JP5996595B2 - シンボル負荷による過酷な干渉の効果を低減するためのｏｆｄｍ送信機および方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、多重キャリアの無線通信に関係する。本発明の幾つかの実施形態は、直交周波数分割多重化（OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexed）信号を使用して通信する無線網に関係する。本発明の幾つかの実施形態は、提案中の標準規格「ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ」を含む「ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格」のうちの一つに従って構成された網を含むＷｉＦｉ無線網に関係する。本発明の幾つかの実施形態は、「ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格」のうちの一つに従って構成される網を含むWｉＭＡＸ無線網に関係する。本発明の幾つかの実施形態は、３ＧＰＰ Ｅ−ＵＴＲＡ通信標準規格のうちの一つに従って構成された網を含むＬＴＥ無線網に関係する。

（優先権の主張）
本特許出願は、2009年12月31日付けで出願された米国仮特許出願第６１／２９１，７８７（参照番号「Ｐ３３３３７Ｚ」）を基礎として、米国特許法第１１９条（ｅ）に規定する優先権の利益を主張し、上記基礎とした米国仮特許出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

多重キャリア無線網は、データシンボルを通信するために、複数の個別のキャリア（サブキャリア）を使用する。複数のサブキャリアのいずれか一つの上で過酷な干渉または深いフェージングが存在するとき、上記サブキャリアの上で伝送されたデータシンボルは復元することができない可能性がある。

ＷｉＦｉ網は周波数スペクトラムの中の認可されていない部分において動作するので、干渉は、ＷｉＦｉ網において特に問題となる。干渉信号は、周波数帯域の一部または空間チャネルの幾つかを妨害し得る。更には、互いに近接するＷｉＦｉ網のチャネル割り当ては部分的に重複し、その結果として、帯域幅のかなりの部分（最大でサブキャリアの２／３に達する）において干渉を生じる。幾つかの場合においては、他のサブキャリア上でチャネル品質がどれほど良好であるかに関わらず、一つのパケットの全体が失われる可能性がある。何故ならば、誤り訂正符号（例：畳み込み符号）は、妨害されたサブキャリア上で伝送された大半の又は全てのビットの喪失に対して耐えきれない可能性があるからである。

以上から、無線網において、干渉の効果を低減するための送信機と方法に対する一般的なニーズが存在する。さらに、干渉の効果を低減するための送信機と方法であって、過酷な干渉とフェージングに対して改善されたスループットと信頼性を提供する送信機と方法に対する一般的なニーズが存在する。

上記課題は請求項記載の手段により達成される。

本発明の実施形態に従うＯＦＤＭ送信機の機能ブロック図 本発明の実施形態に従うシンボル負荷を例示する図 従来のビット写像技法に従って２つのサブキャリアに写像された２つのデータシンボルの信号点配置を例示する図 本発明の実施形態に従い、図３に示す２つのデータシンボルに関して、シンボル負荷が加えられた後の信号点配置を例示する図 本発明の実施形態に従い、さまざまな信号対雑音比（SNR: Signal-to-Noise ratio）に対するシミュレートされたパケット誤り率の比較を示す図 本発明の実施形態に従い、さまざまな信号対雑音比（SNR: Signal-to-Noise ratio）に対するシミュレートされたパケット誤り率の比較を示す図 本発明の実施形態に従い、さまざまな信号対雑音比（SNR: Signal-to-Noise ratio）に対するシミュレートされたパケット誤り率の比較を示す図

以下の記載と図面は、本発明の具体的な実施形態を当業者が実施することを可能とするのに充分な程度に上記実施形態を例示する。本発明の他の実施形態は、構造的な変更、論理的な変更、電気的な変更、方法的な変更、または他の種類の変更を包含している。幾つかの実施形態の一つ以上の部分および特徴は他の実施形態の部分および特徴に含められ、あるいは、他の実施形態の部分および特徴と置き換えられてもよい。本願請求項中で述べられている本発明の実施形態は、これらの請求項に係る発明と均等である全ての利用可能な発明を包含している。フェージングと過酷な干渉に対して信頼性を改善するために、複数の信号ディメンジョンの上の複数のデータシンボルは、本発明の実施形態に従い、一緒に符号化される。上記信号ディメンジョンは、時間、周波数、および空間を含む。これらの実施形態は、以下においてより詳細に説明される。

図１は、本発明の幾つかの実施形態に従うＯＦＤＭ送信機の機能ブロック図である。ＯＦＤＭ送信機１００は、シンボルの生成器／マッパー１０６、線形変換回路１０８、送信器回路１１２およびコントローラ１１４を他の構成要素と共に含んでいてもよい。多重キャリア通信チャネルの複数のサブキャリアの上で、ＯＦＤＭシンボルを送信するように、ＯＦＤＭ送信機１００を構成することができる。シンボルの生成器／マッパー１０６は、符号化されたビット・ストリーム１０５の中の複数のビットから変調シンボルを生成することができる。変調シンボルは、ＱＡＭシンボルであってもよい。変調シンボルの各々は、それらのシンボル変調レベルに応じて幾つかの信号点配置を有していてもよく、それらの信号点配置を指して入力データシンボル１０７と呼ぶことにする。線形変換回路１０８は、２つ以上の入力データシンボル１０７から成るグループに対して線形変換を実行することが可能である。この線形変換により、これらの入力データシンボル１０７から、互いに異なる信号ディメンジョンに写像されるべき、対応する２つ以上の出力データシンボルが生成される。その結果、出力データシンボル１０９の各々が有する信号点配置の個数は増加することとなる。送信器回路１１２は、互いに異なる信号ディメンジョンのいずれか一つで出力データシンボル１０９の各々を送信するように構成される。

