JP6965376B2 - 位相雑音に対して最適化された直交振幅変調についての方法および装置 - Google Patents

Description

例示的な実施形態は、概して、無線通信の技術分野に関し、特に、特定の直交振幅変調コンステレーションを使用して直交振幅変調を実行するための方法および装置に関する。

直交振幅変調（ＱＡＭ）は、有線および無線デジタル通信システムにおいて広範な応用を見出している。デジタルＱＡＭ方式では、ＱＡＭコンステレーションは直交座標において振幅と位相の両方によって指定される。位相シフト・キーイング（ＰＳＫ）変調は、ＰＳＫ変調方式の振幅が一定で、ＰＳＫコンステレーションが円上に等間隔で配置されているＱＡＭの特殊なケースと考えることができる。

デジタルＱＡＭの目的は、送信機から受信機へメッセージを通信することである。しかし、そのような通信は、熱雑音、位相雑音等の雑音、および送信機パワー制限のような他の制限の存在に対処しなければならない。位相雑音（周波数オフセット）は、６０ＧＨｚ以上のような高周波で特に問題となり、送信機と受信機の両方での不完全な発振器により発生する可能性がある。熱雑音、位相雑音、および他の制限の存在下でのより高次ＱＡＭを使用すれば、特に高周波通信システムに対して許容できないほど高い誤り率をもたらす可能性がある。

先行技術の１つ以上の制限を回避または軽減する直交振幅変調についての方法および装置を提供することは有利となり得る。

この背景情報は出願人によって関連性があると信じられる情報を明らかにするために提供される。前述の任意の情報が先行技術を構成するとの自認が必然的に意図されておらず、そのように解釈されるべきではない。

少なくともいくつかの例示的な実施形態の目的は、無線通信システムにおいて直交信号変調についての方法および装置を提供することである。

例示的な実施形態によれば、デジタル直交振幅変調を使用した無線通信のための方法が提供され、方法は、無線通信デバイスのコントローラを使用して、６４ポイント・コンステレーションに従って、コンステレーション・シンボルとコンステレーション・シンボルに対応するビット列の間で変換することであって、コンステレーション・シンボルは、送信のための信号を変調するのに使用されるか、受信された信号において検出されるか、あるいはその両方である。コンステレーション・シンボルの各々は、例示的な実施形態に従って、例示的な指定の１つのテーブル（または指定の複数のテーブル）の行で指定され、コンステレーション・シンボルの同相成分の正規化された大きさは、テーブルのうちのその１つのＸ列およびＹ列のうちの１つ（例えば、それぞれ、第１の座標および第２の座標）で指定され、コンステレーション・シンボルの直交成分の正規化された大きさは、テーブルのうちのその１つのＸ列およびＹ列のうちの異なる１つで指定される。任意には、前述の実施形態のいずれにおいても、信号コンステレーションは、小数点以下３桁、４桁、５桁、または６桁に丸められ、または切り捨てられた、テーブルにおける値によって特定される。任意には、前述の実施形態のいずれにおいても、信号コンステレーションは複数のテーブルのうちの１つから選択されてよい。任意には、前述の実施形態のいずれにおいても、コンステレーション・シンボルに関連付けられた特定のビット列は、表に列挙されているようなものであるか、あるいは列挙されているビット列に定数バイナリ値を加算することによって、列挙されているビット列に一貫した再順序付手順を適用することによって、あるいはその両方によって表に列挙されているビット列から導出される。

例示的な実施形態によれば、デジタル直交振幅変調を使用した無線通信のために構成された無線通信デバイスのための装置が提供され、装置は、指定されたコンステレーション・ポイントの数を有する信号コンステレーションに従ってビット列と対応するコンステレーション・シンボルとの間で変換するように構成されたコントローラを含み、コンステレーション・シンボルは送信のための信号を変調するのに使用されるか、受信された信号において検出されるか、あるいはその両方である。コンステレーション・シンボルの各々は、例示的な実施形態に従って、例示的な指定された１つのテーブル（または指定された複数のテーブル）の行で指定され、コンステレーション・シンボルの同相成分の正規化された大きさは、テーブルのうちのその１つのＸ列およびＹ列のうちの１つで指定され、コンステレーション・シンボルの直交成分の正規化された大きさは、テーブルのうちのその１つのＸ列およびＹ列のうちの異なる１つで指定される。いくつかの実施形態では、信号コンステレーションは、小数点以下３桁、４桁、５桁、または６桁に丸められた、または切り捨てられた、テーブルにおける値によって特定される。任意には、前述の実施形態のいずれにおいても、信号コンステレーションは、複数のテーブルのうちの１つから選択されてよい。任意には、前述の実施形態のいずれにおいても、コンステレーション・シンボルに関連付けられた特定のビット列は、表に列挙されているようなものであるか、あるいは列挙されているビット列に定数バイナリ値を加算することによって、ビット列に一貫した再順序付手順を適用することによって、あるいはその両方によって、表に列挙されているビット列から導出される。

別の例示的な実施形態は、デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のための方法であり、方法は、無線通信デバイスのコントローラを使用して、６４ポイント・コンステレーションに従って信号を変調することであって、信号は送信のためのものであるか、あるいは信号は受信されたものである、変調することを含み、コンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、指定された１つまたは複数のテーブルにおける座標対によって定義される。別の例示的な実施形態では、方法は、該当する場合、無線通信デバイスから変調された信号を送信するか、あるいは無線通信デバイスにおいて信号を受信することをさらに含む。コントローラは、変調器またはプロセッサを含むことができる。

別の例示的な実施形態は、デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のために構成された無線通信デバイスのための装置であって、装置は、６４ポイント・コンステレーションに従って信号を変調するように構成されたコントローラであって、信号は送信のためのものであるか、あるいは信号は受信されたものである。コンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、指定された１つまたは複数のテーブルにおける座標対によって定義される。別の例示的な実施形態では、コントローラは、該当する場合、無線通信デバイスから変調した信号を送信するか、あるいは無線通信デバイスにおいて信号を受信するようにさらに構成される。コントローラは、変調器またはプロセッサを含むことができる。

別の例示的な実施形態は、デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のための命令を含む非一時的コンピュータ読み取り可能媒体であり、非一時的コンピュータ読み取り可能媒体は、無線通信デバイスのコントローラによって実行可能な命令を含み、命令は、本明細書に記載された装置の記載された方法および機能を実行するための命令を含む。

任意には、前述の実施形態のいずれかにおいて、６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションである。

任意には、前述の実施形態のいずれかにおいて、座標対の第１の座標は、コンステレーション・シンボルの同相成分と直交成分のうちの一方の正規化された大きさを表し、座標対の第２の座標は、コンステレーション・シンボルの同相成分と直交成分のうちの他方の正規化された大きさを表す。

任意には、前述の実施形態のいずれかにおいて、ビット列は、グレイ・マッピングを使用してコンステレーション・シンボルに割り当てられる。

任意には、前述の実施形態のいずれかにおいて、ビット列の各々は長さ６ビットのものであり、４つの象限非指定ビットを含み、ｋ＝１からｋ＝１６までの範囲のインデックス値ｋに対して、座標対のうちのｋ番目に列挙されたものによって定義されるコンステレーション・シンボルに対応するビット列の象限非指定ビットは、ｋ−１のバイナリ表現、モジュロ１６加算下で定数値に加算されたｋ−１のバイナリ表現、一貫したビット再順序付手順を施したｋ−１のバイナリ表現、またはモジュロ１６加算下で定数値に加えられ、一貫したビット再順序付手順を施したｋ−１のバイナリ表現に等しい。

任意には、前述の実施形態のいずれかおいて、６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションであり、反射対称コンステレーション・シンボルの共通グループ内のコンステレーション・シンボルに対応するビット列は、同一の象限非指定ビットを有する。

