WO2014030501A1 - 通信システム、送信装置、受信装置およびディジタル伝送方法 - Google Patents

通信システム、送信装置、受信装置およびディジタル伝送方法 Download PDF

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signal
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西本　浩
章範 大橋
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三菱電機株式会社
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/3405—Modifications of the signal space to increase the efficiency of transmission, e.g. reduction of the bit error rate, bandwidth, or average power
    • H04L27/3416—Modifications of the signal space to increase the efficiency of transmission, e.g. reduction of the bit error rate, bandwidth, or average power in which the information is carried by both the individual signal points and the subset to which the individual points belong, e.g. using coset coding, lattice coding, or related schemes
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    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
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    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/183—Multiresolution systems

Definitions

  • the present invention relates to a communication system using hierarchical modulation in which a plurality of lines are superposed by a multilevel modulation signal.
  • Non-Patent Document 1 Japanese Patent Document 1 below.
  • Each layer in the hierarchical modulation can be used as an independent line.
  • the first layer has the highest channel quality (low bit error rate), and the lower layer has lower channel quality (high bit error rate).
  • each layer when multiplexing two streams by hierarchical modulation is based on a reliable line (first layer) such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) and QAM (Quadrature Amplitude Modulation) superimposed on the first layer.
  • first layer such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) and QAM (Quadrature Amplitude Modulation) superimposed on the first layer.
  • second layer Divided into unreliable lines
  • Non-Patent Document 2 discloses a technique for adjusting the line quality by changing the size (constellation size) of signal points of each layer at the time of superimposition.
  • Non-patent Document 2 the quality of the first layer line is further improved at the expense of deterioration of the quality of the second layer line due to the change of the constellation size at the time of superimposition. is there. Therefore, there is a problem that it is difficult to improve the quality of the second layer line.
  • Non-Patent Document 2 the hierarchization method simply superimposes a plurality of independently bit-mapped layers. For this reason, there is a problem that it is difficult to maintain a gray code relationship between adjacent signal points after hierarchization, that is, a relationship in which only one bit differs between adjacent signal points.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a communication system capable of flexibly adjusting line quality in hierarchical modulation.
  • the present invention is a communication system for simultaneously transmitting a plurality of signal sequences by superimposing them by hierarchical modulation, and transmitting a plurality of signal sequences by hierarchical modulation and transmitting
  • An apparatus a receiving apparatus that hierarchically demodulates a received signal, and a hierarchized parameter setting unit that sets hierarchical modulation necessary for hierarchical modulation in the transmitting apparatus and hierarchical demodulation in the receiving apparatus, and the transmitting apparatus includes: A hierarchical modulation unit that superimposes a plurality of layers of signals by hierarchical modulation while maintaining a Gray code based on the hierarchization parameter, and the receiving device performs hierarchical modulation on the basis of the hierarchization parameter.
  • a hierarchical demodulating means for detecting a signal of a plurality of layers by demodulating and separating the signals by hierarchical demodulation, wherein the hierarchical parameter setting means comprises the hierarchical parameters.
  • a layering ratio that is a signal power ratio when the upper layer and the lower layer are superimposed, a mapping pattern that allows selection of two patterns from a bit mapping pattern candidate, and two in the signal sequence
  • a mapping pattern hybrid ratio indicating a ratio of hybridizing mapping patterns is set.
  • the communication system according to the present invention has an effect that each line quality can be adjusted flexibly in hierarchical modulation.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the concept of hierarchical modulation.
  • FIG. 2 is a diagram showing parameters specific to the modulation scheme.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a constellation example of hierarchical modulation in which a hierarchical ratio is introduced.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a constellation example of hierarchical modulation in which a hierarchical ratio is introduced.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a constellation example of hierarchical modulation in which a hierarchical ratio is introduced.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a constellation example of hierarchical modulation in which a hierarchical ratio is introduced.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a hierarchical modulation signal point calculation formula in which a hierarchization ratio is introduced.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the concept of hierarchical modulation.
  • FIG. 2 is a diagram showing parameters specific to the modulation scheme.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a constellation example of
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the first layer mapping pattern in QPSK + 16QAM.
  • FIG. 9 is a diagram showing details of the mapping pattern of the first layer and the second layer in QPSK + 16QAM.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a first layer mapping pattern candidate in QPSK + 16QAM.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a mixed mapping pattern ratio.
  • FIG. 12 is a diagram showing an outline of the hierarchization parameter.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the effect of the hierarchization parameter.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a flowchart showing transmission processing in the communication system.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the concept of hierarchical modulation.
  • Each layer in the hierarchical modulation can be used as an independent line.
  • Each layer when two streams are multiplexed by hierarchical modulation is divided into a highly reliable line (first layer) such as QPSK and a low reliable line (second layer) such as QAM superimposed on the first layer (for example, 16QAM). .
  • first layer such as QPSK
  • second layer such as QAM superimposed on the first layer (for example, 16QAM).
  • the hierarchization ratio ⁇ is a parameter indicating the signal power ratio when the second layer is superimposed on the first layer, and is a value in the range of 0 ⁇ ⁇ 1.
  • ⁇ 1
  • the hierarchical modulation symbol has the same constellation as a normal M-QAM modulation symbol (M is an integer that is a power of 2 of 4 or more), and as ⁇ approaches 0, only the modulation symbol of the first layer Approach the constellation.
  • Non-Patent Document 2 a parameter having the same meaning as this hierarchization ratio is defined, and the line quality of the first layer after hierarchization is adjusted.
  • the phase of the signal point of the second layer is rotated in accordance with the signal point of the first layer, and the in-phase (I-ch) / It was necessary to superimpose after processing such as switching the reverse phase (Q-ch) or taking complex conjugate. In that case, the receiving side must also demodulate each line according to the rule.
  • b q0 is the highest quality and b i2 is the lowest quality.
  • b i2 is the lowest quality.
  • b q0 is the highest quality and b q2 is the lowest quality.
  • 2 bits of the first layer are b fl0 and b fl1
  • 4 bits of the second layer are b sl0 , b sl1 , b sl2 , and b sl3 .
  • sl3 ⁇ ⁇ b i1 , b i2 , b q1 , b q2 ⁇ .
  • the bit amplitude coefficients of I-ch / Q-ch of the first layer are A fl, i and A fl, q , respectively
  • the bit amplitude coefficients of I-ch / Q-ch of the second layer are A sl, i and A sl, q , respectively
  • the I-ch signal s i and the Q-ch signal s q after hierarchical modulation can be expressed by the following equations (1) and (2), respectively.
  • ⁇ (X) represents the square root of X.
  • s i (A fl, i / ⁇ ( ⁇ hm )) ⁇ b i0 (4-A sl, i ⁇ b i1 (2-b i2 )) (1)
  • s q (A fl, q / ⁇ ( ⁇ hm )) ⁇ b q0 (4-A sl, q ⁇ b q1 (2-b q2 )) (2)
  • FIG. 2 is a diagram showing parameters specific to the modulation scheme.
  • the equivalent modulation symbol (modulation method) is 64QAM
  • a fl, i , A fl, q , A sl, i , A sl, q are respectively determined by the stratification ratio as shown in the following equations (3) to (6).
