JP4176960B2 - パンクチャラブル畳込み符号を用いるデジタル音声放送方式 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明はラジオ放送に関し、さらに詳細には、ＦＭイン・バンド・オン・チャンネル（ＩＢＯＣ）デジタル音声放送（ＤＡＢ）における前方誤り訂正及びかかる前方誤り訂正を用いる放送システムに関する。
【０００２】
デジタル音声放送は、既存のアナログ放送フォーマットを凌駕するデジタル品質の音声を提供する媒体である。ＡＭ及びＦＭのＩＢＯＣ ＤＡＢは共に、デジタル変調信号が現在放送中のアナログ信号と共存するハイブリッドフォーマットで送信することが可能である。ＩＢＯＣは、各ＤＡＢ信号が既存の割当てチャンネルの同一スペクトルマスク内で同時に送信されるため、新しいスペクトルの割当てを必要としない。ＩＢＯＣは経済的なスペクトルの利用を促進すると共に、放送者がそれらの現在の聴取者ベースにデジタル品質の音声を提供することを可能にする。ＦＭ ＩＢＯＣ放送システムは、米国特許第５，４６５，３９６；５，３１５，５８３；５，２７８，８４４及び５，２７８，８２６号を含む幾つかの米国特許の主題となっている。加えて、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，９５６，６２４号、ＦＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢを開示している。
【０００３】
ＩＢＯＣ ＤＡＢのための直角周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）方式が説明されている。ＯＦＤＭ信号は、全てが共通のシンボルレートで変調された直角方向に離隔したキャリアより成る。矩形パルスシンボル（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫまたはＱＡＭ）の周波数間隔は、シンボルレートに等しい。ＦＭ／ＤＡＢ信号のＩＢＯＣ送信を行うためには、ＯＦＤＭサブキャリアの冗長セットを、共存するアナログＦＭキャリアの両側の約１００ｋＨｚ乃至２００ｋＨｚの範囲内に配置する。ＤＡＢ出力（上または下側波帯）は、ＦＭ信号に関して約−２５ｄＢにセットされる。ＤＡＢ信号のレベル及びスペクトル占有率は、ＤＡＢサブキャリアに適当な信号対雑音比（ＳＮＲ）を与えながらそのＦＭホストへの干渉を制限するようにセットされる。ＦＭキャリアから±２００ｋＨｚ離れた第１の隣接する信号は、ＤＡＢ信号に損傷を与える可能性がある。しかしながら、放送局のサービスエリア内の任意特定の場所では、第１の隣接信号が共にＤＡＢに有意な干渉を与える可能性はない。従って、ＤＡＢの上及び下側波帯は、同じ冗長情報を運ぶため、その情報を伝えるには側波帯ただ１つ必要であるにすぎない。ＯＦＤＭの固有の利点には、マルチパス干渉が存在する時のロバストネス（robustness）及び選択的フェージングによる非ガウス短期ノイズまたはノッチ（notches）に対する寛容性が含まれる。
【０００４】
前方誤り訂正（ＦＥＣ）及びインターリービングは、損傷状態のチャンネルを介して送信されるデジタル情報の信頼性を改善する。例えば、S. Kallelの論文"Complementary Punctured Convolution (CPC) Codes and Their Applications", IEEE Trans. Comm., Vol. 43, No. 6, pp.2005-2009, June 1995を参照されたい。相補対畳込み(Complementary Pair Convolution)（ＣＰＣ）ＦＥＣ符号方式は、同一の符号化シーケンスをただ再送信する代わりに相補的符号を用いて送信信号を符号化する自動反復リクエスト（ＡＲＱ）方式のために開発されたものである。ＣＰＣ符号は、過去に公表されたパンクチャ方式、例えば、Y. Yasuda, K. Kashiki and Y. Hirataの論文"High-Rate Punctured Convolutional Codes for Soft Decision Viterbi Decoding", IEEE Trans. Comm., Vol. 32, #3, March 1984; J. Hagenauerの論文"Rate-Compatible Punctured Convolutional Codes (RCPC Codes) and Their Applications", IEEE Trans. Comm., Vol. 36, No. 4, pp.389-400, April 1988に従って構成することができる。
【０００５】
ビタビ(Viterbi)復号による畳込み符号からのビットの周期的パンクチャリングは、より高いレートの畳込み符号を生み出す効果的な手段であることが知られている。レートコンパチブルのパンクチャド畳込み（ＲＣＰＣ）符号は、符号化利得及びビットエネルギーをチャンネル容量の関数として実際に効率的な態様で調整する機構として案出されている。上記のHagenauerの論文及びM. Kimの"On systematic Punctured Convolutional Codes", IEEE Trans. Comm., vo;. 45, no. 2, pp. 133-139, February 1997を参照されたい。これは、意図した受信機がその信号対雑音出力比（Ｅｂ／Ｎｏ）を評価してその要求を送信機に戻りパスを介して伝えることによりビット当たりのエネルギー（Ｅｂ）及び符号化利得を増減するポイント・ツー・ポイント（非放送式）自動反復リクエスト（ＡＲＱ）システムに有用である。送信機は応答してその符号レートＲを調整する。これは、全てのビットの送信が例えばＫ＝７，Ｒ＝１／２レートの業界標準符号を用いるパンクチャド畳込み符号により達成される。このノンパンクチャドのケースにおいて、最大値Ｅｂと符号化利得が得られると仮定する。スペクトル及び／または出力効率を改善するために、送信機は符号化ビットの一部の送信をやめる（例えば、受信機の要求に応じてパンクチャする）選択を行ってより高いレートの符号を得ることがある。このパンクチャリングは、元の未パンクチャド符号に対してＥｂと符号化利得の実効値を減少させる効果があるが、しかしながら、このパンクチャド符号は情報をそのチャンネルを介してより効率的にうまく通信できる依然として十分なものである。
