(57)【要約】  一実施形態では、本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボル等のマルチ・キャリア変調シンボルのピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減する方法である。まず、前記方法は、データ・シンボル・セットをマルチ・キャリア変調シンボルに変換する。次に、前記方法は、前記マルチ・キャリア変調シンボルと、勾配降下アルゴリズムとを使用して、ＰＡＰＲ低減トーンに関するシンボル・セットを生成する。次に、前記データ・シンボル及び前記ＰＡＰＲ低減シンボルを変換することにより、更新済みマルチ・キャリア変調シンボルが生成される。前記ＰＡＰＲ低減シンボルは、終了条件が発生するまで（例えば、前記マルチ・キャリア変調シンボルについて許容可能なＰＡＰＲが達成されるまで）繰返し更新される。別の実施形態では、前記方法は、前記第１のステップで生成された前記マルチ・キャリア変調シンボルと、勾配降下アルゴリズムとを使用して、更新済みマルチ・キャリア変調シンボルを直接生成し、それにより、後続の繰返しで前記データ・シンボル及び前記ＰＡＰＲ低減シンボルを変換する必要が解消される。
2010504702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するコンピュータ実装方法であって、
（ａ）（ｉ）１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減トーンとを有する初期マルチ・キャリア変調信号を生成するステップと、
（ｂ）前記初期マルチ・キャリア変調信号に勾配降下アルゴリズムを適用して、（ｉ）前記１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する前記１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減トーンとを有する最終マルチ・キャリア変調信号を生成するステップとを含み、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低い、
方法。
【請求項２】
前記マルチ・キャリア変調信号、前記初期マルチ・キャリア変調信号、及び前記最終マルチ・キャリア変調信号は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号である、請求項１に記載の発明。
【請求項３】
前記１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減シンボルはそれぞれゼロである、請求項１に記載の発明。
【請求項４】
前記勾配降下アルゴリズムは、
（ｂ１）前記初期マルチ・キャリア変調信号内の１つ又は複数の最大サンプルを判定するステップと、
（ｂ２）前記１つ又は複数の最大サンプルを、前記マルチ・キャリア変調信号の振幅に基づくコスト関数の勾配に適用するステップと、
（ｂ３）前記コスト関数の前記勾配に基づいて前記マルチ・キャリア変調信号を更新するステップと
を含む、請求項１に記載の発明。
【請求項５】
前記ステップ（ｂ１）乃至（ｂ３）は、指定の終了条件が発生するまで１回又は複数回繰り返される、請求項４に記載の発明。
【請求項６】
前記指定の終了条件は、更新された前記マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲが指定のＰＡＰＲ閾値レベル未満となったときに発生する、請求項５に記載の発明。
【請求項７】
前記コスト関数Ｊは、マルチ・キャリア変調信号ｚのピーク電力を近似し、
【数１】
2010504702.tif 000011
によって与えられ、
αは、スカラ定数であり、
ｚｎは、前記マルチ・キャリア変調信号ｚのｎ番目の要素であり、
Ｎは、前記マルチ・キャリア変調信号ｚ内のサンプル数である、
請求項４に記載の発明。
【請求項８】
前記勾配降下アルゴリズムは、
Ｘ（ｉ＋１）＝Ｘ（ｉ）−μ∇Ｊ（Ｘ（ｉ））、
ｉは、前記勾配降下アルゴリズムの繰返し回数であり、
Ｘ（ｉ＋１）は、１つ又は複数の更新済みＰＡＰＲ低減シンボルであり、
Ｘ（ｉ）は、以前の繰返し中に生成された１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルであり、
μは、ステップ・サイズであり、
Ｊ（Ｘ（ｉ））は、コスト関数であり、
∇Ｊ（Ｘ（ｉ））は、前記コスト関数Ｊ（Ｘ）の勾配である、
請求項７に記載の発明。
【請求項９】
前記コスト関数Ｊ（Ｘ（ｉ））の前記勾配∇Ｊ（Ｘ（ｉ））は、
【数２】
2010504702.tif 000012
であり、
｜ｚｎ（Ｘ（ｉ））｜は、前記マルチ・キャリア変調信号ｚ（Ｘ（ｉ））の前記ｎ番目の要素の絶対値であり、
ｄ（１）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ））｜の最大サンプルであり、
ｄ（ｎ）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ））｜のｎ番目に大きいサンプルであり、
Ｋは、Ｎ未満又はＮと等しい整数であり、
Ｑは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）におけるＮ×Ｎの行列であり、Ｎは、前記ＩＦＦＴの列と行の両方の長さであり、
Ｑ＾は、ＱにおけるＮ×Ｍの部分行列であり、
Ｍは、前記１つ又は複数のＰＡＰＲ低減トーンの数であり、
ｆｎ＝［ｆｎ，１，ｆｎ，２，．．．，ｆｎ，Ｍ］は、前記行列Ｑ＾のｎ番目の行であり、
†は、エルミート転置行列を示す、
請求項８に記載の発明。
【請求項１０】
Ｋは、それ自体の大きさが指定の閾値を上回る、前記マルチ・キャリア変調信号内のサンプル数に対応する、請求項９に記載の発明。
【請求項１１】
前記勾配降下アルゴリズムは、
ｚ（ｉ＋１）＝ｚ（ｉ）−μ∇Ｊ（ｚ（ｉ））、
ｉは、前記勾配降下アルゴリズムの繰返し回数であり、
ｚ（ｉ）は、ｉ番目の繰返し中のマルチ・キャリア変調信号であり、
ｚ（ｉ＋１）は、ｉ＋１番目の繰返しにおける更新済みマルチ・キャリア変調信号であり、
μは、ステップ・サイズであり、
Ｊ（ｚ（ｉ））は、コスト関数であり、
∇Ｊ（ｚ（ｉ））は、前記コスト関数の勾配である、
請求項７に記載の発明。
【請求項１２】
前記コスト関数の前記勾配は、
【数３】
2010504702.tif 000013
であり、
｜ｚｎ（Ｘ（ｉ）｜は、前記マルチ・キャリア変調信号ｚ（Ｘ（ｉ））のｎ番目の要素の絶対値であり、
ｄ（１）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ）｜の最大サンプルであり、
ｄ（ｎ）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ）｜のｎ番目に大きいサンプルであり、
Ｋは、Ｎ未満又はＮと等しい整数であり、
Ｑは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）のＮ×Ｎの行列であり、Ｎは、前記ＩＦＦＴの列と行の両方の長さであり、
Ｑ＾は、ＱにおけるＮ×Ｍの部分行列であり、
Ｍは、前記１つ又は複数のＰＡＰＲ低減トーンの数であり、
Ｇ＝［ｇ１，．．．，ｇＮ］＝Ｑ＾Ｑ＾†、
†は、エルミート転置行列を示す、
請求項１１に記載の発明。
【請求項１３】
Ｋは、それ自体の大きさが指定の閾値を上回る、前記マルチ・キャリア変調信号内のサンプル数に対応する、請求項１２に記載の発明。
【請求項１４】
前記１つ又は複数のＰＡＰＲ低減トーンはそれぞれ、前記送信機によって事前に予約されず、それ自体にどのようなデータも与えられていない空きトーン、又は前記送信機によってＰＡＰＲ低減用に事前に予約される予約トーンである、請求項１に記載の発明。
【請求項１５】
送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減する装置であって、
（ｉ）１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減トーンとを有する初期マルチ・キャリア変調信号を生成するように適合されたＩＦＦＴプロセッサと、
前記初期マルチ・キャリア変調信号に勾配降下アルゴリズムを適用して、（ｉ）前記１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する前記１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減トーンとを有する最終マルチ・キャリア変調信号を生成するように適合されたＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータとを備え、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低い、
