JP2023539310A - Paprを低下させるための位相オフセットポーラコンステレーションを用いた電気通信方法及び対応するデバイス - Google Patents

Paprを低下させるための位相オフセットポーラコンステレーションを用いた電気通信方法及び対応するデバイス Download PDF

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Abstract

本発明は、送信されたマルチキャリアシンボルのPAPRを低下させるための点のこれらの変調されたブロックのうちの1つの少なくとも1つの位相回転ベクトルの制御(Ct_PAPR)を用いてブロック(IFFT)で変調されるポーラコンステレーションの点から構築されるマルチキャリアシンボル(Xofdm)の送信を用いた電気通信方法に関する。

Description

本発明は、電気通信の分野に関する。この分野の中で、本発明は、より詳細には、そのPAPRが制限される無線信号(6G、5G、Wi-Fiなど)の送信を伴うデジタル通信に関する。
それは、特に、送信の周波数帯域が1ギガヘルツを超えて拡張する規格(6Gなど)と互換性がある、アクセスポイント及びポータブル電気通信デバイスに適用可能である。
デジタル通信は、図1に示されるような周知の信号処理モジュールを使用するデジタル送信チェーンを採用する。
従来のチェーンが、図1に概略的に示されている。このチェーンは、バイナリソースから入力データBitを受信し、バイナリデータは、例えば、オーディオ信号(音声)、マルチメディア信号(テレビジョンストリーム、インターネットストリーム)などを表している。入力データは、エラー訂正符号化器COD(例えば、ターボ符号、LDPC、ポーラ符号)によって符号化される。インタリーバENTは、符号化データをインタリーブする。信号バイナリ符号化器MAPは、コンステレーション(BPSK、QPSK、mQAMなど)の1つの点に符号語などのバイナリデータパケットを変換する。この符号化器は、マッパーとも呼ばれ、マッパーがコンステレーションの点に入力データをマッピングすると等価的に言える。このマッパーの出力は、入力データがマッピングされたコンステレーションのシンボルから構成され、又は等価的にはデータ出力を指定するときにマッピングされたデータが参照される。mQAM(QAMは、直交振幅変調の頭字語である)という表現におけるmは、変調次数を指定することに留意されたい。図2は、従来の16QAM変調を示す。信号バイナリ符号化器は、チャネル符号化器(誤り訂正符号化器)によって送出されたバイナリデータが、所与のコンステレーションに従って2軸平面上に投影されること、又は言い換えるとマッピングされることを可能にする。コンステレーションの各点は、1つ又は複数のビットから形成された1つのパケットを移送する。例えば、BPSK、QPSK、又はmQAMコンステレーションにマッピングするとき、所与のコンステレーションの点にマッピングされ得るビットの数は、以下の通りである。
- BPSKの場合、1ビット
- QPSK又は4QAMの場合、2ビット
- 8QAMの場合、3ビット
- 16QAMの場合、4ビット、など
マッピングされたデータは、マルチキャリアシンボルを生成するために、マルチキャリア変調器MODによって変調される。変調器の出力は、無線信号を送信することを目的として、送信機の電力増幅器に供給される。
マルチキャリア変調方式の中で、OFDM変調(OFDMは直交周波数分割多重の頭字語である)は、DAB、DVBT、ADSL、4G、及び5Gなどの様々な規格で採用されているため、ベンチマーク変調方式になっている。
このOFDM変調の固有の利点は、前述の規格におけるその成功を保証している。これらの利点の中で、シングルキャリア変調が採用されるときよりも拡散が少ないスペクトル、チャネル時間分散に対する堅牢性、及び受信端のキャリア毎に1つの係数を用いた簡単な等化(即ち、ZF等化、ZFは、ゼロフォーシングの頭字語である)について言及が行われ得る。
図3は、OFDM変調を実施する変調器の出力を示す。そのようなOFDM変調器は、逆フーリエ変換(IFFT)を用いて実現されることが多い。OFDMシンボルの様々なキャリアは、データパケットがマッピングされたコンステレーションの点を用いて変調される。キャリア間の周波数間隔は、1/tであり、tはOFDMシンボル区間である。区間のガードインターバルΔは、2つの連続するOFDMシンボルsymb間に挿入される。このガードインターバルによって、概して空気であるチャネル上の無線送信の間に発生する多重反射によって引き起こされるエコーをハンドリングすることが可能となる。このインターバルは、(送信機と受信機との間の)システムの、いわゆる最初の粗い時間同期を行うために使用され得る。それは、したがって、受信端で、受信した無線信号が復調される前にFFTウィンドウが配置されることを可能にし得る。FFT受信端を適用することによって、送信端に適用されたIFFTが反転されることが可能となり、即ち、受信したOFDMシンボルが復調されることが可能となる。
その構造の結果として、(全てのマルチキャリア変調のように)OFDM変調は、大きく、且つ送信機の電力増幅器の正しい動作に有害であり得るピークを生成する。これらのピークは、信号のピーク対平均電力比(PAPR)を定義する。
PAPRは、時間ドメインのマルチキャリア信号x(t)の2乗を信号の平均電力で割ったものの最大値である。
図4は、16QAM変調の点で変調された2048のキャリアから構成されるOFDM変調から生じる時間ドメイン信号のPAPRを示す。この信号の平均PAPRは、約9.2dBである。
PAPRを低下させるために、部分系列伝送(PTS)と呼ばれる技術を用いることが知られている。PTSは、OFDMサブブロックの位相全体を修正する。しかしながら、この技術は、OFDMサブブロックの位相のこの修正を訂正するために位相情報が受信機に送信されることを必要とし、これによって、無線システムのスペクトル効率又は信号の正味スループットが低下する。
さらに、送信周波数が高くなるほど発振器における欠陥が大きくなり、それらに加えて受信機の移動に関連するドップラー効果に起因した位相変動をもたらす。
したがって、状況が改善されることを可能にする電気通信方法、特に、送信の周波数帯域が1ギガヘルツを超えて拡張し、位相変動に対する堅牢性に関する制約がある、将来の規格(6Gなど)に対する必要性がある。
