(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本データおよび付加データを有するマルチキャストデータを多数の外部受信装置に伝送する無線伝送装置において、
前記外部受信装置の各々が受信するマルチキャストデータの総量を最大化するように複数本のマルチキャストストリームを生成するとともに、前記受信装置の各々に送信する各マルチキャストストリームについて、最小のデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記基本データを含め、かつ、前記最小のデータレート以外の各データレートと当該各データレートで受信可能な受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記付加データを含むように生成するストリーム生成部と、
前記複数本のマルチキャストストリームを各々符号化処理する符号化処理部と、
前記符号化処理されたマルチキャストストリームに各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調するヘッダ処理部と、
前記符号化処理された各マルチキャストストリームを対応するデータレートで変調するストリーム変調部と、
前記変調されたマルチキャストストリームに前記変調されたヘッダを付加して一枚以上の伝送フレームを生成するフレーム生成部とを含むことを特徴とするマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項２】
前記符号化処理部は、
前記複数本のマルチキャストストリームを各々順方向誤り訂正符号化させる第１処理部と、
前記順方向誤り訂正符号化された複数本のマルチキャストストリームを各々インタリーブする第２処理部と、
前記順方向誤り訂正符号化及びインタリーブされた複数本のマルチキャストストリームを各々信号点配置マッピングする第３処理部とを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項３】
前記ヘッダ処理部は、
各ヘッダを対応するマルチキャストストリームと同じデータレートで変調することを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項４】
前記ヘッダ処理部は、
各ヘッダを最も低いデータレートで変調することを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項５】
前記ヘッダは各々、
対応するマルチキャストストリームが受信可能なデータレートを有する受信装置をいずれも含む受信装置グループの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、前記対応するマルチキャストストリームに適用された符号化処理情報及び前記対応するマルチキャストストリームの大きさを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項６】
前記ヘッダは各々、
前記対応するマルチキャストストリームより一層高いデータレートに対応するマルチキャストストリームの存否を表示する情報をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項７】
前記フレーム生成部は、
前記変調されたヘッダを各々対応する変調されたマルチキャストストリームに付加して複数の伝送フレームを生成することを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項８】
前記フレーム生成部は、
前記変調されたマルチキャストストリームをデータレートの低い順番に配列し、前記変調されたヘッダを対応するマルチキャストストリームが配列された順番に前記配列されたマルチキャストストリームの前方に付加して一枚の伝送フレームを生成することを特徴とする請求項１に記載のマルチキャストデータの無線伝送装置。
【請求項９】
基本データおよび付加データを有するマルチキャストデータを多数の外部受信装置に伝送する無線伝送方法において、
（ａ）前記外部受信装置の各々が受信するマルチキャストデータの総量を最大化するように複数本のマルチキャストストリームを生成するとともに、前記受信装置の各々に送信する各マルチキャストストリームについて、最小のデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記基本データを含め、かつ、前記最小のデータレート以外の各データレートと当該各データレートで受信可能な受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記付加データを含むように生成する段階と、
（ｂ）前記複数本のマルチキャストストリームを各々符号化処理する段階と、
（ｃ）前記符号化処理されたマルチキャストストリームに各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調する段階と、
（ｄ）前記複数本の符号化処理されたマルチキャストストリームを対応するデータレートで変調する段階と、
（ｅ）前記変調されたマルチキャストストリームに前記変調されたヘッダを付加して一枚以上の伝送フレームを生成する段階とを含むことを特徴とするマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１０】
前記（ｂ）段階は、
（ｂ１）前記複数本のマルチキャストストリームを各々順方向誤り訂正符号化させる段階と、
（ｂ２）前記順方向誤り訂正符号化された複数本のマルチキャストストリームを各々インタリーブする段階と、
（ｂ３）前記順方向誤り訂正符号化及びインタリーブされた複数本のマルチキャストストリームを各々信号点配置マッピングする段階とを含むことを特徴とする請求項９に記載のマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１１】
前記（ｃ）段階は、
各ヘッダを対応するマルチキャストストリームと同じデータレートで変調することを特徴とする請求項９に記載のマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）段階は、
各ヘッダを最も低いデータレートで変調することを特徴とする請求項９に記載のマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１３】
前記ヘッダは各々、
対応するマルチキャストストリームが受信可能なデータレートを有する受信装置をいずれも含む受信装置グループのＭＡＣアドレス、前記対応するマルチキャストストリームに適用された符号化処理情報及び前記対応するマルチキャストストリームの大きさを含むことを特徴とする請求項９に記載のマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１４】
前記ヘッダは各々、
前記対応するマルチキャストストリームより一層高いデータレートに対応するマルチキャストストリームの存否を表示する情報をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１５】
前記（ｅ）段階は、
前記変調されたヘッダを各々対応する変調されたマルチキャストストリームに付加して複数の伝送フレームを生成することを特徴とする請求項９に記載のマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１６】
前記（ｅ）段階は、
前記変調されたマルチキャストストリームをデータレートが低い順番に配列し、前記変調されたヘッダを対応するマルチキャストストリームが配列された順番に前記配列されたマルチキャストストリームの前方に付加して一枚の伝送フレームを生成することを特徴とする請求項９に記載のマルチキャストデータの無線伝送方法。
【請求項１７】
