JP3878175B2 - Ｏｆｄｍ通信システムにおける最小のｐａｐｒを有する数列検索方法 - Google Patents

Description

本発明は、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ＯＦＤＭ）方式通信システムの性能劣化を防止するため、ＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）を減少させる方法に係るもので、詳しくは、最小のＰＡＰＲを有する数列を効率的且つ迅速に検索する方法に関するものである。

一般に、前記直交周波数分割多重（以下、ＯＦＤＭと略称す）方式は、マルチキャリア（ｍｕｌｔｉ−ｃａｒｒｉｅｒ）伝送方式の一種であって、均等に分布した搬送波周波数を通して情報を同時に伝送する方式である。よって、前記ＯＦＤＭ方式は、高いデータ伝送率を得ることができるし、データを伝送帯域全体に分散して伝送するため、周波数選択性フェージング（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｆａｄｉｎｇ）及び狭帯域干渉（Ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）に強い。また、前記ＯＦＤＭ方式は、特に、多重経路及び移動通信環境において優秀な性能を発揮するため、無線近距離通信網（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＤＡＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）、ＤＶＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）、無線ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ）、インターネットプロトコル（ＩＰ）網及びＩＭＴ−２０００（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ；ＵＭＴＳ）のような多様な通信システムに提案または採択された。

然し、このようなＯＦＤＭ方式通信システムは、多くの利点を有するが、高いＰＡＰＲを有するという問題点があった。一般に、マルチキャリア伝送方式において、マルチキャリア信号の最大電力（ｐｅａｋ ｅｎｖｅｌｏｐ ｐｏｗｅｒ）は、搬送波の数に応じて増加する。例えば、ＯＦＤＭ方式において、Ｎ個の信号が同様な位相で重なると、マルチキャリア信号の最大電力は、平均電力のＮ倍だけ増加する。よって、マルチキャリアの最大電力と平均電力との比として定義されるＰＡＰＲは大きくなり、ＰＡＰＲの値が大きいと、ＯＦＤＭ方式通信システムは、非常に大きな動的範囲（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）を有する増幅器を必要とし、且つ、複雑な構成を有するデジタル変換器（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＡＤ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）及びアナログ変換器（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＤＡ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を使用しなければならない。然し、大きな動的範囲を有する増幅器が使用されたＯＦＤＭ通信システムの場合も、信号の振幅の変化が大きいため、増幅器が非線形領域で動作して信号が歪曲されて増幅器の性能が低下するという欠点があった。

従って、このようなＯＦＤＭ通信システムの高いＰＡＰＲによる欠点を解決するため、様々な方法が研究された。

ＰＡＰＲを減少させるための方法として、例えば、クリッピング（ｃｌｉｐｐｉｎｇ）を用いて信号の最大大きさを所定大きさ以下に制限することでＰＡＰＲを減少させる方法がある。然し、前記クリッピング方法は、ＯＦＤＭ信号にレクタンギュラウィンドウ（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｗｉｎｄｏｗ）をかけて最大大きさを制限することで、信号が歪曲されてビット誤り率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ；ＢＥＲ）を増加させ、帯域外周波数特性を悪化させるという問題点があった。

また、ＰＡＰＲを減少させるための他の方法として、エラー訂正符号技術を利用する方法がある。前記エラー訂正符号利用方法は、ブロック符号化技法に基づいて最大電力の小さい符号語（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）のみを選択してＯＦＤＭ信号を生成することで、全体のＰＡＰＲを減少させる方法である。然し、前記エラー訂正符号利用方法は、小さいＰＡＰＲを有する符号語を選択するためには、全ての可能な符号語を一々探索しなければならない消耗的な作業が必要で、探索時間が長いという問題点があった。

また、ＰＡＰＲを減少させるための又他の方法として、二進ゴレイ相補数列（Ｇｏｌａｙ Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を定義し、その数列を生成する構造的な方法がある。ここで、前記ゴレイ相補数列は、０でない全ての変位（ｓｈｉｆｔ）に対し、非周期的自己相関（ａｐｅｒｉｏｄｉｃ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）関数の和が０となる数列の対をいう。前記ゴレイ相補数列を利用してＯＦＤＭ信号を生成する場合、ＰＡＰＲが３ｄＢ以下になることをゴレイ相補数列の相関性質を利用して確認することができる。且つ、前記ゴレイ相補数列の性質は、多重レベル位相変調（ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に適合した多位相（ｐｏｌｙｐｈａｓｅ）数列に拡張することができるため、多様な変調方式に応用することができる。然し、前記ゴレイ相補数列生成方法は、多位相数列を利用するために、多位相数列を全て探索しなければならない消耗的な探索過程が必要であり、符号化及び復号化を行うためには、符号語を格納するためのメモリが必要であるため煩雑であるという問題点があった。