【０００６】
所与の符号レートで最良の性能を発揮させるためには、符号化シーケンスの特定のビットパターンをパンクチャする。しかしながら、より高いレートの符号のパンクチャパターンには、低レートの符号に対してパンクチャされた全てのビットは含まれない。Hagenauerの論文は、彼のＲＣＰＣ符号のパンクチャパターンは低レート符号の全てのパンクチャを含むことが可能であり、その損失は、最適であるがレート・コンパチブルでないパンクチャパターンと比べてロスがほとんどないことを示している。従って、同一パターンのパンクチャラブルビットのさらに多くのものをただパンクチャすることによって、符号レートを元のＲ＝１／２の符号から増加させることが可能である。より高いレートの符号は、より低いレートの符号のビットの部分集合である。
【０００７】
ＶＨＦ ＦＭバンドＩＢＯＣ ＤＡＢチャンネルにおける干渉環境は、一般的に、ＤＡＢチャンネルを次の２つのサブチャンネルの部分集合、すなわち（ａ）熱的またはバックグランドノイズが制限され、損傷原因としてマルチパスフェージングを含むと特徴付けられる、他の放送局の信号からの干渉が比較的少ないスペクトル領域より成る信頼性の高い部分と、（ｂ）送信ビットに損傷を与える重大な干渉のある間歇的インターバルがあるが、それ以外の時間では（またはほとんどの地理的場所では）上述した信頼性の高い部分と同様であるスペクトル領域より成る信頼性の低い部分とに二分化できるようなものである。ＡＭバンドＩＢＯＣ ＤＡＢも同様に特徴付けることができる。
【０００８】
従来技術は、この環境でデータを送信する２つの基本的な方式のうちの一方を利用する。即ち、（１）チャンネルの信頼性の低い部分はただ利用しないため、信頼性の低い部分がクリアで利用可能な時でもこの部分は本質的に廃棄される。または、（２）必要なビットエラーレート（ＢＥＲ）を保証し、かつ増加した帯域幅をスペクトルの信頼性の高い部分と低い部分の両方に亘って均等に拡げるに十分低いレートの符号（そして適当に増加させた符号化ビットレート）を用いる。これは、ビットをＯＦＤＭシステムのＯＦＤＭキャリアに均等に割当てるか、あるいは単一キャリアシステムの生のビットレートを増加させることにより行う。これはチャンネルの信頼性の低い部分を利用するが、しかしながら、チャンネルの信頼性の低い部分に重大な干渉が存在する場合、ＢＥＲのペナルティーを受ける（場合によって破局的ペナルティーとなる）。干渉に応じて、第２の選択肢は第１の選択肢よりも良い場合とそうでない場合がある。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、特殊な符号化及びエラー処理方式により非均等な干渉に着目してよりロバストな性能を得るものである。本発明の放送方式は、ノンパンクチャラブルビット及びパンクチャラブルビットを有する畳込み符号を用いてプログラム材料を符号化し、畳込み符号により直角周波数分割多重化キャリア信号を変調する。ノンパンクチャラブルビットは第１の群のキャリアに、またパンクチャラブルビットは第２の群のキャリアにより搬送させるが、第１の群のキャリアは第２の群のキャリア信号ほど干渉を受けやすくない。従って、キャリア信号はその後受信機へ向けて放送され、これらの受信機は第２の群のキャリアが損傷状態にあるか否かを判定して、損傷状態にあると判定した任意のキャリアが搬送するパンクチャラブルビットを消去する。これにより、後で復号してプログラム材料を復元するパンクチャド符号が得られる。
【００１０】
本発明はまた、本発明の方式に従って作動する送信機及び受信機を包含する。本発明は、直角周波数分割多重化方式によりイン・バンド・オン・チャンネル・デジタル音声放送システムの干渉環境においてビットエラーレートを改善するＦＥＣ符号化方式を提供する。これにより、直角周波数分割多重化放送システムにおける非均等の干渉による干渉の影響が低減する。
【００１１】
【好ましい実施例の説明】
好ましい実施例の特定の用途は、ホストＦＭキャリアから最も離れた外側のＱＦＤＭサブキャリアが、時として第１の隣接する、そして恐らく第２の隣接するチャンネルから破壊的な干渉を受けることがあるイン・バンド・オン・チャンネル（ＩＢＯＣ）デジタル音声放送（ＤＡＢ）システムである。図１は、典型的なＦＭバンドＤＡＢにおける干渉環境を図示した（スケール通りでない）ものである。図１は、本発明を利用できるハイブリッドＦＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢ信号１０の信号成分の周波数割当て状況（スペクトル位置）及び相対出力スペクトル密度を示す略図である。ハイブリッドフォーマットは、出力スペクトル密度がＦＭバンドのチャンネル１８の中心周波数帯１６の部分にほぼ位置する三角形１４により表わされる従来のＦＭステレオアナログ信号１２を含む。典型的なアナログ放送信号の出力スペクトル密度（ＰＳＤ）は、中心周波数から約-０．３５ｄＢ／ｋＨｚの勾配を有するほぼ三角形である。等間隔の複数のデジタル変調サブキャリアは、アナログＦＭ信号の両側の上側波帯２０と下側波帯２２に位置しており、アナログＦＭ信号と同時に送信される。
