(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルキャリア変調（ＤＣＭ）プリコーディングを行う方法であって、
データのサブブロックを生成するステップと、
前記サブブロック同士を独立にインターリーブするステップと、
インターリーブされたサブブロックのビットをグループ化することでビットベクトルを生成するステップと、
前記ビットベクトルをデータシンボルにマッピングするステップであって、前記データシンボルの各々は、少なくとも１６ＱＡＭのコンステレーションにおけるシンボルを含む、ステップと、
ユニタリ行列であるプリコーディングマトリクスを用いて前記データシンボルをプリコードし、プリコードされたシンボルを生成するステップと
を有する方法。
【請求項２】
前記プリコードされたシンボルを、複数のＯＦＤＭシンボルの異なるデータサブキャリアに分散することで、前記プリコードされたシンボルをインターリーブするステップと、
前記プリコードされたシンボルを、前記複数のＯＦＤＭシンボルのデータサブキャリアに変調するステップと
をさらに有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
データのサブブロックを生成する前記ステップにおいて、符号化された入力情報ビットをデータブロックにグループ化し、前記データブロックを複数のサブブロックに分割し、データブロック各々のビット数は、変調方式及び伝送レートの関数である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記変調方式が、少なくとも１６ＱＡＭを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ビットベクトルを生成する前記ステップにおいて、インターリーブされたサブブロックのビットを複数のビットグループにグループ化し、インターリーブされたサブブロックのビットグループ各々を組み合わせて前記ビットベクトルを生成する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ビットベクトルをデータシンボルにマッピングする前記ステップが、グレイマッピング又はセットパーティショニングマッピングの内の少なくとも一方を用いて実行される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ユニタリ行列が、実数の正規化因子を乗算した整数の要素のみを有する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記プリコーディングマトリクスが、異なる変調方式には異なる値を有し、１６ＱＡＭ変調方式の場合の前記プリコーディングマトリクスは、
【数１】
0005536036.tif 000010
の内の何れかである、請求項７記載の方法。
【請求項９】
デュアルキャリア変調（ＤＣＭ）プリコーディングを行う方法をコンピュータに実行させるコードが保存されているコンピュータ読取可能な媒体であって、前記方法は、
データのサブブロックを生成するステップと、
生成された前記サブブロック同士を独立にインターリーブするステップと、
インターリーブされたサブブロックのビットをグループ化することでビットベクトルを生成するステップと、
前記ビットベクトルをデータシンボルにマッピングするステップであって、前記データシンボルの各々は、少なくとも１６ＱＡＭのコンステレーションにおけるシンボルを含む、ステップと、
ユニタリ行列であるプリコーディングマトリクスを用いて前記データシンボルをプリコードし、プリコードされたシンボルを生成するステップと
を有する、コンピュータ読取可能な媒体。
【請求項１０】
デュアルキャリア変調（ＤＣＭ）プリコーディングを行う直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）送信機であって、
符号化された入力情報ビットを含むサブブロックをインターリーブするビットインターリーバと、
インターリーブされた前記サブブロックからビットベクトルを生成し、該ビットベクトルを情報シンボルにマッピングするコンステレーションマッピングユニットであって、ユニタリ行列であるプリコーディングマトリクスを用いて前記情報シンボルをプリコードしてプリコードされた情報シンボルを生成することが可能であり、情報シンボルの各々は、少なくとも１６ＱＡＭのコンステレーションにおけるシンボルを含む、コンステレーションマッピングユニットと
プリコードされた情報シンボルを、複数のＯＦＤＭシンボルにおける異なるデータサブキャリアに分散するシンボルインターリーバと
を有するＯＦＤＭ送信機。
【請求項１１】
前記入力情報ビットを符号化するエンコーダと、
符号化された前記入力情報ビットから前記サブブロックを生成するパンクチャリング部と
をさらに有する請求項１０記載のＯＦＤＭ送信機。
【請求項１２】
前記ユニタリ行列が、実数の正規化因子を乗算した整数の要素のみを有する、請求項１０記載のＯＦＤＭ送信機。
【請求項１３】
前記プリコーディングマトリクスが、異なる変調方式には異なる値を有し、１６ＱＡＭ変調方式の場合の前記プリコーディングマトリクスは、
【数２】
0005536036.tif 000011
