JP2010541431A - Ｏｆｄｍ通信ネットワークでの適応ピーク・ツー・アベレージ電力比低減のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

方法及びシステムは、通信システムでのピーク・ツー・アベレージ電力比を適応的に低減する。エネルギは、変調信号の少なくとも１つのピークからクリッピングされる。変調信号は複数のサブキャリアを含む。少なくとも１つのデータサブキャリアは、既知のスケジューリング情報に基づいてピーク・ツー・アベレージ電力比低減使用のために適応的に選択される。クリッピングされたエネルギは、少なくとも１つのデータサブキャリアの間で分配される。

Description

本発明は、概して、通信システムでの電力制御のための方法及びシステムに関し、より具体的には、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）通信システムで予備の及びアクティブなサブキャリアの間で余剰エネルギを適応的に分配することによってピーク・ツー・アベレージ電力比を低減する方法及びシステムに関する。

直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）（“ＯＦＤＭ”）技術の使用は、その信頼性及び高スペクトル効率により、例えば携帯電話システム及びパーソナル通信システム（Personal Communication System）（“ＰＣＳ”）等の無線用途の範囲内で更に増えつつある。ＯＦＤＭは、マルチパス信号に対して高い許容値を有するとともに、スペクトル的に効率が良い。このことは、ＯＦＤＭを、無線通信システムにとって適切な選択とする。ＯＦＤＭは、高スペクトル効率、チャネルフェーディングに対するロバスト性、インパルス干渉に対する耐性、一様な平均スペクトル密度、及び非常に強いエコーを扱える能力等のその有利な性質により、様々なデジタル通信用途で相当な興味を集めている。現在、ＯＦＤＭ技術は、多くの新しいブロードバンド通信方式及び多くの他の無線通信システムで使用されている。

より具体的に、ＯＦＤＭは、例えば、相互に直交する波形を生成する逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform）（“ＩＦＦＴ”）、及び復調動作のための高速フーリエ変換（“ＦＦＴ”）等のデジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor）（“ＤＳＰ”）アルゴリズムを用いる特別な形式のマルチキャリア変調である。

しかし、ＯＦＤＭに関して幾つかの懸念事項がある。かかる懸念事項には、高ピーク・ツー・アベレージ電力比（Peak-to-Average Power Ratio）（“ＰＡＰＲ”）及び周波数オフセットがある。高ＰＡＰＲは電力増幅器での飽和を引き起こし、サブキャリアの間の相互変調積及び帯域外エネルギの外乱を生じさせる。従って、ＰＡＰＲを低減することが望ましい。帯域外放出要求を満足するために、電力増幅器及びこのような高いＰＡＰＲ入力を有する他のコンポーネントは、大きなダイナミックレンジで良好な線形性を提供することを求められる。この電力要求は、電力増幅器を、通信システム内で最も高価なコンポーネントの１つとする。高ＰＡＰＲは、また、電力増幅器動作が、関連する移動局のバッテリ寿命を縮める低い電力効率を有することを意味する。インフラ増幅器に係る高められたＰＡＰＲは電力消費及び熱発生を増大させ、システム信頼性を落とし、システム冷却要求により配置オプションを制限する。

ＯＦＤＭ信号は高ＰＡＰＲを示す。これは、サブキャリアの独立した位相が、サブキャリア信号がしばしば結合して、信号のピークが最大で平均電力のＮ倍（Ｎはサブキャリアの数である。）であることを推定的に許容すること、を意味するからである。このような大きなピークは相互変調ひずみの量を増大させ、エラーレートの増大をもたらす。平均信号電力は、送信側増幅器の利得を制限することを防ぐために低く保たれるべきである。ＰＡＰＲを最小限とすることは、より高い平均電力が一定ピーク電力について伝送されることを可能にし、受信側で全体の信号対雑音比を改善する。従って、ＰＡＰＲを低減し又は別なふうに最小限とすることが望ましい。

もともとは、高ＰＡＰＲを扱うために、システムは線形な信号チェーンを用いる。信号チェーンにおける如何なる非線形性も相互変調歪みを引き起こし、信号品質を低下させる。線形性要求は、特に、電力消費を最小限とするために増幅器がしばしば非線形であるよう設計される送信側ＲＦ出力回路にとって厳しい。

従前のＰＡＰＲ低減方法は、コンスタレーション成形（Constellation Shaping）（“ＣＳ”）（例えば、無ひずみの又はアクティブなコンスタレーション拡大）及びトーン・リザベーション（Tone Reservation）（“ＴＲ”）を含む２つのグループに分類され得る。ＣＳ方法によれば、変調コンスタレーションは、満足されるチャネルエラー基準により、得られるＰＡＰＲが必要とされる値より小さいように変更される。ＴＲ方法によれば、予備トーンは、満足されるチャネルエラー基準により、得られるＰＡＰＲが必要とされる値より小さいような値を有して割り当てられる。ＴＲ方法では、ＰＡＰＲ低減のために、小さな組のトーン又はサブキャリアを取っておくことが狙いである。ＰＡＰＲ低減の量は、予備トーンの数、周波数ベクトル範囲内でのそれらの位置、及び複雑性の程度に依存する。ＰＡＰＲを低減する他の方法も可能であるが、それらは信号品質又はエラーベクトルマグニチュード（Error-Vector Magnitude）（“ＥＶＭ”）に影響を及ぼす。１つのこのような方法は、２００７年６月２１日に公開された、「System and Method for Reducing Peak-to-Average Power Ration in Orthogonal Frequency Division Multiplexing Signals using Reserved Spectrum」と題される米国特許公開第２００７／０１４０１０１号明細書（Ｇｕｏ等）に開示されている。その教示全体は、参照により本願に援用されている。

