(57)【要約】  送信装置用処理システム、ならびに関連する送信装置および方法であって、処理システムは、データ部分を含む元の信号を表す送信信号を生成するまたは発生させるように設定され、データは、送信信号内の波形またはストリームによって搬送されるか、またはその中に含まれ、処理システムは、送信信号を形成するために、周波数領域において、選択されたデータシンボルまたはサブキャリア上にデータをロードすることによって、それぞれの波形またはストリームを発生するように設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを含む元の信号を表す送信信号を生成するまたは発生させるように設定された送信装置のための処理システムであって、
前記データが、前記送信信号内の波形またはストリームによって搬送されるか、またはそれらに含まれ、
前記処理システムが、前記送信信号を形成するために、周波数領域において、選択されたデータシンボルまたはサブキャリアに前記データをロードすることによって、前記それぞれの波形またはストリームを生成するように設定される、処理システム。
【請求項２】
波形内もしくはストリーム内および／もしくは波形間もしくはストリーム間の干渉もしくはクリッピング歪みが存在しないように、または、
少なくとも１つのもしくは各々の他の前記波形もしくはストリームに対する少なくとも１つの前記波形もしくはストリームによるクリッピング歪みもしくは干渉が、前記少なくとも１つのもしくは各々の他の前記波形もしくはストリームによって搬送される情報に悪影響を及ぼさないように、ならびに／もしくはその読取りおよび／もしくは回復を妨げないように、
各々の前記波形またはストリームを形成するために使用される、またはその中に含まれる前記データシンボルまたはサブキャリアを選択するように設定される、請求項１に記載の処理システム。
【請求項３】
前記データシンボルがＭ値パルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）シンボルである、請求項１または２に記載の処理システム。
【請求項４】
各波形またはストリームが異なるデータ容量を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項５】
前記波形またはストリームの深さが、前記ストリームの前記データ容量に反比例する、請求項４に記載の処理システム。
【請求項６】
前記それぞれの波形もしくはストリームのうちの少なくとも１つが、パルス振幅変調離散マルチトーン（ＰＡＭ−ＤＭＴ）波形もしくはストリームを含み、および／または、前記それぞれの波形もしくはストリームの１つまたは複数が、Ｍ−ＰＡＭ変調ＤＭＴ波形もしくはストリームを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項７】
前記それぞれの波形またはストリームが、第１の深さにおけるパルス振幅変調離散マルチトーン（ＰＡＭ−ＤＭＴ）波形またはストリームと、他の深さにおけるＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴ波形またはストリームとを含む、請求項５に従属するときの請求項６に記載の処理システム。
【請求項８】
前記波形またはストリームのうちの少なくとも１つ、たとえば、第１の深さの波形またはストリームが、前記サブキャリアの虚数成分のみにロードされたシンボルを含むか、またはそれらから構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項９】
第２のより大きい深さ、または前記第１の深さよりも大きい深さの波形またはストリームのような、１つまたは複数の前記波形またはストリームが、前記サブキャリアの実数成分のみにロードされたデータシンボルを含むか、またはそれらから構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項１０】
第２のより大きい深さの波形またはストリームのような、１つまたは複数の前記波形またはストリームが、アルゴリズム、インデックス、または文法によって各深さに対して指定された異なるサブキャリアまたはサブキャリアの組合せから形成または構成される、請求項９に記載の処理システム。
【請求項１１】
前記第２のより大きい深さの前記波形またはストリームのような、少なくとも１つまたは各々の前記波形またはストリームが、サブキャリアｋ’のみに提供されているシンボルによって形成されるか、またはそれらを含んでおり、ｋ’＝２ｄ−１（２ｋ＋１）であり、ｄが、ｄ＞１の前記波形またはストリームの深さであり、ｋが０，１，．．．，Ｎ／２ｄ−１（Ｎはサブキャリアの数である）である、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１２】
少なくとも１つまたは各々の波形またはストリームに関する前記サブキャリア上に符号化された前記シンボルが、エルミート対称性および／または非対称性および／または対称性を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項１３】
前記波形またはストリームが、前記送信信号を形成するために重ね合わされる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項１４】
それぞれの異なるストリームまたは波形が、それぞれの異なる送信機要素（たとえば、ＬＥＤもしくは他の発光体）および／または送信チャネルによって送信される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項１５】
たとえば、１つもしくは複数のまたは各々の他の深さにおける少なくとも１つまたは各々の他の波形またはストリームのコンスタレーションサイズとは異なる、たとえば、１つまたは複数の深さにおける少なくとも１つまたは各々の前記波形またはストリームに関するコンスタレーションサイズを提供するように設定される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の処理システム。
【請求項１６】
少なくとも２つまたは各々の波形またはストリームまたは深さに任意のコンスタレーションサイズを割り当てるように設定される、請求項１５に記載の処理システム。
【請求項１７】
データを含む元の信号を表す送信信号を生成する、発生させる、および／または送信するように設定された送信装置であって、
前記データが、前記送信信号内の波形またはストリームによって搬送されるか、またはそれらの中に含まれ、
前記送信装置が、前記送信信号を形成するために、周波数領域において、選択されたデータシンボルおよび／またはサブキャリアにのみ前記データをロードすることによって前記それぞれの波形またはストリームを発生するように設定され、
前記送信装置が、前記波形またはストリームを送信するように設定される、送信装置。
【請求項１８】
請求項１から１６までのいずれか一項に記載の処理システムを備えるか、またはそれに結合されるか、またはそれに結合可能であり、前記処理システムによって発生した前記波形もしくはストリームまたはそれを表す信号を送信するように設定される、請求項１７に記載の送信装置。
【請求項１９】
前記送信装置が光無線通信用の光送信装置である、請求項１７または１８に記載の送信装置。
【請求項２０】
請求項１７から１９のいずれか一項に記載の送信装置から複数の送信されたストリームまたは波形を受信するための受信機システムであって、前記受信機システムが、前記受信された波形またはストリームのうちの少なくとも１つまたは各々をデータに変換するように設定される、受信機システム。
【請求項２１】
前記受信機システムが、前記サブキャリアの虚数成分のみを処理または復号することによって、第１の深さにおいて前記ストリームまたは波形を決定、分離、デカップリング、抽出、および／または復調するように設定される、請求項２０に記載の受信機システム。
【請求項２２】
前記受信機システムが、元の前記第１の深さまたは深さ１の波形またはストリームのない残りの重ね合わされた波形またはストリームを得るために、前記復調されたストリームまたは波形から前記ストリームまたは波形を再変調し、前記重ね合わされた情報ストリームまたは波形から前記再変調されたストリームまたは波形を減算または除去するように設定される、請求項２０または２１に記載の受信機システム。
【請求項２３】
第２のより大きい深さの各ストリームまたは波形について、関連するアルゴリズム、インデックス、または文法によって示されるように、最も低い深さのストリームまたは波形に関連する前記サブキャリアのみを処理または復調することによって、前記重ね合わされたストリームまたは波形内に残っている最も低い深さのストリームまたは波形を反復的に決定、分離、デカップリング、抽出、および／または復調するように設定される、請求項２２に記載の受信機システム。
【請求項２４】
前記復調されたストリームまたは波形を再変調し、前記重ね合わされたストリームまたは波形から前記再変調された最も低い深さのストリームまたは波形を減算または除去するように設定される、請求項２３に記載の受信機システム。
【請求項２５】
請求項１７から１９のいずれか一項に記載の送信装置および／または請求項２０から２４のいずれか一項に記載の受信機システムを備える通信システム。
【請求項２６】
データを含む元の信号を表す送信信号を発生させることであって、前記データが、前記送信信号内の波形またはストリームによって搬送されるか、またはその中に含まれ、前記それぞれの波形またはストリームが、送信信号を形成するために、周波数領域において、選択されたデータシンボルおよび／またはサブキャリア上に前記データをロードすることによって発生される、ことと、
前記波形またはストリームを送信することと、を含む送信方法。
【請求項２７】
請求項１７から１９のいずれか一項に記載の送信装置を使用して実行される請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
複数の波形またはストリームから信号を受信および／または復号および／または復元するための方法であって、前記方法が、
サブキャリアの虚数成分のみを処理または復調することによって第１の深さにおいて前記ストリームまたは波形を決定または復調することと、
前記第１の深さから前記ストリームまたは波形を再変調することと、
以前の第１の深さのストリームまたは波形のない前記重ね合わされた情報ストリームまたは波形の残りを得るために、前記重ね合わされたストリームまたは波形から前記第１の深さからの前記再変調されたストリームを減算または除去することと、
第２のより大きい深さの各ストリームまたは波形について、関連するインデックス、または文法によって示されるように、最も低い深さのストリームまたは波形に関連する前記サブキャリアのみを処理または復調することによって、前記重ね合わされたストリームまたは波形内に残っている最も低い深さのストリームまたは波形を反復的に復調または抽出することと
を含む、方法。
【請求項２９】
請求項２６から２８のいずれか一項に記載の方法を実施するように設定されたコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユニポーラ信号を送信するための通信システム、ならびにユニポーラ信号を送信および受信する関連する送信機、受信機、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光無線通信は、無線データ通信トラフィックに対する増加する需要と、現在の移動体通信システムによる帯域幅制限とに対処するための有望な代替的または補足的な技術であると考えられている。
【０００３】
光無線通信は、有利には、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびフォトダイオード（ＰＤ）のような低コストのフロントエンド構成要素を使用することができる。しかしながら、ＬＥＤは、一般に、光をインコヒーレントに放射し、その結果位相および振幅が確実に変調または検出することが困難である。そのため、光無線通信システムは、たとえば、オンオフキーイング（ＯＯＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、およびパルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）のような技法を用いることができる強度変調／直接検出システムとしてしばしば実現される。
【０００４】
