(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力したデータ列を多値変調し通信信号を出力する多値変調装置において、
前記入力したデータ列を３ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）の２値信号からなる入力データ信号に変換して出力するデータ列数変換回路と、
前記データ列数変換回路から出力される前記入力データ信号を入力し前記入力データ信号を変換して出力する第１のデータ変換回路と、
前記データ列数変換回路から出力される前記入力データ信号と前記第１のデータ変換回路の出力信号とを入力し、前記入力した信号を、それぞれがｐ＋１列からなる３組の出力信号（３組の出力信号を「第１、第２、第３の出力信号」という）に変換して出力する第２のデータ変換回路と、
前記第２のデータ変換回路から出力される前記３組のｐ＋１列の出力信号を入力し時分割多重して出力する並列直列変換回路と、
前記並列直列変換回路の出力信号を入力して多値変調し前記通信信号を出力する多値変調器と、
を有し、
前記第１のデータ変換回路は、前記入力データ信号の値に応じて、１から（１１／８）×２ｐまでの値を示す出力信号を出力し、
前記第２のデータ変換回路は、前記入力データ信号に基づき、前記第１のデータ変換回路の出力信号が１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第１のデータ変換回路の出力信号の値を前記第１の出力信号とするとともに、前記第２、第３の出力信号として、それぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を示す信号を出力し、
前記第１のデータ変換回路の出力信号が１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第１のデータ変換回路の出力信号の値を前記第１の出力信号とするとともに、前記第２、第３の出力信号として、それぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値を示す信号を出力する、ように構成されてなる、ことを特徴とする多値変調装置。
【請求項２】
通信信号を復調し、３ｐ＋１列（ｐは３以上の整数）の復調データ信号を出力する多値復調装置において、
前記通信信号を入力して復調し、受信復調データ列信号を出力する多値復調器と、
前記多値復調器からの前記受信復調データ列信号を入力し時分割多重分離して第１、第２、及び第３の復調データ列信号を出力する直列並列変換回路と、
前記第１、第２、及び第３の復調データ列信号を入力し３ｐ＋１列の前記復調データ信号を出力するデータ逆変換回路と、
を有し、
前記データ逆変換回路は、
前記第１の復調データ列信号が１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第２、第３の復調データ列信号として、それぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を示す信号を受け、
前記第１の復調データ列信号が１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第２、第３の復調データ列信号として、それぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値を示す信号を受け、
前記第１、第２、第３の復調データ列信号の示す値に基づき予め定めた復調データ値をとり、前記復調データ値を３ｐ＋１列の前記復調データ信号として出力する、ように構成されてなる、ことを特徴とする多値復調装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多値変調装置と、請求項２に記載の多値復調装置とを含む、ことを特徴とする多値変復調通信システム。
【請求項４】
前記第１及び第２のデータ変換回路を制御し、前記第１及び第２のデータ変換回路に入力される前記入力データ信号と、前記第１及び第２のデータ変換回路から出力される出力信号の出力値との対応の変更を行う多値変調制御手段を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の多値変調装置。
【請求項５】
前記データ逆変換回路を制御し、前記データ逆変換回路に入力される前記第１、第２、第３の復調データ列信号と、前記データ逆変換回路から出力される出力信号の出力値との対応の変更を行う多値復調制御手段を有する、ことを特徴とする請求項２記載の多値復調装置。
【請求項６】
請求項４に記載の多値変調装置と、請求項５に記載の多値復調装置とを含む、ことを特徴とする多値変復調通信システム。
【請求項７】
３ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）の入力データ信号を多値変調する処理を、多値変調装置を構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記入力データ信号を、第１、第２、第３の変換データに変換する処理であって、
前記第１の変換データとして、前記入力データ信号の値に応じて１から（１１／８）×２ｐまでの値をとり、
前記第１の変換データが１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第２、第３の変換データとして、前記入力データ信号の値に応じてそれぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値をとり、
