JPH06209306A - 部分応答チャネル前符号化装置およびその方法 - Google Patents

部分応答チャネル前符号化装置およびその方法

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JPH06209306A
JPH06209306A JP5036184A JP3618493A JPH06209306A JP H06209306 A JPH06209306 A JP H06209306A JP 5036184 A JP5036184 A JP 5036184A JP 3618493 A JP3618493 A JP 3618493A JP H06209306 A JPH06209306 A JP H06209306A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 様々な送信コンステレーション(信号点配
置)の使用が可能な前符号化技術を用いてデジタル・デ
ータを部分応答チャネルで送る。 【構成】 一定の基準を満たす所定の基本信号点配置
(図5)から一連の信号点を選ぶ。a)現在の信号期間に
関係付けられた入力ビットの関数として基本信号点配置
から信号点を選び(9511において)、さらにb)このよう
にして選ばれた信号点をフィードバック信号(9513)と
結合する(9514)ことによって、現在の信号期間に対し
ていわゆる結合信号点を生成する。フィードバック信号
は、以前の信号期間に対して展開した結合信号点の関数
であり、この関数は部分応答チャネルの特性によって決
まる。次に、(19により)結合信号点を表す送信信号を
与える。これらのステップは、実施例により、集積化し
た前符号器/信号点配置・マッパー(951)を用いて明
示的に行うものと、テーブルの参照(図13)を用いて
暗黙のうちに行うものとがある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル・データの伝
送に関し、さらに詳細には、部分応答チャネル、即ち記
号間の干渉を導入するチャネルによるデジタル・データ
の伝送に関する。
【0002】
【従来の技術】部分応答チャネルでデータを送る問題が
多くのビジネス状況で発生する。これらの状況には、標
準テレビ信号(NTSCテレビ信号)に割り当てられた
既存の周波数帯域における高品位テレビ(HDTV)信
号の伝送が含まれる。この問題は、NTSC方式の伝送
には使用されていないためにHDTVの伝送の候補であ
るチャネルが比較的近い地域でもNTSC方式の伝送に
使用されている場合に、特に発生する。例えば、テレビ
の第3チャネルは、ニュー・ヨーク市の市街地域では現
在使用されていないが、フィラデルフィアおよびハート
フォードの両都市では使用されている。このように近接
している結果、第3チャネルをニュー・ヨーク市でHD
TVに使用することになると、そのHDTV信号は、ニ
ュー・ヨーク市のHDTV視聴者のためのフィラデルフ
ィアまたはハートフォードからの第3チャネルのNTS
C信号によって妨害されることがある。逆に、NTSC
信号がHDTV信号によって妨害されることもある。こ
のような妨害を「共通チャネル干渉」と称する。
【0003】HDTV規格(現在も検討中)において十
分に低い送信電力水準を指定することにより、HDTV
信号からNTSC信号への共通チャネル干渉を満足に処
理できると考えられてきた。さらに、NTSC信号から
HDTV信号への共通チャネル干渉を扱うために、周波
数スペクトルの特定の位置にエネルギーが集中すること
によってNTSC信号が特徴付けられるという事実に頼
ることが提案された。このようにして、それらの周波数
位置がゼロとなる櫛型フィルタをHDTV受信機を備え
ることにより、干渉するNTSC信号のかなりの部分を
除去してHDTV信号の劣化を最小限にすることが提案
された。
【0004】空中を経るTVチャネルと櫛型フィルタと
の組み合わせによって、櫛型フィルタがいわゆる「強制
的な」または人工的な記号間干渉(ISI:intersymbo
l interference)を受信信号に生成するので、部分応答
チャネルが形成される。(ここでは、「チャネル」とい
う用語を用いて、単に空中を介する放送チャネルを意味
することもあれば、その放送チャネルと受信機の種々の
構成要素との組み合わせを意味する場合もあるが、何れ
も場合も文脈から明かである。)このようなISIであ
れば、受信機の判断帰還等価器(DFE:decision fee
dback equalizer)を使用することによって処理するこ
とができる。しかしながら、DFEのエラー伝播特性の
ため、強制的なISIの処理のために望ましいとは言い
難い解がこれに与えられる。したがって、代わりに、強
制的なISIを予測してこれを補償するようにHDTV
送信機に前符号器を備え、結果的に受信信号が強制的な
ISIの影響を受けないようにすることが提案された。
このような典型的な初期の前符号化技術が、「通信に関
するIEEE会報」COM23巻、第9号(1975年
9月)p.921-p.934のP.カバル(Kabal)およびS.パ
スパシー(Pasupathy)による「部分応答信号方式(Par
tial-Response Signaling)」に開示されている。
【0005】そのような有望な前符号化技術には2つの
重要な点がある。1つは、送信信号点配置の記号の数が
前符号器の異なる入力ビット・パタンの数とほぼ同じで
あるように、その符号化技術を実施しなければならない
ことである。強制的なISIはトムリンソン(Tomlinso
n)フィルタを基本とする前符号器を用いて処理するこ
とも可能であるが、そのような前符号器は、一般に、こ
の必要条件(これは、送信電力の制限および受信機の等
価器の複雑度に関する考慮から発生する)を満たさな
い。有望な前符号化技術のもう一つの要点は、送信され
る情報ビットが櫛状に濾過された信号のそれぞれの信号
点から他の信号点の値とは無関係に復元することができ
ることである。この条件は、受信機におけるエラー伝播
を回避したいという要望から発生する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術は、この点
までは、前符号器に関する必要条件を満たすことができ
たが、これは前符号器に予定されたHDTVコンステレ
ーション(信号点配置)を本質的に2種類の信号点配置
に制限することにより可能である。1つめの種類は、M
配列のパルス振幅変調(Mは2の整数乗)---M-PAM
として周知の一次元信号方式---である。もう1つの種
類は、M2配列の直交振幅変調(この場合も、Mは2の
整数乗)---M2-QAMとして周知の二次元信号方式---
