JPH10135888A - Ｖｓａｔ衛星通信システム - Google Patents

Ｖｓａｔ衛星通信システム

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JPH10135888A
JPH10135888A JP9188836A JP18883697A JPH10135888A JP H10135888 A JPH10135888 A JP H10135888A JP 9188836 A JP9188836 A JP 9188836A JP 18883697 A JP18883697 A JP 18883697A JP H10135888 A JPH10135888 A JP H10135888A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 並列連結符号化を利用するＶＳＡＴ衛星通信
システムを提供する。 【解決手段】 各ＶＳＡＴ局が、複数のコンポーネント
符号化器を有し、情報源から受信したデータ・ビットの
ブロックに並列連結符号を適用してコンポーネント符号
ワードを発生し、該符号ワードのビットをフォーマッテ
ィングして合成符号ワードを供給する並列連結符号化器
（２８）、送信用にデータ・パケットを組み合わせるパ
ケット・フォーマッタ（３０）、データ・パケットを受
け取って、変調された信号を供給する変調器（３２）、
アップコンバータ（３４）、アンテナ（２４）にを接続
するインターフェイス、ダウンコンバータ（４２）、受
信信号に同期化して該受信信号を復調する復調器（４
４）、復調された信号から受信合成符号ワードを形成す
るパケット−符号ワード・フォーマッタ（４６）、およ
び複数のコンポーネント復号器を有していて、受信合成
符号ワードを復号する復号器（４８）を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に衛星通信シス
テムに関するものであり、更に詳しくは入りのリンクお
よび出のリンクの一方または両方で並列連結符号化を利
用するＶＳＡＴ衛星通信システムに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】衛星を介して低コストの超小型地上局
（ＶＳＡＴ；Ｖｅｒｙ Ｓｍａｌｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ
Ｔｅｒｍｉｎａｌ）使用するマルチメディア通信に対
する需要が出現している。現在産業上で一般に実用され
ているものよりも小さい開口のアンテナを利用する利点
には、反射器のコストの低減、運送コストの低減、取付
け用装置および労力の低減、並びに余り目立たない外観
による顧客への受け入れ易さが挙げられる。しかしなが
ら、小さい開口のパラボラ・アンテナを使用すると、ネ
ットワーク容量の望ましくない減少を招くことがある。
その理由は、アンテナ寸法の減少に関連して、（１）ア
ンテナ利得の減少に伴って受信および送信信号パワーが
減少すること、および（２）米国連邦通信委員会（ＦＣ
Ｃ）規則により、隣接の衛星軌道スロットにおける干渉
パワーフラックス密度を制限するために規定寸法よりも
小さいアンテナを利用するＶＳＡＴによって送信される
パワーが制限されているからである。また、ＶＳＡＴの
コストを低減するために同じか又はより低いパワー出力
のＶＳＡＴパワー増幅器が使用されると、パワー制限の
ためにネットワーク容量が更に減少する。
【０００３】残念なことに、これらの問題を解決するた
めに（ある種のＶＳＡＴ伝送では代表的である）短いデ
ータ・ブロックで所望の大きな符号化利得を得ること
は、従来の符号化技術を使用すると必要な帯域幅効率お
よび復号器の複雑さにより、困難である。従って、アン
テナ開口を小さくしたＶＳＡＴを使用するとき、スペク
トル効率のよい技術を用いて必要な１ビット当たりのエ
ネルギ（Ｅｂ）と雑音パワースペクトル密度（Ｎｏ）と
の比を低減することによって、ネットワーク容量を増大
するようにした衛星通信システムが要望される。
【０００４】
【発明の概要】本発明によれば、ＶＳＡＴ衛星通信ネッ
トワークはその入りのリンクおよび出のリンクの一方ま
たは両方で並列連結符号化を利用する。一態様では、パ
ケット伝送、クレジットカード処理および音声圧縮通信
で典型的である短いデータ・ブロックの場合、この様な
並列連結符号化方式におけるコンポーネント（ｃｏｍｐ
ｏｎｅｎｔ）符号として非再帰的系統的テイルバイティ
ング（ｔａｉｌ−ｂｉｔｉｎｇ）コンボリューション符
号が使用される。ファイル伝送で典型的である長いデー
タ・ブロックの場合、ＶＳＡＴおよびネットワーク中心
局は再帰的系統的コンボリューション符号を利用する。
【０００５】本発明の好ましい態様では、上記の並列連
結符号化技術がスペクトル拡散変調に関連して使用さ
れ、その結果、送信信号の全パワースペクトル密度に関
するＦＣＣ規則を満足し且つ隣接の衛星からの干渉を軽
減するシステムが得られる。本発明の一態様によれば、
衛星を介して通信を行うために複数のＶＳＡＴ局を有す
るＶＳＡＴ衛星通信システムが提供される。各々のＶＳ
ＡＴ局は、（１）並列連結関係に接続された複数のコン
ポーネント符号化器を有していて、情報源から受信した
データ・ビットのブロックに並列連結符号を適用して、
コンポーネント符号ワードを発生する並列連結符号化器
であって、コンポーネント符号ワードのビットをフォー
マッティングして合成符号ワードを供給するする符号ワ
ード・フォーマッタを有する並列連結符号化器、（２）
送信のためにデータ・パケットを組み合わせるパケット
・フォーマッタであって、各々のデータ・パケットが少
なくとも１つの合成符号ワードからのビットを有してい
るパケット・フォーマッタ、（３）データ・パケットを
