JP2005101975A - 無線通信装置及びピーク抑圧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させること。
【解決手段】 バッファ部１０３は、ピーク抑圧前の入力データを一時的に蓄積する。ピーク検出部１０６は、しきい値以上の振幅レベルのピークを検出する。ピークカット部１０７は、検出されたピークをしきい値まで抑圧する。切り替え部１０９はピークが検出された場合にはピーク抑圧後の信号をＦＦＴ部１１４へ出力し、ピークが検出されない場合にはピーク抑圧後の信号が送信処理されるように切り替える。信号修復部１１５は、ＭＣＳ情報に基づいて、高いレベルのＭＣＳが設定されているサブキャリアに割り当てられる信号を除去して、代わりにバッファ部１０３に記憶しておいたピーク抑圧前の信号を割り当てる。ＭＣＳ設定部１１６は、通信相手の受信品質情報に基づいてＭＣＳを選択する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置及びピーク抑圧方法に関し、特に複数のサブキャリアにて送信データを送信する無線通信装置及びピーク抑圧方法に関する。

マルチキャリア伝送方式は、周波数選択性フェージングが発生しない程度に伝送速度が抑えられた複数の搬送波（サブキャリア）を用いてデータを伝送することにより、伝送効率を向上させ、結果的に高速伝送を可能とする技術である。特にＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式は、データが配置される複数のサブキャリアが相互に直交しているため、マルチキャリア伝送方式の中で最も周波数利用効率が高い方式である。このため、ＯＦＤＭ方式やＯＦＤＭ方式にＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を組み合わせたＯＦＤＭ−ＣＤＭＡ方式が、将来の高速伝送技術として検討されている。

上述したように、ＯＦＤＭ変調方式等のマルチキャリア伝送方式においては、複数のサブキャリアを用いて並列伝送を行う。この際、各サブキャリアの位相が揃ってしまうと、平均送信電力と比較して著しく大きな送信ピーク電力が発生する。送信ピーク電力が大きい場合、信号増幅による送信信号の非線形歪みと帯域外不要輻射を防ぐために、広いダイナミックレンジにわたり出力の直線性を維持できる送信電力増幅器を使用しなければならないが、一般にこのような増幅器は著しく効率が低いため、通信装置における消費電力が増大する。理論上の送信ピーク電力はサブキャリア数に比例して増大するが、実際には最大電力を発生する送信データ系列が発生する確率は非常に低いため、電力増幅器の入力バックオフは１０ｄＢ程度に設定されることが多い。

そのため、送信ピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ：Peak-to-Average Power Ratio）を低減するために、様々な手法が考案されてきた。例えば、ピーククリッピング(またはピークリミット、ピークカット)と呼ばれるＰＡＰＲ低減手法が知られている(例えば、特許文献１。)。ピーククリッピング手法では、信号増幅前の複素ベースバンド信号の時間波形について既定のしきい値を超える部分を削除、即ちクリッピングすることにより前記時間波形の振幅を制限する。

ピーククリッピング前の信号振幅をｘ、ピーククリッピングしきい値をαとしたとき、ピーククリッピング後の信号振幅ｙは式（１）にて与えられる。

ピーククリッピングを行った場合、送信信号に非線型歪みが生じ、送信信号の伝送特性が劣化する。また、帯域外不要輻射が発生するため、帯域制限フィルタで除去する必要があるが、帯域制限フィルタを通過することにより信号にピークが再発生することがある。なお、従来のピーククリッピングによる伝送特性への影響はピーク電力発生への寄与度によりサブキャリア毎に異なることが知られている。

一方、ＯＦＤＭ方式の無線通信において、基地局装置は、通信端末装置におけるサブキャリア毎の受信品質を報告してもらい、報告された受信品質に基づいて、各ユーザに適切な多数のサブキャリアを割り当てて（周波数分割ユーザ多重）、各サブキャリアにＭＣＳ（Modulation Coding Schemes）を設定することができる。即ち、基地局装置は、回線品質に基づき、各ユーザに所望の通信品質（例えば最低伝送率、誤り率）を満たすことのできる最も周波数利用効率の高いサブキャリアを割り当て、各サブキャリアに高速なＭＣＳを選択してデータの送信を行うことにより、多ユーザにおいて高速なデータ通信を行うものである。

ここで、ＭＣＳとは、変調方式、符号化方式、送信電力調節値及び拡散率などの送信パラメータセットの呼称である。送信を行う際にＭＣＳテーブルが参照され、各シンボルのＭＣＳが割り当てられる。マルチキャリア伝送においては、サブキャリア毎に異なるＭＣＳを割り当てることが可能である。特に、マルチパスにより周波数選択性フェージングが生じる無線通信においては、サブキャリア毎に伝搬路状態が異なるため、伝搬路状態に適応してサブキャリア毎にＭＣＳを設定することにより、高い伝送効率を実現することが可能である。
特開２００２−４４０５４号公報