である。このような制限は多くの問題をはらむ。信号点
配置・タイプのより広い配列から選択する柔軟性のある
方が、例えば、a)ビット・レートと信号点配置の大き
さとの間でよく調和させること、およびb)ピークと平
均の電力比のようなシステム設計上の考慮事項を与え、
それらの間で妥協点を見いだすことができるという点に
おいて、都合がよい。さらに、明らかになったことは、
信号点配置の広い配列から柔軟に選択できることによ
り、部分応答チャネルの前符号化を用いるシステムに、
受信されたHDTV(またはその他の)信号の品質が送
信機からの距離の関数として穏やかに劣化するような多
重化技術を容易に取り入れることができる。
【0007】従来の技術の部分応答チャネル前符号化技
術のもう1つの制限は、極めて単純な伝達特性を持つ櫛
型フィルタ以外とは容易に使用できないことであり、こ
れは、用途が実際にさらに複雑な特性を必要とする場合
には潜在的な欠点となる。
【0008】したがって、発明が解決しようとする課題
は、以上およびその他の問題点を克服し、様々な送信信
号点配置の使用が可能な前符号化技術を用いてデジタル
・データを部分応答チャネルで送ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの特徴は、
所定の基本コンステレーション(信号点配置)から一連
の信号点が選択されることである。好ましい実施例にお
いては、基本信号点配置は、2つの基準によって特徴付
けられる。1つの基準は、信号点配置の信号点が原点に
ある点を有する根底にある格子の点であるということで
ある。もう1つの基準は、その根底にある格子が基本信
号点配置を重複しないように平行移動したもの(以降、
「非重複トランスレート」と称する)の集合の結合体と
して形成できることである。ここでは、このようなトラ
ンスレートの集合を基本信号点配置の最小限非重複格子
トランスレートと称し、(基本信号点配置自体を含む)
これらのトランスレートの対応する信号点を互いの最小
限非重複格子トランスレートと言う。
【0010】このような基本信号点配置が与えられる
と、現在の記号間隔に対し、いわゆる結合信号点が、
a)現在の記号間隔に関係付けられた入力ビットの関数
として基本信号点配置から信号点を選択し、b)このよ
うにして選択された信号点を前の記号間隔に対して生成
された1つ以上の結合(された)信号点の関数である帰
還信号と結合させることによって、生成される。この関
数は、部分応答チャネルの特性によって決定される。こ
こで、結合信号点を表す送信点が与えられる。この関数
および基本信号点配置は、各結合信号点が、a)基本信
号点配置またはb)基本信号点配置の最小限非重複格子
トランスレートの何れかの信号点となるようなものであ
る。しかし、送信信号において、互いの最小限非重複格
子トランスレートであるすべての結合信号点が、同様に
表される。
【0011】実施に際しては、送信信号が、送信信号点
配置の特定の記号によって各結合信号点を表すことが好
ましく、そのような実施例において、少なくとも1つの
共通の前符号器入力ビットによって、現在送信される記
号の少なくとも2つの座標が一緒に選択されることが本
発明のもう1つの特徴である。つまり、前符号器の入力
ビットを2つの別個の「軌道」(これは、従来の技術の
特徴であったが)に分離し、それらを個別に前符号化し
て送信記号の座標を個別に特定することは不可能であ
る。
【0012】本発明のもう1つの特徴は、従来の技術で
は部分応答チャネルの前符号化を行う方法を教え得なか
ったチャネル特性に対しても部分応答チャネルの前符号
化を実行することができることである。
【0013】本発明のもう1つの特徴は、その背景にお
いて従来の技術によって用いられるもの以外の送信信号
点配置を用いて部分応答チャネル前符号化を実行できる
ことである。このように、Mを2の整数上としたときに
M-PAMまたはM2−PAMの信号点配置以外の信号点
配置を用いて部分応答チャネル前符号化を実施すること
が本発明の特徴である。
【0014】本発明によって達成される多くの目標は、
既にふれた(さらに詳細に後述する)ような従来の技術
のトウリンソン・フィルタを基にした前符号器を用いて
も実現することができる。本発明と同様に、そのような
前符号器は、前述の共通選択性---広範囲にわたるチャ
ネル特性および信号点配置の種類に関して作用する能力
---を示す点において、他の周知の前符号化方式より優
れたものとして区別することができる。しかしながら、
やはり既に述べたように、そのような前符号器は、前符
号器の入力における二進入力ワードの値の数が送信信号
点配置の記号数にほぼ等しいという必要条件(これは、
本発明および他の従来の技術によって達成される)は満
たさない。
【0015】
【実施例】図1に示したHDTVシステムにおいて、H
DTV信号源11により、HDTV信号の形式で二進入
力データを発生させる。信号源11には、例えば、始め
て生成されたアナログ・テレビ・信号をデジタル形式に
変換し、かつその信号を種々の周知の技法の何れかを用
いて圧縮するテレビ信号源符号器も含まれる。次に、そ
の結果得られる信号を放送用の送信機に加える。これに
は、チャネル符号器12が含まれる。チャネル符号器1
2は、先方での誤り訂正の基準を与えるために受信信号
に冗長ビットを追加する。このため、符号器12は、リ
ード=ソロモンまたはその他の代表的な誤り訂正符号、
符号化変調、またはこれらの組み合わせを実施する。ま
た、符号器12には、送信機自体の内部の種々の要素、
TVチャネル、および(または)受信機内部の種々の要
素などの発生源から起こる突発性の雑音がある中で全体
的なシステムの性能を高めるように符号化ビットを周知
の要領で整理し直すインタリーバが含まれることがあ
る。特に、受信機の要素には、後述の櫛型フィルタおよ
び(または)適応等価器も含まれることがある。
【0016】具体的には、信号源11は、T秒の信号期
間につきqビットをチャネル符号器12に渡し、後者
は、信号期間あたりmビット(m>q)を導線13上に
出力する。そして、これらのビット(本明細書では、
「現在の入力ビット」と称する)は、前符号器14に加
えられる。(m個の現在の入力ビットの各グループは、
前符号器14に印加されるデータの部分集合を構成し、
さらに二進データ・ワードとも考えられる。)前符号器
14の機能は、受信機によって導入される強制的な記号
間干渉(ISI)が補償されるように現在の入力ビット
を処理することである。つまり、強制的なISIの影響
を打ち消すことである。前符号器14の出力も信号期間
あたりm個のビットからなる。これらのビットを信号点
配置・マッパー17に加えると、マッパー17は、導線
