JP2005033341A - 送信装置、増幅回路及び送信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の課題は、マルチキャリア信号を増幅する増幅手段において発生する非線形ひずみの影響をより小さく抑えることができる送信装置を提供することである。
【解決手段】上記課題は、周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を送信する送信装置において、前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算する総和計算手段と、前記総和計算手段により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段により得られた計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑える歪み低減手段を備えることを特徴とする送信装置にて達成される。
【選択図】 図２
【解決手段】上記課題は、周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を送信する送信装置において、前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算する総和計算手段と、前記総和計算手段により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段により得られた計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑える歪み低減手段を備えることを特徴とする送信装置にて達成される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア信号を送信する送信装置、増幅回路及び送信方法に関し、特に、移動通信システムの基地局装置、移動端末等に用いられる送信装置、増幅回路及び送信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）などのマルチキャリア伝送方式では、複数のサブキャリアを使用し、サブキャリア当たりの伝送速度を小さくすることで、マルチパスフェ−ジングチャネルにおけるマルチパス干渉に対する耐性を向上させる伝送方式である。マルチキャリア伝送方式では、多数のサブキャリアを同時に送信するため、それらのサブキャリアの位相関係により、送信信号の振幅が非常に大きく変動することが知られている。このような振幅変動の大きい信号を、電力増幅する際には、電力増幅器の非線形特性が大きな問題となる。すなわち、電力増幅器には、増幅可能な入力信号の振幅に上限があり、その上限を超える振幅の信号が入力された場合には、信号が正しく増幅されず大きく歪んでしまう（このような現象のことを“非線形ひずみ”と呼ぶ）。
【０００３】
ここで、電力増幅器が正しく増幅できる最大電力に対する入力信号の平均電力の比を、電力増幅器の入力バックオフ（ＩＢＯ：Ｉｎｐｕｔ Ｂａｃｋ Ｏｆｆ）と定義する。一般に、電力増幅器での非線形ひずみの発生を抑えるためには、入力信号に対して、入力バックオフを大きく設定する必要がある。しかし、電力増幅器において、入力バックオフを大きく設定した場合には、電力増幅器の消費電力が非常に大きくなり、電力効率が極度に低下してしまう。逆に、電力増幅器において入力バックオフを小さく設定すれば、電力効率は向上するが、最大振幅値が増幅可能な入力信号の振幅の上限をオーバーし、電力増幅による非線形ひずみが生じてしまう。したがって、マルチキャリア伝送方式において、電力効率の良い電力増幅器を用いるためには、送信信号の振幅変動の大きさを低く抑えることが重要となってくる。
【０００４】
そこで、マルチキャリア伝送方式において、振幅変動の大きさを低く抑える方法として、ピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ： Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ−Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）の規範に基づく方法が提案されている。ＰＡＰＲの定義は、送信信号の最大振幅の２乗値Ｐｍａｘに対する平均電力Ｐａｖｅの比であり、以下の式で定義される。
【０００５】
【数５】
また、Ｐｍａｘ、Ｐａｖｅは、それぞれ下記の式で表される。
【０００６】
【数６】
【０００７】
【数７】
ここで、ｓ〔ｎ〕はマルチキャリア信号の１シンボルを標本数ＮＬで標本化したときのｎ番目の標本値を示している。一方、電力増幅器の入力バックオフＩＢＯは、以下の式で与えられる。
【０００８】
【数８】
ここで、Ｐｓａｔは電力増幅器が正しく増幅できる最大電力（飽和電力）を表している。
【０００９】
ここで、ＰＡＰＲ規範に基づいてマルチキャリア信号のＰＡＰＲを低減した場合を説明する。図９は、この場合を説明するための図である。同図（ａ）、（ｂ）は、ＰＡＰＲ低減部に入力されたマルチキャリア信号の電力の時間軸上での変動
例を示す図で、横軸に時間、縦軸に電力をとったものである。ＰＡＰＲ低減部は、一般にマルチキャリア伝送方式を適用した送信装置内に設けられ、ＰＡＰＲ規範に基づいてＰＡＰＲを低減する処理を行う。具体的には、ＰＡＰＲ低減部は、入力されたマルチキャリア信号のピーク電力部分（同図（ａ）の▲１▼参照）のみに着目してＰＡＰＲを低減する処理を実行し、マルチキャリア信号を出力する（同図（ｂ））。
【００１０】
ところで、ＰＡＰＲが入力バックオフを下回る場合は、入力信号の振幅が、電力増幅器が正しく増幅できる範囲内であるため、非線形ひずみの発生が抑えられ、自信号の通信品質の劣化と、帯域外への輻射の発生（他システムへの干渉）を抑えることが可能である。したがって、ＰＡＰＲの規範に基づいて、ＰＡＰＲを増幅器入力前に低減させる方法（ＰＡＰＲ低減法）が各種検討されている。
【００１１】
例えば、非特許文献〔１〕、〔２〕では、クリッピングとフィルタリングを組み合わせた方法として、マルチキャリア信号にオーバーサンプリングを適用した後、各サンプルに対して設定したしきい値でそのサンプルの振幅（電力）をカット（クリッピング）し、クリッピングにより生じる帯域外の輻射成分をフィルタにより除去する方法が示されている。
【００１２】
また、非特許文献〔３〕では、伝送される情報系列のパターンによって、マルチキャリア信号のＰＡＰＲの値が決まることに着目し、ＰＡＰＲが小さくなる情報系列のみを選択して送信する方法、いわゆる選択マッピング法（ＳＬＭ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｐｐｉｎｇ）が示されている。さらに、選択して送信する情報系列の種類が限定されることを利用して、情報系列に誤り検出あるいは誤り訂正符号化を行い、受信部で対応する誤り検出あるいは誤り訂正復号を行って、通信品質を向上させる方法も示されている。
【００１３】
また、非特許文献〔４〕では、多数のサブキャリアを数本ずつのクラスタと呼ばれるブロックに分割し、ＰＡＰＲが低くなるように、各クラスタに多値化した位相を与える方法（部分系列伝送、ＰＴＳ：Ｐａｒｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）が示されている。
【００１４】
また、特許文献〔１〕では、マルチキャリア伝送装置において、マルチキャリア信号のピーク電圧発生部分のみを抑圧し、ピーク電圧発生部分のみが抑圧されたマルチキャリア信号全体を均等に抑圧する方法が提案されている。この方法によれば、ピーク電圧発生部分のみを抑圧する際におこるマルチキャリア信号の歪みに起因する誤り率特性の劣化を低減し、かつ、マルチキャリア信号を均等に抑圧する際に生ずる電力レベルの低下に起因する誤り率特性の劣化を低減することができる旨が示されている。
【００１５】
【非特許文献１】
Ｌ． Ｊ． Ｃｉｍｉｎｉ ａｎｄ Ｎ． Ｒ． Ｓｏｌｌｅｎｂｅｇｅｒ， “Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｌｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＯＦＤＭ”， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．２， ｐｐ．１３１−１３３， Ｍａｙ． １９９８
【００１６】
【非特許文献２】
Ｈ．Ｏｃｈｉａｉ ａｎｄ Ｈ．Ｉｍａｉ， “Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｅｌｉｂｅｒａｔｅｌｙ Ｃｌｉｐｐｅｄ ＯＦＤＭ Ｓｉｇｎａｌｓ， ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．５０． ｎｏ．１， Ｊａｎ．２００２
【００１７】
