JP5394395B2 - Ｏｆｄｍａベースの通信システム - Google Patents

Description

本発明は、概括的に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号の連続変調の手法に関する。

最近の多くのディジタル無線通信システム（例えば、無線又はケーブル・ベースのシステム）は、強い干渉又はマルチパス反射が存在している環境に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を使用する。

統計的多重利得を増加させるために、多くの通信システムは、上り方向及び下り方向において個々のユーザ、端末又は電気装置にＯＦＤＭサブキャリアの部分集合を割り当てる。

このようにして、特定のユーザ、端末、又は電気装置に関連付けられたデータは、ＯＦＤＭサブキャリアの関連付けられた部分集合によって変調される。結果として生じるＯＦＤＭ変調信号は次いで、ＲＦキャリア信号によって変調され、結果として生じる信号は無線リンクを介して送信される。

本発明の実施例によるＯＦＤＭＡ送信器を示す概略図である。 本発明の実施例によるＯＦＤＭＡフレームを表す図である。 本発明の一実施例のＤＬ ＭＡＰ及びＵＬ ＭＡＰを表す図である。 一実施例を示すフローチャートである。

上述のＯＦＤＭ変調手法は通常、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）と呼ばれる。

図１を参照すれば、一実施例によるＯＦＤＭ送信器の実施例１０は、通信リンク（例として、ケーブル・ベースのリンクや無線リンクなど）を介して送信される対象のデータを受信する。送信器１０は、無線通信システム（例えば、無線ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）など）における受信器／送信器の対の一部として使用することができる。

無線通信システムの一部として、送信器１０には、他の無線装置への、無線リンクを介したデータの送信における使用のためにＯＦＤＭサブキャリアの部分集合が割り当てられる。このようにして、ＯＦＤＭサブキャリアの割り当てられた部分集合は、無線リンクを介して通信する目的で、対に結合された特定のユーザ、端末又は電気装置に関連付けられたデータを通信するために使用することができる。

図１を参照すれば、動作上、送信器１０の符号化器１２は、無線リンクを介して送信する対象のデータを（通信回線１１を介して）受信し、前述のデータは所定のサンプリング・レートで更新される。符号化器１２は例えば、誤り訂正手法をデータに導入することができる。符号化器１２は、受信データに対して他の演算（例えば、マッピング演算など）を行うこともできる。特に、符号化器１２は、直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用して複素値空間に符号化器１２によって受信されたデータをマッピングすることができる。符号化器１２による他の演算も考えられる。

符号化器１２は、送信器１０の逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）エンジン１４に符号化データを（通信回線１３を介して）供給する。ＩＦＦＴエンジン１４は、命令３３を実行するプロセッサ３１を含み、一方、命令３３はＩＦＦＴエンジン１４のメモリ３５に記憶される。符号化データは、割り当てられたサブキャリアの１つに関連付けられた係数をそれぞれが表すセグメントに分割されているとみることができる。

ＩＦＦＴエンジン１４は、割り当てられたサブキャリアで前述の係数を変調して、時間変動ディジタル信号を生成する。一方、前述のディジタル信号は、ディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）２０に（通信回線１９を介して）通信され、ディジタル・アナログ変換器２０はディジタル信号をアナログ信号に変換する。アナログ送信回路２３はその後、前述のアナログ信号を少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）キャリア信号で変調し、ＲＦ信号に応じてアンテナ４４を駆動させることにより、結果として生じるＲＦ信号を送信する。

ＩＦＦＴエンジン１４によって生成されたディジタル信号は、アンテナ４４によって送信される信号によって示されるＯＦＤＭシンボルの情報を形成する。このようにして、各基本ＯＦＤＭシンボルは、ＮポイントＩＦＦＴから形成され、ＯＦＤＭシンボルが生成される周期速度に等しい持続時間を有する。周波数領域においてみた場合、各基本ＯＦＤＭシンボルは、ＯＦＤＭサブキャリアの周波数に配置されたｓｉｎｃ関数を含む。

