スクランブラ、スクランブル処理方法及びプログラム
【課題】簡素な操作でデータ列にスクランブルを施し、また、機能チャネルの内容が変化したときにも簡単な処理でスクランブルを施す。
【解決手段】パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を乗算値決定部１２によって決定する。乗算処理部１３は、絶対値が等しい所定の正値と負値の組を値域に含んだ多値シンボルで構成されるシンボルデータ列における各シンボル値を表すシンボルデータと、乗算値決定部１２にて決定された乗算値との乗算を実行する。このとき、乗算処理部１３は、１シンボル分のシンボルデータと、スクランブルパターンに含まれる１ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を、シンボルデータ列が表すシンボル数に達するまで、順次に実行する。
【解決手段】パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を乗算値決定部１２によって決定する。乗算処理部１３は、絶対値が等しい所定の正値と負値の組を値域に含んだ多値シンボルで構成されるシンボルデータ列における各シンボル値を表すシンボルデータと、乗算値決定部１２にて決定された乗算値との乗算を実行する。このとき、乗算処理部１３は、１シンボル分のシンボルデータと、スクランブルパターンに含まれる１ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を、シンボルデータ列が表すシンボル数に達するまで、順次に実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクランブラ、スクランブル処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば４値ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調などといった多値デジタル変調方式を用いて通信を行うときには、一時的に２値（または通常よりも少ない値）の変調とすることにより、重要なビット要素におけるユークリッド距離を、比較的に重要でない他のビット要素に比べてなるべく大きく取るようにすることがある。こうした処理を施すことで、伝送する対象のデータに誤り訂正を施したのと実質的に同等の機能を持たせることができる。
【０００３】
また、変調の偏りによるエネルギーの集中を避けることや、情報に秘匿性を持たせることなどを目的として、伝送路上のデータにスクランブルをかけることが多い。このようにデータにスクランブルをかけることで、例えば元の情報データが全て同じ値（具体的な一例として、全て“０”を示すデータ）であるときにも、変調信号を擬似ノイズ（ＰＮ；Pseudo Noise）のように分散させることができる。従来、データにスクランブルをかける際には、対象となる情報データと、予め用意されたビット列であるスクランブルパターンとの排他的論理和（ＥｘＯＲ）を、論理演算回路などにより求めていた（例えば非特許文献１）。ここで、スクランブルパターンは、ＰＮ符号系列などとして生成することが多い。そして、ＰＮ符号の生成器に与える初期値をスクランブルコードとして可変に設定することで、様々なスクランブルパターンを生成できるように設計することが一般的である。
【０００４】
一例として、同期ワードや、機能チャネルとなる情報データ集合から構成されるフレーム構造のデータ伝送方式において、１フレーム中における所定のデータ列に対してスクランブルをかける手順について説明する。ここで、同期ワードは、復号の際のタイミング信号となり、情報データ集合は、例えば音声データや通信制御用のデータなどのように、機能毎に分類されたデータの集合である。
【０００５】
この場合、１つのフレームに含ませる機能チャネル毎に独立に誤り訂正符号化が施された後、各機能チャネルを１つに合成してフレームの組立を行い、非スクランブル状態のフレームが完成してから、所定のデータ列とスクランブルパターンとの排他的論理和を求めることで、伝送用のデータ列を作成する。こうして作成した伝送用のデータ列は、シンボルデータに変換された後、変調用データとして搬送波の変調などに用いられ、伝送路上に送出される。伝送データを受信する側では、伝送データの復調を行った後、スクランブルをかけたときと逆の手順となるデスクランブルを施すことで、元の情報データ集合などを復元することができる。
【０００６】
このように、１フレームを構成するデータ列に対するスクランブルは、シンボルデータへの変換が行われる直前にて各ビット値に対して施されることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】社団法人電波産業会著「狭帯域デジタル通信方式（ＳＣＰＣ／ＦＤＭＡ） 標準規格 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６１ １．０版 第２分冊」、平成１１年５月２７日、ｐ．１４２−１４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように重要なビット要素におけるユークリッド距離を他のビット要素に比べて大きく取るためには、シンボルデータにおける各データの配置が重要となる。そのため、従来のように、シンボルデータへの変換が行われる以前の各ビット値に対してスクランブルを施してしまうと、重要なビット要素におけるユークリッド距離を十分に大きく取ることが困難になる。
【０００９】
そこで、データ列に対してスクランブルを施した後に、重要なビット要素に該当する部分に所定の処理を施すことで、その部分の誤り耐性を向上させることが考えられる。もっとも、この場合には、一度フレームの組立を行った後に再び機能チャネル毎に処理を行う必要がある。そのため、例えば音声データが通信制御用のデータに変更された場合のように、機能チャネルの内容が変化して重要なビット要素の位置が変更されたときには、処理が煩雑になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、多値変調方式を利用して誤り耐性を向上させるときに、簡素な操作でデータ列に対してスクランブルを施し、また、機能チャネルの内容が変化したときにも簡単な処理でスクランブルを施すことができるスクランブラなど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】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係るスクランブラは、
スクランブルパターンを生成するパターン生成手段と、
前記パターン生成手段によって生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定手段と、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成手段と、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定手段によってスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を実行する乗算処理手段とを備える、
ことを特徴とする。
【００１２】
前記乗算値決定手段は、スクランブルパターンに含まれるビット値が反転作用値として予め定めたビット値であるときに、−１を乗算値に決定し、前記スクランブルパターンに含まれるビット値が非反転作用値として予め定めたビット値であるときに、＋１を乗算値に決定してもよい。
【００１３】
この発明の第２の観点に係るスクランブル処理方法は、
データ処理装置によるスクランブル処理方法であって、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップとを備える、
ことを特徴とする。
【００１４】
この発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップと、
を含む処理を実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡素な操作でデータ列に対してスクランブルを施し、また、機能チャネルの内容が変化したときにも簡単な処理でスクランブルを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るスクランブラの一構成例を示す図である。
【図２】スクランブラにて実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図２に示すステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理を実現するためのプログラムの一例を示す図である。
