(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッダ情報を符号化する装置が行う方法であって、
Reed-Muller符号化を使用してデジタルケーブルテレビ環境でデータパケットのヘッダビットを符号化するステップと、
前記Reed-Muller符号化の出力を擬似ランダムバイナリ系列で変調するステップとを含み、
前記擬似ランダムバイナリ系列は、オフセット変調方式の別個のオフセット位相を選択するために使用され、
前記変調するステップにおける変調オーダーは、前記ヘッダ情報に対応するデータ部分のために使用される変調オーダーに基づいて適合され、
16-QAM又は64-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット二相位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を変調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用され、
256-QAM、１K-QAM又は４K-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット直交位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を変調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用される方法。
【請求項２】
前記Reed-Muller符号化ステップは、二次Reed-Muller符号を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ヘッダ情報を符号化する装置であって、
Reed-Muller符号化を使用してデジタルケーブルテレビ環境でデータパケットのヘッダビットを符号化するReed-Mullerエンコーダと、
前記Reed-Muller符号化の出力を擬似ランダムバイナリ系列で変調する変調器とを備え、
前記擬似ランダムバイナリ系列は、オフセット変調方式の別個のオフセット位相を選択するために使用され、
前記変調器による変調オーダーは、前記ヘッダ情報に対応するデータ部分のために使用される変調オーダーに基づいて適合され、
16-QAM又は64-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット二相位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を変調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用され、
256-QAM、１K-QAM又は４K-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット直交位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を変調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用される装置。
【請求項４】
前記Reed-Mullerエンコーダは、二次Reed-Muller符号を使用する、請求項３記載の装置。
【請求項５】
ヘッダ情報を復号化する装置が行う方法であって、
デジタルケーブルテレビ環境でデータパケットのヘッダ情報を受信するステップと、
受信されたヘッダ情報を復調するステップとを含み、
オフセット変調方式の別個のオフセット位相を選択するために擬似ランダムバイナリ系列が使用され、
前記復調するステップにおける復調オーダーは、前記ヘッダ情報に対応するデータ部分のために使用される変調オーダーに基づいて適合され、16-QAM又は64-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット二相位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を復調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用され、256-QAM、１K-QAM又は４K-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット直交位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を復調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用され、
復調された受信されたヘッダ情報を前記擬似ランダムバイナリ系列と関連付けして相関結果を生成するステップと、
