JP2009526463A - 周波数分割多重アクセスシステムにおける低ピーク対平均電力比伝送 - Google Patents

Abstract

通信用の方法は、複数の副搬送波を使用する多重アクセス通信システム（２０）内において、第１副搬送波を第１データを伝送する第１通信端末に、そして、第２副搬送波を第２データを伝送する第２通信端末に割り当てる段階を含んでいる。第１通信端末は、第１複数搬送波変調方式を使用して少なくともいくつかの第１副搬送波上に第１データを変調し、第１信号を生成するべく、割り当てられている。第２通信端末は、第１複数搬送波変調方式との関係において低減されたピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備した第２複数搬送波変調方式を使用して少なくともいくつかの第２副搬送波上に第２データを変調し、第２信号を生成するべく、割り当てられている。第１及び第２副搬送波上において第１及び第２信号を同時に受信することにより、第１及び第２通信端末との同時通信が実行されている。
【選択図】図１

Description

（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２００６年２月９日付けで出願された米国仮特許出願第６０／７７２，１０１号の利益を主張するものであり、この内容は、本引用により、本明細書に包含される。
本発明は、一般に、通信システムに関するものであり、具体的には、周波数分割多重アクセスシステムにおいて低ピーク対平均電力比信号を伝送する方法及びシステムに関するものである。

いくつかの通信システム及びアプリケーションは、周波数リソースを複数の通信端末に割り当てる周波数分割多重アクセス（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＦＤＭＡ）方式を使用している。ＦＭＤＡの１つのタイプが、直交周波数分割多重アクセス（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＯＦＤＭＡ）であり、これは、例えば、一般にＷｉＭＡＸと呼ばれているＩＥＥＥ８０２．１６規格ファミリーに基づいた通信システムにおいて使用されている。これらの規格に関する情報は、ｗｗｗ．ｉｅｅｅ８０２．ｏｒｇ／１６及びｗｗｗ．ｗｉｍａｘｆｏｒｕｍ．ｏｒｇにおいて入手可能である。

モバイルＷｉＭＡＸアプリケーションは、しばしば、「Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ｔｏ ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｌｏｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ − Ｐａｒｔ １６： Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ − Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｙｅｒｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｆｉｘｅｄ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｉｃｅｎｓｅｄ Ｂａｎｄｓ」という名称のＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に準拠しており、この内容は、本引用により本明細書に包含される。この規格の第８．４．１節、第８．４．２節、第８．４．３節、第８．４．４節、第８．４．６．２節、第８．４．６．３節は、アップリンク信号の生成及び伝送について記述している。

ＯＦＤＭＡ信号は、複数の副搬送波から構成されており、従って、しばしば、大きなピーク対平均電力比（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ：ＰＡＰＲ）を具備している。ＯＦＤＭＡのフレームワーク内において単一搬送波特性及び低ＰＡＰＲを具備した信号を伝送するべく、いくつかの方法及びシステムが提案されている。このような方法及びシステムは、例えば、Ｉ−ＦＤＭＡとも呼ばれているインターリーブされたＯＦＤＭ及びＳＣ−ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｈａｎｎｅｌ ＦＤＭＡ）を含んでいる。これらの方法及び信号については、例えば、「Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒａｄｉｏ−Ｌｉｎｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」（Ｄｅｌｉｖｅｒａｂｌｅ Ｄ２．１ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ−Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ（ＷＩＮＮＥＲ）、ＩＳＴ−２００３−５０７５８１、第１．０版、２００４年７月１６日）において、Ｋｌａｎｇ他（編者）が記述しており、この内容は、本引用により、本明細書に包含される。ＦＤＯＳＳ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）とも呼ばれているＩ−ＦＤＭＡについては、この参考文献の９１〜９２頁の第３．２．１５節に記述されている。ＳＣ−ＦＤＭＡについては、９３頁の第３．２．１６節に記述されている。

従って、本発明の一実施例によれば、通信用の方法が提供されており、この方法は、複数の副搬送波を使用する多重アクセス通信システムにおいて、第１副搬送波を第１データを伝送する第１通信端末に、そして、第２副搬送波を第２データを伝送する第２通信端末に割り当てる段階と、第１通信端末を割り当てることにより、第１複数搬送波変調方式を使用して第１データを少なくともいくつかの第１副搬送波上に変調し、第１信号を生成する段階と、第２通信端末を割り当てることにより、第１複数搬送波変調方式との関係において低減されたピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備した第２複数搬送波変調方式を使用して第２データを少なくともいくつかの第２副搬送波上に変調し、第２信号を生成する段階と、第１及び第２信号を第１及び第２副搬送波上において同時に受信することにより、第１及び第２通信端末と同時に通信する段階と、を含んでいる。

いくつかの実施例においては、第１信号は、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）信号を含んでいる。別の実施例においては、第１及び第２通信端末は、それぞれ、基地局（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＢＳ）と通信する第１及び第２加入者局（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＳＳ）を含んでいる。

第１及び第２通信端末と通信する段階は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のＡＭＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ）モード、ＰＵＳＣ（Ｐａｒｔｉａｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）モード、ＦＵＳＣ（Ｆｕｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）、及びＯｐｔｉｏｎａｌ ＰＵＳＣモードから構成されたモードの群から選択された少なくとも１つのアップリンクモードにおいて動作する段階を包含可能である。

更に別の実施例においては、第２信号は、第２副搬送波の中の等しく離隔した副搬送波の組を占有する周波数シフトされた任意選択によって周期的である波形を含んでいる。第２信号は、単一搬送波信号及びフィルタリング済みの単一搬送波信号の中の１つのものの特性を具備した波形を包含可能である。第２通信端末を割り当てて第２データを変調する段階は、第２通信端末を割り当てて離散フーリエ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＦＴ）を第２データから選択されたデータシンボルに適用すると共に、このＤＦＴの出力を少なくともいくつかの第２副搬送波上に変調する段階を包含可能である。

いくつかの実施例においては、第２副搬送波を割り当てる段階は、第２副搬送波の中の等しく離隔した副搬送波の複数のインターレースされた組を個々の複数の通信端末に割り当てる段階を含んでいる。

別の実施例においては、第２信号は、既知の波形を含んでおり、第２通信端末と通信する段階は、既知の波形を受信及び処理することにより、第２通信端末に対する通信チャネルの応答を推定する段階を含んでいる。既知の波形は、低ＰＡＰＲミッドアンブルを包含可能である。いくつかの実施例においては、低ＰＡＰＲミッドアンブルは、周期的な波形を具備している。

更に別の実施例においては、第２通信端末と通信する段階は、第２通信端末が少なくともいくつかの第１副搬送波上において第１複数搬送波変調方式を使用して第２データを伝送する第１動作モードと、第２通信端末が少なくともいくつかの第２副搬送波上において第２複数搬送波変調方式を使用して第２データを伝送する第２動作モードの間において、第２通信端末を切り換える段階を含んでいる。第１及び第２動作モードの中の１つにおいて第２通信端末を動作させる段階は、第１電力閾値及びこの第１値を上回る第２電力閾値を定義する段階と、第２通信端末の出力電力が第１閾値を下回っている場合に第１動作モードを選択する段階と、第２通信端末の出力電力が第１及び第２閾値の間にある場合に第２動作モードを選択する段階と、を包含可能である。

いくつかの実施例においては、第２通信端末と通信する段階は、複数のアンテナを介して複数の異なる通信チャネル上において第２データを受信する段階と、チャネルの応答を推定するべく、個々の通信チャネル上において第２通信端末によって伝送された既知の波形を受信及び処理する段階と、を含んでいる。

既知の波形を受信する段階は、第２副搬送波の個々のオーバーラップしていないサブセット上においてパラレルに波形を受信する段階と、個々の異なる時間インターバルにおいて波形を受信する段階の中の１つのものを包含可能である。

別の実施例においては、第２通信端末と通信する段階は、複数のアンテナを介して複数の異なる通信チャネル上において第２信号を受信する段階と、判定指向のデコーディングプロセスを使用して第２信号から第２データをデコーディングする段階を含んでおり、判定指向のデコーディングプロセスは、少なくともいくつかの第２副搬送波上において個別に受信された個々の複数の受信及びイコライズされたシンボルに基づいて複数のソフトシンボルを生成する段階と、フーリエ変換をソフト受信シンボルに適用する段階と、フーリエ変換の出力を処理することにより、個々のソフト受信シンボルに基づいてハードシンボル判定を生成する段階と、ハードシンボル判定に逆フーリエ変換を適用する段階と、によるものである。