【非特許文献３】
Ｒ． Ｗ． Ｂａｕｍｌ， Ｒ． Ｆ． Ｈ．Ｆｉｓｃｈｅｒ ａｎｄ Ｊ． Ｂ． Ｈｕｂｅｒ，“Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｂｙ
Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｐｐｉｎｇ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３２， ｎｏ．２２， ｐｐ．２０５６−２０５７， Ｏｃｔ． １９９６
【００１８】
【非特許文献４】
Ｌ． Ｊ． Ｃｉｍｉｎｉ ａｎｄ Ｎ． Ｒ． Ｓｏｌｌｅｎｂｅｇｅｒ， “Ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ＯＦＤＭ ｓｉｇｎａｌ ｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ”， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔ， ｖｏｌ．４， Ｎｏ．３， ｐｐ．８６−８８， Ｍａｒ． ２０００
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−７７０９７号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、移動通信システムにおける基地局装置、および携帯電話、携帯情報端末等の移動端末では、高い電力効率が要求されるため、入力バックオフの値が小さくなる。この場合、前述のＰＡＰＲ規範を用いて、マルチキャリア信号のＰＡＰＲのみを小さく抑えることは、電力増幅器による非線形ひずみの発生を抑えるのに必ずしも効果的であるとはいえない。なぜなら、一般には、電力増幅器の入力バックオフを超える送信信号の入力全てに対して非線形ひずみが発生するため、ＰＡＰＲ規範を適用して瞬時の最大ピーク電力を抑える方法だけでは、非線形ひずみの影響を十分に抑圧することができないからである。
【００２１】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、マルチキャリア信号を増幅する増幅手段において発生する非線形ひずみの影響をより小さく抑えることができる送信装置、増幅回路及び送信方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を送信する送信装置において、前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算する総和計算手段と、前記総和計算手段により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段により得られた計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑える歪み低減手段を備えることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の請求項２によれば、前記送信装置において、
前記総和計算手段は、
【００２４】
【数９】
ＥＰ：信号電力超過規範
ＮＬ：マルチキャリア信号の１シンボル内の標本数
Ｓ〔ｎ〕：マルチキャリア信号を標本化したときのｎ番目の標本値
Ｐａｖｅ：マルチキャリア信号の平均電力
Ｐｔｈ ：しきい値
Ｒ（ｘ）：
【００２５】
【数１０】
にしたがって総和となるＥＰを計算することを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の請求項３によれば、前記送信装置において、
前記総和計算手段は、
【００２７】
【数１１】
ＴＰＡＰＲ：しきい値
【００２８】
【数１２】
にしたがって総和となるＥＰを計算することを特徴としている。
【００２９】
また、本発明の請求項４によれば、前記送信装置において、前記しきい値は、外部からの制御情報に基づいて、変化させられることを特徴としている。
【００３０】
上記本発明によれば、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させる信号電力超過規範を用いることで、増幅手段で発生する非線形ひずみを低減することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の原理説明図である。本発明では、ＰＡＰＲに変わる新しい規範として、信号電力超過（ＥＰ：Ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ）規範を用いる。まず、この信号電力超過規範（以下、ＥＰ規範と略記）について説明する。
【００３３】
本発明において、ＥＰ規範は、次式のように定義される。
【００３４】
【数１３】
ここで、ｓ〔ｎ〕はマルチキャリア信号の１シンボルを標本数ＮＬで標本化したときのｎ番目の標本値であり、Ｐａｖｅは、マルチキャリア信号の平均電力であり、Ｐｔｈは、任意に設定可能なしきい値電力である。また、Ｒ（ｘ）は次式のように定義される。
【００３５】
【数１４】
さらにＴＰＡＰＲ（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｐｏｗｅｒ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）は、次式のように定義される。
【００３６】
【数１５】
上記（５）式より、本発明で定められるＥＰ規範は、あらかじめ設定したしきい値電力に対する増幅器入力の平均電力比（ＴＰＡＰＲ）を越える送信信号の瞬時電力に対する平均電力比の総和を表している。すなわち、ＥＰ規範によって得られる値をできるだけ小さくすることで、設定したしきい値を超過する瞬時電力の総和を低減させることができ、従来のＰＡＰＲ低減法と比べてマルチキャリア信号の振幅変動を抑えることができる。
【００３７】
図１に戻り、上記ＥＰ規範は、例えば、マルチキャリア伝送方式を適用した送信装置内の振幅変動低減部２に計算可能な形、例えば、プログラム形式で実装される。同図（ａ）、（ｂ）は、振幅変動低減部２に入力されたマルチキャリア信号の電力の時間軸上での変動例を示す図で、横軸に時間、縦軸に電力をとったものである。
【００３８】
上記入力マルチキャリア信号は、振幅変動低減部２に入力された後、ＥＰ規範に基づく処理が行われる。具体的には、設定したしきい値を上回る信号電力の総和がＥＰ規範に基づいて求められ、この値ができるだけ小さくなるように処理（図１（ａ）の▲１▼参照）される。図１（ｂ）は、このようにして処理された出力マルチキャリア信号を示す図で、同図（ｂ）が示すように、マルチキャリア信号の振幅変動が全体的に低減される。
【００３９】
このように本実施形態では、ピーク電力だけでなく、設定したしきい値を越える信号電力ができるだけ小さくなるようＥＰ規範に基づいて処理されるので、処理後のＰＡＰＲは図９に比較して大きくなるものの、しきい値を越える信号電力が全体的に低減するため、電力増幅器による非線形ひずみを低減させることができる。
【００４０】
なお、ＥＰ規範で用いられる上記しきい値は、絶対的なしきい値の値をＰｔｈとして与えてもよいし、Ｐｔｈを平均電力で正規化したＴＰＡＰＲとしてもよい。 ここでは、あらかじめ上記しきい値が設定されているものとして以下、説明を進める。
【００４１】
次に、上記ＥＰ規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置について説明する。図２は、この送信装置１を示すブロック図である。ここでは、当該送信装置１が電力増幅器の前に置かれるものとする。
【００４２】
同図において、この送信装置１は、チャネル符号化部１１と、ビットインタリーブ部１２と、データ変調部１３と、直並列変換部１４と、マルチキャリア信号変換部２０とから構成され、マルチキャリア信号変換部２０は、信号電力超過規範計算部（ＥＰ規範計算部）２１と、信号電力超過低減部２２とを備える。
【００４３】
送信する２値のデータ系列は、チャネル符号化部１１に入力され、誤り訂正符号を用いるためのチャネル符号化が施される。その後、ビットインタリーブ部１２で、データストリームの並び方をランダム化するインタリーブ処理が施され、データ変調部１３においてデータ変調マッピングが行われる。データ変調部１３から出力されたデータ変調シンボルの系列は、直並列変換部１４でシリアル・パラレル変換された後、マルチキャリア信号変換部２０の信号電力超過規範計算部２１に入力され、上記（５）式に従い、設定したしきい値を上回る信号電力の総和（ＥＰ）が求められ、その総和を最小にするマルチキャリア信号の振幅を計算する。信号電力超過低減部２２は、上記の計算結果に基づいて、マルチキャリア信号の振幅変動を抑える処理を行い、送信マルチキャリア信号として次段に出力する。
【００４４】
