JP4174030B2 - コセットと強調的にコード化されたコセット識別子とを組み合わせることにより直交振幅変調を実行するシステムおよび方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バイナリ・エラー訂正コード（ターボ・コード等）とＱＡＭ（直交振幅変調）、ＰＳＫ（位相シフトキーイング）、ＰＡＭ（パルス振幅変調）等のマルチレベル信号セットとを組み合わせるためのシステムと方法に関する。
バイナリ・エラー訂正コード（ターボ・コード等）とマルチレベル信号セット（ＱＡＭ等）とを組み合わせる従来のシステム及び方法は、典型的には図１が描くように動作する。入力データは、例えばターボ符号化を使用して符号化される。符号化された出力は、典型的にはグレー・マッピングであるＱＡＭコンステレーション・マッピングを使用して、一度にｍビットずつＱＡＭコンステレーションにインタリーブされかつマッピングされる。結果は、チャネル上で送信される。受信機では、ＱＡＭデマッピングが実行され、続いてターボ復号化が実行される。
これらのスキームでは、ターボ復号化は２ステージで達成される。最初に、ビットに対応する確率値が、対応するコンステレーション・ポイントの確率を合計することによって抽出される。これらのビット確率値は、次いで従来型のターボ・デコーダに送られ、反復して復号される。これらの方法は、コンステレーションのサイズに伴って確率値の抽出ステップが必要になることから複雑さが増す。さらに、（同じコンステレーションにマッピングされる隣接ビット間の依存性を低減するために）バイナリ・エンコーダとコンステレーションとの間に要求される付加的なインタリーブ・ステージは、全体的なシステムの複雑さを増大させる。これらのスキームのコーディング利得がスペクトル効率の増大に伴って低下するということは周知である。
不都合にも、ＱＡＭの雑音は、訂正不可能であると思われる多くのビット・エラーをもたらす可能性がある。例えば、１シンボルにつき１０ビットを表示する能力のある１０２４ポイントを有するコンステレーションでは、マッピングにおける１つのエラーによって１０ビット全体がエラーになる可能性がある。最新のシステムは、類似するビット・シーケンスを互いに近接するコンステレーション・ポイントにマッピングしてこの問題点を幾分か緩和している。グレー・マッピングは、その一例である。
グレー・マッピングに関わらず、このようなシステムによって達成されるエラー率は未だ、シャノンの符号化定理により理論上達成可能とされる限界値よりも大幅に少ない。ＱＡＭサイズの増大に伴って、コーディング・ロスは顕著なものとなる。
本発明のある広範な態様は、データ・エレメントのストリームを符号化する方法を提供する。本方法は、データ・エレメントのストリームを第１のストリームと第２のストリームとに分割することと、第１のストリームを、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて符号化して第１の符号化されたストリームを生成することと、第１の符号化されたストリームと第２のストリームを基礎とする第３のストリームとの組合せを使用してコンステレーション・マッピングを実行することを含む。
幾つかの実施形態では、コンステレーション・マッピングは第３のストリームのマッピングにおいてグレー・マッピングを実行する。
幾つかの実施形態では、第３のストリームは第２のストリームと同一である。
幾つかの実施形態では、本方法はさらに、第１のストリームに使用されるものより弱い符号化を使用して第２のストリームを符号化し、第３のストリームを生成することを含む。
幾つかの実施形態では、本方法はさらに、第２のストリームにシェーピングを実行して第３のストリームを生成することを含む。
幾つかの実施形態では、本方法はさらに、第１のストリームを符号化する際に使用されるものより弱い符号化を使用して第２のストリーム上でシェーピング及びチャネル・コーディングを実行し、第３のストリームを生成することを含む。
幾つかの実施形態では、ハフマン・ツリーを基礎とするアドレッシング・スキームを使用してシェーピングが実行され、実質的なガウス振幅分布が取得される。
幾つかの実施形態では、複数のコンステレーション・ポイントを備える所与の信号コンステレーションに対してコンステレーション・シェーピングを実行することは、コストを複数のコンステレーション・ポイントの各々に関連づけることと、ブロックのハイアラーキを画定することを含み、前記ハイアラーキは少なくとも最初の層と最後の層とを備える複数の層を有し、各層は先行する各層より少ないブロックを有し、前記最初の層は、全てのコンステレーション・ポイントをコストに従って順序付け、次にコンステレーション・ポイントの最低コストのグループを第１のシェーピング・パーティションに割付け、コンステレーション・ポイントの２番目に低いコストのグループを第２のシェーピング・パーティションに割り付ける、等々とコンステレーション・ポイントの最高コストのグループが最後のシェーピング・パーティションに割り付けられるまで割り付けを行なうことによって形成され、各シェーピング・パーティションには、そのシェーピング・パーティションにおけるコンステレーション・ポイントのコストを基礎としてコストが割り付けられ、各シェーピング・パーティションは最初の層ブロックであり、他の各層におけるエレメントは先行する層の２つのブロックを組み合わせることによって形成され、かつ先行する層の２つのブロックのコストを基礎としてコストが割り付けられ、各層のブロックはコストに従ってエレメントの１つで構成され、もしくはコストに従ってエレメントのグループで構成され、最後の層は複数のエレメントを備える単一のブロックを有し、シェーピング利得は最後の層のエレメントのサブセットへマッピングすることのみによって達成される。
幾つかの実施形態では、コンステレーション・マッピングは、前記コンステレーション・マッピングの最下位ビットの第１の符号化されたストリームのデータ・エレメントを使用し、かつコンステレーション・マッピングは前記コンステレーション・マッピングの最上位ビットの符号化されたストリームのデータ・エレメントを使用する。
