(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムにおいて一連の情報ビットを多重レベル符号化するための多重レベル符号化方法であって、
Ａ）一連の情報ビットを複数の異なる部分に分割するステップと、
Ｂ）前記情報ビットの各部分を複数のレベルの１つに関連づけるステップと、
Ｃ）前記複数のレベルの指定されたサブセットに含まれる１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化され、前記指定されたサブセットに含まれない１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化されないように、前記指定されたサブセットに含まれる各レベルの前記情報ビットの部分に少なくとも１つの符号を適用するステップと、
Ｄ）システムにおける送信用の変調シンボルを選択するために前記情報ビットの符号化された部分及び前記情報ビットの符号化されない部分の両方をともに利用するステップとを有し、
前記一連の情報ビットは、複数のフレームの情報ビットを含み、前記複数のフレームの各々は異なるクラスのビットを含み、前記異なるクラスのビットの各々は重要度の異なるレベルを有し、
前記一連の情報ビットの各部分は、時間ダイバシティを提供するように前記複数のフレームの各々の少なくとも一部を含み、指定された量のエラー保護が提供されるように異なるクラスのビットを含む
ことを特徴とする多重レベル符号化方法。
【請求項２】
前記一連の情報ビットは一連のソース符号化された情報ビットからなることを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項３】
全部でｍ個のレベルが有り、前記変調シンボルは２ｍの変調型の信号セットから選択されることを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項４】
前記符号はブロック符号からなることを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項５】
前記符号は重畳符号と連結されたブロック符号からなることを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項６】
前記符号は巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号からなることを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項７】
前記複数のレベルは最低レベルから最高レベルまで配列された全部でｍ個のレベルからなり、指定されたレベルのサブセットには前記最低レベルを有することを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項８】
前記複数のレベルは最低レベルから最高レベルまで配列された全部でｍ個のレベルからなり、指定されたレベルのサブセットには前記最低レベルから始まる隣接した一連のｉｍａｘ（ただしｉｍａｘ＜ｍ）個のレベルを有することを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項９】
前記ｍを５としかつ前記ｉｍａｘを４とすることにより、全部で５個のレベルのうち１個のレベルは符号化されず４個のレベルは符号化されることを特徴とする請求項８記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１０】
前記ｍを５としかつ前記ｉｍａｘを３とすることにより、全部で５個のレベルのうち２個のレベルは符号化されず３個のレベルは符号化されることを特徴とする請求項８記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１１】
前記ｍを５としかつ前記ｉｍａｘを２とすることにより、全部で５個のレベルのうち３個のレベルは符号化されず２個のレベルは符号化されることを特徴とする請求項８記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１２】
前記ｍを４としかつ前記ｉｍａｘを３とすることにより、全部で４個のレベルのうち１個のレベルは符号化されず３個のレベルは符号化されることを特徴とする請求項８記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１３】
前記ｍを４としかつ前記ｉｍａｘを２とすることにより、全部で４個のレベルのうち２個のレベルは符号化されず２個のレベルは符号化されることを特徴とする請求項８記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１４】
前記指定されたサブセットの各レベルに対する情報ビットの部分はそこに適用されるブロック符号を有し、最低レベルで始まる隣接した一連のｉｍａｘに対する情報ビットの部分に適用されるブロック符号に対するレートが選択されることにより、最低レベルに関連するブロック符号に対する最低符号レートから最高レベルに関連するブロック符号に対する最高符号レートまで増加する符号レートを持つことを特徴とする請求項８記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１５】
ｊ＝１，…ｊｍａｘ（ただし１≦ｊｍａｘ≦ｉｍａｘ）からなる複数の最低レベルｊの各々は重畳符号と連結されたブロック符号を有することを特徴とする請求項８記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１６】
前記一連の情報ビットの各部分は１つのフレーム内において異なるクラスからなり、１つの符号が選択されることによりビットの前記異なるクラスのサブセットに対して異なる量のエラー保護を提供することを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１７】
