(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円状の複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、
前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置する、情報ビットを前記複数のリング上の信号点にマッピングする変調方法。
【請求項２】
請求項１に記載の変調方法において、
配置が変更された後の信号点のラベルを表わすビットを、位相情報を示すビットと振幅情報を示すビットとに分割し、
前記位相情報を表わすビット数をｍｐとすると、各リング上の信号点の数は
【数１】
0006750688.tif 000054
であり、前記振幅情報を表わすビット数をｍａとすると、前記リングの数は
であり、前記振幅情報を表わすビット数をｍａとすると、前記リングの数は
【数２】
0006750688.tif 000055
である信号空間配置を有する変調方法。
【請求項３】
請求項１に記載の変調方法において、
前記最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減するために、
【数３】
0006750688.tif 000056
個のリングの中から、最も内側のリングから外側へ拡大する方向に２ｈ個のリング上の信号点の数が
【数４】
0006750688.tif 000057
となるように、２のべき乗の信号点の数に低減し、
各リング上に
【数５】
0006750688.tif 000058
個の信号点を有する２ｈ個のリング上の信号点の数の合計数が、
【数６】
0006750688.tif 000059
（λは１以上の整数）になるように設定する変調方法。
【請求項４】
請求項１に記載の変調方法において、
前記最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減するために、
【数７】
0006750688.tif 000060
個のリングの中から、最も内側のリングから外側へ拡大する方向に２ｈ個のリング上の信号点の数が
【数８】
0006750688.tif 000061
となるように、２のべき乗の信号点の数に低減し、
各リング上に
【数９】
0006750688.tif 000062
個の信号点を有する２ｈ個のリング上の信号点の数の合計数が、
【数１０】
0006750688.tif 000063
（λは１以上の整数、βおよびγは整数）になるように設定する変調方法。
【請求項５】
請求項１に記載の変調方法において、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して配置が変更された後の信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置の各リングの信号点の数と同一に設定する変調方法。
【請求項６】
請求項１に記載の変調方法において、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して配置が変更された後の信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置のリング上の信号点の数と異なる値に設定する変調方法。
【請求項７】
請求項１に記載の変調方法において、
前記情報ビットを、配置が変更された後の同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、振幅情報を表わすビット数ｍａおよび位相情報を表わすビット数ｍｐは、各リング上の信号点の数に関わらず、振幅ビットの中の下位ｎａビットと位相ビットの中のｎｐビットとの合計（ｎａ＋ｎｐ）ビットをチャネル符号化し、残りの（ｍａ−ｎａ）＋（ｍｐ−ｎｐ）ビットに対しては、チャネル符号化は行わない変調方法。
【請求項８】
請求項７に記載の変調方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位ｎａビットと位相ビットの中の下位ｎｐビットとに対して、誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める復号方法。
【請求項９】
情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングし、前記複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置するマッピング回路を有する変調装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の変調装置を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位ｎａビットと位相ビットの中の下位ｎｐビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める復号回路を有する復調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調方法、復号方法、変調装置および復調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（以下、ＬＴＥと称する）およびＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの急速な普及に伴い、本格的なモバイルブロードバンドサービスの提供が実現可能になっている。セルラネットワークにおける急増するトラヒックに対応するため、第５世代（５Ｇ）移動通信方式では、ＬＴＥと比較して一層の超高速・大容量化および周波数利用効率の増大が必要である。マクロセルの中の不均一なトラヒックを効率的に収容する小セルをオーバーレイするヘテロジーニアスネットワークに加えて、高効率な無線アクセス技術が必要である。ユーザ端末（ＵＥ：Ｕｓｅｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）にギガビット級のサービスを実現する超高速・大容量の無線アクセスネットワークに加えて、基地局とＥｖｏｌｖｅｄ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｃｏｒｅ（ＥＰＣ）ネットワークのＳｅｒｖｉｎｇ−Ｇａｔｅｗａｙ（Ｓ−ＧＷ）との間のバックホールの一層の超高速・大容量化が必要である。バックホールリンクは、Ｅ１／Ｔ１専用線、光ファイバネットワーク、マイクロ波の無線バックホールなどで構成される。無線バックホールは、有線のバックホールと比較してネットワークコストを低くできるメリットがある。遠隔無線機（ＲＲＥ：Ｒｅｍｏｔｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）で構成される基地局とベースバンドの物理レイヤおよび上位レイヤの処理を集中基地局とで行う構成において、ＲＲＥと集中基地局との間を接続するフロントホールの場合も同様である。【０００３】
マイクロ波を用いる無線バックホールでは、信号空間配置の変調多値数を増大、および垂直偏波および水平偏波を用いるＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）多重を用いて周波数利用効率の向上を実現してきた。マイクロ波を用いる無線バックホールでは、信号点間のユークリッド距離を大きくできるため、ＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒあるいはＣｒｏｓｓ  ＱＡＭ信号空間配置（コンステレーション）が適用されている。信号点の数が２２ｋの場合、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒのコンステレーションが用いられる。また、信号点の数が２２ｋ＋１の場合は、Ｃｒｏｓｓのコンステレーションが用いられる。
図１は、ｋ＝２の場合のＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １６ＱＡＭのコンステレーションの一例を示す図である。Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  ＱＡＭのコンステレーションでは、互いに隣接するシンボルのラベル、すなわちシンボルを表わす情報ビットのセットは、１ビットのみが異なるグレイマッピングが実現できる。
図２は、ｋ＝２の場合のＣｒｏｓｓ  ３２ＱＡＭのコンステレーションの一例を示す図である。Ｃｒｏｓｓ  ＱＡＭのコンステレーションでは、完全グレイマッピングができないため、擬似グレイマッピングになっている。ＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒあるいはＣｒｏｓｓ  ＱＡＭのコンステレーションは、他のコンステレーションと比較して信号点間のユークリッド距離を最も大きくできる。そのため、これらのコンステレーションは、無線バックホールやセルラシステムなどの実用システムで採用されている。【０００４】
