JP7579207B2 - 送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、２種類のデータキャリアを１つのチャンネルで多重する階層化伝送を行うデジタル放送の伝送システムに関し、特に、２種類のデータキャリアをそれぞれ高階層及び低階層として定め、当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波した変調波信号を生成し伝送する送信装置に関する。

デジタル放送には、大別して衛星放送と地上放送とがあり、それぞれに固有の特徴を持つ伝送路を経由して信号伝送が行われる。

まず、衛星放送におけるデジタル信号の変調方式には、π／２シフトＢＰＳＫを含むＢＰＳＫ、π／４シフトＱＰＳＫを含むＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＡＰＳＫ、若しくは３２ＡＰＳＫなどがあり、送信装置及び受信装置間の信号伝送に用いるキャリア方式は、シングルキャリア方式となっている。また、衛星放送における送信装置及び受信装置間の伝送路上には衛星中継器が介在するものとなっている。衛星中継器は、主に、入力フィルタである入力マルチプレクサフィルタ（以下、「ＩＭＵＸフィルタ」と称する）、進行波管増幅器（以下、「ＴＷＴＡ」と称する）、及び出力フィルタである出力マルチプレクサフィルタ（以下、「ＯＭＵＸフィルタ」と称する）で構成される。

ＩＭＵＸフィルタは、衛星放送における各チャンネルに対応した帯域通過フィルタであり、地上の送信装置によってアップリンク送信された変調波信号を受信して、その変調波信号から１チャンネル分ごとに帯域抽出を行い、チャンネル毎のＴＷＴＡに出力する。

ＴＷＴＡは、ＩＭＵＸフィルタによって帯域抽出した各チャンネルの帯域成分について利得制御（電力増幅）を行い、ＯＭＵＸフィルタに出力する。

ＯＭＵＸフィルタは、各チャンネルに対応した帯域通過フィルタであり、ＴＷＴＡによって電力増幅した各チャンネルの帯域成分について不要周波数成分を抑圧し、ＯＭＵＸフィルタの後段に設けられる合成器（図示せず）により全チャンネル分を合成した変調波信号を放送波信号として生成し、地上の受信装置に向けてダウンリンク出力する。

ところで、ＴＷＴＡは、入出力振幅や位相偏移特性等の影響により、所望のＩＱ信号点（理想ＩＱ信号点）からずれが発生する。また、ＩＭＵＸフィルタやＯＭＵＸフィルタは、周波数振幅や群遅延特性等の影響によりシンボル間干渉が起きることにより、所望のＩＱ信号点から広がりが発生する。このため、衛星中継器が介在する伝送路上ではこれらＩＱ信号点のずれや広がりが相互に影響し合って伝送路特性の非線形歪を生じさせ、結果として所要Ｃ／Ｎが増大し、伝送品質の劣化に繋がることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

一方、地上放送におけるデジタル信号の変調方式には、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、若しくは６４ＱＡＭなどがあり、送信装置及び受信装置間の信号伝送に用いるキャリア方式は、ＯＦＤＭよりフレーム化されたマルチキャリア伝送となっている。また、地上放送の主な特徴として伝送路におけるマルチパスフェージングの影響があるが、送信装置の後段及び地上中継設備における増幅器は、線形領域で動作させることができるため、衛星放送の場合とは異なり変調波信号の線形伝送が可能である。

近年、次世代に向けた地上放送では、２種類のデータキャリアを１つのチャンネルで多重する階層化伝送（以下、「ＬＤＭ」と称する）方式が検討されている。具体的には、ＬＤＭの一例として、現行ＩＳＤＢ‐Ｔのデータキャリア（以下、「２Ｋ階層」と称する）と、次世代放送のデータキャリア（以下、「４Ｋ階層」と称する）とを１つのチャンネルで多重することが検討されている（例えば、非特許文献２参照）。ここで、非特許文献２に開示されているＬＤＭは、次のような仕組みとなっている。送信側では、２Ｋ階層に対して４Ｋ階層をより小さい電力（即ち、振幅）で多重することで、高階層（２Ｋ）と低階層（４Ｋ）の２つの電力差（即ち、振幅差）を利用して伝送するものとする。そして、受信側では、まず高階層から復調及び復号することにより２Ｋのデータ信号を得る。続いて、受信側では、復号されたこの２Ｋのデータ信号を基に再符号及び再変調した高階層（２Ｋ）信号を生成し、高階層（２Ｋ）と低階層（４Ｋ）の両方を含むデータ信号から、当該再符号及び再変調した高階層（２Ｋ）信号をベクトル演算により差し引くことによって低階層（４Ｋ）の信号を得るようにしている。

そこで、衛星放送においても上記ＬＤＭ方式の技術を取り入れて、信号伝送の効率化を図ることが可能である（例えば、非特許文献３参照）。しかし、非特許文献３に示されているように、衛星中継器が介在する伝送路の非線形歪（特に、ＴＷＴＡの非線形特性）がとりわけ低階層の信号成分に与える影響が大きくなる課題がある。

