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公開番号2023050166
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-04-10
出願番号2022154302
出願日2022-09-28
発明の名称符号化器、復号器、送信装置及び受信装置
出願人日本放送協会
代理人個人
主分類H03M 13/19 20060101AFI20230403BHJP(基本電子回路)
要約【課題】地上放送の伝送制御信号用の誤り訂正符号として伝送すべき情報量が256ビット以下の入力ビット列に適したLDPC符号の適用及びその性能改善を図り、耐雑音性に優れたデジタルデータの符号化器、復号器、送信装置及び受信装置を提供する。
【解決手段】本発明の符号化器(LDPC符号化部114)は、2448ビット又は1224ビットからなるLDPC符号長で符号化率毎に予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、LDPC符号長に応じた情報長に対応する部分行列の1の要素を、列方向に複数種類のサイクル数で周期的に配置して構成した部分行列を含む検査行列を用いてLDPC符号化を行う手段を備え、本発明の送信装置1に設けられる。本発明の復号器(LDPC復号部212)は、当該符号化器により符号化されたデジタルデータを復号する手段を備え、本発明の受信装置2に設けられる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ＬＤＰＣ符号長毎に固有の検査行列を用いてデジタルデータをＬＤＰＣ符号化する符号化器であって、
ＬＤＰＣ符号長を２４４８ビットとする予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、前記ＬＤＰＣ符号長に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に複数種類のサイクル数で周期的に配置して構成した部分行列を含む検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を行う手段を備え、
前記検査行列は、前記部分行列として、第１のサイクル数で周期的に１の要素を列方向に配置する第１の部分行列と、前記第１のサイクル数とは異なる第２のサイクル数で周期的に１の要素を列方向に配置する第２の部分行列と、前記第１のサイクル数毎に行方向へシフトし前記第２のサイクル数で周期的に１の要素を列方向に配置することでパリティインターリーブを施した第３の部分行列を含むことを特徴とする符号化器。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
ＬＤＰＣ符号化率を３２／３０６とし、前記第１の部分行列を部分行列Ａ、前記第２の部分行列を部分行列Ｃ、及び前記第３の部分行列を部分行列Ｄとしたときの初期値を示す前記ＬＤＰＣ符号長の検査行列初期値テーブルは、
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からなることを特徴とする、請求項１に記載の符号化器。
【請求項３】
ＬＤＰＣ符号長毎に固有の検査行列を用いてデジタルデータをＬＤＰＣ符号化する符号化器であって、
ＬＤＰＣ符号長を１２２４ビットとする予め定めた検査行列初期値テーブルを初期値として、前記ＬＤＰＣ符号長に応じた情報長に対応する部分行列の１の要素を、列方向に複数種類のサイクル数で周期的に配置して構成した部分行列を含む検査行列を用いてＬＤＰＣ符号化を行う手段を備え、
前記検査行列は、前記部分行列として、第１のサイクル数で周期的に１の要素を列方向に配置する第１の部分行列と、前記第１のサイクル数とは異なる第２のサイクル数で周期的に１の要素を列方向に配置する第２の部分行列と、前記第１のサイクル数毎に行方向へシフトし前記第２のサイクル数で周期的に１の要素を列方向に配置することでパリティインターリーブを施した第３の部分行列を含むことを特徴とする符号化器。
【請求項４】
ＬＤＰＣ符号化率を３２／１５３とし、前記第１の部分行列を部分行列Ａ、前記第２の部分行列を部分行列Ｃ、及び前記第３の部分行列を部分行列Ｄとしたときの初期値を示す前記ＬＤＰＣ符号長の検査行列初期値テーブルは、
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からなることを特徴とする、請求項３に記載の符号化器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の符号化器で符号化したデータを、前記検査行列に基づいてＬＤＰＣ復号することを特徴とする復号器。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の符号化器を備えることを特徴とする送信装置。
【請求項７】
請求項５に記載の復号器を備えることを特徴とする受信装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星放送及び地上放送並びに固定通信及び移動通信の技術分野に関するものであり、特に、デジタルデータの符号化器、復号器、送信装置及び受信装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