実際的なＯＦＤＭシステムでは、少量のピーク・クリッピングが、線形性及び電力消費に対するトレードオフにおいてＰＡＰＲを制限するために可能にされている。しかし、送信側出力フィルタは、帯域外スパー（spurs）を適法なレベルまで低減するために必要とされるフィルタであって、クリッピングされたピークレベルを再生（regrow）する傾向を有し、従って、クリッピングだけではＰＡＰＲを低減する有効な方法ではなかった。

ＴＲによるＰＡＰＲ低減の１つの方法は、ピーク信号をクリッピングし、いずれかのサブキャリア、すなわちユーザデータを搬送するサブキャリアに影響を及ぼすひずみ又は雑音を防ぎながら既知の予備サブキャリアの間で過剰なクリッピングされるエネルギを分配することによって信号再生を制限する。しかし、いつでも、すべての“アクティブな”又は留保されないサブキャリアが実際にデータを運び、又は少量のノイズの追加によって悪影響を及ぼされるわけではない。更に、エネルギ分配のために多くの予備サブキャリアを有することは全体的なＰＡＰＲを減らすのに役立つが、それ故に、データを搬送するのに適用可能なサブキャリアはより少なくなってしまう。このようにして、従来のＴＲ方法は、潜在的なシステム能力も低下させる。

従って、必要とされるものは、予備の及びアクティブなサブキャリアの間で過剰なクリッピングされるエネルギを適応的に分配することによってＯＦＤＭ通信システムのピーク・ツー・アベレージ電力比を低減するシステム及び方法である。

本発明は、有利に、直交周波数分割多重通信システムでピーク・ツー・アベレージ電力比を低減する方法及びシステムを提供する。一般に、ＯＦＤＭシンボルを搬送する信号のピークエネルギはクリッピングされ、クリッピングされたエネルギは予備サブキャリア及びデータ搬送サブキャリアの組合せの間で分配される。クリッピングされた信号は、信号の成分に関するスケジューラからの既知の情報（例えば、サブキャリアの総数、各変調方式ごとのサブキャリアの量、サブキャリアが目下データを搬送しているかどうか、等）に基づいて決定される係数を有する、周波数領域で形成されたフィルタを通される。

本発明の一実施形態に従って、方法は、通信システムでピーク・ツー・アベレージ電力比を適応的に低減するよう提供される。エネルギは、変調信号の少なくとも１つのピークからクリッピングされる。変調信号は複数のサブキャリアを含む。少なくとも１つのデータサブキャリアは、既知のスケジューリング情報に基づいてピーク・ツー・アベレージ電力比低減使用のために適応的に選択される。クリッピングされたエネルギは、少なくとも１つのデータサブキャリアに適応的に分配される。

本発明の他の態様に従って、通信システムでピーク・ツー・アベレージ電力比を適応的に低減するシステムは、スケジューラと、クリッパと、フィルタとを有する。スケジューラは、ピーク・ツー・アベレージ電力比低減のために少なくとも１つのデータサブキャリアを適応的に選択するよう動作する。クリッパは、変調信号の少なくとも１つのピークからエネルギをクリッピングするよう動作する。変調信号は、複数のサブキャリアを有する直交周波数分割多重シンボルを含む。フィルタはスケジューラ及びクリッパへ通信上結合されている。フィルタは、クリッピングされたエネルギを少なくとも１つのデータサブキャリアの間で適応的に分配するよう動作する。

本発明の原理に従って周波数領域で構成される例となるピーク・ツー・アベレージ電力比低減システムのブロック図である。 本発明の原理に従って構成される例となるＦフィルタ応答のグラフである。 本発明の原理に従って時間領域で構成される代替のピーク・ツー・アベレージ電力比低減システムのブロック図である。 本発明の原理に従って構成される例となるｇ関数応答のグラフである。

本発明の並びにその利点及び特徴のより完全な理解は、添付の図面に関連して考えられる場合に、以下の詳細な記載を参照することによって、より容易に理解されるであろう。

本発明に従う実施例を詳細に記載する前に、留意すべきは、かかる実施例は、主として、直交周波数分割多重（“ＯＦＤＭ”）通信システムで予備の及びアクティブなサブキャリアの間で過剰なクリッピングされるエネルギを適応的に分配することによってピーク・ツー・アベレージ電力比（“ＰＡＰＲ”）を低減するシステム及び方法を実施することに関連する装置コンポーネント及び処理ステップの組合せに属する。然るに、システム及び方法のコンポーネントは、当業者には当然に明らかである詳細により本開示を不明瞭にしないように、本発明の実施形態の理解に関する特定の詳細のみを示す図面中の形式的なシンボルによって、必要に応じて表されている。

