JP2007174651A - データの符号化方法、復号方法、送信機および受信機 - Google Patents
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Abstract
【課題】データを符号化する方法を提供すること。
【解決手段】1つまたは複数のデータシンボルd0,d1,..は直交周波数分割多重(OFDM)を用いて符号化され、
前記直交周波数分割多重のための直交関数系としてエルミート多項式Hnを用い、それによりOFDM信号S(f)が得られるステップと、
前記OFDM信号S(f)を時間領域に変換し、それにより時間領域信号s(t)を得るステップと、
前記時間領域信号s(t)と1つまたは複数の別の時間領域信号s1(t),s2(t),..とを組み合わせることによって時間分割多重(TDM)の1つのステップを実行し、それによりTDM信号s’(t)が得られるステップと
を特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】1つまたは複数のデータシンボルd0,d1,..は直交周波数分割多重(OFDM)を用いて符号化され、
前記直交周波数分割多重のための直交関数系としてエルミート多項式Hnを用い、それによりOFDM信号S(f)が得られるステップと、
前記OFDM信号S(f)を時間領域に変換し、それにより時間領域信号s(t)を得るステップと、
前記時間領域信号s(t)と1つまたは複数の別の時間領域信号s1(t),s2(t),..とを組み合わせることによって時間分割多重(TDM)の1つのステップを実行し、それによりTDM信号s’(t)が得られるステップと
を特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明はデータを符号化する方法に関し、1つまたは複数のデータシンボルは直交周波数分割多重(OFDM)を用いて符号化される。
本発明はさらに、請求項8のプリアンブルに記載の信号を復号する方法ならびに送信機および受信機に関する。
直交周波数分割多重技術はそれ自体が知られており、特にデジタルデータの符号化および送信に用いられることが可能である。知られている技術のスペクトル効率(spectral efficiency)を改善することが極めて望ましい。
したがって、本発明の目的はスペクトル効率を増大することを可能にする改善されたデータ符号化方法を提供することである。
本発明によれば、この目的は以下のステップによって達成される:
前記直交周波数分割多重のための直交関数系(orthogonal function system)としてエルミート多項式を用い、それによりOFDM信号が得られるステップ、
前記OFDM信号を時間領域に変換し、それにより時間領域信号を得るステップ、
前記時間領域信号と1つまたは複数の別の時間領域信号とを組み合わせることによって時間分割多重(TDM)の1つのステップを実行し、それによりTDM信号が得られるステップ。
前記直交周波数分割多重のための直交関数系(orthogonal function system)としてエルミート多項式を用い、それによりOFDM信号が得られるステップ、
前記OFDM信号を時間領域に変換し、それにより時間領域信号を得るステップ、
前記時間領域信号と1つまたは複数の別の時間領域信号とを組み合わせることによって時間分割多重(TDM)の1つのステップを実行し、それによりTDM信号が得られるステップ。
データを符号化するための直交関数系としてエルミート多項式を用いる場合、そのように符号化されたOFDM信号に対応する時間領域信号は長周期(long periods)を有し、前記時間領域信号はゼロ振幅を有することが分かっている。
本発明によれば、前記時間領域信号のゼロ振幅の前記周期が利用され、例えば、1つおきの時間領域信号がゼロ振幅または少なくともほぼゼロ振幅を有する前記TDM信号の範囲内に識別可能な別の時間分割信号の各々が配置されるように、時間分割多重方式により1つまたは複数の前記別の時間領域信号を組み合わせることによって前記時間領域信号にさらなる情報を加える。
本発明の1つの有利な実施形態によれば、前記OFDM信号は
に従って得られ、Nは符号化されることになるデータシンボル(d0,d1,..)の数であり、Hnはn次のエルミート多項式であり、w(f)は周波数fによって決まる重み関数である。
