JP4303048B2

JP4303048B2 - Transmitting apparatus and transmitting method

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Publication number: JP4303048B2
Application number: JP2003193899A
Authority: JP
Inventors: 博行新; 正雄中川; 修田久; 知明大槻
Original assignee: NTT Docomo Inc; Keio University
Current assignee: NTT Docomo Inc; Keio University
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP2005033341A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア信号を送信する送信装置、増幅回路及び送信方法に関し、特に、移動通信システムの基地局装置、移動端末等に用いられる送信装置、増幅回路及び送信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）などのマルチキャリア伝送方式では、複数のサブキャリアを使用し、サブキャリア当たりの伝送速度を小さくすることで、マルチパスフェ−ジングチャネルにおけるマルチパス干渉に対する耐性を向上させる伝送方式である。マルチキャリア伝送方式では、多数のサブキャリアを同時に送信するため、それらのサブキャリアの位相関係により、送信信号の振幅が非常に大きく変動することが知られている。このような振幅変動の大きい信号を、電力増幅する際には、電力増幅器の非線形特性が大きな問題となる。すなわち、電力増幅器には、増幅可能な入力信号の振幅に上限があり、その上限を超える振幅の信号が入力された場合には、信号が正しく増幅されず大きく歪んでしまう（このような現象のことを“非線形ひずみ”と呼ぶ）。
【０００３】
ここで、電力増幅器が正しく増幅できる最大電力に対する入力信号の平均電力の比を、電力増幅器の入力バックオフ（ＩＢＯ：Input Back Off）と定義する。一般に、電力増幅器での非線形ひずみの発生を抑えるためには、入力信号に対して、入力バックオフを大きく設定する必要がある。しかし、電力増幅器において、入力バックオフを大きく設定した場合には、電力増幅器の消費電力が非常に大きくなり、電力効率が極度に低下してしまう。逆に、電力増幅器において入力バックオフを小さく設定すれば、電力効率は向上するが、最大振幅値が増幅可能な入力信号の振幅の上限をオーバーし、電力増幅による非線形ひずみが生じてしまう。したがって、マルチキャリア伝送方式において、電力効率の良い電力増幅器を用いるためには、送信信号の振幅変動の大きさを低く抑えることが重要となってくる。
【０００４】
そこで、マルチキャリア伝送方式において、振幅変動の大きさを低く抑える方法として、ピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ： Peak to Average-Power Ratio）の規範に基づく方法が提案されている。ＰＡＰＲの定義は、送信信号の最大振幅の２乗値Ｐ_ｍａｘに対する平均電力Ｐ_ａｖｅの比であり、以下の式で定義される。
【０００５】
【数５】

また、Ｐ_ｍａｘ、Ｐ_ａｖｅは、それぞれ下記の式で表される。
【０００６】
【数６】

【０００７】
【数７】

ここで、ｓ〔ｎ〕はマルチキャリア信号の１シンボルを標本数ＮＬで標本化したときのｎ番目の標本値を示している。一方、電力増幅器の入力バックオフＩＢＯは、以下の式で与えられる。
【０００８】
【数８】

ここで、Ｐ_ｓａｔは電力増幅器が正しく増幅できる最大電力（飽和電力）を表している。
【０００９】
ここで、ＰＡＰＲ規範に基づいてマルチキャリア信号のＰＡＰＲを低減した場合を説明する。図９は、この場合を説明するための図である。同図（ａ）、（ｂ）は、ＰＡＰＲ低減部に入力されたマルチキャリア信号の電力の時間軸上での変動
例を示す図で、横軸に時間、縦軸に電力をとったものである。ＰＡＰＲ低減部は、一般にマルチキャリア伝送方式を適用した送信装置内に設けられ、ＰＡＰＲ規範に基づいてＰＡＰＲを低減する処理を行う。具体的には、ＰＡＰＲ低減部は、入力されたマルチキャリア信号のピーク電力部分（同図（ａ）の▲１▼参照）のみに着目してＰＡＰＲを低減する処理を実行し、マルチキャリア信号を出力する（同図（ｂ））。
【００１０】
ところで、ＰＡＰＲが入力バックオフを下回る場合は、入力信号の振幅が、電力増幅器が正しく増幅できる範囲内であるため、非線形ひずみの発生が抑えられ、自信号の通信品質の劣化と、帯域外への輻射の発生（他システムへの干渉）を抑えることが可能である。したがって、ＰＡＰＲの規範に基づいて、ＰＡＰＲを増幅器入力前に低減させる方法（ＰＡＰＲ低減法）が各種検討されている。
【００１１】
例えば、非特許文献〔１〕、〔２〕では、クリッピングとフィルタリングを組み合わせた方法として、マルチキャリア信号にオーバーサンプリングを適用した後、各サンプルに対して設定したしきい値でそのサンプルの振幅（電力）をカット（クリッピング）し、クリッピングにより生じる帯域外の輻射成分をフィルタにより除去する方法が示されている。
【００１２】
また、非特許文献〔３〕では、伝送される情報系列のパターンによって、マルチキャリア信号のＰＡＰＲの値が決まることに着目し、ＰＡＰＲが小さくなる情報系列のみを選択して送信する方法、いわゆる選択マッピング法（ＳＬＭ：Selective mapping）が示されている。さらに、選択して送信する情報系列の種類が限定されることを利用して、情報系列に誤り検出あるいは誤り訂正符号化を行い、受信部で対応する誤り検出あるいは誤り訂正復号を行って、通信品質を向上させる方法も示されている。
【００１３】
また、非特許文献〔４〕では、多数のサブキャリアを数本ずつのクラスタと呼ばれるブロックに分割し、ＰＡＰＲが低くなるように、各クラスタに多値化した位相を与える方法（部分系列伝送、ＰＴＳ：Partial Transmit Sequence）が示されている。
【００１４】
また、特許文献〔１〕では、マルチキャリア伝送装置において、マルチキャリア信号のピーク電圧発生部分のみを抑圧し、ピーク電圧発生部分のみが抑圧されたマルチキャリア信号全体を均等に抑圧する方法が提案されている。この方法によれば、ピーク電圧発生部分のみを抑圧する際におこるマルチキャリア信号の歪みに起因する誤り率特性の劣化を低減し、かつ、マルチキャリア信号を均等に抑圧する際に生ずる電力レベルの低下に起因する誤り率特性の劣化を低減することができる旨が示されている。
【００１５】
【非特許文献１】
L. J. Cimini and N. R. Sollenbeger, “Effects of clipping and filtering on the performance of OFDM”, IEEE Communications Letters, vol.2, pp.131-133, May. 1998
【００１６】
【非特許文献２】
H.Ochiai and H.Imai, “Performance Analysis of Deliberately Clipped OFDM Signals, ”IEEE Trans. Commun., vol.50. no.1, Jan.2002
【００１７】
【非特許文献３】
R. W. Bauml, R. F. H.Fischer and J. B. Huber,“Reducing peak-to-average power ratio of multicarrier modulation by Selective mapping,”Electron. Lett., vol.32, no.22, pp.2056-2057, Oct. 1996
【００１８】
【非特許文献４】
L. J. Cimini and N. R. Sollenbeger, “Peak-to-average power ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequence”, IEEE Communications Lett, vol.4, No.3, pp.86-88, Mar. 2000
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−７７０９７号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、移動通信システムにおける基地局装置、および携帯電話、携帯情報端末等の移動端末では、高い電力効率が要求されるため、入力バックオフの値が小さくなる。この場合、前述のＰＡＰＲ規範を用いて、マルチキャリア信号のＰＡＰＲのみを小さく抑えることは、電力増幅器による非線形ひずみの発生を抑えるのに必ずしも効果的であるとはいえない。なぜなら、一般には、電力増幅器の入力バックオフを超える送信信号の入力全てに対して非線形ひずみが発生するため、ＰＡＰＲ規範を適用して瞬時の最大ピーク電力を抑える方法だけでは、非線形ひずみの影響を十分に抑圧することができないからである。
【００２１】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、マルチキャリア信号を増幅する増幅手段において発生する非線形ひずみの影響をより小さく抑えることができる送信装置、増幅回路及び送信方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の一形態によれば、周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を送信する送信装置において、前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算する総和計算手段と、前記総和計算手段により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段により得られた計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑える歪み低減手段を備えることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の一形態によれば、前記送信装置において、
前記総和計算手段は、
【００２４】
【数９】

