JP2019531675A - フィルタリングされたマルチキャリア通信 - Google Patents

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Abstract

マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置が、送信パルス整形器及び送信サブバンドフィルタを含む。送信パルス整形器は、複数のデータパルスをそれぞれの送信パルス整形フィルタでフィルタリングするように適合される。データパルスの各々はマルチキャリア通信システムのそれぞれのキャリアに関連づけられる。送信サブバンドフィルタは、パルス整形されたデータパルスのサブバンドフィルタリングを実行するように適合される。サブバンドフィルタと送信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが、相互に関連づけられる。この相関は、サブバンドフィルタ及びパルス整形フィルタを連帯的に設計することにより達成され得る。

Description

本発明は、そのいくつかの実施例においてマルチキャリア５Ｇ通信システムに関し、排他的でないがより具体的には、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）５Ｇ通信システムに関する。
第５世代無線システム（Fifth generation wireless systems、５Ｇ）は、５Ｇシステムに含まれることになる多くの種類の異なる新サービスにより提起される多様な要件を受け入れるよう求められることになる。これら新サービスの例は、マシンタイプ通信（machine type communication、ＭＴＣ）及び車両対何でもの通信（vehicular-to-anything communication、Ｖ２Ｘ）を含む。結果として、今日の無線システムにおいて普及しているようなエアインターフェースのための「フリーサイズ（one size fits all）」の解決策は、それが単に不十分な妥協案を提供するに過ぎないため、もはや十分でなくなる。代わりに、５Ｇシステムは、システム構成をサービスタイプ及びその需要に合わせることを可能にするためにさらなる柔軟性を提供しなければならない。
フィルタリングによるマルチキャリア波形は、これらがシステム設計に対してさらなる自由度を提供するため、こうした柔軟なエアインターフェースのための有意な手法であり得る。マルチキャリア波形は、モバイル無線送信に利用可能なスペクトルを独立したサブバンドに区分することを可能にし、これは、個々のユーザリンクの信号条件に又は特定の無線サービスの要件に最適に適合するように個々に構成され得る。フィルタリングされた波形により提供される信号電力の良好なスペクトル包含により、個々に構成されたサブバンド間の干渉は、これら信号が緩くのみ同期される場合でさえ、最小限に保たれ得る。これは、送信バンドにおける異なるサービスの独立した及び非協調的な動作を許容し、非同期システム設計を可能にすることになる。
直交周波数分割多重（Orthogonal frequency division multiplex、ＯＦＤＭ）は、ＷｉＦｉ及びＬＴＥなどのいくつかの現在の無線システムにおいて実装されるマルチキャリア方式である。ＯＦＤＭは、所与の帯域幅Ｂを複数のＭ個の狭帯域サブキャリア信号に分割し、これは、データシンボルの並列送信に使用される。サブキャリア間隔は、Ｆ＝Ｂ／Ｍになる。並列に送信される（最大で）Ｍ個のデータシンボルが、持続時間ＴのＯＦＤＭシンボルに含まれる。Ｔは、Ｍ個のサブキャリアデータ信号を含む逆離散フーリエ変換（Inverse Discrete Fourier Transform、ＩＤＦＴ）により変換された周波数ドメイン信号の周期的繰り返しをカバーし得、ゆえに、サイクリックプレフィックス（cyclic prefix、ＣＰ）を形成し、Ｔ＞１／Ｆを生じる。Ｆ及びＴの適切な規模決定（dimensioning）は、通常、二重分散チャネル（doubly dispersive channel）の属性に依存する。シンボル持続時間Ｔは、典型的に、最大遅延スプレッドと比較して大きいように選択され、一方でサブキャリア間隔Ｆは、典型的に、最大ドップラースプレッド又は周波数オフセットと比較して大きいように選択される。
ＯＦＤＭ送信信号ｓ（ｔ）と、受信信号ｒ（ｔ）から取得されるデータシンボル
（外１）
Figure 2019531675
の推定とが、以下の式により与えられる：
Figure 2019531675
ここで、ｍはサブキャリアインデックスを意味し、ｍ∈［１，．．．，Ｍ］であり、ｎは時間ドメインにおけるＯＦＤＭシンボルインデックスであり、ａｍｎはｎ番目のシンボル内でｍ番目のサブキャリア上で伝達されるデータシンボルであり、ｇＴ及びｇＲは、それぞれ、インデックスｍにおけるサブキャリア信号のための送信及び受信パルス形状である。
従来、方形ウィンドウが送信機及び受信機において使用され、これは、シンクパルス（sinc-pulse）に従って周波数ドメインにおけるサブキャリア信号を整形する。次いで、送信機ｇＴ及び受信機ｇＲにおける方形パルスが、以下の式により与えられる。
Figure 2019531675
送信機及び受信機が適切に同期される場合、ｇＲは、送信機で追加されたサイクリックプレフィックス（ＣＰ）を単にカットオフしてＴOFDM,min＝１／Ｆの最小長さのＯＦＤＭシンボルを取得し、これは次いで、Ｍ個のサブキャリア上のデータシンボルを取得するために周波数ドメインに変換されることに留意する。
送信機及び受信機における方形パルスの選択はかなり簡素なシステム実装を可能にするが、それは以下の欠点を有する：
ａ）送信及び受信フィルタのミスマッチがＳＮＲロスを誘発する。
ｂ）方形パルスのシンク整形されたスペクトルは十分に局所化されず、エネルギー漏洩を結果としてもたらす。
ｃ）キャリア周波数オフセット又はドップラースプレッドのような周波数歪みに対してロバストでない。
方形パルスによるＯＦＤＭ信号の不十分な周波数局所化の問題に対処するために、時間ドメインにおける平滑的な電力ロールオフによるパルスが使用されることがある。これは、周波数ドメインにおけるより急峻な電力減衰に翻訳され、スペクトル的に十分包含された信号を生じる。パルス整形により、パルスはシンボル持続時間Ｔを超えて拡張されることがあり、オーバーラップする連続的に送信されるＯＦＤＭシンボルを生じる。スペクトル包含は、より長いパルス持続時間に対して典型的に向上し、これらシステムにおけるパルス設計の基本的なトレードオフを強調する。オープンな設計パラメータとして任意長のパルス形状を有するこうしたＯＦＤＭシステムは、フィルタリングされたマルチトーン（filtered multi-tone、ＦＭＴ）又はフィルタバンクマルチキャリア（filterbank multi-carrier、ＦＢＭＣ）システムとして知られる。
送信機及び受信機におけるパルス整形により、送信信号と受信機における推定されたデータ信号とは、以下を示す：
Figure 2019531675
ゆえに、送信機及び受信機のための対応するパルスは、それぞれ、以下の式により与えられる：
Figure 2019531675
双方のこれらフィルタは、最大ＳＮＲを達成するために互いに一致してもよく（ｇＴ＝ｇＲ）、あるいはこれらは、動作の間に予期されるシステム条件に固有の干渉を最小化するために区別可能であるように選ばれてもよい。一般に、正確なフィルタ設計は、干渉の最小化又はＳＩＮＲの最大化などの予め定義された設計制約を満たす最適化処理の結果である。直交性は、この最適化処理における別の重要な設計基準である。
パルス整形システム解決策は、以下を含むいくつかの欠点を有する：
ａ）直交性、チャネル歪みに対するロバスト性、及び帯域外放射（out-of-band emission、ＯＯＢＥ）の間のトレードオフ。
ｂ）ＯＯＢＥは、時間において制約されたフィルタ長で実質的に低減できない。
ｃ）時間ドメインにおける長いフィルタインパルス応答はスペクトル局所化を大幅に向上させ得るが、それは通常、いくつかのシンボル持続時間Ｔに及ぶパルスを結果としてもたらし、これは、時間によりフレーム化された送信に対して困難をもたらし得る。
従来のＯＦＤＭシステムの属性（特に、その好ましい時間局所化）を維持すると同時にマルチキャリア信号のスペクトル包含を達成するための代替的な手法が、フィルタリングされたＯＦＤＭ（filtered OFDM）システムであり、これは、サブバンドローパス（low-pass、ＬＰ）フィルタを使用して隣接サブキャリアのグループをフィルタリングし（ここではサブバンドと表される）、ゆえにそのサブバンドのＯＯＢＥを低減する。この手法はいかなるウィンドウ処理も必要としないため、１つのサブバンド内のサブキャリア信号はそのシンク形状を従来のＯＦＤＭにおけるもののように維持する。
２Ｑ＋１個のサブキャリアのサブバンド幅に対する送信機及び受信機におけるローパスフィルタリングにより、送信信号と受信機における推定されたデータ信号とは、以下を示す：
Figure 2019531675
ここで、ｇＬＰは送信機及び受信機において適用されるサブバンドローパスフィルタを表し、＊は線形畳み込みを表す。ゆえに、送信機及び受信機におけるフィルタリングされたパルスは、それぞれ、以下の式により与えられる：
Figure 2019531675