例えば、前記パラメータμを適切に選択することによって、OFDM信号により使用される帯域幅を制限することが可能である。隣接周波数チャネルが異なるOFDM信号を含む多重チャンネル伝送路(multi−channel transmission systems)内で、μは例えば、所定の隣接搬送波漏洩電力比(adjacent carrier leakage power ratio、ACLR)に従って選ばれてよい。一般に、固有値μを選ぶことによって、OFDM信号のスペクトル電力密度(spectral power density)の形は影響を受ける可能性がある。
出願人の考察によれば、例えば、OFDM信号を固有の周波数チャネルに適応させるために前記ガウス重み関数を導入することによってOFDM信号の帯域幅を制限する場合でさえ、本発明に従って得られた前記OFDM信号に対応する時間領域信号の実質的な部分はゼロと一致する振幅値を特徴とする。これは時間分割多重を実行し、それに対応してスペクトル効率を増大することを可能にする。
ガウス重み関数を用いることは本発明の特に好ましい実施形態であるが、任意の別の適した重み関数を用いることも可能である。
本発明の意味で適した重み関数は、一方で、例えば上述のように周波数に応じてOFDM信号を遮断するまたは弱めることによって、OFDM信号の帯域幅を制限することを可能にする関数であると考えられる。他方で、重み関数は直交条件を適用することによってOFDM信号の復号が依然として可能であるように選ばれるべきである。復号の詳細は下の説明の中でさらに説明される。
有利には、本発明の方法に従って得られた複数のOFDM信号は時間領域に変換され、その後、時間分割多重を介してTDM信号に組み合わされる。
前記OFDM信号のうち1つに対応する時間領域信号の各々はゼロ振幅の大きな周期(large periods)を有するため、様々な時間領域信号間に任意の干渉を導入せずに時間分割多重方式によってそれら時間領域信号を組み合わせることが有利に可能である。
それにより、OFDM符号化のためにエルミート多項式を用いず、したがって本発明の方法に従って時間分割多重ができない先行技術と比べると、その結果得られるTDM信号内で符号化される情報量を増やすことが可能である。
その結果、OFDM符号化の前記ステップのための直交関数系としてエルミート多項式を用いることによって可能にされるOFDM技術とTDM技術との本発明の組合せは、本発明に従って符号化されているデータを送信する際にスペクトル効率の増大をもたらす。
時間分割多重手順に入力される前記1つまたは複数の別の時間領域信号は、対応するOFDM信号を時間領域に変換することによって得られることが好ましいが、本発明の別の非常に有利な実施形態は、前記1つまたは複数の別の時間領域信号は、特に前記TDM信号の送信を制御するための制御データおよび/またはリファレンスデータを含むことを特徴とする。
前記制御データまたは前記リファレンスデータは、例えば送信されることになるOFDM信号、送信機および受信機の両方で知られているリファレンスデータ形態などに関する重複情報を含んでよい。
本発明の別の有利な実施形態によれば、前記TDM信号を得るために1つまた複数の前記別の時間領域信号が加えられる。
好ましくは、前記OFDM信号を時間領域に変換するために逆高速フーリエ変換(iFFT)アルゴリズムが用いられる。
エルミート多項式の逆フーリエ変換は、前記逆高速フーリエ変換の処理をさらに一層簡素化することを可能にする解析解(analytic solution)を有利に有し、それにより本発明の方法の効率を増大する。
本発明の目的の別の解決策は、請求項8に記載の方法によって与えられる。好ましくは前述の本発明の方法によって得られたTDM信号を復号する前記方法は以下のステップを特徴とする:
前記1つまたは複数の時間領域信号を前記TDM信号から切り離すステップ、
前記時間領域信号のうち少なくとも1つを周波数領域に変換し、それにより対応するOFDM信号を回復するステップ、
そのように回復されたOFDM信号に直交条件を適用するステップ。
前記1つまたは複数の時間領域信号を前記TDM信号から切り離すステップ、
