JP2014508467A - 信号圧縮および圧縮解除のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

１つの実施形態において、デジタル信号を圧縮する方法は、デジタル信号の冗長性を低減するステップ（Ｓ５００）と、倍率によって低減するステップから出力されたサンプルのブロックを変倍するステップ（Ｓ５１０）と、圧縮されたサンプルを生成するために変倍されたサンプルを量子化するステップ（Ｓ５２０）とを含む。圧縮されるデジタル信号は、デジタル無線周波数信号であってもよい。

Description

いくつかの無線基地局のソリューションにおいて、ベースバンドユニット（ＢＢＵ）および無線サブシステムは、別個のものであり、物理的に離れている。これらのソリューションにおいて、アンテナ、無線周波数フロントエンドおよびアナログ・デジタル・インターフェイスは、リモート無線ヘッド（ＲＲＨ：ｒｅｍｏｔｅ−ｒａｄｉｏ ｈｅａｄ）の一部である。ＲＲＨは、デジタル・トランスポート・ネットワークを介してＢＢＵに接続される。デジタル化ベースバンド複合同相（Ｉ：ｉｎｐｈａｓｅ）および直交（Ｑ：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）サンプルは、ＲＲＨとＢＢＵとの間のトランスポート・リンクを介して転送される。多数の無線技術（３Ｇおよび４Ｇ）において、Ｉ／Ｑサンプルの伝送には、通信帯域幅ならびに低い待ち時間およびジッタのような優れたパフォーマンスに関して、高いデータ転送速度および膨大なトランスポート・ネットワーク・リソースの割り振りが必要となる。したがって、Ｉ／Ｑサンプルを転送するために必要となるリソースの低減は、それに相応する転送のコストの低減をもたらすことになる。

例示の実施形態は、必要なトランスポート・データ転送速度を低下させる圧縮方式を提供する。たとえば、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）において、実施形態は、圧縮されていないＩ／Ｑ伝送の場合と比較して約３．５倍低いデータ転送速度をもたらす。

例示の実施形態は、事実上汎用であり、したがってさまざまな無線技術（たとえば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、およびＵＭＴＳ／ＨＳＰＡ）、ならびにアップリンクおよびダウンリンクに適用されうる。これらの例示の実施形態は、アナログ信号のデジタル表現が転送されるべき任意のソリューションにおいて効果的となりうる。たとえば、１つまたは複数の例示の実施形態は、デジタル・ニュートラル・ホスト分散アンテナ・システム（ＤＡＳ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ）の基盤となりうる。

さらに、例示の実施形態は、全般的な信号品質、すなわち特定の無線技術、つまり標準により要求されるエラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ：ｅｒｒｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）および隣接チャネル電力比（ＡＣＰＲ：ａｄｊａｃｅｎｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ）を保持する。加えて、例示の実施形態は、必要な信号品質と圧縮パフォーマンスとの間の円滑なトレードオフが適切なパラメータ値のオペレータによる選択を通じて達成されうるように、パラメータ化される。

加えて、例示の実施形態は、圧縮されないバージョンと比較して、限定された処理遅延（すなわち、圧縮および圧縮解除待ち時間）をもたらす。

例示の実施形態は、任意のトランスポート技術（ギガビット・イーサネット（ＧｉｇＥ：Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）、ギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ：Ｇｉｇａｂｉｔ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、イーサネット受動光ネットワーク（ＥＰＯＮ：Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｇｔｗｏｒｋ）、Ｄａｔａ Ｏｖｅｒ Ｃａｂｌｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＤＯＣＳＩＳ）など）と併せて適用されてもよい。

業界標準として、Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｕｂｌｉｃ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＣＰＲＩ）トランスポート技術がＲＲＨおよびＢＢＵに接続するために広く適用されてきた。これは、さまざまなネットワーク・アーキテクチャをサポートし、ＴＤＭＡに基づいている。これは、圧縮されていないＩ／Ｑサンプルを転送し、その結果、例示の実施形態における圧縮方式よりもはるかに高いデータ転送速度要件をもたらす。

例示の実施形態において、ＲＲＨ設計はいかなるＢＢＵ機能も実施しない、すなわち、いかなる特定の無線技術に固有である物理層処理も実行しない。さらに、例示の実施形態において、ＲＲＨとＢＢＵとの間で制御信号は交換されない。このことは、ＲＲＨの役割を一般的なインターフェイス接続に限定するので、有利である。したがって、例示の実施形態は技術および実施態様のいずれにも依存しないものになる。

