]
When calculating to measure this optimization, the minimum required transmission energy of 4PSK is {(A1+ A2) / A1}2Times this n16, The distance between signal points when receiving in modified 16-value QAM is A2The distance between signal points when receiving at 4PSK is 2A1, The ratio of the distance between signal points is A2/ 2A, the radius of the receiving antenna is r2Then, the relationship is as shown in FIG.
[0053]
[0054]
In the case of a satellite, the transmission power is limited and cannot exceed a certain value. From this, it becomes clear that n16 is desirably 5 times or less. This area is indicated by the hatched
[0055]
n16A is less than 5.1And A2Expressed as
n16= ((A1+ A2) / A1)2≦ 5
A2≤1.23A1
Assuming that the distance between the divided signal point groups is 2A (4) and the maximum amplitude is 2A (16) from FIG. 10, ΔA (4) and A (16) −A (4) are A1And A2Proportional to
Therefore
{A (16)}2≦ 5 {A (14)}2And it is sufficient
Next, an example using a modified 64APSK modulation will be described. The
[0056]
The vector diagram of FIG. 12 shows a case where the divided signal point group of the vector diagram of FIG. 10 is increased from four values to 16 values. In the first divided
r3 2= $ 62/ (N-1)} r1 2
Figure 13 Radius r of 64-value QAM3A graph such as the output multiple n.
[0057]
However, in the arrangement as shown in FIG. 12, since only 2 bits of 4PSK can be demodulated when received by the
[0058]
By performing grouping of signal points of three layers as shown in FIG. 14, compatibility of three receivers is established. Explaining only in the first quadrant, it has been described that the first divided
[0059]
Next, 2-bit (11) of the second data string is allocated to the first sub-divided
[0060]
The signal point arrangement of the third data string will be described in detail with reference to the vector diagram of the first quadrant in FIG. 15. For example, signal points 201, 205, 209 and 213 are (11), and signal
[0061]
In addition to the transmission of 6-bit data, a feature of the present invention is that a receiver having three levels of different performances can transmit data of different transmission amounts of 2 bits, 4 bits, and 6 bits, and the compatibility between the transmissions of the three layers is improved. Can be given.
[0062]
Here, a method of arranging signal points necessary for achieving compatibility during three-layer transmission will be described.
[0063]
As shown in FIG. 15, first, in order for the
[0064]
Next, it is necessary to secure a distance between signal points so that the signal points in the second data string, for example, the signal points 91 in FIG. 10 and the signal points 182, 183, and 184 in the sub-divided signal point group in FIG. .
[0065]
In FIG. 15, 2 / 3A2Only when they are separated. In this case, the distance between
r3 2= (12r1)2/ (N-1)
This graph can be represented by a
r2 2= (3r1)2/ (N-1)
It is necessary to slightly increase the
[0066]
This method transmits the first data string and the second data string while the transmission energy of the satellite is small as of the present time, and in the future where the transmission energy of the satellite is greatly increased, the
[0067]
First, the
[0068]
The block diagram of the
TH16= (A1+ A2/ 2) / (A1+ A2)
It becomes.
[0069]
This A1, A2 or TH16The demodulation information of the value m of the multi-level modulation is transmitted from the
[0070]
Shift factor A using FIG.1/ A2A method for determining the ratio of the numbers will be described. A1/ A2The threshold value changes when is changed. A set on the receiver side1/ A2A set on the transmitter side1/ A2The error increases as the distance from the value increases. The demodulated signal from the second data
The demodulation control circuit 231 has a
[0071]
If the demodulation information is unknown, demodulation of the second data string becomes difficult. This will be described below with reference to the flowchart of FIG.
[0072]
Even when demodulation information cannot be obtained, demodulation of 4PSK in
[0073]
In this case, the signal point 85.83 in FIG. 22 is on the angle of cos (ωt + nπ / 2), but the signal point 84.86 is not on this angle. Therefore, the carrier wave transmission information of the second data string is sent from the second data
[0074]
Assuming a case where the second data sequence cannot be demodulated, the
[0075]
Next, when a signal of the modified 64QAM as shown in FIG. 23 is transmitted from the
TH64= (A1+ A2/ 2) / (A1+ A2)
And TH16Is the same as However, the distance between signal points becomes smaller.
[0076]
The distance between signal points in the first sub-divided
[0077]
In this case, if the
[0078]
First, the signal point arrangement diagram of 8PS-APSK in FIG. 25A is obtained by adding another signal point shifted in the radius r direction in polar coordinates to each of the four signal points of QPSK. Thus, as shown in FIG. 25A, the APSK of the polar coordinate C-CDM having eight signal points is realized from the QPSK. Since this is an APSK to which a signal point whose pole (Pole) has been shifted on polar coordinates has been added, it is referred to as SP-APSK for abbreviation Shifted @ Pole-APSK. In this case, as shown in FIG.1Can be used to define the coordinates of the
[0079]
As shown in the constellation diagram of FIG. 140, the coordinates (r0, Θ0), (R0+ S1r0, Θ0) Are newly added by adding signal points shifted by S2ro in the radius r direction to the eight signal points (r).0+ S2r0, Θ0) And (r0+ S1r0+ S2r0, Θ0) Is added. Since there are two types of arrangement, a 1-bit subchannel is obtained. This is called 16PS-APSK and has a 2-bit sub-channel 1, a 1-bit sub-channel 2 and a 1-bit sub-channel 3. Since 16-PS-APSK also has signal points on θ = 1/4 (2n + 1) π, the carrier can be reproduced by the ordinary QPSK receiver described with reference to FIG. The subchannel can be demodulated. Thus, the C-CDM system that shifts in the polar coordinate direction has an effect that the amount of transmission information can be expanded while maintaining compatibility with PSK, particularly a QPSK receiver that is mainstream in current satellite broadcasting. For this reason, it is possible to extend to a satellite broadcast with a large amount of information of multi-level modulation using a second-generation APSK without losing viewers of the first-generation satellite broadcast using PSK while maintaining compatibility.
[0080]
The signal point in the case of FIG. 25B is on the angle = π / 8 in polar coordinates. This is limited to four signal points in each quadrant of the 16PSK signal points, that is, three signal points in each quadrant out of a total of 16 signal points, that is, 12 signal points. By limiting, when viewed roughly, these three signal points can be regarded as one signal point and can be regarded as four QPSK signal points in total. Thus, the first sub-channel can be reproduced using the QPSK receiver in the same manner as described above.
[0081]
These signal points are arranged at angles of θ = π / 4, θ = π / 4 + π / 8, and θ = π / 4−π / 8. That is, a signal point obtained by shifting a QPSK signal point on the angle π / 4 by ± π / 8 in the polar coordinate angle direction is added. Since it is in the range of θ = π / 4 ± π / 8, it can be regarded as substantially one signal point on θ = π / 4 of θPSK. In this case, the error rate is slightly deteriorated, but the
[0082]
In the case of the angle shift C-CDM, when the angle is on π / n, the carrier recovery circuit can recover the carrier by the n-multiplier circuit as in the other embodiments. If it is not above π / n, the carrier can be reproduced by sending several pieces of carrier information in a fixed period as in the other embodiments.
[0083]
As shown in FIG. 141, the angle in polar coordinates between the signal points of QPSK or 8-SP-APSK is 2θ.0, The primary angle shift factor is P1Then, the signal point is divided into two and ± P in the angle θ direction.1θ0, The case of QPSK (r0, Θ0+ P1θ0) And (r0, Θ0-P1θ0) And the number of signal points is doubled. Thus, 1-bit sub-channel-3 is added. This is P = P1Is called 8-SP-PSK. As shown in FIG. 142, the signal point of 8-SP-P SK is shifted S in the radius r direction.1r016-SP-APSK (P, S1Type). Subchannel 1.2 can be reproduced by 8PS-PSK having the same phase. Now, return to FIG. 25B. Since the C-CDM using the angle shift of the polar coordinate system can be applied to PSK as shown in FIG. 141, it can also be used for first generation satellite broadcasting. However, when used for the second generation APSK satellite broadcasting, the polar coordinate system C-CDM cannot make the intervals between signal points in a group uniform as shown in FIG. Therefore, power use efficiency is poor. On the other hand, C-CDM at the time of rectangular coordinates is not compatible with PSK.
[0084]
The method shown in FIG. 25B is compatible with both the rectangular coordinate system and the polar coordinate system. Since the signal points are arranged at an angle of 16 PSK, demodulation can be performed by 16 PSK. In addition, since the signal points are grouped, demodulation can be performed by a QPSK receiver. In addition, since they are also arranged on orthogonal coordinates, demodulation can be performed even with 16-SRQAM. This is a method having a great effect that it can be extended while realizing compatibility between the polar coordinate system among the three of QPSK, 16PSK and 16-SRQAM and the rectangular coordinate system C-CDM.
It is possible to play back a total of 3 bits.
[0085]
Next, the
[0086]
As shown in the signal space diagram of FIG. 27, there are three thresholds in the first quadrant.
[0087]
As shown in FIG. 27, three normalized thresholds, TH164And TH264And TH364Exists.
[0088]
TH164= (A1+ A3/ 2) / (A1+ A2)
TH264= (A1+ A2/ 2) / (A1+ A2)
TH364= (A1+ A2-A3/ 2) / (A1+ A2)
Can be represented by
[0089]
By performing AM demodulation of the phase-detected received signal using the threshold value, data of the third data sequence is demodulated in the same manner as the first data sequence and the second data sequence described with reference to FIG. As shown in FIG. 23, the third data string is quaternary, that is, 2 bits, by discriminating the four
[0090]
At this time, the demodulation control unit 231 uses the demodulation information included in the first data sequence of the first data
[0091]
Here, a carrier recovery method important for demodulation will be described. One of the features of the present invention is that the first data string of modified 16QAM or modified 64QAM is reproduced by a 4PSK receiver. In this case, when a normal 4PSK receiver is used, it is difficult to reproduce a carrier wave, and normal demodulation cannot be performed. To prevent this, some measures are required on the transmitter side and the receiver side.
[0092]
There are two types of methods according to the present invention. The first method is a method of intermittently sending signal points on an angle of (2n-1) π / 4 with a fixed regular basis. The second method is a method in which substantially all signal points are arranged and transmitted on an angle of nπ / 8.
[0093]
The first method is to send a signal point at four angles, π / 4, 3π / 4, 5π / 4, 7π / 4, as shown in FIG. 38,
[0094]
The contents of the transmission signal in this case will be described in more detail with reference to FIG. 41. A
[0095]
Since the synchronization time slots are intermittently arranged in this signal based on the rules of the synchronization timing information, if this arrangement rule is understood, the carrier wave can be easily reproduced by extracting the information in the synchronization time slots.
[0096]
On the other hand, at the beginning of the frame of the
[0097]
The
[0098]
Since the signal point in the region of the phase synchronization time slot has only a specific phase, the carrier can be reproduced by a 4PSK receiver.TCan be reliably reproduced, and after obtaining this information, the carrier can be reliably reproduced.
[0099]
A
[0100]
FIG. 42 is a signal arrangement diagram in the case of transmitting a burst signal by the TDMA method. The difference from FIG. 41 is that a
[0101]
Next, the carrier recovery method of the
[0102]
When a modified 64QAM signal is transmitted as shown in FIG. 40, phase
[0103]
The above is the case where the carrier recovery circuit of the Costas system is used. Next, the case where the present invention is applied to an inverse modulation type carrier recovery circuit will be described.
[0104]
FIG. 45 shows an inverse modulation type carrier recovery circuit of the present invention. The demodulated signal is reproduced by the
[0105]
Next, a method of reproducing a carrier by a 16-times multiplication method will be described.
[0106]
Next, the configuration of the 16-multiplier circuit will be described. A sum signal and a difference signal are generated from the demodulated signal by a
[0107]
Similarly, sin8θ is formed from sin2θ and cos2θ by a
[0108]
With the 16-times multiplication method described above, there is a great effect that the carrier waves of all the signal points of the modified 16QAM signal having the signal point arrangement as shown in FIG. 46 can be reproduced without extracting a specific signal point.
[0109]
Also, the carrier wave of the modified 64QAM signal arranged as shown in FIG. 47 can be reproduced, but since some signal points are slightly shifted from the
[0110]
There are two ways to deal with this. One is not to transmit a signal at a signal point outside the synchronization area. The amount of information is reduced, but the structure is simplified. Another is to provide a synchronous time slot as described with reference to FIG. By transmitting signal points such as the
[0111]
As described above, the 16-multiplying method has a great effect that the carrier of the modified 16QAM or modified 64QAM signal can be reproduced by the 4PSK receiver with a simple receiver configuration. Further, when a synchronization time slot is further set, an effect of increasing the phase accuracy at the time of carrier reproduction of the modified 64QAM can be obtained.
[0112]
As described above in detail, by using the transmission device of the present invention, a plurality of data can be simultaneously transmitted in a single radio band in a hierarchical structure.
[0113]
In this case, by setting three levels of receivers having different reception sensitivities and demodulation capabilities for one transmitter, there is an advantage that the data amount commensurate with the investment of the receiver can be demodulated. First, a human receiver who purchases a small antenna and a low-resolution but low-cost first receiver can demodulate and reproduce the first data string. Next, a receiver who has purchased a medium-sized antenna and a medium-resolution high-cost second receiver can reproduce the first and second data strings. Also, a person who has purchased a large antenna and a high-resolution, high-cost third receiver can demodulate and reproduce all of the first, second, and third data strings.
