JP2004186900A

JP2004186900A - 電力制限器

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Publication number: JP2004186900A
Application number: JP2002350157A
Authority: JP
Inventors: Hide Nawata; 日出縄田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP4110385B2; WO2004051876A1; AU2003284518A1; EP1569350A1; EP1569350B1; EP1569350A4; CN100583655C; CN1720668A

Abstract

【課題】本発明の目的は、尖頭値電力の電力制限によって発生する歪を軽減した、電力増幅器の入力信号の尖頭値電力制限をする電力制限器を提供することである。
【解決手段】無線通信システムの送信機に用いられ、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える電力制限器で、入力信号の電力を計算し、入力電力を監視する区間（ウインドウ）を定めて、そのウインドウ内で電力制限を加える閾値を超える入力電力の極大を検出し、電力の極大値が閾値を超えないように重み付け区間と減衰係数を決定し、重み付けする電力制限器で、電力制限によって発生する歪みを軽減するものを提供する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル無線通信システムの送信器に関し、特に送信電力増幅器の入力を制限する電力制限器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線システムでは、電波資源の有効利用の観点から送信波が隣接する帯域に与える影響を最低限に抑える必要がある。特に、Ｗ−ＣＤＭＡ基地局などでは、送信波が隣接する帯域に与える影響を抑えるために、送信器の歪をできるだけ低減することが要求され、高度な線形性が追求される。送信機の中でも増幅器は線形性に最も密接である。一般的に増幅器は、その最大出力に近づくにしたがって出力が飽和するという特性を持っており、非線形な領域が存在する。そのような増幅器の特性において、高度な線形性を実現するために、線形領域の中でも非線形領域から十分に離れた領域に動作点を設定する。つまり、送信機の出力段に配置される電力増幅器には、所望する出力電力以上の出力能力（最大出力）のある増幅器を使用し、飽和出力電力から大きなバックオフをとって運用し、線形性を確保している。即ち、所望の定格電力の何倍もの能力を持つ電力増幅器が必要になる。例えば、所望の歪特性を得るためにバックオフが１０ｄＢ必要とすると、所望する定格出力の１０倍の出力が出せる増幅器が必要となるわけである。このことは機器のコストに大きく影響を与え、さらに、消費電力の増大を招くことになり好ましくない。従って、バックオフをできるだけ少なくして運用することが望まれている。
【０００３】
一方、入力される信号の尖頭値電力が大きいとその尖頭値に見合ったダイナミックレンジが必要となる。送信電力増幅器の歪が少ない状態で使用する場合、定格電力での運用にはそのダイナミックレンジに見合うだけ更にバックオフを大きくとらなければならない。尖頭値電力が小さくなれば、その分ダイナミックレンジも狭くなり、バックオフを小さくすることができる。そのため、尖頭値電力を低く抑える電力制限器が送信電力増幅器の前段に備えられる。これまでは、この電力制限器としてリミッタを用いて尖頭値電力を制限する方法を採ってきたが、この方法ではリミッタによって電力制限を受けた電力増幅器への入力信号は大きく歪むため、電力増幅器の出力信号の側帯が大きくなるという不都合が生じていた。
【０００４】
特開２００１−８６０９４号公報（特許文献１）では、増幅器の線形性を補償する領域が小さくてすみ、高効率、低消費電力の送信システムを構成するための技術として、ＣＤＭＡ方式におけるＲＯＦ部の前段に、補正部を配設したものが知られていた。瞬時電力量を算出し、あらかじめ設定した上限値と比較し、この値を超えた場合に瞬時ピークとして検出し、上限値を超えた場合にのみ選択的に振幅補正を行うようにし、補正される領域近傍の歪を低減するようにしたものである。
【０００５】
特開２０００−１０６５４８号公報（特許文献２）では、ＣＤＭＡ送信機において、１シンボル分の送信データのピークを検出し、そのピーク値が送信増幅器の入力制限電力より大きい場合には検出されたピークを参照してこれを打ち消すようなダミーシンボルを生成し、送信データから差し引いてピークを低減するとともに、ダミーシンボル減算による電力変化分を補償するために電力補正値を計算し、電力補正するという技術が知られていた。
【０００６】
特開２０００−２４４４５２号公報（特許文献３）では、ＣＤＭＡ無線基地局で、キャリア数、多重数が多く、個別の送信電力が大きい変調信号を共通増幅器に入力した場合に発生する歪みを低減させるための以下の技術が記載されている。複数チャネルの多重化されたキャリア信号の入力からキャリア毎に瞬時電力と平均電力を求め、その瞬時電力と平均電力からリミットレベルを設定する。その設定されたリミットレベルで各キャリア毎にリミッタを制御して振幅補正することにより、各キャリアでの多重数が多い場合には共通増幅器で発生する歪のレベルを低減し、多重数が少ない場合には受信側の誤り率を抑えることができるというものである。
【０００７】
特開２００１−２８５０８８号公報（特許文献４）では、複数の信号を加算した加算出力を変調手段で一括変調し出力する送信機において、複数の信号を加算した加算信号出力を遅延させ、遅延した加算信号からピーク値を予測し、予測ピーク値を用いて遅延した加算信号の出力が所定のレベルとなるように制御するという技術が知られていた。
