JPH06120994A - モード選択的直角位相振幅モジュレーション通信シス テム - Google Patents
モード選択的直角位相振幅モジュレーション通信シス テムInfo
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Abstract
る通信システムを供給する。 【構成】送信器のリードソロモンエンコーダ14及びト
リレスエンコーダ18はQAMモードに関連し、ターミ
ナル10へのソースデータ入力は、規格的なスクランブ
ラーを経由してエンコーダ14へ接続され、一度形成さ
れると、伝達誤差を修正するための受信器で、同一のデ
ューダにより使用される情報を有するスクランブルが施
されたデータを符号化するために規格的な方法で動作す
る。リードソロモンエンコーダからのデータは、受信器
及び特殊的に受信器で使用されるトレリスデコーダによ
り生成されたバースト誤差を拡散するために受信器で使
用される規格的なブロックのインターリーバ16に通さ
れる。別のインターリーバ20は、送受信器間の通信チ
ャネルで発生するバースト及びインパルス雑音を減少す
るために設けられ、規格的な不規則的たたみこみインタ
ーリーバを有する。
Description
角位相振幅モジュレーション(QAM)に関し、特にフレキ
シブルM-ary QAM通信システムに関する。
ビジョン(HDTV)信号を放送するためのデジタル・ビデオ
は、末端の使用者へ通信するために地上用VHF又はUHFア
ナログ・チャネルで送信されることができる。アナログ
・チャネルは、それらの入力波形が歪曲変形され送信さ
れた型で送り出す。波形の歪曲変形、一般に統計的に認
められる波形の歪曲変形は、可能性として介在する熱雑
音、衝撃雑音及びフェードにより、付加的及び(又は)
増幅的である。チャネルにより実施される変換は、周期
置換、非線形又は調和性歪曲及び時間拡散である。
ータを送受信するために、データは、例えばパルス振幅
モジュレーション(PAM)の形を使用して変調される。一
般的に、直角位相振幅モジュレーション(QAM)は、利用
可能なチャネル・バンド幅内で送信されることが可能な
データ量を増加するために使用される。QAMは、多数の
情報のビットが、例えば16、32又は64の点を有す
る“集合(コンステレーション)"と言われる集合パタ
ーンでまとめて送信されることで、PAMの形を成す。
号は、その振幅レベルが送信されたシンボルにより決定
されるパルスである。16-QAMでは、各々の直角位相チャ
ネルの−3、−1、1及び3のシンボル振幅が一般的に
使用される。32-QAMでは、−5、−3、−1、1、3及
び5のシンボル振幅が一般的に使用される。64-QAMで
は、一般にー7、−5、−3、−1、1、3、5及び7
が使用される。
送信ビット数毎秒毎バンド幅単位、すなわちバンド幅に
対するデータ率の比で定義される。高いバンド幅効率を
有するモジュレーション・システムは、高いデータ率及
び小さいバンド幅を所有することが要求される用途で使
われる。QAMは、バンド幅有効モジュレーションを備え
ている。
間拡散チャネル上で送信された各々のシンボルの効果
は、そのシンボルを表すために使用された時間間隔を越
えて延びる。受信シンボルの合成重合により発生される
歪曲は、インターシンボル通信障害と呼ばれる(ISI)。
この歪曲は、制限されたバンド幅の低影雑音上の信頼で
きる高速データ送信に対する大きな障害の一つとなって
いる。“イコライザ”として知られる装置は、ISIの問
題を処理するために使用される。更に、チャネル特性
は、一般に予め知られていない。よって、“適応(adopt
ive)イコライザ”を使用することが一般的である。最小
平均2乗(LMS)誤差の適応フィルタ機構は、適応等化(ad
optive equalization)アルゴリズムとして一般的に使用
され、従来技術として良く知られる。このアルゴリズム
は、例えばビー・ウィンドロウとエム・イー・ホフJr共
著の“適応切り換え回路”、IREウエスコンConv.Rec.
編、パート4、96−104ページ、1960年8月及
びユー・エイチ・クレシ著、“適応等化”、Proc.IEEE
編、73刊、9番、1349−1387ページ、198
7年9月に詳細に説明されている。
れるものと同様にパワーが限定され高いデータの信頼性
を要求する用途において、誤差修正コードのいくつかの
形がQAMと併せて必要とされる。これは、トレリス符号
モジュレーション(TCM)を使用して達成される。トレリ
ス符号モジュレーションは、バンドが制限されたチャネ
ル上でのデジタル送信の符号化又は暗号化及びモジュレ
ーションの組み合わせをもつ技法である。それは、バン
ド幅効率を妥協することなく、QAMのように、規格的で
符号化されていない複数レベルのモジュレーション上で
有効なコーディング利得の達成を可能にする。TCM機構
は、符号化された信号のシーケンスを生成するためのモ
ジュレーション信号の選択を支配する有限状態エンコー
ダの組み合わせで余った非2進モジュレーションを活用
する。受信器では、雑音的信号はソフト決定最大可能シ
ーケンス(a soft-decision maximum likelihood seque
ncedecorder)により符号化される。このような機構は、
規格的なコード化されていないモジュレーションと対比
して、3dB又はそれ以上の付加的雑音に対してデジタル
送信の強固さを改善することができる。これらの利得
は、他に知られている誤差修正機構の要求によりバンド
幅の延長又は効果的情報率の減少を排除して獲得され
る。“トレリス”という言葉は、これらの機構が2進た
たみこみコードのトレリス図と同様に状態遷移(トレリ
ス)図により詳細に説明されることができる。その違い
は、TCMが、たたみこみコーディングを任意の大きさの
信号群を有する非2進モジュレーションに拡張すること
である。
要とする、パワー及びバンド幅が制限される1つの応用
分野には、圧縮された高精細度テレビ信号のデジタル通