ＯＦＤＭＡベースの通信システムでは、フレームは、いくつかのＯＦＤＭシンボルを含む。各シンボルは、サブチャネルを構成するよう、併せてグループ化された複数のサブキャリアを有し得る。よって、ＯＦＤＭシンボルは複数のサブチャネルを有し得る。例えば時分割複信（ＴＤＤ）システムでは、ＯＦＤＭＡフレームはＭ個のシンボル及びＮ個のサブチャネルを有し得る。ＯＦＤＭＡフレームは、ＤＬサブフレームと呼ばれる下りリンク（ＤＬ）部分及びＵＬサブフレームと呼ばれる上りリンク（ＵＬ）部分を有する。ＤＬサブフレームは、同期化に使用されるプリアンブルに始まり、フレーム構成情報を備えるフレーム制御ヘッダ（ＦＣＨ）がそれに続く。ＦＣＨには、それぞれ、下りリンク（ＤＬ）サブフレーム並びに上りリンク（ＵＬ）サブフレームのサブフレーム割り当て及び他の制御情報を含む下りリンクＭＡＰ（ＤＬ−ＭＡＰ）及び上りリンクＭＡＰ（ＵＬ−ＭＡＰ）のメッセージが続く。

プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、及びＵＬ−ＭＡＰの後、ＤＬサブフレームは、特定の変調及び符号化手法を使用するユーザ又はユーザ群の情報を含む別々の領域に分割される。前述の領域はバーストとして表される。同様に、ＵＬサブフレームは、ＵＬーＭＡＰによって規定されるＵＬバーストを含む。

ＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレームの一部は、情報を何ら含まないことがあり得、未使用の状態に留まる。このことは、フレーム全体を占めるのに十分なトラフィックが存在していない場合に生じ得る。これは、干渉を削減するために、かつ／又はシステム性能を増大させるために意図的に行われることもあり得る。

ＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰはそれぞれ、ＤＬバースト及びＵＬバーストについての情報を規定する。この情報は、それぞれ、ＤＬ−ＭＡＰ並びにＵＬ−ＭＡＰにおけるＤＬ ＭＡＰ情報要素（ＤＬ−ＭＡＰ−ＩＥ）及びＵＬ ＭＡＰ情報要素（Ｕｌ−ＭＡＰ−ＩＥ）を使用することによって規定される。ＤＬ−ＭＡＰ−ＩＥは、ＤＬサブフレームにおけるＤＬバーストの位置を規定する。同様に、ＵＬ−ＭＡＰ−ＩＥは、ＵＬサブフレームにおけるＵＬバーストの位置を規定する。

ＤＬバースト及びＵＬバーストの次元は１又は２であり得る。一次元のＤＬバースト及びＵＬバーストでは、各バーストは開始位置及び長さを有する。一方、２次元バーストは開始位置、長さ、及び幅を有する。長さ及び幅の単位は、割り当てることが可能な最小資源量である。前述の単位は多くの場合、一スロットと呼ばれる。例えば、一スロットは周波数軸における一サブチャネル、及びシンボル軸における一シンボルに対応し得る。別の場合には、一スロットは周波数軸における２サブチャネル、及びシンボル軸における３シンボルに対応し得る。一般に、一スロットは、Ｒ個のサブチャネル及びＳ個のＯＦＤＭＡシンボルを含む資源として規定され、Ｒ及びＳは非ゼロ整数である。しかし、本発明は、スロットの厳密な定義にかかわらず、適用可能である。
ＯＦＤＭＡシステムでは、一ＯＦＤＭＡシンボルに対する一サブチャネルのスロット・サイズを使用することができ、各割り当ての長さは、一実施例では、スロットの数により、規定することができる。他の実施例では、ＯＦＤＭＡシステムの一スロットは、Ｒ個のサブチャネル数及びＳ個のＯＦＤＭＡシンボル数を含み得る（ここで、Ｒ及びＳは非ゼロ整数である）。