１つの実施形態において、デジタル信号を圧縮する方法は、デジタル信号の冗長性を低減するステップと、倍率によって低減するステップから出力されたサンプルのブロックを変倍するステップと、圧縮されたサンプルを生成するために変倍されたサンプルを量子化するステップとを含む。圧縮されるデジタル信号は、デジタル無線周波数信号であってもよい。

一例として、低減するステップは、デジタル信号をフィルタリングするステップと、フィルタリングするステップからの出力をデシメートするステップとを含むことができる。

変倍するステップのブロック・サイズおよび／または倍率は、固定であっても、または適応的に決定されてもよい。

量子化するステップの分解能もまた、固定であっても、または適応的に決定されてもよい。

さらなる実施形態は、圧縮エラーを決定するステップと、圧縮エラーを圧縮するステップと、圧縮されたサンプルを搬送するリンクとは別個のリンクを介して、圧縮された圧縮エラーを送信するステップとを含む。

１つの実施形態において、圧縮されたデジタル信号を圧縮解除する方法は、受信したサンプルを逆量子化するステップと、逆量子化されたサンプルのブロックを変倍解除するステップと、望ましいスペクトルを有するデジタル信号を生成するために、変倍解除されたサンプルに冗長性を挿入するステップとを含む。

もう１つの実施形態は、ネットワーク要素を対象とする。ネットワーク要素は、第１のデジタル信号を生成する回路と、コンプレッサ、およびデコンプレッサとを含むことができる。コンプレッサは、中間の圧縮されたサンプルを生成するために第１のデジタル信号の冗長性を低減し、倍率により中間の圧縮されたサンプルのブロックを変倍し、圧縮されたサンプルを生成するために変倍されたサンプルを量子化し、圧縮されたサンプルを第１の圧縮された信号としてトランスポート・リンクを介して送信するように構成される。デコンプレッサは、第２の圧縮された信号をトランスポート・リンクを介して受信し、第２の圧縮された信号のサンプルを逆量子化し、逆量子化されたサンプルのブロックを変倍解除し、望ましいスペクトルを有する第２のデジタル信号を生成するために、変倍解除されたサンプルに冗長性を挿入するように構成される。

例示の実施形態は、本明細書において以下に示される詳細な説明および添付の図面によりさらに十分に理解されるであろう。ここで類似した要素が類似した参照番号により表されるが、これらは例として示されるにすぎず、したがって例示の実施形態を限定するものではない。

例示の実施形態によるシステムを示す図である。 圧縮の実施形態を示す流れ図である。 圧縮解除の実施形態を示す流れ図である。 圧縮のもう１つの実施形態を示す流れ図である。 圧縮エラーを決定して圧縮するためのプロセスの実施形態を示す図である。 １５．３６ＭＨｚのサンプル・レートを使用する１０ＭＨｚ ＬＴＥスペクトルの例を示す図である。 入力信号レベルに関して線形および非線形量子化レベルを示す図である。

詳細な例示的な実施形態は、本明細書において開示される。しかし、本明細書において開示される特定の構造的および機能的な詳細は、例示の実施形態を説明するための単なる代表例にすぎない。しかし、実施形態は、多数の代替の形態において具現されてもよく、本明細書において示される実施形態のみに限定されるものと解釈されるべきではない。

本明細書においてさまざまな要素を説明するために第１（ｆｉｒｓｔ）、第２（ｓｅｃｏｎｄ）などの用語が使用されることがあるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されるにすぎない。たとえば、例示の実施形態の範囲を逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と称されてもよく、同様に、第２の要素は第１の要素と称されてもよい。本明細書において使用されるように、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連する列挙された項目の１つまたは複数の任意の組み合わせおよびすべての組み合わせを含む。

要素が別の要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と表されるとき、それは別の要素に直接に接続または結合されうるか、もしくは介在する要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、要素が別の要素に「直接に接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「直接に結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」と表されるとき、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用されるその他の語は、同様の方法で解釈されるべきである（たとえば、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「間に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接する」と「直接に隣接する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」など）。

本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、例示の実施形態を限定することは意図されていない。本明細書に使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈に明確な別段の指示のない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書において使用されるとき、提示される特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数のその他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、および／またはそのグループの存在または追加を排除するものではないことを理解されたい。