本発明の一実施例によれば、複数の副搬送波を使用する多重アクセス通信システム内の基地局が更に提供されており、この基地局は、第１副搬送波を第１データを伝送する第１通信端末に、そして、第２副搬送波を第２データを伝送する第２通信端末に割り当て、第１通信端末を割り当てることにより、第１複数搬送波変調方式を使用して第１データを少なくともいくつかの第１副搬送波上に変調し、第１信号を生成すると共に、第２通信端末を割り当てることにより、第１複数搬送波変調方式との関係において低減されたピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備した第２複数搬送波変調方式を使用して第２データを少なくともいくつかの第２副搬送波上に変調し、第２信号を生成するべく構成されたコントローラと、それぞれ、割り当てられた第１及び第２副搬送波を第１及び第２通信端末に伝達するべく構成された送信機と、第１及び第２副搬送波上において第１及び第２信号を同時に受信することにより、第１及び第２通信端末と同時に通信するべく構成された受信機と、を含んでいる。

本発明の一実施例によれば、複数の副搬送波を使用する多重アクセス通信システムが更に提供されており、このシステムは、第１複数搬送波変調方式を使用した伝送のために第１副搬送波を割り当て、第１複数搬送波変調方式との関係において低減されたピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備した第２複数搬送波変調方式を使用した伝送のために第２副搬送波を割り当て、割り当てられた第１及び第２副搬送波を第１及び第２通信端末にそれぞれ伝達すると共に、第１及び第２副搬送波上において第１及び第２複数搬送波変調方式を使用して個々に伝送されたアップリンクデータを同時に受信するべく構成された基地局と、第１複数搬送波変調方式を使用することにより、少なくともいくつかの第１副搬送波上に第１データを変調して第１信号を生成すると共に、第１信号を基地局に伝送するべく構成された第１通信端末と、第２複数搬送波変調方式を使用することにより、少なくともいくつかの第２副搬送波上に第２データを変調して第２信号を生成すると共に、第２信号を基地局に伝送するべく構成された第２通信端末と、を含んでいる。

本発明については、添付の図面との関連において、その実施例に関する以下の詳細な説明を参照することにより、更に十分に理解することができよう。

（概要）
いくつかのＦＤＭＡシステムにおいては、端末は、その上部においてデータが変調された複数の副搬送波を有する複数搬送波信号を伝送することにより、データを基地局（ＢＳ）に伝送している。この結果得られた複数搬送波信号は、通常、高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備している。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのＯＦＤＭＡシステムにおいては、ＰＡＰＲは、１６〜１８ｄＢの範囲又はこれを上回る値に到達可能である。通信端末の電力増幅器は、通常、ピーク電力が制限されているため、このような高いＰＡＰＲ値は、副搬送波当たりの利用可能な伝送電力を制限する。

本発明の実施例は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのＯＦＤＭＡシステムなどのＦＤＭＡシステム内において低ＰＡＰＲ伝送を統合する改善された方法及びシステムを提供している。本明細書に記述されている低ＰＡＰＲ信号は、周期的な波形を有することが可能であり、これらは、等しく離隔した副搬送波の組を占有している。これらの低ＰＡＰＲ信号は、単一搬送波信号に似た統計的な特性を具備しており、従って、相対的に低いＰＡＰＲ値を具備している。

以下に例証されているように、このような信号のＰＡＰＲは、しばしば、匹敵するＯＦＤＭＡ信号のＰＡＰＲよりも４〜５ｄＢ低いレベルにある。これらの低ＰＡＰＲ信号を使用することにより、副搬送波当たりに利用可能である出力電力が相応して増大し、これにより、相対的に大きな通信距離、安定性、システムカバレージ、及び／又はスループットが実現されている。

本明細書に記述されている低ＰＡＰＲの方法及びシステムは、特に、標準的なＯＦＤＭＡシステムとの統合に好適であり、わずかな変更しか伴っていない。通常、ＯＦＤＭＡシステムによって使用されている副搬送波の中のいくつかのものは、低ＰＡＰＲ信号を使用する通信端末に割り当てられており、その他の副搬送波は、従来のＯＦＤＭＡ端末に割り当てられている。この結果、基地局（ＢＳ）は、両方のタイプの端末と同時に通信可能である。

先程引用したＩ−ＦＤＭＡ及びＳＣ−ＦＤＭＡなどのいくつかの既知の低ＰＡＰＲ法は、任意の所与の時点において所与の基地局と通信しているすべての端末が、従来のＯＦＤＭＡ又は低ＰＡＰＲのいずれかを使用することを必要としている。これらの既知の方法及びシステムとは異なり、本明細書に記述されている方法及びシステムによれば、低ＰＡＰＲ及び従来のＯＦＤＭＡユーザーの両方が、同一のシンボルインターバルにおいて、同時に共存可能である。この同時性の結果として、従来の伝送及び低ＰＡＰＲ伝送の両方に割り当てられる持続時間を拡張可能であり、且つ、両方のタイプの伝送に割り当てられる副搬送波の数を相応して低減可能である。副搬送波の数を低減することにより、副搬送波当たりに利用可能である電力が増大し、この結果、通信距離及びスループットが増大することになる。

本明細書に記述されている低ＰＡＰＲ信号は、通常、等しく離隔した副搬送波の組を使用している。いくつかの実施例においては、複数の低ＰＡＰＲ端末は、等しく離隔した副搬送波のインターリーブされた組を占有することにより、副搬送波のブロックを共有可能である。チャネル推定は、通常、ミッドアンブルなどの既知の低ＰＡＰＲ波形を低ＰＡＰＲ伝送の一部として伝送することによって実行されている。いくつかのケースにおいては、特定の端末は、必要に応じて、低ＰＡＰＲ及び従来のＯＦＤＭＡ動作間において切り換え可能である。モード選択のための模範的な方法については、後述する。

いくつかの模範的な構成、リソースの割り当て方式、並びに、信号の生成及び受信方法については、ＯＦＤＭＡシステムにおけるアップリンク伝送を主に参照して後述する。

本明細書に記述されている低ＰＡＰＲ伝送法は、様々なＩＥＥＥ８０２．１６ｅの動作モードにおいて配備可能である。本明細書に記述されている実施例は、主に、しばしば、ＡＳＰ（Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）とも呼ばれているＡＭＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ）モードにおける動作を参照している。ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）動作のいくつかの態様についても説明している。

（システムの説明）
図１は、本発明の一実施例によるＦＤＭＡ通信システム２０を概略的に示すブロックダイアグラムである。システム２０は、基地局（ＢＳ）２４を有しており、これは、移動局（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＭＳ）２４などの複数のユーザー端末と通信している。この例においては、システム２０は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのＯＦＤＭＡシステムから構成されている。尚、後述する模範的な実施例は、モバイルユーザー端末を参照しているが、本明細書に記述されている方法及びシステムは、固定型、携帯型、及びノマディック型の加入者局などの任意のその他のタイプの加入者局（ＳＳ）と共に使用可能である。

ＢＳ２４は、ダウンリンクチャネル上においてダウンリンクデータをそれぞれのＭＳ２８に伝送しており、それぞれのＭＳ２８は、アップリンクチャネル上においてアップリンクデータをＢＳ２４に伝送している。ダウンリンク方向においては、ＢＳは、ＢＳ送信機（ＢＳ ＴＸ）３２を有しており、これは、ダウンリンクデータを変調して高周波（ＲＦ）信号を生成すると共に、この信号をＢＳアンテナ３６を介して伝送している。ＭＳにおいては、このダウンリンクＲＦ信号をＭＳアンテナ４０を介してＭＳ受信機（ＭＳ ＲＸ）４４によって受信している。ＭＳ ＲＸは、この信号を復調すると共に、ダウンリンクデータを抽出している。

アップリンク方向においては、特定のＭＳ２８のアップリンクデータが、ＭＳ送信機（ＭＳ ＴＸ）４８により、フォーマッティング、エンコーディング、変調、増幅、フィルタリング、及び／又はその他の方式によって処理されている。ＭＳ ＴＸは、ＲＦ信号を生成し、これをアンテナ４０を介してＢＳ２４に伝送している。具体的には、ＭＳ ＴＸ４８は、電力増幅器（ＰＡ）５２を有しており、これによってＲＦアップリンク信号を適切な出力電力レベルに増幅している。

