JP4194999B2

JP4194999B2 - 後方互換的ｄｖｂ−ｓ規格送信システム

Info

Publication number: JP4194999B2
Application number: JP2004502625A
Authority: JP
Inventors: シュリィ，アントワーヌ; ポティエ，オリヴィエ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: KR20040104668A; EP1502439A1; CN1650630A; US7315582B2; AU2003219395A1; US20050169400A1; ATE365427T1; KR100971454B1; CN100361533C; DE60314511T2; WO2003094520A1; DE60314511D1; JP2005524351A; EP1502439B1

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、デジタル送信に関する。本発明は、特にメイン送信システムと後方互換性を有する新規な送信システムに関する。本発明は、送信チャネルを介し送信される信号を符号化する主となる変調を用いるメインシステムの受け手が、補助的変調を用いる新規な送信システムに従って符号化された信号を受信することを可能にする。

本発明は、デジタル送信システムに適用され、特に、デジタルテレビの衛星放送システムに適用される。

〔背景技術〕
ＤＶＢ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＢｒｏａｄｃａｓｔ）委員会のテクニカルモジュール（ＴＭ）は、将来の衛星放送システムのビットレート及び出力効率を向上させるため、衛星放送（ＤＶＢ−Ｓ２）のための第２世代システムの定義を検討している。符号化と偏重に対する２つの主要なアプローチが検討されている。第１のアプローチは、高スペクトル効率的変調によるターボ符号化などを含む現在のＤＶＢ−Ｓ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＢｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇｆｏｒＳａｔｅｌｌｉｔｅ）規格に全く互換性を備えないものであり、第２のアプローチは後方互換性を有するものである。

Ａ．ＭｏｒｅｌｌｏとＶ．ＭｉｇｎｏｎｅによるＤＶＢテクニカルモジュールＴＭ２６３８の文献「ＤＶＢ−Ｓ２に対する後方互換的解決法（ＢａｃｋｗａｒｄｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒＤＶＢ−Ｓ２）」は、従来のＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調の代わりとして階層的非一様８−ＰＳＫ（８状態−ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調を利用することにより追加的データレートの提供が可能な後方互換的システムを説明している。階層的非一様８−ＰＳＫ変調を用いたシステムの問題点は、一様でない８−ＰＳＫ信号点配置（ｓｉｇｎａｌｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）におけるシンボル間の角度が、階層的点配置により導入される角度乖離が受信側の従来のＱＰＳＫ復調器により追加的なノイズ要因とみなされるため、やや小さく（＜π/８）保持される必要があるということである。従って、一様でない点配置の最小距離はやや小さいままとされる。この結果、追加的データは、強力かつ低レートチャネル符号化方式によりプロテクトされなければならない。これには、追加的データを復号するためのやや複雑なアルゴリズムが必要とされる。

〔発明の開示〕
本発明の課題は、上記問題点を回避するシステムを提供することにある。

本発明による送信機は、
−データを有するメインストリームを受信し、メイン符号化ストリームを供給するメインエンコーダと、
−追加的データを有する補助的ストリームを符号化し、補助的符号化ストリームを供給する補助的エンコーダと、
−前記メイン符号化ストリーム、またはメイン符号化ストリームと補助的符号化ストリームを受信し、各シンボル期間に対して、適用対象の点配置を示す所定のパターンに従って第１点配置のｎビットシンボルまたは第２点配置のｎ＋ｍビットシンボルを生成するハイブリッド変調器とを有する。

補助的点配置は、追加的データの送信が可能となるように、メイン点配置（２^ｎ）より多くの信号（２^ｎ＋ｍ）を有する。メイン点配置の信号のみを求めるメインシステムの受信機は、補助的点配置の信号をノイズにより影響される第１点配置の信号とみなす。本発明の要旨は、送信ストリームに依存して所定のパターンに従って補助的点配置とメイン点配置を交互に適用するということである。メインデコーダと呼ばれるメイン点配置の信号を求めるデコーダは、ノイズによる影響をほとんど受けないと考えられるメイン点配置のシンボルを交互に受信するため、補助的点配置の信号を復号するだけのより大きな容量を有する。

