JP2007527168A - 通信システムにおける搬送波再生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

衛星通信システムは、送信機と、衛星トランスポンダと、受信機とを有する。送信機は、上位レイヤと下位レイヤとを有するアップリンク階層化変調信号を衛星トランスポンダに送信し、衛星トランスポンダは、階層化変調信号を１つ以上の受信機にダウンリンクで放送する。受信機は、階層化変調信号（受信信号）を受信し、再生された搬送波を使用することにより、それから下位レイヤ信号成分の復調及びデコードを実行し、受信信号を逆回転する。再生された搬送波は、受信信号の上位レイヤ信号成分に関してソフト判定により行われる搬送波再生処理により作られる。

Description

本発明は、概して通信システムに関し、特に衛星型通信システムに関する。

階層化変調型の通信システムでは、送信機は、少なくとも２つのデータ支持信号（例えば上位レイヤ（UL）信号及び下位レイヤ（LL）信号）を、（場合によっては相互に非同期で）同じ搬送波又は異なる搬送波に変調し、LL信号はUL信号よりかなり小さい出力レベルで送信されるように、UL信号とLL信号とを別々に２つのトランスポンダを介して送信する。この送信は衛星へのアップリンク送信の形式で行われてもよく、衛星は受信機にダウンリンク送信を提供する（一般的にはダウンリンク送信はアップリンク送信と異なる周波数である）。後者は、転送されるデータを再生するためにダウンリンク送信（受信信号）を処理し、例えば結合されたテレビ（TV）セットで視聴するために選択された映画を提供する。

受信機では、受信信号はUL信号成分とLL信号成分とを有する。すなわち、受信信号は上位レイヤと下位レイヤとの組み合わせであり、受信機は受信信号を処理し、それから上位レイヤデータ（UL信号成分で伝えられる）と下位レイヤデータ（LL信号成分で伝えられる）とを再生する。UL信号の出力レベルはLL信号よりかなり高いため、上位レイヤデータの再生に関して、受信機は、チャネル雑音の加わったUL信号成分で構成されているに過ぎないように、受信信号を単に復調して処理する。実際に、受信信号のLL信号成分を雑音として扱う。これに対して、LL信号の出力レベルは低いため、受信機は受信信号を処理し、最初にそれからLL信号成分を抽出する。受信機は抽出されたLL信号成分を処理し、下位レイヤデータを再生する。

LL信号成分を抽出するために、受信機はUL信号を再生成し、受信信号から再生成されたUL信号を控除する。これに関して、受信機は、再生された上位レイヤデータ及び再生されたUL搬送波のような上位レイヤの処理から既に利用可能になっている様々な信号を利用する。再生された上位レイヤデータは、シンボルに再エンコード及び再マッピングされ、ベースバンドで再生成されたUL信号を形成する。すなわち、再生成されたUL信号のシンボルは、関連する位相又は周波数のオフセットを有さない。従って、再生されたUL搬送波は、最初に受信信号を逆回転（derotate）し、それからUL搬送波を除去するために使用される。抽出されたLL信号成分は、受信信号の逆回転版から再生成されたUL信号を控除することにより形成される。再生されたUL搬送波は、ハード判定（例えば各受信信号ポイントとULシンボル・コンステレーションから選ばれたスライス・シンボル（sliced symbol）（最も近いシンボル）との間の位相誤差）によって行われる搬送波再生処理により作られる。

前記のように、再生された搬送波は、ハード判定によって行われる搬送波再生処理により作られる。しかし、このような再生された搬送波を使用することにより受信信号の逆回転版を生成することは、下位レイヤ信号成分を更に劣化させ、そのため下位レイヤデータの正確な再生を更に妨げることを観測した。従って、本発明の原理によれば、受信機は、少なくとも２つの信号レイヤを有する階層化変調信号を受信し、少なくとも２つのレイヤのうち１つに関してソフト判定の関数として、それから搬送波を再生する。

本発明の実施例では、衛星通信システムは、送信機と、衛星トランスポンダと、受信機とを有する。送信機は、上位レイヤと下位レイヤとを有するアップリンク階層化変調信号を衛星トランスポンダに送信する。衛星トランスポンダは、階層化変調信号を１つ以上の受信機に対してダウンリンクで放送する。受信機は、階層化変調信号（受信信号）を受信し、再生された搬送波を使用することにより、それから下位レイヤ信号成分の復調及びデコードを実行し、受信信号を逆回転する。再生された搬送波は、受信信号の上位レイヤ信号成分に関してソフト判定により行われる搬送波再生処理により作られる。

発明概念以外で、図面に示す要素は周知であり、詳細には説明しない。また、衛星型システムに熟知していることを仮定しており、ここでは詳細に説明しない。例えば、発明概念以外で、衛星トランスポンダ、ダウンリンク信号、シンボル・コンステレーション・位相ロックループ（PLL：phase-locked loop）、無線周波数（rf）フロントエンド、又は受信セクション（低雑音ブロック・ダウンコンバータ等）、トランスポートビットストリームを生成するフォーマット及びエンコード方法（Moving Picture Expert Group（MPEG）-2 Systems Standard（ISO/IEC 13818-1）等）、並びにデコード方法（対数尤度比、ソフト入力ソフト出力（SISO：soft-input-soft-output）デコーダ、Viterbiデコーダ等）は周知であり、ここでは説明しない。更に、発明概念は、従来のプログラミング技術を使用して実装され得るため、ここでは説明しない。最後に、図面での同じ番号は同様の要素を表す。

