JP2004514326A - 符号化変調のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明による方法は、ディジタルデータの符号化変調のための方法に関しており、この場合は多段に符号化された変調が実施される。その際にこの符号か変調に対する有効ビットが平行する複数の信号流に分割され、各信号流がそれぞれの符号器にチャネルコーディングの実施のために供給される。各符号化器においては有効ビットにテールビットが加えられる。これは有効ビットとは異なってそれぞれの符号化器に対して予め設定されたビット数を達成するために、可変のコードレートでもってチャネルコーディングされる。それにより平行して符号化された全ての信号流が同じ数のビットを含むようになる。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による符号化変調のための方法に関している。
【０００２】
チャネルコーディングと変調が一緒に最適化される符号化変調が使用されていることは既に公知である。
【０００３】
発明の利点
独立請求項の特徴部分に記載された本発明の符号化変調のための方法によって得られる利点は、いわゆるテールビットに対して可変のコードレートが使用されることである。これは既存の伝送容量がフルに活用できるように設定される。使用される伝送フレームには、最大数の変調シンボルが設定される。このことは公知の方法に比べて最適な容量アップにつながる。これらのテールビットは、符号化されたビットマルチプレクサか前置接続されたビットマルチプレクサにおいて補足される。
【０００４】
さらに本発明による方法は、フレキシブルに使用可能である。なぜなら様々な伝送モードが種々異なる数の変調シンボルと共に使用可能だからである。その上さらに送信器から受信器への付加的なシグナリングは何も必要ない。最後に本発明による方法の実現は容易である。なぜなら付加的な計算機能力が何も必要ないからである。
【０００５】
本発明による符号化変調のための方法の別の有利な実施例および改善例は従属請求項に記載されている。
【０００６】
特に有利には、可変のコードレートが可変のパンクチャリング（ｐｕｎｋｔｉｅｒｕｎｇ）によって達成される。このパンクチャリングとは、より大きなコードレートを得るために、いくつかのビットを伝送しないようにすることである。
【０００７】
有利には、可変のパンクチャリングスキーマが送信機と受信機のテーブル内に記憶されているかまたは公知の計算規則を介して算出される。この場合この計算規則は送信機と受信機に既知である。
【０００８】
その上さらに有利には、受信機に有効ビットと予め定められた伝送レートのための固定のコードレートがシグナリングされ、そのため伝送データに対する同期化のために、受信機がそこからテールビットのための可変のコードレートを算出できる。
【０００９】
さらに有利には、チャネルコーディングのために十分に拡幅された技術である折畳み符号化が利用される。その際符号化されたビットの数が変調シンボルの数から変調の段階度ｍとの乗算並びに段階数ｎによる除算によって算出される。それにより、既存の伝送容量が最適に有効利用される。
【００１０】
さらに有利には、送信機と受信機が本発明による方法の実施のための手段を有している。
【００１１】
図面
本発明の実施例は、図面に示されており、以下の明細書で詳細に説明される。図１には、４ＡＳＫのパート化が示されており、図２には本発明による送信機のブロック回路図が示されており、図３には、本発明による受信機のブロック回路図が示されており、図４には本発明による方法のフローチャートが示されている。
【００１２】
実施例
３０ＭＨｚ以下の伝送帯域のための伝送システム“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏ Ｍｏｎｄｉａｌｅ（ＤＲＭ） ”は時間に対して拡張される。チャネル符号化としてマルチレベルコーディング（ＭＬＣ）が用いられる。その際チャネル符号化と変調が共に最適化され、そのため符号化された変調も説明を加える。チャネル符号化は、データに冗長度を加え、その伝送エラーに基づいて識別し、場合によっては補正が可能である。
【００１３】
ｑ値近傍の信号配列状態を有する、より高位の変調方式の場合には、信号アルファベットは正確なｑ値を有している。ＭＬＣに対する基本位置は、部分量の中の信号アルファベットのパーティション化を形成する。各部分ステップには信号空間表示のアドレスベクトルの構成要素が割当てられる。この場合各構成要素は固有のコードで保護される。例えば２^ｍ段の信号配列に着目すれば、ｍ＝ｎであるならば、アドレスベクトルｃ（＝ｃ_０，ｃ_１………ｃ_{ｎ − １}）に相応してｎ段への分割が生じる。変調の段階性ｍは、例えば６４−ＱＡＭ（直交振幅変調）が用いられる場合には、必ずしも段階の数に等しい必要はない。
