JPH10303849A - 動的に増減調節が可能な動作パラメータを有する周波数分割多重化システムとその方法 - Google Patents

動的に増減調節が可能な動作パラメータを有する周波数分割多重化システムとその方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動的に増減調節が可能な動作パラメータを有
する周波数分割多重化システム。 【解決手段】 本発明の増減調節可能なＯＦＤＭ（直交
周波数分割多重化）システムは、当該システムの動作パ
ラメータあるいは特性についての増減調節（スケーリン
グ）を行えるようにすることで柔軟性と適応性を増やし
ている。このような増減調節可能性によって、当該ＯＦ
ＤＭシステムは、様々な通信環境の下で動作することが
できるようになる。制御回路は、必要または有効と判断
する場合に応じて動作パラメータあるいは特性を動的に
変化させることで、互換性または望みの性能を提供す
る。このような増減調節可能なＯＦＤＭシステムは、と
りわけモバイル（移動式の）無線通信装置における応用
に適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信システムに関
するものであり、とりわけ幅広い物理的環境において広
範な情報転送速度を提供するのに適している直交周波数
分割多重化（ＯＦＤＭ）変調方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ:Ortho
gonal Frequency Division Multiplexing）とは、Ｎ個
のデータシンボルを１／Ｔの距離で分離されたＮ個の直
交する搬送波へと配置する、ブロックを基本とした(ブ
ロック指向の）変調方式のことである。ここでＴはブロ
ック時間である。このように、多重搬送波伝送システム
では、複数の隣接する搬送波（またはトーンあるいはビ
ンと呼ばれている）を介して並列にデータビットを送信
するため直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を用い
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】多重搬送波伝送の重要
な利点とは、次のシンボルを伝送する間にガード時間と
しての間隔を挿入し、単一搬送波システムで必要とされ
ている等化器を避けることで、伝送チャネルにおける信
号分散（あるいは遅延スプレッド）によるシンボル間干
渉（符号間干渉）が低減または除去されることが可能と
なるということである。この点は、ＯＦＤＭに単一搬送
波の変調方式を超える重要な利点を与えているといえよ
う。
【０００４】意図した信号の後に受信機に到達する、各
シンボルについての遅延したコピーは、ガード時間の存
在によって、次のシンボルが受信されるより前に消える
ことができるのである。このように、ＯＦＤＭの魅力あ
る点は、等化の必要なしに多重チャネル伝送の悪影響を
克服する機能にある。そこで、様々な通信環境へＯＦＤ
Ｍの利点を提供する柔軟なＯＦＤＭシステムへの需要が
存しているのである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の原理に従った増
減調節可能なＯＦＤＭシステムでは、当該ＯＦＤＭシス
テムの動作パラメータあるいは特性についての増減調節
（スケーリング）を提供することで柔軟性及び適応性を
増加させている。例えば、制御回路は、ＯＦＤＭによる
シンボル長、搬送波数あるいは搬送波毎のシンボル当た
りにおけるビット数の増減調節（スケーリング）により
伝送速度を増減調節可能である。
【０００６】増減調節可能性（スケーラビリティ）によ
って、様々な動作パラメータあるいは特性を必要とする
多様な通信環境において、増減調節可能なＯＦＤＭシス
テムが動作することが許容される。制御回路が、異なる
動作パラメータあるいは特性が必要または有効であると
判断する際に、当該ＯＦＤＭシステムの動作パラメータ
あるいは特性を増減調節することで、制御回路は動作パ
ラメータあるいは特性を動的に変化させることが可能と
なる。それにより互換性または望みとする性能を提供す
ることになる。
【０００７】例えば、ビットレートを動的に増減調節
し、信号帯域幅を幅広く変化させることで、遅延スプレ
ッド許容度、ＳＮ比（ＳＮＲ、信号対雑音比）の要件が
達成可能となる。このようなことから、増減調節可能な
ＯＦＤＭシステムとは、とりわけモバイル（移動体）無
線通信装置における応用に適しているといえるのであ
る。モバイル無線通信装置は、屋外屋内を問わず幅広い
環境において、また、異なる帯域幅を伴った無線チャネ
ルにおいて多様なサービスをサポートしている。
【０００８】増減調節可能なＯＦＤＭ変調システムのあ
る実施例によると、符号化ＯＦＤＭ変調システムは、搬
送波数及び可変シンボル長に上限をもたせて設計される
ことが可能である。遅延スプレッド許容度はそのままで
信号帯域幅及び伝送速度を減少させるため、制御回路は
搬送波数の上限値以下で搬送波数を動的に増減調節する
ことができる。
【０００９】また、伝送速度と信号帯域幅を減少させ、
遅延スプレッド許容度を増加させるため、制御回路はシ
ンボル長を動的に増やすことも可能である。他の実施例
によれば、増減調節可能なＯＦＤＭ変調システムは、適
応符号化を用いて可変伝送速度を実現している。ここ
で、接続（リンク）の信頼性を改善するため、あるいは
ピーク対平均出力比を減少させるために異なる符号化方
式が用いられる。
【００１０】増減調節可能なＯＦＤＭ変調システムのさ
らに別の実施例によると、増減調節可能な伝送速度によ
りモバイルユニット（移動ユニット）と基地局との間の
非対称なデータ速度も許容される。例えば、基地局は同
時にすべての搬送波で伝送を行う一方で、モバイルユニ
ットそれぞれに対しては、全体の搬送波数の何分の一か
のみを割り当てるようにすることで、モバイルユニット
は基地局よりも低いデータ速度をもつことができるので
ある。
