JPH028503B2

JPH028503B2 -

Info

Publication number: JPH028503B2
Application number: JP59163013A
Authority: JP
Inventors: Uei Riiifuan
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1984-08-03
Publication date: 1990-02-26
Also published as: CA1212419A; DE3480046D1; EP0134101A2; EP0134101A3; EP0134101B1; JPS6064554A; US4520490A

Description

【発明の詳細な説明】

発明の背景 (a) 発明の分野本発明は一般に２進信号の符号化に関し、特に
直交振幅変調（QAM）搬送波信号の送信のため
のビツト列の符号化に関するものであり、非線形
たたみ込み符号化と符号器出力の信号アルフアベ
ツトの拡張集合へのマツピングとが用いられて、
データ速度を犠牲にしたりより広い帯域を必要と
することなくチヤネルの劣化を防止できるととも
に、差分符号化が用いられて、信号アルフアベツ
トの拡張集合の位相あいまいさが除去されてい
る。 (b) 従来技術の記述 1978年２月18日のアイ．ピー．カジカ（I.P.
Csajka）及びジー．アンガーボエツク（G.
Ungerboeck）による米国特許第4077021号は、
２進ビツト列をデータ送信のための変調搬送波信
号の信号アルフアベツトの列に変換する技術につ
いて述べている。この発明は、伝送媒体がひどく
劣化していても元のデータの復元を可能とするこ
とを意図している。一般的に述べると、
Ungerboeckの発明では、ｒビツトの入力ビツ
ト・グループを有限状態マシンに印加する。この
マシンは、直前のグループ内のあるビツトとの予
め定めた線形論理組合せに従つて、入力グループ
をｒ＋１ビツトのグループに拡張する。符号器出
力を形成するために符号器中に蓄えられたビツト
のビツト数ｐが、符号器がとるべき状態の数ｍ
（＝2^p）を決定する。符号器の各状態から他の状
態への推移は予め定めた規則によつて行われる。
従つて、たたみ込み符号器の出力が次に用いら
れ、たたみ込み符号器の出力を2^r+1の信号アルフ
アベツトの“拡張”集合（しばしば拡張信号空間
と呼ぶ）にマツピングすることによつて得られる
基準位相及び直交位相の座標に従つて搬送波信号
を変調するとき、信号アルフアベツトの列も上記
の規則に従わねばならない。信号空間を“拡張”
と呼ぶのは、信号間隔内でｒビツトを送信するに
は、普通なら2^rケの信号アルフアベツトからなる
信号空間で十分なためである。受信器では、他の
方法ではデータの復元が不可能であるような伝送
媒体の劣化の影響を、最尤復号アルゴリズムによ
つて大幅に克服している。このアルゴリズムは信
号アルフアベツトの有効な列に関する知識を用い
て正しい送信データを決定するものである。この
ような復号アルゴリズムについては、プロツク．
オブアイイーイーイー（Proc.of IEEE）の61
巻３号、1973年３月号の268−278頁のジー．デ
ー．フオーニージユニヤ．（G.D.Forney Jr.）
著の論文ザヴイタービアルゴリズム“（The
Viterbi Algorithm）”に記されている。 Csajka及びUngerboeckの符号化技術を用いる
ことにより得られる利点にもかかわらず、伝送媒
体中で生じる位相飛びのために、等化及び搬送波
の復元後、最初に決定された位相に較べて受信信
号アルフアベツトに回転が生じてしまう。この位
相あいまいさのために、その後受信されるすべて
のデータに誤りが生じ、システムの性能を大幅に
減少させてしまう。この問題を解決するために、
もとの入力データに差分符号化技術を適用するこ
とにより、回転があつても、受信された信号アル
フアベツトを用いて元のデータを復元できるよう
にするのが望ましい。差分化たたみ込みチヤネル
