JP2005323383A - ピーク対平均出力比制御 - Google Patents

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Abstract

【課題】OFDMベースのワイヤレス・システムでピーク対平均出力比(PAPR)を低減する方法を提供すること。
【解決手段】PAPRの低減は、送信のためにサブパケットを適切に選択することによって達成することができる。例えば、スケジューラは、サブパケットの少なくとも1つが適切に受信されるまで、各サブパケットのPAPRに関する順序でサブパケットを順次送信することを選ぶことができる。本発明の一実施形態では、伝送の順序は、最低のPAPRから最高のPAPRの順序となるように選択される。
【選択図】図1

Description

本発明は一般には遠隔通信に関し、より詳細にはワイヤレス通信に関する。
ワイヤレス通信では様々な伝送技法が使用される。比較的一般的な2つの技法は、符号分割多重接続(CDMA)および直交周波数分割多重方式(OFDM)である。CDMAは、異なる直交Walshコードを使用する複数のユーザを共通周波数搬送波上に多重化することができる変調および多重アクセス技法である。CDMAは、その干渉平均化および多重通路ダイバーシチという有用な特性のために様々なワイヤレス通信システムで使用されている。CDMAシステムで信号を拡散することにより、受信される伝送を非常に低い搬送波対干渉比(C/I)で復号化することが可能となるのに十分な処理利得が得られることを当業者は理解されよう。したがって、CDMA伝送は高レベルの干渉に耐えることができ、ユニバーサル周波数再利用を用いた配置が可能となる(システムのすべてのセクタで同一の周波数が使用される)。CDMAを使用するワイヤレス通信システムの例は、第2世代IS−95システムと、UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)やcdma2000などの第3世代セルラ・システムである。CDMAは、ワイヤレスLAN(ローカル・エリア・ネットワーク)向けのIEEE802.11b規格でも使用される。
CDMAダウンリンク(基地局から移動局)では、異なるWalshコードに関する伝送が、移動局で受信されたときに直交する。これは、信号がダウンリンク上で固定位置(基地局)から伝送され、すべてのWalshコードが同期して受信されるためである。したがって、多重通路信号がない場合、異なるコードに関する伝送は互いに干渉しない。しかし、(セルラ環境に特徴的な)多重通路伝播の存在下では、Walshコードはもはや直交せず、したがって互いに干渉し、シンボル間干渉(ISI)および多重アクセス干渉(MAI)が生じる。ISIおよびMAIにより、達成可能な最大SN比(SNR)が制限され、それによって、サポートすることができる最大データ転送速度が制限される。
この問題は、CDMAアップリンク(移動局から基地局)に関しても存在する。複数のユーザから受信したWalshコードは、多重通路信号が存在しない場合であっても直交しないからである。アップリンクでは、様々な場所の移動局から基地局への伝播時間が往々にして異なる。受信されるコードは、基地局に到来したときには同期されておらず、したがって様々な装置から来る信号に関して直交性を保証することができない。複数のユーザからの伝送が互いに干渉して多重アクセス干渉(MAI)が生じ、したがって、各ユーザが認識する雑音上昇に寄与する。一般には、基地局での雑音上昇は、望ましいシステム・キャパシティおよびカバレッジを保証するために、ライズ・オーバ・サーマル(RoT)しきい値と呼ばれる一定のしきい値未満に保たれる。基地局の回路は、熱雑音と呼ばれる一定量の温度依存雑音を生成する。RoTしきい値は、移動伝送をそこで受信することができる熱雑音より上の出力量を制限する。しきい値と他のユーザからの干渉とにより、達成可能なデータ転送速度とCDMAアップリンク上の伝送のための容量が制限される。
OFDMは、CDMAに関連する問題のいくつかを持たない。例えば、ISIは、OFDMでより長いシンボル期間を使用することによってかなり低減される。さらに、多重アクセス干渉(MAI)を生成することなく直交副搬送波上で伝送が行われる。OFDMシステムでは、高データ転送速度ストリームがパラレルからシリアルに変換され、その結果、各パラレル・ストリーム上のレートが低くなる。各ストリーム上のレートが低くなることにより、より長いシンボル期間を使用することが可能となる。OFDMでは、複数のパラレル・データ・ストリームが直交副搬送波にマッピングされる。OFDM変調は、変調後の副搬送波を搬送波間干渉(ICI)を引き起こすことなく可能な限り近づけるように配置することにより、効率的に電波スペクトルを使用する。少なくとも部分的にはその優れた性能により、OFDM変調は様々な規格で、とりわけデジタル・オーディオ放送(DAB)デジタル・ビデオ放送(DVB)、非対称デジタル加入者線(ADSL)、IEEELAN(802.11aおよび802.11g)、およびIEEE MAN802.16aで採用されている。OFDM変調はまた、様々な次世代ワイヤレス規格向けに検討されている。