[0114]
If the first receiver is a home digital satellite broadcast receiver, the receiver can be realized at a low price that can be accepted by many general consumers. Although the second receiver initially requires a large antenna and is expensive, it is unacceptable to consumers in general, but it is worthwhile for those who want to watch HDTV a little higher. The third receiver requires a rather large industrial antenna until the satellite power increases, and is not practical for home use and is initially suitable for industrial use. For example, if an ultra-high resolution HDTV signal is transmitted and transmitted to various movie theaters by satellite, the movie theater can be digitized by video. In this case, there is also an effect that operating costs of movie theaters and video theaters are reduced.
[0115]
As described above, when the present invention is applied to TV transmission, there is a great effect that video services of three image quality can be provided in one radio frequency band, and that they are compatible with each other. In the embodiment, examples of 4PSK, modified 8QAM, modified 16QAM, and modified 64QAM have been described, but 32QAM and 256QAM can also be realized. Also, the present invention can be applied to quaternary or octal ASK signals as shown in FIGS. 58 and 68 (a) and (b). In addition, the present invention can be implemented with 8PSK, 16PSK, and 32PSK. Further, in the embodiment, the example of the satellite transmission is shown, but it goes without saying that the same can be realized by the terrestrial transmission or the wired transmission.
[0116]
(Example 2)
The second embodiment is obtained by logically further dividing the physical hierarchical structure described in the first embodiment by differentiating the error correction capability and adding a logical hierarchical structure. In the case of the first embodiment, the respective hierarchical channels have different electric signal levels, that is, different physical demodulation capabilities. On the other hand, in the second embodiment, the logical reproduction capability such as the error correction capability is different. Specifically, for example, D1The data in the hierarchical channel of1-1And D1-2, And one of the divided data, for example, D1-1Error correction capability of data1-2Data and demodulation and reproduction,1-1And D1-2Since the data has different error post-tuning capabilities, if the C / N value of the transmission signal is reduced, D1-2At a signal level that cannot be reproduced1-1Is within the set error rate and can reproduce the original signal. This can be called a logical hierarchical structure.
[0117]
In other words, by dividing the data of the modulation hierarchical channel, and by differentiating the magnitude of the inter-code distance of error correction such as the use of an error correction code and a product code, a logical hierarchical structure based on error correction capability is added, Finer hierarchical transmission is possible.
[0118]
Using this, D1Channel is D1-1, D1-2Two subchannels, D2Channel is D2-1, D2-2To two sub-channels.
[0119]
This will be described with reference to FIG. 87 showing the C / N value of the input signal and the hierarchical channel number.1-1Can be reproduced with the lowest input signal. Assuming that this CN value is d, when CN = d, D1-1Is played but D1-2, D2-1, D2-2Does not play. Next, when CN = C or more, D1-2Is further reproduced, and when CN = b, D2-1Is added, and when CN = a, D2-2Joins. Thus, as the CN increases, the total number of reproducible layers increases. Conversely, as the CN decreases, the total number of reproducible hierarchies decreases. This will be described with reference to the transmission distance and reproducible CN values shown in FIG. Generally, as the transmission distance becomes longer as shown by a
[0120]
Next, a specific configuration will be described. Here, an embodiment of two physical layers and two logical layers will be described. FIG. 87 is a block diagram of the
[0121]
Here, the
[0122]
Next, the state of receiving this signal will be described. FIG. 88 is a block diagram of the receiver. The basic configuration of the
[0123]
Now, in FIG. 88, the received signal is demodulated by the
[0124]
In this case, D1-1Is D1-2More and D2-1Is D2-2Since the error correction capability is higher, as described with reference to FIG. 85, even when the C / N value of the input signal is lower, a predetermined error rate can be obtained, and the original signal can be reproduced.
[0125]
Specifically, a method for differentiating the error correction capability between the
[0126]
As shown in the block diagrams of FIGS. 160 and 167, an interleaver 744K is provided in the transmission unit, and
[0127]
Here, the logical hierarchical structure will be described with reference to the relationship diagram between C / N and the error rate after error correction in FIG. In FIG. 89, a
[0128]
The error rate of the corrected data increases as the C / N value of the input signal decreases. Below a certain C / N value, the error rate after error correction does not fall below the reference error rate Eth at the time of system design, and the original data is not reproduced normally. By the way, in FIG. 89, when C / N is gradually increased, D1-1When the C / N is equal to or less than e as indicated by indicated by the signal
[0129]
When C / N = d, D1-1Has an error correction capability of D1-2Since the error rate is higher, the error rate after error correction becomes equal to or lower than Eth as shown by a point 885d, and data can be reproduced. On the other hand, D1-2Error correction capability is D1-1The error rate after correction is D1-1Error rate after correction is not so low2Cannot be reproduced because it exceeds Eth. So in this case D1-1Only can play.
[0130]
When C / N is improved and C / N = C, D1-2Since the error rate 誤 り after error correction reaches Eth as shown by a point 885C, the data can be reproduced. At this point D2-1, D2-2That is, D2Channel demodulation is in an uncertain situation. With the improvement of C / N, D at C / N = b '2The channel can be reliably demodulated.
[0131]
When C / N is further improved and C / N = b, D2-1Is reduced to Eth as shown at
[0132]
In this way, by using the error correction capability differentiation, the physical layer D1, D2The channel can be further divided into two logical hierarchies, and an effect of transmitting a total of four hierarchies can be obtained.
[0133]
In this case, the data structure is set to a hierarchical structure such that a part of the original signal can be reproduced even if data of a higher hierarchy is lost, and by combining with the multi-level transmission of the present invention, the degradation of C / N like the analog transmission is performed. Accordingly, there is an effect that hierarchical transmission in which the data amount gradually decreases becomes possible. In particular, image compression technology in recent years has progressed rapidly, and when image compression data is structured in a hierarchical structure and combined with hierarchical transmission, video with much higher image quality than the analog transmission is transmitted between the same points, As in transmission, it is possible to receive in a wide area while lowering the image quality according to the received signal level in a stepwise manner. As described above, the effect of hierarchical transmission, which has not been provided by conventional digital video transmission, can be obtained while maintaining high digital image quality.
[0134]
Further, the most important data for image expansion of the HDTV signal such as the address data of the image segment data, the reference image data at the time of image compression, the descrambling data shown in the rascramble section of FIG. 66, and the frame synchronization signal are described as High Priority Data.
[0135]
As shown in FIG. 133 and FIG. 156, High Priority Data is converted to
[0136]
(Example 3)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0137]
FIG. 29 is an overall view of the third embodiment.
[0138]
The other input images 406, 407, and 408 are compressed and output by the
[0139]
Of these four sets of data, the four sets of signals in the first data sequence are time-multiplexed by the first multiplexer 413 of the
[0140]
All or a part of the signal group of the second data string is multiplexed by the multiplexer 414 and sent to the
[0141]
In response to this, the
[0142]
In the
[0143]
In the
[0144]
In the
[0145]
Next, the configuration will be described in detail based on the block diagram of the
[0146]
The horizontal high-pass component is converted into a horizontal high-pass vertical low-pass signal, abbreviated as H, by a vertical low-
[0147]
In the
[0148]
HLVHThe signal is compressed by the
[0149]
Next, the
[0150]
FIG. 33 is a block diagram of the third image decoder.1The signal is input from the
[0151]
Next, a specific multiplexing method of the
[0152]
FIG. 34 is a data array diagram showing a first data string, D1And the second data string, D2And the third data string D3How the six NTSC channels L1, L2, L3, L4, L5, L6}, the six HDTV channels M1 to M6, and the six S-HDTV channels H1 to H6 are arranged on the time axis during the period of T. It is what I drew. FIG. 34 shows that D1L1 to L6 are arranged in a signal by time multiplexing using the TDM method or the like. D1H of the first channel in the domain 601LVLSend a signal. Next D2In the
[0153]
Here, the case where the TV station of the first channel is selected will be described. First, a general receiver having a small antenna, the
[0154]
Some receivers such as movie theaters having a large antenna, a
[0155]
FIG. 35 shows the configuration of another domain. First, the first channel of NTSC is arranged in L1. This L1 is D1The signal is located at the position of the
[0156]
36 is D3Shows a case where six time domains are occupied to transmit a super HDTV signal. When the NTSC compressed signal is set to 6 Mbps, the transmission rate of 54 Mbps can be increased nine times. Therefore, super HDTV with higher image quality can be transmitted.
[0157]
The above is the case where one of the horizontal and vertical polarization planes of the radio wave of the transmission signal is used. Here, by using two horizontal and vertical polarization planes, the frequency utilization efficiency is doubled. This will be described below.
[0158]
FIG. 49 shows the horizontal polarization signal D of the first data string.V1And vertical polarization signal DH1And D of the second data stringV2And DH2, D of the third data stringV3And DH3FIG. In this case, the vertical polarization signal D of the first data sequenceV1Contains a low-frequency TV signal such as NTSC and the horizontal polarization signal D of the first data string.H1Contains a high-frequency TV signal. Therefore, the
[0159]
FIG. 50 shows a case where the TDMA system is used. A
[0160]
As described above, according to the third embodiment, there is a remarkable effect that a digital TV broadcast compatible with three signals of an ultra-high resolution type HDTV, HDTV and NTSC-TV becomes possible. In particular, when transmitted to a movie theater or the like, there is a new effect that images can be digitized.
[0161]
Here, the modified QAM according to the present invention is called SRQAM, and a specific error rate will be described.
[0162]
First, an error rate of 16 SRQAM is calculated. FIG. 99 is a vector diagram of signal points of 16 SRQAM. In the first quadrant, in the case of 16QAM, the intervals between the 16 signal points such as the
[0163]
The
0 <n <3
It is. The
[0164]
If the error rate of the first data string is Pe1,
[0165]
(Equation 1)
[0166]
If the error rate of the second data string is Pe2
[0167]
(Equation 2)
[0168]
It becomes.
Next, the error rate of 36 SRQAM or 32 SRQAM is calculated. FIG. 100 is a signal vector diagram of 36 SRQAM. In the first quadrant, the distance between signal points of 36QAM is defined as 2δ.
[0169]
The
[0170]
(Equation 3)
[0171]
It becomes.
In this case, the C / N to error rate diagram in FIG. 101 shows an example of calculating the relationship between the error rate Pe and the C / N of the transmission system.
[0172]
Next, the second hierarchy D when n = 1.52Is shown by
[0173]
In the case of 32 SRQAM, the first data string D required to obtain a predetermined error rate when the shift amount n is changed1And the second data string D2Are shown in the relationship diagram between the shift amount n and the C / N in FIG. As is apparent from FIG. 103, if n is 0.8 or more, hierarchical transmission, that is, the first data stream D1And the second data string D2It can be seen that a difference in C / N value required for transmission of the data is generated, and the effect of the present invention is generated. Therefore, in the case of 32 SRQAM, it is effective under the condition of n> 0.85. The error rate in the case of 16 SRQAM is as shown in the relationship between C / N and error rate in FIG.
[0174]
In FIG. 102, a
[0175]
The relationship between shift amount n and C / N in FIG. 104 is the first data string D necessary to obtain a specific error rate when shift amount n is changed in the case of 16 SRQAM.1And the second
[0176]
Here, an example in which the SRQAM of the present invention is specifically applied to digital TV terrestrial broadcasting will be described. FIG. 105 is a diagram showing the relationship between the distance between the transmitting antenna and the receiving antenna during terrestrial broadcasting and the signal level.
[0177]
However, the C / N fluctuates temporally with a width of 5 dB due to deterioration of reception conditions such as weather. There is a problem that if the C / N drops in a reception situation where the C / N rank is close to the threshold value, HDTV reception becomes abruptly impossible. In addition, a fluctuation of at least about 10 dB is expected due to the influence of the terrain and the building, and the signal cannot be received at all points within a radius of 60 miles. In this case, unlike analog, video cannot be transmitted completely in digital. Therefore, the service area of the conventional digital TV broadcasting system is uncertain.
[0178]
On the other hand, in the case of the 32 SRQAM of the present invention or the 8-VSB shown in FIG. 68, as described above, a three-layer hierarchy is formed by the configurations of FIGS. 133 and 137. 1st-1st level D1-1Sends a low-resolution NTSC signal at the MPEG level, and1-2 to send a medium resolution TV component such as NTSC,2Can send high frequency components of HDTV. For example, in FIG. 105, the service area of the 1-2nd layer expands to a $ 70 point as shown at a
[0179]
With the conventional 32QAM broadcast system, a nominal 60 mile service area can be set. However, in practice, reception conditions were extremely unstable near the reception limit area due to changes in weather and topographic conditions.
[0180]
However, using 36 SRQAM of the present invention,1-1To transfer the MPEG1 grade low-frequency TV component to the 1-2nd layer D1-2At NTSC grade {transmit mid-range TV component}2106, the radius of the service area of the high-resolution grade HDTV is reduced by 5 miles, but the radius of the service area of the medium-resolution grade EDTV is increased by 10 miles or more, as shown in Fig. 106. However, the service area of the low-resolution LDTV can be expanded by 18 miles. FIG. 107 shows the service area when the shift factor is n or s = 1.8, and FIG. 135 shows the service area in FIG. 107 in terms of area.