本発明の1つの主題は、ポーラコンステレーションの点から構築されたマルチキャリアシンボルの送信を伴う電気通信方法であり、上記点は、送信されたマルチキャリアシンボルのPAPRを低下させるために、変調された点のこれらのブロックのうちの1つの少なくとも1つの位相回転ベクトルの制御を用いて変調されたブロックである。
本発明に係るポーラコンステレーションは、ポーラ座標と言われる、2つの軸を有する表現に関するポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標が、am+1=a+p、p>0且つpが実数で、コンステレーションの振幅間隔であるように決定される、M個の点のセットを含む。
マルチキャリアシンボルのPAPRを低下させるための、回転ベクトルを用いてキャリアにマッピングされた点の1つ又は複数への位相回転又は位相シフトの適用は、この位相シフトに関するいかなる情報も受信機に送信することなく、方法に従って実現される。さらに、この送信される情報がないことに関わらず、受信機は、有利なことに、コンステレーションの受信した点を曖昧性なく判定することが可能である。具体的には、ポーラコンステレーションは、ある量までの位相シフトが適応されることを可能にし、その量は、所与の円上のコンステレーションの点の数によって決定される。
本発明に係る電気通信方法は、様々な点に使用される位相値の定義を通して位相変動に関する様々な制約に対処することを可能にする。この方法は、したがって非常に柔軟であり、位相制約に応じて適合可能である。
使用されるコンステレーションによって、発振器の欠陥によって生じる位相変動に対するシステムの堅牢性が、特に6GHzを超える高周波数において向上することが可能となる。
さらに、本発明に係る電気通信方法は、パラメタ化可能であり得る区間の値の修正を通して振幅の変動(雑音)に関する様々な制約に対処することを可能にする。この方法は、したがって非常に柔軟であり、ノイズ制約に応じて適合可能である。
本発明の1つの主題によれば、電気通信方法は、
- ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われる前記コンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含むコンステレーションの点に、マッパーを介して入力データをマッピングすることと、
- K個の変調器による、コンステレーションの点のブロック変調であって、これらの点が、K個のシンボルを生成するためにK個の変調器に入力され、K≧2である、ブロック変調と、
- マルチキャリアシンボルを取得するための、加算器によるK個のシンボルの第1の加算、及び初期PAPRと言われるマルチキャリアシンボルのPAPRの判定と、
- 位相シフトシンボルと言われるK個のシンボルを生成するための、位相シフタによるK個のシンボルの少なくとも1つの、位相回転角度θの位相回転と、
- 新たなマルチキャリアシンボルを取得するための、加算器によるK個の位相シフトシンボルの第2の加算と、
- 初期PAPRと新たなマルチキャリアシンボルのPAPRとの比較であって、最低PAPRが初期PAPRになる、比較と、
- 最低PAPRのマルチキャリアシンボルの送信と、
を含む。
一実施形態によれば、変調は、逆フーリエ変換によって実施される。
逆フーリエ変換は、周波数ドメインが、効率的且つ簡単に時間ドメインに変換され、OFDMシンボルが取得されることを可能にする。
一実施形態によれば、位相回転、第2の加算、及び比較は、複数の異なる位相回転ベクトルに対して反復的に実行される。
反復処理の間、複数の異なる位相回転値の使用によって、最低PAPRを与える回転ベクトルを対象にすることが可能となる。
一実施形態によれば、様々な位相回転ベクトルに対する反復は、複数のシンボルに対して反復される。コンステレーションは、ポーラ形式a×ejφm、m=1、...、M-1で表される座標が、am+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われるコンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、方法は、2つの軸が象限を画定し、ポーラ座標が、象限毎にam+1=a+p、
と決定されるようになる。
この実施形態は、高変調次数を用いてパイロットなしでもスループットに対する増大する要求を満たすことを可能にし、所与の円上の点の数を4に制限することによって、最大π/2に及び得る位相変動を吸収することを可能にする。
一実施形態によれば、M=16、p=1であり、且つ象限毎に、φ=α×π/12で、αは自然数である。
この実施形態は、得られるシンボルが従来の復調器によって復調され得るため、特に有利である。従来の復調器は、象限の4点が正方形に分散されている従来の16QAM変調のために設計された復調器と互換性がある。
一実施形態によれば、象限毎に、φm+1=φ
である。
この実施形態に係るポーラコンステレーションは、象限毎に定義され、点の位相が象限内で同一であるという特性を有する様々な象限間で再現される。この実施形態は、中間変調次数を用いてパイロットなしでもスループットに対する増大する要求を満たすことを可能にすると同時に、所与の円上の点の数を4に制限することによって最大π/2に及び得る位相変動を吸収することを可能にする。
一実施形態によれば、コンステレーションは、ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われるコンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、方法は、2つの軸が象限を画定し、ポーラ座標が、2つの象限のセット毎にam+1=a+p、
と決定されるようになる。
この実施形態は、高変調次数を用いてパイロットなしでもスループットに対する増大する要求を満たすことを可能にすると同時に、所与の円上の点の数を2に制限することによって最大πに及び得る位相変動を吸収することを可能にする。
一実施形態によれば、合わせた2つの象限毎に、φm+1=φ
である。
この実施形態に係るポーラコンステレーションは、2つの象限のブロック毎に定義され、点の位相がブロック内で同一であるという特性を有するこれらの2つのブロック間で再現される。