の内の何れかである、請求項１２記載のＯＦＤＭ送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は2008年4月18日付けで出願された米国借出願第61／046，121号による恩恵を享受する。
【０００２】
本発明は一般に直交周波数分割多重（OFDM）通信システムに関連し、特にそのようなシステムおいて行われるプリコーディング技術に関連する。
【背景技術】
【０００３】
ワイメディア（WiMedia）標準仕様は、直交周波数分割多重（OFDM）通信に基づいて、媒体アクセス制御（MAC）レイヤ及び物理（PHY）レイヤの標準仕様を規定している。現在のワイメディア標準仕様は、低電力消費において480Mbpsに至るまでのレートで短距離マルチメディアファイル転送を可能にする。この標準仕様は、超広帯域（UWB）スペクトルにおける3．1GHzないし10．6GHzの間の周波数帯域を規定する。しかしながら、ワイメディア標準レートにおける最高速のデータレートは、高解像度TV（HDTV）無線接続のような将来的な無線マルチメディアアプリケーションに適合することができない。データレートを1Gbps以上に向上させる努力がなされている。
【０００４】
このため、弱い（weak）（又は非チャネル（non−channel））チャネル符号化及びより高い次数の変調技術が、将来的な高速データレートの無線システムに提案されている。例えば、ワイメディアPHY伝送レートは、3／4の畳み込み符号化で16QAM変調方式が使用される場合、960Mbpsまで高速化することができる。しかしながら、良好なパフォーマンスを保証するため、送信されるOFDMシンボルのプリコーディング（precoding）が必要である。
【０００５】
プリコーディング技術は、OFDM通信の性質による周波数ダイバーシチゲインの損失を避けるために必要とされる。特に、弱いチャネル符号化（weak  channel  code）の場合、OFDMは周波数ダイバーシチを効果的に生かすことができない。したがって、チャネルパフォーマンスは、最低の信号雑音比（SNR）を示す最悪のサブキャリアによってほとんど決定されてしまう。これは、従来のOFDM無線システムにおいて搬送可能な高速データレートアプリケーションの数を制限してしまう。
【０００６】
この問題に対処するため、いくつかのプリコーディング技術が当該技術分野で議論されている。概して、プリコーディング技術は、複数の送信シンボルを複数のサブキャリアに一緒に変調することに基づいている（jointly  modulating）。これは、いくらかのサブキャリアが深いフェージングの影響を受けた場合でさえ、受信機が送信シンボルを復元できるようにする。プリコーディングは、一般に、送信機のIFFT−OFDM変調器の入力に結合されたプリコーダ回路により、及び受信機のFFT−OFDM復調器の出力に結合されたプリコーダ回路により実行される。プリコーディング技術の具体例については、非特許文献1、2に記載されている。
【０００７】
ワイメディア標準化委員会により採用されているプリコーディング技術は、従来のデュアルキャリア変調（DCM：dual  carrier  modulation）である。このプリコーディング技術は、2つのシンボルを一緒に（jointly）プリコードし、プリコードされたシンボルを2つの異なるサブキャリアで送信し、次数2の周波数ダイバーシチを行っている。このため、シンボルには、プリコーディングマトリックスRが乗算される。例えば、シンボルs（i）及びs（i＋50）のプリコーディングは、次のように記述できる。
【０００８】
【数１】
0005536036.tif 000002
ここで、シンボルx（i）及びx（i＋50）は、プリコーディング後のシンボルである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】“OFDM  or  single−carrier  block  transmissions  ?,”by  Z．Wang,  X．  Ma  and  G．B．Giannakis  published  in  IEEE  Transactions  of  Communications,  vol．52,  pp．380-394  March  2004
【非特許文献２】“Linearly  Precoded  or  Coded  OFDM  against  Wireless  Channel  Fades,”by  Z．Wang,  and  G．B．Giannakis  published  in  Third  IEEE  Signal  Processing  Workshop  on  Signal  Processing  Advances  in  Wireless  Communications,  Taoyuan,  Taiwan,  March  20-23,  2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のDCMプリコーディングの欠点の1つは、シンボルs（i）及びs（i＋50）が直交位相シフトキーイング（QPSK）のコンステレーション（信号点配置図）に基づく場合しか、完全な周波数ダイバーシチが保証できないことである。シンボルが、より高次のコンステレーションであった場合、例えば16QAM（直交振幅変調）であった場合、次数の2のダイバーシチ利得はほとんどの場合達成できないのである。したがって、DCMプリコーディングは、チャネルのパフォーマンスを劣化させるおそれがある。