しかしながら、従来の無線通信装置及びピーク抑圧方法においては、ピーククリッピングの際に、同一シンボル内の各サブキャリアに異なるＭＣＳが割り当てられている場合にＭＣＳを考慮することなくピーククリッピング処理を行うので、マルチキャリア信号全体に振幅抑制に起因する非線形歪みが生じる。したがって、伝送レートの高いＭＣＳが設定されているサブキャリアに割り当てられる信号に対して、このような非線形歪みが生じた場合には所望の高い伝送効率を得ることができないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる無線通信装置及びピーク抑圧方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、通信相手の受信品質を示す測定値が大きいサブキャリアほど高い伝送レートを設定する伝送レート設定手段と、送信信号の信号レベルが第１しきい値以上である抑圧対象ピークを検出するピーク検出手段と、前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいて前記抑圧対象ピークを所定量抑圧するピーク抑圧手段と、前記ピーク抑圧手段にて前記抑圧対象ピークが抑圧された送信信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいてピーク抑圧するので、伝送レートを考慮したピーク抑圧処理を行うことができることにより、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる。

本発明の無線通信装置は、前記構成において、前記ピーク抑圧手段によりピーク抑圧される前の送信信号を記憶するバッファ手段を具備し、前記ピーク抑圧手段は、前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが前記第２しきい値以上の高伝送レートサブキャリアに割り当てられる抑圧後送信信号と前記抑圧後送信信号に相当する前記バッファ手段に記憶されている送信信号とを入れ替えて前記高伝送レートサブキャリアに割り当てるとともに、前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが前記第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号にて前記抑圧対象ピークを抑圧する構成を採る。

この構成によれば、前記効果に加えて、伝送レートが第２しきい値以上のサブキャリアに割り当てられる送信信号をピーク抑圧前の送信信号と置換するとともに、伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号を用いてピーク抑圧するので、高いレベルの送信パラメータが設定されているサブキャリアに割り当てられる送信信号に対するピーククリッピング処理による影響を最小限に抑えることができる。

本発明の無線通信装置は、前記構成において、前記ピーク抑圧手段は、前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが前記第２しきい値未満の低伝送レートサブキャリアに割り当てられる除去対象送信信号を除去し、前記低伝送レートサブキャリアに前記抑圧対象ピークと逆特性のピーク抑圧信号を割り当てることにより前記抑圧対象ピークを抑圧する構成を採る。

この構成によれば、前記効果に加えて、送信信号を除去した低伝送レートサブキャリアを利用してピーク抑圧信号を割り当てるので、帯域を広げることなく充分なピーク抑圧効果を得ることができる。

本発明の無線通信装置は、前記構成において、前記ピーク検出手段は、前記ピーク抑圧手段にて前記抑圧対象ピークを抑圧する処理であるピーク抑圧処理が行われる毎に前記抑圧対象ピークを検出する処理を行い、前記ピーク抑圧手段は、前記ピーク検出手段にて前記抑圧対象ピークが検出されなくなるまで前記ピーク抑圧処理を繰り返すとともに、前記ピーク抑圧処理毎に前記第２しきい値を伝送レートが高くなる方向へ変える構成を採る。

この構成によれば、前記効果に加えて、ピーク抑圧処理の繰り返し毎に第２しきい値を伝送レートが高くなる方向へ変えるので、同一シンボルに対しピーク抑圧処理を繰り返す場合において、伝送レートが低いサブキャリアに割り当てられる送信信号のみにピーククリッピングの影響が集中することを防ぐことができる。

本発明の通信端末装置は、前記のいずれかに記載の無線通信装置を具備する構成を採る。

この構成によれば、伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいてピーク抑圧するので、伝送レートを考慮したピーク抑圧処理を行うことができることにより、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる。

本発明の基地局装置は、前記のいずれかに記載の無線通信装置を具備する構成を採る。

この構成によれば、伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいてピーク抑圧するので、伝送レートを考慮したピーク抑圧処理を行うことができることにより、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる。

本発明のピーク抑圧方法は、通信相手の受信品質を示す測定値が大きいサブキャリアほど高い伝送レートを設定するステップと、送信信号の信号レベルが第１しきい値以上である抑圧対象ピークを検出するステップと、設定された伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいて前記抑圧対象ピークを所定量抑圧するステップと、を具備するようにした。

この方法によれば、伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいてピーク抑圧するので、伝送レートを考慮したピーク抑圧処理を行うことができることにより、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる。

本発明のピーク抑圧方法は、前記方法において、ピーク抑圧される前の送信信号を記憶するステップを具備し、設定された伝送レートが前記第２しきい値以上の高伝送レートサブキャリアに割り当てられる抑圧後送信信号と前記抑圧後送信信号に相当する記憶されている送信信号とを入れ替えて前記高伝送レートサブキャリアに割り当てるとともに、設定された伝送レートが前記第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号にて前記抑圧対象ピークを抑圧するようにした。

