JP6174875B2 - 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。

デジタル伝送方式では、各サービスで利用可能な周波数帯域幅において、より多くの情報が伝送可能なよう、多値変調方式がよく用いられる。周波数利用効率を高めるには、変調信号１シンボル当たりに割り当てるビット数（変調次数）を高めるのが有効であるが、周波数１Ｈｚあたりに伝送可能な情報速度の上限値と信号対雑音比の関係はシャノン限界で制限される。衛星伝送路を用いた情報の伝送形態の一例として、衛星デジタル放送が挙げられる。

衛星デジタル放送においては、衛星中継器のハードウェア制限上、電力効率のよいＴＷＴＡ（進行波管増幅器）がよく用いられる。また、限られた衛星中継器のハードウェア制限を最大限生かすため、衛星中継器出力が最大となるよう、飽和領域で増幅器を動作させることが望ましい。しかし、増幅器で発生する歪は伝送劣化につながるため、電力増幅器で発生する歪で生じる伝送劣化に強い変調方式として、位相変調がよく利用される。現在日本では衛星デジタル放送の伝送方式としてＩＳＤＢ−Ｓとよばれる伝送方式が用いられ、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，８ＰＳＫといった位相変調が利用可能である（例えば、非特許文献１参照）。

また、ヨーロッパの伝送方式であるＤＶＢ−Ｓ２では振幅位相変調（ＡＰＳＫ）という振幅位相変調を利用し、さらなる周波数利用効率の改善を図った変調方式の実用化が成されている。例えば、１６ＡＰＳＫであれば周波数利用効率は最大４ｂｐｓ／Ｈｚであり、３２ＡＰＳＫであれば最大５ｂｐｓ／Ｈｚ伝送することが可能である。

現在利用されている衛星デジタル放送では、誤り訂正符号を用いた受信装置における情報訂正が行われている。パリティビットと呼ばれる冗長信号を送るべき情報に付加することで信号の冗長度（符号化率）を制御し、雑音に対する耐性を上げることが可能である。誤り訂正符号と変調方式は密接に関わっており、冗長度を加味した周波数利用効率と信号対雑音比の関係はシャノン限界で定義される。シャノン限界に迫る性能を有する強力な誤り訂正符号の一つとしてＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号が１９６２年にギャラガーによって提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

ＬＤＰＣ符号は、非常に疎な検査行列Ｈ（検査行列の要素が０と１からなり、且つ１の数が非常に少ない）により定義される線形符号である。

ＬＤＰＣ符号は符号長を大きくし、適切な検査行列を用いることによりシャノン限界に迫る伝送特性が得られる強力な誤り訂正符号であり、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）および、広帯域無線アクセス規格ＩＥＥＥ８０２．１６ｅにおいてもＬＤＰＣ符号が採用されている。多値位相変調とＬＤＰＣ符号をはじめとする強力な誤り訂正符号を組み合わせることで、より高い周波数利用効率の伝送が可能となってきている。

従来技術の一例として、高度衛星放送方式の送信装置、受信装置構成例を図１２に示す。送信装置３００は、ＢＣＨ符号化／フレーム生成部３１０と、ＬＤＰＣ符号化部３２０と、変調マッピング部３３０と、直交変調部３４０と、制御情報生成部３５０と、制御情報多重化部３６０とを備える。即ち、送信装置３００は、データストリームを送信する場合に、後述する図１４における複数スロットの多重フレームの信号を生成してから変調波信号を生成するまでの一連の処理を行う。

ＢＣＨ符号化／フレーム生成部３１０は、所定数のスロットごとに、伝送する情報ビットにＢＣＨ符号化を施した情報系列に対して、ＬＤＰＣ符号化部３２０とともに機能して、ＬＤＰＣパリティを生成する。従って、ＢＣＨ符号化／フレーム生成部３１０及びＬＤＰＣ符号化部３２０は、後述する図１４における複数スロットからなる多重フレームを生成し、変調マッピング部３３０に出力する。尚、ＢＣＨ符号化／フレーム生成部３１０により生成される多重フレームは、スロット数、ダミーの量、スロット長、同期ビット長、パイロットビット長、並びにＴＭＣＣ及びパリティビット長が予め定められた数になるように生成される。また、フレーム生成部３１０では、ＢＣＨ符号化後に、データ系列の偏りを抑える目的から、エネルギー拡散処理（ビットランダム化）が施される。

ＬＤＰＣ符号化部３２０は、所定数のスロットごとに、伝送する情報ビットにＢＣＨ符号化を施した外符号情報系列に対して、所定の周期のＬＤＰＣ符号化を施す。ＬＤＰＣ符号化の具体的な方法は既知であり、且つ本願の主題ではないため更なる説明を割愛する。

ＬＤＰＣ符号化部３２０から出力される信号は、同期及びパイロット信号を適宜挿入しながら、各種変調方式（ＢＰＳＫ，ＡＰＳＫ等）に応じて切り換えられ、変調マッピング部３３０（変調方式に応じた複数のマッピング）に入力される。

変調マッピング部３３０は、ＬＤＰＣ符号化部３２０から出力されるＬＤＰＣ符号情報系列を入力源として、制御情報生成部３５０から指定された変調方式によるマッピングを行い、変調信号系列を生成する。

