JP2016513402A - 直交周波数分割多重−オフセット直交振幅変調のためのシステムおよび方法 - Google Patents

直交周波数分割多重−オフセット直交振幅変調のためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

直交周波数分割多重（OFDM）/オフセット直交振幅変調（OQAM）を実行するための実施方法は、データバーストを取得するステップを含む。当該方法は、出力信号を生成するために、データバーストに対して、重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリング変調を実行するステップを含む。当該方法は、第２無線デバイスに出力信号を送信する第1無線デバイスをさらに含む。第２無線デバイスは、第１無線デバイスから入力信号を受信し、第２無線デバイスは、データバーストを生成するために、入力信号に対して、重み付けされた巡回的に畳み込まれた復調フィルタリングを実行する。

Description

本出願は、「System and Method for Weighted Circularly Convolved Filtering in OFDM-OQAM」という名称の2013年2月19日に出願した米国特許仮出願第61/766,426号、および「System and Method for Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Offset Quadrature Amplitude Modulation」という名称の2013年9月24日に出願した米国特許非仮出願第14/035,161号に対する優先権を主張するものであり、これらの出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
本発明は、無線通信のシステムおよび方法に関し、より詳細には、直交周波数分割多重（OFDM）/オフセット直交振幅変調（OQAM）のためのシステムおよび方法に関する。
無線通信において、直交周波数分割多重（OFDM）は、波形構造として使用することができる。OFDMは、高速フーリエ変換（FFT）と逆高速フーリエ変換（IFFT）を使用し、実装しやすさ、およびマルチパス減衰に対するロバスト性を含む、多くの利点を有する。しかしながら、OFDMは、サイクリックプレフィックス（CP）および周波数ガードバンドによるスペクトル非効率性といった、欠点を有する。
OFDM‐オフセット直交振幅変調（OQAM）は、平方根二乗余弦フィルタ（RRC）および等方性直交変換アルゴリズム（IOTA）パルス型のような、時間-周波数局所直交プロトタイプフィルタを使用するマルチキャリア送信技術である。OFDM/OQAMは、OFDMと比較して、優れたパワースペクトル密度（PSD）サイドローブ減衰を有する。従って、OFDM/OQAMは、OFDMと比較して、ガード・バンド・オーバヘッドを削減し得る。例えば、ロング・ターム・エボリューション（LTE）システムにおいて、CP除去によるスペクトル効率の向上に加えて、オーバヘッドは、10%削減される可能性がある。しかしながら、OFDM/OQAMは、送信バーストの両端で、テールの送信時間によりオーバヘッドを招く。OFDM/OQAMは、OQAMシンボル間のT/2時間のオフセットに起因するオーバヘッドを有する。ここで、Tはシンボルの持続期間である。合計オーバヘッド持続期間は、プロトタイプフィルタの長さ、マイナスT/2と等しい。プロトタイプフィルタの長さは、許容可能な符号間干渉（ISI）、キャリア間干渉（ICI）を保つために、少なくとも4Tであってもよい。28個のOQAMシンボルのバースト長に対し、これは、時間内で7/28 = 25%のオーバヘッドである。
直交周波数分割多重（OFDM）/オフセット直交振幅変調（OQAM）を実行するための実施方法は、データバーストを取得するステップを含む。当該方法は、出力信号を生成するために、データバーストに対して、重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリング変調を実行するステップを含む。当該方法は、第２無線デバイスに出力信号を送信する第1無線デバイスをさらに含む。
OFDM/OQAMを実行するための他の実施方法は、第２無線デバイスから入力信号を受信する第１無線デバイスを含む。当該方法は、データバーストを生成するために、入力信号に対して、重み付けされた巡回的に畳み込まれた復調フィルタリングを実行するステップをさらに含む。
実施形態第１無線デバイスは、プロセッサと、プロセッサによって実行するプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体と、を含む。プログラムは、データバーストを取得し、出力信号を生成するために、データバーストに対して重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリング変調を実行し、第２無線デバイスに出力信号を送信するための命令を含む。
上記は、後述する発明の詳しい説明がよりよく理解されるように、本発明の実施例の特徴をかなり広く概説した。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する、本発明のさらなる特徴および実施形態の利点は、以下に説明される。開示された概念および特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実行するための他の構造またはプロセスを、変更または設計するための基礎として容易に利用可能であることが、当業者によって理解されるべきである。また、そのような等価な構造は、添付の特許請求の範囲に記載された、本発明の精神および範囲から逸脱しないことが、当業者によって理解されるべきである。
本発明の理解およびそれらの利点をより完璧にするために、添付の図面を参照して、併せて以下に説明する。
