JP2005534268A - 直交周波数分割多重化移動通信システムでピーク電力対平均電力の比を減少するための送/受信装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
:以下、“OFDM”とする)方式の移動通信システムにおいてブロックコーディングを用いる送/受信装置及び方法に関して、特に、多重副搬送波による高いピーク電力対平均電力の比(Peak-to-Average Power Ratio:以下、“PAPR”とする)を減少させるブロックコーディングを用いる送/受信装置及び方法に関するものである。
通常に、OFDM通信システムでは非常に高いPAPRを有する場合に、増幅器の線形動作範囲を外れるようになり、増幅器を経た信号は歪みが生じるという問題があった。したがって、このOFDM方式を使用する通信システムで伝送されるOFDM信号は、各搬送波の位相差により振幅の変化量が一定になるない。また、動作点が増幅器の最大出力からだんだん離れるバックオフ(Back-off)が発生して、増幅器の効率低下及び電力消費の増加をもたらす。このように、PAPRの高い信号は線形増幅器の効率を悪くするだけでなく、非線形増幅器では動作点を非線形領域に押し入る(force)ようにする。それにより、この高いPAPRは、帯域内の歪みと帯域外のスペクトル再生(regrowth)を起こすようになる。
また、本発明の目的は、OFDM移動通信システムで多重副搬送波によるPAPRを一定のレベル(3dB)に制限させ、且つ符号率を向上させることにより、スペクトル効率を改善させる装置及び方法を提供することにある。
本発明は、OFDM移動通信システムでPAPRの減少のために新たなブロックコーディング方法を提案する。従来のブロックコーディング方法は、すべての符号語(code word)の中でPAPRの低い符号語を選択して伝送することである。多くの研究結果、低いPAPRを有するたいていの符号語がGolay相補シーケンスであることがわかる。これに基づいて、相補シーケンスは、G-matrixとb-vectorを使用してデータを簡単に形成できる。データをGolay相補シーケンスに変換させると、PAPRが3dBに制限され、誤り訂正まで可能になる。前記ブロックコーディング方法はヨーロッパのMagic Wandシステムに使用された。
この符号率を維持するために、副搬送波の個数が多いときに、複数のブロックコーディングを行うエンコーダブロックを使用する方法があるが、PAPRが6dB以上に増加する。
複素基底帯域OFDMシンボルは、下記の<式1>のように示す。
しかしながら、本発明では、Nつの副搬送波を使用するOFDM通信システムで1つのエンコーダENの代わりに2つのエンコーダEN/2を使用するときに、上記<数式11>のようにPAPRが6dBから3dBに減少し、誤り訂正能力をそのまま維持させる。また、BPSK(Binary Phase Shift Keying)シンボル変調方式の場合、既存のブロックコーディング方式に比べて符号率
1.1 提案したブロックコーディング方式を使用する送信装置
図1は、本発明の実施形態によりBPSK変調方式を使用する送信装置のブロック構成図である。
表1において、指示子(Indicator)はこのような関係を示す。2つの独立的な基本指示子a、bがあると、-a、-bはインバースを示し、A及びBはリバースを意味する。それぞれの出力は、3dBのPAPRを有する長さ4の相補シーケンスを示す。
本発明は、BPSK方式でN=8のとき、符号率を5/8として、IFFT122に入力される符号語は表2のX1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8で構成し、PAPRは3dB以下に制限する。
このオペレータk6は、次の数式のように計算される。
図3は、従来のブロックコーディングを用いるOFDM移動通信システムでN=8と仮定するとき、時間領域におけるOFDM信号の波形を示す図である。また、図4は、本発明の実施形態によりブロックコーディングを用いるOFDM移動通信システムでN=8と仮定するとき、時間領域におけるOFDM信号の波形を示す図である。図3と図4を比べてみると、図4より図3に示す時間領域における波形がより高いピーク値を有することがわかる。すなわち、本発明による2つのエンコーダを使用するブロックコーディングを適用するときに、図4に示すように、ピーク値が制限されることがわかる。
図2は、本発明の実施形態によりブロックコーディング方式を用いる受信器のブロック構成図である。図2に示すように、チャンネルを通じて伝送された雑音のある受信データは、FFT復調を経た後に2つのデコーダに入力される。これらデコーダは、発生した雑音による誤りを訂正するための硬判定(Hard Decision)を行う。