15上のmビットに対し、所定の送信信号点配置から異
なる送信記号を導線18上に出力する。種々の可能な信
号点配置を本明細書の種々の図面に示したが、これらを
以下においてさらに十分説明する。次に、導線18上の
記号は、TV変調器19によってTVの放送チャネル2
0へと変調する。
【0017】受信機において、変調信号がTV復調器3
1に印加されると、導線32上に標本化されたテレビ信
号が与えられる。復調器31は、変調形式および櫛型フ
ィルタの特性によって、信号をわざわざ基本帯域までは
復調せずに、ある中間周波数に復調することもある。し
たがって、(明確には示していないが)基本帯域への最
終的な復調が、受信機内部で例えば適応等価器35の後
で引き続き実行される。この信号は、例えば比較的接近
したNTSC放送送信機によって同じTVチャネルで放
送されたNTSC信号があると、これによって汚染され
ている。NTSC信号のエネルギーの主な部分は、輝
度、色差、および音声の搬送波を中心とする3つの比較
的狭い周波数帯域に集中している。このように、NTS
C信号によって生成された共通チャネルの干渉は、これ
と同じエネルギー分布を持つので、前記の3つの周波数
において伝達特性がゼロであるため損失を与えるような
櫛型フィルタによって除去することができる。このため
に、復調器31の出力をそのような櫛型フィルタに加え
る。
【0018】また、受信信号は、例えば建物、地形から
の反射およびその他の多重経路歪を生成する現象によっ
て発生するゴーストを含む記号間干渉によっても汚染さ
れる。この汚染を補償するために、適応等価器35は、
導線34状に現れる櫛型フィルタの出力を受信して処理
する。適応等価器35は、その機能を果たす上でその等
価器が用いる信号信号点配置が基の送信信号点配置では
なく、後述のいわば拡張された受信機用信号点配置であ
る点を除いて、種々の周知の技術を用いて設計される。
次に、等価器の出力は、チャネル復号器37に渡され、
そこで、送信機におけるチャネル符号器12によって行
われる動作とは逆の動作が行われる。そして、結果的
に、信号期間あたりqビットがHDTV表示器39に加
えられ、HDTV信号が視聴者に提供される。
【0019】具体的には、櫛型フィルタ33は、(1−
ーk)特性を有するが、これは、このフィルタがk信号
期間---即ちkT秒---前に導線32に現れた標本を導線
32上の各標本から引くことを意味する。例えば、k=
12である。この動作の結果、櫛型フィルタ33は、N
TSC干渉のかなりの部分を希望どおり除去するだけで
なく、いわゆる「強制的な」または人為的な記号間干渉
(ISI)を都合よく導入するが、これは、再び後述す
る受信機における拡張された信号信号点配置の出現によ
って明かである。理論上では、受信機における判断帰還
等価器(DFE)の使用によって、この強制的なISI
を処理することができ、この等価器が、実際に元の送信
信号点配置を復元する。しかしながら、これとは引換
に、DFEのエラー伝播特性のために、好ましいとは言
い難い解が与えられる。
【0020】当分野において周知のとおり、前符号器1
4を使用した方が、望ましい解が与えられる。具体的に
は、前符号器が、強制的なISIを予測してこれを補償
するので、結果的に、導線34上の信号は強制的なIS
Iの影響を受けない。
【0021】これを理解するために、m=2であり、か
つ信号点配置・マッパー17によって実施される信号点
配置が図2に示した信号点配置であるような第1の例を
考察する。この信号点配置は、部分応答チャネル前符号
化との関連において従来の技術で使用される第1の種類
の信号点配置の実例である。この種類は、M配列のパル
ス振幅変調---Mを2の整数乗とした場合にM-PAMと
して知られる一次元信号方式である。さらに具体的に
は、図2の信号点配置は、4-PAM信号点配置であ
る。導線15に現れるm=2ビットの値の4つの可能な
組み合わせの各々が、図のように信号点配置の記号の1
つひとつに関係付けられる。信号点配置の記号の座標
は、連続した奇数の整数である。このように、ビット・
パタン00、01、10、および11でラベルを付した
記号の座標は、それぞれ−3、−1、1、および3であ
る。ビットの各対が導線15に現れると、それに関係付
けられた記号が、信号点配置・マッパー17によってT
V変調器に出力される。
【0022】さらに、櫛型フィルタ33が適応等価器3
5によって出力される記号の信号点配置に与える影響を
考察する必要がある。櫛型フィルタ33の動作の前記の
説明の考察から、等価器35の出力が図3に示した信号
点配置の記号からなることが分かる。この信号点配置--
-「拡張受信機信号点配置」と称する---は、原点を中心
とし、図2の送信信号点配置と同じ(2の)記号間隔を
有する7つの受信機の記号を有する。例として、−1に
ある記号が送信され、かつkT、即ち12T秒前に+3
にある記号が送信されていた場合、等価器の出力におけ
る記号は、座標が(−1)−(+3)=−4である記号
となる。
【0023】(当業者は周知のとおり、ガウス雑音、そ
の他のチャネルの損傷、および等価器が等価作用を完全
に為し得ないことなどの要因は、等価器の出力における
各記号が、拡張受信機信号点配置の正しい位置に正確に
当てはまらないことである。それらの記号が、寧ろ、そ
のような各位置を囲む集団に分けられる。しかし、チャ
ネル復号器37を適切に実施することにより、受信され
た各記号に対し拡張受信機信号点配置の正しい記号を高
い精度で特定することができる。)
【0024】4つの記号から7つの記号への信号点配置
の拡張にもかかわらず、従来の技術によれば、拡張受信
機信号点配置に対する記号からビットへの適切な写像と
組み合わせた前符号器14の適切な設計によって導線1
3上の現在の入力ビットを復元することが可能であるこ
とがわかる。具体的には、この例では、前符号器14
は、4を法とする加法演算を実施し、導線15上のその
現在の出力は、導線13上の現在の入力ビット対および
kT秒前に導線15に現れたビット対の4を法とする和
である。したがって、導線13上の現在の入力ビット対
が「10」で、kT秒前に導線15に現れたビット対が
「11」あったならば、導線15に現在の出力として与
えられる4を法とする和は、「01」であり、これによ
って、図2に示したように座標が−1であるような記号
の伝送が行われることになる。
【0025】このような前符号器14の実施例を図4に
前符号器414として示す。前符号器41には、モジュ
ロ4の加算器(4を法とする加算器)421が含まれ、
これによって、導線13上の現在の入力ビット対を受信
し、これを4を法として、kT秒前に出力導線15に加
算器421によって出力されたビット対に加える。後者