幾つかの実施形態では、本方法はさらに、複数のコンステレーション・ポイントを備える信号コンステレーションを画定することと、各コセット内のコンステレーション・ポイント間の最小距離が信号コンステレーション内の任意のコンステレーション・ポイント間の最小距離より大きくなるように複数のコンステレーション・ポイント内の複数のコセットを画定することと、第１の符号化されたストリームを使用して前記複数のコセットのコセット・シーケンスを識別しかつ第３のストリームを使用して前記第１の符号化されたストリームによって識別されたコセット・シーケンスの個々のコセット内のコンステレーション・ポイント・シーケンスを識別することにより前記コンステレーション・マッピングを実行することを含む。
幾つかの実施形態では、各コセット内のコンステレーション・ポイントのラベルはグレー・マッピングされる。
幾つかの実施形態では、コンステレーション・マッピングは、前記コンステレーション・マッピングの最下位ビットの第１の符号化されたストリームのデータ・エレメントを使用し、かつコンステレーション・マッピングは前記コンステレーション・マッピングの最上位ビットの符号化されたストリームのデータ・エレメントを使用する。
幾つかの実施形態では、複数のコンステレーション・ポイントは規則的なアレイを備え、各コセットは規則的なアレイ内に等間隔で配置された個々のポイント・セットを備える。
本発明の別の広範な態様は、入力ストリームを第１のストリームと第２のストリームとに分割するように適合化されたデマルチプレクサと、第１のストリームを、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて符号化して第１の符号化されたストリームを生成するように適合化された第１のエンコーダと、第１の符号化されたストリームと第２のストリームを基礎とする第３のストリームとの組合せを使用してコンステレーション・マッピングを実行するように適合化されたコンステレーション・マッパとを有する送信機を提供する。
本発明の別の広範な態様は、受信された信号のデマッピングを実行して第１のサブストリームを抽出するように適合化された第１のコンステレーション・デマッパと、第１のサブストリームの復号化を実行して復号されたサブストリームを生成するように適合化されたデコーダと、復号されたサブストリームを、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて再符号化して、それぞれ２ビット以上のビット数を有するコセット識別子のシーケンスを生成するように適合化されたリエンコーダと、コセットのシーケンスによって識別されたコンステレーション・ポイントのコセット内で受信された信号のコンステレーション・デマッピングを実行して第２のサブストリームを抽出するように適合化された第２のコンステレーション・デマッパとを有する受信機を提供する。
本発明の別の広範な態様は、データ・エレメントのストリームを第１のストリームと第２のストリームとに分割するための手段と、第１のストリームを、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて符号化して第１の符号化されたストリームを生成するための手段と、第１の符号化されたストリームと第２のストリームを基礎とする第３のストリームとの組合せを使用してコンステレーション・マッピングを実行するための手段とを有する送信機を提供する。
これまでに要約した実施形態または後述の実施形態は何れも、例えばディスク等のメモリ記憶媒体である適切なコンピュータ読取り可能媒体上に実装されることが可能である。これらはまた、数例を挙げると汎用プロセッサ、カスタム・プロセッサまたはＦＰＧＡ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣのような任意の適切な処理プラットフォームにおいて実装されることも可能である。
次に、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図２−１を参照すると、本発明の第１の実施形態がブロック図の形式で示されている。図中には、概して８０で示された送信機／エンコーダ機能と、本例の目的に沿って帯域が制限されたＡＷＧＮチャネルであることが想定され得る、概して９８で示されたチャネルと、概して８２で示された受信機／デコーダ機能とが示されている。
送信機／エンコーダは入力ストリーム８４を捉え、ビット・デマルチプレクサ８５を使用してこれを各々Ｌ1及びＫ1ビット幅である第１及び第２の並行するストリーム８６、８８に分割する。第２のストリーム８８は、ターボ・エンコーダ９０によってＫ2ビット・ストリームを製造するためにターボ符号化されるか、より一般的には、第１のストリーム８６に対して使用される図示された例ではエンコーディングを保有しない任意のエラー訂正コーディングより強力である何らかのタイプのエンコーディングによって符号化される。好適には、基調を成すターボ・コードは、好適にはコセットを選択するために使用されるシンボルにグループ化されたビット（２ビットのシンボル・サイズが好適である）をインタリーブするシンボルを基礎とするターボ・コードである。コンステレーション・セレクタ９６（コンステレーション・マッパとも称される）は、入力ビット・セットを信号コンステレーション内の個々のコンステレーション・ポイントにマッピングすることにより信号コンステレーションを実装する。コンステレーション・セレクタ９６によってマッピングされるコンステレーションの信号セットは、シンボルを基礎とするターボ・コードのビット（シンボル）グループによって選択されるべきコセットに区別化される。例えば、ターボ・コードはビットをペアにしてインタリーブすることが可能であり、コンステレーションは２ビットのシンボルを基礎とするターボ・コードによって選択されるべき４つのコセットに区分化されたＰＡＭ信号セットであることが可能である。２シンボルを基礎とするインタリーブによる２ビット例の特性は、Ｂｉｎｇｅｍａｎ外に付与されかつ本出願と同じ譲受人に譲渡された、本参照によりそのまま開示に含まれる「シンボルを基礎とするターボ・コード」と題する米国特許第６，２９８，４６３号に提示されている。第２の並行ビット・ストリームに関しては、Ｋ1／Ｒ＝Ｋ2であり、ここでＲはターボ・コードのコーディング・レートである。２つのストリーム８６、９１はビット・マルチプレクサ９７において合わせてマルチプレクスされ、ビット・マルチプレクサ９７の出力は、図２−２を参照して例示的に後述するように動作するコンステレーション・セレクタ９６へ入力される。コンステレーション・セレクタ９６は、例えばＱＡＭ、ＰＡＭ、ＰＳＫまたはその他の任意の適切なコンステレーションを実装することができる。或いは、コンステレーション・セレクタ９６への２つの別個の入力が使用される場合もある。
