JP4016117B2

JP4016117B2 - 無線通信チャネルで異なる変調スキームで変調されたバーストを含むフレームを伝送する方法

Info

Publication number: JP4016117B2
Application number: JP2002174234A
Authority: JP
Inventors: ジヤツク・ウドウ; バレリー・キユエフ; マルク・イザール
Original assignee: アルカテル−ルーセント
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: US7127006B2; JP2003078579A; EP1274183A1; US20030012298A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレームが異なる変調スキームで変調されたバーストを含む、無線通信チャネルでのフレームの伝送に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信ネットワークでは、データが行き先指定された受信器に応じて、同じ送信器でいくつかの変調スキームを用いることができる。たとえば所定の搬送波対干渉率が確保されるように、各受信器のための変調スキームを決定してもよい。通常、異なる変調効率を有する変調スキームを選択することが有利である。変調効率は、変調シンボルあたりのデータビットの数として規定される。変調シンボルあたりのビット数がより多くなると、変調はより効率的になる。実際、高周波数での変調が、低い量の干渉を受けるゾーン内に配置された受信器と通信するために使用され、一方、高いレベルの干渉を有するゾーン内に配置された受信器と通信するために、より大きい抵抗力のある（すなわち、より低い効率の）変調を使用することになる。
【０００３】
図１はいくつかの変調スキームＭ１、Ｍ２、Ｍ３を使用することができる、基地局１０といくつかのエンドユーザ無線端末１１、１２、１３の間で通信するための、簡略化された無線通信ネットワークを示している。無線端末１１、１２、１３の位置に応じて、またはエンドユーザのプロファイルに応じて、コアネットワークが、適切な変調スキームＭ１、Ｍ２、Ｍ３を、それぞれの無線端末１１、１２、１３に応じた変調効率と関連付ける。結果として、無線端末１１、１２、１３と通信するための、ＴＤＭ（時分割多重化）を用いている基地局１０は、変調スキームＭ１、Ｍ２、Ｍ３を用いてそれぞれ変調されて、無線端末１１、１２、１３．．．へそれぞれ行き先指定されたバーストＢ１、Ｂ２、Ｂ３．．．を含むフレームを送信する。
【０００４】
このようなメカニズムは、ネットワークの容量を実質上増加させ、ローカルマルチポイントディストリビューションサービス（ＬＭＤＳ）ネットワークなどの固定式無線ネットワーク内で特に使用される。固定式無線ネットワークでは、エンドユーザは移動中ではなく、したがって各ユーザに影響を及ぼす干渉レベルを判定することが容易であり、変調スキームを各ユーザに対して静的に関連付けることが容易に可能である。しかし、移動通信ネットワークで、各エンドユーザ無線端末で経験される干渉レベルが、定期的な時間間隔でコアネットワークに報告されて変調スキームがそれに応じて動的に修正される場合、このようなメカニズムもまた可能である。
【０００５】
異なるユーザへ行き先指定された、異なる変調スキームで変調されたデータ（バースト）は、その後、送信器でフレーム内にカプセル化されてエアインターフェースで伝送される。
【０００６】
通常の変調スキームは、変調コンステレーション（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）によって表すことができる。変調コンステレーションという用語は、変調を構成している変調シンボルの幾何学的表現を表す。コンステレーション上の各点は、変調シンボルの座標を表す。極座標系で表現されたコンステレーションは、各変調シンボルに対して、その位相およびその振幅を与える。変調の一特性値は、その平均送信電力であり、各変調シンボルの電力（振幅の２乗に比例する）の総計を変調シンボルの総数で割ったものとして計算することができる。たとえば、変調コンステレーションが（Ｐ；Ｑ）：＝（＋／−ａ；＋／−ａ）（ａは信号の振幅である）というグループに属する４つの変調シンボルを備える場合、ＱＰＳＫ変調に対する平均送信電力は２＊ａ^２であり、変調コンステレーションが、（Ｐ；Ｑ）：＝（＋／−ａ；＋／−ａ）（＋／−３ａ；＋／−ａ）（＋／−ａ；＋／−３ａ）（＋／−３ａ；＋／−３ａ）という集合に属する１６の変調シンボルを備える場合、１６ＱＡＭに対しては１０＊ａ^２であり、６４ＱＡＭに対しては４０＊ａ^２である。