任意には、前述の実施形態のいずれかにおいて、コントローラは上記変換のためのマッピング・モジュール電子コンポーネントを含む。

添付の図面を参照して例として実施形態が説明され、図面では、類似する特徴を示すために類似の参照番号が使用されることがある。

例示的な実施形態による無線送信機通信装置を示す。 別の例示的な実施形態による無線受信機通信装置を示す。 例示的な実施形態による、ＱＡＭシンボルの無線送信のための方法を示す。 例示的な実施形態による、ＱＡＭシンボルの無線受信のための方法を示す。 例示的な実施形態によるマッピング・モジュール電子コンポーネントを示す。 例示的な実施形態において使用され得るＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄの無線通信アプローチに従った、シングル・キャリア物理層における物理層サービス・データ・ユニットからの物理層プロトコル・データ・ユニットの生成を示す。 例示的な実施形態に従って使用され得る、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄのシングル・キャリア物理層フレーム・フォーマットと関連するブロック構造を示す。 ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄに対する位相雑音のパワースペクトル密度を示す。 例示的な実施形態によるＱＡＭのための６４ポイント信号コンステレーションを示す。 別の例示的な実施形態によるＱＡＭのための６４ポイント信号コンステレーションを示す。 例示的な実施形態による、フレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の第１の例示的な性能比較を示す。 例示的な実施形態による、フレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の第２の例示的な性能比較を示す。 例示的な実施形態による、フレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の第３の例示的な性能比較を示す。 例示的な実施形態による、フレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の第４の例示的な性能比較を示す。 例示的な実施形態による線形補間位相雑音軽減方法を使用した残留位相雑音対ＳＮＲ（Signal-To-Noise Ratio）の標準偏差を示す。 例示的な実施形態による送信機および受信機システムを示す。 例示的な実施形態による、ピークパワー制約を強制するための簡略化されたソフト・リミッタを示す。 例示的な実施形態によるコンステレーション最適化手順を示す。

例示的な実施形態は、概して、本明細書に記載されるようなデジタルＱＡＭ信号コンステレーションを使用した無線通信のための方法および装置に指向されている。方法は、無線の送信機および／または受信機、または関連する信号処理電子機器を使用して、記載されたコンステレーションに従って信号を変調および／または復調することを含む。装置は、記載されたコンステレーションに従って信号を変調および／または復調するように構成された無線の送信機および／または受信機、または関連する信号処理電子機器を含む。本明細書で使用されるように、ＱＡＭは、概して、相互に直交する２つのキャリア信号を変調するために同相成分と直交成分を含む任意の振幅変調を指す。例えば、位相シフト・キーイングはＱＡＭの特定の形式と見なされる。

例示的な実施形態は、送信機と受信機との間で情報を無線で通信するために使用されてよい。情報は、例えば、制御プレーン・データ、アプリケーション・データ、またはユーザ・メッセージング・データを含むことができる。送信機側では、情報は、最初は複数の２進数（ビット）として表され、信号を変調することは、一度に所与の数ｍビットを信号コンステレーションにおける対応するシンボルにマッピングすることを含む。受信機側では、情報は直交変調波形を介して表され、信号を復調することは、信号コンステレーションにおけるシンボルに対応する波形の部分を関連するｍビット列にマッピングすることを含む。

例示的な実施形態は高次変調方式を適用し、ＱＡＭ変調においてＭ＝２^ｍ個のシンボルの各々が複数（ｍ＞１）ビットを表す。表１は、異なる符号レートｒ_ｃおよびコンステレーション集合の異なるカーディナリティＭ＝２^ｍ、ｍ＝２，．．．，８に対応し、シャノン容量制限に基づく最小信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す。

例示的な実施形態に従って、図１を参照して、入力インタフェース１１０、送信機マッピング・モジュール１２０、および送信機モジュール１３０を含む無線通信装置またはデバイスが開示される。入力インタフェース１１０は、無線で送信されるデータを受信するように構成される。データはバイナリで表されてよく、少なくともｍビットを含んでよく、ｍは使用されている直交変調コンステレーションの変調順序の基数２の対数である。送信機マッピング・モジュール１２０は、１つ以上のビット列を受信するように構成される。各ビット列は、長さｍのデータの一部を表す。ビット列は、データのｍ個の連続したビットに直接対応してよく、あるいはスクランブル、インタリーブ、チャネル符号化などの動作を適用することによってデータから導出されてよい。送信機マッピング・モジュールは、各ビット列に対して、同相成分１２４および直交成分１２６を有する対応するコンステレーション・シンボル１２２を生成するようにさらに構成される。ビット列と生成されたコンステレーション・シンボルの間の対応は、本明細書に記載されるように、特定の信号コンステレーション１２８に従って与えられる。典型的には、入力データを表す複数のビット列が、コンステレーション・シンボル列を生成するために使用される。送信機モジュール１３０は、マッピング・モジュールによって生成されたコンステレーション・シンボルに基づいて無線信号１３５を生成および送信するように構成される。送信機モジュール１３０は、関連するアンテナ、および／またはさらなる信号処理構成要素を含み、あるいはこれらに動作可能に結合されることができる。無線通信装置の変調器またはコントローラは変調を実行するために使用することができる。

コンステレーション・シンボルに基づく無線信号の生成は、当業者に容易に理解されるような方法で実行することができる。例えば、同相成分の列は第１の正弦波キャリア信号を振幅変調するために使用することができ、対応する直交成分の列は第１の正弦波信号と位相がずれている（直交する）第２の正弦波キャリア信号を振幅変調するために使用することができる。同相成分および直交成分の列は、同相成分および直交成分の大きさに応じて変化する振幅を有するパルス・トレインまたは他の電気信号として表され、例えば、キャリア信号の振幅変調のために使用される。次いで、振幅変調されたキャリア信号が一緒に加算されて送信される。

例示的な実施形態に従って、図２を参照すると、受信機モジュール２１０、受信機マッピング・モジュール２２０、および出力インタフェース２３０を含む無線通信装置が開示されている。受信機モジュールは無線信号２１２を受信し、硬判定復号を実施する例示的な実施形態では、無線信号に基づいてコンステレーション・シンボル２１４を生成するように構成され、各コンステレーション・シンボルは同相成分２１６および直交成分２１８を有する。受信された無線信号に基づくコンステレーション・シンボルの生成は、当業者に容易に理解されるような方法で実行することができる。例えば、受信された信号はキャリア信号の局所的に生成されたコピーによって多重化され、ローパス・フィルタがその結果に適用され、ローパス・フィルタの出力はサンプリングされて、コンステレーション・シンボルの同相成分および直交成分の表現を復元することができる。サンプリングは量子化を含む。硬判定復号の場合、例示的な実施形態では、受信機マッピング・モジュール２２０は、コンステレーション・シンボル２１４を受信し、各コンステレーション・シンボルに対して、コンステレーション・シンボルに対応するビット列２２８を生成するように構成される。ビット列と受信されたコンステレーション・シンボルの間の対応は、本明細書に記載されるように、特定の信号コンステレーション２２６に従って与えられる。出力インタフェース２３０は、受信されたコンステレーション・シンボルに関連付けられ生成されたビット列２２８によって表されるデータの一部であるデータ２３８を提供するように構成される。代替的には、別の例示的な実施形態では、低密度パリティ検査ＬＤＰＣ復号、ターボ復号等の軟判定復号を採用してよく、復調器は直接的なシンボル・ツー・ビット・マッピングを行うのではなく、対数尤度比（ＬＬＲ）の列を出力する。次いで、復号器は、復号のためにＬＬＲ値を使用する。本明細書において「変調する」とは、信号のＱＡＭ変調および／または生成を指すだけでなく、受信された信号の復号または復調を指すためにも使用することができ、これは変調が両方の場合に実行されているためである。受信機モジュール２１０は、関連するアンテナ、および／またはさらなる信号処理構成要素を含むか、あるいはこれらと動作可能に結合されることができる。

提供されたｍビットのグループは、データのｍビットを直接的に表してよく、あるいはデータの一部は、デスクランブル、デインタリーブ、復号等の動作を適用することによって、生成されたビット列から少なくとも部分的に得られてもよい。典型的には、例示的な実施形態において硬判定復号の場合、受信された無線信号は、受信機マッピング・モジュールに渡されるコンステレーション・シンボルの列を生成するために使用される。次いで、受信機マッピング・モジュールは、硬判定復号または軟判定復号を使用してデータを生成する。

