(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号のマルチモード伝送において、多レベルブロック符号化変調方式の構成要素である、レベル段数、各レベル符号、セット分割法、あるいは、変調方法、を、すくなくとも２つの異なるモード間で、異なる設定を用いることによって、上記のマルチモード伝送を行なう送信側から受信側への一方向でマルチモード伝送を行うことを特徴とするマルチモードブロック符号化変調方法において、上記のレベル符号をモードインデックス符号として伝送モード情報を挿入し、その他のレベルをそのモードによって変更することを特徴とするものであって、
さらに、上記のモードインデックス符号として多レベル符号の最上位のものを用いるものであり、受信側で多段復号法により最上位の復号を行ってモードを決定し、その復号された信号を用いて最上位より下のレベルの復号器を切り換えることを特徴とするマルチモードブロック符号化変調復調方法。
【請求項２】
デジタル信号のマルチモード伝送において、多レベルブロック符号化変調方式の構成要素である、レベル段数、各レベル符号、セット分割法、あるいは、変調方法、を、すくなくとも２つの異なるモード間で、異なる設定を用いることによって、上記のマルチモード伝送を行なう送信側から受信側への一方向でマルチモード伝送を行うことを特徴とするマルチモードブロック符号化変調方法において、上記のレベル符号をモードインデックス符号として伝送モード情報を挿入し、その他のレベルをそのモードによって変更することを特徴とするものであって、
さらに、上記のモードインデックス符号として多レベル符号の最上位のものを用いるものであり、それぞれのレベルにおける誤り保護をもちいた伝送は、モード依存性をもつ不均一な誤り保護を行う伝送部分と、均一誤り保護を行う伝送部分からなることを特徴とするマルチモードブロック符号化変調復調方法。
【請求項３】
請求項１あるいは２のいずれかに記載のマルチモードブロック符号化変調方法において、移動体無線通信の移動局からの送信を行う場合に、移動局の移動情況に応じて送信モードの切り換えを行うことを特徴とするマルチモードブロック符号化変調復調方法。
【請求項４】
請求項１あるいは２のいずれかに記載のマルチモードブロック符号化変調方法において、移動体無線通信の移動局からの送信を行う場合に、移動局の雑音環境に応じて送信モードの切り換えを行うことを特徴とするマルチモードブロック符号化変調復調方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタル通信において、一方向伝送で種々のモードを持つ系列を誤りの少ない特性で送受信する手段に関しており、特に、送信側が重要度の高いビットとそうでないビットを混在して伝送したいとき、不均一誤り保護と均一誤り保護のマルチモード伝送を行う方法として利用できるマルチモードブロック符号化変調復調方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に第１の従来の技術の例を示す。図１は、従来の一方向適応伝送の方法を示すブロック図である。図１に示したプリアンブルには、伝送ビット数、伝送速度などの情報が書きこまれており、受信側では、プリアンブルを解読して、必要ビット数だけ復号する。図１の一方向適応伝送の方法は、データ部分の変調方式や符号化方式を、プリアンブルを用いて適宜変更することにより適応的な伝送を行うものである。その際この方法では、プリアンブルにデータ部の方式などの情報を付加する必要があり、１）この情報が誤って復号されるとデータ部の受信が正常でも正しい復号が行えない、２）またそれを避けるためにプリアンブルに符号化を施すと、プリアンブル長が長くなり伝送効率が落ちる、３）また受信側では複数の変調器を用意し、プリアンブルを解読し、復調器を切り換え、受信データを復調する機構が必要であるため、構造が複雑になる、等の問題がある。
【０００３】
また、図２は、第２の従来の技術の例を示す図である。図２は信号点配置によって一方向で適応的に変調方式を変える方法を示している。この場合16QAM（QuadratureAmplitude Modulation : 多値直交振幅変調）とQPSK（Quadrature PhaseShift Keying : π/４デジタル位相変調）信号点を同時に用い、送信シンボルを16QAM点かQPSK点かにすることによってビット数のことなる系列の伝送が実現でき、さらにプリアンブルの挿入も必要ない、などの長所がある。しかしこの方式では複数の隣接信号点とのユークリッド距離（d1、d2）がd1<d2となるので、２ビット伝送の場合のビット誤り率がQPSKに比べ大幅に劣化してしまい、実用的でなくなる、という欠点がある。
【０００４】
