JP2010516065A - アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス - Google Patents

アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス Download PDF

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Abstract

アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス（ＡＭＣ−ＣＤＭＡ）を実行するシステムは、第１の回路と変調回路とを有している。第１の回路は、複数のチャネルの各々に対するチャネル性能測定基準を決定する。この第１の回路は、チャネルの各々に対するビットローディングの少なくとも１つのパラメータを、チャネル性能測定基準に基づいて決定する。変調回路は、有線接続を介して伝送するために、各チャネルにおけるビットローディングに対するパラメータを用いてＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調する。

Description

本発明は、概して、通信信号処理に関するものであり、特に、アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス用のシステム及び方法に関するものである。
符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）は、各チャネルに対しデータを特別な符号で符号化する。ＣＤＭＡは、無線システム、ネットワークシステム、ワイヤレス通信システムのような種々の通信システムにおける容量及び安全性を高める。ＣＤＭＡの１つの欠点は、チャネル障害の為に性能を高めることが困難であるということである。直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、データストリームを複数の無線周波数チャネルに分割し、これらの各々が互いに直交するサブキャリア（副搬送波）を介して送信される。
ＯＦＤＭは、家庭用電力線通信及び非対称デジタル加入者回線通信に用いられている。ＯＦＤＭを用いる電力線通信システムの一例は、２００Ｍビット／秒を達成するために、１０００より多い多数のキャリアを用いている。この場合、キャリアの個数が多い為、ＯＦＤＭ通信システムのピーク対平均比が高くなる。このＯＦＤＭ通信システムは遅延拡散（サイクリックプレフィックス）に対する耐性が強く、その処理能力が高くなる。ＯＦＤＭに対する１つの欠点は、この高い処理能力を得るためのコストが高くなるということである。この例の家庭用電力線通信システムは、大きな遅延拡散を有し大きなパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を導入するように調整された２〜３０ＭHzの帯域を用いている。ＰＳＤが大きいと、アマチュア無線通信との干渉を回避するために、代表的にダイナミックノッチの形成又はパワー抑圧が行なわれる。この例では、スペクトル効率が高くなるが、９ビット／Hzを超えるように性能を高めることによりコストが増大する。
ＯＦＤＭとＣＤＭＡとを組み合わせることにより、マルチキャリア符号分割多重アクセス（ＭＣ−ＣＤＭＡ）が得られる。このＭＣ−ＣＤＭＡでは、各シンボルが特定の符号を有する複数のキャリアに亘って拡散されるか、又は同じ周波数で時間に亘り拡散される。この場合の１つの欠点は、チャネル障害の為に性能を高めることができないということである。
本発明は、アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセスを実行することにより上述した問題点を解決することにある。
アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス（ＡＭＣ−ＣＤＭＡ）を実行するシステムは、第１の回路と変調回路とを有する。第１の回路は、複数のチャネルの各々に対するチャネル性能測定基準を決定する。又、この第１の回路は、チャネルの各々に対するビットローディングの少なくとも１つのパラメータを、チャネル性能測定基準に基づいて決定する。変調回路は、有線接続を介して伝送を行なうために、各チャネルにおけるビットローディング用パラメータを用いてＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調する。
ビットローディングのパラメータは、１つのキャリアに対する符号分割多重アクセスシーケンスの個数、符号分割多重アクセスシーケンスの長さ及び変調のコンステレーションのビットの個数としうる。チャネル性能測定基準の幾つかの例は、信号対雑音比及びビット誤り率である。有線接続は、ＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号の周波数が３０ＭHzよりも高い電話線接続としうる。
ＡＭＣ−ＣＤＭＡを実行する方法は、複数のチャネルの各々に対するチャネル性能測定基準を決定する工程と、チャネルの各々に対するビットローディングの少なくとも１つのパラメータを、チャネル性能測定基準に基づいて決定する工程とを有する。この方法は更に、各チャネルに対しパラメータを用いてＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調する工程と、有線接続を介してＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を伝送する工程とを有する。
本発明の１つの利点は、ＡＭＣ−ＣＤＭＡにより、チャネル品質に応じて複数のネットワークノードに対して適応変調を行いうるということである。他の利点は、ＣＤＭＡシーケンスの個数を増大させることに基づいてＡＭＣ−ＣＤＭＡの実行コストが低くなるということである。その理由は、ＣＤＭＡシーケンスの個数を増大させると、キャリアの個数が増大するが、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）点の個数は増大しない為である。
図１は、本発明の実施例による通信システムを示す。 図２は、本発明の実施例による送信機を示す。 図３は、本発明の実施例による受信機を示す。 図４は、本発明の実施例による周波数（ＭHz）対パワースペクトル密度（ＰＤＳ）（dBｍ／Hz）のノイズパワースペクトルを示すグラフである。 図５は、本発明の実施例によるチャネル応答を示すグラフである。 図６は、本発明の実施例による種々の異なる電力線技術の代表的な周波数スペクトルを示す。 図７は、本発明の種々の実施例による３つの媒体の代表的な通信伝送スペクトルを示す。
