(57)【要約】  本発明の目的は、データ伝送システムの容量を増加させることである。これは、制御情報がバックチャンネルを通して返却される適応信号処理方法により実現される。動的適応信号処理において伝送チャンネルは、Ｎ個の独立したサブチャンネルに分割され、サブキャリアは時間または周波数による処理が行われるが、周波数による処理には相当な利点がある。無線チャンネルにおける伝送条件以外の他の伝送条件が優先するワイヤレス光学チャンネルにおいて、時間による適応法だけが知られている。本発明において開示される信号処理方法は、周波数による電気的サブキャリアの分割を使用した信号処理を提供し、最低のキャリア周波数をもつ電気的サブキャリアは、各サブキャリアの現在の伝送品質に関する制御情報を伝送するためのバックチャンネル（ＲＣ）として、永久に使用される。パラレルなＮ個のサブキャリアに対する電気的な変調が送信機（Ｔｘ）において行われるとともに、光学チャンネル（ＩＲＷＣ）において、シリアルデータ伝送のために光強度変調が実行される。特定のビットローディングアルゴリズムを実装することにより、実時間演算でサブキャリアに伝送されるべき情報の離散分割が行われる。
2008547293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内の固定された送信機（Ｔｘ）と移動可能な受信機（Ｒｘ）との間の予め決められた周波数の赤外線光を含んだ光学伝送チャンネルであって、無指向で双方向動作可能な光学伝送チャンネル（ＩＲＷＣ）を備えたワイヤレス赤外線データ伝送システムにおいて、予め決められた信号強度を持つデータ信号の伝送に関する動的データレート適応信号処理方法であって、
上記送信機（Ｔｘ）において、電気的な上記データ信号を、パラレルなＮ個のデータ信号ストリームに分割するとともに、異なるサブキャリア周波数を持った直交する複数の電気的サブキャリア割り当てる工程と、
上記電気的サブキャリアごとに、変調形式とデータ伝送レートとを当該電気的サブキャリアの伝送品質、及び、安全に関連した条項に準拠して当該電気的サブキャリアに分配された光学信号強度に応じて選択することによって、伝送すべき上記データ信号ストリームのデータレートを決定する工程と、
パラレルシリアル変換した後、選択された上記変調形式に従った直接変調により、送信すべき赤外線光の強度を得る工程と、
上記受信機（Ｒｘ）において、シリアル伝送された光信号をベースバンドで直接検出する工程と、
パラレルなＮ個の電気的データ信号ストリームを復調する工程であって、各電気的データ信号ストリームを個別に処理する工程と、を含み、
最低のサブキャリア周波数をもつサブキャリアを、上記受信機（Ｒｘ）から上記送信機（Ｔｘ）へのバックチャンネルとして常に使用し、各サブキャリアを用いて現在伝送されているデータレートの適応決定のために、各サブキャリアの現在の伝送品質に関する制御情報を伝送する、
動的データレート適応信号処理方法。
【請求項２】
実時間動作条件を考慮に入れたビットローディング法を用いたビット分配を行うとともに、二段階ビットローディングアルゴリズムを用いた各サブキャリアへのビット分配を行い、
上記二段階ビットローディングアルゴリズムは、
十分な光信号電力を有するＮ個のサブキャリアについて集合［０，２，４，６］からシンボル配置を選択するＱＡＭ変調方式を行う工程Ａと、
光信号電力が低すぎるために工程Ａにおいて使用されていないサブキャリアについて、工程Ａの実行後に残っている光信号電力を使用して、集合［０，１／４，１／２］からシンボル配置を選択するＰＰＭ変調方式を行う工程Ｂと、を含んでいる、
請求項１に記載の動的データレート適応信号処理方法。
【請求項３】
ＰＰＭ変調方式を用いたサブキャリアの変調、および、検出されたデータ伝送レートを維持しながら、光容量の離散的利用度が最大になるまで実行される、上記工程Ａからはじまる最適ビットローディングアルゴリズムにより得られる再配分の検出によって、上記工程Ａおよび上記工程Ｂにおけるシンボル配置の選択が光信号容量の利用度に与える影響を試験する工程を更に含んでいる、
請求項２に記載の動的データレート適応信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動的データレート適応信号処理方法に関する。特に、屋内にある固定送信機と移動受信機との間において予め決められた周波数の赤外線光を含む光学伝送チャンネルであって、無指向性の双方向動作可能な光学伝送チャンネルを備えたワイヤレス赤外線データ伝送システムにおいて予め決められた信号電力でデータ信号を伝送する動的データレート適応信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線通信は、非常に広大な使用されていない利用可能な帯域幅を持ち、無線システムとの間に干渉による重畳がなく、傍らにある伝送システムと同一の動作周波数を利用でき、強力なデータセキュリティを持ち、壁によってデータ伝送を明確に制限することができる等の長所を有し、これらの長所により、オフィス、病院、または航空機のような屋内通信に適用可能な魅力的な技術となっている。
【０００３】
ワイヤレス無指向赤外線屋内通信の研究分野において、角度または空間有指向ダイバーシティによってデータ伝送レートの高いシステムを実現できることが知られている。しかし、先行技術から導かれる既知の光学ダイバーシティシステムは、相対的に複雑な光学系（ダイバーシティ受信機またはマルチビーム送信機またはその両方）を必要とする。従って、無線システムを改善するために使用されている電子信号処理法は、赤外線伝送においても妥当な手段である。しかし、これらの２つの媒体は基本的に異なる特性を備えているので、赤外線チャンネルに対して、無線チャンネルに対する既知の技術を単純に適用できず、それ自身の研究が必要になる。帯域幅に関する高いダイナミクスと、送信機と受信機との間の見通し線（ＬＯＳ：Line of Sight）の品質に基本的に依存する赤外線チャンネルの伝送応答能力とにより、適切なデータ信号電力を使用しながら、高いデータ伝送レートに対して良好なＳＮ比を実現するのは困難である。信号遮断なしにユーザの利便性および可動性を保障するために、既知の赤外線システムは、信頼できる信号伝播が屋内において実現されるように静的に構成される。すなわち、システムは信号伝播が最悪の場合を考慮して構築される。しかし、これでは、良好な伝送条件の下において、利用可能な大量のチャンネル容量を使用されないままにしておくことになる。しかし、セキュアな伝送と屋内全域における受信とを同時に保障しながらシステムのデータ伝送レートを最大化するには、伝送システムがデータ伝送レートに適応して構築されなければならない。すなわち動的に構築されなければならない。伝送チャンネルの振る舞いがわかっている場合、不利な条件において、予め定められたエラー確率に達するまで、伝送レートを減らすことができる。適応信号処理において、チャンネル推定値に基づくデータの処理および伝送が、時間または周波数を参照して行われる。現在のチャンネル特性は、バックチャンネルによる時間または周波数の参照に従って受信機から送信機に戻され、バックチャンネルにおいて適応信号処理に統合される。このように、適応システムは閉ループ制御に相当し、現在のチャンネルの伝送品質に依存した時間または周波数の範囲においてデータ伝送レートを自動的に調節することになる。最悪のチャンネル状態ではなく、現在のチャンネル状態を考慮してシステムを構成することにより、従来に比べて相当高いデータレートが実現され、信号電力の利用効率が改善される。
【０００４】