【００１１】さらに、例えばデータのダウンロードを行
う間においては、モバイルユニットは、ダウンリンクの
データ速度においてアップリンクのデータ速度よりも大
きなデータ速度をもつことが可能である。増減調節可能
なＯＦＤＭ変調システムの別な面によると、送信と受信
の両方について同一のアンテナを用いているモバイルユ
ニットと基地局は、基地局側で付加的な処理がなされ、
それにより、モバイルユニットをできる限り単純なもの
とすることが可能となることから、適応アンテナを有効
に活かすことができる。
【００１２】増減調節可能なＯＦＤＭ変調システムで
は、例えばアップリンクとダウンリンクのチャネル特性
が同一でないときに、アップリンクを通じて帰還（フィ
ードバック）を送ることで基地局における適応アンテナ
を用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の原理に従った増減調節可
能な動作パラメータあるいは特性を有する、改良型ＯＦ
ＤＭシステムの例示的実施例は以下で記述されている。
このような改良型ＯＦＤＭシステムは、様々な通信環境
で用いられる柔軟な通信システムを提供すべく実施され
うる。増減調節可能性（スケーラビリティ）により、増
減調節可能なＯＦＤＭシステムは、様々な動作パラメー
タあるいは特性を必要とする多様な通信環境において動
作することが許容されるのである。
【００１４】制御回路が、異なる動作パラメータあるい
は特性が必要あるいは有効であると判断する際に、ＯＦ
ＤＭシステムの動作パラメータあるいは特性を増減調節
することにより、制御回路は当該動作パラメータあるい
は特性を動的に変化させることが可能となる。それによ
り、互換性あるいは望みとする性能を提供することとな
る。例えば、ビットレートを動的に調整し、信号帯域幅
を幅広く変化させることで、遅延スプレッド許容度及び
ＳＮ比（ＳＮＲ、信号対雑音比）の要件を達成されるこ
とができよう。
【００１５】増減調節可能なＯＦＤＭシステムは、以下
のようなパラメータを含む様々な動作パラメータにより
特徴付けられることができる。すなわち、搬送波数
（Ｎ）、シンボル長（Ｔs）、搬送波毎のシンボル当た
りにおけるビット数（ｍ）、前方誤り訂正（順方向誤り
訂正）符号化方式、符号化レート、ガード時間として用
いられるシンボル長の部分といったものである。
【００１６】これらのパラメータを変化させることによ
り、以下のようなものを含む様々な動作特性が増減調節
可能となる。すなわち、伝送速度（ビットレートあるい
はデータ転送速度）、ＳＮ比（より大きなＳＮ比、より
低いビット誤り率）、遅延スプレッド許容度、信号帯域
幅、実施（実装）の複雑さといったものである。
【００１７】増減調節可能なＯＦＤＭシステムは、様々
な方法で動作パラメータあるいは特性を増減調節でき
る。例えば、伝送速度を動的に増減調節するため、増減
調節可能なＯＦＤＭシステムは、必要とされている、ま
たは望まれている動作パラメータあるいは特性に応じ
て、シンボル長、符号化レート、搬送波毎のシンボル当
たりにおけるビット数あるいは搬送波数を動的に調整す
ることができる。このような特定の例においては、制御
回路が伝送速度をいかにして増減調節するのかに応じ
て、増減調節可能なＯＦＤＭシステムは、遅延スプレッ
ド許容度、ＳＮ比（ＳＮＲ、信号対雑音比）、信号帯域
幅を異なるやり方で増減調節する。そこで、当該増減調
節可能なＯＦＤＭシステムは、柔軟で、（動的に）増減
調節可能な通信システムの実施にとって魅力的な方式と
なるのである。
【００１８】例えば、増減調節可能なＯＦＤＭシステム
の伝送速度を二倍にするため、当該システムについての
以下のような動作パラメータあるいは特性が、動的に増
減調節または調整できる。 １．符号化レート 一般に、チャネル符号は、搬送波内のマルチパス（多重
伝搬路）といった、ＯＦＤＭ特有なチャネル雑音（チャ
ネル損傷）により引き起こされるビット誤りの率を低減
するため用いられている。そのような符号のレートは、
ビット誤り率に対してビットレートをトレードオフさせ
る関係にあるように変化させることができる。 ２．搬送波変調方式 搬送波毎のシンボル当たりにおけるビット数を二倍にす
ることで、帯域幅及び遅延スプレッド許容度は変化しな
い。しかし、ＳＮ比（ＳＮＲ、信号対雑音比）は低減
し、それにより結果としてはより高いビット誤り率とな
る。 ３．シンボル長 シンボル長を半分にすることで、遅延スプレッド許容度
も半分となり、信号帯域幅は二倍になる。しかし、実施
（実装）の複雑さは２倍に増加する（２倍にスピードア
ップすることによる）。 ４．搬送波数 搬送波数を二倍にすることによっても、遅延スプレッド
許容度は同じのままであり、信号帯域幅は二倍となり、
実施（実装）の複雑さについては、ＩＤＦＴによる実施
（実装）の場合は四倍となり（動作の数とスピードが二
倍となることから）、ＩＦＦＴによる実施（実装）が用
いられている場合には２（ｎ＋１）／ｎの割合で増加す
る。
【００１９】変化可能な、さらなる増減調節パラメータ
としては、ガード時間とシンボル時間の比がある。この
ような比を変化させることは、ＳＮ比（相対的により大
きなガード時間により、信号となるエネルギーが明確に
なる）及び伝送速度（相対的により大きなガード時間
は、ビットレートを低減させる）及び遅延スプレッド許
容度（相対的により大きなガード時間は、遅延スプレッ
ドに対する抵抗を改善する）に影響を及ぼす。
【００２０】図１は、データ源１２からのデータビット
のストリームを受信する信号回路１１をもつＯＦＤＭ送
信機を示している。符号化ブロック１４はデータストリ
ームを受信して、当該データストリームを連続するグル
ープあるいはビットのブロックへと分割する。符号化ブ
ロック１４は、前方誤り訂正（順方向誤り訂正）符号化
のための冗長性を導入するものである。本発明の他の面
に従ったある実施例においては、異なる前方誤り訂正
（順方向誤り訂正）符号化方式あるいは、動的制御回路
１５により制御された、各搬送波についての可変変調方