コンステレーション・セレクタ９６は、２L2×２K2の可能コンステレーション・ポイント集合にマッピングを行う。上述の方法におけるビット・ストリーム分割の物理的解釈は、利用可能なコンステレーション・ポイントは各々が２L2個のコンステレーション・ポイントを含む２K2個の異なるコセットに分割されるというものである。このようなコセットの単純例は、ＱＡＭ変調に関する図２−２に示されている。この例では、Ｌ2＝２及びＫ2＝２であって１６ＱＡＭコンステレーション４０が存在し、これが、各々２L2＝４個のコンステレーション・ポイントを含む２K2＝４個のコセット４２、４４、４６、４８に分割される。このケースでは、マッピングへの入力は４ビット｛ｌ0，ｌ1，ｋ0，ｋ1｝であり、このうちのｌ0、ｌ1は符号化されていないストリームを起源とする最上位のビットであり、ｋ0、ｋ1は符号化されたストリームを起源とする最下位のビットである。４９で指示された最下位のビットは、４つのコセット４２、４４、４６、４８のうちの１つを選択するために使用される。５１で指示された最上位のビットは、最下位のビットによって識別されたコセット内の１ポイントを選択するために使用される。本図は、最下位のビットによってコセット４２が選択されるケースを示したものである。より一般的には、コンステレーション・セレクタ９６のマッピングは、コンステレーション・ポイント・ラベルのビットの所与のサブセット（例えば最下位のビット）に対してターボ符号化されたストリームのデータ・エレメントを使用し、かつコンステレーション・セレクタ９６は、コンステレーション・ポイント・ラベルの残りのビット（例えば最上位のビット）に対して残りのストリームのデータ・エレメントを使用する。
ターボ符号化されたストリーム９１のデータ・エレメントは、コセット識別子のストリームとして使用される。第１のストリーム８６のデータ・エレメントは、コセット・シーケンス内のポイントを識別するために使用される。好適には、第１のストリーム８６の所与のコセットへのマッピングにはグレー・マッピングが使用される。これは、本マッピングが、１ビットだけ異なるビット・パターンをコセット内の隣接するシンボルに確実にマッピングすることを含む。これは実質上のラベリング・コンベンションであり、グレー・コーディング・ステップまたはグレー・デコーディング・ステップは存在せず、これらは本質的にコンステレーション・ポイントのためのラベル選択によって管理される。
図２−１及び後続の図においては、様々な機能ブロックが別々に示されていることが留意される。より一般的には、これらのブロックは１つまたは複数の物理的ブロックの任意の集合において実装されることが可能であり、かつ例えば汎用プロセッサ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたは他の処理プラットフォームにおいて実装されることが可能である。
効果的には、所与のコセット内のコンステレーション・ポイントの最小距離は、全体としてはコンステレーション内のコンステレーション・ポイントの最小距離より遙かに大きいことが可能である。
図２−１における受信機／デコーダ８２では、まず、コンステレーション・デマッパ１０８においてＫ2個のターボ・コード化されたビットのみのコンステレーション・デマッピングが実行される。ターボ復号化は、ターボ・デコーダ１０２によって実行されてＫ1個の最下位のビットがターボ復号化され、Ｋ1ビットの復号化されたストリームが生成される。ターボ・デコーダを初期化するために必要な確率値は、例えば各コセット内のコンステレーション・ポイントの確率を加算することによって計算されることが可能であり、次いで従来の反復的な復号手順がこれに続く。次にこれは、入力におけるターボ・エンコーダ９０と同一であるターボ・エンコーダ１０４を使用して再度符号化される。これはＫ2ビット幅のシーケンスを生成し、これがコセット識別子のシーケンスとして出力される。これらは、コセット・セレクタ１０７によってコセットを選択するために使用され、これにより最上位のビットのコンステレーションとして使用されるポイント・セットが識別される。次に、こうして選択されたコセットを基礎として、Ｌ2個の最上位ビットがコンステレーション・ソフト・デマッピング１１１によりデマッピングされる。判定ブロック１１０では硬判定が下され、Ｌ2＝Ｌ1ビット出力がビット・マルチプレクサ１１２へ供給される。ターボ・デコーダ１０２のＫ1ビット出力もまたビット・マルチプレクサ１１２には供給され、ビット・マルチプレクサ１１２の出力は回復されたビット・ストリームになる。
図２−３には、１６ＰＡＭコンステレーションが使用された幾つかの例示的なパフォーマンス結果が示されている。最下位ビット・グループ（ターボ符号化されたグループ）の容量は曲線７２にプロットされ、最上位ビット・グループの容量は曲線７０にプロットされている。組み合わされたチャネルの容量は曲線７４にプロットされ、ＡＷＧＮの理論上のシャノン限界は曲線７６に示されている。図２−４には、４ＰＡＭに関する同様の結果が示されている。図２−５及び図２−６には、ビット・エラー率パフォーマンスの２例が示されている。図２−５は、インタリーバ・サイズＮ＝２０００（ビット）を有するレート４／６ ６４ＱＡＭ（４ビット／秒／Ｈｚのスペクトル効率）に関するターボ・コード化されたＱＡＭのＢＥＲに適用される。図２−６は、インタリーバ・サイズＮ＝２０００（ビット）を有するレート１２／１４ １６３８４ＱＡＭ（１２ビット／秒／Ｈｚのスペクトル効率）に関するターボ・コード化されたＱＡＭのＢＥＲに適用される。