【０００７】
異なる変調スキームで変調されたバーストを含むフレーム内では、フレームのスケールで観測される平均送信電力は様々である（たとえば、バーストがＱＰＳＫ変調で変調される場合の２＊ａ^２から、次のバーストが６４ＱＡＭで変調される場合の４０＊ａ^２へのジャンピングなど）。
【０００８】
平均送信電力の変動には、ネットワーク容量を増加させようと試みている間容易には対処できない予測不可能なネットワーク内の干渉を引き起こすという欠点がある。実際、平均送信電力の変動によって符号間干渉が増加することがある。
【０００９】
知られている解決法は図２に示されており、乗算器ステージ２３を、伝送チェーン内の変調器２０のデジタルポートの出力に（すなわち、マッピングモジュール２１およびデジタル伝送フィルタ２２の後に）置いて、伝送電力を調整して一定に保つことにある。この乗算器ステージ２３は、高い平均送信電力を有するバーストを所定の一定電力値Ｐにまで減衰させながら、低い平均送信電力を有する変調で変調されたバーストを選択的に増幅させる自動的なゲインコントローラの機能を有する。
【００１０】
どの変調が現在のバーストに適用されたか、およびその結果として、どのゲインをこのバーストに適用すべきかを知るために、乗算器ステージ２３をマッピングモジュール２１によって制御しなければならない。その後、デジタル信号がデジタル／アナログ変換器２４に供給され、無線通信チャネル上に伝送される。
【００１１】
この解決法は、マッピングモジュール２１を乗算器ステージ２３と同期させるために複雑な制御メカニズムが必要であるという欠点を示す。実際、乗算器ステージ２３を制御するために遅れを考慮しなければならず、このことは、送信器内に追加のＡＳＩＣゲートを必要とすることによって、伝送チェーンの複雑さが増すという結果になる。
【００１２】
また、２つの異なる変調スキームの間の、伝送における符号間干渉は除去されず、デジタル伝送フィルタ２２と乗算器ステージ２３の間でいくつかのシンボルが失われる。この方法を改善するために、プリアンブルまたはガードシンボルを、異なる変調で変調された２つのバーストの間に含まなければならない。このことによって、失われるシンボルが、プリアンブルに属するダミーシンボルであり、トラフィックデータではないため、符号間干渉の悪影響が低減する。しかし、このような解決法は、使用可能なバンド幅の一部がダミーシンボルの伝送のために使用されるため、ネットワークの容量を減少させる。
【００１３】
また、この解決法は、二重の丸め操作を意味している。１つはデジタルフィルタ２２での丸めであり、１つは乗算器での丸めである。これは量子化雑音を改善し、性能を低下させる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の特別な目的は、低い符号間干渉をもたらし、ネットワークの容量を増加させる、異なる変調効率を有する変調スキームで変調されたバーストを含むフレームを伝送する方法を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、上述の方法に従って、フレームを生成し、送信するための送信器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
これらの目的、および以下で明らかになるその他の目的は、請求項１に記載の、異なる変調効率を有する異なる変調スキームで変調されたバーストを含むフレームを無線通信チャネルで伝送する方法、および請求項８に記載の、それに対応する送信器によって達成される。
【００１７】
本発明によると、平均送信電力とそれに対応するデジタル伝送フィルタのゲインとの積は、全ての異なる変調スキームに対して事前に規定された値よりも小さい。
【００１８】
第１の実施形態では、デジタル伝送フィルタは、異なる変調スキームに対する平均送信電力の差を補償するゲインを有するように選択されている。この目的のために、いくつかのセットの係数が、使用される変調スキームに応じたバーストに適用されているデジタル伝送で、使用可能である。
【００１９】
この実施形態は、符号間干渉を除去するという利点を示している。これは、ゲインの適合およびフィルタリングが、符号間干渉ならびに送信器の多大な複雑さをもたらす要因としてこれらの操作が別々に行われる従来技術のシステムとは対照的に、同時に行われるということによるものである。
【００２０】