また、図には示していないが、第３の従来の技術の例としては、従来の多レベル符号化変調方式がある。この方式では、特定の通信に用いられる伝送方式が一種類に固定されて運用されている。また、同様に移動体通信における移動局の送信方式も、通常、QPSKなどの位相変調方式を用いた一種類の方式であり、これらは伝送速度や伝送速度が固定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したように、プリアンブルを用いる従来の技術では、１）プリアンブルの情報が誤って復号されるとデータ部の受信が正常でも正しい復号が行えない、２）またそれを避けるためにプリアンブルに符号化を施すと、プリアンブル長が長くなり伝送効率が落ちる、３）また、受信側では複数の変調器を用意し、プリアンブルを解読し復調器を切り換え受信データを復調する機構が必要であるため、構造が複雑になる、等の問題があった。また、信号点配置によって一方向で適応的に変調方式を変える方法では、２ビット伝送の場合のビット誤り率がQPSKに比べ大幅に劣化してしまい、実用的でなくなる、という問題があった。また、従来の多レベル符号化変調方式では、移動局の送信方式も、一種類の方式に固定されているため、ビットエラー率を保持する様に、伝送経路に応じて通信方式を切り換えることができない、と言う問題があった。
【０００６】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、デジタル通信の適応伝送に関する技術分野において，簡易な一方向の伝送でかつ符号化利得を得る適応伝送技術として用いることができ、また、符号化方式，変調方式，符号化変調方式の技術分野において，適応的に伝送特性を変える技術として用いることができるマルチモードブロック符号化変調復調方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
マルチモード伝送とは、多レベル符号化変調方式の構成要素、例えば多レベル符号の段数、各レベルの符号、セット分割法、あるいは変調方法など、を伝送モードにより変更することによって行う伝送のことである。本発明は、マルチモード伝送に加えて、さらに、ブロック符号化変調方式とビタビ復号とを組み合わせることにより、大きな符号化利得を得るものであり、また良好な伝送品質を実現するものである。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明における第１の発明は、マルチモードブロック符号化変調復調方法に関しており、デジタル信号のマルチモード伝送において、多レベルブロック符号化変調方式の構成要素である、レベル段数、各レベル符号、セット分割法、あるいは、変調方法、を、すくなくとも２つの異なるモード間で、異なる設定を用いることによって、上記のマルチモード伝送を行なう送信側から受信側への一方向でマルチモード伝送を行うことを特徴とするマルチモードブロック符号化変調方法において、上記のレベル符号をモードインデックス符号として伝送モード情報を挿入し、その他のレベルをそのモードによって変更することを特徴とするものであって、さらに、上記のモードインデックス符号としては多レベル符号の最上位を用いるものであり、受信側で多段復号法により最上位の復号を行いモードを決定し、その復号された信号を用いて最上位より下のレベルの復号器を切り換えることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明における第２の発明は、デジタル信号のマルチモード伝送において、多レベルブロック符号化変調方式の構成要素である、レベル段数、各レベル符号、セット分割法、あるいは、変調方法、を、すくなくとも２つの異なるモード間で、異なる設定を用いることによって、上記のマルチモード伝送を行なう送信側から受信側への一方向でマルチモード伝送を行うことを特徴とするマルチモードブロック符号化変調方法において、上記のレベル符号をモードインデックス符号として伝送モード情報を挿入し、その他のレベルをそのモードによって変更することを特徴とするものであって、さらに、上記のモードインデックス符号として多レベル符号の最上位のものを用いるものであり、それぞれのレベルにおける誤り保護をもちいた伝送は、モード依存性をもつ不均一な誤り保護を行う伝送部分と、均一誤り保護を行う伝送部分からなることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明における第３の発明は、第１あるいは第２のいずれかの発明の構成に加えて、移動体無線通信の移動局からの送信を行う場合に、移動局の移動情況に応じて送信モードの切り換えを行うことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明における第４の発明は、第１あるいは第２のいずれかの発明の構成に加えて、移動体無線通信の移動局からの送信を行う場合に、移動体無線通信の移動局からの送信を行う場合に、移動局の雑音環境に応じて送信モードの切り換えを行うことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、本発明の構成を説明し、続いてノイズ特性やフェージング特性について、シミュレーション結果を用いて説明する。