[0181]
As a result, by applying the SRQAM method of the present invention even in an unreceivable area which existed in an area where reception conditions are poor in the conventional method, at least in most of the receivers at least within the set service area. Transmission that enables TV broadcasts to be received at a resolution or a low resolution grade becomes possible. Therefore, the use of the present invention greatly reduces the unreceivable area in the area where the ordinary QAM occurs, such as a building shadow or an unreceivable area in a lowland and an area where interference from an adjacent analog station occurs, thereby substantially reducing the unreceivable area. The number of recipients can be increased.
[0182]
Secondly, in the conventional digital TV broadcasting system, only a receiver having an expensive HDTV receiver and a receiver can receive a broadcast, so that only a part of the receivers can view in the service area. However, in the present invention, a receiver having a conventional TV receiver of the conventional NTSC, PAL or SECAM system can also increase the digital HDTV broadcast program by NTSC or LDTV grade by adding only a digital receiver. This has the effect of enabling reception. Therefore, the receiver can view the program with less economic burden.
[0183]
At the same time, the total number of receivers increases, so that the TV sender can obtain more viewers, so that a social effect that management as a TV business is more stable is produced.
[0184]
Third, the area of the receiving area of the middle and low resolution grade is 36% larger than that of the conventional system when n = 2.5. The number of recipients increases with the expansion. Due to the expansion of the service area and the increase in the number of receivers, the business revenue of the TV operator increases accordingly. This is expected to reduce the business risk of digital broadcasting and accelerate the spread of digital TV broadcasting.
[0185]
Now, as shown in the service area diagram of 32 SRQAM in FIG. 107, the same effect can be obtained when n or s = 1.8. By changing the shift value n, each broadcasting station changes n in accordance with local conditions and circumstances such as the distribution status of the HDTV receiver and the NTSCTV receiver, and the D of SRQAM is changed.1And D2By setting the
[0186]
in this case
n> 1.0
In such a case, the above effects can be obtained.
Therefore, in the case of 32 SRQAM, n is
1 <n <5
It becomes.
Similarly, for 16 SRQAM, n is
1 <n <3
It becomes.
[0187]
In this case, in the SRQAM system in which the first and second layers are shifted as shown in FIGS. 99 and 100, if n is 1.0 or more in 16 SRQAM, 32 SRQAM, and 64 SRQAM, the effect of the present invention can be obtained in terrestrial broadcasting. Can be
[0188]
In the embodiment, the case where the video signal is transmitted has been described. However, the audio signal is divided into a high-frequency part or a high-resolution part and a low-frequency part or a low-resolution part, and the transmission method of the present invention is used as a second data string and a first data string, respectively. The same effect can be obtained by transmitting using.
[0189]
When used for PCM broadcasting, radio, and mobile phones, there is an effect that the service area is expanded.
[0190]
In the third embodiment, as shown in FIG. 133, a sub-channel based on TDM is provided in combination with a time division multiplexing (TDM) system, and the code gains for error correction of two sub-channels are discriminated as shown in ECC {
[0191]
The block diagram in FIG. 131 is a magnetic recording / reproducing device, and the block diagram in FIG. 137 is a transmission device. Up @ converter of the transmitter of the transmission device; Down @ converter of the receiver are replaced with the magnetic head recording signal amplification circuit and the magnetic head reproduction signal amplification circuit of the magnetic recording / reproducing device, so that both have exactly the same configuration. I understand. Therefore, the configuration and operation of the modem are exactly the same. Similarly, it can be seen that the magnetic recording / reproducing system of FIG. 84 has the same configuration as the transmission system of FIG. 156. In addition, the configuration shown in FIG. 157 can be used to simplify the configuration, and the configuration shown in FIG. 158 can be used to further simplify the configuration.
[0192]
In the simulation of FIG. 106, the 1-1 subchannel D1-1And the 1-2
[0193]
Although the embodiment in which the C-CDM and the TDM are combined is used, the same effect of reducing the threshold can be obtained by combining the embodiment with the frequency division multiplexing (FDM). For example, when used for TV broadcasting, the frequency distribution of a TV signal shown in FIG. 108 is obtained. Conventional analog broadcasting, for example, an NTSC signal has a frequency distribution like a
[0194]
Here, FIG. 134 shows a diagram in the case where the conventional system 32QAM is used. Since the output of the sub-channel A is larger, the threshold value Threshold1 may be smaller by 4 to 5 dB than the threshold value Threshold2 of the sub-channel B. Therefore, hierarchical broadcasting of 2 layers having a difference of 4 to 5 dB threshold is realized. However, in this case, when the level of the received signal becomes equal to or lower than Thehold2, all of the signals indicated by oblique lines of the
[0195]
However, when the present invention is used, as shown in FIG. 108, first, a subchannel 1ofA is added to the
[0196]
By transmitting the normal resolution component to one of the sub-channels, the number of hierarchies is further increased, and the effect of expanding the low-resolution service area is produced. By putting important information such as audio information, synchronization information, and header of each data into the sub-channel having a low threshold value, the important information can be reliably received and stable reception is possible. If a similar technique is used for the
[0197]
In this way, when FDM and C-CDM are combined, there is an effect that the service area is expanded. In this case, two sub-channels are provided by FDM, but the frequency may be divided into three and three sub-channels may be provided.
[0198]
Next, a method of avoiding interference by combining TDM and C-CDM will be described. As shown in FIG. 109, the analog TV signal includes a horizontal retrace
[0199]
FIG. 110 is a diagram showing the principle of C-CDM. FIG. 111 shows a code allocation diagram of the 16-QAM extended version C-CDM, and FIG. 112 shows a code allocation diagram of the 32-QAM extended version. As shown in FIGS. 110 and 111, 256QAM is divided into first, second, third, and
[0200]
For example, the error rate of
[0201]
(Equation 4)
[0202]
[0203]
(Equation 5)
[0204]
The error rate of
[0205]
(Equation 6)
[0206]
The error rate of
[0207]
(Equation 7)
[0208]
The error rate of
[0209]
(Equation 8)
[0210]
Indicate by.
(Example 4)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0211]
FIG. 37 is an overall system diagram of the fourth embodiment. The fourth embodiment uses the transmission apparatus described in the third embodiment for terrestrial broadcasting, and has almost the same configuration and operation. The difference from FIG. 29 described in the third embodiment is that the transmitting antenna 6a is a terrestrial transmission antenna and each of the antennas 21a, 31a, and 41a of each receiver is a terrestrial transmission antenna. Only points. The other operations are exactly the same, and a repeated explanation will be omitted. Unlike satellite broadcasting, in the case of terrestrial broadcasting, the distance between the transmitting antenna 6a and the receiver is important. A distant receiver has a weaker arrival radio wave, and cannot demodulate at all with a signal simply multi-valued QAM-modulated by a conventional transmitter and cannot watch a program.
[0212]
However, when the transmission apparatus of the present invention is used, the
[0213]
Next, in the
[0214]
On the other hand, the
[0215]
The method of allocating frequencies in this case can be explained by replacing the time multiplexing arrangement with the frequency arrangement with reference to FIGS. 34, 35 and 36. As shown in FIG. 34, when the frequency is assigned from
[0216]
As described above, there is an effect that three digital TV terrestrial broadcasts compatible with each other can be broadcast using the D2 and D3 signal areas of one channel or another channel. In the case of the present invention, there is an effect that a TV program of the same content on the same channel can be received in a wider area if the resolution is medium.
[0219]
As a digital terrestrial broadcast, an HDTV broadcast in a 6 MHz band using 16QAM has been proposed. However, since these systems are not compatible with NTSC, it is premised that a simulcast system in which the same program is transmitted by another channel of NTSC is used. In the case of 16QAM, it is expected that a service area that can be transmitted becomes narrow. The use of the present invention for terrestrial broadcasting not only eliminates the need to provide a separate channel, but also has the effect that a broadcast service area is wide because a remote receiver can view a program with a medium resolution.
[0218]
FIG. 52 is a diagram showing a reception interference area diagram of a conventionally proposed HDTV in digital terrestrial broadcasting, and a
[0219]
Next, FIG. 53 is a diagram showing a reception interference area when the hierarchical broadcasting system according to the present invention is used. In the present invention, when the transmission power is the same as that of the conventional method, the high-resolution
[0220]
In this case, in the present invention, there are three areas in which the
[0221]
The third is a
[0222]
As described above, the reception area of the HDTV before the interference is slightly narrower than the conventional method, but the reception range including the NTSC is widened. Furthermore, even in an area where HDTV could not be received by the conventional system due to interference from the
[0223]
Although an example using a two-layer transmission system has been described, a three-layer transmission system may be used as shown in the time allocation diagram of FIG. By separating and transmitting the HDTV into three levels of images of HDTV, NTSC and low-resolution NTSC, the receivable area shown in FIG. 53 is expanded from two layers to three layers, and the outermost layer becomes a wide area. In the
[0224]
Next, an embodiment under the restriction condition that digital broadcasting does not interfere with analog broadcasting will be described. In the system using an empty channel which is currently being studied in the United States and the like, the same channel is used adjacently. For this reason, digital broadcasts to be broadcast later must not interfere with existing analog broadcasts. Therefore, it is necessary to lower the transmission level of the digital broadcast as compared with the case of transmitting under the conditions of FIG. In this case, in the case of the conventional 16QAM or 4ASK modulation, as shown in the interference state diagram of FIG. 54, the
[0225]
Next, FIG. 55 shows a case where the broadcast system of the present invention is used. The HDTV high-resolution
[0226]
As described above, in the case of the same radio wave intensity, in the hierarchical broadcasting according to the present invention, the receivable area of the HDTV quality is slightly narrowed, but the area where the same program can be received in the NTSCTV quality increases. This has the effect of increasing the service area of the broadcasting station. The effect is that the program can be provided to more recipients. The broadcasting business of HDTV / NTSCTV can be established more economically and stably. When the ratio of digital broadcast receivers increases in the future, the interference rules for analog broadcasting will be relaxed, so that the radio wave intensity can be increased. At this point, the service area of the HDTV can be enlarged. In this case, by adjusting the interval between the signal points of the first data string and the second data string, the receivable area of digital HDTVINTSC and the receivable area of digital NTSC shown in FIG. 55 can be adjusted. In this case, by transmitting information of this interval to the first data string as described above, reception can be performed more stably.
[0227]
FIG. 56 shows a disturbance situation diagram when switching to digital broadcasting in the future. In this case, unlike FIG. 52, the adjacent station is a
[0228]
In the competing
[0229]
By the way, the regulation conditions will be further relaxed in the future of full-scale digital broadcasting, and the hierarchical multi-level broadcasting of the present invention will enable HDTV broadcasting over a wide service area. Even at this time, by adopting the hierarchical multi-valued broadcasting system of the present invention, a HDTV reception range as wide as that of the conventional system can be ensured, and distant regions and competitive regions that cannot be received by the conventional system. In this case, since the program can be received with NTSCTV quality, there is an effect that the defective portion of the service area is greatly reduced.
[0230]
(Example 5)
FIG. 57 shows a quaternary VSB-ASK signal signal point arrangement diagram according to the fifth embodiment, which has four
[0231]
In order to perform the multilevel transmission according to the present invention, as shown in the signal point arrangement diagram of 4-level ASK such as 4-level VSB in FIG. 58, signal points 721 and 722 are treated as one group, that is, a first
[0232]
That is, Lo> L
Set. This is a feature of the hierarchical multilevel transmission system of the present invention. However, depending on the system design, L = L may be temporarily or permanently set depending on conditions and settings.oIt is also good In the case of an 8-level VSB, the Constellation is as shown in FIGS.
[0233]
Then, as shown in FIG. 59 (a), the first data string D is added to the two signal point groups.11-bit $ data can be made to correspond. For example, if the first
[0234]
By arranging the signal points in this way, the multi-level transmission of the present invention can be performed by the ASK method. When the signal-to-noise ratio, that is, the C / N value, is sufficiently high, the hierarchical multilevel transmission system is no different from the conventional equally spaced signal point system. However, when the C / N value is low, the second data string D can be obtained by using the present invention even under the condition that no data can be reproduced by the conventional method.2Cannot be reproduced, but the first data string D1Can be played. Explaining this, the state in which the C / N is deteriorated can be shown as a signal point arrangement diagram of 4VSB-ASK in FIG. That is, the signal points reproduced by the receiver are dispersed in a Gaussian distribution over a wide range of the dispersed
[0235]
Thus, a data string D of two layers1And D2Can be sent and received. Therefore, in a good C / N condition and area of the transmission system, the first data stream D1And the second column D2Are in the poor C / N condition and in the area, the first data string D1There is an effect that multi-level transmission in which only the data is reproduced can be performed.