前記時間領域信号のうち少なくとも1つを周波数領域に変換し、それにより対応するOFDM信号を回復するステップ、
そのように回復されたOFDM信号に直交条件を適用するステップ。
前記1つまたは複数の時間領域信号を前記TDM信号から切り離すことは、例えば、TDM信号を適切にサンプリングすることによって、またはTDMデータを多重分離するための別の従来技術によって実現されてよい。
回復されたOFDM信号に直交条件を適用することは、直交関数系としてエルミート多項式を用いることによって予め符号化されたデータシンボルを回復することを有利に可能にする。
本発明の方法に従って得られたTDM信号を復号する場合、以下の直交条件を適用することが特に役立つ:
HnおよびHmはそれぞれn次およびm次のエルミート多項式であり、cnmは定数であり、δnmはクロネッカー記号である。
に従ってOFDM信号を符号化する場合、前記直交条件の本発明の応用は、予めOFDM符号化されたそれぞれのデータシンボルdnによって決まる上述の定数cnmをもたらし、それにより前記データシンボルdnの値を回復することを可能にする。
OFDM符号化およびOFDM復号にガウス条件
を用いる代わりに、上記直交条件
または対応する直交条件
が依然として満たされるまたは少なくともおおよそ満たされる限り、別の重み関数w(f)を用いることも可能であり、c’nmは別の定数である。
本発明の目的の別の有利な解決策は、請求項10に記載の送信機および請求項11に記載の受信機によって与えられる。
本発明の別の応用、特徴および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明で説明される。
図1の簡易流れ図は本発明による方法の第1の実施形態を示す。
まず、ステップ10内で、データシンボルd0,d1,..は直交周波数分割多重(OFDM)を用いて符号化される。本発明によれば、前記直交周波数分割多重のための直交関数系としてエルミート多項式Hnが有利に用いられる。前記エルミート多項式は、例えば以下のとおり表されてよい、
方程式1から推測されることができるように、前記OFDM信号S(f)は符号化されることになる前記データシンボルd0,d1,..の重み合計として解釈されてよく、その結果得られる重み係数はそれぞれのエルミート多項式Hnと重み関数w(f)との積である。
本発明によれば、そのように得られたOFDM信号S(f)は時間領域に変換され(図1のステップ20を参照)、それにより時間領域信号s(t)が得られる。前記処理は、例えば逆高速フーリエ変換(iFFT)によって実現されてよい。
エルミート多項式Hnと重み関数w(f)との積、すなわちHn(f)・w(f)の逆フーリエ変換が解析解を有するように前記重み関数w(f)が選ばれる場合、OFDM信号S(f)に対応する時間領域信号の計算はさらに一層簡素化されることが可能である。
その後、本発明によれば、前記時間領域信号s(t)と1つまたは複数の別の時間領域信号s1(t),s2(t),..とを組み合わせることによって、時間分割多重(TDM)のステップ30が実行され、それによりTDM信号s’(t)が得られる。
データを符号化するための直交関数系としてエルミート多項式を用いる場合、そのように符号化されたOFDM信号に対応する時間領域信号は長周期を有し、前記時間領域信号はゼロ振幅を有することが分かっているため、これは実質的に様々な時間領域信号s(t),s1(t),s2(t),..間に任意の干渉なしに可能である。
すなわち、エルミート多項式Hnの本発明の使用はTDM技術を使用することを可能にし、それにより前記TDM信号により所与のサンプルレートで符号化されることが可能なデータの量を増やすことを可能にする。
本発明の方法によって得られる時間領域信号のこれら有利な属性は、図3に示されたかかる時間領域信号の部分によって示される。
図3から、本発明の時間領域信号はゼロ振幅を有する実質的周期を有し、例えば、同様の特徴を有する他の複数の時間領域信号は組み込まれて前記TDM信号s’(t)を形成することが可能であることが推測されよう。例えば、図3で2つの矢印で記された周期Tは、その中でいくつかの時間領域信号を組合せ、したがってそれに対応してそれぞれのデータ転送速度を増加するために用いられてよい。
