JP2005354705A - 帯域幅効率のよい直交周波数分割多重通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＦＤＭ通信システムで、受信ＯＦＤＭシンボルの信頼性を改善するのに使用される循環プリフィックス・サンプルおよび循環ポストフィックス・サンプルを提供すること。
【解決手段】通常、プリフィックス拡張およびポストフィックス拡張は、普通は復号処理中に破棄される、ＯＦＤＭシンボルの単に繰り返される部分である。本発明では、循環プリフィックス・サンプルおよび循環ポストフィックス・サンプルが、無差別に破棄されるのではなく、まず、破壊されているかどうかを判定するために分析される。破壊されたサンプルは破棄されるが、破壊されていないサンプルは、ＯＦＤＭシンボルの対応する部分と組み合わされて、ＯＦＤＭシンボル復調／復号信頼性が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、全般的には遠隔通信に関し、具体的には無線通信に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調は、キャリア間干渉（ＩＣＩ）を引き起こさずに、変調されたサブキャリアをできる限り近くに配置することによって、そのラジオ・スペクトルを効率的に利用する。ＯＦＤＭ変調は、様々な標準規格、特に、ＤＡＢ（ｄｉｇｉｔａｌ ａｕｄｉｏ ｂｒｏａｄｃａｓｔ）、ＤＶＢ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｂｒｏａｄｃａｓｔ）、ＡＤＳＬ（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ）、ＩＥＥＥ ＬＡＮ（８０２．１１ａおよび８０２．１１ｇ）、およびＩＥＥＥ ＭＡＮ ８０２．１６ａに採用されている。ＯＦＤＭ変調は、様々な次世代無線標準規格についても検討されている。

通常、ＯＦＤＭ変調では、そのサンプルまたはシンボルと共にガード期間（ｇｕａｒｄ ｐｅｒｉｏｄ）を送信する。通常、ガード期間は、シンボルの始めまたは終りのいずれかに付加される循環プリフィックス拡張（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）および／または循環ポストフィックス拡張（ｃｙｃｌｉｃ ｐｏｓｔｆｉｘ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）からなり、チャネル遅延スプレッド（ｃｈａｎｎｅｌ ｄｅｌａｙ ｓｐｒｅａｄ）の影響が減る時まで、次のシンボルの伝送を送らせることを意図されたものである。ワースト・ケースのチャネル遅延スプレッドについてガード期間のサイズを定めることによって、システムは、シンボルに含まれるデータが破壊される可能性を減らす。そうではなく、ガード期間内のデータだけが破壊されるが、ガード期間データは、一般に、動作オーバーヘッドと考えられ、実際に破壊されているかどうかに無関係に破棄される。

チャネル遅延スプレッドの影響は、経時的に変化する。すなわち、時々、ガード期間全体が破壊されるが、他の時に、ガード期間の一部だけが破壊される。それでも、従来のシステムは、通常、ガード期間全体を破棄し、破壊されていないデータを追加の目的に使用する努力をしなかった。
本発明は、上で示した問題のうちの１つまたは複数の影響を克服するか、少なくとも減らすことを対象とする。

本発明の一実施形態で、方法が提供される。この方法に、シンボルおよびガード期間からなる信号を受信することが含まれる。シンボルの少なくとも一部およびガード期間が組み合わされ、組み合わされたシンボルおよびガード期間が、シンボル・サンプルのさらなる処理に使用される。

本発明の代替実施形態では、方法が提供される。この方法に、複数のデータ・サンプルからなるシンボルと、複数のデータ・サンプルの少なくとも一部からなるガード期間とを受信することが含まれる。ガード期間に含まれるデータ・サンプルの少なくとも一部が、シンボルに含まれるデータ・サンプルと組み合わされ、組み合わされたデータ・サンプルが、シンボル・サンプルのさらなる処理に使用される。

本発明は、添付図面と共に解釈される次の説明を参照することによって理解できるが、図面では、同一の符号が同一の要素を指す。
本発明は、様々な修正形態および代替形態を許すが、その特定の実施形態を、例として図面に示し、本明細書で詳細に説明する。しかし、特定の実施形態の本明細書での説明が、開示される特定の形態に本発明を制限することを意図されたものではなく、逆に、その意図が、請求項によって定義される発明の趣旨および範囲に含まれるすべての修正形態、同等物、および代替形態を含むことであることを理解されたい。