制御情報生成部３５０は、制御情報多重化部３６０に対してＬＤＰＣ符号化率、割り当てスロット数、変調方式等の伝送に関するパラメータを生成して伝達するとともに、ＢＣＨ符号化／フレーム生成部３１０、ＬＤＰＣ符号化部３２０、変調マッピング部３３０及び直交変調部３４０に対して当該パラメータに関する所要の制御情報を伝達する。

制御情報多重化部３６０は、制御情報生成部３５０から取得する当該パラメータについて、誤り訂正符号化、エネルギー拡散、π／２シフトＢＰＳＫマッピングを行い、伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）によって多重伝送するよう直交変調部３４０へ出力する。

直交変調部３４０は、変調マッピング部３３０により生成された変調信号系列と伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）に関してフレーム単位の時分割多重を行い、直交変調を施して、変調波信号を生成する。

（受信装置）
図１２下段の受信装置４００は、直交復調部４１０と、制御情報復号部４２０と、ＬＤＰＣ復号部４３０と、ＢＣＨ復号部４４０を備えている。

直交復調部４１０は、送信装置３００で生成される変調信号を入力し、同期ベースバンド信号に変換する。

制御情報復号部４２０は、直交検波部４１０により変換された同期ベースバンド信号を入力し、まずＴＭＣＣ信号の同期バイトを検出し、これを基準として、周期的に多重されているπ／２シフトＢＰＳＫ変調波である位相基準バースト信号の位置も検出する。また、ＴＭＣＣ信号により伝送される変調方式・誤り訂正の情報についてのＴＭＣＣ情報を含む伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）の復号処理も行う。制御情報復号部４２０により復号された制御情報（変調方式・誤り訂正のＴＭＣＣ情報）は、ＬＤＰＣ復号部４３０に入力される。

ＬＤＰＣ復号部４３０は、直交復調部４１０から同期ベースバンド信号が入力されるともに、制御情報復号部４２０により検出された変調方式・誤り訂正の情報が入力され、当該同期ベースバンド信号をＬＤＰＣ符号の検査行列を用いて復号処理を行う。

ＢＣＨ符号部４４０は、ＬＤＰＣ復号部４３０から出力されたＬＤＰＣ復号結果を用いて所定数のスロットごとにＢＣＨ復号処理を行う。

このように、ＬＤＰＣ符号を用いた高度衛星放送方式の送信装置３００及び受信装置４００であれば、多値位相変調とＬＤＰＣ符号をはじめとする強力な誤り訂正符号を組み合わせて、より高い周波数利用効率の伝送を可能としている。

したがって、ＬＤＰＣ符号は符号長を大きくすることで符号化利得が向上し、シャノン限界に近づく性能を得ることができる一方、上述の各種伝送規格では、ハードウェアの実現可能性を考慮し、ＬＤＰＣ符号の符号長は１符号あたり数千ビット〜数万ビットが採用されているのが現状である。

高度衛星放送方式を例にした場合、本方式におけるＬＤＰＣ符号の符号長は、図１３に示すとおり前方向誤り訂正方式（ＦＥＣ：Forward Error Correction）フレームで構成され、４４８８０ビットであり、ＢＰＳＫ限界（即ち、シャノン限界に相当するＢＰＳＫの伝送容量）から約１ｄＢ以内の性能を有することが示されている（例えば、非特許文献４参照）。

"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〉 R. G Gallager, "Low Density Parity Check Codes," in Research Monograph series Cambridge, MIT Press, 1963 "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, "高度ＢＳデジタル放送用ＬＤＰＣ符号の設計"、映像情報メディア学会誌、一般社団法人映像情報メディア学会、映像情報メディア vol.62、No.12、2008年12月1日、pp.1997-2004

ここで、非特許文献４を参照するに、ＬＤＰＣ符号の性能では、ＢＰＳＫ限界まで０．５ｄＢ程度のギャップがあり、この差は既存の高度衛星放送方式の符号長では到達できない性能改善余地と見ることができる。また、ＬＤＰＣ符号に多値変調を適用した場合はさらに限界値からのギャップが拡大することから、ＬＤＰＣ符号単体の性能向上は、周波数利用効率の向上を実現する上で、克服すべき重要な技術課題である。

また、ＬＤＰＣ符号の性能改善においては、符号長の拡大が有効な技法である一方で、ハードウェアの実現可能性を考慮したなるべく簡素な構成に基づく符号長の拡大が望ましい。

本発明は、上述のとおり、簡素な構成に基づくＬＤＰＣ符号の符号長の拡大を可能として、さらなる周波数利用効率が向上可能な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。

まず、既存の高度衛星放送方式では、多様な変調方式に対応できるよう、図１４に示すとおり、１伝送フレームが１２０スロットで構成され、π／２シフトＢＰＳＫから３２ＡＰＳＫまで１〜５ビットの変調次数に対応可能である。また、１スロット長はＬＤＰＣ符号の符号長に相当し、前述のとおり４４８８０ビットである。