前記第１の変換データが１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第２、第３の変換データとして、前記入力データ信号の値に応じてそれぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値をとる、変換を行う処理と、
前記第１、第２、第３の変換データを、順次、多値変調器へ出力させる処理と、
を前記コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項８】
通信信号を多値復調し、ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）の復調データ信号を出力する多値復調処理を、多値復調装置を構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記通信信号を第１、第２、第３の復調データ列信号として入力し、３ｐ＋１列の前記復調データ信号に変換する処理であって、
前記第１の復調データ列信号として（１１／８）×２ｐ種の値を受け、
前記第１の復調データ列信号が１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第２、第３の復調データ列信号として、それぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を受け、
前記第１の復調データ列信号が１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第２、第３の復調データ列信号として、それぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値を受け、前記第１、第２、第３の復調データ列信号の示す値に基づき予め定めた復調データ値をとり、前記復調データ値を３ｐ＋１列の復調データ信号として出力させる処理を、前記コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項９】
３ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）の入力信号を３つの変調シンボルに割り当てる多値変復調方法であって、
第１の変調シンボルは、（１１／８）×２ｐ個の信号点を用い、
前記第１の変調シンボルが、予め定めた、１から８×２（ｐ−３）の信号点をとる場合には、第２、第３の変調シンボルとして、それぞれ前記入力信号に対応して予め定めた、（１１／８）×２ｐ個、（１０／８）×２ｐ個の信号点を用い、
前記第１の変調シンボルが、１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の信号点をとる場合には、第２、第３の変調シンボルとして、それぞれ前記入力信号に対応して予め定めた（８／８）×２ｐ個、（６／８）×２ｐ個の信号点を用いる、
ことを特徴とする多値変復調方法。
【請求項１０】
１から２の（３ｐ＋１）の冪乗（ただし、ｐは３以上の整数）番までの値をとる入力信号を入力し、前記入力信号に基づき第１乃至第３の変換データを生成して出力する変換手段と、
前記第１乃至第３の変換データを入力し多値変調して出力する手段と、
を備え、
前記変換手段は、前記入力信号をその値により、互いに共通な要素を持たない、予め定められた２つのグループのいずれかに区分し、
前記入力信号が第１のグループに属する場合、前記第１の変換データは前記入力信号の値に応じて１から８×２（ｐ−３）までの値をとり、前記第２、第３の変換データは、前記入力信号の値に応じてそれぞれ予め割り当てられた、（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値をとり、
前記入力信号が第２のグループに属する場合、前記第１の変換データは前記入力信号の値に応じて１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとり、前記第２、第３の変換データは、前記入力信号の値に応じてそれぞれ予め割り当てられた、（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値をとる、ように変換する手段を備えている、ことを特徴とする変調装置。
【請求項１１】
３ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）のデータ信号を、予め定められた所定の関係を有する３つのｐ＋１列の信号に変換し、３つのｐ＋１列の信号のそれぞれを３つの位相平面に割り当て、３つの位相平面を１組として多値変調し、その際、３つの位相平面のそれぞれの信号点数を制御するステップにおいて、ｋを２以上の整数として、第1の位相面の信号点Ｍ1をＭ１１からＭ１ｋに、
Ｍ1＝Ｍ１１＋Ｍ１２＋・・・Ｍ１ｋ
を満足するように分割して各々のＭ１１からＭ１ｋに対応して、第２及び第３の位相面の信号点数を、それぞれ、Ｍ２１からＭ２ｋ、及びＭ３１からＭ３ｋとして（ただし、Ｍ1、及びＭｉｊ（ｉ＝２、３、ｊ＝１、２、・・・ｋ）は、２（ｐ＋１／３）以下の値）、
２３ｐ＋１＝Σｊ＝１ｋΠｉ＝１３Ｍｉｊ
となるように制御するステップを有し、