復調された受信されたヘッダ情報に二次Reed-Muller符号のReed-Muller復号化を条件付きで実行するステップとを更に含み、
前記条件は、前記相関結果が閾値より大きい場合である方法。
【請求項６】
ヘッダ情報を復号化する装置であって、
デジタルケーブルテレビ環境でデータパケットのヘッダ情報を受信する受信手段と、
受信されたヘッダ情報を復調する復調手段とを備え、
オフセット変調方式の別個のオフセット位相を選択するために擬似ランダムバイナリ系列が使用され、
前記復調手段による復調オーダーは、前記ヘッダ情報に対応するデータ部分のために使用される変調オーダーに基づいて適合され、16-QAM又は64-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット二相位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を復調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用され、256-QAM、１K-QAM又は４K-QAMが前記データパケットの前記データ部分のために使用されるときに、オフセット直交位相シフトキーイングの位相を制御して前記ヘッダ情報を復調するために前記擬似ランダムバイナリ系列が使用され、
復調された受信されたヘッダ情報を前記擬似ランダムバイナリ系列と関連付けして相関結果を生成する相関手段と、
復調された受信されたヘッダ情報にReed-Muller復号化を条件付きで実行する二次Reed-Muller符号のReed-Muller復号化手段とを更に備え、
前記条件は、前記相関結果が閾値より大きい場合である装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブル伝送システム及び技術に関するものである。  
より詳細には、本発明は、ケーブルテレビジョン転送向けの前方誤り訂正（FEC：Forward  Error  Correction）ヘッダ設計に関するものである。
【０００２】
本出願は、2008年11月17日に提出された米国仮出願第61/115123号の利益を特許請求するものであり、その内容は、引用により本明細書に盛り込まれる。
【背景技術】
【０００３】
ケーブル、サテライト及び地上波ネットワークは、エンドカスタマへのデジタルブロードキャストサービスを伝送するための３つの主要な媒体である。サテライト及び地上波伝送とは異なり、ケーブルチャネルは、重要な時間及び周波数の選択性を示さない。結果的に、HDTV及びVoDのような帯域幅を消費するサービスの容量の要求を満たし、且つデジタルビデオブロードキャストの浸透を促進するため、スペクトル的に効率の高い変調（すなわち、256-QAM及び1024-QAM）がケーブルネットワークにおいて採用される。最近、低密度パリティ検査（LDPC：Low-Density  Parity-Check）符号は、それらの設計上の柔軟性、復号化の簡単さ、及び各種チャネルタイプを通した広く優れた誤り訂正能力のため、DVB-S2及びDVB-T2規格に導入されている。
【０００４】
LDPC符号は、オーディオ及び／又はビデオデータを保護するために伝送環境でしばしば使用される前方誤り訂正（FEC）ブロック符号のクラスである。これらの前方誤り訂正符号は、受信されたマルチメディアストリームを復元し、受信されたマルチメディアストリームにおける誤りを訂正する受信機の可能性を高める。FEC誤り制御システムは、送信機が冗長なデータをデータストリームに追加するのを必要とする。誤り訂正符号が計算される方法により、FECにより訂正される誤りの最大の割合が決定される。FECの例は、固定されたビットサイズ、複数ビットからなるパケット、又は予め決定されたサイズのシンボルに作用するLDPC符号のようなブロック符号であり、任意の長さのビット又はシンボルストリームに作用する従来の符号である。多数のタイプのブロック誤り訂正符号が存在し、そのなかでもリードソロモン、又は既に記載されたLDPC（低密度パリティ検査）がある。SMPTE2022（Society  Motion  Picture  and  Television  Engineers）のようなIPネットワークを通したデジタルビデオストリームの伝送における特化した使用のために他のタイプの誤り訂正符号が開発されており、これは、リードソロモンのような他の典型的なFECスキームとは異なり、非常に簡単なアルゴリズムに依存し、デジタルテレビジョン用のセットトップ受信機のような制限されたリソースが利用可能な環境で有効である。
【０００５】
