JP5570630B2 - 高いピーク対平均電力比に起因するマルチ・キャリア変調信号の歪みを低減する方法の動的選択 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）本願は、参照によりそれらの教示内容が本明細書に組み込まれる、２００６年１２月１５日に出願された米国仮出願第６０／８７５，２７０号（整理番号：Ｗｏｏｄｗａｒｄ ８）、及び２００６年９月１９日に出願された米国仮出願第６０／８２６，１５８号（整理番号：Ｂａｌｉｇａ １‐１‐４‐５）の出願日の利益を主張する。

本願の主題は、参照によりその教示内容が本明細書に組み込まれる、２００７年９月１９日に出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７８８７５号（整理番号：Ｂａｌｉｇａ ｉ−ｉ−４−５）に関連する。

本発明は、信号処理に関し、より詳細には、信号の送受信に使用される直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）等のマルチ・キャリア変調技法に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）等のマルチ・キャリア変調技法は、ローカル・エリア・ネットワーク、固定及びモバイル・メトロポリタン・エリア・ネットワーク、セルラー電話システムのような有線及び無線通信システムで使用されている。一般に、マルチ・キャリア変調シンボルは、周波数スペクトルをより小さい周波数サブキャリア（「トーン」としても知られる）に分割し、それらのサブキャリアを１つ又は複数のデータ信号部分で変調することによって生成される。１つ又は複数のデータ信号は、１つ又は複数のソース（例えば、ユーザ）から取得することができ、各マルチ・キャリア変調シンボルは、２つ以上のソースに由来するデータを送信することができる。

図１は、従来技術のＯＦＤＭ送信機１００の一実装形態を示す簡略ブロック図である。送信機１００は、アップストリーム処理からシリアル・ビットストリームのデジタル・データを受信するデータ・シンボル・マッパ１０２を有する。シリアル・ビットストリームは複数のビット群に分割され、各グループは１つ又は複数のデータ・シンボルにマッピングされ、それによってシリアル・ストリームのデータ・シンボルが生成される。マッピングは、直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）や直交振幅変調（ＱＡＭ）のような１つ又は複数の適切な技法を使用して実行され得る。

シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）・コンバータ１０４は、データ・シンボル・マッパ１０２から受信されるシリアル・ストリームのデータ・シンボルをＤ個のパラレル・ストリームのデータ・シンボルに変換する。サブキャリア・マッパ１０６は、それらのＤ個のパラレル・データ・シンボル・ストリームを、互いに直交するように配列されるＮ個のサブキャリア周波数（即ちトーン）に割り当てる。特に、各パラレル・データ・シンボル・ストリームはそれぞれ、Ｎ個のサブキャリアのうちの１つに個別に対応するサブキャリア・マッパ１０６の個々の出力に別々に割り当てられる。なお、論述を分かりやすくするために、本実装形態ではデータ・シンボル・ストリーム数Ｄがサブキャリア数Ｎと等しいものと仮定する。他の実装形態によれば、Ｕ個の未使用（即ち空き）サブキャリアが存在し得る場合、Ｎ個のサブキャリアにＤ個のデータ・シンボル及びＰ個のパイロット・シンボルを割り当てることができる（よって、Ｎ＝Ｄ＋Ｐ＋Ｕ）。次に、サブキャリア・マッパ１０６のＮ個の出力（例えば、Ｚ＝Ｚ_１，．．．，Ｚ_Ｎ）が逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）プロセッサ１０８に供給される。ＩＦＦＴプロセッサ１０８は、各出力がＤ個のデータ・シンボルのうちの１つに個別に対応する、サブキャリア・マッパ１０６からのＮ個の出力の各セットを、Ｎ個の時間領域複素数（例えば、ｚ＝ｚ_１，．．．，ｚ_Ｎ）を含む１つのＯＦＤＭシンボルに変換する。

次に、各ＯＦＤＭシンボルの送信準備が行われる。まず、サイクリック・プレフィックス・インサータ（ＣＰＩ）１１０によって、各ＯＦＤＭシンボルにＣ個の複素数を含むサイクリック・プレフィックスが挿入される。このプレフィックスを用いると、受信機がマルチ・パス反射に起因する信号エコーに対処することが可能となる。次に、Ｎ個の時間領域複素数の各セットと、対応するＣ個のサイクリック・プレフィックス複素数の各セットとが、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）・コンバータ１１２によってパラレル形式からシリアル形式に変換される。Ｐ／Ｓコンバータ１１２の出力は、デジタル／アナログ変換、無線周波数変調、増幅、あるいはＯＦＤＭシンボルの送信準備に適した他の処理を使用してさらに処理することができる。

ＩＦＦＴ処理中は、データ・シンボルを追加して対応するサブキャリアが変調され、変調されたサブキャリアは、多くの場合構成的に（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ）互いに足し合わされ、その結果、いくつかの高い振幅ピーク及び低い振幅ピークを伴うＯＦＤＭシンボルが作成される。送信データは様々な性質を有する故に、各ピークの高さは、典型的にはＯＦＤＭシンボル毎に異なり、ばらつきが生じる。さらに、それらのピークのいくつかは、ＯＦＤＭシンボルの平均的な振幅レベルと比較して相対的に大きくなる可能性があり、その結果、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）も相対的に大きくなる可能性がある。ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲは、次式（１）のように表すことができる。