無線バックホールにおける最も大きな特性劣化要因は、周波数シンセサイザの発振器出力のＲＦ周波数の位相雑音（Ｐｈａｓｅ  ｎｏｉｓｅ）である。同心円状のコンステレーションを有するＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭが、位相雑音（Ｐｈａｓｅ  ｎｏｉｓｅ）に対する耐力の観点から注目されている。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭは、ＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒあるいはＣｒｏｓｓ  ＱＡＭと比較して、低いピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ：Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）を実現できるメリットも有している。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭは、Ｓｔａｒ  ＱＡＭあるいは振幅・位相シフトキーイング（ＡＰＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ａｎｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）とも呼ばれている。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのコンステレーションは、同心円状のＮリングから構成される。各リングは、位相変調（ＰＳＫ：Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）処理が行われる。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭ信号空間配置は、全てのリングが互いに同数の信号点を有する場合とリングに応じて信号点の数が異なる場合とに大別できる。全てのリングで同数の信号点を有する信号点配置では、全リングで共通に位相を設定できる。【０００５】
図３は、８×２リングのＣｉｒｃｕｌａｒ  １６ＱＡＭのコンステレーションの一例を示す図である。図３に示すように、シンボルラベルを示すビットを振幅あるいは位相情報を表わすビットに独立にマッピングできる。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  １６ＱＡＭの場合、シンボルの４ビットのうち１ビットが振幅情報を表し、他の３ビットが位相情報を表わす。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭでビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）特性に最も大きな影響を与えるパラメータであるリング振幅比を振幅情報を表わすビットのみに対して最適化できるメリットがある。さらに、振幅および位相情報を表わすビットを独立にマッピングできるため、完全グレイマッピングが可能である。一方、内側のリングになるほど、位相情報を表わすビットの復号誤りが増大してしまうデメリットがある。【０００６】
リング上の信号点の数が異なる信号空間配置では、同一リング上の信号点の数を変えることを用いて、同一リング上の位相間隔をリングによらずほぼ一定に設定できる。一方、シンボルラベルを表わす各ビットは、同時に振幅および位相情報を表わすため、一般には完全グレイマッピングは困難であり、擬似グレイマッピングが用いられる。【０００７】
マイクロ波を用いる無線バックホールにおいては、総合のチャネル符号化率は０．９よりも高い値が用いられている。高いチャネル符号化率に起因して符号化利得が低減するため、シンボル内のＬｅａｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔ  （ＬＳＢ）ビットから一定数のビットのみにチャネル符号化を適用するパーシャルチャネル符号化が用いられる。パーシャルチャネル符号化では、符号化ビットと無符号化ビットとを独立にグレイマッピングを行うダブルグレイマッピングが用いられる。ＬＳＢから一定数のビットをチャネル符号化することにより、符号化率を小さくできるため符号化利得を増大することができる。
図４は、ダブルグレイマッピングを用いる送信部の構成例を示す。シンボルラベルを示す情報ビット数をｍとすると、ＬＳＢから昇順のｎビットにチャネル符号化を行う。従って、残りの上位（ｍ−ｎ）は無符号化でシンボルにマッピングされる。チャネル符号化を行うｎビットの符号化率をｒを用いて表わすと、全情報ビット総合のチャネル符号化率Ｒは式１で表わされる。
【数１】
0006750688.tif 000002
実効的な符号化率ｒを小さくすることで、符号化利得が増大するため下位ｎビットの復号誤りを低減することができる。【０００８】
各リングの信号点の数が等しいＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭ信号空間配置では、各ビットは振幅あるいは位相のいずれかの情報を表わす。従って、例えばチャネル符号化された振幅ビットの対数尤度比（ＬＬＲ： Ｌｏｇ−Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｒａｔｉｏ）は、無符号化の位相ビットの信頼度の向上には貢献しない。逆の組み合わせの場合も同様である。そこで、Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭにおいては、振幅ビットおよび位相ビットについて独立にダブルグレイマッピングを行う並列ダブルグレイマッピングを用いる。
図５は、Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭの並列ダブルグレイマッピングを行う送信部の構成例を示す図である。並列ダブルグレイマッピングでは、チャネル符号化が行われる下位ｎビットの中で、ｎａおよびｎｐビットをそれぞれ、振幅ビット、位相ビットにマッピングする。同様に、（ｍ−ｎ）無符号化ビットの中で、（ｍａ−ｎａ）ビットおよび（ｍｐ−ｎｐ）ビットをそれぞれ振幅ビット、位相ビットに割り当てる。図５に示すように、振幅および位相を表わすビットは、独立に符号化ビット、無符号化ビット独立にグレイマッピングを行う。【０００９】
ダブルグレイマッピングを行うパーシャルチャネル符号化では、協調復号が行われる。
図６は、協調復号を行う受信部の構成例を示す図である。図６に示した受信部は、チャネル符号化を行った符号化ビットを先に復号する。符号化ビットは、チャネル符号化の符号化利得により、無符号化ビットと比較して信頼度が高いと考えられる。符号化ビットの復号器出力の事後（ａ  ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ）ＬＬＲを用いて、無符号化ビットに対するシンボル候補数が削減される。受信部は、削減後の生き残りシンボルレプリカ候補のユークリッド距離が大きくなるように、予めダブルグレイ符号化マッピングを行っておく。従って、下位の符号化ビットが誤りなく復号できた場合には、生き残りシンボルレプリカ候補のユークリッド距離が大きくなるため、上位ビットを高信頼に復号できる。【００１０】
図７は、各リングに１６信号点を有する６４×１６  Ｃｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの位相雑音を付加した加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｗｈｉｔｅ  Ｇａｕｓｓｓｉａｎ  Ｎｏｉｓｅ）チャネルにおける、受信信電力対雑音電力比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）に対するＢＥＲ特性の一例を示す図である。図７には、比較のため、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの特性も合わせて示す。１０２４ＱＡＭでは、ｍ＝１０ビットの情報ビットが２１０個のシンボルラベルを表わす。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの場合、４ビットが振幅情報を表わし、６ビットが位相情報を表わす。チャネル符号化には、ターボ符号を用いた。総合の符号化率はＲ＝９／１０で、チャネル符号化ビットの実質的な符号率は、ｒ＝５／６である。復号には、Ｍａｘ−Ｌｏｇ−ＭＡＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ  ａ  ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ  ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）復号を用いた。パーシャルターボ符号化を用いた。ターボ符号化ビット数をｎ＝６ビットとした。具体的には、振幅ビットの下位２ビットおよび位相ビットの下位４ビットをチャネル符号化した。位相雑音は、Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ａｖｅｒａｇｅ（ＡＲＭＡ）モデルで近似した。０Ｈｚにおける位相雑音電力レベルを−４０ｄＢｃ／Ｈｚとした。図７に示すように、位相雑音を考慮したＡＷＧＮチャネルにおいて、Ｃｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのＢＥＲが１０−５を満たすための所要受信ＳＮＲは、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭと比較して約１ｄＢ劣化している。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭは、Ｒｅｃｔａｇｕｌａｒ  ＱＡＭと比較して、位相雑音に対する耐力は高い。すなわち、位相雑音を考慮した場合の位相雑音無しの場合からのＢＥＲの劣化は小さい。しかしながら、Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭでは、内円の同心円上の信号点間のユークリッド距離が短くなるため、復号誤りが大きい。従って、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  ＱＡＭと比較して、ＢＥＲ特性が劣化してしまっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開２０１３／１６１８０１号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】N. Kamiya and E. Sasaki, “Pilot-Symbol Assisted and Code-Aided Phase Error Estimation for High-Order QAM Transmission,” IEEE Trans. on Commun., vol. 61, no. 10, pp. 4369-4380, Oct. 201.