前方誤り訂正符号は、伝送のために付加された補足データを含めて、ネットワークに渡り伝送されるときにマルチメディアストリームを保護するように、伝送時間の間に計算される。しかし、誤り訂正符号を計算することは、計算リソースの観点で要求が多い。従って、実際に、ブロードキャストのような方式で、すなわち同じマルチメディアデータが多くの受信機に同時に供給されるとき、伝送されるべきマルチメディアデータについて誤り訂正符号が生成される。ケーブルネットワーク以外のブロードキャストネットワークの例は、有線又は無線伝送媒体を通したTV／ラジオ衛星又は地上波ブロードキャスト又はIPマルチキャストである。
【０００６】
LDPC符号の結果として、たとえば密度発展法（density  evolution）、微分展開法（differential  evolution）及びEXIT（extrinsic  information  transfer）チャートのようなフレームワークは、符号の集合体のレベルのプロファイルを設計及び分析するために呼び出される。復号の収束のために閾値となる信号対雑音比（SNR）の観点で、これらのフレームワークに従って構築された符号は、ブロック長が無限であって、符号構造がランダムであり、復号の繰返し回数が制限されないという仮定で、シャノン限界に接近する。しかし、実際の実現の観点からすれば、ランダム構造は、通常、非常に大きな符号化／復号化の複雑度及びメモリ要件を招く。この理由のため、電力の効率と実現の簡素化との間の良好なトレードオフを達成することができる構造化されたLDPC符号は、システム設計者にとって魅力的な選択となっている。たとえば、ETSI第二世代のDigital  Video  Broadcasting  Standard  for  Satellite  Channels  (DVB-S2)，IEEE802.11n及びIEEE802.16規格により適合される誤り制御符号は、構造化されたLDPC符号のカテゴリに属する。
【０００７】
他方で、衛星通信における前方誤り制御向けに本来設計されたDVB-S2  LDPC符号ファミリは、DVB-T2（地上波チャネル向け第二世代DVB規格）により使用されており、DVB-C2（ケーブルチャネル向け第二世代DVB規格）向けに強く推薦される。システムの互換性の考慮に加えて、DVB-S2符号の使用の背後にある主な理由は、様々なチャネル状態下で広く優れた性能に寄与することである。しかし、高いスペクトル効率及び柔軟なスループットについてケーブルオペレータによる要求を満たすため、DVB-C2におけるDVB-S2符号を使用するための技術的課題は、256-QAMから4096-QAMに及ぶ、非常に高い次数のコンステレーションへの所与のコードのマッピングにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
DVB-C2のプロジェクトは、DVB-T2規格の内容をできるだけ多く使用することを試みる。OFDM変調は、DVB-T2規格で規定される符号化技術（BCH+LDPC）と同様に適合される。しかし、DVB-T2規格は、DVB-C2規格がケーブルチャネルにおける使用のために設計される一方で、地上波無線チャネルにおける使用のために設計される。ケーブルチャネルがごく僅かの弱いエコーをもつ高品質（高いSNR）チャネルである点で、ケーブルチャネルは、地上波チャネルとは異なる。また、ケーブルテレビのオペレータは、地上波の放送者よりも少ないスペクトルの制限を有する。従って、DVB-T2で使用される信号のフレーム構造及びプリアンブルは、DVB-C2規格で再使用されるために適切ではない場合がある。
【０００９】
前方誤り訂正（FEC）のフレームヘッダは、DVB-C2規格で使用するために設計される。DVB-C2規格において、できるだけ多くの柔軟性を提供するため、ACM（Adaptive  Coding  and  Modulation）又はVCM（Variable  Coding  and  Modulation）がそれぞれのFECブロックに適用される。FECブロックは、BCH（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）外部符号及びLDPC（Low-Density-Parity-Check）内部符号から構成される。２次元インタリーブも行われる。インタリーブは、異なる目的を達成するためにある系列の順序を配列し直す手順である。時間及び周波数領域を通した選択性フェージングの影響下にあるチャネルについて、エラーバーストを分散するためにチャネル符号化と共に、ビット及び／又はシンボルのインタリーブが使用される。更に、ビットインタリーブは、長いランダムな符号を生成することができるように、情報ビットを第二の構成要素であるエンコーダに緊急に送出するため、特にターボ符号である連結符号により採用される。フレームヘッダは、符号化率、変調タイプ及び物理層のパイプ識別子を示すためにそれぞれのFECフレームの前に設けられる。物理層に関する情報のシグナリングのほかに、FECフレームヘッダは、受信機で簡単且つ信頼性の高い検出を行うことができるような構造を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書の開示における少なくとも１つの実現において、デジタルケーブルテレビジョン伝送向け効果的且つ信頼性の高いFECフレームヘッダが提供される。さらに、FECヘッダの検出アルゴリズムが記載される。１つの可能な実現は、例としてDVB-C2規格を使用して示される。