ここで用いられているように、例えば「第１」及び「第２」、「上位」及び「下位」等の関係語は、必ずしもエンティティ又は要素の間の如何なる物理的又は論理的な関係又は順序も必要とし又は暗示することなく、単に１つのエンティティ又は要素を他のエンティティ又は要素から区別するために用いられてよい。

本発明の一実施形態は、有利に、ＯＦＤＭ通信システムで予備の及びアクティブなサブキャリアの間で余剰エネルギを分配することによってＰＡＰＲを低減する方法及びシステムを提供する。一般に、スケジューラは、ユーザを様々な変調方式により様々なサブキャリアに割り当て、現在の割り当てを追跡する。この情報は、追加のノイズが受け入れ可能であるサブキャリアと、受け入れ可能なノイズの量とをインタラクティブに決定するために使用される。低減されたＰＡＰＲは、より低い電力増幅器の使用を可能にするとともに、システム構成の柔軟性を増すことによって、システム全体のコストを削減する。更に、本発明の実施形態は、単に過剰ノイズ効果のために取っておかれるサブキャリアの数を減らし、ノイズがシステム性能に及ぼす悪影響が最低限である時にかかる効果をアクティブなサブキャリアに分配することによって、システム全体の能力を高める。

ＯＦＤＭ通信システムの例には、例えば、電気電子技術者協会（Institute of Electrical and Electronics Engineering）（“ＩＥＥＥ”）標準規格ラジオ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ及びｎ（以下、“Ｗｉ−Ｆｉ”）に従って定義される無線ローカルエリアネットワーク（Wireless Local Area Network）（“ＷＬＡＮ”）プロトコル、ＩＥＥＥ８０２．１６（以下、“ＷｉＭＡＸ”）に従って定義される無線ＭＡＮ／固定ブロードバンド無線アクセス（Broadband Wireless Access）（“ＢＷＡ”）標準規格、空中インターフェース高速ＯＦＤＭパケットアクセス（High Speed OFDM Packet Access）（“ＨＳＯＰＡ”）又は次世代ＵＭＴＳ地上ラジオアクセス（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access）（“Ｅ−ＵＴＲＡ”）を有するモバイルブロードバンド３ＧＰＰロングタームエボリューション（Long Term Evolution）（“ＬＴＥ”）プロトコル、３ＧＰＰウルトラモバイルブロードバンド（Ultra Mobile Broadband）（“ＵＭＢ”）プロトコル、デジタルラジオシステム・デジタルオーディオブロードキャスティング（Digital Audio Broadcasting）（“ＤＡＢ”）プロトコル、ハイブリッドデジタル（Hybrid Digital）（“ＨＤ”）ラジオ、地上デジタルＴＶシステム・デジタルビデオブロードキャスティング−地上波（Digital Video Broadcasting−Terrestrial）（“ＤＶＢ−Ｔ”）、セルラー通信システム・フラッシュＯＦＤＭ等の無線プロトコルが含まれるが、これらに限られない。ＯＦＤＭ技術を用いる有線プロトコルには、非対称デジタル加入者回線（Asymmetry Digital Subscriber Line）（“ＡＤＳＬ”）及び超高速ビットレートデジタル加入者回線（Very high bitrate Digital Subscriber Line）（“ＶＤＳＬ”）ブロードバンドアクセス、電力線によるブロードバンド（Broadband over Power Lines）（“ＢＰＬ”）を含む電力線通信（Power Line Communication）（“ＰＬＣ”）、及びマルチメディア・オーバー・コアックス・アライアンス（Multimedia over Coax Alliance）（“ＭｏＣＡ”）ホームネットワークが含まれる。

ＯＦＤＭ搬送波のサブキャリアは、例えば、２相位相変調（Binary Phase-Shift Keying）（“ＢＰＳＫ”）、４相位相変調（Quadrature Phase-Shift Keying）（“ＱＰＳＫ”）、直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation）（“１６ＱＡＭ”又は“６４ＱＡＭ”）等の様々な変調方式を用いて変調されてよい。

ここで図面を参照すると、図面中同じ参照符号は同じ要素を表す。図１には、本発明の原理に従って構成されるピーク・ツー・アベレージ電力比低減（“ＰＡＰＲＲ”）システム１０が示されている。ＰＡＰＲＲシステム１０は、データパケットの各ＯＦＤＭシンボルが送信される場合を決定し、データを変調器１４による変調の前にＯＦＤＭ信号にマッピングするスケジューラ１２を有する。スケジューラ１２は、また、ユーザを様々な変調方式により様々なサブキャリアに割り当て、現在の割り当てを追跡し、例えばコントローラ又はプロセッサ等の設定ユニット１６と情報をやり取りして、どのサブキャリアがＰＡＰＲ低減に適用可能であるのかを決定する。