装置。
【請求項１６】
前記マルチ・キャリア変調信号、前記初期マルチ・キャリア変調信号、及び前記最終マルチ・キャリア変調信号は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号である、請求項１５に記載の発明。
【請求項１７】
前記ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータは、前記勾配降下アルゴリズムを実行して、
（ｂ１）前記初期マルチ・キャリア変調信号内の１つ又は複数の最大サンプルを判定し、
（ｂ２）前記１つ又は複数の最大サンプルを前記マルチ・キャリア変調信号の振幅に基づくコスト関数の勾配に適用し、
（ｂ３）前記コスト関数の前記勾配に基づいて前記マルチ・キャリア変調信号を更新する
ように適合される、請求項１５に記載の発明。
【請求項１８】
前記コスト関数Ｊは、マルチ・キャリア変調信号ｚのピーク電力を近似し、
【数４】
2010504702.tif 000014
によって与えられ、
αは、スカラ定数であり、
ｚｎは、前記マルチ・キャリア変調信号ｚのｎ番目の要素であり、
Ｎは、前記マルチ・キャリア変調信号ｚ内のサンプル数である、
請求項１７に記載の発明。
【請求項１９】
前記勾配降下アルゴリズムは、
Ｘ（ｉ＋１）＝Ｘ（ｉ）−μ∇Ｊ（Ｘ（ｉ））、
ｉは、前記勾配降下アルゴリズムの繰返し回数であり、
Ｘ（ｉ＋１）は、１つ又は複数の更新済みＰＡＰＲ低減シンボルであり、
Ｘ（ｉ）は、以前の繰返し中に生成された１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルであり、
μは、ステップ・サイズであり、
Ｊ（Ｘ（ｉ））は、コスト関数であり、
∇Ｊ（Ｘ（ｉ））は、前記コスト関数Ｊ（Ｘ）の勾配である、
請求項１８に記載の発明。
【請求項２０】
前記勾配降下アルゴリズムは、
ｚ（ｉ＋１）＝ｚ（ｉ）−μ∇Ｊ（ｚ（ｉ））、
ｉは、前記勾配降下アルゴリズムの繰返し回数であり、
ｚ（ｉ）は、ｉ番目の繰返し中のマルチ・キャリア変調信号であり、
ｚ（ｉ＋１）は、ｉ＋１番目の繰返しにおける更新済みマルチ・キャリア変調信号であり、
μは、ステップ・サイズであり、
Ｊ（ｚ（ｉ））は、コスト関数であり、
∇Ｊ（ｚ（ｉ））は、前記コスト関数の勾配である、
請求項１８に記載の発明。
【請求項２１】
送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減する装置であって、
（ａ）（ｉ）１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減トーンとを有する初期マルチ・キャリア変調信号を生成する手段と、
（ｂ）前記初期マルチ・キャリア変調信号に勾配降下アルゴリズムを適用して、（ｉ）前記１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する前記１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減トーンとを有する最終マルチ・キャリア変調信号を生成する手段とを備え、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低い、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）本願は、参照によりそれらの教示内容が本明細書に組み込まれる、２００６年１２月１５日に出願された米国仮出願第６０／８７５，２７０号（整理番号：Ｗｏｏｄｗａｒｄ  ８）、及び２００６年９月１９日に出願された米国仮出願第６０／８２６，１５８号（整理番号：Ｂａｌｉｇａ  １‐１‐４‐５）の出願日の利益を主張する。
【０００２】
本願の主題は、参照によりその教示内容が本明細書に組み込まれる、本願と同日に出願された米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号（整理番号：Ｗｏｏｄｗａｒｄ  ８）に関連する。
【０００３】
本発明は、信号処理に関し、より詳細には、信号の送受信に使用される直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）等のマルチ・キャリア変調技法に関する。
【背景技術】
【０００４】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）等のマルチ・キャリア変調技法は、ローカル・エリア・ネットワーク、固定及びモバイル・メトロポリタン・エリア・ネットワーク、セルラー電話システムのような有線及び無線通信システムで使用されている。一般に、マルチ・キャリア変調シンボルは、周波数スペクトルをより小さい周波数サブキャリア（「トーン」としても知られる）に分割し、それらのサブキャリアを１つ又は複数のデータ信号部分で変調することによって生成される。１つ又は複数のデータ信号は、１つ又は複数のソース（例えば、ユーザ）から取得することができ、各マルチ・キャリア変調シンボルは、２つ以上のソースに由来するデータを送信することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、従来技術のＯＦＤＭ送信機１００の一実装形態を示す簡略ブロック図である。送信機１００は、アップストリーム処理からシリアル・ビットストリームのデジタル・データを受信するデータ・シンボル・マッパ１０２を有する。シリアル・ビットストリームは複数のビット群に分割され、各グループは１つ又は複数のデータ・シンボルにマッピングされ、それによってシリアル・ストリームのデータ・シンボルが生成される。マッピングは、直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）や直交振幅変調（ＱＡＭ）のような１つ又は複数の適切な技法を使用して実行され得る。
【０００６】
シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）・コンバータ１０４は、データ・シンボル・マッパ１０２から受信されるシリアル・ストリームのデータ・シンボルをＤ個のパラレル・ストリームのデータ・シンボルに変換する。サブキャリア・マッパ１０６は、それらのＤ個のパラレル・データ・シンボル・ストリームを、互いに直交するように配列されるＮ個のサブキャリア周波数（即ちトーン）に割り当てる。特に、各パラレル・データ・シンボル・ストリームはそれぞれ、Ｎ個のサブキャリアのうちの１つに個別に対応するサブキャリア・マッパ１０６の個々の出力に別々に割り当てられる。なお、論述を分かりやすくするために、本実装形態ではデータ・シンボル・ストリーム数Ｄがサブキャリア数Ｎと等しいものと仮定する。他の実装形態によれば、Ｕ個の未使用（即ち空き）サブキャリアが存在し得る場合、Ｎ個のサブキャリアにＤ個のデータ・シンボル及びＰ個のパイロット・シンボルを割り当てることができる（よって、Ｎ＝Ｄ＋Ｐ＋Ｕ）。次に、サブキャリア・マッパ１０６のＮ個の出力（例えば、Ｚ＝Ｚ１，．．．，ＺＮ）が逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）プロセッサ１０８に供給される。ＩＦＦＴプロセッサ１０８は、各出力がＤ個のデータ・シンボルのうちの１つに個別に対応する、サブキャリア・マッパ１０６からのＮ個の出力の各セットを、Ｎ個の時間領域複素数（例えば、ｚ＝ｚ１，．．．，ｚＮ）を含む１つのＯＦＤＭシンボルに変換する。
【０００７】
次に、各ＯＦＤＭシンボルの送信準備が行われる。まず、サイクリック・プレフィックス・インサータ（ＣＰＩ）１１０によって、各ＯＦＤＭシンボルにＣ個の複素数を含むサイクリック・プレフィックスが挿入される。このプレフィックスを用いると、受信機がマルチ・パス反射に起因する信号エコーに対処することが可能となる。次に、Ｎ個の時間領域複素数の各セットと、対応するＣ個のサイクリック・プレフィックス複素数の各セットとが、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）・コンバータ１１２によってパラレル形式からシリアル形式に変換される。Ｐ／Ｓコンバータ１１２の出力は、デジタル／アナログ変換、無線周波数変調、増幅、あるいはＯＦＤＭシンボルの送信準備に適した他の処理を使用してさらに処理することができる。
【０００８】