  • a sl, i ⁇ ( ⁇ i ) / A fl, i (5)
  • a sl, q ⁇ ( ⁇ q ) / A fl, q (6)
  • s i -(A fl, i / ⁇ ( ⁇ hm )) ⁇ b i0 (4-A sl, i ⁇ b i1 (2-b i2 )) (7)
  • s q -(A fl, q / ⁇ ( ⁇ hm )) ⁇ b q0 (4-A sl, q ⁇ b q1 (2-b q2 )) (8)
  • FIGS. 3 to 6 are diagrams showing examples of hierarchical modulation constellations in which a hierarchical ratio is introduced.
  • FIGS. 3 to 6 it can be seen that the lower the stratification ratio, the closer to the constellation of the first layer QPSK.
  • the bit mapping method in the present embodiment can be applied to different hierarchization patterns.
  • QPSK + 16QAM there are, for example, QPSK + QPSK, QPSK + 64QAM, QPSK + 256QAM, 16QAM + 16QAM, and 16QAM + 64QAM.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a hierarchical modulation signal point calculation formula in which a hierarchization ratio is introduced. For each layered pattern shown above, an equivalent modulation symbol, a first layer assigned bit, a second layer assigned bit, an upper bit amplitude coefficient, a lower bit amplitude coefficient, and a signal point calculation formula (bit mapping) are shown. .
  • bit mapping method is independent of I-ch / Q-ch, it can also be applied to hierarchization when the number of bits of I-ch / Q-ch is asymmetric. .
  • the above bit mapping method can realize hierarchical modulation reflecting the layering ratio while maintaining the Gray code.
  • the line quality adjustment that can be realized by the layering ratio increases the quality of the first layer and sacrifices the second. Only the adjustment in the direction in which the quality of the layer deteriorates is possible, and the quality of the second layer cannot be improved.
  • mapping pattern that is the second parameter is introduced as a hierarchization parameter.
  • the mapping pattern will be described below.
  • the first layer maps 2 bits in one modulation symbol. Since the hierarchized equivalent modulation symbol is equivalent to 64QAM, 3 bits are assigned to each of I-ch / Q-ch. If 2 bits of the first layer are assigned to each of I-ch / Q-ch, there are a total of nine mapping patterns of patterns A to I as shown in FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the first layer mapping pattern in QPSK + 16QAM.
  • the conventional hierarchical modulation applies to the pattern A.
  • FIG. 9 is a diagram showing details of the mapping pattern of the first layer and the second layer in QPSK + 16QAM.
  • the bit mapping of the first layer and the second layer in the patterns A to I shown in FIG. 8 is summarized in a list.
  • the pattern B is a pattern in which one of the two bits of the first layer is changed from b q0 to b q1 with respect to the pattern A. For this reason, the quality of the first layer line of the pattern B is lower than that of the pattern A.
  • the line quality of the second layer is improved.
  • the quality of the first layer line and the second layer line of the patterns A to I are different from each other.
  • the second layer line of the pattern A which is the conventional hierarchical modulation is the worst, and the other patterns are patterns in which the second layer line quality is improved as compared with the conventional pattern. Therefore, by introducing the mapping pattern, it is possible to improve the quality of the second layer line that could not be realized with the hierarchization ratio.
  • the pattern I is a pattern in which 2 bits of the first layer have the worst quality allocation.
  • the pattern of the second layer is higher than the first layer.
  • the line quality is good.
  • Such a pattern is contrary to the above-mentioned premise that the quality is higher in the upper layer, and therefore exists as a mapping pattern, but is not included in the mapping pattern candidate.
  • the patterns F, H, and I are excluded from the mapping pattern candidates in the example of QPSK + 16QAM.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a first layer mapping pattern candidate in QPSK + 16QAM. It shows effective mapping pattern candidates for the first layer.
  • a mapping pattern is selected from the pattern candidates shown in FIG. 10, and is set as one of the hierarchization parameters of this embodiment.
  • mapping pattern can be applied to arbitrary hierarchical modulation.
  • mapping pattern mixed ratio that is a third parameter is introduced as a hierarchization parameter.
  • the mapping pattern mixture ratio will be described below.
  • multiplex transmission is generally performed using a plurality of hierarchical modulation symbols by time multiplexing, frequency multiplexing, code multiplexing, or the like.
  • time multiplexing time multiplexing
  • frequency multiplexing code multiplexing
  • code multiplexing code multiplexing
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a mixed mapping pattern ratio. An example in the case of introducing a mixed mapping pattern ratio is shown.
  • Example 1 is an example in which the hierarchical modulation symbols of pattern A and pattern B are mixed at a ratio of 1: 1. In this case, the obtained overall characteristics are intermediate quality between the pattern A and the pattern B for both the first layer and the second layer.
  • Example 2 is a case where Pattern A and Pattern B are mixed at a ratio of 1: 3, and a quality closer to the line quality of Pattern B than Example 1 is obtained.
  • Example 3 is an example in which pattern B and pattern E are mixed at a ratio of 2: 1.
  • FIG. 12 is a diagram showing an outline of the hierarchization parameter.
  • the hierarchization ratio which is the first parameter, can set the signal power ratio of the lower layer at the time of hierarchization for each of I-ch / Q-ch.
  • the hierarchization ratio is expressed as I-ch hierarchization ratio as ⁇ i and Q-ch hierarchization ratio as ⁇ q .
  • the hierarchization ratio is a parameter for improving the quality of the upper layer and reducing the quality of the lower layer.
  • mapping pattern As the second parameter, two patterns are selected from the mapping pattern candidates (including duplication). The mapping pattern discretely lowers the quality of the upper layer and discretely improves the quality of the lower layer.
  • the third parameter mapping pattern hybrid ratio sets the hybrid ratio of the mapping pattern selected above. Set the selected mapping pattern at an arbitrary ratio. Arbitrary adjustment is possible when the quality of the upper layer is reduced, and adjustment is possible when the quality of the lower layer is improved.
  • FIG. 13 is a diagram showing the effect of the hierarchization parameter.
  • the average bit error rate characteristic is taken as an example, and an image of the quality adjustment range of the three hierarchies parameters is shown.
  • the hierarchical parameters enable flexible quality adjustment of each line that could not be realized conventionally.
  • the hierarchization parameter in which two layers are superimposed is described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the hierarchization parameter can be applied to hierarchical modulation in which three or more layers are superimposed.
  • the above-mentioned layering parameters are determined separately for the first layer and the other lower layers, and the steps for determining the layering parameters for the uppermost layer and the other lower layers among the remaining lower layers are as follows.
  • the hierarchization parameter can be applied to any number of layers.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the present embodiment.
  • the communication system includes a transmission device 1a, a reception device 2a, and a hierarchization parameter setting unit 3.
  • the transmission device 1a includes a hierarchical modulation unit 11a that receives hierarchical setting parameters from outside and performs hierarchical modulation.
  • the receiving device 2a includes a hierarchical demodulator 21a that accepts an external hierarchization parameter and performs hierarchical demodulation.
  • a system that performs one-to-one digital transmission from the transmission device 1a to the reception device 2a is shown for the sake of simplicity. It is assumed that there are two types of data to be transmitted as an example, and the data is transmitted through the first layer line and the second layer line of hierarchical modulation, respectively.
  • Various communication systems other than hierarchical modulation can be applied. For example, there are single carrier transmission, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmission, code multiplexing transmission, etc., but any transmission system may be used. Therefore, the detailed communication method excluding hierarchical modulation is not limited here.
