JPH02291744A - 符号化変調方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、誤り訂正符号化技術を用いて信号間にあらか
じめ定める相関関係を導入することで通信路上の雑音に
対して強いディジタル変調方式を実現し、帯域制限され
た通信路上で高信頼度かつ高効率のディジタルデータ伝
送を可能にする。

（従来の技術） 従来、帯域制限された通信路上で高信頼度のデータ伝送
を実現する方式として、種々の符号化変調方式が開発さ
れている。特に、信号の帯域を広げることなく、符号化
しない（非符号化）変調方式と情報伝送速度を同一にし
たまま高信頼度の伝送を可能とする符号化変調方式とし
て、トレリス符号化変調方式と多レベル符号化変調方式
の２つの方式が優れた方式として注目されている。トレ
リス符号化変調方式は、２次元当り２ｍ個の信号点を有
する２次元または多次元変調方式の各信号点に２元ベク
トル表現を一対一対応させ、一つの畳込み符号器出力と
非符号化ビットの組合せによって、一つの２次元または
多次元信号点を与える符号化変調方式である（例えば、
参考文献　ウンガーベック　「チャンネノレ●コーディ
ンク嗜ウイズ●マルチレベル／フェーズシグナルズ」　
アイ拳イー●イー−イー　トランザクシｌンズ●オン●
インフォメーシロンセオ１バ第ＩＴ−２８巻第１号１９
８２年１月　またはウンガーベツク　「トレリス●コー
ディング●モジュレーション−ウイズ●リダンダント●
シグナル●セッツ　パートＩ●ＩＩＪアイーイー●イー
●イー　コミュニケーシロン●マガジン、第２５巻第２
号）。一方、今井φ平川によって提案された多レベル符
号化変調方式（例えば、「ア●二エウ拳マルチレベル●
コーディング●メソード●ユージング●エラ一〇コレク
ティンク拳コーズ」　アイ●イー●イー●イー　トラン
ザクシロンズ●オン●インフォメーシｅンセオリ、第Ｉ
Ｔ−２３巻　第３号　１９７７年５月）は、複数の誤り
訂正能力の異なるブロック符号器を用い、各々の符号器
で２元ベクトルの各成分（ビット位＠）に相当する各レ
ベルを１レベルずつ独立に符号化する符号化変調方式で
ある。ここで、多レベル符号化方式で用いる複数の符号
のそれぞれは構成符号と呼ばれる。各構成符号は、それ
を適用するレベルのの最小信号点間距離（これは、それ
より下位のビット成分が等しく、当該レベルに対応する
ビット成分が異なるラベルを持つ２つの信号点間の距離
で定められる。これをそのレベルのレベル距離という）
に基づ〜）て必要な誤り訂正能力を定める。

山口●今井は、この多レベル符号化において各構成符号
に畳込み符号を用いる方式を提案し、多レベル符号化の
符号選択の自由度を拡大した（例えば、参考文献　″２
元畳込み符号を用いた高信頼トレリス符号化変調方式、
”電子情報通信学会論文誌（Ａ），第Ｊ７１巻Ａ第４号
，１０１Ｂ頁−１０２５頁，昭和６３年４月）。

しかしながら、上述した多レベル符号化では、最小信号
間距離を有する誤り系列数が用いる描成符号のハミング
距離にしたがって指数関数的に増大する。１レベルずつ
符号化する多レベル符号化方式において、任意の１レベ
ルに注目したとき、第３図（ａ）に示すように、そのレ
ベルにおいてラベル０をとる信号点の周囲４方向には、
そのレベルの最小信号間距離（これをそのレベルのレベ
ル距離という）だけ離れた位置にそれとは異なるラベル
１を有する信号点が存在するような信号点配置となって
いる。いま、ラベルＯが正しいビットとすると、そのレ
ベルの誤り系列中の１つの誤りビット（ラベル１の信号
点をとることに相当）に対しては４通りの発生パターン
が存在することになる。したがって、ハミング距離ｄＨ
の符号を用いた場合、距離ｄｉ｛を有する１つの誤り系
列当り４ｄ｝ｌの発生パターンが存在することになる。