ここで述べる実施例は、本発明を例示するものである。本発明のこれらの実施例を図面につき説明するが、説明する方法及び特定の構造の双方又は何れか一方の変形は当業者にとって明らかである。本発明の技術に基づくこれらの変形であって技術を進歩させるこれらの変形は、本発明の範囲に入るものである。従って、本発明は図示の実施例のみに限定されるものではない為、図面及びそれらの説明は、本発明を限定する意味で考慮すべきものではない。
アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス（ＡＭＣ−ＣＤＭＡ）を実行するシステムは、第１の回路と変調回路とを有している。第１の回路は、複数のチャネルの各々に対するチャネル性能測定基準を決定する。この第１の回路は、チャネルの各々に対するビットローディングの少なくとも１つのパラメータを、チャネル性能測定基準に基づいて決定する。変調回路は、有線接続を介して伝送するために、各チャネルにおけるビットローディングに対するパラメータを用いてＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調する。
アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス（ＡＭＣ−ＣＤＭＡ）は、あらゆるキャリアにおけるチャネル性能測定基準に応じて、各キャリアに異なるビットローディングを適用する符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）を用いるマルチキャリアの変調である。チャネル性能測定基準の一例は、信号対雑音比（ＳＮＲ）である。ＣＤＭＡは、マルチレベル直角位相振幅変調（Ｍ‐ＱＡＭ）及び多値差動位相偏移変調（Ｍ‐ＤＰＳＫ）のような標準の変調の代わりに、各キャリア当たり異なるビットを変調及び多重するのに用いられる。
ＡＭＣ−ＣＤＭＡによれば、チャネル品質に応じて複数のネットワークノードに対して適応変調を行いうるという利点が得られる。ＣＤＭＡシーケンスの個数を増大させてキャリアの個数を増大させるも、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）点の個数を増大させないことに基づけば、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡを廉価に実行することができるという他の利点が得られる。スペクトル拡散方式によればパワースペクトル密度が低くなり、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調方式によれば周波数選択性チャネルに対する耐性を向上させるという他の利点が得られる。
又ＡＭＣ−ＣＤＭＡは、好ましくは異なる周波数を用いることにより、複数のユーザに同時に許容され、異なる符号に対し同じ周波数を許容する。複数のユーザを同時に多重化することにより、各ユーザ当たり異なる符号の組を有する全てのユーザは周波数又は符号の何れかにおいて異なるキャリアを用いるようになる。マルチポイントツーマルチポイント分野では、複数のユーザを同時に許容しうることが重要である。分野及びコストの観点から待ち時間が重要な要因である。この利点は、ネットワークトポロジーを、（全てのノードを中継器としうる）メッシュ／アドホックネットワークとしうる電力線通信において特に重要である。
図１は、本発明の一実施例における通信システム１００を示す。この通信システム１００は、送信機１０５と、受信機１１０と、受信機１２０と、受信機１３０とを有する。送信機１０５は、電力網チャネル１１５により受信機１１０と、受信機１２０と、受信機１３０とに結合されている。
図１〜３の実施例は、送信機１０５から受信機１１０、受信機１２０及び受信機１３０に通信する一例を示す。他の実施例には、複数の送信機と複数の受信機との間の通信を含めうる。更に他の実施例には、送信と受信とを行うトランシーバを含めることができる。送受信の通信を行いうる種々の変形例が存在しうるが、簡単化のために以下の図面については、送信機１０５から受信機１１０、１２０及び１３０への通信の一例を説明する。
図１〜３は、家庭用電力線通信システムにおける通信の一例を示す。本例では、家庭用電力線通信システムは２つの周波数帯域を有する。第１の低周波帯域は１ＭHz〜３０ＭHz
の周波数帯域で作用する。この低周波帯域は、電力線に対する電磁適合性規制により規制されている。高周波帯域は、一般的なＥＭＣ規制を除いて規制されていない周波数帯域である。この規制されていない高周波帯域の１つの利点は、パワースペクトル密度を低くしうる能力があることである。本例では、高周波帯域においてＡＭＣ‐ＣＤＭＡを用いる。この高周波帯域では、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ変調を用いて、必要とする電力を最小にするとともに、データ転送速度を最大にして、電力線を介する高データ転送速度の転送を行う。電力線通信に対して、規制されていない周波数帯域を用いることにより、この規制されていない周波数帯域で許容されている転送レベルが、規制されている周波数帯域におけるよりも著しく低くなる。他の実施例では、この規制されていない高周波帯域とは異なる周波数帯域でＡＭＣ‐ＣＤＭＡを採用しうる。更に、他の実施例では、電力線通信以外の他の有線又は無線通信システムで或いはこれらの双方のシステムでＡＭＣ‐ＣＤＭＡを採用しうる。有線通信システムの一例は同軸接続ラインを有する。
送信機１０５は、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡにより信号を符号化してこれらの信号を転送するように構成した任意の装置又はシステムである。送信機１０５の一例は、以下に図２で詳細に説明する。受信機１１０、１２０及び１３０は、信号を受信しこれらの信号をＡＭＣ‐ＣＤＭＡにより復号化するように構成した任意の装置又はシステムである。受信機１１０、１２０及び１３０の一例は、以下に図３で詳細に説明する。
