(57)【要約】  本発明は、電気ネットワークによる信号伝送においてスペクトルのボイドを設ける方法に関する。本発明にかかる方法は、適正なパワースペクトル密度での電気ネットワークを介した信号伝送を可能にする。パワースペクトル密度は、効率的な手法に基づき、所定の規定に適合するように調整され、当該伝送においてスペクトルのボイドが導入される。本発明は、上述したボイドを生成するため、１つもしくは複数のＯＦＤＭ信号キャリアを調整すること、少なくとも１０２４ポイントのＩＤＦＴ（ＩＤＦＴが複素数の場合）もしくは少なくとも２０４８ポイントのＩＤＦＴ（ＩＤＦＴが実数の場合）を使用すること、ならびに、伝送するシンボルを時間に沿って積算するウィンドウを使用すること、を特徴とする。
2008503126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ネットワークによる信号伝送においてスペクトルのボイドを設ける方法であって、
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いて信号を送信するステップを有し、
通信ノードは、送信器と、循環的プレフィックスを付与する手段と、ＯＦＤＭのシンボルの周波数を時間に変換する手段とを備え、
−キャリアの減衰もしくは除去のいずれかの処理により、１つもしくは複数のＯＦＤＭ信号キャリアのパワーを調整するステップと、
−前記信号を周波数領域から時間領域の信号へ変換する逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を、前記ＩＤＦＴが複素形式の場合には少なくとも１０２４ポイント数で、または、前記ＩＤＦＴが実数形式の場合には少なくとも２０４８ポイント数で、適用するステップと、
−循環的プレフィックスを付与し、前記時間領域の前記ＯＦＤＭシンボルをウィンドウと乗算するステップと、を含み、
深さにおいて３０ｄＢを超える急峻なスペクトルのボイドを達成し、同じ周波数帯域を用いる認可事業と干渉しないようにすること、または、
信号伝送におけるパワースペクトル密度に対する要求に準拠すること、の少なくともいずれかを実現する方法。
【請求項２】
前記急峻なスペクトルのボイドを形成するために用いる前記ウィンドウは、立ち上がりコサイン・ウィンドウである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記立ち上がりコサイン・ウィンドウは、最大ロールオフ係数０．２を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ウィンドウは、少なくとも２０４８のサンプル数を有し、
前記サンプルは、前記送信器のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を通される前のデジタルサンプルである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
パワーが調整されるキャリアの数は、形成される前記スペクトルのボイドの位置、幅、および、深さ、ならびに、前記ウィンドウの形状に依存し、
前記スペクトルのボイド内に位置するキャリアのパワーは、隣接するキャリアのパワーと共に、当該伝送に用いるウィンドウの二次ローブの減少の度合いが大きくなるほどに、低く調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スペクトルのボイド内のキャリアで伝送される信号の主ローブ、または、隣接キャリアが有る場合にはそれで伝送される信号の二次ローブについて、前記スペクトルのボイド内を伝送される信号が要求されるパワースペクトル密度よりも小さくなるように、キャリアのパワーが、漸進的に減衰され調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記キャリアのパワーは、前記キャリアのパワーが一切伝送されないように、前記キャリアを除去することで調整されることにより、前記スペクトルのボイド内に位置するキャリアおよび隣接キャリアの多くを除去してパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を前記スペクトルのボイド内を伝送される信号に要求されるよりも低くする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記キャリアの調整は、漸進的減衰、および、除去の少なくともいずれか１つによって実現される、請求項６または７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、明細書に示すように、電気ネットワークを用いて信号伝送する際にスペクトルのボイドを設けるための処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