このように本実施形態では、マルチキャリア信号変換部２０は、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させるＥＰ規範を用い、しきい値を越える信号電力を計算する。そして、その信号電力が低減するように振幅変動を低減させる処理を行うため、電力増幅器による非線形ひずむの影響を総合的に小さくすることができる。
【００４５】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００４６】
Ｓ１では、マルチキャリア信号の振幅変動を低減するためのＥＰ最小化処理において初期値ｉを「１」に設定する。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ２では、マルチキャリア信号の振幅変動を低減するためｉ番目の処理、すなわち１番目の処理が適用される。Ｓ３において、マルチキャリア信号が生成されると、Ｓ４では、上記（１３）式に基づいて信号電力超過規範（ＥＰ）が計算される。
【００４７】
Ｓ５では、Ｓ４で計算されたＥＰの計算結果と、既に計算されたＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ４で計算されたＥＰの計算結果が、既に計算されたＥＰの計算結果より小さければ、その計算結果、および処理の内容を記憶する。
【００４８】
Ｓ６では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ９でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ７）してＳ２からの処理を繰り返す。一方、Ｓ６の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ９でＮＯ）されたときは、Ｓ８に移行し、ＥＰが最小となったマルチキャリア信号を送信する。
【００４９】
次に、本発明のＥＰを規範とし、実行法としてＳＬＭとＰＴＳを適用した場合の実施形態について説明する。
【００５０】
図４は、ＥＰ規範に基づいて、マルチキャリア信号の選択送信（ＳＬＭ）を行う場合の送信装置１の構成例を示す図である。
【００５１】
同図において、この送信装置１は、複数のインタリーバ３１１〜３１Ｎと、複数の直並列変換部４１１〜４１ｍと、複数のマルチキャリア信号生成部５１１〜５１ｋと、１つのマルチキャリア信号選択部６１とから構成される。
【００５２】
データ変調されたシンボル系列は、各直並列変換部４１１〜４１ｍで直並列変換された後、各マルチキャリア信号生成部５１１〜５１ｋでマルチキャリア信号に変換される。このとき、同一のデータ変調後のシンボル系列が、異なるＮ個のインタリーバに入力され、直並列変換後にマルチキャリア信号に変換される。ここで、インタリーバとは、シンボル系列の順序を入れ替える処理のことをいい、Ｎ個のインタリーバそれぞれで順序の入れ替え方法が異なる。すなわち、インタリーバを通ることで、シンボル系列が異なり、マルチキャリア信号生成部５１１〜５１ｋで生成されるマルチキャリア信号は、それぞれ振幅変動の異なる信号となる。マルチキャリア信号選択部６１は、上記のようにして生成されたＮ個のマルチキャリア信号のうち、ＥＰ規範に基づいて、しきい値を越える信号電力が最小となるマルチキャリア信号１つを選択し、送信を行う。
【００５３】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５４】
Ｓ１１では、データ変調シンボル系列が生成され、Ｓ１２では、適用するインタリーブパターンｉの初期値が「１」に設定される。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ１３では、１番目のインタリーブパターンが適用される。
【００５５】
Ｓ１３でのインタリーブ処理の後、Ｓ１４で直並列変換、マルチキャリア信号の生成が行われる。
【００５６】
Ｓ１５では、上記（１３）式に基づいてＥＰが計算され、Ｓ１６では、Ｓ１５で計算されたＥＰの計算結果と、（ｉ−１）番目までのインタリーブパターンのＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ１５で計算されたＥＰの計算結果が、（ｉ−１）番目までのインタリーブパターンを適用して計算したＥＰの計算結果より小さければ、そのインタリーブパターン、および生成されたマルチキャリア信号を記憶する。
【００５７】
Ｓ１７では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ１７でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ１８）してＳ１３からの処理を繰り返す。一方、Ｓ１７の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ１７でＮＯ）されたときは、Ｓ１９に移行し、記憶している最小のＥＰ規範を実現するインタリーブパターンのマルチキャリア信号を送信する。
【００５８】
続いて、このＥＰを規範とする実行法としてＳＬＭを適用した場合の実施形態の有効性を実証するために行った計算機シミュレーションの結果を示す。このシミュレーションでは、マルチキャリア通信としてＯＦＤＭ変調を適用し、位相系列としてランダム系列、非線形増幅器のモデルとして個体電力増幅器（ＳＳＰＡ：ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）をモデル化したＲａｐｐモデルを適用した。
【００５９】
図６は、このシミュレーションの結果を示し、横軸は増幅器入力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂＩｎ／Ｎ０〔ｄＢ〕、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）を表している。同図において、“線形増幅器”は理想的な増幅器を用いたときの特性を、“クラスタ数”は、複数のサブキャリアをひとまとめにしたブロックの数を表している。また、増幅器のＩＢＯを０ｄＢとし、ＰＡＰＲ規範によるＳＬＭを“ＰＡＰＲ”（○、△で表す）、ＥＰ規範によるＳＬＭを“ＥＰ”（●、▲で表す）とし、比較のため、ＳＬＭを適用しなかった場合を“ＳＬＭ適用なし”（×で表す）とする。
【００６０】
同図からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０−６において、ＰＡＰＲ規範、ＥＰ規範ともにＮｏｒｍａｌに比べて、系列数６４において２ｄＢ、系列数５１２において２．５ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００６１】
このように本発明のＥＰ規範によるＳＬＭによれば、従来のＰＡＰＲ規範と同様に、飽和電力値を通過する瞬時電力の総和が低減され、かつ非線形増幅器による誤り率特性の劣化が改善されていることがわかる。
【００６２】
なお、本実施形態では、受信側は送信側で使用されたインタリーバを知る必要があるが、以下の方法のいずれを適用すればよい。
【００６３】
例えば、どのインタリーバを用いたかを受信側に制御チャネル等を用いて通知する。あるいは受信側において送信側がどのインタリーバを用いたかを受信信号から検出する。
【００６４】
図７は、ＥＰ規範に基づいて、部分系列伝送（ＰＴＳ）を行う場合の送信装置１の構成例を示す図である。
【００６５】
同図において、この送信装置１は、直並列変換部７１と、複数の位相乗算部８１１〜８１Ｎと、位相計算部９１と、複数のマルチキャリア信号生成部１０１１〜１０１ｍと、合成部１０２とから構成される。
【００６６】
データ変調シンボル系列は、直並列変換部７１で直並列変換された後、クラスタと呼ばれるＮ個の系列に分割される。クラスタとは、サブキャリアを数本ずつ束ねることをいう。位相乗算部８１１〜８１Ｎは、各クラスタ（クラスタ数−１）に対して、独立した位相回転を与える。各クラスタに乗算される位相回転量は、位相計算部９１で計算され、ＥＰ規範に基づき振幅変動の大きさが低減するように決定される。
【００６７】
各マルチキャリア信号生成部１０１１〜１０１ｍは、対応するクラスタの信号を入力してマルチキャリア信号を生成し合成部１０２に出力する。合成部１０２では、各マルチキャリア信号生成部１０１１〜１０１ｍから出力されたマルチキャリア信号を合成し、送信を行う。
【００６８】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図８のフローチャートを用いて説明する。
【００６９】
Ｓ２１では、データ変調シンボル系列が生成され、Ｓ２２では、各クラスタに乗算する位相パターンの初期値ｉが「１」に設定される。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ２３では、１番目の位相パターンが適用される。
【００７０】
Ｓ２３で、各クラスタに１番目の位相パターンが適用されて乗算された後、Ｓ２４で直並列変換、マルチキャリア信号の生成が行われる。その後、Ｓ２５において、上記（１３）式に基づくＥＰが計算される。