これにより、補助的点配置のシンボル間の距離を増大させることが可能となり、補助的ストリームのチャネル符号化方式の設計をより容易に、かつ受信側での復号処理をより単純にすることができる。

効果的には、提案された送信機はまた、当該送信機とメイン受信機と呼ばれるメイン点配置のシンボルを求める受信機との間のより良好な同期を導く。メイン受信機は、周期的に復号化を容易にする真のメインシンボルを受け取り、同期をより容易にする。さらに、補助的点配置のシンボル間の距離がより大きくなるため、より低い精度で数量化を行うことができる。

本発明と、本発明を効果的に実現するのに任意的に利用可能な追加的構成は、以下で説明される図面を参照して明瞭化かつ解明される。

〔発明を実施するための最良の形態〕
以下の注意は参照符号に関するものである。２つの相異なる図面の同一のブロック記号は通常同一の機能構成を示している。

図１は、通常のＤＶＢ−Ｓベースバンド送信機のブロック図を示す。送信機は、ＣＯＤＥＲと記されたチャネルエンコーダ及びＱＰＳＫと記されたＱＰＳＫ変調器を有する。チャネルデコーダＣＯＤＥＲは、ＰＳと記されたメインデータストリームを受信し、送信データストリームを送信エラーからプロテクトする冗長ビットを含む符号化ストリームを供給する。チャネルエンコーダＣＯＤＥＲは、一般に、パンクチャード１/２レート畳み込み符号によるリードソロモン符号の連結から構成される。各シンボルの間において、チャネルエンコーダ出力における２ビットが、円の４つの象限の各々において集合（００，０１，１１，１０）の中の２ビットシンボルにより示されるグレイ写像による４つのＱＰＳＫシンボルの１つの選択を可能にする。その後、２ビットのシンボルが送信チャネルを介して、送信機により実行される処理に関して逆処理を実行し、送信データストリームＰＳを抽出するため、ＱＰＳＫ復調器とチャネルデコーダを有する受信機（図示せず）に送信される。

図２は、図３に示される階層的非一様８−ＰＳＫ変調を利用したＤＶＢ−Ｓ２と呼ばれる後方互換的システムの送信構成を示す。送信機は、ＤＶＢ−ＳとＤＶＢ−Ｓ２受信機と互換性を有する。送信機は、
−メインストリームと呼ばれ、ＰＳと記される第１ＤＶＢストリームを受信し、各シンボル時に、ＱＰＳＫマッピングの一象限に対応するｎビット出力（図２に示される実施例ではｎ＝２）、すなわち、図２で１）と示されるビットペア（０，０）に対応する第１象限と、２）と示されるビットペア（０，１）に対応する第２象限と、３）と示されるビットペア（１，１）に対応する第３象限と、４）と示されるビットペア（１，０）に対応する第４象限を供給するＣＯＤＥＲと記される第１チャネルエンコーダと、
−補助的ストリームと呼ばれ、ＳＳと記される追加的データレートを提供するための第２ストリームを受信し、各シンボル時に、第１チャネルエンコーダによりメインストリームから生成された２ビット出力によりすでに選ばれた象限にある２つの非一様８−ＰＳＫシンボルの１つに対応するｍビット出力（ここでは、ｍ＝１）を送出するＣＯＤＥＲ２と記される第２チャネルエンコーダと、
−送信チャネルを介し通常のＤＶＢ−Ｓ受信機またはＤＶＢ−Ｓ２受信機の何れかにより受信される非一様８−ＰＳＫシンボルを送出するＮＵ８−ＰＳＫと記された階層的非一様８−ＰＳＫ変調器とを有する。