【図４】スクランブラが適用される送受信機を含んだ送受信システムの構成例を示す図である。
【図５】情報データにインターリーブを施す処理を模式的に示す図である。
【図６】ベースバンド信号が形成するアイパターンの一例を示す図である。
【図７】スクランブラの各部位における出力値の具体的な一例を示す図である。
【図８】ベースバンド信号を生成する動作の具体的な一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態に係るスクランブラについて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態に係るスクランブラ１００の一構成例を示す図である。図１に示す各構成は、例えば４値ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調などといった多値変調方式を用いて通信を行う通信機器に搭載されたＬＳＩ（Large Scale Integration）などのマイクロコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）もしくはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などから構成されたデータ処理装置がＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されたプログラムを実行することでソフトウェアにより実現されたものや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）もしくはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などを用いて構成されたハードウェアのデータ処理装置により実現されたもの、あるいは、所定のハードウェア構成とソフトウェア構成とを組み合わせたデータ処理装置によって実現されたものなどであればよい。図１に示すように、スクランブラ１００は、データ入力部１０と、パターン生成部１１と、乗算値決定部１２と、乗算処理部１３と、データ出力部１４とを備えている。
【００１９】
データ入力部１０は、スクランブルを施す対象となるデータ列を、スクランブル対象データとして外部からスクランブラ１００へと取り込む。ここで、データ入力部１０が取り込むデータ列は、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルで構成されるシンボルデータ列である。このようなシンボルデータ列の具体的な一例としては、シンボル値が（＋３）、（＋１）、（−１）、（−３）の各値を取り得るシンボルデータ列であればよい。このシンボルデータ列では、絶対値が３である正値（＋３）及び負値（−３）と、絶対値が１である正値（＋１）及び負値（−１）の２組を、値域に含んでいることになる。データ入力部１０は、例えば所定のフレームバッファやメモリなどに格納されたフレーム構造を有するデータのうちから、スクランブルを施す対象となる所定領域のデータを１シンボル分ずつ順次に読み出して、乗算処理部１３に供給してもよい。
【００２０】
パターン生成部１１は、例えばＰＮ符号を生成するための論理回路などから構成され、“１”及び“０”の２進数ビット列からなるスクランブルパターンを生成する。パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンは、例えば１ビットずつ順次に、乗算値決定部１２へと供給される。
【００２１】
乗算値決定部１２は、パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットにおけるビット値に対応して、スクランブル対象データに対してスクランブルを施すために用いる乗算値を決定する。ここで、乗算値決定部１２は、スクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットにおけるビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する。具体的な一例として、乗算値決定部１２は、スクランブルパターン内の各ビットに対応して、ビット値が“１”であれば“＋１”を乗算値に決定し、ビット値が“０”であれば“−１”を乗算値に決定する。すなわち、乗算値決定部１２は、スクランブルパターンに含まれる２進数の各ビットにおける値が予め非反転作用値として規定した値（例えば“１”）であるときに、乗算値を正値である“＋１”に決定し、スクランブルパターンに含まれる各ビットにおける値が予め反転作用値として規定した値（例えば“０”）であるときに、乗算値を負値である“−１”に決定する。乗算値決定部１２によって決定された乗算値は、乗算処理部１３に通知される。
【００２２】
乗算処理部１３は、データ入力部１０から供給されたシンボルデータ列に含まれる各シンボルデータと、乗算値決定部１２によって決定された乗算値との乗算を実行する。乗算処理部１３での乗算により得られたデータは、データ出力部１４によって、例えばデータ入力部１０が読み出したフレームバッファのアドレスに格納するなどして、スクランブルが施されたデータとしてスクランブラ１００から出力される。
【００２３】
次に、上記構成を有するスクランブラ１００の動作について説明する。図２は、スクランブラ１００にて実行される処理の一例を示すフローチャートである。図２に示す処理が開始されると、まず、データ入力部１０は、多値シンボルにシンボル化されたデータ（シンボルデータ）を、スクランブル対象データとして外部からスクランブラ１００へと入力する（ステップＳ１００）。また、パターン生成部１１は、スクランブルパターンとなるＰＮ符号系列などを生成する（ステップＳ１０１）。
【００２４】
乗算値決定部１２は、例えばステップＳ１０１にてパターン生成部１１により生成されたスクランブルパターンが１ビットずつ順次に供給されたときに、その供給されたビットの値に対応して、スクランブル対象データであるシンボルデータにスクランブルを施すための乗算値を決定する（ステップＳ１０２）。続いて、乗算処理部１３は、ステップＳ１００にてデータ入力部１０により取り込まれたスクランブル対象データと、ステップＳ１０２にて乗算値決定部１２により決定された乗算値との乗算を実行する（ステップＳ１０３）。このとき、乗算処理部１３は、１シンボル分のスクランブル対象データと、スクランブルパターンに含まれる１ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を、スクランブル対象データが表すシンボル数に達するまで、順次に実行する。
【００２５】
例えば、データ入力部１０から乗算処理部１３に供給されるNシンボル分のシンボルデータ（スクランブル対象データ）をIn[i]（Nは自然数、また、0≦i＜N）とし、乗算処理部１３からデータ出力部１４へと送られるNシンボル分のシンボルデータをOut[i]とする。また、パターン生成部１１から乗算値決定部１２に供給されるNビットのスクランブルパターンをS[i]とする。この場合、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理は、例えばＣＰＵを備えたマイクロコンピュータシステムが、図３に示すようなプログラムを実行することで実現可能である。なお、図３に示すプログラムは、プログラミング言語としてＣ言語を用いた場合のソースプログラムを示している。
【００２６】
乗算処理部１３が乗算を実行したことにより得られた値を示すデータは、スクランブルが施されたシンボルデータとして、データ出力部１４によりスクランブラ１００から出力される（ステップＳ１０４）。なお、図２に示す各ステップの処理は、いずれか１つの処理のみが逐次に選択されて実行されなければならないものではなく、スクランブラ１００の各部位が処理を分担することで、複数の処理が並行して実行されてもよい。
【００２７】
以上のような構成及び動作を実現するスクランブラ１００は、例えば図４に示すような送受信システムを構成する送受信機１０１及び１０２などに適用することができる。以下に、スクランブラ１００を送受信機１０１及び１０２に適用した具体例について説明する。
【００２８】
送受信機１０１及び１０２は、互いに実質的に同一の構成を有しており、外部のパケット網などを含む外部の伝送路１１０を介して、例えば音声や画像を示す情報データの送受信を、両者相互の間で行うものである。送受信機１０１及び１０２はそれぞれ、送信装置２０と、受信装置３０とを備えている。送信装置２０は、例えば所定周波数を有する搬送波に対して４値ＦＳＫ変調などの多値変調を施した被変調波信号を生成し、伝送路１１０を介して相手先の受信装置３０に宛てて送信する。受信装置３０は、送信元の送信装置２０から伝送路１１０を介して伝送された被変調波信号を受信して、音声や画像を示す情報データなどを復元する。
【００２９】
