JP2019519159A - 通信システム、及びメッセージを送信する方法 - Google Patents

Abstract

送信機のセットを備える通信システムのシステム及び方法。この送信機のセットの動作は、同期誤差による精度範囲を用いて同期される。送信機のセットにおける各送信機に通信可能に接続されたコントローラーであって、このコントローラーは、以下の動作を行うように構成される。受信機と送信機のセットにおける各送信機との間の通信チャネルについてタップ遅延を求めて、タップ遅延のセットを生成すること。同期誤差とタップ遅延のセットにおける最大タップ遅延との和の関数として、サイクリックプレフィックスの最小長を求めること。最後に、送信機のセットにおける少なくともいくつかの送信機を制御して、少なくとも最小長を有するサイクリックプレフィックスを用いるサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いて受信機にメッセージを送信すること。

Description

本開示は、通信ネットワークのための方法及びシステムに関し、より詳細には、通信システムにおけるサイクリックプレフィックス（cyclic prefix：巡回プレフィックス）の長さを求めることに関する。

無線データ通信システムにおいて、データスループットを高めること、及び利用可能スペクトルをより効率的に使用することに対する関心はますます高まっている。これらの目標を達成する方法のうちの１つとして、固定のサイクリックプレフィックスを用いた直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調技法が用いられている。一方で、通信システムの適用例に依拠して、例えば、インテリジェント輸送ネットワークにおいて、利用可能スペクトルの最大効率での使用には間違いなく価値が見出され、この最大効率での使用が追求されているが、しかしより重要なものとして、インテリジェント輸送サービス事業者の継続的な経済的成功を、このサービスの消費者の安全の確保と併せて考慮する場合、通信システム／ネットワークの性能についての信頼性により価値が見出され、この信頼性は必要不可欠でさえある。

ＯＦＤＭは、無線チャネルの周波数選択性を克服するとともに、キャリア間干渉（ＩＣＩ：Inter-Carrier Interference）及び他の干渉を伴うことなく高データレートをもたらすことが可能なマルチキャリア変調スキームの一形式である。しかしながら、マルチパスフェージングチャネルにおいて、ＯＦＤＭシンボル期間にわたるフェージングチャネルの時間的変動により、サブチャネル間の直交性が損なわれる。シンボル間干渉（ＩＳＩ：Intersymbol Interference：符号間干渉）及び他の干渉の双方を除去するために、循環拡張部（circular extension）、すなわち、サイクリックプレフィックスがＯＦＤＭシンボルの最前部に付加される。例えば、ＯＦＤＭシンボルの最後尾のコピーであるサイクリックプレフィックスは、先頭に配置され、多くの場合に、マルチパスチャネルに関連付けられる散乱に対処するのに用いられる。サイクリックプレフィックスが無線チャネルの遅延スプレッドをカバーするのに十分な長さでない場合、結果として信頼性のないネットワークがもたらされる可能性がある。一方で、各ＯＦＤＭシンボルのサイクリックプレフィックスは、一方で、かなりの帯域幅を消費し、したがってスループットを低下させる。また、サイクリックプレフィックスは、予め決定されており、固定長を有する。

したがって、信頼性がありかつ改善されたスループットを提供するために、サイクリックプレフィックスを用いる無線通信ネットワークを介してコンテンツを通信する通信システム及び方法が必要とされている。

本開示の実施形態は、信頼性がありかつ改善されたスループットをもたらす、サイクリックプレフィックスの長さを求める、通信ネットワークのためのシステム及び方法を提供する。

本開示のいくつかの実施形態は、協調的通信システムが分散サイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ：Cyclic Delay Diversity：巡回遅延ダイバーシティ）スキームを有することができ、これは、従来的なＣＤＤスキームが従来通りに構築されるように１つのみの送信機を備えるのではなく、空間的に分散された、協調する送信機のセットを備える、という理解に基づいている。例えば、本開示の実施形態は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を用いることができ、この全地球測位システムは、制御ユニット（ＣＵ：Control Unit）についてタイミングを合わせるのに用いることができる標準クロック（universal clock：共通クロック）を備える。制御ユニットは、伝播遅延について訂正を行うとともに協調的通信システムについて標準クロックを得るために、ＣＤＤスキーム内の送信機のセットを同期することができ、この結果、システム内の厳密な同期の必要性が低減される。この標準クロックは、送信機の独立したセットにおける複数のローカルクロック間の協働を達成及び維持する同期を提供して、本開示において開示されるような協調的通信システムにおける送信機のセットにわたる時間の共通認識を提供する。この構成に基づいて、とりわけ、ＧＰＳ受信機によって生成される平均時間誤差を１００ナノ秒以内に低減することができる。したがって、協調的通信システムのコンポーネント、すなわち、ＣＤＤスキーム、送信機、受信機及びＧＰＳタイミング等を知得することにより、本開示に特有の協調的通信システムについての同期遅延又は同期誤差を求めることが可能である。

