JP2005020697A - 効率および線形性を改善する通信システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 信号に関連するピークを低減するために送信機において送信のための信号を修正する通信システムおよび方法を提供する。
【解決手段】 入力信号に関連するピーク信号を低減するために入力信号を修正し、ピークが低減された入力信号を供給する信号変更器と、ピークが低減された入力信号および信号変更器による入力信号の修正に関連する指示信号を増幅する電力増幅器であって、指示信号は、入力信号を修正前の元の形態に再構成するために受信機により用いられる、電力増幅器とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概括的には電子装置に関し、より詳細には通信における効率および線形性を改善するシステムおよび方法に関する。

スペクトル効率のよい変調フォーマット（形式）で無線通信送信機に用いられるＲＦ電力増幅器は、変調精度を保つため、またスペクトルの再生（spectral regrowth）および他の望ましくない帯域外（ＯＯＢ：out-of-band）放射を制限するために、高い線形性を必要とする。通常は、入力信号を忠実に再生するため、および厳密な放射マスク内に増幅器の出力を制限するために、Ａ級（クラスＡ）タイプ、ＡＢ級タイプ、またはＢ級の線形増幅器が用いられる。線形増幅器は、飽和状態で作動された場合、５０％以上の電気（ＤＣ入力電力からＲＦ出力電力、すなわちＤＣ−ＲＦ）効率が可能である。しかしながら、線形増幅器は一般に、高い線形性を提供する必要があるため高い効率で作動されない。エンベロープ（包絡線）波形が一定である場合、線形増幅器は、その線形領域で動作するために、飽和を下回って動作することが多い。時変包絡線はさらなる問題を呈する。一般的な解決策は、波形のピークを飽和付近で増幅し、波形の平均電力が飽和より十分にバックオフ（backed-off）した（低い）レベルで増幅されるようにすることである。このバックオフレベルは、出力電力バックオフ（ＯＰＢＯ）とも呼ばれ、線形増幅器の電気効率を決定する。

セルラー通信、パーソナル通信、および衛星通信などの用途のための現代の送信機では、直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）などのデジタル変調技術を符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）などの技術と組み合わせて用いる。複数周波数、同時コード（符号）、および／またはデータパルスの整形を用いて、帯域外放射が隣接するチャネルに生じるのを軽減するようにすることにより、時変包絡線が生じる。一般に、これらの信号、特にマルチキャリア信号により生成される信号は、電力レベルが広範囲に分布し、結果としてピーク対平均比（ＰＡＲ：peak-to-average ratio）が大きくなる。したがって、これらのタイプの信号の線形増幅器の動作は極めて非効率的であるが、これは、信号が大部分の時間ではるかに小さいにもかかわらず、増幅器の供給電圧が高いピーク電圧を扱う大きさになっていなければならないためである。さらに、電力増幅器のサイズおよびコストは、増幅器の所要ピーク出力電力に略比例する。

広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、ならびに移動体通信の国際基準（ＧＳＭ）および符号分割多元接続２０００（ＣＤＭＡ２０００）の両方のマルチキャリア方式は、無線標準であり、使用が拡大されつつある用途である。これらはそれぞれ、高いＰＡＲレベル、場合によっては１０ｄＢを上回るＰＡＲレベルでの波形の増幅を必要とする。地上の無線通信に割り当てられるスペクトル量がわずかなので、伝送の際に干渉環境を最小にするために、帯域外（ＯＯＢ）放射を最小にすることが必要となる。１０ｄＢ以上のＰＡＲで波形を増幅するために用いられる「Ａ」級の線形増幅器は、５〜１０％のＤＣ−ＲＦ効率しかもたらさない。増幅器のピーク出力電力の大きさは、ピーク波形により決定される。増幅器のコストは、そのピーク電力に応じて増減する。

ヒートシンクおよびＤＣ−ＤＣ電源を含むいくつかの他の回路のコストは、ピーク電力および放出される熱（電気的非効率性から生じる）に反比例する。ＡＣ−ＤＣ電源、バックアップバッテリー、冷却器、および回路遮断器といった関連基地局のコストもまた、電気動作コストのように効率に反比例する。明らかに、ＤＣ−ＲＦ効率を改善することが、製造および動作の両方に対する主なコスト削減になる。非線形クラス（例えば、Ｃ級、Ｄ級、Ｅ級、およびＦ級タイプの増幅器）のＲＦ電力増幅器は、飽和または飽和付近でＲＦ装置のスイッチをオン／オフし、ＲＦサイクルの少なくとも半分の間電流が流れ、圧縮から著しくバックオフするＡ級、ＡＢ級、またはＢ級タイプなどの線形クラスの動作よりも効率的である。しかしながら、非線形増幅器は、周波数変調（ＦＭ）およびある特定の形態の位相変調（ＰＭ）などの一定の包絡線信号とともにしか用いることができない。振幅が変調された信号により、これらの級の増幅器からの出力は激しく歪むことになる。