一実施形態によれば、コンステレーションは、ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われるコンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、方法は、ポーラ座標がφm+1=φ+p’=φ+p””×πで、p””が0でない実数となるようにさらに決定されるようになる。
このモードは、全ての象限上で、即ち2πにわたって定義される、即ち、4象限が1つであると考えられる、スパイラルコンステレーションと言われるコンステレーションを使用する。方法のこの実施形態は、コンステレーションの任意の点上に最大2πにわたり得る位相変動をもたらすことを可能にする。方法では、位相回転情報は受信機に送信されないが、コンステレーションが任意の位相回転(最大2π)が吸収されることを可能にするため、受信機は、それでもなお受信したコンステレーション点を曖昧性なしで判定することが可能である。
このような実施形態は、多くの位相雑音に直面するシステムに特に適しており、それは、テラヘルツ帯域で通信が行われる場合である。具体的には、これらの周波数において、発振器は、多くの位相雑音を示す。スパイラルコンステレーションは、雑音に対する良好な耐性及び位相変動に対する良好な耐性の両方を得ることを可能にし、したがって、テラヘルツ領域における通信に特に有利である。
この実施形態は、コンステレーションの点の全てが同一位相を有する実施形態と同程度位相変動に対して堅牢であるが、加えて、それは有利なことに、コンステレーションの点の最小ユークリッド距離を増加させる。
一実施形態によれば、コンステレーションが、ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われるコンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、方法は、m=0、...、M-1に対してφ=φであるようになる。
この実施形態に係るポーラコンステレーションは、2つの近隣点間に一定振幅間隔を有する同一位相を全てが有する点を含む。この種のポーラコンステレーションは、位相変動、即ち最大2πの位相変動に対する高耐性を有するが、雑音に対しては比較的低耐性を有する。
本発明の別の主題は、受信方法であって、受信方法は、
- マルチキャリアシンボルを表す無線信号の受信と、
- コンステレーションの点を推定するための、マルチキャリアシンボルの復調器(DEMOD)による復調と、
- これらのコンステレーション点にマッピングされたデータを推定するための、デマッパ(DEMAP)によるコンステレーション点のデマッピングであって、コンステレーションは、ポーラ座標と言われる、2つの軸を有する表現に関するポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標が、am+1=a+p、p>0且つpが正の実数で、コンステレーションICIの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含む、デマッピングと、
を含む。
本発明は、さらに電気通信機器に関し、電気通信機器は、
- コンステレーションの点に入力データをマッピングするためのマッパーであって、コンステレーションが、ポーラ座標と言われる、4つの象限を画定する2つの軸を有する表現に関するポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、コンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含む、マッパーと、
- コンステレーションの点をブロック変調するため、且つK≧2であるK個のシンボルを生成するための、K個の変調器と、
- マルチキャリアシンボルを取得するためにK個のシンボルを加算するための第1の複素加算器と、
- 初期PAPRと言われる、マルチキャリアシンボルのPAPRを計算するためのコンピュータと、
- 位相シフトシンボルと言われるK個のシンボルを生成するためにK個のシンボルの少なくとも1つの位相を位相回転ベクトルだけシフトするための位相シフタと、
- 新たなマルチキャリアシンボルを取得するためにK個の位相シフトシンボルを加算するための第2の複素加算器と
- 初期PAPRと新たなマルチキャリアシンボルのPAPRとを比較するためのコンピュータであって、最低PAPRが初期PAPRになる、コンピュータと、
- 最低PAPRのマルチキャリアシンボルを送信するための送信機と、
を含む。
本発明は、さらに電気通信機器に関し、電気通信機器は、
- マルチキャリアシンボルを表す無線信号を受信するための受信機と、
- マルチキャリアシンボルを復調し、コンステレーションの点を推定するための復調器であって、コンステレーションが、ポーラ座標と言われる、4つの象限を画定する2つの軸を有する表現に関するポーラ形式a×ejφm、m=1、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、コンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含む、復調器と、
- コンステレーションの点をデマッピングし、これらのコンステレーション点にマッピングされたデータを推定するためのデマッパと、
を含む。
提案される発明は、このように、複数の目的が達成されることを可能にする。
- ポーラコンステレーションの点のブロック変調によるPAPRの制限、その後のこれらの変調されたブロックの1つ又は複数の位相回転の適用
- 6GHzを超える高周波数における、発振器の欠陥によって生じる位相変動に対するシステムの堅牢性の向上
- いわゆる低コストシステムの固有品質の改善
- 受信機/送信機の移動によって主に引き起こされるドップラーシフトに対する変調器及び復調器の堅牢性の改善
得られる改善の全てによって、高周波数において、特に、ミリメートル(テラヘルツ)帯域及びそれ以上において、マルチキャリアシステムの使用が可能となる。
簡単な例示的且つ非限定的な例として与えられる以下の実施形態の説明及び添付図面を読むと、本発明の他の特徴及び利点がより明確に明らかとなる。