前記複数のレベルは全部でｍ個のレベルを有し、
前記利用するステップは、２ｍ個の変調型の信号セットの中から、前記ｍ個のレベルのそれぞれと関連するセットのｍビットを用いて、１つの前記変調シンボルを選択することを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１８】
与えられた１つのフレームの特定の部分は、指定された量のエラー保護が提供されるようにビットのクラスに関連する与えられたフレームのビットを含む部分の１つに対応していることを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項１９】
多重レベル復号器において選択された変調シンボルを復号化するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項２０】
前記情報ビットの符号化された部分及び符号化されない部分を考慮して提供されるすべての符号レートはほぼ０．８であることを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項２１】
全部で５個のレベルを有し、５個のレベルのうち最低レベルは約０．２から０．３の範囲の符号レートを持ち、次に高い１つのレベルは約０．８から０．９の範囲の符号レートを持ち、次に高い１つのレベルは０．９より大きい符号レートを持つことを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項２２】
全部で４個のレベルを有し、４個のレベルのうち最低レベルは約０．２から０．３の範囲の符号レートを持ち、次に高い２つのレベルは約０．９から０．９５の範囲の符号レートを持つことを特徴とする請求項１記載の多重レベル符号化方法。
【請求項２３】
Ａ）各部分が複数のレベルの１つに対応する複数の異なる部分に分割された一連の情報ビットを受信し、前記複数のレベルの指定されたサブセットに含まれる１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化され、前記指定されたサブセットに含まれない１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化されないようにするために、前記指定されたサブセットに含まれる各レベルの前記情報ビットの部分に少なくとも１つの符号を適用するように動作する多重レベル符号器と、
Ｂ）前記多重レベル符号器の出力に接続された入力を有し、システムにおける送信用の変調シンボルを選択するために符号化された前記情報ビットの部分及び符号化されない前記情報ビットの部分の両方をともに利用する変調器と、
を備え、
前記一連の情報ビットは、複数のフレームの情報ビットを含み、前記複数のフレームの各々は異なるクラスのビットを含み、前記異なるクラスのビットの各々は重要度の異なるレベルを有し、
前記一連の情報ビットの各部分は、時間ダイバシティを提供するように前記複数のフレームの各々の少なくとも一部を含み、指定された量のエラー保護が提供されるように異なるクラスのビットを含む
ことを特徴とする通信システムの多重レベル符号化装置。
【請求項２４】
通信システムにおいて一連の情報ビットを多重レベル符号化するために用いる少なくとも１つのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記少なくとも１つのコンピュータプログラムは、
Ａ）各部分が複数のレベルの１つに対応する複数の異なる部分に分割された一連の情報ビットにおいて、前記複数のレベルの指定されたサブセットに含まれる１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化され、前記指定されたサブセットに含まれない１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化されないようにするために、前記指定されたサブセットに含まれる各レベルの前記情報ビットの部分に少なくとも１つの符号を適用するステップと、
Ｂ）システムにおける送信用の変調シンボルを選択するために符号化された前記情報ビットの部分及び符号化されない前記情報ビットの部分の両方をともに利用するステップと
をコンピュータに実行させ、
前記一連の情報ビットは、複数のフレームの情報ビットを含み、前記複数のフレームの各々は異なるクラスのビットを含み、前記異なるクラスのビットの各々は重要度の異なるレベルを有し、
前記一連の情報ビットの各部分は、時間ダイバシティを提供するように前記複数のフレームの各々の少なくとも一部を含み、指定された量のエラー保護が提供されるように異なるクラスのビットを含む
ことを特徴とする前記少なくとも１つのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読込可能な記録媒体。
【請求項２５】
通信システムにおいて多重レベル符号化された一連の情報ビットを復号するための多重レベル復号方法であって、
Ａ）各部分が複数のレベルの１つに対応する複数の異なる部分に分割された一連の情報ビットにおいて、前記複数のレベルの指定されたサブセットに含まれる１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化され、前記指定されたサブセットに含まれない１つ又はそれ以上のレベルに対する前記情報ビットの部分は符号化されないようにするために、前記指定されたサブセットに含まれる各レベルの前記情報ビットの部分に符号を適用して、符号化された前記情報ビットの部分及び符号化されない前記情報ビットの部分の両方をともに利用することにより選択されて送信された変調シンボルを受信し、前記複数のレベルの各々に対応する出力を得るために受信した前記変調シンボルを復調するステップと、
Ｂ）対応する前記情報ビットの部分を得るために前記指定されたサブセットにおいて与えられたレベルに関連する出力を復号化するステップと