多くの現代のデジタル通信システムは、複数のキャリア、複数の符号チャネル、または信号電力の大きな頻度の低いピークを生じさせる他の信号からなる複雑な波形を伝送する。これらの信号の伝送は、ハードウェアおよび電力消費の点でコストがかかる。実質的なレベルの誤差を導入せずにピークの大きさを低減するシステムは、低いコストで、より高い電気的効率で動作することができ、これらは明らかに望ましい特性である。

以下では、本発明のいくつかの態様の基本的な理解をもたらすように、本発明の簡略化した概要を提示する。この概要は、本発明の広範囲に及ぶ全体像ではない。この概要では、本発明の要点すなわち重要な要素を特定することも、本発明の範囲の境界を定めることも意図していない。この概要の唯一の目的は、後に提示するより詳細な説明の前置きとして、簡略化した形態で本発明のいくつかの概念を提示することである。

本発明は、送信のための信号を修正し、信号に関連するピークを低減するように動作する送信機を含む通信装置を有する通信システムに関する。信号は、信号整形、信号クリッピング、信号分解、または信号に関連するピークを除去する他の技法を用いて修正することができる。本通信システムはまた、修正された信号を補正して、元の望ましい信号を再構成する受信機を含む通信装置を含むことができる。

本発明の一態様では、１つまたは複数の指令（指示）信号が送信され、信号修正を変更して実質的なピーク対平均（ＰＡＲ）の低減を可能にする方法を受信機に指示する。指示信号またはコード（符号）は、ピークが低減された入力信号と並行関係または逐次的関係で送信され得る。指示信号または符号は、信号修正の内容（例えば、変調コンステレーションへの修正）を受信機に示すため、修正は部分的または全体的に逆にされ得る。これにより、誤差が受信機において修復されるため、送信機のみにおいて、よりアグレッシブなピーク低減を達成することができる。

本発明の別の態様では、入力信号は、その和が所望の信号である入力信号の２つ以上のレプリカ信号に分解される。レプリカ信号は、同様に分解することができる他の所望の信号に加えることができる。多くの受信機は、受信信号の各部分が異なる距離で受信機に到達した（いわゆる「マルチパス」シナリオ」）ために生じる時間遅延信号レプリカを検出するために備えられている。本発明のこの態様では、信号は、受信機において、異なる経路を伝搬した「マルチパス」レプリカまたは信号として生じる。レプリカ信号は、指示信号の有無に関わらず送信され得る。マルチパス方式の信号を認識および再結合するように設計された受信機は、指示信号なしで用いることができる。

上記および関連する目的を達成するために、本発明のいくつかの例示的な態様を、以下の説明および添付図面とともに本明細書に記載する。しかしながら、これらの態様は、本発明の原理を用いることができる様々な方法のうちのいくつかを示すにすぎず、本発明はかかる態様およびそれらの等価物の全てを含むことを意図している。本発明の他の利点および新規な特徴は、以下の本発明の詳細な説明を図面とともに検討することから明らかとなるであろう。

本発明は、信号に関連するピークを低減するため送信信号を修正する送信機を備える通信装置を有する、通信システムに関する。本通信システムはまた、元の所望な信号を再構成するために修正された信号を補正する受信機を有する通信装置も含む。本通信システムにより、通信装置の送信機（複数可）においてより小さい送信電力増幅器を用いることができるが、これは、送信信号に関連するピークが低減されたためである。さらに、受信機は送信信号をその元の所望な形態に再構成するように動作するため、ピーク低減に関連する誤差が低減される。

本発明は、ピーク通信信号を、従来の通信システムよりも大きく低減させるとともに、信号誤差ベクトルの大きさ（ＥＶＭ：error vector magnitude）、受信機のビット誤り率（ＢＥＲ:bit error rate）、またはシンボル誤り率（ＳＥＲ:symbol error rate）に対する劣化を制限する。ピーク対平均比（ＰＡＲ:peak-to-average ratio）を低減する既存の技術は、所望の信号の劣化（ＥＶＭを特徴とする）および帯域外（ＯＯＢ：out-of-band）放射という結果に終わっている。

図１は、本発明の一態様による通信システム１０を示す。通信システム１０は、送信機１２を有する第１の通信装置１１および受信機１４を有する第２の通信装置１３を含む。第１の通信装置１１は基地局であってよく、第２の通信装置１３は無線通信システムの移動体通信ユニット（ＭＣＵ：mobile communication unit）であってよい。あるいは、第２の通信装置１３が基地局であってよく、第１の通信装置１１が移動体通信ユニット（ＭＣＵ）であってもよい。図１に示す２つの通信装置システムは、例示を目的としており、通信システム１０が１つまたは複数の送信機および受信機をそれぞれ有する複数の通信装置を含み得ることは理解されるであろう。

