JP2004032450A

JP2004032450A - マルチキャリア送信装置及びその電力クリッピング方式

Info

Publication number: JP2004032450A
Application number: JP2002186953A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yatagai; 谷田貝　徹矢
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】複数チャネルの入力信号を共通増幅する際に、送信増幅器で発生する歪を予め抑え、その効率を改善することができる電力クリッピング方式を提供する。
【解決手段】周波数変換部１００−１〜Ｎは、複数チャネルの入力信号ＴＸＢＢ１〜ＴＸＢＢ１Ｎをクリッピング制御部２００から出力された補正係数に従って電力制限したのち帯域制限するとともに周波数変換する。クリッピング制御部２００は、入力信号である複素表現のベースバンド信号を合成してピーク電力を求め、予め設定された電力しきい値と比較して算出した補正係数を出力する。送信増幅部３００は、周波数変換部１００−１〜Ｎ出力を合成して規定の電力まで増幅した送信信号（ＴＸ　ＲＦ）を出力する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式に関し、特にＷＣＤＭＡ方式の無線通信システム等でピークファクターの大きい送信信号を扱う場合に最適なマルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ　Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）方式等のディジタル無線通信にあっては、複数チャネルのデータを多重化することから、ピークファクターの大きな信号を扱うこととなり、送信増幅器の高効率化が欠かせなくなっている。
【０００３】
しかしながら、送信増幅器の高効率化を図るために、種々の歪補償方式や電力制限方式が提案されてきたが、マルチキャリアを扱う場合には、送信装置の規模が非常に大きなものとなり、消費電力も非常に大きくなってしまう。
【０００４】
また、送信増幅器自身の能力を上げることなく、高効率で送信増幅器を動作させる技術としてクリッピング方式が従来より用いられてきたが、個々のキャリアに対して電力制限の処理を行っていたために、複数キャリアを共通増幅すると信号合成後のピークファクターが高くなり、送信増幅器の効率が上がらないという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のマルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式は、個々のキャリアに対してクリッピング処理を行っていたために、複数キャリアを共通増幅する場合に、信号合成後のピークファクターが高くなってしまい、送信増幅器の効率が上がらないという欠点がある。
【０００６】
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去するため、入力された複数の複素表現のベースバンド信号をベースバンド周波数帯で周波数シフトして多重化し、電力合成後に現れるピーク値を検出し、これをクリップすることにより、無線周波数（ＲＦ）帯で信号合成後に現れるピーク値を予め押え込み、送信増幅器の負荷を軽減し、効率を改善するマルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチキャリア送信装置は、複数チャネルの入力信号を帯域制限したのち周波数変換し、合成および増幅して送信するマルチキャリア送信装置であって、前記帯域制限する前に、合成後の信号に現れるピーク電力を検出し、予め設定された電力しきい値を超えるときに前記電力しきい値以下とする補正係数に基づいて各チャネル毎に入力信号の電力を制限する電力制限手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、前記電力制限手段は、前記入力信号を所定の周波数間隔にシフトする手段と、周波数シフトして多重化された信号を合成してピーク電力を検出する手段と、前記ピーク電力の値を前記電力しきい値と比較判定し、判定結果に基づく前記補正係数を出力する手段と、前記補正係数により振幅制限する手段と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、前記入力信号は、複素表現のベースバンド信号であることを特徴としている。
【００１０】
また、前記シフトする手段は、複数チャネル毎に周波数オフセット値を入力してシフト周波数信号の位相情報を生成し、前記位相情報をアドレスとして生成した正弦波および余弦波信号を用いて、前記複素表現のベースバンド信号を周波数変換することを特徴としている。
【００１１】