【００１４】
図１には、４−ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）のパーティション化が示されている。この４−ＡＳＫのもとでは、４つの状態が符号化されている。データ流の符号化は、ｎ個の並列なコーダを用いて行われる。この場合コードｃ_０は最小のコードレートＲ_０を有している。つまり最大の冗長度が加えられ、アドレスベクタの最もエラーに陥りやすい位置が保護される。図１には、最上位の状態ビームに４つの状態が黒塗りの丸印で示されている。４−ＡＳＫのもとでは２つの状態ビームの平均を介して個々の符号化可能な状態に至る。第１の段階は、ｃ_０＝０か１である。それに応じて４つの塗り潰された黒丸が２つの数字ビームに分割される。これらは相補的に塗り潰されており、さらに空きの白丸を有している。下方の４つの状態ビームでは、個々の状態が４−ＡＳＫのもとで、詳細には００，０１，１０，１１で符号化されている。その際状態００は、一番左端が塗り潰されている黒丸で、これはさらに３つの白丸によって継続されている。状態０１は、左端から出発して３番目の箇所に塗り潰された黒丸が位置している。状態１０は、左端から出発して２番目の箇所に塗り潰された黒丸が存在し、状態１１は、一番右端に塗り潰された黒丸が位置している。その他の位置は白丸によって０に対するシンボル化を図っている。
【００１５】
図２には、本発明による送信機のブロック回路図が示されている。データメモリ１には、本発明による送信機を用いて送信すべきデータが含まれている。しかしながらここではその他のデータソースも使用可能である。これらのデータは、データメモリ１からソース符号化器２へ伝送される。このソース符号化器２は、伝送すべきデータの量を低減するためにソース符号化を行う。そのようにソース符号化された有効ビットを有するデータは、ビットマルチプレクサ３に伝送される。このビットマルチプレクサ３はデータ流をｎ個の並列な線路に分散させる。０〜ｎ−１で通し番号の付されたこれらのｎ個の線路の各々には、それぞれの符号化器が接続されている。この符号化器は、データ流（ｑ０………ｑｎ−１）の１つをチャネル符号化する。例えばここでは線路０の符号化器５と、線路ｎ−１の符号化器４が示されている。それぞれの符号化器の出力側からは信号ｃ０ないしｃｎ−１が送出される。符号化器４と５は、折畳み符号化を用いてチャネル符号化を実施し、それと共に有効ビットに再び冗長性を付加する。その際さらに有効ビットにはいわゆるテールビットが接続され、符号化器４と５は折畳み符号化器としてそのつど規定の終了状態へ移行させられる。そのような符号化器４および５は、シフトレジスタを有しており、これは符号化に応じて配線されている。テールビット（ここでは論理ゼロ）は、次のことを考慮する。すなわち符号化器４，５が符号化の終了において、および受信機においても復号化器が復号化の終了時において、全てのビットが符号化器４，５ないしは復号化器において論理ゼロであることを識別する所定の状態におかれる。
【００１６】
このテールビットもここでは本発明によって可変であるコードレートで付加される。この可変のコードレートは、次のように設定される。すなわち可用の伝送容量（これは伝送フレームによって規定されている）が完全利用されるように設定される。
【００１７】
この可変とはここではテールビットのコードレートが各段階毎に異なり得ることを意味する。テールビットの可変の数によって、符号化されたビット（＝符号化された有効ビット＋符号化されたテールビット）は、符号化スキーマの各段階毎に同じになることが達成される。その上さらに符号化されたビットの数は、変調シンボルの数に相応する（変調の段階度ｍとの乗算および段階数ｎによる除算）。４−ＡＳＫまたは８−ＡＳＫのもとでｍ＝ｎであるならば、符号化されたビットの数は、変調シンボルの数に相応する。６４−ＱＡＭの場合、ｍ＝６およびｎ＝３であってもよく、そのため符号化されたビットの数は、変調シンボルの二倍の数に相応する。
【００１８】
そのようにチャネル符号化されたデータはその後でブロック６においてそのつどの変調シンボルの生成のために信号空間点に割当てられる。
【００１９】