送信機１２は、入力信号を例えばデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などから受信する信号モディファイア（変更器）１６を含む。信号変更器１６は、関連するピークを低減するために入力信号を修正する。信号変更器１６はまた、入力信号に関連するピークを低減するために入力信号に対して行った修正を規定する指示信号または指令（指示）符号を生成することができる。信号変更器１６は、次に、ピークが低減された信号および指示信号を供給する。指示信号は、ピークが低減された信号と並行して（例えば、別個の周波数で、または直交符号で）、または順次送信することができる。指示信号は、受信機１４に変調コンステレーションについての修正内容を示すため、修正は部分的または全体的に逆にすることが可能である。これにより、誤差が受信機１４において修復されるため、送信機１２におけるよりアグレッシブなピーク低減が可能になる。

例えば、信号変更器１６は、コンステレーション整形を用いてピーク低減に関連するピークおよび帯域外（ＯＯＢ）放射を低減することができる。コンステレーション整形は、変調に誤差を意図的に導入しながら、信号の変調コンステレーションを修正して、ピークを低減する技術である。誤変調で送信されるビットまたはシンボルは通常、受信機で補正することができず、ビットまたはシンボル誤りが生じる確率が増す。本発明は、ピーク低減信号とともに送信される１つまたは複数の追加信号（指示信号または指示符号）を規定することにより、よりピーク対平均比（ＰＡＲ）のより大きな低減を可能にする。指示信号または符号は、修正を逆にする方法に関する必要な情報を受信機に供給する。クリッピングおよび最適な信号成分の選択（例えば、キャリア位相、符号選択、周波数、符号タイミングオフセット）を含む他の技法を用いてＰＡＲレベルを低減してもよい。

符号チャネルを用いた通信（例えば、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００）の場合、追加信号として固有の符号チャネル（複数可）の付加が容易に受け入れられる。１つまたはいくつかの特定の周波数の割り当てを、複数のキャリアを用いて情報を伝送するシステム（例えば、ＯＦＤＭ、多重キャリア（ＭＣ）−ＣＤＭＡ、離散マルチトーン（ＤＭＴ：Discrete Multi-tone））に用いてもよい。いくつかの状況では、追加信号を抽出するために、受信機が短期間データをバッファする必要があり得る。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）で動作するシステムの場合、二次スケーリング情報を付加的なタイムスロットに送信することができる。名目上のシングルキャリア方式の場合、追加情報を示すためにキャリアまたは偏波符号（polarization code）を加えることも可能である。他の技術を用いる信号に符号チャネルを加えることも可能である。

本発明の別の態様では、信号変更器１６は、入力信号を、振幅でスケーリングされる入力信号の２つ以上のレプリカに分離すなわち分解する。２つ以上のレプリカを再結合することにより、元の望ましい入力信号が得られる。例えば、信号を、信号変更器により一時的に（例えばデジタルメモリに）格納し、和が所望の信号となる２つ以上のレプリカに分解することができる。これらのレプリカは、他の所望の信号に加えられ、これが同様に分解され得る。信号は異なるラグ（遅れ時間）で遅延されて受信機に現れ、「マルチパス」レプリカを生じさせる複数の表面から反射する信号と同じ結果となる。２つ以上のレプリカは、並行して、または順次送信され得る指示信号と結合することができる。あるいは、何らかの形式ですでに設計されている受信機（例えば、ＣＤＭＡ式信号用のレイク受信機）を用いて、指示信号を用いずにマルチパス方式の信号を認識および再結合することができる。

次に、信号変更器１６は、デジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）１８への指示信号を用いて、または用いずに、修正された信号（複数可）を供給する。ＤＡＣ１８は、信号をデジタルドメイン（領域）からアナログドメインへ変換する。次に、アナログ信号は増幅のために増幅器システム２０へ供給される。増幅器システム２０は、電力増幅器（図示せず）を含む。電力増幅器は、線形増幅器（例えば、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級）であり得るか、または、入力信号の種類によっては、所望の性能、許容可能な効率、および許容可能なＯＯＢ放射に基づいた非線形型増幅器（たとえば、Ｃ級、Ｄ級、Ｅ級、Ｆ級）であり得る。次に、修正された信号（複数可）は、指示信号の有無に関わらず、アンテナ２２を介して無線リンクで送信される。

