JP2016526838A - 不均一コンステレーションを利用した符号化変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容量の増加または最大化、ビットエラーレートの低減、および受信におけるＳＮＲ（信号対雑音比）の低減をもたらす符号化変調装置および符号化変調方法を提供すること。【解決手段】符号化変調装置および符号化変調方法を提供する。上記符号化変調装置は、入力データをセルワードに符号化するエンコーダと、上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する変調部とを備える。上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、１つまたは複数のコンステレーションを含むコンステレーションの１つまたは複数のグループから選択された不均一コンステレーションを使用するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、符号化変調装置および符号化変調方法に関する。本発明は、さらに、送信装置および送信方法に関する、本発明は、さらに、コンピュータプログラムおよび非一時的コンピュータ可読記録媒体に関する。

現代の通信システムは、典型的には、他の構成要素の中でも、（送信装置の一部として）符号化変調装置および（受信装置の一部として）復号化復調装置を採用している。符号化変調装置は、一般的に、（送信側において）ＦＥＣ（前方誤り訂正）エンコーダ、ビットインターリーバ、および変調部の直列連結を含むいわゆるＢＩＣＭ（ビットインターリーブ符号化変調）装置の一部であることが多い。当該変調部は、マルチレベルＰＡＭ（パルス振幅変調）、ＰＳＫ（位相シフトキーイング）、またはＱＡＭ（直交振幅変調）等のスペクトル効率変調を利用する。なお、以下において、ＱＡＭについて言及する場合、ＱＡＭは、ＰＡＭ、ＰＳＫ、およびＱＡＭをカバーする一般用語として理解される。

ＢＩＣＭにおいては、インターリーバおよび／またはＦＥＣエンコーダが利用されるため、非フェージングチャネルおよびフェージングチャネルの両方に関して良好な性能をもたらすことが可能となる。ＢＩＣＭは、マルチレベル符号化（ＭＬＣ）方式とは対照的に復号化がかなり複雑であるため、すべてのＤＶＢシステムや電力線通信（例えば、ホームプラグＡＶ、ＤＡＢ、ＬＴＥ、ＷｉＦｉ等）等の通信システムに頻繁に用いられる。

一般的に、ＢＩＣＭ装置を用いるシステムにおけるＢＩＣＭ容量等の符号化変調容量は、目的関数であると考えられ、この容量が最大となり、頻繁に電力正規化を受けるように最適な信号点を発見することが望ましい。すなわち、信号点の平均電力は、例えば１に正規化される。

この「背景技術」で説明される事項は、本発明の内容を一般的に説明するためのものである。この背景技術の欄で説明される範囲での現在における発明者の技術は、本願の出願時点で従来技術ではない可能性がある説明の側面と同様に、明示的にも暗示的にも、本願に対する従来技術として認めるものではない。

本発明の目的は、容量の増加または最大化、ビットエラーレートの低減、および受信におけるＳＮＲ（信号対雑音比）の低減をもたらす符号化変調装置および符号化変調方法を提供することである。本発明の別の目的は、上記方法を実施するための対応するコンピュータプログラムおよび非一時的コンピュータ可読記録媒体を提供することである。

本発明の一側面によれば、
入力データをセルワードに符号化するエンコーダと、
上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する変調部と、
を備える符号化変調装置であって、
上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、
ｉ）長さｖ＝ｓｑｒｔ（Ｍ）／２−１のコンステレーション位置ベクトルｕで定義される以下の表１１−表１５または表２０−表２２に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＡまたはグループＢから選択された不均一コンステレーション、
ｉｉ）以下の表１６−表１９または表２３−２５に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＣまたはグループＤから選択された不均一コンステレーション、
ｉｉｉ）
以下の表２６−表３４に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＥから選択された不均一コンステレーション、または
ｉｖ）原点周りのある角度での回転、すべての信号点に対するビットラベルの反転、ビット位置の置換、および／または（特にすべての）上記信号点に対する予歪により、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、またはＥのいずれかのグループのＭＱＡＭ不均一コンステレーションから得られた不均一コンステレーション
を使用するように構成され、
上記グループＢから選択された不均一コンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、２箇所以上のコンステレーション位置が同一となり、
上記グループＣまたはグループＤの不均一コンステレーションにおいて、
上記信号点は、ｂ＝Ｍ／４のコンステレーション位置ベクトルｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
信号点の第１のクオーターｘ_{０…ｂ−１}は、ｘ_{０…ｂ−１}＝ｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
信号点の第２のクオーターｘ_{ｂ…２ｂ−１}は、ｘ_{ｂ…２ｂ−１}＝ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
信号点の第３のクオーターｘ_{２ｂ…３ｂ−１}は、ｘ_{２ｂ…３ｂ−１}＝−ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
信号点の第４のクオーターｘ_{３ｂ…４ｂ−１}は、ｘ_{３ｂ…４ｂ−１}＝−ｗ_{０…ｂ−１}、で定義され、
ｃｏｎｊは、複素共役であり、上記グループＤから選択された不均一コンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、２箇所以上のコンステレーション位置が同一となり、または
上記グループＥにおいて、上記信号点は、コンステレーション位置ベクトルｗ_{０…Ｍ−１}、で定義され、
上記グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥの異なるコンステレーションにおけるコンステレーション位置ベクトルは、以下の表１１−表３４に示すように定義され、上記符号レートのそれぞれの値Ｒは、符号レートＲ±１／３０の範囲にあると理解される
符号化変調装置が提供される。

本発明の別の側面によれば、
入力データをコンステレーション値に符号化する請求項１に記載の符号化変調装置と、
上記コンステレーション値を送信対象の１つまたは複数の送信ストリームに変換するコンバータと、
上記１つまたは複数の送信ストリームを送信する送信部と
を備える送信装置が提供される。

本発明のさらに別の側面によれば、対応する方法、コンピュータ上で実行されたときに、上記コンピュータに本明細書に開示の符号化変調方法を実行させるためのプログラム手段を含むコンピュータプログラム、およびプロセッサにより実行されたときに、本明細書に開示の符号化変調方法を実行させるコンピュータプログラムを記憶した非一時的コンピュータ可読記録媒体が提供される。

好ましい実施形態は、独立請求項において定義される。請求項に係る方法、請求項に係るコンピュータプログラム、および請求項に係るコンピュータ可読記録媒体は、請求項に係る装置および従属請求項において定義されたものと同様および／または同一の好ましい実施形態を有することが理解される。

本発明の一側面は、使用する不均一コンステレーション（ＮＵＣとも呼ぶ）の信号点が、等距離にあるシンボルを有する規則的な格子上に位置せず、むしろＬＤＰＣ符号エンコーダ、ターボ符号エンコーダ、または他の公知の符号のエンコーダ（一般的には、ＢＣＨエンコーダ等の他の前方誤り訂正符号エンコーダをさらに提供してもよい）のような前方誤り訂正エンコーダの符号レートに応じて、最適な場所に位置することである。さらに、使用するコンステレーションを、使用するコンステレーションの信号点の所望の総数（および、いくつかの実施形態においては、チャネル特性）に応じて選択してもよい（予め選択しておくことが好ましいが、他の実施形態においては、一般的に、オンザフライで選択する）。

異なる総数Ｍおよび異なる符号レートに対する様々なコンステレーションを表に示す。なお、表に示す符号レートＲは、特定のコンステレーションが正確にその符号レートに対してのみ有効であるというようには理解されず、わずかに異なる符号レート、すなわち、Ｒ±１／３０の符号レートの範囲についても有効である。例えば、提示された表における符号レートについての６／１５（すなわちＲ＝６／１５）という表示は、符号レート６／１５±１／３０の範囲、すなわち、符号レート１１／３０から１３／３０までの範囲に対して各コンステレーションが有効であることを意味する。

