(57)【要約】【課題】どの情報にも均一な符号を施すのではなく、情報の重要度に応じた誤り保護を施し、均一に誤り保護した場合より、システム全体として高い信頼性、性能を有する情報伝送システムを提供する。【解決手段】不均一誤り保護システムは、通信路に信号の送信を行う、トレリス符号化変調によって符号および変調を一体で処理する符号変調器と、通信路を介して受信した信号のフェージング波形歪みを低減する適応等化器と、適応等化器から出力される信号をビタビ復号によって復調および復号を一体で処理する復調復号器とを有するものである。この不均一誤り保護システムは、誤り保護のレベルの異なる複数の符号変調器を並列接続して、情報の重要度に応じて符号変調器を切り替えると共に、誤り保護のレベルの異なる複数の復調復号器を並列接続して、情報の重要度に応じて復調復号器を切り替えることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信路に信号の送信を行う、トレリス符号化変調によって符号および変調を一体で処理する符号変調器と、前記通信路を介して受信した信号のフェージング波形歪みを低減する適応等化器と、当該適応等化器から出力される信号をビタビ復号によって復調および復号を一体で処理する復調復号器とを有することを特徴とする不均一誤り保護システム。
【請求項２】
入力信号をトレリス符号化変調によって、符号および変調を一体で行い通信路に送信し、通信路を介して受信した信号のフェージング歪みを適応等化によって低減し、その後、ビタビ復号によって復調および復号を一体で行うことを特徴とする不均一誤り保護方法。
【請求項３】
誤り保護のレベルの異なる複数の前記符号変調器を並列接続して備えると共に、前記複数の符号変調器の入出力を、重要度の高い情報には誤り保護のレベルの高い符号変調器に切り替え、重要度の低い情報には誤り保護のレベルの低い符号変調器に切り替える送信切替部を備え、誤り保護のレベルの異なる複数の前記復調復号器を並列接続して備えると共に、前記複数の復調復号器の入出力を、重要度の高い情報には誤り保護のレベルの高い復調復号器に切り替え、重要度の低い情報には誤り保護のレベルの低い復調復号器に切り替える受信切替部を備えることを特徴とする請求項１に記載の不均一誤り保護システム。
【請求項４】
前記誤り保護のレベルの異なる前記符号変調器を２個備え、エネルギーの異なった2重のQPSKが配置された信号点配置を用いて、エネルギーの高いQPSK配置に重要度の高い情報を配置することを特徴とする請求項３に記載の不均一誤り保護システム。
【請求項５】
前記誤り保護のレベルの異なる前記符号変調器を３個備え、エネルギーの異なった3重のQPSKが配置された信号点配置を用いて、エネルギーの高いQPSK配置側から順に重要度の高い情報を対応させて配置することを特徴とする請求項３に記載の不均一誤り保護システム。
【請求項６】
前記誤り保護のレベルの異なる前記符号変調器を複数備え、同一RING上に４点の信号点の組ごとに位相の変化量を異ならせて配置した信号点配置を用いて、前記位相の変化量が大きい信号点の組から順に重要度の高い情報を配置することを特徴とする請求項３に記載の不均一誤り保護システム。
【請求項７】
前記符号変調器は、ライスパラメータK=5以上または、移動体の速度を3 km/h以下で設計することを特徴とする請求項６に記載の不均一誤り保護システム。
【請求項８】
