JP2003078503A - 平均化演算方法および平均電力演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非線形表示データと線形表示データとの
間で単位の変換を行い、かつ平均化演算を行う装置の小
型化、低消費電力化を実現すること。 【解決手段】 変換テーブル２０により非線形表示のデ
ータを線形表示のデータに変換した後、積分器４０で積
分する。ここで、平均化のための除算を２回に分け、前
半は、ビットシフト演算器７０による、２のべき乗を除
数とする除算を行う。次に、予め、残余の除数による除
算結果を考慮したデータが格納されている変換テーブル
５２を用いて、除算と単位の変換を一挙に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平均化演算方法お
よび平均電力演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】平均化演算は、データ処理において頻繁
に行われる処理である。平均化演算には除算が必須であ
る。除算は、通常、除算器（ハードウエア）により行わ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】平均化演算には除算が
必須であるが、除算の精度を厳密に保障しようとする
と、演算回路の規模が大きくなり、消費電力も増大す
る。

【０００４】例えば、ＣＤＭＡ通信の基地局装置は多数
の移動局（つまり、多数のチャネル）と同時に通信を行
うが、この際、チャンネル間の干渉を低減するために、
各チャネルの送信電力制御を行う。また、送信チャネル
全体を考慮した送信電力制御が必要な場合には、各チャ
ネルの送信電力を合算した送信電力の全体に対して、単
位時間当たりの平均電力値を求めるという処理が行われ
る。

【０００５】この場合、以下のような問題がある。電
力値は、通常ｄｂｍという単位が用いられる。例えば、
ＰｍＷ（ミリワット）をｄｂｍ表示すると、１０ｌｏｇ
₁₀（ＰｍＷ）となる。つまり、ｄｂｍを単位とする電力
値は、対数表示（非線形表示）であるのでデータを小さ
く圧縮することはできるが、平均化演算のような線形演
算をそのままの形で施すことはできない。Ｗ−ＣＤＭ
Ａ方式の基地局では、送信電力のダイナミックレンジが
８ｄｂｍ〜４３ｄｂｍと非常に広く、かつ、送信電力制
御で許容される誤差は、例えば、０．２５ｄｂｍ以下で
あり、非常に厳格な精度が要求される。各チャネルの単
位時間当たりの平均送信電力値を求めるときには、１フ
レーム期間に渡る積分と除算が必要となることもあり、
ゆえに、非常に大きな平均化処理回路が必要になる。よ
って、低消費電力化が困難であるという問題も生じる。

【０００６】本発明はこのような問題に着目してなされ
たものであり、その目的は、単位の換算（非線形／線形
の変換）および平均化演算を行う装置の小型化，低消費
電力化を達成することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、ルックアッ
プテーブルを用いて、積分後のデータの除算および単位
の変換（線形表示と非線形表示の間の変換）を一挙に行
わせて、装置構成を簡素化する。

【０００８】また、本発明の一つの態様では、除算を２
回に分割し、まず、ビットシフト演算で２のべき乗を除
数とする除算を行い、その後に、ルックアップテーブル
にアクセスして、残りの除算演算をした後の変換データ
を得る。

【０００９】ビットシフトによる演算は極めて簡単に行
うことができるので、装置の小型化に役立つ。また、大
きな除数（量子化スケール）で一挙に割り算してデータ
丸めを行うと演算精度が低下するが、除算を２回に分
け、まず前半で、「最適な除数」で割り算をすることで
精度を確保でき、かつ、変換テーブルのサイズも可能な
限り小さくすることができる。

【００１０】ここで、前半の除算における除数を大きく
して除算を行い、データを丸めてビット数を減少させれ
ば、除算自体の精度は低下するが、一方、後段のルック
アップテーブルの容量を減少させることができる。他
方、前半の除算の除数を小さくすれば、除算の精度は向
上するが、一方、データ量が多くなる分、後段のルック
アップテーブルの容量が増大する。したがって、必要な
精度を保つことのできる最小の除数（最適な除数）を選
択して、前半の除算を行う。

【００１１】また、本発明の他の態様では、ルックアッ
プテーブルを用いて行う除算の除数も２のべき乗とし、
このルックアップテーブルを用いて行う除算を、２以上
の処理で共用し、資源の有効利用を図る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１３】（実施の形態１）図１は、本発明の平均電
力演算装置の一例の構成を示すブロック図である。