【００１２】
隣接するＦＭチャンネル２４からの信号（即ち、第１の隣接するＦＭ信号）が存在する場合、その中心は対象となるチャンネルの中心から２００ｋＨｚ離れたところにある。イン・バンド、そして第１の隣接するＦＭ放送局のキャリアは、それぞれのＦＭキャリアがＤＡＢチャンネル内へまたはチャンネル外へ延びるに従って、平均して、ＤＡＢチャンネルとスペクトルが重なり合う。このスペクトルが重なり合う可能性があるため、重なりやすいスペクトルの部分に位置する直角周波数分割多重化キャリアに損傷が発生することがある。従って、上側波帯の端部近く（領域２６及び２８）にあるキャリアは、上側波帯の中心近く（領域３０）にあるキャリアと比べて干渉を受けやすいことが明らかである。下側波帯は、対象となるチャンネルの反対側のアナログＦＭ信号及び第１の隣接するＦＭ信号と同じようにスペクトルが重なりやすいのが明らかである。干渉を受ける領域内にあるキャリアを利用して、全体のチャンネルを改善することが可能である。ハイブリッドシステムでは、各側波帯のＯＦＤＭ変調サブキャリアの全ＤＡＢ出力を、そのホストアナログＦＭ出力に対して約−２５ｄＢにセットする。
【００１３】
本発明の方式は、パンクチャラブル符号を利用し、パンクチャラブルビットをチャンネルの信頼性の低い部分におくことによって、パンクチャラブルビットをノンパンクチャラブルビットから分離する。パンクチャラブル符号は、パンクチャラブルビットと呼ぶビットを用いる符号であり、これらのビットは、消去された場合でも、元の未パンクチャド符号と比べるとエラー訂正率は減少するが、依然として符号化データを復元できる。それ以外のビットである、消去すると符号化利得を実質的にロスすることになるビットを、ノンパンクチャラブルビットと呼ぶ。
【００１４】
パンクチャラブルビットは、パンクチャラブルビットをチャンネルの信頼性の低い部分におくことによって、ノンパンクチャラブルビットから分離する。従って、受信機においてそれらのビットが消去されると、チャンネル全体の性能はチャンネルそれ自体の信頼性の高い部分の性能よりも悪くなることはない。しかしながら、それらが消去されない場合、チャンネルの信頼性の高い部分のＢＥＲを減少させ、その性能をチャンネルの信頼性の高い部分だけの値よりも改善することが可能である。事実、この方式は、チャンネルの信頼性の低い部分のクリアな期間を利用してチャンネル全体のＢＥＲ性能を、干渉期間における増加したＢＥＲによるペナルティを受けずに改善するのを可能にする。
【００１５】
本明細書に述べる方式は、受信機が干渉が特定のＯＦＤＭキャリアを損傷するに十分な大きさであると判定した後、これらのキャリアからソフトシンボルを適応消去するのを可能にする。ここで使用する特定のＦＥＣ符号化方式は、特定のビットを符号化利得を過度にロスすることなくパンクチャまたは消去する能力を活用する。
【００１６】
上記のHagenauerの引用論文のＲＣＰＣ符号方式は、サブチャンネルに亘る干渉が均等ではないが任意個々の受信機における非均等の（非白色）干渉またはノイズを評価することによって予想できるＯＦＤＭ放送チャンネルに利用するために改変することができる。この場合、送信機は全ての符号化ビット（未パンクチャド）を放送する。しかしながら、畳込み符号化ビットは、恐らくパンクチャラブルビットが損傷に対して最も弱いＯＦＤＭサブキャリア上で送信されるようになっている。ノンパンクチャラブルな符号化ビットは、一般的に最も信頼性の高いサブキャリア上で送信される。任意特定の受信機は、その個々の干渉状況、特に最も弱いサブキャリアにおける状況を評価する。受信機がこれらサブキャリアに対する干渉が十分に大きいと予想した場合、復号する前にこれら損傷状態のサブキャリアからのビットの消去を決定する。この消去は、消去されるビットの軟判定の大きさをゼロに設定することよりなる。この消去はパンクチャラブルビットに対して行われるため、パンクチャと同じ効果が得られるが、送信機の介入はない。受信機で演繹的な干渉評価情報を用いる損傷状態のビットを選択的に消去すると、性能を有意に改善することができる。ＯＦＤＭ送信は、非均等（非白色）干渉またはノイズの評価の結果によりＦＥＣ復号器の性能を適応的に改善できるこの点で特異である。
【００１７】
この発明思想のさらなる改善または改変が可能である。性能の改善は、消去してゼロにする代わりにパンクチャラブルビットを適宜「重み付け」することにより実施可能である。これは、ビットが送信機でパンクチャされる従来技術の非放送システムとは対照的に、放送システムのための本発明において可能である。各サブキャリアからのソフトビットに対する適当な重み付けは、理想的には、（付加的な白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ）があることを想定して）各サブキャリアの信号対雑音比（ＳＮＲ）に比例させる必要がある。しかしながら、ダイナミック非ガウス干渉環境における評価エラーがあると、この方式の潜在的な有効性が減殺する。「放送者」はパンクチャラブルビットをある種のイン・バンド信号に利用したいであろうから、ビットの使用に対する柔軟性が増加する。この場合、パンクチャラブルビットを運ぶサブキャリアの一部を他のデータで置き換える。フォーマットのこの変更も全ての受信機へ（例えば、メッセージフォーマットのモード制御ビットを介して）放送して、受信機がこれらのビットを復号時にパンクチャするようにする必要がある。このオプションにより、その結果得られるパンクチャドデータのロバストネスが減少することが明らかであるが、放送者はこのトレードオフを考慮する必要がある。
【００１８】
