(57)【要約】【課題】デジタルデータの送信装置及び受信装置を提供する。【解決手段】本発明の送信装置１０は、６４ＡＰＳＫにおける伝送路容量を拡大するよう構成される信号点配置として、４つの同心円を半径の小さい方から順に第１円、第２円、第３円、及び第４円と定義し、前記第１円上の信号点数を１２、前記第２円上の信号点数を１６、前記第３円上の信号点数を１８、及び前記第４円上の信号点数を１８としたＩＱ信号のマッピングを行うマッピング手段を備える。本発明の受信装置２０は、本発明の送信装置１０から送信された変調波信号を受信して、６４ＡＰＳＫのＩＱ信号に基づく変調波信号を受信し、前記６４ＡＰＳＫの信号点配置に対応する直交復調処理を施す手段を備える。【選択図】図１
2018029320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルデータの伝送を行う送信装置であって、
６４ＡＰＳＫの変調方式における信号点配置として、４つの同心円を半径の小さい方から順に第１円、第２円、第３円、及び第４円と定義し、前記第１円上の信号点数を１２、前記第２円上の信号点数を１６、前記第３円上の信号点数を１８、及び前記第４円上の信号点数を１８としたＩＱ信号のマッピングを行うマッピング手段を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記信号点配置における位相角は、前記第１円については、Ｉ軸から１５度、４５度、７５度、１０５度、１３５度、１６５度、１９５度、２２５度、２５５度、２８５度、３１５度、３４５度の位置に、前記第２円についてはＩ軸から２２．２５度、４４．７５度、６７．２５度、８９．７５度、１１２．２５度、１３４．７５度、１５７．２５度、１７９．７５度、２０２．２５度、２２４．７５度、２４７．２５度、２６９．７５度、２９２．２５度、３１４.７５度、３３７．２５度、３５９．７５度の位置に、前記第３円についてはＩ軸から２０度、４０度、６０度、８０度、１００度、１２０度、１４０度、１６０度、１８０度、２００度、２２０度、２４０度、２６０度、２８０度、３００度、３２０度、３４０度、３６０度の位置に、前記第４円についてはＩ軸から１０度、３０度、５０度、７０度、９０度、１１０度、１３０度、１５０度、１７０度、１９０度、２１０度、２３０度、２５０度、２７０度、２９０度、３１０度、３３０度、３５０度となるよう構成されていることを特徴とする、請求項１に送信装置。
【請求項３】
前記信号点配置における半径比は、前記第１円、第２円、第３円、及び第４円の各半径をそれぞれｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４と定義し、ｒ１＝１として半径比をγ１＝ｒ２／ｒ１、γ２＝ｒ３／ｒ１、γ３＝ｒ４／ｒ１と定義したとき、γ１＝２、γ２＝２．９３、γ３＝４．０５となるよう構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に送信装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の送信装置により送信された６４ＡＰＳＫのＩＱ信号に基づく変調波信号を受信し、前記６４ＡＰＳＫの信号点配置に対応する直交復調処理を施す手段を備えることを特徴とする受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星放送及び地上放送並びに固定通信及び移動通信の技術分野に関するものであり、特に、デジタルデータの送信装置及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色雑音下での伝送性能を向上させる技法として、デジタル変調において、誤り訂正符号の強さと変調マッピングのビットとを適切に組み合わせることで、伝送性能の向上を可能とする符号化変調技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
この非特許文献１等に記載される符号化変調技術は、日本の衛星デジタル放送規格ＩＳＤＢ−Ｓ（例えば、非特許文献２参照）でも採用されており、伝送性能の向上に寄与する技法として実績がある。
【０００４】
非特許文献１に記載される技法の基本的な原理は、シンボルにビットをマッピングした後の信号点間のユークリッド距離を考慮し、シンボルを構成するビット（以下、シンボル構成ビットと呼ぶ）のうち、ユークリッド距離が互いに短い信号点間で１／０が反転するビットに対しては強い誤り訂正を施し、ユークリッド距離が互いに長い信号点間で１／０が反転するビットに対しては逆に弱い誤り訂正を施す、又は符号化処理を施さないことによって、全体の情報効率を維持しつつ、雑音耐性を向上させる、というものである。