【００１３】
本発明では、伝送符号の中にモードのインデックス情報とデータを合成して伝送するため、第１の従来の技術の例のプリアンブルは必要なく、また受信側でのプリアンブルの抽出、解読なども必要がなくなる。また単一のビタビ復号器により全モードの復号が行えるため、本発明では、複数の符号化器を必要としない、という特徴がある。
【００１４】
また、本発明は、ブロック符号化変調方式を用いたマルチモード伝送方式であるため、ブロック符号化変調方式による符号化利得を得ることができ、しかも、上記した第２の従来の技術の例のような伝送特性の劣化についてはこれを防ぐことができる、という特徴がある。
【００１５】
さらに、本発明の手法では、ブロック符号化変調方式にマルチモードの特性を持たせたため、上記した第３の従来の技術の例のように固定された伝送方法ではなく、様々な状況に応じてモードを変える適応伝送を行うことができる、という特徴がある。
【００１６】
これらの点をより詳細に説明するために、図３にマルチモード符号化器を示す。図３は多レベル符号化器の一種である。符号化利得は、各レベルの符号器とセット分割法による信号点割り当てにより得られる。送信系列生成のためには、まず送信データの内容、データ量、要求伝送品質などから伝送モードを決定する。そのモードにより図中のS/P変換後の符号レベル数、各符号器、変調方式や信号点割当法を変化させる。それに従ってデータを符号化し送信信号を得る。モードによって図中の構成要素を一部のみ変更させることも、全て変更させることも可能である。また送信モードのインデックス符号を生成し、送信系列に挿入することも可能である。これにより異なるモード間のハミング距離が伸長し、ビット誤り率（BER）特性が改善される。
【００１７】
図４に、受信側で用いるビタビ復号器とそのトレリス線図を示す。受信側ではトレリス線図を用いたビタビ復号を行う。これにより全ての送信系列のモードとビットの生成確率が等しい場合は最尤復号となる。トレリスの状態数は多レベル符号の深さと各レベル符号により決まる。また符号語に送信モードのインデックス符号が含まれている場合、トレリス線図は図４（b）のようにインデックス符号語によって分けられたサブトレリス領域に分けることができる。
【００１８】
このサブトレリス領域は符号語の構成により、分割、結合や他領域への枝を持つ。もしモードインデックス符号がない場合は、トレリスの構成は通常の多レベル符号化変調方式のものと等しくなる。なお本方式のビタビ復号法は、変調方式や信号点割当法が送信側と同じ複数のモードになる他は既存の方式と同じである。
【００１９】
以上のシステムにより一方向マルチモード適応伝送が実現される。本方式は既存の多レベルブロック符号化変調方式とビタビ復号の構成とほぼ同じであるため、実現が容易であると考えられる。
【００２０】
次に、上記手法を用いて、２種類のモードを持ち、あるレベルだけ強く保護するモードと均一に保護するモードをもつ符号を示す。図５に符号長Lの多レベル符号を示す。以降、この符号を符号1と称する。この符号1は、２モードを持つ４レベルの多レベル符号である。l1は全0か1の重複符号を用いたモードインデックス符号であり、ハミング距離はLである。ここで、(N、K、d)は符号長N、情報ビット数K、ハミング距離dの符号を表すものとするとき、l2には(L、L-1、2)のパリティ検査符号を用い、l3とl4はそれぞれ(L、L、1)の無符号化である。この符号を、均一誤りとl2を強く保護する不均一誤り特性をもつマルチモード伝送にするためのセット分割法を図６に示す。変調方式には16QAMを用いる。l1はモードインデックス符号なので、最初の分岐はモードに対応する。これによりl2以降ではセット分割法がモード１用のSP1とモード２用のSP2に分かれる。SP1は分岐レベルに比例して信号点間ユークリッド距離を２倍に伸ばす通常のセット分割法で、SP2はl2の平均信号点間距離を伸ばすように配置されたセット分割法である。これによりモード２を伝送すれば不均一誤りが実現される。
【００２１】
表１に符号の距離特性を示す。表１のΔは、図６に示す16QAMの格子間距離である。またMSEDは最小２乗ユークリッド距離で、値が大きいほど白色雑音環境下における符号のビット誤り率特性がよくなる。なおMSED、また後述するMSD、MPDについては文献（D.DivsalarandM.K.Simon,"The design of trellis coded MPSK for fading channels:Performancecriteria,"IEEE Trans. Commun., vol. 36, pp. 1004-1012,Sep.1988.）に詳しく記載されている。表１においては、l2の同モード間平均MSEDは符号の生成確率が等しいとした場合の平均であり、モード２の値がモード１の1.5倍になっている。ここからモード２のl2伝送特性が改善されることが分かる。
