JP6252924B2 - 送信方法、送信機、受信方法、及び受信機 - Google Patents

送信方法、送信機、受信方法、及び受信機 Download PDF

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Description

本発明は、デジタル通信分野に関する。
非特許文献1の送信方法は、(1)データブロックを前方誤り訂正符号(forward error correction code:FEC符号)を用いて符号化するステップと、(2)符号化の結果得られた符号語のビットを複素セルにマッピングするステップと、(3)マッピングにより得られた複数の複素セルにセルインターリービングを適用するステップとを有する。
上記のセルインターリービングは、伝送路で発生するバーストエラーの影響を受けるビットを(符号語全体に)分散させるための処理であり、受信性能の向上を図る手段として有用であることが知られている。
DVB−NGH標準化文書 TM−NGH1181r16(DVB−NGH規格ドラフト) ETSI EN 302.755(DVB−T2規格) ETSI EN 300 744(DVB−T規格) ETSI EN 302 307(DVB−S2規格) ETSI EN 302 307(DVB−C2規格)
ところで、近年、様々な送信技術が提案されており、従来のセルインターリービングでは十分に通信システムの受信性能の向上が図れない状況も発生しつつある。
本発明は、通信システムの受信性能の向上を実現する送信方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の送信方法は、リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語を送信する送信方法であって、前記符号語は、夫々がQ個のビットからなるN個の疑似巡回ブロックで構成され、前記符号語のビットを並び替えるビットパーミュテーション処理を施すビットパーミュテーションステップと、並び換えられた前記符号語のビットを、夫々がG×M個のビットから成る複数のコンステレーションブロックに分割することで、コンステレーションブロックを生成するコンステレーションブロック生成ステップと、生成された前記コンステレーションブロックを並び替えるコンステレーションブロックパーミュテーション処理を施すコンステレーションブロックパーミュテーションステップと、並び換えられた前記コンステレーションブロックを送信する送信ステップと、を有し、前記符号語は、夫々がM個の疑似巡回ブロックから成るN/M個のセクションに分けられ、各コンステレーションブロックは、前記セクションの内の何れか1つと関連付けられており、前記ビットパーミュテーションステップは、各前記コンステレーションブロックが、関連付けられている前記セクション中のM個の異なる前記疑似巡回ブロックの夫々からなる計G×M個のビットから構成されるように、前記ビットパーミュテーション処理を行い、前記コンステレーションブロックパーミュテーションステップは、前記コンステレーションブロックパーミュテーション処理として、前記コンステレーションブロックをR行(Q/(k×G))列の行列に行方向に書き込み、列方向に前記コンステレーションブロックを読み出すことと等価な処理を行い、Rはk×(N/M)であり、kは自然数である、ことを特徴とする。
上記の送信方法によれば、通信システムの受信性能の向上を実現することができる。
一般的な送信機100の構成を示すブロック図。 疑似巡回低密度パリティ検査符号のパリティ検査行列の一例を示す図。 ビットインターリーバ120における、疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語のビットに対するビットインターリービング処理の概要を説明する図。 図3のセクションパーミュテーション処理の概要を説明する図。 (a)は符号ブロックの複数ビットのセクションパーミュテーション行列への書き込み処理の一例を示し、(b)セクションパーミュテーション行列からの符号ブロックの複数ビットの読み出し処理の一例を示す図。 図3のビットインターリーバに2種類のパーミュテーションの機能を追加したビットインターリーバ120aの一例を示す図。 (a)から(c)は複素QAMコンステレーションが適用される場合のコンステレーションマッパ130の構成例を示す図。 (a)及び(b)はMIMO空間多重が適用される場合のコンステレーションマッパ130の構成例を示す図。 4次元回転処理が適用される場合のコンステレーションマッパ130の構成例を示す図。 (a)はビットインターリーバ120における符号ブロックのビットの入力を示し、(b)はコンステレーションマッパ130におけるコンステレーションブロックの出力を示す図。 実施の形態1の送信機200の構成を示すブロック図。 (a)はコンステレーションブロックのコンステレーションブロックパーミュテーション行列への書き込み処理の一例を示し、(b)はコンステレーションブロックパーミュテーション行列からのコンステレーションブロックの読み出し処理の一例を示す図。 (a)はコンステレーションブロックのコンステレーションブロックパーミュテーション行列への書き込み処理の他の例を示し、(b)はコンステレーションブロックパーミュテーション行列からのコンステレーションブロックの読み出し処理の他の例を示す図。 実施の形態1の受信機300の構成を示すブロック図。 (a)から(d)は回転処理が適用される場合における一般的な送信機400、401、402、及び403夫々の構成を示すブロック図。 (a)は2次元回転処理が適用される場合の送信機402のローテータ450の出力例を示し、(b)は4次元回転処理が適用される場合の送信機402のローテータ450の出力例を示し、(c)は(a)と対応するQディレイ挿入ユニット465の処理の一例を示し、(d)は(b)と対応するQディレイ挿入ユニット465の処理の一例を示す図。 (a)は2次元回転処理が適用される場合において、コンポーネントインターリーバ470による、複素セルのコンポーネントパーミュテーション行列への書き込み処理の一例を示し、(b)は2次元回転処理が適用される場合において、コンポーネントインターリーバ470による、コンポーネントパーミュテーション行列からの複素セルの読み出し処理の一例を示す図。 (a)は4次元回転処理が適用される場合において、コンポーネントインターリーバ470による、複素セルのコンポーネントパーミュテーション行列への書き込み処理の一例を示し、(b)は4次元回転処理が適用される場合において、コンポーネントインターリーバ470による、コンポーネントパーミュテーション行列からの複素セルの読み出し処理の一例を示す図。 (a)は2次元回転処理が適用される場合の送信機403のローテータ450の出力例を示し、(b)は4次元回転処理が適用される場合の送信機403のローテータ450の出力例を示す図。 (a)から(d)は実施の形態2の送信機500、501、502及び503夫々の構成を示すブロック図。 (a)はコンポーネントデインターリーバ570の、2次元回転処理が適用される場合におけるコンポーネントのコンポーネントパーミュテーション行列への書き込み処理の一例を示し、(b)はコンポーネントデインターリーバ570の、コンポーネントパーミュテーション行列からの2次元回転処理が適用される場合におけるコンポーネントの読み出し処理の一例を示す図。 (a)はコンポーネントデインターリーバ570の、4次元回転処理が適用される場合におけるコンポーネントのコンポーネントパーミュテーション行列への書き込み処理の一例を示し、(b)はコンポーネントデインターリーバ570の、コンポーネントパーミュテーション行列からの4次元回転コンステレーションコンポーネントの読み出し処理の一例を示す図。 図21(a),(b)と対応する送信機500のローテータ450の出力例を示す図。 図22の(a),(b)と対応する送信機500のローテータ450の出力例を示す図。 (a)から(d)は実施の形態2の受信機600、601、602、及び603夫々の構成を示すブロック図。
≪発明者による検討内容(その1)≫
図1は、低密度パリティ検査(low-density parity-check:LDPC符号)を使用する一般的な送信機100の構成を示すブロック図である。
送信機100は、LDPCエンコーダ110と、ビットインターリーバ120と、コンステレーションマッパ130と、セルインターリーバ140と、モジュレータ150とを備える。
送信機100は、入力として、送信される情報を含む所定長のバイナリーブロックを受け取る。送信機100では、まず、LDPCエンコーダ110は、低密度パリティ検査符号(例えば、リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号)を用いて、各情報ブロックを符号化する。この符号化処理は、受信機における情報ブロックの受信のエラー耐性をより強くするための、冗長ビットの計算と当該冗長ビットの情報ブロックへの付加を含む。
そして、ビットインターリーバ120は、符号化によって得られた符号語(以下、符号ブロックと呼ぶ。)の複数のビットをインターリーブし(ビットインターリーブ)、コンステレーションマッパ130に供給する。なお、低密度パリティ検査符号(LDPC符号)以外の他の符号を用いる符号化によって得られた符号語も符号ブロックと呼ぶ。
次に、コンステレーションマッパ130は、ビットインターリーブされた符号ブロックの複数のビットを、複素QAM(quadrature amplitude modulation)シンボル、又は複数の複素QAMシンボルから成るブロックに変換する。複素QAMシンボルの実数コンポーネント及び虚数コンポーネントは互いに独立に変調される。実数及び虚数コンポーネントは夫々PAM(pulse amplitude modulation)シンボル又はASK(amplitude shift keying)シンボルと見なすことができる。
なお、複素QAMシンボルは、複素セルやコンステレーションとも称され、1以上の複素QAMシンボルから成るブロックはコンステレーションブロックと称される。
セルインターリーバ140は、コンステレーションマッパ130から供給された複数の複素セルをインターリーブする(セルインターリーブ)。
モジュレータ150は、セルインターリーバ140から供給された複素セルを、例えばOFDM(orthogonal frequency-division multiplexing)を使って変換し、変換された複素セルは通信媒体上で伝送される。
以下に、LDPC符号についてその特徴のいくつかを説明する。
LDPC符号は、パリティ検査行列(parity check matrix:PCM)によって完全に定義される線形誤り訂正符号である。PCMは、符号語ビット(変数ノードとも称される。)とパリティ検査(検査ノードとも称される。)との連結(connection)を表す、2値の疎行列である。PCMの列と行は、夫々、変数ノードと検査ノードに対応する。変数ノードと検査ノードとの連結は、PCMにおいて、「1」という要素で示されている。
LDPC符号には、疑似巡回低密度パリティ検査(quasi-cyclic low-density parity check:QC LDPC)符号と呼ばれる種類が存在する。QC LDPC符号は、ハードウェア実装に特に適した構造を有する。事実、今日、ほとんどの規格がQC LDPC符号を採用している。QC LDPC符号のPCMは、複数の巡回行列(circulant matrices、又はcirculants)を有する特別な構造となっている。巡回行列は、各行がその直前の行の要素を1つ巡回シフトしたものであって、1、2、又は、それ以上の巡回的にシフトされた対角線(cyclically-shifted diagonal)を有し得る、正方行列である。各巡回行列のサイズはQ行Q列(Q×Q)であり、QはQC LDPC符号の巡回係数(cyclic factor)と称される。このような疑似巡回構造によってQ個の検査ノードを並列に処理することが可能になり、QC LDPC符号は効率的なハードウェア実装を行うために明らかに有利である。
図2は、巡回係数Q=8であるQC LDPC符号のPCMの一例を示し、図2のパリティ検査行列には、1又は2の巡回的にシフトされた対角線を有する巡回行列がある。但し、図2のPCMでは、値が「1」である行列要素を黒四角で、値が「0」である行列要素を白四角で表している。
図2のQC LDPC符号は、8×12=96ビットのブロックを8×18=144ビットの符号語に符号化する符号であり、符号化率は96/144=2/3である。符号語ビットは、Qビットのブロックに分割される。このQビットのブロックを、本書類を通じて巡回ブロック又は疑似巡回ブロックと称し、「QB」と表記する。
