(57)【要約】  直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルを用いる電力線通信（ＰＬＣ）ネットワーク（１００）において通信するためのシステム及び方法。所定のパターンに従ったＯＦＤＭシンボルによってパイロットトーンが搬送される。受信デバイス（１０５−１、１０５−２）が、各周波数でのパイロットトーンを識別する。選択される周波数における、前に受信された一群のパイロットトーンがフィルタリングされて、新たなシンボルにおける選択された周波数でのトーンについてのチャネル推定を生成する。ＯＦＤＭシンボル内の２つの異なる周波数でのチャネル推定が内挿され得、このＯＦＤＭシンボル内の第３の周波数についてのチャネル推定を求めることができる。
2013535883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
第１のデバイスから第２のデバイスに送信される複数の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルを受信するステップであって、前記ＯＦＤＭシンボルの各々が複数のトーンを有する、ステップ、
前記ＯＦＤＭシンボル内の、周期的パターンで生じるパイロットトーンを識別するステップ、及び
選択される周波数について内挿チャネル推定値を求めるため、前記選択される周波数で生じる所定数のパイロットトーンをフィルタリングするステップ、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
選択される時点における第１の周波数について内挿チャネル推定を生成するステップ、
前記選択された時点における第２の周波数について内挿チャネル推定を生成するステップ、及び
前記選択された時点における第３の周波数についての内挿チャネル推定を生成するため、前記第１の周波数についての前記内挿チャネル推定と、前記第２の周波数についての前記内挿チャネル推定との間で内挿するステップ、
をさらに含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記第３の周波数が、前記第１の周波数と前記第２の周波数との間である、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、前記第１、第２、及び第３の周波数についての前記内挿チャネル推定が信号シンボルに関連する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
選択される時点における第１の周波数についてのパイロットトーンに関連するパイロットトーンチャネル特性を識別するステップ、
前記選択された時点における第２の周波数についての内挿チャネル推定を生成するステップ、及び
前記選択された時点における第３の周波数についての内挿チャネル推定を生成するため、前記パイロットトーンチャネル特性と、前記第２の周波数についての前記内挿チャネル推定との間で内挿するステップ、
をさらに含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記フィルタリングするステップが、前記選択された周波数について内挿チャネル推定を求めるため、前記選択された周波数で生じる最後の３個のパイロットトーンをフィルタリングするステップをさらに含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
各ＯＦＤＭシンボル内の１２番目の周波数毎にパイロットトーンが搬送され、
隣接シンボルのパイロットトーンが３トーン分循環的にシフトされる、
方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記パイロットトーンが前記ＯＦＤＭシンボル内の各トーンに現れない、方法。
【請求項９】
装置であって、
それぞれ複数のトーンを有する複数の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルを受信するように適合されるレシーバ、及び
前記レシーバに結合されるプロセッサであって、前記ＯＦＤＭシンボル内の、周期的パターンで生じるパイロットトーンを識別するように、かつ、選択される周波数についての内挿チャネル推定を求めるため前記選択される周波数で生じる所定数のパイロットトーンをフィルタリングするように適合される前記プロセッサ、
を含む、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記プロセッサが、
選択される時点における第１の周波数についての内挿チャネル推定を生成し、
前記選択された時点における第２の周波数についての内挿チャネル推定を生成し、
前記選択された時点における第３の周波数についての内挿チャネル推定を生成するため、前記第１の周波数についての前記内挿チャネル推定と、前記第２の周波数についての前記内挿チャネル推定との間で内挿する、
ようにさらに適合される、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記第３の周波数が、前記第１の周波数と前記第２の周波数の間である、装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置であって、前記第１、第２、及び第３の周波数についての前記内挿チャネル推定が信号シンボルに関連する、装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサが、