なお、１つまたは複数の以下の「不変変換」は、コンステレーションの特性に影響しない。
１．すべてのシンボルの任意の角度?での回転
２．ｍ番目のビットｙ＿ｍ＝ｂ∈｛０、１｝のｙ＿ｍ＝￣ｂへの反転（「￣」は、反転を示す）
３．ビット位置ｙ＿ｋ１およびｙ＿ｋ２の置換
４．Ｒｅ｛ｘｌ｝軸および／またはＩｍ｛ｘｌ｝軸における鏡映
５．（特に、グループＥのコンステレーションに対する）予歪
したがって、変調部は、原点周りのある角度での回転、すべての信号点に対するビットラベルの反転、すべての信号点に対するビット位置の置換、および／または実部軸および／または虚部軸における鏡映により、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、またはＥのいずれかのグループのコンステレーションから得られた不均一コンステレーションを用いることもできる。例えば、１６−ＱＡＭについて１つの信号点がビットラベル００１０を有する場合、当該信号点が１０１０になるように、最初のビットラベルをすべて反転することができる。さらに、信号点の位置の丸め等の他の自明な操作により得られたコンステレーションは、一般的に、請求項によりカバーされる。１つまたは複数のこれら操作により、上述の５つのグループにおいて定義されるコンステレーションのマッピングと同等のマッピングが実現される。

衛星放送の場合、変調部は、提案された信号点の予歪により得られる異なる信号点を送信してもよい。予歪は、放送システム、特に電力増幅器における他のブロックの非直線性に対する対抗手段としての機能を果たすべきである。しかしながら、送信システムの出力は、これらコンステレーションが送信されたと受信器が見なすように、提案されたコンステレーションの送信に対応すべきである。

なお、すべてのＭ−ＱＡＭに対して、基本的なｓｑｒｔ（Ｍ）−ＰＡＭを考慮することができる。さらに、本発明の他の側面において、請求項で定義されるコンステレーションのグループは、より少ないコンステレーション、例えば、非フェージングチャネルに対するコンステレーションのみ、フェージングチャネルに対するコンステレーションのみ、選択したＭの値に対するコンステレーションのみ、Ｍ−ＱＡＭもしくはｓｑｒｔ（Ｍ）−ＰＡＭに対するコンステレーションのみ、および／またはより小さいＳＮＲ値に対するコンステレーションを含む。言い換えれば、より少ないコンステレーションは、選択およびそれに続く変調部による使用のために利用できるコンステレーションのグループに含まれてもよい。すなわち、変調部による使用のために利用できるコンステレーションのグループは、請求項において定義される１つまたは複数のコンステレーションを含んでもよい。これにより、本発明は、（上述の）使用のために利用できるより少数のグループのコンステレーションを有する符号化変調装置および符号化変調方法、および／または特定のＭの値に対して利用できるコンステレーションがより少ない符号化変調装置および符号化変調方法にも関する。

Ｍ個の信号点からなるＱＡＭマッピングをＭ−ＱＡＭと表す。これらコンステレーションは、グループＡにまとめられる。（均一または不均一）ＱＡＭにより、二次元（本明細書において「同相」および「直角位相」）それぞれの独立した符号化および復号化が可能になる場合、ＱＡＭをＮ^２−ＱＡＭと呼ぶ。これは、各次元に対して１つの合計２つのＮ−ＰＡＭコンステレーションによりコンステレーションを設計できることを暗示する。Ｎ^２−ＱＡＭは、Ｎ個の信号点のみを調査する必要があるので、Ｍ＝Ｎ^２であるが上記二次元を分離することができない（Ｎ−ＰＳＫ、例えば８個の信号点が単位円に位置する８−ＰＳＫの場合は通常であるが）ときのＭ−ＱＡＭについてＮ^２個の信号点を調査する場合と比較して、ＭＬ復号化についての復号化複雑性が著しく低い。また、コンステレーションの第１のクオーターにあるコンステレーション値により完全に定義されるＱＡＭコンステレーションをＱＱＡＭと呼ぶ。他のクオーターにあるコンステレーション値は、当該第１のクオーターにあるコンステレーション値から導かれる。例えば、通常の均一な直交ＱＡＭコンステレーション（ＵＣ）も、その対称性からＱＱＡＭコンステレーションとなる。これらＱＱＡＭコンステレーションは、グループＣにまとめられる。

しかしながら、本発明の一実施形態に係るＱＡＭコンステレーションの信号点は、等距離にあるシンボルを有する規則的な格子上には位置せず、符号レートに応じて最適な場所に位置する。

本発明によれば、Ｎ−ＰＡＭ最適化に基づくＮ^２−ＮＵＣ最適化が、信号点の数を減らすことなくＮ^２−ＮＵＣの性能に関して明確に定義された性能を保証する信号点の数の動的な減少とあわせて考慮される。

特に、高ＳＮＲ領域において、大きなシェーピングゲインが可能である１０２４−ＱＡＭまでのコンステレーションサイズについて検討する。相互に近い信号点の動的な減少（以下、圧縮とも呼ぶ）により、信号点の数および必要とされる記憶復号化容量を著しく低減させることができる。これらコンステレーションは、グループＢおよびＤにまとめられる。例えば、符号レート６／１５に対して最適化された１０２４−ＱＱＡＭコンステレーションの信号点の数を、性能に著しい影響を与えることなく、１０２４個から２６８個に減少させることができる。

なお、好ましい実施形態に関する請求項において定義されるようなコンステレーション位置ベクトルｗは、必ずしもコンステレーションの第１のクオーターにある信号点を含む必要はないが、（請求項において「第１のクオーターの」という定義で表される）４つのクオーターのうちのどのクオーターにおける信号点を含んでもよい。対称的である（この性質は十分に与えられるが、ビットラベルにより直ちに可視となるわけではない。信号点は、一般的に、象限に関して対称である）ため、異なるビットマッピングで同一の性能のコンステレーションとなる。したがって、本明細書において定義される表におけるコンステレーション位置ベクトルｗは、異なるビットマッピングで同一の性能を有する４つの対称なコンステレーションについての例として考慮すべきである。

なお、上述の一般的な説明及び以降の詳細な説明は、本発明の一例であり、本発明を限定するものではない。

本発明の完全な理解及びその優位性の多くは、添付図面と共に以降の詳細な説明を参照することで理解されるため、容易に得られるであろう。

本発明の一実施形態に係る符号化変調装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る送信装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る通信システムを示す図である。 コンステレーションについての単純な例として、通常の４−ＱＡＭコンステレーションを示す図である ８−ＰＡＭ不均一コンステレーションを示す図である。 ６４−ＱＡＭ不均一コンステレーションを示す図である。 一般的に、信号点を定義する６４−ＱＡＭ不均一コンステレーションについてのコンステレーションを示す図である。 不均一１６−ＱＱＡＭコンステレーションを示す図である。 不均一Ｎ^２−ＱＡＭコンステレーションの性能を説明する図である 本発明の一実施形態に係る１Ｄ圧縮の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る２Ｄ圧縮の例を示す図である。 不均一１０２４−ＱＡＭコンステレーションを説明する図である。 不均一１０２４−ＱＡＭコンステレーションを説明する図である。 不均一１０２４−ＱＡＭコンステレーションを説明する図である。 不均一６４−ＱＱＡＭコンステレーションを説明する図である。 不均一６４−ＱＱＡＭコンステレーションを説明する図である。 グループＥのコンステレーションについての図である。 上述の不均一８変数ＱＡＭコンステレーションに対するシェーピングゲインを説明する図である。 開示のコンステレーションが最適化されたＬＤＰＣ符号の例を示す図である。

ここで、図面を参照し、いくつかの図面を通して、同様の参照番号は同一または対応する部分を指す。図１は、本発明の一実施形態に係る符号化変調装置１０を示す図である。符号化変調装置１０は、入力データをセルワードに符号化するエンコーダ１１と、セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する変調部１２とを含む。変調部１２は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、いくつかのコンステレーションのグループから選択された不均一コンステレーションを使用するように構成される。これら異なるグループのコンステレーションについては、以降で詳細に説明する。

