JP5200002B2 - 適応ビットローディング用の変調パターン圧縮技術 - Google Patents

Description

無線ネットワークの重要度はますます高まり、用途は多様となってきている。適応ビットローディングは、フェーディングチャネルにおける直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）データ伝送を改善するための有望な方法である無線通信技術である。この技術は、チャネルによりダンプされた周波数に位置するサブキャリアにはよりロバストなコンスタレーションが割り当てられ、チャネルにより「増幅された」サブキャリアにはより大きいコンスタレーションが割り当てられるようサブキャリアを介してコンスタレーションを分配することを含む。ＡＢＬ技術は、全体のリンクスループットを向上し、また、パケット及びビット誤り率を減少する。

しかし、ＡＢＬにおける主な問題の少なくとも１つは、ビットローディングパターンの交換による送信情報のオーバーヘッドである。したがって、適応ビットローディングのために変調パターンを圧縮する技術が強く求められている。

発明とみなされる主題は、明細書の結論部に具体的に指摘し明白に請求するものとする。しかし、操作の編成及び方法の両方は、その目的、特徴、及び利点とともに、以下の詳細な説明を添付図面と合わせて読んで参照することにより最良に理解されよう。

本発明の一実施形態である従来のＡＢＬ技術を用いたリンクの開始を示す図である。

本発明の一実施形態による第２の局における適応メカニズムを説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態を用いたリンクの開始を示す図である。

説明を単純且つ明瞭にすることを目的として図面に示す構成要素は必ずしも縮尺が測られているわけではないことは理解されよう。例えば、一部の構成要素の寸法は、明瞭となるよう他の構成要素よりも誇張されている。更に、適切な場合には、複数の図面間で参照番号を繰り返し用いて対応又は類似する構成要素であることを示している。

以下の説明において、多数の具体的な詳細を発明の完全な理解を提供すべく記載する。しかし、当業者は、これらの特定の詳細なしでも本発明を実施しうることは理解されよう。また、周知の方法、手順、コンポーネント、及び回路は本発明を曖昧としないよう詳細には説明しない。

アルゴリズム、技術、又はプロセスは、本願では、また、一般に、所望の結果をもたらす首尾一貫した一連の行為又は動作であると考えられる。これには、物理量の物理的な操作が含まれる。通常は、必ずしもそうではないが、これらの物理量は、格納、転送、合成、比較、及び、そうでなければ操作されることが可能な電気又は磁気信号の形を取りうる。時に、主に一般的な用法として、これらの信号を、ビット、値、エレメント、シンボル、文字、用語、数字等で呼び表すことが好都合であることが分かっている。しかし、上記の及び同様の用語はいずれも適切な物理量に関連付けられ、且つ、これらの物理量に対して好都合なラベルが付されているに過ぎないことを理解すべきである。

本発明の実施形態は、本願のオペレーションを実行する機器を含みうる。機器は、所望の目的のために特別に構成されても、内蔵されたプログラムにより選択的にアクティブにされる又は再構成される汎用計算装置を含んでもよい。このようなプログラムは、次に限定しないが、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、磁気光ディスク、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能及びプログラム可能読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気又は光カード、又は、電子命令の格納に適し、計算装置のシステムバスに結合可能な任意の他のタイプの媒体を含む任意のタイプのディスクといった記憶媒体上に格納されうる。

本願に提示する処理及びディスプレイは、任意の特定の装置又は他の機器に本質的に関連しない。様々な汎用システムを、本願の教示内容によるプログラムとともに用いてもよいし、又は、所望の方法を実行するためにより特殊化された機器を構成することが好都合であることが明らかとなる場合もある。これらの様々なシステムに対する所望の構造は、以下の説明から明らかとなろう。更に、本発明の実施形態は、任意の特定のプログラミング言語を参照して記載しない。様々なプログラミング言語を用いて本願に記載する発明の教示内容を実施しうることは理解されよう。更に、本願に記載するオペレーション、能力、及び特徴は、ハードウェア（離散又は集積回路）及びソフトウェアの任意の組み合わせを用いて実施しうることを理解すべきである。

本発明の実施形態は、様々な適用において用いうることは理解すべきである。本発明は、次の点に限定されるわけではないが、本願に開示する装置は、無線システムの送信器及び受信器内といった多くの機器に用いられうる。本発明の範囲内の無線システムには、例えば、携帯無線電話通信システム、衛星通信システム、双方向無線通信システム、片方向ページャ、双方向ページャ、個人通信システム（ＰＣＳ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、個人エリアネットワーク（ＰＡＮ等）、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）、無線メトロポリタンエリアネットワーク（ＷＭＡＮ）、及びメッシュネットワークを含む。

