(57)【要約】【課題】復号特性への影響度をマッピングに利用し、マッピングするビットにより通信路上での誤り率が変わる多値変調において、復号結果の誤り率を低く抑えることが可能なマッピング方法、復号方法、および、通信システムを得る。【解決手段】この発明は、畳込み符号と１シンボル当たり３ビット以上の情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおけるマッピング方法であって、上記多値変調において、他のビットに比べて誤り率の最も高いビット位置に、復号結果に対して与える影響が最も小さいビットを割り当ててマッピングを行うマッピング方法である。特に、復号結果に対して与える影響が最も小さいビットとして、パンクチャド符号化方式において省略可能とされているビットを割り当てる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
畳込み符号と１シンボル当たり３ビット以上の情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおけるマッピング方法であって、
上記多値変調において、各ビットの中で誤り率の最も高いビット位置に、復号結果に対して与える影響が最も小さいビットを割り当ててマッピングを行うことを特徴とするマッピング方法。
【請求項２】
上記復号結果に対して与える影響が最も小さいビットとして、パンクチャド符号化方式において省略可能とされているビットを割り当てることを特徴とする請求項１に記載のマッピング方法。
【請求項３】
計算機探索あるいはコンピュータシミュレーションにより復号結果に対して与える影響が最も小さいビットを予め決定しておき、上記復号結果に対して与える影響が最も小さいビットとして、当該ビットを割り当てることを特徴とする請求項１に記載のマッピング方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のマッピング方法によるマッピングが施された場合に、誤り率の最も高いビット位置にマッピングされたビットのデマッピングにおいて、１を送信したか０を送信したかの可能性が同程度のとき、上記ビットの情報を復号に加味しないで復号を行うことを特徴とする復号方法。
【請求項５】
送信するデータを誤り訂正もしくは検出符号化する符号化手段と、
符号化後のデータを変調して、受信側に向けて送信する変調手段と、
送信された上記データを伝送する通信手段と、
上記通信手段により送信側から伝送されてきた上記データを受信して復調する復調手段と、
復調された上記データを復号する復号手段と
を備え、
上記変調手段は、畳込み符号と１シンボル当たり３ビット以上の情報を割り当てる多値変調において各ビットの中で誤り率の最も高いビット位置に、復号結果に対して与える影響が最も小さいビットを割り当ててマッピングを行うことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はマッピング方法、復号方法、および、通信システムに関し、特に、多値変調のマッピング方法、復号方法、および、通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
畳込み符号化方式には、パンクチャド符号化方式と呼ばれる、符号語の一部分を省略して送信することにより、高符号化率を容易に実現する手法があり、実際のシステムにもよく使用されている（例えば、非特許文献１参照）。このパンクチャド符号化方式では、符号語の中で省略されるビットは、省略して送ったときの復号後の誤り率の劣化が最も少ないビットとなるよう決定される。どのビットを省略した場合に最も特性劣化が少ないかについては、計算機探索などにより検討され、よく使用される符号化率については一般的によく知られるところとなっている。
【０００３】
これらのことから、復号特性への影響度は、符号語の各ビットにより異なっていることが分かる。パンクチャド符号化方式は、このビットごとの復号特性への影響度を利用して、符号語の一部を省略して送信せずに、他のビットのみを送信することにより、容易にいろいろな符号化率を実現しつつ特性劣化を最小限に抑えるようにしたものである。
【０００４】
【非特許文献１】G. Begin et al., “High-Rate Punctured Convolutional Codes: Structure Properties and Construction Technique”, IEEE Transactions on Communications, VOL. 37, NO. 12, December 1989