【００７１】
Ｓ２６では、Ｓ２５で計算されたＥＰの計算結果と、（ｉ−１）番目までの乗算する位相パターンを適用して計算したＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ２５で計算されたＥＰの計算結果が、（ｉ−１）番目までの乗算する位相パターンを適用して計算したＥＰの計算結果より小さければ、その位相のパターン、および生成されたマルチキャリア信号を記憶する。
【００７２】
Ｓ２７では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ２７でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ２８）してＳ２３からの処理を繰り返す。一方、Ｓ２７の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ２７でＮＯ）されたときは、Ｓ２９に移行し、記憶している最小のＥＰ規範を実現する位相パターンのマルチキャリア信号を送信する。
【００７３】
続いて、このＥＰを規範とする実行法としてＰＴＳを適用した場合の実施形態の有効性を実証するために行った計算機シミュレーションの結果を示す。図９はＩＢＯに対する増幅器入力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂｉｎ／Ｎ０が１０ｄＢのときのＢＥＲ特性を示し、図１０はＩＢＯに対する増幅器出力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂｏｕｔ／Ｎ０が１０ｄＢのときのＢＥＲ特性を示す。
【００７４】
図９、図１０ともに横軸はＩＢＯ〔ｄＢ〕を表し、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）を表している。このシミュレーションでは、マルチキャリア伝送としてＯＦＤＭを適用し、位相決定法として計算量を抑えたフリッピング法を適用する。また、ＰＴＳにおけるクラスタ数を６４、１２８、５１２（クラスタ分割なし）
とし、位相回転の多値数を（０、π）の２値としている。また、ＰＡＰＲ規範によるＰＴＳを適用した場合を“ＰＡＰＲ”（○、□、◇で表す）、ＥＰ規範によるＰＴＳを適用した場合を“ＥＰ”（●、■、◆で表す）とし、比較のため、ＰＴＳ
を適用しなかった場合を“ＰＴＳ適用なし” （×で表す）とする。また、ＥＰ規範におけるＴＰＡＰＲをＩＢＯに等しく設定した、理想的な線形増幅器を用いた場合の特性を“線形増幅器”で示す。
【００７５】
同図からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０−４において、クラスタ数５１２のＥＰ規範が、ＰＴＳ適用なしと比べて２ｄＢ、クラスタ数５１２のＰＡＰＲ規範と比べて１ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００７６】
一方、図１０のＢＥＲ特性（シミュレーションの際の各条件は、図９と同じである）からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０−５において、クラスタ数５１２のＥＰ規範が、ＰＴＳ適用なしと比べて２．５ｄＢ、クラスタ数５１２のＰＡＰＲ規範と比べて１．５ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００７７】
このように本発明のＥＰ規範によるＰＴＳによれば、ＰＡＰＲ規範によるＰＴＳに比べ、同じクラスタ数、同じ計算量にて非線形ひずみの影響が低減され、かつＩＢＯの低い非線形増幅器において良好なＢＥＲ特性を実現できることがわかる。
【００７８】
これまで説明した上記実施形態では、ＥＰ規範で用いられる上記しきい値が、あらかじめ設定されている場合を示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように上記しきい値を外部からの制御情報に基づいて変化させるような態様であってもかまわない。図１１は、送信装置１内の電力増幅部２５からの制御情報に基づいてＥＰ規範に用いられるしきい値を変化させる場合の送信装置１の構成例を示す図である。図１１に示す送信装置１の構成と図２に示す送信装置の構成は、基本的に同一の構成をとる。したがって、その構成要素には同列（末尾が同一）の符号を付し、その説明は省略すると共に、図２に示す送信装置１との差異について説明する。
【００７９】
同図において、電力増幅部２５はＥＰ規範で用いられるしきい値を示す情報（制御情報）を制御信号として信号電力超過規範計算部２１に送り、信号電力超過規範計算部２１は、その制御信号からＥＰ規範で用いられるしきい値を示す情報を抽出し、受けとった上記しきい値の情報に基づいてＥＰ規範の計算を行い、計算結果を信号電力超過低減部２２に送出する。これ以降の動作は前述と同様に行われる。なお、上記電力増幅部２５で指定されるしきい値は、例えば、電力増幅器の使用条件や温度などに基づいて指定される。
【００８０】
また、外部からの情報は、非線形増幅器から温度などの増幅器の使用条件を、帰還ループによる補償信号を用いないプリディストータ（図示省略）から非線形特性制御信号として受けとってもよく、送信装置１内の非線形性歪低減処理に対応して、ＥＰ規範の閾値を求めてもよい。
【００８１】
このように本実施形態によれば、送信装置１は、外部からの情報に基づいて、ＥＰ規範の計算に用いられるしきい値を適応的に変化させることができる。すなわち、最適なしきい値を設定することにより、自信号のひずみ、帯域外への輻射成分を小さくすることができる。
【００８２】
また、図３のＳ６、図５のＳ１７、図８のＳ２７における繰り返しの判断は、例えば、ｉ≧すべてのマルチキャリア信号の組み合わせを条件として判断してもよい。その場合、全てのマルチキャリア信号に対してＥＰを計算した上で最もＥＰ規範が小さくなるマルチキャリア信号を送信するようになるので、しきい値を超える信号電力が最小となり、非線形ひずみの影響を総合的に小さくすることができる。
【００８３】
また、上記条件以外にもＥＰ（ｉ）≦ＥＰ規範しきい値を条件として判断することも可能である。この場合、ＥＰ規範のしきい値により非線形ひずみの影響を十分少なくすると共にマルチキャリア信号の全てのＥＰを求める前に決定することで、より処理を高速化することができる。
【００８４】
また、上記実施の形態の送信装置１を移動通信システムの移動端末に適用することが可能である。例えば、移動端末の送信部に上述した送信装置１を搭載すれば、基地局との間で上記実施の形態で説明したＥＰ規範に基づいて非線形ひずみを低減させてデータ送信を行うことができる。すなわち、本発明は、電力制限が厳しい移動端末等の送信機に特に有効である。なお、本実施形態の送信装置１を基地局の送信部に適用することも可能である。
【００８５】
さらに、送信装置１からマルチキャリア信号変換部２０を分離し、増幅回路内に組み込むことも可能である。その場合、増幅回路内の増幅段の前段にマルチキャリア信号変換部２０を組み込めばよい。これにより、マルチキャリア伝送方式における歪補償型の増幅回路を提供することができる。
【００８６】
上記実施例において、マルチキャリア信号変換部２０の信号電力超過規範計算部２１の機能が総和計算手段、振幅計算手段に対応し、信号電力超過低減部２２の機能が歪み低減手段に対応する。
【００８７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させる信号電力超過規範を用いることで、増幅手段による非線形ひずみを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の信号電力超過規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置の第１構成例を示す図である。
【図３】図２に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の信号電力超過規範に基づいてマルチキャリア信号の選択送信を行う場合の送信装置の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図６】ＥＰ規範に基づきＳＬＭを適用した場合のＢＥＲ特性を示す図である。
【図７】本発明の信号電力超過規範に基づいてマルチキャリア信号の部分系列伝送を行う場合の送信装置の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図９】ＥＰ規範に基づきＰＴＳを適用した場合のＩＢＯに対する増幅器入力側のＢＥＲ特性を示す図である。
【図１０】ＥＰ規範に基づきＰＴＳを適用した場合のＩＢＯに対する増幅器出力側のＢＥＲ特性を示す図である。
【図１１】本発明の信号電力超過規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置の第２構成例を示す図である。
