(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
階層ＱＡＭ伝送システムであって、
符号化されていない第１のビット誤り率パフォーマンスを有し、第１のデータストリームを表すレベル１信号と、前記符号化されていない第１のビット誤り率パフォーマンスよりも低い符号化されていない第２のビット誤り率パフォーマンスを有し、第２のデータストリームを表すレベル２信号とを含む階層ＱＡＭ信号を送信するための、前記第１および前記第２のデータストリームに応答する階層ＱＡＭ送信機と、
前記階層ＱＡＭ信号を受信し、受信した第１および第２のデータストリームを発生させるための、前記階層ＱＡＭ送信機に結合された階層ＱＡＭ受信機と、
第１の検出／訂正能力を有する符号によって前記第１のデータストリームを符号化するための、前記第１のデータストリームを処理する第１の誤り検出／訂正回路と、
前記第２のデータストリームを第２の誤り検出／訂正能力を有する符号によって符号化するための、前記第２のデータストリームを処理する第２の誤り検出／訂正回路と
を備え、
前記第１のデータストリームの符号化されたビット誤り率パフォーマンスは、前記第１のデータストリームの符号化されていないビット誤り率パフォーマンスが前記第２のデータストリームの符号化されていないビット誤り率パフォーマンスに対して近接するよりも、前記第２のデータストリームの符号化されたビット誤り率パフォーマンスに対してさらに近接していることを特徴とする階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項２】
前記階層ＱＡＭ受信機は、
前記階層ＱＡＭ信号を受信するための、前記階層ＱＡＭ送信機に結合された入力端子と、
前記受信した第１のデータストリームを発生させるための第１の出力端子、および前記受信した第２のデータストリームを発生させるための第２の出力端子とを含み、
前記第１の誤り検出／訂正回路は、前記符号化された第１のデータストリームを復号するための、前記階層ＱＡＭ受信機の入力端子と前記第１の出力端子の間に結合された第１の誤り検出／訂正デコーダを含み、
前記第２の誤り検出／訂正回路および第２の誤り検出／訂正デコーダは、前記符号化された第２のデータストリームを復号するための、前記入力端子と前記第２の出力端子の間に結合されたことを特徴とする請求項１に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項３】
前記第１および第２のデータストリームは、それぞれ異なる畳み込み符号によって符号化され、
前記第１および第２の誤り検出／訂正デコーダは、それぞれ異なる畳み込み符号によって符号化されたデータを復号することを特徴とする請求項２に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項４】
前記第１の誤り検出／訂正回路は、レート７／８までパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって前記第１のデータストリームを符号化し、
前記第２の誤り検出／訂正回路は、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって前記第２のデータストリームを符号化し、
前記第１の誤り検出／訂正デコーダは、レート７／８までパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって前記第１のデータストリームを復号し、
前記第２の誤り検出／訂正デコーダは、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって前記第２のデータストリームを復号することを特徴とする請求項３に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項５】
前記階層ＱＡＭ送信機は、
前記第１のデータストリームの供給源に結合された第１の入力端子、および前記第２のデータストリームの供給源に結合された第２の入力端子と、
前記階層ＱＡＭ信号を発生させるための、前記階層ＱＡＭ受信機に結合された出力端子とを含み、
前記第１の誤り検出／訂正回路は、前記第１の誤り検出／訂正能力を有する第１の誤り検出／訂正符号を使用して前記第１のデータストリームを符号化するための、前記階層ＱＡＭ送信機の前記第１の入力端子と前記出力端子の間に結合された第１の誤り検出／訂正エンコーダを含み、
前記第２の誤り検出／訂正回路は、前記第１の誤り検出／訂正符号の前記第１の誤り検出／訂正能力よりも大きな第２の誤り検出／訂正能力を有する第２の誤り検出／訂正符号を使用して前記第２のデータストリームを符号化するための、前記階層ＱＡＭ送信機の前記第２の入力端子と前記出力端子の間に結合された第２の誤り検出／訂正エンコーダを含むことを特徴とする請求項１に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項６】
前記第１および第２の誤り検出／訂正エンコーダは、それぞれ異なる畳み込み符号によって符号化する畳み込み符号エンコーダであることを特徴とする請求項５に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項７】
前記第１の誤り検出／訂正エンコーダは、レート７／８までパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって符号化し、
前記第２の誤り検出／訂正エンコーダは、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって符号化することを特徴とする請求項６に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項８】
前記階層ＱＡＭ受信機は、
前記階層ＱＡＭ信号を受信するための、前記階層ＱＡＭ送信機に結合された入力端子と、
前記受信した第１のデータストリームを発生させるための第１の出力端子、および前記受信した第２のデータストリームを発生させるための第２の出力端子とを含み、