例えば、複数のOFDM信号は変換されて、TDM信号s’(t)に組み込まれることが可能な対応する時間領域信号s1(t),s2(t),..をもたらしてよい。それぞれのOFDM信号の各々は符号化されたいくつかのデータシンボルによって決まってよい。
本発明と対照的に、エルミート多項式Hnに基づかない従来のOFDM符号化技術は、ゼロ振幅の実質的な周期を有さず、したがって本発明の方法による時間多重を可能にしない対応する時間領域信号をもたらす。
単に「従来の」OFDM信号またはそれぞれそれらの時間領域対応(time domain correspondences)を組み込む代わりに、特別な時間領域信号をTDM信号s’(t)に組み込むことも可能である。
前記特別な時間領域信号は、例えば、OFDM信号を時間領域に変換した結果でなくてよく、むしろ前記特別な時間領域信号を形成できるように時間領域内で集められた制御データまたはリファレンスデータを有してよい。
前記リファレンスデータは、例えば、OFDM符号化されたデータ、またはより一般に、TDM信号s’(t)を送信する送信機および前記TDM信号s’(t)を受信する受信機の両方で知られており、したがって通信チャネル属性などの更正、検証または測定を可能にするデータのバックアップとして重複情報を含んでよい。
ガウス型重み関数は2つの有利な効果を有する。一方で、適切にパラメータμを選択することによって、OFDM信号S(f)によって使用される帯域幅を制限することが可能である(方程式1を参照)。隣接周波数チャンネルが異なるOFDM信号を含む多重チャンネル伝送路内で、μは例えば、所定の隣接搬送波漏洩電力比(ACLR)に従って選ばれてよい。一般に、固有値μを選ぶことによって、OFDM信号のスペクトル電力密度の形は影響を受ける可能性がある。
出願人の考察によれば、例えば、OFDM信号S(f)を例えば5MHz帯域幅の固有の周波数チャネルに適応させるために、前記ガウス重み関数を導入することによって前記OFDM信号S(f)の帯域幅を制限する場合でさえ、本発明に従って得られた前記OFDM信号S(f)に対応する時間領域信号s(t)の実質的な周期はゼロと一致する振幅値を特徴とする(例えば、図3を参照)。これは前記時間分割多重を実行することを可能にし(図1のステップ30を参照)、それに対応してスペクトル効率を増大することを可能にする。
ガウス重み関数w(f)を用いることは本発明の特に好ましい実施形態であるが、任意の別の適した重み関数を用いることも可能である。
本発明の意味で適した重み関数w(f)は、一方で、例えば上述のように周波数に応じてOFDM信号S(f)を遮断するまたは弱めることによって、OFDM信号S(f)の帯域幅を制限することを可能にする関数であると考えられる。すなわち、適した重み関数w(f)は非定値を有するが、むしろ周波数fによって決まる。
他方で、重み関数w(f)は、直交条件を適用することによってOFDM信号S(f)の復号が依然として可能であるように選ばれるべきである。
方程式2の前記直交条件を方程式1に従って得られたOFDM信号S(f)に適用し、前記ガウス型重み関数
を用いることは復号の間に定数cnmをもたらし、前記定数cnmは方程式1により符号化されたそれぞれのデータシンボルdnによって決まる。
しかし、前述の復号のステップに先立ち、TDMを介してTDM信号s’(t)に組み込まれた複数の時間領域信号s(t),s1(t),s2(t),..は前記TDM信号s’(t)から切り離されなければならず、これは例えば、TDM信号s’(t)を構築するために用いられるTDM方式に基づき前記TDM信号s’(t)をサンプリングすることによって実現されてよい。
その後、前記時間領域信号s(t),s1(t),s2(t),..のうち少なくとも1つが、例えば標準FFTアルゴリズムを用いることによって周波数領域に変換され、それにより対応するOFDM信号は回復される。
回復されたOFDM信号は、以後、それぞれの当初符号化されたデータシンボルによって決まる定数をもたらす方程式2の直交条件とともに用いられてよい。
前記別の時間領域信号s1(t),s2(t),..に応じて別の回復されたOFDM信号は同様に処理されてよく、それにより予め符号化されたデータシンボルのすべてを抽出する。
1つまたは複数の前記別の時間領域信号s1(t),s2(t),..内に含まれていることが可能な制御データまたはリファレンスデータなどは続いて評価されてよい。
