JP2009504034A - 通信ネットワークにおける変調された信号のスペクトルの管理 - Google Patents

通信ネットワークにおける変調された信号のスペクトルの管理 Download PDF

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Abstract

信号の周波数成分に関して情報が変調される。得られる変調された信号は周波数において少なくとも幾らかの冗長性を含み、選択された周波数成分のすべてより少ない周波数成分から、選択された周波数成分に関して変調された情報のうちの一部を回復することを可能とする。変調された信号のスペクトルの制御は、変調された信号の少なくとも一部の周波数成分の振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することを可能とすることを含む。

Description

本発明は、通信ネットワークにおける変調された信号のスペクトルの管理に関する。
様々な種類の通信システムでは、電磁スペクトルの一部において放射し、電磁スペクトルのその部分（例えば、無線周波数（ＲＦ）スペクトル帯）において動作する装置との干渉を生じ得る信号が送信される。一部の場合、一定の地域における規定要件（例えば、政府によって課される）によって、アマチュア無線帯域など一定のスペクトル領域において放射され得る電力に対し制約が設けられる。一部のシステムは、情報によって変調される無線波を用いて局間の通信を行う無線システムである。他のシステムは、有線接続された媒体を通じて送信される信号を用いて通信を行う有線接続システムであるが、有線接続された媒体が、干渉を生じる可能性のある制限されたスペクトル帯において、充分な電力を放射する場合がある。
一定の制限されたスペクトル帯において放射される電力の使用を避けるか、あるいは量を制限するように、通信局を構成することが可能である。これに代えて、通信局が干渉の発生し得る環境において動作しているか否かに基づき、通信に用いられるスペクトル領域を調整するように、通信局を構成することが可能である。例えば、離散マルチトーン（ＤＭＴ）としても知られている直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）は、利用可能な帯域幅が複数の狭周波数帯の低データレートチャネル、すなわち、「キャリア」へ分割されるスペクトル拡散信号変調技術である。高いスペクトル効率を得るために、キャリアのスペクトルは重なり合っており、互いに直交している。データは、所定の持続時間を有し幾つかのキャリアを含む、シンボルの形態で送信される。これらのキャリア上で送信されるデータは、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）またはｍビット直交振幅変調（ｍ−ＱＡＭ）などの変調方式を用いて、振幅、位相またはその両方において変調可能である。特許文献１には、潜在的な干渉を避けるために複数のキャリアを使用不能とすることが可能なシステムの一例が、より詳細に記載されている。これを引用によって本明細書に援用する。このシステムでは、１つ以上のキャリアが使用不能とされた後、異なる数の使用可能なキャリアについて、変調機能（例えば、インタリーバ偏移機構）が調整される。
米国特許第６，２７８，６８５号明細書
一態様では、一般に、本発明は、信号の複数の周波数成分に関して情報を変調する工程を含む方法を特徴とする。得られる変調された信号は周波数において少なくとも幾らかの冗長性を含み、選択された周波数成分のすべてより少ない周波数成分から、選択された周波数成分に関して変調された情報の一部を回復することを可能とする。この方法は、変調された信号のスペクトルを制御する工程を含み、これは、変調された信号の少なくとも一部の周波数成分の振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することを可能とすることを含む。
本発明の態様は、次の特徴のうちの１つ以上を含む。
選択された周波数成分に関して情報の一部を変調することは、中心周波数の異なるそれぞれの周波数成分に関して情報の一部を復号することの可能な冗長データを変調することを含む。
信号は複数のシンボルを含み、それぞれの周波数成分のうちの少なくとも幾つかはシン
ボルが異なる。
冗長データは情報に関連した１つ以上の符号化されたビットを含む。
１つ以上の符号化されたビットは情報を表すデータビットを含む。