前記第１の誤り検出／訂正回路は、前記符号化された第１のデータストリームを復号するための、前記入力端子と前記第１の出力端子の間に結合された第１の誤り検出／訂正デコーダをさらに含み、
前記第２の誤り検出／訂正回路は、前記符号化された第２のデータストリームを復号するための、前記入力端子と前記第２の出力端子の間に結合された第２の誤り検出／訂正デコーダをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項９】
前記第１および第２の誤り検出／訂正エンコーダは、それぞれ異なる畳み込み符号によって符号化する畳み込み符号エンコーダであり、
前記第１および第２の誤り検出／訂正デコーダは、前記第１および第２の誤り検出／訂正エンコーダによってそれぞれ符号化されたデータを復号する畳み込みデコーダであることを特徴とする請求項８に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項１０】
レート７／８までパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号を、前記第１の誤り検出／訂正エンコーダは符号化し、前記第１の誤り検出／訂正デコーダは復号し、
レート２分の１、拘束長７畳み込み符号の畳み込み符号を、前記第２の誤り検出／訂正エンコーダは符号化し、前記第２の誤り検出／訂正デコーダは復号することを特徴とする請求項９に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項１１】
地上局から信号を受信して、前記信号を受信局に一斉送信する人工衛星をさらに含み、
前記階層ＱＡＭ送信機は、前記ＱＡＭ信号を前記人工衛星に送信するための、前記階層ＱＡＭ送信機の前記出力端子に結合された衛星地上局送信アンテナをさらに含み、
前記階層ＱＡＭ受信機は、前記ＱＡＭ信号を前記人工衛星から受信するための、前記階層ＱＡＭ受信機の前記入力端子に結合された衛星受信アンテナをさらに含む
ことを特徴とする請求項８に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項１２】
第１および第２のデータストリームの供給源と、
符号化されていない第１のビット誤り率パフォーマンスを有し、前記第１のデータストリームを表すレベル１信号と、前記符号化されていない第１のビット誤り率パフォーマンスよりも低い符号化されていない第２のビット誤り率パフォーマンスを有し、前記第２のデータストリームを表すレベル２信号とを含む階層ＱＡＭ信号を送信するための、前記第１および第２のデータストリームに応答する階層ＱＡＭ送信機と、
第１の検出／訂正能力を有する符号によって前記第１のデータストリームを符号化するための、前記第１のデータストリームを処理する第１の誤り検出／訂正回路と、
第２の誤り検出／訂正能力を有する符号によって前記第２のデータストリームを符号化するための、前記第２のデータストリームを処理する第２の誤り検出／訂正回路と
を備え、
前記第１のデータストリームの符号化されたビット誤り率パフォーマンスは、前記第１のデータストリームの符号化されていないビット誤り率パフォーマンスが前記第２のデータストリームの符号化されていないビット誤り率パフォーマンスに対して近接するよりも、前記第２のデータストリームの符号化されたビット誤り率パフォーマンスに対してさらに近接していることを特徴とする階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項１３】
前記階層ＱＡＭ送信機は、
前記第１のデータストリームの供給源に結合された第１の入力端子、および前記第２のデータストリームに結合された第２の入力端子と、
前記階層ＱＡＭ信号を発生させるための、前記階層ＱＡＭ受信機に結合された出力端子とを含み、
前記第１の誤り検出／訂正回路は、前記第１の誤り検出／訂正能力を有する第１の誤り検出／訂正符号を使用して前記第１のデータストリームを符号化するための、前記階層ＱＡＭ送信機の前記第１の入力端子と前記出力端子の間に結合された第１の誤り検出／訂正エンコーダを含み、
前記第２の誤り検出／訂正回路は、前記第１の誤り検出／訂正符号の前記第１の誤り検出／訂正能力よりも大きな第２の誤り検出／訂正能力を有する第２の誤り検出／訂正符号を使用して前記第２のデータストリームを符号化するための、前記階層ＱＡＭ送信機の前記第２の入力端子と前記出力端子の間に結合された第２の誤り検出／訂正エンコーダを含むことを特徴とする請求項１２に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項１４】
前記第１および第２の誤り検出／訂正エンコーダは、それぞれ異なる畳み込み符号で符号化する畳み込み符号エンコーダであることを特徴とする請求項１３に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項１５】
前記第１の誤り検出／訂正エンコーダは、レート７／８までパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって符号化し、
前記第２の誤り検出／訂正エンコーダは、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって符号化することを特徴とする請求項１４に記載の階層ＱＡＭ伝送システム。
【請求項１６】
符号化されていない第１のビット誤り率パフォーマンスを有し、第１のデータストリームを表すレベル１信号であって、第１の誤り検出／訂正能力を有する第１の符号によって符号化されるレベル１信号と、前記符号化されていない第１のビット誤り率パフォーマンスよりも低い符号化されていない第２のビット誤り率パフォーマンスを有し、第２のデータストリームを表すレベル２信号であって、第２の誤り検出／訂正能力を有する第２の符号によって符号化されるレベル２信号と
を含む階層ＱＡＭ信号の供給源と、
前記階層ＱＡＭ信号を受信し、受信した第１および第２のデータストリームを発生させるための、前記階層ＱＡＭ送信機に結合された階層ＱＡＭ受信機と
を備え、