メインストリームＰＳは、ＤＶＢ−Ｓチャネルシステムとの互換性を維持する可能性を提供する。この結果、第１チャネルエンコーダＣＯＤＥＲ１は、通常のＤＶＢ−Ｓチャネルエンコーダと同一となる。

図３において、非一様８−ＰＳＫ点配置のマッピングが示される。この変調は、やや小さい（＜π/８）である同一象限のシンボル間の角度２φにより特徴付けされる。

受信側では、復調は以下のように実行される。メインデータは、ＤＶＢ−Ｓ受信機と同様にして、すなわち、ＱＰＳＫシンボルに対する距離を計算することにより復号される。これにより、φの値に依存するＤＶＢ−Ｓシステムに関してＳＮＲ劣化が導かれる。この結果、対応するＳＮＲ劣化が固定値（例えば、０．５ｄＢなど）を超えないようにφが選択される。この従来技術によるＱＰＳＫ復調器に対して、階層的点配置により導かれる角度乖離は追加的ノイズ要因としてみなされる。８つの点配置シンボルに関する距離を考えることにより補助的ストリームが復号される。与えられた符号に対して、当該ストリームのＢＥＲ（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）パフォーマンスは、２ｓｉｎ（φ）に等しい点配置の最小ユークリッド距離に依存する。

図４は、本発明による送信機の一例のブロック図を示す。送信機は、第１エンコーダＣＯＤＥＲ１、第２エンコーダＣＯＤＥＲ２及びハイブリッドＱＰＳＫ/階層的非一様８−ＰＳＫ変調器４０を有する。メインエンコーダ（ＣＯＤＥＲ１）は、データを有するメインストリームを受信し、ｎビット符号化ストリームを送出する。補助的エンコーダ（ＣＯＤＥＲ２）は、追加的データを含む補助的ストリームを符号化し、ｍビット符号化ストリームを送出する。ハイブリッド変調器（４０）は、メインｎビット符号化ストリーム及び/または符号化ストリームを受信し、各シンボル期間に対して、適用対象の点配置を示す所定のパターンに従って、メインシンボルと呼ばれる第１点配置（例えば、ＱＰＳＫ）のｎビットシンボルあるいは補助的シンボルと呼ばれる第２点配置（例えば、ＮＵ８−ＰＳＫ）のｎ＋ｍビットシンボルを生成する。送信ストリームの必要なレートとメインストリームに関する許容されたＳＮＲ劣化に関して、パターンは予め決定される。

図２の変調器と比較して、そのようなハイブリッド変調器の効果は、それが真のメインシンボルを補助的シンボルと交互に送信するということである。このため、メインデコーダは、受信シンボルの一部がメイン点配置に属する放出されたシンボルに対応するため、当該受信シンボルを復号するのにより大きな容量を有することになる。

これにより補助的点配置のシンボル間の距離の増大が可能となり、補助的ストリームのチャネル符号化設計と受信側でのより容易な復号処理を提供する。

変調器４０は、例えば、スイッチ４２、ＱＰＳＫと記されたＱＰＳＫ変調器、ＮＵ８−ＰＳＫと記された階層的非一様８−ＰＳＫ変調器、ＤＥＭＵＸと記されたハイブリッド変調逆多重化装置、及びＳＣＨＥＤＵＬＥＲと記されたハイブリッドＱＰＳＫ/階層的非一様８−ＰＳＫ変調スケジューラを有するようにしてもよい。