[0236]
FIG. 61 is a block diagram of the
[0237]
Here, the output waveform after passing through the filter will be described. FIG. 62A is a frequency distribution diagram of the ASK modulation signal. As shown, there are sidebands on both sides of the carrier. This signal is removed from one sideband, leaving a small carrier component like the
[0238]
Next, in the
[0239]
Next, a case where a TV signal is transmitted using the transmitter and the receiver will be described. FIG. 64 is a block diagram of the
[0240]
FIG. 65 is a block diagram of the entire TV receiver for digital TV broadcasting. The broadcast signal received by the
[0241]
In this description, since the original video signal is set as the HDTV signal,LVLThe signal is a wide NTSC TV signal. If the screen aspect ratio of the TV is 16: 9, it is output as the
[0242]
On the other hand, the second data string D from the second data
[0243]
This
[0244]
As described above, transmission and reception of the hierarchical broadcast can be performed. If the transmission conditions are good, for example, for a broadcast with a TV transmission antenna close to it, both the first data string and the second data string can be reproduced, so that the program can be received with HDTV quality. For a broadcast that is far from the transmitting antenna, the first data stream is reproduced and the VLHLA low-resolution TV signal is output from the signal. This has the effect that the same program can be received in a wider area with HDTV quality or NTSCTV quality.
[0245]
When the function of the
[0246]
When a scrambled 4VSB or 8VSB signal is received as shown in FIG. 66, the descrambling signal transmitted by the 4VSB or 8VSB signal and the number of the descrambling number memory 502c in the
[0247]
With the configuration as shown in FIG. 67, a receiver having the functions of a satellite broadcast receiver for demodulating a PSK signal and a terrestrial broadcast receiver for demodulating a VSB signal can be easily configured. In this case, the PSK signal received from the
[0248]
In the embodiment, the quaternary ASK signal is divided into two groups,1, D2The multi-level transmission of 1 bit for each of the two layers was performed. However, when an 8-level ASK signal, that is, 8-level-VSB is used as shown in the Constellation diagram of the 8VSB signal in FIGS.1, D2, D3The multi-level transmission of a total of 3 bits / sym {bol of 1 bit of each of the three layers} can be performed. First, as shown in FIG. 68 (a), how to attach the 1st bit code will be described.3The signal points of the signal are binary points of
[0249]
The transmission of digital HDTV video of three layers or the like using this three-layer multi-level transmission system has been described in the third and fourth embodiments, and a detailed description of the operation will be omitted.
[0250]
Here, the effect of performing TV broadcasting using the 8-level VSB in FIG. 68 will be described. While 8VSB has a large amount of transmission information, the error rate for the same C / N value is higher than 4VSB. However, when performing high-quality HDTV broadcasting, there is an effect that the error rate is reduced because a transmission capacity has a margin and a large number of error correction codes are included, and a hierarchical TV broadcasting will be possible in the future.
[0251]
Here, the effects of 4VSB, 8VSB and 16VSB will be described in comparison.
When performing terrestrial broadcasting using the frequency band of NTSC or PAL, as shown in FIG. 136, in the case of NTSC, the band is limited to 6 MHz, and a substantial transmission band of about 5 MHz is allowed. In the case of 4VSB, since the frequency utilization efficiency is 4 bit / Hz, there is a data transmission capacity of substantially 5 MHz × 4 = 20 Mbps. On the other hand, transmission of a digital HDTV signal requires at least 15 Mbps to 18 Mbps. For this reason, since there is no margin in the data capacity in 4-VSB, as shown in the comparison diagram of FIG. 169, the redundancy for the error correction code can be only 10 to 20% of the actual transmission amount of HDTV.
[0252]
Next, in the case of 8-VSB, since the frequency utilization efficiency is 6 bits / HZ, a data transmission capacity of 5 MHz × 6 = 30 Mbps can be obtained. As described above, transmission of an HDTV signal requires 15 to 18 MHz, but in the case of the 8VSB modulation method, an information amount of 50% or more of the substantial transmission amount of the HDTV signal is used as an error correction code as shown in FIG. be able to. Therefore, under the condition that an HDTV digital signal of the same data rate is terrestrial broadcast in a 6 MHz band, 8VSB can add a larger capacity error correction code, so that the error rate curves 805 and 806 in FIG. As shown, for the same C / N value of the transmission system, the error rate after error correction is lower in TCM-8VSB in which Code @ Gain for error correction is higher than in 4VSB in which Code @ Gain for error correction is lower. Therefore, there is an effect that the service area in TV terrestrial broadcasting is wider in 8VSB error-encoded by High @ codeagain than in 4VSB. Certainly, the 8VSB has a disadvantage that the circuit of the receiver becomes more complicated due to the increase of the error correction circuit. However, since the VSB / ASK system is the amplitude modulation system, the circuit scale of the equalizer of the receiver is significantly smaller than the QAM modulation system including a phase component. Therefore, even if an error correction circuit is added, the overall circuit scale does not become larger in the 8VSB system than in the 32QAM system. Therefore, the 8VSB system realizes an appropriate digital HDTV receiver having a wide service area and an overall circuit scale.
[0253]
Although a specific example of the error correction method will be described later in Example 5 and the like, the
[0254]
The
[0255]
By employing the Trellis encoder shown in FIGS. 128 (a), (b), (c), (d), (e), and (f), the Code @ Gain can be further increased, and the error rate decreases. In the case of 8VSB, Trellis @
[0256]
In the embodiment, an example in which a hierarchical digital TV signal is transmitted has been mainly described. In the case of the hierarchical type, ideal broadcasting can be performed. However, since the circuits of the image compression circuit and the modulator / demodulator become complicated, it is not preferable in terms of cost at the start of broadcasting. As described at the beginning of the fifth embodiment, the signal point interval L = L of 4VSB or 8VSB0That is, non-hierarchical -type TV transmission is performed at equal intervals, and by adopting a simple configuration as shown in FIG. 137 as shown in FIG. 157, a TV broadcasting system with a simple circuit is realized. Then, it may be switched to the 8VSB hierarchical transmission at the stage of widespread use.
[0257]
By the way, 4VSB and 8VSB have been described above, but 16VSB and 32VSB will be described in FIGS. 159 (a) to 159 (d). FIG. 159 (a) shows a 16VSB Constellation. In FIG. 159 (b), two
[0258]
By this method, a hierarchical transmission is realized in which 8 VSB or 4 VSB data can be reproduced when the C / N of 16 VSB deteriorates. As shown in FIG. 159 (d), by doubling the signal point of 16VSB, 32VSB can be transmitted. If it is desired to increase the capacity of 16 VSB in the future, this method has an effect that a data capacity of 5 bits / symbol can be obtained while maintaining compatibility.
[0259]
To summarize the above, the configuration of the receiver shown in the block diagram of the VSB receiver of FIG. 161 and the configuration of the transmitter shown in the block diagram of the VSB transmitter of FIG. 162 are obtained.
[0260]
Although mainly described using 4-VSB and 8-VSB, it is also possible to transmit using 16VSB as shown in FIGS. 159 (a), (b) and (c). In the case of terrestrial broadcasting in the case of 16 VSB, a transmission capacity of 40 Mbps can be obtained in a 6 MHz band. However, the data rate of the HDTV digital compressed signal is 15 to 18 Mbps when the MPEG standard is used, so that the margin of the transmission capacity becomes too large. As shown in FIG. 169, Redundancy: R16= 100% or more, so that the redundancy becomes too large to transmit one channel of digital HDTV, and the circuit becomes complicated, but the effect on 8VSB is small. If 16 VSB is used for terrestrial broadcasting of two channels of HDTV, the redundancy is the same as 4 VSB and only about 10 b, so that a sufficient error correction code cannot be inserted, so that the service area is narrowed. As described above, in 4-VSB, Redundancy: R4= 10% to 20%, it is not possible to make a sufficient error correction, so the service area cannot be widened. As is clear from FIG. 169, Redundancy: R of 8-VSB8= 50%, sufficient error correction coding can be performed. A service area can be obtained without increasing the circuit scale of error correction. Accordingly, under the condition that digital HDTV terrestrial broadcasting is performed with a band limitation of 6 to 8 MHz, as is clear from FIG. 169, it is understood that 8Level-VSB is the most effective and optimal VSB modulation method.
[0261]
In the third embodiment, the
[0262]
Next, when such a three-layer hierarchical image transmission is performed, an image decoder as described in the block diagram of FIG. 33 of the third embodiment is required on the receiver side. When this is rewritten, a block diagram as shown in FIG. 71 is obtained. Although there are different processing capacities, there are two
[0263]
This can be realized by one synthesizer in the same manner as in the case of the separation circuit of FIG. Referring to FIG. 72, first, at
[0264]
In this way, when three-layer hierarchical broadcasting is received, there is an effect that two synthesizers are reduced to one by time division processing.
[0265]
Now, in this method, first, at
[0266]
If the timings of the components of the input signal are originally different or overlapping, a memory is provided in the
[0267]
D1 in the time allocation diagram of FIG. 73 indicates the first data string D1 of the transmission signal, and during the period of the
[0268]
Next, the number of expansion units of the receiver is large. A method for reducing these numbers will be described. FIG. 74 (b) shows a time allocation diagram of
[0269]
FIG. 75 is a time allocation diagram when transmitting HDTV. For example, H corresponding to the NTSC component of the first channel of the broadcast programLVLH signalLVLAssuming (1), this is time-arranged at the position of the
[0270]
A similar effect can be obtained by arranging
[0271]
FIG. 77 shows a case where hierarchical multi-level broadcasting is performed using a physically two-layer hierarchical transmission method for three-layer video such as NTSC, HDTV, and high-resolution HDTV, or low-resolution NTSC, NTSC, and HDTV. FIG. For example, in the case of broadcasting low-resolution NTSC, NTSC, and HDTV three-layer video, the D1 signal has H corresponding to the low-resolution NTSC signal.LVLThe signal is arranged in the
[0272]
Here, as shown in the block diagrams of FIG. 156 and FIG. 170, the logical hierarchical transmission by differentiating the error correction capability described in the second embodiment is added to 4VSB, 8VSB, and 16VSB. Specifically, HLDLIs D1D in the signal1-1Channels are used. D1-1The channel is D as described in the second embodiment.1-2It employs an error correction method that has a higher correction capability than the channel. D1-1Channel is D1-2Since the redundancy is higher than that of the channel but the error rate after reproduction is lower, the reproduction can be performed even under the condition that the C / N value is lower than that of the
[0273]
Well, D2Physically demodulates the signal1Requires a higher C / N value than the signal. Therefore, under the reception condition with the lowest C / N value such as a remote place, HLVLA signal, that is, a low-resolution NTSC signal is reproduced. Then, in the reception condition where the C / N value is the next lowest, H is additionally added.LVH, HHVL, HHVHIs reproduced, and the NTSC signal can be reproduced. Further, in a reception condition having a high C / N value, HLVLPlus HLVH-H, HHVL-H, HHVHSince −H is also reproduced, the HDTV signal is reproduced. Thus, broadcasting of three layers can be performed. By using this method, the receivable area described with reference to FIG. 53 is expanded from two layers to three layers as shown in the reception interference area diagram of FIG. 90, and the program receivable area is further expanded.
[0274]
Here, FIG. 78 is a block diagram of the third image decoder in the case of the time arrangement of FIG. 77. Basically, it has a configuration in which the
[0275]
In operation, at
[0276]
Next, at
[0277]
FIG. 79 is a time allocation diagram of a hierarchical broadcast that broadcasts images of three layers using three physical layers D1, D2, and D3. As is clear from the figure, the components of the same TV channel are arranged so as not to overlap in time. FIG. 80 shows a receiver obtained by adding the
[0278]
The operation is almost the same as the time allocation diagram of FIG. 77 and the block diagram of FIG. Therefore, the description is omitted. Also, as shown in the time allocation diagram of FIG. 81, all signals can be time-multiplexed to the D1 signal. In this case, the two data, the
[0279]
In the case of the time allocation diagram shown in FIG. 81, the data has a logical hierarchy. By reducing the transmission bit rate of the
[0280]
FIG. 82 is a block diagram of the
[0281]
As described above, when a transmission signal as shown in the time allocation diagram of FIG. 81 is transmitted, there is an effect that the number of
[0282]
As described above, there is an effect that the receiver can be configured with a simple configuration.
In the fifth embodiment, the operation is described using the ASK modulation. However, many of the methods described in the fifth embodiment can be used for the PSK and QAM modulation described in the first, second, and third embodiments.
[0283]
Further, the above embodiments can be used for FSK modulation.
For example, when multi-level FSK modulation of f1, f2, f3, and f4 is performed as shown in FIG. 83, grouping is performed as in the signal point arrangement diagram of FIG. 58 of the fifth embodiment, and the signal point positions of each group are determined. Separation allows hierarchical transmission.
[0284]
In FIG. 83, a
[0285]
Also, the fifth embodiment of the present invention can be used in a magnetic recording / reproducing apparatus shown in a block diagram as in FIG. In the fifth embodiment, magnetic recording and reproduction can be performed because of ASK.
[0286]
FIG. 84 shows a block diagram of a recording device (Recorder) / transmitter (Transmitter) and a reproducing device (Player) / receiver (Receiver).
[0287]
In the block diagram of FIG. 84, the VSB-ASK modulation method of the
[0288]
84, the HDTV signal is compressed by the Video @
[0289]
On the other hand, the recording signal recorded by the recording device is reproduced by the reproducing
[0290]
The signal input to the
[0291]
Although the circuit is complicated by the addition of the Trellis encoder, the error rate is reduced, the transmission distance of the transmission device is increased, and the image quality of the recording / reproducing device is improved. In this case, the
[0292]
In the case of FIG. 84, the second data string has a lower error rate after the first data string and the second data string. Therefore, by transmitting / recording important High Priority (HP) information such as the descrambling information of FIG. 66 and the header information of the image data of each image block in the second data string, the descrambling and each image can be performed. The image signal reproduction of the block can be stabilized.