ＢＳ２４は、ＢＳコントローラ６０を有しており、これは、ＢＳの様々な管理機能を実行している。それぞれのＭＳ２８は、ＭＳコントローラ６４を有しており、これは、ＭＳの様々な管理機能を実行している。通常、コントローラ６０及び６４は、汎用プロセッサから構成されており、これらは、本明細書に記述されている機能を実行するべくソフトウェアにおいてプログラミングされている。このソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して、電子的な形態において、プロセッサにダウンロード可能である。

コントローラ６０及び６４は、ソフトウェア、ハードウェア、或いは、ソフトウェア及びハードウェア要素の組み合わせを使用して実装可能である。以下の説明は、主に、低ＰＡＰＲ信号の処理に直接関係したコントローラ機能に合焦している。ＢＳ及びＭＳコントローラによって実行可能であるその他の機能については、わかりやすくするべく、省略している。

システム２０内のＭＳの少なくともいくつかのものは、後程詳述するように、低ＰＡＰＲ信号を使用してアップリンクデータをＢＳに伝送している。その他のＭＳ２８は、それぞれのアップリンクデータを既知のＯＦＤＭＡ信号及び方法を使用して伝送可能である。

図１の模範的なシステム構成は、純粋に概念的な明瞭性を目的として選択されたものである。本明細書に記述されている方法及びシステムは、任意のその他の適切な構成を具備した通信システム及びネットワークにおいて使用可能である。例えば、システム２０は、適切なコアネットワークによって相互接続された複数の基地局を有することが可能である。これに加えて、又はこの代わりに、本システムは、移動局、固定型のユーザー端末、或いは、固定及び移動局の組み合わせを有することも可能である。

又、以下の説明は、主に、先程引用したＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に基づいたシステムに合焦しているが、本明細書に記述されている方法及びシステムは、ＩＥＥＥ８０２．２０のシステム、並びに、３ＧＰＰ及び３ＧＰＰ２規格に基づいたＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムなどの周波数リソースを割り当てるその他のシステム又はアプリケーションにおいて使用することも可能である。

本発明を理解するために必須ではないシステム２０の、並びに、特に、ＢＳ２４及びＭＳ２８の要素については、わかりやすくするべく、図１から省略されている。

（低ピーク対平均比信号の伝送）
ＢＳ２４は、アップリンクチャネルの時間及び周波数リソースを様々なＭＳに割り当てており、ＭＳは、これらの割り当てを使用することにより、それぞれのアップリンクデータをＢＳに伝送している。それぞれのアップリンク割り当ては、いくつかの副搬送波の割り当てを有しており、この上部において、ＭＳは、そのアップリンクデータを特定の持続時間にわたって変調している。

ＭＳによって伝送される複合信号は、複数の副搬送波から構成されているため、通常、大きなピーク対平均電力（ＰＡＰＲ）比を具備している。ＰＡＰＲは、信号のピーク電力と平均電力の間の比率として定義されている。このピーク電力は、しばしば、絶対最大電力としてではなく、例えば、１０^-6、１０^-4、又は任意のその他の適切な値などの特定の小さな確率においてのみ超過する電力レベルとして規定されている。信号のＰＡＰＲは、通常、副搬送波の数に伴って増大する。副搬送波の数が大きい場合には、ＰＡＰＲは、１６〜１８ｄＢ又はこれを上回るものに到達可能である。複数副搬送波信号の模範的な振幅分布が、以下の図５に示されている。

ＭＳ ＴＸ４８と、特に、ＰＡ５２は、特定のピーク出力電力を供給するべく設計されている。従って、アップリンク信号のＰＡＰＲは、ＭＳの伝送電力を制限している。信号のＰＡＰＲが高い場合には、副搬送波当たりに利用可能である電力が低減される。この結果、ＭＳの通信距離、ＢＳにおける信号対雑音比、及び／又は伝送される副搬送波の数が低減されることになる。従って、高いＰＡＰＲは、しばしば、特に、ＢＳのカバレージエリアのエッジにおいて、カバレージの縮小及び／又はスループットの低減に結び付いている。

ＭＳ２８による相対的に大きな電力レベルにおける伝送を実現するべく、ＭＳは、従来のＯＦＤＭＡ信号ではなく、低ＰＡＰＲ信号を使用し、そのアップリンクデータを伝送可能である。本明細書に記述されている低ＰＡＰＲ信号の波形は、複数の副搬送波から構成されているが、これらは、単一の搬送波に似た統計的特性を具備している。この結果、これらの信号のＰＡＰＲは、従来のＯＦＤＭＡ波形と比べて相対的に小さい。いくつかの実施例においては、低ＰＡＰＲ信号は、周期性を有している。周期的な低ＰＡＰＲ波形を生成する模範的な方法については、以下の図２において説明する。或いは、この代わりに、任意のその他の適切な方法を使用して生成された任意のその他の適切な低ＰＡＰＲ波形を使用することも可能である。

いくつかの実施例においては、ＭＳは、ＭＳの電力レベル又はその他の基準に基づいて、低ＰＡＰＲ伝送モードと従来のＯＦＤＭＡ伝送モードの間において切り換え可能である。モード切り換えのための模範的な方法については、以下の図９において説明する。或いは、この代わりに、ＭＳ２８は、低ＰＡＰＲモードのみを使用して伝送することも可能である。任意の所与の時点において、その他のＭＳが従来のＯＦＤＭＡモードにおいて伝送している間に、いくつかのＭＳは、低ＰＡＰＲモードにおいて伝送可能である。両方の伝送モードを使用するＭＳに対してアップリンクリソースを割り当てる方法については、以下の図６〜図８において説明する。

図２は、本発明の一実施例による低ＰＡＰＲ信号を伝送する模範的な方法を概略的に示すフローチャートである。この例においては、システム２０に割り当てられたアップリンクスペクトルは、０〜Ｎ−１というインデックスが付与されたＮ個の等しく離隔した副搬送波を有している。低ＰＡＰＲモードを使用する際には、特定のＭＳに対して、Ｎ個の副搬送波の中のｍ個の副搬送波のサブセットが割り当てられる。このｍ個の副搬送波を使用することにより、（ＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）シンボルなどの）ｎ個の変調データシンボルを伝送しており、この場合に、ｎ≦ｍである。ｍ／ｎ−１の項をロールオフ係数と呼んでいる。

ＭＳに割り当てられたｍ個の副搬送波は、等しく離隔していると共に、互いにｋ個の副搬送波だけ離隔している。ｍ個の副搬送波のインデックスは、｛ｍ₀，ｍ₀＋ｋ，ｍ₀＋２・ｋ，．．．，ｍ₀＋（ｍ−１）・ｋ、｝と記述可能であり、ここで、ｍ₀は、そのサブセット内における最低周波数の副搬送波のインデックスを表している。ｋ＝１である際には、ｍ個の副搬送波は、互いに隣接している。ｋ＝４を具備した副搬送波の模範的なサブセットが、以下の図３に示されている。ｍ＝ｎ＝Ｎ／ｋである際には、この複数搬送波変調方式を、インターリーブされたＦＤＭＡ（Ｉ−ＦＤＭＡ）と呼んでいる。

本方法は、データ入力段階８０において、ＭＳ２８が伝送用のアップリンクデータを受け付けることによって始まっている。このアップリンクデータは、ｎ個のデータシンボルのブロックに分割され、それぞれのブロックは、１つのＯＦＤＭＡシンボルインターバルにおいて伝送される。いくつかの実施例においては、特定のＭＳ伝送のアップリンクデータは、必ずしも同一のサイズを具備してはいないブロックに分割可能である。例えば、ＭＳに割り当てられる副搬送波の数は、ＯＦＤＭＡシンボルごとに異なるものであってよく、且つ、ブロックサイズも、割り当てられた副搬送波の数に整合するように選択可能である。

それぞれのデータシンボル内のデータビット数は、それぞれの副搬送波を変調するべく使用される変調方式に依存している。例えば、それぞれの副搬送波がＱＰＳＫを使用して変調されている場合には、それぞれのデータシンボルは、２ビットから構成されている。以下の説明は、単一ブロックの処理について説明している。ｎ個のシンボルをａ₀，．．．，ａ_n-1と表記している。