本発明の一態様では、ＤＡＣ１８は、ΔΣ変調されたＤＡＣ（例えば、１ビットΔΣＤＡＣ、マルチビットΔΣＤＡＣ）である。ΔΣ変調は、通常は非常に高いサンプリング速度の少数の量子化レベルを用いて信号の粗い推定値を生成するために用いられる技術である。少数（１ビット量子化器の場合２つのレベル）の離散レベルは、「量子化」雑音をシステムに導入する。オーバーサンプリングの影響およびΔΣ変調における積分器のフィードバックループの使用は、雑音を帯域外周波数にシフトさせるのに有効である。雑音シフティング特性および量子化誤差の導入により、後続のフィルタリング段を効率的に使用して、雑音を除去してはるかに高い周波数で入力のより正確な表現を生成することが可能になる。ΔΣＤＡＣを用いて、入力信号を無線伝送周波数に直接アップコンバートし、従来のアナログミキサを介する信号のさらなる周波数変換が必要でなくなるようにすることができる。無線伝送周波数は、無線周波数（ＲＦ）範囲（例えばメガヘルツ範囲）またはマイクロ波周波数範囲（例えばギガヘルツ範囲）であってよい。

アンテナ２４が、送信機１２からの送信信号を捕捉して、送信信号を検出器／復号器２６に供給する。検出器／復号器２６は、受信した信号を検出して、受信した信号を復号および／または変調し、その信号は次に信号補正器２８に供給される。信号補正器２８は、修正された出力信号（複数可）および修正された出力信号（複数可）に関連する送信器１２から発せられる任意の指示信号または符号を受け取る。次に、信号補正器２８は、指示信号または符号に基づいて信号を修正前のその元の形式に再構成し、元の望ましい入力信号を供給する。あるいは、信号補正器２８は、入力信号の１つまたは複数のレプリカを、指示信号または符号に基づいて、またはマルチパスアルゴリズムを用いて、元の望ましい入力信号に結合し、信号変更器１６による修正前の元望ましい入力信号を再構成する。次に、信号変更器２８は、逆修正（ディモデファイ）および再構成された入力信号をアナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）３０に供給する。ＡＤＣ３０は、受信機１４によるさらなる処理のために、アナログ信号をデジタル信号へ変換する。

図２は、本発明の一態様による送信機４０の概略ブロック図を示す。送信機４０は、信号またはコンステレーション整形器４２を含む。信号整形器４２は、ピークを低減するために変調コンステレーションまたは信号を修正する。様々な異なるコンステレーション整形技術を用いて、入力信号に関連するピークを低減することができる。信号整形器４２は、信号生成器４４に結合される。信号整形器４２は、信号整形器４２による入力信号の修正に対応する情報を信号生成器４４に供給する。次に、信号生成器４４は、入力信号が修正されたことおよびその修正に関連する情報を受信機に伝える指示信号または符号を生成する。あるいは、その修正に関連する情報は受信機に存在して、いくつかの既知の修正が送信機で行われ、規定された指示信号または符号に基づいて修正された入力信号が受信機で再構成されるようにすることができる。例えば、簡単なシステムでは、ほどんど常にゼロであり、信号がクリップされている場合に固定のスケーリングファクタ（scaling factor）に符号化される１つまたは少数の値をとる最小の指示信号を用いることができる。

信号結合器４６が、修正または整形（シェーピング）された入力信号および修正の程度（例えばスケーリング）を規定する指示信号または符号を受け取る。修正または整形された入力信号および指示信号は、送信のために結合される。整形された入力信号および指示信号の組み合わせは、並行して、または順次送ることができる。指示信号は、整形された入力信号の後または前に順次送信することができる。あるいは、指示信号は、整形された入力信号と結合されて、並行して送信することができる。指示信号は、整形された信号に変調することができる。例えば、符号チャネルを用いた通信（例えば、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、スペクトル拡散）の場合の指示信号として、固有の符号チャネル（複数可）の付加を用いることができる。指示信号は、複数のキャリアを用いて情報を伝送するシステム（例えば、ＯＦＤＭ、ＭＣ−ＣＤＭＡ、ＤＭＴ）において、１つまたはいくつかの特定の周波数で供給することができる。指示信号は、ＴＤＭＡで動作するシステムの付加的なタイムスロットに供給することができる。