[0293]
As shown in FIGS. 137 and 172, in the 8VSB or 16VSB transmission device, the data sequence of each time-divided sub-channel is changed for each sub-channel by the error correction code gain of the trellis decoder or the ECC decoder, and HighPriority ( HP) information is sent on the subchannel with the higher code gain. Since the error rate of the HP information becomes lower, even if noise is generated to some extent in the transmission path and the signal is degraded and the Low Priority information (LP) information is destroyed, the effect that the HP information data is not destroyed is obtained. By transmitting the aforementioned descramble information or header information such as the address of a data packet in image block units as the HP information, the descrambling is stabilized for a long time, and the viewer can stably view the descrambled program. Further, since catastrophic destruction of each image block is prevented, even if the received signal is degraded, the entire picture quality is only degraded, so that the viewer can view the TV program with a certain picture quality.
[0294]
(Example 6)
An example in which the transmission recording method of the present invention is applied to a magnetic recording / reproducing apparatus according to a sixth embodiment will be described. In the fifth embodiment, the case where the present invention is applied to the ASK transmission system of multi-level transmission is shown. However, the present invention is applied to a magnetic recording / reproducing apparatus of the multi-level ASK recording system as shown in the block diagram of FIG. Can be applied. By applying the C-CDM method of the present invention to PSK, FCK, and QAM in addition to ASK, hierarchical and non-hierarchical multivalued magnetic recording can be performed. As described above, the present invention can be applied to both the recording device and the transmission device, but the description will be made using an example of the recording device.
[0295]
First, a method of hierarchization and multi-leveling will be described using an example in which the C-CDM system of the present invention is applied to a 16QAM or 32QAM magnetic recording / reproducing apparatus. FIG. 84 illustrates the transmission / recording apparatus using the 9-ASK such as the multi-level VSB in the fifth embodiment. However, the same effect can be obtained by changing the ASK of FIG. 84 to QAM. 84 and 173, the case where C-CDM is applied to QAM will be described. Hereinafter, the QAM obtained by C-CDM multiplexing is referred to as SRQAM. 137 and 154 illustrate a case where the present invention is applied to a transmission system.
[0296]
Referring to FIG. 84 and FIG. 173, the magnetic recording / reproducing
[0297]
The format of the recording signal is such that, as shown in the recording signal frequency arrangement diagram of FIG. 113, information is recorded in a
[0298]
When 16 SRQAM is used for the main signal, the signal point arrangement is as shown in FIG. FIG. 100 shows a case where 36 SRQAM is used. When 4ASK and 8ASK are used, the arrangement is as shown in FIGS. 58 and 68 (a) and (b). When reproducing this signal, the
[0299]
Further, as shown in the block diagram of FIG. 114, the second data
[0300]
Recording by ASK described in the fifth embodiment can also be performed. As shown in FIGS. 59 (c) and (d) and FIGS. 68 (a) and (b), signal points of quaternary ASK and octal ASK are divided into two groups by making the current binary recording a multi-level. Two or three layers can be hierarchized.
[0301]
The block diagram in the case of ASK is the same as FIG. As shown in FIG. The error rate is reduced by the combination of Trellis and ASK. In addition to the description in the embodiment, multi-level recording such as a hierarchical type using multiple tracks on a magnetic tape can also be performed. Further, it is also possible to perform logical hierarchical recording by differentiating data by changing the error correction capability.
[0302]
Here, compatibility with future standards will be described. Normally, when a standard for a recording / reproducing apparatus such as a VTR is set, the standard is determined using the highest C / N tape that can be actually obtained. The recording characteristics of the tape improve with the progress of the day. For example, the C / N value is currently improved by 10 dB or more compared to a
[0303]
However, in the case of the present invention, first, a standard for recording and reproducing the first data string or the second data string on the current tape is created. If the present invention is adopted in advance when the C / N of the tape is greatly improved in the future, data of a higher data layer, for example, data of a third data string is added, and for example, 64 SRQAM or 8ASK of three layers is added. A super HDTV VTR for recording and reproducing is realized while maintaining complete compatibility with the conventional standard. At the time when this future standard is realized, the present invention provides a two-layer magnetic recording of the old standard which can record and reproduce only the first data line and the second data line on the magnetic tape on which the third data line is recorded in the three layers by the new standard. When reproduced by the reproducing apparatus, the third data string cannot be reproduced, but the first and second data strings can be completely reproduced. Therefore, the HDTV signal is reproduced. Therefore, there is an effect that the amount of recording data can be expanded in the future while maintaining compatibility between the old and new standards.
[0304]
Here, the description returns to the reproduction operation in FIG. At the time of reproduction, a reproduction signal is reproduced from the
[0305]
The above is an embodiment of a magnetic recording / reproducing apparatus having two layers. Next, an embodiment of a magnetic recording / reproducing apparatus of three layers obtained by adding one logical layer to two physical layers is shown in FIG. This will be described with reference to a block diagram. Basically, the configuration is the same as that of FIG. 84, but the first data string is further divided into two sub-channels by TDM to form a three-layer structure. As shown in FIG. 131, first, an HDTV signal is converted into two data of a middle-range and a low-range video signal by a 1-1
[0306]
At the time of reproduction, the recording signal reproduced by the
[0307]
The second data string D2 is Vitabi decoded by Trellis @
[0308]
Thus, a three-layer magnetic recording / reproducing apparatus is realized. As described above, there is a correlation between the C / N value of the
[0309]
Next, as shown in the recording track diagram of FIG. 132 which describes the effect of hierarchical recording during fast-forward reproduction, a recording track 855b of azimuth angle A and a recording track 855b of azimuth angle B opposite to azimuth angle A are recorded on the
[0310]
During reverse playback, only a partial area of the magnetic track is traced as shown by the head trace 85g. However, even in this case, when the recording / reproducing format shown in FIG. 132 is used, the D1-1 recording area can be reproduced, so that a moving image of LDTV grade # image quality is intermittently output.
[0311]
Thus, in the present invention, since an LDTV-grade image is recorded in a narrow area of a part of a recording track, the user can intermittently reproduce a nearly complete still image with the LDTV-grade image quality at the time of fast forward in both the forward and reverse directions. There is an effect that the screen can be easily checked at the time of high-speed search.
[0312]
Next, a description will be given of a method of coping with faster-forward reproduction. As shown in the lower right of FIG.1-1A recording area 855C is provided, and one frame of LDTV is recorded.1-1A part of the recording area 855C has a smaller area D1-1・ D2A
[0313]
This method uses D2Since there is no function of reproducing the recording area 855j, it cannot be reproduced at the time of fast forward. On the other hand, in a three-layer high-performance VTR, an image can be confirmed even at a
[0314]
In the embodiment, the hierarchical modulation method is used. However, even with a normal modulation method such as 16QAM, if the hierarchical image coding is performed, fast-forward reproduction according to the present invention is realized. Needless to say.
[0315]
In the conventional non-hierarchical digital VTR recording method of the high image compression method, since the image data is uniformly dispersed, it is impossible to reproduce the entire screen image of each frame at the same time during fast forward reproduction. Can not. For this reason, it is possible to reproduce only the image of each block on the screen whose time axis is shifted. However, although the hierarchical HDTV VTR of the present invention is of the LDTV grade, there is an effect that an image in which the time axis of each block of the screen is not shifted can be reproduced at the time of fast forward reproduction.
[0316]
When the three-layered recording of the HDTV of the present invention is performed and the C / N of the recording / reproducing system is high, a high-resolution TV signal such as an HDTV can be reproduced. When the C / N of the recording / reproducing system is low or when reproduction is performed by a magnetic reproducing device having a low function, a TV signal of an EDTV grade such as a wide NTSC or a TV signal of an LDTV grade such as a low resolution NTSC is output.
[0317]
As described above, in the magnetic reproducing apparatus using the present invention, even when the C / N is low or the error rate is high, it is possible to reproduce the video of the same content with low resolution or low image quality. Is obtained.
[0318]
(Example 7)
In the seventh embodiment, the present invention is used for a four-layer video hierarchy transmission. By combining the four-layer transmission scheme and the four-layer video data structure described in the second embodiment, a four-layer reception area is created as shown in the reception interference area diagram of FIG. As shown in the figure, a
[0319]
To realize the four layers, there are a four-layer physical layer by modulation and a four-layer logical layer by differentiating the error correction capability. The former has a large C / N difference due to a large C / N difference between the layers. Is required. The latter is based on the premise that demodulation is possible, so that the C / N difference between layers cannot be made large. It is realistic to perform four-layer transmission using two physical layers and two logical layers. First, a method of separating a video signal into four layers will be described.
[0320]
FIG. 93 is a block diagram of the
[0321]
The input video signal is divided into a high frequency component and a low frequency component by the
[0322]
H of low frequency componentLVLThe signal is further divided into two in the horizontal and vertical frequency components by a separation circuit 404c. Therefore HLVLThe output is, for example, 250 lines vertically and the horizontal resolution is 1/4. When this is defined as an LL signal, the LL component is compressed by the
[0323]
On the other hand, HLVLAre combined into one LH signal by a
[0324]
H of high frequency componentHVH, HLVH, HHVLAre converted into one H by the synthesizer 772a.HVH-H signal. If the compression signal is 1000 in both the vertical and horizontal directions, this signal has 500 to 1000 components in the horizontal and vertical directions. Then, the light is separated into four components by the
[0325]
Therefore HLVLAs output, 500 to 750 horizontal and vertical components are separated. This is called an HH signal. And HHVH, HLVH, HHVLThe three components have 750 to 1000 components, are combined by a
[0326]
Thus, by combining the hierarchical data structure and the hierarchical transmission, it is possible to realize the image transmission in which the image quality gradually decreases as the C / N deteriorates. This has a great effect of expanding the service area in broadcasting. Next, the receiver for demodulating and reproducing this signal has the same configuration and operation as the second receiver in FIG. 88 described in the second embodiment. Therefore, the entire operation is omitted. However, the configuration of the synthesizing
[0327]
As described with reference to the block diagram of the receiver in FIG. 88 in the second embodiment, the received signal is demodulated, error-corrected, and D1-1, D1-2, D2-1, D2-2And these signals are input to the synthesizing
[0328]
FIG. 94 is a block diagram of the synthesizing
[0329]
The image quality of the TV signal will be described in detail. FIG. 92 is a transmission hierarchical structure diagram in which FIG. 91 and FIG. 86 are combined. As described above, with the improvement of C / N, D in the
[0330]
In the case of the hierarchical transmission of the video signal, as shown in the transmission hierarchical structure diagram of FIG. 95, the hierarchical channels of the LL, LH, HL, and HH signals are reproduced with the improvement of the C / N. Therefore, as the distance from the transmitting antenna decreases, the image quality improves. The LL signal is reproduced when L = Ld, the LL + LH signal when L = Lc, the LL + LH + HL signal when L = Lb, and the LL + LH + HL + HH signal when L = La. Therefore, if the band of the original signal is 1, the image quality of the bands of 1/4, 1/2, 3/4 and 1 can be obtained in each receiving area. When the original signal is an HDTV with 1000 vertical scanning lines, 250, 500, 750, and 1000 TV signals are obtained. In this way, hierarchical video transmission in which image quality gradually deteriorates becomes possible. FIG. 96 is a reception interference diagram in the case of a conventional digital HDTV broadcast. As is clear from the figure, in the conventional method, CN is VOIn the following, the reproduction of the TV signal becomes completely impossible. Therefore, even within the service area distance R, reception is not possible as shown by the mark x in a competitive area with another station, a building shadow, or the like. FIG. 97 shows a reception state diagram of the HDTV hierarchical broadcast using the present invention. As shown in FIG. 97, C / N = a at distance La, C / N = b at Lb, C / N = c at Lc, C / N = d at Ld, and 250/500 in each reception area. , 750 lines and 1000 lines. Even within the distance La, the C / N is inferior, and there are areas where reproduction is not possible with the HDTV image quality itself. However, even in that case, reproduction can be performed even if the image quality is deteriorated. For example, there are 750 lines at the point B of the building, 250 lines at the point D on the train, 750 lines at the point F receiving the ghost, 250 lines at the point G in the car, and 250 lines at the point L which is a competitive area with other stations. You can play with the image quality of. As described above, by using the hierarchical transmission of the present invention, it is possible to receive even in an area where reception and reproduction cannot be performed by the conventionally proposed method, and there is a remarkable effect that the service area of the TV station is greatly expanded. . Also, as shown in the hierarchical transmission diagram of FIG.1-1Broadcast D on the channel, which is the same program as the analog broadcast in the area,1-2, D2-1, D2-2By broadcasting other programs C, B, and A on the channel, the simulcast of program D can be reliably broadcast in all regions, and the other three programs can be served while fulfilling the role of simulcast. Is also obtained.
[0331]
(Example 8)
Hereinafter, a seventh embodiment will be described with reference to the drawings.