OFDMはCDMAに勝るいくつかの利点をもたらすが、OFDM信号にはそれ自体の欠点がある。例えば、OFDM信号は高いピーク対平均出力比(PAPR)を有し、それにより、広いダイナミック・レンジを有するより高価な電力増幅器が必要となる。こうした高価な電力増幅器がない場合、OFDM信号が高い確率でクリッピングされる可能性があり、ビットエラー率(BER)および/またはフレーム・エラー率(FER)の性能が低下する。このクリッピングにより、副搬送波間の相互変調積および外乱帯域外バンド・エネルギーも生じる可能性がある。
本発明は、上述の問題の1つまたは複数の効果を克服すること、または少なくとも低減することを対象とする。
本発明の一実施形態では、情報を送信する方法が提供される。この方法は、情報から第1および第2サブパケットを形成すること、および第1および第2サブパケットに関するピーク対平均出力比を求めることを含む。次いで、第1および第2サブパケットの少なくとも一方が、各サブパケットのピーク対平均出力比に関する順序で送信される。
本発明の別の実施形態では、情報を送信する方法が提供される。この方法は、情報から複数のサブパケットを形成すること、および複数のサブパケットの少なくとも一部に関するピーク対平均出力比を求めることを含む。次いで、複数のサブパケットの少なくとも1つが、各サブパケットのピーク対平均出力比に関する順序で送信される。
添付の図面と共に行われる以下の説明を参照することによって本発明を理解することができる。添付の図面では、同様の参照番号により同様の要素が識別される。
本発明には様々な修正形態および代替形態の余地があるが、その特定の実施形態を例示によって図面で示しており、本明細書で詳細に説明する。しかし、本明細書の特定の実施形態の説明は、本発明を開示の特定の形態に限定することを意図するものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲に含まれるすべての修正形態、均等物、および代替形態を包含することが意図される。
以下で本発明の例示的実施形態を説明する。分かりやすくするため、本明細書では実際の実装のすべての機能を説明するわけではない。もちろん、そのような実際の実施形態の開発では、実装ごとに異なるシステム関係の制約およびビジネス関係の制約の準拠など、開発者の特定の目標を達成するために多数の実装特有の決定を行わなければならないことを理解されよう。さらに、そのような開発の労力は複雑で時間がかかる可能性があるが、それでも本開示の特典を有する当業者にとって定型的作業となることを理解されよう。
概して、OFDMベースのワイヤレス・システムでピーク対平均出力比(PAPR)を低減する方法が本明細書で開示される。PAPRの低減は、Hybrid ARQを使用するシステムで利用可能なサブパケットを(送信のために)適切に選択することにより、本発明の一実施形態で達成することができる。
次に図面、具体的には図1を参照すると、従来型OFDM送信機チェーン100の様式化した表現が示されている。一般には、エンコーダ・パケットと呼ばれる1組のビットの形態の情報が、ハードウェア/ソフトウェア/ファームウェア105により、QシンボルおよびIシンボルとして符号化され、インターリーブされ、変調される。限定はしないが、情報が、制御情報、データ、タイミング、出力などを含む多種多様な形を取ることができ、セルラ通信、ネットワーク通信、VoIP、802.11型通信などの多種多様な応用例で有用なタイプでよいことを当業者は理解されよう。
1群のIシンボルおよびQシンボルは、デマルチプレクサ110によって直列−並列変換され、利用可能な副搬送波にマッピングされる。115で様式的に表現されているように、未使用の副搬送波がゼロで埋められ、したがってシンボルを搬送しない。120では、副搬送波シンボルに対してIFFT(逆高速フーリエ変換)演算が実施され、得られるシンボルがマルチプレクサ125によって並列−直列変換されて時間領域信号が形成され、時間領域信号が、ハードウェア/ソフトウェア/ファームウェア130による送信のために、直角変調され、RF周波数に変換される。OFDM送信機チェーン100のある実施形態では、RF周波数に変換する前にベースバンド・フィルタ135を使用することができる。
一般に、同一の通信チャネル上のいくつかの並列伝送の結果としてより高いPAPRが生じる可能性がある。例えば、CDMAシステムでの高PAPRは、複数のWalshコードを介する並列伝送の結果として生じる。OFDMシステムでは、高PAPRは、いくつかの副搬送波上の並列伝送の結果である。