このような問題点を解決するため、デイビス（Ｄａｖｉｓ）及びジェドワブ（Ｊｅｄｗａｂ）により、ゴレイ相補数列とＲＭ（Ｒｅｅｄ Ｍｕｌｌｅｒ）符号との連関性を利用して、比較的小さい搬送波を有するＯＦＤＭ通信システムで符号率及びエラー訂正能力を維持しながらも、ＰＡＰＲを效率的に減少し得る構造的な方法が提案されたが、このような方法を利用する場合、搬送波の個数が多くなるほど符号率が急激に減少するという欠点があった。

そして、多くの搬送波を用いるＯＦＤＭ通信システムにおけるＰＡＰＲを確率的に減少させる方法として、ＳＬＭ（ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｍａｐｐｉｎｇ）方法及びＰＴＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）方法がある。

前記ＳＬＭ方法は、同様な情報を表すＭ個の数列を所定方法により生成し、そのうち最小のＰＡＰＲ特性を有する数列を選択して伝送する方法で、Ｍ個の数列中、最小のＰＡＰＲを有する数列を抽出及び選択して伝送することで、全体的なＰＡＰＲ特性を改善することができる。

また、前記ＰＴＳ方法は、入力数列を独立的な部分に分け、それぞれにＰＡＰＲを最小化する位相を付加して伝送する方法であって、多様な位相を適用した複数の数列から最小のＰＡＰＲを有する数列を選択して伝送することで、システム全体のＰＡＰＲ特性を改善することができる。
韓国特許出願公開第１９９９−００８４９７０号明細書 韓国特許出願公開第２００１−００６９６１１号明細書 米国登録特許番号６，１２５，１０３ 米国登録特許番号６，２６６，３２０

然るに、このような従来のＳＬＭ方法及びＰＴＳ方法においては、受信側で元の信号を復元するためには、付加的な情報が必要であり、その付加的な情報は、システムの性能に重要な影響を及ぼすという不都合な点があった。

以上説明したように、ＯＦＤＭ通信システムの高いＰＡＰＲにより発生する問題を解決するため、ＰＡＰＲを減少させるための様々な方法が提案されたが、各方法毎に該当の問題を有していた。

従って、高いＰＡＰＲによる問題を解決するためには、まず、ＯＦＤＭ通信システムの入力数列のＰＡＰＲ分布を正確に把握する必要がある。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ＯＦＤＭ方式通信システムにおいて、入力される数列が同様なＰＡＰＲを有するコセット（ｃｏｓｅｔ）に分類される特性を利用して、全ての入力数列から最小のＰＡＰＲを有する数列を効率的且つ迅速に検索し得る方法を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、ＯＦＤＭ通信システムの入力数列のＰＡＰＲ分布を效率的且つ迅速に把握し得る方法を提供することにある。

また、本発明の又他の目的は、数列のＰＡＰＲ分布状態に基づいて、低いＰＡＰＲを有するようにＯＦＤＭ通信システムのディバイスを設計する際、基本となる方法を提供することにある。

このような目的を達成するため、本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法においては、全ての入力数列を同様なＰＡＰＲを有するコセットに分類する過程と、最初の二つの元素が特定値に固定された数列を検索する過程と、前記検索された数列中、最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、前記検出された数列が属するコセットを選択する過程と、前記選択されたコセットに属する数列をそれぞれ抽出する過程と、を順次行うことを特徴とする。

また、前記特定値は、“０”であることを特徴とする。

また、前記分類する過程は、任意の所定位相をかける変換、及び時間軸から特定時間を移動させる変換により生成された数列を、同様なコセットに割り当てることを特徴とする。

また、前記分類する過程は、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、数列ａ＝（ａ_０、ａ_１、．．．、ａ_Ｎ−１）に基づいて、数列ａ（φ）及び数列ａ^（ｍ）を同様なコセットに割り当ることを特徴とする。このとき、前記数列ａ（φ）＝（ａ_０＋φ、ａ_１＋φ、．．．、ａ_Ｎ−１＋φ）、φ＝０、１、．．．、Ｍ−１、前記数列ａ^（ｍ）＝（ａ^（ｍ） _０、ａ^（ｍ） _１、．．．、ａ^（ｍ） _Ｎ−１）、ｍ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１、前記数列ａ^（ｍ）のｉ番目の数列ａ^（ｍ） _ｉ＝ａ_ｉ＋ｉｍ（ｍｏｄ Ｍ）、ｉ＝０、１、．．．、Ｎ−１である。

また、前記検索する過程は、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、数列ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）、ａ_ｉ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１を検索することを特徴とする。

また、前記検出する過程は、前記検索された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、前記計算されたＰＡＰＲ中、最小のＰＡＰＲを選択する過程と、前記検索された数列中、前記最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、からなることを特徴とする。

また、本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法においては、前記最初の二つの元素が特定値に固定された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、前記最初の二つの元素が特定値に固定された数列がそれぞれ属するコセットに割り当てられた数列の個数及び前記計算されたＰＡＰＲを利用して、前記全ての入力数列のＰＡＰＲ分布を分析する過程と、を更に行うことを特徴とする。