【０００８】
特開２００１−２９８４０９号公報（特許文献５）では、少なくとも２つのサービス（例えば音声通信とデータ通信）を含むセルラ通信において、各々のサービスに個別の電力レベルの最小値、最大値を設け、各々のサービス別に最小値、最大値によって電力制限し、異なるサービスの品質を個別に調節することが可能となるという技術が知られていた。
【０００９】
特開２００１−３３９３６１号公報（特許文献６）では、マルチキャリア通信において、伝送効率の低下を抑えつつ、ピーク電力を抑圧するための以下の技術が知られていた。一系列の情報信号を複数系列の情報信号に変換する。その複数系列の情報信号のそれぞれを系列固有の搬送波に対して重畳することによってマルチキャリア信号を生成する。このマルチキャリア信号のピーク電力を検出して閾値と比較する。ピーク電力が閾値を超えた場合にこれら搬送波のうち特定の搬送波に対して情報信号に代えてピーク電力を抑圧する信号を重畳し、マルチキャリア信号を再生成することによってピークを抑制するものである。
【００１０】
特開平１１−８８２５７号公報（特許文献７）では、無線通信システムのピーク抑制装置において、送信直交ベースバンド信号のパワーを計算し、求めたパワー値によって送信直交ベースバンド信号のパワーを制限することにより、１チャネル送信に対して送信変調信号のピーク制限を行うという技術が知られていた。
【００１１】
特開平１１−１３６２１０号公報（特許文献８）では、リミッタ閾値が固定であると符号多重信号のレベルの変化に適合しない場合があるという問題点を解決し、符号多重信号のレベルの変化に対応した最適なリミッタ閾値でピークファクタを抑制し、安定した送信品質を保つ技術が知られていた。これは、送信する符号多重化信号に対してリミッタが作用して、与えられたリミッタ閾値のレベルの信号が出力された時間の割合（リミッタ率）をリミッタ率演算部が測定し、リミッタ閾値設定部は測定されたリミッタ率が予め定められた規定のリミッタ率に近づくようにリミッタ閾値を変動させてリミッタに与えるものである。
【００１２】
特開平１１−２７４９８３号公報（特許文献９）では、ＣＤＭＡ送信装置において、ＱＰＳＫの拡散変調器の出力でＩ軸成分とＱ軸成分をそれぞれチップ単位の変化パターンとして観測し、特定の変化パターンをもつ部分についてその特定パターンに該当する重みで振幅を減衰させることで、ナイキスト伝送条件を保ちつつ、波形整形後の包絡線ピークを予測して波形整形前に振幅制限することができるという技術が知られていた。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−８６０９４号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０６５４８号公報
【特許文献３】
特開２０００−２４４４５２号公報
【特許文献４】
特開２００１−２８５０８８号公報
【特許文献５】
特開２００１−２９８４０９号公報
【特許文献６】
特開２００１−３３９３６１号公報
【特許文献７】
特開平１１−８８２５７号公報
【特許文献８】
特開平１１−１３６２１０号公報
【特許文献９】
特開平１１−２７４９８３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電力増幅器の入力信号の尖頭値電力を制限する際に発生する歪を低減した電力制限器を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、尖頭値電力を制限することによってダイナミックレンジを狭くし、バックオフを小さく抑える電力制限器を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、送信機に要求される線形性を確保するためのバックオフを軽減した運用をする事によって、消費電力を低減し、安価な送信機を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１８】
本発明の観点では、無線通信システムの送信機に備えられる送信電力増幅器の入力信号に制限を加える電力制限器は、複素ベースバンド信号を入力とし、関数生成部（１０２ａ）と遅延演算部（１０２ｂ）を備えている。関数生成部（１０２ａ）は、入力信号から電力計算値を計算し、計算した電力計算値から電力制限を行うための関数を生成する。遅延演算部（１０２ｂ）は、入力信号を遅延させ、前記関数生成部（１０２ａ）で生成した関数を用いて遅延させた入力信号に電力制限演算を行う。
【００１９】
本発明の電力制限器において、関数生成部（１０２ａ）は、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える重み付け関数を生成する。重み付け関数によって制限を加える区間（重み付け区間）は、入力信号の電力計算値が閾値を超えて極大となった位置を中心とし、前後一定区間とする。
【００２０】
本発明の電力制限器において、関数生成部（１０２ａ）で生成する重み付け関数は、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える度合いを示す減衰係数を備える。この減衰係数は、入力信号の電力計算値の極大値が電力制限後には閾値となり、極大以外の重み付け区間では閾値以下になるように決定する。
【００２１】
本発明の電力制限器において、関数生成部（１０２ａ）で生成する重み付け関数は、入力信号の電力計算値が極大となった位置を中心（ｔ＝０）とした重み付け区間をＴとし、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える度合いを示す減衰係数をＡとして次式で示す関数Ｆとする。