式を用いることで、ＯＦＤＭにおける可変データ転送速
度が実現されている。
【００２１】例えば、モバイルユニットがカバーゾーン
（カバー領域、サービス区域）の端部に位置していると
すれば、動的制御回路は、遅延スプレッド許容度の増加
及びより優れたＳＮ比性能といった利点が得られるよう
データ転送速度を低下させるために、符号化レートを減
少させることができる。符号化レートにおけるそのよう
な減少は、続いて、符号化レートにおける減少に比例し
たスペクトル効率（ある帯域幅で伝送可能な毎秒毎のビ
ット量のこと）における減少へとつながる。
【００２２】本発明の原理によると、動的制御回路１５
は、符号化ブロック１４を適切な符号化レートに設定す
るため、考えられ得る幾つかの入力のうち任意のものに
ついて応答可能である。例えば、トランシーバーの実施
例においては、動的レート制御回路１５は、ＯＦＤＭ受
信機（図４）からの帰還（フィードバック）を通じるよ
うな形で、伝送誤りを検出し、符号化レートを動的に低
減させることができる。
【００２３】選択的には、各データパケットは、適切な
符号化レートを示している固定された符号を有しうる。
あるいはトランシーバーにおける応用例では、符号化方
式は別の送信機（示されていない）からの受信入力の符
号化レートを反映することも可能である。最終的には、
動的レート制御回路１５は、符号化レートを設定するた
め外部設定（外部環境）に応答しうるのである。
【００２４】同様にして、制御回路１５は、搬送波毎の
シンボル当たりにおけるビット数を増減調節することで
（例えば、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）による変調
を用いて、実施例における配置サイズを変化させること
により）、多様な入力に応答することが可能である。搬
送波毎のシンボル当たりにおけるビット数を増加させる
ことで、帯域幅及び遅延スプレッド許容度は変化しな
い。
【００２５】しかし、ＳＮ比（ＳＮＲ、信号対雑音比）
は低減することから、結果としてはビット誤り率はより
高いものとなる。例えば、搬送波毎のシンボル当たりに
おけるビット数を増減調節するため、動的レート制御回
路１５はＱＰＳＫ（四相ＰＳＫあるいは４−ＰＳＫ）に
よる変調から、８−ＰＳＫ（８相ＰＳＫ）といった他の
位相変調へ、あるいは、ＱＡＭ（直交振幅変調、例え
ば、１６−ＱＡＭ）といった他の変調方式へと変化する
ことができる。
【００２６】符号化されたデータビットのブロックは、
Ｎポイント複素ＩＦＦＴ（InverseFast Fourier Transf
orm、逆高速フーリエ変換）１６へと入力される。ここ
でＮとはＯＦＤＭによる搬送波数のことである。このよ
うな特定の実施例では、ＩＦＦＴ１６は、符号化ブロッ
ク１４から受け取られた２Ｎの符号化されたデータビッ
トのブロックについて実行される。
【００２７】実際には、送信機の次の段階あるいは伝送
チャネルにおける（意図したものにせよ、そうでないも
のにせよ）低域通過フィルタリングによる望ましくない
周波数ひずみを導入することになるエイリアシングのな
い出力スペクトルを生成するため、送信機１０はオーバ
ーサンプリング（過サンプリング）を用いなくてはなら
ない。このように、オーバーサンプリング（過サンプリ
ング）を実行するため、Ｍ＞Ｎとして、ＮポイントＩＦ
ＦＴ１６の代わりにＭポイントＩＦＦＴ１６が実際には
行われる。これらの２Ｎビットは、Ｎ個の複素数へと変
換され、残りのＭ−Ｎ個の入力値は０に設定される。
【００２８】クロック１７は、ＩＦＦＴ１６についての
時間基準を供給しており、ＩＦＦＴ１６の出力は、ＯＦ
ＤＭによるシンボルを生成するため、並列直列（パラレ
ルシリアル）変換がなされる。本発明の原理に従った特
定の実施例では、制御回路１５は、搬送波数Ｎを一定に
保つ一方で、シンボル長Ｔsを変化させることにより動
作パラメータ及び、伝送速度のような特性を増減調節す
る。
【００２９】このような特定の実施例では、制御回路１
５はＩＦＦＴ１６に対する時間基準を調整するクロック
１７を制御することで、これを実現している。シンボル
長を減少させることにより、伝送速度における逆比例増
加が達成される。同時に、遅延スプレッド許容度が減少
される。しかし、これについては通常問題とならない。
というのは、より高いデータ転送速度はまた、その範囲
における減少を意味しており、範囲の低下はより低い遅
延スプレッドの値を意味しているからである。
【００３０】例として、生データについて２７０ｋｂｐ
ｓのオーダーにあるデータ転送速度を有するモバイル電
話機（移動電話機）から、２０Ｍｐｂｓまでのデータ転
送速度を有する屋内無線ＬＡＮまでの応用例をサポート
しなくてはならないＯＦＤＭシステムを考えてみること
にしよう。最大遅延スプレッドの要件は、モバイル電話
機（移動電話機）にとっては１６μｍであり、無線ＬＡ
Ｎにとっては約２００ｎｓまでとなる。さらに、ＧＳＭ
によるチャネル間隔と適合するために、ＯＦＤＭによる
信号はモバイル電話機（移動電話機）の場合で２００ｋ
Ｈｚの帯域幅を占めることが必要とされている。
【００３１】これらの要件すべては、３２の搬送波を有
し、２００μｓから２μｓまでの可変シンボル長Ｔsを
有するＯＦＤＭを用いることで満たされうる。２００μ
ｓのシンボル長については、遅延スプレッドを処理する
ため２０μｓのガード時間が含まれる。これにより、１
／（１８０μｓ） ５５．６ｋＨｚの搬送波間隔が与え
られることになる。このことは、２００ｋＨｚの帯域幅
にちょうど３６の搬送波が存在していることを意味する
ものである。
【００３２】スペクトルの要件を満たすため、４つの搬
送波をガードバンドとして用いることで、３２の搬送波
がデータ伝送用に残ることになる。シンボル毎につい
て、搬送波毎のシンボル当たりにおいて２ビットを有す
るＱＰＳＫを用いると、３２・２／（２００μｓ）＝３
２０ｋｂｐｓの生データについてのデータ転送速度を与
えることになる。
【００３３】上述の例において、ＯＦＤＭによるシンボ
ル長を減少させることによって、減少した遅延スプレッ
