JP2015146556A - 送信装置、受信装置、デジタル放送システム及びチップ - Google Patents

Abstract

【課題】 受信特性を向上しながらも、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することを可能とする送信装置、受信装置、デジタル放送システム及びチップを提供する。
【解決手段】 送信装置１０は、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、誤り訂正符号化処理が適用されたビット列に含まれる所定数ビットを表すシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数でＩＱ平面にマッピングするマッピング部１４を備える。理想的なシンボル座標は、所定符号化率に応じて最適化されており、理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信装置、受信装置、デジタル放送システム及びチップに関する。

日本における地上デジタル放送方式であるＩＳＤＢ-Ｔ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ - Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ）方式では、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ、ＤＱＰＳＫなどのキャリア変調方式が用いられている。すなわち、ＩＳＤＢ−Ｔでは、偶数ビットを表すシンボルをＩＱ平面にマッピングするキャリア変調方式が採用されている（例えば、非特許文献１）。

また、偶数ビットを表すシンボルをＩＱ平面にマッピングする場合において、各シンボルの座標を格子の交点に均等に配置せずに、不均一に配置することによって、各シンボルの受信特性を向上する技術が提案されている（例えば、非特許文献２，３）。

「地上デジタルテレビジョン放送の伝送方式 標準規格」 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｂ３1 "Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−ｏｒｄｅｒ ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍ ＱＡＭ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｓ"、Ｊ．Ｚｏｅｌｌｎｅｒ， Ｎ．Ｌｏｇｈｉｎ、ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ ２０１３ Ｇ．Ｃａｉｒｅ"Ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｂｉｔ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｃｈａｎｎｅｌｓ"，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３２，ｎｏ．１２，Ｊｕｎ．１９９６

上述したように、各シンボルの座標を格子の交点に均等に配置せずに、不均一に配置するケース（以下、不均一コンスタレーション）においては、例えば、誤り訂正符号化処理の符号化率によって定まる所要キャリアノイズ比に応じて、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を最適化することが好ましい。

しかしながら、所要キャリアノイズ比に応じて理想的なシンボル座標を最適化すると、シンボル座標を表現するために用いる値がばらついてしまう。従って、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量が著しく増大する可能性がある。特に、キャリア変調方式の変調多値数が増大すると、メモリ容量の増大は非常に大きな問題である。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、受信特性を向上しながらも、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することを可能とする送信装置、受信装置、デジタル放送システム及びチップを提供することを目的とする。

第１の特徴は、入力ビット列に対して所定符号化率で誤り訂正符号化処理を適用する誤り訂正符号化部と、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記誤り訂正符号化処理が適用されたビット列に含まれる所定数ビットを表すシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で前記ＩＱ平面にマッピングするマッピング部とを備える送信装置であって、前記理想的なシンボル座標は、前記所定符号化率に応じて最適化されており、前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを要旨とする。

第２の特徴は、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記ＩＱ平面にマッピングされたシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で所定数ビットにデマッピングするデマッピング部を備える受信装置であって、前記理想的なシンボル座標は、送信装置で適用される誤り訂正符号化処理で用いる所定符号化率に応じて最適化されており、前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを要旨とする。

第３の特徴は、受信装置に搭載されるチップであって、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記ＩＱ平面にマッピングされたシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で所定数ビットにデマッピングするデマッピング部を備え、前記理想的なシンボル座標は、送信装置で適用される誤り訂正符号化処理で用いる所定符号化率に応じて最適化されており、前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを要旨とする。

第４の特徴は、送信装置及び受信装置を備えるデジタル放送システムであって、前記送信装置は、入力ビット列に対して所定符号化率で誤り訂正符号化処理を適用する誤り訂正符号化部と、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記誤り訂正符号化処理が適用されたビット列に含まれる所定数ビットを表すシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で前記ＩＱ平面にマッピングするマッピング部とを備え、前記受信装置は、前記理想的なシンボル座標を用いて、前記ＩＱ平面にマッピングされたシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で所定数ビットにデマッピングするデマッピング部を備え、前記理想的なシンボル座標は、前記所定符号化率に応じて最適化されており、前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを要旨とする。