前記分析されたＰＡＰＲ分布状態は、ＯＦＤＭ通信システムのディバイスに要求される動作範囲の決定に利用されることを特徴とする。

そして、本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法においては、最初の二つの元素が“０”に固定された数列を検索する過程と、前記検索された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、前記計算されたＰＡＰＲ中、最小のＰＡＰＲを選択し、その最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、前記検出された数列が属するコセットを選択する過程と、前記選択されたコセットにそれぞれ属する数列を生成する過程と、を順次行うことを特徴とする。

また、前記最初の二つの元素が“０”に固定された数列は、相互異なるコセットに属し、一つのコセットに属する各数列は、同様なＰＡＰＲ特性を有することを特徴とする。

また、前記検索する過程は、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、数列ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）、ａ_ｉ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１を検索することを特徴とする。

また、前記生成する過程は、前記検出された数列に任意の所定位相をかける変換、及び前記検出された数列を時間軸から特定時間だけ移動させる変換により、前記検出された数列のＰＡＰＲと同様なＰＡＰＲ特性を有する数列を生成することを特徴とする。

また、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、前記検出された数列に任意の所定位相をかける変換により生成された数列は、
ａ（φ）＝（ａ_０＋φ、ａ_１＋φ、．．．、ａ_Ｎ−１＋φ）、φ＝０、１、．．．、Ｍ−１で、
前記検出された数列を時間軸から特定時間だけ移動させる変換により生成された数列は、
ａ^（ｍ）＝（ａ^（ｍ） _０、ａ^（ｍ） _１、．．．、ａ^（ｍ） _Ｎ−１）、ｍ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１であることを特徴とする。このとき、前記数列ａ^（ｍ）のｉ番目の数列は、ａ^（ｍ） _ｉ＝ａ_ｉ＋ｉｍ（ｍｏｄ Ｍ）、ｉ＝０、１、．．．、Ｎ−１である。

本発明のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法は、全ての入力数列を同様なＰＡＰＲを有するコセットに分類する過程と、 最初の二つの元素が特定値に固定された数列を検索する過程と、前記検索された数列中、最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、前記検出された数列が属するコセットを選択する過程と、前記選択されたコセットに属する数列をそれぞれ抽出する過程と、を順次行うことを特徴とし、それにより上記目的が達成される。

前記特定値は、“０”であることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有してもよい。

前記分類する過程は、任意の所定位相をかける変換、及び時間軸から特定時間を移動させる変換により生成された数列を、同様なコセットに割り当てることを特徴としてもよい。

前記分類する過程は、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、数列ａ＝（ａ_０、ａ_１、．．．、ａ_Ｎ−１）に基づいて、数列ａ（φ）及び数列ａ^（ｍ）を同様なコセットに割り当てることを特徴とし、このとき、前記数列ａ（φ）＝（ａ_０＋φ、ａ_１＋φ、．．．、ａ_Ｎ−１＋φ）、φ＝０、１、．．．、Ｍ−１、前記数列ａ^（ｍ）＝（ａ^（ｍ） _０、ａ^（ｍ） _１、．．．、ａ^（ｍ） _Ｎ−１）、ｍ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１、前記数列ａ^（ｍ）のｉ番目の数列ａ^（ｍ） _ｉ＝ａ_ｉ＋ｉｍ（ｍｏｄ Ｍ）、ｉ＝０、１、．．．、Ｎ−１であってもよい。

前記検索する過程は、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、数列ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）、ａ_ｉ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１を検索することを特徴としてもよい。

前記検出する過程は、前記検索された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、前記計算されたＰＡＰＲ中、最小のＰＡＰＲを選択する過程と、前記検索された数列中、前記最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、からなることを特徴としてもよい。

前記最初の二つの元素が特定値に固定された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、前記最初の二つの元素が特定値に固定された数列がそれぞれ属するコセットに割り当てられた数列の個数及び前記計算されたＰＡＰＲを利用して、前記全ての入力数列のＰＡＰＲ分布を分析する過程と、を更に行うことを特徴としてもよい。

前記分析されたＰＡＰＲ分布状態は、ＯＦＤＭ通信システムのディバイスに要求される動作範囲の決定に利用されることを特徴としてもよい。

最初の二つの元素が“０”に固定された数列を検索する過程と、前記検索された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、前記計算されたＰＡＰＲ中、最小のＰＡＰＲを選択し、その最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、前記検出された数列が属するコセットを選択する過程と、前記選択されたコセットにそれぞれ属する数列を生成する過程と、を順次行うことを特徴としてもよい。

前記最初の二つの元素が“０”に固定された数列は、相互異なるコセットに属し、一つのコセットに属する各数列は、同様なＰＡＰＲ特性を有することを特徴としてもよい。

前記検索する過程は、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、数列ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）、ａ_ｉ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１を検索することを特徴としてもよい。