一般に、誤り系列数が２倍になれば、誤り率１０−６付
近で符号化利得は０．２（ｄＢ）減少することが知られ
ている（例えば前出のカルダーバンクの文献）。非符号
化ＱＡＭの場合、最小信号間距離にある信号点の数は４
であるから、先の距離ｄｌ｛を有する誤り系列１つで符
号化利得を０．４Ｘ　（　ｄ｝ｌ−　１　’）　（ｄＢ
）減少させることになる。このように１レベルずつ符号
化する多レベル符号化では、誤り系列数の主に発生パタ
ーンが増加することによる符号化利得の大幅な減少とい
う問題点が生じる。この誤り系列数を減少させるために
は、２レベルずつ同時に符号化してい《方法が有効であ
る。２レベルずつ符号化する場合は、その符号器出力に
おいてＯＯ、０１、１０、１１の４つを区別できる。正
し０信号点を００とすると、第８図（ｂ）に示すように
、最小信号点間距離に位置する１０、０１（それぞれハ
ミング距離」に相当）はそれぞれ２点ずつ、最小信号点
間距離の１．４１４倍（二乗距離では２倍）に位置する
１１（ハミング距離２に相当）は４点存在する。したが
って、２レベル同時符号化する符号器に対する誤り系列
中において、ハミング距離ｌに対しては２通り（ＯＬＩ
Ｏのいずれの場合も２点ある）、ハミング距離２に対し
ては４通り（１１なら４点あり、０１、１１の組合の場
合はそれぞれに２点ずつある）の発生パターンが存在す
る。この場合、ハミング距離ｄＨの１つの誤り系列によ
る符号化利得の減少は０．２Ｘ　（　ｄＨ−　１　）　
（ｄＢ）となり、減少量は１レベルずつの符号化に比べ
、ほぼ半分の量となる。

カルダーバンクは、その論文「マルチレベルΦコーズ●
アンド●マルチステージ●ディコーディング」　（アイ
ーイー●イー●イー　トランザクシｅンズ●オン●コミ
ュニケーシ日ン，　ｉｃＯＭ−３７巻第３号１９８９年
３月）において、多レベル符号化をコセット符号に応用
する試みの中で、１レベルを１ビットを伝送する系列に
対応させたとき、第２図のように２レベルずつ同時符号
化していくことに相当する多レベル符号化を提案し、多
レベル符号化において大きな符号化利得を実現する方式
を提案している。直交振幅変調（ＱＡＭ）に対してこの
２レベルずつ同時符号化する符号描成を利用することに
関しては、符号溝成の一設計方法として考えられること
を、嵩らも指摘している（参考文献嵩ら、″符号化変調
におけるブロック符号構成法について、信学技報，　Ｉ
Ｔ８７−１２６，昭和６２年３月）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、２レベルずつ同時符号化していく方法に
おいては、本来すでにレベル距離が大きく、符号化を行
わなくてもよ〜）第４レベルに関しても第３レベルとと
もに符号化を施すことになる。

このとき、情報伝送速度を比較すべき非符号化変調方式
と同一に維持しようとする場合、最下位２レベルに誤り
訂正能力の高い符号化率が１／２以下の畳込み符号を利
用し、それによる情報伝送速度の低下は変調速度を上げ
ることで補償する方法がある。しかし、この方法は、変
調速度の上昇を招き、帯域制限された通信路において帯
域を大きく拡大させるという望まし（ない虐択を強いる
という問題点を有する。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、二次元当り２ｍ個の信号点を有するディジタ
ル変調方式に対して、前記信号点のぞれぞれに長さｍの
二元ベクトルを一対一に割付け、前記ベクトルの各ビッ
トごとの時系列はそれぞれ異なる誤り訂正符号器の出力
系列に基づいて与えることで、帯域制限された通信路で
前記ディジタル変調信号を送出する多レベル符号化変調
方式において、前記ベクトルの最下位ビット，を含む連
続した下位２ビットに対する２つのデータ系列を同時に
符号化する誤り訂正符号器回路と、前記２ビットより上
位の、第３ビット以上のためのデータ系列に関し、その
１データ系列ずつに対して別々の誤り訂正符号化を行う
誤り訂正符号器回路群とから構成され、多レベル符号化
全体の符号化率を（ｍ−１）／ｍ未満とすることを特徴
とする。

また、本発明は第１の発明の最下位ビットを含む連続し
た下位２ビットに対する２つのデータ系列を同時に符号
化する誤り訂正符号器回路において、符号化率が１／２
以下の誤り訂正符号化を行う符号器回路を用い、前記符
号化回路による情報伝送速度の低下を前記符号器回路詳
に前置する速度変換回路によって補償し、符号化後の全
体の情報伝送速度を信号点数２ｒ″−１を有する非符号
化変調方式の情報伝送速度と同一にすることも特徴とす
る。

さらに、本発明は第３ビット以上のデータ系列に関し、
その１データ系列ずつに対して別々の誤り訂正符号化を
行う誤り訂正符号器回路群において、前記第３ビット以
上のある上位ビットから上のビットに対応するレベルに
対しては符号化を行わないことも特徴とする。

最後に、本発明は、送信側の前記速度変換回路によって
上昇させられた変調速度を速度変換前の変調速度に戻す
ための速度変換器を、前記通信路をへて受信された信号
の軟判定復号を行うのための復号器に後置することも特
徴とする。