本発明によれば、受信特性を向上しながらも、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することを可能とする送信装置、受信装置、デジタル放送システム及びチップを提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る送信装置１０を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態に係る受信装置２０を示すブロック図である。 図３は、従来例に係る理想的なシンボル座標を示す図である。 図４は、実施例に係る理想的なシンボル座標を示す図である。 図５は、実施例に係る理想的なシンボル座標を示す図である。 図６は、実験結果１を説明するための図である。 図７は、実験結果１を説明するための図である。 図８は、実験結果２を説明するための図である。 図９は、実験結果３を説明するための図である。 図１０は、実験結果３を説明するための図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［実施形態の概要］
第１に、実施形態に係る送信装置は、入力ビット列に対して所定符号化率で誤り訂正符号化処理を適用する誤り訂正符号化部と、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記誤り訂正符号化処理が適用されたビット列に含まれる所定数ビットを表すシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で前記ＩＱ平面にマッピングするマッピング部とを備える。前記理想的なシンボル座標は、前記所定符号化率に応じて最適化されており、前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。

第２に、実施形態に係る受信装置は、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記ＩＱ平面にマッピングされたシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で所定数ビットにデマッピングするデマッピング部を備える。前記理想的なシンボル座標は、送信装置で適用される誤り訂正符号化処理で用いる所定符号化率に応じて最適化されており、前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。

実施形態では、理想的なシンボル座標は、所定符号化率に応じて最適化される。言い換えると、理想的なシンボル座標は、所定符号化率によって定まる所要キャリアノイズ比に応じて最適化される。これによって、受信特性を改善することができる。一方で、理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。これによって、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することができる。

詳細には、発明者等は、鋭意検討の結果、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件の下で、理想的なシンボル座標を所定符号化率（所要キャリアノイズ比）に応じて最適化しても、十分に受信特性を改善することを見いだした。このような知見の下において、受信特性を改善しながらも、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することができる点で、本実施形態は優れている。

［第１実施形態］
（デジタル放送システム）
以下において、第１実施形態に係るデジタル放送システムについて説明する。図１は、第１実施形態に係る送信装置１０を示すブロック図であり、図２は、第１実施形態に係る受信装置２０を示すブロック図である。デジタル放送システムは、送信装置１０及び受信装置２０を備える。

実施形態において、デジタル放送システムは、次世代地上放送方式に対応するデジタル放送システムである。例えば、デジタル放送システムでは、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術が適用される。デジタル放送システムでは、送信装置１０から受信装置２０に対して、複数の階層に属する階層化データ（例えば、１セグメント、１３セグメント）が送信される。

図１に示すように、送信装置１０は、インターフェース部１１と、誤り訂正符号化部１２と、インターリーブ部１３と、マッピング部１４と、直交変調部１５とを備える。送信装置１０は、例えば、放送局等に設けられる。

インターフェース部１１は、映像・音声などの入力データを受け付ける。入力データは、所定フォーマットを有するＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）などである。

誤り訂正符号化部１２は、入力データを構成する入力ビット列に対して所定符号化率で誤り訂正符号化処理を適用する。具体的には、誤り訂正符号化部１２は、所定ビット数のデータに誤り訂正符号を付与して、所定長の誤り訂正ブロックを生成する。複数の誤り訂正ブロックによってデータフレームが構成される。

インターリーブ部１３は、データフレームを構成するビット列の並び換え処理（インターリーブ処理）を行う。インターリーブ処理は、時間軸及び周波数軸上などにおいて所定法則に従ってビット列を並べ替える処理である。

マッピング部１４は、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、インターリーブ処理が施されたビット列（すなわち、誤り訂正符号化処理が適用されたビット列）をＩＱ平面にマッピングする処理（キャリア変調処理）を行う。第１実施形態では、マッピング部１４は、８ＰＳＫ以上の変調多値数でマッピング処理を行う。