を有し、
前記一連の情報ビットは、複数のフレームの情報ビットを含み、前記複数のフレームの各々は異なるクラスのビットを含み、前記異なるクラスのビットの各々は重要度の異なるレベルを有し、
前記一連の情報ビットの各部分は、時間ダイバシティを提供するように前記複数のフレームの各々の少なくとも一部を含み、指定された量のエラー保護が提供されるように異なるクラスのビットを含む
ことを特徴とする多重レベル復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、通信システムにおける多重レベル符号化方法及び多重レベル復号化方法、並びに通信システムにおける多重レベル符号化装置、並びに通信システムにおける多重レベル符号化方法のソフトウェアを記憶した装置に関し、特に、ディジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）システム及び他の通信システムにおける多重レベル符号化方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルオーディオ信号をアナログ振幅変調（ＡＭ）のプログラムと一緒にＡＭ帯域において放送するハイブリッド帯域内オンチャネル（ＩＢＯＣ）ＤＡＢシステムが開発された。このようなシステムはＩＢＯＣ−ＡＭシステムとも呼ばれている。このようなシステムにおいては、ディジタルオーディオ送信のために割り当てられた電力及び帯域幅はともに極めて制限されている。
【０００３】
その結果、これらのシステムは、従来の重畳された符号化技術を用いてもエラー制御のための十分な冗長性を追加することができないのが一般的である。しかしながら、オーディオ復号器においてエラー緩和及びエラー隠蔽のアルゴリズムを用いることによって、復号化されたオーディオの品質を改善できることはよく知られている。
【０００４】
このようなエラー緩和及びエラー隠蔽のアルゴリズムを効率的に利用するためには、チャネルの復号化されたビットの流れであるビットストリームの品質を示すエラーフラグが一般的に必要である。このようなエラーフラグは、リードソロモン（ＲＳ）符号のようなブロック符号を用いて発生することができる。
【０００５】
図１は、従来のＩＢＯＣ−ＡＭシステム１００の送信部の簡単なブロック図を示している。システム１００は、オーディオ符号器１０２、ブロック符号器１０４、及び変調器１０６を備えている。オーディオ信号はオーディオ符号器１０２に供給される。その結果、圧縮されたオーディオビットストリームがＲＳ符号器であるブロック符号器１０４に供給される。
【０００６】
符号器１０４から出力されたＲＳ符号シンボルは、変調器１０６において変調シンボル、例えば、直交振幅変調（ＱＡＭ）信号セットにマップ（写像）される。その結果、変調シンボルは付加的なノイズチャネル１０８で受信機（図示せず）に送信される。
【０００７】
図１に示すようなシステムにおいて、ＲＳ符号シンボルを直接的にＱＡＭシンボルにマッピングする従来の技術は、通常、変調が２m−ＱＡＭである場合のガロア体ＧＦ（２m）に基づくＲＳ符号を用いることが必要である。したがって、各ｍビットシンボルは直接的にｍビットＱＡＭシンボルにマップすることができる。しかしながら、このことは適用可能なＲＳ符号の選択を１つに制限し、したがってエラー訂正能力に影響を与えることになる。
【０００８】
例えば、３２−ＱＡＭ変調が用いられた場合、完全にマップされたＲＳ符号はＧＦ（２5）に基づくことになる。０．８の符号化レートが与えられた場合には、（３０，２４）のＲＳ符号がマップのために適用される。その結果、５ビットのＲＳ符号シンボルが５ビットのＱＡＭシンボルにマップされる。
【０００９】
もっと長いブロック符号はより強力なエラー保護を提供するので、ＧＦ（２6）に基づく（６０，４８）のＲＳ符号を用いることが望ましい。なぜなら（３０，２４）のＲＳ符号と同じように多いランダムエラーを２回訂正することができるからである。しかしながら、このことは６ビットのＲＳ符号シンボルと５ビットのＱＡＭシンボルとの間に不整合が生じることになる。
【００１０】
このような不整合の問題を解決するための技術として、多重レベル符号化がよく知られている。ＲＳ符号又は他のブロック符号をデータビットに適用し、結果として図１に示すような符号シンボルをｍビットの変調シンボルにマッピングする代わるものとして、多重レベル符号化は合体符号化の変調技術であり、与えられるｍビットの変調シンボルの各ビットに対して、適当なレートの異なる単一の又は重畳された符号を適用する。
【００１１】
多重レベル符号化の例として、１９９７年１月のＩＥＥＥの情報理論についての報告書Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１，８７〜９８頁に記載のＧ．Ｊ．Ｐｏｔｔｉｅ及びＤ．Ｐ．Ｔａｙｌｏｒによる「分割に基づく多重レベル符号化」、１９９７年３月のＩＥＥＥの情報理論についての報告書Ｖｏｌ．ＩＴ−２３、Ｎｏ．３、３７１〜３７７頁に記載のＨ．Ｉｍａｉ及びＳ．Ｈｉｒａｋａｗａによる「エラー訂正符号を用いた新しい多重レベル符号化方法」、及び１９９７年のコンピュータサイエンスＶｏｌ．１３５５春季、１４３〜１５４頁における暗号方法及び符号化のレクチャーノートであるＥ．Ｈｕｎｓｉ及びＰ．Ｓｗｅｅｎｅｙによる「強力にリードソロモン符号化されたＭＰＳＫ変調」がある。
【００１２】
最後の参照文献には、ＱＡＭ変調の代わりにＭアレイ位相シフトキーイング（ＭＰＳＫ）変調と組み合わせた多重レベル符号化に対して、要素符号としてＲＳ符号を用いた技術が記載されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記列挙された参照文献に記載された多重レベル符号化技術の大きな問題は、これらの技術が、ＩＢＯＣ−ＡＭのＤＡＢシステム及び制限された帯域幅の他の通信システムアプリケーションにおいて、最適な性能を実現できないことである。このため、多重レベル符号化技術の改善が要望されている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、通信システムにおける多重レベル符号化について改善された技術を提供する。