次に、信号結合器４６は、整形された信号および指示信号をＤＡＣ４８（例えば、１ビットΔΣＤＡＣ、マルチビットΔΣＤＡＣ）に供給する。ＤＡＣ４８は、信号をデジタルドメインからアナログドメインへ変換する。次に、アナログ信号は、増幅のために増幅器システム５０に供給される。増幅器システム５０は、電力増幅器（図示せず）を含む。電力増幅器は、線形増幅器（例えば、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級）であり得る。線形増幅器（Ａ級、Ａ／Ｂ級、Ｂ級）の場合、増幅器システム５０のピーク対平均比（ＰＡＲ）が低減した選択された増幅器では、サイズおよびコストの点で１ｄＢのｄＢ削減がある。したがって、本発明が他の技術よりも３ｄＢ高い信号をクリップすることが可能である場合、増幅器の可能なコスト削減は約５０％である。これにより、本発明は、より小さく（電力が少ない）、かつＰＡＲ低減のない増幅システムよりも効率的に動作する電力増幅器の使用を可能にする。ＤＣ−ＲＦ効率の点で可能な著しい改善もある。効率の省力化により、全体的なコストならびに送信機のインフラストラクチャ、例えばバッテリーまたはバックアップバッテリー、ＡＣ−ＤＣ電力変換器、および冷却システムに関連する一定範囲のコストが削減される。

図３は、本発明の別の態様による送信機６０を示す。送信機６０は、送信のために入力信号を生成するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）６２を含む。入力信号は、シングルキャリア信号またはマルチキャリア信号であり得る。次に、入力信号は、所定の変調標準（例えば、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ）に従って入力信号を変調する変調器６４に供給される。変調された信号は、次に、ピーク検出器／クリッパ６６に供給される。ピーク検出器／クリッパ６６は、入力信号に関連するピーク信号を検出および除去する。ピーク検出器／クリッパ６６は、ピークが低減された入力信号を再変調器７０に供給する。

ピーク検出器／クリッパ６６はまた、信号符号生成器６８に情報を供給する。信号符号生成器６８は、ピーク低減に関連する符号を生成する。信号符号生成器６８は、入力信号の修正（変更）に関する情報を提供するルックアップテーブルおよび／またはアルゴリズムであり得る。ピークが低減された入力信号および生成された符号は再変調器７０に供給され、再変調器７０は、ピークが低減された入力信号を復調して、指示符号が埋め込まれたピークが低減された入力信号を再変調する。あるいは、再変調器７０は、信号指示符号をすでに変調したピークが低減された入力信号に変調するさらなる変調を行うことができる。再変調器７０は、クリッピングから生じた望ましくない帯域外放射を除去するフィルタを含むことができる。

次に、再変調器７０は、指示符号が埋め込まれたピークが低減された入力信号をＤＡＣ７２（例えば、１ビットΔΣＤＡＣ、マルチビットΔΣＤＡＣ）に供給する。ＤＡＣ７２は、信号をデジタルドメインからアナログドメインへ変換する。次に、アナログ信号は、増幅のために増幅器システム７４に供給される。増幅器システム７４は、線形増幅器（例えば、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級）であり得る電力増幅器を含む。送信機６０において線形増幅器（Ａ級、Ａ／Ｂ級、Ｂ級）を用いることにより、歪みを低く抑え、ピーク信号が低減される場合にはＯＯＢが低減した出力をもたらす。

図１〜図３の技術により、複合通信信号のＰＡＲレベルを著しく減少させることができる。例えば、４キャリアのＷＣＤＭＡ信号のＰＡＲを１０ｄＢから５ｄＢに減少させることは、十分に可能である。この変更により、電力増幅器のサイズおよびコストを３分の１に減らすことができ、Ａ／Ｂ級増幅器の送信機は、そのＤＣ−ＲＦ効率を１０％未満から約２０％へ倍増させることができる。

図４は、本発明の別の態様によるレプリカ信号を生成する送信機８０を示す。送信機８０は、シングルキャリア信号またはマルチキャリア信号であり得る入力信号を変調する変調器８２を含む。変調器８２は、所定の変調標準（例えば、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ、ＴＤＭＡ）に従って入力信号を変調する。次に、変調された信号は、信号スプリッタまたは信号分解器８４に供給される。信号スプリッタ８４は、信号を入力信号の２つ以上のレプリカに分解し、各レプリカは、入力信号のピーク振幅未満の、すなわち入力信号のピーク振幅より小さいピーク振幅を有する。次に、２つ以上のレプリカは、並列‐直列結合器８６に供給され、並列‐直列結合器８６は、２つ以上のレプリカを送信のために所定の順序に結合する。

次に、並列‐直列結合器８６は、順次並べられた２つ以上のレプリカをＤＡＣ８８（例えば、１ビットΔΣＤＡＣ、マルチビットΔΣＤＡＣ）に供給する。ＤＡＣ８８は、信号をデジタルドメインからアナログドメインへ変換する。次に、アナログ信号は、増幅のために増幅器システム９０に供給される。増幅器システム９０は、線形増幅器（例えば、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級）であり得る電力増幅器（図示せず）を含む。本発明のこの態様では、ＣＤＭＡなどで用いられるような、マルチパス信号から信号を再構成するように動作する受信機を、受信機の変更を全く伴わずに、または実質的に伴わずに、利用することができる。