【図１２】従来のＰＡＰＲ規範に基づいてマルチキャリア信号のＰＡＰＲを低減した場合の概念図である。
【符号の説明】
１ 送信装置
２ 振幅変動低減部
３ ＰＡＰＲ低減部
１１ チャネル符号化部
１２ ビットインタリーブ部
１３ データ変調部
１４、４１１〜４１ｍ、７１ 直並列変換部
２０ マルチキャリア信号変換部
２１ 信号電力超過規範計算部
２２ 信号電力超過低減部
２５ 電力増幅部
３１１〜３１Ｎ インタリーバ
５１１〜５１ｋ、１０１１〜１０１ｍ マルチキャリア信号生成部
６１ マルチキャリア信号選択部
８１１〜８１Ｎ 位相乗算部
９１ 位相計算部
１０２ 合成部
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア信号を送信する送信装置、増幅回路及び送信方法に関し、特に、移動通信システムの基地局装置、移動端末等に用いられる送信装置、増幅回路及び送信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）などのマルチキャリア伝送方式では、複数のサブキャリアを使用し、サブキャリア当たりの伝送速度を小さくすることで、マルチパスフェ−ジングチャネルにおけるマルチパス干渉に対する耐性を向上させる伝送方式である。マルチキャリア伝送方式では、多数のサブキャリアを同時に送信するため、それらのサブキャリアの位相関係により、送信信号の振幅が非常に大きく変動することが知られている。このような振幅変動の大きい信号を、電力増幅する際には、電力増幅器の非線形特性が大きな問題となる。すなわち、電力増幅器には、増幅可能な入力信号の振幅に上限があり、その上限を超える振幅の信号が入力された場合には、信号が正しく増幅されず大きく歪んでしまう（このような現象のことを“非線形ひずみ”と呼ぶ）。
【０００３】
ここで、電力増幅器が正しく増幅できる最大電力に対する入力信号の平均電力の比を、電力増幅器の入力バックオフ（ＩＢＯ：Ｉｎｐｕｔ Ｂａｃｋ Ｏｆｆ）と定義する。一般に、電力増幅器での非線形ひずみの発生を抑えるためには、入力信号に対して、入力バックオフを大きく設定する必要がある。しかし、電力増幅器において、入力バックオフを大きく設定した場合には、電力増幅器の消費電力が非常に大きくなり、電力効率が極度に低下してしまう。逆に、電力増幅器において入力バックオフを小さく設定すれば、電力効率は向上するが、最大振幅値が増幅可能な入力信号の振幅の上限をオーバーし、電力増幅による非線形ひずみが生じてしまう。したがって、マルチキャリア伝送方式において、電力効率の良い電力増幅器を用いるためには、送信信号の振幅変動の大きさを低く抑えることが重要となってくる。
【０００４】
そこで、マルチキャリア伝送方式において、振幅変動の大きさを低く抑える方法として、ピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ： Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ−Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）の規範に基づく方法が提案されている。ＰＡＰＲの定義は、送信信号の最大振幅の２乗値Ｐｍａｘに対する平均電力Ｐａｖｅの比であり、以下の式で定義される。
【０００５】
【数５】
【０００６】
【数６】
【数７】
【０００８】
【数８】
【０００９】
ここで、ＰＡＰＲ規範に基づいてマルチキャリア信号のＰＡＰＲを低減した場合を説明する。図９は、この場合を説明するための図である。同図（ａ）、（ｂ）は、ＰＡＰＲ低減部に入力されたマルチキャリア信号の電力の時間軸上での変動
例を示す図で、横軸に時間、縦軸に電力をとったものである。ＰＡＰＲ低減部は、一般にマルチキャリア伝送方式を適用した送信装置内に設けられ、ＰＡＰＲ規範に基づいてＰＡＰＲを低減する処理を行う。具体的には、ＰＡＰＲ低減部は、入力されたマルチキャリア信号のピーク電力部分（同図（ａ）の▲１▼参照）のみに着目してＰＡＰＲを低減する処理を実行し、マルチキャリア信号を出力する（同図（ｂ））。
【００１０】
ところで、ＰＡＰＲが入力バックオフを下回る場合は、入力信号の振幅が、電力増幅器が正しく増幅できる範囲内であるため、非線形ひずみの発生が抑えられ、自信号の通信品質の劣化と、帯域外への輻射の発生（他システムへの干渉）を抑えることが可能である。したがって、ＰＡＰＲの規範に基づいて、ＰＡＰＲを増幅器入力前に低減させる方法（ＰＡＰＲ低減法）が各種検討されている。
【００１１】
例えば、非特許文献〔１〕、〔２〕では、クリッピングとフィルタリングを組み合わせた方法として、マルチキャリア信号にオーバーサンプリングを適用した後、各サンプルに対して設定したしきい値でそのサンプルの振幅（電力）をカット（クリッピング）し、クリッピングにより生じる帯域外の輻射成分をフィルタにより除去する方法が示されている。
【００１２】
また、非特許文献〔３〕では、伝送される情報系列のパターンによって、マルチキャリア信号のＰＡＰＲの値が決まることに着目し、ＰＡＰＲが小さくなる情報系列のみを選択して送信する方法、いわゆる選択マッピング法（ＳＬＭ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｐｐｉｎｇ）が示されている。さらに、選択して送信する情報系列の種類が限定されることを利用して、情報系列に誤り検出あるいは誤り訂正符号化を行い、受信部で対応する誤り検出あるいは誤り訂正復号を行って、通信品質を向上させる方法も示されている。
【００１３】
また、非特許文献〔４〕では、多数のサブキャリアを数本ずつのクラスタと呼ばれるブロックに分割し、ＰＡＰＲが低くなるように、各クラスタに多値化した位相を与える方法（部分系列伝送、ＰＴＳ：Ｐａｒｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）が示されている。
【００１４】
また、特許文献〔１〕では、マルチキャリア伝送装置において、マルチキャリア信号のピーク電圧発生部分のみを抑圧し、ピーク電圧発生部分のみが抑圧されたマルチキャリア信号全体を均等に抑圧する方法が提案されている。この方法によれば、ピーク電圧発生部分のみを抑圧する際におこるマルチキャリア信号の歪みに起因する誤り率特性の劣化を低減し、かつ、マルチキャリア信号を均等に抑圧する際に生ずる電力レベルの低下に起因する誤り率特性の劣化を低減することができる旨が示されている。
【００１５】
【非特許文献１】
Ｌ． Ｊ． Ｃｉｍｉｎｉ ａｎｄ Ｎ． Ｒ． Ｓｏｌｌｅｎｂｅｇｅｒ， “Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｌｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＯＦＤＭ”， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．２， ｐｐ．１３１−１３３， Ｍａｙ． １９９８
【００１６】
【非特許文献２】
Ｈ．Ｏｃｈｉａｉ ａｎｄ Ｈ．Ｉｍａｉ， “Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｅｌｉｂｅｒａｔｅｌｙ Ｃｌｉｐｐｅｄ ＯＦＤＭ Ｓｉｇｎａｌｓ， ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．５０． ｎｏ．１， Ｊａｎ．２００２
【００１７】
【非特許文献３】
Ｒ． Ｗ． Ｂａｕｍｌ， Ｒ． Ｆ． Ｈ．Ｆｉｓｃｈｅｒ ａｎｄ Ｊ． Ｂ． Ｈｕｂｅｒ，“Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｂｙ
Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｐｐｉｎｇ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３２， ｎｏ．２２， ｐｐ．２０５６−２０５７， Ｏｃｔ． １９９６
【００１８】
【非特許文献４】
Ｌ． Ｊ． Ｃｉｍｉｎｉ ａｎｄ Ｎ． Ｒ． Ｓｏｌｌｅｎｂｅｇｅｒ， “Ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ＯＦＤＭ ｓｉｇｎａｌ ｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ”， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔ， ｖｏｌ．４， Ｎｏ．３， ｐｐ．８６−８８， Ｍａｒ． ２０００
