JP2003527780A - 適応型ｒｆ増幅器前置リミタ - Google Patents

適応型ｒｆ増幅器前置リミタ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 符号分割多元アクセス（CDMA）通信システムにおいて送信信号の過渡的ピーク値を低下させる。 【解決方法】 この発明はCDMA通信システムにおける送信信号の過渡的ピーク値を低下させる。複数のスペクトラム拡散ずみのデータ信号をそれらデータ信号の組合せに対応して変動する電力レベルを有する合成信号の形に合成する。その合成信号を送信用のRF信号の形に変調する。その合成信号の平均電力を選ばれた期間にわたって測定する。その電力測定値に少なくとも部分的に基づき電力レベル算出値に前記信号電力レベル合成値を適応的に制限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は概括的にはスペクトラム拡散符号分割多元接続（CDMA）通信システ
ムに関する。より詳細にいうと、この発明はCDMA通信システムの中の順方向リン
クおよび逆方向リンクの送信電力に適応型制限をかけるシステムおよび方法に関
する。
【０００２】
【従来技術の説明】
スペクトラム拡散変調技術を用いた無線通信システムはディジタル通信におけ
る最新技術であり普及が進んでいる。符号分割多元（CDMA）システムでは、デー
タを擬似ランダムチップ符号系列で変調することにより広い帯域幅（拡散スペク
トラム）を用いて伝送する。時分割多元接続（TDMA）や周波数分割多元接続（FD
MA）など他の多元接続手法を用いた通信システムよりも伝送チャネル内の信号歪
および干渉周波数に対する耐性の大きいことがCDMAシステムの利点である。
【０００３】 通信システムの性能の評価に用いられる一つの尺度が信号対雑音比（SNR）で
ある。受信機で所望の受信信号の大きさを受信雑音の大きさと比較する。高いSN
Rで受信した送信信号は受信機で容易に再生できる。低いSNRはデータ喪失の原因
となる。
【０００４】 従来技術のCDMA通信システムを図１に示す。この通信システムは公衆交換網（
PSTN）の市内交換機経由で互いに接続した複数の基地局20１、20２、・・・、20Ｎ
を含む。これら基地局20１、20２、・・・、20Ｎの各々はスペクトラム拡散CDMAを
用いてセルラー領域内の移動式および固定式の加入者局ユニット22１、22２、・・
・、22Ｎと交信する。
【０００５】 単純化したCDMA送信機24および受信機26を図２に示す。所定の帯域幅のデータ
信号を擬似ランダムチップ符号系列発生器からの拡散符号と混合してディジタル
スペクトラム拡散信号を発生し送信する。受信側では、データ送信に用いた擬似
ランダムチップ符号系列と同じ符号系列との間で相関をとってデータを再生する
。互いに異なる擬似ランダムチップ符号系列を用いることによって、多数のデー
タ信号またはサブチャネルが同じチャネル帯域幅を共用できる。より詳細に述べ
ると、基地局20１は同じ帯域幅を用いて一群の加入者局ユニット22１、22２、・・
・、22Ｎと交信できる。順方向リンク通信は基地局201から加入者局ユニット22１
、22２、・・・、22Ｎへの通信であり、逆方向リンク通信は加入者局ユニット22１
、22２、・・・、22Ｎから基地局201への通信である。
【０００６】 受信機26との間の同期確保のために非変調パイロット信号を用いる。このパイ
ロット信号によって各受信機26は特定の送信機24と同期をとり受信機26における
トラフィック信号の逆拡散を行うことが可能になる。通常のCDMAシステムでは、
基地局20１、20２、・・・、20Ｎの各々は特有のグローバルパイロット信号、すな
わち交信範囲内の全加入者局ユニット22１、22２、・・・、22Ｎが受信して順方向
リンク送信を同期させるグローバルパイロット信号を送信する。例えばB-CDMA無
線インタフェースなどのCDMAシステムでは、逆に加入者局ユニット22１、22２、
・・・、22Ｎの各々から特有のパイロット信号を送信して逆方向リンク送信を同期
させる。
【０００７】 図３は従来技術による送信機24の例である。トラフィック信号、パイロット信
号および保守信号を含むデータ信号28１、28２、・・・、28Ｎをそれぞれのミキサ3
0１、30２、・・・、30Ｎを用いて特有のチップ符号系列32１、32２、・・・、32Ｎで
