JP2008228306A - マルチキャリアデータ伝送の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＡＰＲ抑圧性能を有効に向上させるマルチキャリアデータ伝送の方法を提供する。
【解決手段】送信側では、元の送信信号に対して符号化を行い、周波数ブロック化を行い、ＣＦＰＩ方式ごとに従って、全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期に置換及び／又は反転処理を行うステップＡと、全ての置換及び／又は反転処理パターンのピーク対平均電力比ＰＡＰＲを計算し、最適なＰＡＰＲに対応するＣＦＰＩ方式を選定ＣＦＰＩ方式として決定するステップＢと、最適なＰＡＰＲに対応する置換及び／又は反転処理パターンを主情報に形成し、選定ＣＦＰＩ方式情報を副情報とし、受信側に送信するステップＣと、受信側では、受信された副情報に基づいて選定ＣＦＰＩ方式を認識し、主情報を元の送信信号に復元するステップＤとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信におけるマルチキャリア技術に関し、特にマルチキャリアデータ伝送の方法に関する。

近年、無線通信技術の発展と成熟に伴って、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）などのマルチキャリア技術は、マルチパスに対する強い耐性、高いデータ伝送効率、柔軟なリソース割当などのメリットを有しているため広く注目されており、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）の次に来る核心技術になる可能性がある。

マルチキャリア技術のポイントは、ある周波数領域内でチャネルを複数の独立したサブチャネルに分割させ、各サブチャネルに１つのサブキャリアを用いて変調を行い、且つ、各サブキャリアをパラレルに伝送する。ここからわかるように、マルチキャリア信号は、一連のサブチャネル信号が時間領域で足し合わされ、形成される。従って、ある時刻に比較的大きなピークパルスが現れ、これが大きなピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：Ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ−ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ）、即ち、信号の最大ピーク値の電力と平均電力との比が比較的高い信号を形成する要因となる。従来の電力増幅器（ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）では比較的広い周波数範囲の信号に対して線形的増幅を行うことができないため、比較的高いＰＡＰＲを有する信号が電力増幅器を通過する場合、大きなスペクトラム拡散とイン・バンド・ディストーション（ｉｎ−ｂａｎｄ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を生じて、サブチャネル間の相互干渉を引き起こし、これによりＯＦＤＭシステムの性能に影響を及ぼす。また、良い発展見通しを有している多入力多出力（ＭＩＭＯ： Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）とＯＦＤＭ技術とが結合されたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、複数のアンテナの間で符号化操作を行う必要があり、そうすれば比較的高いＰＡＰＲによる影響は更に深刻になる。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに対し、現在、マルチキャリアの伝送プロセスにおいて時空間ブロック符号化（ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｂｌｏｃｋ ｃｏｄｉｎｇ）システムに基づいたクロスアンテナ回転反転（ＣＡＲＩ）技術を用いてＰＡＰＲを低減する方法がある。当該ＣＡＲＩ方法において、まず、第一のＯＦＤＭシンボル周期内で、各送信アンテナの時空間ブロック符号化された元の送信信号に対して、同じ方式に従って周波数ブロック化を行う。例えば、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムに共２つの送信アンテナがあり、送信アンテナ１上の信号を周波数ブロックＸ_１１とＸ_１２とに分割し、送信アンテナ２上の信号を周波数ブロックＸ_２１とＸ_２２とに分割し、且つ、全ての送信アンテナにおいて対応する周波数ブロックの長さを等しくする。その後、各送信アンテナの１グループの対応する周波数ブロックの間で、回転移転及び／又は反転変換処理を行い、且つ他の各グループの対応する周波数ブロックに対しては変化しないように保持する。例えば、第１グループの周波数ブロックに対して、Ｘ_１１とＸ_２１とを位置交換及び／又は反転し、一方、２つの送信アンテナ上の第２グループの周波数ブロックをいずれも変化しないように保持すると、得られる全ての処理パターンとして、

が含まれる。

各グループの対応する周波数ブロック間の回転移転及び／又は反転変換処理を完了した後、上記各処理パターンに対してＰＡＰＲ値を計算し、ＰＡＰＲ値が要求に符合する処理パターンを選択して選定変換方式とし、当該選定変換方式に従って各送信アンテナから信号を送信する。第２のＯＦＤＭシンボル周期内において、第１のＯＦＤＭシンボル周期内と同様の変換を実行し、各アンテナから信号を送信する。

上記ＣＡＲＩ方法は複数のアンテナの対応する周波数ブロック内のみにおいて回転移転及び／又は反転変換処理を実行するため、得られる処理パターンの数が比較的に少ない。つまり、差異化の予備選択サンプルが比較的に少ない。実際の応用において、当該方法のＰＡＰＲ抑圧性能はより劣り、また、この方法の処理において、ブロック化されたブロック個数の追加によるＰＡＰＲ抑圧性能の向上があまり顕著でない。

また、上記ＣＡＲＩ方法には、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム中の時空間ブロック符号化である特別符号化構成が用いられている。例えば、２つの送信アンテナのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにとって、ローでフレーム時刻を表し、カラムで送信アンテナを表すと、フレーム時刻１とフレーム時刻２の時空間ブロック符号化の構成は、

であり、ここで、＊はベクトル内の要素の各々に対して共役を求めることを表す。

ベクトルＸと±Ｘ^＊のＰＡＰＲが同じであるため、上記時空間ブロック符号化システムに基づくＣＡＲＩ方法こそ、独立に、第１のＯＦＤＭシンボル周期の信号を処理し、第２のＯＦＤＭシンボル周期の信号に相応の変換を行うことにより、連続する２つのＯＦＤＭシンボル周期の信号が同様の最適化されたＰＡＰＲ性能を有することを確保することができる。当該方法は、時空間ブロック符号化システムのみに基づけるため、その応用分野の局限性が相対的により強い。