この方法によれば、前記効果に加えて、伝送レートが第２しきい値以上のサブキャリアに割り当てられる送信信号をピーク抑圧前の送信信号と置換するとともに、伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号を用いてピーク抑圧するので、高いレベルの送信パラメータが設定されているサブキャリアに割り当てられる送信信号に対するピーククリッピング処理による影響を最小限に抑えることができる。

本発明のピーク抑圧方法は、前記方法において、設定された伝送レートが前記第２しきい値未満の低伝送レートサブキャリアに割り当てられる除去対象送信信号を除去し、前記低伝送レートサブキャリアに前記抑圧対象ピークと逆特性のピーク抑圧信号を割り当てることにより前記抑圧対象ピークを抑圧するようにした。

この方法によれば、前記効果に加えて、送信信号を除去した低伝送レートサブキャリアを利用してピーク抑圧信号を割り当てるので、帯域を広げることなく充分なピーク抑圧効果を得ることができる。

本発明によれば、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる。

本発明の骨子は、送信信号に対するピーク抑圧処理後に、しきい値以上のレベルの送信パラメータが設定されたサブキャリアの送信信号を、バッファに記憶されているピーク抑圧処理前の送信信号と置換することである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。

符号化部１０１−１〜１０１−ｎは、ＭＣＳ設定部１１６からの制御に基づき、入力データをサブキャリア毎に所定の符号化率にて符号化して、サブキャリア毎に変調部１０２−１〜１０２−ｎへ出力する。

変調部１０２−１〜１０２−ｎは、ＭＣＳ設定部１１６からの制御に基づき、符号化部１０１−１〜１０１−ｎから入力したサブキャリア毎の入力データを所定の変調方式にて変調してバッファ部１０３へ出力する。

バッファ部１０３は、変調部１０２−１〜１０２−ｎから入力した入力データを切り替え部１０４へ出力するとともに、変調部１０２−１〜１０２−ｎから入力した入力データを一時的に蓄積し、蓄積した入力データを所定のタイミングにて信号修復部１１５へ出力する。

切り替え部１０４は、バッファ部１０３から入力した入力データと信号修復部１１５から入力した修復後の入力データとを切り替えてフーリエ逆変換（以下「ＩＦＦＴ」と記載する）部１０５へ出力する。

ＩＦＦＴ部１０５は、切り替え部１０４から入力した並列信号入力データに対してＩＦＦＴ処理を施し、入力データを周波数領域信号から時間領域信号へと変換する。そして、ＩＦＦＴ部１０５は、ＩＦＦＴ後の信号をピーク検出部１０６へ出力する。

ピーク検出部１０６は、ＩＦＦＴ部１０５から入力した入力データについて、しきい値（第１しきい値）以上の信号振幅（信号レベル）の抑圧対象ピークの有無を検出し、検出結果をピークカット部１０７と切り替え部１０９へ出力する。

ピーク抑圧手段であるピークカット部１０７は、ピーク検出部１０６から入力したピーク検出結果より、しきい値以上の信号振幅が検出された場合には、しきい値以上の信号振幅に対してピーククリッピングを施して所定量振幅を抑圧する。そして、ピークカット部１０７は、ピーククリッピングを施した入力データをバンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」と記載する）部１０８へ出力する。

ＢＰＦ部１０８は、ピークカット部１０７から入力したピーククリッピング後の入力データを帯域制限して不要輻射成分等を除去した後に切り替え部１０９へ出力する。

切り替え部１０９は、ピーク検出部１０６から入力したピーク検出結果より、ピークが検出された場合にはＢＰＦ部１０８から入力した入力データをフーリエ変換（以下「ＦＦＴ」と記載する）部１１４へ出力し、ピークが検出されない場合にはＢＰＦ部１０８から入力した入力データをディジタル／アナログ（以下「Ｄ／Ａ」と記載する）変換部１１０へ出力する。

Ｄ／Ａ変換部１１０は、切り替え部１０９から入力した入力データをＤ／Ａ変換して増幅部１１１へ出力する。

増幅部１１１は、Ｄ／Ａ変換部１１０から入力した入力データを増幅してＲＦ処理部１１２へ出力する。

ＲＦ処理部１１２は、増幅部１１１から入力した入力データをベースバンド周波数から無線周波数へアップコンバート等してアンテナ１１３より送信する。

ＦＦＴ部１１４は、切り替え部１０９から入力した入力データをＦＦＴ処理して、入力データを時間領域信号から周波数領域信号へと変換する。そして、ＦＦＴ部１１４は、ＦＦＴ後の信号を信号修復部１１５へ出力する。

