(57)【要約】      （修正有）【課題】狭帯域干渉回避のためのスペクトル波形整形は、コグニティブ無線において重要な役割であり超広帯域通信システムにおいて不可欠である。【解決手段】広帯域ユーザの信号が、狭帯域ユーザの信号と衝突する場合、パフォーマンスが低下する。狭帯域ユーザの信号が存在する周波数において殆ど又は全くエネルギーが送信されないように、広帯域ユーザは信号を修正する。干渉回避は、信号処理の可能な支援と共に、両通信リンクがマルチユーザ干渉を著しく被らないようユーザ信号分離する。送信機に軽微な複雑さしかもたらさず動的手法で干渉回避を行う。受信機は、送信されたメッセージを復元するために、追加情報を必要としない。送信電力制御、周波数ノッチ、及びアクティブ干渉回避のような欠点に打ち勝ち、パケット長が固定されている場合、シングルキャリアシステム及びマルチキャリアシステムの両方で実施できる。【選択図】図５
2007282228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間領域エンベロープ関数を適用することにより、ブロック送信システムにおける信号のスペクトルを波形整形する方法であって、
予め定めた制約のセットから選択される１つ以上の制約の下で前記時間領域エンベロープ関数を最適化することと、
前記最適化された時間領域エンベロープ関数を、前記信号に適用することと
を含む方法。
【請求項２】
前記最適化された時間領域エンベロープ関数は、動的手法で適用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間領域エンベロープ関数は、動的手法で最適化される請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記動的な最適化は、各シンボル送信に適用される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記制約のセットは、干渉回避、コスト関数、又はユーティリティ関数を確立するために選択される請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記送信システムは、シングルキャリア、マルチキャリア、又はＯＦＤＭによるブロック送信システムである請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記エンベロープ関数が、データブロック内の全ての時間領域サンプルに適用される請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記エンベロープ関数が、データブロックのサブセット内の全ての時間領域サンプルに適用される請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記選択される制約が、干渉回避である請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記予め定めた制約が、ピーク対平均電力比、合計電力、及び動的範囲を含むグループから選択される信号送信特性を含む請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記エンベロープ関数の動的最適化が、反復法によって数値的に実行される請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記数値的な最適化の技法は、勾配法、最急降下法、ニュートン法、遮断法、又は主双対法を含むグループから選択される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
受信機においてブラインド検出を容易にできるように、前記エンベロープ関数が、実数値かつ正であるように制約される請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
受信機においてブラインド検出を容易にできるように、データ信号のコンステレーションが、一定の絶対値に制約される請求項１１乃至１３のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記数値的な最適化の技法の、停止基準のようなパラメータが調整される請求項１１乃至１４のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
データ処理デバイス上で実行された場合、請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法を実行するように適用されたデータ処理デバイスプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【請求項１７】
信号送信システムを、請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法に従って動作するように構成するコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ読取可能媒体。
【請求項１８】
請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法によって生成されたスペクトル波形整形された信号。
【請求項１９】
請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法に従って動作する手段を備えた信号送信システム。
【請求項２０】
請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法に従ってスペクトル波形整形された信号を受信する手段を備えた受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号のスペクトル波形整形方法に関する。更に詳しくは、干渉回避に使用される動的手法によるスペクトル波形整形方法と、対応する信号送信システム及び受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
狭帯域干渉回避のためのスペクトル波形整形は、コグニティブ無線において重要な役割を果たし、超広帯域（ＵＷＢ：ultra wideband）通信システムにおいて不可欠である。周波数領域におけるオーバーラップが発生する狭帯域信号及び広帯域信号の例である図１に示すように、一般に、広帯域ユーザの信号が、周波数スペクトルにおいて、狭帯域ユーザの信号と衝突する場合、２つの通信リンクに対するパフォーマンスの低下をもたらすという問題が発生する。