本発明は、ＰＡＰＲ抑圧性能を有効に向上させるマルチキャリアデータ伝送の方法を提供する。

本発明の送受信側で複数のアンテナを用いるマルチキャストデータ伝送の方法において、
送信側では送信信号に対して符号化を行い、前記符号化された信号は直並列変換後に各送信アンテナの各サブキャリアに割り当てられ、異なるアンテナの同一サブキャリアに割り当てられた信号を１対の多重データとし、周波数方向に隣り合った前記多重データを予め定められた個数毎にブロック化し、前記ブロック単位で、予め定められた複数のパターンに従って夫々に割り当てられたサブキャリアの位置を異なる周波数ブロック間で相互に入れ替える置換及び／又は前記ブロック毎に符号の反転処理を順次行うステップＡと、
予め定められた全ての置換及び／又は反転処理パターンを実施した結果のピーク対平均電力比ＰＡＰＲをそれぞれ計算し、前記ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを選定処理パターンとして決定するステップＢと、
ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを実施した送信データを主情報とし、当該選定処理パターン情報を副情報とし、受信側に送信するステップＣと、
受信側では、受信された副情報に基づいて前記選定処理パターンを認識し、主情報を元の送信データに復元するステップＤと、を含む。

好ましくは、ステップＡにおいて、前記送信側で、送信信号に対して符号化を行い、周波数方向にブロック化することは、送信側が元の送信信号に対して時空間又は空間−周波数又は時空間−周波数の符号化を行い、前記符号化方法より定まるブロックの長さに基づいて、符号化結果を一つ又は複数の周波数ブロックに分割することを含む。

好ましくは、ステップＢにおいて予め定められた全ての置換及び／又は反転処理パターンを実施した結果のピーク対平均電力比ＰＡＰＲをそれぞれ計算し、ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを選定処理パターンとして決定することは、各置換及び／又は反転処理パターンにおいて送信アンテナ毎のＰＡＰＲを計算し、一つの置換及び／又は反転処理パターンにおける各アンテナのＰＡＰＲを一つのＰＡＰＲグループとし、各ＰＡＰＲグループ内のＰＡＰＲの最大値を対応する処理パターンにおける参照ＰＡＰＲとし、全ての処理パターンに対する参照ＰＡＰＲの中から最小値を与える処理パターンを選定処理パターンとして決定することを含む。

好ましくは、予め各置換及び／又は反転処理パターンに対応する索引番号を決定し、ステップＣにおいて前記選定処理パターン情報を副情報とすることは、選定処理パターンの索引番号を副情報とすることを含み、
ステップＤにおいて前記受信側で、受信された副情報に基づいて選定処理パターンを認識することは、受信された選定処理パターンの索引番号に基づいて、前記予め定められた処理パターンの中から選定処理パターンを検索することを含む。

好ましくは、ステップＤにおいて前記主情報を元の送信データに復元することは、認識された選定処理パターンに基づいて、主情報内の信号に対して対応する復号化操作を行い、復号化結果を元の送信データとすることを含む。

好ましくは、予め複数の位相回転ベクトルが設定され、前記ステップＢとステップＣの間において、
全ての位相回転ベクトルを利用して、ＰＡＰＲを最小とする前記置換及び／又は反転処理パターンを実施した後のデータに対し、さらに前記位相回転ベクトルを掛け合わせる処理を行い、生成された全ての信号に対するＰＡＰＲを計算し、最小のＰＡＰＲを与える位相回転ベクトルを選定位相回転ベクトルとして決定することを更に含み、
ステップＣにおいて前記選定処理パターンと共に、前記選定位相回転ベクトルの索引番号を副情報とすることを更に含む。

好ましくは、ステップＤにおいて前記受信側で、受信された副情報に基づいて前記選定処理パターンを認識すると共に、副情報内の選定位相回転ベクトルの索引番号に基づいて選定位相回転ベクトルを認識することを更に含み、
ステップＤにおいて前記主情報を元の送信データに復元する前に、前記選定位相回転ベクトルを用いて主情報内の信号に対して位相回転処理の逆操作を行うことを更に含む。 好ましくは、予め複数の位相回転ベクトルが設定され、
ステップＡにおいて前記送信側で送信信号に対して符号化を行うことは、
スレッド代数空間時間ＴＡＳＴ符号化方式に従って元の送信信号に対し線形変換と空間−周波数符号化を行って、符号化行列を作成し、
前記符号化行列を１つのブロックとする周波数ブロック化を行い、前記周波数ブロックに対して前記位相回転ベクトルを掛け合わせて回転処理を行い、
回転処理結果の各々に対する各送信アンテナのＰＡＰＲを一つのＰＡＰＲグループとし、前記各ＰＡＰＲグループ内の最大値を対応する位相回転ベクトルにおける参照ＰＡＰＲとし、
全ての回転処理結果の参照ＰＡＰＲの中から最小のＰＡＰＲを与える位相回転ベクトルを選定位相回転ベクトルとして決定する、ことを更に含む。

好ましくは、予め送信アンテナ数に関する回転行列が設定され、前記元の送信データに対して線形変換と空間−周波数符号化を行うことは、前記回転行列と元の送信データの相乗を含む。

好ましくは、前記周波数ブロック化後の信号に対して回転処理を行うことは、前記位相回転ベクトルのそれぞれの要素と周波数ブロック化後の符号化行列の要素毎の積を含む。

好ましくは、前記位相回転ベクトルは少なくとも一つの回転因子を含み、、各回転因子が単位円に均一に分布されている。

好ましくは、ステップＡにおいて前記周波数ブロック化を行うことは、ＰＡＰＲを最小とする回転処理を実施した後の送信データに対して前記置換及び／又は反転処理の為のブロック化を行うことを含む。