この多重フレームにおいて、変調方式及びＬＤＰＣ符号化率の割り当て方法に着目すると、図１５に示すとおり、変調方式毎に異なるダミースロットが挿入されることを考慮し、５スロット単位で同一の変調方式及びＬＤＰＣ符号率を指定している。これは、５スロット中の有効スロット内においては、同一の変調方式及びＬＤＰＣ符号化率が指定され、かつ同一のＬＤＰＣ符号がスロット毎に逐次用いられることを意味する。

そこで、上記の状況を鑑みて、本発明では、ハードウェアの実現可能性を考慮した簡素な構成で、既存の高度衛星放送方式よりもＬＤＰＣ符号の符号長を拡大することにある。例えば、図１５に示す多重フレームを見た場合、５スロット単位でＬＤＰＣ符号化しても変調方式及びＬＤＰＣ符号化率の指定という観点からは特段問題は生じない。また、０と１から構成される２元ＬＤＰＣ符号は、符号長拡大という観点でＢＣＨ符号やＲＳ符号と比較した場合、ガロア体の加算及び乗算テーブルの拡大を伴わないため、検査行列の拡大は容易であり、符号長に比例してハードウェア規模が拡大するのみであり、ハードウェアの構成を簡素化することができる。

また、本発明に係るＬＤＰＣ符号の符号長の拡大化は、前述の図１３に示すような高度衛星放送方式をはじめとする周期構造を有するＬＤＧＭ検査行列を採用することができるため、既存の高度衛星放送方式よりもＬＤＰＣ符号の符号長を数倍拡大しても、ＬＤＰＣ符号を構成する検査行列は０と１からなる疎行列であり、検査行列テーブル自体を数倍とすればよいこととなるため、規格化等において検査行列情報を共用化する上でも、十分に取扱可能な規模であることが想定される。さらに、外符号であるＢＣＨ符号については、拡大化したＬＤＰＣ符号の情報系列の中で複数連接する構成を採用することで、ＢＣＨ符号についてはガロア体の加算及び乗算テーブルの拡大を伴わず、既存の高度衛星放送方式と同様にＢＣＨ復号を行うことが可能である。

包括的には、上述の問題を解決するために、本発明は、以下に述べる特徴事項を有する。

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、１８７バイトの整数倍で構成される情報ビット列を入力源として、所定のＢＣＨ符号（例えば、ＢＣＨ（６５５３５、６５３４３、ｔ＝１２）短縮化符号）でＢＣＨ符号化した外符号情報系列を最小基本構成要素とし、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することで情報系列を拡大した一次拡大外符号情報系列を生成する手段を有することを特徴とする。これにより、ＢＣＨ符号の訂正能力を維持しつつ、ＬＤＰＣ符号の符号長の拡大に対応した情報系列を確保することが可能となる。

二点目の特徴事項は、
デジタルデータの伝送を行う送信装置において、前記一次拡大外符号情報系列を入力源として、符号長４４８８０ビット×変調次数に相当するＬＤＰＣ符号の検査行列により、パリティビットを算出し、符号長４４８８０ビット×変調次数に相当するＬＤＰＣ符号情報系列を生成する手段を有することを特徴とする。これにより、多値変調との整合性を維持しつつ、変調次数と同数の複数スロットを一括して束ねたＬＤＰＣ符号を生成することが可能となる。

三点目の特徴事項は、
デジタルデータの伝送を行う送信装置において、前記一次拡大外符号情報系列を１構成要素とし、当該一次拡大外符号情報系列を任意の値で指定する拡大係数に応じて直列連接することで、さらに情報系列を拡大した二次拡大外符号情報系列を生成する手段を有することを特徴とする。これにより、変調次数の次元で拡大した符号長を基本単位として変調マッピングに支障をきたすことなく、さらに拡大係数に応じた符号長の拡大が可能となる。

四点目の特徴事項は、
デジタルデータの伝送を行う送信装置において、前記二次拡大外符号情報系列を入力源として、符号長４４８８０ビット×変調次数×拡大係数に相当するＬＤＰＣ符号の検査行列により、パリティビットを算出し、符号長４４８８０ビット×変調次数×拡大係数に相当するＬＤＰＣ符号情報系列を生成することを特徴とする。これにより、多値変調との整合性を維持しつつ、さらに多くの複数スロットを一括して束ねたＬＤＰＣ符号を生成することが可能となる。

五点目の特徴事項は、
一点目〜四点目のうちの１つ以上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、送信装置において行った同等の訂正能力をもつ符号化に対応した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。

六点目の特徴事項は、
一点目〜四点目のうちの１つ以上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符号化率、変調次数、拡大係数、割り当てスロット数を、伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ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伝送システムを構成することができる。

七点目の特徴事項は、
六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符号化率、変調次数、拡大係数および割り当てスロット数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伝送システムを構成することができる。