本発明の原理による例示的な通信システム50を図１に示す。通信システム50は、送信機5と、衛星チャネル25と、受信機30と、テレビ（TV）35とを有する。以下に詳細に説明するが、次のものは通信システム50の簡単な概要である。送信機5は、信号4-1〜4-Kで示す複数のデータストリームを受信し、階層化変調信号6を衛星伝送チャネル25に提供する。例示的に、これらのデータストリームは、制御信号、衛星TVシステムのコンテンツ（例えばビデオ）等を表し、相互に独立でもよく、相互に関係してもよく、又はその組み合わせでもよい。階層化変調信号6は、Kレイヤを有し、K>2である。“レイヤ”及び“レベル”という用語はここでは同義的に使われる。衛星チャネル25は、送信アンテナ10と、衛星15と、受信アンテナ20とを有する。送信アンテナ10（地上送信局を示す）は、アップリンク信号11として衛星15に階層化変調信号6を提供する。衛星15は、ダウンリンク信号16（一般的にはアップリンク信号と異なる周波数である）を介して受信アップリンク信号の再送信を放送範囲に提供する。この放送範囲は、一般的には所定の地理的領域（例えば米国大陸の一部）をカバーする。ダウンリンク信号16は受信アンテナ20により受信され、受信アンテナ20は受信信号29を受信機30に提供し、受信機30は本発明の原理に従って受信信号29を復調及びデコードし、視聴のために信号31を介して、例えばTV35にコンテンツを提供する。ここでは説明しないが、送信機5は、送信前に信号を更に予め変形し、チャネルの非線形性を補ってもよい点に留意すべきである。この説明の残りの部分では、２つのデータストリームが存在すること（すなわちK=2）を例示的に仮定する。本発明はK=2に限定されず、実際に信号4-1のような特定のデータストリームが他のデータストリーム（図示せず）の集合を表してもよい点に留意すべきである。

図１の送信機5で使用される従来技術の階層化変調器の例示的なブロック図を図２に示す。ここでは、送信機5は２つの別々の送信パスを有する。上位レイヤ（UL）パスは、ULエンコーダ105とUL変調器115とアップコンバータ125とを有する。下位レイヤ（LL）パスは、LLエンコーダ110とLL変調器120とアップコンバータ130とを有する。ここで用いられる“UL信号”という用語は、ULパスの何らかの信号を示し、文脈から明らかになる。例えば、図２に関して、これは信号4-1のうち１つ以上106及び116である。同様に、“LL信号”という用語は、LLパスの何らかの信号を示す。この場合も同様に、図２に関して、これは信号4-2のうち１つ以上111及び121である。更に、各エンコーダは、既知の誤り検出／訂正符号（例えば、畳み込み符号又はトレリス符号、レート1/2、2/3、4/5又は6/7の畳み込み符号が内部符号として使用され、リードソロモン符号が外部符号として使用される連結前方誤り訂正（FEC：forward error correction）機構、LDPC符号（low density parity check codes））を実装する。例えば、ULエンコーダ105は、畳み込み符号又は短ブロック符号を使用してもよく、LLエンコーダ110は、ターボ符号又はLDPC符号を使用してもよい。この説明の目的で、ULエンコーダ105及びLLエンコーダ110はLDPC符号を使用することを仮定する。更に、畳み込みインターリーバ（図示せず）も使用されてもよい。

図２からわかるように、信号4-2はLLエンコーダ110に適用され、LLエンコーダ110はエンコード信号111を提供する。同様に、信号4-1はULエンコーダ105に適用され、ULエンコーダ105はエンコード信号106を提供する。エンコード信号106は、上位レイヤ・シンボル間隔T_UL当たりNビットを表し、エンコード信号111は、下位レイヤ・シンボル間隔T_LL当たりMビットを表す。NはMと等しくてもよく、等しくなくてもよい。T_ULはT_LLと等しくてもよく、等しくなくてもよい。一般的には、LDPC符号化に関して、各エンコード信号は、パリティビットの加わった適用されるデータストリームを表す。変調器115及び120は、適用される各信号をマッピング及び変調し、変調信号116及び121をそれぞれ提供する。例示的に、変調器115及び120は、四相位相偏移（QPSK：quadrature phase-shift keying）変調を実行する。２つの変調器115及び120が存在するため、変調はULパスとLLパスとで異なってもよく、上位レイヤと下位レイヤとで搬送波周波数が異なってもよい点に留意すべきである。変調信号116及び121は、それぞれアップコンバータ125及び130により適切な周波数帯にアップコンバートされる。図２から、送信機5は２つの信号を送信することがわかる。すなわち、階層化変調信号6はUL信号6-1とLL信号6-2とを有する。一般的に、LL信号6-2はUL信号6-1より低い出力レベルで送信される。