【非特許文献２】E. Eleftheriou and S. Olcer, “Low-Density Parity-Check Codes for Digital Subscriber Lines,” Proc. IEEE ICC2004, 2004.
【非特許文献３】M. A. Tariq, H. Mehrpouyan, and T. Svensson, “Performance of Circular QAM Constellations with Time Varying Phase Noise, Proc. IEEE PIMRC2012.
【非特許文献４】Y. Li, S. Xu, and H. Yang, “Design of Circular Signal Constellations in the Presence of Phase Noise,” Proc. WICOM2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
無線バックホールでは、Ｒｅｃｎａｇｕｌａｒ  ＱＡＭあるいはＣｒｏｓｓ  ＱＡＭのコンステレーションが採用されている。無線バックホールにおいても、最も主要なＢＥＲの劣化要因は位相雑音である。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのコンステレーションは、同じ信号点の数のＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  ＱＡＭおよびＣｒｏｓｓ  ＱＡＭと比較して、位相雑音に起因するＢＥＲの劣化度は小さい。一方で、Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのコンステレーションは、特に内円のリング上の信号点間のユークリッド距離が短いため、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  ＱＡＭおよびＣｒｏｓｓ  ＱＡＭと比較して、ＢＥＲが劣化してしまうという問題点がある。【００１４】
本発明の目的は、上述した課題を解決する変調方法、復号方法、変調装置および復調装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の変調方法は、
同心円状の複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、
前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置する、情報ビットを前記複数のリング上の信号点にマッピングする。
また、本発明の復号方法は、
情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位ｎａビットと位相ビットの中のｎｐビットとの差分である（ｎａ−ｎｐ）ビットに対して、誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める。
また、本発明の変調装置は、
情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングし、前記複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置するマッピング回路を有する。
また、本発明の復調装置は、
情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位ｎａビットと位相ビットの中の下位ｎｐビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める復号回路を有する。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明においては、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  ＱＡＭおよびＣｒｏｓｓ  ＱＡＭと比較して、ＢＥＲを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ｋ＝２の場合のＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １６ＱＡＭのコンステレーションの一例を示す図である。
【図２】ｋ＝２の場合のＣｒｏｓｓ  ３２ＱＡＭのコンステレーションの一例を示す図である。
【図３】８×２リングのＣｉｒｃｕｌａｒ  １６ＱＡＭのコンステレーションの一例を示す図である。
【図４】ダブルグレイマッピングを用いる送信部の構成例を示す。
【図５】Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭの並列ダブルグレイマッピングを行う送信部の構成例を示す図である。
【図６】協調復号を行う受信部の構成例を示す図である。
【図７】各リングに１６信号点を有する６４×１６  Ｃｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの位相雑音を付加した加法性白色ガウス雑音チャネルにおける、受信信電力対雑音電力比に対するＢＥＲ特性の一例を示す図である。
【図８】本発明の変調方法を用いた場合のＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのコンステレーションの実施例を示す図である。
【図９】本発明の変調方法を用いた場合のＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのコンステレーションの実施例を示す図である。
【図１０（ａ）】本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え前の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
【図１０（ｂ）】本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え前の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
【図１０（ｃ）】本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え前の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
【図１１（ａ）】本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え後の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
【図１１（ｂ）】本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え後の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
【図１１（ｃ）】本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え後の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
【図１２】本発明の変調方法の具体的な実施例として、６４×１６リングのＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの第１象限における初期状態のコンステレーションの一例を示す図である。
【図１３】本発明のＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのコンステレーション（第１象限における信号点配置）の一例を示す図である。