他の実施形態において、ＢＣＨエンコーダ、（本明細書に記載する変調により最適化されたコンステレーションを選択および利用するための関心のある符号レートを有する）ＬＤＰＣエンコーダ、ビットインターリーバ、および／または（符号化データのビットをセルワードに多重分離するための）デマルチプレクサ等の追加の構成要素を符号化変調装置１０に提供してもよい。これら構成要素のいくつかまたはすべては、分離された構成要素であってもよいし、エンコーダ１１の一部であってもよい。例えば、ＤＶＢシステムの送信装置において従来使用されているようなＢＩＣＭ機器を、符号化変調装置１０として用いることができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る送信装置２０を示す図である。送信装置２０は、本明細書において提案されるような、入力データをコンステレーション値に符号化及び変調する（図１において１０で参照される）符号化変調装置２１と、当該コンステレーション値を送信対象の１つまたは複数の送信ストリームに変換するコンバータ２２と、当該１つまたは複数の送信ストリームを送信する送信部２３とを含む。一実施形態では、コンバータ２２は、例えば、ＤＶＢに関する様々な規格に記載され、未来のＡＴＳＣ規格における符号化変調装置において提供されるような、時間インターリーバ、セルインターリーバ、および／または周波数インターリーバ、フレームビルダー、ＯＦＤＭ変調部等の１つまたは複数の構成要素を含んでもよい。ＤＶＢ−Ｓ２規格やＤＶＢ−Ｓｘ規格等の他の規格に従った符号化および変調は、これら構成要素のうち１つまたは複数の構成要素を含まなくてもよい。コンステレーションおよびコンステレーション値は、一般的に、予め決められており、例えば、コンステレーション記憶装置２４に記憶され、または外部ソースから読み出される。

他の実施形態において、入力処理部、フレームビルディング部、および／またはＤＶＢシステムの送信装置において従来用いられるようなＯＦＤＭ生成部等の追加の構成要素を送信装置２０に提供してもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係る通信システム３０を示す図である。通信システム３０は、図２に示すような１つ（または複数）の送信装置２０（Ｔｘ）と、１つまたは複数の受信装置４０、４０'（Ｒｘ）とを含む。

受信装置４０は、一般的に、１つまたは複数の送信ストリームを受信する受信部４１と、受信した１つまたは複数の送信ストリームをコンステレーション値にデコンバートするデコンバータ４２と、当該コンステレーション値を出力データに復調および復号化する復調復号化装置４３とを含む。復調復号化装置４３は、一般的に、不均一コンステレーションのコンステレーション値をセルワードに復調するための復調部４４と、当該セルワードを出力データワードに復号化するためのデコーダ４５とを含む。復調復号化装置４３において、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、符号化変調装置１０で使用されるものと同じ所定のコンステレーションを含むいくつかのコンステレーションのグループのうち１つのグループから不均一コンステレーションが選択される。

好ましい復調復号化では、硬判定値（０および１）とは反対に軟判定値が考慮される。軟判定値は、（バイナリ（硬）判定の場合と同様に）２つ以上の状態により、（可能であれば、量子化を含むＡ／Ｄ変換後の）連続分布した受信値を表す。この理由は、硬判定のために、一般的にＮＵＣは最適ではないからである。いずれにせよ、現在、ＢＩＣＭ受信部は、典型的には、軟判定値の受信部である。

一般的に、データ（例えば、通信データ、放送データ）は、送信チャネル５０、５０'を介して、送信装置２０から１つまたは複数の受信装置４０に送信される。送信チャネル５０、５０'は、ユニキャストチャネル、マルチキャストチャネル、または放送チャネルとすることができ、一方向チャネルもしくは双方向チャネル（すなわち、受信装置から送信装置への戻りチャネルを有する）として採用することができる。

一実施形態において、変調部１２は、コンステレーションの信号点の総数Ｍ、エラーフリーの復号化のために必要となるデシベル換算での信号対雑音比ＳＮＲ、およびチャネル特性に基づいて、不均一コンステレーションを使用するように構成される。アプリケーションを放送する際、コンステレーションは、一般的に、受信部におけるＳＮＲに応じて選択されるわけではないが、期待されるチャネル特性、例えば、静的な受信またはマルチパスフェージングのために使用されるチャネル符号（符号を用いる場合、例えば、ＤＶＢ第２世代送信システムの場合、ＬＤＰＣ符号）を用いてエラーフリーの復号化を行うために必要となるＳＮＲに基づいて選択される。

放送局にとって、トレードオフが存在する可能性がある。小さなコンステレーションサイズＭおよび／または低い符号レートＲを用いることで、ロバストな送信（低いＳＮＲでの受信）が可能になる。しかしながら、当該システムのスループットは、ｌｏｇ_２（Ｍ）＊Ｒで増減する。例えば、符号レートＲ＝３／４の１６−ＱＡＭにより、符号化されたＱＡＭシンボル毎に３つの情報ビットを送信することができるが、比較的スペクトル効率が小さくなる。一方、（スペクトル）効率を高くすると、ＳＮＲが増加してしまう。したがって、コンステレーションは、効率を一定に保ちつつ、復号化を成功させるために必要なＳＮＲを低減できるべきである。これが、最適化されたコンステレーションのいわゆる「シェーピングゲイン」である。

信号点の総数Ｍは、一般的に、所望のペイロードスループットおよびＦＥＣエンコーダの符号レートに従って選択される。典型的なチャネル特性についてのエラーフリーの復号化を行うためのＳＮＲは、一般的に、例えば、シミュレーションにより知ることができる。放送において、受信部のチャネル特性は知られていない。すなわち、妥協案が選択される。例えば、ＦＥＣエンコーダの各符号レートにおける放送において、１つの不均一コンステレーションが選択され、すべてのチャネル特性についての妥協案であるＳＮＲに対して最適化される。

送信部は、一般的に、あるシナリオを標的とする。例えば、ケーブルまたは衛星を利用した放送送信において、非フェージングＡＷＧＮ（適切なチャネルモデル）となるチャネルが考慮される。一方、地上波放送局は、通常いくつかのエコーが受信されるので、レイリー分布により、典型的には、フェージングチャネルとなるチャネルを考慮する。好ましくは、提案されたコンステレーションにおいて、最も関連のあるチャネル特性が考慮される。

他の実施形態において、変調部１２は、コンステレーションの信号点の総数Ｍ、デシベル換算での信号対雑音比ＳＮＲ、およびチャネル特性に基づいて、不均一コンステレーションを適応的に選択するように構成される。デシベル換算での信号対雑音比ＳＮＲおよびチャネル特性は、受信装置４０から受信される。受信装置４０には、データが送信される。このようなコンステレーションの適応的な選択は、一般的に、ユニキャスト環境において戻りチャネルを利用することでのみ可能となる。不均一コンステレーションは、例えば異なるＯＦＤＭサブキャリアに対して、時間領域および／または周波数領域において適用することができる。

チャネル特性は、送信部と受信部の間の送信チャネルにおけるマルチパスの程度等のチャネルの統計的特性を表す。チャネルがＡＷＧＮチャネルに対応するどのマルチパスによっても特徴付けられない場合、エラーフリーの復号化のために必要なＳＮＲは比較的低い。すなわち、最適な性能のためにＮＵＣを選択する必要がある。送信チャネルが強いマルチパスで特徴付けられる場合、エラーフリーの受信のために必要なＳＮＲは、マルチパスのないチャネルと比較して大きくなる。すなわち、より高いＳＮＲに対して最適化されたＮＵＣを用いる必要がある。さらに、ＮＵＣは、以下に示すように、フェージング特性を考慮して最適化すべきである。

上述のように、コンステレーションの信号点の総数Ｍは、所望のペイロードスループットに従って選択される。総数Ｍの値が大きいほど、データスループットを大きくすることが可能となるが、エラーフリーの受信のために必要なＳＮＲも大きくなる。さらに、総数Ｍは、ＦＥＣエンコーダを用いる場合、ＦＥＣエンコーダの符号レートに影響される。