【０００３】
いくつかの用途では、狭帯域ユーザの信号が存在する周波数においてほとんど又は全くエネルギーが送信されないように、広帯域ユーザは、自分の信号を修正すべきことが提案されている。図２は、この「干渉回避」（ＩＡ：interference avoidance）技術を、狭帯域及び広帯域の信号を例に示している。ここでは、信号処理の可能な支援を受けて、両通信リンクがマルチユーザ干渉を著しく被ることのないように、周波数領域におけるユーザ信号を干渉回避が分離する。
【０００４】
干渉回避は、ＵＷＢ通信において特に重要である。なぜなら、ＵＷＢシステムは、低電力送信のために非常に広い帯域幅を利用し、狭帯域ユーザとの干渉が事実上避けられないからである。この問題は、ＵＷＢデバイスがライセンスされていない（つまり、オペレータが、ライセンス料を払っていない）一方、それらと干渉するデバイスはライセンスされているという事実によって始末が悪くなる。これらのシナリオでは、明らかに、ライセンスされたユーザが優遇されるべきである。この場合、干渉回避は、ＵＷＢデバイスの送信機において適用されるべきである。
【０００５】
干渉回避を主題として幾つかの研究が行なわれた。干渉回避を実施する一般的方法は、送信電力制御、周波数ノッチ、及びアクティブ干渉除去を含む。
【０００６】
送信電力制御（ＴＰＣ：Transmit power control）は、必要最低減の電力を使用してデータを送信する原理に基づく。もちろん、この技術の欠点は、ＴＰＣを実施するデバイスが、その信号全体を減衰するということである。それは、極端な場合、破滅的な（つまり、ほとんど又は全く情報を伝えられない）性能に至るかもしれない。
【０００７】
周波数ノッチは、帯域幅の局所的な部分に送信された信号をゼロにすることを含んでいる。幅と中心周波数とを変えることによって、ゼロ（ノッチ）を動的に生成する調整可能なノッチフィルタを設計することは困難であり、通常は現実的ではないが、周波数ノッチは、単純なアナログノッチフィルタによって達成することができる。動的な周波数ノッチは、広帯域デバイスが、遅い周波数ホッピングのスペクトラム拡散送信で帯域幅を共有する場合のような多くのシナリオで引き起こるかもしれない。動的な周波数ノッチに対するより現実的な解決策は、例えば周期プレフィクスシングルキャリアシステム及びＯＦＤＭシステムのように、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いたブロック送信システムで実現することができる。特に、周波数ノッチは、（逆）ＦＦＴにおいて、適切なピンにゼロを挿入することにより動的に設計することができる。あいにく、周波数ノッチの深さは、実際には、信号のアップサンプリングにより幾分制限される。従って、一旦この信号がアップサンプリングされれば、ディスクリートなシンボル−空間（symbol-spaced）信号が、完全な（無限に深い）周波数ノッチを持つように設計されていても、これらノッチはほんの−９ｄＢ程度であり浅い。
【０００８】
マルチバンドＯＦＤＭコグニティブ無線用のアクティブな干渉除去（ＡＩＣ：active interference cancellation）技術は、参照により本明細書に組み込まれている"Active interference cancellation technique for MB-OFDM cognitive radio," 34th European Microwave Conference, vol. 2, 2004（非特許文献１）においてH. Yamaguchiによって提案されている。
【０００９】
アクティブな干渉除去は、ＯＦＤＭシステムで使用される周波数ノッチ形態である。そこでは、干渉除去のために、追加の周波数トーンが、オリジナルのノッチの何れかのサイドに割り当てられる。図３は、周波数領域内の１つのＯＦＤＭシンボルのデータサブキャリアの分布例を示す。オリジナルの周波数ノッチを生成するゼロのサブキャリアに加えて、２つの隣接ＡＩＣサブキャリアも同様に修正される。この文脈では、用語「干渉除去」は、信号がアップサンプリングされた場合、所望の周波数ノッチに存在するあらゆる信号エネルギーをゼロにすることを称する。この技術は、シングルキャリアブロック送信システムと、マルチキャリアブロック送信システムとの両方のための従来式周波数ノッチよりも、送信スペクトルにおいてより深いノッチを達成することができる。しかしながら、ＡＩＣは以下の２つの主な欠点を被る。
【００１０】
１．  周波数ノッチのように、狭帯域信号との干渉を避けるために、データはゼロあるいはパンクチャされねばならない。可変長送信では、ゼロにされたあらゆるデータが、追加のチャネルリソースを用いて送信されねばならないことを意味するが、これは大きな問題ではない。パンクチャされたデータの送信のために追加のＯＦＤＭシンボルが必要な場合、データレートはかなり低下しうる。しかしながら、固定長送信では、パンクチャされたあらゆるデータが失われるので、この欠点は重大である。この場合、システムパフォーマンスは、狭周波数ノッチに対してでさえ低下する。
【００１１】
２．  ＡＩＣは周波数領域で実施されるので、シングルキャリアシステムに効果的に適応できない。実際、シングルキャリアシステムにおける周波数領域信号の摂動は、強力な誤り訂正符号（ＥＣＣ）及びロバストな変調をもってしても極めて貧弱なパフォーマンスに至る。これは図４に示される。図４は、３つのヌルトーンとハーフレート畳み込みコードを用い、ブロック当たり１２８シンボルの場合における信号対雑音比（ＳＮＲ）に対するパケット誤り確率を示す。
【００１２】
超広帯域通信システムにおける狭帯域干渉回避は、参照により本明細書に組み込まれている"Narrowband interference avoidance in ultra wideband communication systems," IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM), 2005（非特許文献２）において、P. Yaddanapudi及びD. Popescuによって説明されている。
【００１３】
参照により本明細書に組み込まれているUS 2005/0232336 A1 (Balakrishnan et al.)（特許文献１）では、周波数領域におけるスペクトル波形整形による超広帯域幅通信における信号波形整形のシステムが開示されている。
【特許文献１】US 2005/0232336 A1 (Balakrishnan et al.)