例示の実施形態によれば、図３を参照すると、ＱＡＭシンボルの無線送信を容易にするための方法が提供されている。方法は、無線通信デバイスの内部入力インタフェースを介して、無線で送信されるべきデータを受信すること３１０を含む。データは少なくともｍビットを含んでよく、ｍは使用されている直交変調方式の変調順序によって決定される。方法は、１つ以上のビット列を提供すること３２０をさらに含む。各ビット列はデータの一部を表し、例えば、その後必ずしも限られないがチャネル符号化のような動作が続く。各ビット列は長さｍのものであり、ｍは変調順序に対応する所定の値である。方法は、各ビット列に対して、同相成分および直交成分を有する対応するコンステレーション・シンボルを決定すること３３０をさらに含む。ビット列と提供されたコンステレーション・シンボルの間の対応は、本明細書に記載されるように、特定の信号コンステレーションに従って与えられる。典型的には、入力データを表す複数のビット列が、コンステレーション・シンボルの列を生成するために使用される。方法は、決定されたコンステレーション・シンボルに基づいて無線信号を生成および送信すること３４０をさらに含んでよい。無線信号の生成は、生成されたコンステレーション・シンボルの列に従ってキャリア信号を変調することを含む。

例示的な実施形態によれば、図４を参照すると、ＱＡＭシンボルの無線受信および復調を実行するための方法が提供される。無線通信装置の変調器またはコントローラは復調を実行するために使用され得る。方法は、無線信号を受信すること４１０と、硬判定復号を実施する例示の実施形態では、無線信号に基づいて受信されたベースバンド・シンボルを生成すること４２０とを含み、受信された各ベースバンド・シンボルは同相成分と直交成分を有する。受信されたベースバンド・シンボルは、（硬判定復号におけるように）コンステレーション・マッピングに基づいて最も可能性の高いコンステレーション・シンボルを対応するビット列にマッピングすることによってビット列を生成するか、あるいは（軟判定復号におけるように）選択されたコンステレーション・シンボルに対応するビット列の特定のビット位置におけるビット値の尤度を示すビット関連ソフト値の列を形成することができる。そのようにして、方法は、受信されたベースバンド・シンボルに対応するビット列またはソフト値を提供すること４３０をさらに含む。受信されたコンステレーション・シンボルは、本明細書に記載されるように、特定の信号コンステレーションに従って与えられる。方法は、データ、提供されたビット列によって表されるデータの一部、または受信されたシンボルに関連付けられたソフト値の列を提供すること４４０をさらに含む。データは、例えば、ビット列にチャネル復号および他の動作を実行することによって提供されてもよい。

例示的な実施形態は、概して、本明細書に記載される信号コンステレーションによって指定される対応に従って、ビット列に基づいてコンステレーション・シンボルを生成し、かつ／あるいは、コンステレーション・シンボルに基づいてビット列またはビット関連ソフト値の列を生成するための方法および装置を提供する。そのような実施形態は、上述の送信機マッピング・モジュールおよび受信機マッピング・モジュールにおいて表されてよく、まとめてマッピング・モジュールと呼ばれる。例えば、提供される装置は、ｍビットのグループを受信し、受信されたビット列に対応する、同相成分および直交成分を含むコンステレーション・シンボルを生成してよい。ビット列は、例えば、シリアルまたはパラレル・デジタル・データ信号のようなデジタル信号によって表されてよい。コンステレーション・シンボルのシーケンスは、例えば、コンステレーション・シンボルの同相成分および直交成分の大きさに応じて変化する振幅を有する電気信号の対によって表現されてよい。別の例として、コンステレーション・シンボルの列は、そのような電気信号の対を生成するために他の電子装置が使用するための命令を搬送する時変動デジタルまたはアナログ信号によって表されてよい。受信動作の場合、提供される装置は、受信されたコンステレーション・シンボルの列の受信された同相成分および直交成分の列の大きさとして装置によって解釈される振幅または他の特性を有する電気信号の対を受信してよい。次いで、装置は、受信されたコンステレーション・シンボルの列に対応する、より大きな列における複数のビット列または複数のビット関連ソフト値を生成してよい。

従って、例示的な実施形態は、例えばマッピング・モジュールを使用して、特定の信号コンステレーションに従ってコンステレーション・シンボルとビット列の間で変換することを含む。信号送信の場合、変換は、ビット列に基づいてコンステレーション・シンボルを生成することを含む。信号受信の場合、変換は、コンステレーション・シンボルに基づいてビット列またはソフト値のビット関連列を生成することを含む。キャリア信号の振幅を変化させることおよび／または受信された信号回復コンステレーション・シンボルを処理することのような信号変調および／または復調の他の側面は、例示的な実施形態に含まれてよいが、必ずしもそうでなくてもよい。従って、変換は、送信のための信号を変調すること、または受信された信号を復調することを指すことができる。

図５は、例示的な実施形態に従って提供されるマッピング・モジュール電子構成要素５００を示す。電子構成要素は、例えば、集積回路パッケージの一部または全部を形成する半導体回路として提供されてよい。マッピング・モジュール電子構成要素は、送信機マッピング・モジュール、受信機マッピング・モジュール、またはその両方として構成され得る。マッピング・モジュールは、ｍビットのグループを提供および／または受信するように構成された第１のインタフェース５１０を含む。マッピング・モジュールは、さらに、コンステレーション・シンボルを示す信号を受信および／または提供するように構成された第２のインタフェース５２０を含む。いくつかの実施形態では、第２のインタフェースは、コンステレーション・シンボルの同相成分を受信および／または提供するための第１の端子５２２と、コンステレーション・シンボルの直交成分を受信および／または提供するための第２の端子５２４とを含んでよい。マッピング・モジュールは、変換回路５３０を介して、信号コンステレーション５３５に従ってビット列と配置シンボルとの間で変換するように構成される。変換回路は、デジタルまたはアナログ回路であってよい。いくつかの実施形態では、変換回路は、特定の信号コンステレーションに従って予め構成される。他の実施形態では、変換回路は、マッピング・モジュールの制御インタフェース５４０を介して指定または選択され得る信号コンステレーションに従って再構成可能である。

例示的な実施形態は、ミリ波（ｍｍＷａｖｅ）無線通信システムにおける信号変調に適用される。いくつかの例示的な実施形態は、ＩＥＥＥ ８０２．１１シリーズの標準に指定されているような、Ｗｉ−Ｆｉ通信システムにおける信号変調に適用可能である。いくつかの例示的な実施形態は、約６０ＧＨｚのキャリア周波数を採用する無線通信システムにおける信号変調に適用可能である。例示的な実施形態は、他の無線通信システム、有線または光学システム、および他の通信環境に適用されてよいことが容易に理解されるであろう。

図６は、例示的な実施形態で利用されることがある無線通信アプローチに従って、シングル・キャリア物理層における物理層サービス・データ・ユニットからの物理層プロトコル・データ・ユニットの生成を示す。図６に示されている動作は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄ無線ローカル・エリア・ネットワーク・プロトコルで指定されているものに相当するものであり、詳細は、２０１２年１２月に公表され、Ｅ−ＩＳＢＮ ９７８−０−７３８１−８０９６−０を有するＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄ−２０１２標準文書に見出すことができる。シングル・キャリア物理層は、例えば、コードワード長さ６７２で、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）コードを採用してよい。入力ＰＳＤＵデータ６０５は、スクランブリング６１０を受け、スクランブルされたビットは、フラグメント化６１５されて、入力ビット６１７を提供する。次いで、入力ビットは、例えば、ＬＤＰＣ符号を使用して、符号化６２０され符号化ビット６２２を提供する。任意のインタリーブ動作６２３が符号化の後に実行され得る。インタリーブは、例えば、符号化ビットをシャッフルすることを含むことができる。次いで、符号化され、おそらくインタリーブされたビットは、任意にゼロパディング６２５を受ける。ゼロパディングの有無にかかわらず、符号化ビットは、変調６３０される。例示的な実施形態では、変調は、本明細書に記載されるような信号コンステレーションを使用して実行されてよい。変調シンボル６３２は、次いで、シンボル・ブロッキングおよびガード挿入６３５を受け、それにより、ＰＰＤＵ６４０を提供する。一般に、例示的な実施形態に従った変調動作は、ＬＤＰＣ符号化のようなチャネル符号化の後に実行されてよい。

図７は、例示的な実施形態に従って利用され得るＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄシングル・キャリア物理層フレーム・フォーマット７００および関連するブロック構造を示す。３つの連続するデータ・ブロック構造７５０ａ、７５０ｂ、７５０ｃのセットが詳細に示されている。データ・ブロック構造の数は可変とすることができる。ＰＰＤＵ内の各データ・ブロック構造７５０ａ、７５０ｂ、７５０ｃは、ガード・インターバル（ＧＩ）７５５によって先行される４４８個の変調されたデータ・シンボル７５２を含む。複数の隣接するブロックについては、４４８個の変調されたデータ・シンボル７５２のグループが、同一の長さ−６４のバイポーラ・ゴレイ・シーケンスのＧＩ７５５によって分離されている。４４８個の変調されたデータ・シンボル７５２の所与のグループの前後の２つのＧＩ７５５は、周波数領域等化を実行するために受信機でＦＦＴ／ＩＦＦＴ動作を可能にする周期的プレフィックスを形成する。追加的に、既知のＧＩは、位相雑音の軽減のための位相雑音推定のような他の目的のために使用され得る。