[0332]
On the other hand, a communication signal from another telephone is received by the
[0333]
Next, as shown in the block diagram of the base station in FIG. 116,
[0334]
As shown in the conventional communication capacity traffic distribution diagram of FIG. 117, in the conventional digital communication system such as QPSK, the transmission capacity of Ach of the
[0335]
Ideally, the efficiency of the entire system can be increased by increasing the frequency efficiency in an area with a large amount of traffic, increasing the frequency efficiency in an area with a small amount of traffic, and decreasing the frequency efficiency in an area with a small amount of traffic. The above can be realized by employing the hierarchical transmission system of the present invention. This will be described with reference to the communication capacity / traffic distribution diagram according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. The distribution diagram in FIG. 118 shows the communication capacities on the A-A 'line of the
[0336]
As described above, a transmission system having different distributions of capacities such as d = A + B in FIG. 118 can be obtained. By installing the base station according to the traffic volume of the TF, there is a great effect that the overall frequency use efficiency is improved. In particular, in the micro cell system with a small cell, a large number of sub base stations can be installed, so that the sub base stations can be easily installed at a location where traffic is high, and the effect of the present invention is high.
[0337]
Next, the data arrangement of each time slot will be described using the data time arrangement diagram of FIG. FIG. 119A shows a conventional time slot, and FIG. 119B shows a time slot according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 119 (a), in the conventional transmission / reception-based frequency scheme, the synchronization signal S is transmitted at the
[0338]
In the case of the present invention, as shown in FIG. 119 (b), since a hierarchical transmission system such as the aforementioned 64 SRQAM is used, D1, D2, D3Have three layers of 2bit / Hz data. A1, A2Since the data is transmitted by 16 SRQAM, the data rate becomes about twice as shown in the
[0339]
In the TDMA time slot diagram of FIG. 120, (a) shows the conventional system and (b) shows the system of the present invention. As shown in FIG. 120 (a), transmission to the slave units of the A and B channels is performed in
[0340]
In particular, in order to reduce the power consumption, the E of 16 SRQAM in a half time slot in slot 788p is used.1, But transmission is performed in the
[0341]
As described above, since the transmission capacity distribution can be set according to the actual traffic distribution, there is an effect that the substantial transmission capacity can be increased. In addition, since the base station and the slave station can select the transmission capacity of three or two transmission capacities, the frequency efficiency is reduced to reduce the power consumption, or conversely, the efficiency is increased to reduce the call charge, and the degree of freedom is high. Is obtained. In addition, by using a method such as 4SRQAM with a low transmission capacity, it is possible to set a slave unit whose circuit is simplified and whose size and cost are reduced. In this case, one of the features of the present invention is that transmission compatibility between all models can be obtained as described in the previous embodiment. In this way, with the increase in transmission capacity, a wide variety of models from microminiature machines to high-performance machines can be developed.
[0342]
(Example 9)
Hereinafter, a ninth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0343]
The operation of the ninth embodiment when transmitting and receiving HDTV signals will be described with reference to a block diagram of the OFDM-CCDM hybrid system shown in FIG. The input HDTV signal is converted into a low-frequency signal D by the image encoder 401.1-1And (mid-low) D1-2And (high-mid-low) D2, And is input to the
[0344]
On the other hand, D of the high frequency component signal2Is encoded by an ECC (Error Correction Code) in an
[0345]
Next, the operation of the
[0346]
D2The signal is trellis-decoded and output as a high-frequency component of HDTV by the
[0347]
OFDM is robust against multipaths such as TV ghosts because multipath interference signals are contained in the guard period Tg. Therefore, it can be used for digital TV broadcasting for an automobile TV receiver. However, since it is not a hierarchical transmission, it is not possible to receive signals below a certain C / N threshold. By combining with the C-CDM of the present invention, it is possible to realize two types of image reception (Gradational Degradation) that are resistant to multipath and correspond to C / N deterioration. When receiving a TV in a car, not only the multipath but also the C / N value deteriorates. Therefore, the service area of the TV broadcasting station does not widen so much only with the multipath measures. However, by combining with C-CDM of the hierarchical transmission, even if the C / N is considerably deteriorated, it is possible to receive the signal in the LDTV grade. On the other hand, in the case of an automobile TV, since the screen size is usually 100 dimensions or less, sufficient image quality can be obtained with the LDTV grade. There is an effect that the service area of the LDTV grade of the automobile TV is greatly expanded. If OFDM is used for the entire HDTV band, the DSP circuit scale becomes large in the current semiconductor technology. Therefore, the low-frequency TV signal D1-1Only the method of sending only OFDM is shown. As shown in the block diagram of FIG. 138, the DTV of the mid-range component and the high-range component of HDTV1-2And D2Two of the signals are C-CDM multiplexed according to the present invention and transmitted in frequency band A by FDM 40D. On the other hand, the signal received on the receiver side is frequency-separated by the FDM 4oe, demodulated by the C-
[0348]
Next, D, which is a low-frequency signal of the HDTV MPEG1 grade,1-1The signal is converted into a parallel signal by the serial /
[0349]
On the other hand, the signal received by the
[0350]
In this way, the hierarchical transmission in which only the LDTV signal is subjected to the OFDM is realized. By using the method of FIG. 138, the complex circuit of OFDM needs only the LDTV signal. The LDTV signal has a 1/20 bit rate compared to the HDTV signal. Therefore, the circuit scale of OFDM is 1/20, and the overall circuit scale is greatly reduced.
[0351]
OFDM is a transmission method that is resistant to multipath, and is intended to be applied to mobile stations, such as when receiving a mobile TV or an automobile TV, or when receiving a digital music broadcast from an automobile, where the multipath interference is large and fluctuates. . In such applications, a small screen size of 10 inches or less from 4 inches to 8 inches is mainly used. Therefore, the method of OFDM-modulating all high-resolution TV signals such as HDTV and EDTV is ineffective for the cost involved, and it is sufficient to receive LDTV Great グ TV signals for automobile TV. On the other hand, in a fixed station such as a home TV, since the multipath is always constant, it is easy to take measures against the multipath. Therefore, the effect of OFDM is not high except in a strong ghost area. It is not advisable to use OFDM for the middle and high frequency components of HDTV in the current situation where the circuit scale of OFDM is large. Accordingly, the method of using OFDM shown in FIG. 138 of the present invention only for low-frequency TV signals does not lose the effect of OFDM that significantly reduces multipath interference of LDTV received in a mobile station such as an automobile. And OFDM circuit size can be greatly reduced to 1/10 or less.
[0352]
In FIG. 138, D1-1Only OFDM modulation, but D1-1And
[0353]
Thus, the hierarchical transmission of the present invention becomes possible, and the various effects described above can be obtained. In the case of OFDM, which is particularly resistant to multipath, by combining with the hierarchical transmission of the present invention, it is possible to obtain an effect that it is resistant to multipath and the data transmission grade is deteriorated according to the deterioration of the reception level.
[0354]
As a method of realizing the hierarchical transmission system, as shown in FIG. 126 (a), each sub-channel 794a-c of the FDM is a
[0355]
By utilizing this, it is possible to increase the power of the
[0356]
As a specific circuit, as shown in FIG. 144, the first layer data is passed through a first
[0357]
The received signal is converted by the FFT 40a of the
[0358]
Since the power of the
[0359]
Next, the hierarchical system of the Time-Weighted-OFDM (TW-OFDM) system of the present invention will be described. Since the OFDM system has the guard time zone tg as described above, the ghost, that is, the delay time tMIs tMIf the conditional expression <tg is satisfied, the effect of ghost can be eliminated. In a fixed station such as an ordinary household TV receiver, tMIs as small as several μs and is constant, so that it is easy to cancel. However, in the case of a mobile station such as an in-vehicle TV receiver, there are many reflected waves.MIs not only close to several tens of microseconds but also changes with movement, making cancellation difficult. Therefore, it is expected that hierarchies for multipaths will be required.
[0360]
146. The layering method according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 146, by making the guard time tga of the A layer larger than the guard time tgb of the B layer, the symbol of the subchannel of the A layer becomes ghost. Become stronger. Thus, the hierarchical transmission for the multipath is realized by the weighting of the guard time. This method is called Guard-Time-Weighted-OFDM (GTW-OFDM).
[0361]
Further, when the number of symbols in the symbol time Ts of the A-th layer and the B-th layer is set to the same number, the symbol time tsa of A is set to be longer than the symbol time tsb of B. As a result, if the intervals of the carriers A and B on the frequency axis are respectively △ fa and △ fb, △ fa> △ fb. Therefore, the error rate when demodulating the symbol of A is lower than that of the symbol of B. In this way, by layering the weighting of the symbol time Ts, a two-layer hierarchy for the multi-layer of the A-th layer and the B-th layer is realized. This method is called Carrier-Spacing-Weighted-OFDM (CSW-OFDM). By realizing two-layer transmission using GTW-0FDM and transmitting a low-resolution TV signal in the A-layer and a high-frequency component in the B-layer, there are many ghosts like an in-vehicle TV receiver. Stable reception of a low-resolution TV is possible even under the conditions. Also, by combining the symbol time ts using the CSW-OFDM and the layering for the C / N of the layer A and the layer B with the GTW-OFDM, more stable reception can be achieved in an in-vehicle TV having a low reception signal level. The big effect that can be achieved is realized. High resolution is not required for in-vehicle and portable TVs. Since the time ratio of the symbol time including the low-resolution TV signal is small, increasing the guard time alone does not significantly lower the overall transmission efficiency. Therefore, by using the GTW-OFDM of the present embodiment and taking multipath measures with emphasis on a low-resolution TV signal, a mobile station such as a portable TV or an in-vehicle TV and a home station with almost no effect on transmission efficiency can be obtained. There is a great effect of realizing a hierarchical TV broadcast compatible with a fixed station such as a TV. In this case, as described above, by combining with CSW-OFDM or C-CDM, hierarchies for C / N are added, and more stable mobile station reception becomes possible.
[0362]
The effect of multipath will be specifically described. As shown in FIG. 145 (a), in the case of multipaths 810a to 810d having a short delay time, the first transmission and the second layer signals can be received, and the HDTV signal is demodulated. it can. However, in the case of long multipaths 811a to 811d as shown in FIG. 145 (b), demodulation cannot be performed because the guard time and Tgb of the B signal of the second layer are short. In this case, the A signal of the first layer has a long guard time Tga and is not affected by a multipath having a long delay time. As described above, the B signal contains the high-frequency component of the TV, and the A signal contains the low-frequency component of the TV. For example, an in-vehicle TV can reproduce an LDTV. Further, since the symbol time Tsa of the first layer is set to be longer than Tsb, the first layer is also strong against deterioration of C / N.
[0363]
By differentiating the guard time and the symbol time in this manner, a two-dimensional hierarchical OFDM can be realized with a simple configuration. By combining guard time differentiation and C-CDM in a configuration as shown in FIG. 123, it is possible to achieve both hierarchies of multipath and C / N value deterioration.
[0364]
This will be described in detail using a specific example.
Multipath delay time TMThe smaller the D / U ratio, the larger the reflected wave and the larger the direct wave. For example, as shown in FIG. 148, when D / U <30 dB, the influence of the reflected wave becomes large and becomes 30 μs or more. By taking a Tg of 50 μs or more as shown in FIG. 148, it is possible to receive even the worst conditions. Therefore, as specifically shown in FIG. 149 (a), each symbol of the
[0365]
At the same time, hierarchical transmission is realized for C / N. As shown in FIG. 151, two-dimensional hierarchical transmission of multipath and C / N is realized by a combination of CSW-OFDM and CSW-OFDM. As described above, the present invention can also be realized by combining the CSW-OFDM and the C-CDM of the present invention, and in this case, there is an effect that a decrease in the overall transmission efficiency is small. In the
[0366]
FIG. 152 shows a specific time allocation diagram of three-layer TV signals of HDTV, SDTV, and LDTV of two-dimensional hierarchical broadcasting of three layers of C / N and three layers of multipath. As shown in the figure, an LDTV is arranged in the slot 796a1 of the first layer of the A layer that is strong against the first multipath, and an SDTV synchronization signal is provided in the slot 796a2 that is strong against multipath and the slot 796b1 that is strong against C / N deterioration. And important HP signals such as address signals. In the second and third layers of the B layer, general SDTV signals, that is, LP signals and HDTV HP signals are arranged. In the C layer, high-frequency component TV signals such as SDTV, EDTV, and HDTV are arranged in the first, second, and third layers.
[0367]
In this case, as the transmission rate decreases as CN resistance or multipath becomes stronger, the resolution of the TV signal decreases, and a three-dimensional Graceful Degradation is realized as shown in FIG. 153. Can be FIG. 153 expresses a three-dimensional hierarchical broadcasting of the present invention by using three parameters of CNR, multipath delay time, and transmission rate.
[0368]
The embodiment has been described using an example in which a two-dimensional hierarchical structure can be obtained by a combination of the GTW-OFDM of the present invention and the above-described C-CDM of the present invention or a combination of the GTW-OFDM and the CSW-C-CDM. -Two-dimensional hierarchical broadcasting can be realized by a combination of OFDM and Power-Weighted-OFDM or a combination of GTW-OFDM and another CNR hierarchical transmission system.
[0369]
FIG. 154 is a diagram in which the power of the
[0370]
Further, as shown in FIG. 155, by adopting a time arrangement in which the time width of the
[0371]
160 (a) and 160 (b) show block diagrams of
[0372]
By interleaving the data in this manner, the disturbance of the burst noise can be reduced. As shown in the block diagram of the VSB receiver in FIG. 161 and the block diagram of the VSB transmitter in FIG. 162, in the transmission device of 4VSB, 8VSB, 16VSB and the
[0373]
By performing the three-layer broadcasting by the method shown in FIG. 155, the layer A can reduce the disturbance of the burst noise in addition to the above-described multipath and C / N deterioration, so that the LDTV by the mobile station such as the on-vehicle TV receiver or the pocket TV can be performed. This has the effect of stabilizing grade TV reception.
