JPH09503367A - 整形ゲインを有する符号化変調 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明のＨＤＴＶ送信システムは、受信機内に使用されるＮＴＳＣ阻止フィルタにより導入される強制シンボル間干渉を補償するために、送信器内にトムリンソンプレコーダを有する。このシステムは、６信号点の１次元ベースの信号点配置を基づいた４次元の符号化変調系群の１つを用いている。この様々な系が異なる量の整形ゲインを表し、それぞれの異なるぺイロードデータレートをサポートする。このトムリンソンプレコーダの特徴は、整形ゲインの大部分を保存することである。本発明のシステムは、異なるソース信号ビットレートに対応するために、あるいは、チャネル状態の変化に対応する為に、様々な符号化変調系からその動作を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】 整形ゲインを有する符号化変調従来技術の説明 本発明は、デジタルデータの伝送に関し、特に高精細テレビに関する。 標準のいわゆるＮＴＳＣテレビ伝送に割り当てられたチャネル内で高精細テレ ビ（high-definition television（ＨＤＴＶ））の信号の伝送に際し、ある種の 問題が発生している。この問題は、ＮＴＳＣ伝送には使用されない（従って、Ｈ ＤＴＶ用の候補である）チャネルがＮＴＳＣ伝送に用いられるような近接場所で 特に発生する。例えば米国ではテレビのチャネル３は、現在ニューヨークの都市 領域では使用されていないが、フィラデルフィア市とハートフォード市の両方で は使用されている。チャネル３がニューヨーク市でＨＤＴＶ用に用いられること になると、このＨＤＴＶ信号は、フィラデルフィア市あるいはハートフォード市 からのチャネル３のＮＴＳＣ信号により妨害されることになる。逆にこのＮＴＳ Ｃ信号は、ＨＤＴＶ信号により破壊される。このような破壊を共通チャネル干渉 （co-channel interference）と称する。 ＨＤＴＶ信号からＮＴＳＣ信号への共通チャネル干渉は、ＨＤＴＶ標準（目下 考慮中）内で充分に低い伝送パワーレベルで特色づけることにより、満足できる 程度に処理することができる。さらにまたＮＴＳＣ信号からＨＤＴＶ信号への共 通チャネル干渉を処理するために、ＮＴＳＣ信号が周波数スペクトル内の特定の 場所でのエネルギ密度により支配されると言う事実を利用すべきであると提案さ れている。従って、ＨＤＴＶ受信機にこれらの周波数の場所でヌルとなるような フィルタ（以下ＮＴＳＣ阻止フィルタ）を具備することが提案されており、これ によりＮＴＳＣ信号に干渉する大部分の信号を除去しながらＨＤＴＶ信号の品質 の劣化を最小限に抑えることができる。 このように提案されたＨＤＴＶ標準は、ベースバンドのＨＤＴＶ信号を表すビ ットストリームを、チャネルコードを介して、１つあるいは複数の信号点を含む チャネルシンボルにマッピングするようなデジタル伝送フォーマットを想定して いる。このような構成に際しての潜在的な問題点は、ＮＴＳＣ阻止フィルタは、 受信機内のいわゆる強制シンボル間インターフェアレンス（intersymbol interf erence（ＩＳＩ））を生成し、これにより受信信号点を損傷させる。 発明の概要 この強制シンボル間インターフェアレンス（ＩＳＩ）を送信機内にいわゆるト ムリンソンプレコーダ（Tomlinson precoder）を用いて処理することが公知であ る。このトムリンソンプレコーダは、フィードバック信号を用いてチャネルコー ドにより特定された信号点のシーケンス上で動作するものである。しかし、この トムリンソンプレコーダは、チャネルコードにより生成された信号点内のいわゆ るいかなる整形ゲイン（shaping gain）も不変的に除去してしまうと、従来考え られていた。このような整形ゲインは、バンド幅効率（チャネルシンボルあたり のビット数で測定される）を犠牲にして達成されてきた。したがって従来技術で は、整形ゲインを有するチャネルコードとトムリンソンプレコーダとを組み合わ せて用いると言う概念を全くを教示していない。結局の所トムリンソンプレコー ダによって除去された整形ゲインを有するようにする目的だけで、整形ゲイン用 のバンド幅効率を犠牲にすると言うことは間違いである。 本発明者らは、前述の従来の考えは、間違いであることを発見した。特に前述 のトムリンソンプレコーダのフィードバック信号が、トムリンソンプレコーダの 入力信号に比較して弱い場合にはチャネルコードの整形ゲイン（もしあれば）は 、トムリンソンプレコーダの出力内にほぼ実質的に保持されていることを発見し た。かくして本発明の伝送系は、最低量以上の整形ゲインを提供するチャネルエ ンコーダ（符号化装置）と、トムリンソンプレコーダとを具備する。 具体的には、本発明は、トムリンソンプレコーダにより出力される信号点の最 大の整形ゲインが、トムリンソンプレコーダを使用せず整形ゲインのないチャネ ルエンコーダにより生成された信号点に比較して、少なくとも１．０ｄＢである ようなチャネルコードの使用を企図している。（上述の条件下でも、中でもトム リンソンプレコーダのフィードバック信号の条件下でも、トムリンソンプレコー ダの動作に起因して、整形ゲインの小量の損失が依然として存在する。）この１ ．０ｄＢの整形ゲインは、大きな意味を持ち、従来技術では使用することのなか った（前述の理由により）トムリンソンプレコーダと大量の整形ゲインを有する チャネルコードを含むシステムにおけるバンド幅効率の大きな妥協によってのみ 達成できるものである。