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多値変調においては、マッピングするビットにより通信路上での誤り率が変わる。多値変調においては、１つの信号点にマッピングされる複数個の各ビットは、ビット毎に通信路上で加わる雑音などに対する耐性が異なる。そこで、従来は、雑音に弱く誤り率が高いビットにマッピングされる符号語ビットが復号時に連続しないように、インターリーブなどの手法を用いることはあったが、基本的には変調器に入力されるデータの順にマッピングを行うため、符号語の各ビットの復号特性への影響は全く考慮されていなかった。そのため、雑音に弱く誤り率が高いビットにマッピングされてしまう符号語ビットに、復号特性への影響の大きい符号語ビットを割り当ててしまうと、復号結果の全体の誤り率特性が高くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、復号特性への影響度をマッピングに利用し、多値変調における復号結果の誤り率を低く抑えることが可能なマッピング方法、復号方法、および、通信システムを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、畳込み符号と１シンボル当たり３ビット以上の情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおけるマッピング方法であって、上記多値変調において、各ビットの中で誤り率の最も高いビット位置に、復号結果に対して与える影響が最も小さいビットを割り当ててマッピングを行うマッピング方法である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、畳込み符号と１シンボル当たり３ビット以上の情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおけるマッピング方法であって、上記多値変調において、各ビットの中で誤り率の最も高いビット位置に、復号結果に対して与える影響が最も小さいビットを割り当ててマッピングを行うマッピング方法であるので、復号特性への影響度をマッピングに利用し、マッピングするビットにより通信路上での誤り率が変わる多値変調において、復号結果の誤り率を低く抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明においては、全てのビットを送信することを前提としながら、復号特性への影響度をマッピングに利用し、マッピングするビット位置により通信路上での誤り率が変わる多値変調において、復号結果の誤り率を低減させる方法について述べる。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態１に係る通信システムを示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る通信システムは、送信側に、送信するデータを誤り訂正もしくは検出符号化する符号器１０と、符号化後のデータの復号時における重要性などの符号語の情報１１を利用して符号化後のデータを変調して、受信側に向けて送信する変調器１２とが設けられている。送信側と受信側とは、変調後のデータを伝送する通信路１３を介して接続されている。また、受信側には、通信路１３により伝送されてきた受信データを受信して復調する復調器１４と、復調された受信データを復号する復号器１５とを備えている。
【００１１】
次に、動作について説明する。本実施の形態１に係る通信システムは、上述した図１の構成において、まず、送信するデータを符号器１０により符号化し、次に、変調器１２により、符号語の情報１１を利用して、符号化後のデータを変調して送信する。受信側では受信データを復調器１４で復調し、復号器１５で復号する。なお、以下では、符号器１０は畳込み符号器、復号器１５はビタビ復号器を使用し、変調器１２は差動変調で１６ＤＡＰＳＫ（16 Differential Amplitude Phase Shift Keying）として説明する。
【００１２】
本実施の形態１では変調方式を１６ＤＡＰＳＫとして説明する。図２に、１６ＤＡＰＳＫの信号点とマッピングの例を示す。図２において、各信号点（ａ０，ａ１，ａ２，ａ３）における各ビットは、ａ０〜ａ２が位相項に割り当てるビットであり、ａ３が振幅項に割り当てるビットを示す。このように、１６ＤＡＰＳＫでは、位相項に３ビット、振幅項に１ビットの情報がマッピング（割り当て）される。このとき振幅項に割り当てられる１ビットは、位相項に割り当てられる３ビットに比べて、誤り率が最も高いことが一般的に知られている。振幅項のマッピングは、図２の通り、送信したい信号により外側と内側の円を選択する場合と、時刻ｔの時の振幅項に割り当てるビットをＣｔとするとき、次式のように割り当てる場合の２通りがある。
【００１３】
Ｃｔ＝Ｃｔ−１のとき    振幅ａｔ＝ａｔ−１
Ｃｔ≠Ｃｔ−１のとき    振幅ａｔ≠ａｔ−１
【００１４】