ＭＳ ＴＸ４８は、ＤＦＴ段階８２において、ｎ点離散フーリエ変換（ｎ−ＤＦＴ）をデータシンボルに適用している。このｎ個のＤＦＴシンボルは、次式によって付与される。

ロールオフ係数が非ゼロである（即ち、ｍ＞ｎである）場合には、ＭＳ ＴＸ４８は、副搬送波複製段階８４において、最初のｍ−ｎ個のｎ−ＤＦＴシンボルを複製することにより、ｎ−ＤＦＴシンボルを拡張し、合計ｍ個のシンボルを生成している。複製された副搬送波は、次式によって付与される。

Ａ_i＝Ａ_i-n， ｉ＝ｎ．．．ｍ−１ （２）

通常は、副搬送波の１０〜３３％が複製されるが、任意のその他の適切な値を使用することも可能である。

次いで、ＭＳ ＴＸ４８は、成形段階８６において、スペクトル成形を信号に適用している。ＭＳ ＴＸは、通常、要素ごとに、ベクトルＡ_iに成形ベクトルを乗算している。成形ベクトルは、レイズドコサインフィルタ、平方根レイズドコサイン（ＲＲＣ）フィルタ、又は任意のその他の適切なスペクトル成形パターンから構成可能である。いくつかの実施例においては、段階８８は、省略されており、この場合には、矩形スペクトル成形が黙示的に適用されている。

このスペクトル成形は、矩形成形によって実現されるＰＡＰＲと比較して、伝送される信号のＰＡＰＲを低減している。通常は、成形が鋭いほど、信号のＰＡＰＲを増大させる傾向を有している。一方、漸減的な成形は、相対的に大きなロールオフ係数に対応しており、この結果、実現可能なスペクトル効率が低減されることになる。いくつかの実施例においては、０．３３のロールオフ係数を具備したＲＲＣスペクトル成形が、ＰＡＰＲの低下とスペクトル効率の低減の間における良好なトレードオフを提供している。

次いで、ＭＳ ＴＸ４８は、変調段階８８において、ＭＳに割り当てられた副搬送波上にデータシンボルを変調している。この複合変調波形は、次式によって付与される。

ｘ_tは、ＯＦＤＭＡシンボルインターバル［０，Ｔ_s）内の時点ｔにおいて伝送された波形を表しており、ここで、Ｔ_sは、シンボル持続時間を表している。Ｆ_s＝ｄｅｌｔａ ｆ＊Ｎであり、ここで、ｄｅｌｔａ ｆは、副搬送波の間隔を表している。サイクリックプレフィックスを保護帯域として使用する場合には、保護時間は、Ｔ_sに含まれている。この変調動作は、データシンボル自身の代わりに、データシンボルの離散フーリエ変換をＡ_iとして適用していることを除いて、従来のＯＦＤＭＡ信号の生成に類似していることに留意されたい。

式（３）の波形ｘ_tは、単一搬送波信号の特性を具備するべく表現可能であり、これは、パルス成形フィルタによってフィルタリングされたオリジナルのデータシンボルから構成されている。この結果、波形ｘ_tは、従来のＯＦＤＭＡ信号と比べて、相対的に低いＰＡＰＲを具備している。式（３）の波形ｘ_tは、次式に等しくなるように表現可能である。

式（４）から、波形ｘ_tは、（周波数シフトまで）周期性を有していることがわかる。可能な保護帯域を除いて、シンボルインターバルＮ／Ｆ_s内には、ｋ個の周期が含まれている。この周期性により、この低ＰＡＰＲ信号は、相対的に大きな数の副搬送波を占有することなしに、相対的に大きな帯域幅に広がることが可能であり、この結果、相対的に良好な周波数ダイバーシティが実現する。スペクトル的には、信号ｘ_tは、変調副搬送波の等しく離隔した櫛の形状を具備している。

前述の段階８０〜段階８８において実行される動作は、通常、デジタル動作である。この結果、ＭＳ ＴＸは、伝送段階９０において、（通常は、補間を使用して信号をデジタル的にアップサンプリングした後に）フィルタリング済みの信号をアナログ信号に変換し、信号を適切なＲＦ周波数にアップコンバージョンすると共に、この信号をＢＳに向かって伝送している。具体的には、この信号は、ＰＡ５２を使用して増幅されている。

図３は、本発明の一実施例による前述の図２の方法によって生成された信号などの低ＰＡＰＲ信号のスペクトルを概略的に示している。この例においては、信号は、４つの副搬送波の間隔を有する複数の変調副搬送波９６から構成されており、従って、ｋ＝４である。この帯域の低い及び高いエッジにおける副搬送波の大きさは、前述の図２の方法の段階８６において適用されたスペクトル成形の結果として、エンベロープ１００に従って減衰している。

すべての２つの割り当て済み副搬送波９６の間には、３つの未割り当て副搬送波が存在していることに留意されたい。これらの未割り当て副搬送波は、例えば、以下の図７に示されているように、その他のＭＳに対して割り当て可能である。

図４は、本発明の一実施例による低ＰＡＰＲ信号を受信する模範的な方法を概略的に示すフローチャートである。この方法は、ＢＳ ＲＸ５６によって実行されている。一般に、受信機によって実行される動作は、低ＰＡＰＲ信号を生成した送信機によって実行された動作の逆である。尚、ダウンコンバージョン及びアナログ／デジタル変換などの受信機のフロントエンド機能は、わかりやすくするべく、省略されている。

本方法は、ＦＦＴ段階１０４において、ＢＳ ＲＸ５６がＦＦＴを受信信号に適用することによって始まっている。次いで、受信機は、対象のＭＳに割り当てられたｍ個の副搬送波のサブセットを識別している（即ち、ｍ、ｍ₀、及びｋを識別している）。受信機は、抽出段階１０６において、ｍ個の副搬送波のサブセットを抽出している。次いで、受信機は、イコライゼーション段階１０８において、チャネル応答及びスペクトル成形の影響を補償するべく、信号をイコライズしている。

イコライズされた信号は、前述の図２の方法の段階８２において生成されたｎ−ＤＦＴシンボルのｎ個の推定値から構成されている。受信機は、ＩＤＦＴ段階１１０において、この抽出及びイコライズされた副搬送波にｎ点逆ＤＦＴ（ｎ−ＩＤＦＴ）を適用すると共に、復調段階１１２において、このＩＤＦＴの出力を復調してデータシンボルを抽出している。次いで、受信機は、データシンボルからアップリンクデータビットを再構築し、アップリンクデータを出力している。

図５は、本発明の一実施例による従来のＯＦＤＭＡ信号及び低ＰＡＰＲ比信号の振幅分布を示すグラフである。図示されている振幅分布は、シミュレーションによって算出されたものである。シミュレートされたシステムは、１０２４−ＦＦＴ ＯＦＤＭＡシステムから構成されている。ＭＳには、４つの副搬送波間隔を有する（即ち、ｋ＝４の）６４個の副搬送波が割り当てられている。データは、ＱＰＳＫを使用して変調されている。３３％のロールオフ係数を具備したＲＲＣフィルタを使用することにより、スペクトル成形が実行されている。

水平軸は、その平均値との関係において正規化された信号の振幅を示している。垂直軸は、確率値を示している。グラフ１２０は、従来のＯＦＤＭＡ信号の振幅の相補累積分布関数（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎａｔａｒｙ Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＣＣＤＦ）を示している。換言すれば、このグラフは、それぞれの正規化された振幅ごとに、信号が、この振幅を超過することになる確率を示している。例えば、ＯＦＤＭＡ信号の振幅は、１０^-6の時間において、１３．５ｄＢを超過することがわかる。グラフ１２４は、これに匹敵する低ＰＡＰＲ信号の振幅のＣＣＤＦを示している。

グラフ１２０及び１２４の比較は、低ＰＡＰＲ信号のＰＡＰＲが、１０^-6の点において、約５ｄＢだけ、そして、１０^-4の点において約４ｄＢだけ、従来のＯＦＤＭＡ信号のＰＡＰＲよりも低いことを示している。

（８０２．１６Ｅユーザーとの共存及び統合）
本明細書に記述されている低ＰＡＰＲの方法及びシステムは、従来のＯＦＤＭＡとの統合に特に適している。先程参照したＩ−ＦＤＭＡ及びＳＣ−ＦＤＭＡなどのいくつかの既知の低ＰＡＰＲ法は、特定のＢＳと通信しているすべてのＭＳが、任意の所与の時点において、アップリンク内において従来のＯＦＤＭＡ又は低ＰＡＰＲのいずれかを使用することを必要としている。一方、本明細書に記述されている方法及びシステムによれば、低ＰＡＰＲ及び従来のＯＦＤＭＡユーザーの両方が、同一のシンボルインターバルにおいて、同時に共存可能である。