【非特許文献１】"Active interference cancellation technique for MB-OFDM cognitive radio," 34th European Microwave Conference, vol. 2, 2004
【非特許文献２】"Narrowband interference avoidance in ultra wideband communication systems," IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM), 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したシステムには、多くの欠点及び不便さがある。干渉回避を実現するためにＴＰＣを実施するシステムは、定義によって、フル電力で送信することはできない。したがって、情報レートの損失は避けられない。従来の周波数ノッチは、現実的に、およそ−９ｄＢのオーダでしかノッチを提供できない。最終的には、アクティブな干渉除去は、可変送信長のマルチキャリアシステムで良好に作用するが、固定送信長システム、（特に）シングルキャリアシステムに適用された場合には、この技術を使用するシステムの性能は著しく低下する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上述した欠点を招くことなく、動的手法で、スペクトル波形整形、特に干渉回避を達成する方法を提案する。提案する発明は、送信機に軽微な複雑さしかもたらさずに、動的手法で干渉回避を実行する手段を提供する。更に、いくつかの実施例では、受信機は、送信されたメッセージを復元するために、送信された信号に関する追加情報を必要としない。
【００１６】
本発明は、動的手法で、干渉回避のためのスペクトル波形整形を容易にするために、（サイクリックプレフィクスシングルキャリア送信のような）ブロック送信における各ブロックに、最適化されたエンベロープ変動を適用することから成る。
【００１７】
更に本発明は、干渉回避が望まれる場合、ブロック送信（例えば、サイクリックプレフィックスシングルキャリア送信、ＯＦＤＭ）を使用するあらゆる無線又は有線通信デバイスにおける利用にふさわしい。現在商品化されているデバイスの例は、ＵＷＢ装備のＰＤＡ、カメラ、ラップトップ等を含む。
【００１８】
本発明の第１の局面では、時間領域エンベロープ関数を適用することによって、ブロック送信システムにおける信号のスペクトル波形整形を行う方法が、予め定めた制約のセットから選択された１つ以上の制約の下、時間領域エンベロープ関数を最適化することと、前記最適化された時間領域エンベロープ関数を、前記信号に適用することとの各ステップを含む。
【００１９】
上記局面の１つの構成では、最適化された時間領域エンベロープ関数は、動的手法で適用される。
【００２０】
上記局面の別の構成では、時間領域エンベロープ関数は、動的手法で最適化される。
【００２１】
上記局面の更なる構成では、動的手法による更新頻度は、各シンボル送信に関連する。
【００２２】
上記局面の別の構成では、前記制約のセットは、干渉回避、電力、コスト関数、及び／又はユーティリティ関数を確立するために選択された信号送信特徴を含む。
【００２３】
上記局面の更なる構成では、信号送信システムは、シングルキャリア、マルチキャリア、あるいはＯＦＤＭブロック送信システムである。
【００２４】
また、上記局面の別の構成では、エンベロープ関数は、データブロック内の全ての時間領域サンプルに適用される。
【００２５】
上記局面の更なる構成では、エンベロープ関数は、データブロックのサブセット内の全ての時間領域サンプルに適用される。
【００２６】
上記局面の別の構成では、前記選択される制約は、例えばＵＷＢシステム用の干渉回避である。
【００２７】
更なる構成では、予め定めた制約は、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：peak-to-average power ratio）、合計電力、及び動的範囲から選択される信号送信特性を含む。
【００２８】
上記局面の別の構成では、エンベロープ関数の動的な最適化は、反復して数値的に行なわれる。
【００２９】
上記局面の更なる構成では、数値的最適化技術は、勾配法、最急降下法、ニュートン法、遮断法、又は主双対法を含むグループから選択される。
【００３０】
上記の局面の別の構成では、エンベロープ関数は、受信機におけるブラインド検出を容易にするように、実数値でかつ正になるように制約される。
【００３１】
上記局面の更なる構成では、データ信号のコンステレーションが、受信機におけるブラインド検出を容易にするように、一定の絶対値であるように制約される。
【００３２】
上記局面の別の構成では、例えば停止基準のような数的最適化技術のパラメータが、（例えば、収束を改善し、及び／又はハードウェア実装を助けるために）調整されうる。
【００３３】
本発明の別の局面では、コンピュータプログラムは、前記プログラムがデータ処理デバイス上で実行される場合に、本発明の第１の局面の方法を実行するように適応されたデータ処理デバイスプログラム符号手段を含む。
【００３４】