本発明の原理は、ハイブリッドＱＰＳＫ/非一様８−ＰＳＫ変調の利用に基づく。各シンボルに対して用いられる点配置を示すため、ハイブリッド変調が周期的なバイナリパターンにより指定され、スケジューラに入力される。一例として、ビット「０」をＱＰＳＫ点配置に、ビット「１」を階層的点配置に割り当てる場合、パターン（０，１，１）はＱＰＳＫシンボルが３シンボル周期ごとに送信されるということを意味する。周期的パターンの値に依存して、スケジューラＳＣＨＥＤＵＬＥＲは以下のようにハイブリッド変調スイッチ４２とハイブリッド変調逆多重化装置ＤＥＭＵＸを制御する。考察対象のシンボル時間において、周期的パターンが「１」である場合、スイッチ４２はメインストリームから２ビットの符号化ビットと、補助的ストリームから１ビットの符号化ビットを取得する。これら３ビットが、ＮＵ−８−ＰＳＫ３ビットシンボルを生成するため、階層的ＮＵ−８−ＰＳＫ変調器にわたされる。考察対象のシンボル時間において、周期的パターンが「０」である場合、スイッチはメインストリームから２ビットの符号化ビットを取得する。これら２ビットは、２ビットＱＰＳＫシンボルを生成するため、ＱＰＳＫ変調器にわたされる。ハイブリッド変調逆多重化装置の役割は、変調器の出力に生成されたシンボルをわたすことである。すなわち、周期的パターンが「１」（「０」）である場合、対応する生成された階層的ＮＵ−８−ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）シンボルを出力にわたす。

従来の（ハイブリッドでない）階層的スキームと比較して、本発明の主要な効果は以下の通りである。メインストリームの与えられたパフォーマンス（例えば、Ｖｉｔｅｒｂｉデコーダの出力においてＢＥＲ＝２．１０−４）に対して、非一様８−ＰＳＫ点配置の角度φ（すなわち、それの最小ユークリッド距離）は、ＱＰＳＫ（ノイズ性のない）シンボルの存在により、非ハイブリッドスキームに関して増大させることができる。より高いレートコードを用いて非ハイブリッドスキームと同様のスペクトル効率を達成するため、補助的チャネルエンコーダの複雑さは低減される。補助的ストリームを考慮すると、より高いレートコードの利用によるＳＮＲ損失は、角度φの増大による最小ユークリッド距離の平方のゲインにより補償される。さらに、２つの非一様シンボル間の最小距離は増加させられているため、数量化をより少ないビットで実行することができる。最後に、ハイブリッド変調の利用は、同期のためのＱＰＳＫシンボルの利用を可能にする（例えば、キャリアや時間復元など）。これにより、より低い位相ジターによりＤＶＢ−Ｓ２受信機の非ハイブリッドシステムに関してパフォーマンスの向上を導くことができる。

ハイブリッドと非ハイブリッド変調との間のパフォーマンスを比較するため、シミュレーションが実行された。一例として、変調パターン＝（０，１，１）が利用された。すなわち、１つのＱＰＳＫシンボルと２つのＮＵ−８−ＰＳＫシンボルが周期的に送信される。ターゲットとなるビットエラーレートＢＥＲ＝２．１０−４を有するメインデータストリームに対して、レート１/２畳み込み符号が利用された。ハイブリッド変調の場合のφ＝０．２３ｒａｄと比較して、ハイブリッド変調の場合の最小角度φ＝０．３０ｒａｄを取得し、これにより、補助的ストリームの最小距離に関して２．２５ｄＢのゲインが生じた。スペクトル効率の減少（補助的コードレートが２倍になったため）によるＳＮＲ損失が１．７６ｄＢに等しいため、補助的ストリームに対する全体的なＳＮＲゲインは０．４９ｄＢとなる。

図５は、本発明による後方互換的システムを示す。本システムは、図４を参照して説明された送信機と同様に後方互換的な送信機５１、受信機５２及び送信機から受信機への変調データの送信を行う送信チャネル５３を有する。受信機５２は、メインシンボル（ＱＰＳＫ変調により符号化された）を求める、例えばＤＶＢ−Ｓタイプの通常の受信機であってもよいし、あるいはメインシンボル及び補助的シンボル（ＱＰＳＫ及びＮＵ８−ＰＳＫ変調に従って、あるいは所定のパターンに従って符号化された）を受信する、例えばＤＶＢ−Ｓ２タイプの新たな受信機であってもよい。

