JP2011176802A - 符号化されたビットパディング - Google Patents

Abstract

【課題】直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）データ伝送デバイスのために、符号化されたビットパディングを追加する方法を提供する。
【解決手段】ＯＦＤＭ伝送のためのデータペイロードを受信する段階と、データペイロードをエンコードする段階と、ビットパディングをエンコードしたデータペイロードに付加する段階と、ＯＦＤＭシンボルの最小数を出力する段階とで構成する。また、ビットパディングを付加する段階は、式NPad＝NSYM*NSD−(NMACBYTES*8＋16＋6)で規定する。
【選択図】図１

Description

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、伝送するデータを変調するのに有用な方法である。ＯＦＤＭは、デジタルマルチキャリア変調の一形式であると考えられる。データの伝送に、多数の直交サブキャリアが使用される。伝送されるデータは、伝送のための複数の並列データストリームへと分割される。そして、サブキャリアの各々は、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）等を使用して、変調される。

ＯＦＤＭシステムは、データ、パイロット、ガード及びダイレクトコンポーネントを含む機能を有する、複数のキャリア又はトーンを使用する。データトーンは、チャネルの１つを通じて、送信機と受信機の間で情報を転送するのに使用される。パイロットトーンは、チャネルを維持するのに使用され、また、時間／周波数及びチャネルトラッキングについての情報を提供してもよい。ガードトーンは、伝送の間に、例えば、マルチパス歪み等に起因する符号間干渉（ＩＳＩ）が発生するのを回避するために、シンボル間に挿入される。ガードトーンは、また、信号をスペクトルマスクに一致させるのを助ける役割を果たす。ダイレクトコンポーネント（ＤＣ）を無効化することにより、直接変換受信機設計を単純化してもよい。

ある例では、ＯＦＤＭシステムは、ＯＦＤＭシンボルを送信するために、パディングビットを実装する。ビットパディングにより、完全なＯＦＤＭシンボルを送信することができ、パディングビット自身を送信する必要はない。多くの場合、ビットパディングは、物理（ＰＨＹ）層に実装される。

ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１規格では、無線伝送のプロトコルが規定されている。ＩＥＥＥ８０２．１１規格が発展するに従い、新しいトーン割り当て、変調及びコーディングに対するサポートについての問題が生じてきた。特に、レガシーＩＥＥＥ８０２．１１システムで使用されていたＰＨＹ層のビットパディングが、動作しない状態が発生していた。

以下、添付の図面を参照して、詳細な説明を記載する。添付の図面において、参照符号の最も左側の桁は、その参照符号が初めて示された図面番号を表す。同様な構造及び要素については、複数の図面に渡って同じ参照符号が使用されている。

符号化されたビットパディングを実装するシステムの例を示した図である。 符号化されたビットパディングを実装するデバイスの例を示したブロック図である。 ビットパディングのためのエンコーダモジュールの例を示したブロック図である。 符号化されたビットパディングのプロセスを示したフローチャートである。

［概要］
レガシーＩＥＥＥ８０２．１１コーディング／インターリービングスキーム及びシステムを実装するために、物理（ＰＨＹ）層のビットパディングを、コーディング前（エンコーダ）から、コーディング後（エンコーダ）へと移動させるコーディングスキームが実装されている。実装例には、このようなスキーム及びプロセスを提供するデバイスのエンコーダモジュールが含まれる。

［システム例］
図１は、符号化されたビットパディングを実装するシステム１００の例を示した図である。システム１００は、互いに通信を行う複数のデバイス１０２を含む。この例において、システムは、エンコーディングモジュール１０４（１）を備えるデバイス１０２（１）を含む。デバイス１０２（１）は、有線接続１０６を通じて、デバイス１０２（２）と連結される。デバイス１０２（２）は、エンコーディングモジュール１０４（２）を含む。システム１００は、さらに、デバイス１０２（Ｎ）と無線通信１０８を行うデバイス１０２（２）を含む。デバイス１０２（３）は、エンコーダモジュール１０４（３）を含み、デバイス１０２（Ｎ）は、エンコーダモジュール１０４（Ｎ）を含む。