図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一実施例を表すＨＤＴＶ送信機のブロック図、 第２図は、図１図の送信機と第３の受信機とを含むＨＤＴＶシステム内の全 体チャネルコードの一部として用いられるトレリス符号を表すチャート図、 第３図は、第１図の送信機により生成されたＨＤＴＶ信号を受信するＨＤＴ Ｖ受信機のブロック図、 第４−７図は、トレリスエンコーダの第１の実施例を表すブロック図、 第８−１０図は、トレリスエンコーダの第２の実施例を表すブロック図、 第１１図は、第１トレリスコードと第２トレリスコードの特徴を比較する表 とＨＤＴＶシステムにより使用される第３トレリスコードを表す図である。発明の詳細な説明 以下順に本発明のＨＤＴＶシステムに付いて説明するが、システムオーバビュ ーとして図１と図３の送信機と受信機について説明し、次にこのＨＤＴＶシステ ムに使用されるトレリス符号について、そしてこのトレリス符号の特徴について 、そして整形ゲインの保存の項では本発明によりこれらのトレリス符号の整形ゲ インがいかに保存されるかについて、そして整形ゲインダイバシティの項では様 々な符号の整形ゲイン特性がいかに用いられるかについて説明する。システムオーバビュ 図１は本発明のテレビ送信機を説明する。テレビ信号（例えばＨＤＴＶ信号） は、ＴＶ信号ソース１１により与えられる。このＴＶ信号ソース１１は、ＴＶ信 号を圧縮しそれをＨＤＴＶフォーマットに変換する回路と、ビットストリームを ランダムにするようないわゆるスクランブラ回路等のある種の標準モデムの回路 とを含む。 この生成されたＨＤＴＶ信号は、連鎖上エンコーダ１３に入力される。この連 鎖上エンコーダ１３は、ＲＳ（リード−ソロモン Reed-Solomon）エンコーダ１ ３１とテレビチャネルあるいは受信機のいずれかに導入される、いわゆるバース トエラーに対する保護を与えるために、ＲＳエンコーダ１３１により生成された リードソロモンシンボルのシーケンスを再順序化するＲＳシンボルインタリーバ １３４と、Ｎ次元トレリスエンコーダ１３６と、Ｎ次元信号点配置マッパー１３ ９とを有する。ＲＳエンコーダ１３１により実行されるリードソロモン符号は、 有限フィールドＧＦ（２５６）上のいわゆるＲＳ（２０８，１８８）コードで、 ここではＮ＝４である。Ｎ次元トレリスエンコーダ１３６とＮ次元信号点配置マ ッパー３９とが符号化変調と称するチャネル符号を実行する。 Ｎ次元トレリスエンコーダ１３６の出力は、四次元シンボルのシーケンスを識 別するデータワードのシーケンスである。各四次元シンボルは、４個の一次元信 号点のシーケンスの形式で送信される。このため四次元シンボルを識別するデー タワードは、連鎖上エンコーダ１３内のＮ次元信号点配置マッパー１３９に入力 される。このＮ次元信号点配置マッパー１３９の各識別されたシンボルに対する 出力は、４個の一次元信号点のシーケンスである。この信号点は一次元であるの で各信号点は、単に符号付きの番号で表される。Ｍ個の可能な信号点値が存在す る。 図２は、一次元信号点と四次元シンボルとの関係を表す。Ｎ次元信号点配置マ ッパー１３９により生成される各四次元シンボルは、４個の信号点のシーケンス を含む。各信号点は所定の一次元ベースの信号点配置内の点である。この一次元 信号点配置は、座標軸上の−５，−３，−１，１，３，５の６個の信号点を有す る。この四次元信号点は、いわゆるシンボル期間の間あるいは等価的に４個の信 号発信期間の間分配され、１信号点は各信号発信期間（間隔）内に存在する。Ｎ 次元信号点配置マッパー１３９により出力される全ての四次元シンボルの組み合 わせは、四次元信号点配置と称する。特定の１つの四次元シンボル−−（３，１ ，−１，５）−−が図２の各一次元信号点配置の大きな黒丸の信号点として表さ れている。 図１に戻って、Ｎ次元信号点配置マッパー１３９により生成された信号点値が 信号点インタリーバ１５（米国特許第５，０５６，１１２号を参照のこと）に入 力され、この信号点インタリーバ１５は、信号点値のシーケンスを再順序化する 。受信機内のインタリーバとそれに対応するディインタリーバとを組み合わせる ことにより、受信機内でビタービ復号化される前に、受信信号内のノイズを白色 化する。 このインタリーブされた信号点がトムリンソンプレコーダ１７に入力され、こ のトムリンソンプレコーダ１７は、受信機のＮＴＳＣ阻止フィルタにより受信機 内に導入されるいわゆる強制シンボル間干渉（intersymbol interference（ＩＳ Ｉ））を予め補償する。 卜ムリンソンプレコーダ１７の出力は、−５，−３，−１，１，３，５の値の 有限の数を取らずに、−６と＋６との限界範囲内の値の連続する組の値のシーケ ンスである。そしてこれらの値がＶＳＢモデュレータ１９に入力される。 ＶＳＢモデュレータ１９により生成されたＶＳＢ信号は、テレビチャネル（例 えば無線チャネルあるいはケーブルチャネル）に入力され、図３の受信機により 受信される。 次に図３の受信機内では、この受信したＶＳＢ信号は、ＶＳＢディモデュレー タ３９に入力される。このＶＳＢディモデュレータ３９の出力は、ＮＴＳＣ阻止 フィルタ３７により処理される。このＮＴＳＣ阻止フィルタ３７は、信号エネル ギが集中するＮＴＳＣテレビ信号スペクトルの領域に対応するノッチを有する。 このためこのフィルタは、図１のＨＤＴＶ送信機が、同一のテレビチャネル上で 放送されるＮＴＳＣ送信機に極めて近接しているときにはＨＤＴＶ信号内の主要 な干渉ソース（源）を取り除くことができる。