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

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ｄ_０，ｄ_１，．．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Ｈ_ｎ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ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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。

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（ｄ_０，ｄ_１，．．）の数であり、Ｈ_ｎ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。

有利には、前記重み関数ｗ（ｆ）はガウス関数、特に

によって決まり、μはその値が所望の符号化手順のために適切に選択されてよいパラメータである。

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：

Ｈ_ｎおよびＨ_ｍはそれぞれｎ次およびｍ次のエルミート多項式であり、ｃ_ｎｍは定数であり、δ_ｎｍ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ｄ_ｎによって決まる上述の定数ｃ_ｎｍをもたらし、それにより前記データシンボルｄ_ｎ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ｄ_０，ｄ_１，．．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Ｈ_ｎ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、

符号化は、例えば以下に従って実行されてよい。

Ｎは符号化されることになるデータシンボルｄ_０，ｄ_１，．．の数であり、Ｈ_ｎ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。

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ｄ_０，ｄ_１，．．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Ｈ_ｎ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Ｈ_ｎと重み関数ｗ（ｆ）との積、すなわちＨ_ｎ（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ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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），ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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Ｈ_ｎ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ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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Ｈ_ｎ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。

本発明の別の非常に有利な実施形態によれば、前記重み関数ｗ（ｆ）は、好ましくは以下の形でガウス関数によって決まる、

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。

ガウス型重み関数

の場合、対応する直交条件は

Ｈ_ｎおよびＨ_ｍはそれぞれｎ次およびｍ次のエルミート多項式であり、ｃ_ｎｍは定数であり、δ_ｎｍはクロネッカー記号である。

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ｃ_ｎｍをもたらし、前記定数ｃ_ｎｍ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ｄ_ｎ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），ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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），ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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。

本発明の方法の第１の実施形態を表した簡易流れ図である。 本発明の送信機と本発明の受信機とを含む伝送システムの簡易ブロック図である。 本発明により得られたＯＦＤＭ信号に対応する時間領域信号の一部を示す図である。

符号の説明

ｄ_０，ｄ_１ データシンボル
Ｈ_ｎ エルミート多項式
Ｓ（ｆ） ＯＦＤＭ信号
ｓ（ｔ），ｓ_１（ｔ），ｓ_２（ｔ） 時間領域信号
ｓ’（ｔ） ＴＤＭ信号
ｗ（ｆ） 重み関数
ｆ 周波数
δ_ｎｍ クロネッカー記号
１００ 送信機
２００ 受信機

Claims (10)

1. １つまたは複数のデータシンボル（ｄ_０，ｄ_１，．．）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（Ｈ_ｎ）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（ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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。
2. 前記ＯＦＤＭ信号（Ｓ（ｆ））が
   

   

   に従って得られることを特徴とし、Ｎが符号化されることになるデータシンボル（ｄ_０，ｄ_１，．．）の数であり、Ｈ_ｎがｎ次のエルミート多項式であり、ｗ（ｆ）が周波数ｆによって決まる重み関数である、請求項１に記載の方法。
3. 前記重み関数ｗ（ｆ）がガウス関数、特に
   

   

   によって決まることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記１つまたは複数の別の時間領域信号（ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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。
5. 前記１つまたは複数の別の時間領域信号（ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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。
6. 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。
7. 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），ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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），ｓ_１（ｔ），ｓ_２（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。
8. 前記直交条件が
   

   

   であり、Ｈ_ｎがｎ次のエルミート多項式であり、ｃ_ｎｍが定数であり、δ_ｎｍがクロネッカー記号であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 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）。
10. 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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