システムスループットは、一般に、スケジューラ性能及び予備サブキャリアの数の関数である。言い換えると、スループット＝ｆ_１（Ｎ_ｒｓｃｈ，スケジューラ）である。一般に、予備サブキャリアが少なければ、ＰＡＰＲを犠牲にしてシステムスループットは高まる。更に、スケジューラ１２は、例えば比例又は重み付け均等化（fairness）等の何らかのタイプの公平性メカニズムを実施する。公平なスケジューラにより、ＯＦＤＭシンボルは、例えば６４ＱＡＭ等のより高次の、及び例えばＱＰＳＫ等のより低次の変調を伴うサブキャリアから成ってよい。

あるプロトコルについてエラーベクトルマグニチュード（error vector magnitude）（“ＥＶＭ”）としても知られている残留コンスタレーションエラー（residue constellation error）（“ＲＣＥ”）は、夫々の実際のデータ点からその理想のコンスタレーション点までの距離を反映する大きさである。ＲＣＥは、予備サブキャリアの数、異なる変調方式（例えば、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ等）についてのサブキャリアの数、及びスケジューラ性能を用いられるＰＡＰＲＲアルゴリムの関数である。言い換えると、ＲＣＥ＝ｆ_２（Ａｌｇｏ_{ＰＡＰＲＲ}，Ｎ_ｒｅｃｈ，Ｎ_{６４ＱＡＭ}，Ｎ_{１６ＱＡＭ}，スケジューラ）である。ＰＡＰＲＲアルゴリムは、要求に従って、異なる変調でコンスタレーションエラーのレベルを制御する。一般に、より多くの予備サブキャリアが、より小さいＲＣＥを有するために必要とされる。

スケジューラ１２は、より高次の変調（例えば、６４ＱＡＭ）によりシンボルの数を制限する。スケジューラ１２は、部分的に、より高次の変調を伴うシンボルの数及びＲＣＥ要求に基づいて、予備サブキャリアの数を決定する。

留意すべきは、本発明の一実施形態に従って、コンスタレーションエラー及びサブキャリアは周波数領域で定義される。スケジューリング及び実際の処理の大部分も周波数領域で行われる。更に、ＯＦＤＭシンボルは、周波数領域でＯＦＤＭ搬送波信号上に変調される。

変調された信号は、逆高速フーリエ変換（“ＩＦＦＴ”）１８に信号を通すことによって時間領域へ変換される。スイッチ２０は、送信の前にＰＡＰＲＲ処理のためにＯＦＤＭシンボルを捕らえるよう動作する。スイッチ２０が位置Ａにある場合に、単一のＯＦＤＭシンボルが変調器１４から通される。次いで、スイッチ２０は、ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲＲ処理の間に位置Ｂへ移る。第２のスイッチ２１は、開放位置にある場合に、ＰＡＰＲＲ処理が完了した後までＯＦＤＭシンボルが送信されないようにする。

ＯＦＤＭシンボルは、時間領域にあり、信号のピークをクリッピングしてピーク電力を制限するクリッパ２２に通される。スケジューラ１２から受け取った性能要求に基づいて、設定ユニット１６は、クリッパ２２によって使用されるクリッピング閾値ＴＨ_{ｃｌｉｐｐｉｎｇ}を設定することによって、出力部での目標出力ＰＡＰＲレベルを定義する。ピークからクリッピングされたエネルギを含む信号は、高速フーリエ変換（“ＦＦＴ”）２４によって周波数領域へ逆変換され、サブキャリアの数及びそれらの関連する変調方式又は予備サブキャリアのステータスに関するスケジューラ１２及び設定ユニット１６からの情報に従ってＦフィルタ発生器２８によって決定される係数を有するエネルギ分配器フィルタ２６に通される。スケジューラ１２が、追加のノイズが許容され得ることを示している場合に、エネルギ分配器フィルタ２６は、サブキャリア上にクリッピング処理によって生成されるノイズ又はひずみを分配する。フィルタリングされた信号は、第２のＩＦＦＴ３０によって再び時間領域へ変換され、減算器３２により元の信号と結合される。減算器３２は、実際には、クリッピングされフィルタリングされた信号を、更なる繰り返しのためにクリッパ２２を通ってフィードバックされる前に、元の変調信号から取り除く。理想的には、繰り返しの数は無限大に達するが、実際的な用途は、繰り返しの数をおおむね約３又は４に制限する。更に、繰り返しは、著しく改善された結果をもたらさず、一般的には必要とされない。