１つ以上の符号化されたビットは情報を復号するために用いられるパリティビットを含む。
中心周波数は、情報を変調するために利用可能な１組の周波数成分のほとんどを通じて、ほぼ一様に拡散されている。
この方法は、さらに、変調された信号を第１のノードから第２のノードへ送信する工程を含む。
第１のノードおよび第２のノードは各々情報を変調するために利用可能な１組の周波数成分を識別する情報を格納する。
第２のノードは、選択された周波数成分のうちのいずれかが情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定されているか否かを示す情報を第１の局から受信する必要なく、情報の一部を回復することが可能である。
この方法は、さらに、選択された周波数成分の各々を復調する工程と、得られる復調された情報を用いて情報の一部を回復する工程と、を含む。
情報の一部を回復する工程は、復調された情報を復号する工程を含む。
選択された周波数成分のうちの１つ以上の振幅は、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定されている。
情報を変調するために用いられる所定の振幅は、位相偏移キーイング変調コンスタレーションに対応する振幅を含む。
情報を変調するために用いられる所定の振幅は、直交振幅変調コンスタレーションに対応する複数の振幅のうちの１つを含む。
複数の周波数成分のうちの１つの振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することは、この周波数成分の振幅を、この周波数成分の配置される変調された信号のスペクトルの一部において放射可能な電力に関する制約に基づく制限未満に設定することを含む。
電力に関する制約は、認可されたエンティティとの干渉を禁止することに基づく。
この方法は、さらに、認可されたエンティティから送信を検出することに応じて、周波数成分の振幅を制限未満に設定する工程を含む。
複数の周波数成分のうちの１つの振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することは、この周波数成分を停止することを含む。
この方法は、さらに、一定の周波数範囲において少なくとも幾つかの周波数が除外されている１組の利用可能な周波数にしたがって、信号の周波数成分を選択する工程を含む。
除外される周波数は、一定の領域において認可されたエンティティと干渉する可能性のある周波数に相当する。
別の態様では、一般に、本発明は、送信機を特徴とする。この送信機は、情報を冗長性に符号化し、信号の複数の周波数成分に関して変調する回路を備える符号化器モジュールを含む。得られる変調された信号は周波数において少なくとも幾らかの冗長性を含み、選択された周波数成分のすべてより少ない周波数成分から、選択された周波数成分に関して変調された情報の一部を回復することを可能とする。また、この送信機は、変調された信
号のスペクトルを制御する回路を備えるスペクトル成形モジュールを含む。これは、変調された信号の少なくとも一部の周波数成分の振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することを可能とすることを含む。
本発明の多くの利点（その一部は様々な態様および実施形態のうちの一部においてのみ得られる場合がある）は、特には、次の通りである。
振幅マスク技術を用いて、例えば、ユーザのローカルネットワーク（例えば、コンピュータ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ブリッジ、テレビ、ＤＶＲなどなどの装置のホーム送電線ネットワーク）とサービスプロバイダのアクセスネットワークとの間の相互運用を維持することが可能である。サービスプロバイダは、認可されたエンティティと干渉することの禁止などの制約のため、所与のスペクトルバンドにおいて放射される電力を制限することが必要な場合がある。連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、例えば、アマチュア無線装置または無線局など認可されたエンティティと干渉する場合、サービスプロバイダが所与のスペクトルバンドにおける電力の送出を停止する手段を有することが可能であることを要求することがある。振幅マスク技術によって、通信を維持したまま、変調方式の変更を受信局と交渉する必要なく、送出されるスペクトルをサービスプロバイダが調整することが可能となる。