信がある。HDTV信号を送信するためのシステムは、15
−20メガビット毎秒(Mbps)のオーダーのデータ率要
求、6MHz(規格的なナショナル・テレビジョン・シス
テム・コミッティ(NTSC)のテレビ・チャネル)のオーダ
ーのバンド幅要求及び非常に高いデータの信頼性を有す
る。
ビ画像を供給する必要から生ずる。バンド幅及びパワー
の抑制は、6MHzテレビ・チャネルが存在することでHDT
V信号を所有し、HDTV信号が最新の放送NTSC信号をも共
在しなければならないという米国連邦通信委員会の要求
による結果である。データ率及びバンド幅の占有域の組
み合わせは、高いバンド幅効率を有するモジュレーショ
ン・システムを必要とする。バンド幅に対するデータ率
の割合は、3又は4のオーダーでなければならない。HD
TVの応用で非常に高いデータの信頼性が要求されるの
は、高度に圧縮されたソース材料(source material)
(例えば圧縮されたビデオ)がチャネル誤差に不耐であ
るという経験的事実からの結果である。信号の自然発生
的な過剰分は、データの固有の値の簡潔な意味内容を得
るために排除されてきた。例えば、1ビット以下の誤差
で24時間周期で15Mbpsを送信するためのシステムに
おいては、10の12乗の送信されたビットで1つの誤
差以下であるようなシステムのビット誤差率(BER)が要
求される。
は、問題解決のための分割及び集中的アプローチである
連結コーディング・アプローチの使用を介して実施的に
概ね満たされる。このようなコーディング・フレームワ
ークでは、2つのコードが用いられる。“内側(inne
r)”モジュレーション・コードは、チャネルを一掃し
“外側(outer)”デコーダへ最新のシンボル誤差率を送
り出す。この内側コードは、例えばTMCコードであるこ
とができる。知られているアプローチとしては、トレリ
ス・デコーダとして“ヴィタービ(Viterbi)アルゴリズ
ム”のいくつかの形で内側コードとしてのトレリス・コ
ードを使用することである。外側コードは、いわゆるt
-誤差修正、“リード・ソロモン”(RS)コード、であ
る。HDTVデータを通信するために要求されるデータ率領
域で作動するリード・ソロモン・コーディング・システ
ムは、広い範囲で利用できて様々な販売者の集積回路に
供給されてきた。外側デコーダは、最終出力誤差率が極
めて小さい内側デコーダを逃れたシンボル誤差の大半を
排除する。
ー・シー・クラークJr及びジェー・ビー・カイン共著、
“デジタル通信の誤差修正コーディング”、プレナム・
プレス編、ニューヨーク、1981年と、エス・リン及
びデー・ジェー・コステロJr共著、“誤差制御コーディ
ング:基礎と応用”、プレンティス・ホール編、イング
ルウッド・クリフス、ニュージャーシ、1983年で認
めることができる。トレリス・コーディングは、“チャ
ネル・コーディング・ウィズ・マルチレベル/フェーズ
・シグナルズ”、IEEEトランスアクション・オン/イン
フォーメーション・テオリィ、第IT-28刊、1号、5
5−67ページ、1982年1月と、ジー・アンガーボ
ウク著、“トレリス・コーデッド・モジュレーション・
ウィズ・リダンダント・シグナル・セット第1部、イン
トロダクション第2部、ステート・オブ・アート”、IE
EEコミュニケーション・マガジン、第25刊、第2号、
5−21ページ、1987年2月と、エー・アール・コ
ールダーバック及びエヌ・ジェー・エー・スローン共
著、“ニュー・トレリス・コード・ベースド・オン・ラ
ティス・アンド・コセッツ”、IEEEトランスアクション
・オン・インフォーメーション・テオリィ、第IT-33
刊、第2号、177−195ページ、1987年3月に
より広く書かれている。ヴィタービ(Viterbi)アルゴリ
ズムは、ジー・デー・フォーニィJr著、“ヴィタービ
(Viterbi)アルゴリズム”、プロシーディング・オブ
・ザIEEE、第61刊、第3号、1973年3月で説明さ
れている。リード・ソロモン・コーディング・システム
は、上記に引用されたクラークJrエト・アル及びリン・
エト・アルの論文で述べられる。
間には交換がある。例えば、HDTV放送システムで、収束
(convergence)及び停留(station)空間の領域と画像品質
との間で交換がある。低いオーダーのQAM(例えば16-QA
M)は、QAMの低く受信された雑音に対するキャリアの割
合(CNR)の性能特性により、より良い収束領域を提供し
高いオーダーのQAM(例えば64-QAM)よりもより近い停留
空間を供給する。又、高いオーダーのQAM(例えば64-QA
M)は、バンド幅効率がより高いことから、低いオーダー
のQAMよりも良い画像品質を提供する。どちらのオーダ
ーのQAMを選択するかは、地形的な位置、利用可能及び
許可的な送信器パワー及びチャネル条件により非常に影
響されやすい。これらのパラメータは、送信器により非
常によく決定されることができる。したがって、送信器
(例えば送信器“動作モード”)で使用されるQAM(例
えば16、32及び64-QAM)のオーダーを自動的及び信頼的
に検出することの許容性があるQAM通信システムを供給
することに利点があろう。このようなシステムは、極小
のバンド幅所有域を付して高いデータ率及び非常に高い
データの信頼性を確かに与える。そのようなシステムの
使用における受信器の複雑さは、ヴォリューム(volum
e)生産で低いコストを与えるために、最小限にされるべ
きである。
システムを提供する。
供される。このシステムは、多数のQAMモードの一つを
使用して送信するために選択的にソース・データを符号
化するための手段を有する送信サブシステムを包含す
る。このようなQAMモードは、例えば16-QAM、32-QAM及
び64-QAMで構成できる。他のQAMモードを期待すること
もできることが認められるであろう。受信器サブシステ
ムは、送信サブシステムからのQAMデータを受信し、受
信データのQAMモードを検出する。検出手段に応答する
手段は、検出されたQAMモードに従って受信データを解