設定ユニット１６は、繰り返しの数が一定であるのか又は可変であるのかを選択し、再生制御因数σを決定し、ＰＡＰＲＲ使用に適用可能なリソースの最大量及び最小量、例えばＷｉＭＡＸではサブキャリアの総数を定義する。再生制御因数σは、クリッピング後のピークの再生を制御して、ＰＡＰＲＲ処理の実行を最適化するために用いられる。再生制御因数σについては以下でより詳細に論じる。設定ユニット１６は、また、リソース留保関数ｆ_ＲＲ（）を定義する。この関数は、特定の変調方式により変調されるサブキャリアの量に従ってＰＡＰＲＲのために取っておかれるサブチャネルの量Ｎ_ｒｓｃｈを決定する。言い換えると、Ｎｒｓｃｈ＝ｆＲＲ（Ｎ_{６４ＱＡＭ}，Ｎ_{１６ＱＡＭ}，Ｎ_ＱＰＳＫ）である。設定ユニット１６はリソース留保関数をスケジューラ１２へ送る。スケジューラ１２は、ユーザデータをサブキャリアにスケジューリングする際にこの関数を用いる。

例えば、もっぱら６４ＱＡＭ変調を用いるＷｉＭＡＸ通信システムの仮定上の場合で、ＰＡＰＲのために取っておかれるサブチャネルの数は、単純に、６４ＱＡＭ変調サブキャリアを有するサブチャネルの総数の関数であってよい。

故に、

従って、システムが６４ＱＡＭ変調を伴う２より少ないＮ_{６４ＱＡＭ}個のサブチャネルを有する場合は、予備のサブチャネルは必要とされない。システムが６４ＱＡＭ変調を伴う２から４のＮ_{６４ＱＡＭ}個のサブチャネルを有する場合は、１つの予備のサブチャネルが必要とされ、以降同様である。

表１は、幾つかの変調方式を用いるＷｉＭＡＸ通信システムに係るより複雑な例を表す。この例で、予備サブキャリアの数はルックアップテーブルの形で記憶されてよい。

故に、表１に示される例に従って、１つの予備のサブチャネルにより、システムは４個のＱＰＳＫサブチャネル、６個の１６ＱＡＭサブチャネル、及び５個の６４ＱＡＭサブチャネルまでサポートすることができ、依然としてその所望のＰＡＰＲ目標を満足する。

然るに、設定ユニット１６は、ＲＣＥ又は信号品質要求に基づいてエネルギ分配関数ｆ_ＥＤ（）を定義する。エネルギ分配関数は、Ｆ＝ｆ_ＥＤ（ＲＣＥ_{６４ＱＡＭ}，ＲＣＥ_{１６ＱＡＭ}，ＲＣＥ_ＱＰＳＫ）として、種々の次数により変調されるデータサブキャリア、予備サブキャリア、及びパイロットに対する重みのベクトルＦを決定する。

スケジューラ１２は、スケジューリング中に異なる変調次数に割り当てられるサブキャリアの量の記録と、かかる異なる変調次数に割り当てられていた特定のサブキャリアとを保持する。異なる変調次数に割り当てられるリソース量の分配又は結合に基づいて、スケジューラ１２は、リソースのユニット（例えば、特定のサブチャネル）がＰＡＰＲＲのために取っておかれるべきかどうかを決定する。スケジューラ１２は、変調されたＰＡＰＲ予備サブキャリアのマッピングをＦフィルタ発生器２８へ送る。

Ｆフィルタ発生器２８は、設定ユニット１６からはエネルギ分配関数ｆ_ＥＤ（）及び再生制御因数σを、スケジューラ１２からは各ＯＦＤＭシンボルごとのサブキャリアマッピングを得る。Ｆフィルタ発生器２８は、エネルギ分配関数ｆ_ＥＤ（）、再生制御因数σ及びサブキャリアマッピングを用いて、各ＯＦＤＭシンボルごとにエネルギ分配器フィルタ２６を構成する係数を発生させる。

本発明の一実施形態は、Ｌ個の変調方式が、各変調方式ごとに夫々ｋ_１，ｋ_２，・・・、ｋ_Ｌ個のサブキャリアを有するＯＦＤＭシンボル内に存在すると仮定することによって、Ｆフィルタ係数を計算する。その場合に、

方式ｉ（ここで、ｉ＝１，２，・・・，Ｌ）のサブキャリアの平均エネルギはＥ_ｉと表される。１番目の方式に対するｉ番目の方式によるサブキャリアの電力増大比はｄＥ_ｊ（ここで、ｊ＝１，２，・・・，Ｌ）を必要とする。この場合に、

ｄＥ_ｊ＝Ｅ_ｊ／Ｅ_ｉ （３）

である。

ｉ番目の変調方式によるサブキャリアの組はＳＣＳ_ｉと表される。Ｋ個の方式がＰＡＰＲ低減に用いられ、一般性を喪失することなく、変調方式１は最も高い順位である。各方式は夫々ｋ_１，ｋ_２，・・・，ｋ_Ｋ個のサブキャリアを有する。各変調方式の残留コンスタレーションエラー要求は夫々ＲＣＥ_１，ＲＣＥ_２，・・・，ＲＣＥ_Ｋと表され、

ＲＣＥ_ｉ＝Ｅｃｌｉｐ_ｉ／Ｅ_ｉ （４）

として定義される。ここで、Ｅｃｌｉｐ_ｉは方式ｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｋ）のサブキャリアでの平均クリッピング干渉エネルギを表す。ＲＣＥ比はｄＲＣＥ_ｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｋ）と表され、

