JP2005045802A

JP2005045802A - 通信ネットワークにおいてｆｓｋシンボルを生成する方法及びｏｆｄｍ送信機

Info

Publication number: JP2005045802A
Application number: JP2004211684A
Authority: JP
Inventors: Yves-Paul Nakache; イブ−ポール・ナカッシュ; Andreas Molisch; アンドレアス・モリッシュ
Original assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Current assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP4488190B2; US7227903B2; US20050018783A1

Abstract

【課題】通信ネットワークにおいて、ＯＦＤＭ送信機がＦＳＫシンボルを生成する。
【解決手段】ＯＦＤＭトーンを表す複素値がグループに分割される。複素値の各グループに個別のエネルギーが割り当てられる。ＯＦＤＭ変調器が、割り当てられた個別のエネルギーを有する複素値に対して適用され、そのグループに対応するＦＳＫシンボルが生成され、そのＦＳＫシンボルが直列に送信される。
【選択図】図３

Description

本発明は包括的に無線通信に関し、より詳細には、超広帯域通信システムにおいてＯＦＤＭ信号を送信することに関する。

ＩＥＥＥ８０２．１５．３標準規格ワーキンググループによって、超広帯域（ＵＷＢ）通信システムの物理層として、複数の実現可能な変調／多重アクセス方式が検討される。その１つがマルチバンド直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）である。

全体として図１に示されるように、ＯＦＤＭ送信機が、Ｋ個の搬送波周波数（「トーン」）１０２上でデータ（ＯＦＤＭシンボルあるいは「ブロック」）１０１を並列に送信する。マルチバンドＯＦＤＭの場合、搬送波周波数は全て１つのバンド内にあることに留意されたい。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１５標準規格ワーキンググループへの１つの提案では、１２８個のトーンが約４ＭＨｚだけ間隔をおいて配置され、約３００ｎｓの持続時間を有する。それらのトーンはそれぞれ４相位相（ＱＰＳＫ）変調される。

実際には、ＯＦＤＭ信号は、複数の個別に変調される局部発振器によって生成されるわけではない。代わりに、個々のトーンとして送信されることになるシンボルに逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）が適用される。たとえば、May等著「Orthogonal Frequency Division Multiplexing」（Part IV, Molisch(ed.), Wideband Wireless Digital Communications, Prentice-Hall, pp.309-385, 2001）を参照されたい。ＩＦＦＴは通常、「バタフライ」構造として実施される。van Nee等著「OFDM for Wireless Multimedia Communications」（Artech House, pp. 33-39, January 2000）を参照されたい。

そのような送受信機（transceiver）は比較的複雑である。しかしながら、いくつかの応用形態の場合に、受信機において、ＯＦＤＭ信号方式の複雑さは不要であるかもしれない。

別の、さらに簡易な形の信号方式は、各バンド内のマルチバンド周波数偏移変調（ＦＳＫ）である。ＦＳＫは一般にデータレートが低く、おそらく品質も低いが、ＦＳＫ信号方式は実施するのがはるかに簡単であり、受信機のコストも削減される。

しかしながら、別の信号モードとしてＦＳＫ信号方式を可能にすることは、標準化された実施態様の場合に欠点をもたらす。この場合には、送信機において、非常に複雑なＯＦＤＭ信号およびそれよりも簡易なＦＳＫ信号の両方を送信できることが必要とされる。すなわち、送信機は、２つの異なるタイプの変調器、すなわちＯＦＤＭおよびＦＳＫの両方の変調器を備えなければならない。これは、送信機のコストを増大させる。

コストを大幅に増加させることなく、ＦＳＫ信号を送信することができるＯＦＤＭ送信機を提供することが望ましい。

ＯＦＤＭ送信機が、ＯＦＤＭ信号およびＦＳＫ信号の両方を送信することができる。ＯＦＤＭトーンを表す複素値がグループに分割される。複素値の各グループに個別のエネルギーが割り当てられる。ＯＦＤＭ変調器が、割り当てられた個別のエネルギーを有する複素値に対して適用されて、そのグループに対応するＦＳＫシンボルが生成され、ＦＳＫシンボルが直列に送信される。

本発明は、マルチバンドＦＳＫシンボルを生成することができるＯＦＤＭ送信機を提供する。送信されるＦＳＫシンボルは、簡易で、低コストのＦＳＫ受信機によって検出されることができる。

言い換えると、本発明によれば、マルチバンドＯＦＤＭ送信機がマルチバンドＦＳＫシンボルを送信できるようになる。

好ましい実施形態では、図２に示されるように、ＦＳＫシンボル２０１の種々のグループが、広い周波数範囲の種々のバンド（バンドＮ、Ｎ−１、Ｎ−２）２０２において送信される。各グループ内のシンボル数は１か、あるいはそれ以上にすることができる。好ましい実施形態では、ＦＳＫシンボルの持続時間Ｔ_ｂは、送信機が設計されたＯＦＤＭシンボル持続時間以下である。

図３に示されるように、本発明によるＯＦＤＭ送信機３００は、並列に動作する複数の逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）３１０の特性を利用する。

Ｎ個、たとえば１２８個の複素値あるいはバンドの形をとる入力信号３０１が、Ｍ個、たとえば２個のグループのバンド３０３に分割される（３０２）。Ｎ個のグループ分けは任意であり、たとえば互いに素にグループ分けされることができるか、インターリーブされることができるか、あるいは他のグループ分けも可能である。複素値の各グループに個別のエネルギーが割り当てられる（３０４）。