【０００５】
また、非特許文献１においては、８ＰＳＫ（phase-shift keying）を例とした集合分割法とよばれる信号点へのシンボル割り当て方法が提案されている。集合分割法は、ビット毎に分割可能な複数の符号系列を入力シンボル系列とし、該入力シンボル系列のシンボル構成ビットを、一様に信号点間の最小ユークリッド距離が拡大するように分割して、変調に用いる信号点へのシンボルの割り当てを行う伝送方式である。
【０００６】
ところで、欧州の衛星デジタル放送方式であるＤＶＢ−Ｓ２（非特許文献３参照）、ＤＶＢ−Ｓ２Ｘ（非特許文献４参照）やＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｂ４４に記載の高度広帯域衛星デジタル放送の伝送方式（以下、高度衛星放送方式と呼ぶ。例えば、非特許文献５参照）においては、信号点へのシンボルの割り当て技法としてグレイコードが採用されている。
【０００７】
尚、６４ＡＰＳＫの従来技法であるＤＶＢ−Ｓ２Ｘ規格（非特許文献４参照）のうち、符号化率７／９、４／５及び５／６に適用されるシンボルへのビット割り当て例を図１０に示す。図１０では、６ビットの割り当ては左から順に第１ビット（ａ１）、第２ビット（ａ２）、…、第６ビット（ａ６）とし、左から３ビット毎に８進数表記（例点６４＝１１０:１００）で表記している。ＤＶＢ−Ｓ２Ｘではシンボルへのビット割り当て技法としてグレイコードが採用されている。
【０００８】
ただし、グレイコードは、ＢＰＳＫ及びＱＰＳＫにおいてはビット毎の訂正能力は一様であるが、８ＰＳＫ以上の多値変調においては、シンボルに含まれるビット間の誤り訂正能力が不均一となることから、所定の符号化率において伝送性能を向上する際の障害となっている。
【０００９】
このため、グレイコードによる上記の問題を改善するべく、当該集合分割法による伝送方式を更に改善し、各ビットの訂正能力が異なる場合の伝送性能を向上させる技法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−１５５１９５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】G. Ungerboeck, “Channel coding with multilevel/phase signals”, IEEE Transaction Information Theory, Vol.IT-28, No.1, 1982年1月，p.55−67
【非特許文献２】“衛星デジタル放送の伝送方式  標準規格  ARIB STD-B20  3.0版”、［online］、平成13年5月31日改定、ARIB、［平成28年8月1日検索］、インターネット〈URL：http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B20v3_0.pdf〉
【非特許文献３】Digital Video Broadcasting (DVB), “Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications(DVB-S2)” ，［online］， Final draft ETSI EN 302 307 V1.2.1(2009-04)、［平成28年8月1日検索］、インターネット<URL:http://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302300_302399/302307/01.02.01_40/en_302307v010201o.pdf>
【非特許文献４】Digital Video Broadcasting (DVB), “Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications; Part2: DVB-S2 Extensions(DVB-S2X)” ，［online］，Draft ETSI EN 302 307-2 V1.1.1(2014-10)、［平成28年8月1日検索］、インターネット<URL:http://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302300_302399/30230702/01.01.01_20/en_30230702v010101a.pdf>