ＩＦＦＴ処理中は、データ・シンボルを追加して対応するサブキャリアが変調され、変調されたサブキャリアは、多くの場合構成的に（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ）互いに足し合わされ、その結果、いくつかの高い振幅ピーク及び低い振幅ピークを伴うＯＦＤＭシンボルが作成される。送信データは様々な性質を有する故に、各ピークの高さは、典型的にはＯＦＤＭシンボル毎に異なり、ばらつきが生じる。さらに、それらのピークのいくつかは、ＯＦＤＭシンボルの平均的な振幅レベルと比較して相対的に大きくなる可能性があり、その結果、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）も相対的に大きくなる可能性がある。ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲは、次式（１）のように表すことができる。
【数１】
2010504702.tif 000003
上式（１）で、ｚｎは、ＯＦＤＭシンボルｚのｎ番目のサンプルであり、分子のｍａｘ関数は、ｎ＝１，．．．，Ｎの場合の｜ｚｎ｜２の最大値を判定する。
【０００９】
比較的大きいＰＡＰＲを有するＯＦＤＭシンボルは、電力増幅中に歪みを生じる可能性がある。ＯＦＤＭシンボルの相対的に大きい１つ又は複数のサンプルは、増幅器の出力をその最大出力レベルに駆動するように試みることができる。最大出力レベルに達する前に、増幅器の入力／出力関係が非線形的となる可能性があり、その結果、ＯＦＤＭシンボルの非線形歪みがもたらされる可能性がある。増幅器は、それ自体の最大出力レベルに達したときにサンプルをクリップ（ｃｌｉｐ）するため、出力信号の歪みの非線形性が高まることになる。非線形歪みは信号品質に影響を及ぼすため、受信機による送信データの復元が困難になる恐れがある。
【００１０】
増幅器による非線形歪みの影響を低減するために、又は非線形歪みを完全に解消するために、いくつかの異なる方法が採用されている。かかる１つの方法では、送信機は、より高い電力レベルを出力することが可能なより大型の増幅器を利用する。より大型の増幅器は、典型的にはピーク信号イベント中にもそれ自体が線形動作領域内に留まることを保証するために、バックオフを大きくとって作動される（即ち、より低い平均電力で作動することができる）。しかしながら、より大型の増幅器をこのような形で使用することは、非効率的である。
【００１１】
かかる別の方法では、送信機は、増幅を複数段階で実行して所望の出力レベルを達成する。この方法では、各段階は、増幅ステップと、フィルタリング・ステップとを含む。増幅ステップでは、各ＯＦＤＭシンボルのより大きいサンプルが相対的に小さくクリップされる。フィルタリング・ステップでは、各ＯＦＤＭシンボルが平滑化（ｓｍｏｏｔｈ  ｏｕｔ）され、先行する増幅ステップで発生した歪みの量が低減される。この逐次的なクリッピング及びフィルタリング・プロセスは、所望の増幅レベルが達成されるまで繰り返される。このような形で信号を増幅することにより、他の等価な１段増幅器よりも歪みの量を低減することができる。
【００１２】
かかる他の方法では、周波数領域（例えば、出力サブキャリア・マッパ１０６）においてＯＦＤＭ信号に多数の擬似ランダム・スクランブル・シーケンスが追加され、ＩＦＦＴ処理後にＰＡＰＲが最も低くなるスクランブル・シーケンスが選択される。選択されたスクランブル・シーケンスは受信機によって認識されないため、別のチャネル上で受信機に送信されることも、受信機によって「盲目的に（ｂｌｉｎｄｌｙ）」検出されることもある。後者の場合では、受信機はすべての可能なシーケンスを検査し、最も可能性の高いシーケンスを選出する。
【００１３】
トーン・リザベーション（ｔｏｎｅ  ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ：ＴＲ）方法として知られる他の方法は、ＯＦＤＭシンボル毎のＰＡＰＲを低減するように試みる。かかる方法では、ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲを低減する明確な目的を有する非データ・シンボルを送信するための、いくつかの周波数サブキャリア（即ちトーン）が予約（ｒｅｓｅｒｖｅ）される。
【００１４】
図２は、ＴＲアプローチを使用してＰＡＰＲを低減する従来技術の送信機２００の一実施形態を示す簡略ブロック図である。送信機２００は、データ・シンボル・マッパ２０２と、Ｓ／Ｐコンバータ２０４とを有し、これらの要素は、送信機１００の等価な要素と類似の演算を実行してＤ個のパラレル・データ・シンボルの各セットを生成する。サブキャリア・マッパ２０６は、Ｍ個のサブキャリアにデータ・シンボルが割り当てられないように、それぞれＤ個のデータ・シンボル・セットをＮ個のサブキャリア・セットに割り当てる。Ｍ個のサブキャリアは、ＰＡＰＲ低減シンボル（ＰＡＰＲ‐ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｍｂｏｌ）の送信用に事前に（ａ  ｐｒｉｏｒｉ）予約される。いくつかの実施形態では、Ｍ個の予約サブキャリアと、Ｕ個の未使用（即ち空き）サブキャリアとが存在する場合、Ｎ個のサブキャリアの各セットにＤ個のデータ・シンボル及びＰ個のパイロット・シンボルを割り当てることができる（よって、Ｎ＝Ｄ＋Ｍ＋Ｕ＋Ｐ）ことに留意されたい。サブキャリア・マッパ２０６からのＮ個の出力（例えば、Ｚ＝Ｚ１，．．．，ＺＮ）の各セットは、ＩＦＦＴプロセッサ２０８に供給され、ＩＦＦＴプロセッサ２０８は、ＩＦＦＴプロセッサ１０８と類似の演算を実行して各セットをＮ個の時間領域複素数（例えば、ｚ＝ｚ１，．．．，ｚＮ）を含むＯＦＤＭシンボルｚに変換する。
【００１５】
ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０は、各ＯＦＤＭシンボルｚを受け取り、各シンボルのＰＡＰＲを、当該ＯＦＤＭシンボルの許容可能なＰＡＰＲ低減レベルを表す指定のＰＡＰＲ閾値と比較する。ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値未満である場合には、当該ＯＦＤＭシンボルｚは、ＯＦＤＭシンボルｚ＾として（即ち、ｚ＝ｚ＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０から出力される。ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値を超えている場合には、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０は、（後で詳述する）いくつかのアプローチのうちの任意の１つを使用してＭ個のＰＡＰＲ低減シンボル・セットを生成し、当該セットをサブキャリア・マッパ２０６に供給する。他の実装形態では、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０は常に、各ＯＦＤＭシンボル毎にＭ個のＰＡＰＲ低減シンボル・セットを生成することができることに留意されたい。かかる実装形態では、ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲと指定のＰＡＰＲ閾値との比較を省略することができる。
【００１６】
サブキャリア・マッパ２０６は、Ｍ個のＰＡＰＲ低減シンボル・セットをＭ個のＰＡＰＲ低減サブキャリア（ＰＡＰＲ‐ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ）に割り当て、Ｍ個のＰＡＰＲ低減シンボル及びＤ個のデータ・シンボルを含むＮ個の複素数（例えば、Ｚ＝Ｚ１，．．．，ＺＮ）を出力する。次に、それらのＮ個の複素数がＩＦＦＴプロセッサ２０８によって変換され、それにより、ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲ低減バージョンが生成され、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０に供給される。このプロセスは、ＰＡＰＲが低減されたＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値未満になるまで繰り返され、この条件が満たされると、ＰＡＰＲが低減されたＯＦＤＭシンボルｚは、ＯＦＤＭシンボルｚ＾として（即ち、ｚ＝ｚ＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ２１０から出力される。次に、送信機１００の等価な要素と類似の演算、及びＯＦＤＭシンボルの送信準備に適した他の任意の処理を実行するサイクリック・プレフィックス・インサータ２１２及びＰ／Ｓコンバータ２１４を使用して、各ＯＦＤＭシンボルｚ＾の送信準備が行われる。
【００１７】