  • the hierarchization parameter setting unit 3 sets the hierarchization parameter determined by the user's operation or the like in the hierarchy modulation unit 11a of the transmission device 1a and the hierarchy demodulation unit 21a of the reception device 2a.
  • the hierarchical modulation unit 11a superimposes two types of data by hierarchical modulation, and generates and transmits a hierarchical modulation symbol.
  • the hierarchical modulation unit 11a receives settings from the hierarchical parameter setting unit 3 that can set hierarchical parameters and performs hierarchical modulation.
  • the hierarchical demodulator 21a demodulates and separates the data superimposed on the two layers by hierarchical demodulation from the received hierarchical modulation symbol, and detects two types of data.
  • the hierarchical demodulator 21a receives settings from the hierarchical parameter setting unit 3 that can set hierarchical parameters and performs hierarchical demodulation.
  • FIG. 15 is a flowchart showing transmission processing in the communication system.
  • the hierarchization parameter setting unit 3 sets the hierarchization parameters for the hierarchy modulation unit 11a of the transmission device 1a and the hierarchy demodulation unit 21a of the reception device 2a (step S1).
  • the hierarchical modulation unit 11a superimposes data by hierarchical modulation based on the hierarchization parameter, and generates and transmits a hierarchical modulation symbol (step S2).
  • the hierarchical demodulator 21a demodulates and separates the superimposed data by hierarchical demodulation from the received hierarchical modulation symbol, and detects individual data (step S3).
  • a communication system is illustrated in which the hierarchization parameters determined so as to satisfy the required line quality respectively defined for the first layer line and the second layer line are exemplified.
  • the required line quality is expected to vary depending on the target data to be applied and the system to which it is applied.
  • the line quality can be flexibly adjusted by the above-mentioned hierarchical parameters, so the required line quality is satisfied when it is introduced into the system. By setting parameters, it is possible to deal with various data and systems.
  • the transmission device 1a and the reception device 2a are described as one-to-one digital transmission systems.
  • the present invention is not limited to this, and there may be a plurality of transmission devices 1a.
  • the present invention is not limited to this, and transmission and reception are performed as in a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) system. There may be a plurality of transmission paths between them.
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • a transmission apparatus uses a hierarchization parameter including three parameters of a hierarchization ratio, a mapping pattern, and a mapping pattern mixture ratio to transmit a plurality of data.
  • the signal superimposed by the hierarchical modulation is transmitted, and the receiving apparatus hierarchically demodulates the received superimposed signal to detect a plurality of data.
  • each line quality can be flexibly adjusted according to the setting of each of the three parameters of the hierarchization parameter, and a predetermined transmission quality can be satisfied.
  • Embodiment 2 FIG. In the present embodiment, the hierarchization parameter is determined in the transmission apparatus. A different part from Embodiment 1 is demonstrated.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the present embodiment.
  • the communication system includes a transmission device 1b and a reception device 2b.
  • the transmission apparatus 1b includes a hierarchical modulation unit 11b that receives hierarchical parameter settings and performs hierarchical modulation, and a hierarchical parameter control unit 12 that determines the hierarchical parameters.
  • the receiving device 2b includes a hierarchical demodulation unit 21b that receives hierarchical parameter settings and performs hierarchical demodulation.
  • a system that performs one-to-one digital transmission from the transmission device 1b to the reception device 2b is shown as an example of a communication system.
  • two types of transmission data are transmitted through a first layer line and a second layer line of hierarchical modulation.
  • channel quality information for example, channel quality information CQI (Channel Quality Indicator)
  • CQI Channel Quality Indicator
  • various communication methods other than hierarchical modulation can be applied to the communication method except hierarchical modulation, and the detailed communication method except hierarchical modulation is not limited.
  • the hierarchical modulation unit 11b superimposes two types of data by hierarchical modulation, and generates and transmits a hierarchical modulation symbol.
  • the hierarchization parameter control unit 12 determines a hierarchization parameter so as to satisfy a predetermined transmission quality (line quality) based on the line quality information fed back from the receiving device 2b, and performs hierarchical modulation.
  • the transmission apparatus 1b transmits the hierarchization parameter to the reception apparatus 2b together with the gradation modulation symbol.
  • the method of notifying the reception device 2b is not limited to this, and the notification may be sent from the transmission device 1b to the reception device 2b using a line different from the signal transmission, similarly to the feedback from the reception device 2b.
  • the hierarchical demodulator 21b demodulates and separates the data superimposed on the two layers by hierarchical demodulation from the received hierarchical modulation symbol, and detects two types of data.
  • the layer demodulation unit 21b receives layered parameter setting notification from the transmission device 1b and performs layer demodulation.
  • the hierarchization parameters are adaptively determined by the hierarchization parameter control unit 12 of the transmission device 1b so as to satisfy the required line quality respectively defined for the first layer line and the second layer line.
  • 2 illustrates a communication system in which transmission is set as appropriate in the hierarchical modulation unit 21b of the reception device 2b.
  • the transmission apparatus 1b and the reception apparatus 2b are each described as an example of a one-to-one digital transmission system.
  • the present invention is not limited to this, and there may be a plurality of transmission apparatuses 1b.
  • the present invention is not limited to this, and there are a plurality of transmission paths between transmission and reception as in a MIMO system. May be.
  • the hierarchization parameter is determined in the transmission device. Even in this case, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • Embodiment 3 the hierarchization parameter is determined in the receiving apparatus. A different part from Embodiment 1, 2 is demonstrated.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the present embodiment.
  • the communication system includes a transmission device 1c and a reception device 2c.
  • the transmission device 1c includes a hierarchical modulation unit 11c that receives hierarchical parameter settings and performs hierarchical modulation.
  • the receiving device 2c includes a hierarchical demodulation unit 21c that receives hierarchical parameter settings and performs hierarchical demodulation, and a hierarchical parameter control unit 22 that determines hierarchical parameters.
  • the communication system As in the first and second embodiments, as an example of the communication system, a system that performs one-to-one digital transmission from the transmission device 1c to the reception device 2c is illustrated. Assume that two types of transmission data are transmitted through a first layer line and a second layer line of hierarchical modulation. Further, in the present embodiment, it is assumed that there is a separate feedback line from the receiving device 2c to the transmitting device 1c, and the hierarchization parameter determined by the receiving device 2c is notified to the transmitting device 1c. Further, as in the first and second embodiments, various communication schemes other than hierarchical modulation can be applied to the communication schemes except for hierarchical modulation. Therefore, detailed communication schemes other than hierarchical modulation are not limited.
  • the hierarchical modulation unit 11c superimposes two types of data by hierarchical modulation, and generates and transmits a hierarchical modulation symbol.
  • the hierarchical modulation unit 11c performs hierarchical modulation using the hierarchization parameter notified from the reception device 2c.
  • the hierarchical demodulator 21c demodulates and separates the data superimposed on the two layers from the received hierarchical modulation symbol by hierarchical demodulation, and detects two types of data.
  • the hierarchization parameter control unit 22 determines the hierarchization parameter so as to satisfy a predetermined transmission quality (line quality) based on the channel quality information estimated by the own apparatus, and the hierarchy demodulation unit The transmission device 1c is notified through 21c and a feedback line.
  • the hierarchization parameters are adaptively determined by the hierarchization parameter control unit 22 of the receiving apparatus 2c so as to satisfy the required line quality respectively defined for the first layer line and the second layer line.
  • FIG. 3 illustrates a communication system in which transmission is appropriately set in the hierarchical modulation unit 11c of the transmission device 1c through a feedback line.