本発明によれば、一連のソース符号化された情報ビットが複数の部分に分割され、各部分が多重レベル符号化の異なるレベルに関連づけられる。指定されたサブセットにおけるレベルに対応する情報ビットの部分は符号化され、一方、指定されないサブセットに対応する情報ビットの部分は符号化されないように、少なくとも１つの符号はレベルの全セットのうち指定されたサブセットにおける各レベルの情報ビットの部分に適用される。
【００１５】
与えられたレベルに適用された符号には、例えばリードソロモン（ＲＳ）符号のようなブロック符号、重畳符号と連結されたＲＳ符号、又は他の適切な単一若しくは連結された符号がある。情報ビットの符号化された部分及び情報ビットの符号化されない部分はともに、システムにおける送信のための変調シンボルを選択するのに使用される。例えば、本発明の実施形態に示すように、全部でｍレベルがあり、ｍより小さい数のレベルが符号化される場合には、２m変調型の信号セットから変調シンボルが選択される。
【００１６】
本発明によれば、最低レベルから最高レベルまでのｍレベルが配列され、指定されたレベルのサブセットは少なくとも最低レベルを含んでいる。特に、指定されたサブセットは最低レベルで始まる隣接した一連のｉmaxを有する。ここでｉmaxは１以上でｍより小さい数である。
【００１７】
指定されたサブセットの各レベルに対する情報ビットの部分は、そこに適用される少なくとも１つのブロック符号を有する。最低レベルで始まる隣接した一連のｉmaxに対する情報ビットの部分に適用されるブロック符号が選択され、その結果、隣接した一連のｉmaxにおいて、最低レベルに関連するブロック符号に対する最低符号レートから最高レベルに関連するブロック符号に対する最高符号レートまで増加する符号レートを持つようになる。
【００１８】
本発明によれば、最低レベルｊ＝１，…ｊmaxの各々は重畳符号と連結したブロック符号を有する。ここでｊmaxは１以上でｉmax以下である。
本発明の多重レベル符号化技術は大きな符号利得を実現し、したがって従来技術に対してビットエラーレート（ＢＥＲ）に関する性能を改善できるという利点がある。さらに、本発明の多重レベル符号化技術は、不等エラー保護や時間ダイバシティを満たすのに使用することができる。さらにまた、ブロック符号を用いることにより、本発明はエラーフラグがソース復調器におけるエラー緩和やエラー隠蔽のために有効になることを保証する。
【００１９】
本発明は、例えばオーディオ、会話、ビデオ及びイメージ情報や様々なその組み合わせを含むどのようなタイプのディジタル情報にも適用することができる。さらに、本発明は、ＡＭ及びＦＭのＩＢＯＣ  ＤＡＢシステム、インターネット並びに衛星放送システムを含む多くの通信システム等において実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この実施形態においては、ＡＭ帯域において動作するハイブリッド帯域内オンチャネル（ＩＢＯＣ）通信システム用によく適した通信システムを特に例に採って本発明を説明する。しかしながら本発明は、多重レベル符号化技術を有効に適用できるものであれば、いかなる通信システムアプリケーションにも一般的に適用可能であることは言うまでもない。例えば、ＦＭ帯域において動作するハイブリッドＩＢＯＣシステム、全ディジタルＤＡＢシステム、インターネットに基づく及び衛星に基づく放送システム等においても本発明を適用できる。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施形態による通信システム２００の送信部の概略ブロック図である。この実施形態では多重レベル符号化を使用し、その中では、与えられたレベルセットのうち指定されたサブセットの各レベルに、異なるＲＳ符号が適用される。図に示すように、通信システムの送信部２００は、符号器２０４、３２直交振幅変調（ＱＡＭ）変調器２０６、及び追加のノイズチャネル２０８を備えている。
【００２２】
図２の実施形態及び後述する他の実施形態において３２ＱＡＭ変調器を利用しているが、これは単なる例にすぎない。ここに記述された多重レベル符号化技術と結合して使用できるものであれば、いかなるタイプの変調、例えば、２mＱＡＭ又はＭアレイ位相シフトキーイング（ＭＰＳＫ）変調を用いるものでも一般的に適用可能である。ここで記述された複数の実施形態では２mＱＡＭを伴う具体例を示し、その中では説明を簡便にするためにｍの値として５を選択しているが、ｍの値は特定の値に限定されない。
【００２３】
符号器２０４は連続するビット、通常はソース符号器から受け取るソース符号化ビットを符号化する。さらに詳しくは、この実施形態における符号器２０４は、その一部であるシリアル／パラレル・コンバータ（図示せず）又は図１のオーディオ符号器１０２のようなソース符号器に関連する他のものから、ｍ＝５の１セットの入力ビットを受け取る。ｍ＝５ビットの各々は、本発明のｍビット多重レベル符号化技術の特定の符号化レベルに対応する。最低レベルは与えられたｍビットセットの最初のビットに対応し、最高レベルは与えられたｍビットセットのｍ番目のビットに対応する。
【００２４】
本発明によれば、ｍビットのうち指定されたサブセットの各々は、最低レベルビットで始まり、符号器要素２１０ｉにおいてそこに適用されるＲＳ符号に対応する。ここで、ｉ＝１，…,ｉmaxであり、ｉmaxは１以上ｍ未満である。例えば、図２に示す実施形態においては、ｍは５であり、ｉmaxは３である。この場合には、全部で５個のレベルがあり、そのうち２つのレベルが符号化されないレベルであり、３つのレベルが符号化されたレベルである。
【００２５】