【図１４】本発明の変調方法を用いた場合のＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭおよびＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭにおける位相雑音を考慮した受信ＳＮＲに対するＢＥＲ特性の一例を示す図である。
【図１５】本発明の変調装置の実施の一形態を示す図である。
【図１６】本発明の復調装置の実施の一形態を示す図である。
【図１７】本発明の変調装置の他の形態を示す図である。
【図１８】本発明の復調装置の他の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明では、情報ビットを同心円状のＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭの各シンボル、すなわち各信号点にマッピングする変調方法を実現する。本発明の変調方法のポイントは、池に示す３つの点である。
（１）情報ビットをＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのシンボル（信号点）にマッピングするビットマッピング方法
（２）Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのリング振幅の決定法
（３）各シンボル（信号点）ラベルを表わすビットのチャネル符号化（誤り訂正符号化）法
以上の各ポイントについて、それぞれ以下に説明する。
【００１９】
１）情報ビットをＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのシンボル（信号点）にマッピングするビットマッピング方法
【００２０】
・ステップ１
本発明の変調方法は、まず第１に、全てのリング上で、互いに同数の信号点を有するＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのコンステレーションを作成する。位相情報を表わすビット数をｍｐとすると、各リング上の信号点の数は、
【数２】
0006750688.tif 000003
とし、振幅情報を表わすビット数をｍａとすると、リング数は、
【数３】
0006750688.tif 000004
となる。ここで、リング数およびリング上の信号点の数（すなわち位相角度）、すなわち、ｍａおよびｍｐを準最適化しておく。具体的には、位相雑音を付加したＡＷＧＮチャネルのビット誤り率（ＢＥＲ：  Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ）特性が最も良好になるように、リング数および各リングの信号点の数を決定する。この全てのリング上で互いに同数の信号点を有するコンステレーションをオリジナルコンステレーションと定義する。
【００２１】
・ステップ２
ステップ１に対して、内円の信号点の数を低減する。低減した信号点の数は、２のべき乗になるように設定する。
【数４】
0006750688.tif 000005
個のリングの中から、最も内側のリングから外側へ拡大する方向に２ｈ個のリング上の信号点の数を
【数５】
0006750688.tif 000006
に低減する。この場合、各リング上に
【数６】
0006750688.tif 000007
個の信号点を有する２ｈ個のリング上の信号点の数の合計数が、
【数７】
0006750688.tif 000008
になるように設定する。ここで、λは１以上の整数である。
λの値を１以上の整数に限定した場合が、情報ビットへのシンボルへのマッピングが容易であるが、λの値は一般に
【数８】
0006750688.tif 000009
の実数に拡張することが可能である（βおよびγは整数値を表わす）。
また、ｈの値を複数個に拡張することも容易に実現できる。すなわち、オリジナルコンステレーションにおける各リング上の信号点の数よりも少ない信号点を有するリングのセットを複数セットに拡張することも容易に実現できる。
【００２２】
・ステップ３
ステップ２において、オリジナルコンステレーションと比較して、内円についてはリング当りの信号点の数が減少してしまっている。従って、オリジナルコンステレーションと同じ変調効率（周波数利用効率）（すなわち同一の信号点の数）を実現するためには、減少した分の信号点をオリジナルコンステレーションの外側にリングを生成してマッピングする。この場合、追加したリング上の信号点の数の設定法に、以下に示す（Ａ）、（Ｂ）の２つの方法がある。
（Ａ）追加したリング上の信号点の数をオリジナルコンステレーションの各リングの信号点の数と同一に設定する方法
（Ｂ）追加したリング上の信号点の数をオリジナルコンステレーションのリング上の信号点の数と異なる値に設定する方法
（Ｂ）の方法において、具体的には、追加するリングは、オリジナルコンステレーションの信号点の数のリングよりも外側に追加されるため、オリジナルコンステレーションの各リングの信号点の数よりも多くの信号点をマッピングする。
【００２３】
・ステップ４
ステップ３で、基本の信号空間配置の外側に新たに追加したリング上の信号点間のビットマッピングの入れ替えを行う。入れ替え方法（修正方法）として、以下に示す（Ｃ）、（Ｄ）の２つの方法がある。
（Ｃ）異なるリングの同一の位相上の信号点間の位相ビットのユークリッド距離が小さくなるように、新たに追加したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える方法
（Ｄ）位相情報を表わすビットの中の下位の符号化ビットが互いに同一な信号点間の距離が大きくなるように、新たに追加したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える方法
【００２４】
２）Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのリング振幅の決定法
本発明では、以下に示す２通りのＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭの複数リングのリング振幅の設定法を開示する。
・上記１）示した本発明の情報ビットの信号点へのビットマッピング法に対して、全てのリング振幅比を同一にする方法
・上記１）に示した本発明の情報ビットの信号点へのビットマッピング法に対して、リング上の信号点が同一なリングで構成される複数のセットにグループ化し、同一のセット内のリングに対しては、リング振幅比を一定の値とし、信号点の数が異なるリングセットの間のリング振幅比および信号点の数が異なるリングセットに属するリング間のリング振幅比は異なる値に設定する方法
【００２５】
３）各シンボル（信号点）ラベルを表わすビットのチャネル符号化（誤り訂正符号化）法
本発明では、上記１）に示した本発明の情報ビットの信号点へのビットマッピング法に対して、振幅情報を表わすビット数ｍａおよび位相情報を表わすビット数ｍｐは、各リング上の信号点の数に関わらず、振幅ビットの中の下位ｎａビットと位相ビットの中のｎｐビットとの合計（ｎａ＋ｎｐ）ビットをチャネル符号化する。残りの（ｍａ−ｎａ）＋（ｍｐ−ｎｐ）ビットに対しては、チャネル符号化は行わない。
振幅ビットおよび位相ビットそれぞれ独立に、ダブルグレイマッピングを行う。すなわち、振幅ビットは、符号化ｎａビットおよび無符号化（ｍａ−ｎａ）ビットを、ダブルグレイマッピングを行う。位相ビットは、符号化ｎｐビットおよび無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を、ダブルグレイマッピングを行う。