上述されたパルス整形によるＯＦＤＭと比較して、サブバンドフィルタリングは、それが制約されたフィルタ長に対して周波数ドメインにおいてより急峻な電力減衰を達成し得るという利点を有する。しかしながらこれは、フィルタリングによりもたらされるいくつかの歪みを犠牲にする。ゆえに、サブバンドフィルタリングの欠点は以下のように要約され得る：
ａ）（従来のＯＦＤＭにおけるように）送信及び受信フィルタのミスマッチがＳＮＲロスを誘発する。
ｂ）（従来のＯＦＤＭにおけるように）キャリア周波数オフセット又はドップラースプレッドのような周波数歪みに対してロバストでない。
ｃ）ローパスフィルタがさらなる歪みをもたらす。
要約すると、現在のＯＦＤＭシステム設計は、高品質５Ｇサービスを提供するために求められることになる性能特性を達成しない。
さらなる背景技術が以下を含む：
［１］ P. Jung and G. Wunder, “The WSSUS pulse design problem in multicarrier transmission,” IEEE Transactions on Communications, vol. 55, no. 10, pp. 1918-1928, 2007年10月
［２］ A. Antoniou, Digital Filters: Analysis, Design, and Applications, New York, NY: McGraw-Hill, 1993年
［３］ P. P. Vaidyanathan, “Multirate digital filters, filter banks, polyphase networks, and applications: a tutorial,” Proceedings of the IEEE, vol. 78, no. 1, pp. 56-93, 1990年1月
［４］ A. Oppenheim and R. Schafer, Discrete-Time Signal Processing. Englewood Cliffs, NJ, USA: Prentice-Hall, 1989年
［５］ B. Farhang-Boroujeny, “OFDM Versus Filter Bank Multicarrier”, IEEE Signal Processing Magazine, vol.28, no.3, pp.92-112, 2011年5月
［６］ Z. Zhao, M. Schellmann, Q. Wang, X. Gong et al., “Pulse shaped OFDM for asynchronous uplink access“, Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, Monterey, USA, 2015年11月
［７］ T. Wild, F. Schaich and Y. Chen, “5G Air Interface Design based on Universal Filtered. (UF-)OFDM”, International Conference on Digital Signal Processing (DSP), Hong Kong, 2014年8月
［８］ J. Abdoli, M. Jia and J. Ma, “Filtered OFDM: A new waveform for future wireless systems", IEEE SPAWC 2015, Stockholm, Sweden, 2015年6月
発明の実施例は、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア通信システムの受信機及び／又は送信機端におけるマルチキャリア信号の相互に関連づけられたパルス整形及びサブバンドフィルタリングを含む。パルス整形されフィルタリングされたマルチキャリアシステムは、良好なスペクトル包含、周波数歪みに対する高いロバスト性を提供し、サブバンドフィルタにより誘発される信号歪みを最小化する。
サブバンドフィルタと一方又は双方のパルス整形フィルタとは、以下でより詳細に説明されるように任意選択で反復的設計処理により、連帯的に設計され得る。
本発明のいくつかの実施例の一態様によれば、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置が提供される。装置は、送信パルス整形器及び送信サブバンドフィルタを含む。送信パルス整形器は、複数のデータパルスをそれぞれの送信パルス整形フィルタでフィルタリングする。データパルスの各々はそれぞれのキャリアに関連づけられる。送信サブバンドは、パルス整形されたデータパルスのサブバンドフィルタリングを実行する。サブバンドフィルタと送信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが相互に関連づけられる。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタは、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義され、送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び信号対干渉プラス雑音比（signal-to-interference-plus-noise ratio、ＳＩＮＲ）を最大化するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタは、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義され、送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び指定された性能尺度を最適化するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、必要なパルス整形フィルタ長で予め定義され、サブバンドフィルタは、少なくとも１つの予め定義された送信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに指定された帯域外放射（ＯＯＢＥ）を達成するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、必要なパルス整形フィルタ長で予め定義され、サブバンドフィルタは、少なくとも１つの予め定義された送信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと送信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、キャリアはＯＦＤＭサブバンド内のサブキャリアを含む。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタはローパスフィルタである。
発明のいくつかの実施例によれば、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置は、入力データをキャリア上へ変調するように適合された変調器をさらに含む。
発明のいくつかの実施例によれば、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置は、複数のデータ変調されたキャリアを複数のデータパルスに変換するように適合された逆周波数変換器をさらに含む。
発明のいくつかの実施例によれば、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置は、サブバンドフィルタリングされたデータパルスをＯＦＤＭ周波数バンドにアップコンバートするように適合されたアップコンバータをさらに含む。
本発明のいくつかの実施例の一態様によれば、マルチキャリア受信機においてデータ信号を処理する装置が提供される。装置は、受信サブバンドフィルタ及び受信パルス整形器を含む。受信サブバンドフィルタは、受信した信号をフィルタリングする。受信パルス整形器は、サブバンドフィルタリングされた信号内のキャリアをそれぞれの受信パルス整形フィルタでパルス整形する。サブバンドフィルタと受信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが相互に関連づけられる
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタは、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義され、受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）を最大化するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタは、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義され、受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び指定された性能尺度を最適化するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、必要なパルス整形フィルタ長で予め定義され、サブバンドフィルタは、少なくとも１つの予め定義された受信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに指定された帯域外放射（ＯＯＢＥ）を達成するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、必要なパルス整形フィルタ長で予め定義され、サブバンドフィルタは、少なくとも１つの予め定義された受信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、受信サブバンドフィルタはローパスフィルタである。
