(57)【要約】本発明は、マルチ−キャリヤプロトコルに従って通信する無線ネットワークにおける使用のための基地局に関するものである。上記基地局は、加入者端末機により転送されたアップリンク信号を受信する。上記加入者端末機は、構成可能なスペクトル形成フィルタ、及び選択可能な変調次数を使用して送信する。上記基地局は、上記加入者端末機と関連した要求された帯域幅効率を決定し、その決定に応じて、上記加入者端末機により使われる変調次数及びフィルタパラメータを選択する。好ましくは、上記基地局は、上記要求された帯域幅効率を維持すると共に、上記加入者端末機の電力効率を最大化するために、上記変調次数及び上記フィルタパラメータを選択する。
2009529285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチ−キャリヤプロトコルに従い多数の加入者端末機と通信可能な無線ネットワークにおける使用のために、加入者端末機により転送されるアップリンク信号を受信するように作動可能な基地局であって、
前記加入者端末機は、構成可能なスペクトル形成フィルタを利用し、選択可能な変調次数を利用してアップリンクで転送することができ、前記基地局は、前記加入者端末機と関連した要求された帯域幅の効率を決定し、前記決定に応じてアップリンクで転送のために前記加入者端末機により用いられる変調次数を決定することを特徴とする基地局。
【請求項２】
前記基地局は、前記要求された帯域幅効率を維持すると共に、前記加入者端末機の電力効率を最大化するために前記変調次数を選択することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記基地局は、前記加入者端末機において、前記スペクトル形成フィルタを設定するために使われるフィルタパラメータをさらに選択することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項４】
前記基地局は、前記要求された帯域幅効率を維持すると共に、前記加入者端末機の電力効率を最大化するために、前記変調次数及び前記フィルタパラメータを選択することを特徴とする請求項３に記載の基地局。
【請求項５】
前記基地局は、アップリンクで転送のために前記加入者端末機により使われるチャネル符号率をさらに選択することを特徴とする請求項３に記載の基地局。
【請求項６】
前記基地局は、前記要求された帯域幅効率を維持すると共に、加入者端末機の電力効率を最大化するために、前記変調次数、前記フィルタパラメータ、及び前記チャネル符号率を選択することを特徴とする請求項５に記載の基地局。
【請求項７】
前記基地局は、前記加入者端末機で電力効率及び帯域幅効率間の最適トレードオフを提供するために、前記変調次数、前記フィルタパラメータ、及び前記チャネル符号率を選択することを特徴とする請求項５に記載の基地局。
【請求項８】
マルチ−キャリヤプロトコルに従い多数の加入者端末機と通信可能な無線ネットワークにおける使用のために、アップリンクで構成可能なスペクトル形成フィルタを使用し、選択可能な多数の変調次数を使用して送信できる加入者端末機と基地局との間のアップリンクにおける通信のための方法であって、
前記加入者端末機と関連した要求された帯域幅効率を決定するステップと、
前記決定に応じてアップリンクで送信のために前記加入者端末機により使用される変調次数を選択するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記変調次数を選択するステップは、
前記要求された帯域幅効率を維持すると共に、前記加入者端末機の電力効率を最大化することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記加入者端末機で前記スペクトル形成フィルタを設定するために使われるフィルタパラメータを選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。 
【請求項１１】
前記変調次数を選択し、前記フィルタパラメータを選択するステップは、
前記要求された帯域幅効率を維持すると共に、前記加入者端末機の電力効率を最大化することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
アップリンクで転送のために前記加入者端末機により使われるチャネル符号率を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記変調次数を選択するステップ、前記フィルタパラメータを選択するステップ、及び前記チャネル符号率を選択するステップは、前記要求された帯域幅効率を維持すると共に、前記加入者端末機の電力効率を最大化することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
マルチ−キャリヤプロトコルに従い多数の加入者端末機と通信可能な無線ネットワークにおける使用のために、加入者端末機により転送されるアップリンク信号を受信するように作動可能な基地局であって、
前記加入者端末機は構成可能なスペクトル形成フィルタを利用し、多数の選択可能な変調次数を利用してアップリンクで送信することができ、前記基地局が前記加入者端末機と関連した要求された電力効率を決定し、前記決定に応じて、前記アップリンクで転送のために前記加入者端末機により使われる変調次数を選択することを特徴とする基地局。
【請求項１５】
前記基地局は、前記要求された電力効率を維持すると共に、前記加入者端末機の帯域幅効率を最大にするために前記変調次数を選択することを特徴とする請求項１４に記載の基地局。
【請求項１６】
前記基地局は、前記加入者端末機で前記スペクトル形成フィルタを設定するために使われるフィルタパラメータをさらに選択することを特徴とする請求項１４に記載の基地局。
【請求項１７】
前記基地局は、前記要求された電力効率を維持すると共に、前記加入者端末機の帯域幅効率を最大にするために、前記変調次数及び前記フィルタパラメータを選択することを特徴とする請求項１６に記載の基地局。
【請求項１８】
前記基地局は、前記アップリンクで転送するために前記加入者端末機により使われるチャネル符号率をさらに選択することを特徴とする請求項１６に記載の基地局。
【請求項１９】
