JP6113002B2 - 送信装置及び受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、衛星放送及び地上放送並びに固定通信及び移動通信の技術分野に関するものであり、特に、デジタルデータの送信装置及び受信装置に関する。

白色雑音下での伝送性能を向上させる技法として、デジタル変調において、信号点に割り当てられたシンボルを構成する各ビットに適切な訂正能力の誤り訂正符号を適用することで、伝送性能の向上を可能とする符号化変調技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この非特許文献１等に記載される符号化変調技術は、日本の衛星デジタル放送規格ＩＳＤＢ−Ｓ（例えば、非特許文献２参照）でも採用されており、伝送性能の向上に寄与する技法として実績がある。

非特許文献１に記載される技法の基本的な原理は、シンボルをマッピングした後の信号点間のユークリッド距離を考慮し、シンボルを構成するビット（以下、シンボル構成ビットと呼ぶ）のうち、ユークリッド距離が互いに短い信号点間で１／０が反転するビットに対しては強い誤り訂正を施し、ユークリッド距離が互いに長い信号点間で１／０が反転するビットに対しては逆に弱い誤り訂正を施す、又は符号化処理を施さないことによって、全体の情報効率を維持しつつ、雑音耐性を向上させる、というものである。

また、非特許文献１においては、８ＰＳＫを例とした集合分割法とよばれる信号点へのシンボル割り当て方法が提案されている。一例として、集合分割法による８ＰＳＫ信号点へのシンボル割り当て方法の例を、図７を用いて説明する。

図７には、８ＰＳＫの各信号点に割り当てる、３ビットで構成されるシンボル（０００、００１、・・・、１１１）が既に記載されているが、これは以下の分割手順を使って信号点へのシンボルの割り当てを行った結果得られるものであり、集合分割を行っている時点においては未だ決定されていない。

最初の分割では８つの信号点のうち、隣接する信号点間のユークリッド距離が最大となる様に４つの信号点からなる２つの信号点群に分割する。ここで、２つの信号点群のうち、一方の信号点群には、シンボル構成ビットの第１ビットにａ１＝０を割り当て、他方にはａ１＝１を割り当てる。

次に、最初の分割で得られた４つの信号点で構成される２つの信号点群を、それぞれ、隣接する信号点間のユークリッド距離が最大となる様に２つの信号点からなる４つの信号点群に分割する。ここで、４つの信号点で構成される信号点群を２つの信号点群に分割する際に、一方の信号点群には、シンボル構成ビットの第２ビットにａ２＝０を割り当て、他方にはａ２＝１を割り当てる。

さらに、図７では省略したが、２回目の分割で得られた２つの信号点で構成される４つの信号点群を、それぞれ、１つの信号点からなる８つの信号点群に分割する。ここで、２つの信号点で構成される信号点群を１つの信号点に分割する際に、一方の信号点群には、シンボル構成ビットの第３ビットにａ３＝０を割り当て、他方にはａ３＝１を割り当てる。

以上の３段階の集合分割を行った結果、８つの信号点それぞれに、３ビットの固有のシンボルが割り当てられる。

こうした信号点へのシンボル割り当てを行うことで、８ＰＳＫの場合、第１ビット（図７中、ａ１に相当）は８ＰＳＫでの隣接ユークリッド距離、第２ビット（図７中、ａ２に相当）はＱＰＳＫの隣接ユークリッド距離、第３ビット（図７中、ａ３に相当）はＢＰＳＫのユークリッド距離の条件の下で各ビットの復号を行うことが可能となる。

予め送受間で集合分割法により得られた信号点へのシンボルの割り当てを共有し、送信側では、シンボルを構成する各ビットで伝送するデータについて、対応する信号点間のユークリッド距離に適した訂正能力の誤り訂正符号で符号化して変調し、受信側では、復調後に送信側の符号化に対応した復号を行うことで、雑音耐性の高い伝送システムが実現できる。

一方、集合分割法と同様によく利用されるシンボル割り当て方法として、グレイコードが挙げられる。一例として、グレイコードによる８ＰＳＫ信号点へのシンボルの割り当て例を図８に示す。グレイコードは、隣接する信号点のシンボル同士が必ず１ビット異なるようにシンボルを信号点に割り当てる技法であり、集合分割法におけるビット毎に異なる最小ユークリッド距離で伝送する特徴はないものの、８ＰＳＫに割り当てられるシンボルにおける各ビットの最小ユークリッド距離の関係にある信号点の対の数は集合分割法に比べ少ない。例えば、図７及び図８において、第１ビットに着目すると、最小ユークリッド距離の関係にある信号点の対の数は、集合分割では８対あるのに対し、グレイコードでは４対のみである。従って、第１ビットに関する限り、グレイコードのほうが集合分割法よりも最小ユークリッド距離の信号点の対の数が少ないため、同一の雑音環境でビット誤り率（ＢＥＲ）がよい特性が得られる信号点配置となっている。一方、第２及び第３ビットに関しては、信号点距離がそれぞれＱＰＳＫ、ＢＰＳＫ相当となる集合分割法の方が、グレイコードよりも同一の雑音環境でＢＥＲがよい特性が得られることになる。しかし、これは第１ビット目が正しく受信できることを前提とした性能であり、第１ビット目の復号性能が不十分な場合には、第２及び第３ビットの復号性能に悪影響を与える。また、第１ビットの復号性能が十分であっても、第２ビットの復号性能が十分でない場合には、第３ビットの復号性能に悪影響を与える。こうした場合には、結果的にシンボル構成ビット全体のＢＥＲ特性は、グレイコードよりも悪い特性となることも想定される。

ＤＶＢ−Ｓ２やＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｂ４４に記載の高度広帯域衛星デジタル放送の伝送方式（以下、高度衛星放送方式と呼ぶ。例えば、非特許文献３参照）においては、シンボルを構成するすべてのビットに対して１つの誤り訂正符号を適用する簡素な回路構成で性能を引き出すことが可能なグレイコードが採用されている。

図９に、従来技法における、グレイコードと集合分割法を８ＰＳＫに適用した時の各シンボル構成ビットのＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す。尚、図９に特性を示した集合分割法は、図７に示すように、信号点の分割を３段階で行い、各分割に対し、シンボルを構成する３ビットのうちの１ビットを第１ビットから順次割り当てることで、各信号点へのシンボルの割り当てを決定している。

送信側においては、こうして得られたシンボルと信号点の対応関係に基づいてマッピングし、受信側においては、各分割に割り当てられたビットを第１ビットから逐次復号することを想定しているが、ここでは、各分割に割り当てられたビットの雑音耐性を個別に評価するため、第２ビットの特性については第１ビットが、第３ビットの性能については第１ビット及び第２ビットが、正しく受信された事象のみ抽出した特性を示している。

図９から、従来技法による集合分割法では、上位ビットになるにつれてユークリッド距離の増大に伴う性能向上が期待できる。一方、第１ビットについてグレイコード８ＰＳＫと集合分割８ＰＳＫのＢＥＲを比較すると、後者の性能が劣っていることから、集合分割においては、第１ビットに適用する誤り訂正符号を強力なものにしないと、それ以下のビットの復号に第１ビットのビット誤りが影響を与え、結果的にシンボル全体のＢＥＲがグレイコードよりも劣化する可能性があることが分かる。