次に図３を参照すると、本発明の第２の実施形態がブロック図の形式で示されている。この実施形態は、図２−１の実施形態と共通のブロックを多く有し、このようなブロックには同じ参照番号が付されている。この実施形態は、送信機／エンコーダ８０におけるビット・デマルチプレクサ８５とビット・マルチプレクサ９７との間のチャネル・エンコーダ８９を特徴とする。チャネル・エンコーダ８９は、例えばビット・マルチプレクサ８５によって出力されたＬ1ビットのストリーム上でブロック・コーディングを実行してＬ2ビットのチャネル・コーディングされたストリームを生成し、次にこれがビット・マルチプレクサ９７へ入力される。このケースでは、Ｌ2＝Ｌ1である第１の実施形態の場合とは違ってＬ2＝Ｌ1／Ｒ2である。但し、Ｒ2はチャネル・エンコーダ８９に実装されるコードのレートである。
先と同様に、第２の並行するストリーム８８はターボ・エンコーダ９０によって符号化されるか、より一般的にはチャネル・エンコーダ８９で使用されるものより強力な何らかのタイプのエンコーディングによって符号化される。図示された例においてブロック符号化が使用されている場合、より一般的には、第２の並行するビット・ストリーム８８に使用されるものより弱い任意のエンコーディングを使用することができる。次に、先の実施形態と同様に、チャネル符号化されたビット・ストリーム８８を使用して、ターボ符号化されたビット・ストリームによって識別されたコセット・シーケンス内のコンステレーション・ポイントが選択される。
受信機／デコーダ８２においては、ターボ・コード化されたビット・ストリームの処理は、上述の第１の実施形態の場合と同じである。但し、チャネル符号化されたストリームに関しては、コンステレーション・ソフト／デマッピング関数１０８は、この場合ソフト及び／またはハード・デマッピング関数１１１であることが可能である。これに続くチャネル・デコーダは、レートＲ2で復号化を行い、ビット・マルチプレクサ１１２へ入力されるＬ2ビット・ストリームを生成する。
次に、図４を参照して、本発明の別の実施形態について説明する。この実施形態もやはり、図２−１の実施形態と共通のブロックを多く共有し、これらのブロックには同じ参照番号が付されている。送信機／エンコーダ８０側には、任意選択として上述のようにレートＲ2でチャネル・コーディングを実行するチャネル・エンコーダ８９が存在し、かつシェーピング・ビットをシェーピング・パーティション・シーケンスへマッピングすることによってコンステレーション・シェーピングを実行するコンステレーション・シェーピング・ブロック１１３が存在する。ブロック８９、１１３の順序は反対でもよいが、好適な順序は図の通りである。コンステレーション・シェーピング・ブロック１１３の出力はＬ1’ビット・ストリームであり、チャネル・エンコーダ８９の出力はＬ2ビット・ストリーム９３であって、これは先述の通り、ターボ・エンコーダ９０によって発生されたコセット識別子のシーケンスと共にビット・マルチプレクサ９７へ入力される。ビット・デマルチプレクサ８５によって出力される第２のストリームの処理は、先の２つの実施形態の場合と同じである。
コンステレーション・シェーピング・ブロック１１３の包含は、コセットの性質を幾分か変える。先の実施形態では、異なるコセットは静止エンティティであったが、この実施形態では、異なるコセットはコンステレーション・シェーピング・ブロック１１３によってシェーピングされる。言い替えれば、（図４における）Ｌ2ビットはシェーピング・パーティションのシーケンスを選択し、次いでターボ・コード化されたビットが各シェーピング・パーティション内のコセットを選択する。これは、各シェーピング・パーティションが各コセットから同数のポイントを包含する限り、可能であることが保証される。以下、図５を参照して詳細例を提示する。シェーピング技術は、様々なものを使用可能である。本出願と提出日が同じ２００２年８月２３日である本発明の譲受人に譲渡された「マルチキャリア変調におけるピーク電力を軽減するシステムおよび方法」と題する米国特許出願番号第10/226,175号(米国特許第7,151,804号として発行)は、使用されることが可能なシェーピング方法を開示している。この出願は、本参照によりその全体が開示に含まれる。
前記出願は、複数のコンステレーション・ポイントを備える信号コンステレーションのためのコンステレーション・シェーピングの実行方法を教示している。前記方法は、コストを複数のコンステレーション・ポイントの各々に関連づけることと、ブロックのハイアラーキを画定することを含み、前記ハイアラーキは少なくとも最初の層と最後の層とを備える複数の層を有し、各層は先行する各層より少ないブロックを有し、前記最初の層は、コストによって全てのコンステレーション・ポイントを順序付け、次にコンステレーション・ポイントの最低コストのグループを第１のシェーピング・パーティションに割付け、コンステレーション・ポイントの２番目に低いコストのグループを第２のシェーピング・パーティションに割り付ける、等々とコンステレーション・ポイントの最高コストのグループが最後のシェーピング・パーティションに割り付けられるまで複数のシェーピング・パーティションを含む分割を行なうことによって形成され、各シェーピング・パーティションには、そのシェーピング・パーティションにおけるコンステレーション・ポイントのコストを基礎としてコストが割り付けられ、各シェーピング・パーティションは最初の層ブロックであり、他の各層におけるエレメントは先行する層の２つのブロックを組み合わせることによって形成され、かつ先行する層の２つのブロックのコストを基礎としてコストが割り付けられ、各層のブロックはコストに従ってエレメントの１つで構成され、もしくはコストに従ってエレメントのグループで構成され、最後の層は複数のエレメントを備える単一のブロックを有し、シェーピング利得は最後の層のエレメントのサブセットへマッピングすることのみによって達成される。
幾つかの実施形態では、各コンステレーション・ポイントに割り付けられるコストはそのエネルギーである。
幾つかの実施形態では、少なくとも幾つかの層ブロックは、先行層の単純に順序替えされて組み合わされたブロックである。
幾つかの実施形態では、ブロックが先行層の順序替えされて組み合わされたブロックのグループである層に関しては、全てのグループが同じサイズである。