他の実施形態においては、ｍは５であり、ｉmaxは２である。この場合には、全部で５個のレベルがあり、そのうち３つのレベルが符号化されないレベルであり、２つのレベルが符号化されたレベルである。あるいはｉmaxは４である。この場合には、全部で５個のレベルがあり、そのうち１つのレベルが符号化されないレベルであり、４つのレベルが符号化されたレベルである。
【００２６】
さらに他の実施形態において、ｍは４で１６ＱＡＭ変調が用いられ、ｉmaxは２である。この場合には、全部で４個のレベルがあり、そのうち２つのレベルが符号化されないレベルであり、２つのレベルが符号化されたレベルである。あるいは、ｍ＝４の場合の実施形態において、ｉmaxは３である。この場合には、全部で４レベルであり、そのうち１つのレベルが符号化されないレベルであり、３つのレベルが符号化されたレベルである。
【００２７】
図１の実施形態において、ｍ＝５、ｉmax＝３である場合には、第１の符号器要素２１０−１において、第１のＲＳ符号ＲＳ１には最低レベルビットすなわちビット１が供給され、第２の符号器要素２１０−２において、第２のＲＳ符号ＲＳ２には次に高いレベルビットすなわちビット２が供給され、第３の符号器要素２１０−３において、第３のＲＳ符号ＲＳ３にはビット３が供給される。ｍ＝５ビットセットの第４及び第５ビットは符号器２０４において符号化されないままである。
【００２８】
３２ＱＡＭ変調器２０６は符号器２０４の出力であるｍ＝５を入力として受け取り、３２ＱＡＭ型から選択された５ビット変調シンボルを発生する。その結果、変調シンボルはチャネル２０８に直接に送信することができる。又は、高域変換、フィルタリング、増幅等のようなよく知られている技術を用いた従来の方法における処理を行った後にチャネル２０８に送信する。
【００２９】
ＱＡＭ変調器２０６における入力ビットのＱＡＭシンボルへのマッピングは、１９８７年２月のＩＥＥＥ通信マガジンＶｏｌ．２５，Ｎｏ．２，４〜１１頁に記載のＧ．Ｕｎｇｅｒｂｏｅｋによる「冗長信号セットをもつトレリス符号化変調パートI入門」、及び１９８７年２月のＩＥＥＥ通信マガジンＶｏｌ．２５，Ｎｏ．２，１２〜２１頁に記載のＧ．Ｕｎｇｅｒｂｏｅｋによる「冗長信号セットをもつトレリス符号化変調パートII技術の現状」において記載されたセット分割を用いて実現される。これらの内容はともにこの中で参照される。
【００３０】
図３は、図２のＱＡＭ変調器２０６において実行される３２ＱＡＭ信号セットの極めて詳細な分割例を示している。その図は、与えられた変調シンボル発生間隔ごとに変調器に供給されるｍ＝５の入力ビットの値に基づいて、与えられたシンボル又は型の点が選択される方法を示している。その図形において、５つの入力ビットはｄ0，ｄ1，ｄ2，ｄ3及びｄ4の記号で表されている。最低ビットｄ0は、３２ＱＡＭ点の２つのサブセットの１つを選択するのに用いられ、残りのビットｄ1，ｄ2，ｄ3及びｄ4はそれらの親のセットから適当なサブセットを選択するのに用いられる。
【００３１】
受信されたＱＡＭシンボルの復号化は次の方法で実行される。最初に、最低レベルが符号ＲＳ１に対応するＲＳ復号器を用いて復号され、その結果、訂正されたシーケンスは次に高いレベルの復号化に使用される。その復号化はすべてのレベルの復号が完了するまで連続して繰り返される。
【００３２】
図２の実施形態の多くの異なる具体例が可能である。例えば、（６０，１２）ＲＳ符号、（６０，５０）ＲＳ符号及び（６０，５８）ＲＳ符号にそれぞれ対応するＲＳ１符号、ＲＳ２符号、及びＲＳ３符号をもつＧＦ（２6）のＲＳ符号を用いて実施形態を実現できる。別の例としては、（１００，１６）ＲＳ符号、（１００，８６）ＲＳ符号及び（１００，９８）ＲＳ符号にそれぞれ対応するＲＳ１符号、ＲＳ２符号、及びＲＳ３符号をもつＧＦ（２8）のＲＳ符号を用いて実施形態を具体化できる。
【００３３】
これらの具体例はともに、符号化されない１６ＱＡＭに関して大きな符号利得を可能にする。さらに詳しくは、１０-5のビットエラーレート（ＢＥＲ）において、上記したＧＦ（２6）符号は約２．３ｄＢの利得を可能にし、上記したＧＦ（２8）符号は約２．５ｄＢの利得を可能にすることがシュミレーションで分かっている。多くの他の具体例も可能であることは言うまでもない。
【００３４】
一般には、図２の実施形態における適切な符号レートは次のように選択される。全部でｍ＝５のレベルの場合には、５個のレベルのうち最低レベルは約０．２から０．３までの範囲にほぼ符号レートを持つように形成される。５個のレベルのうち次に高いレベルは約０．８から０．９までの範囲にほぼ符号レートを持つように形成される。５個のレベルのうち次に高いレベルは約０．９よりも大きい範囲に符号レートを持つように形成される。１．０の符号レートは無符号化、例えば、図２の実施形態におけるＱＡＭ変調器に直接渡されるレベルに対応する。したがって、約０．９よりも大きい符号レートを持つレベルは符号化されないレベルである。
【００３５】
全部でｍ＝４のレベルの実施形態の場合には、４つのレベルのうち最低レベルは約０．２から０．３までの範囲にほぼ符号レートを持つように形成される。４個のレベルのうち次に高い２つのレベルは約０．９及び０．９５の範囲にそれぞれ符号レートを持つように形成される。さらに、符号化されないレベルは１．０の符号レートを持ち、同じく約０．９又は０．９５より大きい符号レートを持つレベルも符号化されない。
【００３６】
図４は、本発明の第２の実施形態による通信システム４００の送信部の概略ブロック図である。この実施形態は本発明による多重レベル連結符号化の例であり、その中では、与えられたレベルセットの中の指定されたサブセットの各レベルに異なるＲＳ符号が適用される。また、最低レベルのうち１つ又はそれ以上におけるＲＳ符号は重畳符号と連結される。
【００３７】
この場合の実施形態においては、最低レベルにおけるＲＳ符号だけが重畳符号と連結される。図に示す通信システム４００の部分は、符号器４０４、３２ＱＡＭ変調器４０６、及び付加的なノイズチャネル４０８を備えている。さらに、ｍ＝５の値が説明の都合上選択されているが、他の値でも可能である。