前記第１のデータストリームの符号化されたビット誤り率パフォーマンスは、前記第１のデータストリームの符号化されていないビット誤り率パフォーマンスが前記第２のデータストリームの符号化されていないビット誤り率パフォーマンスに対して近接するよりも、前記第２のデータストリームの符号化されたビット誤り率パフォーマンスに対してさらに近接していることを特徴とする階層ＱＡＭ受信システム。
【請求項１７】
前記階層ＱＡＭ受信機は、
前記階層ＱＡＭ信号を受信するための、前記階層ＱＡＭ信号源に結合された入力端子と、
前記受信した第１のデータストリームを発生させるための第１の出力端子、および前記受信した第２のデータストリームを発生させるための第２の出力端子と、
前記符号化された第１のデータストリームを復号するための、前記入力端子と前記第１の出力端子の間に結合された第１の誤り検出／訂正デコーダと、
前記符号化された第２のデータストリームを復号するための、前記入力端子と前記第２の出力端子の間に結合された第２の誤り検出／訂正デコーダと
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の階層ＱＡＭ受信システム。
【請求項１８】
前記第１および第２のデータストリームは、それぞれ異なる畳み込み符号によって符号化され、
前記第１および第２の誤り検出／訂正デコーダは、前記異なる畳み込み符号によって符号化されたデータをそれぞれ復号することを特徴とする請求項１７に記載の階層ＱＡＭ受信システム。
【請求項１９】
前記第１のデータストリームは、レート７／８までパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって符号化され、
前記第２のデータストリームは、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって符号化され、
前記第１の誤り検出／訂正デコーダは、レート７／８までパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって前記第１のデータストリームを復号し、
前記第２の誤り検出／訂正デコーダは、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号によって前記第２のデータストリームを復号することを特徴とする請求項１８に記載の階層ＱＡＭ受信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、階層直交振幅変調伝送システムに関する。
【０００２】
（発明の背景）
階層直交振幅変調伝送方式（ＱＡＭ）はよく知られている。例えば、Ｒａｍａｓｗａｍｙによる、１９９９年１０月１２日発行の米国特許出願第５，９６６，４１２号は、従来の４相位相変調（ＱＰＳＫ）受信機と下位互換性を保つことができると同時に、より高速のデータ転送率またはより高精度のデータを提供するための、より高機能の受信機によって受信可能なさらなるデータストリームをさらに可能にする変調方式を開示する。図１は、本発明によって開示される階層ＱＡＭ伝送方式を示すブロック図である。図１は、伝送チャネル２００を介してデータ受信機３００に結合されたデータ送信機１００を開示する。
【０００３】
図１では、第１の入力端子ＤＡＴＡ１は第１のデータ信号源（図示せず）に結合されており、第２の入力端子ＤＡＴＡ２は第２のデータ信号源（図示せず）に結合されている。第１および第２のデータ信号は別個の独立したデータを表すことも、同一データ信号のそれぞれの部分（伝送方式の処理能力を高めるために）または同一データ信号の基本部分と補足部分（以下で詳述するように、既存の従来型受信機との下位互換性を維持しつつ、強化された信号を送信するために）を搬送する信号などの、関連するデータ信号を表すこともできる。第１の入力端子ＤＡＴＡ１は、第１の誤り検出／訂正エンコーダ１０２の入力端子に結合されている。第１のエンコーダ１０２の出力端子は、レベル１ＱＰＳＫ変調器１０４の入力端子に結合されている。レベル１ＱＰＳＫ変調器１０４の出力端子は、信号結合器１０６の第１の入力端子に結合されている。
【０００４】
第２の入力端子ＤＡＴＡ２は、第２の誤り検出／訂正エンコーダ１０８の入力端子に結合されている。第２のエンコーダ１０８の出力端子は、レベル２ＱＰＳＫ変調器１１０の入力端子に結合されている。レベル２ＱＰＳＫ変調器１１０は、Ｇの利得を有する可変利得増幅器１１１の入力端子に結合されている。可変利得増幅器１１１の出力端子は、信号結合器１０６の第２の入力端子に結合されている。信号結合器１０６の出力端子は、結合された被変調信号を発生させるものであり、伝送チャネル２００に結合されている。例示する実施形態では、このチャネルは、直接衛星テレビ信号伝送方式であり、この伝送チャネルには、送信機１００での地上送信局（点線の送信アンテナで示す）と、地上局からのデータを受信してそのデータを複数の地上受信局（３００）に中継するための通信衛星（図示せず）とが含まれる。この複数の地上受信局（３００）の１つが図１に示されているが、これは、点線の受信アンテナで示すように、中継されたデータ信号を受信して処理する。
【０００５】
伝送チャネル２００の出力部は、レベル１ＱＰＳＫ復調器３０２の入力端子に結合されている。レベル１復調器３０２の出力端子は、第１の誤り検出／訂正デコーダ３０４と遅延回路３０６のそれぞれの入力端子に結合されている。第１のデータコーダ３０４の出力端子は、出力端子ＤＡＴＡ１′と、リエンコーダ３０８の入力端子とに結合されている。リエンコーダ３０８の出力端子は、減算器３１０の減数入力端子に結合されている。遅延回路３０６の出力端子は、減算器３１０の被減数入力端子に結合されている。減算器３１０の差分出力端子は、第２の誤り検出／訂正デコーダ３１２の入力端子に結合されている。第２のデコーダ３１２の出力端子は、第２のデータ出力端子ＤＡＴＡ２′に結合されている。
【０００６】
