(57)【要約】【課題】回路規模を大きくせず、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避し、かつ高効率伝送を実現する多値符号化装置を提供する。【解決手段】本発明の多値符号化装置は、データを所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率を算出する遷移確率算出部と、算出された遷移確率に基づいて、多値信号の振幅レベルの変動が小さくなるようにビットパターンを所定の信号点にマッピングし、ビットパターンと信号点との対応関係を示すマッピング情報を生成するマッピング情報生成部と、マッピング情報を含むヘッダ部と、データを含むデータ部とから構成されるパケットを生成するパケット生成部と、マッピング情報に基づいて、データ部に含まれるデータを所定の信号点に変調するデータ変調部とを備える。【選択図】図１
2011130152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信器と受信器との間で通信されるパケットに含まれるデータを、所定の複数の振幅レベルを有する多値信号に変調する多値符号化装置であって、
前記データを所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率を算出する遷移確率算出部と、
前記算出された遷移確率に基づいて、前記多値信号の振幅レベルの変動が小さくなるように前記ビットパターンを所定の信号点にマッピングし、前記ビットパターンと前記信号点との対応関係を示すマッピング情報を生成するマッピング情報生成部と、
前記マッピング情報を含むヘッダ部と、前記データを含むデータ部とから構成されるパケットを生成するパケット生成部と、
前記マッピング情報に基づいて、前記データ部に含まれるデータを前記所定の信号点に変調するデータ変調部とを備える、多値符号化装置。
【請求項２】
前記マッピング情報生成部は、前記遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングすることを特徴とする、請求項１に記載の多値符号化装置。
【請求項３】
前記マッピング情報生成部は、ハミング距離が１である前記ビットパターンを隣接する信号点にマッピングすることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項４】
前記データに含まれるビットパターンの発生確率を算出する発生確率算出部を、さらに備え、
前記マッピング情報生成部は、前記発生確率算出部で算出した発生確率が最大となるビットパターンを、前記振幅レベルが最小または最大となる信号点にマッピングすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項５】
前記データに含まれるビットパターンの発生確率を算出する発生確率算出部を、さらに備え、
前記マッピング情報生成部は、前記発生確率算出部で算出した発生確率が最大となるビットパターンを、前記振幅レベルが最小となる信号点にマッピングすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項６】
前記マッピング情報生成部は、前記発生確率算出部で算出した発生確率と、前記生成したマッピング情報とに基づいて、平均送信電力を算出することを特徴とする、請求項４〜５のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項７】
前記マッピング情報生成部は、前記算出した平均送信電力に基づいて、前記平均送信電力が最小となるように、前記ビットパターンを所定の信号点にマッピングすることを特徴とする、請求項６に記載の多値符号化装置。
【請求項８】
前記ヘッダ部は、前記算出した平均送信電力を示す平均送信電力情報を含むことを特徴とする、請求項６〜７のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項９】
前記ビットパターンと前記信号点との対応関係を示すマッピング情報と、当該マッピング情報に対応するマッピング番号とを予め格納するマッピングテーブルを、さらに備え、
前記マッピング情報生成部は、前記マッピングテーブルを参照して、前記生成したマッピング情報に対応するマッピング番号を、前記マッピング情報とすることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項１０】
前記遷移確率算出部は、前記データを所定長の複数のセグメントに細分化したセグメントデータについて、前記セグメント毎に前記遷移確率を算出し、
前記マッピング情報生成部は、前記セグメント毎に算出された遷移確率に基づいて、前記セグメントデータについて、前記セグメント毎に前記マッピング情報を生成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項１１】
前記遷移確率算出部は、前記データを所定長の複数のセグメントに細分化したセグメントデータについて、前記セグメント毎に前記遷移確率を算出し、
前記発生確率算出部は、前記セグメントデータについて、前記セグメント毎に前記発生確率を算出し、
前記マッピング情報生成部は、前記セグメント毎に算出された遷移確率および発生確率に基づいて、前記セグメントデータについて、前記セグメント毎に前記マッピング情報を生成することを特徴とする、請求項４〜９のいずれかに記載の多値符号化装置。
【請求項１２】
送信器と受信器との間で通信されるパケットに含まれる所定の複数の振幅レベルを有する多値信号を復調する多値復号化装置であって、
所定の信号点と、所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングしたビットパターンとの対応関係を示すマッピング情報を、前記パケットから抽出し、当該抽出したマッピング情報を解析するマッピング解析部と、
前記マッピング情報に基づいて、前記多値信号を復調するデータ復調部とを備える、多値復号化装置。
【請求項１３】
前記所定の信号点と、前記所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングしたビットパターンとの対応関係を示すマッピング情報と、当該マッピング情報に対応するマッピング番号とを予め格納するマッピングテーブルを、さらに備え、
前記パケットには、前記マッピング情報としてマッピング番号が含まれており、
前記マッピング解析部は、前記マッピングテーブルを参照して、前記パケットに含まれるマッピング番号に対応するマッピング情報を抽出し、
前記データ復調部は、前記抽出されたマッピング情報に基づいて、前記多値信号を復調することを特徴とする、請求項１２に記載の多値復号化装置。
【請求項１４】
前記パケットには、前記所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、前記ビットパターンの発生確率と、前記マッピング情報とに基づいて算出された平均送信電力情報が含まれており、
前記平均送信電力情報に基づいて、直流ドリフト量推定値を生成する直流ドリフト量推定部を、さらに備え、
前記データ復調部は、前記直流ドリフト量推定値に基づいて、前記多値信号を復調する際、前記振幅レベルの信号判定における閾値を調整して、前記マッピング情報に基づいて、前記多値信号を復調することを特徴とする、請求項１２〜１３のいずれかに記載の多値復号化装置。
【請求項１５】
データを所定の複数の振幅レベルを有する多値信号に変調する多値符号化装置が実行する多値符号化方法であって、
前記データを所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率を算出する遷移確率算出ステップと、
前記算出された遷移確率に基づいて、前記多値信号の振幅レベルの変動が小さくなるように前記ビットパターンを所定の信号点にマッピングし、前記ビットパターンと前記信号点との対応関係を示すマッピング情報を生成するマッピング情報生成ステップと、
前記マッピング情報に基づいて、前記データを前記所定の信号点に変調するデータ変調ステップとを実行する、多値符号化方法。
【請求項１６】
所定の複数の振幅レベルを有する多値信号を復調する多値復号化装置が実行する多値復号化方法であって、
所定の信号点と、所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングしたビットパターンとの対応関係を示すマッピング情報を解析するマッピング解析ステップと、