（作用） 本発明は、下位２レベルのみを同時符号化して誤り系列
数の増大を防ぎつつ、それより上位のレベルに関しては
１レベルのみ符号化を施し、第４レベル以上の符号化は
行わないことにより、用いる符号の符号化率により大き
な自由度を与え、それによって符号化による情報伝送速
度の低減効果を小さく抑える符号構成を提供し、発明が
解決しようとする問題点記載の問題点に対して、符号器
全体の高い誤り訂正能力を維持したまま、情報伝送速度
維持のために必要となる変調速度上昇を小さクシ、それ
による帯域拡大量を従来方式に比べ少なくすることを可
能とする。

（実施例） 第１図は、本発明による多レベル符号化変調方式の一実
施例を説明するための装置ブロック図である。本実施例
では、２５６値ＱＡＭに対して本発明による多レベル符
号化変調方式を適用した場合を説明している。ディジタ
ルデータが喘子１００から入力され、速度変換回路１０
１に運ばれる。速度変換回路１０１では、後置する符号
器で符号化率を従来のトレリス符号化変調に比べ低下さ
せる分あらかじめ変調速度を上昇させておく。速度変換
回路１０１の出力は、直列一並列変換器１０２に入力さ
れる。並列変換されたデータのうち下位２レベルのデー
タは誤り訂正符号器１０３に入力され、符号化された出
力系列が信号変換器１０５に供給される。第３レベルは
誤り訂正符号器１０４に入力され、符号化された出力系
列が信号変換器１０５に供給される。第４レベル以上の
データは並列変換後のデータがそのまま信号変換器１０
５に供給される。信号変換器１０５は、上述の符号化系
列と非符号化系列とからなる８レベルのデータ系列に基
づいて送信すべき２５６値ＱＡＭの信号点系列を決定し
、それを変調器１０Ｂに出力する。変調器１０６は、入
力信号をあらかじめ決められてＸＩ１る信号の形に変調
し、通信路１０７に出力する。

復調器１０８は、通信路１０７をへた信号を復調し、そ
の軟判定結果を誤り訂正復号器１１０と遅延回路１０９
とに供給する。誤り訂正復号器１１０は誤り訂正符号器
１０４で用いた符号に対゜する復号を行い、最下位２レ
ベルで送信されたデータを推定する。

この推定結果は、誤り訂正復号器１１０の復号遅延だけ
入力データを遅延させる遅延回路１０９をへた受信信号
の軟判定結果とともに、上位レベルの誤り訂正復号器１
１２に人力される。誤り訂正復号器１１２は、この２つ
を入力に基づいて、誤り訂正符号器１０３で用いた符号
に対する復号を行う。その復号結果は、誤り訂正復号器
１１２に供給された最下位２レベルの推定データととも
に、信号判定器１１４の入力に供給される。信号判定器
１１４は、この２つの入力とともに、誤り訂正復号器１
１０の復号遅延だけ入力データを遅延させる遅延回路１
０９と誤り訂正復号器１１２の復号遅延分だけ遅延させ
る遅延回路１１３とをへた受信信号の軟判定結果を入力
として送信信号点の上位５レベルを判定する。

この判定結果は、誤り訂正復号器１１２の復号遅延分だ
け遅延させる遅延回路１１３と信号判定器１１４の処理
時間だけ遅延させる遅延回路１１８とをへた最下位２レ
ベルの推定データと、信号判定器１１４の処理時間だけ
遅延させる遅延回路１１６をへた第８レベルの推定デー
タとともに、並列一直列変換器１１７に供給される。こ
こで得られた直列データは、その速度を入力端子１００
に供給されたデータの速度と同一に戻すための速度変換
回路１１８をへて端子１１９に出力される。

ここで、第１図の誤り訂正符号器１０４、第２図の誤り
訂正符号器２０４において、ともに符号化率１／２、拘
束長５の畳込み符号を用いるとする。

また、第１図の誤り訂正符号器１０３、第２図の誤り訂
正符号器２０３においては、ともに符号長７、情報点数
６、ハミング距離２のバリティチェック符号（したがっ
て、符号化率６／７）を用〜１るとする。このとき、本
発明（第１図）、従来方式（第２図）に示した多レベル
符号化変調方式の情報伝送速度を、２４００Ｈｚの非符
号化１２８値ＱＡＭと同一にしようとすれば、従来方式
では全体の変調速度を２８６０Ｈｚ必要となるのに対し
、本発明では２８００Ｈｚにすればよ《、従来方式に比
べ、帯域拡大量が６０Ｈｚ少なくて済む。帯域制限され
ている通信路での伝送を考えると、この差は太きい。