例示的な実施形態は、例えば、図７に示すようなデータ・ブロック構造を使用したシングル・キャリアシステムにおける信号変調および／または復調に関する。例示的な実施形態は、データ・ブロック構造の他のフォーマットを有するシングル・キャリアシステムにおける信号変調および／または復調に関する。

例示的な実施形態は、位相雑音ありまたはなしの通信システムにおける信号変調および／または復調に関する。位相雑音は、高次デジタルＱＡＭ変調を採用する高周波通信システムにおいてリンク性能を著しく低下させる。ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄのために考慮された位相雑音の１つのモデルのパワースペクトル密度が式（１）に示される。

ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄのために考慮されたこのモデルのパラメータ化は、ＰＳＤ（０）＝−９０ｄＢｃ／Ｈｚ、極周波数ｆ_ｐ＝１ＭＨｚ、ゼロ周波数ｆ_ｚ＝１００ＭＨｚ、対応するＰＳＤ（infinity）＝−１３０ｄＢｃ／Ｈｚであり、障害は送信機と受信機の両方でモデル化される。例示的な実施形態では、上記の位相雑音モデルの観点から構成された信号コンステレーションが提供される。

図８は、このモデルためのＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄに対する位相雑音のパワー・スペクトル密度を示す。

例示的な実施形態は、送信電力および位相雑音制約の両方の観点からのコンステレーション最適化に従って生成された信号コンステレーションを含む。いくつかの例示的な実施形態では、コンステレーション最適化のために使用される位相雑音モデルおよびＰＡモデルが、式（１）および図１７に与えられる。この最適化アプローチを使用して、６４ポイント・コンステレーションの複数セットが生成されてよい。これらのコンステレーションのうちの選択されたものが本明細書に開示される。

特定の符号レートに最適と考えられるコンステレーションは、その符号レートでの使用に限定されないことに留意されたい。むしろ、コンステレーションは、それが特定の符号レートでの使用に最適化されていたとしても、種々の符号レートに対して使用することができる。異なる符号レートに対するコンステレーションの使用は、性能の低下および／または最適性の喪失をもたらす可能性がある。より一般的には、条件の特定のセットに最適と考えられるコンステレーションが、他の条件において使用することができるが、性能の低下および／または最適性の喪失の可能性を伴うことに留意されたい。しかし、そのような性能低下は許容可能としてよい。さらに、異なる条件下で同一のコンステレーションを使用することができることにより複雑さが低下することで、性能低下を相殺する利益をもたらすことがある。

例示的な実施形態に従って提供される種々の信号コンステレーションは、以下に詳細に説明される。各信号コンステレーションは、コンステレーション・シンボルのセットを表す。Ｍポイントを有する信号コンステレーションはＭポイント・コンステレーションと呼ばれる。いくつかの例示的な実施形態では、コンステレーション・シンボルのｘ座標値は、コンステレーション・シンボルの同相成分の（正規化された）大きさを示し、コンステレーション・シンボルのｙ座標値は、コンステレーション・シンボルの直交成分の（正規化された）大きさを示す。代替的には、コンステレーション・シンボルのｘ座標値は、コンステレーション・シンボルの直交成分の（正規化された）大きさを示してもよく、コンステレーション・シンボルのｙ座標値は、コンステレーション・シンボルの同相成分の（正規化された）大きさを示す。ｍビット列が、各コンステレーション・シンボルに関連付けられてよい。

幾つかのケースでは、コンステレーションの第１象限のみが指定される。このようにして、いくつかの実施形態では、コンステレーションの他の象限におけるコンステレーション・シンボルの位置は、反射対称性によって、第１象限におけるコンステレーション・シンボルから容易に得ることができる。反射対称性の場合、第１象限におけるコンステレーション・シンボルが与えられると、第２象限におけるコンステレーション・シンボルの位置は、Ｙ（垂直）軸における反射によって得ることができる。より具体的には、反射動作は、ベクトル位置（ｘ，ｙ）によって指定される第１象限における各コンステレーション・シンボルに対して、ベクトル位置（−ｘ，ｙ）によって指定される第２象限におけるコンステレーション・シンボルを得ることを含むことができる。同様に、第１象限におけるコンステレーション・シンボルが与えられると、第３象限におけるコンステレーション・シンボルの位置は、Ｙ軸における反射、続いてＸ（水平）軸における反射によって得ることができる。より具体的には、反射動作は、ベクトル位置（ｘ，ｙ）によって指定される第１象限における各コンステレーション・シンボルに対して（ここで、ｘおよびｙは負でない）、ベクトル位置（−ｘ，−ｙ）によって指定される第３象限におけるコンステレーション・シンボルを得ることを含むことができる。同様に、第１象限におけるコンステレーション・シンボルが与えられると、第４象限におけるコンステレーション・シンボルの位置は、Ｘ（水平）軸における反射によって得ることができる。より具体的には、反射演算は、ベクトル位置（ｘ，ｙ）によって指定される第１象限における各コンステレーション・シンボルに対して、ベクトル位置（ｘ，−ｙ）によって指定される第２象限におけるコンステレーション・シンボルを得ることを含むことができる。代替的には、上述の反射演算によって、第一象限のものから異なる象限におけるコンステレーション・シンボルを得るために、一連の反射演算を使用することができる。例えば、第２象限における座標シンボルはＹ軸における反射によって第１象限のものから得ることができ、第３象限における座標シンボルはＸ軸における反射によって第２象限のものから得ることができ、第４象限における座標シンボルはＹ軸における反射によって第３象限のものから得ることができる。本明細書で使用される「反射対称コンステレーション・シンボル」という用語は、所与の値のｘおよびｙに対して４つのコンステレーション・シンボル（ｘ，ｙ）、（ｘ，−ｙ）、（−ｘ，−ｙ）、（−ｘ，ｙ）のセットを指す。

本明細書で使用される「対称コンステレーション・シンボル」という用語は「反射対称コンステレーション・シンボル」を指す。反射対称コンステレーション・シンボルからなるコンステレーションは、反射対称コンステレーション、または「対称コンステレーション」とも呼ばれることがある。

別の例示的な実施形態では、第１象限のコンステレーション・シンボルが指定される場合、コンステレーションの他の象限におけるコンステレーション・シンボルの位置は、位相回転によって、第１象限のコンステレーション・シンボルから得ることができる。

いくつかの例示的な実施形態では、図示された信号コンステレーションは、非ゼロ・スケーリング係数ｋによってスケーリングすることができる。信号コンステレーションのスケーリングは、コンステレーションにおける各コンステレーション・シンボル（ｘ，ｙ）を新しいコンステレーション・シンボル（ｋｘ，ｋｙ）にマッピングすることによって実行することができる。図９から図１０に示され表２から表３に指定される（ｘ，ｙ）座標値は公称である。表２から表３では、すべてのコンステレーション・シンボルにわたって平均電力が１に等しくなるように、コンステレーションの大きさが正規化されている。表２から表３では、各コンステレーション・シンボルのパワーが１以下になるようにコンステレーションの大きさが正規化される。代替的には、すべてのコンステレーション・シンボルにわたってピーク電力が１に等しくなるように、指定された座標値が正規化されてよい。指定されたコンステレーションの本説明は、例えば、当業者によって容易に理解されるように、他のスケーリングまたは正規化を含むと理解されるべきである。