前記基地局は、前記要求された電力効率を維持すると共に、前記加入者端末機の帯域幅効率を最大にするために、前記変調次数、前記フィルタパラメータ、前記チャネル符号率を選択することを特徴とする請求項１８に記載の基地局。
【請求項２０】
前記基地局は、前記加入者端末機で電力効率及び帯域幅効率間の最適トレードオフを提供するために、前記変調次数、前記フィルタパラメータ、及び前記チャネル符号率を選択することを特徴とする請求項１８に記載の基地局。
【請求項２１】
マルチ−キャリヤプロトコルに従い多数の加入者端末機と通信可能な無線ネットワークにおける使用のために、アップリンクで構成可能なスペクトル形成フィルタを使用し、多数の選択可能な変調次数を使用して送信可能な加入者端末機と前記基地局との間のアップリンクにおける通信方法であって、
前記加入者端末機と関連した要求された電力効率を決定するステップと、
前記決定に応じて前記アップリンクで送信のために前記加入者端末機により使われる変調次数を選択するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記変調次数を選択するステップは、前記要求された電力効率を維持すると共に、前記加入者端末機の帯域幅効率を最大化することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記加入者端末機で前記スペクトル形成フィルタを設定するために使われるフィルタパラメータを選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記変調次数を選択するステップと、前記フィルタパラメータを選択するステップは、前記要求された電力効率を維持すると共に、前記加入者端末機の帯域幅効率を最大化することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
アップリンクで転送するために前記加入者端末機により使われるチャネル符号率を選択するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記変調次数を選択するステップ、前記フィルタパラメータを選択するステップ、及び前記チャネル符号率を選択するステップは、前記要求された電力効率を維持すると共に、前記加入者端末機の帯域幅効率を最大化することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ネットワークにおける基地局および通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、または、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）システムは、加入者端末機（subscriber station）から基地局（base station：ＢＳ）へのアップリンクチャネルでの使用において特に魅力的である。その理由は、ＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭシステムは、低いＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）特性を有するためである。ＯＦＤＭ及びＯＦＤＭＡ電力増幅器のためのキーデザインパラメータは、隣り合う転送チャネルでＡＣＰ（Adjacent Channel Power）雑音−希望しないスペクトル成分−の発生を最小にするための要件である。電力増幅器は、低い入力信号レベル（level）でさらに線形的である。大きい入力信号は電力増幅器を飽和状態に達するようにする傾向がある。したがって、より小さな信号は少ない歪みを経験し、より低いＡＣＰ雑音を持つ。
【０００３】
しかしながら、意外に大きい信号ピーク（peak）は、相変わらず歪み及びＡＣＰ雑音をもたらす。これは特に、ＯＦＤＭ及びＯＦＤＭＡシステムのような大きいＰＡＰＲを持つシステムで解決することは困難である（即ち、マルチキャリアシステム）。これを避けるために、電力増幅器はしばしば大きい信号ピークを受容するために、ＢＯ（back-off）モード（即ち、減少された入力信号）で作動する。ＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡは、アップリンクでＰＡＰＲを最小化するが、これは加入者端末機増幅器がより少ない量のＢＯで動作できるようにし、加入者端末機に一層高い転送電力とデータ速度を提供する。
【０００４】
また、従来のＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムは、ＰＡＰＲを減らすためにスペクトル形成（shaping）フィルタを使用することができる。しかしながら、アップリンクで転送するために加入者端末機により使われる変調方式（type）は、信号スペクトルの形成による電力効率の考慮なしで選択される。この結果、変調方式で劣る選択をもたらし、これは全システム処理量及び性能を低減させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、性能減殺なしで増幅器ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を最小化する改善されたマルチ−キャリヤ（multi−carrier）（例えば、ＯＦＤＭ、ＯＦＤＭＡ）転送システムが要求される。特に、ＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭ転送技術の性能を最大化する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
改善された基地局は、マルチ−キャリヤプロトコルに従う多数の加入者端末機と通信可能な無線ネットワークにおける使用のために提供される。上記基地局は、加入者端末機から転送されたアップリンク信号を受信する。加入者端末機は、構成可能なスペクトル形成フィルタを使用し、多数の選択可能な変調次数を使用してアップリンクで転送することができる。この基地局は、加入者端末機と関連した要求帯域幅効率を決定し、その決定に応じてアップリンクで転送のために加入者端末機により使われる変調次数を選択する。好ましくは、基地局は要求された帯域幅効率を維持する間、加入者端末機の電力効率を最大化するために変調次数を選択する。