固定送信機と移動受信機との間の無指向光学伝送チャンネルを用いたワイヤレス屋内赤外線データ伝送システムの物理モデルは、非特許文献１に開示されている。そのような通信システムにおいて実行される測定法は、非特許文献２に開示されている。無指向光学伝送チャンネルにおいて角度ダイバーシティを実現する角度ダイバーシティ受信機と組み合わせてマルチ送信機を使用することは、非特許文献３に開示されている。ここに開示されている方法は、最悪のケースを考慮して伝送設定を行った静的屋内チャンネルを構成する方法である。これに関してのデメリットは、ひとつは、利用可能なチャンネル容量を十分に使用できないという点が挙げられ、もうひとつは、追跡システムおよび複雑な光学装置に起因して、装置により多くの時間と努力とを装置に投資する必要があるという点が挙げられる。チャンネル容量を効率的に使用するという要望は、適応システムの構成につながる。空間ダイバーシティを実現するためにトラッキングシステムを追跡することにより送信機と受信機との間に有指向接続を確立する方法は、非特許文献４に開示されている。ここには、２つのモード（有指向モードと拡散モードと）を切り替えることにより、チャンネル容量を有効に利用することが記載されている。ただし、これには、複雑な電子トラッキングまたはポインティングシステムを必要とする。信号処理によって排他的にシステムの適合性を実現することにより、複雑な電子機器を用いず、チャンネル容量を効率的に利用し、高い伝送レートを実現することが可能になる。
【０００５】
既知の赤外線システムに関する限り、データレート適応は、シリアルベースバンド伝送によって時間帯域において処理されている。伝送レートの変更は、可変符号長または可変レートによる適応符号化（非特許文献５および非特許文献６を参照）、または、適応符号化と（Ｌスロットパルス位置変調（Ｌ−ＰＰＭ）程度の）高性能高効率変調との組み合わせ（非特許文献７を参照）によって実現される。しかしそのようなブロードベースバンド伝送は、赤外線システムにおいてマルチパス伝搬によるシンボル間干渉を非常に受けやすく、受信機側における複雑な信号処理という形の適応調整が必要となる。さらに、適応シリアル伝送と角度ダイバーシティ（非特許文献８を参照）との組み合わせに関するシステムが提案されている。しかし、これもまたダイバーシティ効果を生み出すため、および、シリアル伝送の適応調整のために複雑な光学機器を必要とする。赤外線伝送システムに、時間帯域においてデータレート適応伝送を適用することが可能かどうかは、本発明の直近の先行技術を形成する前述の非特許文献５および非特許文献６において開示されている。これらの文献において、データレートの適応調整が、シリアルデータの伝送レートの調整、ブロックレートの変化を含むブロック識別、符号語長の変化、あるいはデータレートを変更するための複雑な符号化によって、時間帯域において排他的に実行されている。
【０００６】
無線ベースのワイヤレス通信システムにおいて、適応信号処理は、信号伝搬条件に対する調整という利点、および、周波数帯域と同様、時間帯域においてもより大きな伝送能力を持つという利点を持つことが知られている。これに関して、必要となるバックチャンネルは現在のチャンネル品質に応じて常に再評価される。実際、無線システムと光学システムとの類似性に基づく対比的説明は、それぞれのチャンネルが基本的に異なる伝送特性を示すことから容易ではない（例えば、無線チャンネルにおいては、電界強度の変化による変調（信号振幅）であり、複素数または正負の値をとることができる。一方、光学チャンネルにおいては、実正数値のみをとることができ、光強度の変更による直接変調、すなわち光強度波形の振幅の直接変調を用いる）。時間帯域および周波数帯域における適応性の相違は、ユーザが単一周波数でデータを連続して受け取るか（時間によるアプローチ）、あるいは、同時に異なる周波数に分割するか（周波数によるアプローチ）に依る。無線チャンネルにおいて、これらの２つの方法は、シングルキャリア伝送技術、および、マルチキャリア伝送技術と呼ばれる。単一の波長で動作する光学赤外線システムにおいては、光学的キャリアがただひとつ存在する。この光学的キャリアはシリアルデータにより直接変調される（無線チャンネルのシングルキャリア技術に対応するベースバンド伝送）。もうひとつの方法として、複数の電気的キャリアを同時に変調するために、電気的なデータストリームを分割する方法がある。この変調された電気信号すべてが、光学キャリアを変調するために使用される（無線チャンネルのマルチキャリア変調に対応するマルチキャリア変調）。
【０００７】
無線チャンネルの周波数帯域における適応信号処理に関する詳細な説明は、非特許文献８９に開示されている。また、上述の文献の中で使用されているアルゴリズムから、無線チャンネルと光学チャンネルとの単純な類推は不可能であることが明らかになっている。
【０００８】
マルチキャリアを利用した適応信号処理は、ワイヤレス無線チャンネルにおいて適応直交周波数分割多重（ＡＯＦＤＭ）、光学伝送チャンネルにおいてＭＯＳＭ−ＩＲと呼ばれ、有線の電気的伝送チャンネルにおいて、分散マルチトーン（ＤＭＴ）と呼ばれる。ここで、もうひとつの機能ブロックが、強度変調と直接検知とのために、送信機側と受信機側とにそれぞれ必要である。ワイヤレスシステムにおいて基本的に重要なことは、マルチパス伝播による符号ゆがみを最小化することである。これに関して、同様な技術が使用される（マルチキャリア、各搬送波にふさわしい変調形式の適応選択、制御情報のバックチャンネル）。これによって、ＤＭＴは混信を抑えることができ、ＡＯＦＤＭはマルチパス伝搬を抑えることができる。双方の技術共にマルチキャリアが、物理的に異なる伝送チャンネルにおいて起こる様々な物理的な問題を解決するために使用される。
【非特許文献１】V.Junqnickel等著,“A Physical Model of the Wireless Infrared Communication Channel”,IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 20, No. 3, April 2002, p. 631-640
【非特許文献２】H. Hashemi等著,“Indoor Propagation Measurements at Infrared Frequencies for Wireless Local Area Networks Applications”, Proc. Of Vehicular Technology Conference, Vol. 43, No. 3, August 1994, pp. 562-576
【非特許文献３】J.B. Carruthers等著,“Angle Diversity for Nondirected Wireless Infrared Communication”,IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, No. 6, June 2000, pp. 960-969
【非特許文献４】V. Jungnickel等著,“Electronic Tracking for Wireless Infrared Communications”, IEEE Transactions of Wireless Communications, Vol. 2, No. 5, Sept. 2003, pp. 989-999
【非特許文献５】L. Diana等著,Rate-Adaptive Modulation Techniques for Infrared Wireless Communication”,Proc. of IEEE Intl. Conf. On Communications, Vancouver, B.C., Canada, pp. 597-603, June 1999
【非特許文献６】J.M. Garrido-Balsells等著,“Performance Evaluation of Rate-Adaptive Transmission Techniques for Optical Wireless Communication”, Proc. Of Vehicular Technology Conference, pp. 914-918, 2004