前記マッピング情報に基づいて、前記多値信号を復調するデータ復調ステップとを実行する、多値復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信器と受信器との間でデータ通信するために用いられる多値符号化装置および多値符号化方法に関し、より特定的には、送受信するデータのビットパターンを所定の信号点にマッピングする多値符号化装置および多値符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、送信器と受信器との間でデータを通信する際、より高効率なデータ通信を実現するために、多値符号化がさまざまな通信方式に導入されている。多値符号化は、複数のビットから構成されるビットパターンを異なる信号点にマッピングすることによって、伝送速度の高速化を図る方法である。多値符号化における多値数を増加すれば、１つの信号点に割り当てるビット数を増やすことができる。これにより、伝送効率を向上することができる。
【０００３】
しかし、限られた振幅レベルの範囲内で多値符号化を行う場合には、多値数に反比例して、信号点間距離が縮まってしまう。このため、多値符号化されたデータを復号する際に、信号点（振幅レベル）の識別誤りが生じるようになる。また、急激に振幅レベルが変動する場合には、信号波形の立上りおよび立下りに要する時間の不足（遷移不足）、および波形歪等の影響によって、さらに信号点（振幅レベル）の識別誤りが発生しやすくなる。その結果、データ通信における伝送誤りとなってしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１では、多値符号化される振幅レベルの遷移を、０または当該振幅レベルの上下方向に隣接する振幅レベルに限定することが提案されている。これにより、上述した遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避している。また、このように振幅レベルの遷移を限定することによって発生するシンボル誤りは、後段において誤り訂正処理を施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９８７３７号公報
【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、上述した従来技術では、振幅レベルの遷移を限定することによって故意に発生させた誤りを訂正するために、単なる雑音誤り訂正処理能力よりも大きな訂正処理能力を必要とする。つまり、誤り訂正回路における拘束長の増大等を招き、その結果、回路規模が大きくなってしまう。一方、信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避するために、多値数を減少させる等によって符号化率を小さくすれば、データの伝送効率を悪化させることになってしまう。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、送信データにおけるビットパターンの遷移に着目した多値符号化を施すことによって、回路規模を大きくせず、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避し、かつ高効率伝送を実現する多値符号化装置および多値符号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の多値符号化装置は、送信器と受信器との間で通信されるパケットに含まれるデータを、所定の複数の振幅レベルを有する多値信号に変調する多値符号化装置であって、データを所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率を算出する遷移確率算出部と、算出された遷移確率に基づいて、多値信号の振幅レベルの変動が小さくなるようにビットパターンを所定の信号点にマッピングし、ビットパターンと信号点との対応関係を示すマッピング情報を生成するマッピング情報生成部と、マッピング情報を含むヘッダ部と、データを含むデータ部とから構成されるパケットを生成するパケット生成部と、マッピング情報に基づいて、データ部に含まれるデータを所定の信号点に変調するデータ変調部とを備える。
【０００９】
好ましいマッピング情報生成部は、遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングすることを特徴とする。
【００１０】
さらに、好ましいマッピング情報生成部は、ハミング距離が１であるビットパターンを隣接する信号点にマッピングすることを特徴とする。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の多値符号化装置は、データに含まれるビットパターンの発生確率を算出する発生確率算出部を、さらに備え、マッピング情報生成部は、発生確率算出部で算出した発生確率が最大となるビットパターンを、振幅レベルが最小または最大となる信号点にマッピングすることを特徴とする。
または、好ましくは、本発明の多値符号化装置は、データに含まれるビットパターンの発生確率を算出する発生確率算出部を、さらに備え、マッピング情報生成部は、発生確率算出部で算出した発生確率が最大となるビットパターンを、振幅レベルが最小となる信号点にマッピングすることを特徴とする。
【００１２】
さらに、好ましいマッピング情報生成部は、発生確率算出部で算出した発生確率と、生成したマッピング情報とに基づいて、平均送信電力を算出することを特徴とする。
【００１３】
さらに、好ましいマッピング情報生成部は、算出した平均送信電力に基づいて、平均送信電力が最小となるように、ビットパターンを所定の信号点にマッピングすることを特徴とする。
【００１４】
また、好ましくは、ヘッダ部は、算出した平均送信電力を示す平均送信電力情報を含むことを特徴とする。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の多値符号化装置は、ビットパターンと信号点との対応関係を示すマッピング情報と、当該マッピング情報に対応するマッピング番号とを予め格納するマッピングテーブルを、さらに備え、マッピング情報生成部は、マッピングテーブルを参照して、生成したマッピング情報に対応するマッピング番号を、マッピング情報とすることを特徴とする。
【００１６】
また、好ましい遷移確率算出部は、データを所定長の複数のセグメントに細分化したセグメントデータについて、セグメント毎に遷移確率を算出し、マッピング情報生成部は、セグメント毎に算出された遷移確率に基づいて、セグメントデータについて、セグメント毎にマッピング情報を生成することを特徴とする。
または、好ましい遷移確率算出部は、データを所定長の複数のセグメントに細分化したセグメントデータについて、セグメント毎に遷移確率を算出し、発生確率算出部は、セグメントデータについて、セグメント毎に発生確率を算出し、マッピング情報生成部は、セグメント毎に算出された遷移確率および発生確率に基づいて、セグメントデータについて、セグメント毎にマッピング情報を生成することを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の多値復号化装置は、送信器と受信器との間で通信されるパケットに含まれる所定の複数の振幅レベルを有する多値信号を復調する多値復号化装置であって、所定の信号点と、所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングしたビットパターンとの対応関係を示すマッピング情報を、パケットから抽出し、当該抽出したマッピング情報を解析するマッピング解析部と、マッピング情報に基づいて、多値信号を復調するデータ復調部とを備える。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の多値復号化装置は、所定の信号点と、所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングしたビットパターンとの対応関係を示すマッピング情報と、当該マッピング情報に対応するマッピング番号とを予め格納するマッピングテーブルを、さらに備え、パケットには、マッピング情報としてマッピング番号が含まれており、マッピング解析部は、マッピングテーブルを参照して、パケットに含まれるマッピング番号に対応するマッピング情報を抽出し、データ復調部は、抽出されたマッピング情報に基づいて、多値信号を復調することを特徴とする。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の多値復号化装置は、パケットには、所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、ビットパターンの発生確率と、マッピング情報とに基づいて算出された平均送信電力情報が含まれており、平均送信電力情報に基づいて、直流ドリフト量推定値を生成する直流ドリフト量推定部を、さらに備え、データ復調部は、直流ドリフト量推定値に基づいて、多値信号を復調する際、振幅レベルの信号判定における閾値を調整して、マッピング情報に基づいて、多値信号を復調することを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の多値符号化方法は、データを所定の複数の振幅レベルを有する多値信号に変調する多値符号化装置が実行する多値符号化方法であって、データを所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率を算出する遷移確率算出ステップと、算出された遷移確率に基づいて、多値信号の振幅レベルの変動が小さくなるようにビットパターンを所定の信号点にマッピングし、ビットパターンと信号点との対応関係を示すマッピング情報を生成するマッピング情報生成ステップと、マッピング情報に基づいて、データ部に含まれるデータを所定の信号点に変調するデータ変調ステップとを実行する。