選択される時点における第１の周波数についてのパイロットトーンに関連するパイロットトーンチャネル特性を識別し、
前記選択された時点における第２の周波数についての内挿チャネル推定を生成し、
前記選択された時点における第３の周波数についての内挿チャネル推定を生成するため、前記パイロットトーンチャネル特性と前記第２の周波数についての前記内挿チャネル推定との間で内挿する、
ようにさらに適合される、装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサが、前記選択された周波数について内挿チャネル推定を求めるため、前記選択された周波数で生じる最後の３個のパイロットトーンをフィルタリングするようにさらに適合される、装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の装置であって、
各ＯＦＤＭシンボル内の１２番目の周波数毎にパイロットトーンが搬送され、
隣接シンボルのパイロットトーンが３トーン分循環的にシフトされる、
装置。
【請求項１６】
請求項９に記載の装置であって、前記ＯＦＤＭシンボル内の或るトーンではパイロットトーンが決して生じない、装置。
【請求項１７】
請求項９に記載の装置であって、交互のＯＦＤＭシンボルではパイロットトーンが生じない、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、全般的に通信システムを対象とし、より具体的には、電力線通信におけるコヒーレント変調用パイロット構造を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
国際電気通信連合（ＩＴＵ）の電気通信標準化部門は、分散自動化、スマートメータ、スマート家電、及び電気車両用新型再充電システムなど、コスト効果の高いスマートグリッド応用例を可能にするために、Ｇ．ｈｎｅｍと呼ばれる新たな規格を策定中である。Ｇ．ｈｎｅｍ規格は、電気グリッドと通信ネットワークをつなげるものであり、それによって公共施設が、より高度なモニタリングを実施したり、通信媒体としての電力線をサポートしたりすることができる。Ｇ．ｈｎｅｍ規格はイーサネット、ＩＰｖ４及びＩＰｖ６プロトコルをサポートし、Ｇ．ｈｎｅｍベースのネットワークは、ＩＰベースのネットワークと統合され得る。Ｇ．ｈｎｅｍ規格は、５００ｋＨｚ未満の周波数での交流及び直流電力線を介する狭帯域直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）電力線通信用の物理層及びデータリンク層を定義する。
【０００３】
Ｇ．ｈｎｅｍ規格で用いられる変調のフォーマットはＩＴＵによって検討中である。Ｇ．ｈｎｅｍはコヒーレント変調をサポートするであろうこと、及びパイロットパターンが特定されることが予想されている。しかし、現状では、特定のパイロットパターンがＧ．ｈｎｅｍ規格とともに用いられているわけではない。
【０００４】
パイロットパターンは、他の電力線通信ネットワークにおいて、或いは、例えば、電力線又は他の媒体を介する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルの送信を用いる他の通信技術において有用である。
【発明の概要】
【０００５】
ＯＦＤＭシンボルのヘッダ及びペイロードに埋め込まれるパイロットトーンのパターンを特定して、チャネル推定を改善し、クロック及びチャネル特性のドリフトを低減し得る。コヒーレント変調は、電力線通信で通常見られる多様なチャネル及びノイズ条件に対し、差動変調より２ｄＢを越える性能利得を提供する。大きな実装上の複雑さを生じさせることなく実際的な条件下でチャネル推定を可能にするパイロット構造が開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付の図面を参照して例示の実施形態を説明する。
【図１】本発明の実施形態を実施するためのシステムのブロック図である。
【図２】一実施形態に従った基本的なパイロット構造を示す。
【図３】パイロットトーンではないトーンにおいて一実施形態で実施されるチャネル推定を示す。
【図４】代替のパイロット構造を示す。
【図５】オーバーヘッドが８．２５％のパイロット構造を示す。
【図６】オーバーヘッドが１６．５％のパイロット構造を示す。
【図７】別の実施形態で用いられるパイロットパターンの組合せを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、本発明の実施形態を実施するためのシステム１００のブロック図である。デバイス１０１と１０２は、チャネル１０７及び１０８を介して通信する。デバイス１０１及び１０２は、トランスミッタ１０４を介して他のデバイスに送信される信号を処理し、レシーバ１０５を介して他のデバイスから受信する信号を処理するためのプロセッサ１０３を含む。信号ｘｉが、デバイス１０１内のトランスミッタ１０４−１によって、ダウンリンクチャネル１０７を通して、デバイス１０２内のレシーバ１０５−２に送信される。ダウンリンクチャネル１０７は、送信信号に影響を及ぼすチャネル特性ｈｉを有し、そのため、改変された信号ｙｉがレシーバ１０５−２で検出される。さらに、ノイズｎｉがレシーバ１０５−２で受信又は検出されることがある。
【０００８】
同様に、信号ｘｊが、デバイス１０２内のトランスミッタ１０４−２によって、アップリンクチャネル１０８を通して、デバイス１０１内のレシーバ１０５−１に送信される。アップリンクチャネル１０８は、送信信号に影響を及ぼすチャネル特性ｈｊを有し、そのため、改変された信号ｙｊがレシーバ１０５−１で検出される。ノイズｎｊがレシーバ１０５−１で受信又は検出されることがある。チャネル１０７及び１０８を通って各デバイスで受信される信号ｙｉ及びｙｊは、下記のように表され得る。