（最適化タスクに密接に関連して）さらに説明すると、ある符号レートを有する前方誤り訂正符号（例えば、ＬＤＰＣ符号および／またはＢＣＨ符号）を併用して、コンステレーションの性能を最適化する。したがって、異なる総数Ｍの値に対して、様々な符号／符号レート最適化コンステレーションが提案される。他の最適化の標的は、容量である。期待されるＳＮＲ、例えば１５ｄＢのＳＮＲを保証すべきなので、各最適化ＮＵＣにより最大容量がもたらされる総数Ｍを選択する。原則として、低いＳＮＲに対して、低い値のＭを選択すべきであり、その逆もまた同様であると考えられる。しかしながら、理論的な観点から、高い値のＭが一般的に最適であることが分かる。例えば、低いＳＮＲに対しても、最適化ＮＵＣはいくつかの点が重なったためにＭの値が効果的に小さいコンステレーション「（のよう）に見える」ので、Ｍ＝４０９６またはＭ＝１０２４を選択することが好ましい。しかしながら、変調および復調の複雑性は、総数Ｍの増加に伴い増加するので、トレードオフを考慮する。他の目的は、ＢＥＲ（ビットエラーレート）および／またはＦＥＲ（フレームエラーレート）を低減すること、および／または「通常の」（最適化されていない）コンステレーションを用いる場合よりも低いＳＮＲで同じＢＥＲおよび／またはＦＥＲを実現することである。

コンステレーションの簡単な例を図４に示す。ここでは、信号点（ｅ^ｊ?／４，ｅ^{ｊ７?／４}，ｅ^３?／４，ｅ^{ｊ５?／４}）からなる通常の４−ＱＡＭを示す。シンボル電力の平均は１（ここでは、シンボルがすべて単位円上に配置されている）である。上記シンボルベクトル（ｅ^ｊ?／４，ｅ^{ｊ７?／４}，ｅ^３?／４，ｅ^{ｊ５?／４}）は、第１の入力（ｅ^ｊ?／４）がビットベクトル００に属し、第２の入力（ｅ^{ｊ７?／４}）がビットベクトル０１に属し、すなわち、入力は数字が増加するに連れて下位のビットベクトルに属するというように理解される。第１のビット位置は最上位ビット（ＭＳＢ）であり、最後のビット位置は最下位ビット（ＬＳＢ）である。この４−ＱＡＭは、Ｎ＝２のＮ^２−ＱＡＭの特定のケースである。なお、この（Ｎ^２−ＱＡＭであるという）定義は、Ｎ^２が平方数（Ｎ^２＝２^２）であることを必要とするだけでなく、コンステレーションが対称的であり２つの独立したＮ−ＰＡＭコンステレーション（ここでは２−ＰＡＭとする）により記述できることを必要とする。同相成分（複素シンボルの実部）はシンボルベクトル（１／ｓｑｒｔ（２）、−１／ｓｑｒｔ（２））の２−ＰＡＭであり、４−ＱＡＭの第１ビットを記述する。一方、直角位相成分（複素シンボルの虚部）も同じ２−ＰＡＭであるが、今度は４−ＱＡＭの第２ビットを記述する。なお、Ｎ^２−ＱＡＭの２つのＮ−ＰＡＭへの分解は、ビットラベリングが（例えば、ＤＶＢシステムにおいて）典型的に適用されるバイナリ反射型グレイマッピングに従う場合にのみ可能である。

上記の例は、Ｎ＞２のより高次のＮ^２−ＱＡＭに拡張することができる。基本的なＮ−ＰＡＭでは、１つの成分に対して、１番目、３番目、５番目等のビットラベルが記述され、他の成分に対して、２番目、４番目、６番目等のビットラベルが記述される。

コンステレーションは、すべて電力制限を満たすのが好ましい。すなわち、以下の数１を満たす。

Ｎ^２−ＮＵＣは、Ｎ^２が１６、６４、２５６、１０２４（１ｋ）の一実施形態として最適化されている。これは、所与のＦＥＣ符号レートに対して最小のＢＥＲ／ＦＥＲを可能にするために、これらコンステレーションが最適化されるということを意味する。これらコンステレーションに課せられる制限は、これらコンステレーションが２つの独立した１次元ＰＡＭコンステレーションに分割できるものであることであり、これにより、送信部におけるマッピングの複雑性の低減と、受信部におけるデマッピングの複雑性の低減とが可能になる。

一例として、本明細書に記載されるＭ＝６４のＮＵＣにより、以下の値：２．２７９４、４．６２２９、７．５２９１（表に示す例により、これら３つの数字が得られ、例えば、最初（電力制限による正規化）に１がある）が得られる。
これは、正のコンステレーション値が１、２．２７９４、４．６２２９、７．５２９１であることを意味する（電力制限により１は冗長であったが、最終的に適用される）。したがって、基本となる１−ｄｉｍ．の８−ＰＡＭのＮＵＣは、シンボルベクトル（１．６４０５、１．００７３、０．２１７９、０．４９６７、−１．６４０５、−１．００７３、−０．２１７９、−０．４９６７）によって記述され、値はすでに単位平均電力に正規化されている。

上述のように、第１の入力（１．６４０５）は、ビットラベル０００に対応し、次の入力（１．００７３）は、００１に対応する。２次元の６４−ＮＵＣは、対称性により得られ、ＮＵＣの同相成分および直角位相成分は、ともに８−ＰＡＭのＮＵＣに基づく。

図５は、８−ＰＡＭのＮＵＣ（図５Ａ）と６４−ＱＡＭのＮＵＣ（図５Ｂ）とを示す。ビットラベルは、整数で与えられる（例えば、０００→０，００１→１，０１０→２）。

最適化された自由度に基づく２次元のＮＵＣの生成について、以下に詳細に説明する。

ＮＵＣの性能はそれらが最適化されるＳＮＲ値に依存するので、完全な選択は、好ましくは、最適な性能を実現するために、（ＥＦＣ）符号レートに応じて行われる。チャネル特性が知られている場合、ＦＥＣ収束のために必要なＳＮＲ値をシミュレーションにより決定することができる。その後、当該ＳＮＲ値に対して最適化されたＮＵＣを、最適な性能のために選択する。受信部におけるＳＮＲがこのＳＮＲ復号化閾値より小さい場合、コンステレーションは最適ではない。しかしながら、いずれにせよ復号化を成功させるためには容量が小さすぎるため、これは欠点ではない。一方、受信部におけるＳＮＲが明らかに復号化閾値より大きい場合、ＮＵＣが当該ＳＮＲ範囲で準最適だとしても、復号化を成功させるのに十分な容量を利用することができる。したがって、ＦＥＣのウォーターフォール領域におけるＳＮＲ値（すなわち、（擬似）エラーフリーの復号化のための復号化閾値）に対してＮＵＣを最適化する必要がある。ウォーターフォール領域のＳＮＲ値はＦＥＣの符号レートに依存するので、各符号レートに対して異なるＮＵＣを選択する。

（擬似）エラーフリーの復号化のためのＳＮＲ値は、受信部のチャネル特性にも依存する。例えば、ＡＷＧＮチャネルにおけるＤＶＢ−Ｔ２・ＬＤＰＣ符号のエラーフリーの復号化のために必要なＳＮＲは、０．８ｄＢであり、一方、レイリーＰ１マルチパスチャネルにおいて必要なＳＮＲは、２．５ｄＢである。したがって、各符号レートに対して選択されたＮＵＣは、すべてのチャネル環境において最適なわけではなく、ネットワーク内のすべて（またはほとんどの）ユーザに適合する放送環境においてトレードオフが必要となる。戻りチャネルを有する地点間ネットワークにおいて、受信部において測定したチャネル特性に基づいて、最適なＮＵＣを選択してもよい。