他の実施形態において、基地局は加入者端末機でスペクトル形成フィルタを構成するために使用されるフィルタパラメータをさらに選択する。好ましくは、基地局は要求された帯域幅効率を維持する間、加入者端末機の電力効率を最大化するために上記変調次数及びフィルタパラメータを選択する。
【０００７】
以下、発明の詳細な説明を始める前に、この特許文書で使われる特定の単語及び語句の定義を説明する。ここで使われる“含む”、“持つ”、またはそれに相応する単語は、制限のない包含関係を意味する。“または”という用語は、及び／又はを意味する包含関係をいう。“関連する”、“それと関連する”、またはこれの相応する文句は“含む”、“．．．内で含まれる”、“相互関連する”、“込める”、“〜内に込められる”、“・・・に、または・・と接続する”、“・・・に、または・・・と共に結合する”、“・・・と通信可能な”、“・・・と協力する”、“・・・間に”、“並列する”、“・・・に近接する”、“・・・に、または・・・と共に縛られた”、“有する”、“・・・特性を持つ”などを意味する。“制御器”という用語は、一つ以上の動作を制御する装置、システム、またはその部品を意味し、このような装置は、ハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアや、その他にもこれらの２つ以上の組合せにより具現される。特定の制御器と関連した機能性は集中的であることもあり、離散的であることもあり、または局部的であることもあり、遠隔的であることもある。特定の単語または文句に対する定義は、本出願明細書の全般に亘って提供され、当分野の通常の技術者であれば、大部分、または大部分でなくても、このような定義が本明細書の以前に既に使われたものであるとか、以後の使用に適用できるものであることを理解することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本明細書は、最上の可能な電力効率を提供し、かつ与えられた帯域幅効率要求を満たす変調及びフィルタロール−オフの共同の選択を紹介する。また、本明細書は最上の可能な帯域幅効率を提供し、かつ与えられた電力効率要求を満たす変調及びフィルタロール−オフの共同の選択を紹介する。最終的に、本明細書は電力効率及び帯域幅効率間の最上のトレードオフを提供するための変調、フィルタロール−オフ、及びチャネル符号率の共同の選択を紹介する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明及び長所のより明確な理解のために、参照番号は添付された図面と関連して次の詳細な説明に付加される。図面において、同一な参照番号は同一な部分を表す。
以下、本明細書において、本発明の原理を説明するために使われる図１乃至図９及び、多様な実施形態は、ただ例示に過ぎないものであり、発明の範囲を制限しない。当業者は適宜に配置された任意の無線ネットワークで本発明の原理が具現できることを理解するはずである。
【００１０】
本明細書は、２００６年３月１４日付で出願された米国特許出願番号１１／３７４，９２８の“マルチ−キャリヤ無線ネットワークにおけるＰＡＰＲを減らすためのデータのFT Pre-Codingのための装置及び方法”、２００６年３月１４日付で出願された米国特許出願番号１１／３７４，８６３の“マルチ−キャリヤ無線ネットワークにおけるＰＡＰＲを減らすためのデータ及び制御信号のFT Pre-Codingのための装置及び方法”、及び２００６年９月７日付で出願された米国特許出願番号１１／５１８，５０６の“無線ネットワークで減少されたＰＡＰＲ（Peak-To-Average-Power Ratio）のための装置及び方法”と関連がある。米国特許出願番号１１／３７４，９２８、１１／３７４，８６３、及び１１／５１８，５０６は、本明細書の譲受人に譲渡され、本出願明細書の参照により説明されたように本出願に十分含まれる。
【００１１】
本発明の実施形態において、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭＡ（または、ＯＦＤＭ）転送方式は、低いピーク対平均電力（ＰＡＰＲ）の特性により無線システムのアップリンク（即ち、加入者端末機から基地局へのリンク）のために使われる。これは、加入者端末機（または、移動端末）で制限された可用転送電力のためである。低いＰＡＰＲは、少ないバックオフ（back-Off）を要求し、加入者端末機がより高い電力とより高い転送率で転送するようにし、そのため、無線システムのサービス範囲及びスペクトル効率が改善される。また、ＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭＡ（または、ＯＦＤＭ）転送方式は、ダウンリンク（即ち、基地局から加入者端末機へのリンク）のために使われることを理解することができる。しかしながら、基地局への可用送信電力がより高いので、このＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭＡ方式の使用はダウンリンクでは重大なものではない。
【００１２】
本発明の有益な実施形態において、ＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭＡ（または、ＯＦＤＭ）転送方式は、２００６年３月１４日付で出願された米国特許出願番号１１／３７４，９２８の“マルチ−キャリヤ無線ネットワークにおけるＰＡＰＲを減らすためのデータのFT Pre-Codingのための装置及び方法”に記載されたように、入力でＩＦＦＴブロックへマッピングする前に符号化された変調シンボルのＦＦＴ先符号化を遂行することができる。受信機において、ＦＤＥ（frequency-domain equalization）は、ＦＦＴ動作後に遂行される。次に、ＩＦＦＴ動作は、データ変調シンボルを獲得するために、等化された（equalized）シンボルに対して遂行される。
【００１３】