BPSK変調方式でN=16のときにも、上記のような方法で2つのE8エンコーダを使用してPAPRを3dBに制限して符号率を高くすることができる。この符号率は4/8(=w(2w−1)なので、2つのエンコーダの入力データ列は8(=4×2)となる。BPSK方式でN=16のとき、使用可能なすべての符号語の数MNは216であり、そのうち、3dB以下のPAPRを有する符号語は29個である。ここで、相補シーケンスは29つの符号語のうち26つであり、相補シーケンスを用いるブロックコーディングの最大符号率は6/16である。従来のブロックコーディング方式は、前記相補シーケンスの半分、すなわち25個のみを使用する。3dB以下のPAPRを有する相補シーケンスが26個なので、k1〜k6は情報データで、k7及びk8はオペレータであって、次の<式13>によって決められる。
図17を参照すると、マッパ(mapper)1710は送信データを変調する。このマッピングされたw-(r-2)つのデータk1〜kw-(r-2)は、直列/並列変換器1712により並列データに変換される。並列データに変換されたデータk1〜kw-(r-2)のうちの一部または全部は、オペレータ生成器1714に提供される。このオペレータ生成器1714は、<式14>により少なくとも一つのオペレータビットkw-(r-3)〜kwを生成する。このオペレータビットは、直列/並列変換器1712からの情報データに対するパリティデータを意味する。オペレータビットの数は、副搬送波の数N=2rに対してr-2である。このパリティデータkw-(r-3)〜kw及び情報データk1〜kw-(r-2)は、複数のエンコーダ1716、1718に提供される。これらエンコーダ1716、1718は、パリティデータと情報データを同一の比率で受信する。すなわち、第1のエンコーダ1716は情報データk1〜kw/2を受信し、第2のエンコーダ1718は情報データkw/2+1〜kw-(r-2)とパリティデータkw-(r-3)〜kwを受信する。第1及び第2のエンコーダ1716、1718は、それぞれ入力されるデータに対してブロックコーディングを通じてコーディングされたデータX1〜XNを出力する。すなわち、第1のエンコーダ1716はk1〜kw/2の入力に対してX1〜XN/2を出力し、第2のエンコーダ1718はkw/2+1〜kw-(r-2)及びkw-(r-3)〜kwの入力に対してXN/2+1〜XNを出力する。第1及び第2のエンコーダ1716、1718から受信されたNつのデータは、IFFT1720によってOFDM変調される。そして、OFDM変調されたシンボルは、並列/直列変換器1722によって直列データに変換され、副搬送波を通じて伝送される。
本発明のブロックコーディング方法は、BPSKだけでなくM-ary PSK変調方式にも適用可能である。QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調方式でN=8の場合、使用可能な符号語の数は48である。このうち、3dB以下のPAPRを有する符号語は45つ、符号率は5/8であって、BPSK方式でN=8の場合の符号率6/8より低い。また、45つの符号語のうち、相補シーケンスは454.5で、符号率は4.5/8である。BPSK方式に比べて、QPSK方式で3dB以下のPAPRを有する符号語の数が少ないことを示す。図11に、副搬送波の数による最大符号率を示す。図11の図示から、PAPRを3dBに制限すると、符号率の損失が小さいことと、QPSK変調方式がBPSKまたは8PSK方式に比べて符号率が良くないことがわかる。実際に、ヨーロッパのMAGIC WANDシステムは、相補シーケンスを用いるブロックコーディングと8PSK変調方式を使用した。
Claims (18)
- N(=2r)個の副搬送波を用いてw個の入力データをブロックコーディングし、N個のシンボルを発生するエンコーダを含む直交周波数分割多重方式移動通信システムの送信装置において、前記副搬送波を通じて送信される信号のピーク電力対平均電力比を減少する装置であって、
データ列をw-(r-2)(ここで、wは情報語の長さ)個の並列データ列に変換するための直列/並列変換器と、
前記w-(r-2)個の並列データ列のうちのw/2個の並列データ列を受信してブロックコーディングし、N/2個の第1のコードシンボルを出力する第1のエンコーダと、
前記w-(r-2)個の並列データ列によって決定されたr-2個の入力オペレータデータ列を生成する入力オペレータ生成器と、
前記直列/並列変換器から前記w-(r-2)個のデータのうちの残りの並列データ列と前記r-2個の入力オペレータデータ列とを受信し、受信されたデータをブロックコーディングし、N/2個の第2のコードシンボルを出力する第2のエンコーダと
を含んでなり、
ここで、前記r-2個の入力オペレータデータ列とNコードシンボルとを相補関係とすることを特徴とする装置。 - N(=2r)個の副搬送波を用いてw個の入力データをブロックコーディングし、N個のシンボルを発生するエンコーダを含む直交周波数分割多重方式移動通信システムの送信装置において、前記副搬送波を通じて送信される信号のピーク電力対平均電力比(PAPR)を減少する方法であって、