【００１１】
以下、DCMプリコーディング技術の欠点を具体的に説明する。
（1／√10）［3＋3j，−3−3j］T及び（1／√10）［1＋j，1＋j］T
という2つの異なるシンボルベクトルが上記のプリコーディングマトリクスを用いてプリコード（変換）されるとする。プリコード後のシンボルx及びx＾は、次のように算出される。
【００１２】
【数２】
0005536036.tif 000003
この場合、x及びx＾の第1成分は等しい。したがって、次数2のダイバーシチを行うことはできない。
【００１３】
本発明の課題は、DCMプリコーディングの欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施例による方法は、
デュアルキャリア変調（DCM）プリコーディングを行う方法であって、
データのサブブロックを生成し、
前記サブブロック同士を独立にインターリーブし、
インターリーブされたサブブロックのビットをグループ化することでビットベクトルを生成し、
前記ビットベクトルをデータシンボルにマッピングし、
プリコーディングマトリクスを用いて前記データシンボルをプリコードし、プリコードされたシンボルを生成するステップ
を有する方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例により実現されるプリコーディング技法を実行する送信機のブロック図。
【図２】本発明により実現されるプリコーディング技法に関するシミュレーション結果を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施例により実現される改善されたDCMを実行する方法例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一形態は、デュアルキャリア変調（DCM）プリコーディングを行う方法を含む。本方法は、データのサブブロックを生成し、サブブロックを独立にインターリーブし、インターリーブされたサブブロックのビットをグループ化することでビットベクトルを生成し、ビットベクトルをデータシンボルにマッピングし、ユニタリプリコーディングマトリクスを用いてデータシンボルをプリコードし、プリコードされたシンボルを生成するステップを有する。
【００１７】
本発明の一形態は、デュアルキャリア変調（DCM）プリコーディングを行う方法をコンピュータに実行させるコンピュータにより実行可能なコードが保存されているコンピュータ読取可能な媒体を含む。その方法は、データのサブブロックを生成し、サブブロックを独立にインターリーブし、インターリーブされたサブブロックのビットをグループ化することでビットベクトルを生成し、ビットベクトルをデータシンボルにマッピングし、ユニタリプリコーディングマトリクスを用いてデータシンボルをプリコードし、プリコードされたシンボルを生成するステップを有する。
【００１８】
本発明の一形態は、デュアルキャリア変調（DCM）プリコーディングを行う直交周波数分割多重（OFDM）送信機を含む。OFDM送信機は、符号化された入力情報ビットを含むサブブロックをインターリーブするビットインターリーバと、インターリーブされたサブブロックからビットベクトルを生成し、そのビットベクトルを情報シンボルにマッピングするコンステレーションマッピングユニットと（コンステレーションマッピングユニットは、ユニタリプリコーディングマトリクスを用いて情報シンボルをプリコードし、プリコーディングシンボルを生成することができる。）、プリコードされたシンボルを、複数のOFDMシンボルにおける異なるデータサブキャリアに分散するシンボルインターリーバとを有する。
【００１９】
発明と考えられる事項は、明細書に付随する特許請求の範囲に具体的にかつ個々に示されている。添付図面に関連する以下の詳細な説明により、本発明のさらなる及び他の特徴ならびに利点は、さらに明らかになるであろう。
【実施例１】
【００２０】
本発明により開示される実施例は、本願が教示する発明原理を利用できる様々な利用形態の内のほんの一例にすぎないことに留意する必要がある。概して、本願の明細書においてなされる説明は、特許請求の範囲の様々な如何なる発明をも限定するものではない。さらに、ある説明はある発明事項に適用され、別の事項には適用されない。概して、特に断らない限り、一般性を失うことなく、単一の要素が複数の形態を含んでもよいし、その逆も成立する。図中、同様な数字は同様な部分を指す。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例により実現される改善されたDCMプリコーディング技法を実行するOFDM方式の送信機100の非限定的な一例によるブロック図である。送信機100は、960Mbps以上のレートでデータを送信することができる一方、少なくとも次数が2の周波数ダイバーシチを保証する。
【００２２】
送信機100は、エンコーダ110、パンクチャリング部120、ビットインターリーバ130、コンステレーションマッピングユニット140、シンボルインターリーバ150及びOFDM変調部160を有する。本発明原理において、入力情報ビットは、エンコーダ110により符号化される。そして、パンクチャリング部120を用いて、符号化されたビットはパンクチャリングされ、複数のデータブロックに分割され、各データブロックは「m」ビットを含む。データブロックの各々はさらに「p」個のサブブロックに分割され、各サブブロックはm／p個のビットを含む。