例えば、サービスプロバイダが所与の組のキャリアを用いて既にユーザ装置と通信を行っており、サービスプロバイダが１つ以上のキャリアを停止する必要がある場合、振幅マスク技術によって、ユーザ局と合意済みの変調方式によるそのキャリアを依然として用いたまま、干渉しているキャリアに関する電力の放射をサービスプロバイダが停止することが可能となる。振幅マスクによって、選択されたキャリアの振幅が変更されるが、それらのキャリアは変調方式から除去されないので、振幅マスク技術によって、送信されるスペクトルを調整する前に変調パラメータ（例えば、トーンマスク）を更新する通信オーバヘッドが回避される。
図１に示すように、ネットワーク構成１００は、幾つかの通信局１０２Ａ〜１０２Ｅ（例えば、計算装置または視聴覚装置）が互いに通信を行うための共有の通信媒体１１０を提供する。通信媒体１１０は、例えば、同軸ケーブル、無シールドツイストペアケーブル、電力線または無線チャネルなど、１つ以上の種類の物理的な通信媒体を含むことが可能である。また、ネットワーク構成１００は、ブリッジまたはリピータなどの装置を備えることも可能である。通信局１０２Ａ〜１０２Ｅは、ネットワークインタフェースモジュール１０６によって用いられる所定の物理（ＰＨＹ）層および媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層の通信プロトコルを用いて、互いに通信を行う。ＭＡＣ層はデータリンク層の副層であり、例えば、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）ネットワークアーキテクチャ標準にしたがって、ＰＨＹ層に対するインタフェースを提供する。ネットワーク構成１００は、様々なネットワークトポロジー（例えば、バス、ツリー、スター、メッシュ）のうちのいずれかを有することが可能である。
局は、いずれのキャリアが使用中であるかあるいは使用不能であるかを示す情報を局間で交換する必要なく、変調された信号のスペクトルを管理するために、振幅マスク技術を用いる。振幅マスク技術については、より詳細に以下に記載する。振幅マスク技術は、変調されたデータが冗長情報を用いて回復される可能性が高いよう、変調された信号のスペクトルを局が制御することが可能であるように複数のキャリアを通じてデータを拡散させる、冗長符号化方式と共に用いられる。
一部の実施形態では、ネットワークインタフェースモジュール１０６は、ネットワーク構成１００が送信特性の変化を示す通信媒体１１０を含むとき、性能を改良するための特徴を備えるプロトコルを用いる。例えば、通信媒体１１０は家庭内のＡＣ電力線を含んで
よく、随意で他の媒体（例えば、同軸ケーブル）へ接続される。
電力線通信システムは、既存のＡＣ配線を用いて情報を交換する。ＡＣ配線は相当低い周波数送信用に設計されているため、ＡＣ配線では、データ送信に用いられる、より高い周波数にて、チャネル特性が変化する（例えば、用いられる配線および実際の配置に応じて）。様々なリンク間のデータレートを増大するために、局は自身の送信パラメータを動的に調整する。この処理はチャネル適応と呼ばれる。チャンネル適応によって、各リンク上で使用可能な１組の送信パラメータを指定する適応情報が生じる。適応情報は、用いられる周波数、自身の変調、および用いられる前方誤り訂正（ＦＥＣ）などのパラメータを含む。
通信媒体１１０によって提供される任意の２つの局の間の通信チャンネルは、ノイズ特性および周波数応答における周期的な変化など、チャネル特性の変化を示す場合がある。チャネル特性の変化の存在時に性能およびＱｏＳ安定性を改良するために、局は、ＡＣ線の周波数（例えば、５０または６０Ｈｚ）にチャネル適応を同期させることが可能である。通常、ＡＣ線サイクルの位相および周波数は発電所から変化しているので、局所的なノイズおよび負荷は変化する。この同期によって、ＡＣ線サイクルの特定の位相領域について最適化された一貫したチャネル適応を局が用いることが可能となる。そのような同期の一例は、米国特許出願第１１／３３７，９４６号明細書に記載されている。これを引用によって本明細書に援用する。
チャネル特性の変化によって生じる潜在的な障害を軽減する別の態様には、ＯＦＤＭなどロバストな信号変調フォーマットを用いることが含まれる。ＯＦＤＭ変調を用いる代表的な通信システムを以下に記載する。
