JP5242780B2 - Ｑａｍコンステレーションマッピング前に適用されるｌｄｐｃ符号化ビットのビット置換 - Google Patents

Ｑａｍコンステレーションマッピング前に適用されるｌｄｐｃ符号化ビットのビット置換 Download PDF

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Description

本発明は、デジタル信号処理方法に関し、前記方法を実装した送信／受信システムに関する。
本発明は、これに限定するものではないが、特にケーブルネットワーク上の第二世代デジタルテレビジョン信号のブロードキャスティングに含まれるデジタルオーディオとビデオ信号の受信と送信を主に意図している。
送信局の歪みから信号を保護するために、広帯域衛星放送のための第二世代のシステム（DVB-S2）は、例えば衛星局のような非線形局での送信に適した、それぞれ図１に上から下に、左から右に順番に示したQPSK、８PSK、１６APSK、と３２APSK変調と関連したLDPC（Low Density Parity Check）符号化を利用する。DVB-S2標準やLDPCコードの記述は、例えば、A. Morello, V. Mignone, "DVB-S2: The Second Generation Standard for Satellite Broad-band Services", Proceedings of the IEEE, Volume 94, Issue 1 , Jan. 2006, pages 210 - 227に見出すことができる。
コードの可能性をより良く利用する目的のために、符号化された語のビットとコンステレーションポイントによって運ばれたビットとの間の改良された接続関係を得るために、DVB-S2標準は、インターリーバがLDPCエンコーダと８PSK、１６ASPK、３２APSKコンステレーションマッパーとの間に置かれるように定めている。
図２に示すDVD-S2標準で定義されたインターリーバにおいて、LDPCエンコーダから出力された符号化パケット（１６，２００又は６４，８００個に等しい多数のビットで形成され、ここで数は一般的にNFRAMEというシンボルで称される）が、N個の列を有する行列の列によって記載される。ここで、Nはコンステレーションによって運ばれるビット数であり（８PSKでNは３、１６APSKで４、３２APSKで５である）、NFRAME／N行であり、列によって読み出される。読み出しは、標準によって与えられたすべてのコードレートに対して左から右へ行なわれるが、３／５レートの例外があり、そこでは読み出しは８PSK変調の場合、右から左に行なわれる。コンステレーションポイント又は座標との関連性を、図１に示す。
第二世代の地上波テレビ信号放送の最近の傾向を受けて、DVB-S2標準で利用されているのと同じ符号化スキーム、即ち同じLDPCコードを、ケーブルネットワーク上の第二世代デジタルテレビ信号放送に含まれる数値的オーディオビデオ信号の送受信に対しても 利用することが近年考えられてきたが、QAM（Quadrature Amplitude Modulation）変調に関連して、特にケーブルネットワーク放送は、１０２４QAMと４０９６QAM変調を利用している（図３ｂ）。
QAM変調を用いた場合、DVB-S2標準のLDPCコードによって提供される性能は、良いものではあるが、受信プログラムの１時間当たり１個未満のエラーを受信するというQEF（Quasi Error Free）条件に達するために要求される信号対雑音比（SNR）を完全に満足するものではないことに、本願出願人は気が付いた。
本発明の全体的な目的は、上記問題を解決することであり、特に、LDPCエンコーダによって出力されたビットとQAM変調のコンステレーション座標との関係を向上させることであり、さらに特には、本発明はDVB-S2標準に係るLDPC符号化と１０２４QAMと４０９６QAM変調を取り扱うことである。
前記目的は、添付の請求項に提示された特徴を有するデジタル信号処理方法と送受信システムによって達成され、それらは本明細書の不可欠部分として意図されている。