好ましくは、ステップＣにおいてＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを送信データに実施した後、当該データに対してさらに逆高速フーリエ変換ＩＦＦＴ処理を行うことを更に含み、
ステップＤにおいて前記主情報を元の送信データに復元する前に、主情報内の信号に対して高速フーリエ変換ＦＦＴ処理を行うことを更に含む。

好ましくは、前記最小のＰＡＰＲを与える置換及び／又は反転処理結果に対して逆高速フーリエ変換ＩＦＦＴ処理を行った後、ＩＦＦＴ処理結果にサイクリックプリフィクッスを付加することを更に含み、
前記主情報内の信号に対して高速フーリエ変換ＦＦＴ処理を行う前に、主情報内の信号に対してサイクリックプリフィクッス除去処理を行うことを更に含む。

本発明を応用するば、ＰＡＰＲ抑圧性能を有効に向上させることができる。具体的に、本発明は以下のような有益な効果を有している。

１、本発明において、全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期に置換及び／又は反転処理を行うことによって、差異化の顕著な予備選択信号集空間を取得することができ、このため、確率意味からＰＡＰＲ抑圧性能を有効に向上させることができる。

２、本発明において各送信アンテナの周波数ブロックの間で直接に信号を処理するため、周波数ブロック個数がより多い場合、差異化の更に顕著な予備選択信号集空間が発生され、従って、ＰＡＰＲ抑圧性能も更に向上されることができる。

３、本発明において、時空間、空間-周波数又は時空間-周波数符号化方式を採用して元の送信信号の符号化を実現できるため、本発明のマルチキャリアデータ伝送方案は、より広い応用分野に有用なものである。

本発明の目的、解決手段を更に明確するように、以下、図面を参照して実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。

本発明はマルチキャリアデータ伝送の方法であり、その基本的な構想は、信号を送信する前に、全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期に置換及び／又は反転処理を行う。

図１には、本発明に係るマルチキャリアデータ伝送の方法の例を示すフローチャートが示されている。当該方法は、周波数ブロック化方式及びクロス周波数置換反転（ＣＦＰＩ：ｃｒｏｓｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）方式を予め定める。また、当該方法は、図１に示される以下のような各ステップによってマルチキャリアデータ伝送を実現する。

ステップ１０１において、送信側は、元の送信信号に対して符号化及び周波数ブロック化を行い、ＣＦＰＩ方式ごとに従って、全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期に置換及び／又は反転処理を行う。具体的に、送信側では送信信号に対して符号化を行い、前記符号化された信号は直並列変換後に各送信アンテナの各サブキャリアに割り当てられ、異なるアンテナの同一サブキャリアに割り当てられた信号を１対の多重データとし、周波数方向に隣り合った前記多重データを予め定められた個数毎にブロック化し、前記ブロック単位で、予め定められた複数のパターンに従って夫々に割り当てられたサブキャリアの位置を異なる周波数ブロック間で相互に入れ替える置換及び／又は前記ブロック毎に符号の反転処理を順次行う。

ステップ１０２において、全ての処理パターンのＰＡＰＲを計算し、最適なＰＡＰＲに対応するＣＦＰＩ方式を選定ＣＦＰＩ方式として決定する。具体的に、予め定められた全ての置換及び／又は反転処理パターンを実施した結果のピーク対平均電力比ＰＡＰＲをそれぞれ計算し、前記ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを選定処理パターンとして決定する。

ステップ１０３において、最適なＰＡＰＲに対応する処理パターンを主情報とし、選定ＣＦＰＩ方式情報を副情報として、受信側に送信する。具体的に、ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを実施した送信データを主情報とし、当該選定処理パターン情報を副情報とし、受信側に送信する。

ステップ１０４において、受信側は、受信された副情報に基づいて選定ＣＦＰＩ方式を認識し、主情報を元の送信信号に復元する。

上記プロセスにおいて、元の送信信号を符号化する方式として、時空間符号化方式でもよく、空間-周波数符号化方式でもよく、時空間-周波数方式でもよい。また、選定ＣＦＰＩ方式情報として、当該方式が全てのＣＦＰＩ方式における対応する索引番号でもよい。

上記プロセスからわかるように、本発明において、全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期に置換及び／又は反転処理を行うことによって、差異化の顕著な予備選択信号集空間を取得することができ、このため、確率意味からはＰＡＰＲ抑圧性能を有効に向上させることができる。また、各送信アンテナの周波数ブロックの間で直接に信号を処理するため、周波数ブロック個数がより多い場合、差異化の更に顕著な予備選択信号集空間が発生され、従って、ＰＡＰＲ抑圧性能も更に向上されることができる。なお、本発明において、時空間、空間-周波数又は時空間-周波数符号化方式を採用して元の送信信号の符号化を実現できるため、本発明のマルチキャリアデータ伝送方案は、より広い応用分野に有用なものである。

以下、３つの実施例を挙げて、本発明のマルチキャリアデータ伝送方案について詳しく説明する。

（実施例１）
本実施例において、周波数ブロック個数及び各周波数ブロックの長さなどの指標を含む周波数ブロック化方式を予め定める。本実施例において、また、送信アンテナの個数及び周波数ブロック化方式に基づいて、全てのＣＦＰＩ方式を予め定める。仮に、共Ｎ個の送信アンテナＴｘ_１〜Ｔｘ_Ｎがあり、周波数ブロック化方式は、各送信アンテナの信号をＰ個の周波数ブロックに分割し、且つ各周波数ブロックの長さを等しくする。こうして、第ｎの送信アンテナのＯＦＤＭシンボルは、