上式（１）で、ｚ_ｎは、ＯＦＤＭシンボルｚのｎ番目のサンプルであり、分子のｍａｘ関数は、ｎ＝１，．．．，Ｎの場合の｜ｚ_ｎ｜^２の最大値を判定する。

比較的大きいＰＡＰＲを有するＯＦＤＭシンボルは、電力増幅中に歪みが生じる可能性がある。ＯＦＤＭシンボルの相対的に大きい１つ又は複数のサンプルは、増幅器の出力をその最大出力レベルに駆動するように試みることができる。最大出力レベルに達する前に、増幅器の入力／出力関係が非線形的となる可能性があり、その結果、ＯＦＤＭシンボルの非線形歪みがもたらされる可能性がある。増幅器は、それ自体の最大出力レベルに達したときにサンプルをクリッピングするため、出力信号の歪みの非線形性が高まることになる。非線形歪みは信号品質に影響を及ぼすため、受信機による送信データの復元が困難になる恐れがある。

増幅器による非線形歪みの影響を低減するために、又は非線形歪みを完全に解消するために、いくつかの異なる方法が採用されている。かかる１つの方法では、送信機は、より高い電力レベルを出力することが可能なより大型の増幅器を利用する。より大型の増幅器は、典型的にはピーク信号イベント中にもそれ自体が線形動作領域内に留まることを保証するために、バックオフを大きくとって作動される（即ち、より低い平均電力で作動することができる）。しかしながら、より大型の増幅器をこのような形で使用することは、非効率的である。

かかる別の方法では、送信機は、増幅を複数段階で実行して所望の出力レベルを達成する。この方法では、各段階は、増幅ステップと、フィルタリング・ステップとを含む。増幅ステップでは、各ＯＦＤＭシンボルのより大きいサンプルが相対的に小さくクリッピングされる。フィルタリング・ステップでは、各ＯＦＤＭシンボルが平滑化（ｓｍｏｏｔｈ ｏｕｔ）され、先行する増幅ステップで発生した歪みの量が低減される。この逐次的なクリッピング及びフィルタリング・プロセスは、所望の増幅レベルが達成されるまで繰り返される。このような形で信号を増幅することにより、他の等価な１段増幅器よりも歪みの量を低減することができる。

かかる他の方法では、周波数領域（例えば、出力サブキャリア・マッパ１０６）においてＯＦＤＭ信号に多数の擬似ランダム・スクランブル・シーケンスが追加され、ＩＦＦＴ処理後にＰＡＰＲが最も低くなるスクランブル・シーケンスが選択される。選択されたスクランブル・シーケンスは受信機によって認識されないため、別のチャネル上で受信機に送信されることも、受信機によって「盲目的に（ｂｌｉｎｄｌｙ）」検出されることもある。後者の場合では、受信機はすべての可能なシーケンスを検査し、最も可能性の高いシーケンスを選出する。

トーン・リザベーション（ｔｏｎｅ ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ：ＴＲ）方法として知られる他の方法は、ＯＦＤＭシンボル毎のＰＡＰＲを低減するように試みる。かかる方法では、ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲを低減する明確な目的を有する非データ・シンボルを送信するための、いくつかの周波数サブキャリア（即ちトーン）が予約（ｒｅｓｅｒｖｅ）される。

図２は、ＴＲアプローチを使用してＰＡＰＲを低減する従来技術の送信機２００の一実施形態を示す簡略ブロック図である。送信機２００は、データ・シンボル・マッパ２０２と、Ｓ／Ｐコンバータ２０４とを有し、これらの要素は、送信機１００の等価な要素と類似の演算を実行してＤ個のパラレル・データ・シンボルの各セットを生成する。サブキャリア・マッパ２０６は、Ｍ個のサブキャリアにデータ・シンボルが割り当てられないように、それぞれＤ個のデータ・シンボル・セットをＮ個のサブキャリア・セットに割り当てる。Ｍ個のサブキャリアは、ＰＡＰＲ低減シンボル（ＰＡＰＲ‐ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｍｂｏｌ）の送信用に事前に（ａ ｐｒｉｏｒｉ）予約される。いくつかの実施形態では、Ｍ個の予約サブキャリアと、Ｕ個の未使用（即ち空き）サブキャリアとが存在する場合、Ｎ個のサブキャリアの各セットにＤ個のデータ・シンボル及びＰ個のパイロット・シンボルを割り当てることができる（よって、Ｎ＝Ｄ＋Ｍ＋Ｕ＋Ｐ）ことに留意されたい。サブキャリア・マッパ２０６からのＮ個の出力（例えば、Ｚ＝Ｚ_１，．．．，Ｚ_Ｎ）の各セットは、ＩＦＦＴプロセッサ２０８に供給され、ＩＦＦＴプロセッサ２０８は、ＩＦＦＴプロセッサ１０８と類似の演算を実行して各セットをＮ個の時間領域複素数（例えば、ｚ＝ｚ_１，．．．，ｚ_Ｎ）を含むＯＦＤＭシンボルｚに変換する。

ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０は、各ＯＦＤＭシンボルｚを受け取り、各シンボルのＰＡＰＲを、当該ＯＦＤＭシンボルの許容可能なＰＡＰＲ低減レベルを表す指定のＰＡＰＲ閾値と比較する。ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値未満である場合には、当該ＯＦＤＭシンボルｚは、ＯＦＤＭシンボルｚ^＾として（即ち、ｚ＝ｚ^＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０から出力される。ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値を超えている場合には、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０は、（後で詳述する）いくつかのアプローチのうちの任意の１つを使用してＭ個のＰＡＰＲ低減シンボル・セットを生成し、当該セットをサブキャリア・マッパ２０６に供給する。他の実装形態では、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０は常に、各ＯＦＤＭシンボル毎にＭ個のＰＡＰＲ低減シンボル・セットを生成することができることに留意されたい。かかる実装形態では、ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲと指定のＰＡＰＲ閾値との比較を省略することができる。

サブキャリア・マッパ２０６は、Ｍ個のＰＡＰＲ低減シンボル・セットをＭ個のＰＡＰＲ低減サブキャリア（ＰＡＰＲ‐ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ）に割り当て、Ｍ個のＰＡＰＲ低減シンボル及びＤ個のデータ・シンボルを含むＮ個の複素数（例えば、Ｚ＝Ｚ_１，．．．，Ｚ_Ｎ）を出力する。次に、それらのＮ個の複素数がＩＦＦＴプロセッサ２０８によって変換され、それにより、ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲ低減バージョンが生成され、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０に供給される。このプロセスは、ＰＡＰＲが低減されたＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値未満になるまで繰り返され、この条件が満たされると、ＰＡＰＲが低減されたＯＦＤＭシンボルｚは、ＯＦＤＭシンボルｚ^＾として（即ち、ｚ＝ｚ^＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０から出力される。次に、送信機１００の等価な要素と類似の演算、及びＯＦＤＭシンボルの送信準備に適した他の任意の処理を実行するサイクリック・プレフィックス・インサータ２１２及びＰ／Ｓコンバータ２１４を使用して、各ＯＦＤＭシンボルｚ^＾の送信準備が行われる。

ＰＡＰＲ低減シンボルを予約トーン（ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｔｏｎｅ）に割り当てることにより、個々のデータ・シンボルに影響を及ぼすことなく時間領域ＯＦＤＭシンボルのピーク値を減少させることができる。ＯＦＤＭ送信機の設計者は、予約トーンに割り当てるべきＰＡＰＲ低減シンボルを高い自由度をもって選択し、また、ＰＡＰＲを十分に低減するシンボルを選択する様々な方法が利用されている。かかるＰＡＰＲ低減シンボルを選択する１つのアプローチは、反復組合せ探索（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ ｓｅａｒｃｈ）を実行するものである。組合せアプローチの一例として、送信機は、１６値直交振幅変調（１６‐ＱＡＭ）を使用してデータを変調し、ＰＡＰＲ低減シンボル用に８つのトーンを予約するものとする。この送信機は、各ＯＦＤＭシンボルの予約トーンに配置すべきＰＡＰＲ低減シンボルの１６^８通りの組合せを検討し、最も低いＰＡＰＲが生成されるシンボルの組合せを選択する。

一実施形態では、本発明は、（ｉ）複数の非予約トーン（ｕｎｒｅｓｅｒｖｅｄ ｔｏｎｅ）と、（ｉｉ）ＰＡＰＲ低減用に事前に予約されるゼロ又は１つ又は複数の（ｚｅｒｏ，ｏｎｅ，ｏｒ ｍｏｒｅ）予約トーンとを有する、送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するコンピュータ実装方法である。該方法は、少なくとも１つの他の非予約トーンがそれ自体にどのようなデータ・シンボルも割り当てられていない空きトーンとなるように、１つ又は複数の非予約トーンに１つ又は複数のデータ・シンボルを割り当てるステップを含む。１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルは、１つ又は複数の空きトーンに割り当てられ、該トーン割り当てに基づいて、該１つ又は複数のデータ・シンボル及び該１つ又は複数の空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルにマルチ・キャリア変調が適用され、それによって該マルチ・キャリア変調信号が生成される。

別の実施形態では、本発明は、先の段落で説明したコンピュータ実装方法を実行する送信機である。該送信機は、サブキャリア・マッパと、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）プロセッサとを備える。該サブキャリア・マッパは、（ａ）少なくとも１つの他の非予約トーンがそれ自体にどのようなデータ・シンボルも割り当てられていない空きトーンとなるように、１つ又は複数の非予約トーンに１つ又は複数のデータ・シンボルを割り当て、（ｂ）１つ又は複数の空きトーンに１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルを割り当てるように適合される。該ＩＦＦＴプロセッサは、該トーン割り当てに基づいて、該１つ又は複数のデータ・シンボル及び該１つ又は複数の空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルにマルチ・キャリア変調を適用して、該マルチ・キャリア変調信号を生成するように適合される。