前記復調復号器は、情報の重要度を、送信データNビット毎に判定することを特徴とする請求項３に記載の不均一誤り保護システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報通信システム及び情報伝送方法特に、ワイヤレス通信などのフェージング通信路でも適用可能な不均一誤り保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信の主目的は、情報源からの情報を如何に効率的で、かつ正確に受信側に送ることである。伝送という観点からは、情報源からの情報ビットを均一に取り扱いがちだが、情報源によってその情報ビットは異なる性質を有する場合がある。この場合、情報の性質を考慮にいれて伝送を行うことが望ましい場合がある。具体的には、重要度の高い情報には十分な誤り訂正を行い、重要度の低い情報には簡単な誤り訂正を行うことにより、どの情報にも均一な符号化を施した場合に比べ、全体として効率的が良く、システム全体として高い信頼性、性能が期待できる。例えば、人同士の会話の中でも誤り訂正は行われており、雑音のせいで聞き取れない単語があっても、会話の前後関係から会話の内容を大抵は理解することが出来る。つまり、重要度の高い情報の誤りが少なくなることで、重要度の低い情報がある程度欠損しても人間同士の意思疎通にはあまり支障がないということになる。また、多くの通信アプリケーションでは、伝送するビットが異なる重要度を要する。例として、ATM(asynchronous transfer mode)における情報転送単位としてのATMセルを挙げる。固定長53byteをもつATMセルのうち、5byteをATMヘッダに割り当てている。ATMヘッダはATMセルの司令塔のため、他の48byteより強く保護されることが望ましい。本発明は、このような不均一誤り保護性能を有する情報通信システム装置の提案である。
【０００３】
不均一誤り保護性を作り出すためには、異なる重要度を有する情報ビットに対して不均一誤り率特性を提供することが要求される。その方法として、マルチレベル符号が用いられている。マルチレベル符号器は、例えば非特許文献１に示され、その一般的な構成を図7に示す。情報源符号化器が、優先度を降順に並べたM個の並列ビット系列に、情報系列を分割する。チャネル符号器は、符号間距離を降順に並べたM個の異なる誤り訂正符号C1、…、CMで構成することによって、不均一誤り特性を作り出している。このマルチレベル符号器の問題点は、各符号化は単純であるが、全体の復号化は複雑になることである。よって、マルチレベル復号には膨大な処理が必要である。また、マルチレベル符号器には、符号化利得を達成するために、余分な符号ビットを必要とするので、帯域幅の効率化を図られていない。それに対し、帯域幅の効率化を目的として、一様な信号点配置と非一様な信号点配置と符号化変調の時間多重を用いた方式がある。この方式が例えば非特許文献２に示され、符号化変調を用いた不均一誤り特性を作り出す一例を図8に示す。
【０００４】
重要度の高いグループに対しては、より強力な符号(符号器1)、重要度の低いグループに対しては、符号化しないか低い符号(符号器2)を用いる。図8の構成では、情報源側の符号器1と符号器2からの出力を用いて信号点配置へマッピングするので、式(1)を満たさなければならない。
【０００５】
【数１】
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ただし、m1、m2はそれぞれ重要度の高い情報ビットと重要度の低い情報ビットを表し、r1、r2はそれぞれ符号器1と符号器2で付加された冗長ビットを表す。
【０００６】
受信器側では、各符号器に対応した復号器を用意し、復号する。これらの従来方式では、重要度は2レベルを前提とし、重要度の高い情報と低い情報がビット毎に切り替わるか、ある規則的なデータ列で切り替わるものが多かった。
【０００７】
【非特許文献１】H. Imai and S. Hirakawa, "A newmultilevel coding method using error correcting codes"", IEEE Trans.Inform. Theory, pp. 371-377, May. 1977.