[0374]
Although the embodiment of the present invention has been described using the modulation schemes of ASK, QAM, PSK, and OFDM, similar effects can be obtained with other modulation schemes. Also, by using the partial response, the error rate can be reduced not only in the recording system but also in the transmission system.
[0375]
One feature of the multilevel transmission scheme of the present invention is to improve the frequency use efficiency, but for some receivers the power use efficiency is considerably reduced. Therefore, it cannot be applied to all transmission systems. For example, in the case of a satellite communication system between specific receivers, the most economical method is to replace the equipment with the highest frequency use efficiency and the highest power use efficiency obtained at that time. In such a case, it is not always necessary to use the present invention.
[0376]
However, in the case of a satellite broadcasting system or a terrestrial broadcasting system, a hierarchical transmission system as in the present invention is required. This is because satellite broadcasting standards require persistence of 50 years or more. During this period, the broadcasting standard is not changed, but the transmission power of the satellite is dramatically improved with technological innovation. Broadcasting stations must perform compatible broadcasting so that manufactured receivers can receive and view TV programs in the future several decades from now. According to the present invention, effects such as compatibility between existing NTSC broadcasting and HDTV broadcasting and expandability of future information transmission amount can be obtained.
[0377]
Although the present invention emphasizes frequency efficiency rather than power efficiency, the power of the transmitter is set by setting several types of receivers each having a designed receiving sensitivity according to each transmission stage on the receiver side. Need not be increased much. For this reason, even a current satellite with a small power can transmit sufficiently. Further, even if the transmission power increases in the future, transmission can be performed according to the same standard, so that future expandability and compatibility between new and old receivers can be obtained. As described above, the present invention has a remarkable effect when used in the satellite broadcasting standard.
[0378]
Further, when the multi-level transmission system of the present invention is used for terrestrial broadcasting, the present invention is easier to implement than satellite broadcasting because there is no need to consider power use efficiency at all. As described above, the conventional digital HDTV broadcasting system has a remarkable effect of greatly reducing the unreceivable area in the service area and the effect of compatibility between the NTSC and the HDTV receiver or the receiver. Also, there is an effect that the service area as viewed from the sponsor of the TV program is substantially expanded. Although the embodiment has been described using an example using the modulation schemes of QPSK, 16QAM, 32QAM and 4VSB, 8VSB, 16VSB, it goes without saying that the present invention can be applied to 64QAM, 128QAM, 256QAM, 32VSB, 64VSB and the like. It goes without saying that the present invention can be applied to multi-valued PSK, ASK, and FSK as described with reference to the drawings. Although the embodiment in which the present invention is combined with TDM for transmission has been described, transmission may also be carried out in combination with FDM, CDMA and spread communication systems.
[0379]
One feature of the multilevel transmission scheme of the present invention is to improve the frequency use efficiency, but for some receivers the power use efficiency is considerably reduced. Therefore, it cannot be applied to all transmission systems. For example, in the case of a satellite communication system between specific receivers, the most economical method is to replace the equipment with the highest frequency use efficiency and the highest power use efficiency obtained at that time. In such a case, it is not always necessary to use the present invention.
[0380]
However, in the case of a satellite broadcasting system or a terrestrial broadcasting system, a multilevel transmission system as in the present invention is required. This is because satellite broadcasting standards require persistence of 50 years or more. During this period, the broadcasting standard is not changed, but the transmission power of the satellite is dramatically improved with technological innovation. Broadcasting stations must perform compatible broadcasting so that manufactured receivers can receive and view TV programs in the future several decades from now. According to the present invention, effects such as compatibility between existing NTSC broadcasting and HDTV broadcasting and expandability of future information transmission amount can be obtained.
[0381]
Although the present invention emphasizes frequency efficiency rather than power efficiency, the power of the transmitter is set by setting several types of receivers each having a designed receiving sensitivity according to each transmission stage on the receiver side. Need not be increased much. For this reason, even a current satellite with a small power can transmit sufficiently. Further, even if the transmission power increases in the future, transmission can be performed according to the same standard, so that future expandability and compatibility between new and old receivers can be obtained. As described above, the present invention has a remarkable effect when used in the satellite broadcasting standard.
[0382]
Further, when the multi-level transmission system of the present invention is used for terrestrial broadcasting, the present invention is easier to implement than satellite broadcasting because there is no need to consider power use efficiency at all. As described above, the conventional digital HDTV broadcasting system has a remarkable effect of greatly reducing the unreceivable area in the service area and the effect of compatibility between the NTSC and the HDTV receiver or the receiver. Also, there is an effect that the service area as viewed from the sponsor of the TV program is substantially expanded. Although the embodiment has been described using the example using the modulation schemes of 16QAM and 32QAM, it is needless to say that the present invention can be applied to 64QAM, 128QAM, 256QAM and the like. It goes without saying that the present invention can be applied to multi-valued PSK, ASK, and FSK as described with reference to the drawings.
[0383]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a signal input unit, a modulation unit that modulates a plurality of carriers having different phases with an input signal from the input unit to generate an m-valued signal point on a signal vector diagram, The first and second data strings of n values are input to a transmission device that performs data transmission and includes a transmitting unit that transmits the signal, and divides the signal into n signal point groups. Allocating each data of the second data group to each signal point in the signal point group by allocating the data to one data string, transmitting a signal by a transmitting transmitter, In a receiving apparatus having a demodulator for demodulating a QAM modulated wave of a p-value signal point on a diagram and an output unit, the signal point is divided into n-value signal point groups, and a first data string of each signal point group n-value Are demodulated in correspondence with each other, and approximately p / By demodulating and reproducing the data of the second data string of the p / n value at the signal point of the value and transmitting the data using the receiving device, for example, the first data string of the n value is transmitted by the
[0384]
By transmitting an NTSC signal to the transmission system as a first data sequence and a difference signal between HDTV and NTSC as a second data sequence, in satellite broadcasting, NTSC broadcasting and HDTV broadcasting are compatible, and the amount of information can be expanded. Digital broadcasting with high performance is possible, and terrestrial broadcasting has a remarkable effect of expanding the service area and eliminating unreceivable areas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an entire transmission device system according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram of a
FIG. 3 is a vector diagram of a transmission signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a vector diagram of a transmission signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating code allocation to signal points according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a coding diagram for a signal point cloud according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a coding diagram for signal points in a signal point group according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating coding of signal points and signal points according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a threshold state diagram of a signal point group of a transmission signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a vector diagram of modified 16-value QAM according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 illustrates an antenna radius r according to the first embodiment of the present invention.2Diagram of relationship between transmission power ratio and transmission power ratio n
FIG. 12 is a diagram of signal points of modified 64-QAM according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 13 illustrates an antenna radius r according to the first embodiment of the present invention.3Diagram of relationship between transmission power ratio and transmission power ratio n
FIG. 14 is a vector diagram of a modified 64-value QAM signal group and sub-signal point group according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 shows the ratio A of the modified 64-QAM of the first embodiment of the present invention.1, A2Illustration of
FIG. 16 illustrates an antenna radius r according to the first embodiment of the present invention.2, R3And transmission power ratio n16, N64Relationship diagram
FIG. 17 is a block diagram of a digital transmitter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a signal space diagram diagram of 4PSK modulation according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram of a first receiver according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a signal space diagram diagram of a 4PSK modulated signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a block diagram of a second receiver according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a signal vector diagram of modified 16-value QAM according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a signal vector diagram of modified 64-value QAM according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a flowchart of the first embodiment of the present invention.
FIG. 25 (a) is an 8-ary QAM signal vector diagram according to the first embodiment of the present invention,
(B) is a signal vector diagram of 16-level QAM according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a block diagram of a third receiver according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a diagram of signal points of modified 64-ary QAM according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a flowchart of the first embodiment of the present invention.
FIG. 29 is an overall configuration diagram of a transmission system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a block diagram of a first image encoder according to
FIG. 31 is a block diagram of a first image decoder according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 32 is a block diagram of a second image decoder according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a block diagram of a third image decoder according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 34 shows D of Example 3 of the present invention.1, D2, D3Illustration of time multiplexing of signals
FIG. 35 shows D of Example 3 of the present invention.1, D2, D3Illustration of time multiplexing of signals
FIG. 36 shows D of Example 3 of the present invention.1, D2, D3Illustration of time multiplexing of signals
FIG. 37 is a configuration diagram of an entire system of a transmission device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 38 is a vector diagram of signal points of modified 16QAM in
FIG. 39 is a vector diagram of signal points of modified 16QAM in
FIG. 40 is a vector diagram of signal points of modified 64QAM in
FIG. 41 is a signal arrangement diagram on a time axis according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 42 is a signal arrangement diagram on the time axis in the TDMA system according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 43 is a block diagram of a carrier recovery circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 44 is a view showing the principle of carrier recovery according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 45 is a block diagram of an inverse modulation type carrier recovery circuit according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 46 is a signal point arrangement diagram of a 16QAM signal according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 47 is a signal point arrangement diagram of a 64QAM signal according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 48 is a block diagram of a 16-multiplier carrier recovery circuit according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 49 shows D of Example 3 of the present invention.V1, DH1, DV2, DH2, DV3, DH3Illustration of time multiplexing of signals
FIG. 50 shows D of Example 3 of the present invention.V1, DH1, DV2, DH2, DV3, DH3Explanatory diagram of TDMA time multiplexing of signals
FIG. 51 shows D of Example 3 of the present invention.V1, DH1, DV2, DH2, DV3, DH3Explanatory diagram of TDMA time multiplexing of signals
FIG. 52 is a diagram of a reception interference area of the conventional system in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 53 is a diagram of a reception interference area in the case of a hierarchical broadcasting system according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 54 is a diagram showing a reception disturbance area of the conventional system in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 55 is a diagram of a reception obstruction area in the case of the hierarchical broadcasting system according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 56 is a reception interference area diagram of two digital broadcasting stations according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 57 is a signal point arrangement diagram of a modified 4ASK signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 58 is a signal point arrangement diagram of modified 4ASK in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 59 (a) is a signal point arrangement diagram of modified 4ASK in
FIG. 60 is a signal point arrangement diagram of a modified 4ASK signal in the case of a low C / N value in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 61 shows a 4VSB, 8VSB transmitter according to the fifth embodiment.
FIG. 62 (a) is a spectrum diagram of an ASK signal, that is, a filtered multi-level VSB signal according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 62 (b) is a frequency distribution diagram of the VSB signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 63 is a block diagram of a receiver of 4VSB, 8VSB, and 16VSB in the fifth embodiment.
FIG. 64 is a block diagram of a video signal transmitter according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 65 is a block diagram of an entire TV receiver according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 66 is a block diagram of another TV receiver according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 67 is a block diagram of a satellite / terrestrial TV receiver according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 68 (a) is an 8VSB Constellation diagram in Examples 5 and 6, (b) is an 8VSB Constellation diagram in Examples 5 and 6, and (c) is an 8VSB signal-time waveform in Examples 5 and 6. Figure
FIG. 69 is another block diagram of an image encoder in
FIG. 70 is a block diagram of an image encoder with one separation circuit in
FIG. 71 is a block diagram of an image decoder according to
FIG. 72 is a block diagram of an image decoder with one synthesizer according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 73 is a time allocation diagram of a transmission signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 74 (a) is a block diagram of an image decoder according to
(B) is a time allocation diagram of a transmission signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 75 is a time allocation diagram of a transmission signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 76 is a time allocation diagram of a transmission signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 77 is a time allocation diagram of a transmission signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 78 is a block diagram of an image decoder according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 79 is a timing diagram of transmission signals of three layers according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 80 is a block diagram of an image decoder according to
FIG. 81 is a time allocation diagram of a transmission signal according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 82 is a block diagram of a D1 image decoder according to
FIG. 83 is a frequency-time diagram of the frequency modulation signal of the fifth embodiment according to the present invention.
FIG. 84 is a block diagram of a magnetic recording / reproducing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 85 is a diagram showing the relationship between the C / N and the layer number according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 86 is a diagram showing the relationship between the transmission distance and C / N according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 87 is a block diagram of a transmitter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 88 is a block diagram of a receiver according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 89 is a relationship diagram of C / N-error rate according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 90 is a diagram of a three-layer reception interference area according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 91 is a diagram of a four-layer reception interference area according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 92 is a hierarchical transmission diagram according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 93 is a block diagram of a separation circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 94 is a block diagram of a synthesis unit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 95 is a transmission hierarchical structure diagram of
FIG. 96 is a reception state diagram of a conventional digital TV broadcast.