LL信号の出力レベルが低いため、事実上、LLパスのSNR（signal-to-noise ratio）も低くなる。これに関して、LL信号に関連する低いSNRは、受信信号の処理中に受信機により更に低減され得る。特に、結合した信号で動作するハード判定型搬送波再生回路から得られた再生された搬送波により、受信信号のLL信号成分が処理（例えば逆回転）されると、更なる望ましくない位相ジッタがLL信号成分に加えられることがある。

例えば、搬送波周波数f_cで変調された例示的な受信信号206について受信機で使用される図３の従来技術の搬送波再生回路200について検討する。受信信号206は、受信機の他の処理（図示せず）の結果（例えば、ダウンコンバート、帯域通過フィルタ等）でもよい点に留意すべきである。更に、受信信号206及び図３に示す処理は、デジタル領域であることを仮定する（これは必要ではない）。すなわち、搬送波再生回路200は、ハード判定により行われるデジタル位相ロックループ（DPLL：digital phase-locked loop）を有する。搬送波再生回路200は、複素乗算器210と、位相誤差検出器215と、ループフィルタ230と、位相積分器235と、サイン／コサイン（sin/cos）テーブル240とを有する。受信信号206は、同相（I）成分と直交（Q）成分とを有す複素サンプルストリームである。複素信号パスは、特に図３で二重線として図示されている点に留意すべきである。複素乗算器210は、受信信号206の複素サンプルストリームを受信し、再生された搬送波信号241により複素サンプルストリームの逆回転（de-rotation）を実行する。特に、受信信号206の同相成分及び直交成分は、再生された搬送波信号241の位相により回転される。この位相は、sin/cosテーブル240（以下に説明する）により提供される特定のサイン値及びコサイン値を示す。複素乗算器210からの出力信号は、（例えばベースバンドで）ダウンコンバートされた受信信号211であり、受信信号ポイントの逆回転された複素サンプルストリームを示す。図３からわかるように、ダウンコンバートされた受信信号211はまた、位相検出器215に適用され、位相検出器215は、ダウンコンバートされた信号211に依然として存在する何らかの位相オフセットを計算し、それを示す位相誤差推定信号226を提供する。位相誤差推定信号226はループフィルタ230に適用され、ループフィルタ230は、位相誤差推定信号226を更にフィルタリングし、位相積分器235に適用されるフィルタリングされた信号231を提供する。ループフィルタ230のブロック図を図４に示す。ループフィルタ230は、１次利得要素255と、２次利得要素260と、２次積分器265と、コンバイナ280とを有する。２次積分器265は、コンバイナ270とレジスタ275とを有する。位相誤差推定信号226は、１次利得要素255と２次利得要素260との双方に適用される。１次利得要素255からの出力信号256は、コンバイナ280に適用される。２次利得要素260からの出力信号261は２次積分器265に適用され、２次積分器265は、（コンバイナ270及びレジスタ275を介して）適用される信号を積分し、出力信号266を提供する。コンバイナ280は出力信号256及び出力信号266を加算し、フィルタリングされた信号231を提供する。図３に戻り、位相積分器235は、フィルタリングされた信号231を更に積分し、出力位相角度信号236をsin/cosテーブル240に提供する。sin/cosテーブル240は、受信信号206の逆回転のため、関連するサイン値及びコサイン値を複素乗算器210に提供し、ダウンコンバートされた受信信号211を提供する。簡潔にするために図示しないが、周波数オフセットF_OFFSETはループフィルタ230又は位相積分器235に供給され、取得速度を増加させてもよい。また、搬送波再生回路200は、受信信号206のシンボルレートの倍数（例えば２倍）で動作してもよい点に留意すべきである。従って、位相積分器235は、全サンプル時間で積分し続ける。

位相検出器215は、２つの要素（位相誤差推定器225及びスライサ220）を有する点に留意すべきである。当該技術分野において既知のように、後者は、ダウンコンバートされた信号211の各受信信号ポイントの同相成分及び直交成分により表される可能なシンボル（ターゲットシンボル）に関してハード判定を行う。特に、ダウンコンバートされた信号211の受信信号ポイント毎に、スライサ220はシンボルの所定のコンステレーションから最も近いシンボル（ターゲットシンボル）を選択する。従って、位相誤差推定器225により提供される位相誤差推定信号226は、各受信信号ポイントと対応するターゲットシンボルとの間の位相差を表す。特に、位相誤差推定信号226は、一連の位相誤差推定値Φ_{error_estimate}を表す。それぞれ特定のΦ_{error_estimate}は、受信信号ポイント×関連するスライス・シンボルの共役の虚数部分を計算することにより決定される。すなわち、次のようになる。

上記の式で、Zは受信信号ポイントの複素ベクトルを表し、Z_slicedは関連するスライス信号ポイントの複素ベクトルを表し、Z^* _slicedは関連するスライス信号ポイントの複素ベクトルの共役を表す。しかし、低SNR比では、位相検出器215により提供されるこれらの位相誤差推定値は、受信信号ポイントが不正確なターゲットシンボルにスライスされるため、不正確になることがある。