【非特許文献２】L. -F. Wei, "Coded modulation with unequal error protection", IEEE Trans. Commun, vol. 41, pp. 1439-1449, Oct. 1993.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、携帯電話などディジタル技術を用いたワイヤレス通信に対する要求が高まっている。しかし、従来の不均一誤り保護システムでは、通信路としてAWGN（白色雑音）通信路での使用を前提としたシステム構成が多い。一方、フェージング通信路における評価がなされているものは、ほとんどなく、不均一誤り保護システムのフェージング通信路における適用、導入が望まれていた。
【０００９】
本発明はワイヤレス通信などのフェージング通信路でも適用可能でシステム全体として高い信頼性、性能を有する不均一誤り保護システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載の不均一誤り保護システムは、通信路に信号の送信を行う、トレリス符号化変調によって符号および変調を一体で処理する符号変調器と、前記通信路を介して受信した信号のフェージング波形歪みを低減する適応等化器と、当該適応等化器から出力される信号をビタビ復号によって復調および復号を一体で処理する復調復号器とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の不均一誤り保護方法は、入力信号をトレリス符号化変調によって、符号および変調を一体で行い通信路に送信し、通信路を介して受信した信号のフェージング歪みを適応等化によって低減し、その後、ビタビ復号によって復調および復号を一体で行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の不均一誤り保護システムは、請求項１に記載されたもので、誤り保護のレベルの異なる複数の前記符号変調器を並列接続して備えると共に、前記複数の符号変調器の入出力を、重要度の高い情報には誤り保護のレベルの高い符号変調器に切り替え、重要度の低い情報には誤り保護のレベルの低い符号変調器に切り替える送信切替部を備え、誤り保護のレベルの異なる複数の前記復調復号器を並列接続して備えると共に、前記複数の復調復号器の入出力を、重要度の高い情報には誤り保護のレベルの高い復調復号器に切り替え、重要度の低い情報には誤り保護のレベルの低い復調復号器に切り替える受信切替部を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の不均一誤り保護システムは、請求項３に記載されたもので、前記誤り保護のレベルの異なる前記符号変調器を２個備え、エネルギーの異なった2重のQPSKが配置された信号点配置を用いて、エネルギーの高いQPSK配置に重要度の高い情報を配置することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の不均一誤り保護システムは、請求項３に記載されたもので、前記誤り保護のレベルの異なる前記符号変調器を３個備え、エネルギーの異なった3重のQPSKが配置された信号点配置を用いて、エネルギーの高いQPSK配置側から順に重要度の高い情報を対応させて配置することを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の不均一誤り保護システムは、請求項３に記載されたもので、前記誤り保護のレベルの異なる前記符号変調器を複数備え、同一RING上に４点の信号点の組ごとに位相の変化量を異ならせて配置した信号点配置を用いて、前記位相の変化量が大きい信号点の組から順に重要度の高い情報を配置することを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の不均一誤り保護システムは、請求項６に記載されたもので、前記符号変調器は、ライスパラメータK=5以上または、移動体の速度を3km/h以下で設計することを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の不均一誤り保護システムは、請求項３に記載されたもので、前記復調復号器は、情報の重要度を、送信データNビット毎に判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の主な効果を挙げる。
【００１９】