本発明の別の局面では、コンピュータ読取可能媒体は、信号送信システムを、本発明の第１の局面による方法に従って動作するように設定するコンピュータ実行可能な命令を含む。
【００３５】
本発明の更なる局面では、本発明の第１の局面による方法によってスペクトル波形整形信号が生成される。
【００３６】
本発明の別の局面では、信号送信システムが、本発明の第１の局面に従って動作する手段を含む。
【００３７】
本発明の更なる局面では、受信機が、本発明の第１の局面に従ってスペクトル波形整形信号を受信する手段を含む。
【００３８】
本発明のこれら及びその他の局面は、添付図面を参照して、あくまで一例として以下に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
時間領域エンベロープ関数の適用によりブロック送信システムにおける信号のスペクトルを波形整形する方法が示される。以下の説明では、本発明の実施例の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が示される。しかしながら、本発明を実現するために、これらの具体的な詳細が用いられる必要のないことは当業者に明白だろう。
【００４０】
スペクトル波形整形のために時間領域で送信された信号にエンベロープを適用する処理は、アナログ領域又はデジタル領域において実施することができる。以下に詳述する最適化処理は、デジタル領域で行われる。しかしながら、類似のアナログ領域技術が、同様の結果をもって適用されうることが理解されるだろう。
【００４１】
送信機において必要とされる基本的な処理が図５に示される。図５では、（オプションで）ビットのストリームが符号化され、インタリーブされ、例えばＭ−ＰＳＫ又はＭ−ＱＡＭのような複素ベースバンドコンステレーションシンボルにマップされることが認められる。なお、Ｍは、アルファベットのサイズである。結果として得られるコンステレーションシンボルは、長さＮのブロックへ分割される。これがＯＦＤＭのようなマルチキャリアシステムである場合、各ブロックは、Ｎ−ポイント逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）で処理される。一方、システムが従来のシングルキャリア変調を利用する場合、ＩＦＦＴは行なわれない。最後に、時間領域データシンボルの各ブロックは、その後の処理及び／又は送信の前に、エンベロープ関数で摂動される。
【００４２】
時間領域において信号のスペクトルを波形整形するために使用されるエンベロープ関数の議論から始めるのが都合良い。データシンボルのｉ番目のオリジナルブロック（エンベロープ関数の利用前）は、長さＮの列ベクトルｄ（ｉ）によって示される。エンベロープ関数によって行なわれる処理は、（恐らく）複素数値の係数による各要素ｄ（ｉ）の単純なスケールである。この処理は図６に示される。図６では、［ａ］ｍは、ベクトルａのｍ番目の要素であり、ｘ（ｉ）は、エンベロープ係数のｉ番目の長さＮの列ベクトルであり、ｙ（ｉ）は、エンベロープ関数の出力におけるシンボルのｉ番目の長さＮの列ベクトルである。重要なことは、幾つかのスペクトル波形整形基準が満たされるようにベクトルｘ（ｉ）を設計することである。この設計は、最小化（最大化）されるコスト（ユーティリティ）関数ｆ０（ｘ（ｉ））を公式化することによって実現される。
【数１】
2007282228.tif 000003
【００４３】
干渉回避において、その目的がエネルギーの最小化である場合には、コスト関数は、与えられた周波数のセットで送信されるエネルギー量を論理的に定義すべきである。
【００４４】
考慮されるべき重要な点は、単純な周波数ノッチで遭遇する問題を回避するように、アップサンプリング後、周波数のセットについてエネルギーが定義されるべきであるということである。より高速あるいはより低速な任意の適切なサンプリングレートが使用可能であるが、一般的なアップサンプリング頻度は、シンボル−空間（symbol-spaced）サンプリング頻度の４倍である。
【００４５】
一般的な動的干渉回避問題は、数学的に公式化することができる。従って、ｘ（ｉ）は、動的干渉回避のために以下のように設計することができる。普遍性を失うことなくブロックインデクスｉを省略し、
【数２】
2007282228.tif 000004
【００４６】
とし、
【数３】
2007282228.tif 000005
【００４７】
（Ｃは、複素数のセットを示す）を、ｕＮ×Ｎアップサンプルディスクリートフーリエ変換行列におけるＱ行Ｎ列の行列とする。ここで、ｕは、アップサンプリング係数（例えばｕ＝４）である。例えば、トーン８５，８６，８７がｕ＝４からなるアップサンプリング係数を用いてゼロにされることが望まれる場合、８５と８６との間に３つの断片的なサンプルがあり、８６と８７との間にも３つの断片的なサンプルがある（図７）ので、Ｗは９×Ｎ行列となるであろう。この最小化問題は、
【数４】
2007282228.tif 000006
【００４８】
のように公式化することができる。ここで
【数５】
2007282228.tif 000007
【００４９】
は
【数６】
2007282228.tif 000008
【００５０】
を示す。
【００５１】