１６ＤＡＰＳＫでは、４ビットのうち１ビットが特に誤りやすいため、本実施の形態１においては、全体の特性への影響がもっとも小さいと思われる１ビットを振幅項に割り当てることにより、符号語４ビットのうちの１ビットが万一誤ったとした場合にも、全体の性能改善を目指すことができる。
【００１５】
図１に示した、符号語の情報１１は、どの１ビットを振幅項へ割り当てるかという情報、もしくは、各ビットの復号特性への影響を数値化したものなどであり、変調器１２がこの情報１１によりどのビットを誤り率の高いビット位置へ割り当てれば良いかの判断ができるようにするものである。
【００１６】
本実施の形態１の例では、畳込み符号器から構成された符号器１０の符号化率を１／２とするとき、符号語は４ビットのうちの１ビットが特性の悪い振幅項に割り当てられる。拘束長Ｋ＝７の符号器であれば、符号語の４ビットに１ビットを省略して符号化率３／４の符号を作るパンクチャド符号化方式のパンクチャーパターンは図３の２×２行列で表される。つまり、この例では、４ビット目が最も復号特性への影響度の小さいビットである。そこで、４ビット目を振幅項に割り当てるビットとして変調する。受信側では通常の一般的な手順で復調、復号することにより、振幅項の誤り率が悪い影響を全体の性能に対して最小限に抑えることができる。
【００１７】
また、復号器１５においては、誤り率の高いビット位置にマッピングされたビットのデマッピングにおいて、１を送信したか０を送信したかの可能性が同程度のとき（たとえば１と０の判定の境界付近（境界からの距離が所定の範囲）に受信信号点がある場合など）、この信号点から得られるこのビットの情報を復号に加味しないで復号を行うようにしてもよい。
【００１８】
ここでは１６ＤＡＰＳＫの場合で説明したが、その場合に限らず、たとえば８ＰＳＫ（8 Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭ（64 Quadrature Amplitude Modulation）などといった他の変調方式であってもビットごとの誤り特性に差がある変調方式であれば、同様に本実施の形態１の適用が可能であり、１信号当たりに割り当てられる情報のビット数は４に限らない。また、拘束長７、符号化率１／２の畳込み符号を例に説明したが、拘束長、符号化率はこの限りではなく、システムで使用する符号器がパンクチャド符号でも同様な考え方は適用できる。たとえば、システムとして符号化率２／３のパンクチャド符号を使用し、１６ＤＡＰＳＫで変調する場合、符号化率８／９のパンクチャーパターンを参考に振幅項への割り当てビットを決定すればよい。パンクチャーパターンが不明な場合は、計算機探索などにより、事前に復号特性への影響の小さいビットを求めて振幅項への割り当てビットを決定する。
【００１９】
以上のように、本実施の形態１においては、変調方式を１６ＤＡＰＳＫとし、畳込み符号と１信号当たり４ビットの情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおいて、多値変調において他のビットに比べて、雑音に弱く誤りから最も弱いマッピングをせざるを得ない符号語ビットに、パンクチャド符号において一般に省略可能とされているビット（振幅項）を割り当てるようにしたので、復号結果の誤り率を低減することができる。また、これにより、全体の誤り率特性を低く抑えることができる。
【００２０】
実施の形態２．
本実施の形態２では、図１と同様のシステムの別の例で説明する。本実施の形態２では、符号化率１／２の畳込み符号器、１６ＱＡＭを用いた場合について述べる。なお、通信システムの構成としては、基本的に、図１と同様であるため、図１を参照することとし、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２１】
１６ＱＡＭのマッピングは図４のようになる。この場合は、１つの信号点に割り当てられる４ビットの内の２ビットが誤りに弱い。符号化率１／２でさらに４ビット中２ビットが誤りに弱いと、パンクチャドコードを参考にしようとする場合、対象となるパンクチャーパターンの符号化率は１となってしまうため、無理である。従って、この場合は、パンクチャド符号化方式で省略可能とされているビットを割り当てずに、事前に計算機探索や計算機シミュレーションにより、各符号語ビットの復号への影響度を見極めておき、変調信号の誤りやすいビット位置に当該復号への影響の最も少ないビットを割り当てるようにする。
【００２２】
この場合の計算機探索および計算機シミュレーションでは、たとえば、符号語４ビットのうち２ビットをなくした状態で、復号誤り率が最も小さくなる２ビットの組み合わせをシミュレーション演算により探し、選択する。
【００２３】
このように、計算機探索および計算機シミュレーションにより、特性の悪いビット位置に割り当てるビットを見つける方法は符号化率によらず適用可能であり、上記の実施の形態１の例においてもパンクチャーパターンを使わず、上記の方法で見つけることも可能である。