従来方式ではビットごとの重要さに着目し、ブロック符号を用いてビットごとに異なった誤り訂正を施していた。それらは、たいてい高、低の2段階の誤り訂正を行うものであり、重要度の高いビットと低いビットは規則正しく切り替わるか、それぞれパラレルなデータ列を前提としているものが多かった。一方、提案方式では1つの情報系列の中にいろいろな重要度の部分が含まれている情報系列Nビットを考え、その重要度に応じて誤り訂正能力の異なる符号器を用いて符号化することによって、重要度に応じた誤り訂正を行う。
【００２０】
重要度に関して、従来方式では2レベル（重要度高、重要度低）での使用を前提としていたが、本発明では、3レベル（重要度高、重要度中、重要度低）での実装を可能としている。
【００２１】
図８で示す従来方式では、変調と符号化を別々に行っていたが、提案方式では、トレリス符号化変調により変調と符号化を一体で行い、システムを簡素化している。トレリス符号化変調を用いることによって、符号化により送信ビット数が増大するが、その分、変調多値数を増大させ、帯域幅を不変に保ったまま、復調における信頼度を高くしている。
【００２２】
符号化された信号各々に対して変調するため、図８における式(1)のような信号点配置の制約がない。
【００２３】
フェージング対策として適応等化器を装備している為、ワイヤレス通信などのフェージング通信路にも適用可能であり、従来のAWGN（白色雑音）を前提としたシステムより用途が格段に広い。
【００２４】
これらにより、ワイヤレス通信などのフェージング通信路でも適用可能でシステム全体として高い信頼性、性能で情報伝送を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
発明したシステム構成を（図1）に示す。通信路前の情報を送信する構成は、符号器および変調器が一体化されて符号および変調を一体で処理する符号変調器がM個（図１ではM＝３の場合を例示）並列に並べられた構成である。このM個の符号変調器は、誤り保護のレベルが異なっている。このM個の符号変調器の入出力には、重要度の高い情報には誤り保護のレベルの高い符号変調器に切り替え、重要度の低い情報には誤り保護のレベルの低い符号変調器に切り替える送信切替部（図１の上側の切替スイッチ）が接続されている。送信切替部は、切替スイッチとして機能する。
【００２６】
通信路後には、通信路を介して受信した信号のフェージング波形歪みを低減する適応等化器が配置され、適応等化器から出力される信号をビタビ復号によって復調および復号を一体で処理する復調復号器が接続されている。
【００２７】
復調復号器は、誤り保護のレベルの異なるM個の復調復号器が並列接続されていると共に、この複数の復調復号器の入出力を、重要度の高い情報には誤り保護のレベルの高い復調復号器に切り替え、重要度の低い情報には誤り保護のレベルの低い復調復号器に切り替える受信切替部（図１の下側の切替スイッチ）が接続されている。受信切替部は切替スイッチとして機能する。
【００２８】
2つの重要度をもつ情報を用いる場合は2個の符号変調器を並列に配置し切り替える事になる。入力信号は0、1のランダムなビット列とし、入力信号の情報の重要度はNビット毎に変化するものとする。本研究では、どういった情報が、重要度が高いか低いかといった点については考慮しない。つまり、通信システムを評価する上で、あるビット列Nを重要度が高いと解釈する。また、それぞれの重要度の情報が偏って発生した場合、均一な誤り訂正を施したものに近づくため、それぞれの重要度の情報は同確率で発生するものとする。符号器では、畳み込み符号を用いて符号化する。符号化率は、情報の重要度が高いものほど低く設定し、誤りが起こりにくくする。提案発明するシステム構成では、トレリス符号化変調により変調と符号化（または復調と復号化）を一体で行い、システムを簡素化している。トレリス符号化変調を用いることによって、符号化により送信ビット数が増大するが、その分、変調多値数を増大させ、帯域幅を不変に保ったまま、復調における信頼度を高くしている。また、符号化された信号各々に対して変調するため、式(1)のような信号点配置の制約がない。
【００２９】