特殊なタイプのパンクチャラブル符号には、ある組織符号が含まれる。組織符号は、出力シーケンスの一部としての入力データシーケンスに、パリティービットを加えたものより成る。組織符号については、全てのパリティービットを消去できることが明らかであり、符号化データのビットエラーレート（ＢＥＲ）は符号を全く用いない場合と比べて悪いことはない。しかしながら、パリティービットを全てパンクチャしない場合、符号全体は符号を全く用いないよりも良いＢＥＲ性能を生じる符号化利得を有する。
【００１９】
非組織符号は低いレート（例えば、Ｒ＝１／２）では組織符号よりも性能が優ることが良く知られているが、高いレートの組織符号は高いレートの非組織パンクチャド畳込み符号よりも性能が良いことが示されている（Kimの上記論文を参照）。組織符号の特徴は、１つの出力が情報シーケンス入力のコピーである点にある。組織フィードバック符号化器を、フィードバックが二進多項式割算演算で実行される非組織フィードフォーワード符号化器の同一距離特性（即ち、同一エラー訂正性能）を有する非組織フィードフォーワード符号化器から構成することが可能である。
【００２０】
図２は、レート１／２の畳込み符号化器の略図である。シフトレジスタ３２は、ライン３４上に入力データビットを受ける。これらの入力データビットはレートＢで受信され、送信すべきプログラム材料を表わす。かかるプログラム材料には、例えば、トークまたはミュージック信号を表わす音声情報及び／またはデータを含むことがある。タップを用いて、シフトレジスタ内の情報ビットをモジュロ２加算器３６または３８へ加える。選択したタップは、例示の目的にすぎない。適当なタップオフポイントを有する７段シフトレジスタを、Ｋ＝７、Ｒ＝１／２の符号に用いる。ライン４０上のモジュロ２加算器３６の出力はパンクチャラブル符号化ビットを含み、ライン４２上のモジュロ２加算器３８の出力はノンパンクチャラブルビットを含む。スイッチ４４は、レート１／２符号に対してレート２Ｂでサイクルする。これにより、ライン４６上に２Ｂのビットレートで符号化出力ビットが得られる。
【００２１】
図３は、送信機４８及び受信機５０の単純化ブロック図である。送信機は、例えば、ライン５２及び５４上のステレオ音声信号及びライン５６上のデータを含むプログラム材料を受信する。プログラム材料は、符号化器５８により符号化されてライン６０上にパンクチャラブル符号を発生させる。パンクチャラブル符号は、ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットの両方を含む。複数のキャリアを発振器６２により発生させるが、これらのキャリアはその後変調器６４を用いて符号ビットによって変調されて、ライン６６上に直角周波数分割多重化信号を発生させ、この信号はアンテナ６８を介して受信機へ向け送信される。受信機アンテナ７０は、ＯＦＤＭキャリアを受信する。復調器７２はＯＦＤＭキャリアからこの符号を抽出し、復号器７４はこの符号をプログラム材料に逆変換し、このプログラム材料はスピーカー７６またはディスプレイ７８のような出力装置へ送られる。
【００２２】
図４は、本発明の方式に従って動作する受信機の一部によるビットのマッピング及び処理を示すさらに詳細な機能ブロック図である。複数のＯＦＤＭキャリア８０は、受信後、受信機回路８４によりライン８２上のビットストリームに変換される。回路８４は、デジタイザ、キャリア同期、シンボル同期及び整合フィルタを含むが、これらは全て良く知られた方式に従って動作してライン８２上にビットストリームを発生させる。エディタ８６は、これらのビットを検知し、ビットの送信に用いるキャリアの干渉レベルに応じてある特定のパンクチャラブルビットを消去（またはこれらのビットの重み付けを減少させ）することにより、ライン８８上にエディット済みビットストリームを発生させる。ブロック９０は、ビットストリームがキャリアからデアロケーション（deallocated）され、幾つかのデインターリーバー９２、９４、９６へ送られるのを示す。ブロック９８は、最も信頼性の高いキャリアに同期ワードが割当てられるのを示す。デインターリーバーの出力は、ブロック１００に示すように単一のビットストリームに多重化される。ビタビ復号器１０２は、この単一ビットストリームを復号する。ブロック１０４において較正遅延を加えることにより、ＦＭデジタル音声放送信号の混合が可能になる。遅延信号はその後、さらに処理を行うためにモデムデフレーミングブロック１０６へと送られる。差分検波ＱＰＳＫサブキャリアシンボルに対して最大比率の組み合わせ（ＭＲＣ）を得るための最適に近い軟判定重み付けによるビタビ復号を用いることにより、チャンネルに亘るロスを最小限に抑える。
【００２３】
本発明に使用できるＣＰＣ符号は、業界標準のレート１／３畳込み符号から始めることにより構成することができる。図５は、レート１／３畳込み符号化器の概略図である。シフトレジスタ１０８は、ライン１１０上で入力データビットを受信する。これらの入力データビットはレートＢで受信されるが、これらは送信すべきプログラム材料を表わす。かかるプログラム材料は、例えば、トークまたはミュージック信号を表わす音声情報及び／データを含む。タップを用いてシフトレジスタの情報ビットをモジュロ２加算器１１２、１１４または１１６へ送る。選択したタップは例示の目的にすぎない。Ｋ＝７、Ｒ＝１／３符号に対して、適当なタップオフポイントを有する７段シフトレジスタを用いる。モジュロ２加算器の出力は、パンクチャラブル符号化ビット及びノンパンクチャラブルビットを含む。スイッチ１１８は、レート１／３符号についてレート３Ｂでサイクルする。これにより、３Ｂのビットレートでライン１２０上に符号化出力ビットが発生する。
【００２４】
