(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路を介して信号を送受信する送信装置及び受信装置を備える通信システムにおいて、
前記送信装置は、
送信二値信号を情報系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものに変換する二値多値変換手段と、
前記情報系列としての多値信号を基に非二元誤り訂正符号より成る送信系列を生成する符号化手段と、
前記送信系列を多値変調して前記受信装置に送信する多値変調手段と、
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置からの受信信号を復調して多値の受信系列であって２を超える素数より成るものを得る復調手段と、
前記受信系列を非二元誤り訂正符号の復号方法により復号して復号系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものを得る復号化手段と、
前記復号系列としての多値信号より復号二値信号を得る多値二値変換手段と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
伝送路を介して信号を受信装置に送信する送信装置において、
送信二値信号を情報系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものに変換する二値多値変換手段と、
前記情報系列としての多値信号を基に非二元誤り訂正符号より成る送信系列を生成する符号化手段と、
前記送信系列を多値変調して前記受信装置に送信する多値変調手段と、
を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項３】
伝送路を介して信号を送信装置より受信する受信装置において、
前記送信装置からの受信信号を復調して多値の受信系列であって２を超える素数より成るものを得る復調手段と、
前記受信系列を非二元誤り訂正符号の復号方法により復号して復号系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものを得る復号化手段と、
前記復号系列としての多値信号より復号二値信号を得る多値二値変換手段と、
を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項４】
伝送路を介して信号を送受信する通信方法において、
送信装置が、送信二値信号を情報系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものに変換するステップと、
前記送信装置が、前記情報系列としての多値信号を基に非二元誤り訂正符号より成る送信系列を生成するステップと、
前記送信装置が、前記送信系列を多値変調して受信装置に送信するステップと、
前記受信装置が、前記送信装置からの受信信号を復調して多値の受信系列であって２を超える素数より成るものを得るステップと、
前記受信装置が、前記受信系列を非二元誤り訂正符号の復号方法により復号して復号系列としての多値信号をであって２を超える素数より成るもの得るステップと、
前記受信装置が、前記復号系列としての多値信号より復号二値信号を得るステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項５】
信号を送信する送信方法において、
送信二値信号を情報系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものに変換するステップと、
前記情報系列としての多値信号を基に非二元誤り訂正符号より成る送信系列を生成するステップと、
前記送信系列を多値変調して前記受信装置に送信するステップと、
を有することを特徴とする送信方法。
【請求項６】
信号を受信する受信方法において、
受信信号を復調して多値の受信系列であって２を超える素数より成るものを得るステップと、
前記受信系列を非二元誤り訂正符号の復号方法により復号して復号系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものを得るステップと、
前記復号系列としての多値信号より復号二値信号を得るステップと、
を有することを特徴とする受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送路を介して信号を送受信する通信システム及び通信方法に関し、特に、多値変調方式を用いた通信システム及び通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多値変調方式は、特にデジタルマイクロ波通信等で用いられ、従来は多値変調においては４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ、・・・等の２ｎＱＡＭが用いられてきた。
【０００３】