図６は、本発明の一実施例によるＩＥＥＥ８０２．１６ｅシステム内における低ＰＡＰＲ信号と従来のＯＦＤＭＡ信号の共存を示す図である。この図は、単一のアップリンクゾーンを示しており、水平軸は、ＯＦＤＭＡシンボルを示し、垂直軸は、副搬送波を示している。

この例においては、システム２０は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのＡＭＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｉｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ）アップリンクモード（これは、ＡＳＰ（Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ Ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）とも呼ばれている）において動作しており、この場合には、副搬送波の連続したブロックが相対的に長い期間にわたってＭＳに割り当てられている。但し、本明細書に記述されている方法及びシステムは、例えば、ＰＵＳＣ（Ｐａｒｔｉａｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）モード、Ｏｐｔｉｏｎａｌ ＰＵＳＣモード、及びＦＵＳＣ（Ｆｕｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）モードなどのその他の８０２．１６ｅのパーミュテーションモードにおいて動作するべく適合することも可能である。いくつかの実施例においては、システム２０は、前述のパーミュテーションモードとの関連において、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのＡＡＳ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）及びＳＴＣ（Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｄｉｎｇ）モードにおいて動作可能である。ＡＡＳ及びＳＴＣ動作の特定の態様については、後述する。

アップリンクゾーンは、従来の８０２．１６ｅのＯＦＤＭＡ伝送を使用するＭＳに割り当てられるＯＦＤＭＡ領域１３０と、低ＰＡＰＲ伝送を使用するＭＳに割り当てられる低ＰＡＰＲ領域１３４にパーティション化されている。この例においては、領域１３４は、隣接した副搬送波の連続したサブセットから構成されており、領域１３０は、副搬送波の２つのサブセットに分割されている。代替実施例においては、領域１３０及び／又は１３４は、連続していても連続していなくてもよく、且つ、任意の所望の数の副搬送波から構成可能である。

領域１３０及び１３４は、水平であることに留意されたい。換言すれば、ＢＳは、同一のＯＦＤＭＡシンボルインターバルにおいて従来の及び低ＰＡＰＲの伝送の両方を受信しており、これらの異なるモードは、異なる副搬送波を占有している。

このアップリンクフレームの全体にわたって水平領域を定義する能力により、ＢＳは、それぞれのＭＳに割り当てられるシンボルの数を増大させることが可能である。この結果、ＭＳに割り当てられる副搬送波の数が低減されることになる。従って、ＭＳは、相対的に少ない数の副搬送波を使用し、相対的に長い期間において、所与の量のアップリンクデータを伝送可能である。相対的に少ない数の副搬送波を使用することにより、ＭＳが伝送可能である副搬送波当たりの電力が増大し、この結果、ＢＳ ＲＸにおける副搬送波の信号対雑音比（ＳＮＲ）が改善されることになる。この改善されたＳＮＲを使用することにより、通信距離、性能、及び／又はスループットを向上可能である。

図７は、本発明の別の実施例による低ＰＡＰＲ信号及び従来のＯＦＤＭＡ信号の共存を概略的に示す図である。図７においては、低ＰＡＰＲ領域１３４は、８つの副搬送波から構成されており、これらは、インターレース方式により、２つの低ＰＡＰＲのＭＳに割り当てられている。４つの副搬送波１３８Ａは、ＭＳの中の１つのものに割り当てられており、４つの副搬送波１３８Ｂは、もう１つのＭＳに割り当てられている。これらの２つのＭＳのそれぞれのものは、ｎ＝ｍ＝４、ｋ＝２を具備した低ＰＡＰＲ信号を伝送しており、即ち、それぞれのＭＳは、２つの搬送波間の離隔を有する４つの副搬送波上において伝送している。

この図７の模範的な副搬送波の割り当ては、例示を目的とした割り当てに過ぎない。代替実施例においては、低ＰＡＰＲ領域内の副搬送波は、任意の所望の方式によって、任意の所望の数のＭＳに割り当て可能である。通常は、但し、必須ではなしに、領域１３４は、連続した副搬送波の組から構成されている。領域１３４内においては、等しく離隔した副搬送波の固有のサブセットが、異なる低ＰＡＰＲのＭＳに割り当てられている。これらの副搬送波の等しく離隔した組は、互いにインターリーブされている。領域１３０内においては、副搬送波の割り当ては、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に定義されている方法を使用するものなどの任意の適切な方法を使用して実行可能である。

図８は、本発明の更に別の実施例による低ＰＡＰＲ信号及び従来のＯＦＤＭＡ信号の共存を概略的に示す図である。いくつかの実施例においては、アップリンク伝送は、ミッドアンブルなどの既知の波形をＭＳが伝送するセクションから構成されている。ＢＳは、これらのミッドアンブルを使用することにより、ＭＳとＢＳの間の通信チャネルの状態を推定している。

図８においては、低ＰＡＰＲ領域は、データシンボル１４２とミッドアンブルシンボル１４６から構成されている。尚、この例においては、シンボルの１／３がミッドアンブルシンボルから構成されているが、任意のその他の適切な比率を使用することも可能である。高レートのミッドアンプルシンボルは、特に、動的に変化するチャネルの場合に、信頼性の高いチャネル推定を実現する。通常、これらの既知のミッドアンブルは、ＭＳのＰＡＰＲを低下させないように、データシンボル１４２において伝送される信号に特性が類似した低ＰＡＰＲ波形を有している。

ミッドアンブルを様々な方法によって使用することにより、チャネル状態を推定可能である。例えば、ミッドアンブルの開始点を使用することにより、ミッドアンブルに先行するデータシンボルとの関係においてチャネル状態を推定可能であり、且つ、ミッドアンプルの終了点を使用することにより、ミッドアンブルの直後のデータシンボルとの関係におけるチャネル状態を推定可能である。或いは、この代わりに、ミッドアンブルの全体を使用することにより、先行及び後続するデータシンボルの両方のチャネル状態を推定可能である。いくつかの実施例においては、ミッドアンブルは、低ＰＡＰＲ領域の副搬送波の中のいくつかのもののみを使用可能であり、残りの副搬送波は、データを伝送するべく使用可能である。

代替実施例においては、既知の波形は、プリアンブル又は任意のその他の適切なフォーマットにおいて伝送可能である。

特定のＭＳに割り当てられる副搬送波の数、副搬送波の間の間隔、及びパルス成形フィルタの応答などの低ＰＡＰＲ伝送のパラメータ値は、任意の所望の値に設定可能である。例えば、４８個のデータ副搬送波（２つのＯＦＤＭＡシンボルインターバル用）及び２４個のミッドアンブル副搬送波（単一のＯＦＤＭＡシンボルインターバル用）を具備したスロットが定義されるように、パラメータ値を選択可能である。このパラメータの選択肢は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのスロット構造と効率的に統合される。

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのＡＭＣモードにおいては、アップリンクリソースは、ビンと呼ばれる基本単位において割り当てられている。それぞれのビンは、１つのＯＦＤＭＡシンボルの持続時間において、９つの副搬送波から構成されている。１つのＡＭＣスロットは、６つのビンから構成されており、これらは、副搬送波／シンボルプレーン内において任意の所望の形状、即ち、１ｘ６個、２ｘ３個、３ｘ２個、又は６ｘ１個のビンを具備可能である。一般的には、２ｘ３個のビンの構成が使用されている。いくつかの実施例においては、領域１３０及び１３４の寸法と、低ＰＡＰＲ信号の副搬送波の間隔の選択は、利用可能であるビンを効率的に利用するべく、即ち、空の割り当てられていないスロットの数を極小化するべく、選択されている。

これに加えて、又はこの代わりに、領域１３０及び１３４の寸法及び低ＰＡＰＲパラメータの選択肢は、所望の周波数ダイバーシティを考慮することも可能である。例えば、大きな帯域幅にわたって拡散した（即ち、大きな副搬送波の間隔を具備していると共に、広帯域の低ＰＡＰＲ領域内において伝送された）低ＰＡＰＲ信号は、増大した周波数ダイバーシティと、フェージングに対する耐性を提供している。このような増大した周波数ダイバーシティは、相対的に大きな副搬送波間隔（大きなｋの値）を使用することによって実現可能である。