受信機は、まず、振幅ビットおよび位相ビットの下位ビットの（ｎａ−ｎｐ）ビットに対して誤り訂正復号を行う。誤り訂正復号器出力の情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後ＬＬＲを硬判定したビットから、シンボルレプリカ候補を削減する。削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の変調方法の手順について説明する。
【００２７】
（手順１）
本発明では、まず、同心円状の全てのリングが互いに同じ数の信号点を有するコンステレーションを作成する。シンボルラベルを表わす情報ビット数をｍとし、ｍビットの中で振幅情報を表わすビット数をｍａとし、位相情報を表わすビット数をｍｐとする。ｍ＝ｍａ＋ｍｐである。このコンステレーションをオリジナルコンステレーションと定義する。この場合のリング数をＮＯｒｉｇとすると、
【数９】
0006750688.tif 000010
である。
【００２８】
（手順２）
リング数が、
【数１０】
0006750688.tif 000011
の状態から、最も内側のリングから外側へ拡大する方向に２ｈ個のリング上の信号点の数を
【数１１】
0006750688.tif 000012
に低減する。
【００２９】
（手順３）
ｍａビットの振幅ビットのＬＳＢから昇順に、下位ｎａビットにチャネル符号化を適用する。残りの（ｍａ−ｎａ）ビットは無符号化ビットである。最も内側から２ｈ個のリングにおいては、上位の（ｍａ−ｈ）ビットの振幅ビットは同一ビットになる。ただし、ここで、
【数１２】
0006750688.tif 000013
である。
【００３０】
（手順４）
ｎａビットの符号化ビットおよび（ｍａ−ｎａ）ビットの無符号化ビットを独立にダブルグレイマッピングを行う。
【００３１】
（手順５）
内側から順に、（２ｈ＋１）番目からＮＯｒｉｇ番目までのリングについては、オリジナルコンステレーションと同じビットマッピングを施す。すなわち、（２ｈ＋１）番目からＮＯｒｉｇ番目までのリングにおいては、各リングのｍｐビットの位相情報を
【数１３】
0006750688.tif 000014
個の信号点を割り当てる。
【００３２】
（手順６）
ｍａビットの振幅情報ビットの中で、下位ｎａビットにチャネル符号化を適用し、残りの（ｍａ−ｎａ）ビットは無符号化ビットとする。そして、ｎａビットの符号化ビットおよび（ｍａ−ｎａ）ビットの無符号化ビットを独立にダブルグレイマッピングを行う。
【００３３】
（手順７）
本発明では、オリジナルコンステレーションと比較して、最も内側から２ｈ個のリングに対しては、リング当り
【数１４】
0006750688.tif 000015
個の信号点が少なくなる。従って、２ｈ個のリングでは、
【数１５】
0006750688.tif 000016
個の信号点が少なくなる。この
【数１６】
0006750688.tif 000017
個の信号点を他のリングに割り当てる必要がある。本発明の方法では、オリジナルコンステレーションのＮＯｒｉｇ個のリングの外側に（２ｈ−１）個のリングを新たに生成し、生成した（２ｈ−１）個のリング上に
【数１７】
0006750688.tif 000018
個の信号点を割り当てる。各リングに
【数１８】
0006750688.tif 000019
個の信号点を割り当てる。本発明の方法のリング数をＮＮｅｗとすると、ＮＮｅｗ＝ＮＯｒｉｇ＋（２ｈ−１）となる。
【数１９】
0006750688.tif 000020
個のｍｐビットのセットを順番に、
【数２０】
0006750688.tif 000021
個ずつ割り当てる。
【００３４】
（手順８）
（ＮＯｒｉｇ＋１）番目からＮＮｅｗ番目のリングにおいても、ｍａビットの振幅情報ビットの中で、下位ｎａビットにチャネル符号化を適用し、残りの（ｍａ−ｎａ）ビットは無符号化ビットとする。そして、ｎａビットの符号化ビットおよび（ｍａ−ｎａ）ビットの無符号化ビットを独立にダブルグレイマッピングを行う。
【００３５】
さらに、上述した手順２の処理を拡張して、ｈの値を複数個設定することで、リング上の信号点の数が異なるリングを複数セット作成することができる。複数のｈの値をｈ１，ｈ２，・・・とする。ここで、
【数２１】
0006750688.tif 000022
とする。この場合、チャネル符号化を行う振幅ビット数ｎａは、
【数２２】
0006750688.tif 000023
の関係を満たすように設定する。
さらに、上述した手順７のオリジナルコンステレーションのＮＯｒｉｇ個のリングの外側にオリジナルコンステレーションの各リング上の信号点の数と等しい
【数２３】
0006750688.tif 000024
個の信号点を有する（２ｈ−１）個のリングを生成する。ここで、オリジナルコンステレーションのＮＯｒｉｇ個のリングの外側に生成するリング上に
【数２４】
0006750688.tif 000025
個よりも多い信号点を配置する。こうすることで、本発明の総合のリング数ＮＮｅｗをＮＮｅｗ＝ＮＯｒｉｇ＋（２ｈ−１）個から低減することができる。この場合、オリジナルコンステレーションから追加するリングにおいて、各リング上に同数の信号点を配置する必要はなく、リング間で異なる信号点を配置する方法もある。一般には、外側ほど、すなわちリング振幅が大きいほど同一リング上の信号点間のユークリッド距離が大きくなるため、多くの数の信号点を配置することが可能である。
【００３６】
図８は、本発明の変調方法を用いた場合のＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのコンステレーションの実施例を示す図である。図８に示したＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭの例では、１６信号点×４リング＋６４信号点×９リング＋１２８信号×３リングで、総合で１６リングのコンステレーションである。
一方、位相雑音に対する耐力を高めるためには、同一リング上の信号点の数を少なくして信号点間の位相角を大きくすることが望ましい。そこで、各リング上の信号点の数を減少させると、振幅ビットを増やしてリング数を増大させる必要がある。
図９は、本発明の変調方法を用いた場合のＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのコンステレーションの実施例を示す図である。図９に示したＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭの例では、１６信号点×４リング＋６４信号点×１５リングで、総合で１９リングのコンステレーションである。平均信号電力を一定にした場合、リング数を増大させると内側のリングのリング振幅が小さくなるため、リング上の信号点間のユークリッド距離が小さくなってしまう。従って、リング上の信号点の数およびリング数を実際の誤り率特性を用いて最適化する必要がある。
【００３７】
本発明の変調方法を用いた、６４×１６リングのＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの実施例を以下に説明する。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え前の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の変調方法を用いた場合の、ビットマッピング入れ替え後の各信号点と情報ビットとの関係の一例を示す図である。
ｍａ＝４ビット、ｍｐ＝６ビットの６４×１６リングのＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭを初期状態のコンステレーションとする。本実施例では、ｎａ＝ｈとする。
【００３８】