図2は本発明による送信機100および受信機200を示す簡易ブロック図を示す。
送信機100は、例えば無線チャネルまたはケーブル接続などであってよいデータリンクを経由して受信機200に接続される(矢印を参照)。
送信機100は、エルミート多項式を用い、対応するOFDM符号化をデータシンボルに適用し、時間分割多重を適用することによって、上述の本発明のデータ符号化方法を実行するように構成される。
受信機200は、本発明に従って前記送信機100内で符号化されたデータ復号の少なくとも上述のステップを実行するように構成される。
有利には、前記送信機100および前記受信機200は両方とも、求められる信号処理能力を提供するためにデジタルシグナルプロセッサ(DSP)などのある種の計算手段(図示されず)を備える。
DSPまたはその他の電子計算手段により本発明の方法を実行することは、時間値および周波数値ならびにデータシンボルの離散処理を必要とする。しかし、説明で述べられた本発明の原理は依然として応用される。
本発明は一般にデジタル信号が送信される任意のシステムに用いられてよい。可能な応用分野は、例えば、特に移動体端末を伴う無線チャネル、HDSL、ADSL、またはVHDSLなどのデジタル加入者線システム、デジタル音声放送(DAB)および高品位テレビ(HDTV)地上放送波を経由した送信である。
d0,d1 データシンボル
Hn エルミート多項式
S(f) OFDM信号
s(t),s1(t),s2(t) 時間領域信号
s’(t) TDM信号
w(f) 重み関数
f 周波数
δnm クロネッカー記号
100 送信機
200 受信機
Hn エルミート多項式
S(f) OFDM信号
s(t),s1(t),s2(t) 時間領域信号
s’(t) TDM信号
w(f) 重み関数
f 周波数
δnm クロネッカー記号
100 送信機
200 受信機
Claims (10)
- 1つまたは複数のデータシンボル(d0,d1,..)が直交周波数分割多重(OFDM)を用いて符号化される、データを符号化する方法であって、
前記直交周波数分割多重のための直交関数系としてエルミート多項式(Hn)を用い、それによりOFDM信号(S(f))が得られるステップと、
前記OFDM信号(S(f))を時間領域に変換し、それにより時間領域信号(s(t))を得るステップと、
前記時間領域信号(s(t))と1つまたは複数の別の時間領域信号(s1(t),s2(t),..)とを組み合わせることによって時間分割多重(TDM)の1つのステップを実行し、それによりTDM信号(s’(t))が得られるステップと
を特徴とする、方法。 - 前記1つまたは複数の別の時間領域信号(s1(t),s2(t),..)が、対応するOFDM信号を該時間領域に変換することによって得られることを特徴とする、請求項1から3の一項に記載の方法。
- 前記1つまたは複数の別の時間領域信号(s1(t),s2(t),..)が、特に前記TDM信号(s’(t))の送信を制御するための制御データおよび/またはリファレンスデータを含むことを特徴とする、請求項1から4の一項に記載の方法。
- 前記OFDM信号を該時間領域に変換するために逆高速フーリエ変換(iFFT)アルゴリズムを用いることを特徴とする、請求項1から5の一項に記載の方法。
- 好ましくは請求項1から6の一項に記載の方法によって得られたTDM信号(s’(t))を復号する方法であって、
前記1つまたは複数の時間領域信号(s(t),s1(t),s2(t),..)を前記TDM信号(s’(t))から切り離すステップと、
前記時間領域信号(s(t),s1(t),s2(t),..)のうち少なくとも1つを該周波数領域に変換し、それにより対応するOFDM信号を回復するステップと、
回復されたOFDM信号に直交条件を適用するステップと
を特徴とする、方法。 - 請求項1から8のいずれかに記載の方法を実行するように構成された、送信機(100)。
- 請求項1から8のいずれかに記載の方法を実行するように構成された、受信機(200)。
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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