次に図2を参照すると、Hybrid ARQシステムでエンコーダ・パケットからサブパケットを形成する例示的一技法が示されている。本明細書でエンコーダ・パケットと呼ぶ情報パケットが、入力信号としてチャネル・エンコーダ200に供給される。本発明の例示的一実施形態では、チャネル・エンコーダ200は、レート1/5コードのターボ・コーディングを使用することができる。チャネル・エンコーダ200は、受信機で誤りを補正できるようにする冗長性を情報に追加する。205で、エンコーダ200によって供給される一続きの符号化ビットがパンクチャリングおよび/または反復され、サブパケットSP1〜SP4などのサブパケットが形成される。形成されるサブパケットの数は設計基準と相関関係にあり、他の因子の中でもとりわけ、ベース・コーディング・レートと、Hybrid ARQプロセスで可能な最大再伝送試行回数とに依存することを当業者は理解されよう。本発明の例示的実施形態では、情報パケットから形成される4つのサブパケットは、それぞれ自己復号化可能であり、すなわち、潜在的に情報パケット(エンコーダ・パケット)をサブパケットの任意の1つから回復することができる。しかし、本発明の原理は自己復号化不能サブパケットにも容易に適用することができる。
次いで215で示すように、スケジューラ210の制御下でサブパケットSP1〜SP4を適切な副搬送波に経路指定またはマッピングすることができる。サブパケットSP1〜SP4のマッピングを制御することにより、PAPRをかなり低減することができる。
例示的Hybrid ARQオペレーションの様式化された表現が図3および図4に示されている。図3では、サブパケット伝送が適切に受信されなかったことに応答して受信機から非肯定応答(NACK)フィードバック信号を受信することにそれぞれ応答して、エンコーダ・パケットから導出されたすべての4つのサブパケットSP11〜SP14が順次送信される。図4では、サブパケットS12を適切に受信した後のACK信号の送信によって示される2つのサブパケットの送信後に、第1エンコーダ・パケットが続く。次いで、基地局は、前のエンコーダ・パケットに関するACK応答を受信した後に新しいエンコーダ・パケットの送信を開始する。従来のシステムでは、サブパケットは所定のシーケンス、すなわちサブパケットS11の後に続いてサブパケットS12、S13、およびS14などのシーケンスで送信される。
各サブパケットは通常は異なる1組の符号化ビットを含み、したがって、例えばCDMAで複数のWalshコードを使用して、またはOFDMシステムで複数の副搬送波を使用して送信されるとき、通常は異なるPAPR比を生成することを当業者は理解されよう。同一のエンコーダ・パケットの復号化に対して複数のサブパケットが利用可能であるので、所与の時間での送信のためにサブパケットを適切に選択することによってPAPRを制御することが可能である。すなわち、スケジューラ210は、サブパケットS11の後に続くサブパケットS12、S13、およびS14という従来の順序からはずれて、代わりに最低のPAPRから最高のPAPRまで続く順序でサブパケットを選ぶことができる。
本発明の原理によるHybrid ARQオペレーションの一例を図5に示す。サブパケットの伝送に関して所定のシーケンスは存在しない。所与のエンコーダ・パケットの伝送について、最低のPAPRが得られるサブパケットが伝送のために選択される(例えば、図3では第1エンコーダ・パケットの第3サブパケットであるサブパケットS13)。伝送に成功しなかった(例えばNACK応答を受信した)場合、次に小さいPAPRを有するサブパケットが伝送のために選択される(図3では第1エンコーダ・パケットの第2サブパケットであるサブパケットS12)。この原理を用いたサブパケットの伝送により、ほとんどのケースで、高いPAPRが生じるサブパケットの伝送が回避される。これは、第1および第2Hybrid ARQ試行での復号化が成功する見込みが、一般には後の試行が成功する見込みよりも高いためである。サブパケットは潜在的には順序が乱れて伝送される可能性があるので、明示的にサブパケット・シーケンス番号を受信機に信号で知らせることができる。
本発明の別の実施形態によれば、図6に示すように、事前定義PAPRしきい値基準を超過するサブパケットが、伝送可能サブパケットのリストから除外される。この例では、サブパケットS11がPAPRに違反し、潜在的伝送から除外される。次いで残りのサブパケットS12〜S13を、図5に関連した述べたシーケンスなどの所望のシーケンスで送信することができる。より多数のHybrid ARQ伝送試行を可能にするために、潜在的にサブパケット伝送を反復することができる。例えば図6の例では、受信機から第3NACKを受信した後にサブパケットS12が反復される。
本発明の別の実施形態によれば、図7に示されるように、複数のユーザからのサブパケットが、同時伝送のために選択される。この場合、PAPRが、複数のユーザからのサブパケットの同時伝送から生成される全信号に適用される。したがって、各ユーザからのサブパケットが、PAPR基準を満たすように選択される。