受け取って、変調された信号を供給する変調器、（４）
変調された信号を搬送波周波数まで移すアップコンバー
タ、（５）変調された信号を衛星へ送信し且つ衛星から
の変調された信号を受信するためにアンテナに各々のＶ
ＳＡＴ局を接続するインターフェイス、（６）受信信号
を搬送波周波数から中間周波数へ移すダウンコンバー
タ、（７）受信信号に同期化して該受信信号を復調する
復調器、（８）復調された信号から受信合成符号ワード
を形成するパケット−符号ワード・フォーマッタ、およ
び（９）複数のコンポーネント復号器を有していて、受
信合成符号ワードを復号する合成復号器を含む。
【０００６】一実施態様では、並列連結符号化器を構成
するコンポーネント符号化器は、データ・ビットのブロ
ックにコンボリューション符号を適用する。この並列連
結コンボリューション符号は再帰的系統的符号で構成さ
れる。或いは、並列連結コンボリューション符号はテイ
ルバイティング非再帰的系統的符号で構成される。コン
ポーネント復号器は円形ＭＡＰ復号器で構成される。
【０００７】本発明の一実施態様では、変調器はスペク
トル拡散変調器で構成され、復調器は逆拡散復調器で構
成される。並列連結符号が外部符号と直列連結状態に接
続された内部並列連結符号を有し、復号器が内部並列連
結符号と関連する内部復号器および外部直列連結符号と
関連する外部復号器を有する。符号化器および復号器
は、スイッチを介して複数の符号化オプションを選択可
能であるプログラマブル符号化器／復号器システムを構
成する。符号化／復号オプションとして、（１）並列連
結符号化、（２）内部並列連結符号と直列連結した外部
符号、（３）外部符号化器および内部単一コンポーネン
ト符号化器を有する直列連結符号化、および（４）ただ
一つのコンポーネント符号化器が利用されるような単一
符号が含まれる。
【０００８】更に別の実施態様では、少なくとも１つの
中心局が設けられ、各々のＶＳＡＴ局の変調器が送信す
べき各データ・パケットに複数の拡散系列の内の１つを
適用するスペクトル拡散変調器で構成される。該拡散系
列は複数の集合にグループ分けされ、各集合は少なくと
も１つの拡散系列を有し、拡散系列の各集合は符号化オ
プションの１つと関連している、中心局は、各々の拡散
系列に対して少なくとも１つの逆拡散復調器および複数
の復号器を含む。中心局は衛星から受信した複数の信号
を復調および復号し、該信号は時間的に重なり合う期間
に送信され、且つその各々の信号は符号化オプションの
１つを利用すると共にそれに関連する拡散系列を利用す
る。復号器は逆拡散復調器によって識別された拡散系列
に基づいて各々の受信信号に対して構成される。中心局
は、ＶＳＡＴ局と星形結合を構成するように設けられ
る。別の実施態様では、並列連結符号化器が更に、所定
のパンクチャリング・パターンに従ってコンポーネント
符号ワードから符号ビットを削除するパンクチャリング
機能を有し、また合成復号器が、符号ワード内のパンク
チャリングされたビットに対してニュートラル値を挿入
する逆パンクチャリング（ｄｅｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ）
機能を有する。
【０００９】本発明の特徴および利点は添付の図面を参
照した以下の説明から明らかになろう。
【００１０】
【発明の詳しい説明】本発明は、例えば並列連結テイル
バイティング・コンボリューション符号および並列連結
再帰的系統的コンボリューション符号（いわゆる「ター
ボ・コード」）を含む並列連結符号化技術、並びにそれ
らの復号を利用するＶＳＡＴ衛星通信システムである。
具体的には、並列連結テイルバイティング・コンボリュ
ーション符号の場合、復号器は１９９６年４月１９日出
願の米国特許第０８／６３６，７４２号明細書に記載さ
れているような円形ＭＡＰ復号を行う復号器が利用され
る。
【００１１】並列連結符号化は、ＶＳＡＴ衛星通信ネッ
トワークの入りのリンク（ＶＳＡＴから中心局へ）の伝
送または出のリンク（中心局からＶＳＡＴへ）の伝送で
使用される。更に、並列連結符号化は、直接的なピア・
ツウ・ピア（ＶＳＡＴ相互間）伝送の場合の誤り訂正／
検出符号化を構成するために利用することが出来る。一
実施態様では、パケット伝送、クレジットカード処理お
よび音声圧縮通信で典型的である短いデータ・ブロック
の場合、この様な並列連結符号化方式におけるコンポー
ネント符号として非再帰的系統的テイルバイティング・
コンボリューション符号が使用される。ファイル伝送で
典型的である長いデータ・ブロックの場合、ＶＳＡＴお
よびネットワーク中心局は再帰的系統的コンボリューシ
ョン符号を有する並列連結符号化を利用する。
【００１２】本発明によれば、スペクトル拡散変調に関
連してこれらの並列連結符号化技術を使用して、送信信
号の所要の有効放射パワーおよびパワースペクトル密度
を低減することにより、上述のＦＣＣ規則を遵守するた
めの非常に有効な解決策が得られる。その上、この組合
せにより、隣接の衛星からの干渉が軽減される。図１
は、本発明に従って並列連結符号化を利用するＶＳＡＴ
衛星通信システムのブロック図である。このシステムは
基本的には多数のＶＳＡＴ局、および通信用トランスポ
ンダを有する衛星１２で構成され、それに中心局１４が
含まれることがある。ＶＳＡＴネットワーク内の通信は
一方向または二方向のいずれかでもよく、また（１）Ｖ
ＳＡＴ相互間で直接に（すなわち、環状結合構成で）お
よび（２）ＶＳＡＴから中心局へおよび／または中心局
からＶＳＡＴへ（すなわち、星形結合構成で）、種々の
経路で行うことができる。
【００１３】図１に示すように、ＶＳＡＴ局１０は、送
信器信号処理装置２０、受信器信号処理装置２２および
アンテナ２４を有する。本発明によれば、ＶＳＡＴの送
信器信号処理装置２０は、情報源２６からデータを受け