ｙｉ＝ｈｉｘｉ＋ｎｉ
ｙｊ＝ｈｊｘｊ＋ｎｊ
【０００９】
ノイズ成分を無視すると、各チャネルの特性ｈは、既知のパイロット信号などの既知の送信信号ｘを、観察される受信信号ｙとともに用いて、下記の数式で示されるように決定され得る。
ｈｉ＝ｙｉ／ｘｉ
ｈｊ＝ｙｊ／ｘｊ
【００１０】
ダウンリンクチャネル１０７及びアップリンクチャネル１０８は、デバイス１０１と１０２の間の有線又は無線インターフェースを表し得る。例えば、デバイス１０１は、ベースノード、コンセントレータ、あるいは電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークにおけるネットワーク技術又は通信技術のマスタとして動作する他のデバイスとし得る。デバイス１０２は、モデム、メータ、あるいは、例えば、ホームエリアネットワーク、アクセスポイント、基地局、ピコセル／フェムトセル、電気車両充電ステーションなどを含む、ベースノードとデータを交換することで恩恵を受けるか又はデータを交換する必要があり得る、その他のデバイスとし得る。ＰＬＣネットワークにおけるチャネル１０７及び１０８は、変圧器又は他のインターフェースの両端の中電圧（ＭＶ）線と低電圧（ＬＶ）線との間の遷移を含み得る。例えば、デバイス１０１はＭＶ線に接続され得、デバイス１０２はＬＶ線に接続され得、このＬＶ線が変圧器によって上述のＭＶ線に結合され得る。
【００１１】
通信信号ｘｉ及びｘｊは、Ｇ．ｈｎｅｍ規格、ＰＲＩＭＥ（Ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｍｅｔｅｒｉｎｇ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）規格、又はＧ３規格に準拠した直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号とし得る。
【００１２】
他の実施形態では、デバイス１０１と１０２は、ＯＦＤＭ信号を用いる無線チャネル１０７及び１０８を介して通信し得る。
【００１３】
プロセッサ１０３は、ソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアベースの構成要素、あるいはこれらの組合せとし得る。プロセッサ１０３は、デバイス１０１と１０２の間の送信信号の変調も制御し得る。メモリ１０６は、送信される信号及びシンボル、受信された信号及びシンボル、変調方式、及びプロセッサ１０３によって用いられるコンピュータプログラム命令、ソフトウェア、及びファームウェア、ならびに通信の過程で必要とされる任意の他のパラメータを記憶するために用いられ得る。メモリ１０６は、プロセッサ１０３とは別体の、又はプロセッサ１０３に統合される、固定又は着脱可能ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、又はディスクドライブなどの任意の適用可能なストレージデバイスとし得ることを理解されたい。
【００１４】
図１のデバイス１０１及び１０２は単に例示の目的で示されており、本明細書で説明するパイロット構造を採用し得るシステム又はデバイスの範囲を限定することを意図しないことを理解されたい。
【００１５】
通常の時間−周波数パイロット構造を使用すると、ＯＦＤＭ送信を用いるシステムに関して、（１）チャネル推定、及び（２）キャリア及びサンプリング周波数トラッキング、の２つの向上が可能になる。サンプリング周波数トラッキングは、狭帯域ＰＬＣシステムに一層関連している。
【００１６】
理想的なチャネル推定を備えたコヒーレント変調は、差動変調よりもかなり大きな性能利得をもたらすことはよく知られている。しかし、２つの懸念、すなわち、（１）周波数選択性歪み及び電力線ノイズの存在下でのチャネル推定の精度、及び（２）コヒーレント変調の複雑さ、がコヒーレント変調の狭帯域ＰＬＣシステムへの広範な応用を妨げてきた。これらの懸念はいずれも、コヒーレント変調のシンプルでロバストな実装の助けとなるように通信システムを適切に設計することによって軽減され得る。
【００１７】
「Ｇ．ｈｎｅｍにコヒーレント変調を用いることの提案（Ｐｒｏｐｏｓａｌ  Ｔｏ  Ｕｓｅ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｆｏｒ  Ｇ．ｈｎｅｍ）」というタイトルの＿日付のＩＴＵ電気通信標準化部門テンポラリ文書１０ＧＳ３−０５９は、シミュレーション結果を用いて差動変調よりもコヒーレント変調に利点があることを実証しており、この開示を参照により本明細書に組み込む。また、低複雑度のチャネル推定方法も示されている。テキサス・インスツルメンツの「コヒーレント変調の性能（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）」というタイトルの２０１０年８月のアドホックコールは、Ｇ．ｈｎｅｍが固定位相基準に関するデータキャリアのコヒーレント変調を採用することを提案しており、この開示を参照により本明細書に組み込む。フレームを通して及びキャリア周波数ドリフト及び他の悪化の存在下で、正確なチャネル推定を得るための低複雑度の方法とともにレシーバを用いることが望ましい。初期チャネル推定は、プリアンブルシンボルを用いることによって得ることができる。
【００１８】
以下の理由から、ヘッダ及びデータシンボルに埋め込まれた通常の時間−周波数パイロットを送信することが必要である。