前記生成する過程は、前記検出された数列に任意の所定位相をかける変換、及び前記検出された数列を時間軸から特定時間だけ移動させる変換により、前記検出された数列のＰＡＰＲと同様なＰＡＰＲ特性を有する数列を生成することを特徴としてもよい。

搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、前記検出された数列に任意の所定位相をかける変換により生成された数列は、ａ（φ）＝（ａ_０＋φ、ａ_１＋φ、．．．、ａ_Ｎ−１＋φ）、φ＝０、１、．．．、Ｍ−１で、前記検出された数列を時間軸から特定時間だけ移動させる変換により生成された数列は、ａ^（ｍ）＝（ａ^（ｍ） _０、ａ^（ｍ） _１、．．．、ａ^（ｍ） _Ｎ−１）、ｍ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１であることを特徴とし、このとき、前記数列ａ^（ｍ）のｉ番目の数列は、ａ^（ｍ） _ｉ＝ａ_ｉ＋ｉｍ（ｍｏｄ Ｍ）、ｉ＝０、１、．．．、Ｎ−１であってもよい。

本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法においては、全ての入力数列を同様なＰＡＰＲを有するコセットに分類し、最初の二つの元素が“０”に固定された数列は相互異なるコセットに属するという性質を利用して、最初の二つの元素が“０”に固定された数列のＰＡＰＲに基づいて、最小のＰＡＰＲを有する数列を迅速且つ效率的に検索し得るという効果がある。

また、全ての入力数列を同様なＰＡＰＲを有するコセットに分類し、最初の二つの元素が“０”に固定された数列は相互異なるコセットに属するという性質を利用して、最初の二つの元素が“０”に固定された数列のＰＡＰＲに基づいて、全ての数列のＰＡＰＲ分布を迅速且つ效率的に分析し得るという効果がある。よって、本発明は、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いるＯＦＤＭ通信システムにおいて、最小のＰＡＰＲを有する数列を検索する場合、全体Ｍ^Ｎ個の数列のＰＡＰＲを全て計算することなく、Ｍ^Ｎ−２個の数列のＰＡＰＲのみを計算すればよいので、検索複雑度を減少し得るという効果がある。且つ、使用される星座度の大きさＭが大きいほど検索複雑度は顕著に減少するという効果がある。

また、本発明は、ＯＦＤＭ通信システムにおいて用いられる全ての数列のＰＡＰＲ分布状態に基づいて、ＢＥＲ性能が良好で、且つ低いＰＡＰＲを有するＯＦＤＭ通信システムのディバイス設計を可能にするという効果がある。且つ、本発明は、ＯＦＤＭ通信システムを低い動作範囲を有するディバイスとして構成し得るようにする。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。

図１は、一般のＯＦＤＭ方式通信システムの構成を示したブロック図で、図示されたように、一般のＯＦＤＭ方式通信システムは、送信部と受信部とから構成されている。前記送信部は、直列入力デジタル信号を並列信号に変換する第１並列変換部（ｓｅｒｉａｌ ｔｏ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２と、該第１並列変換部２から出力されるデジタル信号をＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号に変換する第１信号マッパ（ｓｉｇｎａｌ ｍａｐｐｅｒ）４と、該第１信号マッパ４から並列出力される各信号を逆離散フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、ＩＤＦＴ）により変調する変調部６と、該変調部６から並列出力される信号を直列に変換する第１直列変換部（ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）８と、該第１直列変換部８から出力される信号に保護信号（ｇｕａｒｄ ｉｎｔｅｒｖａｌ）を挿入するガード挿入部（ｇｕａｒｄ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）１０と、該ガード挿入部１０から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換した後雑音を除去し、そのアナログ信号をチャンネルを通して送信するアナログ変換部（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２と、を包含して構成されている。また、前記受信部は、前記チャンネルを通して受信される信号から雑音を除去し、デジタル信号に変換するデジタル変換部（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４と、該デジタル変換部１４から出力される信号から保護信号を除去するガード除去部（ｇｕａｒｄ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｕｎｉｔ）１６と、該ガード除去部１６から出力される信号を並列信号に変換する第２並列変換部１８と、該第２並列変換部１８からの並列信号をそれぞれ離散フーリエ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、ＤＦＴ）により復調する復調部２０と、該復調部２０のＱＰＳＫ信号をデジタル信号に変換する第２信号マッパ２２と、該第２信号マッパ２２から並列出力されるデジタル信号を直列信号に変換する第２直列変換部２４と、を包含して構成されている。

一般に、前記ＯＦＤＭ信号を伝送するためには増幅器が必要であるが、図１には図示されていない。

以下、このように構成された一般のＯＦＤＭ方式通信システムの動作に対して説明する。

第１並列変換部２は、入力される直列デジタル信号を並列信号に変換し、第１信号マッパ４は、前記並列信号をＱＰＳＫ信号にマッピングし、変調部６は、前記ＱＰＳＫ信号をＩＤＦＴ方式により変調し、第１直列変換部８は、前記変調されたＩＤＦＴ信号を直列信号に変換する。その後、ガード挿入部１０は、干渉が発生しないように前記直列信号に保護信号を挿入し、アナログ変換部１２は、前記直列デジタル信号をアナログ信号に変換し、ローパスフィルタリング（ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を通して雑音を遮断し、前記アナログ信号を割り当てられたチャンネルを通して送信する。