に表され、送信側における全ての送信アンテナの信号は、

であり、ここで、Ｙ_Ｐは第Ｐ個の周波数ブロックを表し、且つ時空間、空間-周波数又は時空間-周波数符号化がこの周波数ブロック内に含まれる。時空間又は時空間-周波数符号化方式を採用すれば、次の時刻の時空間符号化ＯＦＤＭシンボルに対して同じ操作を行う。

ＣＦＰＩ方式とは、異なる周波数の周波数ブロックの間で置換及び／又は反転操作を行ったパターンの各々を指すものである。換言すると、行列

中の各要素に対して置換及び／又は反転操作を行ったパターンの各々は、いずれも１つのＣＦＰＩ方式である。説明を簡単にするため、以下、クロス周波数ブロック置換及び／又は反転操作をＣＦＰＩ操作と略称する。

例として、Ｎ＝２、Ｐ＝３とすれば、送信側での全ての送信アンテナの信号は、

である。

ＣＦＰＩ方式を取得する好ましい操作として、２つの対応する周波数ブロックの間でＣＦＰＩ操作を行うことができる。周波数ブロック１と周波数ブロック２との間でＣＦＰＩ操作を行うことを例とすれば、

などのＣＦＰＩ方式が得られる。全ての周波数ブロックに対してＣＦＰＩ操作を行った後、全てのＣＦＰＩ方式は、以下の式（１）のようである。

その後、送信側と受信側に上記全てのＣＦＰＩ方式を格納し、後続プロセスにおいて伝送しようとする信号に対して処理と復元を行うように、ＣＦＰＩ方式ごとに１つのグループ番号を割当てて、その索引番号とすることができる。

図２には、本実施例におけるマルチキャリアデータ伝送の方法のフローチャートが示されている。図２を参照して、当該方法は下記のステップを含む。

ステップ２０１〜２０２において、送信側では、元の送信信号に対して、時空間、空間-周波数及び時空間-周波数符号化を行い、予め定められた周波数ブロック化方式に従って、各送信アンテナの符号化パターンに対して周波数ブロック化を行う。

ここで、送信側では、受信側に伝送する必要がある元の送信信号を決定した後、当該元の送信信号を符号化する。採用される符号化方式として、時空間符号化方式でもよく、空間-周波数符号化方式でもよく、時空間-周波数方式でもよい。その後、送信アンテナの各々はいずれも予め定められた周波数ブロック化方式に従って、自分の符号化パターンを複数の周波数ブロックに分割する。

図３には、本実施例における送信側のデータ処理プロセスが示されている。図３を参照して、各送信アンテナの符号化パターンが周波数ブロック化された後、Ｘ_１１，Ｘ_１２，…，Ｘ_１Ｐ，…，Ｘ_Ｎ１，Ｘ_Ｎ２，…，Ｘ_ＮＰのような周波数ブロックが得られる。また、各送信アンテナの対応する周波数ブロックの長さは同じであり、即ち

であり、ここで、

である。

ステップ２０３において、ＣＦＰＩ方式ごとに従って、全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期に置換及び／又は反転処理を行う。

本実施例において、全てのＣＦＰＩ方式が既に予め定められていたため、本ステップにおいてこれらのＣＦＰＩ方式に基づいて、ＣＦＰＩ操作を実行する。上記の送信アンテナ個数Ｎ＝２、周波数ブロック個数Ｐ＝３である場合を例とすれば、本ステップにおいて式（１）の１０種のＣＦＰＩ方式の各々に従って、１つ１つに全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期に置換及び／又は反転処理を行って、１０種の処理パターンを取得する。ここでいう同期とは、各送信アンテナの対応する周波数ブロックに対して同じＣＦＰＩ操作を実行することを指す。例えば、送信アンテナＴｘ１上の周波数ブロックＸ_１１とＸ_１２とに対して位置を交換することにより置換操作を実行し、同時に、送信アンテナＴｘ２上のＸ_１１とＸ_１２に対応する周波数ブロックＸ_２１とＸ_２２とに対しても置換操作を実行する。

ステップ２０４〜２０５において、各処理パターン中の各送信アンテナのＰＡＰＲを計算し、各処理パターンの全てのＰＡＰＲを１つのＰＡＰＲグループに構成し、各ＰＡＰＲグループ中のＰＡＰＲの最大値を対応する処理パターンの参照ＰＡＰＲとし、全ての参照ＰＡＰＲから最小値を選択して最適なＰＡＰＲとし、最適なＰＡＰＲに対応するＣＦＰＩ方式を選定ＣＦＰＩ方式として決定する。

やはり送信アンテナ個数Ｎ＝２、周波数ブロック個数Ｐ＝３である場合を例とすれば、ここで、まず、各ＣＦＰＩ方式に対応する処理パターンに対して、各アンテナのＰＡＰＲを計算する。例えば、処理パターン

に対し、第１の送信アンテナの

と第２の送信アンテナの

をそれぞれ計算する。その後、２つのＰＡＰＲ値を比較して、より大きいＰＡＰＲを対応する処理パターンの参照ＰＡＰＲとする。例えば、

より大きいと、

の参照ＰＡＰＲとなる。その後、全ての処理パターンの参照ＰＡＰＲ中の最小値が本回のマルチキャリアデータ伝送中の最適なＰＡＰＲと選択される。例えば、全てのＣＦＰＩ方式に対し、処理パターン