以上の技法を取り入れて伝送システム（送信装置及び受信装置）を構成することで、簡素な構成でＬＤＰＣ符号の符号長を変調次数及び拡大係数に応じて拡大し、符号単体の性能を高めると同時に多値変調マッピングへの整合性を維持し、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、ＢＣＨ符号及びＬＤＰＣ符号による連接符号化を施してデジタルデータの伝送を行う送信装置であって、所定の割り当てスロット数で構成された１８７バイトの整数倍で構成される複数スロットの情報ビット列に対して、所定のＢＣＨ符号化を施した外符号情報系列を最小基本構成要素とし、所定のＬＤＰＣ符号化率でＬＤＰＣ符号化を施す前に、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより一次拡大外符号情報系列を生成する一次拡大外符号情報系列生成手段と、前記一次拡大外符号情報系列に対して、符号長４４８８０ビット×変調次数に相当するＬＤＰＣ符号の検査行列を基にパリティビットを算出してＬＤＰＣ符号化を施すことによりＬＤＰＣ符号情報系列を生成するＬＤＰＣ符号化手段と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明の送信装置は、ＢＣＨ符号及びＬＤＰＣ符号による連接符号化を施してデジタルデータの伝送を行う送信装置であって、所定の割り当てスロット数で構成された１８７バイトの整数倍で構成される複数スロットの情報ビット列に対して、所定のＢＣＨ符号化を施した外符号情報系列を最小基本構成要素とし、所定のＬＤＰＣ符号化率でＬＤＰＣ符号化を施す前に、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより一次拡大外符号情報系列を生成する一次拡大外符号情報系列生成手段と、前記一次拡大外符号情報系列を所定の拡大係数に応じて直列連接することにより二次拡大外符号情報系列を生成する二次拡大外符号情報系列生成手段と、を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、前記二次拡大外符号情報系列に対して、符号長４４８８０ビット×変調次数×拡大係数に相当するＬＤＰＣ符号の検査行列を基にパリティビットを算出してＬＤＰＣ符号化を施すことによりＬＤＰＣ符号情報系列を生成するＬＤＰＣ符号化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、本発明による一態様の送信装置で用いるＬＤＰＣ符号化率、変調次数及び割り当てスロット数、或いは本発明による別態様の送信装置で用いるＬＤＰＣ符号化率、変調次数、拡大係数及び割り当てスロット数について、伝送多重制御信号により伝送する制御情報多重化手段を備えることを特徴とする。

さらに、本発明の受信装置は、ＢＣＨ符号及びＬＤＰＣ符号による連接符号化を施したデジタルデータを受信する受信装置であって、所定のＬＤＰＣ符号化率に応じて当該連接符号化を施したデジタルデータに対してＬＤＰＣ復号を施し、送信側にて変調次数又は所定の拡大係数に応じて拡大された拡大外符号情報系列を出力するＬＤＰＣ復号手段と、前記変調次数又は所定の拡大係数に応じて前記拡大外符号情報系列を分離して、外符号情報系列を出力する拡大外符号情報系列分離手段と、所定の割り当てスロット数に応じて前記外符号情報系列に対して所定のＢＣＨ復号を施し、１８７バイトの整数倍で構成される複数スロットの情報ビット列を復元するＢＣＨ復号手段と、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、前記拡大外符号情報系列は、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより生成された一次拡大外符号情報系列からなることを特徴とする。

また、本発明の受信装置において、前記拡大外符号情報系列は、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより生成された一次拡大外符号情報系列に対して、更に前記拡大係数に応じて直列連接することにより生成された二次拡大外符号情報系列からな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ＬＤＰＣ復号手段、前記拡大外符号情報系列分離手段及び前記ＢＣＨ復号手段にて利用する伝送に関するパラメータについて、伝送多重制御信号を復号して判別する制御情報復号手段を更に備えることを特徴とする。

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。

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。 本発明に係る一実施例の変調次数（Ｍ＝３）における一次拡大外符号情報系列の構成例を示す図である。 本発明に係る一実施例の変調次数（Ｍ＝３）及び拡大係数（Ｓ＝３）における二次拡大外符号情報系列の構成例を示す図である。 本発明に係る一実施例の変調次数（Ｍ＝３）及び拡大係数（Ｓ＝１）におけるＬＤＰＣ符号の検査行列の構成例を示す図である。 本発明に係る一実施例の変調次数（Ｍ＝３）及び拡大係数（Ｓ＝１）におけるＬＤＰＣ符号の検査行列の符号長の構成例を示す図である。 ８ＰＳＫにおけるグレイコードマッピングの一例を示す図である。 本発明に係る一実施例のＬＤＰＣ符号化率４１／１２０、６１／１２０、８９／１２０におけるＬＤＰＣ符号の検査行列の列重み及び行重みの一例を示す図である。 本発明による８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率４１／１２０のＣ／Ｎ対ビット誤り率特性について、従来からの高度衛星放送方式との比較を示す図である。 本発明による８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率６１／１２０のＣ／Ｎ対ビット誤り率特性について、従来からの高度衛星放送方式との比較を示す図である。 本発明による８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率８９／１２０のＣ／Ｎ対ビット誤り率特性について、従来からの高度衛星放送方式との比較を示す図である。 本発明による８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率４１／１２０，６１／１２０，８９／１２０の所要Ｃ／Ｎについての一覧を示す図である。 従来からの高度衛星放送方式における送信装置及び受信装置の構成例を示す図である。 従来からの高度衛星放送方式におけるＬＤＰＣ符号の検査行列の構成例を示す図である。 従来からの高度衛星放送方式における多重フレームの構成例を示す図である。 従来からの高度衛星放送方式における変調方式及びＬＤＰＣ符号化率の指定を示す図である。