その結果得られた信号は、等価機 ３６により等価されチャネルにより導入されたシンボル間干渉を補償する。等価 機３６の出力は、信号点インタリーバ１５により生成されたインターリーブされ た信号点のシーケンスの値の最適近似である。この等価器の出力は信号点ディイ ンタリーバ３５内でディインターリーブされ、その後連鎖状デコーダ３３に入力 される。この連鎖状デコーダ３３は、ビタービデコーダ３３６とリードソロモン シンボルを再順序化するＲＳシンボルディインタリーバ３３４とＨＤＴＶ信号の 再生バージョンを生成するＲＳデコーダ３３１とを有する。このＨＤＴＶ信号は 、伸長（decompreseed）され、ＴＶ表示装置３１内で脱フォーマット（ディフォ ーマット）化され、そして表示される。（等価機３６により出力される値のある ものは、トムリンソンプレコーダ１７の動作の結果、１２あるいは−１２の一定 値だけオフセットされてもよい。しかしこのオフセットは、ビタービデコーダに より補償される必要がある。） ここで明示はしてないが、いわゆる同期信号点が、周期的に送信機により信号 点インタリーバ１５から受信した信号点ストリーム内に挿入される。この受信機 は、これらの同期信号点を認識し、それに応答して受信機内の様々な構成要素（ 例ＲＳシンボルディインタリーバ３３４）により従来通り使用される同期制御信 号を生成し、それにより送信機内の対応する構成要素（例ＲＳシンボルインタリ ーバ１３４）と同期させる。 第１図と第３図にそれぞれ示す送信機と受信機の様々な構成要素の内部構造は 、従来公知のものと同一あるは類似の構成なのでここでは詳述しない。トレリス符号 Ｎ次元トレリスエンコーダ１３６とＮ次元信号点配置マッパー１３９により実 行される第１符号化変調を図４−７に示す。この構成は、所定の四次元信号点配 置の四次元シンボルあたり８ビットを符号化する。 図４はＮ次元トレリスエンコーダ１３６の構成を示す。同図に示すようにＮ次 元トレリスエンコーダ１３６は、ＲＳシンボルインタリーバ１３４により供給さ れる一連のビットストリームを受信し、これらをＹ１_nからＹ８_nで示される８個 の並列ビットのグループ（例えば直列バー並列コンバータにより）にまとめる、 ここでｎは、現在の信号発信間隔を表す。Ｙ１_nとＹ２_nのビットが８状態、レー ト２／３の従来のエンコーダ４１に入力される。そしてこのエンコーダ４１は、 ３個の出力ビットを生成する。その内の１個であるＹ０_nは、従来のエンコーダ を含む遅延要素回路と排他的ＯＲ回路により生成される。エンコーダ４１はいわ ゆる（システマティックな）従来のエンコーダでその他の２個の出力ビットは、 何の操作も加えずにその２つの入力ビットＹ１_nとＹ２_nである。 次にエンコーダ４１の動作について説明する。第１の信号発信間隔の間インデ クスｎにより示される各シンボル間隔の間、エンコーダは、現在の状態Ｗ１_n Ｗ ２_n Ｗ３_nから次の状態Ｗ１_n+4 Ｗ２_n+4 Ｗ３_n+4に遷移し、そして３個のビット Ｙ２_n，Ｙ１_n，Ｙ０_nを出力する。ここでＷ１_n，Ｗ２_n，Ｗ３_nは、シンボル間隔 の開始時に遅延要素内にストアされている。そしてＷ１_n+4，Ｗ２_n+4，Ｗ３_n+4 は、各シンボル間隔の終わりに遅延要素内にストアされているビットである。 Ｙ０_n＝Ｗ３_n Ｗ１_n+4＝Ｗ３_n Ｗ２_n+4＝Ｗ１_n＋Ｗ２_n＋Ｙ１_n Ｗ３_n+4＝Ｗ２_n＋Ｙ２_n ここで＋は、排他的ＯＲを意味する。 エンコーダ４１の３個の出力ビットにより表される各８個の異なるビットパタ ーンが、四次元信号点配置のシンボルのそれぞれのサブセットを識別する。残り の６個のビットいわゆる未符号化ビットＹ３_nからＹ８_nは、さらにこの識別され た四次元のサブセットから特定のシンボルを選択する。 四次元の信号点配置のシンボルは、その構成要素である一次元ベースの信号点 配置の区分に基づいて前述の８個のサブセット内に区分される。図７は、一次元 の信号点配置が３個の一次元信号点を有する２つのサブセットＡとＢに区分され る方法を示す。その後この四次元信号点配置は、８個の四次元サブセット０，１ ，…，ｎに区分される。図５に示すように各四次元サブセットは、４個の一次元 サブセットの２つのシーケンスからなる。例えば、四次元サブセットには２つの 一次元サブセットシーケンス（Ａ，Ａ，Ｂ，Ｂ）と（Ｂ，Ｂ，Ａ，Ａ）とからな り、このことは四次元シンボルがサブセット２のメンバーである場合には、２つ のシーケンスのいずれか一方が適合することになる。図２に戻って１つの可能性 としては、その第１の構成要素である一次元信号点が第１の構成要素の一次元信 号点配置のサブセットＡから得られ、そして第２の構成要素である一次元信号点 が第２の構成要素の一次元信号点配置のサブセットＡから得られ、そしてその第 ３の構成要素である一次元信号点がその第３の構成要素である一次元信号点配置 のサブセットＢから得られ、そしてその第４の構成要素である一次元信号点が第 ４の構成要素である一次元信号点配置のサブセットＢから得られることである。 他の可能性としては、その第１構成要素である一次元信号点が、その第１構成要 素の一次元信号点配置のサブセットＢから得られ、第２構成要素である一次元信 号点が第２構成要素の信号点配置のサブセットＢから得られ、その第３構成要素 である一次元信号点が第３構成要素の一次元信号点配置のサブセットＡから得ら れ、第４構成要素である一次元信号点が第４構成要素の一次元信号点配置のサブ セットＡから得られる。 