例えば、図５に示すQPSKコンステレーション89について検討する。QPSKコンステレーション89は、４つのシンボル(1,1)、(1,-1)、(-1,-1)及び(-1,1)を有する。値(1,1)の送信シンボルは、受信機での受信値が受信信号ポイント81により表される例えば(0.8,-0.1)になるように、チャネルにより追加される雑音を有することがある。従って、スライサは、正確なシンボル(1,1)の代わりに（点線の矢印83で示す）、ターゲットシンボルとしてシンボル(1,-1)を選択する（点線の矢印82で示す）。その結果、受信信号ポイントとターゲットシンボルとの間の位相誤差推定値が誤りになる。次に、これが望ましくない位相ジッタを再生された搬送波信号241に取り込み、その結果、ダウンコンバートされた受信信号211は、搬送波再生回路200内で行われた不正確な判定により劣化する。階層化変調に関して、上位レベルは高い出力レベルであるため、上位レイヤの誤り訂正回路（図示せず）は、信号に対する劣化度に応じて、おそらくこのジッタ信号を完全にデコードすることができるであろう。これに対して、下位レイヤ信号は、上位レイヤ信号よりかなり低い出力であり、再生された上位レイヤ搬送波の何らかの不完全性は、抽出された下位レイヤ信号に誤りを取り込み、下位レイヤ信号の復調又はデコードに問題を生じることがある。

従って、本発明の原理によれば、受信機は、少なくとも２つのレイヤを有する階層化変調信号を受信し、少なくとも２つのレイヤの１つに関してソフト判定の関数として、それから搬送波を再生する。

本発明の原理による受信機30の例示的な部分を図６に示す。受信機30は、フロントエンドフィルタ305と、アナログ・デジタル変換器310と、復調器／デコーダ320とを有する。後者は、本発明の原理に従って、少なくとも１つのソフト判定型搬送波再生要素（回路又は処理）を有する。フロントエンドフィルタ305は、（例えば衛星伝送帯から）ダウンコンバートし、受信信号29をフィルタリングし、ほぼベースバンド信号をA/D310に提供する。A/D310は、ダウンコンバートされた信号をデジタル領域にサンプリングし、一連のサンプル311（多レベル信号311又は受信信号311とも呼ばれる）を復調器／デコーダ320に提供する。後者は、多レベル信号311の階層化復調を実行し、Kレイヤで、多レベル信号311により伝えられるデータを示す複数の出力信号321-1〜321-Kを提供する。これらの１つ以上の出力信号からのデータは、信号31を介してTVセット35に提供される。（これに関して、受信機30は、TVセット35への適用の前に更にデータを処理してもよく、及び／又はデータをTVセット35に直接提供してもよい。）以下の例では、レベルの数は2であるが（すなわちK=2）、発明概念はこれに限定されない。

次に図７を参照すると、復調器／デコーダ320の例示的な実施例が図示されている。復調器／デコーダ320は、UL復調器330と、ULデコーダ335と、マップ器340と、ソフト判定型搬送波345と、遅延要素350と、遅延要素355と、乗算器360と、遅延要素365と、コンバイナ370と、LL復調器375と、LLデコーダ380と、フィルタ385と、フィルタ390とを有する。多レベル信号311はUL復調器330に適用され、UL復調器330はこの信号を復調し、復調UL信号ポイントストリーム333により示されるように、再サンプリングされた多レベル信号316と復調されたUL信号とを提供する。図７に示す様々な遅延要素は、処理を時間同期させるために使用される。すなわち、様々な処理遅延を考慮に入れる。例えば、遅延要素350は、時間遅延を再サンプリングされた多レベル信号316に提供し、それにより、受信信号ポイント（信号391）が対応するシンボル（信号341）と正確に比較される（以下に更に説明する）。

ここで図８を参照すると、UL復調器330の例示的なブロック図が図示されている。UL復調器330は、デジタル再サンプル器405と、フィルタ410と、逆回転器415と、タイミング回復要素420と、搬送波再生要素425とを有する。多レベル信号311はデジタル再サンプル器405に適用され、デジタル再サンプル器405は、タイミング回復要素420により提供されるULタイミング信号421を使用して多レベル信号311を再サンプリングし、再サンプリングされた多レベル信号316を提供する。再サンプリングされた多レベル信号316はフィルタ410に適用され、図７の遅延要素350にも提供される。フィルタ410は、UL搬送波周波数について再サンプリングされた多レベル信号316をフィルタリングし、逆回転器415と前記のタイミング回復要素420との双方にフィルタリングされた信号を提供する帯域通過フィルタである。タイミング回復要素420は、それからULタイミング信号421を生成する。逆回転器415は、フィルタリングされた信号411を逆回転し（すなわち、搬送波を除去し）、復調されたUL信号ポイントストリーム333を提供する。搬送波再生要素425は、復調された信号ポイントストリーム333を使用し、UL搬送波信号426を再生する。UL搬送波信号426は、逆回転器415に適用される。異なる形式で図示されているが、逆回転器415と搬送波再生要素425との組み合わせは、機能的に図３の搬送波再生回路200に対応する点に留意すべきである。

