(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムを動作させる方法であって、
差動位相変調により複数の直交搬送波上にデータを符号化し、
該位相変調された信号をシリアルデータストリームに組み合わせ、
波高率を制限するために該組み合わされた信号をクリップし、
及び該クリップされた信号をデータパケットとして少なくとも２つの局の間で送信する方法であり、
前記データパケットはそれぞれ少なくとも１つのシンボルを含み、
前記パケットの送信の前に、少なくとも１つの前記搬送波の前記差動位相変調における基準位相となる、最初のシンボルの初期位相をランダムにすることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記パケット中の少なくとも１つの前記搬送波上の最後に送信された信号の位相状態を次のパケット中のそれぞれの搬送波上の最初のシンボルの基準位相として用いることにより、前記初期位相をランダムにすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
直交信号を送信する送信機であって、
複数の直交搬送波上にデータを変調するための差動位相変調手段、
該位相変調された信号をシリアルデータストリームに組み合わせるための手段、
前記組み合わされた信号の波高率を制限するためのクリップ手段、
及び前記クリップされた信号を少なくとも１つのシンボルを含むデータパケットとして送信するための送信手段を有する送信機であり、
前記パケットの送信の前に、少なくとも１つの前記搬送波の前記差動位相変調における基準位相となる、最初のシンボルの初期位相をランダムにするための手段が設けられることを特徴とする送信機。
【請求項４】
前記パケット中の少なくとも１つの前記搬送波上の最後に送信された信号の位相状態を次のパケット中のそれぞれの搬送波上の最初のシンボルの基準位相として用いることにより、前記初期位相をランダムにするための手段が設けられることを特徴とする請求項３に記載の送信機。
【請求項５】
請求項３または４の何れか一項に記載の送信機を複数有することを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、データのパケットの伝送のために直交信号伝送技術を用いる無線通信システムに関する。本発明は、斯様なシステムにおいて用いる送信機、斯様なシステムを動作させる方法、及び斯様なシステムにおいて送信される信号にも関する。本明細書は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）（OFDM）を用いるシステムについて記載しているが、斯様な技術は直交信号を送信する他のシステム、例えば符号分割多元接続（CDMA）に等しく適用できることを理解されたい。
【０００２】
【背景技術】
多搬送波変調（MultiCarrier Modulation）（MCM）又は離散的マルチトーン変調（Discrete MultiTone Modulation）（DMT）としても知られるOFDMは、１つの高いビットレートの搬送波ではなく幾つかの低いビットレートの搬送波を並列に変調することによりデータが高速で送信される技術である。OFDMは、スペクトル的に効率が良く、高性能デジタル無線リンクのために効果的であることが示されている。応用分野は、コンピュータシステムの間の高速、短距離の無線リンクのための無線非同期転送モード（Wireless Asynchronous Transfer Mode）（WATM）、高品質オーディオ信号のためのデジタルオーディオ放送（Digital Audio Broadcasting）（DAB）、マイクロ波ビデオ配信システム（Microwave Video Distribution System）（MVDS）及びユニバーサルモバイル通信システム（Universal Mobile Telecommunication System）（UMTS）等の将来のモバイル無線システムを含む。
【０００３】
伝送のための無線周波数（RF）信号の重要な特性は、AC波形の自身の２乗平均平方根（Root Mean Square）（RMS）値に対するピーク値の比として規定される波高率（crest factor）である。OFDMシステムにおいて波高率は、（搬送波の数と各搬送波上の信号の振幅との積であるピーク値をもたらすように）搬送波の各々における信号が同相であることが可能であるため高くなり得るが、（よりずっと低い平均値をもたらすように）平均して位相はランダムに分散されるだろう。例えば、１６搬送波OFDMシステムにおいてはピーク電力（peak power）が平均伝送電力（mean transmission power）の１６倍であり得る。