（ａ）基本データおよび付加データを有するマルチキャストデータについて、外部受信装置の各々が受信するマルチキャストデータの総量を最大化するように複数本のマルチキャストストリームを生成するとともに、前記受信装置の各々に送信する各マルチキャストストリームについて、最小のデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記基本データを含め、かつ、前記最小のデータレート以外の各データレートと当該各データレートで受信可能な受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記付加データを含むように生成する段階と、
（ｂ）前記複数本のマルチキャストストリームを各々符号化処理する段階と、
（ｃ）前記符号化処理されたマルチキャストストリームに各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調する段階と、
（ｄ）前記複数の符号化処理されたマルチキャストストリームを対応するデータレートで変調する段階と、
（ｅ）前記変調されたマルチキャストストリームに前記変調されたヘッダを付加して一枚以上の伝送フレームを生成する段階とをコンピュータにて実行させるためのプログラムを記録したコンピュータにて読取り可能な記録媒体。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項８に記載の無線伝送装置から伝送された伝送フレームを受信する無線受信装置であって、
前記無線伝送装置から伝送された一枚以上の伝送フレームのうちヘッダ部分を復調してヘッダ情報信号を生成するヘッダ復調部と、
前記ヘッダ情報信号に基づき前記伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリームを生成するストリーム復調部と、
前記一本以上の符号化処理されたデータストリームをデコーディングするストリームデコーディング部と、
前記一本以上のデコーディングされたデータストリームを合成して、前記基本データを少なくとも有するデータを出力するデータ合成部とを含むことを特徴とするマルチキャストデータの無線受信装置。
【請求項１９】
請求項９ないし請求項１６のいずれかに記載の無線伝送方法を用いて伝送されたフレームを受信するマルチキャストデータの無線受信方法であって、
（ａ）前記無線伝送方法により伝送された一枚以上の伝送フレームのうちヘッダ部分を復調して伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を決定する段階と、
（ｂ）前記伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリームを生成する段階と、
（ｃ）前記一本以上の符号化処理されたデータストリームをデコーディングする段階と、
（ｄ）前記一本以上のデコーディングされたデータストリームを合成して、前記基本データを少なくとも有するデータを出力する段階とを含むことを特徴とするマルチキャストデータの無線受信方法。
【請求項２０】
（ａ）請求項１ないし請求項８に記載の無線伝送装置から伝送された一枚以上の伝送フレームのうちヘッダ部分を復調して伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を決定する段階と、
（ｂ）前記伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリームを生成する段階と、
（ｃ）前記一本以上の符号化処理されたデータストリームをデコーディングする段階と、
（ｄ）前記一本以上のデコーディングされたデータストリームを合成して、前記基本データを少なくとも有するデータを出力する段階とをコンピュータにて実行させるためのプログラムを記録したコンピュータにて読取り可能な記録媒体。
【請求項２１】
無線伝送装置と無線受信装置とを備えた無線通信システムであって、
無線伝送装置は、
無線受信装置の各々が受信するマルチキャストデータの総量を最大化するように複数本のマルチキャストストリームを生成するとともに、前記無線受信装置の各々に送信する各マルチキャストストリームについて、最小のデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記基本データを含め、かつ、前記最小のデータレート以外の各データレートと当該各データレートで受信可能な無線受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記付加データを含むように生成するストリーム生成部と、
前記複数本のマルチキャストストリームを各々符号化処理する符号化処理部と、
前記符号化処理されたマルチキャストストリームに各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調するヘッダ処理部と、
前記符号化処理された各マルチキャストストリームを対応するデータレートで変調するストリーム変調部と、
前記変調されたマルチキャストストリームに前記変調されたヘッダを付加して一枚以上の伝送フレームを生成するフレーム生成部とを有するとともに、
無線受信装置は、
前記無線伝送装置のフレーム生成部から伝送された一枚以上の伝送フレームのうちヘッダ部分を復調してヘッダ情報信号を生成するヘッダ復調部と、
前記ヘッダ情報信号に基づき前記伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリームを生成するストリーム復調部と、
前記一本以上の符号化処理されたデータストリームをデコーディングするストリームデコーディング部と、
前記一本以上のデコーディングされたデータストリームを合成して、前記基本データを少なくとも有するデータを出力するデータ合成部とを有することを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチキャストデータの無線送受信装置に係り、特に、スケーラブルなデータ構造を有するマルチキャストデータを効率良く無線伝送及び受信するための装置及び方法、そしてこのような伝送装置及び受信装置を含む無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチキャストとは、一回の伝送で複数の受信者（または受信装置、以下、受信装置）に同じ情報を伝送することを意味する。マルチキャスト技術は、ネットワーク資源を無駄遣いすることなく効率良く使用できるという点で優れており、超高速マルチメディアデータなどの伝送に使われる。
【０００３】
マルチキャストによるデータ（以下、マルチキャストデータ）の伝送において、単位時間にネットワークを介して受信可能なデータの量（データレート）は、一般に受信装置ごとに異なる。そこで、送信装置が同じデータレートでデータを送信する場合、全受信装置がそのデータを受信できるように最も低いデータレートで伝送しなければならず、データレートを高めると、送信データのデータレートより低いデータレートを有する受信装置は、送信装置が送るデータを受信できなくなってしまうのである。
【０００４】
この問題を解決するために、マルチキャストデータを幾つかのストリームに区分けし、低いデータレートを有する受信装置には一部のストリームのみ伝送し、送信データレート以上のデータレートを有する受信装置には全ストリームを伝送する方法が提案されている。このような方法が有効になるためには、データそのものが、映像データや音声データなどのデータの一部（基本データ）に最も基本的な情報を含んでいて、それだけで低い品質の原データが提供できるとともに、残りのデータ（付加データ）により詳細な情報を含んでいて、基本データに加えることで高品質の原データが提供できるようになっていなければならない。このようなデータ構造をスケーラブルデータ構造と言うが、このようなスケーラビリティのある符号化（コーディング）方法として代表的なものに、ＭＰＥＧ−４（Motion Pictures Experts Group 4）がある。
【０００５】
無線伝送システムにおいてこのようなスケーラブルなデータ構造を有するマルチキャストデータを伝送するための方法として、非平衡変調方式がある。代表的な非平衡変調方式としては、非平衡直交位相偏移変調（Unbalanced Quadrature Phase Shift Keying: UQPSK）及び非平衡直交振幅変調（Unbalanced Quadrature Amplitude Modulation: UQAM）がある。両方式は、１信号要素が２ビットをである場合、同一なので、以下では図面を参照し、ＵＱＰＳＫ方式のみについて説明する。