第２の実施形態では、各変調スキームに対して変調シンボルを適切に選択することによって、変調器の出力での平均送信電力が全ての変調スキームについて一定に保たれている。本発明の好ましい実施形態では、より低い効率を有する変調の変調シンボルが、より高い変調効率を有する変調の変調シンボルの部分集合として選択されている。このことは、変調スキームを変更するときの、変調器での位相偏移を暗示している。
【００２１】
この第２の実施形態はまた、変調器の複雑さを増すことなしに、符号間干渉を除去するという利点を示している。
【００２２】
また、異なる変調スキームで変調された同じフレーム内の２つのバースト間には、プリアンブルまたはガードシンボルはもはや必要とされない。
【００２３】
本発明のさらに有利な特徴は、従属請求項で規定される。
【００２４】
本発明のその他の特徴および利点は、限定しない例示として与えられた好ましい実施形態についての以下の説明を読めば、および添付の図面から明らかになるであろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、従来技術に関連してすでに説明されたものである。
【００２６】
図３は、本発明による方法の第１の実施形態による送信器を示している。送信器は、情報源３０と、マッピングモジュール３１と、デジタル伝送フィルタ３２と、デジタルアナログ変換器３３とアンテナ３４とを備える。
【００２７】
情報源３０は、処理、たとえばコーディング、変調を行ってから無線リンクチャネル上に送信しなければならない、デジタル生データを生成する。これらのデジタル生データは、パケット化された音声その他のどんな通常のタイプの情報を含んでもよい。
【００２８】
デジタル生データは、変調機能の第１のステップを行う、マッピングモジュール３１へ送信される。このステップで、マッピングモジュールは、エンドユーザ無線端末１１、１２、１３に送信するためのデジタル生データをマッピングして、いくつかの異なる変調スキームＭ１、Ｍ２のうちの１つの変調コンステレーションに属する変調シンボルにする。簡略にするために、本発明は、２つの相異なる変調スキーム、たとえばＱＰＳＫと１６ＱＡＭを用いて説明することにする。それにもかかわらず、本発明の第１の実施形態を、１つのフレーム内にカプセル化されたバーストを変調させるために使用する何個の異なる変調スキームにでも同時に適用できることは、当業者には明らかであろう。
【００２９】
図３は、ＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭの古典的な構成を表している。
【００３０】
ＱＰＳＫのコンステレーションは、以下の４個の変調シンボルを含んでいる。（＋３Ｐ；＋３Ｑ）、（−３Ｐ；＋３Ｑ）、（−３Ｐ；−３Ｑ）、（＋３Ｐ；−３Ｑ）。マッピングモジュール３１の出力でのこの変調の平均送信電力は、１８に等しい。
【００３１】
１６ＱＡＭのコンステレーションは、以下の１６個の変調シンボルを含んでいる。（＋３Ｐ；＋３Ｑ）、（−３Ｐ；＋３Ｑ）、（−３Ｐ；−３Ｑ）、（＋３Ｐ；−３Ｑ）、（＋Ｐ；＋Ｑ）、（−Ｐ；＋Ｑ）、（−Ｐ；−Ｑ）、（＋Ｐ；−Ｑ）、（＋Ｐ；＋３Ｑ）、（−Ｐ；＋３Ｑ）、（−Ｐ；−３Ｑ）、（＋Ｐ；−３Ｑ）、（＋３Ｐ；＋Ｑ）、（−３Ｐ；＋Ｑ）、（−３Ｐ；−Ｑ）、（＋３Ｐ；−Ｑ）。マッピングモジュール３１の出力でのこの変調の平均送信電力は、１０に等しい。
【００３２】
本発明によると、ＱＰＳＫ変調スキームと１６ＱＡＭ変調スキームは、異なる平均送信電力を有し、その結果、マッピングモジュール３１の出力で異なる変調スキームで変調された連続するバーストに対して、変動する平均送信電力になる。
【００３３】
その後、マッピングされた変調シンボルがデジタル伝送フィルタ３２へ提示される。
【００３４】
デジタルフィルタリングは、各シンボルに１セットの係数を乗算して、デジタルフィルタ化された信号を得ることである。通常、理論上のデジタルフィルタは、有限周波数領域のフーリエ変換によって得られるため、無限個数の係数を備える。実際のデジタルフィルタは、必要となる処理能力を減少させるために打ち切られて、有限時間領域にわたる有限個数の係数から成る。通常、デジタルフィルタは、デジタル信号の振幅は修正せず、その周波数スペクトルの限界を与えるだけである。
【００３５】
そのセットの係数によって規定されたデジタル伝送フィルタのゲインは、フィルタの出力での信号の電力とフィルタの入力での信号の振幅との間の比である。
【００３６】
本発明によると、デジタル伝送フィルタ３２は、異なるセットの係数を備え、各セットの係数はそれぞれ、１つの変調スキームに関連づけられており、前記フィルタのそれぞれのゲインは、任意の変調スキームの平均送信電力と、そのセットの係数によって特徴付けられる対応する伝送フィルタのゲインとの積が、全ての変調スキームに対して実質上同じであるように選択されている。