このような、デジタルマイクロ波通信等では、一般的に回路の簡便さから４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ、・・・等用いられてきたが、近年の集積回路技術の進歩により回路の複雑さによる実現の困難さは軽減されつつある。更に、周波数の有効利用、送信電力の有効利用に対する要求が強くなりつつある。
【０００４】
この要請に応えるために、多値数を必ずしも２ｎとしない多値変調方式の構成法が提案されている。例えば、特開平０４−１９６９４５号公報の「多値変復調通信方法及びそのシステム」、特願２００１−２４６８９１の「多値変復調装置と多値変復調通信システムおよびその変復調プログラムならびに変復調方法」（本願出願時未公開）、特願２００１−２４６８９０の「多値変復調装置と多値変復調通信システムおよびその変復調プログラムならびに変復調方法」（本願出願時未公開）等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の提案は多値変調の構成法についてのものであり、多値の誤り訂正方式についてのものではない。伝送路でのエラー発生を考えると、情報系列を符号化して送信系列にして、伝送路でエラーが加わった受信系列を復号して復号系列を得ることが必須となるので、多値変調方式に対応した誤り訂正方式が必要となる。
【０００６】
図１２の構成は、当業者にとって一般的と考えられる多値変調方式に対応した訂正方式である。図１２を参照すると、従来例による送信装置９０１は、二元誤り訂正符号化回路９０２、二値多値変換回路９０３及び多値変調器９０４を備え、従来例による受信装置９２１は、多値復調器９２２、多値二値変換回路９２３及び二元誤り復号化回路９２３を備える。従来例による送信装置９０１及び受信装置９２１においては、非二元誤り訂正符号に基づく非二元誤り訂正方式を採用しておらず、送信装置９０１において、二値多値変換器９０３の前に二値信号に基づいて誤り訂正符号を生成する二元誤り訂正符号化回路を置き、受信装置９２１において、多値二値変換器９２３の後に二値信号に基づいて誤り訂正を行う二元誤り訂正復号化回路９２３を置いている。
【０００７】
しかし、図１２の構成では、多値伝送に即した効率的な誤り訂正方式が実現できていない。すなわち、同一の符号長を得るための冗長度が、非二次元符号を適用する場合に比べて大きくなっている。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、効率的な誤り訂正方式を含み２を超える素数の多値信号を送受信する通信システム及びその方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、伝送路を介して信号を送受信する送信装置及び受信装置を備える通信システムにおいて、前記送信装置は、送信二値信号を情報系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものに変換する二値多値変換手段と、前記情報系列としての多値信号を基に非二元誤り訂正符号より成る送信系列を生成する符号化手段と、前記送信系列を多値変調して前記受信装置に送信する多値変調手段と、を備え、前記受信装置は、前記送信装置からの受信信号を復調して多値の受信系列であって２を超える素数より成るものを得る復調手段と、前記受信系列を非二元誤り訂正符号の復号方法により復号して復号系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものを得る復号化手段と、前記復号系列としての多値信号より復号二値信号を得る多値二値変換手段と、を備えることを特徴とする通信システムが提供される。
【００１０】
本発明の第２の観点によれば、伝送路を介して信号を受信装置に送信する送信装置において、送信二値信号を情報系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものに変換する二値多値変換手段と、前記情報系列としての多値信号を基に非二元誤り訂正符号より成る送信系列を生成する符号化手段と、前記送信系列を多値変調して前記受信装置に送信する多値変調手段と、を備えることを特徴とする送信装置が提供される。
【００１１】
本発明の第３の観点によれば、伝送路を介して信号を送信装置より受信する受信装置において、前記送信装置からの受信信号を復調して多値の受信系列であって２を超える素数より成るものを得る復調手段と、前記受信系列を非二元誤り訂正符号の復号方法により復号して復号系列としての多値信号であって２を超える素数より成るものを得る復号化手段と、前記復号系列としての多値信号より復号二値信号を得る多値二値変換手段と、を備えることを特徴とする受信装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明は、多値数を２を超える素数とする多値変調方式を用いた通信システムにおいて、送信装置１０１では、二値信号を多値信号に変換する二値多値変換器１０２と多値変調器１０４の間に非二元誤り訂正符号に基づく非二元誤り訂正符号化回路１０３を設け、受信装置１２１では、多値復調器１２２と多値二値変換器１２４の間に送信装置１０１の非二元誤り訂正符号化回路１０３に対応する非二元誤り訂正復号化回路１２３を設けたことを特徴としている。