２つ以上の出力データシンボル１０９の各々が、グループの中の入力データシンボル１０７の各々に関する全ての情報を担うように、線形変換は設定されてもよい。互いに異なる信号ディメンジョンに写像された複数の入力データシンボル１０７のグループをこのように一緒に符号化することは、出力データシンボル１０９にシンボル負荷を与えることにより、フェージングと干渉に対する改善された信頼性を提供する。

本発明の幾つかの実施形態においては、互いに異なる信号ディメンジョンは、周波数、時間、または空間のディメンジョンを含む。本発明の実施形態においては、一つ以上の異なる信号ディメンジョンの組み合わせが使用されることが可能である。上記異なる信号ディメンジョンが周波数のディメンジョンを含む場合、２つ以上の入力データシンボル１０７のグループは、最初に複数の異なるサブキャリアに写像される。上記異なる信号ディメンジョンが時間のディメンジョンを含む場合、２つ以上の入力データシンボル１０７のグループは、最初に複数の異なるＯＦＤＭシンボルに写像される。上記異なる信号ディメンジョンが空間のディメンジョンを含む場合、２つ以上の入力データシンボル１０７のグループは、最初に複数の異なる空間チャネルに写像される。本発明の幾つかの実施形態においては、上記２つ以上の入力データシンボルは、複数の信号ディメンジョンのいずれか一つのみ（例えば、周波数のディメンジョン）に写像されてもよいが、その一方で、他の実施形態においては、上記入力データシンボルは、２つ以上の異なる信号ディメンジョンの組み合わせに写像されてもよい。

上記信号ディメンジョンが周波数のディメンジョンを含む場合、最初に、上記２つ以上の入力データシンボル１０７のグループは、互いに隣接しない複数のサブキャリアに対して写像され、上記互いに隣接しない複数のサブキャリアのいずれか一つの上での伝送のために、各出力データシンボル１０９を変調するように送信器回路１１２は構成される。上記互いに隣接しない複数のサブキャリアの各々は、グループ中の上記複数の入力データシンボル１０７の各々からの情報を担う。上記複数のサブキャリアのいずれか一つの上での過酷な干渉に起因して失われるであろう情報は、他のサブキャリアの上で伝送されるので、上記失われるであろう情報は復元されることが可能である。出力データシンボル１０９の各々に関する信号点配置の個数が上記増加することは、グループ中の入力データシンボル１０７の情報を上記複数のサブキャリアが搬送することを可能にする。下記においてより詳細に説明するように、２つ以上の入力データシンボル１０７から成るグループに関する情報を出力データシンボル１０９の各々が担うことができるように、線形変換は選択される。図２に示すように、干渉２０３によってサブキャリアｋ_１が妨害されるならば、２つの入力データシンボル１０７（図２のｂ_１およびｂ_２）からの情報はサブキャリアｋ_２上で復元される。何故ならば、出力データシンボルｄ_２は、入力データシンボルｂ_１およびｂ_２の両者の情報を含んでいるからである。

本発明の幾つかの実施形態においては、各出力データシンボル１０９の信号点配置の個数は、上記選択されたグループ中の各入力データシンボル１０７に関する信号点配置の個数の積となるように、線形変換を設定することが可能である。例えば、２つの出力データシンボル１０９を生成するために、２つの入力データシンボル１０７に対して一の線形変換が実行される場合、出力データシンボルの各々の信号点配置の個数は、N_１×N_２である。ここで、Ｎ_１は上記２つの入力データシンボルの一方の信号点配置の個数であり、Ｎ_２は上記２つの入力データシンボルの他方の信号点配置の個数である。各入力データシンボルがそれぞれ２つの信号点配置を有する例においては、各出力データシンボルは４つの信号点配置を有することとなる。各入力データシンボルがそれぞれ３つの信号点配置を有する例においては、各出力データシンボルは９つの信号点配置を有することとなる。各入力データシンボルがそれぞれ４つの信号点配置を有する例においては、各出力データシンボルは１６個の信号点配置を有することとなる。本発明の実施形態の技術的範囲は、同一の個数の信号点配置を有する入力データシンボルの上での線形変換の実行に限定されるものではない。例えば、適応的ビットローディングが採用される場合、２つの入力データシンボル１０７から成る選択されたグループの中の一方の入力データシンボルが２つの信号点配置を有し、上記選択されたグループの中の他方の入力データシンボルが３つの信号点配置を有するならば、出力データシンボルの各々は６つの信号点配置を有することが可能である。

本発明の幾つかの実施形態においては、線形変換は、一つ以上の複素数を備える変換行列Ｑを複数の入力データシンボルに乗算する動作を備える。複数の出力データシンボル１０９の各々が複数の入力データシンボル１０７の情報を担うことができるように、変換行列Ｑは選択されてもよい。これらの実施形態は、本明細書の以下の記載においてより詳細に検討される。本発明の幾つかの実施形態において、変換行列Ｑは、送信電力の正規化に関して一定値であるフロベニウスのノルムを有する。

本発明の幾つかの実施形態においては、シンボルの生成器／マッパー１０６は、複数の入力データシンボル１０７の集合を生成する。上記集合の中の各入力データシンボルは、最初に、チャネル帯域幅を構成する複数のサブキャリアの中の一つに対して写像される。コントローラ１１４は、上記集合の中から複数の入力データシンボル１０７のグループを選択することが可能である。コントローラ１１４は、複数のサブキャリアに対して写像される複数の入力データシンボル１０７を上記グループに関して選択することが可能である。ここで、入力データシンボル１０７が写像される上記複数のサブキャリアは、上記グループ中の入力データシンボル１０７の個数によりサブキャリアの総数を除算した数だけ互いに分離される。これは、上記グループに関して選択された入力データシンボル１０７同士の間で最大となるサブキャリア間の分離幅を達成するためである。