図５のレート１／３畳込み符号化器は、それぞれ入力と同じレートで３個の符号化ビットストリーム（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）を発生するものとみることができる。これら３つのビットストリームを組み合わせると、Ｒ＝１／３の符号化出力シーケンスが得られる。例えば、相補符号対を発生させるため、出力符号ビットの部分集合をＤＡＢの下側波帯に割当て、異なる（相補的）部分集合を上側波帯へ割当てる。部分集合は、情報入力レートと少なくとも同じビットレートに幾つかの付加的なビットを加えたものを含むことにより、幾分かの符号化利得を得る必要がある。
【００２５】
パンクチャパターン行列の符号化ビットマスクは下記の通りである。
【００２６】
【数１】

パンクチャパターン行列は、４個の情報ビットの各セットに亘る符合化器出力シンボルを表わす。従って、出力シンボルが特定され、モジュロ４にインデックスされる。マスクの１２個の場所のうち任意のものが論理１であれば、その特定のビットが使用されていることを示す。そうでなくて論理０であれば、そのビットが使用されていないことを示す。
【００２７】
このビットパターンは、Ｒ＝４／５の既知の最適パンクチャパターンに応じて、あるいはＲＣＰＣ符号パターンから、選択できる。しかしながら、一方の側波帯をこの態様で定義すると、他方の側波帯のビットの選択については柔軟性はほとんどない。その理由は、ベース符号形成のための組み合わせを行う時、最大の符号化利得を得るためには、パンクチャド（相補的）ビットから選択する必要があるからである。幸いなことに、分析及びコンピュータによるシミュレーションによると、良好な相補的符号が存在することが立証されている。例えば、上記のビットパターンは、標準的な八進法で生成器の接続が表わされる場合、Ｇ１＝１３３、Ｇ２＝１７１及びＧ３＝１６５の時非常に良好な性能が得られる。
【００２８】
ＤＡＢの上側波帯に対応する１つ及び下側波帯に対応する１つの、１対の相補的パンクチャパターンを、以下のように示すことができる。
【００２９】
【数２】

これらのパンクチャパターンはそれぞれ、レート４／５符号の対を定義する。相補的なレート４／５符号の対を組み合わせて、以下に示すようにレート２／５ベース符号を形成することができる。レート４／５符号の各々はｄ_r＝４の自由距離を有し、情報エラーの重みはｃ_d＝１０である。組み合わせたレート２／５符号により、ｄ_r＝１１、ｃ_d＝８となる。Ｇ３ビットの半分だけをこのＣＰＣ符号に用いることに注意されたい。元の２／５符号のパンクチャパターンは以下の通りである。
【００３０】
【数３】

オプションとして、レート２／５符号のパンクチャドビットを送信して、以下に示すレート２／３のＣＰＣ符号の対（ｄ_r＝６）を発生することができる。
【００３１】
【数４】

もちろん、ベース符号はｄ_r＝１４の未パンクチャドレート１／３の符号である。各側波帯についてレート４／５符号は２５％多いビットを必要とする。側波帯にビットを割当てる１つの方法は下記のように表わすことができる。
【００３２】
【数５】

上記の表示は、符号化ビットの相対的なスペクトル位置を示す。これらのスペクトル位置は、インターリーバを、各側波帯上の適当なサブキャリアに対してマッピングされた明確な区分に分かれるようにチャンネル化することによりインターリービング後維持される。消耗性が最大の符号ビットは、外側のＱＦＤＭサブキャリア上に配置する。消耗しやすいビットは、組み合わせた符号の自由距離または符号化利得に対する寄与は最小である。オプションとしてのＧ３ビットは、ホストＦＭスペクトルに最も近い内側のキャリア上に置くことができる。分析及びシミュレーションにより、この区分したインターリーバは典型的な干渉が想定される条件下でランダムなインターリーバより性能が優れていることがわかっている。
【００３３】
経時的なインターリービングだけでなくＣＰＣ符号方式を用いると、性能はさらに改善される。２５５行、４５６列のインターリーバーアレーを、畳込み符号化器により発生させるビットを保持するために構成することが可能である。図６及び６ａはインターリーバーアレーの説明図である。インターリーバーアレー１２２の各行は、並列ＱＦＤＭシンボルの形に変調される符号ビットを保持する。２５６番目の行は、モデムのフレーム同期ワードのために取っておかれる。列の各対は２２８個のサブキャリアのうちの１つの同相及び直角ＱＰＳＫ変調に対して割当てられる。インターリーバの外側のさらに別のサブキャリアは、パイロットまたは他のデータアプリケーションの送信に利用できる。符号ビットは、インターリーバーアレーに特定のパターンで書き込まれる。このアレーは行毎に読み取られて、並列ＯＦＤＭシンボルのためのデータソースを提供する。インターリーバの区分の割当ては下記の通りである。
【００３４】
【数６】

インターリーバは、まず第１にパンクチャパターンの符号ビット（モジュロ１２インデックス）を１２個のサブキャリア列区分に割当てることにより構成できる。これは、上記のように区分のインデックスを用いてパンクチャパターンビットに対応するインターリーバの区分を指定することにより行う。順番は、低周波数サブキャリアから高周波数サブキャリアに亘って０乃至１１の範囲にあり、１２個のサブキャリアの区分を表わす。
【００３５】
各パーティションは３８個の列よりなり、特定のサブキャリアの実数及び虚数成分を別の隣接する列として同定する場合、１９個のサブキャリアに対して意図した符号ビットを含む。１２個の区分より成るインターリーバ全体で、４５６個の列がある。最も外側のサブキャリアは列０．１及び４５４、４５５として同定される。列１９０乃至２６５は、ＦＭホストスペクトルに最も近いオプションとしてのパンクチャドビットを含む。ｋ番目の区分インデックスの間隔を示すインターリーバアレーの一部（行０乃至１７、列０乃至８）を以下のように示すことができる。
【００３６】