本明細書において、例示の実施形態は、適切なコンピューティング環境において実施されるものとして説明される。必須ではないが、例示の実施形態は、１つまたは複数のコンピュータプロセッサまたはＣＰＵによって実行される、セクション、プログラム・モジュールまたは機能プロセスのような、コンピュータ実行可能命令の一般的なコンテキストに即して説明される。一般に、セクション、プログラム・モジュールまたは機能プロセスは、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象データタイプを実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。本明細書において説明されるセクション、プログラム・モジュールおよび機能プロセスは、既存の通信ネットワークにおいて既存のハードウェアを使用して実施されてもよい。たとえば、本明細書において説明されるセクション、プログラム・モジュールおよび機能プロセスは、既存のネットワーク要素、サーバ、または制御ノードにおいて既存のハードウェアを使用して実施されてもよい。そのような既存のハードウェアは、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータなどを含むことができる。

以下の説明において、例示的な実施形態は、別段の指示のない限り、１つまたは複数のプロセッサによって実行される動作および操作のシンボルによる表記（たとえば、流れ図の形態）を参照して説明される。したがって、そのような動作および操作は、コンピュータに実行されるものとして示される場合もあるが、構造化された形態でデータを表す電気信号のプロセッサによる操作を含むことが理解されるであろう。この操作は、コンピュータのメモリシステム内の場所においてデータを変換するかまたはデータを保持するが、当業者によって十分に理解されている方法でコンピュータの操作を再構成するかまたは変更する。

また、一部の代替の実施形態において、言及される機能／動作は、図面に示される順序通りに生じない場合もあることに留意されたい。たとえば、連続して示される２つの図が、実際には実質的に同時に実行されることがあり、または場合によっては、関与する機能／動作に応じて逆の順序で実行されることがある。

図１は、例示の実施形態によるシステムを示す。示されているように、システムは、トランスポート・リンク３００のような伝送媒体を介して接続されたＲＲＨ１００およびＢＢＵ２００を含む。トランスポート・リンク３００は、有線または無線であってもよい。たとえば、トランスポート・リンク３００は、ギガビット・イーサネット（ＧｉｇＥ）、ギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ）、イーサネット受動光ネットワーク（ＥＰＯＮ）、Ｄａｔａ Ｏｖｅｒ Ｃａｂｌｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＤＯＣＳＩＳ）などのような任意のトランスポート技術であってもよい。

ＲＲＨ１００は、標準的なＲＲＨ回路１１０を含む。アップリンクにおいて、Ｉ／Ｑコンプレッサ１１４は、標準的なＲＲＨ回路１１０とトランスポート・リンク３００との間で接続される。知られているように、標準的なＲＲＨ回路１１０は、アンテナ１２０で受信したアナログ無線信号をデジタルＩ／Ｑサンプルの形態に変換する無線周波数フロントエンドおよびアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含む。通常、ＡＤＣは、標準的な高分解能のコンバータである。アナログ・デジタル変換の後、アップリンク・コンプレッサ１１４はＩ／Ｑ圧縮を適用し、圧縮されたデジタルＩ／Ｑ信号はトランスポート・リンク３００を介してＢＢＵ２００に転送される。

ＢＢＵ２００は、標準的なＢＢＵ回路２１０を含む。アップリンクにおいて、アップリンク・デコンプレッサ２１２は圧縮解除を適用するが、その後に標準的なＢＢＵ回路２１０における特定の無線技術の受信機ベースバンド処理（すなわち、物理層）が続く。

逆に、ダウンリンクにおいて、標準的なＢＢＵ回路２１０の送信機は、Ｉ／Ｑサンプルのシーケンスを生成するが、これはダウンリンク・コンプレッサ２１４により圧縮される。次いで、ダウンリンク・コンプレッサ２１４の出力は、トランスポート・リンク３００を介してＲＲＨ１００に転送される。ダウンリンク・デコンプレッサ１１２は、Ｉ／Ｑサンプルを圧縮解除する。圧縮解除に続いて、標準的なＲＲＨ回路１１０のＲＲＨデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）および無線周波数フロントエンドは、圧縮解除されたＩ／Ｑサンプルのシーケンスをアナログ無線信号に変換するが、これはアンテナ１２０を介して伝送される。通常、ＤＡＣは、標準的な高分解能のコンバータである。

前述のように、ＲＲＨ無線周波数フロントエンド、ＡＤＣ、ＤＡＣ、およびＢＢＵ処理は、所与の無線技術に通常適用される処理と同じであってもよい。すなわち、それらのサブシステムには、Ｉ／Ｑ圧縮および圧縮解除を提供するために特別に実施されるものはなく、Ｉ／Ｑ圧縮および圧縮解除は後段において詳細に説明される。

アップリンクおよびダウンリンクの圧縮は、同じ方法で動作する。同様に、アップリンクおよびダウンリンクの圧縮解除は、同じ方法で動作する。したがって、簡潔に表現するために、圧縮の１つの例および圧縮解除の１つの例が説明される。