図２は、ＴＤＤシステムのＯＦＤＭＡフレームの例を示す。ＯＦＤＭＡフレームは、周波数（垂直）軸においてｎ個のサブチャネルを有し、時間（水平）軸においてｍ個のＯＦＤＭＡシンボルを有する。これは、ＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレームに分割される。ＤＬサブフレームでは、基地局（ＢＳ）は送信モードにあり、移動局（ＭＳ）は受信モードにある。一方、ＵＬサブフレームの間、ＭＳは送信モードにあり、ＢＳは受信モードにある。ＤＬサブフレーム及びＵｌサブフレームは、ＢＳが送信モードから受信モードに切り替わり、ＭＳが受信モードから送信モードに切り替わる送信・受信ギャップ（ＴＴＧ）として表されるアイドル時間だけ離間している。

ＯＦＤＭＡフレームの持続時間が一定である間、ＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレームの持続時間は、ＤＬロードとＵＬロードとの間の比などのパラメータに基づいて求めることが可能である。一例では、ＤＬサブフレームはｋ個のＯＦＤＭＡシンボルを含み、ＵＬサブフレームはｌ個のＯＦＤＭＡシンボルを含み、ここで、ｋ＋ｌ＝ｍである。

他の情報とともに、ＤＬ ＭＡＰ及びＵＬ ＭＡＰは、それぞれ、ＤＬバ―スト及びＵＬバーストの位置情報を含む。ＤＬバースト及びＵＬバーストについての情報は、それぞれ、ＤＬ ＭＡＰ情報要素（ＤＬ−ＭＡＰ−ＩＥ）及びＵＬ ＭＡＰ情報要素（Ｕｌ−ＭＡＰ−ＩＥ）において規定される。非圧縮ＭＡＰのＤＬ ＭＡＰ及びＵＬ ＭＡＰの構成は、一実施例について、図３に示す。上記構成は、ＭＡＰヘッダに始まり、ＤＬ−ＭＡＰ−ＩＥに続き、更にＵＬ−ＭＡＰ−ＩＥに続く。圧縮ＭＡＰの場合、ＭＡＰヘッダはなく、ＭＡＰの他の部分は、非圧縮ＭＡＰのものと同じである。上述の通り、ＤＬ−ＭＡＰ−ＩＥ及びＵＬ−ＭＡＰ−ＩＥは、それぞれ、ＤＬバースト及びＵＬバーストの位置についての情報を含み得る。

図４中、ブロック４６において示すように、別々のＤＬバースト及びＵＬバーストの位置は、それらの開始位置を使用することによって規定することができる。特定のＤＬバースト又はＵＬバーストの長さは、次のバーストの開始位置から、対応するバーストの開始位置を減算することによって求められる（ブロック４８）。バースト長は、ハードウェア、ソフトウェア、又はファームウェアを使用して求めることができる。ソフトウェアの実施例は、例えば、半導体メモリ上に記憶されたコンピュータ読み取り可能なコードによって実現することができる。一実施例では、ソフトウェアは、例えば、メモリ３５に記憶された命令３３の一部として、図１の逆ＦＦＴエンジン１４上に記憶することができる。

図２を参照すれば、ＤＬバースト１の長さは、ＤＬバースト２の開始位置からＤＬバースト１の開始位置を減算することによって求めることが可能である。同様に、他のバーストの長さは同様に求めることが可能である。

この場合、各ＤＬバーストの位置の規定は、｛ＤＬ開始位置｝というフォーマットを有する。よって、ｉ個のＤＬバーストが存在している場合、それらの位置は、｛ＤＬ開始位置１， ＤＬ開始位置２，ＤＬ開始位置３，_…，ＤＬ開始位置ｉ｝のように規定される。同様に、ｊ個のＵＬバースト数が存在している場合、それらの位置は以下のように規定される。特定のＤＬ／ＵＬバーストの長さは、次のＤＬ／ＵＬバーストの開始位置からＤＬ／ＵＬバーストの開始位置を減算することによって求められる。例えば、５番目のＤＬバーストの開始位置は、６番目のＤＬバーストの開始位置から５番目のＤＬバーストの開始位置を減算することによって求められる。開始位置は、二座標系又は一座標系で規定することが可能である。二座標系では、開始位置は、サブチャネル・オフセット及びＯＦＤＭＡシンボル・オフセットによって規定される。一座標系では、開始位置は、フレーム内の矩形の指数によって規定され、各矩形は、一ＯＦＤＭＡシンボル又はスロットに対して一ＯＦＤＭＡサブチャネルであり得る。二座標系の場合のＯＦＤＭＡシンボル・オフセット及び一座標系の場合の矩形指数は、フレーム単位で、又はサブフレーム単位で符号化することが可能である。

