JP6750688B2 - 変調方法、復号方法、変調装置および復調装置 - Google Patents
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Description
図1は、k=2の場合のRectangular 16QAMのコンステレーションの一例を示す図である。Rectangular QAMのコンステレーションでは、互いに隣接するシンボルのラベル、すなわちシンボルを表わす情報ビットのセットは、1ビットのみが異なるグレイマッピングが実現できる。
図2は、k=2の場合のCross 32QAMのコンステレーションの一例を示す図である。Cross QAMのコンステレーションでは、完全グレイマッピングができないため、擬似グレイマッピングになっている。RectangularあるいはCross QAMのコンステレーションは、他のコンステレーションと比較して信号点間のユークリッド距離を最も大きくできる。そのため、これらのコンステレーションは、無線バックホールやセルラシステムなどの実用システムで採用されている。
図4は、ダブルグレイマッピングを用いる送信部の構成例を示す。シンボルラベルを示す情報ビット数をmとすると、LSBから昇順のnビットにチャネル符号化を行う。従って、残りの上位(m−n)は無符号化でシンボルにマッピングされる。チャネル符号化を行うnビットの符号化率をrを用いて表わすと、全情報ビット総合のチャネル符号化率Rは式1で表わされる。
図5は、Circular QAMの並列ダブルグレイマッピングを行う送信部の構成例を示す図である。並列ダブルグレイマッピングでは、チャネル符号化が行われる下位nビットの中で、naおよびnpビットをそれぞれ、振幅ビット、位相ビットにマッピングする。同様に、(m−n)無符号化ビットの中で、(ma−na)ビットおよび(mp−np)ビットをそれぞれ振幅ビット、位相ビットに割り当てる。図5に示すように、振幅および位相を表わすビットは、独立に符号化ビット、無符号化ビット独立にグレイマッピングを行う。
図6は、協調復号を行う受信部の構成例を示す図である。図6に示した受信部は、チャネル符号化を行った符号化ビットを先に復号する。符号化ビットは、チャネル符号化の符号化利得により、無符号化ビットと比較して信頼度が高いと考えられる。符号化ビットの復号器出力の事後(a posteriori)LLRを用いて、無符号化ビットに対するシンボル候補数が削減される。受信部は、削減後の生き残りシンボルレプリカ候補のユークリッド距離が大きくなるように、予めダブルグレイ符号化マッピングを行っておく。従って、下位の符号化ビットが誤りなく復号できた場合には、生き残りシンボルレプリカ候補のユークリッド距離が大きくなるため、上位ビットを高信頼に復号できる。
同心円状の複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、
前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置する、情報ビットを前記複数のリング上の信号点にマッピングする。
また、本発明の復号方法は、
情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位naビットと位相ビットの中のnpビットとの差分である(na−np)ビットに対して、誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める。
また、本発明の変調装置は、
情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングし、前記複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置するマッピング回路を有する。
また、本発明の復調装置は、
情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位naビットと位相ビットの中の下位npビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める復号回路を有する。
(1)情報ビットをCircular QAMのシンボル(信号点)にマッピングするビットマッピング方法
(2)Circular QAMのリング振幅の決定法
(3)各シンボル(信号点)ラベルを表わすビットのチャネル符号化(誤り訂正符号化)法
以上の各ポイントについて、それぞれ以下に説明する。
本発明の変調方法は、まず第1に、全てのリング上で、互いに同数の信号点を有するCircular QAMのコンステレーションを作成する。位相情報を表わすビット数をmpとすると、各リング上の信号点の数は、
ステップ1に対して、内円の信号点の数を低減する。低減した信号点の数は、2のべき乗になるように設定する。
λの値を1以上の整数に限定した場合が、情報ビットへのシンボルへのマッピングが容易であるが、λの値は一般に
また、hの値を複数個に拡張することも容易に実現できる。すなわち、オリジナルコンステレーションにおける各リング上の信号点の数よりも少ない信号点を有するリングのセットを複数セットに拡張することも容易に実現できる。
ステップ2において、オリジナルコンステレーションと比較して、内円についてはリング当りの信号点の数が減少してしまっている。従って、オリジナルコンステレーションと同じ変調効率(周波数利用効率)(すなわち同一の信号点の数)を実現するためには、減少した分の信号点をオリジナルコンステレーションの外側にリングを生成してマッピングする。この場合、追加したリング上の信号点の数の設定法に、以下に示す(A)、(B)の2つの方法がある。
(A)追加したリング上の信号点の数をオリジナルコンステレーションの各リングの信号点の数と同一に設定する方法
(B)追加したリング上の信号点の数をオリジナルコンステレーションのリング上の信号点の数と異なる値に設定する方法
(B)の方法において、具体的には、追加するリングは、オリジナルコンステレーションの信号点の数のリングよりも外側に追加されるため、オリジナルコンステレーションの各リングの信号点の数よりも多くの信号点をマッピングする。
ステップ3で、基本の信号空間配置の外側に新たに追加したリング上の信号点間のビットマッピングの入れ替えを行う。入れ替え方法(修正方法)として、以下に示す(C)、(D)の2つの方法がある。
(C)異なるリングの同一の位相上の信号点間の位相ビットのユークリッド距離が小さくなるように、新たに追加したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える方法
(D)位相情報を表わすビットの中の下位の符号化ビットが互いに同一な信号点間の距離が大きくなるように、新たに追加したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える方法
本発明では、以下に示す2通りのCircular QAMの複数リングのリング振幅の設定法を開示する。
・上記1)示した本発明の情報ビットの信号点へのビットマッピング法に対して、全てのリング振幅比を同一にする方法
・上記1)に示した本発明の情報ビットの信号点へのビットマッピング法に対して、リング上の信号点が同一なリングで構成される複数のセットにグループ化し、同一のセット内のリングに対しては、リング振幅比を一定の値とし、信号点の数が異なるリングセットの間のリング振幅比および信号点の数が異なるリングセットに属するリング間のリング振幅比は異なる値に設定する方法