個々の符号化器４および５における構成要素コードとしてパンクチャリングによる折畳み符号が利用される。それによりコードレートは、最大限可能な伝送能力を発揮するのに相互で調整され得る。パンクチャリングされるコードは、コードレートの分母に相応する周期を有している。例えばコード４／５は、４つの入力ビットのもとで正確に５つの出力ビットを有する。それにより出力ビットの周期は５である。なぜならこのコードレートを維持するためには出力ビットの数がそれよりも小さいと不可能だからである。ＭＬＣのもとでは、各段階毎に他のコードレートが用いられる。全ての符号化器４、５の出力側のビットの数が等しくなることを保証するために、これは相応に可変でなければならない。このことは、いずれにせよテールビットにのみ当て嵌まる。というのも有効ビットに対してはコードレートは、同じように維持されるからである。テールビットのコードレートの変更によって、コードビットの数を制御することが可能となる。この場合は、テールビットに対する最大のコードレートから出発して、これが適合化を達成するために低減される、すなわち付加的な冗長度を加えられる。この場合テールビットのコードレートの低減は、各段階毎に次のような程度で行われる。すなわちそれによって各段階において出力ビットが生じ、これが変調シンボルの数に相応する（ｍによる乗算およびｎによる除算）。テールビットの数は、パンクチャリングスキーマを介して各値に対して所期の範囲に確定される。また択一的に最小コードレートから出発してこれがパンクチャリングの適合化により増大されるようにしてもよい。
【００２０】
以下の例は、有用性を明らかにするためのものである。記憶長６を有する折畳みコードの利用のもとでは符号化器４および５を所定の終了状態に移行させるのに、６つのテールビットが必要である。この所定の終了状態は、受信機における復号化の際のエラー伝播を避けるために、各伝送フレーム毎に達成されるべきである。テールビットは、符号化器４および５内かまたはビットマルチプレクサ３において補足される。基本位置として８−ＡＳＫがｍ＝３を用いて変調として用いられ、さらにｎ＝３段のＭＬＣとして用いられる。２／３のベースコードレートを有するテールビットが設けられるならば、正確に９つの符号化されたビットが６つの０（レールビット）に相応して符号化器入力側に生じる。２００の変調シンボルが１つの伝送フレーム内に有しているならば、理想的な形で２００の符号化されたビットが段毎に得られる。それから９つのテールビットの最小数を減じれば、１９１の符号化された有効ビットが段毎に最大限可能な数として得られる。各段毎に周期が認められるならば、段０に対して１／３のコードレート（このコードレートの場合６３の有効ビットに相応）でもって正確に１８９の符号化されたビットが生じ、結果的に１１のテールビットが必要となる。段１に対して、２／３のコードレート（目下のコードレートのもとでは１２６の有効ビットに相応）でもって正確に１８９の符号化されたコードビットが存在する、そのため１１のテールビットが必要である。段２では、４／５のコードレート（１５２の有効ビットに相応）でもって１９０の符号化されたビットが生じ、それに伴って１０のテールビットが必要である。段のテールビットのコードレートは、段０及び段１に対して２／３のコードレートから６／１１のコードレートまで変更され、あるいは段２に対して６／１０のコードレートに変更される。これにより全ての変調シンボルが符号化されたビットで占められることが田瀬視される。この計算からは３４１の有効ビットが伝送されるはずであり、このことは従来の方式による結果に比べて容量増加に相当する。この場合は５６８の符号化されたビットが３４１の有効ビットに相応する。例えば４／５と２／３のコードレートを用いた従来の方式では符号化されたビットの数と有効ビットの数が３と５で除算可能な数に選択しなければならなかった。それがここでは可変のコードレートを用いて符号化されたビットに対し最適な値が達成できる。
【００２１】
図２には、そのように符号化された変調シンボルが無線ブロック６からＯＦＤＭ変調器７に伝送され、この変調器によって個々の変調シンボルが、相互に直交する、近接して存在する搬送周波数に分割される。そのようにして生じたＯＦＤＭ信号は、アナログ高周波部８において混合され、増幅されてた後アンテナ９によって送信される。
【００２２】
図３には、本発明による受信機のブロック回路図が示されている。アンテナ１０はＯＦＤＭ信号の受信のために高周波受信部１１の入力側に接続されている。この高周波受信部１１は、受信した信号を中間周波数に置換し、増幅してそれをフィルタリングしている。その上さらに、高周波受信部１１は、この信号をディジタル回路部１２に伝送し、該ディジタル回路部は受信した信号をディジタル化してＯＦＤＭ復調を実施する。そのようにして得られた変調シンボルは、その後でプロセッサ１３によって復調され、そこでこのプロセッサ１３によってアナログ信号に変換されたデータ流で搬送され、その後オーディオ増幅器１４によって増幅されて、最終的にスピーカ１５によって再生される。代替的にここではマルチメディアデータの受信も可能であり、これはその後光学的に再生される。その他に送信機は受信機に、有効ビットのチャネルコーディングに対する固定のコードレートと伝送レートに関してもシグナリングする。それにより、受信機にはテールビットに対するそのつどの可変のコードレートを確定することが可能となる。