のビット対は、kT秒の遅延要素422によって与えら
れる。
【0026】拡張受信機信号点配置に対する記号からビ
ットへの適切な写像を図3に示す。具体的には、先に導
入した例を続けると、等価器の出力において受信される
記号は、図3から分かるようにビット対「10」(これ
は、前符号器14への入力の導線13上で仮定される現
在の入力ビット対と同じである)に対応する座標−4を
有する。ここで、これらのビットは、都合の良いこと
に、単に等価器の出力で与えられるただ1つの記号の関
数として復元されたものである。前符号器14によって
与えられるビット処理がなければ、与えられる各ビット
対が拡張受信機信号点配置の4つの記号の何れかになる
ので、導線13上に現れるビットを復元することは不可
能なはずである。
【0027】前記の前符号化の概念は、従来の技術によ
って限定的に二次元信号点配置へと拡張したものであ
る。例えば、図5の送信信号点配置を考察する。この信
号点配置は、部分応答チャネル前符号化との関連におい
て従来の技術で使用される第2の種類の信号点配置の例
である。この種類は、M2配列の直交振幅変調---この場
合もMを2の整数乗としたM2-QAMとして周知の二次
元信号方式---である。(信号方式を二次元であるとす
れば、各記号は、前の場合のように単一ではなく、2つ
の座標を有する。)ここで、M=4の場合、図5の信号
点配置は、具体的には、16QAM信号点配置である。
この送信信号点配置と共に従来の技術で使用される前符
号器は、図6に示した前符号器614である。同図に示
したように、前符号器614は、単に、前符号器414
と全く同様の2つの一次元前符号器611および612
からなる。導線13からの現在の入力ビットのうちの2
つを導線613を介して前符号器611に向かわせて、
導線615に前符号化されたビットの対を与える。導線
13からのその他の現在の入力ビットは、導線617を
介して前符号器612に向かわせて、導線619に前符
号化されたビットの第2の対を与える。導線615およ
び619のビットを導線15を介して信号点配置・マッ
パー17へと渡す。信号点配置・マッパーは、導線61
5からのビット対を用いて、図5の信号点配置から特定
の記号行を選択する。これらは、図5に示した各記号に
関係付けられた4ビットのうちの最初の2ビットであ
る。同様に、信号点配置・マッパーは、導線619から
のビット対を用いて図5の信号点配置から特定の記号列
を選択する。これらは、図5に示した各記号に関係付け
られた4ビットのうちの最後の2ビットである。
【0028】同じ櫛型フィルタを仮定して図5の信号点
配置を用いた結果として発生する拡張受信機信号点配置
が、図7の正方49記号信号点配置である。明らかに、
既に提示した一次元の場合と同様に、図7に示した二次
元信号点配置において図3の記号/ビット写像方式を繰
り返すだけで、導線13上のビットを一とおりに復元す
ることができる。
【0029】前述の従来の技術の部分応答チャネル前符
号化を行う方法は、一般に、送信信号点配置をM-PA
MまたはM2-QAMの信号点配置に限定できる限り満足
できる方法である。しかしながら、M2-QAM信号点配
置でない二次元信号点配置を使用したい場合には、導線
613および617のビット・ストリームのような2つ
の独立したビット・ストリームを用いて記号の2つの座
標を別個に選択することにより、特定の記号を特定する
ことは不可能である。これは、M2-QAM以外の信号点
配置の場合、信号点配置の何れの記号にも対応しない許
された座標の組み合わせが幾つか存在するからである。
例えば、図8を見ると、この信号点配置の記号には、水
平軸に座標「3」を有する者があり、垂直軸に座標
「3」を有する者もあるが、相互の組み合わせはない。
例えば、位置(3,3)には記号がない。事実、従来の
技術では、Mを2の整数乗とした場合、M-PAMまた
はM2-QAMの信号点配置以外の信号点配置を用いて適
切な前符号器を構成する方法が与えられない。さらに、
M-PAMおよびM2-QAMの両方の信号点配置に対
し、従来の技術では、例えばそれほど単純な特性を持た
ない櫛型フィルタを用いたシステムなどのそれほど単純
ではない部分応答チャネルに対しては適切な前符号器を
構成する方法が与えられない。本発明が目指すのは、そ
のような前符号器を与えることである。
【0030】(当分野において「信号点」および「記
号」という用語は、単に問題の信号空間における点を意
味するものとして、言い替えができるようにしばしば使
用されるが、以下の説明においては、これらの用語を区
別する。これらは実際には本明細書においても相互に交
換可能である。しかしながら、教育上明晰にするため
に、一般に「信号点」という用語は、信号空間の1点を
包括的に指す場合に用い、「記号」という用語は、実際
にチャネルとの間で送信または受信が行われる信号点を
意味する場合に用いる。)
【0031】本発明においては、所定の基本信号点配置
から一連の信号点を選択する。好ましい実施例における
基本信号点配置は、2つの基準---以降、基準Aおよび
基準Bと称する---によって特徴付けられる。基準A
は、信号点配置信号点が、原点に点を有する根底にある
格子の点であるということである。基準Bは、その根底
にある格子が、基本信号点配置の非重複トランスレート
(重複しないように平行移動したもの)の集合の結合体
として形成することができることである。ここでは、こ
のようなトランスレートの集合を基本信号点配置の最小
限非重複格子トランスレートと称し、(基本信号点配置
そのものを含む)トランスレートの対応する信号点を相
互の最小限非重複格子トランスレートであると言う。
【0032】そのような基本信号点配置が与えられる
と、現在の記号期間に対し、いわゆる結合信号点が、
a)現在の記号間隔に関係付けられた入力ビットの関数
として基本信号点配置から信号点を選択し、b)このよ
うにして選択された信号点を前の記号間隔に対して生成
された1つ以上の結合(された)信号点の関数である帰
還信号と結合させることによって、生成される。この関
数は、部分応答チャネルの特性によって決定される。こ
こで、結合信号点を表す送信点が与えられる。この関数
および基本信号点配置は、各結合信号点が、a)基本信
号点配置またはb)基本信号点配置の最小限非重複格子
トランスレートの何れかの信号点となるようなものであ
る。しかし、送信信号において、互いの最小限非重複格
子トランスレートであるすべての結合信号点が、同様に
表される。
【0033】本発明を実施する1つの方法は、統合化し
た前符号器/信号点配置・マッパーを用いて前述の信号
点処理ステップを明示的に行うことである。もう1つの