図2のPCMのQC LDPC符号は、リピートアキュミュレート(repeat-accumulate:RA) QC LDPC符号と呼ばれる、特別な種類のQC LDPC符号に属する。RA QC LDPC符号は、符号化の容易さでよく知られており、第2世代のDVB規格(DVB−S2(非特許文献4参照)、DVB−T2(非特許文献2参照)、DVB−C2(非特許文献5参照))など、数多くの規格に採用されている。RA QC LDPC符号では、PCMのパリティビットに対応する右側(パリティ部分)は、要素「1」の配置位置が階段状である構造になっている。これらの側面は当該技術分野においてよく知られている。なお、PCMの左側は情報ビットに対応する部分(情報部分)である。
次に、ビットインターリーバ120について説明する。
高い並列度による効率的なハードウェア実装を可能とするビットインターリーバ120は、符号ブロックを複数のセクションに分割することによって作られる。符号ブロックの複数ビットを複数のビットグループにマッピングするためのパーミュテーションは複数のセクションの各々において別々に実行される。なお、1ビットグループは、後段のコンステレーションマッパ130によって、例えば、1PAMシンボル、1複素QAMシンボルにマッピングされる。
ビットインターリーバ120は、先ず、符号ブロックのN×QビットをN/M個のセクションに分割する処理(以下、セクション分割処理と言う。)を行う。Nは1符号ブロック当たりの疑似巡回ブロック数であり、Mは1ビットグループ当たりのビット数である。各セクションはM個の疑似巡回ブロックから構成され、各ビットグループはN/M個のセクションの対応する1つと関連付けられる。セクション分割処理後、ビットインターリーバ120は、ビットグループ夫々について、ビットグループのMビットが、関連付けられているセクション中のM個の異なる疑似巡回ブロック夫々の1ビットから成るように、セクション毎にビットパーミュテーション処理(以下、セクションパーミュテーション処理と言う。)を行う。各セクションに対して行われるセクションパーミュテーション処理は互いに同じ規則に従って行われる。セクションパーミュテーション処理として、ビットインターリーバ120は、例えば、セクション夫々について、各セクションのQ×MビットをM行Q列の行列に行方向に書き込み、書き込んだビットをこの行列から列方向に読み出すカラム‐ロウインターリービングと等価な処理を行う。
図3は、QC LDPC符号を用いた符号ブロックの構造に特に適合するビットインターリーバ120の一例を示し、QC LDPC符号用の並列ビットインターリーバ121を含む。但し、この例のQC LDPC符号では、1符号ブロック当たり12疑似巡回ブロック、1疑似巡回ブロック当たり8ビット(Q=8)である。また、M=4である。
図3の例では、ビットインターリーバ120は、12疑似巡回ブロックQB1〜12の内、4疑似巡回ブロックQB1〜4をセクション1に、4疑似巡回ブロックQB5〜8をセクション2に、4疑似巡回ブロックQB9〜QB12をセクション3に夫々分割するセクション分割処理を行う。続いて、ビットインターリーバ120は、並列ビットインターリーバ121のセクションインターリーバ121−1〜121−3によって、別々にセクションパーミュテーション処理を行う。なお、セクションパーミュテーション処理は、ビットグループC1〜C24夫々のM=4ビットに、それが対応するセクションに含まれるM=4疑似巡回ブロックの夫々から1ビットずつマッピングされるように行われる。
以下、M=4、Q=8の場合のセクションパーミュテーションの一例について、図3のセクション1を対象として図4を用いて説明する。
セクションインターリーバ121−1は、図4に示すように、疑似巡回ブロックQB1〜QB4のQ×M=8×4ビットが、夫々がM=4ビットから成るQ=8個のビットグループC1〜C8にマッピングされるように、ビットのインターリーブを実行する。
さらに、M=4、Q=8の場合のセクションパーミュテーション処理について、図3のセクション1を対象として図5(a),(b)を用いて更に詳細に説明する。図5(a),(b)の1つの正方形は符号ブロックの1ビットに対応する。
セクションインターリーバ121−1は、セクション1のQ×M=8×4ビットを、入力されるビット順に、図5(a)に示すようにQ列M行=8列4行の行列(セクションパーミュテーション行列)に行方向に書き込み、図5(b)に示すように書き込んだQ×M=8×4ビットをこの行列から列方向に読み出す、ことと等価な処理を行う。なお、図5(a)及び図5(b)には夫々書き込み順及び読み出し順が矢印で示されている。
なお、図5(a),(b)で説明したインターリービングは、所謂、カラム‐ロウインターリービングと呼ばれるものである。
上述したセクションパーミュテーションが実行されることによって、セクションインターリーバの出力はMビット(行列の1列のビット)のグループからなり、Mビットは元の符号ブロックのM個の異なる疑似巡回ブロックに属する。
セクション分割処理を行う前に、符号ブロックにおける疑似巡回ブロックの並び順を所定のパーミュテーションに従って変更してもよく、当該パーミュテーションは疑似巡回ブロックパーミュテーション(QBパーミュテーション)と称される。更に、疑似巡回ブロック夫々について、疑似巡回ブロック内のQビットの並び順を所定のパーミュテーションに従って変更してもよく、当該パーミュテーションは疑似巡回ブロック内パーミュテーション(intra−QBパーミュテーション)と称され、典型的には巡回シフトである。典型的にはシフト値は各疑似巡回ブロックで異なっているが、同じであってもよい。
図6は、QBパーミュテーション及びintra−QBパーミュテーションの機能を備えるビットインターリーバの一構成例を示す。
ビットインターリーバ120aは、セクションパーミュテーションを実行するセクションインターリーバ121に加え、その前段にQBパーミュテーションを実行するQBインターリーバ123、及び、intra−QBパーミュテーションを実行するintra−QBインターリーバ125−1〜125−12を備えている。
なお、QBパーミュテーション及びintra−QBパーミュテーションの内何れか一方のみを行うとしてもよく、それらの実行順序が逆であってもよい。
QB及びintra−QBパーミュテーションは通信性能の最適化において重要であるが、それらは本発明には直接関連しない。事実、QB及びintra−QBパーミュテーションはLDPC符号化の定義の一部とみなすことができる。QBパーミュテーションは、元のPCMにおける疑似巡回ブロックの列のパーミュテーションと等価である。また、intra−QBパーミュテーションで行われる巡回シフト(intra−QB巡回シフト)は、PCMにおける元の巡回シフトされた疑似巡回ブロックの対角線を(qmodQ)分更に巡回シフトすることと等価である。但し、qはintra−QBパーミュテーションでQビットを巡回シフトさせるシフト値である。PCMの同じ列における全ての疑似巡回ブロックの全対角線に対して同じシフト値のintra−QB巡回シフトが適用される。
次に、コンステレーションマッパ130について説明する。
コンステレーションマッパ130は、符号ブロックの複数のビットを複素QAMシンボル(コンステレーション)、又は複素QAMシンボルのブロック(コンステレーションブロック)にマッピングする。コンステレーションブロックは、変調ブロックとも称され、受信機側で結合復号される、1以上の複素QAMシンボルにマッピングされるビットのグループである。
まず、最も簡単な例であるQAMコンステレーションを対象としてコンステレーションマッパ130の処理を説明する。
コンステレーションマッパ130は、複数ビットを複素QAMシンボル(コンステレーション)にマッピングする。複素QAMシンボルの実数コンポーネント及び虚数コンポーネントは互いに独立に変調される。実数及び虚数コンポーネントの夫々は所定数のビットを符号化したものである。この所定数をBで表記する。
つまり、コンステレーションマッパ130は、BビットずつPAM(pulse amplitude modulation)シンボルにマッピングしていく。続いて、コンステレーションマッパ130は、2つのPAMシンボルのペアを複素QAMシンボルとして出力する。言い換えると、ペアのPAMシンボルの内、一方のPAMシンボルを複素QAMシンボルの実数コンポーネントとし、他方を虚数コンポーネントとする。
ここで、3つの一般的なコンステレーションサイズ(4−QAM、16−QAM、及び64−QAM)を例に挙げ、コンステレーションマッパ130の処理内容を図7(a)から(c)を用いてさらに説明する。
図7(a)に示すように、コンステレーションマッパ130は、コンステレーションサイズが4−QAMの場合は、B=1ビットずつPAMシンボルにマッピングして、2×B=2×1=2ビットに対応する複素QAMシンボルを生成する。
図7(b)に示すように、コンステレーションマッパ130は、16−QAMの場合は、B=2ビットずつPAMシンボルにマッピングして、2×B=2×2=4ビットに対応する複素QAMシンボルを生成する。
図7(c)に示すように、コンステレーションマッパ130は、64−QAMの場合は、B=3ビットずつPAMシンボルにマッピングして、2×B=2×3=6ビットに対応する複素QAMシンボルを生成する。
また、上記のコンステレーションブロックを例として、MIMO(multiple-input multiple-output)通信方式において空間多重(spatial-multiplexing)が用いられる場合を挙げることができる。
MIMO通信方式とは、複数の送信アンテナにより並列的に複数のシンボルを送信する通信方式である。MIMO通信方式が用いられる場合において、最適な受信性能を得るためには、受信機側において複数の送信アンテナで送信された信号を結合復号する必要がある。このため送信側においてコンステレーションブロックが作られる。なお、送信側において、変調や送信が行合われる前に、エラー耐性を高めるために任意の符号を使って符号化される。
ここで、MIMO(multiple-input multiple-output)通信方式において空間多重(spatial-multiplexing)が用いられる場合のコンステレーションブロックの生成の一例について図8(a),(b)を用いて説明する。
MIMO空間多重が適用される場合、コンステレーションマッパ130は、図8(a)に示すように、並列に送信されるコンステレーションサイズが4−QAMである2つの複素QAMシンボルを生成し、生成した2つの複素QAMシンボルに対して、空間多重処理(SMエンコーディング処理)を施して空間多重ブロック(コンステレーションブロック)を生成する。なお、図8(b)の場合は生成される複素QAMシンボルのコンステレーションサイズが16−QAMである。
但し、図8(a),(b)に示したように、コンステレーションマッパ130が空間多重処理を行うとした場合、コンステレーションマッパ130の下流で、送信アンテナ毎にセルインターリービング処理を行う。
また、上記のコンステレーションブロックの他の例として、回転処理が用いられる場合を挙げることができる。
回転処理は、フェージングチャネルでの耐性を強くするために行われ、複数のPAMシンボルをD個ずつのグループに分けることで、D個のPAMシンボルを要素とするD次元ベクトルを作り、各D次元ベクトルにD行D列(D×D)の平方直交行列を乗算することによって行われる。即ち、回転処理は、D次元ベクトルをV、D×Dの平方直交行列をRとした場合、D次元回転ベクトルVR=RVを計算することによって行われる。このD次元回転ベクトル夫々の要素である、回転処理が施されたPAMシンボルを変換PAMシンボルと呼ぶ。
回転処理によって得られた複素QAMシンボル(実数成分と虚数成分の変換PAMシンボルのペア)は、D次元空間における固有のポイントを示すものとみなされる。この(2BD個の組み合わせはD次元コンステレーションを形成する。そのため、上記の行列演算は、D次元空間での回転とみなされ回転処理と称される。本書類を通じて、用語「回転コンステレーション(rotated constellation)」を用いる。上記のD×Dの平方直交行列(回転行列)の特別な構造だけが本発明に関連するというわけではない。
Dは2の累乗であることが好ましく、例えば、2、4、8である。好ましくは、各FECブロックのPAMシンボルの数はDの倍数である。
回転処理に用いられる直交行列は、例えば、D次元ベクトルの各次元の要素の値が、少なくとも2個の次元に分散されるようになる、直交行列である。
このような直交行列として、例えば、主対角線上にある全要素の絶対値が第1の値に等しく、主対角線上にない全要素の絶対値がゼロでない第2の値に等しい行列を挙げることができる。但し、主対角線とはi行i列(i=1〜D)からなる対角線である。なお、この行列のD個の行の並び順を替えたもの、D個の列の並び順を替えたもの、D個の行の並び順とD個の列の並び順の双方を替えたものを、直交行列として使用することができる。