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１０及び受信装置２０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の構成例を示すブロック図である。なお、実際の送信装置１０には、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、ＩＳＤＢ−Ｓ等に採用されている伝送方式の設定等の情報を受信機に予告するための伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）を変調波信号に多重する機能などが含まれる。また、実際の受信装置２０には、変調波信号に多重された同期信号を検出し誤り訂正符号の先頭を検出する同期検出機能や、伝送多重制御信号から伝送方式の設定等の情報を検出して変調方式や符号化率等の設定を行う制御機能などが含まれるが、図示を省略している。

（装置構成）
〔送信装置〕
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、ＢＣＨ符号化部１１と、一次拡大外符号情報系列生成部１２と、制御情報生成部１３と、二次拡大外符号情報系列生成部１４と、ＬＤＰＣ符号化部１５と、変調マッピング部１６と、直交変調部１７と、制御情報多重化部１８とを備える。すなわち、送信装置１０の機能ブロック構成は、図１２に示す高度衛星放送方式の送信装置３００と比較した場合、特に一次拡大外符号情報系列生成部１２及び二次拡大外符号情報系列生成部１４を有している点が従来技法と異なる。

ＢＣＨ符号化部１１は、ＬＤＰＣ符号化率で指定される情報ビット長を基準として１８７バイトの整数倍で構成される入力源に対して、所定のＢＣＨ符号（本例ではＢＣＨ（６５５３５、６５３４３、訂正能力ｔ＝１２）短縮化符号）による生成多項式を用いて、ＢＣＨ符号化処理をスロット毎に行い、外符号情報系列を生成する。ここで、１フレームはＬスロットで構成されることとし、Ｌスロットは、Ｌ＝利用可能な変調次数Ｍの最大値Ｍ＿ｍａｘと拡大係数Ｓの最大値Ｓ＿ｍａｘの積で定義される。また、変調次数Ｍは、１シンボル当たりのビット数＝２Ｍを定義するものであり、ＢＰＳＫの場合にはＭ＝１、８ＰＳＫの場合にはＭ＝３、１６ＡＰＳＫの場合にはＭ＝４、３２ＡＰＳＫの場合にはＭ＝５である。また、拡大係数Ｓは、対象とする情報系列に対する任意の値で指定する倍率を示す。一例として、高度衛星放送方式を例に取ると、Ｍ＿ｍａｘ＝５,Ｓ＿ｍａｘ＝２４であることから、Ｌ＝１２０である。よって、上記例においては、変調次数Ｍ＝１〜５、拡大係数Ｓ＝１〜２４とすることができ、一次拡大外符号情報系列生成部１２における変調次数Ｍ＝１、二次拡大外符号情報系列生成部１４における拡大係数Ｓ＝１とした場合は、高度衛星放送方式におけるフレーム／スロット構成と同等の構成である。また、１フレーム内の割り当てスロット数は、１フレーム内の割り当てスロット数の内訳に該当し、制御情報生成部１３で指定する。高度衛星放送方式を例に取ると、最大８種類の割り当てスロットが指定可能である。尚、本発明においては、ＬＤＰＣ符号の符号長が大きければ大きいほど周波数利用効率を改善させることができるため、この観点からは変調次数Ｍ×拡大係数Ｓの値の上限値がない。ただし、所定のスロット数単位で変調方式を可変にすることを考慮すると、例えば既存の高度衛星放送方式に準用するには、変調次数Ｍ×拡大係数Ｓ＝１〜１２０とするのが好適である。

一次拡大外符号情報系列生成部１２は、ＢＣＨ符号化部１１から得られた１スロット分に相当する外符号情報系列を、変調方式が指定する変調次数Ｍに応じて直列連接し（即ち、Ｍ個のスロット相当数を直列連接し）、新たに一次拡大外符号情報系列を生成する。高度衛星放送方式を例に、Ｍ＝３における一次拡大外符号情報系列の構成例を図２に示す。

制御情報生成部１３は、制御情報多重化部１８に対してＬＤＰＣ符号化率、変調方式、拡大係数、割り当てスロット数などの伝送に関するパラメータを生成して伝達するとともに、ＢＣＨ符号化部１１、一次拡大外符号情報系列生成部１２、二次拡大外符号情報系列生成部１４、ＬＤＰＣ符号化部１５、変調マッピング部１６及び直交変調部１７に対して当該パラメータに関する所要の制御情報を伝達する機能を有する。

二次拡大外符号情報系列生成部１４は、制御情報生成部１３から得られる拡大係数Ｓに基づいて、一次拡大外符号情報系列を入力源として、一次拡大外符号情報系列を拡大係数Ｓに応じて直列連接し（Ｓ個の情報系列相当数を直接連接し）、二次拡大外符号情報系列を生成する。高度衛星放送方式を例に、Ｍ＝３，Ｓ＝３における二次拡大外符号情報系列の構成例を図３に示す。外符号情報系列を拡大する過程において、変調次数Ｍに応じて拡大する処理を経由して、さらに拡大係数Ｓに応じて拡大する処理を行うことで、後続する変調マッピング部１６との整合がとれた符号拡大を行うことが可能となる。

