JP6536672B2 - 波形を生成するためのシステムおよび方法ならびにその利用 - Google Patents

波形を生成するためのシステムおよび方法ならびにその利用 Download PDF

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Description

本出願は、“System and Method for Zero Peak-to-Average Power Ratio Waveforms and Utilization Thereof”という名称で2014年8月15日に提出された米国仮出願第62/038,070、および“System and Method for Generating Waveforms and Utilization Thereof”という名称で2015年8月10日に提出された米国仮出願第14/822,492の利益を主張するものであり、これらの出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。
本開示は概してデジタル通信に関連し、より具体的には、波形を生成するシステムおよび方法ならびにそれらの利用に関連する。
SCMAは、複数の装置、ユーザ、またはユーザ装置(UE)がチャネルリソースを共有することを可能にする非直交多重アクセススキームである。潜在的な送信装置は、リソースユニットとも呼ばれる時間および周波数リソースが割り当てられる。SCMAにおいて、潜在的な送信装置はさらに、SCMAシステムがより多くの接続された装置をサポートすることを可能にする、装置伝送の重畳を可能にするスパースコードブックが割り当てられる。
本開示の例示的な実施形態は、波形を生成するためのシステムおよび方法ならびにそれらの利用を提供する。
本開示の別の例示的な実施形態によれば、波形を送信するための方法が提供される。本方法は、送信装置によって、通信システムの通信要件を満たすように第1のマルチキャリア波形の第1の多重化パラメータを調整するステップと、送信装置によって、第1の入力ビットブロックおよび第1の変調マップに従って第1の信号を生成するステップとを含む。本方法は、送信装置によって、第1の信号を第1のサブバンドに配置するステップであって、調整された第1の多重化パラメータに従って指定される、ステップと、送信装置によって、第1のサブバンドを送信するステップとを含む。
本開示の別の例示的な実施形態によれば、受信装置が動作する方法が提供される。本方法は、受信装置によって、多重化パラメータを決定するステップと、受信装置によって、多重化パラメータに従って第1のサブバンドを受信するステップとを含む。本方法は、受信装置によって、第1のサブバンドから第1の信号を抽出するステップと、受信装置によって、受信装置に関連付けられた第1の変調マップに従って第1の信号を処理するステップとを含む。
本開示の別の例示的な実施形態によれば、送信装置が提供される。送信装置は、プロセッサと、プロセッサによる実行のためのプログラミングを記憶している非一過性コンピュータ可読記憶媒体とを含む。プログラミングは、通信システムの通信要件を満たすように第1のマルチキャリア波形の第1の多重化パラメータを調整することと、第1の入力ビットブロックおよび第1の変調マップに従って第1の信号を生成することと、第1の信号を第1のサブバンドに配置することであって、第1のサブバンドは調整された第1の多重化パラメータに従って指定される、ことと、第1のサブバンドを送信することとを行うための命令を含む。
本開示の別の例示的な実施形態によれば、受信装置が提供される。受信装置は、プロセッサと、プロセッサによる実行のためのプログラミングを記憶している非一過性コンピュータ可読記憶媒体とを含む。プログラミングは、多重化パラメータを決定することと、多重化パラメータに従って第1のサブバンドを受信することと、第1のサブバンドから第1の信号を抽出することと、受信装置に関連付けられた第1の変調マップに従って第1の信号を処理することとを行うための命令を含む。
一実施形態の1つの利点は、ゼロまたは実質ゼロPAPR波形によりアナログ-デジタルおよびデジタル-アナログ変換器設計を簡略化するとともに、無線周波数電力増幅器の効率を向上させることである。
一実施形態の別の利点は、ゼロまたは実質ゼロPAPR波形と非ゼロPAPR波形との共存が可能であり、それによって、様々なサブキャリア間隔および/またはシンボル区間のサポートを可能にすることである。
本開示およびその利点に対するより十分な理解のために、ここで、添付の図面と併せて為される以下の説明に対する参照が行われる。
本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的な通信システムを説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、データを符号化する例示的なSCMA多重化スキームを説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的なSCMA波形、およびSCMAブロックを埋めるように例示的なSCMAコードブックを用いてデータが変調される例示的なプロセスを説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、2つの非ゼロ要素および2つのゼロ要素を有する4点での変調のための例示的なSCMAコードワードを説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による例示的な、4点でのPAPRが低いコードブックを説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による例示的な、8点でのPAPRが低いコードブックを説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、SCMAコードブックが波形の利用可能な帯域幅の全体を占める、第1の例示的な波形を説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、SCMAコードブックが波形の利用可能な帯域幅の一部分を占める第2の例示的な波形を説明する図である。 本明細書に記載される例示的な実施形態による、例示的な帯域幅700の利用可能な帯域幅が2つの部分に分割される例示的な帯域幅を説明する図である。 本願で開示される装置および方法を実施するために使用可能である例示的な処理システムのブロック図である。 本明細書に提示される例示的な実施形態による、送信装置にゼロPAPR波形を生成および送信させる、例示的な動作のフロー図を説明する図である。 本明細書に提示される例示的な実施形態による、受信装置にゼロPAPR波形を受信および処理させる、例示的な動作のフロー図を説明する図である。 設計装置にゼロPAPR波形を生成および記憶させる、本明細書に提示される例示的な実施形態による、例示的な動作のフロー図を例示する図である。