しかしながら、送信レートが増加するにつれて、シンボル間干渉がますます問題になる可能性がある。そのような状況では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）にさらに類似した変調方式を用いることが有益であろう。しかしながら、ＯＦＤＭは、一般に、複素値の時間領域サンプルを生成するが、強度変調は実数のユニポーラ信号を必要とする。
【０００５】
実信号を作成する従来の方法は、変調プロセスにおいて逆高速フーリエ変換ステップ中にエルミート対称性を課すことである。別の手法は、実数部と虚数部を分割し、それらを２つの別々のストリームにおいて送信することによって、時間領域における複素信号を実数にすることである。
【０００６】
信号が実数にされると、バイポーラ信号はユニポーラ信号に変換することができる。光無線通信システムでの使用に適したユニポーラ信号を取得するためのいくつかの手法が提案されている。１つの手法は、サンプルのすべてにバイアス値を加えることを含む直流バイアス光ＯＦＤＭ（ＤＣＯ−ＯＦＤＭ）を使用することであり、バイアス値は、サンプルのすべてを非負にするのに十分である。しかしながら、この手法は信号の電力散逸を大幅に増加させる。ユニポーラ信号を提供する技法のいくつかの他の例は、ユニポーラ直交周波数分割多重（Ｕ−ＯＦＤＭ）、非対称クリップ光ＯＦＤＭ（ＡＣＯ−ＯＦＤＭ）、パルス振幅変調離散マルチトーン変調（ＰＡＭ−ＤＭＴ）、フリップＯＦＤＭなどを含む。Ｕ−ＯＦＤＭは、公開された特許出願ＧＢ２４９６３７９およびＷＯ２０１３／０６４８３５において、ならびにＤ．Ｔｓｏｎｅｖ、Ｓ．Ｓｉｎａｎｏｖｉｃ、およびＨ．Ｈａａｓによる「Ｎｏｖｅｌ  Ｕｎｉｐｏｌａｒ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ」、Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＶＴＣ  Ｓｐｒｉｎｇ）の紀要、ＩＥＥＥ、横浜、日本、ＩＥＥＥ、２０１２年５月６日〜９日において説明されている。ＡＣＯ−ＯＦＤＭは、Ｊ．Ａｒｍｓｔｒｏｎｇらによって、「Ｐｏｗｅｒ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ＯＦＤＭ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．４２、ｎｏ．６、３７０〜３７２ページ、２００６年３月１６日において説明されている。ＰＡＭ−ＤＭＴは、Ｓ．Ｃ．Ｊ．Ｌｅｅらによって、「ＰＡＭ−ＤＭＴ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ａｎｄ  Ｄｉｒｅｃｔ−Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２１、ｎｏ．２３、１７４９〜１７５１ページ、２００９年１２月において説明されている。フリップＯＦＤＭは、Ｎ．Ｆｅｒｎａｎｄｏらによって、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ（ＩＴＷ）、ＩＥＥＥ、Ｐａｒａｔｙ、Ｂｒａｚｉｌ：ＩＥＥＥ、２０１１年１０月１６〜２０日、５〜９ページにおける「Ｆｌｉｐ−ＯＦＤＭ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」において説明されている。上記の文献のすべての内容は、本出願において完全に記載されているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
上記で示したように、逆高速フーリエ変換を適用する間に、送信機側において従来の変調方式からのシンボルのブロックにエルミート対称性を適用することが知られている。これは、元のシンボルを、結果として得られる信号の周波数領域において異なるキャリアに効果的にマッピングする。エルミート対称性が適用されるので、逆高速フーリエ変換は、実数のバイポーラ信号を生成する。次いで、時間領域信号はユニポーラにするために変換を受けることができる。
【０００８】
Ｕ−ＯＦＤＭ、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ、ＰＡＭ−ＤＭＴ、およびフリップＯＦＤＭ方式は、すべてＤＣＯ−ＯＦＤＭ方式よりもはるかに大きい電力効率が可能であるが、これらの方法のスペクトル効率は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭと比較すると半減する。
【０００９】
そのため、ユニポーラ信号を必要とするかまたはユニポーラ信号からの利益を得る光無線通信または他の技法で使用することができるようにユニポーラ信号においてデータを送信するが、同時に、良好なスペクトル効率と良好な電力効率の両方を達成する送信方式を有することが有益である
【００１０】
本発明の少なくとも１つの実施形態の少なくとも１つの目的は、従来技術の代替もしくは改善を提供すること、および／または従来技術による少なくとも１つの課題を解決することである。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の一態様によれば、データを含む元の信号を表すユニポーラ信号のような送信信号を生成および／または送信するように設定された送信装置または送信装置用処理システムである。データは、送信信号内の波形またはストリームによって搬送されるか、またはそれらに含まれてもよい。送信装置または処理システムは、送信信号を形成するために、周波数領域において、選択されたデータシンボルおよび／またはサブキャリアにデータをロードすることによって、それぞれの波形またはストリームを生成するように設定されてもよい。
【００１２】
送信装置または処理システムは、送信信号を形成するために、選択されたデータシンボルおよび／またはサブキャリアにデータをロードするために、周波数領域において動作するアルゴリズム、インデックス、または文法を使用して、それぞれの波形またはストリームを生成するように設定されてもよい。
【００１３】
送信装置または処理システムは、たとえば、クリップされた波形またはストリームを形成するために、波形またはストリームをクリップするように設定されてもよい。送信装置または処理システムは、たとえば、送信信号を形成するために、クリップされた波形またはストリームを重ね合わせるように設定されてもよい。
【００１４】
上記から、波形またはストリームの形成は、周波数領域において行われることが理解されよう。しかしながら、送信信号を形成するための波形またはストリーム（たとえば、クリップされた波形またはストリーム）の重ね合わせは、時間領域において行われてもよい。
【００１５】
たとえば、送信装置または処理システムは、データを含む元のバイポーラ信号を表すユニポーラ送信信号を生成、発生、および／または送信するように設定されてもよい。
【００１６】
波形またはストリームは、データが波形またはストリームから取得可能、回復可能、および／または抽出可能であるように構成されてもよい。送信装置は、少なくとも２つ、たとえば、３つ以上の重ね合わされた波形またはストリームを送信するように設定されてもよい。送信装置は、７、５、４、３個、またはそれ未満までの情報ストリームおよび／または関連する波形もしくはストリームを送信するように設定されてもよい。送信装置は、任意の数の重ね合わされたストリームまたは波形を送信するように設定されてもよいが、２個から７個までの範囲の重ね合わされたストリームまたは波形は、計算複雑度、容量、および効率の有益な妥協を表すことができ、それは、送信装置もしくは処理システムが使用されているアプリケーション、および／または他の要因に依存する可能性がある。送信装置は、１つまたは複数の情報ストリームおよび少なくとも１つの他の情報ストリームを同時に送信するように設定されてもよい。
【００１７】
各波形またはストリームは、選択されたサブキャリア上に提供されるデータシンボルを含んでもよく、および／またはそれらから形成されてもよい。データシンボルは、元の信号のデータを表してもよい。データシンボルは、Ｍ値パルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）シンボルまたはＭ−ＱＡＭシンボルのような変調シンボルであるか、またはそれらを含んでもよい。各波形またはストリームは、異なる選択されたサブキャリアを含んでもよく、たとえば、各波形またはストリームのサブキャリアは、互いに排他的であってもよい。サブキャリアの選択（たとえば、異なる選択）は、異なる波形またはストリームを規定してもよい。異なる重ね合わされた波形またはストリームは、元の信号のデータ部分のすべてを搬送するための波形またはストリームの必要な数が満たされるまで第１の深さまたは深さ１の波形またはストリーム、第２の深さまたは深さ２の波形またはストリームなどを含んでもよい複数の異なる深さの波形またはストリームとして識別されてもよい。
【００１８】
たとえば、各深さにおける各波形またはストリームは、異なるデータ容量を有してもよい。波形またはストリームの深さは、ストリームのデータ容量に反比例してもよく、たとえば、深さ１または第１の深さの波形は、最も大きいデータ容量を有してもよく、深さ２または第２の深さの波形は、次に大きいデータ容量を有してもよい、などである。上記で示したように、任意の数の重ね合わされた波形またはストリームが使用されてもよいが、ストリームの最適な数は、用途に応じて変化してもよく、一般に、重ね合わされた波形またはストリームは、有益には、２個〜７個の間、好ましくは２個〜５個の間または２個〜４個の間の重ね合わされた波形またはストリームを含んでもよく、たとえば、２から７までの深さ、好ましくは２から５までまたは２から４までの深さを有してもよい。
【００１９】
各波形またはストリームを形成するために使用される、またはそれらの中に含まれるサブキャリアは、波形内もしくはストリーム内および／または波形間もしくはストリーム間の干渉、歪み、および／またはクリッピング歪みが存在しないように選択されてもよい。たとえば、各波形またはストリームを形成するために使用されるか、またはそれらの中に含まれるサブキャリアは、少なくとも１つもしくは複数のまたは各々の他の波形またはストリームとのクリッピング歪みまたは波形間もしくはストリーム間干渉が存在しないように選択されてもよい。各波形またはストリームを形成するために使用される、またはそれらの中に含まれるサブキャリアは、（たとえば、重ね合わされた波形またはストリームの）少なくとも１つのまたは各々の他の波形またはストリームに対する、（たとえば、重ね合わされた波形またはストリームの）少なくとも１つの波形またはストリームによるクリッピング歪みまたは干渉が、少なくとも１つのまたは各々の他の波形またはストリームによって搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないように選択されてもよい。
【００２０】
周波数領域における選択されたデータシンボルおよび／またはサブキャリアは、少なくとも１つのまたは各々の波形またはストリームの歪み（たとえば、クリッピング歪み）が未使用のサブキャリア上またはサブキャリアの中に入るように選択されてもよい。
【００２１】
少なくとも１つのまたは各々の波形またはストリームを形成するためにデータが周波数領域においてロードされる選択されたデータシンボルおよび／またはサブキャリアは、アルゴリズム、インデックス、または文法によって指定されてもよい。
【００２２】
少なくとも１つの波形またはストリーム、たとえば、第１の深さの波形またはストリームは、サブキャリアの虚数成分のみにロードされたデータシンボルを含んでもよく、またはそれらから構成されてもよい。サブキャリアの実数成分は、第１の深さの波形またはストリームによって使用されないままにされてもよい。第１の深さの波形またはストリームは、従来のＰＡＭ−ＤＭＴ波形またはストリームを含んでもよい。
【００２３】
第２のより大きい深さ、または第１の深さよりも大きい深さの波形またはストリームのような１つまたは複数の波形またはストリームは、サブキャリアの実数成分のみにロードされたデータシンボルを含んでもよく、またはそれらから構成されてもよい。所与の波形またはストリームのためのシンボルを備えているもの以外のサブキャリアは、その波形またはストリームによって使用されないままにされてもよい。サブキャリアの虚数成分は、第２のより大きい深さの波形またはストリームによって使用されないままにされてもよい。第２のより大きい深さは、重ね合わされていてもよいＭ−ＰＡＭ変調ＤＴＭ波形またはストリームを含んでもよい。
【００２４】