通常のメイン受信機の場合、受信機は、通常通りメイン（ＱＰＳＫ）シンボルを受信し、通常通りそれを復号し、ノイズのあるメインシンボルとしてみなされる補助的シンボル（ＮＵ−８ＰＳＫ）を受信し、それらをメインシンボルとして復号する。

新たな受信機の場合、受信した進号を適切に復号することができるために、受信機は、ハイブリッド変調器により利用されるパターンと、例えば、送信機により利用される変調を特徴付けるシンボル間の最小ユークリッド距離または角度を検出する手段を有する必要がある。最もノイズの大きなシンボルを検出することにより、受信機は、ブラインド方式でどの周期的パターンが利用されるか検出することができるべきである。シンボル間の角度または距離は、受信シンボル間の角度または距離を平均化することにより検出することができる。その後、変調（ＱＰＳＫ）シンボルを符号化するため送信機で利用されるメイン変調器に関して逆処理を実行する復調器が、メインシンボル（ＱＰＳＫ）を復調する。送信機で用いられる補助的変調器に関する逆処理を実行する特定の復調器が、補助的シンボル（ＮＵ８−ＰＳＫ，φ）を復調する。

図面及び上記説明は、本発明を限定するというより例示するためのものである。添付されたクレームの範囲に属する多数の代替的なものがあるということは明らかである。この点に関し、以下の結びの注意が与えられる。

ハードウェア、ソフトウェアあるいはその両方のアイテムにより機能を実現する多数の方法がある。この点に関し、図面はまさに図式的なものであり、各図面は本発明の単なる１つの可能な実施例を表すものである。従って、図面は異なる機能を異なるブロックとして示しているが、このことはハードウェアあるいはソフトウェアの単一のアイテムが複数の機能を実行するということを排除するものではない。また、ハードウェア、ソフトウェアあるいはその両方のアイテムの組み合わせが１つの機能を実行するということを排除するものでもない。

ハイブリッドＱＰＳＫ／ＮＵ８−ＰＳＫ変調器が図４に説明されるが、これは、本発明をこれらの２つの変調のみに限定するものではない。本発明はまた、ＤＶＢ規格に必ずしも互換していない他の変調ペアと共に他のメイン及び補助的ストリームタイプに適用することも可能である。

クレーム中の任意の参照符号は当該クレームを限定するものと解されるべきでない。「有する」という動詞の利用及びその活用形は、クレームに記載されたもの以外の他の要素またはステップの存在を排除するものではない。要素またはステップに先行する冠詞「ａ」や「ａｎ」の利用は、そのような要素またはステップが複数存在することを排除するものではない。

図１は、ＤＶＢ−Ｓベースバンド送信機の一般的ブロック図の基本構成を示す概念図である。図２は、非一様８−ＰＳＫ変調を用いた従来技術による後方互換的送信機の基本構成を示す概念図である。図３は、従来技術による非一様８−ＰＳＫ信号点配置を示す概略図である。図４は、本発明によるハイブリッドＱＰＳＫ/階層的非一様８−ＰＳＫ変調を用いた後方互換的送信機の基本構成を示す概念図である。図５は、本発明によるシステムを示す概念図である。

