JP4516959B2 - マルチレベル変調信号を同期させる方法及び装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［発明の背景］
本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細には衛星ベース通信システムに関する。

１９９９年１０月１２日にＲａｍａｓｗａｍｙに付与された米国特許第５，９６６，４１２号に開示されるように、階層的変調などのマルチレベル変調の一形態が、既存のレガシーレシーバのサポートを継続するための一つの方法として衛星システムにおいて利用可能であり、新たなサービスを提供するための成長パスが提供される。言い換えると、階層的変調に基づく衛星システムは、既存のユーザが新たな衛星レシーバを購入する必要なく、追加的な機能またはサービスの追加を可能にする。階層的変調ベースの通信システムでは、上位レイヤ（ＵＬ）信号と下位レイヤ（ＬＬ）信号などの少なくとも２つの信号が、送信用の同期変調（すなわち、シンボル同期）衛星信号を生成するのに加算される。後方互換性を提供する衛星ベース通信システムに関して、ＬＬ信号は追加されたサービスを提供し、ＵＬ信号は既存のサービスを提供する。すなわち、ＵＬ信号は実質的には以前に送信されたものと同一の信号であり、このため、衛星送信信号はレガシーレシーバを有するユーザに影響を与えることなく進化し続けることが可能となる。また、既にレガシーレシーバを所有するユーザは、ユーザが追加的サービスを提供するためＬＬ信号を復元可能なレシーバやボックスへのアップグレードを行うことを決定する時点まで、レガシーレシーバの使用を継続することが可能となる。

同様に、階層化変調などの他の形態のマルチレベル変調もまた、後方互換的アプローチを提供するのに利用可能である。階層化変調ベースシステムでは、少なくとも２つの信号が（ＵＬ信号（既存サービス）とＬＬ信号（追加的サービス）など）、同一キャリアに変調される（おそらく互いに非同期的に）。ＵＬ信号とＬＬ信号の送信は、２つのトランスポンダを介し個別に行われ、積層的変調レシーバのフロントエンドは、そこに送信されたデータの復元前にそれらを合成する。
［発明の概要］
マルチレベル変調信号ベースの通信システムでは、下位レイヤなどの１つのレイヤは低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードを利用し、これにより、極めて長いデータ符号化ブロックを搬送する。例えば、ＬＤＰＣブロックは、６４Ｋビット（１Ｋ＝１０２４ビット）のオーダに基づくものであってもよく、ヘッダ部分と実データ部分を含むものであってもよい。ここで、ヘッダ部分はさらに、レシーバがＬＤＰＣブロックのスタートに同期するため同期データを有するものであってもよい。また、マルチレベル変調信号の各レイヤの信号がシンボルレベルで同期されたとしても、下位レイヤのＬＤＰＣブロックの同期データのレシーバにおける検出には、レシーバにさらなる処理負荷を追加する、６５，５３６ビットのＬＤＰＣブロックのすべてでないとしてもその大部分などの大量のデータの検索を伴うかもしれない。

従って本発明の原理によると、マルチレベル変調信号では、少なくとも１つの他のレイヤが、他のレイヤにおいて特定のデータを検出するのに利用される。

本発明の実施例では、衛星通信システムは、送信機、衛星トランスポンダ及び受信機から構成される。送信機は、アップリンクマルチレベル変調信号（階層的（ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ）変調、積層的（ｌａｙｅｒｅｄ）変調など）を衛星トランスポンダに送信し、衛星トランスポンダはマルチレベル変調信号を１以上の受信機にダウンリンク配信する。マルチレベル変調信号は、上位レイヤと下位レイヤから構成される。下位レイヤはＬＤＰＣブロックまたはフレームを搬送し、各ＬＤＰＣブロックは、ヘッダ部分と実データ部分を含むＳビットのデータから構成される。上位レイヤはより短いブロックを搬送し、各ブロックはＲビットのデータから構成され（ただし、Ｒ＜Ｓ）、このより短いブロックはまた、ヘッダ部分と実データ部分から構成される。送信機は、各ＬＤＰＣブロックの送信開始と短いブロックの送信開始を同期させる。受信機は受信した短いブロックを用いて、受信したマルチレベル変調信号の下位レイヤ部分の特定のデータの検索を支援する。特に、受信機は、受信した短いブロックのヘッダ部分の検出により、受信信号の下位レイヤ部分の同期データを検索する。
［詳細な説明］
発明のコンセプト以外に、周知の要素が図示されているが、これについては詳細には説明しない。また、衛星ベースシステムに精通していることが想定されているため、ここではこれについて詳細には説明されない。例えば、本発明のコンセプト以外の衛星トランスポンダ、ダウンリンク信号、シンボルコンステレーション、無線周波数（ＲＦ）フロントエンド、受信部分、低ノイズブロックダウンコンバータ、トランスポートビットストリームを生成するためのフォーマット化及び符号化方法（ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）−２システム規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−１）など）、ログ確率比などの復号化方法、ソフト入力ソフト出力（ＳＩＳＯ）デコーダ、Ｖｉｔｅｒｂｉデコーダなどは周知であり、ここでは説明されない。さらに、本発明のコンセプトは、ここでは開示されない従来技術によるプログラミング技術を用いて実現されてもよい。ここでは、「フレーム」、「ブロック」及び「パケット」という用語は相互交換可能に使用されているということに留意されたい。最後に、図面の同様の番号は同様の要素を表している。