以上、実施例をもって本発明を詳細に説明したが、本発
明はこの実施例のみに限定されているものではな〜）。

たとえば、実施例は第４レベル以上を非符号化としてい
るが、第４レベル以上に関しても符号の誤り訂正能力が
第３レベル以下と等しいか、あるいは小さい符号によっ
て符号化を行ってより信願度の高い符号化変調方式を実
現できることは明らかである。また、実施例にお１４）
ては、復号は多段復号方式を用■ているが、最尤復号方
式を利用してもよ〜１ごとも明らかである。さらに、本
実施例では、変調方式として直交振幅変調（ＱＡＭ）を
用いているが、位相変調（Ｐ　Ｓ　Ｋ）などの他の変調
方式に対しても本発明の適用できることは容易に推察さ
れる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、情報伝送速度維持に必
要な変調速度の上昇を従来方式に比べ小さ（することに
より、帯域制限された通信路上では大きな問題となる帯
域拡大量が従来方式に比べて少な仏かつ信頼度の極めて
高いディジタル変調方式を実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２５６値ＱＡＭに対して本発明による多レベ
ル符号化変調方式を適用した場合のブロック図である。 第２図は、従来方式による２レベルずつ同時符号化する
多レベル符号化変調方式のブロック図である。 第８図は、直交振幅変調方式における信号点のラベリン
グに関する説明図で、（ａ）は１レベル符号に対するラ
ベリング、（ｂ）は２レベル符号に対するラベリングで
ある。 １００，　１１９，　２００．　２ｍ９　　●●●φ端
子ｔｏｔ，　１１８，２０１，２ｍ８　　拳１１拳●速
度変換回路１０２，２０２　　　　　　●●拳●直列一
並列変換器１０３，　１０４，２０３，２０４　　●●
●●誤り訂正符号器１０５．２０５　　　　　　●拳●
●信号点変換器１０８．２０８　　　　　　●●●●変
調器１０７，２０７　　　　　　●●●●通信路１０８
，２０８　　　　　　●●＠Φ復調器１１０，　１１２
．２ｍ０，２ｍ２　　●●●●誤り訂正復号器１１４，
２ｍ４　　　　　　●●●●信号判定器１０９，　１１
１，１１３，　１１５，　１１６，２０９，２ｍ１．２
ｍ３，２ｍ５．２ｍ６嘲●８６遅延回路 １１７，２ｍ７ ●●●−並列一直列変換器 ●　　　　●　　　　● ●　　　　φ　　　　● １　　　０　　　１・ ●　　　　●　　　　● （ａ） ●　　　　●　　　　● ｕ　　　ｔｏ　　　ｉｉ ●　　　　●　　　　● ０１ｃ００１ ●　　　　　●　　　　　● （ｂ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）二次元当り２＾ｍ個の信号点を有するディジタル
   変調方式に対して、前記信号点のぞれぞれに長さｍの二
   元ベクトルを一対一に割付け、前記ベクトルの各ビット
   ごとの時系列はそれぞれ異なる誤り訂正符号器の出力系
   列に基づいて与えることで、帯域制限された通信路で前
   記ディジタル変調信号を送出する多レベル符号化変調方
   式において、前記ベクトルの最下位ビットを含む連続し
   た下位２ビットに対する２つのデータ系列を同時に符号
   化する誤り訂正符号器回路と、 前記２ビットより上位の、第３ビット以上のためのデー
   タ系列に関し、その１データ系列ずつに対して別々の誤
   り訂正符号化を行う誤り訂正符号器回路群と から構成され、 多レベル符号化全体の符号化率を（ｍ−１）／ｍ未満と
   すること を特徴とする符号化変調方式。
2. （２）請求項１記載の、最下位ビットを含む連続した下
   位２ビットに対する２つのデータ系列を同時に符号化す
   る誤り訂正符号器回路において、符号化率が１／２以下
   の誤り訂正符号化を行う符号器回路を用い、前記符号化
   回路による情報伝送速度の低下を前記符号器回路群に前
   置する速度変換回路によって補償し、符号化後の全体の
   情報伝送速度を信号点数２＾ｍ＾−＾１を有する非符号
   化変調方式の情報伝送速度と同一にすることを特徴とす
   る、請求項１に記載された符号化変調方式。
3. （３）請求項１記載の、第３ビット以上のデータ系列に
   関し、その１データ系列ずつに対して別々の誤り訂正符
   号化を行う誤り訂正符号器回路群において、 前記第３ビット以上のある上位ビットから上のビットに
   対応するレベルに対しては符号化を行わないことを特徴
   とする、請求項１に載された符号化変調方式。
4. （４）送信側の前記速度変換回路によって上昇させられ
   た変調速度を速度変換前の変調速度に戻すための速度変
   換器を、前記通信路をへて受信された信号の軟判定復号
   を行うのための復号器に後置することを特徴とする、請
   求項１に記載された符号化変調方式。