現在のところの例示的な実施形態の動作およびそれらの構造が、以下に詳細に論じられる。しかし、本開示は、多種多様な具体的なコンテキストを実装することができる多数の応用可能な独創的な概念を提供する。論じられる特定の実施形態は、本開示の特定の構造および本開示の動作方法の例示に過ぎず、本開示の範囲を限定するものではないことを認識すべきである。
本開示の一実施形態は、波形の生成に関する。例えば、設計装置は、非ゼロのコンスタレーション点およびゼロのコンスタレーション点を有する各コンスタレーションマップを用いて多次元コンスタレーションマップを生成し、多次元コンスタレーションマップの非ゼロのコンスタレーション点を等しくし、ここで、非ゼロのコンスタレーション点は、ゼロのコンスタレーション点を除くコンスタレーション点を含み、設計装置は、入力ビットブロック値に対して、それらに関連付けられる非ゼロのコンスタレーション点を有する単一の多次元コンスタレーションマップが存在するように、多次元コンスタレーションマップのコンスタレーション点をラベル付けし、通信システム内で信号をやりとりするために多次元コンスタレーションマップが使用されるように促進する。
本開示は、特定のコンテキストにおける例示的な実施形態、すなわち、ゼロまたは実質ゼロPAPR波形を生成および使用する通信システムについて記載される。本開示は、3GPP(Third Generation Partnership Project)、IEEE 802.11等に準拠しているような、標準準拠の通信システム、ゼロまたは実質ゼロPAPR波形を使用する、技術標準、および標準準拠ではない通信システムに適用可能である。幾つかの実施形態において、5%程度の妥当な大きさ以内のオフセットは、実質ゼロとして考慮可能である。
SCMAにおいて、データは、複数の時間-周波数リソース、例えば、多次元コードワードを通して直交周波数分割多重アクセス(OFDMA)リソースのトーンにわたって拡散される。他のSCMAの変形において、データは、符号分割多重アクセス(CDMA)、シングルキャリア波形、フィルタバンクマルチキャリア(FBMC)、フィルタ式OFDM、離散フーリエ変換拡散OFDM(DFT拡散OFDM)等のリソースユニットにわたって拡散可能である。コードワードのスパース性は、メッセージ伝搬アルゴリズム(MPA)を使用することにより、多重化されたSCMAレイヤの結合検出の複雑度を低減するのに役立つ。一般に、SCMA信号の各レイヤは、その特定のコードブックセットを有する。低密度拡散(LDS)は、SCMAの特別なケースである。マルチキャリアCDMA(MC-CDMA)の形式としてのLDSは、様々なレイヤのデータを多重化するのに使用される。多次元コードワードを用いるSCMAとは対照的に、LDSは、時間または周波数におけるレイヤ固有の非ゼロ位置で同じ(QAM)シンボルの反復を使用する。例として、LDS-直交周波数分割多重化方式(LDS-OFDM)において、コンスタレーション点は、LDSブロックの非ゼロ周波数トーンにわたって繰り返される(幾つかの可能な位相回転とともに)。多次元コンスタレーションの整形利得および符号化利得は、LDSを上回るSCMAの利点の1つである。利得は、より高次の変調に対して潜在的に高く、LDSの反復符号化は、多大な浪費および貧弱な性能を示す。
SCMAは、バイナリデータストリームのようなデータストリーム、または一般的にはMアレイデータストリームを符号化する符号化技術であり、Mは、多次元コードワードに対する1以上の整数値である。SCMAは、データストリームを多次元コードワードに直接符号化し、従来のCDMA(およびLDS)符号化にわたる符号化利得を招くことになる直角位相振幅変調(QAM)シンボルマッピングを回避する。特に、SCMA符号化技術は、QAMシンボルよりはむしろ多次元コードワードを使用してデータストリームを運搬する。SCMAは、SCMAコードブックを使用して、データストリームを多次元コードワードに符号化し、SCMAコードブックは、拡散コンスタレーションの例である。拡散変調マップとも呼ばれる拡散コンスタレーションは、拡散シーケンスをコンスタレーションに適用することによって得られる。コンスタレーションは、変調マップとも呼ばれる。拡散シーケンスは、シグネチャとも呼ばれる。
加えて、様々な多重化レイヤに対する多様な拡散シーケンス、例えば、従来のCDMA符号化において一般的である、LDSにおけるLDSシグネチャの使用とは対照的に、SCMA符号化は、様々な多重化レイヤに対する多様なコードブックの使用を通して多重アクセスを提供する。さらに、SCMA符号化は一般的に、メッセージ伝搬アルゴリズム(MPA)のような低複雑度のアルゴリズムを使用して、受信器によって受信された組み合わせられたコードワードから各コードワードを検出するのを可能にし、それによって、受信器における複雑度の処理を軽減するスパースコードワードを有するコードブックを使用する。
CDMAは、データシンボルが直交および/または近直交コードシーケンスにわたって分布する多重アクセス技術である。従来のCDMA符号化は、拡散シーケンスが適用される前に、バイナリコードが直角位相振幅変調(QAM)シンボルにマッピングされる、2段階プロセスである。従来のCDMA符号化は、比較的速いデータレートを提供可能であるが、次世代無線ネットワークのさらなる発展要求を満たすためには、さらに速いデータレートを得るための新たな技術/機構が必要とされる。低密度拡散(LDS)は、様々なレイヤのデータを多重化するのに使用されるCDMAの一形式である。LDSは、時間または周波数におけるレイヤ固有の非ゼロ位置での同じシンボルの反復を使用する。例として、LDS-直交周波数分割多重方式(OFDM)において、コンスタレーション点は、LDSブロックの非ゼロ周波数トーンにわたって反復される(幾つかの可能な位相回転とともに)。スパースコード多重アクセス(SCMA)は、拡散変調マップの例である、SCMAコードブックから選択された多次元コードワードの重畳によって実現されるコードブックに基づく非直交多重化技術である。LDSにおけるようなQAMシンボルの拡散の代わりに、符号化されたビットが多次元でスパースな複合コードワードに直接マッピングされる。SCMAコードブックの主な利点は、LDS拡散の反復復号化を上回る、多次元コンスタレーションの整形利得および符号化利得である。SCMAは、波形/変調および多重アクセススキームとして分類される。SCMAコードワードは、複数のチャネルリソースユニット、例えば、OFDMのマルチキャリアトーンにわたって置かれる。SCMAにおいて、過負荷は、スパースなSCMAコードワードのおかげで適度な複雑度の検出により実現可能である。SCMAは特に、より大きなコンスタレーションサイズに対してLDSにわたって顕著な利得を示すことができ、多次元変調の利得は潜在的により大きい。LDSはより大きなコンスタレーション要求に対して貧弱なリンク性能を示すにもかかわらず、その拡散および過負荷特性によりシステム利点を提供する。干渉白色化(interference whitening)、開ループユーザ多重化、および大規模接続性は、システムの観点からLDSの利点を示す幾つかの例である。SCMAは、LDSのシステム利点を全て提供する拡散および多重化技術であるのと同時に、OFDMAと比較してリンク性能を維持するかまたはさらに向上させる。したがって、SCMAは、OFDMAのリンク利点およびLDSのシステム利点を同時にもたらす。