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の多値復号化方法は、所定の複数の振幅レベルを有する多値信号を復調する多値復号化装置が実行する多値復号化方法であって、所定の信号点と、所定のタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率が大きいビットパターンを隣接する信号点に順にマッピングしたビットパターンとの対応関係を示すマッピング情報を解析するマッピング解析ステップと、マッピング情報に基づいて、多値信号を復調するデータ復調ステップとを実行する。
【００２２】
上述した本発明の多値符号化方法および多値復号化方法は、一連の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムの形式で提供される。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で、コンピュータに導入されてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の多値符号化装置および多値符号化方法によれば、送信データにおけるビットパターンの遷移に着目した多値符号化を施すことによって、回路規模を大きくせず、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避し、かつ高効率伝送を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００を示す図
【図２】遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１に基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングする手順を示す図
【図３】パケット１５３の構成を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る多値復号化装置２００を示す図
【図５】遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１と、ハミング距離の制約とに基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングする手順を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る多値符号化装置３００を示す図
【図７】遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１と、発生確率算出部３０１によって算出された発生確率３５１とに基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングする手順を示す図
【図８】多値識別誤りが発生する様子を示す図
【図９】図２で示した２通りのマッピング候補について、それぞれのマッピング候補を選択した場合の平均送信電力を算出する手順を示す図
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る多値符号化装置４００を示す図
【図１１】４値の振幅レベル（信号点）「０」、「１」、「２」、「３」にビットパターン「００」、「０１」、「１０」、「１１」を割り当てる場合のマッピングテーブル４０１を示す図
【図１２】図１１に示したマッピングテーブル４０１のうち、隣接する信号点にマッピングされるビットパターンは、ハミング距離を１とする制約を加えた場合のマッピングテーブル４０２を示す図
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る多値復号化装置５００を示す図
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る多値符号化装置におけるパケット生成部１０３が生成するパケットの構成を示す図
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る多値符号化装置におけるパケット生成部１０３が生成するパケットの構成を示す図
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る多値復号化装置６００を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の各実施形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００を示す図である。図１において、多値符号化装置１００は、遷移確率算出部１０１と、マッピング情報生成部１０２と、パケット生成部１０３と、データ変調部１０４とを備える。
【００２６】
遷移確率算出部１０１は、送信データ１５０をタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移確率１５１を算出する。
【００２７】
具体的には、例えば、送信データ１５０を「００１０１１１０００１０１０」とし、４値の振幅レベル（信号点）０、１、２、３にビットパターン「００」、「０１」、「１０」、「１１」を割り当てる場合について説明する。
【００２８】
先ず、送信データ１５０「００１０１１１０００１０１０」を７つのタイムスロット単位で分解し、２ビットずつのビットパターン「００」、「１０」、「１１」、「１０」、「００」、「１０」、「１０」とする。
【００２９】
次に、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移を分析する。ここで、遷移元ビットパターンが「００」、「０１」、「１０」、「１１」の４種類に対して、それぞれ遷移先ビットパターンが「００」、「０１」、「１０」、「１１」の４種類である。つまり、隣接するタイムスロット間におけるビットパターンの遷移は、１６通りの遷移が発生し得る。
【００３０】
送信データ１５０「００１０１１１０００１０１０」において、実際に発生するビットパターンの遷移確率１５１を計算する。ビットパターンの遷移は、「００」→「１０」、「１０」→「１１」、「１１」→「１０」、「１０」→「００」、「００」→「１０」、「１０」→「１０」の６つである。そして、「００」→「１０」の遷移確率は２／６となり、「１０」→「１１」の遷移確率は１／６となり、「１１」→「１０」の遷移確率は１／６となり、「１０」→「００」の遷移確率は１／６となり、「１０」→「１０」の遷移確率は１／６となる。このようにして、ビットパターンの遷移確率１５１を導出する。
【００３１】
マッピング情報生成部１０２は、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１に基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングし、マッピング情報１５２を生成する。ここで、マッピング情報１５２は、ビットパターンと信号点との対応関係を示す情報であって、以下の手順によって生成される。
【００３２】
図２は、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１に基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングする手順を示す図である。図２（１）は、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１を示す図である。ここでは、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１の一例として、「００」→「００」への遷移確率が５％、「００」→「０１」への遷移確率が１６％、「００」→「１０」への遷移確率が１１％、「００」→「１１」への遷移確率が８％、・・・のように、遷移元と遷移先との関係について、各々の遷移確率１５１をマトリックス状に示している。
【００３３】
マッピング情報生成部１０２は、図２（１）に示された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てる。図２（２）は、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点にマッピングする手順を示す図である。
【００３４】