データと通信媒体を通じて送信される信号波形との間の変換を行うネットワークインタフェースモジュール１０６の部分を実装するために、様々な通信システムアーキテクチャのうちの任意のものを用いることが可能である。局上で動作するアプリケーションは、ネットワークインタフェースモジュール１０６との間でセグメントによるデータの提供および受信を行う。「ＭＡＣプロトコルデータユニット」（ＭＰＤＵ）は、輸送するようＭＡＣ層がＰＨＹ層に求めたオーバヘッドおよびペイロードのフィールドを含む情報のセグメントである。ＭＰＤＵは、送信されているデータの種類に基づき、様々なフォーマットのうちのいずれかを有することが可能である。「ＰＨＹプロトコルデータユニット（ＰＰＤＵ）」は、電力線を通じて送信されるＭＰＤＵを表す、変調された信号波形のことである。
ＯＦＤＭ変調では、データはＯＦＤＭ「シンボル」の形態で送信される。各シンボルは所定の持続時間、すなわち、シンボル時間Ｔｓを有する。各シンボルは、互いに直交でありＯＦＤＭキャリアを形成する、Ｎ個の正弦キャリア波形の重ね合せから生成される。各キャリアは、ピーク周波数ｆｉと、シンボルの開始から測定される位相φｉとを有する。これらの相互に直交のキャリアの各々について、正弦波形の全周期数はシンボル時間Ｔｓ以内に収まっている。すなわち、各キャリア周波数は、周波数間隔Δｆ＝１／Ｔｓの整数倍である。キャリア波形の位相φｉおよび振幅Ａｉは、得られる変調された波形の直交性に影響を与えることなく、（適切な変調方式にしたがって）独立に選択可能である。キャリアは、ＯＦＤＭ帯域幅と呼ばれる周波数ｆ１〜ｆＮの周波数範囲を占有する。
図２を参照すると、通信システム２００は、通信媒体２０４を通じて受信機２０６へ信号（例えば、一連のＯＦＤＭシンボル）を送信するために送信器２０２を備える。送信器２０２および受信機２０６は、いずれも各局のネットワークインタフェースモジュール１０６に組込可能である。通信媒体２０４は、ネットワーク構成１００の通信媒体１１０を
通じた１つの局から別の局への経路を表す。
送信器２０２にて、ＰＨＹ層を実装するモジュールは、ＭＡＣ層からＭＰＤＵを受信する。ＭＰＤＵは、スクランブル化、誤り訂正符号化、およびインタリーブ化などの処理を実行するために、符号化器モジュール２２０へ送信される。図３を参照すると、代表的な符号化器モジュール２２０は、スクランブラ３００、ターボ符号化器３０２およびインタリーバ３０４を含む。
スクランブラ３００は、ＭＰＤＵによって表現される情報に、よりランダムな分布を与える（例えば、複数の０または複数の１からなる長い文字列の可能性を減少させるために）。一部の実施形態では、次式などの生成多項式を用いて、データと、反復する擬似ノイズ（ＰＮ）シーケンスとの「排他的論理和」演算が行われる：
Ｓ（ｘ）＝ｘ１０＋ｘ３＋１
ＭＰＤＵの処理の開始時に、スクランブラ３００の状態ビットは所定のシーケンス（例えば、すべて１）へ初期化される。
スクランブラ３００からのスクランブル化された情報ビットは、様々な符号化技術（例えば、畳み込み符号）のうちのいずれかを用いる符号化器によって符号化可能である。この符号化器は、データビットのストリームや、一部の実施形態では、パリティビットからなる１つ以上のストリームなどの補助情報を生成することが可能である。この例では、ターボ符号化器３０２はターボ符号を用いて、ｍ個の入力情報ビットからなる各ブロックについて、入力情報を表すｍ個の「データビット」のブロック（ｄ）と、情報ビットに対応するｎ／２個の「パリティビット」（ｐ）の第１のブロックと、情報ビットの既知の順列に対応するｎ／２個のパリティビット（ｑ）の第２のブロックとを生成する。データビットおよびパリティビットは、ともに、潜在的な誤りを訂正するために使用可能な冗長情報を提供する。この方式によって、ｍ／（ｍ＋ｎ）のレートの符号が得られる。
インタリーバ３０４は、ターボ符号化器３０２から受信されたビットのインタリーブ化を行う。インタリーブ化は、例えば、ＭＰＤＵの所定の部分に対応するブロックに対し実行可能である。インタリーブ化によって、所与の情報のブロックに対する冗長データおよびパリティビットが、周波数において（例えば、異なるキャリアに対して）および時間において（例えば、異なるシンボルに対し）分配され、局所的（例えば、時間、周波数またはその両方において局所的）な信号干渉のために発生する誤りを訂正する性能が提供されることが保証される。信号の干渉はジャマーによる場合もあり、下述のスペクトル成形モジュール４００のスペクトル成形による場合もある。インタリーブ化によって、限定された帯域幅干渉がすべてのキャリアを損傷することがないように、ＭＰＤＵの所与の部分に対する冗長情報が、ＯＦＤＭ帯域幅を通じて均一に分配されるキャリアに関して変調されることを保証することが可能である。また、インタリーブ化によって、帯域幅は広いが期間の短い干渉がすべてのシンボルを損傷することがないように、冗長情報が１より多くのシンボルに関して変調されることを保証することが可能である。