本発明の例示的実施形態を、下で説明する。説明を明瞭にするために、実際の実施形態の特徴の一部を、本明細書では説明しない。もちろん、そのような実際の実施形態の開発で、実装ごとに異なるシステム関連制約およびビジネス関連制約への準拠などの開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装固有の判断を行わなければならないことを諒解されたい。さらに、そのような開発努力が、複雑で時間のかかるものになる可能性があるが、それでも、この開示の利益を得る当業者の毎日の仕事であることを諒解されたい。

一般に、本発明は、循環プリフィックス・サンプルおよび循環ポストフィックス・サンプルを利用して、受信ＯＦＤＭシンボルの信頼性を改善する。通常、プリフィックス拡張およびポストフィックス拡張は、単に、ＯＦＤＭシンボルのうちで、通常は復号処理中に単純に破棄される、繰り返される部分である。本発明では、循環プリフィックス・サンプルおよび循環ポストフィックス・サンプルが、無差別に破棄されるのではなく、まず、破壊されているかどうかを判定するために分析される。破壊されたサンプルは破棄されるが、破壊されていないサンプルは、ＯＦＤＭシンボルの対応する部分と組み合わされて、ＯＦＤＭシンボル復調／復号信頼性が改善される。

図１に、従来のＯＦＤＭ送信器チェーン１００の様式化された図を示す。一般に、エンコーダ・パケットと称する情報ビットの組が、ハードウェア／ソフトウェア／ファームウェア１０５によって、符号化され、インターリーブされ、ＱシンボルおよびＩシンボルに変調される。ＩシンボルおよびＱシンボルのグループは、デマルチプレクサ１１０によって直列並列変換され、使用可能なサブキャリアにマッピングされる。未使用のサブキャリアは、０で埋められ、したがって、１１５に様式的に示されているように、シンボルを搬送しない。１２０で、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）動作を、サブキャリア・シンボルに対して実行し、結果のシンボルを、マルチプレクサ１２５によって並列直列変換して、時間領域信号を形成し、この時間領域信号を、直交変調し、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ＲＦ周波数に変換する。ＯＦＤＭ送信器チェーン１００のいくつかの実施形態では、ベースバンド・フィルタ１３５を、ＲＦ周波数への変換の前に使用することができる。

図１のＩＦＦＴ動作を、さらに、図２に展開する。ａ（０）、ａ（１）、．．．、ａ（Ｎ−１）と示された直列並列コンバータの出力の合計Ｎ個のデータ・シンボルが、ＩＦＦＴブロックに供給される。ＩＦＦＴブロックの出力で、Ｓ（０）、Ｓ（１）、．．．、Ｓ（Ｎ−１）と示されたＮ個のシンボルのもう１つの組が得られる。これらのシンボルが、並列直列（多重化）変換されて、ＯＦＤＭ信号と呼ばれる時間領域信号が形成される。

ＯＦＤＭは、そのシンボル持続時間が、ＣＤＭＡ方式およびＴＤＭＡ方式などの単一キャリア変調のシンボル持続時間と比較して長いので、ＩＳＩ（シンボル間干渉）に対して弾力性がある。ＩＳＩをさらに減らすために、ガード期間が、ＯＦＤＭシンボルに付加される。ガード期間は、ＯＦＤＭシンボルの循環プリフィックス拡張および／または循環ポストフィックス拡張からなるものとすることができる。ガード期間が、その持続時間がチャネル遅延スプレッドより長くなるように選択される場合に、ＩＳＩを完全に除去することができる。たとえば、ガード期間に、通常は未使用の情報が含まれ、したがって、この未使用の情報を崩壊させる反射または干渉は、ＯＦＤＭシンボルの完全性に影響しない。というのは、ガード期間の情報が、それが干渉によって破壊されたかどうかに無関係に無視または破棄されるからである。