図５は、本発明の別の態様によるレプリカ信号を生成する送信機１００を示す。送信機１００は、シングルキャリア信号またはマルチキャリア信号であり得る入力信号を変調する変調器１０２を含む。変調器１０２は、所定の変調標準（例えば、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ、ＴＤＭＡ）に従って入力信号を変調する。次に、変調された信号は、ピーク検出器１０４に供給される。ピーク検出器１０４は、入力信号に関連するピーク信号を検出し、信号符号生成器１０８に情報を供給する。信号符号生成器１０８は、ピーク低減に関連する符号を生成する。信号符号生成器１０８は、入力信号の修正に関する情報を提供するルックアップテーブルおよび／またはアルゴリズムであり得る。

ピーク検出器１０４は、変調された信号を信号スプリッタまたは信号分解器１０６に供給する。信号スプリッタ１０６は、信号を入力信号の２つ以上のレプリカに分解し、各レプリカは、入力信号のピーク振幅未満の、すなわち入力信号のピーク振幅より小さいピーク振幅を有する。例えば、レプリカの数および／またはレプリカのスケーリングは、ピーク検出器１０４により決定される。ピーク検出器１０４は、この情報を信号符号生成器１０８に供給し、信号符号生成器１０８は、２つ以上のレプリカを所望の信号に再構成およびスケーリングするのに必要な情報を受信機に供給する符号を生成する。次に、２つ以上のレプリカおよび信号符号は、信号結合器１１０に供給され、信号結合器１１０は、２つ以上のレプリカおよび指示符号を送信のために所定の順序に結合する。

次に、信号結合器１１０は、順次並べられた２つ以上のレプリカをＤＡＣ１１２（例えば、１ビットΔΣＤＡＣ、マルチビットΔΣＤＡＣ）に供給する。ＤＡＣ１１２は、信号をデジタルドメインからアナログドメインへ変換する。次に、アナログ信号は、出力信号としての増幅および送信のために増幅器システム１１４に供給される。増幅器システム１１４は、線形増幅器（例えば、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級）であり得る電力増幅器（図示せず）を含み、これは、電力増幅器の動作効率がピークが低減されない送信機と比較して向上するように、ピークが低減されたレプリカを処理するようにバイアスがかけられる。

図６は、本発明の一態様による受信機１２０を示す。受信機１２０は、ピークが低減された入力信号およびピークが低減された入力信号と並行して、または順次受信される指示信号を含む送信信号を受信するように動作する。受信機１２０は、送信機からの送信信号を検出し、検出された送信信号を復号し、その検出された送信信号を復調器１２４に供給する検出器／復号器１２２を含む。復調器１２４は、入力信号から変調を除去し、復調された入力信号を信号分離器１２６に供給する。信号分離器１２６は、指示信号を入力信号から分離する。例えば、指示符号または信号が入力信号に埋め込まれている場合、信号分離器１２６は送信信号から指示符号または信号を取り出して、指示符号または信号を指示符号／信号リゾルバ（resolver）１２８に供給する。同時に、信号分離器１２６は、ピークが低減された入力信号を送信信号から取り出して、ピークが低減された入力信号を信号補正器１３０に供給する。

指示符号が入力信号に続く信号である場合、信号分離器１２６は、指示符号または信号部分を指示符号／信号リゾルバ１２８に直接供給し、ピークが低減された入力信号を信号補正器１３０に直接供給する。指示情報は、指示符号または信号内にあってもよく、または受信機内の指示符号または信号を用いてアクセスすることができる場所にあってもよい。指示符号／信号リゾルバ１２８は、指示符号または信号に関連する情報を分解し、適当なスケーリングファクタを信号補正器１３０に供給する。次に、信号補正器１３０は、ピークが低減された入力信号を元の望ましい形態に復元するために、ピークが低減された入力信号をスケーリングする。

図７は、本発明の別の態様による受信機１４０を示す。受信機１４０は、指示信号を含むか含まないかに関わらず入力信号の２つ以上のレプリカを含む送信信号を受信するように動作する。受信機は、各レプリカ信号ごとに個別の信号チェーン（chain）を有する。各チェーンは、可変または固定の遅延を有する（レプリカ遅延が送信機により固定されている場合は固定）。受信機は、遅延を確定するか、または遅延に関する指令を受信することができる。後者の場合、適当な命令を用いて、信号チェーンの１つが検出され、次に全てのチェーンが検出される。受信機が遅延を確定する場合、各信号チェーンはデジタル化され、信号が最大に相関するまで遅延が変更される。適当な遅延が用いられると、全てのチェーンが合計され、必要に応じて検出／復調および復号される。

