(57)【要約】  １以上のデータフレームを有するオリジナル双極性信号を表す単極性信号を、作成、生成、および／または送信する送信装置であって、オリジナル双極性信号の各１以上のフレームは、１以上の情報ストリームの複数の単極性の部分、フレームまたはフレーム部分に変換され、および／または、送信される。送信装置は、１以上の情報ストリームと少なくとも１つの他の情報ストリームとを並列送信するよう構成される。好ましくは、異なる情報ストリームは、同じチャネル／リンクを用いて、同時に送信される。有利には、１以上の情報ストリームは、選択肢として、少なくとも１つの情報ストリームへの、少なくとも一つの他の情報ストリームによる干渉が、少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報ストリームに不利な影響を与えないようにアレンジされる。本発明は、対応する受信器、システム、装置および方法も含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のデータフレームを含むオリジナルの双極性信号を表す単極性信号を、作成し、生成し、および／または、送信するよう構成された送信装置であって、
前記オリジナルの双極性信号の前記１以上のフレームの各々は、１以上の情報ストリームの、複数の単極性の部分、フレームまたはフレームの部分に変換され、および／または、複数の単極性の部分、フレームまたはフレームの部分として送信され、
前記送信装置は、前記１以上の情報ストリームと、少なくとも１つの他の情報ストリームと、を並列送信するように構成された送信装置。
【請求項２】
１以上の前記情報ストリームは、前記並列送信される複数の情報ストリームから、前記１以上の情報ストリームが取得可能、復元可能、および／または、抽出可能であるようにアレンジされた請求項１記載の送信装置。
【請求項３】
前記送信装置は、非ＭＩＭＯ送信装置である請求項１または２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記送信装置は、単一の送信素子、または、送信チャネル、もしくは、リンクのみを含み、または、単一の送信素子、または、送信チャネル、もしくは、リンクのみを用いて前記情報ストリームを送信するよう動作可能である請求項３記載の送信装置。
【請求項５】
１以上の前記情報ストリームは、前記少なくとも１つの他の情報ストリームに起因する前記少なくとも１つの情報ストリームへの干渉が、不利な影響を与えず、および／または、前記少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報の、読み出しおよび／または復元を妨げないようにアレンジされる請求項１〜４のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの他の情報ストリームの、前記部分、フレームまたはフレームの部分の対称性および／または配列および／または内容は、前記少なくとも１つの他の情報ストリームに起因する前記少なくとも１つの情報ストリームへの干渉が、不利な影響を与えず、および／または、前記少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報の、読み出しおよび／または復元を妨げない請求項５記載の送信装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの他の情報ストリームの、前記部分、フレームまたはフレームの部分の、対称性および／または配列および／または内容は、前記少なくとも１つの他の情報ストリームによる起因する干渉が直交するか、または、前記少なくとも１つの情報ストリームに直交し、および／または、後続のプロセス内で打ち消されるようアレンジされる請求項６記載の送信装置。
【請求項８】
前記情報ストリームの前記複数の部分、フレームまたはフレームの部分は、前記オリジナル信号の対応するフレームを得るために処理可能である請求項１〜７のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項９】
前記複数の情報ストリームは、少なくとも１つの他の情報ストリームによって引き起こされる情報ストリームの前記部分、フレームまたはフレームの部分への干渉の少なくとも一部が、前記情報ストリームの前記複数のフレームから前記オリジナル信号の前記対応するフレームを得るために用いられる処理の実施により打ち消され、または、除去され、または、除去できるようにアレンジされる請求項８記載の送信装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの情報ストリームの、オリジナル信号の所定のフレームに対応する前記少なくとも１つの情報ストリームの１以上の部分、フレームまたはフレームの部分の送信中に送信される、前記少なくとも１つの他の情報ストリームの前記フレーム、フレームの部分、または部分は、前記オリジナル信号のその所定のフレームに対応する前記情報ストリームの、前記他の部分、フレームまたはフレームの部分のそれぞれの送信中に送信される前記少なくとも１つの他の情報ストリームの前記フレーム、フレームの部分または部分に等しいか、逆、対称、偶対称、時間対称、反対称、奇対称、または、時間反対称、である請求項１〜９のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項１１】
前記送信装置は、前記他の情報ストリームを用いて、前記オリジナル信号の１以上のフレームを符号化するよう構成される請求項１〜１０のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項１２】
前記オリジナル信号のフレームを符号化するために用いられる１以上の情報ストリームの部分、フレームまたはフレームの部分の数は、前記オリジナル信号のフレームを符号化するために用いられる少なくとも１つの他の情報ストリームの部分、フレームまたはフレームの部分の数よりも大きい請求項１１記載の送信装置。
【請求項１３】
前記オリジナル信号のフレームは、第１の情報ストリームの２つの部分、フレームまたはフレームの部分に符号化され、第２の情報ストリームは、当該第２の情報ストリームの４つの部分、フレームまたはフレームの部分を用いて前記オリジナル信号のフレームを符号化する請求項１２記載の送信装置。
【請求項１４】
前記オリジナル信号の前記フレームは、１以上の前記情報ストリームを作成するために、Ｕ−ＯＦＤＭ法、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ法、ＰＡＭ−ＤＭＴ法、または、反転型ＯＦＤＭ法を用いて符号化される請求項１〜１３のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項１５】
前記オリジナル信号の１以上のフレームは、前記情報ストリームの、１以上の第１のフレームおよび１以上の第２のフレームに、それぞれ分割され、
前記第１または第２のフレームのいずれかは、正のフレームを含み、前記第１または第２のフレームの他方は、負のフレームを含み、
前記正のフレームでは、前記オリジナル信号からのそれぞれのフレームについて、前記正の時間ドメインサンプルは、保持または維持され、前記負の時間ドメインサンプルは、クリップされ、
前記負のフレームでは、前記オリジナル信号からのそれぞれのフレームについて、前記負の時間ドメインサンプルの絶対値は保持または維持され、前記正の時間ドメインサンプルは、クリップされる請求項１４記載の送信装置。
【請求項１６】
前記他の情報ストリームは、当該他の情報ストリームの少なくとも１つの部分、フレームまたはフレームの部分の、１以上のコピーを含む請求項１〜１５のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項１７】
部分、フレームまたはフレームの部分のそれぞれのコピーの数は、情報ストリーム間で異なる請求項１６記載の送信装置。
【請求項１８】
各情報ストリームにおいて、第２の部分、フレームまたはフレームの部分（および／または、当該第２の部分、フレームまたはフレームの部分に関連したサイクリックプレフィックス）は、第１の部分、フレームまたはフレームの部分に続き、および／または、第１の部分、フレームまたはフレームの部分（および／または、当該第１の部分、フレームまたはフレーム部分に関連したサイクリックプレフィックス）は、第２の部分、フレームまたはフレームの部分に続く請求項１５〜１７のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項１９】
前記送信装置は、前記少なくとも１つの他の情報ストリームの１以上のフレームのペアを送信するよう構成され、
各フレームペアは、前記少なくとも１つの他の情報ストリームの、第１および第２の部分、フレームまたはフレームの部分を含む請求項１〜１８のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項２０】
前記オリジナル信号の所定のフレームに対応する前記少なくとも１つの情報ストリームの少なくとも１つの第１の部分、フレームまたはフレームの部分の送信中に送信される、少なくとも１つの他の情報ストリームの少なくとも１つのフレームペアは、前記オリジナル信号の所定のフレームに対応する前記少なくとも１つの情報ストリームの他の部分、フレームまたはフレームの部分の少なくとも１つ、好ましくは各々の送信中に送信される前記少なくとも１つの他の情報ストリームの少なくとも１つのフレームペアに等しいか、逆、対称、偶対称、時間対称、反対称、奇対称、または、時間反対称である請求項１９記載の送信装置。
【請求項２１】
前記送信装置は、光無線送信装置であるか、または、光無線送信装置を含む請求項１〜２０のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項２２】
前記異なる情報ストリームが、同じチャネル／リンクを用いて同時に送信される請求項１〜２１のいずれか１つに記載の送信装置。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１つに記載の送信装置から並列送信される複数の単極性情報ストリームを受信し、
少なくとも１つの前記単極性情報ストリームを双極性信号に変換するように構成された受信器システム。
【請求項２４】
前記複数の単極性情報ストリームによって表されるオリジナル双極性信号を復元するよう構成された請求項２３記載の受信器システム。
【請求項２５】
オリジナルの双極性信号のフレームを抽出するために、少なくとも１つの前記受信した情報ストリームの２つ以上の部分、フレームまたはフレーム部分を結合するか、あるいは、処理するよう構成された請求項２３または２４に記載の受信システム。
【請求項２６】
前記オリジナル信号の１以上の部分を、すくなくとも１つの単極性情報ストリームに再変換し、
１以上の前記復元した単極性情報ストリームを、複数の情報ストリームを含む前記受信した信号から差し引くように構成された請求項２３〜２５のいずれか１つに記載の受信システム。
【請求項２７】
請求項１から２２のいずれか１つに記載の送信装置と、
請求項２３から２６のいずれか１つに記載の受信システムと
を備える通信システム。
【請求項２８】
１以上のデータフレームを含むオリジナル信号であって、前記１以上のフレームのそれぞれは、１以上の情報ストリームの、複数のフレームまたはフレームの部分に変換され、および／または、送信されるオリジナル信号を表す信号を、作成し、生成し、および／または、送信し、
前記１以上の情報ストリームと少なくとも１つの他の情報ストリームとを並列送信する送信方法。
【請求項２９】
異なる情報ストリームを、同じチャネル／リンクを用いて同時に送信する請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
非ＭＩＭＯ送信装置を使用し、および／または、単一の送信素子、送信チャネルまたはリンクのみを用いて異なる情報ストリームを送信する請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記複数の並列送信された情報ストリームから１以上の情報ストリームを取得可能、復元可能および／または抽出可能であるように前記１以上の前記情報ストリームをアレンジする請求項２８〜３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの他の情報ストリームに起因する前記少なくとも１つの情報ストリームへの干渉が、前記少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報に不利な影響を与えないように、１以上の前記情報ストリームをアレンジする請求項２８〜３１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの他の情報ストリームの前記部分、フレームまたはフレームの部分の対称性および／または配列および／または内容は、前記少なくとも１つの他の情報ストリームに起因する前記少なくとも１つの情報ストリームへの前記干渉が、前記少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報に不利な影響を与えないようにする請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの他の情報ストリームの、前記部分、フレームまたはフレーム部分の、対称性および／または配列および／または内容は、前記少なくとも１つの他の情報ストリームによる干渉が、直交するようアレンジされるか、もしくは、前記少なくとも１つの情報ストリームに直交し、および／または、後続の処理において打ち消されるようアレンジされるようにする請求項２８〜３３のいずれか１つに記載された方法。
【請求項３５】
前記情報ストリームの前記複数の部分、フレームまたはフレームの部分は、オリジナル信号の対応するフレームを得るために処理可能であり、
少なくとも１つの他の情報ストリームによって引き起こされる情報ストリームの部分、フレームまたはフレームの部分への干渉の少なくとも一部が、前記オリジナル信号に対応する前記フレームを前記情報ストリームの前記複数のフレームから取得するために用いられる処理操作より、打ち消され、除去され、または除去できるように、前記複数の情報ストリームをアレンジする請求項２８〜３４のいずれか１つに記載された方法。