圧縮
図２は、圧縮の実施形態を示す流れ図である。示されているように、圧縮は、スペクトル領域の冗長性の除去Ｓ５００、ブロック変倍Ｓ５１０、および量子化Ｓ５２０という、３つの主要プロセスを伴う。各プロセスは、以下で詳細に説明される。

スペクトル領域の冗長性の除去−Ｓ５００
従来、ＡＤＣ、ＤＡＣおよびＢＢＵ処理のサンプリング・レートは、ナイキスト標本化定理による最小要件よりも高い。たとえば、１０ＭＨｚ ＬＴＥにおいて、サンプリング・レートは（ＢＢＵ処理およびＣＰＲＩ非圧縮伝送の場合の両方について）１５．３６ＭＨｚである。加えて、ＵＭＴＳ／ＨＳＰＡおよびｃｄｍａ２０００／ＥＶ−ＤＯの場合、２倍および４倍のオーバーサンプリングが通例である。これは結果として、スペクトルまたは周波数領域の冗長性をもたらす。すなわち、非圧縮の形態では、スペクトル的に広範な信号が、必要となりうる以上に伝送される。

したがって、プロセスＳ５００は、それらの冗長性を除去する。図２に示されるように、除去プロセスは、デジタルベースバンド信号をローパス・フィルタリングするステップＳ５０２を含み、その後デシメーション（間引き）Ｓ５０４が続く。１つの実施形態において、それらのプロセスは、サンプル単位で、ストリーミングの形式で実行される。たとえば、１つの実施形態において、フィルタリングＳ５０２は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタにより実行され、デシメーションＳ５０４は、アップおよびダウン・サンプリングにより実行される。フィルタリングＳ５０２およびデシメーションＳ５０４は、ベースバンド信号に依存し、特に、周波数帯域およびオーバーサンプリングの量に依存する。

概念的には、特定の無線技術に限定されるものはない。特定のパラメータ（たとえば、帯域幅およびサンプリング・レート）は、所与の無線技術について指定される必要がある。さらに、ローパス・フィルタ・パラメータは、複雑性とパフォーマンスのトレードオフの均衡および／または最適化のために実験的に、または設計上の選択により選択されてもよい。

ブロック変倍−Ｓ５１０
ブロック変倍はまた、ブロック浮動小数点と称されてもよい。ここで、デシメーション操作Ｓ５０４から出力されたＫ個のＩ／Ｑサンプルのブロックは、ステップＳ５１２において収集される。Ｋ個のＩ／Ｑサンプルのブロックは、次いでステップＳ５１４において倍率により分割される。

倍率は、固定のビット数であってもよく、その値はブロックごとに異なる場合がある。倍率は、式（３）に関して後段において詳細に説明されるように決定されてもよい。また、後段において詳細に説明されるように、変倍の量は量子化に影響を及ぼす。したがって、所与の通信環境および／または標準について、後続の量子化エラーを低減および／または最小化する倍率は、実験的に決定されてもよい。

さらに、ブロック長Ｋは、設計パラメータであり、望ましい信号品質（たとえば、ＥＶＭおよびＡＣＰＲ）とトランスポート・データ転送速度との間のトレードオフ分析から導かれてもよい。１つの実施形態において、ブロック長Ｋは、固定されてもよい。しかし、後段においてさらに詳細に説明されるように、ブロック長は、固定されることに限定されない。代わりに、ブロック長は、動的および／または適応的に決定されてもよい。

倍率、および場合によりブロック長は変化することがあるので、それらのパラメータの１つまたは複数はオーバーヘッドを増大させて伝送されてもよい。たとえば、倍率は、Ｋ個のＩ／Ｑサンプルごとに１回伝送されてもよい。ブロック長Ｋを短くすることは、後続の量子化エラーを低下させることになるが、伝送オーバーヘッドを増大させる。したがって、ブロック長Ｋは、必要とされる信号品質（たとえば、ＥＶＭおよびＡＣＰＲ）とトランスポート・データ転送速度との間のトレードオフ分析から導かれる設計パラメータである。

量子化−Ｓ５２０
ブロック変倍Ｓ５１０の後、Ｉ／Ｑサンプルは、各複合成分あたりＮ_ｂビット分解能で量子化器を使用して量子化される。１つの実施形態において、サンプルを表すビット数は、Ｎ_ｂの最上位ビットに切り捨てられてもよい。この操作は、サンプル単位で行なわれる。

あるいは、単純線形（すなわち、均一）量子化器が適用されてもよい。しかし、量子化レベル間の最適化された距離での量子化器の適用は、結果として量子化エラーの低下をもたらし、信号品質を高めることになる。非線形（すなわち、非均一）量子化器の１つの例は、後段において擬似コード（Ａ）に関して提示される。その場合、量子化レベルは、上記のブロック変倍と併せて最適化される。

