(57)【要約】  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。
2014030501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】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.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、階層変調の概念を示す図である。
【図２】図２は、変調方式固有のパラメータを示す図である。
【図３】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】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】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】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】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】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】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】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】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】図１２は、階層化パラメータの概要を示す図である。
【図１３】図１３は、階層化パラメータの効果を示す図である。
【図１４】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】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
si=(Afl,i/√(βhm))×bi0(4-Asl,i×bi1(2-bi2))  …（１）
sq=(Afl,q/√(βhm))×bq0(4-Asl,q×bq1(2-bq2))  …（２）
【００２０】
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。
【００２１】
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）
【００２２】
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。
【００２３】
si=-(Afl,i/√(βhm))×bi0(4-Asl,i×bi1(2-bi2))  …（７）
sq=-(Afl,q/√(βhm))×bq0(4-Asl,q×bq1(2-bq2))  …（８）
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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）。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
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。
【符号の説明】
【００８０】
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。
【図１】
2014030501.tif 000003
【図２】
2014030501.tif 000004
【図３】
2014030501.tif 000005
【図４】
2014030501.tif 000006
【図５】
2014030501.tif 000007
【図６】
2014030501.tif 000008
【図７】
2014030501.tif 000009
【図８】
2014030501.tif 000010
【図９】
2014030501.tif 000011
【図１０】
2014030501.tif 000012
【図１１】
2014030501.tif 000013
【図１２】
2014030501.tif 000014
【図１３】
2014030501.tif 000015
【図１４】
2014030501.tif 000016
【図１５】
2014030501.tif 000017
【図１６】
2014030501.tif 000018
【図１７】
2014030501.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月29日(2014.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号系列を階層化パラメータに基づいてグレイ符号を維持しつつ階層変調した信号を送信する送信装置と、
前記階層変調された信号を受信し、当該受信した信号を前記階層化パラメータに基づいて階層復調して前記複数の信号系列を検出する受信装置と、
前記送信装置および前記受信装置の前記階層化パラメータとして、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
自装置および受信装置の階層化パラメータとして、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、を設定し、複数の信号系列を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階層変調した信号を送信する送信装置と、
前記階層変調された信号を受信し、当該受信した信号を前記階層化パラメータに基づいて階層復調して前記複数の信号系列を検出する受信装置と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項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、
前記送信装置は、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。
【請求項４】
複数の信号系列を階層化パラメータに基づいてグレイ符号を維持しつつ階層変調した信号を送信する送信装置と、
前記送信装置および自装置の前記階層化パラメータとして、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、を設定し、受信した前記階層変調された信号を前記階層化パラメータに基づいて階層復調して前記複数の信号系列を検出する受信装置と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項５】
前記受信装置は、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。
【請求項６】
階層化パラメータとして、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、
複数の信号系列を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階層変調した信号を送信する階層変調手段、
を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項７】
階層化パラメータとして、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、
複数の信号系列を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階層変調した信号を送信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。
【請求項８】
前記階層変調された信号を受信した受信装置が回線品質情報を自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。
【請求項９】
階層化パラメータとして、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、
複数の信号系列が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階層変調された信号を受信し、当該受信した信号を前記階層化パラメータに基づいて階層復調して前記複数の信号系列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。
【請求項１０】
階層化パラメータとして、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、
複数の信号系列が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階層変調された信号を受信し、当該受信した信号を前記階層化パラメータに基づいて階層復調して前記複数の信号系列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。
【請求項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。
【請求項１２】
送信装置および受信装置の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、
前記送信装置が、複数の信号系列を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階層変調した信号を送信する階層変調ステップと、
前記受信装置が、前記階層変調された信号を受信し、当該受信した信号を前記階層化パラメータに基づいて階層復調して前記複数の信号系列を検出する階層復調ステップと、
を含み、
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、階層変調における上位層と下位層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選択された２つのパターンを示すマッピングパターン、および前記２つの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、
ことを特徴とするディジタル伝送方法。
【請求項１３】
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に記載のディジタル伝送方法。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月21日(2014.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
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の階層復調部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。
【国際調査報告】
2014030501.tif 000020
2014030501.tif 000021
2014030501.tif 000022
2014030501.tif 000023