データ列をw-(r-2)(ここで、wは情報語の長さ)個の並列データ列に変換する第1のステップと、
前記w-(r-2)個の並列データ列のうちのw/2個の並列データ列をブロックコーディングし、N/2個の第1のコードシンボルを出力する第2のステップと、
前記w-(r-2)個の並列データ列によって決定されたr-2個の入力オペレータデータ列を生成する第3のステップと、
前記w-(r-2)個のデータのうちの残りの並列データ列と前記r-2個の入力オペレータデータ列とをブロックコーディングし、N/2個の第2のコードシンボルを出力するする第4のステップと
を含み、
ここで、前記r-2個の入力オペレータデータ列とNコードシンボルとを相補関係とすることを特徴とする方法。 - 直列データを並列データ列k1,k2,…,kr+2に変換するための直列/並列変換器と、変換された並列データ列k1,k2,…,kr+2をブロックコーディングするための複数のエンコーダとを備える直交周波数分割多重方式移動通信システムの送信装置において、複数(N=2r:ここで、rは2以上の自然数)の副搬送波を通じて送信される信号のピーク電力対平均電力比を減少する方法であって、
前記並列変換データ列のうち少なくとも一つを受信し、相補的にブロックコードシンボルが相補的になるように少なくとも一つのオペレータビットkr+3,…,k2rを生成する第1のステップと、
前記並列データ列と前記少なくとも一つのオペレータビットとを複数のエンコーダに同一の数2r/t(ここで、tはエンコーダの数)で均等に分配し、分配されたデータをブロックコーディングする第2のステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記オペレータビットの数が、前記副搬送波の数によりr-2に決定されることを特徴とする請求項7記載の方法。
- 直列データを並列データ列k1,k2,…,kr+2に変換するための直列/並列変換器を含む直交周波数分割多重方式移動通信システムの送信装置において、複数(N=2r:ここで、rは2以上の自然数)の副搬送波を通じて送信される信号のピーク電力対平均電力比(PAPR)を減少する装置であって、
前記並列データ列のうち少なくとも一つを受信し、ブロックコードシンボルを相補的になるように少なくとも一つのオペレータビットkr+3,…,k2rを生成するオペレータ生成器と、
前記並列データ列と前記少なくとも一つのオペレータビットkr+3,…,k2rとを同一数でそれぞれ受信し、受信されたデータをブロックコーディングする複数のエンコーダと
を含むことを特徴とする装置。 - 前記オペレータビットの数が、前記副搬送波の数によりr-2に決定されることを特徴とする請求項11記載の装置。
- 直列入力信号を並列データ列に変換し、前記並列データ列をフーリエ変換し、前記フーリエ変換されたデータを均等に複数のデコーダに分配する直交周波数分割多重方式移動通信システムの受信装置において、デコーディングされたデータ列k1,k2,…,k2rを復調する方法であって、
前記デコーディングされたデータ列から少なくとも一つのオペレータビットkr+3,…,k2rを選別する第1のステップと、
前記デコーディングされたデータ列から少なくとも一つのオペレータビットを除去する第2のステップと、
前記オペレータビットが除去された情報データ列k1,k2,…,kr+2からソースデータを回復する第3のステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記オペレータビットの数が、送信装置で使用された前記副搬送波の数によりr-2に決定されることを特徴とする請求項15記載の方法。
- 直列入力信号を並列データ列に変換するための直列/並列変換器と、前記並列データ列をフーリエ変換するフーリエ変換器とを含む直交周波数分割多重方式移動通信システムの受信装置において、デコーディングされたデータ列k1,k2,…,k2rを復調する装置であって、
前記フーリエ変換された相補シーケンスの同一の数をそれぞれ受信し、受信された相補シーケンスをデコーディングする複数のデコーダと、
前記デコーディングされたデータ列から少なくとも一つのオペレータビットkr+3,…,k2rを選別し、前記デコーディングされたデータ列から少なくとも一つのオペレータビットを除去するオペレータ除去部と、
前記少なくとも一つのオペレータビットを除去した情報データ列k1,k2,…,kr+2からソースデータを回復するためのデマッパと
を含むことを特徴とする装置。 - 前記オペレータビットの数が、送信装置で使用された前記副搬送波の数によりr-2に決定されることを特徴とする請求項17記載の装置。
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