マッピング部１４は、誤り訂正符号化処理で用いる所定符号化率に応じて最適化される理想的なシンボルを用いる。言い換えると、マッピング部１４は、所定符号化率によって定まる所要キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）に応じて最適化される理想的なシンボルを用いる。以下において、理想的なシンボルの最適化の観点では、所定符号化率とキャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）は同義であると考えてもよい。詳細については後述するが、理想的なシンボル座標は、均等に配置される格子の交点ではなくて、不均一に配置されることが好ましい。

直交変調部１５は、マッピング部１４から出力されるシンボルに基づいて、キャリア変調を行う。ＯＦＤＭ伝送を行う伝送システムの場合、直交変調部１５は、所定数のサブキャリア（周波数軸）及び所定数のシンボル数（時間軸）によって定義されるＯＦＤＭフレーム（伝送フレーム）を生成する。直交変調部１５は、ＯＦＤＭフレームを構成する各シンボルの直交変調を行って無線信号Ｔｘを生成する。直交変調部１５は、１つのアンテナ又は複数のアンテナを用いて、無線信号Ｔｘを受信装置２０に送信する。

ここで、ＯＦＤＭフレーム（伝送フレーム）は、ＴＭＣＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号、ＡＣ（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｈａｎｎｅｌ）信号等の制御信号を含む。例えば、ＴＭＣＣ信号は、複数の階層のそれぞれの伝送パラメータ（変調方式、セグメント数、符号化率等）を示す信号、ＯＦＤＭフレーム（伝送フレーム）の同期をとるための同期信号を含む。

図２に示すように、受信装置２０は、直交復調部２１と、デマッピング部２２と、デインターリーブ部２３と、誤り訂正部２４と、インターフェース部２５とを備える。受信装置２０は、例えば、家庭内に固定的に設置される受像器、ユーザが持ち運び可能な移動端末に設けられる。

直交復調部２１は、１つのアンテナ又は複数のアンテナを用いて、無線信号Ｒｘを受信する。直交復調部２１は、無線信号Ｒｘの直交復調を行って、受信シンボルを取得する。ＯＦＤＭ伝送を行う伝送システムの場合、直交復調部２１は、所定数のサブキャリア（周波数軸）及び所定数のシンボル数（時間軸）によって定義されるＯＦＤＭフレーム（伝送フレーム）を取得する。ＯＦＤＭフレーム（伝送フレーム）の同期は、上述したＴＭＣＣ信号によって行われる。

デマッピング部２２は、ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、ＩＱ平面にマッピングされたシンボルをビット列に対応する尤度比にデマッピングする処理（キャリア復調処理）を行う。第１実施形態では、デマッピング部２２は、８ＰＳＫ以上の変調多値数でデマッピング処理を行う。

デマッピング部２２は、誤り訂正符号化処理で用いる所定符号化率に応じて最適化される理想的なシンボル座標を用いる。言い換えると、デマッピング部２２は、所定符号化率によって定まる所要キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）に応じて最適化される理想的なシンボルを用いる。詳細については後述するが、理想的なシンボル座標は、上述したように、均等に配置される格子の交点ではなくて、不均一に配置されることが好ましい。

デインターリーブ部２３は、デマッピング部２２から出力されるビット列に対応する尤度比などの並び換え処理（デインターリーブ処理）を行う。デインターリーブ処理は、時間軸及び周波数軸上などにおいて所定法則に従ってビット列を並べ替える処理である。

誤り訂正部２４は、デインターリーブ部２３から出力されるビット列に対応する尤度比などから誤り訂正ブロックを抽出する。誤り訂正部２４は、誤り訂正ブロックの誤り訂正を行う。

インターフェース部２５は、誤り訂正部２４によって誤り訂正が施されたビット列に基づいて、映像・音声などの出力データを出力する。出力データは、所定フォーマットを有するＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）などである。

（理想的なシンボル座標）
以下において、第１実施形態に係る理想的なシンボル座標について説明する。図３は、従来例に係る理想的なシンボル座標を示す図である。図４及び図５は、第１実施形態に係るシンボル座標の一例を示す図である。