図７に戻り、ULデコーダ335は、復調された信号ポイントストリーム333をソフトデコードし、UL信号321-1を提供する。UL信号321-1は、上位レイヤ・シンボル間隔T_UL当たりNビットのビットストリームである。UL信号321-1は、上位レイヤで伝えられる再生されたエンコードデータ（例えば図２の信号106で示すように再生されたユーザデータにパリティを加えたものを有する）を示す。前述のように、ULデコーダ335は、実際にはUL信号の雑音としてLL信号を取り扱うことにより、ULで伝えられるデータを再生する。UL信号321-1のデータ部分は、（存在する場合には）更なる処理のために受信機30の他の部分に利用可能になる。

UL信号321-1（データにパリティを加えたもの）もまた、マップ器340に適用され、マップ器340は、UL信号321-1をシンボル（又はシンボル空間）の上位レイヤ・コンステレーション（図示せず）から選択されたシンボルに再マッピングする。換言すると、マップ器340は、ビットをシンボルにマッピングするための図２の変調器115の部分と同様に動作し、UL信号321-1を再マッピングし、シンボルストリーム341を提供する。シンボルストリーム341はUL信号321-1に基づき、ソフトデコードの後であるため、シンボルストリーム341は、ここでは“ソフト判定”に基づくと呼ばれる。これに関して、本発明の原理によれば、ソフト判定型搬送波再生要素345はシンボルストリーム341を受信し、（遅延要素350及びフィルタ390を介して）多レベル信号を再サンプリングし、ソフト判定に基づいて再生された搬送波信号346を提供する。フィルタ390は図８の前記のフィルタ410と同様であるため、フィルタ390は合成信号のUL成分におけるシンボル間干渉（ISI：intersymbol interference）を除去する。

図９を参照すると、本発明の原理によるソフト判定型搬送波再生要素345の例示的なブロック図が図示されている。図９に示す要素は、ハードウェア及び／又はソフトウェアで実装可能なソフト判定型搬送波再生要素の１つの形式を示している。ソフト判定型搬送波再生要素345は、複素乗算器210と、位相誤差推定器525と、ループフィルタ230と、位相積分器235と、サイン／コサイン（sin/cos）テーブル240とを有する。

再サンプリングされた多レベル信号316（信号391）の遅延及びフィルタリングされたものは、複素乗算器210に適用される。図９かわらかるように、再サンプリングされた多レベル信号316は、同相（I）成分と直交（Q）成分とを有する複素サンプルストリームとして提供されることを仮定する。複素信号パスは、図９では特に二重線として図示している点に留意すべきである。複素乗算器210は、再生された搬送波信号346による信号391の逆回転を実行する。特に、信号391の同相成分及び直交成分は、再生された搬送波信号346の位相により回転され、再生された搬送波信号346の位相は、sin/cosテーブル240により提供される特定のサイン値及びコサイン値を表す。複素乗算器210からの出力信号は、ダウンコンバートされた受信信号511であり、ダウンコンバートされた受信信号511は、受信信号ポイントの逆回転された複素サンプルストリームを表す。図９からわかるように、ダウンコンバートされた受信信号511はまた、位相誤差推定器525に適用され、位相誤差推定器525は、本発明の特徴に従ってダウンコンバートされた信号511に依然として存在する何らかの位相オフセットを計算し、それを示す位相誤差推定信号526を提供する。位相誤差推定信号526はループフィルタ230に適用され、ループフィルタ230は、位相誤差推定信号526を更にフィルタリングし、位相積分器235に適用されるフィルタリングされた信号531を提供する。後者は、sin/cosテーブル240に出力位相角度信号536を提供し、sin/cosテーブル240は、信号391を逆回転するために関連するサイン値及びコサイン値を複素乗算器に提供し、ダウンコンバートされた受信信号511を提供する。

図９からわかるように、本発明の原理によれば、位相誤差推定器525はシンボルストリーム341を受信する。シンボルストリーム341は、理想的には図１の送信機5により送信される実際のシンボルを表す。従って、動作中に、ダウンコンバートされた受信信号511の信号ポイントは、対応する実際に送信されたシンボルと比較され、改善した位相誤差推定値と再生された搬送波信号346でのジッタの低減とを提供する。従って、発明概念は、控除処理の改善を提供し、その結果、下位レイヤ信号での良好な復調及びビット誤り率を生じる。特に、位相誤差推定信号526は、一連の位相誤差推定値Φ_{error_estimate}を表す。それぞれ特定のΦ_{error_estimate}は、受信信号ポイント×関連するソフト判定型シンボルの共役の虚数部分を計算することにより決定される。すなわち、次のようになる。

前記の式で、Zは受信信号ポイントの複素ベクトルを表し、Z_softは関連するソフト判定型シンボルの複素ベクトルを表し、Z^* _softは関連するソフト判定型シンボルの複素ベクトルの共役を表す。ソフト判定型搬送波再生要素345は、シンボルストリーム341のシンボルレートの倍数（例えば２倍）で動作してもよい点に留意すべきである。従って、位相積分器235は、全サンプル時間で積分し続ける。