【００２４】
ここでは１６ＱＡＭを例に述べたが、その場合に限らず、マッピングのビット位置により誤り率特性の異なる変調方式を使用する場合には、同様の方法が適用可能である。
【００２５】
以上のように、本実施の形態２においては、変調方式を１６ＱＡＭとし、畳込み符号と１シンボル当たり４ビットの情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおいて、多値変調において他のビットに比べて、雑音に弱く誤りから弱いマッピングをせざるを得ない符号語ビットに、予め計算機シミュレーション等で探索しておいた復号への影響の最も少ないビットを割り当てるようにしたので、復号結果の誤り率を低減することができる。また、これにより、全体の誤り率特性を低く抑えることができる。
【００２６】
実施の形態３．
図５は、本実施の形態３に係る通信システムを示すブロック図である。図５に示すように、本実施の形態３に係る通信システムは、送信側に、送信するデータを誤り訂正もしくは検出符号化する符号器１０と、符号化後のデータをインターリーブして並び替えるインターリーバ１６ａと、符号化後のデータの復号時における重要性などの符号語の情報１１を利用してインターリーブ後の符号化データを変調して、受信側に向けて送信する変調器１２とが設けられている。また、送信側と受信側とは通信路１３を介して接続されている。受信側には、通信路１３により伝送されてきた受信データを受信して復調する復調器１４と、復調された受信データをデインターリーブして並び替えて元の並び順に戻すデインターリーバ１７ａと、デインターリーブ後の復調された受信データを復号する復号器１５とを備えている。
【００２７】
次に、動作について説明する。本実施の形態３に係る通信システムは、上述した図５の構成において、まず、送信側において、送信するデータを符号器１０により符号化し、符号化後のデータをインターリーバ１６ａにより並べ替え、符号語の情報１１を考慮して並べ替え後のデータを変調する変調器１２により変調して送信する。次に、受信側において、通信路１３により伝送されてきた送信データを受信して、当該受信データを復調器１４で復調し、デインターリーバ１７ａでデータの順序を並べ替え、復号器１５で復号する。このように、本実施の形態３においては、送信側において、インターリーバ１６ａにより符号化データの並べ替えを行い、受信側において、デインターリーバ１７ａにより元の順序に戻すようにしている点のみが、上述の実施の形態１と異なり、他の動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは同一の動作についての説明は省略する。
【００２８】
本実施の形態３では、たとえば、上述の実施の形態１と同様、符号器１０は畳込み符号器、復号器１５はビタビ復号器を使用し、変調器は差動変調で１６ＤＡＰＳＫとして説明する。インターリーバ１６ａは、振幅項に割り当てたいビットが正しく振幅項に割り当てられるような順序で出力する必要がある。そこで、図６に示すように、２つのインターリーバ１６ａａおよび１６ａｂを設けておき、振幅項に割り当てたいビットとそれ以外のビットを別のインターリーバでインターリーブする。すなわち、誤り率の高いビット位置（ここでは、振幅項）に割り当てたいビットについてはインターリーバ１６ａａによりインターリーブし、それ以外のビットについては別のインターリーバ１６ａｂでインターリーブする。このようにして、誤り率の高いビットとそれ以外のビットとをそれぞれ別個にインターリーブするので、振幅項に割り当てたいビットが正しくかつ自動的に振幅項にマッピング（割り当て）されるようになる。
【００２９】
なお、デインターリーバ１７ａについても、同様に、２つのデインターリーバ（図示省略）を設けておき、振幅項に割り当てたいビットとそれ以外のビットを別のデインターリーバでデインターリーブするようにしてもよいが、その場合に限らず、１つのデインターリーバによりデインターリーブするようにしてもよい。
【００３０】
以上のように、本実施の形態３においては、基本的に実施の形態１と同様に、畳込み符号と１シンボル当たり４ビットの情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおいて、多値変調において他のビットに比べて、雑音に弱く誤りから弱いマッピングをせざるを得ない符号語ビットに、パンクチャー符号において一般に省略可能とされているビットを割り当てるようにしたので、復号結果の誤り率を低減することができる。また、これにより、全体の誤り率特性を低く抑えることができる。また、符号化後のデータを、誤り率の高いビットとそれ以外のビットとに分けてそれぞれ別個にインターリーブするインターリーバ１６ａを備えるようにしたので、誤り率の高いビットを振幅項に正しくかつ自動的にマッピングすることができる。
【００３１】
実施の形態４．