本発明の原理によると、ＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭＡ／ＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲは、ＩＦＦＴブロックの入力にマッピングする前に、ＦＦＴ先符号化されたデータのスペクトル形成により、さらに減少されることができる。２００６年９月７日付で出願され、上記の参照により含まれた米国特許出願番号１１／５１８，５０６の“無線ネットワークで減少されたＰＡＰＲ（Peak-To-Average-Power Ratio）のための装置及び方法”は、スペクトル形成の実施形態を開示する。上記スペクトル形成とマッピングの順序は逆になることができる。スペクトル形成（Spectral Shaping：ＳＳ）フィルタは、ＳＳフィルタの転換帯域（transition band）によりスペクトル効率を減少させる。スペクトル形成フィルタの例には、ＲＲＣ（Root Raised Cosine）ナイキスト （Nyquist）フィルタ、カイザーウィンドウ（Kaiser Window）フィルタ、ガウシアン（Gaussian）フィルタ、ハミング（Hamming）フィルタ、ハン（Hann）フィルタなどがある。また、任意のスペクトル形成フィルタは、シミュレーションなどの実験上のデータに基づいて考案されることができる。
【００１４】
図１は、本発明の原理に従い電力と帯域幅効率の機能として変調タイプとスペクトル形成フィルタのパラメータを選択する、典型的な無線ネットワーク１００を示している。図示された実施形態において、無線ネットワーク１００は、ＢＳ１０１、ＢＳ１０２、ＢＳ１０３及び他の類似の基地局（図示せず）を含む。ＢＳ１０１は、ＢＳ１０２及びＢＳ１０３と通信する。また、ＢＳ１０１は、インターネット（Internet）１３０または類似のＩＰ基盤のネットワーク（図示せず）と通信する。
ＢＳ１０２は、ＢＳ１０２のサービス範囲（coverage）１２０内で多数の第１加入者端末機にインターネット１３０への無線広帯域接続（ＢＳ１０１を通じて）を提供する。上記多数の第１加入者端末機は、ＳＢ（small business）内に位置した加入者端末機１１１、Ｅ（enterprise）内に位置した加入者端末機１１２、ＷｉＦｉ  ＨＳ（hotspot）内に位置した加入者端末機１１３、第１居住地（Ｒ）に位置した加入者端末機１１４、第２居住地（Ｒ）に位置した加入者端末機１１５、及びセルフォン、無線ラップトップ（laptop）、または無線ＰＤＡのような移動装置（Ｍ）である加入者端末機１１６を含む。
ＢＳ１０３は、ＢＳ１０３のサービス範囲（coverage）１２５内で多数の第２加入者端末機にインターネット１３０への無線広帯域接続（ＢＳ１０１を通じて）を提供する。上記多数の第２加入者端末機は、加入者端末機１１５及び加入者端末機１１６を含む。代表的な実施形態において、基地局１０１乃至１０３は互いに通信し、またＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ技術を使用して加入者端末機１１１乃至１１６と通信する。
ＢＳ１０１は、より多いか少ない数の基地局と通信することができる。その上、図１にはただ６個の加入者端末機が図示されているが、無線ネットワーク１００は追加的な加入者端末機に無線広帯域接続を提供することができる。加入者端末機１１５及び加入者端末機１１６は、サービス領域１２０及びサービス領域１２５の両端に位置するということに注目する必要がある。加入者端末機１１５及び加入者端末機１１６の各々は、当業者に知られたように、ＢＳ１０２及びＢＳ１０３両方共と通信し、ハンドオフ（handoff）モードで動作しているということができる。
【００１５】
図２Ａは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）転送経路の上位レベル図である。図２Ｂは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）受信経路の上位レベル図である。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、アップリンク（即ち、加入者端末機から基地局への転送）で、変調タイプ選択、ＦＦＴ先符号化動作、そしてスペクトル形成フィルタリング動作を説明するために、上記ＯＦＤＭＡ送信経路は、加入者端末機（ＳＳ）１１６で具現でき、上記ＯＦＤＭＡ受信経路は、基地局（ＢＳ）１０２で具現できる。しかしながら、ダウンリンク動作のためにＯＦＤＭＡ送信経路がＢＳ１０２でまた具現でき、ＯＦＤＭＡ受信経路がＳＳ１１６で具現できることは当業者に理解されることができる。
ＳＳ１１６で、送信経路はチャネルコーディング（coding）及び変調ブロック２０５、サイズ（size）Ｍ ＦＦＴブロック２１０、スペクトル形成（ＳＳ）フィルタブロック２１５、サブキャリヤ（subcarrier）（ＳＣ）マッピングブロック２２０、サイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５、ＣＰ（cyclic prefix）加算ブロック２３０、及び主制御器２４０を含む。ＢＳ１０２において、受信経路は、ＣＰ除去ブロック２５５、サイズＮ ＦＦＴブロック２６０、周波数領域等化（ＦＤＥ）ブロック２６５、サブキャリヤデマッピング （demapping）ブロック２７０、サイズＭ ＩＦＦＴブロック２７５、チャネルデコーディング（decoding）及び復調ブロック２８０、及び主制御器２９０を含む。
【００１６】
本発明の原理によると、ＢＳ１０２内の主制御器２９０とＳＳ１１６内の主制御器２４０は、上記選択された変調タイプ及びスペクトル形成フィルタパラメータを設定するために、制御チャネルメッセージを使用して通信する。ＢＳ１０２は、アップリンクで転送のためにＳＳ１１６を規則的にスケジュールしたり、またはＳＳ１１６が転送するパケットが用意されたことを表すＳＳ１１６からのメッセージに応答して、ＳＳ１１６を選択的にスケジュールすることができる。本発明の好ましい実施形態において、ＢＳ１０２内の主制御器２９０は、図６乃至９の流れ図に示した計算と関連したステップを遂行する。しかしながら、明細書の選択的な実施形態において、ＳＳ１１６内の主制御器２４０は、少なくとも図６乃至図９の流れ図に示した計算と他のステップのうち、少なくとも幾つかを遂行することができる。更に他の実施形態において、主制御器２９０は、ＢＳ１０２の一部でないことがあるが、ＢＳ１０２のための同一な機能を遂行する無線ネットワーク１００と関連した外部の制御装置の代わりをすることができる。