ピーク抑圧手段である信号修復部１１５は、ＦＦＴ部１１４から入力した入力データとＭＣＳ設定部１１６から入力したＭＣＳ情報とに基づいて、所定のしきい値（第２しきい値）以上の上位のＭＣＳが設定されたサブキャリア（高伝送レートサブキャリア）に割り当てられる入力データを、ピーククリッピングによる非線形歪みから保護するため、上位のＭＣＳが設定されたサブキャリアに関してのみ、上位のＭＣＳが設定されたサブキャリアに割り当てられる入力データに相当するピーククリッピング前の信号をバッファ部１０３から読み出して、ピーククリッピング後の信号（抑圧後送信信号）と信号置換を行う。そして、信号修復部１１５は、信号置換した入力データを切り換え部１０４へ出力する。なお、信号修復部１１５の詳細については後述する。

伝送レート設定手段であるＭＣＳ設定部１１６は、受信信号より抽出した各通信相手のサブキャリア毎の受信品質を示す測定値（受信品質情報）であるＣＱＩ(Channel Quality information)に基づいて、伝送レートを示すＭＣＳを選択する。即ち、ＭＣＳ設定部１１６は、受信品質が良好であるほど伝送レートの高いＭＣＳを設定する。そして、ＭＣＳ設定部１１６は、選択した各サブキャリアのＭＣＳの情報であるＭＣＳ情報を信号修復部１１５へ出力する。さらに、ＭＣＳ設定部１１６は、選択したＭＣＳの符号化率にて符号化されるように符号化部１０１−１〜１０１−ｎを制御するとともに、選択したＭＣＳの変調方式にて変調されるように変調部１０２−１〜１０２−ｎを制御する。

次に、信号修復部１１５の詳細について、図２を用いて説明する。図２は、信号修復部１１５の構成を示すブロック図である。

制御カウンタ部２０１は、ＦＦＴ部１１４から入力データが入力する毎に１ずつカウントする。即ち、制御カウンタ部２０１は、ピーククリッピングの繰返し回数をＯＦＤＭシンボル毎にカウントする。そして、制御カウンタ部２０１はカウントしたカウント数を制御信号生成部２０２に出力する。

制御信号生成部２０２は、ＭＣＳ設定部１１６から入力したＭＣＳ情報と、制御カウンタ部２０１から入力したカウント数とからスイッチ部２０５−１〜２０５−ｎを切り替えるための切り替え制御信号を生成し、生成した切り替え制御信号を各スイッチ部２０５−１〜２０５−ｎへ出力する。即ち、制御信号生成部２０２は、選択したサブキャリアについてのスイッチ部２０５−１〜２０５−ｎへ出力するために、入力バッファ部２０３に蓄積している入力データを出力バッファ部２０６に出力するように切り替える切り替え制御信号を生成し、選択していないサブキャリアについてのスイッチ部２０５−１〜２０５−ｎへ出力するために、入力バッファ部２０４に蓄積している入力データを出力バッファ部２０６に出力するように切り替える切り替え制御信号を生成する。この時、制御信号生成部２０２は、最初は最下位のＭＣＳが設定されているサブキャリア以外のサブキャリアを選択し、制御カウンタ部２０１から入力したカウント数が増える毎に、最下位の伝送レートを示すＭＣＳから最上位の伝送レートを示すＭＣＳに向けて順次伝送レートを上げたＭＣＳ以外のＭＣＳが設定されているサブキャリアを選択していく。これにより、制御信号生成部２０２にて選択されるサブキャリア数は、制御カウンタ部２０１のカウント数が増える毎に徐々に少なくなっていく。

入力バッファ部２０３は、バッファ部１０３から入力したピーククリッピングされていないサブキャリア毎の入力データを一時的に蓄積し、各サブキャリアについてのスイッチ部２０５−１〜２０５−ｎがオンになった場合に蓄積していた入力データを出力バッファ部２０６へ出力する。

入力バッファ部２０４は、ＦＦＴ部１１４から入力したピーククリッピング後でかつＦＦＴ後の入力データを一時的に蓄積し、各サブキャリアについてのスイッチ部２０５−１〜２０５−ｎがオンになった場合に蓄積していた入力データを出力バッファ部２０６へ出力する。

スイッチ部２０５−１〜２０５−ｎは、サブキャリア毎に設けられており、入力バッファ部２０３に蓄積されたピーククリッピング前の信号と入力バッファ部２０４に蓄積されたピーククリッピング後の信号とのいずれか一方を選択し、出力バッファ部２０６へ出力する。

出力バッファ部２０６は、入力バッファ部２０３及び入力バッファ部２０４から入力したサブキャリア毎の入力データを切り替え部１０４へ出力する。

次に、無線通信装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３は、無線通信装置１００の動作を示すフロー図である。

最初に、ＭＣＳ設定部１１６は、サブキャリア毎にＭＣＳを設定する（ステップＳＴ３０１）。

次に、設定されたＭＣＳに基づいて、符号化部１０１−１〜１０１−ｎにて入力データを符号化し、変調部１０２−１〜１０２−ｎにて変調する（ステップＳＴ３０２）。

次に、バッファ部１０３は、入力データを蓄積する(ステップＳＴ３０３)。

次に、ＩＦＦＴ部１０５は、入力データをＩＦＦＴ処理することにより周波数領域信号から時間領域信号へ変換する(ステップＳＴ３０４)。

次に、ピーク検出部１０６は、ピークレベルがしきい値α以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ３０５）。