送受信機１０１及び１０２の送信装置２０は、それぞれ、図４に示すように、前述したスクランブラ１００の他に、情報データ生成部２１と、インターリーブ処理部２２と、ベースバンド信号生成部２３と、変調部２４と、高周波出力部２５とを備えている。また、送受信機１０１及び１０２の受信装置３０は、それぞれ、図４に示すように、高周波入力部３１と、復調部３２と、シンボル判定部３３と、デスクランブラ３４と、デインターリーブ処理部３５と、情報データ復元部３６とを備えている。
【００３０】
情報データ生成部２１は、例えば外部環境や外部装置から取り込んだ音声や画像を示す情報データを生成する。あるいは、情報データ生成部２１は、所定の記憶装置に予め記憶された情報データを読み出すことにより、情報データを出力するものであってもよい。ここで、情報データ生成部２１にて生成される情報データは、複数のフレームの列に分解されていてもよい。例えば、各々のフレームは、音声や画像を一定の周期（例えば２０ミリ秒毎）で区切って得られる音声波形や画素データを表す音声データや画像データからなる。
【００３１】
また、情報データ生成部２１は、各々のフレームに含まれる情報データを、予め定められた所定の手順に従って、重要度が高いビットデータと、重要度が低いビットデータとに分類する。具体的な一例として、音声を符号化して得られる４４ビットのデータ（符号化音声データ）のうちで、所定の基準に従って特定される聴覚上の重要度が最も高い１８ビットの部分データは、重要度が高いビットデータである最重要音声データに分類される。その一方で、符号化音声データのうちで最重要音声データに次いで聴覚上の重要度が高い２６ビットの部分データは、重要度が低いビットデータである非保護音声データに分類される。
【００３２】
１フレームの情報データとしては、最重要音声データや非保護音声データの他に、２３ビットの保護用データや、５ビットの誤り検出用データなどが含まれている。誤り検出用データは、重要度が高いビットデータに分類される。保護用データは、１８ビットの音声保護用データと、５ビットの誤り検出用データ保護用データとを含んでいる。保護用データを構成する各ビットの値は、いずれも“１”であればよい。
【００３３】
インターリーブ処理部２２は、情報データ生成部２１にて生成された情報データにインターリーブを施す。この際、インターリーブ処理部２２は、情報データ生成部２１から受けた情報データに基づいて、４値ＦＳＫ変調におけるシンボルに相当する２ビットのシンボルデータを生成する。
【００３４】
より詳細には、重要度が高いビットデータについては、保護されるデータであるとして、図５（Ａ）に示すように、各ビットを分割する。そして、図５（Ｂ）に示すように、保護用データを構成する各ビットとを１対１に結合することにより、２ビットのデータを生成する。このとき生成するデータにおいては、保護用データを構成する方のビットが下位ビットとなるように結合すればよい。これに対して、重要度が低いビットデータについては、保護されないデータであるとして、図５（Ａ）に示すように、２ビットを１組として分割する。インターリーブ処理部２２は、図５（Ｃ）に示すように、保護されるデータに対する分割処理及び冗長ビットデータの付加処理で得られた２ビットデータと、保護されないデータに対する分割処理で得られた２ビットデータとが交互に並ぶ部分を含むような所定の順序で、ベースバンド信号生成部２３へとシンボルデータ列を供給する。
【００３５】
ベースバンド信号生成部２３は、インターリーブ処理部２２から供給されたシンボルデータ列を、４値のルートナイキストＦＳＫ変調に用いられるベースバンド信号へと変換する。例えば、ベースバンド信号生成部２３にて生成されるベースバンド信号は、図６に示すようなアイパターンを形成可能にする。図６に示すベースバンド信号は、１シンボル区間（シンボル１個分の情報を表す区間）内の一定の位相の点（ナイキスト点）で、瞬時値が４個の値のいずれかへと収束する。これらの４個の値（シンボル値）は、大きい方から２番目の値を（＋１）とすると、大きい方から順に（＋３）、（＋１）、（−１）、（−３）の各値をとって等間隔で並ぶものである。なお、ベースバンド信号生成部２３にて生成される信号そのものは、シンボルデータ列を形成するインパルス信号等のデジタル信号であればよく、この信号の帯域制限を行うことにより、図６に示すようなベースバンド信号となり得るものであればよい。
【００３６】
例えば、ベースバンド信号生成部２３は、図６に示すように、シンボルデータ列に含まれるシンボル“１１”（値“１１”を有する２ビットデータ）を、シンボル値が（−３）であるシンボル区間へと変換し、シンボル“１０”を、シンボル値が（−１）であるシンボル区間へと変換し、シンボル“００”を、シンボル値が（＋１）であるシンボル区間へと変換し、シンボル“０１”を、シンボル値が（＋３）であるシンボル区間へと変換する。この変換により、４種類のシンボルは、シンボル値が高い順（又は低い順）に配列した場合に、隣り合うシンボル間のハミング距離がいずれも１となるグレイ符号の系列をなすようになる。また、この変換により、下位１桁が“１”であるシンボルに対応して、シンボル値が（−３）又は（＋３）であるシンボル区間が形成される。
【００３７】
ここで、保護用データを構成する各ビットの値がいずれも“１”であることから、重要度が高いビットデータを含んだシンボルは、いずれも、シンボル値が（＋３）又は（−３）であるシンボル区間へと変換される。すなわち、重要度が高いビットデータに冗長ビットデータとしての保護用データを付加することで得られたシンボルのシンボル値は、互いに異なる２個のシンボルのシンボル値の差の最小値が、冗長ビットデータを付加せずにシンボルを生成した場合における最小値よりも大きくなるように設定されている。すなわち、保護されるデータにおけるユークリッド距離は、保護されないデータに比べて大きくなるように設定されている。図６に示す具体的な一例では、冗長ビットデータを付加することで得られたシンボルのシンボル値は、値域の最大値又は最小値を取り得るのに対して、冗長ビットデータを付加せずに得られたシンボルのシンボル値は、値域に含まれる全ての値を取り得る。
【００３８】
このように重要度が高いビットデータには冗長ビットデータとして保護用データを付加することで、取り得るシンボル値が限定される一方で、シンボル値の間隔（ユークリッド距離）が実質的に拡大されている。これにより、信号対雑音比を向上させることができる。また、インターリーブ処理部２２での処理により、重要度が高いビットデータを含んだシンボルデータに対応するシンボル区間と、重要度が低いビットデータを含んだシンボルデータに対応するシンボル区間とが交互に並ぶ部分を含むことになる。これにより、重要度が高いビットデータがベースバンド信号内にて分散され、被変調波信号が伝送中にフェージング等の影響を受けた場合でも、重要度が高いビットデータが多数まとめて欠落する危険性を低下させることができる。
【００３９】
こうしてベースバンド信号生成部２３にて生成されたベースバンド信号は、スクランブラ１００へと供給される。スクランブラ１００は、例えば１シンボル分及びスクランブルパターンの１ビット分ずつ順次に、図２に示すような処理を実行することにより、ベースバンド信号に対してスクランブルを施す。スクランブラ１００にてスクランブルが施されたベースバンド信号は、変調部２４に供給される。変調部２４は、スクランブラ１００にてスクランブルされたベースバンド信号に帯域制限を行ってもよい。そして、この信号を用いて搬送波を周波数変調（４値ＦＳＫ変調）する。このときに得られた被変調波信号は、高周波出力部２５へと供給される。高周波出力部２５は、変調部２４から供給された被変調波信号の電力増幅などを行って、伝送路１１０へと送出する。
【００４０】
受信装置３０において、高周波入力部３１は、伝送路１１０を介して受信した信号の増幅を行うなどして、復調部３２に供給する。復調部３２は、高周波入力部３１から供給された受信信号を検波することにより、ベースバンド信号を復元する。このベースバンド信号は、シンボル判定部３３に供給される。
【００４１】
シンボル判定部３３は、復調部３２から受けたベースバンド信号の各ナイキスト点における瞬時値に基づいて、それぞれのナイキスト点を含むシンボル区間が表すシンボルを判定する。この判定結果に基づいて、スクランブルが施されたシンボルデータ列を再生する。このときに再生されたシンボルデータ列は、デスクランブラ３４に供給される。
【００４２】
デスクランブラ３４は、シンボル判定部３３から受けたシンボルデータ列に対して、スクランブラ１００と同様にスクランブルパターンに対応した乗算値との乗算を実行することにより、インターリーブ処理部２２によりインターリーブが施された状態のシンボルデータ列を再生する。こうしてデスクランブラ３４により再生されたシンボルデータ列は、デインターリーブ処理部３５に供給される。
【００４３】