一つのグループ当たり、２つの入力データシンボルを使用する実施形態においては、一のグループに関して選択された入力データシンボル１０７はサブキャリアの総数のおよそ半分のサブキャリア数だけ分離されることが可能である。一つのグループ当たり、３つの入力データシンボルを使用する実施形態においては、一のグループに関して選択された入力データシンボル１０７はサブキャリアの総数のおよそ３分の１のサブキャリア数だけ分離されることが可能である。一つのグループ当たり、４つの入力データシンボルを使用する実施形態においては、一のグループに関して選択された入力データシンボル１０７はサブキャリアの総数のおよそ４分の１のサブキャリア数だけ分離されることが可能である。出力データシンボルは上記したサブキャリアの上で変調されるので、複数の出力データシンボル１０９が有するサブキャリア間の分離幅は、上記複数の入力データシンボルに関するサブキャリア間の分離幅と同一となる。

本発明の幾つかの実施形態においては、コントローラ１１４は、複数の入力データシンボル１０７から成る上記集合の中から入力データシンボルの追加のグループを選択するように構成され、選択された入力データシンボルから成る各グループの線形変換を線形変換回路１０８に実行させ、出力データシンボルの対応するグループをそれぞれ生成する。信号ディメンジョンが周波数のディメンジョンである場合、選択された入力データシンボルから成る各グループは、互いに隣接しない複数の異なるサブキャリアに対応し、上記集合の中の各入力データシンボルはチャネル帯域幅を構成する複数のサブキャリアの中のいずれか一つのサブキャリアに対して写像される。

本発明の幾つかの実施形態においては、複数の入力データシンボルから成る追加のグループは、上記集合の中から選択されることが可能であり、線形変換回路１０８は、出力データシンボルのグループを生成するために、選択された入力データシンボルから成る各グループの線形変換を実行し、その結果、複数のサブキャリアの各々について出力データシンボルがそれぞれ生成される。複数の出力データシンボルは、各サブキャリアに対してそれぞれ写像され、複数の出力データシンボル１０９から成る上記集合は、送信器回路１１２による送信のために構成されるＯＦＤＭシンボルを構成することが可能である。パイロットの挿入の後、出力データシンボル１０９の上記集合の上でＩＦＦＴが実行され、その結果、ＯＦＤＭシンボルを表現する時間領域の出力信号が伝送のために生成される。

図２に示す特定の実施形態においては、入力データシンボル１０７のグループは、互いに一緒に符号化されることが可能な２つの入力データシンボル（ｂ_１およびｂ_２）を含むことができる。これらの実施形態においては、入力データシンボル１０７は、第１と第２の入力データシンボル（ｂ_１，ｂ_２）を含み、これらのシンボルは、最初に、互いに隣接しない第１と第２のサブキャリア（ｋ_１，ｋ_２）にそれぞれ写像される（例えば、割り当てられる）。出力データシンボル１０９は、第１と第２の出力データシンボル（ｄ_１，ｄ_２）を含み、これらのシンボルは、互いに隣接しない第１と第２のサブキャリア（ｋ_１，ｋ_２）の上でそれぞれ伝送するために送信設定されることが可能である。出力データシンボル１０９の各々の信号点配置の個数が増加することは、第１と第２の入力データシンボル１０７の両者に関する全ての情報を、互いに隣接しない第１と第２のサブキャリアの両者が搬送することを可能にする。この例示的な実施形態においては、出力データシンボル１０９の各々が、入力データシンボル１０７の各々の２倍の個数の信号点配置を有している。本発明のこれらの実施形態においては、例えば、入力データシンボル１０７が２つのＢＰＳＫシンボルを備える場合、上記２つの出力データシンボル１０９は、各々が４ＰＳＫシンボルを備えることが可能である。これらの実施形態の幾つかにおいては、上記互いに隣接しない第１と第２のサブキャリアは、チャネル帯域幅を構成する複数のサブキャリア２０１の中の最大で２分の１のサブキャリア数だけ分離されている。

幾つかの例示的な実施形態においては、入力データシンボル１０７のグループは、互いに一緒に符号化される３つの入力データシンボルを含むことが可能である。本発明のこれらの実施形態においては、入力データシンボル１０７は、第１、第２および第３の入力データシンボルを含み、これらは最初に、互いに隣接しない第１、第２および第３のサブキャリアに対してそれぞれ写像される。出力データシンボル１０９は、第１、第２および第３の出力データシンボルを含み、これらは、互いに隣接しない第１、第２および第３のサブキャリアの上でそれぞれ送信するために構成される。出力データシンボル１０９の各々の信号点配置の個数が増加することは、第１、第２および第３の入力データシンボル１０７に関する全ての情報を、互いに隣接しない第１、第２および第３のサブキャリアが搬送することを可能にする。上記互いに隣接しない第１、第２および第３のサブキャリアは、チャネル帯域幅を構成する複数のサブキャリアの中の最大で３分の１のサブキャリア数だけ分離されている。本発明のこれらの実施形態においては、例えば、入力データシンボル１０７が３つのＢＰＳＫシンボルを備える場合、上記３つの出力データシンボル１０９は、各々が９個の信号点配置を備えることが可能である。

本発明に係る幾つかの代替的な実施形態においては、より高い信頼性のために、線形変換により生成される出力データシンボル１０９の個数は、入力データシンボル１０７の個数よりも大きくてもよい。これらの実施形態においては、非正方形の変換行列が使用される。例えば、５個の出力データシンボル１０９を生成するために、３個の入力データシンボル１０７は、５×３の線形変換行列によって変換されてもよい。