【００２３】
図４には、本発明による方法がフローチャートで示されている。方法ステップ１６ではデータがデータメモリ１から提供され、ソース符号化器２によってソース符号化が施される。方法ステップ１７では、そのように得られたデータ流がビットマルチプレクサ３によって平行して流れる複数のデータ流に分割される。方法ステップ１８では、個々の符号化器がチャネルコーディングを実施し、この場合有効ビットが固定のコードレートで符号化され、テールビットは可変のコードレートで符号化されるが、これは個々の符号化器４、５の出力ビットの数が変調シンボルの数と一致しているか否かに依存している。このことは、いわゆるテールビットのパンクチャリングスキーマによってそれぞれの段に到達する。方法ステップ２０では、無線ブロック６において、そのように得られたチャネル符号化されたデータが信号空間ポイントに割当てられ、変調シンボルが生成される。方法ステップ２１では、これらの変調シンボルがＯＦＤＭ変調を施され、方法ステップ２２においてＯＦＤＭ信号の増幅ないし送信が行われる。この場合は付加的にさらに有効ビットに対する固定のコードレートと送信機からの伝送レートがシグナリングとして受信機に伝送され、それによって受信機は、可変のコードレートを受信したデータに基づいて算出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
４−ＡＳＫのパート化が示されている。
【図２】
本発明による送信機のブロック回路図が示されている。
【図３】
本発明による受信機のブロック回路図が示されている。
【図４】
本発明による方法のフローチャートが示されている。

Claims (9)

1. ディジタルデータの符号化変調のための方法であって、前記ディジタルデータは有効ビットを有しており、前記符号化変調は多段に亘って実施される形式の方法において、
   有効ビットを符号化変調のために複数の平行した信号流に分割し、
   各信号流に、それぞれの符号化器（４，５）によってチャネルコーディングを施し、その際有効ビットは少なくとも１つの固定のコードレートでもってチャネルコーディングされ、
   前記有効ビットをテールビット分だけ補足し、
   前記テールビットはそれぞれの符号化器（４，５）において、各符号化器（４，５）に対して予め定めたビット数を達成するために可変のコードレートでチャネルコーディングされ、
   それによって、全ての平行した複数の信号流が、同じ数のビットを含み、チャネルコーディングされたデータが変調シンボルを生成するために信号空間点に対応付けされるようにしたことを特徴とする方法。
2. テールビットの可変のコードレートは、可変のパンクチャリング（ｐｕｎｋｔｉｅｒｕｎｇ）を用いて達成される、請求項１記載の方法。
3. 全ての可能なパンクチャリングスキーマは、送信機と受信機に知らせるようにする、請求項２記載の方法。
4. テールビットの全ての可能なパンクチャリングスキーマが算出され、その際の計算手法が送信機並びに受信機に知らされる、請求項２記載の方法。
5. 固定のコードレートと伝送レートが受信機にシグナリングされる、請求項３または４記載の方法。
6. チャネルコーディングとして折畳み符号化が用いられる、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 符号化されるビットの数が、変調シンボルの数によって、変調の段階度（ｍ）との乗算と段階数による除算で生成される、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. 請求項１から７いずれか１項記載の方法を実施するための送信機において、
   前記送信機は、有効ビットを複数の平行した信号流に分割するためのマルチプレクサ（３）と、複数の符号化器（４，５）と、符号化されたデータを信号空間点に割当てるための手段（６）を有しており、この場合前記符号化器（４，５）の数は、変調の段階数に相応していることを特徴とする送信機。
9. 請求項３から７いずれか１項記載の方法を実施するための受信機において、
   前記受信機は、変調シンボルの復調とチャネルコーディングのためのシグナリングの評価のための手段（１２，１３）を有するように構成されていることを特徴とする受信機。