JP2005130438A - 階層変調方式で信号獲得およびフレーム同期を提供する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】階層変調方式で信号獲得およびフレーム同期を提供する方法および装置
【解決手段】低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードを活用するデジタル放送システムにおいて信号獲得およびフレーム同期をサポートする方法が提供される。下位互換性を提供するために階層変調が使用され、それによりさらに下位の層の信号がＬＤＰＣコーディングを使用してコード化される。信号が受信され、それにより信号は上位層と下位層を含む階層変調方式にしたがい変調される。信号はデータパターンおよびコード化フレームを含む。受信された信号の上位層変調に対する依存性が除去される。変調が除去された信号は、信号のデータパターンを決定するために複数の予め定められたデータパターンと相関付けられる。コード化フレームのコードレートは決定されたデータパターンに基づいて導出される。この仕組みはデジタル衛星放送システムに特に適している。
【選択図】 図１

Description

本発明は通信システムに関し、さらに詳細にはデジタル通信システムに関する。

デジタル衛星ビデオ放送は、衛星デジタルビデオ放送（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ ｖｉａ Ｓａｔｔｅｌｉｔｅ）（ＤＶＢ−Ｓ）規格の出現以来世界中で大きな成功を収めてきた。しかしながら、ＤＶＢ−Ｓは規格の開始時に利用可能であった最先端技術に基づいており、現在これらの技術は時代遅れである。信号処理技術が進化するにつれ――特にエラー訂正コーディングにおいて飛躍的――スペクトルと衛星の能力を活用するさらに効率的な方法が可能になる。残念なことに、新しい技術を成功の基盤に導入するにはサービスの中断、およびレガシー装置を置換する多大な費用の吸収が必要になるだろう。このシナリオでは、ＤＶＢ−Ｓに基づいたすでに配備されている何百万台もの受信機がある。これらの装置の置換は、気が遠くなるような何十億ドルにも達するだろう。したがって、現在のプラットホームから次世代のシステムへの円滑で費用効率が高い遷移を提供する機構に対するニーズがある。

階層変調が信号の配列を２つの層に構造化するためのこのような機構を提供することが認識される。つまり一方の層（上位層）はレガシー技術（したがって装置）に準拠し、他方の層（下位層）は新しいサービスをサポートする。この構成においては、上位層の信号はレガシー装置と新しい装置の両方により受信できる。重要なことに、これによりレガシーサービスは中断されず、新しい装置は追加のサービスを享受するために両方の層を受け入れることができる。他方、この方法は下位互換性のない方式よりもスペクトルおよび／または出力で効率的ではない。また、新しい受信装置には下位互換性ではないモードも備える必要がある。レガシー装置が廃棄されるにつれて、システムは徐々に、おそらくトランスポンダ単位で下位互換性のないモードに移行することができる。

階層変調を利用するシステムでは、高速且つ効率的な信号獲得およびフレーム同期が課題を提起する。デコードはフレーム同期の前に実行できるため、従来、フレーム同期は、畳み込みコードを利用する従来の放送および／または連続伝送システムにとって主要な重要領域ではなかった。ポストデコーディングフレーム同期はエラー訂正コードにより提供されるコーディング利得から恩恵を受けることができる。例えば、ＤＶＢ−Ｓ規格は例えばデジタル衛星テレビプログラミングを提供するために世界中で幅広く採用されている。従来のＤＶＢ対応システムは固定された変調方式とコーディング方式を利用する。現在、このようなＤＶＢ対応システムは４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）と連結畳み込みコード、およびリードソロモンチャネルコーディングを利用している。変調方式とコーディング方式が固定されている事実、および放送またはユニキャスティングの連続伝送性質という事実を考慮すると、これらの用途に簡略なフレーミング構造を活用することができる。実際は、唯一のフレーミングオーバヘッドはＭＰＥＧ２（エムペグ−２）フレームに付けられた同期（「ＳＹＮＣ」）バイトである。ＳＹＮＣバイトは畳み込みコードおよびリードソロモンエンコーダにより他のデータと同じに処理される。受信端では、通信媒体により壊れたデータが最初に畳み込みコードにより修復される。畳み込みコードはフレーミング構造の知識がなくても機能できる。畳み込みコードの出力は高品質、通常は１×１０^−５以下のビット誤り率である。高品質の出力により、ＳＹＮＣバイトとの簡略なデータマッチングがＭＰＥＧフレームの開始点を識別できる。したがって、送信済みのデータは次の層に送達するために適切にアセンブルし直すことができる。しかしながら、ブロックコーディングシステムにより、フレーム同期はデコード前に達成された。特に受信機が、変調方式とコーディング方式の膨大な量の潜在的な組み合わせの中でどの変調およびコーディングが使用されるのかを決定しなければならないとき。低密度パリティチェックコードなどの現代的なエラー訂正コーディングは極めて低い信号対雑音率で動作する。これは、このようなフレーム同期が同じ低い信号対雑音比で達成される必要があることを暗示する。さらに、このようなシステムのフレーム同期はあるフレームの開始点と終了点を検出するためだけではなく、それはフレーム中で利用されている変調方式とコーディング方式を識別する必要もある。

これらの条件で、フレーム同期に対する従来の方法は、例えば高品質の出力という要件がもはや保証できないという点でうまく動作していない。

その結果として、他の方法が開発されてきたが、かなりのオーバヘッド（つまりスループットの削減）を被ることと受信機の複雑性が必要となる。例えば、ある方法は、フレーム構造内のフレーミング情報を保護するために、Ｂｏｓｅ Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ（ＢＣＨ）コードなどのフォワードエラー訂正コーディングを使用することを提案している。受信端では、受信機は最初に相関によりユニークワードを検索する。ユニークワードがいったん検出されると、ＢＣＨコード化フレーミング情報が最大尤度相関デコードによりコヒーレントにデコードされる。この技法の欠点は、ユニークワードが大きく（つまり高オーバヘッド）なくてはならないという点である。別の欠点は、ＢＣＨコードの真の最大尤度デコードが極めて複雑であるという点である。さらに、この種の性質の、つまりトレーニングシンボルを使用する方式は階層変調において下位互換性を保つことはできない。