また別の実施形態では、本発明は、送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するコンピュータ実装方法である。該方法は、（ａ）該送信機がＰＡＰＲ低減に利用可能な１つ又は複数のトーンを有するかどうかを判定するステップを含む。該送信機がＰＡＰＲ低減に利用可能な１つ又は複数のトーンを有する場合は、ＰＡＰＲ低減に利用可能な少なくとも１つのトーンに少なくとも１つのＰＡＰＲ低減シンボルが割り当てられ、該少なくとも１つのＰＡＰＲ低減シンボルを使用して該マルチ・キャリア変調信号が生成される。

他の実施形態では、本発明は、先の段落で説明したコンピュータ実装方法を実行する装置である。該装置は、マルチ・キャリア変調器用のコントローラを備える。該マルチ・キャリア変調器は、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータと、ＩＦＦＴプロセッサとを有する。該コントローラは、該マルチ・キャリア変調器がＰＡＰＲ低減に利用可能な１つ又は複数のトーンを有するかどうかを判定するように適合される。該コントローラによって該マルチ・キャリア変調器がＰＡＰＲ低減に利用可能な１つ又は複数のトーンを有することが判定された場合は、該ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータは、ＰＡＰＲ低減に利用可能な少なくとも１つのトーンに関する少なくとも１つのＰＡＰＲ低減シンボルを生成し、該ＩＦＦＴプロセッサは、該少なくとも１つのＰＡＰＲ低減シンボルを使用して該マルチ・キャリア変調信号を生成する。

以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲及び図面を読めば、本発明の他の態様、特徴、及び利点のより十分な理解が得られるであろう。各図面において同様の参照符号は同様の要素又は同一の要素を指す。

従来技術のＯＦＤＭ送信機の一実装形態を示す簡略ブロック図である。 トーン・リザベーション・アプローチを使用してピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減する従来技術のＯＦＤＭ送信機の一実装形態を示す簡略ブロック図である。 勾配降下アルゴリズムを使用してＰＡＰＲを低減する、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ送信機の簡略ブロック図である。 図３の送信機のコントローラを実装するのに使用され得る、本発明の一実施形態に係るコントローラの簡略フロー図である。 図３の送信機のコントローラを実装するのに使用され得る、本発明の別の実施形態に係るコントローラの簡略フロー図である。

本明細書では、「一実施形態（「ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」又は「ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」）」という用語への言及は、その実施形態に関して説明される特定の機能、構造、又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを意味する。「一実施形態では（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という表現が本明細書の様々な箇所で見受けられるが、必ずしもこれらのすべての表現が同一の実施形態に言及しているわけではなく、また、別個の又は代替の実施形態が必ずしも互いに排他的であるわけではない。これと同じことが「実装形態（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）」という用語にも当てはまる。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）の応用例等、マルチ・キャリア変調の応用例では、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するにあたって予約トーンを常に利用することができない可能性がある。例えば、セルラー電話ネットワークでは、予約トーンの使用が規格上義務付けられていないこともあり、それらのトーンを使用するかどうかの判断は、機器ベンダーの裁量に委ねられる可能性がある。その結果、マルチ・キャリア変調を利用するネットワーク内の基地局又はノードＢ局の中には、予約トーンを用いてマルチ・キャリア変調シンボルを送信するものもあれば、そうでないものもある。

送信機が空き状態の（即ち、データ・シンボル又はパイロット・シンボルが割り当てられていない）いくつかの非予約トーンを有するマルチ・キャリア変調シンボルを送信する場合は、それらの空きトーンをＰＡＰＲ低減用の予約トーンの場合と同様に使用することができる。空きトーンの利用可能性及び品質は、時間にわたって変化する可能性があり、送信機毎に異なる可能性があることに留意されたい。このような変化は、送信機に対応するユーザ数や各ユーザのアクティビティ等の要因に依存する可能性がある。したがって、ＰＡＰＲ低減シンボルを特定の送信機上の空きトーンに割り当てる前に、そのようなトーンの利用可能性及び品質が判定される。特定の送信機上で空きトーンと予約トーンの両方が利用可能でない場合は、当該送信機は、クリッピングの影響を低減し、又はクリッピングを完全に解消する他の技法を利用することができる。予約トーン、空きトーン、あるいは他の技法のいずれを使用するかの判断は、コントローラを使用して行うことができる。

図３は、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ送信機３００の簡略ブロック図である。送信機３００は、データ・シンボル・マッパ３０２と、シリアル／パラレル・コンバータ３０４と、サブキャリア・マッパ３０６と、ＩＦＦＴプロセッサ３０８と、サイクリック・プレフィックス・インサータ３１２と、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）コンバータ３１４とを有し、これらの要素は、図２の送信機２００の等価な要素と類似の演算を実行する。送信機２００の場合と同様に、送信機３００は、デジタル／アナログ変換、無線周波数変調、増幅等、ＯＦＤＭシンボルの送信準備に適した他の処理を有することができる。送信機３００は、ＯＦＤＭ信号の高いＰＡＰＲに起因するクリッピングを低減又は解消する方法を動的に選択するコントローラ３１６、及びコントローラ３１６によって選択された方法を使用してＰＡＰＲ低減シンボルを生成するＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０も有する。