通信データのための無線ネットワークの略図である。 線形畳み込み直交周波数分割多重（OFDM）/オフセット直交振幅変調（OQAM）変調器の実施形態の図である。 線形的に畳み込まれたOFDM/OQAM信号の図である。 線形的に畳み込まれたOFDM/OQAM信号の別の図である。 OFDM/OQAM変調器多相構造の実施形態の図である。 OFDM/OQAM復調器多相構造の実施形態の図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調器の実施形態の図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の図である。 重み付き時間窓関数の図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の実施方法の流れ図である。 切り出しおよびシフトを実行する実施方法の流れ図である。 重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM復調の実施方法の流れ図である。 重み付き巡回畳み込み後のOFDM/OQAM信号の図である。 OFDM/OQAM変調器多相構造の他の実施形態の図である。 OFDM/OQAM復調器多相構造の他の実施形態の図である。 パワースペクトル密度（PSD）対ベースバンド周波数のグラフ図である。 PSD対ベースバンド周波数の別のグラフ図である。 時変チャネルを通じて送られる送信バーストの図である。 高可動性UEのために送信ブロックのOQAMシンボル端をリザーブする図である。 汎用コンピュータシステムの実施形態のブロック図である。
異なる図面において、対応する数字と記号は、通常、特に断らない限り対応する部分を示す。図面は、実施形態の関連する態様を明確に図示するために描かれており、必ずしも縮尺通りではない。
１つまたは複数の実施形態の例示的な実装が以下に提供されるが、開示されるシステムおよび／または方法は、現在知られているか、または既存であるかにかかわらず、任意の数の技術を使用して実施され得ることを理解されたい。本開示は、本明細書で図示され説明される例示的な設計および実装形態を含む、以下に示される例示的な実装形態、図面、および技術に全く限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲内、および等価物の全範囲内で変形され得る。
直交周波数分割多重（OFDM）/オフセット直交振幅変調（OQAM）は、送信バーストの両端で、送信時間またはテールからのオーバヘッドを招く、マルチキャリア送信技術である。一例において、OFDM/OQAMは、プロトタイプフィルタの周波数変調されたバージョンのバンクと、入力アップサンプリングOQAMシーケンスの線形畳み込みとして表される。線形的に畳み込まれた（linearly convolved）フィルタを使用してもよく、オーバヘッドのフィルタリングが作成される。一例において、ハード打ち切り（hard truncation）は、オーバヘッドを減少するために使用される。ハード打ち切りは、オーバヘッドを完全に除去する。しかしながら、これは、信号の時間端に近い変調されたシンボルのパルス型を、非直交させて変形させることにより、OQAMシンボルの符号間干渉（ISI）および、キャリア間干渉（ICI）の原因となる。また、OFDM/OQAM信号のスペクトルのサイドローブの減衰は、信号の端で、打ち切りによって、急激な遷移から負の影響を受ける。打ち切りは、両スペクトルサイドローブでの問題、および信号エラーベクトル振幅（EVM）を有する。
実施形態において、重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリングは、OFDM/OQAMにおいて、オーバヘッドを減少するために使用される。巡回的に畳み込まれたフィルタリングで、重み付きデータブロックのシーケンスは、OFDM/OQAM変調のための入力として使用される。重みは、変調器の出力が周期的になるように決定される。これは、変調器および復調器における重み付き巡回畳み込みと等しい。
図１は、データを通信するためのネットワーク１００を図示している。ネットワーク１００は、サービスエリア１０６、UE１０４およびUE１０５を含む複数のユーザ装置（UE）、ならびにバックホールネットワーク１０８を有する通信コントローラ１０２を含む。2つのUEが描かれているが、より多数のUEが存在してもよい。通信コントローラ１０２は、特に、基地局、LTE用基地局（eNB）、ピコセル、フェムトセル、および他の無線利用可能なデバイス等、UE１０４およびUE１０５とのアップリンク（破線）および／またはダウンリンク（点線）接続を確立することによって無線アクセスを提供できる、いずれの構成要素であってもよい。UE１０４およびUE１０５は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、センサ、その他等、通信コントローラ１０２と無線接続を確立できる、いずれの構成要素であってもよい。バックホールネットワーク１０８は、通信コントローラ１０２とリモートエンド（図示せず）との間でデータ交換することを許可する、いずれの構成要素または構成要素の集合であってもよい。いくつかの実施形態において、ネットワーク１００は、リレー、フェムトセル、その他等、様々な他の無線デバイスを含んでもよい。
図２は、線形畳み込み変調の方法のためのフローチャートを図示している。入力データバーストDは、出力信号s(t)を生成するために、線形畳み込みOFDM/OQAM変調器１３０によって線形的に畳み込まれる。一例のデータバーストは、
Figure 2016513402
によって与えられ、ここで、列は周波数に対応し、行は時間に対応する。データバーストDでは、２M個のサブキャリア、および時間内にN個のシンボルが存在する。
図３は、出力信号s(t)を図示しており、説明の目的のために拡大された曲線１４２によって示される。曲線１４２は、LT/2毎の長さで、テール１４４を有する。曲線１４２の合計時間は、
Figure 2016513402
によって与えられる。しかしながら、曲線１４２の時間を
Figure 2016513402
に単純化することが望ましい。
図４は、別の出力信号
Figure 2016513402
対時間のさらに実際的なグラフを図示しており、曲線２６２によって示される。曲線２６２は、オーバヘッド２６４を含む。
線形畳み込み変調において、OQAMシンボルのシーケンスは、実直交（real-orthogonal）パルス型のセットを通して変調される。パルス型は、時間および周波数内で、対称的な実数値プロトタイプフィルタp(t)をシフトすることによって取得される。連続時間OFDM/OQAM信号に対して、変調器出力は、
Figure 2016513402
として書かれてもよい。実数値配列点は、dk,nによって与えられる。実数値配列点は、例えば、パルス振幅変調（PAM）シンボル、または直交振幅変調（QAM）シンボルの実数部あるいは虚数部であってもよい。サブキャリアの数は、2Mであり、サブキャリアの間隔は1/Tであり、２つの連続したOQAMシンボル間の時間間隔は、T/2である。実直交性は、