第１ステップでは、遷移確率が最大である遷移「００」→「０１」について、ビットパターン「００」と「０１」とを隣接する信号点に割り当てる。このとき、振幅レベルの小さい順から、「００」−「０１」に割り当てるマッピングと、「０１」−「００」に割り当てるマッピングとの２通りのマッピング候補がある。
【００３５】
第２ステップでは、第１ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が２番目に大きい遷移「０１」→「１０」について、ビットパターン「０１」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、第１ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係を崩さないか否かを検討する。ビットパターン「０１」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる場合、第１ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係「００」−「０１」、および「０１」−「００」を崩さない。つまり、振幅レベルの小さい順から、「００」−「０１」−「１０」に割り当てるマッピングと、「１０」−「０１」−「００」に割り当てるマッピングとの２通りのマッピング候補が得られる。
【００３６】
第３ステップでは、第２ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が３番目に大きい遷移「００」→「１０」について、ビットパターン「００」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、第２ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係を崩さないか否かを検討する。ビットパターン「００」と「１０」とについて、第２ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係が既に確定している。このため、第３ステップでは、新たに、ビットパターン「００」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てずに、第２ステップで得られたマッピング候補「００」−「０１」−「１０」、および「１０」−「０１」−「００」を引き継ぐ。
【００３７】
第４ステップでは、第３ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が４番目に大きい遷移「０１」→「１１」について、ビットパターン「０１」と「１１」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、第３ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係を崩さないか否かを検討する。第３ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係において、ビットパターン「０１」について、当該上下隣接信号点は既に確定している。このため、第４ステップでは、新たに、ビットパターン「０１」と「１１」とを隣接する信号点に割り当てずに、第３ステップで得られたマッピング候補「００」−「０１」−「１０」、および「１０」−「０１」−「００」を引き継ぐ。
【００３８】
第５ステップでは、第４ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が５番目に大きい遷移「００」→「１１」について、ビットパターン「００」と「１１」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、第４ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係を崩さないか否かを検討する。ビットパターン「００」と「１１」とを隣接する信号点に割り当てる場合、第４ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係「００」−「０１」−「１０」、および「１０」−「０１」−「００」を崩さない。つまり、振幅レベルの小さい順から、「１１」−「００」−「０１」−「１０」に割り当てるマッピングと、「１０」−「０１」−「００」−「１１」に割り当てるマッピングとの２通りのマッピング候補が得られる。
【００３９】
このように、マッピング情報生成部１０２は、第１〜第５ステップにおいて、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てる。
【００４０】
なお、上述した第１〜第５ステップでは、結果として、２通りのマッピング候補が得られたが、マッピング情報生成部１０２は、当該２通りのマッピング候補のうち、いずれかを用いて、マッピング情報１５２を生成する。ここで、当該２通りのマッピング候補のうち、いずれを選択しても構わないが、いずれを選択するかについての選択基準を設定しても構わない。例えば、後述する本発明の第３の実施形態においては、当該２通りのマッピング候補のうち、平均送信電力が小さくなる方を選択することに関して説明している。
【００４１】
また、上述した第１〜第５ステップにおいて、遷移確率が同一となるビットパターンを選択する場合は、例えば、予め設定した選択基準に基づいて、いずれかのビットパターンを選択しても構わないし、ランダムに選択しても構わない。または、遷移確率が同一となるそれぞれのビットパターンに対して、さらにマッピング候補を生成し、当該生成されたより多くのマッピング候補から、いずれかを選択しても構わない。
【００４２】
パケット生成部１０３は、送信器と受信器との間でデータ通信するためのパケット１５３を生成する。図３は、パケット１５３の構成を示す図である。図３において、パケット１５３は、ヘッダ部１６１とデータ部１６２とから構成される。
【００４３】
ヘッダ部１６１は、パケット制御に関する制御情報を格納する制御情報部１６３と、マッピング情報生成部１０２によって生成されたマッピング情報１５２を格納するマッピング情報部１６４とから構成される。マッピング情報部１６４の構成は、例えば、振幅レベルの小さい順に、割り当てるビットパターンを羅列したもの等がある。具体的には、振幅レベル０、１、２、３に対して、それぞれビットパターン「１１」、「００」、「０１」、「１０」を割り当てる場合、マッピング情報部１６４に格納されるマッピング情報１５２は、「１１０００１１０」となる。
【００４４】
データ部１６２は、送信データ１５０が格納される。なお、制御情報部１６３にデータ部１６２に関する情報を格納すれば、データ部１６２に格納されるデータは、固定長であっても、可変長であっても構わない。
【００４５】
データ変調部１０４は、マッピング情報生成部１０２で生成したマッピング情報１５２に基づいて、パケット生成部１０３によって生成されたパケット１５３のデータ部１６２に格納される送信データ１５０のビットパターンを所定の信号点に変調する。
【００４６】
具体的には、マッピング情報１５２に基づいて、振幅レベル０、１、２、３に対して、それぞれビットパターン「１１」、「００」、「０１」、「１０」を割り当てる場合を説明する。例えば、パケット１５３のデータ部１６２に格納される送信データ１５０を「１０００１１１１０１０１１００１」とすると、データ変調部１０４は、「１０００１１１１０１０１１００１」を「３１００２２３２」に変調する。そして、多値符号化装置１００は、パケット１５３のデータ部１６２に格納される送信データ１５０が変調された多値変調信号１５４を出力する。
【００４７】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００によれば、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てることができる。これにより、多値変調信号において、振幅レベルの変化量が大きい遷移を確率的に減少させ、平均遷移量を小さく抑えることができるため、回路規模を大きくせず、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避し、かつ高効率伝送を実現することができる。
【００４８】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る多値復号化装置２００を示す図である。図４において、多値復号化装置２００は、多値符号化装置１００から出力された多値変調信号１５４を復号するものであって、マッピング解析部２０１と、データ復調部２０２とを備える。
【００４９】
多値復号化装置２００は、多値符号化装置１００から送信された多値変調信号１５４を受信する。ここで、多値変調信号１５４は、図３に示したパケット１５３の構成であって、上述したように、データ部１６２に格納される送信データ１５０が多値変調されている。
【００５０】
マッピング解析部２０１は、受信したパケットから、マッピング情報部１６４に格納されているマッピング情報１５２を抽出し、抽出したマッピング情報１５２を解析する。そして、多値復号化装置２００は、多値符号化装置１００で施されたマッピングを把握する。
