(57)【要約】  モデムのリンク待ち時間を低減させるチャネル推定のためのパイロットサブキャリア信号構造、或いは、チャネル推定のために後に検出するようにＯＦＤＭ信号内に挿入される擬似乱数シーケンスを使用するＯＦＤＭモデムを提示する。ＯＦＤＭ信号は複数のシンボルを含み、各シンボルは、データを伝達する複数の密接に配置された直交データサブキャリア信号を有する。いくつかの実装形態では、１以上のパイロットサブキャリア信号は、データサブキャリア信号とともに挿入される。各パイロットサブキャリア信号は、所定のパイロット変調方式で変調される。各パイロットサブキャリア信号は、ＯＦＤＭ信号のそれぞれの連続するシンボル持続時間に対して異なるサブキャリア信号位置に配置されて、スライドするパイロットサブキャリア信号を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がデータを伝達する複数の密接に配置された直交データサブキャリア信号を有する複数のシンボルを含むＯＦＤＭ信号において、
所定のパイロット変調方式で変調された１つ以上のパイロットサブキャリア信号をデータサブキャリア信号とともに挿入するステップと、
前記ＯＦＤＭ信号のそれぞれの連続するシンボル持続時間に対して各パイロットサブキャリア信号を異なるサブキャリア信号位置に配置して、スライドするパイロットサブキャリア信号を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記所定のパイロット変調方式に従った前記スライドするパイロットサブキャリア信号を有する前記ＯＦＤＭ信号を送信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＯＦＤＭ信号のそれぞれの連続するシンボル持続時間を受信するステップと、
前記ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために前記１つ以上のパイロットサブキャリア信号を求めて、前記複数のデータサブキャリア信号を求めるステップと
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記チャネル推定が、２つ以上のシンボル持続時間にわたって行われる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記パイロット変調方式が、各データサブキャリア信号より高い電力で各パイロットサブキャリア信号を送信することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記パイロット変調方式が、変調シーケンスをフレーム境界と同期させることを含み、各フレームが１つ以上のＯＦＤＭシンボルからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＯＦＤＭ信号が、各々が異なるチャネルに対応する複数のアンテナ上で送信されるように構成されており、１つ以上の複数のパイロットサブキャリア信号を挿入する前記ステップが、１つ以上のパイロットサブキャリア信号を各チャネル上に前記データサブキャリア信号とともに挿入するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
データを伝達する複数の密接に配置された直交データサブキャリア信号を含むＯＦＤＭ信号を受信するステップであって、前記ＯＦＤＭ信号が、前記複数のデータサブキャリア信号内に挿入され所定のパイロット変調方式で変調された１つ以上のパイロットサブキャリア信号を更に含み、各パイロットサブキャリア信号が、前記ＯＦＤＭ信号のそれぞれの連続するシンボル持続時間に対して異なるサブキャリア信号チャネル位置に配置されてスライドするパイロットサブキャリア信号を形成する、該ステップと、
前記ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために前記１つ以上のパイロットサブキャリア信号を求めて、前記複数のデータサブキャリア信号を求めるステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記スライドするパイロットサブキャリア信号が、それぞれの連続するシンボル持続時間中の連続するサブキャリア信号チャネル位置に配置される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記異なるサブキャリア信号チャネル位置が、符号化されたシーケンスに基づく、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記パイロット変調方式が、各データサブキャリア信号より高い電力で各パイロットサブキャリア信号を送信することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記パイロット変調方式が、各パイロットサブキャリア信号を各シンボル持続時間のフレーム境界と同期させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＯＦＤＭ信号を受信するステップが、対応する複数のアンテナ上で複数のチャネルの前記ＯＦＤＭ信号を受信することを更に含み、