第２のより大きい深さ、または第１の深さよりも大きい深さの波形またはストリームの各々、たとえば、実数シンボルを有するサブキャリアから形成または構成された波形またはストリームは、アルゴリズム、インデックス、または文法によって各深さに対して指定されてもよい異なるサブキャリアまたはサブキャリアの組合せから形成または構成されてもよい。第２のより大きい深さ、または第１の深さよりも大きい深さの波形またはストリームのような少なくとも１つまたは各々の波形またはストリームは、たとえば、アルゴリズム、インデックス、または文法に従って、サブキャリアｋ’のみに設けられているシンボルによって形成されてもよく、またはそれらを含んでもよく、ここで、ｋ’＝２ｄ−２（２ｋ＋１）であり、ここで、ｄは、第１の深さよりも大きい波形またはストリームの深さ（たとえば、２、３など）であり、ｋは、０，１，．．．，Ｎ／２ｄ−１（ここで、Ｎはサブキャリアの数）である。アルゴリズム、インデックス、または文法によるシンボルを備えたもの以外のサブキャリアは、空またはゼロ値のままにされてもよい。
【００２５】
少なくとも１つまたは各々の波形またはストリームのためにサブキャリア上に符号化されたシンボルは、エルミート対称性および／または非対称性および／または対称性を有してもよく、それらのうちのいずれかまたはすべては、時間領域および／または周波数領域内にあってもよい。たとえば、第１の深さの波形またはストリームについて、以下の関係、すなわち、ｋ＝１，２，．．．，Ｎ／２−１に対して、Ｂ１［０］＝Ｂ１［Ｎ／２］およびＢ１［ｋ］＝−Ｂ１［Ｎ−ｋ］、ここで、Ｂ１［ｋ］は、ｋ番目のサブキャリアに関するシンボルであり、ここで、ｋ＝０，１，．．．，Ｎ／２、Ｎは、サブキャリアの数であり、ならびに、ｘ１［ｎ］＝−ｘ１［Ｎ−ｎ］、ここで、ｘ１［ｎ］は、時間領域波形である、が成立してもよい。第２のより大きい深さの波形またはストリームについて、以下の関係、すなわち、Ａｄ［ｋ］＝Ａｄ［Ｎ−ｋ］およびｘｄ［ｎ］＝−ｘｄ［ｎ＋Ｎ／２ｄ−１］、ここで、Ａｄ［ｋ］は、ｋ番目のサブキャリアにおけるシンボルであり、ｘｄ［ｎ］は、時間領域の波形であり、ｋは、サブキャリア番号であり、Ｎは、サブキャリアの総数である、が成立してもよい。
【００２６】
上記で示したように、サブキャリアは、少なくとも１つまたは各々の他の波形またはストリーム対する少なくとも１つまたはすべての波形またはストリームによるクリッピング歪みおよび／または干渉が、少なくとも１つのまたは各々の他の波形またはストリームにおいて搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないように選択されてもよい。少なくとも１つのまたは各々の情報ストリームまたは波形を符号化するために使用されるサブキャリアの選択は、情報ストリームまたは波形のサブキャリアの少なくとも１つまたは各々によるクリッピング歪みおよび／または干渉が、情報ストリームもしくは波形の他のサブキャリアにおいて搬送される、および／または、情報ストリームもしくは波形よりも低い深さの少なくとも１つもしくは各々の他の情報ストリームのような少なくとも１つもしくは各々の他の情報ストリームもしくは波形において搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないようなものであってもよい。
【００２７】
任意選択の実施形態では、少なくとも１つの他の情報ストリームを符号化するために使用されるサブキャリアの選択は、少なくとも１つのストリームまたは波形による干渉が、少なくとも１つもしくは各々の他の情報ストリームと直交する、ならびに／または、後続の処理においてキャンセルするように構成されるようなものであってもよい。このようにして、少なくとも１つまたは各々の他の情報ストリームに対する少なくとも１つの情報ストリームによる干渉は、他の情報ストリームにおいて搬送される情報に悪影響を及ぼさない。
【００２８】
情報ストリームは、対応する元の信号を得るために処理可能であってもよい。ストリームまたは波形の少なくとも１つまたは各々に関するサブキャリアは、少なくとも１つまたは各々の他のストリームまたは波形によって引き起こされるストリームまたは波形への干渉の少なくとも一部、好ましくは実質的にすべてが、波形もしくはストリームからデータを得るために使用される処理動作によって、または、重ね合わされたストリームもしくは波形を分離、復調、もしくはデカップリングするために使用される処理動作によってキャンセルされるまたは除去されるもしくは除去可能であるように選択されてもよい。上記で示したように、ストリームまたは波形の少なくとも１つまたは各々に関するサブキャリアは、クリッピング歪みの少なくとも一部、好ましくは実質的にすべてが未使用のサブキャリア内に入るように選択されてもよい。
【００２９】
送信装置は、情報ストリームの少なくとも１つ、２つ、または各々における元の信号の一部を符号化するように設定されてもよい。送信装置は、複数の信号部分に元の信号を分割するためのスプリッタを備えてもよく、異なる信号部分は、異なる情報ストリームを使用して送信される。
【００３０】
少なくとも２つまたは各々のストリームまたは波形は、それぞれの異なる送信機要素（たとえば、ＬＥＤまたは他の発光素子）および／または送信チャネルによって送信されてもよい。少なくとも２つまたは各々のストリームまたは波形は、異なる送信機要素または送信チャネル上で送信されてもよい。
【００３１】
元の信号は、バイポーラ信号であるか、またはそれを含んでもよい。送信信号の複数の波形またはストリームは、ユニポーラおよび／またはクリップされた波形もしくはストリームであってもよく、またはそれらを含んでもよい。
【００３２】
送信機は、１つまたは複数の情報ストリームに元の信号を変換するように設定されてもよい。
【００３３】
送信装置は、可視光または赤外線光無線送信装置のような光無線送信装置であってもよく、またはそれを備えてもよい。しかしながら、実施形態では、送信装置は、マイクロ波もしくは無線周波数送信装置、または他の領域もしくは電磁スペクトルもしくは音波送信装置などのような他の通信媒体のための送信装置であってもよく、またはそれを備えてもよいことが理解されよう。
【００３４】
送信装置は、信号プロセッサを備えてもよい。送信装置は、信号プロセッサから受信した処理された信号を送信するための少なくとも１つの送信機要素を備えてもよい。信号プロセッサは、信号をバイポーラ信号からユニポーラおよび／またはクリップされた信号に変換するように設定されてもよい。
【００３５】
信号プロセッサは、入力信号を受信するための少なくとも１つの信号入力部、および／または信号を変調するための少なくとも１つの変調器、および／または信号を整形するためのパルス整形器、および／またはパルス整形されたバイポーラ信号の負の値をクリップするためのクリッパを備えてもよい。たとえば、信号プロセッサは、パルス整形されたバイポーラ信号を生成するために、バイポーラ信号にパルス整形フィルタを適用するように設定されてもよい。信号プロセッサは、バイポーラ信号の１つまたは複数の部分を、たとえば、複数の情報ストリームにおける送信のための対応するユニポーラ信号に変換するように設定されてもよい。入力信号は、スプリッタによって部分に分割されてもよい。信号プロセッサは、ユニポーラ信号を生成するために、パルス整形されたバイポーラ信号の負の値および／または正の値をクリップするように設定されてもよい。信号プロセッサは、ＰＡＭ−ＤＭＴを使用してバイポーラ信号の１つまたは複数の部分をユニポーラ信号に変換するように設定されてもよい。
【００３６】
少なくとも１つの送信機要素は、強度変調された送信機要素を備えてもよい。少なくとも１つの送信機要素は、ＬＥＤのアレイまたはマイクロＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤアレイ、レーザダイオードアレイなどのような、少なくとも１つの、好ましくは複数の発光体を備えてもよい。
【００３７】
入力信号は、ビットストリームを含んでもよい。１つまたは複数の変調器の少なくとも１つは、振幅変調方式、好ましくはＭ値パルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）方式を適用するように設定されてもよい。１つまたは複数の変調器の少なくとも１つは、直交および／または非直交マルチキャリア技法に従って変調するように設定されてもよい。たとえば、１つまたは複数の変調器の少なくとも１つは、ＯＦＤＭおよび／またはＤＭＴ変調器を備えてもよい。変調器は、バイポーラ信号を出力するように設定されてもよい。
【００３８】
たとえば、１つもしくは複数の深さにおける、少なくとも１つまたは各々の波形またはストリームのコンスタレーションサイズは、たとえば、１つまたは複数または各々の他の深さにおける、少なくとも１つまたは各々の他の波形またはストリームと異なるコンスタレーションサイズを有してもよい。たとえば、各波形またはストリーム、たとえば、１つもしくは複数のまたは各々の深さは、その隣接するものの各々と異なるコンスタレーションサイズ、たとえば、それよりもすぐ上および／またはすぐ下の深さを有してもよい。コンスタレーションサイズは、２−ＰＡＭ、４−ＰＡＭ、８−ＰＡＭなどを含んでもよい。各波形またはストリームまたは深さには、任意のコンスタレーションサイズが割り当てられてもよい。任意のコンスタレーションサイズは、２、４、またはそれよりも大きいコンスタレーションサイズから任意に選択されてもよく、それらのコンスタレーションサイズは予め指定されてもよい。
【００３９】
異なる情報ストリームは、同じチャネル／リンク上で、または異なるチャネル／リンク上で同時に送信されてもよく、および／または重ね合わされてもよい。異なる情報ストリームは、少なくとも１つの信号を形成するために、結合可能であってもよく、結合されてもよく、または他の方法で処理されてもよく、もしくは処理可能であってもよく、１つまたは複数の同じまたは異なる送信機要素を使用して送信されてもよい。有利には、少なくとも１つのまたは各々の個々の波形またはストリームは、異なる送信機要素、たとえば、ＬＥＤによって送信されてもよい。
【００４０】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による送信装置から複数の送信されたユニポーラストリームまたは波形を受信するための受信機システムであって、受信機は、少なくとも１つまたは各々のストリームまたは波形上に符号化されたデータを受信するように設定される。
【００４１】
受信機システムは、波形またはストリームのうちの１つ、２つ以上、または各々に含まれるか、それらの中に符号化された複数のユニポーラ情報ストリームによって表される元の信号および／または送信されたデータシンボルを復元するように設定されてもよい。
【００４２】
受信機システムは、信号プロセッサを備えてもよい。受信機システムは、複数のユニポーラストリームまたは波形を受信するための１つまたは複数の受信機要素を備えてもよい。信号プロセッサは、信号をフィルタリングするためのフィルタおよび／または信号を復調するための少なくとも１つの復調器と、出力信号を出力するための出力部とを備えてもよい。
【００４３】
少なくとも１つの受信機要素は、直接検出受信機要素を含んでもよい。少なくとも１つの受信機要素は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤもしくはＣＭＯＳ検出器、または任意の他の適切な光検出器のような光受信機要素を含むか、またはそれらに含まれてもよい。受信機は、可視光または赤外線光通信システムのような光通信システムのための受信機であってもよい。
【００４４】
１つまたは複数の復調器の少なくとも１つは、振幅復調方式、好ましくはＭ−ＰＡＭ方式で動作可能であってもよい。１つまたは複数の復調器の少なくとも１つは、ＯＦＤＭおよび／またはＤＭＴ復調器を含んでもよい。復調器の少なくとも１つは、ビットストリームを出力するように設定されてもよい。フィルタは、整合フィルタを含んでもよい。受信機は、サンプラを備えてもよい。
【００４５】
受信された情報ストリームは、ユニポーラ情報ストリームを含んでもよい。受信された情報ストリームの少なくとも１つ、好ましくは各々は、ＰＡＭ−ＤＭＴベースの方法もしくは他の同等の方法を使用して符号化されたデータを含んでもよく、および／または、１つまたは複数の情報ストリームは、重ね合わされてもよいそれぞれのＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴ波形もしくはストリーム内に含まれてもよい。
【００４６】