Claims

データを有するメインストリームを受信し、メイン符号化ストリームを供給するメインエンコーダと、
追加的データを有する補助的ストリームを符号化し、補助的符号化ストリームを供給する補助的エンコーダと、
前記メイン符号化ストリーム、またはメイン符号化ストリームと補助的符号化ストリームの両方を受信し、各シンボル期間に対して、適用対象の点配置を示す所定のパターンに従って第１点配置のｎビットシンボルまたは第２点配置のｎ＋ｍビットシンボルを生成するハイブリッド変調器とを有することを特徴とする送信機。
請求項１記載の送信機であって、前記ハイブリッド変調器は、
所定のパターンに関して、前記メイン符号化ストリームからのｎビットシーケンス及び/または前記補助的符号化ストリームからのｍビットシーケンスの選択を可能にするスイッチ手段と、
前記スイッチ手段から前記ｎビットシーケンスを受信し、前記第１点配置のｎビットシンボルを生成する第１変調器と、
前記スイッチ手段からｎビットシーケンスとｍビットシーケンスの両方を受信し、前記第２点配置のｎ＋ｍビットシンボルを生成する第２変調器と、
前記第１及び第２変調器により生成されるシンボルを逆多重化する逆多重化装置と、
前記所定のパターンが前記第１点配置が適用対象であると示す場合、前記スイッチ手段から前記第１変調器に前記逆多重化装置の出力に供給されるｎビットシンボルを生成するためｎビットシーケンスがわたされ、前記所定のパターンが前記第２点配置が適用対象であると示す場合、前記スイッチ手段から前記第２変調器に前記逆多重化装置の出力に供給されるｎ＋ｍビットシンボルを生成するためｍビットシーケンスがわたされるように、前記所定のパターンに関して前記スイッチ手段と前記逆多重化装置を制御する制御手段とを有することを特徴とする送信機。
データを有するメインストリームを受信し、メイン符号化ストリームを供給するメイン符号化ステップと、
追加的データを有する補助的ストリームを符号化し、補助的符号化ストリームを供給する補助的符号化ステップと、
前記メイン符号化ストリーム、またはメイン符号化ストリームと補助的符号化ストリームの両方を受信し、各シンボル期間に対して、適用対象の点配置を示す所定のパターンに従って第１点配置のｎビットシンボルまたは第２点配置のｎ＋ｍビットシンボルを生成するハイブリッド変調ステップとを有することを特徴とする送信方法。
請求項１記載の送信機から送信されるシンボルを受信する受信機であって、
前記受信されるシンボルはメイン点配置または補助的点配置に従って符号化され、前記補助的点配置は該点配置のシンボル間の距離を示す特定のパラメータにより特徴付けされ、該受信機は、
各シンボル期間に対し、前記メイン点配置または補助的点配置のどの点配置が利用されるか示すため、前記送信機により利用される前記所定のパターンを検出する手段と、
前記補助的点配置の特定のパラメータを検出する手段と、
前記補助的点配置に対する検出されたパラメータを考慮しながら、前記パターンにより示されるように、利用される前記点配置に従って前記受信されるシンボルを復号する復号手段とを有することを特徴とする受信機。
メイン点配置、または補助的点配置のシンボル間の距離を示す特定のパラメータにより特徴付けされる前記補助的点配置に従って符号化されるシンボルを受信する受信ステップと、
各シンボル期間に対し、前記メインまたは補助的点配置の中のどのタイプの点配置が利用されるか示すため、前記送信機により利用される所定のパターンを検出する第１検出ステップと、
前記補助的点配置の特定のパラメータを検出する第２検出ステップと、
前記補助的点配置のシンボル間の距離を決定するため前記補助的点配置の検出されたパラメータを考慮しながら、前記パターンにより示されるように、利用される点配置タイプに従って前記受信されたシンボルを復号する復号ステップとを有することを特徴とする受信方法。
請求項１記載の送信機と請求項４記載の受信機を有するシステム。
命令セットを計算する受信機に対して、前記受信機にロードされると、前記受信機に請求項５に記載された方法を実行させるコンピュータプログラム。
命令セットを計算する送信機に対して、前記送信機にロードされると、前記送信機に請求項３に記載された方法を実行させるコンピュータプログラム。
請求項１記載の送信機により生成され、所定のパターンに従って第１点配置のｎビットシンボルと第２点配置のｎ＋ｍビットシンボルのシーケンスを有する信号。