１つの変調シンボルに等価的にｐ＋１／３ビットが割り当てられ、多値数が、２（ｐ＋１／３）で近似される直交振幅変調（ＱＡＭ）を行う、ことを特徴とする多値変調方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多値変復調技術に関し、特に、送信データを複数の変調シンボルに割り当てる多値変調装置及び多値復調装置と、多値変復調通信システム及び多値変復調プログラムならびに多値変調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多値変調技術は、従来より、特に、デジタルマイクロ波通信等で用いられている。４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ等の２ｎＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）方式（ただし、ｎは自然数）が多く用いられている。従来は、一般に、回路の簡便さから、これら変調方式が採用されている。しかしながら、近年、周波数の有効利用、送信電力の有効利用に対する要求が強くなりつつある。すなわち、デジタルマイクロ波通信回線として確保する周波数帯域を極力狭く抑えつつ、必要とされるデータ伝送容量を無駄なく確保することが求められている。これは、例えば１６ＱＡＭ方式では、要求されるデータ伝送容量を実現することはできないために、３２ＱＡＭ方式を採用することとしたものの、３２ＱＡＭ方式では、データ伝送容量の余裕が大きく、周波数帯域を無駄に占有する、といった状況を改善したいという要求である。
【０００３】
このような要請に応えるものとして、例えば、特開平０４−１９６９４５号公報には、１つの入力データを２または２以上の数の変調シンボルに割当てる、一般的な構成が提案されている。上記特開平０４−１９６９４５号公報には、Ｍ及びＮを２に等しいか又は２よりも大きい整数とし、Ｐを１に等しいか又は１よりも大きくＮ未満の整数とし、Ｑを１に等しいか又は１よりも大きい整数とし、入力の単一又は複数の２値データ列をＭ×Ｎ＋Ｐ列に変換し、Ｎ個の値Ａ１、Ａ２、…ＡＮをそれぞれ２Ｍ＋Ｐ／Ｎにほぼ等しく、Ａ１からＡＮまでの積が２Ｍ×Ｎ＋Ｐに等しいとして、Ｍ×Ｎ＋Ｐ列の２値データ列を、それぞれ値Ａ１〜ＡＮに対応するＭ＋Ｑ列のＮ組の２値データ列の組合せで表現するように変換し、これらＮ組のそれぞれＭ＋Ｑ列の２値データ列を、１組のＭ＋Ｑ列の２値データ列に変換し、１組のＭ＋Ｑ列の２値データ列を入力しそれぞれの時刻で値Ａ１〜ＡＮに対応する個数の信号点を位相面上に配置して多値変調する方法（同公報の実施例には、Ｎ＝２、Ｍ＝４、Ｐ＝１、Ｑ＝１、Ａ１＝２４、Ａ２＝２４）が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平０４−１９６９４５号公報には、一般的な構成が示されているだけであり、入力信号列を複数の変調シンボルに割り当てる場合の具体的な構成は、記載されていない。このため、上記特開平０４−１９６９４５号公報には、例えば多値数を２（ｐ＋１／３）程度（ただし、ｐは任意の正の整数）にとるものとした場合、どのようにすれば、具体的に構成できるかについては示されていず、多値数を任意に設定するＱＡＭ変調方式を実施するための手段、構成を示唆する記載はない。
【０００５】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、より柔軟に変調周波数を設定することができる多値変調装置及び多値復調装置と、多値変復調通信システムと、多値変調及び多値復調を行うプログラムならびに変復調方法を提供することにある。
【０００６】
本発明が解決しようとする他の課題は、周波数の有効利用を図るとともに、２ｎＱＡＭ方式に比べて少ない所要の信号対雑音比で２（ｎ−２／３）ＱＡＭが実現できる、多値変調装置及び多値復調装置と、多値変復調通信システムと、多値変調及び多値復調を行うプログラムならびに変復調方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題の少なくとも１つを解決する本発明に係る装置は、入力したデータ列を多値変調し通信信号を出力する多値変調装置において、前記入力したデータ列を３ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）の２値信号からなる入力データ信号に変換して出力するデータ列数変換回路と、前記データ列数変換回路から出力される前記入力データ信号を入力し前記入力データ信号を変換して出力する第１のデータ変換回路と、前記データ列数変換回路から出力される前記入力データ信号と前記第１のデータ変換回路の出力信号とを入力し、入力した信号を、それぞれがｐ＋１列からなる３組の出力信号（３組の出力信号を「第１、第２、第３の出力信号」という）に変換して出力する第２のデータ変換回路と、前記第２のデータ変換回路から出力される前記３組のｐ＋１列の出力信号を入力し時分割多重して出力する並列直列変換回路と、前記並列直列変換回路の出力信号を入力し多値変調して前記通信信号を出力する多値変調器と、を有し、前記第１のデータ変換回路は、前記入力データ信号の値に応じて、１から（１１／８）×２ｐまでの値を示す出力信号を出力し、前記第２のデータ変換回路は、前記入力データ信号に基づき、前記第１のデータ変換回路の出力信号が１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第１のデータ変換回路の出力信号の値を前記第１の出力信号とするとともに、前記第２、第３の出力信号として、それぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を示す信号を出力し、前記第１のデータ変換回路の出力信号が１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、前記第１のデータ変換回路の出力信号の値を前記第１の出力信号とするとともに、前記第２、第３の出力信号として、それぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値を示す信号を出力する、ように構成されている。
【０００８】