ＥＰ：信号電力超過規範
ＮＬ：マルチキャリア信号の１シンボル内の標本数
Ｓ〔ｎ〕：マルチキャリア信号を標本化したときのｎ番目の標本値
Ｐ_ａｖｅ：マルチキャリア信号の平均電力
Ｐ_ｔｈ：しきい値
Ｒ（ｘ）：
【００２５】
【数１０】

にしたがって総和となるＥＰを計算することを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の一形態によれば、前記送信装置において、
前記総和計算手段は、
【００２７】
【数１１】

ＴＰＡＰＲ：しきい値
【００２８】
【数１２】

にしたがって総和となるＥＰを計算することを特徴としている。
【００２９】
また、本発明の一形態によれば、前記送信装置において、前記しきい値は、外部からの制御情報に基づいて、変化させられることを特徴としている。
【００３０】
上記本発明によれば、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させる信号電力超過規範を用いることで、増幅手段で発生する非線形ひずみを低減することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の原理説明図である。本発明では、ＰＡＰＲに変わる新しい規範として、信号電力超過（ＥＰ：Exceeding Power）規範を用いる。まず、この信号電力超過規範（以下、ＥＰ規範と略記）について説明する。
【００３３】
本発明において、ＥＰ規範は、次式のように定義される。
【００３４】
【数１３】

ここで、ｓ〔ｎ〕はマルチキャリア信号の１シンボルを標本数ＮＬで標本化したときのｎ番目の標本値であり、Ｐ_ａｖｅは、マルチキャリア信号の平均電力であり、Ｐ_ｔｈは、任意に設定可能なしきい値電力である。また、Ｒ（ｘ）は次式のように定義される。
【００３５】
【数１４】