符号化の１つの方法として、出願者は、２進信号
のｒケの入力ビツトをｒケの差分符号化されたビ
ツトに変換する差分符号器を開発した。この差分
符号化されたビツトは現在のｒケの入力ビツト
と、直前に差分符号化されたビツトの一部とに機
能的に関連する。差分符号器のｒビツトの出力は
次にたたみ込み符号器に印加されて、直前に差分
符号化されたグループ内のあるビツトとの予め定
めた論理的組合せに従い、各グループがｒ＋１ビ
ツトに拡張される。たたみ込み符号器の出力はｒ
＋１ビツトのグループのある列しか許さない。次
にｒ＋１ビツトのグループは座標Un及びVnを決
定するのに用いられ、これらは基準位相及び直交
位置搬送波の振幅を決めるのに用いられる。上記の方式は、信号空間が180度のみの位相あ
いまいさを持つ時に有効である。しかし上記の発
明は、例えば第４図及び第１０図−第１３図に示
した信号空間のような、90、180及び270度の位相
あいまいさを持つ信号空間には適用できない。こ
のような信号空間は、信号空間の位相あいまいさ
が問題にならなければ前者の信号空間よりも種々
のチヤネル劣化をより良く扱うことができる。発明の要旨本発明に従えば、予め公知の技術によつてスク
ランブルされた２進信号が、差分符号器に印加さ
れ、ｒビツトの入力ビツトから成るグループの
各々がｒビツトの差分符号化されたビツトのグル
ープに変換される。後者のグループは現在のｒビ
ツトの入力と、前に差分符号化されたビツトの一
部とに機能的に関連する。差分符号器のｒビツト
出力は次に非線形たたみ込み符号器に印加され、
この符号器に蓄えられているビツトとの予め定め
た非線形な論理的組合せに従つてｒ＋１ビツトの
グループに拡張される。蓄えられているビツトの
値は、前に差分符号化されたグループ内のビツト
によつて決定される。たたみ込み符号器の出力
は、ｒ＋１ビツトの出力のある列しか許されな
い。ｒ＋１ビツトのグループは次に座標Un及び
Vnを決定するのに用いられ、この座標はそれぞ
れ基準位相及び直交位相搬送波の振幅を決めるの
に用いられる。概念的には、これらの位相は、た
たみ込み符号器からのｒ＋１ビツトグループの出
力を、90、180及び270度の位相あいまいさを持つ
2^r+1ケの信号アルフアベツトの拡張信号空間内の
信号アルフアベツトにマツピングすることによつ
て決定される。このマツピングでは、(1)たたみ込
み符号器のｒ＋１ビツト出力の列に対応する信号
アルフアベツト列の間の最小距離が最大にされ、
(2)マツピング装置の出力における信号アルフアベ
ツト列が90、180又は270度回転された時、差分符
号器への元の入力ビツト列は、回転されて受信さ
れた信号アルフアベツトに、対応するたたみ込み
復号及び差分復号操作を適用することによつて復
元することができることが保証されている。上で
述べた２番目の原理は、たたみ込み符号器への入
力のあるビツト（後述する）の回転による影響
が、マツピング装置の出力における信号アルフア
ベツト列の90、180又は270度の回転と同じもので
あることが要求されるというようにいい換えるこ
とができる。本発明の特徴及び利点は、以下の詳細な説明と
添付図面とを参照することにより、より良く理解
されるであろう。詳細な説明第１図は、一連の２進ビツトに従つて搬送信号
を変調するために、本発明に従つて構成された送
信機部分をブロツク図形式で示している。線１０
０上の入力ビツト列は一連の１と０、又は一連の
１と−１から成るのが典型的であり、必要に応じ
て公知のスクランブラ１０１に印加される。この
回路は元のデータを示す出力ビツト列を線１０２
に発生する。スクランブラからの出力は、直列入
力／並列出力レジスタ１０３によつてｒビツトグ
ループにグループ化される。線１２０(1)乃至１２
０（ｒ）上のｒビツトグループの各々は次に、相
続く信号間隔中に差分符号器１０４に印加され
る。この符号器はｒビツト入力グループの少くと
も２つを差分符号化し、線１０５(1)乃至１０５
（ｒ）にｒ個の出力ビツトを発生する。差分符号
化は、現在の入力ビツトのうちの選ばれたもの