前記ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために前記１つ以上のパイロットサブキャリア信号を求めるステップが、前記複数のチャネルのそれぞれに対するチャネル推定のために前記１つ以上のパイロットサブキャリア信号を求めることを更に含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
データを伝達する複数の密接に配置された直交データサブキャリア信号を含むＯＦＤＭ信号を受信する受信器であって、前記ＯＦＤＭ信号が、前記複数のデータサブキャリア信号内に挿入され所定のパイロット変調方式で変調された１つ以上のパイロットサブキャリア信号を更に含み、各パイロットサブキャリア信号が、前記ＯＦＤＭ信号のそれぞれの連続するシンボル持続時間に対して異なるサブキャリア信号チャネル位置に配置されてスライドするパイロットサブキャリア信号を形成する、該受信器と、
前記ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために前記１つ以上のパイロットサブキャリア信号を求めて、前記複数のデータサブキャリア信号を求める処理装置と、
を備えるモデム。
【請求項１５】
前記処理装置が、前記受信したＯＦＤＭ信号を復号する復号器を更に含む、請求項１４に記載のモデム。
【請求項１６】
各々がデータを伝達する複数の密接に配置された直交データサブキャリア信号を有する複数のシンボルを含むＯＦＤＭ信号内にて、
データサブキャリア電力レベルより低い信号電力レベルでそれぞれの個々のデータサブキャリア信号内に擬似乱数シーケンスを挿入するステップと、
前記ＯＦＤＭ信号を受信器で受信するステップと、
前記ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために前記受信器で前記擬似乱数シーケンスを検出して、前記複数のデータサブキャリア信号を求めるステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記擬似乱数シーケンスが、前記データサブキャリア信号の平均電力より１０ｄＢ以上低く挿入される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＯＦＤＭ信号が、それぞれ異なるチャネルに対応する複数のアンテナ上で送信されるように構成されており、前記ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために前記受信器で前記擬似乱数シーケンスを求めることが、各チャネルに対する前記擬似乱数シーケンスを求めることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
各チャネル用の前記擬似乱数シーケンスが互いに直交する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記擬似乱数シーケンスが、単一のデータサブキャリア信号分の最大帯域幅を有する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００７年８月３１日出願の「ＯＦＤＭ  Ｍｏｄｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｉｌｏｔ  Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」と題する米国特許仮出願第６０／９６９５１９号明細書（代理人整理番号第３５９２８−５１０ＰＲＯ）の、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張する。また、同出願を参照することにより、本明細書に援用する。
【背景】
【０００２】
[0002]直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）モデムは、有線システムの準静的チャネルから高速移動の無線移動システムの非常に動的なチャネルまで、様々な通信環境の障害に対処するように設計されている。チャネルはモデムの性能及び設計に大きな影響を与える一方、終端間アプリケーションのデータ転送速度、ＢＥＲ、及び待ち時間などの他の要件は更なる要件を課し、モデムの最終設計に影響を与える。
【０００３】
[0003]ＷｉＦｉ及びＷｉＭａｘなどのパケットベースの適用分野向けのＯＦＤＭモデムは通常、大きな待ち時間を許容することができ、したがってチャネル推定のためにインターリービング、コード化、及びプリアンブルを有することができる。また、周波数領域において複数のパイロットチャネルを使用して、シンボルごとの補正に必要な残留周波数オフセットの除去、クロックタイミングの回復、及び他の微調整動作といった動作を支援している。回線交換（送信を継続する）型ＯＦＤＭリンクでは、同期及び取得アルゴリズムの大部分は、連続する受信シンボル（決定支援型又は指示型）に基づく。ＣＳ  ＯＦＤＭリンクでは、待ち時間要件がパケット交換ＯＦＤＭより厳しくなり得るが、それでもなおモデムは、周波数又は時間領域におけるパイロットトーンの存在を享受することができる。本明細書に記載の本発明は、厳密な時間及び／又は周波数制約を有するＯＦＤＭモデムが、ＡＦＣ、最大比合成、及びＭＩＭＯといったモデム内の機能ユニットに対するチャネル推定を実行できるようにするものである。
【概要】
【０００４】