本発明の幾つかの実施形態においては、ＯＦＤＭ送信機１００は、チャネル帯域幅の中で、干渉１１５を判定し、または計測する機能を提供する回路を含むことが可能である。干渉１１５が閾値レベルよりも下であった場合、コントローラ１１４は、入力データシンボル１０７の上での線形変換の実行を、線形変換回路１０８に抑制させる。続いて、コントローラ１１４は、上記入力データシンボル１０７が最初に写像された互いに隣接しない複数のサブキャリアの上での変調のために、送信器回路１１２に入力データシンボルを構成させる。本発明のこれらの実施形態において、干渉１１５が閾値レベルよりも下であった場合、線形変換は全く実行されず、送信されるデータシンボルに関して信号点配置の個数の増加は全く無い。何故ならば、複数の入力データシンボル１０７は、複数の出力データシンボルに対して一対一に対応する形で直接的に写像されるからである。本発明のこれらの実施形態においては、計測された干渉が閾値レベルと等しいか又は上回っている場合、線形変換が実行される。干渉１１５は、チャネル帯域幅全体に跨る干渉であるか、または、いずれか一つ以上のサブキャリアに対する干渉である可能性がある。これらの実施形態の幾つかにおいては、干渉１１５は、ＰＥＲまたはパケット再送回数に基づいて判定される（例：Ｈ−ＡＲＱなど）。本発明のこれらの実施形態においては、複数の入力データシンボルを互いに一緒に符号化することは、帯域幅全体に跨る、または特定のサブキャリアの上で発生する干渉１１５が過酷である場合に実行することが可能である。特定のサブキャリアの上で発生する過酷な干渉とは、上記特定のサブキャリアの上で伝送されたシンボルを復元することが不可能であるような干渉である。これは、上記妨害されたサブキャリアの上で伝送された大半のまたは全てのビットが失われたためである。また、過酷な干渉は、一個のパケットが喪失されることを引き起こす干渉にもなりうる。本発明のこれらの実施形態においては、測定された干渉に関する閾値レベルは、過酷な干渉を定義する閾値レベルとすることが可能である。

図２に示すように、本発明の幾つかの実施形態においては、より長期に渡るチャネル情報が既知である場合、より良好なチャネル品質を有するサブキャリア２０１と、より劣悪なチャネル品質を有するサブキャリア２０１とを区別するように、コントローラ１１４は構成されることが可能である。コントローラ１１４は、電力ローディングを伴う線形変換を適用するように線形変換回路１０８を設定することが可能である。上記電力ローディングを伴う線形変換は、より良好なチャネル品質を有するサブキャリアに対して増加した電力レベルの供給し、より劣悪なチャネル品質を有するサブキャリアに対して低減した電力レベルを供給する。本発明のこれらの実施形態においては、（図２に示すように）サブキャリアｋ_２は、より良好なチャネル品質を有し、サブキャリアｋ_１は、より劣悪なチャネル品質を有するので、サブキャリアｋ_２に対しては、増加した電力レベルを供給し、サブキャリアｋ_１に対しては、低減した電力レベルを供給するように、線形変換を設定することが可能である。本発明のこれらの実施形態においては、より良好なチャネル品質を有するサブキャリアは、所定のレベルを下回る干渉を有するサブキャリアとすることが可能であり、より劣悪なチャネル品質を有するサブキャリアは、所定のレベルを上回る干渉を有するサブキャリアとすることが可能である。しかしながら、本発明の実施形態の技術的範囲は、このような態様に限定されるものではない。

図１に示す実施形態においては、線形変換は、写像されたデータシンボル（すなわち、入力データシンボル１０７）の上で実行される。本発明に係る幾つかの代替的な実施形態においては、線形変換は、符号化されたビット・ストリーム１０５の符号ビットの上で実行されることが可能である。これらの代替的な実施形態においては、シンボルの生成器／マッパー１０６は線形変換回路１０８よりも後のデータ経路において実装される（すなわち、シンボルの生成器／マッパー１０６と線形変換回路１０８の図１中での位置関係が逆転する）。

ＯＦＤＭ送信機１００は、幾つかの別々の機能要素を有するように図示されているけれども、一つ以上の上記機能要素は組み合わされてもよく、ソフトウェアによって設定された要素の組み合わせとして実装されてもよい。そのようなソフトウェアによって設定された要素としては、例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、および／または他のハードウェア要素を含むプロセッサ要素などがある。例えば、幾つかの要素は、一つ以上のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）、および少なくとも本明細書に記載された機能を実行するための様々なハードウェアや論理回路の組み合わせを備える。本発明の幾つかの実施形態においては、ＯＦＤＭ送信機１００の上記複数の機能要素は、一つ以上のプロセッサ要素の上で動作している一つ以上のプロセスのことを指して言うことも可能である。

図３は、従来のビット写像技法に従って２つのサブキャリアに写像された２つのデータシンボルの信号点配置を図示する。この例においては、各サブキャリアは、一つの符号ビットの伝送のために、一つのＢＰＳＫ信号点配置を使用する。２／３として設定された符号レートが使用され、一つのサブキャリアが妨害されるか又は深いフェージング状態にあるならば、情報ビットの個数よりも残りのビットの個数のほうが少ない場合、複数の情報ビットは復元することができないかも知れない。その結果として、一つのパケットが失われる。図４に示すように、両方のサブキャリアの上の両方の入力符号ビットの情報をロードすることにより、本明細書に開示されている実施形態は、この実例におけるシンボル伝送の頑健性を改善する。

図４は、本発明の幾つかの実施形態に従い、図３に示す２つのデータシンボルのシンボル・ローディングの後の信号点配置を示す。一つのサブキャリアが妨害されたとしても、他のサブキャリアが過酷な干渉（すなわち、妨害されている状態）や深いフェージング状態を経験していなければ、符号ビットは依然として検出され、復元されることが可能である。この実例においては、２つのサブキャリアの上に上記符号ビットの情報をロードするための上記線形変換として、回転行列が使用される。この実例においては、以下に示すように、入力された２個の上記符号ビットは、最初に、回転行列によって混合される（すなわち、線形変換を実行することに相当する）。