図４は、図３の送信機３００のコントローラ３１６を実装するのに使用され得る、本発明の一実施形態に係るコントローラ４００の簡略フロー図である。起動時に、コントローラ４００は、判断４０２を実行して送信機３００が予約トーンを有するＯＦＤＭシンボル構造を送信するように適合されているかどうかを判定する。送信機３００がそのように適合されている場合には、送信機３００は、ＰＡＰＲ低減シンボルを生成し、当該ＰＡＰＲ低減シンボルを予約トーンで送信するよう指示される（処理４０４）。ＰＡＰＲ低減シンボルは、ＰＡＰＲ低減シンボルを生成する組合せアプローチ又は他の任意の適切な技法を使用して生成することができる。

送信機３００が予約トーンを有さない場合には、コントローラ４００は、判断４０６を実行して送信機３００上（即ち、当該セル内）に空きトーンが存在するかどうかを判定する。送信機３００上に空きトーンが存在しない場合には、送信機３００は、代替方法（即ち、ＰＡＰＲ低減シンボルを利用しない方法）を使用して増幅器によるクリッピングに起因する歪みを最小限に抑えあるいは防止することができる（処理４０８）。かかる代替方法としては、スクランブル・シーケンス法、逐次クリッピング・フィルタリング法、他の任意の適切な代替方法等の代替ＰＡＰＲ低減方法が挙げられる。典型的には、ＰＡＰＲ低減用の予約トーンを有さない送信機は、この時点で上記の代替方法のうちの１つを実行するように適合されているはずである。したがって、予約トーン又は空きトーンが利用可能でない場合、コントローラ４００は、既存の方法をデフォルトで使用することができる。また、かかる方法の使用により、エラー・ベクトル振幅（ｅｒｒｏｒ‐ｖｅｃｔｏｒ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ：ＥＶＭ）が高まる可能性があり、したがって受信機による送信データの復号化が困難になる恐れがある。より高いＥＶＭを補償するために、送信機３００は、復号エラーの影響が少ない変調方法を利用することができる。例えば、送信機３００は、データ・シンボル・マッパ３０２において、直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用する代わりに直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）を使用してデータを変調することを選択することができる。

送信機３００上で空きトーンが利用可能である場合には、送信機３００上の空きトーンが識別され（処理４１０）、すべての隣接送信機上の空きトーンが識別され（処理４１０）、コントローラ４００は判断４１２を実行する。判断４１２は、すべての隣接送信機（即ち隣接セル）上で空いている空きトーンが送信機３００上に存在するかどうかを判定する。これを実現するために、送信機３００は、例えば隣接送信機自体又はネットワーク・コントローラから隣接送信機によって使用されるトーンに関する情報を受信する。諸代替実施形態によれば、コントローラ４００は、ネットワーク・コントローラ自体によって実現することができ、したがって上記の情報を送信機に提供する必要がなくなる。判断４１２で送信機３００とすべての隣接送信機の両方で空いているトーンが存在することが判定された場合には、処理４１４で、予約トーンの場合と同様にＰＡＰＲ低減シンボルが生成され、当該ＰＡＰＲ低減シンボルが識別された空きトーンで送信される。ＰＡＰＲ低減シンボルは、処理４０４に関して説明したような任意の適切な技法を使用して生成することができる。別法として、処理４１４では、ＰＡＰＲ低減シンボルを生成し、当該ＰＡＰＲ低減シンボルを送信機３００及びすべての隣接送信機上で空いているトーンと共に、送信機３００上では空いているが、すべての隣接送信機上では空いていない１つ又は複数のトーンでも送信することができる。すべての隣接送信機上では空いていないトーンについては、処理４１４で、後述する適切な干渉低減方法を利用することができる。

判断４１２で送信機３００とすべての隣接送信機の両方で空いているトーンが存在しないことが判定された場合には、送信機３００は、予約トーンの場合と同様にＰＡＰＲ低減シンボルを生成し、当該ＰＡＰＲ低減シンボルを送信機３００上で空いているトーンを使用して送信することができる（処理４１６）。処理４０４の場合と同様に、ＰＡＰＲ低減シンボルは、任意の適切な技法を使用して生成することができる。しかしながら、それらのトーンは、１つ又は複数の隣接送信機によってデータの送信用に使用されるため、送信機３００と１つ又は複数の各隣接送信機との間で干渉が発生する可能性があることに留意されたい。干渉を最小限に抑え又は防止するために、送信機３００は、厳しい電力制限を空きトーンに適用することができ、また、送信機３００、及び場合によっては隣接送信機のうちの１つ又は複数は、周波数ホッピングあるいは他の任意の適切な干渉低減方法を利用することができる。