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、構成要素の少なくとも幾つかは、ソフトウェアで具現できる一方、他の構成要素は構成可能なハードウェア、またはソフトウェアと構成可能なハードウェアの組合せにより具現されることができる。特に、本明細書で説明するＦＦＴブロック及びＩＦＦＴブロックは、構成可能なソフトウェアアルゴリズム（algorithm）のように具現されることができ、ここでサイズＭ及びサイズＮの値は上記の具現に従って変更されることができる。
その上、たとえ明細書の内容及び図面がＦＦＴ（Fast Fourier Transform）及びＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を具現実施する実施形態を説明するとしても、これは一例に過ぎないのであり、本明細書の範囲を制限して解釈されない。本明細書の選択的な実施形態において、ＦＦＴ関数及びＩＦＦＴ関数は、各々ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）関数及びＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）に容易に代替されることができる。ＦＦＴ及びＩＦＦＴ関数において、変数Ｍ及びＮの値は２の累乗の任意の整数値（即ち、１、２、４、８、１６等）である一方、ＤＦＴ及びＩＤＦＴ関数において、変数Ｍ及びＮの値は任意の整数値（即ち、１、２、３、４等）でありうる。
【００１８】
チャネルコーディング及び変調ブロック２０５は、入ってくるデータトラフィックビットを受信し、シンボルのストリーム（stream）を生成するために、チャネルコーディング（例えば、ターボコーディング、ビタビコーディング等）及び変調を遂行する。本発明の原理によると、主制御器２４０は選択された変調タイプ及びチャネル符号率を具現するために、チャネルコーディング及び変調ブロック２０５を制御し設定する。サイズＭ ＦＦＴブロック２１０は、次にサイズＭ ＦＦＴ動作を遂行することによって、データシンボルを先符号化する。ＦＦＴ動作の後に、スペクトル形成フィルタブロック２１５は、レイズドコサインナイキスト（Raised Cosine Nyquist）フィルタ、ガウシアン（Gaussian）フィルタ、ハミング（Hamming）フィルタ、ハン（Hann）フィルタ、その他のフィルタを含む選択されたフィルタ設計に従い、スペクトルの形成を遂行する。また、主制御器２４０は選択されたフィルタパラメータによってスペクトル形成フィルタブロック２１５を制御し設定する。
次に、サブキャリヤマッピングブロック２１５は、スペクトルで形成された、ＦＦＴ先符号化シンボルをサイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５の入力において、全体でＮサブキャリヤのうちから選択されたサブキャリヤのセットにマッピングする。また、パイロット信号のような任意の追加制御情報は、サイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５の一定のサブキャリヤ入力にマッピングされる。次に、サイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５は、時間領域信号の生成のために、サイズＮ ＩＦＦＴ動作を遂行する。ＣＰ加算ブロック２３０は、転送のためのＲＦ領域への上り変換（図示せず）の前にサイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５から時間領域信号にＣＰを加算する。
【００１９】
逆動作のシーケンスは、ＢＳ１０２において、受信経路で遂行される。ＢＳ１０２において、受信経路は受信された無線周波数（ＦＲ）信号からベースバンド（baseband）信号を生成する下り変換回路（図示せず）を具備する。下り変換後に、ＣＰ除去ブロック２５５は、時間領域ベースバンド信号からＣＰを除去する。サイズＮ ＦＦＴブロック２６０は、ベースバンド信号を周波数領域信号に変換する。ＦＤＥブロック２６５は、データ及び他の制御信号の等化（equalization）を遂行するために、知られているパイロット信号を使用する。ＦＦＴ先符号化されていない制御及びシグナリング（signaling）情報は、ＦＤＥブロック２６５の出力から直接復元される。サブキャリヤデマッピングブロック２７０は、ＦＤＥブロック２６５の出力のうち、選択されたものからＦＦＴ先符号化されたデータをサイズＭ ＩＦＦＴブロック２７５の入力にデマッピングする。サイズＭ ＩＦＦＴブロック２７５は、サブキャリヤデマッピングブロック２７０から上記ＦＦＴ先符号化されたデータトラフィックを受信し、符号化及び変調されたデータシンボルを復元するために、サイズＭ ＩＦＦＴ動作を遂行する。最後に、チャネルデコーディング及び復調ブロック２８０は、元のユーザデータトラフィックビットを復元するために、データシンボルを復調及びデコーディングする。本発明の原理によると、主制御器２９０は、選択された変調タイプ及びチャネル符号率を具現するために、チャネルデコーディング及び変調ブロック２８０を制御し、設定する。
【００２０】
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂに図示され、ここに記述された送信経路及び受信経路構成要素は、ＳＳ１１６において、主制御器２４０とＢＳ１０２で主制御器２９０により再プログラムされ、制御できる構成可能な装置である。簡単明瞭にするために、主制御器２４０及び２９０は、図３Ａ及び図３Ｂに図示していない。
したがって、例えば、主制御器２４０は下記に記述するように、チャネルコーディング及び変調ブロック２０５を異なる変調技術（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ−１６、ＱＡＭ−６４等）に適応するように構成するために動作可能である。同様に、主制御器２４０は異なるフィルタタイプを具現するようにＳＳフィルタ２１５を構成するために、そして各フィルタタイプのためのフィルタパラメータを調節するために動作することができる。また、主制御器２４０は、Ｍ及びＮの値を変更するために動作することができる。ＢＳ１０２において、主制御器２９０は、同様に、例えばＦＤＥブロック２６５、サブキャリヤデマッピングブロック２７０、チャネルデコーディング及び復調ブロック２８０を構成することができ、そしてＭ及びＮの値を変更するように動作することができる。