次いで、デジタル変換部１４は、前記割り当てられたチャンネルを通して信号が受信されると、該受信されたアナログ信号から雑音を除去した後、前記アナログ信号をデジタル信号に変換し、ガード除去部１６は、前記デジタル信号から保護信号を除去し、第２並列変換部１８は、前記デジタル信号を並列信号に変換する。その後、復調部２０は、前記並列信号をＤＦＴを通して復調し、前記第２信号マッパ２２は、前記復調された並列信号をデジタル信号にマッピングし、第２直列変換部２４は、並列デジタル信号を直列デジタル信号に変換する。

本発明は、このような一般のＯＦＤＭ通信システムにおいて用いられる全ての数列が同様なＰＡＰＲを有するコセット（ｃｏｓｅｔ）に分類される特性を利用して、前記全ての数列のＰＡＰＲ分布を迅速に算出すると共に、最小のＰＡＰＲを有する数列を迅速に探索し得る方法を提案する。

図２は、本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法を示したフローチャートで、図示されたように、本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法においては、まず、全ての入力数列を特定特性を利用して同様なＰＡＰＲを有するコセットに分類する（Ｓ１１）。その後、最初の二つの元素が“０”値を有する数列を検索し（Ｓ１３）、前記検索された数列のＰＡＰＲをそれぞれ計算する。次いで、前記計算されたＰＡＰＲ中、最小のＰＡＰＲを選択し、その最小のＰＡＰＲを有する数列を選択する（Ｓ１５）。次いで、最小のＰＡＰＲを有する数列が属するコセットを確認し（Ｓ１７）、前記確認されたコセットに属する数列を最小のＰＡＰＲを有する数列として抽出する（Ｓ１９）。

以下、このようなＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法に対し、より詳細に説明する。

まず、ＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲに対して説明する。

Ｎ個の搬送波（ｃａｒｒｉｅｒ）を用いるＯＦＤＭ通信システムにおいては、与えられたシンボル区間［０、Ｔ］にｋ番目の搬送波に割り当てられる変調信号をＡ_ｋ（ｋ＝０、１、．．．、Ｎ−１）とすると、ＯＦＤＭ信号ｓ（ｔ）は、次のように表現される。

前記数式１中、Ａ_ｋは、変調方式により信号星座度（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）のシンボルの一つとなる。

また、前記数式１に該当するＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲは、平均電力に対する最大瞬時電力の割合で、下記の数式２のように与えられる。

上式中、Ｅは平均をとる演算子を示したものである。

次に、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いるＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲ特性に対して説明する。

前記Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いるＯＦＤＭ通信システムの場合、発生するＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲは特別な性質を有するが、第１の特性（Ａ）は、ＯＦＤＭ信号に任意の所定位相をかけてもそのＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲ特性は変わらないということであり、第２の特性（Ｂ）は、ＯＦＤＭ信号を時間軸から特定時間だけ移動（ｓｈｉｆｔ）させてもそのＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲ特性は変わらないということである。

（Ａ）第１の特性
ξ＝ｅｘｐ（２πｊ／Ｍ）とするとき、Ｍ−ＰＳＫ変調された数列Ａ＝（Ａ_０、Ａ_１、．．．、Ａ_Ｎ−１）のｉ番目の成分Ａ_ｉを

、ａ_ｉ∈｛０、１、．．．、Ｍ−１｝と表現し得るので、数列Ａを数列ａ＝（ａ_０、ａ_１、．．．、ａ_Ｎ−１）に対応させることができる。よって、数式１の信号ｓ（ｔ）は、数式３のように表現される。

上式中、Ｗ＝ｅｘｐ（ｊ２π／Ｔ）である。

前記ＯＦＤＭ信号ｓ（ｔ）に任意の所定位相ξ^φをかけても、該信号ｓ（ｔ）のＰＡＰＲ特性は変わらず、Ｍ個の数列
ａ（φ）＝（ａ_０＋φ、ａ_１＋φ、．．．、ａ_Ｎ−１＋φ）、φ＝０、１、．．．、Ｍ−１
は、前記数列ａと同様なＰＡＰＲを有する。ここで、加算演算はＦ_Ｍ（Ｆｉｅｌｄ）上で行われる（前記加算演算は、ｍｏｄｕｌｏ Ｍ Ｆｉｅｌｄにクローズ（ｃｌｏｓｅ）されている）。