ピークレベルがしきい値α以上である場合には、ピークカット部１０７は、既定のしきい値β(α＞β)以上の部分の信号振幅をピーククリッピングする(ステップＳＴ３０６)。

次に、ＢＰＦ部１０８は、ピーククリッピング後の信号に生じる帯域外不要輻射を除去するため帯域制限フィルタリング処理を行う(ステップＳＴ３０７)。

次に、ＦＦＴ部１１４は、入力データをＦＦＴ処理することによって時間領域信号から周波数領域信号へ変換を行う(ステップＳＴ３０８)。

次に、信号修復部１１５は、最下位の伝送レートを示すＭＣＳが設定されているサブキャリア以外のサブキャリアを選択し、選択したサブキャリアに割り当てられる入力データをピーククリッピング前の信号と置換することにより、ピーククリッピング対象外のＭＣＳが設定されたサブキャリア信号を修復する(ステップＳＴ３０９)。

次に、信号修復部１１５は、最下位の伝送レートを示すＭＣＳが設定されているサブキャリア及び最下位の次に低い伝送レートを示すＭＣＳが設定されているサブキャリア以外のサブキャリアを選択して、選択するＭＣＳ範囲を縮小することにより、ピークカットの対象となるＭＣＳの範囲を拡大する（ステップＳＴ３１０）。

そして、ステップＳＴ３０５において、しきい値α以上のピークレベルが検出されなくなるまでステップＳＴ３０４〜ステップＳＴ３１０の処理を繰り返す。ここで、信号修復部１１５は、ステップＳＴ３０４〜ステップＳＴ３０９の処理を１回終了する毎に、ステップＳＴ３１０において、選択するＭＣＳ範囲を順次減少させていくことにより、ピークカットの対象となるＭＣＳの範囲を拡大していく。

一方、ステップＳＴ３０５において、ピークレベルがしきい値α以上でない場合には、切り替え部１０９は入力データがＤ／Ａ変換部１１０へ出力されるように切り替えて、ピーククリッピングされた入力データが送信される（ステップＳＴ３１１）。

以上の処理による信号波形の変化を図４に示す。図４は、ＯＦＤＭ信号の時間波形がピークカットと信号修復によって変化する様子を示す図である。図４において、波形＃４０１はピークカット前の波形であり、波形＃４０２はピークカット後に信号修復部１１５にて信号修復した後の波形であり、波形＃４０３はピークカット後にＢＰＦ部１０８を通過した後の波形である。また、平均レベルγは、波形全体の平均振幅レベルを示すものである。図４の場合、ＢＰＦ部１０８を通過した後の波形のピークレベルはしきい値α以上ではないので、再びピーククリッピング処理を行うことなく送信される。信号の振幅最大値はピーククリッピング処理によってしきい値βに抑圧されるが、波形＃４０３のようにＢＰＦ部１０８にて帯域制限フィルタ処理を施すことにより振幅値最大値が再びしきい値βを越える場合がある。ここで、更に信号修復部１１５にて信号修復処理を行うと、振幅最大値が更に増加するが、しきい値α−しきい値βの範囲内であれば信号修復が可能である。ここで、しきい値βを小さくしすぎると、必要以上に信号電力をカットすることになる。したがって、しきい値βは、しきい値αとしきい値α以上の信号電力とから、ＯＦＤＭシンボル毎に決定されるべきである。

図５は、しきい値α以上のピーク電力が発生した時点の信号をＩＱ平面上の複素ベクトルとして表示したものである。ピーククリッピング前の複素信号ベクトルをＸ_０とすると、ピーククリッピング後の複素信号ベクトルはＸ_１で表現される。Ｘ_１が帯域制限フィルタを通過するとＸ_２、更に信号修復処理を行うとＸ_３に複素信号ベクトルが変換される。以上の処理では振幅のみが変化し、位相は影響を受けないものとした。なお、図５において、しきい値α、しきい値β、平均レベルγの順番に半径が小さくなる。