図7に示す例では、第1試行で、ユーザAからサブパケットS13が選択され、ユーザBからサブパケットS11が選択される。第2試行では、ユーザAからサブパケットS12が選択され、ユーザBからサブパケットS13が選択される。ユーザBのエンコーダ・パケット伝送は2つの試行の後に成功する。したがって、第3試行では、ユーザAからサブパケットS14が選択される。PAPR基準は、他のユーザ伝送がないときにのみユーザAからの伝送に適用されることに留意されたい。
PAPR制御のためのサブパケットについての選択プロセスの一実施形態を示す例示的フロー・チャートを図8に示す。このプロセスはブロック800で開始し、伝送のための新しいエンコーダ・パケットを選択する。ブロック805では、新しいエンコーダ・パケットに関連するサブパケットを選択する。ブロック810で、選択したサブパケットが確立したPAPR基準に適合しない場合(例えば、選択したサブパケットが、事前選択したしきい値を超過するPAPRを有する場合)、制御はブロック805に戻り、別のサブパケットを選択し、プロセスを反復する。一方、選択したサブパケットがPAPR基準に適合する場合、ブロック815で、サブパケットを受信機に送信する(受信機は、伝送の方向に応じて基地局またはモバイル・ユニットでよい)。ブロック820では、送信機は、サブパケットが適切に受信された/されなかったことを示す受信機からのACK/NACK信号を待機する。NACK信号の受信によって示されるように、サブパケットを適切に受信しなかった場合、ブロック825で制御がブロック805に移り、ブロック805では、別のサブパケットを選択し、プロセスを反復する。一方、ACK信号の受信によって示されるように、サブパケットを適切に受信した場合、ブロック825で制御がブロック800に移り、ブロック800では、別の新しいエンコーダ・パケットを選択し、プロセスを反復する。
通信システムでピーク対平均出力比(PAPR)を制御する技法が開示される。提案される方式は、所与の時間に送信するための最低のPAPRが得られる1組のHybrid ARQサブパケットを選択する。本発明の代替実施形態では、事前選択したPAPR未満のサブパケットを選択することが有用であるが、必ずしも最低のPAPRが得られるわではない。すなわち、許容されるPAPRを有するサブパケットのプールを確立することができ、次いでスケジューラが、そのプールからランダムに選択することができ、プールが尽きた後に初めてプールに含まれないサブパケットが用いられる。
本明細書の様々な実施形態で示される様々なシステム層、ルーチン、またはモジュールが実行可能制御ユニット(スケジューラ210など(図2参照))でよいことを当業者は理解されよう。制御ユニットは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、プロセッサ・カード(1つまたは複数のマイクロプロセッサまたはコントローラを含む)、または他の制御機構、あるいはコンピューティング装置、ならびに1つまたは複数の記憶装置内に含まれる実行可能命令を含むことができる。記憶装置は、データおよび命令を格納する1つまたは複数の機械可読記憶媒体を含むことができる。記憶媒体は、動的または静的ランダム・アクセス・メモリ(DRAMまたはSRAM)、消去可能およびプログラム可能読取り専用メモリ(EPROM)、電気消去可能およびプログラム可能読取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュ・メモリなどの半導体メモリ装置、固定ディスク、フロッピィ・ディスク、取外し可能ディスクなどの磁気ディスク、テープを含む他の磁気媒体、ならびにコンパクト・ディスク(CD)やデジタル・ビデオ・ディスク(DVD)などの光媒体を含む様々な形態のメモリを含むことができる。様々なシステム内の様々なソフトウェア層、ルーチン、またはモジュールを構成する命令を、それぞれの記憶装置に格納することができる。命令は、それぞれの制御ユニットによって実行されるとき、対応するシステムに、プログラムした動作を実行させる。
本明細書の教示の特典を有する当業者にとって明らかな、異なるが同等の方式で本発明を修正および実施できるので、上記で開示した特定の実施形態は単なる例である。さらに、特許請求の範囲に記載されるものを除き、本明細書で示した構成または設計の詳細に対する限定は意図されない。したがって、上記で開示した特定の実施形態を変更または修正でき、そのような変形形態は本発明の範囲および精神内にあるとみなされることは明らかである。したがって、本明細書で要求する保護は、特許請求の範囲に記載される。