この同期誤差を考慮に入れると、本開示のシステム及び方法は、同期誤差を、協調する送信機のセットの最大タップ遅延と組み合わせて最小長ＣＰを得るという別の理解にも基づいている。例えば、タップ遅延は、送信機のセットにおける各送信機と受信機との間の通信チャネルについて求めて、協調的通信システムについてのタップ遅延のセットを生成することができる。ここで、最大タップ遅延を、このタップ遅延のセットから得ることができる。この理解は、同期誤差を最大タップ遅延と組み合わせて最小長ＣＰを得ることによってなされ、この最小長ＣＰは、送信機のセットを介してメッセージを送信するのに用いることができる。

最小長ＣＰを、本開示のＣＤＤスキームに組み込むという理解に基づいて、多くの理解が見出された。例えば、同期誤差及びマルチパス遅延をともに考慮に入れることによって、全ての送信機について最大ＣＰが決定され、その結果、シンボル間干渉（ＩＳＩ）が実質的に取り除かれるとともに、分散ＣＤＤによって可能な最大ダイバーシティ利得が達成される。

本開示の分散ＣＤＤの多くの利点の中の少なくとも１つの利点は、送信機においてチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を必要とすることなく共通シンボルブロックを送信することによってダイバーシティ利得を達成することが可能であることである。さらに、本開示の分散ＣＤＤは、いくつかの要件のもとでＣＤＤとともにサイクリックプレフィックス付きシングルキャリア（ＣＰ−ＳＣ：Cyclic-Prefixed Single Carrier）送信を利用することによって、前方誤り訂正（ＦＥＣ：Forward Error Correction）符号化を利用することなく完全なダイバーシティ利得を達成することができることを実証した。加えて、本開示の分散ＣＤＤ又は協調的ＣＤＤの使用により、とりわけ、より信頼性がある通信ネットワークがもたらされる。

いくつかの実施形態によれば、本開示のＣＰ−ＳＣ送信スキームが与えられると、共同する複数の送信機は、送信が互いに対して相互干渉することのないように、それらの送信機の個々の遅延を調整することができる。さらに、遅延を調整する本開示の実施形態は、上記で言及したように、送信機において完全なチャネル状態情報を必要としない。

本開示の一実施形態によれば、送信機のセットを備える通信システムであり、この送信機のセットの動作は、同期誤差による精度範囲を用いて同期される。送信機のセットにおける各送信機に通信可能に接続されたコントローラーであって、このコントローラーは、以下の動作を行うように構成される。送信機のセットにおける各送信機と受信機との間の通信チャネルについてタップ遅延を求めて、タップ遅延のセットを生成すること。同期誤差とタップ遅延のセットにおける最大タップ遅延との和の関数として、サイクリックプレフィックスの最小長を求めること。サイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を適用する送信機の数を求めること。最後に、送信機のセットにおける少なくともいくつかの送信機を制御して、少なくとも最小長を有するサイクリックプレフィックスを用いるサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いて受信機にメッセージを送信すること。

本開示の別の実施形態によれば、送信機のセットにおける送信機から受信機への非データ援用型信号であるメッセージを送信する方法であって、送信機の動作は、同期誤差を用いて同期される。この方法は、受信機と送信機のセットにおける各送信機との間の通信チャネルごとにタップ遅延を求めて、タップ遅延のセットを生成することを含むこと。同期誤差とタップ遅延のセットにおける最大タップ遅延との和の関数として、サイクリックプレフィックスの最小長を求めること。最後に、少なくとも最小長を有するサイクリックプレフィックスを用いるサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いて少なくともいくつかの送信機からメッセージを送信することであり、この方法のステップは、プロセッサによって実行される。

本開示の別の実施形態によれば、方法を実行するプロセッサによって実行可能なプログラムが具現化された非一時的コンピューター可読記憶媒体。方法は、送信機のセットの動作の同期の精度を画定する同期誤差を取得することを含むこと。受信機と送信機のセットにおける各送信機との間の通信チャネルについてタップ遅延を求めて、タップ遅延のセットを生成すること。同期誤差とタップ遅延のセットにおける最大タップ遅延との和の関数として、サイクリックプレフィックスの最小長を求めること。最後に、少なくとも最小長を有するサイクリックプレフィックスを用いるサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いてメッセージを送信すること。

更なる特徴及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面とともに取り入れると、この詳細な説明からより容易に明らかになる。

ここに開示されている実施形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、その代わり、一般的に、ここに開示されている実施形態の原理を示すことに強調が置かれている。