幾つかの実施形態では、ブロックが先行層の順序替えされて組み合わされたブロックのグループである少なくとも１つの層において、グループは異なるサイズを有する。
前記方法はさらに、入力ビット・セットの第１のサブセットを適用して最高層のブロックにおけるエレメントを識別することと、入力ビット・セットの後続のサブセットを適用して後続の層におけるブロックを識別することを含み、特定のシェーピング・パーティションは第１の層において識別され、かつ前記第１の層において、入力ビットの最後のサブセットを適用して前記第１の層において識別された特定のシェーピング・パーティション内の特定の信号コンステレーション・ポイントを識別することによってアドレッシングを実行することを包含可能である。
幾つかの実施形態では、ハフマン・ツリーを基礎とするアドレッシングが使用される。他の実施形態では、固定されたツリーを基礎とするアドレッシングが使用される。
幾つかの実施形態では、２５６ポイントのコンステレーションが使用され、各々が１６個のコンステレーション・ポイントを備える１６層１パーティションが存在し、各々が１６エレメントを含む８層２ブロックが存在し、各々が８エレメントを含む４層３ブロックが存在し、前記８エレメントはサイズ｛１６，１６，３２，３２，３２，３２，３２，６４｝を有し、各々が６４エレメントを含む２層４ブロックが存在し、４０９６エレメントを含む１層５ブロックが存在する。
幾つかの実施形態では、入力ビットは複数のデータ・ビットと少なくとも１つのダミー・ビットとを備え、前記方法はさらに、前記少なくとも１つのダミー・ビットの値の各順列に関して１６の方法を反復することを含む。
幾つかの実施形態では、複数の信号コンステレーションの各々に関して前記方法が反復され、各信号コンステレーションについて複数のシェーピングされた出力が個々に生成される。次に、複数のシェーピングされた出力の各々から個々に単一のシェーピングされた出力を適切に選択することにより、ピーク平均電力の低減が実行される。
図４の受信機８２において、ターボ符号化されたビットの復号化は先の例の場合と同様に進行してコセット・シーケンスが生成され、これが残りのＬ2ビットのコンステレーション・ソフト・デマッピングへ入力される。ソフト・デマッピング・ステップによって出力されたソフト値は、レートＲ2コードを復号するチャネル・デコーダへ入力される。チャネル・デコーダはＬ1’ビットのチャネル復号化されたストリームを出力し、次にこれは逆アドレッシング・ブロック１１０へ入力され、逆アドレッシング・ブロック１１０はコンステレーション・シェーピング・ブロック１１３の反対動作を実行してＬ1ビットのストリームを生成し、これがＫ1ビットのターボ復号化されたストリームと共にビット・マルチプレクサ１１２へ入力される。
図５は、図４の構成を使用してマッピングが如何に使用され得るかを極めて単純な一例で示している。この実施形態には１６ＰＡＭのコンステレーションが存在し、１６ＰＡＭのコンステレーション・ポイントは一列に並べられ、概して５００で指示されている。１６ＰＡＭのコンステレーション・ポイントは、４ビットを表示することができる。コンステレーション・ポイントは、２ビットのコーディング・ラベル５０２と２ビットのシェーピング・ラベル５０４との組合せによって選択される。
シェーピング・ラベルは、００、０１、１０、１１の４つが存在する。最初のシェーピング・ラベル００は、最低エネルギーを有する４つのＰＡＭコンステレーション・ポイント、即ちＰＡＭコンステレーションの中心にあるコンステレーション・ポイントに添加される。第２のシェーピング・ラベル０１は、次に少ないエネルギーを有する４つのＰＡＭコンステレーション・ポイント、即ち最初の４つの両側の２つであるコンステレーション・ポイントに添加される。第３のシェーピング・ラベル１０は、次に少ないエネルギーを有する４つのＰＡＭコンステレーション・ポイント、即ち第２の４つの両側の２つであるコンステレーション・ポイントに添加される。最後に、最終のシェーピング・ラベル１１は、最高エネルギーを有する４つのＰＡＭコンステレーション・ポイントに添付される。
本例では、コーディング・ラベルは同じく４つしか存在せず、即ち４つのコセット識別子しか存在せず、これらは００、０１、１０、１１とラベリングされる。これらは、各シェーピング・ラベルについて、コーディング・ラベル／コセット識別子の各々を有する正確に１つのシンボルが存在するように、ＰＡＭシンボルに添付される。より一般的には、各シェーピング・パーティション内の各コセットから同数のポイントが存在しなければならない。この条件下では、コセット識別子がシェーピング・ブロックによって選択されたシェーピング・パーティション内のコンステレーション・ポイント上で動作する場合、シェーピング及びコーディングは独立して機能することが分かる。同じシェーピング・パーティション内に２つ以上のコーディング・ラベルが存在する場合には、追加ビットが使用されて複数のポイント間で選択が行われる。例えば、図５が示すものと同じラベリング・スキームは３２ＰＡＭコンステレーションに使用されることが可能であるが、この場合はシェーピング・ラベルとコーディング・ラベルとの組合せの各々について、入力からの追加ビットを使用して２つのＰＡＭコンステレーション・ポイント間の選択が実行される。この場合、シェーピング・ラベルを使用して特定のシェーピング・パーティションが選択され、次いで（ターボ・エンコーダによって出力された）コーディング・ラベルを使用してそのシェーピング・パーティション内のコセットが選択され、それでもまだ曖昧さが存在する場合には、（同じくシェーピング・ラベルの一部であると考えられることが可能な）追加ビットを使用して最終ポイントが選択される。
図２−１、３及び４は、受信機に送信された情報を回復させるための様々な機能を含んでいる。図２−１、３及び４に示された符号化技術を使用して符号化された情報を回復するために、多くの異なる受信機構造を使用可能であることは、理解されなければならない。