方法は、それらのステップを暗黙のうちに行うことであ
る。図1に示したように独立した前符号器および信号点
配置・マッパーを備えた後者の方法においては、前符号
器は、a)導線13からの入力ビット、およびb)帰還
信号の生成に使用する前述の前の結合(された)信号点
をビット形式で表す信号---を入力として受信する参照
テーブルとして実現される。これらの2つの入力の各組
み合わせに対するテーブルの出力は、現在の信号期間に
対して展開された結合信号点を表す前符号化されたビッ
トの集合である。これらの方法のそれぞれの例を次に示
す。
【0034】前段で説明した本発明の原理を用いた統合
的に結合した前符号器/信号点配置・マッパー951を
図9に示す。導線13の入力データ・ビットを基本信号
点配置・マッパー9511に加え、そこで、mビットの
値の異なる各組み合わせ(即ち、異なる二進データ・ワ
ード値)に対し、図10に示した基本信号点配置例のそ
れぞれの信号点を選択し、その基本信号点配置の一連の
信号点を与える。後者は、名前付きの基本信号点配置1
101である。その信号点配置は12の信号点を持つの
で、mの値は4のはずであり、それらの4ビットの12
の異なる組み合わせのみが実際に発生する。(このよう
なビット・ストリームを与える方法は、例えば、米国特
許第4,941,154号(1990年7月10日)に
説明されている。)尚、この信号点配置の信号点は、実
際に前記の基準Aのとおり原点に点を有する格子の点で
ある。さらに、図11の信号点配置(図10からの基本
信号点配置およびその(無数にある)トランスレートの
うちの6個1102〜1107を示す)により、基準B
も満足することが分かる。何れの特定のトランスレート
における信号点も、基本信号点配置の信号点を同じ所定
の量だけ平行移動(トランスレート)することによって
到達することができる。この場合、その所定の量は、i
=1,2のとき整数kiに対しk1・(4,6)+k2
(4,−6)の形式を有する。したがって、特に、トラ
ンスレート1102における各信号点は、k1=1、k2
=0の場合に相当し、基本信号点配置1101の対応す
る信号点をX次元において4、Y次元において6だけ平
行移動することによって得られる。
【0035】基本信号点配置・マッパー9511によっ
て導線9512に出力される各信号点は、加算器951
4に加えられ、そこで導線9513上の信号と結合され
(例えば、加算され)て、本明細書において「結合信号
点」と称するものが加算器の出力導線9515に与えら
れる。前記の基準AおよびBに忠実な結果として、加算
器の出力導線9515上の結合信号点の列のすべての信
号点が、基本信号点配置またはその最小限非重複格子ト
ランスレートのうちの1つの何れかであることが保証さ
れる。つまり、それは、図11の信号点の1つである。
導線9515上の信号をモジュロ素子9518に加える
と、この素子は、基本信号点配置の信号点を表す信号を
出力導線9519に与える。特に、導線9515上の信
号が既に基本信号点配置の信号点を表している場合、モ
ジュロ素子は、単にその信号点を表す信号を導線951
5に与える。これに対して、導線9515上の信号がト
ランスレートの1つにある信号点を表す場合、モジュロ
素子は、そのトランスレートの信号点が対応する基本信
号点配置の信号点を導線9519に与える。したがっ
て、例えば図11を見て、導線9515の信号が(2,
2)にある信号点---これはトランスレート1102に
ある---を表す場合、モジュロ素子9518の出力は、
基本信号点配置の信号点(−2,−4)である。
【0036】前記の導線9513上の信号は回路951
6によって発生されるが、この回路の構造は、後にその
信号に導入される強制的なISIを補償する目的で、そ
の強制的なISIの性質によって---この場合は、櫛形
フィルタによって---決定される。櫛形フィルタ33は
(1−D-k)の特性を有するので、回路9516は、D
-kの特性を有する。つまり、回路9516は、導線95
19に現れる信号点にkT秒の遅れを与える単なる遅延
要素である。要素9514、9518および9516が
組み合わされた全体的な効果は、以下においてさらに十
分に説明するように、櫛形フィルタ33の強制的なIS
Iの影響を補償することである。
【0037】本発明によれば、部分応答チャネルの特性
が整数係数を有する場合に限られる場合もあるが、如何
に複雑で、実質的に如何なる形式の強制的なISIも前
符号器/信号点配置・マッパーで都合よく補償すること
ができる。回路9516の補足特性を決定するには、部
分応答チャネルの特性ーーーこの例では、櫛形フィルタの
特性ーーーを用いるだけである。例えば、本発明の実施例
には、櫛形フィルタ33が次の伝達特性を持つものがあ
る。
【数1】 ただし、ciは整数の係数で、その幾つかはゼロでもよ
い。例えば、J≧2である。この場合、回路9516
は、ΣciD-iを実施する。従来の技術では、このよう
に複雑なチャネルに対する部分応答チャネル前符号化
も、その示唆も与えられない。このように、チャネルの
特性、したがって受信機の各記号が、現在の送信記号の
関数であり、さらにa)伝達される送信記号の他の少な
くとも2つの記号、またはb)伝達される送信記号の他
の1つの倍数---の何れかの関数であるような部分応答
チャネル前符号化を実行することが、本発明の1つの特
徴である。例としては、1−Dー10−Dー12、1+2Dー6
−Dー10、および1−2Dー12のような特性がある。
【0038】理論上は、導線9519の信号点を送信機
の出力として使用することができる。しかし、低いピー
クおよび平均の送信信号電力、位相の対象性などの種々
の周知の望ましい基準にさらに良く合致する信号点配置
を利用する方が有利である。このため、導線9519の
信号点を信号点配置・シフタ9521によってシフトし
て図8に示したような記号の信号点配置を導線18に与
える。尚、この信号点配置は、基本信号点配置を単にシ
フトしたものである。前符号化に関するこのようなシフ
トの効果は、以下に述べるように受信機において説明す
ることができる。
【0039】要するに、導線18に与えられる送信信号
は、導線9515の結合信号点を表すが、このとき、相
互の最小限非重複格子トランスレートである結合信号点
が、同様に表される、即ち、図8の送信信号点配置の1
つの特定の記号によって表される。
【0040】また、本発明によれば、図8の送信機の種
々の記号に関係付けられたビットの値が、相互に依存し
ながら、それらの記号の2つの座標の値を特定する。つ
まり、図5の従来の技術の場合は、各ワードの最初の2
ビットが行(Y座標)に関係付けられ、次の2ビットが
列(X座標)に関係付けられていたが、これとは異な