動作中、第１のエンコーダ１０２は、周知の方法による誤り検出／訂正機能を提供するために、第１のデータ信号ＤＡＴＡ１を符号化する。いかなる周知の誤り検出／訂正符号でも、エンコーダ／デコーダの対１０２／３０４、１０８／３１２によって実施することができ、これらの符号は、上記特許に記載されているように連結される。第１のエンコーダ１０２は、符号化された第１のデータ信号ＤＡＴＡ１を表す符号化されたビットのストリームを生成する。レベル１変調器１０４は、周知の方法で４つの象限の１つに位置するＱＰＳＫ信号を生成するために、連続する２組の２つの符号化されたデータビットを処理する。なお、各組はシンボルと称される。同様に、第２のエンコーダ１０８は、周知の方法で誤り検出／訂正機能を提供するために、第２のデータ信号ＤＡＴＡ２を符号化する。レベル２変調器１１０は、これもまた４つの象限の１つに位置するＱＰＳＫ信号を生成するために、２つの符号化されたデータビットの組を処理する。付加的なデータ信号（ＤＡＴＡ３など）は、付加的なエンコーダによってそれぞれ誤り検出／訂正符号化することができ、また、付加的なＱＰＳＫ変調器、（レベル３など）は付加的なＱＰＳＫ信号を生成するために、２つの符号化されたデータビットのそれぞれの付加的な組に応答することができることが当業者には理解されよう。レベル１変調器１０４からのＱＰＳＫ信号には重み１が与えられ、レベル２変調器１１０からのＱＰＳＫ信号には、可変利得増幅器１１１によって重みまたは利得．５が与えられ、第３には重み．２５が与えられる、という具合である。すべての重み付けされたＱＰＳＫ信号は、次いで信号結合器１０６によって単一の被変調信号に結合され、伝送チャネル２００を介して送信される。
【０００７】
レベル１ＱＰＳＫ変調器１０４は、第１のエンコーダ１０２からの２つの符号化されたデータビットの組に応答して、その結合された信号を４つの象限の１つに位置させる。各象限は、さらに４つの下位象限（ｓｕｂ−ｑｕａｄｒａｎｔ）に分割されるものと想定することができる。レベル２ＱＰＳＫ変調器１１０は、第２のエンコーダ１０８からの２つの入力データビットの組に応答して、その結合された信号をレベル１ＱＰＳＫ変調器１０４によって選択された象限の下位象限の１つに位置させる。その下位象限は、さらに４つの亜下位象限（ｓｕｂ−ｓｕｂ−ｑｕａｄｒａｎｔ）に分割されるものと想定することができ、第３のエンコーダ（図示せず）からの２つの入力データの組に応答して、その結合された信号をそれらの亜下位象限の１つに位置させる、という具合である。
【０００８】
従来型の受信機（図１に破線３００′で示す）は、受信した信号がＩ−Ｑ平面のどこに位置するかを検出することができるレベル１ＱＰＳＫ復調器３０２のみを含んでいる。この情報から、誤り検出／訂正デコーダ３０４は、受信した第１のデータストリーム内の対応する２つの符号化されたビットを決定することができる。誤り検出／訂正デコーダ３０４は、元の第１のデータ信号ＤＡＴＡ１を表す受信したデータ信号ＤＡＴＡ１′を生成するために、伝送チャネルによって生じたいかなる誤りもさらに訂正することができる。したがって、このような受信機は、付加的に変調されたデータ信号ＤＡＴＡ２、（ＤＡＴＡ３）、等々がある場合に、第１のデータ信号ＤＡＴＡ１を適切に受信し、復号し、処理することができる。レベル２（およびレベル３等々）ＱＰＳＫ変調器によって組み込まれた信号は、そのような受信機にとっては単なるノイズとしかみなされない。
【０００９】
一方、より高機能の受信機３００は、受信した被変調信号がどの象限に位置するかを検出することができ、したがって第１のデータ信号ＤＡＴＡ１を表す２つのデータビットの連続する組を受信し、復号し、処理することができる。高機能の受信機内のリエンコーダ３０８は、次いで、指示された象限の中央に位置する仮想信号を再生成し、それは受信した被変調信号から減算される。この操作は、送信された信号象限の中心点を原点に変換する。減算した残りが、第２のデータ信号ＤＡＴＡ２を表す、．５で重み付けされたＱＰＳＫ被変調信号である。次いでこの信号は、その信号が、その信号に対応する２ビットの組を示すどの下位象限に位置するかを決定するために、第２のデコーダ３１２によって復号される。したがって、第２のデータ信号ＤＡＴＡ２を表す２つの受信したデータビットの連続する組が受信され、復号され、処理される、という具合である。このような伝送方式は、許容シンボルの配置とみなされるものに対して搬送波を直角位相で変調することによって動作するものであり、直交振幅変調（ＱＡＭ）の一形式である。このような方式は、階層ＱＡＭ伝送方式と称される。何故ならば、この方式は、従来型の受信機との下位互換性を保ちながらも、別のレベルのデータ信号、または単一信号における別のレベルの詳細を送信するために使用することができるからである。
【００１０】
図２ａは、上記特許で示すように、階層１６ＱＡＭ伝送方式に関して、許容シンボルのＩ−Ｑ平面における配置を示す図面である。図２ａでは、２ビットの第１の組は、生成されたシンボルがどの象限に位置するかを決定する。第１の２ビットが「００」である場合、そのシンボルは右上の象限内に位置し、レベル１変調器１０４はＩ＝１、Ｑ＝１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。第１の２ビットが「０１」である場合、そのシンボルは左上の象限内に位置し、レベル１変調器１０４はＩ＝−１、Ｑ＝１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。第１の２ビットが「１０」である場合、そのシンボルは右下の象限内に位置し、レベル１変調器１０４はＩ＝１、Ｑ＝−１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。第１の２ビットが「１１」である場合、そのシンボルは左下の象限内に位置し、レベル１変調器１０４はＩ＝−１、Ｑ＝−１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。これは、関連する象限の中央にある適切なビット対によって図２ａに示されている。
【００１１】