エンコーダモジュール１０４は、デバイス１０２から送信されるＯＦＤＭシンボルに対して、符号化されたビットパディングを提供するために実装される。ある実装例では、デバイス１０２は、ＯＦＤＭ信号を生成するＯＦＤＭモジュール（図示せず）を含んでもよい。

各デバイス１０２は、出力（すなわち、ＯＦＤＭシンボル）を伝達する、送信機、受信機又は送受信機を含むことができる。これら送信機、受信機又は送受信機は、導電体、電磁波放射又はこれら両方を通じて、出力を伝達するようにしてもよい。デバイス１０２はそれぞれ、１以上の（以下で説明する）プロセッサ及びプロセッサに連結された（以下で説明する）メモリを含む。

デバイス１０２は、無線アクセスポイント、無線周波数送受信機、ソフトウェア無線、モデム、インターフェースカード、携帯電話、携帯メディアプレーヤー、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、タブレットコンピュータ、ネットブック、携帯端末（ＰＤＡ）、サーバー、スタンドアローン送受信機インターフェース等を備えることができる。

あるオペレーション例では、システム１００における通信は、８０ＭＨｚチャネル、若しくは、これより高い周波数である１２０ＭＨｚ又は１６０ＭＨｚのチャネル、及び２５６直交振幅変調（ＱＡＭ）で実行される。レガシーＩＥＥＥ８０２．１１では、このような特性は、データトーン選択において問題となる場合がある。本明細書に記載するエンコーディングスキーム及びプロセス（すなわち、エンコーディングモジュール１０４）は、このような問題を対象としている。

システム１００によって実装されるデータトーンの数は、偶数のトーン数となり、８０ＭＨｚでは、２１６、２２０、２２２、２２４、２２８、２３０、２３２及び２３４であってもよい。これらの数字は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのインターリーバ構造及びデータビットフローの再利用に基づいている。これは、少なくとも４０ＭＨｚＩＥＥＥ８０２．１１ｎシステムの２倍（すなわち、８０ＭＨｚ）の最小トーン数を有することに加えての構成である。

上述のエンコーディングスキームは、２／３、５／６といった符号レートに、２５６ＱＡＭを追加することを考えており、データトーン数オプションの数は、半分に減少する。これは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎ規格で使用されているヌメロロジー（ｎｕｍｅｒｏｌｏｇｙ）及びフローに起因するものである。２５６ＱＡＭで接続する場合には、２／３の符号レートが好ましい。これは、送信機パワーアンプの観点から見ると、２／３符合レートは、３／４又は７／８といった符号レートよりも効率的であるからであり、消費電力を下げることができる、又はＩＥＥＥ８０２．１１システムと同じ送信範囲を実装する場合には、より安価なデバイス１０２を利用できる。さらに、レガシー２０ＭＨｚ ＩＥＥＥ８０２．１１システムが２５６ＱＡＭを使用する場合には、２／３又は５／６の符号化レートは、使用されない場合がある。これは、ＯＦＤＭシンボルの整数値に正確に適合するようなペイロードを生成するデータトーン数、モジュレーション及びコーディングを有するレガシーＩＥＥＥ８０２．１１システムとは異なり、新たなトーン割り当て（構成）は、ＯＦＤＭシンボルの整数値に正確に一致しない場合があるからである。