前記のように、受信機は、デコードされた上位レイヤのビットをシンボルに再マッピングし、上位レイヤ送信シンボルの最適な推定値を生成する。この推定値は、下位レイヤ信号処理で使用される再生された搬送波を生成する際に使用される。従って、搬送波再生回路及び／又は処理で（スライスされた受信シンボルに対して）再構成されたシンボルを使用することにより、搬送波再生時の不正確な判定の影響が低減又は除去される。

図７に戻ると、残りの処理は比較的簡単である。乗算器360は、ソフト判定型搬送波信号346を使用して多レベル信号316の遅延版を逆回転し、逆回転された信号361を提供する。例示的に、遅延要素355により提供される遅延は、フィルタ390とソフト判定型搬送波再生回路345とにより受ける処理遅延と一致する。同様に、逆回転された信号361は、コンバイナ370への適用の前に、遅延要素365により適切に遅延する。後者は、シンボルストリーム341のフィルタリングされたものを控除することにより、それからLL信号成分371を抽出する。シンボルストリーム341のフィルタリングされたものはフィルタ385により提供され、そのパルスはシンボルストリーム341を形成する。LL信号成分371はLL復調器375に適用され、LL復調器375は、復調されたLL信号ポイントストリーム376により示されるように、それから復調されたLL信号を再生する。LL復調器375の例示的なブロック図を図１０に示す。LL復調器375は、デジタル再サンプル器605と、フィルタ610と、タイミング回復要素620と、逆回転器615と、搬送波再生要素625とを有する。LL変調信号371はデジタル再サンプル器605に適用され、デジタル再サンプル器605はLLタイミング信号621を使用してLL変調信号371を再サンプリングし、LL信号を初期LL処理レートにする。一般的には初期LL処理レートは、下位レイヤ・シンボルレートの整数倍である。デジタル再サンプル器605は、タイミング回復要素620と共に動作する。再サンプリングされたLL変調信号606はフィルタ610に適用される。フィルタ610はLL搬送波周波数について再サンプリングされたLL変調信号606をフィルタリング及び形成し、逆回転器615及び前記のタイミング回復要素620にフィルタリングされた信号を提供する帯域通過フィルタである。タイミング回復要素620はそれからLLタイミング信号621を生成する。逆回転器615は、フィルタリングされた信号を逆回転し、復調されたLL信号ポイントストリーム376を提供する。復調されたLL信号ポイントストリーム376はまた、搬送波再生要素625に適用される。後者は、復調されたLL信号ポイントストリーム376を使用し、再生されたLL搬送波信号を逆回転器615に提供する。異なる形式で図示しているが、逆回転器615と搬送波再生要素625との組み合わせは、機能的に図３の搬送波再生回路200に対応する点に留意すべきである。

上位レイヤ及び下位レイヤの相対的なシンボルレートに応じて、図７のコンバイナ370の信号出力の再サンプリングは、アップサンプリング段階及び関連するフィルタリングを有してもよい点に留意すべきである。更に、送信チャネルの直線歪みに応じて、直線歪み（チューナの信号パスのチルト等）を除去するために１つ以上の等化器（図示せず）が受信機30内に具現されてもよい。

再び図７に戻ると、LLデコーダ380は、復調された信号ポイントストリーム376をソフトデコードし、LL信号321-2を提供する。LL信号321-2は、図２の信号4-2で示すように、下位レイヤで伝えられる信号を有する。

図１１に着目する。図１１は、図１の受信機30で使用される例示的なフローチャートを示している。ステップ605において、受信機30は、受信信号を復調及びデコードし、伝えられるデータ（ULデータ）を再生する。ステップ610において、本発明の原理に従って、受信機30は、ソフト判定型搬送波生成を実行する。特に、受信機30は、再生されたULデータ（再エンコードされたULデータ）を再エンコードし、再エンコードされたULデータを使用して受信信号から搬送波を再生する。ステップ615において、受信機30は、受信信号を復調し、LL成分の信号を提供する。これは、ソフト判定型の再生された搬送波を使用して受信信号を逆回転することを有する。

本発明の原理による他の例示的な実施例を図１２に示す。ULデコーダ335が図２の入力データストリーム4-1のみを示すビットストリームを生成する点を除いて、この実施例は、図７に示す実施例と同様である。従って、ULデコーダ335は、図２のULエンコーダ105のものと相補的な機能を実行するデコーダを有する。従って、エンコーダ／マップ器395は、ビットストリームを再エンコード及びマッピングし、前記のシンボルストリーム341を提供する。