したがって、集合分割によるシンボルの信号点への割り当てを行う場合、シンボルを構成する各ビットに適用する誤り訂正符号の選択が重要となる。

誤り訂正符号としては、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号やターボ符号など、誤り訂正符号単体の性能としてはシャノン限界に近い性能を有する符号の採用が有効である。

また、図７に示す８ＰＳＫを例とした集合分割法にＬＤＰＣ符号やターボ符号などの誤り訂正符号を適用し、シンボル構成ビットの各ビットに対して個別の符号化率を設定して性能を十分に引き出すためには、目標とする所要Ｃ／Ｎ付近において、第１ビット〜第３ビットのすべての訂正能力が同一Ｃ／Ｎ環境で等しく訂正能力を発揮することが望ましい。即ち、図９の集合分割法において、所要Ｃ／Ｎを９ｄＢに設定した場合、誤り訂正前の第１ビットＢＥＲは１．２×１０^−１、第２ビットＢＥＲは４．７×１０^−３、第３ビットＢＥＲは３．３×１０^−５であることから、シンボル構成ビットの各ビットの誤り訂正前のＢＥＲに関して大きな差があるため、これらのビット誤り率を所望のビット誤り率(例えばＢＥＲ＝１．０×１０⁻⁷)に低減する訂正能力を有する符号であり、且つ周波数利用効率の観点からパリティビット長ができるだけ短い符号を、シンボル構成ビットの各ビットに適用することが望ましい。

従来技術である高度衛星放送方式（非特許文献３）では、内符号としてＬＤＰＣ符号、外符号としてＢＣＨ符号（訂正能力１２ビットの短縮化ＢＣＨ（６５５３５，６５３４３）符号）を用いる連接符号を採用しており、特にＬＤＰＣ符号においては、符号化率４１／１２０，４９／１２０，６１／１２０，７３／１２０，８１／１２０，８９／１２０，９７／１２０，１０１／１２０，１０５／１２０，１０９／１２０の１０種類の符号化率が利用可能である。ここで、集合分割法にこれらの符号化率を有するＬＤＰＣ符号を適用することを考える。前述したように、集合分割法は、例えばシンボルが３ビットで構成される場合、第１ビットから第３ビットへと順にユークリッド距離が拡大してゆく性質を有することから（図７参照）、第１ビットには目標とする所要Ｃ／Ｎにおいて誤り訂正前のビット誤りを所望のビット誤り率以下に訂正可能な符号化率の符号を割り当て、第２ビット以降には第１ビットに割り当てた符号化率よりも高い符号化率の符号を割り当てる必要がある。

図１０に、従来の高度衛星放送方式で対応しているＬＤＰＣ符号の１０種類の符号化率から、第１ビットに符号化率６１/１２０、第２ビットに符号化率１０９／１２０、第３ビットに符号化率１０９／１２０を選択して割り当てた場合の誤り訂正後のＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す。ここで、符号化率６１／１２０の誤り訂正後のＢＥＲ＝１．０×１０^−７を満たす誤り訂正前のＢＥＲは１．２９×１０^−１、符号化率１０９／１２０の誤り訂正後のＢＥＲ＝１．０×１０^−７を満たす誤り訂正前のＢＥＲは１．５×１０^−２である。また、誤り訂正後にＢＥＲ＝１．０×１０^−７を満たすＣ／Ｎは、第１ビットに符号化率６１／１２０を適用した場合に約９．０ｄＢ、第２ビットに符号化率１０９／１２０を適用した場合に約７．７ｄＢ、第３ビットに符号化率１０９／１２０を適用した場合に約４．７ｄＢとなる。これらの第２ビット及び第３ビットのＣ／Ｎは第１ビットと同じ９．０ｄＢとなることが理想であるが、ここでは第２ビット及び第３ビットに過剰な訂正能力の誤り訂正符号が割り当てられていることになる。

即ち、図１０には上記の各ビット用の符号化率を適用した際の誤り訂正後のＢＥＲ特性を示しているが、ＢＥＲ曲線の立下りのＣ／Ｎが約９ｄＢとなっており、第１ビットの性能がそのまま反映されたものとなっている。第２ビット及び第３ビットについては、必要以上の訂正能力を有しているが、第１ビットの性能によって本来の性能が制限されている状態であるといえる。そこで、第２ビット及び第３ビットに、符号化率６１／１２０よりも大きい符号化率のうち、Ｃ／Ｎが約９ｄＢで第１ビットの訂正後のＢＥＲと同程度のビット誤り率まで訂正可能な符号化率の符号を適用できれば所要Ｃ／Ｎを上げずに周波数利用効率を上げることができることになる。

このように、従来システムである高度衛星方式が対応している符号化率のみ利用する場合には、集合分割法のようなシンボル構成ビットの各ビットの誤り率が大きく異なる場合において、十分な精度で符号化率を設定することができず、また、選択可能な符号化率の範囲も制限されるため、全体の周波数利用効率を高めることが困難となる。

尚、従来技術である集合分割法を用いて各ビットの符号化率の最適化を図る技法が知られている（例えば、非特許文献４参照）。この技法では、前述した従来の高度衛星放送方式で対応しているＬＤＰＣ符号の１０種類の符号化率のみを利用する場合に、符号化率の範囲が不足する課題に対して、所要Ｃ／Ｎ＝９ｄＢを想定し、最適となるＬＤＰＣ符号化率の組み合わせを示すとともに、最小ユークリッド距離がＢＰＳＫと同等である第３ビットについては、２３ビット訂正能力を有する短縮化ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）符号のみを割り当てて訂正することで、周波数利用効率の改善を図っている。

この技法は従来システムの外符号とは異なる短縮化ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）符号を追加して適用することになるため、システム変更のインパクトが大きい。また、第３ビットに適用したＢＣＨ符号の訂正能力によって目標とする所要Ｃ／Ｎがほぼ決まってしまうため、所要Ｃ／Ｎ毎に異なるＢＣＨ符号を用意する必要があるほか、目標とする所要Ｃ／Ｎをより劣悪な雑音環境に対処するため８ｄＢ以下に設定する場合、ＢＣＨ符号の訂正能力では十分な性能を引き出せない場合も発生する。

例えば、図１１に、集合分割法の第３ビットに対して、短縮化ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）符号を適用した場合のＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す。図１１より、短縮化ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）符号のみの適用では、所要Ｃ／Ｎ＝８ｄＢ以下の領域においては、ＢＥＲ＝１×１０^−８を下回ることができず、十分な性能を満たすことが出来ないことが分かる。

一方、集合分割における第１ビットについて、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させる分割を含む集合分割法により信号点へのシンボルの割り当てを行うことで、集合分割における各ビットのユークリッド距離の関係を変更し、第１ビットと第２ビット間の誤り率特性を均一化する技法が開示されている（例えば、非特許文献５参照）。

G. Ungerboeck, "Channel coding with multilevel/phase signals", IEEE Transaction Information Theory, Vol.IT-28, No.1, 1982年1月，p.55−67 "衛星デジタル放送の伝送方式 標準規格 ARIB STD-B20 3.0版、［online］、平成10年11月6日策定、ARIB、［平成23年6月21日検索］、インターネット〈URL：http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B20v3_0.pdf〉 "高度広帯域衛星デジタル放送の伝送方式 標準規格 ARIB STD-B44 1.0版、［online］、平成21年7月29日策定、ARIB、［平成23年6月21日検索］、インターネット〈URL：http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B44v1_0.pdf〉 鈴木他, "LDPC符号を用いた集合分割8PSK符号化変調の性能改善に関する一検討", 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 112, no. 440, 2013年2月14日, pp. 47-52 鈴木他, "LDPC 符号を用いた32QAM 符号化変調方式の性能改善に関する一検討", 電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集, 2011巻1号，B-5-21, 2011年8月30日，p.400