例えば、１６ＱＡＭを例に挙げると、従来例に係る理想的なシンボル座標の組合せ（以下、従来例に係るコンスタレーション）では、各シンボル座標は、図３に示すように、格子の交点に均等に配置される。

これに対して、第１実施形態に係る理想的なシンボル座標の組合せ（以下、第１実施形態に係るコンスタレーション）では、各シンボル座標は、格子の交点に均等に配置されずに不均一に配置される。

第１に、第１実施形態に係るコンスタレーションでは、理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。ここで、符号とは、ＩＱ平面で定義される４つの象限を表しており、Ｉ軸の符号（＋又は−）及びＱ軸の符号（＋又は−）である。

例えば、１６ＱＡＭを例に挙げると、図４及び図５に示すように、同一振幅（第１振幅）を有する内側の８つの座標は、ａ_１及びｂ_１の２値と符号との組合せによって表現されており、同一振幅（第１振幅よりも大きい第２振幅）を有する外側の８つの座標は、ａ_２及びｂ_２の２値と符号との組合せによって表現される。すなわち、同一振幅を有する内側の８つの座標は、（＋ａ_１，＋ｂ_１）、（＋ｂ_１，＋ａ_１）、（−ａ_１，＋ｂ_１）、（−ｂ_１，＋ａ_１）、（−ａ_１，−ｂ_１）、（−ｂ_１，−ａ_１）、（＋ａ_１，−ｂ_１）、（＋ｂ_１，−ａ_１）である。同様に、同一振幅を有する外側の８つの座標は、（＋ａ_２，＋ｂ_２）、（＋ｂ_２，＋ａ_２）、（−ａ_２，＋ｂ_２）、（−ｂ_２，＋ａ_２）、（−ａ_２，−ｂ_２）、（−ｂ_２，−ａ_２）、（＋ａ_２，−ｂ_２）、（＋ｂ_２，−ａ_２）である。

このように、第１実施形態に係るコンスタレーションでは、理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。これによって、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値は、ａ_１，ｂ_１，ａ_２，ｂ_２の４値である。従って、理想的なシンボル座標を任意に定めるケースと比べて、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することができる。

第２に、変調多値数として１６ＱＡＭ以上のＱＡＭが採用される場合においては、以下に示す関係が満たされることが好ましい。詳細には、ａ_１及びａ_２は、所定係数αを用いて、ａ_２＝ａ_１×αの関係を満たしており、ｂ_１及びｂ_２は、所定係数αを用いて、ｂ_２＝ｂ_１×αの関係を満たしている。すなわち、（＋ａ_１，＋ｂ_１）、（＋ａ_２，＋ｂ_２）、（−ａ_１，−ｂ_１）、（−ａ_２，−ｂ_２）は、例えば、図５に示すように、原点を通っており、傾きαを有する直線上に配置される。

このように、ａ_２＝ａ_１×αの関係及びｂ_２＝ｂ_１×αの関係が満たされていれば、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値は、ａ_１，ｂ_１，αの３値（或いは、ａ_２，ｂ_２，αの３値）である。従って、図４に示すケースと比べて、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量をさらに抑制することができる。

（ＢＩＣＭキャパシティの算出）
以下において、第１実施形態に係るＢＩＣＭ（Ｂｉｔ−Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ｃｏｄｅｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）キャパシティの算出について説明する。ここでは、マッピング処理を行うビット数ｍ＝４、マッピングシンボル数Ｎ＝１６の場合について説明する。Ｎ＝２^ｍである。ＢＩＣＭキャパシティを算出するＡＷＧＮ伝送路のＣ／Ｎ比はＡｄＢである。

第１に、理想的なシンボル座標を（Ｉｎ，Ｑｎ）で表す。ｎは、１≦ｎ≦Ｎの条件を満たす整数である。シンボル座標の平均電力Ｐは、以下の式のように、Ｐ＝１に正規化される。