【請求項３６】
前記オリジナル信号の所定のフレームに対応する前記少なくとも１つの情報ストリームの１以上の部分、フレームまたはフレームの部分の送信中に送信される前記少なくとも１つの他の情報ストリームの前記フレーム、フレームの部分または部分は、前記オリジナル信号のその所定のフレームに対応する前記情報ストリームの前記他の部分、フレームまたはフレームの部分のそれぞれの送信中に送信される少なくとも１つの他の情報ストリームの前記フレーム、フレームの部分、または部分に等しいか、逆、対称、偶対称、時間対称、反対称、奇対称、または、時間反対称である請求項２８〜３５のいずれか１つに記載された方法。
【請求項３７】
請求項１〜２２のいずれか１つに記載の送信装置の使用を含む請求項２８〜３６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３８】
複数の並列送信される単極性情報ストリームから信号を受信し、および／または、復号化し、および／または、復元する方法であって、
オリジナルの双極性信号のフレームを抽出するために、少なくとも１つの前記受信した情報ストリームの２つ以上の部分、フレームまたはフレームの部分を結合するか、あるいは、処理するよう構成される方法。
【請求項３９】
前記情報ストリームは、請求項１〜２２のいずれか１つに記載の送信装置により、および／または、請求項２８〜３７のいずれか１つに記載された方法、および／または、請求項２３〜２６のいずれか１つに記載された受信器を使用する方法を用いて、送信される情報ストリームであるか、または、当該情報ストリームを備えた請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記オリジナル信号の少なくとも１以上の部分を、少なくとも１つの単極性情報ストリームに再変換し、
複数の情報ストリームを含む前記受信した信号から１以上の前記復元した単極性情報ストリームを差し引く請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
請求項１〜２２のいずれか１つに記載された送信装置、および／または、請求項２３〜２６のいずれか１つに記載された受信器システムを含む通信システムを備える装置。
【請求項４２】
前記装置は、固定された送信器および／または受信器ユニット若しくはシステム、または、移動体通信装置であるか、または、固定された送信器および／または受信器ユニット若しくはシステム、または、移動体通信装置を含む請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
前記通信システムは、光無線通信システムを備える請求項４１または４２に記載の装置。
【請求項４４】
請求項１から２７または４１から４３のいずれかに記載の前記装置、または、請求項２８から４０のいずれかに記載の前記方法を実行するよう構成されたコンピュータプログラム製品。
【請求項４５】
請求項４４のコンピュータプログラム製品を含むか、または、運搬する携行媒体。
【請求項４６】
請求項４４のコンピュータプログラム製品がロードされた場合、処理または計算を行う装置。
【請求項４７】
実質的にここに示されたおよび／または記述された送信装置。
【請求項４８】
実質的にここに示されたおよび／または記述された受信システム。
【請求項４９】
実質的にここに示されたおよび／または記述されたシステム。
【請求項５０】
実質的にここに示されたおよび／または記述された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単極性信号を送信するための通信システム、これに関連する送信器、受信器、および、単極性信号を送信および受信するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光無線通信は、無線データ通信トラフィックへの増加する要求と現行のモバイル通信システムのバンド幅の制限に対処する有望な代替手段または補完手段と考えられている。
【０００３】
光無線通信は、有利なことに、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびフォトダイオード（ＰＤ）等の低価格なフロントエンドを使用することができる。しかしながら、ＬＥＤは、一般に、位相と振幅とを、確実に変調または検出することが難しい非コヒーレント光を放射する。このため、光無線通信システムは、しばしば、例えば、オンオフキーイング（ＯＯＫ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）及びパルス振幅変調（Ｍ−ＰＡＭ）等の技術を用いることができる、強度変調/直接検波システムとして実現される。
【０００４】
しかしながら、伝送レートが増大するにつれて、符号間干渉が益々問題化するだろう。このような状況では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）に、より類似した変調スキームを用いることが有益と考えられる。しかしながら、ＯＦＤＭは、通常、複素数値化された時間ドメインのサンプルを作成するが、強度変調には、実数の単極性信号が要求される。
【０００５】
通常の実信号の生成方法では、変調プロセスにおける逆高速フーリエ変換ステップ中にエルミート対称性を課す。代替のアプローチには、複素信号を、実部と虚部とに分け、２つの分離したストリームで送信することにより、時間ドメインにおける複素信号を実数化するものがある。
【０００６】
一旦、信号が実数化されると、双極性信号は、単極性信号に変換できる。いくつかのアプローチが、光無線通信システムへの使用に適した単極性信号を得るために提案されている。一つのアプローチは、全てのサンプルにバイアス値を付与することを伴う、直流バイアスされた光ＯＦＤＭ（ＤＣＯ−ＯＦＤＭ）を使うことである。ここで、バイアス値は、全てのサンプルを非負値化するのに十分な値である。しかしながら、このアプローチは、信号の電力消費を著しく増加させる。単極性信号を提供する技術の他の例のいくつかは、単極性直交周波数分割多重（Ｕ−ＯＦＤＭ）、非対称に圧縮された光ＯＦＤＭ（ＡＣＯ−ＯＦＤＭ）、パルス振幅変調された離散マルチトーン変調（ＰＡＭ−ＤＭＴ）、反転型ＯＦＤＭ（Ｆｌｉｐ−ＯＦＤＭ）等を含む。Ｕ−ＯＦＤＭは、公開された特許出願ＧＢ２４９６３７９、ＷＯ／２０１３／０６４８３５、および、D.Tsonev、S. Sinanovic and H. Haasによる「新しい単極性直交周波数分割多重」、Proc. Of the Vehicular Technology Conference (VTC Spring), IEEE, Yokohama, Japan, IEEE, May 6-9, 2012に記載されている。ＡＣＯ−ＯＦＤＭは、J. Armstrong et.al.による「電力効率の良い光ＯＦＤＭ」, Electronics Letters, vol. 42, no. 6, pp.370-372, 16 March 2006、に記載されている。ＰＡＭ−ＤＭＴは、S.C.J. Lee et.al.による「光通信システムにおける強度変調と直接検波のためのＰＡＭ−ＤＭＴ」、IEE Photonics Technology Letters, Vol. 21, no. 23, pp. 1749-1751, December 2009、に記載されている。反転型ＯＦＤＭは、N.Fernando et.al.による「光無線通信のための反転型ＯＦＤＭ」、Information Theory Workshop (ITW), IEEE, Paraty, Brazil: IEEE, Oct. 16-20, 2011, pp. 5-9に記載されている。ここに、上記の全てのドキュメントの内容は、全体として、本出願に含まれるよう、引用により導入される。
【０００７】
Ｕ−ＯＦＤＭを例に取ると、送信器側では、通常の変調スキームにより、逆高速フーリエ変換の適用前に、符号ブロックにエルミート対称性が適用される。これにより、オリジナルの符号は、変調された信号の周波数ドメインにおける異なる搬送波に、効果的にマッピングされる。エルミート対称性が適用されるため、逆高速フーリエ変換は、実数の双極性信号を生成する。そして、時間ドメインの信号は、単極性に変換される。具体的には、単極性信号への変換は、各双極性フレームを、２つの分離したフレームに分離し、一方を他方の後に送信することを含む。一方のフレーム（すなわち、正のフレーム）は、時間ドメインの正のサンプルを保持し、時間ドメインの負のサンプルに代えてゼロを含む。他方のフレーム（すなわち、負のフレーム）は、時間ドメインの負のサンプルの絶対値を保持し、正の時間ドメインのサンプルに代えてゼロを含む。受信器側では、負のフレームの情報を正のフレームの情報から差し引くことにより、オリジナルの各双極性フレームを復元できる。
【０００８】
上記は、Ｕ−ＯＦＤＭ法の実施の一例に過ぎないことは、理解されるであろう。例えば、フレームは、必ずしも順に並ぶ必要はない。さらに、正と負のサンプルは、必ずしも２つの分離されたフレームで送信されなくてもよい。２つのフレームへの分離は、時間的に効率的な分離である。これは、任意の分離形式で実施され、正と負のサンプルが２つの分離された情報ストリームで運ばれる。他の実施オプションも、当業者には明らかであろう。
【０００９】
Ｕ−ＯＦＤＭ、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ、ＰＡＭ−ＤＭＴおよび反転型ＯＦＤＭスキームは、全て、ＤＣＯ−ＯＦＤＭスキームよりも、より大きな電力効率を得られるが、これらの方法の周波数効率は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭに比べると半減する。
【００１０】
このように、単極性信号を必要とするか、若しくは、単極性信号から利益を得る光無線通信または他の技術に用いることが可能で、同時に、周波数および電力の両方において良い効率を実現できるように、単極性信号でデータを送信する送信スキームを有することは有益であろう。
【００１１】
本発明の少なくとも一つの実施形態における少なくとも一つの目的は、従来技術の代替または改良手段を提供すること、および／または、従来技術の少なくとも一つの問題を解決することである。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の態様によれば、送信装置は、１以上のデータ部、データフレーム、または、データフレームの部分を含むオリジナル信号を表す信号を、作成し、生成し、および／または送信するよう構成されたる。１以上のデータ部、データフレームまたはデータフレームの部分のそれぞれは、１以上の情報ストリームにおける、複数の部分、フレームまたはフレームの部分に変換され、および／または、送信されてもよい。送信装置は、１以上の情報ストリームおよび少なくとも１つの他の情報ストリームを並列送信するよう構成されてもよい。
【００１３】
１以上の情報ストリームは、並列送信された複数の情報ストリームから、取得可能、復元可能および／または抽出可能となるようにアレンジされてもよい。
【００１４】
送信装置は、少なくとも２つ、例えば、並列送信された３以上の情報ストリームを送信するよう構成されていてもよい。送信装置は、７または５以下の並列送信された情報ストリームを送信するよう構成されていてもよい。
【００１５】
本質的ではないオプションとして、送信装置は、非ＭＩＭＯ送信装置であってもよいし、非ＭＩＭＯ送信装置を備えてもよい。例えば、送信装置は、ＭＩＭＯシステムにおいて動作可能ではなく、もしくは、動作可能である必要はなく、または、動作するよう構成あるいは配置されなくてもよい。送信装置は、情報ストリームを送信する、１つの送信素子および／または、送信チャネルのみを備えるか、または、１つの送信素子および／または送信チャネルのみを用いるよう構成されていてもよい。例えば、送信器システムは、１よりも多い送信素子および／または送信チャネルもしくはリンクを有することはなく、または、１よりも多い送信素子および／または送信チャネルもしくはリンクを有し、もしくは、用いなくてもよいし、その必要もない。例えば、送信装置は、情報ストリーム（例えば、１以上の情報ストリームおよび少なくとも１つの他の情報ストリーム）を、共通および／または個別のストリーム、チャネル、リンクまたは信号のそれぞれ、または、その部分に乗せて、送信するよう構成されていてもよい。それらは、選択肢として、ＭＩＭＯシステムにおける、個別のストリーム、チャネル、リンク、または信号であってもよい。
【００１６】
１以上の情報ストリームは、少なくとも１つの情報ストリームに対する、少なくとも１つの他の情報ストリームによる干渉が、不利な影響を与えず、および／または、少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報の、読み出しおよび／または復元を妨げないようにアレンジされてもよい。例えば、少なくとも１つの他の情報ストリームにおける部分、フレームまたはフレームの部分の対称性および／または配列および／または内容は、少なくとも１つの情報ストリームに対する、少なくとも一つの他の情報ストリームによる干渉が、不利な影響を与えず、および／または、少なくとも１つの情報ストリームで搬送された情報の、読み出しおよび／または復元を妨げないようにできる。
【００１７】
選択可能な実施形態として、少なくとも１つの他の情報ストリームにおける部分、フレームまたはフレームの部分の対称性および／または配列および／または内容は、少なくとも１つの他の情報ストリームによる干渉が、直交するようアレンジされ、または、少なくとも１つの情報ストリームに直交し、および／または、後続の処理において打ち消されるようにアレンジできる。このように、少なくとも１つの情報ストリームに対する少なくとも１つの他の情報ストリームによる干渉が、少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報ストリームに不利な影響を与えないようにできる。
【００１８】