ＰＡＰＲ低減シンボルを予約トーン（ｒｅｓｅｒｖｅｄ  ｔｏｎｅ）に割り当てることにより、個々のデータ・シンボルに影響を及ぼすことなく時間領域ＯＦＤＭシンボルのピーク値を減少させることができる。ＯＦＤＭ送信機の設計者は、予約トーンに割り当てるべきＰＡＰＲ低減シンボルを高い自由度をもって選択し、また、ＰＡＰＲを十分に低減するシンボルを選択する様々な方法が利用されている。かかるＰＡＰＲ低減シンボルを選択する１つのアプローチは、反復組合せ探索（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ  ｓｅａｒｃｈ）を実行するものである。組合せアプローチの一例として、送信機は、１６値直交振幅変調（１６‐ＱＡＭ）を使用してデータを変調し、ＰＡＰＲ低減シンボル用に８つのトーンを予約するものとする。この送信機は、各ＯＦＤＭシンボルの予約トーンに配置すべきＰＡＰＲ低減シンボルの１６８通りの組合せを検討し、最も低いＰＡＰＲが生成されるシンボルの組合せを選択する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一実施形態では、本発明は、送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するコンピュータ実装方法である。前記方法は、（ｉ）１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する１つ又は複数のデータ変調トーン（ｄａｔａ‐ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ｔｏｎｅ）と、（ｉｉ）１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減トーンとを有する初期（ｉｎｉｔｉａｌ）マルチ・キャリア変調信号を生成する。次に、前記方法は、前記初期マルチ・キャリア変調信号に勾配降下アルゴリズムを適用して、（ｉ）前記１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する前記１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減トーンとを有する最終（ｆｉｎａｌ）マルチ・キャリア変調信号を生成する。ここで、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低くなる。
【００１９】
別の実施形態では、本発明は、上述の方法を実行する装置である。前記装置は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）プロセッサと、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータとを備える。前記ＩＦＦＴプロセッサは、前記初期マルチ・キャリア変調信号を生成するように適合され、前記ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータは、前記初期マルチ・キャリア変調信号に前記勾配降下アルゴリズムを適用して前記最終マルチ・キャリア変調信号を生成するように適合される。ここで、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低くなる。
【００２０】
また別の実施形態では、本発明は、上述の方法を実行する装置である。前記装置は、前記初期マルチ・キャリア変調信号を生成する手段と、前記初期マルチ・キャリア変調信号に勾配降下アルゴリズムを適用して、前記最終マルチ・キャリア変調信号を生成する手段とを備える。ここで、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低くなる。
【００２１】
以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲及び図面を読めば、本発明の他の態様、特徴、及び利点のより十分な理解が得られるであろう。各図面において同様の参照符号は同様の要素又は同一の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術のＯＦＤＭ送信機の一実装形態を示す簡略ブロック図である。
【図２】トーン・リザベーション・アプローチを使用してピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減する従来技術のＯＦＤＭ送信機の一実装形態を示す簡略ブロック図である。
【図３】勾配降下アルゴリズムを使用してＰＡＰＲを低減する、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ送信機の簡略ブロック図である。
【図４】図３の送信機のＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータを実装するのに使用され得る、本発明の一実施形態に係るＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータの簡略ブロック図である。
【図５】図３の送信機のＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータを実装するのに使用され得る、本発明の別の実施形態に係るＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータの簡略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書では、「一実施形態（「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」又は「ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」）」という用語への言及は、その実施形態に関して説明される特定の機能、構造、又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを意味する。「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という表現が本明細書の様々な箇所で見受けられるが、必ずしもこれらのすべての表現が同一の実施形態に言及しているわけではなく、また、別個の又は代替の実施形態が必ずしも互いに排他的であるわけではない。これと同じことが「実装形態（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）」という用語にも当てはまる。
【００２４】
背景技術で説明したように、予約済みの（即ち、ＰＡＰＲ低減シンボル送信用に事前に予約される）トーンに配置すべきピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）低減シンボルを判定するいくつかの異なる技法が開発されている。これらの方法は、ピーク値（即ち、式（１）の分子）を低減し、したがってマルチ・キャリア変調シンボルの全体のＰＡＰＲを低減する様々な効果を実現する。組合せ探索を実行する技法のようないくつかの技法は、準最適な（ｎｅａｒ‐ｏｐｔｉｍａｌ）ＰＡＰＲシンボルを選択することができるが、これらの技法では多くの場合、かなり多くの計算が実行されることになる。他の技法では、ヒューリスティック・アプローチを使用してＰＡＰＲ低減シンボルが選択されるが、性能レベルが低下する場合が多い。組合せ探索を実行すること又は試行錯誤アプローチを利用することによってＰＡＰＲ低減トーンに割り当てるべきシンボルを選択する代わりに、反復勾配降下アルゴリズムを使用して準最適なＰＡＰＲ低減シンボルを直接計算することができる。さらに、この反復勾配降下アルゴリズムを使用すると、最大ピークだけを減少させる場合とは対照的に、マルチ・キャリア変調シンボルの１つ又は複数のサンプルを低減するＰＡＰＲ低減シンボルを計算することが可能となる。
【００２５】
図３は、ＰＡＰＲを低減する勾配降下アルゴリズムを使用する、本発明の一実施形態に係るＯＦＤＭ送信機３００の簡略ブロック図である。送信機３００は、データ・シンボル・マッパ３０２と、シリアル／パラレル・コンバータ３０４と、サブキャリア・マッパ３０６と、ＩＦＦＴプロセッサ３０８とを有し、これらの要素は、図２の送信機２００の等価な要素と類似の演算を実行してサブキャリア・マッパ３０６のＮ個の出力（例えば、Ｄ個のデータ・シンボル及びＭ個のゼロ値ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する）の各セット毎に初期ＯＦＤＭシンボルｚを生成する。ここで、各初期ＯＦＤＭシンボルｚは、Ｎ個の時間領域複素数（例えば、ｚ＝ｚ１，．．．，ｚＮ）を含む。
【００２６】
ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０は、初期ＯＦＤＭシンボルｚを受け取り、初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲを、当該ＯＦＤＭシンボルの許容可能なＰＡＰＲ低減レベルを表す指定のＰＡＰＲ閾値と比較する。初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値未満である場合には、当該初期ＯＦＤＭシンボルｚが、最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾として（即ち、ｚ＝ｚ＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０から出力される。初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値を超えている場合には、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０は、反復勾配降下アルゴリズムを実行して最大Ｍ個の非ゼロＰＡＰＲ低減シンボル（後で詳述）を有する最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾を生成する。他の実施形態によれば、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０は常に、反復勾配降下アルゴリズムを実行して最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾を生成することができることに留意されたい。かかる実装形態では、初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲと指定のＰＡＰＲ閾値との比較を省略することができる。次に、図２の送信機２００の等価な要素と類似の演算を実行するサイクリック・プレフィックス・インサータ３１２及びパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）コンバータ３１４を使用して、最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾の送信準備が行われる。送信機２００の場合と同様に、最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾は、デジタル／アナログ変換、無線周波数変調、増幅、あるいはＯＦＤＭシンボルの送信準備に適した他の処理を使用してさらに処理することができる。
【００２７】
ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０によって使用され得る１つの勾配降下アルゴリズムは、次式（２）で表される。
Ｘ（ｉ＋１）＝Ｘ（ｉ）−μ∇Ｊ（Ｘ（ｉ））      （２）
上式（２）によれば、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０の各繰返しｉの間に、以前のＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ）、ステップ・サイズμ、及びコスト関数Ｊ（Ｘ（ｉ））の勾配∇Ｊ（Ｘ（ｉ））に基づいて、更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）が計算される。
【００２８】
この場合では、勾配降下アルゴリズムは、式（１）の分子（即ち、時間領域ＯＦＤＭシンボルの最大サンプルの二乗）を最小にするように試みる。勾配が求められ得るコスト関数Ｊ（Ｘ（ｉ））を生成するために、式（１）の分子は、それ自体を近似する関数として次式（３）のように表される。
【数２】
2010504702.tif 000004
上式で、αは、スカラ定数≧１であり、ｚ（Ｘ（ｉ））は、ｉ番目の繰返しにおける時間領域ＯＦＤＭシンボルであり、Ｎは、時間領域ＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））におけるサンプル数であり、ｚｎ（Ｘ（ｉ））は、時間領域ＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））のｎ番目のサンプルである。時間領域ＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））は、周波数領域ＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ）の関数として次式（４）のように表すことができる。
ｚ（Ｘ（ｉ））＝ｚ＋Ｑ＾Ｘ（ｉ）      （４）
上式で、ｚは、初期ＯＦＤＭシンボルであり、Ｑ＾は、ＰＡＰＲ低減トーンに対応するＮ×ＮのＩＦＦＴ行列ＱにおけるＮ×Ｍの部分行列であり、Ｍは、ＰＡＰＲ低減に使用されるトーン数である。
【００２９】
式（３）のコスト関数Ｊ（Ｘ（ｉ））における勾配∇ｊ（Ｊ（ｉ））の発見により、次式（５）が与えられる。
【数３】
2010504702.tif 000005
上式で、ｊは、勾配ベクトルのｊ番目の要素を指し、ｆｎ＝［ｆｎ，１，ｆｎ，２，．．．，ｆｎ，Ｍ］は、前記行列Ｑ＾のｎ番目の行である。さらに、ｆ＊ｎ，ｊを除くすべての項がｊと独立であることに着目し、ｆ＊ｎ，ｊをｆｎ†に置き換えることにより、式（５）の勾配は、次式（６）に示されるようなベクトル形式に書き直すことができる。ここで、†はエルミート転置行列を示す。
【数４】
2010504702.tif 000006
【００３０】
実際の実装形態では、指数項（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）の計算が比較的困難になる可能性があり、そのため、システムの複雑性が高まる可能性がある。この複雑性を低減するために、式（６）は、その指数から分子と分母の共通項として最大サンプル（即ち、ｚｄ（１））を取り除くことにより、次式（７）のように修正することができる。
【数５】
2010504702.tif 000007
上式で、ｄ（１）は、｜ｚｎ｜の最大値であり、ｄ（ｎ）は、｜ｚｎ｜のｎ番目に大きい値である。その結果、分子と分母の両方の指数α（｜ｚｄ（ｎ）（ｉ）｜２−｜ｚｄ（１）（ｉ）｜２）は、負の値をとる。したがって、分子及び分母の指数項
【数６】
2010504702.tif 000008
は、［０，１］の区間内となり、そのため比較的小さいルック・アップ・テーブル（ＬＵＴ）に格納することができる。
【００３１】
図４は、図３の送信機３００のＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０を実装するのに使用され得る、本発明の一実施形態に係るＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００の簡略ブロック図である。ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００は、加算器４０２と、乗算器４０４とを有し、これらの要素は共に式（４）を実行し、それによって各繰返しｉ毎に更新済み時間領域ＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））が生成される。ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００は、送信機３００のＩＦＦＴプロセッサ３０８から初期ＯＦＤＭシンボルｚを受け取り、１回目の繰返しｉにおいて、Ｍ個の周波数領域ＰＡＰＲ低減シンボル・セット（即ち、Ｘ（ｉ）＝Ｘ１（ｉ），．．．，ＸＭ（ｉ））内の各シンボルをゼロに初期化することができる。諸代替実施形態によれば、当該セット内の各ＰＡＰＲ低減シンボルを他の何らかの値に初期化することもできる。初期化されたＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ）は、乗算器４０４に供給され、そこでＮ×Ｍの部分行列Ｑ＾が乗じられることにより、ＰＡＰＲ低減トーンの時間領域表現が生成される。次に、時間領域ＰＡＰＲ低減トーン及び初期ＯＦＤＭシンボルｚが共に加算器４０２に追加されて、更新済み時間領域ＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））が生成される。時間領域ＰＡＰＲ低減トーンを初期ＯＦＤＭシンボルｚに追加することにより、Ｄ個のデータ・シンボル・セットが１度だけＩＦＦＴ変換されることに留意されたい。
【００３２】