上述のように、マルチレベル変調信号（階層的変調、積層的変調など）に基づく通信システムでは、下位レイヤなどの１つのレイヤが低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コードを利用し、これにより、極めて長いデータの符号化ブロック（または、クレームあるいはパケット）を搬送するかもしれない。例えば、ＬＤＰＣブロックは、６４Ｋビットのオーダに基づき（１Ｋ＝１０２４ビット）、ヘッダ部分と実データ部分を有するようにしてもよい。ここで、ヘッダ部分はさらに、受信機がＬＤＰＣブロックのスタートに同期するように同期データを有するようにしてもよく、実データ部分はユーザデータを有する（パリティデータなどをさらに含むものであってもよい）。また、マルチ変調信号の各零夜の信号はシンボルレベルで同期されていたとしても、下位レイヤのＬＤＰＣブロックの同期データの受信機における検出には、レシーバにさらなる処理負荷を追加する、６５，５３６ビットのＬＤＰＣブロックのすべてでないとしてもその大部分などの大量のデータの検索を伴うかもしれない。従って本発明の原理によると、マルチレベル変調信号では、少なくとも１つの他のレイヤが、他のレイヤにおいて特定のデータを検出するのに利用される。

図１において、本発明の原理による例示的な通信システム５０が示される。通信システム５０は、送信機５、衛星チャネル２５、受信機３０及びテレビ（ＴＶ）３５から構成される。以下において詳細に説明はしないが、通信システム５０の概略が後述される。送信機５は、信号４−１〜４−Ｋにより表されるいくつかのデータストリームを受信し、マルチレベル変調信号６を衛星送信チャネル２５に提供する。例示的には、これらのデータストリームは、衛星ＴＶシステムの制御信号やコンテンツ（映像など）などを表し、互いに独立または関連するものとされてもよい。マルチレベル変調信号６は、Ｋ個のレイヤを有する（Ｋ≧２）階層的変調ベース信号を表す。ここでは、「レイヤ」及び「レベル」という用語は、相互交換的に使用されることに留意されたい。さらに、信号４−１などの特定のデータストリームは、既に他のデータストリーム（図示せず）の集合体を表すかもしれない。衛星チャネル２５は、送信アンテナ１０、衛星１５及び受信アンテナ２０を有する。送信アンテナ１０（地上送信ステーションを表す）は、衛星１５へのアップリンク信号１１としてマルチレベル変調信号６を提供する。これは、ダウンリンク信号１６を介し受信したアップリンク信号を配信エリアに再送する（典型的には、アップリンク信号とは異なる周波数により）。この配信エリアは、典型的には、米国の一部などの所定の地理的エリアをカバーする。ダウンリンク信号１６は、受信アンテナ２０により受信され、受信アンテナ２０により受信信号２９は、視聴のため信号３１を介しコンテンツなどをＴＶ３５に提供するため、本発明の原理に従って受信信号２９を復調及び復号する受信機３０に提供される。ここで、説明はしないが、送信機５はさらに、チャネルの非線形性を補償するため、送信前に信号を予め変形するようにしてもよい。