【００１９】
まず、プリアンブル挿入の主要な目標は、正確な同期を保証することである。プリアンブルは、最も高度な変調方式に必要とされるレベルのチャネル推定精度が得られるように設計される必要はない。このことは、プリアンブルシンボルが、電力線システムではよくあるインパルスノイズによる影響を受ける場合に特にあてはまる。
【００２０】
次に、プリアンブルを用いて正確なチャネル推定が得られる場合でも、得られる推定は、キャリアドリフトや、実際のチャネルにおける潜在的な小さな変動のために、フレームを通して正確でないことがある。
【００２１】
上記の問題はいずれも、ヘッダ及びデータシンボルに埋め込まれる通常の時間−周波数パイロットキャリアを用いることによって軽減され得る。提案されるパイロット構造の例を以下により詳細に説明する。
【００２２】
図２は、基本的なパイロット構造を示す。各円はキャリア又はトーンを表す。黒い円は、既知のデータが送信されるパイロットトーンを表す。白い円は、ヘッダ又はデータ通信に利用可能なトーンを表す。図２に示すグリッド２００は、時間及び周波数に関して繰り返して全ＰＨＹフレームを生成する。ＯＦＤＭシンボル２０２はそれぞれ、８個のトーン２０１−１〜２０１−８を含む。任意の所与のシンボル２０２において、８個毎のトーンは、パイロットトーン２０３〜２０６である。パイロットトーンの場所は各シンボルで２トーン分シフトされており、それによって周期的パターンが生成される。その結果、４シンボル毎に同じトーンでパイロットが生じる。
【００２３】
グリッド２００で用いられるパターンは、パイロットを搬送しないいくつかのトーン２０１−２、２０１−４、２０１−６、及び２０１−８となる。その代わりに、これらのトーンは、データ又はヘッダ情報のみを搬送する。パイロット２０１−１、２０１−３、２０１−５、及び２０１−７用に時折用いられるトーンでは、４個のシンボルのうち３個がキャリーデータ又はヘッダ情報を搬送する。これらの非パイロット（すなわち、データ又はヘッダ情報）トーンについてのチャネルは推定される必要がある。レシーバには元の送信されたトーンの中身がわからないからである。
【００２４】
図３は、パイロットトーンではないトーンについて一実施形態においてチャネル推定がどのように実施されるかを示す。図３は、図２のグリッド２００が、時間にわたってどのように繰返しパターンで継続され得るかも示す。図３には、４回の繰返し２００−１〜２００−４が示されている。このパターンは、２つ以上のデバイス間でデータを送信する必要がある限り、繰り返され得る。
【００２５】
トーン３０１は、パイロットトーンではなく、その代わりに、データ又はヘッダ情報を搬送する。レシーバは、送信データを復元するためにトーン３０１についてのチャネルを推定しなければならない。チャネル推定は、時間内挿及びそれに続く周波数内挿によって行われ得る。図３は、時間内挿の一実施形態を示している。すべての新たなシンボル３０１に対し、同じ周波数の３個の前のパイロット３０２、３０３、３０４がフィルタリングされて、新たなシンボル３０１のこのトーンについての内挿チャネルが推定される。
【００２６】
時間内挿プロセスの終了時に、パイロットデータ又は内挿された推定値のいずれかが、各ＯＦＤＭシンボルの２トーン毎に利用可能になる。例えば、シンボル３００において、トーン３０１、３０５、及び３０６についてのチャネルは、これらのトーンに対する３つの前のパイロットの時間内挿を用いて推定され得、このパイロットからトーン３０７が計算され得る。
【００２７】
次いで、周波数内挿を用いて、時間内挿されたトーン間のトーンについてのチャネルを推定する。例えば、トーン３０８についてのチャネルは、トーン３０５と３０６の間で内挿することによって推定され得る。
【００２８】
過去のパイロットだけを用いるので、チャネル推定は簡易に行われ、長い待ち時間や大きなメモリ要件がない。図３に示すシーケンスは、２つの１次元フィルタを必要とし必ずしも最適ではないことがあるが、実施が容易であり、ほぼ最適な性能が実現されることがシミュレーションによって示されている。
【００２９】
図３に示すプロセスは、周期的な時間−周波数構造を用いることの価値も示している。パイロット位置が非周期的又はランダムに近い場合、同じ性能目標に対してチャネル推定の複雑さが増加する。このことは、時間−周波数グリッドの２次元サンプリングを考察することによってより形式的に証明され得る。時間−周波数相関スペクトルが平坦である可能性が高いと仮定すると、時間−周波数グリッドを均一にサンプリングすることが、チャネル推定値を生成する最も効率のよい方法である。
【００３０】
他の可能なパイロット構造も考え得る。図２及び図３に示す通常のパイロット構造は、パイロット搬送シンボル内のパイロット間の周波数間隔Ｆ、パイロットパターンの最小周期Ｔ、及び周期Ｔ内のパイロット搬送シンボルの数ＴＯＮによってパラメータ化される。
【００３１】
これらのパラメータから、パイロットオーバーヘッドが求まり、最悪の条件下での予測される性能も求まる。
【００３２】
最大チャネル長：時間内挿後、Ｆ／ＴＯＮトーン毎にパイロットが利用できる。ここで、ＴＯＮは周期内のパイロット搬送シンボルの数であり、Ｆは周波数間隔である。これにより、（Ｆ／ＴＯＮ）により周波数ドメインにおいて効果的にチャネルをダウンサンプリングすることになる。時間ドメインにおけるチャネル推定の「エイリアスなし」周期はＮ／（Ｆ／ＴＯＮ）であり、ここでＮはサブキャリアの数である。一実施形態では、最大Ｎ／８長までのチャネルを考える。また、プリアンブルベースの配置の誤差が存在し得、この誤差により、実効チャネルが長くなってしまう。したがって、（Ｆ／ＴＯＮ）は最大でも４に選択されるべきである。