続いて、出力データシンボルは、以下のようにして、複数のサブキャリアの上にロードされることが可能である。

ただし、上記式において、ｄ_ｋはｋ番目のサブキャリアに対してロードされたシンボルであり、

は、ｋ番目のサブキャリアに対してロードされる２進の符号ビットを表す。その結果、図４に示すように、ｄ_ｋの信号点配置は４個の点を有し、各点は情報に関する２個のビットを特定する。たとえ、一つのサブキャリアが妨害されたとしても、全ての符号ビットｂ_ｋは失われずに、他の（妨害されていない）サブキャリアから復元され得る見込みがある。ここで留意すべきは、全ての回転行列が適切であるわけではないことである。例えば、以下の回転行列

に関してロードされたシンボルは、以下の３個の信号点配置しか有していない。

従って、上記ロードされたシンボルは、情報に関する２個のビットを完全に伝達することができない。

一般的に、出力データシンボル１０９は以下の式によって、生成されることが可能である。

ただし、Ｑは、一つ以上の複素数を含む線形変換行列であり、Ｓｍは、ｍ番目の入力データシンボルである。本発明の幾つかの実施形態においては、信頼性を高めるために、出力データシンボルの個数Ｎは、入力データシンボルの個数Ｍよりも大きくしてもよい。行列Ｑは、ユニタリー行列または他の任意の行列であってもよく、以下の式で表されるように、当該行列のフロベニウスのノルムは、送信電力の正規化に関して一定値である。

頑健性とは別に、本発明の幾つかの実施形態においては、上記線形変換行列Ｑは、電力ローディングもまた提供することができる。例えば、以下に示す線形変換行列Ｑ

は、第１のサブキャリアの上に全ての電力と情報をロードする。ＯＦＤＭ送信機１００が、サブキャリアのチャネル品質に関する長期に渡る情報、または干渉に関する情報を有している場合、電力ローディングは有用である可能性がある。電力ローディングはまた、ビームフォーミング、または２つ以上の空間チャネルの上での伝送に関しても、有用である可能性がある。本発明のこれらの実施形態においては、ＯＦＤＭ送信機１００（図１）内のコントローラ１１４（図１）は、緩慢に変動するチャネルに関する長期に渡る平均値という意味で、より高いチャネル品質を有するサブキャリアの電力レベルを増加し、より低いチャネル品質を有するサブキャリアの電力レベルを低減することが可能である。

本発明の幾つかの実施形態においては、線形変換行列Ｑは、以下のような２×２の具体的なユニタリー行列であってもよい。

本発明のこれらの実施形態においては、以下の数式で表される

は、長期に渡るチャネル統計、および変調と符号化の特定の方式に従って最適化されてもよい角度を表す。線形変換の各々が生成する複数の送信されたシンボル（出力データシンボル１０９）は、ダイバーシティ効果を増大させるために、周波数において互いに分離されることが可能である。フェージング状態にあるチャネルにおいては、最大の周波数分離が選択される。２×２の線形変換行列Ｑに関しては、サブキャリア間の分離幅は、最大でチャネル帯域幅のおよそ半分である可能性がある。本発明に係る幾つかの代替的な実施形態においては、Ｎ個のサブキャリアから成るチャネル帯域幅はＭ個のブロックに分割され、その結果、一つのブロック当たりＮ／Ｍ個のサブキャリアが存在する。本発明のこれらの実施形態においては、写像は第１番目のサブキャリアをＭ／２番目のサブキャリアとが対とされ、以下、他のサブキャリアについても同様となる。Ｎの値は、５２以下の数から数百以上の数までの数値範囲にわたる。Ｍの値は、２から１０まで、あるいはそれ以上の数までの数値範囲にわたる。

周波数のディメンジョンにおいて複数の符号ビットを混合することに加えて、本発明の実施形態は、時間または空間のディメンジョンにおいて複数の符号ビットを混合するように応用することもできる。例えば、空間のディメンジョンにおいて、複数の符号ビットは複数の空間チャネルに跨って混合されることが可能である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準規格に従うならば、スループットを改善するために、ビームフォーミング処理された互いに異なる空間チャネルに対して不均一な次数の変調が適用される。この事は結果として、ビームフォーミング処理された各チャネルの変調次数をフィードバックするための余計なオーバーヘッドを生み、不均一に配分された複数のビットを逆多重化するための余計な複雑性を生み出すこととなる。その結果として、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準規格と互換性のある多くの製品においては、この機能特性は一般にはサポートされていない。本明細書に開示された実施形態は、シンボル・ローディングを介して、不均一な変調の設定に関する必要性を除去している。本発明のこれらの実施形態においては、複数の入力データシンボル１０７（図１）は、変調と符号化に関して同一のレベルを有している。

本発明のこれらの実施形態においては、ＭＩＭＯ受信機は、ビームフォーミング処理されたプリアンブルから回転されたチャネルを計測し、従来技術における最尤推定型の復号化器を使用してロードされたシンボルを復調することができる。従って、複雑な実装が単純化される一方で、改善はされないまでも、少なくとも比肩し得るほどの動作性能を実現することができる。更には、変換行列Ｑを使用した電力ローディングは、余計な複雑性なしに、かつ、より少ないリンク適応オーバーヘッドにより、従来技術におけるＩＥＥＥ８０２．１１ｎ技術と比較して更に多くの利得を達成することができる。本明細書に開示された実施形態は、ビームフォーミング処理された複数のチャネル（空間の信号ディメンジョン）に跨る、複数のサブキャリア（周波数の信号ディメンジョン）に跨る、および複数のＯＦＤＭシンボル（時間の信号ディメンジョン）に跨るＷｉＭＡＸシステムおよびＬＴＥシステムにも応用することができる。