る入力ポート２５、情報源から受信したデータ・ビット
のブロックに並列連結符号を適用する符号化器２８、デ
ータ・パケット（符号化器２８からの１つ以上の符号ワ
ードを有する）と同期化ビット・パターンと制御信号ビ
ットとを作成するパケット・フォーマッタ（ｆｏｒｍａ
ｔｔｅｒ）３０、変調器３２、変調された信号を搬送波
周波数まで移すアップコンバータ３４、パワー増幅器
（ＰＡ）３６、および適当なインターフェイス（例え
ば、スイッチまたはフィルタ送受切換器）を介したアン
テナ２４への接続部を含んでいる。ＶＳＡＴの受信器信
号処理装置２２は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４０、受信
信号を搬送波周波数から中間周波数へ移すダウンコンバ
ータ４２、同期化および復調を行う復調器４４、パケッ
ト−符号ワード・フォーマッタ４６、送信器で利用され
た並列連結符号に適した復号器４８、および受信したメ
ッセージ（すなわち、データ・ビットのブロック）を情
報終端装置５０へ伝達する出力ポート４９を含んでい
る。図１で、図面の簡単化のために、詳しいブロック図
は１つのＶＳＡＴについてだけ示してある。
【００１４】復調器によって行われる同期化機能は、搬
送波周波数同期化、フレーム同期化、シンボル同期化、
および必要な場合は搬送波位相同期化を含む。シンボル
同期化は、シンボル決定エラーの確率を最小にするため
に復調器出力に対して最良のサンプリング時間（すなわ
ち、シンボル・エポック）を推定するプロセスである。
フレーム同期化は、受信したデータ・フレーム（連続送
信の場合）またはパケット（不連続な送信の場合）内の
第１のシンボルに対するシンボル・エポックを推定する
プロセスである。
【００１５】スペクトル拡散信号がＶＳＡＴによって送
信される場合、図１のＶＳＡＴの変調器は拡散機能を含
み、且つＶＳＡＴの復調器は逆拡散（ｄｅｓｐｒｅａｄ
ｉｎｇ）減縮機能を含む。スペクトル拡散技術は、デー
タ信号とは独立で疑似ランダムであるチップ（ｃｈｉ
ｐ：直接拡散変調方式の場合）およびホップ（ｈｏｐ：
周波数ホッピング拡散変調方式の場合）を有する拡散信
号を加えることによって、変調されるデータ信号の帯域
幅に比べて信号帯域幅を増大する。直接拡散変調方式の
場合、＋１または−１の値を持つチップの疑似ランダム
系列に対応する信号がデータ信号に乗算される。チップ
・パルスの持続期間は変調されるデータ信号のシンボル
期間よりも短く、従って、その結果得られる信号の帯域
幅は元の変調される信号の帯域幅よりも大きくなる。周
波数ホッピング変調方式の場合、変調される信号の搬送
波周波数が疑似ランダム・パターンに従って周期的に変
更される。この場合も、拡散信号の帯域幅は元の変調さ
れる信号の帯域幅よりも大きくなる。
【００１６】復調器における逆拡散は、受信した信号か
ら拡散を取り除くプロセスである。代表的には、復調器
は、直接拡散変調の場合は受信信号を拡散信号のレプリ
カとの相関をとって、スペクトル拡散信号の逆拡散を行
い、また周波数ホッピング拡散変調の場合は、送信局で
用いられたのと同じパターンを使用して受信器のダウン
コンバータ内の発振器の周波数をホッピングして、周波
数ホッピングされたスペクトル拡散信号を逆拡散する。
典型的には、逆拡散の後で受信信号にフィルタが適用さ
れて、受信信号中の広帯域雑音および干渉成分を減衰さ
せる。
【００１７】図２は中心局のブロック図を示す。本発明
によれば、中心局は、１つ以上の情報源５２からデータ
を受ける入力ポート５１、受信したメッセージ（すなわ
ち、データ・ビットのブロック）を１つ以上の情報終端
装置５４へ伝達する出力ポート５３、一群の送信器チャ
ンネル処理装置５６、一群の受信器チャンネル処理装置
５８、各々の有効な情報源を送信器チャンネル処理装置
に接続し且つ各々の有効な受信器チャンネル処理装置を
適切な終端装置または送信器チャンネル処理装置へ接続
するための論理スイッチ６０、メモリ６２、スイッチを
通るデータの流れを制御する制御器６０、各々の送信器
チャンネル処理装置により発生された信号を１つの信号
に組み合わせる組合せ器６６、この組合せ信号を搬送波
周波数へ移すアップコンバータ６８、適当なインターフ
ェイス（例えば、スイッチまたはフィルタ送受切換器）
を介してアンテナ７２に接続されたパワー増幅器７０、
上記のインターフェイスを介してアンテナに接続された
低雑音増幅器（ＬＮＡ）７４、受信信号を搬送波周波数
から中間周波数（ＩＦ）へ移すダウンコンバータ７６、
およびＩＦ受信信号またはフィルタに通した後のＩＦ受
信信号を一群の受信器チャンネル処理装置に供給する分
割器７８を含んでいる。
【００１８】図２に示す送信器チャンネル処理装置は、
情報源から受信したデータ・ビットのブロックに並列連
結符号を適用する符号化器８０、データ・パケット（符
号化器８０からの１つ以上の符号ワードを有する）と同
期化ビット・パターンと制御信号ビットとを作成するパ
ケット・フォーマッタ８２、および変調器８４を有す
る。ＶＳＡＴと同様に、中心局の変調器は、中心局から
スペクトル拡散信号を送信する場合は拡散機能を含んで
いる。図２の受信器チャンネル処理装置は、復調器８
６、復調器の出力からのサンプルを選択して、並列連結
符号用の復号器へ入力される受信符号ワードを形成する
パケット−符号ワード変換器８８、および送信器で利用
された並列連結符号に適した復号器９０を有する。中心
局の復調器は、同期化、復調、および中心局がスペクト
ル拡散信号を受信する場合は逆拡散などの幾つかの機能
を含む。
【００１９】中心局のメモリは、メッセージがスイッチ
６０に到達したときに全ての送信器チャンネル処理装置
または出力ポートが使用中で塞がっている場合に、情報
源または受信器チャンネル処理装置から受け取ったデー
タを一時的に記憶する。メモリはまた、必要なネットワ