その問題を解決するために、最適化する場合に観察される制約を追加することが必要かもしれない。この制約の特徴によって、問題は、解析的あるいは数値的に解決することができる。もしも制約が、エンベロープ関数の出力における信号の合計電力に課されれば、その問題は、
【数７】
2007282228.tif 000009
【００５２】
のように公式化することができるだろう。これは、エンベロープベクトルｘが実数値か複素数値である場合には、解析的に解くことができる。何れの場合であっても、最適なｘは、単純に、ＷＤのヌル空間内に存在する（更に、制約が真になるように規格化される）。Ｑ＜Ｎである（すなわち、Ｗが‘ｆａｔ’な行列である）限り、ＷＤのヌル空間は、空ではなくなる。一方、Ｑ≧Ｎであれば、ＷＤのヌル空間は空であり、ｘは、干渉トーンからエネルギーを完全には除去しないであろう。しかしながら、一般化された固有値問題の最小固有値に対応する固有ベクトルとして選択される限り、このエネルギーを最小にするだろう。
【数８】
2007282228.tif 000010
【００５３】
あいにく、この解は、送信中にどのｘが定義されたかを受信機が知っている必要がある。もちろん、この情報は、ｘ（ｉ＋１）を計算し、ｙ（ｉ）＝Ｄ（ｉ）ｘ（ｉ）にこの情報を含めることにより、受信機に伝えることができる。受信機がｄ（ｉ）を検出するためにベクトルｘ（ｉ）を復元できるように、このアプローチは、明らかに、大量のオーバヘッドとデータのバッファリング（送信機又は受信機の何れかにおいて）とを必要する。上記理由により、この技術は、あるアプリケーションに対しては不適当であるかもしれない。
【００５４】
現実的状況では、受信機は、ｘを知らないかもしれない。したがって、オリジナルの干渉回避問題に対して、更なる制約が追加されうる。これによって、受信機は、ｘを知らないまま、検出及び復号を実施できるようになる。特に、ｘの要素は実数値であり、かつ、ある正の数δと等しいか、それよりも大きくなるように制約を課すことができる。更に、図８に示されるように、コンステレーションスキームが、一定の絶対値のコンステレーション（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８−ＰＳＫ）のセットのメンバーとして制限される場合、各データシンボルの単純な正のスケーリングによって、受信機は、ｘを知らないままコンステレーションポイントを識別することが可能となる。これらの制約の下では、この問題は以下のように公式化することができる。
【数９】
2007282228.tif 000011
【００５５】
この場合、この問題は、一般に解析的に解くことができない。しかしながら、数値的な非線形最適化方法を用いることができる。これらの技術は、勾配降下法、最急降下法、ニュートン法、及び内点法（遮断法及び主双対法を含む）を含んでいる。特に、最適化問題の中に不等式制約がある場合、内点法が優れている。
【００５６】
遮断法として知られている内点法は、特に、上述したような制約の課された最小化問題に適している。遮断法は、表１のとおり要約される。
【表１】
2007282228.tif 000012
【００５７】
（この表で概説されたパラメータは、以下に、より詳しく説明される。）上述した最適化問題を解くために遮断法を実施するために、何らかの方法で、二次等式制約が取り除かれねばならない。この要求は、非線形等式制約をサポートしない遮断法の基本的な問題である。等式制約を取り除く１つの簡便な方法は、小さな許容値ε＞０をノルム定数に加え、等式を、ボックス不等式と交換することである。これによって、以下に与えられるように、修正されてはいるが、同様の問題となる。
【数１０】
2007282228.tif 000013
【００５８】
この問題の制約は、標準的な形式で書き直され、以下を得る。
【数１１】
2007282228.tif 000014
【００５９】
遮断法では、不等式制約の各々について対数遮断制約関数を定義することによって、コスト（又はユーティリティ）関数に不等式制約が加えられる。この場合、以下によって得られるｐ＝Ｎ＋２の対数遮断制約が存在する。
【数１２】
2007282228.tif 000015
【００６０】
ここでｅｍＴは、ｍ番目の長さＮの単位ベクトルであり、パラメータｔは、対数遮断精度パラメータである。これは、表１に示すように、遮断法の外部反復でインクリメントされる。対数制約関数の目的は、前の不等式制約を満たさない基準値を超える量を計ることである。対数制約関数の引数が（下から）ゼロに接近すると、関数値は無限大に接近する。したがって、これら対数制約関数は、コスト関数に組み込まれ、合成コスト関数が得られる。この新しい合成コスト関数は、以下により与えられる。
【数１３】
2007282228.tif 000016
【００６１】
ここで、ｔを乗じることは、最適化問題を変えるものではない。
【００６２】
表１に示すように、合成コスト関数の第１及び第２の派生（勾配及びHessians）、すなわちオリジナルのコスト関数と対数制約関数とが計算されねばならない。これら派生は以下のように与えられる。
【数１４】
2007282228.tif 000017
【００６３】
ここで、Ｉは、ＮｘＮ単位行列である。これらの派生を備え、厳密に実行可能な開始ベクトルｘ（すなわち、その問題についてのオリジナルの制約を満たすベクトル）が与えられることにより、遮断法は（表１に示すように）、上述した制約に従って、上述したコスト関数を最小にする最適ベクトルｘ＊を得るように実施することができる。