【０００４】
斯様な信号を歪みなしで送信しようとする場合、良好な線形性を備える高い仕様の送信機が必要とされる。一般に、斯様な送信機は乏しいDC/RF電力変換効率を持ち、該変換効率は過大な熱量の生成をもたらす恐れがあり、該送信機が携帯機器に内蔵される場合にバッテリ寿命にも悪影響を及ぼす。そこで、波高率を低減するために種々のアプローチが研究されている。
【０００５】
１つの技術は、ある一定の位相変調状態の組み合わせが搬送波に加えられるのを防ぐことである。しかしながら、これは、各シンボルが持つ利用可能状態が少なくなるので、所与の量のデータに対してより多くのシンボルが送信される必要があるという不利な点を持つ。斯様な技術は周知であり、一例は波高率を４から１．９に低減する４搬送波OFDMシステムに対する３／４レート方式（3/4 rate scheme）である。米国特許第US-A-5,636,247号はこの種のより高度な技術について記載している。１６搬送波システムに適用される場合１３／１６レート方式（13/16 rate scheme）を用いて３ｄBの波高率低減を達成することが出来る。
【０００６】
他の方法は、米国特許第US-A-5,610,908号において記載されており、当該方法においては、多くの密に離間された搬送波が（この場合にはQPSKを用いて）変調され、次いで、通例の通りに高速フーリエ逆変換（IFFT）により時間領域に変換される。次いで、信号が、制限され、高速フーリエ変換（FFT）により周波数領域に変換し戻され、ここで位相及び振幅の調整が該信号の幾つかになされても良い。次いで、該信号はIFFTで時間領域に変換し戻される。ここからは、伝送は通常どおりに進行する。２０４８搬送波OFDMシステムの例が与えられていて、最初に９．３８ｄBの波高率を持つ２０個のランダム信号のシミュレーションが波高率を３．４ｄBに低減することが出来るということを実証した。
【０００７】
上記の技術は波高率を低減することが出来るが、これらの技術が（定包絡線変調（constant envelope modulation）に対応する）ユニティー（unity）まで波高率を低減することは出来ないことが分かる。波高率を低減するための他の既知の技術はクリッピングであり、ベースバンドの信号では、信号ピークを除去し、波高率を低減するために一定レベルで振幅がクリップされる。クリッピングは、非線形プロセスであるからその使用において幾らかの注意が必要とされるが、実施するには簡単な技術である。
【０００８】
１２８搬送波OFDMシステムにおけるクリッピングの効果は、X Li及びL J CiminiによりProceedings of the 47th IEEE Vehicular Technology Conference, May 1997, 頁1634乃至頁1638で開示されている論文“Effects of Clipping and Filtering on the Performance of OFDM”において記載されている。この論文においては、クリッピングレベルを平均電力レベルの約1.5倍に設定することが、ビット誤り率における大幅な増大なしに波高率における大幅な低減を提供するということが示されている。
【０００９】
先行技術において取り組まれていないクリッピングの使用での問題は、他のOFDMシンボルは影響されないが、ある一定のOFDMシンボルがクリッピングにより悪影響を及ぼされることである。多くの悪影響を及ぼされたシンボルがパケットにおいて送信される場合、受信機が該パケットを復調することに失敗し、その再送を要求することになるだろう。送信元は前記パケットを繰返し送信し、同じ問題が起こるだろう。従って、ある一定のパケットは、誤りなしに受信される可能性が非常に低いであろう。
【００１０】
【発明の開示】
本発明の目的は、ある一定のパケットが非常に送信しがたいという問題を改善することにある。
【００１１】
