航空・宇宙関連の電子機器で使用される特殊なデータバス、スタンダード（標準）について紹介します。

シンボルの概念

各トーンは、トーンの送信電力を変更し、その位相を設定することによって変調されます。 トーンに割り当てられるビットが多いほど、レベル間の間隔が狭くなります。 これは、受信ターミナルが信号を復調しているときに少量のノイズが誤った解釈を引き起こす可能性があるため、 ノイズ・マージンが減少することを意味します。下図に、2 Bitと6 Bitの場合の信号空間ダイアグラムを示します。

各トーンは、「点」位置の1つに一致する電力／位相で送信されます。 点と点の間の破線は、受信信号が送信信号の正しいゾーンで解釈されるレシーバの閾値を示します。 「点」と閾値ラインの間のスペースは、図のビットレートで利用可能なノイズ・マージンを示します。 図からわかるように、変調度が高いほどマージンが低くなります。

信号空間ダイアグラム例

7221では512トーン送信のそれぞれが位相と振幅がそれらの変調レベルと一致する状態で発生する共通の開始時間があります。 各トーンは単なる正弦波ですが、位相と振幅は変調値に設定されています。 すべてのトーンの集約は、2,048サンプル・クロックの間送信されます（巡回プレフィックス／サフィックスを無視する）。 これはすべてのトーンを確実にデコードできる最小の時間です。ターミナルが特定の変調セットで送信している期間は「シンボル」と呼ばれます。

実際のネットワークには、ターミナル間の伝送時間にはばらつきがありますが、 さらに重要なことに、1553Bネットワークは反射、リンギング、および、伝送時間があります。 シンボルが送信され、その後に異なる変調をともなう第2のシンボルが直後に続く場合、2つのシンボルは互いに干渉する可能性があります。 これはシンボル間干渉と呼ばれます。7221は、巡回プレフィックスと巡回サフィックスをシンボルに追加するという一般的に使用されている解決策で、 この問題に対処しています。巡回プレフィックスは、シンボルの最後のサンプルの一部を取り出し、 それらをシンボルの先頭の前で再生することによって作成されます。 巡回サフィックスは、シンボルの前面の一部を末尾に追加することによって作成されます。巡回拡張機能付きシンボルを下図に示します。

巡回拡張機能付きシンボル

巡回拡張はシンボル時間を増加させ、オーバーヘッドを増加させますが、シンボル間干渉を減少させるため、 達成可能な変調レートではトータル・データ容量が大幅に増加します。

前方誤り訂正（FEC）

FECが開発される前は、非常に低いエラー・レートを必要とするシステムには、必要なエラー・レートが一貫して達成されるようにするために、 プロトコルにかなりの量のマージンを追加する必要がありました。データ・チェックと再送信を使用すると、必要なマージンが減少し、 システムの確定性にも影響を与えます。FECでは、元のデータとともに訂正データを送信します。 訂正データのオーバーヘッドによるデータ転送レート低下はありますが、再送なしに軽微な誤りを訂正することが可能です。

多くの可能なFEC方式と実装があります。7221はパンクチャリングとインターリーブで強化された、 リードソロモンと畳み込みエンコードの組合せを使用します。

FECの一般的な原理は、すべてのビット・シーケンスの冗長ビットをあらかじめ生成し、 ビット・エラーが起きた場合に、FECデコーダがオリジナルのデータ・ビットと冗長ビットを使用して損失したデータを訂正することができます。 インパルス・ノイズ、および、バースト・ノイズの存在する環境下でのエラー訂正は、FEC符号化送信シーケンスを時間と周波数の両方に渡って広がる断片に分離することによって得られます。 7221の送信は40 MHz帯域幅、512トーンで構成されているため、周波数への拡散は、 下図に示すようにデータを複数のトーンに拡散することで簡単に実現できます。

FEC、およびインターリーブを介したデータ拡散

送信側では、データの拡散はリードソロモン符号化、および、畳み込み符号化によって達成されます。 リード・ソロモン・エンコーダーは、一度に239 Byteのブロックを255 Byteに拡散します。 畳み込み符号器はデータを隣接ビットに拡散します。畳み込み符号器の出力は入力ビット数の2倍です。 オーバーヘッドを減らすために、このストリームは所定の割合のビットを捨てるパンクチャリングが行われます。 パンクチャリングのレベルはノイズ耐性に影響するため、リンクごとのパラメータとして提供されるため、システムに合わせて調整できます。

インターリーバーは単純なリマッパーです。受信データ・ストリームを考えます。 データ・ビットをトーンに割り当てる自然な方法は、トーンマップを見て、トーンマップに示されているビット数を最初のトーンに合わせることです。 次に、すべてのトーンが指定されたデータを持つまで、2番目のトーンについても同様にします。 トーン・インターリーバーでは、ビットが割り当てられるときにトーン番号が単純にインクリメントされるわけではありません。 トーン番号は、トーン間のデータ分離を最大化するように設計された定義済みパターンに従います。レシーバはデータを抽出するときに同じパターンに従うので、 正しく再構築されます。

周波数ベースのノイズ（例えば無線伝送）は、いくつかの隣接トーンと干渉する可能性があります。 隣接データを周波数に渡って拡散することは、畳み込み符号化ストリームを復号するビタビ復号器の回復能力を向上させます。 下図は、7221の周波数帯域における特定周波数のノイズ干渉の影響を示しています。

周波数選択性過渡ノイズ

下図は、「リングング」を伴うインパルス波形の典型的な過渡現象を示しています。 影響を受ける周波数は、送信元、1553Bチャンネル、および、7221ターミナル・レシーバ特性の組合せによって異なります。 反復的なノイズ環境はトレーニングによって処理することができますが、ランダムまたは、個々のノイズはFECを通じて回復することができます。

周波数選択性過渡ノイズ

ノイズによるビット・エラーはFECターミナルによって完全に処理され、ユーザーやアプリケーションのサポートを必要としません。 ただし、それを制御するパラメータの中には、必要に応じて最適化のために利用できるものがあります。

STANAG7221通信規格の日本語解説書（計70ページ）をIPROSにて配布しており、ダウンロードいただけます。