本発明では、上記1)に示した本発明の情報ビットの信号点へのビットマッピング法に対して、振幅情報を表わすビット数maおよび位相情報を表わすビット数mpは、各リング上の信号点の数に関わらず、振幅ビットの中の下位naビットと位相ビットの中のnpビットとの合計(na+np)ビットをチャネル符号化する。残りの(ma−na)+(mp−np)ビットに対しては、チャネル符号化は行わない。
振幅ビットおよび位相ビットそれぞれ独立に、ダブルグレイマッピングを行う。すなわち、振幅ビットは、符号化naビットおよび無符号化(ma−na)ビットを、ダブルグレイマッピングを行う。位相ビットは、符号化npビットおよび無符号化ビット(mp−np)を、ダブルグレイマッピングを行う。
受信機は、まず、振幅ビットおよび位相ビットの下位ビットの(na−np)ビットに対して誤り訂正復号を行う。誤り訂正復号器出力の情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後LLRを硬判定したビットから、シンボルレプリカ候補を削減する。削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める。
本発明では、まず、同心円状の全てのリングが互いに同じ数の信号点を有するコンステレーションを作成する。シンボルラベルを表わす情報ビット数をmとし、mビットの中で振幅情報を表わすビット数をmaとし、位相情報を表わすビット数をmpとする。m=ma+mpである。このコンステレーションをオリジナルコンステレーションと定義する。この場合のリング数をNOrigとすると、
maビットの振幅ビットのLSBから昇順に、下位naビットにチャネル符号化を適用する。残りの(ma−na)ビットは無符号化ビットである。最も内側から2h個のリングにおいては、上位の(ma−h)ビットの振幅ビットは同一ビットになる。ただし、ここで、
naビットの符号化ビットおよび(ma−na)ビットの無符号化ビットを独立にダブルグレイマッピングを行う。
内側から順に、(2h+1)番目からNOrig番目までのリングについては、オリジナルコンステレーションと同じビットマッピングを施す。すなわち、(2h+1)番目からNOrig番目までのリングにおいては、各リングのmpビットの位相情報を
maビットの振幅情報ビットの中で、下位naビットにチャネル符号化を適用し、残りの(ma−na)ビットは無符号化ビットとする。そして、naビットの符号化ビットおよび(ma−na)ビットの無符号化ビットを独立にダブルグレイマッピングを行う。
本発明では、オリジナルコンステレーションと比較して、最も内側から2h個のリングに対しては、リング当り
(NOrig+1)番目からNNew番目のリングにおいても、maビットの振幅情報ビットの中で、下位naビットにチャネル符号化を適用し、残りの(ma−na)ビットは無符号化ビットとする。そして、naビットの符号化ビットおよび(ma−na)ビットの無符号化ビットを独立にダブルグレイマッピングを行う。
さらに、上述した手順7のオリジナルコンステレーションのNOrig個のリングの外側にオリジナルコンステレーションの各リング上の信号点の数と等しい
一方、位相雑音に対する耐力を高めるためには、同一リング上の信号点の数を少なくして信号点間の位相角を大きくすることが望ましい。そこで、各リング上の信号点の数を減少させると、振幅ビットを増やしてリング数を増大させる必要がある。
図9は、本発明の変調方法を用いた場合のCircular 1024QAMのコンステレーションの実施例を示す図である。図9に示したCircular QAMの例では、16信号点×4リング+64信号点×15リングで、総合で19リングのコンステレーションである。平均信号電力を一定にした場合、リング数を増大させると内側のリングのリング振幅が小さくなるため、リング上の信号点間のユークリッド距離が小さくなってしまう。従って、リング上の信号点の数およびリング数を実際の誤り率特性を用いて最適化する必要がある。
図10(a)〜(c)は、本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え前の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。図11(a)〜(c)は、本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え後の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
ma=4ビット、mp=6ビットの64×16リングのCircular 1024QAMを初期状態のコンステレーションとする。本実施例では、na=hとする。
内側の2h=4リング(すなわちh=2)の信号点の数を
ma=4ビットの中で、下位h=2ビットをグレイマッピングする。最も内側から2h=4個のリングにおいては、上位の(ma−h)=2ビットの振幅ビットは、同一ビットになる。図10,11に示すように、最も内側のリングからの4リングの振幅ビットは、内側から順に、0000,0001,0011,0010となり、下位ビットはグレイ符号化されており、上位2ビットは同一ビットになっている。
内側から順に(2h+1)=5番目からNOrig=16番目までのリングにおいては、オリジナルコンステレーションと同様に、各リングにmp=6ビットの位相情報を表わす
本発明では、オリジナルコンステレーションと比較して、最も内側から2X=4個のリングに対しては、リング当り
第1のリング振幅の決定法は、次の通りである。第1のリング振幅比の決定法は、複数リングにおいて、リング上の信号点の数に関わらず、リング振幅比を一定の値にする方法である。
(1)最も内側のリングr1を固定値δに設定する。
(2)内側から2番目以降のリングのrk=r2,・・・,rMを、式2を用いて求める。
rk+1=rk+Δ×r1 ・・・ (式2)
ここで、Δはリング振幅比である。
(3)各リングの振幅値を、平均電力が予め設定した値になるように、全信号点の電力で式3に示すように正規化する。
(1)最も内側のリングr1,1を固定値δに設定する。
(2)ブロック1のリングのリング振幅を式4を用いて求める。
マッピング回路151は、情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングする。マッピング回路151は、複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成する。マッピング回路151は、基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、生成したリング上に配置する。
復号回路251は、情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、その信号の振幅ビット中の下位naビットと位相ビットの中の下位npビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行う。復号回路251は、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減する。復号回路251は、削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める。
(付記1)同心円状の複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、