ーク構成パラメータおよび演算データを記憶する。本発
明の代わりの実施態様では、（内部）並列連結符号（Ｐ
ＣＣ）と直列連結して外部符号が使用され、関連する外
部復号器が内部ＰＣＣ用の復号器と直列連結状態に接続
される。
【００２０】その上、（１）上述したような並列連結符
号化、（２）上述したような内部並列連結符号（ＰＣ
Ｃ）と直列連結した外部符号、（３）外部符号化器とＰ
ＣＣ符号化器の唯一つのコンポーネント符号化器とを有
する直列連結符号化、（４）従来のコンボリューション
符号またはブロック符号のみ（すなわち、直列または並
列連結なし）のような、幾つかのオプションを実現する
ために、ＶＳＡＴおよび中心局で融通性のあるプログラ
マブル符号化／復号器システムを利用することが出来
る。
【００２１】図３は、これらの４つの符号化のオプショ
ンを実現する融通性のあるプログラマブル符号化器を例
示する。図示のように、融通性のあるプログラマブル符
号化器は、並列連結符号用の符号化器１００、外部符号
用の符号化器１０２、および５個のスイッチＳ１−Ｓ５
を有する。並列連結符号用の符号化器１００は、Ｎ個の
符号化器、Ｎ−１個のインターリーブ装置および符号ワ
ード・フォーマッタ１０６を有する。下記の表１は符号
化器の種々の動作モードに対するスイッチ位置を示して
いる。
【００２２】
【表１】
【００２３】図４は、上記の４つの符号化器モードに対
する復号器を実現する融通性のあるプログラマブル復号
器のブロック図である。このプログラマブル復号器は、
並列連結符号用の復号器１１０、外部符号用の復号器１
１４、および６個のスイッチＳ１−Ｓ６を有する。復号
器１１０の出力を、復号ビットの値がゼロに等しい確率
であると仮定すると、典型的な決定規則は次のようにな
る。すなわち、出力が１／２より大きい場合は復号ビッ
トがゼロであると決定し、１／２より小さい場合は１の
値を割り当て、１／２に等しい場合は値を任意に割り当
てる。
【００２４】並列連結符号用の復号器１１０は、合成符
号ワード−コンポーネント符号ワード変換器、Ｎ個のコ
ンポーネント復号器、Ｎ−１個のインターリーブ装置お
よび２個の同一の逆インターリーブ（ｄｅｉｎｔｅｒｌ
ｅａｖｅ）装置１１８を有する。各々の逆インターリー
ブ装置は、直列に接続されたＮ−１個のインターリーブ
装置によって並べ換えられた一連のデータ要素を元の順
序に戻す並べ直し機能を有する。下記の表２は、復号器
の種々の動作モードに対するスイッチ位置を示してい
る。（この表において、Ｘは「ドント・ケア」状態、す
なわちスイッチがどの位置にあってもかまわない状態を
表す。）
【００２５】
【表２】
【００２６】ＶＳＡＴは、通信用途および所要の送信速
度に応じて、異なる符号（例えば、ＰＣＣＣ、テイルバ
イティングＰＣＣＣ、再帰的系統的コンボリューション
符号、非再帰的系統的コンボリューション符号、ブロッ
ク符号）を異なる組合せ（例えば、モード１、２、３お
よび４）で利用する。上記のモードのいずれかでコンボ
リューション符号が利用されるとき、図３のプログラマ
ブル符号化器は、既知のパターンによるパンクチャリン
グ（ｐｕｎｃｔｕｒｅｒｉｎｇ）を行って、得られる符
号の速度を増大することができ、また図４のプログラマ
ブル復号器は関連する逆パンクチャリング（ｄｅｐｕｎ
ｃｔｕｒｅｒｉｎｇ）機能を含むことができる。パンク
チャリングされたコンボリューション符号が並列連結符
号化におけるコンポーネント符号として使用されると
き、図３の符号ワード・フォーマッタは所望のパンクチ
ャリング・パターンに従ってコンポーネント符号から符
号ビットを削除する。この場合、ＰＣＣ復号器の合成符
号ワード−コンポーネント符号ワード変換器は、コンポ
ーネント符号ワード内のパンクチャリングされたビット
に対してニュートラル値を挿入して、それをコンポーネ
ント復号器に出力する。ここで、モード３またはモード
４において、符号化器のスイッチＳ４およびＳ５並びに
復号器のＳ１およびＳ２の全てが位置０にセットされて
いることに注意されたい。従って、図３および図４に
は、パンクチャリングされたコンボリューション符号が
モード３またはモード４において使用されるとき、これ
らのパンクチャリング機能および逆パンクチャリング機
能をそれぞれ実現するパンクチャリング装置１４０およ
び逆パンクチャリング装置１４２がそれぞれ示されてい
る。
【００２７】本発明の好ましい実施態様では、パンクチ
ャリングされたコンボリューション符号が内部並列連結
符号におけるコンポーネント符号として使用され、また
ブロック符号（例えば、リード・ソロモン符号またはＢ
ＣＨ符号）が直列連結における外部符号として使用され
る。ＶＳＡＴがスペクトル拡散信号を送信する好ましい
実施態様では、ＡＬＯＨＡの様なランダム・チャンネル
・アクセス・プロトコルが符号分割多重アクセスと関連
して使用される。中心局の受信器は各々の拡散符号に対
して多数の復調器を利用して、時間的に重なり合う信号
を受信し、同じ拡散系列の時間遅延したものを利用す
る。所与の拡散系列に対する各々の復調器は、その拡散
系列の異なる時間シフトを使用して信号を復調する。
【００２８】また好ましい実施態様では、１つ以上の拡
散系列が、より大きなスループットを持つより高品質の
チャンネルを提供するために割り当てられた基準の下に
特定の期間にわたってＶＳＡＴによって使用するために
リザーブされる。ＶＳＡＴからのリザーブ要求および割
り当てが、中心局に接続されているネットワーク制御器
によって処理される。
【００２９】スペクトル拡散信号を利用し且つ上述のプ
ログラマブル符号化器および復号器を利用する好ましい
実施態様では、システムは所与の拡散系列を特定の誤り
訂正符号と関連付けて、異なる信号が異なる誤り訂正符
号を同時に利用できるようにする。各々の検出された信