【００２２】
【表１】
0003612563.tif 000002
【００２３】
また、符号１の復号には、図７のトレリス線図を用いたビタビ復号を用いる。図中出力ラベルA1-A4は同一の分岐規則を持つ以下の信号点集合である。A1=(0000、0001、0010、0011)、A2=(0100、0101、0110、0111)、A3=(1000、1001、1010、1011)、A4=(1100、1101、1110、1111)このトレリス線図はモード１、２全ての状態を持つため、マルチモードの復号はこのビタビ復号を行うだけでよい。このように本手法は簡易なマルチモードの復号が可能である。
【００２４】
次に、モードによって伝送速度を可変とし、さらにガウス雑音、フェージング環境に対応した符号を示す。これを、以下では符号２とする。図８に、符号長L=3L'のブロック符号を示す。これは、４種類の伝送モードを持つブロック符号であり、このブロック符号では、同一のLシンボルを用いたフレームで伝送するビット数と符号の距離特性を変えることができる。符号の特性を表２に示す。
【００２５】
【表２】
0003612563.tif 000003
【００２６】
ここで、l1はハミング距離が2L/3の重複パリティ符号を用いたモードインデックス符号である。また、l2はどのモードにおいても(L、L-1、2)単一パリティ検査符号である。l3、l4は、モード１、２の場合のみ伝送され、このl3、l4の違いによりモード１、２と３、４で大きく異なった伝送速度が得られる。なおMSDは最小シンボル距離、MPDは最小積距離で、それぞれフェージング環境下における信号対雑音電力（SNR）が大きい領域と小さい領域での、特性の評価パラメータである。どちらも値が大きいほど伝送特性がよくなる。
【００２７】
表２のようにモードにより伝送速度、MSDが変わるため、特性の異なる伝送が行える。モード２、４はMSDが２であるため、モード１、３に比べフェージング環境下での伝送特性が良好であると考えられる。このため、移動通信時にはモード２、４を用いた通信を行うことが考えられる。また、モード１、２は、伝送速度がモード３、４に比べ速いため、伝送速度を稼ぎたいときに用いるのがよいことが分かる。逆に、MSEDから分かるように、モード３、４はモード１、２に比べガウス雑音下での特性がよいため、BER（ビットエラー率）特性を改善させたいときに用いる。
【００２８】
図９に符号２の16QAM信号点割り当てを示す。16QAM信号点とQPSK信号点とを重ね、全体としては16QAM信号面のみを用いて変調を行うものである。またこれは、モードインデックス符号とモード別のセット分割法とを用いることにより実現できる。この方法により、モードインデックス符号により異モード間の距離を伸ばし、それ以降のセット分割法をモード別にすることによって、重複した信号点割り当てにおいても符号語間の距離を保つことができる。図１０に、モード１、３のセット分割法を示す。l2以降はモードによって分けることができる。モード２、４も同様にして行うことができ、この結果、図９に示す、セット分割された16QAMの重複信号点割り当てを得ることができる。
【００２９】
また、符号２の復号には、図１１のトレリス線図を用いたビタビ復号を行う。ここでは、モードインデックス符号を用いているため、トレリス線図はモード別のサブトレリスに分けることができる。図１１中、A1とA2は符号1と同じで、b1=(00、01)、b2=(10、11)である。
【００３０】
上記ではビタビ復号を想定したが、本発明では、多レベルブロック符号化変調を行うため、ビタビ復号の他に、多段復号法などを用いることもできる。図１２に、そのための多段復号器の構成を示す。まずモードインデックス符号を復号、解読しモードを決定する。それに引き続き、その他のレベルの復号法を決定し、復号を行う。この場合は、最尤復号ではないが、復調器構成が容易であるという特徴がある。
【００３１】
【実施例】
［第１実施例］
次に、本発明の方法を用いたシステムのノイズ特性を見るために、第１実施例として、図１３(a)のシステムを用いて、ガウス雑音環境下における符号１のl2特性を計算機シミュレーションにより求めた。なお受信側でシンボルタイミングとフレーム位置の同期は完全にとれているものとする。ここで、L=16とし、モード１と２の生成確率をそれぞれ0.5としたときのl2のBER（ビット誤り率）を図１４に示す。図１４の結果から、モード２のBERが改善されていることが分かる。この結果は、上述の距離特性の比較からの推定と一致している。
【００３２】