り、関係する記号の行または列の何れかを決定するため
には、図8において各ワードのすべてのビットを調べる
必要がある。前述のように、この状況において従来の技
術によって用いられるものとは異なる信号点配置の使用
を許すのは、実に本発明のこの点なのである。
【0041】ここで、本発明と既に述べた従来の技術で
周知のトムリンソン・フィルタ・ベースの前符号化方式
との間の相違点を指摘する。このような前符号器は、一
般に図9に示したものと類似の構造を持つ。しかし、こ
の従来の技術の構造では、本発明が示すような基本信号
点配置の概念は具体化しない。寧ろ、マッパー9511
が、図8の信号点配置のような信号点配置を実施する。
また、信号点配置・シフタの概念は全く無い。これらの
相違の結果、導線18上の送信信号点配置は、マッパー
9511において実施される信号点配置とは極めて意味
深い面で異なる。特に、この場合の送信信号点配置は、
この例では図8の信号点配置よりはるかに多くの記号か
らなる。これは、既に述べたように実に不利である。量
的には、本発明は、(図4および6に関連して既に述べ
た従来の技術と同様に)記号数が前符号器の異なる入力
ビット・パタンまたはワード値の数とほぼ同じであるよ
うな送信信号点配置を与える。前記の例では、基本信号
点配置・マッパー9511に適用される前符号器の異な
る入力ビット・パタンが12あり、導線18に現れる送
信信号点配置には12の記号がある。対比すると、トム
リンソン・フィルタを基本とする方法では、さらに多く
の記号を有する送信信号点配置となる。
【0042】櫛形フィルタ33は、各結合信号点に対
し、ある出力を与える。さらに、櫛形フィルタ33の
(1−Dーk)特性の直接的な結果として、等価器35に
より出力される記号は、図12の37記号の拡張受信機
信号点配置の記号である。この拡張受信機信号点配置
は、基本信号点配置(図10の基本信号点配置と同一で
ある)にその種々のトランスレート1202〜1207
のある記号を加えたものからなる。拡張受信機信号点配
置の各記号は、図12に示すように1つの関係付けられ
たビット・パタンを持つ。特に、基本信号点配置の12
の記号に関係付けられたビット・パタンは、図10に示
したように送信器において関係付けられたビット・パタ
ンと同じであり、一方、拡張受信機信号点配置内部の基
本信号点配置の何れかのトランスレートの12の記号に
関係付けられたビット・パタンは、それに関係付けられ
た基本信号点配置記号のビット・パタンと同じである。
したがって、図12において(6,0)、(2,−6)
および(2,6)にある記号は、基本信号点配置の(−
2,0)の記号に対応するそれぞれのトランスレートに
おけるすべての記号であり、4つの記号は、すべてビッ
ト・パタン0011に関係付けられている。
【0043】拡張受信機信号点配置の記号ストリーム
は、例えばチャネル符号器12によって行われる符号
化、許される受信機の複雑さなどの性質により種々の技
法の何れかによって、等価器の出力からチャネル復号器
37によって特定され、さらにそれに対応するビット
が、HDTV表示器39に渡される。勿論、符号器は、
その内部に、図12の表現が記憶されているので、受信
機の記号ストリームが一旦決定されると、導線13に本
来現れた入力データを復元することができる。
【0044】前記の例により、組み合わせた前符号器/
マッパー951を背景として本発明を例証したが、この
構造は、図1に示したように別個の前符号器14および
マッパー17として表し、さらに実施することも可能で
ある。このために、a)その入力として、現在のm個の
入力ビットおよびkT秒前に出力された記号(ここで
は、「前の記号」と称する)、そしてb)その出力とし
て、現在の出力記号---を持つテーブルを構成する。そ
のようなテーブルを図13に示す。実際に実施する場
合、一般に図8のビット・パタンを用いて前の記号を表
す。このテーブルは、12の可能な前の出力記号にそれ
ぞれ関係付けられた12の可能な入力ビット・パタンに
対応する144のエントリを持つ。入力ビットと前の記
号の各組み合わせに対応する現在の出力記号には、前符
号器/マッパー951によって実施される方法論を用い
て到達する。このテーブルにおいて、現在および前の記
号は、共に図8に示したビット・パタンによって表さ
れ、これには、信号点配置・シフタ9521によって実
行される前記のシフトを行い、そのビット・パタンを伝
えることによって到達する。教育的便宜のために、記号
の座標も示す。
【0045】このように構成されたテーブルは、前符号
器14として機能する。つまり、m個の入力ビットの各
グループをm個の出力ビットのグループへと変換する。
次に、変換された出力ビットを用いて、図8に示したビ
ットから記号への割り当て方式にしたがって信号点配置
・マッパー17にアドレス指定する。
【0046】本発明の前記の特徴を実例で示すために、
テープルの具体的なエントリを図13に示す。本発明の
この特徴は、この状況で従来の技術で用いられる送信信
号点配置以外のものを用いるべく前符号化を実行するた
めに、つまり、M-PAMまたはM2-QAMの信号点配
置以外の信号点配置を用いて部分応答チャネル前符号化
を実行するために、現在送信される記号の両方の座標
が、少なくとも1つの共通の前符号器入力ビットによっ
て共通に選択されることである。つまり、従来の技術の
場合(例えば、図6)のように前符号器の入力ビットを
2つの別個の「軌道」に分離し、それらを個別に前符号
化して、送信される記号の座標を個別に特定することは
不可能である。換言すれば、座標の両方を選択するため
に、前符号器の入力ビットの少なくとも1つは使用す
る。(この公式化は、二次元信号点配置の使用を仮定し
ている。2N次元信号点配置の一般的な場合(N>
1)、「両方」という単語を「少なくとも2つ」という
語句で置き換えることができる。)
【0047】前記の内容を理解するために、図13のテ
ーブルにおいて前に送信された記号が記号(3,1)で
あるような部分に焦点を合わせる。そのような12のエ
ントリのうち連続する3つのものを示すが、これらは、
入力ビット値0000、0001および0010に対応
する。これらのうち第1および第3のものを見て、図9
に関連して既に説明した処理を実行すると、現在送信さ
れる記号は、(表に示したように)第1の場合が(3,
1)にある記号で、第2の場合が(1,−1)にある記
号であることが分かる。尚、これらの2つの入力ワード
は、1つのビット位置が異なるだけであるが、結果的に
現在送信される記号のX座標およびY座標は異なり、X
座標が3および1であり、Y座標が1および−1であ
る。結果として、これら2つの4ビット入力ワードを、