読する。
は、データにおいて固有のQAMモードを使用して受信デ
ータが処理された時に達成された同期条件を検出するた
めの解読手段の少なくとも1つの出力を監視するための
手段を構成する。監視手段に応答する手段は、同期条件
が検出されるまで別のQAMモードを使用して受信データ
の解読を試みる解読手段を開始させる。同期条件の検出
は、その後デコーダによる使用でのQAMモードが受信デ
ータの固有のモードであることを指示する。図示の実施
例では、同期条件が満たされるために多数の個々の同期
テストが満たされることが要求される。
リス・デコーダから成る。第1同期テストは、トレリス
・デコーダの再正規化率が限界値以下である時に満たさ
れる。第2同期テストは、第1同期ワードが受信データ
で検出された時に満たされる。第3同期テストは、第2
同期ワードが受信データで検出された時に満たされる。
同期条件は、各々第1、第2及び第3同期テストが満た
された時に生じる。
ードの1つに送信されたQAMデータを受信するために設
けられる。この受信器は、受信データのQAMモードを検
出するための手段及び検出されたQAMモードに従って受
信データを解読するための解読手段から成る。図示の実
施例で、QAMモード解読手段は、受信データがデータの
固有のQAMモードを使用して処理される時に達成された
同期条件を検出するための解読手段の少なくとも1つの
出力を監視するための手段から成る。この監視手段に応
答する手段は、同期条件が検出されるまで別々のQAMモ
ードを使用して受信データを検出することを試みる解読
手段を開始させる。同期条件の検出は、その後デコーダ
による使用でのQAMが受信データのQAMモードであること
を指示する。
数の同期テストを満たすことが要求される。例えば、解
読手段は、トレリス・デコーダの再正規化率が限界値以
下である時に満たされる第1同期テスト有するトレリス
・デコーダから成り得る。第2同期テストは、第1同期
ワードが受信データで検出された時に満たされる。第3
同期テストは、受信データで第2同期ワードが検出され
た時に満たされる。同期条件は、各々第1、第2及び第
3同期テストが満たされた時に生じる。
タを解読するために外側デコーダに続く内側デコーダを
構成する。第1デインターリーバ手段は、内側デコーダ
への入力に優先して受信データをデインターリーバする
ために設けられる。第2デインターリーバ手段は、外側
デコーダへの入力に優先してデータをデインターリーバ
するために設けられる。第1同期テストが満たされたこ
とを指示する、内側デコーダの再正規化率が限界値以下
である時点を決定するための手段が設けられる。第1手
段は、第2同期テストが満たされたことを指示する内側
デコーダから出力されたデータで第1同期ワードを検出
するために設けられる。第2手段は、第3同期テストが
満たされたことを指示する外側デコーダから出力された
データで第2同期ワードを検出するために設けられる。
同期条件は、各々第1、第2及び第3同期テストが満た
された時に達成される。
界を有するヴィタービ(Viterbi)デコーダから構成され
得る。第1同期テストがその後に満たされないであろう
ことの確率を少なくするため限界を減少するために、同
期条件の達成に応答する手段がヴィタービ・デコーダに
設けられる。外側デコーダは、リード・ソロモン・デコ
ーダから構成され得る。
優先して受信データを処理するために接続されたキャリ
ア回復回路、自動利得制御回路及び適応イコライザ回路
の少なくとも1つを含むことができる。内側デコーダ及
び適応(adoptive)イコライザ、自動利得制御と、及びキ
ャリア回復回路が設けられた場合、それらは、選択され
たQAMモードへデータを出力するための参照用テーブル
を含み得る。
データを記憶するためにメモリ手段を含み得る。このよ
うなメモリの設置は、送信モードが変更にならなければ
モードが一度決定された時にモードを要求するために必
要なものはいかなるものでも拒否する。
M検出手段は、同期条件が検出されるまで別々のQAMモー
ドを使用して受信データの解読を試みる解読手段を開始
するための手段から成る。特定の実施で、開始手段は、
低いオーダーのQAMモードを使用して受信データを解読
することを試みる解読手段をまず開始する。もしこれが
成功しない場合、解読手段は、同期条件が最終的に検出
されるまで次に高いオーダーのQAMモードを使用して受
信データの解読を試みるために、その後に開始される。
つのものを使用してデータを送信できる本発明に従った
送信器の特定の実施例が示されている。この実施例は、
16-QAM又は32ーQAM又は64-QAMの何れかを送信できる。し
かしながら、QAMの別々のオーダーが本発明の原理から
離れることなく代用され得るのである。図面に示された
種々のブロック図で、太枠で表された構成要素はQAMモ
ードに関連している。これら太枠で表された構成要素の
それぞれは、最新のQAMモードを識別する制御バス30
(受信器)又は30’(送信器)からQAMモード信号を受
信する。QAMモードとは関連していない構成要素は、太
枠で囲まれていないブロックで示されている。
コーダ14及びトレリス・エンコーダは、QAMモードに
関連している。ターミナル10へのソース・データ入力
は、規格的なスクランブラーを経由してリード・ソロモ
ン・エンコーダ14へ接続される。このリード・ソロモ
ン・エンコーダは、そのブロックの大きさを正しく形成
するためのQAMモードの情報を使用する。一度形成され
ると、このリード・ソロモン・エンコーダは、伝送誤差
を修正するための受信器で、同一のリード・ソロモン・
デコーダにより使用される情報を有するスクランブルが
施されたデータを符号化するために規格的な方法で動作
する。
化されスクランブルされたデータは、受信器(図6)及
び特殊的に受信器で使用されるトレリス・デコーダ90
により生成されたバースト誤差を拡散することにより受
信器のリード・ソロモン・デコーダ98の性能を向上す
るために受信器で同一のデインターリーバを有する論理