勾配計算器４０６は、更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））を受け取り、最大サンプルｚｄ（１）を探索し、当該サンプルｚｄ（１）を使用して更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））のＰＡＰＲを計算する。更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））のＰＡＰＲは、指定のＰＡＰＲ閾値と比較され、更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））のＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値未満である場合には、当該更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））が、最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾として（即ち、ｚ（Ｘ（ｉ））＝ｚ＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００から出力される。更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））のＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値を超えている場合には、勾配計算器４０６、乗算器４０８、及び加算器４１０が共に式（２）の更新を実行する。まず、勾配計算器４０６は、式（７）と、式（７）の分子及び分母の指数項
【数７】
2010504702.tif 000009
の各値が格納されたＬＵＴとを使用して、勾配∇Ｊ（Ｘ（ｉ））を生成する。これを実行する際に、勾配計算器４０６は、式（７）に示されるような分子と分母の両方における和から最大サンプルｚｄ（１）を減算する。乗算器４０８は、勾配∇Ｊ（Ｘ（ｉ））にステップ・サイズμを乗じ、加算器４１０は、以前のＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ）からその積を減算し、それによって更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）が生成される。他の実施形態によれば、勾配計算器４０６、乗算器４０８、及び加算器４１０は常に、式（２）の更新を実行して更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）を生成することができることに留意されたい。かかる実施形態では、更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））のＰＡＰＲと指定のＰＡＰＲ閾値との比較を省略することができる。
【００３３】
次に、更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）は、乗算器４０４に供給され、指定の終了条件が発生するまで上記のプロセスを繰り返すことができる。例えば、上記の更新ループは、許容可能なＰＡＰＲが達成された後、指定された回数の更新が実行された後、あるいは別の適切な終了条件が発生した後に終了することができる。終了条件が発生すると、現在の更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（Ｘ（ｉ））が、最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾として（即ち、ｚ（Ｘ（ｉ））＝ｚ＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００から出力され、当該最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾が、図３のサイクリック・プレフィックス・インサータ３１２に供給される。
【００３４】
本発明の様々な実施形態によれば、式（７）の分子及び分母における加算回数を少なくすることにより、勾配計算器４０６によって実行される勾配計算の複雑性を低減することができる。具体的には、Ｎ個のすべての時間領域サンプルを使用して分子及び分母を計算する代わりに、勾配計算器４０６は、Ｎ未満の数であるＫ個のサンプルを探索することができ、それらのＫ個のサンプルを使用して式（７）の加算を実行することができる。ここで、使用されるサンプルは、Ｋ個の最大サンプル（即ち、ｄ１，．．．，ｄＫ）とすることができる。サンプルの大きさは繰返し毎に変化する可能性があるため、Ｋ個のサンプルが更新アルゴリズムで使用される場所も繰返し毎に変化する可能性がある。また、上記の加算で使用されるＫ個のサンプルは、ＰＡＰＲの低減と、計算の複雑性の低減とのバランス要因（ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）等に基づいて選択することができる。
【００３５】
一実施形態では、勾配計算器４０６は、各繰返し毎に最大サンプルを探索し、該当する繰返しにおける最大サンプルに基づいて、更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）を生成することができる。本実施形態では、式（２）の更新が簡略化され、次式（８）のように書き直すことができる。
Ｘ（ｉ＋１）＝Ｘ（ｉ）−２μｚ（ｉ）ｐ（ｉ）ｆ†ｐ（ｉ）      （８）
上式で、ｐ（ｉ）は、ｉ番目の繰返しにおける最大サンプルｚｎの添え字である。本実施形態では、ＰＡＰＲ低減シンボルが更新されるときに、１つ又は複数の他のサンプルの大きさが相対的に大きくなるように、最大サンプルｚ（ｉ）ｐ（ｉ）の大きさを減少させることができることに留意されたい。さらに、最大サンプルｚ（ｉ）ｐ（ｉ）の大きさを減少させるときに、１つ又は複数の他のサンプルの大きさを増加させ、それによってＰＡＰＲが許容可能なレベルを超えるように増加させることもできる。その結果、複数のサンプルを使用する一実施形態と比較して、許容可能なＰＡＰＲを達成する上でより多くの繰返しを実行する必要が生じる可能性がある。
【００３６】
Ｋ個の最大サンプルの探索は、例えばＮ個のすべてのサンプルをソートすることによって判定され得るため、計算コストが高くなる可能性がある。本発明の諸代替実施形態では、勾配計算器４０６が閾値に基づいてサンプルを選択することが想定され得る。かかる実施形態では、勾配計算器４０６は、それ自体の大きさが閾値を上回るサンプルの数に基づいて、式（７）で使用されるＫ個のサンプルを選択することができる。それ自体の大きさが閾値を上回るサンプルの数は繰返し毎に変化する可能性があるため、式（７）で使用するために選択されるＫ個のサンプルも繰返し毎に変化する可能性がある。
【００３７】
図４の実施形態によれば、更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）が生成された後は、許容可能なＰＡＰＲが達成されるかどうかを判定するために、当該セットは時間領域に変換され、初期時間領域ＯＦＤＭシンボルｚに追加される。したがって、各繰返し毎にＩＦＦＴ処理（即ち、乗算器４０４）を使用して、更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）がＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲに及ぼす影響が判定される。本発明の他の実施形態によれば、勾配降下アルゴリズムは、更新済み時間領域ＯＦＤＭシンボル全体を時間領域で生成することができ、それによって各繰返し中にＩＦＦＴ変換を実行する必要を解消することができる。
【００３８】
ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０が更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（ｉ＋１）全体を時間領域で生成するのに使用することが可能な勾配降下アルゴリズムは、次式（９）で表される。
ｚ（ｉ＋１）＝ｚ（ｉ）−μ∇Ｊ（ｚ（ｉ））      （９）
式（７）の修正により、勾配∇Ｊ（ｚ（ｉ））を次式（１０）のように生成することができる。
【数８】
2010504702.tif 000010
上式で、Ｇ＝［ｇ１，．．．，ｇＮ］＝Ｑ＾Ｑ＾†であり、これは事実上、予約トーンに対するｆ†ｎの各ベクトルの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）に相当する。
【００３９】