【０００６】
図１（ａ）は、ＵＱＰＳＫ方式を用いた通信システムのブロック図である。図１（ａ）を参照すれば、ＵＱＰＳＫ方式を用いた通信システムは、伝送装置１００及び受信装置１１０を含んでなる。説明の便宜のために、図１（ａ）に通信チャンネル１２０を併せて示した。
【０００７】
伝送装置１００は、基本データ信号１及び付加データ信号２を各々同じ周波数のサイン波３，D1*sin(ωct)及びコサイン波４，D2*cos(ωct)で変調して基本変調信号５及び付加変調信号６を生成した後、これらを合算して伝送信号７を生成する。
【０００８】
伝送信号７は、通信チャンネル１２０を介して受信装置１１０に伝送され、この過程で雑音が加えられる。
【０００９】
受信装置１１０は、雑音の加えられた伝送信号１７を伝送装置１００のサイン波３に同期されたサイン波１３，sin(ωct)及び伝送装置のコサイン波４に同期されたコサイン波１４，cos(ωct)，で各々復調し、雑音の加えられた基本データ信号１１及び雑音の加えられた付加データ信号１２を生成する。
【００１０】
図１（ｂ）は、ＵＱＰＳＫ変調方式における伝送信号の信号点配置図（constellation I/Q plot）である。図１（ｂ）を参照すれば、基本変調信号５及び付加変調信号６は各々伝送信号７の同相（Ｉ）成分及び直交（Ｑ）成分となる。この時、Ｉ成分の大きさはサイン波３の振幅Ｄ1と同じであり、Ｑ成分の大きさはコサイン波４の振幅Ｄ2と同じである。Ｄ2＝λ×Ｄ1である時、ＵＱＰＳＫ方式ではλが０ないし１の値を有する。λが０であれば、２進ＰＳＫ（ＢＰＳＫ）となり、λが１であれば、平衡ＱＰＳＫとなる。
【００１１】
図１（ｂ）を参照すれば、伝送装置１００でＤ1及びＤ2が定めてある時、受信装置では受信された信号に加えられた雑音の大きさに応じてＱ成分を選択的に受信できる。すなわち、高い信号対雑音比（Signal to Noise Ratio: SNR）を有して雑音の大きさがＱ成分の振幅Ｄ2より小さい場合にはＩ成分及びＱ成分を両方とも受信してこれを合成して基本情報に付加情報が加えられた元のデータを得ることができるが、低いＳＮＲを有して雑音の大きさがＤ2より大きい場合にはＩ成分のみを受信して基本データのみを得ることができる。
【００１２】
図１（ｂ）を参照すれば、伝送信号７は、４つの信号点２１，２２，２３，２４のうち一つとなる。しかし、受信装置１１０では、雑音の加えられた伝送信号１７を受信することになる。例えば、信号点２５に当たる信号を受信した場合、受信装置１１０でＱ成分を受信するためには、伝送された信号７が信号点２１に当たる信号であるか、それとも信号点２２に当たる信号であるかを判断しなければならない。もし、伝送信号７が信号点２２に当たる信号であり、Ｑ成分に加えられた雑音の大きさがｎ2であるとした時、受信装置１１０で伝送信号７が信号点２１に当たり、Ｑ成分にｎ1の大きさの雑音が加えられたと判断されれば、エラーが生じてしまう。従って、Ｑ成分の振幅Ｄ2が大きいほど雑音によるエラーの発生可能性が低くなってより多くの受信装置が付加データを受信可能になる。
【００１３】
しかしながら、ＵＱＰＳＫ方式では伝送電力が一定である必要があるため、Ｑ成分を大きくすれば、Ｉ成分を小さくしなければならない。これを図１（ｂ）を参照して説明すれば、一定した伝送電力は信号点が単位円２６上に位置しなければならないため、Ｄ2を大きくすればＤ1が小さくなるということが分かる。従って、高いＳＮＲを有した受信装置のためにＱ成分を大きくする場合、低いＳＮＲを有した受信装置で雑音がＤ1より大きくてＩ成分も受信できなくなる場合がある。このように低いＳＮＲを有する受信装置が伝送装置から伝送される基本データを受信できない状態をアウテージと言う。
【００１４】
すなわち、非平衡変調方式を用いてスケーラブルなデータ構造を有するマルチキャストデータを伝送する方法においては、基本データ及び付加データを一つの伝送方法により伝送し、受信装置の物理的な状態に応じて付加データの受信可否を決定するため、全受信装置が受信するデータの量を増やすためにデータレートを高めれば、アウテージが生じてそれ以上データレートが高められなくなるといった問題点がある。
【００１５】
上述したマルチキャスト伝送技術を説明した技術文献としては、例えば、特許文献１、特許文献２がある。
【００１６】
【特許文献１】
欧州特許出願公開第１０９３２４９号（Ａ２）明細書
【特許文献２】
米国特許第６４１１６１６号（Ｂ１）明細書
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、スケーラブルなデータ構造を有するマルチキャストデータを伝送するに当たって、各々のストリームを伝送するデータレート及び受信装置グループを予め決定して伝送することにより、全受信装置が受信する付加情報の量を増やしつつも基本情報を受信できない受信装置が無いようにして、全受信装置が受信するデータの量を最大化させ、基本情報に付加情報を加えて高品質の情報が受信可能な受信装置の数を最大化できるマルチキャストデータの効率良い無線送受信装置及び方法を提供することにある。
【００１８】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記無線伝送装置及び多数の前記無線受信装置を含むマルチキャストデータの無線通信システムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を解決するために、本発明に係るマルチキャストデータの無線伝送装置は、外部受信装置の各々が受信するマルチキャストデータの総量を最大化するように複数本のマルチキャストストリームを生成するとともに、前記受信装置の各々に送信する各マルチキャストストリームについて、最小のデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記基本データを含め、かつ、前記最小のデータレート以外の各データレートと当該各データレートで受信可能な受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記付加データを含むように生成するストリーム生成部と、前記複数本のマルチキャストストリームを各々符号化処理する符号化処理部と、前記符号化処理されたマルチキャストストリームに各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調するヘッダ処理部と、前記符号化処理された各マルチキャストストリームを対応するデータレートで変調するストリーム変調部と、前記変調されたマルチキャストストリームに前記変調されたヘッダを付加して一枚以上の伝送フレームを生成するフレーム生成部とを含むことを特徴とする。
【００２０】
前記技術的課題を解決するために、本発明に係るマルチキャストデータの無線伝送方法置は、外部受信装置の各々が受信するマルチキャストデータの総量を最大化するように複数本のマルチキャストストリームを生成するとともに、前記受信装置の各々に送信する各マルチキャストストリームについて、最小のデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記基本データを含め、かつ、前記最小のデータレート以外の各データレートと当該各データレートで受信可能な受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記付加データを含むように生成する段階と、前記複数本のマルチキャストストリームを各々符号化処理する段階と、前記符号化処理されたマルチキャストストリームに各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調する段階と、前記複数本の符号化処理されたマルチキャストストリームを対応するデータレートで変調する段階と、前記変調されたマルチキャストストリームに前記変調されたヘッダを付加して一枚以上の伝送フレームを生成する段階とを含むことを特徴とする。
【００２１】