したがって、配備されている技術およびサービスとの下位互換性を保証しながら、大きなオーバヘッドコストを被らずに迅速な獲得を実現するフレーム同期機構に対するニーズがある。また、実現するのが簡略であるフレーム同期アプローチに対するニーズもある。コーディングおよび変調の独立性を実現することに関して柔軟である同期技法を提供するニーズもある。

これらのニーズおよび他のニーズは本発明により対処され、低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードを活用するデジタル放送システムにおいて階層変調のさらに下位の層のための信号獲得およびフレーム同期をサポートするために方法が提供される。階層変調は下位互換性を提供するために活用され、それにより下位層の信号がＬＤＰＣコーディングを使用してコード化される。例示的な実施形態では、上位層は４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）を活用し、下位層は２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）を使用する。信号が受信され、それにより前記信号は上位層と下位層を含む階層変調方式にしたがって変調される。信号はデータパターンおよびコード化フレームを含む。受信信号の上位層変調に対する依存性が除去される。変調が除去された信号は、信号のデータパターンを決定するために複数の予め定められたデータパターンと相関付けられる。コード化フレームのコードレートは、前記決定されたデータパターンに基づいて導出される。前記装置は追加のオーバヘッドのない迅速且つ確実なフレーム獲得を実現する。

本発明の実施形態のある態様にしたがった、通信システムにおいて階層変調信号を発生させる方法が開示されている。前記方法は上位層データストリームおよび下位層データストリームを受け取ると、下位層データストリームに先行してコードレートに依存するデータパターンを挿入することにより下位層データストリームを修正することを含む。前記方法は、上位層データストリームおよび修正された下位層データストリームを結合することも含む。さらに、前記方法は結合されたデータストリームに基づいて複数の階層信号配列点の１つを選択することを含む。

本発明の実施形態の別の態様にしたがった、通信システムにおいて信号を獲得する方法が開示されている。前記方法は、上位層と下位層を含む階層変調方式にしたがって変調される信号を受信することを含む。信号はデータパターンおよびコード化フレームを含む。また、前記方法は上位層変調に対する受信信号の依存性を除去することと、前記変調が除去された信号を複数のデータパターンと相関付けることも含む。前記方法は、さらに複数のデータパターンのどのパターンが信号のデータパターンと対応するのか決定することと、データパターンの前記決定されたパターンに基づいてコード化フレームのコードレートを導出することを含む。

本発明の実施形態の別の態様にしたがった、階層変調方式をサポートする通信システム中で信号を発生させる方法が開示されている。前記方法は、第１のフレーミング構造を有する上位層データストリームを発生させることを含む。方法は、第２のフレーミング構造を有する下位層データストリームを発生させることも含み、前記第１のフレーミング構造は第２のフレーミング構造の倍数ではなく、下位層データストリームの開始点が上位層位置の部分集合だけに対応する。さらに、前記方法は信号を出力することを含み、信号はデータストリームの組み合わせと関連付けられる階層変調方式での配列点を表す。

本発明の実施形態の別の態様にしたがった、階層変調方式でフレーム同期を獲得する方法が開示されている。前記方法は上位層信号をデコードすることと、上位層信号のフレーム同期を獲得することを含む。前記方法は、フォワードエラー訂正コードにしたがってコード化される下位層の信号のフレーム同期を開始することも含み、下位層信号は埋め込まれたデータパターンを含む。方法は、下位層のフレーム同期を開始するステップの前のフォワードエラー訂正コードに基づいた下位層信号のデコードと、下位層信号に埋め込まれたデータパターンを検索することをさらに含む。

本発明の実施形態の別の態様にしたがった、デジタル通信システムにおいてフレーム同期をサポートする方法が開示されている。前記方法は、予め定められたウィンドウ長でフレーム内のピーク値を検索することを含み、前記ピーク値は階層変調方式によって変調される受信信号の下位層信号の異なるコードレートを指定する複数のシーケンスの１つのシーケンスと関連付けられた最大相関値と対応する。前記方法は、候補として前記ピーク値を指定することと、前記候補を検証することとも含む。前記方法は、前記候補が検証されるとフレームの獲得を宣言することをさらに含む。

本発明の実施形態のさらに別の態様にしたがった、デジタル通信システムでフレーム同期をサポートする受信機が開示されている。前記受信機は、予め定められたウィンドウ長でフレーム内のピーク値を検索する手段を含み、前記ピーク値は、階層変調方式にしたがって変調される受信信号の下位層信号の異なるコードレートを指定する複数のシーケンスの１つのシーケンスと関連付けられる最大相関値に対応する。受信機は、候補としてピーク値を指定する手段と、前記候補を検証する手段と、前記候補が検証されると前記フレームの獲得を宣言する手段とも含む。

本発明のさらに他の態様、特徴および優位点は、本発明を実施するために考えられる最良の形態を含む数多くの特定の実施形態および実施を単に描くだけで以下の詳細な説明から容易に明らかになる。本発明は、他の実施形態および様々な実施形態も可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本発明の精神および範囲から逸脱することなく多様な明白な点で修正できる。したがって、図面および説明は制限的としてではなく、本来例示的であるとして見なされるべきである。