情報ストリームにおける複数の部分、フレームまたはフレームの部分は、オリジナル信号の対応するフレームを得るために処理可能であってもよい。複数の情報ストリームは、情報ストリームの部分、フレームまたはフレームの部分に対する干渉であって、少なくとも１つの他の情報ストリームにより生じる干渉の少なくとも一部、および、好ましくは実質的に全部が、情報ストリームの複数のフレームからオリジナル信号の対応するフレームを得るために用いられる処理により、打ち消され、または、除去され、または、除去できるようにアレンジできる。
【００１９】
オリジナル信号の所定のフレームに対応する少なくとも１つの情報ストリームにおける１以上の部分、フレームまたはフレームの部分の送信中に送信される、他の情報ストリームの少なくとも１つのフレーム、フレームの部分またはその部分は、オリジナル信号の所定のフレームに対応する情報ストリームにおける他の部分、フレームまたはフレームの部分のそれぞれの送信中に送信される、他の情報ストリームの少なくとも１つのフレーム、フレームの部分またはその部分に、等しいか、逆、対称、偶対称、時間対称、反対称、奇対称、または、時間反対称、であってもよい。
【００２０】
言い換えると、送信器は、オリジナル信号のフレームが複数の信号部分によって表されるように構成されていても良く、オリジナル信号のフレームを表すこれらの信号部分に遭遇する他の情報ストリームによる干渉が、後続する処理の間に打ち消されるか、直交したままであるか、または、有用あるいは符号化された情報に悪影響を与えない所定の特性（使用される変調スキームに依存してもよい）を有するように情報ストリームをアレンジする構成であってもよい。例えば、所定の特性は、１以上の信号部分に遭遇した他の情報ストリームによる干渉であって、少なくとも別の信号部分に遭遇した他の情報ストリームによる干渉と、同じか、逆、対称、偶対称、時間対称、反対称、奇対称、または、時間反対称の干渉を含んでもよい。
【００２１】
送信装置は、他の情報ストリームを用いて、オリジナル信号の１以上のフレームを符号化するよう構成してもよい。オリジナル信号の１以上のフレームは、他の情報ストリームにおける複数の部分、フレームまたはフレームの部分にそれぞれ符号化されてもよい。例えば、オリジナル信号の所定のフレームは、他の情報ストリームにおける、２つ以上の部分、フレームまたはフレームの部分を用いて符号化されてもよい。送信装置は、オリジナル信号を複数の信号部分に分割するスプリッタを備えていてもよく、異なる信号部分は、異なる情報ストリームを用いて送信される。
【００２２】
オリジナル信号のフレームを符号化するために用いられる情報ストリームの部分、フレームまたはフレームの部分の数は、オリジナル信号のフレームを符号化するために用いられる他の情報ストリームの少なくとも１つの部分、フレームまたはフレームの部分の数より大きくてもよい。オリジナル信号のフレームを符号化するために用いられる１以上の情報ストリーム（例えば、レベルがより高い情報ストリーム）における部分、フレームまたはフレームの部分の数は、オリジナル信号のフレームを符号化するために用いられる１以上の他の情報ストリーム（例えば、レベルがより低い）における部分、フレームまたはフレームの部分の数より大きくてもよい。
【００２３】
例えば、オリジナル信号のフレームは、第１の情報ストリームにおける、２つの部分、フレームまたはフレームの部分に符号化されてもよい。第２の情報ストリームは、第２の情報ストリームにおける、４つの部分、フレームまたはフレームの部分を用いてオリジナル信号のフレームを符号化してもよい。第３の情報ストリームは、第３の情報ストリームにおける、８つの部分、フレームまたはフレームの部分を用いてオリジナル信号のフレームを符号化してもよい。付加的な情報ストリームのそれぞれは、オリジナル信号のフレームを符号化するために他の情報ストリームにより用いられる部分、フレームまたはフレームの部分の最大数の２倍よりも多い部分、フレームまたはフレームの部分においてオリジナル信号のフレームを符号化してもよい。
【００２４】
オリジナル信号は、双極性信号であってもよいし、双極性信号を含んでもよい。双極性信号は、複数の双極性フレームを含んでいてもよい。複数の情報ストリームは、単極性情報ストリームであっても、または、単極性情報ストリームを含んでいてもよい。単極性情報ストリームは、複数の単極性の部分、フレームまたはフレームの部分を含んでもよい。
【００２５】
オリジナル信号のフレームは、１以上の情報ストリームを作成するためにＵ−ＯＦＤＭ法を用いて符号化できる。他の適合する変調スキームが選択肢として使用できることは認められるが、オリジナル信号のフレームは、周波数ドメインにおけるサブキャリア変調のためのＭ−ＱＡＭ変調スキームを用いて符号化されたシンボルを含んでいてもよい。シンボルは、４−ＱＡＭまたはそれよりも高次の変調（例えば、８ーＱＡＭ、１６ＱＡＭ、およびそれ以上）を用いて符号化されてもよい。
【００２６】
実施形態では、オリジナル信号の１以上のフレームは、情報ストリームの、１以上の第１のフレームと、１以上の第２のフレームとに、それぞれ分割できる。第１または第２のフレームのいずれか一方は、正のフレームを含み、第１または第２のフレームの他方は、負のフレームを含む。正のフレームには、オリジナル信号の各フレームにおける正の時間ドメインサンプルが、保持または維持され、負の時間ドメインサンプルは削除（クリップ）される。負のフレームには、オリジナル信号の各フレームにおける負の時間ドメインサンプルの絶対値が、保持または維持され、正の時間ドメインサンプルはクリップされる。
【００２７】
正または負のサンプルのクリップは、正または負のサンプルを、ゼロもしくは無信号、または、閾値より小さい信号に置き換えることを含んでもよい。具体的には、効率的な処理のために、ゼロが好ましいが、他の識別可能な値がゼロの代わりに使用できることは、理解されるであろう。他の識別可能な値は、例えば、時間ドメインのサンプルにおいて識別可能な、予め設定された、もしくは、算出された値である。
【００２８】
１以上の第２のフレームは、１以上の第１のフレームの後に送信されてもよい。１以上の第２のフレーム（および／または、１以上の第２のフレームに関連するサイクリックプレフィックス）は、１以上の第１のフレームの直後に送信されてもよい。
【００２９】
オリジナルフレームは、情報ストリームの第１または第２のフレームの一つを、他の第１または第２のフレームから減算する、または、他の第１または第２のフレームに加算する、ことによって、復元可能であってもよい。
【００３０】
他の情報ストリームは、他の情報ストリームの部分、フレームまたはフレームの部分のうちの少なくとも１つ、好ましくは各々の１以上のコピーを含んでいてもよい。部分、フレームまたはフレームの部分の各々のコピーの数は、情報ストリーム間で異なってもよい。例えば、第２の情報ストリームにおいて、正および負の各フレームは、１回コピーされ（すなわち、各フレームの２つのコピーが存在する）、第３の情報ストリームでは、３回コピーされ（すなわち、各フレームの４つのコピーが存在する）、第４の情報ストリームでは、７回コピーされ（すなわち、各フレームの８つのコピーが存在する）、より高次のレベルの情報ストリームにおいても同様にコピーされ、例えば、各フレームのコピーの数は、その都度、２倍に増加してもよい。
【００３１】
送信器は、オリジナル信号をより多くの情報ストリームの１つに変換するよう構成されていてもよい。オリジナル信号の各フレームに関連するより多くの情報ストリームのうちの１つの複数のフレームは、それらが抽出されたオリジナル信号の関連するフレームを決定するために処理可能であってもよい。
【００３２】
オリジナル信号のフレームは、情報ストリームを作成するために、Ｕ−ＯＦＤＭまたはＡＣＯ−ＯＦＤＭまたはＰＡＭ−ＤＭＴまたは反転型ＯＦＤＭのうちの少なくとも１つの方法を用いて符号化されてもよい。
【００３３】
第１および第２の部分、フレームまたはフレームの部分は、交互に設けられてもよい。言い換えると、各情報ストリームに対して、第２の部分、フレームまたはフレームの部分(および／または第２の部分、フレームまたはフレームの部分に関連するサイクリックプレフィックス）は、第１の部分、フレームまたはフレームの部分に続いてもよく、および／または、第１の部分、フレームまたはフレーム部分（および／または第１の部分、フレームまたはフレーム部分に関連するサイクリックプレフィックス）は、第２の部分、フレームまたはフレーム部分に続いてもよい。
【００３４】
送信器は、少なくとも一つの他の情報ストリームの１以上のフレームのペアを送信するよう構成されていてもよい。各フレームペアは、少なくとも１つの他の情報ストリームにおける第１および第２の部分、フレームまたはフレームの部分を含んでいてもよい。
【００３５】
オリジナル信号の所定のフレームに対応する少なくとも１つの情報ストリームにおける少なくとも第１の部分、フレームまたはフレームの部分の送信中に送信される、少なくとも１つの他の情報ストリームの少なくとも１つのフレームペアは、オリジナル信号の所定のフレームに対応する少なくとも１つの情報ストリームにおける少なくとも１つ、好ましくは他の部分、フレームまたはフレームの部分のそれぞれの送信中に送信された少なくとも１つの他の情報ストリームの少なくとも１つのフレームペアと、同じか、逆、対称、偶対称、時間対称、反対称、奇対称、または、時間反対称であってもよい。
【００３６】
送信装置は、光無線送信装置であってもよく、光無線送信装置を備えてもよい。
【００３７】
送信装置は、信号処理器を備えていてもよい。送信装置は、信号処理器から受信した処理後の信号を送信するための、少なくとも１つの送信素子を備えていてもよい。信号処理器は、信号を、双極性信号から単極性信号に変換するよう構成されていてもよい。
【００３８】
信号処理器は、入力信号を受信するための少なくとも１つの信号入力部、および／または、信号を変調するための少なくとも１つの変調器、および／または、信号を成形するパルス成形器、および／または、パルス成形された双極性信号の負の値をクリップするクリッパを備えてもよい。例えば、信号処理器は、パルス成形された双極性信号を作成するために、双極性信号にパルス成形フィルタを適用するよう構成されていてもよい。信号処理器は、例えば、複数の情報ストリームで送信するために、双極性信号の１以上の部分を、対応する単極性信号に変換するよう構成されていてもよい。双極性信号は、スプリッタによって複数の部分に分割される。信号処理器は、単極性信号を作成するためにパルス成形された双極性信号の負および／または正の値をクリップするよう構成されていてもよい。信号処理器は、Ｕ−ＯＦＤＭ，ＡＣＯ−ＯＦＤＭ，反転型ＯＦＤＭまたはＰＡＭ−ＤＭＴの変調スキームを用いて、双極性信号の１以上の部分を、単極性信号に変換するよう構成されていてもよい。信号処理器は、１以上の単極性信号における１以上の部分、フレームまたはフレームの部分を、並べ替え、コピーし、その対応部分を創出し、あるいは、別の処理をするよう構成されていてもよい。対応部分は、１以上の単極性信号の１以上の部分、フレームまたはフレームの部分と同じか、逆、対称、偶対称、時間対称、反対称、奇対称、または、時間反対称である。
【００３９】
少なくとも１つの送信素子は、強度変調送信素子を備えていてもよい。少なくとも１つの送信素子は、例えば、ＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤアレイ、レーザダイオードアレイのような発光体を、少なくとも１つ、好ましくは、複数、備えてもよい。
【００４０】
入力信号は、ビットストリームを備えていてもよい。１以上の変調器の少なくとも１つは、振幅変調スキーム、好ましくは、Ｍ−ＱＡＭのような直交振幅変調（ＱＡＭ）スキームを適用可能なように構成されていてもよい。ここで、Ｍは、４以上であることが好ましい。１以上の変調器の少なくとも１つは、直交および／または非直交のマルチキャリア技術に従って変調するよう構成されていてもよい。例えば、１以上の変調器の少なくとも１つは、ＯＦＤＭ変調器を備えていてもよい。変調器は、双極性信号を出力するよう構成されていてもよい。
【００４１】
異なる情報ストリームは、同じチャネル／リンク上で同時に送信されてもよい。異なる情報ストリームは、少なくとも１つの時間ドメインの信号を形成するために、結合可能であるか、結合され、または、処理されるか、もしくは、処理可能であってもよい。１以上の情報ストリームおよび少なくとも１つの他の情報ストリーム、および／または、これらの、１以上の部分、フレームまたはフレームの部分は、同じ周波数、タイムスロット、および／または、リンクを用いて送信され、および／または、これらを占有し、および／または、同じ送信素子または要素を用いて送信されてもよい。
【００４２】
本発明の第２の態様によれば、受信システムは、第１の態様に従った送信装置から、並列送信される複数の単極性情報ストリームを受信する。受信システムは、単極性情報ストリームの少なくとも１つ、好ましくは、各々を、双極性信号に変換するよう構成される。
【００４３】
受信器システムは、複数の単極性情報ストリームで表されるオリジナルの双極性信号を復元するよう構成されていてもよい。
【００４４】
受信器システムは、信号処理器を備えていてもよい。受信器システムは、複数の単極性情報ストリームを受信するための１以上の受信素子を備えていてもよい。信号処理器は、信号をフィルタリングするフィルタ、および／または、信号を復調する少なくとも１つの復調器、および、出力信号を出力する出力部、を備えててもよい。
【００４５】
少なくとも１つの受信素子は、直接検波受信素子を備えていてもよい。少なくとも１つの受信素子は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤまたはＣＭＯＳディテクタといった光受信素子、または、他の適合する光ディテクタを備えていてもよい。受信器は、光通信システムの受信器であってもよい。
【００４６】
１以上の復調器の少なくとも１つは、振幅変調スキーム、好ましくは、Ｍ−ＱＡＭといった、直交振幅復調（ＱＡＭ）スキームで操作可能であってもよい。ここで、Ｍは、４以上であることが好ましい。１以上の復調器の少なくとも１つは、ＯＦＤＭ復調器を備えていてもよい。少なくとも１つの復調器は、ビットストリームを出力するよう構成されていてもよい。フィルタは、整合フィルタを備えていてもよい。受信器は、サンプラを備えていてもよい。
【００４７】