この識別された四次元サブセットからの特定のシンボルの選択のプロセスを次 に説明する。従来のエンコーダ４１からの３個のビットＹ２_n，Ｙ１_n，Ｙ０_nは 、未符号化入力ビットＹ３_nとともにまず一次元サブセットシーケンスセレクタ ４２により他の４個のビットＺ０_n，Ｚ０_n+1，Ｚ０_n+2，Ｚ０_n+3に変換される。 図５はこの変換の詳細を示す。この操作は、ビットＹ０_nからＹ２_nにより識別さ れた四次元サブセットの２つの可能な一次元サブセットシーケンスの１つを選択 することを意味する。例えば、サブセット２の（Ａ，Ａ，Ｂ，Ｂ）あるいは（Ｂ ，Ｂ，Ａ，Ａ）を選択することである。ビットＹ４nからＹ８nをその後用いて識 別された一次元サブセットシーケンスからシンボルを選択する。 実際には８１個の可能なシンボルが各一次元サブセットシーケンス内に存在す る、このことは、一次元サブセットは３個の信号点を有し、そして３⁴＝８１だ からである。しかし５個のビットＹ４_nからＹ８_nは、３２個の異なるビットパタ ーンを表すだけなので８１個のシンボルの内の全てのものが必ずしも実際には用 いられるものではない。図６のルックアップテーブルを用いて３２個の入力ビッ トパターンを３２個の最小エネルギシンボルにマッピングすることが好ましい（ シンボルのエネルギは、その構成要素である一次元信号点の座標軸の自乗の和に より与えられる）。このためビットＹ４_nからＹ８_nがビットコンバータ４５に入 力され、このビットコンバータ４５は図６のルックアップテーブルを利用する。 ビットコンバータ４５の出力ビットの第１の対（Ｚ２_nとＺ１_n）は、ビットＺ０_n により識別される一次元サブセットシーケンスの第１サブセットから信号点を 選択する。ビットコンバータ４５の出力ビットの第２の対（Ｚ２_n+1とＺ１_n+1） は、ビットＺ０_n+1により識別される一次元サブセットシーケンスの第２サブセ ットから信号点を選択する。以下同様である。図７はある一次元信号点を識別す るためにＺ２_m，Ｚ１_m，Ｚ０_m（ｍ＝ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，ｎ＋３）のビット値 をマッピングする方法を示す。 Ｎ次元トレリスエンコーダ１３６とＮ次元信号点配置マッパー１３９により実 行される第２の符号化変調系を図８−１０に示す。この系は、四次元シンボル当 たり平均８．５ビットを符号化する。 この図８−１０の変調系は、第１の符号化変調系と同様な畳み込み符号を用い て行われる。このため図８のエンコーダ８１と一次元サブセットシーケンスセレ クタ８２は、図４のエンコーダ４１と一次元サブセットシーケンスセレクタ４２ に同一である。そして３個の入力ビットを用いて各シンボル期間の間４個の一次 元サブセットのシーケンスを識別する。シンボル当たりの残りの５．５個の未符 号化ビットを用いてこの識別されたサブセットシーケンスからシンボルを選択す る。 １／２ビットを操作することは、不可能であるがこの第２の符号化変調系は、 米国特許第４，９４１，１５４号の発明を用いて整数ではない、即ちいわゆる分 数ビットレートを実現する。Ｎ次元トレリスエンコーダ１３６は、ＲＳシンボル インタリーバ１３４から２つの連続するシンボル間隔に亘って１７ビットを集め る。これらのビットの３個の２つのグループ即ち６個のビットを用いてそれぞれ ２つの連続するシンボル間隔の間一次元サブセットシーケンスを識別する。残り の１１個の未符号化ビットを用いて２つの識別された一次元サブセットシーケン スから四次元シンボルの一対を一体となって選択する。 この実行方法を図８に示す。１１個の未符号化ビットの内３個のビットが分数 ビットエンコーダ８３に入力され、この分数ビットエンコーダ８３は、図９のル ックアップテーブルを利用する。図９に示すように分数ビットエンコーダ８３の 出力は、２つの対のビットの形態でその各々は、３個の可能なビットパターン０ ０，０１，１０の１つを取る。各シンボル期間の間分数ビットエンコーダ８３の 出力ビットの２つの対の１つ（Ｙ９_nとＹ８_n）は、残りの８個の未符号化ビット の内の４個のビットと組み合わされて６個のビット入力をビットコンバータ８５ に与える。このビットコンバータ８５は、第１の符号化変調系の場合と同様に図 １０に示したルックアップテーブルにより第１の識別された一次元サブセットシ ーケンスから四次元シンボルを選択する。その後分数ビットエンコーダ８３の出 力ビットの２つの対の第２番目の対（Ｙ９_n+4とＹ８_n+4）が、残りの４個の未符 号化ビットと組み合わされて第２の６ビットの入力をビットコンバータ８５に提 供し、その結果第２の四次元シンボルが第２の識別された一次元サブセットシー ケンスから選択される。ビットＹ９_nとＹ８_nは、ＴＶ信号ソース１１の値 は取らないのでビットＹ４_nからＹ９_nにより表される異なるビットパターンの全 数は４８である。図１０のルックアップテーブルは、図６のルックアップテーブ ルと同様に４８個の入力ビットパターンを４８個の最低エネルギシンボルにマッ ピングする。 ビットＹ９_nとＹ８_nのパターン００，０１，１０は、同じ確率でもっては現れ ないので、このことは図９から分かることであるが、ビットＹ９_nからＹ４_nの４ ８個の異なるビットパターンもまた同じ確率では現れない。このため図１０のル ックアップテーブルは、第１の３２のパターン（それらの各々は、３／１２８の 等しい確率でもって発生する）は、３２個の最低エネルギシンボルにマッピング されるように構成される。