本発明は添付図面の図中に制限としてではなく例証として描かれ、類似する参照番号は類似する要素を指す。

デジタル放送システムにおいて信号獲得およびフレーム同期を効率的に提供する装置、方法およびソフトウェアが説明されている。以下の説明においては、説明の目的のために、本発明の完全な理解を提供するため、多数の特定的な詳細が述べられている。しかしながら、本発明がこれらの特定な詳細なしに、あるいは同等な装置をもって実践されてよいことは当業者にとっては明らかである。他の例では、周知の構造および装置は本発明をいたずらに分かりにくくすることを避けるためにブロック図形式で図示されている。

図１は、本発明のある実施形態にしたがった低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードを活用するように構成されるデジタル放送システムの図である。デジタル通信システム１００は、１台または複数台のデジタルモデム１０５に対する通信チャネル１０３全体での放送のために信号波形を発生させるデジタル伝送設備１０１を含む。本発明の一実施形態にしたがうと、通信システム１００は、例えば対話サービスだけではなく音声放送サービスとビデオ放送サービスもサポートする衛星通信システムである。対話サービスは、例えば、電子番組表（ＥＰＧ）、高速インターネットアクセス、対話型広告、電話通信、およびｅ−メールサービスを含む。これらの対話サービスはペイパービュー、ＴＶコマース、ビデオオンデマンド、ニアビデオオンデマンド、および音声オンデマンドサービスなどのテレビサービスを含む場合もある。この環境では、モデム１０５は衛星モデムである。下位互換性に備えるためには、システム１００は（図３に詳説されるように）階層変調方式を活用する。

この通信システム１００では、伝送設備１０１はそれぞれが媒体コンテンツ（例えば、音声、ビデオ、テキスト情報、データ等）を表す２つの異なるデータストリームを送信する。考えられるメッセージのそれぞれは対応する信号波形を有している。これらの信号波形は、通信チャネル１０３によって、減衰、あるいはそうでなければ変更される。雑音チャネル１０３に対抗するために、伝送設備１０１はフォワードエラー訂正コーディングを活用する。

本発明の一実施形態によると、下層はＬＤＰＣなどのチャネルアプローチングフォワードエラー訂正コーディングの進展の恩恵を受ける。したがって、システム１００は前例のない低い信号対雑音比で動作する。システム１００によってサポートされる放送応用例では、低信号対雑音（ＳＮＲ）環境における迅速なフレーム同期は、システムリソースを効率的に活用とすることだけではなく、ユーザ経験に悪影響を及ぼすこと避けるためにも必要である。

図２は、図１のシステムのデジタル伝送設備で利用される階層配列マッパーの図である。上位層信号処理ユニット２０１および下位層信号処理ユニット２０３は、階層配列マッパー２０５による最終的な信号配列へのマッピングの前にベースバンド信号処理を提供する。本発明の一実施形態にしたがうと、これらのユニット２０３、２０５は個々にフォワードエラー訂正コーディングおよびスクランブリングを実行する。結合されたデータストリームはＬＤＰＣコードなどの容量達成コーディングを活用する。このような容量達成コードは相対的に低い信号対雑音比で動作し、このようにして信号獲得および同期に関して追加の課題を課す。

本発明の一実施形態にしたがうと、下位層フレームは、上位層から導出されるフレーミング情報が下位層フレーム開始点の検索空間を縮小するのに役立ち、それにより下位層フレーム同期の複雑性を有利に削減するように、上位層フレームに関して構造化される。

図３は、本発明の実施形態による階層８−ＰＳＫ（位相偏移変調）変調のための階層配列マッパーの図である。階層変調方式（例えば８−ＰＳＫ）は、「より新しい」システム（またはプロトコル）を実現する一方でレガシーシステムとの下位互換性のある変調をサポートするために利用できる。つまりこのような方法は衛星デジタルビデオ放送（ＤＶＢ−Ｓ）規格、特にＤＶＢ−Ｓ２およびＤＶＢ−Ｓに適用できる。一例として、上位層はＤＶＢ−Ｓに準拠するが、下位層はＤＶＢ−Ｓ２フォーマットを採用する。ＤＶＢ−Ｓ受信機が幅広く配備されているケースでは、「より新規の」ＤＶＢ−Ｓ２規格に対処するように設計された受信機でこれらの「旧型の」つまり「レガシー」受信機を完全に置換することは割が悪いだろう。この方法では、ＤＶＢ−ＳとＤＶＢ−Ｓ２の両方に準拠する受信機を配備できる。

図示されるように、受信信号に対応するコード化データストリームは標準的な４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）配列マッパー３０１に入力される。ＱＰＳＫ配列マッパー３０１はＤＶＢ−Ｓ仕様に準拠し、二進信号を位相角にマッピングする。角度はシステム１００の使用可能な電力により決定されるシステムパラメータである。配列マッパー３０１は、図４に図示されるように信号配列を作成する。

加えて、下位層は上位層とは無関係に別のデータストリームを伝送し、それによりこの下位層は２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）できる。ＢＰＳＫ変調されたデータは変換器３０３により予め定められた角度θと関連付けられる位相情報に変換される。角度θは使用可能な電力に基づいて求めることができる。変調された上位層と下位層は次に乗算器３０５により乗算される。本発明の一実施形態にしたがうと、乗算された信号はさらにパルス整形される。

信号獲得は、下位層信号が存在するかどうかを判断することを必要とする。下位層信号が提供される場合、モジュール３０１はθを求める。本発明の一実施形態によると、下位層は低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードでコード化されている。ＬＤＰＣコードは、通常、ＬＤＰＣコード化フレームごとに６４，８００ビット長などやや長い。ＬＤＰＣコードを適切にデコードするために、受信機は最初にフレーム同期を達成する必要がある。