図１２は、本発明の変調方法の具体的な実施例として、６４×１６リングのＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの第１象限における初期状態のコンステレーションの一例を示す図である。図１２に示すように、１６リングで各リング上には６４個の信号点が等位相で配置されている。１０ビットのシンボルラベルの上位にｍａ＝４ビットの振幅ビット、下位にｍｐ＝６ビットの位相ビットを割り当てる。また、ｍｐ＝６ビットの位相ビットの上位２ビットは象限を表わしている。
内側の２ｈ＝４リング（すなわちｈ＝２）の信号点の数を
【数２５】
0006750688.tif 000026
とする。
【００３９】
図１３は、本発明のＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのコンステレーション（第１象限における信号点配置）の一例を示す図である。図１３に示すように、最も内側のリングから４リングでは、リンク当り１６信号点を割り当てている。各リング上、１６信号点は同一の位相間隔で割り当てられる。
ｍａ＝４ビットの中で、下位ｈ＝２ビットをグレイマッピングする。最も内側から２ｈ＝４個のリングにおいては、上位の（ｍａ−ｈ）＝２ビットの振幅ビットは、同一ビットになる。図１０，１１に示すように、最も内側のリングからの４リングの振幅ビットは、内側から順に、００００，０００１，００１１，００１０となり、下位ビットはグレイ符号化されており、上位２ビットは同一ビットになっている。
内側から順に（２ｈ＋１）＝５番目からＮＯｒｉｇ＝１６番目までのリングにおいては、オリジナルコンステレーションと同様に、各リングにｍｐ＝６ビットの位相情報を表わす
【数２６】
0006750688.tif 000027
個の信号点が割り当てられる。
本発明では、オリジナルコンステレーションと比較して、最も内側から２Ｘ＝４個のリングに対しては、リング当り
【数２７】
0006750688.tif 000028
個の信号点が少なくなる。従って、２ｈ＝４個のリングでは、
【数２８】
0006750688.tif 000029
個の信号点が少なくなる。この
【数２９】
0006750688.tif 000030
個の信号点を他のリングに割り当てる必要がある。本発明の方法では、オリジナルコンステレーションのＮＯｒｉｇ＝１６個のリングの外側に（２ｈ−１）＝３個のリングを新たに生成し、生成した（２ｈ−１）＝３個のリング上に
【数３０】
0006750688.tif 000031
個の信号点を割り当てる。各リングに
【数３１】
0006750688.tif 000032
個の信号点を割り当てる。本発明の方法のリング数をＮＮｅｗとすると、ＮＮｅｗ＝ＮＯｒｉｇ＋（２ｈ−１）＝１９となる。図１０（ｂ），（ｃ）、図１１（ｂ）,（ｃ）に示すように、
【数３２】
0006750688.tif 000033
個のｍｐビットのセットを順番に、
【数３３】
0006750688.tif 000034
個ずつ割り当てる。
【００４０】
図１０（ａ）と図１１（ａ）とは、同一の内容を示している。すなわち、リング上の信号点を削減した内側の４リングの信号点のビットマッピングは互いに同一である。図１０に示したものと図１１に示したものとでは、オリジナルの信号空間配置に対して、新規に追加した３つのリング上の信号点のビットマッピングが異なる。図１０（ｂ），（ｃ）に示したビットマッピングでは、３リング上の信号点に対して、上位４ビットの振幅ビットの順番に、下位６ビットの位相ビットの順番に、ビットマッピングを施した例である。ここで、上位４ビットの振幅ビットの下位２ビットの符号化ビットはグレイ符号化されている。このビットマッピング法では、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、追加した３リングに対して、同一の位相位置、すなわち一番左側の列のビットインデックスが同一の信号点間の位相ビットが異なってしまっている。従って、同一位相の２シンボル間で、判定誤りが生じた場合には、振幅ビットとともに、位相ビットの復号誤りが生じてしまう。図１０（ｂ），（ｃ）に示したビットマッピングは、同一位相の２シンボル間の判定誤りの影響が低減するように、ビットマッピングを改良した方法である。図１０（ｂ），（ｃ）に示した例は、追加した３リングの隣接リング間における同一位相の２シンボル間の位相ビットが同一になるようにビットマッピングを施した方法である（しかしながら、同一位相の全ての２シンボル間の位相ビットは同一にはなっていない）。図１１に示したビットマッピングは、図１０に示したビットマッピングと比較して、同一位相の２シンボル間の判定誤りの影響を低減することができ、良好な誤り率を実現できる。新規追加リングの信号点のビットマッピングの入れ替え法として、振幅ビットおよび位相ビットの下位のチャネル符号化ビットが同一の信号点のユークリッド距離が大きくなるようにビットマッピングする方法がある。
【００４１】
本発明のＣｕｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭは、オリジナルのコンステレーションと同様に、同心円状のコンステレーションを有する。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのビット誤り率に大きな影響を与えるパラメータがリング振幅である。本発明では、次の２通りのリング振幅の決定法を開示する。
第１のリング振幅の決定法は、次の通りである。第１のリング振幅比の決定法は、複数リングにおいて、リング上の信号点の数に関わらず、リング振幅比を一定の値にする方法である。
（１）最も内側のリングｒ１を固定値δに設定する。
（２）内側から２番目以降のリングのｒｋ＝ｒ２，・・・，ｒＭを、式２を用いて求める。
ｒｋ＋１＝ｒｋ＋Δ×ｒ１  ・・・  （式２）
ここで、Δはリング振幅比である。
（３）各リングの振幅値を、平均電力が予め設定した値になるように、全信号点の電力で式３に示すように正規化する。
【数３４】
0006750688.tif 000035
ここで、δおよびΔ値は、計算機シミュレーションを用いてＢＥＲが最も良くなるように決定する。
【００４２】
第２のリング振幅の決定法は、本発明のＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭのコンステレーションにおいて、全リングをリング上に同数の信号点を有する複数リングのブロック毎に、分割する。ブロックのインデックスをｕで表わす。このとき、
【数３５】
0006750688.tif 000036
である。また、各ブロックのリングのインデックスをｖで表わす。このとき、
【数３６】
0006750688.tif 000037
である。ブロックｕのリングｖのリング振幅をｒｕ，ｖで表わす。
（１）最も内側のリングｒ１，１を固定値δに設定する。
（２）ブロック１のリングのリング振幅を式４を用いて求める。
【数３７】
0006750688.tif 000038
（３）ブロック２の最も内側のリングのリング振幅は、ブロック１の最も外側のリングのリング振幅から式５を用いて求める。
【数３８】
0006750688.tif 000039
（４）一般に、同一ブロック内のリングのリング振幅は式６を用いて求める。
【数３９】
0006750688.tif 000040
（５）ブロック（ｕ＋１）の最も最も内側のリングのリング振幅は、ブロックｕの最も外側のリングのリング振幅から式７を用いて求める。
【数４０】
0006750688.tif 000041
（６）各リングの振幅値を、平均電力が予め設定した値になるように、全信号点の電力で式８に示すように正規化する。
【数４１】
0006750688.tif 000042
ここで、δおよびΔｕ，Δｕ＋１／ｕの値は、計算機シミュレーションを用いてＢＥＲが最も良くなるように決定する。
【００４３】