１つまたは複数の波形またはストリームは、少なくとも１つまたは各々の他の情報ストリームまたは波形に対する情報ストリームの少なくとも１つまたはすべてによるクリッピング歪みおよび／または干渉が、少なくとも１つのまたは各々の他の情報ストリームまたは波形において搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないように構成されてもよい。少なくとも１つのまたは各々の情報ストリームまたは波形を符号化するために使用されるサブキャリアの選択は、情報ストリームまたは波形のサブキャリアの少なくとも１つまたは各々によるクリッピング歪みおよび／または干渉が、情報ストリームもしくは波形の他のサブキャリアにおいて、および／または、情報ストリームもしくは波形よりも低い深さの少なくとも１つもしくは各々の他の情報ストリームもしくは波形のような、少なくとも１つもしくは各々の他の情報ストリームもしくは波形のサブキャリアにおいて搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないようなものであってもよい。少なくとも１つまたは各々のストリームまたは波形に関するサブキャリアは、クリッピング歪みの少なくとも一部、好ましくは実質的にすべてが未使用のサブキャリア内に入るように選択されてもよい。
【００４７】
受信機は、情報ストリームまたは波形よりも低い深さの少なくとも１つのまたは各々の他のストリームまたは波形のような、少なくとも１つまたは複数のまたは各々の他のストリームまたは波形による１つまたは複数のストリームまたは波形のクリッピング歪みおよび／または歪みを推定するように設定されてもよい。
【００４８】
受信機は、サブキャリアの虚数成分のみを処理または復調することによって、第１の深さにおけるストリームまたは波形を決定、分離、デカップリング、抽出、および／または復調するように設定されてもよい。受信機は、復調されたストリームまたは波形からストリームまたは波形を再変調するように設定されてもよい。受信機は、たとえば、元の第１の深さまたは深さ１の波形またはストリームのない残りの重ね合わされた波形またはストリームを得るために、重ね合わされた情報ストリームまたは波形から再変調されたストリームまたは波形を減算または除去するように設定されてもよい。
【００４９】
第２の深さ（たとえば、深さ２）以上の各ストリームまたは波形について、受信機は、たとえば、関連するアルゴリズム、インデックス、または文法によって示されるように、最も低い深さのストリームまたは波形に関連するサブキャリアのみを処理または復調することによって、重ね合わされたストリームまたは波長内に残っている最も低い深さのストリームまたは波形を繰り返し決定、分離、デカップリング、抽出、および／または復調するように設定されてもよい。受信機は、復調されたストリームまたは波形を再変調するように設定されてもよい。受信機は、重ね合わされたストリームまたは波形から再変調された最も低い深さのストリームまたは波形を減算または除去するように設定されてもよい。受信機は、上記の処理を反復的に繰り返し、たとえば、最も低い深さのストリームまたは波形を決定、分離、抽出、デカップリング、および／または復調し、情報ストリームまたは波形のすべてが復調または抽出されるまで、それを重ね合わされたストリームまたは波形から順次除去するように設定されてもよい。
【００５０】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様による送信装置と、第２の態様による受信システムとを備える通信システムである。
【００５１】
本発明の第４の態様によれば、送信方法である。方法は、データ部分を含む元の信号を表すユニポーラ信号のような送信信号を発生することであって、データが波形またはストリームによって搬送されるか、またはその中に含まれ、それぞれの波形またはストリームが、送信信号を形成するために、周波数領域において、選択されたデータシンボルおよび／またはサブキャリア上にデータを割り当てるおよび／またはロードすることによって発生される、ことと、波形またはストリームを送信することとを含んでもよい。
【００５２】
１つまたは複数の情報ストリームは、データ部分が波形またはストリームから取得可能、回復可能、および／または抽出可能であるように構成されてもよい。方法は、少なくとも２つ、たとえば、３つ以上の情報ストリームおよび／または関連する波形もしくはストリームを送信することを含んでもよい。
【００５３】
方法は、データシンボルを選択されたサブキャリア上にデータシンボルを提供するか、またはデータシンボルを割り当てることによって各波形またはストリームを形成することを含んでもよい。データシンボルは、元の信号のデータを表してもよい。データシンボルは、パルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）シンボルのような変調シンボルであってもよく、またはそれを含んでもよい。各波形またはストリームは、異なる選択されたサブキャリアを含んでもよい。方法は、たとえば、アルゴリズム、インデックス、または文法に従って、異なる波形またはストリームを規定するサブキャリアを選択することを含んでもよい。異なる重ね合わされた波形またはストリームは、元の信号のデータ部分のすべてを搬送するために必要な数の波形またはストリームが提供されるまで、第１の深さの波形またはストリーム、第２の深さの波形またはストリームなどを含んでもよい、複数の異なる深さの波形またはストリームとして識別されてもよい。波形またはストリームの少なくとも２つまたは各々は、異なるデータ容量を有してもよい。波形またはストリームの深さは、データ容量に反比例してもよい。
【００５４】
方法は、少なくとも１つもしくは複数のまたは各々の他の波形またはストリームとのクリッピング歪みおよび／または波形間もしくはストリーム間干渉が存在しないように、各波形またはストリームを形成するか、またはそれらに含まれるために使用されるサブキャリアを選択する、ロードする、または割り当てることを含んでもよい。方法は、（たとえば、重ね合わされた波形またはストリームの）少なくとも１つのまたは各々の他の波形またはストリームに対する（たとえば、重ね合わされた波形またはストリームの）少なくとも１つの波形またはストリームによるクリッピング歪みまたは干渉が、少なくとも１つのまたは各々の他の波形またはストリームによって搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないように、各波形またはストリームを形成するか、またはそれらに含まれるサブキャリアを選択する、ロードする、または割り当てることを含んでもよい。少なくとも１つまたは各々のストリームまたは波形に関するサブキャリアは、クリッピング歪みの少なくとも一部、好ましくは実質的にすべてが未使用のサブキャリア内に入るように選択されてもよい。
【００５５】
方法は、少なくとも１つの波形またはストリーム、たとえば、第１の深さの波形またはストリームを形成するために、サブキャリアの虚数部分にのみシンボルをロードすることを含んでもよい。方法は、第１の深さの波形またはストリームに対して未使用のサブキャリアの実数成分を残すことを含んでもよい。第１の深さの波形またはストリームは、従来のＰＡＭ−ＤＭＴ波形またはストリームを備えてもよい。
【００５６】
方法は、第２のより大きい深さ、または第１の深さよりも深い深さの波形またはストリームのような、１つまたは複数の波形またはストリームを形成するために、サブキャリアの実数成分のみにシンボルをロードすることを含んでもよい。方法は、未使用、空、またはゼロ値のシンボルを備えるもの以外のサブキャリアを残すことを含んでもよい。
【００５７】
方法は、第２のより大きい深さ、または第１の深さよりも深い深さの波形またはストリーム、たとえば、実数シンボルを有するサブキャリア、異なるサブキャリア、またはサブキャリアの組合せから形成または構成された波形またはストリームの各々を形成することを含んでもよい。第２のより大きい深さ、または第１の深さよりも深い深さの波形またはストリームのような、少なくとも１つまたは各々の波形またはストリームは、形成されてもよく、または、インデックスもしくは文法によって選択されたまたは割り当てられた、割り当てられたもしくは選択されたサブキャリアにおいて提供されているシンボルを含んでもよい。第２のより大きい深さの波形またはストリームの少なくとも１つまたは各々は、重ね合わされてもよいＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴ波形またはストリームであってもよい。
【００５８】
方法は、同じチャネル／リンクまたは異なるチャネル／リンクにおいて、同時におよび／または重ね合わされた異なる情報ストリームおよび／または関連する波形もしくはストリームを送信することを含んでもよい。方法は、同じまたは異なる送信機要素を使用して波形またはストリームを送信することを含んでもよい。有利には、少なくとも１つまたは各々の波形またはストリームは、異なる送信機要素、たとえば、ＬＥＤによって送信されてもよい。
【００５９】
任意で、必須ではなく、方法は、非ＭＩＭＯ送信方法であってもよく、またはそれを含んでもよい。方法は、処理された信号を送信するための単一の送信機要素および／または送信チャネルもしくはリンクのみを使用して行われてもよい。たとえば、方法は、任意で、ＭＩＭＯシステムの個々のストリーム、チャネル、リンク、または信号であってもよい、個々のストリーム、チャネル、リンク、または信号の各々または一部において、情報ストリーム（たとえば、１つまたは複数の情報ストリームおよび少なくとも１つの他の情報ストリーム）を送信することを含んでもよい。異なる情報ストリームは、同じチャネル／リンクにおいて同時に送信されてもよい。異なる情報ストリームは、少なくとも１つの周波数領域信号を形成するために、結合可能であってもよく、結合されてもよく、他の方法で処理されてもよく、処理可能であってもよい。
【００６０】
たとえば、１つまたは複数の深さにおける、少なくとも１つまたは各々の波形またはストリームのコンスタレーションサイズは、たとえば、１つもしくは複数のまたは各々の他の深さにおける、少なくとも１つまたは各々の他の波形またはストリームと異なるコンスタレーションサイズを有してもよい。たとえば、各波形またはストリーム、たとえば、１つもしくは複数のまたは各々の深さは、その隣接するものの各々と異なるコンスタレーションサイズ、たとえば、そのすぐ上および／または下の深さを有してもよい。コンスタレーションサイズは、２−ＰＡＭ、４−ＰＡＭ、８−ＰＡＭなどを含んでもよい。各波形またはストリームまたは深さには、任意のコンスタレーションサイズが割り当てられてもよい。任意のコンスタレーションサイズは、予め指定されてもよい、２、４、またはそれよりも大きいコンスタレーションサイズから任意に選択されてもよい。
【００６１】
送信方法は、第１の態様の送信装置の使用を含んでもよく、および／または、第１の態様に関連して説明した少なくとも１つの特徴を含んでもよい。
【００６２】
本発明の第５の態様によれば、複数の重ね合わされた波形またはストリームを受信および／または復号および／または復元するための方法である。
【００６３】
波形またはストリームは、第１の態様の送信装置によって、および／または第３の態様の方法を使用して送信される波形またはストリームであってもよい。方法は、第２の態様による受信機を使用することを含んでもよい。
【００６４】
受信された情報ストリームは、ユニポーラ情報ストリームを含んでもよい。受信された情報ストリームの少なくとも１つは、ＰＡＭ−ＤＭＴベースの方法、または任意の他の適切な同等の方法を使用して符号化されたデータを含んでもよい。少なくとも１つまたは各々の波形またはストリーム、たとえば、第２のより大きい深さの波形またはストリームは、重ね合わされていてもよいＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴ波形またはストリームであってもよい。
【００６５】