のＰＡＰＲが最適なＰＡＰＲであれば、周波数ブロック２と周波数ブロック３とを置換且つ反転するＣＦＰＩ方式が選定ＣＦＰＩ方式となる。

説明すべきものは、より大きいＰＡＰＲを処理パターンのＰＡＰＲとする目的は、各周波数ブロックの中で状況が一番劣る送信アンテナを選択することにあり、その後、全ての処理パターンのＰＡＰＲから最小値を選択する目的は、一番劣る状況から相対的により良いＣＦＰＩ方式を選択することにある。このような最適なＰＡＰＲの選択方式は通常の統計学最適化方式の一種である。各アンテナにおいて最小なＰＡＰＲに対応する時刻が互いに重ならない可能性が非常に大きいため、このような選択方式は、各アンテナが一番劣るＰＡＰＲ状態でデータ伝送を行うことを有効に回避でき、これにより、マルチキャリアデータ伝送の信号品質を有効に確保できる。

上記ステップ２０３〜ステップ２０５の操作はＣＦＰＩ処理プロセスである。

ステップ２０６において、最適なＰＡＰＲに対応する処理パターンに対して、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を行い、サイクリックプリーフィックス（ＣＰ）を付加して主情報を形成し、選定ＣＦＰＩ方式の索引番号を副情報とし、主情報と副情報とを共に受信側に送信する。

本ステップにおいて、通常のＩＦＦＴ処理によって最適化された後の信号に対してＯＦＤＭ変調を行い、そして、シンボル間の干渉を削除するためのＣＰを変調パターンに付加して、送信の準備をする。また、受信側が受信された信号に対して正確に復号化を行うように、本ステップにおいて、選定ＣＦＰＩ方式の索引番号を受信側に送信する。例えば、周波数ブロック２と周波数ブロック３とを置換且つ反転するＣＦＰＩ方式が選定ＣＦＰＩ方式となり、当該ＣＦＰＩ方式の索引番号が１０であれば、副情報中に二値化で数値１０１０を付けることができる。

ステップ２０７において、受信側は、受信された副情報に基づいて選定ＣＦＰＩ方式を認識し、受信された主情報に対してサイクリックプリーフィックスの除去と高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行い、認識された選定ＣＦＰＩ方式に従ってＦＦＴ処理パターンに対して復号化を行って、元の送信信号に復元する。

副情報に選定ＣＦＰＩ方式の索引番号が付けられており、且つ受信側には送信側と同様のＣＦＰＩ方式全てのコードブックが既に存在しているため、受信側は当該索引番号に基づいてコードブックから選定ＣＦＰＩを取得することができる。例えば、副情報に付けられている索引番号が１０１０であれば、受信側は自身に格納されているコードブックから第１０番号のＣＦＰＩ方式を検索して、当該ＣＦＰＩ方式を用いてＦＦＴ処理されたパターンに対して逆操作を行ってから、送信側で使用される符号化方式に対応する復号化方式によって、元の送信信号を取得する。

以上のように、本実施例におけるマルチキャリアデータ伝送プロセスが完了される。

上記各ステップからわかるように、本実施例において全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対してＣＦＰＩ処理を同期に行い、即ち送信アンテナの各々はいずれも同じ方式に従って、異なる周波数ブロックの間で置換及び／又は反転を実行し、ＣＦＰＩ方式の個数は主に周波数ブロックの多少に依存するので、周波数ブロックを増えることにより更に多いＣＦＰＩ方式を取得することができ、差異化の更に顕著な予備選択信号集空間を取得して、最終に有効にＰＡＰＲ抑圧性能を向上させ、マルチキャリア伝送の信号品質を確保することになる。

（実施例２）
本実施例において、複数の候補位相回転ベクトルを予め設定する。送信側では、元の送信信号に対して符号化、周波数ブロック化及びＣＦＰＩ処理を実行した後、部分系列伝送（ＰＴＳ：ｐａｒｔｉａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）操作を行い、そして、ＩＦＦＴ処理を経て、ＣＰを付加した後、受信側に信号を送信する。また、本実施例における副情報には、ＣＦＰＩ方式の索引番号に加えて、選定位相回転ベクトルの索引番号が含まれている。

図４には、本実施例に係るマルチキャリアデータ伝送の方法のフローチャートが示されている。図４を参照して、当該方法は下記のステップを含む。

ステップ４０１〜４０２において、送信側では、元の送信信号に対して、時空間、空間-周波数及び時空間-周波数符号化を行い、予め定められた周波数ブロック化方式に従って、各送信アンテナの符号化パターンに対して周波数ブロック化を行う。

ステップ４０３において、全ての送信アンテナの各対応する周波数ブロックに対して同期にＣＦＰＩ処理を行い、最適なＰＡＰＲ及び選定ＣＦＰＩ方式を決定する。

上記３つのステップは実施例１におけるステップ２０１〜２０５の操作と同じである。

ステップ４０４において、全ての候補位相回転ベクトルを用いて、各送信アンテナ上の最適なＰＡＰＲに対応する処理パターンに対してそれぞれＰＴＳ処理を行い、各ＰＴＳ処理パターンのＰＡＰＲを計算して、最小のＰＡＰＲに対応する位相回転ベクトルを選定位相回転ベクトルとして決定する。

本ステップにおいて、通常の方法により各送信アンテナ上の信号に対して独立にＰＴＳ処理を行う。具体的に、送信側では、まず、各グループの予め設定された候補位相回転ベクトルをＣＦＰＩで最適化された信号に掛け合せて複数のＰＴＳ処理パターンを取得する。次に、全てのＰＴＳ処理パターンのＰＡＰＲを計算して比較し、ＰＡＰＲの最小値に対応する候補位相回転ベクトルを選定位相回転ベクトルとして決定する。

ステップ４０５において、最小のＰＡＰＲに対応するＰＴＳ処理パターンに対して、ＩＦＦＴ処理を行い、サイクリックプリーフィックスを付加して主情報を形成し、選定ＣＦＰＩ方式の索引番号と選定位相回転ベクトルの索引番号とを副情報とし、主情報と副情報とを共に受信側に送信する。