【００２３】
サブブロックの各々は、ビットインターリーバ130により独立にインターリーブされる。インターリーバ130は、ワイメディアシステムにおいて現在使用されている通常のインターリーバでもよい。したがって、インターリーバ130は480Mbpsまでのデータレートをサポートし、（例えば、NTDS、NCBP6S、NCBPS、NTint、Ncyc等のような）より高いデータレートに対するインターリーブパラメータの新たな値が、規定される。本発明の実施例において使用されるインターリーブパラメータの値の具体例は、以下の表1に示されている。
【００２４】
【表１】
0005536036.tif 000004
インターリーブされたサブブロックは、「v」個のビットグループに区分けされる。ビットグループ各々は「j」個のビットを含む。コンステレーションマッピングユニット140は、インターリーブ後の「p」個のサブブロックのｉ番目の（i＝0，1，．．．，v−1）ビットグループを、ビットベクトルとして組み合わせ、各ビットベクトルは、「w」のビット数を含む。
【００２５】
ビットベクトルは、「n」個のデータサブキャリアを介して送信される「n」個のシンボルにマッピングされる。本発明の一実施例において、グレイ（Gray）マッピング法を用いて、4つのビットベクトルが、16QAMコンステレーションにおけるシンボルにマッピングされる。具体的には、4つのビットベクトルを2つのシンボルsk，i及びsk＋50，iにマッピングする際、次のようになる。
【００２６】
【数３】
0005536036.tif 000005
ここで、g（k）はビットインデックス関数であり、例えば、2005年7月付けのワイメディアマルチパンドOFDM物理レイヤ標準仕様リリース1．1（WiMedia  Multiband  OFDM  Physical  Layer  Specification  Release  1．1）に規定されている。
【００２７】
16QAMシンボル（sk，i及びsk＋50，i）は、コンステレーションマッピングユニット140を用いてさらにプリコード（変換）され、プリコードされたシンボル（Xk，i及びXk＋50，i）を生成する。プリコーディングは、プリコーディングマトリクスRを用いて実行され、次式のように表現できる。
【００２８】
【数４】
0005536036.tif 000006
本発明原理によれば、プリコーディングマトリクスRは、次のように規定できる。
【００２９】
【数５】
0005536036.tif 000007
プリコーディングマトリクスRはユニタリ行列であり、実数の規格化因子「rnf」とともに、整数の行列要素のみを有する（すなわち、a，b，c，dは整数である）。上記のように定義されたプリコーディングマトリクスRは、（整数値の行列要素に起因して）プリコーディング処理を簡易に実行できることを保証しつつ、送信信号のパワースペクトル密度（PSD）特性を維持できることが、理解されるであろう。
【００３０】
これは、UWBシステムにおいて非常に重要な性質である。なぜならそのようなシステムは非常に厳格なPSDの制約を課しているからである。さらに、プリコーディングマトリクスは実数行列なので、受信信号のI及びQ成分は別々にデコードできる。したがって、受信機が実行するデコード処理の複雑さを、顕著に削減できる。
【００３１】
以下のプリコーディングマトリクスは、本発明の一実施例にしたがって構築される。16QAM変調又は他の高次の変調方式が使用される場合、これらのマトリクス（行列）は非常に効率的である。
【００３２】
【数６】
0005536036.tif 000008
シンボルインターリーバ150は、プリコードされたシンボル（x）を、異なるOFDMシンボルの様々なデータサブキャリアに分散させる。例えば、プリコードされたシンボルXk，i及びXk＋50，iは、i番目のOFDMシンボルのk番目及び（k＋50）番目のデータサブキャリアにより送信される。OFDM変調部160は、IFFT処理を実行し、アンテナから送信される時間両羽行きの送信信号を生成する。送信機100は、無線通信標準仕様にしたがって動作することができ、無線通信標準仕様は、WiMedia  UWBバージョン1．0、1．5及び2．0、IEEE802．11n、WiMax等であるが、これらに限定されないことに留意を要する。
【００３３】
本発明の一実施例によれば、送信機100は、16QAMの変調方式を使用する。この例の場合、6つのOFDMブロックに含まれている多数の2400個のプリコードされたビットが、960Mbpsのレートで送信される。したがって、各データブロックは2400ビットを含み（すなわち、m＝2400）、サブブロックの数は2であり（すなわち、p＝2）、各サブブロックにおけるビット数は1200（すなわち、m／p＝1200）である。さらに、各サブブロックは、200ビットを有するビットグループを6つ含む（すなわち、v＝6、j＝200）。コンステレーションマッピングユニット140は、2つの（すなわち、p＝2）連続するインターリーブ後のサブブロックの内のi番目（i＝0，1，．．．，5）のビットグループを、50個のビットベクトルとして組み合わせ、ビットベクトル各々は8ビットを含む（すなわち、w＝8）。i番目のビットグループにおけるk番目のビットベクトルは、2つのシンボルsk，i及びsk＋50，i（すなわち、n＝2）にマッピングされ、これらをプリコードしてシンボルXk，i及びXk＋50，iを生成し、これらはi番目のOFDMシンボルのk番目及び（k＋50）番目のサブキャリアにより送信される。