即ち、前記信号ｓ（ｔ）に任意の位相ξ^φをかけた信号をｓ’（ｔ）とすると、
ｓ’（ｔ）＝ｓ（ｔ）・ξ^φ
となる。

前記ｓ’（ｔ）のＰＡＰＲは、前記数式２により次のように計算される。

よって、前記信号ｓ’（ｔ）のＰＡＰＲは、前記信号ｓ（ｔ）のＰＡＰＲと同様になる。

（Ｂ）第２の特性
任意の整数ｍ（ｍ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１）に対する数列ａ^（ｍ）＝（ａ^（ｍ） _０、ａ^（ｍ） _１、．．．、ａ^（ｍ） _Ｎ−１）のｉ番目の成分ａ^（ｍ） _ｉを、
ａ^（ｍ） _ｉ＝ａ_ｉ＋ｉｍ（ｍｏｄ Ｍ）、ｉ＝０、１、．．．、Ｎ−１
と定義すると、Ｍ個の数列ａ^（ｍ）のＰＡＰＲは、全て数列ａのＰＡＰＲと同様である。

即ち、ａ^（ｍ）に該当するＯＦＤＭ信号ｓ^（ｍ）（ｔ）は、

となる。

τ＝ｍＴ／Ｍの場合、上式は次のように表すことができる。

即ち、ｓ^（ｍ）（ｔ）＝ｓ（ｔ＋τ_ｍ）となり、ｓ^（ｍ）（ｔ）は、前記ｓ（ｔ）を単に時間軸からτｍだけ移動させた信号であることが分かる。ＯＦＤＭ信号は、周期Ｔを有する周期信号であるため、ａ^（ｍ）とａとは同様なＰＡＰＲ特性を有するＯＦＤＭ信号を生成する。

前記第１の特性（Ａ）及び第２の特性（Ｂ）をまとめると、信号のＰＡＰＲ特性を変化させない二つの変換が存在するため、ａを包含する Ｍ^２個の数列が同様なＰＡＰＲ特性を有する信号を生成することができる。搬送波の個数がＮでＭ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、可能なＯＦＤＭ信号の個数はＭ^Ｎであり、本発明に係るＰＡＰＲ検索装置は、Ｍ^Ｎ個のＯＦＤＭ信号を同様なＰＡＰＲを有するＭ^２個の数列から構成されるコセットに分割する。よって、コセットの個数はＭ^Ｎ／Ｍ^２＝Ｍ^Ｎ−２となる。

例えば、Ｎ＝４、Ｍ＝４のＱＰＳＫ変調の場合、ＯＦＤＭ通信システムのための総数列の個数は Ｍ^Ｎ＝４^４＝２５６である。前記第１の特性（Ａ）による変換及び前記第２の特性（Ｂ）による変換により、Ｍ^２＝４^２＝１６個の数列が同様なＰＡＰＲ特性を有する。よって、本発明に係るＰＡＰＲ検索装置は、前記総数列２５６個を前記第１の特性（Ａ）による変換及び第２の特性（Ｂ）による変換により、 Ｍ^Ｎ−１＝４^４−２＝１６個のコセットに分類する（Ｓ１１）。このように分類された１６個のコセット中一つを図３に示した。

即ち、前記ＰＡＰＲ検索装置は、前記第１の特性（Ａ）及び第２の特性（Ｂ）を利用して数列（０、０、０、０）を変換することで、数列（０、０、０、０）のＰＡＰＲ特性と同様なＰＡＰＲを有する数列１５個を生成し、それら数列（０、０、０、０）及び生成された１５個の数列を一つのコセットに割り当てる。よって、一つのコセットには、同様なＰＡＰＲを有する１６個の数列が割り当てられる。数式１を参照すると、数列（０、０、０、０）に対するＯＦＤＭ信号はＮである最大のＰＡＰＲ値を有し、数列（０、０、０、０）が属する前記コセットに割り当てられた数列は全て同様なＰＡＰＲ特性を有する。このように、前記ＰＡＰＲ検索装置は、２５６個の全ての数列を１６個のコセットに分類する。

参考的に、前述したように、同様なＰＡＰＲを有する入力数列は、所定法則により生成され、一般に、（０、０、０、０）の入力数列を包含するコセットは、線形ブロック符号を利用して生成することができる。例えば、入力数列（０、０、０、０）に対するコセットは、１６個の符号語（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）を有するブロック符号とみなすことができるし、その生成行列は次のようであり、このとき、線形ブロック符号は、Ｆ４（ｍｏｄｕｌｏ ４ Ｆｉｅｌｄ）において演算が定義される符号となる。

一方、搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いるＯＦＤＭ通信システムにおいて、最小のＰＡＰＲを有する入力数列を探すためには、入力数列の最初の二つの元素は０に固定させ、残りの元素のみ変化させる数列を考慮する。即ち、次のような形態の数列のみを考慮する。

ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）、ａ_ｉ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１
結局、全体Ｍ^Ｎ個の入力数列中、Ｍ^Ｎ／Ｍ^２＝ Ｍ^Ｎ−２個の前記のような形態の数列のみを考慮することで、最小のＰＡＰＲを有する入力数列を探すことができる。