（関数Ｆ）
｜ｔ｜≦Ｔ／２のとき
Ｆ（ｔ）＝１−Ａ・ｃｏｓ（π・ｔ／Ｔ）
｜ｔ｜＞Ｔ／２のとき
Ｆ（ｔ）＝１
【００２２】
本発明の電力制限器において、関数生成部（１０２ａ）は、電力計算値を監視する区間（ウインドウ）内で入力信号の電力計算値から閾値を超える極大を複数箇所に検出した場合、各々の極大に対して重み付け区間を設定し、各々の極大値が閾値となるように減衰係数を決定した重み付け関数を前記関数Ｆに示す式により生成する。検出した極大の数をｎ、生成した複数の重み付け関数をＦ_０（ｔ）、Ｆ_１（ｔ）．．．Ｆ_ｎ−１（ｔ）とすると、遅延演算部（１０２ｂ）へ出力する重み付け関数は、各々の重み付け関数の相乗により、
Ｆ（ｔ）＝Ｆ_０（ｔ）・Ｆ_１（ｔ）・．．．・Ｆ_ｎ−１（ｔ）
となる。
【００２３】
本発明の電力制限器において、関数生成部（１０２ａ）は、電力計算回路（２０３）、ウインドウ生成回路（２０４）、閾値設定回路（２０５）、極大値検出回路（２０６）、重み付け関数生成回路（２０７）を備えている。電力計算回路（２０３）は、複素ベースバンド信号を入力信号として、電力計算値を計算する。ウインドウ生成回路（２０４）は、電力計算回路（２０３）の出力を監視する区間（ウインドウ）を決定する。閾値設定回路（２０５）は、電力制限を加える閾値を任意に設定する。極大値検出回路（２０６）は、ウインドウ生成回路（２０４）で生成したウインドウ内で電力計算回路（２０３）の出力を監視し、閾値設定回路（２０５）で設定した閾値を超え、かつ極大となる点を検出する。重み付け関数生成回路（２０７）は、極大値検出回路（２０６）の出力と閾値設定回路（２０５）で設定した閾値に基づいて、電力に制限を加える重み付け区間と減衰係数を決定し、重み付け関数を生成する。
【００２４】
本発明の電力制限器において、遅延演算部（１０２ｂ）は、遅延回路（２０８）と乗算回路（２０９）を備えている。遅延回路（２０８）は、入力信号をウインドウ生成部（２０４）で生成したウインドウで監視する時間分遅延させる。乗算回路（２０９）は、遅延回路（２０８）から出力される遅延した入力信号と、重み付け関数生成回路（２０７）で生成した重み付け関数Ｆ（ｔ）とを乗算して重み付けし、電力制限器（１０２）から出力する。
【００２５】
本発明の電力制限器は、ディジタル無線送信機に備えられる。
【００２６】
本発明の電力制限器を備えたディジタル無線送信機は、ディジタル無線基地局に備えられる。
【００２７】
本発明の電力制限器を備えたディジタル無線送信機は、ディジタル無線移動局に備えられる。
【００２８】
また、本発明の観点では、無線通信システムの送信機に備えられる送信電力増幅器の入力信号に制限を加える電力制限器は、中間周波信号を入力とし、関数生成部（４０２ａ）と遅延演算部（４０２ｂ）を備えている。関数生成部（４０２ａ）は、入力信号から電力計算値を計算し、計算した電力計算値から電力制限を行うための関数を生成する。遅延演算部（４０２ｂ）は、入力信号を遅延させ、前記関数生成部（４０２ａ）で生成した関数を用いて遅延させた入力信号に電力制限演算を行う。
【００２９】
本発明の電力制限器において、関数生成部（４０２ａ）は、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える重み付け関数を生成する。重み付け関数によって制限を加える区間（重み付け区間）は、入力信号の電力計算値が閾値を超えて極大となった位置を中心とし、前後一定区間とする。
【００３０】
本発明の電力制限器において、関数生成部（４０２ａ）で生成する重み付け関数は、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える度合いを示す減衰係数を備える。この減衰係数は、入力信号の電力計算値の極大値が電力制限後には閾値となり、極大以外の重み付け区間では閾値以下になるように決定する。
【００３１】
本発明の電力制限器において、関数生成部（４０２ａ）で生成する重み付け関数は、入力信号の電力計算値が極大となった位置を中心（ｔ＝０）とした重み付け区間をＴとし、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える度合いを示す減衰係数をＡとして、前記関数Ｆに示す式により生成する。
【００３２】
本発明の電力制限器において、関数生成部（４０２ａ）は、電力計算値を監視する区間（ウインドウ）内で入力信号の電力計算値から閾値を超える極大を複数箇所に検出した場合、各々の極大に対して重み付け区間を設定し、各々の極大値が閾値となるように減衰係数を決定した重み付け関数を前記関数Ｆに示す式により生成する。検出した極大の数をｎ、生成した複数の重み付け関数をＦ_０（ｔ）、Ｆ_１（ｔ）．．．Ｆ_ｎ−１（ｔ）とすると、遅延演算部（４０２ｂ）へ出力する重み付け関数は、各々の重み付け関数の相乗により、
Ｆ（ｔ）＝Ｆ_０（ｔ）・Ｆ_１（ｔ）・．．．・Ｆ_ｎ−１（ｔ）
となる。
【００３３】
本発明の電力制限器において、関数生成部（４０２ａ）は、電力計算回路（５０３）、ウインドウ生成回路（２０４）、閾値設定回路（２０５）、極大値検出回路（２０６）、重み付け関数生成回路（２０７）を備えている。電力計算回路（５０３）は、中間周波信号を入力信号として、電力計算値を計算する。ここで、電力として計算する値は、厳密な意味での電力の代わりに信号の最大振幅値、平均値など電力に相当する尺度の値であってもよい。ウインドウ生成回路（２０４）は、電力計算回路（５０３）の出力を監視する区間（ウインドウ）を決定する。閾値設定回路（２０５）は、電力制限を加える閾値を任意に設定する。極大値検出回路（２０６）は、ウインドウ生成回路（２０４）で生成したウインドウ内で電力計算回路（５０３）の出力を監視し、閾値設定回路（２０５）で設定した閾値を超え、かつ極大となる点を検出する。重み付け関数生成回路（２０７）は、極大値検出回路（２０６）の出力と閾値設定回路（２０５）で設定した閾値に基づいて、電力に制限を加える重み付け区間と減衰係数を決定し、重み付け関数を生成する。