小島，小泉，鈴木，筋誡、"Comparative Study of Digital Pre-Distortion for 32APSK by Hardware Experiments and Numerical Calculations"、信学技報、電子情報通信学会技術報告(IEICE Technical Report) SAT2019-53、一般社団法人 電子情報通信学会、2019年10月10日発表 佐藤，神原，岡野，土田、"ISDB-Tに次世代放送をLDMで多重する方式の統合復調時における伝送特性評価"、2019年映像情報メディア学会冬季大会(ITE Winter Annual Convention 2019) １４Ｃ－５、一般社団法人 映像情報メディア学会、2019年12月12日発表 岡田、"衛星通信におけるキャリア重畳方式～LDMの実現に向けて ～"、 映像情報メディア学会技術報告(ITE Technical Report) Vol.41,No.11,BCT2017-47、一般社団法人 映像情報メディア学会、2017年3月10日発表

上述したように、衛星放送においてもＬＤＭ方式の技術を取り入れることは可能である。

ここで、図４及び図５を参照して、従来技術に基づくＬＤＭ方式の送信装置１Ｐ及び受信装置３Ｐの一般化した概略構成について説明する。

（従来技術の送信装置）
まず、図４は、従来技術に基づくＬＤＭ方式の送信装置１Ｐの一般化した概略構成を示すブロック図である。

図４に示す送信装置１Ｐは、２種類のデータキャリアをそれぞれ高階層及び低階層として定め、当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波した変調波信号を生成し伝送する装置として構成され、高階層用符号化・変調部１１、低階層用符号化・変調部１２、低階層用振幅調整部１３、合波部１４、同期制御部１５、ルートロールオフフィルタ部１６、及びＤ／Ａ変換・直交変調部１７を備える。

高階層用符号化・変調部１１は、高階層（本例では２Ｋ）とするデータキャリアとして伝送するための高階層データを入力し、主信号とする当該高階層データに対し高階層用に予め定めた符号化率（本例では１／２）のブロック符号（本例ではＬＤＰＣ及びＢＣＨの連接符号）による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、高階層用に予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して高階層用ＩＱ信号（同相成分Ｉと直交位相成分Ｑの直交信号でありＩＱ平面上の信号点として表すことが可能な信号点系列の信号）を生成し、合波部１４に出力する。尚、当該高階層データに対する符号化処理には、エネルギー拡散処理やインターリーブ処理を含めてもよい。

低階層用符号化・変調部１２は、低階層（本例では４Ｋ）とするデータキャリアとして伝送するための低階層データを入力し、主信号とする当該低階層データに対し低階層用に予め定めた符号化率（本例では３／４）のブロック符号（本例ではＬＤＰＣ及びＢＣＨの連接符号）による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、低階層用に予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して低階層用ＩＱ信号を生成し、低階層用振幅調整部１３に出力する。尚、当該低階層データに対する符号化処理には、エネルギー拡散処理やインターリーブ処理を含めてもよい。

低階層用振幅調整部１３は、低階層用符号化・変調部１２によって生成した低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを、高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルよりも一律に所定量小さい振幅に変更（本例では電力差を７．０ｄＢ）することで小電力化した低階層用ＩＱ信号を生成し、合波部１４に出力する。

合波部１４は、当該高階層用ＩＱ信号と、小電力化した低階層用ＩＱ信号とを同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波する形式で多重する（電力加算する）ことにより、階層多重化ＩＱ信号として新たなＩＱ信号を生成し、ルートロールオフフィルタ部１６に出力する。

同期制御部１５は、それぞれ高階層及び低階層として定めた当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波するように、高階層用符号化・変調部１１、低階層用符号化・変調部１２、低階層用振幅調整部１３及び合波部１４の同期制御を行う機能部である。特に、同期制御部１５は、低階層用振幅調整部１３の同期制御にあたり、低階層用ＩＱ信号及び高階層用ＩＱ信号のそれぞれの所要Ｃ／Ｎを満たし、且つ階層多重化ＩＱ信号に対する高階層用ＩＱ信号のベクトル演算による差分により低階層用ＩＱ信号を識別可能とするように、低階層用ＩＱ信号を、高階層用ＩＱ信号の振幅よりも一律に所定量小さい振幅に変更するように制御する。

ルートロールオフフィルタ部１６は、帯域制限フィルタの一種であり、合波部１４によって生成した階層多重化ＩＱ信号に対し、アップサンプルと不要な高周波成分を除去する波形整形を施して波形整形後の階層多重化ＩＱ信号を生成して、Ｄ／Ａ変換・直交変調部１７に出力する。

Ｄ／Ａ変換・直交変調部１７は、波形整形後の階層多重化ＩＱ信号に対し、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換処理を施し、当該高階層用に予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）による直交変調処理に基づく変調波信号を生成し、所定の伝送路経由で受信装置３Ｐへ送信する。