【００３４】
図２は、本発明の一実施例により実現されるプリコーディング技法のパフォーマンスを示すシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、8192個のデータビットがプリコードされた。プリコーディング（「MDCM」のラベルが付されている）は、
【００３５】
【数７】
0005536036.tif 000009
というユニタリプリコーディングマトリクスを用いて実行され、このプリコーディングマトリクスは上記の性質を備えている。図示されているように、高いデータレート（960Mbps）において、MDCMプリコーディングに関する曲線210により示されるゲインは、16QAM変調が使用される場合に達成されるゲイン（曲線220により示される）よりも良好である。したがって、あるレベルのフレームエラーレートを達成する場合、16QAMで変調された信号の送信電力は、プリコード信号の送信電力よりも高くする必要がある。
【００３６】
図３は、本発明の一実施例により実現される改善されたDCMを実行する方法例を示す非限定的なフローチャートである。S310において、符号化された情報ビットが、データブロックにグループ化され、各データブロックは「m」個のビット数を有する。パラメータ「m」は、データレート及び使用される変調方式の関数である。S320において、データブロックは「p」個のサブブロック数に分割され、各サブブロックは「m／p」個のビット数を含む。S330において、各サブブロックがインターリーブされ、S340において、インターリーブ後のサブブロック各々が、「v」個のビットグループにグループ化される。S350において、インターリーブ後のサブブロックにおけるi番目のビットグループ同士が組み合わせられ、ビットベクトルを生成する。S360において、ビットベクトル各々がシンボルにマッピングされる。ビットベクトルとシンボルベクトルとのマッピングは、如何なる1対1写像でもよく、例えば、グレイマッピング、セットパーティショニング（set−partitioning）マッピング等でもよいが、これらに限定されない。好適実施例では、グレイマッピングを用いてマッピングが実行される。
【００３７】
S370において、上記の性質を備えたユニタリプリコーディングマトリクスを用いて、シンボルがプリコードされる。具体的には、2次の周波数ダイバーシチを実現するため、同じOFDMシンボルの異なるサブキャリアで送信される2つのシンボルに、ユニタリプリコーディングマトリクスが乗算される。S380において、プリコード後のシンボルが、上述したようにインターリーブされる。その後、S390において、すべてのプリコード後のシンボルが、様々なサブキャリア及びOFDMシンボルにマッピングされ、無線媒体を介して送信される。
【００３８】
本願により説明される改善されたDCMプリコーディング法は、良好なゲインパフォーマンスとともに、データ伝送レートを向上させつつ、プリコーダ回路（ひいては送信機）の複雑さを低減できることが、理解されるであろう。
【００３９】
上記の説明は、本発明が使用可能な多数の形態の内のいくつかを説明しているにすぎない。上記の詳細な説明は、本発明を使用可能なものから選択された形態の一例として理解されるべきであり、本発明の範囲を限定するものではないことが意図されている。本発明の範囲を規定するように意図されているのは特許請求の範囲のみであり、それは全ての均等物を包含する。
【００４０】
より好ましくは、本発明原理は、ハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアの如何なる組み合わせとしてでも実現可能である。さらに、ソフトウェアは、プログラムストレージユニット又はコンピュータ読取可能な媒体に物理的に組み込まれたアプリケーションプログラムとして実現されることが好ましい。アプリケーションプログラムは、適切な何らかのアーキテクチャを有するマシン（コンピュータ）にアップロードされ、実行される。好ましくは、そのようなマシンは、1つ以上の中央処理ユニット（CPU）、メモリ及び入力／出力インターフェースのようなハードウェアを有するコンピュータプラットフォームにおいて、実現される。コンピュータプラットフォームは、オペレーティングシステム及びマイクロ命令コードを含んでもよい。本願において説明された様々な処理及び機能は、マイクロ命令コードの一部でもよいし、アプリケーションプログラムの一部でもよいし、それらの如何なる組み合わせでもよく、CPUによって実行され、そのようなコンピュータ又はプロセッサは明示的に示されていてもいなくてもよい。さらに、追加的なデータストレージ装置や印刷装置のような様々な他の周辺装置が、コンピュータプラットフォームに接続されてもよい。
【図１】
0005536036.tif 000012
【図２】
0005536036.tif 000013
【図３】
0005536036.tif 000014