本開示の一実施形態による、通信システムにおけるサイクリックプレフィックスの長さと送信機の数とを求めることを含む、通信ネットワークのための方法の概略図である。 本開示の一実施形態による、図１Ａの方法のフロー図である。 本開示の一実施形態による、通信システムを制御するプロセッサを備える、図１Ａの制御ユニットのブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態による、通信システムを制御する協働プロセッサ（coordination processor）を備える別の制御ユニットのブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態による、別の方法のフロー図である。 本開示の実施形態による、図２Ａのステップ２２０を示す概略図である。 本開示の実施形態による、図２Ａのステップ２３０を示す概略図である。 本開示の実施形態による、最小のサイクリックプレフィックスをメッセージに導入する（implementing）フローチャートを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３２２を示す概略図である。 本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３３２を示す概略図である。 本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３５２を示す概略図である。 本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３５２を示す概略図である。 図４Ａは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３６２を示す概略図である。図４Ｂは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３６２を示す概略図である。図４Ｃは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３６２を示す概略図である。図４Ｄは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３６２を示す概略図である。 図５Ａは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３７２を示す概略図である。図５Ｂは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３７２を示す概略図である。図５Ｃは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３７２を示す概略図である。図５Ｄは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３７２を示す概略図である。 本開示の実施形態による、ＣＤＤ及びＣＰ送信の双方を組み込む全体の送信スキームの概略図である。 本開示のいくつかの実施形態による、車両対Ｘ（Ｖ２Ｘ：vehicle-to-X）通信ネットワークの概略図である。 本開示の実施形態による、上空無線通信ネットワークの概略図である。

上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施形態を提示している。ここに開示されている実施形態の原理の範囲及び趣旨に含まれる非常に多くの他の変更及び実施形態を当業者は考案することができる。

以下の説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施形態の以下の説明は、１つ以上の例示的な実施形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。以下の説明では、実施形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。それ以外の場合において、よく知られたプロセス、構造、及び技法は、実施形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。

また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。

さらに、開示された主題の実施形態は、少なくとも一部は手動又は自動のいずれかで実施することができる。手動実施又は自動実施は、マシン、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することもできるし、少なくとも援助することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコード又はプログラムコードセグメントは、マシン可読媒体に記憶することができる。プロセッサ（複数の場合もある）が、それらの必要なタスクを実行することができる。

図１Ａは、本開示の実施形態による、通信システムにおけるサイクリックプレフィックスの長さを求めることを含む、通信ネットワークのための方法の概略図である。通信システム１００は、１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ、及び１０８Ａを介して無線で、送信機１０２、１０４、１０６、及び１０８と通信する受信機１１５を備える。また、制御ユニット（ＣＵ）１４０も、それぞれチャネル１４２Ａ、１４４Ａ、１４６Ａ、及び１４８Ａを介してＭ個の送信機と通信する。さらに、ＣＵ１４０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）１３０Ａと通信し、この全地球測位システム（ＧＰＳ）は、制御ユニット（ＣＵ）１４０についてタイミングを合わせるのに用いることができる標準クロックを備える。通信は、他のＧＰＳシステム１３０Ｂ、１３０Ｃとの通信とすることもできることが想定される。ＧＰＳ１３０Ａと通信する制御ユニット１４０は、伝播遅延について訂正を行うために、ＣＤＤスキーム内の送信機１０２、１０４、１０６、及び１０８のセットを同期することができ、この結果、通信システム内の厳密な同期の必要性が低減される。ＧＰＳ１３０Ａの標準クロックは、送信機１０２、１０４、１０６、及び１０８のセットの独立した送信機におけるローカルクロック間の協働を達成及び維持する同期を提供して、協調的通信システムにおける送信機のセットにわたる時間の共通認識を提供する。

図１Ｂは、本開示の一実施形態による、図１Ａの方法のフロー図である。

図１Ｂのステップ１２０は、送信機（Ｔ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_Ｍ）のセットにおける送信機ごとのＧＰＳ送信機同期誤差（ΔＳ_１，．．．，ΔＳ_Ｍ）を収集することを含む。現在のＧＰＳ信号に基づいて、ＧＰＳ送信機同期誤差上の範囲を、シンボル時間Ｔ_Ｓに沿ってオフラインで発見することができる。例えば、Yijun Chen他による２０１５年の論文「Design study for a quasi-synchronous CDMA sensor data collection system: An LEO satellite uplink access technique based on GPS」では、同期誤差範囲ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}が２００２年当時において１５０ｎｓ内であると詳述している。したがって、特定の時点において少なくとも４つの衛星が存在する場合、全てのΔＳがΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}未満であると予想される。

図１Ｂのステップ１２２は、ＧＰＳ送信機同期誤差のセットから、ＧＰＳ最大同期誤差を求めることを含む。現在のＧＰＳ信号に基づいて、ＧＰＳ送信機同期誤差上の範囲ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}を、オフラインで発見することができる。最悪の適用例においても機能するために、システムは、ワースト同期誤差（最大同期誤差）ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}がシンボル間干渉として発生する可能性を取り除くために、このワースト同期誤差を考慮する必要がある。したがって、同期誤差範囲ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}は、誤差の上限とみなされる。

図１Ｂのステップ１２４は、受信機が送信機（Ｔ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_Ｍ）のセットにおける送信機ごとに送信機タップ遅延を測定することを含む。各受信機は、最大タップ遅延を、チャネルサウンディング技法を介して測定することができ、この場合、送信機（１０２、１０４、１０６、及び１０８）は、既知のパイロット信号を受信機に送信し、次いで、受信機は、チャネル散乱の程度を測定する。最大タップ遅延の正確な知識を有しない場合、受信機は、シンボル間干渉を被る。したがって、受信信号のより良好な信頼度を達成するためには、協働プロセッサ１４１Ａは、完全なチャネル状態情報ではなく、最大タップ遅延を知得することのみが必要である。