以下、不均一ＱＡＭコンステレーションの定義についてさらに説明する。各入力セルワード（ｙ_０，ｑ…ｙ_{ｍ−１，ｑ}）（すなわち、変調部に提供されるセルワード）は、不均一ＱＡＭコンステレーションを用いて変調され、正規化に先立ち、信号点ｚ_ｑが与えられる。なお、ｍはＱＡＭシンボル毎のビット数に相当し、下記の数２を満たす。なお、ここで離散時間またはサブキャリア指数のために用いられるパラメータｑは、上記で用いられるパラメータｋに相当する。関連する入力ビットｙ_{０…ｍ−１，ｑ}の各組み合わせに対する実成分Ｒｅ（ｚ_ｑ）および虚数成分Ｉｍ（ｚ_ｑ）の厳密な値を、不均一コンステレーションの信号点の位置を定義するＮＵＣ位置ベクトルｕ_１…ｖに応じた様々なコンステレーションサイズ毎に、以下の表に示す。ＮＵＣ位置ベクトルｕの長さは、以下の数３で定義される。

一例において、位置ベクトル（ｕ_１…３）＝（２、５、６）および入力セルワード（ｙ_０，ｑ…ｙ_{ｍ−１，ｑ}）＝（１００１１１）で定義される６４−ＱＡＭのＮＵＣに対応する信号点ｚ_ｑは、Ｒｅ（ｚ_ｑ）＝−ｕ_２＝−５およびＩｍ（ｚ_ｑ）＝ｕ_１＝２を満たす。このＮＵＣ位置ベクトルに対する完全なコンステレーションを、対応する信号点にマークされた一例の入力セルワードとともに図６に示す。

不均一コンステレーションに対応する結果として得られるコンステレーションマッピング（ラベリングとも呼ぶ）は、バイナリ反射型グレイ−マッピング（ラベリング）に従う。すなわち、隣接した信号点は、１ビットだけ異なる。信号点ｚ_ｑの電力は、規格化された信号点ｆ_ｑの期待値が１、すなわち、以下の数４を満たすように規格化される。例えば、均一な１６−ＱＡＭコンステレーションの規格化されたコンステレーション値ｆ_ｑは、以下の数５を満たす。

以下の表１−表１０に、データセルワードの信号点へのビットラベリングとともに（電力正規化に先立つ）コンステレーション位置ベクトルを定義する。

一実施形態において、開示の符号化変調装置の変調部は、上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する。上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、長さｖ＝ｓｑｒｔ（Ｍ）／２−１を満たすコンステレーション位置ベクトルｕで定義される１つまたは複数の以下の表１１−表１５に示すコンステレーションを含むコンステレーションのグループＡから選択された不均一コンステレーションを使用するように構成される。

グループＡに含まれる不均一コンステレーションを以下の表に示す。

Ａ）グループＡのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：

以下、Ｑ−ＮＵＣ最適化、すなわち、単一象限に由来する２次元コンステレーションの最適化について説明する。上述のＮ2−ＱＡＭの最適化には、ｓｑｒｔ（Ｍ）／２−１の自由度の最適化が必要となる。２次元ＱＡＭコンステレーションの最適化は、２＊Ｍの自由度（各信号点の実部および虚部）を有するので、当該最適化には著しく時間がかかる。１６−ＱＡＭｃａｓｅに対する最適な２次元コンステレーションは、異なるコンステレーションの象限に関して対称的なので、これらコンステレーションを記述するために以下の単純化を適用することができる。コンステレーションの信号点の総数の第１のクオーター（例えば、コンステレーションの第１象限）のみを記述することで、表の入力の数が２＊ＭからＭ／２に減少する。第１のクオーターから、残りのクオーターを導くことができ、これにより、いわゆるＱＱＡＭコンステレーションが得られる。しかしながら、信号点のビットラベリングの特性が保持されることを確保すべきである。例えば、第１象限がグレイマッピングされた場合、隣接する信号点に所属するビットラベルに１のハミング距離を提供することで、ＱＱＡＭコンステレーションの残りの象限に対しても同様のことを確保しなければならない。

１６−ＱＱＡＭを独自に定義するためには、第１象限の信号点を表す４個の複素数値に対応する８個の実数値が必要となる。ＱＱＡＭ法に基づいて、１６−ＱＱＡＭ、３２−ＱＱＡＭ、６４ＱＱＡＭ、１２８−ＱＱＡＭ、２５６−ＱＱＡＭ、および１０２４−ＱＱＡＭのコンステレーションが最適化され、明らかにＮ2−ＱＡＭコンステレーションよりも効率がよい。提案されたＱＱＡＭ最適化法は、あらゆるチャネル条件、例えば、フェージングチャネルだけでなくＡＷＧＮチャネルに対しても用いることができる。

ＤＶＢ−Ｓ２規格またはＳｘ規格に従った衛星通信システムのような他のシステムに対して、Ｍ＝８の信号点に対するコンステレーションが最適化される。これらコンステレーションは、信号点のクオーターのみで記述することができない。むしろ、８個の複素数値が正確に記述される。

一実施形態において、開示の符号化変調装置の変調部は、上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する。上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、１つまたは複数の以下の表１６−表１９に示すコンステレーションを含むコンステレーションのグループＣから選択された不均一コンステレーションを使用するように構成される。上記信号点は、ｂ＝Ｍ／４のコンステレーション位置ベクトルｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
信号点の第１のクオーターｘ_{０…ｂ−１}は、ｘ_{０…ｂ−１}＝ｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
信号点の第２のクオーターｘ_{ｂ…２ｂ−１}は、ｘ_{ｂ…２ｂ−１}＝ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
信号点の第３のクオーターｘ_{２ｂ…３ｂ−１}は、ｘ_{２ｂ…３ｂ−１}＝−ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
信号点の第４のクオーターｘ_{３ｂ…４ｂ−１}は、ｘ_{３ｂ…４ｂ−１}＝−ｗ_{０…ｂ−１}、で定義され、
ｃｏｎｊは、複素共役である。

グループＣに含まれる不均一コンステレーションを以下の表に示す（ｉ＝ｓｒｑｔ（−１）は、虚数単位である）。

Ｃ）グループＣのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：

次に、ＱＱＡＭコンステレーションの定義について説明する。各入力セルワード（ｙ_０，…，ｙ_ｍ−１）は、不均一ＱＱＡＭコンステレーションを用いて変調され、規格化に先立って信号点ｚ_ｑが与えられる。なお、ｍは、ＱＡＭシンボル毎のビット数に相当し、以下の数６を満たす。入力ビットｙ_{０…ｍ−１}（１０進値の０からＭ−１に相当する）のすべての組み合わせに対する複素信号点ｘ_{０…Ｍ−１}のベクトルは、不均一コンステレーションの第１のクオーターの信号点の位置を定義するＱＱＡＭ位置ベクトルｗ_{０…ｂ−１}に応じた様々なコンステレーションサイズについての上記の表に示すとおりである。ＱＱＡＭ位置ベクトルｗの長さｂは、ｂ＝Ｍ／４で定義される。ＱＱＡＭ位置ベクトルは、コンステレーションの第１クオーター、すなわち、１０進値の０（１６−ＱＱＡＭの例についてｙ_０…ｍ＝００００）からｂ−１（１６−ＱＱＡＭの例についてｙ_０…ｍ＝００１１）の信号点を定義する。一方、残りの信号点は、以下のようにして得られる。
ｘ_{０…ｂ−１}＝ｗ_{０…ｂ−１} （第１のクオーター）
ｘ_{ｂ…２ｂ−１}＝ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）（第２のクオーター）
ｘ_{２ｂ…３ｂ−１}＝−ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）（第３のクオーター）
ｘ_{３ｂ…４ｂ−１}＝−ｗ_{０…ｂ−１}（第４のクオーター）
なお、ｃｏｎｊは、複素共役である。例えば、ＱＱＡＭ位置ベクトル（ｗ_０…３）＝（０．２６６３＋０．４５３０ｉ、０．４５３０＋０．２６６３ｉ、０．５１１５＋１．２０９２ｉ、１．２０９２＋０．５１１５ｉ）および入力セルワード（ｙ_０．．ｙ_ｍ−１）＝（１１００）で定義される１６−ＱＱＡＭに対応する信号点ｚ_ｑは、ｘ_１２＝-ｗ_０＝−０．２６６３-０．４５３０ｉである。この（符号レート６／１５に対して最適化された）ＮＵＣ位置ベクトルに対する完全なコンステレーションを、図７に示す。図７において、すべての入力セルワードは、対応する信号点でマークされている。