通信路について、提案発明方式では特に制約はないが、移動体通信を想定して、フェージング通信路を考える。ワイヤレス通信などのマルチパス環境下では、フェージングにより、符号間干渉が発生する。符号間干渉は通信路の高周波成分の減衰により発生する現象であり、振幅と位相の歪みを受けるため、通信効率、信頼性を損なう原因となる。符号間干渉を軽減する為に、受信側に適応等化器を挿入する。これにより、フェージングにより受けた波形歪みを補正する。提案発明方式では、トレーニングモード（図9）とトラッキングモード（図10）をスイッチにより切り替える仕組みとした。適応等化器における所望信号とは、等化器の原理からして、復号されるべき送信信号である。したがって、受信側で送信信号を用いることができれば、基本的には適応等化器が実現できる。そこで通常受信側でトレーニング信号と呼ばれる送信信号と同じ信号を発生させる方式をとる。トレーニング信号は、送信側と受信側で同期を取ることができれば、容易に発生することが可能である。このようにして、受信側でトレーニング信号を発生している状態が、適応等化器におけるトレーニングモードと呼ばれる状態である。このトレーニングモードにおいて、適応等化器の係数が調整される。しかし、このトレーニングモードでは、実質の情報伝送がなされない。実質の情報伝達を行うために、ある時間経過後、トレーニングモードからトラッキングモード（判定直接モードともいわれる）と呼ばれる状態に切り替える。トラッキングモードでは、トレーニング信号を用いず、適応等化器の出力の符号判定値を所望信号とする。トラッキングモードにおいてこのような所望信号を用いるのは、トレーニングモードにおいて十分な係数調整がなされれば、適応等化器の出力の符号判定値は、送信信号とほぼ等しくなるためである。実際、通信路特性が時不変で、トレーニングモードでの収束特性が良好な場合には、トラッキングモードで適応等化器は安定して働くことが知られている。また、通信路特性が時変であっても、その特性があまり激しくなく、判定器の誤る確率が1/2であれば、有効に働くことが知られている。
【００３０】
受信側では、同一通信路から送信された信号を受信し、各復号器および復調器で並列に処理される。またこの流れと並列に符号器推定処理を行う。符号器推定処理のアルゴリズムを（図６）に示す。
【００３１】
図６に示される符号器推定処理のアルゴリズムは、まず、ステップ１でi番目の送信信号（or受信信号）から各々の信号点番号(0〜8)までの距離dij（j:0〜3）を計算する。
ステップ２でステップ１で計測した送信信号（or受信信号）と重要度信号(0〜7)との距離dijの最小距離（最小値）を計算する。ステップ３で送信信号と最小距離をなす重要度信号の番号を決定する。このステップ３では、ステップ１、ステップ２をデータの切替速度であるNビット毎に行い、それらを加算して重要度信号の番号Hminを決定する。同様に、ステップ４で受信信号と最小距離をなす重要度信号の番号を決定する。このステップ４では重要度が低い信号点に関しても、ステップ１、ステップ２をデータの切替速度であるNビット毎に行い、それらを加算して重要度信号の番号Lminを決定する。ステップ５で、ステップ３で求めたHminとLminとを比較し、Hmin＜Lminならば、高い重要度レベルと判定し、Hmin＞Lminならば、低い重要度レベルと判定する。この場合、ステップ３で求めた送信信号と最小距離をなす重要度信号の番号Hminが４以下なら、内側のRING（重要度低）に対する送信信号と推定し、５以上なら外側のRING（重要度高）に対する送信信号と推定する。
【００３２】
その結果、最も適切な符号器の出力をNビット毎にまとめて採用する。
【００３３】
本発明において、情報に重要度をもたせるために信号点配置として、図2〜4を考案した。
【００３４】
(図2)は、信号点配置はエネルギーの異なった2重のQPSKが配置されたもの（2RING）である。よって、重要度のレベルは、高または低の2通りである。重要度が低い信号を内側に、重要度が高い信号を外側に対応させる。また、符号間の距離を大きくするために、各QPSKの位相をπ/4ずらしている。
【００３５】
(図3)は、2RING型に対して、さらに重要度を1つ加えたもの（3RING）である。すなわち、信号点配置はエネルギーの異なった3重のQPSKと考えることができる。よって、重要度のレベルは、高、中、低の3通りである。また2RING型同様、各QPSKの位相をπ/4ずらしている。
【００３６】
(図4)は、同一RING上に位相の変化量が異なる信号点を4点ずつ配置したもの（TRAP）である。dL:dH=1:2なる関係を満たす。2種類の位相差をもつので、重要度のレベルは、高または低の2通りである。
【００３７】
入力信号に対して、その重要度はNビット毎に変化するものとし、3レベルの重要度に応じて符号化、変調を行う。この符号化、変調化を一体で行うために、トレリス符号化変調方式を用いている。ワイヤレス通信のマルチパス環境下では、フェージングにより、符号間干渉が発生する。符号間干渉は通信路の高周波成分の減衰により発生する現象であり、振幅と位相のひずみを受けるため、通信効率、信頼性を損なう原因となる。符号間干渉を軽減する為に、受信側に適応等化器を具備する。これにより、フェージングにより受けた歪みを補正する。発明したシステムでは、トレーニングモードとトラッキングモードをスイッチにより切り替える仕組みとした。適応等化器からの出力信号は、どの符号器で符号化されたか推定し、各々復調、復号化され、出力信号となる。