二座標系フォーマットでは、各バーストの開始位置は、｛開始サブチャネル・オフセット， 開始ＯＦＤＭＡシンボル・オフセット｝というフォーマットを使用して規定される。

サブチャネル・オフセットを符号化するために必要なビットの数ｃ_１は、

によって表され、ここで、ｎはサブチャネルの数である。

ＯＦＤＭＡシンボル・オフセットを符号化するために必要なビットの数は、２つの要因に依存し得る。ビットの数は、ＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレームのＯＦＤＭＡシンボルが併せて符号化される（フレームレベルＯＦＤＭＡシンボル符号化と呼ばれる）か、又は別個に符号化される（サブフレームレベルＯＦＤＭＡシンボル符号化と呼ばれる）に依存する。プリアンブルが各ＯＦＤＭＡフレームに存在しているので、プリアンブルに使用されるＯＦＤＭＡシンボルの数は、ＯＦＤＭＡシンボル・オフセットを求める際に除外することが可能である。よって、ＯＦＤＭＡシンボル・オフセットは、フレームの先頭から、又はプリアンブルの後に規定することが可能である。前者のケースは、プリアンブルを含むＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化と呼ばれ、後者のケースは、プリアンブルを除外したＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化と呼ばれる。

ＯＦＤＭＡシンボル・オフセットを符号化するために必要なビットの数は別々のシナリオについて、以下のように変わってくる。

プリアンブルに使用されるＯＦＤＭＡシンボル数がｐの場合に、フレームレベルＯＦＤＭＡシンボル符号化の場合、プリアンブルを含むＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化及びプリアンブルを除外したＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化の場合の、ＯＦＤＭＡシンボル・オフセットを符号化するために必要なビット数は、それぞれ、

で表される。

プリアンブルを含むＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化及びプリアンブルを除外したＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化の場合のＤＬサブフレームにおけるＯＦＤＭＡシンボルの数はそれぞれｋ及びｋ−ｐである。よって、サブフレームレベルのＯＦＤＭＡシンボル符号化の場合、プリアンブルを含むＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化及びプリアンブルを除外したＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化の場合のＤＬサブフレームにおける、バ―ストのＯＦＤＭＡシンボル・オフセット・フィールドを符号化するために必要なビット数はそれぞれ、
Ａシンボル・オフセットを符号化するために必要なビット数は、それぞれ、

及び

で表され、ここで、ｋは、ＤＬサブフレームにおけるＯＦＤＭＡシンボルの数である。

ＵＬサブフレームにはプリアンブルがないので、ＵＬサブフレームにおけるバーストのＯＦＤＭＡシンボル・オフセットを符号化するために必要なビットの数は、プリアンブルを含むＰＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化の場合と、プリアンブルを除外したＯＦＤＭＡシンボル・オフセット符号化の場合、無関係である。ＵＬサブフレームにおけるバーストのＯＦＤＭＡシンボル・オフセットを符号化するために必要なビットの数は、

で表され、ここで、ｌは、ＵＬサブフレームにおけるＯＦＤＭＡシンボルの数であり、ｋ＋ｌ＝ｍであり、ｍはフレームにおけるＯＦＤＭＡフレームの数である。

二座標系のフォーマットの場合の、サブチャネル・オフセット及びＯＦＤＭＡシンボル・オフセットに必要なビットの数は以下のように要約される。

一座標系フォーマットの場合、各バーストの開始位置は、バーストが開始する矩形の指数で規定される。開始位置の矩形の指数は、別々の符号化手法について以下のように求められる。