ある実施形態では、送信機においてシェーピングに続くチャネル符号化が使用された場合、ターボ・コード化されたビットの全ての（体系的及びパリティ）ビットについて確率値が計算される。結果として得られる確率は、次に、ベイズの公式を使用してコセット内のポイントの条件付き確率と混合される。次に、ポイントの確率が適正に合計され、そのチャネル・ストリームのビットの確率が計算される。結果として得られる確率は、次にコセット内で作用するチャネル・コードの軟判定デコーダへ送られる。最後に、結果として得られる復号されたビットは逆シェーピング・ブロックへ送られ、シェーピング・ビットが回復される。
ある実施形態では、送信機においてシェーピングに続くチャネル符号化が使用された場合、ターボ・コード化されたビットの全ての（体系的及びパリティ）ビットについて確率値が計算される。結果として得られる確率は、次に、ベイズの公式を使用してコセット内のポイントの条件付き確率と混合される。次に、ポイントの確率は適正に合計され、そのチャネル・コード化されたストリームのビットの確率が計算される。結果として得られる確率は、次にコセット内で作用するチャネル・コードの軟出力デコーダへ送られる。最後に、結果として得られるビット確率は、この場合はシェーピング・ビットの最尤復号化を実行するために使用される有限状態システムである逆シェーピング・ブロックへ送られる。この有限状態システムは、アドレッシングの実行に使用される有限状態システムと同一である。
ある実施形態では、送信機においてシェーピングに続くチャネル符号化が使用された場合、ターボ・コード化されたビットの全ての（体系的及びパリティ）ビットについて確率値が計算される。結果として得られる確率は、次に、ベイズの公式を使用してコセット内のポイントの条件付き確率と混合される。次に、ポイントの確率が適正に合計され、そのチャネル・コード化されたストリームのビットの確率が計算される。結果として得られる確率は、次にコセット内で作用するチャネル・コードの軟出力デコーダへ送られる。最後に、結果として得られるビット確率は、この場合はシェーピング・ビットの軟出力復号化を実行するために使用される有限状態システムである逆シェーピング・ブロックへ送られる。この有限状態システムは、アドレッシングの実行に使用される有限状態システムと同一である。また、異なる軟出力デコーダ間で反復的復号化を行うことも可能である。
本発明に関しては、上述の教示内容に照らした多くの修正及び変形が可能である。従って本発明は、添付のクレームに記述された範囲において、本明細書で特定的に説明されたもの以外の方法により実施され得ることは理解されなければならない。
従来のＱＡＭコーディング・スキームを示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態が提供するコンステレーション・コーディング・スキームのブロック図である。 図２−１の実施形態に関して単純ＱＡＭコンステレーションが如何にして使用され得るかを示す一例である。 図２−１の実施形態に関するパフォーマンス結果の例を示す。 図２−１の実施形態に関するパフォーマンス結果の例を示す。 図２−１の実施形態に関するパフォーマンス結果の例を示す。 図２−１の実施形態に関するパフォーマンス結果の例を示す。 本発明の第２の実施形態が提供するコンステレーション・コーディング・スキームのブロック図である。 本発明の第３の実施形態が提供するコンステレーション・コーディング・スキームのブロック図である。 図４の実施形態に関して如何に符号化が実行されるかを示す単純例である。
符号の説明
４０ １６ＱＡＭコンステレーション
４２，４４，４６，４８ 個セット
４９ 最下位ビット
８０ 送信機／エンコーダ
８２ 受信機／デコーダ
８４ 入力ストリーム
８５ ビット・デマルチプレクサ
８６，８８，９１ ストリーム
８９ チャネル・エンコーダ
９０，１０４ ターボ・エンコーダ
９６ コンステレーション・セレクタ
９７，１１２ ビット・マルチプレクサ
９８ チャネル
１０２ ターボ・デコーダ
１０７ コセット・セレクタ
１０８ コンステレーション・ソフト／デマッピング関数
１１０ 判定ブロック
１１１ ソフト及び／またはハード・デマッピング関数
１１３ コンステレーション・シェーピング・ブロック

Claims (29)

  1. データ・エレメントのストリームを符号化する方法であって、
    前記データ・エレメントのストリームを第１のストリームと第２のストリームとに分割することと、
    前記データ・エレメントのストリームを分割した後で前記第１のストリームに含まれるシンボルにグループ化されたビットをインターリーブすることを含んだ、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて、前記第１のストリームを符号化することと、
    前記第１の符号化されたストリームと前記第２のストリームを基礎とする第３のストリームとの組み合わせを使用してコンステレーション・マッピングを実行すること、
    を含む方法。
  2. 前記コンステレーション・マッピングは、前記第３のストリームのマッピングにおいてグレー・マッピングを実行する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第３のストリームは前記第２のストリームと同一である、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第１のストリームを符号化する際に使用されるものより弱い符号化を使用して前記第２のストリームを符号化し、前記第３のストリームを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第２のストリーム上でシェーピングを実行して前記第３のストリームを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記第１のストリームの符号化に使用されるものより弱い符号化を使用して前記第２のストリーム上でシェーピング及びチャネル・コード化を実行し、前記第３のストリームを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  7. 実質的なガウス振幅分布を得るために、前記シェーピングは、ハフマン・ツリーを基礎とするアドレッシング・スキームを使用して実行される、請求項５に記載の方法。