ド許容度の代わりにデータ転送速度が増加されることが
可能となる。許容できる最大遅延スプレッドは、ＯＦＤ
Ｍのガード時間に比例する。そこで、２００ｎｓという
最大許容可能遅延スプレッドを有している無線ＬＡＮに
ついては、２５０ｎｓのガード時間を含めて、シンボル
長は２．５μｓまで減少されることができる。これらの
パラメータにより、１６ＭＨｚの帯域幅を確保し、生デ
ータについて２５．６Ｍｂｐｓのデータ転送速度が得ら
れる。
【００３４】表１は、様々な増減調節可能な伝送速度あ
るいはデータ転送速度についての幾つかのパラメータの
選択肢を列挙している。最初の３つの選択肢は、３２の
搬送波による場合についてのものであり、次の３つの選
択肢は、６４の搬送波による場合についてのものであ
り、（前者の３つに比べて）より大きな遅延スプレッド
許容度と僅かに小さな使用帯域幅を示している。 （表１）全搬送波についてＱＰＳＫによる変調を前提とした場合の、増減増減 調節可能なデータ転送速度についてのパラメータの選択肢例 ---------------------------------------------------------------------- シンボル長 ガード時間 搬送波数 帯域幅 生データでの （μｓ） （μｓ） （ＭＨｚ） データ転送速度 （Ｍｂｐｓ） ---------------------------------------------------------------------- 200 20 32 0.2 0.32 10 1 32 4 6.4 2.5 0.25 32 16 25.6 400 40 64 0.19 0.32 20 2 64 3.78 6.4 5 0.5 64 15.11 25.6 ----------------------------------------------------------------------
【００３５】ＧＳＭについての既存のＧＭＳＫ変調を超
えた、このようなＯＦＤＭ変調システムの利点とは、よ
り高いスペクトル効率と、隣接するチャネル干渉の観点
でより優れたスペクトル性質を有しているという点であ
る。ＯＦＤＭは相対的により大きなピーク対平均出力比
を有しうるが、しかしながら搬送波数を動的に増減調節
することは、ピーク対平均出力比を低減させうるのであ
る。
【００３６】このような特定の実施例では、制御回路１
５は搬送波数を調整することで、他の動作特性と同様に
可変伝送速度を提供することが可能である。特定のＯＦ
ＤＭシステムについて設計された最大搬送波数の部分集
合（一部）を伝送することで、データ転送速度における
減少量は伝送された搬送波数における減少量に比例して
いる。伝送された搬送波数を減らすことはまた、変調技
術と媒体アクセス制御（Medium Access Control、ＭＡ
Ｃ）を結びつけることを可能とする。
【００３７】というのは、多数のユーザーは搬送波の異
なる集合を用いて、同一バンドにおいて同時に伝送を行
うことができるからである。そのようなアプローチのさ
らなる利点とは、ユーザー毎のピーク対平均出力比が低
減されているということである。このことは、よりよい
出力効率が実現され得ることを意味しており、この点は
バッテリーで駆動された装置にとっては極めて重要であ
るといえる。選択的には、動的制御回路１５は、位相の
一部分のみの変調を隣接する搬送波へ向ける（割り当て
る）ことで搬送波数を増減調節することができる。符号
器が小さな帯域幅のチャネルにおいて動作しなくてはな
らない場合には、そのような結果は有効であるといえ
る。
【００３８】本発明のある実施例によると、動的制御回
路１５は、搬送波数を変化させるためＮを動的に変える
ことができる。例えば、Ｘ＜Ｎとして、ＮポイントＩＦ
ＦＴ１６はＸポイントＩＦＦＴ１６へと動的に変化させ
ることが可能である。このような特定の例においては、
ＩＦＦＴ１６はＮの搬送波を最大搬送波数として取り扱
うように設計されており、動的レート制御回路１５から
の制御信号に従ってＸポイントＩＦＦＴ１６を実行する
ことで、Ｎより少ない搬送波に動的に増減調節される。
選択的には、２Ｎより少ない入力ビットについてＩＦＦ
Ｔを計算し、他の値を０にして多重アクセスを許容する
ことにより、動的制御回路１５は、ＯＦＤＭ送信機１０
がＮより少ない搬送波を伝送するように動的に指示しう
る。
【００３９】シンボル間干渉（符号間干渉）に対する感
応性を減らすため、サイクリックプレフィクサーとウイ
ンドウ化ブロック１８は、ＯＦＤＭによるシンボルの最
後の部分をコピーして、ＯＦＤＭによる当該シンボルに
当該コピーされた部分を付け加える。これは、サイクリ
ックプレフィクシングと呼ばれている。制御回路１５
は、ガード時間あるいはガード時間の部分を、例えばシ
ンボル長といった、上のＯＦＤＭシステムの例について
列挙された値に調整するため、サイクリックプレフィク
サーとウインドウ化ブロック１８を制御することができ
る。
【００４０】スペクトルのサイドローブを低減させるた
め、サイクリックプレフィクサーとウインドウ化ブロッ
ク１８は、ＯＦＤＭによるシンボルの振幅に漸次的なロ
ールオフパターンを当てはめることでＯＦＤＭによる当
該シンボルについてのウインドウ化を実行する。ＯＦＤ
Ｍによるシンボルはデジタルアナログ変換器への入力で
あり、その後、送信機のフロントエンド部２２へと送ら
れ、送信機のフロントエンド部は、アンテナ２４を介し
た伝送のため、ベースバンド波形を、ここでの特定の実
施例における適切なＲＦ搬送波周波数へと変換する。
【００４１】図２はＯＦＤＭによるシンボルのウインド
ウ化についての基本的な表示を示している。ここで、Ｔ
sとは全体のシンボル長であり、ＴとはＦＦＴ時間であ
る。すなわち、Ｔ秒にＮ個のサンプルが存在している。
搬送波間隔はＨｚ表示で１／Ｔであり、ＴGとはマルチ
パス（多重伝搬路）により生じるシンボル間干渉（符号
間干渉）を低減させることを助けるガード時間のことで
ある。ロールオフ時間は、βＴsで表され、ここでβと
はロールオフ因子である。