より高い分解能は、信号品質を高めるが（すなわち、より低い量子化ノイズ）、トランスポート・データ転送速度を増大させる。したがって、分解能Ｎ_ｂは、必要とされる信号品質とデータ転送速度との間のトレードオフ分析から導かれる設計パラメータである。

アップリンクおよびダウンリンクにおいて望ましいパフォーマンスを達成するために、さまざまなパラメータが使用されうることに留意されたい。たとえば、アップリンク信号はより大きいダイナミックレンジ、ならびに相加性雑音および干渉の存在を有することが予想されるので、より高い量子化分解能およびより短いブロック長は、アップリンクの場合に予想される。

圧縮解除
図３は、圧縮解除の実施形態を示す流れ図である。示されているように、圧縮解除は、逆量子化Ｓ６００、変倍解除Ｓ６１０、および冗長性の挿入Ｓ６２０、すなわちアップ・サンプリング、という、３つの主要プロセスを伴う。各プロセスは、後段において詳細に説明される。逆量子化Ｓ６００中に、量子化操作の逆が実行される。つまり、サンプルを表すために使用されたビットの数が、ステップＳ５２０における量子化以前と同じ分解能まで増加される。１つの実施形態において、これは、最下位ビットとしてゼロを加算することによって実行されてもよい。あるいは、ステップＳ５２０において実施された量子化プロセスの逆が実行されてもよい。たとえば、ステップＳ５２０における量子化が擬似コード（Ａ）に示されるように進行する場合、後段に示される擬似コード（Ａ）の逆が実行されてもよい。

変倍解除Ｓ６１０中に、逆量子化Ｓ６００からのＫ個のサンプルのブロックは収集され、倍率を乗算される。

冗長性の挿入Ｓ６２０中に、変倍解除Ｓ６１０からの各サンプルには、ステップＳ５０４のデシメーションの逆である、逆デシメーションＳ６２２が行なわれる。同様に、結果として得られるサンプルは、Ｓ６２４において逆フィルタリングされ、ここで「フィルタリング」はステップＳ５０２で実行されたフィルタリングの逆である。これは、アップ・サンプリングの手順である。

以下において、上記の機能を拡張する２つの追加の実施形態が説明される。

適応信号品質制御
オプションで、上記の基本技術の適応バージョンが実施されてもよく、ブロック・サイズＫおよび分解能Ｎ_ｂのようなパラメータは、固定されるのではなく、一部の基準に基づいて時間の経過に伴って動的に適応されてもよい。適応に使用されうる１つのそのような基準は、最小平均二乗誤差（ＭＳＥ：ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｄ ｅｒｒｏｒ）であり、これは信号忠実度の一次関数であるので良好なメトリックである。

図４は、適応信号品質メカニズムを使用する圧縮の実施形態を示す流れ図である。示されているように、図４の方法は、ステップＳ５１２のブロック・サイズＫが品質制御メカニズムつまりプロセスＳ７００により供給されること、およびステップＳ５２０の分解能Ｎ_ｂが品質制御プロセスにより供給されるという点を除いて、図２の方法と同じである。したがって、簡潔に表現するために、品質制御プロセスＳ７００のみが説明される。

示されているように、ステップＳ７０２において、量子化プロセスＳ５２０の出力は、ステップＳ７０２において逆量子化され、次いでステップＳ７０４において変倍解除されて、ステップＳ５１２で生成された元のブロックに対応する再構築されたブロックを生成する。この元のブロックは格納され（図示せず）、ステップＳ７０６において、ブロック単位ベースで、元のサンプルのブロックと、再構築されたサンプルのブロックとの間のＭＳＥが決定されるかまたは推定される。ＭＳＥ推定は、第１のしきい値Ｔ_１と比較される。ＭＳＥ推定がこのしきい値を超える場合、これは信号品質が望ましいレベルよりも劣ることを指示する。したがって、ブロック・サイズＫおよび／または分解能Ｎ_ｂのような圧縮パラメータは、ステップＳ７０８において適応される。信号品質を高めるために、分解能Ｎ_ｂが分解能増分ずつ増加されてもよく、および／またはブロック・サイズＫがサイズ減分ずつ減少されてもよい。その結果、トランスポート・データ転送速度は高められる。