いくつかの例示的な実施形態では、図示された信号コンステレーションにおけるコンステレーション・シンボルの（ｘ，ｙ）位置は、限定量によって変更することができる。例えば、１つの実施形態においてコンステレーション・シンボルの位置が小数点以下ｄ桁の精度に指定される場合、別の実施形態では、コンステレーション・シンボルの同じ一般的な位置に対応するが、小数点以下ｄ−１桁の精度に指定され、別の実施形態では、コンステレーション・シンボルの同じ一般的な位置に対応するが、小数点以下ｄ−２桁の精度に指定され、さらに別の実施形態は、コンステレーション・シンボルの同じ一般的な位置に対応するが、小数点以下ｄ−３桁の精度に指定される。精度の低い実施形態は、丸めまたは切り捨てによって、精度の高い実施形態から得ることができる。いくつかの例示的な実施形態では、コンステレーション・シンボルの正規された（ｘ，ｙ）位置は、小数点以下３桁、４桁、５桁、または６桁に指定することができる。少なくとも小数点以下ｄ桁の精度の座標値によって定義される大きさは、測定される場合に、少なくとも小数点以下ｄ桁の精度の座標値と一致し、測定および／または座標値のさらなる小数点以下の位は、小数点以下ｄ桁に切り捨てられるか、あるいは丸め演算を受ける。

いくつかの実施形態では、小数点桁の精度は、Ｉ／Ｑアーム振幅および位相バランス、ＤＣオフセット、位相ノイズなどの要因を考慮に入れて、誤差ベクトル大きさ（ＥＶＭ）要件に関連してよい。ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄでは、通常、シングル・キャリア送信に対して−２１ｄＢ、ＯＦＤＭ送信に対して−２６ｄＢまで低いことがＥＶＭが要求されます。

別の例として、コンステレーション・シンボルの位置が小数点以下ｄ桁の精度で第１の実施形態では指定される場合、第２の実施形態は、コンステレーション・シンボルの同一の一般的な位置に対応してよいが、δ単位（ここで、δは１０^−ｄ、代替的には１０^−ｄ＋１もしくは１０^−ｄ＋２のオーダである）、例えば、第１の実施形態においてコンステレーション・シンボル（ｘ，ｙ）が与えられると、第２の実施形態は、対応するコンステレーション・シンボル（ｘ´，ｙ´）を含んでよく、ここで、（ｘ−δ，ｙ−δ）＜（ｘ´，ｙ´）＜（ｘ＋δ，ｙ＋δ）または｜｜（ｘ´，ｙ´）−（ｘ，ｙ）｜｜＜δを含んでよい。

例示的な実施形態では、コンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、矩形領域の境界に沿ったものを含めて、矩形領域内の任意の位置にある座標によって定義される。各コンステレーション・シンボルに対して、矩形領域は、第１の座標対によって指定される第１のコーナーおよび第２の座標対によって指定される第２のコーナーによって定義される。第２のコーナーは第１のコーナーの対角上にある。表２から表３の１つで指定されているような信号コンステレーションの場合、表に列挙されている各座標対に対して、第１の座標対（矩形領域１の第１のコーナーを指定）は、列挙されている座標対のＸとＹの両方の値を切り捨てすることによって導出することができる。第２の座標対（矩形領域の第２のコーナーを指定）は、列挙されている座標対のＸとＹの両方の値を切り上げることによって導出することができる。いくつかの実施形態では、当業者によって容易に理解されるように、丸めは、最も近い１０００分の１まで実行される。いくつかの実施態様において、丸めは、最も近い１万分の１まで実行される。いくつかの実施態様において、丸めは、最も近い１０万分の１まで実行される。

このようにして、元の表２から表３の各々に対して、元の表のＸ列をＸｍｉｎ列とＸｍａｘ列の対に置き換え、元の表のＹ列をＹｍｉｎ列とＹｍａｘ列の対に置き換えた新しい表を定義することができる。ＸｍｉｎおよびＹｍｉｎの列は第１座標対のＸおよびＹの値を列挙し、ＸｍａｘおよびＹｍａｘの列は第２座標対のＸおよびＹの値を列挙する。新しい表は、コンステレーション・シンボルについての範囲のセットを示し、各コンステレーション・シンボルの正規化された大きさがＸｍｉｎ列の対応する行に指定された値とＸｍａｘ列の同一行に指定された値の間にあるＸ座標値を有し、さらにＹｍｉｎ列の同一行に指定された値とＹｍａｘ列の同一行に指定された値との間にあるＹ座標値を有するようにする。そのような新しい表は、簡潔性のために本開示において明示的に列挙されていないが、当業者によって上述したように容易に導き出すことができる。

いくつかの例示的な実施形態では、丸めを介して矩形領域のコーナーを決定するのではなく、矩形領域の第１のコーナーは、列挙された座標対のＸ値から第１の所定値を減算し、列挙された座標対のＹ値から第２の所定値を減算することによって、列挙された座標対から導出することができる。矩形領域の第２のコーナーは、列挙された座標対のＸ値に第１の所定値を加算し、列挙された座標対のＹ値に第２の所定値を加算することによって、列挙された座標対から導出することができる。第１および第２の所定値は、例えば、０．０００５以下の値とすることができる。

ＸＹ平面内のコンステレーション・シンボルのベクトル位置を指定することに加えて、例示的な実施形態は、コンステレーション・シンボルの各々に対応するビット列を指定する。当業者によって容易に理解されるように、ｍビットの入力グループが与えられると、変調は、ビット列に対応する信号コンステレーションにおけるシンボルを識別することと、識別されたシンボルに従って信号を変調することとを含む。同様に、受信された信号の復調は、受信された信号の所与の部分に最も密接に対応する信号コンステレーションにおけるシンボルを識別することと、識別されたシンボルに対応するビット列またはコンステレーションに対応するソフト値のビット関連列を出力することとを含む。信号とコンステレーション・シンボルの間の対応は、その信号が関数Ａｃｏｓ（ωｔ）＋Ｂｓｉｎ（ωｔ）によって局所的に記述可能である場合、対応するコンステレーション・シンボルが、ＸＹ平面におけるポイント（Ａ，Ｂ）に最も近いコンステレーション・シンボルであるようにしてよい。

いくつかの例示的な実施形態では、ｍビットの各グループは２つの象限指定ビットを含む。象限指定ビットは、ビット列内の固定位置にあるとしてよい。例えば、ビット列の最初の２ビット（最上位ビット）が象限指定ビットであるとしてよい。ビット列の残りのｍ−２ビットは、象限非指定ビットと呼ばれる。いくつかの実施形態では、第１象限におけるすべてのコンステレーション・シンボルに対応する象限指定ビットは００であり、第２象限におけるすべてのコンステレーション・シンボルに対応する象限指定ビットは１０であり、第３象限におけるすべてコンステレーション・シンボルに対応する象限指定ビットは１１であり、第４象限におけるすべてのコンステレーション・シンボルに対応する象限指定ビットは０１である。

いくつかの例示的な実施形態では、所与のコンステレーション・シンボルの各々の象限非指定ビット（例えば、最下位ｍ−２ビット）は、所与のコンステレーション・シンボルと同じ対称的なコンステレーション・シンボルのセット内の他のコンステレーション・シンボルの各々の象限非指定ビットと同一でよい。

ビット列とコンステレーション・シンボルとの間の対応は、いくつかの方法で変更することができることが容易に理解されるであろう。例えば、０ビットが１になるように、またその逆になるように、図示されたビット値の各々が反転される。別の例として、図示されたビット位置を再順序付けすることができる。再順序付けは、一貫した再順序付けであってよく、すなわち、同じ再順序付けが、コンステレーション内のすべてのビット列に適用される。再順序付けの単純な例は、例えば、すべてのビットの逆転であり、例えば、グループａｂｃｄがグループｄｃｂａに置き換えられるようにする。さらに別の例として、モジュロＭバイナリ加算演算を使用して、定数値を図示されたビット列の各々に加えることができ、ここで、Ｍ＝２^ｍであり、ｍは各ビット列におけるビット数である。ビット反転は、すべてのバイナリのものからなる特定の定数値の加算に対応することに留意されたい。ビット再順序付けと定数値の加算の組み合わせを実行してもよい。

いくつかの実施形態では、ｋ＝１からｋ＝２^ｍ−２までの範囲のインデックス値ｋに対して（ここで、ｍは各ビット列におけるビット数である）、座標対のｋ番目に列挙されたものによって定義されるコンステレーション・シンボルに対応するビット列の象限非指定ビットは、ｋ−１のバイナリ表現、モジュロ２^ｍ−２加算下で定数値に加算されたｋ−１のバイナリ表現、一貫したビット再順序付けを施したｋ−１のバイナリ表現、またはモジュロ２^ｍ−２加算下で定数値に加算され、一貫したビット再順序付けを施したｋ−１のバイナリ表現に等しい。