図１Ｂのステップ１２６は、送信機タップ遅延のセットから、最大送信機タップ遅延を求めることを含む。受信機１１５は、この受信機自体と送信機との間の各チャネルの遅延スプレッドを計算する。受信機は、チャネル遅延（Ｎ_ｆ１，．．．，Ｎ_ｆＭ）のセットを得ると、これらのチャネル遅延をソートし、測定値から最大遅延Ｎ_ｆ＝ｍａｘ（Ｎ_ｆ１，．．．，Ｎ_ｆＭ）を選ぶ。

図１Ｂのステップ１２８は、ＧＰＳ最大同期誤差ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}＋最大送信機タップ遅延Ｎ_ｆという加算を行うことによって、最小ＣＤＤ遅延長Δ_ｉを求めることを含む。元のシンボルブロックサイズＮに対する付加ＣＰ長Ｎ_Ｐの最小オーバーヘッド比を満たすことが重要である。一般に、オーバーヘッドが小さいほど（すなわち、ＣＰ長が短いほど）好ましい。例えば、ＣＰ長が削減される場合、送信時間を増加することができる。しかしながら、ＣＰ長が際限なく削減される場合、干渉が受信機において発生する。したがって、ＣＰ長を削減する一方で受信機における干渉を取り除くという２つの目標を満たすことが要求される。分散した送信機間の時間同期が受信機性能に影響を及ぼすので、時間同期誤差が考慮されるべきである。この観点において、本発明者らは、ワースト時間同期誤差も考慮に入れる。受信信号から干渉を取り除くために、Ｎ_Ｐ≧Ｎ_ｆ＋ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}を得る必要がある。最小オーバーヘッド比を得るために、ＣＰ長は、Ｎ_Ｐ＝Ｎ_ｆ＋ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}として用いられる。計算されたＮ_Ｐに従って、ＣＤＤ遅延は、Δ_ｉ＝（ｉ−１）Ｎ_Ｐとして求められ、ただしΔ_１＝０である。この結果は、ＣＰは最長チャネル遅延スプレッド及びＧＰＳタイミング誤差範囲の有効範囲を超える必要があるというものであることに留意されたい。

図１Ｂのステップ１２９は、ＣＤＤを適用する際に、Ｍ個（Ｍ≧Ｋ）の送信機からＫ個の送信機を決定する。送信ブロックサイズＮに対して、送信機の数がＫ＝１＋ｆｌｏｏｒ（Ｎ／Ｎ_Ｐ）によって求められ、ここで、ｆｌｏｏｒ（・）は、床関数を示す。この場合、次の問題は、Ｋ個の送信機をいかに選ぶかである。Ｍ個の送信機からいずれの送信機を選び出すかを決定するために、受信機１１５は、送信機からこの受信機１１５までのチャネル（１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ、及び１０８Ａ）にわたる実効信号対雑音比（ＳＮＲ）のセットを計算する。同じパイロットシンボルについて、第ｋの送信機の実効ＳＮＲは、

によって与えられ、ここで、Ｐ_Ｔは、送信機からの送信電力を示し、

は、雑音電力を示し、

は、チャネルベクトル

のチャネル電力を示す。次いで、受信機は、これらの実効ＳＮＲをソートして、対応する送信機インデックスを得る。例えば、（２，１，４，３）は、４つの送信機の中で、送信機３が最大実効ＳＮＲを有し、送信機２が最小実効ＳＮＲを有することを示す。受信機は、この送信機インデックス、例えば（２，１，３，４）を、制御ユニット（ＣＵ）に送り返す。次いで、制御ユニットは、受信された送信機インデックスベクトルの最後のＫ個の要素によってインデックス付けされたＫ個の送信機を選ぶ。例えば、Ｋ＝２個の送信機がＣＤＤによってサポートされる場合、制御ユニットは、ＣＤＤについて、送信機３及び送信機４を選択する。なぜなら、これらの２つの送信機は、受信機における２つの最大実効ＳＮＲを提供するためである。受信機１１５は、送信機インデックスのみを送り返すので、フィードバックオーバーヘッドを低減することができる。

図１Ｂのステップ１３０は、ＣＤＤ遅延を有するサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）及びサイクリックプレフィックスを用いてメッセージを送信するために、ステップ１２９によって決定された、送信機のセットからの送信機を用いて送信することを含む。ＣＤＤは、異なる送信機に異なるＣＤＤ遅延Δ_ｉを適用する処理である。ＣＤＤ動作を適用した後、最後の複数のシンボルを元の送信シンボルブロックの最前部へアペンド（append）するサイクリックプレフィックスを適用する。ここで、最後の複数のシンボルの数は、サイクリックプレフィックスの長さと同じである。