発明のいくつかの実施例によれば、マルチキャリア受信機においてデータ信号を処理する装置は、キャリア上へ変調されたそれぞれのデータを検出するように適合されたデジタル信号プロセッサをさらに含む。
発明のいくつかの実施例によれば、マルチキャリア受信機においてデータ信号を処理する装置は、ＯＦＤＭ信号をダウンコンバートすることにより受信信号を取得するように適合されたダウンコンバータをさらに含む。
本発明のいくつかの実施例の一態様によれば、マルチキャリア通信システムのためのフィルタ設計の方法が提供される。方法は、電子設計自動化システムを使用して実装される。方法は、
‐ 必要なサブバンド帯域幅、必要なサブバンドフィルタ長、及び必要なパルス整形フィルタ長を指定するステップと、
‐ 必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するサブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップであり、受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタのうち少なくとも１つが必要なパルス整形フィルタ長を有する、ステップと、
を含む。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップは、必要なパルス整形フィルタ長を有するように受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタの双方を設計するステップを含む。
発明のいくつかの実施例によれば、受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタは一致する。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップは、異なるそれぞれのパルス整形フィルタ長を有するように受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタの双方を設計するステップを含む。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップは、
‐ 必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するサブバンドフィルタを予め定義するステップと、
‐ 予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタのうち少なくとも１つに対して必要なパルス整形フィルタ長を取得するよう並びに信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）を最大化するように、受信及び送信パルス整形フィルタペアを設計するステップと、
を含む。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップは、
‐ 必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するサブバンドフィルタを予め定義するステップと、
‐ 予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタのうち少なくとも１つに対して必要なパルス整形フィルタ長を取得するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように、受信及び送信パルス整形フィルタペアを設計するステップと、
を含む。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップは、
‐ 受信及び送信パルス整形フィルタペアを予め定義するステップであり、受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタのうち少なくとも１つが必要なパルス整形フィルタ長を有する、ステップと、
‐ 予め定義された受信及び送信パルス整形フィルタペアに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を取得するよう並びに指定された帯域外放射（ＯＯＢＥ）を達成するように、サブバンドフィルタを設計するステップと、
を含む。
発明のいくつかの実施例によれば、発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップは、
‐ 受信及び送信パルス整形フィルタペアを予め定義するステップであり、受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタのうち少なくとも１つが必要なパルス整形フィルタ長を有する、ステップと、
‐ 予め定義された受信及び送信パルス整形フィルタペアに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を取得するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように、サブバンドフィルタを設計するステップと、
を含む。
発明のいくつかの実施例によれば、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとは、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される。
発明のいくつかの実施例によれば、方法は、
サブバンドフィルタとパルス整形フィルタペアとを、
‐ サブバンドフィルタのための現在の設計に基づき、必要なパルス整形フィルタ長を満たすよう及び第１の性能尺度を最適化するように受信及び送信パルス整形フィルタを再設計すること、及び
‐ パルス整形フィルタペアのための現在の設計に基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに第２の性能尺度を最適化するようにサブバンドフィルタを再設計すること、並びに
‐ サブバンドフィルタのための及び受信及び送信パルス整形フィルタペアのための設計を、フィルタ設計が収束したとき出力すること
により反復的に設計するステップ
をさらに含む。
発明のいくつかの実施例によれば、方法は、反復的設計の間、フィルタ設計で達成される信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）を増加させるようにパルス整形フィルタ長を調整するステップ、をさらに含む。
発明のいくつかの実施例によれば、方法は、反復的設計の間、フィルタ設計で達成されるＳＩＮＲを増加させるようにキャリア間隔及びシンボル持続時間のうち少なくとも１つを調整するステップ、をさらに含む。
発明のいくつかの実施例によれば、方法は、フィルタ設計が収束するのに失敗したとき、通信システムパラメータを調整し、反復的設計を再開するステップ、をさらに含む。
発明のいくつかの実施例によれば、第１の性能尺度はＳＩＮＲレベルを含み、第２の性能尺度はＯＯＢＥレベルを含む。
発明のいくつかの実施例によれば、マルチキャリア通信システムはＯＦＤＭ通信システムを含む。
別段定義されない限り、ここで用いられる全ての技術的及び／又は科学的用語は、発明の属する分野における当業者により一般に理解されるのと同じ意味を有する。ここで説明されるものと同様又は同等の方法及び材料が発明の実施例の実施又は評価において使用できるが、例示的な方法及び／又は材料が以下で説明される。衝突する場合、定義を含め特許明細書が統制することになる。さらに、材料、方法、及び例は例示に過ぎず、必ずしも限定的であることは意図されない。
発明のいくつかの実施例が、添付図面を参照して単に例としてここで説明される。次に図面を詳細に具体的に参照するが、図示される事項は例としてのものであり、発明の実施例の例示的議論を目的とすることが強調される。これに関し、図面と共に行われる説明は、発明の実施例が如何にして実施され得るかを当業者に明らかにする。
発明の実施例による、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置の簡略ブロック図である。 発明の例示的な実施例による、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置の簡略ブロック図である。 発明の実施例による、マルチキャリア受信機においてデータシンボルを処理する装置の簡略ブロック図である。 発明の実施例による、マルチキャリア通信システムのためのフィルタ設計の方法の簡略フローチャートである。 サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタとの連帯的設計を示す。 図５の例示的な設計処理のための対応する入力及び出力関係を示す。 図７Ａ及び図７Ｂは、従来のＯＦＤＭにおける時間ドメインパルス形状をパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭと比較する。 図７Ａ及び図７Ｂは、従来のＯＦＤＭにおける時間ドメインパルス形状をパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭと比較する。 図８Ａ及び図８Ｂは、サブバンドフィルタリングによるＯＦＤＭにおけるＯＯＢＥをパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭと比較する。 図８Ａ及び図８Ｂは、サブバンドフィルタリングによるＯＦＤＭにおけるＯＯＢＥをパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭと比較する。 図９Ａ及び図９Ｂは、サブバンドフィルタリングによるＯＦＤＭにおけるＳＩＮＲをパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭと比較する。 図９Ａ及び図９Ｂは、サブバンドフィルタリングによるＯＦＤＭにおけるＳＩＮＲをパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭと比較する。