【００６４】
表１（前出）に示すように、遮断法は、幾つかのパラメータに依存して最適化を行う。これらのパラメータ、特にμ，εｏ，εｉ及びｔの初期値は、一般に設計パラメータであり、一連の値を呈することができる。興味のある最も現実的な干渉回避の場合（例えば、合計して５１２にアップサンプリングされたトーンのうち９つのアップサンプリングされたトーンをゼロにすること）に良好な具体的値は、
【数１５】
2007282228.tif 000018
【００６５】
であることがわかった。ここで、ｘ（０）は、実行可能な開始ベクトルである。
【００６６】
更に、受信機において、ロバストなブラインド検出を容易にしながら、深い周波数ノッチ生成に十分な柔軟性を与えるパラメータδを選択することは有用である。δが減少すると、明らかに、いくつかのデータシンボルが、十分な電力で送信されないかもしれない。これは、受信機において、これらのシンボルに対してより低い信号対雑音比（ＳＮＲ）をもたらす。従って、システム全体のパフォーマンスは悪化する。この問題は、強力な畳込符号、ターボ符号、あるいは低密度パリティチェック符号のような適切な順方向誤り訂正符号の使用を通じて幾分緩和することができる。しかしながら、パラメータδによって、常にパフォーマンスが若干低下するであろう。
【００６７】
実際に、δ＝１／√２の値は、与えられたデータシンボルに対する送信電力の低減を、１／２まで許容する。この低減は十分小さいので、使用されている誤り訂正符号は、ＳＮＲに関する負の効果を緩和することができる。しかしながら、ノッチが、いくつかのアップサンプリングされたトーン幅のオーダにある場合、周波数ノッチの深さは悪化するかもしれない。δ＝１／２の値は、ＳＮＲを大幅に低減させながら、最適アルゴリズムに対して十分な柔軟性を与え、アップサンプルされたトーン幅において−３０ｄＢから−６０ｄＢのオーダの深さで周波数ノッチを達成する。値δを持つシステムのパフォーマンスは、図９に示されるように、著しく低下することはない。確かに、この例に示されるように、干渉回避が実行されない（あるいは必要とされない）場合、基準システムに関するパフォーマンス損失は、わずか１乃至２ｄＢである。一方、ＡＩＣを使用するシングルキャリアシステムのパフォーマンスの低下ははるかに大きい。
【００６８】
δによって引き起こされたＳＮＲの低下が、個々のデータシンボルに局在化されることが注目されるべきである。確かに、平均ＳＮＲは、使用される電力制約により、制約のないシステムでのものと同じままである。この制約により、送信されるブロック中の平均電力の合計が規格化されるように、いくつかのデータシンボルは、実際にＳＮＲの増加から利益を得るかもしれない。
【００６９】
もちろん、実行可能な開始ベクトルｘ（０）が選択される必要がある。制約を満たす非常に単純な開始ベクトルｘ（０）は、単純に長さＮのベクトルである。他の開始ベクトルは、アルゴリズムの収束レート又はパフォーマンスに影響するようには見えない。
【００７０】
βを見つけるためのライン探索（表１参照）は、Ｂｏｙｄら（前出）で説明されたような標準的な遮断法の一部である。この技術の一例は、「正確な」ライン探索、及び「バックトラッキング」ライン探索を含んでいる。しかしながら、スケール値βを得るために、任意の標準的ライン探索を使用することができる。
【００７１】
もし望まれれば、オプションとして、アルゴリズムを高速化することができる。この目的のために、（例えば、遮断法を用いて）数値的に実行された場合に、干渉回避アルゴリズムの実行時間が短縮されるように、「最小ノッチ深さ」を定義することができる。この場合、ベクトルｘの各最新版を用いて、「ゼロ深さ条件」（ＮＤＣ）がチェックされる。ＮＤＣが満たされる（つまり
【数１６】
2007282228.tif 000019
【００７２】
）場合、アルゴリズムは終了し、現在のｘが、「最適な」ｘとして採用される。実証研究は、この技術によって、計算時間を半分にまで短縮できることを示した。
【００７３】
更に、十分なヌルのない信号が送信されないことを確証するために「フェイルモード」が実行される。例えば、フェイルモードは、最適なｘに対する収束が達成されない場合、数値的最適アルゴリズムの予め定めた繰り返し回数後にトリガされる。また、フェイルモードは、ＮＤＣが満たされない場合にトリガされるかもしれない。（これは、コスト／ユーティリティ関数最小化／最大化の解析的及び数値的な実施に適用可能である。）フェイルモードが、干渉回避アルゴリズムのためにトリガされる場合、「干渉トーン」上で送信されたエネルギーが予め定めたしきい値を越えないことを確認するために、送信機は、任意の回数の追加測定を適用することができる。  
１．  フェイルブロックのためにＴＰＣを実施することができる。  
２．  フェイルブロックのためにＡＩＣを実施することができる。  
３．  フェイルブロックのために、他の手段によっても同様に周波数ノッチを実施することができる。  
４．  送信機が、受信機に知られている準ランダムな方法で送信されたブロックのシンボルのうちの幾つかを再整理又はパンクチャし、フェイルモードが新たなブロックに対してトリガされないことを願ってベクトルｘを再計算する。