また、前記ピーク電力を検出する手段は、前記周波数シフトされたベースバンド信号を周波数多重して、Ｉ成分およびＱ成分のそれぞれの電力を求め、さらに合成後の信号に現れる前記ピーク電力を検出することを特徴としている。
【００１２】
また、前記補正係数を出力する手段は、前記ピーク電力と予め設定された前記電力しきい値とを比較し、前記ピーク電力の値が前記電力しきい値以下となるような係数を前記補正係数として出力し、前記ピーク電力の値が前記電力しきい値以下の場合には前記入力信号をそのままとする係数を前記補正係数として出力することを特徴としている。
【００１３】
また、前記振幅制限する手段は、前記複数チャネルの入力信号のそれぞれに前記補正係数を乗算することによって電力制限を行うことを特徴としている。
【００１４】
また、マルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式は、複数チャネルの入力信号を帯域制限したのち周波数変換し、合成および増幅して送信するマルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式であって、前記帯域制限する前に、合成後の信号に現れるピーク電力を検出し、予め設定された電力しきい値を超えるときに、前記ピーク電力の値が前記電力しきい値以下となるよう算出した補正係数に基づいて各チャネル毎に電力制限が行われることを特徴としている。
【００１５】
また、前記ピーク電力の検出は、前記入力信号である複素表現のベースバンド信号を所定の周波数間隔に周波数シフトし、ベースバンド周波数帯でＩ成分およびＱ成分のそれぞれに周波数多重した信号をもとに、電力算出することにより行われることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のマルチキャリア送信装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示す本実施の形態は、複数チャネルの入力信号を電力制限したのち帯域制限するとともに周波数変換する周波数変換部１００−１〜Ｎと、入力信号である複素表現のベースバンド信号を合成してピーク電力を求め、予め設定された電力しきい値と比較して算出した補正係数を出力するクリッピング制御部２００と、周波数変換部１００−１〜Ｎ出力を合成して増幅した送信信号を出力する送信増幅部３００とより構成されている。
【００１８】
次に、本実施の形態のマルチキャリア送信装置の動作を図１、図２および図３を参照して詳細に説明する。図２は、図１に示す周波数変換部の周波数シフトに係わる部分の構成例を示すブロック図である。図３は、図１に示すクリッピング制御部の構成例を示すブロック図である。
【００１９】
まず、周波数変換部１００−１〜Ｎは、ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ１１０と、Ｌｏ　Ｇｅｎ１２０と、乗算器１３０と、クリッピング制御部２００からの信号に従いクリッピングを行う乗算器１４０と、帯域制限するＦＩＲ　ＦＩＬ−Ｂ１５０と、アナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ１６０と、折り返し雑音を除去するＬＰＦ（ＬＯＷ　ＰＡＳＳ　ＦＩＬＴＥＲ）１７０と、無線周波数（ＲＦ）帯に周波数変換する乗算器１８０と、乗算器１８０に局部発振信号を供給するローカル発振器１９０とより構成されている。また、周波数変換部１００−１〜Ｎは、同一ブロック構成および機能を有しているので、以下の説明では、特に断らない限り周波数変換部１００とし、添え数字を省略する。
【００２０】
周波数変換部１００のＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ１１０は、図２に示すように、Ｉ／Ｑベースバンド信号に対応したＴＸ　ＦＩＬ（Ｉ−ＣＨ）１１１およびＴＸ　ＦＩＬ（Ｑ−ＣＨ）１１２より構成され、Ｉ／Ｑ２列である複素表現のベースバンド信号ＴＸＢＢ（Ｉ−ＣＨ）、ＴＸＢＢ（Ｑ−ＣＨ）をそれぞれ入力し、メインローブの劣化を最小限とする周波数特性を備えてメインローブ外の信号を抑制し、乗算器１３０と乗算器１４０とへ出力する。
【００２１】
Ｌｏ　Ｇｅｎ（ローカル信号生成回路）１２０は、図２に示すように、周波数オフセット値Δｆを入力とし、Ｆ／Ｆ（フリップフロップ）１２２出力の前回の値を加算しローカル信号を生成するための位相情報を出力する加算回路１２１と、加算回路１２１からの出力をアドレスとして動作するＳＩＮ　ＧＥＮ（正弦波発生器）１２３およびＣＯＳ　ＧＥＮ（余弦波発生器）１２４とより構成され、正弦波および余弦波、すなわち複素ローカル信号を発生して乗算器１３０へ出力する。
【００２２】
乗算器１３０は、ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ１１０からの帯域制限された信号を、Ｌｏ　Ｇｅｎ１２０からの複素ローカル信号により周波数変換した信号を出力する。
【００２３】