本発明の他のアスペクトに係る装置は、通信信号を復調し、３ｐ＋１列（ｐは３以上の整数）の復調データ信号を出力する多値復調装置において、前記通信信号を復調し、受信復調データ列信号を出力する多値復調器と、前記受信復調データ列信号を時分割多重分離して第１、第２及び第３の復調データ列信号を出力する直列並列変換回路と、前記第１、第２及び第３の復調データ列信号を入力し３ｐ＋１列の前記復調データ信号を出力するデータ逆変換回路と、を有し、前記データ逆変換回路は、前記第１の復調データ列信号が１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の復調データ列信号としてそれぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を示す信号を受け、前記第１の復調データ列信号が１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の復調データ列信号としてそれぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値を示す信号を受けて、前記第１、第２、第３の復調データ列信号の示す値に基づき予め定めた復調データ値をとり、前記復調データ値を３ｐ＋１列の前記復調データ信号として出力するように構成されている。
【０００９】
本発明の他のアスペクトに係るプログラムは、３ｐ＋１列（ｐは３以上の整数）の入力データ信号を多値変調する処理をコンピュータに実行させる多値変調プログラムであって、前記入力データ信号を、第１、第２、第３の変換データに変換する処理であって、前記第１の変換データとして前記入力データ信号の値に応じて１から（１１／８）×２ｐまでの値をとり、前記第１の変換データが１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の変換データとして前記入力データ信号の値に応じてそれぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値をとり、前記第１の変換データが１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の変換データとして前記入力データ信号の値に応じてそれぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値をとる、変換を行う処理と、前記第１、第２、第３の変換データを、順次多値変調器へ出力させる処理と、を前記コンピュータに実行させるプログラムよりなる。
【００１０】
本発明の他のアスペクトに係るプログラムは、通信信号を多値復調し、ｐ＋１列（ｐは３以上の整数）の復調データ信号を出力する多値復調処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記通信信号を第１、第２、第３の復調データ列信号として入力し、３ｐ＋１列の前記復調データ信号に変換する処理であって、前記第１の復調データ列信号として（１１／８）×２ｐ種の値を受け、前記第１の復調データ列信号が１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の復調データ列信号としてそれぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を受け、前記第１の復調データ列信号が１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の復調データ列信号としてそれぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値を受けて、前記第１、第２、第３の復調データ列信号の示す値に基づき予め定めた復調データ値をとり、前記復調データ値を３ｐ＋１列の復調データ信号として出力させる処理を前記コンピュータに実行させるプログラムよりなる。
【００１１】
本発明の他のアスペクトに係る方法は、３ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）の入力信号を３つの変調シンボルに割り当てる多値変復調方法において、第１の変調シンボルは、（１１／８）×２ｐ個の信号点を用い、前記第１の変調シンボルが、予め定めた、１から８×２（ｐ−３）の信号点をとる場合には、第２、第３の変調シンボルとして、それぞれ前記入力信号に対応して予め定めた、（１１／８）×２ｐ個、（１０／８）×２ｐ個の信号点を用い、前記第１の変調シンボルが、１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の信号点をとる場合には、第２、第３の変調シンボルとして、それぞれ前記入力信号に対応して予め定めた（８／８）×２ｐ個、（６／８）×２ｐ個の信号点を用いる。
【００１２】
［発明の概要］
本発明の多値変調装置は、３ｐ＋１列（ただし、ｐは３以上の整数）の入力データ信号を３つのｐ＋１列の信号に変換して、それぞれを独立の位相平面上に割当て、この３つの位相平面を一組として時分割多重し、多値変調して送出する。このとき、一組を成す３つの位相平面上の座標点の割当てに所定の関係を持たせることで、１つの変調シンボルに対して、ｐ＋１／３ビットが割り当てられる構成を実現する。
【００１３】
１つの変調シンボルに対してｐ＋１／３ビットを割り当てようとする場合に、信号の点数は２（ｐ＋１／３）となる。しかし、１つの変調シンボルで実現しようとすると、２（ｐ＋１／３）が無理数となり、現実の信号点数として変調を実現することが出来ない。
【００１４】
そこで、本発明においては、３つの位相平面を一組として多値変調し、３つ位相面の各々の信号点数を制御する構成を採っている。
【００１５】