上述の通り、集合分割法を利用するデジタルデータの送信装置及び受信装置を構成する際に、符号化変調を構成する際に各シンボル構成ビットに割り当てる符号の符号化率の範囲を縮減し符号設計を容易にする技法として非特許文献５に開示される技法がある。しかしながら、非特許文献５に開示される技法のみでは、例えば、８ＰＳＫ変調において、現行ＢＳデジタル放送と同等の回線マージンを確保でき、より劣悪な雑音環境に対処可能な８ｄＢ程度以下の低所要Ｃ／Ｎで、高符号化率の符号化変調を実現する点に課題が残る。即ち、集合分割法を利用するデジタルデータの送信装置及び受信装置を構成する際に、異なる種類の連接符号をビット毎に構成することなく、より低い所要Ｃ／Ｎ（例えば、８ｄＢ以下）が所望される用途において、如何にして、周波数利用効率を改善し高符号化率の符号化変調を実現するかについての課題が依然として存在する。

本発明は、上述の問題を鑑みて為されたものであり、周波数利用効率を向上させ、耐雑音性に優れたデジタルデータの送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割する改良型の集合分割法による符号化変調方式を新たに構成し、シンボル構成ビットの各ビットに対して、ビット毎の訂正能力に応じて定められた所定数の符号化率（これは、第２ビット以降のビット毎に適用する符号化率としては同一にすることを意味する）を有するＬＤＰＣ符号を適用することで、周波数利用効率を向上させたデジタルデータの送信装置及び受信装置を構成する。

この改良型の集合分割法（本願明細書中、「ハイブリッド集合分割法」と称する）の一例として、８ＰＳＫ信号点へのシンボル割り当て方法によるシンボル割り当て例を図１２に、８ＰＳＫ信号点へのシンボル割り当て方法の例を図１３に示す。また、図１２に示すシンボル割り当て方法の場合の、各シンボル構成ビットのＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を図１４に示す。

このハイブリッド集合分割は、従来の集合分割法とは異なり、第１ビットに対応する分割については、従来の集合分割法同様に、最小ユークリッド距離が拡大する一方、第２ビット以降の分割において、ユークリッド距離は拡大せず、最小ユークリッド距離関係となる信号点の対が２から１へと減少する分割となることが図１３より分かる。また、第２ビット及び第３ビットの訂正能力が均一化されることが、図１４より分かる。

ハイブリッド集合分割法を用いることで、第１ビットについては、従来の集合分割法と同様の訂正能力の符号化率の符号を適用しつつ、高い符号化率の適用が要求される第２ビット及び第３ビットについては、両方の訂正能力を均一化することができる。

図１４において、所要Ｃ／Ｎ＝８ｄＢにおけるＢＥＲに着目すると、第２ビット及び第３ビットともに、ＢＥＲは５．８×１０⁻³であることから、ＬＤＰＣ符号の設計においては、従来の集合分割法の第３ビットの例（図１１のＣ／Ｎ＝８ｄＢにおいてＢＥＲ＝２×１０^−４）と比較した場合、要求される符号化率が低下し、十分長いパリティ長を確保できるため、ＬＤＰＣ符号の設計が容易となり、所要Ｃ／Ｎを低く設定する場合においても、ＬＤＰＣ符号などの最適な誤り訂正符号を適用することで、さらなる周波数利用効率を改善することが可能となる。より具体的に、本発明の特徴事項について以下に述べる。

一点目の特徴事項は、
デジタルデータの伝送を行う送信装置において、ＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号から構成される連接符号を用いて、変調に用いる信号点へのシンボルの割り当てを行い、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割するハイブリッド集合分割法を構成し、当該連接符号におけるＬＤＰＣ符号は、シンボルを構成する各ビットの所要訂正能力に応じて定められた所定数の符号化率を有し、当該集合分割法におけるシンボル構成ビットの各ビットに対してＬＤＰＣ符号の符号化をするにあたり、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについては所要Ｃ／Ｎに対応する訂正能力の符号化率で符号化し、第２ビット以降については前記所定数の符号化率のうち前記所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎ（好適には、所要Ｃ／Ｎの±１０％以内）となる最も高い符号化率で符号化し、且つ第２ビット以降のビットには、同一の符号化率で符号化することを特徴とする。より具体的には、シンボル構成ビットにおけるＬＤＰＣ符号化に関して、より低い所要Ｃ／Ｎに対応するために、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについては目標とする所要Ｃ／Ｎに対応する誤り訂正前のビット誤り率を所望のビット誤り率に低減できる訂正能力の符号化率で符号化し、第２ビット以降については当該所定数の符号化率のうち訂正能力が当該所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎ（好適には、所要Ｃ／Ｎの±１０％以内）にて、誤り訂正前のビット誤り率を所望のビット誤り率に低減できる訂正能力の符号化率のうち最も高い符号化率で符号化し、且つ第３ビット以降のビットには、第２ビットと同じ符号化率で符号化する。これにより、当該集合分割法における周波数利用効率を高めることが可能となる。

二点目の特徴事項は、
前記ＬＤＰＣ符号において、ＬＤＰＣ符号の符号長が４４８８０であることを特徴とする。これにより、ＭＰＥＧ−２ ＴＳとの整合性の高い伝送が可能となる。

三点目の特徴事項は、
前記ＬＤＰＣ符号は、前記所定数の符号化率として、第１ビットに符号化率０．３２５に対して精度±１０％（例えば、３９／１２０），第２ビット以降に符号化率０．９５に対して精度±１０％（例えば、１１４／１２０）を有し、ユークリッド距離の短い順に低い符号化率を割り当てることを特徴とする。このようにビット毎の所要訂正能力に応じて定められた符号化率を有することにより、シンボル構成ビットのうち第１ビットについては所要Ｃ／Ｎに対応する訂正能力の符号化率を適用し、第２ビット以降については前記所定数の符号化率のうち訂正能力が前記所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎ（好適には、所要Ｃ／Ｎの±１０％以内）において十分確保される符号化率を適用することができるため、当該集合分割法における周波数利用効率を高めることが可能となる。

四点目の特徴事項は、
前記ＬＤＰＣ符号は、シンボル構成ビットが３ビットの際に、シンボル構成ビットの各ビットに適用する符号化率をそれぞれ（ｒ‐１，ｒ‐２，ｒ‐３）としたとき、ビット毎の符号化率組み合わせを（０．３２５±１０％，０．９５±１０％，０．９５±１０％）とすることを特徴とする。これにより、所要Ｃ／Ｎを最適に低減した伝送が可能となる。

五点目の特徴事項は、
一点目〜四点目の特徴より構成された送信装置において、送信装置側で用いるＬＤＰＣ符号の符号化率情報を、伝送多重制御信号によって伝送することにある。これにより用いる符号化率に応じて、符号化及び復号の整合がとれた送信装置及び受信装置を提供することができる。

六点目の特徴事項は、
一点目〜五点目の特徴により構成された送信装置により送信された信号を受信する受信装置において、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割するハイブリッド集合分割法により得られる信号点とシンボルの対応関係に基づいて、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについては送信側で符号化された符号化率で、第２ビット以降については送信側で設定された前記所定数の符号化率のうち所要Ｃ／Ｎが前記所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎ（好適には、所要Ｃ／Ｎの±１０％以内）となる最も高い符号化率で、各シンボル構成ビットに対応する復号処理を行うことにある。これにより、各分割に対応するシンボル構成ビットに対して、最適なビット誤り配分が可能となる。