ＱＱＡＭおよびＮ2−ＮＵＣコンステレーションは、ビット単位の相互情報が、ビット位置とともに増加する方法で定義されている。すなわち、ＭＳＢ（左端のビットラベル）により最大の相互情報が運ばれ、ＬＳＢ（右端のビットラベル）により最小の相互情報が運ばれる。上述のように、本明細書において定義されるコンステレーション位置ベクトルｗは、必ずしもコンステレーションの象限、例えば、第１象限の信号点を含まないが、４つの象限のうちいずれかの象限の信号点、または単一の象限にそのすべてが位置するわけではないクオーター内の信号点を含むことができる。対称性により、異なるビットマッピングで同一の性能を有するコンステレーションとなる。したがって、本明細書で定義する表におけるコンステレーション位置ベクトルｗは、異なるビットマッピングで同一の性能を有する４つのすべての対称コンステレーションの例として考慮すべきである。

Ｎ^２−ＱＡＭコンステレーションを用いる場合、図８に示すようなシャノン容量に近い最適化および性能に対してより高い自由度がもたらされるため、情報理論的観点から、大きいコンステレーション次数を用いることには意味がある。しかしながら、コンステレーションサイズが増加するにつれて、受信部におけるデマッピングの複雑性も増加する。大きなＮ^２−ＱＡＭコンステレーションに対しては、複素平面において多くの信号点が相互に非常に近い位置にあるため、Jonathan Stott著の「CM and BICM limits for rectangular constellations, DVB document server, document TM-MIMO0007, August2012」において、「マザーコンステレーション」と比較してわずかな性能損失を受け入れて、最適化処理の前に特定の信号点を同一の位置に配置することにより、不均一コンステレーションを「圧縮」することが提案されている。このようなコンステレーションは「ＣｏｎＱＡＭ」（圧縮ＱＡＭ）と呼ばれ、ＱＱＡＭコンステレーションの圧縮コンステレーションは「ＣｏｎＱＱＡＭ」と呼ばれる。これにより、「有効な」信号点の数が減ることで、最適化する必要がある自由度が小さく、受信部におけるデマッピングの複雑性が低減するため、最適化処理における複雑性が低減される。上述のJonathan Stott著の文書において、残りわずか３６００個の信号点の位置を有する圧縮１６ｋＱＡＭが提案され、２０ｄＢから２５ｄＢのＳＮＲ領域における良好な性能がもたらされる。

最適化の前に圧縮を行う場合、良好な性能を示すコンステレーションがどのように見えるか（すなわち、どの特定の信号点が圧縮され、どの特定の信号点が圧縮されないか）を想定しなければならない。これには、大きなコンステレーションサイズに対する深い分析が必要となる。選択された構造のコンステレーションの想定に基づいて、対応する数の信号点（例えば、１０２４個ではなく２６８個の圧縮信号点）を有するＳＮＲ領域で最適化を行う。この手法の欠点は、コンステレーションの最適構造が、考慮することのできない各ＳＮＲ値に対して実質的に変化してしまうことである。すなわち、結果として得られる固定数の信号点を有するＣｏｎＱＡＭコンステレーションは、広いＳＮＲ範囲にわたって最適ではない。したがって、本明細書において、異なる構造を導き出し、最適化する。

最適化の前にコンステレーションを圧縮するための改善された代替手段として、本発明において提案される最適化を行った後に信号点を減少させることが挙げられる。これにより、Ｎ2−ＱＡＭコンステレーションのすべての自由度の最適化が必要となるが、いくつかの有利な点が得られる。最適化後に圧縮を行う場合、所望の性能を得るために、必要最小数の信号点を必要とするコンステレーションを導き出すことができる。これにより、必要な信号点の数をＳＮＲ範囲にわたって継ぎ目なく変化させることが可能となり、上述のＪｏｎａｔｈａｎＳｔｏｔｔ著の文書に記載された手法と比較して、信号点の数を減少させることができる。この手法は、各ＳＮＲ点に対して個別に行われるので、動的圧縮と呼ばれる。以下、Ｎ2−ＱＡＭを例に取って、この手法を概略的に説明する。

ＰＡＭコンステレーションの１７個の信号点に対するアルゴリズムの例を図９に示す。閾値ｔよりも小さい距離にある信号点は、信号点のグループを形成する。すなわち、これら信号点は、単一の信号点の位置に圧縮される。最終的に残った信号点の数は、６個のみである。勿論、当該アルゴリズムは、以下に簡潔に説明するように、２次元の場合にも同様に適用することができる。

この動的手法において必要となる信号点の数は、明らかに少なく、マザーコンステレーションに対する最大性能の損失が保証される。これにより、信号点の数が減少し、デマッピング部における複雑性も低減する。

一実施形態において、開示の符号化変調装置の変調部は、上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する。上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、長さｖ＝ｓｑｒｔ（Ｍ）／２−１のコンステレーション位置ベクトルｕによって定義される１つまたは複数の以下の表２０−表２２に示すコンステレーションを含むコンステレーションのグループＢから選択された不均一コンステレーションを利用するように構成される。グループＢから選択されたコンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、２箇所以上のコンステレーション位置が、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、同一となる。

グループＢに含まれる不均一コンステレーションを以下の表に示す。

Ｂ）グループＢの圧縮Ｍ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：

不均一ＱＡＭコンステレーションを最適化する場合、信号点のうちいくつかは混合する傾向がある。軟判定対数尤度比（ＬＬＲ）の計算を簡略化することで、ＱＡＭデマッピング部（ＱＡＭマッピング部においても）の複雑性を低減させるために、相互に近くに位置する信号点を意図的に混合させることにより、この傾向を活かすことができる。このようなコンステレーションは、圧縮ＱＡＭコンステレーションと呼ばれる。慎重に選択すれば、非圧縮の不均一コンステレーションと比較した性能の損失も無視することができる。一例として、符号レート６／１５に対して最適化された１０２４−ＱＱＡＭコンステレーションを２６８個の信号点の位置に圧縮することができ、これにより、性能を維持しながらデマッピングの複雑性を低減することができる。

一実施形態において、開示の符号化変調装置の変調部は、上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する。上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、１つまたは複数の以下の表２３−表２５に示すコンステレーションを含むコンステレーションのグループＤから選択された不均一コンステレーションを利用するように構成される。
上記信号点は、ｂ＝Ｍ／４のコンステレーション位置ベクトルｗ_{０…ｂ−１}によって定義され、
信号点の第１のクオーターｘ_{０…ｂ−１}は、ｘ_{０…ｂ−１}＝ｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
信号点の第２のクオーターｘ_{ｂ…２ｂ−１}は、ｘ_{ｂ…２ｂ−１}＝ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
信号点の第３のクオーターｘ_{２ｂ…３ｂ−１}は、ｘ_{２ｂ…３ｂ−１}＝−ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
信号点の第４のクオーターｘ_{３ｂ…４ｂ−１}は、ｘ_{３ｂ…４ｂ−１}＝−ｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
ｃｏｎｊは、複素共役であり、
グループＤから選択されたコンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、２箇所以上のコンステレーション位置は、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、同一となる。

グループＤに含まれる不均一コンステレーションを以下の表に示す。

Ｄ）グループＤの圧縮Ｍ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：

さらに説明するため、図１１は、２７ｄＢのＳＮＲ（図１１Ａ）および８ｄＢのＳＮＲ（図１１Ｂ）に対して最適化された２つの１０２４−Ｎ2−ＮＵＣ、ならびに８ｄＢのＳＮＲ（図１１Ｃ）に対して最適化され、拡大されたＮ2−ＮＵＣを例示的に示す図であり、いくつかの信号点が低ＳＮＲで混合する傾向があることを示している。