【００２１】
図３Ａは、ＳＳ１１６において、ＯＦＤＭＡ転送経路の選択された部分をより具体的に図示したものである。図３Ｂは、ＢＳ１０２において、ＯＦＤＭＡ受信経路の選択された部分をより具体的に図示したものである。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施形態に従ってデータの選択的なＦＦＴ先符号化、スペクトル形成フィルタリング、及び周波数領域等化（ＦＤＥ）を図示したものである。
【００２２】
ＳＳ１１６において、Ｍ ＦＦＴブロック２１０は、サイズＭ ＦＦＴ動作を遂行することによって、データトラフィックを先符号化する。サイズＭ ＦＦＴブロック２１０からＭ ＦＦＴ先符号化されたシンボルは、次のスペクトル形成（ＳＳ）フィルタブロック２１５によりスペクトルで形成される。この例において、ＳＳフィルタブロック２１５は、また‘コサインロール−オフフィルタ（cosine roll-off filter）’とも知られたレイズドコサインナイキストフィルタ（cosine nyquist filter）になることができる。特に、ＳＳフィルタブロック２１５は、ＲＲＣ（root-raised-cosine）フィルタになることができる。
【００２３】
ＳＳフィルタブロック２１５は、サンプル先配列段（pre-arranging stage）３０５及びフィルタ段３１０を含む。サンプル先配列段３０５は、Ｍサンプルの元のシーケンスの一番目の端から元のシーケンスの２番目の端にＡサンプルブロックをコピーする。同様に、サンプル先配列段３０５は、Ｍサンプルの元のシーケンスの２番目の端から元のシーケンスの一番目の端にＢサンプルブロックをコピーする。したがって、仮にＭサンプルがサンプル先配列段３０５への入力であれば、サンプル先配列段３０５の出力でサンプルの数はＭ（１＋α）である。次に、フィルタ段３１０はサンプル先配列段３０５のサンプルにフィルタ係数を掛けるスペクトル形成フィルタ動作を遂行する。
ロール−オフ係数αは、フィルタの超過帯域幅を決定する。例えば、仮にＭ＝６４で、α＝０．２５であれば、ＳＳフィルタブロック２１５の出力でサンプルの数は６４（１+０．２５）＝８０である。したがって、サイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５の入力で、このようなサンプルをマッピングするために、８０（個の）サブキャリヤが要求される。これは、超過帯域幅が２５％であることを表す。サブキャリヤ（ＳＣ）マッピングブロック２２０は、次にサイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５の入力で、Ｍ（１＋α）＝８０（個の）サブキャリヤをＯＦＤＭＡサブキャリヤ（即ち、tones）の選択されたサブセット（subset）にマッピングする。ＮのＩＦＦＴサイズを仮定すると、サイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５の残りのＮ−Ｍ（１＋α）入力は、ｎｏｎ−ＦＦＴ先符号化パイロット信号、ｎｏｎ−ＦＦＴ先符号化制御信号、またはゼロ入力信号を受信することができる。
【００２４】
次に、サイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５は、ＦＦＴ先符号化データシンボル、パイロット信号、他のシグナリング及び制御信号、そしてゼロ入力信号でサイズＮ ＩＦＦＴ動作を遂行する。また、選択的な実施形態において、シグナリング及び制御信号の少なくとも幾つかはＦＦＴ先符号化されることができる。最後に、サイズＮ ＩＦＦＴブロック２２５の出力は、ＣＰ加算ブロック２３０（図示せず）を通過し、次に（周波数）上り変換のためのＲＦ回路（図示せず）を通過する。
【００２５】
ＢＳ１０２において、サイズＮ ＦＦＴブロック２６０は、ＦＦＴ先符号化データ、ｎｏｎ−ＦＦＴ先符号化パイロット信号、ゼロ入力信号（図示せず）、及び、またＦＦＴ先符号化されていない他の制御信号を復元するために受信された信号にサイズＮ ＦＦＴ動作を遂行する。次に、ＦＤＥブロック２６５は、周波数領域でＦＦＴ先符号化データ及びｎｏｎ−ＦＦＴ先符号化制御信号を等化するために、復元されたパイロット信号を使用する。受信された周波数領域パイロット情報は、チャネル推定及び等化の目的に使われる。
パイロットシンボルは、ＩＦＦＴ動作の直前にＳＳ１１６に挿入されるが、その結果、ＦＦＴプリコーディング（pre-coding）は、パイロットシンボルのために使われないということに注目する必要がある。したがって、パイロットシンボル転送は周波数領域で発生する。これは、信頼できるチャネル推定は周波数領域等化（Frequency-Domain Equalizqtion：ＦＤＥ）のための周波数領域で利用可能であることを保証する。次に、サブキャリヤ（ＳＣ）デマッピングブロック２７０は、Ｍ（個の）等化されたデータシンボルをサイズＭ ＩＦＦＴブロック２７５の選択された入力にマッピングする。結局、サイズＭ ＩＦＦＴブロック２７５は等化されたデータシンボルを周波数領域から時間領域へ変換する。
【００２６】
前述したように、従来のＤＦＴ−ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭＡ無線ネットワークにおいて、アップリンクで転送のために加入者端末機により使われた変調タイプは、信号スペクトル形成による電力効率を考慮せずに選択される。変調タイプの選択とスペクトル形成フィルタパラメータの選択が転送された信号のスペクトル形成から起因する電力効率を考慮して共に作られるところ、本発明は加入者端末機でスペクトル形成フィルタを使用する新たな接近を提供する。
【００２７】