【００１４】対数表示の電力値（ｄｂｍを単位とする電
力値を示すデータ）は、入力端子１０から平均電力演算
装置に与えられ、まず、対数／線形変換テーブル２０に
て、ｍＷ（ミリワット）単位の電力値に変換される。

【００１５】そして、積分器４０にて所定の個数だけ積
分した後、除算機能が予め付与されている線形／対数変
換テーブル５０にて除算と単位の変換とを一挙に行い、
対数表示の平均電力値（ｄｂｍ単位）が出力される。

【００１６】なお、図中、点線で囲まれる部分３０は、
平均化演算を行う部分（平均化演算手段）を示してい
る。

【００１７】このような構成により、除算演算は、ルッ
クアップテーブルによる単位変換の処理に吸収され、装
置の簡素化，低消費電力化を図ることができる。

【００１８】（実施の形態２）図２は、本発明の平均電
力演算装置の他の例の構成を示すブロック図である。

【００１９】実施の形態１では、除算を変換テーブル
（ルックアップテーブル）を用いて一挙に行っていた
が、本実施の形態では、変換テーブル（ルックアップテ
ーブル）５２にアクセスする前に、積分器４０の出力デ
ータ（ｎビット）のデータを右シフトすることにより２
のべき乗の除算を行う。

【００２０】その後、除算機能が予め付与されている変
換テーブル５２にアクセスし、除算と単位の変換（線形
／対数変換）を行う。

【００２１】図２では、平均電力を求めるためのトータ
ルの除数が２^a＋ｂで表わされる場合に、まず、ビット
操作で２^aの除算を行い、その後、ｂの除算を行う構成
となっている。

【００２２】本実施例の構成によると、図１の構成より
も、変換テーブル５２の容量を減らすことができる。

【００２３】また、図８に示すように、本発明を実施し
ない場合の構成（本発明との比較のために本発明者が考
えた構成である）の場合、除算器（ハードウエア）１０
３にて一挙に除算を行うため、データ丸め処理を行うと
大きな演算誤差（量子化誤差）が生じる。これに対し、
本実施例では、２回に分けて除算を行うため、１回目の
除算の除数は図８の場合の除数よりも小さくてすみ、図
８の場合よりも演算誤差（量子化誤差）を小さくするこ
とができる。

【００２４】なお、図２では、右ビットシフト演算器７
０の出力が、線形／対数変換テーブル５２に直接入力さ
れているが、実際には、図３で示すように、ビットシフ
ト演算の後に、丸め処理器８０によるデータ丸め（下位
ビット切り捨てなどの処理）を行った後、変換テーブル
５２にアクセスする。

【００２５】（実施の形態３）図４は、本発明の平均電
力演算装置の他の例のブロック図である。本実施の形態
の特徴は、対数／線形変換テーブル２０の出力データを
２系統に分岐し、一方の経路で平均電力を求める演算を
行い、他方の経路にて、最大電力値を正規化する処理を
行うようになし、各経路にて、実施の形態２で示した２
段階の除算を行うものである。

【００２６】ここで、注目するべきは、線形／対数変換
テーブル５４が、各経路の処理にか関して共通に使用さ
れていることである。

【００２７】積分器４０の積分値については、ビット操
作による２^cを除数とする除算と、除算機能を付与され
た線形／対数変換テーブル５４による、２^eを除数とす
る除算が行われる。

【００２８】一方、最大値検出器１００により検出され
た最大値は、右ビットシフト演算器１２０による２^dを
除数とする除算を行い、続いて、除算機能を付与された
線形／対数変換テーブル５４による、２^eを除数とする
除算が行われる。

【００２９】積分値と最大値のどちらを選択するかは、
セレクタ９０により選択される。

【００３０】本実施の形態では、変換テーブル５４を兼
用しているため、装置の小型化を図ることができる。

【００３１】（実施の形態４）図５は、本発明の平均電
力演算装置を使用したＣＤＭＡ通信の基地局装置の構成
を示すブロック図である。

【００３２】図示されるように、拡散変調部ＤＡ（図５
の右側に点線で囲んで示される部分）は、チャネル毎の
変調器１０１〜１０３を有する。各変調器１０１〜１０
３はそれぞれ、拡散部（１０７，１１０，１１３））
と、拡散符号生成部（１０６，１０９，１１２）と、電
力調整用の重み係数Ｗ（１）〜Ｗ（ｍ）を乗算する乗算
器（１０８，１１１，１１４）を有する。