第２に、ランダムなビット列（２３次ＰＮ符号など）を生成して、生成されたビット列からｍビットを取り出して、取り出されたｍビットのマッピングを行う。

ここでは、ｍビットとシンボル座標（Ｉｎ，Ｑｎ）は、以下に示す通りである。但し、実施形態は、これに限定されるものではない。

ｍビットが００００の場合→（Ｉ１，Ｑ１）
ｍビットが０００１の場合→（Ｉ２，Ｑ２）
・・・
ｍビットが１１１１の場合→（Ｉ１６，Ｑ１６）

第３に、理想的なシンボル座標を（Ｉｋ，Ｑｋ）で表す。ｋは、後述する繰り返し回数であり、１≦ｋ≦Ｋの条件を満たす整数である。

第４に、理想的なシンボル座標（Ｉｋ，Ｑｋ）を“ｚ”で表す。ｚは、複素数であり、ｚの平均電力Ｐ＝１である。

第５に、Ｃ／Ｎ比（ＡｄＢ）のＡＷＧＮ伝送路で発生する雑音信号を“ｕ”で表す。ｕは、複素数であり、ｕの平均電力Ｐｕは、Ｐｕ＝１０＾（−Ａ／１０）で表される。ｕのＩ成分及びｕのＱ成分は、それぞれ、平均＝０及び分散＝Ｐｕ／２のガウス分布を有する。

第６に、Ｃ／Ｎ比（ＡｄＢ）のＡＷＧＮ伝送路を信号が通過した場合に、受信信号ｙをｙ＝ｚ＋ｕの式に従って生成する。ｙは、複素数である。

第７に、受信信号ｙについて、ＢＩＣＭキャパシティＣ＾を算出する。

上述したＢＩＣＭキャパシティの算出をＫ回に亘って繰り返して、ＢＩＣＭキャパシティＣ＾の平均値Ｃを算出する。繰り返し回数（サンプル数）Ｋは、マッピングシンボル数Ｎよりも十分に大きな値である（Ｎ＜＜Ｋ）。

このようにして算出された平均値Ｃは、Ｃ／Ｎ比（ＡｄＢ）のＡＷＧＮ伝送路におけるシンボル位置（Ｉｎ，Ｑｎ）のＢＩＣＭキャパシティである。

（シンボル座標の最適化）
以下において、第１実施形態に係るシンボル座標の最適化について説明する。ここでは、マッピング処理を行うビット数ｍ＝４、マッピングシンボル数Ｎ＝１６の場合について説明する。Ｎ＝２^ｍである。ＢＩＣＭキャパシティを算出するＡＷＧＮ伝送路のＣ／Ｎ比はＡｄＢである。

また、上位２ビットは、Ｉ／Ｑ平面上の象限を特定するために使用される。例えば、上位２ビットは、以下のように、Ｉ／Ｑ平面上の象限と対応付けられる。

００⇒第１象限（Ｉ＋，Ｑ＋）
０１⇒第４象限（Ｉ＋，Ｑ−）
１０⇒第２象限（Ｉ−，Ｑ＋）
１１⇒第３象限（Ｉ−，Ｑ−）

ｍビットのうち、残りの下位ビット（ｍ−２）ビットは、Ｉ軸成分の振幅及びＱ軸成分の振幅を規定する。例えば、残りの下位ビット（ｍ−２）ビットは、以下のように、Ｉ軸成分の振幅及びＱ軸成分の振幅と対応付けられる。

００⇒（Ｉ1，Ｑ１）
０１⇒（Ｉ２，Ｑ２）
１０⇒（Ｉ３，Ｑ３）
１１⇒（Ｉ４，Ｑ４）

このようなシンボル座標が格子の交点に均等に配置される場合には、シンボル座標とビット列との対応関係は、図３（従来例に係るコンスタレーション）に示す通りである。

ここで、上述した下位２ビットによって表現される４通りの（Ｉ，Ｑ）の値を（Ｉ１，Ｑ１），（Ｉ２，Ｑ２），…（Ｉ４，Ｑ４）で表す。これらの振幅値を１次元ベクトルｖとして、以下のように定義する。ｖは、２^{（ｍ−２）}×２次元ベクトルであり、ｍ＝４である場合には、ｖは、８次元ベクトルである。