先行技術による送信端ベースバンド処理チェーンを示す図である。 従来の16QAMコンステレーションの表現である。 OFDMシンボルの従来の時間周波数表現である。 キャリアの10%だけが使用されるOFDM変調器を用いた従来の送信端ベースバンドチェーンによって送出されるOFDM信号の時間ドメイン表現である。 本発明に係る方法において採用可能なポーラコンステレーションの第1の構成の実軸X(I)及び虚軸Y(Q)に対する表現である。 図5に示される変調の点に適用可能な位相変動の一実施例の例示である。 本発明に係る方法において採用可能なポーラコンステレーションの第2の構成の実軸X(I)及び虚軸Y(Q)に対する表現である。 図7に示される変調の点に適用可能な最大位相変動を概略的に示す。 対応するデバイスによる、本発明に係る方法の実施態様を示すブロック図である。 本発明に係る低下方法なしで得られるCCDF値の曲線、及び120キャリアのブロックを用いた本発明に係る低下方法で得られるCCDF値の曲線を示す。 本発明に係る低下方法なしで得られるCCDF値の曲線、及び12キャリアのブロックを用いた本発明に係る低下方法で得られるCCDF値の曲線を示す。 本発明に係る電気通信方法を実施することが可能な、本発明に係る機器の簡略化された構造の図である。 本発明に係る受信方法を実施することが可能な、本発明に係る機器の簡略化された構造の図である。
本発明の背後にある一般原理は、円の間に一定間隔pを有する同心円上にM個の点が分散される、ポーラコンステレーションに入力データをマッピングすることであり、次いでマルチキャリアシンボルを形成するための加算の前にコンステレーションの点のマルチキャリアブロック変調及びブロックの位相の制御された回転を実行することである。変調は、NIFFTサブキャリアを採用する。変調は、NIFFTサブキャリアのK個の変調器によってブロックで実行される。変調器の各出力又はブロックは、ブロックが共に加えられる前に位相回転ベクトルで位相シフトされ得る。ブロックから生じるシンボルの位相回転後の複素加算から生じるマルチキャリアシンボルのPAPRは、異なる位相回転で得られるマルチキャリアシンボルのPAPRと比較される。比較は、様々な位相回転値に対して繰り返され得る。最低PAPRのシンボルのみが選択され、送信される。
本発明に係るポーラコンステレーション
間隔pは、ゼロではない正の実数である。コンステレーションの点は、したがって、少なくとも2つの別個の円にわたって分散される。M個の点は、ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標を有し、それは、ポーラ座標と言われ、4つの象限を画定する2つの軸を有する表現に関し、am+1=a+pという制約を有する。aは、ある点の振幅であり、φは、この点の位相である。Mは、変調の次数である。
例えば、16QAM変調は、次数M=16を有する。
コンステレーションは、コンステレーションのポーラ形式での表現に関して考慮される象限毎の各円上に多くとも1つの点があるという特性を有する。コンステレーションがサイズ2πの象限、即ち象限[0-2π[に対して決定されるとき、円毎に多くとも1つの点がある。コンステレーションがサイズπの象限毎、即ち象限[0,π[及び[π,0[、又は
及び
に対して決定されるとき、半円毎に多くとも1つの点がある。コンステレーションがサイズπ/2の象限毎、即ち象限[0,π/2[、[π/2,π[、
、及び
に対して決定されるとき、4分の1円毎に多くとも1つの点がある。
コンステレーションの点のポーラ座標に対応する正規化前のデカルト座標(x,y)が、以下の形式で表現され得る。
=a・cos(φ)、y=a・sin(φ)、φ∈[0,2π[とともに、インターバルのサイズがp=1であるように設定され、且つ最初の点の振幅が、1に等しいと考えられる場合、
=1、且つam+1=a+1である。
様々なシンボルへのマッピング中又はマッピングの終わりに、正規化係数を適用することが一般的である。正規化係数「F」は、コンステレーションの点間の間隔及び変調次数Mに依存する。これらの条件下で、それは、式
によって与えられる。
正規化演算は、当業者には周知の演算であり、よってそれについてはさらに説明しない。
図5は、本発明に従って用いられるポーラコンステレーションの第1の構成を示しており、その構成は、スパイラル構成と呼ばれる。この第1の構成は、点が象限[0-2π[にわたって分散されるという特性を有する。図示される構成は、次数M=16のコンステレーションに対応する。各点は、座標a×ejφm、a=(m+1)×p、m=0、...、15と、2つの連続する点、即ち2つの連続する円上の点間に決定された間隔を有する位相φ、例えばπ/4の一定間隔でφm+1=φ+π/4である位相φと、を有する。ゆえに、例示されていない構成とは異なり、位相φは、一定のままではなく、連続する点間で変化する。この第1の構成は、受信したコンステレーション点の振幅の検出のみに基づいて受信端の復調が実行され得るため、位相変動に関して特に有利である。送信機と受信機との間の送信中のいかなる位相変動も、復調に影響を及ぼさない。
以下の表は、グレイ符号を採用する第1の構成(図5に示される)に係るポーラコンステレーションの点に、バイナリ入力データがマッピングされ得る方法の、考えられる1つの例である。変調次数は、M=16であり、このコンステレーションの点の振幅間隔は、p=1であり、位相は、π/4の倍数である。
図6は、複数の連続するOFDMシンボルにわたって上で定義されたコンステレーションを用いた送信機と受信機との間の周波数偏差の結果を示す。図6は、スパイラル変調と呼ばれる変調の点に適用可能な位相変動の一例を示し、スパイラル変調は図5に示され、正しい復調を得ることに関しては依然として許容可能である。この「スパイラル」構造によって、システムの送信機と受信機との間の位相の大きな変動に耐えることが可能となる。この実施形態は、テラヘルツで動作するシステムに特に適しており、それによって多くの位相雑音が、不十分な発振器性能に起因して発生する。
図7は、本発明に従って用いられるポーラコンステレーションの第2の構成を示す。このコンステレーションは、次数M=16である。それは、点のパターンが4つの象限間で再現され、各象限が[0,π/2[を表すという特性を有する。象限の各点は、座標a×ejφm、a=(m+1)×p、