DVB-S2標準に含まれるQPSK,８PSK,１６APSK,３２APSKコンステレーションの模式図である。 ８PSK変調を参照したDVB-S2標準によって提供されたインターリーバの説明図である。 （ａ）ケーブルネットワーク用第二世代デジタルテレビ信号放送に含まれるオーディオとビデオ信号の送受信に適用可能なQPSK，１６QAM，６４QAM，２５６QAMコンステレーションの模式図である。（ｂ）ケーブルネットワーク用第二世代デジタルテレビ信号放送に含まれるオーディオとビデオ信号の送受信に適用可能な１０２４QAMと４０９６QAMコンステレーションの模式図である。 本発明に係る変調デジタル信号処理システムの単純化したブロック図である。 図４のインターリーバの説明図である。 （ａ）〜（ｄ）１０２４QAM変調に関連した本発明の４つの実施例に係る、図４のＤｅｍｕｘによって実行される関数を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）４０９６QAM変調に関連した本発明の４つの実施例に係る、図４のＤｅｍｕｘによって実行される関数を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）図６ａに示された図に従って図４のDemuxブロックが実行する関数を得るために用いられる方法を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）図７ａに示された図に従って図４のDemuxブロックが実行する関数を得るために用いられる方法を示す図である。 （ａ）〜（ｈ）ケーブルネットワーク用第二世代デジタルテレビ信号放送に含まれるオーディオとビデオ信号の送受信に適用可能なQPSK，１６QAM，６４QAM，２５６QAM，１０２４QAM，４０９６QAMコンステレーションのポイントの実数部と虚数部のマッピングを示す図であり、ここでＺqは実数部Ｒｅ（Ｚq）と虚数部Ｉｍ（Ｚq）を有する複素平面におけるコンステレーションポイントを識別するベクトルを指し、一方でｙi,qは、ｚqによって識別されたコンステレーションポイントにマッピングされたNビットからなるグループのｉ番目のビットを指す（４０９６QAMに対して、例えばＮ＝１２で、ｉ＝０，１，２，．．．．，１０，１１）。 （ｉ）〜（ｋ）ケーブルネットワーク用第二世代デジタルテレビ信号放送に含まれるオーディオとビデオ信号の送受信に適用可能なQPSK，１６QAM，６４QAM，２５６QAM，１０２４QAM，４０９６QAMコンステレーションのポイントの実数部と虚数部のマッピングを示す図であり、ここでＺqは実数部Ｒｅ（Ｚq）と虚数部Ｉｍ（Ｚq）を有する複素平面におけるコンステレーションポイントを識別するベクトルを指し、一方でｙi,qは、ｚqによって識別されたコンステレーションポイントにマッピングされたNビットからなるグループのｉ番目のビットを指す（４０９６QAMに対して、例えばＮ＝１２で、ｉ＝０，１，２，．．．．，１０，１１）。 （ｌ）〜（ｍ）ケーブルネットワーク用第二世代デジタルテレビ信号放送に含まれるオーディオとビデオ信号の送受信に適用可能なQPSK，１６QAM，６４QAM，２５６QAM，１０２４QAM，４０９６QAMコンステレーションのポイントの実数部と虚数部のマッピングを示す図であり、ここでＺqは実数部Ｒｅ（Ｚq）と虚数部Ｉｍ（Ｚq）を有する複素平面におけるコンステレーションポイントを識別するベクトルを指し、一方でｙi,qは、ｚqによって識別されたコンステレーションポイントにマッピングされたNビットからなるグループのｉ番目のビットを指す（４０９６QAMに対して、例えばＮ＝１２で、ｉ＝０，１，２，．．．．，１０，１１）。
図４を参照して、変調デジタル信号処理システムの単純化したブロック図を示す。ここで、Encoderブロックは変調情報ストリームを受信し、ＮFRAMEビットからなるパケットで体系化された、６４，８００又は１６，２００の符号化情報ストリームを出力する。用いられるコードは、DVB-S2標準のＬＤＰＣコードである。
Interleaverブロックにおいて、前記パケットはトータルサイズＮFRAMEのインターリービング行列に書き出される。前記行列は、ｍ×Ｎ列とＮFRAME／ｍ×Ｎ行で構成される。
Demuxブロックは、Interleaverブロックから受信したビットの置換を実行する。このようなビットは、インターリービング行列によって一度にｍ×Ｎビットのグループで受信される。ここで、Ｎはコンステレーションによって運ばれるビットの数（１０２４QAMに対しＮ＝１０，４０９６QAMに対しＮ＝１２）であり、ｍは１以上の整数である。Demuxブロックは、それらをＮビットのｍ個のグループに関連付け、変調の種類（即ち、QAMレベル）やコードや送信局の種類を考慮した所定のスキームに従って置換し、その後、それらを出力する。
Mapperブロックは、Demuxブロックが出力したＮ重のビットを、コンステレーションのポイント又は座標と関連付ける。例えば、QAM変調に対する図３ａ、３ｂ、図１０Ａａ〜１０Ｃｍなど。
これは指摘する価値のあることであるが、図４に示されたブロックは本発明を理解するための本質的なものである。従って、例えばDemuxブロックとMapperブロックの間に特定の信号処理機能を発揮するように構成された中間のブロックの存在を排除するものではない。
本発明は、例えば異なる種類のインターリービングに関連したDVB-S2によって提供される、異なる符号レートを有するQAM変調やLDPC符号に適用可能な、特定の置換スキームを提案する。