受信システムは、オリジナル信号のフレームを抽出するために、少なくとも１つの受信した情報ストリームの、２以上の部分、フレームまたはフレームの部分を、結合するよう構成されていてもよい。受信した情報ストリームは、単極性情報ストリームを含んでいてもよい。オリジナル信号は、双極性信号を含んでもよい。受信システムは、オリジナル信号のフレームを抽出するために、少なくとも１つの受信した情報ストリームの、少なくとも１つの部分、フレームまたはフレームの部分を、少なくとも１つの受信した情報ストリームの、少なくとも１つの他の部分、フレームまたはフレームの部分から差し引くように構成されてもよい。受信された情報ストリームの少なくとも１つ、好ましくは、各々は、Ｕ−ＯＦＤＭ、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ、反転型ＯＦＤＭまたはＰＡＭ−ＤＭＴをベースとした方法、または、他の同等の方法を用いて符号化されたデータを含んでいてもよい。
【００４８】
受信器システムは、オリジナル信号の複数のフレームを抽出するように構成されていてもよい。ここで、オリジナル信号の各フレームは、少なくとも１つの受信した情報ストリームの、２以上の部分、フレームまたはフレーム部分を結合することによって決定される。
【００４９】
受信器システムは、オリジナル信号の１以上の部分を、少なくとも１つの単極性情報ストリームに再変換するよう構成されていてもよい。受信器システムは、１以上の復元された単極性情報ストリームを、複数の情報ストリームを含む受信した信号から差し引くように構成されていてもよい。受信器システムは、少なくとも複数の情報ストリームおよびオプション的に各情報ストリームに対して、その情報ストリームにおいて符号化されたオリジナル信号の部分を決定するために、受信した信号からの各情報ストリームのフレームを、繰り返し、および／または、逐次、組み合わせるよう構成されていてもよい。受信器システムは、オリジナル信号の決定された部分から情報ストリームを再構成するよう構成されていてもよい。受信器システムは、受信した情報ストリームから再構成された情報ストリームを差し引くように構成されていてもよい。
【００５０】
本発明の第３の態様によれば、通信システムは、第１の態様による送信装置と第２の態様による受信システムとを備える。
【００５１】
本発明の第４の態様によれば、送信方法である。送信方法は、１以上のデータフレームを含むオリジナル信号を表す信号の、作成、生成および／または送信を含んでいてもよい。オリジナル信号の１以上のフレームそれぞれは、１以上の情報ストリームの、複数のフレームまたはフレーム部分に変換され、および／または、１以上の情報ストリームの、複数のフレームまたはフレーム部分として送信されてもよい。方法は、１以上の情報ストリームと少なくとも１つの他の情報ストリームとを並列送信することを含んでいてもよい。
【００５２】
方法は、非ＭＩＭＯ送信法であっても、また、非ＭＩＭＯ送信法を含んでいてもよい。方法は、処理された信号を送信するために、単一の送信素子、および／または、送信チャネル、または、リンクのみを用いて実現されてもよい。例えば、方法は、情報ストリーム（例えば、１以上の情報ストリームおよび少なくとも１つの他の情報ストリーム）を、ストリーム、チャネル、リンク、または信号のそれぞれ、または、その一部を用いて送信することを含んでいてもよい。選択肢として、ＭＩＭＯシステムにおける、個別のストリーム、チャネル、リンク、または信号であってもよい。
【００５３】
異なる情報ストリームは、同じチャネル／リンクを用いて、同時に送信されてもよい。異なる情報ストリームは、少なくとも１つの時間ドメインの信号を形成するために、結合可能であるか、結合され、あるいは、処理されるか、もしくは、処理可能であってもよい。１以上の情報ストリーム、少なくとも１つの他の情報ストリーム、および／または、これらの１以上の部分、フレームまたはフレームの部分は、同じ周波数、タイムスロットおよび／またはリンクを用いて送信され、および／または、これらを占有し、および／または、同じ送信素子または要素を用いて送信されてもよい。
【００５４】
１以上の他の情報ストリームは、少なくとも１つの他の情報ストリームによる少なくとも１つの情報ストリームへの干渉が、少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報に対して直交するようにアレンジされてもよい。例えば、少なくとも１つの他の情報ストリーム内のフレームまたはフレーム部分の対称性および／または配列および／または内容は、少なくとも１つの他の情報ストリームによる少なくとも１つの情報ストリームへの干渉が、少なくとも１つの情報ストリームで搬送される情報に直交してもよい。
【００５５】
方法は、第１の態様の送信装置の使用を含んでもよく、および／または、第１の態様に関連して記述された少なくとも１つの特徴を備えてもよい。
【００５６】
本願の第５の態様によれば、方法は、複数の単極性情報ストリームから信号を、受信し、および／または、符号化し、および／または、復元する。単極性情報ストリームは、並列送信される情報ストリームを含んでもよい。
【００５７】
情報ストリームは、第１の態様の送信装置、および／または、第３の態様の方法を用いて送信される情報ストリームであってもよい。方法は、第２の態様の受信器の使用を含んでもよい。
【００５８】
方法は、オリジナル信号のフレームを抽出するために、少なくとも１つの受信した情報ストリームの２以上の部分、フレームまたはフレームの部分を結合することを含んでもよい。受信した情報ストリームは、単極性情報ストリームを含んでもよい。オリジナル信号は、双極性信号を含んでもよい。方法は、オリジナル信号のフレームを抽出するために、少なくとも１つの受信した情報ストリームの少なくとも１つの部分、フレームまたはフレームの部分を、少なくとも１つの受信した情報の少なくとも１つの他の部分、フレームまたはフレームの部分から差し引くことを含んでいてもよい。受信した情報ストリームの少なくとも１つ、好ましくは、各々が、Ｕ−ＯＦＤＭ、ＡＣＯ−ＯＦＤＭまたはＰＡＭ−ＤＭＴをベースとした方法、または、他の同等な適切な変調技術を用いて符号化されたデータを含んでもよい。
【００５９】
方法は、オリジナル信号の複数のフレームを復元することを含み、オリジナル信号の各フレームは、少なくとも１つの受信した情報ストリームの２以上の部分、フレームまたはフレームの部分を結合することによって決定される。
【００６０】
方法は、オリジナル信号の少なくとも１以上の部分を、少なくとも１つの単極性情報ストリームに再変換することを含んでもよい。方法は、１以上の復元された単極性情報ストリームを、複数の情報ストリームを含む受信信号から差し引くことを含んでもよい。
【００６１】
方法は、複数の情報ストリーム、および、選択肢として、それぞれの情報ストリームについて、その情報ストリームにおいて符号化されたオリジナル信号の部分を決定するために、受信した信号から各情報ストリームのフレームを繰り返し結合することを含んでもよい。方法は、オリジナル信号の決定した部分から情報ストリームを再構成することを含んでもよい。方法は、受信した情報ストリームから再構成した情報ストリームを差し引くことを含んでもよい。
【００６２】
本発明の第６の態様によれば、装置は、通信システムを備え、通信システムは、第１の態様の送信装置、および／または、第２の態様の受信器システムを含む。
【００６３】
装置は、固定された送信器および／または受信器ユニットまたはシステムを備えていてもよい。装置は、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートウオッチ、センサ等またはいずれかである移動体通信装置であるか、または、そのような移動体通信装置を備えてもよい。通信システムは、光無線通信システムを備えていてもよい。通信システムは、双方向の通信システムを含んでいてもよい。通信システムは、一方向通信システムを備えていてもよい。
【００６４】
本発明の第７の態様によれば、第１、第２、第３もしくは第６の態様の装置を実現するように、または、第４もしくは第５の態様の方法を実行するよう構成されたコンピュータプログラム製品である。
【００６５】
本発明の第８の態様によれば、第７の態様のコンピュータプログラム製品を含むか、もしくは、運ぶ携行媒体である。
【００６６】
本発明の第９の態様によれば、処理または演算装置は、第７の態様のコンピュータプログラム製品がロードされる。
【００６７】
上記の態様のいずれかに関して記載された特徴は、上述の態様のいずれにも適用可能である。上記の態様のいずれかに関して組み合わせて記載されている特徴は、上述の他の態様のいずれにも、一体、もしくは、個別に分離して適用可能である。方法に関連して上述された特徴を実施するよう構成された装置の特徴、および、上述された装置の特徴のいずれかの使用および製造に対応した方法の特徴は、本発明の範囲内となるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
本発明に係るこれらの態様および他の態様は、添付の図面を参照し、以下に例としてのみ説明される。
【図１】本発明を実施するための通信システムの概略である。
【図２】本発明の実施形態に係る送信のための情報ストリームを表している。
【図３】（ａ）は、双極性信号の時間ドメインにおけるサンプルの極性および振幅を表している。（ｂ）は、図２に示された単極性情報ストリームの時間ドメインにおけるサンプルの極性および振幅を表している。
【図４】図２に表された方法のＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較を電気信号対ノイズ比の観点から種々の変調レベルに対して表している。
【図５】図２に示された方法のＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較を光信号対ノイズ比の観点から種々の変調レベルに対して表している。
【図６】図２に示された方法のＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較を電気信号対ノイズ比の観点からＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズ（constellation size）に対して表している。
【図７】図２に示された方法のＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較を光信号対ノイズ比の観点からＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して表している。
【図８】本発明の他の実施形態に係る送信のための情報ストリームを表している。
【図９】本発明のさらなる他の実施形態に係る送信のための情報ストリームを表している。
【図１０】図２に表された方法のＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較シミュレーションを電気信号対ノイズ比の観点からＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して表している。
【図１１】図２に表された方法のＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較シミュレーションを電気信号対ノイズ比の観点からＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して表している。
【図１２】図２に表された方法のＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較シミュレーションを光信号対ノイズ比の観点からＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して表している。
【図１３】図２に表された方法のＤＣＯ−ＯＦＤＭに対するＢＥＲ特性の比較シミュレーションを光信号対ノイズ比の観点からＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して表している。
【図１４】図２に示された方法、Ｕ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの間における相対的な電気および光の消費電力をＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して決定するために用いられる装置例の概略である。
【図１５】図１４に示す装置を用いて取得された、図２に示された方法、Ｕ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの間の相対的な電力消費をＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して表している。
【図１６】図１４に示す装置を用いて取得された、図２に示された方法、Ｕ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの間の相対的な光電力消費をＭ−ＱＡＭの種々のコンスタレーションサイズに対して表している。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
上述したように、光無線通信において共通に使用される強度変調／直接検出技術は、実数の単極性信号を必要とするのに対して、伝統的なＯＦＤＭは、通常、複素数値の時間ドメインのサンプルを生成する。ＤＣＯ−ＯＦＤＭ技術は、非負の単極性信号を生成するために用いることができるが、この技術は、信号の電力消費を著しく増大させる。Ｕ−ＯＦＤＭ法、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ法，ＰＡＭ−ＤＭＴ法および反転型ＯＦＤＭ法もまた、単極性信号を提供するために用いることができ、ＤＣＯ−ＯＦＤＭスキームよりもより大きな電力効率を有することが可能である。しかしながら、これらの方法の周波数効率は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭの半分である。
【００７０】
本発明の少なくともいくつかの実施形態は、電力およびスペクトルの両方において効率的な送信用単極性信号を与える技術を提供することを目的とする。
【００７１】