さらにＴＰＡＰＲ（Threshold Power to Average Power Ratio）は、次式のように定義される。
【００３６】
【数１５】

上記（５）式より、本発明で定められるＥＰ規範は、あらかじめ設定したしきい値電力に対する増幅器入力の平均電力比（ＴＰＡＰＲ）を越える送信信号の瞬時電力に対する平均電力比の総和を表している。すなわち、ＥＰ規範によって得られる値をできるだけ小さくすることで、設定したしきい値を超過する瞬時電力の総和を低減させることができ、従来のＰＡＰＲ低減法と比べてマルチキャリア信号の振幅変動を抑えることができる。
【００３７】
図１に戻り、上記ＥＰ規範は、例えば、マルチキャリア伝送方式を適用した送信装置内の振幅変動低減部２に計算可能な形、例えば、プログラム形式で実装される。同図（ａ）、（ｂ）は、振幅変動低減部２に入力されたマルチキャリア信号の電力の時間軸上での変動例を示す図で、横軸に時間、縦軸に電力をとったものである。
【００３８】
上記入力マルチキャリア信号は、振幅変動低減部２に入力された後、ＥＰ規範に基づく処理が行われる。具体的には、設定したしきい値を上回る信号電力の総和がＥＰ規範に基づいて求められ、この値ができるだけ小さくなるように処理（図１（ａ）の▲１▼参照）される。図１（ｂ）は、このようにして処理された出力マルチキャリア信号を示す図で、同図（ｂ）が示すように、マルチキャリア信号の振幅変動が全体的に低減される。
【００３９】
このように本実施形態では、ピーク電力だけでなく、設定したしきい値を越える信号電力ができるだけ小さくなるようＥＰ規範に基づいて処理されるので、処理後のＰＡＰＲは図９に比較して大きくなるものの、しきい値を越える信号電力が全体的に低減するため、電力増幅器による非線形ひずみを低減させることができる。
【００４０】
なお、ＥＰ規範で用いられる上記しきい値は、絶対的なしきい値の値をＰ_ｔｈとして与えてもよいし、Ｐ_ｔｈを平均電力で正規化したＴＰＡＰＲとしてもよい。ここでは、あらかじめ上記しきい値が設定されているものとして以下、説明を進める。
【００４１】
次に、上記ＥＰ規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置について説明する。図２は、この送信装置１を示すブロック図である。ここでは、当該送信装置１が電力増幅器の前に置かれるものとする。
【００４２】
同図において、この送信装置１は、チャネル符号化部１１と、ビットインタリーブ部１２と、データ変調部１３と、直並列変換部１４と、マルチキャリア信号変換部２０とから構成され、マルチキャリア信号変換部２０は、信号電力超過規範計算部（ＥＰ規範計算部）２１と、信号電力超過低減部２２とを備える。
【００４３】
送信する２値のデータ系列は、チャネル符号化部１１に入力され、誤り訂正符号を用いるためのチャネル符号化が施される。その後、ビットインタリーブ部１２で、データストリームの並び方をランダム化するインタリーブ処理が施され、データ変調部１３においてデータ変調マッピングが行われる。データ変調部１３から出力されたデータ変調シンボルの系列は、直並列変換部１４でシリアル・パラレル変換された後、マルチキャリア信号変換部２０の信号電力超過規範計算部２１に入力され、上記（５）式に従い、設定したしきい値を上回る信号電力の総和（ＥＰ）が求められ、その総和を最小にするマルチキャリア信号の振幅を計算する。信号電力超過低減部２２は、上記の計算結果に基づいて、マルチキャリア信号の振幅変動を抑える処理を行い、送信マルチキャリア信号として次段に出力する。
【００４４】
このように本実施形態では、マルチキャリア信号変換部２０は、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させるＥＰ規範を用い、しきい値を越える信号電力を計算する。そして、その信号電力が低減するように振幅変動を低減させる処理を行うため、電力増幅器による非線形ひずむの影響を総合的に小さくすることができる。
【００４５】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００４６】
Ｓ１では、マルチキャリア信号の振幅変動を低減するためのＥＰ最小化処理において初期値ｉを「１」に設定する。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ２では、マルチキャリア信号の振幅変動を低減するためｉ番目の処理、すなわち１番目の処理が適用される。Ｓ３において、マルチキャリア信号が生成されると、Ｓ４では、上記（１３）式に基づいて信号電力超過規範（ＥＰ）が計算される。
【００４７】
Ｓ５では、Ｓ４で計算されたＥＰの計算結果と、既に計算されたＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ４で計算されたＥＰの計算結果が、既に計算されたＥＰの計算結果より小さければ、その計算結果、および処理の内容を記憶する。
【００４８】
Ｓ６では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ９でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ７）してＳ２からの処理を繰り返す。一方、Ｓ６の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ９でＮＯ）されたときは、Ｓ８に移行し、ＥＰが最小となったマルチキャリア信号を送信する。
【００４９】
次に、本発明のＥＰを規範とし、実行法としてＳＬＭとＰＴＳを適用した場合の実施形態について説明する。
【００５０】
図４は、ＥＰ規範に基づいて、マルチキャリア信号の選択送信（ＳＬＭ）を行う場合の送信装置１の構成例を示す図である。
【００５１】
同図において、この送信装置１は、複数のインタリーバ３１_１〜３１_Ｎと、複数の直並列変換部４１_１〜４１_ｍと、複数のマルチキャリア信号生成部５１_１〜５１_ｋと、１つのマルチキャリア信号選択部６１とから構成される。
【００５２】
データ変調されたシンボル系列は、各直並列変換部４１_１〜４１_ｍで直並列変換された後、各マルチキャリア信号生成部５１_１〜５１_ｋでマルチキャリア信号に変換される。このとき、同一のデータ変調後のシンボル系列が、異なるＮ個のインタリーバに入力され、直並列変換後にマルチキャリア信号に変換される。ここで、インタリーバとは、シンボル系列の順序を入れ替える処理のことをいい、Ｎ個のインタリーバそれぞれで順序の入れ替え方法が異なる。すなわち、インタリーバを通ることで、シンボル系列が異なり、マルチキャリア信号生成部５１_１〜５１_ｋで生成されるマルチキャリア信号は、それぞれ振幅変動の異なる信号となる。マルチキャリア信号選択部６１は、上記のようにして生成されたＮ個のマルチキャリア信号のうち、ＥＰ規範に基づいて、しきい値を越える信号電力が最小となるマルチキャリア信号１つを選択し、送信を行う。
【００５３】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５４】
Ｓ１１では、データ変調シンボル系列が生成され、Ｓ１２では、適用するインタリーブパターンｉの初期値が「１」に設定される。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ１３では、１番目のインタリーブパターンが適用される。
【００５５】
Ｓ１３でのインタリーブ処理の後、Ｓ１４で直並列変換、マルチキャリア信号の生成が行われる。
【００５６】
Ｓ１５では、上記（１３）式に基づいてＥＰが計算され、Ｓ１６では、Ｓ１５で計算されたＥＰの計算結果と、（ｉ−１）番目までのインタリーブパターンのＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ１５で計算されたＥＰの計算結果が、（ｉ−１）番目までのインタリーブパターンを適用して計算したＥＰの計算結果より小さければ、そのインタリーブパターン、および生成されたマルチキャリア信号を記憶する。
【００５７】
Ｓ１７では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ１７でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ１８）してＳ１３からの処理を繰り返す。一方、Ｓ１７の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ１７でＮＯ）されたときは、Ｓ１９に移行し、記憶している最小のＥＰ規範を実現するインタリーブパターンのマルチキャリア信号を送信する。
【００５８】
続いて、このＥＰを規範とする実行法としてＳＬＭを適用した場合の実施形態の有効性を実証するために行った計算機シミュレーションの結果を示す。このシミュレーションでは、マルチキャリア通信としてＯＦＤＭ変調を適用し、位相系列としてランダム系列、非線形増幅器のモデルとして個体電力増幅器（ＳＳＰＡ：solid-state power amplifier）をモデル化したＲａｐｐモデルを適用した。
【００５９】
図６は、このシミュレーションの結果を示し、横軸は増幅器入力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂＩｎ／Ｎ０〔ｄＢ〕、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）を表している。同図において、“線形増幅器”は理想的な増幅器を用いたときの特性を、“クラスタ数”は、複数のサブキャリアをひとまとめにしたブロックの数を表している。また、増幅器のＩＢＯを０ｄＢとし、ＰＡＰＲ規範によるＳＬＭを“ＰＡＰＲ”（○、△で表す）、ＥＰ規範によるＳＬＭを“ＥＰ”（●、▲で表す）とし、比較のため、ＳＬＭを適用しなかった場合を“ＳＬＭ適用なし”（×で表す）とする。
【００６０】
同図からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０^−６において、ＰＡＰＲ規範、ＥＰ規範ともにＮｏｒｍａｌに比べて、系列数６４において２ｄＢ、系列数５１２において２．５ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００６１】
このように本発明のＥＰ規範によるＳＬＭによれば、従来のＰＡＰＲ規範と同様に、飽和電力値を通過する瞬時電力の総和が低減され、かつ非線形増幅器による誤り率特性の劣化が改善されていることがわかる。
【００６２】
なお、本実施形態では、受信側は送信側で使用されたインタリーバを知る必要があるが、以下の方法のいずれを適用すればよい。
【００６３】
例えば、どのインタリーバを用いたかを受信側に制御チャネル等を用いて通知する。あるいは受信側において送信側がどのインタリーバを用いたかを受信信号から検出する。
【００６４】
図７は、ＥＰ規範に基づいて、部分系列伝送（ＰＴＳ）を行う場合の送信装置１の構成例を示す図である。
【００６５】
同図において、この送信装置１は、直並列変換部７１と、複数の位相乗算部８１_１〜８１_Ｎと、位相計算部９１と、複数のマルチキャリア信号生成部１０１_１〜１０１_ｍと、合成部１０２とから構成される。
【００６６】
データ変調シンボル系列は、直並列変換部７１で直並列変換された後、クラスタと呼ばれるＮ個の系列に分割される。クラスタとは、サブキャリアを数本ずつ束ねることをいう。位相乗算部８１_１〜８１_Ｎは、各クラスタ（クラスタ数−１）に対して、独立した位相回転を与える。各クラスタに乗算される位相回転量は、位相計算部９１で計算され、ＥＰ規範に基づき振幅変動の大きさが低減するように決定される。
【００６７】
各マルチキャリア信号生成部１０１_１〜１０１_ｍは、対応するクラスタの信号を入力してマルチキャリア信号を生成し合成部１０２に出力する。合成部１０２では、各マルチキャリア信号生成部１０１_１〜１０１_ｍから出力されたマルチキャリア信号を合成し、送信を行う。
【００６８】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図８のフローチャートを用いて説明する。
【００６９】
Ｓ２１では、データ変調シンボル系列が生成され、Ｓ２２では、各クラスタに乗算する位相パターンの初期値ｉが「１」に設定される。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ２３では、１番目の位相パターンが適用される。
【００７０】
Ｓ２３で、各クラスタに１番目の位相パターンが適用されて乗算された後、Ｓ２４で直並列変換、マルチキャリア信号の生成が行われる。その後、Ｓ２５において、上記（１３）式に基づくＥＰが計算される。
【００７１】
Ｓ２６では、Ｓ２５で計算されたＥＰの計算結果と、（ｉ−１）番目までの乗算する位相パターンを適用して計算したＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ２５で計算されたＥＰの計算結果が、（ｉ−１）番目までの乗算する位相パターンを適用して計算したＥＰの計算結果より小さければ、その位相のパターン、および生成されたマルチキャリア信号を記憶する。
【００７２】
Ｓ２７では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ２７でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ２８）してＳ２３からの処理を繰り返す。一方、Ｓ２７の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ２７でＮＯ）されたときは、Ｓ２９に移行し、記憶している最小のＥＰ規範を実現する位相パターンのマルチキャリア信号を送信する。
【００７３】
続いて、このＥＰを規範とする実行法としてＰＴＳを適用した場合の実施形態の有効性を実証するために行った計算機シミュレーションの結果を示す。図９はＩＢＯに対する増幅器入力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂｉｎ／Ｎ０が１０ｄＢのときのＢＥＲ特性を示し、図１０はＩＢＯに対する増幅器出力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂｏｕｔ／Ｎ０が１０ｄＢのときのＢＥＲ特性を示す。