【００３４】
本発明の電力制限器において、遅延演算部（４０２ｂ）は、遅延回路（５０８）と乗算回路（５０９）を備えている。遅延回路（５０８）は、入力信号をウインドウ生成部（２０４）で生成したウインドウで監視する時間分遅延させる。乗算回路（５０９）は、遅延回路（５０８）から出力される遅延した入力信号と、重み付け関数生成回路（２０７）で生成した重み付け関数Ｆ（ｔ）とを乗算して重み付けし、電力制限器（４０２）から出力する。
【００３５】
本発明の電力制限器は、ディジタル無線送信機に備えられる。
【００３６】
本発明の電力制限器を備えたディジタル無線送信機は、ディジタル無線基地局に備えられる。
【００３７】
本発明の電力制限器を備えたディジタル無線送信機は、ディジタル無線移動局に備えられる。
【００３８】
また、本発明の観点では、電力計算ステップ、ウインドウ生成ステップ、閾値設定ステップ、極大値検出ステップ、重み付け関数生成ステップ、遅延ステップ、乗算ステップを備え、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える。電力計算ステップは、入力の複素ベースバンド信号または中間周波信号から電力計算値を計算する。ウインドウ生成ステップは、電力計算ステップの出力を監視する区間（ウインドウ）を決定する。閾値設定ステップは、電力制限を加える閾値を任意に設定する。極大値検出ステップは、ウインドウ生成ステップで生成したウインドウ内で電力計算ステップの出力を監視し、閾値設定ステップで設定された閾値を超え、かつ極大となる点を検出する。重み付け関数生成ステップは、極大値検出ステップの出力と閾値設定ステップで設定した閾値に基づいて、電力に制限を加える重み付け区間と減衰係数を決定し、重み付け関数Ｆ（ｔ）を生成する。遅延ステップは、入力信号をウインドウ生成ステップで生成したウインドウで監視する時間分遅延させて出力する。乗算ステップは、重み付け関数生成ステップで生成した重み付け関数Ｆ（ｔ）と遅延ステップで遅延させた入力信号とを乗算する。
【００３９】
本発明の送信電力増幅器の入力信号に制限を加える方法において、重み付け関数生成ステップは、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える重み付け関数を生成する。重み付け関数によって制限を加える区間（重み付け区間）は、入力信号の電力計算値が閾値を超えて極大となった位置を中心とし、前後一定区間とする。
【００４０】
本発明の送信電力増幅器の入力信号に制限を加える方法において、重み付け関数生成ステップで生成する重み付け関数は、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える度合いを示す減衰係数を備える。この減衰係数は、入力信号の電力計算値の極大値が電力制限後には閾値となり、極大以外の重み付け区間では閾値以下になるように決定する。
【００４１】
本発明の送信電力増幅器の入力信号に制限を加える方法において、重み付け関数生成ステップで生成する重み付け関数は、入力信号の電力計算値が極大となった位置を中心（ｔ＝０）とした重み付け区間をＴとし、送信電力増幅器の入力信号に制限を加える度合いを示す減衰係数をＡとして、前記関数Ｆに示す式により生成する。
【００４２】
本発明の送信電力増幅器の入力信号に制限を加える方法において、重み付け関数生成ステップは、極大値検出ステップにおいて監視するウインドウ内で入力信号の電力計算値から閾値を超える極大を複数箇所に検出した場合、各々の極大に対して重み付け区間を設定し、各々の極大値が閾値となるように減衰係数を決定した重み付け関数を前記関数Ｆに示す式により生成する。検出した極大の数をｎ、生成した複数の重み付け関数をＦ_０（ｔ）、Ｆ_１（ｔ）．．．Ｆ_ｎ−１（ｔ）とすると、乗算ステップへ出力する重み付け関数は、各々の重み付け関数の相乗により、
Ｆ（ｔ）＝Ｆ_０（ｔ）・Ｆ_１（ｔ）・．．．・Ｆ_ｎ−１（ｔ）
となる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル無線通信システムにおける送信機の構成を示す図である。送信機は、送信波形整形フィルタ１０１、関数生成部１０２ａと遅延演算部１０２ｂからなる電力制限器１０２、直交変調器１０３、周波数変換器１０４、送信電力増幅器１０５、送信アンテナ１０６を備えている。
【００４４】
送信データ１００は、同相信号（一般にＩｃｈと呼ばれる）と直交信号（一般にＱｃｈと呼ばれる）で構成される複素ベースバンド信号であり、送信波形整形フィルタ１０１に入力される。送信波形整形フィルタ１０１は、送信データを波形整形し、電力制限器１０２へ出力する。電力制限器１０２は、関数生成部１０２ａで送信波形整形フィルタ１０１から出力された複素信号の電力計算値から電力制限の重み付け関数を生成し、遅延演算部１０２ｂで遅延された入力に対して重み付け関数を用いた電力制限演算で電力制限を行い、電力制限をした複素信号を直交変換器１０３へ出力する。直交変調器１０３は、電力制限した複素信号の同相信号と直交信号から中間周波信号に直交変調し、周波数変換器１０４へ送る。周波数変換器１０４は、高周波信号へ周波数変換を行い、周波数変換された高周波信号は、送信電力増幅器１０５で電力増幅され、アンテナ１０６から電波として発射される。
【００４５】
図１の構成における本発明の電力制限器の一実施例を図２に示す。電力制限器１０２は、関数生成部１０２ａを構成しているウインドウ生成回路２０４、閾値設定回路２０５、電力計算回路２０３、極大値検出回路２０６、重み付け関数生成回路２０７の各回路と、遅延演算部１０２ｂを構成している遅延回路２０８、乗算回路２０９の各回路とを備えている。