【００３３】拡散変調部ＤＡから出力される送信信号
は、加算部（多重部）１０４で多重され、正規化部１１
５で正規化され、帯域制限フィルタ１１６，Ｄ／Ａ変換
部１１７を経由して変調部１１８に入力され、変調され
る。変調信号は、可変利得送信アンプ１１９で増幅さ
れ、乗算器１２０，分波部１２１，方向性結合部２４８
を経由してアンテナ２４６から送信される。

【００３４】正規化部１１５による送信信号の正規化
は、変調部１１８のダイナミックレンジが狭いため、こ
のダイナミックレンジに送信信号全体の電力が収まるよ
うにする処理である。

【００３５】正規化は、各チャネルの送信信号全体の電
力に対して行う必要があるため、加算部１２４で各チャ
ネルの重み係数を合計して送信信号全体のパワーを測定
している。

【００３６】可変利得送信アンプ１１９のゲインは、加
算部１２４から出力される送信パワーと検出部１２２に
より検出された実際の送信出力とを比較部１２３で比較
して得られる差分信号により制御される。なお、各部の
動作タイミングは、タイミング発生部１２５により制御
される。

【００３７】一方、拡散変調部ＤＡの各チャネルに設定
される重み係数の値は、例えば、移動局から送られてく
るＴＰＣ信号に基づき、ダイナミックに変更される。

【００３８】つまり、アンテナ２４６で受信された信号
は、受信アンプ２５０で増幅され、レイク合成部２５２
で合成され、チャネル復号器２５４で復号されると共
に、ＴＰＣゲイン計算部２５６にて移動局からの要求レ
ベルが測定され、これに基づいて重み係数演算部２５８
により重み係数Ｗ（１）〜Ｗ（３）が算出される。

【００３９】図６，図７に、図６に示される加算部１０
４（および検出部１２２）の内部構成の例が示される。
図示されるように、加算部１０４には、平均化回路３０
５（図６）や最大値検出回路５０６（図７）が設けられ
る。

【００４０】前掲の実施の形態で示した平均電力演算装
置は、図６の平均化回路３０５の内部に設けられるもの
であり、図４の例のように、平均化回路と最大値検出回
路を並列に設けることも可能である。

【００４１】ＣＤＭＡ通信の基地局の場合、送信電力の
ダイナミックレンジが広く、かつ、平均をとる期間が１
フレーム期間と長く、さらに、厳格な送信制御の精度が
求められ、加えて、厳しい小型化，低消費電力性が求め
られる。よって、適正な演算精度を維持しつつ、小型
化，低消費電力化を行える本発明の平均電力演算装置の
果たす役割は大きい。

【００４２】以上の説明では、電力の平均化について説
明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、
非線形データと線形データとの間の変換と、平均化演算
を伴う処理に幅広く利用できるものである。

【００４３】本発明の平均化演算方法の主要な手順を示
すと図９のようになる。すなわち、まず、非線形表示の
データを、変換テーブルにより線形表示のデータに変換
する（ステップ５００）。次に、所定個のデータを積分
する（ステップ５０１）。次に、ビット操作による２の
べき乗を除数とする第１の除算を行い、データ丸めを行
い、ビット数を揃える（ステップ５０２）。次に、実質
的な除算機能を付与された変換テーブルにアクセスし、
第２の除算演算を行い、線形表示のデータから非線形表
示のデータに変換したのと等価なデータを出力させる
（ステップ５０３）。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
除算と単位の変換を変換テーブル１つで実現することが
できる。また、演算誤差（量子化誤差）の精度が保証で
きる最小限のビットを残し、変換テーブル入力前に、平
均処理向けに除算するべき平均する数の、一部にあたる
２のべき乗分の除算を行う（これは下位ビットの切り捨
てとビットの丸め処理によって実現できる）ことによ
り、変換テーブルの入力値の大きさを判定するデコーダ
の判定値を最小限にとどめることができ、回路規模の削
減、及び低消費電力化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平均電力演算装置の要部構成の一例を
示すブロック図