本発明の好ましい実施例は、１０２４QAMや４０９６QAM変調や、DVB-S2標準のLDPC符号を参照する。
本発明の好ましい実施例は、図２に示されたDVB-S2標準のインターリーバと等しいか同等のものを採用し、QAM変調レベルタイプに依存したビット／列数を有する。
本発明は、２×N列とNFRAME／（２×N）行を有する行列の形式の行列インターリーバを用い、書き出しは列の上から下に、読み出しは行の左から右に行なわれる。この場合、Demuxブロックは、２に等しいｍで動作する。
１０２４QAM変調に対し、Demuxブロックに入力された２×Nビットが、図６ａ〜６ｄのいづれかで特定されるように置換され、１０２４ＱＡＭ変調の２つの連続したシンボルと関連付けられる。
この２×Ｎビットにｂ０〜ｂ１９を割り当てて、ｙ０〜ｙ１９の１０２４ＱＡＭコンステレーションによって運ばれたこの２×Ｎビットは、以下に記載の方法を適用することによって求められる。
第一シンボルはビットb0, b2, b4, b6, b8, b10, bl2, bl4, bl6, bl8で構成され、第二シンボルはビットb1, b3, b5, b7, b9, b11, bl3, bl5, bl7, bl9で構成される。図８ａに示すように、最初に同相部分（Ｉ）上に、最下位ビット（ＬＳＢ）から最上位ビット（ＭＳＢ）までを配置し、続けて直角位相部分（Ｑ）上にＭＳＢからＬＳＢまで配置することによって、各シンボルは個別にマッピングされる。Ｉb,1とＱb,1は、それぞれ第一シンボルの同相成分によって運ばれたＩy1ビットと、直角位相成分によって運ばれたＱy1ビットと関連付けられたビットアレイを指定している。Ｉb2、Ｑb2、Ｉy2、Ｑy2は、第二シンボルに対して同じ意味を有している。
別の方法として、ビットはQAMシンボルと以下のように関連付けることができる。
Iy,1=Ib,2, Qy,1=Qb,2, Iy,2=Ib,1, Qy,2=Qb,1
ペア(b1,b3)と(b11,b19)に属したビットは、次に交換される。図８ｂは、図８ａに示す例からこのようにして得られたものである。
この２つのシンボルは、次に実数部と虚数部において、インターレースされる。例えば、図８ｃは、図８ｂの例から得られたものである。
別の方法として、ビットはQAMシンボルと以下のように関連付けることができる。
Iy,1=Ib,2, Qy,1=Qb,1, Iy,2=Ib,1, Qy,2=Qb,2
その後、実数部分の偶数位置y2, y6, y10, y14, y18又は奇数位置y0, y4, y8, yl2, y16と関連付けられたビットは、それぞれ虚数部分の偶数位置y3, y7, y11 , y15, y19又は奇数位置y1, y5, y9, y13, y17のビットと交換される。図８ｄは、図８ｃの例からこの様にして得られたものである。
１０２４QAMコンステレーションに関連する第一の好ましい実施例は、図８ｄにリストアップされ、図６ａに示されており、これによれば、ｂ０〜ｂ１９の２×Ｎビットを与えた場合に、１０２４QAMコンステレーションｙ０〜ｙ１９によって運ばれるこの２×Ｎビットは、以下のように決定される。
y0=b8, y1=b19, y2=b13, y3=b6, y4=b4, y5=b15, y6=b17, y7=b2, y8=b0, y9=b11, y10=b10, y11=b9, y12=b7, y13=b12, y14=b14, y15=b5, y16=b1, y17=b16, y18=b18, y19=b3
ここでb0とy0は、最上位ビット（MSB）であり、b19とy19は、最下位ビット（LSB）である。
特に、Mapperブロックは、最初にビットy0〜y9を受信し、続けてビットy10〜y19を受信する。
上述の代替案を用いることによって、更に３つの好ましい実施例を得ることができる。
第二の好ましい実施例は、図６ｂに示されており、ここでビットy0〜y19は以下のように決定される。
y0=b19, y1=b8, y2=b6, y3=b13, y4=b15, y5=b4, y6=b2, y7=b17, y8=b11, y9=b0, y10=b9, y11=b10, y12=b12, y13=b7, y14=b5, y15=b14, y16=b16, y17=b1, y18=b3, y19=b18
第三の好ましい実施例は、図６ｃに示されており、ここでビットy0〜y19は以下のように決定される。
y0=b9, y1=b10, y2=b12, y3=b7, y4=b5, y5=b14, y6=b16, y7=b1, y8=b3, y9=b18, y10=b19, y11=b8, y12=b6, y13=b13, y14=b15, y15=b4, y16=b2, y17=b17, y18=b11, y19=b0