【非特許文献７】M. Matsuo等著,“Rate-Adaptive Indoor Infrared Wireless Communications Systems Using Punctured Convolutional Codes and Adaptive PPM”,The Ninth IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Volume 2, 8-1 Sept. 1998, pp. 693-697, vol. 2
【非特許文献８】A. Tavares等著,“Angle diversity and rate adaptive transmission for indoor wireless optical communications”, Communications Magazine, IEEE Volume 41, Issue 3, March 2003, pp. 64-73
【非特許文献９】Th. Keller等著,“Adaptive Multicarrier Modulation: A Convenient Framework for Time-frequency Processing in Wireless Communications”,IEEE Proc. Of the IEEE, Vol. 88, No. 5, May 200, pp. 611-640
【非特許文献１０】B.S. Krongold, K. Ramchandran, D.L. Jones著, “Computationally Efficient Optimal Power Allocation Algorithms for Multicarrier Communication Systems”, IEEE Trans On Communciations, Vol. 48, No. 1 （2000）, pp. 1018-1022
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、一般的に知られているように、光学伝送チャンネルシステムの特性が幅広い周波数帯で変化するワイヤレス赤外線データ伝送システムにおいても、その周波数帯において適応信号処理を実行し、光学周波数帯における適応によって無線チャンネルの利点を享受することにより、これまで説明した一般的な信号処理法を、さらに発展させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的のために、独立請求項において、発明的な解決がなされている。有利な実施形態は従属請求項において示され、次の発明の説明において、より詳細に説明される。
【００１１】
本発明は、屋内の固定送信機と移動受信機との間の予め決められた周波数を持つ赤外線光を含んだ光学伝送チャンネルであって、無指向で双方向動作可能な光学伝送チャンネルを備えたワイヤレス赤外線伝送システムにおいて、予め決められた信号強度を持つデータ信号を伝送するための一般的な動的データレート適応信号処理方法であって、以下の特徴を有する。
【００１２】
・電気的データ信号は、パラレルなＮ個のデータ信号ストリームに分割されるとともに、異なるサブキャリア周波数を持った直交する複数の電気的サブキャリアに割り当てられる。
【００１３】
・現在伝送されている上記データ信号ストリームのデータレートは、変調形式とデータ伝送レートとを、上記電気的サブキャリアごとに当該電気的サブキャリアの伝送品質、及び、安全に関連した条項に準拠して、当該電気的サブキャリアに分配された光学信号強度に応じて選択することによって決定される。
【００１４】
・送信される赤外線光の強度は、パラレルシリアル変換の後、選択された上記変調方式に従って直接変調される。
【００１５】
・シリアル伝送された光信号は、受信機側において、ベースバンドで直接検出される。
【００１６】
・パラレルなＮ個の電気的データ信号ストリームが復調される。
【００１７】
・各電気データ信号ストリームは別々に処理される。
【００１８】
・最も低いサブキャリア周波数を持つサブキャリアは、各サブキャリアを用いて現在伝送されているデータレートの適応決定を目的として各サブキャリアの現在の伝送品質に関する制御情報を伝送するために、受信機側から送信機側へのバックチャンネルとして常に使用される。
【００１９】
本発明に係るデータレート適応信号処理方法は、各サブキャリアにおける現在の伝送レートを動的に検出する機能を備えており、複雑な光学機器および電気機器を使用しない単純な光学伝送システムによって、周波数帯で伝送を最適化するデータ処理を可能とする。信号処理によって、伝送チャンネルにおいて双方向動作可能な伝送が改善される。直交電気サブキャリアは周波数帯において多重化される。データ信号の変調とそれに対応する復調とは、２つのステップを経て実行される。送信機側において、最初に電気変調が実行され、次に光学変調が実行される。受信機側において、復調は逆の順序で実行される。さらに、符号化されていない伝送を考慮するので、サブキャリアの適応符号化が実行される。チャンネルが備える伝送能力は効率的に使用される。すなわち、良好な伝送条件の下において、高いデータレートでデータが伝送され、伝送条件が不良の場合、データレートが低くなる。
【００２０】
結果は、高いサービスの品質（ＱｏＳ）を備えた、費用対効果の点で最適化された光学伝送チャンネルになる。
【００２１】
本発明に係る方法において、バックチャンネルが、伝送が保障された最も低いサブキャリア周波数を持つ電気サブキャリアに永久に変更される。このようにバックチャンネルに割り当てることで、システムから継続的に容易に確認できる形のフィードバックを保証することができる。バックチャンネルが意図的に遮断された場合、突然の信号伝送の悪化により、適応の失敗がすぐに明らかになる。従って、適応システムの有効性はすぐに明らかになる。バックチャンネルのアナライザーは、伝送チャンネルが変化するときに、どのように制御情報が変化するかを検出することができる。
【００２２】
（実正数の値の光強度をもった）赤外線チャンネルを用いて、ワイヤレス接続においてマルチパス伝播を解決することが、本発明に係る方法の目的である。従って、既知の伝送方法と比べると、伝送される光信号の条件を悪化させる。Ｎ個の並列なサブキャリアに分割することにより、サブキャリアあたりの伝送レートは低下し、低帯域幅と等しくなる。
それによってシンボル間干渉の影響は軽減され、単純な信号処理のみ実行されればよいという明確な効果が受信機側にもたらされる。本発明に係る説明に関する詳細事項は、具体的な説明の項において説明されている。
またここには、実際の動作条件下（瞬間的なチャンネルノイズ、許容可能な最大光学信号強度、許容可能なＢＥＲ）においてビットローディングアルゴリズムに従って各サブキャリアに対して実際に変調方式を選択することに関連する信号処理法の実施形態に関する説明も含まれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係るデータレート適応信号処理方法は、以下において略図と共に説明される。
【００２４】
図１は、赤外線データ伝送システムを備えた小さなオフィスを描いている。
【００２５】
図２は、様々なＫファクターに対する周波数に依存する赤外線チャンネル応答の図を示している。
【００２６】
図３は、異なる範囲と受信機の向きとに対するＫファクター分布図を示している。
【００２７】
図４は、データレート適応信号処理方法のブロック図を描いている。
【００２８】
図５は、異なるチャンネル状態に対する光強度分布図を示している。
【００２９】
図６は、Ｋファクターに応じた最大可能データレートの図を示している。
【００３０】
図７は、異なる変調形式に対するＢＥＲ図を示している。
【００３１】
図８は、チャンネル状態に応じたチャンネル容量の図を描いている。
【００３２】
図９Ａは、ＩＲチャンネルに対するＯＰＣ図を示している。
【００３３】
図９Ｂは、ＤＳＬチャンネルに対するＯＰＣ図を示している。
【００３４】
図１０は、二段階ビットローディングアルゴリズムに対する様々なビット分布の例を描いている。
【００３５】
図１１は、最適ビットローディングアルゴリズムのフローチャートを示している。
【００３６】