【００４２】図３は、ｄＢ表示でのＯＦＤＭ出力スペク
トルを示している。Ｘ軸は搬送波間隔に対して規格化さ
れており、３ｄＢの帯域幅には６０ａから６０ｐまでの
１６の搬送波が存在している。ＦＦＴ時間Ｔを変化させ
ることで、搬送波６０ａ−６０ｐの間の間隔を変化させ
ることになるであろう。一定のサンプリングレート１／
Ｔで搬送波数Ｎの数を増加させると、搬送波間隔を保っ
た一方で搬送波６０ａ−６０ｐの数を増やすことになろ
う。これにより、伝送されたＯＦＤＭ出力スペクトルの
幅も増えることになる。
【００４３】同様に、搬送波数Ｎを減らすことは、伝送
されたＯＦＤＭ出力スペクトルの幅を減らすことへつな
がるであろう。サンプリングレート１／Ｔを減少させる
ことは、Ｔを増加させ、搬送波間隔を減少させることに
なり、それにより伝送されたＯＦＤＭによるシンボルの
幅を減少させることになる。
【００４４】特に図４を参照すると、伝送されたＯＦＤ
Ｍ信号は信号回路３１を有するＯＦＤＭ受信機３０によ
って、選択されたアンテナ３２を通じて受け取られる。
ＯＦＤＭ信号は、受信回路３４と自動利得制御（自動ゲ
イン制御、ＡＧＣ）ブロック３６を用いて処理（ダウン
コンバート）される。処理されたＯＦＤＭ信号はアナロ
グデジタル変換器３８へと入力される。デジタルＯＦＤ
Ｍ信号は、ＡＧＣ３６への利得（ゲイン）推定フィード
バック信号を提供するため、レベル検出器４０により受
け取られる。
【００４５】デジタルＯＦＤＭ信号はまた、周波数補償
ブロック４２とタイミング及び周波数同期ブロック４４
によっても受け取られる。タイミング及び周波数同期ブ
ロック４４は、ＯＦＤＭによるシンボルのタイミングを
獲得して、初期周波数オフセットを訂正するため周波数
補償ブロック４２へ周波数推定信号を供給し、タイミン
グ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ブロック４６へと
供給する。
【００４６】本発明によると、動的制御回路４７は、増
減調節可能な動作パラメータあるいは特性を受信機３０
において供給している。動的制御回路４７は、送信機１
０（図１）、外部設定（外部環境）あるいはデータ目的
地ブロック５１からの入力を受け取ることが可能であ
る。それに応えて、動的レート制御回路４７はＦＦＴ４
６の動作を制御しており、ＦＦＴ４６はクロック４９に
より供給された時間基準により駆動されている。
【００４７】動的制御回路４７は、クロック４９からＦ
ＦＴ４６への時間基準を変化させることでシンボル長を
動的に変化させることができる。さらに、動的制御回路
４７は、ＦＦＴ４６の動作を制御することで入力に応答
することもできる。ＦＦＴ４６はＯＦＤＭによるシンボ
ルについてＮポイント高速フーリエ変換を実行するよう
に設計されているが、動的制御回路４７からの制御信号
によっては、搬送波数を動的に変化させるため、Ｘ＜Ｎ
であるＸポイントＦＦＴを実行することも可能である。
【００４８】最大搬送波数である場合、結果としてのＮ
の合成搬送波は位相推定ブロック４８及び位相補償ブロ
ック５０への入力となっている。位相推定ブロック４８
はＮの搬送波の位相を探知して、位相推定値を位相補償
ブロック５０へと供給している。位相補償ブロック５０
はそれによりＮの搬送波を補償する。補償が施された搬
送波は、送信機１０（図１）の前方誤り訂正（順方向誤
り訂正）符号を復号する復号ブロック５２への入力とな
り、データ信号をデータ目的地ブロック５１へと供給す
る。そのような入力によって、動的制御回路４７は、復
号レートあるいは復調方式を動的に変化させるように復
号ブロック５２を制御することが可能である。それによ
り、動作パラメータあるいは、データ転送速度といった
特性を動的に変化させる。
【００４９】図５は、基地局７２及び複数のリモート局
７４から構成される改良型ＯＦＤＭシステム７０を示し
ている。リモート局７４は、動的に増減調節可能なＯＦ
ＤＭシステム７０を提供するため、本発明の原理に従っ
て、動的に増減調節可能なＯＦＤＭ送信機１０（図１）
と受信機３０（図４）を用いている。動的制御回路１５
（図１）と４７（図４）は、基地局７２とリモートユニ
ット７４の間における動作パラメータあるいは特性の増
減調節可能性を提供している。データ転送速度を動的に
増減調節する場合、改良型ＯＦＤＭシステムでは、基地
局７２とリモートユニット７４の間で低いデータ転送速
度をもって開始する。
【００５０】さらに、送信局の動的制御回路１５（図
１）は、システム設計と信号の質が許す限りデータ転送
速度を増加させる。信号に質が劣る場合には、動的制御
回路１５（図１）はデータ転送速度を減少させる。信号
の質は、以下のような要素の一つにより評価されること
ができる。すなわち、受信信号強度、受信信号に対する
雑音プラス干渉の比、検出された誤り（ＣＲＣ）、通知
の存在（通信信号についてのリンクが適切でないという
通知が存しないこと）である。さらに、他の動作特性あ
るいはパラメータは同様にモニターされ、増減調節され
ることが可能である。
【００５１】受信局７２または７４のＯＦＤＭ受信機３
０（図４）は、受信した信号についてこれらの評価を実
行することができる。その後、動的制御回路４７が、ど
のようなデータ転送速度またはその他の動作特性あるい
はパラメータが用いられるべきなのか判断し、さらに逆
方向においてもどのようなデータ転送速度またはその他
の動作特性あるいはパラメータが用いられるべきなのか
判断する。それに伴い、２つの局の間において、データ
転送速度のような、動作特性あるいはパラメータを動的
に増減調節するため、受信機３０は帰還（フィードバッ
ク）を受信局７２または７４の送信機１０の動的制御回
路１５へと供給する。
【００５２】選択的には、受信局７２または７４の受信
機３０（図４）が、信号の質についての評価を実行し、
送信機１０を通じて質に関する情報または、データ転送
速度のような、特定の動作特性あるいはパラメータにつ
いてのリクエストを送信局７２または７４の受信機３０