かかる構成により、本発明によれば、１つの変調シンボルがあたかも、ｐ＋１／３ビットが割り当てられるかのような作用を実現している。これにより、ＱＡＭ方式において、多値数を、約２（ｎ＋１／３）にすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本発明は、ｐを３以上の整数として、３ｐ＋１列の入力信号を３つの変調シンボルに割り当てる多値変調方法において、第１の変調シンボルにおいては、（１１／８）×２ｐ個の信号点を用い、第１の変調シンボルが予め定めた１から８×２（ｐ−３）の信号点をとる場合には、第２、第３の変調シンボルとしてそれぞれ入力信号に対応して予め定めた（１１／８）×２ｐ個、（１０／８）×２ｐ個の信号点を用い、第１の変調シンボルが１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の信号点をとる場合には、第２、第３の変調シンボルとしてそれぞれ入力信号に対応して予め定めた（８／８）×２ｐ個、（６／８）×２ｐ個の信号点を用いる。
【００１７】
本発明に係る多値変調装置は、１から２の（３ｐ＋１）の冪乗（ただし、ｐは３以上の整数）番までの値をとる入力信号を入力し、前記入力信号に基づき第１乃至第３の変換データを生成して出力する変換手段（例えば図１の３、４）と、前記第１乃至第３の変換データを入力し多値変調して出力する手段（図１の６）と、を備え、前記変換手段は、前記入力信号をその値により、互いに共通な要素を持たない２つのグループのいずれかに区分し、前記入力信号が第１のグループに属する場合、前記第１の変換データは前記入力信号の値に応じて１から８×２（ｐ−３）までの値をとり、前記第２、第３の変換データは、前記入力信号の値に応じてそれぞれ予め割り当てられた、（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値をとり、前記入力信号が第２のグループに属する場合、前記第１の変換データは前記入力信号の値に応じて１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとり、前記第２、第３の変換データは、前記入力信号の値に応じてそれぞれ予め割り当てられた、（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値をとる、ように変換する構成とされている。
【００１８】
本発明の変調は、ｐを３以上の整数としたとき、次の式（１）が成り立つことに基づいている。
【００１９】
２（３ｐ＋１）＝｛（１１／８）×２ｐ｝×｛（１０／８）×２ｐ｝×｛８×２（ｐ−３）｝＋｛（８／８）×２ｐ｝×｛（６／８）×２ｐ｝×｛３×２（ｐ−３）｝                      …  （１）
【００２０】
上式（１）の右辺第１項は、第１信号の（１１／８）×２ｐＱＡＭのうちの８×２（ｐ−３）回は、第２、第３の信号でそれぞれ、（１１／８）×２ｐＱＡＭ、（１０／８）×２ｐＱＡＭを意味しており、右辺第２項は、３×２（ｐ−３）回は、第２、第３の信号でそれぞれ、（８／８）×２ｐＱＡＭ、（６／８）×２ｐＱＡＭを意味している。
【００２１】
上式（１）において、第１信号の総数は、（１１／８）×２ｐとなっている。
【００２２】
すなわち、１つの変調シンボルに対して、等価的に、ｐ＋１／３ビットが割り当てられる動作を実行する。このことから、本発明によれば、ＱＡＭ方式において、多値数を約２（ｎ＋１／３）（ただし、ｎは３以上の正整数）とすることが可能となる。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態の多値変調装置の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施の形態の多値変調装置は、入力端子１と、データ列数変換回路２と、第１のデータ変換回路３と、第２のデータ変換回路４と、並列直列変換回路５と、多値変調器６と、出力端子７とを備えている。
【００２４】
第１のデータ変換回路３、及び第２のデータ変換回路４は、データ列数変換回路２が出力する３ｐ＋１列の入力データ信号２１を入力して変換する。
【００２５】
第１のデータ変換回路３は、３ｐ＋１列の入力データ信号２１の値に応じて、（１１／８）×２ｐ種の値を示すｐ＋１列の信号を出力する。
【００２６】
第２のデータ変換回路４は、第１のデータ変換回路３の出力信号を受け、入力データ信号２１の値を参照して、３つのｐ＋１列の信号、すなわち第１乃至第３の出力信号４１、４２、４３を出力する。
【００２７】
第２のデータ変換回路４は、第１のデータ変換回路３が、１から８×２（ｐ−３）の値を出力する場合には、第１のデータ変換回路３の出力信号を第１の出力信号４１とするとともに、第２、第３の出力信号４２、４３としてそれぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を示す信号を出力する。
【００２８】
第２のデータ変換回路４は、第１のデータ変換回路３が、１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値を出力する場合には、第１のデータ変換回路３の出力信号を第１の出力信号４１とするとともに、第２、第３の出力信号４２、４３として、それぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（８／８）×２ｐ種の値を示す信号を出力する。
【００２９】
並列直列変換回路５は、第２のデータ変換回路４からの第１乃至第３の出力信号４１、４２、４３を入力して時分割多重化し、ｐ＋１列の多重化信号５１を出力する。
【００３０】
多値変調器６は、多重化信号５１を多値変調し、出力端子７へ出力する。