【００７４】
５．  送信機は、基準値を超えるブロックの送信を控えることができる。
【００７５】
干渉回避のためにデータブロックを動的に最適化する遮断法の定性的な用途は、以下のとおりである。  
１）  問題の制約が選択される。  
２）  パラメータｔ（０）、μ、及びアルゴリズムの許容値εｏ，εｉが選択される。  
３）  制約を満たす開始ベクトルｘ（例えば、１からなるベクトル）が選択される。  
４）  ニュートン法が実行される。  
５）  ニュートン法の各繰り返しにおいて、ＮＤＣがチェックされる。  
ａ．  ＮＤＣを満足しない場合には、ｃ）にスキップする。  
ｂ．  ＮＤＣを満足する場合には、現在のベクトルｘが最適として採用され、アルゴリズムを終了する。  
ｃ．  内部許容値εｉを満足する場合（表１参照）、現在の最適ベクトルｘが、ニュートン法の出力となる（ステップ６）。  
ｄ．  内部許容値を満足しない場合、ステップ５に進む。  
６）  外部許容値をチェックする。  
ａ．  外部許容値εｏを満足するか、ＮＤＣを満足する場合には、反復を停止し、現在の最適ベクトルが、最終の最適ベクトルとなる。  
ｂ．  そうではなく、フェイルモードがトリガされた場合には、上述したフェイルモードオプションのうちの１つを実施する。  
ｃ．  そうでない場合、ｔを増加させ、開始ベクトルが現在の最適ベクトルとなるステップ４に進む。
【００７６】
エンベロープ関数が、ブロック内の全てのデータシンボルに適用されることには制限されないことが理解されるだろう。確かに、データシンボルの如何なるサブセットも、エンベロープ関数によって乱されうる。影響を受けたシンボルの数を減らすことによって、ＳＮＲ低下（又は増大）は、シンボルのみに制限され、パフォーマンスを改善することができる。この場合、最適化アルゴリズムにはより少ない自由度しか割り当てられないので、このアプローチは、所望のノッチ幅が比較的小さい場合に（少ないアップサンプリングトーンのオーダで）のみ使用されるべきである。
【００７７】
望まれるのであれば、別の遮断法公式が適用されうる。上述した干渉回避のための問題公式は、遮断法を利用するために、ボックス不等式制約に対する電力制約の緩和に依存する。非線形等式制約を除去する代替方法は、長さＮのベクトルｘを、長さ（Ｎ−１）のベクトルｚの関数（つまりｘ＝ｈ（ｚ））としてパラメータ化することである。ベクトルｚは、単に、Ｎ次元超球上のポイントを定義するために使用可能な（Ｎ−１）個の角度のベクトルである。このアプローチは、制約
【数１７】
2007282228.tif 000020
【００７８】
が、単に、ベクトルｘを、Ｎ次元球又は超球上のポイントとして定義するという観察から得られる結果である。具体的には、ベクトルｚは、ｚ＝（ｚ１，…，ｚＮ−１）Ｔによって与えられ、ベクトルｈ（ｚ）が
【数１８】
2007282228.tif 000021
【００７９】
のように定義される。
【００８０】
ｘを、上述した問題公式と交換することにより、等式制約が除去され、遮断法が最適問題を解くために使用される。
【００８１】
上記の利点は、とりわけ、実際のシステムを支援するために、最適問題に、追加の制約を加えることができることである。例えば、電力増幅器の線形要求及び／又はバックオフを緩和することができるように、送信された信号に、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）制約を課すことができる。
【００８２】
更に、（ノッチ深さ及びアルゴリズム複雑さの両観点に関する）調整可能な特徴によって、この技術は、基地局及び移動端末を含む広範囲な無線デバイスによって利用されることが可能となる。
【００８３】
上述したように、本発明は、当該技術の状態の欠点を克服することを目標とする。本発明は、広帯域のユーザが、他の（狭帯域の）ユーザの送信に著しい悪影響を与えずに、フル電力で送信し続けることを可能にすることを目標とする。本提案された発明は、更に、（約−３０乃至−６０ｄＢのオーダで）調整可能な深さで、正確な周波数ノッチを動的に与えることを目標とする。最後に、図９に示すように、固定送信長さを持つシングルキャリアシステムにおいて動的に最適化された干渉除去は、本提案された発明が実施された場合、有意なパフォーマンス低下を招かない。
【００８４】
疑うことなく、熟練者には、その他の多くの有効な代案が思い浮かぶであろう。本発明は、記述した実施例に限定されず、本願の特許請求の範囲の精神及び範囲内にあり、当該技術分野における熟練者に明らかな変形を含むことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、周波数領域でオーバーラップしている帯域幅を占有する狭帯域及び広帯域の信号の例を示す。
【図２】図２は、周波数領域における狭帯域干渉回避の例を示す。
【図３】図３は、周波数領域におけるＡＩＣサブキャリアの分布とＯＦＤＭシンボル構造を示す。
【図４】図４は、ＡＩＣを使用したサイクリックプレフィクスシングルキャリアシステムのパフォーマンスを示す。
【図５】図５は、本発明に従ったベースバンド送信機構成のブロック図を示す。
【図６】図６は、エンベロープ関数処理を示す。
【図７】図７は、動的に最適化された干渉回避における断片トーンの例を示す。