  • the required channel quality can be satisfied by controlling the layering parameters.
  • the transmission device 1c and the reception device 2c are described as one-to-one digital transmission systems as an example.
  • the present invention is not limited to this, and there may be a plurality of transmission devices 1c.
  • the present invention is not limited to this, and there are a plurality of transmission paths between transmission and reception as in a MIMO system. May be.
  • the hierarchization parameter is determined in the receiving device. Even in this case, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.
  • the communication system according to the present invention is useful for a digital communication system, and is particularly suitable for a system using hierarchical modulation.
  • 1a, 1b, 1c transmitting device 2a, 2b, 2c receiving device, 3 layered parameter setting unit, 11a, 11b, 11c layered modulation unit, 12, 22 layered parameter control unit, 21a, 21b, 21c layered demodulating unit.

Abstract

　階層変調において各回線品質を柔軟に調整可能な通信システムを得ること。複数の信号系列を階層変調して送信する送信装置１ａと、受信した信号を階層復調する受信装置２ａと、階層化パラメータを設定する階層化パラメータ設定部３と、を備え、送信装置１ａは、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調部１１ａを備え、受信装置２ａは、階層変調された信号を階層復調により複数層の信号を検出する階層復調部２１ａを備え、階層化パラメータ設定部３は、階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する。

Description

通信システム、送信装置、受信装置およびディジタル伝送方法
　本発明は、複数回線を多値変調信号により重畳する階層変調を用いた通信システムに関する。
　従来、データの優先度や伝送速度が異なる複数のデータストリームを同時送信する方法の１つとして、個別にマッピングされた各信号を階層的に重畳する階層変調がある（下記非特許文献１）。階層変調における各層は、独立な回線として使用可能である。なお、ここで扱う階層変調の各層は、第一層が最も回線品質が高く（ビット誤り率が低く）、下位層になるほど回線品質が低い（ビット誤り率が高い）ものとする。
　一般的に、階層変調により２ストリームを多重する場合の各層は、ＱＰＳＫ（Quadrature　Phase　Shift　Keying）等の高信頼回線（第一層）と、第一層に重畳するＱＡＭ（Quadrature　Amplitude　Modulation）等の低信頼回線（第二層）に分かれる。このとき、従来の階層変調における両者の回線品質は固定であり、階層変調を用いた場合には回線設計の自由度が低いという課題があった。
　前記課題に対し、下記非特許文献２では、重畳時の各層の信号点の大きさ（コンスタレーションサイズ）を変更することで、回線品質を調整する技術が開示されている。
M.Morimoto,　M.Okada,　and　S.Komaki,　"A　Hierarchical　Image　Transmission　System　in　a　Fading　Channel,"　Proc.　IEEE　ICUPC'95,　pp.769-772,　April　1995. Md.J.Hossain,　P.K.Vitthaladevuni,　M.-S.Alouini,　V.K.Bhargava,　and　A.J.Goldsmith,　"Adaptive　Hierarchical　Modulation　for　Simultaneous　Voice　and　Multiclass　Data　Transmission　Over　Fading　Channels,"　IEEE　Trans.　Veh.　Technol.,　vol.55,　no.4,　pp.1181-1194,　July　2006.
　しかしながら、上記従来の技術（非特許文献２）によれば、重畳時のコンスタレーションサイズの変更により第二層回線の品質が劣化することを犠牲として第一層回線の品質を更に改善するものである。そのため、第二層回線の品質を改善することは困難である、という問題があった。
　また、上記従来の技術（非特許文献２）によれば、階層化方法は、独立にビットマッピングした複数層を単純に重ね合わせている。そのため、階層化後の隣接信号点間でグレイ符号の関係、すなわち、隣接信号点間で１ビットのみ異なる関係を保つことが困難である、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、階層変調において各回線品質を柔軟に調整可能な通信システムを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムであって、複数の信号系列を階層変調して送信する送信装置と、受信した信号を階層復調する受信装置と、前記送信装置における階層変調および前記受信装置における階層復調に必要な階層化パラメータを設定する階層化パラメータ設定手段と、を備え、前記送信装置は、前記階層化パラメータに基づいて、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調手段、を備え、前記受信装置は、前記階層化パラメータに基づいて、階層変調された信号を階層復調により復調および分離して複数層の信号を検出する階層復調手段、を備え、前記階層化パラメータ設定手段は、前記階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する、ことを特徴とする。
　本発明にかかる通信システムは、階層変調において各回線品質を柔軟に調整できる、という効果を奏する。
図１は、階層変調の概念を示す図である。 図２は、変調方式固有のパラメータを示す図である。 図３は、階層化比率を導入した階層変調のコンスタレーション例を示す図である。 図４は、階層化比率を導入した階層変調のコンスタレーション例を示す図である。 図５は、階層化比率を導入した階層変調のコンスタレーション例を示す図である。 図６は、階層化比率を導入した階層変調のコンスタレーション例を示す図である。 図７は、階層化比率を導入した階層変調の信号点算出式の例を示す図である。 図８は、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭにおける第一層のマッピングパターン例を示す図である。 図９は、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭにおける第一層と第二層のマッピングパターンの詳細を示す図である。 図１０は、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭにおける第一層のマッピングパターン候補の例を示す図である。 図１１は、マッピングパターン混成割合の例を示す図である。 図１２は、階層化パラメータの概要を示す図である。 図１３は、階層化パラメータの効果を示す図である。 図１４は、実施の形態１に係る通信システムの構成例を示す図である。 図１５は、通信システムにおける伝送処理を示すフローチャートである。 図１６は、実施の形態２に係る通信システムの構成例を示す図である。 図１７は、実施の形態３に係る通信システムの構成例を示す図である。
　以下に、本発明にかかる通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　従来からの階層変調を簡単に説明する。図１は、階層変調の概念を示す図である。階層変調における各層は、独立な回線として使用可能である。階層変調により２ストリームを多重する場合の各層は、ＱＰＳＫ等の高信頼回線（第一層）と、第一層に重畳するＱＡＭ等（例えば、１６ＱＡＭ）の低信頼回線（第二層）に分かれる。