本実施の形態４においては、上述の実施の形態３と同様の通信システムにおいて、インターリーバを図７に示すようなブロックインターリーバ１６ｂにより構成した例について説明する。符号器の出力４ビットの４番目のビットを振幅項に割り当てようとするとき、普通に横に書き込んで縦に読み出して、インターリーバ１６ｂの出力を順に変調していくと、４番目のビットが振幅項に割り当たるかどうか分からない。そこで、図７のように、インターリーバ１６ｂ内のメモリを、誤り率の高いビット位置（ここでは、振幅項）に割り当てたいビットを書き込むアドレスと、それ以外のビットを書き込むアドレスとに、予め分けておき、振幅項に割り当てたいビットは、インターリーバ１６ｂでの並び替え後の出力が、振幅項に割り当たるメモリのアドレスとして予め設定された所定のアドレス群に順に書き込まれるようにし、それをアドレス順に普通に読み出すことによって、振幅項に正しくマッピングされるようにする。なお、図７において、各数字は書き込み順序を示しており、また、誤り率の高いビット位置に割り当てたいビットを書き込むアドレスがハッチング（斜線）が施されているアドレス群であり、それ以外のビットを書き込むアドレスがハッチング（斜線）が施されていないアドレス群である。図７においては、各４番目毎のビットが、ハッチング（斜線）が施されている所定のアドレス群に順に書き込まれる様子が図示されている。他の動作については実施の形態１および３と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３２】
ここでは、ブロックインターリーバの場合について説明したが、ランダムインターリーバなど他のインターリーバでも同様に、誤り率の高いビット位置に割り当てたいビットを、インターリーバにおいて、誤り率が高いビット位置に割り当てられたメモリ位置を先に確認し、そこへある決まった順序に従って出力されたビットを順に書き込むことによって、符号語の特性とマッピングの特性を一致させて、システム全体の特性を上げることができる。また、ここでは１６ＤＡＰＳＫの場合について説明したが、マッピング位置で誤り率特性が変わる変調方式であれば他の方式にも適応できる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態においては、基本的に実施の形態１および３と同様に、畳込み符号と１シンボル当たり４ビットの情報を割り当てる多値変調を使用する通信システムにおいて、多値変調において他のビットに比べて、雑音に弱く誤りから弱いマッピングをせざるを得ない符号語ビットに、パンクチャー符号において一般に省略可能とされているビットを割り当てるようにしたので、復号結果の誤り率を低減することができる。また、これにより、全体の誤り率特性を低く抑えることができる。また、符号化後のデータをインターリーブして、誤り率の高いビットを他のビットと区別して所定のアドレスに記憶するインターリーバ１６ｂを備えるようにしたので、インターリーバ１６ｂからそれらを普通に読み出すことにより、誤り率の高いビットを振幅項に正しくかつ自動的にマッピングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る通信システムの構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る通信システムにおける１６ＤＡＰＳＫの信号点とマッピングの一例を示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る通信システムにおけるパンクチャド符号化のパンクチャーパターンの一例を示した説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る通信システムにおける１６ＱＡＭの信号点とマッピングの一例を示した説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る通信システムの構成を示したブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る通信システムにおけるインターリーバの構成を示したブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る通信システムにおけるインターリーバの構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  符号器、１１  情報、１２  変調器、１３  通信路、１４  復調器、１５  復号器、１６ａ，１６ａａ，１６ａｂ，１６ｂ  インターリーバ、１７ａ  デインターリーバ。
【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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