【００１１】
前方誤り訂正（FEC）のフレームヘッダは、DVB-C2規格における使用のために設計される。DVB-C2規格では、ACM（Adaptive  Coding  and  Modulation）又はVCM（Variable  Coding  and  Modulation）がそれぞれのFECブロックに適用され、できるだけ多くの柔軟性を提供する。結果として、符号化率、変調タイプ及び物理レイヤのパイプ識別子を通知するために、それぞれのFECフレームの前にフレームヘッダが設けられる。物理層に関連する情報の信号伝達のほかに、FECフレームヘッダは、簡単且つ高い信頼度で受信機において検出することができる構造を提供する必要がある。DVB-C2規格における必要により動機付けされ、DVB-C2規格向けのFECヘッダを符号化する効果的且つ信頼性の高い方法及び装置は、本明細書の開示における少なくとも１つの実現において提供される。さらに、FECヘッダの検出アルゴリズムが記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】FECヘッダと任意の次のFECヘッダの位置と共に、データスライスパケットのLDPCで信号伝達する部分の構造を示す図である。
【図２】本発明の原理の幾つかの１実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の原理の幾つかの下でのFECヘッダの検出器の１実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の原理による符号化方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の原理に係る符号化装置を示す図である。
【図６】本発明の原理による復号化方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の原理による復号化装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
DVB-C2規格は、DVBプロジェクトにより開発されている次世代のデジタルケーブル伝送システムである。DVB-C2規格は、できだけ多くDVB-T2地上波伝送規格の内容を使用する。結果として、DVB-T2規格で規定された符号化技術（BCH+LDPC）と同様に、OFDM変調が採用される。しかし、DVB-T2規格は、地上波無線チャネルでの使用向けに設計されているのに対して、DVB-C2規格は、ケーブルチャネルにおける使用向けに設計される。ケーブルチャネルは、無線チャネルとは異なる。これは、ケーブルチャネルは、ほんの僅かなエコーをもつ高品質（高いSNR）チャネルであり、TVブロードキャストのために割り当てられた無線スペクトルはFCCにより定義される一方で、ケーブルネットワークのスペクトルは、幾分少ない制限で使用することができるためである。結果的に、DVB-T2で使用される信号フレーム構造及びプリアンブルは、DVB-C2規格で使用されるために適切ではない場合がある。本実施の形態で記載される原理によれば、FECフレームヘッダは、最小の複雑度をもつ雑音が多いチャネル条件下で検出することが可能である。
【００１４】
DVB-C2規格に従って伝送されるデータは、データスライスパケット（Data  Slice  Packet）に含まれる。データスライスパケットは、１又は２のFECセルから形成される。これたのデータスライスパケットは、データスライスのタイプ１又はデータスライスのタイプ２の何れかとすることができる。データスライスのタイプ１のパケットは、FECフレームデータのみを送り、レベル１のシグナリング  パート１内のポインタを使用してそれらの開始を検出する。データスライスタイプ２のパケットは、１６ビットのFECフレームヘッダを搬送し、このFECフレームヘッダは、更なる情報を送信する必要なしに、データスライスパケットへの同期を可能にする。このヘッダは、変調、符号化パラメータ、PLP識別子、及びヘッダに続くDECフレームの数（１又は２）に関する情報を搬送する。ヘッダ情報の符号化は、ヘッダ情報が適切に同期及び復号化することができることを保証する必要がある。
【００１５】