前記技術的課題を解決するために、本発明に係るマルチキャストデータの無線受信装置は、無線伝送装置から伝送された一枚以上の伝送フレームのうちヘッダ部分を復調してヘッダ情報信号を生成するヘッダ復調部と、前記ヘッダ情報信号に基づき前記伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリームを生成するストリーム復調部と、前記一本以上の符号化処理されたデータストリームをデコーディングするストリームデコーディング部と、前記一本以上のデコーディングされたデータストリームを合成して、前記基本データを少なくとも有するデータを出力するデータ合成部とを含むことを特徴とする。
【００２２】
前記技術的課題を解決するために、本発明に係るマルチキャストデータの無線受信方法は、無線伝送方法により伝送された一枚以上の伝送フレームのうちヘッダ部分を復調して伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を決定する段階と、前記伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリームを生成する段階と、前記一本以上の符号化処理されたデータストリームをデコーディングする段階と、前記一本以上のデコーディングされたデータストリームを合成して、前記基本データを少なくとも有するデータを出力する段階とを含むことを特徴とする。
【００２３】
前記技術的課題を解決するために、本発明は、前記伝送方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び前記受信方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体をそれぞれ提供する。
【００２４】
前記他の技術的課題を解決するために、本発明に係るマルチキャストデータの無線通信システムは、無線伝送装置と無線受信装置とを備え、無線伝送装置は、無線受信装置の各々が受信するマルチキャストデータの総量を最大化するように複数本のマルチキャストストリームを生成するとともに、前記無線受信装置の各々に送信する各マルチキャストストリームについて、最小のデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記基本データを含め、かつ、前記最小のデータレート以外の各データレートと当該各データレートで受信可能な受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに前記付加データを含むように生成するストリーム生成部と、前記複数本のマルチキャストストリームを各々符号化処理する符号化処理部と、前記符号化処理されたマルチキャストストリームに各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調するヘッダ処理部と、前記符号化処理された各マルチキャストストリームを対応するデータレートで変調するストリーム変調部と、前記変調されたマルチキャストストリームに前記変調されたヘッダを付加して一枚以上の伝送フレームを生成するフレーム生成部とを有するとともに、無線受信装置は、前記無線伝送装置のフレーム生成部から伝送された一枚以上の伝送フレームのうちヘッダ部分を復調してヘッダ情報信号を生成するヘッダ復調部と、前記ヘッダ情報信号に基づき前記伝送フレームのうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリームを生成するストリーム復調部と、前記一本以上の符号化処理されたデータストリームをデコーディングするストリームデコーディング部と、前記一本以上のデコーディングされたデータストリームを合成して、前記基本データを少なくとも有するデータを出力するデータ合成部とを有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明に係るマルチキャストデータの送受信装置及び方法を詳細に説明する。
【００２６】
本発明が適用されるためには、伝送装置側で受信装置の総数と各受信装置の受信能力及び各受信装置との伝送チャンネルの状態などを知っていなければならない。これは、以前の通信内容を通じて分かるので、通常の通信システムで満足される要件である。
【００２７】
全受信装置が受信するデータの量を最大化させつつ基本情報を受信できない受信装置が無いようにするためには、基本データを伝送する方法と付加データを伝送する方法とが互いに独立的でなければならない。非平衡変調方式では、２種類のデータを一つの方法により伝送すると互いに影響を及ぼすため、高いＳＮＲを有して一層高いデータレートで受信可能な受信装置のために付加データを含むＱ成分の電力を高めれば、基本データを含むＩ成分の電力が低くなり、低いＳＮＲを有する受信装置にアウテージが生じる。
【００２８】
この問題を回避するため、本発明に係るマルチキャストデータの伝送装置では、受信装置の総数と各受信装置の受信能力及び各受信装置との伝送チャンネルの状態などの情報を通じて各受信装置が受信可能なデータレートを決定し、これにより、各データレートに対応する受信装置をグループ分けして、各グループ別に基本情報及び付加情報をどの程度伝送するべきかを決定する。これにより、マルチキャストデータを複数本のマルチキャストストリームに分離し、各マルチキャストストリームを、受信装置グループと、その受信装置グループに割り当てられたデータレートで伝送可能な変調方法とに対応づける。各マルチキャストストリームは、全受信装置が受信するデータの量が最大となるように、受信装置グループに対応づけされる。この時、基本情報を含むマルチキャストストリームをすべての受信装置を含む受信装置グループに対応づけることにより、基本情報を受信できない受信装置が無いようにする。付加情報を含むマルチキャストストリームには、高いデータレートでも受信可能な受信装置を含む受信装置グループを対応づけて、全受信装置が受信するデータの量を最大化するとともに、基本情報及び付加情報を両方とも受信して基本情報のみ受信する場合より高品質の情報を得ることのできる受信装置の数を最大化することができる。
【００２９】
図２は、本発明に係るマルチキャストデータの伝送装置の一実施の形態を示すブロック図である。図２を参照すれば、望ましい実施の形態によるマルチキャストデータの伝送装置は、ストリーム生成部２００、符号化処理部２１０、ヘッダ処理部２２０、ストリーム変調部２３０及びフレーム生成部２４０を含む。
【００３０】
図２を参照すれば、ストリーム生成部２００は、複数の外部受信装置がデータ受信可能なデータレートに応じてスケーラブルなデータ構造を有するマルチキャストデータ３１を分離し、所定のデータレートに対応する複数本のマルチキャストストリーム３２を生成する。ストリーム生成部２００でマルチキャストデータ３１を分離してマルチキャストストリーム３２を生成するに当たっては、全受信装置が受信するマルチキャストデータの量を最大としつつも、基本情報を受信できない受信装置が無いようにしなければならない。
【００３１】
これらの条件を数式にて説明すれば、下記の通りである。
【００３２】
データ伝送において、１単位として取り扱われる信号要素をバーストと呼ぶ。変調において、データレートは各バーストのデータビット数である。したがって、ｒ＊ｎビットの大きさを有するマルチキャストストリームをデータレートｒで変調すれば、ｎ個のバーストが生成される。
【００３３】
ストリーム生成部２００で生成するＮ本のマルチキャストストリームに、データレートが低い順に１からＮまで番号を付し、各マルチキャストストリームに対応するデータレートを各々ｒ1，ｒ2，．．．，ｒN、各マルチキャストストリームの受信装置グループに含まれる受信装置の数をｕ1，ｕ2，．．．，ｕN、各マルチキャストストリームが変調された後に生成されるバーストの数をｎ1，ｎ2，．．．，ｎNとした時、全受信装置が受信するマルチキャストデータの量を最大化させる条件は、下記式１によって満足する。
【００３４】
【数１】
0003686651.tif 000002
【００３５】
基本情報を受信できない受信装置がないようにするためには、全受信装置が受信可能な最も低いデータレートに対応するマルチキャストストリームが、すべての基本情報を含むように十分に大きくなければならない。これを数式で表せば、下記式２のようになる。
【００３６】
【数２】
0003686651.tif 000003
【００３７】