本発明は、そのいくつかの実施例においてマルチキャリア５Ｇ通信システムに関し、排他的でないがより具体的には、直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplex、ＯＦＤＭ）５Ｇ通信システムに関する。
発明の実施例は、マルチキャリア通信においてパルス整形及びサブバンドフィルタリングを適用する。この手法は、送信機及び受信機それぞれにおけるパルス整形及びサブバンドフィルタリングを示す以下の式において提示される：
Figure 2019531675
ここで、ｇＴ及びｇＲは送信及び受信パルス形状であり、ｇＬＰはサブバンドフィルタを表す。
明確にするために、ここで提示されるいくつかの実施例は、ローパスサブバンドフィルタｇＬＰ（ｔ）を使用するベースバンドにおけるサブバンドフィルタリングの非限定的な実装を説明する。ローパスフィルタリングされた信号は、次いで、所望のサブバンドにシフトされ得る。
別の実施例において、サブバンドフィルタリングは異なる周波数バンド（すなわちベースバンドでない）で実行され、サブバンドフィルタはバンドパスフィルタとして実装される。任意選択で、パルス整形されたマルチキャリア信号は所望のサブバンド内で生成され、サブバンドフィルタでサブバンド周波数範囲でフィルタリングされる。
これらのフィルタリングされたパルス形状により、パルス整形され及びサブバンドフィルタリングされたマルチキャリア信号の、送信信号と受信機における推定されたデータ信号とは、
Figure 2019531675
 である。
任意選択で、サブバンドフィルタｇＬＰ（ｔ）と、パルス整形フィルタｇＴ（ｔ）及びｇＲ（ｔ）の一方又は双方とは、以下でより詳細に説明されるように連帯的に（jointly）設計される。フィルタを連帯的に設計することにより、フィルタリングされたサブバンド信号の良好なスペクトル包含を簡便に満たすと同時に、信号歪みに対するシステムのロバスト性を最適化することが可能である。
任意選択で、連帯的設計処理は反復的方法で実行される。例えば、パルス整形フィルタｇＴ及びｇＲのペアは、固定のサブバンドフィルタｇＬＰを条件として、信号歪みに対する所望のロバスト性のために設計されてもよい。その後、サブバンドフィルタは、パルス整形フィルタの設計されたペアを条件として最適化される。後の反復において、パルス整形フィルタｇＴ及びｇＲのペアは、サブバンドフィルタを条件として再設計される。この処理は、収束が達せられるまで反復され（reiterated）てもよい。
異なる性能尺度が、フィルタ設計を最適化するために使用されてもよい。例えば、ＳＩＮＲ（信号対雑音及び干渉比（signal to noise and interference ratio））が、パルス整形フィルタの最適化のための目的関数として使用するのに良好な尺度と考えられてもよく、なぜならばそれが、予期された動作環境においてシステム設計により引き起こされる信号歪みを、雑音に起因する劣化と共に反映するからである。しかしながら、サブバンドフィルタの設計については、ＯＯＢＥが好ましい性能尺度であり得、なぜならば、信号の側部下方ローブの抑制とゆえにそのスペクトル包含とが、ここで有意な関心事であるからである。
発明の少なくとも１つの実施例を詳細に説明する前に、発明はその用途において、以下の説明に明記され、かつ／あるいは図面及び／又は例に例示される、構成の詳細及びコンポーネントの配置及び／又は方法に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。発明は、他の実施例が可能であり、あるいは様々な方法で実施又は実行が可能である。
本発明は、システム、方法、及び／又はコンピュータプログラム製品でもよい。コンピュータプログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるコンピュータ読取可能プログラム命令を有したコンピュータ読取可能記憶媒体（又はメディア）を含んでもよい。
コンピュータ読取可能記憶媒体は、命令実行デバイスによる使用のための命令を保有及び記憶できる有形デバイスでもよい。コンピュータ読取可能記憶媒体は、例えば、これらに限られないが、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光学記憶デバイス、電磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、又は前述の任意の適切な組み合わせでもよい。コンピュータ読取可能記憶媒体のより具体的な例の非排他的リストは、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（random access memory、ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（read-only memory、ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読取専用メモリ（erasable programmable read-only memory、ＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリ）、静的ランダムアクセスメモリ（static random access memory、ＳＲＡＭ）、ポータブルコンパクトディスク読取専用メモリ（portable compact disc read-only memory、ＣＤ‐ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（digital versatile disk、ＤＶＤ）、メモリスティック、フロッピーディスク、パンチカード又は命令を記録した溝内の隆起構造などの機械的符号化デバイス、及び前述の任意の適切な組み合わせを含む。ここで用いられるコンピュータ読取可能記憶デバイスは、電波若しくは他の自由に伝搬する電磁波、導波管若しくは他の送信媒体を通じて伝搬する電磁波（例えば、光ファイバケーブルを通過する光パルス）、又はワイヤを通じて送信される電気信号などの一時的信号自体であると見なされるべきではない。
ここで説明されるコンピュータ読取可能プログラム命令は、コンピュータ読取可能記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、あるいは、ネットワーク、例えば、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、及び／又は無線ネットワークを介して外部のコンピュータ又は外部の記憶デバイスにダウンロードできる。ネットワークは、銅送信ケーブル、光送信ファイバ、無線送信、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ、及び／又はエッジサーバを含んでもよい。各々のコンピューティング／処理デバイスにおけるネットワークアダプタカード又はネットワークインターフェースが、ネットワークからコンピュータ読取可能プログラム命令を受信し、それぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ読取可能記憶媒体における記憶のためにコンピュータ読取可能プログラム命令を転送する。
本発明の動作を実行するコンピュータ読取可能プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（instruction-set-architecture、ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、ステート設定データ、又は、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語と「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語とを含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれたソースコード若しくはオブジェクトコードのいずれかでもよい。コンピュータ読取可能プログラム命令は、全体的にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上及び部分的にリモートのコンピュータ上で、又は全体的にリモートのコンピュータ若しくはサーバ上で実行してもよい。後者のシナリオにおいて、リモートのコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを通じてユーザのコンピュータに接続されてもよく、あるいは、接続は、外部のコンピュータに対して（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを通じて）行われてもよい。いくつかの実施例において、例えば、プログラム可能論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field-programmable gate arrays、ＦＰＧＡ）、又はプログラマブル論理アレイ（programmable logic arrays、ＰＬＡ）を含む電子回路が、本発明の態様を実行するために、コンピュータ読取可能プログラム命令のステート情報を利用することによりコンピュータ読取可能プログラム命令を実行して電子回路をパーソナライズしてもよい。