残りの１６個のパターン（それらは、２／１２８の等 しい確率で発生する）もまた、残りの１６個のシンボルにマッピングされる。 符号化変調系のどのような数も同一の畳み込み符号と同一の６信号点ベースの 信号点配置に基づいて、シンボル間隔の間集められたビット数を変化させ、その 結果得られた未符号化ビットの変化した数を、上述した基礎概念に従った異なる マッピング方式を介して受け入れることにより実現できる。例えば、シンボル当 たり８．２５ビットの平均ビットレートは、４個の四次元シンボル間隔（４個の 四次元シンボル当たり３３ビット）に亘って符号化することにより、そして２１ 個の未符号化ビットの内の９つのビットを４個の３ビットグループにマッピング することにより実行できる。この３ビットグループは、各シンボル間隔の間残り の１２個の未符号化ビットの内の３個のビットと組み合わされて、ビットコンバ ータ８５と同様なビットコンバータをアドレスコンバータで処理できるようにす る。このような系においては、各一次元サブセットシーケンス内に異なる四次元 シンボルがトータルで４０個存在する。符号の特性 図１１は、前述した２つの符号化変調系の特徴と、同時継続出願の米国特許出 願第０８／２２６，６０６号に記載した同一の畳み込み符号とベース信号点配置 に基づいた第３の符号化変調系である１シンボル間隔当たり９ビットの変調系に ついて説明する。 各変調系（便宜上Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩで示す）が、各変調系に対し信号処理レー トは同一である。即ち１秒当たり１０．７６×１０⁶信号点、即ち１０．７６Ｍ ｂａｕｄである。シンボル間隔当たり８，８．５，９ビットのトレリス符号入力 ビットレートは、いわゆるペイロード即ち１９．５，２０．７，２１．９Ｍｂｐ ｓの連鎖上エンコーダ１３の入力点におけるビットレートに対応する（ただし、 前述のＲＳ（２０８，１８８）リードソロモン符号を用いた場合であるが）。 Ｎ次元信号点配置マッパー１３９の出力点における一次元ベース信号点配置の 信号点は、同じ確率では現れない。かくして図１１に示すように、Ｉの符号化変 調系においては、座標軸−５，−３，−１，１，３，５における信号点のそれぞ れの確率は、０．０６，０．１７，０．２７，０．２７，０．１７，０．０６で ある。他の２つの符号化変調系についても同じようなことが観測される。各符号 化変調系においては、使用の確率は信号点エネルギの増加即ち自乗した座標軸値 と共に減少する。この結果、ベース信号点配置の複数の信号点の間の所定の距離 に対しては、この複数の信号点の平均エネルギは、等しい確率でもって信号点が 用いられる場合よりも低いものである。言い換えるとある伝送環境において許さ れる所定の平均エネルギに対しては、ベース信号点配置の複数の信号点の間の距 離が増加し、それ故に耐ノイズ特性が強化される。（実際ＶＳＢ変調機内の従来 の回路は、自動的に実際の平均伝送パワーに調整され、そのシステムがそれで動 作するパワーに相当するようになる。）このような符号化変調系は、整形ゲイン の特徴を示すと言われており、そしてこの整形という用語は、信号点の確率分布 は直線ではなく整形されていると言うことを表すために用いられている。 定量的には、Ｎ次元信号点配置マッパー１３９の出力点における所定のある系 の整形ゲインは、Ｘ／Ｙの比率の関数（通常ｄＢで表される）である、ここでＸ は、信号点が等しい確率で現れる場合のベース信号点の平均信号点エネルギであ り、Ｙは考慮中の系に対するＮ次元信号点配置マッパー１３９の出力点における 平均信号点エネルギを表す。例えば、Ｎ次元信号点配置マッパー１３９の出力点 における整形ゲインを測定すると、図１１に示した３つの系の各々に対するＸの 値は、１１．６７（＝［１²＋（−１）²＋３²＋（−３）²＋５²＋（−５）²］／ ６）である。Ｙの値は例えば符号化変調系Ｉに対しては、６．７５（＝０．２７ ×１²＋０．２７×（−１）²＋０．１７×３²＋０．１７×（−３）²＋０．０６ ×５²＋０．０６×（−５）²）である。その結果整形ゲインは、１１．６７／６ ．７５＝１．７３でこれは、２．３８ｄＢと等しい（図１１に示す）。符号化変 調系ＩＩとＩＩＩの整形ゲインは、それぞれ１．６７ｄＢと０．６７ｄＢである 。そのためこれらの符号化変調系の異なる系を用いることにより、ペイロードを 減少させる変わりに耐ノイズ特性のレベルを向上させることができる。整形ゲイ ンの様々な値は、特定の１つ例えば６信号点の一次元ベース信号点配置を用いる ことにより全て達成できる。そしてこの信号点配置は、トレリスエンコーダの入 力ビットレートをサポートするために符号化変調系Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩのいずれに 対しても用いることのできる最小信号点配置である。さらに例えば符号化変調系 ＩとＩＩにより達成される整形ゲインの実際の量は、実システム性能の観点から は極めて大きなものである。整形ゲインの保存 ここで図１に戻ってトムリンソンプレコーダ１７の公知の構造について若干説 明する。特にトムリンソンプレコーダ１７の入力信号は、リード１５１で信号点 インタリーバ１５から受信する。この信号は、結合機１７５によりリード１７４ 上のフィードバック信号に加えられる。その結果得られた信号は、モデュロデバ イス１７１で処理される。