、M=16を有する。よって、象限毎に、同心円毎に点が1つだけ存在し、決定された基準に従って、例えば、2点間にπ/8の一定間隔を有して、又は同一象限において最も離れた円上の2点間にゼロの間隔を有して、点mの位相φが選択される。この第2のモードは、放射された点間の最小距離が大きいため、加算性白色ガウス雑音に対して堅牢である。この第2の実施形態の例示された例によれば、位相φは、π/12の倍数であり、より詳細には、φ=φ=π/2、φ=π/12、且つφ=5π/12である。例示されるこの第2の実施形態は、OFDM/16QAM変調を復調することが可能な多くの既存のOFDM復調器と互換性があるため、非常に有利である。具体的には、象限毎に、点は、図2に示されるような従来の16QAMコンステレーションの点に近い。
図8は、受信端で正しい復調を取得することと依然として互換性がある、送信端で図7に示される変調の点に適用可能な位相変動の最大量を示す。この最大量の制限範囲内、即ち、位相変動が送信された点の位相に関する制限+π/4内にある限り、受信機は、送信機と受信機との間の位相変動に関わらず受信した変調点を曖昧性なしで復調することが可能である。
図9のブロック図は、対応するデバイスによる本発明に係る方法の一実施形態の実施態様を示す。
シンボルバイナリ符号化器MAPは、当業者に既知の従来技術を用いてコンステレーションの複素点に入力バイナリデータパケット、例えば、マルチメディア通信のデータのバイナリ符号語を変換(マッピング)する。本発明によれば、コンステレーションは、ポーラコンステレーションである。
取得したコンステレーションの点は、次いで、K個の変調器MOD、MOD、MODに入力され、例示では、変調されたブロック-K=3である。Kは構成可能である。コンステレーション点は、各点がNIFFTサブキャリアの等価な変調器の異なるサブキャリアを用いて変調されるようにK個の変調器に入力される。K個の変調器のそれぞれが、従来はNIFFTサブキャリアの逆フーリエ変換IFFTによって、周波数時間変換を実行して、N個の時間ドメインサンプルのマルチキャリアシンボルを生成し、N=NIFFTである。
n∈[0,N-1]の時間インデックスn毎に、K個の変調器のK個の出力nの第1の加算器ADD[1}による複素加算は、加算の前に位相回転がないときのNIFFTサブキャリアの等価な変調器によって取得されるものと同一の、マルチキャリアシンボルRefofdmの時間ドメインサンプル
を与える。
これらのシンボルと互いの複素加算の前のK個の変調器の出力シンボルの1つ又は複数に対する位相回転ベクトルの影響は、コントローラCt_PAPRによって評価される。
コントローラCt_PAPRは、K個の変調器のN個の出力、及びマルチキャリアシンボルRefofdmのN個のサンプルRefofdm[n]のそれぞれを入力として受信する。
コントローラCt_PAPRは、それ自体が現在の基準マルチキャリアシンボルxofdm_auxに対する初期値としての役割をする、マルチキャリアシンボルRefofdmのPAPRを判定し、それは、初期PAPRと呼ばれる。
コントローラCt_PAPRは、少なくとも1つの位相回転ベクトルθ[1]、θ[2]、θ[3]を決定し、それをK個の変調器によって放出されるシンボルのうちの少なくとも1つに適用する。よって、K個の変調器に入力されるコンステレーションの点の全てが、位相回転θ[1]、θ[2]、及びθ[3]をそれぞれ受ける。様々な位相回転ベクトルθ[1]、θ[2]、θ[3]は、異なる値を有してもよく、又は実際にいくつか又は全てが同一であってもよい。
コントローラCt_PAPRは、加算器に入力されるシンボルのうちの少なくとも1つの回転後に、シンボルのサンプルnの第2の加算器ADD[2}による複素加算から生じるマルチキャリアシンボルxofdm_iのPAPRを、現在の基準xofdm_auxのPAPRと比較する。出力マルチキャリアシンボルxofdmは、最低PAPRを有する2つの入力マルチキャリアシンボルのものである。より低いPAPRのこのマルチキャリアシンボルxofdmは、新たな現在の基準マルチキャリアシンボルxofdm_auxになる。
比較は、L回の反復の反復的方法を用いて様々な位相回転ベクトルに対して繰り返されてもよく、Lは構成可能である。反復が終わると、最低PAPRのマルチキャリアシンボルのみが送信される。
位相回転ベクトルを用いてコンステレーションの点に適用される位相回転は、値θmaxによって境界付けされ、それは構成可能である。
実施態様の1つのモードによれば、各変調器は、逆フーリエ変換を実施する。取得されたマルチキャリアシンボルは、OFDMシンボルと言われる。
ブロックIFFT(逆フーリエ変換の実施態様)によって送出される時間ドメイン信号のサンプルnが示される:
kはIFFTブロックのインデックスで、k∈[0:K-1]であり、Kは、IFFTブロックの総数であり、nは、時間インデックスで、n∈[0:N-1]である。N=NIFFTは、逆フーリエ変換IFFTのサイズである。
基準OFDMシンボルRefofdmは、時間インデックス「n」に対して以下のように書かれる。
方法は、初期PAPRと言われる、参照OFDMシンボルRefofdmのPAPRを評価する。
方法の1つの特定の反復的実施形態は、以下のように実行され得る。
・初期化
〇全体回転角度ベクトルの初期化:θG[k]=0、k∈[0:K-1]
〇現在の基準OFDMシンボルの初期化:xodfm_aux=Refofdm
〇PAPR=初期PAPR
・方法の反復数LのループNo.1
〇ブロックKの数のループNo.2:k∈[0:K-1]
□位相回転角度θ[k]の初期化で、θ[k]∈[-θmax/2:θmax/2]であり、θmaxは、ブロック「k」についての弧度の位相変動の最大範囲である
□位相増分Δθでテストされる位相回転θ[k]の数PのループNo.3
・ブロック「k」のための複素回転ベクトルは、
と書かれ、変数「j」は、虚数単位である。
・n∈[0:N-1]の場合に、新たなOFDMシンボルxofdmのサンプル[n]がこのように取得される。
・新たなOFDMシンボルxofdmのPAPR値の計算
・このPAPR値が前の値より良い場合、回転角度をメモリ内へ記憶、θopt[k]=θ[k]で示される、新たなPAPRをメモリ内へ記憶
・全体回転角度の新たな値θG[k]+θopt[k]が決定された最大閾値を超える場合:θG[k]+θopt[k]が≧θmaxである場合、ループNo.3を抜ける
・全体回転角度の更新:θG[k]=θG[k]+θopt[k]
・θ[k]=θ[k]+Δθ
・n∈[0:N-1]の場合に
□ループNo.3の終了
□回転角度θopt[k]が「0」とは異なる場合、n∈[0:N-1]の場合の新たなOFDMシンボルのサンプル[n]、が、当該のブロックkについてのこの角度θopt[k]で更新される。