を、符号器１０４から以前に出力された出力ビツ
トと論理的に結合することによつて行われる。第１図に示したように、差分符号化出力ビツト
のうちのｃビツトが、それぞれ線１０５(1)乃至１
０５(c)を介して非線形たたみ込み符号器１０６に
印加される。この符号器の例については後述する
が、その入力におけるｃビツトグループの各々
を、印加された入力の値と符号器内に蓄えられて
いるビツトに従つてｃ＋１ビツトのグループに拡
張する。蓄えられているビツトは以前の入力によ
つて決定される。典型的なｃの値は、ｒより小さ
い最小１の整数であるが、場合によつては、符号
器１０４のすべての出力を符号器１０６に印加す
ることもある。たたみ込み符号器１０６から線１
０７（ｏ）乃至１０７(c)へ出されたｃ＋１ビツト
の出力と、差分符号器１０４から線１０５（ｃ＋
１）乃至１０５（ｒ）に出されたｒ−ｃビツトの
出力とから成るｒ＋１ビツトが、線１０９及び１
１０上の座標Un及びVnを決めるために用いられ
る。これらは、それぞれ基準位相及び直角位相の
搬送波の振幅を決定する。これらの搬送波は結合
されて、アナログ伝送媒体１１３に印加される。
Un及びVnの決定は後述するマツピング装置１０
８によつて行われる。この装置は、ｒ＋１個の入
力ビツトの可能な組合せを、2^r+1ケの信号アルフ
アベツトから成り90、180及び270度の位置あいま
いさを持つ拡張信号空間に対応させる。ｒ＋１ビ
ツトの可能な組合せのアルフアベツトへの対応づ
けは、決められた規則に応じて行われる。この規
則は元のデータが、受信側において、(1)大きな符
号化利得が得られ、(2)拡張信号空間の位相あいま
いさによる損失を生じることなく、復元されるこ
とを可能にしている。信号アルフアベツトに許さ
れる系列間の最小距離が大きくなつているために
利得が生じており、チヤネル障害によつて受信器
が元の信号を復元できなくなるまでの余裕が大き
くなつている。拡張信号空間の位相あいまいさの
影響は、差分符号化を用いるとともに、非線形た
たみ込み符号器の出力を信号アルフアベツトにマ
ツピングする方法によつて除去されている。一連の座標Un及びVnは次にパルス整形フイル
タ・変調器１１１によつて通常の方法で処理さ
れ、デイジタル出力が線１１１上に発生し、Ｄ／
Ａ変換器１１２でアナログ形に変換され、アナロ
グ伝送媒体１１３に印加される。第２図は、ｒが４でｃが２である２進列に対
し、まず差分符号化を行い、次いで非線形たたみ
込み符号化を行うのに用いることのできる論理回
路の一例を示している。すなわち第２図の論理回
路は、第１図のブロツク１５０内の符号器１０４
及び１０６に付随する動作を行う。フイードバツ
ク形式で符号器１０６を実現する別の論理回路の
例については後述する。第２図で、第１図のレジ
スタ１０３のｒケの出力は、差分符号器２５０に
印加されるが、これらは番号が改められており、
出力120(1)が入力202−３に、出力120(2)が入力202
−２に、出力120(3)が入力202−１に、また出力
120（ｒ）が入力202−０に対応している。線２０
２−０乃至２０２−３に現れるビツトはそれぞれ
x_o,0、x_o,1、x_o,2及びx_o,3の名が付けられている。
ここでｎは、ｒビツトグループ内のビツトが現在
の信号間隔中に到着していることを示している。
直前の信号間隔に到着したビツトは添数ｎ−１を
持ち、さらにその前の信号間隔に到着したビツト
は添数ｎ−２を持つ。線２０４−３乃至２０４−
０上の差分符号化された出力にはそれぞれx′_o,3、
x′_o,2、x′_o,1、x′_o,0の名がつけられており、プライ
ムは差分を表わしている。差分符号器２５０で
は、それぞれ線２０２−２及び２０２−３上の２
つの入力ビツトx_o,2及びx_o,3が、直前に差分符号
化され、信号間隔遅延素子２５０及び２５１に蓄
えられていた出力ビツトx′_o-1,2及びx′_o-1,3ととも
に読出し専用メモリ（ROM）２００に印加され
ることによつて差分符号化される。このROMは
次の表１に示すような入出力変換を行う。