一般に、ガード期間は、システムのワースト・ケースのチャネル遅延スプレッドより長くなるように選択される。チャネル遅延スプレッドがガード時間より短い時に、遅延スプレッドは、各ＯＦＤＭサブキャリアに異なる位相シフトを導入するが、サブキャリアの間の直交性は破壊しない。一般に、ガード期間は、ＯＦＤＭシンボルの一部を繰り返すことによって形成される。たとえば、ＯＦＤＭシンボルの一部を、終りから抽出し、プリフィックスとしてＯＦＤＭシンボルの始めに追加することができる。図３に、プリフィックス拡張を形成するために、ＯＦＤＭシンボルの終りから抽出またはコピーされ、ＯＦＤＭシンボルの始めに付加されるデータ・サンプルＳ（Ｎ−Ｍ）からＳ（Ｎ−１）を示す。

もう１つの可能性は、図４に示されているように、始めからＯＦＤＭシンボルの一部を抽出し、ポストフィックス拡張として終りに付加することである。データ・サンプルＳ（０）からＳ（Ｋ）が、ＯＦＤＭシンボルから抽出され、ポストフィックス拡張としてＯＦＤＭシンボルの終りに付加されることが示されている。いくつかの応用例で、図５に示されているように、プリフィックス拡張およびポストフィックス拡張を使用することが有用である場合がある。ＯＦＤＭシンボルから抽出され、プリフィックス拡張／ポストフィックス拡張として追加されるデータ・サンプルの個数が、実施されるＯＦＤＭ通信システムの状況およびそれがインストールされる周囲の環境に実質的に依存して変化する可能性があることを、当業者は諒解するであろう。ガード期間に使用されるサンプルの個数は、実質的に、ＯＦＤＭ通信システムが経験するチャネル遅延スプレッドに依存する。

ＯＦＤＭ受信器でのＦＦＴ（高速フーリエ変換）動作の例を、図６に示す。上で述べたように、循環プリフィックス拡張および／または循環ポストフィックス拡張は、これまでは、ガード期間が破壊されているかどうかに無関係に、ＦＦＴ動作の前に破棄された。

チャネル遅延スプレッドによって破壊されたガード期間サンプル（循環プリフィックス拡張または循環ポストフィックス拡張）の個数を、まず、チャネル・インパルス応答推定に基づいて判定する。破壊されたとみなされるガード期間サンプルは、受信器で破棄される。残りのガード期間サンプルを、ＯＦＤＭシンボルのデータ・サンプルと組み合わせて、シンボル復調／復号信頼性を改善する。

循環プリフィックス・サンプルをＯＦＤＭデータ・サンプルと組み合わせる例示的方法の様式化された表現を、図７に示す。図示の実施形態では、プリフィックス拡張が、サンプルＳ（Ｎ−Ｍ）からＳ（Ｎ−１）からなり、これらのサンプルを、理想的な条件の下で、それぞれＯＦＤＭシンボルのサンプルＳ（Ｎ−Ｍ）からＳ（Ｎ−１）と組み合わせることができる。しかし、図示の例では、Ｓ（Ｎ−Ｍ）が破壊されたものとして識別され、残りのサンプルは、破壊されていない。したがって、破壊されたサンプルは、破棄され、ＯＦＤＭシンボルの最後の部分からのデータ・サンプルのコピーである、破壊されていないサンプルは、組み合わされ、これらのサンプルのＥｓ／Ｎｏ（シンボルエネルギー対ノイズスペクトル密度比）が改善される。破壊されていない循環プリフィックス・データ・サンプルをＯＦＤＭデータ・サンプルと組み合わせた後に、合計Ｎ個のサンプルが得られる。理想的な条件の下では、Ｍ個の循環プリフィックス・サンプルのすべてを、ＯＦＤＭシンボルのサンプルＳ（Ｎ−Ｍ）からＳ（Ｎ−１）と組み合わせることができ、サンプルの新しいシーケンス、Ｓ（１）、Ｓ（２）、．．．、Ｓ’（Ｎ−Ｍ）、．．．、Ｓ’（Ｎ−２）、Ｓ’（Ｎ−１）がもたらされる。このＮ個のサンプルが、次に、図８に示されているように、ＦＦＴへの入力として使用される。

チャネル遅延スプレッドに起因して破壊されるガード期間サンプルの個数は、チャネル・インパルス応答推定に基づいて判定することができる。チャネル・インパルス応答は、当業者に既知のように、普通のパイロット・シンボルから推定することができる。パイロット・シンボルは、時間領域、周波数領域、または時間領域と周波数領域の両方で提供することができる。