【００３３】
時間コヒーレンス：チャネル長がＮ／（Ｆ／ＴＯＮ）未満である限り、許容可能なチャネルコヒーレンス時間はＴＯＮ個のシンボルとなることが示され得る。チャネルの自己相関関数がＴＯＮ個のシンボル未満の継続時間を有する場合、平均化することによって正確なチャネル推定が得られ得る。
【００３４】
電力線通信の場合、チャネルは連続的に変動しないが、チャネルには何らかの変動が存在する。この変動は幹線に同期することが多い。また、ノイズには時間選択性も存在する。したがって、ＴＯＮを小さく維持することが推奨される。
【００３５】
さらに、ＴＯＮを小さな値にすると、同じトーンについてのパイロット同士が相互に近くなることも保証され、これは、パイロット搬送シンボル間の位相ドリフトが小さくなることを暗に意味する。
【００３６】
オーバーヘッド：パイロットオーバーヘッドは（１／Ｆ）（ＴＯＮ／Ｔ）である。オーバーヘッドを確実に１０％未満にすることが望ましい。
【００３７】
パラメータ選択に関する暗示：（Ｆ／ＴＯＮ）≦４なので、ＴＯＮ／Ｆ≧２５％になる。そのため、オーバーヘッドを１０％程度に制限するために、確実にＴ＞２とすることが必要である。（Ｆ／ＴＯＮ）が４未満になるように選択しても、典型的チャネル長を許容する能力が増加しない場合、同じ周期に対してオーバーヘッドが増加することに留意されたい。
【００３８】
表１にいくつかの例示の組合せを示す。
【表１】
2013535883.tif 000003
【００３９】
組合せ５及び６は、オーバーヘッドが小さい、部分チャネル長の所望の値を示している。組合せ５及び６は、組合せ１及び３よりパイロット周期が短いことも示している。したがって、パターン５又は６の一方が、Ｇ．ｈｎｅｍ規格に有用であろう。
【００４０】
図２及び図３で用いられるパターンにおけるパイロットオーバーヘッドは１２．５％である。このオーバーヘッドは、１シンボルおきにパイロットを送信することによって半分にし得る。このように改変すると、パイロットの周期性が８に増加する。その結果の性能劣化は小さくなる可能性が高い。これは、ＰＬＣチャネルは数個のシンボル内で大きく変動しないためである。
【００４１】
図４に、代替のパイロット構造を示す。このパターンは、表１の組合せ番号４に対応し、６トーンの周波数間隔４０１及び４シンボルの周期を有する。このパターンのオーバーヘッドは８．３３％である。パイロットトーン４０３、４０５は、シンボル４０２の組１つおきに現れる。交互のシンボル４０４及び４０６はパイロットを搬送しない。この組合せは、３ＧＰＰ  ＬＴＥから適合される。
【００４２】
図５は、表１のオーバーヘッドが８．２５％の組合せ番号５を示す。この組合せは、ＤＶＢ−Ｈ（デジタルビデオ放送−ハンドヘルド）規格で用いられる。図５のパターンは、１２である周波数間隔５０１、及び４であるパイロットパターン周期を用いる。各シンボル５０２はパイロットトーン５０３〜５０６を含む。
【００４３】
図６は、表１のオーバーヘッドが１６．５％の組合せ番号６を示す。図６のパターンは、６である周波数間隔６０１、及び２であるパイロットパターン周期を用いる。各シンボル６０２はパイロットトーン６０３、６０４を含む。
【００４４】
パイロットパラメータの選択：パイロットオーバーヘッドが減少するにつれ、パイロットの密度が減少し、したがって、同じ時間−周波数スパンにわたる平均化に利用可能なパイロット数が少なくなる。その結果、チャネル推定誤差が大きくなり得る。より具体的には、時間（又は周波数）周期が長くなることは、チャネルが時間（又は周波数）にわたって大きく変動する場合、パイロット構造がもたらす性能が低くなることを暗に意味する。また、より高いデータレートではチャネル推定精度の所望のレベルが高くなることに留意されたい。
【００４５】
以下に、パイロットオーバーヘッドを決定する２つの可能なアプローチを説明する。他のアプローチも利用し得ることを理解されたい。
【００４６】
まず、パイロットオーバーヘッドは、最悪のケースのチャネル変動及び最大データレートをサポートするようにチャネル推定精度を提供し得る固定値として選択され得る。
【００４７】
次に、データシンボル内のパイロットパターンは、用いられるデータレート／変調方式、ならびに時間及び周波数におけるチャネル変動統計値の１つ又は複数に応じて変動し得る。一実施形態では、ヘッダ用のパイロットパターンは常に１つのパターンに固定され、このパターンはヘッダ用に用いられる低いデータレートをサポートするように設計され得る。データ用のパイロットパターンは、ヘッダにおいて明示的に伝えられるか、伝えられた変調及びデータレートパラメータから暗黙的に導出される。一層高いデータレートの場合、又は、帯域の或る部分で一層高次の変調方式が用いられる場合、一層大きなオーバーヘッドのパイロットパターンが用いられ得る。例えば、ヘッダの場合や低データレートの場合には８．３３％オーバーヘッド構造が用いられ得る。一層高いデータレートには１２．５％オーバーヘッド構造が用いられ得る。代替の実施形態では、パイロットを交互のシンボルに有さない代わりに、すべてのシンボルにパイロットが送信される。
【００４８】
例示の一実施形態では、１２．５％オーバーヘッドパイロット構造でシミュレーション結果が得られた。このシミュレーション結果は、差動変調に対するコヒーレント変調の利点を示している。シミュレーションでは、パイロットからのみチャネル推定が得られると仮定している。これらの結果は、プリアンブルを用いることによって改善され得るが、正確なプリアンブル長で求めることを必要とすることなく性能を比較する基線を提供する。