【００３１】
図２は、図１の多値変調装置から出力される信号（通信信号）を入力して復調する処理を行う多値復調装置の構成が示されている。図２を参照すると、本実施の形態の多値復調装置は、入力端子１１と、多値復調器１２と、直列並列変換回路１３と、データ逆変換回路１４と、出力端子１５と、を備えている。
【００３２】
多値復調器１２は、入力端子１１に入力された通信信号を復調し、ｐ＋１列の受信復調データ列信号１２１を出力する。
【００３３】
直列並列変換回路１３は、受信復調データ列信号１２１を時分割多重分離して、それぞれｐ＋１列の、第１、第２及び第３の復調データ列信号１３１、１３２、１３３を出力する。
【００３４】
データ逆変換回路１４は、第１乃至第３の復調データ列信号１３１、１３２、１３３を入力し、３ｐ＋１列の復調データ信号１４１を出力する。
【００３５】
データ逆変換回路１４は、第１の復調データ列信号が１から８×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の復調データ列信号としてそれぞれ予め定めた（１１／８）×２ｐ種、（１０／８）×２ｐ種の値を示す信号を受ける。
【００３６】
データ逆変換回路１４は、第１の復調データ列信号が１＋８×２（ｐ−３）から８×２（ｐ−３）＋３×２（ｐ−３）の値をとる場合には、第２、第３の復調データ列信号としてそれぞれ予め定めた（８／８）×２ｐ種、（６／８）×２ｐ種の値を示す信号を受ける。
【００３７】
データ逆変換回路１４は、第１、第２、第３の復調データ列信号の示す値に基づき予め定めた復調データ値を生成し、この復調データ値を３ｐ＋２列の復調データ信号１４１として出力する。
【００３８】
本発明に係る多値変復調通信システムは、図１に示した多値変調装置と、図２に示した多値復調装置とを備えて構成される。
【００３９】
次に、図１、図２に示したこの実施の形態の多値変調装置及び多値復調装置の動作について、図面を参照して説明する。
【００４０】
図３は、この実施の形態における多値変調装置内部の各部における、信号の変換を示すタイミングチャートである。図３の（１）は図１の入力データ信号２１を示す。図３の横軸は時間軸であり、入力データ信号２１は一定の時間毎に変化することを示している。図３の（２）Ａ、（２）Ｂ及び（２）Ｃは、それぞれ、図１の第２のデータ変換回路４から出力される第１乃至第３の出力信号４１、４２、４３を示している。図３の（３）は、図１の並列直列変換回路５の出力する多重化信号５１を示している。図３の（３）には、図３の（２）Ａ、（２）Ｂ及び（２）Ｃの信号を時分割多重し、（２）Ａの信号を（３）のＡ期間に、（２）Ｂの信号を（３）のＢ期間に、（２）Ｃの信号を（３）のＣ期間に、それぞれ出力している様子が示されている。
【００４１】
図４は、３ｐ＋１列の入力データ信号（２値信号）２１の値（図４の「入力信号の番号」欄）と、出力端子７に出力される信号の値（図４の「変調シンボルの取り得る値」欄）の対応を、一例としてｐ＝４（入力信号は１３列：１３ビット構成）の場合について示している。なお、図４は、この実施の形態における第１、第２のデータ変換回路３、４におけるデータ変換テーブル（不図示）によるデータ変換の一例を示す図である。
【００４２】
図４を参照すると、３つの変調シンボルのうち、第１の変調シンボルは１から２２までの値をとる。そして、第１の変調シンボルの値が１から１６までの間は、第２、第３の変調シンボルは、それぞれ１から２２、１から２０までの値をとり、第１の変調シンボルが１７から２２までの間は、第２、第３の変調シンボルはそれぞれ１から１６、１から１２までの値をとる。
【００４３】
このとき、３つの変調シンボルによって表現できる信号の種類は、次の式（２）に示すとおりとなる。
【００４４】
１６×２２×２０＋６×１６×１２＝８１９２（＝２１３）      …（２）
【００４５】
上式（２）の、左辺第１項の１６×２２×２０の１６は、第１の変調シンボルが１から１６までの値をとることを示しており、２２×２０は、第１のシンボルの値の１から１６までのそれぞれに対して、第２、第３の変調シンボルがそれぞれ１から２２、１から２０までの値をとることを示している。
【００４６】
また、第２項の６×１６×１２の６は、第１の変調シンボルが１７から２２までの値をとることを示しており、１６×１２は、第１の変調シンボルの１７から２２までのそれぞれに対して、第２、第３の変調シンボルがそれぞれ１から１６、１から１２の値をとることを示している。
【００４７】
このように、入力データ信号と第１、第２、第３の変調シンボルの値の対応は一義的に定めることができる。このため、第１、第２のデータ変換回路３、４は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）デバイスなどに所定のデータテーブルを格納するなどの構成を採用することにより、実現することができる。なお、図４には、ｐ＝４の場合が例示されているが、本発明は、３以上の整数ｐに対して有効であり、ｐ＝４の場合に限定されるものでないことは勿論である。
【００４８】
図５は、この実施の形態において、多値変調器６が出力する変調信号の第１、第２、第３の変調シンボルを、位相平面上のいわゆるコンスタレーション（デジタル変調波の信号点配置）として表現した信号図である。図５では、式（２）の左辺第１項から３項において、第１シンボル、第２シンボル、第３シンボルのとり得る座標点を黒点（丸内にドットが施されている点）にて示している。すなわち、図５の「第一シンボルの１６点」は、左から順に、式（２）の左辺第１項における第１シンボル、第２シンボル、第３シンボルのとり得る座標点を黒点にて示している。同様に、「第一シンボルの６点」は、左から順に、式（２）の左辺第２項における、第１シンボル、第２シンボル、第３シンボルのとり得る座標点を黒点にて示している。