「結合された」及び「接続された」という用語を、それらの派生語とともに用いる。これの用語は、互いに同義語ではないことを理解すべきである。むしろ、特定の実施形態では、「接続された」は、２以上の要素が互いに直接物理的又は電気的に接触することを示すべく用いうる。「結合された」は、２以上の要素が互いに直接又は間接（間に他の介入要素がある）的に物理的又は電気的に接触する、及び／又は、２以上の要素が互いに協働又は相互作用する（例えば、因果関係と同様に）ことを示すべく用いうる。

適応ビットローディング（ＡＢＬ）技術は、フェーディングチャネルにおける直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）データ伝送を改善するための有望な方法である。この技術は、チャネルによりダンプされた周波数に位置するサブキャリアにはよりロバストなコンスタレーションが割り当てられ、チャネルにより「増幅された」サブキャリアにはより大きいコンスタレーションが割り当てられるようサブキャリアを介してコンスタレーションを分配することを使用しうる。ＡＢＬ技術は、全体のリンクスループットを向上し、また、パケット及びビット誤り率を減少する。

図１に全体的に１００と示すように、本発明の一実施形態では、ＡＢＬにおける主な問題の１つは、ビットローディングパターンの交換による送信される情報のオーバーヘッドである。第１の局（データ送信者）１０５は、第２の局（データ受信者）１１０に、送信要求の役割も果たす試験パケット１１５を送信する。応答１２０において、第２の局１１０は、第１の局１０５に、ビットローディングパターン１３０を含むパケット（更に、プリアンブル１２２、ヘッダ１２５、及びＡＣＫ１３５も含まれうる）を送信する。次に、第１の局１０５は、ビットローディングパターン１５０に従って変調されたデータと、パターン自体とを含むデータパケット１４０を送信しうる。パターン自体をも送信するのは、第２の局１１０における受信器は、データが到着する前に、データを復調可能とすべくパターンを必要とするからである。更に、ペイロード１４５、ヘッダ１５５、及びプリアンプル１６０も含まれうる。

ビットローディングパターン１５０は、両方向において送信される必要があり、したがって、チャネルリソースを２倍に消費していることが理解できるであろう。更に、パケット紛失を排除すべく、ビットローディング情報は、最も高いロバスト性、即ち、最も高い冗長性で送信されるべきである。１／２符号レートを用いるＢＰＳＫ伝送の場合、フルビットローディングパターンは、２ｌｏｇ_２Ｎ_ｍｏｄ個のＯＦＤＭシンボルを消費し、このとき、Ｎ_ｍｏｄは、許可されるコンスタレーション数である。限定的ではなく例示的に、５つのコンステレーション（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ１６、ＱＡＭ６４、又はヌル）は、少なくとも５つのＯＦＤＭシンボルを必要とする。実際には、必要なＯＦＤＭシンボル数は、６以上である。これは、コンステレーション数は、分数のビットにすることが難しく、更に、一部のビットは誤り訂正符号のスクランブラビット及びテイルビットにより占有されうるからである。

ＯＦＤＭ変調は、ｒｍｓチャネル遅延が、サイクリックプレフィックス継続時間よりはるかに小さい場合にのみマルチパス歪みに対してロバストであることは明らかである。サイクリックプレフィックスは、通常は、ＯＦＤＭシンボル継続時間の４分の１以下であるので、チャネル周波数応答は滑らかであり、これは、ＡＢＬシステムにおいてバルクの変調パターンを不可能としてしまう。

図２を参照するに、本発明の一実施形態による、第２の局における適応メカニズムのフローチャートを全体的に２００と示す。ステップ２１０において、本発明の方法の実施形態は、受信したパケットに基づいてチャネルプロファイルを推定する。次に、ステップ２２０において、Ｎ_ＢＬ個のパターンを含む格納パターンセットから最も近いパターンＫが決定され、ステップ２３０において、パターンインデックスＫとともに応答が送信される。

図３に全体的に３００と示すように、本発明の一実施形態において、ビットローディングパターンの数は、チャネル平滑性特性に基づいたある数により制限されうる。したがって、許可されるパターンの数は、Ｎ_ｍｏｄ ^Ｎｓｃ個のパターン（Ｎ_ｓｃは、１つのＯＦＤＭシンボルにおけるサブキャリア数）よりはるかに少ないＮ_ＢＬ個のパターンにより制限される。第１の局３０５及び第２の局３１０の両方において、Ｎ_ＢＬ個のパターンを含むセットが事前に格納されうる。第１の局３０５は、第２の局３１０に、試験パケット（要求）３１５を送信しうる。パケット受信時、第２の局３１０は、Ｎ_ＢＬ個のパターンのうちのどのパターンが、現在のチャネル条件に最適であるか決定し、図１において実現されるようにパターン自体ではなく、パターンのインデックス３３０を第１の局３０５に、戻す（３２０）（応答３２０は、プリアンブル３２２、ヘッダ３２５、及びＡＣＫ３３５を含んでよい）。第１の局３０５は、パターンのインデックスを使用してビットローディングパターンを取得し、そのパターンでデータ３４０を変調し、そのデータ３４０（ペイロード３４５、ヘッダ３５５、及びプリアンブル３６０を含んでよい）を第２の局３１０に、ビットローディングパターンのインデックス３３０を先にして送信する。