低および中電圧の電気ネットワークを有する通信手段は、その当初において、遠距離通信用の信号の伝送を予定した手段ではなかった。この手段は、遮蔽されていない手段であり、当該手段において、伝送される信号は、同じ周波数を使用する別のシステムに対し放射され混信することがある。このことは、アマチュア無線愛好家と、無線ナビゲーション、緊急サービス等の他の無線通信サービスとの場合と関連性のある問題である。これらのサービスにおいては、干渉性の低い信号であっても通信を妨害することがある。そのため、それらの周波数におけるパワーの伝送を防止することが格別に重要である。
【０００３】
そのために、多くの国々において、特定の周波数において伝送してもよいパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を制限する法規が実施され、その法規に従い、電気ネットワークによって信号を伝送するには、深いスペクトルのボイドを設ける必要がある。本発明の目的である本方法は、可能な限り高効率に、厳密に必要とする帯域をカバーする、とても深いスペクトルのボイドを設けるための構成を有する。
【０００４】
本方法は、信号を、先述した法制上の理由により課せられる特定のパワーのパターンに、効率的な方法で調整する。これらパワーのパターンは、周波数の範囲として定められることが多く、その範囲においてパワー伝送は厳密に制限される。（例えば、その他の周波数と比べて３０ｄＢ以上低く制限される。）または、禁止されることもある。しかし、技術的な限界もあり、特定のパワースペクトル密度を有する周波数帯域から、異なるパワースペクトル密度を有する別の周波数帯域へ即時的に移行することは不可能である。それ故、スペクトルのボイドに隣接したキャリアのパワーを低減させることなしに、特定の周波数帯域内を伝送中の信号だけを除去することは不可能である。本発明にかかる方法により、上記低減を効率的に行うことが可能である。そのため、本発明においては、スペクトルのボイドを生成することにより影響を被る、スペクトルのボイドに隣接したキャリアの数を最大限に減少させる。
【０００５】
他方において、ウィンドウの概念、ならびに、精密に立ち上げられるコサイン・ウィンドウは、本方法の発明ではなく、本分野における周知技術である。例えば、John G. Proakis の「デジタル・コミュニケーション（Digital Communications）」（マグローヒル（McGraw-Hill publishing company））、Alan V. Oppenheim の「ディスクリート・タイム・シグナル・プロセッシング（Discreet-Time Signal Processing）」（プレンティス・ホール（Prentice Hall publishing company））、および、Richard Van Nee とRamjee Prasad の「ＯＦＤＭ・フォー・ワイヤレス・マルチメディア・コミュニケーション（OFDM for Wireless Multimedia Communications）」（Artech House Publishers company）といった遠距離通信に関する文献にそれらの説明が見られる。最初の文献では、立ち上がりコサイン・ウィンドウを用いて帯域内における信号の限定を行うことについて言及している。（これによりシンボル間の干渉を防止する。）また、最後の文献では、ウィンドウ処理を個々のＯＦＤＭシンボルに適用することで、帯域外の信号スペクトルを低減させる適用について言及している。
【０００６】
本発明は、効率的な方法で帯域内に３０ｄＢ以上のスペクトルのボイドを生成する点に、新規な態様を備える。本態様においては、あるキャリアにより送られるパワーを調整すること、循環的なプレフィックスを備えたＯＦＤＭシンボルのウィンドウを使用すること、本発明の従来技術では減らすことができなかった程度に、アクティブなキャリアの数を適切な数にし、そして、適当なサイズのＩＤＦＴを使用すること、を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、明細書に示すように、電気ネットワークを用いて信号伝送する際にスペクトルのボイドを設けるための処理に関する。スペクトルのボイドは、伝送されるパワー密度が、要求される値よりも小さい周波数帯域を指す。本手法は、電気ネットワークを介した伝送システムの形成および使用において特に重要である。なぜなら、本手法は、伝送される信号のパワーを異なる周波数に調整することができ、よって、異なる国において現在発効している法規に基づく、電気ネットワークによる信号伝送のための規則に適合させることが可能だからである。この場合、それら法規に規定されたスペクトルのボイドについての条件も満たされる。