【００４９】
次に発明の他の実施の形態について説明する。本発明では、３以上の整数ｐにおいて実施可能な、一般的な形で構成法を示している。この応用例として、ｐ＝３〜７の場合、すなわち、１１ＱＡＭ、２２ＱＡＭ、４４ＱＡＭ、８８ＱＡＭ、１７６ＱＡＭ変調について、該ＱＡＭ変調方式を構成するパラメータの具体例を図６に示す。
【００５０】
図６は、第１、第２及び第３の変調シンボルの、多値数及びそれらの繰り返し数を示している。例えば、１５５［Ｍｂｐｓ］（メガビット／秒）の伝送レートで通信したいが、周波数帯域が３６［Ｍｓｙｍｂｏｌ／ｓｅｃ］（メガ（１００万）シンボル／秒）相当しかない場合には、３２ＱＡＭでは３１［Ｍｓｙｍｂｏｌ／ｓｅｃ］となるために帯域の余りが大きくなるが、１６ＱＡＭでは３８．７５［Ｍｓｙｍｂｏｌ／ｓｅｃ］となるために、帯域が不足する。
【００５１】
このような場合には、図６に示す２２ＱＡＭを適用すると、３５．７６９［Ｍｓｙｍｂｏｌ／ｓｅｃ］の変調速度を確保することができるため、帯域の利用効率よく伝送することが可能となる。
【００５２】
また、このとき、符号誤り率で１０のマイナス６乗を実現するために、従来の１６ＱＡＭではシンボルエラーレートで１×１０−６を満足するための所要Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）として２０．９［ｄＢ］が必要とされている。これに対して、本発明による１１ＱＡＭを用いた場合の所要Ｃ／Ｎは、１９．０［ｄＢ］となる。すなわち、本発明によれば、１．９［ｄＢ］だけ送信電力を小さくしても、１６ＱＡＭと同一の品質で伝送でき、有利である。したがって、電力をより有効に利用することができる。
【００５３】
更に、一般に、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ、が、シンボルエラーレートで１×１０−６を満足する為の所要Ｃ／Ｎとしてそれぞれ２０．９［ｄＢ］、２３．９［ｄＢ］、２７．２［ｄＢ］、３０．１［ｄＢ］、３３．３［ｄＢ］が必要とされるが、本発明による１１ＱＡＭ、２２ＱＡＭ、４４ＱＡＭ、８８ＱＡＭ、１７６ＱＡＭ、を用いた場合の所要Ｃ／Ｎは、それぞれ、１９．０［ｄＢ］、２２．１［ｄＢ］、２５．０［ｄＢ］、２８．１［ｄＢ］、３１．１［ｄＢ］、となり、伝送帯域の拡大はあるものの、それぞれ約２ｄＢの所要Ｃ/Ｎで優れている。
【００５４】
本発明のさらに別の実施の形態について説明する。図７は、本発明のさらに別の実施の形態の多値変調装置の構成を示す図である。図７において、図１に示した要素と同一の要素には、同一の参照符号が付されている。この実施の形態では、多値変調装置と多値復調装置に制御手段を具備し、多値変調装置、及び多値復調装置におけるデータ変換テーブルを、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）デバイスなどにより構成し、ＲＡＭに格納するデータ変換テーブルを制御手段により変更可能に構成することができる。多値変調装置と多値復調装置のデータ変換テーブル（データ逆変換回路内に設けられる）を相互に対応させて変更することで、送受信するデータの値と、通信信号（コンスタレーション上の座標点）の関係を任意に変更することができる。かかる構成により、この実施の形態によれば、送受信データの秘匿性を高め、通信システムの信頼性を向上することができる。
【００５５】
図７を参照すると、この実施の形態の多値変調装置は、図１の多値変調装置に多値変調制御手段８を追加したものである。多値変調制御手段８は、第１のデータ変換回路３と、第２のデータ変換回路４とを制御し、これらの有するデータ変換テーブル（不図示）の内容を変更する。
【００５６】
図８は、本発明のさらに別の実施の形態の多値復調装置の構成を示す図である。図８において、図２に示した要素と同一の要素には、同一の参照符号が付されている。図８を参照すると、この実施の形態の多値復調装置は、図２の多値復調装置１２に多値復調制御手段１６を追加したものである。多値復調制御手段１６は、データ逆変換回路１４を制御し、これの有するデータ逆変換テーブル（不図示）の内容を変更する。
【００５７】
本発明に係る多値変復調通信システムは、図７に示した多値変調装置と、図８に示した多値復調装置とを備えた構成としてもよい。
【００５８】
また、図７の第１のデータ変換回路３及び第２のデータ変換回路４を多値変調制御手段８の入出力デバイスとして構成し、第１及び第２のデータ変換回路３、４のデータ変換機能を、多値変調制御手段８を構成するコンピュータによって行うようにしてもよい。この場合には、多値変調制御手段８の制御プログラムにて、第１、第２のデータ変換回路３、４を代替する処理を行うように構成する。
【００５９】
図９は、このように構成した場合に、多値変調制御手段８のコンピュータで実行すべきプログラムのフローチャートである。多値変調制御手段８は、ステップＳ１にて入力データ信号２１を入力する。続いてステップＳ２で、入力データ信号２１の値に対応する第１の変換データを生成する。
【００６０】
ステップＳ３で、第２、第３の変換データを生成する。これらの変換データは、一例として示した図４を参照して構成することができる。
【００６１】
ステップＳ４では、第１、第２、第３の変換データを、順次、並列直列変換回路６に出力させる。
【００６２】
なお、図９には、１つの入力データを変換する処理が示されているが、図３のタイミングチャートに示したように、入力データ信号は順次供給される。順次供給される入力データ信号にしたがって、図９のフローチャートに示す処理を繰り返し実行させることで、順次、変調信号を送出するよう制御できる。