図１２は１０ｄＢのＳＮＲ（図１２Ａ）および１５ｄＢのＳＮＲ（図１２Ｂ）に対して最適化された２つの６４−ＱＱＡＭを例示的に示す。矩形のＮ2−ＮＵＣとは対照的に、ＱＱＡＭコンステレーションは、丸い形状を有し、角部近くの信号点を避けることにより、Ｎ2−ＮＵＣと比較してコンステレーションのピーク電力が低減する。大きなＱＱＡＭの信号点は、低ＳＮＲで最適化する際、Ｎ2−ＮＵＣと同様の方法で、混合する傾向がある。これは、例えば、図１２Ａに示す１０ｄＢの標的ＳＮＲで最適化された６４−ＱＱＡＭの内部円にある場合である。

コンステレーションの圧縮は、特に、非常に低いＳＮＲに対して最適化された場合、コンステレーションの最下位ビットを（完全に）パンクチャさせる可能性がある。これは、例えば、０ｄＢのＳＮＲに対して最適化された２５６−Ｎ2−ＮＵＣに対する場合である。これにより１つの象限における６４個の信号点すべてが同一の信号点の位置を有するＱＰＳＫコンステレーションとなる。受信部におけるこのようなコンステレーションをデマッピングする場合、最初の２ビットを４つの異なる信号点の位置を用いて復元させることができる。符号化されていないシステムの場合、残りの下位６ビットを復元することができない。しかしながら、当該上位２ビットの情報に基づいて残りのビットを補正することができる最新鋭の前方誤り訂正符号によるＢＩＣＭチェーンを用いることで、当該６ビットを復元することができる。したがって、例えば、様々なＤＶＢ規格に従ったシステムに従来用いられるこのようなＢＩＣＭチェーンは、本発明に係る通信システムの送信部および受信部において使用するのが好ましい。好ましくは、このようなＢＩＣＭチェーンは、コンステレーションの最適化を行う際に使用され、ＢＩＣＭ容量は、当該最適化処理における標的容量であると仮定する。あるいは、上記極端な例において、デマッピングの複雑性が増加するのを避けるために、１つのコンステレーションシンボルにつき２ビットのみを伝送するＱＰＳＫコンステレーションを直接送信することも可能である。しかしながら、より高いＳＮＲに対して、非常に高い次数を有する圧縮された不均一コンステレーションを送信することは、より小さい次数の不均一コンステレーションと比較して、性能面で有利である。

さらに別の実施形態において、開示の符号化変調装置の変調部は、上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する。上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、原点周りのある角度での回転によりグループＡ、Ｂ、Ｃ、またはＤから選択されたコンステレーションから得られた不均一コンステレーションを利用するように構成される。言い換えれば、１つまたは複数の以下の「不変変換」は、マッピングの特性に影響しない。
１．すべてのシンボルの任意の角度?での回転
２．ｍ番目のビットｙ＿ｍ＝ｂ∈｛０、１｝のｙ＿ｍ＝￣ｂへの反転（「￣」は反転を示す）
３．ビット位置ｙ＿ｋ１およびｙ＿ｋ２の置換
４．Ｒｅ｛ｘｌ｝軸および／またはＩｍ｛ｘｌ｝軸における鏡映

さらに別の実施形態において、開示の符号化変調装置の変調部は、上記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する。上記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、コンステレーション位置ベクトルｗ_０…Ｍ−で定義される１つまたは複数の以下の表２６−表３４に示すコンステレーションを含むコンステレーションのグループＥから選択された不均一コンステレーションを利用するように構成される。このようなコンステレーションは、ＱＱＡＭから直接的な方法を用いて対称性により記述することができない。したがって、Ｍ個の入力を有する完全なコンステレーション位置ベクトルを用いる。

グループＥに含まれる不均一コンステレーションを以下の表に示す。

Ｅ）グループＥのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：

グループＥから選択されたコンステレーションは、ＤＶＢ−Ｓ２規格またはその拡張規格であるＤＶＢ−Ｓｘに従った符号化および変調を行うために使用するのが好ましい。ＤＶＢ−ＳｘベースラインシステムからのＬＤＰＣ符号およびビットインターリーバ設定とともにコンステレーションを用いることができるように特に注意する。

例えば符号レート「ｘ／３０」の符号のような、まだＤＶＢ−Ｓｘの一部ではないＬＤＰＣ符号のためにコンステレーションが提案されるときはいつでも、ＤＶＢ−Ｓ２のようなビットインターリーバが可能なように当該コンステレーションが最適化される。これは、６４ｋのＬＤＰＣ符号に対するＤＶＢ−Ｓ２（Ｓ２からの符号レート３／５を除く）で用いられるのと同じインターリーブ規則を適用できることを意味する。ブロックインターリーバは、列方向で書き込まれ、行方向で読み出される。各行は、左から右へ読まれる。これは、ビットインターリーバのパターンに関して、ＤＶＢ−Ｓｘベースラインについて上述したように、ビットインターリーバのパターン［０、１、２、…Ｍ−１］に対応する。Ｍはビット／ＱＡＭシンボルの数であり、例えば、８点のコンステレーションに対してＭ＝３であり、１６点のコンステレーションに対してＭ＝４である。

なお、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥのコンステレーションが最適化される符号レートは、ＬＤＰＣエンコーダの符号レートである。しかしながら、合計した符号レートは、追加ＢＣＨエンコーダの使用により、実際は、それより小さい可能性がある。

図１３は、符号レートＲ＝１００／１８０または１０４／１８０に対する８−ＮＵＣについてのグループＥから選択されたコンステレーションを示す図である。対応する信号点ベクトルは、ｗ＝（−０．２３３０、−０．５４１４-０．８７１２ｉ、−０．５４１４＋０．８７１２ｉ、−１．３５７０、０．２３３０、０．５４１４-０．８７１２ｉ、０．５４１４＋０．８７１２ｉ、１．３５７０）である。

図１４は、衛星を介したデジタルビデオブロードキャスチングに関する規格に使用することができる上述の不均一８変数ＱＡＭコンステレーションに対するシェーピングゲインを示す図である。曲線は、ＡＷＧＮチャネル、５０ＬＤＰＣ反復後のビットエラーレートおよびフレームエラーレート（ＢＥＲ、ＦＥＲ）、ならびに外部ＢＣＨ復号化という条件を適用することにより得られた。また、６４ｋのＬＤＰＣ符号を用いた（符号長＝６４８００）。図１４は、ＢＥＲ（実線）およびＦＥＲ（破線）を示す曲線を含む。さらに、ベースラインコンステレーションを利用する公知の規格で用いられる従来のコンステレーションについての曲線や、上述の８変数ＱＡＭに対するＮＵＣについての曲線もある。より低いＳＮＲで、同じＢＥＲまたはＦＥＲを実現できることが分かる。符号レート１３／１８に対して、最も良い結果が得られる。提案されたコンステレーションは、従来のコンステレーションよりも０．５５ｄＢ低いＳＮＲで動作する。曲線は、このオフセットで、最適化されたコンステレーションによりほぼ平行に左シフトされる。符号レート２５／３６に対して、０．５ｄＢのゲインが実現される。

図１５は、開示のコンステレーションが最適化されるＬＤＰＣ符号の例を示す。コード長および符号レートは、各符号に対して与えられる。

なお、本発明は、コンステレーションの選択および／または使用のために利用できる表に示すコンステレーションのグループが少ない符号化変調装置、コンステレーションの選択および／または使用のために利用できる表に示すコンステレーションの数が少ない符号化変調装置、コンステレーションの選択および／または使用のために利用できる符号レートおよび／またはＭの値が小さいコンステレーションを表に含む符号化変調装置、および／またはコンステレーションの選択および／または使用のために利用できる開示のすべてのコンステレーションから（単一の）コンステレーションのみが選択される符号化変調装置の実施形態を含むと理解される。

本発明の多くの変更および変形が、上記技術に照らして可能である。したがって、本発明は、本明細書に具体的に記載されていなくても（例えば、ＮＵＣ位置ベクトルがより小さい数字に丸められる場合）、添付の特許請求の範囲内において実施することができると理解される。

特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の構成要素またはステップを排除せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数であることを排除しない。単一の構成要素または他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されたいくつかのアイテムの機能を発揮することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