【非特許文献５】“高度広帯域衛星デジタル放送の伝送方式  標準規格  ARIB STD-B44  2.1版”、［online］、平成28年3月25日改定、ARIB、［平成28年8月1日検索］、インターネット〈URL： http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B44v2_1.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、変調時のマッピング技法として、大別してグレイコードと集合分割法があるが、いずれにおいても伝送性能を向上させるためには、伝送路容量が増大する信号点配置を適用することが有効である。
【００１３】
例えば、４Ｋや８Ｋ等の超高精細映像に対する高画質化へのニーズへ対応するためには情報ビットレートを向上する必要があるが、そのためには変調多値数を上げるだけでなく、伝送路容量を拡大させる信号点配置を適用することが、より効果的である。
【００１４】
特に、将来において、伝送する映像の高解像度化等に伴い、１２ＧＨｚ帯衛星放送で１つの衛星中継器につき利用可能な帯域幅である３４．５ＭＨｚを満たしつつ、６４ＡＰＳＫを用いてデジタルデータを伝送する際に伝送ビットレートとして１５０Ｍｂｐｓ以上となる伝送システムが要求されており、ＤＶＢ−Ｓ２Ｘの６４ＡＰＳＫよりも性能向上させる技法が望まれる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、従来技法よりも伝送路容量が増大するような信号点配置を適用するようにして、６４ＡＰＳＫを用いてデジタルデータを伝送可能とする送信装置及び受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の送信装置は、デジタルデータの伝送を行う送信装置であって、６４ＡＰＳＫの変調方式における信号点配置として、４つの同心円を半径の小さい方から順に第１円、第２円、第３円、及び第４円と定義し、前記第１円上の信号点数を１２、前記第２円上の信号点数を１６、前記第３円上の信号点数を１８、及び前記第４円上の信号点数を１８としたＩＱ信号のマッピングを行うマッピング手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の送信装置において、前記信号点配置における位相角は、前記第１円については、Ｉ軸から１５度、４５度、７５度、１０５度、１３５度、１６５度、１９５度、２２５度、２５５度、２８５度、３１５度、３４５度の位置に、前記第２円についてはＩ軸から２２．２５度、４４．７５度、６７．２５度、８９．７５度、１１２．２５度、１３４．７５度、１５７．２５度、１７９．７５度、２０２．２５度、２２４．７５度、２４７．２５度、２６９．７５度、２９２．２５度、３１４.７５度、３３７．２５度、３５９．７５度の位置に、前記第３円についてはＩ軸から２０度、４０度、６０度、８０度、１００度、１２０度、１４０度、１６０度、１８０度、２００度、２２０度、２４０度、２６０度、２８０度、３００度、３２０度、３４０度、３６０度の位置に、前記第４円についてはＩ軸から１０度、３０度、５０度、７０度、９０度、１１０度、１３０度、１５０度、１７０度、１９０度、２１０度、２３０度、２５０度、２７０度、２９０度、３１０度、３３０度、３５０度となるよう構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の送信装置において、前記信号点配置における半径比は、前記第１円、第２円、第３円、及び第４円の各半径をそれぞれｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４と定義し、ｒ１＝１として半径比をγ１＝ｒ２／ｒ１、γ２＝ｒ３／ｒ１、γ３＝ｒ４／ｒ１と定義したとき、γ１＝２、γ２＝２．９３、γ３＝４．０５となるよう構成されていることを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の受信装置は、本発明の送信装置により送信された６４ＡＰＳＫのＩＱ信号に基づく変調波信号を受信し、前記６４ＡＰＳＫの信号点配置に対応する直交復調処理を施す手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、既存技術と比較して、６４ＡＰＳＫを用いてデジタルデータを伝送する際の伝送路容量を拡大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明における一実施形態の送信装置及び受信装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る６４ＡＰＳＫの信号点配置設計の概要を示す図である。
【図３】本発明に係る６４ＡＰＳＫ及びＤＶＢ−Ｓ２Ｘの６４ＡＰＳＫ、並びに６４ＱＡＭにおけるＣ／Ｎ対周波数利用効率特性を示す図である。
【図４】本発明に係る６４ＡＰＳＫの伝送路容量を基準とした第１ビット〜第６ビットまでのビット割り当て結果を示す図である。