ＩＥＥＥ８０２．１１エンコーディングスキームの場合、ＯＦＤＭシンボルサイズの依存性及びエンコーダ（エンコーディングモジュール１０４）への依存性という２つの制約が考えられる。１つ目の制約は、１つのＯＦＤＭ符号に対する符号化されたビット数Ｎｃｂｐｓは、整数値でなければならないということである。そして、２つ目の制約は、１つのＯＦＤＭシンボルに対するデータビット数Ｎｄｂｐｓも、整数値でなければならないということである。Ｎｄｂｐｓが整数値であれば、現在のＩＥＥＥ８０１．１１ａ／ｎの方程式を使用したさらなるパディングを行わなくとも、全てのデータ長で動作可能とすることができる。Ｎｄｂｐｓが整数値でない場合は、多くのペイロードサイズが非整数値の数のパディングビットとなる、又はＯＦＤＭシンボルの数を超える符号化されたビット数となることが考えられる。いずれの場合であっても、パディングビットのみを含むような余分なＯＦＤＭシンボルを最低でも１つ、さらに付加することになる。現在のＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎ方程式では、Ｎｃｂｐｓ及びＮｄｂｐｓが整数値である必要がある。また、パディングビットが付加されるＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎ方程式が、非整数値になる場合があり、パケットを完成させることができなくなってしまう。

本明細書に記載するスキーム及びプロセスは、Ｎｃｂｐｓ及びＮｄｂｐｓが整数値である場合に限られない。ここに記載のスキーム及びプロセスは、様々な変調又はコーディングシナリオで使用されるデータトーン数について、ビットがエンコードされた後に、ビットパディングオペレーションを、エンコーダ（コーディング）の入力から、エンコーダ（コーディング）の出力へと移動させることを提供する。以下の式（１）を使用して、最小数のＯＦＤＭシンボルを充てんし、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ペイロードを送信するためのパディングビットの数を計算することができる。

NPad＝NSYM * NSD−(NMACBYTES * 8＋16＋6) （１）
ここで、NPadは、付加すべきパディングされたシンボルの数、NSYMは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎ規格での方程式に基づくＯＦＤＭシンボルの数、NSYMは、データトーンの数、NMACBYTESは、ＰＨＹ層に渡されるＭＡＣ層のバイト数、１６は、サービスフィールドの長さ、そして６は、テールビットの長さである。

このビットパディング手法では、多数の変調及びコーディングの組み合わせにおいて、データトーン割り当てに関するＮｄｂｐｓ及びＮｃｂｐｓに対するＩＥＥＥ８０２．１１の制約を取り除くことができる。また、このビットパディング手法は、現在の及びレガシーＩＥＥＥ８０２．１１処理の連鎖に組み込まれているＩＥＥＥ８０２．１１システム／規格の後方互換性となることを意図している。また、このようなビットパディング手法により、上述の変数のうちの１つを制限することなく、様々なデータトーン、変調及びコーディングの組み合わせを可能とする。特に、データトーンの数を制限すると、システムデータレートを下げ、２５６ＱＡＭの使用が不可能となる。上述したように、コーディングを制限すると、コスト又は消費電力が増加することにつながる。ＩＥＥＥ８０２．１１システム以前又はレガシーＩＥＥＥ８０２．１１システムでは、ヌメロロジーにより、ＯＦＤＭシンボル１つあたりのデータビット数及び符号化されたビット数は、整数値のみが許されている。このパディング方法及びパディング数の知識が周知される必要がある次世代のＩＥＥＥ８０２．１１システムでは、新たな信号フィールドが必要とされるかもしれない。ビットパディング手法は、帯域幅６０ＭＨｚから１６０ＭＨｚ、特に８０ＭＨｚで使用される変調及び符号化速度を提供することができる。

［デバイス構造］
図２は、符号化されたビットパディングを実装するデバイス１０４の例を示している。デバイス１０４は、デバイス１０４（１）、１０４（２）、１０４（３）及び１０４（Ｎ）を含む。デバイス１０４には、特定の要素が記載されているが、記載されている要素は、他の要素と置き換えられてもよく、また、他の要素と組み合わせられてもよいことは明らかである。デバイス１０４は、さらなる要素及びデバイスを備えてもよい。