図４は、図２の階層配列マッパーにより使用される例示的な信号配列の図である。図４に見られるように、下線が引かれた２個のビットは上位層を表している。配列４００は上位層から２個のビットと、下位層から１個のビットを選び、階層配列点の点の内の１つを選択する。配列の他の同等なラベリングも活用できることが認識される。例えば、配列はグレイラベリングに基づいてラベルを付けることができる。任意の構成では、下位互換性を維持するために、上位層は特定のレガシーシステム（例えばＤＶＢ−Ｓシステム）により定められる方法でマッピングされる。

上述の構成のもとでは、上位層は、従来のデジタル受信機設計技術を利用するレガシー受信機により受信できる。事実上、上位層受信機は下位層の存在を認識している必要はない。受信された信号は、それが上位層フォワードエラー訂正コーディングに渡される前に上位層のためにタイミングおよび搬送波位相同期される。下位層は同じタイミングと搬送波位相障害にさらされるため、下位層は上位層の達成されたタイミングおよび搬送波位相同期の利点を有している。

下位層ＬＤＰＣデコーダが機能できる前に、ＬＤＰＣコード化フレームの開始点、およびＬＤＰＣコードのコードレートを含むＬＤＰＣコードのフレーミング情報は獲得されなければならない。この態様は上位層処理と大きく異なる。第１に下位層は、低い信号対雑音比、通常は０ｄＢを下回るＥｓ／Ｎｏで動作する。第２に、下位層はＬＤＰＣデコーディングに進むためにフレーミング情報を回復する必要があるが、畳み込みコーディングはフレーミング情報を使用しなくても自己同期できるために、上位層は最初にデコードできる。これは、上位層のフレーミング回復がフォワードエラー訂正コーディングのコーディング利得の恩恵を受けることができることを示唆している。対照的に、下位層はコーディング利得の恩恵を受けることはできない。さらに、下位互換性を維持するために下位層のフレーミング情報は厳密に下位層中で搬送されなければならない。任意の所定伝送エポックでは、上位層と下位層の両方とも、送信される信号点を決定するために使用される。したがって、下位層を訓練するための既知の信号点の伝送は使用できない。

フレーム同期を容易にするために、本発明の一実施形態において、周期的なデータパターンが下位層ストリームの中に挿入される。周期的なデータパターンはＬＤＰＣのコードレートとともに変化する。

図５は本発明の実施形態にしたがって階層データストリーム内にデータパターンを挿入するためのプロセスの図である。ＬＤＰＣコード化フレーム５０１の前にはコードレートに依存するデータパターン５０３が先行し、下位層送信データを形成する。データパターンは本来フレーミング情報を搬送するため、このパターンの構造は優れた自己相関および相互相関の特性を示さなければならない。優れた自己相関特性は、ＬＤＰＣコード化フレーム５０１の開始点の位置を突き止めるためにデータパターンを検出することにとって重要である。さらに、優れた相互相関特性はフレーミング情報を確実に回復するためには重要である。

データパターンの適切な設計の別の要因は長さを含んでいる。明らかに、オーバヘッドを削減する立場から、データパターンが短いほど効率は高くなる。したがって、オーバヘッドと性能のトレードオフがなされる。一実施形態では、９０ビットのデータパターンが、オーバヘッドコストと性能利得の優れた均衡を与えるとして図３のマッパ−３０１と使用するために選択される。

例示的な実施形態では、優れた自己相関と相互相関の特性を示す４つの異なるシーケンス、つまりデータパターンが表１に以下のように定義されている。

表２は、表１の二進シーケンスの対応する八進表現を列挙する。

この表のシーケンスのそれぞれがＬＤＰＣの１つのコードレートに対応する。例えば、シーケンス１〜４は、それぞれレート１／４コード、１／３コード、１／２コード、および３／５コードを表すことができる。ＬＤＰＣコード化フレームのコードレートに対応するシーケンスはＬＤＰＣコード化フレームのそれぞれに付けられる。

図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の実施形態にしたがって図５のプロセスでデータパターンとして利用されるコードシーケンスの自己相関および相互相関の特性を示すグラフである。具体的には図６Ａはこれらのシーケンスの自己相関を示している。図６Ｂはシーケンスの相互相関のグラフを提供しているが、図６Ｃは、表１と表２のシーケンスと関連付けられる自己相関と相互相関の特性の両方を図解している。これらの図で分かるように、コードシーケンスは優れた自己相関と相互相関の特性を生じさせる。

適切な同期を達成するために、上位層変調は、受信されたデータが下位層フレーム同期およびデコーディングに関して処理される前に最初に除去される。

図７は本発明の一実施形態にしたがった、上位層変調を除去するモジュールの図である。図３のマッパー３０１の動作と一貫して、変調除去モジュール７００はＱＳＰＫ配列マッパー７０３に出力するＱＰＳＫ硬判定ロジック７０１を含む。受信データストリームは、マッパー７０３によってＱＰＳＫ信号点に再変調し直される。オプションのバッファ７０７はＱＰＳＫ硬判定ロジック７０１とＱＰＳＫ配列マッパー７０３の潜在的な処理遅延に対処するために活用できる。再変調信号の共役はバッファされた信号で乗算され、上位層変調が除去される。

ロジック７０１により実行される硬判定は性能損失を被る可能性があるため、信号は上位層コーディング方式によりデコードされ、再コード化され、再インターリーブされ、改善された忠実度を有する上位層の判定を生じさせる。変調除去のための他の技法を活用できることが意図される。例えば、階層配列にグレイマッピングが使用される場合、プロセスは同相信号の絶対値と直角位相信号の絶対値の差異を求めることを必要とするだけである。