様々な周知の方法を使用して、ガード期間サンプルをＯＦＤＭデータ・サンプルと組み合わせることができる。その例が、ＭＲＣ（最大比合成）、ゼロ強制（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）、ＭＭＳＥ（最小自乗誤差）、および類似物である。その代わりに、いくつかの応用例で、ＯＦＤＭシンボルの対応するサンプルを、ガード期間からの破壊されていないサンプルに単純に置換することが有用である場合がある。

本明細書の様々な実施形態に示された様々なシステム層、ルーチン、またはモジュールを、実行可能制御ユニットとすることができることを、当業者は諒解するであろう。制御ユニットに、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）、または他の制御装置もしくはコンピューティング・デバイスならびに１つまたは複数の記憶装置に含まれる実行可能命令を含めることができる。記憶装置に、データおよび命令を保管する１つまたは複数の機械可読記憶媒体を含めることができる。記憶媒体に、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリまたはスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）、消去可能プログラム可能読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュ・メモリなどの半導体メモリ・デバイス；固定ディスク、フロッピー（登録商標）・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）またはデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体を含む様々な形のメモリを含めることができる。様々なシステムのソフトウェア層、ルーチン、またはモジュールを構成する命令を、めいめいの記憶装置に保管することができる。命令は、めいめいの制御ユニットによって実行される時に、対応するシステムに、プログラムされた動作を実行させる。

上で開示した特定の実施形態は、例示のみである。というのは、本明細書の教示の利益を有する当業者に明白な、異なるが同等の形で本発明を変更し、実践することができるからである。さらに、請求項に記載されたものを除いて、本明細書に示された構成または設計の詳細への制限は意図されていない。したがって、上で開示された特定の実施形態を変更または修正することができ、そのような変形のすべてが、本発明の範囲および趣旨に含まれるとみなされることは明白である。したがって、本明細書で求められる保護は、請求項に示された通りである。

ＯＦＤＭ送信器チェーンを示す様式化された図である。 図１のＯＦＤＭ送信器での逆高速フーリエ変換動作を示す様式化された図である。 プリフィックス拡張を有するＯＦＤＭシンボルを示す様式化された図である。 ポストフィックス拡張を有するＯＦＤＭシンボルを示す様式化された図である。 プリフィックス拡張とポストフィックス拡張の両方を有するＯＦＤＭシンボルを示す様式化された図である。 ＯＦＤＭ受信器での高速フーリエ変換動作を示す様式化された図である。 破壊されたサンプルおよび破壊されていないサンプルを含むプリフィックス拡張を有するＯＦＤＭシンボルを示す様式化された図である。 ＯＦＤＭ受信器での高速フーリエ変換動作を示す様式化された図である。

Claims (8)

1. シンボルおよびガード期間からなる信号を受信することと、
   前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間を選択的に組み合わせることと、
   前記組み合わされたシンボルおよびガード期間を使用して前記シンボルを処理することと
   を含む方法。
2. 前記シンボルおよび前記ガード期間からなる前記信号を受信することが、さらに、複数のデータ・サンプルからなるシンボルおよび前記複数のデータ・サンプルの少なくとも一部からなるガード期間を受信することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間を選択的に組み合わせることが、さらに、前記ガード期間に含まれる前記データ・サンプルの少なくとも一部を前記シンボルに含まれる前記データ・サンプルと組み合わせることを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記ガード期間内の破壊されていないデータ・サンプルを識別することをさらに含み、前記ガード期間に含まれる前記データ・サンプルの少なくとも一部を前記シンボルに含まれる前記データ・サンプルと組み合わせることが、さらに、前記破壊されていないデータ・サンプルを前記シンボルに含まれる前記データ・サンプルと組み合わせることを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間を選択的に組み合わせることが、さらに、前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間に最大比合成を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間を選択的に組み合わせることが、さらに、前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間にゼロ強制を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間を選択的に組み合わせることが、さらに、前記シンボルの少なくとも一部および前記ガード期間に最小自乗誤差検出を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記組み合わされたシンボルおよびガード期間を使用して前記シンボルを処理することが、さらに、前記組み合わされたシンボルおよびガード期間を使用して高速フーリエ変換を実行することを含む、請求項１に記載の方法。

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