受信機１４０は、指示信号を含むか含まないかに関わらず入力信号の２つ以上のレプリカを含む送信信号を受け取る検出器／復号器１４２を含む。次に、２つ以上のレプリカ信号はバッファ１４４に供給され、そこで一時的に格納され、適当な遅延が各レプリカに適用される。レプリカ分離器１４５は、レプリカに関連する遅延に基づいてバッファ１４４からレプリカを取り出す順序を決定し、２つ以上のレプリカ信号をレプリカ加算器１４６に供給する。次に、レプリカ加算器１４６は、レプリカ信号を所望の信号に再結合する。次に、所望の信号は復調器１４８に供給され、復調器１４８は所望の信号を元の入力信号に復調する。

上記で説明した前述の構造的および機能的特徴を鑑みて、本発明の様々な態様による方法は、図８および図９を参照してよりよく理解されるであろう。説明を簡略化するために、図８および図９の方法を連続的に実行するものとして図示および説明するが、いくつかの態様を本発明に従って、本明細書中で図示および説明される他の態様とは異なる順序で、および／または同時に行うことができるため、本発明は例示する順序に限定されないことを理解および認識すべきである。さらに、本発明の一態様による方法を実施するために例示する全ての特徴が必要とされ得るわけではない。

図８は、本発明の一態様による通信システムで信号を送信する方法を示す。方法は２００から開始し、入力信号に関連するピークを低減するために入力信号が修正される。入力信号は、様々な異なる無線形式（例えば、ＷＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ、マルチキャリア方式のＧＳＭ、ＣＤＭＡ２０００）に準拠する入力信号であり得る。入力信号は、入力信号に関連するピークを低減するために、信号またはコンステレーション整形を用いて修正することができる。クリッピングおよび最適な信号成分の選択（例えば、キャリア位相、符号選択、周波数、符号タイミングオフセット）を含む他の技法を用いてピーク対平均（ＰＡＲ）レベルを低減してもよい。次に、方法は２１０へ進む。

２１０において、指示信号または符号が生成される。指示信号または符号は、入力信号の修正に関連し、受信機において入力信号を再構成するための指示または符号を含む。２２０において、指示信号または符号が修正された入力信号と結合される。指示信号または符号は、順次結合され（例えば順々に送信され）てもよく、または並行して結合（例えば、指示信号または符号が入力信号の変調内に結合）されてもよい。例えば、符号チャネルを用いた通信（例えば、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、スペクトル拡散）の場合の指示信号として、固有の符号チャネル（複数可）の付加を用いることができる。指示信号は、情報を伝送するために複数のキャリアを用いるシステム（例えば、ＯＦＤＭ、ＭＣ−ＣＤＭＡ、ＤＭＴ）において、１つまたはいくつかの特定の周波数で供給することができる。指示信号は、ＴＤＭＡで動作するシステムの付加的なタイムスロットに供給することができる。２３０において、結合された修正された入力信号および指示信号または符号は、デジタルドメインからアナログドメインへ変換され、増幅され、無線リンクで送信信号として送信される。次に、方法は２４０へ進む。

２４０において、受信機は、送信信号を検出および復号することにより、送信信号を受信する。次に、送信信号はそれに関連する変調を除去するために復調される。２５０において、指示信号および修正された入力信号が分離される。指示信号および修正された入力信号は、修正された入力信号に埋め込まれた指示信号または符号を除去することにより、または指示信号および修正された入力信号をバッファなどに一時的に格納することにより、分離することができる。次に、２６０において、指示信号は、修正された入力信号を元の望ましい信号に再構成するために用いられる。例えば、指示信号を用いて、修正された入力信号をピーク領域においてその元の形態に、または修正された入力信号全体の固定スケールにスケーリングするためのスケーリングファクタを選択することができる。修正された入力信号を元の望ましい信号に再構成するために他の技法を用いてもよいことを理解するべきである。

図９は、本発明の別の態様による通信システムで信号を送信する方法を示す。方法は３００から開始し、入力信号が複数のレプリカ信号に分解される。入力信号は、様々な異なる無線形式（例えば、ＷＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ、マルチキャリア方式のＧＳＭ、ＣＤＭＡ２０００）に準拠する入力信号であり得る。３１０において、複数のレプリカ入力信号が送信のためにバッファに一時的にロードされ得る。３２０において、複数のレプリカ信号は、指示信号の有無に関わらず順次結合されて、それぞれが元の入力信号のピーク信号より少ないピーク信号を有する複数の順次レプリカ信号から構成される送信信号が供給されるようにする。次に、方法は３３０へ進む。