【００７４】
図９、図１０ともに横軸はＩＢＯ〔ｄＢ〕を表し、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）を表している。このシミュレーションでは、マルチキャリア伝送としてＯＦＤＭを適用し、位相決定法として計算量を抑えたフリッピング法を適用する。また、ＰＴＳにおけるクラスタ数を６４、１２８、５１２（クラスタ分割なし）
とし、位相回転の多値数を（０、π）の２値としている。また、ＰＡＰＲ規範によるＰＴＳを適用した場合を“ＰＡＰＲ”（○、□、◇で表す）、ＥＰ規範によるＰＴＳを適用した場合を“ＥＰ”（●、■、◆で表す）とし、比較のため、ＰＴＳ
を適用しなかった場合を“ＰＴＳ適用なし” （×で表す）とする。また、ＥＰ規範におけるＴＰＡＰＲをＩＢＯに等しく設定した、理想的な線形増幅器を用いた場合の特性を“線形増幅器”で示す。
【００７５】
同図からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０^−４において、クラスタ数５１２のＥＰ規範が、ＰＴＳ適用なしと比べて２ｄＢ、クラスタ数５１２のＰＡＰＲ規範と比べて１ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００７６】
一方、図１０のＢＥＲ特性（シミュレーションの際の各条件は、図９と同じである）からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０^−５において、クラスタ数５１２のＥＰ規範が、ＰＴＳ適用なしと比べて２．５ｄＢ、クラスタ数５１２のＰＡＰＲ規範と比べて１．５ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００７７】
このように本発明のＥＰ規範によるＰＴＳによれば、ＰＡＰＲ規範によるＰＴＳに比べ、同じクラスタ数、同じ計算量にて非線形ひずみの影響が低減され、かつＩＢＯの低い非線形増幅器において良好なＢＥＲ特性を実現できることがわかる。
【００７８】
これまで説明した上記実施形態では、ＥＰ規範で用いられる上記しきい値が、あらかじめ設定されている場合を示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように上記しきい値を外部からの制御情報に基づいて変化させるような態様であってもかまわない。図１１は、送信装置１内の電力増幅部２５からの制御情報に基づいてＥＰ規範に用いられるしきい値を変化させる場合の送信装置１の構成例を示す図である。図１１に示す送信装置１の構成と図２に示す送信装置の構成は、基本的に同一の構成をとる。したがって、その構成要素には同列（末尾が同一）の符号を付し、その説明は省略すると共に、図２に示す送信装置１との差異について説明する。
【００７９】
同図において、電力増幅部２５はＥＰ規範で用いられるしきい値を示す情報（制御情報）を制御信号として信号電力超過規範計算部２１に送り、信号電力超過規範計算部２１は、その制御信号からＥＰ規範で用いられるしきい値を示す情報を抽出し、受けとった上記しきい値の情報に基づいてＥＰ規範の計算を行い、計算結果を信号電力超過低減部２２に送出する。これ以降の動作は前述と同様に行われる。なお、上記電力増幅部２５で指定されるしきい値は、例えば、電力増幅器の使用条件や温度などに基づいて指定される。
【００８０】
また、外部からの情報は、非線形増幅器から温度などの増幅器の使用条件を、帰還ループによる補償信号を用いないプリディストータ（図示省略）から非線形特性制御信号として受けとってもよく、送信装置１内の非線形性歪低減処理に対応して、ＥＰ規範の閾値を求めてもよい。
【００８１】
このように本実施形態によれば、送信装置1は、外部からの情報に基づいて、ＥＰ規範の計算に用いられるしきい値を適応的に変化させることができる。すなわち、最適なしきい値を設定することにより、自信号のひずみ、帯域外への輻射成分を小さくすることができる。
【００８２】
また、図３のＳ６、図５のＳ１７、図８のＳ２７における繰り返しの判断は、例えば、ｉ≧すべてのマルチキャリア信号の組み合わせを条件として判断してもよい。その場合、全てのマルチキャリア信号に対してＥＰを計算した上で最もＥＰ規範が小さくなるマルチキャリア信号を送信するようになるので、しきい値を超える信号電力が最小となり、非線形ひずみの影響を総合的に小さくすることができる。
【００８３】
また、上記条件以外にもＥＰ（ｉ）≦ＥＰ規範しきい値を条件として判断することも可能である。この場合、ＥＰ規範のしきい値により非線形ひずみの影響を十分少なくすると共にマルチキャリア信号の全てのＥＰを求める前に決定することで、より処理を高速化することができる。
【００８４】
また、上記実施の形態の送信装置１を移動通信システムの移動端末に適用することが可能である。例えば、移動端末の送信部に上述した送信装置１を搭載すれば、基地局との間で上記実施の形態で説明したＥＰ規範に基づいて非線形ひずみを低減させてデータ送信を行うことができる。すなわち、本発明は、電力制限が厳しい移動端末等の送信機に特に有効である。なお、本実施形態の送信装置１を基地局の送信部に適用することも可能である。
【００８５】
さらに、送信装置１からマルチキャリア信号変換部２０を分離し、増幅回路内に組み込むことも可能である。その場合、増幅回路内の増幅段の前段にマルチキャリア信号変換部２０を組み込めばよい。これにより、マルチキャリア伝送方式における歪補償型の増幅回路を提供することができる。
【００８６】
上記実施例において、マルチキャリア信号変換部２０の信号電力超過規範計算部２１の機能が総和計算手段、振幅計算手段に対応し、信号電力超過低減部２２の機能が歪み低減手段に対応する。
【００８７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させる信号電力超過規範を用いることで、増幅手段による非線形ひずみを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の信号電力超過規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置の第１構成例を示す図である。
【図３】図２に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の信号電力超過規範に基づいてマルチキャリア信号の選択送信を行う場合の送信装置の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図６】ＥＰ規範に基づきＳＬＭを適用した場合のＢＥＲ特性を示す図である。
【図７】本発明の信号電力超過規範に基づいてマルチキャリア信号の部分系列伝送を行う場合の送信装置の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図９】ＥＰ規範に基づきＰＴＳを適用した場合のＩＢＯに対する増幅器入力側のＢＥＲ特性を示す図である。
【図１０】ＥＰ規範に基づきＰＴＳを適用した場合のＩＢＯに対する増幅器出力側のＢＥＲ特性を示す図である。
【図１１】本発明の信号電力超過規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置の第２構成例を示す図である。
【図１２】従来のＰＡＰＲ規範に基づいてマルチキャリア信号のＰＡＰＲを低減した場合の概念図である。
【符号の説明】
１送信装置
２振幅変動低減部
３ＰＡＰＲ低減部
１１チャネル符号化部
１２ビットインタリーブ部
１３データ変調部
１４、４１_１〜４１_ｍ、７１直並列変換部
２０マルチキャリア信号変換部
２１信号電力超過規範計算部
２２信号電力超過低減部
２５電力増幅部
３１_１〜３１_Ｎインタリーバ
５１_１〜５１_ｋ、１０１_１〜１０１_ｍマルチキャリア信号生成部
６１マルチキャリア信号選択部
８１_１〜８１_Ｎ位相乗算部
９１位相計算部
１０２合成部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission apparatus, an amplification circuit, and a transmission method for transmitting a multicarrier signal, and more particularly to a transmission apparatus, an amplification circuit, and a transmission method used for a base station apparatus, a mobile terminal, and the like of a mobile communication system.
[0002]
[Prior art]
Multicarrier transmission schemes such as orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) use multiple subcarriers to reduce the transmission rate per subcarrier, thereby improving the resistance to multipath interference in a multipath fading channel. It is a method. In the multicarrier transmission method, since a large number of subcarriers are transmitted at the same time, it is known that the amplitude of the transmission signal varies greatly due to the phase relationship of these subcarriers. When such a signal with large amplitude fluctuations is amplified, the nonlinear characteristic of the power amplifier becomes a big problem. In other words, the power amplifier has an upper limit on the amplitude of an input signal that can be amplified, and if a signal with an amplitude exceeding the upper limit is input, the signal is not amplified correctly and is greatly distorted (such a phenomenon). This is called “non-linear distortion”).
[0003]
Here, the ratio of the average power of the input signal to the maximum power that can be correctly amplified by the power amplifier is defined as input back-off (IBO) of the power amplifier. In general, in order to suppress the occurrence of nonlinear distortion in a power amplifier, it is necessary to set an input back-off large for an input signal. However, in the power amplifier, when the input back-off is set large, the power consumption of the power amplifier becomes very large, and the power efficiency is extremely reduced. On the contrary, if the input back-off is set to be small in the power amplifier, the power efficiency is improved, but the maximum amplitude value exceeds the upper limit of the amplitude of the input signal that can be amplified, and nonlinear distortion due to power amplification occurs. Therefore, in order to use a power amplifier with good power efficiency in the multicarrier transmission system, it is important to keep the amplitude fluctuation of the transmission signal low.
[0004]
Therefore, in the multicarrier transmission system, a method based on the norm of peak power to average power ratio (PAPR) has been proposed as a method for suppressing the magnitude of amplitude fluctuation to be low. PAPR is defined as the square value P of the maximum amplitude of a transmission signal. _max Average power P for _ave The ratio is defined by the following equation.
[0005]
[Equation 5]