１つまたは複数の波形は、少なくとも１つまたは各々の他の情報ストリームまたは波形に対する情報ストリームの少なくとも１つまたはすべてによるクリッピング歪みおよび／または干渉が、少なくとも１つのまたは各々の他の情報ストリームまたは波形において搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないように構成されてもよい。少なくとも１つのまたは各々の情報ストリームまたは波形を符号化するために使用されるサブキャリアの選択は、情報ストリームまたは波形のサブキャリアの少なくとも１つまたは各々によるクリッピング歪みおよび／または干渉が、情報ストリームもしくは波形の他のサブキャリアにおいて、および／または、情報ストリームもしくは波形よりも低い深さの少なくとも１つもしくは各々の他の情報ストリームのような少なくとも１つもしくは各々の他の情報ストリームもしくは波形のサブキャリアにおいて搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／または、その読取りおよび／もしくは回復を妨げないようなものであってもよい。少なくとも１つまたは各々のストリームまたは波形に関するサブキャリアは、クリッピング歪みの少なくとも一部、好ましくは実質的にすべてが未使用のサブキャリア内に入るように選択されてもよい。
【００６６】
方法は、情報ストリームまたは波形よりも低い深さの１つもしくは複数のまたは各々の情報ストリームによる１つまたは複数の情報ストリームまたは波形の歪みを推定することを含んでもよい。
【００６７】
方法は、たとえば、サブキャリアの虚数成分のみを処理または復調することによって、第１の深さにおけるストリームまたは波形を決定または復調することを含んでもよい。方法は、第１の深さからストリームまたは波形を再変調することを含んでもよい。方法は、たとえば、以前の第１の深さのストリームまたは波形のない重ね合わされた情報ストリームまたは波形の残りを得るために、重ね合わされたストリームまたは波形から、第１の深さから再変調されたストリームを減算または除去することを含んでもよい。
【００６８】
方法は、第２のより大きい深さの各ストリームまたは波形について、たとえば、関連するアルゴリズム、インデックス、または文法によって示されるように、たとえば、最も低い深さのストリームまたは波形に関連するサブキャリアのみを処理または復調することによって、重ね合わされたストリームまたは波長内に残っている最も低い深さのストリームまたは波形を繰り返し復調または抽出することを含んでもよい。方法は、最も低い深さの情報ストリームからストリームまたは波形を再変調することを含んでもよい。方法は、重ね合わされたストリームまたは波形から再変調された最も低い深さのストリームまたは波形を減算または除去することを含んでもよい。方法は、ストリームまたは波形のすべてが復調または抽出されるまで、最も低い深さのストリームまたは波形を順次に繰り返し復調および／または抽出することを含んでもよい。
【００６９】
本発明の第６の態様によれば、通信システムを備えるデバイスであって、通信システムは、第１の態様による送信装置および／または第２の態様による受信機システムを備える。
【００７０】
デバイスは、固定送信機および／または受信機ユニットまたはシステムを備えてもよい。デバイスは、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートウォッチ、センサなどのような移動体通信デバイスであってもよく、またはそれらを含んでもよい。通信システムは、光無線通信システムを含んでもよい。通信システムは、双方向通信システムを含んでもよい。通信システムは、一方向通信システムを含んでもよい。
【００７１】
本発明の第７の態様によれば、第１、第２、第３、もしくは第６の態様の装置、または第４または第５の態様の方法を実装するように設定されたコンピュータプログラム製品である。
【００７２】
本発明の第８の態様によれば、第７の態様のコンピュータプログラム製品を含むまたは担持するキャリア媒体である。
【００７３】
本発明の第９の態様によれば、第７の態様のコンピュータプログラム製品がロードされたときの処理装置または計算装置である。
【００７４】
上記の態様のいずれかに関して説明した特徴は、他の上記の態様のいずれにも適用可能であってもよい。上記の態様のいずれかに関して組合せで説明した特徴は、上記の態様のいずれにも、共同で、または個別に、および分離可能に適用可能であってもよい。方法に関して上記で説明した特徴を実施するように設定された装置の特徴、および上記で説明した任意の装置の特徴の使用および製造に対応する方法の特徴も、本発明の範囲内に入るものとする。
【００７５】
本発明のこれらおよび他の態様は、添付図面を参照して、単なる例として以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明を実施するための通信システムの概略図である。
【図２】図１の光通信システムのための送信機の概略図である。
【図３】図２の送信機を有する図１のシステムを使用して送信用の信号を準備し、送信する方法のフローチャートである。
【図４】図３に示す方法を使用して準備された送信された信号からバイポーラ信号を再構成するための方法のフローチャートである。
【図５】従来のＰＡＭ−ＤＭＴ符号化方式のデータフレームの図である。
【図６】図３の方法によって示されている送信方式による３つの深さにおける周波数領域サブキャリアローディングと、ゼロクリッピングの効果とを示す図であり、ここで、（ａ）および（ｃ）および（ｅ）は、ゼロレベル時間領域クリッピングの前後のサブキャリアの虚数成分を示し、（ｂ）および（ｄ）および（ｆ）は、ゼロレベル時間領域クリッピングの前後のサブキャリアの実数成分を示す。
【図７】Ｄ＝３およびＤ＝６における異なるＦＦＴおよびＣＰ長に関する、ＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する図３および図４の方法（ＡＳＥ−ＤＭＴと呼ばれる）、ｅＵ−ＯＦＤＭおよびｅＰＡＭ−ＤＭＴのスペクトル効率を示すグラフである。
【図８】深さの総数Ｄ＝５の場合の１６−ＰＡＭによる図３および図４の方法（ＡＳＥ−ＤＭＴと呼ばれる）の深さのビット誤り率（ＢＥＲ）と、比較のために示す１６−ＱＡＭ  ＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＥＲとを示すグラフである。
【図９】深さの総数Ｄ、およびフレームサイズのサイクリックプレフィックスパーセンテージＮＣＰ／Ｎの関数として、ＤＣＯ−ＯＦＤＭの計算複雑度と比較した図３および図４の方法（ＡＳＥ−ＤＭＴと呼ばれる）およびｅＰＡＭ−ＤＭＴの相対的計算複雑度を示すプロットである。
【図１０】ｅＰＡＭ−ＤＭＴおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する、（個々の深さおよび全体に関する）図３および図４の方法のピーク対平均電力比を示すプロットである。
【図１１】（ａ）電気ＳＮＲおよび（ｂ）光ＳＮＲの関数としての、ＡＷＧＮチャネルにおける異なるスペクトル効率に関する、ｅＰＡＭ−ＤＭＴおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する図３および図４の方法のＢＥＲ性能比較を示すプロットである。
【図１２】（ａ）電気ＳＮＲおよび（ｂ）光ＳＮＲの関数としての、ＡＷＧＮチャネルにおける異なるスペクトル効率に関する、ｅＰＡＭ−ＤＭＴおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する図３および図４の方法のＢＥＲ性能比較を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
上記で詳述したように、伝統的なＯＦＤＭは、一般に、複素数値の時間領域サンプルを生成するが、光無線通信で一般的に使用される強度変調／直接検出技法は、実数ユニポーラ信号を必要とする。ＤＣＯ−ＯＦＤＭ技法は、非負のユニポーラ信号を生成するために使用され得るが、この技法は、信号の電力散逸を著しく増加させる。Ｕ−ＯＦＤＭ法、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ法、ＰＡＭ−ＤＭＴ法、およびフリップＯＦＤＭ法も、ユニポーラ信号を提供するために使用され得、ＤＣＯ−ＯＦＤＭ方式よりもはるかに大きい電力効率が可能である。しかしながら、これらの方法のスペクトル効率は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭと比較すると半減する。
【００７８】
本出願人の名義の、その内容が本明細書に完全に記載されているかのように参照によって組み込まれるＷＯ２０１５／０３６７８６は、スペクトル効率を増加させるために、時間領域における重ね合わせ変調の概念を導入した。具体的には、複数の情報ストリームは、ストリーム間の干渉を最小限にするかまたは排除するように重ね合わされ、送信されるように、時間領域において同時に配置される。
【００７９】
しかしながら、レイテンシ、計算複雑度、およびメモリ容量を含む実施上の問題が、使用され得る深さの最大数に実際的な制限を課す。さらに、各追加ストリームが、より低い深さにおけるストリームによって形成された既存の時間領域信号の上に追加される。したがって、各追加ストリームに関するビットあたりのエネルギーは、変調深さが増加するにつれて増加する。各追加ストリームのスペクトル効率が指数関数的に減少することを考慮すると、ＷＯ２０１５／０３６７８６において教示される方法の実際的な実施は、少数の情報ストリームのみを使用して実現される見込みがあると仮定することができる。
【００８０】
時間領域においてＰＡＭ−ＤＭＴ符号化データの複数のストリームを重ね合わせることは、複数の時間領域ＰＡＭ−ＤＭＴストリームが整列されることを必要とする。しかしながら、重ね合わされた時間領域ＰＡＭ−ＤＭＴストリームにおける非対称性を整列させることは複雑であり、結果として効率損失を生じる。
【００８１】
本発明の少なくともいくつかの実施形態は、Ｍ−ＰＡＭ変調離散マルチトーン（ＤＭＴ）技法に基づく重畳変調を適用する簡単な方法を使用して、送信用のユニポーラ信号を形成するための技法を提供しようとするものである。本出願人の名義のＷＯ２０１５／０３６７８６において論じられているｅＵ−ＯＦＤＭ、および時間領域において複数のストリームを重ね合わせる他の技法とは対照的に、本発明は、周波数領域において、波形またはストリームの２つ以上の深さを形成するために、選択されたサブキャリア上にデータシンボルをロードすることを含み、サブキャリアの選択は、バイポーラ波形の負のサンプルのいかなる後続のゼロレベルクリッピングもサブキャリア上にロードされた情報に影響を及ぼさないように、すなわち、クリッピング歪みがロードされたサブキャリアに入らないようなものである。これは、周波数領域において波形またはストリームの対称性および／または反対称性を整列させることを含む。波形またはストリームを、次いで、送信のためにクリップし、重ね合わせることができる。
【００８２】
本発明者らは、これがｅＵ−ＯＦＤＭのような上記の技術よりも改善されたスペクトルおよびエネルギー効率をもたらすことを予期せず発見した。さらに、システム性能は、時間領域においてストリームを整列させるまたは形成すること（すなわち、ｅＰＡＭ−ＤＭＴ）および直流バイアス光直交周波数分割多重（ＤＣＯ−ＯＦＤＭ）と比較して、大幅な電気的および光学的エネルギー節約をもたらすことが示されている。
【００８３】
そのため、本発明のいくつかの実施形態は、電力効率的とスペクトル効率的の両方であるように送信用のユニポーラ信号を形成するための技法を提供しようとするものである。
【００８４】
重ね合わされた情報ストリームを利用する技法では、１つの情報ストリームからの情報は、他の情報ストリーム上の情報に対して歪みとして作用する可能性がある。そのため、第１のストリームからの情報が復号されるとき、すべての後続のストリームからの情報は、第１の情報ストリームの回復を抑制または妨げる可能性がある強いノイズ成分として作用する可能性がある。
【００８５】
本発明の少なくともいくつかの実施形態は、周波数領域において、たとえば、少なくとも１つまたは各々の他の情報ストリームまたは波形において搬送される情報に悪影響を及ぼさない、ならびに／またはその読取りおよび／もしくは回復を妨げない、少なくとも１つのまたは各々の他の情報ストリームまたは波形に対する情報ストリームの少なくとも１つまたはすべてによるクリッピング歪みおよび／または干渉を生じるアルゴリズム、インデックス、または文法に従って、各情報ストリームまたは波形に（すなわち、重ね合わされたストリームまたは波形の各「深さ」に）選択されたサブキャリアを割り当てることによって、この問題に対処する。
【００８６】