この一具体例を以下に示す。
直交行列Rは、
Figure 0006252924
を満たす。
但し、a,bは実パラメータであり、符号値(Sign Value)si,j
Figure 0006252924
であり、
実パラメータはa,bは、
Figure 0006252924
を満たす。但し、b≠0である。
なお、回転処理に用いる直交行列の構造は、後述する実施の形態1及び実施の形態2に係る発明夫々に直接関連しない。
最適な受信性能を得るには、D次元回転ベクトルのD個の変換PAMシンボルを、結合復号する必要がある。このD個の変換PAMシンボルのグループはD次元回転コンステレーションブロックと称される。
なお、チャンネルで影響されるフェージングができる限り無相関になるように、D次元回転コンステレーションブロックのD個の変換PAMシンボル夫々は、異なる複素QAMシンボルで送信されることが望ましい。
ここで、回転コンステレーションが用いられる場合のコンステレーションブロックの生成の一例について図9を用いて説明する。
4次元回転コンステレーションが用いられる場合、コンステレーションマッパ130は、例えば、コンステレーションサイズが2−PAMである、生成した4つのPAMシンボルを要素とする4次元ベクトルに4行4列の平方直行行列を乗算する処理(第1回転処理)を行う。同様に、コンステレーションマッパ130は、コンステレーションサイズが2−PAMである、生成した4つのPAMシンボルを要素とする4次元ベクトルに4行4列の平方直行行列を乗算する処理(第2回転処理)を行う。そして、コンステレーションマッパ130は、第1回転処理と第2回転処理の内一方の結果を実数コンポーネントとし、他方の結果を虚数コンポーネントとする、複素QAMシンボルを生成する。
ここで、再度コンステレーションブロックの定義について言及する。
上述したように、コンステレーションブロックとは、1以上の複素QAMシンボル(又は、2以上のPAMシンボル)から成るブロックであり、例えば、空間多重ブロックや回転コンステレーションブロックが挙げられる。また、ビットインターバ120の1ビットグループが、例えば、1PAMシンボル、又は1複素QAMシンボルにマッピングされ、1ビットグループはMビットから成ると説明した。
言い換えると、パラメータMは、コンステレーションブロックを構成するビット数の約数から選ばれる。例えば、M=B、即ちMは1PAMシンボル当たりのビット数としてもよいし、M=2×B、即ちMは1複素QAMシンボル当たりのビット数としてもよい。そして、コンステレーションブロックは、夫々がMビットから成る1以上のグループから構成されるブロックとみなすことができる。以下、このグループ数をGと表記する。つまり、コンステレーションブロックはM×Gビットから成るブロックであると言える。
また、上述したように、ビットインターリーバ120において、各ビットグループのMビットは、M個の異なる疑似巡回ブロック夫々の1ビットずつから成るようにセクションパーミュテーション処理が行われる。そのため、ビットインターリーバ120の1セクション当たりのコンステレーションブロック数=(1セクション当たりのビット数)÷(1コンステレーションブロック当たりのビット数)=(Q×M)÷(M×G)=Q/Gである。
即ち、コンステレーションマッパ130の出力は、夫々がQ/G個のコンステレーションブロックから成るグループに分けられ、GはQの約数であると仮定される。
図10(a)に、ビットインターリーバ120における、符号ブロックのビットの入力の一例を示し、図10(b)に、コンステレーションマッパ130の出力の一例を示す。図10(a)及び(b)夫々において、パラメータQ=12、M=2、G=2であり、セクション1〜4の夫々は、(Q/G)=6個のコンステレーションブロックから成り、各コンステレーションブロックは(M×G)=2×2=4個のビットで構成されている。なお、図10(a)のハッチングされた4ビットが、図10(b)のハッチングされた1つのコンステレーションブロックを形成する。
図10(a)及び(b)に示すように、ビットインターリーバ120の処理は、コンステレーションマッパ130で生成されるコンステレーションブロックに応じて行われるため、コンステレーションマッパ130から出力されるコンステレーションブロックも、ビットインターリーバ120のセクション分割処理のセクションに分けられる。
なお、上述したビットインターリーバ120の出力処理を、コンステレーションブロック単位で行ってもよい。
コンステレーションブロックが生成された順番に送信されると、限られた数の疑似巡回ブロックにのみエラーバーストの影響を受ける。例えば、DVB−T2では、LDPC符号化された符号ブロックは45個あるいは180個存在する。符号ブロックの復号処理において、全ての疑似巡回ブロックが同じ重要度を持つわけではないため、受信性能の低下は、何れの疑似巡回ブロックがエラーバーストの影響を受けるかに依存し、すなわちエラーバーストの影響を受ける疑似巡回ブロックは、エラーバーストが発生する位置に依存する。
このようなエラーバーストによる受信性能の低下を軽減するために、送信処理を行う前に、コンステレーションブロックの並び順を変えることが有効であることが知られている。
セルインターリーバ140は、コンステレーションマッパ130から供給された複素セルに対してパーミュテーション処理を施す。複素セルに対するパーミュテーション処理の結果、コンステレーションブロックの並び順が変えられ、エラーバーストによる受信性能の低下を軽減することができる。
DVB−T2規格(非特許文献2参照)、及びそれに続くDVB−NGH規格ドラフト(非特許文献1参照)では、セルインターリーバ140の処理として、エラーバーストによる影響が符号ブロックにランダムに分散されるように、疑似ランダム(pseudo-random)パーミュテーション処理が採用されている。DVB−T2規格及びDVB−NGH規格ドラフトともに、LFSR (linear feedback shift register)を用いて疑似ランダムパーミュテーション処理は成される。なお、ランダム性が更に付加されるように、各符号ブロックに対して異なるパーミュテーション処理が行われる。
セルインターリーバ140において疑似ランダムパーミュテーション処理を行うことで受信性能が向上することは明らかである。しかしながら、疑似ランダムパーミュテーション処理は、その名の通りセルを疑似的にランダムに並び替えるに過ぎず、性能への影響は依然として何れの疑似巡回ブロックがエラーバーストの影響を受けるかに依存している。更に、各符号ブロックに対して異なるパーミュテーション処理が行われるため、符号ブロック間で受信性能にばらつきが生じてしまう。
発明者は、セルインターリーバ140の疑似ランダムパーミュテーション処理の代わりに、その上流で行われるセクション分割処理と対応して、コンステレーションブロックを符号ブロックに分散させるパーミュテーション処理を行うことで、バーストエラーによる受信性能低下の軽減、及び符号ブロック夫々の受信性能の均等化を図ることができるとの知見を得た。(なお、全ての符号ブロックで同一のカラムロウインターリーバが適用されてもよい。)
以下、上記の知見に基づく送信機について、実施の形態1で説明する。
≪実施の形態1≫
<送信機及び送信方法>
図11は、本発明の実施の形態1の送信機200の構成を示すブロック図である。但し、実施の形態1では、≪発明者による検討内容(その1)≫において記載した図1の送信機100の各構成要素の説明を適用できる構成要素にはそれと同じ符号を付し、その説明を省略する。
図11の送信機200は、図1の送信機100のセルインターリーバ140をコンステレーションブロックインターリーバ240に置き換えたものである。
コンステレーションブロックインターリーバ240は、供給された符号ブロック夫々について、S×(Q/G)個のコンステレーションブロックを入力されるコンステレーションブロック順に、S行(Q/G)列の行列(コンステレーションブロックパーミュテーション行列)に行方向に書き込み、書き込んだコンステレーションブロックをこの行列から列方向に読み出す、ことと等価な処理を行う(コンステレーションブロックインターリーブ)。S=(N/M)であり、即ちSは上流側のセクション分割処理のセクション数である。なお、上述したように、コンステレーションブロックは例えば、複素QAMシンボル、空間多重ブロック、及び回転コンステレーションブロックを指す。
図12(a),(b)に、コンステレーションブロックインターリーバ240の処理の一例を示す。図12(a),(b)では、パラメータS=4、Q/G=8であり、1つの四角は1つのコンステレーションブロックに相当し、コンステレーションブロック夫々に付されている値は、コンステレーションブロック夫々を要素とするセクションのインデックス番号である。
このとき、コンステレーションブロックインターリーバ240は、例えば、図12(a)に示すように、4×8個のコンステレーションブロックを入力されるコンステレーションブロック順に、4行8列の行列に行方向に書き込み、図12(b)に示すように、書き込んだコンステレーションブロックをこの行列から列方向に読み出す処理を行う。なお、図12(a),(b)には書き込み順及び読み出し順が矢印で示されている。
図12(a),(b)に示すように、コンステレーションブロックは、セクション毎に各行に書き込まれ、書き込まれたコンステレーションブロックは列毎に読み出されることで、各セクションを構成するコンステレーションブロックは、符号ブロックに均等に分散される。コンステレーションブロックインターリーバ240によれば、バーストエラーの影響は一部のセクションのコンステレーションブロックに集中することなく、全てのセクションに均等に分散される。言い換えると、バーストエラーの影響が一部の符号ブロックの疑似巡回ブロックに集中することなく、全ての疑似巡回ブロックに均等に分散される。そのため、エラーバーストの影響による受信性能低下の軽減が図られる。
なお、コンステレーションブロックインターリーバ240の処理を以下に記載するように変形してもよい。
コンステレーションブロックインターリーバ240は、供給された符号ブロック夫々について、(N×Q)/(G×M)個のコンステレーションブロックを入力されるコンステレーションブロック順に、R行{((N×Q)/(G×M))/R}列の行列(コンステレーションパーミュテーション行列)に行方向に書き込み、書き込んだコンステレーションブロックをこの行列から列方向に読み出す、ことと等価な処理を行うとしてもよい。Rは1符号ブロック当たりのセクション数S=(N/M)の倍数であり、好ましくはR=2S又はR=4Sである。言い換えると、インターリーバ行列の列数は、各セクションのコンステレーションブロック数の約数である。
図13(a),(b)に、この変形例におけるコンステレーションブロックインターリーバ240の処理の一例を示す。図13(a),(b)では、パラメータR=2、S=4、Q/G=8であり、図12(a)と同様に、1つの四角は1つのコンステレーションブロックに相当し、コンステレーションブロック夫々に付されている値は、コンステレーションブロック夫々を要素とするセクションのインデックス番号である。
このとき、コンステレーションブロックインターリーバ240は、例えば、図13(a)に示すように、8×4個のコンステレーションブロックを入力されるコンステレーションブロック順に、8行4列のインターリーバ行列に行方向に書き込み、図13(b)に示すように、書き込んだコンステレーションブロックをこの行列から列方向に読み出す処理を行う。なお、図13(a),(b)には書き込み順及び読み出し順が矢印で示されている。
まとめると、コンステレーションブロックインターリーバ240は、供給された符号ブロック夫々について、(R×(Q/(k×G))個のコンステレーションブロックを入力されるコンステレーションブロック順に、R行Q/(k×G)列の行列に行方向に書き込み、書き込んだコンステレーションブロックをこの行列から列方向に読み出す、ことと等価な処理を行う。kは自然数である。
本実施の形態1に係る送信機によれば、コンステレーションブロックが符号ブロックに分散して送信されるため、バーストエラーによる影響軽減、及び符号ブロック夫々の受信性能の均等化を図ることができ、通信システムの受信性能が向上する。
<受信機及び受信方法>
図14は、本発明の実施の形態1の受信機300の構成を示すブロック図である。図14の受信機300は、図14の送信機200に対応し、送信機200の機能を反映するものである。
受信機300は、デモジュレータ310、コンステレーションブロックデインターリーバ320、コンステレーションデマッパ330、ビットデインターリーバ340、及びLDPCデコーダ350を備える。