【００４９】
下記のチャネル及びノイズのモデルをシミュレーション実施形態で考える。これらのパラメータは、典型的な電力線通信チャネルで観察される悪化の範囲を含んでいる。
１．加法性白色雑音を伴う単一タップチャネル
２．数個のトーンにおける狭帯域干渉が大きい単一タップチャネル
３．周波数選択性チャネル
４．ＡＣ幹線に同期した周期性インパルスノイズを伴う単一タップチャネル
５．初期のプリアンブルベースの補正後の残余サンプリング周波数オフセット
【００５０】
これらの悪化のうち、最初の３つは静的な現象であり、チャネル値及びノイズ統計値は経時的に変化しないことに留意されたい。そのため、チャネル推定は、シンプルであり、これらの状況おいて複数のシンボルにわたって平均化することによって必要な精度でチャネル推定が実施され得る。
【００５１】
第４及び第５の場合は、それぞれチャネル値及びノイズ統計値の通常の時間変動変化となり、パイロット支援チャネル推定には最も難しいものである。表２に、シミュレーションパラメータ及びシミュレーション結果の概要を列挙する。表２から、これらの条件下でも良好な性能が得られることがわかる。
【００５２】
白色雑音を伴う単一タップチャネル：白色雑音下での様々な方式の性能も考察した。レート１／２符号化でＢＰＳＫ（２値位相シフトキーイング）変調及びＱＰＳＫ（４相位相シフトキーイング）変調について観察した。理想的なチャネル推定でのコヒーレント変調は、差動変調よりも大きな利得を提供し、その差は、ＢＰＳＫ変調では３ｄＢを越え、ＱＰＳＫ変調では２．７ｄＢ近くになる。実際のチャネル推定でも、この利得の大部分が保持される。
【表２】
2013535883.tif 000004
【００５３】
レート１／２符号化に加えて、１／４繰返しが用いられる場合のＡＷＧＮ（加法性白色ガウス雑音）チャネルに対するＢＰＳＫ変調の性能も考察した。この場合、実際のチャネル推定の劣化は、理想的な場合よりも大きいか、或いは約１．２ｄＢである。このように劣化はするが、実際のチャネル推定のコヒーレント変調の性能は、差動変調の性能を約２．５ｄＢ上回る。
【００５４】
狭帯域干渉：狭帯域ノイズにより、周波数５９．５ｋＨｚ〜６８．７ｋＨｚにわたる７個の隣接トーンが一掃されるシミュレーションも考察した。典型的なＯＦＤＭレシーバは、この干渉を検出し、対応するＬＬＲ（対数尤度比）を、例えば復号化の前に、ゼロに設定することによってこれらのトーンを消去する。この場合、コヒーレント復調の性能は、ＢＰＳＫ変調及びＱＰＳＫ変調のいずれの場合にも非コヒーレント復調の性能を２．５ｄＢ上回る。さらに、チャネル推定からの損失も小さい。
【００５５】
周期性インパルスノイズ：周期性インパルスノイズは、電力線通信において支配的なノイズ源である。加法性白色雑音に加えて、２ｍｓ幅の大きなノイズバーストが１０ｍｓ毎に生じると仮定したシミュレーションを考察した。レシーバは、これらのバーストを検出し、対応するサンプルを、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）の前にゼロに設定する。これは、このノイズの非静的性質のためにチャネル推定が最も難しいケースである。したがって、チャネル推定損失は前述の場合よりも大きくなる。しかし、チャネル推定損失が０．５ｄＢ近くになっても、コヒーレント復調の性能は差動復調の性能を２ｄＢ近く上回ることが観察された。
【００５６】
周期性インパルスノイズを伴う周波数選択性チャネル：周期性インパルスノイズに加えて、極度な周波数選択性のチャネルのチャネル推定の性能も検討された。チャネルの強度及び位相応答には、６２ｋＨｚ程度での深い帯域内ノッチが含まれた。上記のチャネルを用いて、かつ、前述した周期性インパルスノイズを含めて、レート１／２符号化でＢＰＳＫ変調についてシミュレーションを行った。その結果は、理想的なチャネル推定からの損失が０．５ｄＢ程度であることを示している。このように損失があっても、コヒーレント復調の性能は、差動変調の性能を３ｄＢ程度上回る。
【００５７】
残余サンプリング周波数オフセット：典型的な電力線通信システムでは、トランスミッタとレシーバの間に１００ｐｐｍ程度のサンプリング周波数オフセットが存在し得る。典型的には、復号化中に小さな残余周波数オフセットが残るように初期補正が行われる。標準の技術では、残余オフセットは極めて小さな値に制限され得る。この推定は、プリアンブル又はパイロットシンボルを用いて実施され得る。シミュレーションでは、悲観的なケースとして残余の値が２０ｐｐｍと仮定された。このような大きな値でも、狭帯域干渉を伴うＢＰＳＫ変調では、コヒーレント変調が差動変調を上回る性能利得を提供することが観察された。
【００５８】
具体的には、コヒーレント変調の性能は、残余周波数オフセットで劣化するが、２０ｐｐｍオフセットの場合でさえ、その影響、すなわち、理想的なチャネル推定に対するコヒーレント変調の性能低下、は小さい（１ｄＢ未満）。予想されるように、差動復調性能は、周波数オフセットに大きく影響されない。そうではあるが、コヒーレント変調の性能は依然として、２０ｐｐｍの周波数オフセットがあっても、１０％ＦＥＲ（フレームエラーレート）で２ｄＢ以上差動変調より高い。２０ｐｐｍオフセットは悲観的な値であり、実際に観察されるものよりも大きいことに再度留意されたい。
【００５９】
本明細書における実施形態では、コヒーレント変調についての、パイロットベースのチャネル推定が用いられる。シミュレーション結果は、様々なチャネル及びノイズ悪化に対しても提示される。すべての場合において、コヒーレント変調が差動変調を性能面で上回ることが観察された。Ｇ．ｈｎｅｍは次世代電力線通信システムの性能改善を目標としているので、パイロットシンボル用の通常のパターンを用いてチャネル推定の助けとし得る。