実施例１に比べて、受信側が正確に復号化するように、ここの副情報には選定位相回転ベクトルの索引番号が追加されている。

ステップ４０６において、受信側は、受信された副情報に基づいて選定ＣＦＰＩ方式と選定位相回転ベクトルとを認識し、主情報に対してサイクリックプリーフィックスの除去と高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行い、認識された選定ＣＦＰＩ方式と選定位相回転ベクトルとに基づいてＦＦＴ処理パターンに対して復号化して、元の送信信号に復元する。

本ステップにおいて、受信側は、受信された主情報に対してＦＦＴ処理を行った後、副情報に基づいて認識された選定位相回転ベクトルを用いてＦＦＴ処理パターンに対して逆操作を行ってＰＴＳ処理前の信号を取得してから、選定ＣＦＰＩ方式を用いて復元及び復号化操作を行って、最後に元の送信信号を取得する。

以上のように、本実施例におけるマルチキャリアデータ伝送プロセスが完了される。

本実施例において、実施例１を基にＰＴＳ処理操作を追加し、位相回転ベクトルによってマルチキャリアデータ伝送プロセス中のＰＡＰＲを更に低減するため、本実施例における解決手段はより良いＰＡＰＲ抑圧性能を持っている。

（実施例３）
本実施例において、ＰＡＰＲの低減を目的として、実施例１を基に符号化プロセスを改善し、適応スレッド代数時空間（ＡＴＡＳＴ：Ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｈｒｅａｄｅｄ ａｌｇｅｂｒａｉｃ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ）符号化方式により元の送信信号を符号化して、信号の予め最適化を実現する。次に、実施例１と同じＣＦＰＩ処理によってＰＡＰＲ抑圧性能を更に改善する。

実施例１と同様に、本実施例においてもＣＦＰＩ周波数ブロック化方式とＣＦＰＩ方式を予め定める。また、ＡＴＡＳＴ符号化を順調に行うことを確保するように、本実施例において、ＡＴＡＳＴ周波数ブロック化方式を予め設定し、且つ当該ＡＴＡＳＴ周波数ブロック化方式に基づいて、複数の候補位相回転ベクトルを予め設定し、各周波数ブロックは１つの回転位相因子が対応される。

仮に、共Ｎ個の送信アンテナＴｘ_１〜Ｔｘ_Ｎがあり、ＡＴＡＳＴ周波数ブロック化方式は、各送信アンテナの信号をＢ個の周波数ブロックに分割し、各周波数ブロックの長さをＬ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_Ｂとする。送信側において、全ての送信アンテナ上で元のコンスタレーションポイント信号に対して線形的変換を行った後の信号は、

であり、ここで、Ｚ_ｂは第ｂ個の周波数ブロックを表す。位相回転ベクトル

は、

のように表されることができ、ここで、元素

であり、且つ

の行数は対応する周波数ブロックの長さＬ_ｂと等しく、回転因子は、

であり、ここの

は整数を表す。

図５には、本発明に係るマルチキャリアデータ伝送の方法のフローチャートが示されている。図５を参照して、当該方法は下記のステップを含む。

ステップ５０１において、送信側では、元の送信信号に対して、線形的変換及び空間-周波数符号化を行い、予め定められたＡＴＡＳＴ周波数ブロック化方式に従って、各送信アンテナの符号化パターンに対して周波数ブロック化を行う。

仮に、ＡＴＡＳＴ周波数ブロック個数Ｂ＝３であり、各周波数ブロックの長さはそれぞれＬ_１＝４、Ｌ_２＝６及びＬ_３＝２であり、元の送信信号は時間順に入力されたコンスタレーションポイント信号ストリーム

であるとする。

次に、送信アンテナ個数に関する回転行列Ｍを用いて、通常のＴＡＳＴと同様の方式に従って、元の送信信号に対して線形的変換及び空間-周波数符号化を実行する。上記の星座点信号フローを例として、元の送信信号中の

に変換する公式は下記のようである。

ここで、

である。

元の送信信号に対して線形的変換及び空間-周波数符号化を行った後、得られた符号化行列Ｚは下記のとおりである。

ここで、

の線形的変換パターンである。

周波数ブロック化方式に基づいて、符号化パターンは下記のような３つの周波数ブロックに分割される。

である。

ステップ５０２において、予め定められた各位相回転ベクトルを用いてＡＴＡＳＴ周波数ブロック化後の信号を処理する。

周波数個数Ｂ＝３の場合、本実施例において、３つの回転因子

を設定する。仮に、

の中で値を取るとする。即ち３つの回転因子が単位円上に均一に分布されるようにする。そうすれば、全ての回転因子は下記の６つの場合を含む。

３つの周波数ブロックの長さがそれぞれ４、６及び２であるため、位相回転ベクトル中の元素は下記のようである。

本ステップにおいて、位相回転ベクトルを用いて周波数ブロック化後の信号を処理する場合、位相回転ベクトル

と符号化行列Ｚとをドット積して、以下のような回転処理パターンＡを得ることになる。

もちろん、本実施例において複数の周波数ブロックが１つの回転因子を共用するようにしてもいい。例えば、２つの回転因子

を採用し、第１の周波数ブロックと第２の周波数ブロックとは共に回転因子

に対応される。

ステップ５０３〜５０４において、各回転処理パターンの中の各送信アンテナのＰＡＰＲを計算してＰＡＰＲグループを構成し、各ＰＡＰＲグループ中の最大値を対応する回転処理パターンの参照ＰＡＰＲとし、全ての参照回転処理パターンの参照ＰＡＰＲから最小値を選択して候補ＰＡＰＲとし、候補ＰＡＰＲに対応する位相回転ベクトルを選定位相回転ベクトルとして決定する。