ステップＳ７０６に戻ると、ＭＳＥ推定が第１のしきい値Ｔ_１を超えない場合、ＭＳＥ推定は第２のしきい値Ｔ_２と比較される。ＭＳＥ推定が第２のしきい値Ｔ_２を下回る場合、これは信号品質が望ましい信号品質要件を超えることを指示する。したがって、分解能Ｎ_ｂは分解能減分ずつ低下させられてもよく、および／またはブロック・サイズＫがサイズ増分ずつ増加させられてもよい。その結果、トランスポート・データ転送速度は低下する。理解されるように、ヒステリシス効果に備えるため、第２のしきい値Ｔ_２は、第１のしきい値Ｔ_１よりも低くてよい。

しきい値の値、ならびにＮ_ｂおよびＫの増分および減分は、オフライン分析を使用して実験的に決定され、技術ならびにアップリンクおよびダウンリンクに依存してもよい。

この適応メカニズムが適用される場合、圧縮パラメータ（たとえば、サイズＫおよび分解能Ｎ_ｂ）の選択を指示する追加の情報はＲＲＨとＢＢＵとの間で送信される。たとえば、これらの値は、アップリンクまたはダウンリンク圧縮ストリームのブロックデータの前にブロックごとに挿入されてもよい。

理解されるように、圧縮解除操作は、それぞれステップＳ６１０およびＳ６００において使用されるブロック・サイズＫおよび分解能Ｎ_ｂが、圧縮ストリームの各ブロックの前に受信された値であるという点を除いては、図３に関して説明される操作と同じである。

複数リンクを介する圧縮伝送
特定のトランスポート・ネットワークにおいて、各ＲＲＨとＢＢＵとの間の複数の論理トランスポート・リンクがあってもよい。それらのリンクは、異なるサービス品質（ＱｏＳ）属性を割り当てられてもよい。たとえば、最新のパケットベースのネットワークは、パケットが関連付けられているＱｏＳクラスに従って保証された最大待ち時間および最大データ転送速度を各パケットが割り当てられうるように、ＱｏＳメカニズムを有する。以下の実施形態は、Ｉ／Ｑトランスポートを改善するために上記のネットワーク・アーキテクチャを利用する。

トランスポート・リンク３００を介するＬ個の可能な論理リンクまたはチャネルがあり、各々が一意のＱｏＳクラスに関連付けられていると仮定する。リンク１は最低の保証待ち時間を有し、リンク２は２番目に低い保証待ち時間を有し、以下同様に続く。リンク１のＩ／Ｑ圧縮は、上記の実施形態の１つにおいて説明されるように実行される。また、リンク１の圧縮エラーは圧縮されて、リンク２を介して送信される。一般に、リンクｉの圧縮エラーは圧縮されて、リンクｉ＋１を介して送信される。

図５は、圧縮エラーを決定して圧縮するためのプロセスの実施形態を示す図である。示されているように、ステップＳ８００およびＳ８１０において、コンプレッサは、ステップＳ６００およびＳ６１０に関して上記で説明される方法と同じ方法で、ステップＳ５２０からの圧縮されたデータを逆量子化して変倍解除することができる。ステップＳ８０２において、コンプレッサは、（１）変倍および量子化の前の元のデータ（たとえば、ステップＳ５００から出力された元のデータ）と（２）ステップＳ８１０から出力された対応するデータとの間の差として圧縮エラーを決定する。圧縮エラーには、ステップＳ８３０およびＳ８４０において、ステップＳ５１０およびＳ５２０に関して上記で説明されるようにブロック変倍および量子化が行なわれてもよい。各リンクについて、量子化分解能Ｎ_ｂは、伝送データ転送速度が、その特定のリンクの割り当てられているＱｏＳデータ転送速度と一致するように、選択される。

受信側において、各リンクについて、圧縮解除は、上記で説明される実施形態の１つに従って各リンクで個別に実行される。各リンクの正常な受信を仮定して、圧縮結果ｄ_１、．．．、ｄ_Ｌは、以下の式（１）により示されるように合計され、

マルチリンクの圧縮されたＩ／Ｑ伝送の複合出力を表す。各リンクが、複合圧縮解除信号の品質向上に、増加的に寄与することに留意されたい。一般に、特定のリンクの場合、伝送は必要な待ち時間を超えることがある。より低いＱｏＳ属性（すなわち、より長い保証最大待ち時間）を持つリンクは、必要な待ち時間を超える確率がより高い。たとえば必要な待ち時間が超過されるなど、リンクｍが正しく受信されなかった場合、合計は、以下の式（２）に示されるように最初のｍ−１リンクに対して実行される。