本発明の第１の特徴によれば、無線通信システムを動作させる方法であって、差動位相変調により複数の直交搬送波上にデータを符号化し、該位相変調された信号をシリアルデータストリームに組み合わせ、波高率を制限するために該組み合わされた信号をクリップし、及び該クリップされた信号をデータパケットとして少なくとも２つの局の間で送信する方法であり、前記データパケットはそれぞれ少なくとも１つのシンボルを含み、前記パケットの送信の前に、少なくとも１つの前記搬送波の前記差動位相変調における基準位相となる、最初のシンボルの初期位相をランダムにすることを特徴とする方法が提供される。
【００１２】
本発明の第２の特徴によれば、直交信号を送信する送信機であって、複数の直交搬送波上にデータを変調するための差動位相変調手段、該位相変調された信号をシリアルデータストリームに組み合わせるための手段、前記組み合わされた信号の波高率を制限するためのクリップ手段、及び前記クリップされた信号を少なくとも１つのシンボルを含むデータパケットとして送信するための送信手段を有する送信機であり、前記パケットの送信の前に、少なくとも１つの前記搬送波の前記差動位相変調における基準位相となる、最初のシンボルの初期位相をランダムにするための手段が設けられることを特徴とする送信機を提供される。
【００１３】
本発明の第３の特徴によれば、複数の本発明に従って作られる送信機を有する無線通信システムが提供される。
【００１５】
本発明は、先行技術には存在しない、OFDM信号を有する搬送波の初期位相状態を変動させることにより、シンボルの繰り返しが異なる波高率をもたらすだろうという認識に基づいている。
【００１６】
本発明の実施例を、一例として、添付の図を参照して述べる。
【００１７】
【本発明を実施するための最良の形態】
図１に示されているシステムは、２つの局１０２及び１０４を有し、各々送受信機を含み、それら局の間の双方向無線通信リンクを備える。局１０２及び１０４は特定の応用分野に依存する種々のタイプのものがあり得る。例えば、WATMシステムにおいては第１局１０２がパーソナルコンピュータで、第２局１０４がプリンタであり得る。他の例においては、UMTSシステムにおいては第１局１０２がセルラー式電話で、第２局１０４がセルラー式基地局であり得る。図示された全ブロックの動作パラメータは制御器（図示せず）により制御される。ビットストリーム２０２は媒体アクセス制御（Medium Access Control）（MAC）層から渡される、送信されるべきデータを有する。このデータは、まず、符号化ブロック（ENC）２０４に渡され、符号化ブロック２０４は、伝送のために用いられている変調方式に適した形式において所要のストリームのシンボル、例えば差動４相位相変調（Differential Quadrature Phase Shift Keying）（DQPSK）を用いようとする場合は２ビットシンボルを生成する。
【００１８】
インタリーバ（interleaver）（INT）２０６は、このストリームの入力シンボルを取得し、各シンボルをその並列出力線の関連の出力線上に出力する。各出力線は送信のためのOFDM搬送波に対応し、故に、搬送波の数、図２においては８つと同数のインタリーバ２０６からの出力線がある。
【００１９】
次いで、インタリーバ２０６からの出力データ線の各々におけるシンボルは、所要の変調方式、例えばDQPSKを用いる変調器（MOD）２０８により変調される。次いで、変調されたデータは、IDFTブロック２１０により離散フーリエ逆変換され（即ち、高速フーリエ逆変換され）、該ブロックはまた出力データをシリアルストリームに再び組み合わせる。
【００２０】
このシリアルデータストリームは、如何なる振幅のピークも含む送信されるべき波形のデジタル表現であり、次に信号の振幅を所要の最大レベルに制限するクリッピングブロック（CLP）２１２に渡される。OFDMシンボルの間の保護周波数帯が、データがD/A変換器（DAC）２１６に渡される前に、シンボル間の干渉の問題を低減するためにエキステンダーブロック（EXT）２１４により付加される。次いで、出力信号は無線送信手段２１８に渡され、無線送信手段２１８は該出力信号を所要の周波数に変換し、それを送信のために増幅する。
【００２１】
図３は、変調器２０８からの出力データ線のうちの２本における連続した位相状態を示しており、変調器２０８は時間で差動符号化されるDQPSKを用いている。各位相状態に対して４つのとり得る値があり、これにより２ビットシンボルを符号化する。各出力OFDMシンボルにおける各搬送波においての第１位相状態３０２及び３１２は、この搬送波及びシンボルに対する初期位相基準（initial phase reference）を規定する。