グラフ１５０は、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡのビットローディングにおける符号及びキャリアを示す。キャリア１の符号１、２及び３はそれぞれ、受信機１１０、受信機１２０及び受信機１３０と通信するのに用いられる。キャリア２の符号２は、受信機１２０と通信するのに用いられる。キャリア３の符号２及び３はそれぞれ、受信機１２０及び受信機１３０と通信するのに用いられる。キャリア４の符号１、２及び３はそれぞれ、受信機１１０、受信機１２０及び受信機１３０と通信するのに用いられる。キャリア５の符号１は、受信機１１０と通信するのに用いられる。他の符号及びキャリアは簡単化のために図示していない。
グラフ１５０は、送信機１０５と、受信機１１０、１２０及び１３０との間の通信を最適化するように変えうるＡＭＣ‐ＣＤＭＡの変数を示す。第１の変数は、直角位相振幅変調（ＱＡＭ）における各コンステレーションに対するビット数である。例えば、キャリア１では、符号１が８‐ＱＡＭの変調を有し、符号２が６４‐ＱＡＭの変調を有し、符号３が２５６‐ＱＡＭの変調を有する。他の変数は、ＣＤＭＡのシーケンスの長さである。キャリア１における符号１〜３は８の長さを有し、キャリア２における符号２は４の長さを有する。チャネル４における符号１〜３は１６の長さを有する。
図２は、本発明の一実施例の送信機２００を示す。この送信機２００のブロックは、デジタル信号プロセッサやフィールドプログラマブルゲートアレイのような回路に構成しうる機能ブロックを表すか、又はこの送信機２００のブロックは、専用回路を表すようにしうる。送信機２００は、ビットローディングメモリ２１０と、疑似雑音（ＰＮ）発生器２１５と、直列‐並列変換器２２０と、変調器２３０と、乗算器２３５と、加算器２４０と、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）装置２５０とを有する。
送信機２００は、各キャリアに適用ＣＤＭＡ変調を行う。転送速度及び変調方式をチャネル状態に適用させるために、ＣＤＭＡ変調用のビットローディングのパラメータを、ＳＮＲのようなチャネル性能測定基準に基づいて変えることができる。このＡＭＣ‐ＣＤＭＡによれば、遅延の広がり及びインパルス雑音に対する耐性を向上させる。又、このＡＭＣ‐ＣＤＭＡによれば、多数のユーザに対し対処しうる。ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ変調は、各キャリアに対して異なるビットローディングを適用するマルチキャリアを用いている。
ビットローディングメモリ２１０は、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ変調に対するパラメータを生じる。このビットローディングメモリ２１０は、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ変調に対するこれらのパラメータを記憶しうる。ある実施例では、ファームウエアを実行する回路（図示せず）により、送信機２００と、図３で以下に説明する受信機３００との間の通信を介して複数のチャネルの各々に対するチャネル実行測定基準を決定するようにする。このチャネル実行測定基準は、通信中のチャネルの動作、品質、状態を表す何らかの測定値である。このチャネル実行測定基準の幾つかの例は、信号対雑音比（ＳＮＲ）、ビット誤り率、減衰測定値及びその他の雑音測定値である。本例では、チャネル実行測定基準が、全てのチャネルのＳＮＲを有する。又回路は、チャネル実行測定基準に基づいて各チャネルに対するビットローディングの少なくとも１つのパラメータをも決定する。この場合、パラメータをビットローディングメモリ２１０内に記憶しうる。
ビットローディングのパラメータは、データのビットを通信中にいかにローディングするかを表す何らかの数又は値である。このパラメータは、“ビットローディングパラメータ”と称しうる。本例では、ビットローディングに対する４つの適応パラメータは、同じ周波数のキャリアに対するＣＤＭＡシーケンスの個数、ＣＤＭＡシーケンスの長さ、各コンステレーションのビット数及びＣＤＭＡシーケンスにおけるチップの長さである。これらのパラメータを変えることにより、各キャリアの帯域幅やキャリアの総数を増大させることができる。これらのパラメータのうちの幾つかを変え、他のパラメータを変えないようにしうる。
第１のパラメータは、各キャリア当たりのＣＤＭＡシーケンスの個数である。各ＣＤＭＡシーケンスは、ｎビットの情報を１つのＣＤＭＡシーケンスにより変調した結果のものである。各キャリアでは、最大の（すなわち、全ての符号間で直交性を維持する）Ｍ‐ＣＤＭＡシーケンスとして多重化を行うことができる。ここで、Ｍは２∧Ｌの結果であり、ＬはＣＤＭＡの長さ、又はＣＤＭＡシーケンスに含まれるマルチキャリアシンボルの個数である。ＣＤＭＡシーケンスの個数を増大させると、キャリアの個数が増大するが、ＦＦＴ点の個数は増大せず、このことはＡＭＣ‐ＣＤＭＡを廉価に実行しうるという点で有利なことである。従って、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡによれば、キャリアの個数を変えうるマルチキャリアシステムを廉価に実行しうる。以下の式はキャリアの最終番号Ｋに対するものである。
Figure 2010516065
 Ｍj は周波数ｊを同時に送信するＣＤＭＡシーケンスの個数である。従って、システムは、チャネルのＳＮＲに応じてキャリアの総数を変えることができる。
第２のパラメータは、ＣＤＭＡシーケンスの長さである。このＣＤＭＡシーケンスの長さを変えることにより雑音に対する耐性を改善する。このパラメータにより変調度を実時間で変化させ、送信機２００をチャネル性能に適合させることができる。システムの処理利得も増大すると、データを伝送する時間及び待ち時間が増大する。従って、ＣＤＭＡシーケンスの拡散率が増大し、これにより雑音及びチャネル遅延拡散又はシンボル間干渉（ＩＳＩ）に対する耐性を増大させることができる。
第３のパラメータは、各コンステレーションのビット数、すなわちコンステレーションサイズである。上述した３つのパラメータを変えることにより、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡを用いている送信機２００は、チャネル状態に応じて待ち時間又は実行コストを増大又は減少させるように順応しうる。従って、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡは、多数のキャリアを有するもこれよりも著しく少ないキャリアを有するものと同様な実行コストとなるマルチキャリアシステムを提供することができる。生じるおそれのある１つの制約は、ＩＳＩ／チャネル遅延拡散に対する耐性が主としてコアマルチキャリア変調数により制限されるおそれがあるということである。しかし、ＣＤＭＡシーケンスはＩＳＩの影響を低減させるのに役立つ。