受信機300において、受信アンテナで受信された信号は、先ず、一般的にチューナとダウンコンバータを備えるRFフロントエンド(不図示)、による処理が施され、続いてデモジュレータ310による処理が施される。
デモジュレータ310は、RFフロントエンドからベースバンド信号を受け取り、受け取ったデジタルベースバンド信号を復調する。つまり、デモジュレータ310は、デジタルベースバンド信号を利用して伝送路フェージング係数を計算し、デジタルベースバンド信号から、伝送路フェージング係数を求め、コンステレーションブロックを生成する。生成されるコンステレーションブロック夫々は、一又は複数の複素シンボルから成る。
続いて、コンステレーションブロックデインターリーバ320は、送信機200のコンステレーションブロックインターリーバ240による並び換えの前の並びに戻すために、デモジュレータ310から供給されたコンステレーションブロックに対して、コンステレーションブロックインターリーバ240によるパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を行う(コンステレーションブロックデインターリービング)。
送信機200のコンステレーションブロックインターリーバ240において、供給された符号ブロック夫々について、(R×Q/(k×G))個のコンステレーションブロックを入力されるコンステレーションブロック順に、R行Q/(k×G)列の行列(コンステレーションブロックパーミュテーション行列)に行方向に書き込み、書き込んだコンステレーションブロックをこの行列から列方向に読み出す、ことと等価な処理が行われたとする。このとき、コンステレーションブロックデインターリーバ320は、符号ブロック夫々について、例えば、(R×Q/(k×G))個のコンステレーションブロックを入力されるコンステレーションブロック順に、R行Q/(k×G)列の行列(コンステレーションブロックパーミュテーション行列)に列方向に書き込み、書き込んだコンステレーションブロックをこの行列から行方向に読み出すことと等価な処理を行う。なお、コンステレーションブロックデインターリーバ320が用いるコンステレーションパーミュテーション行列は、送信機200のコンステレーションブロックインターリーバ240が用いるそれと同一構造である。
続いて、コンステレーションデマッパ330は、コンステレーションブロックインターリーバから出力された複数のコンステレーションブロック夫々から、LDPC符号化された(ソフト)ビットを抽出する。このビット抽出方法は、当技術分野においてよく知られている。
続いて、ビットデインターリーバ340は、送信機200のビットインターリーバ120による並び換えの前の並びに戻すために、コンステレーションデマッパ330から供給された(ソフト)ビットに対してビットデインターリービングする。
具体的には、ビットデインターリーバ340は、先ず、ビットインターリーバ120のセクション分割処理と同じ規則で、供給された符号ブロックのビットを分割する。即ち、ビットデインターリーバ340は、供給されたN×QビットをN/M個のセクションに分ける。そして、ビットデインターリーバ340は、N/M個のセクション毎に、ビットインターリーバ120のセクションパーミュテーション処理と逆の規則で、ビットのインターリーブを実行する(セクションデインターリービング)。即ち、ビットデインターリーバ340は、各セクションのQ×MビットをQ列M行の行列(セクションパーミュテーション行列)に列方向に書き込み、書き込んだビットをこの行列から行方向に読み出すことと等価な処理を行う。なお、ビットデインターリーバ340が用いるセクションパーミュテーション行列は、送信機200のビットインターリーバ120が用いるそれと同一構造である。
なお、送信機200のビットインターリーバ120に、セクションインターリービング前に、QBパーミュテーション及び/又はintra−QBパーミュテーションを実行する機能を追加してもよい(図6参照)。この場合、ビットデインターリーバ340に、セクションデインターリービング後にintra−QBパーミュテーション及び/又はQBパーミュテーションと逆の規則のインターリービングを実行する機能を追加すればよい。
続いて、LDPCデコーダ350は、ビットデインターリーバ340から出力された複数の(ソフト)ビットに対して、送信機200のLDPCエンコーダ110と同じLDPC符号に基づくLDPC復号処理を行う。この復号方法は、当技術分野においてよく知られている。
上記において、上流側で行われる符号ブロックのセクション分割と対応したコンステレーションブロックパーミュテーション処理を行うコンステレーションブロックインターリーバを送信機に備えることで、受信性能を改善する送信方法について説明した。以下では、視点を変えて、回転コンステレーションを適用する場合において受信性能を改善する送信方法について説明する。
≪発明者による検討内容(その2)≫
先ず、回転コンステレーションを適用する一般的な送信技術について図面を参照しつつ説明する。本説明では、上記において記載した送信機100(図1)及び送信機200(図8)夫々における各構成要素の説明を適用できる構成要素にはそれと同じ符号を付し、その説明を省略する。
図15(a)から(d)夫々は、回転コンステレーションを適用する一般的な送信機400、401、402、及び403夫々の構成を示すブロック図である。
図15(a)の送信機400は、FECエンコーダ410と、QAMマッパ420と、ローテータ450と、コンポーネントセパレータ460と、モジュレータ490とを備える。
送信機400は、入力として、送信される情報を含む、所定長のバイナリーブロックを受け取る。送信機400では、まず、FECエンコーダ410は、前方誤り訂正(forward-error-correction:FEC)符号を用いて各情報ブロックを符号化する。この符号化処理は、受信機における情報ブロックの受信のエラー耐性をより強くするための、冗長ビットの計算と当該冗長ビットの情報ブロックへの付加を含む。(なお、上述したLDPC符号はFEC符号の一種であり、FECエンコーダ410としてLDPCエンコーダ110が用いられてもよい。)
ビットインターリーバ(不図示)は、符号ブロックのビットに対してインターリービング処理を施し、QAMマッパ320に供給する。
QAMマッパ420は、供給された符号ブロックのビットを、複素QAMシンボルにマッピングする処理を行う。複素QAMシンボル夫々は、実数コンポーネントと虚数コンポーネント1つずつから成り、QAMマッパ420は、符号ブロックの複数ビットをB個のビットずつ各コンポーネントに割り当てる。QAMマッパ420による、複素QAMシンボルのマッピング処理は、上記実施の形態1のコンステレーションマッパ130によるそれと同様である。
ローテータ450は、QAMマッパ420によって生成された複数の複素QAMシンボル夫々において、実数コンポーネントと虚数コンポーネントとの間で依存関係を作り出すため、言い換えると、受信側において、実数コンポーネントと虚数コンポーネントの内何れか一方で復号処理を行えるようにするために回転処理を行う。回転処理が行われることによって、深いフェージングや消失を伴う伝送路において、通信システムのロバスト性が向上する。
ローテータ450は、例えば、複数のコンポーネント(PAMシンボル)を2個ずつのグループに分けることで、2個のコンポーネントを要素とする2次元ベクトルを作り、各2次元ベクトルに2行2列(2×2)の平方直交行列を乗算する2次元回転処理を行う。
ローテータ450が行う回転処理は、この2次元回転処理に限定されず、実施の形態1で説明したように、2次元以上に拡張してもよい。
ローテータ450は、複数のコンポーネントをD個ずつのグループに分けることで、D個のコンポーネントを要素とするD次元ベクトルを作り、各D次元ベクトルにD行D列(D×D)の平方直交行列を乗算するD次元回転処理を行うとしてもよい。以下、D次元回転処理によって得られるD次元回転コンステレーションブロックを「CB」と表記する。
回転コンステレーションが効果的に機能するためには、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネント夫々が受けるにチャンネルフェージングの影響ができるだけ無相関である必要がある。
コンポーネントセパレータ460は、D個のコンポーネントを時間及び周波数に対してできる限り分散させる処理(以下、コンポーネントセパレーションのための処理と言う)を行う。
モジュレータ490は、コンポーネントセパレータ460による処理が行われた複素セルを送信信号に変換する。DVB−T2規格では変調手段として例えば、通信システムのダイバーシティ向上を目的として、直交周波数分割多重(orthogonal frequency-division multiplexing:OFDM)変調が採用されている。なお、送信信号への変換前に、複素セルに対して時間インターリービング処理や周波数インターリービング処理が施されてもよい。
コンポーネントセパレーションのための処理の方法として様々な方法が当技術分野において知られている。その1つの方法として、DVB−T2規格(非特許文献2参照)では回転コンステレーションスキーム(the rotated-constellation scheme)が記載され、これを改良したものがDVB−NGH規格ドラフト(非特許文献1参照)に記載されている。
DVB−T2規格は、DVB−T規格(非特許文献3参照)が改良されたものであり、地上波デジタルテレビ放送の第2世代伝送システムとして扱われている。DVB−T2規格には、デジタルテレビのサービス及び包括的なデータ向けのチャンネルコーディングや変調システムが記載されている。
図15(b)は、DVB−T2規格に基づく送信機401の構成を示すブロック図である。なお、図15(b)に示すブロック図には、本発明に関する構成のみを記載している。
送信機401は、送信機400の構成において、FECエンコーダ410の代わりにLDPCエンコーダ110を備え、コンポーネントセパレータ460を除き、ローテータ450の後段にQディレイ挿入ユニット465及びセルインターリーバ480を備えたものである。なお、DVB−T2規格では、通信システムにおいて、FEC符号としてLDPC符号が適用され、回転処理として2次元回転処理を適用する場合についてサポートされている。
ローテータ450が回転処理を行う際の規則が、コンポーネントセパレーションのための処理に大きく関係する。そこで、先ず、図16(a),(b)を用いて、送信機401のローテータ450における回転処理を行う際の規則について説明する。
図16(a)及び(b)は、2次元回転コンステレーション(2D−RC)及び4次元回転コンステレーション(4D−RC)夫々が適用される場合におけるローテータ450の出力例である。図16(a)及び(b)において、正方形の夫々は回転コンステレーションのコンポーネント夫々に相当する。列の夫々は、複素セルに相当し、複素セル夫々は、実数コンポーネントと虚数コンポーネントのペアから成り、列の上段は実数コンポーネント及び虚数コンポーネントの内何れか一方に相当し、列の下段は他方に相当する。外枠の四角形は、符号ブロックに相当し、図16(a)及び(b)において、符号ブロックは12個の複素セルで構成されている。コンポーネント夫々に付されている番号は、コンポーネント夫々が成分となる回転コンステレーションブロックのインデックス番号である。なお、これらの定義は後述する図16(c)及び(d)においても同様である。
送信機401のローテータ450は、D/2個の実数コンポーネントとD/2個の虚数コンポーネントを要素とするD次元ベクトル夫々に対して回転処理を施す。
このとき、図16(a)に示すように、2次元回転コンステレーションブロック夫々は、1つの実数コンポーネントと1つの虚数コンポーネントの2つのコンポーネントで構成される。また、図16(b)に示すように、4次元回転コンステレーションブロック夫々は、2つの実数コンポーネントと2つの虚数コンポ―ネントの4つのコンポーネントで構成される。
送信機401において、Qディレイ挿入ユニット465及びセルインターリーバ480によって、コンポーネントセパレーションのための処理が行われる。
Qディレイ挿入ユニット465は、符号ブロック夫々について、複素セル夫々の実数コンポーネントと虚数コンポーネントの内何れか一方に対してD/2個の複素セル分遅延させる処理を行う。Qディレイ挿入ユニット465が出力する複素セルは、夫々が異なる回転コンステレーションブロックのコンポーネントである実数コンポーネントと虚数コンポーネントから構成される。
このように、Qディレイ挿入ユニット465は、符号ブロックにおいて、互いに直角(quadrature)位相となる実数コンポーネントと虚数コンポーネントの内何れか一方に対して、D/2個の複素セル分遅延させる処理を行うため、用語「Qディレイ(Q-delay)」が用いられる。