七点目の特徴事項は、
一点目〜五点目の特徴により構成された送信装置により送信された信号を受信する受信装置において、送信側で設定した符号化率のＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号に対応する復号を行うことにある。これにより、効率の良い誤り訂正復号が可能となる。

八点目の特徴事項は、
五点目の特徴により構成された送信装置により送信された信号を受信する受信装置において、ＬＤＰＣ符号の符号化率を伝送多重制御信号に基づいて判別することにある。これにより用いる符号化率に応じて、符号化及び復号の整合がとれた送信装置及び受信装置を提供することができる。

以上の技法を取り入れて送信装置及び受信装置を構成することで、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割するハイブリッド集合分割法を構成するとともに、このハイブリッド集合分割法の各ビットが有する訂正能力を考慮した符号化率により連接符号を構成することにより、伝送性能を向上させることが可能となる。

即ち、本発明の送信装置は、デジタルデータの伝送を行う送信装置であって、ＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号から構成される連接符号化手段と、複数の符号語系列を入力シンボル系列とし、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割するハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点との対応関係に基づいて、信号点系列に変換するシンボル／信号点変換手段と、前記シンボル／信号点変換手段により生成された信号点系列を直交変調する直交変調手段とを備え、前記連接符号化手段は、ＬＤＰＣ符号に関して、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについては所要Ｃ／Ｎに対応する訂正能力の符号化率で符号化し、第２ビット以降については前記所定数の符号化率のうち前記所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎとなる最も高い符号化率で符号化し、且つ第２ビット以降のビットには、同一の符号化率で符号化することを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記ＬＤＰＣ符号の符号長が４４８８０ビットであることを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記ＬＤＰＣ符号は、第１ビットに符号化率０．３２５に対して精度±１０％，第２ビット以降に符号化率０．９５に対して精度±１０％を有し、ユークリッド距離の短い順に低い符号化率を割り当てることを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記ＬＤＰＣ符号は、前記シンボル構成ビットが３ビットの際に、第１ビットに符号化率０．３２５±１０％，第２ビット及び第３ビットに符号化率０．９５±１０％を有し、ユークリッド距離の短い順に低い符号化率を割り当てることを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記ＬＤＰＣ符号の符号化率に関する情報を、伝送多重制御信号により伝送する符号化率判別信号多重手段を更に備えることを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記連接符号化手段は、符号化率毎に固有の検査行列を用いて当該デジタルデータをＬＤＰＣ符号化する符号化器を備え、前記符号化器は、４４８８０ビットからなる符号長で符号化率毎に予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、符号化率０．３２５に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に３７４列毎の周期で配置して構成した検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を行う手段を有し、前記符号化率０．３２５の検査行列初期値テーブル（表１）は、以下の表からなることを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記連接符号化手段は、符号化率毎に固有の検査行列を用いて当該デジタルデータをＬＤＰＣ符号化する符号化器を備え、前記符号化器は、４４８８０ビットからなる符号長で符号化率毎に予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、符号化率０．９５に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に３７４列毎の周期で配置して構成した検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を行う手段を有し、前記符号化率０．９５の検査行列初期値テーブル（表２）は、以下の表からなることを特徴とする。

更に、本発明の受信装置は、デジタルデータの受信装置であって、ＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号から構成される連接符号化を施した変調波信号を直交復調し、受信信号点系列を出力する直交復調手段と、複数の符号語系列を入力シンボル系列とし、該入力シンボル系列のシンボル構成ビットを、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割するハイブリッド集合分割法により得られる信号点とシンボルの対応関係に基づいて、当該シンボル構成ビットに対応する復号処理を行う復号手段とを備え、前記復号手段のＬＤＰＣ符号は、ビット毎の訂正能力に応じて定められた所定数の符号化率を有し、前記復号手段は、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについて送信側で符号化された所要Ｃ／Ｎに対応する訂正能力の符号化率で復号し、第２ビット以降については送信側で符号化された前記所定数の符号化率のうち前記所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎとなる最も高い符号化率であり、且つ第２ビット以降のビットについて、第２ビットと同一の符号化率で復号することにより、当該シンボル構成ビットに対応する復号処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の受信装置において、前記復号手段は、送信側で設定した符号化率のＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号に対応する復号を行うことを特徴とする。

また、本発明の受信装置において、前記復号手段は、前記ＬＤＰＣ符号の符号化率を、伝送多重制御信号に基づいて判別する符号化率判別手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の受信装置において、前記復号手段は、請求項１から５のいずれか一項に記載の送信装置で送信した変調波信号を受信して、前記ハイブリッド集合分割法におけるシンボル構成ビットの各ビットに対して個別に設定された前記ＬＤＰＣ符号の符号化率に基づいて復号することを特徴とする。

また、本発明の受信装置において、前記復号手段は、請求項６又は７に記載の送信装置で送信した変調波信号を受信して、前記集合分割法におけるシンボル構成ビットの各ビットに対して個別に設定された前記ＬＤＰＣ符号の符号化率と前記検査行列に基づいて復号することを特徴とする。

本発明によれば、デジタルデータの送信装置及び受信装置においてハイブリッド集合分割法を構成して用いることにより、誤り訂正符号と多値変調の組み合わせにおける符号化変調の性能を向上させ、白色雑音下における伝送性能を向上させることが可能となる。特に、デジタルデータの送信装置及び受信装置において、異なる種類の連接符号をビット毎に構成することなく、より低い所要Ｃ／Ｎ（例えば、８ｄＢ以下）となるよう周波数利用効率を改善し、高符号化率の符号化変調を実現することが可能となる。

本発明における一実施形態の送信装置及び受信装置の構成例を示す図である。 本発明における一実施例として８ＰＳＫを例とした送信装置及び受信装置の構成例を示す図である。 本発明に係る，Ｍ＝３、第１ビットＬＤＰＣ符号化率０．３２５、第２ビットＬＤＰＣ符号化率０．９５、第３ビットＬＤＰＣ符号化率０．９５の場合のスロット構成例を示す図である。 本発明に係るケースＡ，ケースＢの白色雑音下のＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す図である。 本発明に係るケースＡ，ケースＢの１２ＧＨｚ帯衛星中継器経由のＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す図である。 本発明による一実施例において所要Ｃ／Ｎ改善量を示す図である。 従来からの８ＰＳＫにおける集合分割法の分割例を示す図である。 従来からの８ＰＳＫにおけるグレイコードによる信号点へのシンボル割り当ての例を示す図である。 従来からの８ＰＳＫにおける集合分割法及びグレイコードのＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す図である。 従来からの８ＰＳＫにおける集合分割法とＬＤＰＣ符号の組み合わせ（ａ１：符号化率６１／１２０，ａ２：符号化率１０９／１２０，ａ３：符号化率１０９／１２０）におけるＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す図である。 従来からの８ＰＳＫにおける集合分割法の第３ビットに、短縮化ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）符号を適用した場合のＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す図である。 本発明に係るハイブリッド集合分割法による８ＰＳＫの信号点とビットの対応を示す図である。 本発明に係るハイブリッド集合分割法による８ＰＳＫにおける分割例を示す図である。 本発明に係るハイブリッド集合分割法による８ＰＳＫにおけるＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の送信装置及び受信装置を説明する。 図１は、本発明による一実施形態の送信装置１０及び受信装置２０のブロック図である。