このモデュロ阻止の機能はリード１７７上のトムリン ソンプレコーダ１７の出力は所定の範囲内（この実施例では−６から＋６の範囲 内）に入るよう維持される。このことは従来のモデュロ−１２の関数を実行する ことにより容易に実現できる。即ち結合機１７５の出力から１２の値を加算した り減算したり繰り返し行い、所定の範囲内に入るようにする。リード１７４上の このフィードバック信号は、リード１７７上の過去のトムリンソンプレコーダ１ ７の出力の関数である。即ち以下の式で与えられるＺ変換関数を有する有限イン パルス応答（finite impulse response（ＦＩＲ））であるフィルタ１７３によ り提供される。 ここでＺ^-iは、ｉ個の信号発信期間の遅延量を有する遅延要素を意味する。トム リンソンプレコーダ１７を実現するためにはｋ＝３６で、ｈ₁からｈ₃₆は、−０ ．０８６５から０．０６０３の範囲内の値を有する。 前述したようにトムリンソンプレコーダ１７は、受信機内のＮＴＳＣ阻止フィ ルタ３７により生成される強制シンボル間干渉（ＩＳＩ）を補償するために図１ の送信機内に具備される。このトムリンソンプレコーダ１７を使用することによ り強制ＩＳＩを除去できるが、このトムリンソンプレコーダ１７は前述のエンコ ーダにより与えられるどのような整形ゲインも除去できると考えられている。こ のような考えは、従来のトムリンソンプレコーダ１７の動作を理解する際に各許 されたプレコーダの出力値は、他の許されたプレコーダの出力値と同一の確率で もって現れるということを仮定している結果である。この実施例においては、ト ムリンソンプレコーダ１７の出力点におけるリード１７７の信号値は、−６から ＋６の範囲に均一に分布すると通常考えられる。さらにこの仮定の結果として、 トムリンソンプレコーダと共に用いられる符号化変調を設計する際にはできるだ け小さな整形ゲインを有する各信号点の使用を目的とする特殊な設計となるよう にする（即ちできるだけ等しい信号点確率を有するように）。そしてその理由は 、その整形ゲインは、バンド幅の効率を犠牲にして達成されるものでありトムリ ンソンプレコーダにより除去される整形ゲインを得るためだけにバンド幅の効率 を犠牲にするような信号点は存在しないからである。 しかし本発明によれば前述の共通な理解というものは誤りであると言うことが 分かった。特にリード１７４上のフィードバック信号の平均エネルギが、トムリ ンソンプレコーダの入力信号のリード１５１上の平均エネルギに比較して弱い場 合には（例えば１２ｄＢ弱い場合）、チャネルコードにより提供される整形ゲイ ンの大部分は、トムリンソンプレコーダの出力の中に保持されているということ が分かった。実際上記の係数ｈ_iに対する値は、比較的弱いフィードバック信号 を提供することになる。したがって本発明を実施するための全体の伝送系は、ト ムリンソンプレコーダと共に整形ゲインの最低量以上の量を提供するようなチャ ネルエンコーダを含む。 トムリンソンプレコーダ１７の出力点におけるある符号化変調系の整形ゲイン は、Ｎ次元信号点配置マッパー１３９の出力点におけるそれと同様に決定される 。それはＸ／Ｖの比率で決定される。ここでＸは、前述したように信号点が等し い確率でもって現れる場合にベース信号点配置の平均信号点エネルギであり、Ｖ は、トムリンソンプレコーダ１７の出力点における平均信号点エネルギである。 このように定義することにより符号化変調系Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩのトムリンソンプ レコーダ１７の出力点における整形ゲインは、それぞれ１．９４，１．３４，０ ．４６ｄＢであり、これを第１１図の最後のコラムに示す。 本発明は、トムリンソンプレコーダの出力点における信号点の整形ゲインが少 なくとも１．０ｄＢであるような信号点の高いレベルの整形ゲインを提供するよ うなチャネルコードに関連する。１．０ｄＢの整形ゲインは、極めて大きく本発 明による教示がない場合の従来技術におけるバンド幅効率を犠牲にしてのみ達成 できるものである。その理由は、前述の従来の共通の考え方は、トムリンソンプ レコーダと大きな整形ゲインを有するチャネルコードとを有するシステムにおい ては、利用することができないからである。前述のトムリンソンプレコーダのフ ィードバック信号と言う条件の元でもトムリンソンプレコーダの動作に起因する 整形ゲインのわずかな損失が存在し、その結果トムリンソンによるプレコーディ ングの前にチャネルコードそのものにより提供される整形ゲインは、少なくとも １．０ｄＢ以上のビットとなるからである。整形ゲインダイバシティ 異なるペイロードは、同一のファミリ内にあるが、異なる量の整形ゲインを有 する符号化変調系を用いることにより、即ち同一のベース信号点配置と同一の基 礎となる畳み込み符号を用いることにより、前述した符号化変調系により達成で きるという事実を利用して、いわゆる整形ゲインダイバシティと称するものを達 成するために利用することができる。このことはファミリ内の異なる符号化変調 系（異なる整形ゲイン量を有する）の間を単に切り換えることにより異なるペイ ロードをサポートできることを意味する。このような整形ゲインダイバシティは 、例えば時間領域で実現でき、その結果、ａ）変化するチャネル条件（短期ベー スか長期ベースのいずれかにより）あるいは、ｂ）変化するサービス要件に応答 して放送業者は耐ノイズ性能に対しペイロードを交換（犠牲に）することもでき る。前者の例としては、受信信号の品質は、遠隔地の観測場所で測定でき有線あ るいは無線のテレメトリチャネルを介して放送場所に戻すことができる。