積(conjugation)で使用される規格的なブロックのイン
ターリーバ16に通される。トレリス・エンコーダ18
(図1)の出力にある別のインターリーバ20は、送信
器と受信器との間の通信チャネルで発生するバースト雑
音及びインパルス雑音を減少するために設けられる。イ
ンターリーバ20は、規格的な不規則的たたみこみイン
ターリーバ、例えば32の可能な開始アドレスを有する
ものである。
リス・エンコーダ18は、2つのQAMモードに関連する
要素から成り立っている。これら要素は、トレリス・エ
ンコーダ・フォーマット器(formatter)34及びQAM写
像器(mapper)40である。図示の実施例で、トレリス
・エンコーダ・フォーマット器40は、ターミナル32
を介してインターリーバ16からボー比の半分を8ビッ
ト・バイトで受信し、その出力及びボー比で3又は4又
は5ニッブル(モードに従って)を発生させる。16-QAM
においては、トレリス・エンコーダ・フォーマット器3
4は、m′、m2及びm3から成る3ビット・ニッブルを出
力するであろう。32-QAMにおいては、フォーマット器3
4は、m′、m2、m3及びm4から成る4ビット・ニッブル
を出力する。64-QAMにおいては、フォーマット器34
は、m′、m2、m3、m4及びm5から成る5ビット・ニッブ
ルを出力する。
erential)エンコーダ36で差動的に符号化され、そし
て比が1/2、64-ステート(state)コード(G1=171g及
びG2=133gの生成器を付して)を使用するエンコーダ38
でたたみこみ的に符号化する。このたたみこみコード
は、差動的なコード化及び解読を使用することにより受
信器での0°及び180°位相の不明確さ(アンビギュ
イティ)が“自動的に”解像されるように、反対チャネ
ルにたいして透過である。フォーマット器34からのニ
ッブル出力の最大有効ビットであるm2、m3、m4及びm5と
共にたたみこみ的エンコーダ38により発生された2つ
のコード化されたビットm0及びm1は、使用される特定QA
Mモード(16/32/64)について制御バスを介し
指示と共にQAMマップ器40へ与えられる。QAMマップ器
40は、それぞれたたみこみ的エンコーダ38及びトラ
リス・エンコーダ・フォーマット器から符号化されたビ
ットであるm0及びm1と符号化されていないビットである
m2及びm5によりアドレスされた参照用テーブルで、可能
なQAMモードの各々における別々の参照用テーブルを有
するプログラム可能なROM(PROM)を成すことができる。
バス30′からのQAMモード情報により選択された適当な
参照用テーブルは、インターリーバ20によりインター
リーブされ、送信フィルターによりフィルターされ及び
図1に図示される規格的デジタル・アナログ・コンバー
タ(DAC)、直角位相モジュレーション及びアップコンバ
ータ回路24による処理後に通信チャネルで電波として
通信されるために実際のIとQのデータを出力する。
示される。図3は、50で一般的に示される64-QAMの集
合(コンステレーション)パターンを図示し、これは、
16-QAMのサブセット(部分的集合)52及び32-QAMのサ
ブセット54を含む。図4に図示されるように、それぞ
れの集合点は、6ビット・ワードにより表示され、そこ
に、2つの最小有効ビット56(m0、m1)がたたみこみ
的なエンコーダ38から出力され図5で示される4つの
サブセット60、62、64、66の個々の1つを表し
ている。4つの最大有効ビット58(m2、m3、m4、m5)
は、トレリス・エンコーダ・フォーマット器34からの
符号化されていないビットであり、サブセットの特定の
集合点が識別されていることを明示する。従って、例え
ば、図3に示される集合点55は、ビットm0及びm1が共
にゼロであることから、サブセット60に属していると
して識別される。サブセット60を含む点55の個々の
位置は、共に1であるビットm2及びm3により識別され
る。
・ハミング距離がインターサブセット・ユークリド距離
に比例するように配置されている。これは、受信器での
個別のシンボルの受け入れを容易にさせる。与えられる
マッピング(写像)は、m5を通じて符号化されていない
ビットm2に90°の回転的不変を与える。符号化された
ビットm0及びm1は、±90°の回転に不変ではなく、先
に記載のごとく、差動的コーディング及び透過的なたた
みこみ的コードのため180°で不変である。
受信器は、図6に図示されている。送信器を有すること
で、図示された特定の受信器の実施例が16-QAM又は32-Q
AM又は64-QAMを扱うことができる。他のQAMモードの受
信器が本発明に従い同様に構築されることがわかるであ
ろう。
連する回路は、自動利得制御(AGC)76、適応イコライ
ザ80、キャリア回復回路84、トレリス・デコーダ9
0、リード・ソロモン・デコーダ98及び同期検出回路
102を含む。同期検出機102は、受信された信号の
QAM動作モードを検出するために応答可能である回路で
ある。受信器を簡略化しそのコストを低くするために、
モードに関連する大半の構成部分は、PROMとして使用さ
れ、PROMの構成要素は、図3に図示される16/32/
64の集合体を基本としている。
ウン・コンバータ、直角位相デモジュレータ及びアナロ
グ・デジタル・コンバータ74へ入力ターミナル74を
介して入力される。回復されたI及びQ成分は、規格的
受信器フィルター78によりフィルターされ制御バス3
0を介してQAMモード制御信号を受信する適応イコライ
ザ80により出力される。フィルターされたI及びQ成
分は、制御バス30からのQAMモード制御信号を受信す
る自動利得制御回路76への入力もされる。タイミング
回復回路82は、Q成分を受信し、ダウン・コンバー
タ、直角位相デモジュレータ及びA/D回路74のA/Dコン
バータ部へのフィードバックのためのフェーズ・ロック
・ループを駆動するため転換検出器を使用する。
ードの参照テーブルを含むマグニチュードPROMを使用す