図６〜図８に周波数領域における信号修復処理の様子を示す。図６〜図８において、ピーククリッピングによる非線形歪みレベルを網掛領域によって表現している。あるＯＦＤＭシンボルにおいてＭＣＳ設定とピーククリッピングによる非線形歪みの影響が図６に示す通りであったとする。最初の段階の信号修復処理においては、図７に示すように、信号修復部１１５は、ＭＣＳ１が設定されたサブキャリア（Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１３〜Ｓ１６）以外のサブキャリア（Ｓ５〜Ｓ１２、Ｓ１７、Ｓ１８）を選択して、バッファ部１０３に蓄積されているピーククリピングされていないサブキャリアと置換するので、ＭＣＳ１が設定されているサブキャリア（Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１３〜Ｓ１６）以外のサブキャリア（Ｓ５〜Ｓ１２、Ｓ１７、Ｓ１８）におけるピーククリッピングの影響を除去することができる。信号修復後にＩＦＦＴ処理とピーク検出を行った結果、しきい値αを越える信号が検出された場合には、再度ピーククリッピングを行う。そして、信号修復部１１５は、ピーククリッピング後に信号修復を行うが、この場合には２回目の信号修復処理になるので、図８に示すように、ＭＣＳ１とＭＣＳ２とが設定されたサブキャリア（Ｓ１〜Ｓ８、Ｓ１１〜Ｓ１８）以外のサブキャリア（Ｓ９、Ｓ１０）を選択して、バッファ部１０３に蓄積されているピーククリッピングされていないサブキャリアと置換するので、ＭＣＳ１とＭＣＳ２とが設定されたサブキャリア以外のサブキャリアにおけるピーククリッピングの影響を除去することができる。このように上位のＭＣＳが設定されたサブキャリアをピーククリッピングによる非線形歪みから保護することにより、伝送効率を低下させずにＰＡＰＲ抑圧を行うことができる。

図９は、ＭＣＳテーブルの一例を示すものである。図９において、ＭＣＳ１、ＭＣＳ２、ＭＣＳ３、ＭＣＳ４、ＭＣＳ５の順番に伝送レートが高くなる。送信を行う際に、ＭＣＳ設定部１１６は、ＣＱＩ等を用いてＭＣＳテーブルを参照して、各シンボルのＭＣＳを選択する。マルチキャリア伝送においては、サブキャリア毎に異なるＭＣＳを選択することが可能である。特に、マルチパスにより周波数選択性フェージングが生じる無線通信においては、サブキャリア毎に伝搬路状態が異なるため、伝搬路状態に適応してサブキャリア毎にＭＣＳを選択することにより、高い伝送効率を実現することが可能である。

因みに、従来のピーククリッピング手法は、各サブキャリアのＭＣＳ設定には関係なく、ピーク電力発生への寄与度によって一律に振幅抑圧が施されてしまう。例えば、図９のＭＣＳテーブルを用いて、ＭＣＳ１が設定されたサブキャリアＡと、ＭＣＳ４が設定されたサブキャリアＢとのピーク電力発生への寄与度が等しい場合、２つのサブキャリアは同量の非線形歪みを受ける。しかしながら、サブキャリアＡの伝送効率が１シンボルあたり０．５ビットであるのに対して、サブキャリアＢの伝送効率は１シンボルあたり３ビットである。従って、サブキャリアＡよりもサブキャリアＢを非線形歪みから保護することによってシンボル全体の伝送効率を高めることが可能であるが、従来のピーククリッピング手法はこの点を考慮していない。

このように、本実施の形態１によれば、ピーククリッピング前の信号をバッファ部から読み出して、ピーククリッピング後の信号と信号置換を行うので、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる。また、本実施の形態１によれば、ピーククリッピング後にしきい値α以上のピークが検出される場合には、ピークが検出される毎に伝送能力の低い下位の伝送レートを示すＭＣＳが設定されているサブキャリアから順次選択しないようにして置換するサブキャリアを減らしていくので、伝送能力の低い下位の伝送レートを示すＭＣＳのみにピーククリッピング処理の影響が集中することを防ぐことができることにより、下位の伝送レートを示すＭＣＳが設定されているサブキャリアに割り当てられている送信データの誤り率特性が極端に劣化してしまうことを防ぐことができる。

なお、本実施の形態１において、ピークカット部１０７において、信号の時間波形サンプルについて既定のしきい値β以上の部分に限りピーククリッピングを施す場合について説明したが、これに限らず、例えば既定のしきい値β以上の部分と時間軸上で近接するサンプル点とに重み付け関数を重畳し、信号の時間波形サンプルの最大振幅値を既定のしきい値β未満に抑圧してもよい。このようにすれば、帯域制限フィルタ後の送信信号におけるピーク電力値の再発生を効果的に防ぐことができる。

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係る無線通信装置１０００の構成を示すブロック図である。

本実施の形態２に係る無線通信装置１０００は、図１に示す実施の形態１に係る無線通信装置１００において、図１０に示すように、ピークカット部１０７、ＢＰＦ部１０８及び信号修復部１１５を除き、パンクチャ部１００１及びピーク抑圧信号挿入部１００２を追加する。なお、図１０においては、図１と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

パンクチャ部１００１は、ＭＣＳ設定部１１６から入力したＭＣＳ情報に基づいて、所定のしきい値（第３しきい値）未満のレベルの下位の伝送レートを示すＭＣＳが設定されたサブキャリア（低伝送レートサブキャリア）の一部に割り当てられる入力データ（除去対象送信信号）についてパンクチャ（間引き処理）を行い無送信とし、パンクチャ後の入力データをピーク抑圧信号挿入部１００２へ出力する。なお、パンクチャ部１００１の詳細については後述する。