【表】

【表】１０１１０１
１１１１１０

Claims

【特許請求の範囲】１搬送波信号を変調し離散的信号値の複数個の
対を連続的に発生してビツト列を送信する方法に
おいて、 (a) 該ビツト列内の現在のｒビツトのグループの
値に従つて直前に差分符号化されたｒビツトの
グループ内のビツトの値を回転させることによ
り、ｒビツトのグループごとにビツトを差分符
号化するステツプと、 (b) 差分符号化されたｒビツトのグループの各々
を、ｍケの内部状態を用いた非線形たたみ込み
符号化プロセスによつてｒ＋１ビツトのグルー
プに拡張し、直前にたたみ込み符号器に印加さ
れ該たたみ込み符号器の出力に影響を与えるビ
ツト入力の関数である、2^p＝ｍを満足するｐケ
のビツトが蓄えられ、該蓄えられたｐケのビツ
トによつて該たたみ込み符号の現在の状態が決
定されるステツプと、 (c) 各々が離散的な信号値の対に対応している
2^r+1ケの信号アルフアベツトの１つを信号空間
から選択し、2^rケの該信号アルフアベツトが該
たたみ込み符号化プロセスの現在の状態の各々
から該たたみ込み符号化プロセスのｍケの可能
な次の状態へのすべての可能な推移に対応し、
また2^rケの該信号アルフアベツトが2^r+1ケの該
信号アルフアベツトの全集合よりも大きな最小
距離を持つように該選択がｒ＋１ビツトグルー
プの関数として行なわれるステツプと、 (d) 選択された該信号アルフアベツトに対応する
離散的信号値の対を順に送信するステツプとか
らなり、該信号空間は元の空間を90、180又は270度回
転したとき同じ信号空間が得られるよう構成さ
れており、該信号空間を90、180又は270度回転させるこ
とが、該送信された離散的信号値に対しては該
ｒビツトのグループの各々において該差分符号
化されたビツトを回転させるのと同じ効果を生
成させている方法。２印加されるビツト列に従い、離散的値の列
U_o及びV_oに対しそれぞれ基準位相及び直交位相
の搬送波を変調する装置において、 (1) 直前のｒビツトのグループ内のビツトに決定
されるｐケの蓄えられたビツトに対し、2^p＝ｍ
とする時ｍケの状態の各々が該ｐケの蓄えられ
たビツトによつて決定されるｍ状態たたみ込み
符号の状態に従つて、該印加されるビツト列内
のｒビツトの現在のグループの各々をｒ＋１ビ
ツトの列に拡張するための手段、 (2) 該拡張されたｒ＋１ビツトグループの各々に
おけるビツトの値に対応する2^r+1ケの信号アル
フアベツトの１つの座標に従つて該離散的値を
選択するために、2^rケの該信号アルフアベツト
が該ｍケの状態のうちの現在の状態からｍケの
可能な次の状態へのすべての可能な推移に対応
するとともに、また該2^rケの信号アルフアベツ
トの間の最小距離が2^r+1ケの信号アルフアベツ
トの全集合の間の最小距離より大きくなるよう
該選択を行なう手段、 (3) 該選択された離散的値に従つて該基準位相及
び直交位相搬送波を変調する手段、及び (4) 該拡張する手段に印加されるｒビツトのグル
ープの各々における少くとも１対のビツトに対
し、直前に差分符号化されたビツト対の値を、
該少くとも１対のビツト内のビツトの値によつ
て決まる位置だけ回転させることによつて差分
符号化を行う手段からなり、５該現在の状態と該現在のｒビツトグループ内
のビツトを決定する該ｐビツトの非線形な関数
として該次の状態を定義するための該ｐビツト
を決定する手段が該拡張する手段に含まれてお
り、そして (6) 該信号アルフアベツト空間が90、180及び270
度の対称性のみを持ち、該拡張手段によつて処
理された該差分符号化ビツトの回転が該信号ア
ルフアベツトの90、180又は270度の回転と同じ
効果を持つよう該選択手段が構成されている装
置。３印加されるビツト列に従い、離散的値の列
U_o及びV_oに対してそれぞれ基準位相及び直交位
相の搬送波を変調する装置において (1) 該印加されるビツト列内のｒビツトから成る
現在のグループの各々をｍ状態たたみ込み符号
の状態に従つてｒ＋１ビツトのグループに拡張
する手段、 (2) 該拡張されたｒ＋１ビツトグループの各々に
おけるビツトの値に対応する2^r+1ケの信号アル
フアベツトの１つの座標に従つて該離散的値を
選択するために、2^rケの該信号アルフアベツト
が該ｍケの状態のうちの現在の状態からｍケの
可能な次の状態へのすべての可能な推移に対応
するとともに、該2^rの信号アルフアベツトの間
の最小距離が2^r+1ケの信号アルフアベツトの全
集合の間の最小距離より大きくなるよう該選択
を行う手段と、 (3) 該選択された離散的値に従つて該基準位相及
び直交位相搬送波を変調する手段、及び (4) 該拡張する手段に印加されるｒビツトのグル
ープの各々における少くとも１対のビツトに対
し、直前に差分符号化されたビツト対の値を、
該少くとも１対のビツト内のビツトの値によつ
てきまる位置だけ回転させることによつて差分
符号化を行う手段からなり、 (5) 該拡張手段が該現在及び直前のｒビツトグル
ープ内のビツトの非線形関数として該ｒ＋１ビ
ツトグループ内のビツトを決定するように構成
され、そして (6) 該信号アルフアベツト空間が、90、180及び
270度の対称性のみを持ち、該拡張手段によつ
て処理された該差分符号化ビツトの回転が該信
号アルフアベツトの90、180又は270度の回転と
同じ効果を持つように該選択手段が構成されて
いる装置。