【００３７】
デジタル伝送フィルタ３２の係数は、デジタル信号の周波数スペクトルの限界を与え、それと同時に、マッピングステージ３１で使用された変調スキームにかかわらず、全ての信号に対して所定の振幅を得るためにその振幅を修正するように選択されている。結果として、フィルタの出力での信号の平均送信電力は、使用された変調スキームにかかわらず、全てのバーストに対して事前に規定した値Ｐに等しく一定のままである。この例では、ＱＰＳＫのために使用された係数のセットは、１６ＱＡＭのために使用された係数のセットと以下の関係を有するべきである。
【数１】

【００３８】
本発明の好ましい実施形態では、平均送信電力と、デジタル伝送フィルタのゲインとの積の差は、所定の値よりも小さいものであるべきである。所定の値はゼロに等しく選択してもよい。この所定の値もまた、異なる変調スキームで変調されたバースト間での平均送信電力の変動の影響を受けないよう十分小さくできる。フィルタの係数を選択する際、１０％の公差を見込むことができる。
【００３９】
その後、フィルタリングされた変調シンボルが、デジタルアナログ変換器３４へ送信され、アンテナ３５を介して無線チャネルで伝送される。
【００４０】
受信器側では、受信器がその時１つの変調スキームを処理するだけの場合、修正は必要ない。受信器がエンドユーザ無線端末であるとき、通常そうである。
【００４１】
図４は、本発明の第２の実施形態による２つの変調スキームを示している。第１の変調スキームは、平均送信電力１０および変調効率４を有する１６ＱＡＭである。第２の変調は、１６ＱＡＭの位相と比較して、位相ψ＝ａｒｃｔａｎ（１／３）だけ偏移されたＱＰＳＫである。位相偏移されたＱＰＳＫ変調の平均送信電力は、１０に等しく、変調効率は２に等しい。
【００４２】
本発明によると、ＱＰＳＫの変調シンボルは、１６ＱＡＭの変調シンボルの部分集合を形成しており、同じ平均送信電力を有する。デジタル伝送フィルタの出力で平均送信電力が一定のままであるため、これら２つの変調スキームによって変調されたバーストを含むフレームには、符号間干渉がない。このため、異なる周波数で変調された各バーストの間にプリアンブルを含む必要がなく、無線通信チャネル上の容量が増加する。本発明のこの第２の実施形態は、どんな変調スキームにも適用できるわけではない。この実施形態が可能である条件は、所定のゲインを加えることによっておそらく修正されるであろう１つのコンステレーションを回転することが、別のコンステレーションの部分集合にまさしく対応（ｍａｐ）していることである。
【００４３】
本発明のこの実施形態では、受信器は、回転された変調スキームで変調されたバーストに対して位相偏移ψを考慮すべきである。
【００４４】
マッピングモジュール３１で使用された変調スキームに従って、デジタル伝送フィルタ３２での適切なセットの係数の選択を制御することが、さらに必要である。この制御は、デジタル伝送フィルタ３２に、マッピングモジュール３１で今使用された変調スキームについての情報を与えることによって行われる。これは、マッピングモジュール３１自体によって提供することができる。しかし、好ましくは、マッピングモジュール３１とデジタル伝送フィルタ３２の両方を制御する、図３に図示されていない制御モジュールによって提供されることになる。従来技術とは対照的に、マッピングモジュール３１とデジタル伝送フィルタ３２の両方の動作が同時に行われるため、制御モジュールはマッピングモジュール３１とデジタル伝送フィルタ３２の間の時間遅れを考慮する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を使用することができる無線通信システムの概略図である。
【図２】従来技術の解決法による、異なる変調スキームを用いている間に平均送信電力を一定に保つ伝送チェーンを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による送信器を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による２つの変調スキームを示す図である。
【符号の説明】
１０基地局
１１、１２、１３無線端末
２０変調器
２１、３１マッピングモジュール
２２、３２デジタル伝送フィルタ
２３乗算器ステージ
２４、３３デジタルアナログ変換器
３０情報源
３４アンテナ
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３バースト
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３変調スキーム