ることができ、受信された信号のマグニチュードがQAM
モードに関連する限界値よりも大きいか又は小さいかに
従い1又は0を出力することができる。使用される個々
の参照テーブルは、バス30から入力されたQAMモード
制御信号により選択される。自動利得制御は、図7で極
めて詳細に図示される。特に、左記に説明されたマグニ
チュードPROM112は、あとにおける増幅及び直角位相
デモジュレータ74への出力のために、積分器110へ
2進信号を出力する。
からのイコライズされたI及びQ成分を受信する。キャ
リア回復回路は、図8に詳細に図示されている。図示さ
れているように、2つのQAMモードに関連しているPROM
120と122が与えられている。PROM120は、キャ
リア固定検出をし、PROM122は、位相検出をする。位
相検出器PROM122は、受信されたシンボル(即ち、集
合点)の位相が図3のI-Q平面に定義される特有の“位
相領域”の内又は外であるかに従い、ループ・フィルタ
ー126へ1又は0を出力する。このような位相領域の
概要の使用は、例えば、エー・レクレット及びピー・バ
ンダム共著の“ユニバーサル・キャリア・リカバリ・ル
ープ・フォー・QASK・アンド・PSK・シグナル・セッ
ト”、IEEETrans. on Commu.編、COM-31版、130−1
36ページ、1983年1月発行に開示されている。固
定検出器PROM120は、積分器124へ受信された信号
の位相がI-P平面の集合点の周囲に定義された特有の
“固定領域”の内又は外であるかに従い0又は1を出力
する。PROM120及び122の各々で使用される個々の
参照用テーブルは、制御バス30からのQAMモード制御
信号により選択される。PROM122からのフィルターさ
れた出力は、直角位相デモジュレータ74へ入力される
キャリア位相信号を発生させるために電圧制御オシレー
タへ入力される。積分器124からのキャリア固定信号
は、適応イコライザ80へ入力される。
れている。受信器フィルター(図6)からのI及びQの
信号成分は、有限持続時間インパルス応答(FIR)フィル
ター130へ入力され、係数更新数値計算回路138へ
入力される。フィルター130によるフィルター後“イ
コライズされた”Iequ及びQequ成分は、適応フィルター
係数を更新するために最小平均2乗(LMS)アルゴリズム
を使用して誤差信号を生成するPROM132及び134に
関連する2つのモードへ入力される。定数係数アルゴリ
ズム(CMA)誤差PROM132は、次の方程式により与えら
れる複素誤差の2ビットの量子化版である:E(k)CMA=(|
y(k)|2-R2)y(k)、ここで、y(k)は、適応イコライザの複
素出力出あり、R2は、モード(集合体)に関連する定数
である。決定方向(DD)誤差PROM134は、次の方程式に
より与えられる複素誤差の2ビットの量子化版である:
E(k)DD=y'(k)-y(k)、ここで、y'(k)は、“信号決定”で
ある。この信号決定は、受信された信号が集合点にもっ
とも接近したことについての判別が基本とされている。
よって、この信号決定は、モードに関連している。CAM
誤差は、イコライザ(ブラインド・イコライゼイショ
ン)を系列化するために使用され、一方、DD誤差は、イ
コライザの完全な収束に使用される。これら2つの誤差
信号は、キャリア回復回路により生成されたキャリア固
定信号の制御下にあり、ターミナル140を介してマル
チプレクサ136へ入力される。単一QAMモード動作に
おける同様仕様の適応イコライザが、1991年7月に
米国特許出願番号07/733,790として出願された“キャリ
ア・フェーズ・リカバリ・フォー・アン・アダプティブ
・イコライザ”において詳細に示されている。また、デ
ー・エヌ・ゴダード著の“2次元データ通信システムの
自己回復イコライゼーションとキャリア追尾”、IEEE T
rans. on Commu.、COM-38版、1867−1875ペー
ジ、1980年11月発行にも示されている。
イコライズされたIequ及びQequ成分は、位相アンビギュ
イティ補正回路86及びデインターリバ88を介しトレ
リス・デコーダ90へ入力される。位相アンビギュイテ
ィ補正は、上に指摘された通り、コード化されたビット
が±90°の回転で不変ではないことから、必要であ
る。この位相アンビギュイティ補正回路86は、90°
のアンビギュイティを解像するために、バス30で実行
された位相アンビギュイティ制御信号に応答して、必要
ならばIequ及びQequ信号を交換しその結果として生じた
Iequをインバートする。
インターリーバ20と相補的関係にある規格的構成成分
である。デインターリーブされた信号は、トレリス・デ
コーダ92及びトレリス・デコーダ・フォーマット器9
4を含むトレリス・デコーダ90に入力される。これら
の成分は、図10において詳細に図示されている。
QAMモードに関連するプルナー(刈り込み)PROM150
を含む。QAMモード選択信号は、制御バス30を介してP
ROM150により受信される。トレリス・デコーダ・フ
ォーマット器94は、QAMモードにも関連があり、そし
てバス30からモード識別信号を受信する。プルナー
(刈り込み)PROM150は、2セットの出力を有する。
この出力の1つは、集合体の4つのサブセットに対応す
る4つのメートル数(metrics)を1つののセット(集
合)としている。これらのミートリックは、比率が1/2
で64ステートのヴィタービ・デコーダ156へ入力さ
れる。各々のメートル数は、受信された信号点から各々
のサブセットで最も近い集合点までの距離(4ビットに
イコライズされた)である。
も近い各々のサブセットで、集合点に随伴されたコード
化されていないビットを出力する。コード化されていな
いビットは、ヴィタービ・デコーダがその判断を過去の
情報を基準にしていることから、ヴィタービ・デコーダ
のメモリと等しいアマウント(量)によりディレイ・バ
ッファー152で遅延される。
は、解読されたビットの一つを発生させるために、差動