[0004]本書は、チャネル推定のためにパイロットサブキャリア信号構造を使用して、モデムのリンク待ち時間を低減させるＯＦＤＭモデムを示す。ＯＦＤＭ信号は複数のシンボルを含み、各シンボルは、データを伝達する複数の密接に配置された直交データサブキャリア信号を有する。一実装形態では、方法は、１つ以上のパイロットサブキャリア信号をデータサブキャリア信号とともに挿入するステップを含む。各パイロットサブキャリア信号は、所定のパイロット変調方式で変調される。この方法は、ＯＦＤＭ信号のそれぞれの連続するシンボル持続時間に対して各パイロットサブキャリア信号を異なるサブキャリア信号位置に配置して、スライドするパイロットサブキャリア信号を形成するステップを更に含む。
【０００５】
[0005]別の実装形態では、方法は、データを担持する複数の密接に配置された直交データサブキャリア信号を含むＯＦＤＭ信号を受信するステップを含み、このＯＦＤＭ信号は、複数のデータサブキャリア信号内に挿入されて所定のパイロット変調方式で変調された１つ以上のパイロットサブキャリア信号を更に含み、各パイロットサブキャリア信号は、ＯＦＤＭ信号のそれぞれの連続するシンボル持続時間に対して異なるサブキャリア信号チャネル位置に配置されてスライドするパイロットサブキャリア信号を形成する。この方法は、ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために１つ以上のパイロットサブキャリア信号を求めて、複数のデータサブキャリア信号を求めるステップを更に含む。更に別の実装形態では、モデムが提供される。モデムは、前述のＯＦＤＭ信号を受信する受信器を含む。モデムは、ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために１つ以上のパイロットサブキャリア信号を求めて、複数のデータサブキャリア信号を求める処理装置を更に含む。
【０００６】
[0006]更に別の実装形態では、ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のための方法を提示する。この方法は、データサブキャリア電力レベルより低い信号電力レベルで各個々のデータサブキャリア信号内に擬似乱数シーケンスを挿入するステップと、ＯＦＤＭ信号を受信器で受信するステップと、ＯＦＤＭ信号のチャネル推定のために受信器で擬似乱数シーケンスを検出して、複数のデータサブキャリア信号を求めるステップと、を含む。
【０００７】
[0007]１以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明において示す。他の特徴及び利点は、説明及び図面から、また特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【０００８】
[0008]これら及び他の態様を、以下の図面を参照して次に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】プリアンブル構造の一例を示す図である。
【図２】パイロットサブキャリア構造の一例を示す図である。
【図３】単一の「スライドするパイロット」サブキャリア構造の一例を示す図である。
【図４】存在する複数のシンボルを用いた単一の「スライドするパイロット」サブキャリア構造の一例を示す図である。
【図５】２アンテナ送信ダイバシティを用いた「スライドするパイロット」サブキャリア構造の一例を示す図である。
【図６】単一のアンテナ送信器に対する「パイロットアンダーレイ」の一例を示す図である。
【図７】ＳＴＴＤを用いた２アンテナ送信器に対する「パイロットアンダーレイ」の一例を示す図である。
【詳細な説明】
【００１０】
[0016]以下では、種々の図面における同じ参照記号は、同じ要素を指している。
【００１１】
[0017]信号のコヒーレント受信には、任意の所与の時点における信号の位相を知ることが重要である。しかし、時変伝搬チャネルの位相の劣化により、伝搬チャネルが受信信号の位相に与える影響を取り除くには、連続するチャネル推定が必要になる。次いで、時間又は周波数領域において実行し得るチャネル推定を使用して、それに応じて各サブキャリアの位相を補正する。時間又は周波数におけるチャネル推定には、時間領域における既知のシーケンス、周波数領域におけるパイロットサブキャリア、又は、その双方が必要とされる。図１は、８０２．１１ａ  ＯＦＤＭリンクのプリアンブル構造を示している。このプリアンブル構造では、各パケットの先頭で、１０個の「短い」シンボル及び２つの「長い」シンボルが送信される。短いシンボルは、自動利得制御（ＡＧＣ）、粗い自動周波数制御（ＡＦＣ）、及びパケット検出に使用され、長いシンボルは主に、微細なＡＧＣ、チャネル推定、及びシンボルタイミング同期に使用される。プリアンブルシンボルは、そのスペクトル応答をモデム機能の更なる微調整にも使用できるように設計される。
【００１２】
[0018]図２は、周波数領域パイロットの一例として、（４つの）８０２．１１ａパイロットサブキャリアを示している。これらのサブキャリアを使用して、残留キャリア周波数及び位相オフセット、クロックタイミング誤差、並びにチャネル推定といった要素の推定値を微調整する。
【００１３】