図５、６および７は、本発明の幾つかの実施形態に従い、複数の様々なＳＮＲの設定値に関して、シミュレーション実験により得られたＰＥＲ値の比較結果を示した図である。図５においては、変調レベルがＱＰＳＫ、符号レートが３／４であり、アンテナ構成を１×１としてシミュレーションが行われた。図５においては、従来のビット写像技法に関するＰＥＲ値の推移が線５０１によって図示され、本明細書に開示された実施形態に従うビット写像技法に関するＰＥＲ値の推移が線５０２により図示されている。図５は、干渉が無い状況を図示している。

図６においては、変調レベルがＱＰＳＫ、符号レートが３／４であり、アンテナ構成を１×１とし、干渉が存在する状況の下でシミュレーションが行われた。図６は、帯域幅全体の１／３が（例えば、チャネルが部分的に重複するなどにより）妨害された場合のＰＥＲ値の推移を図示する。図６においては、従来のビット写像技法に関するＰＥＲ値の推移が線６０１によって図示され、本明細書に開示された実施形態に従うビット写像技法に関するＰＥＲ値の推移が線６０２により図示されている。

図７は、ビームフォーミング処理されたチャネルに関するＰＥＲ値の推移を示す。図７においては、変調レベルがＱＰＳＫ、符号レートが３／４であり、アンテナ構成を４×２とし、完全なビームフォーミングが実現された場合についてシミュレーションが行われた。図７においては、従来のビット写像技法に関するＰＥＲ値の推移が線７０１によって図示され、本明細書に開示された実施形態に従うビット写像技法に関するＰＥＲ値の推移が線７０２により図示されている。図７は、複数の空間チャネルに跨る性能を図示している。

これらのシミュレーションにおいては、チャネルのモデルは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準規格において、見通し範囲外（NLOS: Non-Line-Of-Sight）の掩蔽を伴うチャネル・モデルＤである。チャネル符号は８０２．１１巡回符号である。パケットのサイズは１０００バイトである。受信機は２×２の最尤推定型アーキテクチャである。図５、６および７において図示されたシミュレーション結果は、利得の改善とＰＥＲの低減を示している。符号レートの高い方式に関する改善効果は明白であるが、符号レートの値が１／２になると、利得は減少している。図５に示されるような干渉を考慮しないシミュレーションにおいては、符号レートが１／２を上回る場合に、ＰＥＲ値が１０％になると利得が１ｄＢよりも大きくなり、ＰＥＲ値が１％になると利得は約２％前後となる。

符号レートが１／２に設定され、干渉が考慮された図６に図示するシナリオに関しては、複数のサブキャリアの１／３が隣接する周波数帯域によって妨害される。このシナリオにおいては、従来技術におけるビット写像技法を使用する伝送は基本的にブロックされる（すなわち、パケットが喪失する）。これとは反対に、本発明に実施形態に従い、シンボル・ローディングを使用すれば、受容可能なＰＥＲ値が達成され、１０ｄＢより大きな利得が達成される可能性がある。フェージング状態にあるチャネルに関しては、本明細書に開示された実施形態は、図５において、より急峻なＰＥＲ変化の傾きにより図示されるように、ダイバーシティ次数を改善する可能性がある。ビームフォーミング処理された空間チャネルの場合、図７に図示するように、ＰＥＲ値が１０％の時に１．５ｄＢの利得が観測される。

ＯＦＤＭ送信機１００（図１）は、多重キャリア通信チャネルの上でＯＦＤＭ通信信号を送信することが可能な多重キャリア送信機とすることが可能である。本発明のこれらの実施形態の幾つかにおいては、ＯＦＤＭ送信機１００は、無線ローカルエリア網（ＷＬＡＮ）の通信局の一部とすることが可能である。このような通信局の例としては、無線アクセスポイント（ＡＰ）、基地局、またはＷｉＦｉ（Wireless Fidelity）装置を含むモバイル装置などがある。これら多重キャリアに関する実施形態の幾つかにおいては、ＯＦＤＭ送信機１００は、広帯域無線アクセス（ＢＷＡ）網の通信局の一部とすることが可能である。このような通信局の例としては、ＷｉＭａｘ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）通信局などがあるが、本発明の技術的範囲はこのような例に限定されない。何故ならば、ＯＦＤＭ送信機１００は、およそあらゆる種類の無線通信装置の一部であることが可能だからである。

本発明の幾つかの実施形態においては、ＯＦＤＭ送信機１００は、特定の通信標準規格に従って通信してもよい。このような通信標準規格の例としては、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格を含むＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）標準、および／またはＷＬＡＮに関する現在提案中の仕様書などがあるが、本発明の技術的範囲はこのような例に限定されない。何故ならば、本発明のこれらの実施形態は、他の技法や標準規格に従って通信を送受信することにおいても好適であり得るからである。本発明の幾つかの実施形態においては、ＯＦＤＭ送信機１００は、無線メトロポリタン・エリア網に関するＩＥＥＥ８０２．１６−２００４およびＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格、およびこれらの変形規格や発展規格に従って通信することが可能である。しかしながら、本発明の技術的範囲はこのような例に限定されない。何故ならば、本発明のこれらの実施形態は、他の技法や標準規格に従って通信を送受信することにおいても好適であり得るからである。ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格およびＩＥＥＥ８０２．１６標準規格に関係する、より詳細な情報に関しては、以下の資料を参照されたい。“IEEE Standards for Information Technology − Telecommunications and Information Exchange between Systems” − Local Area Networks − Specification Requirements − Part II “Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY), ISO/IEC 8802-11: 19999”およびMetropolitan Area Networks − Specification Requirements − Part 16: “Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,”May 2005、および関係する改訂内容／改訂版。