【数７】

各区分はさらに、それぞれ１７行の１５ブロックに分割される。これらのブロックは、隣接する符号化情報ビットに対応する符号ビットを１つのブロックの行数で分離することによって、経時的なインターリービングを容易にする。
インターリーバアレーの行及び列のインデックス、row及びcolはそれぞれ下記の式を用いて計算する。
【００３７】
【数８】

上式において、インターリーバのサイズの定数は、ROW=255、COL=38、BLOCK=15、partはｋ番目のパンクチャパターンの区分（part=0.1,...11）である。インターリーバアレーの一部（図６）は、パンクチャパターンインデックスｋの連続値が時間と周波数の両方に亘り離隔していることを示している。
【００３８】
本発明は、直角周波数分割多重化放送システムにおいて非均等の干渉の影響を受信機が減殺することを可能にする。本発明の好ましい実施例は、ホストＦＭキャリアから最も遠い外側のＯＦＤＭサブキャリアが時として第１の隣接する、そして可能性があるものとして第２の隣接するチャンネルからの破壊的な干渉を受けるイン・バンド・オン・チャンネル（ＩＢＯＣ）デジタル音声放送（ＤＡＢ）システムに関する。本明細書に記載した方式を用いると、受信機は、干渉が特定のＯＦＤＭキャリアを損傷するに十分大きいと判定した後、それらのキャリアからソフトシンボルを適応消去するのを可能にする。本実施例で用いる特定のＦＥＣ符号化方式は、符号化利得の過度なロスを伴うことなく特定のビットのパンクチャまたは消去をする能力を活用するものである。
【００３９】
ＩＢＯＣ ＤＡＢはＣＰＣ符号を適用する理想的な対象であるが、その理由は、デジタルＤＡＢ送信を、それぞれ独立のフェージング有するほとんど独立の干渉信号により損傷をうける可能性のある２つの側波帯（上側波帯及び下側波帯）に亘って行うからである。一方の側波帯が受信機近傍の強力な第１の隣接ＦＭ信号により完全に損傷を受けている場合、反対の側波帯は受信機において独立に復元可能でなければならない。従って、各側波帯はそれぞれ独立に復号可能なＦＥＣ符号で符号化する必要がある。両方の側波帯が干渉信号により完全に損傷されていない有用な情報を含む場合、ＣＰＣ符号は２つの側波帯の出力を組み合わせて得られるよりもさらに大きい符号化利得を与える。さらに、ＯＦＤＭインターリーバ方式は、ＦＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢチャンネルの特異な干渉及び選択的フェージング特性に対処するために開発されている。
【００４０】
本発明は、経時的にインターリービングを行うことにより多数のシンボル時間に亘るフラットな（または広帯域の）フェージングの影響を減殺し、かつサブチャンネルの非均等な干渉の統計的傾向の先験的知識を活用する。後者により、符号ビットがサブキャリア上に注意深く配置され、ＦＭハイブリッドＩＢＯＣ ＤＡＢの用途のためのＣＰＣ符号が選択される。
【００４１】
本発明を現在において好ましい実施例と考えられる実施例について説明したが、当業者にとっては、頭書の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形例及び設計変更が可能であることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、ＤＡＢ信号を放送するホストＦＭラジオステーションと第１の隣接する干渉チャンネルの周波数スペクトルを表わす概略図である。
【図２】 図２は、Ｋ＝７、Ｒ＝１／２の畳込み符号化器の概略図である。
【図３】 図３は、本発明の方式に従って動作する送信機及び受信機の単純化機能ブロック図である。
【図４】 図４は、ビットが受信機、デインターリーバ、前方誤り訂正復号器を介してマッピング及び処理される態様を示す機能ブロック図である。
【図５】 図５は、Ｋ＝７、Ｒ＝１／３の畳込み符号化器の概略図である。
【図６】 図６は、本発明に利用されるブロック符号のアレーの概略図である。
【図６ａ】 図６ａは、本発明に利用されるブロック符号のアレーの概略図である。

Claims (16)

1. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号を用いてプログラム材料を符号化するステップより成る放送方式であって、
   直角周波数分割多重化された複数のキャリア信号（８０）を畳込み符号で変調して、ノンパンクチャラブルビットがキャリア信号の第１の群（３０）により、またパンクチャラブルビットがキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにし、
   キャリア信号を放送するステップより成り、
   第１の群のキャリア信号は第２の群のキャリア信号ほど干渉の影響を受けることが少ないことを特徴とする放送方式。
2. キャリア信号（８０）を受信し、
   第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定し、
   損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットを消去してパンクチャド符号を発生させ、
   パンクチャド符号を復号するステップをさらに含む請求項１の方式。
3. 第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定するステップは、
   第２の群のキャリア信号が受けた非均等な干渉を評価するステップより成る請求項２の方式。
4. キャリア信号（８０）を受信し、
   第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定し、