デコーダ158で差動的に解読される。この解読された
ビットは、差動エンコーダ160で符号化し64のたた
みこみ的エンコーダ162で2分の1の割合でたたみこ
み的に再符号化することにより送信器でトレリス・エン
コーダによって2つのコード化されたビットを回復する
ために使用される。エンコーダ162から出力された2
つの回復されコード化されたビットは、マルチプレクサ
154を介して補正コード化されていないビットを選択
するために使用される。この選択されたビットは、同期
検出器回路102(図6)及びトレリス・デコーダ・フ
ォーマト器94へ送られる。この同期検出回路及びトレ
リス・デコーダ・フォーマット器も差動デコーダ158
から出力された解読されたビットを受信する。このトレ
リス・デコーダ・フォーマット器は、ボー比で3、4又
は5ビット・ニッブル(QAMモードに従い)をとり、そ
して、トレリス・デコーダ・フォーマット器へ入力され
るボー・クロック信号及び1/2ボー・クロック信号に従
い、半分のボー比で8ビット・バイトを発生する。
細に図示されている。この回路は、受信された信号のQA
Mモードを検出するために使用される。本発明に従い、
実際のQAMモードは、別々の可能なQAMモードを使用する
同期条件を達成しようとすることにより決定される。好
適実施例で、最も低いオーダーのモード(例、16-QAM)
は、早く系列化される。同期条件が最も低いオーダーの
QAMモードを使用して達成されない場合、次ぎに高いオ
ーダーのQAMモードが系列化される。この処理は、同期
条件が得られるまで継続される。
れるには、3つの別々の同期テストを満たす必要があ
る。第1テストは、トレリス・デコーダの再正規化率が
限界値を下回る時に満たされる。第2テストは、最初に
決定された同期ワードが受信されたデータに置かれた時
に満たされる。第3同期テストは、2番目に決定された
同期ワードが受信されたデータで認められた時に満たさ
れる。これらの同期ワードは、例えば、一般にランダム
・データ・シーケンス内では認められないm-シーケンス
を含むことができる。このようなシーケンスは、例え
ば、ヴィ・ケー・バーガバ著、人工衛星によるデジタル
通信、ジョン・ウィレー・アンド・サンズ版、ニューヨ
ーク、1991年、280−281ページで述べられて
いる。
経路メートル数の再正規化率を監視するであろう。この
再正規化比は、ヴィタービ・デコーダに先んじるこれら
の要素の同期の非常に良いインジケータである。図示さ
れた実施例で、再正規化率は、デインターリーバ88
(図6)が同期外である時及び(又は)トレリス・デコ
ーダへの入力が位相アンビギュウティ回復回路86を介
して90°の回転を必要とする時、“高い(high)"であ
ろう。再正規化率が限界値を越えている場合、同期外条
件が存する。再正規化率が限界値を下回る場合、ヴィタ
ービ・デコーダに先立つ要素の同期が達成されでいる。
これらの要素の同期を得るために、同期状態シーケンサ
188が88をデインターリーバされようとする別々の
アドレスを生じさせ、ヴィタービ・デコーダが同期を宣
言するまで位相アンビギュイティ補正回路86を介して
トレリス・デコーダへの入力が90°回転される。
始アドレスを有するたたみこみ的デインターリーバであ
る。アドレス制御信号は、ライン192を介して同期状
態シーケンサ188から出力され、制御バス30に併合
される。制御バスは、別のアドレスを連続的に試行する
ためにデインターリーバ88へアドレス制御信号を通
す。アドレスが試行された後、ライン194で同期状態
シーケンサから出力された位相アンビギュイティ制御信
号は、位相アンビギュイティ回復回路86を介して通さ
れる。この点で、入力信号は、ヴィタービ・デコーダが
回転された入力データ及び未回転の入力データを使用す
る最新のデインターリーバ・アドレスにおいて限界値を
下回る再正規化率を達成することができるように、90
°回転される。この再正規化率が先に決定されたタイム
・アウト周期内で限界値を下回らない場合、同期状態シ
ーケンサは、次のデインターリーバ・アドレスへ付加す
るであろうし、そして、この処理は、ヴィタービ・デコ
ーダが同期を宣言するか又は次のQAMモードが試行され
るまで繰り返すであろう。同期が最終的に宣言される
時、トレリス・デコーダはターミナル200(図11)
を介して同期状態シーケンサ188に入力される“ヴィ
タービ/デイント#2同期”を出力する。
の同期回路は、図10のトレリス・デコーダから入力タ
ーミナル204を介してコード化されていないデータの
4つのビット及びコード化されたデータの1つのビット
を受信する。5つのビットが図10で、“同期検出へ”
で表示されたラインに現れる。このデータの全部の5つ
のビットは、60ビットの位相レジスタへ入力される。
データの4つの最少限に有効なビットも60ビット位相
レジスタ172へ入力される。データの3つの最少限に
有効なビットが60ビット位相レジスタ174へ入力さ
れる。それぞれの60ビット位相レジスタの出力は、バ
ス30で実行された最新のQAMモード制御信号へ応答し
て出力の1つを選択する、マルチプレクサ(MUX)176
へ接続される。初期的に、QAMモード制御信号は、マル
チプレクサが16-QAMモードの動作を含めて60ビット位
相レジスタ174から出力を発生させ、16-QAMモードを
指示する。先に指摘した通り、同期条件が16-QAMを使用
して達成されない場合、MUX176から出力されるであ
ろう位相レジスタ172からの点のデータで、QAMモー
ド制御信号は、32-QAMモードへシフトアップされるだろ
う。同期条件がまだ達成されない場合、QAMモード制御
信号は、64-QAMモードを含めて、位相レジスタ170か
らデータを出力するためにMUX176を作動するであろ
う。
比較回路178でメモリ180に記憶された先に決定さ
れた60ビット同期ワードと比較される。比較回路17
8が60ビット比較ワードとMUX176から出力された
データが合致したことを認めた時、第2同期テストが満