ｄＲＣＥ_ｊ＝ＲＣＥ_ｊ／ＲＣＥ_１ （５）

によって決定されてよい。

下記の計算

Ｅｃｌｉｐ_ｊ＝Ｅｃｌｉｐ_ｉ・ｄＥ_ｊ・ｄＲＣＥ_ｊ （６）
Ａｃｌｉｐ_ｊ＝（Ｅｃｌｉｐ_ｊ）^１／２ （７）

は、Ｅｃｌｉｐ_１＝１を有して行われる。

Ｆフィルタ係数Ｆ＝｛Ｆ_ｉ｜ｉ＝０，．．．Ｎ−１｝はＦ_ｉを見つけ、（ここで、

）結果を正規化することによって決定される。

再生制御因数σは、最も少ない数の繰り返しにより、必要とされる信号品質を伴って最低ＰＡＰＲを達成するように用いられる。クリッピングされた信号がＦＦＴ２４によって周波数領域へ変換され、エネルギ分配器フィルタ２６、ＩＦＦＴ３０及び減算器３２に通される場合に、相殺はピークを再生する効果において不完全であり、このことはピークを押し上げる傾向を有する。再生制御因数σは、どれくらいの速さでＰＡＰＲ目標が達成されるのか、すなわち、そのために何回繰り返しが必要とされるのかを決定する“アグレッシブネス（aggressiveness）パラメータ”と考えられてよい。再生制御因数σの値は０から１の間であり、係数を増減（scaling）させるために用いられる。適切なσを用いることによって、所望のＰＡＰＲを達成するのに必要とされる繰り返しはより少ない。再生制御因数σは、予備サブキャリアの数Ｎ_ｒｓｃｈ、種々の変調次数（数及び位置）におけるサブキャリアの結合、繰り返し次数ｉ_ｉｔｅ、及び信号品質要求に基づいて決定される。言い換えると、σ（ｉ_ｉｔｅ）＝ｆ_σ（Ｎ_ｒｓｃｈ，ｉ_ｉｔｅ，Ｎ_{６４ＱＡＭ}，Ｎ_{１６ＱＡＭ}，Ｎ_ＱＰＳＫ）である。従って、再生因数は、送信される信号に適応するよう変化しうる。

例となるエネルギ分配器フィルタ２６について図２を参照して記載する。エネルギ分配器フィルタ２６はＦフィルタ係数を有する周波数領域フィルタである。エネルギ分配器フィルタ２６は、ＲＣＥ要求を満足するために、エネルギ分配関数に従って、選択的に、クリッピングされるエネルギをＯＦＥＭシンボルのピークからサブキャリアに広げる。図２に示されるフィルタを参照して、留意すべきは、このフィルタの例に関しては、基本的に４つのレベルの係数が存在する。最も高いレベル３４は係数、約１９を有し、それによって、クリッピングされるエネルギの大部分を、この係数により指定されるサブキャリアに分配する。２番目の係数３６は係数、約１０を有し、３番目のレベル３８は係数、約１．５を有する。このようにして、ピークＯＦＤＭ信号からクリッピングされる余剰エネルギは、係数重みに比例して搬送波スペクトルにわたって分配される。留意すべきは、帯域エッジに近いサブキャリアは係数０、すなわちレベル４０を受け取り、それによって、如何なる過剰ノイズもかかるサブキャリアに分配されないようにする。

ここで図３を参照すると、本発明の代替の実施形態が与えられている。この場合に、ＰＡＰＲＲシステム４２は、時間領域で、クリッピングされるＯＦＤＭ信号の実際のフィルタリングを行う。先の実施形態と同様に、スケジューラ１２は、いつデータパケットの各ＯＦＤＭシンボルが送信されるべきかを決定し、データを変調器１４による変調の前にＯＦＤＭ信号上にマッピングする。スケジューラ１２は設定ユニット１６と情報のやり取りを行って、どのサブキャリアがＰＡＰＲ低減に適用可能であるのかを決定する。変調信号は、信号を逆高速フーリエ変換（“ＩＦＦＴ”）１８に通すことによって、時間領域へ変換される。スイッチ２０は、送信の前にＰＡＰＲＲ処理のためにＯＦＤＭシンボルを捕らえるよう動作する。スイッチ２０が位置Ａにある場合は、単一のＯＦＤＭシンボルが変調器１４から通される。スイッチ２０は、ＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲＲ処理の間に位置Ｂへ移る。ＯＦＤＭシンボルは、時間領域にあり、クリッパ２２に通される。クリッパ２２は信号のピークをクリッピングして、ピーク電力を制限する。第２のスイッチ２１は、開放位置にある場合に、ＰＡＰＲＲ処理の全ての繰り返しが完了するまでＯＦＤＭ信号が送信されないようにする。