例示的な実施形態では、６４ポイント・コンステレーションにおいて象限あたり１６個のコンステレーション・シンボルに対して、ｍ＝６である。

表２−３では、コンステレーション・シンボルに関連付けられたビット列が、リスト内のコンステレーション・シンボルの位置のバイナリ表現に対応することに留意されたい。例えば、最初に列挙されたコンステレーション・シンボルはビット列「０．．．０００」に関連付けられ、２番目に列挙されたコンステレーション・シンボルはビット列「０．．．００１」に関連付けられる等である。

いくつかの例示的な実施形態では、ビット列は、グレイ・マッピングを使用してコンステレーション・シンボルに割り当てられる。グレイ・マッピングは、ビット・パターン（ビット列）をコンステレーション・シンボルに関連付け、隣接するコンステレーション・シンボルに関連付けられたビット列が１ビットだけ異なるようにすることを含む。すなわち、第１のコンステレーション・シンボルに最も近いコンステレーション・シンボルに割り当てられたビット列は、第１のコンステレーション・シンボルに割り当てられたビット列とは１ビットだけ異なる。二次元グレイ・マッピングは、ビット列をコンステレーション・シンボルに関連付け、隣接するコンステレーション・シンボルに関連付けられたビット列が１ビットだけ異なり、次に最も近いコンステレーション・シンボルに関連付けられたビット列が２ビットだけ異なるようにすることを含む。「隣接」という用語は、信号コンステレーションにおいてコンステレーション・ポイントに適用される距離メトリックに関して、最も近いことを意味すると解釈することができる。

図９は、例示的な実施形態に従って提供される６４ポイント信号コンステレーション９００を示す。図９に示されるコンステレーション・シンボルの対応する（ｘ，ｙ）座標値は、表２に小数点以下６桁まで与えられる。図９の信号コンステレーション９００は、符号レートＲ_Ｃが５／６で、位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）が位相雑音（ＰＮ）軽減後７度に等しい使用に最適化されている。コンステレーション９００は、例示的な実施形態において、他の符号レートでの使用にも適している。符号レートは、送信のためのコンステレーション・シンボルにマッピングする前にビット列に適用され、符号化情報ビットを復元するために復号するために使用されるチャネル符号に対応する。図９から図１０では、（いくつかの例示的な実施形態による）ビット列は、概して、それらの対応するコンステレーション・ポイントの上方に示されている。あいまいさは、対応する表を参照することによって解決することができる。

図１０は、別の例示的な実施形態に従って提供される６４ポイント信号コンステレーション９５０を示す。図１０に示されるコンステレーション・シンボルの対応する（ｘ，ｙ）座標値は、表３において小数点以下６桁まで提供される。図１０の信号コンステレーション９５０は、符号レートＲ_Ｃが７／８で、位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）が位相雑音（ＰＮ）軽減後４度に等しい使用に最適化されている。コンステレーション９５０は、例示的実施形態において、他の符号レートでの使用にも適している。

図９から図１０および表２から表３に関して上述されたコンステレーションは、最初、位相雑音と電力増幅器の非線形性の障害の両方を呈するシングル・キャリア・シナリオに最適であると考えられる信号コンステレーションを生成した最適化演算によって導出されている。しかし、コンステレーションは、必ずしもそのようなシナリオでの使用に限定されない。

表２から表３に提供される（ｘ，ｙ）座標値は、小数点以下６桁の精度レベルまで指定される。いくつかの実施形態では、図９から図１０に図示され表２から表３に示されるコンステレーション・シンボルの座標値は、小数点以下３桁、４桁、または５桁の精度レベルに切り捨てることができる。別の例示的な実施形態では、図９から図１０に図示され表２から表３に示されるコンステレーション・シンボルの座標値は、小数点以下３桁、４桁、または５桁の精度レベルに丸めることができる。

例示的な実施形態は、デジタル直交振幅変調を使用して無線通信を実行するための方法および装置を提供する。方法および装置は、無線通信デバイスのマッピング・モジュール電子構成要素によって、送信のための信号を変調し、あるいは受信された信号を復調するための信号コンステレーションを利用することを含み、信号コンステレーションは複数のコンステレーション・シンボルを含む。信号コンステレーションは、例えば、後述の最適化手順を使用して得ることができる。以下の最適化手順は、開示された信号コンステレーションを制限することを意図したものではないと留意されたい。むしろ、最適化手順は、これらおよび類似のコンステレーションがどのようにして得られるか、それらが良好に機能することが期待され得る状況の例として提供される。

実際のシステムでは、位相雑音はメモリを有すると言ってよい。すなわち、所与の時間における位相雑音の状態は、以前の時間における位相雑音の状態に依存することがある。したがって、例示的な実施形態によれば、メモリを有する位相雑音に対する不完全なキャンセルによって引き起こされる残留位相誤差は、指定されたパイロット分布および位相推定および位相雑音軽減のための方法に基づいて得られる。残留位相誤差は位相雑音軽減後の白色ランダム・プロセスと仮定される。従って、メモリを有する位相雑音のメモリレスの残留位相誤差への変換の助けを借りて、白色位相雑音制約と白色ガウス雑音を有するコンステレーション最適化のための方法を、メモリを有する位相雑音を表す制約の存在下でのコンステレーション最適化に適用することができる。

例示的な実施形態によれば、Ｗ個の送信シンボル毎にの長さＬのパイロットフィールドの存在に基づいた位相雑音の推定ための簡単で効率的なアルゴリズムであって、パイロット・オーバーヘッドＯＨ＝Ｌ／Ｗであるアルゴリズムを使用してよい。位相ノイズθ_ｋおよび熱ノイズｎ_ｋにより影響されるチャネルの出力は、

と記載してよい。

既知のパイロットシンボルが連続的な位置

に配置される場合、任意の整数ｎで、パイロットフィールドの中央に対応する位相推定値は以下のように計算することができる。

式（４）を使用して計算された２つの連続する位相推定値、すなわち（ｎＷ）番目および（（ｎ＋１）Ｗ）番目の位相推定値の間の位相列を導出するために、以下の線形補間公式が使用される。

与えられたオーバーヘッドＯＨ＝Ｌ／Ｗに対して、パイロットフィールドＬの最適長さは、推定式（４）の精度と補間式（５）の精度のトレード・オフによって得ることができる。図７に示されるように、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄのシングル・キャリア（ＳＣ）ブロックでは、パイロットフィールド長さがＬ＝６４であり、シングルＳＣブロック長さがＷ＝５１２である。したがって、ＯＨ＝６４／５１２＝１２．５％である。

別の例示的な位相雑音軽減アルゴリズムは、一次のデータ支援位相同期ループ（ＰＬＬ）を使用して、２つのパイロット挿入間の位相推定を改善することができる。例示的な実施形態では、受信機における線形補間およびＰＬＬの両方が実施され得る。

位相雑音の軽減後、残留位相誤差のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を白色と仮定した。残留位相雑音の標準偏差σ_φは、位相雑音軽減プロセス後の位相誤差を評価するために使用され、コンステレーションを最適化するために使用される。図１５は、線形補間位相雑音軽減法（５）を使用した残留位相雑音の標準偏差対ＳＮＲを示す。システム・ボー・レートＲ_ｓ＝２ＧＨｚに対する残留位相雑音（左縦軸）の標準偏差対ＳＮＲ、および１２．５％のパイロット・オーバーヘッドが示されている。実線の曲線は８０２．１１ａｄのＳＣフレーム構造（Ｌ＝６４、Ｗ＝５１２）に対応する。破線は最適パイロット分布に対応する。点線は最適パイロット・フィールド長さを示す（右縦軸で読まれる）。

理想的な検出と復号の下でのチャネルの所与の信号コンステレーションの性能は、相互情報（ＭＩ）：

または実用的相互情報（ＰＭＩ）：

を使用することによって計算され得る。

図１６は、ＰＭＩによって境界される送信機および受信機のシステムを示す。図１６および上記の式（６）および（７）において、ＷおよびＺはそれぞれチャネルの入力および出力を表し、Ｂ_ｉはＷにおけるｉ番目のビットである。ＭＩは、ｒ＝ｍｒ_ｃとして定義される最大スペクトル効率の上限を提供し、ここで、ｍは各変調シンボルに関連付けられたビット数であり、ｒ_ｃはバイナリ符号レートである。実用的なシステムでは、信号コンステレーションの最適化はＰＭＩアプローチ下で実行される。実用的なシステムの性能を改善するために、ビットのコンステレーションへのマッピングは、例えば、グレイ・マッピングを使用して、適切に最適化され得る。ＰＭＩは、一般的にＭＩとはかなり異なるが、その差は、最適化されたコンステレーションおよびビット対信号マッピングを使用する場合には、著しく減少させることができる。