1つの軌道のビットで現在送信される記号のX座標を決
定し、他方の軌道のビットでそのY座標を決定するよう
な2つに軌道に分離することは不可能である。結果的
に、XおよびY座標の両方を決定するためにその値が使
用されるような少なくとも1つのビット---この場合
は、第3のビット---が必然的に存在する。部分応答チ
ャネル前符号化を用いるシステムにおいてM-PAMお
よびM2-QAM以外のものの使用を許すのは、実に本発
明のこの点である。
【0048】もう1つの点を説明する。前段の実施例に
おいて、拡張受信機信号点配置内部の基本信号点配置の
記号に対するビット写像は、送信機において基本信号点
配置に用いられるものと同じである。これは、櫛形フィ
ルタが1つの記号を別な記号から引いてその出力を与え
るという事実による。このように、信号点配置・シフタ
9521によって行われるシフトは、櫛形フィルタの出
力には全く影響を与えない。しかし、すべての部分応答
チャネルが、この効果を示すわけではない。したがっ
て、拡張受信機信号点配置に対する記号からビットへの
適切な写像によって、信号点配置・シフタ9521によ
り実行されるシフトを補償する必要がある。そのシフト
を定義するベクトルは、部分応答特性の係数(正でも負
でもよい)の和によって乗じると、別のベクトルとな
る。次に後者のベクトルを用いて、拡張受信機信号点配
置内部の基本信号点配置をそのビット写像とともにシフ
トする。以前と同様に、拡張受信機信号点配置内部の新
たにシフトされた基本信号点配置の何れのトランスレー
トの記号に関係付けられたビット・パタンも、それが関
係付けられたシフトされた基本信号点配置記号のビット
・パタンと同じである。
【0049】本発明の原理を具体化するシステムにおい
て送信信号点配置として用いることができる他の信号点
配置の例を図14〜16に示す。特に、図15の信号点
配置、そして実際は図8の信号点配置も、いわゆる一般
化した正方信号点配置の例である。図16の信号点配置
は、いわゆる一般化した六角信号点配置の例である。
(これらの送信信号点配置のそれぞれに対応する適切な
基本信号点配置には、送信信号点配置をそれが原点に信
号を持つようにシフトすることによって、容易に到達す
ることができる。)
【0050】本発明の利点は、基本信号点配置・マッパ
ー9511によって行われるビットから記号への写像が
任意に決定できることである。つまり、如何なる写像が
用いられても、前符号化の都合の良い結果が同じように
良く達成される。結果的に、特定の写像を指定して、さ
らに所望の目的を達成することが可能である。特に、前
述のように、チャネル符号器12により、符号化変調を
実施してもよい。これにより、ビットから記号への写像
にある制約を課すことになる場合がある。しかしなが
ら、今述べたように前符号化が写像によって実行できる
場合、本発明によって部分応答チャネル前符号化を用い
るシステムに符号化変調方式を含めることに全く支障は
ない。
【0051】以上は、単なる本発明の原理の説明であ
る。したがって、例えば、二次元信号点配置を用いるシ
ステムを背景として本発明を例示したが、本発明は、一
次元のみの信号点配置(これは、部分応答チャネルが複
雑な特性を有する場合に特に有用である)、または2以
上の次元を有する信号点配置を用いるシステムにも同様
に適用することができる。信号点配置には、システムの
必要条件に応じて、いろいろな数のシステム点を持たせ
ることができる。本明細書において明らかに示した各信
号点配置は、特定の幾何学的特性を有する信号点配置の
一群の全体を表すものである。
【0052】さらに、本発明は、いわゆる「一様に配列
された」信号点配置には限定されず、この点に対して示
しかつ説明した信号点配置は、すべて例である。寧ろ、
本発明は、一様でない信号点配置に関して用いることが
できる。一様でない信号点配置を用いる好ましい実施例
において、一様でない信号点配置の記号の信号空間にお
ける位置は、根底にある格子の点に対応し、送信信号点
配置は、有限な領域の内部の根底にある格子のすべての
点からなる。一般に、一様でない信号点配置より送信信
号点配置の方に多くの点がある。この送信信号点配置に
対応する適切な基本信号点配置には、送信信号点配置を
それが原点に点を有するようにシフトすることによって
到達することができる。基本信号点配置のそれらの点の
すべてが、m個の入力ビットによって実際にアドレス指
定されるわけではなく、寧ろ一様でない信号点配置それ
自体にある記号に対応する信号点のみである。(一様で
ない信号点配置を用いた部分応答チャネル前符号化の応
用によっては、トムリンソン・フィルタを用いることに
よって前符号化を実行した方が望ましい場合もある。)
【0053】尚、特許請求の範囲に記載した参照番号
は、発明の容易なる理解のためで、その技術的範囲を制
限するように解釈されるべきではない。
【0054】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、様
々な送信信号点配置の使用が可能な前符号化技術を用い
てデジタル・データを部分応答チャネルで送ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施が可能なHDTVシステムのブロ
ック図である。
【図2】従来の技術において用いられるある種の送信コ
ンステレーション(信号点配置)に典型的な4−PAM
を示す図である。
【図3】図2の送信信号点配置の使用の結果発生する拡
張された受信機の信号点配置を示す図である。
【図4】図2の送信信号点配置に関連して図1のシステ
ムにおいて使用可能な前符号器のブロック図である。
【図5】従来の技術において用いられる第2の種類の送
信信号点配置の典型的な16−QAM送信信号点配置を
示す図である。
【図6】図5の送信信号点配置に関連して図1のシステ
ムにおいて使用可能な前符号器のブロック図である。
【図7】図5の送信信号点配置の使用の結果発生する拡
張された受信機の信号点配置を示す図である。
【図8】本発明により図1のシステムのための送信信号
点配置として使用できるようにした12記号信号点配置
を示す図である。
【図9】本発明を実施するために図1のシステムにおい
て用いることができるように統合した前符号器/信号点
配置・マッパーのブロック図である。
【図10】前符号器/信号点配置・マッパーなどで使用
され、図8の送信信号点配置に対応するいわゆる基本信
号点配置を示す図である。
【図11】図10の性質の説明に役立つ信号の平面表示
である。
【図12】図8の送信信号点配置および図10の基本信
号点配置を使用することにより発生する拡張された受信
機信号点配置を示す図である。
【図13】本発明の原理を利用した前符号器を参照テー