それぞれスペクトラム拡散する。各ミキサの出力を合成器34に加え、それによっ
て個々のミキサ出力信号を合成信号44の形に加算する。合成信号44をミキサ36に
より図３のCOSωt、すなわち無線周波数（RF）搬送波と混合して無線周波数RFに
変調する。変調ずみの信号を増幅器38により所定の送信電力レベル（TLP）に増
幅してアンテナ40から放射する。
【０００８】 CDMAシステムはたいてい適応型電力制御を用いている。CDMAシステムでは多数
の信号が同一帯域幅を共用する。加入者局ユニット22１、22２、・・・、もしくは2
2Ｎまたは基地局20１、20２、・・・、もしくは20Ｎが特定の信号を受信していると
きは、同一帯域幅の中のその特定の信号以外の信号は特定の信号との関係では雑
音と同様のものになる。一つの信号の電力レベルを上げると、同一帯域幅の中の
それ以外のすべての信号を劣化させる。しかし、TLPを下げすぎると受信機26に
おけるSNRが低下する。最低送信電力レベルで所望のSNRを維持するために適応型
電力制御を用いる。
【０００９】 通常は送信機24は特定の受信機26に信号を送る。受信側でSNRを算定する。算
定したSNRを所望のSNR値と比較する。この比較に基づき、送信電力を上昇または
低下させて逆方向リンクで信号を送信機24に送る。この制御は順方向チャネル電
力制御として周知である。加入者局ユニット22から基地局20への送信電力の制御
は逆方向チャネル電力制御として周知である。
【００１０】 図３では適応型電力制御に増幅器64１、64２、・・・、64ｎを用いている。増幅
器64１、64２、・・・、64ｎを合成器34の入力に接続して各信号の電力レベルを個
々に制御する。
【００１１】 図4a、4b、4cおよび4dは三つのスペクトラム拡散信号42１、42２、42３および
合成出力信号44の単純化した図解である。信号42１、42２、42３は互いに異なる
擬似ランダムチップ符号系列でそれぞれスペクトラム拡散するが、これら信号42
１、42２、42３はチップ速度で同期している。上記系列の中の個々のチップを重
ね合わせると、その合成信号はチップエネルギー加算点では極端に大きい過渡成
分46、48を、チップエネルギー減算点ではごく小さい過渡成分47を含む。
【００１２】 高い過渡成分ピーク値は望ましくない。ピーク値３dB増加ごとに、基本増幅電
力ワット値２倍を要する。この過渡値は増幅器に負担をかけるだけでなく、増幅
器用の電源の容量を最大見込過渡値よりも大きくしなければならない。手持式の
電池駆動装置ではこの問題はとくに深刻である。また、大きい過渡値に伴う大容
量電源の設計のためにはより複雑な増幅回路が必要になり、増幅器利得、電池寿
命および通信接続時間を低下させる必要が生ずる。さらに、大きい過渡値により
、増幅器38の動作点がダイナミックレンジの非直線領域に及ぶことになり、帯域
外輻射の増加や増幅器の効率低下の原因となる。したがって、従来技術における
これらの問題に対処した適応型送信システムが求められている。
【００１３】
【発明の概要】
この発明はCDMA通信システムで送信した信号の過渡ピーク値を低下させる複数
のスペクトラム拡散データ信号をそれらデータ信号合成値対応の変動電力レベル
を有する合成信号の形に合成する。その合成信号をRF信号発生用に変調して送信
する。その合成信号の平均電力を被選択時間長にわたって測定する。この平均電
力測定値に一部基づいて算出した電力レベル計算値に上記合成信号電力レベルを
適応的に制限する。
【００１４】
【好ましい実施例の説明】
同じ構成部分には全体を通じて同じ参照数字を付けて示した図面を参照して好
ましい実施例を説明する。
【００１５】 図５および図６はこの発明の送信システムを示す。トラフィック信号、パイロ
ット信号および保守信号を含む一群のデータ信号28１、28２、・・・、28Ｎを互い
に異なるチップ符号系列32１、32２、・・・、32Ｎとそれぞれ混合し、コンバイナ3
4で加算して合成信号44を生ずる。コンバイナ34を可調整信号リミタ（クリッパ
）50に接続し、信号電力レベルを+βdBおよび-βdBの範囲に制限する。+βdBと-
βdBとの間の電力レベルは影響を受けない。振幅制限ずみの信号45をミキサ36で
RFに変調する。変換出力信号を増幅器38で所定の電力レベルまで増幅してアンテ
ナ40から放射する。
【００１６】 図７は上記合成信号の電力レベルの通常の確率分布関数を示す。図4dに示した