前式２において、ｒminは、ビット単位で表わした基本データの大きさである。
【００３８】
各受信装置グループに含まれるデータレートｒ1，ｒ2，．．．，ｒN及び受信装置の数ｕ1，ｕ2，．．．，ｕNは、受信装置が受信可能なデータレート及び伝送装置が変調可能な変調方法により決定されるため、ストリーム生成部２００で決定可能な値は、バーストの数ｎ1，ｎ2，．．．，ｎNだけである。ところが、伝送装置で伝送可能なバーストの数は限られているため、バーストの数を決定することは、条件付最適化の問題（constrained optimization problem）となる。
【００３９】
バーストの総数をＭとした時、式２の条件を満足するためには、ｎ1にｒmin／ｒ1より大きいの最小の整数Ｌを割り当て、各バーストの数ｎk（ｋ＝１，．．．，Ｎ）のうち係数ｒkｕkが最も大きいｎkに残りのＭ−Ｌを割り当てなければならない。
【００４０】
すなわち、基本データが、最も低いデータレートに対応するマルチキャストストリームに含まれ、残りの付加データが、各々のデータレートのうち当該データレートとそのデータレートで受信可能な受信装置の数との乗算値が最大となるデータレートに対応するマルチキャストストリームに含まれるように、マルチキャストストリーム３２を生成しなければならない。
【００４１】
符号化処理部２１０は、複数本のマルチキャストストリーム３２を各々符号化処理する。そのため、符号化処理部２１０は、複数本のマルチキャストストリーム３２を各々順方向誤り訂正（Forward Error Correction: FEC）符号化させる第１処理部２１１、ＦＥＣ符号化されたマルチキャストストリーム３３を各々インタリーブする第２処理部２１２、及びＦＥＣ符号化及びインタリーブされたマルチキャストストリーム３４を各々信号点配置マッピングする第３処理部２１３を含むことが望ましい。
【００４２】
符号化処理部２１０における符号化処理は、チャンネル符号化を意味する。チャンネル符号化は、エラーを訂正するための機能を有する。無線通信システムでは、ＦＥＣ符号化が使われるが、これには、周期的冗長検査（cyclic redundancy check: CRC）やコンボリューショナルコード、ターボコードなどがある。
【００４３】
バースト性エラーが発生するなどＦＥＣ符号化のエラー訂正が不十分である場合にインタリーブが使われる。インタリーブは、信号内の複数のビットを互いに独立に分散配置させてバースト性エラーをランダム性エラーに変換してエラー訂正を可能にする方法である。
【００４４】
信号点配置マッピングは、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの変調方法で各信号点の位相及び振幅を調節することを言う。例えば、図１（ｂ）の信号点配置において、λの値を調節してＤ1及びＤ2の大きさを変える。
【００４５】
図２を参照すれば、第１処理部２１１、第２処理部２１２及び第３処理部２１３がそれぞれＦＥＣ符号化、インタリーブ及び信号点配置マッピングを行うが、これは一つの実施の形態に過ぎず、その順序や符号化方法などはチャンネル状態及び各受信装置の状態に応じて異なる。
【００４６】
ヘッダ処理部２２０は、符号化処理されたマルチキャストストリーム３５に各々対応するヘッダを生成して所定のデータレートで変調する。ヘッダは、各マルチキャストストリームごとに生成され、受信装置のマルチキャストストリーム受信に必要な情報を含む。
【００４７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は各々、本発明に係るマルチキャストデータの無線伝送装置の実施形態におけるヘッダの構成図である。図３（ａ）を参照すれば、望ましい実施の形態によるマルチキャストデータの無線伝送装置におけるヘッダは、各マルチキャストストリームの受信装置グループの媒体アクセス制御（Media Access Control: MAC）アドレスＨＡ、各マルチキャストストリームに適用された符号化処理情報ＨＣ、各マルチキャストストリームの大きさＨＳ、その他の必要情報ＨＥを含む。
【００４８】
無線ＬＡＮ（Local Area Network）でマルチキャストを与える方法には、複数のユニキャスト用ＭＡＣアドレスを使用する方法と、マルチキャストのために定まったＭＡＣアドレスを使用する方法とがある。複数のユニキャスト用ＭＡＣアドレスを使用する方法は、同じ情報を各受信装置の数だけ伝送するものであって、チャンネルの利用効率面ではユニキャスト方法と同じである。伝送チャンネルを効率良く利用しようとするマルチキャストの長所を生かすためには、マルチキャストのためのＭＡＣアドレスを使用しなければならない。ハイパーＬＡＮ２の場合、総２５６個のＭＡＣアドレスのうち３２個がマルチキャストのために割り当てられている。マルチキャスト用ＭＡＣアドレスを利用するためには、マルチキャストを受信する受信装置が含まれたグループを指定して各グループ別に一つずつのＭＡＣアドレスを指定しなければならない。
【００４９】
各マルチキャストストリームに適用された符号化処理情報ＨＣには、ＦＥＣ符号化の方法、符号化率、パンクチュアリング方式、インタリーブ方式、信号点配置方法及び変調データレートなどが含まれる。
【００５０】
図３（ｂ）を参照すれば、実施形態によって、ヘッダは、ＨＡ、ＨＣ、ＨＳ及びＨＥに付加して一層高いデータレートに対応するマルチキャストストリームの存否を示すビットＨＮをさらに含む。ＨＮビットが１であれば、一層高いデータレートに対応するマルチキャストストリームが存在し、０であれば、該当マルチキャストストリームが最も高いデータレートに対応する。
【００５１】
このようにして生成されたヘッダは、所定のデータレートを有する変調方法により変調される。ヘッダの伝送に当たって、エラー発生を小さくするためには、ヘッダを最も低いデータレートで変調することが望ましい。しかしながら、受信しないストリームに該当するヘッダは受信装置で受信しなくても良いので、各々のヘッダを対応するマルチキャストストリームと同じデータレートで変調することもできる。
【００５２】
ストリーム変調部２３０は、符号化処理されたマルチキャストストリーム３５を対応するデータレートで変調する。
【００５３】
フレーム生成部２４０は、変調されたマルチキャストストリーム３６に変調されたヘッダ４１を付加して一枚以上の伝送フレーム５０を生成する。
【００５４】
図４（ａ）ないし図４（ｃ）は各々、本発明に係るマルチキャストデータの無線伝送装置の実施の形態における伝送フレームの構成図である。
【００５５】
図４（ａ）は、Ｎ個の変調されたヘッダＨ1，Ｈ2，．．．，ＨNを対応するＮ本の変調されたマルチキャストストリームＤ1，Ｄ2，．．．，ＤNに各々付加してＮ枚の伝送フレームＦ1，Ｆ2，．．．，ＦNを構成する場合の伝送フレームの構成図である。図４（ａ）を参照すれば、各々のフレームＦk（ｋ＝１，２，．．．，Ｎ）は、ヘッダ部（各Ｈk）及びデータストリーム部（各Ｄk）を含む。
【００５６】
図４（ｂ）は、Ｎ個の変調されたヘッダＨ1，Ｈ2，．．．，ＨNを前方に配置し、Ｎ本の変調されたマルチキャストストリームＤ1，Ｄ2，．．．，ＤNを後方に配置して１枚の伝送フレームを構成する場合の伝送フレームの構成図である。図４（ｂ）を参照すれば、ヘッダＨ1，Ｈ2，．．．，ＨN及びデータストリームＤ1，Ｄ2，．．．，ＤNは対応するデータレートが低い順番に配列される。
【００５７】
図４（ａ）または図４（ｂ）の構成を有する伝送フレームを受信装置で受信する時には、ヘッダ内のＭＡＣアドレスＨＡを参照して受信するか否かを決定する。すなわち、ＭＡＣアドレスに対応する受信装置グループに当該受信装置が含まれる場合に限って、該当するデータストリームを受信する。
【００５８】
図４（ｃ）は、図４（ｂ）の伝送フレームにおいて、Ｎ個のヘッダ全体を一つの大きいヘッダＣＨとして見なした場合の構成図である。この場合、各ヘッダは、図３（ｂ）の構成を有することが望ましい。この時、ヘッダＣＨは、Ｎ本のストリームに関する符号化処理情報ＨＣ1，ＨＣ2，．．．，ＨＣN、大きさＨＳ1，ＨＳ2，．．．，ＨＳN、その他の情報ＨＥ1，ＨＥ2，．．．，ＨＥN及び次ストリームの存否を示すビットＨＮ1，ＨＮ2，．．．，ＨＮNを含む。ところで、受信装置グループのＭＡＣアドレスＨＡはＮ個を含む必要がなく、最も前のＭＡＣアドレスのみを含み、残りのＮ−１個のＭＡＣアドレスは省略しても良い。