ワイヤレス赤外線伝送システムの基本的な適応例が、図１に小さなオフィスという形で示されている。送信機Ｔxは、天井の中心に配置されている。受信機Ｒxは、例えば机の上など好きなところに、送信機Ｔxとの見通し線の方向に向けて配置することができる。そのように配置して無指向伝送チャンネルを構成することで、送信機Ｔxと受信機Ｒxとの間に、有指向通信接続に加えて拡散通信接続が可能になる。受信機と送信機の間に有指向通信接続が存在する場合、見通し線は通信に使用される。有指向接続が遮断された場合には、低いデータレートで拡散接続が継続する。そのような無指向性の見通し線において、赤外線チャンネルの伝送関数は、以下のようになる。
【００３７】
【数１】
2008547293.tif 000003
【００３８】
ここで、ηLOSは変調周波数ｆと独立なパス振幅減衰に関する見通し線の部分である。また、Ｈdiff（ｆ）は室内における分散反射の部分であり、一次ローパス関数を用いて計算できる。チャンネル応答は、見通し線と分散信号との間の出力比に依存する周波数帯域において高いダイナミクスを持つことが認められる。この依存性は、Ｋファクターを用いて、ｄＢの単位を使用して、以下のように定量化される。
【００３９】
【数２】
2008547293.tif 000004
【００４０】
ここでηdiffはパス振幅減衰に関する拡散接続の分布である。
【００４１】
図２には、図１のオフィスにおける、周波数とＫファクターとを変数としてもつチャンネルダイナミクスが描かれている。この図は、様々なＫファクターにおける、伝送周波数に対する対数スケールの標準化されたチャンネル振幅の振る舞いを示している。見通し線が遮断される、もしくは、見通し線の品質がとても悪い場合、チャンネル応答はローパスに近似し、チャンネルの帯域幅は低くなる。見通し線が改善すると、チャンネル応答は、十分大きなＫファクターに対して滑らかになるまで大きく変化し、帯域幅は拡散の場合よりも大きくなる。
【００４２】
図１のシナリオは、Ｋファクターの値が実時間の周囲環境条件で維持されるように、選択される。図３には、送信機Ｔxにおけるランバートの放射輝度指数ｍの３つの異なる値について、室内におけるＫファクターの分布が描かれている。ここで、ランバートの放射輝度指数は、以下の式を用いて表わされるビーム幅を決定し、見通し線が遮断されていない場合に、見通し線の範囲を制限する。
【００４３】
【数３】
2008547293.tif 000005
【００４４】
図３は送信機Ｔxと受信機Ｒxとの間の水平距離ｒ、および、受信側の指向角Ψに応じた、Ｋファクターの値の振る舞いを示している。送信機Ｔxをより良い方向に向けることで（ｍの値がより大きくなる）、Ｋファクターの範囲は大きくなるが、潜在的な見通し線の範囲は小さくなり、確実に室内をカバーするには複数の送信機が必要となることがわかる。図３においても、ｍ＝１の下において、適度な指向性をもつ伝送チャンネルにおいて、伝送状態の悪化は、部屋の隅においてのみ起こることがわかる。しかし、本発明に係る方法を使用することにより、拡散チャンネルよりも高いデータレートを実現することができる。Ｋファクターの増加は、より強い指向性をもった送信機Ｔxにおいて、即座に発生する。同時に、受信機Ｒxに対する指向角度は、送信機Ｔxへの距離よりも重要である。
【００４５】
本発明に係る信号処理方法の基本的なブロック図は、図４に描かれている。図１に従って、天井に固定された送信機Ｔxと移動受信機Ｒxとの通信が想定されている。電気的データ信号ｄａｔａが、送信機ＴxにおいてパラレルなＮ個のストリームに分割され、その後ストリームは適切な方法を用いて対応するＮ個のサブキャリアに変調される。各サブキャリアの理想的な変調形式は、受信機Ｒxから送信機ＴxへのアップリンクにおいてバックチャンネルRCを経由して低いレートでサブキャリア毎の変調符号ベクトルという形を用いて送信される制御情報に従って選択される。ＢＰＳＫ, ＱＰＳＫ, ＯＯＫ, ＬＰＰＭといった光信号伝送に用いられる様々な変調方式は、先行技術において知られている。伝送されるデータシンボルは、適応一次変調（ＡＰＭ）の後、デジタル信号処理ＤＭＴＭによって生成される。ＤＭＴ変調は、導体境界の電気伝送チャンネルに関する先行技術でよく知られている。光伝送チャンネルにおいて、ＤＭＴが光源ＬＤの直接変調に使用される。その前に、光源ＬＤを正確に処理するために、共通コンポーネントＤＣは、追加の機能ブロックにおいて処理された信号に追加される。変調された光信号は、光伝送チャンネルＩＲＷＣと雑音の原因になる自然環境光との影響を受けた後、移動受信機Ｒxに到達する。受信機Ｒxにおいて、光ダイオードＰＣを用いた直接信号検出が最初に行われ、その後、共通コンポーネントＤＣが除去され、ＤＣＢ、ＤＭＴ変調、およびＤＭＴＤが実施される。さらにＮ個のサブキャリアは個別に処理される。各サブキャリアにおけるチャンネル推定ＣＥのために、信号容量の一部が減少する。その後データは等価ＥＱされる。これはチャンネル係数の逆数を乗ずることにより得られる。チャンネル推定と信号調整を行う他の方法は、一般的に十分に先行技術において知られている。さらに、現在のチャンネルの状態に応じて、サブキャリア毎に最適な変調方式のために電流ベクトルが生成され、バックチャンネルＲＣを経由して送信機Ｔxに送信される。これに関して、ベクトルは次のように生成される。データ当価ＥＱは、変調形式とアルファベットサイズとを決定する配置条件を参照し、各サブキャリアに対する信号強度の分散とビット数とを定義するために適切なビットローディングスキームが実装されるという基準で、ＳＮ比あるいは雑音増幅のベクトルを生成する。これに関しても様々なビットローディングの方法が先行技術において知られている。より多くの情報を伝送するために、高い帯域幅効率を持つ変調スキームは、良好なチャンネル減衰特性を持ち、比較的雑音増加の低い、良好なサブキャリアに使用される。逆に品質の悪いサブキャリアは情報をほとんど、または全く伝送しない。しかしチャンネルの品質低下にかかわらず、予め決められたビットエラーレートを持つ伝送は実行される。バックチャンネルＲＣは、適応システムを実現するために必要となるフィードバックを実現するために、伝送に適した最も低いサブキャリアを使用することもある。
【００４６】
最適な強度分散のためにサブキャリアの容量解析は次のように実行される。赤外線システムにおいて、強度変調と直接検出が使用されるという事実から、電気信号のＳＮ比 ＳＮＲは、受信した光強度の平均値の２乗に比例することになる。電気信号のＳＮ比 ＳＮＲは、次の式のように受信機Ｒxにおける電気信号強度Ｐel,Rと電気雑音レベルＮelとの比率によって、次のように定義される。
【００４７】
【数４】
2008547293.tif 000006
【００４８】
ここで、Ｉphは生成された光電子、σ2は雑音バランス、Ｒは受信機の応答性、および｜Ｈ｜はチャンネル周波数応答の振幅であり、一方受信機Ｒxにおける光強度と送信機Ｔxにおける光強度とは、それぞれＰopt,RとＰopt,Tとを用いて表されている。これに関して、赤外線システムにおいて、電気雑音容量の最も主要な要因は、背面光であると仮定されている（９００ｎｍ）。
【００４９】
Ｎ個の直交サブキャリアを持つ赤外線システムは、独立した雑音を示すＮ個の並列に独立したガウスチャンネルを備えたシステムと見ることができる。シャノンの情報理論の公式に基づいた全体のシステム容量（ビット/伝送）は、すべてのサブキャリアの容量の合計から得られる。式（2）を代入すると、以下の式が得られる。
【００５０】
【数５】
2008547293.tif 000007
【００５１】
ここで、Ｐ2opt,T,i、｜Ｈi｜、および、αi＝σ2 Ｒ-2 ｜Ｈi｜-2はそれぞれ、光強度、チャンネル応答の振幅、および、ｉ番目のサブキャリアを表す。ここで、式（3）に従って、光容量の項は２乗されたものであるということに留意することが重要である。これに関して、光チャンネルと無線チャンネルとの間の重要な違いが、容量関数に帰着し、関数内においては対応する項は２乗されない。このことは、次に説明するような特有の電力配電方法を要求する。