図５は、図３の送信機３００のコントローラ３１６を実装するのに使用され得る、本発明の一代替実施形態に係るコントローラ５００の簡略フロー図である。図示のとおり、コントローラ５００は、図４のコントローラ４００の等価なブロックと類似のブロック５０２、５０４、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、及び５１６を有する。ただし、ブロック５０２で送信機３００上に予約トーンが存在することが判定された場合にも、コントローラ５００は、必ずしもコントローラ４００で実行される処理４０４の場合のようにＰＡＰＲ低減シンボルを生成し、当該ＰＡＰＲ低減シンボルを予約トーンで送信するとは限らない。その代わりに、コントローラ５００は、判断５１８を実行して送信機３００上に空きトーンが存在するかどうかを判定する。送信機３００上に空きトーンが存在しない場合には、送信機３００は、処理４０４と類似の処理５０４を実行する。

判断５１８で送信機３００上に空きトーンが存在することが判定された場合には、それらのトーンが識別され（処理５２０）、すべての隣接送信機上の空きトーンが識別され（処理５２０）、コントローラ５００は判断５２２を実行する。判断５２２では、コントローラ４００の判断４１２の場合と同様に、送信機３００とすべての隣接送信機の両方で空いているトーンが存在するかどうかが判定される。送信機３００とすべての隣接送信機の両方で空いているトーンが存在しない場合には、判断５２４で、任意の適切なＰＡＰＲ低減技法を使用してＰＡＰＲ低減信号を生成し、当該ＰＡＰＲ低減信号を予約トーンで送信することも、送信機３００上の空きトーンを使用せずに送信することも、送信機３００上の空きトーンのうちの１つ又は複数を使用して送信することもできる。また、送信機３００上の空きトーンのうちの１つ又は複数が使用される場合は、コントローラ４００の処理４１６に関して上述したように、干渉低減方法を実行して他の送信機との間の干渉を防止することができる。

判断５２２で送信機３００とすべての隣接送信機の両方で空いているトーンが存在することが判定された場合には、コントローラ５００は、処理５２６を実行する。処理５２６では、任意の適切なＰＡＰＲ低減技法を使用してＰＡＰＲ低減シンボルが生成され、当該ＰＡＰＲ低減シンボルは、識別された空きトーンのうちの１つ又は複数及び予約トーンで送信される。別法として、処理５２６では、ＰＡＰＲ低減シンボルを生成し、当該ＰＡＰＲ低減シンボルを送信機３００及びすべての隣接送信機上で空いているトーンのうちの１つ又は複数で送信することも、送信機３００上では空いているが、すべての隣接送信機上では空いていないトーンのうちの１つ又は複数で送信することも、予約トーンで送信することもできる。この場合、処理５２６では、上述の適切な干渉低減方法を利用して隣接送信機との間の干渉を低減することができる。

本発明の様々な実施形態によれば、マルチ・キャリア変調信号の歪みを低減する方法を動的に選択するコントローラの処理数及び判断数を、コントローラ４００及び５００のすべての処理数及び判断数よりも少なくすることができる。例えば、かかる一実施形態によれば、本発明に係るコントローラは、判断４０２、処理４０４、及び処理４０８だけを含むことができる。この例では、送信機３００上で予約トーンが定義される場合には（判断４０２）、送信機３００は、それらの予約トーンを使用して任意の適切なトーン予約ベースＰＡＰＲ低減技法を実行する（処理４０４）。送信機３００上で予約トーンが定義されない場合には、上述したように、送信機３００は、代替方法を使用して歪みを最小限に抑え又は防止する（処理４０８）。

他の実施形態によれば、本発明の範囲から逸脱しない範囲で上記の判断及び処理の順序を入れ替えることができる。

また他の実施形態によれば、予約トーン及び空きトーンの使用と併せてより高次の変調も使用することにより、スループットを向上させることができる。例えば、予約トーン又は空きトーンあるいはその両方が利用可能である場合には、図３の送信機３００のデータ・シンボル・マッパ３０２は、ＱＡＭを使用してデータを変調することができる。一方、予約トーン又は空きトーンのいずれかあるいはその両方が利用可能でない場合には、データ・シンボル・マッパ３０２は、ＱＰＳＫを使用してデータを変調することができる。より高次の変調の使用は、予約トーン及び空きトーンを使用した結果低減される歪みの量に依存する可能性がある。歪みが十分に低減される場合は、より高次の変調を使用することにより、予約トーン又は空きトーンあるいはその両方を使用しない場合よりも信頼性が高まる可能性がある。

本発明は、ＯＦＤＭの応用例と共に使用する形で説明されているが、そのように限定されるものではない。本発明は、デジタル加入者線（ＤＳＬ）の応用例、符号化ＯＦＤＭの応用例、他の任意の適当なマルチ・キャリア変調の応用例等、他のマルチ・キャリア変調の応用例にも拡張することができる。

本発明は、セルラー・ネットワーク内の様々なタイプの送信機（例えば基地局、ノードＢ局、又はモバイル・デバイス）に関するコントローラに実装することも、ネットワーク内の１つ又は複数の送信機を制御するネットワーク・コントローラ等、ネットワーク内の他の場所で実装することもできる。モバイル・デバイスの場合では、基地局が空きトーンの利用可能性に関する情報をモバイル・デバイスに提供することができる。本発明は、セルラー・ネットワークの文脈で説明されているが、そのように限定されるものではない。本発明は、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）、無線メトロポリタン・ネットワーク（ＭＷＡＮ）、又は他の任意の適当な無線ネットワークを含めた他の無線ネットワークで使用することができる。