図１４は、本発明の変調方法を用いた場合のＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭおよびＣｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭにおける位相雑音を考慮した受信ＳＮＲに対するＢＥＲ特性の一例を示す図である。図１４には、比較のため、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの特性も合わせて示す。Ｃｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭの場合、４ビットが振幅情報を表わし、６ビットが位相情報を表わす。この例では、パーシャルＬＤＰＣ符号化を用いた。シンボルラベルのｍ＝１０ビットの中で、ＬＤＰＣ符号化ビット数をｎ＝４ビットとした。振幅ビットおよび位相ビットのそれぞれ下位２ビットをＬＤＰＣ符号化した。位相雑音は、ＡＲＭＡモデルで近似し、０Ｈｚにおける位相雑音電力レベルを−３５ｄＢｃ／Ｈｚとした。チャネル符号化には、ＬＤＰＣ符号を用いた。総合の符号化率はＲ＝９／１０で、チャネル符号化ビットの実質的な符号率は、ｒ＝３／４である。復号には、Ｓｕｍ−Ｐｒｏｄｕｃｔ復号を用いた。図１４に示すように、位相雑音を考慮したＡＷＧＮチャネルにおいて、Ｃｉｒｃｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭのＢＥＲが１０−５を満たすための所要受信ＳＮＲは、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  １０２４ＱＡＭに比較して約０．２ｄＢ低減できている。
【００４４】
本発明によれば、位相雑音を考慮したＡＷＧＮチャネルにおいて、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  ＱＡＭあるいはＣｒｏｓｓ  ＱＡＭと比較して、ＢＥＲを改善できるＣｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭの変復調方法を、並びに変調装置および復調装置を実現できる。
【００４５】
図１５は、本発明の変調装置の実施の一形態を示す図である。図１５に示した形態では、本発明の変調装置は、直列／並列変換回路１１０と、チャネル符号化回路１２０と、グレイ符号化回路１３０，１４０と、グレイマッピング回路１５０と、変調回路１６０とを有する。直列／並列変換回路１１０は、入力された情報ビット（送信ビット）を符号化ビットと無符号化ビットとに直列／並列変換する。チャネル符号化回路１２０は、直列／並列変換回路１１０から出力された符号化ビットをチャネル符号化する。チャネル符号化にはＬＤＰＣ符号（Ｌｏｗ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐａｒｉｔｙ  Ｃｈｅｃｋ）等が用いられる。上述したように、Ｃｉｒｃｕｌａｒ  ＱＡＭでは、振幅ビットを位相ビットの下位ビットにチャネル符号化が行われる。グレイ符号化回路１３０は、直列／並列変換回路１１０から出力された無符号化ビットについて、振幅ビットと位相ビットとを独立にグレイ符号化する。グレイ符号化回路１４０は、チャネル符号化回路１２０から出力された符号化ビットについて、振幅ビットと位相ビットとを独立にグレイ符号化する。グレイマッピング回路１５０は、上述した本発明の変調方法であって、符号化ビットおよび無符号化ビットのシンボルを各シンボルラベルにマッピングする。変調回路１６０は、ビットマッピング後のシンボルを変調回路に入力して、キャリア信号を振幅および位相変調を行い、変調波を生成する。
【００４６】
図１６は、本発明の復調装置の実施の一形態を示す図である。図１６に示した形態では、本発明の復調装置は、復調回路２１０と、デマッピング回路２２０と、グレイ復号化回路２３０，２４０と、復号回路２５０と、並列／直列変換回路２６０とを有する。復調回路２１０は、入力された変調波を復調し、複素数のベースバンド信号を生成する。デマッピング回路２２０は、復調回路２１０から出力されたベースバンド信号に対してデマッピングを行い、符号化ビットと無符号化ビットとに分けて出力する。グレイ復号化回路２３０，２４０および復号回路２５０は、振幅ビットおよび位相ビットの下位の符号化ビットを誤り訂正復号する。復号器出力の事後ＬＬＲ（対数尤度比）を硬判定し、符号化ビットの硬判定結果に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減する。生き残りシンボルレプリカ候補から無符号化ビットのＬＬＲを計算し、無符号化ビットを求める。図１３に示すように、符号化ビットの事後ＬＬＲに基づいて、シンボルレプリカ候補数を削減することにより、生き残りシンボルレプリカ候補間のユークリッド距離が増大する。従って、無符号化ビットの復号誤りを低減することができる。並列／直列変換回路２６０は、グレイ復号化回路２３０から出力された無符号化ビットおよび復号回路２５０から出力された符号化ビットを並列／直列変換し、送信情報ビットを再生する。
【００４７】
図１７は、本発明の変調装置の他の形態を示す図である。本形態における変調装置１０１は図１７に示すように、マッピング回路１５１を有する。なお、図１７には、本発明の変調装置１０１が具備する構成要素のうち、本実施の形態に関わる主要な構成要素の一例を示す。
マッピング回路１５１は、情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングする。マッピング回路１５１は、複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成する。マッピング回路１５１は、基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、生成したリング上に配置する。
【００４８】
図１８は、本発明の復調装置の他の形態を示す図である。本形態における復調装置２０１は図１８に示すように、復号回路２５１を有する。なお、図１８には、本発明の復調装置２０１が具備する構成要素のうち、本実施の形態に関わる主要な構成要素の一例を示す。
復号回路２５１は、情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、その信号の振幅ビット中の下位ｎａビットと位相ビットの中の下位ｎｐビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行う。復号回路２５１は、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減する。復号回路２５１は、削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める。
【００４９】
以上、各構成要素に各機能（処理）それぞれを分担させて説明したが、この割り当ては上述したものに限定しない。また、構成要素の構成についても、上述した形態はあくまでも例であって、これに限定しない。
【００５０】
このように本発明は、無線バックホールで採用されているＲｅｃｔａｎｇｕｋａｒ  ＱＡＭあるいはＣｒｏｓｓ  ＱＡＭのコンステレーションと比較して、位相雑音を考慮した場合のＢＥＲを改善できるコンステレーションを提供することを目的とする。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上述した実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。
【００５２】
上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）同心円状の複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、