号の拡散系列は対応する復調器によって識別されるの
で、受信器は各々の検出された信号に対してプログラマ
ブル復号器を適切に構成することが出来る。このモード
のネットワーク動作は、付加的な制御信号を必要とする
ことなく異なる誤り訂正符号化要件を幾つかの用途を同
時に支持するために有用である。
【００３０】図４のコンポーネント復号器として有効な
円形ＭＡＰ復号器が米国特許出願第０８／６３６，７４
２号明細書に記載されている。この円形ＭＡＰ復号器
は、符号化データ・ブロックの推定値および信頼性情報
の両方をデータ終端装置へ送出し、例えば、送信エラー
隠蔽に使用するために音声合成信号処理装置へ送出し、
または繰り返し要求決定に使用するためのブロック・エ
ラー確率の測度としてパケット・データに対するプロト
コル処理装置へ送出する。１９９６年４月１９日出願の
米国特許第０８／６３６，７３２号明細書に記載されて
いるように、円形ＭＡＰ復号器は、特にテイルバイティ
ング・コンボリューション符号が並列連結符号化方式に
おけるコンポーネント符号として使用されているとき、
テイルバイティング・コンボリューション符号を復号す
るのに有用である。
【００３１】米国特許出願第０８／６３６，７４２号明
細書の記載に従ってテイルバイティングを採用する誤り
訂正用トレリス（ｔｒｅｌｌｉｓ）符号に対する円形Ｍ
ＡＰ復号器は、ソフト決定出力を生じる。円形ＭＡＰ復
号器はトレリスの第１段における状態の確率の推定値を
与え、該確率は従来のＭＡＰ復号器における開始状態の
先験的知識に置き換わる。円形ＭＡＰ復号器は２方向の
いずれかにおいて初期状態確率分布を提供する。第１の
ものは、固有値問題に対する解を含み、その結果の固有
ベクトルは所望の初期状態確率分布である。開始状態の
知識により、円形ＭＡＰ復号器は従来のＭＡＰ復号アル
ゴリズムに従って残りの復号を行う。第２はリカージョ
ン（ｒｅｃｕｒｓｉｏｎ）に基づくものであり、反復に
より開始状態分布に収斂する。充分な反復の後、状態の
円形系列上の一状態が高確率で知られ、円形ＭＡＰ復号
器は従来のＭＡＰ復号アルゴリズムに従って残りの復号
を行い、これは、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、１９
７４年３月、２８４−２８７頁に所載のバール、コッ
ク、ジェリネックおよびラビブによる論文「Ｏｐｔｉｍ
ａｌ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｎｅａｒ Ｃｏｄ
ｅｓ ｆｏｒ Ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ Ｓｙｍｂｏｌｉ
ｃ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ」に記載されている。
【００３２】従来のＭＡＰ復号アルゴリズムの目的は、
条件付き確率を見付けることである。 Ｐ｛時刻ｔにおける状態ｍ／受信チャンネル出力
ｙ1 ,....,ｙL｝ ここで、Ｌは符号化器シンボルの数の単位でデータ・ブ
ロックの長さを表す。（ｎ，ｋ）符号に対する符号化器
はｋ−ビット入力シンボルについて演算して、ｎ−ビッ
ト出力シンボルを発生する）。また、ｙt は時刻ｔにお
けるチャンネル出力（シンボル）である。
【００３３】ＭＡＰ復号アルゴリズムは実際に最初に次
の確率 λt（ｍ）＝Ｐ｛Ｓt＝ｍ；Ｙ1 L｝ （１） すなわち、時刻ｔにおける符号化器の状態Ｓt がｍであ
り且つチャンネル出力の集合Ｙ1 L＝｛ｙ1 ,....,ｙL ｝
が受信される結合確率を見出す。これらは所望の確率に
定数（Ｐ｛Ｙ1 L｝：チャンネル出力の集合｛ｙ1 ,....,
ｙL ｝を受信する確率）を乗算したものである。
【００３４】ここで、行列Γt の要素を次のように定義
する。 Γt（ｉ，ｊ）＝Ｐ｛時刻ｔにおける状態ｊ；ｙt ／時
刻ｔ−１における状態ｉ｝ 行列Γt は、符号化器の前の状態をｍ’とし且つ符号化
器の現在の状態をｍとして、チャンネル遷移確率Ｒ（Ｙ
t ，Ｘ）と、符号化器が時刻ｔに状態ｍ’から状態ｍに
遷移する確率ｐt （ｍ／ｍ’）と、符号化器の出力シン
ボルがＸである確率ｑt （Ｘ／ｍ’，ｍ）との関数とし
て計算される。特に、行列Γt の各要素は次のように全
ての起こり得る符号化器出力Ｘにわたって加算すること
によって計算される。
【００３５】
【数１】
【００３６】ＭＡＰ復号器は、各トレリス段に対して１
つずつ、これらの行列のＬを計算する。それらは受信し
たチャンネル出力シンボルおよび所与の符号に対するト
レリス・ブランチの性質から形成される。次に、Ｍを符
号化器の状態の数として、ｊ＝０，１,....,Ｍ−１につ
いて、行ベクトルαt のＭ結合確率要素を次のように定
義し、 αt（ｊ）＝Ｐ｛時刻ｔにおける状態ｊ；出力ｙ1 ,....,ｙt｝ （３） また、列ベクトルβt のＭ条件付き確率要素を次のよう
に定義する。
【００３７】 βt（ｊ）＝Ｐ｛ｙt+1 ,....,ｙL ／時刻ｔにおける状態ｊ｝ （４） ここで、以下の記載で、行列およびベクトルが太字で示
されていることに注意されたい。ＭＡＰ復号アルゴリズ
ムのステップは次の通りである。
【００３８】
【外１】
【００３９】 λt（ｉ）＝αt（ｉ）βt（ｉ）， 全てのｉ，ｔ＝１,....,Ｌ （７） （ニ）必要とされる関連する量を見出す。例えば、Ａt j
を、Ｓt のｊ番目の要素Ｓt jがゼロに等しい様な状態Ｓ
t ＝｛Ｓt 1，Ｓt 2 ,....,Ｓt km｝の集合であるとする。
通常の非再帰的トレリス符号の場合、Ｓt j＝ｄt j（時刻
ｔにおけるｊ番目のデータ・ビット）。従って、復号器
のソフト決定出力は
【００４０】
【数２】
【００４１】ｍは状態Ｓt に対応する指標である。復号
器のハード決定または復号ビット出力はＰ｛ｄt j＝０／