P _max , P _ave Are each represented by the following formula.
[0006]
[Formula 6]

[0007]
[Expression 7]

Here, s [n] represents the nth sample value when one symbol of the multicarrier signal is sampled by the number of samples NL. On the other hand, the input back-off IBO of the power amplifier is given by the following equation.
[0008]
[Equation 8]

Where P _sat Represents the maximum power (saturated power) that the power amplifier can amplify correctly.
[0009]
Here, a case where the PAPR of the multicarrier signal is reduced based on the PAPR standard will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining this case. The same figure (a), (b) is the fluctuation on the time axis of the power of the multicarrier signal input to the PAPR reduction unit.
In the figure which shows an example, time is taken on the horizontal axis and electric power is taken on the vertical axis. The PAPR reduction unit is generally provided in a transmission apparatus to which a multicarrier transmission scheme is applied, and performs a process of reducing PAPR based on the PAPR standard. Specifically, the PAPR reduction unit performs a process of reducing PAPR by paying attention only to the peak power portion of the input multicarrier signal (see (1) in FIG. 1A), It outputs ((b) of the figure).
[0010]
By the way, when the PAPR falls below the input back-off, since the amplitude of the input signal is within a range where the power amplifier can correctly amplify, the occurrence of nonlinear distortion is suppressed, the communication quality of the own signal is deteriorated, and the signal goes out of band. Generation of radiation (interference with other systems) can be suppressed. Therefore, various methods (PAPR reduction methods) for reducing PAPR before amplifier input have been studied based on the PAPR norm.
[0011]
For example, in Non-Patent Documents [1] and [2], as a method of combining clipping and filtering, after applying oversampling to a multicarrier signal, the amplitude of the sample (with the threshold set for each sample ( A method of cutting (clipping) the power) and removing the out-of-band radiation component caused by the clipping with a filter is shown.
[0012]
Also, in Non-Patent Document [3], paying attention to the fact that the PAPR value of the multicarrier signal is determined by the pattern of the transmitted information sequence, a method for selecting and transmitting only the information sequence with a small PAPR, so-called selection A mapping method (SLM: Selective mapping) is shown. Further, utilizing the fact that the types of information sequences to be selected and transmitted are limited, error detection or error correction coding is performed on the information sequences, and corresponding error detection or error correction decoding is performed at the receiving unit, and communication is performed. It also shows how to improve quality.
[0013]
Further, in Non-Patent Document [4], a method of dividing a large number of subcarriers into blocks called several clusters and giving a multi-valued phase to each cluster so that PAPR is low (partial sequence transmission, PTS: Partial Transmit Sequence is shown.
[0014]
Patent Document [1] proposes a method of suppressing only the peak voltage generation portion of the multicarrier signal and uniformly suppressing the entire multicarrier signal in which only the peak voltage generation portion is suppressed in the multicarrier transmission apparatus. ing. According to this method, it is possible to reduce the deterioration of error rate characteristics due to distortion of the multicarrier signal that occurs when only the peak voltage generation portion is suppressed, and to reduce the power level generated when the multicarrier signal is suppressed evenly. It is shown that it is possible to reduce the deterioration of error rate characteristics due to the decrease.
[0015]
[Non-Patent Document 1]
LJ Cimini and NR Sollenbeger, “Effects of clipping and filtering on the performance of OFDM”, IEEE Communications Letters, vol.2, pp.131-133, May. 1998
[0016]
[Non-Patent Document 2]
H.Ochiai and H.Imai, “Performance Analysis of Deliberately Clipped OFDM Signals,” IEEE Trans. Commun., Vol.50. No.1, Jan.2002
[0017]
[Non-Patent Document 3]
RW Bauml, RFHFischer and JB Huber, “Reducing peak-to-average power ratio of multicarrier modulation by Selective mapping,” Electron. Lett., Vol.32, no.22, pp.2056-2057, Oct. 1996
[0018]
[Non-Patent Document 4]
LJ Cimini and NR Sollenbeger, “Peak-to-average power ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequence”, IEEE Communications Lett, vol.4, No.3, pp.86-88, Mar. 2000
[0019]
[Patent Document 1]
JP 2002-77097 A
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the base station apparatus in a mobile communication system and mobile terminals such as mobile phones and portable information terminals require high power efficiency, the input back-off value is small. In this case, it is not necessarily effective to suppress only the PAPR of the multicarrier signal to be small by using the above-mentioned PAPR standard to suppress the occurrence of nonlinear distortion by the power amplifier. Because, in general, nonlinear distortion occurs for all input signals exceeding the input back-off of the power amplifier, the method of suppressing the instantaneous maximum peak power by applying the PAPR standard only affects the nonlinear distortion. This is because it cannot be sufficiently suppressed.
[0021]
The present invention has been made in view of the problems as described above, and the problem is that a transmitter that can further suppress the influence of nonlinear distortion generated in an amplifying unit that amplifies a multicarrier signal, An amplifier circuit and a transmission method are provided.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention According to one form In a transmission apparatus that transmits a multicarrier signal by transmitting a plurality of carriers having different frequencies in parallel, the signal power of the multicarrier signal is compared with a preset threshold value, and the sum of the signal power exceeding the threshold value Based on the calculation result obtained by the amplitude calculation means, the amplitude calculation means for calculating the amplitude of the multicarrier signal so as to reduce the total obtained by the sum calculation means, Distortion reducing means for suppressing amplitude fluctuation of the multicarrier signal is provided.
[0023]
In addition, the present invention According to one form, In the transmitter,
The sum calculation means is:
[0024]
[Equation 9]

EP: signal power excess norm
NL: number of samples in one symbol of multicarrier signal
S [n]: n-th sample value when a multicarrier signal is sampled
P _ave : Average power of multicarrier signal
P _th : Threshold value
R (x):
[0025]
[Expression 10]