FECヘッダの配置は図１に示されており、ヘッダ情報を符号化する本発明の原理は、図２に従って部分的に達成される。図１は、次のFECフレームのために使用されるヘッダである、任意の次のFECヘッダと共に、図１におけるQAM変調されたLDPCパケットとしてラベル付けされる現在のFECフレームのFECヘッダの配置を示す。また、FECヘッダの変調順序は、FECフレームデータ部分の変調順序に基づくように適合される。例として、FECフレームが16-QAM又は64-QAMの何れかで変調される場合、BPSKは、FECヘッダの変調のために使用することができる。FECフレームが256-QAM、1K-QAM、又は4K-QAMの何れかで変調される場合、QPSKは、FECヘッダのための変調として使用することができる。
【００１６】
図２は、FECヘッダの１６シグナリングビットが、16-QAM又は64-QAM変調されたFECフレームの何れかについて本発明を使用してどのように更に符号化することができるかを示す。FECヘッダの１６のシグナリングビットは、はじめに、たとえばReed-Muller(32,16)符号化によりFEC符号化される。Reed-Muller(32,16)符号化の出力である32コードワードのビットは、擬似ランダムバイナリ系列の３２ビットに従ってオフセットBPSKにより変調される。この処理により、３２のオフセットBPSKシンボルが得られる。高い信号対雑音比の環境では、FECヘッダ符号化のためにオフセットQPSK変調を使用することができ、１６シンボルのみが得られる。
【００１７】
図３は、オフセットBPSKのケースについてFECヘッダの検出を例示する。受信された信号は、その出力がPRBS相関器３２０により擬似ランダムバイナリ系列と相互の関係が比較されるBPSKオフセット検出器３１０で復調される。相互の関係の比較により閾値よりも高い場合、Reed-Mullerの対称性の検出３３０が実行される。閾値は、BPSK変調信号の良好な相関の性能を示す経験的証拠となる値に基づいて選択される。Reed-Muller(32,16)符号は、二次のReed-Muller符号であり、そのコードワードは、一次のReed-Muller符号とは異なり、対称的な構造を有さない。Reed-Muller(32,16)符号の復号化は、マジョリティデコーディングからなる３つのステージから構成され、第一のステージ３３５の後に、変更されたコードワードは、一次のReed-Muller符号のような対称的な構造を有する。この対称性の構造は、FECヘッダを検出するのに役立つために使用することができる。擬似ランダムバイナリ系列の相関３３２と、Reed-Muller対称性の相関３３８の結果は、復号判定を行うために結合される。
【００１８】
シミュレーションの結果は、BPSK変調によるReed-Muller(32,16)符号の使用は、加法性白色ガウス雑音（AWGN）チャネルにおいて10dBのSNRで信号伝達するFECヘッダについて誤りのない結果を達成することができることを示している。マジョリティデコーディングは、非常に低い複雑度を有しており、同様にシンプルなデコーダにつながる。
【００１９】
本実施の形態は、例としてDVB-C2の１６ビットヘッダに適用される本発明の原理を例示する。本実施の形態で明示的に記載又は図示されていないが、本発明の原理を実施するアレンジメントであって、本発明の精神及び範囲に含まれる様々なアレンジメントを当業者であれば創作することを理解されたい。本発明の原理は、本発明の方法及び装置の適切な変更による異なる長さのヘッダ情報に同様に適用可能である。
【００２０】
図４は、FECフレームヘッダを符号化する方法を例示する。符号化は、FEC符号化ステップ４１０により実行される。この符号化は、たとえばReed-Muller(32,16)符号化とすることができる。このステップに続いて、変調ステップ４２０は、擬似ランダムバイナリ系列を使用して、符号化されたヘッダ出力の変調を実行する。ステップ４２０により実行された変調は、たとえばBPSK又はQPSKとすることができる。
【００２１】
図５は、FECフレームヘッダを符号化する装置を例示する。FECエンコーダ５１０は、Reed-Muller(32,16)符号化のような入力FECフレームヘッダの符号化を実行するために使用される。符号化ブロック５１０の出力は、変調ブロック５２０に供給される。変調ブロック５２０は、擬似ランダムバイナリ系列を使用してFEC符号化されたフレームヘッダの値の変調を実行するために使用される。変調は、たとえばBPSK又はQPSKとすることができる。
【００２２】
図６は、FECフレームヘッダを検出する方法を例示する。ステップ６１０は、ヘッダ情報を受信する。次いで、ヘッダは、たとえばBPSKオフセット検出器によりステップ６２０で復調される。ステップ６３０で、復調されたヘッダ出力は、擬似ランダムバイナリ系列と相互の関係が比較される。次いで、この比較の結果は、ステップ６４０である閾値と比較される。比較結果が閾値よりも大きい場合、対称性の検出は、ステップ６５０で実行される。比較の結果が閾値よりも大きくない場合、プロセスは、ヘッダ情報を受信することで再び初期化される。