【００４６】
複素信号である入力信号２０１は、予め定めておいたウインドウの固定時間分（Ｔｗ）遅延させる遅延回路２０８に入力されると同時に、電力を計算する電力計算回路２０３に入力される。電力計算回路２０３は、入力信号の電力を複素信号のベクトル和として計算し、計算した電力計算値を極大値検出回路２０６へ出力する。
【００４７】
電力制限を加える基準となる閾値Ｐｔｈは、外部から任意の値に設定でき、閾値設定回路２０５は状況に応じた値を設定、保持し、極大値検出回路２０６と重み付け関数生成回路２０７へ通知する。
【００４８】
電力計算回路２０３から電力計算値を受けた極大値検出回路２０６は、ウインドウ生成回路２０４によって生成されたウインドウ内を観測し、閾値設定回路２０５から通知された閾値Ｐｔｈを超える前記電力計算値の極大となる点を検出する。検出した極大値Ｐｐと極大となったウインドウ内の時刻ｔｐ、閾値を超えていた区間のウインドウ内の時刻（ｔｓ〜ｔｅ）を重み付け関数生成回路２０７へ送る。
【００４９】
重み付け関数生成回路２０７は、極大値検出回路２０６から送られてきた極大値と、閾値設定回路２０５で設定されている閾値Ｐｔｈに基づいて減衰係数Ａを計算する。また、ウインドウ生成回路２０４によって生成されたウインドウの時刻を基準として、極大値検出回路２０６から送られてきた極大の時刻、閾値を超えていた区間の時刻から重み付け区間Ｔを設定する。さらに、減衰係数Ａと重み付け区間Ｔと極大の時刻ｔｐとの重み付け関数を生成し、乗算回路２０９へ送る。
【００５０】
一方、遅延回路２０８は、入力信号２０１をウインドウ時間Ｔｗ分遅延させた後、乗算回路２０９へ出力する。乗算回路２０９では、遅延回路２０８で遅延させた複素信号の送信データと、それに対応する重み付け関数を乗算し、電力制限した送信データとして電力制限器から出力する。
【００５１】
図３の入出力電力波形の例を用いてウインドウ内に単一の極大を含む場合の電力制限器の動作例を示す。送信データは、複素ベースバンド信号として図２の電力制限器１０２へ入力される。入力信号２０１は、電力計算回路２０３で複素信号のベクトル和として電力計算されると共に、遅延回路２０８によって遅延を受ける。電力計算回路２０３の出力が図３（ａ）の入力電力Ｐｉ（ｔ）に相当する。
【００５２】
ウインドウ生成回路で生成されたウインドウＴｗの区間において、極大値検出回路２０６は、入力電力Ｐｉの閾値Ｐｔｈを超える極大の有無を観測する。図３（ａ）では、閾値Ｐｔｈを超えた極大値は、ウインドウ内相対時刻ｔｐにおいて極大値Ｐｐであり、極大値検出回路２０６は、時刻ｔｐと極大値Ｐｐおよび閾値Ｐｔｈを超えていた区間ｔｓ〜ｔｅを重み付け関数生成回路２０７へ送る。
【００５３】
重み付け関数生成回路２０７は、極大値検出回路２０６で検出した極大点のウインドウ内相対時刻ｔｐ、極大値Ｐｐと閾値Ｐｔｈを超えていた区間ｔｓ〜ｔｅ、閾値設定回路に設定されている閾値Ｐｔｈに基づいて重み付け関数Ｆ（ｔ）を生成する。減衰係数Ａは、極大値Ｐｐと閾値Ｐｔｈから
Ａ＝１−Ｐｔｈ／Ｐｐ
となる。重み付け区間Ｔは、極大点を中心として設定する。また、重み付け区間内で重み付け後の出力が閾値を超えないようにするため、少なくとも区間ｔｓ〜ｔｅを含む区間に設定する。
【００５４】
重み付け区間の設定の方法としては、例えば、極大点ｔｐと区間の端点ｔｓ、ｔｅのうち離れている方の端点ｔｘを求め、その２倍の区間を極大点から重み付け区間の端点とする。つまり、極大点ｔｐを中心として前後±（ｔｐ−ｔｘ）×２の範囲内を重み付け区間とすることになるので、重み付け区間Ｔは、
Ｔ＝Ｍａｘ（ｔｐ−ｔｓ，ｔｅ−ｔｐ）×４
となる。
【００５５】
また、別の重み付け区間の設定の方法としては、入力電力を制限する基準となる閾値の他に、重み付け区間を設定するための閾値（区間設定閾値）を定めておき、区間設定閾値を超える電力計算値となっていた区間を用いる方法もある。例えば、区間設定閾値を超える電力計算値となっていた区間の端点をｔｓ、ｔｅとすると、極大点ｔｐと区間の端点ｔｓ、ｔｅのうち離れている方の端点ｔｘを求め、その２倍の区間を重み付け区間とするのである。つまり、
Ｔ＝Ｍａｘ（ｔｐ−ｔｓ，ｔｅ−ｔｐ）×２
とすると、極大点ｔｐを中心として前後±（ｔｐ−ｔｘ）に重み付け区間が設定できる。
【００５６】
減衰係数Ａと重み付け区間Ｔが定まると、重み付け関数Ｆ（ｔ）は、
｜ｔ−ｔｐ｜≦Ｔ／２のとき
Ｆ（ｔ）＝１−Ａ・ｃｏｓ（π・（ｔ−ｔｐ）／Ｔ）
｜ｔ−ｔｐ｜＞Ｔ／２のとき
Ｆ（ｔ）＝１
となり、電力制限後の極大値は閾値Ｐｔｈと同じ値になるように設定されることになる。
【００５７】
重み付け関数生成回路２０７は、ウインドウ生成回路２０４で生成されたウインドウのタイミングに従い、乗算回路２０９のもう一方の入力である遅延された入力信号に同期させて、生成した重み付け関数Ｆ（ｔ）を出力する。乗算回路２０９は、遅延回路２０８でウインドウ時間分（Ｔｗ）遅延された複素信号の入力信号と重み付け関数生成回路２０７で生成された重み付け関数を乗算し、電力制限された複素信号として出力する。遅延した入力信号の電力計算値をＰｉ’（ｔ）とすると、出力信号の電力計算値Ｐｏ（ｔ）は、
Ｐｏ（ｔ）＝Ｐｉ’（ｔ）・Ｆ（ｔ−ｔｐ）
となり、図３（ｂ）出力電力Ｐｏ（ｔ）で示すように、極大値Ｐｐ’は閾値Ｐｔｈと同じ値（Ｐｐ’＝Ｐｔｈ）に電力制限された信号となる。出力における極大点の時刻ｔｐは、ウインドウ内の相対時刻であるため、絶対時刻としては入力時点のウインドウ内の相対時刻ｔｐに対してＴｗだけ遅延している。
以上により、電力制限器１０２は、閾値を越えていた入力電力を閾値以下に制限し、直交変調器１０３へ出力することになる。