デインターリーブ処理部３５は、デスクランブラ３４から受けたシンボルデータ列にインターリーブ処理部２２とは逆手順の処理を施すことで、情報データ列を再生する。例えば、デインターリーブ処理部３５は、フレーム内での各々のシンボルの順序に基づいて、各シンボルデータが重要度の高いビットデータに分類されるのか、重要度の低いビットデータに分類されるのかを判定する。このときに重要度の高いビットデータに分類されたシンボルデータについては、例えば上位１ビットと下位１ビットとに分離して、上位１ビットのデータを抽出する。これに対して、重要度の低いビットデータに分類されたシンボルデータについては、２ビットデータ全体を抽出する。こうして抽出したデータを互いに対応付けて、情報データ復元部３６に供給する。
【００４４】
情報データ復元部３６は、デインターリーブ処理部３５から受けたデータ列を情報データとして構成して復元する。例えば、情報データ復元部３６は、デインターリーブ処理部３５から受けたデータ列と情報データとの対応関係を記述したルックアップテーブルを有しており、このテーブルを参照することで、デインターリーブ処理部３５から受けたデータ列に対応する情報データを復元する。
【００４５】
以上に述べたようなスクランブラ１００が適用された送信装置２０において、ベースバンド信号生成部２３からスクランブラ１００に、図７（Ａ）に示すようなシンボルデータが供給されたものとする。ここで、図７（Ａ）に示すようなシンボルデータにスクランブルを施すことなく、ベースバンド信号の帯域制限を行った場合には、図８（Ａ）に示すような波形のベースバンド信号が得られる。図８（Ａ）に示すような波形のベースバンド信号では、信号レベルが正の領域に偏っている。このため、変調部２４による変調に偏りが生じ、被変調波信号においてエネルギーの集中が発生することになる。
【００４６】
そこで、スクランブラ１００では、パターン生成部１１が、例えば図７（Ｂ）に示すようなスクランブルパターンを生成する。このスクランブルパターンに対応して、乗算値決定部１２は、例えば図７（Ｃ）に示すような乗算値を決定して、乗算処理部１３に通知する。乗算処理部１３は、図７（Ａ）に示すようなシンボルデータにおける各シンボル値と、図７（Ｃ）に示すような各乗算値との乗算を実行する。この乗算結果に基づいて、データ出力部１４は、例えば図７（Ｄ）に示すような出力シンボルを示すシンボルデータを、ベースバンド信号生成部２３へと送出する。
【００４７】
こうしてスクランブルが施された後のシンボルデータについて、ベースバンド信号の帯域制限を行った場合には、図８（Ｂ）に示すような波形のベースバンド信号が得られる。図８（Ｂ）に示すような波形のベースバンド信号では、信号レベルが正負双方の領域に分散している。これにより、変調部２４による変調での偏りをなくすことができ、被変調波信号におけるエネルギーを分散させることができる。また、スクランブルが施された後のシンボルデータは、スクランブルが施される前のシンボルデータとは大きく異なっている。そして、受信側の受信装置３０では、送信側の送信装置２０が備えるパターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを知ることができなければ、シンボルデータを正しく復元することができない。これにより、情報の秘匿性を確保することができる。
【００４８】
以上説明したように、この発明によれば、パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、“＋１”あるいは“−１”といった、正値あるいは負値の乗算値を決定する。そして、乗算処理部１３は、例えば（＋３）、（＋１）、（−１）、（−３）といった、絶対値が等しい所定の正値と負値の組を値域に含んだ多値シンボルで構成されるシンボルデータ列における各シンボル値を表すシンボルデータと、乗算値決定部１２にて決定された乗算値との乗算を実行する。これにより、シンボル値に対する乗算値の乗算という簡単な操作により、シンボルデータ列にスクランブルを施すことができる。また、ビット単位ではなくシンボル単位で乗算を実行するので、例えば音声データが通信制御用のデータに変更された場合のように、機能チャネルの内容が変化して重要なビット要素の位置が変更されたときであっても、処理内容を変更することなく簡単な処理でスクランブルを施すことができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、多値変調方式として４値のルートナイキストＦＳＫ変調方式を用いるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば４値以上の多値変調方式や、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調方式などのように、任意の多値変調方式を用いる場合にも適用することができる。
【００５０】
また、本発明に係るスクランブラ１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、多値変調方式を用いて通信を行う通信機器に搭載されたマイクロコンピュータシステムに、上述のスクランブラ１００としての構成及び機能を実現するためのプログラムを格納した記録媒体（例えば光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディスク、ＩＣメモリなど）から、該プログラムをインストールする。これにより、上述の処理を実行するスクランブラ１００を構成することができる。
【００５１】
さらに、例えば、電気通信ネットワーク上の情報処理装置（例えばサーバ装置）に、これらのプログラムをアップロードし、通信回線を介して配信してもよく、また、これらのプログラムを表す電気信号により搬送波を変調し、得られた被変調波信号を伝送して、この被変調波信号を受信した装置が復調を行って該プログラムを取得するようにしてもよい。そして、これらのプログラムを起動し、所定のＯＳ（Operating System）の制御下に、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【００５２】
なお、ＯＳが処理の一部を分担する場合、あるいはＯＳが本発明の構成要素の一部を形成するような場合には、その部分をのぞいたプログラムを記録媒体に格納してもよい。この場合も、本発明では、コンピュータが実行する各機能又はステップを実行するためのプログラムが記録媒体に格納されているものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１０ データ入力部
１１ パターン生成部
１２ 乗算値決定部
１３ 乗算処理部
１４ データ出力部
２０ 送信装置
２１ 情報データ生成部
２２ インターリーブ処理部
２３ ベースバンド信号生成部
２４ 変調部
２５ 高周波出力部
３０ 受信装置
３１ 高周波入力部
３２ 復調部
３３ シンボル判定部
３４ デスクランブラ
３５ デインターリーブ処理部
３６ 情報データ復元部
１００ スクランブラ
１０１、１０２ 送受信機
１１０ 伝送路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクランブラ、スクランブル処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば４値ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調などといった多値デジタル変調方式を用いて通信を行うときには、一時的に２値（または通常よりも少ない値）の変調とすることにより、重要なビット要素におけるユークリッド距離を、比較的に重要でない他のビット要素に比べてなるべく大きく取るようにすることがある。こうした処理を施すことで、伝送する対象のデータに誤り訂正を施したのと実質的に同等の機能を持たせることができる。
【０００３】
また、変調の偏りによるエネルギーの集中を避けることや、情報に秘匿性を持たせることなどを目的として、伝送路上のデータにスクランブルをかけることが多い。このようにデータにスクランブルをかけることで、例えば元の情報データが全て同じ値（具体的な一例として、全て“０”を示すデータ）であるときにも、変調信号を擬似ノイズ（ＰＮ；Pseudo Noise）のように分散させることができる。従来、データにスクランブルをかける際には、対象となる情報データと、予め用意されたビット列であるスクランブルパターンとの排他的論理和（ＥｘＯＲ）を、論理演算回路などにより求めていた（例えば非特許文献１）。ここで、スクランブルパターンは、ＰＮ符号系列などとして生成することが多い。そして、ＰＮ符号の生成器に与える初期値をスクランブルコードとして可変に設定することで、様々なスクランブルパターンを生成できるように設計することが一般的である。
【０００４】