符号化器モジュール２２０はバッファを備える。このバッファは、ターボ符号化器３０２からのデータおよびパリティビットを一時的に格納し、格納された順序とは異なった順序でインタリーバ３０４によって読み取られるために使用可能である。例えば、バッファは、各々ｍ／ｋビットのｋ個の「データサブバンク」と、各々ｎ／ｋビットのｋ個の「パリティサブブンク」とを備えることが可能である（例えば、サブバンクはメモリの論理領域に相当し得る）。ｋ＝４の場合、データビットはｍ／４ビットの４つの等しいサブブロックへ分割され、パリティビットはｎ／４ビットの４つの等しいサブブロックへ分割される（ここで、ｍ，ｎの両方は４で割り切れるように選択される）。ターボ符号化器３０２は、第１のｍ／４個のデータビットを（自然な順序で）第１のデータサブバンクへ、次の
ｍ／４個のデータビットを第２のデータサブバンクへ、のように書き込む。ターボ符号化器３０２は、第１のｎ／４個のパリティビットを（自然な順序で）第１のパリティサブバンクへ、次のｎ／４個のパリティビットを第２のパリティサブバンクへ、のように書き込む。
インタリーバ３０４は、所定の順序でサブバンクから読取を行うことによって、データシンボルのキャリアに関して変調されるビットのストリームを生成する。例えば、長さｍ／４の４つのデータサブバンクは、ｍ／４行、４列の行列と考えられる。ここで、第０列は第１のサブバンクを表し、第１列は第２のサブバンクを表す、などである。同じ行の４ビット（各サブブロックから１ビット）からなるグループは、第０行から始まって、行列から一度に読み取られる。１つの行が読み取られた後、次の行の読取を実行する前に、行ポインタが刻み分（ＳｔｅｐＳｉｚｅ）だけインクリメントされる。ｍ／４／ＳｔｅｐＳｉｚｅ個の行の読取後、行列の終端に達する。次いで、行列からすべてのビットが読み取られるまで、異なる行についてこの処理が反復される。同様にして、パリティビットをインタリーブ化することが可能である。一部の実施形態では、また、所定の手法により、データビットおよびパリティビットを互いにインタリーブ化することが可能である。
ＲＯＢＯモードと呼ばれる幾つかの通信モードでは、インタリーバ３０４は、出力データストリームにおける冗長性を増加させるために追加の処理を実行する。例えば、異なる循環シフトにて各サブバンク位置を複数回読み取り、インタリーバ３０４の出力にて各々の符号化されたビットを複数のビットにより表現することによって、ＲＯＢＯモードにさらなる冗長性を導入することが可能である。
他の種類の符号化器、インタリーバまたはその両方を用いて、冗長性を提供し、変調されたキャリアのすべてより少ないキャリアまたは変調されたシンボルのすべてより少ないシンボルから、ＭＰＤＵの各部分を回復することが可能である。
図２を参照すると、符号化されたデータはマッピングモジュール２２２へ供給される。マッピングモジュール２２２は、現在のシンボルに用いられるコンスタレーション（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８−ＱＡＭ、１６−ＱＡＭコンスタレーション）に応じて一群のデータビット（例えば、１，２，３，４，６または１０ビット）を取得し、それらのビットによって表されるデータ値を現在のシンボルのキャリア波形の同相成分（Ｉ）および直角位相成分（Ｑ）の対応する振幅にマッピングする。これによって、その実数部分がピーク周波数ｆｉのキャリアのＩ成分に対応し、その虚数部分がＱ成分に対応する、対応する複素数Ｃｉ＝Ａｉｅｘｐ（ｊφｉ）に関連した各データ値が生じる。これに代えて、変調されたキャリア波形にデータ値を関連付ける任意の適切な変調方式を用いることが可能である。