【図５】本発明に係る６４ＡＰＳＫのビット毎の誤り訂正前のＣ／Ｎ対ビット誤り率特性を示す図である。
【図６】本発明に係る６４ＡＰＳＫのビット入替え後の第１ビット〜第６ビットまでのビット割り当て結果を示す図である。
【図７】本発明に係る６４ＡＰＳＫのビット入替え後のビット毎の誤り訂正前のＣ／Ｎ対ビット誤り率特性を示す図である。
【図８】本発明に係る第１ビットＬＤＰＣ符号化率５５／１２０、第２ビットＬＤＰＣ符号化率６５／１２０、第３ビットＬＤＰＣ符号化率１０５／１２０、第４ビットＬＤＰＣ符号化率１１４／１２０、第５ビットＬＤＰＣ符号化率１１７／１２０、第６ビットＬＤＰＣ符号化率１２０／１２０（ＬＤＰＣパリティ無し）、及びＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）短縮符号の場合のスロット構成例を示す図である。
【図９】本発明に係る実施例と従来技法を対比するＣ／Ｎ対ビット誤り率特性を示す図である。
【図１０】従来技術のＤＶＢ−Ｓ２Ｘのビット割り当てを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の送信装置及び受信装置を説明する。図１は、本発明による一実施形態の送信装置１０及び受信装置２０のブロック図である。尚、実際の送信装置１０は、誤り訂正符号の先頭を識別するために変調波信号に同期信号を多重する機能、ＩＳＤＢ−Ｓ等に採用されている伝送方式の設定等の情報を受信機に予告するための伝送多重制御信号（ＴＭＣＣ信号とも呼ぶ）を変調波信号に多重する機能などを有する。また、実際の受信装置２０には、変調波信号に多重された同期信号を検出し誤り訂正符号の先頭を検出する同期検出機能や、伝送多重制御信号から伝送方式の設定等の情報を検出して変調方式や符号化率等の設定を行う制御機能などを有するが、その詳細な図示を省略している。
【００２３】
（装置構成）
〔送信装置〕
図１を参照するに、本実施形態の送信装置１０は、前方向誤り訂正方式の送信装置であり、誤り訂正符号化部１１と、マッピング部１２と、直交変調部１３とを備える。即ち、送信装置１０の機能ブロック構成は、グレイコードや集合分割法による符号化変調送信装置と変わらないが、マッピング部１２が従来技法と異なる。
【００２４】
誤り訂正符号化部１１は、伝送するデータに対し、外符号をＢＣＨ符号、内符号をＬＤＰＣ符号とする連接符号で構成された誤り訂正処理を施しシンボルを構成してマッピング部１２に出力する。尚、外符号をリードソロモン（ＲＳ）符号とすることや、内符号を畳込み符号やターボ符号とすることもできる。
【００２５】
マッピング部１２は、誤り訂正符号化部１１による符号化後の信号を入力シンボル系列とし、シンボルに対応した信号点のＩ軸及びＱ軸の振幅値をＩＱ信号（同相成分Ｉ及び直交位相成分Ｑからなる複素信号）の信号点系列として直交変調部１３に出力する。ここで、マッピング部１２による６４ＡＰＳＫの信号点配置は、図２及び図３を参照して後述するように、所定の信号電力対雑音電力比（実施例では、Ｃ／Ｎ＝１６ｄＢ）を基準に伝送路容量が最大化するものとなっている。そして、この信号点配置に基づくビット割り当て例として、図６には、本発明に係る６４ＡＰＳＫにおける集合分割法を適用した場合のシンボルへのビット割り当て例を示している。ただし、本発明に係るマッピング部１２は、集合分割法に限らずグレイコードによるマッピング処理にも、当該信号点配置を適用できる点に留意する。
【００２６】
従って、マッピング部１２は、上記対応関係に基づいて、複数の符号系列からなる入力シンボル系列を信号点系列に変換するシンボル／信号点変換手段として機能する。
【００２７】
直交変調部１３は、マッピング部１２により生成されたＩＱ信号に対して、ロールオフフィルタ処理を実行後、直交変調を施した変調波信号を生成し、外部の伝送路に伝送する。
【００２８】
〔受信装置〕
本実施形態の受信装置２０は、前方向誤り訂正方式の受信装置であり、復調部２１と、デマッピング部２２と、誤り訂正復号部２３とを備える。即ち、受信装置２０の機能ブロック構成は、グレイコードや集合分割法による符号化変調受信装置と変わらないが、復調部２１及びデマッピング部２２における直交復調処理が従来技法と異なる。
【００２９】
復調部２１は、ＩＱ信号の信号点系列を変調した６４ＡＰＳＫの変調波信号を、伝送路を介して送信装置１０から受信して、送信側の変調部１３における変調処理に対応する復調処理を施し、デマッピング部２２に出力する。
【００３０】
デマッピング部２２は、復調部２１により復調した信号に対し、送信側のマッピング部１２におけるデマッピング処理を施して、誤り訂正符号化部１１による符号化後の信号を復元し、誤り訂正復号部２３に出力する。
【００３１】