Figure 2016513402
を意味する。ここで、
Figure 2016513402
である。
OFDM/OQAM送信の離散時間公式は、
Figure 2016513402
のサンプリング周期で、連続時間信号をサンプリングすることによって実現される。つまり、
Figure 2016513402
である。
図５は、OFDM/OQAM変調を実装するために使用され得るOFDM/OQAM変調器多相構造１１０を図示している。入力データポイントは、dk,nであり、ここで、kはサブキャリアを表し、nは時間内のシンボルを表す。乗算器ブロック１１２で、入力にjn+kを掛ける。次に、IFFTブロック１１４は、2MポイントIFFTであり、IFFTを実行する。IFFTブロック１１４の後、線形畳み込みフィルタ１１６は、転送機能Gk(z2)を使用して、線形畳み込みを実行する。展開ブロック１１８は、係数Mによって、線形畳み込みフィルタ１１６の出力を展開する。展開ブロック１１８の出力は、次いでタイム・シフト・ブロック１２０によってタイムシフトされ、出力信号s(n)を生成するために加算器１２２によって加算される。
図６は、OFDM/OQAM復調器多相構造１５０を図示している。受信信号s(n)は、時間シフトブロック１５２によって時間シフトされる。時間シフトされた信号は、次いでデシメータブロック１５４によってデシメート（decimate）される。フィルタブロック１５６は、フィルタGk(z2)を使用して、デシメートされた出力にフィルタをかける。フィルタブロック１５６は、その入力信号に線形畳み込みをそれぞれ適用する、フィルタのバンクであってもよい。次に、2MポイントIFFTは、IFFTブロック１５８によって、フィルタされた信号上に実行される。次いで乗算ブロック１６０において、IFFTブロック１５８の出力に、(-j)n+kを掛ける。最後に、実数部分は、出力
Figure 2016513402
を生成するために、実数展開ブロック１６２によって展開される。
OFDM/OQAM信号は、OQAMシンボルの無限シーケンスとして表されるが、実際には、シーケンスの長さは有限である。実際、遅延の考慮は、長すぎない送信バーストを推奨している。他方では、プロトタイプフィルタの長さは、適度なスペクトルのサイドローブ能力を有すると同時に、許容できる近似値で実直交性条件を満たすために、少なくとも４Tであってもよい。従って、OQAMシンボルの長さNのバーストに対して、
Figure 2016513402
の時間内でのオーバヘッド比率であってもよい。図４は、25%のオーバヘッドとともにN=28のOQAMシンボルのバーストを備えたOFDM/OQAM信号を示す。
時間シフトに従った各多相フィルタの線形畳み込みに起因する、テールの集合は、変調された信号s(n)の全体のオーバヘッドを結果として生じる。重み付き巡回畳み込みの追加は、ICI/ISIを増加せずに、OFDM/OQAM信号のオーバヘッドを除去し得る。多相フィルタで従来の巡回畳み込みを使用することは、OQAM信号バーストの長さが奇数である場合、OFDM/OQAM信号の実直交性を無効化する。従って、従来の巡回畳み込みは、特に時間領域信号の端の周囲で変調された信号上で、ICI/ISIの原因となる。
OFDM/OQAM変調器は、係数Mのアップサンプリングおよび係数jn+kによる乗算に起因する、線形時間変系である。実際、もしs(n)が入力信号
Figure 2016513402
のための変調器の出力である場合、入力信号のための変調器の出力
Figure 2016513402
は、
Figure 2016513402
または、連続時間領域の
Figure 2016513402
であると示すことができる。d(n)が、実数OQAM信号の長さNのバーストであると仮定すする。つまり、
Figure 2016513402
であり、変調器は、d(n)の重み付きモジュロN巡回バージョンを供給される。すなわち、
Figure 2016513402
であり、ここで、αiは実数値の重みであり、乗算器の出力は、
Figure 2016513402
によって与えられる。重み付け係数αiは、sc(t)が、Nが偶数のときはNT/2の周期で、およびNが奇数のときは2NTの周期で、周期的であるように取得されてもよい。Nが奇数のとき、重み付き係数が実数となるように制約されるので、sc(t)は、周期NT/2で周期的にすることができない。しかしながら、αiは、sc(t)が間隔2NT内で構造化されるように、選択されてもよい。
図７は、OFDM/OQAMに適用され得る、重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリングを図示している。入力データバーストDは、係数αiを乗算され、・・・α-1Dα0Dα1α2D・・・を生成するためにシフトされる。αi係数は、x(t)が周期的であるか、または構造化されるように選択される、実数の係数である。理論上は、無数のαi係数が存在する。しかし、実際は、有限個のαi係数が使用される。乗算され、シフトされた波形は、次いで線形畳み込みOFDM/OQAM変調器１７０によって、線形的に畳み込まれる。従って、生成される出力は、
Figure 2016513402
であり、ここで、
Figure 2016513402
である。この出力x(t)は、送信のために準備される。
図８は、x(t)の生成例を図示している。送信は、TNの長さで周期的である。４つのシフトされた曲線、曲線１８２、曲線１８４、曲線１８６、および曲線１８８は、共に追加される。曲線１８２は、係数α-1j-Nによって生成され、曲線１８４は、係数α0によって生成され、曲線１８６は、係数α-1jNによって生成され、および曲線１８８は、係数α2j2Nによって生成される。周期的な部分TNだけが送信されたとき、オリジナルの信号は、この周期に基づいて再構成されてもよい。
Nが偶数のとき、周期TNを有する周期的なx(t)が、実現されてもよい。N mod 4=0のとき、αi=1であり、N mod 4=2のとき、αi=(-1)iである。どちらの場合においても、波形は、
Figure 2016513402
の周期で周期的である。従って、
Figure 2016513402
および
Figure 2016513402
である。
図９は、波形の構造例１９０を図示しており、波形は周期TN/2で周期的であり、およびNは偶数である。