スケジューラ１２から受け取った性能要求に基づいて、設定ユニット１６は、クリッパ２２によって用いられるクリッピング閾値ＴＨ_{ｃｌｉｐｐｉｎｇ}を設定することによって、出力部での目標出力ＰＡＰＲレベルを定義する。この実施形態では、エネルギ分配器フィルタ２６は、やはり、サブキャリアの数及びそれらの関連する変調方式に関するスケジューラ１２及び設定ユニット１６からの情報に基づいてＦフィルタ発生器２８によって周波数領域で決定される係数を有する。しかし、エネルギ分配器フィルタ２６は、クリッピングされた信号に時間領域でフィルタリングを適用するｇ関数フィルタ４６へとＩＦＦＴ４４によって変形される。先の例でも見られたように、フィルタリングされた信号は減算器３２により元の信号と結合され、処理は、設定ユニット１６によって決定される繰り返しの数の間、繰り返される。図４は、好意的なｇ関数フィルタへと変形された図２の例となるＦフィルタを表す。

本発明の適応ＰＡＰＲＲ処理は、有利に、従前のＰＡＰＲＲ方法より高いスループットを提供して、システム能力を向上させる。本発明は、また、先行技術による方法と比較してＰＡＰＲ低減においてより良い性能を提供するとともに、信号品質（例えば、ＲＣＥ）に対して厳しい制御を保ちながらシステム負荷の変化に適応することができる。Ｆフィルタ係数のオンライン生成は、ＰＡＰＲＲ処理の複雑性をそれほど増すことなく柔軟な構成を可能にする。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組合せで実現され得る。如何なる種類のコンピュータシステムも、又はここで記載される方法を実行するよう構成される他の装置は、ここで記載される機能を実行するのに適している。

ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組合せは、１又はそれ以上の処理要素、及び記憶媒体に記憶されており、ロードされて実行される場合にここで記載される方法を実行するようにコンピュータシステムを制御するコンピュータプログラムを有する特別の又は汎用のコンピュータシステムであってよい。本発明は、また、コンピュータプログラムプロダクトに組み込まれてよく、ここで記載される方法の実施を可能にする全ての特徴を有するとともに、コンピュータシステムにロードされる場合にこれらの方法を実行することができる。記憶媒体はあらゆる揮発性又は不揮発性の記憶装置をいう。

本文脈中のコンピュータプログラム又はアプリケーションは、情報処理能力を有するシステムにａ）他の言語、コード又は表記への変換及びｂ）異なる材料形態での再生のうちの一方若しくは両方の後に又は直接に特定の機能を実行させることを目的とする命令の組の、あらゆる言語、コード又は表記でのあらゆる表現を意味する。

更に、特に述べられていない限り、留意すべきは、添付の図面の全てが実寸ではない。注目に値すべきは、本発明は、その精神又は本質的な特性から逸脱することなく他の特定の形態で具現されてよく、然るに、特許請求の範囲が、本発明の適用範囲を示すように、本明細書よりむしろ参照されるべきである。

Claims (20)