図８は、本発明の実施形態によるデータパターンの位置を突き止めるためのピーク検索検出方式の図である。ピーク検索検出方式は検索ウィンドウ８０１内の複数の相関器と関連付けられるピーク値を検索することにより迅速なフレーム獲得を行い、バッファ８０３内に候補として情報を記憶することにより、このピーク値を候補として指定する。一例として、４つの相関器が４つの異なる考えられるデータパターン（例えば図１）に対応する。この検索は複数の検索ウィンドウ８０１上で実施することができ、他の候補を生じさせる。各検索後、候補は特定の候補から次のピークの位置を導出することにより検証される。予測が正しく、データパターンが整合する場合、獲得が宣言される。

この上記プロセスは従来のピーク検索プロセスに優る迅速な獲得を実現する。従来のピーク検索プロセスは、いったんしきい値を上回る１つの相関があるとしきい値をセットアップする。このような場合、候補が獲得される。それ以後、プロセスはそれが有効なデータパターンであるかどうかを検証する。この従来の方法は、しきい値設定により多数の候補が生じ、それにより候補ごとに検証プロセスが実行されるため低速である。

本発明の実施形態によるピーク検索プロセスの詳細が、図９に図示されている。ピーク検索プロセスの設計は、システム１００が異なるコードレートおよび異なる変調方式（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＡＰＳＫ等）を使用してよいという認識から生じる。変調方式が事前に既知でない場合にも、ユニークワード４０１間の最大距離は既知である。ピーク検索プロセスは、次に説明されるようにこの知識を利用する。

例えば、ＬＤＰＣのコード長が６４８００ビットで固定されている場合、ＢＰＳＫの場合、２つのユニークワード間の距離は６４８００ビットである。データパターン長が９０ビットである場合、２つのデータパターン間の距離は６４８９０（つまり６４８００＋９０）ビットである。検索ウィンドウはこの距離値に等しく設定できる。

経時的にデータパターンを検索することにより、検出プロセスは、位置が、この最大値を達成するためのデータパターンの数だけではなく――最大相関にも対応するかどうかを判断することにより指定された検索ウィンドウでピークを検出する（ステップ９０１および９０３）。検索ウィンドウ内のピーク位置およびデータパターンは、最大相関が検出された場合、ステップ９０５にしたがって候補として指定される。これは後検証のための候補である。後検証プロセスは、ステップ９０７にしたがって次のブロックデータ内の同じ位置で、十分な相関強度が存在するかどうかをチェックするために同じシーケンスと相関するにすぎない。検証されると、プロセスはフレーム同期が獲得されたことを宣言する（ステップ９０９）。ＬＤＰＣのコードレートは最大相関に対応するデータパターンに基づいて決定される（ステップ９１１）。

後検証はさらに大きな信頼性を達成するために複数のウィンドウで実行できることが意図される。このようなプロセスは、それらの内の１つが無事に検証されるまで候補に関して直列でまたは並列で実行できる。シミュレーション研究は、−５．４Ｅｓ／Ｎｏおよび毎秒２０Ｍサンプルで、プロセスが１１ｍｓ中で９９．９％の信頼度でフレーム同期を達成することを明らかにした。

検索空間を削減する１つの方法は上位層および下位層のフレームを特定の方法で位置合わせすることである。したがって、上位層のフレーム情報は副情報として使用できる。本発明の一実施形態では、上位層は１８８バイトフレームを使用し、リードソロモンコードで２０４バイトにコード化されてから、レート７／８の畳み込みコードでコード化される。このようにして、１つの上位層フレームが７１４（２０４＊７／２）のＱＰＳＫシンボルを占有する。６４８００＋９０ビット（コード化フレームの長さおよびデータパターンの長さ）を使用する上位層の場合、下位層データパターンの始まりが上位層フレームの第１ビットと位置合わされていると、下位層の後続のデータパターンは合計７１４の位置の中から１７の考えられる位置だけで発生させることができる。これにより、４２分の１だけ検索空間を削減する。これは以下のように導出できる。７１４個のＱＰＳＫシンボルを０、１、２、．．．７１３として１８８バイトの情報に対応するように索引付けることにより、ＬＤＰＣに先行するデータパターンの最初のビットは索引（７１４を法として６４８９０＊ｎ）の考えられる位置の位置だけで発生させることができる。上位層信号と下位層信号の両方とも伝送でギャップを残さないため、この位置合わせがシステムの効率に悪影響を及ぼさないことが着目される。

図１０は、本発明による実施形態が実現できるコンピュータシステムを描いている。コンピュータシステム１０００は、バス１００１または情報を通信するための他の通信機構、および情報を処理するためのバス１００１に結合されるプロセッサ１００３を含む。コンピュータシステム１０００は、プロセッサ１００３によって実行される情報および命令を記憶するためのバス１００１に結合される、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的記憶装置などのメインメモリ１００５も含む。メインメモリ１００５は、プロセッサ１００３によって実行される命令の実行中に、一時的な変数または他の中間情報を記憶するためにも使用できる。コンピュータシステム１０００は、読取専用メモリ（ＲＯＭ）１００７、またはプロセッサ１００３のための静的な情報および命令を記憶するためにバス１００１に結合される他の静的な記憶装置を含む。磁気ディスクまたは光ディスクなどの記憶装置１００９が、さらに情報および命令を記憶するためのバス１００１に結合される。

コンピュータシステム１０００は、コンピュータユーザに情報を表示するために、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ、アクティブマトリックスディスプレイまたはプラズマディスプレイなどのディスプレイ１０１１にバス１００１を介して結合されてよい。英数字キーまたは他のキーを含むキーボードなどの入力装置１０１３は、情報およびコマンド選択をプロセッサ１００３に通信するためにバス１００１に結合される。別の種類のユーザ入力装置は、方向情報およびコマンド選択をプロセッサ１００３に通信するため、およびディスプレイ１０１１上でカーソル移動を制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キーなどのカーソル制御装置１０１５である。