[0019]反復するプリアンブルに伴うリンク待ち時間を許容できず、また利用可能なパイロットサブキャリアの数が限られている場合、「スライドするパイロット」を使用して、いくつかのシンボル持続時間にわたる全帯域のチャネル推定を実行する。１つ以上のスライドするパイロットサブキャリアが存在し得る。チャネルコヒーレンス時間がチャネル推定の「リフレッシュレート」（すなわち、すべてのサブキャリアの完全な走査が完了する速度）より長い限り、チャネルの推定値をモデム同期及び検出アルゴリズムに使用することができる。８０２．１１ａの例及びシステムパラメータを使用して、図３は、単一の「スライドするパイロット」サブキャリアの一例を示している。
【００１４】
[0020]以下、図３を参照する。ｔ０に等しい時点で送信されるシンボルの期間に送信されるパイロットサブキャリアは、アクティブなサブキャリア１に位置するパイロットトーンを有し、時点ｔ１におけるシンボル用のパイロットサブキャリアは、サブキャリア２に位置し、以下同様である。チャネル推定値のリフレッシュレートが伝搬チャネルコヒーレンス時間の一部分である限り、チャネル推定値は有効である。上記の例では、４μ秒のシンボル持続時間では、完全なチャネル推定に０．２ミリ秒が必要である。移動速度が３ｋｍ／ｈの屋内環境では、２３ミリ秒前後のチャネルコヒーレンス時間が予想される。これは、チャネル推定値リフレッシュレートの１００倍より長い。実際、図４に示すように、パイロットは、チャネル推定の精度にあまり影響を与えることなく、シンボル２つ分の持続時間（又はそれ以上）にわたって所与のサブキャリア上に存在することができる。２つの連続するシンボルの期間中に１つのサブキャリア上でパイロットトーンを維持することによって、位相、周波数、及びクロックタイミング誤差をより良好に推定することが可能になる。また、これにより、チャネル振幅及び位相のより良好な推定値が提供される。
【００１５】
[0021]８０２．１１ａのように、所定のシーケンスによってスライドするパイロットを変調することができ、このシーケンスを使用して次のサブキャリア位置を特定することができる。或いは、送信器側と受信器側の間にフレーム（又は時間スロット）同期機構が存在する場合には、パイロットサブキャリア選択をフレーム境界と同期させることができる。データサブキャリアと比較してより高い電力でパイロットサブキャリアを送信することも可能であり、これによって、チャネル推定の品質を改善しながらパイロットサブキャリアの特定を容易にする。
【００１６】
[0022]リンク（ＡＧＣ、ＡＦＣ、サンプルクロックタイミング、チャネル推定値）の初期取得を支援するために、セッションの先頭で長いトレーニングシーケンス（時間及び／又は周波数ベース）を使用し、その後、スライドするパイロットを使用してチャネル変化を追跡することが可能である。ＢＥＲ又はＦＥＲが必要な閾値を満たさなかったことに基づき必要に応じて送信される不規則なトレーニングシーケンスを用い、当該トレーニングシーケンスによってデータを消去することにより、この処理を支援することも可能である。これらの短いトレーニングシーケンスを頻繁ではないが規則的（たとえば、１００ミリ秒ごと）に送ることも可能であり、この場合もデータを消去することによって、瞬間的にＢＥＲが高くなる。
【００１７】
[0023]大部分の多重送信アンテナ（ＭＴＡ）及び多重入出力（ＭＩＭＯ）方式の場合、必要とされる異なるチャネル推定の数は、送信ブランチの数に等しい。２アンテナ送信空間時間送信ダイバシティ（ＳＴＴＤ又はＡｌａｍｏｕｔｉ  ＭＩＭＯとも呼ばれる）方式の場合、受信器（複数可）において２つの異なるチャネル推定が必要とされる。したがって、第２のアンテナによって送信され得る第２のパイロットサブキャリアを含むように、スライドするパイロット方式を（図５に示すように）修正することができる。図５は、単一のサブキャリアがスペクトルの両方向から送信される例を示している（複数のサブキャリアも可能であることに留意されたい）。しかし、これらのサブキャリアは、固定又は可変のオフセットで同じスペクトル側から「スライド」し得ることも可能である。何れの場合も、他のアンテナ（複数可）に関連するパイロットサブキャリアの送信電力を「ゼロ（ＮＵＬＬ）」にし又は低減させることに注意しなければならない。アクティブなサブキャリアの数が奇数である場合、パイロットサブキャリアは、スペクトルの中央で同じインデックスを有する。しかし、中心のサブキャリアはＤＣであり、通常電力をもたない（すなわち、ゼロである）ので、これにより問題が発生することはない。単一のアンテナの場合に対して前述した同じパイロット「存在」及びパイロット変調パターンを、ＭＴＡ及びＭＩＭＯ方式にも適用することができる。
【００１８】
[0024]パイロットトーンを挿入する代替手法を図６に示す。この代替手法では、パイロットアンダーレイシステム１００は、直列−並列ブロック１０２と、擬似乱数ノイズ（ＰＮ）シーケンスを生成する擬似乱数ノイズ（ＰＮ）シーケンス発生器１０４と、を含む。ＰＮシーケンス発生器１０４は、ＰＮシーケンスをＯＦＤＭ波形より下で並列信号に挿入し、またチャネル推定に使用される。逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）ブロック１０６又はサイクリックプリフィックス（ＣＰ）挿入器モジュール１０８後、最終のＯＦＤＭ送信器の帯域幅で、すべてのサブキャリアに対する共通コードを時間内に挿入することができる。しかし、図６に示すように、ＩＦＦＴブロック１０６前に、それぞれの個々のサブキャリアの下でＰＮコードが挿入される。したがって、ＰＮコードは、単一のサブキャリア分の最大帯域幅を有し（図６）、それでもなお受信器でサブキャリア変調方式の目標ビット誤差率（ＢＥＲ）を満たすことができるように、メインサブキャリア信号電力より小さいレベルで挿入される。一例として、ＢＰＳＫ及びＱＰＳＫの場合、サブキャリアの平均電力より１０ｄＢ以上低いＰＮシーケンスを挿入することができ（すべてのサブキャリアが同じ平均電力を有するものとする）、これによりＢＥＲの性能には、ほとんど又はまったく影響を与えない。