第４のパラメータは、ＣＤＭＡシーケンスにおけるチップの長さである。全てのチップが同じ長さを有し、このチップの長さが１である場合には、１つのＯＦＤＭシンボルにおけるＣＤＭＡのチップの１つが伝送される。ＣＤＭＡのチップが複数のＯＦＤＭシンボル中で共有されている場合に、遅延拡散や他のチャネルの機能障害に対する耐性をより強くするために、チップの長さを変えうるようにする。このパラメータは、あらゆるＦＦＴ周波数又はポイントに対し無関係に選択しうる。
以下の式は、ビット／キャリアに対するものである。
ビット／キャリア＝ｎ・Ｍ／Ｌ・チップ長
ここで、ｎはビットのコンステレーション数であり、Ｍは同じキャリアに対するＣＤＭＡシーケンスの個数であり、ＬはＣＤＭＡシーケンスの長さであり、チップ長はＣＤＭＡチップの長さである。
動作に際し、直列‐並列変換器２２０は、リンク２１８を介してギガビットの到来ビット流を受信する。この直列‐並列変換器２２０は、ビットローディングメモリ２１０からＫ個の仮想キャリアをも受信する。仮想キャリアの個数Ｋは、ＣＤＭＡシーケンスの総数と物理的なキャリアの個数とに基づいて計算される。この直列‐並列変換器２２０は、ギガビットの到来ビット流をＫ個のキャリアに分割する。一例では、２００ＭHzを超えるキャリアの個数は２５０である。又、本例のコンステレーションサイズは小さい。本例は遅延拡散に耐え、比較的小さいピーク対平均比（ＰＡＲ）を有し、アナログフロントエンド及びデジタルフロントエンドに対する複雑性が少なくなるという点で有利である。
次に、変調器２３０がモジュレータ（ｉ）入力（Ｍ（ｉ）入力）に基づいてキャリアを変調し、変調されたキャリア信号ａk を生ぜしめる。各キャリア信号ａk はコンステレーションにおけるポイントである。モジュレータ（ｉ）入力は、変調の種類及び各キャリアのコンステレーションサイズを表す。変調の種類の幾つかの例は、二相位相変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）及び差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）である。
ＰＮ発生器２１５はＰＮ符号Ｃj （ｕ）を発生する。乗算器２３５は、変調されたキャリア信号ａk とＰＮ符号Ｃj （ｕ）とを乗算する。サマライザ２４０は、変調されたキャリア信号ａk とＰＮ符号Ｃj （ｕ）とのドット積をＭ（ｉ）入力に基づいて合計する。このサマライザ２４０は、仮想キャリアを各周波数に対し分類する。Ｍ（ｉ）入力は、１つの周波数に対するＣＤＭＡシーケンスの個数である。サマライザ２４０は、物理的なキャリアに対しＸN （ｕ）を発生する。
次に、ＩＦＦＴ２５０がＸN （ｕ）に関し逆高速フーリエ変換機能を実行し、周波数領域を時間領域に変更する。次に、サイクリックプレフィックス挿入ブロックにより、この結果の信号にサイクリックプレフィックスを加える。次に、この結果の信号を、デジタル‐アナログ変換器（図示せず）により変換しうる。サイクリックプレフィックス、すなわちガード期間は送信機２００に含めないようにすることもできる。他の実施例では、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡに加えてマルチキャリア変調を実行するのにＦＦＴを用いることができる。ＦＦＴの代わりにＣＯＲＤＩＣを用いて、各キャリアを個々に変調及び復調することができる。
図２に示す実施例の１つの利点は、２００ＭHzで且つ５ビット／Hzまでで１Ｇビット／秒の伝送速度を容易に達成しうるということである。他の利点は、キャリアの個数が少なくなるとともに、ビット数及び演算数が少なくなる為に、ＣＤＭＡの複雑性が低下する（１又は−１を乗ずる必要があるだけである）とともに、ＦＦＴの複雑性が低下するということである。更に他の利点は、アナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）及びデジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）におけるビット数が少なくなる為に、ピーク対平均比が低くなるということである。又、送信機２００は、１０ｄＢよりも大きいプロセスゲインをもって０ｄＢよりも低いＳＮＲで動作しうる。
図３は、本発明の実施例の受信機３００を示す。この受信機３００のブロックは、デジタル信号プロセッサやフィールドプログラマブルゲートアレイのような回路に構成しうる機能ブロックを表すか、又はこの受信機３００のブロックは、専用回路を表すようにしうる。この受信機３００は、ビットローディングメモリ３１０と、疑似雑音（ＰＮ）発生器３１５と、アナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）３２０と、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）装置３４０と、周波数‐ＣＤＭＡキャリア変換器３５０と、乗算器３５２と、加算器３５４と、スイッチ３５６と、復調器３６０と、並列‐直列変換器３７０と、同期モジュール３８０とを有する。
ＡＤＣ３２０は、図２の送信機２００からの到来信号を受信する。このＡＤＣ３２０は、到来信号に対してアナログ‐デジタル変換を実行する。次に、サイクリックプレフィックス除去ブロックにより、到来信号からサイクリックプレフィックスを除去することができる。次に、ＦＦＴ３４０により到来信号に高速フーリエ変換を行ない、ＸN （ｕ）信号を得る。周波数‐ＣＤＭＡキャリア変換器３５０は、Ｍ（ｉ）入力に基づいてＸN （ｕ）信号を周波数からＣＤＭＡキャリアに変換する。
ＰＮ発生器３１５は、ＰＮ符号Ｃj （ｕ）を発生する。乗算器３５２は、変換器３５０からのキャリア信号とＰＮ符号Ｃj （ｕ）とを乗算する。加算器３５４は、
Figure 2010516065
 の計算を実行する。スイッチ３５６は、信号を切り換えて信号
Figure 2010516065
 を得る。次に、変調器３６０が、モジュレータ（ｉ）入力に基づいて信号［数３］を復調する。復調の幾つかの例としては、ＱＰＳＫ及び差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）が用いられる。次に、並列‐直列変換器３７０が並列‐直列変換を実行する。同期モジュール３８０は同期機能を実行して、受信機３００に対しクロックとの同期をとる。