　つづいて、本実施の形態において階層変調の際に使用する階層化パラメータである、階層化比率、マッピングパターン、マッピングパターン混成割合、の３つのパラメータについて説明する。簡単のため、階層変調により２つの回線を重畳する場合を例に説明する。また、第一層にＱＰＳＫ（２ビット）、第二層に１６ＱＡＭ（４ビット）を割り当てる場合を例に説明する。以下では、この階層化パターンをＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭと表記する。このとき、階層化後の等価変調シンボルは６４ＱＡＭ相当となる。なお、重畳する組み合わせは一例であり、この組み合わせに限定するものではない。
　まず、第一のパラメータとして、階層化比率について説明する。階層化比率ρは、第一層に対する第二層の重畳時の信号電力比率を示すパラメータであり、０＜ρ≦１の範囲の値である。ρ＝１のとき、階層変調シンボルは通常のＭ－ＱＡＭ変調シンボル（Ｍは４以上の２のべき乗の整数）と同一のコンスタレーションとなり、ρが０に近づくほど第一層の変調シンボルのみのコンスタレーションに近づく。
　前記非特許文献２では、この階層化比率と同義のパラメータを定義し、階層化後の第一層の回線品質を調整している。しかしながら、従来の階層変調においてグレイ符号の関係を維持するためには、送信側において、第一層の信号点に応じて第二層の信号点の位相を回転させる、同相（Ｉ－ｃｈ）／逆相（Ｑ－ｃｈ）を入れ替える、複素共役を取る、等の処理をしてから重ね合わせる必要があった。また、その場合、受信側でも当該規則により各回線を復調する必要があった。
　そこで、本実施の形態では、グレイ符号の関係を維持しながら、階層化比率を導入した新しいビットマッピングを実施する。階層化比率はＩ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈで独立に定めることができるため、Ｉ－ｃｈの階層化比率をρi、Ｑ－ｃｈの階層化比率をρqと表記する。また、各ビットをｂで表すこととし、ここでは各ビットはｂ＝±１の値を取るものとする。階層化後の等価変調シンボルは６４ＱＡＭ相当であるため、Ｉ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈそれぞれ３ビットであり、Ｉ－ｃｈの３ビットをｂi0，ｂi1，ｂi2、Ｑ－ｃｈの３ビットをｂq0，ｂq1，ｂq2と表記する。このとき、マッピングビット品質は、Ｉ－ｃｈについてはｂi0が最も高品質であり、ｂi2が最も低品質とする。Ｑ－ｃｈについては、ｂq0が最も高品質であり、ｂq2が最も低品質とする。また、第一層の２ビットをｂfl0，ｂfl1とし、第二層の４ビットをｂsl0，ｂsl1，ｂsl2，ｂsl3とする。ここでは、第一層の品質を優先することとして、第一層に｛ｂfl0，ｂfl1｝＝｛ｂi0，ｂq0｝を、第二層に｛ｂsl0，ｂsl1，ｂsl2，ｂsl3｝＝｛ｂi1，ｂi2，ｂq1，ｂq2｝を割り当てるものとする。
　第一層（上位層）のＩ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈのビット振幅係数をそれぞれＡfl,i，Ａfl,q、第二層（下位層）のＩ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈのビット振幅係数をそれぞれＡsl,i，Ａsl,qとすると、階層変調後のＩ－ｃｈ信号ｓiとＱ－ｃｈ信号ｓqは、それぞれ次の式（１），（２）で表すことができる。なお、各式において、√（Ｘ）はＸの平方根を表すものとする。
　si=(Afl,i/√(βhm))×bi0(4-Asl,i×bi1(2-bi2))　…（１）
　sq=(Afl,q/√(βhm))×bq0(4-Asl,q×bq1(2-bq2))　…（２）
　ここで、βhmは階層化後の等価変調シンボルの変調方式固有パラメータであり、各変調方式のパラメータは図２に示すとおりである（Ｍ－ＱＡＭ変調において、β＝２（Ｍ－１）／３）。図２は、変調方式固有のパラメータを示す図である。例えば、等価変調シンボル（変調方式）が６４ＱＡＭの場合はβhm＝４２である。（１√（βhm））を乗積しているのは、階層変調後の平均信号電力が１となるように正規化するためである。また、Ａfl,i，Ａfl,q，Ａsl,i，Ａsl,qはそれぞれ以下の式（３）～（６）に示すように階層化比率により定められる。
　Afl,i=√((βhm-βslρi)/(βhm-βsl))=√((42-10ρi)/(42-10))　…（３）
　Afl,q=√((βhm-βslρq)/(βhm-βsl))=√((42-10ρq)/(42-10))　…（４）
　Asl,i=√(ρi)/Afl,i　…（５）
　Asl,q=√(ρq)/Afl,q　…（６）
　ここで、βslは第二層の変調シンボル固有パラメータである。ここでは１６ＱＡＭであるため、図２を参照するとβsl＝１０である。上記式（３）～（６）においてρi＝１，ρq＝１とすると、Ａfl,i＝Ａfl,q＝Ａsl,i＝Ａsl,q＝１となり、この場合、式（１），（２）はグレイ符号化された通常の６４ＱＡＭと同一のビットマッピングを与える。なお、ビットマッピングは、式（１），（２）の定義に対して符号反転させた場合も同様にグレイ符号を維持可能であるため、本実施の形態で示す範囲に含まれることは容易に想像できる。以下にその場合のＩ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈ信号算出式を、式（７），（８）として示す。
　si=-(Afl,i/√(βhm))×bi0(4-Asl,i×bi1(2-bi2))　…（７）
　sq=-(Afl,q/√(βhm))×bq0(4-Asl,q×bq1(2-bq2))　…（８）
　図３～６は、階層化比率を導入した階層変調のコンスタレーション例を示す図である。図３は、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭの階層変調における、ρi＝１，ρq＝１の場合の階層変調シンボルのコンスタレーションを示すものである。また、参考として、図４にρi＝０．５，ρq＝０．５の場合、図５にρi＝０．５，ρq＝０．２の場合、図６にρi＝０．０５，ρq＝０．１の場合の階層変調シンボルのコンスタレーションを示す。図３～６を比較することにより、階層化比率を小さくするほど、第一層のＱＰＳＫのコンスタレーションに近づくことが分かる。
　本実施の形態におけるビットマッピング法は、異なる階層化パターンにも適用可能である。ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭ以外の例として、例えば、ＱＰＳＫ＋ＱＰＳＫ、ＱＰＳＫ＋６４ＱＡＭ、ＱＰＳＫ＋２５６ＱＡＭ、１６ＱＡＭ＋１６ＱＡＭ、１６ＱＡＭ＋６４ＱＡＭがあり、この場合の階層化比率を導入したビットマッピング法を図７に示す。図７は、階層化比率を導入した階層変調の信号点算出式の例を示す図である。上記で示した各階層化パターンについて、等価変調シンボル、第一層割当ビット、第二層割当ビット、上位ビット振幅係数、下位ビット振幅係数、信号点算出式（ビットマッピング）、を示すものである。
　なお、例示は割愛するが、上述のビットマッピング法はＩ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈが独立であるため、Ｉ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈのビット数が非対称の場合の階層化にも適用可能である。
　上述のビットマッピング法は、グレイ符号を維持しながら階層化比率を反映した階層変調を実現できるが、階層化比率により実現できる回線品質調整は、第一層の品質を高め、その犠牲として第二層の品質が劣化する方向での調整のみ可能であり、第二層の品質を高めることはできない。
　そのため、本実施の形態では、上記課題を解決するため、階層化パラメータとして、第二のパラメータであるマッピングパターンを導入する。以下にマッピングパターンについて説明する。
　ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭの階層変調において、第一層は１変調シンボルにおいて２ビットマッピングする。階層化後の等価変調シンボルは６４ＱＡＭ相当であるため、Ｉ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈそれぞれ３ビット割り当てられる。第一層の２ビットをＩ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈそれぞれに１ビットずつ割り当てるとすると、図８に示すようにパターンＡ～Ｉの計９つのマッピングパターンが存在する。図８は、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭにおける第一層のマッピングパターン例を示す図である。ここで、従来の階層変調はパターンＡに当てはまる。