複数のプロセッサを含むことができるホストマイクロプロセッサ又はプロセッサ２００が設けられている。プロセッサ２００は、メモリ２０２と連結又は接続可能である。メモリ２０２は、複数のメモリ要素及びデバイスを含むことができる。メモリ要素２０２は、プロセッサ２００と連結して、鍵生成及び配信プロトコルなどの実行プログラムをサポート及び／又は実装する。メモリ要素２０２は、コンピュータ可読命令を有する着脱可能式／固定式及び揮発性／不揮発性デバイス記憶媒体を含み、これらに限定されないが、例えば、磁気テープカセット、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ等を含む。メモリ２０２は、本明細書に記載する方法を実行するプロセスを格納することができる。

実装では、ＩＥＥＥ８０２．１１規格がデバイス１０４によってサポート及び実装される。したがって、このような実装形態では、デバイス１０４は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格をサポートする特定のハードウェア／ファームウェア／ソフトウェア構成を含む。デバイス１０４は、ＩＥＥＥ８０２．１１ベースの無線通信のオペレーションをサポートする様々な機能を提供する広く使用されている媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層を実装する。当業者によく知られているように、ＭＡＣ層は、共有無線チャネルへのアクセスを調整し、無線媒体での通信を強化するプロトコルを利用することにより、ＩＥＥＥ８０２．１１無線通信デバイス間の通信を管理維持する。ＭＡＣ層は、８０２．１１物理（ＰＨＹ）層を使用して、キャリア検知、及びＯＦＤＭシンボル送受信のタスクを実行する。

デバイス１０４は、エンコーダモジュール１０４をさらに含む。以下に説明するエンコーダモジュール１０４は、データビットを受信し、ＯＦＤＭシンボルをエンコード（符号化）、変調及び出力するのに使用される。さらに、１以上のアンテナ２０６（１）〜２０６（Ｎ）をデバイス１０４に設けてもよいし、接続してもよい。アンテナ２０６は、複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）オペレーションを行うため、複数のアンテナを含んでもよい。アンテナ２１０は、伝送を送受信できるよう構成されている。

［エンコーダモジュール構造］
図３は、ビットパディングを行うエンコーダモジュール１０４の例を示した図である。特定のオペレーションパラメータが記載されるが、これはあくまでも例示のためであり、これに限定することを意図していない。他のオペレーションパラメータを実装してもよいことは明らかである。

この例において、エンコーダモジュール１０４は、２２４個のデータトーン及び８０ＭＨｚ伝送帯域を使用し、符号レート２／３及び２５６ＱＡＭを実装して動作することができる。データビット３００は、２００バイト（２００＊８）又は１６００データビットを含み、ＭＡＣ層から受信する。データビット３００は、１６ビットのサービスフィールド３０２、データビット３０４（１６００データビット）及びテールビット３０６で表されるペイロードに引き渡される。テールビット３０６は、エンコーダモジュール１０４をフラッシュするのに使用される。ペイロードは、スクランブルプロセス３０８に送られ、２／３レートでエンコード３１０される。スクランブル３０８及びエンコード３１０は、符号化又はエンコーディングモジュール３１２として表すことができる。モジュール３１４にて、パディングビットの付加が実行される。この例では、１１５１個のシンボル又はビットが付加されるモジュール３１６に示されるように、インターリーブ及び変調マッピングを実行することができる。出力バッファ３１８は、３５８４個の符号化されたシンボル又は４５０個の変調信号を含むインターリーブ及び変調されたシンボルを受信する。

ＯＦＤＭシンボル１ ３２０及びＯＦＤＭシンボル２ ３２２で表されているＯＦＤＭシンボルの最小数が示されている。ＯＦＤＭシンボル１ ３２０及びＯＦＤＭシンボル２は、出力バッファ３１８の出力である。符号化又はエンコーディング（すなわちエンコーディング３１２）の前にパディングビットの使用を実装する構造とは異なり、追加のパディングビットは必要なく、余分なＯＦＤＭシンボルが生成されることはない。