図１Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による、通信システムを制御するプロセッサ１４１Ａを備える制御ユニット１４０のブロック図である。制御ユニットは、最大時間同期誤差と、受信機からの測定された最大チャネルタップ長とを収集する。最大チャネルタップ長、最大時間同期誤差、及び送信シンボルブロックサイズを考慮して、送信機の最大許容数を計算する。ＣＤＤを適用する複数の送信機を選ぶ。選ばれた送信機に異なる遅延を割り当てる。ステップ１２４及び１２６に従って、受信機は、最大チャネルタップ長を計算する。ステップ１２８により、最大時間同期誤差を考慮に入れてＣＰ長及びＣＤＤ遅延を計算する方法が与えられる。ステップ１２９に従って、制御ユニット１４０は、ＣＤＤを適用する送信機を決定する。したがって、制御ユニットは、一度に１つずつ、或る送信機について選択されたＣＤＤ遅延Δ_ｉを提供する。ＣＰの長さとＣＤＤにおいて用いられるΔの値との間の関係が存在し、それにより、この限界内に全ての送信機ＣＤＤ遅延を合わせることを望むことに留意されたい。

図１Ｄは、本開示のいくつかの実施形態による、通信システムを制御するプロセッサ１４１Ａを備える制御ユニット１４０のブロック図である。プロセッサは、通信及びネットワークシステム動作のために構成された任意のタイプのプロセッサとすることができる。制御ユニット１４０は、電源１６１を備えることができ、適用例に依拠して、電源は、任意選択で、制御ユニット１４０の外部に配置することができる。プロセッサ１４１Ａは、記憶された命令を実行するとともに、このプロセッサ１４１Ａによって実行可能である命令を記憶するメモリ１６２と通信するように構成することができる。プロセッサ１４１Ａは、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスター、又は任意の数の他の構成とすることができる。協働プロセッサ１４１Ａは、バス１６０を通じて１つ以上の入出力デバイス１８６に接続することができる。メモリ１６２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は他の任意の好適なメモリシステムを含むことができる。プロセッサは、パラメーター、すなわち、とりわけ、システムについての送信機の数、ＣＤＤ遅延、ＣＰサイズを求めるとともにこれらを通信する役割を担う協働プロセッサとすることができることが想定される。

図１Ｄをなおも参照すると、制御ユニット１４０は、プロセッサ１４１Ａによって用いられる補助データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように構成された記憶デバイス１６３も備えることができる。例えば、記憶デバイス１６３は、類似の異なるタイプの通信ネットワーク及びシステムに関する履歴データを記憶することができ、これらは、とりわけ例えば、ＣＰ構成、送信機構成、受信機構成、同期誤差データ等に関するものである。記憶デバイス１６３は、ハードドライブ、光学ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、又はこれらの任意の組み合わせを含むことができる。

制御ユニット１４０内のヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ又はユーザーインターフェース）１６４は、システムを、キーボード１６４及びディスプレイデバイス１６６に接続することができる。制御ユニット１４０は、バス１６０を通じて、ディスプレイデバイス１８４に接続するように構成されたディスプレイインターフェース１８３にリンクすることができ、ここで、ディスプレイデバイス１８４は、とりわけ、コンピューターモニター、カメラ、テレビジョン、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。

図１Ｄをなおも参照すると、プリンターインターフェース１８０もバス１６０を通じて接続することができるとともに、印刷デバイス１８２に接続するように構成することができ、ここで、印刷デバイス１８２は、とりわけ、液体インクジェットプリンター、固体インクプリンター、大規模商用プリンター、サーマルプリンター、ＵＶプリンター、又は昇華型プリンター（dye-sublimation printer）を含むことができる。ネットワークインターフェースコントローラー１６７が、バス１６０を通じてネットワーク１６８に接続するように構成される。とりわけ、通信データ又は関連する通信データを、ディスプレイデバイス、撮像デバイス、及び／又は印刷デバイス上にレンダリングすることができる。

なおも図１Ｄを参照すると、とりわけ、通信データ又は関連する通信データは、ネットワーク１６８の通信チャネルを介して送信することができ、及び／又は、記憶及び／又は更なる処理のために記憶システム１６３内に記憶することができる。さらに、通信データ又は関連する通信データは、受信機１７１から無線又は有線で受信することもできるし、送信機１７２を介して無線又は有線で送信することもでき、受信機及び送信機は、双方ともバス１６０を通じて制御ユニット１４０に接続される。

制御ユニット１４０は、外部センサー１８５に接続することができる。例えば、外部センサー１８５は、速度、方向、空気流、気象条件等に対するセンサーを含むことができる。制御ユニット１４０は、他の外部コンピューター１８７に接続することができる。

図２Ａは、本開示の実施形態による、別の方法のフロー図である。

図２Ａのステップ２１５は、送信機のセットにおける送信機ごとにＧＰＳ送信機同期誤差を求めることを含む。

図２Ａのステップ２２０は、送信機（Ｔ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_Ｍ）のセットにおける送信機ごとのＧＰＳ送信機同期誤差（ΔＳ_１，．．．，ΔＳ_Ｍ）を収集すること（gathering）を含む。