ｖ＝（Ｉ１，Ｑ１，Ｉ２，Ｑ２，…，Ｉ４，Ｑ４）

第１実施形態においては、理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。すなわち、第１実施形態では、ｍビットのうち、Ｉ／Ｑ平面上の象限を特定するための上位２ビットを除いた残りの下位ビット（ｍ−２）ビットは、以下に示す通りである。

００⇒（ｄ０，ｄ１）
０１⇒（ｄ１，ｄ０）
１０⇒（ｄ２，ｄ３）
１１⇒（ｄ３，ｄ２）

このように、第１実施形態に係るコンスタレーションでは、これらの振幅値を示す１次元ベクトルｖは、４次元ベクトルである。

ｖ＝（ｄ０，ｄ１，ｄ２，ｄ３）

以下において、４次元ベクトルの値を最適化して、ＢＩＣＭキャパシティを最大化することを考える。４次元ベクトルの各要素は、０以上の正の値である。ここで、評価関数は、ＢＩＣＭキャパシティＣである。制約条件は、シンボル座標の平均電力Ｐ＝１となることであり、以下の式によって表される。以下の式では、第一象限のみで平均電力を算出しているため、Ｎ／４となっている。

ここで、評価関数であるＢＩＣＭキャパシティＣは、導関数を求めることができないため、勾配法を用いて評価関数の最適化を行うことが困難である。このため、直接探索法である、遺伝的アルゴリズムを用いて、最適解の探索を行う。

例えば、遺伝的アルゴリズムとしては、単峰性正規分布交叉ＵＮＤＸを用いた実数値ＧＡによる関数最適化を用いることができる（例えば、単峰性正規分布交叉ＵＮＤＸを用いた実数値GAによる関数最適化を参照）。このようなアルゴリズムは、多峰性及び非線形性の強い関数を最適化する手法として、レンズ設計問題などに適用されることが多い。但し、遺伝的アルゴリズムは、特に限定されるものではなく、他の既知の手法を用いてもよい。

（作用及び効果）
第１実施形態では、理想的なシンボル座標は、所定符号化率に応じて最適化される。言い換えると、理想的なシンボル座標は、所定符号化率によって定まる所要キャリアノイズ比に応じて最適化される。これによって、受信特性を改善することができる。一方で、理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現される。これによって、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することができる。

詳細には、発明者等は、鋭意検討の結果、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件の下で、理想的なシンボル座標を所定符号化率（所要キャリアノイズ比）に応じて最適化しても、十分に受信特性を改善することを見いだした。このような知見の下において、受信特性を改善しながらも、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量を抑制することができる点で、第１実施形態は優れている。

［実験結果１］
実験結果１では、１６ＱＡＭを対象として、従来例に係るコンスタレーション及び実施例に係るコンスタレーションについて、キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）毎の受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）について測定した。

従来例に係るコンスタレーションとしては、図３に示すように、各シンボル座標が格子の交点に均等に配置されたコンスタレーションを用いた。

実施例に係るコンスタレーションとしては、図４に示すように、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件の下で、上述した最適化方法を用いて最適化したコンスタレーションを用いた。実施例に係るコンスタレーションにおいて、各Ｃ／Ｎ比毎に最適化された理想的なシンボル座標は、図６に示す通りであった。図６では、１シンボルを構成する４ビットのうち、下位２ビットに対応する理想的なシンボル座標が示されている。

キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）毎の受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）の測定結果は、図７に示す通りであった。図７に示すように、実施例では、従来例と比べて、受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）が向上することが確認された。特に、キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）が低い場合に、受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）の向上が顕著であった。

［実験結果２］
実験結果２では、１６ＱＡＭを対象として、従来例に係るコンスタレーション、実施例に係るコンスタレーション、比較例に係るコンスタレーションについて、キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）が６ｄＢであるときの受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）について測定した。