ＬＤＰＣ符号化部１５は、一次拡大外符号情報系列生成部１２及び二次拡大外符号情報系列生成部１４を経由して得られる拡大外符号情報系列（一次拡大外符号情報系列又は二次拡大外符号情報系列）を入力源として、当該拡大外符号情報系列に対応したＬＤＰＣ符号の検査行列を用いて、ＬＤＰＣパリティビットを算出し、ＬＤＰＣ符号情報系列を生成する。図４に、本発明に係る一実施例のＭ＝３，Ｓ＝１，符号化率８９／１２０の場合の周期３７４の周期構造及び右側部分行列にＬＤＧＭを有するＬＤＰＣ符号の検査行列を示す。ＬＤＰＣ符号化部１５におけるＬＤＰＣ符号の符号長をＮとした場合、高度衛星放送方式を例に取ると、Ｎ＝４４８８０ビット×Ｍ×Ｓとなる。よって、図４より、Ｍ＝３，Ｓ＝１，符号化率８９／１２０の場合、ＬＤＰＣ符号の符号長Ｎ＝１３４６４０ビット、ＬＤＰＣ符号内の情報ビットＩ＝９９８５８ビット、ＬＰＤＣ符号内のパリティビットＰ＝３４７８２ビットとなる。また、左側部分行列ＨＡに関して、高度衛星放送方式（図１３）では、周期ｑ＝１２０×（１−Ｒ）で列方向に１を配置する周期構造であり、４４８８０×Ｒ（Ｒ：ＬＤＰＣ符号化率）／３７４＝１２０×Ｒセットの部分行列で構成されるが、本発明の場合、左側部分行列ＨＡは、４４８８０×Ｍ×Ｓ×Ｒ／３７４セットの部分行列となる。よって、Ｍ＝３，Ｓ＝１、Ｒ＝８９／１２０の場合、４４８８０×３×１×８９／１２０／３７４＝２６７セットの部分行列となる。

変調マッピング部１６は、制御情報生成部１３から取得した変調次数に従い、ＬＤＰＣ符号化部１５から出力されるＬＤＰＣ符号情報系列を入力源として、制御情報生成部１３から指定された変調方式によるマッピング処理を行い、変調信号系列を生成する。ここで、一次拡大外符号情報系列生成部１２において、変調次数Ｍで該当スロットを直接連接しているため、整合のとれた変調マッピングが可能となる。

制御情報多重化部１８は、制御情報生成部１３から取得する符号化率、変調方式、拡大係数、割り当てスロット数などの伝送に関するパラメータについて、誤り訂正符号化、エネルギー拡散、π／２シフトＢＰＳＫマッピングを行い、伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）によって多重伝送するよう直交変調部１７へ出力する。

直交変調部１７は、変調マッピング部１６により生成された変調信号系列と伝送多重制御信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）に関してフレーム単位の時分割多重を行い、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生成して、外部の伝送路に伝送する。

〔受信装置〕
図１に示すとおり、本実施形態の受信装置２０は、直交復調部２１と、制御情報復号部２２と、ＬＤＰＣ復号部２３と、二次拡大外符号情報系列分離部２４と、一次拡大外符号情報系列分離部２５と、ＢＣＨ復号部２６とを備える。すなわち、受信装置２０の機能ブロック構成は、図１２に示す高度衛星放送方式の受信装置４００と比較した場合、特に二次拡大外符号情報系列分離部２４及び一次拡大外符号情報系列分離部２５を有している点が従来技法と異なる。

直交復調部２１は、伝送路を介して送信装置１０から変調信号を受信して直交復調し、同期ベースバンド信号内の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。

制御情報復号部２２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、変調方式、ＬＤＰＣ符号化率、拡大係数、割り当てスロット数を伝送多重制御信号から判別して、ＬＤＰＣ復号部２３、二次拡大外符号情報系列分離部２４、一次拡大外符号情報系列分離部２５及びＢＣＨ復号部２６にそれぞれ送出する。

ＬＤＰＣ復号部２３は、直交復調部２１から得られる受信シンボル系列を入力源とし、符号長Ｎ＝４４８８０ビット×Ｍ×Ｓ及びＬＤＰＣ符号率に該当するＬＤＰＣ符号の検査行列を用いて、Ｓｕｍ−ｐｒｏｄｕｃｔ復号法などの近似又は最大事後確率法の復号アルゴリズムを用いてＬＤＰＣ復号を行い、二次拡大外符号情報系列を出力する。この時、Ｓ＝１の場合は一次拡大外符号情報系列の出力と同等である。