According to the above, the total EP is calculated.
[0026]
In addition, the present invention One form According to the transmission device,
The sum calculation means is:
[0027]
[Expression 11]

TPAPR: threshold value
[0028]
[Expression 12]

According to the above, the total EP is calculated.
[0029]
In addition, the present invention One form According to the present invention, the transmission device is characterized in that the threshold value is changed based on control information from the outside.
[0030]
According to the present invention, the nonlinear distortion generated in the amplification means can be reduced by using the signal power excess norm that operates so as to minimize the signal power exceeding the preset threshold.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention. In the present invention, a signal power excess (EP: Exceeding Power) standard is used as a new standard that replaces the PAPR. First, the signal power excess norm (hereinafter referred to as EP norm) will be described.
[0033]
In the present invention, the EP norm is defined as:
[0034]
[Formula 13]

Here, s [n] is the nth sample value when one symbol of the multicarrier signal is sampled by the number of samples NL, and P _ave Is the average power of the multicarrier signal and P _th Is a threshold power that can be arbitrarily set. R (x) is defined as the following equation.
[0035]
[Expression 14]

Further, TPAPR (Threshold Power to Average Power Ratio) is defined as follows.
[0036]
[Expression 15]

From the above equation (5), the EP norm defined in the present invention represents the sum of the average power ratio to the instantaneous power of the transmission signal that exceeds the average power ratio (TPAPR) of the amplifier input to the preset threshold power. . That is, by making the value obtained by the EP norm as small as possible, the sum of instantaneous power exceeding the set threshold can be reduced, and the amplitude variation of the multicarrier signal is suppressed compared to the conventional PAPR reduction method. be able to.
[0037]
Returning to FIG. 1, the EP norm is implemented in a form that can be calculated, for example, in a program form, in the amplitude fluctuation reducing unit 2 in the transmission apparatus to which the multicarrier transmission method is applied. (A), (b) is a figure which shows the example of a fluctuation | variation on the time-axis of the electric power of the multicarrier signal input into the amplitude fluctuation reduction part 2, and took the time on the horizontal axis and took the electric power on the vertical axis | shaft. Is.
[0038]
The input multicarrier signal is input to the amplitude fluctuation reducing unit 2 and then subjected to processing based on the EP standard. Specifically, the sum of the signal power exceeding the set threshold is obtained based on the EP norm, and processing is performed so that this value is as small as possible (see (1) in FIG. 1A). FIG. 1B shows the output multicarrier signal processed in this way. As shown in FIG. 1B, the amplitude fluctuation of the multicarrier signal is reduced as a whole.
[0039]
As described above, in the present embodiment, not only the peak power but also the signal power exceeding the set threshold value is processed based on the EP standard so that the processed PAPR is larger than that in FIG. However, since the signal power exceeding the threshold is reduced as a whole, nonlinear distortion due to the power amplifier can be reduced.
[0040]
Note that the threshold value used in the EP standard is the absolute threshold value P _th May be given as P _th May be TPAPR normalized by average power. Here, the description will be given below assuming that the threshold value is set in advance.
[0041]
Next, a multi-carrier transmission system transmission apparatus to which the above EP standard is applied will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the transmission apparatus 1. Here, it is assumed that the transmitter 1 is placed in front of the power amplifier.
[0042]
In the figure, the transmission apparatus 1 includes a channel encoding unit 11, a bit interleaving unit 12, a data modulation unit 13, a serial-parallel conversion unit 14, and a multicarrier signal conversion unit 20, and includes a multicarrier signal. The conversion unit 20 includes a signal power excess norm calculation unit (EP norm calculation unit) 21 and a signal power excess reduction unit 22.
[0043]
The binary data sequence to be transmitted is input to the channel coding unit 11 and subjected to channel coding for using an error correction code. Thereafter, the bit interleaving unit 12 performs an interleaving process for randomizing the arrangement of data streams, and the data modulation unit 13 performs data modulation mapping. The series of data modulation symbols output from the data modulation unit 13 is serial-parallel converted by the serial-parallel conversion unit 14, and then input to the signal power excess norm calculation unit 21 of the multicarrier signal conversion unit 20, and the above (5 ), The sum (EP) of signal power exceeding the set threshold value is obtained, and the amplitude of the multicarrier signal that minimizes the sum is calculated. Based on the above calculation result, the signal power excess reduction unit 22 performs a process of suppressing the amplitude variation of the multicarrier signal and outputs it to the next stage as a transmission multicarrier signal.
[0044]
As described above, in the present embodiment, the multicarrier signal conversion unit 20 calculates the signal power exceeding the threshold by using the EP norm that operates so as to make the signal power exceeding the preset threshold as small as possible. And since the process which reduces an amplitude fluctuation | variation is performed so that the signal power may reduce, the influence of the nonlinear distortion by a power amplifier can be made small comprehensively.
[0045]
Next, the operation of the transmission apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0046]
In S1, the initial value i is set to “1” in the EP minimization process for reducing the amplitude variation of the multicarrier signal. Here, since i = 1, in S2, the i-th process, that is, the first process is applied in order to reduce the amplitude fluctuation of the multicarrier signal. When a multicarrier signal is generated in S3, a signal power excess criterion (EP) is calculated in S4 based on the above equation (13).
[0047]
In S5, the calculation result of EP calculated in S4 is compared with the calculation result of EP already calculated. If the calculation result of EP calculated in S4 is smaller than the calculation result of EP already calculated, The calculation result and the contents of the process are stored.
[0048]
In S6, it is determined whether or not the above process is repeated. If it is determined that the process is repeated (YES in S9), the initial value i is incremented by +1 (S7), and the process from S2 is repeated. On the other hand, if it is determined in S6 that the above process is not to be repeated (NO in S9), the process proceeds to S8, and the multicarrier signal with the smallest EP is transmitted.
[0049]
Next, an embodiment in which SLM and PTS are applied as execution methods using the EP of the present invention as a standard will be described.
[0050]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the transmission apparatus 1 when performing selective transmission (SLM) of a multicarrier signal based on the EP standard.
[0051]
In the figure, the transmitter 1 includes a plurality of interleavers 31. ₁ ~ 31 _N And a plurality of serial-parallel converters 41 ₁ ~ 41 _m And a plurality of multicarrier signal generators 51 ₁ ~ 51 _k And one multicarrier signal selector 61.
[0052]
The data-modulated symbol sequence is converted into each series-parallel converter 41. ₁ ~ 41 _m After the serial-to-parallel conversion, each multicarrier signal generation unit 51 ₁ ~ 51 _k Is converted into a multi-carrier signal. At this time, the same data-modulated symbol sequence is input to N different interleavers, and is converted into a multicarrier signal after serial-parallel conversion. Here, the interleaver means a process of changing the order of the symbol series, and the order change method is different for each of the N interleavers. That is, the symbol sequence differs by passing through the interleaver, and the multicarrier signal generator 51 ₁ ~ 51 _k The multicarrier signals generated in (1) are signals having different amplitude fluctuations. The multicarrier signal selection unit 61 selects one multicarrier signal that minimizes the signal power exceeding the threshold, based on the EP norm, from among the N multicarrier signals generated as described above. , Send.
[0053]
Next, the operation of the transmission apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0054]
In S11, a data modulation symbol sequence is generated, and in S12, the initial value of the interleave pattern i to be applied is set to “1”. Here, since i = 1, in S13, the first interleave pattern is applied.
[0055]
After the interleaving process in S13, serial-parallel conversion and multicarrier signal generation are performed in S14.
[0056]
In S15, the EP is calculated based on the above equation (13). In S16, the calculation result of the EP calculated in S15 is compared with the calculation result of the EP of the (i-1) -th interleave pattern. If the calculation result of the EP calculated in S15 is smaller than the calculation result of the EP calculated by applying the (i-1) th interleave pattern, the interleave pattern and the generated multicarrier signal are stored.
[0057]
In S17, it is determined whether or not the above process is repeated. If it is determined that the process is repeated (YES in S17), the initial value i is incremented by +1 (S18), and the process from S13 is repeated. On the other hand, if it is determined in step S17 that the above processing is not repeated (NO in step S17), the process proceeds to step S19 to transmit a multicarrier signal having an interleave pattern that realizes the stored minimum EP standard. .
[0058]
Subsequently, a result of a computer simulation performed to verify the effectiveness of the embodiment when the SLM is applied as an execution method based on the EP will be described. In this simulation, OFDM modulation is applied as multicarrier communication, a random sequence is applied as a phase sequence, and a Rapp model in which a solid-state power amplifier (SSPA) is modeled as a model of a nonlinear amplifier.
[0059]
FIG. 6 shows the result of this simulation. The horizontal axis is EbIn / N0 [dB] obtained by normalizing the signal power per bit on the amplifier input side with the noise power density of the receiver, and the vertical axis is the bit error rate (BER). ). In the figure, “linear amplifier” represents the characteristics when an ideal amplifier is used, and “number of clusters” represents the number of blocks in which a plurality of subcarriers are grouped together. In addition, the IBO of the amplifier is set to 0 dB, the SLM based on the PAPR standard is “PAPR” (represented by ○ and Δ), the SLM based on the EP standard is represented by “EP” (represented by ● and ▲), and the SLM is applied for comparison. The case where there is no “SLM application” (represented by x).
[0060]
As can be seen from the figure, according to the present invention, BER = 10 ^-6 2 shows that both the PAPR norm and EP norm are superior in BER characteristics to 2 dB for the number of sequences 64 and 2.5 dB for the number of sequences 512 compared to the normal.
[0061]
As described above, according to the SLM according to the EP norm of the present invention, as in the conventional PAPR norm, the sum of the instantaneous power passing through the saturated power value is reduced, and the deterioration of the error rate characteristic due to the nonlinear amplifier is improved. I understand that.
[0062]
In this embodiment, the receiving side needs to know the interleaver used on the transmitting side, but any of the following methods may be applied.
[0063]