従来例に係るコンスタレーションとしては、図３に示すように、各シンボル座標が格子の交点に均等に配置されたコンスタレーションを用いた。

実施例に係るコンスタレーションとしては、図４に示すように、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件の下で、上述した最適化方法を用いて最適化したコンスタレーションを用いた。実施例に係るコンスタレーションにおいて、最適化された理想的なシンボル座標は、図６に示すＣ／Ｎ比＝６ｄＢの欄に記載された通りであった。

比較例に係るコンスタレーションとしては、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件がない状況の下で、上述した最適化方法を用いて最適化したコンスタレーションを用いた。すなわち、比較例に係るコンスタレーションでは、理想的なシンボル座標は任意である。従って、比較例に係るコンスタレーションでは、理想的なシンボル座標を表現するために用いる値を格納するメモリ容量が増大することに留意すべきである。

キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）が６ｄＢであるときの受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）は、図８に示す通りである。図８に示すように、実施例では、比較例と比べると、受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）が悪いものの、従来例と比べれば、受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）が向上することが確認された。ここで、実施例のＢＩＣＭキャパシティと比較例のＢＩＣＭキャパシティとの差異は、実施例のＢＩＣＭキャパシティと従来例のＢＩＣＭキャパシティとの差異よりも小さい。すなわち、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件の下で、理想的なシンボル座標を所定符号化率（所要キャリアノイズ比）に応じて最適化しても、十分に受信特性を改善することが確認された。

［実験結果３］
実験結果３では、１６ＱＡＭを対象として、従来例に係るコンスタレーション、実施例１に係るコンスタレーション、実施例２に係るコンスタレーションについて、キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）が６ｄＢであるときの受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）について測定した。

従来例に係るコンスタレーションとしては、図３に示すように、各シンボル座標が格子の交点に均等に配置されたコンスタレーションを用いた。

実施例１に係るコンスタレーションとしては、図４に示すように、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件の下で、上述した最適化方法を用いて最適化したコンスタレーションを用いた。実施例１に係るコンスタレーションにおいて、最適化された理想的なシンボル座標は、図６に示すＣ／Ｎ比＝６ｄＢの欄に記載された通りであった。

実施例２に係るコンスタレーションとしては、図５に示すように、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件に加えて、ａ_２＝ａ_１×αの関係及びｂ_２＝ｂ_１×αの関係が満たされるという制約条件の下で、上述した最適化方法を用いて最適化したコンスタレーションを用いた。実施例２に係るコンスタレーションにおいて、Ｃ／Ｎ比＝６ｄＢにおいて最適化された理想的なシンボル座標は、図９に示す通りであった。

キャリアノイズ比（Ｃ／Ｎ比）が６ｄＢであるときの受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）は、図１０に示す通りである。図１０に示すように、実施例２では、実施例１と比べると、受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）が悪いものの、従来例と比べれば、受信特性（ＢＩＣＭキャパシティ）が向上することが確認された。ここで、実施例２のＢＩＣＭキャパシティと実施例１のＢＩＣＭキャパシティとの差異は、実施例２のＢＩＣＭキャパシティと従来例のＢＩＣＭキャパシティとの差異よりも小さい。すなわち、同一振幅を有する８つの座標がａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されるという制約条件に加えて、ａ_２＝ａ_１×αの関係及びｂ_２＝ｂ_１×αの関係が満たされるという制約条件の下で、理想的なシンボル座標を所定符号化率（所要キャリアノイズ比）に応じて最適化しても、十分に受信特性を改善することが確認された。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

実施形態では特に明示していないが、上述した実施形態は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術が用いられるシステムだけではなくて、ＭＩＳＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術又はＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術が用いられるシステムに適用されてもよい。

実施形態では、主として、変調多値数として１６ＱＡＭを採用するケースについて説明した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。変調多値数が８ＰＳＫ以上であれば、８ＰＳＫ以上のキャリア変調方式に実施形態を適用することが可能である。また、キャリア変調方式は、ＱＡＭに限定されるものではなく、ＰＳＫに実施形態を適用することも可能である。