送信アンテナ個数Ｎ＝２、周波数ブロック個数Ｂ＝３を例とすれば、本ステップにおいて、まず、各回転処理パターンに対して各送信アンテナのＰＡＰＲを計算し、次に、２つのアンテナのＰＡＰＲを比較してより大きいものを対応する回転処理パターンの参照ＰＡＰＲとし、その後、全ての参照ＰＡＰＲ中の最小値が候補ＰＡＰＲに選択され、相応に、当該候補ＰＡＰＲに対応する位相回転ベクトルが選定位相回転ベクトルとなる。

上記ステップ５０１〜５０４の操作は、ＰＡＰＲに対して予め最適化を行うＡＴＡＳＴ符号化プロセスである。

ステップ５０５において、候補ＰＡＰＲに対応する回転処理パターンに対してＣＦＰＩ処理を行い、最適なＰＡＰＲ及び選定ＣＦＰＩ方式を決定する。

本ステップの操作は実施例１におけるステップ２０２〜２０５の操作と同じである。説明すべきものは、本実施例において、ＡＴＡＳＴ符号化の周波数ブロックはＣＦＰＩ処理の周波数ブロックと等しくなくてもいい。例えば、ＡＴＡＳＴにおいて３つの周波数ブロックに分割され、ＣＦＰＩにおいては４つの周波数ブロックに分割される。

ステップ５０６において、最適なＰＡＰＲに対応するＣＦＰＩ処理パターンに対して、ＩＦＦＴ処理を行い、サイクリックプリーフィックスを付加して主情報を形成し、選定ＣＦＰＩ方式の索引番号と選定位相回転ベクトルの索引番号とを副情報として、主情報と副情報とを送信する。

実施例１に比べて、受信側が正確に復号化するように、本実施例の副情報に選定位相回転ベクトルの索引番号が追加される。

ステップ５０７において、受信側は、副情報に基づいて選定ＣＦＰＩ方式と選定位相回転ベクトルとを認識し、主情報に対してＦＦＴ処理を行い、選定ＣＦＰＩ方式と選定位相回転ベクトルとに基づいてＦＦＴ処理パターンを元の送信信号に復元する。

受信側にも全てのＣＦＰＩ方式コードブック及び位相回転ベクトルコードブックが予め格納されているため、副情報により両者の索引番号を認識した後、本回のマルチキャリア伝送中の選定ＣＦＰＩ方式及び選定位相回転ベクトルを唯一的に認識するようになる。

以上のように、本実施例におけるマルチキャリアデータ伝送プロセスが完了される。

上記からわかるように、本実施例において、実施例１を基に符号化プロセスを改善することによりＰＡＰＲを予め最適化するため、本実施例における解決手段は実施例１に比べて更に良いＰＡＰＲ抑圧性能を有することになる。

上記３つの実施例について、実施例１の副情報の伝送ビット量は、

であり、ここで、ＰはＣＦＰＩ処理中の周波数ブロック個数を表し、演算シンボル

は数軸の正向で整数を取ることを表す。実施例２において、ＣＦＰＩ処理に加えてＰＴＳ処理を追加し、当該方案において、実施例１を基に付加された副情報の伝送ビット量は、

であり、ここで、ＫはＰＴＳ処理中の位相因子の選択個数を表し、ＱはＰＴＳ処理に採用されるセグメンテーション数を表し、Ｎはシステムの送信アンテナ個数を表す。実施例３においては、ＡＴＡＳＴ符号化後にＣＦＰＩ処理を実行し、この場合実施例１を基に付加される副情報の伝送ビット量は、

であり、ここで、Ｄは符号化行列中の

空間の値の取り個数を表し、ＢはＡＴＡＳＴの１フレームの符号化のブロック数を表す。

Ｎ＝２、Ｐ＝３、Ｑ＝３、Ｄ＝３且つＢ＝３の場合、３つの実施例において伝送される正規化副情報量はそれぞれ０．２７、１．７３及び１である。

上記説明されたものは、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等切替、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

次に、当業者に本発明の上記及び他の特徴とメリットを更に明確させるように、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳しく説明する。
本発明に係るマルチキャリアデータ伝送の方法の例を示すフローチャートである。 本発明に係る実施例１におけるマルチキャリアデータ伝送の方法のフローチャートである。 本発明に係る実施例１における送信側でのデータ処理プロセスを示す図である。 本発明に係る実施例２におけるマルチキャリアデータ伝送の方法のフローチャートである。 本発明に係る実施例３におけるマルチキャリアデータ伝送の方法のフローチャートである。

Claims (14)