また、マッピングモジュール２２２は、「トーンマスク」にしたがって情報を送信するためにシステム２００によってＯＦＤＭ帯域幅内のキャリア周波数ｆ１，．．．，ｆＮ（すなわち、「トーン」）のいずれが用いられるかを決定する。例えば、特定の領域（例えば、北アメリカ）における認可されたエンティティと干渉する可能性のある一部のキャリアを避けることが可能であり、それらのキャリア上では電力が放射されない。所与の領域において売却される装置は、その領域に対して構成されたトーンマスクを用いるようにプログラム可能である。また、マッピングモジュール２２２は、「トーンマップ」にしたがって、トーンマスクのキャリアの各々に関して用いられる変調の種類を決定する。トーンマップは、デフォルトのトーンマップ（例えば、複数の局の間の冗長なブロードキャスト通信用）であってもよく、あるいは通信媒体２０４の特性に適応した受信局によって決定される、カスタマイズされたトーンマップ（例えば、２つの局の間のより効率的なユニキャスト通信用）であってもよい。トーンマスクにおける１つのキャリアが使用に適切でな
い（例えば、フェージングまたはノイズのため）と局が判定する（例えば、チャネル適応中に）場合、トーンマップは、データを変調するためにそのキャリアを使用しないように指定することが可能であるが、これに代えて、そのキャリアに擬似乱数的なノイズを用いることが可能である（例えば、擬似ノイズ（ＰＮ）シーケンスのバイナリ値を用いて変調されたコヒーレントＢＰＳＫ）。２つの局が通信を行う場合、信号を適切に復調することが可能であるように、それらの局は同じトーンマスクおよびトーンマップを使用するか、あるいは少なくとも、相手の装置がいずれのトーンマスクおよびトーンマップを使用するかを知っている必要がある。
変調モジュール２２４は、マッピングモジュール２２２によって決定されたＮ個の複素数（それらのうちの一部は未使用キャリアについて０であってよい）の組を、ピーク周波数ｆ１，．．．，ｆＮを有するＮ個の直交キャリア波形に関して変調する。変調モジュール２２４は、（サンプリングレートｆＲにおける）離散時間型シンボル波形Ｓ（ｎ）を形成するために、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を実行する。これは、次式のように書くことができる：
Figure 2009504034
ここで、時間のインデックスｎは１からＮへ進み、Ａｉは振幅であり、φｉはピーク周波数ｆｉ＝（ｉ／Ｎ）ｆＲであるキャリアの位相であり、ｊ＝√（−１）である。一部の実装では、離散フーリエ変換は、Ｎが２の累乗である高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に相当する。
後処理モジュール２２６は、一連の連続的なシンボル（重なる可能性がある）を結合し、通信媒体２０４を通じた連続的なブロックとして送信可能な「シンボルセット」にする。後処理モジュール２２６は、自動利得制御（ＡＧＣ）およびシンボルタイミング同期に使用可能なシンボルセットの後部に、プリアンブルを付加する。シンボル間およびキャリア間の干渉（例えば、システム２００、通信媒体２０４またはその両方の欠陥による）を軽減するため、後処理モジュール２２６は、シンボルの最後の部分のコピーであるサイクリックプレフィックスを用いて各シンボルを延長することが可能である。また、後処理モジュール２２６は、シンボルセット内のシンボルのサブセットにパルス整形ウィンドウを適用し（例えば、２乗余弦窓または他の種類のパルス整形ウィンドウを用いて）、シンボルのサブセットを重ね合わせることなど、他の機能を実行することが可能である。
変調モジュール２２４または後処理モジュール２２６は、スペクトル成形モジュールを含むことが可能である。スペクトル成形モジュールは、「振幅マスク」にしたがって、変調されるシンボルを含む信号のスペクトルをさらに変更する。トーンマスクはネットワークにおいて局の間でメッセージを交換することによって変更可能であり、振幅マスクによって、局の間でメッセージを交換する必要なしで、一定のキャリア上で送信される電力を局が減少させることが可能となる。したがって、スペクトル成形モジュールは、干渉を生じ得るキャリアの振幅を変更することによって、動的なスペクトルの制約に応じて動的にスペクトルを成形することが可能である。一部の場合、スペクトル成形モジュールは、認可されたエンティティからの送信を検出するなどのイベントに応じて、周波数成分の振幅
を所定の制限未満に設定する。
図４を参照すると、変調モジュール２２４の代表的な実施形態は、ＩＤＦＴモジュール４０２へ接続されたスペクトル成形モジュール４００を含む。スペクトル成形モジュール４００は、減少されるキャリアに対する振幅Ａｉを変更して、減少された振幅Ａ’ｉをＩＤＦＴモジュール４０２に提供する。減少されるキャリアに対する位相およびφｉの値を、スペクトル成形モジュール４００を通じて変更なしで渡すことが可能である。したがって、この例では、ＩＤＦＴモジュール４０２は、減少されたキャリア周波数を含む離散フーリエ変換を実行する。