　第一層のマッピングパターンが決定すると、第二層のマッピングパターンも一意に決定されるため、両者は１対１の関係にある。図９は、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭにおける第一層と第二層のマッピングパターンの詳細を示す図である。図８で示すパターンＡ～Ｉにおける第一層と第二層のビットマッピングを一覧表にまとめたものである。例えば、パターンＢはパターンＡに対し第一層の２ビットのうちの１ビットをｂq0からｂq1に割当変更したパターンである。このため、パターンＡに比べパターンＢの第一層回線の品質は低下する。しかしながら、第二層回線の４ビットのうち１ビットの品質は高まるため、第二層の回線品質は改善する。このように、パターンＡ～Ｉの第一層回線、第二層回線の品質はそれぞれ異なっている。従来の階層変調であるパターンＡの第二層回線が最も悪く、その他のパターンは従来よりも第二層の回線品質が改善されるパターンとなっている。このことから、マッピングパターンを導入することにより、階層化比率では実現できなかった第二層回線の品質改善が可能となる。
　図９に示す等価変調シンボル内の割当図から分かるように、例えば、パターンＩは第一層の２ビットが最も品質の悪い割り当てとなるパターンであり、この場合第一層よりも第二層の回線品質が良好となる。このようなパターンは、前述の上位層ほど品質が良いという前提に反するため、マッピングパターンとしては存在するが、マッピングパターン候補には含めないこととする。予め特性を調査した結果、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭの例ではパターンＦ，Ｈ，Ｉがマッピングパターン候補から外れることが分かっている。図１０は、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭにおける第一層のマッピングパターン候補の例を示す図である。第一層に対する有効なマッピングパターン候補を示すものである。図１０に示すパターン候補からマッピングパターンを選択し、本実施の形態の階層化パラメータの一つとする。
　なお、説明は割愛するが、上述のＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭの階層化以外でも同様に複数のマッピングパターンが存在するため、任意の階層変調に対してマッピングパターンを適用可能である。
　以上、階層変調時に適切なマッピングパターンを選択することで、第一層の回線品質を犠牲にして第二層の回線品質を改善できることが分かった。しかしながら、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭを例に挙げると、図１０に示すように有効なマッピングパターンは６パターンのみであり、パターン間の品質差は離散的であるため柔軟な品質調整は困難である。
　そのため、本実施の形態では、上記課題を解決するため、階層化パラメータとして、第三のパラメータであるマッピングパターン混成割合を導入する。以下にマッピングパターン混成割合について説明する。
　ディジタル通信では、時間多重、周波数多重、あるいは符号多重などにより、複数の階層変調シンボルを用いて多重伝送を行うことが一般的である。その場合、複数のマッピングパターンの階層変調シンボルを混成させることで、構成するマッピングパターン間の中間の品質を実現できる。混成するマッピングパターンと、その構成割合を調整することで、マッピングパターンの選択のみでは困難だった柔軟な品質調整が可能となる。
　図１１は、マッピングパターン混成割合の例を示す図である。マッピングパターン混成割合を導入した場合の例を示すものである。図１１において、例１は、パターンＡとパターンＢの階層変調シンボルを１：１の割合で混成させた例である。この場合、得られる全体特性は、第一層、第二層ともに、パターンＡとパターンＢの中間の品質となる。同様に、例２は、パターンＡとパターンＢを１：３の割合で混成させた場合であり、例１よりもパターンＢの回線品質に近い品質が得られる。例３は、パターンＢとパターンＥを２：１の割合で混成させた場合の例である。例示は省略するが、３つ以上のパターンを混成させるケースも考えられるが、パターン間の中間品質を実現する上では、特定の２パターンの混成でよい。なお、２パターンとして同一パターンを選択すると、混成割合に依らず当該パターンの品質となることは言うまでもない。
　以上、本実施の形態における３つの階層化パラメータについて説明した。これらをまとめた表を図１２に示す。図１２は、階層化パラメータの概要を示す図である。
　第一のパラメータである階層化比率は、階層化時の下位層の信号電力比率をＩ－ｃｈ／Ｑ－ｃｈそれぞれで設定可能である。階層化比率は、Ｉ－ｃｈの階層化比率をρi、Ｑ－ｃｈの階層化比率をρqとして表記する。階層化比率は、上位層を高品質化し、下位層を低品質化するパラメータである。
　第二のパラメータであるマッピングパターンは、マッピングパターン候補から２パターンを選択する（重複を含む）。マッピングパターンは、上位層を離散的に低品質化し、下位層を離散的に高品質化する。
　第三のパラメータであるマッピングパターン混成割合は、上記で選択したマッピングパターンの混成割合を設定する。選択したマッピングパターンを任意の比率で設定する。上位層を低品質化する場合に任意調整可能であり、下位層を高品質化する場合に任意調整可能である。
　また、図１３は、階層化パラメータの効果を示す図である。平均ビット誤り率特性を例に、３つの階層化パラメータの品質調整範囲のイメージを示すものである。図１２で説明したように、階層化パラメータにより、従来実現できなかった各回線の柔軟な品質調整が可能となる。
　なお、上述の階層化パラメータの説明では、２層を重畳する階層変調を例に説明したが、これに限らず、３層以上を重畳する階層変調にも階層化パラメータを適用可能である。この場合、第一層とそれ以外の下位層に分けて上述の階層化パラメータを定め、次に残る下位層の中で最上位層とそれ以外の下位層に分けて階層化パラメータを定める手順を繰り返すことで、幾層であっても階層化パラメータを適用可能である。
　また、上述の階層化パラメータの説明では、ＱＰＳＫ＋１６ＱＡＭの階層化を例に説明したが、これに限らず、ＰＳＫ（Phase　Shift　Keying）変調及びＱＡＭ変調の階層化であれば変調多値数に依らず上述の階層化パラメータを規定可能であることは、当業者に容易に理解されるところである。
　つづいて、具体的な構成として、本実施の形態に係る通信システム、送信装置、および受信装置について、図を参照しながら説明する。
　図１４は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す図である。通信システムは、送信装置１ａと、受信装置２ａと、階層化パラメータ設定部３と、から構成される。また、送信装置１ａは、外部からの階層化パラメータの設定を受け付けて階層変調を行う階層変調部１１ａ、を備える。また、受信装置２ａは、外部からの階層化パラメータを受け付けて階層復調を行う階層復調部２１ａ、を備える。
　通信システムの一例として、説明の簡単化のため、送信装置１ａから受信装置２ａへ１対１のディジタル伝送を行うシステムを示している。伝送対象データは一例として２種類あるものとし、それぞれ階層変調の第一層回線、及び、第二層回線により伝送されるものとする。階層変調を除く通信方式には様々な方式の適用が考えられ、例えば、シングルキャリア伝送、ＯＦＤＭ（Orthogonal　Frequency　Division　Multiplexing）伝送、符号多重伝送等があるが、どのような伝送方式でもよい。したがって、ここでは、階層変調を除く詳細な通信方式は限定しない。
　階層化パラメータ設定部３では、ユーザからの操作等により決定された階層化パラメータを、送信装置１ａの階層変調部１１ａおよび受信装置２ａの階層復調部２１ａに設定する。
　送信装置１ａでは、階層変調部１１ａが階層変調により２種類のデータを重畳し、階層変調シンボルを生成して送信する。階層変調部１１ａは、階層化パラメータの設定が可能な階層化パラメータ設定部３からの設定を受け付けて階層変調を行う。
　受信装置２ａでは、受信した階層変調シンボルから、階層復調部２１ａが２層に重畳されたデータを階層復調により復調および分離して、２種類のデータを検出する。階層復調部２１ａは、階層化パラメータの設定が可能な階層化パラメータ設定部３からの設定を受け付けて階層復調を行う。
　ここで、図１４に示す通信システムにおける伝送処理を、フローチャートを用いて説明する。図１５は、通信システムにおける伝送処理を示すフローチャートである。まず、階層化パラメータ設定部３において、送信装置１ａの階層変調部１１ａおよび受信装置２ａの階層復調部２１ａに対して、階層化パラメータを設定する（ステップＳ１）。送信装置１ａでは、階層変調部１１ａが、階層化パラメータに基づいて、階層変調によりデータを重畳し、階層変調シンボルを生成して送信する（ステップＳ２）。受信装置２ａでは、受信した階層変調シンボルから、階層復調部２１ａが、重畳されたデータを階層復調により復調および分離して、個々のデータを検出する（ステップＳ３）。