乗算器１４０は、ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ１１０出力をクリッピング制御部から出力された補正係数に従ってクリッピングを行う。
【００２４】
続いて、乗算器１４０の出力信号は、ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ｂ１５０により帯域制限され、Ｄ／Ａ変換器１６０によりアナログ信号に変換され、乗算器１８０によりＲＦ周波数に変換される。
【００２５】
次に、送信増幅部３００は、合成回路３１０、増幅回路３２０とより構成され、周波数変換部１００−１〜Ｎから出力された各信号を合成し、規定の電力まで増幅した送信信号（ＴＸ　ＲＦ）を出力する。
【００２６】
また、クリッピング制御部２００は、総合電力算出回路２１０、比較回路２２０、除算回路２３０および選択回路２４０とより構成されている。
【００２７】
クリッピング制御部２００の総合電力算出回路２１０は、周波数シフトされた入力信号ＴＸＢＢ’１〜ＴＸＢＢ’Ｎ（Ｉ−ＣＨ）およびＴＸＢＢ’１〜ＴＸＢＢ’Ｎ（Ｑ−ＣＨ）をＩ／Ｑチャネルそれぞれについて加算する加算回路２１１、２１２と、Ｉ／Ｑチャネルそれぞれの電力値を算出する乗算回路２１３、２１４と、Ｉ／Ｑチャネルの電力を合成する加算回路２１５とより構成され、入力された複素表現のベースバンド信号を合成した電力加算値β^２　を出力する。
【００２８】
比較回路２２０は、総合電力算出回路２１０から出力された電力加算値β^２　を監視し、予め決められたクリッピング電力値α^２　と比較し、クリッピングを行う必要が有るか否かを判定する。
【００２９】
除算回路２３０は、電力加算値β^２　およびクリッピング電力値α^２　を入力信号とし、電力加算値β^２　が電力しきい値α^２　を超えた場合に、電力しきい値α^２　以下とする補正係数α／βを出力する。
【００３０】
選択回路２４０は、比較回路２２０からの出力に応じ、β^２　＞α^２　の場合、すなわちクリッピングを行う必要が有る場合は、除算回路２３０から出力された補正係数α／βを出力し、β^２　＜α^２　の場合には、すなわちクリッピングを行う必要が無い場合は“１”を出力する。
【００３１】
次に、本実施の形態のマルチキャリア送信装置のクリッピング動作を図１、図２および図３を参照して説明する。
【００３２】
周波数変換部１００のＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ１１０は、Ｉ／Ｑ２列である複素表現のベースバンド信号を入力し、メインローブ外の信号を抑制したベースバンド信号を出力する。
【００３３】
乗算器１３０は、ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ１１０からの帯域制限された信号を、Ｌｏ　Ｇｅｎ１２０からの複素ローカル信号により周波数変換した信号を出力する。この乗算器１３０出力は、各チャネル毎に周波数シフトされた複素ローカル信号により、周波数シフトされた直交ベースバンド信号となる。
【００３４】
総合電力算出回路２１０は、周波数変換部１００−１〜Ｎのそれぞれの乗算器１３０から出力されたベースバンド信号を入力して電力の加算を行い、電力加算値β^２　を出力する。
【００３５】
比較回路２２０は、この電力加算値β^２　と予め決められたクリッピング電力値α^２　とを比較し、クリッピングを行う必要が有るか否かを判定する。例えば、β^２　＞α^２　の場合にはクリッピングを行う必要が有るとして“０”を出力し、β^２　＜α^２　の場合にはクリッピングを行う必要なしとして“１”を出力する。
【００３６】
除算回路２３０は、電力加算値β^２　およびクリッピング電力値α^２　を入力信号とし、α^２　／β^２　を出力する除算を行う。この除算回路２３０は、β^２　を上位アドレスに、α^２　を下位アドレスとするＲＯＭ等のメモリを利用したルックアップテーブル２３１を備えることができる。
【００３７】
選択回路２４０は、比較回路２２０からの出力に応じ、β^２　＞α^２　の場合、すなわちクリッピングを行う必要が有る場合はα^２　／β^２　より求めた補正係数α／βを出力し、β^２　＜α^２　の場合には、すなわちクリッピングを行う必要が無い場合は“１”を出力する。
【００３８】
周波数変換部１００の乗算器１４０は、ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ１１０出力のベースバンド信号をクリッピング制御部２００から出力された補正係数α／βに従ってクリッピングを行う。
【００３９】