図16(c)及び(d)に、2次元回転コンステレーション及び4次元回転コンステレーション夫々が適用される場合におけるQディレイ挿入ユニット465の処理の一例を示す。図16(c)は図16(a)と対応し、図16(d)は図16(b)と対応する。
図16(c)に示すように、2次元回転コンステレーションが適用される場合において、Qディレイ挿入ユニット465は、実数コンポーネントと虚数コンポーネントとの間でD/2=2/2=1つの複素セル分相対的に遅延させる。また、図16(d)に示すように、4次元回転コンステレーションが適用される場合において、Qディレイ挿入ユニット465は、実数コンポーネントと虚数コンポーネントとの間でD/2=4/2=2つの複素セル分相対的に遅延させる。
セルインターリーバ480は、Qディレイ挿入ユニット465の処理によって得られた複数の複素セルに対して、複素セルの並び順を変えるパーミュテーション処理を施す。DVB−T2規格では、セルインターリーバ480として、一般的にLFSR(linear feedback shift register)で実装される疑似ランダムパーミュテーション(pseudo-random permutation)処理を行う疑似ランダムセルインターリーバが採用されている。
セルインターリーバ480は、DVB−T2規格に基づく送信機401おいて、2つの目的のために備えられている。
第1の目的は、伝送路で発生するバーストエラーの影響を、できる限り不規則に符号ブロックに分散させることである。第2の目的は、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを、時間及び周波数に対して分散させることである。この第2の目的は、回転処理が適用される場合にのみ関係する。
セルインターリーバ480として疑似ランダムセルインターリーバが用いられることで、第1の目的はある程度達成される。しかしながら、疑似ランダムセルインターリーバは、その名の通り疑似的ランダムなパーミュテーション処理を行うため、D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントの分散は不十分となってしまう。その結果、深いフェージングや消失を伴う伝送路において、回転コンステレーションが効果的に機能せず、受信性能低下の軽減を図ることができなくなってしまう。
疑似ランダムセルインターリーバを、D次元回転コンステレーションのD個のコンポーネントの分散に適したパーミュテーション処理を行うコンポーネントインターリーバに置き換えることで、第2の目的は達成される。しかしながら、疑似ランダムセルインターリーバは、第1の目的のために送信機401に備えられている構成でもある。そのため、疑似ランダムセルインターリーバを、第2の目的のためのコンポーネントインターリーバに置き換えることで、第1の目的である符号ブロックにおけるバーストエラーの影響の分散が不十分となってしまう。
そこで、第1の目的と第2の目的を同時に達成するために、セルインターリーバ480と、上述した第2の目的のためのコンポーネントインターリーバとを両方を送信機に設ける方法が考えられる。
図15(c)は、この考えに基づく送信機402の構成を示すブロック図である。
送信機402は、送信機401の構成において、QAMマッパ420の後段にセルインターリーバ480を備え、Qディレイ挿入ユニット465の後段にコンポーネントインターリーバ470を備えたものである。
送信機402において、セルインターリーバ480は第1の目的のために備えられた構成であり、コンポーネントインターリーバ470は第2の目的のために備えられた構成である。
コンポーネントインターリーバ470は、例えば、Qディレイ挿入ユニット465から供給された複素セルに対して、D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントの分散に適したパーミュテーション処理を行う。具体的には、コンポーネントインターリーバ470は、供給された符号ブロック夫々について、(D×X)個の複素セルを入力される複素セル順に、D行X列の行列(コンポーネントパーミュテーション行列)に列方向に書き込み、書き込んだ複素セルをこの行列から行方向に読み出す、ことと等価な処理を行う。Xは符号ブロックを構成する複素セルの数をDで割った商である。
図17(a),(b)に、2次元回転コンステレーションが適用される場合のコンポーネントインターリーバ470の処理の一例を示し、図18(a),(b)に、4次元回転コンステレーションが適用される場合のコンポーネントインターリーバ470の処理の一例を示す。正方形の夫々は複素セル夫々に相当する。
2次元回転コンステレーションが施される場合(D=2)、コンポーネントインターリーバ470は、例えば、図17(a)に示すように、(2×6)個の複素セルを入力される複素セル順に、2行6列の行列に列方向に書き込み、図17(b)に示すように、書き込んだ複素セルをこの行列から行方向に読み出す処理を行う。なお、図17(a),(b)には書き込み順及び読み出し順が矢印で示されている。
4次元回転コンステレーションが適用される場合(D=4)、コンポーネントインターリーバ470は、例えば、図18(a)に示すように、(4×3)個の複素セルを入力される複素セル順に、4行3列の行列に列方向に書き込み、図18(b)に示すように、書き込んだ複素セルをこの行列から行方向に読み出す処理を行う。なお、図18(a),(b)には書き込み順及び読み出し順が矢印で示されている。
送信機402における、コンポーネントセパレーションのための処理は、以下の(1)から(3)の処理ステップから成る。
(1)符号ブロックにおいて、D/2個の実数コンポーネントとD/2個の虚数コンポーネントを要素とするD次元ベクトル夫々に対して回転処理を施す(ローテータ450)。
(2)(1)の処理ステップによって生成されたD次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントが異なるD個の複素セルに割り当てられるように、実数コンポーネントと虚数コンポーネントとの間で少なくともD/2個の複素セル分相対的に遅延させる(Qディレイ挿入ユニット465)。
(3)(2)の処理ステップが施された符号ブロックの複素セルに対して、D個のコンポーネント夫々が割り当てられたD個の複素セルが符号ブロックに分散されるようにパーミュテーション処理を施す(コンポーネントインターリーバ470)。これは、実数コンポーネントと虚数コンポーネントに対して、同じパーミュテーション処理を施すことと等価である。
なお、コンポーネントセパレーションのための処理は、上述したものに限定されない。例えばDVB−NGH規格ドラフト(非特許文献1参照)では、コンポーネントセパレーションのための処理は、上述の(1)のステップの後に、(2)と(3)のステップを統合したものである。相対的遅延はパーミュテーションと見なせるため、具体的には、実数コンポーネントと虚数コンポーネントに対して、異なるパーミュテーション処理を施している。本願において、コンポーネントインターリーバはQディレイも含むものとする。すなわち、コンポーネントインターリーバとコンポーネントセパレーションという用語を区別しないで用いる。
図15(d)に、上述した送信機402(図15(c))とは別の方法で、コンポーネントセパレーション処理を行う送信機403の構成を示す。
送信機403は、送信機402の構成において、Qディレイ挿入ユニット465を除いたものである。
送信機402では、Qディレイ挿入ユニット465が上記(2)の処理を行うことで、D次元回転コンステレーションブロック夫々のD個のコンポーネントを異なる複素セルに割り当てると説明した。これに対して、送信機403では、ローテータ450が回転処理を行う際の規則として、各複素セルについて、夫々が異なる回転コンステレーションブロックのコンポーネントである実数コンポーネントと虚数コンポーネントから複素セルが構成されるように、実数コンポーネントと虚数コンポーネントとで別個に回転処理を行う。
図19(a),(b)を用いて、送信機403のローテータ450における回転処理を行う際の規則について説明する。
図19(a),(b)は、2次元回転コンステレーション及び4次元回転コンステレーションの夫々が適用される場合における送信機403のローテータ450の出力例である。図19(a),(b)において、正方形の夫々は回転コンステレーションのコンポーネント夫々に相当する。列の夫々は、複素セルに相当し、複素セル夫々は、実数コンポーネントと虚数コンポーネントのペアから成り、列の上段は実数コンポーネント及び虚数コンポーネントの何れか一方に相当し、列の下段は他方に相当する。外枠の四角形は、符号ブロックに相当し、図19(a),(b)において、符号ブロックは12個の複素セルで構成されている。コンステレーションコンポ―ネント夫々に付されている番号は、コンポーネント夫々が成分となる回転コンステレーションブロックのインデックス番号である。
ローテータ450は、D個の実数コンポーネントとD個の虚数コンポーネントに対して、別個に回転処理を施す。具体的には、D個の実数コンポーネントを要素とするD次元ベクトル夫々に対して第1の回転処理(first constellation rotation)を施し、D個の虚数コンポーネントを要素とするD次元ベクトル夫々に対して第2の回転処理(second rotation)を施す。
図19(a)に示すように、2次元回転コンステレーションブロック夫々は、2つの実数コンポーネント又は2つの虚数コンポーネントで構成される。また、図19(b)に示すように、4次元回転コンステレーションブロック夫々は、4つの実数コンポーネント又は4つの虚数コンポーネントで構成される。
このように、送信機403のローテータ450によれば、出力される複素セル夫々の実数コンポーネントと虚数コンポーネントは自ずと異なる回転コンステレーションブロックのコンポーネントとなる。よって、送信機402のQディレイ挿入ユニット465のような、回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを異なる複素セルに割り当てるため構成は不要となる。
送信機403における、コンポーネントセパレーションのための処理は、以下の(1A)及び(2B)の処理ステップから成る。
(1A)符号ブロックにおいて、D個の実数コンポーネントを要素とするD次元ベクトル夫々、及びD個の虚数コンポーネントを要素とするD次元ベクトル夫々の内何れか一方に対して、第1回転処理を施し、他方に対して第2回転処理を施す。(ローテータ450)。
(2A)(1A)の処理ステップによって得られた符号ブロックの複素セルに対して、D個のコンポーネント夫々が割り当てられたD個の複素セルが符号ブロックに分散されるようにパーミュテーション処理を施す(コンポーネントインターリーバ470)。なお、(2A)の処理ステップは、送信機402における(3)の処理ステップと同様である。
しかしながら、送信機402及び送信機403夫々は、セルインターリーバ480の下流において、コンポーネントセパレーションのための構成(送信機402は、Qディレイ挿入ユニット465及びコンポーネントインターリーバ470、送信機403は、コンポーネントインターリーバ470)を備える。そのため、セルインターリーバ480によって並び換えられた複素セルの並び順がくずれてしまい、符号ブロックにおけるバーストエラーの影響の分散が不十分となってしまう。
以上から、発明者は、セルインターリーバ480によって並び換えられた複素セルの並び順を維持しつつ、コンポーネントセパレーションのための処理が行われるように、送信機において、ローテータの上流に、コンポーネントインターリーバによるパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を行うコンポーネントデインターリーバを備えればよいとの知見を得た。
以下、この知見に基づく送信機及び受信機について、実施の形態2で説明する。
≪実施の形態2≫
<送信機及び送信方法>
図20(a)から(d)は、本発明の実施の形態2の送信機500、501、502及び503夫々の構成を示すブロック図である。但し、実施の形態2では、上記に記載した送信機の各構成要素の説明を適用できる構成要素にはそれと同じ符号を付し、その説明を省略する。
図20(a)の送信機500は、図12(d)の送信機403の構成において、セルインターリーバ480の後段にコンポーネントデインターリーバ570を更に備えたものである。
コンポーネントデインターリーバ570は、下流のコンポーネントインターリーバ470によって行われるパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を、セルインターリーバ480から供給された複素セルに適用する。