図1は、例示的な通信システム100を説明する。通信システム100は、SCMA通信をサポートすることができる。通信システム100は、通信コントローラとして動作する発展型NodeB(eNB)105を含むことができる。通信システム100は、UE 110、UE 112、およびUE 114のようなユーザ装置(UE)をさらに含むことができる。eNB 105は、多入力多出力(MIMO)動作を促進するための多重送信アンテナおよび多重受信アンテナを含むことができ、単一のeNB(または、送信ノード)は、複数のデータストリームを複数のユーザ、さらに多重受信アンテナを有する単独のユーザ、またはそれらの組合せに対して同時に送信することができる。同様に、UEは、MIMO動作をサポートするための多重送信アンテナおよび多重受信アンテナを含むことができる。一般に、eNBは、通信コントローラ、NodeB、基地局、コントローラ等と呼ばれることもある。同様に、UEは、移動局、携帯電話、端末、ユーザ、加入者等と呼ばれることもある。通信システム100は、eNB 105のリソースの一部分を利用することができる中継ノード(RN)118をさらに含むことができ、これは通信システム100のカバレッジおよび/または全体の性能を向上させるのに役立つ。
設計装置120は、通信システム100に関してゼロもしくは実質ゼロPAPR波形、またはそれらの一部分を設計することができる。設計装置120は、通信システム100の通信システムパラメータまたはそれらの一部分を調整して、通信システム100内の装置に関してゼロPAPR波形を生成することができる。単一のゼロPAPR波形は、通信システム100内の全ての装置によって使用可能である。様々なゼロPAPR波形が、通信システム100の様々な部分で使用可能である。様々なゼロPAPR波形が、通信システム100内の様々な通信装置によって使用可能である。図1では単一のスタンドアロン装置として示されているが、他の例示的な実施形態では、複数の設計装置が存在可能であり、各々が通信システムの異なる部分を担当することに留意されたい。代替として、設計装置120は、通信システム100内の他の装置に共同設置可能である。例として、通信システム100内のeNBの一部または全部が設計装置を含むことができる。
通信システムは、多数のUEと通信が可能な複数のeNBを使用することができるが、簡略のため、1つだけのeNB、1つのRN、多数のUEが例示されている。
SCMA-OFDMは、拡散コードブックがスパースであるため、より簡単に検出を行うことができる、マルチキャリア変調にわたる符号領域多重化スキームである。拡散因子、コードブックのスパース性、SCMA多重化レイヤの最大数が、SCMA波形の柔軟性を示す通信システムパラメータである。
図2は、データを符号化するための例示的なSCMA多重化スキーム200を説明する。図2に示されるように、SCMA多重化スキーム200は、コードブック210、コードブック220、コードブック230、コードブック240、コードブック250、およびコードブック260のような複数のコードブックを利用可能である。複数のコードブックの各コードブックは、異なる多重化レイヤに割り当てられる。各コードブックは、複数の多次元コードワード(または、拡散シーケンス)を含む。LDSにおいて、多次元コードワードは、低密度シーケンスシグネチャに退行することに留意されたい。具体的には、コードブック210は、コードワード211〜214を含み、コードブック220は、コードワード221〜224を含み、コードブック230は、コードワード231〜234を含み、コードブック240は、コードワード241〜244を含み、コードブック250は、コードワード251〜254を含み、コードブック260は、コードワード261〜264を含む。
それぞれのコードブックの各コードワードは、異なるデータ、例えば、バイナリ値にマッピング可能である。具体例として、コードワード211, 221, 231, 241, 251および261は、バイナリ値‘00’にマッピングされ、コードワード212, 222, 232, 242, 252および262は、バイナリ値‘01’にマッピングされ、コードワード213, 223, 233, 243, 253および263は、バイナリ値‘10’にマッピングされ、コードワード214, 224, 234, 244, 254および264は、バイナリ値‘11’にマッピングされる。図2のコードブックは、4個のコードワードをそれぞれ有するものとして示されているが、SCMAコードブックは一般に任意の数のコードワードを有することができることに留意されたい。例として、SCMAコードブックは、8個のコードワード(例えば、バイナリ値‘000’ ... ‘111’にマッピングされる)、16個のコードワード(例えば、バイナリ値‘0000’ ... ‘1111’にマッピングされる)、またはそれより多くのコードワードを有することができる。
図2に示されるように、様々なコードワードが、多重化レイヤにより送信されるバイナリデータに依存して多様なコードブック210, 220, 230, 240, 250および260から選択される。この例では、バイナリ値‘11’は第1の多重化レイヤにより送信されるため、コードワード214がコードブック210から選択され、バイナリ値‘01’は第2の多重化レイヤにより送信されるため、コードワード222がコードブック220から選択され、バイナリ値‘10’は第3の多重化レイヤにより送信されるため、コードワード233がコードブック230から選択され、バイナリ値‘01’は第4の多重化レイヤにより送信されるため、コードワード242がコードブック240から選択され、バイナリ値‘01’は第5の多重化レイヤにより送信されるため、コードワード252がコードブック250から選択され、バイナリ値‘11’は第6の多重化レイヤにより送信されるため、コードワード264がコードブック260から選択される。次いで、コードワード214, 222, 233, 242, 252および264はともに多重化されて、ネットワークの共用リソースにより送信される多重化データストリーム280を形成する。特に、コードワード214, 222, 233, 242, 252および264はスパースコードワードであり、故に、多重化データストリーム280が受信されると、メッセージ伝搬アルゴリズム(MPA)またはターボデコーダのような低複雑度のアルゴリズムを使用して、識別可能である。