【００５１】
データ復調部２０２は、マッピング解析部２０１によって解析されたマッピング情報１５２に基づいて、受信したパケットのデータ部１６２に格納されているデータを復調して、受信データ１５５を出力する。
【００５２】
ここで、多値復号化装置２００が受信したパケットのデータ部１６２に格納されているデータは、多値符号化装置１００において、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てるマッピング処理が施されている。したがって、多値復号化装置２００は、多値符号化装置１００から受信した多値変調信号１５４を復号する際、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避することがきる。
【００５３】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００および多値復号化装置２００によれば、多値変調信号において、振幅レベルの変化量が大きい遷移を確率的に減少させ、平均遷移量を小さく抑えることができるため、回路規模を大きくせず、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避し、かつ高効率伝送を実現することができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る多値符号化装置の構成は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００の構成と同様であるため、図１を援用する。本発明の第１の実施形態では、マッピング情報生成部１０２は、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てていたが、本実施形態では、マッピング情報生成部１０２は、さらに、ハミング距離の制約を加えてビットパターンを所定の信号点に割り当てる。本実施形態においては、本発明の第１の実施形態と異なる点について詳しく説明する。
【００５５】
図５は、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１と、ハミング距離の制約とに基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングする手順を示す図である。図５（１）は、図２（１）と同様に、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１を示す図である。マッピング情報生成部１０２は、本発明の第１の実施形態と同様に、図５（１）に示された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、さらにハミング距離を１とする制約を加えて、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てる。
【００５６】
なお、ハミング距離とは、２つのビットパターンの対応するビット位置における値が異なる個数を示すものである。例えば、２つのビットパターン「０１」と「１０」とについて、１ビット目および２ビット目の値が異なっているため、ハミング距離は２となる。また、４つのビットパターン「００」、「０１」、「１０」、「１１」について、ハミング距離が１となる組み合わせは、「００」−「０１」と、「００」−「１０」と、「０１」−「１１」と、「１０」−「１１」との４種類である。
【００５７】
図５（２）は、遷移確率が大きい順に、さらにハミング距離を１とする制約を加えて、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点にマッピングする手順を示す図である。
【００５８】
第１ステップでは、遷移確率が最大である遷移「００」→「０１」について、ビットパターン「００」と「０１」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、ビットパターン「００」と「０１」とのハミング距離が１であるため、振幅レベルの小さい順から、「００」−「０１」に割り当てるマッピングと、「０１」−「００」に割り当てるマッピングとの２通りのマッピング候補が得られる。
【００５９】
第２ステップでは、第１ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が２番目に大きい遷移「０１」→「１０」について、ビットパターン「０１」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、第１ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係を崩さないか否かを検討する。ビットパターン「０１」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる場合、第１ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係「００」−「０１」、および「０１」−「００」を崩さない。しかし、ビットパターン「０１」と「１０」とのハミング距離が２であるため、新たに、ビットパターン「０１」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てずに、第１ステップで得られたマッピング候補「００」−「０１」、および「０１」−「００」を引き継ぐ。
【００６０】
第３ステップでは、第２ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が３番目に大きい遷移「００」→「１０」について、ビットパターン「００」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、第２ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係を崩さないか否かを検討する。ビットパターン「００」と「１０」とについて、ビットパターン「００」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる場合、第２ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係「００」−「０１」、および「０１」−「００」を崩さない。さらに、ビットパターン「００」と「１０」とのハミング距離が１であるため、振幅レベルの小さい順から、「１０」−「００」−「０１」に割り当てるマッピングと、「０１」−「００」−「１０」に割り当てるマッピングとの２通りのマッピング候補が得られる。
【００６１】
第４ステップでは、第３ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が４番目に大きい遷移「０１」→「１１」について、ビットパターン「０１」と「１１」とを隣接する信号点に割り当てる。ここで、第３ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係を崩さないか否かを検討する。ビットパターン「０１」と「１１」とについて、ビットパターン「０１」と「１１」とを隣接する信号点に割り当てる場合、第３ステップで得られたマッピング候補におけるビットパターンの隣接関係「１０」−「００」−「０１」、および「０１」−「００」−「１０」を崩さない。さらに、ビットパターン「０１」と「１１」とのハミング距離が１であるため、振幅レベルの小さい順から、「１０」−「００」−「０１」−「１１」に割り当てるマッピングと、「１１」−「０１」−「００」−「１０」に割り当てるマッピングとの２通りのマッピング候補が得られる。
【００６２】
このように、マッピング情報生成部１０２は、第１〜第４ステップにおいて、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、さらにハミング距離を１とする制約を加えて、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てる。
【００６３】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る多値符号化装置によれば、多値変調信号において、振幅レベルの変化量が大きい遷移を確率的に減少させ、平均遷移量を小さく抑えることができるため、回路規模を大きくせず、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避し、かつ高効率伝送を実現することができる。
【００６４】
さらに、多値変調信号において、隣接する信号点間のビットパターンのハミング距離が１であるため、隣接する信号点（振幅レベル）の識別誤りに対して、ビット誤りを最小限に抑えることができる。具体的には、隣接する信号点に、ハミング距離が２である「０１」と「１０」とマッピングした場合、仮に識別誤りが発生すれば、２ビットの誤りとなってしまう。一方、隣接する信号点に、ハミング距離が１である「００」と「１０」とマッピングした場合、仮に識別誤りが発生しても、誤りは１ビット目のみであり、ビット誤りを最小限に抑えることができる。