Claims

無線通信チャネル（ＲＣＣ）でフレームを伝送する方法であって、前記フレームが、異なる変調効率を有する少なくとも２つの異なる変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）で変調された一連のバースト（Ｂ１、．．．、Ｂｎ）を含み、各変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）が、各変調スキームに対応する平均送信電力を有し、
前記変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）のうちの１つを用いて、伝送するべき情報を変調シンボルにマッピングするステップと、
１セットの係数を有するデジタル伝送フィルタを用いて前記変調シンボルをフィルタリングするステップであって、前記セットが、前記マッピングステップで使用された前記変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）に応じて少なくとも２つのセットの係数から選択され、前記平均送信電力と前記デジタル伝送フィルタのゲインとの積が、前記変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）の全てに対して所定の値よりも小さいステップとを含む、無線通信チャネル（ＲＣＣ）でフレームを伝送する方法。
前記フィルタリングステップが、少なくとも２つの異なるセットの係数を使用しており、各セットがそれぞれ、前記変調スキームのうちの１つと関連付けられており、前記係数の値が、前記対応する変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）の前記平均送信電力に依存している、請求項１に記載の方法。
２つの変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２）の前記平均送信電力間の比がＰに等しい場合には、前記対応するセットの係数の各係数間の比が√Ｐに等しい、請求項２に記載の方法。
第１の変調スキームが１６ＱＡＭであり、第２の変調スキームが６４ＱＡＭである、請求項２に記載の方法。
より高い効率を有する変調スキームの部分集合を構成する、より低い効率を有する変調スキームのために、前記マッピングステップが変調シンボルを使用する、請求項１に記載の方法。
前記より低い効率を有する変調スキームがＱＰＳＫ変調であり、前記より高い効率を有する変調スキームが１６ＱＡＭ変調であり、前記ＱＰＳＫの変調コンステレーションが、前記１６ＱＡＭの変調コンステレーションに比較して位相偏移ψ＝ａｒｃｔａｎ（１／３）を示す、請求項５に記載の方法。
ローカルマルチポイントディストリビューションサービスネットワーク内で使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
無線通信チャネル（ＲＣＣ）でフレームを伝送するための送信器であって、前記フレームが、異なる変調効率を有する少なくとも２つの異なる変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）で変調された一連のバースト（Ｂ１、．．．、Ｂｎ）を含み、各変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）が、各変調スキームに対応する平均送信電力を有し、前記送信器が、
前記変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）のうちの１つを用いて、伝送するべき情報を変調シンボルにマッピングするためのマッピングモジュール（３１）と、
前記変調シンボルをフィルタリングするための１セットの係数を有するデジタルフィルタ（３２）であって、前記セットが、前記マッピングモジュールで使用された前記変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）に応じて、少なくとも２つのセットの係数から選択され、前記平均送信電力と前記デジタル伝送フィルタの前記ゲインとの積が全ての変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）に対して所定の値よりも小さい、送信器。
無線端末（１１、１２、１３）と通信している無線通信ネットワークの基地局であり、各無線端末が前記異なる変調スキーム（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）のうちの１つをサポートしている、請求項８に記載の送信器。