【００５８】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態に係わるデジタル無線通信システムにおける送信機の構成を示す図である。第１の実施の形態の要素と同一又は対応する要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。送信機は、送信波形整形フィルタ１０１、直交変調器１０３、関数生成部４０２ａと遅延演算部４０２ｂからなる電力制限器４０２、周波数変換器１０４、送信電力増幅器１０５、送信アンテナ１０６を備えている。
【００５９】
送信データ１００は、送信波形整形フィルタ１０１を通して直交変調器１０３で中間周波信号に変換され、電力制限器４０２に送られる。電力制限器４０２は、関数生成部４０２ａによって生成された重み付け関数を用いて、遅延演算部４０２ｂの電力制限演算によって電力制限を行い、電力制限した中間周波信号を周波数変換器１０４へ送る。周波数変換器１０４は高周波信号への変換を行い、送信電力増幅器１０５は電力増幅を行い、アンテナ１０６から発射される。
【００６０】
図４の構成における本発明の電力制限器の一実施例を図５に示す。電力制限器４０２は、関数生成部４０２ａを構成しているウインドウ生成回路２０４、閾値設定回路２０５、電力計算回路５０３、極大値検出回路２０６、重み付け関数生成回路２０７の各回路と、遅延演算部４０２ｂを構成している遅延回路５０８、乗算回路５０９の各回路とを備えている。図４の構成では、電力制限器４０２は直交変調器１０３と周波数変換器１０４の間に備えられ、電力制限器４０２の入出力信号は中間周波信号となる。
【００６１】
入力信号である中間周波信号５０１は、予め定めておいたウインドウの固定時間分（Ｔｗ）遅延させる遅延回路５０８に入力されると同時に、電力を計算する電力計算回路５０３に入力される。
【００６２】
電力計算回路５０３は、入力信号の電力を計算し、計算した電力計算値を極大値検出回路２０６へ出力する。電力として計算する値は、厳密な意味での電力の代わりに信号の最大振幅値、平均値など電力に相当する尺度の値であってもよい。その場合、判定の基準となる閾値を設定する閾値設定回路２０５の出力値、電力計算回路２０３の出力を使用する極大値検出回路２０６、重み付け関数発生回路２０７における電力も同じ尺度によるものとなる。
【００６３】
一方、閾値設定回路２０５は、電力制限を加える基準となる閾値Ｐｔｈを設定し、設定した閾値Ｐｔｈを極大値検出回路２０６と重み付け関数生成回路２０７へ通知する。
【００６４】
電力計算回路５０３から電力計算値を受けた極大値検出回路２０６は、ウインドウ生成回路２０４によって生成されたウインドウ内を観測し、閾値設定回路２０５から通知された閾値Ｐｔｈを超える電力計算値の極大となる点を検出し、検出した極大値と極大の時刻、閾値を超えていた区間を重み付け関数生成回路２０７へ送る。
【００６５】
重み付け関数生成回路２０７は、極大値検出回路２０６から送られてきた極大値、極大の時刻、閾値を超えていた区間と、閾値設定回路２０５で設定されている閾値からウインドウの時刻を基準として重み付け関数を生成し、乗算回路５０９へ送る。
【００６６】
一方、遅延回路５０８は、入力信号５０１をウインドウ時間Ｔｗ分遅延させた後、乗算回路５０９へ出力する。乗算回路５０９では、遅延回路５０８で遅延させた中間周波信号の送信データと、それに対応する重み付け関数を乗算し、電力制限した送信データとして電力制限器から出力する。
【００６７】
図６の入出力電力波形の例を用いてウインドウ内に複数の極大を含む場合の電力制限器の動作例を示す。送信データは、中間周波信号として図５の電力制限器４０２へ入力される。入力信号５０１は、電力計算回路５０３で電力計算されると共に、遅延回路５０８によって遅延を受ける。電力計算回路５０３の出力が図６（ａ）の入力電力Ｐｉ（ｔ）に相当する。
【００６８】
極大値検出回路２０６は、ウインドウＴｗの区間で入力電力Ｐｉを観測し、閾値Ｐｔｈを超えた極大値を検出する。図６（ａ）では、極大Ｐ０と極大Ｐ１の２箇所に極大が存在する。極大Ｐ０はウインドウ内相対時刻ｔｐ_０において極大値Ｐｐ_０、極大Ｐ１はウインドウ内相対時刻ｔｐ_１において極大値Ｐｐ_１とする。極大値検出回路２０６は、極大値の情報（極大Ｐ０に対して時刻ｔｐ_０と極大値Ｐｐ_０、極大Ｐ１に対して時刻ｔｐ_１と極大値Ｐｐ_１）と、閾値を超えていた区間の情報（極大Ｐ０に対して端点時刻ｔｓ_０とｔｅ_０、極大Ｐ１に対して端点時刻ｔｓ_１とｔｅ_１）を重み付け関数生成回路２０７へ送る。
【００６９】
重み付け関数生成回路２０７は、まずウインドウ内の極大Ｐ０、Ｐ１の各々について重み付け関数を求める。極大Ｐ０に対して、極大値の情報（時刻ｔｐ_０、極大値Ｐｐ_０）と閾値を超えていた区間の情報（ｔｓ_０、ｔｅ_０）を用いて、重み付け関数Ｆ_０（ｔ）を求める。減衰係数Ａ_０は、極大値Ｐｐ_０と閾値Ｐｔｈから
Ａ_０＝１−Ｐｔｈ／Ｐｐ_０
となる。重み付け区間Ｔ_０は、実施の形態１と同様に極大点を中心とし、その区間内で重み付け後の出力が閾値を超えないように設定される。減衰係数Ａ_０と重み付け区間Ｔ_０とから、極大Ｐ０に対しての重み付け関数Ｆ_０（ｔ）は、
｜ｔ−ｔｐ_０｜≦Ｔ_０／２のとき
Ｆ_０（ｔ）＝１−Ａ_０・ｃｏｓ（π・（ｔ−ｔｐ_０）／Ｔ_０）
｜ｔ−ｔｐ_０｜＞Ｔ_０／２のとき
Ｆ_０（ｔ）＝１
Ａ_０＝１−Ｐｔｈ／Ｐｐ_０
となり、極大Ｐ０の電力制限後の極大値Ｐｐ_０’は、閾値Ｐｔｈと同じ値（Ｐｐ_０’＝Ｐｔｈ）になる重み付けができる。
【００７０】
同様に、極大Ｐ１に対しての重み付け関数Ｆ_１（ｔ）は、
｜ｔ−ｔｐ_１｜≦Ｔ_１／２のとき
Ｆ_１（ｔ）＝１−Ａ_１・ｃｏｓ（π・（ｔ−ｔｐ_１）／Ｔ_１）
｜ｔ−ｔｐ_１｜＞Ｔ_１／２のとき