ピーク抑圧信号挿入部１００２は、ＯＦＤＭシンボル内の最大ピーク電力を低減するような抑圧対象ピークと逆特性のピーク抑圧信号をパンクチャされたサブキャリアに割り当てる。そして、ピーク抑圧信号挿入部１００２は、ピーク抑圧信号を割り当てた入力データを切り替え部１０４へ出力する。

次に、パンクチャ部１００１の詳細について、図１１を用いて説明する。図１１は、パンクチャ部１００１の構成を示すブロック図である。

制御カウンタ部１１０１は、ＦＦＴ部１１４から入力データが入力する毎に１ずつカウントする。即ち、制御カウンタ部１１０１は、ピーククリッピングの繰返し回数をＯＦＤＭシンボル毎にカウントする。そして、制御カウンタ部１１０１はカウントしたカウント数を制御信号生成部１１０２に出力する。

制御信号生成部１１０２は、ＭＣＳ設定部１１６から入力したＭＣＳ情報と、制御カウンタ部１１０１から入力したカウント数とから各スイッチ部１１０４−１〜１１０４−ｎを切り替えるための切り替え制御信号を生成し、生成した切り替え制御信号を各スイッチ部１１０４−１〜１１０４−ｎへ出力する。即ち、制御信号生成部１１０２は、選択していないサブキャリアについてのスイッチ部１１０４−１〜１１０４−ｎに出力するために、入力バッファ部１１０３に蓄積している入力データを出力バッファ部１１０５に出力するように切り替える切り替え制御信号を生成し、選択したサブキャリアについてのスイッチ部１１０４−１〜１１０４−ｎに出力するために、「０」を出力バッファ部１１０５に出力するように切り替える切り替え制御信号を生成する。この時、制御信号生成部１１０２は、最初は最下位の伝送レートを示すＭＣＳが設定されているサブキャリアを選択し、制御カウンタ部１１０１から入力したカウント数が増える毎に、最下位の伝送レートを示すＭＣＳから最上位の伝送レートを示すＭＣＳに向けて順次伝送レートを上げたＭＣＳが設定されているサブキャリアを選択していく。これにより、制御信号生成部１１０２にて選択されるサブキャリア数は、制御カウンタ部１１０１のカウント数が増える毎に徐々に増える。

入力バッファ部１１０３は、ＦＦＴ部１１４から入力したピーククリッピング後でかつＦＦＴ後の入力データを一時的に蓄積し、各サブキャリアについてのスイッチ部１１０４−１〜１１０４−ｎがオンになった場合に蓄積していた入力データを出力バッファ部１１０５へ出力する。

スイッチ部１１０４−１〜１１０４−ｎは、サブキャリア毎に設けられており、「０」と入力バッファ部１１０３に蓄積されたピーククリッピング後の信号とのいずれか一方を選択し、出力バッファ部１１０５へ出力する。

出力バッファ部１１０５は、「０」及び入力バッファ部１１０３から入力したサブキャリア毎の信号をピーク抑圧信号挿入部１００２へ出力する。

次に、無線通信装置１０００の動作について、図１２を用いて説明する。図１２は、無線通信装置１０００の動作を示すフロー図である。

最初に、ＭＣＳ設定部１１６は、サブキャリア毎にＭＣＳを設定する（ステップＳＴ１２０１）。

次に、設定されたＭＣＳに基づいて、符号化部１０１−１〜１０１−ｎにて入力データを符号化し、変調部１０２−１〜１０２−ｎにて変調する（ステップＳＴ１２０２）。

次に、バッファ部１０３は、入力データを蓄積する(ステップＳＴ１２０３)。

次に、ＩＦＦＴ部１０５は、入力データをＩＦＦＴ処理することにより周波数領域信号から時間領域信号へ変換する(ステップＳＴ１２０４)。

次に、ピーク検出部１０６は、ピークレベルがしきい値α以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１２０５）。

ピークレベルがしきい値α以上である場合には、ＦＦＴ部１１４は、入力データをＦＦＴ処理することによって時間領域信号から周波数領域信号へ変換を行う(ステップＳＴ１２０６)。

次に、パンクチャ部１００１は、最下位のＭＣＳが設定されているサブキャリアの一部を選択し、選択したサブキャリアをパンクチャリングする(ステップＳＴ１２０７)。

次に、ＩＦＦＴ部１０５は、パンクチャ後の入力データをＩＦＦＴ処理することにより周波数領域信号から時間領域信号へ変換する（ステップＳＴ１２０８）。

次に、ピーク検出部１０６は、再度ピークレベルがしきい値α以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１２０９）。

ピークレベルがしきい値α以上である場合には、パンクチャ部１００１は、最下位の伝送レートを示すＭＣＳが設定されているサブキャリア及び最下位の伝送レートの次に伝送レートが低いＭＣＳが設定されているサブキャリアを選択してＭＣＳ範囲を拡大する（ステップＳＴ１２１０）。