  8. 実質的なガウス振幅分布を得るために、前記シェーピングは、ハフマン・ツリーを基礎とするアドレッシング・スキームを使用して実行される、請求項６に記載の方法。
  9. 複数のコンステレーション・ポイントを備える所与の信号コンステレーションに対してコンステレーション・シェーピングを実行することは、
    コストを前記複数のコンステレーション・ポイントの各々に関連づけることと、
    ブロックのハイアラーキを画定することを含み、前記ハイアラーキは少なくとも最初の層と最後の層とを備える複数の層を有し、各層は先行する各層より少ないブロックを有し、
    前記最初の層は、全ての前記コンステレーション・ポイントをコストに従って順序付け、次にコンステレーション・ポイントの最低コストのグループを第１のシェーピング・パーティションに割付け、コンステレーション・ポイントの２番目に低いコストのグループを第２のシェーピング・パーティションに割り付ける、等々とコンステレーション・ポイントの最高コストのグループが最後のシェーピング・パーティションに割り付けられるまで割り付けを行うことによって形成され、各シェーピング・パーティションには、前記シェーピング・パーティションにおける前記コンステレーション・ポイントの前記コストに基づいてコストが割り付けられ、各シェーピング・パーティションは最初の層ブロックであり、
    他の各層におけるエレメントは先行する層の２つのブロックを組み合わせることによって形成され、かつ前記先行する層の前記２つのブロックの前記コストに基づいてコストが割り付けられ、各層のブロックはコストに従って前記エレメントの１つで構成され、もしくはコストに従って前記エレメントのグループで構成され、
    前記最後の層は複数のエレメントを備える単一のブロックを有し、
    シェーピング利得は前記最後の層の前記エレメントのサブセットへマッピングすることのみによって達成される、請求項５に記載の方法。
  10. 前記コンステレーション・マッピングは、前記コンステレーション・マッピングの最下位ビットの前記第１の符号化されたストリームの前記データ・エレメントを使用し、かつ前記コンステレーション・マッピングは、前記コンステレーション・マッピングの最上位ビットの前記第３のストリームの前記データ・エレメントを使用する、請求項２に記載の方法。
  11. 複数のコンステレーション・ポイントを備える信号コンステレーションを画定することと、
    各コセット内のコンステレーション・ポイント間の最小距離が前記信号コンステレーション内の任意のコンステレーション・ポイント間の最小距離より大きくなるように前記複数のコンステレーション・ポイント内の複数のコセットを画定することと、
    前記コンステレーション・マッピングを実行することにより、前記第１の符号化されたストリームを使用して前記複数のコセットのコセット・シーケンスを識別し、かつ前記第３のストリームを使用して前記第１の符号化されたストリームによって識別されたコセット・シーケンスの個々のコセット内のコンステレーション・ポイント・シーケンスを識別すること、を含むことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  12. 各コセット内のコンステレーション・ポイントのラベルはグレー・マッピングされる、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記コンステレーション・マッピングは、前記コンステレーション・マッピングの最下位ビットの前記第１の符号化されたストリームの前記データ・エレメントを使用し、かつ前記コンステレーション・マッピングは、前記コンステレーション・マッピングの最上位ビットの前記第３のストリームの前記データ・エレメントを使用する、請求項１１に記載の方法。
  14. 複数のコンステレーション・ポイントは規則的なアレイを備え、各コセットは規則的なアレイ内に等間隔で配置された個々のポイント・セットを備える、請求項１１に記載の方法。
  15. 入力ストリームを第１のストリームと第２のストリームとに分割するように適合化されたデマルチプレクサと、
    前記入力ストリームを分割した後で前記第１のストリームに含まれるシンボルにグループ化されたビットをインターリーブすることを含んだ、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて、前記第１のストリームを符号化して第１の符号化されたストリームを生成するように適合化された第１のエンコーダと、
    前記第１の符号化されたストリームと前記第２のストリームを基礎とする第３のストリームとの組合せを使用してコンステレーション・マッピングを実行するように適合化されたコンステレーション・マッパと、
    を備える送信機。
  16. 前記コンステレーション・マッパは、前記第３のストリームのマッピングにおいてグレー・マッピングを実行する、請求項１５に記載の送信機。
  17. 前記第３のストリームは前記第２のストリームと同一である、請求項１５に記載の送信機。
  18. 前記第１のエンコーダにおいて使用されるものより弱い符号化を使用して前記第２のストリームを符号化し、前記第３のストリームを生成するように適合化された第２のエンコーダをさらに備える、請求項１５に記載の送信機。
  19. 前記第２のストリーム上でシェーピングと符号化とを実行して前記第３のストリームを生成するように適合化された、シェーパと第２のエンコーダとをさらに備える、請求項１５に記載の送信機。
  20. 前記シェーパは、
    コストを前記複数のコンステレーション・ポイントの各々に関連づけることと、
    ブロックのハイアラーキを画定することと、によって、複数のコンステレーション・ポイントを備える所与の信号コンステレーションに対してコンステレーション・シェーピングを実行するように適合化され、
    前記ハイアラーキは少なくとも最初の層と最後の層とを備える複数の層を有し、各層は先行する各層より少ないブロックを有し、