図２を参照するに、本発明の原理による送信機５の例示的な実施例が示される。本説明の残りでは、マルチ変調信号６は階層的変調ベース信号であると共に、Ｋ＝２であると仮定される。しかしながら、本発明がこれに限定されるものではないということは留意されるべきである。送信機５は、マルチレベル変調器７０とプロセッサ６５とを有する。プロセッサ６５は、１以上のマイクロプロセッサ及び／またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を有し、プログラムの実行及びデータの格納を行うための追加的なメモリ（図示せず）を有するようにしてもよい。同様に、マルチレベル変調器７０は、マルチレベル変調信号６を与えるエンコーダ、バッファ、変調器などを表す（簡単化のため図示せず）。これに関して、図２から観察することができるように、マルチレベル変調器７０は、データストリーム４−１を上位レイヤ（ＵＬ）変調信号符号化及び変調し、データストリーム４−２を下位レイヤ（ＬＬ）変調信号に符号化及び変調する。ＵＬ信号はＵＬパケット８１のストリームであり、各ＵＬパケット８１はＲビットから構成され、ヘッダ部分８２と実データ部分８３を含む。例示的には、当該パケットは、上述の規格に従ってＭＰＥＧデータを搬送する。対照的に、ＬＬ信号はＬＬパケット９１のストリームであり、各ＬＬパケット９１はＳビットから構成され、ヘッダ部分９２と実データ部分９３を含む（ただし、Ｒ＜Ｓ）。本説明のため、各ＬＬパケット９１はＬＤＰＣ符号化ブロックを表すと仮定される。例示的には、Ｒは１８８ビットであり、Ｓは６５，５３６ビットである。さらに、同期データは、ヘッダ９２の一部など、各ＬＬパケット９１の一部として搬送されると仮定する。

図３を参照するに、本発明の原理による送信機５の動作がさらに示される。特に、ＬＬパケット９１の送信開始は、他のレイヤの１以上における信号またはその一部に同期される。例えば図３では、ＬＬパケット９１の送信開始は、時間軸１００により示されるように時間が経過する時点１０１において発生するＵＬパケット８１の送信開始に同期される。また、Ｊ個のＵＬパケット９１が時点１１２において次のＬＬパケットの開始前に送信される（ただし、Ｊ＞１）。ここで図３から、ＬＬパケット９１の送信はＵＬパケット８１からトリガーされるため、連続するＬＬパケットの送信間で時間遅延１１１が発生する場合があるかもしれないということが観察されるべきである。図３から、下位レイヤと比較して、上位レイヤのビット／秒による送信レートは、少なくともＪ個のＵＬパケット９１が、各ＬＬパケット８１に対し完全に送信されることを観察することができる。

図４において、上記観点における図２の送信機５に用いられる本発明の原理による例示的な方法が示される。ステップ２０５において、図２のプロセッサ６５は、図２の信号６６などを介しマルチレベル変調器７０がＬＬパケット９１の送信準備を完了したか定期的にチェックする。ＬＬパケット９１が送信の準備ができたと検出されると、プロセッサ６５は、図２の信号６７などを介しマルチレベル変調器７０に次に利用可能なＵＬパケット８１の送信と準備されたＬＬパケット９１の送信を同期させる（図３の時点１０１または１１２により表されるように）。

ＬＬパケットのスタートは他のレイヤの１以上における信号またはその一部と固定的な関係を有するため、受信機３０は、この固定された関係を活用することによって、より迅速に受信したマルチレベル変調信号（受信ＬＬ信号９６）の下位レイヤ部分における同期データなどのあるデータを検索することができる。ここで、本発明の原理に従い受信機３０の動作を示す図５に着目されたい。再び、当該特定のデータは同期データであり、当該同期データはＬＬパケット９１のヘッダ９２などにおける受信したＬＬパケットの始めに、またはその近傍にあるということが仮定される。上述のように、ＬＬパケットの送信はＵＬパケットのスタートと同期されるため、受信機３０は、図５の各点線の矢印により示されるような受信ＵＬパケット８１のヘッダのスタートを検出した後の期間Ｔ_Ｓにおいてのみ受信したＬＬ信号９６から同期データを検索する。期間Ｔ_Ｓの長さは、ＬＬパケット９１のヘッダ９２の長さを実質的にカバーするよう選ばれる。このため、受信機３０は、対象となる特定データの出現のため、受信したＬＬ信号９６の全体を検索する必要はない。言い換えると、受信機３０は、下位レイヤなどの他のレイヤの特定のデータに対する時間ウィンドウ（検索ウィンドウ）の検索を実行するに際し、他のレイヤの１以上からの信号またはその一部をトリガーポイントとして利用する。上述の説明に関して、トリガーポイントはＵＬパケット（本例では、ＭＰＥＧパケット）のヘッダのスタートの検出であり、検索ウィンドウは期間Ｔ_Ｓである。本例では、トリガーポイントの検出と検索ウィンドウとの間にほとんど遅延はなかった。しかしながら、本発明のコンセプトはこれに限定されるものではなく、図６に示されるように、トリガーポイントの検出と検索の開始との間にはさらなる遅延Ｔ_Ｆが存在するかもしれない。