【００１３】
多値変調器１０４及び多値復調器１２２は多値数を２を超える素数としており、例えば、３、５、７、１１・・・等の多値数を採用している。例えば、多値数を３とした場合には、多値変調器１０４は三相位相変調器であり多値復調器１２２は三相位相変調器である。また、多値数を５とした場合には、多値変調器１０４は五相変調器であり、多値復調器１２２は五相復調器である。二値多値変換器１０２と多値二値変換器１２４は二値信号と上記変調多値数に対応した値との間の変換を行う変換回路である。非二元誤り訂正符号化回路１０３と非二元誤り訂正復号化回路１２３は、非二元誤り訂正符号に基づく演算を行い誤り訂正復号を実現している。
【００１４】
従って、多値数を２を超える素数とする多値変調方式において、従来の二元誤り訂正符号を適用する場合に対して、効率的な誤り訂正を実現するという効果が得られる。
【００１５】
図１を参照すると、送信装置１０１においては、二値信号である入力信号は二値多値変換器１０２に供給される。二値多値変換器１０２は、二値信号を情報系列としての多値信号に変換する。情報系列としての多値信号は非二元誤り訂正符号化回路１０３に供給される。非二元誤り訂正符号化回路１０３は、情報系列としての多値信号を基に非二元誤り訂正符号に基づく非二元誤り訂正符号化を行い、多値の送信系列を生成する。多値の送信系列は、多値変調器１０４に供給される。多値変調器１０４は、多値の送信系列を多値変調して、変調信号を伝送路を介して受信装置１２１に送信する。
【００１６】
受信装置１２１においては、多値復調器１２２は、伝送路を介して送信装置１０１から受信した信号を復調して、多値の受信系列を出力する。多値の受信系列は、非二元誤り訂正復号化回路１２３に供給される。非二元誤り訂正復号回路１２３は、非二元誤り訂正符号化回路１０３に対応し、多値の受信系列の誤りを訂正して多値の復号系列を生成する。多値の復号系列は、多値二値変換器１２４に供給される。多値二値変換器１２４は、入力した多値の復号系列を受信二値信号に変換し、出力する。
【００１７】
次に、非二元誤り訂正符号について説明する。まず、非二元誤り訂正符号の一例として、三元ＢＣＨ（Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｇｈｅｍ）符号の符号パラメータについて図２を用いて説明する。三元ＢＣＨ符号は、係数を０、１、２の三元とする以下のｐ次の生成多項式ｐ（ｘ）を元に形成される。
【００１８】
【数１】
0003596678.tif 000002
符号長は、プラス１及びマイナス１（これは、ガロア体ＧＦ（３）では２に相当する。）の両方向の訂正を行う場合には、（３ｐ−１）／２となる。一般に、符号長をｎとすると、情報長ｋはｔ重誤り訂正の場合にはｋ＝ｎ―ｔ・ｐ、冗長度は（ｎ−ｋ）／ｎとなる。
【００１９】
一重誤り訂正三元ＢＣＨ符号の場合には、例えば、生成多項式は、以下の三次の生成多項式となる。
【００２０】
【数２】
0003596678.tif 000003
双方向の誤り訂正を考慮すると、例えば、符号長１３、情報長１０となり、検査行列はＨは、以下のようになる。
【００２１】
【数３】
0003596678.tif 000004
尚、非二元のＢＣＨ符号、Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ符号等の誤り訂正符号については、Ａｒｎｏｌｄ  Ｍ．  Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ、  Ａｌｌｅｎ  Ｈ．  Ｌｅｖｅｓｑｕｅ著、「ＥＲＲＯＲ−ＣＯＮＴＲＯＬ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ  ＦＯＲ  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ」、  ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、  １９８５  の第六章「Ｎｏｎｂｉｎａｒｙ  ＢＣＨ  Ｃｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ  Ｃｏｄｅｓ」に詳しく述べられている。また、非二元ＢＣＨ符号のパラメータに関しては、宮川洋、岩垂好裕、今井秀樹、「符号理論」、昭晃堂、昭和４８年  の付録２「Ｇ（ｐ）（ｐ：素数）の上の既約多項式表」に示されている。
【００２２】
二値多値変換回路１０２の第１の具体的な構成方法は、二値のｎ桁を多値（例えばｓ値）のｐ桁に変換する回路である。例えば、（ｎ、ｐ）の組み合わせは、ｓ＝３の場合には、（３、２）、（１１、７）、（１９、１２）、・・・であり、ｓ＝５の場合には、（９、４）、（１６、７）、（２３、１０）、・・・である。
【００２３】