ブルで実現したものを示す図である。
【図14】その他の送信信号点配置の例を示す図であ
る。
【図15】その他の送信信号点配置の例を示す図であ
る。
【図16】その他の送信信号点配置の例を示す図であ
る。
【符号の説明】
11 信号源 12 チャネル符号器 14、414、614 前符号器 17 信号点配置・マッパー 19 HDTV変調器 20 TV放送チャネル 31 TV復調器 33 櫛型フィルタ 35 適応等価器 37 チャネル復号器 39 HDTV表示器 421 モジュロ4の加算器 422 kT秒の遅延要素 611、612 一次元前符号器 951 統合化した前符号器/信号点配置・マッパー 9511 基本信号点配置・マッパー 9514 加算器 9516 kT秒遅延器 9518 モジュロ素子 9521 信号点配置・シフタ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力データに応じて、所定の基本コンス
    テレーション(信号点配置)から信号点のシーケンスを
    選択する手段(9511)と、 一連の結合(された)信号点を与えるために、前記の選
    択された各信号点と帰還信号とを結合する手段(951
    4、9516、9518)と、ここで、前記帰還信号
    が、前に与えられた少なくとも1つの結合信号点の所定
    の関数であり、さらに前記基本信号点配置および前記関
    数が、前記結合信号点の一部が前記基本信号点配置の信
    号点であり、かつその他の結合信号点が前記基本信号点
    配置の最小限非重複格子トランスレートの信号点である
    ように構成されるものとし、 相互の最小限非重複格子トランスレートである結合信号
    点がすべて同様に表されるように、前記結合信号点を表
    す送信信号を与える手段(9521)とを備えたことを
    特徴とする部分応答チャネル前符号化装置。
  2. 【請求項2】 基本信号点配置の信号点が、原点に点を
    有する根底にある格子の点であり、かつ前記の根底にあ
    る格子が、基本信号点配置の非重複トランスレートの結
    合体として形成できることを特徴とする請求項1記載の
    装置。
  3. 【請求項3】 前記装置が、強制的な記号間干渉を導入
    する通信チャネルに前記送信信号を適用する手段(1
    9)をさらに備え、 前記の所定の関数が、前記の強制的な記号間干渉を打ち
    消すものであることを特徴とする請求項2記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記の与える手段が、所定の送信信号点
    配置の特定の1つの記号によって前記送信信号における
    各結合信号点を表すことを特徴とする請求項3記載の装
    置。
  5. 【請求項5】 前記送信信号点配置が、前記基本信号点
    配置をシフトしたものであることを特徴とする請求項4
    記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記通信チャネルが、各結合信号点に対
    する出力を与える櫛形フィルタ(33)を備え、 前記の選択する手段が、前記入力データのそれぞれの部
    分集合に応じて、前記シーケンスの各信号点を選択し、
    かつ前記所定の関数が、入力データの各部分集合を前記
    櫛形フィルタのそれぞれの出力から該櫛形フィルタの他
    の出力の何れとも独立して復元することを可能にするよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項3記載の装
    置。
  7. 【請求項7】 前記送信信号を通信チャネルに適用する
    手段(19)と、 前記通信チャネルから前記送信信号を復元する手段(3
    4)と、 前記入力データを復元するために、受信された送信信号
    を処理する手段(35、37)とをさらに備えたことを
    特徴とする請求項1記載の装置。
  8. 【請求項8】 入力データを受信するステップと、 前記入力データに応じて所定の送信信号点配置の送信記
    号のシーケンスを生成するために、前記入力データを処
    理する処理ステップと、 前記送信記号の各々が、少なくとも第1および第2の座
    標を有するものとし、所定の部分応答特性を有し且つ前
    記の送信記号のシーケンスに応じて拡張受信機信号点配
    置の受信機記号のシーケンスを与えるチャネルによって
    前記の送信記号のシーケンスを通信する通信ステップと
    を備え、 前記処理ステップが、前記入力データの部分集合の連続
    の各々に対し、前記送信信号点配置のそれぞれの記号を
    選択する選択ステップを含み、 前記選択および前記信号点配置が、前記の各部分集合が
    それぞれの前記受信機記号から前記受信機記号の他の何
    れとも独立して復元することができるように構成され、 前記部分集合が、前記送信信号点配置の記号数にほぼ等
    しい所定の数の異なる値を持ち、 前記選択ステップが、送信記号の少なくとも幾つかの座
    標の少なくとも2つがそれぞれの部分集合のすくなくと
    も一部によって共通に選択されることを特徴とする部分
    応答チャネル前符号化方法。
  9. 【請求項9】 前記送信信号点配置および前記拡張受信
    機信号点配置が、M2-QAM信号点配置以外の信号点配
    置であることを特徴とする請求項8記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記入力データが、二進データであ
    り、 各部分集合の各々が、前記二進データのそれぞれのビッ
    トからなる二進ワードであり、 選択される各送信信号点配置記号が、前記二進ワードの
    それぞれのビットの値の関数として選択され、 前記部分集合の前記一部が、それぞれの二進ワードの少
    なくとも1つのビットであることを特徴とする請求項8
    記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記通信ステップにおいて、前記チャ
    ネルが、櫛形フィルタを備え、 前記櫛形フィルタの異なる出力が、それぞれ前記拡張受
    信機信号点配置の記号の1つひとつに対応することを特
    徴とする請求項8記載の方法。
  12. 【請求項12】 受信機記号の前記シーケンスから前記
    入力データを復元するステップをさらに備えたことを特
    徴とする請求項8記載の方法。
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