具体的には、所与のストリームまたは波形（すなわち、重ね合わされたストリームまたは波形の所与の深さ）に関するデータは、波形もしくはストリームのクリッピングによるクリッピング歪みが未使用のサブキャリア上もしくは内に入るように、および／または、選択されたサブキャリアが、同じ情報ストリームもしくは波形内の（すなわち、同じ「深さ」における）他の選択されたサブキャリアに、もしくは（たとえば、より低い「深さ」の情報ストリームもしくは波形における）少なくとも１つの他の情報ストリームもしくは波形に干渉しないように、選択されたサブキャリアに割り当てられてもよい。これは、最も低い深さの情報ストリームまたは波形において搬送されるデータが送信された信号から抽出可能であることを可能にする。抽出されたデータシンボルは、次いで、最も低い深さの情報ストリームまたは波形を取得するために、抽出されたデータを再変調するために使用されてもよく、最も低い深さの情報ストリームまたは波形は、次いで、残りの重ね合わされた情報ストリーム／波形を残すために、受信された重ね合わされたストリーム／波形から減算することができる。プロセスは、次いで、すべての情報ストリームからのすべてのデータが抽出されるまで、最も低い深さの波形／情報を用いて反復的に繰り返すことができる。
【００８７】
各深さについてデータを搬送するためのサブキャリアを割り振るまたは選択するための１つの特に有益な構成は、以下の通りである。波形または情報ストリームの第１のまたは最も低い深さについて、データを表すシンボルは、サブキャリアの虚数成分上にのみ選択的にロードされる（すなわち、実数成分上にはロードされない）。
【００８８】
他の波形または情報ストリーム（すなわち、第２のより高い深さの波形またはストリーム）の各々は、どのサブキャリアが波形または情報ストリームの各深さに関連するのかを規定する特定のアルゴリズム、インデックス、または文法に従ってデータのシンボルがロードされるかまたはロード可能である実数サブキャリアの割振りまたは選択によって規定される。第２の深さから上方へ向かう波形またはストリームの各深さは、サブキャリアの一意的または相互に排他的なサブセットに関連付けられることが理解されよう。たとえば、特定の例示的な実施形態では、データシンボルをロードされるサブキャリアは、
2019518376.tif 000003
によって指定されてもよく、ここで、Ｘｄ［ｋ’］は、周波数領域波形であり、Ａｄ［ｋ’］は、深さｄのｋ番目のサブキャリアにおけるＭ−ＰＡＭシンボルであり、ｋ＝０，１，．．．，Ｎ／２ｄ−１である。波形の周波数領域変換が実数であること、すなわち、Ａｄ［ｋ］＝Ａｄ［Ｎ−ｋ］であることを保証するために、エルミート対称性も使用される。
【００８９】
このようにして、データは、インデックスまたは文法に従って選択されたサブキャリアのみにデータシンボルを選択的に割り当てることによって、周波数領域において複数の深さにおけるＭ−ＰＡＭ変調されたＤＭＴ波形として情報ストリーム／波形を重ね合わされることによって符号化することができる。これは、ＰＡＭ−ＤＭＴに対してスペクトル効率を向上させるために使用することができ、依然として、ストリーム間干渉を回避し、元の符号化データが容易に回復可能であることを可能にすることができる。具体的には、本明細書で開示される周波数分散波形技法は、時間分散ＰＡＭ−ＤＭＴのスペクトル効率損失を回避し、時間分散ＰＡＭ−ＤＭＴとＤＣＯ−ＯＦＤＭの両方を上回るエネルギー効率の改善をもたらす。
【００９０】
具体的には、本発明者らは、本明細書に記載の技法が、
１）重畳変調理論の固有のサポート、
２）大幅なスペクトル効率の上昇、
３）より簡単な送信機および受信機設計、
４）より低い遅延、
５）より小さいバッファサイズ要件、
６）ＦＦＴ／ＩＦＦＴが疎な一次元変調シンボル（Ｍ−ＰＡＭ）上で実行されるので、より少ない計算複雑度、
７）（最適化されたコンスタレーションサイズを使用して）直流バイアスなしのＤＣＯ−ＯＦＤＭの正確なスペクトル効率を達成する、
８）改善された反復受信機設計が電力効率を改善することができる、および
９）変調方式が、ＰＡＰＲを低減するという利点を有するアレイ内の複数のＬＥＤを使用して実施され得る
を含むいくつかの利益を有利にもたらすことができることを発見した。
【００９１】
図１は、本発明の様々な実施形態を実装するように設定された通信システム５を示す。通信システム５を示す。通信システム５は、送信側から受信機側への送信のためのユニポーラ情報ストリームまたは波形１０を生成し、受信機側において受信したユニポーラ情報ストリームまたは波形１０からデータを再構成するように設定される。本発明は、光無線通信システムに特に適しており、この用途に関連して本明細書で説明される。しかしながら、本発明は、マイクロ波もしくは無線周波数放射、または他の領域もしくは電磁スペクトルもしくは音波通信方法などを使用するもののような他の通信システムにも適用可能であってもよいことが理解されよう。
【００９２】
さらに、複数の情報ストリームまたは波形１０は、情報ストリームまたは波形１０の深さに関して説明され、深さは、情報ストリームまたは波形１０の容量に反比例する。言い換えれば、最大の容量の情報ストリームまたは波形１０ａは、深さ１を有するストリームまたは波形と呼ばれ、順次より低い容量を有する各々のさらなる情報ストリームまたは波形１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅは、深さ２、３、４、５などのストリームまたは波形と呼ばれる。
【００９３】
通信システム５は、バイポーラ信号を複数のユニポーラ情報ストリーム１０に変換し、ユニポーラ情報ストリーム１０を受信し、受信したユニポーラ情報ストリーム１０からバイポーラ信号を再構成するための１つまたは複数の受信機２０に複数のユニポーラ情報ストリーム１０を送信するための１つまたは複数の送信機１５を備える。
【００９４】
送信機１５には、元のデータを複数の部分に分割するためのスプリッタ３０を実装するように設定された信号プロセッサ２５が設けられ、送信のための各部分は、異なる深さのそれぞれの波形またはストリームを使用する。送信機１５は、情報ストリーム１０を送信するための送信装置４０をさらに備える。異なる情報ストリーム１０は、たとえば、完全に重複した時間において、または部分的にもしくは完全に重複しない時間において、同時にまたは順次に送信することができることが理解されよう。そのため、異なるストリームまたは波形１０の送信は、同時または非同時であってもよいことが理解されよう。
【００９５】
スプリッタ３０は、複数の波形またはストリーム１０において送信するための適切なサイズの部分にデータを分割するように設定される。以下から明らかなように、各波形またはストリーム１０は、異なる送信レートおよび／または容量が可能である。そのため、データは、等しく分割されず、より小さい容量の（すなわち、より高い高さの）ストリーム１０よりも多くのデータがより大きい容量の（すなわち、より低い深さの）ストリーム１０に割り当てられる。以上の説明から明らかなように、各ストリーム１０の相対的な送信容量は、直接的に決定可能である。
【００９６】
送信装置４０は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、レーザダイオードなどのような送信機要素のアレイ４５を備える。任意選択の実施形態では、送信装置は、マイクロＬＥＤまたはＯＬＥＤアレイを備える。
【００９７】
変換器モジュール３５は、負の値をゼロ定格値にクリップすることによって、データの各部分を表す各波形またはストリームを、関連する情報ストリーム１０において送信するためのユニポーラ信号に変換するように設定される。言い換えれば、変換器モジュール３５は、単にクリッピングモジュールである。元のデータは、パルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）のような当該技術分野で知られている従来の変調方式からシンボルによって符号化されたデータの逆高速フーリエ変換を行うことによって実現されるＯＦＤＭおよび／またはＤＭＴ信号に含まれる。この特定の実施形態では、変換器モジュール３５は、複数のＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴストリームまたは波形が周波数領域において整列され、時間領域において重ね合わされ、送信される選択的ロードアルゴリズムを使用して、信号をユニポーラ信号に変換するように設定される。
【００９８】
図１の送信機１５の機能的概略図が図２に示される。送信機１５が動作する方法が図３に示される。
【００９９】
スプリッタ３０によって分割された元の信号の部分は、対応するユニポーラ信号を形成するためにバイポーラ波形の負のサンプルをゼロレベルクリップし、送信のために時間領域において信号を重ね合わせる前に、周波数領域において選択されたサブキャリア上にのみデータを選択的にロードすることによって、ストリームまたは波形上に符号化される。
【０１００】
従来のＰＡＭ−ＤＭＴ技法では、図６に示すように、信号からのデータのフレームが２つの部分Ａ、Ｂに分割される。ＮｆｆｔがＰＡＭ−ＤＭＴフレームサイズである場合、第１の部分Ａは、（位置０における）フレームの第１のサンプルからサンプル
2019518376.tif 000004
までであり、第２の部分Ｂは、サンプル
2019518376.tif 000005
から、フレームの最後のサンプルであるサンプルＮｆｆｔ−１までである。この例は、ＦＦＴ／ＩＦＦＴアルゴリズムの最も効率的な適用が２の累乗であるいくつかのサンプルについて実現されるので、サイズが偶数のフレームについて示されていることに留意すべきである。フレームが奇数のサンプルを有する場合、原理は、時間領域のサンプルインデックス付けにおける小さい補正に類似する。サイクリックプレフィックスサイズは、この計算ではカウントされない。
【０１０１】
ＰＡＭ−ＤＭＴフレームは、「ＰＡＭ−ＤＭＴ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ａｎｄ  Ｄｉｒｅｃｔ−Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２１、ｎｏ．２３、１７４９〜１７５１ページ、２００９年１２月に記載されているように、奇対称性または非対称性である。従来のＰＡＭ−ＤＭＴでは、周波数領域におけるサブキャリアは、虚数ＰＡＭシンボルを用いて変調される。これは、バイポーラ（クリッピング前の）ＰＡＭ−ＤＭＴフレームが奇対称性と呼ばれる一種の非対称性を所有する原因となる。これは、ｓ［ｎ］が１つのバイポーラＰＡＭ−ＤＭＴ内の時間領域信号のサンプルを表し、Ｎｆｆｔサンプルが存在し、ｎが０とＮｆｆｔ／２−１との間の値をとる場合、フレームの残りについてｓ［０］＝ｓ［Ｎｆｆｔ／２］＝０およびｓ［ｎ］＝−ｓ［Ｎｆｆｔ−ｎ］であることを意味する。これは、フレームの第１の半分がフレームの第２の半分に対して奇対称であることを意味する。これは、Ａ［０］＝Ｂ［０］およびＡ［ｎ］＝Ｂ［Ｎｆｆｔ／２−ｎ］として表すこともでき、ここで、Ａは、長さＮｆｆｔ／２を有し、ｎ＝０からｎ＝Ｎｆｆｔ／２−１までインデックス付けされたフレームの第１の半分を示し、Ｂは、長さＮｆｆｔ／２を有し、ｎ＝０からｎ＝Ｎｆｆｔ／２−１までインデックス付けされたフレームの第２の半分を示す。この場合、ＡおよびＢが奇対称であるということができる。この非対称性（奇対称性と呼ばれる）は、負のサンプルが歪みなく除去されることを可能にする。奇対称性は、以下のように規定される。Ｐが、Ｎｆｆｔ／２の長さを有し、ｎ＝０からｎ＝Ｎｆｆｔ／２−１までインデックス付けされた任意の数のサンプルのフレームまたはフレームの一部またはブロックである場合、
2019518376.tif 000006
は、
2019518376.tif 000007
および
2019518376.tif 000008
のようにＰに対して奇対称である。
【０１０２】
従来のＰＡＭ−ＤＭＴのように信号を単一のＰＡＭ−ＤＭＴ波形として送信するのではなく、送信機１５は、後に重ね合わされるいくつかのＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴ波形またはストリームを生成するように設定される。
【０１０３】
送信信号の第１の深さを符号化するために（図３のステップ３０１０）、サブキャリアの虚数成分にＭ値パルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）シンボルがロードされ、実数成分は未使用のままであり、すなわち、Ｘ１［ｋ］＝ｊＢ１［ｋ］であり、ここで、Ｘ１［ｋ］は、情報ストリームの周波数領域送信であり、Ｂ１［ｋ］は、深さ１のｋ番目のサブキャリアにおけるＭ−ＰＡＭシンボルである。エルミート対称性は、実時間領域出力を保証するために周波数領域において提供され、すなわち、ｋ＝１，２，．．．，Ｎ／２−１についてＢ１［０］＝Ｂ１［Ｎ／２］およびＢ１［ｋ］＝Ｂ１［Ｎ−ｋ］である。結果として、時間領域ＰＡＭ−ＤＭＴ波形ｘ１［ｎ］は、