たされるであろう。この点で、比較回路178は、60
ビット同期ワードが認められたことを表す信号を出力す
るであろう。この信号は、トレリス・デコーダ・フォー
マット器、デインターリーバ96及びリード・ソロモン
・デコーダ98を開始するために使用される。
回路102は、第3同期テストを実行するであろう。こ
れは、デスクランブラ100(図6)からの“シンク”
データをターミナル202を介して24ビットの位相レ
ジスタ182(図11)へ入力することを含む。比較回
路186は、位相レジスタ182からのデータとメモリ
184に記録された24ビット同期ワードを比較する。
この比較は、24ビット同期ワードが入り込むデータで
検出されるまで継続するであろう。24ビット同期ワー
ドが先に決定された時間周期後に検出されない場合、完
全な同期を達成しようと次の可能なQAMモードに切り換
わるであろう。これは、ライン196で次ぎに高いオー
ダーのQAMモード制御信号を出力する同期状態シーケン
サ188により成される。制御信号は、QAMモードに関
連する全ての回路に分配するために制御バス30に併合
される。
置かれる時、全て3つの同期テストが満たされている。
比較回路186は、同期状態シーケンサ188へ“RS同
期”信号を出力するであろう。応答で、同期状態シーケ
ンサ188は、QAMモード・メモリ206及びヴィター
ビ・デコーダ156に分配するために制御バス30に併
合されるライン198で同期固定信号を出力するであろ
う。この信号は、QAMモード・メモリ206を同期状態
シーケンサのライン196からの最新のQAMモード制御
信号に記録する。このやりとりで、固有のQAMモード
は、QAMモード・メモリ206で利用できるであろう
し、受信器が別のQAMモードを有する別の信号を受信す
るために逆戻りされるまで再入手されなくてはならない
ことはないであろう。
に同期固定信号の再正規化限界値をリセットするために
同期固定信号を使用する。これは、ヴィタービ・デコー
ダが、いったん固有のQAMモードが決定されて同期外条
件を間違って宣言するであろうことの確率を低くする。
178から出力された開始信号は、制御バス30に併合
され、3つの別の構成部、すなわちトレリス・デコーダ
・フォーマット器94とデインターリバ96とリード・
ソロモン・デコーダ98、を開始するために使用され
る。デジタル“1”のような単一ビットであり得るとこ
ろの開始信号は、トレリス・デコーダより現在出力され
ている8ビット・バイトを3、4、又は5ビットのニッ
ブルから再度生み出すためにトレリス・デコーダ・フォ
ーマット器94を開始するであろう。受信器が16-QAMモ
ードで動作しているなら、3ビットのニッブルは、必要
な8ビットの出力バイトを供給するためにトレリス・デ
コーダ・フォーマット器により処理されるであろう。例
えば、フォーマット器は、第2ニッブルの3ビット及び
8ビット・バイトを生み出すための第1の2ビットを併
せて第1ニッブルの3ビットを組み立てる。32-QAMの動
作において、4ビットのニッブルは、8ビット・バイト
に組み立てられるであろう。64-QAMの動作においては、
5ビットのようなニッブルからのデータは、8ビット・
バイトに組み立てられるであろう。
・ソロモン・デコーダ98による使用のため固有的にデ
ータをインターリーバするためにデインターリーバ96
のタイミングを開始する。開始信号は、最初のデータの
一片がデインターリバ96から到着するであろう時に決
定をするためにリード・ソロモン・デコーダにより使用
される。このやりとりで、リード・ソロモン・デコーダ
は、入り込むデータのブロックの各の新しいワードが開
始する時にわかるであろう。
選択的なQAM通信システムを提供することは、理解され
るはずである。送信器は、多数のQAMモードのいかなる
1つのものでも送信できる。受信器は、送信された特定
のQAMモードを検出するであろうし、受信されたデータ
を従属的に解読するであろう。図示された実施例で、受
信器は、同期条件が満たされるまで別のQAMモードを使
用して受信されたデータを解読しようと試みる。同期条
件は、3つの別々の同期テストが満たされた時に達成さ
れる。第1同期テストで、ヴィタービ・デコーダは、そ
の内側経路のメートル数の再正規化率を監視する。再正
規化率が限界値を下回る時、トレリス・デコーダへデー
タを入力する第1インターリーバが同期されることを指
示して、同期が宣言される。
2同期テストが開始される。60ビットの同期ワード
は、トレリス・デコーダの出力で検出される。同期ワー
ドは、スクランブルされていない送信器から受信される
が、トレリスが符号化される。同期ワードの検出は第2
インターリーバの開始を信号化し、トレリス・デコーダ
・フォーマット器、第2デインターリーバ及びリード・
ソロモン・デコーダの開始をする。この点で、第2同期
テストが、満たされる。
される24ビット同期ワードの検出を含む。デスクラン
ブラの出力でのこの同期ワードの検出は、リード・ソロ
モン・デコーダが同期されることを信号化する。
期である時、ヴィタービ(Viterbi)・デコーダの再正規
化限界値は、同期外を間違って宣言するヴィタービ(Vit
erbi)・デコーダの確率を低くするために大きい値が設
定される。全ての同期状態が一つのQAMモードで系列化
され同期の条件が満たされていないなら、QAMモードは
次ぎに高いオーダーのQAMモードに切り換えられ同期テ
ストは再び完全に同期が達成されるまで試みられる。
したが、特許請求項の範囲に述べた発明の精神と範囲か
ら逸脱することなく多数の応用及び修正がなされ得るこ
とは当業者により理解されるであろう。
ステムの送信器側のブロック図
なブロック図。
ターン。
ルされているか説明するための図。
トを定義している図。
の受信器側のブロック図。
ロック図。
ロック図。
ック図。
なブロック図。
ク図。
Claims (20)
- 【請求項1】 多数のQAMモードの一つを使用して送信
するためにソース・データを選択的に符号化するための