本発明の幾つかの他の実施形態においては、ＯＦＤＭ送信機１００は、ＵＴＲＡＮ（Universal Terrestrial Radio Access Network）ＬＴＥ（Long Term Evolution）（３ＧＰＰ−ＬＴＥおよびＥ−ＵＴＲＡとしても知られている）の基地局または移動局であってもよい。これら３ＧＰＰ−ＬＴＥに関する実施形態においては、ＯＦＤＭ送信機１００は、ＵＴＲＡＮ−ＬＴＥに関する３ＧＰＰ（3^rd Generation Partnership Project）標準規格のリリース８，2008年３月発行およびこの改訂版と拡張版を含む規格に従って通信を行ってもよい。

ＯＦＤＭ送信機１００は、一つ以上の指向性または無指向性のアンテナと接続されてもよい。このようなアンテナの例としては、例えば、ダイポール・アンテナ、モノポール・アンテナ、パッチ・アンテナ、ループ・アンテナ、マイクロストリップ・アンテナまたはＯＦＤＭ信号の送信に適した他の型のアンテナを含む。本発明の幾つかの実施形態においては、２本以上のアンテナの代わりに複数のアパーチャを備えた単一アンテナが使用されてもよい。これらの実施形態においては、各アパーチャは別々のアンテナであると看做されることが可能である。ＭＩＭＯ（Multiple Input, Multiple Output）に関する実施形態においては、空間ダイバーシティ、およびそれにより生じる複数の異なるチャネル特性による利点を有効活用するために、上記複数のアンテナは効果的に分離される。

本願の技術的な開示内容の性質と要点を読者が確認することを可能にする要約書の添付を要求する米国特許規則１．７２（ｂ）の規定に適合するために、出願人により要約書が提供される。要約書は、それが本願請求項に係る発明の技術的範囲や意味を限定したり解釈したりするために使用されることは無いという理解の下に、出願人によって提出された。以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書において発明の詳細な説明の中に組み込まれ、各請求項記載の発明は、それ自体が個別の実施形態として完結している。

Claims (22)