図５は、図３の送信機３００のＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ３１０を実装するのに使用され得る、本発明の別の実施形態に係るＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ５００の簡略ブロック図である。勾配計算器５０２は、初期時間領域ＯＦＤＭシンボルｚを受け取り、初期ＯＦＤＭシンボルｚの最大サンプルｚｄ（１）を探索し、識別されたサンプルｚｄ（１）を使用して初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲを計算する。初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲは、指定のＰＡＰＲ閾値と比較され、初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値未満である場合には、当該初期ＯＦＤＭシンボルｚが、最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾として（即ち、ｚ＝ｚ＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ５００から出力される。初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲがＰＡＰＲ閾値を超えている場合には、勾配計算器５０２、乗算器５０４、及び加算器５０６が共に式（９）の更新を実行する。具体的には、勾配計算器５０２は、式（１０）を使用して勾配∇Ｊ（ｚ（ｉ））を計算し、乗算器５０４は、勾配∇Ｊ（ｚ（ｉ））に指定のステップ・サイズμを乗じ、加算器５０６は、初期ＯＦＤＭシンボルｚからその積を減算し、それによって式（９）に示されるような更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（ｉ＋１）が生成される。他の実施形態によれば、勾配計算器５０２、乗算器５０４、及び加算器５０６は常に、式（９）の更新を実行して更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（ｉ＋１）を生成することができることに留意されたい。かかる実施形態では、初期ＯＦＤＭシンボルｚのＰＡＰＲと指定のＰＡＰＲ閾値との比較を省略することができる。
【００４０】
更新済みＯＦＤＭシンボルｚ（ｉ＋１）は、勾配計算器５０２の入力にフィードバックされ、このプロセスは、指定の終了条件が発生するまで繰り返される。例えば、上記の更新ループは、許容可能なＰＡＰＲが達成された後、指定された回数の更新が実行された後、あるいは別の適切な終了条件が発生した後に終了することができる。終了条件が発生すると、現在のＯＦＤＭシンボルｚ（ｉ）が、最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾として（即ち、ｚ（ｉ）＝ｚ＾）ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ５００から出力され、当該最終ＯＦＤＭシンボルｚ＾は、図３のサイクリック・プレフィックス・インサータ３１２に供給される。
【００４１】
図４のＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００について先述した代替実施形態の場合と同様に、勾配計算器５０２がＮ未満の数であるＫ個のサンプルを探索し、それらのＫ個のサンプルを使用して式（１０）の加算を実行することが可能な、ＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ５００の代替実施形態も想定され得る。ここで使用されるサンプルは、Ｋ個の最大サンプル（即ち、ｄ１，．．．，ｄＫ）であることが好ましい。最大サンプルを選択する一実施形態によれば、式（９）の勾配計算は、次式（１１）を使用してＯＦＤＭシンボルが更新されるように簡略化することができる。
ｚ（ｉ＋ｌ）＝ｚ（ｉ）−２μｚ（ｉ）ｐ（ｉ）ｇｐ（ｉ）      （１１）
上式で、ｐ（ｉ）は、ｉ番目の繰返しにおける最大サンプルｚｎの添え字である。また、上述のＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００の比較可能な代替実施形態と同様の様式で、閾値に基づいてＫ個のサンプルを選択する代替実施形態も想定され得る。
【００４２】
本発明の性質を説明するために説明し図示した部分の詳細、材料、及び構成については、添付の特許請求の範囲に示される本発明の範囲から逸脱しない限り、当業者によって様々な変更が施され得ることが理解されるだろう。例えば、図４のＰＡＰＲ低減シンボル・ジェネレータ４００は、各更新済みＰＡＰＲ低減シンボル・セットＸ（ｉ＋１）が図３のサブキャリア・マッパ３０６に供給されるように修正することができる。次に、ＩＦＦＴ  ３０８は、各繰返し毎に、Ｍ個のＰＡＰＲ低減シンボル及びＤ個のデータ・シンボルを含むサブキャリア・マッパ３０６からのＮ個の出力の各セットをＯＦＤＭシンボルｚに変換し、当該ＯＦＤＭシンボルｚを勾配計算器４０６に直接供給することができ、この場合は、乗算器４０４及び加算器４０２を省略することができる。別の例としては、勾配計算器４０６及び５０２による勾配の計算は、（例えば、式（７）を使用する代わりに、ＬＵＴを用いない式（６）を使用して）当業者によって作成され得る式（７）及び（１０）の変形例を使用して実行することもできる。
【００４３】
上述の様々な勾配降下アプローチを使用して、空きトーン又は予約トーンあるいはその両方を対象とするＰＡＰＲ低減信号を生成することができる。また、上述の様々な勾配降下アプローチをＰＡＰＲ低減技法を動的に選択する方法と併せて使用することにより、本願と同日に出願された米国特許出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号（整理番号：Ｗｏｏｄｗａｒｄ  ８）で教示されるようなＯＦＤＭ信号の歪みを低減することができる。
【００４４】
添付の特許請求の範囲で使用される「予約トーン」という用語は、ＰＡＰＲ低減用に事前に予約されるトーンを指す。パイロット・トーンを含めた他のすべてのトーンは、予約されない。
【００４５】
特許請求の範囲で使用される「勾配降下アルゴリズム」という用語は、マルチ・キャリア変調（例えば、ＯＦＤＭ）信号の振幅の微分可能関数を定義するステップと、その後コスト関数の導関数（例えば、勾配）に基づいて繰返しを実行して最適値を発見するステップとを含む。
【００４６】
本発明をＯＦＤＭ変調技法と共に使用する形で説明したが、本発明はそのように限定されるものではない。本発明は、デジタル加入者線（ＤＳＬ）技法、符号化ＯＦＤＭ技法、他の任意の適当なマルチ・キャリア変調技法等、他のマルチ・キャリア変調技法にも拡張することができる。
【００４７】
本発明は、単一集積回路（ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等）、マルチ・チップ・モジュール、単一カード、又はマルチ・カード回路パックとして可能な実装を含む回路ベース・プロセスとして実装することができる。当業者には明らかなように、回路要素の様々な機能をソフトウェア・プログラムの処理ブロックとして実装することもできる。そのようなソフトウェアは、例えばデジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、又は汎用コンピュータで利用することができる。
【００４８】
本発明は方法の形で実施することも、それらの方法を実行する装置の形で実施することもできる。本発明は、磁気記録媒体、光記録媒体、固体メモリ、フロッピー（登録商標）・ディスケット、ＣＤ‐ＲＯＭ、ハード・ドライブ、他の任意のマシン読み取り可能な記憶媒体等、有形の媒体に実装され、コンピュータ等のマシンにロードされ当該マシンによって実行されたときに当該マシンが本発明を実施する装置となる、プログラム・コードの形で実施することもできる。本発明は、例えば記憶媒体に記憶されるものであれ、マシンにロードされ且つ／又は当該マシンによって実行されるものであれ、あるいは電気配線や電気ケーブル、光ファイバ、又は電磁放射等、何らかの伝送媒体を介して伝送されるものであれ、コンピュータ等のマシンにロードされ当該マシンによって実行されたときに当該マシンが本発明を実施する装置となる、プログラム・コードの形で実施することもできる。このプログラム・コードの各セグメントは、汎用プロセッサ上に実装されたときに、当該プロセッサと連動して特定の論理回路と類似の動作をする一意のデバイスを提供する。本発明は、媒体を介して電気的又は光学的に伝送され、磁界変化を介して磁気記録媒体等に記憶され、本発明の方法及び／又は装置を使用して生成されるビットストリーム又は他の信号値シーケンスの形で実施することもできる。