　本実施の形態では、第一層回線、及び、第二層回線について、それぞれ規定された所要回線品質を満たすよう決定された階層化パラメータを予め設定する通信システムを例示している。適用する対象データや適用先のシステムにより、所要回線品質は異なることが想定されるが、前述の階層化パラメータにより回線品質を柔軟に調整可能であるため、システムへの導入時に所要回線品質を満たすパラメータを設定することで、様々なデータやシステムに対応可能である。
　なお、本実施の形態では、異なる２層を重畳する階層変調を用いる場合について例示したが、これに限らず、３層以上を重畳する場合にも適用可能であり、その場合の階層化パラメータは前述の方法により定めることができる。
　また、本実施の形態では、送信装置１ａと受信装置２ａがそれぞれ１つの１対１のディジタル伝送システムを例に説明したが、これに限らず、送信装置１ａが複数あってもよく、また、受信装置２ａが複数あってもよい。
　また、本実施の形態では、送信装置１ａと受信装置２ａの間の伝送路が１つの場合を例に説明したが、これに限らず、ＭＩＭＯ（Multiple-Input　Multiple-Output）システムのように送受信間で複数の伝送路があってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、通信システムでは、階層化比率、マッピングパターン、マッピングパターン混成割合の３つのパラメータからなる階層化パラメータを用いて、送信装置が、複数のデータを階層変調して重畳した信号を送信し、受信装置が、受信した重畳された信号を階層復調して複数のデータを検出する。このとき、階層化パラメータの各３つのパラメータの設定に応じて、各回線品質を柔軟に調整することが可能であり、所定の伝送品質を満足することが可能となる。
実施の形態２．
　本実施の形態では、送信装置において階層化パラメータを決定する。実施の形態１と異なる部分について説明する。
　図１６は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す図である。通信システムは、送信装置１ｂと、受信装置２ｂと、から構成される。また、送信装置１ｂは、階層化パラメータの設定を受け付けて階層変調を行う階層変調部１１ｂと、階層化パラメータを決定する階層化パラメータ制御部１２と、を備える。また、受信装置２ｂは、階層化パラメータの設定を受け付けて階層復調を行う階層復調部２１ｂ、を備える。
　実施の形態１と同様、通信システムの一例として、送信装置１ｂから受信装置２ｂへ１対１のディジタル伝送を行うシステムを示している。２種類の伝送データを階層変調の第一層回線、及び、第二層回線により伝送するものとする。また、本実施の形態では、受信装置２ｂから送信装置１ｂへのフィードバック回線が別途あるものとし、回線品質情報（例えば、チャネル品質情報ＣＱＩ（Channel　Quality　Indicator））が受信装置２ｂから送信装置１ｂへ通知されるものとする。また、実施の形態１と同様、階層変調を除く通信方式には様々な方式の適用が考えられるため、階層変調を除く詳細な通信方式は限定しない。
　送信装置１ｂでは、階層変調部１１ｂが階層変調により２種類のデータを重畳し、階層変調シンボルを生成して送信する。本実施の形態では、階層化パラメータ制御部１２が、受信装置２ｂからフィードバックされる回線品質情報に基づいて、所定の伝送品質（回線品質）を満足するように階層化パラメータを決定し、階層変調部１１ｂへ通知する。送信装置１ｂでは、階調変調シンボルと合わせて階層化パラメータを受信装置２ｂへ送信する。なお、受信装置２ｂへの通知方法はこれに限定するものではなく、受信装置２ｂからのフィードバックと同様、信号伝送とは別回線を用いて送信装置１ｂから受信装置２ｂへ通知してもよい。
　受信装置２ｂでは、受信した階層変調シンボルから、階層復調部２１ｂが２層に重畳されたデータを階層復調により復調および分離して、２種類のデータを検出する。本実施の形態では、階層復調部２１ｂは、送信装置１ｂから階層化パラメータの設定の通知を受け付けて階層復調を行う。
　なお、実施の形態１とは階層化パラメータを決定する主体が異なるが、図１６に示す通信システムにおける伝送処理は図１５のフローチャートと同様である。
　本実施の形態では、第一層回線、及び、第二層回線について、それぞれ規定された所要回線品質を満たすよう送信装置１ｂの階層化パラメータ制御部１２にて階層化パラメータを適応的に決定し、受信装置２ｂの階層変調部２１ｂに適宜設定して伝送する通信システムを例示している。信号伝送の回線品質が時間変動する場合に、階層化パラメータを制御することで所要の回線品質を満たすことができる。
　なお、本実施の形態では、異なる２層を重畳する階層変調を用いる場合について例示したが、これに限らず、３層以上を重畳する場合にも適用可能であり、その場合の階層化パラメータは前述の方法により定めることができる。
　また、本実施の形態では、送信装置１ｂと受信装置２ｂがそれぞれ１つの１対１のディジタル伝送システムを例に説明したが、これに限らず、送信装置１ｂが複数あってもよく、また、受信装置２ｂが複数あってもよい。
　また、本実施の形態では、送信装置１ｂと受信装置２ｂの間の伝送路が１つの場合を例に説明したが、これに限らず、ＭＩＭＯシステムのように送受信間で複数の伝送路があってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、通信システムでは、送信装置において階層化パラメータを決定することとした。この場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態３．
　本実施の形態では、受信装置において階層化パラメータを決定する。実施の形態１，２と異なる部分について説明する。
　図１７は、本実施の形態に係る通信システムの構成例を示す図である。通信システムは、送信装置１ｃと、受信装置２ｃと、から構成される。また、送信装置１ｃは、階層化パラメータの設定を受け付けて階層変調を行う階層変調部１１ｃ、を備える。また、受信装置２ｃは、階層化パラメータの設定を受け付けて階層復調を行う階層復調部２１ｃと、階層化パラメータを決定する階層化パラメータ制御部２２と、を備える。
　実施の形態１，２と同様、通信システムの一例として、送信装置１ｃから受信装置２ｃへ１対１のディジタル伝送を行うシステムを示している。２種類の伝送データを階層変調の第一層回線、及び、第二層回線により伝送するものとする。また、本実施の形態では、受信装置２ｃから送信装置１ｃへのフィードバック回線が別途あるものとし、受信装置２ｃにて決定された階層化パラメータが送信装置１ｃへ通知されるものとする。また、実施の形態１，２と同様、階層変調を除く通信方式には様々な方式の適用が考えられるため、階層変調を除く詳細な通信方式は限定しない。
　送信装置１ｃでは、階層変調部１１ｃが階層変調により２種類のデータを重畳し、階層変調シンボルを生成して送信する。本実施の形態では、階層変調部１１ｃは、受信装置２ｃから通知される階層化パラメータにより階層変調を行う。
　受信装置２ｃでは、受信した階層変調シンボルから、階層復調部２１ｃが２層に重畳されたデータを階層復調により復調および分離して、２種類のデータを検出する。本実施の形態では、階層化パラメータ制御部２２が、自装置で推定される回線品質情報に基づいて、所定の伝送品質（回線品質）を満足するように階層化パラメータを決定し、階層復調部２１ｃおよびフィードバック回線を通じて送信装置１ｃへ通知する。
　なお、実施の形態１とは階層化パラメータを決定する主体が異なるが、図１７に示す通信システムにおける伝送処理は図１５のフローチャートと同様である。
　本実施の形態では、第一層回線、及び、第二層回線について、それぞれ規定された所要回線品質を満たすよう受信装置２ｃの階層化パラメータ制御部２２にて階層化パラメータを適応的に決定し、フィードバック回線を通じて送信装置１ｃの階層変調部１１ｃに適宜設定して伝送する通信システムを例示している。信号伝送の回線品質が時間変動する場合に、階層化パラメータを制御することで所要の回線品質を満たすことができる。
　なお、本実施の形態では、異なる２層を重畳する階層変調を用いる場合について例示したが、これに限らず、３層以上を重畳する場合にも適用可能であり、その場合の階層化パラメータは前述の方法により定めることができる。
　また、本実施の形態では、送信装置１ｃと受信装置２ｃがそれぞれ１つの１対１のディジタル伝送システムを例に説明したが、これに限らず、送信装置１ｃが複数あってもよく、また、受信装置２ｃが複数あってもよい。
　また、本実施の形態では、送信装置１ｃと受信装置２ｃの間の伝送路が１つの場合を例に説明したが、これに限らず、ＭＩＭＯシステムのように送受信間で複数の伝送路があってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、通信システムでは、受信装置において階層化パラメータを決定することとした。この場合においても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