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−７７０９７号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、移動通信システムにおける基地局装置、および携帯電話、携帯情報端末等の移動端末では、高い電力効率が要求されるため、入力バックオフの値が小さくなる。この場合、前述のＰＡＰＲ規範を用いて、マルチキャリア信号のＰＡＰＲのみを小さく抑えることは、電力増幅器による非線形ひずみの発生を抑えるのに必ずしも効果的であるとはいえない。なぜなら、一般には、電力増幅器の入力バックオフを超える送信信号の入力全てに対して非線形ひずみが発生するため、ＰＡＰＲ規範を適用して瞬時の最大ピーク電力を抑える方法だけでは、非線形ひずみの影響を十分に抑圧することができないからである。
【００２１】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、マルチキャリア信号を増幅する増幅手段において発生する非線形ひずみの影響をより小さく抑えることができる送信装置、増幅回路及び送信方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を送信する送信装置において、前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算する総和計算手段と、前記総和計算手段により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段により得られた計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑える歪み低減手段を備えることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の請求項２によれば、前記送信装置において、
前記総和計算手段は、
【００２４】
【数９】
ＮＬ：マルチキャリア信号の１シンボル内の標本数
Ｓ〔ｎ〕：マルチキャリア信号を標本化したときのｎ番目の標本値
Ｐａｖｅ：マルチキャリア信号の平均電力
Ｐｔｈ ：しきい値
Ｒ（ｘ）：
【００２５】
【数１０】
【００２６】
また、本発明の請求項３によれば、前記送信装置において、
前記総和計算手段は、
【００２７】
【数１１】
【００２８】
【数１２】
【００２９】
また、本発明の請求項４によれば、前記送信装置において、前記しきい値は、外部からの制御情報に基づいて、変化させられることを特徴としている。
【００３０】
上記本発明によれば、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させる信号電力超過規範を用いることで、増幅手段で発生する非線形ひずみを低減することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の原理説明図である。本発明では、ＰＡＰＲに変わる新しい規範として、信号電力超過（ＥＰ：Ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ）規範を用いる。まず、この信号電力超過規範（以下、ＥＰ規範と略記）について説明する。
【００３３】
本発明において、ＥＰ規範は、次式のように定義される。
【００３４】
【数１３】
【００３５】
【数１４】
【００３６】
【数１５】
【００３７】
図１に戻り、上記ＥＰ規範は、例えば、マルチキャリア伝送方式を適用した送信装置内の振幅変動低減部２に計算可能な形、例えば、プログラム形式で実装される。同図（ａ）、（ｂ）は、振幅変動低減部２に入力されたマルチキャリア信号の電力の時間軸上での変動例を示す図で、横軸に時間、縦軸に電力をとったものである。
【００３８】
上記入力マルチキャリア信号は、振幅変動低減部２に入力された後、ＥＰ規範に基づく処理が行われる。具体的には、設定したしきい値を上回る信号電力の総和がＥＰ規範に基づいて求められ、この値ができるだけ小さくなるように処理（図１（ａ）の▲１▼参照）される。図１（ｂ）は、このようにして処理された出力マルチキャリア信号を示す図で、同図（ｂ）が示すように、マルチキャリア信号の振幅変動が全体的に低減される。
【００３９】
このように本実施形態では、ピーク電力だけでなく、設定したしきい値を越える信号電力ができるだけ小さくなるようＥＰ規範に基づいて処理されるので、処理後のＰＡＰＲは図９に比較して大きくなるものの、しきい値を越える信号電力が全体的に低減するため、電力増幅器による非線形ひずみを低減させることができる。
【００４０】
なお、ＥＰ規範で用いられる上記しきい値は、絶対的なしきい値の値をＰｔｈとして与えてもよいし、Ｐｔｈを平均電力で正規化したＴＰＡＰＲとしてもよい。 ここでは、あらかじめ上記しきい値が設定されているものとして以下、説明を進める。
【００４１】
次に、上記ＥＰ規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置について説明する。図２は、この送信装置１を示すブロック図である。ここでは、当該送信装置１が電力増幅器の前に置かれるものとする。
【００４２】
同図において、この送信装置１は、チャネル符号化部１１と、ビットインタリーブ部１２と、データ変調部１３と、直並列変換部１４と、マルチキャリア信号変換部２０とから構成され、マルチキャリア信号変換部２０は、信号電力超過規範計算部（ＥＰ規範計算部）２１と、信号電力超過低減部２２とを備える。
【００４３】
送信する２値のデータ系列は、チャネル符号化部１１に入力され、誤り訂正符号を用いるためのチャネル符号化が施される。その後、ビットインタリーブ部１２で、データストリームの並び方をランダム化するインタリーブ処理が施され、データ変調部１３においてデータ変調マッピングが行われる。データ変調部１３から出力されたデータ変調シンボルの系列は、直並列変換部１４でシリアル・パラレル変換された後、マルチキャリア信号変換部２０の信号電力超過規範計算部２１に入力され、上記（５）式に従い、設定したしきい値を上回る信号電力の総和（ＥＰ）が求められ、その総和を最小にするマルチキャリア信号の振幅を計算する。信号電力超過低減部２２は、上記の計算結果に基づいて、マルチキャリア信号の振幅変動を抑える処理を行い、送信マルチキャリア信号として次段に出力する。
【００４４】
このように本実施形態では、マルチキャリア信号変換部２０は、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させるＥＰ規範を用い、しきい値を越える信号電力を計算する。そして、その信号電力が低減するように振幅変動を低減させる処理を行うため、電力増幅器による非線形ひずむの影響を総合的に小さくすることができる。
【００４５】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００４６】
Ｓ１では、マルチキャリア信号の振幅変動を低減するためのＥＰ最小化処理において初期値ｉを「１」に設定する。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ２では、マルチキャリア信号の振幅変動を低減するためｉ番目の処理、すなわち１番目の処理が適用される。Ｓ３において、マルチキャリア信号が生成されると、Ｓ４では、上記（１３）式に基づいて信号電力超過規範（ＥＰ）が計算される。
【００４７】
Ｓ５では、Ｓ４で計算されたＥＰの計算結果と、既に計算されたＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ４で計算されたＥＰの計算結果が、既に計算されたＥＰの計算結果より小さければ、その計算結果、および処理の内容を記憶する。
【００４８】
Ｓ６では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ９でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ７）してＳ２からの処理を繰り返す。一方、Ｓ６の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ９でＮＯ）されたときは、Ｓ８に移行し、ＥＰが最小となったマルチキャリア信号を送信する。
【００４９】
次に、本発明のＥＰを規範とし、実行法としてＳＬＭとＰＴＳを適用した場合の実施形態について説明する。
【００５０】
図４は、ＥＰ規範に基づいて、マルチキャリア信号の選択送信（ＳＬＭ）を行う場合の送信装置１の構成例を示す図である。
【００５１】
同図において、この送信装置１は、複数のインタリーバ３１１〜３１Ｎと、複数の直並列変換部４１１〜４１ｍと、複数のマルチキャリア信号生成部５１１〜５１ｋと、１つのマルチキャリア信号選択部６１とから構成される。
【００５２】