本発明の実施形態は、ソフトウェア制御型データ処理装置によって、少なくとも部分的に実施されるものとして記載する限りにおいて、そのようなソフトウェアを有する光ディスク、磁気ディスク、半導体メモリ等の非一時的な機械可読媒体も本発明の一実施形態を表すと考えられることが理解される。さらに、このようなソフトウェアを、他の形態で配信することができる。例えば、インターネットを介して、または他の優先もしくは無線の電気通信システム等により、このようなソフトウェアを配信することができる。

１つまたは複数の構成要素を実施するために用いることができる回路は、電子部品の構造的な組み合わせであり、従来の回路要素、特定用途向け集積回路等の集積回路、標準の集積回路、特定用途用標準品、およびフィールドプログラマブルゲートアレイを含む。さらに、回路は、中央処理装置、グラフィックスプロセッシングユニット、およびプログラム化されたマイクロプロセッサまたはソフトウェア符号に従って構成されたマイクロプロセッサを含む。回路は、上述のハードウェア実行ソフトウェアを含むが、純粋なソフトウェアを含まない。

特許請求の範囲において用いられる参照符号は、当該特許請求の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (9)

1. 入力データをセルワードに符号化するエンコーダと、
   前記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する変調部と、
   を具備する符号化変調装置であって、
   前記変調部は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、
   ｉ）長さｖ＝ｓｑｒｔ（Ｍ）／２−１のコンステレーション位置ベクトルｕで定義される以下の表１−表８に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＡまたはグループＢから選択された不均一コンステレーション、
   ｉｉ）以下の表９−表１５に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＣまたはグループＤから選択された不均一コンステレーション、
   ｉｉｉ）以下の表１６−表２４に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＥから選択された不均一コンステレーション、または
   ｉｖ）原点周りのある角度での回転、すべての信号点に対するビットラベルの反転、ビット位置の置換、および／または前記信号点に対する予歪により、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、またはＥのいずれかのグループのＭＱＡＭ不均一コンステレーションから得られた不均一コンステレーション
   を使用するように構成され、
   前記グループＢから選択された不均一コンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、２箇所以上のコンステレーション位置が同一となり、
   前記グループＣまたはグループＤの不均一コンステレーションにおいて、
   前記信号点は、ｂ＝Ｍ／４のコンステレーション位置ベクトルｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
   信号点の第１のクオーターｘ_{０…ｂ−１}は、ｘ_{０…ｂ−１}＝ｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
   信号点の第２のクオーターｘ_{ｂ…２ｂ−１}は、ｘ_{ｂ…２ｂ−１}＝ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
   信号点の第３のクオーターｘ_{２ｂ…３ｂ−１}は、ｘ_{２ｂ…３ｂ−１}＝−ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
   信号点の第４のクオーターｘ_{３ｂ…４ｂ−１}は、ｘ_{３ｂ…４ｂ−１}＝−ｗ_{０…ｂ−１}、で定義され、
   ｃｏｎｊは、複素共役であり、前記グループＤから選択された不均一コンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、２箇所以上のコンステレーション位置が同一となり、または
   前記グループＥにおいて、前記信号点は、コンステレーション位置ベクトルｗ_{０…Ｍ−１}、で定義され、
   前記グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥの異なるコンステレーションにおけるコンステレーション位置ベクトルは、以下の表１−表２４に示すように定義され、前記符号レートのそれぞれの値Ｒは、符号レートＲ±１／３０の範囲にあると理解される
   符号化変調装置。
   Ａ）グループＡのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｂ）グループＢの圧縮Ｍ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｃ）グループＣのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｄ）グループＤの圧縮Ｍ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｅ）グループＥのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   
2. 請求項１に記載の符号化変調装置であって、
   前記エンコーダは、前方誤り訂正符号エンコーダ、特にＬＤＰＣ符号エンコーダまたはターボ符号エンコーダである
   符号化変調装置。
3. 請求項１に記載の符号化変調であって、
   前記エンコーダは、前記変調部が用いるコンステレーションの符号レートに対応する符号レートを有する、図１４に記載の符号を用いるＬＤＰＣエンコーダである
   符号化変調装置。
4. 入力データをセルワードに符号化し、
   前記セルワードを不均一コンステレーションのコンステレーション値に変調する、
   符号化変調方法であって、
   前記変調は、コンステレーションの信号点の総数Ｍおよび符号レートに基づいて、
   ｉ）長さｖ＝ｓｑｒｔ（Ｍ）／２−１のコンステレーション位置ベクトルｕで定義される以下の表２５−表３２に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＡまたはグループＢから選択された不均一コンステレーション、
   ｉｉ）以下の表３３−表３９に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＣまたはグループＤから選択された不均一コンステレーション、
   ｉｉｉ）以下の表４０−表４８に示す１つまたは複数のＭＱＡＭ不均一コンステレーションを含むコンステレーションのグループＥから選択された不均一コンステレーション、または
   ｉｖ）原点周りのある角度での回転、すべての信号点に対するビットラベルの反転、ビット位置の置換、および／または前記信号点に対する予歪により、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、またはＥのいずれかのグループのＭＱＡＭ不均一コンステレーションから得られた不均一コンステレーション
   を使用することを含み、
   前記グループＢから選択された不均一コンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、２箇所以上のコンステレーション位置が同一となり、
   前記グループＣまたはグループＤの不均一コンステレーションにおいて、
   前記信号点は、ｂ＝Ｍ／４のコンステレーション位置ベクトルｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
   信号点の第１のクオーターｘ_{０…ｂ−１}は、ｘ_{０…ｂ−１}＝ｗ_{０…ｂ−１}で定義され、
   信号点の第２のクオーターｘ_{ｂ…２ｂ−１}は、ｘ_{ｂ…２ｂ−１}＝ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
   信号点の第３のクオーターｘ_{２ｂ…３ｂ−１}は、ｘ_{２ｂ…３ｂ−１}＝−ｃｏｎｊ（ｗ_{０…ｂ−１}）で定義され、
   信号点の第４のクオーターｘ_{３ｂ…４ｂ−１}は、ｘ_{３ｂ…４ｂ−１}＝−ｗ_{０…ｂ−１}、で定義され、
   ｃｏｎｊは、複素共役であり、前記グループＤから選択された不均一コンステレーションの１つまたは複数のコンステレーション位置ベクトルにおいて、最適化済みの前コンステレーション位置の圧縮により、２箇所以上のコンステレーション位置が同一となり、または
   前記グループＥにおいて、前記信号点は、コンステレーション位置ベクトルｗ_{０…Ｍ−１}、で定義され、
   前記グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥの異なるコンステレーションにおけるコンステレーション位置ベクトルは、以下の表２５−表４８に示すように定義され、前記符号レートのそれぞれの値Ｒは、符号レートＲ±１／３０の範囲にあると理解される
   符号化変調方法。
   Ａ）グループＡのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｂ）グループＢの圧縮Ｍ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｃ）グループＣのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｄ）グループＤの圧縮Ｍ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   Ｅ）グループＥのＭ−ＱＡＭ不均一コンステレーション：
   
5. 入力データをコンステレーション値に符号化する請求項１に記載の符号化変調装置と、
   前記コンステレーション値を送信対象の１つまたは複数の送信ストリームに変換するコンバータと、
   前記１つまたは複数の送信ストリームを送信する送信部と
   を具備する送信装置。
6. 入力データをコンステレーション値に符号化および変調する請求項４に記載の符号化変調方法を含む送信方法であって、
   前記コンステレーション値を送信対象の１つまたは複数の送信ストリームに変換し、
   前記１つまたは複数の送信ストリームを送信する
   送信方法。
7. コンピュータ上で実行されたときに、前記請求項４に記載の符号化変調方法の各ステップを前記コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム符号手段を含むコンピュータプログラム。
8. プロセッサにより実行されたときに、請求項４に記載の符号化変調方法を実行させるコンピュータプログラムを記憶した非一時的コンピュータ可読記録媒体。
9. １つまたは複数の請求項５に記載の送信装置と、１つまたは複数の受信装置とを具備する
   通信システム。