図１０は、Nが偶数のときの、変調のための実装２１０を図示している。オリジナルの波形は、図９におけるように、シフトされ、４回加算される。結果の波形は、次いで切り出される。プロトタイプフィルタの長さがLTの場合、大きいNについて、例えば、
Figure 2016513402
について、２回の反復が実行される。小さいNについて、例えば、
Figure 2016513402
について、２回以上の反復が実行されてもよい。
Nが偶数のとき、増倍係数は、波形が特殊な構造を有することができるように選択されることができる。構造は、４ΤΝの周期を有する。しかしながら、構造のために、全体の波形は、NT/2の時間間隔から回復されてもよい。N mod 4=1のとき、αi=1、N mod 4=3のとき、αi=（-1）iである。図１１は、波形の構造２００を図示しており、ここで、
Figure 2016513402
であり、２ΝΤの周期を備えた周期的な信号である。
Figure 2016513402
を示すことができる。この構造から、オリジナルの波形は間隔TNから回復されてもよい。一例において、上記の最初の式の証明は、以下のとおりである。
Figure 2016513402
これは、
Figure 2016513402
と等しい。つまり、
Figure 2016513402
である。
図１２は、Nが奇数のときの変調のための実装２２０を図示している。波形は、シフトされ、1、j、-1、および-jを掛けられる。部分NT/2は、送信のために保たれる。
時間領域における鋭い信号の端のために、重み付けられた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAMは、線形的に畳み込まれたOFDM/OQAMと比較して、劣化したスペクトルサイドローブ性能を有する。重み付き時間領域窓関数は、信号の端でスムーズに遷移させるために使用されてもよい。時間窓関数が、重み付けされた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM信号の始まりと末尾に対して、２つの平滑な遷移窓を付加することによって実行されるため、信号のひずみの原因とならない。図１３は、重み付き時間領域窓関数を説明するグラフ３００を図示している。
Nが偶数のとき、信号３０２の始まりから長さ0.5ΤWの部分は、その末尾３０４に付加される。同様に、信号３０６から、末尾からの長さ0.5ΤWの部分が、その始まり３０８に付加される。これは、その端上の信号の連続性を保証する。その後、長さΤWの適切なローリング-オフウィンドウ（例えば二乗余弦窓）が、信号の始まりと末尾で、付加された部分に対して適用される。
Nが奇数のとき、信号３０２から、始まりから長さ0.5ΤWの部分は、最初にjが掛けられ、次いで、その末尾３０４に付加される。同様に、信号３０６から、末尾からの長さ0.5ΤWの部分が、最初に-jを掛けられて、その始まり３０８に付加される。次いで、窓関数が信号に適用される。
図１４は、OFDM/OQAM変調を実行する方法の流れ図２３０を図示している。最初に、ステップ２３２において、線形畳み込み変調が実行される。例えば、線形畳み込み変調は、図５においてOFDM/OQAM変調器多相構造１１０によって図示されるように、実行されてもよい。
次に、ステップ２３４において、線形畳み込み変調された出力上に、切り出しとシフトが実行される。波形のシフトと加算を通して、周期的または構造化された波形が生成される。その波形は、次いで、送信のためにより小さい部分に切り出されてもよい。オリジナルの波形は、切り出し前の波形の周期性または構造により、切り出された波形から回復されてもよい。もし、プロトタイプフィルタ持続期間がLTならば、s(t)は、持続期間
Figure 2016513402
を有する。次いで、以下のとおりである。
Figure 2016513402
オーバヘッド削除信号は、s(t)から取得される。Nが偶数のとき、
Figure 2016513402
については、
Figure 2016513402
である。Nが奇数のとき、
Figure 2016513402
については、
Figure 2016513402
である。
最後に、ステップ２３６において、切り出された波形が送信される。一例において、波形は、通信コントローラによってUEに送信されてもよい。他の例において、波形は、UEから通信コントローラに送信されてもよい。
図１５は、切り出しとシフトを実行する方法の流れ図２４０を図示している。初めに、ステップ２４２において、波形に係数αiを掛ける。
次に、ステップ２４４において、波形は、iだけシフトされ、オリジナルの波形に加算される。
次に、ステップ２４６において、デバイスは、さらに反復するか否かを決定する。さらに反復するとき、波形に再度加算とシフトをするために、ステップ２４２に進む。それ以上反復をしないとき、ステップ２４８に進み、波形が切り出される。切り出された波形は、オリジナルの波形が回復されるために十分な情報を含んでいる。
ステップ２４９において、重み付き時間領域窓関数が実行されてもよい。重み付き時間領域窓関数は、送信時間が滑らかにゼロにあるようにする。多少の時間が追加され、重み付き時間領域窓関数が使用される。しかしながら、追加された時間は、比較的少ない時間量である。
図１６は、OFDM/OQAM復調の方法の流れ図２５０を図示しており、巡回的に畳み込まれたフィルタリングが使用されている。初めに、ステップ２５２において、巡回的に畳み込まれたフィルタリングを使用して変調されたメッセージが受信される。一例において、UEが、通信コントローラからメッセージを受信する。他の例では、通信コントローラが、UEからメッセージを受信する。
次に、ステップ２５４において、重み付き付加は、波形に適用される。Nが偶数のとき、オリジナル信号は、受信器を巡回するモジュロNT/2（modulo NT/2 circularizing the receiver）によって再構築されることができる。信号の持続期間は、
Figure 2016513402
である。Nが偶数のとき、imax回に対して、
Figure 2016513402
である。Nが奇数のとき、imax回に対して、
Figure 2016513402
である。また、重み付き時間領域窓関数は、削除されてもよい。
線形畳み込み復調は、ステップ２５６において実行される。これは、例えば図６で図示したOFDM/OQAM復調器多相構造１５０を用いて実行されてもよい。
Figure 2016513402
は、復調器を介して、結果として生じた信号をパスすることによって取得されることができる。理想的な、ノイズが無いチャネルにおいて、OFDM/OQAMの実直交性のために、