本発明の一実施形態にしたがうと、さまざまなフレーム同期プロセスは、メインメモリ１００５に含まれる命令の配列を実行するプロセッサ１００３に応答してコンピュータシステム１０００によって提供できる。このような命令は、記憶装置１００９などの別のコンピュータ読み取り可能媒体からメインメモリ１００５の中に読み取ることができる。メインメモリ１００５に含まれる命令の配列を実行することにより、プロセッサ１００３はここに説明されるプロセスステップを実行する。マルチプロセッシング装置における１台または複数台のプロセッサはメインメモリ１００５に含まれる命令を実行するために利用されてもよい。代替実施形態では、結線で接続されたモジュールが本発明の実施形態を実現するためにソフトウェア命令の代わりに、あるいはソフトウェア命令と組み合わせて使用されてよい。したがって、本発明の実施形態はハードウェアモジュールおよびソフトウェアの任意の特定の組み合わせに制限されない。

コンピュータシステム１０００は、バス１００１に結合される通信インターフェース１０１７も含む。通信インターフェース１０１７は、ローカルネットワーク１０２１に接続されるネットワークリンク１０１９に結合する双方向データ通信を提供する。例えば、通信インターフェース１０１７は、対応する種類の電話回線にデータ通信接続を提供するために、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）カードまたはモデム、総合サービスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）カード、ケーブルモデムまたは電話モデムであってよい。別の例として、通信インターフェース１０１７は、データ通信接続を互換性のあるＬＡＮに提供するために、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カード（例えば、イーサネット（登録商標）または非同期転送モード（ＡＴＭ）ネットワーク用など）であってよい。ワイヤレスリンクも実現できる。このような実施において、通信インターフェース１０１７は多様な種類の情報を表現するデジタルデータストリームを搬送する電気信号、電磁信号または光信号を送受する。さらに、通信インターフェース１０１７は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェース、ＰＣＭＣＩＡ（ＰＣメモリカード国際協会）インターフェース等の周辺インターフェース装置も含むことができる。

ネットワークリンク１０１９は、通常、他のデータ装置に１つまたは複数のネットワークを通してデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク１０１９は、ネットワーク１０２５（例えば、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）または現在「インターネット」と一般的に呼ばれている他のグローバルパケットデータ通信ネットワーク）に、またはサービスプロバイダによって運用されるデータ装置に接続性を有するホストコンピュータ１０２３にローカルネットワーク１０２１を通して接続を提供してよい。ローカルネットワーク１０２１とネットワーク１０２５は情報および命令を伝達するためにともに電気信号、電磁信号または光信号を使用する。さまざまなネットワークを通る信号、ならびにデジタルデータをコンピュータシステム１０００と通信する通信インターフェース１０１７を通る、ネットワークリンク１０１９上の信号は、情報および命令を運ぶ搬送波の例示的な形式である。

コンピュータシステム１０００は、ネットワーク（複数の場合がある）、ネットワークリンク１０１９および通信インターフェース１０１７を通してメッセージを送信し、プログラムコードを含むデータを受信することができる。インターネットの例では、サーバ（図示せず）は、ネットワーク１０２５、ローカルネットワーク１０２１および通信インターフェース１０１７を通して本発明の実施形態を実現するためのアプリケーションプログラムに属する要求されたコードを送信する可能性がある。プロセッサ１００３は、受信されている間に送信されたコードを実行する、および／または後で実行するために記憶装置１０９または他の不揮発性記憶装置にコードを記憶してよい。このようにして、コンピュータシステム１０００は搬送波の形でアプリケーションコードを入手してよい。

ここで使用されるような用語「コンピュータ読み取り可能媒体」は、実行のためにプロセッサ１００３に命令を提供することに関係する任意の媒体を指す。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および送信媒体を含むが、それらに制限されない多くの形式をとってよい。不揮発性媒体は、例えば、記憶装置１００９などの光ディスクまたは磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メインメモリ１００５などの動的メモリを含む。伝送媒体は、バス１００１を構成するワイヤを含む同軸ケーブル、銅線、および光ファイバを含む。伝送媒体は無線周波数（ＲＦ）および赤外線（ＩＲ）データ通信の間に発生させるものなどのような、音波、光波、または電磁波の形を取る場合もある。コンピュータ読み取り可能媒体の一般的な形式は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤＲＷ、ＤＶＤ、他の光媒体、パンチカード、用紙テープ、光マークシート、穴のパターンまたは他の光学的に認識可能な印の付いた他の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、搬送波、あるいはコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体を含む。

多様な形式のコンピュータ読み取り可能媒体は、実行のためにプロセッサに命令を提供する上で必要とされてよい。例えば、本発明の少なくとも一部を実行するための命令は、初期にリモートコンピュータの磁気ディスク上に入れられてよい。このようなシナリオでは、リモートコンピュータはメインメモリに命令をロードし、モデムを使用して電話回線上で命令を送信する。ローカルコンピュータシステムのモデムは電話回線上でデータを受信し、赤外線送信機を使用して、このデータを赤外線信号に変換し、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）およびラップトップなどの携帯型演算装置に赤外線信号を送信する。携帯型演算装置上の赤外線検出器は赤外線信号によって運ばれる情報および命令を受信し、バスにデータをのせる。バスはデータをメインメモリに伝達し、そこからプロセッサは命令を検索し、実行する。メインメモリにより受信される命令は、オプションでプロセッサによる実行の前または後のどちらかで記憶装置に記憶されてよい。

したがって、本発明の多様な実施形態は低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードを活用して、デジタル放送システムにおける迅速な信号獲得およびフレーム同期を達成する方法を提供する。