図２Ａのステップ２２５は、ＧＰＳ送信機同期誤差のセットから、ＧＰＳ最大同期誤差を求めることを含む。

図２Ａのステップ２３０は、受信機が送信機（Ｔ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_Ｍ）のセットにおける送信機ごとに送信機タップ遅延を測定することを含む。

図２Ａのステップ２３５は、送信機タップ遅延のセットから、最大送信機タップ遅延を求めることを含む。

図２Ａのステップ２４５は、ＧＰＳ最大同期誤差＋最大送信機タップ遅延という加算を行うことによって、最小ＣＤＤ遅延を求めることを含む。

図２Ａのステップ２４９は、最大チャネルタップ長Ｎ_ｆ、同期誤差範囲ΔＳ_{ｂｏｕｎｄ}及び送信ブロックサイズＮに基づいて、送信機の数Ｋを求めることを含む。ＣＤＤがサポートすることができる、より多くの数の送信機が存在する場合があるので、送信機の最大数がいくつになる必要があるかを求めることが必要である。これを行うために、パケットサイズは、干渉を取り除くように考慮される必要がある。制御ユニットは、特定の送信機について、遅延Δ_ｉのうちの１つを無作為に選択し、最小長のサイクリックプレフィックスを有するサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いてメッセージを送信する。受信機におけるデータ検出について最尤検出器が用いられるとき、検出器性能は、等価チャネル行列が巡回行列（circulant）である場合に異なる遅延から独立している。したがって、制御ユニットは、特定の送信機について、他の送信機については選ばれなかった遅延のうちの任意の１つを無作為に選択し、この送信機を制御して、サイクリック遅延ダイバーシティを用いてメッセージを送信する。

図２Ｂは、本開示の実施形態による、図１のステップ２２０を示す概略図である。制御ユニットは、時間同期誤差をオフラインで収集する。

図２Ｃは、本開示の実施形態による、図１のステップ２３０を示す概略図である。受信機動作により、送信機と受信機自体との間のリンクについて、タップ遅延（Ｎ_ｆ１，Ｎ_ｆ２，．．．，Ｎ_ｆＭ）を測定することができ、次いで、最大タップ遅延Ｎ_ｆ＝ｍａｘ（Ｎ_ｆ１，Ｎ_ｆ２，．．．，Ｎ_ｆＭ）が計算される。また、受信機動作により、受信機における、チャネル（１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ、及び１０８Ａ）にわたる実効受信信号対雑音比（ＳＮＲ）も測定される。受信機動作により、この実効受信ＳＮＲがこれらの大きさによってソートされ、最大の大きさを有する送信機が選ばれる。これは例えば、送信機１（１０２）である。ＣＤＤ動作について、受信機１１５は、実効ＳＮＲを昇順、例えば（２，１，４，３）で表す送信機インデックスベクトルと、最大送信機タップ遅延Ｎ_ｆとを、チャネル１０２Ａを介して送信機１０２に送り返す。

例えば、ステップ２３０において、受信機は、まず第１に、送信機（Ｔ_１，Ｔ_２，．．．，Ｔ_Ｍ）のセットにおける送信機ごとに送信機タップ遅延を測定し、次いで、最大送信機タップ遅延を計算する。第２に、チャネル１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ、１０８Ａのセットにおけるチャネルごとの実効信号対雑音比（ＳＮＲ：signal-to-noise）を含む。受信機は、次いで、実効ＳＮＲをソートして、最大実効ＳＮＲを有する送信機を選ぶ。次いで、実効ＳＮＲを昇順で表す送信機インデックスベクトルと、最大送信機タップ遅延とを、最大実効ＳＮＲを有する送信機に送り返す。この例において、送信機１０２が最大実効ＳＮＲを有するので、この送信機１０２が選択される。

図２Ｃは、本開示の実施形態による、図１のステップ２３１を示す概略図である。実効ＳＮＲを昇順で表す送信機インデックスベクトルと、最大送信機タップ遅延とを、チャネル１０２Ａを介して受信機１１５から受信した後、送信機は、この情報を、チャネル１４２Ａを介して制御ユニット１４０に送り返す。

図３Ｂは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３２２を示す概略図である。これは、異なる送信機が異なる時間同期誤差を被る場合があることを示している。時間同期誤差は全て、１つのシンボル間隔Ｔ_Ｓよりも小さい。

図３Ｃは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３３２を示す概略図である。図３Ｃは、複数のシンボルを送信機ブロックシンボルの最前部にアペンド（append）するＣＰ動作を示している。

図３Ｄ及び図３Ｅは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３５２を示す概略図である。例えば、送信機１０２は、Δ_１＝０であることに起因してＣＤＤを適用せず（図３Ｄ）、それにより、送信機１０２は、サイクリックプレフィックスのみを適用し、すなわち、サイクリックプレフィックスのコピーであるブロック３４３が、ブロック３４５の最前部にアペンド（append）される。