【００６０】
パイロットパターンを選択する際、いくつかの他の考察を検討してもよい。
【００６１】
ビットローディングの影響：トランスミッタ及びレシーバがともにパイロットの位置を把握している限り、パイロットトーンはデータビットを搬送しないことになる。そのため、時間変化する（ただし周期的に）パイロットパターンの導入がシンボル当たりの数に影響を及ぼしても、この変動は、周期的であり、かつ、付加的に通知する必要なくトランスミッタ及びレシーバに既知である。
【００６２】
周波数ドメイン及び時間ドメインのインパルスノイズの影響：時間インパルス干渉及び周波数ドメイン狭帯域干渉のいずれによっても、１つ又は複数のパイロットトーンが消去され得る。このことはよく知られており、標準の方法で対処される。１つの通常のパイロットパターンが任意の他のパターンよりノイズに対する回復力が大きいという根拠はない。
【００６３】
パイロットの適応性：高データレートでは、低データレートより高いチャネル推定及びキャリア精度が必要とされる。したがって、高データレートに対してはパイロットオーバーヘッドを増加させることが得策となり得る。しかし、こうする場合、ここで提案されるような通常のパターンでなされなければならない。例えば、その帯域における最大変調方式がＱＰＳＫである場合など、低いデータレートに対する表１の組合せ番号５と、より高いデータレートに対する組合せ番号６との間で切り替えることができる。
【００６４】
一実施形態では、各シンボルで、又は１シンボル（ヘッダ及びペイロード）おきに、パイロットが送出される。パイロットは周期的なパターンとして、例えば、パイロットが存在するシンボル内のｎ番目のサブキャリア毎に、送出され得る。ｎの値は、すべてのヘッダシンボルについて同じとしてもよいし、パターンを搬送するすべてのペイロードシンボルについて同じとしてもよい。パイロットを搬送する隣接シンボルのパイロットシーケンスは、サブキャリアｋ個分、互いにシフトされ得る。ヘッダ及びペイロードの両方について、選択するパイロットシーケンスパラメータの有効範囲は、下記のようになり得る。
・ｍ＝０（各シンボルでパイロットを送出する場合）、ｍ＝１（１シンボルおきの場合）、
・ｎ＝４、６、８、１２、
・ｋ＝３、４、ｋ＝−２（逆方向にシフト）、及び
・組合せｍ＝０、ｎ＝４は除くことがある。
【００６５】
図７は、ｎ＝１２、ｋ＝３、及びｍ＝０であるパイロットパターンの組合せを示す。図示のパイロット構造は以下の特徴を有する。
・各ＯＦＤＭシンボルですべての１２番目のトーン（ｍ＝０、ｎ＝１２）にパイロットが搬送され、
・隣接シンボルにおけるパイロットは３トーン分循環的にシフトされる（ｋ＝０）。
【００６６】
このパイロットパターンにより、各ＯＦＤＭシンボル内にほぼ同じ数のパイロットトーンがあること、ならびに、ＯＦＤＭシンボル４個の群それぞれの中に厳密に同じ数のパイロットトーンがあることが保証される。
【００６７】
いくつかの実施形態では、すべてのＯＦＤＭシンボルに同じ数のパイロットトーンを保証することが望ましいことがある。アクティブキャリアの総数はＭと指定し得る。図７に示すパターンでは、ｉ番目のシンボル内のパイロットは下記の場所にある。
Ｋ０（ｉ）＋ｊ＊ｎ、ここでｊ＝０，１，．．．、Ｊ（ｉ）−１
【００６８】
すべてのシンボルで同じ数のパイロットトーンを保証するために、全てのシンボルｉについてＪ（ｉ）＝Ｊを保証する必要がある。これを保証するために、上記の提案は下記のように改変され得る。
【００６９】
また、パイロットパターン周期をＴと仮定し、Ｆ＝ｎ／Ｔと定義する。Ｆは整数とする。
【００７０】
下記の任意選択項目が考えられる。
・Ｍ０＝ｍｏｄ（Ｍ，ｎ）とする。
・０≦Ｍ０＜Ｆの場合、Ｊ＝ｆｌｏｏｒ（Ｍ／ｎ）
そうでない場合、Ｊ＝ｃｅｉｌ（Ｍ／ｎ）
・最初のパイロットの場所＝Ｋ０（ｉ）＝Ｍ０＋ｍｏｄ（ｉ，４）＊Ｆと定義する。
・パイロットは常にｍｏｄ（Ｋ０（ｉ）＋ｊ＊ｎ，Ｎ）にあり、ｊ＝０，１，．．．，（Ｊ−１）である。
【００７１】
上記により、ＯＦＤＭシンボル当たりＪ個のパイロットが生成される。
【００７２】
チャネル推定シンボルがヘッダ又はペイロードの中間に挿入される場合、これらはシンボル指標化ｊに計数してもしなくてもよい。
【００７３】
一実施形態では、推奨される解決策はこれらを計数しないことである。すなわち、ＣＥＳ（チャネル推定信号）バースト前の最後のシンボルと、ＣＥＳバースト後の最初のシンボルとの間で、ｊが１だけ増分される。
【００７４】
ヘッダ復号化性能：いくつかの実施形態では、プリアンブルに基づくチャネル推定で、少なくともヘッダＯＦＤＭシンボル中のトラッキング用にのみパイロットが用いられる。このような実装形態に適応するために、ヘッダ中のパイロットオーバーヘッドを増加させ得る。これは、プリアンブルベースのクロックオフセット推定が正確でなく、初期の高パイロット密度を利用して正確なクロック推定の欠如を補償しようとし得るためだと思われる。ヘッダの終わりで、クロックドリフトがおそらくは正確に検出され、そのためパイロット密度を減少させることができる。
【００７５】
他の実施形態では、ヘッダにおける、パイロットベースのチャネル推定の性能が、ヘッダのオーバーヘッドを増加させなくても、純粋にプリアンブルベースのチャネル推定の性能を大きく上回ることがシミュレーション結果で示されている。パイロットベースのチャネル推定及びプリアンブルベースのチャネル推定の性能を、初期のプリアンブルベースのドリフト推定後の残余周波数オフセットの異なる値についてシミュレーションした。