第四の好ましい実施例は、図６ｄに示されており、ここでビットy0〜y19は以下のように決定される。
y0=b10, y1=b9, y2=b7, y3=b12, y4=b14, y5=b5, y6=b1, y7=b16, y8=b18, y9=b3, y10=b8, y11=b19, y12=b13, y13=b6, y14=b4, y15=b15, y16=b17, y17=b2, y18=b0, y19=b11
ｍが２に等しい条件でDemuxブロックが動作する場合をさらに参照して、４０９６QAMに対して有利であることが証明されている幾つかの置換がある。Demuxブロックに入力された２×Nビットは、図７ａ〜７ｄのいずれかで特定された方法で、DVB-S2標準のLDPC符号に従って符号化された４０９６QAM変調に対して置換され、４０９６QAM変調の二つの連続的なシンボルと関連付けられる。図７ａ〜７ｄに示された構成を得るための方法を、詳細に記述する。
２×Ｎビットb0〜b23を前提として、第一シンボルはビットb0, b2, b4, b6, b8, b10, b12, b14, b16, b18, b20, b22で構成され、第二シンボルはビットb1, b3, b5, b7, b9, b11, b13, b15, b17, b19, b21, b23で構成される。図９ａに示すように、ビットを初めに実数部分上にＬＳＢからＭＳＢまで配置し、続けて虚数部分上にＭＳＢからＬＳＢまで配置することによって、各シンボルは個別にマッピングされる。
別の方法として、ビットを以下のQAMシンボルと関連付けてもよい。
Iy,1=Ib,2, Qy,1=Qb,2, Iy,2=Ib,1, Qy,2=Qb,1
ペアb1, b3とb13, b23に属するビットは、次に交換される。図９ｂは、図９ａに示された例から得られたものである。
この２つのシンボルは、次に実数部分と虚数部分とに関してインターレースされる。例えば、図９ｃの表は、図９ｂからこの様にして得られたものである。
別の方法として、ビットを以下のQAMシンボルと関連付けてもよい。
Iy,1=Ib,2, Qy,1=Qb,1, Iy,2=Ib,1, Qy,2=Qb,2
その後、実数部分の偶数位置y2, y6, y10, y14, y18, y22又は奇数位置y0, y4, y8, yl2, y16, y20と関連付けられたビットは、それぞれ虚数部分の偶数位置y3, y7, y11 , y15, y19, y23又は奇数位置y1, y5, y9, y13, y17, y21のビットと交換される。図９ｄの表は、図９ｃからこの様にして得られたものである。
４０９６QAMコンステレーションに関連する第一の好ましい実施例は、図９ｄにリストアップされ、図７ａに示されており、これによれば、ｂ０〜ｂ２３の２×Ｎビットを与えた場合に、４０９６QAMコンステレーションｙ０〜ｙ２３によって運ばれるこの２×Ｎビットは、以下のように決定される。
y0=b10, y1=b23, y2=b15, y3=b8, y4=b6, y5=b17, y6=b19, y7=b4, y8=b2, y9=b21, y10=b13, y11=b0, y12=b11, y13=b12, y14=b14, y15=b9, y16=b7, y17=b16, y18=b18, y19=b5, y20=b1, y21=b20, y22=b22, y23=b3
上述の代替案を用いることによって、更に３つの好ましい実施例を得ることができる。第二の好ましい実施例は、図７ｂに示されており、ここでビットy0〜y23は以下のように決定される。
y0=b23, y1=b10, y2=b8, y3=b15, y4=b17, y5=b6, y6=b4, y7=b19, y8=b21, y9=b2, y10=b0, y11=b13, y12=b12, y13=b11, y14=b9, y15=b14, y16=b16, y17=b7, y18=b5, y19=b18, y20=b20, y21=b1, y22=b3, y23=b22
第三の好ましい実施例は、図７ｃに示されており、ここでビットy0〜y23は以下のように決定される。
y0=b11, y1=b12, y2=b14, y3=b9, y4=b7, y5=b16, y6=b18, y7=b5, y8=b1, y9=b20, y10=b22, y11=b3, y12=b10, y13=b23, y14=b15, y15=b8, y16=b6, y17=b17, y18=b19, y19=b4, y20=b2, y21=b21, y22=b13, y23=b0
第四の好ましい実施例は、図７ｄに示されており、ここでビットy0〜y23は以下のように決定される。