For example, which interleaver is used is notified to the receiving side using a control channel or the like. Alternatively, on the receiving side, the interleaver used by the transmitting side is detected from the received signal.
[0064]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the transmission apparatus 1 when performing partial sequence transmission (PTS) based on the EP norm.
[0065]
In the figure, the transmission apparatus 1 includes a serial / parallel converter 71 and a plurality of phase multipliers 81. ₁ ~ 81 _N A phase calculation unit 91 and a plurality of multicarrier signal generation units 101 ₁ ~ 101 _m And the combining unit 102.
[0066]
The data modulation symbol sequence is serial-parallel converted by the serial-parallel conversion unit 71 and then divided into N sequences called clusters. A cluster refers to bundling several subcarriers. Phase multiplier 81 ₁ ~ 81 _N Gives independent phase rotation for each cluster (number of clusters −1). The amount of phase rotation multiplied by each cluster is calculated by the phase calculation unit 91 and determined so as to reduce the magnitude of amplitude fluctuation based on the EP standard.
[0067]
Each multicarrier signal generation unit 101 ₁ ~ 101 _m Inputs a corresponding cluster signal, generates a multicarrier signal, and outputs the multicarrier signal to the combining unit 102. In the synthesis unit 102, each multicarrier signal generation unit 101 ₁ ~ 101 _m The multi-carrier signals output from are combined and transmitted.
[0068]
Next, the operation of the transmission apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0069]
In S21, a data modulation symbol sequence is generated, and in S22, the initial value i of the phase pattern to be multiplied by each cluster is set to “1”. Since i = 1 here, the first phase pattern is applied in S23.
[0070]
In S23, the first phase pattern is applied to each cluster and multiplied, and then in S24, serial-parallel conversion and multicarrier signal generation are performed. Thereafter, in S25, an EP based on the equation (13) is calculated.
[0071]
In S26, the calculation result of EP calculated in S25 is compared with the calculation result of EP calculated by applying the phase pattern to be multiplied to the (i-1) th, and the calculation result of EP calculated in S25 is compared. Is smaller than the calculation result of EP calculated by applying up to the (i-1) th phase pattern to be multiplied, the phase pattern and the generated multicarrier signal are stored.
[0072]
In S27, it is determined whether or not the above process is repeated. If it is determined that the process is repeated (YES in S27), the initial value i is incremented by +1 (S28), and the process from S23 is repeated. On the other hand, if it is determined in step S27 that the above processing is not repeated (NO in step S27), the process proceeds to step S29 and a multi-carrier signal having a phase pattern that realizes the minimum stored EP standard is transmitted. .
[0073]
Next, the results of a computer simulation performed to verify the effectiveness of the embodiment when PTS is applied as an execution method based on this EP will be shown. FIG. 9 shows the BER characteristic when Ebin / N0 is 10 dB obtained by normalizing the signal power per bit on the amplifier input side for IBO with the noise power density of the receiver, and FIG. 10 shows one bit on the amplifier output side for IBO. The BER characteristic when Ebout / N0 obtained by normalizing the per-signal power with the noise power density of the receiver is 10 dB is shown.
[0074]
9 and 10, the horizontal axis represents IBO [dB], and the vertical axis represents the bit error rate (BER). In this simulation, OFDM is applied as multicarrier transmission, and a flipping method with a reduced amount of calculation is applied as a phase determination method. The number of clusters in PTS is 64, 128, 512 (no cluster division)
And the multi-level number of phase rotation is a binary value of (0, π). In addition, when applying PTS according to the PAPR norm, “PAPR” (represented by ○, □, ◇), and when applying PTS according to the EP norm, “EP” (represented by ●, ■, ◆) for comparison. , PTS
Is not applied, “No PTS application” (represented by x). Further, a characteristic when an ideal linear amplifier in which TPAPR in the EP standard is set equal to IBO is indicated by “linear amplifier”.
[0075]
As can be seen from the figure, according to the present invention, BER = 10 ^-4 5, the EP norm with 512 clusters has 2 dB better than that without PTS and 1 dB better than the PAPR norm with 512 clusters.
[0076]
On the other hand, as can be seen from the BER characteristics in FIG. 10 (the conditions during the simulation are the same as those in FIG. 9), according to the present invention, BER = 10 ^-5 5, the EP norm with 512 clusters has a BER characteristic of 2.5 dB better than that without PTS application and 1.5 dB better than the PAPR norm with 512 clusters.
[0077]
As described above, according to the PTS according to the EP norm of the present invention, the influence of the nonlinear distortion is reduced with the same number of clusters and the same calculation amount as compared with the PTS according to the PAPR norm, and a good BER characteristic is obtained in a non-linear amplifier having a low IBO. It can be seen that it can be realized.
[0078]
In the embodiment described so far, the case where the threshold value used in the EP norm is set in advance is shown, but the present invention is not limited to such a mode. For example, as shown in FIG. 11, the threshold value may be changed based on control information from the outside. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the transmission device 1 in a case where the threshold value used in the EP standard is changed based on control information from the power amplification unit 25 in the transmission device 1. The configuration of the transmission device 1 shown in FIG. 11 and the configuration of the transmission device shown in FIG. 2 are basically the same. Therefore, the constituent elements are denoted by the same reference numerals (same end), description thereof is omitted, and differences from the transmission apparatus 1 shown in FIG. 2 will be described.
[0079]
In the figure, the power amplifying unit 25 sends information (control information) indicating a threshold value used in the EP standard as a control signal to the signal power excess norm calculating unit 21, and the signal power excess norm calculating unit 21 receives the control signal. The information indicating the threshold value used in the EP standard is extracted from the information, the EP standard is calculated based on the received threshold information, and the calculation result is sent to the signal power excess reduction unit 22. Subsequent operations are performed in the same manner as described above. Note that the threshold value specified by the power amplifier 25 is specified based on, for example, the use condition or temperature of the power amplifier.
[0080]
Information from the outside may be received as a nonlinear characteristic control signal from a predistorter (not shown) that does not use a compensation signal by a feedback loop, such as temperature from the nonlinear amplifier. The threshold value of the EP standard may be obtained in correspondence with the nonlinear distortion reduction process.
[0081]
As described above, according to the present embodiment, the transmission device 1 can adaptively change the threshold value used in the calculation of the EP norm based on information from the outside. That is, by setting an optimum threshold value, the distortion of the own signal and the radiation component outside the band can be reduced.
[0082]
Further, the determination of repetition in S6 of FIG. 3, S17 of FIG. 5, and S27 of FIG. 8 may be made on the condition that, for example, i ≧ all combinations of multicarrier signals. In this case, since the multicarrier signal having the smallest EP standard is calculated after calculating the EP for all the multicarrier signals, the signal power exceeding the threshold is minimized, and the influence of nonlinear distortion is reduced. The overall size can be reduced.
[0083]
In addition to the above conditions, it is also possible to determine EP (i) ≦ EP normative threshold as a condition. In this case, the influence of nonlinear distortion is sufficiently reduced by the threshold value of the EP standard, and the processing can be further speeded up by determining before obtaining all the EPs of the multicarrier signal.
[0084]
Moreover, it is possible to apply the transmission apparatus 1 of the said embodiment to the mobile terminal of a mobile communication system. For example, if the transmission device 1 described above is installed in the transmission unit of a mobile terminal, data transmission can be performed with a base station by reducing nonlinear distortion based on the EP norm described in the above embodiment. That is, the present invention is particularly effective for a transmitter such as a mobile terminal in which power limitation is severe. In addition, it is also possible to apply the transmission apparatus 1 of this embodiment to the transmission part of a base station.
[0085]
Furthermore, the multicarrier signal converter 20 can be separated from the transmitter 1 and incorporated in the amplifier circuit. In that case, the multicarrier signal conversion unit 20 may be incorporated before the amplification stage in the amplification circuit. Thereby, it is possible to provide a distortion compensation type amplifier circuit in the multicarrier transmission system.
[0086]
In the above embodiment, the function of the signal power excess norm calculation unit 21 of the multicarrier signal conversion unit 20 corresponds to the sum calculation means and the amplitude calculation means, and the function of the signal power excess reduction unit 22 corresponds to the distortion reduction means.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the non-linear distortion caused by the amplification means by using the signal power excess norm that operates so that the signal power exceeding the preset threshold value is as small as possible. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of a multicarrier transmission scheme transmission apparatus to which the signal power excess criterion of the present invention is applied;
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of the transmission apparatus 1 shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission apparatus when performing selective transmission of a multicarrier signal based on the signal power excess norm of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation of the transmission apparatus 1 shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing BER characteristics when an SLM is applied based on an EP standard.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission apparatus when performing partial sequence transmission of a multicarrier signal based on the signal power excess norm of the present invention.
8 is a flowchart showing an operation of the transmission apparatus 1 shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing BER characteristics on the amplifier input side with respect to IBO when PTS is applied based on the EP norm.
FIG. 10 is a diagram showing BER characteristics on the amplifier output side with respect to IBO when PTS is applied based on the EP norm.
FIG. 11 is a diagram illustrating a second configuration example of a multi-carrier transmission scheme transmission apparatus to which the signal power excess criterion of the present invention is applied.
FIG. 12 is a conceptual diagram when the PAPR of a multicarrier signal is reduced based on a conventional PAPR standard.
[Explanation of symbols]
1 Transmitter
2 Amplitude fluctuation reduction section
3 PAPR reduction section
11 channel encoder
12-bit interleave section
13 Data modulation section
14, 41 ₁ ~ 41 _m 71 Series-parallel converter
20 Multi-carrier signal converter
21 Signal power excess norm calculation part
22 Signal power excess reduction part
25 Power amplifier
31 ₁ ~ 31 _N Interleaver
51 ₁ ~ 51 _k , 101 ₁ ~ 101 _m Multi-carrier signal generator
61 Multicarrier signal selector
81 ₁ ~ 81 _N Phase multiplier
91 Phase calculator
102 Synthesizer