【００５２】
赤外線伝送システムは、送信機Ｔxによって伝送される平均総電力ＰTOTの上限を決定する安全規定（目、あるいは肌の保護のため）に依存する。総電力ＰTOTは、最大システム容量が実現されるように、独立したサブキャリアに分配される。ここで、先行技術において既知の最適化の問題が生じるが、ラグランジュ因子によって解決することができる。
【００５３】
数学上の計算において、ベクトルＰ＝（Ｐ1,Ｐ2,..,ＰN）は、ｇ（Ｐ）＝Σni=1Ｐi―ＰTOT＝０の条件の下において、式（3）のＮ変数関数Ｃ（Ｐ）が最大になるように決定することができる。最初にＬ（Ｐ）＝Ｃ（Ｐ）−λ ｇ（Ｐ）のラグランジュ関数が形成される。ここで、ラグランジュ因子に対してλ＝const∈Ｒは真である。最適解は、Ｎ個の等式∂Ｌ（Ｐi）/∂Ｐi＝０,ｉ＝１…Ｎの系から取得することができ、何度かの変換の後、以下の式が導かれる。
【００５４】
【数６】
2008547293.tif 000008
【００５５】
ここで、その他とは、最初の行において述べられたケースを除くすべてのケースを意味する。
【００５６】
３つの異なるチャンネル状態（Ｋファクターが異なる）における最適な電力分配は図５に示される。シミュレーションにおいては、１２８のサブキャリアを３００ＭＨｚの帯域幅において分配させ、（ファクターＭを１００とし、雑音因子を高く想定してｘ＝０．３５とした条件の下において）Ｓi−ＡＰＤは有効全表面ＡR＝３０ｍｍ2を持つと仮定した。光強度条件は、ＰTOT＝ＰTx＝４００ｍＷの強化拡散光源に対する安全規定に従って、９００ｎｍに決定される。（低いＫファクターを持つ）拡散光に近い光、あるいは、拡散光の伝送チャンネルにおいて、信号電力は最初の数個のサブキャリアにのみ分散されるという現象が見られる。チャンネルの振る舞いが改善し、より大きな帯域幅を獲得した場合、次第により多くのサブキャリアが低い電力を獲得して、サブキャリアは伝送に使用される。広いチャンネル応答を持つＫファクターは、すべてのサブキャリアに対して一様な電力分配をもたらす。
【００５７】
赤外線伝送システムの潜在データレートは図６に描かれており、この赤外線伝送システムは、伝送パフォーマンスの３つの異なる値ＰTxに対する、前述の適応信号処理を備えている。比較として、統計的サブキャリアシステムのグラフを示す。ここで統計的サブキャリアシステムは、分散光の伝送チャンネルにより室内全域において伝送の信頼性が保障されている。適応信号処理の長所は、適度なＫファクターの値に対して、データレートが相当に増加する方法を用いて、Ｋファクターが０ｄＢの範囲に到達し、増加するような場合に、容易に見受けられる。Ｋファクターが１５ｄＢに達すると、長所はさらに多くなる。適応信号処理と非適応信号処理との違いは、送信機Ｔxの出力値が大きいほど、特に顕著になる。さらに、図３によるスケーリングにおいて、図１による室内における潜在的なデータレートの最適な分散は図６による結果から得ることができる。このような最適化は、ワイヤレス無線チャンネルにおける容量最大化として知られており、注水原理と呼ばれる。これに関して、容量は以下の式に従って最大化される。
【００５８】
【数７】
2008547293.tif 000009
【００５９】
ここで電力条件の式は、ｇ（Ｐ）＝ΣNi=1Ｐi,el―ＰTOT,el＝０であり、赤外線チャンネルにおいて最大化される容量関数とは相当異なり、線形的に電力に依存する。赤外線チャンネルの容量は、送信機Ｔxにおける電気信号強度の関数として表されるので、無線チャンネルの場合と同様に、注水原理に従って最適な電力分配を実現しようとすることは明らかである。しかし理想的な電力分配は異なって見え、赤外線伝送における注水原理は、光強度の安全規定の制限を受けるので、最適な電力分配をもたらさない。例えば使用するハードウェアが原因で、伝送電力が安全規定を超える場合、注水原理はシステムの容量を最大限利用するが、最大データレートにはならない。従って、赤外線システムにおける光の条件は、正確に考慮される必要がある。そして、赤外線伝送システムで理論上の最大容量を実現するために、サブキャリアの数、適切なビットローディングシステムの選択、変調形式、十分なレベルの変調、及び、適応の程度などに関するシステムパラメータが最適化されなければならない。
【００６０】
本発明に係る方法を用いることにより、サブキャリアに全光伝送電力を賢く分配することによって、ワイヤレス赤外線データ伝送システムの伝送容量は最大化される。しかしながら、これに関して、電力分配は、継続的に、情報量が極小であるという仮定の下、変調形式を考慮せずに、行われる。さらに、伝送チャンネルにおいて、伝送中にエラーが起こらないことを仮定している。しかし実際には情報はビットで表現される。加えて伝送チャンネルは干渉の影響を受けやすい。チャンネルのダイナミクスによって、各サブキャリアは、受信機において特定の均等なチャンネルノイズを受け、伝送される信号を歪め、復調プロセスにおいて、誤りを引き起こす可能性がある。従って、伝送システムにおける実際の干渉による影響を考慮するために、例えば受信機における最大許容エラー率（ビット誤り率（ＢＥＲ））を決定することにより、実際に保障される伝送品質（サービスの品質（ＱｏＳ））が定義される。
【００６１】
従って、本発明に係る動的データレート適応信号処理方法によって理論上理想のケースにおいて実際に達成できる最大伝送容量は、実際の実施環境に基づく演繹によってのみ達成することができる。実際の利用において、利用可能な最適な伝送能力は、徐々にしか分配できない。チャンネルノイズが増加した場合、サービスの品質（ＱｏＳ）を保証するために、シンボル性能が増加する、あるいは、シンボルの複雑さが減少する。しかし、赤外線システムは、安全上の理由により光伝送性能の制限を受けるので、シンボル性能は増加しないことがある。このため、変調フォーマットとデータレートとは、現在発生している雑音に応じた各単一サブキャリアに対する干渉の影響を仮定して、実際のケースにおいて、調整がされる。変調形式の選択により、シンボル配置の複雑さが決定される。これに関して、各シンボル配置は、予め決められたＢＥＲで転送可能にするために、受信機側に特定の電気信号の信号対雑音距離を必要とする。図７において、異なるオーダーの変調形式における様々なＢＥＲ曲線が、ＳＮＲをパラメータとしてプロットされている。これらのことは、標準的な文献の情報から知ることができる。ＤＭＴベースのシステムにおいて、Ｍ−ＰＰＭシンボルは、同一サブキャリアのＭ−ＤＭＴシンボル上において伝送され、最小ブロック長を決定する。適応伝送システムにおいて、良好なチャンネル係数を持ったサブキャリア（より複雑な変調形式が選択される）は、劣ったチャンネル係数を持ったサブキャリア（あまり複雑でない変調形式が選択される）よりも多くの情報を伝送する。
【００６２】
本発明に係る信号処理方法を使用して、実環境において伝送チャンネルにおけるデータレートを最大化するために、いくつかの特定のビットローディングアルゴリズムが使用される。これらのビットローディングアルゴリズムは、予め決められた集合からシンボル配置を選択し、性能の限界および干渉による影響を考慮して、データレートの最大化をもたらす。しかし、これらのビットローディングアルゴリズムは、理論的に最適な電力分配を考慮にいれているわけではない。離散的な情報割り当てのため、ビットローディングアルゴリズムは、利用可能な全電力を完全に使用できない。そのため、一部の電力は使用されないままとなる。有線のＤＳＬシステムにおいて、Krongoldによるビットローディングアルゴリズムが非特許文献１０において開示されている。Krongoldのアルゴリズムは、全体のシステムスループットを表す段階的な離散関数を最大化するために、ラグランジュ乗法を使用している。有線のシステムにおいて、電気信号のＳＮ比と電気信号の性能とは、互いに線形的に依存している。この有線のＤＳＬシステムに最適化されたビットローディングアルゴリズムは、本発明に係るワイヤレス赤外線データ伝送システムにおける信号処理方法に適用される。