次に、二値多値変換回路１０２の第２の具体的な構成方法について説明する。非二元誤り訂正符号化回路で生成される非二元誤り訂正符号の元の数をｓ、情報長をｋとすると、情報系列のとりうる値は、ｓｋとなる。２進数でこの数を表すと２ｌとなる。従って、ｌ≦ｋ×ｌｏｇ２Ｓを満たすできるだけ大きな値のビット数ｌの二値信号をアドレスとして入力し、各アドレスに対応する非二元のシンボル列である情報系列を出力するＲＯＭを用いれば、二値多値変換回路１０２を実現することができる。ＲＯＭの入出力信号を図２に示す。
【００２４】
非二元誤り訂正符号化回路１０３の具体的な構成について説明する。非二元誤り訂正符号化回路１０３は、よく知られている図３に示す構成を有する。ここで、加算器、乗算器は、ガロア体ＧＦ（ｑ）（ｑは、ガロア体の元の数）上の加算、乗算を行う。
【００２５】
多値変調器１０４の具体的な構成について説明する。多値変調器１０４は、シンボル値から位相平面上の情報点へマッピングを行えばよい。３値の場合のマッピングの例を図４に示す。従って、多値変調器１０４は、例えば、図５に示すような構成をとる。５値、７値、１１値等のｎ値の場合にも、３値の場合と同様に、それぞれのシンボル値を位相平面を角度でｎ分割したときのそれぞれの点にマッピングすればよい。
【００２６】
多値復調器１２２の具体的な構成について説明する。多値復調器１２２は、位相平面上の情報点からシンボル値へのマッピングを行えばよい。従って、多値復調器１２２は、例えば、図６に示すような構成をとる。
【００２７】
非二元誤り訂正復号化回路１２３の具体的な構成について説明する。非二元誤り訂正復号化回路１２３は、例えば、図７に示すような構成をとる。
【００２８】
図７を参照すると、非二元誤り訂正復号回路１２３は、シンドローム計算部１２３−１、エラー位置計算部１２３−２、エラー値計算部１２３−３、エラーパターン生成部１２３−４、遅延回路１２３−５及びエラーパターン減算部１２３−６を備える。
【００２９】
シンドローム計算部１２３−１は、受信系列を基にしてシンドロームを計算する。エラー位置計算部１２３−２は、シンドロームを基にエラー位置多項式(error locator polynomial)を生成し、そのエラー位置多項式を解くことによりエラー位置を算出する。エラー値計算部１２３−３は、シンドロームとエラー位置を入力し、例えば、誤り評価多項式(error evaluator polynomial)及び誤り位置多項式の導関数よりエラー値を算出する。エラーパターン生成部１２３−４は、エラー位置とエラー値よりエラーパターンを生成する。遅延回路１２３−５は、受信信号系列を所定時間遅延させる。エラーパターン減算部１２３−６は、遅延された受信信号系列からエラーパターンを減算して、復号系列を出力する。
【００３０】
多値二値変換回路１２４の具体的な構成について説明する。非二元誤り訂正符号化回路で生成される非二元誤り訂正符号の元の数をｓ、情報長をｋとすると、情報系列のとりうる値は、ｓｋとなる。２進数でこの数を表すと２ｌとなる。従って、ｋ個の要素より成るシンボル列である復号系列をアドレスとして入力し、ｌ＝ｋ×ｌｏｇ２Ｓビットの二値信号をデータとして出力するＲＯＭを用いれば、多値二値変換回路１２４を実現することができる。ＲＯＭの入出力信号を図８に示す。
【００３１】
【実施例】
式（２）を生成多項式とした場合の３元誤り訂正符号化回路１０３は、図９（ａ）に示すようになる。図９（ａ）の回路において、加算器、乗算器は、下表に示す演算を行う。また、図９（ａ）の回路は、図９（ｂ）に示すタイミングで動作する。
【００３２】
【表１】
0003596678.tif 000005
また、符号長＝１３、情報長１０の３元ＢＣＨ符号の場合には、式（３）に示す検査行列を用いて、３元誤り訂正復号化回路１２３を構成することができる。この場合の３元誤り訂正復号化回路１２３の構成を図１０に示す。
【００３３】
図１０を参照すると、３元誤り訂正復号回路１２３は、行列演算部１２３−１１、エラーパターン生成部１２３−１２及びエラーパターン減算部１２３−１３を備える。
【００３４】
行列演算部１２３−１１は、受信系列をベクトルｙ＝｛ｙ１、ｙ２、・・・、ｙ１３｝とすると、シンドロームｓ＝｛ｓ１、ｓ２、ｓ３｝を、ｓ＝ｙＨＴの演算により求める。
【００３５】
エラーパターン生成部１２３−１２は、下表に従って、シンドロームの値から（誤り位置、誤り値）の組を求める。従って、エラーパターン生成部１２３−１２は下表のマッピングを行うＲＯＭによって構成することができる。
【００３６】
【表２】
0003596678.tif 000006