【００５９】
図４（ｃ）の構成を有した伝送フレームを受信する場合、受信装置では、ＭＡＣアドレスＨＡの代わりに符号化処理情報ＨＣ1，ＨＣ2，．．．，ＨＣN及び次ストリームの存否を示すビットＨＮ1，ＨＮ2，．．．，ＨＮNの内容に基づき受信するデータストリーム部分を決定する。
【００６０】
図５は、本発明に係るマルチキャストデータの受信装置の一実施の形態を示すブロック図である。図５を参照すれば、望ましい実施の形態によるマルチキャストデータの受信装置は、ヘッダ復調部３００、ストリーム復調部３１０、ストリームデコーディング部３２０及びデータ合成部３３０を含む。
【００６１】
図５を参照すれば、ヘッダ復調部３００は、外部の伝送装置から伝送された一枚以上の伝送フレーム５１のうちヘッダ部分を復調してヘッダ情報信号５２を生成する。
【００６２】
図５の実施の形態で復調されたヘッダは、図３（ａ）または図３（ｂ）に示された構造を有する。受信するデータストリーム部分を決定する方法は、伝送フレームの構造によって異なる。
【００６３】
一つの方法は、図４（ａ）または図４（ｂ）のフレーム構成に対応するものである。ここ方法によれば、まず、各々のヘッダ内のＭＡＣアドレスＨＡを参照してこの受信装置は、ＭＡＣアドレスにより指定される受信装置グループに属しているか否かを判断する。受信装置が当該受信装置グループに属するならば、対応するデータストリーム部分を受信し、そうでなければ、対応するデータストリーム部分を受信しない。
【００６４】
もう一つの方法は、図４（ｃ）のフレーム構成に対応するものであって、ヘッダ内のＭＡＣアドレスＨＡがマルチキャストの対象となるあらゆる受信装置を含む受信装置グループを指定する場合である。この方法によれば、受信装置は、自体が該当受信装置グループに属しているか否かを判断し、もし、属していないならば、伝送フレームを受信しない。もし、当該受信装置グループに属しているならば、ヘッダに含まれた符号化情報ＨＣ1，ＨＣ2，．．．，ＨＣN及び次ストリームの存否を示すビットＨＮ1，ＨＮ2，．．．，ＨＮNの内容に基づき受信するデータストリーム部分を決定する。
【００６５】
ストリーム復調部３１０は、ヘッダ情報信号５２に基づき伝送フレーム５１のうち受信するデータストリーム部分を各々復調して一本以上の符号化処理されたデータストリーム５５を生成する。
【００６６】
ストリームデコーディング部３２０は、一本以上の符号化処理されたデータストリーム５５をデコーディングする。そのためには、ストリームデコーディング部３２０は、各々の符号化処理されたデータストリーム５５を信号点配置デマッピングする第１デコーディング部３２１、信号点配置デマッピングされたデータストリーム５６をデインタリーブする第２デコーディング部３２２、信号点配置デマッピング及びデインタリーブされたデータストリーム５７をＦＥＣデコーディングする第３デコーディング部３２３を含むことが望ましい。
【００６７】
データ合成部３３０は、一本以上のデコーディングされたデータストリーム５８を合成してスケーラブルなデータ構造を有するデータ６０を出力する。もし、受信可能なデータストリームが一本のみであれば、これは、それ自体で基本情報を含むデータとなる。もし、幾つかのデータストリームが受信されたならば、基本情報を含むデータストリームに付加情報を含むデータストリームを付加して一層高品質の情報を有したデータを得ることができる。
【００６８】
本発明に係る通信システムを図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムと比較するために、無線ＬＡＮ標準の一つであるＩＥＥＥ ８０２．１１ａ方式を用いた無線ＬＡＮシステムにおける模擬実験を行った。
【００６９】
図６は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａ方式がサポートする各変調方式における関連変数を示すテーブルである。図６を参照すれば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａがサポートするデータレート６１は、６Ｍｂｐｓから５４Ｍｂｐｓまでの８種である。このためにＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭの変調方式６２を用いる。符号化率６３は、符号化前のデータビット数及び符号化後のデータビット数の割合である。
【００７０】
ＩＥＥＥ ８０２．１１ａでは、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM）変調方式を用いる。ＯＦＤＭ変調では、４８本の直交搬送波（キャリア）を用いて伝送を行う。各直交搬送波をサブキャリアと言い、４８本のサブキャリアを用いて伝送される１単位の信号バーストをＯＦＤＭ記号と言う。サブキャリア別符号化されたビット数６４は、各変調方式により決定されるが、ＢＰＳＫは１ビット、ＱＰＳＫは２ビット、１６ＱＡＭは４ビット、そして６４ＱＡＭは６ビットである。
【００７１】
ＯＦＤＭ変調では、一つのＯＦＤＭ記号が４８本のサブキャリアを用いて伝送されるため、ＯＦＤＭ記号別符号化されたビット数６５は、サブキャリア別符号化されたビット数６４に４８を掛けた数である。ＯＦＤＭ記号別データビット数６６は、ＯＦＤＭ記号別符号化されたビット数６５に符号化率６３を掛けた値である。
【００７２】
マルチキャスト伝送では、すべての受信装置が信号を受信できなければならないため、マンダトリモードのみを使用する。マンダトリモードとは、システムでサポートすることが強制されている変調方式のことである。ＩＥＥＥ ８０２．１１ａを使用する場合、図６の８種の変調方式のうちマンダトリモードはデータレートが６，１２，２４Ｍｂｐｓである場合（７１，７２，７３参照）の３種である。
【００７３】
受信装置の総数をＡ、各々のデータレートで受信可能な受信装置の数を各々ｕ1，ｕ2，ｕ3とする。計算の便宜のために、各々の受信装置グループで一層高いデータレートで受信可能な受信装置を除いた受信装置の数を各々ａ1，ａ2，ａ3とすれば、ａ1＝ｕ1−ｕ2，ａ2＝ｕ2−ｕ3，ａ3＝ｕ3，ａ1＋ａ2＋ａ3＝Ａであるため、ｕ1＝Ａ，ｕ2＝Ａ−ａ1，ｕ3＝Ａ−ａ1−ａ2である。ＯＦＤＭ記号別伝送可能なデータビット数をｒ1，ｒ2，ｒ3とすれば、ｒ1＝２４，ｒ2＝４８，ｒ3＝９６である。
【００７４】
各々の変調方式で伝送するＯＦＤＭ記号の数をｎ1，ｎ2，ｎ3とし、伝送に利用可能なバーストの総数をＭとした時、前式１をａ1，ａ2，ａ3に対して書き直せば、下記式３の通りである。
【００７５】
【数３】
0003686651.tif 000004
【００７６】
基本データの大きさｒmin＝２５６ビットとすれば、Ａの受信装置がいずれも基本データを受信できるためには、ｒmin／ｒ1＝２５６／２４＝１０．６７であるため、ｎ1は１１以上でなければならない。
【００７７】
この条件で前式３を満足するｎ1，ｎ2，ｎ3の値は、ａ1，ａ2，ａ3の分布によって決定される。図７は、このような受信装置のデータレート別分布を示すグラフである。
【００７８】
図７を参照すれば、もし、ａ1≧Ａ／２であり、ａ1＋ａ2≧３／４＊Ａであれば（ａ領域）、ｒkｕk値が最も大きい時のｋは１であるため、Ｍのバースト全体を６Ｍｂｐｓのデータレートを有するＢＰＳＫで変調して伝送しなければならない。
【００７９】
もし、ａ1＜Ａ／２であり、ａ1＋２ａ2≧Ａであれば（ｂ領域）、ｒkｕk値が最も大きい時のｋは２であるため、Ｍ個のバーストのうち１１個はＢＰＳＫで、残りの（Ｍ−１１）個は１２Ｍｂｐｓのデータレートを有するＱＰＳＫで変調して伝送しなければならない。
【００８０】
もし、ａ1＋ａ2＜３／４＊Ａであり、ａ1＋２ａ2＜Ａであれば（ｃ領域）、ｒkｕk値が最も大きい時のｋは３であるため、Ｍ個のバーストのうち１１個はＢＰＳＫで、残りの（Ｍ−１１）個は２４Ｍｂｐｓのデータレートを有する１６ＱＡＭで変調して伝送しなければならない。
【００８１】