この場合、最初のｍ−１リンクは、圧縮解除信号に寄与する。

上記のソリューションは、複数リンクを利用し、それらの個別のＱｏＳ属性を考慮に入れて、全体的な信号品質を高める。

例示の実施態様
１つの実施形態として、１０ＭＨｚ ＬＴＥ信号を圧縮して転送するための上記のソリューションの実施態様を提示する。

図６において、１５．３６ＭＨｚのサンプル・レートを使用する１０ＭＨｚ ＬＴＥスペクトルの例が提示される。スペクトルの約３分の１は、ＬＴＥ伝送に関連する情報を搬送しない。したがって、サンプル・レートを１５．３６ＭＨｚから１０．３２ＭＨｚまで下げるためにマルチレートフィルタリングを適用した。フィルタリングは、ハミングウィンドウを使用して形成されるｓｉｎｃ（ｔ）インパルス応答による、ローパスＦＩＲフィルタとして実施される。この例において、フィルタリングにより生じる待ち時間は２．０８ｕｓｅｃである。

この例において１０．３２ＭＨｚに設定されている出力サンプル・レートには、特に影響はないことに留意されたい。実施を容易にするため、その他のサンプリング周波数もまた考慮されてもよい。たとえば、１０．２４ＭＨｚは初期１５．３６ＭＨｚのサンプル・レートの２／３であるが、これは可能なＡＳＩＣ／ＦＰＧＡ実施にさらに適切となりうる。

ブロック変倍（ステップＳ５１０）は２４サンプル・ブロックで実行され、倍率を表すために１６ビットが使用される。この実施形態では、Ｋ＝２４サンプルの各ブロックにおいて、最大絶対値を持つサンプルが決定される。その特定の値は、１６ビットの分解能で量子化され、Ａ_ｍと示される。対応する倍率は、以下の式（３）に示されるように決定されてもよい。

Ｓ＝２^Ｎｂ−１／Ａ_ｍ （３）

次いで、ブロック内の各サンプルは、上記の倍率で乗算される。この式はまた、上述の実施形態のいずれかにおいて倍率を決定するために使用されてもよい。

ブロック・サイズＫ＝２４であるため、ブロック変倍により生じる待ち時間は２．３２ｕｓｅｃである。特定の実施プラットフォームおよび無線技術に対して、異なるブロック・サイズが選択されてもよい。

この実施形態において、線形量子化および非線形量子化の両方が検査された。６ビット分解能の場合、入力信号レベルに関して量子化レベルは図７に示される。非線形量子化レベルはオフライン分析を使用して決定され、ここでガウス信号分布が考慮される。以下の擬似コード（Ａ）により示されるように、以下のオフライン適応手順が使用された。

for(k=1:N_sample)
[n_dif n_q]=min(abs(quan_lev-abs(Y(k))));
quan_lev(n_q)=quan_lev(n_q)-mu*(quan_lev(n_q)-abs(Y(k)));
end

Ｙは、ブロック変倍されたガウス分布によるｉｉｄサンプルの配列である。２４サンプル・ブロック・サイズが使用される。ｑｕａｎ＿ｌｅｖは、実験的研究により決定された正の量子化レベルの配列であってもよい。適応パラメータｍｕは０．０５に設定される。その他の最適化手順が、代わりに使用されてもよい。

圧縮解除の一部として、ブロック再変倍の後に補間およびアップ・サンプリングが続き、信号を元の１５．３６ＭＨｚサンプリング・レートおよび振幅レンジに戻した。この例において、全体的な圧縮および圧縮解除の待ち時間は６．５ｕｓｅｃである。統計的なエントロピーベースの圧縮方式（たとえば、Ｌｅｍｐｅｌ−Ｚｉｖ）の可能な適用もまた、検討された。提案されるＩ／Ｑ圧縮が適用された後、統計的圧縮によるデータ転送速度の追加的な低下は非常に低い（理想的な場合、通常１または２パーセント）。

結論
例示の実施形態は、必要なトランスポート・データ転送速度を低下させる圧縮方式を提供する。たとえば、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）において、実施形態は、圧縮されていないＩ／Ｑ伝送の場合と比較して約３．５倍低いデータ転送速度をもたらす。

例示の実施形態において、ＲＲＨ設計はいかなるＢＢＵ機能も実施しない、すなわち、いかなる特定の無線技術に固有である物理層処理も実行しない。さらに、例示の実施形態において、ＲＲＨとＢＢＵとの間で制御信号は交換されない。このことは、ＲＲＨの役割を一般的なインターフェイス接続に限定するので、有利である。したがって、例示の実施形態は技術および実施態様のいずれにも依存しないものになる。