（装置構成）
〔送信装置〕
図１を参照するに、本実施形態の送信装置１０は、前方向誤り訂正方式の送信装置であり、シリアル／パラレル変換部１１と、誤り訂正符号化部１２と、符号化率設定部１３と、ハイブリッド集合分割マッピング部１４と、直交変調部１５と、符号化率判別信号多重部１６とを備える。即ち、送信装置１０の機能ブロック構成は、集合分割法による符号化変調の送信装置と対比した場合、誤り訂正符号化部１２の処理及び、付随する符号化率設定部１３、並びに、ハイブリッド集合分割マッピング部１４が従来技法と異なる。

シリアル／パラレル変換部１１は、１ビットの送信データ系列を、使用する変調方式の多値数をＬとするとＭ＝ｌｏｇ_２Ｌビットのデータ系列（８値変調の場合、Ｍ＝ｌｏｇ_２８＝３ビットの系列）に変換し、誤り訂正符号化部１２に送出する（Ｍを以下、変調次数と呼ぶ）。

誤り訂正符号化部１２は、第１誤り訂正符号化部１２‐１〜第Ｍ誤り訂正符号化部１２‐Ｍから構成され、所定の誤り訂正符号（例えば、ＢＣＨ符号及びＬＤＰＣ符号）により符号化したＭ系統の符号語系列を生成する。本実施形態において、特に、誤り訂正符号化部１２及び後述するハイブリッド集合分割マッピング部１４が、従来技法の符号化変調と異なる。ハイブリッド集合分割マッピング部１４の信号点とシンボルの対応関係は従来の集合分割法とは異なる集合分割により導出される。この集合分割（ハイブリッド集合分割法）では、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割する。よって、第２ビット以降では、雑音耐性のほぼ等しい複数のシンボル構成ビットが存在し、これらのシンボル構成ビットについては、同等の訂正能力の誤り訂正符号を適用する。したがって、誤り訂正符号化部１２は、ハイブリッド集合分割法に応じて定めたビット毎の符号化率で、複数のデータ系列に誤り訂正を施した符号語系列を生成する符号化手段として機能する。

符号化率設定部１３は、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるよう分割するハイブリッド集合分割法におけるシンボル構成ビットの各ビットに対してＬＤＰＣ符号の符号化率を個別に設定する。特に、本実施形態におけるＬＤＰＣ符号は、ビット毎の訂正能力に応じて定められた所定数の符号化率（好適には、第１ビット用に０．３２５±１０％、第２ビット以降用に０．９５±１０％）を有し、符号化率設定部１３は、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについては目標とする所要Ｃ／Ｎに対応する誤り訂正前のビット誤り率を所望のビット誤り率に低減できる訂正能力の符号化率を設定し、第２ビット以降については当該所定数の符号化率のうち訂正能力が当該所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎ（好適には、所要Ｃ／Ｎの±１０％以内）において、誤り訂正前のビット誤り率を所望のビット誤り率に低減できる訂正能力の符号化率のうち最も高い符号化率を設定する。また、本発明に係るハイブリッド集合分割法においては、第２ビット以降のビットは訂正能力が均一になることから、同一の符号化率を設定する。これにより、誤り訂正符号化部１２は、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数が減少するように分割するハイブリッド集合分割法によるシンボル構成ビットの訂正能力を考慮した符号化率が設定され、第２ビット以降では、第１ビットの訂正限界Ｃ／Ｎ近傍において、十分な訂正能力を有し、且つ最も高い符号化率でＬＤＰＣ符号化を行うことができる。これにより、周波数利用効率を高めることが可能となる。

ハイブリッド集合分割マッピング部１４は、当該Ｍ系統の符号語系列を入力シンボル系列とし、シンボルに対応した信号点のＩ軸及びＱ軸の振幅値を変調信号点系列として出力する。尚、用いるシンボルと信号点との対応関係は、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるよう分割するハイブリッド集合分割法により定まる対応関係を用いる。したがって、ハイブリッド集合分割マッピング部１４は、この対応関係に基づいて、複数の符号語系列からなる入力シンボル系列を信号点系列に変換するシンボル／信号点変換手段として機能する。

直交変調部１５は、ハイブリッド集合分割マッピング部１４により生成された変調信号系列に対して、ロールオフフィルタ処理を実行後、直交変調を施した変調波信号を、外部の伝送路に伝送する。

符号化率判別信号多重部１６は、符号化率設定部１３により誤り訂正符号化部１２に対して設定したシンボル構成ビットの各ビット用の符号化率情報を、符号化率設定部１３から受け取り伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）によって伝送するよう直交変調部１５における変調波信号に多重する機能を有する。

〔受信装置〕
本実施形態の受信装置２０は、前方向誤り訂正方式の受信装置であり、直交復調部２１と、第１〜第Ｍビット対数尤度比計算部２２‐１〜２２‐Ｍと、第１〜第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐１〜２３‐Ｍと、パラレル／シリアル変換部２４と、符号化率判別部２５とを備える。即ち、受信装置２０の機能ブロック構成は、集合分割法による符号化変調の受信装置と変わらないが、第１〜第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐１〜２３‐Ｍの処理が従来技法と異なる。

直交復調部２１は、前述した本発明に係るハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点の対応関係に基づいて変調信号系列を変調した変調波信号を、伝送路を介して送信装置１０から受信して直交復調し、主信号のシンボルに対応する受信信号点系列を出力する。したがって、直交復調部２１は、本発明に係るハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点の対応関係に基づいて変調された変調信号点系列を直交復調することで復元し出力する、直交復調手段として機能する。

符号化率判別部２５は、直交復調部２１より得られる、誤り訂正符号の先頭を識別するために変調波信号に同期信号を多重する機能や伝送方式の設定等の情報を受信装置２０に予告するための伝送多重制御信号を入力し、第１〜第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐１〜２３‐Ｍで使用する第１〜第Ｍビット用符号化率情報を伝送多重制御信号から判別して、第１〜第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐１〜２３‐Ｍにそれぞれ送出する。

第１ビット対数尤度比計算部２２‐１は、本発明に係るハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点の対応関係に基づいて、シンボルを構成する第１ビットについて当該ビットが１及び０である確率（尤度）Ｐ１１及びＰ１０を求め、それらの比Ｐ１１／Ｐ１０の自然対数（ＬＬＲ：対数尤度比）を計算し、第１ビット誤り訂正復号部２３‐１に送出する。

第１ビット誤り訂正復号部２３‐１は、第１ビット対数尤度比計算部２２‐１による第１ビットの対数尤度比を用いて、シンボルを構成する第１ビットに対して、符号化率判別部２５から得られる第１ビット用符号化率情報にしたがって誤り訂正符号（例えば、ＬＤＰＣ符号とＢＣＨ符号の連接符号）の復号処理を実行し、第１ビットの復号結果を第２ビット対数尤度比計算部２２‐２及びパラレル／シリアル変換部２４に送出する。

第２ビット対数尤度比計算部２２‐２は、本発明に係るハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点の対応関係に基づいて、シンボルを構成する第２ビットについて第１ビット同様に対数尤度比を計算して第２ビット誤り訂正復号部２３‐２に送出する。