【００６３】
ここで、電気信号のＳＮＲと光の性能とは、互いに２乗した値が依存すること、および、チャンネル性能が低い時には、効率的なＰＰＭ技術（図７参照）が特に必要とされることを考慮にいれなければならない。図８は、屋内赤外線システムの実際のチャンネル状態に応じて理論上達成できる総データレートとして、チャンネル容量Ｃの図を示している。また、実際のチャンネル状態はＫファクターを使用して記述される。ここでＫファクターは、室内における送信機と受信機との予め決められた配置における、見通し線（ＬＯＳ）と分散成分との比から得ることができる。変調方式の選択のために、曲線Ｃを十分にリトレースすることが可能であるべきである。しかし実際のケースにおいて、情報の量子化のために、電力がサブキャリアに離散的に分散されるので、これらの条件を満たすような変調方式を見つけることができない。むしろ、チャンネル状態が悪い、すなわち、Ｋファクターの値が低い領域において、ＰＰＭ変調形式は、容量曲線Ｃに従い、相対的に低い伝送容量Ｃから一定になる（ＰＰＭ曲線）。
【００６４】
ＱＡＭ変調方式は、良好なチャンネルに対して非常に適している。ＱＡＭ変調方式はＰＰＭ変調方式と共通する部分があり、状態の劣ったチャンネルにおいては、０になる（ＱＡＭ曲線）。品質の悪いチャンネルに、複雑な変調形式が使用されると、伝送の中断を引き起こす。そして品質の良いチャンネルに、複雑でない変調フォーマットが使用されると、チャンネルの中断が起き、本来可能なデータレートよりも低いデータレートで伝送がされる。従って、この方法において、複数の適切な変調形式を同時に使用することが、明らかである。
【００６５】
【表１】
2008547293.tif 000010
【００６６】
上の表は、スペクトル効率Ｒi （ｉ番目のサブキャリア上に伝送されるＤＭＴシンボルあたりのビット数）、および、様々な変調形式ＭＦに対して必要となる、ＢＥＲを１０-6と仮定したときのＳＮＲ値をｄＢで表わしたものを示している。品質の劣るチャンネルほど、ＰＰＭ変調形式（ＱＰＳＫ = ４ＱＡＭ）が適しており、品質の良好なチャンネルほど、ＱＡＭ変調方式が特にふさわしいことがわかる（注：ＢＰＳＫ変調方式の性質は、ＱＡＭ変調方式と関連があるのでここに挙げられている）。選ばれた順序に従って、単位シンボルあたり、２ビットから始まる任意の数のビットが、ＱＡＭ変調方式で伝送される。ＰＰＭ変調方式は、ＱＡＭ変調方式と全く異なり、単位ＤＭＴシンボルあたり分数ビットの伝送が考慮されている。従って、複数のＭＤＭＴシンボル上にひとつのＭ−ＰＰＭシンボルが伝送されるというケースがあり得る。
【００６７】
図９Ａにおいて、雑音が単一化されている条件の下（単一雑音＝１）において、表１の値が、必要となる光性能の上に示されている。個々の点を結んで得られる曲線が、動作中における伝送システムの性質を示している。赤外線伝送システムにおいて、電気信号のＳＮＲと光強度は２乗した値が互いに依存しているので、これはスペクトル効率とＳＮＲ値の平方根の比率を示している。
【００６８】
さらに比較として、図９Ｂは、有線ＤＳＬに理想的なKrongoldアルゴリズムのＯＰＣを示している。ＯＰＣは等距離面と共に、凹型の移動を示している。他方で、赤外線のＯＰＣはくぼんでおらず、等距離面をもっていない。ＤＳＬシステムにおけるKrongoldアルゴリズムは理想的な結果を得るので、赤外線システムにおいて理想的なＯＰＣは、凹面をなし、等距離面を持つという結論が導かれる。また、赤外線システムの場合、全く異なる変調形式ＰＰＭとＱＡＭとを考慮にいれなければならない（Krongoldは異なるオーダーでただひとつの形式を使用している）。赤外線システムにおいて、Krongoldのビットローディングアルゴリズムは、理想的な基準を満たすことにより、すなわち、次の２つの異なるステップにおいて実行される。
【００６９】
具体的に変調形式を選択するビットローディング法の実現は、第１ステップＡにおいてＱＡＭ変調形式のみ、第２ステップＢにおいて、ＰＰＭ変調形式のみが使用されるような方法を用いて構成される。双方のステップにおいて、他の変調方式を使用する可能性は考慮されない。一方の変調形式を利用してすでに検出されているサブキャリアは、より効率良く全電力を再配分するために、使用電力の小さい部分で、すべてのサブキャリアを割り当てた後には、考慮されない。
【００７０】
次のように二段階ビットローディングアルゴリズムを使用して、本発明に係る信号処理方法を継続したのち、実運用環境において、光電力分配とビット分配とが行われる：
ＱＡＭ変調方式を利用したステップＡ：このステップにおいて、サブキャリアに十分に光信号電力が存在する状態において、Ｎ個のサブキャリアの集合［０，２，４，６］からシンボル配置を選択する。
【００７１】
ＰＰＭ変調方式を利用したステップＢ：このステップにおいて、ステップＡを実行後にまだ残っている光信号電力を利用して、存在している光電力が非常に少ないために使用されていないサブキャリアの集合［０，１／４，１／２］からシンボル配置を選択する。
【００７２】
二段階ビットローディングアルゴリズムにおいて、双方の変調方式は、互いに完全に独立しているものとみなされる。｛ＮQAM｝＝｛Ｎ｝（Ｎは数だけでなく、サブキャリアの集合を表わすことを、この括弧は示している）、および、光性能に関して、ＰQAM＝ＰTOTと仮定する。最初に、エネルギー的に利用可能なすべてのサブキャリアがＱＡＭ変調方式により占有され、次に、まだ残っているエネルギー値が高くないサブキャリアが、ＰＰＭ変調方式を用いて変調される。このため、複雑さのオーダーの低いサブキャリアへの配分であって、複雑さのオーダーの高いいくつかのサブキャリアを占有するよりも必要とする電力が小さい配分は、最大データレートを実現するビット配分として考慮されない。（図１０を参照。ケースａは二段階ビットローディングアルゴリズムを使用して実現される。ケースｂとケースｃとは、より有利な性能分配を可能にし、より高い伝送レートを実現できるが、これらは考慮されていない）。そのようなケースを考慮に入れるために、ＱＡＭ変調方式を用いて達成できる最大データレートを最低限維持しながら、異なるオーダーのＱＡＭあるいはＰＰＭ変調形式をもつサブキャリアを占有することを、考慮に入れる必要がある。予め定められたＰＰＭあるいはＱＡＭ法のシンボル配置の集合から、個々のサブキャリアに適したシンボル配置を選択するときに、光電力の分配に関するこの選択の結果が実条件の下で考慮される。
【００７３】
実条件の下でサブキャリアにおけるビット分配、および電力分配のためのビットローディングアルゴリズムを実装することにより、本発明による信号処理方法の継続が、ステップＡおよびステップＢにおいて選択されたシステム配置が、光信号電力の利用度、および、各サブキャリアへの後者の配分に与える影響の検査を提供する。これは、光電力を最大限利用することにより離散分布が検出されるまで、ＰＰＭ変調形式を用いたステップＡからはじまるサブキャリアの変調、および、得られる光信号性能の再配分の検出により、実行される。ここで、ステップＡで達成されるデータレートは、異なるオーダーのＱＡＭ変調方式を選択することにより、それぞれ得られ、残りのサブキャリアに分配される。二段階ビットローディングアルゴリズムと比較して、赤外線システムにおいて理想的な性能分布を示すことから、このアルゴリズムは理想的ビットローディングアルゴリズムと呼ばれる。
【００７４】
これに関して、｛ＮQAM｝＋｛ＮPPM｝＝｛Ｎ｝およびＰQAM＋ＰPPM＝ＰTOTが仮定されている。２つのパラメータＮQAMおよびＰQAMがわかっていれば、パラメータＮPPMおよびＰPPMの値が得られる。必要となる反復計算で、ベクトルＶは最適ビットローディングアルゴリズムの各サイクルにおいて、計算される。このベクトルは双方の変調方式に関するすべての中間および最終結果を構成し、解行列のサイズは２Ｎとなり、サブキャリアにＮ列、および、サブキャリアあたりのスペクトル効率および性能に２行を構成している。
【００７５】