【００３８】
以下、本発明の実施例として計算機シミュレーションによる有効性について説明する。想定環境を（図13）に示す。これは、送信局から単一周波数の搬送波が送信され、移動する受信局（移動体）に直接波と1波の素波が到来するライスフェージング通信路モデルを示している。直接波の電力A2/2と素波の平均電力σs2の電力比をライスパラメータといい、次式で定義される。
【００３９】
【数２】
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【００４０】
重要度が2レベルの場合のシミュレーションモデルを（図12）に示す。
【００４１】
図１２に示すように、シミュレーションは、通信路に信号の送信を行う送信系列と、通信における雑音やフェージング状態を模擬的に付加する通信路系列と、受信系列とをこの順に接続する構成で実施した。送信系列は、2レベルで符号変調する。重要度決定スイッチがいずれのレベルで符号変調するかを切り替える。重要度高の場合は、畳込み符号器、マトリックスインターリーバ、高レベルの変調器で符号変調する。重要度低の場合は、低レベルの変調器のみで符号変調する。
【００４２】
送信系列について、詳細に説明する。図１２の入力データ系列は｛0、1｝のバイナリデータである。重要度決定では、入力データ系列の中に重要度を表すビット列などを加えず、Nビット毎にそれぞれの重要度に同確率で切り替わるスイッチ（重要度決定スイッチ）を用い、複数の重要度が存在する場合を想定する。重要度が高い情報に対しては畳み込み符号を用いて符号化する。また、フェージング通信路を想定した場合に、局部的な誤りが発生するため、誤り訂正符号の効果が十分に期待できない場合がある。そのため、マトリックスインタリーバを用いることでビット誤り率の改善を図る。マトリックスインタリーバで用いる行列が符号器切替速度Nに比べ大きい場合、受信側での遅延が非常に大きくなるので、1つの重要度を表現するデータ列を表す最低限の大きさを行列の大きさとする。つまり、符号器切替速度Nが行列の大きさとなる。重要度が最も低い情報に対しては、符号化を行わないものとする。重要度の高い情報は出来るだけ誤りが少なく、重要度の低い情報はある程度の誤りが発生しても問題がないと考えられるからである。重要度の低い情報の符号化は行わないことで伝送速度の向上を図っている。それぞれの重要度に用いる符号器および変調器に送られた送信信号は同一通信路を用いるため、レベル高及びレベル低の変調を終えた信号に対しても重要度決定のスイッチを用いる。
【００４３】
次に通信路系列について説明する。通信路系列は、AWGN通信路およびフェージング通信路を想定する。AWGN通信路で加える雑音は、2つないし3つの重要度に使う信号点の平均電力に対する雑音比率を考え、ガウス雑音は情報ビット当りのSNRを考える。つまり、符号化率1/2で符号化したビット列に含まれる情報ビットを1/Tとすると、符号化しないビット列に含まれる情報ビットは2/Tとなる。情報ビット当りのSNRを等しくすることで、両者を公平に評価する。またフェージング通信路には、レイリーフェージングを考える。また、通信路で加える雑音の電力であるが、RING型ではRINGによって電力が異なるため、加える雑音の電力をどの程度にするかが問題となる。本研究では送信点の信号電力の平均値を雑音に用いる電力とする。
【００４４】
受信系列について説明する。受信系列は、適応等化器および復調復号部で構成した。復調復号部は2レベルで復調復号する。重要度推定スイッチがいずれのレベルで符号変調するかを切り替える。重要度高の場合は、高レベルの復調器、マトリックスデインターリーバ、ビタビ復号化器で復調復号する。重要度低の場合は、低レベルの復調器のみで復調復号する。
【００４５】
復号化にはビタビ復号法を用いる。復号器では、硬判定を行いトレースバックは拘束長の5倍とする。ここで、ビタビ復号法では最終的な復号結果を決定するのに、トレースバックという手法を用いる。実際の回路において生き残りパスは、サバイバルパスメモリ(Survival Path
Memory)に記憶されている。ある時間tで、このメモリの内容をおさらいする動作がトレースバックである。この時間が誤り訂正能力に関わってくるが、経験的に拘束長の5倍を取れば十分であることが知られている。つまり、拘束長の5倍前の時間での信号までが現在の信号に影響を与えると考え、生き残りパスの探索を行って誤り訂正が行われる。
【００４６】
以上の条件の下、各符号器での誤り率特性、SNRに対する符号器推定誤り率特性、符号器切替速度に対する符号器推定誤り率特性を求める。