Figure 2016513402
である。
図１７は、曲線２９２によって示される、重み付けされた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAMを使用した、信号対時間のオーバヘッド削除版のグラフを図示している。
他の例において、OFDM/OQAM変調器および復調器の多相フィルタは、モジュロN重み付き巡回畳み込みフィルタで置き換えられる。時間シフトは、モジュロN M重み付き巡回時間シフトで置き換えられる。
図１８は、OFDM/OQAMの巡回的に畳み込まれた変調のために使用されてもよい、OFDM/OQAM変調器多相構造３３０を図示している。入力dk,n、ここで、kはサブキャリアを表し、nは時間内のシンボルを表す。入力は、乗算器ブロック１１２で、jn+kを掛けられる。次いで、IFFTブロック１１４は、乗算された値にIFFTを実行する。IFFTブロック１１４のあと、モジュロNフィルタ３３２は、転送機能Gk(z2)で重み付き巡回畳み込みを実行する。モジュロNフィルタの入力はx(n)であり、出力はy(n)である。Nが偶数のとき、
Figure 2016513402
である。Nが奇数のとき、
Figure 2016513402
である。展開ブロック１１８は、係数Mによってフィルタされた波形を展開する。出力は、モジュロM N時間シフトブロック３３４DMNによって時間シフトされ、アドレス１２２によって加算される。モジュロM N時間シフトブロック３３４に対する入力はa(n)であり、出力はb(n)である。Nが偶数のとき、
Figure 2016513402
である。Nが偶数のとき、
Figure 2016513402
である。
図１９は、巡回的に畳み込まれた変調でOFDM/OQAM復調をするために使用される、OFDM/OQAM復調器多相構造３４０を図示している。受信された信号s(n)は、モジュロN M時間シフトブロック３４２DMNによって時間シフトされる。次いで、時間シフトされた信号は、デシメータブロック１５４によってデシメートされる。フィルタブロック３４４は、Gk(z2)を使用して、デシメートされた出力にフィルタをかける。次に、2MポイントIFFTは、IFFTブロック１５８によって実行される。出力は、次いで、乗算ブロック１６０において、(-j)n+kを掛けられる。最後に、実数部分は、実数展開ブロック１６２によって展開される。
図２０および２１は、デシベル（dB）対ベースバンド周波数MHzのパワースペクトル密度（PSD）のグラフを図示している。2つのOQAMシンボルは、端のシンボルのために重み付けされた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の実施を評価するための、これらのグラフを生成するために使用される。15kHzのサブキャリア空間で、600個のサブキャリアが使用され、およそ66.67μsの持続期間ΤのOQAMシンボルと等しい。使用されたプロトタイプフィルタは、β=1のロールオフ係数を備えた長さ4Τの平方根二乗余弦フィルタである。時間領域窓関数のために、ΤW=Τ/2の窓関数長が図２０のグラフ３１０に使用され、一方ΤW=Τ/4の窓関数が図２１のグラフ３２０に使用される。両グラフは、切り捨ての有無にかかわらず、時間領域窓関数をかけられた線形的に畳み込まれたOFDM/OQAM信号のPSDと、線形的に畳み込まれたOFDM/OQAM信号のPSDを比較する。打ち切りのため、信号の中心からの長さの部分
Figure 2016513402
は、保たれ、残りは打ち切られる。ΤW窓関数は、打ち切られた信号に適用される。この窓関数は、信号の歪みを犠牲にして、打ち切りされた信号のスペクトルサイドローブ性能を向上させる。
図２０は、TW=T/2の窓関数の長さに対するグラフ３１０を図示している。曲線３１２（破線で表示される）は、打ち切りをするPSDを示し、曲線３１４（離れた破線で表示される）は、線形畳み込みをするPSDを示し、曲線３１６（実線で表示される）は、窓関数をかけた重み付き巡回畳み込みをするPSDを示し、および曲線３１８（離れた実線で表示される）は、打ち切りおよび窓関数をかけたPSDを示す。復調されたOQAMの配列点のエラーベクトル振幅（EVM）は、これらの４曲線のために演算される。線形畳み込みのためのEVMは、-69.47dBであり、窓関数をかけた巡回畳み込みのためのEVMは、-43.83dBであり、打ち切りのためのEVMは、-30.77であり、ならびに窓関数付きの打ち切りのためのEVMは、-21.46dBである。
図２１は、TW=T/4の窓関数の長さに対するグラフ３２０を図示している。曲線３２２（破線で表示される）は、打ち切りのためのPSDを示し、曲線３２４（離れた破線で表示される）は、線形畳み込みのためのPSDを示し、曲線３２６（実線で表示される）は、窓関数をかけた重み付き巡回畳み込みをするPSDのための曲線を示し、および曲線３２８（離れた実線で表示される）は、打ち切りおよび窓関数をかけたPSDを示す。復調されたOQAMの配列点のEVMは、これらの曲線のために演算される。線形畳み込みのためのEVMは、-69.47dBであり、窓関数をかけた巡回畳み込みのためのEVMは、-43.83dBであり、打ち切りのためのEVMは、-20.16dBであり、ならびに窓関数付きの打ち切りのためのEVMは、-17.11dBである。
両方のグラフについて、窓関数をかけられ、重み付きで巡回的に畳み込まれた信号のPSDは、線形的に畳み込まれたものと非常に近く、メインローブへの近接性において優れている。線形的に畳み込まれた信号の劣化したサイドローブの性能、および窓関数をかけた打ち切りと比較して、その劣化した性能は、サイドローブを生じさせるプロトタイプフィルタの打ち切りに起因する。プロトタイプフィルタの長さを増加すると、サイドローブ性能を向上することができる。
重み付けされた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調の能力に関する一つの潜在的懸念は、高い可動性（mobility）のUEに関する。高い可動性のUEは、送信バーストにわたる時変送信チャネルを有するのに十分な可動性のUEである。送信チャネルの変更のため、受信器における重み付け付加（例えば、図１６のステップ２５４）のあと、チャネルの不連続性は、高可動性UEの送信バーストの端に現れることがある。例えば、図２２は、高可動性UEの時変送信チャネル４００を介して送信された、重み付けされた巡回的に畳み込まれたOFDM/OQAM変調された送信バースト４０２を図示している。受信器では、送信バースト４０２（矢印４０４で示される）の重みを付加した後、時変送信チャネル４００のため、送信バースト４０２の端で、不連続点４０６が現れる。不連続点４０６は、送信ブロックの端でOQAMシンボル上のISI/ICIを導くことがある。低いSNR体制において、加法性白色ガウス雑音（AWGN）は、ISI/ICIよりも優性であることがあるため、端の位置でのOQAMシンボル上のISI/ICIは、高い信号対雑音比（SNR）通信体制における高い可動性のUEに対して特に問題となることがある。