前記のことを鑑みて、衛星通信システムに関して説明するが、発明概念はこれに限定されず、地上波放送等にも当てはまる点に留意すべきである。また、発明概念は、他の形式の多レベル変調（例えば多レベル変調のうち１つ以上のレイヤが階層的に変調される場合）にも当てはまる。同様に、発明概念は、ソフト判定に基づく搬送波再生回路を使用する下位レイヤについて説明するが、発明概念はこれに限定されず、多階層化変調システムの多のレイヤの処理にも当てはまる。例えば、２つより多くのレイヤが存在してもよく、１つ以上のレイヤは、所定のシンボル・コンステレーションに関してソフト判定に基づいて搬送波再生回路を使用して処理されてもよい。また、受信信号を逆回転するためにソフト判定に基づいて再生された搬送波を使用することに関して説明したが、ソフト判定に基づく再生された搬送波はまた、信号を再回転するために使用されてもよい。例えば、LL信号成分を抽出するために、受信機は、UL信号を再生成し、ソフト判定に基づく再生された搬送波を使用して、再生成されたUL信号を再回転する。再回転後の再生成されたUL信号は、受信信号から控除され、LL信号成分を抽出する。実際に、発明概念はまた、2003年5月5日に出願された米国仮特許出願第60/467,946号に記載のような順次的又は同時的受信機アーキテクチャ、及び2003年5月16日に出願された米国仮特許出願第60./471,167号に記載のような統合型受信機アーキテクチャにも適用可能である。

従って、前記のことは、本発明の原理を単に示しているに過ぎず、当業者は多数の代替構成を考案することができることがわかる。代替構成は明示的にはここに記載していないが、本発明の原理を具現し、その要旨内及び範囲内にある。例えば、別々の機能要素に関して説明したが、これらの機能要素は１つ以上の集積回路（IC）に具現されてもよい。同様に、別々の要素として図示したが、要素のいずれか又は全ては、例えば図１１に示す１つ以上のステップに対応する関連のソフトウェアを実行する記憶プログラム制御プロセッサ（例えばデジタルシグナルプロセッサ（DSP）又はマイクロプロセッサ）に実装されてもよい。更に、別々の要素として図示しているが、これらの要素は如何なる組み合わせで異なるユニットに分散されてもよい。例えば、受信機30はTV35の一部でもよく、受信機30は配信ストリームの更なるアップストリーム（例えばヘッドエンド）に配置されてもよい。更なるアップストリームは、コンテンツをネットワークの他のノード及び／又は受信機に再送信する。同様に、ULデコーダ335及びLLデコーダ380のうち片方又は双方は、要素320の外部でもよく、この場合、要素320は基本的には復調された上位レイヤ信号と復調された下位レイヤ信号とを少なくとも提供する復調器である。従って、例示的な実施例に対して複数の変更が行われ、特許請求の範囲に記載の本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく、多の構成も考えられ得ることがわかる。

本発明の原理を具現する衛星通信システム 図１の送信機5で使用される従来技術の階層化変調器 従来技術の搬送波再生回路 従来技術のループフィルタ 受信信号ポイントと４つのシンボルを有するコンステレーション空間とに関する従来技術のハード判定処理 本発明の原理による受信機の例示的なブロック図 本発明の原理による図５の復調器／デコーダ320の例示的なブロック図 図６の復調器330の例示的なブロック図 本発明の原理によるソフト判定型搬送波再生回路 図６の復調器375のブロック図 本発明の原理による例示的なフローチャート 本発明の原理による他の例示的な実施例

Claims (27)