また、本発明は、無線ネットワークと共に使用する形で説明されているが、そのように限定されるものではない。本発明は、デジタル加入者線（ＤＳＬ）ネットワーク等の有線ネットワーク、あるいはＯＦＤＭを利用する他の任意の有線ネットワークで使用することもできる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「隣接」という用語は、例えばある範囲（例えば距離）内に所在するすべての送信機又はセルを指す。この範囲は、現在の送信機に干渉し得る近隣の送信機に基づいて選択することができる。したがって、「隣接」という用語は、すぐ隣のセル又は送信機に限定されない。

本発明は、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０とコントローラ３１６の両方を用いて当初設計される送信機に実装することができる。別法として、本発明は、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータを有することも有さないこともある既存の送信機を改造するのに使用することもできる。ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータを有する既存の送信機については、コントローラ３１６を追加することによって改造することができる。ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータを有さない既存の送信機については、コントローラ３１６とＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０の両方を追加することによって改造することができる。

上記では、ＰＡＰＲ低減シンボルの生成に適した方法を実行するためのいくつかの処理（例えば、４０４、４１４、４１６）について述べた。しかしながら、本発明に係るコントローラは、必ずしもこれと同じ方法を常に実行するように限定されるものではないことに留意されたい。そうではなく、コントローラは、現時点で利用可能な予約トーン数及び空きトーン数等の要因に基づいて、ＰＡＰＲ低減シンボルの生成に適した方法を選択することができる。例えば、予約トーンが利用可能でなく、且つ比較的小さい数の空きトーンしか利用可能でない場合には、許容可能なＰＡＰＲ低減レベルを達成するＰＡＰＲ低減シンボルの異なる組合せの数は、比較的小さくなる。したがって、利用可能な最良の解決策を発見することが可能なアルゴリズムを使用して、比較的低い計算負荷でＰＡＰＲ低減シンボルを生成することができる。一方、比較的大きい数の予約トーン及び／又は空きトーンが利用可能である場合には、許容可能なＰＡＰＲ低減レベルを達成するＰＡＰＲ低減シンボルの異なる組合せの数は、大きくなる可能性が高い。この場合では、計算負荷を許容可能なレベルに保つために、利用可能な最良の解決策を必ずしも発見するとは限らないアルゴリズムを使用して、ＰＡＰＲ低減シンボルを生成することができる。

また、本発明のいくつかの実施形態によれば、２００７年９月１９日に出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７８８７５号（整理番号：Ｂａｌｉｇａ ｉ−ｉ−４−５）で教示される勾配降下アプローチを使用して、空きトーン又は予約トーンあるいはその両方に関するＰＡＰＲ低減シンボルを生成することができる。

添付の特許請求の範囲で使用される「予約トーン」という用語は、ＰＡＰＲ低減用に事前に予約されるトーンを指す。パイロット・トーンを含めた他のすべてのトーンは、予約されない。

本発明は、単一集積回路（ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等）、マルチ・チップ・モジュール、単一カード、又はマルチ・カード回路パックとして可能な実装を含む回路ベース・プロセスとして実装することができる。当業者には明らかなように、回路要素の様々な機能をソフトウェア・プログラムの処理ブロックとして実装することもできる。そのようなソフトウェアは、例えばデジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、又は汎用コンピュータで利用することができる。

本発明は方法の形で実施することも、それらの方法を実行する装置の形で実施することもできる。本発明は、磁気記録媒体、光記録媒体、固体メモリ、フロッピー・ディスケット、ＣＤ‐ＲＯＭ、ハード・ドライブ、他の任意のマシン読み取り可能な記憶媒体等、有形の媒体に実装され、コンピュータ等のマシンにロードされ当該マシンによって実行されたときに当該マシンが本発明を実施する装置となる、プログラム・コードの形で実施することもできる。本発明は、例えば記憶媒体に記憶されるものであれ、マシンにロードされ且つ／又は当該マシンによって実行されるものであれ、あるいは電気配線や電気ケーブル、光ファイバ、又は電磁放射等、何らかの伝送媒体を介して伝送されるものであれ、コンピュータ等のマシンにロードされ当該マシンによって実行されたときに当該マシンが本発明を実施する装置となる、プログラム・コードの形で実施することもできる。このプログラム・コードの各セグメントは、汎用プロセッサ上に実装されたときに、当該プロセッサと連動して特定の論理回路と類似の動作をする一意のデバイスを提供する。本発明は、媒体を介して電気的又は光学的に伝送され、磁界変化を介して磁気記録媒体等に記憶され、本発明の方法及び／又は装置を使用して生成されるビットストリーム又は他の信号値シーケンスの形で実施することもできる。

添付の特許請求の範囲で使用される図面番号及び／又は図面の参照符号は、各請求項の解釈を容易にするために、各請求項の主題に関する１つ又は複数の可能な実施形態を特定することを意図したものである。このような使用によって各請求項の範囲が必然的に対応する図面に示した実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。