【００６５】
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態に係る多値符号化装置３００を示す図である。図６において、多値符号化装置３００は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００に、さらに、発生確率算出部３０１を備える。図６において、図１に示した同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。本実施形態においては、本発明の第１の実施形態と異なる構成である発生確率算出部３０１を用いたマッピング手順について、詳しく説明する。
【００６６】
発生確率算出部３０１は、送信データ１５０に含まれるビットパターンの発生確率を算出する。
【００６７】
具体的には、例えば、送信データ１５０を「００１０１１１０００１０１０」とし、４値の振幅レベル（信号点）０、１、２、３にビットパターン「００」、「０１」、「１０」、「１１」を割り当てる場合について説明する。
【００６８】
先ず、送信データ１５０「００１０１１１０００１０１０」を７つのタイムスロット単位で分解し、２ビットずつのビットパターン「００」、「１０」、「１１」、「１０」、「００」、「１０」、「１０」とする。
【００６９】
次に、各タイムスロットのビットパターンを分析する。ここで、ビットパターンは、「００」、「０１」、「１０」の４種類が発生し得る。
【００７０】
送信データ１５０「００１０１１１０００１０１０」において、実際に発生するビットパターンの発生確率３５１を計算する。ビットパターンは、「００」、「１０」、「１１」、「１０」、「００」、「１０」、「１０」の７つである。そして、「００」の発生確率は２／７となり、「０１」の発生確率は０／７となり、「１０」の発生確率は４／７となり、「１１」の発生確率は１／７となる。このようにして、ビットパターンの発生確率３５１を導出する。
【００７１】
マッピング情報生成部１０２は、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１と、発生確率算出部３０１によって算出された発生確率３５１とに基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングし、マッピング情報１５２を生成する。以下に、マッピング情報１５２を生成する手順について説明する。
【００７２】
図７は、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１と、発生確率算出部３０１によって算出された発生確率３５１とに基づいて、ビットパターンを所定の信号点にマッピングする手順を示す図である。図７（１）は、発生確率算出部３０１によって算出された発生確率３５１を示す図である。ここでは、発生確率算出部３０１によって算出された発生確率３５１の一例として、「００」の発生確率が４０％、「０１」の発生確率が３０％、「１０」の発生確率が２０％、「１１」の発生確率が１０％であることを示している。
【００７３】
ここで、発生確率が大きいビットパターンのマッピングについて説明する。図８は、多値識別誤りが発生する様子を示す図である。図８において、送信データは、振幅レベルが０、１、２、および３である信号点を用いて、４値に多値符号化されている。当該４値に多値符号化されたデータを復号する場合、受信器等で発生する雑音の影響によって、信号点（振幅レベル）の識別誤りが生じる可能性がある。
【００７４】
具体的には、例えば、信号レベル（１）で示される信号点について、雑音の影響によって、当該振幅レベルが第１の判定閾値のより小さくなってしまった場合、隣接する信号レベル（０）として識別される。逆に、信号レベル（１）で示す信号点について、雑音の影響によって、当該振幅レベルが第２の判定閾値のより大きくなってしまった場合、隣接する信号レベル（２）として識別される。このように、信号レベル（１）で示される信号点は、雑音の影響によって、上下両方の隣接する信号点に誤って識別される可能性がある。同様に、信号レベル（２）で示される信号点は、隣接する信号レベル（３）、または隣接する信号レベル（１）に誤って識別される可能性がある。
【００７５】
一方、信号レベル（０）で示される信号点は、雑音の影響によって、当該振幅レベルが第１の判定閾値のより大きくなってしまった場合のみ、隣接する信号レベル（１）に誤って識別される。つまり、信号レベル（０）で示される信号点は、振幅レベルが最小であるため、下に隣接する信号点に誤って識別されることはない。同様に、信号レベル（３）で示される信号点は、振幅レベルが最大であるため、上に隣接する信号点に誤って識別されることはない。
【００７６】
このように、振幅レベルが最小または最大となる信号点にマッピングされたビットパターンは、その他の振幅レベルの信号点にマッピングされたビットパターンと比較して、受信器等で発生する雑音の影響がある場合でも、誤って識別される可能性は低い。
【００７７】
したがって、マッピング情報生成部１０２は、図７（１）に示された発生確率３５１に基づいて、発生確率が最大となるビットパターンを、振幅レベルが最小または最大となる信号点にマッピングする。さらに、発生確率が最大となるビットパターンを、振幅レベルが最小または最大となる信号点のうち、振幅レベルが最小となる信号点にマッピングすれば、平均送信電力を低減することもできる。
【００７８】
図７（２）は、図２（１）と同様に、遷移確率算出部１０１によって算出された遷移確率１５１を示す図である。図７（３）は、図７（１）に示された発生確率３５１に基づいて、発生確率が最大となるビットパターンを振幅レベルが最小となる信号点にマッピングし、図７（２）に示された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点にマッピングする手順を示す図である。
【００７９】
第１ステップでは、発生確率が最大であるビットパターン「００」を振幅レベルが最小となる信号点に割り当てる。なお、発生確率が同一となるビットパターンを選択する場合は、例えば、予め設定した選択基準に基づいて、いずれかのビットパターンを選択しても構わないし、ランダムに選択しても構わない。または、遷移確率が同一となるそれぞれのビットパターンに対して、マッピング候補を生成し、当該生成された複数のマッピング候補から、いずれかを選択しても構わない。
【００８０】
第２ステップ以降は、本発明の第１の実施形態と同様に、図７（２）に示された遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てる。
【００８１】
第２ステップでは、第１ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が最大である遷移「００」→「０１」について、ビットパターン「００」と「０１」とを隣接する信号点に割り当てる。したがって、振幅レベルの小さい順から、「００」−「０１」に割り当てるマッピング候補が得られる。
【００８２】
第３ステップでは、第２ステップで得られたマッピング候補を踏襲した上で、遷移確率が２番目に大きい遷移「０１」→「１０」について、ビットパターン「０１」と「１０」とを隣接する信号点に割り当てる。したがって、振幅レベルの小さい順から、「００」−「０１」−「１０」に割り当てるマッピング候補が得られる。
【００８３】
第４ステップでは、ビットパターン「１１」のみが未割り当てであるため、自動的に未割り当ての信号点（振幅レベル３）に割り当てることになる。したがって、振幅レベルの小さい順から、「００」−「０１」−「１０」−「１１」に割り当てるマッピング候補が得られる。
【００８４】
このように、マッピング情報生成部１０２は、第１〜第４ステップにおいて、発生確率３５１に基づいて、発生確率が最大となるビットパターンを振幅レベルが最小となる信号点にマッピングし、遷移確率１５１に基づいて、遷移確率が大きい順に、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てる。
【００８５】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る多値符号化装置３００によれば、多値変調信号において、振幅レベルの変化量が大きい遷移を確率的に減少させ、平均遷移量を小さく抑えることができるため、回路規模を大きくせず、遷移不足および波形歪等の影響による信号点（振幅レベル）の識別誤りを回避し、かつ高効率伝送を実現することができる。
【００８６】
さらに、発生確率が最大となるビットパターンを、振幅レベルが最小または最大となる信号点にマッピングすることによって、多値変調信号における多値識別誤りの発生率を減少させることができる。