［第２実施例］
また、本発明の方法を用いたシステムのノイズ特性とフェージング特性とを見るために、第２実施例として、図１３(b)のシステムを用いて、ガウス雑音（ＡＷＧＮ）およびフェージング環境下における符号２のBER特性を計算した。ここでは、L=15とし、モード1〜4の生成確率をそれぞれ0.45、0.45、0.05、0.05とした。
【００３３】
まず、ガウス雑音下におけるBERを図１５に示す。なおモードを誤った場合に生じる受信側の、送信系列に対する過不足ビットは全て誤りビットとして計算した。そのためBERが1を越える場合が存在する。どのモードも同程度の伝送速度の無符号化系に比べて、ある程度のEb/N0以降では符号化利得が得られており、符号化変調による高い利得とマルチモード伝送が両立していることがわかる。また図１５からわかるように、モード３、４を伝送すれば平均伝送速度は落ちるがBER特性がよくなることは明らかである。
【００３４】
次にフェージング環境下におけるBER特性を計算した。図１６に、正規化したフェージングの速さを1/40と設定した比較的速いレイリーフェージング環境下でのBER特性を示す。MSD伸長の効果により、モード２、４の伝送特性は大幅に改善されていることがわかる。従って移動局上りリンクにおいて、停止中はモード１、３、移動中はモード２、４を伝送するなどにより適応的な伝送が実現できることがわかる。また同時に伝送速度もモード１、２と３、４により大きく変えることができる。さらに本発明を用いたシステムでは、符号長毎にモードを切り換えられるため、通信環境の変化に素早く追随でき、効率的な伝送が行える。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００３６】
この発明は、伝送符号の中にモードのインデックス情報とデータを合成して伝送するため、発明によれば、第１の従来の技術の例のプリアンブルは必要なく、また受信側でのプリアンブルの抽出、解読なども必要がなくなり、また、単一のビタビ復号器により全モードの復号が行えるため、複数の符号化器は必要なくなった。
【００３７】
また、この発明は、ブロック符号化変調方式を用いたマルチモード伝送方式であるため、この発明によって、ブロック符号化変調方式による符号化利得を得ることができ、しかも、従来の技術では起こっていた伝送特性の劣化を防ぐことができるようになった。
【００３８】
さらに、この発明には、ブロック符号化変調方式にマルチモードの特性を持たせたため、この発明によって、様々な状況に応じてモードを変える適応伝送を行うことができるようになった。
【００３９】
あるいはまた、この発明によって、送信側が重要度の高いビットとそうでないビットを混在して伝送したいとき、不均一誤り保護と均一誤り保護のマルチモード伝送を行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の従来の技術の例を示すブロック図である。
【図２】第２の従来の技術の例を示すダイアグラムである。
【図３】マルチモード符号化器を示すブロック図である。
【図４】マルチモードビタビ復号器を示す図で、（ａ）はブロック図であり、（ｂ）はトレリス線図である。
【図５】不均一誤り保護と均一誤り保護の２モード符号を示す図である。
【図６】ハイブリッドなセット分割法を示す図である。
【図７】符号１のトレリス線図である。
【図８】４モード符号を示す図である。
【図９】セット分割された16QAMの重複信号点割り当てを示す図で、（ａ）はモード１と３に対応し、（ｂ）はモード２と４に対応する図である。
【図１０】モード１、３のセット分割法を示す図である。
【図１１】符号２のトレリス線図である。
【図１２】多段復号器を示すブロック図である。
【図１３】等価低域系システムブロック図であり、（ａ）はガウスノイズ環境に対応した構成を、（ｂ）はフェージング環境に対応した構成を示すブロック図である。
【図１４】シミュレーションの結果を示す図で、符号１のモード１、２におけるl2のビットエラー率特性を示す。
【図１５】シミュレーションの結果を示す図で、符号２のガウスノイズ環境下におけるビットエラー率特性を示す。
【図１６】シミュレーションの結果を示す図で、符号２のフェージング環境下におけるビットエラー率特性を示す。
【符号の説明】
１  モード選択器
２  シリアル／パラレル変換器
３  マルチレベル符号器
４  １６ＱＡＭ割当器
５、７  ローパスフィルタ
６  加算器
８  ビタビ復号器
１１  インターリーバー
１２  パイロットシンボル挿入器
１３  乗算器
１４  フェージング評価および補償器
１５  デインターリーバー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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