【００１９】
[0025]ＦＦＴ後の受信器では、（スペクトラム拡散方式とほぼ同じ方法で）送信されたＰＮコードとの相関により、各サブキャリアブランチのチャネルインパルス応答が明らかになる。相関時間ウィンドウは、チャネルコヒーレンス時間、及び送信器の局部発振器と受信器の局部発振器の間の同期の程度に依存する。１２８チップのＰＮシーケンスは、４００μ秒内に２１ｄＢの処理利得を提供する。これは、２３ミリ秒というチャネルコヒーレンス時間よりかなり低い。
【００２０】
[0026]ＭＴＡ及びＭＩＭＯ方式の場合、送信ブランチそれぞれに対して異なるＰＮコードを使用することができる。ＭＴＡパイロットアンダーレイシステム２００を図７に示す。ＭＴＡパイロットアンダーレイシステム２００は、直列−並列ブロック２０２と、２アンテナ送信ダイバシティＳＴＴＤ方式のためのＳＴＴＤアルゴリズムブロック２０４と、を含み、ＰＮシーケンス発生器２０６が各ブランチに結合される。各ブランチは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）ブロック２０８及びサイクリックプリフィックス（ＣＰ）挿入器モジュール２１０を更に含む。理論的には、各ブランチに対するＰＮシーケンスコードは、コードの相互相関特性及び自己相関特性を有する。前の場合と同様に、受信器では、送信器ＰＮシーケンスコードとの相関により、各送信器分ランチに対するチャネル推定値が明らかになる。
【００２１】
[0027]本明細書では、「ブロック」という用語は、ソフトウェアで実装してコンピュータ処理装置によって実行でき、若しくは、ハードウェア又はファームウェアで実施できる機能ブロックを指す。ハードウェアの実装形態では、ブロックは、マイクロプロセッサ回路又は他のハードウェアデバイスから構成することができる。
【００２２】
[0028]本明細書に記載の処理及び論理の流れは、入力データに動作して出力を生成することによって機能を実行する１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能な処理装置によって実行することができる。処理及び論理の流れはまた、専用論理回路、たとえばＦＰＧＡ（フィールドプログラム可能ゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行することができ、また専用論理回路として装置を実施することもできる。
【００２３】
[0029]コンピュータプログラムの実行に適した処理装置には、例として、汎用及び専用マイクロプロセッサ、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上の処理装置が含まれる。通常、処理装置は、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、又はその双方から命令及びデータを受け取る。コンピュータの不可欠な要素は、命令を実行する処理装置、並びに命令及びデータを記憶する１つ以上の記憶装置である。通常、コンピュータはまた、データを記憶する１つ以上の大容量記憶デバイス、たとえば磁気、光磁気ディスク、又は光ディスクからデータを受け取り、若しくはこれらへデータを転送し、又はその両方を行う通信インターフェースを含み、又はこれに動作可能に結合される。
【００２４】
[0030]さらに、コンピュータを、別のデバイス、たとえばほんの一例を挙げてみただけでも、送信器システム、モデム、又は受信器システム内に埋め込むことができる。コンピュータプログラム命令及びデータを実施するのに適した情報キャリアには、すべての形式の不揮発性メモリが含まれる。これには例として、半導体記憶装置、たとえばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリ素子、磁気ディスク、たとえば内蔵ハードディスク又は取外し可能ディスク、光磁気ディスク、並びにＣＤ  ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスクが含まれる。処理装置及びメモリは、専用論理回路によって補足し、又はその中に組み込むことができる。
【００２５】
[0031]いくつかの実施形態について上記に詳細に説明したが、他の変更例も可能である。他の実施形態も、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１】
2010538549.tif 000003
【図２】
2010538549.tif 000004
【図３】
2010538549.tif 000005
【図４】
2010538549.tif 000006
【図５】
2010538549.tif 000007
【図６】
2010538549.tif 000008
【図７】
2010538549.tif 000009
【国際調査報告】
2010538549.tif 000010
2010538549.tif 000011
2010538549.tif 000012