へ送り戻すようにすることも可能である。そこで、送信
局７２または７４の受信機３０は、局７２または７４の
間において、データ転送速度のような動作特性あるいは
パラメータを動的に増減調節するため、送信局７２また
は７４における動的制御回路１５へ帰還（フィードバッ
ク）を供給することができる。
【００５３】ＯＦＤＭシステム７０についてのこのよう
な特定の実施例は基地局７２及びリモート局７４を有し
ているけれども、本発明に従った調整に関する特性（ス
ケーリング特性）については、非集中化ＯＦＤＭトラン
シーバーネットワークへも当てはまるものといえる。
【００５４】さらに、ある実施例では、本発明の原理に
従ったＯＦＤＭシステム７０は、搬送波数を動的に増減
調節することで多重レートシステムの多重アクセスを実
施するのに用いられることが可能である。一つのリモー
ト局７４は、ちょうど一つの搬送波上で送信を行うこと
が可能であり、別のリモート局７４は４つの他の搬送波
上で送信を行い、一方、第三のリモート局７４はさらに
別の２つの搬送波上で送信を行うということが、すべて
同時に可能である。復号化を適切に行うため、すべての
搬送波の信号（異なるリモート局７４からの）は、大ま
かに同じ程度の相対的な遅延をもって基地局７２で受信
されることが必要である。
【００５５】搬送波数を動的に増減調節する集中化され
たシステムのある実施例の場合、基地局７２は、その範
囲内ですべてのリモート局（ここでの実施例ではモバイ
ルユニット７４）から受信し、さらにそれらへと送信を
行う。従って、このような特定の実施例の基地局７２
は、すべての搬送波において同時に送受信が可能である
べきことになる。このことは、基地局７２がモバイルユ
ニット７４に比べて、より大きなピーク対平均出力比を
有する必要があることを示している。しかしながら、基
地局７２についてはバッテリーで駆動されているもので
はないことから、実際にはこの点は欠点とはならない。
【００５６】搬送波の部分集合を用いて送信を行うこと
で、非対称なデータリンクを行う可能性が提供される。
これは、データ転送速度がアップリンクとダウンリンク
について異なるものとすることができることを意味して
いる。現実には、データのダウンロード時など、非対称
なリンクは頻繁に生じているのである。ＯＦＤＭシステ
ム７０は、リモート局７４にアップリンクとダウンリン
クについて異なる搬送波数を動的に提供することで、そ
のような非対称なリンクをサポートすることができる。
【００５７】また、集中化されたシステムでは基地局７
２はモバイルユニット７４よりもより高い出力レベルで
送信を行うことが可能であることから、ダウンロード能
力（容量）がアップロード能力（容量）よりも大きくな
るように、搬送波についてよりレベルの高い変調方式
（例えば、１６ＱＡＭ）を用いることができる。
【００５８】非対称なレートを実現するため、動的制御
回路１５（図１）及び４７（図４）を用いることの利点
とは、以下のようなものである。すなわち、 ・ダウンリンク能力（容量）がアップリンク能力（容
量）よりもより大きなものとすることが可能である。 ・搬送波の全体数を部分集合へ分割することでアップリ
ンク能力（容量）を共有されることが可能となる。 ・モバイルユニット７４は純然たるＴＤＭＡ（時分割多
元接続）に比べて、より低いレートでより長いパケット
を伝送することができる。この点は、平均送信出力がよ
り低く（出力増幅器がより単純なものとすることができ
るから）、またコンディションにより生じる相対的なオ
ーバーヘッドが低減されるといった利点を有している。 ・モバイルユニット７４は限られた数の搬送波のみを伝
送することで足りる。従って、送信信号のピーク対平均
出力を低減させることになる。このことは、モバイルユ
ニット７４がより優れた出力効率を実現可能であること
を意味し、バッテリーで駆動された装置にとっては非常
に重要であるといえよう。
【００５９】異なるモバイルユニット７４が異なる搬送
波において同時に伝送を行うことが許容される場合に
は、以下のようなことが生じうる。すなわち、 ・モバイルユニットと基地局の間でシンボル同期が必要
である。そのような同期については、ＧＳＭのようなＴ
ＤＭＡシステムにおいて既に存在している。２００μｓ
のシンボル長を有する、先に記述したＯＦＤＭの例で
は、同期オフセットはおよそ５μｓに限られるべきであ
る。 ・遠近による影響を低減させるため、出力制御をある程
度行う必要がある。遠近による影響は、ＣＤＭＡ（符号
分割多元接続）システムよりはそれほど深刻ではない。
というのは、ＣＤＭＡの符号は大抵の場合、０でない相
互相関関係を有している一方で、ＯＦＤＭの搬送波は直
交しているからである。ＯＦＤＭでは、受信機における
Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを減らし、異なるユ
ーザー間での相関関係を持ち込むことにもなりうる、周
波数オフセットにより生じるマルチユーザー干渉を低減
させるために出力制御が必要とされているのである。
【００６０】３２の搬送波が２００ｋＨｚの帯域幅にお
いて３２０ｋｂｐｓ伝送する、前述のＯＦＤＭモバイル
ホーン（移動式電話）の場合、帯域は各チャネルが４個
の搬送波を有する８つのチャネルへ分割されることが可
能である。そこで、各チャネルは、生データについて４
０ｋｂｐｓのデータ転送速度でデータを搬送している。
これは、１３ｋｂｐｓの音声信号について信号オーバー
ヘッドと前方誤り訂正（順方向誤り訂正）符号化を行う
ため、およそ７０％の冗長性を提供していることにな
る。
【００６１】このように、ＯＦＤＭシステム７０は、基
地局７２からリモート局７４へデータをダウンロードを
行う間のように、必要なときに応じて非対称なデータ転
送速度のメリットを提供することができる。そしてそれ
は、リモート局７４の受信機３０（図４）へのダウンリ
ンクついて、及び、リモート局７４の送信機１０からの
アップリンクについて、用いられる搬送波数を動的に変
化させることによるのである。
【００６２】さらに、ＯＦＤＭシステム７０は局７２及