誤り訂正復号部２３は、デマッピング部２２により復元した誤り訂正前の信号に対し、送信側の誤り訂正符号化部１１に対応した誤り訂正復号処理を施して、データを復元して外部に出力する。
【００３２】
（６４ＡＰＳＫの信号点配置）
ここで、マッピング部１２における６４ＡＰＳＫの信号点配置とビット割り当てについて詳細に説明する。解決すべき課題として上述したように、将来において、伝送する映像の高解像度化等に伴い、１２ＧＨｚ帯衛星放送で１つの衛星中継器につき利用可能な帯域幅である３４．５ＭＨｚを満たしつつ、６４ＡＰＳＫを用いて伝送する際に伝送ビットレートとして１５０Ｍｂｐｓ以上となる伝送システムが要求されている観点から、ＤＶＢ−Ｓ２Ｘの６４ＡＰＳＫよりも性能向上させる技法が望まれている。
【００３３】
そこで、多値変調方式の性能改善のために、適切な信号点配置の設計から検討することとした。その設計基準として変調方式を限定したシャノン限界である伝送路容量Ｔ（式（１））を利用する。伝送路容量ＴはＡＷＧＮ伝送路において送信シンボルｘ、受信シンボルｙとしたとき式 （１）で定義される。Ｍは信号点数、ｐ（ｙ｜ｘ）は式（２）で示されるＣ／Ｎと信号点間の最小ユークリッド距離から決まる遷移確率密度関数、σ2は白色雑音電力である。式（１）の第一項は受信シンボルｙの平均情報量であり信号点数Ｍから決まる。式（１）の第二項はある送信シンボルｘを送信したとき、受信シンボルがｙとなる平均情報量を示している。
【００３４】
【数１】
2018029320.tif 000003
【００３５】
【数２】
2018029320.tif 000004
【００３６】
ここで伝送路容量Ｔを最大化させることを考えると、信号点数Ｍ及びＣ／Ｎを固定した場合、式（１）の第二項の値を最小化すればよい。このとき式（１）の第二項は信号点間の最小ユークリッド距離の関数となり、最小ユークリッド距離が大きくなるほど第二項が小さくなる。よって式 （１）における伝送路容量Ｔを最大化することは、信号点間の最小ユークリッド距離を拡大することと等価である。信号点間の最小ユークリッド距離を拡大することにより、ある受信シンボルが隣接する他のシンボルとして誤って受信されてしまう可能性を低くすることができ、受信後の誤り率改善につながる。
【００３７】
以上より伝送路容量Ｔが最大となる信号点配置を設計することで、信号点間の最小ユークリッド距離を拡大することができ、多値変調方式の伝送性能改善につながる。具体的な信号点配置の設計方法としては、円周上に配置する信号点数、信号点の位相、円周間の半径比をそれぞれ設計パラメータとして、伝送路容量が最大となるよう設計した。
【００３８】
上記設計技法による伝送路容量を基準とした６４ＡＰＳＫの信号点配置設計について、図２に示している。まず、伝送路容量は式（１）より計算され、信号点数Ｍ＝６４とし、設計Ｃ／Ｎ＝１６ｄＢで伝送路容量が最大となる信号点配置を設計した。設計Ｃ／Ｎは６４ＡＰＳＫ（ＬＤＰＣ符号化率４/５）の理論限界Ｃ／Ｎ＝１４．９ｄＢに対し、約１ｄＢのギャップを性能目標としＣ／Ｎ＝１６ｄＢとした。図２は便宜上、最適化された信号点配置を使用して概要説明をしているが、この信号点配置は以下に示す設計手順により最適化される。
【００３９】
設計条件として、（条件１）半径の異なる４つの円周上に信号点を配置（半径の小さい円から順に第１円〜第４円と定義）、（条件２）同一円周内の信号点は等間隔に配置、（条件３）第３円、第４円の信号点数は同数とした。設計パラメータは、（ａ）円周上に配置する信号点数、（ｂ）各円周上の信号点の位相（θ１〜θ４）、（ｃ）円周間の半径比（γ１〜γ３）とし、伝送路容量が最大となるようそれぞれの設計パラメータを決定する。尚、第１円〜第４円の各半径をそれぞれｒ１〜ｒ４とし、ｒ１＝１を基準に半径比をγ１＝ｒ２／ｒ１, γ２＝ｒ３／ｒ１, γ３＝ｒ４／ｒ１と定義した。
【００４０】
（条件１）、（条件２）及び（条件３）の順に、それぞれ伝送路容量が最大となるよう設計パラメータを決定し、設計した６４ＡＰＳＫの信号点配置を表１に示す。尚、表１は、本設計により生成した送信電力１で規格化したＩＱ信号の信号点座標を示している。また、表１の信号点配置に対応して最適化された各設計パラメータ及び伝送路容量について、ＤＶＢ−Ｓ２Ｘと対比可能に表２に示している。また、本設計、ＤＶＢ−Ｓ２Ｘ、６４ＱＡＭのＣ／Ｎ対周波数利用効率（伝送路容量の単位）特性を図３に示している。
【００４１】
【表１】
2018029320.tif 000005
【００４２】
【表２】
2018029320.tif 000006
【００４３】
即ち、本発明に係るマッピング部１２は、６４ＡＰＳＫの変調方式における信号点配置として、４つの同心円を半径の小さい方から順に第１円、第２円、第３円、及び第４円と定義し、第１円上の信号点数を１２、第２円上の信号点数を１６、第３円上の信号点数を１８、及び第４円上の信号点数を１８としたＩＱ信号のマッピングを行う。