具体的には、コンポーネントデインターリーバ570は、符号ブロック夫々について、(D×X)個の複素セルを入力された複素セル順に、D行X列の行列(コンポーネントパーミュテーション行列)に行方向に書き込み、書き込んだ複素セルをこの行列から列方向に読み出す、ことと等価な処理を行う。なお、コンポーネントデインターリーバ570が用いるコンポーネントパーミュテーション行列は、下流のコンポーネントインターリーバ470が用いるそれと同一構造である。
図21(a),(b)に、2次元回転コンステレーションが適用され(D=2)、下流のコンポーネントインターリーバ470において、図17(a),(b)に示したパーミュテーション処理が行われる場合のコンポーネントデインターリーバ570の処理の一例を示す。図21(a),(b)と、後述する図22(a),(b)において、正方形の夫々は複素セル夫々に相当し、複素セル夫々に付されている番号は、複素セル夫々のインデックス番号である。外枠の四角形は、符号ブロックに相当し、符号ブロックは12個の複素セルで構成されている。
このとき、コンポーネントデインターリーバ570は、例えば、図21(a)に示すように、(2×6)個の複素セルを入力された複素セル順に、2行6列の行列に行方向に書き込み、図21(b)に示すように、書き込んだ複素セルをこの行列から列方向に読み出す処理を行う。なお、図21(a),(b)のパーミュテーション処理は、図17(a),(b)のコンポーネントインターリーバ470によるパーミュテーション処理の逆のパーミュテーション処理である。なお、図21(a),(b)には書き込み順及び読み出し順が矢印で示されている。
図22(a),(b)に、4次元回転コンステレーションが適用され(D=4)、下流のコンポーネントインターリーバ470において、図17(a),(b)に示したパーミュテーション処理が行われる場合のコンポーネントデインターリーバ570の処理の一例を示す。
このとき、コンポーネントデインターリーバ570は、例えば、図22(a)に示すように、(4×3)個の複素セルを4行3列の行列に行方向に書き込み、図22(b)に示すように、書き込んだ複素セルをこの行列から列方向に読み出す処理を行う。なお、図22(a),(b)のパーミュテーション処理は、図18(a),(b)のコンポーネントインターリーバ470によるパーミュテーション処理の逆のパーミュテーション処理である。なお、図22(a),(b)には書き込み順及び読み出し順が矢印で示されている。
送信機500のローテータ450は、上述した図15(d)の送信機403のローテータ450と同様の規則で回転処理を行うものとする。つまり、送信機500のローテータ450は、D個の実数コンポーネントを要素とするD次元ベクトル夫々、及びD個の虚数コンポーネントを要素とするD次元ベクトルの内何れか一方に対して、第1回転処理を施し、他方に対して第2回転処理を行うものとする。
図23Aに、図21(a),(b)に示した2次元回転コンステレーションが適用される場合のコンポーネントデインターリーバ570による処理と対応する、送信機500のローテータ450の出力例を示し、図23Bに、図22(a),(b)に示した4次元回転コンステレーションが適用される場合のコンポーネントデインターリーバ570による処理と対応する、送信機500のローテータ450の出力例を示す。正方形の夫々はコンポーネント夫々に相当し、列の夫々は、複素セルに相当し、複素セル夫々は、実数コンポーネントと虚数コンポーネントのペアから成る。列の上段は実数コンポーネント及び虚数コンポーネントの何れか一方に相当し、列の下段は他方に相当する。外枠の四角形は、符号ブロックに相当し、符号ブロックは12個の複素セルで構成されている。図23Aにおいて、コンポーネント夫々に付されている番号は、図21(a),(b)における複素セル夫々のインデックス番号と対応し、図23Bにおいて、コンポーネント夫々に付されている番号は、図22(a),(b)における複素セル夫々のインデックス番号と対応する。
図23A及び図23B夫々に示す並びの複素セルに対して、コンポーネントインターリーバ470によるパーミュテーション処理が適用されることで、複素セルの並び順はセルインターリーバ480によって並び換えられた複素セルの並び順、言い換えるとコンポーネントデインターリーバ570による並び替えの前の複素セルの並び順となることは明らかである。このように、コンポーネントデインターリーバ570とコンポーネントインターリーバ470とを送信機500に備えることで、セルインターリーバ480によって並び換えられた複素セルの並び順を維持しつつ、D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを符号ブロックに分散させることができる。
なお、送信機において、コンポーネントデインターリーバとコンポーネントインターリーバは、ローテータ450を挟んで備えられればよく、送信機の各処理手順は送信機500のそれに限定されない。以下の図20(b)から(d)に示すように、送信機500を変形させてもよい。
図20(b)の送信機501は、送信機500の構成において、コンポーネントインターリーバ470の後段にセルインターリーバ480を備えたものである。
図20(c)の送信機502は、送信機500の構成において、コンポーネントデインターリーバ570及びセルインターリーバ480を除き、FECエンコーダの後段にセルインターリーバ580を備え、セルインターリーバ580の後段にコンポーネントデインターリーバ575を備えたものである。
セルインターリーバ580は、供給された符号ブロックのビットに対して、ビットのかたまりの単位でセルインターリーバ480と同じ規則でのパーミュテーション処理を行い、コンポーネントデインターリーバ575に出力する。
コンポーネントデインターリーバ575は、供給された符号ブロックのビットに対して、ビットのかたまり単位でコンポーネントデインターリーバ570と同じ規則でのパーミュテーション処理を行う。
なお、送信機502の機能構成は、ハードウェア実装に適している。
図20(d)の送信機503は、送信機501の構成において、コンポーネントデインターリーバ570を除き、FECエンコーダの後段にコンポーネントデインターリーバ575を備えたものである。
本実施の形態2に係る送信機によれば、D次元回転コンステレーションが適用される場合において、セルインターリービングの効果を保ちつつ、D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを、符号ブロックに分散させることが可能となる。そのため、通信システムの受信性能の向上を実現できる。
<受信機及び受信方法>
図24(a)は、本発明の実施の形態2の受信機600の構成を示すブロック図である。図24(a)の受信機600は、図20(a)の送信機500に対応し、送信機500の機能を反映するものである。
受信機600は、デモジュレータ610と、コンポーネントデインターリーバ630と、デローテータ650と、コンポーネントインターリーバ670と、セルデインターリーバ620と、QAMデマッパ680と、FECデコーダ690とを備える。
受信機600において、受信アンテナで受信された信号は、先ず、一般的にチューナとダウンコンバータを備えるRFフロントエンド(不図示)による処理が施され、続いてデモジュレータ610による処理が施される。
デモジュレータ610は、RFフロントエンドからベースバンド信号を受け取り、受け取ったデジタルベースバンド信号を復調する。つまり、デモジュレータ610は、デジタルベースバンド信号を利用して伝送路フェージング係数を計算し、デジタルベースバンド信号から計算した伝送路フェージング係数を利用して複素セルを求める。
コンポーネントデインターリーバ630は、送信機500のコンポーネントインターリーバ470による並び換えの前の並びに戻すために、送信機500のコンポーネントインターリーバ470によって行われるパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を、供給された複素セルに適用する。
例えば、コンポーネントデインターリーバ630は、供給された符号ブロック夫々について、(D×X)個の複素セルをD行X列の行列(コンポーネントパーミュテーション行列)に行方向に書き込み、書き込んだ複素セルをこの行列から列方向に読み出す、ことと等価な処理を行う。なお、コンポーネントデインターリーバ630が用いるコンポーネントパーミュテーション行列は、送信機500のコンポーネントインターリーバ470が用いるそれと同一構造である。
デローテータ650は、送信機500のローテータ450による回転処理が行われる前のセルの状態に戻す処理を行う。
コンポーネントインターリーバ670は、送信機500のコンポーネントデインターリーバ570による並び換えの前の並びに戻すために、送信機500のコンポーネントデインターリーバ570によって行われるパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を、供給された複素セルに適用する。
例えば、コンポーネントインターリーバ670は、符号ブロック夫々について、(D×X)個の複素セルをD行X列の行列(コンポーネントパーミュテーション行列)に列方向に書き込み、書き込んだ複素セルをこの行列から行方向に読み出す、ことと等価な処理を行う。なお、コンポーネントインターリーバ670が用いるコンポーネントパーミュテーション行列は、送信機500のコンポーネントデインターリーバ570が用いるそれと同一構造である。
セルデインターリーバ620は、送信機500のセルインターリーバ480による並び換えの前の並びに戻すために、送信機500のセルインターリーバ480によって行われるパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を、供給された複素セルに適用する。
QAMデマッパ680は、セルデインターリーバ620から出力された複数の複素セル夫々から、FEC符号化された(ソフト)ビットを抽出する。この(ソフト)ビット抽出方法は、当技術分野においてよく知られている。
抽出されたFEC符号語のビットは、ビットデインターリーバ(不図示)により、ビットインターリーバによる並び換えの前の並びに戻すために、送信機500のビットインターリーバ(不図示)が行ったパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を、抽出された(ソフト)ビットに適用し、FECデコーダ690に出力する。
FECデコーダ690は、供給された複数の(ソフト)ビットに対して、送信機500のFECエンコーダ410と同じFEC符号に基づくFEC復号処理を行う。この復号方法は、当技術分野においてよく知られている。
図24(b)から(d)の夫々は、本発明の実施の形態2の受信機601、602、及び603夫々の構成を示すブロック図である。受信機601、602、及び603夫々において、上記に記載した受信機600の各構成要素の説明を適用できる構成要素にはそれと同じ符号を付し、その説明を省略する。
図24(b)の受信機601は、図20(b)の送信機501に対応し、送信機501の機能を反映するものである。
受信機501の構成は、受信機600の構成において、デモジュレータ610の後段にセルデインターリーバ620を備えたものである。
図24(c)の受信機602は、図20(c)の送信機502に対応し、送信機502の機能を反映するものである。
受信機602の構成は、受信機600の構成において、コンポーネントインターリーバ670及びセルデインターリーバ620を除き、QAMデマッパ680の後段にコンポーネントインターリーバ675を備え、コンポーネントインターリーバ675の後段にセルデインターリーバ625を備えたものである。
コンポーネントインターリーバ675は、図20(c)の送信機502のコンポーネントデインターリーバ575が行ったパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を、入力されたビットに適用する。
セルデインターリーバ625は、図20(c)の送信機502のセルインターリーバ580によって行われるパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理を、供給された複素セルに適用する。
図24(d)の受信機603は、図20(d)の送信機503に対応し、送信機503の機能を反映するものである。