（従来のＯＦＤＭＡ及び低ＰＡＰＲ伝送モードの選択）
いくつかの実施例においては、１つのＭＳが、従来のＯＦＤＭＡ伝送及び低ＰＡＰＲ伝送モードの両方をサポート可能である。本明細書においては、このようなＭＳをデュアルモードＭＳと呼んでいる。ＭＳコントローラが、ＭＳ ＴＸを制御し、適切なモードに設定している。通常は、但し、必須ではなしに、モードは、ＢＳによって選択されており、ＭＳは、その選択されたモードを使用して伝送するようにＢＳから指示を受けている。

図９は、本発明の一実施例による従来のＯＦＤＭＡ及び低ＰＡＰＲ伝送モードの間において選択する模範的な方法を概略的に示すフローチャートである。この例においては、それぞれのデュアルモードＭＳは、２つの予め定義された電力閾値を具備している。Ｔ１と表記されている第１閾値は、ＭＳが従来のＯＦＤＭＡモードにおいて伝送可能である最大二乗平均（ＲＭＳ）電力レベルを示している。Ｔ２と表記されている第２の閾値は、ＭＳが低ＰＡＰＲモードにおいて伝送可能である最大ＲＭＳ電力レベルを示している。ＭＳの最大電力は、伝送信号のＰＡＰＲに依存しているため、Ｔ２＞Ｔ１である。閾値であるＴ１及びＴ２の値は、ＭＳタイプごとに異なったものであってよく、且つ、使用する変調方式にも依存可能である。従って、いくつかのケースにおいては、ＭＳは、それぞれの変調タイプごとに１つの組ずつ、閾値のいくつかの組を保持している。

本方法は、閾値報告段階１５０において、ＭＳがその閾値をＢＳに報告することによって始まっている。通常は、但し、必須ではなしに、ＭＳは、ＢＳに登録する際に、その閾値を報告している。

ＢＳは、電力レベル追跡段階１５２において、ＭＳの出力電力レベルを追跡している。ＢＳは、受信信号レベルに基づいて、ＭＳの（副搬送波当たりの）電力レベルを、そして、ＭＳからの報告に基づいて、又は任意のその他の適切な方法を使用することにより、推定チャネル減衰量を算出可能である。

ＢＳは、第１閾値チェック段階１５４において、ＭＳの電力レベルがＴ１を下回っているかどうかをチェックしている。ＭＳの電力レベルがＴ１を下回っている場合には、ＢＳは、従来の伝送段階１５６において、そのアップリンクデータを従来のＯＦＤＭＡモードを使用して伝送するように、ＭＳに指示している。

そうでない場合には、ＢＳは、第２閾値チェック段階１５８において、ＭＳの電力レベルがＴ１とＴ２の間にあるかどうかをチェックしている。ＭＳの電力レベルがＴ１を上回っているが、依然として、Ｔ２を下回っている場合には、ＢＳは、低ＰＡＰＲ伝送段階１６０において、そのアップリンクデータを低ＰＡＰＲモードを使用して伝送するように、ＭＳに指示している。

ＭＳの電力レベルがＴ２を上回っている場合には、ＢＳは、この電力レベルに基づいてリソースをＭＳに割り当てるのは不可能であるという結論を下すことになる。従って、ＢＳは、電力低減段階１６２において、ＭＳの電力レベルの低減を実現する対策をとっている。例えば、ＢＳは、変調及び／又は符号化方式を変更するか又はＭＳに割り当てられている搬送波の数を（例えば、メッセージを断片化することによって）低減可能である。

通常、ＢＳは、それぞれのアップリンク伝送の前に、現在のチャネル状態及び割り当てられている副搬送波の数に基づいて、適切な伝送モードを適応的に選択可能である。或いは、この代わりに、ＭＳが特定の既定のモード選択を具備するか又は任意のその他の適切なポリシーを使用することも可能である。

前述の判定ロジックは、ＢＳが、ＭＳを従来のＯＦＤＭＡモードに設定することを選好していると共に、必要な場合にのみ、低ＰＡＰＲモードに戻ることを意味している。低ＰＡＰＲ信号は、しばしば、相対的に干渉及びフェージングの影響を受けやすいと共に、スペクトル成形に起因して低下したスペクトル効率を具備可能であるため、このロジックは、いくつかのケースにおいて好ましいものである。

これに加えて、又はこの代わりに、ＢＳは、ＭＳの伝送モード選択する際に、更なる要因を考慮することも可能である。例えば、ＢＳは、従来のＯＦＤＭＡモードのリソースのすべてが既に割り当て済みである場合に低ＰＡＰＲモードに戻るなどのように、２つのモードにおいて利用可能なリソースを考慮可能である。

（低ＰＡＰＲとＭＩＭＯの統合）
いくつかの実施例においては、システム２０は、複数のアンテナを利用する通信モードをサポートしている。このようなモードは、一般に、ＭＩＭＯ（Ｍｕｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格は、ＳＴＣ（Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｄｉｎｇ）と呼ばれるＭＩＭＯモードを定義している。この規格は、２つの伝送アンテナの場合において、（周知のＡｌａｍｏｕｔｉ符号を使用するものなどの）Ｔｘダイバーシティと、空間多重化（Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＳＭ）という２つの基本ＳＴＣ構成を定義している。

この規格においては、Ｔｘダイバーシティ及びＳＭの構成は、行列Ａ（Ｔｘダイバーシィティ）及び行列Ｂ（ＳＭ）と表記された２つの行列を使用することによって定義されている。ＴｘダイバーシティのＳＴＣは、１という空間−時間符号化レートを具備しており、ＳＭのＳＴＣは、２という空間−時間符号化レートを具備している。３つ及び４つの伝送アンテナを具備したシステムについても、類似の構成が定義されている。本明細書に記述されている低ＰＡＰＲ法は、システムがＳＴＣ構成において動作している場合にも、特定の適合を伴って使用可能である。

アップリンクにおいて、（行列Ａを使用するものなど）ＳＴＣのＴｘダイバーシティを使用する際には、それぞれのデータワードは、通常は２つの連続したデータシンボル（ミッドアンブルシンボルを無視している）において、２つの伝送アンテナを介して、２回にわたって伝送されている。模範的なＳＴＣのＴｘダイバーシティ実装は、Ａｌａｍｏｕｔｉ符号化方式を使用している。Ａｌａｍｏｕｔｉ符号を使用する際には、第１シンボルにおいて、第１データワードＳ１が第１アンテナを介して伝送され、第２データワードＳ２が第２アンテナを介して伝送される。第２シンボルにおいては、Ｓ２の複素共役（これは、Ｓ２^*と表記される）が第１アンテナを介して伝送され、−Ｓ１^*が第２アンテナを介して伝送される。ＢＳと２つのアンテナ間における通信チャネルは、２つのシンボルにおいて固定されていると仮定されている。受信機は、これらの２つのシンボルを処理してＳ１及びＳ２を抽出している。

ＳＴＣモードにおいて低ＰＡＰＲ伝送を使用する際には、本システムは、第１及び第２アンテナを介してミッドアンブルを伝送することにより、２つのチャネル応答を推定している。いくつかの実施例においては、ＭＳ ＴＸは、ＭＳに割り当てられているすべての副搬送波を使用してミッドアンブルを伝送している。ミッドアンブルが第１アンテナを介して伝送される際には、第２チャネルはアイドル状態となり、この逆も同様である。

代替実施例においては、ＭＳ ＴＸは、副搬送波をチャネル間において分割しつつ、同時に、２つのアンテナを介して２つのミッドアンブルを伝送している。副搬送波の中のいくつかのものを使用することにより、第１アンテナを介してミッドアンブルを伝送し、その同一のシンボルにおいて、その他の副搬送波を使用することにより、第２アンテナを介して別のミッドアンブルを伝送している。後者の実施例においては、それぞれのチャネルは、副搬送波周波数の中のいくつかのものにおいてのみ、推定されている。消失した副搬送波周波数におけるチャネル応答は、補間によって推定可能である。