【００８７】
また、発生確率が最大となるビットパターンを、振幅レベルが最小または最大となる信号点のうち、振幅レベルが最小となる信号点にマッピングすることによって、平均送信電力を低減することもできる。
【００８８】
なお、本実施形態において、図７（３）に示したマッピング手順について、第２ステップ以降は、本発明の第２の実施形態で示したように、さらにハミング距離を１とする制約を加えて、遷移元および遷移先ビットパターンを隣接する信号点に割り当てても構わない。
【００８９】
なお、本実施形態では、平均送信電力を低減する手段として、発生確率が最大となるビットパターンを、振幅レベルが最小または最大となる信号点のうち、振幅レベルが最小となる信号点にマッピングしていた。しかし、複数のマッピング候補を生成して、各マッピング候補を選択した場合の平均送信電力を算出し、当該生成された複数のマッピング候補うち、平均送信電力が小さいマッピング候補を選択しても構わない。
【００９０】
具体的には、例えば、本発明の第１の実施形態で示した２通りのマッピング候補について説明する。図２で示したように、本発明の第１の実施形態では、振幅レベルの小さい順から、「１１」−「００」−「０１」−「１０」に割り当てるマッピングと、「１０」−「０１」−「００」−「１１」に割り当てるマッピングとの２通りのマッピング候補が得られた。それぞれのマッピング候補を選択した場合の平均送信電力を算出し、２通りのマッピング候補うち、平均送信電力が小さいマッピング候補を選択する手順について、以下に説明する。
【００９１】
図９は、図２で示した２通りのマッピング候補について、それぞれのマッピング候補を選択した場合の平均送信電力を算出する手順を示す図である。平均送信電力は、当該ビットパターンがマッピングされる振幅レベルと、当該ビットパターンの発生確率とを乗じた値の総和によって算出される。ここで、送信データは、振幅レベルが０、１、２、および３である信号点を用いて、４値に多値符号化される。また、発生確率算出部３０１によって算出された発生確率３５１は、図７（１）で示したように、「００」の発生確率が４０％、「０１」の発生確率が３０％、「１０」の発生確率が２０％、「１１」の発生確率が１０％であるとする。
【００９２】
先ず、図９（１）において、マッピング候補Ａ（「１１」−「００」−「０１」−「１０」）を選択した場合の平均送信電力Ｗａを算出する。
平均送信電力Ｗａ＝（０×０．１）＋（１×０．４）＋（２×０．３）＋（３×０．２）＝１．６
【００９３】
次に、図９（２）において、マッピング候補Ｂ（「１０」−「０１」−「００」−「１１」）を選択した場合の平均送信電力Ｗｂを算出する。
平均送信電力Ｗｂ＝（０×０．２）＋（１×０．３）＋（２×０．４）＋（３×０．１）＝１．４
【００９４】
このように、マッピング候補Ｂを選択した場合の平均送信電力Ｗｂは、マッピング候補Ａを選択した場合の平均送信電力Ｗａよりも小さい。したがって、図２で示した２通りのマッピング候補については、振幅レベルの小さい順から、「１０」−「０１」−「００」−「１１」に割り当てるマッピングを選択すれば、平均送信電力を低減することができる。
【００９５】
なお、上述した説明では、平均送信電力は、当該ビットパターンがマッピングされる振幅レベルを用いて算出したが、実際には、送信する電圧値（Ｖ）、電流値（Ａ）、および電力値（Ｗ）等を用いて算出することが望ましい。
【００９６】
＜第４の実施形態＞
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る多値符号化装置４００を示す図である。図１０において、多値符号化装置４００は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００に、さらに、マッピングテーブル４０１を備える。図１０において、図１に示した同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。本実施形態においては、本発明の第１の実施形態と異なる構成であるマッピングテーブル４０１を用いたマッピング手順について、詳しく説明する。
【００９７】
図１１は、４値の振幅レベル（信号点）０、１、２、３にビットパターン「００」、「０１」、「１０」、「１１」を割り当てる場合のマッピングテーブル４０１を示す図である。図１１において、マッピングテーブル４０１は、ビットパターンを４値の振幅レベルに割り当てるため、マッピング方法は、２４（＝４！）通り存在している。つまり、マッピングテーブル４０１は、ビットパターンを４値の振幅レベルに割り当てるすべての類型を予め格納している。
【００９８】
マッピング情報生成部１０２は、本発明の第１〜第３の実施形態に記載したマッピング手順によって、ビットパターンを所定の信号点に割り当てる。その後、マッピング情報生成部１０２は、マッピングテーブル４０１を参照して、割り当てたマッピングに対応するマッピング番号をマッピング情報１５２として生成する。
【００９９】
具体的には、例えば、マッピング情報生成部１０２が、本発明の第１の実施形態で示したように、振幅レベル０、１、２、３に対して、それぞれビットパターン「１１」、「００」、「０１」、「１０」を割り当てる場合について説明する。この場合、マッピング情報生成部１０２は、マッピングテーブル４０１を参照して、マッピング番号「１８」をマッピング情報１５２として生成する。
【０１００】
そして、パケット生成部１０３では、マッピング番号「１８」をマッピング情報１５２として、図３に示したパケット１５３のマッピング情報部１６４に格納して、パケット１５３を生成する。
【０１０１】
ここで、本発明の第１の実施形態で示したマッピング情報部１６４に格納されるマッピング情報１５２は、「１１０００１１０」で８ビットの情報であった。一方、マッピング番号「１８」を２進数で表すと「１００１０」で５ビットの情報である。つまり、マッピングテーブル４０１を用いて、マッピング番号をマッピング情報１５２とすることによって、マッピング情報部１６４に格納されるマッピング情報１５２の情報量を削減することができる。なお、図１１に示したマッピングテーブル４０１の場合、マッピング番号「０」〜「２３」については、５ビット（２5＝３２通りの表現可能）の情報量となる。
【０１０２】
また、本発明の第２の実施形態で示したように、隣接する信号点にマッピングされるビットパターンは、ハミング距離を１とする制約を加えた場合、さらに、マッピング情報部１６４に格納されるマッピング情報１５２の情報量を削減することができる。
【０１０３】
図１２は、図１１に示したマッピングテーブル４０１のうち、隣接する信号点にマッピングされるビットパターンは、ハミング距離を１とする制約を加えた場合のマッピングテーブル４０２を示す図である。図１２において、マッピングテーブル４０２は、８通りに限定されたマッピング類型が格納されている。つまり、マッピング番号「０」〜「７」については、３ビット（２3＝８通りの表現可能）の情報量となる。
【０１０４】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る多値符号化装置４００によれば、マッピング情報部１６４に格納されるマッピング情報１５２の情報量を削減することができるため、オーバーヘッドが小さいパケット１５３を用いて、より優れた高効率伝送を実現することができる。
【０１０５】
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る多値復号化装置５００を示す図である。図１３において、多値復号化装置５００は、図４に示した本発明の第１の実施形態に係る多値復号化装置２００に、さらに、マッピングテーブル４０１を備える。図１３において、図４に示した同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。本実施形態においては、本発明の第１の実施形態と異なる構成であるマッピングテーブル４０１を用いたマッピング情報の解析について、詳しく説明する。
【０１０６】
多値復号化装置５００が備えるマッピングテーブル４０１は、図１０に示した多値符号化装置１００が備えるマッピングテーブル４０１と同一の内容のものである。具体的には、多値符号化装置１００が図１１に示したマッピングテーブル４０１を備える場合は、多値復号化装置５００も同一のマッピングテーブル４０１を備え、多値符号化装置１００が図１２に示したマッピングテーブル４０２を備える場合は、多値復号化装置５００も同一のマッピングテーブル４０２を備えることになる。
【０１０７】
マッピング解析部２０１は、受信したパケットから、マッピング情報部１６４に格納されているマッピング情報１５２を抽出し、抽出したマッピング情報１５２を解析する。このとき、マッピング情報部１６４に格納されているマッピング情報１５２は、マッピング番号である。このため、マッピング解析部２０１は、マッピングテーブル４０１を参照して、当該マッピング番号に対応するマッピング情報を抽出して、多値符号化装置１００で施されたマッピングを把握する。