二次拡大外符号情報系列分離部２４は、ＬＤＰＣ復号部２３から得られた二次拡大外符号情報系列を入力源として、拡大係数Ｓに基づき図３の逆の流れで、二次拡大外符号情報系列から一次拡大外符号情報系列を分離する。この際、二次拡大外符号情報系列の先頭位置及び分離の切れ目については、事前に伝送制御多重信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）により拡大係数、変調次数、ＬＤＰＣ符号化率、割り当てスロット数を取得することが可能なため、本処理において、先頭位置や区切り等は既知である。また、二次拡大外符号情報系列全体の情報保護については、前述のＬＤＰＣ復号部２３がその役割を担う。

一次拡大外符号情報系列分離部２５は、二次拡大外符号情報系列分離部２４から得られた一次拡大外符号情報系列を入力源として、変調次数Ｍに基づき図２と逆の流れで、一次拡大外符号情報系列からスロットに相当する外符号情報系列を分離する。一次拡大外符号情報系列の先頭位置及び分離の切れ目については、事前に伝送制御多重信号（即ち、ＴＭＣＣ信号）により変調次数、ＬＤＰＣ符号化率、割り当てスロット数を取得することが可能なため、本処理において、先頭位置や区切り等は既知である。また、一次拡大外符号情報系列全体の情報保護については、前述のＬＤＰＣ復号部２３がその役割を担う。

ＢＣＨ復号部２６は、一次拡大外符号情報系列分離部２５から得られたスロットに相当する外符号情報系列を入力源として、送信側のＢＣＨ符号化に対応するＢＣＨ復号処理を行い（本例では、ＢＣＨ（６５５３５、６５３４３、ｔ＝１２）短縮化符号による生成多項式を用いてＢＣＨ復号を行い）、復号結果を出力する。よって、Ｍ＝３、Ｓ＝１の例においては、ＬＤＰＣ復号処理は１回であるが、ＬＤＰＣ符号化部１５の出力である拡大外符号情報系列（一次拡大外符号情報系列又は二次拡大外符号情報系列）に３スロットの外符号情報系列が含まれるため、ＢＣＨ復号処理はスロット毎に合計３回実施する。

次に図５〜図１１を用いて、より具体的に、変調方式を８ＰＳＫ（Ｍ＝３）、拡大係数Ｓ＝１とした場合における、本発明による一実施形態の一実施例及び効果について説明する。

図５は、本発明における一実施例の符号長Ｎ＝４４８８０ビット×Ｍ×Ｓにおいて、Ｍ＝３、Ｓ＝１、符号化率Ｒ＝４１／１２０、４９／１２０、６１／１２０、７３／１２０、８１／１２０、８９／１２０、９７／１２０、１０１／１２０、１０５／１２０、１０９／１２０とした時の、利用可能な検査行列の符号長、情報長、パリティ長の組み合わせを示す。また、符号化率８９／１２０におけるＬＤＰＣ検査行列は図４のとおりである。

次に、本発明の効果について、Ｍ＝３、Ｓ＝１、Ｒ＝４１／１２０、Ｒ＝６１／１２０、Ｒ＝８９／１２０を選択した場合の伝送性能（計算機シミュレーション結果）について説明する。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最大５０回に設定した。８ＰＳＫの変調マッピングについては、図６に示すグレイコードマッピングを使用した。また、上記３種類の符号化率におけるＬＤＰＣ符号の検査行列の平均列重み、平均行重みを図７に示す。

図８に８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率４１／１２０、図９に８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率６１／１２０、図１１に８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率８９／１２０のＣ／Ｎ対ビット誤り率特性をそれぞれ示す。また、図８〜図１１には高度衛星放送方式（符号長４４８８０ビット）の同一変調方式、同一符号化率におけるＣ／Ｎ対ビット誤り率を併記した。図８〜図１１より、本発明を適用することにより、これらの全てのケースで性能が改善していることがわかる。

図１１に、本発明及び高度衛星放送方式における所要Ｃ／Ｎを示す。所要Ｃ／Ｎは、図８〜図１１の結果を線形外挿補間し、ＢＥＲ＝１×１０^−１１点を所用Ｃ／Ｎと定義した。本発明による構成は、高度衛星放送方式と比較した場合、符号化率４１／１２０では、０．４２ｄＢ，符号化率６１／１２０では０．２５ｄＢ，符号化率８９／１２０では０．１８ｄＢ，性能が向上していることが確認できる。

上記の例では、８ＰＳＫにおけるＬＤＰＣ符号化率４１／１２０，６１／１２０，８９／１２０に関して所要Ｃ／Ｎに関する性能が向上していることを示したが、これは、より劣悪な雑音環境下でも正しくデータを伝送できるようになることを意味しており、換言すればＬＤＰＣ符号の符号長が大きければ大きいほどシャノン限界に近づき周波数利用効率を改善させることができる。このため、他の任意の符号化率及び変調方式の組み合わせでも同様に周波数利用効率を改善させることができる。したがって、Ｍ＝１として固定した場合も拡大係数Ｓについて大きい値とするほどシャノン限界に近づき周波数利用効率を改善させることができる。

このように、変調次数Ｍ及び拡大係数Ｓの指定に関して、様々な組み合わせにより所要Ｃ／Ｎや周波数利用効率を設定できるようになり、換言すればＬＤＰＣ符号の符号長により指定できるためハードウェアに関して簡素な構成で実現することができる。