Ｆ_１（ｔ）＝１
Ａ_１＝１−Ｐｔｈ／Ｐｐ_１
となり、極大Ｐ１の電力制限後の極大値Ｐｐ_１’も、閾値Ｐｔｈと同じ値（Ｐｐ_１’＝Ｐｔｈ）になる重み付けができる。
【００７１】
ウインドウ内に複数の極大が含まれる場合には、重み付け関数は各々の極大に対する重み付け関数の相乗で求めるため、重み付け関数生成回路２０７で生成する重み付け関数Ｆ（ｔ）は、
Ｆ（ｔ）＝Ｆ_０（ｔ−ｔｐ_０）・Ｆ_１（ｔ−ｔｐ_１）
となる。
【００７２】
重み付け関数生成回路２０７は、ウインドウ生成回路２０４で生成されたウインドウのタイミングに従い、乗算回路５０９のもう一方の入力である遅延された入力信号に同期させて、生成した重み付け関数Ｆ（ｔ）を出力する。乗算回路５０９は、遅延回路５０８でウインドウ時間分（Ｔｗ）遅延された中間周波信号の入力信号と重み付け関数生成回路２０７で生成された重み付け関数を乗算し、電力制限された中間周波信号として出力する。遅延した入力信号の電力計算値をＰｉ’（ｔ）とすると、出力信号の電力計算値Ｐｏ（ｔ）は、
Ｐｏ（ｔ）＝Ｐｉ’（ｔ）・Ｆ（ｔ−ｔｐ）
＝Ｐｉ’（ｔ）・Ｆ_０（ｔ−ｔｐ_０）・Ｆ_１（ｔ−ｔｐ_１）
となり、図６（ｂ）出力電力Ｐｏ（ｔ）で示すように、それぞれの極大値は、電力制限器によって閾値Ｐｔｈと同じ値に電力制限された信号となる。
【００７３】
図６ではウインドウ内で２個の極大を持つ場合について示したが、３個以上の極大が検出された場合も全く同様に各々の極大に対する重み付け関数の相乗が重み付け関数生成回路で生成する重み付け関数として乗算回路に送られることになる。ｎ個の極大が検出された場合、重み付け関数は次式となる。
Ｆ（ｔ）＝Ｆ_０（ｔ−ｔｐ_０）・Ｆ_１（ｔ−ｔｐ_１）・・・Ｆ_ｉ（ｔ−ｔｐ_ｉ）・・・Ｆ_ｎ−１（ｔ−ｔｐ_ｎ−１）Ｆ_ｉ（ｔ）は、｜ｔ−ｔｐ_ｉ｜≦Ｔ_ｉ／２のとき
Ｆ_ｉ（ｔ）＝１−Ａ_ｉ・ｃｏｓ（π・（ｔ−ｔｐ_ｉ）／Ｔ_ｉ）
｜ｔ−ｔｐ_ｉ｜＞Ｔ_ｉ／２のとき
Ｆ_ｉ（ｔ）＝１
Ａ_ｉ＝１−Ｐｔｈ／Ｐｐ_ｉ
ただし、ｉ＝０，１，・・・，ｎ−１
以上により電力制限器４０２は、複数の極大点を含む閾値を越えていた入力電力を閾値以下に制限し、周波数変換器１０４へ出力することになる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の実施により、電力増幅器の入力信号の尖頭値電力を制限する際に発生する歪を低減することができる。
また、本発明の実施により、尖頭値を制限することによってダイナミックレンジを狭くし、バックオフを小さく抑えることができる。
また、本発明の実施により、送信機に要求される線形性を確保したバックオフの軽減運用をする事によって、消費電力を低減し、安価な送信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るディジタル無線通信システムの送信機の構成を示す図である。
【図２】同電力制限器の構成を示す図である。
【図３】同入出力電力波形の例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るディジタル無線通信システムの送信機の構成を示す図である。
【図５】同電力制限器の構成を示す図である。
【図６】同入出力電力波形の例を示す図である。
【符号の説明】
１００送信データ
１０１送信波形整形フィルタ
１０２電力制限器
１０２ａ関数生成部
１０２ｂ遅延演算部
１０３直交変調器
１０４周波数変換器
１０５送信電力増幅器
１０６送信アンテナ
２０１入力信号
２０２出力信号
２０３電力計算回路
２０４ウインドウ生成回路
２０５閾値設定回路
２０６極大値検出回路
２０７重み付け関数生成回路
２０８遅延回路
２０９乗算回路
４０２電力制限器
４０２ａ関数生成部
４０２ｂ遅延演算部
５０１入力信号
５０２出力信号
５０３電力計算回路
５０８遅延回路
５０９乗算回路

Claims

無線通信システムの送信機に備えられる送信電力増幅器の入力信号に制限を加える電力制限器であって、
複素ベースバンド信号である入力信号から電力計算値を計算し、前記電力計算値から電力制限を行うための関数を生成する関数生成部と、
前記入力信号を遅延させ、前記関数生成部で生成した関数を用いて、遅延させた前記入力信号に電力制限演算を行う遅延演算部と
を具備する電力制限器。
前記関数生成部は、前記電力計算値が閾値を超えて極大となった位置を中心とし、前後一定区間を重み付け区間とする重み付け関数を生成する請求項１に記載の電力制限器。
前記重み付け関数は、前記電力計算値の極大値が電力制限後には前記閾値となり、前記極大以外の前記重み付け区間では前記閾値以下になるように決定した減衰係数を有する請求項２に記載の電力制限器。
前記重み付け関数は、前記電力計算値が極大となった位置を中心に前記重み付け区間をＴ、前記減衰係数をＡとして、次式の関数Ｆとする請求項３に記載の電力制限器。
（関数Ｆ）
｜ｔ｜≦Ｔ／２のとき
Ｆ（ｔ）＝１−Ａ・ｃｏｓ（π・ｔ／Ｔ）
｜ｔ｜＞Ｔ／２のとき
Ｆ（ｔ）＝１
前記関数生成部は、前記電力計算値を監視する区間（ウインドウ）内において、前記電力計算値から前記閾値を超える複数の極大を検出し、各々の前記極大に対して前記重み付け区間を設定し、各々の前記極大の極大値が前記閾値となるように前記減衰係数を決定した重み付け関数を前記関数Ｆに示す式により生成し、各々の前記重み付け関数の相乗によって重み付け関数を生成する請求項３に記載の電力制限器。
前記関数生成部は、
前記電力計算値を計算する電力計算回路と、
前記電力計算回路の出力を監視する区間（ウインドウ）を決定するウインドウ生成回路と、
電力制限を加える前記閾値を任意に設定できる閾値設定回路と、
前記ウインドウ生成回路で生成されたウインドウ内で前記電力計算回路の出力を監視し、前記閾値設定回路で設定された閾値を超える前記電力計算回路の出力の極大を検出する極大値検出回路と、