このようにして、電気ネットワークを介した通信手段により信号を伝送する際、同一の周波数帯域を使用する認可事業間の混信（干渉）が防止される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本目的を実現し、先の項目において述べた不都合を防止するため、本発明は、電気ネットワークによる信号伝送においてスペクトルのボイドを設けるための処理を含む。当該電気ネットワークには、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）によって送信される信号が含まれる。ここで、通信ノードは、トランスミッタ、循環的プレフィックス付加手段、および、ＯＦＤＭシンボル周波数時間変換手段を備える。
【０００９】
本方法の特徴は、キャリアを減衰もしくは除去することによって、１つもしくは複数のＯＦＤＭ信号キャリアのパワーを選択的に調整する点にある。このため、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を用いる。このＩＤＦＴは、周波数領域の信号を、時間領域の信号へ変換することに用いる。このとき、ＩＤＦＴが複素数であれば、１０２４以上のポイントを選択的に用い、ＩＤＦＴが実数であれば、２０４８以上のポイントを選択的に用いる。そして、循環的プレフィックスが付与された後、時間領域のＯＦＤＭシンボルを、ウィンドウを用いて積算する。このように処理するおかげで、深さにして２０ｄＢもの急峻なスペクトルのボイドを実現することができる。この点は、大きな利点である。なぜなら、伝送信号が、電気ネットワークを介して送信される同一周波数帯域の他の認可事業の信号と干渉しないようにすることができるからである。同様にして、本発明にかかる処理は、帯域内にスペクトルのボイドを導入させることが可能なおかげで、信号伝送に用いるパワースペクトル密度を調整可能である。
【００１０】
本発明の実施にあたり、使用するウィンドウは、立ち上がりコサイン・ウィンドウである。このウィンドウは、時間に関して平坦な領域を有するように、そのスペクトル特性から選択される。
【００１１】
本発明の別の実施形態においては、立ち上がりコサイン・ウィンドウは、そのロールオフ係数から定めることが可能であり、０．２以下のロールオフ係数を有する。
【００１２】
さらには、ウィンドウは、サンプル数にして２０４８以上の大きさを備え、これらのサンプルは、トランスミッタの備えるデジタルアナログ変換機（ＤＡＣ）を通る前のデジタルのサンプルである。
【００１３】
他方、パワーが調整されるキャリアの数は、状況、スペクトルのボイドの幅および深さ、ならびに、処理に用いられるウィンドウの形によって変化する。適切な深さのスペクトルのボイドを作成するため、スペクトルのボイド内にあるキャリアのパワー、および、それに隣接するキャリアの数が調整される。選択したロールオフのウィンドウにおける周波数表現において二次ローブが高速になればなるほど、要求される幅と深さのスペクトルのボイドを実現するために調整すべき隣接キャリアの数は少なくなる。適当なキャリアに対してパワー調整を行うには、さまざまな処理を、さまざまに組み合わせて、行うことができる。調整は、漸進的減衰により行うことが可能である。その場合、スペクトルのボイド内のキャリアで伝送される信号の主ローブ、または、そのキャリアで伝送される信号の二次ローブは、伝送信号に要求されるパワースペクトル密度未満であろうとも、調整される。
【００１４】
調整を行う別の方法として、影響を及ぼすキャリアの直接的除去がある。この除去は、調整すべきキャリア内のあらゆるパワーに及ぶものではない。この方法においては、スペクトルのボイド内にあるキャリアは、スペクトルのボイド内を伝送される信号に要求されるパワースペクトル密度よりも確実に小さくなる程度に、いくつかの隣接キャリアとともに、除去される。
【００１５】
これら２つの調整手法は、各キャリアにおいてそれぞれ独立的に用いることができ、また、組み合わせて用いることもでき、特定のキャリアの除去および他の減衰を行うことが可能である。
【００１６】
本明細書を理解するうえで、その一部をなす図面を例示の目的で示す。図面は、本発明を限定する意図を一切含まない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
これより、図面中に付した参照数字を参照し、本発明にかかる実施形態について説明する。
【００１８】
信号伝送、および、電気ネットワークを介した通信システムの設計において、最も重要な課題は、伝送手段が遮蔽されておらず、電気ネットワークへ伝送した信号の一部は外部へ漏出し、よって、信号伝送に用いた周波数帯域とオーバーラップした周波数帯域を利用する認可されたシステムと干渉する点にある。
【００１９】