び７４についての様々な動作特性あるいはパラメータを
動的に増減調節することが可能であり、基地局７２と異
なるリモート局７４の間で異なる動作特性あるいはパラ
メータを提供するか、または基地局７２とリモートユニ
ット７４の間で対称な動作特性あるいはパラメータを変
化させることができる。選択的には、局間での異なる動
作パラメータあるいは特性を提供するため、トランシー
バーについての非集中化ＯＦＤＭシステムにおいて、局
間での動作パラメータあるいは特性を動的に増減調節す
ること（動的スケーリング）が実行されることも可能で
ある。
【００６３】図５のＯＦＤＭシステム７０についてのあ
る実施例では、信号対雑音プラス干渉の比が各搬送波に
ついて最大化されるように、アンテナパターンを各搬送
波に対して適応した、異なったものとするため、適応ア
ンテナ７８が基地局７２において用いられうる。ＯＦＤ
Ｍでは、基地局７２は、同時適応アンテナへ供給してい
る入力信号のスペクトルを得るのに、単に幾つかの搬送
波の振幅を測定するに過ぎない。
【００６４】適応アンテナ制御回路８０はＯＦＤＭシス
テム７０における改良された性能を提供するため、次の
ような手法で適応アンテナ７８を制御することができ
る。すなわち、 ・基地局７２はダウンリンクチャネルがアップリンクチ
ャネルと等しいものとして、アップリンクチャネルを測
定する（Ｎの搬送波についての振幅、ＳＮＲ／ＳＩ
Ｒ）。 ・例えば異なる周波数にある（ＵＭＴＳ−汎用移動通信
システム、におけるように）といったことから、ダウン
リンクチャネルとアップリンクチャネルが等しくない場
合には、モバイルユニット７４は、測定されたダウンリ
ンク搬送波の振幅を帰還（フィードバック）としてアッ
プリンクを介して基地局７２へと送ることができる。 ・アップリンクにおいては、基地局７２は信号対雑音プ
ラス干渉の比を最大化するため適応アンテナを用いてい
る。 ・ダウンリンクにおいては、基地局７２は、各搬送波及
び適応アンテナ７８のうちの各アンテナについて振幅及
び位相を選択するため、アップリンクチャネルの測定結
果またはモバイルユニットからの帰還（フィードバッ
ク）を用いている。このようにして、ＯＦＤＭシステム
７０は、各搬送波について改良されたアンテナ利得（ア
ンテナゲイン）を得られるというメリットを受ける。相
対的によりよい搬送波により多くの出力を伝送すること
で、ともかくモバイルユニット７４に到達していない搬
送波において出力が無駄にされることはないのである。
【００６５】このように、ＯＦＤＭシステム７０におけ
る適応アンテナ制御は、改良された効率性能を提供す
る。ＯＦＤＭシステム７０の動的制御面と併せて、柔軟
なＯＦＤＭシステム７０が提供されている。このような
柔軟なＯＦＤＭシステム７０は、ＯＦＤＭシステムの性
能を改良するための動的制御と適応アンテナシステムを
結びつけて用いることによって局間の動作を改良するこ
とができる。例えば、搬送波のある部分集合は、適応ア
ンテナ制御回路からの帰還（フィードバック）を考慮に
入れて、動的に選択されることが可能である。選択的に
は、非集中化されたＯＦＤＭトランシーバーネットワー
クについての実施例では、トランシーバーまたはトラン
シーバーの部分集合は適応アンテナの利点を活かすこと
が可能であろう。
【００６６】このように、改良型ＯＦＤＭ（直交周波数
分割多重化）変調システムは、増減調節可能な動作特性
あるいはパラメータを用いることで柔軟性及び適応性を
増加させるものである。また、このような柔軟性及び適
応性における増加は改良型ＯＦＤＭシステムが様々な通
信環境において動作することを実現させるものである。
【００６７】改良型ＯＦＤＭシステムは、ＯＦＤＭシス
テムの動作パラメータあるいは特性を増減調節するため
の、搬送波数、シンボル長、符号化レート、変調方式あ
るいは搬送波毎におけるシンボル当たりのビット数とい
った動作パラメータを動的に変化させることによって、
このようなことを実現している。動的レート制御回路
は、ＯＦＤＭシステムの動作パラメータあるいは特性ま
たは、動作パラメータあるいは特性の様々な部分集合を
動的に増減調節することができる。その一方では、ＯＦ
ＤＭシステムについての望みの動作または性能を実現す
るため、その他の動作特性あるいはパラメータを固定し
ている。
【００６８】上述の実施例に加えて、改良型ＯＦＤＭ変
調システムの選択的構成が考えられる。改良型ＯＦＤＭ
変調システムの選択的構成としては、ＯＦＤＭシステム
のパラメータあるいは特性またはそれらのヴァリエーシ
ョン（変形）についての動的増減調節（動的スケーリン
グ）を実行する際に、構成要素を省略または添加した
り、または異なる構成要素を用いるものがある。例え
ば、望みの制御回路の一部分のみが増減調節特性（スケ
ーリング特性）の部分集合を提供するのに用いられた
り、様々な送信機構成要素に伴った、別個の制御回路が
用いられるということも可能である。
【００６９】さらに、上述のＯＦＤＭシステムは幾つか
の構成要素からなるものとして記述されてきたが、ＯＦ
ＤＭシステム及びその一部は、特定用途向け集積回路
（ＡＳＩＣ）、ソフトウエアで駆動された処理回路、ま
たは、個々別々の構成要素についてのその他の組み合わ
せを用いて利用に供されることが可能であるということ
は理解されるべきである。
【００７０】
【発明の効果】本発明により、多重搬送波伝送システム
であるＯＦＤＭシステムにおいて、システムの動作パラ
メータあるいは特性についての増減調節（スケーリン
グ）を提供することで、ＯＦＤＭシステムにおける柔軟
性及び適応性が向上された。とりわけ、このような増減
調節可能なＯＦＤＭシステムは、モバイル（移動式）無
線通信装置における応用に適しているといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の原理の幾つかに従ったＯＦＤ
Ｍ送信機の実施例についてのブロック図を示している。
【図２】図２は、ＯＦＤＭによるシンボルのウインドウ
化を説明するための図を示している。