ＰＭＩの計算は、チャネルＰ（Ｚ｜Ｗ）の条件付き分布が既知である場合、数値的技法を使用して実行することができる。チャネルがメモリレスである場合、所与の瞬間での出力は、同じ時間での対応する入力にのみ依存し、ＰＭＩの計算はより簡単になる。実用的なメモリレス・チャネルモデルは、ＡＷＧＮおよび白色位相雑音チャネルを含む。

非線形増幅器の使用によって制約されるチャネルでは、コンステレーションの最適化が適切に修正され得る。これらのケースでは、非線形性のＡＭ／ＡＭ曲線は、ピーク電力制約を強制することによって、図１７に示される簡略化されたソフト・リミッタを使用して表現されてよい。コンステレーションのピークパワーは関連するパラメータとしてよい。

例示的な最適化手順に従って信号コンステレーションの計算に以下のシステム条件が使用された。６４個の変調ポイントを有する信号コンステレーションが考えられた。ｒ_ｃ＝１／２、５／８、３／４、１３／１６、７／８の５つの符号レートが考えられた。チャネル・シナリオは、標準（６４／５１２）パイロット分布に対応する残留位相雑音および非線形性を有するＡＷＧＮに対応すると考えられた。非線形性は、ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）制約を使用して表わされる。

例示的な実施形態によれば、符号レートおよびコンステレーション・サイズの各対に対して、かつ残留位相雑音の種々のレベルに対して、コンステレーションおよび対応するバイナリ・ラベリングは、最小の可能なＳＮＲまたはＰＳＮＲを有する目標スペクトル効率ｒ＝ｍｒ_ｃよりも大きいＰＭＩを達成するように設計される。

変調フォーマット、符号レートおよびチャネル・シナリオが与えられると、コンステレーションおよびビット列ラベリングは、目標スペクトル効率ｒ＝ｍｒ_ｃよりも大きなＰＭＩを達成するようにＳＮＲを最小にするように最適化することができる。図１８は、例示的な実施形態による、シミュレートされたアニーリング（ＳＡ）技法を使用した適用可能なコンステレーション最適化手順を示す。例示的な実施形態は、実用的相互情報を最大にするために適用されるシミュレーション・アニーリング・アルゴリズムから導出される信号コンステレーションを提供することを伴う。アルゴリズムは、対数関数、多項式関数、または他の冷却関数を使用してもよい。多項式冷却関数は、特に、次数６４以上のような高次変調に対して適切としてよい。

図１１、図１２、図１３および図１４は、従来のＱＡＭコンステレーションの性能と比較した、表２から表３および図９から図１０において本明細書に開示された対応する信号コンステレーションの性能を示す結果を示す。これらの信号コンステレーションは数値的に評価され、図示された結果を得た。結果は、特定の仮定の下で得られたものであり、単なる例として、性能が実際には変動する可能性があるとの理解で提供される。

図１１、図１２、図１３および図１４では、フレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）が図示されている。図示された性能は、ｉ）加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）あり、４の位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）でのコンステレーション９５０（図１０）と、ｉｉ）加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）あり、７の位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）のコンステレーション９００（図９）と、ｉｉｉ）［８］：IEEE 802.11-15/0601r0, “Non-Uniform Constellations for 64-QAM”,第３から４頁に記載されているソニーが提案したＱＡＭ符号化構造である「Ｓｏｎｙ」と、ｉｖ）従来の方形のＱＡＭコンステレーションを参照する「ＱＡＭ」と、ｖ）〜ｖｉｉｉ）位相同期ループ（ＰＬＬ）ありでｉ）からｉｖ）にそれぞれ対応するものと、を含む８つの異なる条件の比較である。

図１１は、（図示のように）レート５／８符号、加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）、４または７の位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）、および理想的非線形性、パワースペクトル密度ＰＳＤ（０）＝−９０ｄＢに対するフレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の性能比較を示す。

図１２は、（図示のように）レート３／４符号、加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）、４または７の位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）、および理想的非線形性、パワースペクトル密度ＰＳＤ（０）＝−９０ｄＢに対するフレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の性能比較を示す。

図１３は、（図示のように）レート１３／１６符号、加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）、４または７の位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）、および理想的非線形性、パワースペクトル密度ＰＳＤ（０）＝−９０ｄＢに対するフレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の性能比較を示す。

図１４は、（図示のように）レート７／８符号、加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）、４または７の位相雑音標準偏差（ＰＮ ＳＴＤ）、および理想的非線形性、パワースペクトル密度ＰＳＤ（０）＝−９０ｄＢに対するフレーム誤り率（ＦＥＲ）対ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）の性能比較を示す。

本明細書で参照される表２から表３は、以下に提示される。表２は図９に示されるコンステレーション９００に対応し、表３は図１０に示されるコンステレーション９５０に対応する。上記のように、各テーブルは信号コンステレーションを指定し、各行は、第１の座標値および第２の座標値にそれぞれ対応するＸ値およびＹ値の一方が、コンステレーション・シンボルの同相成分の正規化された大きさを示し、Ｘ値およびＹ値の他方が、コンステレーション・シンボルの直交成分の正規化された大きさを示す。正規化された大きさはスケーリングされてよい。最初の列はコンステレーション・シンボルに対応するビット列を指定する。いくつかの実施形態では、最初の列におけるエントリは再順序付けされ得る。いくつかの実施形態では、第２の列におけるエントリは、例えば、所定の量まで丸め、切り捨て、または変更することによって変更され得る。

いくつかの例示的な実施形態では、第１象限のように、１つの象限のみが必要とされる。従って、ビット列およびコンステレーションの４分の１が必要とされる。表２と表３の例では、６４個のビット列のうち最初の１６個と対応するコンステレーション・シンボルのみが必要となる。対称動作が、残りの象限を説明するために使用され得る。

表２（図９のコンステレーション９００）は、

である。

表３（図１０のコンステレーション９５０）は、

である。

前述の実施形態の記載を通じて、例示的な実施形態は、ハードウェアのみを使用することによって、あるいはソフトウェアと必要な汎用ハードウェア・プラットフォームを使用することによって実施されてよい。そのような理解に基づいて、例示的な実施形態の技術的解決策は、ソフトウェア製品の形態で具体化されてよい。ソフトウェア製品は、コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ、ＵＳＢフラッシュディスク、またはリムーバブル・ハードディスクとすることができる不揮発性または非一時的記憶媒体に記憶されてよい。ソフトウェア製品は、コンピュータ・デバイス（パーソナルコンピュータ、サーバ、またはネットワーク・デバイス）が例示的な実施形態において提供される方法を実行することを可能にする多数の命令を含む。例えば、そのような実行は、本明細書に記載された論理演算のシミュレーションに対応してよい。ソフトウェア製品は、追加的または代替的に、コンピュータ・デバイスが、例示的な実施形態に従ってデジタル論理装置を構成またはプログラミングするための動作を実行することを可能にする多数の命令を含んでよい。

本明細書に記載された例示的な装置および方法は、例示的な実施形態に従って１つ以上のコントローラによって実施することができる。コントローラは、特定の構成要素および機能に応じて、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせを含むことができる。いくつかの例示的な実施形態では、１つ以上のコントローラは、アナログまたはデジタル構成要素を含むことができ、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のプロセッサによって実行可能な命令を記憶するメモリなどの１つ以上の非一時的記憶媒体、１つ以上のトランシーバ（または別個の送信機および受信機）、１つ以上の信号プロセッサ（アナログおよび／またはデジタル）、および／または１つ以上のアナログ回路構成要素を含むことができる。

記載された方法またはブロック図では、ボックスは、イベント、ステップ、機能、プロセス、モジュール、メッセージ、および／または状態ベースの動作などを表してよい。上記の例のいくつかは、特定の順序で発生するものとして記載されてきたが、所与のステップの順序が変更された結果がその後のステップの発生を妨げたり、損なったりすることがないならば、ステップまたはプロセスのいくつかは異なる順序で実行されてもよいことが当業者には理解されるであろう。さらに、上記のメッセージまたはステップのいくつかは、他の実施形態では除去または組み合わされてよく、上記のメッセージまたはステップのいくつかは、他の実施形態では、ある数のサブメッセージまたはサブステップに分離されてよい。さらに、必要に応じて、ステップの一部または全部を繰り返されることがある。方法またはステップとして記載された要素は、システムまたはサブコンポーネントにも同様に適用し、その逆も同様である。「送信」または「受信」のような文言への参照は、特定のデバイスの観点に応じて入れ替わり得る。