要約すると、SCMA波形は、改善されたスペクトル効率、より短い遅延、より小さいシグナリングオーバーヘッド等により、非直交多重アクセスを可能にする。SCMA波形は、複数のユーザに関するデータが組み合わされて、全体のデータレートおよび接続性を向上させるために過負荷もサポートする。SCMAコードワードにおけるスパース性の存在は、検出の複雑度を制限する。さらに、多次元コードワードは、強固なリンクアダプテーションに対する拡散により、整形利得、符号化利得、およびより良好なスペクトル効率性を可能にする。
図3は、例示的なSCMA波形、および例示的なSCMAコードブックによりデータが変調されてSCMAブロックを埋める例示的なプロセスの図300を説明する。すでに論じたように、SCMAコードブックは、拡散変調マップの例である。送信されるデータが、FECエンコーダ305のような前方誤り訂正コード(FEC)エンコーダに提供されて、様々なユーザに対して符号化データを生成する。様々なユーザに対するデータは、SCMA変調コードブックマッピングユニットマッピング310のようなSCMA変調コードブックマッピングユニットに提供されて、SCMAコードワード315のようなSCMAコードワードを生成する。最初のSCMAコードワードは、SCMAブロック320に挿入される。
SCMA-OFDMおよびLDS-OFDMのマルチキャリア特性は、直交周波数分割多重方式(OFDM)等のような他のマルチキャリア波形と同様に、高PAPRによる通信をもたらす。高PAPRの通信は一般的に送信器に対して、無線周波数(RF)電力増幅器の効率性の低下とともに、アナログ-デジタル変換器(ADC)およびデジタル-アナログ変換器(DAC)の複雑度の増加を要求する。より高い入力電力バックオフ因子が、信号中のピークが電力増幅器の非線形性による重大な歪みを受ける前に必要となるため、高PAPRはさらに、RF電力増幅器に厳密な要件を課し、それらの効率性を低減する。
高PAPRの問題は、ミリ波(mmW)およびM-MIMO(Massive Multiple Input Multiple Output)の実装に対してより深刻となる。なぜならば、電力増幅器と同様にADCおよびDACのコストがより重大な懸念事項であるからである。したがって、PAPRがゼロ(またはPAPRが実質ゼロ)のSCMA波形および/またはLDS波形を有する要求がある。ここで提示されるように、ゼロPAPR波形は、実際には漸近的に到達され得る理論上の目標である。この議論ではゼロPAPR波形に焦点を当てたが、実際には、結果として生じる波形は、完全に0に等しいPAPRを事実上有さない場合がある。その代わりに、これらの波形は、上記論じた問題の一部または全部を低減または消失するのに役立つ、ゼロに十分近いPAPRを有することができる。したがって、用語「ゼロPAPR波形」の使用は、実質ゼロ(低いまたは非常に低い、例えば、ゼロから5%以内)PAPR波形にも適用される。
例示的な実施形態によれば、ゼロPAPR波形は、ゼロPAPRコードブックに基づいて生成される。サポートされる最大データレートは、OFDMパラメータの選択によってコントロールされる。
例示的な実施形態によれば、ゼロPAPR波形は、四位相偏移変調(QPSK)よりも高い変調レベルに対して提供される。
例示的な実施形態によれば、PAPRがゼロのSCMAコードブックが提供される。PAPRがゼロのSCMAコードブックは、原点(すなわち、ゼロのコンスタレーション点)を含む多次元コンスタレーションマップを含むことができる。一般に、SCMAコードワードの異なる非ゼロ要素に関連付けられた全てのコンスタレーションマップは、全ての非ゼロのコンスタレーション点が同じ振幅を有する、同じ数のコンスタレーション点を有する。入力ビットブロック(例えば、図3に示されるFECエンコーダの出力)は、SCMAコードワードの異なる非ゼロ要素に対して、各コンスタレーションマップにおいて異なるコンスタレーション点にマッピングされる。例示的な入力ビットブロックは、4点での変調に対して2ビットブロックを含み、8点での変調に対して3ビットブロックを含み、16点での変調での4ビットブロックを含み、以降同様である。さらに、各入力ブロックに対して、ただ1つのコンスタレーションマップが非ゼロのコンスタレーション点を有する。すなわち、各入力ブロックに対して、ただ1つの非ゼロ平面が存在する。
図4aは、2つの非ゼロ要素405および407、ならびに2つのゼロ要素410および412を有する4点での変調に関する例示的なSCMAコードワード400を説明する。異なるSCMAコードブックに対して、非ゼロ要素およびゼロ要素の位置は異なることに留意されたい(4点での変調に対する他の例示的なSCMAコードワード構成に関しては、図2および3を参照)。非ゼロ要素は、異なるコンスタレーションマップにマッピングされる2ビット入力ブロックの値に依存してゼロに等しくなるかまたは非ゼロとなることに注意されたい。図4aに示されるように、2ビットブロックが2つの非ゼロ要素405および407に配置されたコンスタレーション点にマッピングされる一方で、ゼロ要素410および412はゼロのままである。
図4bは、例示的な4点でのPAPRが低いコードブック420を説明する。2ビットブロックは、4つの潜在的な点にマッピングする。第1の非ゼロ要素(図4aの非ゼロ要素405を埋めるのに使用され得る、ラベル付された非ゼロ要素1)に対して、2ビットブロック値01および10が原点にマッピングする一方で、2ビットブロック値11は点422にマッピングし、2ビットブロック値00は点424にマッピングする。
先に論じたように、ゼロのPAPRを達成するために、各入力ブロックに対して、ただ1つのコンスタレーションマップが非ゼロのコンスタレーション点を有する。したがって、入力ブロックが、第1の非ゼロ要素中の、次いで他の非ゼロ要素中(例えば、2つの非ゼロ要素のSCMAコードワードの第2の非ゼロ要素)の非ゼロの値にマッピングする場合、入力ブロックはゼロの値にマッピングする。したがって、第2の非ゼロ要素(図4aの非ゼロ要素407を埋めるのに使用され得るラベル付された非ゼロ要素2)に対して、2ビットブロック値00および11は原点にマッピングする(それらは非ゼロ要素1中の非ゼロの値にマッピングされるため)一方で、2ビットブロック値10は点426にマッピングし、2ビットブロック値01は、点428にマッピングする。