の更新
〇ループNo.2の終了
・ループNo.1の終了
・新たなマルチキャリアシンボル:
の送信。
非常に複雑でない一実施形態によれば、反復数L=1であり、K個のブロックのセットのうちの数ブロックのみがループNo.2において考慮され、単一の回転角度±θが、PAPRの改善をテストするためにループNo.3において使用される。
一実施形態によれば、方法は、スクランブラを用いてコンステレーション点をスクランブルする。このスクランブルは、マッパーMAPによるマッピング後且つK個の変調器による変調前に、周波数ドメインにおいて実行される。このスクランブルは、PAPRを低下させることを可能にし、PAPRは、ポーラコンステレーションの構築の結果として、QAMコンステレーションを用いて得られたものより大きい。例えば、スクランブラは、レジスタXを用いて以下の関係p(n)=X11+X+1に従うシーケンスp(n)を実施する、1に初期化された一連のシフトレジスタであってもよい。レジスタ入力に入力されるデータd(n)に適用されるスクランブル関数は、
(n)=d(n)*Pseudo(n)
Pseudo(n)=2*p(n)-1
スクランブルが送信端で使用される場合、同一であるが逆スクランブル関数が、受信端で使用されなければならない。
PAPR低下に関する性能は、CCDF(相補累積分布関数)を測定することによって査定される。この測定のために2つの式がある。
2つ目(2)は、本発明に従って得られるPAPR低下に関する性能を示すために使用される。
性能は、1200ペイロードキャリアを有する2048点のFFTを採用する送信端デバイスを用いて査定され、その他のキャリアは、nullである。受信端では、1504ビットのデュオバイナリターボ符号復号器及び8回の反復が復号に使用された。
図10は、本発明に係る低下方法なしで得られるCCDF値の曲線、及び本発明に係る低下方法で得られるCCDF値の曲線を示す。後者の曲線を得るために、本発明に係る低下方法は、120キャリアのブロック、したがって、10IFFTから生じる10ブロック、単一反復L=1、及び単一回転角度値±θを用いて実施された。
図11は、本発明に係る低下方法なしで得られるCCDF値の曲線、及び本発明に係る低下方法で得られるCCDF値の曲線を示す。後者の曲線を得るために、本発明に係る低下方法は、4G-LTEのブロック(リソースブロック)に関して12キャリアのブロックで実施された。
図10及び図11のそれぞれの曲線の比較は、本発明で得られるPAPRの低下に関する改善を示している。
図10及び図11の本発明に係る曲線の比較は、ブロック数の増加によって、PAPRの低下が増大することが可能となるという事実を示している。
本発明に係る電気通信方法を実施することが可能な、本発明に係る機器の一実施形態の簡略化された構造が、図12に示される。この機器DEV_Eは、関係なく基地局又はモバイル端末であってもよい。
機器DEV_Eは、マイクロプロセッサμPを含み、その動作は、プログラムPgの実行によって制御され、プログラムPgの命令は、発明に係る電気通信方法が実施されることを可能にする。機器DEV_Eは、マッパーMAP、OFDM変調器MOD、PAPRリミッタCt-PAPR、送信機EM、及びバッファメモリを含むメモリMemをさらに含む。OFDM変調器MODは、図9の図に示されるように、従来、複数の逆フーリエ変換IFFTを採用する。
初期化時に、プログラムPgのコード命令は、例えば、プロセッサμPによって実行される前にバッファメモリMem内にロードされる。マイクロプロセッサμPは、様々なコンポーネント、マッパーMAP、K個の変調器MOD、MOD、MOD、PAPRリミッタCt-PAPR、及び送信機EMを制御する。
機器の構成は、少なくとも変調の次数、コンステレーションの間隔p、aの値、反復回数L、最大回転角度θmax、(IFFT)ブロックの数Kを構成することを含む。変調の次数は、点の数Mを決定する。
このように、命令を実行することによって、マイクロプロセッサμPは、
- am+1=a+p、p>0であるように、コンステレーションの点のポーラ座標a×ejφm、m=0、...M-1を決定する
- 入力データパケットDATAに対して、様々なコンポーネントを制御する
・ マッパーMAPは、コンステレーションの点にデータDATAをマッピングする
・ K個の変調器MOD、MOD、MODは、様々なキャリアにマッピングされたデータを変調して、K個のシンボルを生成する
・ 複素加算器は、K個のシンボルを加算して、基準Refが初期化されたOFDMシンボルを取得する
・ PAPRリミッタCt-PAPRは、K個の変調器(インデックスkのK個のブロック)から出力されたシンボルに適用される回転角度θG[k]を決定して、送信されるOFDMシンボルを取得し、送信されるOFDMシンボルは、新たに決定された各回転角度についての更新されるRefとの比較による、より低いPAPRの取得されたOFDMシンボルを有する最低PAPRを有する
・ 送信機EMが、最低PAPRのOFDMシンボルを表す無線信号を送信する。
本発明に係る受信方法を実施することが可能な、本発明に係る機器の一実施形態の簡略化された構造が、図13に示される。この機器DEV_Rは、関係なく基地局又はモバイル端末であってもよい。
機器DEV_Rは、マイクロプロセッサμPを含み、その動作は、プログラムPgの実行によって制御され、プログラムPgの命令は、本発明に係る受信方法が実施されることを可能にする。機器DEV_Rは、デマッパDEMAP、OFDM復調器DEMOD、受信機RE、及びバッファメモリを含むメモリMemをさらに含む。
初期化時に、プログラムPgのコード命令は、例えば、プロセッサμPによって実行される前にバッファメモリMem内にロードされる。マイクロプロセッサμPは、様々なコンポーネント、デマッパDEMAP、復調器DEMOD、及び受信機REを制御する。
一実施形態によれば、復調器DEMODは、2段階復調を実施して、加算性白色ガウス雑音に関するポーラコンステレーションの相対的な欠点と戦う。第1の段階では、復調器DEMODは、受信したOFDMシンボルについての共通位相誤差を査定し、それに従ってOFDMシンボルを訂正する。第2の段階では、復調器DEMODは、QAMコンステレーションと同様にLLR計算(LLRは、対数尤度比の頭字語である)を用いて従来の方法でコンステレーション点を復調する。従来、復調器は、フーリエ変換FFTを採用する。デマッパDEMAPは、マッパーMAPの逆演算を実行する。