2019518376.tif 000009
のように書くことができる。
【０１０４】
式１における時間領域ＰＡＭ−ＤＭＴ波形は、以下の対称性、すなわち、ｘ１［ｎ］＝−ｘ１［Ｎ−ｎ］を示し、ここで、ｘ１［０］＝ｘ１［Ｎ／２］＝０である。従来のＰＡＭ−ＤＭＴクリッピング（たとえば、その内容が完全に記載されているかのように参照によって組み込まれるＤ．  Ｔｓｏｎｅｖ、Ｓ．Ｓｉｎａｎｏｖｉｃ、およびＨ．Ｈａａｓ、「Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ｏｆ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  ｉｎ  ＯＦＤＭ−ｂａｓｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．３１、３０６４−３０７６（２０１３）参照）を適用すると、ゼロレベルにおけるクリッピングは、
2019518376.tif 000010
として記述され、クリップされた波形の周波数領域変換ｘｄｃ［ｎ］は、
2019518376.tif 000011
として示すことができ、ここで、添字ｄは、深さｄのインデックスを表し、Ｘｄ［ｋ］＝ＦＦＴ｛ｘｄ［ｎ］｝である。サブキャリアに対するクリッピングの効果は、図６に示される。深さ１における負のサンプルのクリッピングは、歪みのすべてがサブキャリアの実数部に変換するので、同じ深さにおける情報に対して歪みが少ない。簡単な証明として、歪み項｜Ｘ１［ｎ］｜は、エルミート対称性｜Ｘ１［ｎ］｜＝｜Ｘ１［Ｎ−ｎ］｜を有し、これは、
2019518376.tif 000012
によって証明することもできる。
【０１０５】
深さ２において（図３のステップ３０１５）、奇数サブキャリアに、実数値のＭ−ＰＡＭシンボルＸ２［ｋ］＝Ａ２［ｋ］がロードされ、他の実数値のサブキャリアは、未使用のままにされる（ステップ３０２０）。深さ２におけるサブキャリアＸ２［ｋ］は、
2019518376.tif 000013
として書くことができ、Ａ２［ｋ’］は、深さ２のｋ番目におけるＭ−ＰＡＭシンボルであり、ｋ＝０，１，．．．，Ｎ／４−１である。エルミート対称性は、ｘ２［ｎ］が実数であることを保証するために提供され、すなわち、Ａ２［ｋ］＝Ａ２［Ｎ−ｋ］である。結果として、深さ２における時間領域波形ｘ２［ｎ］は、以下の対称性、すなわち、ｘ２［ｎ］＝−ｘ２［ｎ＋Ｎ／２］を有する。したがって、ゼロレベルにおけるクリッピングによって引き起こされる歪みは、実数領域の偶数サブキャリアのみに影響する。これは、
2019518376.tif 000014
として示すことができ、これは、ｋ＝０，１，．．．，Ｎ／２−１について、
2019518376.tif 000015
における値のみをとる。したがって、歪みは、深さ１および深さ２において、情報コンテンツと直交する。
【０１０６】
後続のストリームを深さｄにおいて発生させることができ、ここで、サブキャリアには、実数値のＭ−ＰＡＭシンボルがロードされ（ステップ３０２０および３０２５）、
2019518376.tif 000016
となり、ここで、Ａｄ［ｋ’］は、深さｄのｋ番目のサブキャリアにおけるＭ−ＰＡＭシンボルであり、ｋ＝０，１，．．．，Ｎ／２ｄ−１である。ｘｄ［ｎ］が実数であることを保証するために、エルミート対称性も必要とされ、Ａｄ［ｋ］＝Ａｄ［Ｎ−ｋ］である。式７を使用すると、
ｘｄ［ｎ］＝−ｘｄ［ｎ＋Ｎ／２ｄ−１］∀ｄ＞１  （式８）
を示すことができる。
【０１０７】
式３を使用すると、ｘｄ［ｋ］は、
2019518376.tif 000017
と書くことができ、周波数領域におけるサブキャリアに対するゼロレベルクリッピング歪みの影響は、
2019518376.tif 000018
と書くことができ、ここで、Ｄは、使用される深さの総数であり、
2019518376.tif 000019
と書くことができる。
【０１０８】
式９および式１０を使用すると、ゼロレベルクリッピングが
2019518376.tif 000020
における情報コンテンツに対して歪みが少ないこと、および歪みのすべてが
2019518376.tif 000021
におけるサブキャリアに影響することを示すことができる。各深さにおいてロードする選択的サブキャリアインデックスのこの技法を使用することは、複数のＭ−ＰＡＭ変調波形がいかなるストリーム間干渉もなしに重ね合わされることを可能にする。各重ね合わされた深さのアクティブサブキャリアは、現在の深さおよび後続の深さのゼロレベルクリッピング歪みによって影響されない。しかしながら、それらは、以前の深さのゼロレベルクリッピングの歪みによって影響される。この歪みは、以下の図４に関連して説明したように、受信機において推定され、キャンセルされる。
【０１０９】
各深さの時間領域波形を発生した後、それぞれの発生された波形は、クリップされ、サイクリックプレフィックスが追加される（ステップ３０３０）。全体の波形は、すべての深さのクリップされた波形を重ね合わせることによって得ることができ、
2019518376.tif 000022
となる。式（２）および式（３）を使用すると、サブキャリアは、
2019518376.tif 000023
と書くことができる。
【０１１０】
重ね合わされた波形は、次いで、デジタルからアナログへと変換され、図１の送信装置４０を使用して送信される。送信装置の同じ送信要素４５を使用してそれぞれの波形の各々を送信することが可能であるが、重ね合わされた波形を一緒に構成する波形の各々は、異なる送信要素４５によって有利に送信することができる。
【０１１１】
受信機２０（図１参照）は、複数のユニポーラ情報ストリーム１０ａ〜１０ｅを受信するための、単一のフォトダイオード、フォトダイオードのアレイ、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ受信機要素のような１つまたは複数の受信機要素６５を備える。受信機２０は、元のデータを回復するために、複数のユニポーラ情報ストリーム１０ａ〜１０ｅを処理するための信号プロセッサ７０をさらに備える。
【０１１２】
重ね合わされた波形を含む信号が受信されたとき、受信機２０における信号プロセッサ７０は、図４に示す方法を使用して情報コンテンツを復元するように設定される。信号は、ステップ４００５においてフィルタリングされる。
【０１１３】
受信機２０における信号プロセッサ７０は、サブキャリアの虚数成分のみを考慮することによって、深さ１の情報コンテンツを復元するように設定される（図４のステップ４０１０）。これを、
2019518376.tif 000024
として与えることができ、ここで、Ｗ［ｋ］は、受信機における加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）の周波数領域実現である。深さ１の情報を次いで受信機において再変調して、
2019518376.tif 000025
を得ることができ、これを受信された波形ｘＴ［ｎ］から減算することができる（図４のステップ４０１５）。これは、結果として、ｘＴ［ｎ］の虚数成分の除去と、また、深さ１の波形のゼロレベルクリッピングによって引き起こされる実数領域の歪みの除去ＦＦＴ｛｜ｘ１［ｎ］｜｝とをもたらす。
【０１１４】
後続の深さは、各深さにおける適切な周波数サブキャリアインデックスを選択することによって復調することができる（ステップ４０２０）。ｋ＝０，１，．．．，Ｎ／２ｄ−１についての２ｄ−２（２ｋ＋１）におけるサブキャリアの実数成分は、次いで、残りの重ね合わされた波形から減算されることになる深さｄにおける波形
2019518376.tif 000026
を得るために再変調することができる（ステップ４０２５）。
【０１１５】
同じプロセスは、最後の深さにおける情報が復調されるまで繰り返される（ステップ４０３０）。このようにして、以前の深さの歪みは、この連続する受信機プロセスにおいて推定され、より高い深さからキャンセルされる。
【０１１６】
各深さにおける波形のすべてが復調されると、データは回復され、データの元のストリームを再生成することができる（ステップ４０３５）。
【０１１７】
第１の深さは、ＤＣＯ−ＯＦＤＭのスペクトル効率とも同様である古典的なＰＡＭ−ＤＭＴのスペクトル効率と同様であることが理解されよう。
【０１１８】
ＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する、本発明の上記の方法（ηＡＳＥ）、ｅＵ−ＯＦＤＭ（ηｅＵ）（ＷＯ２０１５／０３６７８６参照）、および時間領域変調ＰＡＭ−ＤＭＴ、すなわちｅＰＡＭ−ＤＭＴ（ηｅＰＡＭ）を使用する同等のシステムのスペクトル効率の比較が図７に示される。図３および図４に関連して説明した方法は、本発明者らによって増強スペクトル効率離散マルチトーン（ＡＳＥ−ＤＭＴ）と呼ばれ、図７〜図１２のキーにおいてそのように示される。ｅＰＡＭ−ＤＭＴ（たとえば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ，  Ｉｎｄｏｏｒ，  ａｎｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、（ＩＥＥＥ、２０１５）、８７７〜８８２ページにおける、Ｍ．Ｉｓｌｉｍ、Ｄ．Ｔｓｏｎｅｖ、およびＨ．Ｈａａｓ、「Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＰＡＭ−ＤＭＴ  ｆｏｒ  ＩＭ／ＤＤ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」参照）とは異なり、本方法のスペクトル効率は、サイクリックプレフィックス長とは無関係であり、したがって、より小さいＦＦＴ／ＩＦＦＴサイズで使用することができる。Ｄ＝６およびＮ＝６４の場合、本方法のスペクトル効率は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭのスペクトル効率と正確に一致することが図７からわかる。
【０１１９】
図８は、深さの総数Ｄ＝５を有する本発明の１６−ＰＡＭ深さのＢＥＲ性能を示す。１６−ＱＡＭ  ＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＥＲが比較の目的のために示されている。分析性能限界は、第１の深さのＢＥＲ性能と一致する。他の深さのＢＥＲ性能は、より下位の深さにおける誤って復号されたビットによって影響を受ける傾向がある。より下位の深さにおける任意の不正確に復号されたビットは、より上位の深さにおいてさらに不正確なビットに変換される。しかしながら、高いＳＮＲにおいて、すべての深さのＢＥＲ性能は、本方法の分析性能と一致するように収束する。図８に示すように、４−ＰＡＭを使用する本発明のＢＥＲ性能は、電気エネルギー効率に関して１６−ＱＡＭ  ＤＣＯ−ＯＦＤＭに対して３ｄＢの利得で、より効率的である。ＤＣＯ−ＯＦＤＭのスペクトル効率に対する本発明のスペクトル効率比は、９７％である。
【０１２０】
図９は、深さの総数Ｄ、およびフレームサイズのサイクリックプレフィックスパーセンテージＮＣＰ／Ｎの関数として、ＤＣＯ−ＯＦＤＭの計算複雑度に対するｅＰＡＭ−ＤＭＴ（すなわち、ＰＡＭ−ＤＭＴストリームを時間領域において重ね合わせること）の計算複雑度（ＣｅＰＡＭ／ＣＤＣＯ）と比較した、ＤＣＯ−ＯＦＤＭの計算複雑度に対する本発明の計算複雑度（ＣＡＳＥ／ＣＤＣＯ）を示す。本方法の相対的な複雑度は、サイクリックプレフィックスとは無関係であり、深さの総数が増加するにつれて増加する。しかしながら、本方法の相対的な複雑度は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭの複雑度の２倍に収束する。比較として、ｅＰＡＭ−ＤＭＴの相対的な複雑度は、サイクリックプレフィックス長が増加するにつれて、および、深さの総数が増加するにつれて増加する。ｅＰＡＭ−ＤＭＴの相対的な複雑度は、サイクリックプレフィックス長がゼロのとき、本方法の相対的な複雑度と同等の下限を有する。サイクリックプレフィックス長は、使用される深さの総数によって制限される。しかしながら、一般的に本明細書で説明した方法で周波数領域においてＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴストリームの対称性を整合させることは、ある状況では、ストリームが時間領域において分散されるｅＰＡＭ−ＤＭＴと比べて計算複雑度が大幅に低下させることが図９からわかる。