【００２２】
従って、第１搬送波を考えると、第１状態３０２に対する第２状態３０４の位相が第１の２ビットシンボルの値を符号化し、同様に第２状態３０４に対する第３状態３０６の位相が第２のシンボルの値を提供し、第３状態３０６に対する第４状態３０８の位相が第３のシンボルを符号化する。第２搬送波上のシンボルはさまざまな状態３１２、３１４、３１６及び３１８の間の位相差を用いて同様に符号化される。
【００２３】
先行技術の変調器においては、各搬送波の初期位相状態３０２及び３１２が、各OFDMシンボルのはじめに所定の値に設定される。これは、所与のOFDM信号が常に同じ位相状態の組み合わせで送信されるという効果を持つ。しかしながら、斯様な方式はかなりの不利な点を持つ。シンボルがクリッピングにより悪影響を及ぼされる場合、クリッピングがシンボルのS/N比をかなり低減していることを意味し、シンボルは不正確に受信されることになるだろう。１つ以上の悪影響を及ぼされたシンボルがパケットにおいて受信機に送信される場合、該受信機はパケットを正確に復調することに失敗するだろう。この誤りの結果として、受信機は自動再送要求（ARQ）メッセージを生成し、前記パケットが繰返し送信されるだろう。しかしながら、クリッピングの結果として同じく低減されたS/N比を持つ同じOFDMシンボルが生成されるだろう。従って、パケットが再び誤って受信されるということが起こることになるだろう。
【００２４】
本発明による方法は、各OFDMシンボルのはじめにおいて搬送波の初期位相をランダムにすることによりこの問題を回避する。これは当業者にとって既知のさまざまな方法においてなされ得る。一例は、パケット中の搬送波上の最後に送信されたシンボルの状態を次のパケット中の関連の搬送波上の第１のシンボルのための基準位相として用いることである。
【００２５】
初期位相のランダム化の効果は、パケットが再送される際に異なる組合わせの位相状態が用いられるだろうということである。従って、問題を含む（problematic）OFDMシンボルの各々は、異なる波高率及び（少数の組み合わせの位相状態だけが、受信困難をもたらす程十分乏しいS/N比を持つようにクリッピングレベルが選択されるので）改善されたS/N比を持つことになるだろう。従って、再送されるパケットはより正確に受信されることになるだろう。全ての初期搬送波をランダムにする必要はないが、より多くの初期搬送波がランダムにされると再送が成功する可能性がより高くなる。
【００２６】
本発明はDQPSK変調に関して記載されているが、広範囲の他の変調方式に適用され得るということを認識されたい。各搬送波に対する位相基準が各OFDMシンボルのはじめにおける搬送波の状態であるという特性を選択された変調方式が持つことが、必要であることの全てである。
【００２７】
本発明はOFDM以外の直交変調技術、例えばCDMAに適用可能であるということも認識されたい。
【００２８】
本発明の開示を読むことにより、他の変形例が、当業者にとって明らかとなるであろう。斯様な変形例は、無線通信システム及びその構成部分において既知である、及び本明細書で既に記載されているフィーチャに代えて又は付加して用いられ得る他のフィーチャを含んでも良い。
【００２９】
本明細書及び特許請求の範囲において、構成要素の前につけられた“一つの”という語句は、複数の斯様な構成要素の存在を除外するものではない。さらに、“有する”という語句は、ここで列挙されたもの以外の他の構成要素及び工程の存在を除外するものではない。
【００３０】
産業上の適用
【００３１】
本発明は、WATM、DAB、MVDS及びUMTSを含む直交信号の伝送を必要とする広範囲のシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるシステムのブロック概略図である。
【図２】  本発明に従って作られる送信機の実施例の一部のブロック図である。
【図３】  本発明によるOFDMシステムにおける連続した２つの搬送波の位相状態の図である。
【符号の説明】
２０２  入力ビットストリーム
２０４  符号化ブロック
２０６  インタリーバ
２０８  変調器
２１０  IDFTブロック
２１２  クリップブロック
２１４  エキステンダーブロック
２１６  D/A変換器
２１８  無線送信手段
【図１】
0004405680.tif 000002
【図２】
0004405680.tif 000003
【図３】
0004405680.tif 000004