図４Ａは、π／２だけシフトされたＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調星状図４００を図示したものである。π／２−ＢＰＳＫ変調は、従来のＢＰＳＫ変調の変形である。ここで、π／２の位相遷移は、毎２番目のＢＰＳＫシンボルに適用される。例えば、バイナリ（binary）シーケンス［１０１１］は、従来のＢＰＳＫ変調でシーケンス［＋１ −１ ＋１ ＋１］と転送されるが、π／２−ＢＰＳＫ変調ではシーケンス［＋１ −ｊ ＋１ ＋ｊ］と転送される。毎２番目のシンボルπ／２の位相遷移の結果としてより低いＰＡＰＲ ＲＦ信号が生じる。したがって、π／２−ＢＰＳＫ変調は、電力制限された状況で使用することに適している。
【００２８】
図４Ｂは、π／４だけシフトされたＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調星状図４５０を図示したものである。π／４−ＱＰＳＫ変調は、従来のＱＰＳＫ変調の変形である。ここで、π／４の位相遷移は毎２番目のＢＰＳＫシンボルに適用される。また、π／４−ＱＰＳＫ変調は、簡単なＱＰＳＫ星状図と関連して、より低いＰＡＰＲに帰結される。
【００２９】
図５は、互いに異なる変調タイプとフィルタロールオフパラメータの可変する値に対する例示的な帯域幅及び電力効率値のリストを表す表５００を図示したものである。変調次数が減少するにつれて、帯域幅効率も減少するということは既に知られている。また、ＲＲＣフィルタロール−オフパラメータの値が特定の変調次数（または、タイプ）に対し増加するにつれて、帯域幅効率も減少することに注目する必要がある。しかしながら、変調次数（または、タイプ）減少、またはフィルタロールオフ値の増加に従って電力効率は上昇する。電力効率は０．１％ＰＡＰＲ（即ち、ＰＡＰＲが図５の最後のコラムに示す数より大きい０．１％の確率）のように表される。ＰＡＰＲは、変調次数減少またはフィルタロール−オフ値の増加に従って下落することが注目される。
【００３０】
図６は、無線ネットワーク１００で、帯域幅効率要件を基盤にして変調タイプ及びフィルタロール−オフパラメータの値を選択するための方法を示す流れ図６００である。最初に、ＳＳ１１６は制御チャネルでＳＳ１１６がアップリンクで転送するパケットを持っていることを表すことができる。すると、ＢＳ１０２は転送するＳＳ１１６を選択する（ステップ６１０）。次に、ＢＳ１０２の主制御器２９０は、要求された帯域幅効率を計算する（ステップ６２０）。
次に、主制御器２９０はＳＳ１１６のための変調次数（または、タイプ）を選択し、図５の表５００と類似なルック−アップテーブルからＲＲＣロール−オフ値を選択する（ステップ６３０）。図６で、主制御器２９０は要求された帯域幅効率を満たすと共に、最高の電力効率を提供する変調次数及びロール−オフ値を選択する。例えば、仮に１bit／subcarrierの帯域幅効率が要求されると、主制御器２９０は０．０のＲＲＣロール−オフ値を持つπ／２−ＢＰＳＫ変調の代りに、１．０のＲＲＣロール−オフ値を持つＱＰＳＫ変調を選択することができる。ここで、ＱＰＳＫ変調及びπ／２−ＢＰＳＫ変調は両方とも１bit／subcarrierの要求された帯域幅効率を提供することが注目される。しかしながら、１．０のＲＲＣロール−オフ値を持つＱＰＳＫは、０．０のＲＲＣロール−オフ値を持つπ／２−ＢＰＳＫ変調の電力効率（４．５）より並外れた電力効率（１．８）を持つ。変調次数（または、タイプ）及びロール−オフ値が選択された後、ＳＳ１１６は選択された変調及びロール−オフ値を使用してデータパケットを転送する（ステップ６４０）。
【００３１】
図７は、無線ネットワーク１００で電力効率要件を基盤にして変調タイプ及びフィルタロール−オフを選択するための方法を示す流れ図７００である。まず、ＳＳ１１６は、制御チャネルで、ＳＳ１１６がアップリンクで転送するパケットを持っていることを表すことができる。その後、ＢＳ１０２は転送するＳＳ１１６を選択する（ステップ７１０）。次に、ＢＳ１０２の主制御器２９０は、要求された電力効率を計算する（ステップ７２０）。電力効率が計算された後、主制御器２９０はその結果作られる帯域幅効率を決定する（ステップ７３０）。
次に、主制御器２９０は、ＳＳ１１６のための変調次数（または、タイプ）を選択し、図５の表５００と類似なルックアップテーブルからＲＲＣロール−オフ値を選択する（ステップ７４０）。変調次数（または、タイプ）及びＲＲＣロール−オフ値が選択された後、ＳＳ１１６は選択された変調及びＲＲＣロール−オフ値を使用してデータパケットを転送する（ステップ７５０）。
【００３２】
図６での方法と異なり、図７では要求された電力効率が先に計算される。例えば、これが起こることができるということは、ＳＳ１１６がセルの外郭に位置した時のように、制限された電力ユーザである場合である。制限された電力加入者端末機の場合、加入者端末機は信頼できる転送を達成するためにピーク（peak）電力で転送する。このようなシナリオにおいて、電力効率は帯域幅効率より重要である。したがって、電力効率が一番目に決定され、次に決定された電力効率に対応する最上の帯域幅効率を提供する変調次数及びＲＲＣロール−オフ値（係数）が選択される。例えば、仮にユーザが１．２ｄＢ ＰＡＰＲまたはＣＭ（Cubic Metric）に相当な電力効率を要求すると、次に０．６４bits／subcarrierの帯域幅効率を提供する５／９のＲＲＣロール−オフ値を持つπ／２−ＢＰＳＫ変調が選択されることができる。
【００３３】
図８は、無線ネットワーク１００で、変調タイプ、フィルタロール−オフ、及びチャネル符号率を選択するための方法を示す流れ図８００である。図８で、始めの何ステップかは図７と同一である。最初に、ＳＳ１１６は制御チャネルで、ＳＳ１１６がアップリンクで転送するパケットを持っていることを表す。次に、ＢＳ１０２は転送するＳＳ１１６を選択する（ステップ８１０）。次に、ＢＳ１０２で主制御器２９０は要求された電力効率を計算する（ステップ８２０）。電力効率が計算された後、主制御器２９０はその結果作られる帯域幅効率を決定する（ステップ８３０）。次に、主制御器２９０はＳＳ１１６のための変調次数（または、タイプ）を選択し、ルックアップテーブルからＲＲＣロール−オフ値を選択する（ステップ８４０）。