   第２の群のキャリア信号の各キャリア信号の信号対雑音比に応じてパンクチャラブルビットに重み付けを行い、
   畳込み符号を復号するステップをさらに有することを特徴とする請求項１の方式。
5. 畳込み符号をキャリア信号の間にインターリービングするステップをさらに含む請求項１の方式。
6. 畳込み符号をキャリア信号の間にインターリービングするステップは、畳込み符号を区分するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５の方式。
7. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号を用いてプログラム材料を符号化する手段（５８）と、
   直角周波数分割多重化された第２の複数のキャリア信号（８０）を畳込み符号で変調して、ノンパンクチャラブルビットがキャリア信号の第１の群（３０）により、またパンクチャラブルビットがキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにする手段（６４）と、
   キャリア信号を放送する手段（６８）とより成り、
   第２の複数のキャリア信号の第１の群は第２の複数のキャリア信号の第２の群ほど干渉の影響を受けることが少ない無線周波数送信機（４８）。
8. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号と共に直角周波数分割多重化された複数のキャリア信号を受信する手段（７０）であって、ノンパンクチャラブルビットはキャリア信号の第１の群により、またパンクチャラブルビットはキャリア信号の第２の群により搬送され、第１の群のキャリア信号は第２の群のキャリア信号ほど干渉の影響を受けることが少ない受信手段（７０）と、
   第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定する手段（８６）と、
   損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットを消去してパンクチャド符号を発生させる手段（８６）と、
   パンクチャド符号を復号する手段（７４）とよりなる無線周波数受信機（５０）。
9. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号と共に直角周波数分割多重化された複数のキャリア信号を受信する手段（７０）であって、ノンパンクチャラブルビットはキャリア信号の第１の群により、またパンクチャラブルビットはキャリア信号の第２の群により搬送され、第１の群のキャリア信号は第２の群のキャリア信号ほど干渉の影響を受けることが少ない受信手段（７０）と、
   第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定する手段（８６）と、
   損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットに重み付けして重み付け畳込み符号を発生させる手段（８６）と、
   重み付け畳込み符号を復号する手段（７４）とよりなる無線周波数受信機（４８）。
10. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する相補的畳込み符号と共に直角周波数分割多重化された複数のキャリア信号を受信して、ノンパンクチャラブルビットはキャリア信号の第１の群（３０）により、またパンクチャラブルビットはキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにし、第１の群のキャリア信号は第２の群のキャリア信号ほど干渉の影響を受けることが少なく、
    第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定し、
    損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットを消去してパンクチャド符号を発生させ、
    パンクチャド符号を復号するステップをさらに含む無線周波数信号を受信する方式。
11. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号と共に直角周波数分割多重化された複数のキャリア信号（８０）を受信して、ノンパンクチャラブルビットはキャリア信号の第１の群（３０）により、またパンクチャラブルビットはキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにし、第１の群のキャリア信号は第２の群のキャリア信号ほど干渉の影響を受けることが少ない受信ステップと、
    第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定する判定ステップと、
    損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットに重み付けして重み付けしたパンクチャド符号を発生させる重み付けステップと、
    重み付けしたパンクチャド符号を復号する復号ステップとより成る無線周波数信号を受信する方式。
12. 第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定するステップは、
    パンクチャラブルビットを含むキャリア信号の信号対雑音比を測定するステップより成り、
    損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットに重み付けして重み付けしたパンクチャド符号を発生させるステップは、
    信号対雑音比に応答してパンクチャラブルビットに重み付けするステップより成ることを特徴とする請求項１１の方式。
13. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号を用いてプログラム材料を符号化する手段より成る放送システムであって、
    直角周波数分割多重化された複数のキャリア信号（８０）を畳込み符号で変調して、ノンパンクチャラブルビットがキャリア信号の第１の群（３０）により、またパンクチャラブルビットがキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにする手段と、
    キャリア信号を放送する手段と、
    キャリア信号を受信する手段と、
    第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定する手段と、
    損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットを消去してパンクチャド符号を発生させる手段、
    畳込み符号を復号する手段杜より成ることを特徴とする放送システム。
14. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号を用いてプログラム材料を符号化する手段より成る放送システムであって、
    直角周波数分割多重化された第１の複数のキャリア信号（８０）を畳込み符号で変調して、畳込み符号のノンパンクチャラブルビットが第１の複数のキャリア信号の第１の群（３０）により、また畳込み符号のパンクチャラブルビットが第１の複数のキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにし、第２の複数のキャリア信号の第１の群は第２の複数のキャリア信号の第２の群ほど干渉の影響を受けることが少なく、直角周波数分割多重化された第２の複数のキャリア信号を相補的畳込み符号で変調して、相補的畳込み符号のノンパンクチャラブルビットが第２の複数のキャリア信号の第１の群（３０）により、また相補的畳込み符号のパンクチャラブルビットが第２の複数のキャリア信号の第２の群により搬送されるようにし、第２の複数のキャリア信号の第１の群は第２の複数のキャリア信号の第２の群ほど干渉の影響を受けることが少ない手段と、
    キャリア信号を放送する手段と、
    キャリア信号を受信する手段と、
    第１及び第２の複数の第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定する手段と、
    損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットを消去してパンクチャド符号を発生させる手段、
    畳込み符号と相補的畳込み符号を復号する手段より成ることを特徴とする放送システム。
15. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号を用いてプログラム材料を符号化する手段より成る放送システムであって、
    直角周波数分割多重化された複数のキャリア信号（８０）を畳込み符号で変調して、ノンパンクチャラブルビットがキャリア信号の第１の群（３０）により、またパンクチャラブルビットがキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにし、キャリア信号の第１の群はキャリア信号の第２の群ほど干渉の影響を受けることが少ない手段と、
    キャリア信号を放送する手段と、
    キャリア信号を受信する手段と、
    第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定する手段と、
    損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットに重み付けしてパンクチャド符号を発生させる手段と、
    畳込み符号を復号する手段より成ることを特徴とする放送システム。
16. ノンパンクチャラブルビットとパンクチャラブルビットを有する畳込み符号を用いてプログラム材料を符号化する手段より成る放送システムであって、
    直角周波数分割多重化された第１の複数のキャリア信号（８０）を畳込み符号で変調して、畳込み符号のノンパンクチャラブルビットが第１の複数のキャリア信号の第１の群（３０）により、また畳込み符号のパンクチャラブルビットが第１の複数のキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにし、第１の複数のキャリア信号の第１の群は第１の複数のキャリア信号の第２の群ほど干渉の影響を受けることが少なく、直角周波数分割多重化された第２の複数のキャリア信号（８０）を相補的畳込み符号で変調して、相補的畳込み符号のノンパンクチャラブルビットが第２の複数のキャリア信号の第１の群（３０）により、また相補的畳込み符号のパンクチャラブルビットが第２の複数のキャリア信号の第２の群（２８）により搬送されるようにし、第２の複数のキャリア信号の第１の群は第２の複数のキャリア信号の第２の群ほど干渉の影響を受けることが少ない手段と、
    キャリア信号を放送する手段と、
    キャリア信号を受信する手段と、
    第１の複数の第２の群及び第２の複数の第２の群のキャリア信号が損傷状態にあるか否かを判定する手段と、
    損傷状態にあると判定されたキャリア信号の任意のものにより搬送されるパンクチャラブルビットに重み付けしてパンクチャド符号を発生させる手段、
    畳込み符号と相補的畳込み符号を復号する手段より成ることを特徴とする放送システム。

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