合成ずみのチップ46、47、48は関連の電力レベルを有する。特定の電力レベルを
有する特定の合成チップの確率は図７に示すとおりになる。二つの極端な電力レ
ベルが+Kおよび-Kで示してある。図７に示すとおり、電力レベル+Kまたは-Kの与
えられた合成チップの確率はごく低い。一方、これら二つの極端な値の中間の電
力レベルを有する与えられたチップの確率は高い。スペクトラム拡散信号は広い
送信帯域幅全体にわたって拡散され合成チップが分布領域端部で電力レベルを表
す確率は低いので、合成信号44をこれら両極端値以下でクリップしても損失はほ
とんどない。
【００１７】 この送信システムは、送信信号対雑音比（SNR）の低下をほとんど生ずること
なく信号過渡値を除去するようにクリッピングレベルβを調節する。図８は適応
型電力制御を用いていないシステムにおけるSNRとクリッピングレベルとの関係
を示すグラフである。実線、破線、点線は互いに異なる動作SNRの通信チャネル
を示す。図８に示すとおり、二つの標準偏差値のクリッピングレベルに設定した
βについてはSNRの減少は無視でき、一つの標準偏差値に設定したβについては
その減少は約0.2dBである。
【００１８】 図９は適応型電力制御つきのシステムについてSNR対クリッピングレベル特性
曲線を示す。この特性は適応型電力制御なしのシステムで得られた結果と同様で
ある。図９に示すとおり、二つの標準偏差値に設定したクリッピングレベルでは
SNRの減少は無視できる。したがって、クリッピング回路は適応型電力制御付き
のシステムにも適応型電力制御なしのシステムにも適用できる。
【００１９】 図５を再び参照すると、βの値の決定のためにこの発明は電力測定装置52およ
びプロセッサ54を用いる。電力測定装置52は図５に示すとおりRF増幅器38の出力
に接続するか、図６に示すとおりミキサ36に接続する。電力測定装置52で所定時
間長にわたる送信信号の大きさの二乗の平均値を算出するのが望ましい。好適な
電力測定装置52の出力は送信中の周波数ミキサ出力49または増幅器出力51の分散
の近似値となる。代わりに、電力測定装置52で信号49、51の絶対値の平均をとっ
て標準偏差近似値を算出するか、電力測定装置52で信号49、51の大きさを測定し
プロセッサで変動分または標準偏差値を算定することもできる。
【００２０】 電力測定装置52の出力をプロセッサ54に供給する。電力測定装置52を増幅器38
の出力に接続した場合は、プロセッサ54は増幅器38の利得の分だけ装置52の出力
をスケールダウンする。プロセッサ54はβについて適切なクリップリングレベル
を算出する。所望のSNRおよび帯域幅に応じて、βの値は標準偏差の倍数になる
。電力測定装置52が上記変動分の近似値を出力する場合は、プロセッサ54はその
装置52の出力の二乗根を標準偏差とする。好ましい実施例では、βは標準偏差の
２倍にする。
【００２１】 場合によってはプロセッサ54がβの算定値をオーバライドする。例えば、送信
機25が基地局20１、20２、・・・、20Ｎに用いられたものである場合は、ユーザ数
の大幅な増加によりβの設定値が一時的に低くなりすぎることがあり得る。その
ために受信信号SNRが所望値以下になる。必要に応じてβの値を変えるかクリッ
ピング回路50を一時的に機能抑止して全信号を変化なしに通過させるように基地
局20１、20２、・・・、20Ｎと交信中のユーザの数のデータを配線60経由でプロセ
ッサ54に供給する。
【００２２】 上述の確率分布関数は大きい標本数を前提にしているので、ユーザ数が小さい
場合は受信SNRが所望値を下回ることがあり得る。したがって、ごく少数のユー
ザが基地局201、202、・・・、20Nと交信している場合は、クリッピング回路50は機
能抑止してもよい。また、ごく少数のユーザだけが活性状態にある場合は増幅器
のダイナミックレンジに余裕がある。したがって、合成信号をクリップする必要
はない。それ以外の場合はクリッピング回路50をオーバライドする必要があろう
。例えば、初期電力立上げの期間中に短符号を用いるCDMAシステムもある。それ
ら短符号はランダム信号を近似するには短すぎるので、一つの符号でその信号内
に多数の高い過渡ピーク値が偶然に生ずることがあり得る。これら信号の送信で
クリッピングをかけると受信SNRが大幅に低下し初期電力立上げが不必要に遅れ
る。それらの場合は、クリッピング回路50をオーバライドするように配線62から
プロセッサ54に信号を供給する。