第２ビット誤り訂正復号部２３‐２は、第２ビット対数尤度比計算部２２‐２による第２ビットの対数尤度比を用いて、シンボルを構成する第２ビットに対して、符号化率判別部２５から得られる第２ビット用符号化率情報にしたがって誤り訂正符号（例えば、ＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号の連接符号）の復号処理を実行し、第２ビットの復号結果を次段のビット対数尤度比計算部及びパラレル／シリアル変換部２４に送出する。以下、第Ｍビット対数尤度比計算部２２‐Ｍ及び第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐Ｍまで同様に処理し、シンボルを構成する全てのビットを復号するまで逐次復号を行う。

このようにして、第１〜第Ｍビット対数尤度比計算部２２‐１〜２２‐Ｍ及び第１〜第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐１〜２３‐Ｍは、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数が減少するように分割するハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点の対応関係に基づいて、ビット毎に得られる復号結果と対数尤度比を用いて、逐次復号を行う。したがって、第１〜第Ｍビット対数尤度比計算部２２‐１〜２２‐Ｍ及び第１〜第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐１〜２３‐Ｍは、本発明に係るハイブリッド集合分割法により信号点へのシンボルの割り当てが行われた信号点とシンボルの対応関係に基づいて各シンボル構成ビットの復号を行う復号手段として機能する。

パラレル／シリアル変換部２４は、第１〜第Ｍビット誤り訂正復号部２３‐１〜２３‐Ｍから得られるシンボルを構成するビットに対応するデータ系列の復号結果をパラレル／シリアル変換し、１ビットの受信データ系列を外部に送出する。

次に図２を用いて、より具体的に、変調方式を８ＰＳＫとした場合における、本発明による一実施例について説明する。

（実施例）
図２は、本発明に係る表１及び表２に示す符号化率毎の検査行列初期値テーブルを用いた、周期３７４、符号長４４８８０ビットのＬＤＰＣ符号の符号化率に関する情報（表１：符号化率０．３２５、表２：符号化率０．９５）を符号化率情報とし、Ｍ＝３として、第１ビットに、符号化率０．３２５、第２ビット及び第３ビットに符号化率０．９５を適用した送信装置１０ｂ及び受信装置２０ｂの一実施例を示す図である。図２に示す送信装置１０ｂ及び受信装置２０ｂは、図１に示した本発明による一実施形態の送信装置１０及び受信装置２０に対するＭ＝３とした一実施例である。このため、同様な構成要素には同様な参照番号を付して（「ｂ」を付した参照番号）、送信装置１０ｂ及び受信装置２０ｂの順に説明する。

〔一実施例の送信装置〕
送信装置１０ｂは、シリアル／パラレル変換部１１ｂと、誤り訂正符号化部１２ｂと、符号化率設定部１３ｂと、ハイブリッド集合分割マッピング部１４ｂと、直交変調部１５ｂと、符号化率判別信号多重部１６ｂとを備える。

ここで、図２に示す送信装置１０ｂは、図１に示す送信装置１０に対する一実施例として詳細に説明する。

シリアル／パラレル変換部１１ｂは、１ビットの送信データ系列をシンボル構成ビットとして３ビットのデータ系列に変換し、誤り訂正符号化部１２ｂに送出する。

誤り訂正符号化部１２ｂは生成した符号語系列をハイブリッド集合分割マッピング部１４ｂに送出する。本例の誤り訂正符号化部１２ｂは、第１誤り訂正符号化部１２ｂ‐１〜第３誤り訂正符号化部１２ｂ‐３から構成される。誤り訂正符号化部１２ｂは、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数が減少するように分割するハイブリッド集合分割法によるシンボル構成ビットについて、ビット毎の訂正能力を考慮して予め定められたＬＤＰＣの符号化率で、連接符号の符号化を行う。特に、シンボル構成ビットにおける第２ビット以降では、第１ビットの訂正限界Ｃ／Ｎ近傍において、十分な訂正能力を有し、且つ最も高い符号化率を選択する基準に基づき、符号化率設定部１３ｂから誤り訂正符号化部１２ｂに対し、第１誤り訂正符号化率ｒ‐１、第２誤り訂正符号化率ｒ‐２、第３誤り訂正符号化率ｒ‐３を設定する。この事例においては、ｒ‐１＝０．３２５、ｒ‐２＝ｒ‐３＝０．９５である。ここでは、第１誤り訂正符号化部１２ｂ‐１〜第３誤り訂正符号化部１２ｂ‐３は、ともに短縮化ＢＣＨ（６５５３５，６５３４３）符号と当該符号化率によるＬＤＰＣ符号を組み合わせた連接符号とし、符号語系列（ａ１）、（ａ２）、（ａ３）を生成する。生成された符号語系列の例を図３に示す。図３では、ＢＣＨ符号パリティ長は１９２ビットである。この図３に示すスロット構成は、詳細に後述するように、所定の選定基準に基づいて定めたものであり、ハイブリッド集合分割法に基づいてシンボル構成ビットの各ビットに符号化率を割り当て、３系統の符号語系列（ａ３，ａ２，ａ１）とする際の好適例である。

ハイブリッド集合分割マッピング部１４ｂは、本例では、誤り訂正符号化部１２ｂで生成された３系統の符号語系列（ａ３，ａ２，ａ１）を入力シンボル系列とし、前述のシンボルと信号点の対応関係（図１３）に従って変調信号点系列を生成する。以降、直交変調部１５ｂは、図１における説明と同様に処理して、変調波信号を生成する。また、符号化率判別信号多重部１６ｂは、符号化率設定部１３ｂにより誤り訂正符号化部１２ｂに対して設定したシンボル構成ビットの各ビット用の符号化率情報を、符号化率設定部１３ｂから受け取り伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）によって伝送するよう直交変調部１５ｂにおける変調波信号に多重する。

〔一実施例の受信装置〕
図２に示すように、受信装置２０ｂは、直交復調部２１ｂと、第１〜第３ビット対数尤度比計算部２２ｂ‐１〜２２ｂ‐３と、第１〜第３ビット誤り訂正復号部２３ｂ‐１〜２３ｂ‐３と、パラレル／シリアル変換部２４ｂと、符号化率判別部２５ｂとを備える。

ここで、図２に示す受信装置２０ｂは、図１に示す受信装置２０に対する一実施例として詳細に説明する。

直交復調部２１ｂは、前述した本発明に係るハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点の対応関係に基づいて変調信号系列を変調した変調波信号を、伝送路を介して送信装置１０ｂから受信して直交復調し、主信号のシンボルに対応する受信信号点系列を出力する。

符号化率判別部２５ｂでは、直交復調部２１ｂより得られる、同期信号から誤り訂正符号の先頭を識別するとともに、第１〜第３ビット誤り訂正復号部２３ｂ‐１〜２３ｂ‐３で使用する第１〜第３ビット用符号化率情報を伝送多重制御信号から判別して、第１〜第３ビット誤り訂正復号部２３ｂ‐１〜２３ｂ‐３にそれぞれ送出する。この事例においては、ｒ‐１＝０．３２５、ｒ‐２＝ｒ‐３＝０．９５である。第１〜第３ビット対数尤度比計算部２２ｂ‐１〜２２ｂ‐３及び第１〜第３ビット誤り訂正復号部２３ｂ‐１〜２３ｂ‐３は、直交復調部２１ｂを経て得られる変調信号点系列について、符号化率情報判別部２５ｂから取得した符号化率情報に基づき誤り訂正符号（例えば、ＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号の連接符号）の復号処理を実行し、特に、シンボル構成ビット毎に得られる対数尤度比及び第２ビット以降の誤り訂正復号部については、その前段の復号結果を用いて、第１ビットから第３ビットまで逐次復号を行う。