【００３８】
符号器４０４及びＱＡＭ変調器４０６の構成は、図２の実施形態に関連して記載されたものと実質的に同じである。図２の符号器２０４と同様に、符号器４０４は３つのＲＳ符号器要素を有し、この実施形態において４１０−１，４１０−２及び４１０−３で示されている。この３つのＲＳ符号要素は、複数のＲＳ符号であるＲＳ１，ＲＳ２及びＲＳ３をそれぞれ３つの最低レベルの入力ビットに適用し、２つの最高レベルの入力ビットは符号化されずに変調器４０６に渡される。
【００３９】
しかしながら、符号器４０４は符号器要素４１０−１の出力に結合する入力を持つ重畳符号器４１２をさらに有する。符号器４１２によって用いられる重畳符号化は最低レベルに対する内部符号に相当する。一方、ＲＳ符号ＲＳ１は最低レベルに対する外部符号を提供する。このことによってソフト決定のヴィテルビ復号化を内部符号のために使用でき、これにより割り増しの符号利得を実現する。ＱＡＭ変調器４０６におけるＱＡＭシンボルへの入力ビットのマッピングもまた、上記したＵｎｇｅｒｂｏｅｃｋのセット分割を用いて実行される。
【００４０】
図４の実施形態においては、連結されたＲＳ符号及び重畳符号は最低レベルに対してだけに用いられたが、このことは単なる一例にすぎずこれに限定するものではない。さらに一般的には、複数の最低レベルｊ＝１，…ｊmaxの各々は連結されたＲＳ符号及び重畳符号を持つことができる。ここで、ｊmaxはｉmax以下、すなわちＲＳ符号を持つレベル数以下である。
【００４１】
図４の実施形態についてのいくつかの具体例を次に説明する。第１の例は、重畳符号器４１２に関してレート１／２の４状態重畳符号を用い、ＲＳ１符号、ＲＳ２符号及びＲＳ３符号を持つＧＦ（２8）のＲＳ符号は、それぞれ（５０，１６）ＲＳ符号、（１００，８６）ＲＳ符号及び（１００，９８）ＲＳ符号に対応している。第２の例は、同じくレート１／２の４状態重畳符号を用いているが、ＲＳ１符号、ＲＳ２符号及びＲＳ３符号を持つＧＦ（２8）のＲＳ符号は、それぞれ（５０，２８）ＲＳ符号、（１００，７４）ＲＳ符号及び（１００，９８）ＲＳ符号に対応している。
【００４２】
これら２つの具体例はともに符号化されない１６ＱＡＭと比較して大きな符号利得を可能にする。さらに詳しくは、１０-5のビットエラーレート（ＢＥＲ）において、上記した第１の例ではＧＦ（２6）符号は約２．６ｄＢの利得を可能にし、上記した第２の例ではＧＦ（２8）符号は約３．４ｄＢの利得を可能にすることがシュミレーションで分かっている。さらに他の多くの具体例も可能であることは言うまでもない。
【００４３】
図４の実施形態の他の具体例の１つは、ｍ＝５ではあるが最低レベルは２つだけで、連結されたＲＳ符号及び重畳符号を用いた最低レベルである。ＲＳ符号はＧＦ（２5）で、そのＲＳ１符号及びＲＳ２符号が、それぞれ（１５，６）ＲＳ符号及び（３０，２４）ＲＳ符号に対応している。この具体例においてはＲＳ３符号は使用されず、対応するレベルは符号化されずに変調器に渡される。この具体例では、１６ＱＡＭと比較して、１０-5のＢＥＲにおいて約２．５ｄＢの利得を可能にすることがシュミレーションで分かっている。
【００４４】
図４の関連する上記のいくつかの実施形態は、高いレートの符号化、例えば全体的にほぼ０．８程度の符号レートが要求される制限された帯域幅のチャネルについての決定に基づいており、重畳符号は最低レベルのビットだけに適用することが望ましい。しかしながら、前に述べたように、連結されたＲＳ−重畳符号は１つ又はそれ以上の追加のレベルに対しても最低レベルと同様に使用することができる。
【００４５】
符号器４１２における重畳符号の複雑さが増加しても、性能が顕著に改善するものではないことがシュミレーションで分かっている。したがって、アプリケーションにおいては符号の複雑性を最小にすることが望ましく、上記した４状態符号は、さらに大きな状態数、例えば１６，６４又は２５６状態を持つ重畳符号よりも好ましい。
【００４６】
多重レベルの符号器−変調器の対である図２の２０４−２０６及び図４の４０４−４０６は、上記の例におけるように符号利得に対して共同で最適化するのと同様に又はそれに代わって、ソース内容に対して共同で最適化できることは注目に値する。
【００４７】
図５は、図４の実施形態が不等エラー保護を実現するのに利用できる方法を示している。この図において、ソース符号化されたビットの与えられたフレーム５００は、ビットの４つの異なるクラス、すなわちクラスI、クラスII、クラスIII及びクラスIVを有し、それぞれ５０２−１，５０２−２，５０２−３及び５０２−４で示されている。
【００４８】
ビットの異なるクラスは情報の異なるレベルを持っている。すなわち、クラスIビットはフレーム５００で重要度が最も高いビットであり、クラスIVビットはフレーム５００で重要度が最も小さいビットである。クラスIビットは、符号器要素４１０−１及び重畳符号器４１２によって可能となる連結されたＲＳ−重畳符号を用いて符号化される。クラスIIビット及びクラスIIIビットは、それぞれＲＳ符号器要素４１０−２及び４１０−３を用いて符号化される。多重レベル符号化処理における最高の２つのレベルであるクラスIVは、符号化されずにＱＡＭ変調器４０６に渡される。
【００４９】
符号器要素４１０−１において使用されるＲＳ１符号は指定されて、クラスIビットがすべての他のレベルのビットよりも大きな量のエラー保護を有するのを保証する。同様に、符号器４１０−２において使用されるＲＳ２符号は指定されて、クラスIIビットがクラスIIIビットよりも大きな量のエラー保護を有するのを保証し、符号器４１０−３において使用されるＲＳ３符号は指定されて、クラスIIIビットがクラスIVビットよりも大きな量のエラー保護を有するのを保証する。
【００５０】
図５に示した不等エラー保護配列の大きな利点は、各クラスI、II及びIIIが異なる検出能力のエラーフラグを持つことが可能なことであり、これによりソース復号器においてエラー緩和やエラー隠蔽を容易にできる。