【００２３】 図10に示した代わりの実施例では、増幅器38の利得を制御するように配線58経
由でプロセッサ54から制御信号を供給する。プロセッサには増幅器利得特性を蓄
積しておく。増幅器の利得をこの増幅器が非直線動作領域に陥らないように制御
する。したがって、帯域外輻射も近接周波数帯域における交信への干渉も減らす
ことができる。
【００２４】 特定の実施例を詳細に参照してこの発明を上に説明してきたが、これら実施例
は説明のためのものであって限定のためのものではない。ここに開示した発明の
範囲を逸脱することなくこの発明の構成および実施の態様に多数の変形が可能で
あることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるCDMA通信システムの説明図。
【図２】従来技術によるCDMA送信機および受信機の説明図。
【図３】従来技術による送信機のシステムブロック図。
【図４】図４ａは第１の擬似ランダムチップ符号系列の説明図、図４ｂは第
２の擬似ランダムチップ符号系列の説明図、図４ｃは第３の擬似ランダムチップ
符号系列の説明図、図４ｄは図４ａ−図４ｃのチップ符号系列の合成出力の説明
図。
【図５】電力測定装置を増幅器に接続したこの発明の一つの実施例のシステ
ムブロック図。
【図６】電力測定装置を変調器に接続したこの発明のもう一つの実施例のシ
ステムブロック図。
【図７】合成信号の電力レベルの確率分布関数の説明図。
【図８】クリッピングレベルに対する受信信号対雑音比の低下のグラフ。
【図９】適応型電力制御を用いたCDMA通信システムにおけるクリッピングレ
ベルに対する受信信号対雑音比の低下のグラフ。
【図１０】プロセッサで増幅器利得を制御するこの発明のもう一つの実施例
のシステムブロック図。
【符号の説明】
20１・・・20Ｎ 基地局 22１・・・22Ｎ 加入者局ユニット 28１・・・28Ｎ データ信号 30１・・・30Ｎ、36 ミキサ 32１・・・32Ｎ チップ符号系列 34 合成器（コンバイナ） 64１・・・64Ｎ、38 増幅器 50 可調整信号リミタ（クリッパ） 52 電力測定装置 54 プロセッサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ， ＺＷ (72)発明者 キアナン，ブライアン アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08043 ヴォールヒース，レッド ストー ン リッジ 31 Ｆターム(参考） 5J030 CB03 CC11 5J100 JA01 LA00 QA01 SA01 5K022 EE11 EE22 5K060 BB08 FF00 HH09 HH14 LL01 PP05

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】CDMA通信システム用の送信機であって、 複数のスペクトラム拡散データ信号をデータ信号の組合せに対応して変動する
    電力レベルを有する合成信号の形に合成する手段と、 送信用のRF信号を生ずるように前記合成信号を変調する手段と、 前記合成信号の平均電力レベルを選ばれた期間にわたって測定する手段と、 前記合成信号の電力を前記測定した電力レベルに少なくとも部分的に基づく電
    力レベル算定値に適応的に制限する手段と を含む送信機。
  2. 【請求項２】前記測定する手段が前記選ばれた期間にわたって前記RF信号の
    平均電力を測定する請求項１記載の送信機。
  3. 【請求項３】前記RF信号を送信の前に増幅する増幅器をさらに含み、前記測
    定する手段が前記選ばれた期間にわたって増幅ずみの前記RF信号の平均電力を測
    定する請求項１記載の送信機。
  4. 【請求項４】前記測定する手段が前記合成信号の電力の分散を測定し、前記
    適応的に制限する手段が前記分散の近似値に部分的に基づく電力レベル算出値に
    前記合成信号の電力を制限する請求項１記載の送信機。
  5. 【請求項５】前記測定する手段が前記合成信号の電力の二乗の平均値を算定
    し、前記適応的に制限する手段が前記二乗の平均値に部分的に基づく電力レベル
    算出値に前記合成信号の電力を制限する請求項１記載の送信機。
  6. 【請求項６】前記測定する手段が前記合成信号の電力の絶対値の平均値を算
    定し、前記適応的に制限する手段が前記絶対値の平均値に部分的に基づき電力レ