    前記最初の層は、全ての前記コンステレーション・ポイントをコストに従って順序付け、次にコンステレーション・ポイントの最低コストのグループを第１のシェーピング・パーティションに割付け、コンステレーション・ポイントの２番目に低いコストのグループを第２のシェーピング・パーティションに割り付ける、等々とコンステレーション・ポイントの最高コストのグループが最後のシェーピング・パーティションに割り付けられるまで割り付けを行うことによって形成され、各シェーピング・パーティションには、前記シェーピング・パーティションにおける前記コンステレーション・ポイントの前記コストに基づいてコストが割り付けられ、各シェーピング・パーティションは最初の層ブロックであり、
    他の各層におけるエレメントは先行する層の２つのブロックを組み合わせることによって形成され、かつ前記先行する層の前記２つのブロックの前記コストに基づいてコストが割り付けられ、各層のブロックはコストに従って前記エレメントの１つで構成され、もしくはコストに従って前記エレメントのグループで構成され、
    前記最後の層は複数のエレメントを備える単一のブロックを有し、
    シェーピング利得は前記最後の層の前記エレメントのサブセットへマッピングすることのみによって達成される、請求項１９に記載の送信機。
  21. 前記コンステレーション・マッパは、前記コンステレーション・マッピングの最下位ビットの前記第１の符号化されたストリームの前記データ・エレメントを使用し、かつ前記コンステレーション・マッパは、前記コンステレーション・マッピングの最上位ビットの前記第３のストリームの前記データ・エレメントを使用する、請求項１５に記載の送信機。
  22. 前記コンステレーション・マッパは、各コセット内のコンステレーション・ポイント間の最小距離が前記信号コンステレーション内の任意のコンステレーション・ポイント間の最小距離より大きくなるようにその内部で複数のコセットが画定された複数のコンステレーション・ポイントを備える信号コンステレーションにマップするように適合化され、
    前記コンステレーション・マッパは、前記第１の符号化されたストリームを使用して前記複数のコセットのコセット・シーケンスを識別するように適合化され、
    前記コンステレーション・マッパは、前記第３のストリームを使用して前記第１の符号化されたストリームによって識別されたコセット・シーケンスの個々のコセット内のコンステレーション・ポイント・シーケンスを識別するように適合化された、請求項１５に記載の送信機。
  23. 前記複数のコンステレーション・ポイントは矩形のアレイを備え、各コセットは前記矩形のアレイ内に等間隔で配置された個々のポイント・セットを備える、請求項２２に記載の送信機。
  24. 受信信号のデマッピングを実行して第１のサブストリームを抽出するように適合化された第１のコンステレーション・デマッパと、
    前記第１のサブストリームの復号化を実行して復号されたサブストリームを生成するように適合化されたデコーダと、
    前記サブストリームに含まれるシンボルにグループ化されたビットをインターリーブすることを含んだ、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて、前記復号されたサブストリームを再符号化して、それぞれ２ビット以上のビット数を有するコセット識別子のシーケンスを生成するように適合化されたリエンコーダと、
    前記コセットのシーケンスによって識別されたコンステレーション・ポイントのコセット内で前記受信信号のコンステレーション・デマッピングを実行して第２のサブストリームを抽出するように適合化された第２のコンステレーション・デマッパと、
    を備える受信機。
  25. 前記第２のコンステレーション・デマッパは、コンステレーション・ソフト・デマッピング関数と判定ブロックとを備える、請求項２４に記載の受信機。
  26. 前記第２のコンステレーション・デマッパはコンステレーション・ソフトまたはハード・デマッピング関数を備え、前記受信機はさらに前記第２のサブストリーム上で復号化を実行するように適合化された第２のデコーダを備える、請求項２４に記載の受信機。
  27. 前記第２のコンステレーション・デマッパは、シェーピング・ビットのソフト・デマッピングを実行するように適合化されたコンステレーション・ソフト・デマッピングと、前記第２のコンステレーション・デマッパの出力上でチャネル復号化を実行するように適合化されたチャネル・デコーダと、シェーピング・オペレーションの逆を実行するように適合化された逆アドレッシング・ブロックと、を備える、請求項２４に記載の受信機。
  28. 送信機であって、
    データ・エレメントのストリームを第１のストリームと第２のストリームとに分割するための手段と、
    前記データ・エレメントのストリームを分割した後で前記第１のストリームに含まれるシンボルにグループ化されたビットをインターリーブすることを含んだ、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて、前記第１のストリームを符号化して第１の符号化されたストリームを生成するための手段と、
    前記第１の符号化されたストリームと前記第２のストリームを基礎とする第３のストリームとの組合せを使用してコンステレーション・マッピングを実行するための手段と、
    を備える送信機。
  29. 処理プラットフォームにデータ・エレメントのストリームを符号化させるための命令を有するコンピュータ読取り可能媒体であって、
    データ・エレメントのストリームを第１のストリームと第２のストリームとに分割するためのコード手段と、
    前記データ・エレメントのストリームを分割した後で前記第１のストリームに含まれるシンボルにグループ化されたビットをインターリーブすることを含んだ、シンボルを基礎とするターボ符号化を用いて、前記第１のストリームを符号化して第１の符号化されたストリームを生成するためのコード手段と、
    前記第１の符号化されたストリームと前記第２のストリームを基礎とする第３のストリームとの組合せを使用してコンステレーション・マッピングを実行するためのコード手段と、
    を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
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