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）やＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，３２ＱＡＭ，６４ＱＡＭ，２５６ＱＡＭ，１０２４ＱＡＭ，１６ＡＰＳＫ，３２ＡＰＳＫ，６４ＡＰＳＫ，２５６ＡＰＳＫ、１０２４ＡＰＳＫなどの多様な多値変調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 送信装置
１１ ＢＣＨ符号化部
１２ 一次拡大外符号情報系列生成部
１３ 制御情報生成部
１４ 二次拡大外符号情報系列生成部
１５ ＬＤＰＣ符号化部
１６ 変調マッピング部
１７ 直交変調部
１８ 制御情報多重化部
２０ 受信装置
２１ 直交復調部
２２ 制御情報復号部
２３ ＬＤＰＣ復号部
２４ 二次拡大外符号情報系列分離部
２５ 一次拡大外符号情報系列分離部
２６ ＢＣＨ復号部
３００ 高度衛星放送方式の送信装置
３１０ ＢＣＨ符号化／フレーム生成部
３２０ ＬＤＰＣ符号化部
３３０ 変調マッピング部
３４０ 直交変調部
３５０ 制御情報生成部
３６０ 制御情報多重化部
４００ 高度衛星放送方式の受信装置
４１０ 直交復調部
４２０ 制御情報復号部
４３０ ＬＤＰＣ復号部
４４０ ＢＣＨ復号部

Claims (8)

1. ＢＣＨ符号及びＬＤＰＣ符号による連接符号化を施してデジタルデータの伝送を行う送信装置であって、
   所定の割り当てスロット数で構成された１８７バイトの整数倍で構成される複数スロットの情報ビット列に対して、所定のＢＣＨ符号化を施した外符号情報系列を最小基本構成要素とし、所定のＬＤＰＣ符号化率でＬＤＰＣ符号化を施す前に、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより一次拡大外符号情報系列を生成する一次拡大外符号情報系列生成手段と、
   前記一次拡大外符号情報系列に対して、符号長４４８８０ビット×変調次数に相当するＬＤＰＣ符号の検査行列を基にパリティビットを算出してＬＤＰＣ符号化を施すことによりＬＤＰＣ符号情報系列を生成するＬＤＰＣ符号化手段と、
   を備えることを特徴とする送信装置。
2. ＢＣＨ符号及びＬＤＰＣ符号による連接符号化を施してデジタルデータの伝送を行う送信装置であって、
   所定の割り当てスロット数で構成された１８７バイトの整数倍で構成される複数スロットの情報ビット列に対して、所定のＢＣＨ符号化を施した外符号情報系列を最小基本構成要素とし、所定のＬＤＰＣ符号化率でＬＤＰＣ符号化を施す前に、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより一次拡大外符号情報系列を生成する一次拡大外符号情報系列生成手段と、
   前記一次拡大外符号情報系列を所定の拡大係数に応じて直列連接することにより二次拡大外符号情報系列を生成する二次拡大外符号情報系列生成手段と、
   を備えることを特徴とする送信装置。
3. 前記二次拡大外符号情報系列に対して、符号長４４８８０ビット×変調次数×拡大係数に相当するＬＤＰＣ符号の検査行列を基にパリティビットを算出してＬＤＰＣ符号化を施すことによりＬＤＰＣ符号情報系列を生成するＬＤＰＣ符号化手段を更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の送信装置。
4. 請求項１の送信装置で用いるＬＤＰＣ符号化率、変調次数及び割り当てスロット数、或いは請求項２又は３の送信装置で用いるＬＤＰＣ符号化率、変調次数、拡大係数及び割り当てスロット数について、伝送多重制御信号により伝送する制御情報多重化手段を備え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. ＢＣＨ符号及びＬＤＰＣ符号による連接符号化を施したデジタルデータを受信する受信装置であって、
   所定のＬＤＰＣ符号化率に応じて当該連接符号化を施したデジタルデータに対してＬＤＰＣ復号を施し、送信側にて変調次数又は所定の拡大係数に応じて拡大された拡大外符号情報系列を出力するＬＤＰＣ復号手段と、
   前記変調次数又は所定の拡大係数に応じて前記拡大外符号情報系列を分離して、外符号情報系列を出力する拡大外符号情報系列分離手段と、
   所定の割り当てスロット数に応じて前記外符号情報系列に対して所定のＢＣＨ復号を施し、１８７バイトの整数倍で構成される複数スロットの情報ビット列を復元するＢＣＨ復号手段と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
6. 前記拡大外符号情報系列は、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより生成された一次拡大外符号情報系列からなることを特徴とする、請求項５に記載の受信装置。
7. 前記拡大外符号情報系列は、当該外符号情報系列を変調次数に応じて直列連接することにより生成された一次拡大外符号情報系列に対して、更に前記拡大係数に応じて直列連接することにより生成された二次拡大外符号情報系列からなることを特徴とする、請求項６に記載の受信装置。
8. 前記ＬＤＰＣ復号手段、前記拡大外符号情報系列分離手段及び前記ＢＣＨ復号手段にて利用する伝送に関するパラメータについて、伝送多重制御信号を復号して判別する制御情報復号手段を更に備えることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の受信装置。