アップリンクにおいてＳＭを使用する際には、ＭＳ及びＢＳの両方が複数のアンテナを使用しており、且つ、ＢＳ ＲＸは、複数の通信チャネルによって提供されたダイバーシティを活用してリンクのスループット及び／又は安定性を向上させている。これらの複数チャネルの応答を推定するべく、ＭＳ ＴＸは、それぞれのチャネルを介してミッドアンブルシンボルを伝送している。いくつかの実施例においては、それぞれのチャネルのミッドアンブルは、すべての副搬送波を使用しており、このシンボルにおいては、その他のチャネルは、アイドル状態に留まっている。或いは、この代わりに、異なるチャネルのミッドアンブル間において副搬送波を分割することも可能である。

ＢＳ ＲＸは、ＭＩＭＯ信号をデコーディングするべく、異なるタイプのＭＩＭＯデコーディング方式を使用可能である。いくつかのＭＩＭＯデコーディング法は、判定指向であり、即ち、デコーディングプロセスの一部としてハードシンボル判定を使用している。いくつかの既知の判定指向の方法は、例えば、Ｖ−ＢＬＡＳＴ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｂｅｌｌ Ｌａｂｓ Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ）方式、ＳＩＣ（Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）方式、及びスフィアデコーディング（ｓｐｈｅｒｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ）を有している。これらの方式については、例えば、「Ｆｒｏｍ Ｔｈｅｏｒｙ ｔｏ Ｐｒａｃｔｉｃｅ： Ａｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ＭＩＭＯ Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｄｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、（２１：３）、２００３年４月、２８１〜３０２頁）において、Ｇｅｓｂｅｒｔ他が記述しており、この内容は、本引用により、本明細書に包含される。通常、それぞれの副搬送波は、別個に復調されている。具体的には、ハードシンボル判定をそれぞれの副搬送波ごとに別個に生成している。

ＯＦＤＭＡの副搬送波は、データシンボルによってではなく、ｎ−ＤＦＴシンボル（即ち、ＤＦＴによって変換されたデータシンボル）によって変調されているため、先程参照したものなどの判定指向のデコーダは、前述の図２の方法によって生成された低ＰＡＰＲ信号によって動作するように適合させる必要がある。単一のｎ−ＤＦＴシンボルを処理するだけで、シンボル判定（スライシング）を得ることはできない。その代わりに、以下に示されているように、デコーダを変更することにより、すべての副搬送波をパラレルに一緒に処理している。

図１０は、本発明の一実施例による低ＰＡＰＲ信号をデコーディングする模範的な判定指向のデコーダを概略的に示す図である。図１０のデコーダにおいては、すべての副搬送波をパラレルに処理している。ＩＤＦＴモジュール１７０は、ＢＳ ＲＸによって生成された副搬送波のベクトルにＩＤＦＴを適用している。ＩＤＦＴの入力におけるそれぞれのベクトル要素は、特定の副搬送波上において現在受信されているＤＦＴシンボルを表す複素同相／直交（Ｉ／Ｑ）信号点から構成されている。ＩＤＦＴの出力におけるそれぞれのベクトル要素は、現在受信されているデータシンボルを表す複素Ｉ／Ｑ信号点から構成されている（ソフト判定）。

ソフト判定信号点は、複数のスライサ１７４に共有されており、これらが、入力されたソフト判定に基づいてハード判定を生成している。このスライサの構造は、副搬送波を変調するべく使用されている変調のタイプに依存している。スライサのハード判定出力を有するベクトルが、ＤＦＴモジュール１７８に供給されており、このモジュールが、ベクトルにＩＤＦＴを適用している。次いで、ＩＤＦＴモジュールの出力は、まるでそれぞれの副搬送波が別個にデコーディングされているかのように、ハード判定のベクトルとして判定指向のＭＩＭＯデコーダによって処理されている。

或いは、この代わりに、ＢＳ ＲＸは、変更を伴うことなしに、判定指向ではないデコーディング方法を使用することも可能である。

尚、本明細書に記述されている実施例は、ＯＦＤＭＡシステムのアップリンクにおける低ＰＡＰＲ伝送に主に合焦しているが、本明細書に記述されている方法及びシステムは、このようなシステムのダウンリンクに使用することも可能である。本発明の原理は、同軸ケーブル上における通信、ツイストペア上における通信、及び光リンク上における通信などの低ＰＡＰＲ及び従来の伝送の間の共存が望ましい任意のその他の適切なアプリケーションにおいて使用することも可能である。

従って、前述の実施例は、一例として参照されたものであり、且つ、本発明は、以上において具体的に図示及び説明されたものに限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明の範囲は、以上の説明を参照した際に当業者が想起すると共に、従来技術に開示されてはいない前述の様々な特徴の組み合わせ及びサブ組み合わせの両方と、その変形及び変更をも含んでいる。

本発明の一実施例によるＯＦＤＭＡ通信システムを概略的に示すブロックダイアグラムである。 本発明の一実施例による低ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）信号を伝送する方法を概略的に示すフローチャートである。 本発明の一実施例による低ＰＡＰＲ信号のスペクトルを概略的に示す図である。 本発明の一実施例による低ＰＡＰＲ信号を受信する方法を概略的に示すフローチャートである。 本発明の一実施例による従来のＯＦＤＭＡ信号及び低ＰＡＰＲ信号の振幅分布を示すグラフである。 本発明の実施例による低ＰＡＰＲ信号及び従来のＯＦＤＭＡ信号中における副搬送波の分布を概略的に示す図である。 本発明の実施例による低ＰＡＰＲ信号及び従来のＯＦＤＭＡ信号中における副搬送波の分布を概略的に示す図である。 本発明の実施例による低ＰＡＰＲ信号及び従来のＯＦＤＭＡ信号中における副搬送波の分布を概略的に示す図である。 本発明の一実施例による従来のＯＦＤＭＡ及び低ＰＡＰＲ伝送モード間において選択する方法を概略的に示すフローチャートである。 本発明の一実施例による低ＰＡＰＲ信号をデコーディングする判定指向のデコーダを概略的に示す図である。

Claims (30)