FIG. 97 is a reception state diagram of digital TV hierarchical broadcasting according to
FIG. 98 is a transmission hierarchical structure diagram of
FIG. 99 is a vector diagram of 16 SRQAM of
FIG. 100 is a vector diagram of 32 SRQAM of
FIG. 101 is a relationship diagram of C / N-error rate according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 102 is a diagram illustrating a relationship between C / N and an error rate according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 103 is a diagram illustrating a relationship between a shift amount n and C / N required for transmission according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 104 is a diagram illustrating a relationship between a shift amount n and C / N required for transmission according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 105 shows a distance from a transmitting antenna and a signal level during terrestrial broadcasting according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 106 is a service area diagram of 32 SRQAM of
FIG. 107 is a 32SRQAM service area diagram of
108A is a frequency distribution diagram of a conventional TV signal, FIG. 108B is a frequency distribution diagram of a conventional two-layer TV signal, FIG. 108C is a diagram showing threshold values of the third embodiment of the present invention, (D) is a frequency distribution diagram of the carrier group of the two-layered OFDM of the ninth embodiment, and (e) is a diagram showing three threshold values of the three-remodeled OFDM of the ninth embodiment.
FIG. 109 is a diagram illustrating a TV signal time arrangement according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 110 is a diagram showing the principle of the C-CDM according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 111 is a diagram showing a code assignment according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 112 is a diagram showing a code assignment in a case where 36QAM of the third embodiment is extended.
FIG. 113 is a diagram illustrating a modulation signal frequency arrangement according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 114 is a block diagram of a magnetic recording / reproducing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 115 is a block diagram of a transceiver of a mobile phone according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 116 is a block diagram of a base station according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 117: Distribution diagram of communication capacity and traffic of the conventional method
FIG. 118 is a distribution diagram of communication capacity and traffic according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 119 (a) is a conventional time slot layout, and FIG. 119 (b) is a time slot layout according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 120 (a) is a layout diagram of a conventional TDMA time slot, and FIG. 120 (b) is a layout diagram of a TDMA time slot according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 121 is a block diagram of a one-layer transceiver according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 122 is a block diagram of a two-layer transceiver according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 123 is a block diagram of an OFDM transceiver according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 124 is an operation principle diagram of an OFDM system according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 125 (a) is a frequency allocation diagram of a conventional modulation signal, and FIG. 125 (b) is a frequency allocation diagram of a modulation signal according to the eighth embodiment of the present invention.
126A is a diagram illustrating a state in which the OFDM is not weighted in the ninth embodiment, FIG. 126B is a diagram illustrating two subchannels of a two-layer OFDM weighted by transmission power in the ninth embodiment, and FIG. ) Is a frequency distribution diagram of OFDM in which the carrier spacing is doubled in the ninth embodiment, and (e) is a frequency distribution diagram of OFDM in the ninth embodiment where the carrier spacing is not weighted.
FIG. 127 is a block diagram of a transceiver according to a ninth embodiment of the present invention.
128A is a block diagram of Trellis @ Encoder (Ratio1 / 2) in Examples 2, 4, and 5; FIG. 128B is a block diagram of Trellis @ Encoder (Ratio2 / 3) in Examples 2, 4, and 5; (C) is a block diagram of Trellis @ Encoder (Ratio3 / 4) in Examples 2, 4, and 5, (d) is a block diagram of Trellis @ Decoder (Ratio1 / 2) in Examples 2, 4, and 5, and (e) is a block diagram. Block diagram of Trellis @ Decoder (
FIG. 129 is a time allocation diagram of an effective symbol period and a guard period according to the ninth embodiment;
FIG. 130 is a diagram showing the relationship between C / N and error rate in the conventional example and the ninth embodiment.
FIG. 131 is a block diagram of a magnetic recording / reproducing apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 132 is a diagram illustrating a recording format of a track on a magnetic tape and a running pattern of a head according to a fifth embodiment.
FIG. 133 is a block diagram of a transceiver according to a third embodiment.
FIG. 134 is a diagram showing frequency allocation of a conventional broadcasting system.
FIG. 135 is a diagram showing the relationship between service areas and image quality when the three-layer hierarchical transmission system according to the third embodiment is used.
FIG. 136 is a frequency allocation diagram when the hierarchical transmission system according to the third embodiment is combined with FDM.
FIG. 137 is a block diagram of a transceiver when trellis coding is used in
FIG. 138 is a block diagram of a transceiver when a part of a low-frequency signal is transmitted by OFDM in
FIG. 139 is a signal point arrangement diagram of 8-PS-APSK in the first embodiment.
FIG. 140 is a signal point arrangement diagram of 16-PS-APSK in the first embodiment.
FIG. 141 is a signal point arrangement diagram of 8-PS-PSK in the first embodiment.
FIG. 142 is a view showing a signal point arrangement of 16-PS-PSK (PS type) in the first embodiment.
FIG. 143 is a diagram illustrating the relationship between the radius of the satellite antenna and the transmission capacity according to the first embodiment;
FIG. 144 is a block diagram of a Weighted OFDM transceiver according to a ninth embodiment.
FIG. 145A is a waveform diagram of the guard time and symbol time hierarchical OFDM in the ninth embodiment when the multipath is short, and FIG. 145B is a guard time and symbol time hierarchy in the ninth embodiment where the multipath is long. Diagram of type OFDM
FIG. 146 (a) is a diagram illustrating the principle of guard time and symbol time hierarchical OFDM according to the ninth embodiment.
FIG. 147 is a diagram illustrating a sub-channel layout of a two-layer transmission system using power weighting in a ninth embodiment;
FIG. 148 is a diagram illustrating the relationship between D / V conversion, a multipath delay time, and a guard time according to the ninth embodiment.
FIG. 149A is a time slot diagram of each layer according to the ninth embodiment;
(B) is a time distribution diagram of the guard time of each layer in the ninth embodiment, and (c) is a time distribution diagram of the guard time of each layer in the ninth embodiment.
FIG. 150 is an explanatory diagram of a three-layer hierarchical broadcasting system for a multipath in a relation diagram between a multipath delay time and a transmission rate diagram according to the ninth embodiment.
FIG. 151 is an explanatory diagram of a hierarchical broadcasting system having a two-dimensional matrix structure in a relationship diagram between a delay time and a CN value in a case where GTW-OFDM and C-CDM (or CSW-OFDM) according to the ninth embodiment are combined.
[FIG. 152] FIG. 152 is a time allocation diagram of a three-layer TV signal in each time slot when GTW-OFDM and C-CDM (or CSW-OFDM) according to the ninth embodiment are combined.
FIG. 153 is a diagram showing a hierarchical broadcast of a three-dimensional matrix structure in a relationship diagram between a multipath signal delay time, a CN value, and a transmission rate when GTW-OFDM and C-CDM (or CSW-OFDM) according to the ninth embodiment are combined. Illustration of the method
FIG. 154 is a frequency distribution diagram of Power-Weighted-OFDM of the ninth embodiment.
[FIG. 155] FIG. 155 is an arrangement diagram on the time axis of a three-layer TV signal in each time slot when Guard-Time-OFDM and C-CDM according to the ninth embodiment are combined.
Fig. 156 is a block diagram of a transmitter and a receiver according to the fourth and fifth embodiments.
FIG. 157 is a block diagram of a transmitter and a receiver in
FIG. 158 is a block diagram of a transmitter and a receiver in
159 (a) is a 16VSB signal point arrangement diagram in the fifth embodiment, (b) is a 16VSB signal point arrangement diagram in the fifth embodiment (8VSB), and (c) is a 16VSB signal point arrangement in the fifth embodiment. FIGS. 4D and 4D are signal point arrangement diagrams of 16 VSB in the fifth embodiment (16 VSB).
FIG. 160 (a) is a block diagram of ECC @ Encoder in
FIG. 161 is an overall block diagram of a VSB receiver according to a fifth embodiment.
FIG. 162 is a diagram illustrating a transmitter according to a fifth embodiment.
FIG. 163: Error rate / C / N value curve of Example 4 VSB and TC-8VSB
FIG. 164 is an error rate curve of
FIG. 165 (a) is a block diagram of Reed Solomon Encoder in
Block diagram of Solomon @ Decoder
FIG. 166 is a flowchart of a Reed @ Solomon error correction and operation according to the second, fourth, and fifth embodiments.
FIG. 167 is a block diagram of a deinterleave unit according to the second, third, fourth, fifth, and sixth embodiments.
FIG. 168 (a) is a diagram of an interleave and deinterleave table in
FIG. 169 is a comparison diagram of 4-VSB, 8-VSB, and 16-VSB Redundancy in Example 5;
FIG. 170 is a block diagram of a TV Receiver that receives a High Priority signal in the second, third, fourth, and fifth embodiments.
FIG. 171 is a block diagram of a transmitter and a receiver in
FIG. 172 is a block diagram of a transmitter and a receiver in
FIG. 173 is a block diagram of an ASK type magnetic recording / reproducing apparatus according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Transmitter
4 modulator
6 antenna
6a @ ground antenna
10 satellite
12 repeater
23 first receiver
25 ° demodulator
33 second receiver
35 ° demodulator
43 3rd receiver
51 Digital transmitter
85 ° signal point
91 1st divided signal point cloud
401 first image encoder
703 SRQAM coverage area
Claims (5)
前記地上デジタル放送信号は、少なくとも第1のデータ列と第2のデータ列とに関する情報を含み、
前記第1のデータ列と前記第2のデータ列はデジタル変調されており、
前記第1のデータ列に対応する変調信号の電力は、前記第2のデータ列に対応する変調信号の電力より大きく、
前記衛星デジタル放送信号を復調する第1の復調部と、
前記地上デジタル放送信号を復調する第2の復調部と、
前記第2のデータ列に対応する前記第2の復調部の出力に対して、第1のエラー訂正復号化処理を施す第1のエラー訂正復号化部と、
前記第1のエラー訂正復号化部の出力をデインターリーブするデインターリーブ部と、
前記デインターリーブ部の出力に第2のエラー訂正復号化処理を施す第2のエラー訂正復号化部とを備えた受信装置。A receiving device for receiving a terrestrial digital broadcast signal and a satellite digital broadcast signal,
The terrestrial digital broadcast signal includes information on at least a first data stream and a second data stream,
The first data string and the second data string are digitally modulated;
The power of the modulation signal corresponding to the first data sequence is greater than the power of the modulation signal corresponding to the second data sequence,
A first demodulation unit for demodulating the satellite digital broadcast signal;
A second demodulation unit for demodulating the terrestrial digital broadcast signal;
A first error correction decoding unit that performs a first error correction decoding process on an output of the second demodulation unit corresponding to the second data sequence;
A deinterleaver for deinterleaving the output of the first error correction decoder;
A receiving device comprising: a second error correction decoding unit that performs a second error correction decoding process on an output of the deinterleaving unit.
前記地上デジタル放送信号は、少なくとも第1のデータ列と第2のデータ列とに関する情報を含み、
前記第1のデータ列はm値のPSK変調又はm値のQAM変調されており、前記第2のデータ列はn値のPSK変調又はn値のQAM変調されており、
前記第1のデータ列に対応する変調信号と前記第2のデータ列に対応する変調信号とは、逆フーリエ変換されており、
前記第1のデータ列に対応する変調信号の電力は、前記第2のデータ列に対応する変調信号の電力より大きく、
前記第1のデータ列は前記第2のデータ列に対応する変調信号を復調するための復調情報を有し、
前記衛星デジタル放送信号を復調する第1の復調部と、
前記地上デジタル放送信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、
前記第1のデータ列に対応する前記フーリエ変換部の出力をm値のPSK復調又はm値のQAM復調し、前記第2のデータ列に対応する前記フーリエ変換部の出力をn値のPSK復調又はn値のQAM復調する第2の復調部と、
前記第2のデータ列に対応する前記第2の復調部の出力に対して、第1のエラー訂正復号化処理を施す第1のエラー訂正復号化部と、
前記第1のエラー訂正復号化部の出力をデインターリーブするデインターリーブ部と、
前記デインターリーブ部の出力に第2のエラー訂正復号化処理を施す第2のエラー訂正復号化部とを備え、
前記第2の復調部は、前記復調情報に基づいて前記第2のデータ列に対応する前記フーリエ変換部の出力を復調する受信装置。A receiving device for receiving a terrestrial digital broadcast signal and a satellite digital broadcast signal,
The terrestrial digital broadcast signal includes information on at least a first data stream and a second data stream,
The first data sequence is m-value PSK modulation or m-value QAM modulation, and the second data sequence is n-value PSK modulation or n-value QAM modulation.
The modulated signal corresponding to the first data sequence and the modulated signal corresponding to the second data sequence are subjected to inverse Fourier transform,
The power of the modulation signal corresponding to the first data sequence is greater than the power of the modulation signal corresponding to the second data sequence,
The first data sequence has demodulation information for demodulating a modulation signal corresponding to the second data sequence,
A first demodulation unit for demodulating the satellite digital broadcast signal;
Fourier transform unit for Fourier transforming the terrestrial digital broadcast signal,
The output of the Fourier transform unit corresponding to the first data sequence is subjected to m-value PSK demodulation or m-value QAM demodulation, and the output of the Fourier transform unit corresponding to the second data sequence is subjected to n-value PSK demodulation. Or a second demodulation unit for performing n-value QAM demodulation,
A first error correction decoding unit that performs a first error correction decoding process on an output of the second demodulation unit corresponding to the second data sequence;
A deinterleaver for deinterleaving the output of the first error correction decoder;
A second error correction decoding unit that performs a second error correction decoding process on an output of the deinterleaving unit,
The receiving device, wherein the second demodulation unit demodulates an output of the Fourier transform unit corresponding to the second data sequence based on the demodulation information.
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