高い可動性のUEのための送信ブロック端でのISI/ICIは、ガードシンボルのような送信ブロック端でシンボルを受信することによって、解決されてもよい。つまり、高い可動性のUEのための送信ブロックの両端で、OQAMシンボル上で何も送信されなくてもよい。図２３は、高い可動性のUEのためのガードシンボルの実装を図示している。高い可動性のUEのための送信ブロック４０８は、時間-周波数領域における、複数のOQAMシンボル４１０を含んでもよい。送信ブロック４０８の端（例えば、OQAMシンボル４１０’）でのOQAMシンボルは、ガードシンボル４１０’としてリザーブされ、シンボル４１０’上では何も送信されない。次いで、それらの端の位置上のISI/ICIは、無効となってもよい。ガードシンボルが、高可動性のUEのためにリザーブだけされてもよく、これはネットワーク内で一般的にUEの少ない割合であるため、ネットワーク全体のスペクトル効率の損失が非常に小さいか、または無視することができる。さらに、ガードシンボルは、ネットワーク内の高可動性ではない他のUEに対して透過的で、影響を与えないことがある。様々な代替実施形態において、ガードシンボルの実装は、高SNR通信体制での高い可動性のUEに対しての適用のみが、されてもよい。
提案したオーバヘッド除去技術は、打ち切りアプローチよりも性能が優れている。提案技術と線形的に畳み込まれたOFDM/OQAM信号との間のEVM差分は、プロトタイプフィルタの非理想性に起因する。実際、プロトタイプフィルタは、平方根二乗余弦フィルタの切断されたバージョンであるため、ほぼ直交している。従って、線形的に畳み込まれた信号であっても、残留ISI/ICIが存在する。提案されたオーバヘッド除去操作は、無限長バーストの中心から、信号の一部を保持しているため、線形的に畳み込まれた信号の端OQAMシンボルよりも多くの残留ISI/ICIを、常に経験する。この残留干渉は、より多く直交させるために、プロトタイプフィルタ長を増加することによって軽減する事ができる。
図２４は、ここで開示されるデバイスと方法を実装するために使用されてもよい、処理システム２７０のブロック図を図示している。特定のデバイスが、示された構成要素の全てを使用するか、または、構成要素のサブセットのみを使用するか、および、統合のレベルは、デバイスによって異なってもよい。さらに、デバイスは、複数の処理ユニット、プロセッサ、メモリ、送信器、受信器などといった、構成要素の複数のインスタンスを含んでもよい。処理システムは、マイクロフォン、マウス、タッチスクリーン、キーパッド、キーボード、および同様のもの等、１つまたは複数の入力デバイスを備えた処理装置を含んでもよい。また、処理システム２７０は、スピーカ、プリンタ、ディスプレイ、および同様のものといった、１つまたは複数の出力デバイスを備えてもよい。処理ユニットは、中央処理装置（CPU）２７４、メモリ２７６、大容量記憶装置２７８、ビデオアダプタ２８０、およびバスに接続されたI/Oインタフェース２８８を含んでもよい。
バスは、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺機器バス、ビデオバス、あるいは同様のものを含む、いくつかのバスアーキテクチャのうち、1つまたは複数のいずれのタイプであってもよい。CPU２７４は、電子データプロセッサのいずれのタイプを含んでもよい。メモリ２７６は、静的ランダムアクセス記憶装置（SRAM）、動的ランダムアクセスメモリ（DRAM）、シンクロナスDRAM（SDRAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、それらの組合せ、あるいは同様のもの等、システムメモリのいずれのタイプを含んでもよい。一実施形態において、メモリは、ブートアップで使用するためのROM、プログラムのためのDRAM、およびプログラムを実行する間に使用するためのデータストレージを含んでもよい。
大容量記憶装置２７８は、データ、プログラム、および他の情報を保存し、バスを介してデータ、プログラム、および他の情報にアクセス可能になるように構成された記憶装置の、いずれのタイプを含んでいてもよい。大容量記憶装置２７８は、例えば、半導体素子、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブ、あるいは同様のもののうち、１つまたは複数を含んでもよい。
ビデオアダプタ２８０およびI/Oインタフェース２８８は、外付け入力および出力デバイスと処理ユニットを連結するインタフェースを提供する。図示したように、入力および出力デバイスの例は、ビデオアダプタに連結されたディスプレイおよびI/Oインタフェースに連結されたマウス/キーボード/プリンタを含む。他のデバイスは、処理ユニットに接続されてもよく、追加して、もしくはより少ないインタフェースカードが使用されてもよい。例えば、シリアル・インタフェース・カード（図示せず）が、プリンタにシリアルインタフェースを提供するために使用されてもよい。
処理ユニットは、イーサネット（登録商標）ケーブルまたは同種のもの等の、有線リンク、および／またはアクセスノードまたは異なるネットワークへの無線リンクを含んでもよい、１つまたは複数のネットワークインタフェース２８４も含む。ネットワークインタフェース２８４は、ネットワークを介して処理ユニットとリモートユニットが通信することを許可する。例えば、ネットワークインタフェースは、1つまたは複数の送信器/送信アンテナおよび1つまたは複数の受信器/受信アンテナを介して無線通信を提供してもよい。一実施形態において、処理ユニットは、データ処理のために、および他の処理ユニット、インターネット、リモート記憶設備、または同様のもの等の、リモートデバイスの通信のためにローカル・エリア・ネットワークまたはワイド・エリア・ネットワークと連結される。