y0=bl2, y1=b11, y2=b9, y3=b14, y4=b16, y5=b7, y6=b5, y7=b18, y8=b20, y9=b1, y10=b3, y11=b22, y12=b23, y13=b10, y14=b8, y15=b15, y16=b17, y17=b6, y18=b4, y19=b19, y20=b21, y21=b2, y22=b0, y23=b13
上述の方法は、１０２４QAM又は４０９６QAM変調に基づくデジタル信号送信、特にケーブルネットワーク上のデジタルテレビジョン信号放送のためのオーディオ／ビデオデジタル信号送信用システムにおいて、有利に用いることができる。
当業者にとっては明白なことであるが、もし上記方法を送信に適用した場合、逆の方法を受信に適用することになるであろう。
既知のように、テレビジョン信号の送信はラジオ周波数送信機で実行され、一方テレビジョン信号の受信は、一般的にテレビジョンサービスを受けるユーザーの家に導入されたテレビジョン受信機を通して行なわれる。

Claims (4)

  1. ビット置換がコンステレーションマッピング処理の前に実行される、LDPC符号に従ってエンコーダによって符号化し、インターリービング行列を用いて行列のインターリービングを行なったビットをQAM変調器に送るための処理方法において、
    前記変調器が１０２４QAMタイプであり、
    前記インターリービング行列が２×N列とNFRAME／（２×N）行を有し、ここでNは変調タイプに依存し、１０２４QAM変調に対しN=10であり、NFRAMEはエンコーダによって出力される符号化パケットのビット数を表わし、
    前記置換が行列インターリーブビットの２０ビットワードによって実行され、ビットy0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10 y11 y12 y13 y14 y15 y16 y17 y18 y19からなるワードYを生成し、この順に、ビットb0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15 b16 b17 b18 b19からなるワードBから開始することで構成され、この順で、ビットy0 とb0がそれぞれワードYとBの最上位ビットであり、ビットy19とb19がそれぞれワードYとBの最下位ビットであり、
    y0=b8, y1=b19, y2=b13, y3=b6, y4=b4, y5=b15, y6=b17, y7=b2, y8=b0, y9=b11, y10=b10, y11=b9, y12=b7, y13=b12, y14=b14, y15=b5, y16=b1, y17=b16, y18=b18, y19=b3
    であることを特徴とする処理方法。
  2. 請求項１記載の方法を実行するための手段を備えたことを特徴とするQAM変調器を備えたデジタル信号送信用システム。
  3. ビット置換がコンステレーションデマッピング処理の後に実行される、デインターリービング行列を用いて行列デインターリービングを行ない、LDPC符号に従ってデコーダによって復号化したビットをQAM復調器によって受信されるようにした処理方法であって、
    前記変調器が１０２４QAMタイプであり、
    前記デインターリービング行列が２×N列とNFRAME／（２×N）行を有し、ここでNは変調タイプに依存し、１０２４QAM復調に対しN=10であり、NFRAMEはデコーダに入力される復号化パケットのビット数を表わし、
    前記置換が行列デインターリーブビットの２０ビットワードによって実行され、ビットb0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15 b16 b17 b18 b19からなるワードBを生成し、この順に、ビットy0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10 y11 y12 y13 y14 y15 y16 y17 y18 y19からなるワードYから開始することで構成され、この順で、ビットy0 とb0がそれぞれワードYとBの最上位ビットであり、ビットy19とb19がそれぞれワードYとBの最下位ビットであり、
    y0=b8, y1=b19, y2=b13, y3=b6, y4=b4, y5=b15, y6=b17, y7=b2, y8=b0, y9=b11, y10=b10, y11=b9, y12=b7, y13=b12, y14=b14, y15=b5, y16=b1, y17=b16, y18=b18, y19=b3
    であることを特徴とする処理方法。
  4. 請求項３に記載の方法を実行するための手段を備えたことを特徴とするQAM復調器を備えたデジタル信号受信用システム。
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