1. ２つ以上の空間ディメンジョンを含む異なる信号ディメンジョンに対して２つ以上の入力変調シンボルのブロックを写像するマッパー；
   より良好なチャネル品質で出力シンボルを送信するために使用されるチャネルのチャネル帯域幅内のサブキャリア及びより劣悪なチャネル品質を有する前記チャネル帯域幅内のサブキャリアを区別するように構成されるコントローラ；
   各出力シンボルが１つより多くの入力変調シンボルの何らかの情報を伝搬することとなるように、プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックを生成するために、前記写像された入力変調シンボルのブロック上において線形変換を実行する線形変換回路であって、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックの全部未満のサブセットが前記写像された入力変調シンボルのブロックの復元を可能にするのに十分になるように、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックは、前記写像された入力変調シンボルのブロックの冗長的な情報を伝搬し、前記線形変換回路は、より良好なチャネル品質で区別された前記サブキャリアに対して増加した電力レベルを供給し、より劣悪なチャネル品質で区別された前記サブキャリアに対して低減した電力レベルを提供するために、電力ローディングを伴う線形変換を適用する、線形変換回路；および、
   ２本以上のアンテナを使用した送信のために、前記２つ以上の空間ディメンジョンの各々に関して、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックから時間領域信号を生成する送信機回路であって、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルは、送信に先立って少なくとも異なる周波数ディメンジョンを含む異なる信号ディメンジョンに対して写像される、送信機回路、
   を具備し、
   前記入力変調シンボルは、前記入力変調シンボル間で最大のサブキャリアの分離を達成するために、入力変調シンボルの個数で除算したサブキャリアの総数によって分離されたサブキャリアに写像される、モバイル装置用の送信機。
2. 前記異なる周波数ディメンジョンは、周波数サブキャリアの異なる集合を含む、請求項１記載の送信機。
3. 前記異なる信号ディメンジョンは、異なる空間ディメンジョンおよび異なる時間ディメンジョンを含み、
   前記異なる空間ディメンジョンは、異なる空間チャネルを含み、
   前記異なる時間ディメンジョンは、異なるシンボル時間を含む、請求項１記載の送信機。
4. 前記線形変換によって生成された前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルの各々は、増加した個数の信号点配置を有している、請求項２記載の送信機。
5. 前記２つ以上の空間ディメンジョンは、空間多重化処理のための送信層を含み、前記マッパーは、異なる送信層に対して前記２つ以上の入力変調シンボルのブロックを写像するように構成される、請求項２記載の送信機。
6. 前記線形変換回路は、送信層毎の変換プリコーディング処理のために、前記写像された入力変調シンボルのブロック上において線形変換を実行し、送信層毎にプリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックを生成する、請求項５記載の送信機。
7. ２つの空間チャネルのために、前記マッパーは、２つの送信層に対して２つ以上の入力変調シンボルのブロックを写像する、請求項６記載の送信機。
8. 前記空間ディメンジョンの各々に関して、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックから生成された前記時間領域信号は、ＵＴＲＡＮ（Universal Terrestrial Radio Access Network）ＬＴＥ（Long Term Evolution）通信規格に従って構成される、請求項２記載の送信機。
9. モバイル装置用の送信機によって実行される方法であって：
   ２つ以上の空間ディメンジョンに対して２つ以上の入力変調シンボルのブロックを写像するステップ；
   より良好なチャネル品質で出力シンボルを送信するために使用されるチャネルのチャネル帯域幅内のサブキャリア及びより劣悪なチャネル品質を有する前記チャネル帯域幅内のサブキャリアを区別するステップ；
   各出力シンボルが１つより多くの入力変調シンボルの何らかの情報を伝搬することとなるように、プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックを生成するために、前記写像された入力変調シンボルのブロック上において線形変換を実行するステップであって、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックの全部未満のサブセットが前記写像された入力変調シンボルのブロックの復元を可能にするのに十分になるように、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックは、前記写像された入力変調シンボルのブロックの冗長的な情報を伝搬し、前記線形変換は、より良好なチャネル品質で区別された前記サブキャリアに対して増加した電力レベルを供給し、より劣悪なチャネル品質で区別された前記サブキャリアに対して低減した電力レベルを提供するために、電力ローディングが適用される、ステップ；および、
   ２本以上のアンテナを使用した送信のために、前記２つ以上の空間ディメンジョンの各々に関して、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックから時間領域信号を生成するステップであって、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルは、送信に先立って少なくとも異なる周波数ディメンジョンを含む異なる信号ディメンジョンに対して写像される、ステップ、
   を具備し、
   前記入力変調シンボルは、前記入力変調シンボル間で最大のサブキャリアの分離を達成するために、入力変調シンボルの個数で除算したサブキャリアの総数によって分離されたサブキャリアに写像される、方法。
10. 前記異なる周波数ディメンジョンは、周波数サブキャリアの異なる集合を含む、請求項９記載の方法。
11. 前記異なる信号ディメンジョンは、異なる空間ディメンジョンおよび異なる時間ディメンジョンを含み、
    前記異なる空間ディメンジョンは、異なる空間チャネルを含み、
    前記異なる時間ディメンジョンは、異なるシンボル時間を含む、請求項９記載の方法。
12. 前記線形変換によって生成された前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルの各々は、増加した個数の信号点配置を有している、請求項１０記載の方法。
13. 前記２つ以上の空間ディメンジョンは、空間多重化処理のための送信層を含み、前記２つ以上の入力変調シンボルのブロックは、異なる送信層に対して写像される、請求項１０記載の方法。
14. 変換プリコーディング処理のための線形変換は、層毎にプリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックを生成するために、層毎に、前記写像された入力変調シンボルのブロック上において実行される、請求項１３記載の方法。
15. ２つの空間チャネルのために、２つ以上の入力変調シンボルのブロックが２つの送信層に対して写像される、請求項１４記載の方法。
16. 前記空間ディメンジョンの各々に関して、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックから生成された前記時間領域信号は、ＵＴＲＡＮ（Universal Terrestrial Radio Access Network）ＬＴＥ（Long Term Evolution）通信規格に従って構成される、請求項１０記載の方法。
17. ２つ以上の空間ディメンジョンに対して２つ以上の入力変調シンボルのブロックを写像するステップ；
    より良好なチャネル品質で出力シンボルを送信するために使用されるチャネルのチャネル帯域幅内のサブキャリア及びより劣悪なチャネル品質を有する前記チャネル帯域幅内のサブキャリアを区別するステップ；
    各出力シンボルが１つより多くの入力変調シンボルの情報を伝搬することとなるように、プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックを生成するために、前記写像された入力変調シンボルのブロック上において線形変換を実行するステップであって、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックの全部未満のサブセットが前記写像された入力変調シンボルのブロックの復元を可能にするのに十分になるように、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックは、前記写像された入力変調シンボルのブロックの冗長的な情報を伝搬し、前記線形変換は、より良好なチャネル品質で区別された前記サブキャリアに対して増加した電力レベルを供給し、より劣悪なチャネル品質で区別された前記サブキャリアに対して低減した電力レベルを提供するために、電力ローディングが適用される、ステップ；および、
    ２本以上のアンテナを使用した送信のために、前記２つ以上の空間ディメンジョンの各々に関して、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックから時間領域信号を生成するステップであって、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルは、送信に先立って少なくとも異なる周波数ディメンジョンを含む異なる信号ディメンジョンに対して写像される、ステップ、
    を具備する動作を一つ以上のプロセッサに実行させ、
    前記入力変調シンボルは、前記入力変調シンボル間で最大のサブキャリアの分離を達成するために、入力変調シンボルの個数で除算したサブキャリアの総数によって分離されたサブキャリアに写像される、コンピュータプログラム。
18. 前記異なる信号ディメンジョンは、異なる空間チャネルを含む異なる空間ディメンジョン、および、異なるシンボル時間を含む異なる時間ディメンジョンを少なくとも含み、
    前記２つ以上の空間ディメンジョンは、空間多重化処理のための送信層を含み、
    マッパーは、異なる送信層に対して前記２つ以上の入力変調シンボルのブロックを写像するように構成され、
    変換プリコーディング処理のための線形変換の実行は、層毎にプリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックを生成するために、層毎に、前記写像された入力変調シンボルのブロック上において実行される、請求項１７記載のコンピュータプログラム。
19. 前記空間ディメンジョンの各々に関して、前記プリコーディング処理された複素数値形式の出力シンボルのブロックから生成された前記時間領域信号は、ＵＴＲＡＮ（Universal Terrestrial Radio Access Network）ＬＴＥ（Long Term Evolution）通信規格に従って構成される、請求項１８記載のコンピュータプログラム。
20. 請求項１７ないし１９のうちいずれか１項に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能記録媒体。
21. 前記出力シンボルを送信するために使用されるチャネルのチャネル帯域幅内の干渉を決定する干渉回路を更に具備し、
    前記線形変換回路は、前記干渉回路により決定された前記干渉が閾値レベルよりも下回る場合、前記入力変調シンボルに対する前記線形変換を実行することを抑制し、前記入力変調シンボルが最初に写像された隣接しないサブキャリア上での変調のために、前記入力変調シンボルを送信し、測定された干渉が少なくとも前記閾値レベルである場合、前記線形変換を実行する、請求項１記載の送信機。
22. 前記入力変調シンボルの写像は、前記チャネル帯域幅に跨る干渉又は特定のサブキャリア上の干渉が過酷である場合に実行される、請求項２１記載の送信機。

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