［符号化ビットパディングプロセスの例］
図４は、符号化ビットパディングのプロセス４００の例を示したフローチャートである。例えば、デバイス１０２のエンコーダモジュール１０４を使用して、コードビットパディングを行ってもよい。記載する方法における順序は、これに限定することを意図しておらず、記載する方法におけるブロックを複数組み合わせて、本方法又は代替方法を実装してもよい。また、本明細書に記載する特徴の精神及び範囲内において、本方法から、個々のブロックを削除可能である。また、本方法は、本発明の範囲内において、あらゆる好適なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組み合わせに実装することができる。

ブロック４０２において、ＯＦＤＭ伝送のためのデータペイロードの受信が実行される。上述したように、データペイロードは、ＭＡＣ層からＰＨＹ層へと渡される。受信されたペイロードには、サービスデータビット及びテールビットと共に、データビットが含まれる。データペイロードは、上述したデータトーンの数によって決定されていてもよく、トーン数は偶数であってもよい。

ブロック４０４において、データペイロードに対して符号化又はエンコードが実行される。上述したように、２５６ＱＡＭ、及び２／３又は５／６といった符号レートを実装してもよい。また、オペレーション帯域は、６０〜１６０ＭＨｚ、特に８０ＭＨｚであってもよい。

ブロック４０６において、パディングビットの付加が行われる。上述したように、パディングビットの数は、以下の方程式から導くことができ、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ペイロードを送信する最小数のＯＦＤＭシンボルを満たす。

NPad＝NSYM * NSD−(NMACBYTES * 8＋16＋6) （１）
ここで、NPadは、付加すべきパディングされたシンボルの数、NSYMは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎ規格での方程式に基づくＯＦＤＭシンボルの数、NSYMは、データトーンの数、NMACBYTESは、ＰＨＹ層に渡されるＭＡＣ層のバイト数、１６は、サービスフィールドの長さ、そして６は、テールビットの長さである。
また、パディングビットが付加された後に、インターリービング及び変調を行ってもよい。

ブロック４０８において、最小数のＯＦＤＭシンボルの出力が行われる。１つのＯＦＤＭシグナルに対する符号化されたビット数Ｎｃｂｐｓは、整数であってもよい。１つのＯＦＤＭシグナルに対するデータビット数Ｎｄｂｐｓもまた、整数であってもよい。

例示した方法の特定の詳細事項が、添付の図面及びフローチャートを参照して記載されたが、ある動作については、図示した順序で実行されなくてもよく、状況に応じて、変更及び／又は省略可能であることは明らかである。本願に記載されるように、モジュール及びエンジンは、ソフトウェア、ハードウェア又はこれらの組み合わせを使用して実装されてもよい。また、ここに記載される動作及び方法は、メモリに格納された命令に基づいて、コンピュータ、プロセッサ又はその他のコンピューティングデバイスにより実装されてもよい。またメモリは、１以上のコンピュータ可読記憶媒体（ＣＲＳＭ）を含む。

ＣＲＳＭは、そこに格納される命令を実装するコンピュータデバイスがアクセス可能なあらゆる利用可能な物理的媒体であってもよい。ＣＲＳＭは、これらに限定されないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ又は他の固体状態メモリ技術、コンパクトディスク・リードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又はその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、又はその他の磁気記憶デバイス、若しくはコンピューティングデバイスがアクセス可能な所望の情報を格納するのに使用可能なその他の媒体を含む。

Claims (20)