【００４９】
添付の特許請求の範囲で使用される図面番号及び／又は図面の参照符号は、各請求項の解釈を容易にするために、各請求項の主題に関する１つ又は複数の可能な実施形態を特定することを意図したものである。このような使用によって各請求項の範囲が必然的に対応する図面に示した実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。
【００５０】
本明細書に記載される例示的な方法の各ステップは、必ずしも記載の順序で実行する必要はなく、そのような方法の各ステップの順序は、単なる例示として理解すべきことを理解されたい。同様に、本発明の様々な実施形態と矛盾しない方法では、追加的なステップを含めることができ、また、いくつかのステップを省略することも組み合わせることもできる。
【００５１】
添付の特許請求の範囲における方法クレームの各要素は、それらが存在する場合は対応するラベルが付された特定の順序で列挙されているが、クレーム説明においてそれらの要素の一部又は全部を実施する特定の順序について別段の言及がない限り、それらの要素は、必ずしもその特定の順序で実施されるように限定されるものではない。
【図１】
2010504702.tif 000015
【図２】
2010504702.tif 000016
【図３】
2010504702.tif 000017
【図４】
2010504702.tif 000018
【図５】
2010504702.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【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】
送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するコンピュータ実装方法であって、
（ａ）（ｉ）１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減トーンとを有する初期マルチ・キャリア変調信号を生成するステップと、
（ｂ）前記初期マルチ・キャリア変調信号に勾配降下アルゴリズムを適用して、（ｉ）前記１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する前記１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減トーンとを有する最終マルチ・キャリア変調信号を生成するステップとを含み、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低い、
方法。
【請求項２】
前記マルチ・キャリア変調信号、前記初期マルチ・キャリア変調信号、及び前記最終マルチ・キャリア変調信号は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記勾配降下アルゴリズムは、
（ｂ１）前記初期マルチ・キャリア変調信号内の１つ又は複数の最大サンプルを判定するステップと、
（ｂ２）前記１つ又は複数の最大サンプルを、前記マルチ・キャリア変調信号の振幅に基づくコスト関数の勾配に適用するステップと、
（ｂ３）前記コスト関数の前記勾配に基づいて前記マルチ・キャリア変調信号を更新するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ１）乃至（ｂ３）は、指定の終了条件が発生するまで１回又は複数回繰り返される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コスト関数Ｊは、マルチ・キャリア変調信号ｚのピーク電力を近似し、
【数１】
2010504702.tif 000020
によって与えられ、
αは、スカラ定数であり、
ｚｎは、前記マルチ・キャリア変調信号ｚのｎ番目の要素であり、
Ｎは、前記マルチ・キャリア変調信号ｚ内のサンプル数である、
請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記勾配降下アルゴリズムは、
Ｘ（ｉ＋１）＝Ｘ（ｉ）−μ∇Ｊ（Ｘ（ｉ））、
ｉは、前記勾配降下アルゴリズムの繰返し回数であり、
Ｘ（ｉ＋１）は、１つ又は複数の更新済みＰＡＰＲ低減シンボルであり、
Ｘ（ｉ）は、以前の繰返し中に生成された１つ又は複数のＰＡＰＲ低減シンボルであり、
μは、ステップ・サイズであり、
Ｊ（Ｘ（ｉ））は、コスト関数であり、
∇Ｊ（Ｘ（ｉ））は、前記コスト関数Ｊ（Ｘ）の勾配である、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記コスト関数Ｊ（Ｘ（ｉ））の前記勾配∇Ｊ（Ｘ（ｉ））は、
【数２】
2010504702.tif 000021
であり、
｜ｚｎ（Ｘ（ｉ））｜は、前記マルチ・キャリア変調信号ｚ（Ｘ（ｉ））の前記ｎ番目の要素の絶対値であり、
ｄ（１）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ））｜の最大サンプルであり、
ｄ（ｎ）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ））｜のｎ番目に大きいサンプルであり、
Ｋは、Ｎ未満又はＮと等しい整数であり、
Ｑは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）におけるＮ×Ｎの行列であり、Ｎは、前記ＩＦＦＴの列と行の両方の長さであり、
Ｑ＾は、ＱにおけるＮ×Ｍの部分行列であり、
Ｍは、前記１つ又は複数のＰＡＰＲ低減トーンの数であり、
ｆｎ＝［ｆｎ，１，ｆｎ，２，．．．，ｆｎ，Ｍ］は、前記行列Ｑ＾のｎ番目の行であり、
†は、エルミート転置行列を示す、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記勾配降下アルゴリズムは、
ｚ（ｉ＋１）＝ｚ（ｉ）−μ∇Ｊ（ｚ（ｉ））、
ｉは、前記勾配降下アルゴリズムの繰返し回数であり、
ｚ（ｉ）は、ｉ番目の繰返し中のマルチ・キャリア変調信号であり、
ｚ（ｉ＋１）は、ｉ＋１番目の繰返しにおける更新済みマルチ・キャリア変調信号であり、
μは、ステップ・サイズであり、
Ｊ（ｚ（ｉ））は、コスト関数であり、
∇Ｊ（ｚ（ｉ））は、前記コスト関数の勾配である、
請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記コスト関数の前記勾配は、
【数３】
2010504702.tif 000022
であり、
｜ｚｎ（Ｘ（ｉ）｜は、前記マルチ・キャリア変調信号ｚ（Ｘ（ｉ））のｎ番目の要素の絶対値であり、
ｄ（１）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ）｜の最大サンプルであり、
ｄ（ｎ）は、｜ｚｎ（Ｘ（ｉ）｜のｎ番目に大きいサンプルであり、
Ｋは、Ｎ未満又はＮと等しい整数であり、
Ｑは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）のＮ×Ｎの行列であり、Ｎは、前記ＩＦＦＴの列と行の両方の長さであり、
Ｑ＾は、ＱにおけるＮ×Ｍの部分行列であり、
Ｍは、前記１つ又は複数のＰＡＰＲ低減トーンの数であり、
Ｇ＝［ｇ１，．．．，ｇＮ］＝Ｑ＾Ｑ＾†、
†は、エルミート転置行列を示す、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
送信機のマルチ・キャリア変調信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減する装置であって、
（ａ）（ｉ）１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の初期ＰＡＰＲ低減トーンとを有する初期マルチ・キャリア変調信号を生成する手段と、
（ｂ）前記初期マルチ・キャリア変調信号に勾配降下アルゴリズムを適用して、（ｉ）前記１つ又は複数のデータ・シンボルに対応する前記１つ又は複数のデータ変調トーンと、（ｉｉ）１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減シンボルに対応する１つ又は複数の最終ＰＡＰＲ低減トーンとを有する最終マルチ・キャリア変調信号を生成する手段とを備え、前記最終マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲは、前記初期マルチ・キャリア変調信号の前記ＰＡＰＲよりも低い、
装置。
【国際調査報告】
2010504702.tif 000023
2010504702.tif 000024
2010504702.tif 000025