データ変調されたシンボル系列は、各直並列変換部４１１〜４１ｍで直並列変換された後、各マルチキャリア信号生成部５１１〜５１ｋでマルチキャリア信号に変換される。このとき、同一のデータ変調後のシンボル系列が、異なるＮ個のインタリーバに入力され、直並列変換後にマルチキャリア信号に変換される。ここで、インタリーバとは、シンボル系列の順序を入れ替える処理のことをいい、Ｎ個のインタリーバそれぞれで順序の入れ替え方法が異なる。すなわち、インタリーバを通ることで、シンボル系列が異なり、マルチキャリア信号生成部５１１〜５１ｋで生成されるマルチキャリア信号は、それぞれ振幅変動の異なる信号となる。マルチキャリア信号選択部６１は、上記のようにして生成されたＮ個のマルチキャリア信号のうち、ＥＰ規範に基づいて、しきい値を越える信号電力が最小となるマルチキャリア信号１つを選択し、送信を行う。
【００５３】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５４】
Ｓ１１では、データ変調シンボル系列が生成され、Ｓ１２では、適用するインタリーブパターンｉの初期値が「１」に設定される。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ１３では、１番目のインタリーブパターンが適用される。
【００５５】
Ｓ１３でのインタリーブ処理の後、Ｓ１４で直並列変換、マルチキャリア信号の生成が行われる。
【００５６】
Ｓ１５では、上記（１３）式に基づいてＥＰが計算され、Ｓ１６では、Ｓ１５で計算されたＥＰの計算結果と、（ｉ−１）番目までのインタリーブパターンのＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ１５で計算されたＥＰの計算結果が、（ｉ−１）番目までのインタリーブパターンを適用して計算したＥＰの計算結果より小さければ、そのインタリーブパターン、および生成されたマルチキャリア信号を記憶する。
【００５７】
Ｓ１７では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ１７でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ１８）してＳ１３からの処理を繰り返す。一方、Ｓ１７の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ１７でＮＯ）されたときは、Ｓ１９に移行し、記憶している最小のＥＰ規範を実現するインタリーブパターンのマルチキャリア信号を送信する。
【００５８】
続いて、このＥＰを規範とする実行法としてＳＬＭを適用した場合の実施形態の有効性を実証するために行った計算機シミュレーションの結果を示す。このシミュレーションでは、マルチキャリア通信としてＯＦＤＭ変調を適用し、位相系列としてランダム系列、非線形増幅器のモデルとして個体電力増幅器（ＳＳＰＡ：ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）をモデル化したＲａｐｐモデルを適用した。
【００５９】
図６は、このシミュレーションの結果を示し、横軸は増幅器入力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂＩｎ／Ｎ０〔ｄＢ〕、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）を表している。同図において、“線形増幅器”は理想的な増幅器を用いたときの特性を、“クラスタ数”は、複数のサブキャリアをひとまとめにしたブロックの数を表している。また、増幅器のＩＢＯを０ｄＢとし、ＰＡＰＲ規範によるＳＬＭを“ＰＡＰＲ”（○、△で表す）、ＥＰ規範によるＳＬＭを“ＥＰ”（●、▲で表す）とし、比較のため、ＳＬＭを適用しなかった場合を“ＳＬＭ適用なし”（×で表す）とする。
【００６０】
同図からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０−６において、ＰＡＰＲ規範、ＥＰ規範ともにＮｏｒｍａｌに比べて、系列数６４において２ｄＢ、系列数５１２において２．５ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００６１】
このように本発明のＥＰ規範によるＳＬＭによれば、従来のＰＡＰＲ規範と同様に、飽和電力値を通過する瞬時電力の総和が低減され、かつ非線形増幅器による誤り率特性の劣化が改善されていることがわかる。
【００６２】
なお、本実施形態では、受信側は送信側で使用されたインタリーバを知る必要があるが、以下の方法のいずれを適用すればよい。
【００６３】
例えば、どのインタリーバを用いたかを受信側に制御チャネル等を用いて通知する。あるいは受信側において送信側がどのインタリーバを用いたかを受信信号から検出する。
【００６４】
図７は、ＥＰ規範に基づいて、部分系列伝送（ＰＴＳ）を行う場合の送信装置１の構成例を示す図である。
【００６５】
同図において、この送信装置１は、直並列変換部７１と、複数の位相乗算部８１１〜８１Ｎと、位相計算部９１と、複数のマルチキャリア信号生成部１０１１〜１０１ｍと、合成部１０２とから構成される。
【００６６】
データ変調シンボル系列は、直並列変換部７１で直並列変換された後、クラスタと呼ばれるＮ個の系列に分割される。クラスタとは、サブキャリアを数本ずつ束ねることをいう。位相乗算部８１１〜８１Ｎは、各クラスタ（クラスタ数−１）に対して、独立した位相回転を与える。各クラスタに乗算される位相回転量は、位相計算部９１で計算され、ＥＰ規範に基づき振幅変動の大きさが低減するように決定される。
【００６７】
各マルチキャリア信号生成部１０１１〜１０１ｍは、対応するクラスタの信号を入力してマルチキャリア信号を生成し合成部１０２に出力する。合成部１０２では、各マルチキャリア信号生成部１０１１〜１０１ｍから出力されたマルチキャリア信号を合成し、送信を行う。
【００６８】
次に、本実施形態による送信装置１の動作を図８のフローチャートを用いて説明する。
【００６９】
Ｓ２１では、データ変調シンボル系列が生成され、Ｓ２２では、各クラスタに乗算する位相パターンの初期値ｉが「１」に設定される。ここでは、ｉ＝１であるので、Ｓ２３では、１番目の位相パターンが適用される。
【００７０】
Ｓ２３で、各クラスタに１番目の位相パターンが適用されて乗算された後、Ｓ２４で直並列変換、マルチキャリア信号の生成が行われる。その後、Ｓ２５において、上記（１３）式に基づくＥＰが計算される。
【００７１】
Ｓ２６では、Ｓ２５で計算されたＥＰの計算結果と、（ｉ−１）番目までの乗算する位相パターンを適用して計算したＥＰの計算結果とを比較し、Ｓ２５で計算されたＥＰの計算結果が、（ｉ−１）番目までの乗算する位相パターンを適用して計算したＥＰの計算結果より小さければ、その位相のパターン、および生成されたマルチキャリア信号を記憶する。
【００７２】
Ｓ２７では、上記の処理を繰り返すか否かが判定され、繰り返すと判定（Ｓ２７でＹＥＳ）されれば、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ２８）してＳ２３からの処理を繰り返す。一方、Ｓ２７の判定で、上記の処理を繰り返さないと判定（Ｓ２７でＮＯ）されたときは、Ｓ２９に移行し、記憶している最小のＥＰ規範を実現する位相パターンのマルチキャリア信号を送信する。
【００７３】
続いて、このＥＰを規範とする実行法としてＰＴＳを適用した場合の実施形態の有効性を実証するために行った計算機シミュレーションの結果を示す。図９はＩＢＯに対する増幅器入力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂｉｎ／Ｎ０が１０ｄＢのときのＢＥＲ特性を示し、図１０はＩＢＯに対する増幅器出力側の１ビット当たりの信号電力を受信機の雑音電力密度で正規化したＥｂｏｕｔ／Ｎ０が１０ｄＢのときのＢＥＲ特性を示す。
【００７４】
図９、図１０ともに横軸はＩＢＯ〔ｄＢ〕を表し、縦軸はビット誤り率（ＢＥＲ）を表している。このシミュレーションでは、マルチキャリア伝送としてＯＦＤＭを適用し、位相決定法として計算量を抑えたフリッピング法を適用する。また、ＰＴＳにおけるクラスタ数を６４、１２８、５１２（クラスタ分割なし）
とし、位相回転の多値数を（０、π）の２値としている。また、ＰＡＰＲ規範によるＰＴＳを適用した場合を“ＰＡＰＲ”（○、□、◇で表す）、ＥＰ規範によるＰＴＳを適用した場合を“ＥＰ”（●、■、◆で表す）とし、比較のため、ＰＴＳ
を適用しなかった場合を“ＰＴＳ適用なし” （×で表す）とする。また、ＥＰ規範におけるＴＰＡＰＲをＩＢＯに等しく設定した、理想的な線形増幅器を用いた場合の特性を“線形増幅器”で示す。
【００７５】
同図からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０−４において、クラスタ数５１２のＥＰ規範が、ＰＴＳ適用なしと比べて２ｄＢ、クラスタ数５１２のＰＡＰＲ規範と比べて１ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００７６】