前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、
前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置する、情報ビットを前記複数のリング上の信号点にマッピングする変調方法。
（付記２）前記信号点のラベルを表わすビットを、位相情報を示すビットと振幅情報を示すビットとに分割し、
前記位相情報を表わすビット数をｍｐとすると、各リング上の信号点の数は
【数４２】
0006750688.tif 000043
であり、前記振幅情報を表わすビット数をｍａとすると、前記リングの数は
【数４３】
0006750688.tif 000044
である信号空間配置を有する、付記１に記載の変調方法。
（付記３）位相雑音に対して良好なビット誤り率を実現できるように、前記リング上の信号点の数
【数４４】
0006750688.tif 000045
を決定する、付記２に記載の変調方法。
（付記４）前記最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減するために、
【数４５】
0006750688.tif 000046
個のリングの中から、最も内側のリングから外側へ拡大する方向に２ｈ個のリング上の信号点の数が
【数４６】
0006750688.tif 000047
となるように、２のべき乗の信号点の数に低減し、
各リング上に
【数４７】
0006750688.tif 000048
個の信号点を有する２ｈ個のリング上の信号点の数の合計数が、
【数４８】
0006750688.tif 000049
（λは１以上の整数）になるように設定する、付記１に記載の変調方法。
（付記５）前記最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減するために、
【数４９】
0006750688.tif 000050
個のリングの中から、最も内側のリングから外側へ拡大する方向に２ｈ個のリング上の信号点の数が
【数５０】
0006750688.tif 000051
となるように、２のべき乗の信号点の数に低減し、
各リング上に
【数５１】
0006750688.tif 000052
個の信号点を有する２ｈ個のリング上の信号点の数の合計数が、
【数５２】
0006750688.tif 000053
（λは１以上の整数、βおよびγは整数）になるように設定する、付記１に記載の変調方法。
（付記６）前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置の各リングの信号点の数と同一に設定する、付記１に記載の変調方法。
（付記７）前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、前記生成したリング上に配置する信号点の数を前記基本とした信号空間配置のリング上の信号点の数と異なる値に設定する、付記１に記載の変調方法。
（付記８）前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、異なるリングの同一の位相上の信号点間の位相ビットのユークリッド距離が小さくなるように、前記生成したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える、付記６または付記７に記載の変調方法。
（付記９）前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成して前記信号点を配置する際、位相情報を表わすビットの中の下位の符号化ビットが互いに同一な信号点間の距離が大きくなるように、前記生成したリング上の信号点のビットマッピングを入れ替える、付記６または付記７に記載の変調方法。
（付記１０）前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、全てのリング振幅比を互いに同一にする、付記１に記載の変調方法。
（付記１１）前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、前記リング上の信号点が互いに同一なリングで構成される複数のセットにグループ化し、同一のセット内のリングに対しては、リング振幅比を一定の値とし、信号点の数が異なるリングセットの間のリング振幅比および信号点の数が異なるリングセットに属するリング間のリング振幅比は異なる値に設定する、付記１に記載の変調方法。
（付記１２）前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、振幅情報を表わすビット数ｍａおよび位相情報を表わすビット数ｍｐは、各リング上の信号点の数に関わらず、振幅ビットの中の下位ｎａビットと位相ビットの中のｎｐビットとの合計（ｎａ＋ｎｐ）ビットをチャネル符号化し、残りの（ｍａ−ｎａ）＋（ｍｐ−ｎｐ）ビットに対しては、チャネル符号化は行わない、付記１に記載の変調方法。
（付記１３）前記情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする際、振幅ビットと位相ビットとをそれぞれ独立にダブルグレイマッピングを行う、付記１に記載の変調方法。
（付記１４）情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位ｎａビットと位相ビットの中のｎｐビットとの差分である（ｎａ−ｎｐ）ビットに対して、誤り訂正復号を行い、誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める復号方法。
（付記１５）情報ビットを同心円状の複数のリング上の信号点にマッピングし、前記複数のリングの全てのリング上の信号点の数が互いに同数である信号空間配置を基本として、前記複数のリングのうち、最も内側のリングあるいは内側から外側への複数のリング上の信号点の数を低減し、前記基本とした信号空間配置の外側に新たにリングを生成し、前記基本とした信号空間配置と同じ周波数利用効率を実現する信号点を、前記生成したリング上に配置するマッピング回路を有する変調装置。
（付記１６）情報ビットを同心円状の複数リング上の信号点にマッピングする方法を用いて変調された信号について、該信号の振幅ビット中の下位ｎａビットと位相ビットの中の下位ｎｐビットに対して誤り訂正復号器を用いて誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号器から出力された情報ビットおよびパリティ検査ビットの事後対数尤度比に基づいて、シンボルレプリカ候補を削減し、該削減したシンボルレプリカ候補に対して、振幅ビットの上位の無符号化ビット（ｍａ−ｎａ）ビットおよび位相ビットの上位の無符号化ビット（ｍｐ−ｎｐ）を求める復号回路を有する復調装置。
【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（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１０（ｃ）】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１１（ｃ）】
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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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【図１７】
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【図１８】
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