一例として、同期ワードや、機能チャネルとなる情報データ集合から構成されるフレーム構造のデータ伝送方式において、１フレーム中における所定のデータ列に対してスクランブルをかける手順について説明する。ここで、同期ワードは、復号の際のタイミング信号となり、情報データ集合は、例えば音声データや通信制御用のデータなどのように、機能毎に分類されたデータの集合である。
【０００５】
この場合、１つのフレームに含ませる機能チャネル毎に独立に誤り訂正符号化が施された後、各機能チャネルを１つに合成してフレームの組立を行い、非スクランブル状態のフレームが完成してから、所定のデータ列とスクランブルパターンとの排他的論理和を求めることで、伝送用のデータ列を作成する。こうして作成した伝送用のデータ列は、シンボルデータに変換された後、変調用データとして搬送波の変調などに用いられ、伝送路上に送出される。伝送データを受信する側では、伝送データの復調を行った後、スクランブルをかけたときと逆の手順となるデスクランブルを施すことで、元の情報データ集合などを復元することができる。
【０００６】
このように、１フレームを構成するデータ列に対するスクランブルは、シンボルデータへの変換が行われる直前にて各ビット値に対して施されることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】社団法人電波産業会著「狭帯域デジタル通信方式（ＳＣＰＣ／ＦＤＭＡ） 標準規格 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６１ １．０版 第２分冊」、平成１１年５月２７日、ｐ．１４２−１４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように重要なビット要素におけるユークリッド距離を他のビット要素に比べて大きく取るためには、シンボルデータにおける各データの配置が重要となる。そのため、従来のように、シンボルデータへの変換が行われる以前の各ビット値に対してスクランブルを施してしまうと、重要なビット要素におけるユークリッド距離を十分に大きく取ることが困難になる。
【０００９】
そこで、データ列に対してスクランブルを施した後に、重要なビット要素に該当する部分に所定の処理を施すことで、その部分の誤り耐性を向上させることが考えられる。もっとも、この場合には、一度フレームの組立を行った後に再び機能チャネル毎に処理を行う必要がある。そのため、例えば音声データが通信制御用のデータに変更された場合のように、機能チャネルの内容が変化して重要なビット要素の位置が変更されたときには、処理が煩雑になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、多値変調方式を利用して誤り耐性を向上させるときに、簡素な操作でデータ列に対してスクランブルを施し、また、機能チャネルの内容が変化したときにも簡単な処理でスクランブルを施すことができるスクランブラなど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】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係るスクランブラは、
スクランブルパターンを生成するパターン生成手段と、
前記パターン生成手段によって生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定手段と、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成手段と、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定手段によってスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を実行する乗算処理手段とを備える、
ことを特徴とする。
【００１２】
前記乗算値決定手段は、スクランブルパターンに含まれるビット値が反転作用値として予め定めたビット値であるときに、−１を乗算値に決定し、前記スクランブルパターンに含まれるビット値が非反転作用値として予め定めたビット値であるときに、＋１を乗算値に決定してもよい。
【００１３】
この発明の第２の観点に係るスクランブル処理方法は、
データ処理装置によるスクランブル処理方法であって、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップとを備える、
ことを特徴とする。
【００１４】
この発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップと、
を含む処理を実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡素な操作でデータ列に対してスクランブルを施し、また、機能チャネルの内容が変化したときにも簡単な処理でスクランブルを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るスクランブラの一構成例を示す図である。
【図２】スクランブラにて実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図２に示すステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理を実現するためのプログラムの一例を示す図である。
【図４】スクランブラが適用される送受信機を含んだ送受信システムの構成例を示す図である。
【図５】情報データにインターリーブを施す処理を模式的に示す図である。
【図６】ベースバンド信号が形成するアイパターンの一例を示す図である。
【図７】スクランブラの各部位における出力値の具体的な一例を示す図である。
【図８】ベースバンド信号を生成する動作の具体的な一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、この発明の実施の形態に係るスクランブラについて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態に係るスクランブラ１００の一構成例を示す図である。図１に示す各構成は、例えば４値ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調などといった多値変調方式を用いて通信を行う通信機器に搭載されたＬＳＩ（Large Scale Integration）などのマイクロコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）もしくはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などから構成されたデータ処理装置がＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されたプログラムを実行することでソフトウェアにより実現されたものや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）もしくはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などを用いて構成されたハードウェアのデータ処理装置により実現されたもの、あるいは、所定のハードウェア構成とソフトウェア構成とを組み合わせたデータ処理装置によって実現されたものなどであればよい。図１に示すように、スクランブラ１００は、データ入力部１０と、パターン生成部１１と、乗算値決定部１２と、乗算処理部１３と、データ出力部１４とを備えている。
【００１９】
データ入力部１０は、スクランブルを施す対象となるデータ列を、スクランブル対象データとして外部からスクランブラ１００へと取り込む。ここで、データ入力部１０が取り込むデータ列は、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルで構成されるシンボルデータ列である。このようなシンボルデータ列の具体的な一例としては、シンボル値が（＋３）、（＋１）、（−１）、（−３）の各値を取り得るシンボルデータ列であればよい。このシンボルデータ列では、絶対値が３である正値（＋３）及び負値（−３）と、絶対値が１である正値（＋１）及び負値（−１）の２組を、値域に含んでいることになる。データ入力部１０は、例えば所定のフレームバッファやメモリなどに格納されたフレーム構造を有するデータのうちから、スクランブルを施す対象となる所定領域のデータを１シンボル分ずつ順次に読み出して、乗算処理部１３に供給してもよい。
【００２０】
パターン生成部１１は、例えばＰＮ符号を生成するための論理回路などから構成され、“１”及び“０”の２進数ビット列からなるスクランブルパターンを生成する。パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンは、例えば１ビットずつ順次に、乗算値決定部１２へと供給される。