図4cは、例示的な8点でのPAPRが低いコードブック440を説明する。3ビットブロックは8つの潜在的な点にマッピングする。第1の非ゼロ要素(ラベル付けられた非ゼロ要素1)に対して、3ビットブロック値000、001、110、および111は、原点にマッピングする一方で、他の3ビットブロック値は非ゼロの点にマッピングする。第2の非ゼロ要素(ラベル付けられた非ゼロ要素2)に対して、3ビットブロック値010、011、100、および101は原点にマッピングする一方で、他の3ビットブロック値は非ゼロの点にマッピングする。第1の非ゼロ要素中の非ゼロの点にマッピングする3ビットブロック値は、第2の非ゼロ要素中のゼロの点にマッピングにし、その逆も同様であることに留意されたい。
例示的な実施形態によれば、ゼロPAPR波形は、利用可能な帯域幅全体を占めるSCMAコードブックにより形成される。すなわち、マルチキャリアOFDMに基づくSCMA波形が使用され、サブキャリアの数は、SCMAコードワードの長さに等しくなるように調整される。すなわち、サブキャリアの数は、SCMAコードワード中の要素数に等しい。さらに、変調は、PAPRがゼロのSCMAコードブックを使用して提供される。そのような例示的な実施形態は、短いOFDMバーストを提供し、より速いデータレートをサポートする。より大きなサブキャリアスペーシングのため、シンボル区間は短い(サブキャリアスペーシングが増加するにつれて比例的に減少する)。この例示的な実施形態は、短いサイクリックプレフィックス(CP)を有する状況において特に適用可能である。
具体例として、利用可能な帯域幅が500個のサブキャリアを含む3GPP LTE準拠通信システムを考慮すると、500個のサブキャリアが、4つのサブキャリア(4つの要素を有するSCMAコードブックを伝搬するのに必要とされるサブキャリアの数)に調整される。したがって、1つのOFDMシンボルにおいて送信される単一のSCMAコードワードは、OFDMシンボルのシンボル区間が短くなった場合、非常に短い時間で送信可能であり、データレートを向上させることができる。サブキャリアスペーシング、シンボル区間、CP等のようなOFDMパラメータの調整は、通信システム要件の適合を提供する。通信システム要件の例は、データレート、シンボル区間、サブキャリアスペーシング、CP長等を含み得る。
図5は、SCMAコードブックが波形500の利用可能な帯域幅全体を占める、第1の例示的な波形500を説明する。SCMAコードワード505は長さNのコードワードであり、Nは正の整数である。SCMAコードワード505のN個の要素のうちの幾つかは、要素507および要素511のような非ゼロであり得る一方で、N個の要素の幾つかは要素509のような常にゼロである。N個の要素の各々は、波形500におけるサブキャリアにマッピングされる。例として、要素507はサブキャリア515にマッピングし、要素509はサブキャリア517にマッピングし、要素511はサブキャリア519にマッピングする。SCMAコードワードの非ゼロ要素に対応する各サブキャリアは、コンスタレーション点を送信するのに使用される。図5は、ただ1つのSCMAコードワードが波形500において送信されるのを例示していることに留意されたい。過負荷は、他のユーザに対して向けられた複数のSCMAコードワードを波形500上に多重化することによって得ることができる。
例示的な実施形態によれば、ゼロPAPR波形は、利用可能な帯域幅のサブセットを占めるSCMAコードブックにより形成される。より長いCPをサポートするために、サブキャリアスペーシングが削減可能である。例として、サブキャリアの数は減少されるが、SCMAコードワードの長さよりも大きいままである。サブキャリアスペーシングを削減するために使用され得る1つの技術は、サブキャリアの数を増加することである。マルチキャリアOFDMに基づくSCMA波形が使用され、サブキャリアの数は、SCMAコードブックの長さまたはSCMAコードブック中の要素数よりも大きい。そのような状況において、各ユーザに対するデータは、利用可能な帯域幅の一部分のみを占める。この例示的な実施形態において、より長いCPのサポートは、最大データレートの減少によるオフセットである。
図6は、SCMAコードブックが波形600の利用可能な帯域幅の一部分を占める、第2の例示的な波形600を説明する。SCMAコードワード605は、長さNのコードワードであり、Nは正の整数である。SCMAコードワード605のN個の要素のうちの幾つかは、要素607および609のような非ゼロであり得る一方で、N個の要素のうちの幾つかは、要素611のような常にゼロである。波形600は、M個のサブキャリアを含み、Mは、Nよりも大きい正の整数である。N個の要素の各々は、波形600においてサブキャリアにマッピングする。例として、要素607はサブキャリア615にマッピングし、要素609はサブキャリア617にマッピングし、要素611はサブキャリア619にマッピングする。SCMAコードワードの非ゼロ要素に対応する各サブキャリアは、コンスタレーション点を送信するのに使用される。図6では、SCMAコードワード605のN個の要素が波形600の第1のN個のサブキャリアにマッピングされるものとして示されているが、SCMAコードワード605のN個の要素は、波形600の任意のN個のサブキャリアにマッピング可能である。例として、SCMAコードワード605のN個の要素は、任意のN個の連続するサブキャリアにマッピング可能である。別の例として、SCMAコードワード605のN個の要素は、任意のN個のサブキャリアにマッピング可能である。図6は、ただ1つのSCMAコードワードが波形600において送信されるのを説明していることに留意されたい。過負荷は、複数のSCMAコードワードを他のユーザに向けられた波形600上に多重化することによって得ることができる。
例示的な実施形態によれば、ゼロPAPR波形は、非ゼロPAPR波形と共存する。スペクトルフィルタ式OFDM(F-OFDM)と組み合わさると、ゼロPAPR波形は非ゼロPAPR波形と共存することができる。非ゼロPAPR波形は、より性能の高いADC、DAC、電力増幅器等を有するハイエンド装置のような、高いPAPR波形をサポートするかまたはそれほど影響を受けないユーザとの通信をサポートするために使用可能である。より速いデータレートは、より短いシンボル区間、従ってより大きいCPオーバーヘッドを要求し得る。ゼロPAPR波形および非ゼロPAPR波形の共存を可能にすることは、サポートされる最大データレートとスペクトル効率との間の良好なトレードオフを可能にし得る。さらに、様々なサブキャリアスペーシングおよび/またはシンボル区間がサポート可能である。具体例として、利用可能な帯域幅は、第1の部分において使用されるゼロPAPR波形と、第2の部分において使用される非ゼロPAPR波形とを有する2つの部分に区切ることができる。利用可能な帯域幅は、ゼロPAPR波形をサポートする複数の部分の第1のサブセットと、非ゼロPAPR波形をサポートする複数の部分の第2のサブセットとを有する複数の部分に区切ることができることに留意されたい。