この干渉を低減することを目的として、多くの国々では、電気ネットワークに導入もしくは電気ネットワークを伝送される最大パワースペクトル密度について規則を設けている。残念ながら、これら規則は国毎に異なる。したがって、スペクトルにおいて、急峻なスペクトルのボイドを設け、各国毎に特定の周波数における伝送を防止するように調整する必要がある。図１は、パワースペクトル密度の例を示す。本図に示すパワースペクトル密度の例においては、２ないし３０ＭＨｚの間で信号を伝送可能とすることが求められている。図より明らかだが、この帯域で伝送するために、順守すべき複数のスペクトルのボイドが見られる。
【００２０】
本発明にかかる方法は、このようなスペクトルのボイドを効率よく設け、もって、様々な事例において適切なスペクトル密度に調整することを可能にする。
【００２１】
既に述べたように、本発明は、ウィンドウの概念を用いる。この概念は、当業界において周知の知識である。しかし残念なことに、技術資料によって、この概念は様々な方法で解釈がなされており、そのために、本発明に係る方法による実施形態を説明する前に、本方法における「ウィンドウ」の定義を行う。
【００２２】
デジタル信号のウィンドウ化は、ウィンドウによって信号のサンプルを乗ずることを含む。このウィンドウは、一般に、別のデジタル信号であり、ゼロでない隣接したサンプルのセットを有する。図２は、サンプル０を中心としたウィンドウの例である。
【００２３】
本方法において使用するウィンドウを選択した後、ウィンドウ化を実施する必要がある。図３は、信号のウィンドウ化の処理を示す図である。このウィンドウ化は、ウィンドウのサンプルと信号のサンプルとを乗算する手段（１）により行う（このとき、サンプルゼロの代わりに、適当な位置にウィンドウを移動させる必要がある）。信号のウィンドウ化の処理（時間領域に関する乗算）は、周波数領域での信号に作用する。この関係性は、変調またはウィンドウの定理で示される。
【数１】
2008503126.tif 000003
【００２４】
この定理は、時間領域での乗算により、周波数領域でのウィンドウの形状の周期的コンボリューションが行われることを示す。周波数領域における、ウィンドウの二次ローブは、出力信号ｙ［ｎ］の周波数形状を規定する。図４は、当該分野において周知の、典型的ウィンドウ（三角、バートレット、チェビシェフ）の時間領域および周波数領域における形状を示す図である。本図を参照すれば、ウィンドウの形状は、周波数応答の二次ローブを定めることがわかる。例えば、チェビシェフの周波数応答は、（二次ローブにおいて）一定を保つが、他方、バートレットにおいては、二次ローブの初期において高く、後続の部分において急速に低下する。
【００２５】
実施形態において好適なウィンドウは、立ち上がりコサイン・ウィンドウである。サンプルゼロを中心とした立ち上がりコサイン・ウィンドウは次式で表される。
【数２】
2008503126.tif 000004
【００２６】
ここでＮは、０．５より大きい値（ｖ［ｎ］）で定まる、ウィンドウの大きさを示す、ウィンドウの値であり、βは、ロールオフ係数である。一般に、立ち上がりコサイン・ウィンドウは、このロールオフ係数βで規定される。この係数は、通常、０ないし１の間にあり、伝送される過剰な信号を示す。ロールオフ係数が大きくなればなるほど、ロールオフは、より穏やかになる。このことは、図５に示される。本図では、時間領域および周波数領域の両領域での、幾つかの立ち上がりコサイン・ウィンドウ、ならびに、それらのロールオフ係数（β）依存性を示す。ロールオフ係数がゼロになると、ウィンドウは、三角ウィンドウになる。三角ウィンドウは、非常に高い周波数の二次ローブを示す。
【００２７】
ロールオフの値が増加すると、効率が犠牲になるが、二次ローブの増加が抑えられる。この効率にかかる損失は、ウィンドウの大きさが増加することに起因する（余剰分は、Ｎ×βで求められる。）。他方、余りに低いロールオフ係数を用いると、効率が損なわれる。なぜなら、二次ローブが十分に減衰しないからである。この場合、スペクトルのボイドに隣接し、パワーの調整を受けるキャリアの数を増加させる必要がある。
【００２８】
ロールオフ係数を保って効率をよくするには、ＯＦＤＭ信号のキャリアの数を増加させる。スペクトルのボイドを設けるために調整すべき隣接したキャリアの数は、上述の場合では変化しないが、キャリアの総数は多くなるため、効率の損失は、百分率において低下する。このため、本方法は、ＩＤＦＴキャリアに関し特定数以上の場合に適用可能である。
【００２９】
電気ネットワークを介した信号の伝送のための構成を整える際、高効率を達成するためロールオフ係数が０．２未満になるように計算される。同様に、ウィンドウのサンプル数は、２０４８よりも多くなければならない。本発明にかかる実施形態においては、ロールオフ係数０．１５、係数０．０５、サンプル２６００を用いている。