振幅マスクによって、電力が減少される量にしたがって振幅Ａ’ｉ＝αＡｉにおける減少定数αが指定される（例えば、電力１ｄＢ毎に振幅２ｄＢ）。振幅Ａ’ｉは、得られる放射電力が他の装置と干渉しないように、情報を変調するために通常用いられる所定の振幅未満に設定される（例えば、所定のコンスタレーションにしたがって）。また、振幅マスクのエントリは、キャリアが完全にヌル化され（ｎｕｌｌｅｄ）、対応する振幅が０に設定されることを示してもよい。減少されたキャリアは、変調・符号化方式が維持されるように、振幅ゼロで送信される場合にも受信局によってさらに処理される。
一般に、２つの局が通信を行う場合、それらの局は、相手の局が使用している振幅マスクを（あるいは、局がすべての振幅マスクを使用しているか否かを）必ずしも知っている必要はない。送信器と受信機との間の変調方式の変更が振幅マスクを用いてキャリアを部分的に減少させるまたは完全に減少させる（すなわち、停止する）ために必要でない場合であっても、一部の場合には、受信局がトーンマップ（これによって、トーンマスク内のキャリアがどのように変調されるかが決定される）を更新するとき、受信局は、減少されたキャリアに対して非常に不充分な信号対雑音比を検出し、更新されたトーンマップからそれらのキャリアを除外し（データを変調するためにそれらのキャリアが使用されないことを示し）てよい。
代替の実施形態では、スペクトル成形モジュールは、例えば、信号の１つ以上の狭周波数帯の振幅を減少させるプログラム可能なノッチフィルタとして、後処理モジュール２２６に含まれることが可能である。
アナログフロントエンド（ＡＦＥ）モジュール２２８は、時間連続（例えば、ローパスフィルタ処理された）バージョンのシンボルセットを含むアナログ信号を通信媒体２０４に接続する。通信媒体２０４を通じた波形Ｓ（ｔ）の時間連続バージョンの送信の効果は、通信媒体を通じた送信のインパルス応答を表す関数ｇ（τ；ｔ）を用いる畳み込みによって表現可能である。通信媒体２０４はノイズｎ（ｔ）を付加してもよく、このノイズはジャマーによって放射されるランダムノイズ、狭周波数帯ノイズまたはその両方であってよい。
受信機２０６にて、ＰＨＹ層を実装するモジュールは、通信媒体２０４から信号を受信し、ＭＡＣ層に対するＭＰＤＵを生成する。ＡＦＥモジュール２３０は自動利得制御（ＡＧＣ）モジュール２３２および時間同期モジュール２３４と共に動作し、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）モジュール２３６へサンプリングした信号データおよびタイミング情報を提供する。
サイクリックプレフィックスを除去した後、受信機２０６はサンプリングした離散時間シンボルをＤＦＴモジュール２３６に供給し、（Ｎ点のＤＦＴを実行することによって）符号化されたデータ値を表現する一連のＮ個の複素数を抽出する。復調器／復号器モジュール２３８は、対応するビットシーケンスに対し複素数をマッピングし、適切なビットの
復号（脱インタリーブ処理、誤り訂正およびスクランブル解除を含む）を実行する。続いてスペクトル成形モジュール４００によって減少されたキャリアに関して変調されたデータは、符号化方式による冗長性のために回復可能である。
送信器２０２または受信機２０６のモジュールを含む通信システム２００の任意のモジュールは、ハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実装可能である。
ネットワーク構成の概略図。 通信システムのブロック図。 符号化器モジュールのブロック図。 変調モジュールのブロック図。

Claims (21)

  1. 信号の複数の周波数成分に関して情報を変調する工程と、得られる変調された信号は周波数において少なくとも幾らかの冗長性を含み、選択された周波数成分のすべてより少ない周波数成分から、選択された周波数成分に関して変調された情報の一部を回復することを可能とすることと、
    変調された信号のスペクトルを制御する工程と、同工程は、変調された信号の少なくとも一部の周波数成分の振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することを可能とすることを含むことと、