図４は、本発明の実施例による周波数（ＭHz）対パワースペクトル密度（ＰＤＳ）（dBｍ／Hz）のノイズパワースペクトルを示すグラフである。この図４は、良好な状態の下で動作するチャネル対して低雑音であることを示している。
図５は、本発明の実施例による周波数（ｋHz）対減衰率（dB）のチャネル応答を示すグラフである。この図５のグラフは、良好な状態の下でのチャネルを表すライン５１０と、平均の状態の下でのチャネルを表すライン５２０と、悪い状態の下でのチャネルを表すライン５３０とを示している。図４及び５は、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡに対するパラメータを決定するのに用いうる、チャネルに対する信号対雑音比の計算の手助けをしうる。
本発明のある実施例は、複数の媒体を介する同時の又は独立の又はその双方の広帯域マルチバンド通信用に構成した通信装置を有する。複数の媒体には、例えば、電力線、電話線、無線接続及び同軸ケーブルの何れか又は任意の組み合わせを含めることができる。種々の実施例では、これらの媒体の何れか１つ又は幾つかを介して通信の送受信を行なうことができる。例えば、第１の媒体を介して受信し、第２の媒体を介して送信することができる。ある実施例では、送信及び受信の双方又はいずれか一方に対し第３又は第４の媒体を利用するようにもしうる。例えば、マルチネットワークインタフェース装置が、電力線を介して受信し、電話線及び同軸ケーブルを介して送信することができる。２つのマルチネットワークインタフェース装置間では、１つの通信ネットワーク内で２つ以上の媒体を介して並列に又は順次に送信を行なうことができる。例えば、ビデオ信号をＤＶＤプレーヤから電力線及び同軸ケーブルの双方を介してテレビジョンに送信しうる。種々の実施例では、１つの媒体を用いて他の媒体の２部分間を橋絡することができる。例えば、ジャンクションボックスを側路するか、又は異なる交流位相でネットワークの一部に到達するようにするために、電話線又は無線接続を、電力線ネットワークにおける電源ケーブルの区分間又は異なる交流位相における区分間を橋絡するのに用いることができる。
複数の広帯域マルチバンドを介する通信と関連させて、種々の媒体を用いることができる。これらの広帯域マルチバンドには、例えば、３０ＭHzよりも低い低周波数範囲と、３０ＭHzよりも高い高周波数範囲とを有しうる。ある実施例では、低周波数範囲は２ＭHZと２８ＭHzとの間とし、高周波数範囲は５０ＭHzと３００ＭHzとの間とする。低周波数帯域は電力線を介して伝達でき、高周波数帯域は電力線と、電話線又は同軸ケーブルのような他の媒体との双方又は何れか一方を介して伝達しうる。広帯域の低周波数範囲及び広帯域の高周波数範囲の双方を用いる通信に対して単一の媒体を用いることができる。ある実施例では、高周波信号を周波数混合により周波数範囲間で移動させる。例えば、周波数混合を用いて、アナログ又はデジタルテレビジョン情報を既に伝達している同軸ケーブルの場合のように、現在のサービスが用いている周波数よりも高い周波数に信号を移動させることができる。高周波数帯域は例えば、約１．２ＧHz及び１．４５ＧHz間で、又は約１．５５ＧHz及び１．８ＧHz間で移動させることができる。他の例では、高周波数帯域の一部分を２ＧHzよりも高くする。ある実施例では、高周波数帯域における信号が少なくとも５００ＭHz幅の超広帯域信号を有するようにする。
種々の媒体を介する通信は、単一の電源を有する単一のリファレンスデザインにより対応しうる。単一のリファレンスデザインは任意ではあるが、異なる媒体に接続しうるとともにこれらの媒体を介して通信するように構成したフィルタ及びその他の構成素子を有する単一のユニットとする。例えば、単一のリファレンスデザインは、電話線と、電力線と、同軸ケーブルとの何れか、又は任意の組み合わせを介して通信するように構成した多重インタフェースを有するようにしうる。単一のリファレンスデザインは更に、異なる媒体が単一媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスを共有するようにしうる。この単一のリファレンスデザインは、電力線通信インタフェースを介して附勢することができる。ある実施例では、電力線と、電話線又は同軸ケーブルとを用いて通信の受信及び送信の双方又は何れか一方を行う。更に、単一のリファレンスデザインは、ネットワーク装置と通信するように構成した単一のホストインタフェースコントローラを有することができる。
図６は、複数の異なる電力線技術の代表的な周波数スペクトルを示すとともに、一実施例によれば所定の技術の信号を（他の技術の信号から）特定の信号路に分離するのにアナログ信号分離装置を如何に用いうるかを示している。
本例では、第１の技術TechA が送信電力ＰA と、周波数ｆA1及びｆA2により画成された広帯域６１０とを有している。この広帯域６１０は、ＥＭＣ（電磁環境適合性）の規定に応じてノッチ部６２０を有している。第２の技術TechB は送信電力ＰB と、周波数ｆB1及びｆB2により画成された広帯域６３０とを有している。この広帯域６３０もＥＭＣの規定に応じてノッチ部６４０を有している。周波数ｆB1は周波数ｆA2よりも大きくして帯域の重なりを回避するようにしうることに注意すべきである。第３の技術TechN は送信電力ＰN と、周波数ｆN1及びｆN2により画成された広帯域６４０とを有している。この広帯域６４０をもＥＭＣの規定に応じてノッチ部６６０を有している。
ある実施例では、第１、第２及び第３のアナログフィルタ（すなわち、それぞれFiltA 、FiltB 及びFiltN ）により、TechA 、TechB 及びTechN の各々の信号を他の技術の信号から分離する。これらのアナログフィルタ特性は、ノード内の各技術の送信機及び受信機の双方又は何れか一方に適用しうる。
ある実施例では、電力線通信装置におけるアナログ信号分離装置の少なくとも１つの通過帯域の開始を１ＭHz及び３０ＭHz間とし、その帯域幅を少なくとも１０ＭHzとする。任意ではあるが、他の帯域幅の少なくとも１つが、３０、４０、５０、７５、１００、２００又は５００ＭHzの信号を有するようにし、任意ではあるが１ＧHzよりも低い信号を有するようにする。アナログ信号分離装置の任意の１つの素子に対する通過帯域及び阻止帯域間の差を６dBよりも大きくすることができる。