ＲＲＨとＢＢＵとの間の通信に関して説明されてきたが、実施形態はこの用途に限定されることはない。代わりに、例示の実施形態は、その他の無線ネットワーク要素間のデジタル信号通信に適用可能である。さらに、例示の実施形態は、電子デバイス間のデジタル信号通信に適用可能である。したがって、一部の実施態様において、ステップＳ５００におけるような冗長性の低減がオプションであってもよいことが理解されよう。

例示の実施形態は、事実上汎用であり、したがってさまざまな無線技術（たとえば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、およびＵＭＴＳ／ＨＳＰＡ）、ならびにアップリンクおよびダウンリンクに適用されうる。これらの例示の実施形態は、アナログ信号のデジタル表現が転送されるべき任意のソリューションにおいて効果的となりうる。たとえば、１つまたは複数の例示の実施形態は、デジタル・ニュートラル・ホスト分散アンテナ・システム（ＤＡＳ）の基盤となりうる。

さらに、例示の実施形態は、全般的な信号品質、すなわち特定の無線技術、つまり標準により要求されるエラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ）および隣接チャネル電力比（ＡＣＰＲ）を保持する。加えて、例示の実施形態は、必要な信号品質と圧縮パフォーマンスとの間の円滑なトレードオフが適切なパラメータ値のオペレータによる選択を通じて達成されうるように、パラメータ化される。

加えて、例示の実施形態は、圧縮されないバージョンと比較して、限定された処理遅延（すなわち、圧縮および圧縮解除待ち時間）をもたらす。

本発明は、以上のように説明されてきたが、本発明が多くの方法で変形されてもよいことは明らかであろう。そのような変形は、本発明からの逸脱と見なされるべきではなく、そのようなすべての変更は、本発明の範囲に含まれることが意図される。

Claims (10)

1. デジタル信号を圧縮する方法であって、
   前記デジタル信号の冗長性を低減するステップ（Ｓ５００）と、
   倍率によって前記低減するステップから出力されたサンプルのブロックを変倍するステップ（Ｓ５１０）と、
   圧縮されたサンプルを生成するために前記変倍されたサンプルを量子化するステップ（Ｓ５２０）と備える、方法。
2. 前記低減するステップは、
   前記デジタル信号をフィルタリングするステップ（Ｓ５０２）と、
   前記フィルタリングするステップからの出力をデシメートするステップ（Ｓ５０４）とを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記変倍するステップは、
   サンプルのブロックを形成するために複数のサンプルを収集するステップ（Ｓ５１２）を備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記ブロックを形成するために前記複数のサンプルを適応的に決定するステップ（Ｓ７００）をさらに備える、請求項３に記載の方法。
5. 前記量子化するステップは、複数ビットの分解能を有する量子化されたサンプルを生成する、請求項１に記載の方法。
6. 前記分解能を適応的に決定するステップ（Ｓ７００）をさらに備える、請求項５に記載の方法。
7. 圧縮エラーを決定するステップ（Ｓ８２０）と、
   前記圧縮エラーを圧縮するステップ（Ｓ８３０、Ｓ８４０）と、
   前記圧縮されたサンプルを搬送するリンクとは別個のリンクを介して前記圧縮された圧縮エラーを送信するステップとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
8. 前記デジタル信号は無線信号の複合ベースバンド表現（Ｉ／Ｑ）である、請求項１に記載の方法。
9. 圧縮されたデジタル信号を圧縮解除する方法であって、
   受信したサンプルを逆量子化するステップ（Ｓ６００）と、
   前記逆量子化されたサンプルのブロックを変倍解除するステップ（Ｓ６１０）と、
   望ましいスペクトルを有するデジタル信号を生成するために、前記変倍解除されたサンプルに冗長性を挿入するステップ（Ｓ６２０）とを備える、方法。
10. 第１のデジタル信号を生成する回路（１１０、２１０）と、
    中間の圧縮されたサンプルを生成するために前記第１のデジタル信号の冗長性を低減し、倍率により前記中間の圧縮されたサンプルのブロックを変倍し、圧縮されたサンプルを生成するために前記変倍されたサンプルを量子化し、前記圧縮されたサンプルを第１の圧縮された信号としてトランスポート・リンクを介して送信するように構成されたコンプレッサ（１１４、２１４）と、
    第２の圧縮された信号を前記トランスポート・リンクを介して受信し、前記第２の圧縮された信号のサンプルを逆量子化し、前記逆量子化されたサンプルのブロックを変倍解除し、望ましいスペクトルを有する第２のデジタル信号を生成するために、前記変倍解除されたサンプルに冗長性を挿入するように構成されたデコンプレッサ（１１２、２１２）とを備えるネットワーク要素。

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