    所定の振幅未満に設定された振幅を有する周波数成分を含む変換を用いて、変調された信号を生成する工程と、からなる方法。
  2. 選択された周波数成分に関して情報の一部を変調することは、中心周波数の異なるそれぞれの周波数成分に関して情報の一部を復号することの可能な冗長データを変調することを含む請求項１に記載の方法。
  3. 信号は複数のシンボルを含むことと、それぞれの周波数成分のうちの少なくとも幾つかはシンボルが異なることと、を含む請求項２に記載の方法。
  4. 冗長データは前記情報に関連した１つ以上の符号化されたビットを含む請求項２に記載の方法。
  5. 前記１つ以上の符号化されたビットは前記情報を表すデータビットを含む請求項４に記載の方法。
  6. 前記１つ以上の符号化されたビットは前記情報を復号するために用いられるパリティビットを含む請求項４に記載の方法。
  7. 中心周波数は、前記情報を変調するために利用可能な１組の周波数成分のほとんどを通じて、ほぼ一様に拡散されている請求項２に記載の方法。
  8. 変調された信号を第１のノードから第２のノードへ送信する工程を含む請求項１に記載の方法。
  9. 第１のノードおよび第２のノードは各々前記情報を変調するために利用可能な１組の周波数成分を識別する情報を格納する請求項８に記載の方法。
  10. 第２のノードは、選択された周波数成分のうちのいずれかが前記情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定されているか否かを示す情報を第１の局から受信する必要なく、前記情報の一部を回復することが可能である請求項８に記載の方法。
  11. 選択された周波数成分の各々を復調する工程と、得られる復調された情報を用いて前記情報の一部を回復する工程と、を含む請求項１に記載の方法。
  12. 前記情報の一部を回復する工程は、復調された情報を復号する工程を含む請求項１１に記載の方法。
  13. 情報を変調するために用いられる所定の振幅は、位相偏移キーイング変調コンスタレーションに対応する振幅を含む請求項１に記載の方法。
  14. 情報を変調するために用いられる所定の振幅は、直交振幅変調コンスタレーションに対応する複数の振幅のうちの１つを含む請求項１に記載の方法。
  15. 複数の周波数成分のうちの１つの振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することは、同周波数成分の振幅を、同周波数成分の配置される変調された信号のスペクトルの一部において放射可能な電力に関する制約に基づく制限未満に設定することを含む請求項１に記載の方法。
  16. 電力に関する制約は、認可されたエンティティとの干渉を禁止することに基づく請求項１５に記載の方法。
  17. 認可されたエンティティから送信を検出することに応じて、周波数成分の振幅を前記制限未満に設定する工程を含む請求項１６に記載の方法。
  18. 複数の周波数成分のうちの１つの振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することは、同周波数成分を停止することを含む請求項１に記載の方法。
  19. 一定の周波数範囲において少なくとも幾つかの周波数が除外されている１組の利用可能な周波数にしたがって、信号の周波数成分を選択する工程を含む請求項１に記載の方法。
  20. 除外される周波数は、一定の領域において認可されたエンティティと干渉する可能性のある周波数に相当する請求項１９に記載の方法。
  21. 情報を冗長性に符号化し、信号の複数の周波数成分に関して変調する回路を備える符号化器モジュールと、得られる変調された信号は周波数において少なくとも幾らかの冗長性を含み、選択された周波数成分のすべてより少ない周波数成分から、選択された周波数成分に関して変調された情報の一部を回復することを可能とすることと、
    変調された信号の少なくとも一部の周波数成分の振幅を、情報を変調するために用いられる所定の振幅未満に設定することを可能とすることを含め、変調された信号のスペクトルを制御する回路を備えるスペクトル成形モジュールと、
    所定の振幅未満に設定された振幅を有する周波数成分を含む周波数成分を用いて変調された信号を生成する回路を備える変換モジュールと、からなる送信機。
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