（従来技術の受信装置）
次に、図５は、従来技術に基づくＬＤＭ方式の受信装置３Ｐの一般化した概略構成を示すブロック図である。

図５に示す受信装置３Ｐは、送信装置１Ｐによって生成された変調波信号を所定の伝送路経由で受信して、当該２種類のデータキャリアの復調及び復号を行う装置として構成され、直交復調・Ａ／Ｄ変換部３１、ルートロールオフフィルタ部３２、高階層用復調・復号部３３、高階層用再符号化・再変調部３４、ベクトル演算部３５、及び低階層用復調・復号部３６を備える。

直交復調・Ａ／Ｄ変換部３１は、送信装置１Ｐによって生成された変調波信号を所定の伝送路経由で受信して、当該変調方式（本例ではＱＰＳＫ）による直交復調処理を施した後、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換処理を施して、上記の階層多重化ＩＱ信号を復元し、ルートロールオフフィルタ部３２に出力する。

ルートロールオフフィルタ部３２は、帯域制限フィルタの一種であり、直交復調・Ａ／Ｄ変換部３１によって復元した階層多重化ＩＱ信号の不要な高周波成分を除去する波形整形及びダウンサンプルによりシンボル点のみとした後の階層多重化ＩＱ信号を生成して、高階層用復調・復号部３３及びベクトル演算部３５に出力する。

高階層用復調・復号部３３は、波形整形後の階層多重化ＩＱ信号に対し、当該予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）に基づく復調処理を施した後、送信装置１Ｐにおける高階層用の符号化処理に対応する逆処理を施し、即ち当該高階層用に予め定めた符号化率（本例では１／２）のブロック符号（本例ではＬＤＰＣ及びＢＣＨの連接符号）に関する復号処理を施し、高階層データを復元して外部出力するとともに、高階層用再符号化・再変調部３４に出力する。つまり、高階層用復調・復号部３３は、波形整形後の階層多重化ＩＱ信号の受信を、尤度判定及び誤り訂正処理の下では高階層用ＩＱ信号の受信とみなして復調及び復号の処理を施すことができ、これにより高階層データを復元する。

高階層用再符号化・再変調部３４は、高階層用復調・復号部３３から得られる高階層データに対し、送信装置１Ｐにおける高階層用符号化・変調部１１と同一の処理を施し、即ち主信号とする当該高階層データに対し高階層用に予め定めた符号化率（本例では１／２）のブロック符号（本例ではＬＤＰＣ及びＢＣＨの連接符号）による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して高階層用ＩＱ信号を再生成し、ベクトル演算部３５に出力する。

ベクトル演算部３５は、ルートロールオフフィルタ部３２から出力される階層多重化ＩＱ信号から、高階層用再符号化・再変調部３４によって再生成した高階層用ＩＱ信号をベクトル演算により差し引く（電力減算する）ことによって低階層用ＩＱ信号を復元し、低階層用復調・復号部３６に出力する。

低階層用復調・復号部３６は、ベクトル演算部３５から得られる低階層用ＩＱ信号に対し、低階層用に予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）に基づく復調処理を施した後、送信装置１Ｐにおける低階層用の符号化処理に対応する逆処理を施し、即ち当該低階層用に予め定めた符号化率（本例では３／４）のブロック符号（本例ではＬＤＰＣ及びＢＣＨの連接符号）に関する復号処理を施し、高階層データを復元して外部出力する。

このような図４及び図５に示す従来技術に基づくＬＤＭ方式の伝送システムは、衛星放送においても適用可能であるが、このＬＤＭ方式の技術を、衛星放送における送信装置に適用するには、衛星中継器が介在する伝送路の非線形歪の影響を軽減させる工夫が必要である。

つまり、図４に示す送信装置１Ｐでは、高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号が直接加算された信号点の階層多重化ＩＱ信号で伝送するものとしており、この送信装置１Ｐを衛星放送においても適用すると、衛星中継器を含む伝送路に起因して生じる非線形歪の影響が生じたままの伝送となってしまい、結果として所要Ｃ／Ｎが増大し、伝送品質の劣化に繋がる。

このため、本発明の目的は、２種類のデータキャリアをそれぞれ高階層及び低階層として定め、当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで伝送路特性の非線形歪を軽減させるように制御して合波した変調波信号を生成し伝送する送信装置を提供することにある。