【００３０】
本発明にかかる伝送信号に対する処理を実施するため、（ウィンドウを選択した後、）図６に示すブロック図を用いる。本図において、ブロック（２）で、伝送すべき信号が各ＯＦＤＭキャリアに導入され、適当なキャリアのパワーを調整し、必要なスペクトルのボイドを形成する。スペクトルのボイド内にあるキャリアおよびそれに隣接するキャリアが、主に調整される。選択した立ち上がりコサイン・ウィンドウにおける二次ローブのロールオフが大きくなればなるほど、スペクトルのボイドの形成のために影響を被る隣接キャリアの数は減少する。その後、本実施形態におけるブロック（３）において、逆高速フーリエ変換を複素形式で行う。この形式は、通例、ＯＦＤＭ変調に逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を行うときに用いる形式である。その後、ブロック（４）において、ブロック（５）で生成した循環的プレフィックスを挿入し、ブロック（６）において、ブロック（７）で生成したウィンドウと時間領域のデジタル信号とを乗算する。効率的なスペクトル・ボイドの形成処理を行うため、複数のキャリアのＯＦＤＭと多くのポイント数のＩＦＦＴを用いる必要がある。本実施形態においては、複素１０２４ポイントのＩＦＦＴを用いる。
【００３１】
最後に、伝送を行う前に、本図には示されていないが、デジタル信号を、ＤＡＣ変換器を用いてアナログに変換する。
【００３２】
急峻なスペクトルのボイドを実現するためには、スペクトルのボイド内にある周波数に位置したキャリアを減衰または除去するだけでは不十分である。なぜなら隣接キャリアの二次ローブに起因するパワーが残存しているからである。これは、その大部分が、スペクトルのボイドがあるべきスペクトルの範囲に及ぶＯＦＤＭ信号の遷移に起因して生成されるものである。これを抑制するためには、スペクトルのボイドの端部のある位置にあるキャリアに隣接する適当数のキャリアのパワーを調整するか、または、除去する必要がある。これについては、図６のブロック（２）で処理される。ブロック（７）で生成される立ち上がりコサイン・ウィンドウの形状に依存して、パワーを変更する隣接キャリアの数は、増加、もしくは、減少する。この点に関し、量ブロックは相互に関連している。
【００３３】
図７は、実施形態において選択した値（ロールオフ係数０．１５および０．０５、ならびに、サンプル数２６００）の２つの立ち上がりコサイン・ウィンドウの形状を示す図である。この場合、例えば、３０ｄＢの深いスペクトルのボイドを達成しなければならなければ、本発明にかかる方法により、ロールオフ係数０．１５の立ち上がりコサイン・ウィンドウを用いる場合であれば、４つの隣接キャリアを調整する必要があり、また、ロールオフ係数０．０５の例を用いる場合であれば、トータルで７つの隣接キャリアを調整する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】２ないし３０ｄＢ帯域幅における信号伝送に対し、これら帯域幅における認可事業を保護する目的で、要求される規則にかかるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）の例
【図２】本発明にかかる方法で使用可能なウィンドウの例
【図３】信号のサンプルに対するウィンドウ化処理のブロック図
【図４】時間領域および周波数領域におけるウィンドウ典型例
【図５】時間領域および周波数領域における、複数のロールオフ係数（β）により立ち上がりコサイン・ウィンドウ
【図６】伝送にかかるスペクトルのボイドを形成する処理にかかるブロック図
【図７】３０ｄＢの深さのスペクトルのボイドを達成する、本実施形態において使用したウィンドウ
【符号の説明】
【００３５】
２  ・・・  ブロック
３  ・・・  ブロック
４  ・・・  ブロック
５  ・・・  ブロック
６  ・・・  ブロック
７  ・・・  ブロック
【図１】
2008503126.tif 000005
【図２】
2008503126.tif 000006
【図３】
2008503126.tif 000007
【図４】
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【図５】
2008503126.tif 000009
【図６】
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【図７】
2008503126.tif 000011
【国際調査報告】
2008503126.tif 000012
2008503126.tif 000013
2008503126.tif 000014
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