いくつかの実施形態が本開示において与えられているが、開示されるシステムおよび方法は、本開示の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の多くの特定の形態で実施されることも可能であるものと理解され得る。本発明の例は、例示的であり、限定的ではないものと考えられるべきであり、意図は、本明細書で与えられる詳細に限定されない。例えば、様々な要素または構成要素は、組み合わされること、または別のシステムに組み込まれることが可能であり、あるいはいくつかの特徴が、省略されること、または実施されないことが可能である。
加えて、技術、システム、サブシステムおよび方法は、個別に、あるいは分けて、様々な実施形態において説明および図示したが、現在の開示の範囲からを逸脱せずに、他のシステム、モジュール、技術、または方法と統合されてもよい。結合されている、または直接的に結合されている、または互いに通信するものとして示される、あるいは説明される他のアイテムが、電気的に、機械的に、またはその他の様態であれ、何らかのインタフェース、デバイス、または中間構成要素を介して間接的に結合される、または通信することも可能である。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって導出される変形、バリエーション、または置き換えの例が、本発明の保護の範囲に含まれる。
１００ ネットワーク
１０２ 通信コントローラ
１０６ サービスエリア
１０８ バックホールネットワーク
１１０ 変調器多相構造
１１２ 乗算器ブロック
１１６ 線形畳み込みフィルタ
１１８ 展開ブロック
１２０ タイム・シフト・ブロック
１２２ 加算器
１３０ 変調器
１５０ 復調器多相構造
１５２ 時間シフトブロック
１５４ デシメータブロック
１５６ フィルタブロック
１６０ 乗算ブロック
１６２ 実数展開ブロック
１７０ 変調器
２７０ 処理システム
２７４ 中央処理装置（CPU）
２７６ メモリ
２７８ 大容量記憶装置
２８０ ビデオアダプタ
２８４ ネットワークインタフェース
３３０ 変調器多相構造
３３４ 時間シフトブロック
３４０ 復調器多相構造
３４４ フィルタブロック
である。Nが奇数のとき、

Claims (23)

  1. 直交周波数分割多重（OFDM）／オフセット直交振幅変調（OQAM）を実行するための方法であって、前記方法は、
    データバーストを取得するステップと、
    出力信号を生成するために、前記データバーストに対して、重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリング変調を実行するステップと、
    第１無線デバイスによって、第２無線デバイスに前記出力信号を送信するステップと、を含む、
    方法。
  2. 重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリングを実行するステップが、
    線形的に畳み込まれた信号を生成するために、前記データバーストに対して、線形的に畳み込まれたフィルタリングを実行するステップと、
    前記出力信号を生成するために、前記線形的に畳み込まれた信号に対して、切り出しとシフトを実行するステップと、を含む、
    請求項１に記載の方法。
  3. 線形的に畳み込まれたフィルタリングを実行するステップが、
    複数の乗算された係数を生成するために、複数の増倍係数を、前記データバーストの複数の構成要素に掛けるステップと、
    複数の変換された構成要素を含む変換された信号を生成するために、複数の前記乗算された係数に対して、逆高速フーリエ変換（IFFT）を実行するステップと、
    複数のフィルタされた構成要素を生成するために、複数の前記変換された構成要素をフィルタリングするステップと、
    複数の展開された構成要素を生成するために、複数の前記フィルタされた構成要素を展開するステップと、
    複数の時間シフトされた構成要素を生成するために、複数の前記フィルタされた構成要素を時間シフトするステップと、
    前記線形的に畳み込まれた信号を生成するために、複数の前記時間シフトされた構成要素を合計するステップと、を含む、
    請求項２に記載の方法。
  4. 重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリング変調を実行するステップが、
    複数の乗算された係数を生成するために、複数の増倍係数を、前記データバーストの複数の構成要素に掛けるステップと、
    複数の変換された構成要素を生成するために、複数の前記乗算された係数に対して、逆高速フーリエ変換（IFFT）を実行するステップと、
    複数のフィルタされた構成要素を生成するために、複数の前記変換された構成要素に対して、モジュロN重み付き巡回畳み込みを実行するステップと、
    複数の展開された構成要素を生成するために、複数の前記フィルタされた構成要素を展開するステップと、
    複数の時間シフトされた構成要素を生成するために、複数のモジュロNM重み付き巡回遅延によって、前記フィルタされた構成要素を時間遅延させるステップと、
    前記出力信号を生成するために、複数の前記時間シフトされた構成要素を合計するステップと、を含む、
    請求項１に記載の方法。
  5. 重み付けされた巡回的に畳み込まれたフィルタリングを実行するステップが、
    複数の乗算された波形を生成するために、２つ以上の係数を、前記データバーストの第1波形に掛けるステップと、
    複数の時間シフトされた波形を生成するために、各時間オフセットによって、複数の前記乗算された波形のそれぞれを時間でシフトするステップであって、ここで前記各時間オフセットは、複数の時間オフセットの１つである、ステップと、
    追加された波形を生成するために、複数の前記時間シフトされた波形を合計するステップと、を含む、
    請求項１に記載の方法。
  6. 複数の乗算された波形を生成するために、２つ以上の係数を前記データバーストの前記第１波形に掛けるステップが、imax個の係数を前記第１波形に掛けるステップを含み、imaxは、
    Figure 2016513402
     によって表される整数であり、前記データバーストは、N個のOFDM/OQAMシンボルを有し、ここで、Nは整数であり、プロトタイプフィルタの長さはLTである、
    請求項５に記載の方法。