図４Ａ〜図４Ｄは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３６２を示す概略図である。図４Ａは、ＣＤＤ遅延についてΔ_２＝Ｎ_Ｐを適用する第２の送信機を示しており、すなわち、ブロック３４３が第１の巡回遅延である。この部分とともに、元の送信機ブロックシンボルにおける全ての部分が右にシフトされる（図４Ｂ）。図４Ｃは、ＣＤＤ遅延を適用した後の送信ブロック構造を示している。図４Ｃにおいて、ブロック３４４の長さは、Ｐに等しい。図４Ｄにおいて、ＣＰを適用する。すなわち、ブロック３４４がブロック３４３の最前部にアペンド（append）される。したがって、図４Ｄは、送信機１０４からの実際の送信ブロックシンボルを示している。

図５Ａ〜図５Ｄは、本開示の実施形態による、図３Ａのステップ３７２を示す概略図である。図５Ａは、ＣＤＤ遅延についてΔ_３＝２Ｎ_Ｐを適用する第３の送信機を示しており、すなわち、ブロック３４３及び３４４が巡回的に遅延される（図５Ｂ）。全ての部分は、２Ｎ_Ｐだけ右にシフトされるべきである。３４５の一部分、すなわち３４５Ａが、プレフィックスとして用いられるべきである。このようにして、ブロック３４５Ａは、ブロック３４４の最前部にアペンド（append）される。図５Ｄは、送信機１０６からの実際の送信ブロックシンボルを示している。

図６は、本開示の実施形態による概略図である。図６は、３つの送信機を有する一例を示している。各送信機は、自身のＣＤＤ遅延を適用し、次いで、図１Ｃのステップ１２８において求められた、計算された最小ＣＰ長に従ってサイクリックプレフィックスを適用する。送信機インデックスに依拠して、最終送信ブロックは、異なる構造を有するが、これらは、互いにシフトされたバージョンである。受信機１１５は、まず第１に、各送信機がサイクリックプレフィックスを適用しているので、ブロック１１６において、受信信号からサイクリックプレフィックス間隔を取り除く。次いでブロック１１６において、データ検出器を適用する。このように、検出されたブロックシンボルを、出力として得ることができる。

図７は、本開示のいくつかの実施形態による、車両対Ｘ（Ｖ２Ｘ）通信ネットワークの概略図である。図７は、制御ユニット１４０と、複数の路側送信ユニット１０２、１０４、１０８、１１２とを含む。制御ユニットと路側送信ユニットとの間は、１４２Ａ、１４４Ａ、１４８Ａ、１５２Ａを介して無線で接続される。各路側ユニットと移動している車両７１７上の受信ユニット１１５との間は、無線リンク１０２Ａ、１０４Ａ、１０８Ａ、１１２Ａを介して接続される。路側送信ユニットと移動している車両との間のチャネル環境に依拠して、より高い送信信頼度を、提案された概念を用いることによって達成することができる。

図８は、本開示のいくつかの実施形態による、上空無線通信ネットワークの概略図である。図８は、制御ユニット１４０ｚと、複数の地上送信ユニット１０２ｚ、１０４ｚ、１０８ｚ、１１２ｚとを含む。制御ユニット１４０ｚと地上送信ユニットとの間は、１４２ＡＺ、１４４ＡＺ、１４８ＡＺ、１５２ＡＺを介して無線で接続される。各地上ユニットと移動している航空機８１７上の受信ユニット１１５ｚとの間は、無線リンク１０２ＡＺ、１０４ＡＺ、１０８ＡＺ、１１２ＡＺを介して接続される。地上送信ユニットと移動している輸送機関との間のチャネル環境に依拠して、より高い送信信頼度を、提案された概念を用いることによって達成することができる。

上述した本開示の実施形態は、数多くの方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。

Claims (20)