1. ビットパディングを行うデバイスによって実装される、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送のための方法（４００）であって、
   前記ＯＦＤＭ伝送のためのデータペイロードを受信する（４０２）段階と、
   前記データペイロードをエンコードする（４０４）段階と、
   前記ビットパディングを前記エンコードしたデータペイロードに付加する（４０６）段階と、
   ＯＦＤＭシンボルの最小数を出力する（４０８）段階と
   を備える方法。
2. 前記受信する段階により、前記デバイスの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層から物理（ＰＨＹ）層へと渡されるべき前記データペイロードが提供される請求項１に記載の方法。
3. 前記エンコードする段階は、２／３レートに基づく請求項１に記載の方法。
4. 前記エンコードする段階は、２５６直交振幅変調（ＱＡＭ）で実行される請求項１に記載の方法。
5. 前記ビットパディングを付加する段階は、式NPad＝NSYM * NSD−(NMACBYTES * 8＋16＋6)で規定される請求項１に記載の方法。
6. 前記ＯＦＤＭシンボルの最小数を出力する段階は、１つのＯＦＤＭ信号に対する符号化されたビット数（Ｎｃｂｐｓ）及び１つのＯＦＤＭ信号に対するデータビット数（Ｎｄｂｐｓ）が整数であることに依存する又は依存しない請求項１に記載の方法。
7. 前記ビットパディングを前記エンコードしたデータペイロードへ付加する段階の後に、インターリーブ及び変調を行う段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
8. 命令を格納する１以上のコンピュータ可読記憶媒体であって、１以上のプロセッサによって前記命令が実行されると、
   ＯＦＤＭ伝送のためのデータビットを含むデータペイロードを処理する（４０２）段階と、
   前記データペイロードを特定のデータトーンに基づいてエンコードする（４０４）段階と、
   前記エンコードする段階の後に、ビットパディングをエンコードされたデータペイロードに付加する（４０６）段階と、
   ビットパディングされエンコードされたデータペイロードを表すＯＦＤＭシンボルを送信する（４０８）段階と
   を前記１以上のプロセッサに実行させる１以上のコンピュータ可読記憶媒体。
9. 前記処理されるデータペイロードは、サービースフィールドビット及びテールビットを含む請求項８に記載の１以上のコンピュータ可読記憶媒体。
10. 前記データペイロードを処理する段階は、デバイスの物理（ＰＨＹ）層で実行される請求項８に記載の１以上のコンピュータ可読記憶媒体。
11. 前記エンコードする段階は、８０ＭＨｚ帯域幅伝送に実装される請求項８に記載の１以上のコンピュータ可読記憶媒体。
12. 前記ビットを付加する段階は、データトーンの数に依存する請求項８に記載の１以上のコンピュータ可読記憶媒体。
13. 前記送信する段階において、ＯＦＤＭシンボルの最小数を送信する請求項８に記載の１以上のコンピュータ可読記憶媒体。
14. 前記ビットパディングを前記エンコードしたデータペイロードへ付加する段階の後、インターリーブ及び変調を行う段階をさらに備える請求項８に記載の１以上のコンピュータ可読記憶媒体。
15. 直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送のためのデータビットの付加を行うデバイス（１０２）であって、
    １以上のプロセッサ（２００）と、
    前記１以上のプロセッサと連結されたメモリ（２０２）と、
    エンコーダモジュール（１０４）と
    を備え、
    前記エンコーダモジュールは、
    データペイロードを受信し、
    前記データペイロードをエンコードして、エンコードされたデータペイロードを生成し、
    前記エンコードされたデータペイロードにパディングビットを付加し、
    ＯＦＤＭシンボルの最小数を出力するデバイス。
16. 前記エンコーダモジュールは、２／３レートでエンコードする請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記エンコーダモジュールは、２５６ＱＡＭを実装する請求項１５に記載のデバイス。
18. 前記エンコーダモジュールは、２２４データトーンで動作する請求項１５に記載のデバイス。
19. 前記エンコーダモジュールは、前記データペイロードの前記エンコードを行い、特定のデータレートに基づいて前記エンコードしたデータペイロードを生成するコーディングモジュールを含む請求項１５に記載のデバイス。
20. 前記エンコーダモジュールは、前記パディングビットを付加した後に、前記エンコードされたデータペイロードをインターリーブするインターリーバを含む請求項１５に記載のデバイス。

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