Ｙ1 L｝を次の決定規則に当てはめることによって求めら
れる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
【外２】
【００４４】を任意に割り当てる。
【００４５】
【外３】
【００４６】うに定義された要素を有する。
【００４７】
【数４】
【００４８】これらの確率は、符号化器出力ビットの事
後確率を決定することが望ましいときに有用である。こ
れらの確率はまた、再帰的コンボリューション符号の復
号に有用である。ＭＡＰ復号アルゴリズムの標準的な用
途では、フォワード・リカージョンはベ
【００４９】
【外４】
【００５０】の初期条件は、符号化器の初期状態Ｓ0 ＝
０およびその終期状態ＳL ＝０とした仮定に基づいてい
る。一実施態様の円形ＭＡＰ復号器は、次のように固有
値問題を解くことによって初期状態確率分布を決定す
る。
【００５１】
【外５】
【００５２】未知の（ベクトル）変数とする。そこで
【００５３】
【外６】
【００５４】クトルを正規化して、そのコンポーネント
の和が１になるようにする。このベク
【００５５】
【外７】
【００５６】（ハ）式（５）に記述されているフォワー
ド・リカージョンによってその後に続
【００５７】
【外８】
【００５８】する。
【００５９】
【外９】
【００６０】積はＰ｛Ｙ1 L｝に等しい最も大きい固有値
を持ち、対応する固有ベクトルは確率ベルトルでなけれ
ばならない。
【００６１】
【外１０】
【００６２】って、このバックワード・リカージョンを
繰り返し適用することににより全ての
【００６３】
【外１１】
【００６４】号器における全ての計算は通常のＭＡＰ復
号アルゴリズムに従って行われる。代わりの実施態様の
円形ＭＡＰ復号器がリカージョン法によって状態確率分
布を決定する。特に、一実施態様（動的収斂法）では、
復号器の収斂が検出されるまでリカージョンが継続す
る。このリカージョン法（すなわち動的収斂法）では、
上述した固有ベクトル法のステップ（ロ）および（ハ）
が次のように置き換えられる。（ロ−ａ）Ｍをトレリス
における状態の数として、（ｌ／Ｍ,....,ｌ／Ｍ）に等
【００６５】
【外１２】
【００６６】すなわち、Ｌw-min をトレリス段の適当な
最小数として、ｍ＝０，１,....,Ｍ−１およびｔ＝
１,....,Ｌについて下記の式に従った計算を行う。
【００６７】
【数５】
【００６８】前と同様に正規化を行う。ステップ（ロ−
ａ）および（ロ−ｂ）におけるリカー
【００６９】
【外１３】
【００７０】応する要素が許容範囲内にある場合には、
前に述べたステップ（ニ）に進む。そうでない場合は、
次のステップ（ロ−ｄ）に続く。
【００７１】
【外１４】
【００７２】プ（ニ）に進む。そうでなくて、２つの最
も新しいベクトルが許容範囲内に無く且つリカージョン
の数が特定の最大値（典型的には、２Ｌ）を越えていな
い場合は、ステップ（ロ−ｄ）に続き、それ以外はステ
ップ（ニ）に進む。この方法は、固有ベクトル法につい
て上述したステップ（ニ）および（ホ）に続き、円形Ｍ
ＡＰ復号器のソフト決定出力および復号出力ビットを生
じる。
【００７３】米国特許出願第０８／６３６，７４２号明
細書に記載されている円形ＭＡＰ復号器の別の代わりの
実施態様では、リカージョン法は、復号器が第２回に対
し所定の一定の数のトレリス段を処理、すなわち所定の
ラップ（ｗｒａｐ）深さを処理することのみ必要とする
ように変更される。これは、復号のために必要な計算の
数が各々の符号化メッセージ・ブロックの場合と同じで
あるので、実現の目的のために有利である。その結果、
ハードウエアおよびソフトウエアの複雑さが低減され
る。
【００７４】テイルバイティング・コンボリューション
符号のＭＡＰ復号のための所要のラップ深さを推定する
１つの方法は、ハードウエアまたはソフトウエアの実験
からそれを決定することであり、それには可変のラップ
深さを持つ円形ＭＡＰ復号器を実現し、ラップ深さを順
次増大して復号ビット誤り率対Ｅｂ／Ｎｏを測定する実
験を行うことである。特定のＥｂ／Ｎｏに対して復号ビ
ット誤りの最小確率を与える復号器の最小ラップ深さ
が、ラップ深さを更に増大しても誤り確率が減少しない
ときに見付けられる。
【００７５】特定のＥｂ／Ｎｏにおいて達成し得る最小
値よりも大きい復号ビット誤り率が許容し得る場合、円
形ＭＡＰ復号器で処理するトレリス段の所要数を少なく
することが可能である。特に、上述したラップ深さの探
索は、ビット誤りの所望の平均確率が得られるときに単
に終了することが出来る。所与の符号についてラップ深
さを決定する別の方法は、符号の距離特性を用いるもの
である。このため、２つの明確な復号器決定深さを定義
することが必要である。ここで使用する用語「正しいパ
ス」とは、データ・ビットのブロックを符号化すること
により生じる、トレリスを通る状態の系列すなわちパス
を表す。また、用語「ノードの不正なサブセット」と
は、正しいパスのノードから出た全ての不正な（トレリ
ス）分岐の集合およびそれらから派生したものを表す。
以下に定義する決定深さは両方ともコンボリューション
符号化器に左右される。
【００７６】決定深さは次のように定義される。 （ｉ）ｅ誤り訂正に対するフォワード決定深さＬＦ
（ｅ）を、正しいパスの最初のノードの不正なサブセッ
ト内の全てのパス（後で正しいパスに併合するか否かに
拘わりなく）が正しいパスからハミング（Ｈａｍｍｉｎ
ｇ）距離２ｅよりも遠くに位置しているトレリス内の第
１の深さであると定義する。ＬＦ（ｅ）の意義は、最初
のノードの前方にｅ以下の誤りがあり、且つ符号化がそ
こから始まっている場合、復号器が正しく復号しなけれ
ばならないことである。コンボリューション符号に対す
るフォワード決定深さの形式的な表が、ＩＥＥＥ Ｔｒ
ａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｔｈｅｏｒｙ、ＩＴ−３５巻、１９８９年３月、４５
５−４５９頁に所載のジェー・ビー・アンダーソンおよ
びケー・バラチャンドランによる論文「Ｄｅｃｉｓｉｏ
ｎ Ｄｅｐｔｈｓ ｏｆＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏａｎｌ
Ｃｏｄｅｓ」に記載されている。ＬＦ（ｅ）の多数の特
性がこの文献に開示されていると共に、ジェー・ビー・
アンダーソンおよびエス・モーハンの著書「Ｓｏｕｒｃ
ｅ ａｎｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ−Ａｎ Ａ
ｌｇｏｒｉｔｈｍｉｃ Ａｐｐｒｏａｃｈ」、Ｋｌｕｅ
ｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｎ
ｏｒｗｅｌｌ，ＭＡ、１９９１に開示されている。これ
らの特性の中で主なものは、簡単な線形関係がＬＦとｅ
との間に存在すること、例えば、率１／２符号の場合、
ＬＦはほぼ９．０８ｅであることである。 （ｉｉ）つぎに、ｅ誤り訂正に対する非併合決定深さＬ
Ｕ（ｅ）を、正しいパスに決して接触しないトレリス内
の全てのパスが正しいパスから２ｅのハミング距離より
も遠くに位置しているトレリス内の第１の深さであると
定義する。ソフト決定円形ＭＡＰ復号に対するＬＵ
（ｅ）の意義は、実際の送信されたパス上の状態を識別
する確率が復号器によるＬＵ（ｅ）トレリス段の処理後
に高いということである。従って、円形ＭＡＰ復号に対
する最小ラップ深さはＬＵ（ｅ）である。深さＬＵ
（ｅ）の計算は、それがＬＦ（ｅ）より常に大きいが、
同じ近似則に従うことを示す。これは、符号の非併合決
定深さが未知の場合、最小ラップ深さがフォワード決定
深さＬＦ（ｅ）として推定できることを意味している。
【００７７】所与の符号化器に対して最小非併合決定深
さを見付けることにより、ソフト決定出力を発生する実
際の円形復号器によって処理しなければならないトレリ
ス段の数を最も少なくすることができる。フォワード決
定深さＬＦ（ｅ）を求めるためのアルゴリズムは前掲の
論文「Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｅｐｔｈｓ ｏｆ Ｃｏｎ
ｖｏｌｕｔｉｏａｎｌ Ｃｏｄｅｓ」に記載されてい
る。
【００７８】ＬＵ（ｅ）を見付けるためには、 （ｉ）ゼロ状態を除いて、全てのトレリスのノードから
開始して、符号トレリスを左から右へ延長する。 （ｉｉ）各々のレベルで、正しい（全てゼロ）パスに併
合するパスを削除し、正しい（ゼロ）状態のノードから
のパスを延長しない。 （ｉｉｉ）レベルｋにおいて、このレベルのノードで終
端するパスの間の最小ハミング距離または重さを見付け
る。 （ｉｖ）この最小ハミング距離が２ｅを越える場合は停
止する。そのとき、ＬＵ（ｅ）＝ｋ。
【００７９】米国特許出願第０８／６３６，７４２号明
細書に述べられているように、コンピュータ・シミュレ
ーションによる実験によって２つの予想外の結果が得ら
れる。すなわち、（１）βt のラップ処理により復号器
の性能が改善されること、および（２）ＬＵ（ｅ）＋Ｌ
Ｆ（ｅ）≒２ＬＦ（ｅ）のラップ深さの使用により性能
が著しく改善されることである。従って、リカージョン
に基づいた円形ＭＡＰ復号アルゴリズムの好ましい実施
態様は次のステップを有する。
【００８０】
【外１５】
【００８１】（ｉｉ）Ｍをトレリスにおける状態の数と
し、（ｌ／Ｍ,....,ｌ／Ｍ）に等しい
【００８２】
【外１６】
【００８３】ワード・リカージョンを（Ｌ＋Ｌw ）回計
算する。ここで、Ｌw は復号器のラップ深さである。ト
レリス・レベル指標が値（（ｕ−１）ｍｏｄＬ）＋１を
取る。復号器がチャンネルからの受信したシンボルの系
列をラップ・アラウンドすると
【００８４】
【外１７】
【００８５】の要素の和が１になるようにする。このリ
カージョンにより得られたＬ個の最も
【００８６】
【外１８】
【００８７】..（Ｌ＋Ｌw ）について式（６）のバック
ワード・リカージョンを（Ｌ＋Ｌw ）回計算する。トレ
リス・レベル指標が値（（ｕ−１）ｍｏｄＬ）−１を取
る。復
【００８８】
【外１９】
【００８９】このリカージョン法の次のステップは、固
有ベクトル法に関して述べた上記のステップ（ホ）と同
じであり、円形ＭＡＰ復号器によってソフト決定および
復号ビット出力を生じる。本発明の好ましい実施態様を
図示し説明したが、この様な実施態様は例として示され
たものであることは明らかであろう。当業者には本発明
の範囲内で種々の変形、変更および置換をなし得よう。
従って、本発明は請求の範囲に記載の精神および範囲に
よって定められるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って並列連結符号化を利用するＶＳ
ＡＴ衛星通信システムを例示する簡略ブロック図であ
る。
【図２】本発明に従って並列連結符号化を利用するＶＳ
ＡＴ衛星通信システムの中心局を例示する簡略ブロック
図である。
【図３】本発明に従って並列連結符号化を利用するＶＳ
ＡＴ衛星通信システムにおいて有用なプログラマブル符
号化器を例示する簡略ブロック図である。
【図４】本発明に従って並列連結符号化を利用するＶＳ
ＡＴ衛星通信システムにおいて有用なプログラマブル復
号器を例示する簡略ブロック図である。
【符号の説明】
１０ 超小型地上局 １２ 衛星 １４ 中心局 ２０ 送信器信号処理装置 ２２ 受信器信号処理装置 ２４、７２ アンテナ
フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・アラン・チェック アメリカ合衆国、バージニア州、ハーンド ン、シュガーランド・バリー・ドライブ、 12005番 (72)発明者 ブライアン・ジェイムズ・グリンスマン アメリカ合衆国、バージニア州、ハーンド ン、レディバンク・レーン、13119番 (72)発明者 ロバート・フレミング・フレミング，ザ・ サード アメリカ合衆国、メリーランド、ダーウッ ド、ビンヤード・コート、7408番

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 衛星を介して通信を行うためのＶＳＡＴ
    衛星通信システムにおいて、複数のＶＳＡＴ局を有し、
    各々のＶＳＡＴ局が、 並列連結関係に接続された複数のコンポーネント符号化
    器を有していて、情報源から受信したデータ・ビットの
    ブロックに並列連結符号を適用して、コンポーネント符
    号ワードを発生する並列連結符号化器であって、コンポ
    ーネント符号ワードのビットをフォーマッティングして
    合成符号ワードを供給するする符号ワード・フォーマッ
    タを有する並列連結符号化器、 送信のためにデータ・パケットを組み合わせるパケット
    ・フォーマッタであって、各々のデータ・パケットが少
    なくとも１つの合成符号ワードからのビットを有してい
    るパケット・フォーマッタ、 データ・パケットを受け取って、変調された信号を供給
    する変調器、 変調された信号を搬送波周波数まで移すアップコンバー
    タ、 変調された信号を衛星へ送信し且つ衛星からの変調され
    た信号を受信するためにアンテナに各々のＶＳＡＴ局を
    接続するインターフェイス、 受信信号を搬送波周波数から中間周波数へ移すダウンコ
    ンバータ、 受信信号に同期化して該受信信号を復調する復調器、 復調された信号から受信合成符号ワードを形成するパケ
    ット−符号ワード・フォーマッタ、および複数のコンポ
    ーネント復号器を有していて、受信合成符号ワードを復
    号する合成復号器、を含んでいることを特徴とするＶＳ
    ＡＴ衛星通信システム。
  2. 【請求項２】 前記並列連結符号化器を構成する前記コ
    ンポーネント符号化器は、データ・ビットのブロックに
    コンボリューション符号を適用する請求項１記載のＶＳ
    ＡＴ衛星通信システム。
  3. 【請求項３】 並列連結コンボリューション符号が再帰
    的系統的符号を有する請求項２記載のＶＳＡＴ衛星通信
    システム。
  4. 【請求項４】 並列連結コンボリューション符号がテイ
    ルバイティング非再帰的系統的符号を有する請求項２記
    載のＶＳＡＴ衛星通信システム。
  5. 【請求項５】 前記コンポーネント復号器は円形ＭＡＰ
    復号器で構成されている請求項４記載のＶＳＡＴ衛星通
    信システム。
  6. 【請求項６】 前記変調器はスペクトル拡散変調器で構
    成され、前記復調器は逆拡散復調器で構成されている請
    求項１記載のＶＳＡＴ衛星通信システム。
  7. 【請求項７】 並列連結符号が外部符号と直列連結状態
    に接続された内部並列連結符号を有し、前記復号器が内
    部並列連結符号と関連する内部復号器および外部直列連
    結符号と関連する外部復号器を有する請求項１記載のＶ
    ＳＡＴ衛星通信システム。
  8. 【請求項８】 前記符号化器および前記復号器が、スイ
    ッチを介して複数の符号化オプションを選択可能である
    プログラマブル符号化器／復号器システムを構成してい
    る請求項１記載のＶＳＡＴ衛星通信システム。
  9. 【請求項９】 符号化／復号オプションとして、（１）
    並列連結符号化、（２）内部並列連結符号と直列連結し
    た外部符号、（３）外部符号化器および内部単一コンポ
    ーネント符号化器を有する直列連結符号化、および
    （４）ただ一つのコンポーネント符号化器が利用される
    ような単一符号を含んでいる請求項８記載のＶＳＡＴ衛
    星通信システム。
  10. 【請求項１０】 更に少なくとも１つの中心局が設けら
    れており、各々のＶＳＡＴ局の前記変調器が送信すべき
    各データ・パケットに複数の拡散系列の内の１つを適用
    するスペクトル拡散変調器で構成され、該拡散系列は複
    数の集合にグループ分けされ、各集合は少なくとも１つ
    の拡散系列を有し、拡散系列の各集合は符号化オプショ
    ンの１つと関連しており、前記中心局は、各々の拡散系
    列に対して少なくとも１つの逆拡散復調器および複数の
    復号器を含み、前記中心局は衛星から受信した複数の信
    号を復調および復号し、該信号は時間的に重なり合う期
    間に送信され、且つその各々の信号は符号化オプション
    の１つを利用すると共にそれに関連する拡散系列を利用
    し、前記復号器は前記逆拡散復調器によって識別された
    拡散系列に基づいて各々の受信信号に対して構成されて
    いる請求項８記載のＶＳＡＴ衛星通信システム。
  11. 【請求項１１】 更に、星形結合を構成するように少な
    くとも１つの中心局が設けられている請求項１記載のＶ
    ＳＡＴ衛星通信システム。
  12. 【請求項１２】 前記並列連結符号化器が更に、所定の
    パンクチャリング・パターンに従ってコンポーネント符
    号ワードから符号ビットを削除するパンクチャリング機
    能を有し、また前記合成復号器が、符号ワード内のパン
    クチャリングされたビットに対してニュートラル値を挿
    入する逆パンクチャリング機能を有する請求項１記載の
    ＶＳＡＴ衛星通信システム。
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