【００２１】
乗算値決定部１２は、パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットにおけるビット値に対応して、スクランブル対象データに対してスクランブルを施すために用いる乗算値を決定する。ここで、乗算値決定部１２は、スクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットにおけるビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する。具体的な一例として、乗算値決定部１２は、スクランブルパターン内の各ビットに対応して、ビット値が“１”であれば“＋１”を乗算値に決定し、ビット値が“０”であれば“−１”を乗算値に決定する。すなわち、乗算値決定部１２は、スクランブルパターンに含まれる２進数の各ビットにおける値が予め非反転作用値として規定した値（例えば“１”）であるときに、乗算値を正値である“＋１”に決定し、スクランブルパターンに含まれる各ビットにおける値が予め反転作用値として規定した値（例えば“０”）であるときに、乗算値を負値である“−１”に決定する。乗算値決定部１２によって決定された乗算値は、乗算処理部１３に通知される。
【００２２】
乗算処理部１３は、データ入力部１０から供給されたシンボルデータ列に含まれる各シンボルデータと、乗算値決定部１２によって決定された乗算値との乗算を実行する。乗算処理部１３での乗算により得られたデータは、データ出力部１４によって、例えばデータ入力部１０が読み出したフレームバッファのアドレスに格納するなどして、スクランブルが施されたデータとしてスクランブラ１００から出力される。
【００２３】
次に、上記構成を有するスクランブラ１００の動作について説明する。図２は、スクランブラ１００にて実行される処理の一例を示すフローチャートである。図２に示す処理が開始されると、まず、データ入力部１０は、多値シンボルにシンボル化されたデータ（シンボルデータ）を、スクランブル対象データとして外部からスクランブラ１００へと入力する（ステップＳ１００）。また、パターン生成部１１は、スクランブルパターンとなるＰＮ符号系列などを生成する（ステップＳ１０１）。
【００２４】
乗算値決定部１２は、例えばステップＳ１０１にてパターン生成部１１により生成されたスクランブルパターンが１ビットずつ順次に供給されたときに、その供給されたビットの値に対応して、スクランブル対象データであるシンボルデータにスクランブルを施すための乗算値を決定する（ステップＳ１０２）。続いて、乗算処理部１３は、ステップＳ１００にてデータ入力部１０により取り込まれたスクランブル対象データと、ステップＳ１０２にて乗算値決定部１２により決定された乗算値との乗算を実行する（ステップＳ１０３）。このとき、乗算処理部１３は、１シンボル分のスクランブル対象データと、スクランブルパターンに含まれる１ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を、スクランブル対象データが表すシンボル数に達するまで、順次に実行する。
【００２５】
例えば、データ入力部１０から乗算処理部１３に供給されるNシンボル分のシンボルデータ（スクランブル対象データ）をIn[i]（Nは自然数、また、0≦i＜N）とし、乗算処理部１３からデータ出力部１４へと送られるNシンボル分のシンボルデータをOut[i]とする。また、パターン生成部１１から乗算値決定部１２に供給されるNビットのスクランブルパターンをS[i]とする。この場合、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理は、例えばＣＰＵを備えたマイクロコンピュータシステムが、図３に示すようなプログラムを実行することで実現可能である。なお、図３に示すプログラムは、プログラミング言語としてＣ言語を用いた場合のソースプログラムを示している。
【００２６】
乗算処理部１３が乗算を実行したことにより得られた値を示すデータは、スクランブルが施されたシンボルデータとして、データ出力部１４によりスクランブラ１００から出力される（ステップＳ１０４）。なお、図２に示す各ステップの処理は、いずれか１つの処理のみが逐次に選択されて実行されなければならないものではなく、スクランブラ１００の各部位が処理を分担することで、複数の処理が並行して実行されてもよい。
【００２７】
以上のような構成及び動作を実現するスクランブラ１００は、例えば図４に示すような送受信システムを構成する送受信機１０１及び１０２などに適用することができる。以下に、スクランブラ１００を送受信機１０１及び１０２に適用した具体例について説明する。
【００２８】
送受信機１０１及び１０２は、互いに実質的に同一の構成を有しており、外部のパケット網などを含む外部の伝送路１１０を介して、例えば音声や画像を示す情報データの送受信を、両者相互の間で行うものである。送受信機１０１及び１０２はそれぞれ、送信装置２０と、受信装置３０とを備えている。送信装置２０は、例えば所定周波数を有する搬送波に対して４値ＦＳＫ変調などの多値変調を施した被変調波信号を生成し、伝送路１１０を介して相手先の受信装置３０に宛てて送信する。受信装置３０は、送信元の送信装置２０から伝送路１１０を介して伝送された被変調波信号を受信して、音声や画像を示す情報データなどを復元する。
【００２９】
送受信機１０１及び１０２の送信装置２０は、それぞれ、図４に示すように、前述したスクランブラ１００の他に、情報データ生成部２１と、インターリーブ処理部２２と、ベースバンド信号生成部２３と、変調部２４と、高周波出力部２５とを備えている。また、送受信機１０１及び１０２の受信装置３０は、それぞれ、図４に示すように、高周波入力部３１と、復調部３２と、シンボル判定部３３と、デスクランブラ３４と、デインターリーブ処理部３５と、情報データ復元部３６とを備えている。
【００３０】
情報データ生成部２１は、例えば外部環境や外部装置から取り込んだ音声や画像を示す情報データを生成する。あるいは、情報データ生成部２１は、所定の記憶装置に予め記憶された情報データを読み出すことにより、情報データを出力するものであってもよい。ここで、情報データ生成部２１にて生成される情報データは、複数のフレームの列に分解されていてもよい。例えば、各々のフレームは、音声や画像を一定の周期（例えば２０ミリ秒毎）で区切って得られる音声波形や画素データを表す音声データや画像データからなる。
【００３１】
また、情報データ生成部２１は、各々のフレームに含まれる情報データを、予め定められた所定の手順に従って、重要度が高いビットデータと、重要度が低いビットデータとに分類する。具体的な一例として、音声を符号化して得られる４４ビットのデータ（符号化音声データ）のうちで、所定の基準に従って特定される聴覚上の重要度が最も高い１８ビットの部分データは、重要度が高いビットデータである最重要音声データに分類される。その一方で、符号化音声データのうちで最重要音声データに次いで聴覚上の重要度が高い２６ビットの部分データは、重要度が低いビットデータである非保護音声データに分類される。
【００３２】
１フレームの情報データとしては、最重要音声データや非保護音声データの他に、２３ビットの保護用データや、５ビットの誤り検出用データなどが含まれている。誤り検出用データは、重要度が高いビットデータに分類される。保護用データは、１８ビットの音声保護用データと、５ビットの誤り検出用データ保護用データとを含んでいる。保護用データを構成する各ビットの値は、いずれも“１”であればよい。
【００３３】
インターリーブ処理部２２は、情報データ生成部２１にて生成された情報データにインターリーブを施す。この際、インターリーブ処理部２２は、情報データ生成部２１から受けた情報データに基づいて、４値ＦＳＫ変調におけるシンボルに相当する２ビットのシンボルデータを生成する。
【００３４】
より詳細には、重要度が高いビットデータについては、保護されるデータであるとして、図５（Ａ）に示すように、各ビットを分割する。そして、図５（Ｂ）に示すように、保護用データを構成する各ビットとを１対１に結合することにより、２ビットのデータを生成する。このとき生成するデータにおいては、保護用データを構成する方のビットが下位ビットとなるように結合すればよい。これに対して、重要度が低いビットデータについては、保護されないデータであるとして、図５（Ａ）に示すように、２ビットを１組として分割する。インターリーブ処理部２２は、図５（Ｃ）に示すように、保護されるデータに対する分割処理及び冗長ビットデータの付加処理で得られた２ビットデータと、保護されないデータに対する分割処理で得られた２ビットデータとが交互に並ぶ部分を含むような所定の順序で、ベースバンド信号生成部２３へとシンボルデータ列を供給する。
【００３５】