図７において、図１の受信機３０に利用される本発明の原理による方法が示される。ステップ３０５において、受信機３０は、他のレイヤの１以上におけるトリガーポイントを検索する。本例では、受信機３０は、ヘッダの検出などＵＬパケットのスタートを検索する。トリガーポイントが検出されると、受信機３０は、ステップ３１０において期間Ｔ_Ｆだけ待機する。しかしながら本例では、Ｔ_Ｆは例示的にゼロに等しく、すなわち、トリガーポイントの検出と検索ウィンドウの開始との間には実質的な遅延はない。ステップ３１５において、受信機３０は、長さＴ_Ｓの検索ウィンドウ中に受信したＬＬ信号の特定のデータを検索する。再び本例では、この特定のデータは同期データである。同期データが受信したＬＬ信号において検出されない場合、ステップ３０５に戻り、再び検索を開始するための次のトリガーポイントの検出を待機する。しかしながら、特定のデータがステップ３１５において検出されると、受信機３０はさらに、受信したＬＬパケットによって搬送されるデータを復号するためなど、ステップ３２０において受信データを処理する。

上記に関して、Ｊ＝６４の場合、受信機３０は受信したＬＬデータのすべてを検索する必要なく、ワーストケースでは受信したＬＬ信号に存在する同期データに対し６４回のやや短い検索を実行する。これにより、受信機３０による検索に費やされるトータルの時間は、大きく短縮することができる。本発明の一特徴によると、受信したＬＬ信号との同期付けは、１以上のＵＬ信号において搬送された短いブロック（ＭＰＥＧパケットなど）の利用により支援される。

図８を参照するに、受信機３０の実施例が示される。ここでは、本発明の原理に関連する受信機３０の要素のみが示されていることに留意すべきである。受信機３０は、復調器／デコーダ４９０、トランスポートプロセッサ４５０、コントローラ４５５及びメモリ４６０を含む。復調器／デコーダ４９０は、マルチレベル変調信号２９を受信し、それからデータ信号４９１により表されるような各種レイヤを介し搬送されるデータを復元する回路を有する。これに関して、復調器／デコーダ４９０は、受信信号２９の各レイヤに対し異なる復調器／でコーダを有するようにしてもよく、あるいは２００３年５月５日に出願された米国仮出願６０／４６７，９４６に開示されるような統合された受信機を表すものであってもよい。トランスポートプロセッサ４５０とコントローラ４５５はそれぞれ、１以上のマイクロプロセッサ及び／またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を表し、プログラムの実行及びデータの格納を行うためのメモリを有するものであってもよい。これに関して、メモリ４６０は、受信機３０のメモリを表し、トランスポートプロセッサ４５０及び／またはコントローラ４５５のメモリなどを含む。例示的な双方向データ制御バス４０１は、図８に示されるように、受信機３０の各種要素を接続する。バス４０１は単なる例示であり、個々の信号（パラレル及び／またはシリアル形式）が受信機３０の要素間のデータ及び制御信号の搬送に利用されてもよい。トランスポートプロセッサ４９０は、コンテンツ信号４５１により表されるような映像、音声及びデータビットを以降の適切な回路（図示せず）に配信するためのデータ信号４９１を処理し、最終的に信号３１を介しＴＶ３５に提供される。ここで、受信機３０は、リモコン（図示せず）を介しプログラム選択などのコマンドを受信するようにしてもよい。コントローラ４５５は、メモリ４６０に格納されている指示を介し図７の上述のフローチャートを実行し、これにより、破線矢印４０６と４０７により示されるようなバス４１０を介し受信ＬＬ信号の同期データの検索のため復調器／デコーダ４９０を制御する。