1. 受信機で使用される方法であって、
   少なくとも２つの信号レイヤを有する多レベル変調信号を受信し、
   前記少なくとも２つのレイヤのうち第１レイヤに関してソフト判定の関数として、受信した多レベル変調信号から搬送波を再生し、
   再生された搬送波を使用して、前記少なくとも２つの信号レイヤのうち異なるレイヤを再生することを有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記多レベル変調信号は、階層化変調信号である方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   再生するステップは、
   前記受信した階層化変調信号の前記第１レイヤを復調し、信号ポイントのストリームを表す復調された第１レイヤ信号を提供し、
   前記変調された第１レイヤ信号をソフトデコードし、デコードされた第１レイヤ信号を提供し、
   前記デコードされた第１レイヤ信号から再マッピングされた第１レイヤ信号を生成し、前記再マッピングされた第１レイヤ信号は、シンボルのストリームを表し、
   前記再マッピングされた第１レイヤ信号を使用して、前記受信した階層化変調信号から搬送波を再生することを更に有し、
   使用するステップは、
   再生された搬送波で前記受信した階層化変調信号を処理し、前記受信した階層化変調信号の前記少なくとも２つのレイヤのうち第２レイヤを抽出するステップを有する方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   生成するステップは、
   前記デコードされた第１レイヤ信号を再エンコードし、再エンコードされた第１レイヤ信号を提供するステップと、
   前記再エンコードされた第１レイヤ信号を再マッピングし、再マッピングされた第１レイヤ信号を提供するステップと
   を有する方法。
5. 請求項３に記載の方法であって、
   生成するステップは、前記デコードされた第１レイヤ信号を再マッピングし、再マッピングされた第１レイヤ信号を提供する方法。
6. 請求項３に記載の方法であって、
   処理するステップは、前記第１レイヤ信号に関連するシンボル間干渉を除去するために、前記受信した階層化変調信号をフィルタリングするステップを有する方法。
7. 請求項３に記載の方法であって、
   処理するステップは、
   前記再生された搬送波で前記受信した階層化変調信号を逆回転し、前記受信した階層化変調信号の逆回転されたものを提供するステップと、
   前記再マッピングされた第１レイヤ信号をフィルタリングするステップと、
   前記受信した階層化変調信号の逆回転されたものからフィルタリング済の再マッピングされた第１レイヤの信号を控除し、第２レイヤを抽出するステップと
   を有する方法。
8. 請求項３に記載の方法であって、
   処理するステップは、
   前記再生された搬送波を使用して、前記再マッピングされた第１レイヤ信号を逆回転し、逆回転済の再マッピングされた第１レイヤ信号を提供するステップと、
   前記逆回転済の再マッピングされた第１レイヤ信号をフィルタリングするステップと、
   前記受信した階層化変調信号から前記フィルタリング済の逆回転済の再マッピングされた第１レイヤ信号を控除し、第２レイヤを抽出するステップと
   を有する方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１レイヤ信号は、上位レイヤ信号であり、前記異なるレイヤは下位レイヤ信号である方法。
10. 受信機で使用される方法であって、
    受信した多レベル変調信号のうち第１レイヤ信号成分を復調及びソフトデコードし、デコードされた第１レイヤ信号を提供し、
    前記デコードされた第１レイヤ信号を再マッピングし、再マッピングされた第１レイヤ信号を提供し、
    前記再マッピングされた第１レイヤ信号の関数として、前記受信した多レベル変調信号からソフト判定型搬送波を生成し、
    前記ソフト判定型搬送波を使用して、前記受信した多レベル変調信号の第２レイヤ信号成分を復調することを有する方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記受信した多レベル変調信号は、受信した階層化変調信号である方法。
12. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記第１レイヤ信号成分は、上位レイヤ成分であり、前記第２レイヤ信号成分は、下位レイヤ成分である方法。
13. 請求項１０に記載の方法であって、
    復調するステップは、前記ソフト判定型搬送波を使用して、前記受信した多レベル変調信号を逆回転するステップを有する方法。
14. 請求項１０に記載の方法であって、
    生成するステップは、前記第１レイヤ信号成分に関連するシンボル間干渉を除去するために、前記受信した多レベル変調信号をフィルタリングするステップを有する方法。
15. 請求項１０に記載の方法であって、
    再マッピングするステップは、デコードされた第１レイヤ信号を最初に再エンコードするステップを有する方法。
16. 受信機で使用される方法であって、
    多レベル変調信号を受信し、
    受信した多レベル変調信号のうち第１レイヤ信号成分に関して、ソフト判定により行われる搬送波再生処理を実行し、再生された搬送波を提供し、
    前記再生された搬送波の関数として、前記受信した多レベル変調信号の第２レイヤ信号成分を復調してデコードすることを有する方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記第１レイヤ信号成分は、上位レイヤ信号成分であり、前記第２レイヤ信号成分は、下位レイヤ信号成分である方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記多レベル変調信号は、階層化変調信号である方法。
19. 受信機で使用される装置であって、
    受信信号を復調し、復調された第１レイヤ信号を提供する第１の復調器と、
    前記復調された第１レイヤ信号をデコードし、デコードされた第１レイヤ信号を提供する第１のデコーダと、
    前記デコードされた第１レイヤ信号を再マッピングし、再マッピングされた第１レイヤ信号を提供する再マップ器と、
    ソフト判定型搬送波を提供するための前記再マッピングされた第１レイヤ信号と前記受信信号とに応じる搬送波再生要素と、
    前記ソフト判定型搬送波で前記受信信号を逆回転し、前記受信信号の逆回転されたものを提供する逆回転器と、
    前記受信信号のうち第２レイヤ信号成分を提供するために、逆回転された受信信号と、再マッピングされた第１レイヤ信号とに応じる抽出器と
    を有する装置。
20. 請求項１９に記載の装置であって、
    前記抽出器は、
    前記再マッピングされた第１レイヤ信号をフィルタリングするフィルタと、
    前記受信信号の逆回転されたものからフィルタリング済の再マッピングされた第１レイヤ信号を控除する控除要素と
    を有する装置。
21. 請求項１９に記載の装置であって、
    前記受信信号のうち第２レイヤ信号成分を復調し、復調された第２レイヤ信号を提供する第２の復調器を更に有する装置。
22. 請求項２１に記載の装置であって、
    前記復調された第２レイヤ信号をデコードし、デコードされた第２レイヤ信号を提供する第２のデコーダを更に有する装置。
23. 請求項１９に記載の装置であって、
    前記装置は、集積回路である装置。
24. 請求項１９に記載の装置であって、
    前記搬送波再生要素は、前記受信信号と前記再マッピングされた第１レイヤ信号との間の位相誤差を推定するために、前記受信信号と前記再マッピングされた第１レイヤ信号とに応じる位相推定器を有する装置。
25. 請求項１９に記載の装置であって、
    前記再マップ器は、前記デコードされた第１レイヤ信号を再エンコードするエンコーダを有する装置。
26. 請求項１９に記載の装置であって、
    前記受信信号は、階層化変調信号である装置。
27. 請求項１９に記載の装置であって、
    前記搬送波再生要素は、前記受信信号から、前記第１レイヤ信号成分に関連するシンボル間干渉を除去するフィルタを更に有する装置。

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