パラレル／シリアル変換部２４ｂは、第１〜第３ビット誤り訂正復号部２３ｂ‐１〜２３ｂ‐３から得られるシンボルを構成するビットに対応するデータ系列の復号結果をパラレル／シリアル変換し、１ビットの受信データ系列を外部に送出する。

ここで、前述の通り、集合分割法において多段復号を行う場合、前段の復号誤りが後段に伝播することから、第１ビットの復号特性改善が重要であり、特にハイブリッド集合分割法においては、従来からの集合分割法と同様に、周波数効率を高めるために、誤り訂正符号化部１２ｂ及び符号化率設定部１３ｂにおける符号化率の選定基準が重要となる。

つまり、本発明に係るＬＤＰＣ符号では、後述する符号化率の選定基準に基づいて符号化率の種類及び各ビットに適用する符号化率の組み合わせを選定しており、即ち、ビット毎の訂正能力に応じて定められた所定数の符号化率として、第１ビットに０．３２５±１０％、第２ビット及び第３ビットに０．９５±１０％に相当する値を採用するように構成するのが好適である。このとき、符号化率設定部１３ｂは、当該シンボル構成ビットの各ビットに適用するＬＤＰＣ符号の符号化率の組み合わせとして、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについては目標とする所要Ｃ／Ｎにおいて、誤り訂正前のビット誤り率を、所望のビット誤り率に訂正可能な符号化率を設定し、第２ビット以降については当該所定数の符号化率のうち訂正能力が当該所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎ（好適には、所要Ｃ／Ｎの±１０％以内）において、誤り訂正前のビット誤り率を、所望のビット誤り率以下に訂正可能な符号化率のうち、最も高い符号化率を設定する。これにより、誤り訂正符号化部１２ｂは、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数が減少するように分割するハイブリッド集合分割法によるシンボル構成ビットの訂正能力を考慮し、また、第２ビット以降では、第１ビットの訂正限界Ｃ／Ｎ近傍において、十分な訂正能力を有し、且つ最も高い符号化率により、ＬＤＰＣ符号化を行うことができる。

本発明に係るＬＤＰＣ符号における符号化率の種類及び各ビットに適用する符号化率の組み合わせの選定基準に関して、ｒ‐１＝０．３２５、ｒ‐２＝ｒ‐３＝０．９５が、第１ビットの訂正限界Ｃ／Ｎ近傍において、十分な訂正能力を有し、且つ最も高い符号化率でＬＤＰＣ符号化を行うのに最も適した符号化率の組み合わせであることを、伝送性能（シミュレーション結果）を基に説明する。伝送モデルは白色雑音を想定し、ＬＤＰＣ符号の復号反復回数は１段あたり最大５０回に設定した。

まず、所要Ｃ／Ｎ＝８ｄＢを満たす一例として、高度衛星放送方式の８ＰＳＫにおける符号化率８９／１２０の白色雑音下での所要Ｃ／Ｎは７．９ｄＢであることから、全体符号化率８９／１２０を基準符号化率に設定する。ここで、８９／１２０はＬＤＰＣ符号化率に相当する。全体符号化率を８９／１２０とする場合、シンボル構成ビットの各ビットに割り当てる符号化率の合計が２６７／１２０となるように符号化率を配分する必要がある。また、ここではＬＤＰＣ符号化率を３スロットに配分する構成とする。以上の条件を満たす組み合わせの一例として、ケースＡ：第１ビット符号化率３７／１２０、第２ビット符号化率＝第３ビット符号化率１１５／１２０、ケースＢ：第１ビット符号化率３９／１２０、第２ビット符号化率＝第３ビット符号化率１１４／１２０、ケースＣ：第１ビット符号化率４１／１２０、第２ビット符号化率＝第３ビット符号化率１１３／１２０ＬＤＰＣの３ケースが挙げられる。上記３ケースにおける、白色雑音下でのＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を図４に示す。図４より、第１ビット符号化率を下げるほど低Ｃ／Ｎにおける全体性能が改善する一方、第１ビット符号化率を下げすぎると、第２ビットの符号が訂正限界を超えてしまい、高Ｃ／Ｎにおいては、逆に全体性能が劣化してしまうことが分かる。よって、図４より、ケースＢが最も良い性能を示す符号化率の組み合わせであることが分かる。また、ケースＢが従来方式（高度衛星放送方式）よりも優れた特性であることを示すため、図４には、高度衛星放送方式８ＰＳＫ８９／１２０の特性を併記した。図４より、ケースＢが高度衛星放送方式８ＰＳＫ８９／１２０より優れた特性を示すことが分かる。

図３に示したスロット構成は、このケースＢのスロット構成に相当する。ここで、ケースＢの符号化率は、３９／１２０≒０．３２５、１１４／１２０≒０．９５である。また、第１ビット符号化率に対応するスロット（ａ１）の情報ビット長１４２１２ビット、第２ビット符号化率、第３ビット符号化率に対応するスロット（ａ２）、(ａ３)の情報ビット長４２２６２ビットの合計は９８７３６ビットであり、１８７×８ビットで割り切れることから、ＭＰＥＧ−２ ＴＳスロット伝送に好適な構成となる。そこで、図３の構成を本実施例のスロット構成と称することにする。

本実施例のスロット構成が衛星伝送路上においても好適であることを示す例として、入力フィルタ、ＴＷＴＡ、出力フィルタで構成される１２ＧＨｚ帯衛星中継器構成により衛星伝送路歪みを加えた場合のＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を図５に示す。従来方式と比較するため、図５には、同一条件における高度衛星放送方式８ＰＳＫにおける符号化率８９／１２０の特性を併記した。図５より、ケースＢが高度衛星放送方式８ＰＳＫにおける符号化率８９／１２０より優れた特性を示すことが分かる。

図６に、本実施例と高度衛星放送方式８ＰＳＫにおける符号化率８９／１２０の、白色雑音及び１２ＧＨｚ帯衛星中継器経由における所要Ｃ／Ｎを示す。所要Ｃ／Ｎは、図４及び図５の結果を線形外挿し、ＢＥＲ＝１×１０^−１１を満足するＣ／Ｎと定義した。図６より、本発明による構成は、高度衛星放送方式と比較した場合、白色雑音において０．０８ｄＢ，衛星中継器経由では０．２３ｄＢ，性能が向上していることが確認できる。

また、本発明に係るＬＤＰＣ符号の符号化器及び復号器は、特許第４６８８８４１号明細書又は特許第４８５６６０８号明細書等に開示されるものと同様に構成することができ、このＬＤＰＣ符号の符号化・復号に用いる検査行列は、４４８８０ビットからなる符号長で符号化率毎に予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、各符号化率に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に３７４列毎の周期で配置して構成され、ＬＤＰＣ符号の各符号化率０．３２５，０．９５に対応する各検査行列初期値テーブルは、それぞれ上述した表１及び表２に示したものを利用する。これにより、本発明に係る集合分割法にＬＤＰＣ符号を適用するにあたり、各分割段階に対応するシンボル構成ビットに対して、最適なＢＥＲ特性が得られ雑音耐性に優れた伝送が可能となる。