本発明の送信装置は、２種類のデータキャリアをそれぞれ高階層及び低階層として定め、当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで伝送路特性の非線形歪を軽減させるように制御して合波した変調波信号を生成し伝送する送信装置であって、前記高階層とするデータキャリアとして伝送するための高階層データを入力し、当該高階層データに対し高階層用に予め定めた符号化率のブロック符号による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、高階層用に予め定めた変調方式に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して高階層用ＩＱ信号を生成する高階層用符号化・変調部と、前記低階層とするデータキャリアとして伝送するための低階層データを入力し、当該低階層データに対し低階層用に予め定めた符号化率のブロック符号による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、低階層用に予め定めた変調方式に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して低階層用ＩＱ信号を生成する低階層用符号化・変調部と、前記低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の信号点の振幅を基準に動的に所定量振幅を調整する補正処理を施して、振幅補正した第２の低階層用ＩＱ信号を生成する低階層用振幅可変部と、前記第２の低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを前記高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルよりも一律に所定量小さい振幅に変更する、若しくは前記高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを前記第２の低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルよりも一律に所定量大きい振幅に変更することで振幅調整する振幅調整部と、当該振幅調整後の高階層用ＩＱ信号及び第２の低階層用ＩＱ信号を、同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波する形式で多重することにより、階層多重化ＩＱ信号として新たなＩＱ信号を生成する合波部と、前記高階層用符号化・変調部、前記低階層用符号化・変調部、前記低階層用振幅可変部、前記振幅調整部、及び前記合波部の同期制御を行う同期制御部と、前記階層多重化ＩＱ信号に対し波形整形を施し第２の階層多重化ＩＱ信号を生成するルートロールオフフィルタ部と、前記第２の階層多重化ＩＱ信号に対し、デジタル／アナログ変換処理を施し、当該高階層用に予め定めた変調方式による直交変調処理に基づく変調波信号を生成し伝送するＤ／Ａ変換・直交変調部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記同期制御部は、前記低階層用振幅可変部による当該補正処理を同期制御する際に、前記低階層用符号化・変調部により一旦生成した低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の各信号点の振幅を基準に前記階層多重化ＩＱ信号が所定量より大きい振幅になるときに、前記所定量内に収まる振幅まで小さくするように変化させる補正処理を施すよう同期制御する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記同期制御部は、受信側で当該低階層及び高階層の各データキャリアの受信に必要とされるそれぞれの所要Ｃ／Ｎを満たし、且つ受信した前記第２の階層多重化ＩＱ信号に対する前記高階層用ＩＱ信号のベクトル演算による差分により前記低階層用ＩＱ信号を識別可能とする範囲内で振幅を小さくするように変化させるよう同期制御する機能を有することを特徴とする。

また、本発明の送信装置において、前記Ｄ／Ａ変換・直交変調部は、前記変調波信号を衛星放送の伝送路上に介在する衛星中継器に向けて送信するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、従来技術のＬＤＭ方式の送信装置と比較して、伝送路上の非線形歪の影響を軽減させることが可能となり、とりわけ低階層用ＩＱ信号の伝送性能を改善できるようになる。また、本発明によれば、従来技術のＬＤＭ方式の伝送システムと同様の伝送容量を確保できる。換言すれば、従来技術のＬＤＭ方式の伝送システムにおける伝送容量を低下させることなく、伝送路上の非線形歪の影響を軽減させ、特に低階層用ＩＱ信号の伝送性能を改善することができる。

本発明による一実施形態の送信装置及び受信装置を備える伝送システムの概略構成を例示するブロック図である。 本発明による一実施例の送信装置の概略構成を例示するブロック図である。 本発明による一実施例の送信装置における補正前後のＩＱ信号点配置を示す図である。 従来技術に基づくＬＤＭ方式の送信装置の一般化した概略構成を示すブロック図である。 従来技術に基づくＬＤＭ方式の受信装置の一般化した概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明による一実施例の送信装置１について説明する。

〔伝送システム〕
図１は、本発明による一実施形態の送信装置１及び受信装置３を備える伝送システムの概略構成を例示するブロック図である。図１に示す一実施形態の伝送システムは、ＬＤＭ方式を衛星放送に適用した例であり、地上放送局における送信装置１と、衛星中継器２と、複数の受信装置３‐１，３‐２，…，３‐ｎ（以下、ｎは１以上の整数であり、包括して「受信装置３」と称する）により構成される。

送信装置１は、図２を参照して詳細に説明するが、２種類のデータキャリアをそれぞれ高階層及び低階層として定め、当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで伝送路特性の非線形歪を軽減させるように制御して合波した変調波信号を生成し伝送する装置である。

放送衛星に搭載される衛星中継器２は、ＩＭＵＸフィルタ２１、ＴＷＴＡ２２、及びＯＭＵＸフィルタ２３を備え、上述したように、ＩＭＵＸフィルタ２１により地上の送信装置１によってアップリンク送信された変調波信号を受信して、その変調波信号から１チャンネル分ごとに帯域抽出を行い、ＴＷＴＡ２２による電力増幅後、ＯＭＵＸフィルタ２３により不要周波数成分を抑圧し全チャンネル分を合成した変調波信号を放送波信号として生成し、地上の受信装置に向けてダウンリンク出力する。

受信装置３は、送信装置１によって生成された変調波信号を、衛星中継器２を含む伝送路経由で受信して、当該２種類のデータキャリアの復調及び復号を行う装置として構成され、図５に示す従来技術に基づくＬＤＭ方式の受信装置３Ｐと同様の構成からなり、その更なる説明は省略する。