上記に関して、衛星通信システムに関して説明されてきたが、本発明のコンセプトはこれに限定されるものではなく、地上波放送などに適用されるということに留意すべきである。同様に、本発明のコンセプトはＬＤＰＣコードを利用する下位レイヤに関して説明されたが、本発明のコンセプトはこれに限定されるものではなく、ＬＤＰＣコードが利用されるか否かに関係なく、任意のマルチレイヤ変調システムに適用可能である。例えば、複数のレイヤが存在してもよく、１以上のレイヤを用いて、他のレイヤとの同期の支援、あるいは他のレイヤの特定のデータの検索を行うようにしてもよい。さらに、これに限定されるのもではないが、ターボ符号化などの他の符号化方式が利用されてもよい。さらに、ＬＬブロックの送信開始は、１以上のＵＬ信号（例えば、ＵＬブロックのエンドなど）の他の部分と同期可能であり、あるいはＵＬブロックと異なる方法により関連付けすることが可能である（例えば、ＬＬブロックの送信は、固定時間Ｔ_ＤによるＵＬブロックの送信開始後、遅延可能である）。また、下位レイヤは、上位レイヤより短いデータフレームを搬送してもよく、これにより、下位レイヤの短いデータフレームが特定のデータの検出、あるいは上位レイヤとの同期の支援に利用されてもよい。

また、上記説明は本発明の原理の単なる例示であり、当業者はここで明示的に開示されていなくても、本発明の原理を実現し、その趣旨及び範囲に属する多数の代替的構成を想到することができるということは理解されるであろう。例えば、個別の機能的要素に関して説明されたが、これらの機能的要素は１以上の集積回路（ＩＣ）上に実現されてもよい。同様に、個別要素として示されているが、当該要素の何れかあるいはすべてが、図４及び７に示される１以上のステップに対応するなど、関連するソフトウェアを実行するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）やマイクロプロセッサなどの格納プログラムにより制御されるプロセッサにより実現されてもよい。さらに、個別要素として図示されているが、当該要素を任意の組み合わせによる異なるユニットにより分散させてもよい。例えば、受信機３０はＴＶ３５の一部であってもよい。従って、例示的な実施例に様々な変更が可能であり、添付された請求項に記載されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の構成を考案することができるということが理解されるべきである。

図１は、本発明の原理を実現する例示的な衛星通信システムを示す。 図２は、本発明の原理による図１の送信機５の例示的な実施例を示す。 図３は、図２の送信機５に関する本発明のコンセプトのさらなる例を示す。 図４は、図２の送信機５を利用した本発明の原理による例示的なフローチャートを示す。 図５は、図１の受信機３０に関する本発明のコンセプトを示す。 図６は、図１の受信機３０に関する本発明のコンセプトを示す。 図７は、図１の受信機３０で用いられる本発明の原理による例示的なフローチャートを示す。 図８は、本発明の原理による受信機の例示的なブロック図を示す。

Claims (10)

1. 受信機に用いられる方法であって、
   一方の信号レイヤが他方の信号レイヤより短いパケットを伝送する少なくとも２つの信号レイヤを有する変調信号を受信するステップと、
   前記短いパケットを伝送する信号レイヤにおいてパケットヘッダの始めを検出するステップと、
   前記パケットヘッダの始めの検出後、同期データに対し時間ウィンドウＴ_Ｓ において前記他方の信号レイヤを検索するステップと、
   から構成されることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記一方の信号レイヤは、上位信号レイヤであり、
   前記他方の信号レイヤは、下位信号レイヤである、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法であって、
   上位レイヤパケットは、ＭＰＥＧパケットであることを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法であって、さらに、
   前記検出するステップと前記検索するステップとの間で所定期間待機するステップを有することを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の方法であって、
   前記変調信号は、階層的変調ベース信号であることを特徴とする方法。
6. 請求項１記載の方法であって、
   前記変調信号は、積層的変調ベース信号であることを特徴とする方法。
7. 一方の信号レイヤが他方の信号レイヤより短いパケットを伝送する少なくとも２つの信号レイヤを有する受信信号の少なくとも１つのレベルからデータを復元する復調器と、
   前記短いパケットを伝送する信号レイヤにおいてパケットヘッダの始めの検出後、前記長いパケットを伝送する信号レイヤにおいて同期データを検索するよう前記復調器を制御するプロセッサと、
   から構成されることを特徴とする受信機。
8. 請求項７記載の受信機であって、
   前記受信信号は、受信した階層的変調ベース信号であることを特徴とする受信機。
9. 請求項７記載の受信機であって、
   前記受信信号は、受信した積層的変調ベース信号であることを特徴とする受信機。
10. 請求項７記載の受信機であって、
    前記短いパケットは、ＭＰＥＧパケットであることを特徴とする受信機。

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