上記のように、図２ａの右上の象限に示すように、各象限はそれ自体が下位象限に分割されるものと想定される。２ビットの第２の組は、そのシンボルがどの下位象限内に位置するかを決定する。下位象限を決定するためには、上記で象限を決定するために説明したのと同じマッピングが使用される。すなわち、第２の２ビットが「００」である場合、そのシンボルは右上の下位象限内に位置し、レベル２変調器はＩ＝１、Ｑ＝１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。第２の２ビットが「０１」である場合、そのシンボルは左上の下位象限内に位置し、レベル２変調器はＩ＝−１、Ｑ＝１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。第２の２ビットが「１０」である場合、そのシンボルは右下の下位象限内に位置し、レベル２変調器はＩ＝１、Ｑ＝−１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。第２の２ビットが「１１」である場合、そのシンボルは左下の下位象限内に位置し、レベル２変調器はＩ＝−１、Ｑ＝−１というようなＩ−Ｑ信号を生成する。可変利得増幅器１１１（図１）は、レベル２変調器１１０からの信号に．５の重みによって重み付けし、したがって、下位象限内の点はその象限の中心点の周囲±．５に位置する。これらの位置のそれぞれを図２ａの黒べたの円で示す。なお、４ビットの２進数は、第１の２ビットを右側のビット対、第２の２ビットを左側のビット対として、２ビットの第１と第２の組の組み合わせを示している。
【００１２】
上記のような階層ＱＡＭ方式の異なるレベル全体のそれぞれのデータストリームにおけるビット誤り率のパフォーマンスは異なることが知られている。一般に、レベル１データストリームのビット誤り率は、レベル２（およびそれ以上）のデータストリームのビット誤り率よりも良好である。しかし、階層ＱＡＭ伝送方式全体のパフォーマンスは、異なるレベルを通してそれぞれのデータストリームのビット誤り率が同一であるときに最適化される。したがって、伝送方式全体のビット誤り率を最適化するだけではなく、伝送方式の異なるレベルのそれぞれのビット誤り率をより綿密に一致させることが望ましい。
【００１３】
（発明の概要）
本発明者は、異なるレベルのＱＰＳＫ変調は異なるレベルの分解の影響を受けることに気付いた。これは、衛星放送で利用される非線形高性能増幅器のために、直接衛星テレビ伝送方式において悪化されるものである。このような増幅器は、高レベルの変調における配置点間の距離を圧縮する傾向をもつ。本発明者は、これは、低レベルのストリームと比較して、高レベルのデータストリームにおけるより高いビット誤り率に通じることに気付いた。
【００１４】
本発明の原理によれば、階層ＱＡＭ伝送方式は、第１および第２のデータストリームに応答する階層ＱＡＭ送信機を含む。階層ＱＡＭ送信機は、第１のデータストリームを表す、符号化されていない第１のビット誤り率パフォーマンスを有するレベル１信号と、第２のデータストリームを表す、第１のビット誤り率パフォーマンスよりも低い符号化されていない第２のビット誤り率パフォーマンスを有するレベル２信号とを含む階層ＱＡＭ信号を送信する。階層ＱＡＭ受信機は、階層ＱＡＭ送信機に結合されている。階層ＱＡＭ受信機は、階層ＱＡＭ信号を受信して、第１および第２の受信したデータストリームを発生させる。第１の誤り検出／訂正回路は、第１の検出／訂正能力を有する符号を使用して第１のデータストリームを符号化することによって、第１のデータストリームを処理する。第２の誤り検出／訂正回路は、第２の誤り検出／訂正能力を有する符号を使用して第２のデータストリームを符号化することによって第２のデータストリームを処理する。第１および第２の誤り検出／訂正回路によって使用されるそれぞれの符号の能力は、第１のデータストリームの符号化されたビット誤り率が、第２のデータストリームの符号化されたビット誤り率にさらに綿密に一致するようなものである。
【００１５】
（詳細な説明）
図３ａおよびｃは、図１に示す伝送方式のそれぞれの部分のより詳細なブロック図であり、グレイコードマッパーをさらに含んでいる。図３ｂは、図３ａおよびｃに示されるグレイコードマッパーの操作を示す表である。まず図２ｂを参照すると、すべての位置の隣接点が１ビット位置だけ異なるデータ値を表す配置が示されている。この配置を生成するために、符号化されたレベル２データ信号の２ビットの組の、下位象限における位置へのマッピングは、その下位象限がどの象限に位置しているかに依存する。図２ｂの右上の象限（００）は、図２ａ内の象限と同一である。しかし、左上の象限は、左右の列が入れ替わっている。右下の象限では、上下の行が入れ替わり、左下の象限では、左右の列と、上下の行とが入れ替わっている。これは、送信機１００内の単純なマッピング操作によって行うことができ、その後、符号化された第２のデータ信号ＤＡＴＡ２は変調され、次いで、受信した符号化されたデータ信号が復調され、その後、受信機３００内で単純なデマッピング操作が行われる。
【００１６】
図３ａでは、送信機１００の一部が示される。レベル１シンボル（図１の第１のエンコーダ１０２からの２ビット）は、レベル１変調器１０４のそれぞれの入力端子とグレイコードマッパー１１２とに結合されている。レベル１変調器１０４からの同相（Ｉ）信号は、第１の加算器１０６（Ｉ）の第１の入力端子に結合されており、レベル１変調器１０４からの象限（Ｑ）信号は、第２の加算器１０６（Ｑ）の第１の入力端子に結合されている。第１の加算器１０６（Ｉ）と第２の加算器１０６（Ｑ）との組み合わせが、図１の信号結合器１０６を形成する。レベル２シンボル（第２のエンコーダ１０８からの２ビット）は、レベル２変調器１１０の入力端子に結合されている。レベル２変調器１１０のＩ出力端子は、グレイコードマッパー１１２のＩ入力端子に結合されており、レベル２変調器１１０のＱ出力端子はグレイコードマッパー１１２のＱ入力端子に結合されている。グレイマッパー１１２のＩ出力端子は、第１の加算器１０６（Ｉ）の第２の入力端子に結合されており、グレイマッパー１１２のＱ出力端子は、第２の加算器１０６（Ｑ）の第２の入力端子に結合されている。可変利得増幅器１１１は、．５の減衰率を有するように調製されて、グレイコードマッパー１１２と信号結合器１０６との間に結合されているが、図面の簡約化のため、これは図示しない。
【００１７】