変調及びフィルタロール−オフを選択した後、主制御器２４０はチャネル符号率を決定し、続く転送はその結果作られるデータ率で遂行される（ステップ８５０）。チャネルコーディングは、転送されたデータにリダンダンシー（redundancy）を追加するが、転送された情報ビット率を減少させる。例えば、５／９のＲＲＣロール−オフ値を持つπ／２−ＢＰＳＫ変調は、０．６４bit／subcarrierの帯域幅効率を提供する。しかしながら、仮に１／２の符号率が使われると、情報帯域幅効率は僅か０．３２bit／subcarrierである。したがって、主制御器２９０は５／９のＲＲＣロール−オフ値を持つπ／２−ＢＰＳＫ変調と１／２のチャネル符号率が転送のために使われた時、０．３２bit／subcarrierの情報帯域幅効率に相応する情報データ率計算（ステップ８６０）及び情報パケットサイズ計算（ステップ８７０）を実行する。最後に、ＳＳ１１６は選択された変調次数、ＲＲＣロール−オフ、符号率、データ率、及びパケットサイズを使用してアップリンクデータを転送する（ステップ８８０）。
【００３４】
図９は、無線ネットワーク１００で、変調タイプ、フィルタロール−オフ、及びチャネル符号率の最適の組合せを選択するための方法を示す流れ図９００である。図９で、ＢＳ１０２はこのような値を共に最適化するように、変調、フィルタロール−オフ、及びチャネル符号率を選択する。初期に、ＳＳ１１６は制御チャネルで、ＳＳ１１６がアップリンクで転送するパケットを持っていることを表す。次に、ＢＳ１０２は転送するＳＳ１１６を選択する（ステップ９１０）。次に、ＢＳ１０２で主制御器２９０は要求された電力効率を計算する（ステップ９２０）。次に、ＢＳ１０２は電力効率と帯域幅効率との間の最上のトレードオフ（trade off）を提供するために、変調次数、ＲＲＣロール−オフ値、及びチャネルコーディングを選択する（ステップ９３０）。結局、ＳＳ１１６は、選択された変調次数、ＲＲＣロール−オフ、及びチャネル符号率を使用してアップリンクデータを転送する（ステップ９４０）
【００３５】
ここで、チャネルコーディングは、要求されたビットエネルギーの観点でリンク実効利得を提供する。したがって、チャネルコーディングによるリンク実効利得は、電力効率の観点で利得として解釈されることができる。一般に、強いチャネルコーディングは、チャネルコーディング過程により付加されたリダンダンシーのため、帯域幅非効率を犠牲にして、より大きいリンク実効利得を結果として得る。同様に、より大きいロール−オフ値は電力効率の観点で大きい利得を提供する。しかしながら、より大きいロール−オフ値はまたより低い帯域幅効率を引き起こすが、これは、要求される超過帯域幅により転送でリダンダンシーを付加するためである。したがって、図９で、変調次数、フィルタＲＲＣロール−オフ値、及びチャネル符号率は、共に最上の電力及び帯域幅効率をトレードオフで提供するために選択されることができる。
【００３６】
本発明の明細書はただ幾つかの変調次数及びただ幾つかのＲＲＣフィルタタイプの間に選択する実施形態を説明する。しかしながら、当業者は本発明の原理がまた他の変調タイプ及び他のフィルタタイプを適用できることを理解するはずである。
たとえ本明細書が実施形態で説明されても、多様な変化及び変更は当業者により提案されることができる。本明細書は、付加された特許請求範囲の範囲内でこのような変化及び変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の原理に従い電力及び帯域幅効率の機能として変調タイプ及びスペクトル形成フィルタパラメータを選択する無線ネットワークの一例を示す図である。
【図２Ａ】直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）転送経路の上位レベルダイヤグラムである。
【図２Ｂ】直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）受信経路の上位レベルダイヤグラムである。
【図３Ａ】加入者端末機において、ＯＦＤＭＡ転送経路の選択された部分をより具体的に示す図である。
【図３Ｂ】基地局において、ＯＦＤＭＡ受信経路の選択された部分をより具体的に示す図である。
【図４Ａ】π／２シフトされたＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調星状図を示す図である。
【図４Ｂ】π／４シフトされたＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調星状図を示す図である。
【図５】互いに異なる変調タイプ及び可変フィルタロール−オフ値のための代表的な帯域幅及び電力効率値を示す表である。
【図６】帯域幅効率要件に基づいて変調タイプ及びフィルタロール−オフ選択のための方法を示す順序図である。
【図７】電力効率要件に基づいて変調タイプ及びフィルタロール−オフ選択のための方法を示す順序図である。
【図８】変調タイプ、フィルタロール−オフ、及びチャネル符号率選択のための方法を示す順序図である。
【図９】変調タイプ、フィルタロール−オフ、及びチャネル符号率の最適の組合せを選択するための方法を示す順序図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  無線ネットワーク
１０１、１０２、１０３  基地局
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６  加入者端末機
１２０、１２５  サービス範囲
１３０  インターネット
【図１】
2009529285.tif 000003
【図２Ａ】
2009529285.tif 000004
【図２Ｂ】
2009529285.tif 000005
【図３Ａ】
2009529285.tif 000006
【図３Ｂ】
2009529285.tif 000007
【図４Ａ】
2009529285.tif 000008
【図４Ｂ】
2009529285.tif 000009
【図５】
2009529285.tif 000010
【図６】
2009529285.tif 000011
【図７】
2009529285.tif 000012
【図８】
2009529285.tif 000013
【図９】
2009529285.tif 000014
【国際調査報告】
2009529285.tif 000015
2009529285.tif 000016