本発明の少なくともいくつかの実施形態は、スペクトル効率を増加させるため、複数のデータストリームの並列もしくは同時送信を提供する。これらの情報ストリームは、共通の通信資源を使用し、例えば、共通のタイムスロット、周波数、リンク等を占有する。有利には、個別の情報ストリームは、例えば、Ｕ−ＯＦＤＭ，ＡＣＯ−ＯＦＤＭ，ＰＡＭ−ＤＭＴおよび反転型ＯＦＤＭのような、ＤＣＯ−ＯＦＤＭよりも電力効率の良い技術に基づいた方法を用いて符号化されてもよい。
【００７２】
この場合、１つの情報ストリームからの情報は、他の情報ストリーム上の情報に対し、ノイズとなり得る。このように、第１のストリームからの情報が復号化された時、後続する全てのストリームからの情報は、第１の情報ストリームの復元を阻止し、もしくは、妨げる強いノイズ成分となり得る。
【００７３】
本発明の少なくともいくつかの実施形態は、情報ストリーム間の対称性が干渉を打ち消し（例えば、Ｕ−ＯＦＤＭの場合）、または、干渉を情報に直交させる（例えば、ＡＣＯ−ＯＦＤＭおよびＰＡＭ−ＤＭＴの場合）ように、並行する情報ストリームをアレンジし、これに対処する。干渉が情報に対して直交する場合、干渉が情報に反映されることはなく、情報のシンボルを破損させない。すなわち、数学的な直交空間に配置される。
【００７４】
重畳変調として知られる方法は、多数の情報ストリームの送信を含む。しかしながら、そのような技術は、双極性信号から単極性信号への変換、または、純粋な単極性信号の送信の使用を考慮もしくは予定している訳ではない。当業者は、重畳変調といった技術をこの問題に直接的に適用することは考えないであろう。すなわち、多数の情報ストリームが存在することによる干渉およびシンボルの重複という課題があり、この課題を解決する方法の指針もない。このように、既存の技術の単純な適用、もしくは、その組み合わせを超えるものが必要とされ、全く新しいアプローチが求められる。
【００７５】
図１は、本願の種々の実施形態を実施するよう構成された通信システム５を示している。通信システム５は、送信側からの並列送信のために、双極性信号を複数の単極性情報ストリーム１０に変換し、受信器側において、受信した単極性情報ストリーム１０から双極性信号を再構成するよう構成される。本発明は、特に光無線通信システムに適し、ここでは、その応用に関して説明する。しかしながら、本発明は、マイクロ波もしくは高周波輻射、または、他の領域を用いる他の通信システム、または、電磁波スペクトル法、または、音波通信法等にも適用可能であることは理解されるであろう。
【００７６】
さらに、複数の情報ストリーム１０は、情報ストリーム１０のレベルの観点から説明される。レベルは、情報ストリーム１０の容量に反比例する。言い換えると、最も高い容量の情報ストリーム１０ａは、レベル１を有するストリームとして言及され、さらに、順に小さい容量を有する情報ストリーム１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅは、それぞれ、レベル２、３、４、５のストリームなどとして言及される。
【００７７】
情報通信システム５は、双極性信号を複数の単極性情報ストリーム１０に変換し、その複数の単極性情報ストリーム１０を１以上の受信器２０に並列送信する１以上の送信器１５を備える。１以上の受信器２０は、単極性情報ストリーム１０を受信し、受信した単極性情報ストリーム１０から双極性信号を再構成する。
【００７８】
送信器１５は、信号処理器２５を備え、信号処理器２５は、送信される双極性信号を複数のセクションに分割するためにスプリッタ３０を動作させ、双極性信号のセクションを単極性情報ストリーム１０に変換するために変換モジュール３５を動作させるよう構成される。送信器１５は、さらに、並列または同時に情報ストリーム１０を送信する送信装置４０を備え、例えば、複数の情報ストリーム１０は、並列に送信される。異なる情報ストリーム１０は、同じチャネル／リンクによって同時に送信されることができ、１つの時間ドメイン信号を形成するために加算されることができることが理解されるであろう。
【００７９】
スプリッタ３０は、複数の情報ストリーム１０において送信するために、双極性信号を適切なサイズのセクションに分割するよう構成される。後に明らかとなるように、各情報ストリーム１０は、異なる送信レートおよび／または容量を有することができる。このように、双極性信号は、等分されず、低い容量の情報ストリーム１０よりも高い容量の情報ストリーム１０により多くのデータが割り当てられる。以下の説明から明らかとなるように、各情報ストリーム１０の相対的な送信容量は、単純に決定できる。
【００８０】
送信装置４０は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、レーザーダイオード等の送信素子４５のアレイを備える。選択可能な実施形態として、送信装置は、マイクロＬＥＤまたはＯＬＥＤのアレイを備える。
【００８１】
変換モジュール３５は、双極性信号の各セクションを、関連する情報ストリーム１０において送信する単極性信号に変換するように構成される。双極性信号は、ＯＦＤＭ信号であり、直交振幅変調（Ｍ−ＱＡＭ）といったよく知られた通常の変調スキームのシンボルで符号化されたデータに逆高速フーリエ変換を適用することによって実現される。この特定の実施形態では、変換モジュール３５は、変形されたＵ−ＯＦＤＭ法に基づいて信号を変換するよう構成される。しかしながら、後述するように、ここに述べられた本質は、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ、反転型ＯＦＤＭおよびＰＡＭ  ＤＭＴといった他の方法にも適用可能であることは理解されるであろう。
【００８２】
本実施形態では、変換モジュール３５は、情報ストリーム１０において送信するために、双極性信号の各フレームを２ｎ個のフレーム５０に変換するよう構成される。ここで、ｎは、フレーム５０が送信されるべき情報ストリーム１０のレベルである。例えば、レベル１の情報ストリーム１０ａでは、双極性信号の所定のフレームは、付加されるサイクリックプレフィックスＣＰとともに、レベル１の情報ストリーム１０ａの２つのフレーム５０ａ、５０ｂで表される。レベル２の情報ストリーム１０ｂに対しては、双極性信号の所定のフレームは、レベル２の情報ストリーム１０ｂの４つのフレーム５０ａ、５０ａ’、５０ｂ、５０ｂ’と、付加されるサイクリックプレフィックスＣＰと、で表され、さらなる情報ストリーム１０ｃ〜１０ｂのそれぞれについても同様である。
【００８３】
双極性信号は、正の時間ドメインのサンプル５５および負の時間ドメインのサンプル６０の両方を備え、図３（ａ）に一例が表されている。
【００８４】
レベル１の情報ストリーム１０ａでは、双極性信号のそれぞれのセクションにおける各双極性フレームは、２つのフレーム５０ａ、５０ｂと、順次送信される関連したサイクリックプレフィックスＣＰとに分割され、第１（正）のフレーム５０ａは、双極性フレームの正の時間ドメインサンプル５５と、例えば、ゼロであるようにクリップされた双極性フレームの負の時間ドメインのサンプル６０と、を含み、第２（負）のフレーム５０ｂは、双極性フレームの負の時間ドメインサンプル６０の絶対値と、例えば、ゼロになるようにクリップされた双極性フレームの正の時間ドメインサンプル５５とを含む。結果として、図３（ｂ）に一例を表す単極性情報ストリームとなる。この際、レベル１の情報ストリーム１０は、通常のＵ−ＯＦＤＭシステムに見られる情報ストリームに類似する。
【００８５】
レベル２以上の情報ストリーム１０ｂ〜１０ｅおよび上位の情報ストリームにより引き起こされるいかなる干渉も、双極性信号の所定のフレームに関連したより低いレベルの情報ストリーム１０におけるそれぞれのフレームへの干渉が、より低いレベルの情報ストリーム１０により搬送される情報に悪影響を与えないものであることを確実にするために、通常のＵ−ＯＦＤＭプロセスの変形は、レベル２以上の情報ストリーム１０ｂ〜１０ｅおよびその上位の情報ストリームに対して用いられる。結果として、レベル２以上の情報ストリーム１０ｂ〜１０ｅおよびその上位の情報ストリームによって引き起こされる、より低いレベルの情報ストリーム１０における各フレーム５０ａ、５０ｂへの干渉は、双極性信号を復元する過程において打ち消される。
【００８６】
双極性信号のそれぞれのセクションにおける各双極性フレームは、レベル２の情報ストリーム１０ｂの４つのフレームを用いて表される。具体的には、双極性信号の各フレームは、第１（正）のフレーム５０ａ’および第２（負）のフレーム５０ｂ’により符号化される。第１（正）のフレーム５０ａ’は、双極性フレームの正の時間ドメインサンプル５５と、例えば、ゼロになるようにクリップされた双極性フレームの負の時間ドメインのサンプル６０と、を含み、第２（負）のフレーム５０ｂ’は、双極性フレームの負の時間ドメインサンプル６０の絶対値と、例えば、ゼロになるようにクリップされた双極性フレームの正の時間ドメインサンプル５５とを含む。しかしながら、レベル１の情報ストリーム１０ａのように、第１（正）のフレーム５０ａ’に続き、第２（負）のフレーム５０ｂ’を逐次送信する代わりに、レベル２の情報ストリーム１０ｂの第１（正）のフレーム５０ａ’および第２（負）のフレーム５０ｂ’のそれぞれをコピーし、第２（負）のフレーム５０ｂ’（および関連したサイクリックプレフィックスＣＰ）が２回供給される前に、第１（正）のフレーム５０ａ’（および関連したサイクリックプレフィックスＣＰ）を２回供給する。言い換えると、本実施形態では、各情報ストリーム１０について、各フレーム５０ａ’、５０ｂ’の２（ｎ−１）個の実体（インスタンス）が供給される。ここで、ｎは、情報ストリーム１０のレベルである。レベル２の情報ストリーム１０ｂの第１（正）のフレーム５０ａ’が、レベル１の情報ストリーム１０ａの第１（正）のフレーム５０ａの送信中に送信され、レベル２の情報ストリーム１０ｂの同じ第１（正）のフレーム５０ａ’が、レベル１の情報ストリーム１０ａの第２（負）のフレーム５０ｂの送信中に再送信されるように、第１および第２の情報ストリーム１０ａ、１０ｂにおけるフレーム持続時間は同じである。このように、レベル１の情報ストリーム１０ａの第１（正）および第２（負）のフレーム５０ａ、５０ｂの送信中に、レベル２の情報ストリーム１０ｂにおいて、同じ内容が送信されるため、オリジナルの双極性信号のいずれかの与えられたフレームに関連したレベル１の情報ストリーム１０ａの第１（正）および第２（負）のフレーム５０ａ、５０ｂの両方が、レベル２の情報ストリーム１０ｂから同じ干渉を受ける。従って、レベル１の情報ストリーム１０ａの第２（負）のフレーム５０ｂが、レベル１の情報ストリーム１０ａの第１（正）のフレーム５０ａから差し引かれた時、これらのフレームそれぞれの、レベル２の情報ストリーム１０ｂからの干渉により生じた成分は、打ち消される。
【００８７】
同様に、レベル３の情報ストリーム１０ｃに対し、レベル３の情報ストリーム１０ｃの第１（正）および第２（負）のフレーム５０ａ’’，５０ｂ’’は、さらに３回、コピーされ、第２（負）のフレーム５０ｂ’’が４回供給される前に、第１（正）のフレーム５０ａ’’（および関連したサイクリックプレフィックス）は４回供給される。レベル１およびレベル２の情報ストリーム１０ａ、１０ｂの第１（正）のフレーム５０ａ，５０ａ’の送信中にレベル３の情報ストリーム１０ｃの第１（正）のフレーム５０ａ’’が送信され、レベル１の情報ストリーム１０ａの第２（負）のフレーム５０ｂおよび第２の情報ストリーム１０ｂのコピーされた第１（正）のフレーム５０ａ’’の送信中に、レベル３の情報ストリームの同じ第１（正）のフレーム５０ａ’’が再送信されるように、各情報ストリーム１０ａ〜１０ｅにおいてフレーム持続時間は同じである。レベル２の情報ストリーム１０ｂの第２（負）のフレーム５０ｂ’、および、複製された第２（負）のフレーム５０ｂ’の送信中に、レベル３の情報ストリーム１０ｃの第１（正）のフレーム５０ａ’’は、再び、再送信される。このように、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに関連づけられたレベル１およびレベル２の情報ストリーム１０ａ、１０ｂの各フレーム５０ａ，５０ｂ，５０ａ’，５０ｂ’の送信中に、レベル３の情報ストリーム１０ｃでは、同じ内容が送信されので、レベル１およびレベル２の情報ストリーム１０ａ、１０ｂからオリジナルの双極性信号の各セクションのフレームを復元するために各フレームを差し引く時、レベル３の情報ストリーム１０ｃに起因するレベル２およびレベル１の情報ストリーム１０ａ、１０ｂにおけるいずれの干渉も打ち消される。
【００８８】
上述の本質は、必要とされるならば、レベル４、５および上位の情報ストリーム１０ｄ、１０ｅにも拡大できるであろうことは理解されるであろう。
【００８９】
レベル２以上の情報ストリーム１０ｂ−１０ｅの各フレーム５０ａ’，５０ｂ’，５０ａ’’，５０ｂ’’は、複数回送信されるため、各フレーム５０ａ’，５０ｂ’，５０ａ’’，５０ｂ’’の電力は、係数
【数１】
2016532405.tif 000003
により減少する。ここで、ｎは、情報ストリーム１０ｂ〜１０ｅのレベルである。そして、各フレーム５０ａ’，５０ｂ’，５０ａ’’，５０ｂ’’の振幅は、係数
【数２】
2016532405.tif 000004
により縮小する。
【００９０】
受信器２０（図１参照）は、複数の単極性情報ストリーム１０ａ〜１０ｅを受信するために、単一のフォトダイオード、フォトダイオードのアレイ、ＣＣＤ、または、ＣＭＯＳ受信素子のような１以上の受信素子６５を備える。受信器２０は、さらに、オリジナルの双極性信号を復元するために、複数の単極性情報ストリーム１０ａー１０ｅを処理する信号処理器７０を備える。
【００９１】
受信器２０において双極性信号を復元するために、レベル１の情報ストリーム１０ａは、ＯＦＤＭストリームの通常の手法で復元できる。言い換えると、GB2496379、WO/2013/064835、および、D.Tsonev、S. Sinanovic and H. Haasによる「新しい単極性直交周波数分割多重」、Proc. Of the Vehicular Technology Conference (VTC Spring), IEEE, Yokohama, Japan, IEEE, May 6-9, 2012（これらの全内容は、引用により組み込まれる。）に記載されているように、各第２（負）のフレーム５０ｂは、結果として生じる双極性フレームの通常ののＯＦＤＭ復調に従った各第１（正）のフレーム５０ａから差し引かれる。