フレームレベル符号化では、符号化は、プリアンブルを含んだものか、又はプリアンブルを除外したものであり得る。プリアンブルを含むケースでは、フレーム内の矩形の合計数はＮ１＝ｍｎである。前述の矩形は、１、２、．．，ｍｎとして指数化することが可能である。よって、各矩形の指数を符号化するために必要なビットの数は、

で表される。

同様に、プリアンブルを除外したシナリオにおいて各矩形の指数を符号化するために必要なビットの数は、ｃ_３ｐ、すなわち、

で表される。

サブフレームレベル符号化では、プリアンブルを含むシナリオ及びプリアンブルを除外したシナリオにおける各ＤＬサブフレームの矩形の指数を符号化するために必要なビットの数は、
式（９）においてｃ_３ｄ、すなわち、

で表され、式（１０）においてｃ_３ｄｐ、すなわち、

で表される。

プリアンブルを含むシナリオ及びプリアンブルを除外したシナリオにおける各ＵＬサブフレームの矩形の指数を符号化するために必要なビットの数は、式（１１）においてｃ_３ｕ、すなわち、

で表される。

二座標系のフォーマットの場合の、サブチャネル・オフセット及びＯＦＤＭＡシンボル・オフセットに必要なビットの数は

のように要約される。

ＴＤＤシステムは本発明を例証するために検討したが、本発明は、周波数分割複信（ＦＤＤ）及びハイブリッド周波数分割複信（ＨＦＤＤ）システムにも適用可能である。

一スロットの次元は、上記説明では、一ＯＦＤＭＡシンボル及び一サブチャネルとみなされる。しかし、他の実施例では、スロットの次元は、複数のＯＦＤＭＡシンボル及び／又は複数のサブチャネルを含み得る。よって、本願の範囲は、スロットの実際の次元によって限定されない。スロットが複数のＯＦＤＭＡシンボル、及び／又は複数のサブチャネルを含む場合、二座標系のフォーマットのフィールドの単位は、複数のＯＦＤＭＡシンボル及び／又はサブチャネルを含む。同様に、スロットが複数のＯＦＤＭＡシンボル及び／又は複数のサブチャネルを含む場合、一座標系の場合の指数化として使用される矩形はそれぞれ、一スロットを含む。

「ＤＬバースト」という語は、通信システムのＤＬサブフレームの一部又は完全なＤＬサブフレームを表す。ＤＬバーストの実際の定義は標準間で変わり得る。しかし、本明細書及び特許請求の範囲記載の概念は、ＤＬバースト又は関連した用語の実際の定義にかかわらず、適用可能である。一般に、上記概念は、別々の加入者局の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）パケット・データ・ユニット（ＰＤＵ）又はデータが特定の領域に配置されているか、又は通信システムのＤＬサブフレーム全体に配置されている限り、適用可能である。前述の特定の領域は、一般的な意味合いでバーストとして表すことが可能である。

開始位置ベースの手法は、特定の実施例において、ＤＬ及びＵＬサブバーストにおけるバーストの位置を規定するために、より低い数の平均ビットを使用することができる。開始位置ベースの手法は信頼できる。一ＤＬ／ＵＬバーストの開始位置が、加入者局によって誤って受信された場合、２つのバーストのみの位置情報が誤って受信される。前述の２つのバーストは、開始位置が誤って受信される一バースト、及び上記一バーストに先行する別のバーストである。

前述のシナリオは以下の例によって明瞭にすることが可能である。すなわち、フレーム内に６個のＤＬバースト及びＵＬバーストが存在し、それらの開始位置は、｛Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６｝であるものとする。加入者局によってＳ３が誤って受信された場合、第２のバーストの長さ＝Ｓ３−Ｓ２は誤りである。更に、第３のバーストであるＳ３の開始位置も、第３のバースト（Ｓ４−Ｓ３）の長さも誤りである。よって、第２のバースト及び第３のバーストの位置情報は誤りである。他のバースト全ての位置情報は正しく受信される。