〔送信装置〕
図２は、本発明による一実施例の送信装置１の概略構成を例示するブロック図である。尚、図２に示す送信装置１は、図４に示す従来技術の送信装置１Ｐと同様の構成要素には同一の参照番号を付している。

図２に示す送信装置１は、高階層用符号化・変調部１１、低階層用符号化・変調部１２、低階層用振幅調整部１３、合波部１４、同期制御部１５、ルートロールオフフィルタ部１６、Ｄ／Ａ変換・直交変調部１７、及び低階層用振幅可変部１８を備え、図４に示す従来技術の送信装置１Ｐと比較して、低階層用振幅可変部１８を更に備えるように構成している点、及び同期制御部１５が低階層用振幅可変部１８の同期制御も行うように構成している点を除き、同様に構成されている。以下、より具体的に、送信装置１の各構成要素について説明する。

高階層用符号化・変調部１１は、高階層（本例では２Ｋ）とするデータキャリアとして伝送するための高階層データを入力し、主信号とする当該高階層データに対し高階層用に予め定めた符号化率（本例では１／２）のブロック符号（本例ではＬＤＰＣ及びＢＣＨの連接符号）による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して高階層用ＩＱ信号を生成し、合波部１４に出力する。尚、当該高階層データに対する符号化処理には、エネルギー拡散処理やインターリーブ処理を含めてもよい。

低階層用符号化・変調部１２は、低階層（本例では４Ｋ）とするデータキャリアとして伝送するための低階層データを入力し、主信号とする当該低階層データに対し低階層用に予め定めた符号化率（本例では３／４）のブロック符号（本例ではＬＤＰＣ及びＢＣＨの連接符号）による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、上記の高階層と同一の変調方式（本例ではＱＰＳＫ）に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して低階層用ＩＱ信号を生成し、低階層用振幅可変部１８に出力する。尚、当該低階層データに対する符号化処理には、エネルギー拡散処理やインターリーブ処理を含めてもよい。

低階層用振幅可変部１８は、低階層用符号化・変調部１２によって生成した低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の信号点の振幅を基準に動的に所定量振幅を調整する補正処理を施して、振幅補正した低階層用ＩＱ信号を生成し、低階層用振幅調整部１３に出力する。

低階層用振幅調整部１３は、低階層用振幅可変部１８によって振幅補正した低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを、高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルよりも一律に所定量小さい振幅に変更（本例では電力差を７．０ｄＢ）することで小電力化した低階層用ＩＱ信号を生成し、合波部１４に出力する。

合波部１４は、当該高階層用ＩＱ信号と、小電力化した低階層用ＩＱ信号とを同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波する形式で多重する（電力加算する）ことにより、階層多重化ＩＱ信号として新たな規格化ＩＱ信号を生成し、ルートロールオフフィルタ部１６に出力する。

同期制御部１５は、それぞれ高階層及び低階層として定めた当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波するように、高階層用符号化・変調部１１、低階層用符号化・変調部１２、低階層用振幅可変部１８、低階層用振幅調整部１３及び合波部１４の同期制御を行う機能部である。

特に、本発明に係る同期制御部１５は、低階層用振幅可変部１８による当該補正処理を同期制御する際に、低階層用符号化・変調部１２により一旦生成した低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の各信号点の振幅を基準に階層多重化ＩＱ信号が所定量より大きい振幅になるときに、当該所定量内に収まる振幅まで小さくするように変化させる補正処理を施すよう同期制御する機能を有する。

また、本発明に係る同期制御部１５は、低階層用振幅可変部１８による当該補正処理の同期制御に伴い、受信側で当該低階層及び高階層の各データキャリアの受信に必要とされるそれぞれの所要Ｃ／Ｎを満たし、且つ受信した階層多重化ＩＱ信号に対する高階層用ＩＱ信号のベクトル演算による差分により当該低階層用ＩＱ信号を識別可能とする範囲内で振幅を小さくするように変化させるよう同期制御する機能を有する。

ルートロールオフフィルタ部１６は、帯域制限フィルタの一種であり、合波部１４によって生成した階層多重化ＩＱ信号に対し、アップサンプルと不要な高周波成分を除去する波形整形を施して波形整形後の階層多重化ＩＱ信号を生成し、Ｄ／Ａ変換・直交変調部１７に出力する。

Ｄ／Ａ変換・直交変調部１７は、波形整形後の階層多重化ＩＱ信号（即ち、規格化ＩＱ信号）に対し、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換処理を施し、当該高階層用に予め定めた変調方式（本例ではＱＰＳＫ）による直交変調処理に基づく変調波信号を生成し、衛星中継器２を含む伝送路経由で受信装置３へ送信する。