【００９２】
図２に示される例に対して、第１の双極性フレームは、演算Ｐ１１−Ｎ１１により得られる。第２は、演算Ｐ１２−Ｎ１２により得られ、以下、同様である。ここで、Ｐは、正のフレーム５０ａ，５０ａ’，５０ａ’’，を表し、Ｎは、負のフレーム５０ａ，５０ａ’，５０ａ’’を表す。そして、１番目の数字は、情報ストリーム１０ａ〜１０ｅのレベルを表し、２番目の数字は、オリジナルの双極性信号のセクションのフレーム番号を表す。なお、追加の情報ストリーム１０ｂ〜１０ｅは、成功した復調とは干渉しない。なぜなら、Ｐ２１＋Ｐ３１により生じ、Ｐ１１に及ぶ干渉は、Ｎ１１への干渉と同じだからである。このため、減算は、両方の干渉成分を打ち消す。同じことが後続の全てのフレームの干渉成分についても生じる。このように、レベル１の情報ストリーム１０ａの情報は、通常のＵ−ＯＦＤＭ復調器により成功裏に復元できる。
【００９３】
一旦復元されると、レベル１の情報ストリーム１０ａから復調されたビットは、オリジナルのレベル１の情報ストリーム１０ａを復元するために、再び、再変調できる。次に、レベル２および上位の情報ストリーム１０ｂ〜１０ｅのみを含む結果が得られるように、復元されたレベル１のストリーム１０ａは、受信された信号から差し引くことができる。レベル２の情報ストリーム１０ｂによって送信された情報ストリームは、復元できる。このプロセスは、情報が同じである２つの連続した１対のフレーム５０ａ’’，５０ｂ’’の全てを合算することを含む。例えば、レベル２の情報ストリーム１０ａの第１（正）のフレーム５０ａ’およびコピーされた第１（正）のフレーム５０ａ’は、結合された第１（正）フレームを形成するために合算され、第２（負）のフレーム５０ｂ’およびコピーされた第２（負）のフレーム５０ｂ’は、結合された第２（負）のフレームを形成するために合算される、などである。次に、レベル１の情報ストリーム１０ａに関連した記載と類似した方法で、結合された負のフレームを結合された正のフレームから差し引くことにより、通常のＵ−ＯＦＤＭ復調を伴う復調プロセスを継続する。また、より高いレベルの情報ストリーム１０ｃ−１０ｅは、その構成および減算により干渉しない。ビットが復元された後、それらは再変調され、結果として得られた再変調されたレベル２の情報ストリーム１０ｂは、レベル３およびより上位の情報ストリーム１０ｃ−１０ｅのみが残されるように、全ての信号から差し引かれる。このプロセスは、全てのレベルの情報ストリーム１０ａ〜１０ｅが復元されるまで続けられる。
【００９４】
上記のプロセスのスペクトル効率は、全てのレベルの情報ストリーム１０ａ−１０ｅのスペクトル効率の合計であることが理解されるであろう。最大変調レベルが増加するにつれて、上記のプロセスのスペクトル効率は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭのスペクトル効率に収束する。最大変調レベル５に対する、スペクトル効率は、既に、ＤＣＯ−ＯＦＤＭ法のスペクトル効率の９６．８％であり、その差は、実用上、無視できる。
【００９５】
異なるレベルの情報ストリームの特性を図４に示す。予想されるように、レベル１の情報ストリーム１０ａの特性が最良である。後続する全ての情報ストリーム１０ｂ〜１０ｅは、ＳＮＲが大きくなるにつれて、第１の情報ストリーム１０ａの特性に近づく。同じふるまいが、光ＳＮＲの関数として特性を表した図５にも見られる。
【００９６】
図６および図７では、Ｍ−ＱＡＭの異なるコンスタレーションサイズに対し、全てのレベルにおける情報に対するＢＥＲの平均が、ＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＥＲとの比較されている。
【００９７】
図６は、電気ＳＮＲの関数として結果を表している。本システムの、ＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する特性の向上は、Ｍが４の場合のビット誤り率（ＢＥＲ）１０−４における１ｄＢから始まり、Ｍが２５６の場合の約５ｄＢまで増加する。
【００９８】
図７は、光ＳＮＲの関数としてのＢＥＲの観点から、異なるコンスタレーションサイズに対する、本システムとＤＣＯ−ＯＦＤＭとの間の特性の違いを表している。Ｍが４の場合、ＢＥＲ＝１０−４において、２つのスキームは、同等の特性を示すように見える。コンスタレーションサイズが増加するにつれて、ＤＣＯ−ＯＦＤＭのバイアスを増加させる要求が、本システムをより効率的にする。光パワーに関する削減は、２５６−ＱＡＭにおいて、約２ｄＭに達する。
【００９９】
上記の例は、単極性ＯＦＤＭ（Ｕ−ＯＦＤＭ）の使用に基づくシステムを記述しているが、上述のスペクトル効率を向上させる本質は、他の単極性のＯＦＤＭに基づく変調スキーム、例えば、これらに限定する必要はないが、非対称クリップ光ＯＦＤＭ（ＡＣＯ−ＯＦＤＭ），パルス振幅変調離散マルチトーン変調（ＰＡＭ−ＤＭＴ）および反転型ＯＦＤＭにも適用できる。
【０１００】
図８に、J. Armstrong et.al.による「電力効率の良い光ＯＦＤＭ」, Electronics Letters, vol. 42, no. 6, pp.370-372, 16 March 2006に記載された、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ変調スキームに基づいた、本願の実施形態を示す。この文献で教示される内容は、引用として本願に組み込まれる。この場合、時間ドメインにおけるＡＣＯ−ＯＦＤＭ信号のフレームは、２つの部分に分けることができ、第１の部分は、フレームの最初のサンプル（位置０）からサンプルＮｆｆｔ／２−１まで広がる。ここで、Ｎｆｆｔは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）のサイズである。フレームの第２の部分は、サンプルＮｆｆｔ／２からフレームの最後のサンプルＮｆｆｔ−１まで広がる。なぜなら、最初のサンプルは、位置０にマークされるからである。サイクリックプレフィックスのサイズは、この計算では、考慮されない。図８では、各フレームの２つの部分は、それぞれ文字Ａ、Ｂで表わされる。
【０１０１】
ＡＣＯ−ＯＦＤＭでは、奇数のインデックスが付与されたサブキャリアのみが、周波数ドメインにおける情報により変調される。偶数のインデックスが付与されたサブキャリアは０とされる。これは、時間ドメインの双極性ＡＣＯ−ＯＦＤＭフレーム（クリッピング前）において、時間反対称と称される反対称のタイプを作り出す。これは、ｓ［ｎ］＝−ｓ［ｎ＋Ｎｆｆｔ／２］を意味する。ここで、ｓ［ｎ］は、１つの双極性ＡＣＯ−ＯＦＤＭフレームにおける時間ドメインの信号のサンプルを表し、Ｎｆｆｔ個のサンプルが存在する。ｎは、０とＮｆｆｔ／２−１との間の値を取る。この場合、フレームの最初の半分は、第２の半分に対し、時間反対称である。この時間反対称性は、通常のＡＣＯ−ＯＦＤＭのように、歪みなしに負のサンプルを取り除くことができるだけでなく、本願の実施形態では、時間的に対称でありＡＣＯ−ＯＦＤＭ情報信号に干渉しない付加的な信号成分の導入も可能にする。もし、信号が時間的に対称であれば、すなわち、周波数ドメインにおいて０＜＝ｎ＜＝Ｎｆｆｔ／２−１に対し、ｓ［ｎ］＝ｓ［＋Ｎｆｆｔ／２］であれば、偶数のインデックスが付与されたサブキャリアにのみにおいて、ゼロでない成分が存在する。従って、ＡＣＯ−ＯＦＤＭフレームを含む期間において時間的な対称性を有するいかなる信号も、周波数ドメインにおいて、偶数のインデックスが付与されたサブキャリアにのみに信号成分を導入し、そして、奇数のインデックスが付与されたサブキャリアにおいて変調されたＡＣＯ−ＯＦＤＭ情報ストリームには影響を与えないであろう。なお、ＦＦＴ／ＩＦＦＴアルゴリズムの最も効果的な応用は、サンプル数が２のべき乗個の時に実現されるため、この例では、そのサイズが偶数であるフレームに対して示されている。フレームが奇数個のサンプルを有する場合、この本質は、時間ドメインのサンプルに付与するインデックスにささいな変更を加えたものに類似する。
【０１０２】
上記の観点から、フレームＡへの干渉がフレームＢへの干渉と同等、すなわち、周波数ドメインにおいて干渉が時間的に対称であるとすれば、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ変調スキームの性質に起因して、この干渉は、偶数のサブキャリアに及び、これにより、有用な情報に直交した状態に留まる。本実施形態では、ＡＣＯ−ＯＦＤＭストリーム１１０ａに付加的な情報ストリーム１１０ｂ−１１０ｃを追加するために、これを利用する。この本質は、改良された単極性直交周波数分割多重法に関連して上記に適用された本質に類似する。図８に表された実施形態は、複数の情報ストリーム１１０ａ−１１０ｃを追加する方法の１つの可能な例にすぎない。ＡＣＯ−ＯＦＤＭに精通している当業者には、その分野の慣用技術と共に本出願の教示に基づくだけで、ストリームの直交性に対する対称性の要求を満足するための代替のストリームアレンジメントを決定できるであろうことは理解されるであろう。いずれにしろ、アルゴリズムの本質は、対称な干渉を追加することによりＡＣＯ−ＯＦＤＭフレーム構成を利用することにあり、代替の如何なるフレームアレンジメントも、ここに示す本質によって示唆された変形にすぎないであろう。
【０１０３】
図７に示される例では、レベル２の情報ストリーム１１０ｂの、第１のフレーム部分Ａ２ｘ、第２のフレーム部分Ｂ２ｘおよび関連したサイクリックプレフィックスＣＰが、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応するレベル１の情報ストリーム１１０ａの第１フレーム部分Ａ１ｘの送信中に提供されるように、レベル２の情報ストリーム１１０ｂのフレーム部分Ａ２ｘ，Ｂ２ｘは、レベル１の情報ストリーム１１０ａのフレーム部分Ａ１ｘ，Ｂ１ｘよりも短い持続時間を有する。レベル２の情報ストリームストリーム１１０ｂの、第１および第２のフレーム部分Ａ２ｘ、Ｂ２ｘおよび関連するサイクリックプレフィックスＣＰとは、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応するレベル１の情報ストリーム１１０ａの第２フレーム部分Ｂ１ｘの送信中に複製される。このように、レベル１の情報ストリーム１１０ａの、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応する各フレーム部分Ａ１ｘ，Ｂ１ｘは、レベル２の情報ストリーム１１０ｂに起因する同じ干渉、すなわち、時間的に対称な干渉を受ける。
【０１０４】
さらに、情報ストリーム１１０ｃも、同じ本質を用いて提供され得る。例えば、レベル３の情報ストリームスト１１０ｃの第１および第２のフレーム部分Ａ３ｘ，Ｂ３ｘが、関連するサイクリックプレフィックスＣＰと伴に、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応するレベル２の情報ストリーム１１０ｂの第１のフレーム部分Ａ２ｘの送信中に提供されるように、レベル３の情報ストリーム１１０ｃのフレームＡ３ｘ，Ｂ３ｘは、レベル２の情報ストリームのフレームよりも短い持続時間を有する。レベル３の情報ストリームの第１のフレーム部分Ａ３ｘ、第２のフレーム部分Ｂ３ｘおよび関連するサイクリックプレフィックスＣＰの複製は、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応するレベル２の情報ストリーム１１０ｂにおける第２のフレーム部分Ｂ２ｘ、第１のフレーム部分Ａ２ｘの複製および第２のフレーム部分Ｂ２ｘの複製の送信中に再送信される。このようにして、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応するレベル１およびレベル２の情報ストリーム１１０ａ、１１０ｂの各フレーム部分Ａ１ｘ，Ｂ１ｘ，Ａ２ｘ，Ｂ２ｘは、レベル３の情報ストリーム１１０ｃに起因した同じ干渉を受ける。
【０１０５】
各第１および第２のフレーム部分の２ｎ−１個のインスタンスは、各情報ストリーム１１０ａ〜１１０ｃにおいて与えられることが理解されるであろう。ここで、ｎは、ストリームのレベルである。オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応するより低いレベルの情報ストリームのそれぞれにおける各フレーム部分の送信中に、同じ信号部分／フレーム部分がより高いレベルのストリームに対して送信されるため、情報ストリーム１１０ａ−１１０ｃがオリジナルの双極性信号を復元するために処理される際に、より高いレベルの情報に起因する情報ストリーム１１０ａ〜１１０ｂへの干渉は、直交した状態で残り、より低いレベルのストリーム１１０ａ〜１１０ｂの有用な情報を毀損しない。
【０１０６】
図２および図８に関連して記載された上記例では、変調されたデータを復元するための情報ストリームのフレームまたはフレーム部分の処理に伴う演算は、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応する情報ストリームの各フレームが、より高い深さの情報ストリームから時間的に対称な干渉を受ける時、より高いレベルの情報ストリームによって引き起こされる情報ストリームへの干渉を打ち消すか（例えば、Ｕ−ＯＦＤＭに基づく図２の例）、または、直交した状態で残し、より低いレベルのストリーム１１０ａ−１１０ｃ（例えば、ＡＣＯ−ＯＦＤＭに基づく図８の例）における有用な情報に影響しない。しかしながら、オリジナルの双極性信号のフレームの復元に要求されるプロセスに依存して、オリジナルの双極性信号の所定のフレームに対応する情報ストリームのフレームへのより高いレベルの情報ストリームからの干渉が同じになる必要は必ずしもない。例えば、いくつかの技術では、オリジナルの双極性信号のフレームを復元するプロセスは、対称、反対称、または、非対象な演算といった数学的な演算子または関数の範囲の応用、行列演算の適用、干渉除去、または、他の数学的な演算など、当業者には自明であろうものを含む。このように、１より大きいレベルを持つ情報ストリームのフレームにおいて、適切な対称、非対称、配列、内容、順序、および／または、コピー回数のフレームを提供することにより、例えば、（所定の情報ストリームよりも）高い次数の情報ストリームに起因する所定の情報ストリームへの干渉が、（例えば、打ち消したり、所定の、もしくは、より低いレベルのストリームの有用な情報に直交した状態を維持したすることにより）所定の、もしくは、より低いレベルのストリームの有用な情報に影響を与えないような方法でオリジナルの双極性信号からさらなる情報ストリームのフレームにデータを符号化することができる。情報ストリームのフレームに要求される対称性、配置、内容、順序、および／またはコピー回数は、使用される変調スキーム、特に、選択した変調スキーム対する情報ストリームの復元に伴う演算に応じて、変化するであろうことは理解されるであろう。