本発明の態様は、発明の実施例による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート例示及び／又はブロック図を参照してここで説明される。フローチャート例示及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート例示及び／又はブロック図内のブロックの組み合わせは、コンピュータ読取可能プログラム命令により実装できることが理解されるであろう。
これらコンピュータ読取可能プログラム命令は、汎用コンピュータ、特別なコンピュータ、又はマシンを生じる他のプログラム可能データ処理装置に提供されてもよく、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令は、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロック内に指定された機能／動作を実装する手段を作り出す。これらコンピュータ読取可能プログラム命令はまた、コンピュータ、プログラム可能データ処理装置、及び／又は他のデバイスに特定の方法で機能するように指示できるコンピュータ読取可能記憶媒体に記憶されてもよく、それにより、命令を記憶したコンピュータ読取可能記憶媒体は、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロック内に指定された機能／動作の態様を実装する命令を含む製造品を含む。
コンピュータ読取可能プログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、及び／又は他のデバイスにロードされて一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラム可能装置、又は他のデバイス上で実行させてコンピュータ実装処理を生じてもよく、それにより、コンピュータ、他のプログラム可能装置、又は他のデバイス上で実行する命令は、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロック内に指定された機能／動作を実装する。
図面におけるフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施例によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性、及び動作を示す。これに関し、フローチャート又はブロック図内の各ブロックは、モジュール、セグメント、又は命令の一部を表すことがあり、これは、指定された論理機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を含む。いくつかの代替的な実装において、ブロック内に記される機能は図面内に記される順序以外で発生し得る。例えば、関与する機能性に依存して、連続して図示される２つのブロックが実際には実質的に同時に実行されることがあり、あるいは、該ブロックが時に反対の順序で実行されることがある。ブロック図及び／又はフローチャート例示の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフローチャート例示におけるブロックの組み合わせは、指定された機能又は動作を実行し、あるいは特別目的ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせを実行する、特別目的ハードウェアに基づくシステムにより実装できることがさらに留意されるであろう。
［送信装置］
次に図１が参照され、図１は、発明の実施例による、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置の簡略ブロック図である。送信装置１００は、送信パルス整形器１１０及び送信サブバンドフィルタ１２０を含む。任意選択で、送信装置はＯＦＤＭ通信システムの一部であり、キャリアはＯＦＤＭサブバンド内のサブキャリアである。
送信パルス整形器１１０は、データパルスをそれぞれの送信パルス整形フィルタでフィルタリングする。データパルスの各々は、マルチキャリア信号のそれぞれのキャリアに関連づけられる。任意選択で、送信パルス整形器１１０は、これらに限られないがＣＰの追加及び／又は「オーバーラップ及び追加（overlap and add）」処理（これは、連続したＯＦＤＭ送信シンボルがある程度オーバーラップすることになる場合に適用される）を含む、さらなる動作を実行する。
送信サブバンドフィルタ１２０は、送信パルス整形器１１０により出力されたパルス整形されたデータパルスのサブバンドフィルタリングを実行する。
サブバンドフィルタと送信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが相互に関連づけられる。任意選択で、この相関は、以下でより詳細に説明されるように連帯的設計処理により取得される。
いくつかの実施例において、サブバンドフィルタは時間ドメインにおいて実現される。別の実施例において、サブバンドフィルタは周波数ドメインにおいて実現される。任意選択で、送信サブバンドフィルタはローパスフィルタである。
任意的な実施例が、サブバンドフィルタと送信パルス整形フィルタ（又は複数フィルタ）との間の相関を異なる方法で取得する。これら方法は、これらに限られないが以下を含む：
Ａ）サブバンドフィルタが、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義される。送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び少なくとも１つの指定された性能尺度を最適化するように設計される。さらに、任意選択で、指定された性能尺度を最適化することは、信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）を最大化することを含む。
Ｂ）送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、それぞれの必要なパルス整形フィルタ長で予め定義される。サブバンドフィルタが、予め定義された送信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに少なくとも１つの指定された性能尺度を最適化するように設計される。さらに、任意選択で、指定された性能尺度を最適化することは、指定された帯域外放射（ＯＯＢＥ）を達成することを含む。
Ｃ）サブバンドフィルタと送信パルス整形フィルタの１つ以上とが、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される。
ここで用いられるとき、用語「指定された性能尺度」は、（受信及び／又は送信される）信号自体の、及び／又は通信システム（送信及び／又は受信端）の特性に関連した１つ以上のパラメータを意味する。
用語「最適化する」は、所望のレベル（例えば、設計目標）に対して性能尺度のレベルを向上させるために設計パラメータを変更することを意味する。最適化は典型的に、所与のシステム条件に制約される。
任意選択で、パルス整形は並列多相フィルタリングにより実装され、サブバンドフィルタリングは高速畳み込みにより実装され、典型的に低い実装コストにつながる。
別の任意的な実装において、拡張ＦＦＴが、すべてのそのフィルタ末尾（filter tails）を含むパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭシンボルの長さ全体に及ぶ。この場合、すべてのフィルタリング動作（パルス整形及びサブバンドフィルタリング）が周波数ドメインにおいて実装され得る。
双方の場合において、受信機は対応する方法で実現され得る。
送信装置１００は、これらに限られないが以下を含む１つ以上のさらなる要素を任意選択で含む：
Ａ）入力データをキャリア上へ（例えばＯＦＤＭサブキャリア上へ）変調する変調器、
Ｂ）データ変調されたキャリアを送信パルス整形器１１０への入力のために時間ドメインデータパルスに変換する逆周波数変換器（inverse frequency transformer、ＩＦＦＴ）。さらに、任意選択で、大きいサイズのＩＦＦＴが、オーバーサンプリングされた周波数ドメイン信号の効率的な変換を可能にするために使用される（例えば、整数オーバーサンプリング係数を使用し、したがって整数係数によりＩＦＦＴブロックを増加させる）。
Ｃ）サブバンドフィルタリングされたデータパルスをＯＦＤＭ周波数バンドにアップコンバートするアップコンバータ。任意選択で、さらなる信号処理が、アップコンバージョンの前に送信サブバンドフィルタ１２０の出力に適用される。