1. 通信システムでのピーク・ツー・アベレージ電力比を適応的に低減する方法であって、
   複数のサブキャリアを含む変調信号の少なくとも１つのピークからエネルギをクリッピングするステップと、
   既知のスケジューリング情報に基づいてピーク・ツー・アベレージ電力比低減使用のための少なくとも１つのデータサブキャリアを適応的に選択するステップと、
   前記少なくとも１つのデータサブキャリアの間で前記クリッピングされたエネルギを分配するステップと
   を有する方法。
2. 前記変調信号は、直交周波数分割多重シンボルを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記サブキャリアは、複数の変調方式を用いて変調される、請求項２記載の方法。
4. 少なくとも１つの予備のサブキャリアの間で前記クリッピングされたエネルギを分配するステップを更に有する、請求項２記載の方法。
5. 通信装置をデータサブキャリアに割り当てるステップと、
   前記直交周波数分割多重シンボルを前記変調信号にマッピングするステップと、
   前記通信装置の割り当てに基づいて前記クリッピングされたエネルギを分配するよう前記少なくとも１つのデータサブキャリアを決定するステップと
   を更に有する、請求項２記載の方法。
6. 周波数領域での使用のために前記クリッピングされたエネルギを変換するステップと、
   Ｆフィルタにより変換信号をフィルタリングするステップと、
   時間領域での使用のために前記フィルタリングされた信号を変換するステップと、
   前記変調信号のピーク・ツー・アベレージ電力比より低いピーク・ツー・アベレージ電力比を有する出力信号を生成するよう前記変換されフィルタリングされた信号を前記変調信号と結合するステップと
   を更に有する、請求項５記載の方法。
7. 前記Ｆフィルタは前記周波数領域で構成され、
   前記Ｆフィルタは、各サブキャリアごとの重み付け係数を有する、請求項６記載の方法。
8. 前記各サブキャリアごとの重み付け係数は、前記通信装置の割り当て、前記変調信号のためのサブキャリアの総量、各変調方式ごとのサブキャリアの量、予備サブキャリアの量、及び信号品質パラメータに基づいて決定される、請求項７記載の方法。
9. 前記信号品質パラメータは、前記出力信号についてのピーク・ツー・アベレージ電力比と、各サブキャリアごとの残留コンスタレーションエラーとを含む、請求項８記載の方法。
10. クリッピングされた変調信号をｇ関数によりフィルタリングするステップと、
    前記変調信号のピーク・ツー・アベレージ電力比より低いピーク・ツー・アベレージ電力比を有する出力信号を生成するよう前記フィルタリングされた信号を前記クリッピングされた変調信号と結合するステップと
    を更に有する、請求項５記載の方法。
11. 前記ｇ関数は、
    各サブキャリアごとの重み付け係数を含むＦフィルタを周波数領域で構成し、且つ
    時間領域での使用のために前記Ｆフィルタをｇ関数に変換する
    ことによって構成される、請求項１０記載の方法。
12. 前記各サブキャリアごとの重み付け係数は、前記通信装置の割り当て、前記変調信号のためのサブキャリアの総量、各変調方式ごとのサブキャリアの量、予備サブキャリアの量、及び信号品質パラメータに基づいて決定される、請求項１１記載の方法。
13. 通信システムでのピーク・ツー・アベレージ電力比を適応的に低減するシステムであって、
    ピーク・ツー・アベレージ電力比低減のための少なくとも１つのデータサブキャリアを適応的に選択するよう動作するスケジューラと、
    複数のサブキャリアを有する直交周波数分割多重シンボルを含む変調信号の少なくとも１つのピークからエネルギをクリッピングするよう動作するクリッパと、
    前記スケジューラ及び前記クリッパへ通信上結合され、前記少なくとも１つのデータサブキャリアの間で前記クリッピングされたエネルギを適応的に分配するよう動作するフィルタと
    を有するシステム。
14. 前記フィルタは、更に、少なくとも１つの予備のサブキャリアの間で前記クリッピングされたエネルギを適応的に分配するよう動作する、請求項１３記載のシステム。
15. 前記スケジューラへ通信上結合され、前記フィルタを形成するよう動作するフィルタ発生器を更に有し、
    前記フィルタ発生器は、更に、
    通信装置をデータサブキャリアに割り当て、
    前記直交周波数分割多重シンボルを前記変調信号にマッピングし、且つ
    前記通信装置の割り当てに基づいて前記クリッピングされたエネルギを分配するよう前記少なくとも１つのデータサブキャリアを決定する
    よう動作する、請求項１４記載のシステム。
16. 前記フィルタは、各サブキャリアごとの重み付け係数を有するＦフィルタであり、
    当該システムは、
    前記クリッパ及び前記フィルタへ通信上結合され、周波数領域での使用のために、クリッピングされた前記変調信号を変換するよう動作する高速フーリエ変換と、
    前記フィルタへ通信上結合され、時間領域での使用のために、フィルタリングされた前記クリッピングされた信号を変換するよう動作する逆高速フーリエ変換と、
    前記逆高速フーリエ変換及び前記クリッパへ通信上結合され、前記変調信号のピーク・ツー・アベレージ電力比より低いピーク・ツー・アベレージ電力比を有する出力信号を生成するように、変換された前記フィルタリングされクリッピングされた信号を前記変調信号と結合するよう動作する減算器と
    を更に有する、請求項１５記載のシステム。
17. 前記フィルタ発生器は、前記各サブキャリアごとの重み付け係数を、前記通信装置の割り当て、前記変調信号のためのサブキャリアの総量、各変調方式ごとのサブキャリアの量、予備サブキャリアの量、前記出力信号についてのピーク・ツー・アベレージ電力比、及び各サブキャリアごとの残留コンスタレーションエラーに基づいて決定される、請求項１６記載のシステム。
18. 前記スケジューラ及び前記フィルタ発生器へ通信上結合される設定ユニットを更に有し、
    前記設定ユニットは、
    前記クリッパのクリッピング閾値及び繰り返しの数を決定し、
    再生制御因数を決定し、且つ
    ピーク・ツー・アベレージ電力比低減に適用可能なサブキャリアの最大量及び最小量を定める
    よう動作する、請求項１７記載のシステム。
19. 前記フィルタはｇ関数であり、
    前記フィルタ発生器は、各サブキャリアごとの重み付け係数を有するＦフィルタを周波数領域で構成するよう動作し、
    当該システムは、
    前記フィルタ発生器及び前記フィルタへ通信上結合され、時間領域での使用のために前記Ｆフィルタを前記ｇ関数に変換するよう動作する逆高速フーリエ変換と、
    前記フィルタ及び前記クリッパへ通信上結合され、前記変調信号のピーク・ツー・アベレージ電力比より低いピーク・ツー・アベレージ電力比を有する出力信号を生成するように、前記フィルタリングされクリッピングされた信号を前記変調信号と結合するよう動作する減算器と
    を更に有する、請求項１５記載のシステム。
20. 前記各サブキャリアごとの重み付け係数は、前記通信装置の割り当て、前記変調信号のためのサブキャリアの総量、各変調方式ごとのサブキャリアの量、予備サブキャリアの量、及び信号品質パラメータに基づいて決定される、請求項１９記載のシステム。

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