【００４４】
この信号点配置における位相角は、第１円については、Ｉ軸から１５度、４５度、７５度、１０５度、１３５度、１６５度、１９５度、２２５度、２５５度、２８５度、３１５度、３４５度の位置に、第２円についてはＩ軸から２２．２５度、４４．７５度、６７．２５度、８９．７５度、１１２．２５度、１３４．７５度、１５７．２５度、１７９．７５度、２０２．２５度、２２４．７５度、２４７．２５度、２６９．７５度、２９２．２５度、３１4.７５度、３３７．２５度、３５９．７５度の位置に、第３円についてはＩ軸から２０度、４０度、６０度、８０度、１００度、１２０度、１４０度、１６０度、１８０度、２００度、２２０度、２４０度、２６０度、２８０度、３００度、３２０度、３４０度、３６０度の位置に、第４円についてはＩ軸から１０度、３０度、５０度、７０度、９０度、１１０度、１３０度、１５０度、１７０度、１９０度、２１０度、２３０度、２５０度、２７０度、２９０度、３１０度、３３０度、３５０度となるよう構成されている。
【００４５】
そして、この信号点配置における半径比は、第１円、第２円、第３円、及び第４円の各半径をそれぞれｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４と定義し、ｒ１＝１として半径比をγ１＝ｒ２／ｒ１、γ２＝ｒ３／ｒ１、γ３＝ｒ４／ｒ１と定義したとき、γ１＝２、γ２＝２．９３、γ３＝４．０５となるよう構成されている。
【００４６】
表２及び図３に基づく伝送路容量を基準として６４ＡＰＳＫの信号点配置を設計することで、Ｃ／Ｎ＝１６ｄＢにおいてＤＶＢ−Ｓ２Ｘを上回る伝送路容量５．０８３９ｂｐｓ／Ｈｚを達成可能である。
【００４７】
（上記信号点配置におけるビット割り当ての実施例）
以下、上記の６４ＡＰＳＫの信号点配置の検証のために、本発明に係る６４ＡＰＳＫの信号点配置へのビット割り当てについても最適化を行った際の実施例について説明する。従来技術である集合分割法を適用した多値符号化変調は、集合分割法に基づき前ビットの復号結果に応じて信号点を分割していき、各ビットを復号していく。例えば第２ビット（ａ２）の復号については、第１ビット（ａ１）の復号結果によりａ１＝０, ａ１＝１の信号点にそれぞれ分割した後復号され、第２ビット以降についても同様の手順で信号点を分割し復号していく。このように信号点の分割を進めるごとに、信号点間の最小ユークリッド距離を拡大することが可能であり、上位ビット（第１ビットを最下位ビットとする）へ行くに従い各ビットのＢＥＲ特性は向上し、全体としての伝送特性を改善することが可能である。
【００４８】
このように集合分割法を適用するためには、分割後の信号点の最小ユークリッド距離がなるべく大きくなるよう各信号点へビットを割り当てる必要がある。ＱＡＭのような信号点が格子配列のものについては、幾何学的に隣接する信号点の最小ユークリッド距離を拡大するビット割り当てが可能であるが、ＡＰＳＫのように信号点配置が一意に決まらないような変調方式については、幾何学的に最小ユークリッド距離を拡大することが難しい。
【００４９】
そこで本発明に係る６４ＡＰＳＫのマッピングにおいては、上記の伝送路容量Ｔ（式（１））を基準に各信号点へのビット割り当てを行う。上述の通り伝送路容量を最大化することは最小ユークリッド距離を拡大することと等価である。よって信号点分割後の伝送路容量が最大となるビット割り当てを行うことで、６４ＡＰＳＫに集合分割法を適用した際、信号点分割後の最小ユークリッド距離を拡大することが可能である。
【００５０】
具体的には、集合分割法に基づく６４ＡＰＳＫの信号点配置にビット割り当てを行う際の評価関数として伝送路容量の式（１）を適用し、Ｃ／Ｎ＝１６ｄＢで信号分割後の伝送路容量が最大となるようなビット割り当てを行った結果、図４に示す結果が得られる。図４では、信号点に割り当てた６ビットは左から順に第１ビット（ａ１）、第２ビット（ａ２）、…、第６ビット（ａ６）と定義し、左から３ビット毎に８進数表記で記している。また、図５に、受信装置２０側における復調部２１の出力に相当する、ビットごとの誤り訂正前のＢＥＲ特性を示している。
【００５１】
ただし、集合分割法に基づく６４ＡＰＳＫの誤り訂正符号として、ビット毎にＬＤＰＣ符号（内符号）とＢＣＨ符号（外符号）から成る連接符号を適用するには、現行規格（ＩＳＤＢ−Ｓ３:非特許文献５）で採用されているＬＤＰＣ符号は、誤り訂正前のＢＥＲが１．５×１０−１〜２×１０−３の範囲を超える場合、符号のランダム性を保った設計が困難となる。また、ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７,ｔ＝２３）符号を外符号として適用する場合、疑似エラーフリー（１×１０−１１）が期待できる誤り訂正前のＢＥＲは１．２×１０−４以下である。即ち、図５においてＣ／Ｎ＝１６ｄＢに着目すると、第１ビットおよび第５ビットにおいて、上記条件を満たしていない。