図7は、例示的な帯域幅700の利用可能な帯域幅が2つの部分に区分される、例示的な帯域幅700を説明する。図7に示されるように、例示的な帯域幅700は、第1の部分705および第2の部分710を含む。第1の部分705は、PAPRがゼロのSCMA波形に関連付けられたSCMAコードブックによって完全または部分的に占められる一方で、第2の部分710がPAPRが非ゼロのF-OFDM波形をサポートするために使用される。第1の部分705のサブキャリアは、SCMAコードブック(図5について論じられたような)によって完全に占められる、またはSCMAコードブック(図6について論じられたような)によって部分的に占められ得ることに留意されたい。さらに、ただ1つのSCMAコードワードが、第1の部分705において送信されるものである。過負荷は、他のユーザに向けられた複数のSCMAコードワードを第1の部分705上に多重化することによって得ることができる。利用可能な帯域幅は2つよりも多くの部分に区分可能であり、それらの部分は異なる目的で使用可能である。具体例として、利用可能な帯域幅は3つの部分に区分され、第1の部分は、サブキャリアの数に等しい要素数を有する、PAPRがゼロのSCMA波形のために使用可能であり、第2の部分は、サブキャリアの数よりも少ない要素数を有するPAPRがゼロのSCMA波形のために使用可能であり、第3の部分は、PAPRが非ゼロのF-OFDM波形のために使用可能である。それらの部分は、サブキャリア、帯域幅等が異なってもよい。そのようなシナリオにおいて、各部分は、それに関連付けられたフィルタを有することができる。さらに別の具体例として、利用可能な帯域幅は、複数のサブバンドに区分可能である。異なるOFDMパラメータ(サブキャリアスペーシング、CP長等のような)を有するゼロPAPR波形が、異なるサブバンドにおいてサポート可能である。サブバンドフィルタは、様々なOFDMパラメータを有する多様なサブバンドを区切ることが使用可能である。そのようなシナリオにおいて、様々なゼロPAPR波形が多様なデータレート要件を満たすように同時にサポート可能であるのと同時に、スペクトル効率を低減し得るCPオーバーヘッドを減少させる。
図8は、本明細書に開示される装置および方法を実施するために使用され得る例示的な処理システム800のブロック図である。特定の装置は、示された全ての要素または要素のサブセットのみを利用することができ、統合の度合いは、装置ごとに変化可能である。さらに、装置は、複数の処理装置、プロセッサ、メモリ、送信器、受信器のような複数の要素の例を含むことができる。処理システムは、スピーカ、マイクロフォン、マウス、タッチスクリーン、キーパッド、キーボード、プリンタ、ディスプレイ等のような1つまたは複数の入力/出力装置を備えた処理装置を含むことができる。処理装置は、バスに接続された中央処理装置(CPU)、メモリ、大容量記憶装置、ビデオアダプタ、およびI/Oインターフェースを含むことができる。
バスは、メモリバス、メモリコントローラ、周辺バス、ビデオバス等を含む任意の種類の幾つかのバスアーキテクチャのうち1つまたは複数であることが可能である。CPUは、任意の種類の電子データプロセッサを含むことができる。メモリは、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、同期DRAM(SDRAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、それらの組合せ等のような任意の種類のシステムメモリを含むことができる。一実施形態において、メモリは、ブートアップで使用されるROMプログラム用のDRAM、プログラム実行の間に使用されるデータストレージを含むことができる。
大容量記憶装置は、データ、プログラム、および他の情報を記憶し、データ、プログラム、および他の情報にバスを介してアクセス可能にするように構成された任意の種類の記憶装置を含むことができる。大容量記憶装置は、例えば、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブ等のうちの1つまたは複数を含むことができる。
ビデオアダプタおよびI/Oインターフェースは、外部入出力装置を処理装置に結合するインターフェースを提供する。図示されているように、入出力装置の例は、ビデオアダプタに結合されたディスプレイ、およびI/Oインターフェースに結合されたマウス/キーボード/プリンタを含む。他の装置は、処理装置に結合可能であり、追加のまたは少数のインターフェースカードが利用可能である。例えば、USB(Universal Serial Bus)(図示せず)のようなシリアルインターフェースは、プリンタ用のインターフェースを提供するために使用可能である。
処理装置はさらに、イーサネット(登録商標)ケーブル等のような有線リンク、および/またはノードもしくは異なるネットワークにアクセスするための無線リンクを含むことができる1つまたは複数のネットワークインターフェースを含むことができる。ネットワークインターフェースは、処理装置がネットワークを介してリモートユニットと通信するのを可能にする。例えば、ネットワークインターフェースは、1つまたは複数の送信器/送信アンテナおよび1つまたは複数の受信器/受信アンテナを介して無線通信を提供することができる。実施形態において、処理装置は、データ処理および他の処理装置、インターネット、リモートストレージ設備等のようなリモート装置との通信のためにローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークに結合される。
図9aは、本明細書に提示される例示的な実施形態による、ゼロPAPR波形を生成および送信する送信装置において生じる例示的な動作900のフロー図を説明する。
動作900は、送信装置が、UEによって要求された伝送帯域幅を、その要求されたデータレートに従って決定することから開始することができる。送信装置は、データレートおよび伝送帯域幅に従って、サブキャリアスペーシング、シンボル区間、CP長等のようなOFDMパラメータを調整することができる(ブロック905)。具体例として、CP長は、送信環境、キャリア周波数のスペクトル範囲等によって決定可能である。代替として、送信装置は、技術標準、通信システムのオペレータ等によって予め設定されたOFDMパラメータのセットからOFDMパラメータを選択することができる。具体例として、OFDMパラメータ(例えば、サブキャリアスペーシング)は、サブキャリアの数がSCMAコードブックの要素数に等しくなるように調整可能である。そのような状況では、各SCMA伝送は帯域幅全体にわたって生じる。別の具体例として、OFDMパラメータは、サブキャリアの数がSCMAコードブックの要素数よりも大きくなるように調整可能である。そのような状況では、帯域幅全体が複数の送信装置によって共有される。さらなる別の具体例として、利用可能な帯域幅の第1の部分がSCMA信号を伝搬するために使用される一方で、利用可能な帯域幅の第2の部分がOFDM信号を伝搬するように、OFDMパラメータは調整可能である。代替の例示的な実施形態によれば、eNB、設計装置等のような中央集中化されたエンティティが、通信システム内で動作する送信装置に対してOFDMパラメータを調整することができる。