手段を包含している送信サブシステムと、 受信データのQAMモードを検出するための手段及び検出
されたQAMモードに従って受信データを解読するため前
記検出手段に応答する手段を包含する、前記送信サブシ
ステムからQAMデータを受信するための受信サブシステ
ムからと成るQAM通信システム。 - 【請求項2】 データの固有のQAMモードを使用して受
信データが処理される時に達成された同期条件を検出す
るための前記解読手段の少なくとも1つの出力を監視す
るための手段と、 前記同期条件が検出されるまで別々のQAMモードを使用
して前記受信データの解読を試みる前記解読手段を開始
するため前記監視手段に応答する手段から成る前記QAM
モード検出手段とから成り、 前記同期条件の検出がデコーダによる使用でその後のQA
Mモードが受信データの固有のQAMモードであることを指
示する請求項1のQAM通信システム。 - 【請求項3】 前記同期条件が満たされるために多数の
別々の同期テストを要求する、請求項2のQAM通信シス
テム。 - 【請求項4】 前記解読手段が、 トレリス・デコーダから成り、そして前記トレリス・デ
コーダの再正規化率が限界値以下である時に第1同期テ
ストが満たされることから成る、請求項3のQAM通信シ
ステム。 - 【請求項5】 前記解読手段が、 前記受信データで第1同期ワードを検出するための手段
から成り、そして前記第1同期ワードが検出される時に
第2同期テストが満たされる、請求項4のQAM通信シス
テム。 - 【請求項6】 前記解読手段が、 前記受信データで第2同期ワードを検出するための手段
から成り、 前記第2同期ワードが検出される時に第3同期テストが
満たされる、請求項5のQAM通信システム。 - 【請求項7】前記第1、第2及び第3同期テストが各々
満たされる時に前記同期条件が生じる請求項6のQAM通
信システム。 - 【請求項8】受信データのQAMモードを検出するための
手段と、 検出されたQAMモードに従って受信データを解読するた
め前記解読手段に応答する手段とから成る、多数のQAM
モードの一つで送信されたQAMデータを受信するための
受信器。 - 【請求項9】 受信データがデータの固有のQAMモード
を使用して処理される時に達成された同期条件を検出す
るための前記解読手段のすくなくとも一つの出力を監視
するための手段と、 前記同期条件が検出されるまで別々のQAMモードを使用
して前記受信データの解読を試みるための前記解読手段
を開始するため前記監視手段に応答する手段とから成る
前記QAMモード検出手段であり、 前記同期条件の検出がデコーダによる使用でのその後の
QAMモードが受信データの固有のQAMモードであることを
指示する、請求項8の受信器。 - 【請求項10】 前記同期条件は多数の別々の同期テス
トが満たされることを要求する請求項9の受信器。 - 【請求項11】 前記解読手段が、 トレリス・デコーダから成り、そして前記トレリス・デ
コーダの再正規化率が限界値以下である時に第1同期テ
ストが満たされる請求項10の受信器。 - 【請求項12】 前記解読手段が、 前記受信データで第1同期ワードを検出するための手段
から成り、そして前記第1同期ワードが検出される時に
第2同期テストが満たされる請求項11の受信器。 - 【請求項13】 前記解読手段が、 前記受信データで第2同期ワードを検出するための手段
から成り、そして前記第2同期ワードが検出される時に
第3同期テストが満たされる請求項12の受信器。 - 【請求項14】前記第1、第2及び第3同期テストの各
々が満たされる時に前記同期条件が見いだされる請求項
13の受信器。 - 【請求項15】 前記検出及び解読の手段が、 前記受信データを解読するために外側デコーダに続く内
側デコーダと、 前記内側デコーダへの入力に優先して受信データをデイ
ンターリーバするための第1デインターリーバ手段と、 前記外側デコーダへの入力に優先して前記内側デコーダ
からデータをデインターリーバするための第2デインタ
ーリーバ手段と、 前記内側デコーダの再正規化率が第1同期テストが満た
されたことを指示する限界値以下である時にその判定を
する手段と、 第2同期テストが満たされたことを指示する前記内側デ
コーダから出力されたデータで第1同期ワードを検出す
るための第1手段と、そして第3同期テストが満たされ
たことを指示する前記外側デコーダから出力されたデー
タで第2同期ワードを検出するための第2手段から成る
前記検出及び解読の手段であり、 前記第1、第2及び第3同期テストが各々満たされた時
に前記同期条件が達成される請求項10の受信器。 - 【請求項16】 前記内側デコーダが、選択可能な再正
規化率限界を有し且つ次に続く前記同期テストが満たさ
れないことの確率を少なくするため前記限界を減少する
ために前記同期条件の達成に応答する手段を含んでいる
ヴィタービ・デコーダである、請求項15の受信器。 - 【請求項17】 前記外側デコーダがリード・ソロモン
・デコーダである、請求項15又は16の受信器。 - 【請求項18】 更に、前記内側デコーダへの入力に優
先して前記受信データを処理するために接続されたQAM
モードに関連するキャリア回復回路、QAMモードに関連
する適応イコライザ回路及びQAMモードに関連する自動
利得制御回路の少なくとも1つを有し、 前記内側デコーダと少なくとも1つの回路が検出された
QAMモードへデータを出力するための参照用テーブルか
ら成る、請求項15から17の1つによる受信器。 - 【請求項19】 前記検出手段が検出されたQAMモード
のデータを記憶するためのメモリ手段を含む請求項8か
ら18の1つによる受信器。 - 【請求項20】 前記開始手段が低いオーダーのQAMモ
ードを使用して受信データの解読を試みる前記解読手段
をまず開始し且つ必要であれば前記同期条件が検出され
るまで次に高いオーダーのモードを試みる前記検出手段
を続けて開始する請求項9から19の1つによる受信
器。
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