【００２３】
図７は、本発明の原理を使用してヘッダ情報を復号化する装置を例示する。受信ブロック７１０は、ヘッダ情報を受信する。受信されたヘッダは、受信されたヘッダ情報を復調する復調ブロック７２０に入力される。相関ブロック７３０は、擬似バイナリ系列と復調された受信されたヘッダ情報の相互の関係を比較して、比較結果を生成するために使用される。比較ブロック７４０は、比較結果と選択された閾値とを比較する。対称性検出ブロック７５０は、比較結果が閾値よりも大きい場合に、復調された受信されたヘッダ情報を検出する。
【００２４】
本実施の形態で記載された全ての例及び条件付き言語は、本発明及び当該技術分野を発展させるために本発明者により寄与される概念を読者が理解するのを支援することが意図され、係る特に記載された例及び条件に限定されるものとして解釈されるべきではない。
【００２５】
さらに、本発明の特定の例と同様に、本発明の原理、態様及び実施の形態を記載する全ての説明は、本発明の構造的及び機能的に等価なものを包含することが意図される。さらに、係る等価なものは、現在知られているものと同様に、将来に開発される等価なもの、すなわち構造に係らず同じ機能を実行する開発されたエレメントを含むことが意図される。
【００２６】
従って、たとえば、本実施の形態で与えられたブロック図は、本発明の原理を実施する例示的な回路の概念図を表すことが当業者により理解されるであろう。同様に、任意のフローチャート、フローダイアグラム、状態遷移図、擬似コード等は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体で実質的に表され、コンピュータ又はプロセッサが明示的に図示されているか否かに係らず、係るコンピュータ又はプロセッサにより実行される様々な処理を表すことを理解されたい。
【００２７】
図示される様々なエレメントの機能は、適切なソフトウェアと関連するソフトウェアを実行可能なハードウェアと同様に専用ソフトウェアの使用により提供される場合がある。プロセッサにより提供されるとき、機能は、１つの専用プロセッサ、１つの共有されるプロセッサ、又はそのうちの幾つかが共有される複数の個々のプロセッサにより提供される場合がある。さらに、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に示すものと解釈されるべきではなく、限定されるものではないが、デジタルシグナルプロセッサ（DSP）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するリードオンリメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、及び不揮発性ストレージを暗黙的に含む場合がある。
【００２８】
コンベンショナル及び／又はカスタムの他のハードウェアが含まれる場合もある。同様に、図示される任意のスイッチは概念的なものである。それらの機能は、プログラムロジックの動作を通して、専用ロジックの動作を通して、プログラム制御と専用ロジックとの相互作用を通して、或いは手動的に実行される場合があり、特定の技術は、コンテキストから詳細に理解されるように、実現者により選択可能である。
【００２９】
本発明の請求項では、特定の機能を実行する手段として表現されるエレメントは、たとえばａ）その機能を実行する回路エレメントの組み合わせ、又はｂ）機能を実行するソフトウェアを実行する適切な回路と結合される、ファームウェア、マイクロプロセッサ等を含む任意の形式でのソフトウェア、を含むその機能を実行する方法を包含することが意図される。係る請求項により定義される本発明の原理は、様々な記載された手段により提供される機能が請求項が求める方法と共に結合され、纏められる事実にある。それら機能を提供する任意の手段は本実施の形態で示された手段と等価であるとみなされる。
【００３０】
本発明の原理の「１実施の形態」又は「実施の形態」に対する明細書における参照は、本発明の他の変形例と同様に、実施の形態と共に記載される特定の特徴、構造、特徴等が本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれることを意味する。従って、明細書を通して様々な位置に現れる他の変形と同様に、記載「１実施の形態では」又は「実施の形態では」の出現は、同じ実施の形態を必ずしも示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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