ベースバンド信号生成部２３は、インターリーブ処理部２２から供給されたシンボルデータ列を、４値のルートナイキストＦＳＫ変調に用いられるベースバンド信号へと変換する。例えば、ベースバンド信号生成部２３にて生成されるベースバンド信号は、図６に示すようなアイパターンを形成可能にする。図６に示すベースバンド信号は、１シンボル区間（シンボル１個分の情報を表す区間）内の一定の位相の点（ナイキスト点）で、瞬時値が４個の値のいずれかへと収束する。これらの４個の値（シンボル値）は、大きい方から２番目の値を（＋１）とすると、大きい方から順に（＋３）、（＋１）、（−１）、（−３）の各値をとって等間隔で並ぶものである。なお、ベースバンド信号生成部２３にて生成される信号そのものは、シンボルデータ列を形成するインパルス信号等のデジタル信号であればよく、この信号の帯域制限を行うことにより、図６に示すようなベースバンド信号となり得るものであればよい。
【００３６】
例えば、ベースバンド信号生成部２３は、図６に示すように、シンボルデータ列に含まれるシンボル“１１”（値“１１”を有する２ビットデータ）を、シンボル値が（−３）であるシンボル区間へと変換し、シンボル“１０”を、シンボル値が（−１）であるシンボル区間へと変換し、シンボル“００”を、シンボル値が（＋１）であるシンボル区間へと変換し、シンボル“０１”を、シンボル値が（＋３）であるシンボル区間へと変換する。この変換により、４種類のシンボルは、シンボル値が高い順（又は低い順）に配列した場合に、隣り合うシンボル間のハミング距離がいずれも１となるグレイ符号の系列をなすようになる。また、この変換により、下位１桁が“１”であるシンボルに対応して、シンボル値が（−３）又は（＋３）であるシンボル区間が形成される。
【００３７】
ここで、保護用データを構成する各ビットの値がいずれも“１”であることから、重要度が高いビットデータを含んだシンボルは、いずれも、シンボル値が（＋３）又は（−３）であるシンボル区間へと変換される。すなわち、重要度が高いビットデータに冗長ビットデータとしての保護用データを付加することで得られたシンボルのシンボル値は、互いに異なる２個のシンボルのシンボル値の差の最小値が、冗長ビットデータを付加せずにシンボルを生成した場合における最小値よりも大きくなるように設定されている。すなわち、保護されるデータにおけるユークリッド距離は、保護されないデータに比べて大きくなるように設定されている。図６に示す具体的な一例では、冗長ビットデータを付加することで得られたシンボルのシンボル値は、値域の最大値又は最小値を取り得るのに対して、冗長ビットデータを付加せずに得られたシンボルのシンボル値は、値域に含まれる全ての値を取り得る。
【００３８】
このように重要度が高いビットデータには冗長ビットデータとして保護用データを付加することで、取り得るシンボル値が限定される一方で、シンボル値の間隔（ユークリッド距離）が実質的に拡大されている。これにより、信号対雑音比を向上させることができる。また、インターリーブ処理部２２での処理により、重要度が高いビットデータを含んだシンボルデータに対応するシンボル区間と、重要度が低いビットデータを含んだシンボルデータに対応するシンボル区間とが交互に並ぶ部分を含むことになる。これにより、重要度が高いビットデータがベースバンド信号内にて分散され、被変調波信号が伝送中にフェージング等の影響を受けた場合でも、重要度が高いビットデータが多数まとめて欠落する危険性を低下させることができる。
【００３９】
こうしてベースバンド信号生成部２３にて生成されたベースバンド信号は、スクランブラ１００へと供給される。スクランブラ１００は、例えば１シンボル分及びスクランブルパターンの１ビット分ずつ順次に、図２に示すような処理を実行することにより、ベースバンド信号に対してスクランブルを施す。スクランブラ１００にてスクランブルが施されたベースバンド信号は、変調部２４に供給される。変調部２４は、スクランブラ１００にてスクランブルされたベースバンド信号に帯域制限を行ってもよい。そして、この信号を用いて搬送波を周波数変調（４値ＦＳＫ変調）する。このときに得られた被変調波信号は、高周波出力部２５へと供給される。高周波出力部２５は、変調部２４から供給された被変調波信号の電力増幅などを行って、伝送路１１０へと送出する。
【００４０】
受信装置３０において、高周波入力部３１は、伝送路１１０を介して受信した信号の増幅を行うなどして、復調部３２に供給する。復調部３２は、高周波入力部３１から供給された受信信号を検波することにより、ベースバンド信号を復元する。このベースバンド信号は、シンボル判定部３３に供給される。
【００４１】
シンボル判定部３３は、復調部３２から受けたベースバンド信号の各ナイキスト点における瞬時値に基づいて、それぞれのナイキスト点を含むシンボル区間が表すシンボルを判定する。この判定結果に基づいて、スクランブルが施されたシンボルデータ列を再生する。このときに再生されたシンボルデータ列は、デスクランブラ３４に供給される。
【００４２】
デスクランブラ３４は、シンボル判定部３３から受けたシンボルデータ列に対して、スクランブラ１００と同様にスクランブルパターンに対応した乗算値との乗算を実行することにより、インターリーブ処理部２２によりインターリーブが施された状態のシンボルデータ列を再生する。こうしてデスクランブラ３４により再生されたシンボルデータ列は、デインターリーブ処理部３５に供給される。
【００４３】
デインターリーブ処理部３５は、デスクランブラ３４から受けたシンボルデータ列にインターリーブ処理部２２とは逆手順の処理を施すことで、情報データ列を再生する。例えば、デインターリーブ処理部３５は、フレーム内での各々のシンボルの順序に基づいて、各シンボルデータが重要度の高いビットデータに分類されるのか、重要度の低いビットデータに分類されるのかを判定する。このときに重要度の高いビットデータに分類されたシンボルデータについては、例えば上位１ビットと下位１ビットとに分離して、上位１ビットのデータを抽出する。これに対して、重要度の低いビットデータに分類されたシンボルデータについては、２ビットデータ全体を抽出する。こうして抽出したデータを互いに対応付けて、情報データ復元部３６に供給する。
【００４４】
情報データ復元部３６は、デインターリーブ処理部３５から受けたデータ列を情報データとして構成して復元する。例えば、情報データ復元部３６は、デインターリーブ処理部３５から受けたデータ列と情報データとの対応関係を記述したルックアップテーブルを有しており、このテーブルを参照することで、デインターリーブ処理部３５から受けたデータ列に対応する情報データを復元する。
【００４５】
以上に述べたようなスクランブラ１００が適用された送信装置２０において、ベースバンド信号生成部２３からスクランブラ１００に、図７（Ａ）に示すようなシンボルデータが供給されたものとする。ここで、図７（Ａ）に示すようなシンボルデータにスクランブルを施すことなく、ベースバンド信号の帯域制限を行った場合には、図８（Ａ）に示すような波形のベースバンド信号が得られる。図８（Ａ）に示すような波形のベースバンド信号では、信号レベルが正の領域に偏っている。このため、変調部２４による変調に偏りが生じ、被変調波信号においてエネルギーの集中が発生することになる。
【００４６】
そこで、スクランブラ１００では、パターン生成部１１が、例えば図７（Ｂ）に示すようなスクランブルパターンを生成する。このスクランブルパターンに対応して、乗算値決定部１２は、例えば図７（Ｃ）に示すような乗算値を決定して、乗算処理部１３に通知する。乗算処理部１３は、図７（Ａ）に示すようなシンボルデータにおける各シンボル値と、図７（Ｃ）に示すような各乗算値との乗算を実行する。この乗算結果に基づいて、データ出力部１４は、例えば図７（Ｄ）に示すような出力シンボルを示すシンボルデータを、ベースバンド信号生成部２３へと送出する。
【００４７】
こうしてスクランブルが施された後のシンボルデータについて、ベースバンド信号の帯域制限を行った場合には、図８（Ｂ）に示すような波形のベースバンド信号が得られる。図８（Ｂ）に示すような波形のベースバンド信号では、信号レベルが正負双方の領域に分散している。これにより、変調部２４による変調での偏りをなくすことができ、被変調波信号におけるエネルギーを分散させることができる。また、スクランブルが施された後のシンボルデータは、スクランブルが施される前のシンボルデータとは大きく異なっている。そして、受信側の受信装置３０では、送信側の送信装置２０が備えるパターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを知ることができなければ、シンボルデータを正しく復元することができない。これにより、情報の秘匿性を確保することができる。
【００４８】