動作中、２つの符号化されたデータビットによって表されるレベル１シンボルが、レベル１エンコーダ１０２（図１）から受信される。レベル１シンボルは、周知の方法で変調された信号の象限を表すＩおよびＱ成分信号の組を生成するために、レベル１変調器１０４によってＱＰＳＫ変調される。例えば、シンボルが０である場合、すなわち２ビットが００である場合、右上の象限が示される（Ｉ＝１、Ｑ＝１）。シンボルが１である場合、すなわち２ビットが０１である場合、左上の象限が示される（Ｉ＝−１、Ｑ＝１）。シンボルが２である場合、すなわち２ビットが１０である場合、右下の象限が示される（Ｉ＝１、Ｑ＝−１）。シンボルが３である場合、すなわち２ビットが１１である場合、左下の象限が示される（Ｉ＝−１、Ｑ＝−１）。同様にして、レベル２シンボルは、周知の方法で変調された信号の下位象限を表すＩとＱ成分信号のセットを生成するために、レベル２変調器１１０によってＱＰＳＫ変調される。レベル２変調器は、レベル１変調器１０４と全く同様の方法で変調された信号を生成する。すなわち、２ビットが００（０）である場合、右上の下位象限が示される（Ｉ＝１、Ｑ＝１）。２ビットが０１（１）である場合、左上の下位象限が示される（Ｉ＝−１、Ｑ＝１）。２ビットが１０（２）である場合、右下の下位象限が示される（Ｉ＝−１、Ｑ＝１）。２ビットが１１（３）である場合、左下の下位象限が示される（Ｉ＝−１、Ｑ＝−１）。次いで、この被変調信号は、．５によって重み付けされる（図示せず）。
【００１８】
これらの２つの被変調信号の組み合わせによって生じる配置は、図２ａに示されるようなものになる。グレイコードマッパー１１２は、図２ｂに示される配置を生成するために、レベル２変調器１１０からのＩおよびＱ信号を操作する。図３ｂは、グレイコードマッパー１１２によって適用されるマッピングを示す。レベル１シンボルが０であり、右上の象限を示す場合、下位象限は不変であり、すなわちレベル２変調器からのＩとＱ出力信号はそのままの状態で維持される。したがって、グレイコードマッパー１１２からのＩ出力信号、Ｉ出力は、Ｉ入力信号、Ｉ入力と同一であり（Ｉ出力＝Ｉ入力）、グレイコードマッパー１１２からのＱ出力信号、Ｑ出力は、Ｑ入力信号Ｑ入力と同一である（Ｑ出力＝Ｑ入力）。しかし、レベル１シンボルが１であり、左上の象限を示す場合、図２を参照すると、列が入れ替わっている。すなわち、正のＩ値は負の値になり、その逆も同様に起こる。したがって、レベル１シンボルが１である場合、Ｉ出力信号は、Ｉ入力信号の負の値であり（Ｉ出力＝−１入力）、Ｑ出力信号はＱ入力信号と同じままで維持される（Ｑ出力＝Ｉ出力）。レベル１シンボルが２であり、右下の象限を示す場合、行が入れ替わる。すなわち、正のＱ値は負の値になり、その逆も同様に起こる。したがって、レベル１シンボルが２のとき、Ｉ出力信号はＩ入力信号と同一であり（Ｉ出力＝Ｉ入力）、Ｑ出力信号はＱ入力信号の負の値である（Ｑ出力＝−Ｑ入力）。レベル１信号が３であり、左下の象限を示す場合、列と行の両方が入れ替わる。すなわち、正のＩ値は負になり、正のＱ値は負になり、その逆も同様に起こる。したがって、レベル１シンボルが３である場合、Ｉ出力信号はＩ入力信号の負の値であり（Ｉ出力＝−Ｉ出力）、Ｑ出力信号はＱ入力信号の負の値である（Ｑ出力＝−Ｑ入力）。グレイコードマッパー１１２がこの機能を提供する。グレイコードマッパー１１２によってもたらされたＩとＱの値は、上記のように重み．５によって重み付けされ（簡約化のため図示せず）、信号結合器１０６によって、レベル１シンボルを表すＩおよびＱの値と結合される。その結果生じる配置を図２ｂに示す。
【００１９】
このようなマッピングは、同様のグレイコードマッパーを使用する受信機３００内においては可逆である。図３ｃは、そのようなグレイコードマッパー３１４を含めて受信機３００の一部を示す。図３ｃでは、リエンコーダ３０８の出力端子は、グレイコードマッパー３１４の入力端子に結合されている。減算器３１０（図１）からのＩ信号は、グレイコードマッパー３１４のＩ入力端子に結合されおり、減算器３１０からのＱ信号は、グレイコードマッパー３１４のＱ入力端子に結合されている。グレイコードマッパー３１４のＩ出力端子は、第２のデータコーダ３１２のＩ入力端子に結合されており、グレイコードマッパー３１４のＱ出力端子は第２のデコーダ３１２のＱ入力端子に結合されている。
【００２０】
動作中、リエンコーダ３０８は、受信したレベル１シンボルの仮想表現である信号を生成する。すなわち、受信したレベル１信号が右上の象限内に位置すると判定された場合、リエンコーダ３０８は値０を有する信号を生成し、左上の象限内に位置すると判定された場合は値１、右下の象限内に位置すると判定された場合は値２、左下の象限内に位置すると判定された場合は値３を生成する。このシンボルはグレイコードマッパー３１４に供給される。減算器３１０からのそれぞれのＩおよびＱ信号は、図３ｂに示される、上記と同様の方法でグレイコードマッパー３１４によって処理される。当業者には、受信機３００内のグレイコードマッパー３１４は図３ａのグレイコードマッパー１１２と同一の方法で動作し、送信機１００の逆関数を実行することが理解されよう。
【００２１】
送信機１００および受信機３００内のグレイコードマッパー（１１２および３１２）を使用すると、図３ａに関して上記で説明した方法で、図２ｂに示す配置を使用することができる。隣接する配置点が単一ビット以上は異ならない配置を生成するために上記のグレイコードマッパー機能を使用する伝送方式は、その方式のビット誤り率を増加させる。上記のようにグレイコーディングを使用するように示されたシミュレーションは、レベル２ビット誤りの数を半減させる。これは、約４分の１ｄＢの信号対雑音比（ＳＮＲ）による余分なマージンを提供する。これは僅かな改善ではあるが、他の強化とあいまって、全体として改善された伝送方式のパフォーマンスを実現するだろう。
【００２２】
図４は、図１に示す伝送方式の一部のより詳細なブロック図であり、異なるレベルに対する異なる誤り検出／訂正符号の操作を示す。上記のように、異なるレベルのＱＰＳＫ変調は、衛星放送で使用される非線形の高出力増幅器による変調のより高レベルの配置点間の距離を圧縮することによって、異なるレベルの分解を受ける。より具体的には、高レベルの階層変調では低レベルよりも本質的にビット誤りが頻発する。レベル１とレベル２信号のビット誤り率をより綿密に一致させるために、異なるパフォーマンス特性を有する誤り検出／訂正符号がそれぞれのデータストリームで使用される。より具体的には、より高いデータストリームではより強力な誤り検出／訂正コード化が使用され、より低レベルのデータストリームではあまり強力でない誤り検出／訂正コード化が使用される。これは、伝送方式の全体的なパフォーマンスおよび情報伝送能力を最適化する。