【０１２１】
実際面で、情報ストリームが時間領域（すなわち、ｅＰＡＭ−ＤＭＴまたはｅＵ−ＯＦＤＭ）において分散されている場合、送信は、２Ｄ−１のＰＡＭ−ＤＭＴフレームが送信機側で利用可能でない限り、開始することができない。加えて、より上位の深さにおけるフレームは、重畳変調に必要とされる対称性を達成するために時間領域において処理される必要がある。これは、送信機側において追加の遅延を導入する。
【０１２２】
ｅＰＡＭ−ＤＭＴまたはｅＵ−ＯＦＤＭの受信機側において、深さｄにおけるフレームの復調は、すべてのより低い深さが復調され、再変調された後にのみ起こることができる。これは、
2019518376.tif 000027
フレームにおいて推定される。さらに、完全なｅＰＡＭ−ＤＭＴフレームの復調プロセスが完了するまで、２Ｄ個のフレームが受信機側においてバッファリングされる必要がある。
【０１２３】
対照的に、深さのすべてが同時に発生されるので、本送信機１５に関連する遅延は存在しない。受信機側において、深さｄにおけるフレームの復調は、より低い深さのすべてが復調され、再変調された後にのみ行うことができる。これは、（ｄ−１）のＭ−ＰＡＭ変調ＤＭＴフレームにおいて推定される。さらに、完全なＡＳＥ−ＤＭＴフレームの復調プロセスが完了するまで、（ｄ−１）フレームが受信機側においてバッファリングされる必要がある。
【０１２４】
各追加ストリームのスペクトル効率は、指数関数的に低下する。したがって、より少ない数の深さ、たとえば、Ｄ＝２、３、４、または５で本発明を実施することがより効率的である。これは、本発明とＤＣＯ−ＯＦＤＭとの間の小さいスペクトル効率のギャップをもたらすことになる。このスペクトル効率のギャップは、以下に説明する任意のコンスタレーションサイズの使用によって閉じることができる。
【０１２５】
典型的なＯＦＤＭおよび／またはＤＭＴ信号は、高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を達成する。これは、ＬＥＤの制限されたダイナミックレンジのため、ＬＥＤを非線形領域に駆動する。しかしながら、ＡＳＥ−ＤＭＴにおけるより上位深さは、周波数領域において疎である。これは、より上位の深さのＰＡＰＲを減少させる。この特性を利用するために、各深さにおける波形を、ＬＥＤアレイ内の単一のＬＥＤを駆動するために使用することができる。これは、波形が光領域において重ね合わされることを可能にし、ＰＡＰＲを減少させ、これは、あらゆる非線形性を軽減する。
【０１２６】
ＰＡＰＲに対する疎効果を例示するために様々な深さのＰＡＰＲが図１０に提示されている。重ね合わされた波形の様々な個々の深さのＰＡＰＲは、深さの順位ｄが増加するにつれて増加する。波形全体のＰＡＰＲは、ＤＣＯ−ＯＦＤＭよりも高いが、ｅＰＡＭ−ＤＭＴのＰＡＰＲよりも低いことが示されている。本発明のＢＥＲ性能は、加算性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルにおけるｅＰＡＭ−ＤＭＴおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＥＲ性能と比較される。理想的なＬＥＤモデルが使用される。そのため、考慮される唯一の非線形動作は、ゼロレベルにおけるクリッピングである。直流バイアスは、バイポーラＯＦＤＭ信号ｋＭＤＣＯσの標準偏差の倍数であると規定される。
【０１２７】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、（ａ）電気ＳＮＲおよび（ｂ）光ＳＮＲの関数として、ＡＷＧＮチャネルにおける異なるスペクトル効率についての本発明（ＡＳＥ−ＤＭＴ）、ｅＰＡＭ−ＤＭＴ、およびＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＥＲ性能比較を示すプロットである。Ｍ＝｛４，６４，１０２４｝におけるＤＣＯ−ＯＦＤＭに関する直流バイアスレベルは、それぞれ６ｄＢ、９．５ｄＢ、および１３ｄＢにおいて、モンテカルロシミュレーションによって推定される。
【０１２８】
電気ＳＮＲの関数として提示されたすべての場合について、本発明（ＡＳＥ−ＤＭＴ）がｅＰＡＭ−ＤＭＴおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭよりもエネルギー効率がよいことが図１１（ａ）からわかる。異なるスペクトル効率において、本発明の電気エネルギー節約は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭと比較したとき、２．２４ｄＢ〜８ｄＢの間であり、１０−４のＢＥＲにおけるｅＰＡＭ−ＤＭＴと比較したとき、２．５ｄＢにおいてほぼ一定である。
【０１２９】
同様の傾向が光ＳＮＲについて図１１（ｂ）に示されている。異なるスペクトル効率において、本発明の光エネルギー節約は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭと比較したとき、０．６ｄＢ〜３．２５ｄＢの間であり、１０−４のＢＥＲにおけるｅＰＡＭ−ＤＭＴと比較したとき、１．３ｄＢにおいてほぼ一定である。異なるスペクトル効率におけるＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する本発明のエネルギー効率の利得は、以下の表１においてまとめられている。これから、本発明が、電気ＳＮＲと光ＳＮＲの両方に関してｅＰＡＭ−ＤＭＴよりも効率的であることがわかる。これは、ｅＰＡＭ−ＤＭＴにおいて、各復調プロセス後にフレームの半分が除去されるという事実による。本発明におけるＭ−ＰＡＭシンボルの周波数領域ローディングは、このプロセスを必要とせず、それは、ｅＰＡＭ−ＤＭＴを上回る性能向上をもたらす。理論的なＢＥＲ限界は、受信機における連続的なストリームキャンセルプロセスにおける伝搬誤りにより、より低いＳＮＲにおけるＢＥＲを過小評価する。しかしながら、理論的なＢＥＲ限界は、高いＳＮＲ値におけるモンテカルロシミュレーション結果と一致する。
2019518376.tif 000028
表1:10-4のBERにおけるDCO-OFDMに対するエネルギー効率利得
【０１３０】
本発明の実施形態では、少数の深さが使用されるときに、ＤＣＯ−ＯＦＤＭとの残りのスペクトル効率ギャップを閉じるために、任意のコンスタレーションサイズが使用される。これは、本発明のスペクトル効率が少数の重ね合わされた深さのみを有するＤＣＯ−ＯＦＤＭのスペクトル効率と同様であることを可能にする。
【０１３１】
任意のコンスタレーションサイズは、スペクトル効率の損失なしに本発明のための実際的な解決策を提供する。この手法に関連するビットあたりの計算複雑度は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭのビットあたりの計算複雑度よりも約１．６７倍高い。任意のコンスタレーションサイズは、Ｍ−ＱＡＭ  ＤＣＯ−ＯＦＤＭの非平行コンスタレーションサイズのスペクトル効率が達成されることを可能にする。たとえば、８−ＱＡＭ  ＤＣＯ−ＯＦＤＭのスペクトル効率を達成するために、本発明の第１の深さにおける４−ＰＡＭ、第２の深さにおける２−ＰＡＭ、および第３の深さにおける４−ＰＡＭを使用することが可能である。本発明のスペクトル効率がＤＣＯ−ＯＦＤＭのスペクトル効率と一致するために、使用されるコンスタレーションサイズの組合せは、以下の制約、すなわち、
2019518376.tif 000029
を満たすべきであり、Ｄは、深さの総数であり、Ｍｄは、深さｄにおけるコンスタレーションサイズであり、ｄは、深さである。
【０１３２】
加えて、電力は、変調信号の平均電力が以下の２つの制約、すなわち、
2019518376.tif 000030
を満たすように各ストリームに割り当てられ、ここで、γは、変調深さにおけるスケーリング係数のセットである。
【０１３３】
すべての可能な電力割り当てを有する重ね合わされた波形の異なる深さにおけるコンスタレーションサイズのすべての可能な組合せは、Ｄ＝３の最大深さについて本発明者らによって検討されており、ここで、１〜５ビット／秒／Ｈｚの範囲におけるスペクトル効率が達成された。すべての可能なセットのモンテカルロシミュレーション比較を使用して、最適な構成が得られている。最適な構成は、以下の表２に提示されている。
【０１３４】
図１２は、（ａ）電気ＳＮＲおよび（ｂ）光ＳＮＲの関数として、ＡＷＧＮチャネルにおける異なるスペクトル効率についての、本発明（ＡＳＥ−ＤＭＴ）、ｅＰＡＭ−ＤＭＴ、およびＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＥＲ性能比較を示す。スペクトル効率ｈは、［ビット／秒／Ｈｚ］において与えられる。ｈ＝｛１．５，３，４．５｝におけるＤＣＯ−ＯＦＤＭに関する直流バイアスレベルは、当該技術分野で知られているように、それぞれ７ｂＢ、９．５ｄＢ、および１２ｄＢにおけるモンテカルロシミュレーションによって推定される。
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の性能は、Ｍ−ＱＡＭの性能と同等であるので、各深さにおける可能なコンスタレーションサイズの分解能は制限される。ＢＥＲ性能比較の結果は、以下の表に概説されている。表１（上記）で概説されている結果と比較して、任意のコンスタレーションサイズの手法は、電気的利得およびエネルギー利得を減少させる。しかしながら、減少した計算複雑度においてスペクトル効率を増加させる。したがって、必要とされる用途に応じて、複雑度とスペクトル効率およびエネルギー効率との間のトレードオフが考慮される必要がある。
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表2:10-4のBERにおけるDCO-OFDMに対する本発明ならびに関連する電気的および光学的利得に関するコンスタレーションサイズおよびスケーリング係数の最適な組合せであり、Mdおよびγdは、それぞれ、変調深さdに関するコンスタレーションサイズおよびスケーリング係数を示す。
【０１３５】
要約すると、上記の発明は、提案される強度変調および直接検出（ＩＭ／ＤＤ）ＯＷＣのためのエネルギー効率的な重畳変調方式を提供する。方式は、複数のストリームが重ね合わされ、ストリーム間干渉なしで送信されるように、Ｍ−ＰＡＭシンボルの選択的周波数領域ローディングに基づく。サブキャリアの選択的周波数領域ローディングは、Ｍ−ＰＡＭ変調ＤＭＴ波形に関する重畳変調の低レイテンシおよび単純化された実装を可能にする。提案された方式は、ｅＰＡＭ−ＤＭＴのスペクトル効率損失およびエネルギー効率損失を回避する。
【０１３６】
任意のコンスタレーションサイズを提供することによって、深さの総数が減少した単純化された実装を達成することができる。
【０１３７】
上記の方法および装置は、光無線通信システムに関して有利に説明されているが、上記の技法および原理は、マイクロ波、無線周波数、もしくは他の電磁もしくは音波通信技法、または、ユニポーラ信号の使用から利益を得ることができる任意の他の通信システムのような他の通信システムにも適用可能であることが理解されよう。
【０１３８】
加えて、いくつかの実施形態は、実施形態の方法を実行するために実行可能なコンピュータ可読命令を有するコンピュータプログラムによって特定の機能を実装してもよいが、コンピュータプログラム機能は、ハードウェアにおいて（たとえば、ＣＰＵによって、または１つもしくは複数のＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）もしくはＧＰＵ（グラフィックス処理ユニット）によって）、またはハードウェアおよびソフトウェアの混合によって実装することができることが、当業者によって理解されよう。
【０１３９】
さらに、上記は、送信機および受信機を説明しているが、本システムを使用する双方向通信が可能であるように、送信機と受信機の両方が移動体通信デバイスのような単一のデバイス内に設けられてもよいことが理解されよう。
【０１４０】
そのため、本明細書で説明された実施形態は、単に例示的なものであり、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよいことが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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