本明細書に記載される例示的な方法の各ステップは、必ずしも記載の順序で実行する必要はなく、そのような方法の各ステップの順序は、単なる例示として理解すべきことを理解されたい。同様に、本発明の様々な実施形態と矛盾しない方法では、追加的なステップを含めることができ、また、いくつかのステップを省略することも組み合わせることもできる。

添付の特許請求の範囲における方法クレームの各要素は、それらが存在する場合は対応する標識が付された特定の順序で列挙されているが、クレーム説明においてそれらの要素の一部又は全部を実施する特定の順序について別段の言及がない限り、それらの要素は、必ずしもその特定の順序で実施されるように限定されるものではない。

Claims (9)

1. （ｉ）複数の非予約トーンと、（ｉｉ）ＰＡＰＲ低減用に事前に予約されるゼロ又は１つ又は複数の予約トーンとを有する、送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するコンピュータ実装方法であって、
   （ａ）少なくとも１つの他の非予約トーンがそれ自体にどのようなデータ・シンボルも割り当てられていない空きトーンとなるように、１つ又は複数の非予約トーンに１つ又は複数のデータ・シンボルを割り当てるステップと、
   （ｂ）１つ又は複数の空きトーンに１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルを割り当てるステップと、
   （ｃ）該トーン割り当てに基づいて、該１つ又は複数のデータ・シンボル及び該１つ又は複数の空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルにマルチ・キャリア変調を適用して、該マルチ・キャリア変調信号を生成するステップと
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   該マルチ・キャリア変調信号は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号であり、該マルチ・キャリア変調は、ＯＦＤＭ変調である方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   該マルチ・キャリア変調信号は、１つ又は複数の予約トーンを含み、
   該ステップ（ｂ）は、該１つ又は複数の予約トーンに１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルを割り当てるステップをさらに含み、
   該ステップ（ｃ）は、該トーン割り当てに基づいて、該１つ又は複数のデータ・シンボル、該１つ又は複数の空きトーンＰＡＰＲ低減シンボル、及び該１つ又は複数の予約トーンＰＡＰＲ低減シンボルに該マルチ・キャリア変調を適用して、該マルチ・キャリア変調信号を生成するステップを含む方法。
4. 請求項１に記載の方法において、
   空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルを有するトーンが隣接送信機によって使用されているかどうかを判定するステップと、
   該トーンが隣接送信機によって使用されていることが判定された場合に干渉低減方法を実行させるステップとをさらに含む方法。
5. 請求項１に記載の方法において、
   該マルチ・キャリア変調信号内の第１のマルチ・キャリア変調シンボルに関しては、少なくとも１つのトーンに空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルが割り当てられ、
   該マルチ・キャリア変調信号内の第２のマルチ・キャリア変調シンボルに関しては、該少なくとも１つのトーンにデータ・シンボルが割り当てられる方法。
6. （ｉ）複数の非予約トーンと、（ｉｉ）ＰＡＰＲ低減用に事前に予約されるゼロ又は１つ又は複数の予約トーンとを有するマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減する送信機であって、
   （ａ）少なくとも１つの他の非予約トーンがそれ自体にどのようなデータ・シンボルも割り当てられていない空きトーンとなるように、１つ又は複数の非予約トーンに１つ又は複数のデータ・シンボルを割り当て、（ｂ）１つ又は複数の空きトーンに１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルを割り当てるように適合されたサブキャリア・マッパと、
   該トーン割り当てに基づいて、該１つ又は複数のデータ・シンボル及び該１つ又は複数の空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルにマルチ・キャリア変調を適用して、該マルチ・キャリア変調信号を生成するように適合された逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）プロセッサとを含む送信機。
7. 請求項６に記載の送信機において、
   該マルチ・キャリア変調信号は、１つ又は複数の予約トーンを含み、
   該サブキャリア・マッパは、該１つ又は複数の予約トーンに１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルを割り当てるようにさらに適合され、
   該ＩＦＦＴプロセッサは、該トーン割り当てに基づいて、該１つ又は複数のデータ・シンボル、該１つ又は複数の空きトーンＰＡＰＲ低減シンボル、及び該１つ又は複数の予約トーンＰＡＰＲ低減シンボルに該マルチ・キャリア変調を適用して、該マルチ・キャリア変調信号を生成するように適合される、送信機。
8. 請求項６に記載の送信機において、
   空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルを有するトーンが隣接送信機によって使用されているかどうかを判定し、
   該トーンが隣接送信機によって使用されていることが判定された場合に干渉低減方法を実行させる送信機。
9. 請求項６に記載の送信機において、
   該マルチ・キャリア変調信号内の第１のマルチ・キャリア変調シンボルに関しては、該サブキャリア・マッパは、少なくとも１つのトーンに空きトーンＰＡＰＲ低減シンボルを割り当て、
   該マルチ・キャリア変調信号内の第２のマルチ・キャリア変調シンボルに関しては、該サブキャリア・マッパは、該少なくとも１つのトーンにデータ・シンボルを割り当てる、送信機。

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