OFDM送信機チェーンの様式化した表現を示す図である。 Hybrid ARQシステムでサブパケットを形成する例示的技法を示す図である。 Hybrid ARQオペレーションでサブパケットの送信を制御する一技法の一実施形態の様式化した表現を示す図である。 Hybrid ARQオペレーションでサブパケットを送信する一技法の一実施形態の様式化した表現を示す図である。 Hybrid ARQオペレーションでサブパケットを送信する一技法の一実施形態の様式化した表現を示す図である。 Hybrid ARQオペレーションでサブパケットを送信する一技法の一実施形態の様式化した表現を示す図である。 Hybrid ARQオペレーションでサブパケットを送信する一技法の一実施形態の様式化した表現を示す図である。 Hybrid ARQオペレーションでサブパケットの伝送を制御するのに使用することのできるソフトウェア・ルーチンの一実施形態を示す図である。

Claims (10)

  1. 情報を送信する方法であって、
    前記情報から第1および第2サブパケットを形成する工程と、
    前記第1および第2サブパケットに関するピーク対平均出力比を求める工程と、
    前記第1および第2サブパケットの少なくとも一方を、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する工程とを含む方法。
  2. 前記第1および第2サブパケットの少なくとも一方を、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する前記工程が、最低のピーク対平均出力比を有するサブパケットをまず送信する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1および第2サブパケットの少なくとも一方を、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する前記工程が、最低のピーク対平均出力比を有するサブパケットをまず送信する工程と、最低のピーク対平均出力比を有する前記サブパケットが適切に受信されなかったという信号を受信したことに応答して、より高いピーク対平均出力比を有するサブパケットを2番目に送信する工程とをさらに含む請求項1に記載の方法。
  4. 前記第1および第2サブパケットの少なくとも一方が適切に受信されたことを示す信号を受信したことに応答して、後続の1組の情報から第3および第4サブパケットを形成する工程と、
    前記第3および第4サブパケットに関するピーク対平均出力比を求める工程と、
    前記第3および第4サブパケットの少なくとも一方を、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する工程とをさらに含む請求項3に記載の方法。
  5. 前記情報から第1および第2サブパケットを形成する工程が、前記情報から第1および第2自己復号化可能サブパケットを形成する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
  6. 情報を送信する方法であって、
    前記情報から複数のサブパケットを形成する工程と、
    前記複数のサブパケットの少なくとも一部に関するピーク対平均出力比を求める工程と、
    前記複数のサブパケットの少なくとも1つを、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する工程とを含む方法。
  7. 前記複数のサブパケットの少なくとも1つを、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する工程が、最低のピーク対平均出力比を有するサブパケットをまず送信する工程を含む請求項6に記載の方法。
  8. 前記複数のサブパケットの少なくとも1つを、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する工程が、最低のピーク対平均出力比を有するサブパケットをまず送信する工程と、最低のピーク対平均出力比を有する前記サブパケットが適切に受信されなかったという信号を受信したことに応答して、次に低いピーク対平均出力比を有するサブパケットをその後に送信する工程とをさらに含む請求項6に記載の方法。
  9. 前記複数のサブパケットの少なくとも1つを、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する工程が、前記サブパケットのうち少なくとも1つが適切に受信されたという信号を受信するまで、最低のピーク対平均出力比から最高のピーク対平均出力比の順序で前記各サブパケットを順次送信する工程をさらに含む請求項6に記載の方法。
  10. 前記複数のサブパケットの少なくとも1つを、各サブパケットの前記ピーク対平均出力比に関する順序で送信する工程が、
    第1サブパケットを選択する工程と、
    選択したサブパケットの前記ピーク対平均出力比が事前選択した設定値未満であることに応答して、前記第1サブパケットを送信する工程とを含む請求項6に記載の方法。
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