機器の構成は、変調の次数、コンステレーションの間隔、aの値を少なくとも構成することを含む。変調の次数は、点の数Mを決定する。
このように、命令を実行することによって、マイクロプロセッサμPは、
- am+1=a+p、p>0であるように、コンステレーションの点のポーラ座標a×ejφm、m=0、...M-1を決定する
- 様々なコンポーネントを以下のように制御する
・ 受信機REがOFDMシンボルを表す無線信号を受信する
・ 復調器DEMODが、連続するOFDMシンボルを復調して、様々なキャリアにマッピングされたコンステレーションの点を推定する
・ デマッパDEMAPがコンステレーションの点をデマッピングして、データDATAを推定する。
機器DEV_Rは、本発明に係る方法の一実施形態に従って送信された無線信号を受信し、受信した点
の振幅を推定することによって、受信したコンステレーション点を復調し得る。
及びbは、チャネルX及びY上に投影される加算性白色ガウス雑音である。
コンステレーションが既知であるため、象限において円毎に多くとも1つの点があると仮定すると、複数の象限が送信端でコンステレーションを定義するために採用されたとすれば、その位置において不確実性があるとしても、機器DEV_Rはそれによって、振幅に基づいて受信した点を決定することが可能である。
受信した点の振幅を推定した後、機器DEV_Rは、軸X(I)及びY(Q)上に投影された推定された点を送信された点と比較することによって、位相誤差を推定し得る。共通位相誤差は、発振器おける変動及び/又はドップラーシフトから主に生じる。
OFDMキャリア毎、即ち、キャリアを変調したコンステレーションの点毎に行われる様々な位相誤差推定を合計することによって、機器DEV_Rは、位相誤差推定を改善することが可能であり、よって、放射された点の推定に対する白色雑音の影響を低下させることが可能である。
Lは位相変動を推定するために使用されるOFDMキャリアの数である。
共通位相誤差が推定されると、機器DEV_Rは、OFDMシンボルを変調するコンステレーション点の全てを訂正し得る。この訂正は、周波数ドメインにおいて、即ちIFFT復調の後、且つ時間ドメインにおいて、即ちIFFT復調の前の両方において行われ得る。時間ドメインにおける訂正を行うことによって、位相回転から生じるキャリア間の干渉を減少させることが可能である。
位相誤差の決定は、復調誤差が減少されることを可能にする。
受信端の訂正電力は、ポーラコンステレーションの構造に直接的に関連する。例えば、1つの象限に限定されるポーラコンステレーションの場合、最大位相回転が±π/4であり、スパイラルコンステレーションの場合、制限は±πである。PAPRを低下させるために位相回転を制限することは、ドップラーシフトによって、又は発振器の位相雑音によって生じる位相変動を査定し続けることも可能にする。
結果として、本発明は、また、本発明を実施するのに適当な1つ又は複数のコンピュータプログラム、特に、データ媒体上又はデータ媒体内のコンピュータプログラムにも適用する。このプログラムは、任意のプログラミング言語を用いてもよく、ソースコード、オブジェクトコード、若しくはソースコードとオブジェクトコードとの間のコード中間物、特にコンパイル済み形態のコードなどの形態、又は本発明に係る方法を実施するのに望ましい任意の他の形態を取ってもよい。
データ媒体は、プログラムを記憶することが可能な任意のエンティティ又はデバイスであってもよい。例えば、媒体は、ROM、例えばCD-ROM若しくはマイクロ電子回路ROMなどの記憶手段、又は例えば、USBキー若しくはハードディスクなどの磁気記録手段を含んでもよい。
さらに、データ媒体は、電気若しくは光ケーブルを介して、無線で、又は他の手段でルートされ得る電気信号又は光信号などの伝送媒体であってもよい。本発明に係るプログラムは、特に、インターネットなどのネットワークからダウンロードされてもよい。
代替として、データ媒体は、プログラムが組み込まれた集積回路であってもよく、回路は、当該方法を実行するように、又は当該方法の実行において使用されるように構成される。
1 電気通信方法
ADD 加算器
Bit 入力データ
COD エラー訂正符号化器
Ct_PAPR コントローラ
d,n データ
symb OFDMシンボル
x,t マルチキャリア信号
Xofdm マルチキャリアシンボル
xofdm_aux 基準マルチキャリアシンボル
Δ ガードインターバル
Δθ 位相増分
θ 位相回転角度
θG 回転角度
θmax 最大回転角度
θopt 回転角度
μP マイクロプロセッサ

Claims (16)

  1. ポーラコンステレーションの点から構築されたマルチキャリアシンボルの送信を伴う電気通信方法(1)であって、前記点が、送信された前記マルチキャリアシンボルのPAPRを低下させるために、変調された点のこれらのブロックのうちの1つの少なくとも1つの位相回転ベクトルの制御を用いて少なくとも2つのマルチキャリア変調器によって変調されたブロックである、電気通信方法(1)。
  2. - ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われるコンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含む前記コンステレーションの点に、マッパー(MAP)を介して入力データをマッピングすることと、
    - K個のマルチキャリア変調器(MOD)による、前記コンステレーションの前記点のブロック変調であって、前記点が、K個のシンボルを生成するために前記K個のマルチキャリア変調器に入力され、K≧2である、ブロック変調と、
    - マルチキャリアシンボルを取得するための、加算器による前記K個のシンボルの第1の加算、及び初期PAPRと言われる前記マルチキャリアシンボルのPAPRの判定と、
    - 位相シフトシンボルと言われるK個のシンボルを生成するための、位相シフタによる前記K個のシンボルの少なくとも1つの、位相回転角度θの位相回転と、
    - 新たなマルチキャリアシンボルを取得するための、加算器による前記K個の位相シフトシンボルの第2の加算と、
    - 前記初期PAPRと前記新たなマルチキャリアシンボルのPAPRとの比較であって、最低PAPRが前記初期PAPRになる、比較と、