最適ビットローディングアルゴリズムには外部ループと内部ループとがある。外部ループにおいて許容電力が、内部ループにおいてＱＡＭ変調方式のサブキャリアが、パラメータとして定められる。内部ループにおいて、最初に、前提となる各ＰQAMに対し、ＱＡＭまたはＰＰＭ変調を利用してサブキャリアへの最適な配分が実行される。これに関して、
ＰQAM＝ＰTOTの仮定の下に反復計算が開始される。内部ループにおいて、サイクルごとに計算結果は次第に減少し、新しく各ベクトルＶが計算される。ここで、すべての出力の大きいチャンネルに対してはＱＡＭ変調方式を選択し、残りのすべてのチャンネルに対してはＰＰＭ変調方式を選択した後、上で説明した二段階ビットローディングアルゴリズムに従って、最初に各ベクトルが計算される。検出されたベクトルは、ＱＡＭ変調方式を用いて実現したデータ伝送レートを維持することにより、さらにもうひとつのサブキャリアがＰＰＭ変調方式で占有されるように、各反復サイクルにおいて、次第に再配布される。新しいベクトルで、現在より高いデータレートを実現できる、あるいは、現在より低い必要電力で現在のデータ伝送レートが実現できることがわかった場合、このベクトルを用いて、その後のサイクルが開始される。新しく計算されたベクトルが以前のベクトルよりもよくない場合には、最初に計算されたベクトルが最終結果として使用され、反復が終了する。最大のデータレートを実現し、なおかつ、使用されない利用可能な残りの光電力が最小になるように、すべてのサブキャリアに対してビット分配および電力分配が理想的であることが、反復計算によって示される場合のみ、選択された変調方法の個々のシンボル配置が最終的に使用され、ＱＡＭ変調方式で占有されたサブキャリアの全電力の計算と共に、外部ループが終了する。上で説明した最適ビットローディングアルゴリズムのフローチャートが、図１１に描かれている。
【００７６】
しかし、二段階ビットローディングアルゴリズムと最適ビットローディングアルゴリズムの比較によると、二段階アルゴリズムが実際により満足できる結果を残している。それに加えて、最適ビットローディングアルゴリズムは比較的長い計算時間を必要とするが、二段階アルゴリズムには実時間で実行できるという大きな長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は赤外線データ伝送システムを備えた小さなオフィスを描いた図である。
【図２】図２は様々なＫファクターに対する周波数に依存する赤外線チャンネル応答の図である。
【図３】図３は異なる範囲と受信機の向きとに対するＫファクター分布図である。
【図４】図４はデータレート適応信号処理方法のブロック図である。
【図５】図５は異なるチャンネル状態に対する光強度分布図である。
【図６】図６はＫファクターに応じた最大可能データレートの図である。
【図７】図７は異なる変調形式に対するＢＥＲ図である。
【図８】図８はチャンネル状態に応じたチャンネル容量の図である。
【図９Ａ】図９ＡはＩＲチャンネルに対するＯＰＣ図である。
【図９Ｂ】図９ＢはＤＳＬチャンネルに対するＯＰＣ図である。
【図１０】図１０は二段階ビットローディングアルゴリズムに対する様々なビット分布の例を描いた図である。
【図１１】図１１は最適ビットローディングアルゴリズムのフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
【００７８】
ＡＰＭ     適応一次変調
ＣＥ       チャンネル推定
ｄａｔａ   電気的データ信号
ＤＣ       共通コンポーネント
ＤＣＢ     共通コンポーネントの除去
ＤＭＴＤ   ＤＭＴ復調
ＤＭＴＭ   デジタル信号処理（ＤＭＴ変調）
ＥＱ       データ等価
ＩＲＷＣ   光伝送チャンネル
ＬＤ       光源
Ｎ         サブキャリアの数
Ｐ         信号電力
ＰＤ       光ダイオード
ＲＣ       バックチャンネル
Ｒx        移動受信機
Ｔx        固定送信機
【図１】
2008547293.tif 000011
【図２】
2008547293.tif 000012
【図３】
2008547293.tif 000013
【図４】
2008547293.tif 000014
【図５】
2008547293.tif 000015
【図６】
2008547293.tif 000016
【図７】
2008547293.tif 000017
【図８】
2008547293.tif 000018
【図９Ａ】
2008547293.tif 000019
【図９Ｂ】
2008547293.tif 000020
【図１０】
2008547293.tif 000021
【図１１】
2008547293.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月25日(2008.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された送信機から移動可能な受信機へ、または、移動可能な受信機から固定された送信機へデータ信号を伝送する方法であって、
電気的な第１のデータ信号をＮ個のパラレルデータ信号ストリームに変換する工程と、
上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を異なる周波数を持つ直交する電気的なサブキャリアに変調する工程と、
上記複数のパラレルデータ信号ストリームを電気的な第２のシリアルデータ信号ストリームに変換する工程と、
上記第２のシリアルデータ信号ストリームを使用して赤外線光源の強度を変調する工程と、
受信機を使用して上記赤外線光源からの光信号を受信し、上記光信号を上記第２のシリアルデータ信号ストリームに変換する工程と、
上記第２のシリアルデータ信号ストリームから上記Ｎ個のパラレルデータ信号ストリームを復調する工程であって、上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を個別に処理する工程と、
上記受信機から上記送信機へのバックチャンネルとして少なくともひとつのサブキャリアを使用して各サブキャリアの現在の伝送品質、および、データ伝送レートに関する制御情報を伝送する工程と、
上記複数のパラレルデータ信号ストリームを介して送信されるデータ量と、上記直交する電気的なサブキャリアの各々の変調方式とを、各サブキャリアの伝送品質に従って適応させる工程と、を含んでいる、
方法。
【請求項２】
上記複数のパラレルデータ信号ストリームから上記第２のシリアルデータ信号ストリームへの変換は、ＤＭＴ変調を用いて行われる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第２のシリアルデータ信号ストリームから上記Ｎ個のパラレルデータ信号ストリームへの復調がＤＭＴ復調を用いて行われるように、上記受信機が構成されている、
請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各サブキャリアの現在の伝送品質、および、データ伝送レートに関する制御情報を伝送するための上記受信機から上記送信機へのバックチャンネルとして、最低のサブキャリア周波数をもつサブキャリアを定期的に使用する、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
各サブキャリアの現在の伝送品質、および、データ伝送レートに関する制御情報には、上記受信機において上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を処理するために使用される等価器により推定された信号対雑音比が含まれている、
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
上記複数のパラレルデータ信号ストリームを介して送信されるデータ量を適応させる工程は、
十分な光信号電力を有するＮ個の上記サブキャリアの部分集合にＱＡＭ変調方式を割り当てる工程であって、上記ＱＡＭ変調方式が集合［０，２，４，６］からシンボル配置を選択する工程と、