デジタル伝送方式では、各サービスで利用可能な周波数帯域幅において、より多くの情報が伝送可能なよう、多値変調方式がよく用いられる。周波数利用効率を高めるには、変調信号１シンボル当たりに割り当てるビット数（変調次数）を高めるのが有効であるが、周波数１Ｈｚあたりに伝送可能な情報速度の上限値と信号対雑音比の関係はシャノン限界で制限される。
【０００３】
現在利用されている地上デジタル放送では、誤り訂正符号を用いた受信装置における情報訂正が行われている。パリティビットと呼ばれる冗長信号を送るべき情報に付加することで信号の冗長度（符号化率）を制御し、雑音に対する耐性を上げることが可能である。誤り訂正符号と変調方式は密接に関わっており、信号対雑音比に対する周波数利用効率の理論的な上限値はシャノン限界と呼ばれる。シャノン限界に迫る性能を有する強力な誤り訂正符号の一つとしてＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号が１９６２年にギャラガーによって提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ＬＤＰＣ符号は、非常に疎な検査行列Ｈ（検査行列の要素が０と１からなり、且つ１の数が非常に少ない）により定義される線形符号である。
【０００５】
ＬＤＰＣ符号は符号長を大きくし、適切な検査行列を用いることによりシャノン限界に迫る伝送特性が得られる強力な誤り訂正符号であり、次世代の放送サービスである４Ｋ・８Ｋスーパーハイビジョン衛星放送の伝送方式を規定するＡＲＩＢＳＴＤ－Ｂ４４（以下、高度衛星放送方式と呼ぶ。例えば、非特許文献２参照）においてもＬＤＰＣ符号が採用されている。多値変調とＬＤＰＣ符号をはじめとする強力な誤り訂正符号を組み合わせることで、より高い周波数利用効率での伝送が可能となってきている。
【０００６】
高度衛星放送方式を例にした場合、本方式におけるＬＤＰＣ符号の符号長は、前方向誤り訂正方式（ＦＥＣ：Forward Error Correction）のブロック符号に対応した伝送フレームで構成され、４４８８０ビットであり、ＢＰＳＫ限界（信号点配置をＢＰＳＫとした場合の信号対雑音比に対する周波数利用効率の理論的な上限値）から約１ｄＢ以内の性能を有することが示されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
また、高度衛星放送方式においては、ＬＤＰＣ符号化率として、４１／１２０（≒１／３）、４９／１２０（≒２／５）、６１／１２０（≒１／２）、７３／１２０（≒３／５）、８１／１２０（≒２／３）、８９／１２０（≒３／４）、９３／１２０（≒７／９）、９７／１２０（≒４／５）、１０１／１２０（≒５／６）、１０５／１２０（≒７／８）、及び、１０９／１２０（≒９／１０）の１１種類が定められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
R. G Gallager, “Low Density Parity Check Codes,” in Research Monograph series Cambridge, MIT Press, 1963
“高度広帯域衛星デジタル放送の伝送方式標準規格 ARIB STD-B44 2.1版、平成28年3月25日改定、一般社団法人電波産業会（ARIB）
鈴木他、“高度ＢＳデジタル放送用ＬＤＰＣ符号の設計”、映像情報メディア学会誌、一般社団法人映像情報メディア学会、映像情報メディア vol.62、No.12、2008年12月1日、pp.1997-2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
昨今、現行の衛星・地上放送による２Ｋサービスや、衛星放送による４Ｋ・８Ｋスーパーハイビジョンに加え、新たに地上放送による４Ｋ・８Ｋスーパーハイビジョン（以下、次世代地上放送）の提供が期待されている。しかしながら、４Ｋ・８Ｋスーパーハイビジョン（以下、４Ｋ・８Ｋ）は情報量が膨大であり、十分に高いサービス時間率を維持して次世代地上放送網を構築するには、劣悪な伝搬環境による雑音に埋もれない、十分高い送信電力が求められる。また、衛星放送の場合、衛星中継器における非線形歪や、降雨減衰による電力低下が主な信号劣化要因であるが、地上放送においては、マルチパスフェージングや都市雑音など、地上伝搬特有の信号劣化が発生する。よって、次世代地上放送における誤り訂正符号の基本性能としては、符号長が長いＬＤＰＣ符号を適用することで、なるべくシャノン限界に迫る非常に誤り訂正能力が高いことが求められる。さらに、放送事業者によって、放送品質とサービス時間率のバランスのとり方は異なることから、複数の符号化率を適時切り替えることで、情報ビットレートの選択が柔軟に変更でき、少なくとも、上述の高度衛星方式と同等以上の選択肢を用意することが望ましい。
【００１０】
次世代地上放送における符号化率の選択肢としては、符号長を６９１２０ビットとし、符号化率は２／１６、３／１６、４／１６、５／１６、６／１６、７／１６、８／１６、９／１６、１０／１６、１１／１６、１２／１６、１３／１６、１４／１６の合計１３種類が検討されている。この符号化率数は、高度衛星放送方式で採用された１１種類よりも十分に広範囲な選択肢である一方、符号化率毎に、シャノン限界に近い性能を有するＬＤＰＣ符号検査行列を設計する必要がある。従って、地上放送における地上伝搬特有の信号劣化が発生することを加味し、尚且つ当該符号化率にとって最適化された検査行列とするための技法が求められる。
（【００１１】以降は省略されています）

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