品質が 著しく悪化する場合には、送信機はより低いビットレートでよりノイズ耐性の大 きい系に戻ることができる。後者の例としては、放送業者は比較的低いビットレ ートのニュースあるいは他のデータ（株価）サービスを含むような簡単なＨＤＴ Ｖ放送サービスオファーを増やすよう決定することができる。ある符号化変調系 から他の符号化変調系に変えることにより補助サービスを分配するために必要な 追加のペイロードが確保できる。以上の２つの例から分かるようにある地理的領 域内で動作するような全ての送信機は、必ずしも同時に同一の符号化変調系を用 いる必要はない。異なる符号化変調系を同時に異なるチャネルに用いることもで きる。 図１において、制御信号１２は、ＴＶ信号ソース１１と連鎖上エンコーダ１３ との間を延びる。この制御信号１２上には、所望のペイロードレートを特定する 制御信号が流れ、それにより信号ソースとエンコーダとが所望のレートで動作で きるようになる。 放送業者が彼らのサービスオファーに整形ゲインダイバシティを採用すること が許される場合には、ＨＤＴＶ受信機あるいは他の受信機は、様々な符号化変調 系のいずれかを用いて送信された信号を復号化できる必要がある。整形ゲインダ イバシティが上述した同一のファミリから選択された符号化変調系を用いて実現 できる場合には、この復号化を実行できるようにするためには、わずかな付加回 路が必要となるだけである。特に同一の信号点配置を用いる場合には、この同一 の受信機は、フロントエンド例えばディモデュレータ，等価器等を使用すること ができる。さらにビタービ復号化の主要部分−−いわゆる最大尤度計算を実行す るような主要部分−−は、同一とする事ができる。このような回路の唯一の変更 点は、信号点の再生シーケンスをビットに変換することである。しかし、このこ とはビットコンバータや分数ビットエンコーダを実現するために送信機内に用い られるルックアップテーブルに対応する受信機のルックアップテーブルを用いる だけでよい。 受信機においては、特にどの符号化変調系を用いるかを決定できる能力は様々 な方法で実現できる。１つの方法は、等価機３６の出力のスライスバージョンの 分布をモニタし、第１１図に示す異なる符号化変調系の信号点分布の生来的知識 に基づいて送信機によりどの符号化系が用いられているかを推論することである 。他の方法は、送信機がこの情報をＨＤＴＶ信号そのもの内に符号化して組み込 むことである。 上述の説明は単なる一実施例であり、例えば全てのパラメータの値、その例と してはベース信号点の信号点の数，ベース信号点の次元数，トレリス符号の状態 数と次元数，ビットレート，信号処理レート等は単なる一実施例である。さらに 通信される信号はこの実施例ではテレビ信号であるが、それらは当然のことなが ら単にビットストリームでもよく他のソース等から抽出される信号でもよい。以 上の上記の説明においては、畳み込みエンコーダとシステマッティクな畳み込み エンコーダを用いたが、必ずしもそれに限定されるものではない。 さらに送信機と受信機の様々な構成要素は、独立した機能ブロックで示してあ るが、それらの全てあるいは一部の機能は、ソフトウェアにより制御された１個 のプロセッサあるいはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）チップあるいは特定目 的用の集積回路により提供することもできる。 他の変形例としては、Ｎ次元トレリスエンコーダ１３６とＮ次元信号点配置マ ッパー１３９と信号点インタリーバ１５とは、トレリスエンコーダとその関連す る信号点配置マッパーとインタリーバの群でもって置換できる。各トレリスエン コーダは、ラウンドロビン形式でインタリーバの連続出力を受信し、そして各イ ンタリーバは、同じくラウンドロビン形式で一次元信号点をトムリンソンプレコ ーダ１７に提供することもできる。前述のトレリスエンコーダとその関連する信 号点配置マッパーのバンドは、必ずしも物理的に分離している必要はない。前述 のような群は、１個のトレリスエンコーダと信号点配置マッパーとを時分割する ことにより達成することもできる。 ＨＤＴＶ信号がＮＴＳＣ信号との共通チャネル干渉の影響を受けないような場 合にはトムリンソンプレコーダは、図１のＨＤＴＶ送信機から取り除きそしてそ の関連するＴＮＳＣ阻止フィルタもまた図３のＨＤＴＶ受信機から取り除くこと ができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． （Ａ）データストリームを受信する手段と、 （Ｂ）前記データを確率が等しくない所定のベース信号点配置の信号点 にマッピングするエンコーダと、 （Ｃ）前記マッピングされた信号点を処理するトムリンソンプレコーダ と、 からなり、前記エンコーダと、トムリンソンプレコーダとは前記トムリ ンソンプレコーダの出力点に与えられる信号点が少なくとも１．０ｄＢの整形ゲ インを有するようにする ことを特徴とする符号化変調装置。 ２． （Ｄ）前記トムリンソンプレコーダの出力点の前記信号点を表す変調 信号を送信チャネルに提供するモデュレータを さらに有することを特徴とする請求項１の装置。 ３． 前記データストリームは、テレビジョン信号である ことを特徴とする請求項２の装置。 ４． 前記テレビジョン信号は、ＨＤＴＶ信号である ことを特徴とする請求項３の装置。 ５． 前記エンコーダは、トレリスエンコーダである ことを特徴とする請求項２の装置。 ６． 前記エンコーダは、トレリスエンコーダと連鎖状のリードソロモンエ ンコーダである ことを特徴とする請求項２の装置。 ７． 前記信号点は、Ｎ次元シンボル信号点配置の一次元信号点である ことを特徴とする請求項２の装置。 ８． 前記変調信号は、縮退サイドバンド信号である ことを特徴とする請求項７の装置。 ９． 前記トムリンソンプレコーダは、前記マッピングされた信号点とその 平均エネルギに比較して弱いフィードバック信号とを結合するコンバイナーを有 する ことを特徴とする請求項２の装置。 １０． 前記フィードバック信号は、前記マッピングされた信号点の平均エ ネルギよりも１２ｄＢ以上低い ことを特徴とする請求項９の装置。 １１． 前記トムリンソンプレコーダは、前記フィードバック信号を生成す る有限インパルス応答フィルタを含み 前記有限インパルス応答フィルタは、前記トムリンソンプレコーダの出 力点に与えられる前記信号点を入力する ことを特徴とする請求項９の装置。 １２． 前記トムリンソンプレコーダは、前記トムリンソンプレコーダの出 力点に与えられる前記信号点を生成するために、前記コンバイナーの出力点にモ デュロ関数を実行するモデュロ装置を含む ことを特徴とする請求項１１の装置。 １３． 前記フィードバック信号は、前記マッピングされた信号点の平均エ ネルギよりも１２ｄＢ低い ことを特徴とする請求項１２の装置。 １４． データストリームが受信され、 前記データストリームがエンコーダにより確率が等しくない所定のベー ス信号点配置の信号点にマッピングされ、 前記マッピングされた信号点がトムリンソンプレコーダにより処理され 、 前記エンコーダとトムリンソンプレコーダとは、トムリンソンプレコー ダの出力点の信号点は、少なくとも１．０ｄＢの整形ゲインを有し、 前記トムリンソンプレコーダの出力点における信号点を表す変調信号が 送信用チャネルに入力される ようなシステムで用いられる受信装置において、 前記送信用チャネルから前記変調信号を受信する手段と、 前記受信信号から前記データ信号を再生する手段と を有することを特徴とする送信装置。 １５． 前記再生手段は、複数の所定の周波数位置でヌルポイントを有する 阻止フィルタを含む ことを特徴とする請求項１４の装置。 １６． 前記阻止フィルタは、ＮＴＳＣ阻止フィルタである ことを特徴とする請求項１５の装置。 １７． 前記データストリームは、テレビジョン信号であり、前記装置はさ らに再生されたデータを表示するテレビを有する ことを特徴とする請求項１４の装置。 １８． 前記テレビジョン信号は、ＨＤＴＶ信号である ことを特徴とする請求項１７の装置。 １９． 前記エンコーダは、トレリスエンコーダであり、前記再生手段はビ タービデコーダである ことを特徴とする請求項１４の装置。 ２０． 前記エンコーダは、トレリスエンコーダと連鎖状のリードソロモン エンコーダである ことを特徴とする請求項１４の装置。 ２１． 前記信号点は、Ｎ次元シンボル信号点配置の一次元信号点である ことを特徴とする請求項１４の装置。 ２２． 前記変調信号は、縮退サイドバンド信号である ことを特徴とする請求項２１の装置。 ２３． 前記トムリンソンプレコーダは、前記マッピングされた信号点とそ の平均エネルギに比較して弱いフィードバック信号とを結合するコンバイナーを 有する ことを特徴とする請求項１８の装置。 ２４． 前記フィードバック信号は、前記マッピングされた信号点の平均エ ネルギよりも１２ｄＢ以上低い ことを特徴とする請求項２３の装置。 ２５． 前記トムリンソンプレコーダは、前記フィードバック信号を生成す る有限インパルス応答フィルタを含み 前記有限インパルス応答フィルタは、前記トムリンソンプレコーダの出 力点に与えられる前記信号点を入力する ことを特徴とする請求項２３の装置。 ２６． 前記トムリンソンプレコーダは、前記トムリンソンプレコーダの出 力点に与えられる前記信号点を生成するために前記コンバイナーの出力点にモデ ュロ関数を実行するモデュロ装置を含む ことを特徴とする請求項２５の装置。 ２７． 前記フィードバック信号は、前記マッピングされた信号点の平均エ ネルギよりも１２ｄＢ低い ことを特徴とする請求項２６の装置。 ２８． （Ａ）データストリームを受信するステップと、 （Ｂ）エンコーダ内の前記データストリームを確率が等しくない所定の ベース信号点配置の信号点にマッピングするステップと、 （Ｃ）前記マッピングされた信号点をトムリンソンプレコーダにより処 理するステップと、 からなり、前記エンコーダと前記トムリンソンプレコーダとは、トムリ ンソンプレコーダの出力点における信号点は、少なくとも１．０ｄＢの整形ゲイ ンを有するようなものである ことを特徴とする信号変調方法。 ２９． （Ｄ）前記トムリンソンプレコーダの出力点における前記信号点を 表す変調信号を送信用チャネルに入力するステップ をさらに有することを特徴とする請求項２８の装置。 ３０． データストリームが受信され、 前記データストリームがエンコーダにより確率が等しくない所定のベー ス信号点配置の信号点にマッピングされ、 前記マッピングされた信号点がトムリンソンプレコーダにより処理され 、 前記エンコーダとトムリンソンプレコーダとは、トムリンソンプレコー ダの出力点の信号点は、少なくとも１．０ｄＢの整形ゲインを有し、 前記トムリンソンプレコーダの出力点における信号点を表す変調信号が 送信用チャネルに入力される ようなシステムで用いられる受信方法において、 前記送信用チャネルから前記変調信号を受信するステップと、 前記受信信号から前記データ信号を再生するステップと を有することを特徴とする送信方法。