【図８】図８は、一定の絶対値コンステレーションのためのエンベロープスケール（ＱＰＳＫ）の例を示す。
【図９】図９は、３つのシングルキャリアブロック送信システム、すなわち、基準システム、ＡＩＣを適用するシステム、及び提案された動的最適化干渉回避発明を適用するシステムに対するパケット誤り率対ＳＮＲを示す。
【図１】
2007282228.tif 000022
【図２】
2007282228.tif 000023
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月1日(2007.6.1)
【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】
時間領域エンベロープ関数を適用することにより、ブロック送信システムにおける信号のスペクトルを波形整形する方法であって、
予め定めた制約のセットから選択される１つ以上の制約の下で前記時間領域エンベロープ関数を最適化することと、
前記最適化された時間領域エンベロープ関数を、前記信号に適用することと
を含む方法。
【請求項２】
前記最適化された時間領域エンベロープ関数は、動的手法で適用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間領域エンベロープ関数は、動的手法で最適化される請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記動的な最適化は、各シンボル送信に適用される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記制約のセットは、干渉回避、コスト関数、又はユーティリティ関数を確立するために選択される請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記送信システムは、シングルキャリア、マルチキャリア、又はＯＦＤＭによるブロック送信システムである請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記エンベロープ関数が、データブロック内の全ての時間領域サンプルに適用される請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記エンベロープ関数が、データブロックのサブセット内の全ての時間領域サンプルに適用される請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記選択される制約が、干渉回避である請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記予め定めた制約が、ピーク対平均電力比、合計電力、及び動的範囲を含むグループから選択される信号送信特性を含む請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記エンベロープ関数の動的最適化が、反復法によって数値的に実行される請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記数値的な最適化の技法は、勾配法、最急降下法、ニュートン法、遮断法、又は主双対法を含むグループから選択される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
受信機においてブラインド検出を容易にできるように、前記エンベロープ関数が、実数値かつ正であるように制約される請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
受信機においてブラインド検出を容易にできるように、データ信号のコンステレーションが、一定の絶対値に制約される請求項１１乃至１３のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記数値的な最適化の技法の、停止基準のようなパラメータが調整される請求項１１乃至１４のうち何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
データ処理デバイス上で実行された場合、請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法を実行するように適用されたデータ処理デバイスプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【請求項１７】
信号送信システムを、請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法に従って動作するように構成するコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ読取可能媒体。
【請求項１８】
請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法に従って動作する手段を備えた信号送信システム。
【請求項１９】
請求項１１乃至１５のうち何れか１項に記載の方法に従ってスペクトル波形整形された信号を受信する手段を備えた受信機。
【外国語明細書】
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