【００６３】
同様にして、図８のデータ逆変換回路１４を多値復調制御手段１６の入出力デバイスとして構成し、データ逆変換回路１４のデータ逆変換機能を、多値復調制御手段１６を構成するコンピュータにて行うようにしてもよい。この場合には、多値復調制御手段１６の制御プログラムにて、データ逆変換回路１４の機能を代替する処理を行うよう構成する。
【００６４】
図１０は、このように構成した場合に、多値復調制御手段１６のコンピュータで実行すべきプログラムのフローチャートである。多値復調制御手段１６は、ステップＳ１１にて第１の復調データを入力し、ステップＳ１２にて第２、第３の復調データを入力する。
【００６５】
続いてステップＳ１３にて第１、第２及び第３の復調データに対応する復調データ値を生成する。この復調データ値は、一例として示した図４を参照し、逆変換テーブルを作成することによって構成することができる。
【００６６】
ステップＳ１４では、復調データ値を３ｐ＋２列の復調データ信号として出力させる。なお、図１０には、一組の復調データを入力し逆変換する処理が示されているが、復調データが順次供給されるにしたがって、図１０のフローチャートに示す処理を繰り返し実行させることで、順次、復調データ信号を出力するよう制御するようにしてもよいことは勿論である。
【００６７】
また、上記実施例の説明で用いた図１、図７では、第１のデータ変換回路３、第２のデータ変換回路４を２つの回路ブロックで構成した例が示されているが、これらのデータ変換回路を１つの回路で構成してもよいことは勿論である。以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は、上記実施の形態の構成にのみ限定されるものでなく、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、３ｐ＋１列の入力データを、３つの変調シンボルに割り当てた後、その３つの変調シンボルを時間軸上で多重化した１つの変調シンボル列によって、ｐ＋１／３列の２値データ列を伝送しているので、ＱＡＭ方式の多値数を、約２（ｐ＋１／３）とすることを可能としている。本発明によれば、２ｎＱＡＭでは周波数帯域に余裕があり過ぎであるが、２（ｎ−１）ＱＡＭでは要求される周波数帯域を超えてしまう場合に、これらの中間の変調方式を提供することができる。
【００６９】
この結果、本発明によれば、周波数をより有効に利用できることに加え、２ｎＱＡＭに比べて、少ない所要の信号対雑音比で、２（ｎ−２／３）ＱＡＭを実現することができ、電力を有効に利用することができる、という効果を奏する。
【００７０】
さらに、本発明によれば、３以上の任意の整数ｐについて構成することのできる一般的な形で構成法を提供しており、１１ＱＡＭ、２２ＱＡＭ、４４ＱＡＭ、８８ＱＡＭ、１７６ＱＡＭの他、多くのＱＡＭ変調方式に適用することをが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の多値変調装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態の多値復調装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態の多値変調装置の各部の信号の変換を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態の多値変調装置における第１及び第２のデータ変換回路のデータ変換テーブルの構成を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施の形態における多値変調信号の位相平面において各変調シンボルのとり得る座標点を示した説明図である。
【図６】本発明の他の実施の形態における他のＱＡＭ変調方式を構成するためのパラメータの具体例を示す図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態の多値変調装置の構成を示す図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の多値復調装置の構成を示す図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態の多値変調装置の多値変調制御手段を構成するコンピュータに実行させるプログラムの処理手順の一例を説明するための流れ図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態の多値復調装置の多値復調制御手段を構成するコンピュータに実行させるプログラムの処理手順の一例を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
１  入力端子
２  データ列数変換回路
３  第１のデータ変換回路
４  第２のデータ変換回路
５  並列直列変換回路
６  多値変調器
７  出力端子
８  多値変調制御手段
１１  入力端子
１２  多値復調器
１３  直列並列変換回路
１４  データ逆変換回路
１５  出力端子
１６  多値復調制御手段
２１  入力データ信号
４１  第１の出力信号
４２  第２の出力信号
４３  第３の出力信号
５１  多重化信号
１２１  受信復調データ列信号
１３１  第１の復調データ列信号
１３２  第２の復調データ列信号
１３３  第３の復調データ列信号
１４１  復調データ信号
【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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