並列なＩＦＦＴ３１０の数は少なくすることができる。複数の並列で、小さなサイズのＩＦＦＴを、大きなサイズのＩＦＦＴの場合に用いられるバタフライ構造の一部として得ることができる。この実施形態では、並列なＩＦＦＴ３１０が、時間変動しないスペクトル特性を有するＭ個の連続した波形３１２を生成する。これらの波形はそれぞれ各バンドの１／Ｍを占める。

図２に示されるように、第１の波形はサブバンドＡを占め、第２の波形はサブバンドＢを占める。送信データ３２１によってスイッチ３２０が制御される。そのスイッチは、長さＴ_ｂの各時間間隔中に、波形のうちのどの波形が送信されるかを決定する。バンドＡを用いて論理０を符号化することができ、バンドＢは論理１を符号化する。この実施態様は、ＦＳＫシンボル持続時間に制限を加えない。

図３は、Ｍ個のバンド内の波形２００の持続時間がスイッチ３２０によって制御され、チップレート（ｆ_ｃｉ）３３１によるアップコンバージョンおよび周波数ホッピング（３３０）前に、異なるシンボルレートで信号を変調することができることを示す。

図４は別の実施形態４００を示す。上記のように、入力信号４０１が、バンドのグループ４０３に分割される（４０２）。送信データ４０５に従って、複素値の各グループに個別のエネルギーが割り当てられる（４０４）。ここでは、１つのＩＦＦＴ４１０を用いて、持続時間Ｔ_ｂの一連の時間的に限定された波形２０１が生成される。持続時間Ｔ_ｂはＩＦＦＴのサイズおよび信号帯域幅によって決まる。したがって、その持続時間はＯＦＤＭトーンの間隔によって決まり、それは信号帯域幅をＩＦＦＴ４１０のサイズで割った値に等しい。ＩＦＦＴ４１０の後に、アップコンバージョンおよび周波数ホッピング４３０が実施される。

ＦＳＫシンボル２００には、１つのＯＦＤＭブロック中の単一のトーンを用いることができ、一方、全ての他のトーンの振幅は０である。しかしながら、そのような信号は、有用ではあるが、無線周波数スペクトルの利用を規定する全ての監督官庁の指導には準拠しないかもしれない。これを解決するには、起こり得るトーン毎に１つの検出器を用いて、エネルギーを収集する必要がある。

各サブバンド内にいくつかのトーンが存在し、送信機においてチャネル特性がわかっている場合には、そのチャネルによる歪みを補償するために、精巧な構造を課すことができる。

本発明のさらに改良された形態では、ＩＦＦＴの出力において種々の振幅を用いて、振幅およびＦＳＫ変調の組み合わせを得ることができる。これは、ＩＦＦＴのクロックを変更することなく、データレートを高めることができる。

図２は１つの信号の例を示しており、各バンド内の停止時間が一定であり、トーン間隔によって固定されている。しかしながら、これは必ずしもそうである必要はない。任意の所与のＦＳＫシンボル持続時間の場合に、その停止時間は、異なる周波数帯域に変化する前に、ＦＳＫシンボル持続時間の任意の整数倍にすることができる。

本発明は好ましい実施形態によって例示されてきたが、本発明の精神および範囲の中で、他の適応および変更がなされることができることは理解されたい。それゆえ、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲に入るような、全てのそのような変形および変更を網羅することである。

従来技術のマルチバンドＯＦＤＭ信号の時間と周波数の図である。本発明による送信機によって生成されるマルチバンドＦＳＫシンボルの時間と周波数の図である。本発明による、並列なＩＦＦＴを用いてマルチバンドＦＳＫシンボルを生成するマルチバンドＯＦＤＭ送信機のブロック図である。本発明による、単一のＩＦＦＴを用いてマルチバンドＦＳＫシンボルを生成するマルチバンドＯＦＤＭ送信機のブロック図である。

Claims

通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法であって、
ＯＦＤＭトーンを表す複数の複素値を複数のグループに分割すること、
前記複素値の各グループに個別のエネルギーを割り当てること、
前記割り当てられた個別のエネルギーを有する前記複数の複素値に対してＯＦＤＭ変調器を適用し、前記複数のグループに対応するＦＳＫシンボルを生成すること、及び
前記ＦＳＫシンボルを直列に送信すること
を含む、通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法。
前記ＯＦＤＭ変調器は単一のＩＦＦＴを含み、
前記個別のエネルギーはデータストリームに従って各グループに割り当てられる
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法。
前記ＯＦＤＭ変調器は並列に動作する複数のＩＦＦＴを含み、
前記複数のＩＦＦＴの出力はデータストリームに従って選択される
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法。
ＦＳＫシンボルの各々の持続時間は、前記ＯＦＤＭ変調器が設計されたＯＦＤＭシンボルの持続時間以下である
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法。
１２８トーンおよび２つのグループが存在する
請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法。
ＦＳＫシンボルの各々の持続時間は前記トーンの間隔によって決まる
請求項２記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法。
ＯＦＤＭ受信機において前記ＦＳＫシンボルを検出すること
をさらに含む請求項１記載の通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成する方法。
通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成するＯＦＤＭ送信機であって、
ＯＦＤＭトーンを表す複数の複素値を複数のグループに分割するための手段と、
複素値の各グループに個別のエネルギーを割り当てるための手段と、
前記割り当てられた個別のエネルギーを有する前記複数の複素値に対してＯＦＤＭ変調を適用し、前記複数のグループに対応するＦＳＫシンボルを生成するように構成されるＯＦＤＭ変調器と、
前記ＦＳＫシンボルを直列に送信するための手段と
を備える、通信ネットワークにおいてＦＳＫシンボルを生成するＯＦＤＭ送信機。