異なるアナログフィルタに対しては帯域が重なるようにする（例えば、ｆA4＞ｆB3とする）か、又は帯域が重ならないようにする（例えば、ｆB4＜ｆN3とする）ことができることに注意すべきである。又、全てのアナログフィルタの通過帯域が、同じ送信電力、同じ減衰機能又は同じ他の特性を有するようにする必要がないことに注意すべきである。所定のＰＬＣ技術のアナログフィルタ特性及び変調機構の結果により各アナログフィルタによる分離の有効性を決定する。これらのそれぞれの通過帯域におけるフィルタの絶対的な伝送は、通過帯域対阻止帯域の比に比べて重要でない。その理由は、これらのフィルタにおけるいかなる減衰量の差も、フィルタの前段における注入電力を多くするか、又は受信機の感度を高めることにより、又はこれらの双方を行うことによりしばしば補償しうる為である。
ある実施例では、電力線通信ネットワークが、このネットワーク中のノードの個数を増大させるにつれて処理能力を増大させる機能を有するようにする。特に、このように処理能力を増大させる要求はノードの個数を増大させることに対応する理由は、多数の装置がネットワークを共有すると多くのデータが伝送される為である。
図７は、種々の実施例による３つの媒体の代表的な通信伝送スペクトルを示す。媒体の何れか又は全て（電力線、電話線及び同軸ケーブルの何れか又は任意の組み合わせ）をネットワークに存在させることができる。ある実施例では、図７に示す種々の周波数帯域が広帯域及び狭帯域の双方又は何れか一方を有するようにしうる。他の実施例では、上述したのとは異なる他の送信スペクトルを用いることができる。図示のスペクトルでは、Ｘ軸が周波数を示す。
スペクトル７０２には、電力線と関連しうる通信伝送スペクトルを示す。このスペクトル７０２は、低周波帯域７０４及び高周波帯域７０６を有する。低周波帯域７０４はほぼ３０ＭHzよりも低い周波数帯域を有するようにしうる。この低周波帯域７０４は、ホームプラグＡＶ標準規格に記載されているような電力線通信周波数（すなわち、２ＭHz〜３０ＭHz）を有しうる。高周波帯域７０６はほぼ３０ＭHzよりも高い１つ以上の周波数帯域（例えば、５０ＭHz〜３００ＭHz）を有する。ある実施例では、高周波帯域７０６が１ＧHzよりも高い周波数帯域を有するようにしうる。又、ある実施例では、高周波帯域７０６の使用を任意のこととしうる。通信信号は電力線を介し低周波帯域７０４及び高周波帯域７０６の双方で同時に、又は独立して、又はこれらの双方で伝送しうる。
スペクトル７０８には、電話線と関連しうる通信伝送スペクトルを示す。このスペクトルは、従来技術の通信伝送を行なう低周波帯域７１０を有する。これらの通信には、音声電話、ＡＤＳＬ、ＶＤＳＬ、ＨＰＮＡ等が含まれる。電力線通信で用いられている高周波帯域７０６は、この電話線に関しても用いることができる。
スペクトル７１２、７２２及び７２６には、同軸ケーブル技術と関連する種々の通信伝送スペクトルを示す。これらの通信伝送スペクトルには、従来技術の通信で用いられている幾つかの周波数帯域が含まれている。例えば、周波数帯域７１４は現在、ＤＳＬ標準規格及びＤＯＣＳＩＳと関連する。周波数帯域７１６は、テレビジョン放送、ケーブルテレビジョン及びデジタルテレビジョンと関連する。周波数帯域７１８は、ＭｏＣＡ標準規格及び３９０ＭHzと１．５５ＧHzとの間の衛星Ｌバンドと関連する。
スペクトル７１２では、高周波帯域７２０において、ホームネットワークと関連する通信信号が衛星Ｌバンドよりも高い、すなわち、約１．５５ＧHzよりも高い周波数で伝送される。高周波帯域７２０は、ほぼ２５０ＭHzの帯域幅と関連させることができる。従って、サービス会社は、ホームネットワークを妨害することなく、Ｌバンドを完全に利用しうる。更に、高周波帯域７２０を、サービス会社が利用する他の周波数よりも高くに置くことにより、サービス会社が提供するダウンロード映画又はテレビジョン番組のようなコンテンツがホームオーナーにより不正侵入されるか又はさもなければ盗み見られるおそれを少なくしうる。
スペクトル７２２では、ホームネットワークと関連する通信信号がＬバンド内の高周波帯域７２４内で少なくとも部分的に伝達される。ある実施例では、高周波帯域７２４は、ほぼ１ＧHzからほぼ１．５ＧHzの範囲とする。例えば、高周波帯域７２４はほぼ１．２ＧHzからほぼ１．４５ＧHzの範囲としうる。種々の実施例では、高周波帯域７２４は、１．１ＧHz、１．２ＧHz、１．３ＧHz、１．４ＧHz、１．５ＧHz、１．６ＧHz、１．７ＧHz、１．８ＧHz、１．９ＧHz及び２．０ＧHzよりも低くない周波数を種々の実施例で用いることができる。ある実施例では、周波数帯域７１８における信号伝送及び高周波帯域７２４における信号伝送の双方又はいずれか一方を暗号化するか、さもなければ保護処理することができる。
スペクトル７２６では、テレビジョン放送やデジタルテレビジョンと関連する周波数帯域７１６が使用されていない場合に、ホームネットワークと関連する通信信号を少なくとも部分的に周波数帯域７２８内で通信する。周波数帯域７２８の少なくとも一部分は、５０ＭHzと３００ＭHzとの間の周波数を有する。
複数の媒体を介する通信は任意ではあるが同時に行なう。ここで言う“同時”とは、第１のデータ又は命令の少なくとも一部が第１の周波数帯域及び媒体の双方又はいずれか一方を用いて、第２のデータ又は命令の少なくとも一部が第２の周波数帯域及び媒体の双方又はいずれか一方を用いて通信されるのと同時に通信されることを意味するデータ通信に対して用いているものである。例えば、同時伝送は、周波数範囲の使用を交互に行なう、すなわち、１つの周波数範囲を他の周波数範囲の後に用いたり、１つの周波数範囲から他の周波数範囲に移動したりして、双方の周波数範囲を同時に使用しないシステムと対比するものである。
複数の媒体を介する通信は任意ではあるが互いに独立して行なう。ここで言う“独立”とは、１つの周波数帯域を用いて伝送されるデータが、他の周波数帯域を用いて伝送されるデータに依存しないことを意味するデータ伝送に対して用いているものである。独立的なデータ伝送には、例えば、異なる個所に送信する又は異なる個所から受信するデータを含めることができる。異なる周波数を用いて代替ビットを伝送するデータは独立しない。その理由は、これらのビットは有効なバイトを構成するために互いに依存している為である。通信セットアップ情報、暗号解読キー、通信コマンド等を有し、第１の周波数帯域で伝送されるデータは、たとえ第２の周波数帯域で送信されるデータの受信又は処理が第１の周波数帯域におけるデータを用いることができる場合でも、この第１の周波数帯域におけるデータから独立しているものと見なされる。その理由は、通信セットアップ情報、暗号解読キー、通信コマンド等の伝送は、第２の周波数帯域で送信されるデータに依存しない為である。