即ち、前記生成行列の一例には、Ｆ４上でガウシアン消去法を適用することができるし、前記ガウシアン消去法を適用した後の生成行列は次のような形態となる。

前記符号の検査行列は、次のように表すことができる。

前記検査行列によると、数列（０、０、０、０）を包含するコセット、即ち、前記検査行列を満足する符号語は全てシンドローム（ｓｙｎｄｒｏｍｅ）が（０、０）となる。

ブロック符号の場合、シンドロームが相互異なると別のコセットに属するという性質を有する。即ち、前記検査行列を通して生成される、シンドロームが相互同様な数列は、全て同様なＰＡＰＲを有する。前記符号の検査行列は、一般に次のような形態を有する。

ここで、前記−Ｐ^ｔは、列の個数が２である行列である。数列の最初の二つの元素値が０に固定される場合、シンドロームは、前記最初の二つの元素を除外した残りの元素により生成される。且つ、生成されるシンドロームはＩ_ｎ−２により生成されるため、入力数列がａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）であると、シンドローム（Ｓ）は、Ｓ＝（ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）のような形態となる。

即ち、ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）形態の数列は、相互異なるコセットに属するようになり、各コセットの元素は、同様なＰＡＰＲを有する数列から構成されている。

よって、本発明に係るＰＡＰＲ検索装置は、最小のＰＡＰＲを有する数列を検索するため、相互異なるコセットにそれぞれ属するａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）形態の数列、即ち、最初の二つの元素が“０”に固定された数列を検索する（Ｓ１３）。

その後、ＰＡＰＲ検索装置は、最初の二つの元素が“０”に固定された数列のＰＡＰＲをそれぞれ計算し、該計算されたＰＡＰＲから最小のＰＡＰＲを選択し、該選択された最小のＰＡＰＲを有する数列を前記最初の二つの元素が“０”に固定された数列から検出する（Ｓ１５）。

次いで、ＰＡＰＲ検索装置は、前記検出された数列が属するコセットを選択し（Ｓ１７）、該選択されたコセットに属する数列を最小のＰＡＰＲを有する数列として選択する（Ｓ１９）。よって、ＰＡＰＲ検索装置は、長さＮである全ての数列のＰＡＰＲを計算することなく、最初の二つの元素が“０”に固定された数列のＰＡＰＲを計算して、その中で最小のＰＡＰＲを有する数列を選択し、該選択された数列が属するコセットを選択することで、最小のＰＡＰＲを有する数列を迅速且つ效率的に検索することができる。

前述したように、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を使用し、搬送波の個数がＮであるＯＦＤＭ通信システムにおいて、最小のＰＡＰＲを有する入力数列を検索するため、全体Ｍ^Ｎ個の数列中Ｍ^Ｎ−２個の数列のみを考慮すればよいので、複雑度がＭ^２だけ減少するようになる。

一方、ＯＦＤＭ通信システムにおいて用いられる全ての数列のＰＡＰＲ分布を分析するため、ＰＡＰＲ検索装置は、特定位相をかける変換及び特定時間を移動させる変換を利用して、前記全ての数列を同様なＰＡＰＲ特性を有するコセットに分類する。その後、ＰＡＰＲ検索装置は、最初の二つの元素が“０”に固定された数列は相互異なるコセットに属するため、前記最初の二つの元素が“０”に固定された数列のＰＡＰＲを計算する。次いで、ＰＡＰＲ検索装置は、最初の二つの元素が“０”に固定された特定数列が属するコセットの数列のＰＡＰＲは全て前記特定数列のＰＡＰＲと同様であると判断し、前記最初の二つの元素が“０”に固定された数列のＰＡＰＲ及び該当のコセットの数列の個数に基づいて、前記全ての数列のＰＡＰＲ分布を算出する。よって、ＰＡＰＲ検索装置は、全ての数列のＰＡＰＲを計算することなく、最初の二つの元素が“０”に固定された数列のＰＡＰＲのみを計算することで、前記全ての数列のＰＡＰＲ分布を算出することができる。

前述したように、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を使用し、搬送波の個数がＮであるＯＦＤＭ通信システムにおいて、全ての数列のＰＡＰＲ分布を算出するため、全体Ｍ^Ｎ個の数列中Ｍ^Ｎ−２個の数列のみを考慮すればよい。

このように、ＯＦＤＭ通信システムにおいて用いられる全ての数列のＰＡＰＲ分布が分析されると、設計者は、前記分析されたＰＡＰＲ分布に基づいて、ビット誤り率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ、ＢＥＲ）性能が良好で、且つＰＡＰＲもあまり高くない数列を選択することができるし、ＯＦＤＭ通信システムを構成するディバイスとして、例えば、増幅器、ＡＤコンバータ及びＤＡコンバータなどを低い動作範囲を有するディバイスとして設計することができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

一般のＯＦＤＭ方式通信システムの構成を示したブロック図である。 本発明に係るＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法を示したフローチャートである。 本発明により生成されたコセット中一つを示した図である。