受信機603の構成は、受信機600の構成において、コンポーネントインターリーバ670を除き、デモジュレータ610の後段にセルデインターリーバ620を備え、QAMデマッパ620の後段にコンポーネントインターリーバ675を備えたものである。なお、優れた受信性能を得るためには、回転コンステレーションに関する処理であるデローテータとQAMデマッパとを合わせて行うことが望ましく、受信機の構成は、デローテータとQAMデマッパとの間に他の機能ブロックを挟まない構成であることが望ましい。このような構成となる受信機は、受信機600、601、602、及び603の内、受信機602及び受信機603のみである。
≪補足(その1)≫
本発明は上記の実施の形態で説明した内容に限定されず、本発明の目的とそれに関連又は付随する目的を達成するためのいかなる形態においても実施可能であり、例えば、以下であってもよい。
(1)上記実施の形態1において、D次元回転コンステレーションブロックをコンステレーションブロックとして扱うとしてもよいと説明したが、回転処理は、夫々がD/2個の実数コンポーネントとD/2個の虚数コンポーネントとする各D次元ベクトルに対して行われてもよいし、実数コンポーネントと虚数コンポーネントと別個に、夫々がD個の実数コンポーネント又はD個の虚数コンポーネントを要素とする各D次元ベクトルに対して行われてもよい。なお、実施の形態1において、コンステレーションブロックは、一以上の複素セルで構成させると説明したが、回転処理が実数コンポーネントと虚数コンポーネントと別個に行われる場合は、回転コンステレーションブロックはD個のコンポーネントで構成され、即ちコンステレーションブロックは2以上の(変換)PAMシンボルで構成されることとなる。
(2)実施の形態2の各送信機のローテータ450は、実数コンポーネントと虚数コンポーネントと別個に回転処理を行うことで、各D次元ベクトルのD個のコンポーネントが異なる複素セルに割り当てられるものとして、コンポーネントインターリーバ470及びコンポーネントデインターリーバ480の一例について説明した。実施の形態2の各送信機はこれに限定されず、ローテータ450は、夫々がD/2個の実数コンポーネントとD/2個の虚数コンポーネントとする各D次元ベクトルに対して回転処理を行うとしてもよい。この場合、コンポーネントインターリーバ470は、Qディレイ挿入ユニットのような、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントが異なる複素セルに割り当てられるためのパーミュテーションと、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを符号ブロックに分散させるためのパーミュテーションとの2つのパーミュテーションを実現する処理を行えばよい。そして、コンポーネントデインターリーバ480は、そのコンポーネントインターリーバ470による当該処理と逆の規則のパーミュテーション処理を行えばよい。
(3)実施の形態2の各送信機において、ローテータ450を挟んで、上流側にコンポーネントデインターリーバを備え、下流側にコンポーネントインターリーバを備えるとしたが、実施の形態2の各送信機はこれに限定されず、上流側にコンポーネントインターリーバを備え、下流側にコンポーネントデインターリーバを備えるとしてもよい。
≪補足(その2)≫
実施の形態等に係る送信処理方法、送信機、受信処理方法、および受信機とその効果についてまとめる。
第1の送信方法は、リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語を送信する送信方法であって、前記符号語は、夫々がQ個のビットからなるN個の疑似巡回ブロックで構成され、前記符号語のビットを並び替えるビットパーミュテーション処理を施すビットパーミュテーションステップと、並び換えられた前記符号語のビットを、夫々がG×M個のビットから成る複数のコンステレーションブロックに分割することで、コンステレーションブロックを生成するコンステレーションブロック生成ステップと、生成された前記コンステレーションブロックを並び替えるコンステレーションブロックパーミュテーション処理を施すコンステレーションブロックパーミュテーションステップと、並び換えられた前記コンステレーションブロックを送信する送信ステップと、を有し、前記符号語は、夫々がM個の疑似巡回ブロックから成るN/M個のセクションに分けられ、各コンステレーションブロックは、前記セクションの内の何れか1つと関連付けられており、前記ビットパーミュテーションステップは、各前記コンステレーションブロックが、関連付けられている前記セクション中のM個の異なる前記疑似巡回ブロックの夫々からなる計G×M個のビットから構成されるように、前記ビットパーミュテーション処理を行い、前記コンステレーションブロックパーミュテーションステップは、前記コンステレーションブロックパーミュテーション処理として、前記コンステレーションブロックをR行(Q/(k×G))列の行列に行方向に書き込み、列方向に前記コンステレーションブロックを読み出すことと等価な処理を行い、Rはk×(N/M)であり、kは自然数である、ことを特徴とする。
第1の送信方法によれば、バーストエラーによる影響軽減、及び符号ブロック夫々の受信性能の均等化を図ることができ、通信システムの受信性能が向上する。
第2の送信方法は、第1の送信方法において、前記ビットパーミュテーションステップは、前記セクションを互いに独立に、前記セクションの夫々に対して当該セクションのビットを並び替えるセクションパーミュテーションステップ、を有するとしてもよい。
第2の送信方法によれば、複数のセクションパーミュテーションの並列実行が可能になる。
第3の送信方法は、第2の送信方法において、前記セクションパーミュテーションステップは、セクション夫々について、M×Q個のビットをQ列M行の行列に行方向に書き込み、列方向にM×Q個のビットを読み出すことと等価な処理を行う、としてもよい。
第3の送信方法によれば、高い並列性を持つビットインターリーブ処理の実施が可能になり、また、コンステレーションブロックパーミュテーション処理のセクションは、ビットパーミュテーションステップにおけるセクションと対応したものとなる。
第1の受信方法は、リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語を受信する受信方法であって、前記符号語は、夫々がQ個のビットからなるN個の疑似巡回ブロックで構成され、夫々が(G×M)個のビットから成り、送信側においてコンステレーションブロックパーミュテーション処理が施されている複数のコンステレーションブロックを受信する受信ステップと、受信した前記コンステレーションブロックに対して、前記コンステレーションブロックパーミュテーション処理が施される前の並び順に戻す逆ブロックパーミュテーション処理を施す逆ブロックパーミュテーションステップと、前記逆ブロックパーミュテーション処理が施された前記コンステレーションブロックから、送信側においてビットパーミュテーション処理が施されている符号語のビットに変換する変換ステップと、変換された前記符号語のビットに対して、前記ビットパーミュテーション処理が施される前の並び順に戻す逆ビットパーミュテーション処理を施す逆ビットパーミュテーションステップと、を有し、前記逆コンステレーションブロックパーミュテーション処理及び前記逆ビットパーミュテーション処理は夫々、請求項1に記載のコンステレーションブロックパーミュテーション処理及びビットパーミュテーション処理夫々で換えられた並び順を元に戻す処理である、ことを特徴とする。
第1の受信方法によれば、バーストエラーによる影響軽減、及び符号ブロック夫々の受信性能の均等化を図ることができ、通信システムの受信性能が向上する。
第1の送信機は、リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語を送信する送信機であって、前記符号語は、夫々がQ個のビットからなるN個の疑似巡回ブロックで構成され、前記符号語のビットを並び替えるビットパーミュテーション処理を施すビットインターリーバと、並び換えられた前記符号語のビットを、夫々がG×M個のビットから成る複数のコンステレーションブロックに分割することで、コンステレーションブロックを生成するコンステレーションマッパと、生成された前記コンステレーションブロックを並び替えるコンステレーションブロックパーミュテーション処理を施すコンステレーションブロックインターリーバと、並び換えられた前記コンステレーションブロックを送信する送信部と、を備え、前記符号語は、夫々がM個の疑似巡回ブロックから成るN/M個のセクションに分けられ、各コンステレーションブロックは、前記セクションの内の何れか1つと関連付けられており、前記ビットインターリーバは、各前記コンステレーションブロックが、関連付けられている前記セクション中のM個の異なる前記疑似巡回ブロックの夫々からなる計G×M個のビットから構成されるように、前記ビットパーミュテーション処理を行い、前記コンステレーションブロックインターリーバは、前記コンステレーションブロックパーミュテーション処理として、前記コンステレーションブロックをR行(Q/(k×G))列の行列に行方向に書き込み、列方向に前記コンステレーションブロックを読み出すことと等価な処理を行い、Rはk×(N/M)であり、kは自然数である、ことを特徴とする。
第1の送信機によれば、バーストエラーによる影響軽減、及び符号ブロック夫々の受信性能の均等化を図ることができ、通信システムの受信性能が向上する。
第2の送信機は、第1の送信機において、前記ビットインターリーバは、前記セクションを互いに独立に、前記セクションの夫々に対して当該セクションのビットを並び替えるセクションインターリーバ、を備えるとしてもよい。
第2の送信機によれば、複数のセクションパーミュテーションの並列実行が可能になる。
第3の送信機は、第2の送信機において、前記セクションインターリーバは、セクション夫々について、M×Q個のビットをQ列M行の行列に行方向に書き込み、列方向にM×Q個のビットを読み出すことと等価な処理を行う、としてもよい。
第3の送信機によれば、高い並列性を持つビットインターリーブ処理の実施が可能になり、また、コンステレーションブロックパーミュテーション処理のセクションは、ビットパーミュテーションステップにおけるセクションと対応したものとなる。
第1の受信機は、リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語を受信する受信機であって、前記符号語は、夫々がQ個のビットからなるN個の疑似巡回ブロックで構成され、夫々が(G×M)個のビットから成り、送信側においてコンステレーションブロックパーミュテーション処理が施されている複数のコンステレーションブロックを受信する受信部と、受信した前記コンステレーションブロックに対して、前記コンステレーションブロックパーミュテーション処理が施される前の並び順に戻す逆ブロックパーミュテーション処理を施すコンステレーションブロックデインターリーバと、前記逆ブロックパーミュテーション処理が施された前記コンステレーションブロックから、送信側においてビットパーミュテーション処理が施されている符号語のビットに変換する変換部と、変換された前記符号語のビットに対して、前記ビットパーミュテーション処理が施される前の並び順に戻す逆ビットパーミュテーション処理を施すビットデインターリーバと、を備え、前記逆コンステレーションブロックパーミュテーション処理及び前記逆ビットパーミュテーション処理は夫々、請求項5に記載のコンステレーションブロックパーミュテーション処理及びビットパーミュテーション処理夫々で換えられた並び順を元に戻す処理である、ことを特徴とする。
第1の受信機によれば、バーストエラーによる影響軽減、及び符号ブロック夫々の受信性能の均等化を図ることができ、通信システムの受信性能が向上する。
第4の送信方法は、デジタルデータを送信する送信方法であってデータブロックを前方誤り訂正符号を用いて符号化する符号化ステップと符号化されたデータブロックから、夫々が実数成分と虚数成分の実数値シンボルから成る複数の第1複素シンボルを生成する生成ステップと、前記複数の第1複素シンボルの並び順を変える複素シンボルパーミュテーション処理を行う複素シンボルパーミュテーションステップと、前記複素シンボルパーミュテーション処理が施された、前記複数の第1複素シンボル夫々の要素である複数の実数値シンボルに対して、第1シンボルパーミュテーション処理を施す第1シンボルパーミュテーションステップと、前記第1シンボルパーミュテーション処理が施された前記複数の実数値シンボルを、夫々がD個の実数値シンボルから成る複数のD次元ベクトルに分割し、前記複数のD次元ベクトル夫々に、D次元ベクトルの各次元の要素の値が少なくとも2個の次元に分散させる行列である直交行列を乗算する回転処理を行って、前記複数のD次元ベクトル夫々をD次元回転ベクトルに変換する変換ステップと、前記D次元回転ベクトル夫々の要素である複数の変換実数値シンボルに対して、前記第1シンボルパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理である第2シンボルパーミュテーション処理を施す第2シンボルパーミュテーションステップと、夫々が、第2シンボルパーミュテーション処理が施された実数成分と虚数成分の変換実数値シンボルから成る複数の第2複素シンボルを送信する送信ステップと、を有することを特徴とする。