上述した実施例に関する説明は例示にすぎず、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明の多くの変形は上述した説明から当業者にとって明らかである。従って、本発明の範囲は、上述した実施例ではなく、等価な範囲を含む特許請求の範囲から決定すべきものである。

Claims (39)

  1. アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス（ＡＭＣ−ＣＤＭＡ）を実行するシステムであって、このシステムは、
    複数のチャネルの各々に対するチャネル性能測定基準を決定するとともに、チャネルの各々に対するビットローディングの少なくとも１つのパラメータを、チャネル性能測定基準に基づいて決定する第１の回路と、
    有線接続を介して伝送を行なうために、各チャネルにおけるビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータを用いてＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調する変調回路と
    を有しているシステム。
  2. 請求項１に記載のシステムにおいて、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、１つのキャリアに対する符号分割多重アクセスシーケンスの個数を有するようにしたシステム。
  3. 請求項１又は２に記載のシステムにおいて、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、符号分割多重アクセスシーケンスの長さを有するようにしたシステム。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステムにおいて、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、変調のコンステレーションのビットの個数を有するようにしたシステム。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステムにおいて、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、符号分割多重アクセスシーケンスにおけるチップの長さを有するようにしたシステム。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記チャネル性能測定基準が、信号対雑音比を有しているシステム。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記チャネル性能測定基準が、ビット誤り率を有しているシステム。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記有線接続が電力線接続を有するシステム。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記有線接続が同軸ケーブル接続を有するシステム。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記有線接続が電話線接続を有するシステム。
  11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステムにおいて、このシステムが更に、直列信号を並列信号に変換するように構成された変換回路を有するシステム。
  12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステムにおいて、このシステムが更に、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号に対する符号を発生するように構成された符号発生回路を有するシステム。
  13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステムにおいて、このシステムが更に、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号に関して逆高速フーリエ変換機能を実行するように構成された逆高速フーリエ変換回路を有するシステム。
  14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステムにおいて、このシステムが更に、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号を受信して復号するように構成された受信回路を有するシステム。
  15. アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス（ＡＭＣ−ＣＤＭＡ）を実行する方法であって、この方法が、
    複数のチャネルの各々に対するチャネル性能測定基準を決定する工程と、
    チャネルの各々に対するビットローディングの少なくとも１つのパラメータを、チャネル性能測定基準に基づいて決定する工程と、
    各チャネルに対し前記少なくとも１つのパラメータを用いてＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調する工程と、
    有線接続を介してＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を伝送する工程と
    を有する方法。
  16. 請求項１５に記載の方法において、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、１つのキャリアに対する符号分割多重アクセスシーケンスの個数を有するようにする方法。
  17. 請求項１５又は１６に記載の方法において、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、符号分割多重アクセスシーケンスの長さを有するようにする方法。
  18. 請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法において、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、変調のコンステレーションのビットの個数を有するようにする方法。
  19. 請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法において、ビットローディングの前記少なくとも１つのパラメータが、符号分割多重アクセスシーケンスにおけるチップの長さを有するようにする方法。