このように、図２に示す送信装置１では、一実施例の伝送パラメータとして、高階層用の符号化・変調には、ＱＰＳＫ（符号化率１／２）を、低階層用の符号化・変調にはＱＰＳＫ（符号化率３／４）を使用し、高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号の電力差は７．０ｄＢとしている。ここで、本例においては使用するシンボルレートや中心周波数は同一とし、高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号のシンボル点は同期のとれているものとする。衛星放送の伝送方式ＩＳＤＢ‐Ｓ３に準じるものとすると、ＱＰＳＫ（符号化率１／２）の所要Ｃ／Ｎは１．２ｄＢ、ＱＰＳＫ（符号化率３／４）の所要Ｃ／Ｎは４．０ｄＢであることから、電力差７．０ｄＢを考慮すると、理想的な伝送路条件であれば５．８ｄＢの受信Ｃ／Ｎマージンをもって高階層用ＩＱ信号を受信できるようにしている。

この一実施例の伝送パラメータで、図３を参照しながら、送信装置１における階層多重化ＩＱ信号の生成動作を説明する。

まず、高階層用ＩＱ信号は、ＱＰＳＫであることから第１乃至第４象限で各１点ずつの合計４点となり（図３に示す“〇”）、高階層用ＩＱ信号の振幅量を１と正規化したとき、第１乃至第４象限の各点は、（ＩＱ信号の実部，ＩＱ信号の虚部）で表すと、（０．７０７１，０．７０７１）、（－０．７０７１，０．７０７１）、（－０．７０７１，－０．７０７１）、及び（０．７０７１，－０．７０７１）となる。

次に、低階層用ＩＱ信号は高階層と同様にＱＰＳＫの４点となるが、低階層の正規化振幅量は、高階層の正規化振幅量１に対して、７．０ｄＢ低い振幅量１０＾（－７／１０）≒０．１９９５となり、低階層用ＩＱ信号（ＱＰＳＫ）の対応する４点は、（０．１４１１，０．１４１１）、（－０．１４１１，０．１４１１）、（－０．１４１１，－０．１４１１）、及び（０．１４１１，－０．１４１１）となる。

そこで、電力差７．０ｄＢの高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号とを加算したとすると、そのＩＱ信号点配置（図３に示す“◆”）は、格子状の１６点（０．８４８２，０．８４８２）、（０．５６６０，０．８４８２）、（０．５６６０，０．５６６０）、（０．８４８２，０．５６６０）、（－０．５６６０，０．８４８２）、（－０．８４８２，０．８４８２）、（－０．８４８２，０．５６６０）、（－０．５６６０，０．５６６０）、（－０．５６６０，－０．５６６０）、（－０．８４８２，－０．５６６０）、（－０．８４８２，－０．８４８２）、（－０．５６６０，－０．８４８２）、（０．８４８２，－０．５６６０）、（０．５６６０，－０．５６６０）、（０．５６６０，－０．８４８２）、及び（０．８４８２，－０．８４８２）をとりうる。

即ち、従来の送信装置１Ｐでは、ＱＡＭ変調方式に似た格子状のＩＱ信号点配置（図３に示す“◆”）で変調され、送信されることになる。しかしながら、このＩＱ信号点配置（図３に示す“◆”）の場合、衛星放送においては、特にそのＩＱ信号点配置（図３に示す“◆”）における最大振幅となる４点（０．８４８２，０．８４８２）、（－０．８４８２，０．８４８２）、（－０．８４８２，－０．８４８２）、（０．８４８２，－０．８４８２）が、ＴＷＴＡ２２の非線形歪の影響（振幅抑圧され、位相の回った状態）を最も受けることになり、結果として受信性能劣化に繋がる。これがＩＳＤＢ‐Ｓ３等の衛星放送における変調方式は、ＱＡＭではなく、ＰＳＫや４ビット以上であればＡＰＳＫが採用されている理由である。

通常の４ビット変調であれば、ＩＱ信号点の配置をＡＰＳＫに変化するだけでよいが、ＬＤＭの場合、高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号の加算の組み合わせであるため、その組み合わせ方に応じて、階層多重化ＩＱ信号の振幅を動的に変化させる必要がある。

そこで、本発明による一実施例の送信装置１では、同期制御部１５によって同期制御する低階層用振幅可変部１８を設け、一旦生成した低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の信号点の振幅を基準に動的に所定量振幅を調整する補正処理を施し、低階層用振幅調整部１３により振幅補正した低階層用ＩＱ信号を小電力化した低階層用ＩＱ信号を生成し、合波部１４により当該高階層用ＩＱ信号と当該小電力化した低階層用ＩＱ信号とを同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波する形式で多重することにより、階層多重化ＩＱ信号を生成するものとした。

代表して図３に示す第１象限で説明するに、高階層用ＩＱ信号（図３に示す“〇”）は、第１象限では（０．７０７１，０．７０７１）に位置しているが、高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号の加算後（図３に示す“◆”）の格子状の４点（０．８４８２，０．８４８２）、（０．５６６０，０．８４８２）、（０．５６６０，０．５６６０）、（０．８４８２，０．５６６０）のうち、右上の座標点（０．８４８２，０．８４８２）が最大の正規化振幅量１．２００となり、この右上の座標点（０．８４８２，０．８４８２）を（＋｜０．８４８２－Ｃ１｜，＋｜０．８４８２－Ｃ１｜）（Ｃ１は正の定数）とすれば（図３に示す第１象限で２点“◇”を図示するうちの右上側）、その振幅量１．２００から下げることが可能となり、非線形歪の影響を軽減することが可能となる。ＴＷＴＡ２２は、所定の振幅量以下では線形であり、ここでは正規化振幅量１以下で線形とする。