一方、図１０のＢＥＲ特性（シミュレーションの際の各条件は、図９と同じである）からわかるように、この発明によれば、ＢＥＲ＝１０−５において、クラスタ数５１２のＥＰ規範が、ＰＴＳ適用なしと比べて２．５ｄＢ、クラスタ数５１２のＰＡＰＲ規範と比べて１．５ｄＢ、ＢＥＲ特性が優れていることがわかる。
【００７７】
このように本発明のＥＰ規範によるＰＴＳによれば、ＰＡＰＲ規範によるＰＴＳに比べ、同じクラスタ数、同じ計算量にて非線形ひずみの影響が低減され、かつＩＢＯの低い非線形増幅器において良好なＢＥＲ特性を実現できることがわかる。
【００７８】
これまで説明した上記実施形態では、ＥＰ規範で用いられる上記しきい値が、あらかじめ設定されている場合を示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように上記しきい値を外部からの制御情報に基づいて変化させるような態様であってもかまわない。図１１は、送信装置１内の電力増幅部２５からの制御情報に基づいてＥＰ規範に用いられるしきい値を変化させる場合の送信装置１の構成例を示す図である。図１１に示す送信装置１の構成と図２に示す送信装置の構成は、基本的に同一の構成をとる。したがって、その構成要素には同列（末尾が同一）の符号を付し、その説明は省略すると共に、図２に示す送信装置１との差異について説明する。
【００７９】
同図において、電力増幅部２５はＥＰ規範で用いられるしきい値を示す情報（制御情報）を制御信号として信号電力超過規範計算部２１に送り、信号電力超過規範計算部２１は、その制御信号からＥＰ規範で用いられるしきい値を示す情報を抽出し、受けとった上記しきい値の情報に基づいてＥＰ規範の計算を行い、計算結果を信号電力超過低減部２２に送出する。これ以降の動作は前述と同様に行われる。なお、上記電力増幅部２５で指定されるしきい値は、例えば、電力増幅器の使用条件や温度などに基づいて指定される。
【００８０】
また、外部からの情報は、非線形増幅器から温度などの増幅器の使用条件を、帰還ループによる補償信号を用いないプリディストータ（図示省略）から非線形特性制御信号として受けとってもよく、送信装置１内の非線形性歪低減処理に対応して、ＥＰ規範の閾値を求めてもよい。
【００８１】
このように本実施形態によれば、送信装置１は、外部からの情報に基づいて、ＥＰ規範の計算に用いられるしきい値を適応的に変化させることができる。すなわち、最適なしきい値を設定することにより、自信号のひずみ、帯域外への輻射成分を小さくすることができる。
【００８２】
また、図３のＳ６、図５のＳ１７、図８のＳ２７における繰り返しの判断は、例えば、ｉ≧すべてのマルチキャリア信号の組み合わせを条件として判断してもよい。その場合、全てのマルチキャリア信号に対してＥＰを計算した上で最もＥＰ規範が小さくなるマルチキャリア信号を送信するようになるので、しきい値を超える信号電力が最小となり、非線形ひずみの影響を総合的に小さくすることができる。
【００８３】
また、上記条件以外にもＥＰ（ｉ）≦ＥＰ規範しきい値を条件として判断することも可能である。この場合、ＥＰ規範のしきい値により非線形ひずみの影響を十分少なくすると共にマルチキャリア信号の全てのＥＰを求める前に決定することで、より処理を高速化することができる。
【００８４】
また、上記実施の形態の送信装置１を移動通信システムの移動端末に適用することが可能である。例えば、移動端末の送信部に上述した送信装置１を搭載すれば、基地局との間で上記実施の形態で説明したＥＰ規範に基づいて非線形ひずみを低減させてデータ送信を行うことができる。すなわち、本発明は、電力制限が厳しい移動端末等の送信機に特に有効である。なお、本実施形態の送信装置１を基地局の送信部に適用することも可能である。
【００８５】
さらに、送信装置１からマルチキャリア信号変換部２０を分離し、増幅回路内に組み込むことも可能である。その場合、増幅回路内の増幅段の前段にマルチキャリア信号変換部２０を組み込めばよい。これにより、マルチキャリア伝送方式における歪補償型の増幅回路を提供することができる。
【００８６】
上記実施例において、マルチキャリア信号変換部２０の信号電力超過規範計算部２１の機能が総和計算手段、振幅計算手段に対応し、信号電力超過低減部２２の機能が歪み低減手段に対応する。
【００８７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、あらかじめ設定したしきい値を上回る信号電力をできるだけ小さくするように動作させる信号電力超過規範を用いることで、増幅手段による非線形ひずみを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の信号電力超過規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置の第１構成例を示す図である。
【図３】図２に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の信号電力超過規範に基づいてマルチキャリア信号の選択送信を行う場合の送信装置の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図６】ＥＰ規範に基づきＳＬＭを適用した場合のＢＥＲ特性を示す図である。
【図７】本発明の信号電力超過規範に基づいてマルチキャリア信号の部分系列伝送を行う場合の送信装置の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す送信装置１の動作を示すフローチャートである。
【図９】ＥＰ規範に基づきＰＴＳを適用した場合のＩＢＯに対する増幅器入力側のＢＥＲ特性を示す図である。
【図１０】ＥＰ規範に基づきＰＴＳを適用した場合のＩＢＯに対する増幅器出力側のＢＥＲ特性を示す図である。
【図１１】本発明の信号電力超過規範を適用したマルチキャリア伝送方式の送信装置の第２構成例を示す図である。
【図１２】従来のＰＡＰＲ規範に基づいてマルチキャリア信号のＰＡＰＲを低減した場合の概念図である。
【符号の説明】
１ 送信装置
２ 振幅変動低減部
３ ＰＡＰＲ低減部
１１ チャネル符号化部
１２ ビットインタリーブ部
１３ データ変調部
１４、４１１〜４１ｍ、７１ 直並列変換部
２０ マルチキャリア信号変換部
２１ 信号電力超過規範計算部
２２ 信号電力超過低減部
２５ 電力増幅部
３１１〜３１Ｎ インタリーバ
５１１〜５１ｋ、１０１１〜１０１ｍ マルチキャリア信号生成部
６１ マルチキャリア信号選択部
８１１〜８１Ｎ 位相乗算部
９１ 位相計算部
１０２ 合成部
Claims (6)
- 周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を送信する送信装置において、
前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算する総和計算手段と、
前記総和計算手段により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算する振幅計算手段と、
前記振幅計算手段により得られた計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑える歪み低減手段を備えることを特徴とする送信装置。 - 請求項１記載の送信装置において、
前記総和計算手段は、
ＮＬ：マルチキャリア信号の１シンボル内の標本数
Ｓ〔ｎ〕：マルチキャリア信号を標本化したときのｎ番目の標本値
Ｐａｖｅ：マルチキャリア信号の平均電力
Ｐｔｈ ：しきい値
Ｒ（ｘ）：
- 請求項１記載の送信装置において、
前記総和計算手段は、
- 請求項１又は２記載の送信装置において、
前記しきい値は、外部からの制御情報に基づいて、変化させられることを特徴とする送信装置。 - 周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を増幅手段により増幅する増幅回路において、
前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算する総和計算手段と、
前記総和計算手段により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算する振幅計算手段と、
前記振幅計算手段により得られた計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑える歪み低減手段を備えることを特徴とする送信装置。 - 周波数の異なる複数の搬送波を並列伝送してマルチキャリア信号を送信する送信方法において、
前記マルチキャリア信号の信号電力とあらかじめ設定したしきい値とを比較し、該しきい値を上回る信号電力の総和を計算し、
前記計算により得られた総和を小さくするように前記マルチキャリア信号の振幅を計算し、
前記計算結果に基づいて、前記マルチキャリア信号の振幅変動を抑えることを特徴とする送信方法。
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