  20. 請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法において、前記チャネル性能測定基準が、信号対雑音比を有するようにする方法。
  21. 請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の方法において、前記チャネル性能測定基準が、ビット誤り率を有するようにする方法。
  22. 請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の方法において、前記有線接続が電力線接続を有するようにする方法。
  23. 請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の方法において、前記有線接続が同軸ケーブル接続を有するようにする方法。
  24. 請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の方法において、前記有線接続が電話線接続を有するようにする方法。
  25. 請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の方法において、この方法が更に、直列信号を並列信号に変換する工程を有する方法。
  26. 請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の方法において、この方法が更に、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号に対する符号を発生する工程を有する方法。
  27. 請求項１５〜２６のいずれか一項に記載の方法において、この方法が更に、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号に関して逆高速フーリエ変換機能を実行する工程を有する方法。
  28. 請求項１５〜２７のいずれか一項に記載の方法において、この方法が更に、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号を受信して復号する工程を有する方法。
  29. 請求項１５〜２８のいずれか一項に記載の方法において、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号を互いに同時に伝送する方法。
  30. 請求項１５〜２９のいずれか一項に記載の方法において、ＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号を互いに独立して伝送する方法。
  31. アダプティブマルチキャリア符号分割多重アクセス（ＡＭＣ−ＣＤＭＡ）を実行するシステムであって、このシステムは、
    複数のチャネルの各々に対するチャネル性能測定基準を決定するとともに、複数のチャネルの各々に対する少なくとも１つのビットローディングパラメータを、チャネル性能測定基準に基づいて決定する性能回路と、
    複数のチャネルのうちの第１のチャネルにおいて第１の有線接続を介して伝送を行なうために、前記少なくとも１つのビットローディングパラメータを用いて第１のＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調するとともに、複数のチャネルのうちの第２のチャネルにおいて第２の有線接続を介して伝送を行なうために、前記少なくとも１つのビットローディングパラメータを用いて第２のＡＭＣ−ＣＤＭＡ信号を変調するように構成した第１の変調回路と
    を有しているシステム。
  32. 請求項３１に記載のシステムにおいて、前記第１の変調回路は、第１の広帯域周波数範囲を用いて、第１のノードと第２のノードとの間で第１のＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号を伝達するとともに、前記第１の広帯域周波数範囲から分離された第２の広帯域周波数範囲を用いて、前記第１のノードと第３のノードとの間で第２のＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号を伝達するように構成されているシステム。
  33. 請求項３１又は３２に記載のシステムにおいて、前記第１のＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号と前記第２のＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号とが同時に伝達されるようになっているシステム。
  34. 請求項３１〜３３のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記第１のＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号と前記第２のＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号とが互いに独立して伝達されるようになっているシステム。
  35. 請求項３１〜３４のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記第１の有線接続が電力線接続を有しているシステム。
  36. 請求項３１〜３５のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記第２の有線接続が同軸ケーブル接続を有しているシステム。
  37. 請求項３１〜３６のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記第２の有線接続が電話線接続を有しているシステム。
  38. 請求項３１〜３５のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記第２の有線接続が電話線接続と同軸ケーブル接続との双方を有しているシステム。
  39. 請求項３１〜３７のいずれか一項に記載のシステムにおいて、このシステムが更に、前記少なくとも１つのビットローディングパラメータを用いて変調された第３のＡＭＣ‐ＣＤＭＡ信号を伝送するように構成された無線接続を有するシステム。
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