また、高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号の加算後（図３に示す“◆”）の格子状の４点（０．８４８２，０．８４８２）、（０．５６６０，０．８４８２）、（０．５６６０，０．５６６０）、（０．８４８２，０．５６６０）のうち、左下の座標点（０．５６６０，０．５６６０）が最小の正規化振幅量０．８００５となり、この左下の座標点（０．５６６０，０．５６６０）を（＋｜０．５６６０‐Ｃ２｜，＋｜０．５６６０‐Ｃ２｜）（Ｃ２は正の定数）とすれば（図３に示す第１象限で２点“◇”を図示するうちの左下側）、低階層用ＩＱ信号からみた階層多重化ＩＱ信号の正規化電力は０．１９９５（＝１－０．８００５）に保つことができるため、高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号の電力差７．０ｄＢも保つことができる。

このように、本発明に係る同期制御部１５は、低階層用振幅可変部１８による当該補正処理を同期制御する際に、低階層用符号化・変調部１２により一旦生成した低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の各信号点の振幅を基準に階層多重化ＩＱ信号が所定量より大きい振幅になるときに、当該所定量内に収まる振幅まで小さくするように変化させる補正処理を施すよう同期制御し、更には、低階層用振幅可変部１８による当該補正処理の同期制御に伴い、受信側で当該低階層及び高階層の各データキャリアの受信に必要とされるそれぞれの所要Ｃ／Ｎを満たし、且つ受信した階層多重化ＩＱ信号に対する高階層用ＩＱ信号のベクトル演算による差分により当該低階層用ＩＱ信号を識別可能とする範囲内で振幅を小さくするように変化させるよう同期制御するようにした。

図３に示す第２乃至第４象限についても同様の処理を施し、補正後の階層多重化ＩＱ信号の信号点（即ち、加算した高階層用ＩＱ信号と低階層用ＩＱ信号について補正した信号点）を“◇”で図示している。

また、最適となるＣ１及びＣ２の値は、衛星中継器２（ＩＭＵＸフィルタ２１、ＴＷＴＡ２２、及びＯＭＵＸフィルタ２３）の各特性やＴＷＴＡ２２の動作点に依存するが、事前にオフラインで予め補正量を計算して定めるか、或いは送信装置１内に補正量計算可能な機構（図示せず）を設けて逐次、又は定期的に導出し更新する形態とすることも可能である。

以上のように、本実施例の送信装置１によれば、従来のＬＤＭ方式の送信装置１Ｐと比較して、その伝送容量を低下させることなく、伝送路上の非線形歪の影響を軽減させ、特に低階層用ＩＱ信号の伝送性能を改善することができる。

上述した一実施例については代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換することができることは当業者に明らかである。例えば、上述した例では、高階層を２Ｋ、低階層を４Ｋとする例を説明したが、高階層を４Ｋ、低階層を８Ｋとすることなど、２種類のデータキャリアをそれぞれ高階層及び低階層として定めるものであればよい（ただし受信耐性は低階層より高階層の方が高いことが前提条件となる）。また、本発明に係る送信装置１によれば、変調波信号の生成には物理的なＩＱ信号処理を用いることから、高階層や低階層の変調方式及び誤り訂正のブロック符号方式は、種々のものを選択設定することができる。このため、本発明に係る送信装置１によれば、選択した符号化・変調方式（伝送路符号化方式）によらない高い汎用性を確保して、従来のＬＤＭ方式と同様の伝送容量を確保しながら、従来のＬＤＭ方式よりも非線形歪の影響を軽減させることができる。また、上述した実施形態の例では、本発明に係る送信装置１を衛星放送の伝送システムに適用する例を説明したが、地上放送においても将来的に伝送路上で非線形特性を持つ増幅器を介在させることも想定しうることから、地上放送の伝送システムに適用してもよい。
また、上述した例では、分かりやすい典型的な例として、高階層用に予め定めた変調方式と、低階層用に予め定めた変調方式とを同一とする例（上記の例では、ＱＰＳＫ）を説明したが、高階層用と低階層用とで異なる変調方式として本発明に係る構成要素を適用してもよいことは勿論である。例えば、高階層をＱＰＳＫとし、低階層を８ＰＳＫとしてもよい。更には、高階層と低階層との間で変調方式が同一であっても符号化率は異なるものであってもよい。即ち、階層多重化ＩＱ信号として、結果として受信性能が異なることを利用して、２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波した変調波信号を生成し伝送する形態であればよい。
更に、上述した例では、低階層用振幅調整部１３により、低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルに対して一律に小さくする振幅調整を行う例を説明したが、このような低階層用振幅調整部１３を設ける代わりに、高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルに対して一律に大きくする振幅調整を行う高階層用振幅調整部（図示略）を設ける構成としてもよい。即ち、高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルが低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルに対して一律に所定のレベル差となるように振幅調整を行う「振幅調整部」（図示略）を設ける構成であればよい。
従って、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。