次に図２が参照され、図２は、発明の例示的な実施例による、マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置の簡略ブロック図である。
周波数ドメインにおけるサブキャリア上のデータ変調されたキャリアsm,lが、逆フーリエ変換器（inverse Fourier transformer、ＩＦＦＴ）２１０により合計される（added up）。これらは次いで、パルス整形２２０及びサブバンドフィルタリング２４０を受ける。
パルス整形動作は、ＩＦＦＴ２１０により生成された時間ドメインＯＦＤＭデータシンボルに適用される。図２の例示的な実施例において、サブバンドフィルタリングは、Ｐ／Ｓ２３０による並列対直列コンバージョンの後、連結されたパルス整形されたＯＦＤＭデータシンボルに適用される。
任意選択で、パルス整形は、ＣＰの可能な追加及び／又は「オーバーラップ及び追加」処理を含み、これは、連続したＯＦＤＭ送信シンボルがある程度オーバーラップすることになる場合に適用される。
［受信装置］
次に図３が参照され、図３は、発明の実施例による、マルチキャリア受信機においてデータシンボルを処理する装置の簡略ブロック図である。受信装置３００は、受信サブバンドフィルタ３１０及び受信パルス整形器３２０を含む。任意選択で、受信装置はＯＦＤＭ通信システムの一部であり、キャリアはＯＦＤＭサブバンド内のサブキャリアである。
受信サブバンドフィルタ３１０は、受信した信号をフィルタリングする。受信パルス整形器３２０は、サブバンドフィルタリングされた信号内のパルス整形されたキャリアをそれぞれの受信パルス整形フィルタでフィルタリングする。
サブバンドフィルタと受信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが相互に関連づけられる。任意選択で、この相関は、送信装置について上述された処理と同様の連帯的設計処理により取得される。これら方法は、これらに限られないが以下を含む：
Ａ）サブバンドフィルタが、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義される。受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び少なくとも１つの指定された性能尺度を最適化するように設計される。さらに、任意選択で、指定された性能尺度を最適化することは、信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）を最大化することを含む。
Ｂ）受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、必要なパルス整形フィルタ長で予め定義される。サブバンドフィルタが、予め定義された受信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに少なくとも１つの指定された性能尺度を最適化するように設計される。さらに、任意選択で、指定された性能尺度を最適化することは、指定された帯域外放射（ＯＯＢＥ）を達成することを含む。
Ｃ）サブバンドフィルタと受信パルス整形フィルタの１つ以上とが、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される。
受信装置３００は、これらに限られないが以下を含む１つ以上のさらなる要素を任意選択で含む：
Ａ）キャリア上へ変調されたそれぞれのデータを検出するデジタル信号プロセッサ、
Ｂ）ＯＦＤＭ信号をダウンコンバートすることにより受信信号を取得するように適合されたダウンコンバータ。
［サブバンド及びパルス整形フィルタの連帯的設計］
いくつかの実施例において、双方の手法により提供される属性から最大利益を達成するために、パルス整形フィルタとサブバンドフィルタとが連帯的に設計される。ゆえに、ローパスフィルタリングされたサブバンド信号の良好なスペクトル包含を簡便に満たすと同時に、信号歪みに対するシステムの最適なロバスト性を達成し得る。任意選択で、連帯的設計は反復的方法で実行される（例えば、先ず、パルス整形フィルタｇＴ及びｇＲのペアが、固定のサブバンドフィルタｇＬＰを条件として、信号歪みに対する所望のロバスト性に関して最適化され、その後、サブバンドフィルタが、パルス整形フィルタのこのペアを条件として最適化される）。任意選択で、この処理は、収束が達せられるまで反復される。
次に図４が参照され、図４は、発明の実施例による、マルチキャリア通信システムのためのフィルタ設計の方法の簡略フローチャートである。任意選択で、フィルタ設計方法は、電子設計自動化システムを使用して実行される。
４００において、サブバンドフィルタ及びパルス整形フィルタのための要件が指定される。任意選択で、これら要件は以下を含む：
ａ）サブバンドフィルタのための必要なサブバンド帯域幅、
ｂ）サブバンドフィルタのための必要なサブバンドフィルタ長、及び
ｃ）受信及び送信パルス整形フィルタの一方又は双方のための必要なパルス整形フィルタ長。
４１０において、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するサブバンドフィルタと、必要なパルス整形フィルタ長を有する受信及び送信パルス整形フィルタペアとが、連帯的に設計される。
用語「受信及び送信パルス整形フィルタペア」は、受信パルス整形フィルタ及び送信パルス整形フィルタを含む。任意選択で、受信及び送信パルス整形フィルタは一致し、双方が同じフィルタ長を有する。代替的に、受信及び送信パルス整形フィルタは一致せず、２つのフィルタについてそれぞれのフィルタ長が指定される。
任意選択で、連帯的設計は、サブバンドフィルタか又は受信及び送信パルス整形フィルタペアかのいずれかを予め定義することにより開始する。次いで、予め定義されたフィルタに基づき他のフィルタが設計される。
任意選択で、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとは、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される。
任意選択で、サブバンドフィルタ及びパルス整形フィルタは反復的に設計される。さらに、任意選択で、最も最近設計されたタイプのフィルタが、他のタイプのフィルタを再設計するための基礎として使用される。例えば、サブバンドフィルタが設計（又は再設計）された後、パルス整形フィルタペアが現在のサブバンドフィルタ設計に基づき再設計される。次いで、サブバンドフィルタが、現在のパルス整形フィルタペア設計に基づき再設計される。
サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとの設計は、フィルタ設計が収束したとき出力される。
任意選択で、反復は、予め定義されたサブバンドフィルタと共に開始する。代替的に、反復は、少なくとも１つの予め定義されたパルス整形フィルタ（すなわち、受信及び／又は送信）と共に開始する。
サブバンドフィルタ及びパルス整形フィルタペアは、当該分野で知られる任意の手段により予め定義され、かつ／あるいは設計される。
任意選択で、フィルタ設計が収束するのに失敗し、かつ／あるいは所望のターゲット性能を達成しないとき、通信システム要件及び／又は性能尺度及び／又はフィルタ要件が変更され、反復的設計処理が再開される。尺度及び要件の調整は、収束が最終的に達成されるまで実行され得る。
フィルタ設計処理の任意的な実施例が、以下のうち一方又は双方を含む：
１）送信機及び受信機における異なるサブバンドフィルタの使用、及び
２）サブバンドフィルタによりもたらされる歪みを補償するための、送信機及び受信機における各サブキャリアのスケーリング（すなわち、各サブキャリア信号の、適切なスケーリング係数との乗算）。
次に図５が参照され、図５は、方法の例示的な実施例による、サブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタとの連帯的設計を示す。図５の例示的な処理の対応する入力及び出力関係が図６に示される。
システムの適切な規模決定について、先ず、基本的なフィルタ要件が指定される。これらフィルタ要件は、パルス整形フィルタのためのシンボル持続時間Ｔ、サブキャリア間隔Ｆ、及びフィルタ長ＬＰＳ、並びにサブバンドローパスフィルタのためのフィルタ長ＬＬＰである。パラメータＴ、Ｆ、及びＬＰＳは、パルス整形フィルタの設計に影響し、動作のシナリオにおいて予期される一般的システム要件及び信号条件（例えば、チャネル条件又は損なわれた同期）から通常推論される。
一致したフィルタ設計がターゲット化されない場合、フィルタ長は、送信機で及び受信機で使用されるフィルタについて異なり得ることが留意される。これと反対に、サブバンドフィルタの設計は典型的にパラメータＬＬＰに専ら依存し、これは、ＯＯＢＥの所望の抑制レベル（すなわち、スペクトル包含）に基づき選択されてもよい。
パルス整形フィルタの最適化について、ＳＩＮＲは典型的に良好な性能尺度であり、なぜならばそれが、予期された動作環境においてシステム設計により引き起こされる信号歪みを、雑音に起因する劣化と共に反映するからである。サブバンドフィルタ設計の最適化について、使用される性能尺度はＯＯＢＥであり、なぜならば、信号の側部下方ローブの抑制とゆえにそのスペクトル包含とが、有意な関心事であるからである。