本明細書全体の、「ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」又は「ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」への言及は、本願の実施例に関して説明した特定の構成、構造又は特性が本発明の少なくとも一実現形態に含まれていることを意味している。よって、「ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」又は「ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」という句が記載されていることは、必ずしも、同じ実施例を表しているものでない。更に、特定の構成、構造、又は特徴は、例証された特定の実施例とは別の他の適切な形態で定めることができ、前述の形態は全て、本出願の特許請求の範囲記載の範囲内に包含され得る。

本発明は、限定数の実施例について説明しているが、当業者は、数多くの修正及び変形をそれらから認識するであろう。特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨及び範囲の範囲内に収まる前述の修正及び変形全てを包含することが意図されている。

Claims (10)

1. 方法であって、
   開始位置が一座標系で規定されるか、二座標系で規定されるかをコンピュータにおいて判定する工程と、
   前記開始位置が二座標系で規定される場合、サブチャネル・オフセット及びＯＦＤＭＡシンボル・オフセットから前記開始位置をコンピュータにおいて判定する工程と、
   前記開始位置が一座標系で規定される場合、フレーム内の矩形の指数から前記開始位置をコンピュータにおいて判定する工程であって、前記指数は、フレームレベル符号化が利用されるか、サブフレームレベル符号化が利用されるか、及びプリアンブルを含む符号化が選択されるか、プリアンブルを除外した符号化が選択されるかに基づいて求められる工程と、
   バーストの位置をコンピュータにおいて前記バーストの開始位置を使用して規定する工程と、
   バーストの長さをコンピュータにおいて、別のバーストの開始位置から一バ―ストの開始位置を減算することによって求める工程と
   を含む方法。
2. 請求項１記載の方法であって、バーストの位置を規定する工程は、通信システムのフレームの一部であるバーストの位置を規定する工程を含む方法。
3. 請求項１記載の方法であって、フレームの矩形の指数により、開始位置を規定する工程を含み、各矩形は一シンボルに対して一サブチャネルである方法。
4. 請求項１記載の方法であって、フレームの矩形の指数により、開始位置を規定する工程を含み、各フレームは、ｍ個のＯＦＤＭＡシンボル及びｎ個のＯＦＤＭＡサブチャネルを含む、一スロットに対する一サブチャネルであり、ｍ及びｎが整数である方法。
5. 請求項１記載の方法であって、フレーム単位で矩形の指数を符号化する工程を含む方法。
6. 請求項１記載の方法であって、サブフレーム単位で矩形の指数を符号化する工程を含む方法。
7. 請求項１記載の方法であって、フレーム単位で前記シンボル・オフセットを符号化する工程を含む方法。
8. 請求項１記載の方法であって、サブフレーム単位で前記シンボル・オフセットを符号化する工程を含む方法。
9. 装置であって、
   高速フーリエ変換エンジンと、
   前記エンジンに結合された符号化器と、
   前記バーストの開始位置を使用して、バーストの位置を規定する機能と、開始位置が一座標系で規定されるか、二座標系で規定されるかを判定する機能と、前記開始位置が二座標系で規定される場合、サブチャネル・オフセット及びＯＦＤＭＡシンボル・オフセットから前記開始位置を判定する機能と、前記開始位置が一座標系で規定される場合、フレーム内の矩形の指数から前記開始位置を判定する機能であって、前記指数は、フレームレベル符号化が利用されるか、サブフレームレベル符号化が利用されるか、及びプリアンブルを含む符号化が選択されるか、プリアンブルを除外した符号化が選択されるかに基づいて求められる機能と、別のバーストの開始位置から一バ―ストの開始位置を減算することにより、前記バーストの長さを求める機能とを行うための命令を記憶したメモリと
   を備える装置。
10. 請求項９記載の装置であって、直交周波数分割多元接続システムにおける装置。

Images