本発明は数多くの実施形態および実施と関連して説明されてきたが、本発明はこのように制限されるのではなく、特許請求の範囲に該当する多様な変型および同等な仕組みを対象とする。

本発明の実施形態による低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードを活用するように構成されるデジタル放送システムの図である。 図１のシステムのデジタル伝送機構で利用される階層配列マッパーの図である。 本発明の実施形態による階層８−ＰＳＫ（位相偏移変調）変調のための階層配列マッパーの図である。 図２の階層配列マッパーにより使用される例示的な信号配列の図である。 本発明の実施形態による下位層データストリームにデータパターンを挿入するためのプロセスの図である。 本発明の実施形態にしたがって、図５のプロセス内のデータパターンとして使用されるコードシーケンスの自己相関の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態にしたがって、図５のプロセス内のデータパターンとして使用されるコードシーケンスの相互相関の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態にしたがって、図５のプロセス内のデータパターンとして使用されるコードシーケンスの自己相関および相互相関の特性を示すグラフである。 本発明の実施形態にしたがって、上位層変調を除去するモジュールの図である。 本発明の実施形態にしたがって、データパターンの位置を突き止めるためのピーク検索検出方式の図である。 本発明の実施形態にしたがって、データパターンの位置を突き止めるためのピーク検索プロセスのフローチャートである。 本発明の実施形態にしたがって、信号獲得およびフレーム同期に関連付けられる多様なプロセスを実行できるコンピュータシステムの図である。

Claims (50)

1. 通信システム（１００）中で階層変調信号を発生させる方法において、
   上位層データストリームおよび下位層データストリームを受信するステップと、
   前記下位層データストリームに先行してコードレートに依存するデータパターンを挿入することにより前記下位層データストリームを修正するステップと、
   前記上位層データストリームと前記修正された下位層データストリームを結合するステップと、
   前記結合されたデータストリームに基づいて複数の階層信号配列点の１つを選択するステップとを含む方法。
2. 前記データパターンは、それぞれが等しい長さである複数のデータパターンの間にある請求項１記載の方法。
3. 前記下位層データストリームは低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コーディングにしたがってコード化される請求項１記載の方法。
4. 前記上位層データストリームは畳み込みコーディングにしたがってコード化される請求項３記載の方法。
5. 前記上位層データストリームは第１の変調方式にしたがって変調され、前記下位層データストリームは第２の変調方式にしたがって変調され、前記第１の変調方式が前記第２の変調方式より高次である請求項１記載の方法。
6. 前記第１の変調方式は４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）であり、前記第２の変調方式は２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）である請求項５記載の方法。
7. 前記データパターンは、
   

   

   を含む請求項１記載の方法。
8. 前記上位層データストリームは第１のデジタルビデオ放送（ＤＶＢ）フォーマットを有し、前記下位層データストリームは第１のＤＶＢフォーマットとは異なる第２のＤＶＢフォーマットを有する請求項１記載の方法。
9. 前記通信システム（１００）は衛星ネットワーク（１００）である請求項１記載の方法。
10. 通信システム（１００）中で階層変調信号を発生させるための命令を持つコンピュータ読み取り媒体において、
    前記命令は実行時に１つまたは複数のプロセッサに請求項１記載の方法を実行させるように配列される、コンピュータ読み取り媒体。
11. 通信システム（１００）中で信号を獲得する方法において、
    上位層と下位層を含む階層変調方式にしたがって変調される信号を受信し、前記信号がデータパターンおよびコード化フレームを含むステップと、
    前記上位層変調に対する受信信号の依存性を除去するステップと、
    前記変調除去信号を複数のデータパターンと相関付けるステップと、
    前記複数のデータパターンの内のどのパターンが信号のデータパターンに対応するのかを決定するステップと、
    前記データパターンの決定されたパターンに基づいてコード化フレームのコードレートを導出するステップとを含む方法。
12. 信号内のデータパターンの位置を突き止めるステップをさらに含む請求項１１記載の方法。
13. 前記データパターンのそれぞれは等しい長さである請求項１１記載の方法。
14. 前記信号の下位層データストリームが低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コーディングにしたがってコード化される請求項１１記載の方法。
15. 前記信号の上位層データストリームが畳み込みコーディングにしたがってコード化される請求項１４記載の方法。
16. 前記上位層変調は前記下位層変調より高次である請求項１１記載の方法。
17. 前記上位層変調は４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）であり、前記下位層変調は２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）である請求項１６記載の方法。
18. 信号内の前記データパターンは、
    

    

    の１つを含む請求項１１記載の方法。
19. 前記信号の上位層データストリームが第１のデジタルビデオ放送（ＤＶＢ）フォーマットを有し、前記信号の下位層データストリームが第１のＤＶＢフォーマットとは異なる第２のＤＶＢフォーマットを有する請求項１１記載の方法。
20. 前記通信システム（１００）は衛星ネットワーク（１００）である請求項１１記載の方法。
21. 通信システム（１００）中で信号を獲得するための命令を持つコンピュータ読み取り可能媒体において、
    前記命令は実行時に１つまたは複数のプロセッサに請求項１１記載の方法を実行させるように配列される、コンピュータ読み取り可能媒体。
22. 階層変調方式をサポートする通信システム（１００）中で信号を発生させる方法において、
    第１のフレーミング構造を有する上位層データストリームを発生させるステップと、
    第２のフレーミング構造を有する下位層データストリームを発生させ、前記第１のフレーミング構造が前記第２のフレーミング構造の倍数ではなく、前記下位層データストリームの開始点が上位層位置の部分集合だけに対応するステップと、
    前記データストリームの組み合わせと関連付けられる階層変調方式内の配列点を表す信号を出力するステップとを含む方法。
23. 前記下位層データストリーム内の複数のデータパターンからの１つのデータパターンを挿入することをさらに含む請求項２２記載の方法。
24. 前記データパターンは、それぞれが等しい長さである複数のデータパターンの間にある請求項２３記載の方法。
25. 前記データパターンは、
    