1. 送受信側で複数のアンテナを用いるマルチキャリアデータ伝送の方法であって、
   送信側では送信信号に対して符号化を行い、前記符号化された信号は直並列変換後に各送信アンテナの各サブキャリアに割り当てられ、異なるアンテナの同一サブキャリアに割り当てられた信号を１対の多重データとし、周波数方向に隣り合った前記多重データを予め定められた個数毎にブロック化し、前記ブロック単位で、予め定められた複数のパターンに従って夫々に割り当てられたサブキャリアの位置を異なる周波数ブロック間で相互に入れ替える置換及び／又は前記ブロック毎に符号の反転処理を順次行うステップＡと、
   予め定められた全ての置換及び／又は反転処理パターンを実施した結果のピーク対平均電力比ＰＡＰＲをそれぞれ計算し、前記ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを選定処理パターンとして決定するステップＢと、
   ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを実施した送信データを主情報とし、当該選定処理パターン情報を副情報とし、受信側に送信するステップＣと、
   受信側では、受信された副情報に基づいて前記選定処理パターンを認識し、主情報を元の送信データに復元するステップＤと、を含む
   ことを特徴とするマルチキャリアデータ伝送の方法。
2. ステップＡにおいて、前記送信側で、送信信号に対して符号化を行い、周波数方向にブロック化することは、
   送信側が元の送信信号に対して時空間又は空間−周波数又は時空間−周波数の符号化を行い、前記符号化方法より定まるブロックの長さに基づいて、符号化結果を一つ又は複数の周波数ブロックに分割することを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
3. ステップＢにおいて予め定められた全ての置換及び／又は反転処理パターンを実施した結果のピーク対平均電力比ＰＡＰＲをそれぞれ計算し、ＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを選定処理パターンとして決定することは、
   各置換及び／又は反転処理パターンにおいて送信アンテナ毎のＰＡＰＲを計算し、一つの置換及び／又は反転処理パターンにおける各アンテナのＰＡＰＲを一つのＰＡＰＲグループとし、各ＰＡＰＲグループ内のＰＡＰＲの最大値を対応する処理パターンにおける参照ＰＡＰＲとし、全ての処理パターンに対する参照ＰＡＰＲの中から最小値を与える処理パターンを選定処理パターンとして決定することを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
4. 予め各置換及び／又は反転処理パターンに対応する索引番号を決定し、ステップＣにおいて前記選定処理パターン情報を副情報とすることは、選定処理パターンの索引番号を副情報とすることを含み、
   ステップＤにおいて前記受信側で、受信された副情報に基づいて選定処理パターンを認識することは、受信された選定処理パターンの索引番号に基づいて、前記予め定められた処理パターンの中から選定処理パターンを検索することを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
5. ステップＤにおいて前記主情報を元の送信データに復元することは、
   認識された選定処理パターンに基づいて、主情報内の信号に対して対応する復号化操作を行い、復号化結果を元の送信データとすることを含む
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
6. 予め複数の位相回転ベクトルが設定され、前記ステップＢとステップＣの間において、
   全ての位相回転ベクトルを利用して、ＰＡＰＲを最小とする前記置換及び／又は反転処理パターンを実施した後のデータに対し、さらに前記位相回転ベクトルを掛け合わせる処理を行い、生成された全ての信号に対するＰＡＰＲを計算し、最小のＰＡＰＲを与える位相回転ベクトルを選定位相回転ベクトルとして決定することを更に含み、
   ステップＣにおいて前記選定処理パターンと共に、前記選定位相回転ベクトルの索引番号を副情報とすることを更に含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
7. ステップＤにおいて前記受信側で、受信された副情報に基づいて前記選定処理パターンを認識すると共に、副情報内の選定位相回転ベクトルの索引番号に基づいて選定位相回転ベクトルを認識することを更に含み、
   ステップＤにおいて前記主情報を元の送信データに復元する前に、前記選定位相回転ベクトルを用いて主情報内の信号に対して位相回転処理の逆操作を行うことを更に含む
   ことを特徴とする請求項６に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
8. 予め複数の位相回転ベクトルが設定され、
   ステップＡにおいて前記送信側で送信信号に対して符号化を行うことは、
   スレッド代数時空間ＴＡＳＴ符号化方式に従って元の送信信号に対し線形変換と空間−周波数符号化を行って、符号化行列を作成し、
   前記符号化行列を１つのブロックとする周波数ブロック化を行い、前記周波数ブロックに対して前記位相回転ベクトルを掛け合わせて回転処理を行い、
   回転処理結果の各々に対する各送信アンテナのＰＡＰＲを一つのＰＡＰＲグループとし、前記各ＰＡＰＲグループ内の最大値を対応する位相回転ベクトルにおける参照ＰＡＰＲとし、
   全ての回転処理結果の参照ＰＡＰＲの中から最小のＰＡＰＲを与える位相回転ベクトルを選定位相回転ベクトルとして決定する、ことを更に含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
9. 予め送信アンテナ数に関する回転行列が設定され、前記元の送信データに対して線形変換と空間−周波数符号化を行うことは、前記回転行列と元の送信データの相乗を含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
10. 前記周波数ブロック化後の信号に対して回転処理を行うことは、前記位相回転ベクトルのそれぞれの要素と周波数ブロック化後の符号化行列の要素毎の積を含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
11. 前記位相回転ベクトルは少なくとも一つの回転因子を含み、、各回転因子が単位円に均一に分布されていることを特徴とする請求項８に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
12. ステップＡにおいて前記周波数ブロック化を行うことは、ＰＡＰＲを最小とする回転処理を実施した後の送信データに対して前記置換及び／又は反転処理の為のブロック化を行うことを含むことを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
13. ステップＣにおいてＰＡＰＲを最小とする置換及び／又は反転処理パターンを送信データに実施した後、当該データに対してさらに逆高速フーリエ変換ＩＦＦＴ処理を行うことを更に含み、
    ステップＤにおいて前記主情報を元の送信データに復元する前に、主情報内の信号に対して高速フーリエ変換ＦＦＴ処理を行うことを更に含む
    ことを特徴とする請求項１、請求項６又は請求項８のいずれか一項に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。
14. 前記最小のＰＡＰＲを与える置換及び／又は反転処理結果に対して逆高速フーリエ変換ＩＦＦＴ処理を行った後、ＩＦＦＴ処理結果にサイクリックプリフィクッスを付加することを更に含み、
    前記主情報内の信号に対して高速フーリエ変換ＦＦＴ処理を行う前に、主情報内の信号に対してサイクリックプリフィクッス除去処理を行うことを更に含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載のマルチキャリアデータ伝送の方法。

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