【００５１】
図６は、ソース符号化フレーム５００について不等エラー保護を実行する本発明の他の実施形態を示している。この実施形態においては、符号器要素４１０−１，４１０−２及び４１０−３並びにＱＡＭ変調器４０６を備え、最高のレベルが低いレベルよりも高い信頼性をもつように多重レベル符号が形成される。
【００５２】
これは使用される特定の多重レベル符号の特徴であり、符号器要素４１０−１，４１０−２及び４１０−３のそれぞれにおいて使用されるＲＳ１符号、ＲＳ２符号及びＲＳ３符号のレートは、この特徴を満足するために固定することができる。
【００５３】
したがって、重要度が最も低いビット、すなわちクラスIVビットは２つの最低レベルにマップされ、ＲＳ１符号及びＲＳ２符号を用いて処理される。クラスIIIビットはＲＳ３符号を用いて処理される。重要度が最も高いビット、すなわちクラスIビット及びクラスIIビットはそれぞれ巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号器６０２及び６０４を用いて符号化される。
【００５４】
この配列は、エラーフラグをクラスIビット及びクラスIIビットのために発生して、ソース復号器におけるエラー緩和及びエラー隠蔽のために使用することができる。ＲＳ１符号、ＲＳ２符号及びＲＳ３符号は、ビットの他のクラスのためにエラーフラグを発生することができる。ＣＲＣ符号器６０２及び６０４の外形が点線で示されているのは、クラスIビット及びクラスIIビットに対してエラーフラグが要求されない場合にはこのような符号器は削除できるからである。
【００５５】
図５及び図６に示した配列は単なる例にすぎない。別の構成においては、図５及び図６において点線の外形で示した重畳符号器４１２は削除することができる。その結果、不等エラー保護は、実質的に図２の実施形態のような連結されていない多重レベル符号化を用いて実現される。
【００５６】
さらに、ビットの複数のクラスの特定の数、タイプ及び他の性質は、一般的に特定の符号化アプリケーションに依存して変化することになる。ビットの複数のクラスを多重レベル符号化のレベルにマッピングする技術もまた、各クラスによって要求されるエラー検出の量及びエラー訂正能力に依存することになる。
【００５７】
図７は、本発明の多重レベル符号化技術を通信システムにおける時間ダイバシティを実現するために使用する方法を示している。この実施形態においては、１セットのソースフレーム７００は、フレーム１，フレーム２，フレーム３，フレーム４及びフレーム５の５個のフレームを含み、それぞれ７０２−１，７０２−２，７０２−３，７０２−４及び７０２−５で示されている。
【００５８】
時間ダイバシティは、送信チャネルにおいて発生するエラーのバーストの影響を軽減するために望ましいことである。例えば、図５及び図６の実施形態において、エラーのバーストが発生した場合には、受信するフレーム５００全体がエラーだらけになってしまう。フレームサイズが大きい場合にはこのようなエラーバーストは問題となり、ソース復号器はエラー緩和又はエラー隠蔽ができなくなる。
【００５９】
時間ダイバシティを実現することによって、与えられるエラーバーストの影響が多くのフレームに分散される。図７の場合には、フレーム７０２−１，７０２−２，７０２−３，７０２−４及び７０２−５を本発明の多重レベル符号の異なるレベルにマッピングすることによってこのことが遂行される。
【００６０】
フレーム７０２−１はフレーム７００の中で最も短く、フレーム７０２−２がそれに続いて次に長さが短いフレームである。一方、フレーム７０２−３，７０２−４及び７０２−５は長いフレームである。多重レベル符号における異なる符号化レベルは、通常はそれに関係する異なる符号レートを持っているので、各符号化レベルは固定した数の送信シンボルについて異なる情報ビットの量を搬送する。したがって、少ないビットを持つソース符号化されたフレームは低いレベルで送信でき、大きいフレームは高いレベルで送信できる。
【００６１】
さらに詳しくは、この実施形態における多重レベル符号は、例えば図４の符号器４０４及び変調器４０６に相当する多重レベル連結符号器７１０を用いて具体化される。最も短いフレーム７０２−１は最低レベルにマップされ、次に短いフレーム７０２−２は次に高いレベルにマップされ、それより長いフレーム７０２−３，７０２−４及び７０２−５は次に高いレベルにマップされる。多重レベルの連結された符号器７１０の動作は、図４に関連して前に述べたものと同じである。他の実施形態においては、図２において示したような多重レベルの連結されない符号器が使用される。
【００６２】
図７において説明した方法で時間ダイバシティを実現ことは、異なるソース符号化フレームが送信の前に多重化されるので、追加の遅延を持ち込むことになる。しかしながら、ＩＢＯＣ−ＡＭ及びＩＢＯＣ−ＦＭのようなＤＡＢシステムにおいては、この追加の遅延は一般的に問題にならない。
【００６３】
本発明の実施形態においては、図５及び図６において説明した不等エラー保護の技術は、図７において説明した時間ダイバシティの技術と合成することが可能である。例えば、図７における１セットのフレーム７００のフレーム７０２の各々は、図５及び図６に示したように、異なる複数のクラスに分割することができる。フレーム７０２の各々からのクラスIビットは、最大量のエラー保護を実現するレベルに多重化することができる。同様に、フレーム７０２の各々からのクラスIVビットは、最小量のエラー保護を実現するレベルに多重化することができる。ビットの中間のクラスも同様に、適当なレベルに多重化することができる。
【００６４】
前に述べたように、ここに記載された多重レベル符号化の実施形態は、通信システムにおいて共通に使用される付加的な要素を含むことができる。すなわち、インターリーブ及びデインターリーブ、アップコンバータ及びダウンコンバータ、フィルタ処理、増幅等を含むことができる。
【００６５】