送信装置は、第1の入力ビットブロックおよびPAPRがゼロである第1のSCMAコードブックからPAPRがゼロである第1のSCMA信号を生成することができる(ブロック907)。送信装置は、PAPRがゼロである第1のSCMA信号の要素を第1のSCMAサブバンドのサブキャリアに配置することができる(ブロック909)。送信装置は、第1のSCMAサブバンドにおいてPAPRがゼロである第1のSCMA信号を送信することができる(ブロック911)。サブバンドフィルタ処理は、異なるサブバンドによって異なるOFDMパラメータが使用される場合に必要となる。
図9bは、本明細書に提示される例示的な実施形態による、受信装置にゼロPAPR波形を受信および処理させる例示的な動作950のフロー図を説明する。
動作950は、受信装置がOFDMパラメータの調整を決定することから開始することができる(ブロック955)。調整されたOFDMパラメータは、メッセージにおいて受信装置に送信可能である。調整されたOFDMパラメータは、受信装置によってメモリ、リモートメモリ、ローカルデータベース、リモートデータベース等から取り出すことができる。調整されたOFDMパラメータは、受信装置に対して技術標準、通信システムのオペレータ等によって予め設定することができる。
受信装置は、第1のOFDMサブバンド(ブロック957)を受信することができる。第1のOFDMサブバンドの受信は、利用可能な帯域幅に対応する信号の検出を含むことができる。信号検出は、同じサブバンドにおける、または異なるサブバンドにおける、複数の送信装置からの信号の検出を含むことができる。受信装置は、第1のOFDMサブバンドからPAPRがゼロである第1のSCMA信号を抽出することができる(ブロック959)。受信装置は、PAPRがゼロである第1のSCMA信号を処理することができる(ブロック961)。PAPRがゼロである第1のSCMA信号を処理することは、PAPRがゼロである第1のSCMA信号を復号し、PAPRがゼロである複数のSCMA信号から情報を組み合わせることを含むことができる。受信装置は、第2のOFDMサブバンドを受信することができる(ブロック963)。受信装置は、第2のOFDMサブバンドからPAPRがゼロである第2のSCMA信号を抽出することできる(ブロック965)。受信装置は、PAPRがゼロである第2のSCMA信号を処理することができる(ブロック967)。第1のOFDMサブバンドおよび第2のOFDMサブバンドは、1つの同じものであってもよい。代替として、第1のOFDMサブバンドおよび第2のOFDMサブバンドは、異なるサブバンドであってもよい。
図10は、本明細書に提示される例示的な実施形態による、設計装置にゼロPAPRコードブックを生成および記憶させる、例示的な動作1000のフロー図を説明する。
動作1000は、設計装置が多次元コンスタレーションマップを生成することから開始され得る(ブロック1005)。多次元コンスタレーションマップは、原点(すなわち、ゼロのコンスタレーション点)をそれぞれ含む。さらに、多次元コンスタレーションマップは、非ゼロのコンスタレーション点を含む。加えて、幾つかの状況において(例えば、2つの多次元コンスタレーションマップが存在する場合のような)、多次元コンスタレーションマップは、同じ数のコンスタレーション点を含む。設計装置は、多次元コンスタレーションマップのコンスタレーション点を等しくすることができる(ブロック1007)。設計装置は、非ゼロのコンスタレーション点が等しい振幅を有するように、コンスタレーション点を等しくすることができる。設計装置は、コンスタレーション点をラベル付けすることができる(ブロック1009)。設計装置は、所与の入力ビットブロックに対して、所与の入力ビットブロックの値が、各コンスタレーションマップ内の異なるコンスタレーション点にマッピングされるように、コンスタレーション点をラベル付けすることができる。さらに、各入力ビットブロックに対して、非ゼロのコンスタレーション点を有するコンスタレーションマップがただ1つだけ存在し、残りのコンスタレーションマップは、全てゼロのコンスタレーション点を有する。設計装置は、コンスタレーションマップの使用を促すことができる(ブロック1011)。コンスタレーションマップの使用の促進は、コンスタレーションマップの記憶を含み得る。コンスタレーションマップは、ローカルメモリ、リモートメモリ、ローカルデータベース、リモートデータベース等に記憶可能である。
本実施形態の有利な特徴は、ピーク電力対平均電力比(PAPR)がゼロのコードブックを生成する方法を含むことができる。本方法は、設計装置によって、非ゼロのコンスタレーション点およびゼロのコンスタレーション点を有する各コンスタレーションマップを用いて多次元コンスタレーションマップを生成するステップと、設計装置によって、多次元コンスタレーションマップの非ゼロのコンスタレーション点を等しくするステップであって、非ゼロのコンスタレーション点が、ゼロのコンスタレーション点を除くコンスタレーション点を含む、ステップと、設計装置によって、入力ビットブロック値に対して、それらに関連付けられる非ゼロのコンスタレーション点を有する単一の多次元コンスタレーションマップが存在するように多次元コンスタレーションマップのコンスタレーション点をラベル付けするステップと、設計装置によって、通信システム内で信号をやりとりするために多次元コンスタレーションマップが使用されるように促進するステップとを含む。多次元コンスタレーションマップを促進することが、多次元コンスタレーションマップをメモリに記憶することを含むことを本方法はさらに包含可能である。非ゼロのコンスタレーション点を等しくすることが、非ゼロのコンスタレーションを単一の振幅に設定することを含むことを本方法はさらに包含可能である。
本開示およびその利点が詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本開示の趣旨および範囲から逸脱せずに、様々な変更、代用、改変を行うことが可能であることを理解すべきである。
100 通信システム
210、220、230、240、250、260 コードブック