【００２３】
図４では、図１に示したものと同じ要素は同じ参照番号で示されており、以下では詳述しない。図４では、送信機１００の第１の誤り検出／訂正エンコーダ１０２は、外部エンコーダ１０２（Ｏ）と内部エンコーダ１０２（Ｉ）の直列接続に区分される。同様に、第２の誤り検出／訂正エンコーダ１０８は、外部エンコーダ１０８（Ｏ）と内部エンコーダ１０８（Ｉ）の直列接続に区分される。対応する方法で、受信機３００の第１の誤り検出／訂正デコーダ３０４は、内部デコーダ３０４（Ｉ）と外部デコーダ３０４（Ｏ）の直列接続に区分される。同様に、第２の誤り検出／訂正デコーダ３１２は、内部デコーダ３１２（Ｉ）と内部エンコーダ３１２（Ｏ）の直列接続に区分される。上記の特許で開示されたように、外部エンコーダ／デコーダの対は、ハミング符号、アダマール符号（Ｈａｄａｍａｒｄ  ｃｏｄｅ）、巡回符号、リードソロモン（ＲＳ）符号などのブロックコード化技術を実施するが、一方、内部エンコーダ／デコーダの対は畳み込み符号を実施する。
【００２４】
図４では、レベル２データストリームに使用されるコード化は、レベル１データストリームに使用されるコード化よりも強力である。より具体的には、レベル２データストリームの内部エンコーダ／デコーダの対で使用される畳み込み符号は、レベル１データストリームの内部エンコーダ／デコーダの対で使用される畳み込み符号よりも強力である。例えば、好ましい実施形態では、レベル１のデータストリームを処理する第１の内部エンコーダ／デコーダの対は、レート［］にパンクチャーした、レート２分の１、拘束長７の畳み込み符号を実施する。レベル２のデータストリームを処理する第２の内部エンコーダ／デコーダの対は、パンクチャーしないレート２分の１の畳み込み符号を実施する。レベル２のデータストリームのコード化は、レベル１のデータストリームのコード化よりも強力である。これは、レベル１およびレベル２のデータストリームのビット誤り率のパフォーマンスをより綿密に一致させ、伝送方式のパフォーマンスを全体として最適化する。
【００２５】
上述し図１に例示したように、レベル１復調器３０２およびデコーダ３０４は、受信した配置からＤＡＴＡ１信号を協同して検出する。次いで、この検出されたＤＡＴＡ１信号を表す、リエンコーダ３０８からの再構築された仮想信号が、次いで、受信した配置から減算され、検出された象限内の下位象限の別の配置を形成するように、受信した配置の変換を理想的に生じる。しかし、この変換操作は、受信されたときの象限の実際の「中心点」と、リエンコーダ３０８によって想定される仮想中心点（レベル１の配置の原点から±１だけずれた）の間のいかなる不一致の影響をも非常に受けやすい。受信した配置と仮想配置の間のサイズのいかなる不一致によっても、受信した象限の実際の中心点は想定された中心点からずれることになり、受信した配置がリエンコーダ３０８および減算器３１０によって変換されるとき、これによって、下位象限の実際の中心点が第２のデコーダ３１２によって想定される原点からずれることになる。したがって、受信したチャネルの利得は、第２のデコーダ３１２によって正確に復号されるべき適切な位置（原点）に下位象限の中心点を配置するために、適切に適合されなければならない。
【００２６】
周知の伝送方式では、その方式の利得は、受信データ点の配置を周知のデータ点の仮想配置と比較することによって決定される。しかし、この方法における利得の正確な維持に関連するいくつかの問題点がある。第１に、ある種の伝送方式では、配置点の位置がその仮想位置から意図的に歪められる場合がある。その結果生じた配置は、図２に示される等間隔の点は有しない。第２に、伝送チャネルは一定ではなく、非直線性の量が変動して雑音が生じる場合がある。象限の中心点の位置を決定するために、すなわち、その方式の利得を決定するために、そのような方式では、象限のすべてのデータ点の重心が決定される。
【００２７】
図７は、受信データ点の配置の象限の重心を決定するための回路のブロック図である。図７では、回転子３２１は、レベル１復調器３０２（図１）からの連続する受信データ点のＩおよびＱ成分を表すＩおよびＱ値を受信する。回転子３２１のＩ出力端子は、Ｉローパスフィルタ（ＬＰＦ）３２０の入力端子に結合されている。回転子３２１のＱ出力端子は、Ｑ  ＬＰＦ３２２の入力端子に結合されている。ＩおよびＱ  ＬＰＦのそれぞれの出力端子、３２０および３２２は、絶対値計算回路３２４の対応する入力端子に結合されている。絶対値計算回路３２４の出力端子はリエンコーダ３０８に結合されている。
【００２８】
動作中、回転子３２１は、いかなる象限から受信されても受信された値のすべてを、周知の方法で右上の象限に回転させる。図５は、受信した配置の図面であり、複数の連続する受信した被変調データ点の位置を示している。受信データ点は、４つの象限すべての受信した配置点の想定されるそれぞれの位置付近における散乱を形成する。図６は、受信した配置の右上の象限を示す図であり、その象限のすべてのデータ点は、回転子３２１によってこの象限に回転されたものである。図６に示される象限は、送信された配置点の意図的な事前歪みによって、かつ／または伝送チャネル２００の操作によって既に歪んだ配置を示す。
【００２９】
回転子３２１からの回転されたデータ点のＩ成分は、ｎ個の点のスライディング移動平均値によってＬＰＦ３２０内で低域濾波される。例示の実施形態では、スライディング移動平均値は先行する５００のデータ点を使用して計算される。回転子３２１からの回転されたデータ点のＱ成分も、同様にスライディング移動平均値によって低域濾波される。ローパスフィルタ３２０、３２２はそれぞれのＩＩＲデジタルフィルタを使用して構築することもできることが当業者には理解されよう。このローパスフィルタの動作は、象限内の受信データ点の重心のそれぞれＩおよびＱ成分を生成する。重心の絶対値の推定値は、絶対値計算回路３２４で計算される。例えば、ｒi［ｎ］がフィルタリングされた同相Ｉ成分であり、ｒq［ｎ］がフィルタリングされた直角Ｑ成分である場合、重心の絶対値は、
【００３０】
【数１】
0004649087.tif 000002