【０１０７】
これは、例えば、S.C.J. Lee et.al.による「光通信システムにおける強度変調と直接検波のためのＰＡＭ−ＤＭＴ」、IEE Photonics Technology Letters, Vol. 21, no. 23, pp. 1749-1751, December 2009に記載されているようなＰＡＭ−ＤＭＴ変調スキームに基づくさらなる例に記載されている。この文献で教示される内容は、引用として組み込まれる。この例は、図９を参照して表される。
【０１０８】
ＰＡＭ−ＤＭＴに基づく方法で使われるシステムの時間ドメインのフレームは、２つのパートＡ’，Ｂ’に分割できる。ＮｆｆｔがＰＡＭ−ＤＭＴのフレームサイズであれば、第１のパートＡ’は、フレームの最初のサンプル（位置０）からＮｆｆｔ／２−１のサンプルまでの範囲である。そして、フレームの第２のパートＢ’は、Ｎｆｆｔ／２のサンプルから、フレームの最後のサンプルであるＮｆｆｔ−１のサンプルまでの範囲である。最も効果的なＦＦＴ／ＩＦＦＴアルゴリズムは、サンプル数が２のべき乗個の時に実現されるため、この例は、そのサイズが偶数であるフレームで図解されることに留意されたい。フレームが奇数個のサンプルを有する場合、この本質は、時間ドメインのサンプルにおけるインデックスの付与にささいな修正を加えたものに類似する。サイクリックプレフィックスのサイズは、この計算では考慮されない。
【０１０９】
時間ドメインのＰＡＭ−ＤＭＴフレームは、「光通信システムにおける強度変調と直接検波のためのＰＡＭ−ＤＭＴ」IEE Photonics Technology Letters, Vol. 21, no. 23, pp. 1749-1751, December 2009.に記載されているように、奇対称、または、反対称である。この反対称性は、ＡＣＯ−ＯＦＤＭに存在するものとは異なる。ＰＡＭ−ＤＭＴでは、周波数ドメインのサブキャリアは、虚数のＰＡＭ符号で変調される。このため、（クリッピング前における）双極性の時間ドメインのＰＡＭ−ＤＭＴフレームは、奇対称と称される反対称性を持つことになる。これは、ｓ［ｎ］が１つの双極性ＰＡＭ−ＤＭＴフレーム内の時間ドメイン信号のサンプルを表し、０とＮｆｆｔ／２−１との間の値のｎを伴うＮｆｆｔ個のサンプルがあるとすると、ｓ［０］＝ｓ［Ｎｆｆｔ／２］＝０であり、残りのフレームについては、ｓ［ｎ］＝−ｓ［Ｎｆｆｔ−ｎ］であることを意味する。これは、フレームの第１の半分は、フレームの第２の部分に対して奇対称であることを意味する。これは、Ａ［０］＝Ｂ［０］、Ａ［ｎ］＝−Ｂ［Ｎｆｆｔ／２−ｎ］と表すこともできる。ここで、Ａは、長さＮｆｆｔ／２およびｎ＝０からｎ＝Ｎｆｆｔ／２−１までにインデックが付与されたフレームの第１の半分を示し、Ｂは、長さＮｆｆｔ／２およびｎ＝０からｎ＝Ｎｆｆｔ／２−１までのインデックスが付与されたフレームの第２の半分を示す。ＡとＢとは、奇対称である。この時間的な反対称性（奇対称と称される）は、通常のＰＡＭ−ＤＭＴのように、歪みなしに負のサンプルを除くことを可能とするだけでなく、偶対称でありＰＡＭ−ＤＭＴ情報信号と干渉しない信号成分の追加を可能とする。偶対称は、以下のように定義される。Ｐは、フレームもしくはフレームの一部、または、長さＮｆｆｔ／２およびｎ＝０からｎ＝Ｎｆｆｔ／２−１までのインデックスが付与された任意の数のサンプルのブロックとすると、
【数３】
2016532405.tif 000005
は、 Pに対して偶対称であり、
【数４】
2016532405.tif 000006
である。
【０１１０】
図８には、各フレームの２つのパートが、Ａ’とＢ’とで表されている。ＰＡＭ−ＤＭＴの特性の結果として、フレームのパートＡ’に生じた干渉が、フレームのパートＢ’に生じた干渉に対し、偶対称である場合、周波数ドメインにおいて、この干渉はサブキャリアの実成分に及び、このため、虚数成分に変調された有益な情報に直交したままである。本実施形態では、ＰＡＭ−ＤＭＴストリーム２１０ａに、著しい付加的干渉なしに付加的情報ストリーム２１０ｂ，２１０ｃを追加するために、この特性を利用する。図９に、これを行う典型的な例が表される。その本質は、図２および８に関連して上述した本質と類似する。さらに、図９に示される例は、ここに概説される本質を用いて、複数の情報ストリーム２１０ｂ、２１０ｃを追加する方法の１つの可能な例に過ぎないことは理解されるであろう。ＰＡＭ−ＤＭＴ構成に精通している当業者は、この分野の通常の知識および本出願の教示のみに基づいて、ストリームの直交性のための対称性の要求を満足するための代替のストリームアレンジメントを決定することができるであろう。いずれにしろ、本実施形態の本質は、対称的な干渉を追加することによりＰＡＭ−ＤＭＴフレーム構成を利用することにあり、いかなる代替のフレームアレンジメントもここに示す本質によって示唆された変形にすぎないであろう。
【０１１１】
図９に示される具体例では、オリジナルの双極性信号の所定のフレームを表すレベル１の情報ストリーム２１０ａのフレームは、フレームの前にサイクリックプレフィックスＣＰが付された２つのパートＡ’１ｘおよびＢ’１ｘ，に分離される。レベル２の情報ストリーム２１０ｂでは、サイクリックプレフィックスＣＰと、２つのフレームパートＡ’２ｘそしてＢ’２ｘは、レベル１のストリーム２１０ａのフレームパートＡ’１ｘの送信中に提供され、２つのフレームパートＢ’２ｘ，Ａ’２ｘのそれぞれの偶対称の類似体である
【数５】
2016532405.tif 000007
およびサイクリックプレフィックスＣＰが、レベル１の情報ストリーム２１０ａのパートＢ’１ｘの送信中に、この順に提供される。このように、レベル２の情報ストリーム２０１ｂに起因し、レベル１の情報ストリーム２１０ａのフレームパートＡ’１ｘに及ぶ干渉は、レベル１の情報ストリーム２１０ａのＡ’１ｘおよびＢ’１ｘにより符号化されるデータに直交したままであり、レベル１のストリームにおいて符号化されたデータに影響を与えないように、レベル１の情報ストリーム２１０ａのフレームパートＢ’１ｘに及ぶ干渉に偶対称である。
【０１１２】
この過程は、より高いレベルの情報ストリームにも拡張して適用できる。例えば、レベル３の情報ストリーム２１０ｃでは、フレーム部分Ａ’３ｘおよびＢ’３ｘが後続するサイクリックプレフィックスＣＰは、レベル２の情報ストリームのフレーム部分Ａ’２ｘの送信中に提供される。フレーム部分Ａ’３ｘおよびＢ’３ｘの、偶対称の類似体
【数６】
2016532405.tif 000008
およびサイクリックプレフィックスＣＰは、レベル２の情報ストリーム２１０ｂのＢ’２ｘフレームの送信中に、レベル３の送信ストリーム２１０ｃにこの順で提供される。レベル３の情報ストリーム２１０ｃのＢ’３ｘおよびＡ’３ｘ部分のコピーが後続するサイクリックプレフィックスＣＰは、レベル２の情報ストリームのＢ’２ｘのフレーム部分の偶対称の類似体の送信中に、この順で提供される。レベル３の情報ストリーム２１０ｃのＢ’３ｘおよびＡ’３ｘ部分の偶対称の類似体
【数７】
2016532405.tif 000009
およびサイクリックプレフィックスＣＰは、レベル２の情報ストリーム２０１ａのＡ’２ｘフレームの偶対称の類似体の送信中にこの順で提供される。また、このように、レベル３の情報ストリーム２１０ｃに起因し、レベル１およびレベル２の情報ストリーム２１０ａ、２１０ｂ及ぶ干渉は、レベル１およびレベル２の情報ストリーム２１０ａ、２１０ｂの符号化されたデータに直交したままであり、双極性信号を復元する過程において容易に打ち消すことができる。
【０１１３】
線形付加的白色ガウス雑音チャネルとの関係において、図２について上述した改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術の特性を得るために、一連のシミュレーションを実施した。シミュレーションに含まれる唯一の非線形効果は、理想的なＬＥＤの電気的な特性に起因する変調信号の全ての負の値をクリップすることである。負の変調信号を下方からクリップすることは、全ての装置に関連する。これは、周波数ドメインにおいてアクティブなサブキャリアの数が増えるにつれて線形的に増加するＯＦＤＭ信号の高いピーク対平均出力比（ＰＡＰＲ）のために、ＳＣＯ−ＯＦＤＭのようなスキームでは避けることができない。図２ついて上述した改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術は、厳密に正であり、下方からの信号のクリッピングは完全に避けられる。
【０１１４】
有益なことに、最大の変調レベル（すなわち、並列に使用される情報ストリームの数）は、シミュレーションでは、３に設定される。なぜなら、これは、ＤＣＯ−ＯＦＤＭおよびＵ−ＯＦＤＭからのスペクトル効率の低下を減らし、より小さな最大変調レベルは、装置および要求される処理を簡素化するためである。例えば、５つの（すなわち、２つの余分な）ストリームを使用すれば、それなりの付加的なエネルギーが必要とされる一方で、余分なストリームは、スペクトル効率における小さい寄与（約９％）を与えるだけであろう。３つのストリームのみが用いられる場合に比べて、５つのストリームを用いる場合に必要となる追加のエネルギーは、２−３ｄＢオーダであり、それは、コンスタレーションサイズが増加するにつれて増加する。このアレンジメントは、５以上のストリームの使用に比べて、改良されたＵ−ＯＦＤＭを使用することにより（スペクトル効率の小さな部分を犠牲にすることにより）より大きなエネルギー削減の可能性を示すことができる。したがって、以下に示す結果では、改良されたＵ−ＯＦＤＭ法のスペクトル効率は、実際には、ＤＣ−ＯＦＤＭおよびＵ−ＯＦＤＭのスペクトル効率の８７．５％である。しかしながら、現実的には、上述の改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術の使用は、エネルギーの削減と特定の用途に対して最適なスペクトル効率との間の妥協を得るために、並行する情報ストリームの提供を多かれ少なかれ調整することが理解されるであろう。
【０１１５】
改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術の平均ビット誤り率（ＢＥＲ）をＤＣＯ−ＯＦＤＭおよびＵ−ＯＦＭＤにより得られるＢＥＲと比較するために異なるＭ−ＱＡＭのコンスタレーションサイズに対してシミュレーションを実施した。図１０に、コンスタレーションサイズＭ＝２、４、８、１６の場合について電気信号ノイズ比の関数としてその結果を示す。具体的には、図１０には、異なるＭ−ＱＡＭのコンスタレーションサイズについて、上述の改良されたＵ−ＯＦＤＭ法、通常のＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの相対的なＢＥＲを示している。図１０（ａ）は、ＢＰＳＫのシミュレーション結果、図１０（ｂ）は、４−ＱＡＭのシミュレーション結果、図１０（ｃ）は、８−ＱＡＭのシミュレーション結果、そして、図１０（ｄ）は、１６−ＱＡＭの結果を示している。
【０１１６】
３つのスキーム間でスペクトル効率が等しくなるように、Ｕ−ＯＦＤＭでは、Ｍの各相関値に対して、実際のコンスタレーションサイズであるＭ２が用いられている。シミュレーション結果は、１０-３から１０-４の近辺のＢＥＲ値まで示しており、大多数の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号は、そのようなＢＥＲ値に対して信頼できる通信を実現することができるであろう。ＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する上記の改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術による特性の改善は、２値位相シフト変調（ＢＰＳＫ）における２ｄＢ程度から始まり、１６−ＱＡＭでは４ｄＢ程度に増加していることがわかる。
【０１１７】
シミュレーションは、最大レベルＤ＝３（すなわち、３つの並列情報ストリーム）の場合、上述の改良されたＵ−ＯＦＤＭに関連するＳＮＲのペナルティは、ほぼ１．９６ｄＢであることを示している。ＳＮＲのペナルティは、全てのコンスタレーションサイズについて一定である。これは、理論に拘泥することなく、ＤＣＯ−ＯＦＤＭに対する、Ｍ−ＱＡＭ変調の次数の増加に伴う上述の改良されたＵ−ＯＦＤＭのエネルギー効率の増加を説明し定量化するであろう。図１０は、Ｕ−ＯＦＤＭのスペクトル効率の増加に伴うエネルギー効率のロスも表している。図１０（ａ）において、４−ＱＡＭのＵ−ＯＦＤＭは、改良されたＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＰＳＫよりもエネルギー効率がよい。しかしながら、図１０（ｂ）、１０（ｃ）では、Ｕ−ＯＦＤＭの１６−ＱＡＭおよびＵ−ＯＦＤＭの６４−ＱＡＭは、ＤＣＯ−ＯＦＤＭの４−ＱＡＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの８−ＱＡＭとほぼ同じ特性であることが示されているが、同時に、エネルギー効率は、既に、改良されたＵ−ＯＦＤＭの４−ＱＡＭおよび改良されたＵ−ＯＦＤＭの８−ＱＡＭよりもそれぞれ劣化している。図１０（ｄ）では、Ｕ−ＯＦＤＭの２５６−ＱＡＭは、改良されたＵ−ＯＦＤＭの１６−ＱＡＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの１６−ＱＡＭの両方よりも明らかにエネルギー効率が劣化している。
【０１１８】