  7. 前記出力信号を生成するために、前記追加された波形を切り出すステップをさらに含み、ここで前記データバーストは、N個のOFDM/OQAMシンボルを有し、ここでNは整数であり、OFDM/OQAMシンボル間の時間間隔は、T/2である、
    請求項５に記載の方法。
  8. 前記追加された波形を切り出すステップが、前記追加された波形をT/2のN倍の時間間隔で切り出すステップを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 各時間オフセットによって、複数の前記乗算された波形のそれぞれを時間シフトするステップが、複数の前記乗算された波形の1つ目をNT/2によってシフトするステップと、複数の前記乗算された波形の２つ目をNTによってシフトするステップと、複数の前記乗算された波形の、追加の乗算された波形のいずれかを、前の時間オフセット＋NT/2によってシフトするステップと、を含み、ここで前記前の時間オフセットは、各追加の乗算された波形の直前に乗算された波形に適用される時間オフセットである、
    請求項７に記載の方法。
  10. 前記２つ以上の係数が１である、請求項５に記載の方法。
  11. Nが奇数の時、前記２つ以上の係数が、1、-j、-1、およびjの間で交互に繰り返す、請求項５に記載の方法。
  12. 重み付けられた巡回的に畳み込まれたフィルタリングを実行するステップが、重み付き時間領域窓関数を実行するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  13. 重み付き時間領域窓関数を実行するステップが、
    第1の付加される部分を生成するために、波形の終了部分のあとに、前記データバーストの前記波形の開始部分を付加するステップと、
    第２の付加される部分を生成するために、前記波形の前記開始部分の前に、前記波形の前記終了部分を付加するステップと、によって、
    第1の付加された部分および第２の付加された部分を有する、付加された波形を生成するステップと、
    前記出力信号を生成するために、ロールオフウィンドウを付加された前記第1の部分、および前記ロールオフウィンドウを付加された前記第２の部分に、乗算するステップと、を含む、
    請求項１２に記載の方法。
  14. 前記ロールオフウィンドウが、２乗余弦窓である、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第１無線デバイスが通信コントローラであり、第２無線デバイスがユーザ装置である、請求項１に記載の方法。
  16. 前記第１無線デバイスがユーザ装置であり、前記第２無線デバイスが通信コントローラである、請求項１に記載の方法。
  17. 前記第1無線デバイスまたは前記第２無線デバイスが可動性の高いユーザ装置である時、送信ブロックの両端でOQAMシンボルをガードシンボルとしてリザーブするステップをさらに含み、ここで、前記出力信号を送信するステップは、前記出力信号を前記送信ブロック上で送信するステップを含む、
    請求項１に記載の方法。
  18. 前記出力信号を送信するステップが、前記ガードシンボル上で何も送信しないステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 直交周波数分割多重（OFDM）/オフセット直交振幅変調（OQAM）を実行する方法であって、前記方法は、
    第１無線デバイスによって、第２無線デバイスから入力信号を受信するステップと、
    データバーストを生成するために、前記入力信号に対して、重み付けられた巡回的に畳み込まれた復調フィルタリングを実行するステップと、を含む、
    方法。
  20. 前記データバーストに対して、重み付けられた巡回的に畳み込まれたフィルタリング復調を実行するステップが、
    付加された信号を生成するために、前記入力信号に重み付き付加を実行するステップと、
    前記データバーストを生成するために、前記付加された信号に対して線形畳み込み復調を実行するステップと、を含む、
    請求項１９に記載の方法。
  21. 線形畳み込み復調を実行するステップが、
    複数の時間シフトされた信号を生成するために、前記付加された信号を時間シフトするステップと、
    複数のダウンシフトされた信号を生成するために、複数の前記時間シフトされた信号をダウンシフトするステップと、
    複数のフィルタされた信号を生成するために、複数の前記ダウンシフトされた信号をフィルタリングするステップと、
    複数の変換された信号を生成するために、複数の前記フィルタされた信号に対して、逆高速フーリエ変換（IFFT）を実行するステップと、
    複数の乗算された信号を生成するために、複数の増倍係数を、複数の前記変換された信号に掛けるステップと、
    複数の前記乗算された信号の実数部分を抽出するステップと、を含む、
    請求項２０に記載の方法。
  22. 前記データバーストに対して、重み付けられた巡回的に畳み込まれたフィルタリングを実行するステップが、
    複数の時間シフトされた信号を生成するために、モジュロNM重み付き巡回遅延で前記入力信号を遅延させるステップと、
    複数のダウンシフトされた信号を生成するために、複数の前記時間シフトされた信号をダウンシフトするステップと、
    複数のフィルタされた信号を生成するために、複数の前記ダウンシフトされた信号に対して、モジュロN重み付き巡回畳み込みを実行するステップと、
    複数の変換された信号を生成するために、複数の前記フィルタされた信号に対して、逆高速フーリエ変換（IFFT）を実行するステップと、
    複数の乗算された信号を生成するために、複数の増倍係数を、複数の前記変換された信号に掛けるステップと、
    複数の前記乗算された信号の実数部分を抽出するステップと、を含む、
    請求項１９に記載の方法。
  23. 第１無線デバイスであって、前記第1無線デバイスは、
    プロセッサと、
    前記プロセッサによって実行されるプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体と、を含み、前記プログラムは、
    データバーストを取得し、
    出力信号を生成するために、データバーストに対して、重み付けられた巡回的に畳み込まれたフィルタリング変調を実行し、
    第２無線デバイスに前記出力信号を送信するための命令を含む、
    第1無線デバイス。
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