当業者は、ここに記載された多重レベル符号化技術が与えられた場合、受信した多重レベル符号化シンボルを複合化するための相補的動作を実行する能力の受信機要素の適切な配列を簡単な方法で構成することができる。このような受信機要素の一例を次に述べる。
【００６６】
図８は、本発明による通信システムの受信部８００の一例を示している。受信部８００は、図２の通信システム２００又は図４の通信システム４００において使用することができる。図に示す受信部８００は、ＱＡＭ復調器８０２、多重レベル復号器８０４、及びパラレル／シリアル・コンバータ８０６を備えている。
【００６７】
チャネル２０８又は４０８から受信した入力ＱＡＭシンボルは、ＱＡＭ復調器８０２において復調され、その結果、出力は復号器８０４に供給される。２つの最高レベルに対応するビットはパラレル／シリアル・コンバータ８０６に直接渡される。３つの最低レベルのビットはＲＳ復号器要素８１０−１，８１０−２及び８１０−３においてそれぞれ処理される。
【００６８】
これらの復号器要素８１０−１，８１０−２及び８１０−３は、それぞれ、図２のＲＳ符号器要素２１０−１，２１０−２及び２１０−３又は図４のＲＳ符号器要素４１０−１，４１０−２及び４１０−３において実行された符号化動作に対する相補的な復号化動作を実行する。多重レベル符号器８０４において、復号器要素８１０−１の出力は復号器８１０−２及び８１０−３にも供給され、復号器要素８１０−２の出力は復号器８１０−３にも供給される。
【００６９】
多重レベル符号器８０４の最低レベルは、図４の重畳符号器４１２の重畳符号を復号するのに使用されるヴィテルビ復号器８１２をさらに有する。ヴィテルビ復号器８１２が点線の外形で示されているのは、受信部８００が図２の送信部と一緒に使用される場合には、このヴィテルビ復号器８１２は使用されないからである。
【００７０】
図２及び図４〜図８に示した実施形態は、従来のハードウェア処理及びそれに関連するソフトウェア要素を用いて具体化される。このようなハードウェア処理は、最適にプログラムされたマイクロプロセッサ、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はこれらの一部若しくは組み合わせ、及び他のよく知られたデバイスを備えている。本発明は、上記の１つ又はそれ以上のデバイスに結合されたメモリ内にストアされるソフトウェアの少なくとも一部において具体化することができる。
【００７１】
本発明は、ＩＢＯＣ−ＡＭ又はＩＢＯＣ−ＦＭシステムの制限された帯域幅の通信チャネルで送信するために、例えばＰＡＣ符号器のようなオーディオ符号器によって発生される圧縮オーディオビットのように、ソース符号化情報ビットの高速レートチャネル符号化に関連する用途に対して、特によく適した多重レベル符号化技術を提供する。
【００７２】
本発明の多重レベル符号化技術は、ソース符号化音声情報、イメージ情報又はビデオ情報等の多くの他のタイプに適用できることはもちろんである。さらに、本発明は、実施形態において使用されたＲＳ符号、従来の符号及びＣＲＣ符号とは異なる他の符号を用いて具体化することができる。例えば、ＲＳ符号はよく知られた他のタイプのブロック符号に置き換えることが可能であり、従来の符号はターボ符号に置き換えることが可能である。
【００７３】
さらにまた、本発明は極めて多様な異なるタイプの通信システムアプリケーションに利用することができる。その通信システムには、インターネット及び他のコンピュータネットワークでの通信、並びに、移動体通信マルチメディア、衛星、無線ケーブル、無線ローカルループ、高速無線接続、及び他のタイプの通信が含まれる。
【００７４】
本発明はあらゆるタイプの通信チャネルとともに利用することができる。例えば、周波数チャネル、タイムスロット、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スロット、非同期転送モード（ＡＴＭ）若しくは他のパケットベースの伝送システムにおける仮想接続とともに利用することができる。
【００７５】
特許請求の範囲に記載した発明の構成要件の後に括弧付きの符号がある場合は、構成要件と実施例と対応づけて発明を容易に理解させる為のものであり、特許請求の範囲の解釈に用いるべきのものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の通信システムの送信部の簡単なブロック図。
【図２】本発明の実施形態による通信システムの送信部の簡単なブロック図。
【図３】図２の実施形態のＱＡＭ変調において実行される３２ＱＡＭ信号セットの分割を示す図。
【図４】本発明の実施形態における通信システムの送信部の簡単なブロック図。
【図５】本発明の実施形態における通信システムの送信部の簡単なブロック図
【図６】本発明の実施形態における通信システムの送信部の簡単なブロック図
【図７】本発明の実施形態における通信システムの送信部の簡単なブロック図
【図８】図２及び図４の送信部の用途に適した通信システムの受信部の簡単なブロック図。
【符号の説明】
１０２  オーディオ符号器
１０４  ブロック符号器
１０８  チャネル
１０６  変調器
２０４，４０４  符号器
２０６，４０６  変調器
２０８，４０８  チャネル
２１０，４１０  リードソロモン（ＲＳ）符号要素
４１２  重畳符号要素
５００，７００，７０２  フレーム
５０２  クラス
６０２  巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号要素
７１０  多重レベル結合符号器
８０２  復調器
８０４  復号器
８０６  パラレル／シリアル・コンバータ
８１０  リードソロモン（ＲＳ）復号要素
８１２  ヴィテルビ復号器
【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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