Claims (12)

1. 均等に分布した周波数を有する複数の搬送波を用いる直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ＯＦＤＭ）方式通信システムにおいて、
   入力される前記各搬送波の変調信号のシンボルの位相の集合である数列の全てを同様なＰＡＰＲを有するコセットに分類する過程と、
   最初の二つのシンボルの位相が“０”に固定された数列を検索する過程と、
   前記検索された数列中、最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、
   前記検出された数列が属するコセットを選択する過程と、
   前記選択されたコセットに属する数列をそれぞれ抽出する過程と、
   を順次行うことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
2. 前記分類する過程は、任意の所定位相をかける変換、及び時間軸から特定時間を移動させる変換により生成された数列を、同様なコセットに割り当てることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
3. 前記分類する過程は、前記搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、
   数列ａ＝（ａ_０、ａ_１、．．．、ａ_Ｎ−１）に基づいて、数列ａ（φ）及び数列ａ^（ｍ）を同様なコセットに割り当てることを特徴とし、このとき、
   前記数列ａ（φ）＝（ａ_０＋φ、ａ_１＋φ、．．．、ａ_Ｎ−１＋φ）、φ＝０、１、．．．、Ｍ−１、
   前記数列ａ^（ｍ）＝（ａ^（ｍ） _０、ａ^（ｍ） _１、．．．、ａ^（ｍ） _Ｎ−１）、ｍ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１、
   前記数列ａ^（ｍ）のｉ番目の数列ａ^（ｍ） _ｉ＝ａ_ｉ＋ｉｍ（ｍｏｄ Ｍ）、ｉ＝０、１、．．．、Ｎ−１である、請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
4. 前記検索する過程は、
   前記搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、
   数列ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）、ａ_ｉ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１を検索することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
5. 前記検出する過程は、
   前記検索された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、
   前記計算されたＰＡＰＲ中、最小のＰＡＰＲを選択する過程と、
   前記検索された数列中、前記最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、
   からなることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
6. 前記最初の二つの元素が特定値に固定された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、
   前記最初の二つの元素が特定値に固定された数列がそれぞれ属するコセットに割り当てられた数列の個数及び前記計算されたＰＡＰＲを利用して、前記全ての入力数列のＰＡＰＲ分布を分析する過程と、
   を更に行うことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
7. 前記分析されたＰＡＰＲ分布状態は、ＯＦＤＭ通信システムのディバイスに要求される動作範囲の決定に利用されることを特徴とする請求項６に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
8. 均等に分布した周波数を有する複数の搬送波を用いる直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ＯＦＤＭ）方式通信システムにおいて、
   入力される前記各搬送波の変調信号のシンボルの位相の集合である数列から、最初の二つのシンボルの位相が“０”に固定された数列を検索する過程と、
   前記検索された数列のＰＡＰＲを計算する過程と、
   前記計算されたＰＡＰＲ中、最小のＰＡＰＲを選択し、その最小のＰＡＰＲを有する数列を検出する過程と、
   前記検出された数列が属するコセットを選択する過程と、
   前記選択されたコセットにそれぞれ属する数列を生成する過程と、
   を順次行うことを特徴とするＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
9. 前記最初の二つの元素が“０”に固定された数列は、相互異なるコセットに属し、一つのコセットに属する各数列は、同様なＰＡＰＲ特性を有することを特徴とする請求項８に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
10. 前記検索する過程は、
    前記搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、
    数列ａ＝（０、０、ａ_２、ａ_３、．．．、ａ_Ｎ−１）、ａ_ｉ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１を検索することを特徴とする請求項８に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
11. 前記生成する過程は、
    前記検出された数列に任意の所定位相をかける変換、及び前記検出された数列を時間軸から特定時間だけ移動させる変換により、前記検出された数列のＰＡＰＲと同様なＰＡＰＲ特性を有する数列を生成することを特徴とする請求項８に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。
12. 前記搬送波の個数がＮで、Ｍ−ＰＳＫ変調方式を用いる場合、
    前記検出された数列に任意の所定位相をかける変換により生成された数列は、
    ａ（φ）＝（ａ_０＋φ、ａ_１＋φ、．．．、ａ_Ｎ−１＋φ）、φ＝０、１、．．．、Ｍ−１で、
    前記検出された数列を時間軸から特定時間だけ移動させる変換により生成された数列は、
    ａ^（ｍ）＝（ａ^（ｍ） _０、ａ^（ｍ） _１、．．．、ａ^（ｍ） _Ｎ−１）、ｍ＝０、１、２、．．．、Ｍ−１であることを特徴とし、このとき、前記数列ａ^（ｍ）のｉ番目の数列は、ａ^（ｍ） _ｉ＝ａ_ｉ＋ｉｍ（ｍｏｄ Ｍ）、ｉ＝０、１、．．．、Ｎ−１である、請求項１１に記載のＯＦＤＭ通信システムにおける最小のＰＡＰＲを有する数列検索方法。

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