本発明の一実施形態において、次の点又は任意の無線規格に限定せずに、ＡＢＬ技術により改善された８０２．１１ａリンクに適用された提案方法の研究が行われた。シミュレーションによって、Ｎ_ＢＬ＝２１４は、５０ｎｓ未満のｒｍｓタップ遅延を有する一般的な室内条件下で可能なチャネルのうちの８０％をカバーすることを示す。更に、行われたシミュレーションは、ビットローディングパターンセットの制限によってパケット誤りを増加しないことを示す。したがって、本発明の一実施形態を使用すると、５ではなく１つのＯＦＤＭシンボルを送信することが可能となり、フルビットローディング情報が送信される場合と比べて相当にパケットオーバヘッドを減少する。更に、所与のパターンセットにおいて最も近いビットローディングパターンを、パターンセットに固有の標識付けをすることにより素早く見つける方法を作成することができることに注目すべきである。更に、本発明の一実施形態は、変調パターンセットが相当に制限されるので変調器及び復調器を単純化する。

本発明の一実施形態は更に、複数の命令を与える機械アクセス可能媒体を提供する。これらの複数の命令は、アクセスされると、機械に次のオペレーションを実行させる。即ち、予め制限された複数の変調パターンを含むセットを用いて、アドバンスドビットローディング（ＡＢＬ）を実行して、無線通信される際の上記の変調パターンを圧縮することである。本発明の一実施形態の機械アクセス可能媒体は更に、機械に次のオペレーションを実行させる命令を含む。即ち、ある数によって上記の予め制限された複数の変調パターンを含むセットをチャネル平滑性特性に基づいて制限することと、許可されるパターンの数を、Ｎ_ｍｏｄ ^Ｎｓｃ個のパターンより少ないＮ_ＢＬ個のパターンを含むセットに制限することである。このとき、Ｎ_ＳＣは、１つのＯＦＤＭシンボルにおけるサブキャリア数である。

本発明の一実施形態は更に、第１の無線局と、当該第１の無線局と適応ビットローディング（ＡＢＬ）技術を用いて通信する第２の無線局とを含み、第１の無線局及び第２の無線局は、ＡＢＬを行うべく、予め制限された複数の変調パターンを含むセットを使用することができるシステムを提供する。このシステムでは更に、上述の予め制限された複数の変調パターンを含むセットは、ある数により制限され、この数はチャネル平滑性特性に基づく。

本発明の特定の特徴を、本願に例示及び説明したが、多くの変形、代案、変更、及び等価物は当業者には明らかとなろう。したがって、請求項はこのような変形及び変更を発明の真の精神内であるとして包含することを意図することは理解されよう。

Claims (2)

1. 適応ビットローディング（ＡＢＬ）技術を用いて無線ネットワーク内で動作可能な無線局を含み、
   前記無線局は、前記ＡＢＬを実行すべく、予め制限された複数の変調パターンを含むセットを使用可能であり、
   前記予め制限された複数の変調パターンを含むセットは、Ｎ_ｍｏｄ ^Ｎｓｃ個のパターンより少ない事前に格納されたＮ_ＢＬ個のパターンを含むセットに制限され、Ｎ_ｓｃは、１つのＯＦＤＭシンボルにおけるサブキャリアの数であり、
   前記無線局から複数のパケットを受信可能である少なくとも１つの追加無線局を更に含み、
   前記少なくとも１つの追加無線局による前記複数のパケットの受信後、前記少なくとも１つの追加無線局は、前記Ｎ_ＢＬ個のパターンのうちのどのパターンが現在のチャネル条件に最適であるか決定し、前記無線局に、パターン自体ではなく前記パターンのインデックスを送り返し、
   前記無線局は、前記パターン自体よりむしろ前記パターンのインデックスを用いてビットローディングパターンを取得し、前記パターンを用いてデータを変調し、前記ビットローディングパターンのインデックスを先にして前記少なくとも１つの追加無線局にデータを送信する装置。
2. 前記無線局は、所与のパターンセットにおいて最も近いビットローディングパターンを、前記パターンセットに固有のインデックスを付けることにより素早く見つける方法を作成可能である、請求項１に記載の装置。

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