ＱＡＭ変調を割り当てた後に使用されていないサブキャリアにＰＰＭ変調方式を割り当てる工程であって、上記ＰＰＭ変調方式が集合［０，１／４，１／２］からシンボル配置を選択する工程と、を含む二段階ビットローディングアルゴリズムによって行われる、
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
最小光電力を用いて予め決められたデータ伝送レートを実現するまで、あるいは、予め決められた光電力を用いて最大データ伝送レートを実現するまで、データ伝送レートを維持しながらＰＰＭ変調方式を用いてもうひとつのサブキャリアを常に変調すると同時に得られる光信号の再配分を検出することにより、ＱＡＭまたはＰＰＭ変調割当を選択することにより得られる選択された上記シンボル配置が、利用可能な上記光信号電力の利用度に与える影響を試験する、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
固定された送信機と、移動可能な受信機とを備え、上記固定された送信機から上記移動可能な受信機へ、または上記移動可能な受信機から上記固定された送信機へデータ信号を伝送するシステムであって、
上記固定された送信機は、
電気的な第１のデータ信号を受信し、上記第１のデータ信号をＮ個のパラレルデータ信号ストリームに分割し、上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を直交する電気的なサブキャリアに変調するように構成され、
上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を介して送信されるデータ量、及び、直交する電気的な上記サブキャリアの各々の変調方法が、上記サブキャリアの各々の伝送品質に従って適応し、さらに上記複数のパラレルデータ信号ストリームを電気的な第２のシリアルデータ信号ストリームに変換するように構成され、
上記第２のシリアルデータ信号ストリームを使用して赤外線光源の強度を変調し、さらに各サブキャリアの現在のデータ伝送品質およびデータ伝送レートに関する制御情報を受信するための受信機を備えており、
上記移動可能な受信機は、
上記赤外線光源からの光信号を受信し、上記光信号を上記第２のシリアルデータ信号ストリームに変換するように構成され、
上記Ｎ個のパラレルデータ信号ストリームを上記第２のシリアルデータ信号ストリームから復調するように構成され、
上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を個別に処理することができ、
さらに、少なくともひとつのサブキャリアをバックチャンネルとして使用して、各サブキャリアの現在の伝送品質及びデータ伝送レートに関する制御情報を伝送するための送信機を備えている、
システム。
【請求項９】
上記複数のパラレルデータ信号ストリームから上記第２のシリアルデータ信号ストリームへの変換がＤＭＴ変調を用いて行われるように、上記送信機が構成されている、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
上記受信機から上記送信機へのバックチャンネルとして、最低のサブキャリア周波数をもった上記サブキャリアを上記受信機が使用するように構成されている、
請求項８または請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
上記受信機は、上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を処理するために使用する等価器を備えており、各サブキャリアの現在の伝送品質およびデータ伝送レートに関する制御情報を集めるように構成されている、
請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
電気的な第１のデータ信号を受信し、上記第１のデータ信号をＮ個のパラレルデータ信号ストリームに分割し、上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を直交する電気的なサブキャリアに変調するように構成され、
上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を介して送信されるデータ量、及び、直交する電気的な上記サブキャリアの各々の変調方法が、上記サブキャリアの各々の伝送品質に従って適応し、さらに上記複数のパラレルデータ信号ストリームを電気的な第２のシリアルデータ信号ストリームに変換するように構成され、
上記第２のシリアルデータ信号ストリームを使用して赤外線光源の強度を変調し、さらに各サブキャリアの現在の伝送品質およびデータ伝送レートに関する制御情報を受信するための受信機を備えた、
固定された送信機。
【請求項１３】
上記複数のパラレルデータ信号ストリームから第２のシリアルデータ信号ストリームへの変換が、ＤＭＴ変調を用いて行われるように上記送信機が構成された、
請求項１２に記載の送信機。
【請求項１４】
上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を介して送信されるデータ量を、二段階ビットローディングアルゴリズムを用いて適応させるように設定された上記送信機であって、
上記二段階ビットローディングアルゴリズムが、
十分な光信号電力を有するＮ個の上記サブキャリアの部分集合にＱＡＭ変調方式を割り当てる工程であって、上記ＱＡＭ変調方式が集合［０，２，４，６］からシンボル配置を選択する工程と、
ＱＡＭ変調を割り当てた後に使用されていないサブキャリアにＰＰＭ変調方式を割り当てる工程であって、上記ＰＰＭ変調方式が集合［０，１／４，１／２］からシンボル配置を選択する工程と、を含んでいる、
請求項１２または請求項１３に記載の送信機。
【請求項１５】
最小光電力を用いて予め決められたデータ伝送レートを実現するまで、あるいは、予め決められた光電力を用いて最大データ伝送レートを実現するまで、データ伝送レートを維持しながらＰＰＭ変調方式を用いてもうひとつのサブキャリアを常に変調すると同時に得られる光信号の再配分を検出することにより、ＱＡＭまたはＰＰＭ変調割当を選択することにより得られる選択された上記シンボル配置が、利用可能な上記光信号電力の利用度に与える影響を試験するように構成された、
請求項１４に記載の送信機。
【請求項１６】
上記赤外線光源からの光信号を受信し、上記光信号を上記第２のシリアルデータ信号ストリームに変換するように構成され、
上記Ｎ個のパラレルデータ信号ストリームを上記第２のシリアルデータ信号ストリームから復調するように構成され、
上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を個別に処理することができ、少なくともひとつのサブキャリアをバックチャンネルとして使用して、各サブキャリアの現在の伝送品質及びデータ伝送レートに関する制御情報を伝送するための送信機を備えた、
移動可能な受信機。
【請求項１７】
上記第２のシリアルデータ信号ストリームから上記Ｎ個のパラレルデータ信号ストリームへの復調はＤＭＴ復調を用いて行われるように構成された、
請求項１６に記載の受信機。
【請求項１８】
上記受信機から上記送信機へのバックチャンネルとして、最低のサブキャリア周波数をもった上記サブキャリアを使用するように構成された、
請求項１６または請求項１７に記載の受信機。
【請求項１９】
上記複数のパラレルデータ信号ストリームの各々を処理するために使用する等価器を備えており、
各サブキャリアの現在の伝送品質およびデータ伝送レートに関する制御情報を集めるように構成されている、
請求項１６から請求項１８までのいずれか１項に記載の受信機。
【国際調査報告】
2008547293.tif 000023
2008547293.tif 000024
2008547293.tif 000025
2008547293.tif 000026