上記に論じた実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと考えられる。方法として記載された例示的な実施形態は、同様にシステムに適用するものであり、その逆も同様である。

いくつかの実施形態に変形がなされてよく、上記のもののいずれかのコンビネーションおよびサブコンビネーションを含んでよい。上記の例示的な実施形態は単なる例であり、決してこの開示の範囲を制限するものではないはずである。本明細書に記載されたイノベーションの変形は、当業者には明らかであり、そのような変形は、本開示の意図された範囲内である。特に、上述の実施形態のうちの１つ以上からの特徴は、上述に明示的に記載されなくてもよい特徴のサブコンビネーションからなる代替の実施形態を作成するために選択されてよい。追加的に、上述の実施形態のうちの１つ以上からの特徴は、上記に明示的に記載されなくてもよい特徴のコンビネーションからなる代替の実施形態を作成するように選択され、組み合わせられてよい。そのようなコンビネーションおよびサブコンビネーションに適した特徴は、全体としての本開示を検討することで当業者には容易に明らかとなるであろう。本明細書に記載された主題は、技術におけるすべての適切な変更をカバーし、包含することを意図している。

従って、明細書および図面は、単に例示とみなされ、任意およびすべての変更、変形、組み合せまたは均等物をカバーすると考えられる。

以下は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる参考文献である。
［1］T. Hwang, C. Yang, G. Wu, S. Li, and G. Y. Li, “OFDM and its wireless applications: A survey,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 58, no. 4, pp. 1673-1694, May 2009
［2］H. Sari, G. Karam, and I. Jeanclaude, “Frequency-domain equalization of mobile radio and terrestrial broadcast channels,” in Proc. Conf. Global Commun. (GLOBECOM), San Francisco, CA, Nov./Dec. 1994, pp. 1-5
［3］IEEE P802.11-REVmc/D2.4: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications
［4］IEEE Std 802.11-2016
［5］ETSI EN 302 307-2: Digital Video Broadcast; Part 2: DVB-S2 extensions (DVB-S2X).
［6］IEEE 802.11-14/1154r8, “802.11 NG60 SG Proposed PAR”
［7］IEEE 802.11-15/0339r0, “SC 64APSK for 802.11ay”
［8］IEEE 802.11-15/0601r0, “Non-Uniform Constellations for 64-QAM”
［9］PCT/CN2016/078101, “High Order Modulations for Single Carrier Transmission”, filed on March 31, 2016
［10］IEEE 802.11-09/0296r16, “TGad Evaluation Methodology”
［11］F. Kayhan and G. Montorsi, “Joint signal-labeling optimization under peak power constraint,” International Journal of Satellite Communications and Networking, 2012
［12］F. Kayhan and G. Montorsi. “Constellation design for transmission over nonlinear satellite channels.” Global Communications Conference (GLOBECOM), 2012, IEEE 2012
［13］F. Kayhan and G. Montorsi. “Constellation design for channels affected by phase noise.” Communications (ICC), 2013 IEEE International Conference on. IEEE, 2013

Claims (18)

1. デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のための方法であって、
   無線通信デバイスのコントローラを使用して、６４ポイント・コンステレーションに従ってコンステレーション・シンボルとビット列の間で変換することであって、該コンステレーション・シンボルは、送信のための信号を変調するのに使用されるか、受信された信号において検出されるか、あるいはその両方である、変換することを含み、
   前記６４ポイント・コンステレーションの第１象限における前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、少なくとも小数点以下３桁の精度までの以下の座標対によって定義され、
   前記６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションである、方法。
   

   
2. 前記６４ポイント・コンステレーションの前記第１象限において前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさが、少なくとも小数点以下４桁の精度までの前記座標対によって定義される、請求項１に記載の方法。
3. 前記６４ポイント・コンステレーションの前記第１象限における前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさが、少なくとも小数点以下５桁の精度までの前記座標対によって定義される、請求項１から２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記６４ポイント・コンステレーションの前記第１象限における前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさが、小数点以下６桁の精度までの前記座標対によって定義される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記座標対の前記第１の座標は、前記コンステレーション・シンボルの同相成分と直交成分のうちの一方の正規化された大きさを表し、
   前記座標対の前記第２の座標は、前記コンステレーション・シンボルの同相成分と直交成分のうちの他方の正規化された大きさを表す、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ビット列はグレイ・マッピングを使用して前記コンステレーション・シンボルに割り当てられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記コントローラは、前記変換のためのマッピング・モジュール電子構成要素を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用して無線通信のために構成された無線通信デバイスのための装置であって、
   ６４ポイント・コンステレーションに従ってコンステレーション・シンボルとビット列の間で変換するように構成されたコントローラであって、該コンステレーション・シンボルは、送信のための信号を変調するのに使用されるか、受信された信号において検出されるか、あるいはその両方である、コントローラを含み、
   前記６４ポイント・コンステレーションの第１象限における前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、少なくとも小数点以下３桁の精度までの以下の座標対によって定義され、
   前記６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションである、装置。
   

   
9. 前記６４ポイント・コンステレーションの前記第１象限において前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさが、少なくとも小数点以下４桁の精度までの前記座標対によって定義される、請求項８に記載の装置。
10. 前記６４ポイント・コンステレーションの前記第１象限における前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさが、少なくとも小数点以下５桁の精度までの前記座標対によって定義される、請求項８または９に記載の装置。
11. 前記６４ポイント・コンステレーションの前記第１象限における前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさが、小数点以下６桁の精度までの前記座標対によって定義される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記座標対の前記第１の座標は、前記コンステレーション・シンボルの同相成分と直交成分のうちの一方の正規化された大きさを表し、
    前記座標対の前記第２の座標は、前記コンステレーション・シンボルの同相成分と直交成分のうちの他方の正規化された大きさを表す、請求項８から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記ビット列はグレイ・マッピングを使用して前記コンステレーション・シンボルに割り当てられる、請求項８から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記コントローラは、前記変換のためのマッピング・モジュール電子構成要素を含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のための命令を含む記憶媒体であって、当該記憶媒体は無線通信デバイスのコントローラによって実行可能な前記命令を含み、該命令は、
    ６４ポイント・コンステレーションに従ってコンステレーション・シンボルとビット列の間で変換するための命令であって、該コンステレーション・シンボルは、送信のための信号を変調するのに使用されるか、受信された信号において検出されるか、あるいはその両方である、命令を含み、
    前記６４ポイント・コンステレーションの第１象限における前記コンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、少なくとも小数点以下３桁の精度までの以下の座標対によって定義され、
    前記６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションである、記憶媒体。
    

    
16. デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のための方法であって、
    無線通信デバイスのコントローラを使用して、６４ポイント・コンステレーションに従って信号を変調することであって、該信号は送信のためのものである、変調することを含み、
    前記６４ポイント・コンステレーションの第１象限におけるコンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、少なくとも小数点以下３桁の精度までの以下の座標対によって定義され、
    前記６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションである、方法。
    

    
17. デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のために構成された無線通信デバイスのための装置であって、
    ６４ポイント・コンステレーションに従って信号を変調するように構成されたコントローラであって、該信号は送信のためのものである、コントローラを含み、
    前記６４ポイント・コンステレーションの第１象限におけるコンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、少なくとも小数点以下３桁の精度までの以下の座標対によって定義され、
    前記６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションである、装置。
    

    
18. デジタル直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用した無線通信のための命令を含む記憶媒体であって、当該記憶媒体は無線通信デバイスのコントローラによって実行可能な前記命令を含み、該命令は、
    ６４ポイント・コンステレーションに従って信号を変調するための命令であって、該信号は送信のためのものである、命令を含み、
    前記６４ポイント・コンステレーションの第１象限におけるコンステレーション・シンボルの正規化された大きさは、少なくとも小数点以下３桁の精度までの以下の座標対によって定義され、
    前記６４ポイント・コンステレーションは反射対称コンステレーションである、記憶媒体。
    

    

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