1. 複数の副搬送波を使用する多重アクセス通信システムにおいて、第１副搬送波を第１データを伝送する第１通信端末に、そして、第２副搬送波を第２データを伝送する第２通信端末に割り当てる段階と、
   前記第１通信端末を割り当てることにより、第１複数搬送波変調方式を使用して前記第１データを少なくともいくつかの前記第１副搬送波上に変調し、第１信号を生成する段階と、
   前記第２通信端末を割り当てることにより、前記第１複数搬送波変調方式との関係において低減されたピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備した第２複数搬送波変調方式を使用して前記第２データを少なくともいくつかの前記第２副搬送波上に変調し、第２信号を生成する段階と、
   前記第１及び第２信号を前記第１及び第２副搬送波上において同時に受信することにより、前記第１及び第２通信端末と同時に通信する段階と、
   を有する通信用の方法。
2. 前記第１信号は、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）信号を有する請求項１記載の方法。
3. 前記第１及び第２通信端末は、それぞれ、基地局（ＢＳ）と通信する第１及び第２加入者局（ＳＳ）を有する請求項１又は２記載の方法。
4. 前記第１及び第２通信端末と通信する段階は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のＡＭＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ）モード、ＰＵＳＣ（Ｐａｒｔｉａｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）モード、ＦＵＳＣ（Ｆｕｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）、及びＯｐｔｉｏｎａｌ ＰＵＳＣモードから構成されるモードの群から選択された少なくとも１つのアップリンクモードにおいて動作する段階を有する請求項３記載の方法。
5. 前記第２信号は、第２副搬送波の中の等しく離隔した副搬送波の組を占有する周波数シフトされた周期的な波形を有する請求項１又は２記載の方法。
6. 前記第２信号は、単一搬送波信号及びフィルタリング済みの単一搬送波信号の中のいずれかの特性を具備した波形を有する請求項１又は２記載の方法。
7. 前記第２通信端末を割り当てて前記第２データを変調する段階は、前記第２通信端末を割り当てることにより、前記第２データから選択されたデータシンボルに離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を適用すると共に、前記ＤＦＴの出力を少なくともいくつかの前記第２副搬送波上に変調する段階を有する請求項６記載の方法。
8. 前記第２副搬送波を割り当てる段階は、前記第２副搬送波の中の等しく離隔した副搬送波の複数のインターレースされた組を個々の複数の通信端末に割り当てる段階を有する請求項１又は２記載の方法。
9. 前記第２信号は、既知の波形を有しており、この場合に、前記第２通信端末と通信する段階は、前記既知の波形を受信及び処理することにより、前記第２通信端末に対する通信チャネルの応答を推定する段階を有する請求項１又は２記載の方法。
10. 前記既知の波形は、低ＰＡＰＲミッドアンブルを有する請求項９記載の方法。
11. 前記低ＰＡＰＲミッドアンブルは、周期的な波形を具備している請求項１０記載の方法。
12. 前記第２端末と通信する段階は、前記第２通信端末が前記第１複数搬送波変調方式を使用して前記第２データを少なくともいくつかの前記第１副搬送波上において伝送する第１動作モードと、前記第２通信端末が前記第２複数搬送波変調方式を使用して前記第２データを少なくともいくつかの前記第２副搬送波上において伝送する第２動作モードの間において、前記第２通信端末を切り換える段階を有する請求項１又は２記載の方法。
13. 前記第１及び第２動作モードの中のいずれかにおいて前記第２通信端末を動作させる段階は、第１電力閾値及び該第１値を上回る第２電力閾値を定義する段階と、前記第２通信端末の出力電力が前記第１閾値を下回っている際に前記第１動作モードを選択する段階と、前記第２通信端末の前記出力電力が前記第１及び第２閾値の間にある際に前記第２動作モードを選択する段階と、を有する請求項１２記載の方法。
14. 前記第２通信端末と通信する段階は、複数のアンテナを介して複数の異なる通信チャネル上において前記第２データを受信する段階と、前記チャネルの応答を推定するべく、前記個々の通信チャネル上において前記第２通信端末によって伝送された既知の波形を受信及び処理する段階と、を有する請求項１又は２記載の方法。
15. 前記既知の波形を受信する段階は、
    前記第２副搬送波の個々のオーバーラップしていないサブセット上においてパラレルに前記波形を受信する段階と、
    個々の異なる時間インターバルにおいて前記波形を受信する段階と、
    の中のいずれかを有する請求項１４記載の方法。
16. 前記第２通信端末と通信する段階は、複数のアンテナを介して複数の異なる通信チャネル上において前記第２信号を受信する段階と、判定指向のデコーディングプロセスを使用することにより、前記第２信号から前記第２データをデコーディングする段階を有しており、
    前記判定指向のデコーディングプロセスは、
    少なくともいくつかの前記第２副搬送波上において個別に受信された個々の複数の受信及びイコライズされたシンボルに基づいて複数のソフトシンボルを生成する段階と、
    前記ソフト受信シンボルにフーリエ変換を適用する段階と、
    前記フーリエ変換の出力を処理することにより、前記個々のソフト受信シンボルに基づいてハードシンボル判定を生成する段階と、
    前記ハードシンボル判定に逆フーリエ変換を適用する段階と、
    による、請求項１又は２記載の方法。
17. 複数の副搬送波を使用する多重アクセス通信システム内の基地局において、
    第１副搬送波を第１データを伝送する第１通信端末に、そして、第２副搬送波を第２データを伝送する第２通信端末に割り当て、第１通信端末を割り当てることにより、第１複数搬送波変調方式を使用して前記第１データを少なくともいくつかの前記第１副搬送波上に変調し、第１信号を生成すると共に、前記第２通信端末を割り当てることにより、前記第１複数搬送波変調方式との関係において低減されたピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備した第２複数搬送波変調方式を使用して前記第２データを少なくともいくつかの前記第２副搬送波上に変調し、第２信号を生成するべく構成されたコントローラと、
    それぞれ、前記割り当てられた第１及び第２副搬送波を前記第１及び第２通信端末に伝達するべく構成された送信機と、
    前記第１及び第２信号を前記第１及び第２副搬送波上において同時に受信することにより、前記第１及び第２通信端末と同時に通信するべく構成された受信機と、
    を有する基地局。
18. 前記第１信号は、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）信号を有する請求項１７記載の基地局。
19. 前記受信機は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格のＡＭＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ）モード、ＰＵＳＣ（Ｐａｒｔｉａｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）モード、ＦＵＳＣ（Ｆｕｌｌｙ−Ｕｓｅｄ Ｓｕｂ−Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）、及びＯｐｔｉｏｎａｌ ＰＵＳＣモードから構成されたモードの群から選択された少なくとも１つのアップリンクモードにおいて動作するべく構成されている請求項１７又は１８記載の基地局。
20. 前記第２信号は、前記第２副搬送波の中の等しく離隔した副搬送波の組を占有する周波数シフトされた周期的な波形を有する請求項１７又は１８記載の基地局。
21. 前記コントローラは、前記第２副搬送波の中の等しく離隔した副搬送波の複数のインターレースされた組を個々の複数の通信端末に割り当てるべく構成されている請求項１７又は１８記載の基地局。
22. 前記第２信号は、既知の波形を有しており、この場合に、前記受信機は、前記既知の波形を受信及び処理することにより、前記基地局と前記第２通信端末の間の通信チャネルの応答を推定するべく構成されている請求項１７又は１８記載の基地局。
23. 前記既知の波形は、低ＰＡＰＲミッドアンブルを有する請求項２２記載の基地局。
24. 前記低ＰＡＰＲミッドアンブルは、周期的な波形を具備している請求項２３記載の基地局。
25. 前記コントローラは、前記第２通信端末が前記第１複数搬送波変調方式を使用して前記第２データを少なくともいくつかの前記第１副搬送波上において伝送する第１動作モードと、前記第２通信端末が前記第２複数搬送波変調方式を使用して前記第２データを少なくともいくつかの前記第２副搬送波上において伝送する第２動作モードの間において、前記第２通信端末を切り換えるべく構成されている請求項１７又は１８記載の基地局。
26. 前記コントローラは、第１電力閾値及び該第１値を上回る第２電力閾値の定義を受け付け、前記第２通信端末の出力電力が前記第１閾値を下回っている際に前記第１動作モードを選択すると共に、前記第２通信端末の前記出力電力が前記第１及び第２閾値の間にある際に前記第２動作モードを選択するべく構成されている請求項２５記載の基地局。
27. 前記受信機は、複数のアンテナを介して複数の異なる通信チャネル上において前記第２通信端末から前記第２データを受信すると共に、前記チャネルの応答を推定するために、前記個々の通信チャネル上において前記第２通信端末によって伝送された既知の波形を受信及び処理するべく構成されている請求項１７又は１８記載の基地局。
28. 前記受信機は、
    前記第２副搬送波の個々のオーバーラップしていないサブセット上においてパラレルに前記波形を受信する段階と、
    個々の異なる時間インターバルにおいて前記波形を受信する段階と、
    の中のいずれかを実行することにより、前記既知の波形を受信するべく構成されている請求項２７記載の基地局。
29. 前記受信機は、複数のアンテナを介して複数の異なる通信チャネル上において前記第２信号を受信すると共に、判定指向のデコーディングプロセスを使用して前記第２信号から前記第２データをデコーディングするべく構成されており、
    前記判定指向のデコーディングプロセスは、
    少なくともいくつかの前記第２副搬送波上において個別に受信された個々の複数の受信及びイコライズされたシンボルに基づいて複数のソフトシンボルを生成する段階と、
    前記ソフト受信シンボルにフーリエ変換を適用する段階と、
    前記フーリエ変換の出力を処理することにより、前記個々のソフト受信シンボルに基づいてハードシンボル判定を生成する段階と、
    前記ハードシンボル判定に逆フーリエ変換を適用する段階と、
    による、請求項１７又は１８記載の基地局。
30. 複数の副搬送波を使用する多重アクセス通信システムにおいて、
    第１複数搬送波変調方式を使用した伝送のために第１副搬送波を割り当て、前記第１複数搬送波変調方式との関係において低減されたピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を具備した第２複数搬送波変調方式を使用した伝送のために第２副搬送波を割り当て、前記割り当てられた第１及び第２副搬送波を前記第１及び第２通信端末にそれぞれ伝達すると共に、前記第１及び第２副搬送波上において前記第１及び第２複数搬送波変調方式を使用してそれぞれ伝送されたアップリンクデータを同時に受信するべく適合された基地局と、
    前記第１複数搬送波変調方式を使用して少なくともいくつかの前記第１副搬送波上に第１データを変調して第１信号を生成すると共に、前記第１信号を前記基地局に伝送するべく構成された第１通信端末と、
    前記第２複数搬送波変調方式を使用して少なくともいくつかの前記第２副搬送波上に第２データを変調して第２信号を生成すると共に、前記第２信号を前記基地局に伝送するべく構成された第２通信端末と、
    を有する多重アクセス通信システム。

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