    ベル算出値に前記合成信号の電力を制限する請求項１記載の送信機。
  7. 【請求項７】前記測定する手段が前記合成信号の電力の大きさを算定すると
    ともにその算定された大きさに基づき前記合成信号の電力の分散を算定する信号
    処理手段を有し、前記適応的に制限する手段が前記算定された分散に部分的に基
    づき前記算出ずみの電力レベルに前記合成信号の電力を制限する請求項１記載の
    送信機。
  8. 【請求項８】前記測定する手段が前記合成信号の電力の標準偏差を算定する
    信号処理手段を有し、前記適応的に制限する手段がその算定された標準偏差の値
    に部分的に基づく電力レベル算出値に前記合成信号の電力を制限する請求項１記
    載の送信機。
  9. 【請求項９】前記電力レベルの算出値が前記算定した標準偏差の二つの値で
    ある請求項８記載の送信機。
  10. 【請求項１０】前記電力レベルの算出値が前記標準偏差の算定値である請求
    項８記載の送信機。
  11. 【請求項１１】前記信号処理手段が活性状態にあるユーザの数に応答して前
    記適応的制限手段を機能抑止する請求項８記載の送信機。
  12. 【請求項１２】前記信号処理手段が短符号の送信の期間中に前記適応的制限
    手段を機能抑止する請求項８記載の送信機。
  13. 【請求項１３】前記RF信号を送信の前に増幅する増幅器と前記電力レベルの
    前記算出値を算定する信号処理手段とをさらに含み、前記増幅器の利得を前記電
    力レベルの前記算出値および前記増幅器の蓄積ずみの利得特性に応答して前記信
    号処理手段により調節する請求項８記載の送信機。
  14. 【請求項１４】CDMA通信システムにおける送信方法であって、 複数のスペクトラム拡散データ信号をデータ信号の組合せに対応して変動する
    電力レベルを有する合成信号の形に合成する過程と、 RF信号を生ずるように前記合成信号を変調する過程と、 前記合成信号の平均電力レベルを選ばれた期間にわたって測定する過程と、 前記合成信号の電力を前記測定した電力レベルに少なくとも部分的に基づく電
    力レベル算定値に適応的に制限する過程と、 前記RF信号を送信する過程と を含む送信方法。
  15. 【請求項１５】前記測定する過程が前記選ばれた期間にわたって前記RF信号
    の平均電力を測定する過程である請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記RF信号を送信の前に増幅する過程をさらに含み、前記測
    定する過程が前記選ばれた期間にわたって増幅ずみの前記RF信号の平均電力を測
    定する過程である請求項１４記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記電力レベル算出値が前記合成信号の分散に基づく請求項
    １４記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記電力レベル算出値が前記合成信号の標準偏差の値に基づ
    く請求項１４記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記電力レベル算出値が前記標準偏差の一つの値である請求
    項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記電力レベル算出値が前記標準偏差の二つの値である請求
    項１８記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記適応的に制限する過程を活性状態にあるユーザの数に応
    答して省略する請求項１４記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記適応的に制限する過程を短符号の送信に応答して省略す
    る請求項１４記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記RF信号を送信の前に所定の利得の増幅器で増幅する過程
    と 前記利得を前記電力レベルの前記算出値および前記増幅器の蓄積ずみの利得特
    性に応答して調節する過程と をさらに含む請求項１４記載の方法。
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