【００４７】
重要度が高い情報に対しては、誤りから強く保護したいため、符号化を行う。一方、重要度が低い情報に対しては、さほど誤りから保護されなくてもよいため、符号化を行わないものとする。送信側において、畳み込み符号によって符号化し、マトリックスインターバを用いて、ビット誤り率改善を図る。ディジタルタイマを用いて、適応等化器におけるトレーニングモードとトラッキングモードを切替える。また、受信側では、ビタビ復号によって復号化し、マトリックスデインターバを用いる。AWGN通信路で加える雑音は、2ないし3つの重要度に使う信号点の平均電力に対する雑音比率を考え、ガウス雑音は情報ビット当たりのSNRを考える。つまり、符号化率1/2で符号化したビット列に含まれる情報ビットを1/Tとすると、符号化しないビット列に含まれる情報ビットは2/Tとなる。情報ビット当たりのSNRを等しくすることで、両者を公平に評価する。また、通信路における雑音電力であるが、RING型では、RINGによって異なるため、送信点の信号電力の平均値を用いる。以上の条件の元、各符号器での誤り発生と符号器判定よる誤り発生は独立なものとして、各々の特性を取得し、評価を行う。シミュレーション緒元を（図13）に示す。提案した3つの信号点配置（2RING、3RING、TRAP）に対して、受信局（移動体）の速度として、0.1km/h、10km/h、50km/hの3通りを考慮する。
【００４８】
まず、各符号器における特性評価について述べる。2RING-type、3RING-type、TRAP-typeにおける各符号器でのビット誤り率を図14〜17に示す。図中において、○は重要度高、□は重要度中、△は重要度低を示し、記号がない単なる線は、重要度の高い符号器で均一な符号化を施した場合である。
【００４９】
RING-typeにおけるビット誤り評価について述べる。2RING-type(図14)、3RING-type(図15)の場合、移動体の速度に関わらず、より重要度が低い情報は均一な場合より悪い特性を示しているが、より重要度が高い情報は、どの情報も均一な符号化を施した場合より、良い特性を示している。結果、不均一誤り保護符号を用いることによって、全体として効率的が良く、システム全体として高い信頼性、性能が期待できる。
【００５０】
TRAP-typeにおけるビット誤り評価について述べる。TRAP type(図16)の場合、速度0.1km/hの場合は、RING型同様、不均一誤り保護符号が実現できているが、速度10、50km/h、エラーフロアが発生してしまっている。原因として、重要度低の点同士の間隔dLが1.035であることが関係していると思われる。図2〜4の各円の半径が1づつ増すとして、その幾何学的関係から、各信号点距離を小数点第3位まで算出した結果を図20に示す。図20より、各符号器のビット誤り率に関係するdC、dL及びdHの中で（TRAP typeにおけるdLが）符号点間距離として最小値である。また、TRAP型は全ての点が同一円上に存在していることや非均一な信号点配置なども影響していると考えられる。一般に、ライスパラメータKの値を上げると、直接波がレイリー波（素波）と比較して支配的になるため、レイリー波が信号点に与える振幅と位相のひずみが小さくなり、特性が良くなる。そこで、Kの値を上げて評価したところ、TRAP型においてもK=5以上で設計すれば、エラーフロアが回避できることがわかった。K=5の場合を図17に示す。ただし、Kを変化させた際の特性変化を確認したいため、重要度高と低のデータのみを示している。また、受信局の速度が小さければ、フェージングの影響を受けにくくなり特性が良くなるが、3km/h以下で設計すれば、エラーフロアが回避できることがわかった。
【００５１】
次に、符号器推定の特性評価について述べる。（図6）で示した重要度推定アルゴリズムにもとづき、符号器推定を行う。ここでは、移動体の速度が最大の0.1km/hで、重要度が2レベルのRING型とTRAP型の比較を行った。符号器切替速度（重要高のビット列N bit）を一定にし、情報ビットを増加させた場合の符号器推定誤り率を（図18）に示す。また、情報ビットあたりのSNRを一定にし、符号器切替速度を増加させた場合の符号器推定誤り率を（図19）に示す。SNRに対する符号器推定誤り評価について述べる。符号器切替速度N=100で評価を行った結果を（図18）に示す。TRAP typeの方がRING typeより良い特性を示している。RING typeに関しては、情報ビットあたりのSNRが増加しても符号器推定誤りがほとんど改善されていないことがわかる。