図７の各領域別に受信装置の平均受信デートレート及びアウテージの発生を調べてみた。バースト総数Ｍは５０、受信装置の総数Ａは２０とし、（ａ）領域ではａ1＝１０，ａ2＝７，ａ3＝３である場合、（ｂ）領域ではａ1＝７，ａ2＝３，ａ3＝１０である場合、（ｃ）領域ではａ1＝７，ａ2＝３，ａ3＝１０である場合を各々考慮した。この場合、各受信装置のＳＮＲは次第に０．５ｄＢずつ高まる均一分布を有するとした。例えば、ａ3＝３の場合、各受信装置は１６ＱＡＭを受信できる最小ＳＮＲより各々０ｄＢ，０．５ｄＢ及び１ｄＢ高いものとなる。ＱＰＳＫを受信するためには、ＢＰＳＫを受信する場合より３ｄＢだけ一層大きいＳＮＲが必要であり、１６ＱＡＭを受信するためには、ＱＰＳＫを受信する場合より７ｄＢだけ一層大きいＳＮＲが必要である。
【００８２】
図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の伝送システムでは、λの値に応じて必要なＳＮＲが決まる。受信装置側で通信チャンネルを介して受信された全信号のＳＮＲをγUQPSK、Ｉ成分のＳＮＲをγI、Ｑ成分のＳＮＲをγQとすれば、γQ＝λ2＊γIであり、γUQPSK＝γI＋γQであるため、γI＝γUQPSK／（１＋λ2）であり、γQ＝λ2γUQPSK／（１＋λ2）である。従って、Ｉ成分及びＱ成分に対するビット誤り率（ＢＥＲ）は、下記式４の通りである。
【００８３】
【数４】
0003686651.tif 000005
【００８４】
ＢＰＳＫ方式及びＱＰＳＫ方式で、受信信号のＳＮＲを各々γBPSK及びγQPSKとすれば、各々のＢＥＲは、下記式５の通りである。図１（ａ）のシステムでＩ成分を通じて伝送される基本データがＢＰＳＫ方式を通じて伝送される場合と同じＢＥＲを得るためには、γUQPSKがγBPSKより１０ｌｏｇ10（１＋λ2）だけ大きくなければならず、Ｑ成分を通じて伝送される付加データがＱＰＳＫ方式を通じて伝送される場合と同じＢＥＲを得るためには、γUQPSKがγQPSKより１０ｌｏｇ10（１＋λ2）／２λ2ｄＢだけ一層大きくなければならない。
【００８５】
【数５】
0003686651.tif 000006
【００８６】
図８（ａ）ないし図８（ｃ）は、各領域別に図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式を用いた場合の各変調方式で受信できる受信装置の数、平均データレート及びアウテージの数を示すテーブルである。図８（ａ）ないし図８（ｃ）を参照すれば、λの値が高まるにつれてＱＰＳＫで受信できる受信装置の数は増えるが、アウテージが発生することが分かる。
【００８７】
まず、Ａ＝２０、ａ1＝１０，ａ2＝７，Ｍ＝５０である場合（領域ａ）、本発明に係るマルチキャストデータの伝送装置は、６Ｍｂｐｓのデータレートにて５０個のバーストをＢＰＳＫ変調する。従って、２０個の受信装置はいずれも６Ｍｂｐｓにて５０個のバーストを受信し、平均データレートは６Ｍｂｐｓとなる。図８（ａ）は、図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式における模擬実験の結果である。図８（ａ）を参照すれば、ほとんどのλ値に対して平均データレートは６Ｍｂｐｓ以上であるが、λの値が大きくなるにつれてアウテージが増えることが分かる。
【００８８】
Ａ＝２０、ａ1＝７，ａ2＝８，Ｍ＝５０である場合（領域ｂ）、本発明に係るマルチキャストデータの伝送装置は、６Ｍｂｐｓのデータレートにて１１個のバーストをＢＰＳＫ変調し、１２Ｍｂｐｓのデータレートにて３９個のバーストをＱＰＳＫ変調する。従って、平均データレートは７．４０４Ｍｂｐｓとなる。図８（ｂ）を参照すれば、図１（ａ）の方式による場合、平均データレートは６Ｍｂｐｓで７．８Ｍｂｐｓであるが、λの値が大きくなるにつれてアウテージが増えることが分かる。
【００８９】
Ａ＝２０、ａ1＝７，ａ2＝３，Ｍ＝５０である場合（領域ｃ）、本発明に係るマルチキャストデータの伝送装置は、６Ｍｂｐｓのデータレートにて１１個のバーストをＢＰＳＫ変調し、２４Ｍｂｐｓのデータレートにて３９個のバーストを１６ＱＡＭ変調する。従って、平均データレートは１０．６８Ｍｂｐｓとなる。図８（ｃ）を参照すれば、図１（ａ）の方式による場合、λの値が大きくなるにつれてアウテージが生じるだけではなく、平均データレートも大きくとも８．４Ｍｂｐｓであるということが分かる。
【００９０】
受信装置のデータレートが全体的に低い場合、図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式による時には平均データレートが本発明による場合よりやや高いが、ＳＮＲが低い受信装置はアウテージが生じて伝送サービスを受けられない。
【００９１】
これに対し、受信装置のデータレートが全体的に高い場合、本発明による場合に平均データレートが図１（ａ）の場合と比較して遥かに高いということが分かる。このことは、ＵＱＰＳＫで提供できない１６ＱＡＭ変調を使用したからである。
【００９２】
本発明に係るマルチキャストデータの伝送及び図１（ａ）の伝送装置によるマルチキャストデータの伝送において、所定の変数の変化によるデータレートの合計及びアウテージの確率の変化を求めてみた。
【００９３】
経路損失モデルとしては、ログ距離モデル及びログ正規フェージングモデルを使用した。この場合の経路損失Ｌは、下記式６の通りである。
【００９４】
【数６】
0003686651.tif 000007
【００９５】
前式６において、ｆはキャリア周波数、ｃは光の速度、ｄはメートル単位で表わした送信装置と受信装置との距離、αは経路損失指数、そしてＸσは標準偏差がσである正規分布を有したログ正規フェージングを表わす。
【００９６】
受信装置におけるＳＮＲは、下記式７により計算できる。
【００９７】
【数７】
0003686651.tif 000008
【００９８】
前式７において、Ｐtxは送信電力であって２４ｄＢｍ、ＢＷは帯域幅であって２０ＭＨｚ、ｋはボルツマン定数であって１．３８×１０-23Ｊｏｕｌｅ／Ｋｅｌｖｉｎ、Ｔは温度であって２９３Ｋ、ＮＦは雑音指数であって６ｄＢと仮定した。マルチキャスト受信装置の数であるＵは、下記式８のように、ポアソン分布を従う。
【００９９】
【数８】
0003686651.tif 000009
【０１００】
前式８において、ａは受信装置の数の平均値である。受信装置は、空間的に同心円内に均等に分布すると仮定し、円の半径は、ＢＰＳＫ方式により受信する受信装置がログ正規フェージングのない場合に成功的に受信可能な最大距離とした。付加ホワイトガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャンネルを仮定すれば、ＢＰＳＫ及びＱＰＳＫ方式において必要なＳＮＲは、前式５においてＢＥＲを１０-6として各々得ることができる。１６ＱＡＭにおいて必要なＳＮＲは、ＱＰＳＫにおいて必要なＳＮＲに７ｄＢを加えて得た。
【０１０１】
図９は、経路損失指数αの変化によるデータレートの合計を示すグラフである。図９を参照すれば、経路損失指数が２．５より大きい場合、本発明に係る伝送装置を通じて得たデータレートの合計がＵＱＰＳＫ方式より優れているということが分かる。この時、受信装置数の平均ａは３０、ログ正規フェージングの標準偏差σは４ｄＢとした。
【０１０２】
もし、受信装置がＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭを受信できる距離が各々ｄ１，ｄ２，ｄ３であると仮定すれば、各変調方式により伝送されたデータを受信できる受信装置の数は、同心円の面積に比例する。前式６から、ＢＰＳＫで変調された信号を受信できる受信装置の数ｕ1、ＱＰＳＫを受信できる受信装置の数ｕ2、１６ＱＡＭを受信できる受信装置の数ｕ3に対するｕ2／ｕ3及びｕ1／ｕ3の平均を各々求めれば、下記式９の通りである。
【０１０３】
【数９】
0003686651.tif 000010
【０１０４】
前式９より、αが大きくなるにつれてより多くの受信装置がより高いデータレートで変調された信号を受信できるということが分かる。
【０１０５】
図１０は、経路損失指数の変化によるアウテージ確率の変化を示すグラフである。図１０を参照すれば、本発明に係る伝送装置におけるアウテージ確率は、図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式を使用した場合より常時小さいということが分かる。このことは、ＵＱＰＳＫ方式では、Ｉ成分のみを受信する受信装置に対してもＢＰＳＫで変調された信号を受信する場合より一層高いＳＮＲを要するからである。