【０１０８】
データ復調部２０２は、マッピング解析部２０１によって解析されたマッピング情報１５２に基づいて、受信したパケットのデータ部１６２に格納されているデータを復調して、受信データ１５５を出力する。
【０１０９】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る多値符号化装置４００および多値復号化装置５００によれば、マッピング情報部１６４に格納されるマッピング情報１５２の情報量を削減することができるため、オーバーヘッドが小さいパケット１５３を用いて、より優れた高効率伝送を実現することができる。
【０１１０】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態に係る多値符号化装置の構成は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る多値符号化装置１００の構成と同様であるため、図１を援用する。本発明の第１の実施形態では、パケット生成部１０３は、図３に示したパケット１５３を生成していたが、本実施形態では、パケット生成部１０３は、セグメント単位で構成されるパケットを生成する。本実施形態においては、本発明の第１の実施形態と異なる構成であるパケットの構成について、詳しく説明する。
【０１１１】
先ず、マッピング情報生成部１０２は、送信データ１５０を所定長のＮ個（Ｎは２以上の整数）のセグメントに細分化して、セグメント単位のセグメントデータに対して、上述した本発明の第１〜第４の実施形態で示したマッピング処理を実施する。つまり、マッピング情報生成部１０２は、送信データ１５０をセグメント単位に細分化したＮ個のセグメントデータに対応するＮ個のマッピング情報を生成する。
【０１１２】
そして、パケット生成部１０３は、Ｎ個のマッピング情報と、Ｎ個のセグメントデータとに基づいて、パケットを生成する。図１４は、本発明の第５の実施形態に係る多値符号化装置におけるパケット生成部１０３が生成するパケットの構成を示す図である。図１４（１）および（２）において、送信データ１５０をセグメント単位に細分化したＮ個のセグメントデータが、それぞれ第１のデータ部１６２−１、第２のデータ部１６２−２、・・・、および第Ｎのデータ部１６２−Ｎに格納される。また、第１のデータ部１６２−１、第２のデータ部１６２−２、・・・、および第Ｎのデータ部１６２−Ｎに格納されたＮ個のセグメントデータに対応するＮ個のマッピング情報が、それぞれ第１のマッピング情報部１６４−１、第２のマッピング情報部１６４−２、・・・、および第Ｎのマッピング情報部１６４−Ｎに格納される。
【０１１３】
データ変調部１０４は、マッピング情報部に格納されるマッピング情報に基づいて、それぞれ対応するデータ部に格納されるセグメントデータのビットパターンを所定の信号点に変調する。
【０１１４】
なお、パケット生成部１０３が生成するパケットの構成は、図１４（１）および（２）に示した構成に限定されるものではない。セグメント単位に細分化したＮ個のセグメントデータと、当該Ｎ個のセグメントデータに対応するＮ個のマッピング情報との関係が担保されるパケットの構成であればよい。
【０１１５】
送信データ１５０は、基本的にランダムなビットパターンで構成されるため、データ長が長くなると、ビットパターンの遷移確率１５１および発生確率３５１は、すべて均等な値に近づく傾向になる。つまり、送信データ１５０を細分化することによって、ビットパターンの遷移確率１５１および／または発生確率３５１の偏りに応じたマッピング処理を行う。
【０１１６】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る多値符号化装置によれば、１つのパケットに含まれる送信データ１５０を複数のセグメントに細分化することによって、それぞれセグメント単位に最適なマッピング処理を実現することができる。
【０１１７】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態に係る多値符号化装置の構成は、図６に示した本発明の第３の実施形態に係る多値符号化装置３００の構成と同様であるため、図６を援用する。本発明の第３の実施形態では、パケット生成部１０３は、図３に示したパケット１５３を生成していたが、本実施形態では、パケット生成部１０３は、さらに平均送信電力情報部を備えるパケットを生成する。本実施形態においては、平均送信電力情報部を備えるパケットを用いるデータ通信について、詳しく説明する。
【０１１８】
図１５は、本発明の第６の実施形態に係る多値符号化装置におけるパケット生成部１０３が生成するパケットの構成を示す図である。図１５に示すパケットにおいて、ヘッダ部１６１は、平均送信電力情報部１６５を備える点で、図３に示したパケット１５３と異なる。
【０１１９】
マッピング情報生成部１０２は、本発明の第３の実施形態に示したように、当該ビットパターンがマッピングされる振幅レベルと、当該ビットパターンの発生確率とに基づいて、平均送信電力を計算する。そして、パケット生成部１０３は、図１５に示したように、マッピング情報生成部１０２によって算出された平均送信電力の情報を含むパケットを生成する。
【０１２０】
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る多値復号化装置６００を示す図である。図１６において、多値復号化装置６００は、図４に示した本発明の第１の実施形態に係る多値復号化装置２００に、さらに、直流ドリフト量推定部６０１を備える。図１６において、図４に示した同一の構成要素については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。本実施形態においては、本発明の第１の実施形態と異なる構成である直流ドリフト量推定部６０１について、詳しく説明する。
【０１２１】
直流ドリフト量推定部６０１は、図１５に示したパケットの平均送信電力情報部１６５に含まれる平均送信電力情報を取得する。そして、直流ドリフト量推定部６０１は、取得した平均送信電力情報に基づいて、データを復調する際に発生する直流ドリフト量を推定し、直流ドリフト量推定値１７１を生成する。
【０１２２】
データ復調部２０２は、直流ドリフト量推定部６０１によって生成された直流ドリフト量推定値１７１に基づいて、信号判定における閾値をバイアスさせて、マッピング解析部２０１によって解析されたマッピング情報１５２に基づいて、受信したパケットのデータ部１６２に格納されているデータを復調する。つまり、送信信号に含まれる直流成分をキャンセルし、データ部１６２に含まれる送信データの多値復号化の精度を向上することができる。
【０１２３】
以上のように、本発明の第６の実施形態に係る多値復号化装置６００によれば、直流ドリフト量推定値１７１に基づいて、信号判定における閾値をバイアスさせることによって、より高精度な多値復号化が実現できる。
【０１２４】
なお、本発明の第１〜第６の実施形態において、データをタイムスロット単位で分解した複数のビットパターンについて、２ビットのビットパターンを４値の振幅レベルを有する多値信号に変調していたが、これに限定されるわけではない。例えば、３ビットのビットパターンを８値の振幅レベルを有する多値信号に変調しても構わない。その他、任意の多値信号に変調する構成であっても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の多値符号化装置、多値復号化装置、多値符号化方法、および多値復号化方法は、多値符号化を用いる高効率のデータ伝送等に有用である。
【符号の説明】
【０１２６】
１００、３００、４００    多値符号化装置
１０１    遷移確率算出部
１０２    マッピング情報生成部
１０３    パケット生成部
１０４    データ変調部
１５０    送信データ
１５１    遷移確率
１５２    マッピング情報
１５３    パケット
１５４    多値変調信号
１５５    受信データ
１６１    ヘッダ部
１６２、１６２−１〜１６２−Ｎ    データ部
１６３    制御情報部
１６４、１６４−１〜１６４−Ｎ    マッピング情報部
１６５    平均送信電力情報部
１７１    直流ドリフト量推定値
２００、５００、６００    多値復号化装置
２０１    マッピング解析部
２０２    データ復調部
３０１    発生確率算出部
３５１    発生確率
４０１、４０２    マッピングテーブル
６０１    直流ドリフト量推定部
【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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【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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