これは、外側のRINGに配置された信号が、内側のRINGに入ってしまい、符号器推定が困難になっていたと推定される。TRAP typeに関しては、SNRが増加に伴い、特性が改善されている。これは、TRAP型は全ての点が同一RING上に存在するため、フェージングにより振幅が落ち込んでも、異なる重要度に対する信号点同士にさほど影響を与えていないと推定される。符号器推定速度に対する符号器推定誤り評価について述べる。情報ビットあたりのSNRを10dBで評価を行った結果を（図19）に示す。TRAP typeの方がRING typeより良い特性を示している。TRAP typeに関しては、符号器切替速度N=100以上になると、符号器誤りが改善されている。RING typeに関しても、Nを十分大きくとると、良好な特性を示している。提案発明した不均一誤り保護システムでは、特性は信号点距離dC、dL、dHに依存する。信号点距離dCは符号器推定に関与し、信号点距離dL、dHは重要度高、低のビット誤り率に関与する。よって、それらはトレードオフの関係にある。
【００５２】
本提案発明の主な結論を述べる。移動体通信環境での利用を想定して、フェージング通信路における不均一誤り保護符号の実現を目的に、トレリス符号化変調と適応等化器を用いたシステムを提案した。RING型とTRAP型の信号点配置を用いて、計算機シミュレーションを行い、システムの有効性を確認できた。主な結論を以下に示す。
(1)フェージング通信路において、提案した不均一誤り保護システムで、重要度に応じた誤り保護を受けることを示せた。重要度の高い部分は、均一に誤り保護した場合より、高い誤り保護を受けることを示せた。
(2)TRAP型では、ライスパラメータK=5以上または、移動体の速度を3km/h以下で設計すれば、エラーフロアが回避でき、目的とする不均一誤り保護システムを実現できることがわかった。
(3)各符号器での誤りを低減するには、RING型のような配置が有効であり、符号器推定での誤りを低減するには、TRAP型のような配置が有効であることがわかった。これは、信号点距離のトレードオフであり、今後さらなる検討が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の不均一誤り保護システムを示す構成図である。
【図２】本発明を適用する2RING型信号点配置図である。
【図３】本発明を適用する3RING型信号点配置図である。
【図４】本発明を適用するTrap型信号点配置図である。
【図５】本発明を適用する2RING型信号点配置（符号器推定の説明に使用）
【図６】本発明の不均一誤り保護方法を適用する符号器推定のアルゴリズムである。
【図７】従来技術（マルチレベル符号器を用いた例）を示す構成図である。
【図８】従来技術（時分割符号化変調を用いた例）を示す構成図である。
【図９】本発明に用いる適応等化器のトレーニングモードを示す構成図である。
【図１０】本発明に用いる適応等化器のトラッキングモードを示す構成図である。
【図１１】想定環境（ライスフェージングモデル）図である。
【図１２】シミュレーションモデルを示す構成図である。
【図１３】シミュレーション緒元を示す表である。
【図１４】2RING型 ビット誤り率(K=0)のシミュレーション結果グラフである。
【図１５】3RING型 ビット誤り率(K=0)のシミュレーション結果グラフである。
【図１６】TRAP型 ビット誤り率(K=0)のシミュレーション結果グラフである。
【図１７】TRAP型 ビット誤り率(K=5)のシミュレーション結果グラフである。
【図１８】SNRに対する符号器推定誤り率のシミュレーション結果グラフである。
【図１９】符号器切替速度に対する符号器推定誤り率のシミュレーション結果グラフである。
【図２０】信号点距離を算出した結果を示す表である。
【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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【図１１】
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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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【図１９】
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【図２０】
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