これら要件及び性能尺度に基づき、フィルタのための連帯的最適化処理が以下のように行われる：
１．長さ制約ＬＬＰを満たす所与の帯域幅ＢＬＰの予め定義されたサブバンドフィルタｇＬＰと共に開始する。
２．フィルタ長制約ＬＰＳを満たすパルス形状ｇＴ及びｇＲのペアを、
ａ．サブバンドフィルタｇＬＰ、
ｂ．チャネル散乱関数（channel scattering functions）により表されるチャネル統計のような環境条件、及び
ｃ．動作ＳＮＲ
を条件として、全体ＳＩＮＲを最大化する目的で最適化する。
３．長さ制約ＬＬＰを満たす帯域幅ＢＬＰのサブバンドフィルタｇＬＰを、
ａ．ステップ２で取得されるパルス整形フィルタのペア
を条件として、所望のＯＯＢＥレベルを達成する目的で最適化する。
４．新しいサブバンドフィルタｇＬＰと共に、ステップ２に戻り、フィルタの収束が達成されるまで最適化処理を反復する。
別法として、連帯的設計処理は、パルス整形フィルタｇＴ及びｇＲの予め定義されたペアと共に開始される。この場合、サブバンドフィルタｇＬＰはステップ２において最適化されることになり、パルス整形フィルタはステップ３において更新されることになる。
パルス整形フィルタの最適化について、所与のチャネル統計についてＳＩＮＲを最大化するために送信及び受信フィルタの交互の最適化を実行するように、［１］における手法のような手法が適用されてもよい。これは、各ステップにおいて固定されて保たれるパルス整形フィルタにさらなるサブバンドフィルタを適用することにより、ここで説明されるパルス整形されフィルタリングされたマルチキャリアシステムに拡張され得る。サブバンドフィルタの最適化について、等リップルフィルタ又はドルフ・チェビシェフウィンドウ処理（Dolph-Chebycheff windowing）［２］などの標準的なフィルタ設計ツールが使用されてもよい。
任意選択で、最適化処理の完了の後、所望のターゲットＳＩＮＲが満たせない場合、基本的なシステムパラメータＴ、Ｆ、ＬＰＳ、及びＬＬＰの１つ以上が全体的ＳＩＮＲ条件を向上させるように調整されてもよく、次いで、反復的最適化処理が再実行されてもよい。
［パルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭの信号特徴の例］
図７Ａ〜図９Ｂは、２５％のＣＰオーバヘッド、ＳＮＲ＝１０ｄＢ、及びサブバンドを構成する２４個のサブキャリアの、従来のＯＦＤＭに対してパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭの向上した信号特徴を示すグラフである。
パルス形状及びローパスサブバンドフィルタが上述された方法に基づき数値的に設計され、次いで、電力スペクトル密度及びＳＩＮＲが数値的に解析された。
次に、図７Ａ及び図７Ｂが参照され、図７Ａ及び図７Ｂは、従来のＯＦＤＭにおける（方形パルス形状での）送信機及び受信機で使用される時間ドメインパルス形状の比較を示し、（最適化されたパルス整形フィルタでの）パルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭについて、図７Ａ及び図７Ｂは以下を示す：
‐ 最適化された送信／受信フィルタは、ＯＦＤＭと対照的に、一致する。
‐ サブバンドフィルタは、時間においてかなり十分に局所化されている。
次に、図８Ａ及び図８Ｂが参照され、図８Ａ及び図８Ｂは、パルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭについてかなり低いＯＯＢＥを示し：
‐ サブバンドフィルタリング有りのＯＦＤＭは、方形パルス形状に起因してわずかにより悪い。
‐ ＯＦＤＭ又はパルス整形単体では大幅に悪い。
次に、図９Ａ及び図９Ｂが参照され、図９Ａ及び図９Ｂは、パルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭについて向上したＳＩＮＲを示す：
‐ ＣＰ内の遅延について最大１ｄＢの利得（周波数オフセットについて同様）。
‐ パルス整形がサブバンドエッジにおける歪みを大幅に低減する。
要約すると、発明の実施例は、フィルタリングされたＯＦＤＭ及びＦＭＴ／ＦＭＢＣと比較されたとき有意な利点を証明する。標準的なフィルタリングされたＯＦＤＭと比較されたときのパルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭの利点は、以下を含む：
‐ 一致した送信／受信フィルタに起因して、より高いＳＩＮＲが取得され得る。
‐ 二重分散チャネルに対するより良好なロバスト性。
‐ サブバンドフィルタによりもたらされる歪みに対するより良好なロバスト性。
ＦＭＴ／ＦＭＢＣと比較した利点は、以下を含む：
‐ より低い帯域外放射（ＯＯＢＥ）。
‐ ＳＩＮＲとＯＯＢＥとを別個に取り扱うことによる簡素化されたフィルタ設計。
‐ 所与のＯＯＢＥマスクに対するより短いフィルタインパルス応答。
ＯＦＤＭに対して開発されたすべてのアルゴリズムが、パルス整形されフィルタリングされたＯＦＤＭに直接適用されてもよく、なぜならば、ＯＦＤＭ互換性が十分に維持されるからである。こうしたアルゴリズムは、これらに限られないが、同期及びチャネル推定並びにＭＩＭＯ検出及びプリコーディング（空間時間（space-time）符号を含む）を含む。
上述された方法は、集積回路チップのファブリケーションで使用される。
図面におけるフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施例によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性、及び動作を示す。これに関し、フローチャート又はブロック図内の各ブロックは、モジュール、セグメント、又は命令の一部を表すことがあり、これは、指定された論理機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を含む。いくつかの代替的な実装において、ブロック内に記される機能は図面内に記される順序以外で発生し得ることがさらに留意されるべきである。例えば、関与する機能性に依存して、連続して図示される２つのブロックが実際には実質的に同時に実行されることがあり、あるいは、該ブロックが時に反対の順序で実行されることがある。ブロック図及び／又はフローチャート例示の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフローチャート例示におけるブロックの組み合わせは、指定された機能若しくは動作又は特別目的ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせを実行する特別目的ハードウェアに基づくシステムにより実装できることがさらに留意されるであろう。
本発明の様々な実施例の説明は例示の目的で提示されており、開示された実施例に対して排他的である又は限定されることは意図されない。多くの変更及び変形が、説明された実施例の主旨及び範囲から逸脱することなく当業者に明らかになるであろう。ここで用いられた用語は、実施例の原理、実際的適用、又は市場で見られる技術に対する技術向上を最も良く説明するよう、あるいは当業者がここで開示された実施例を理解できるように選択された。
この出願から満了する特許の存続期間中、多くの関連するマルチキャリア信号、サブバンドフィルタ、パルス整形フィルタ、フィルタを設計する方法、フィルタ設計のための性能尺度、システム要件、受信機、及び送信機が開発されるであろうことが予期され、用語のマルチキャリア信号、マルチキャリアシステム、サブバンドフィルタ、パルス整形フィルタ、フィルタ設計の方法、性能尺度、システム要件、受信機装置、及び送信機装置の範囲は、すべてのこうした新しい技術を先験的に含むことが意図される。
用語「含む」、「含んでいる」、「含める」、「含めている」、「有する」、及びこれらの活用形は、「含むがこれらに限られない」ことを意味する。この用語は、「を含む」及び「を本質的に含む」を包含する。
フレーズ「を本質的に含む」は、組成又は方法がさらなる成分及び／又はステップを含み得ることを意味するが、さらなる成分及び／又はステップが請求された組成又は方法の基本及び新規の特性を実質的に変更しない場合に限る。
ここで用いられるとき、単数形「一の」及び「その」は、文脈が別段明示しない限り、複数の参照を含む。例えば、用語「化合物」又は「少なくとも１つの化合物」は、その混合物を含む複数の化合物を含み得る。単語「例示的」はここでは、「例、インスタンス、又は例示の役割を果たす」ことを意味するために用いられる。「例示的」として説明されたいかなる実施例も、必ずしも他の実施例に対して好適又は有利と見なされ、あるいは他の実施例からの特徴の組み込みを除外するべきでない。
単語「任意選択で」はここでは、「いくつかの実施例において提供され、他の実施例において提供されない」ことを意味するために用いられる。発明のいかなる特定の実施例も、複数の「任意的な」特徴が衝突しない限りこうした特徴を含み得る。
この出願を通して、この発明の様々な実施例が範囲形式で提示され得る。範囲形式の説明は簡便さ及び簡潔さのために過ぎず、発明の範囲に対する柔軟性のない限定と見なされるべきでないことが理解されるべきである。したがって、範囲の説明は、具体的に開示されるすべての可能なサブ範囲、及びその範囲内の個々の数値を有すると考えられるべきである。例えば、１から６までなどの範囲の説明は、１から３まで、１から４まで、１から５まで、２から４まで、２から６まで、３から６までなどの具体的に開示されるサブ範囲、及びその範囲内の個々の数、例えば、１、２、３、４、５、及び６を有すると考えられるべきである。これは、範囲の幅にかかわらず適用される。