211〜214、221〜224、231〜234、241〜244、251〜254 コードワード
280 多重化データストリーム
315、505、605 SCMAコードワード
410、412 ゼロ要素
500、600 波形
515、517、519、615、617、619 サブキャリア
700 帯域幅

Claims (13)

  1. 符号化データストリームを生成するために入力データストリームを符号化するステップであって、前記符号化データストリームは多次元コードワードにマッピングされ、前記多次元コードワードは、複数の時間周波数リソースユニットにわたって拡散される、ステップと、
    ユーザ装置(UE)の要求されるデータレートに従って決定されるサブキャリアスペーシングを用いて、前記多次元コードワードを前記時間周波数リソースユニットにわたって送信するステップであって、それにより、前記多次元コードワードは、ただ1つの非ゼロ・コンスタレーション点を有する、ステップとを含み、
    前記多次元コードワードは、SCMAコードブックから選択されたSCMA(Sparse Code Multiple Access)コードワードである、方法。
  2. 符号化データストリームを生成するために入力データストリームを符号化するステップであって、前記符号化データストリームは多次元コードワードにマッピングされ、前記多次元コードワードは、複数の時間周波数リソースユニットにわたって拡散される、ステップと、
    ユーザ装置(UE)の要求されるデータレートに従って決定されるサブキャリアスペーシングを用いて、前記多次元コードワードを前記時間周波数リソースユニットにわたって送信するステップであって、それにより、前記多次元コードワードは、ただ1つの非ゼロ・コンスタレーション点を有する、ステップとを含み、
    前記多次元コードワードは、複数の非ゼロ要素を有し、各入力データストリームに対して、前記複数の非ゼロ要素のうちのただ1つが非ゼロ・コンスタレーション点にマッピングする、方法。
  3. 符号化データストリームを生成するために入力データストリームを符号化するステップであって、前記符号化データストリームは多次元コードワードにマッピングされ、前記多次元コードワードは、複数の時間周波数リソースユニットにわたって拡散される、ステップと、
    ユーザ装置(UE)の要求されるデータレートに従って決定されるサブキャリアスペーシングを用いて、前記多次元コードワードを前記時間周波数リソースユニットにわたって送信するステップであって、それにより、前記多次元コードワードは、ただ1つの非ゼロ・コンスタレーション点を有する、ステップとを含み、
    前記多次元コードワードの各非ゼロ・コンスタレーション点は、前記非ゼロ・コンスタレーション点に対応するサブキャリアで送信される、方法。
  4. 前記1つの非ゼロ・コンスタレーション点は、1つの非ゼロ・時間周波数リソースユニットで送信される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記非ゼロ・時間周波数リソースユニットは、非ゼロOFDMAトーンである、請求項４に記載の方法。
  6. 前記多次元コードワードはスパースコードワードである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記SCMAコードブックは、異なるレイヤにそれぞれ割り当てられた複数のコードブックから選択される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記複数のSCMAコードブックの各々は、異なる位置において非ゼロ・コンスタレーション点を有する、請求項７に記載の方法。
  9. 各コードブックは、異なる入力データストリームに対して異なる非ゼロ・コンスタレーション点を有する、請求項８に記載の方法。
  10. プロセッサと
    前記プロセッサによる実行のためのプログラミングを記憶しているコンピュータ可読記憶媒体であって、前記プログラミングが、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を実行するための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体とを備える、送信装置。
  11. 符号化データストリームを生成するために入力データストリームを符号化する符号化ユニットと、
    複数の直交周波数分割多重(OFDM)サブキャリアにマッピングされた複数の要素にわたって拡散された多次元コードワードを生成するために、前記符号化データストリームに拡散シーケンスを適用する拡散ユニットであって、前記複数のOFDMサブキャリアは、ユーザ装置(UE)の要求されるデータレートに従って決定されるサブキャリアスペーシングとして有する、拡散ユニットと、
    前記多次元コードワードを時間周波数リソースユニットにわたって送信する送信ユニットであって、それにより、前記多次元コードワードは、ただ1つの非ゼロ・コンスタレーション点を有し、前記ただ1つの非ゼロ・コンスタレーション点が送信される前記OFDMサブキャリアは、前記入力データストリームのビット値に依存する、送信ユニットとを備え、
    前記多次元コードワードは、複数の非ゼロ要素を有し、各入力データストリームに対して、前記複数の非ゼロ要素のうちのただ1つが非ゼロ・コンスタレーション点にマッピングする、装置。
  12. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を実行するようにプロセッサに命令するための命令を記憶しているコンピュータ可読記憶媒体。
  13. 符号化データストリームを生成するために入力データストリームを符号化する手段と、
    複数の直交周波数分割多重(OFDM)サブキャリアにマッピングされた複数の要素にわたって拡散された多次元コードワードを生成するために、前記符号化データストリームに拡散シーケンスを適用する手段であって、前記複数のOFDMサブキャリアは、ユーザ装置(UE)の要求されるデータレートに従って決定されるサブキャリアスペーシングとして有する、手段と、
    前記多次元コードワードを時間周波数リソースユニットにわたって送信する手段であって、それにより、前記多次元コードワードは、ただ1つの非ゼロ・コンスタレーション点を有し、前記ただ1つの非ゼロ・コンスタレーション点が送信される前記OFDMサブキャリアは、前記入力データストリームのビット値に依存する、手段とを備え、
    前記多次元コードワードは、複数の非ゼロ要素を有し、各入力データストリームに対して、前記複数の非ゼロ要素のうちのただ1つが非ゼロ・コンスタレーション点にマッピングする、装置。
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