以上説明したように、この発明によれば、パターン生成部１１にて生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、“＋１”あるいは“−１”といった、正値あるいは負値の乗算値を決定する。そして、乗算処理部１３は、例えば（＋３）、（＋１）、（−１）、（−３）といった、絶対値が等しい所定の正値と負値の組を値域に含んだ多値シンボルで構成されるシンボルデータ列における各シンボル値を表すシンボルデータと、乗算値決定部１２にて決定された乗算値との乗算を実行する。これにより、シンボル値に対する乗算値の乗算という簡単な操作により、シンボルデータ列にスクランブルを施すことができる。また、ビット単位ではなくシンボル単位で乗算を実行するので、例えば音声データが通信制御用のデータに変更された場合のように、機能チャネルの内容が変化して重要なビット要素の位置が変更されたときであっても、処理内容を変更することなく簡単な処理でスクランブルを施すことができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、多値変調方式として４値のルートナイキストＦＳＫ変調方式を用いるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば４値以上の多値変調方式や、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調方式などのように、任意の多値変調方式を用いる場合にも適用することができる。
【００５０】
また、本発明に係るスクランブラ１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、多値変調方式を用いて通信を行う通信機器に搭載されたマイクロコンピュータシステムに、上述のスクランブラ１００としての構成及び機能を実現するためのプログラムを格納した記録媒体（例えば光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディスク、ＩＣメモリなど）から、該プログラムをインストールする。これにより、上述の処理を実行するスクランブラ１００を構成することができる。
【００５１】
さらに、例えば、電気通信ネットワーク上の情報処理装置（例えばサーバ装置）に、これらのプログラムをアップロードし、通信回線を介して配信してもよく、また、これらのプログラムを表す電気信号により搬送波を変調し、得られた被変調波信号を伝送して、この被変調波信号を受信した装置が復調を行って該プログラムを取得するようにしてもよい。そして、これらのプログラムを起動し、所定のＯＳ（Operating System）の制御下に、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【００５２】
なお、ＯＳが処理の一部を分担する場合、あるいはＯＳが本発明の構成要素の一部を形成するような場合には、その部分をのぞいたプログラムを記録媒体に格納してもよい。この場合も、本発明では、コンピュータが実行する各機能又はステップを実行するためのプログラムが記録媒体に格納されているものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１０ データ入力部
１１ パターン生成部
１２ 乗算値決定部
１３ 乗算処理部
１４ データ出力部
２０ 送信装置
２１ 情報データ生成部
２２ インターリーブ処理部
２３ ベースバンド信号生成部
２４ 変調部
２５ 高周波出力部
３０ 受信装置
３１ 高周波入力部
３２ 復調部
３３ シンボル判定部
３４ デスクランブラ
３５ デインターリーブ処理部
３６ 情報データ復元部
１００ スクランブラ
１０１、１０２ 送受信機
１１０ 伝送路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクランブルパターンを生成するパターン生成手段と、
前記パターン生成手段によって生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定手段と、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成手段と、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定手段によってスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を実行する乗算処理手段とを備える、
ことを特徴とするスクランブラ。
【請求項２】
前記乗算値決定手段は、スクランブルパターンに含まれるビット値が反転作用値として予め定めたビット値であるときに、−１を乗算値に決定し、前記スクランブルパターンに含まれるビット値が非反転作用値として予め定めたビット値であるときに、＋１を乗算値に決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のスクランブラ。
【請求項３】
データ処理装置によるスクランブル処理方法であって、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップとを備える、
ことを特徴とするスクランブル処理方法。
【請求項４】
コンピュータに、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップと、
を含む処理を実行させるためのプログラム。
【請求項１】
スクランブルパターンを生成するパターン生成手段と、
前記パターン生成手段によって生成されたスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定手段と、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成手段と、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定手段によってスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定された乗算値との乗算を実行する乗算処理手段とを備える、
ことを特徴とするスクランブラ。
【請求項２】
前記乗算値決定手段は、スクランブルパターンに含まれるビット値が反転作用値として予め定めたビット値であるときに、−１を乗算値に決定し、前記スクランブルパターンに含まれるビット値が非反転作用値として予め定めたビット値であるときに、＋１を乗算値に決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のスクランブラ。
【請求項３】
データ処理装置によるスクランブル処理方法であって、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップとを備える、
ことを特徴とするスクランブル処理方法。
【請求項４】
コンピュータに、
スクランブルパターンを生成するパターン生成ステップと、
前記パターン生成ステップにて生成したスクランブルパターンを構成する２進数ビット列に含まれる各ビットのビット値に対応して、正値あるいは負値の乗算値を決定する乗算値決定ステップと、
重要度の高低が予め定められたデータの供給を受けて、重要度が高いビットデータの各ビットを分割して冗長ビットデータを付加する一方で、重要度が低いビットデータについては所定ビット数で分割することにより、絶対値が等しい所定の正値と負値を値域に少なくとも１組含んだ多値シンボルの列を表すシンボルデータ列を生成するシンボルデータ生成ステップと、
前記シンボルデータと、前記乗算値決定ステップにてスクランブルパターンにおける各ビットのビット値に対応して決定した乗算値との乗算を実行する乗算処理ステップと、
を含む処理を実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７８３９０（Ｐ２０１０−１７８３９０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２８６５（Ｐ２０１０−１１２８６５）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【分割の表示】特願２００４−２８７１５７（Ｐ２００４−２８７１５７）の分割
【原出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３５９５）株式会社ケンウッド (1,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【分割の表示】特願２００４−２８７１５７（Ｐ２００４−２８７１５７）の分割
【原出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３５９５）株式会社ケンウッド (1,981)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]