第4の送信方法によれば、D次元回転コンステレーションが適用される場合において、複素シンボルパーミュテーション処理(セルインターリービング)の効果を保ちつつ、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを、符号ブロックに分散させることが可能となる。そのため、通信システムの受信性能が向上する。
第5の送信方法は、第4の送信方法において、前記第2シンボルパーミュテーションステップは、前記複数のD次元回転ベクトル夫々のD個の変換実数値シンボル夫々が、異なる前記第2複素シンボルに割り当てられるように、前記第2シンボルパーミュテーション処理を行う、としてもよい。
第5の送信方法によれば、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントのより適した分散を得ることができる。
第6の送信方法は、第4の送信方法において、前記第2シンボルパーミュテーションステップは、前記複数のD次元ベクトル夫々のD個の変換実数値シンボル夫々が、前記複数の変換実数値シンボルのデータブロックに可能な限り均等に分散されるように、前記第2シンボルパーミュテーション処理を行う、としてもよい。
第6の送信方法によれば、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントのより適した分散を得ることができる。
第4の送信機は、デジタルデータを送信する送信機であって、データブロックを前方誤り訂正符号を用いて符号化する符号化部と、符号化されたデータブロックから、夫々が実数成分と虚数成分の実数値シンボルから成る複数の第1複素シンボルを生成する生成部と、前記複数の第1複素シンボルの並び順を変える複素シンボルパーミュテーション処理を行う複素シンボルインターリーバと、前記複素シンボルパーミュテーション処理が施された、前記複数の第1複素シンボル夫々の要素である複数の実数値シンボルに対して、第1シンボルパーミュテーション処理を施す第1シンボルインターリーバと、前記第1シンボルパーミュテーション処理が施された前記複数の実数値シンボルを、夫々がD個の実数値シンボルから成る複数のD次元ベクトルに分割し、前記複数のD次元ベクトル夫々に、D次元ベクトルの各次元の要素の値が少なくとも2個の次元に分散させる行列である直交行列を乗算する回転処理を行って、前記複数のD次元ベクトル夫々をD次元回転ベクトルに変換する変換部と、前記D次元回転ベクトル夫々の要素である複数の変換実数値シンボルに対して、前記第1シンボルパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理である第2シンボルパーミュテーション処理を施す第2シンボルインターリーバと、夫々が、第2シンボルパーミュテーション処理が施された実数成分と虚数成分の変換実数値シンボルから成る複数の第2複素シンボルを送信する送信部と、を備えることを特徴とする。
第4の送信機によれば、D次元回転コンステレーションが適用される場合において、複素シンボルパーミュテーション処理(セルインターリービング)の効果を保ちつつ、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを、符号ブロックに分散させることが可能となる。そのため、通信システムの受信性能が向上する。
第2の受信方法は、デジタルデータを受信する受信方法であって、夫々が実数成分と虚数成分の実数値シンボルから成る複数の複素シンボルを受信する受信ステップと、前記複数の複素シンボル夫々の要素である複数の実数値シンボルに対して、前記第1シンボルパーミュテーション処理を施す第1シンボルパーミュテーションステップと、前記第1シンボルパーミュテーション処理が施された前記複数の実数値シンボルを、夫々がD個の実数値シンボルから成る複数のD次元ベクトルに分割し、前記複数のD次元ベクトル夫々に、D次元ベクトルの各次元の要素の値が少なくとも2個の次元に分散させる行列である直交行列を乗算する回転処理を行って、前記複数のD次元ベクトル夫々をD次元回転ベクトルに変換する変換ステップと、前記D次元回転ベクトル夫々の要素である複数の変換実数値シンボルに対して、第1シンボルパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理である第2シンボルパーミュテーション処理を施す第2シンボルパーミュテーションステップと、夫々が、前記第2シンボルパーミュテーション処理が施された実数成分と虚数成分の変換実数値シンボルから成る複数の第2複素シンボルの並び順を変える複素シンボルパーミュテーション処理を行う複素シンボルパーミュテーションステップと、前記複素シンボルパーミュテーション処理が施された前記複数の第2複素シンボルから、符号化されたデータブロックを生成する生成ステップと、前記符号化されたデータブロックを前方誤り訂正符号を用いて復号する復号ステップと、を有することを特徴とする。
第2の受信方法によれば、D次元回転コンステレーションが適用される場合において、複素シンボルパーミュテーション処理(セルインターリービング)の効果を保ちつつ、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを、符号ブロックに分散させることが可能となる。そのため、通信システムの受信性能が向上する。
第2の受信機は、デジタルデータを受信する受信機であって、夫々が実数成分と虚数成分の実数値シンボルから成る複数の複素シンボルを受信する受信部と、前記複数の複素シンボル夫々の要素である複数の実数値シンボルに対して、前記第1シンボルパーミュテーション処理を施す第1シンボルインターリーバと、前記第1シンボルパーミュテーション処理が施された前記複数の実数値シンボルを、夫々がD個の実数値シンボルから成る複数のD次元ベクトルに分割し、前記複数のD次元ベクトル夫々に、D次元ベクトルの各次元の要素の値が少なくとも2個の次元に分散させる行列である直交行列を乗算する回転処理を行って、前記複数のD次元ベクトル夫々をD次元回転ベクトルに変換する変換部と、前記D次元回転ベクトル夫々の要素である複数の変換実数値シンボルに対して、第1シンボルパーミュテーション処理と逆のパーミュテーション処理である第2シンボルパーミュテーション処理を施す第2シンボルインターリーバと、夫々が、前記第2シンボルパーミュテーション処理が施された実数成分と虚数成分の変換実数値シンボルから成る複数の第2複素シンボルの並び順を変える複素シンボルパーミュテーション処理を行う複素シンボルインターリーバと、前記複素シンボルパーミュテーション処理が施された前記複数の第2複素シンボルから、符号化されたデータブロックを生成する生成部と、前記符号化されたデータブロックを前方誤り訂正符号を用いて復号する復号部と、を備えることを特徴とする。
第2の受信機によれば、D次元回転コンステレーションが適用される場合において、複素シンボルパーミュテーション処理(セルインターリービング)の効果を保ちつつ、各D次元回転コンステレーションブロックのD個のコンポーネントを、符号ブロックに分散させることが可能となる。そのため、通信システムの受信性能が向上する。
本発明は、デジタルデータの送信技術及び受信技術に利用することができる。
100 送信機
110 LDPCエンコーダ
120、120a ビットインターリーバ
130 コンステレーションマッパ
140 セルインターリーバ
150 モジュレータ
200 送信機
240 コンステレーションブロックインターリーバ
300 受信機
310 デモジュレータ
320 コンステレーションブロックデインターリーバ
330 コンステレーションデマッパ
340 ビットデインターリーバ
350 LDPCデコーダ
400、401、402、403 送信機
410 FECエンコーダ
420 QAMマッパ
450 ローテータ
460 コンポーネントセパレータ
465 Qディレイ挿入ユニット
470 コンポーネントインターリーバ
480 セルインターリーバ
490 デモジュレータ
500、501、502、503 送信機
570、575 コンポーネントデインターリーバ
580 セルインターリーバ
600、601、602、603 受信機
610 デモジュレータ
620、620 セルデインターリーバ
630 コンポーネントデインターリーバ
650 デローテータ
670、675 コンポーネントインターリーバ
680 QAMデマッパ
690 FECデコーダ

Claims (2)

  1. リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語から複数のコンステレーションブロック列を生成して送信する生成方法であって、
    前記符号語は、夫々がQ個のビットからなるN個の疑似巡回ブロックで構成され、
    前記符号語のビットを並び替えるビットパーミュテーション処理を施すビットパーミュテーションステップと、
    並び換えられた前記符号語のビットを、夫々がG×M個のビットから成る複数のコンステレーションブロックに分割することで、コンステレーションブロックを生成するコンステレーションブロック生成ステップと、
    生成された前記コンステレーションブロックを並び替えるコンステレーションブロックパーミュテーション処理を施すコンステレーションブロックパーミュテーションステップと、
    前記並び替え後のコンステレーションブロックを変調して送信する送信ステップと、
    を有し、
    前記符号語は、夫々がM個の疑似巡回ブロックから成るN/M個のセクションに分けられ、
    各コンステレーションブロックは、前記セクションの内の何れか1つと関連付けられており、
    前記ビットパーミュテーションステップは、
    各前記コンステレーションブロックが、関連付けられている前記セクション中のM個の異なる前記疑似巡回ブロックの夫々からなる計G×M個のビットから構成されるように、前記ビットパーミュテーション処理を行い、
    前記コンステレーションブロックパーミュテーションステップは、
    前記コンステレーションブロックパーミュテーション処理として、前記コンステレーションブロックをR行(Q/(k×G))列の行列に行方向に書き込み、列方向に前記コンステレーションブロックを読み出すことと等価な処理を行い、
    Rはk×(N/M)であり、kは自然数である、
    ことを特徴とする送信方法。
  2. リピートアキュミュレート疑似巡回低密度パリティ検査符号を含む疑似巡回低密度パリティ検査符号の符号語から複数のコンステレーションブロック列を生成して送信する生成装置であって、
    前記符号語は、夫々がQ個のビットからなるN個の疑似巡回ブロックで構成され、
    前記符号語のビットを並び替えるビットパーミュテーション処理を施すビットパーミュテーション部と、
    並び換えられた前記符号語のビットを、夫々がG×M個のビットから成る複数のコンステレーションブロックに分割することで、コンステレーションブロックを生成するコンステレーションブロック生成部と、
    生成された前記コンステレーションブロックを並び替えるコンステレーションブロックパーミュテーション処理を施すコンステレーションブロックパーミュテーション部と、
    前記並び替え後のコンステレーションブロックを変調して送信する送信部と、
    を備え、
    前記符号語は、夫々がM個の疑似巡回ブロックから成るN/M個のセクションに分けられ、
    各コンステレーションブロックは、前記セクションの内の何れか1つと関連付けられており、
    前記ビットパーミュテーションステップは、
    各前記コンステレーションブロックが、関連付けられている前記セクション中のM個の異なる前記疑似巡回ブロックの夫々からなる計G×M個のビットから構成されるように、前記ビットパーミュテーション処理を行い、
    前記コンステレーションブロックパーミュテーションステップは、
    前記コンステレーションブロックパーミュテーション処理として、前記コンステレーションブロックをR行(Q/(k×G))列の行列に行方向に書き込み、列方向に前記コンステレーションブロックを読み出すことと等価な処理を行い、
    Rはk×(N/M)であり、kは自然数である、
    ことを特徴とする送信装置。
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