【００３１】
として計算される。重心Ｍの絶対値は、理想的には
【００３２】
【数２】
0004649087.tif 000003
【００３３】
であるべきである。リエンコーダ３０８から再構築された仮想信号の絶対値は、計算された重心Ｍの絶対値に応じて調製される。リエンコーダ３０８からの再構築された仮想信号の絶対値を適切に調製することによって、それぞれの受信した象限の中心点は、減算器３１０によって原点に適切に変換され、これによってレベル２およびそれ以上のデータ信号の正確な復号が可能になる。
【００３４】
図７に示した回路は、線形、非線形に関わらず、伝送方法とは無関係に動作する。この回路は、また、事前に歪んだ伝送配置のある場合、または、非標準グループ化因数（以下で詳述する）と共に、適切に動作する。この回路は、象限の中心点の位置の正確な認識と比較すると、線形チャネルを介して階層１６ＱＡＭ伝送方式で使用されるとき、測定可能な劣化が皆無の慣例において良好に機能することが判明している。この回路は、雑音のある場合にも良好に動作する。具体的には、この回路は、直接衛星テレビ信号伝送方式に見られるような、非線形チャネルによって生じるチャネル歪みのある場合にも良好に動作する。このような回路は、高レベルのデータストリームのパフォーマンスを改善する。すなわち、伝送方式全体のパフォーマンスを改善する。
【００３５】
再度図１を参照すると、周知の階層ＱＡＭ伝送方式では、レベル２変調器１１０によって生成された配置は、可変利得増幅器１１１で係数．５によって重み付けされた後で、信号結合器１０６においてレベル１変調器１０４によって生成された配置と結合されている。重み係数．５は、グループ化因数と称され、以下で詳述するように、レベル１およびレベル２のデータストリームの相対的パフォーマンスを変えるために変更することができる。図２ａを参照すると、結果的に生じる配置は等間隔の配置点から構成される。上述のように、そのような調製によって、レベル１データストリームのパフォーマンスは、ビット誤り率において、レベル２データストリームのパフォーマンスよりも良好な伝送方式をもたらす。グループ化因数を変更することによって、レベル１およびレベル２のデータストリームの相対的パフォーマンスをより綿密に一致させることができる。
【００３６】
図８ａを参照すると、可変利得増幅器の利得（図１の１１１）は．３になるように調整されている。その結果生じる配置点は象限の中心点から．３だけ間隔をおいて配置される。当業者ならば、図８ａに示す配置では、象限内の配置点は、図２ａに示す配置におけるよりも、他の象限内の配置点からより遠くに位置することが理解されよう。反対に、象限内における配置点は、図２ａに示す配置点よりも相互に近接している。このような方式は、レベル１データ信号がどの象限に入っているかをより正確に決定することを可能にするが、これは、その象限内のレベル２データ信号の配置点の決定が正確性において乏しくなることと引き換えに行われる。すなわち、図２ａの方式と比較すると、レベル１データストリームのパフォーマンスは向上し、レベル２データストリームのパフォーマンスは低下する。
【００３７】
図８ｂを参照すると、可変利得増幅器の利得（図１の１１１）は．７になるように調整されている。その結果生じる配置点は象限の中心点から．７だけ間隔をおいて配置される。当業者ならば、図８ｂに示される配置では、象限内の配置点は、図２ａで示す配置におけるよりも、他の象限内の配置点に近接していることが理解されよう。反対に、象限内における配置点は、図２ａに示す配置点よりも遠くにある。このような方式は、象限内におけるレベル２データ信号の配置点のより正確な決定を可能にするが、これは、レベル１データ信号がどの象限に入っているかの決定が正確性において乏しくなることと引き換えに行われる。すなわち、図２ａの方式と比較すると、レベル２データストリームのパフォーマンスは向上し、レベル１データストリームのパフォーマンスは低下する。
【００３８】
可変利得増幅器１１１（図１）の利得を適切に設定することによって、クラスタごとの配置点のグループ化は、レベル１およびレベル２データストリームのパフォーマンスをより綿密に一致させるように、最適に配置することができる。非線形直接衛星テレビジョンチャネルを介して送信される１６ＱＡＭ伝送方式に関して、グループ化因数約．６から約．７は、レベル１およびレベル２のデータストリームのビット誤り率のパフォーマンスをより綿密に一致させることが既に決定している。これは、伝送方式のパフォーマンスを全体的に向上させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理による伝送方式のブロック図である。
【図２】  階層１６ＱＡＭ伝送方式のための許可シンボルの配置を示す図である。
【図３ａ】  グレイコードマッパーをさらに含む、図１に示す伝送方式のそれぞれの部分のより詳細なブロック図である。
【図３ｂ】  グレイコードマッパーの操作を制御するデータを含む表である。
【図３ｃ】  グレイコードマッパーをさらに含む、図１に示す伝送方式のそれぞれの部分のより詳細なブロック図である。
【図４】  異なるレベルに対する異なる誤り検出／訂正符号の操作を示す、図１に示す伝送方式の一部のより詳細なブロック図である。
【図５】  受信した配置の図面である。
【図６】  伝送チャネルによって歪んだ受信した配置の１つの象限を示す図である。
【図７】  データ点の受信した配置の象限の重心を決定する回路のブロック図である。
【図８】  階層ＱＡＭ信号における種々のレベルの信号の相対的なビットレートのパフォーマンスを変化させるためのグループ化因数の使用を表すコンスタレーション図である。
【図１】
0004649087.tif 000004
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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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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