また、主に高度衛星方式に適用する場合について説明したが、その他の符号長の異なる伝送方式にも適用することが可能である。即ち、３９／１２０，１１４／１２０，１１４／１２０の代わりに、０．３２５±１０％，０．９５±１０％，０．９５±１０％の符号化率を適用することで、その他の符号長の異なる伝送方式にも全く同様に適用することが可能である。ここで±１０％の範囲を持たせているのは、一般に誤り訂正符号の訂正能力は同一種類（例えばＬＤＰＣ符号）の誤り訂正符号であれば、符号化率でほぼ決定されるものの、符号長や符号の完成度によってもわずかに訂正能力が異なり、一般にはより長い符号長で、なおかつ、サイクル４，６，・・・のより少ない符号の性能がより良くなることが知られており、こうした条件の違いによって生じる１０％程度の差分を包含するためである。

上述の実施形態では特定の例を基に説明したが、様々な応用が可能である。例えば、変調方式は８ＰＳＫを例に説明したが、上記符号化率の組み合わせは他の３ビットデジタル変調方式（８ＱＡＭ等）にも適用可能である。また、衛星放送、地上放送、移動通信、固定通信などの他の伝送方式にも適用可能である。

本発明によれば、誤り訂正符号と多値変調の組み合わせにおける符号化変調の性能を向上させ、白色雑音下における伝送性能を向上させることが可能となるので、誤り訂正符号と多値変調を利用する任意の用途に有用である。

１０，１０ｂ 送信装置
１１，１１ｂ シリアル／パラレル変換部
１２，１２ｂ 誤り訂正符号化部
１２‐１，１２ｂ‐１ 第１誤り訂正符号化部
１２‐２，１２ｂ‐２ 第２誤り訂正符号化部
１２‐３，１２ｂ‐３ 第３誤り訂正符号化部
１２‐Ｍ 第Ｍ誤り訂正符号化部
１３，１３ｂ 符号化率設定部
１４，１４ｂ ハイブリッド集合分割マッピング部
１５，１５ｂ 直交変調部
１６，１６ｂ 符号化率判別信号多重部
２０，２０ｂ 受信装置
２１，２１ｂ 直交復調部
２２‐１，２２ｂ‐１ 第１ビット対数尤度比計算部
２２‐２，２２ｂ‐２ 第２ビット対数尤度比計算部
２２‐３，２２ｂ‐３ 第３ビット対数尤度比計算部
２２‐Ｍ 第Ｍビット対数尤度比計算部
２３‐１，２３ｂ‐１ 第１ビット誤り訂正復号部
２３‐２，２３ｂ‐２ 第２ビット誤り訂正復号部
２３‐３，２３ｂ‐３ 第３ビット誤り訂正復号部
２３‐Ｍ 第Ｍビット誤り訂正復号部
２４，２４‐ｂ パラレル／シリアル変換部
２５，２５‐ｂ 符号化率判別部

Claims (12)

1. デジタルデータの伝送を行う送信装置であって、
   ＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号から構成される連接符号化手段と、
   複数の符号語系列を入力シンボル系列とし、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割するハイブリッド集合分割法により得られたシンボルと信号点との対応関係に基づいて、信号点系列に変換するシンボル／信号点変換手段と、
   前記シンボル／信号点変換手段により生成された信号点系列を直交変調する直交変調手段とを備え、
   前記連接符号化手段は、ＬＤＰＣ符号に関して、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについては所要Ｃ／Ｎに対応する訂正能力の符号化率で符号化し、第２ビット以降については前記所定数の符号化率のうち前記所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎとなる最も高い符号化率で符号化し、且つ第２ビット以降のビットには、同一の符号化率で符号化することを特徴とする送信装置。
2. 前記ＬＤＰＣ符号の符号長が４４８８０であることを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
3. 前記ＬＤＰＣ符号は、第１ビットに符号化率０．３２５に対して精度±１０％，第２ビット以降に符号化率０．９５に対して精度±１０％を有し、ユークリッド距離の短い順に低い符号化率を割り当てることを特徴とする、請求項１又は２に記載の送信装置。
4. 前記ＬＤＰＣ符号は、前記シンボル構成ビットが３ビットの際に、第１ビットに符号化率０．３２５±１０％，第２ビット及び第３ビットに符号化率０．９５±１０％を有し、ユークリッド距離の短い順に低い符号化率を割り当てることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の送信装置。
5. 前記ＬＤＰＣ符号の符号化率に関する情報を、伝送多重制御信号により伝送する符号化率判別信号多重手段を更に備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の送信装置。
6. 前記連接符号化手段は、符号化率毎に固有の検査行列を用いて当該デジタルデータをＬＤＰＣ符号化する符号化器を備え、
   前記符号化器は、４４８８０ビットからなる符号長で符号化率毎に予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、符号化率０．３２５に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に３７４列毎の周期で配置して構成した検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を行う手段を有し、
   前記符号化率０．３２５の検査行列初期値テーブルは、
   からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の送信装置。
7. 前記連接符号化手段は、符号化率毎に固有の検査行列を用いて当該デジタルデータをＬＤＰＣ符号化する符号化器を備え、
   前記符号化器は、４４８８０ビットからなる符号長で符号化率毎に予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、符号化率０．９５に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に３７４列毎の周期で配置して構成した検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を行う手段を有し、
   前記符号化率０．９５の検査行列初期値テーブルは、
   からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の送信装置。
8. デジタルデータの受信装置であって、
   ＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号から構成される連接符号化を施した変調波信号を直交復調し、受信信号点系列を出力する直交復調手段と、
   複数の符号語系列を入力シンボル系列とし、該入力シンボル系列のシンボル構成ビットを、第１ビットについては、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割し、第２ビット以降では、最小ユークリッド距離の拡大を伴わず、最小ユークリッド距離の信号点対数を減少させるように分割するハイブリッド集合分割法により得られる信号点とシンボルの対応関係に基づいて、当該シンボル構成ビットに対応する復号処理を行う復号手段とを備え、
   前記復号手段のＬＤＰＣ符号は、ビット毎の訂正能力に応じて定められた所定数の符号化率を有し、前記復号手段は、当該シンボル構成ビットのうち第１ビットについて送信側で符号化された所要Ｃ／Ｎに対応する訂正能力の符号化率で復号し、第２ビット以降については送信側で符号化された前記所定数の符号化率のうち前記所要Ｃ／Ｎに対して所定範囲内のＣ／Ｎとなる最も高い符号化率であり、且つ第２ビット以降のビットについて、第２ビットと同一の符号化率で復号することにより、当該シンボル構成ビットに対応する復号処理を行うことを特徴とする受信装置。
9. 前記復号手段は、送信側で設定した符号化率のＬＤＰＣ符号及びＢＣＨ符号に対応する復号を行うことを特徴とする、請求項８に記載の受信装置。
10. 前記復号手段は、前記ＬＤＰＣ符号の符号化率を、伝送多重制御信号に基づいて判別する符号化率判別手段を備えることを特徴とする、請求項８又は９に記載の受信装置。
11. 前記復号手段は、請求項１から５のいずれか一項に記載の送信装置で送信した変調波信号を受信して、前記ハイブリッド集合分割法におけるシンボル構成ビットの各ビットに対して個別に設定された前記ＬＤＰＣ符号の符号化率に基づいて復号することを特徴とする受信装置。
12. 前記復号手段は、請求項６又は７に記載の送信装置で送信した変調波信号を受信して、前記集合分割法におけるシンボル構成ビットの各ビットに対して個別に設定された前記ＬＤＰＣ符号の符号化率と前記検査行列に基づいて復号することを特徴とする受信装置。