1. 送信機のセットであって、該送信機のセットの動作は、同期誤差による精度範囲を用いて同期される、送信機のセットと、
   前記送信機のセットにおける各送信機に通信可能に接続されたコントローラーであって、該コントローラーは、
   前記送信機のセットにおける各送信機と受信機との間の通信チャネルについてタップ遅延を求めて、タップ遅延のセットを生成することと、
   前記同期誤差と前記タップ遅延のセットにおける最大タップ遅延との和の関数として、サイクリックプレフィックスの最小長を求めることと、
   前記送信機のセットにおける少なくともいくつかの送信機を制御して、少なくとも前記最小長を有する前記サイクリックプレフィックスを用いるサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いて前記受信機にメッセージを送信することと、
   を行うように構成される、コントローラーと、
   を備えた通信システム。
2. 前記送信機のセットは、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの信号を用いて、前記コントローラーにおける標準クロックを基準として動作することによって、前記動作を同期する、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記送信機は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの信号を用いて、前記動作を同期させ、
   前記同期誤差は、前記ＧＮＳＳから前記送信機のセットにおける異なる送信機までの前記信号の伝播における差異に少なくとも部分的に起因する、請求項１に記載の通信システム。
4. 前記コントローラーは、前記サイクリックプレフィックスの前記最小長に基づいて、前記送信機のセットにおける送信機ごとに送信の遅延を求めるように構成される、請求項１に記載の通信システム。
5. 前記コントローラーは、
   前記メッセージの長さを求めることと、
   送信について最大数の送信機を得るように、前記メッセージの前記求められた長さと前記サイクリックプレフィックスの前記最小長とに基づいて、前記メッセージの送信のための送信機の数を決定することと、
   チャネル利得の大きさに基づいて、前記送信機のセットから前記最大数の前記送信機を選択して、送信機のサブセットを形成することと、
   前記サイクリックプレフィックスの前記最小長に基づいて、前記送信機のサブセットにおける送信機ごとに送信の遅延を求めることと、
   を行うように構成される、請求項１に記載の通信システム。
6. 前記メッセージは、前記送信機のセットにおける少なくとも２つの送信機からの、パケットベースの直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）送信を含む、請求項１に記載の通信システム。
7. 前記送信機のセットにおける少なくとも２つの送信機は、マルチメディア送信デバイスを有し、前記送信されるメッセージは、マルチメディアコンテンツを含む、パケットベースの直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）送信を含む、請求項１に記載の通信システム。
8. 前記送信機のセットは、車両対Ｘ（Ｖ２Ｘ）通信ネットワーク、無線通信ネットワーク又は車両インフラストラクチャ協調自動運転システムのうちの１つから通信する、請求項１に記載の通信システム。
9. 送信機のセットにおける送信機から受信機への非データ援用型信号であるメッセージを送信する方法であって、前記送信機の動作は、同期誤差を用いて同期され、該方法は、
   前記送信機のセットにおける各送信機と前記受信機との間の通信チャネルごとにタップ遅延を求めて、タップ遅延のセットを生成することと、
   前記同期誤差と前記タップ遅延のセットにおける最大タップ遅延との和の関数として、サイクリックプレフィックスの最小長を求めることと、
   少なくとも前記最小長を有する前記サイクリックプレフィックスを用いるサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いて少なくともいくつかの送信機から前記メッセージを送信することと、
   を含み、該方法のステップは、プロセッサによって実行される、方法。
10. 前記送信機のセットは、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの信号を用いて、前記コントローラーにおける標準クロックを基準として動作することによって、前記動作を同期する、請求項９に記載の方法。
11. 前記送信機のセットの動作は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの信号を用いて、標準クロックを基準として動作することによって、前記送信機のセットにおける各送信機を同期することを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記サイクリックプレフィックスの前記最小長に基づいて、前記送信機のセットにおける送信機ごとに送信の遅延を求めることを更に含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記メッセージは、前記送信機のセットにおける少なくとも２つの送信機からの、パケットベースの直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）送信を含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記プロセッサは、
    前記メッセージの長さを求めることと、
    送信について最大数の送信機を得るように、前記メッセージの前記求められた長さと前記サイクリックプレフィックスの前記最小長とに基づいて、前記メッセージの送信のための送信機の数を求めることと、
    前記メッセージを送信することについて、前記受信機の前記最大信頼度を確保するように、前記送信機のセットから前記最大数の前記送信機を選択して、送信機のサブセットを形成することと、
    前記サイクリックプレフィックスの前記最小長に基づいて、前記送信機のサブセットにおける送信機ごとに送信の遅延を決定することと、
    を行うように構成される、請求項９に記載の方法。
15. 方法を実行するプロセッサによって実行可能なプログラムが格納された非一時的コンピューター可読記憶媒体であって、前記方法は、
    送信機のセットの動作の同期の精度を画定する同期誤差を取得することと、
    前記送信機のセットにおける各送信機と受信機との間の通信チャネルごとにタップ遅延を求めて、タップ遅延のセットを生成することと、
    前記同期誤差と前記タップ遅延のセットにおける最大タップ遅延との和の関数として、サイクリックプレフィックスの最小長を求めることと、
    少なくとも前記最小長を有する前記サイクリックプレフィックスを用いるサイクリック遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）を用いてメッセージを送信することと、
    を含む、非一時的コンピューター可読記憶媒体。
16. 全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの信号を用いて、標準クロックを基準として動作することによって、前記動作を同期することを更に含む、請求項１５に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
17. 前記サイクリックプレフィックスの前記最小長に基づいて、前記送信機のセットにおける送信機ごとに送信の遅延を求めることを更に含む、請求項１５に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
18. 前記メッセージの長さを求めることと、
    送信について最大数の送信機を得るように、前記メッセージの前記求められた長さと前記サイクリックプレフィックスの前記最小長とに基づいて、前記メッセージの送信のための送信機の数を求めることと、
    前記メッセージを送信することについて、前記受信機の前記最大信頼度を確保するように、前記送信機のセットから前記最大数の前記送信機を選択して、送信機のサブセットを形成することと、
    前記サイクリックプレフィックスの前記最小長に基づいて、前記送信機の前記サブセットにおける送信機ごとに送信の遅延を求めることと、
    を更に含む、請求項１５に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
19. 前記メッセージは、前記送信機のセットにおける少なくとも２つの送信機からの、パケットベースの直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）送信を含む、請求項１５に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
20. 前記同期誤差は、前記ＧＮＳＳから前記送信機のセットにおける異なる送信機までの前記信号の伝播における差異に少なくとも部分的に起因する、請求項１５に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。

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