本発明によれば、伝送容量を低下させることなく、伝送路上の非線形歪の影響を軽減させ、特に低階層用ＩＱ信号の伝送性能を改善することができるので、ＬＤＭ方式の伝送システムの用途に有用である。

１ 送信装置（本発明）
１Ｐ 送信装置（従来技術）
２ 衛星中継器
３，３Ｐ，３‐１，３‐２，…，３‐ｎ 受信装置
１１ 高階層用符号化・変調部
１２ 低階層用符号化・変調部
１３ 低階層用振幅調整部
１４ 合波部
１５ 同期制御部
１６ ルートロールオフフィルタ部
１７ Ｄ／Ａ変換・直交変調部
１８ 低階層用振幅可変部
２１ ＩＭＵＸフィルタ
２２ ＴＷＴＡ
２３ ＯＭＵＸフィルタ
３１ 直交復調・Ａ／Ｄ変換部
３２ ルートロールオフフィルタ部
３３ 高階層用復調・復号部
３４ 高階層用再符号化・再変調部
３５ ベクトル演算部
３６ 低階層用復調・復号部

Claims (4)

1. ２種類のデータキャリアをそれぞれ高階層及び低階層として定め、当該２種類のデータキャリアについて同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで伝送路特性の非線形歪を軽減させるように制御して合波した変調波信号を生成し伝送する送信装置であって、
   前記高階層とするデータキャリアとして伝送するための高階層データを入力し、当該高階層データに対し高階層用に予め定めた符号化率のブロック符号による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、高階層用に予め定めた変調方式に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して高階層用ＩＱ信号を生成する高階層用符号化・変調部と、
   前記低階層とするデータキャリアとして伝送するための低階層データを入力し、当該低階層データに対し低階層用に予め定めた符号化率のブロック符号による誤り訂正パリティを付加して符号化データを形成する符号化処理を施した後、低階層用に予め定めた変調方式に基づくＩＱ平面上のマッピングを施して低階層用ＩＱ信号を生成する低階層用符号化・変調部と、
   前記低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の信号点の振幅を基準に動的に所定量振幅を調整する補正処理を施して、振幅補正した第２の低階層用ＩＱ信号を生成する低階層用振幅可変部と、
   前記第２の低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを前記高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルよりも一律に所定量小さい振幅に変更する、若しくは前記高階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルを前記第２の低階層用ＩＱ信号の平均振幅レベルよりも一律に所定量大きい振幅に変更することで振幅調整する振幅調整部と、
   当該振幅調整後の高階層用ＩＱ信号及び第２の低階層用ＩＱ信号を、同一周波数帯域、且つ同一シンボルレートで合波する形式で多重することにより、階層多重化ＩＱ信号として新たなＩＱ信号を生成する合波部と、
   前記高階層用符号化・変調部、前記低階層用符号化・変調部、前記低階層用振幅可変部、前記振幅調整部、及び前記合波部の同期制御を行う同期制御部と、
   前記階層多重化ＩＱ信号に対し波形整形を施し第２の階層多重化ＩＱ信号を生成するルートロールオフフィルタ部と、
   前記第２の階層多重化ＩＱ信号に対し、デジタル／アナログ変換処理を施し、当該高階層用に予め定めた変調方式による直交変調処理に基づく変調波信号を生成し伝送するＤ／Ａ変換・直交変調部と、
   を備えることを特徴とする送信装置。
2. 前記同期制御部は、前記低階層用振幅可変部による当該補正処理を同期制御する際に、前記低階層用符号化・変調部により一旦生成した低階層用ＩＱ信号の各信号点に対し、時間軸上で対応する高階層用ＩＱ信号の各信号点の振幅を基準に前記階層多重化ＩＱ信号が所定量より大きい振幅になるときに、前記所定量内に収まる振幅まで小さくするように変化させる補正処理を施すよう同期制御する機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
3. 前記同期制御部は、受信側で当該低階層及び高階層の各データキャリアの受信に必要とされるそれぞれの所要Ｃ／Ｎを満たし、且つ受信した前記第２の階層多重化ＩＱ信号に対する前記高階層用ＩＱ信号のベクトル演算による差分により前記低階層用ＩＱ信号を識別可能とする範囲内で振幅を小さくするように変化させる補正処理を施すよう同期制御する機能を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の送信装置。
4. 前記Ｄ／Ａ変換・直交変調部は、前記変調波信号を衛星放送の伝送路上に介在する衛星中継器に向けて送信するように構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の送信装置。