数値範囲がここで示されるときはいつでも、それは示された範囲内の任意の引用される数（分数及び整数）を含むことが意図される。フレーズの、第１指示数と第２指示数と「の間に及んでいる／及ぶ」、並びに第１指示数「から」第２指示数「に及んでいる／及ぶ」は、ここでは置き換え可能に用いられ、第１及び第２の指示された数とこれらの間のすべての分数及び整数とを含むことが意図される。
明確さのため、別個の実施例の文脈で説明された発明の特定の特徴が、単一の実施例において組み合わせてさらに提供されてもよいことが十分理解される。逆に、簡潔さのため、単一の実施例の文脈で説明された発明の様々な特徴が、別個に、又は任意の適切なサブコンビネーションで、又は発明の任意の他の説明された実施例中で適切なようにさらに提供されてもよい。様々な実施例の文脈で説明された特定の特徴は、実施例がこれら要素なしに動作しなくない限り、これら実施例の必須の特徴と考えられるべきでない。
発明がその具体的な実施例と関連して説明されたが、多くの代替、変更、及び変形が当業者に明らかになることが明白である。したがって、それは別記の特許請求の範囲の主旨及び広い範囲内に入るすべてのこうした代替、変更、及び変形を包含することが意図される。
この明細書で言及されるすべての公報、特許、及び特許出願はここで、各個々の公報、特許、又は特許出願がここで参照により援用されるよう具体的及び個々に示された場合と同じ程度に、その全体を参照により明細書に援用される。さらに、この出願におけるいかなる参考文献の引用又は識別も、こうした参考文献が本発明に対する従来技術として利用可能であるという自認とはみなされないものとする。セクション見出しが用いられる限りでは、これらは必ずしも限定的と見なされるべきでない。

Claims (15)

  1. マルチキャリア送信機においてデータシンボルを処理する装置であって、
    複数のデータパルスをそれぞれの送信パルス整形フィルタでフィルタリングするように適合された送信パルス整形器であって、前記データパルスの各々はそれぞれのキャリアに関連づけられる、送信パルス整形器と、
    前記送信パルス整形器に関連づけられ、前記パルス整形されたデータパルスのサブバンドフィルタリングを実行するように適合された送信サブバンドフィルタと、
    を含み、
    前記サブバンドフィルタと前記送信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが相互に関連づけられる、装置。
  2. 前記サブバンドフィルタは、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義され、前記送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、前記予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び指定された性能尺度を最適化するように設計される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記送信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、必要なパルス整形フィルタ長で予め定義され、前記サブバンドフィルタは、前記少なくとも１つの予め定義された送信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように設計される、請求項１に記載の装置。
  4. 前記サブバンドフィルタと前記送信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される、請求項１に記載の装置。
  5. マルチキャリア受信機においてデータ信号を処理する装置であって、
    受信した信号をサブバンドフィルタリングするように適合された受信サブバンドフィルタと、
    前記受信サブバンドフィルタに関連づけられ、前記サブバンドフィルタリングされた信号内のキャリアをそれぞれの受信パルス整形フィルタでパルス整形するように適合された受信パルス整形器と、
    を含み、
    前記サブバンドフィルタと前記受信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが相互に関連づけられる、装置。
  6. 前記サブバンドフィルタは、必要なサブバンド帯域幅及び必要なサブバンドフィルタ長で予め定義され、前記受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、前記予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、必要なパルス整形フィルタ長を有するよう及び指定された性能尺度を最適化するように設計される、請求項５に記載の装置。
  7. 前記受信パルス整形フィルタの少なくとも１つが、必要なパルス整形フィルタ長で予め定義され、前記サブバンドフィルタは、前記少なくとも１つの予め定義された受信パルス整形フィルタに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように設計される、請求項５に記載の装置。
  8. 前記サブバンドフィルタと前記受信パルス整形フィルタの少なくとも１つとが、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される、請求項５に記載の装置。
  9. マルチキャリア通信システムのためのフィルタ設計の方法であって、
    電子設計自動化システムを使用するステップと、
    必要なサブバンド帯域幅、必要なサブバンドフィルタ長、及び必要なパルス整形フィルタ長を指定するステップと、
    前記必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するサブバンドフィルタと受信及び送信パルス整形フィルタペアとを連帯的に設計するステップであり、前記受信パルス整形フィルタ及び前記送信パルス整形フィルタのうち少なくとも１つが前記必要なパルス整形フィルタ長を有する、ステップと、
    を含む方法。
  10. 前記連帯的に設計するステップは、前記必要なパルス整形フィルタ長を有するように前記受信パルス整形フィルタ及び前記送信パルス整形フィルタの双方を設計するステップを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記連帯的に設計するステップは、
    前記必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するサブバンドフィルタを予め定義するステップと、
    前記予め定義されたサブバンドフィルタに基づき、前記受信パルス整形フィルタ及び前記送信パルス整形フィルタのうち前記少なくとも１つに対して前記必要なパルス整形フィルタ長を取得するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように、前記受信及び送信パルス整形フィルタペアを設計するステップと、
    を含む、請求項９乃至１０のうちいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記連帯的に設計するステップは、
    受信及び送信パルス整形フィルタペアを予め定義するステップであり、前記受信パルス整形フィルタ及び前記送信パルス整形フィルタのうち少なくとも１つが前記必要なパルス整形フィルタ長を有する、ステップと、
    前記予め定義された受信及び送信パルス整形フィルタペアに基づき、必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を取得するよう並びに指定された性能尺度を最適化するように、前記サブバンドフィルタを設計するステップと、
    を含む、請求項９乃至１０のうちいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記サブバンドフィルタと前記受信及び送信パルス整形フィルタペアとは、指定された性能尺度を最適化するように連帯的に設計される、請求項９乃至１０のうちいずれか１項に記載の方法。
  14. 前記サブバンドフィルタと前記パルス整形フィルタペアとを、
    前記サブバンドフィルタのための現在の設計に基づき、前記必要なパルス整形フィルタ長を満たすよう及び第１の性能尺度を最適化するように前記受信及び送信パルス整形フィルタを再設計すること、及び
    前記パルス整形フィルタペアのための現在の設計に基づき、前記必要なサブバンド帯域幅及びサブバンドフィルタ長を有するよう並びに第２の性能尺度を最適化するように前記サブバンドフィルタを再設計すること、並びに
    前記サブバンドフィルタのための及び前記受信及び送信パルス整形フィルタペアのための前記設計を、前記フィルタ設計が収束したとき出力すること
    により反復的に設計するステップ
    をさらに含む請求項９に記載の方法。
  15. 前記フィルタ設計が収束するのに失敗したとき、通信システムパラメータを調整し、前記反復的設計を再開するステップ
    をさらに含む請求項１４に記載の方法。
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