前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置する、情報ビットを前記複数のリング上の信号点にマッピングする変調方法。
(付記2)前記信号点のラベルを表わすビットを、位相情報を示すビットと振幅情報を示すビットとに分割し、
前記位相情報を表わすビット数をmpとすると、各リング上の信号点の数は
(付記3)位相雑音に対して良好なビット誤り率を実現できるように、前記リング上の信号点の数
(付記4)前記最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減するために、
各リング上に
(付記5)前記最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減するために、
各リング上に
(付記6)前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置の各リングの信号点の数と同一に設定する、付記1に記載の変調方法。
(付記7)前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置のリング上の信号点の数と異なる値に設定する、付記1に記載の変調方法。
(付記8)前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、異なるリングの同一の位相上の信号点間の位相ビットのユークリッド距離が小さくなるように、前記生成したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える、付記6または付記7に記載の変調方法。
(付記9)前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、位相情報を表わすビットの中の下位の符号化ビットが互いに同一な信号点間の距離が大きくなるように、前記生成したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える、付記6または付記7に記載の変調方法。
(付記10)前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、全てのリング振幅比を互いに同一にする、付記1に記載の変調方法。
(付記11)前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、前記リング上の信号点が互いに同一なリングで構成される複数のセットにグループ化し、同一のセット内のリングに対しては、リング振幅比を一定の値とし、信号点の数が異なるリングセットの間のリング振幅比および信号点の数が異なるリングセットに属するリング間のリング振幅比は異なる値に設定する、付記1に記載の変調方法。
(付記12)前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、振幅情報を表わすビット数maおよび位相情報を表わすビット数mpは、各リング上の信号点の数に関わらず、振幅ビットの中の下位naビットと位相ビットの中のnpビットとの合計(na+np)ビットをチャネル符号化し、残りの(ma−na)+(mp−np)ビットに対しては、チャネル符号化は行わない、付記1に記載の変調方法。
(付記13)前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、振幅ビットと位相ビットとをそれぞれ独立にダブルグレイマッピングを行う、付記1に記載の変調方法。
(付記14)情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位naビットと位相ビットの中のnpビットとの差分である(na−np)ビットに対して、誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める復号方法。
(付記15)情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングし、前記複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置するマッピング回路を有する変調装置。
(付記16)情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位naビットと位相ビットの中の下位npビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める復号回路を有する復調装置。
Claims (10)
- 同心円状の複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、
前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置する、情報ビットを前記複数のリング上の信号点にマッピングする変調方法。 - 請求項1に記載の変調方法において、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して配置が変更された後の信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置の各リングの信号点の数と同一に設定する変調方法。 - 請求項1に記載の変調方法において、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して配置が変更された後の信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置のリング上の信号点の数と異なる値に設定する変調方法。 - 請求項1に記載の変調方法において、
前記情報ビットを、配置が変更された後の同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、振幅情報を表わすビット数maおよび位相情報を表わすビット数mpは、各リング上の信号点の数に関わらず、振幅ビットの中の下位naビットと位相ビットの中のnpビットとの合計(na+np)ビットをチャネル符号化し、残りの(ma−na)+(mp−np)ビットに対しては、チャネル符号化は行わない変調方法。 - 請求項7に記載の変調方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位naビットと位相ビットの中の下位npビットとに対して、誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める復号方法。
- 情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングし、前記複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置するマッピング回路を有する変調装置。
- 請求項9に記載の変調装置を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位naビットと位相ビットの中の下位npビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット(ma−na)ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット(mp−np)を求める復号回路を有する復調装置。
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