このように、クリッピング制御部２００は、複数のキャリア信号が無線周波数帯にて周波数多重された時と同じように、ベースバンド周波数帯にて周波数多重し、電力増幅器で共通増幅する際の電力と等価なピーク電力を検出し、これが予め決められた値を超えた場合に、帯域制限する前に振幅調整するための補正係数を出力する。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、ＷＣＤＭＡシステムに限らず、ディジタル信号処理により複数キャリアを共通増幅する送信増幅器を含むシステムにおいて広く応用が可能であり、装置の低コスト化、小型化、低消費電力化に大きく貢献することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマルチキャリア送信装置及びその電力クリッピング方式によれば、複数チャネルの入力信号を無線周波数帯の送信増幅器で共通増幅する際の電力と等価なピーク電力をベースバンド周波数帯で検出して振幅調整することにより、送信増幅器で発生する歪を予め抑え、その効率を改善することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチキャリア送信装置の一つの実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す周波数変換部の周波数シフトに係わる部分の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示すクリッピング制御部の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００−１〜Ｎ　　周波数変換部
２００　　クリッピング制御部
３００　　送信増幅部
１１０　　ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ａ
１２０　　Ｌｏ　Ｇｅｎ
１３０　　乗算器
１４０　　乗算器
１５０　　ＦＩＲ　ＦＩＬ−Ｂ
１６０　　Ｄ／Ａコンバータ
１７０　　ＬＰＦ（ＬＯＷ　ＰＡＳＳ　ＦＩＬＴＥＲ）
１８０　　乗算器
１９０　　ローカル発振器
２１０　　総合電力算出回路
２２０　　比較回路
２３０　　除算回路
２４０　　選択回路
３１０　　合成回路
３２０　　増幅回路

Claims

複数チャネルの入力信号を帯域制限したのち周波数変換し、合成および増幅して送信するマルチキャリア送信装置であって、前記帯域制限する前に、合成後の信号に現れるピーク電力を検出し、予め設定された電力しきい値を超えるときに前記電力しきい値以下とする補正係数に基づいて各チャネル毎に入力信号の電力を制限する電力制限手段を備えることを特徴とするマルチキャリア送信装置。
前記電力制限手段は、前記入力信号を所定の周波数間隔にシフトする手段と、周波数シフトして多重化された信号を合成してピーク電力を検出する手段と、前記ピーク電力の値を前記電力しきい値と比較判定し、判定結果に基づく前記補正係数を出力する手段と、前記補正係数により振幅制限する手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア送信装置。
前記入力信号は、複素表現のベースバンド信号であることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチキャリア送信装置。
前記シフトする手段は、複数チャネル毎に周波数オフセット値を入力してシフト周波数信号の位相情報を生成し、前記位相情報をアドレスとして生成した正弦波および余弦波信号を用いて、前記複素表現のベースバンド信号を周波数変換することを特徴とする請求項２又は３記載のマルチキャリア送信装置。
前記ピーク電力を検出する手段は、前記周波数シフトされたベースバンド信号を周波数多重して、Ｉ成分およびＱ成分のそれぞれの電力を求め、さらに合成後の信号に現れる前記ピーク電力を検出することを特徴とする請求項２、３又は４記載のマルチキャリア送信装置。
前記補正係数を出力する手段は、前記ピーク電力と予め設定された前記電力しきい値とを比較し、前記ピーク電力の値が前記電力しきい値以下となるような係数を前記補正係数として出力し、前記ピーク電力の値が前記電力しきい値以下の場合には前記入力信号をそのままとする係数を前記補正係数として出力することを特徴とする請求項２、３、４又は５記載のマルチキャリア送信装置。
前記振幅制限する手段は、前記複数チャネルの入力信号のそれぞれに前記補正係数を乗算することによって電力制限を行うことを特徴とする請求項１、２又は６記載のマルチキャリア送信装置。
複数チャネルの入力信号を帯域制限したのち周波数変換し、合成および増幅して送信するマルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式であって、前記帯域制限する前に、合成後の信号に現れるピーク電力を検出し、予め設定された電力しきい値を超えるときに、前記ピーク電力の値が前記電力しきい値以下となるよう算出した補正係数に基づいて各チャネル毎に電力制限が行われることを特徴とするマルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式。
前記ピーク電力の検出は、前記入力信号である複素表現のベースバンド信号を所定の周波数間隔に周波数シフトし、ベースバンド周波数帯でＩ成分およびＱ成分のそれぞれに周波数多重した信号をもとに、電力算出することにより行われることを特徴とする請求項８記載のマルチキャリア送信装置の電力クリッピング方式。