【図３】図３は、ＯＦＤＭ送信機の幾つかのパラメータ
に対する変化の効果を説明するためのＯＦＤＭ出力スペ
クトルの図（プロット）を示している。
【図４】図４は、本発明の原理の幾つかに従ったＯＦＤ
Ｍ受信機の実施例についてのブロック図を示している。
【図５】図５は、本発明の原理に従ったＯＦＤＭ送信機
及び受信機を用いているＯＦＤＭシステムを示してい
る。
【符号の説明】
１０ ＯＦＤＭ送信機 １１ 信号回路 １２ データ源 １４ 符号化ブロック １５ 動的制御回路（動的レート制御回路） １６ ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換） １７ クロック １８ サイクリックプレフィクサ（巡回接頭器）及びウ
インドウ化ブロック ２０ デジタルアナログ変換器 ２２ 送信機フロントエンド部 ２４ アンテナ ３０ ＯＦＤＭ受信機 ３１ 信号回路 ３２ アンテナ ３４ 受信回路 ３６ 自動利得制御（自動ゲイン制御、ＡＧＣ）ブロッ
ク ３８ アナログデジタル変換器 ４０ レベル検出器 ４２ 周波数補償ブロック ４４ タイミング及び周波数同期ブロック ４６ 高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ブロック ４７ 動的制御回路（動的レート制御回路） ４８ 位相推定ブロック ４９ クロック ５０ 位相補償ブロック ５１ データ目的地ブロック ５２ 復号ブロック ６０ａ−６０ｐ 搬送波 ７０ （改良型）ＯＦＤＭシステム ７２ 基地局 ７４ リモート局（リモートユニット、モバイルユニッ
ト） ７８ 適応アンテナ ８０ 適応アンテナ制御回路
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動作パラメータに従い、直交周波数分
    割多重化を用いて通信信号を供給する方法であって、 （Ａ）動作パラメータを動的にスケーリングするステッ
    プを、 有することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 （Ｂ）データ転送速度をもって前記通
    信信号を供給し、前記データ転送速度を動的に変化させ
    るステップを、 さらに有することを特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 （Ｃ）前記通信信号から直交周波数分
    割多重化によるシンボルを供給するステップを、 さらに有し、 前記動作パラメータを動的にスケーリングする前記ステ
    ップ（Ａ）は、 （Ｄ）前記直交周波数分割多重化によるシンボルについ
    てのシンボル長を動的に変化させるステップを、 さらに有することを特徴とする請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 前記直交周波数分割多重化によるシン
    ボルについての前記シンボル長を動的に変化させる前記
    ステップ（Ｄ）は、 （Ｅ）フーリエ変換を用いて前記通信信号を直交周波数
    分割多重化によるシンボルへと変換するステップと、 （Ｆ）前記フーリエ変換についての時間基準を変化させ
    るステップとを、 さらに有することを特徴とする請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 （Ｇ）前記通信信号から直交周波数分
    割多重化によるシンボルを供給するステップを、 さらに有し、 前記動作パラメータを動的にスケーリングする前記ステ
    ップ（Ａ）は、 （Ｈ）前記直交周波数分割多重化によるシンボルについ
    ての搬送波数を動的に変化させるステップを、 さらに有することを特徴とする請求項１の方法。
  6. 【請求項６】 前記動作パラメータを動的にスケーリ
    ングする前記ステップ（Ａ）は、 （Ｉ）符号化レートに従って前記通信信号を符号化し、
    前記符号化レートを動的に変化させるステップを、 さらに有することを特徴とする請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 前記動作パラメータを動的にスケーリ
    ングする前記ステップ（Ａ）は、 （Ｊ）第一の変調方式に従って搬送波を変調するステッ
    プと、 （Ｋ）前記第一の変調方式を第二の変調方式へと動的に
    変化させるステップとを、 さらに有することを特徴とする請求項１の方法。
  8. 【請求項８】 （Ｌ）アップリンクでのデータ転送速
    度で直交周波数分割多重化によるシンボルを送信し、ダ
    ウンリンクでのデータ転送速度で通信信号を受信するス
    テップを、 さらに有することを特徴とする請求項１の方法。
  9. 【請求項９】 （Ｍ）前記ダウンリンクでのデータ転
    送速度を動的に変化させるステップを、 さらに有することを特徴とする請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ダウンリンクでのデータ転送速
    度を動的に変化させる前記ステップ（Ｍ）は、 （Ｎ）前記通信信号についての搬送波数を動的に変化さ
    せるステップを、 さらに有することを特徴とする請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 動作パラメータに従って直交周波数
    分割多重化によるシンボルを受信する方法であって、 （Ａ）動作パラメータを動的に変化させるステップを、 有することを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 動作パラメータに従って通信信号を
    供給する直交周波数分割多重化システムであって、 動作パラメータを動的にスケーリングするために、動的
    制御回路が信号回路へ制御信号を供給することを特徴と
    するシステム。
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