Claims

In a transmitter for transmitting a multicarrier signal by transmitting a plurality of carrier waves having different frequencies in parallel,
A sum calculating means for comparing the signal power of the multi-carrier signal with a preset threshold and calculating a sum EP of signal power exceeding the threshold;
Amplitude calculation means for calculating the amplitude of the multi-carrier signal so as to reduce the sum obtained by the sum calculation means;
Based on the calculation result obtained by the amplitude calculation means, comprising distortion reduction means for suppressing the amplitude fluctuation of the multicarrier signal,
The sum calculation means is:

NL: number of samples in one symbol of multicarrier signal
S [n]: n-th sample value when a multicarrier signal is sampled
P _ave : Average power of multicarrier signal
P _th : threshold value
R (x):

The sum total EP is calculated according to the following.

In a transmitter for transmitting a multicarrier signal by transmitting a plurality of carrier waves having different frequencies in parallel,
A sum calculating means for comparing the signal power of the multicarrier signal with a preset threshold value TPAPR and calculating a sum EP of signal power exceeding the threshold;
Amplitude calculation means for calculating the amplitude of the multi-carrier signal so as to reduce the sum obtained by the sum calculation means;
Based on the calculation result obtained by the amplitude calculation means, comprising distortion reduction means for suppressing the amplitude fluctuation of the multicarrier signal,
The sum calculation means is:

The sum total EP is calculated according to the following.

The transmission device according to claim 1 or 2,
The transmission apparatus according to claim 1, wherein the threshold value is changed based on control information from the outside.

In a transmission method for transmitting a multicarrier signal by transmitting a plurality of carrier waves having different frequencies in parallel,
Comparing the signal power of the multi-carrier signal with a preset threshold and calculating a total EP of signal power exceeding the threshold ;
Calculating the amplitude of the multicarrier signal so as to reduce the sum obtained by the calculation ;
Suppressing the amplitude variation of the multi-carrier signal based on the calculation result ;
And calculating the sum comprises

A total EP is calculated according to:

In a transmission method for transmitting a multicarrier signal by transmitting a plurality of carrier waves having different frequencies in parallel,
Comparing the signal power of the multi-carrier signal with a preset threshold value TPAPR and calculating a total EP of signal power exceeding the threshold value ;
Calculating the amplitude of the multicarrier signal so as to reduce the sum obtained by the calculation ;
Suppressing the amplitude variation of the multi-carrier signal based on the calculation result ;
And calculating the sum comprises

A total EP is calculated according to:

The transmission method according to claim 4 or 5,
The transmission method according to claim 1, wherein the threshold value is changed based on control information from the outside.