    - 最低PAPRの前記マルチキャリアシンボルの送信と、
    を、含む、請求項1に記載の電気通信方法(1)。
  3. 前記変調が、逆フーリエ変換(IFFT)によって実施される、請求項1又は2に記載の電気通信方法(1)。
  4. 前記位相回転、前記第2の加算、及び前記比較が、複数の異なる位相回転角度ベクトルに対して反復して実行される、請求項2又は3に記載の電気通信方法(1)。
  5. 様々な前記位相回転ベクトルに対する前記反復が、複数のシンボルに対して反復される、請求項4に記載の電気通信方法(1)。
  6. コンステレーションが、ポーラ形式a×ejφm、m=1、...、M-1で表される前記座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われる前記コンステレーションの前記振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、前記方法が、2つの軸が象限を画定し、ポーラ座標が、象限毎にam+1=a+p、
    と決定されるようになる、請求項1~4のいずれか一項に記載の電気通信方法(1)。
  7. M=16、p=1であり、且つ象限毎に、φ=α×π/12で、αが自然数である、請求項6に記載の電気通信方法(1)。
  8. 象限毎に、φm+1=φ
    である、請求項6に記載の電気通信方法(1)。
  9. コンステレーションが、ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される前記座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われる前記コンステレーションの前記振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、前記方法が、2つの軸が象限を画定し、ポーラ座標が、2つの象限のセット毎にam+1=a+p、
    と決定されるようになる、請求項1~4のいずれか一項に記載の電気通信方法(1)。
  10. 合わせた2つの象限毎に、φm+1=φ
    である、請求項8に記載の電気通信方法(1)。
  11. コンステレーションが、ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される前記座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われる前記コンステレーションの前記振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、前記方法が、ポーラ座標がφm+1=φ+p’=φ+p””×πで、p””が0でない実数となるようにさらに決定されるようになる、請求項1~4のいずれか一項に記載の電気通信方法(1)。
  12. コンステレーションが、ポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される前記座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、ポーラと言われる前記コンステレーションの前記振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含み、前記方法が、m=0、...、M-1に対してφ=φであるようになる、請求項1~4のいずれか一項に記載の電気通信方法(1)。
  13. 電気通信機器(DEV_E)であって、
    - コンステレーションの点に入力データをマッピングするためのマッパー(MAP)であって、前記コンステレーションが、ポーラ座標と言われる、4つの象限を画定する2つの軸を有する表現に関するポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、p>0且つpが実数で、前記コンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含む、マッパーと、
    - 前記コンステレーションの前記点をブロック変調するため、且つK≧2であるK個のシンボルを生成するための、K個のマルチキャリア変調器(MOD)と、
    - マルチキャリアシンボルを取得するために前記K個のシンボルを加算するための第1の複素加算器と、
    - 初期PAPRと言われる、前記マルチキャリアシンボルのPAPRを計算するためのコンピュータと、
    - 位相シフトシンボルと言われるK個のシンボルを生成するために前記K個のシンボルの少なくとも1つの位相を位相回転ベクトルだけシフトするための位相シフタと、
    - 新たなマルチキャリアシンボルを取得するために前記K個の位相シフトシンボルを加算するための第2の複素加算器と、
    - 前記初期PAPRと前記新たなマルチキャリアシンボルのPAPRとを比較するためのコンピュータであって、最低PAPRが前記初期PAPRになる、コンピュータと、
    - 最低PAPRの前記マルチキャリアシンボルを送信するための送信機(EM)と、
    を備えることを特徴とする、電気通信機器(DEV_E)。
  14. データ媒体上のコンピュータプログラムであって、前記プログラムが電気通信機器においてロードされ、実行されるときに、前記プログラムが、請求項1~12のいずれか一項に記載の方法を実施するのに適当なプログラム命令を含む、コンピュータプログラム。
  15. 前記プログラムが電気通信機器においてロードされ、実行されるときに、請求項1~12のいずれか一項に記載の方法を実施するのに適当なプログラム命令を含む、データ媒体。
  16. ポーラコンステレーションの点から構築されるマルチキャリアシンボルを含む送信又は受信されたデジタル信号であって、前記点の少なくとも1つが、送信された前記マルチキャリアシンボルのPAPRを低下させるために位相回転を受けており、ポーラコンステレーションが、ポーラ座標と言われる、4つの象限を画定する2つの軸を有する表現に関するポーラ形式a×ejφm、m=0、...、M-1で表される座標がam+1=a+p、且つpが実数で、前記コンステレーションの振幅間隔であるように決定されるM個の点のセットを含む、送信又は受信されたデジタル信号。
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