具体的には、図１０の曲線は、スペクトル効率が向上するにつれて、上述の改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術を用いて得られる特性は、Ｕ−ＯＦＤＭを用いて得られる特性を徐々に上回ることを示している。また、理論に拘泥することなく、Ｕ−ＯＦＤＭのスペクトル効率のロスに伴う課題の解決は、よりエネルギー効率の高い、より小さなコンスタレーションサイズを用いることを可能とする。同時に、上述の改良されたＵーＯＦＤＭ技術とＤＣＯ−ＯＦＤＭとの間の特性のギャップも、コンスタレーションサイズが大きくなると伴に徐々に増加する。これは、ＤＣＯ−ＯＦＤＭにおいてコンスタレーションサイズが大きくなると共に増加する非線形の歪みを避けるために要求されるバイアシングによるものであることが前提となる。より高いバイアシングレベルが、より多いエネルギー損失をもたらす。
【０１１９】
図１２は、３つのスキーム全てについて、同じ傾向の特性を光ＳＮＲの関数として図示する。改良されたＵ−ＯＦＤＭは、ＢＰＳＫおよび４−ＱＡＭにおいてＤＣＯ−ＯＦＤＭよりも約０．５ｄＢ優位な効率を有する。この優位性は、１６−ＱＡＭでは、ほぼ２ｄＢにまで達する。同時に、図１２（ａ）において、Ｕ−ＯＦＤＭは、コンスタレーションサイズＭ＝４に対してのみ、改良されたＵ−ＯＦＤＭ／ＤＣＯ−ＯＦＤＭのＢＰＳＫに対し優位性を示している。
【０１２０】
改良されたＵ−ＯＦＤＭとＤＣＯ−ＯＦＤＭとの間の特性の比較は、より高いスペクトル効率に対してもシミュレーションを用いて行われた。図１１および図１３に、Ｍ＝６４、２５６、１０２４に対する結果を示す。改良されたＵ−ＯＦＤＭ／ＤＣＯ−ＯＦＤＭの１６−ＱＡＭに対する２５６−ＱＡＭのＵ−ＯＦＤＭにおいて、Ｕ−ＯＦＤＭは、改良されたＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの両方に対し、エネルギーの優位性を失っていることが既に示されているため、この検討では無視されている。図１１および図１３に表された結果は、１０２４−ＱＡＭに対し、改良されたＵ−ＯＦＤＭが、ＤＣＯ−ＯＦＤＭと比較した電気的なエネルギー消費において７ｄＢ程度の削減を達成し、将来の高速光無線通信システムにおいて有意な差異を作り出すために要求される光パワーにおいて、３ｄＢ程度の削減を達成するであろうことを示している。また、改良されたＵ−ＯＦＤＭは、ＤＣＯ−ＯＦＤＭよりも明らかにエネルギー効率が高く、効率の改善は、コンスタレーションサイズの増大とともに増える。
【０１２１】
図１０から図１３に示すシミュレーション結果は、３つのスキーム、すなわち、図２に関連して上述された改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術、通常のＵ−ＯＦＤＭ技術およびＤＣＯ−ＯＦＤＭを、図１４に示す装置１００５を用いて実施することによって実証された。
【０１２２】
図１２のこの装置１００５を用いることにより、離散型ＯＦＤＭ、Ｕ−ＯＦＤＭもしくは改良されたＵ−ＯＦＤＭの信号は、ランダムビット生成、Ｍ−ＱＡＭ変調、ＩＦＦＴ，オーバーサンプリングそしてパルス成形を含む一連の処理ステップを用いて、適切な処理装置１０１０上に適宜生成される。Ｕ−ＯＦＤＭおよび改良されたＵ−ＯＦＤＭにおいて、パルス成形は、正および負のフレームを生成後、負の値を削除する前に行われる。ＯＦＤＭ、Ｕ−ＯＦＤＭまたは改良されたＯＦＤＭ信号の、離散時間サンプルは、適宜、任意波形発生器（ＡＷＧ）１０１５に送られる。ＡＷＧ１０１５は、１２ビットの０次ホールドデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を用いてデジタルアナログ変換を実施し、ＬＥＤ１０２５を変調するために用いられるアナログの波形を出力する。ＡＷＧ１０１５は、最大電圧振幅２Ｖ、最大ＤＣオフセット出力１．５ＶのＤＣ結合した出力増幅器を有する。ＬＥＤ１０２５は、ほぼ３Ｖのオン電圧を有する。このため、ＬＥＤ１０２５の動作範囲内に情報信号を合わせるために、追加バイアスがバイアスＴ１０２０を介して情報信号に加えられる。バイアスＴ１０２０の出力は、ＬＥＤ１０２５の電圧を直接変調する。ＬＥＤ１０２５から出射される光は、非球面レンズ１０３０を介してコリメートされ、受信器１０３５に向かう。受信器側では、非球面レンズ１０４０が、受光光を集光し、Ｐ型−真性−Ｎ型（ＰＩＮ）受光素子１０４５上にフォーカスする。受光素子１０４５は、連続したアナログ信号を出力し、アナログ信号は、既製の増幅器で増幅され、例えば、デジタルオシロスコープのような適切な表示装置１０５０に送られる。この例の表示装置１０５０は、１２ビットのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）によりデジタルアナログ変換を実行する。デジタル化された信号は、処理装置１０１０により表示装置１０５０から取り出され、同期、整合フィルタリング、ダウンサンプリング、ＦＦＴ、チャネル評価、イコライゼーションおよびＭ−ＱＡＭ復調を含む一連のステップにより処理される。
【０１２３】
実験データを集めるために用いられる関連するＯＦＤＭパラメータは、以下の通りである。
１）ＦＦＴサイズＮｆｆｔ＝１０２４、そのうちの５１１個のサブキャリアは、現実の時間ドメインにおけるＯＦＤＭ信号を生成するために周波数ドメインにエルミート対称性を課すという要求に起因した唯一の情報で変調される；
２）サイクリックプレフィックスの長さＮｃｐ＝５；
３）ＬＥＤの周波数レスポンスがフラットになる、片側通信帯域幅Ｂ＝２０ＭＨｚ；
４）-４σｓおよび４σｓにおけるＯＦＤＭ信号のデジタルクリッピング。ここで、σは、時間ドメインのＯＦＤＭ信号の標準偏差であり、ＯＦＤＭ信号に典型的な、非常に高いピークを制限するために設けられたパラメータである。［-４σ；４σ］の範囲は、信号分布の９９．９９％以上を含み、信号生成手順がシステム内で観察される非線形歪に寄与しないという仮定を可能にする。Ｕ−ＯＦＤＭと改良されたＵ−ＯＦＤＭにおいて、全ての情報ストリームは、［０；４σ］においてクリップされる。
５）オーバーサンプリングファクタが４、ロールオフファクタが０．１であるルート・レイズド・コサイン（ＲＲＣ）パルス成形。
【０１２４】
図１２に示される実験装置は、上述したものと同じ実験的なセットアップを用いて、３つのスキーム（すなわち、図２を参照して上述された改良されたＵ−ＯＦＤＭ、通常のＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭ）の実際の実施から結果を生成するために用いられた。その結果は、図１３および１４に示されている。これらは、改良されたＵ−ＯＦＤＭが、（ＬＥＤを点灯させるために過不足のない）バイアスの観点において、実際に最小限で実施できることを示している。これらの結果は、３つのスキーム、すなわち、Ｕ−ＯＦＤＭ、改良されたＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭを比較した時、図１０から図１３に示されたシミュレーションおよび理論的解析から得られたものと同じ傾向の特性も実証している。
【０１２５】
図１３および図１４に提示された結果は、ＢＥＲ＜２×１０-３という達成された目標に対して測定されている。典型的な前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号は、このＢＥＲにおいて、信頼できる通信を保証できる。これらの結果は、電力および光パワーの消費の観点から、Ｕ−ＯＦＤＭの４−ＱＡＭは、改良されたＵ−ＯＦＤＭおよびＤＣＯ−ＯＦＤＭの両方のＢＰＳＫよりもパワー効率が高いことを示している。改良されたＵ−ＯＦＤＭとの違いは、電力においては１ｄＢより小さく、光パワーにおいては、ほとんど０ｄＢに近い。改良されたＵ−ＯＦＤＭおよび通常のＵ−ＯＦＤＭの両方は、ＤＣＯ−ＯＦＤＭに比べて、電力要求の観点から３ｄＢ以上向上し、光パワーの要求の要求からほぼ２ｄＢ向上していることを示す。Ｕ−ＯＦＤＭの１６−ＱＡＭもまた、改良されたＵ−ＯＦＤＭの４−ＱＡＭとほぼ同等の特性を示すが、このコンスタレーションサイズにおいては、改良されたＵ−ＯＦＤＭが少しだけ良く、電力要求に関して約０．５ｄＢだけ低く、光パワー要求に関して約０．３ｄＢだけ低い。改良されたＵ−ＯＦＤＭおよびＵ−ＯＦＤＭの両方のスキームは、３ｄＢ近く低い電力要求、および、１．５ｄＢ低い光パワー要求を有し、ＤＣＯ−ＯＦＤＭ技術よりも明らかに良い特性を示す。改良されたＵ−ＯＦＤＭの８−ＱＡＭは、電力消費に関して、ＤＣＯ−ＯＦＤＭよりも３ｄＢ以上の向上を示し、光パワー消費に関して２ｄＢ以上の向上を示す。Ｍ≧６４のコンスタレーションサイズのＵ−ＯＦＤＭは、非線形の歪みのために、ＦＥＣ  ＢＥＲの範囲内では実現できないであろう。非線形の前置歪みの手順は、情報信号が略４．５Ｖより高い値を有する場合、有益性を示さない。これは、ＬＥＤの活性領域の上方部分における非線形性は、非記憶性ではないという事実により説明され、より洗練された前置歪みの手順が要求されるであろう。１６−ＱＡＭに対しても、改良されたＵ−ＯＦＤＭは、ＤＣＯ−ＯＦＤＭよりもエネルギー効率が良く、２ｄＢを超える電力パワーの向上、および、１．５ｄＢを超える光パワーの向上を有する。
【０１２６】
ＬＥＤの電圧変調器は、特に、改良されたＵ−ＯＦＤＭ技術において、非線形の歪みによる有害な影響を減らすために、電流変調回路に置き換えることができるであろう。ＬＥＤの出力効率のいかなる低下も、適切なヒートシンク技術により減らすことができるであろう。さらに、高い電流密度におけるＬＥＤの効率低下の問題は、通信と照明のアプリケーションの両方について、エネルギーを効率化する試みが、その活性領域の下端において並列に動作させられる複数のＬＥＤを有するシステム構成から恩恵を受けそうなことを示唆している。これは、光信号レベルが、さらなる非線形の影響を受けることなく、出力装置の数に線形的に対応することを可能とし、改良されたＵ−ＯＦＤＭにおける非線形性の問題を解決するであろう。
【０１２７】
結論として、この測定は、図２に関連して上述した改良されたＵ−ＯＦＤＭの概念がエネルギーの効率化をもたらすことを証明している。注目すべきは、実際の実験結果における特性の傾向が、理論的結論から得られるものに明らかに酷似することである。（例えば、ＭＰＳＫのように）低いスペクトル効率に対しては、Ｕ−ＯＦＤＭが最も効率的である。（例えば、４−ＱＡＭ以上に対しては）スペクトル効率が増加するにつれて、Ｕ−ＯＦＤＭはその有益性を失い、改良されたＵ−ＯＦＤＭが最も効率的なスキームとなる。
【０１２８】
エネルギー効率の良い双極性から単極性への変調スキームのスペクトル効率を向上させるための上述の本質は、いかなるパルス成形操作の前および／または後において適用可能であることが理解されるであろう。さらに、本発明は、デジタルおよび／またはアナログドメインに適用可能であろう。さらに、本発明の処理ステップの多く、当業者によって、周波数ドメインまたは時間ドメインのいずれでも実現できるであろう。
【０１２９】
さらに、種々の変調スキーム（例えば、Ｕ−ＯＦＤＭ、ＡＣＯ−ＯＦＤＭおよびＰＡＭ−ＤＭＴなど）に基づいた情報ストリームの具体的な構成を説明したが、本発明は、これらの具体例に限定されないこと、および、当業者は、本願により、付加的な情報ストリームに起因する干渉が打ち消され、信号品質に著しい影響を与えないように、双極性と単極性信号との間の変換に用いられる変調スキームの操作または対称性が、少なくともいくつかの情報ストリーム間の干渉が搬送されるデータと直交する結果となるような方法で、情報ストリームにおいてフレームまたはフレームの部分を選択および／またはアレンジする他の方法に導かれるか、もしくは、さらなる情報ストリームをアレンジするこの本質を用いることにより有利な効果を得るであろう他の変調スキームに基づく方法の実施に導かれるであろうことは、理解されるであろう。このようにして、ＤＣＯ−ＯＦＤＭよりもエネルギー効率が高く、Ｕ−ＯＦＤＭ、ＡＣＯ−ＯＦＤＭ、およびＰＡＭ−ＤＭＴといった他の双極性または単極性変調スキームよりもスペクトル効率の高い送信スキームを提供することができる。
【０１３０】
さらに、上述の方法および装置は、光無線通信システムの観点おいて有利なものとして説明されているが、上述の技術および本質は、マイクロ波、ラジオ波、または、他の電磁波、または、音波通信技術のような他の通信システム、あるいは、単極性信号を用いることにより利益を得るであろう他のいかなる通信システムにも適用可能であることが理解されるであろう。
【０１３１】
さらに、上記の例は、ＯＦＤＭを、Ｍ−ＷＱＭ変調スキームに有利に適用するものであるが、ＯＦＤＭ技術は、他の変調スキームにも同様に適用可能であろうことが理解されるであろう。
【０１３２】
さらに、いくつかの実施形態は、実施形態の方法を実施するために実行可能なインストラクションであって、コンピュータ読み取り可能なインストラクションを有するコンピュータプログラムによって、特定の機能を実現する一方で、コンピュータプログラムの機能は、ハードウェアにより（例えば、ＣＰＵを用いて、もしくは、１つ以上のＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、または、ＧＰＵ（グラフィック処理ユニット）により）実施されるか、または、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施されてもよいであろうことは、当業者により理解されるであろう。
【０１３３】
さらに、上記の送信器および受信器とは別に、送信器および受信器の両方は、本システムを用いた双方向通信が可能になるように、移動体通信装置のような一体の装置で提供されても良いことが理解されるであろう。
【０１３４】
このように、ここに記載された実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形が可能であることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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【図１４】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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