【００５２】
そこで、図４のビット割り当てからビット入替えを行うことにより、第１ビット〜第５ビットのＢＥＲが１．５×１０−１〜２×１０−３の範囲に収まるようなビット割り当てを行った。そのときのビット割り当て結果を図６に、ビットごとの誤り訂正前のＢＥＲ特性を図７に示す。
【００５３】
即ち、マッピング部１２は、図６に示すように、６４ＡＰＳＫの信号点配置に対するシンボルを構成する各ビットのビット割り当てとして、第１円については、Ｉ軸から１５度の位置に “０１０１１０（８進表記で２６）”、４５度の位置に “０００１００（８進表記で０４）”、７５度の位置に “１１１１００（８進表記で７４）”、１０５度の位置に “１０１１００ （８進表記で５４）”、１３５度の位置に “０１００００ （８進表記で２０）”、１６５度の位置に “００００１０ （８進表記で０２）”、１９５度の位置に “１１１１１０（８進表記で７６）”、２２５度の位置に “１０１０１０（８進表記で５２）”、２５５度の位置に “０１１０１０ （８進表記で３２）”、２８５度の位置に “００１０００（８進表記で１０）”、３１５度の位置に “１１０１００ （８進表記で６４）”、３４５度の位置に “１００１００ （８進表記で４４）”、第２円については、Ｉ軸から２２．２５度の位置に “００１１００ （８進表記で１４）”、４４．７５度の位置に “１１００００（８進表記で６０）”、６７．２５度の位置に “１０００００（８進表記で４０）”、８９．７５度の位置に “０１１１００（８進表記で３４）”、１１２．２５度の位置に “００１１１０（８進表記で１６）”、１３４．７５度の位置に “１１０１１０ （８進表記で６６）”、１５７．２５度の位置に “１００１１０ （８進表記で４６）”、１７９．７５度の位置に “０１００１０（８進表記で２２）”、２０２．２５度の位置に “ ００００００（８進表記で００）”、２２４．７５度の位置に “１１１０００（８進表記で７０）”、２４７．２５度の位置に“１０１０００（８進表記で５０）”、２６９．７５度の位置に “０１０１００（８進表記で２４）”、２９２．２５度の位置に “０００１１０（８進表記で０６）”、３１４．７５度の位置に“１１１０１０ （８進表記で７２）”、３３７．２５度の位置に “１０１１１０（８進表記で５６）”、３５９．７５度の位置に “０１１１１０（８進表記で３６）”、第３円については、Ｉ軸から２０度の位置に “１１００１０（８進表記で６２）”、４０度の位置に “１０１０１１（８進表記で５３）”、６０度の位置に “０１１０１１（８進表記で３３）”、８０度の位置に “００１００１（８進表記で１１）”、１００度の位置に “１１１００１（８進表記で７１）”、１２０度の位置に “１０１００１（８進表記で５１）”、１４０度の位置に “０１１０００（８進表記で３０）”、１６０度の位置に “００１０１０ （８進表記で１２）”、１８０度の位置に “１１１０１１（８進表記で７３）”、２００度の位置に “１０００１０（８進表記で４２）”、２２０度の位置に “０１０００１（８進表記で２１）”、２４０度の位置に “００００１１（８進表記で０３）”、２６０度の位置に“１１０００１（８進表記で６１）”、２８０度の位置に “１００００１（８進表記で４１）”、３００度の位置に “０１００１１（８進表記で２３）”、３２０度の位置に “０００００１（８進表記で０１）”、３４０度の位置に “０１１００１（８進表記で３１）”、３６０度の位置に“００１０１１（８進表記で１３）”、第３円については、Ｉ軸から１０度の位置に “０００１０１（８進表記で０５）”、３０度の位置に“０１０１０１（８進表記で２５）”、５０度の位置に “１００１０１（８進表記で４５）”、７０度の位置に “１１０１０１（８進表記で６５）”、９０度の位置に “０００１１１（８進表記で０７）”、１１０度の位置に “０１０１１１（８進表記で２７）”、１３０度の位置に “１０００１１（８進表記で４３）”、１５０度の位置に “１１００１１（８進表記で６３）”、１７０度の位置に “００１１０１（８進表記で１５）”、１９０度の位置に “０１１１０１（８進表記で３５）”、２１０度の位置に “１０１１１１（８進表記で５７）”、２３０度の位置に “１１１１１１（８進表記で７７）”、２５０度の位置に “００１１１１（８進表記で１７）”、２７０度の位置に“０１１１１１（８進表記で３７）”、２９０度の位置に “１０１１０１（８進表記で５５）”、３１０度の位置に “１１１１０１（８進表記で７５）”、３３０度の位置に “１００１１１（８進表記で４７）”、３５０度の位置に “１１０１１１（８進表記で６７）”となるようマッピングを行う。