【０１０６】
図１１は、受信装置数の平均ａの変化によるデータレートの合計の変化を示すグラフである。図１１を参照すれば、平均受信装置の数が１０ないし４０個である時、本発明による場合におけるデータレートの合計がＵＱＰＳＫ方式を使用した場合より大きいということが分かる。
【０１０７】
図１２は、受信装置数の平均ａの変化によるアウテージ確率の変化を示すグラフである。図１２を参照すれば、アウテージ確率は、受信装置数の平均とは関係ないということが分かる。
【０１０８】
図１１及び図１２を参照すれば、ＵＱＰＳＫ方式においてλ＝１の場合、すなわちＱＰＳＫの場合にデータレートの合計は本発明による場合と同じであるが、アウテージ確率は２倍となることが分かる。
【０１０９】
図１３は、ログ正規フェージングの標準偏差σの変化によるデータレートの変化を示すグラフである。図１４は、ログ正規フェージングの標準偏差σの変化によるアウテージ確率の変化を示すグラフである。図１３及び図１４において、経路損失指数αは３とし、受信装置数の平均ａは３０とした。
【０１１０】
図１３を参照すれば、ログ正規フェージングの標準偏差が高まるにつれて本発明による伝送の場合にデータレートの合計が高まるが、ＵＱＰＳＫの場合にデータレートの合計が低まるということが分かる。
【０１１１】
図１４を参照すれば、ログ正規フェージングの標準偏差が高まるにつれて２種の方式共にアウテージ確率が高まるということが分かり、本発明による伝送の場合にアウテージ確率がＢＰＳＫの場合と同じであり、λの値が０より大きい場合のＵＱＰＳＫ方式による伝送の場合より常時小さいということが分かる。
【０１１２】
本発明は、コンピュータ（情報処理機能を有する装置をいずれも含む）上で実行可能なプログラムとして具現可能であり、コンピュータにて読取り可能な記録媒体に格納されるほか、電気通信回線（各種ネットワーク）を介して提供、流通が可能である。本発明をコンピュータにて読取り可能なコードとして記録する、コンピュータにて読取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムにより読取り可能なデータが格納（記憶）されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータにて読取り可能な記録装置の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ記憶装置などがある。
【０１１３】
本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは単なる例示的なものに過ぎず、この技術分野における当業者であれば、これより各種の変形及び均等な他の実施形態が可能であるということは理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は特許請求の範囲上の技術的な思想によって定まるべきである。
【０１１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るマルチキャストデータの送受信装置及び方法によれば、スケーラブルなデータ構造を有するマルチキャストデータを伝送するに当たって、各々のストリームを伝送するデータレート及び受信装置グループを予め決定して伝送することにより、全受信装置が受信する付加情報の量を増やしつつも、基本情報を受信できない受信装置が無いようにする。また、全受信装置が受信するデータの量を最大化でき、且つ、基本情報に付加情報を加えて高品質の情報を受信できる受信装置の数を最大化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、ＵＱＰＳＫ方式を使用した通信システムのブロック図であり、（ｂ）は、ＵＱＰＳＫ変調方式における伝送信号の信号点配置図である。
【図２】本発明に係るマルチキャストデータの伝送装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係るマルチキャストデータの無線伝送装置の実施形態におけるヘッダの構成図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明に係るマルチキャストデータの無線伝送装置の実施形態における伝送フレームの構成図である。
【図５】本発明に係るマルチキャストデータの受信装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図６】ＩＥＥＥ ８０２．１１ａ方式で支援する各変調方式における関連変数を示すテーブルである。
【図７】本発明に係る通信システム及び図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムを比較するための模擬実験における受信装置のデータレート別分布を示すグラフである。
【図８】（ａ）ないし（ｃ）は、図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムにおいて図７の各領域別に各受信装置が受信できるデータレート及びアウテージの数を示すテーブルである。
【図９】本発明に係る通信システム及び図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムを比較するための模擬実験において、経路損失指数の変化によるデータレートの合計の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る通信システム及び図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムを比較するための模擬実験において、経路損失指数の変化によるアウテージの確率の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る通信システム及び図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムを比較するための模擬実験において、受信装置数の平均の変化によるデータレートの合計の変化を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る通信システム及び図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムを比較するための模擬実験において、受信装置数の平均の変化によるアウテージの確率の変化を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る通信システム及び図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムを比較するための模擬実験において、ログ正規フェージングの標準偏差の変化によるデータレートの合計の変化を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る通信システム及び図１（ａ）のＵＱＰＳＫ方式の通信システムを比較するための模擬実験において、ログ正規フェージングの標準偏差の変化によるアウテージの確率の変化を示すグラフである。
【図１】
0003686651.tif 000011
【図２】
0003686651.tif 000012
【図３】
0003686651.tif 000013
【図４】
0003686651.tif 000014
【図５】
0003686651.tif 000015
【図６】
0003686651.tif 000016
【図７】
0003686651.tif 000017
【図８】
0003686651.tif 000018
【図９】
0003686651.tif 000019
【図１０】
0003686651.tif 000020
【図１１】
0003686651.tif 000021
【図１２】
0003686651.tif 000022
【図１３】
0003686651.tif 000023
【図１４】
0003686651.tif 000024