実施形態では特に触れていないが、送信装置１０及び受信装置２０が行う各処理をコンピュータに実行させるプログラムが提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにプログラムをインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体であってもよい。

或いは、送信装置１０及び受信装置２０が行う各処理を実行するためのプログラムを記憶するメモリ及びメモリに記憶されたプログラムを実行するプロセッサによって構成されるチップが提供されてもよい。

１０…送信装置、１１…インターフェース部、１２…誤り訂正符号化部、１３…インターリーブ部、１４…マッピング部、１５…直交変調部、２０…受信装置、２１…直交復調部、２２…デマッピング部、２３…デインターリーブ部、２４…誤り訂正部、２５…インターフェース部

Claims (6)

1. 入力ビット列に対して所定符号化率で誤り訂正符号化処理を適用する誤り訂正符号化部と、
   ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記誤り訂正符号化処理が適用されたビット列に含まれる所定数ビットを表すシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で前記ＩＱ平面にマッピングするマッピング部とを備え、
   前記理想的なシンボル座標は、前記所定符号化率に応じて最適化されており、
   前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを特徴とする送信装置。
2. 前記変調多値数として１６ＱＡＭ以上のＱＡＭが採用される場合において、前記理想的なシンボル座標のうち、第１振幅を有する８つの座標は、ａ_１及びｂ_１の２値と符号との組合せによって表現され、前記第１振幅よりも大きい第２振幅を有する８つの座標は、ａ_２及びｂ_２の２値と符号との組合せによって表現されており、
   ａ_１及びａ_２は、所定係数αを用いて、ａ_２＝ａ_１×αの関係を満たしており、
   ｂ_１及びｂ_２は、前記所定係数αを用いて、ｂ_２＝ｂ_１×αの関係を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
3. ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記ＩＱ平面にマッピングされたシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で所定数ビットにデマッピングするデマッピング部を備え、
   前記理想的なシンボル座標は、送信装置で適用される誤り訂正符号化処理で用いる所定符号化率に応じて最適化されており、
   前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを特徴とする受信装置。
4. 前記変調多値数として１６ＱＡＭ以上のＱＡＭが採用される場合において、前記理想的なシンボル座標のうち、第１振幅を有する８つの座標は、ａ_１及びｂ_１の２値と符号との組合せによって表現され、前記第１振幅よりも大きい第２振幅を有する８つの座標は、ａ_２及びｂ_２の２値と符号との組合せによって表現されており、
   ａ_１及びａ_２は、所定係数αを用いて、ａ_２＝ａ_１×αの関係を満たしており、
   ｂ_１及びｂ_２は、前記所定係数αを用いて、ｂ_２＝ｂ_１×αの関係を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の受信装置。
5. 受信装置に搭載されるチップであって、
   ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記ＩＱ平面にマッピングされたシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で所定数ビットにデマッピングするデマッピング部を備え、
   前記理想的なシンボル座標は、送信装置で適用される誤り訂正符号化処理で用いる所定符号化率に応じて最適化されており、
   前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを特徴とするチップ。
6. 送信装置及び受信装置を備えるデジタル放送システムであって、
   前記送信装置は、
   入力ビット列に対して所定符号化率で誤り訂正符号化処理を適用する誤り訂正符号化部と、
   ＩＱ平面において定義される理想的なシンボル座標を用いて、前記誤り訂正符号化処理が適用されたビット列に含まれる所定数ビットを表すシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で前記ＩＱ平面にマッピングするマッピング部とを備え、
   前記受信装置は、
   前記理想的なシンボル座標を用いて、前記ＩＱ平面にマッピングされたシンボルを８ＰＳＫ以上の変調多値数で所定数ビットにデマッピングするデマッピング部を備え、
   前記理想的なシンボル座標は、前記所定符号化率に応じて最適化されており、
   前記理想的なシンボル座標のうち、同一振幅を有する８つの座標は、ａ及びｂの２値と符号との組合せによって表現されることを特徴とするデジタル放送システム。

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