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、三相位相変調、五相位相変調等の、多値数を素数とする変調方式における誤り訂正方式の構成法を開示している。従来の技術として、二相、四相、八相位相変調が実用化されている。これらは、誤り率で十のマイナス６乗を得るための所要Ｃ／Ｎとして、それぞれ１０．５ｄＢ，１３．８ｄＢ，１９．１ｄＢを必要としていた。一方、相対的な帯域としては、それぞれ１００ＭＨｚ，５０ＭＨｚ，３３．３ＭＨｚを必要としていた。一般に、三相位相変調、五相位相変調の場合には、上記の所要Ｃ／Ｎで、それぞれ１２．０ｄＢ，１５．４ｄＢで、所要帯域としては、それぞれ６６．６ＭＨｚ，４４．４ＭＨｚとなる。例えば、７０ＭＨｚの帯域が用意されている時には、従来には、二相位相変調では帯域には入らないために、１３．８ｄＢの所要Ｃ／Ｎで四相位相変調を利用していた。しかし、本願が前提としている本発明の技術を利用すると、三相位相変調を利用することが可能であり、１２．０ｄＢの所要Ｃ／Ｎで実現でき、送信電力を１．８ｄＢ低く抑えることが可能である。また、４５ＭＨｚの帯域が用意されている時には、従来には、四相位相変調では帯域には入らないために、１９．１ｄＢの所要Ｃ／Ｎで八相位相変調を利用していた。しかし、本発明が前提としている五相位相変調を利用することが可能であり、１５．４ｄＢの所要Ｃ／Ｎで実現でき、送信電力を３．７ｄＢ低く抑えることが可能である。更に、本願の誤り訂正方式を適用する事で、２〜３ｄＢの所要Ｃ／Ｎの改善が期待できる。
【００３８】
本発明によれば、多値数を２を超える素数とする多値変調において、非二元誤り訂正符号を適用しているので、非二元誤り訂正符号を適用した場合には得られなかった効果が得られる。つまり、図１１示す二元、三元、五元のＢＣＨ符号の符号長と冗長度をプロットしたグラフを参照すると、多元符号の方がほぼ同等の冗長度において符号長が短いことが分かる。同等の冗長度で符号長が短いと言うことは、同等の冗長度において多元符号の方が訂正能力に優れている事となる。一般に、一重誤り訂正においては、記号の誤り率ｐの時、誤り訂正後の記号の誤り率は、符号長の逆数に対して誤り率が十分に小さい時、ほぼ（３／２）×（ｎ−１）×ｐ２となる。従って、符号長が短いほど誤り率で優れていることとなる。
【００３９】
なお、上記実施例では、非二元符号として、三元、五元ＢＣＨ符号の場合を説明したが、その他の素数を元として誤り訂正符号を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による図１に示す二値多値変換回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による図１に示す非二元誤り訂正符号化回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】３値変調の場合のシンボル値から位相平面上の情報点へマッピングを示す位相平面図である。
【図５】本発明の実施形態による図１に示す多値変調器の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態による図１に示す多値復調器の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態による図１に示す非二元誤り訂正復号化回路の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態による図１に示す多値二値変換回路の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例による図１に示す非二元（３元）誤り訂正符号化回路の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例による図１に示す非二元（３元）誤り訂正復号化回路の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の効果を説明するためのグラフであって、各ＢＣＨ符号における符号長と冗長度の関係を示すものである。
【図１２】従来例による通信システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１  送信装置
１０２  二値多値変換回路
１０３  非二元誤り訂正符号化回路
１０４  多値変調器
１２１  受信装置
１２２  多値復調器
１２３  非二元誤り訂正復号化回路
１２４  多値二値変換回路
【図１】
0003596678.tif 000007
【図２】
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【図３】
0003596678.tif 000009
【図４】
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【図５】
0003596678.tif 000011
【図６】
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【図７】
0003596678.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003596678.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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