　なお、各実施の形態について説明したが、これらの実施の形態の各構成要素、各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なことは、言うまでもない。
　以上のように、本発明にかかる通信システムは、ディジタル通信のシステムに有用であり、特に、階層変調を用いるシステムに適している。
　１ａ，１ｂ，１ｃ　送信装置、２ａ，２ｂ，２ｃ　受信装置、３　階層化パラメータ設定部、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　階層変調部、１２，２２　階層化パラメータ制御部、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　階層復調部。

Claims (14)

  1. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムであって、
    　複数の信号系列を階層変調して送信する送信装置と、
    　受信した信号を階層復調する受信装置と、
    　前記送信装置における階層変調および前記受信装置における階層復調に必要な階層化パラメータを設定する階層化パラメータ設定手段と、
    　を備え、
    　前記送信装置は、
    　前記階層化パラメータに基づいて、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調手段、
    　を備え、
    　前記受信装置は、
    　前記階層化パラメータに基づいて、階層変調された信号を階層復調により復調および分離して複数層の信号を検出する階層復調手段、
    　を備え、
    　前記階層化パラメータ設定手段は、
    　前記階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する、
    　ことを特徴とする通信システム。
  2. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムであって、
    　複数の信号系列を階層変調して送信する送信装置と、
    　受信した信号を階層復調する受信装置と、
    　を備え、
    　前記送信装置は、
    　前記送信装置における階層変調および前記受信装置における階層復調に必要な階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する階層化パラメータ設定手段と、
    　前記階層化パラメータに基づいて、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調手段と、
    　を備え、
    　前記受信装置は、
    　前記階層化パラメータに基づいて、階層変調された信号を階層復調により復調および分離して複数層の信号を検出する階層復調手段、
    　を備えることを特徴とする通信システム。
  3. 　前記受信装置が回線品質情報を前記送信装置へ通知する場合に、
    　前記階層化パラメータ設定手段は、前記回線品質情報に基づいて、前記階層化パラメータを設定する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
  4. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムであって、
    　複数の信号系列を階層変調して送信する送信装置と、
    　受信した信号を階層復調する受信装置と、
    　を備え、
    　前記送信装置は、
    　前記受信装置で設定される階層化パラメータに基づいて、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調手段、
    　を備え、
    　前記受信装置は、
    　前記送信装置における階層変調および前記受信装置における階層復調に必要な階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する階層化パラメータ設定手段と、
    　前記階層化パラメータに基づいて、階層変調された信号を階層復調により復調および分離して複数層の信号を検出する階層復調手段と、
    　を備えることを特徴とする通信システム。
  5. 　前記階層化パラメータ設定手段は、自装置で推定される回線品質情報に基づいて、前記階層化パラメータを設定する、
    　ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
  6. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムを構成する、複数の信号系列を階層変調して送信する送信装置であって、
    　前記階層変調に必要な階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、が自装置外で設定される場合に、
    　前記階層化パラメータに基づいて、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調手段、
    　を備えることを特徴とする送信装置。
  7. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムを構成する、複数の信号系列を階層変調して送信する送信装置であって、
    　前記階層変調に必要な階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する階層化パラメータ制御手段と、
    　前記階層化パラメータに基づいて、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調手段と、
    　を備えることを特徴とする送信装置。
  8. 　前記受信装置が回線品質情報を前記送信装置へ通知する場合に、
    　前記階層化パラメータ制御手段は、前記回線品質情報に基づいて、前記階層化パラメータを設定する、
    　ことを特徴とする請求項７に記載の送信装置。
  9. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムを構成する、受信した信号を階層復調する受信装置であって、
    　前記階層復調に必要な階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、が自装置外で設定される場合に、
    　前記階層化パラメータに基づいて、階層変調された信号を階層復調により復調および分離して複数層の信号を検出する階層復調手段、
    　を備えることを特徴とする受信装置。
  10. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムを構成する、受信した信号を階層復調する受信装置であって、
    　前記階層変調に必要な階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する階層化パラメータ制御手段と、
    　前記階層化パラメータに基づいて、階層変調された信号を階層復調により復調および分離して複数層の信号を検出する階層復調手段と、
    　を備えることを特徴とする受信装置。
  11. 　前記階層化パラメータ制御手段は、自装置で推定される回線品質情報に基づいて、前記階層化パラメータを設定する、
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の受信装置。
  12. 　複数の信号系列を階層変調により重畳して同時伝送する通信システムにおけるディジタル伝送方法であって、
    　前記送信システムを構成する、送信装置における階層変調、および受信装置における階層復調、に必要な階層化パラメータを設定する階層化パラメータ設定ステップと、
    　前記階層化パラメータに基づいて、前記送信装置が、グレイ符号を維持しつつ複数層の信号を階層変調により重畳する階層変調ステップと、
    　前記階層化パラメータに基づいて、前記受信装置が、階層変調された信号を階層復調により復調および分離して複数層の信号を検出する階層復調ステップと、
    　を含むことを特徴とするディジタル伝送方法。
  13. 　前記階層化パラメータ設定ステップでは、前記階層化パラメータとして、上位層と下位層を重畳する際の信号電力比率である階層化比率、ビットマッピングのパターン候補から重複を許容して２つのパターンを選択可能なマッピングパターン、および前記信号系列において２つのマッピングパターンを混成する割合を示すマッピングパターン混成割合、を設定する、
    　ことを特徴とする請求項１２に記載のディジタル伝送方法。
  14. 　前記階層化パラメータ設定ステップでは、前記受信装置で推定される回線品質情報に基づいて、前記階層化パラメータを設定する、
    　ことを特徴とする請求項１２または１３に記載のディジタル伝送方法。
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