３３０において、複数の順次レプリカ信号は、デジタルドメインからアナログドメインへ変換され、増幅され、無線リンクで送信信号として送信される。次に、方法は３４０へ進む。３４０において、受信機は送信機におけるステップを逆にすることにより、送信信号を受信する。予期されるレプリカ信号それぞれをデジタル処理するために、別個の信号チェーンが、例えば予期されるレプリカ１つにつき１つの信号チェーンが用いられる。受信機は、各レプリカの遅延を事前に知っているか、または信号から確定する(経験的に、または埋め込まれた指示から）。埋め込まれた指示の場合、指示を抽出するために1種類のチェーンに対してさらなる処理を行わねばならない。３５０において、適当な遅延が確定すると、正しい遅延を適用するために各信号チェーンがバッファに格納される。３６０において、レプリカ信号が集約され、集約された信号が供給されて所望の信号が再構成される。次に、集約された信号は３７０において検出および復調される。

以上の説明は本発明の実施態様の例を含む。当然ながら、本発明を説明するために考えられる全ての構成部品または方法の組み合わせを記載することは不可能であるが、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび順序が可能であることを、当業者は認識するであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲の精神およびその範囲に入る全ての変更、改変、および変形を包含することを意図するものである。

本発明の一態様による通信システムの概略ブロック図である。 本発明の一態様による指示信号を用いる送信機の概略ブロック図である。 本発明の一態様による指示符号を用いる送信機の概略ブロック図である。 本発明の一態様による、信号を複数のレプリカ信号に分解する送信機の概略ブロック図である。 本発明の別の態様による、信号を複数のレプリカ信号に分解する送信機の概略ブロック図である。 本発明の別の態様による、修正された入力信号を構成信号または符号を用いて再構成する受信機の概略ブロック図である。 本発明の別の態様による、複数のレプリカ信号を所望の信号に再構成する受信機の概略ブロック図である。 本発明の一態様による、信号を送受信する方法の図である。 本発明の別の態様による、信号を送受信する方法の図である。

Claims (10)

1. 通信装置であって、
   入力信号に関連するピーク信号を低減するために前記入力信号を修正し、ピークが低減された入力信号を供給する信号変更器、および
   前記ピークが低減された入力信号および前記信号変更器による前記入力信号の修正に関連する指示信号を増幅する電力増幅器であって、前記指示信号は、前記入力信号を修正前の元の形態に再構成するために受信機により用いられる、電力増幅器、
   を備えた通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置において、前記信号変更器は、前記入力信号に関連するピーク信号を低減するために、前記入力信号の変調コンステレーションを整形する信号整形器を含む、通信装置。
3. 請求項１に記載の通信装置において、前記指示信号を前記ピークが低減された入力信号と並行関係および順次関係のいずれかで結合する信号結合器をさらに備える、通信装置。
4. 請求項１に記載の通信装置において、前記指示信号は、前記ピークが低減された入力信号に変調される指示符号である、通信装置。
5. 請求項１に記載の通信装置において、前記入力信号は、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、移動体通信の国際標準（ＧＳＭ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ２０００）、および時分割多元接続（ＴＤＭＡ）のうちの１つに準拠する、通信装置。
6. 請求項１に記載の通信装置において、前記ピークが低減された入力信号および前記指示信号をデジタルドメインからアナログドメインへ、無線伝送周波数に直接変換し、アナログのピークが低減された入力信号およびアナログの指示信号を増幅のために前記電力増幅器に供給するデジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）をさらに備える、通信装置。
7. 請求項１に記載の通信装置において、前記信号変更器は、前記入力信号を複数のレプリカ信号に分解する信号スプリッタを含み、前記複数のレプリカ信号の各々は、前記入力信号の最大ピーク値より小さい最大ピーク値を有する、通信装置。
8. 請求項１に記載の通信装置において、前記複数のレプリカ信号を送信のために順次並べる信号結合器をさらに備える、通信装置。
9. 請求項１に記載の通信装置において、
   修正された入力信号および指示信号を含む送信信号を送信機から受ける検出器／復号器であって、前記指示信号は前記入力信号の修正に関連する、検出器／復号器、および
   前記修正された入力信号を、前記指示信号に関連する情報を用いて、修正前のその元の形態に再構成する再構成器、
   をさらに備える通信装置。
10. 請求項１に記載の通信装置において、前記修正された入力信号を前記指示信号から分離する信号分離器と、
    前記指示信号を解明して、前記修正された入力信号を修正前のその元の形態に再構成することを容易にするために前記再構成器に情報を供給する指示リゾルバと、
    前記指示信号に関連する情報に基づいて、前記修正された入力信号を補正する信号補正器と、
    をさらに備える、通信装置。

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