電力に制限を加える前記重み付け区間と前記減衰係数を決定し、重み付け関数を生成する重み付け関数生成回路と
からなり、
前記遅延演算部は、
前記入力信号を前記ウインドウで監視する時間分遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路で遅延させた入力信号に前記重み付け関数生成回路で生成した重み付け関数で重み付けする乗算回路と
からなる請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力制限器。
請求項１から請求項６のいずれかに記載の電力制限器を備えるディジタル無線送信機。
請求項７に記載のディジタル無線送信機を備えるディジタル無線基地局。
請求項７に記載のディジタル無線送信機を備えるディジタル無線移動局。
無線通信システムの送信機に備えられる送信電力増幅器の入力信号に制限を加える電力制限器であって、
中間周波信号である入力信号から電力計算値を計算し、前記電力計算値から電力制限を行うための関数を生成する関数生成部と、
前記入力信号を遅延させ、前記関数生成部で生成した関数を用いて、遅延させた前記入力信号に電力制限演算を行う遅延演算部と
を具備する電力制限器。
前記関数生成部は、前記電力計算値が閾値を超えて極大となった位置を中心とし、前後一定区間を重み付け区間とする重み付け関数を生成する請求項１０に記載の電力制限器。
前記重み付け関数は、前記電力計算値の極大値が電力制限後には前記閾値となり、前記極大以外の前記重み付け区間では前記閾値以下になるように決定した減衰係数を有する請求項１１に記載の電力制限器。
前記重み付け関数は、前記電力計算値が極大となった位置を中心に前記重み付け区間をＴ、前記減衰係数をＡとして、前記関数Ｆに示す式とする請求項１２に記載の電力制限器。
前記関数生成部は、前記電力計算値を監視する区間（ウインドウ）内において、前記電力計算値から前記閾値を超える複数の極大を検出し、各々の前記極大に対して前記重み付け区間を設定し、各々の前記極大の極大値が前記閾値となるように前記減衰係数を決定した重み付け関数を前記関数Ｆに示す式により生成し、各々の前記重み付け関数の相乗によって重み付け関数を生成する請求項１２に記載の電力制限器。
前記関数生成部は、
前記電力計算値を計算する電力計算回路と、
前記電力計算回路の出力を監視する区間（ウインドウ）を決定するウインドウ生成回路と、
電力制限を加える前記閾値を任意に設定できる閾値設定回路と、
前記ウインドウ生成回路で生成されたウインドウ内で前記電力計算回路の出力を監視し、前記閾値設定回路で設定された閾値を超える前記電力計算回路の出力の極大を検出する極大値検出回路と、
電力に制限を加える前記重み付け区間と前記減衰係数を決定し、重み付け関数を生成する重み付け関数生成回路と
からなり、
前記遅延演算部は、
前記入力信号を前記ウインドウで監視する時間分遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路で遅延させた入力信号に前記重み付け関数生成回路で生成した重み付け関数で重み付けする乗算回路と
からなる請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の電力制限器。
請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の電力制限器を備えるディジタル無線送信機。
請求項１６に記載のディジタル無線送信機を備えるディジタル無線基地局。
請求項１６に記載のディジタル無線送信機を備えるディジタル無線移動局。
複素ベースバンド信号または中間周波信号である入力信号から電力計算値を計算する電力計算ステップと、
前記電力計算ステップの出力を監視する区間（ウインドウ）を決定するウインドウ生成ステップと、
電力制限を加える閾値を設定する閾値設定ステップと、
前記ウインドウ生成ステップで生成されたウインドウ内で前記電力計算ステップの出力を監視し、前記閾値設定ステップで設定された閾値を超える前記電力計算ステップの出力の極大を検出する極大値検出ステップと、
電力に制限を加える重み付け区間と減衰係数を決定し、重み付け関数を生成する重み付け関数生成ステップと、
前記入力信号を前記ウインドウ生成ステップで生成したウインドウで監視する時間分遅延させる遅延ステップと、
前記重み付け関数生成ステップで生成した重み付け関数と前記遅延ステップで遅延させた入力信号とを乗算するステップと
からなり、電力制限を行う方法。
前記重み付け関数生成ステップは、前記電力計算値の極大となった位置を中心とし、前後一定区間を重み付け区間とする重み付け関数を生成する請求項１９に記載の電力制限を行う方法。
前記重み付け関数生成ステップで生成する重み付け関数は、前記電力計算値の極大値が電力制限後には前記閾値となり、前記極大以外の重み付け区間では前記閾値以下になるように決定した減衰係数を有する請求項２０に記載の電力制限を行う方法。
前記重み付け関数生成ステップで生成する重み付け関数は、前記電力計算値が極大となった位置を中心に前記重み付け区間をＴ、前記減衰係数をＡとして、前記関数Ｆに示す式とする請求項２１に記載の電力制限を行う方法。
前記極大値検出ステップは、前記電力計算値を監視するウインドウ内において、前記電力計算値から前記閾値を超える複数の極大を検出し、前記重み付け関数生成ステップは、前記極大値検出ステップによって検出された複数の極大の各々に対して前記重み付け区間を設定し、各々の前記極大値が前記閾値となるように前記減衰係数を決定した重み付け関数を前記関数Ｆに示す式により生成し、各々の前記重み付け関数の相乗によって重み付け関数を生成する請求項２１に記載の電力制限を行う方法。