    

    を含む請求項２３記載の方法。
26. 前記下位層データストリームは低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コーディングにしたがってコード化される請求項２２記載の方法。
27. 前記上位層データストリームは畳み込みコーディングにしたがってコード化される請求項２５記載の方法。
28. 第１の変調方式にしたがって前記上位層データストリームを変調するステップと、
    第２の変調方式にしたがって前記下位層データストリームを変調するステップとをさらに含み、
    前記第１の変調方式が前記第２の変調方式より高次である請求項２２記載の方法。
29. 前記第１の変調方式は４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）であり、前記第２の変調方式は２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）である請求項２８記載の方法。
30. 前記第１のフレーミング構造はデジタルビデオ放送（ＤＶＢ）フォーマットに準拠し、前記第２のフレーミング構造は第１のＤＶＢフォーマットとは異なる第２のＤＶＢフォーマットに準拠する請求項２２記載の方法。
31. 前記通信システム（１００）は衛星ネットワーク（１００）である請求項２２記載の方法。
32. 階層変調方式をサポートする通信システム（１００）中で信号を発生させるための命令を持つコンピュータ読み取り可能媒体において、
    前記命令が実行時に１つまたは複数のプロセッサに請求項１記載の方法を実行させるように配列される、コンピュータ読み取り可能媒体。
33. 階層変調方式でフレーム同期を獲得する方法において、
    上位層信号をデコードするステップと、
    前記上位層信号のフレーム同期を獲得するステップと、
    フォワードエラー訂正コードにしたがってコード化される下位層信号のフレーム同期を開始し、前記下位層信号が埋め込まれたデータパターンを含むステップと、
    下位層のフレーム同期を開始する前記ステップの前にフォワードエラー訂正コードに基づいて前記下位層信号をデコードするステップと、
    前記下位層信号に埋め込まれるデータパターンを検索するステップとを含む方法。
34. データパターンを検索する前記ステップは、前記下位層信号により提供される副情報により制限される請求項３３記載の方法。
35. 前記データパターンは、それぞれが等しい長さである複数のデータパターンの中にある請求項３３記載の方法。
36. 前記下位層信号は低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コーディングにしたがってコード化される請求項３３記載の方法。
37. 前記上位層信号は畳み込みコーディングにしたがってコード化される請求項３３記載の方法。
38. 前記上位層信号は第１の変調方式にしたがって変調され、前記下位層信号は第２の変調方式にしたがって変調され、前記第１の変調方式が前記第２の変調方式より高次である請求項３３記載の方法。
39. 前記第１の変調方式は４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）であり、前記第２の変調方式は２相位相偏移変調（ＢＰＳＫ）である請求項３８記載の方法。
40. 前記データパターンは、
    

    

    の１つを含む請求項３３記載の方法。
41. 前記上位層信号は第１のデジタルビデオ放送（ＤＶＢ）フォーマットを有し、前記下位層信号は、第１のＤＶＢフォーマットとは異なる第２のＤＶＢフォーマットを有する請求項３３記載の方法。
42. 前記通信システム（１００）は衛星ネットワーク（１００）である請求項３３記載の方法。
43. 階層変調方式でフレーム同期を獲得するための命令を持つコンピュータ読み取り可能媒体において、
    前記命令が実行時に１つまたは複数のプロセッサに請求項３３記載の方法を実行させるように配列される、コンピュータ読み取り可能媒体。
44. デジタル通信システム（１００）中でフレーム同期をサポートする方法において、
    フレーム内のピーク値を予め定められたウィンドウ長で検索し、前記ピーク値が、階層変調方式にしたがって変調される受信信号の下位層信号の異なるコードレートを指定する複数のシーケンスの内の１つのシーケンスに関連付けられる最大相関値に対応するステップと、
    前記ピーク値を候補として指定するステップと、
    前記候補を検証するステップと、
    前記候補が検証されると、フレームの獲得を宣言するステップとを含む方法。
45. 前記フレームは低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）フレーム（５０１）である請求項４４記載の方法。
46. 複数の候補を生じさせるために設定された検索ウィンドウにしたがって他のフレームに関して後続のピーク検索を反復して実施するステップをさらに含み、
    前記獲得が、予め定められた数の候補が無事に検証された後に宣言される請求項４４記載の方法。
47. デジタル通信システム（１００）中でフレーム同期をサポートするための命令を持つコンピュータ読み取り可能媒体において、
    前記命令が実行時に１つまたは複数のプロセッサに請求項４４記載の方法を実行させるように配列される、コンピュータ読み取り可能媒体。
48. デジタル通信システム（１００）中でフレーム同期をサポートする受信機（１０５）において、
    フレーム内のピーク値を予め定められたウィンドウ長で検索し、前記ピーク値が、階層変調方式にしたがって変調される受信信号の下位層信号の異なるコードレートを指定する複数のシーケンスの内の１つのシーケンスと関連付けられる最大相関値に対応する手段と、
    前記ピーク値を候補として指定する手段と、
    前記候補を検証する手段と、
    前記候補が検証されるとフレームの獲得を宣言する手段とを具備する受信機（１０５）。
49. 前記フレームは低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）フレーム（５０１）である請求項４８記載の受信機。
50. 複数の候補を生じさせるために設定された検索ウィンドウにしたがって他のフレームに関して後続のピーク検索を反復して実施し、予め定められた数の候補が無事に検証された後に獲得が宣言される手段をさらに具備する請求項４８記載の受信機（１０５）。

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