【００７６】
１つのシミュレーションでは、１６バイトのヘッダをＱＰＳＫで変調し、レート１／２畳み込み符号で符号化し、これを１２回繰り返した。初期のプリアンブルベースのサンプリング周波数推定の後、様々な残余サンプリング周波数オフセットを考察した。すべての残余オフセット（５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ）について、パイロットベースのチャネル推定がプリアンブルベースのチャネル推定を４ｄＢから上限なく様々な量上回ることが観察された。
【００７７】
このことは、（ｉ）プリアンブルベースの推定から残余オフセットを減少させること、及び（ｉｉ）特にヘッダ内により多くのパイロットがある場合に、ヘッダシンボルを用いてオフセットを改良すること、と相反し得ると反論があるかもしれない。しかし、これは簡単には実現可能ではない。サンプリング周波数オフセットを推定する周知の方法は、プリアンブルの異なるシンボルの同じトーン間の平均位相回転を推定することである。様々な平均化長についての残余サンプリング周波数推定誤差のｃｄｆ（累積分布関数）がシミュレーションで観察され、誤差を５０ｐｐｍ未満にするために１０個のシンボルが要ることが認められた。このことは、すべてのトーンがプリアンブルにおけるサンプリング周波数オフセット推定に利用可能であるが、パイロットの場合、６個のパイロットのうち最大でも１個が利用可能である（ｎ＝６、ｍ＝０でも）という事実にもかかわらず成り立つ。      
【００７８】
プリアンブルベースのチャネル推定のみを用いることは、多くの可能な実装形態の１つであるが、これは高性能な方法ではない。したがって、いくつかの実施形態では、特に、オーバーヘッドを増加させることによって解決したい中心課題が解決されるかどうかがわからない場合、ヘッダにおけるオーバーヘッドを増加させずに次善の実装形態を採用する。
【００７９】
パイロットシーケンス計算：考察すべき別の態様は、パイロットシーケンス自体の選択である。すべてのパイロットトーン位置で送信される同じ値を用いることによって生じるスペクトル線を避けることが望ましいことがある。疑似ランダムシーケンスを用いると、これらのスペクトル線を避ける助けとなることがある。また、疑似ランダムシーケンスを異なるドメインに対する異なる初期化とともに用いると、２つの異なるドメインからのチャネル推定におけるノイズを低減する助けとなることもある。
【００８０】
一実施形態では、パイロットキャリアは、多項式ｐ（ｘ）＝ｘ７＋ｘ４＋１を有する線形フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）によって生成される疑似ランダムシーケンスの出力に基づくＱＰＳＫ変調とし得る。
【００８１】
本明細書で説明した機能の多くは、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア、及び／又はこれらの組合せで実施され得る。ソフトウェアで実施される場合、符号セグメントが、必要なタスク又はステップを実行する。プログラム又は符号セグメントは、プロセッサ可読媒体、コンピュータ可読媒体、又は機械可読媒体に記憶され得る。プロセッサ可読媒体、コンピュータ可読媒体、又は機械可読媒体は、情報を記憶又は転送し得る任意のデバイス又は媒体を含み得る。このようなプロセッサ可読媒体の例には、電子回路、半導体メモリデバイス、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、消去可能なＲＯＭ（ＥＲＯＭ）、フロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、ハードディスク、光ファイバ媒体などが含まれる。
【００８２】
ソフトウェア符号セグメントは、ハードドライブ、フラッシュメモリ、ソリッドステートメモリ、光ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、コンピュータプログラム製品、又は他のメモリデバイスなどの、プロセッサ又はミドルウェアコンテナサービスのためのコンピュータ可読又は機械可読ストレージを提供する任意の揮発性又は不揮発性ストレージデバイスに記憶され得る。他の実施形態では、メモリは、いくつかの物理的ストレージデバイスを仮想化したものとし得、物理的ストレージデバイスは、同じ種類であってもよく異なる種類であってもよい。符号セグメントは、内部バス、インターネット又はイントラネットなどの別のコンピュータネットワークを介して、あるいは他の有線又は無線ネットワークを介して、ストレージからプロセッサ又はコンテナにダウンロード又は転送され得る。
【００８３】
他の実施形態及び変形が本発明の特許請求の範囲内で可能であることと、また、簡潔さ又は平易さのために、特徴又はステップが、そのような特徴又はステップの全て又はその幾つかを有する例示の実施形態の文脈で説明されているが、説明した特徴又はステップの一つ又は複数の異なる組合せを有する実施形態も本明細書に包含されることを意図していることが当業者には理解されよう。
【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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【国際調査報告】
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