【００５４】
ここで、図７のＢＥＲ特性よりＣ／Ｎ＝１６ｄＢにおける第６ビット（ａ６）のＢＥＲは２．６７×１０−７であり、ＢＣＨ外符号のみでエラーフリーが達成できる。最終的に、本発明では信号全体のＬＤＰＣ平均符号化率４／５を満たしつつ、第１ビット（ａ１） から第５ビット（ａ５）に適用するＬＤＰＣ符号化率を調整し、白色雑音の下で所要Ｃ／Ｎ（ＢＥＲ＝１×１０−１１ 相当のＣ/Ｎ と定義）が最小となるＬＤＰＣ符号を設計した。
【００５５】
このとき、ＬＤＰＣ検査行列の構造はＩＳＤＢ−Ｓ３と同一とした。即ち、誤り訂正符号化部１１は、符号化率毎に固有の検査行列を用いて当該デジタルデータをＬＤＰＣ符号化する符号化器を備えるよう構成し、この符号化器は、４４８８０ビットからなる符号長で符号化率毎に予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、符号化率に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に３７４列毎の周期で配置して構成した検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を行う。
【００５６】
設計したＬＤＰＣ符号の仕様として、表３に示すビット毎の符号化率で、ＬＤＰＣ平均符号化率４／５を満たすスロット構成とした。尚、表３に示すビット毎のＬＤＰＣ符号における各符号化率の検査行列の初期値テーブルは、本発明に係るマッピング処理に直接関係しないためその説明は省略する。
【００５７】
また、外符号のＢＣＨ符号については、ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）短縮符号とした。ただし、ＢＣＨ（６５５３５，６５３４３）短縮符号を用いてもよい。ＢＣＨ（６５５３５，６５１６７）短縮符号の生成多項式は、特許文献１に開示されているとおりである。また、ＢＣＨ（６５５３５，６５３４３）短縮符号の生成多項式は、非特許文献５に開示されているとおりである。
【００５８】
【表３】
2018029320.tif 000007
【００５９】
図１の送信装置１０及び受信装置２０、表３に従うスロット構成を用いた場合の伝送性能（シミュレーション結果）を説明する。表３に従うスロット構成図を図８に示す。伝送モデルは白色雑音を想定し、ＢＣＨ外符号はＢＣＨ（６５５３５，６５１６７,ｔ＝２３）符号とし、ＬＤＰＣ符号の復号反復回数は１段あたり最大５０回に設定した。
【００６０】
表３に従い、白色雑音下における計算機シミュレーションによるＣ／Ｎ対ＢＥＲ特性を図９に示す。図９では、同等の周波数利用効率を有するＤＶＢ−Ｓ２Ｘの６４ＡＰＳＫ （符号化率４/５）にＬＤＰＣ符号を適用した場合もプロットした。計算機シミュレーションはＢＥＲ＝１×１０−１０ オーダーまで行い、線形補間によりＢＥＲ＝１×１０−１１ まで外挿した。図９より、本発明技術の所要Ｃ／Ｎ は１５．７ｄＢであり、ＤＶＢ−Ｓ２Ｘより０．３６ｄＢより性能改善していることが分かる。
【００６１】
このように、表１及び表２に示す本発明に係る６４ＡＰＳＫの信号点配置により、伝送路容量が拡大してその伝送性能が向上することが検証できた。
【００６２】
以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した説明では主として集合分割法による伝送例を実施例として説明したが、伝送路容量を拡大させることができる信号点配置を適用していることからグレイコードによる伝送方式にも有効である。同様に、上記の実施例では特定の誤り訂正処理及び符号化率について伝送性能を検証したが、他の誤り訂正処理及び符号化率についても有効である。従って、本発明に係る送信装置及び受信装置は、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明によれば、６４ＡＰＳＫを用いてデジタルデータを伝送する際、伝送路容量を拡大させることができる信号点配置を適用するので、デジタルデータの送信装置及び受信装置の用途に有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  送信装置
１１  誤り訂正符号化部
１２  マッピング部
１３  直交変調部
２０  受信装置
２１  直交復調部
２２  デマッピング部
２３  誤り訂正復号部
【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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