【図２】本発明の平均電力演算装置の要部構成の他の例
を示すブロック図

【図３】本発明の平均電力演算装置の要部構成の具体例
を示すブロック図

【図４】本発明の平均電力演算装置の要部構成の、さら
に他の例を示すブロック図

【図５】ＣＤＭＡ通信の基地局装置の構成を示すブロッ
ク図

【図６】ＣＤＭＡ通信の基地局の一部（加算部および検
出部）の具体的構成の一例を示すブロック図

【図７】ＣＤＭＡ通信の基地局の一部（加算部および検
出部）の具体的構成の他の例を示すブロック図

【図８】比較例（本発明の平均電力演算装置を用いない
装置）の構成例を示すブロック図

【図９】本発明の平均化演算方法の主要な手順を示すフ
ロー図

【符号の説明】

１０ 対数表示（非線形表示）電力値の入力端子 ２０ 対数／線形変換テーブル ３０ 実質的に平均化演算を行う部分（平均化演算手
段） ４０ 積分器 ５０，５２，５４ 線形／対数変換テーブル ６０ 対数表示（非線形表示）平均電力値出力端子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の変換テーブルを用いて非線形表示
   のデータを線形表示のデータに変換し、所定の回数だけ
   積分し、その積分結果を利用して第２の変換テーブルに
   アクセスし、これにより、前記積分結果に除算処理を施
   して平均化し、平均化された線形表示のデータを非線形
   表示のデータに変換したのと等価な記憶データを前記第
   ２の変換テーブルから出力させることを特徴とする平均
   化演算方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 平均化のために除算を行う際の除数が２ⁿ＋ｍ（ｎ，ｍ
   は０以上の整数）で表され、かつ、前記所定の回数の積
   分によって得られた積分値に対して、まず、ビット操作
   による前記２ⁿを除数とする除算を実行し、その除算後
   のデータにより前記第２の変換テーブルにアクセスし、
   これにより、除数ｍによる除算により平均化を行い、平
   均化された線形表示のデータを非線形表示のデータに変
   換したのと等価な記憶データを前記第２の変換テーブル
   から出力させることを特徴とする平均化演算方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、 平均化のために除算を行う際の除数が２^j・２^k（ｊ，ｋ
   は０以上の整数）で表され、かつ、前記所定の回数の積
   分によって得られた積分値に対して、まず、ビット操作
   による前記２^jを除数とする除算を実行し、その除算後
   のデータにより前記第２の変換テーブルにアクセスし、
   これにより、除数２^kによる除算により平均化を行い、
   平均化された線形表示のデータを非線形表示のデータに
   変換したのと等価な記憶データを前記第２の変換テーブ
   ルから出力させることを特徴とする平均化演算方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記第１の変換テーブルから出力される線形データに対
   して前記所定の回数の積分を行う経路と並列に、他のデ
   ータ処理を行う他の経路を設け、この他の経路中で、ビ
   ット操作による２^z（ｚは０以上の整数）を除数とする
   除算を行い、この除算後のデータにより前記第２の変換
   テーブルにアクセスするようになし、前記第２の変換テ
   ーブルを、前記積分を行う経路および前記他の経路の双
   方において共用することを特徴とする平均化演算方法。
5. 【請求項５】 複数の電力値の平均値を求める平均電力
   演算装置であって、 入力される非線形電力値を線形電力値に変換する第１の
   変換テーブルと、 この第１の変換テーブルから出力される線形電力値を所
   定の数だけ加算する積分器と、 この積分器の出力データを受け、前記所定の数を除数と
   する除算処理および線形電力値から非線形電力値への変
   換を行ったのと等価な記憶データを出力する第２の変換
   テーブルと、を有することを特徴とする平均電力演算装
   置。
6. 【請求項６】 複数の電力値の平均値を求める平均電力
   演算装置であって、 入力される非線形電力値を線形電力値に変換する第１の
   変換テーブルと、 この第１の変換テーブルから出力される線形電力値を、
   ２の倍数と０以上の整数との和で表現される所定の数だ
   け加算する積分器と、 この積分器から出力されるデータに対して、ビット操作
   によって前記２の倍数を除数とする除算演算を行う除算
   演算器と、 この除算演算器の出力データを受け、前記０以上の整数
   による除算処理および線形電力値から非線形電力値への
   変換を行ったのと等価な記憶データを出力する第２の変
   換テーブルと、を有することを特徴とする平均電力演算
   装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記０以上の整数が、２の倍数で表わされることを特徴
   とする平均電力演算装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記第１の変換テーブルから出力される線形電力値に対
   して前記積分器による積分を行う経路と並列に、最大値
   を検出する処理を行う他の経路を設け、この他の経路中
   で、検出された最大値に対してビット操作による２
   ^z（ｚは０以上の整数）を除数とする除算を行い、この
   除算後のデータにより前記第２の変換テーブルにアクセ
   スするようになし、前記第２の変換テーブルを、前記積
   分器を経由する経路および前記他の経路の双方において
   共用することを特徴とする平均電力演算装置。