次に、ピーク抑圧信号挿入部１００２は、パンクチャしたサブキャリアの代わりにピーク抑圧信号を挿入する（ステップＳＴ１２１１）。

そして、ステップＳＴ１２０５及びステップ１２０９において、しきい値α以上のピークレベルが検出されなくなるまでステップＳＴ１２０４〜ステップＳＴ１２１１の処理を繰り返す。ここで、パンクチャ部１００１は、ステップＳＴ１２０４〜ステップＳＴ１２０９の処理を１回終了する毎に、ステップＳＴ１２１０において、選択するＭＣＳ範囲を順次拡大していく。

一方、ステップＳＴ１２０５及びステップＳＴ１２０９において、ピークレベルがしきい値α以上でない場合には、切り替え部１０９は入力データがＤ／Ａ変換部１１０へ出力されるように切り替えて、ピーククリッピングされた入力データが送信される（ステップＳＴ１２１２）。

図１３は、パンクチャしたサブキャリアの代わりに挿入されるピーク抑圧信号の生成方法を示すものである。ＯＦＤＭシンボル内の最大ピーク電力を発生する複素信号ベクトルがＹ_０、パンクチャ後の信号がＹ_１であった場合、位相がＹ_３となる信号を生成し挿入することにより、ピークをＹ_２に低減することが可能である。この方法では最大ピーク電力を発生する複素信号ベクトル以外の時間サンプルにおいてしきい値α以上の信号に対して効果がないため、別の方法としてＯＦＤＭシンボル内のしきい値α以上の信号電力の総和を最小化するようにピーク抑圧信号を挿入することもできる。なお、図１３において、しきい値α、平均レベルγの順番に半径が小さくなる。

図１４〜図１６は、周波数領域におけるパンクチャ及びピーク抑圧信号挿入の様子を示すものである。ＭＣＳ設定が図１４の場合、しきい値α以上の振幅の信号が発生したとする。このとき、図１５に示すように、パンクチャ部１００１は、最下位の伝送レートを示すＭＣＳ１が設定されたサブキャリア（Ｋ１〜Ｋ４、Ｋ１３〜Ｋ１６）の中からピーク電力発生への寄与度が大きいサブキャリア（Ｋ２、Ｋ４、Ｋ１４、Ｋ１５）をパンクチャする。そして、図１６に示すように、パンクチャによってもしきい値α以上の振幅の信号が発生した場合には、ピーク抑圧信号挿入部１００２は、パンクチャしたサブキャリア（Ｋ２、Ｋ４、Ｋ１４、Ｋ１５）の代わりにピーク抑圧信号（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を挿入する。

このように、本実施の形態２によれば、しきい値以上のピークが発生した場合には伝送レートの低いＭＣＳが設定されているサブキャリアに割り当てられる入力データをパンクチャするので、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させることができる。

なお、本実施の形態２において、各サブキャリアのＭＣＳの伝送レートに応じてパンクチャすることとしたが、これに限らず、所定の通信品質を維持することができるものであれば任意のパラメータに応じてパンクチャすることができる。

（その他の実施の形態）
上記実施の形態１または実施の形態２の無線通信装置において、サブキャリア毎に再送を行う場合に、再送回数の差異に着目して信号修復、パンクチャまたはピーク抑圧信号の挿入を行うことにより、振幅抑制レベルを調節する。この場合、信号修復部１１５またはパンクチャ部１００１にサブキャリア毎の再送回数を示す情報が入力するようにする。

また、上記実施の形態１または実施の形態２の無線通信装置において、１シンボル中に音声データと画像データが混在している場合に、データ種別に着目して信号修復、パンクチャまたはピーク抑圧信号の挿入を行うことにより、音声データが割り当てられたサブキャリアを保護するように振幅抑制レベルを調節する。この場合、信号修復部１１５にサブキャリア毎のデータ種別を示す情報が入力するようにする。

また、上記実施の形態１または実施の形態２の無線通信装置において、Turbo符号化のような組織符号を用いる場合に、各サブキャリアのシステマチックビットとパリティビットの割り当て数に着目して信号修復、パンクチャまたはピーク抑圧信号の挿入を行うことにより、システマチックビットが多く割り当てられたサブキャリアを保護するように振幅抑制レベルを調節する。この場合、信号修復部１１５にサブキャリア毎のシステマチックビット数を示す情報が入力するようにする。

このように、本実施の形態によれば、再送回数の差異に着目した場合には、再送データが割り当てられたサブキャリアを保護することができる。また、本実施の形態によれば、データ種別に着目した場合には、音声データに対するピーククリッピングの影響を最小限に抑えることができるので、音声データを保護することができる。また、本実施の形態によれば、システマチックビット数の差異に着目した場合には、システマチックビット数が多いサブキャリアを保護することにより、組織符号の誤り訂正能力を維持することができる。

なお、上記実施の形態１、実施の形態２及びその他の実施の形態において、ピークを検出するためのしきい値αを全てのサブキャリアについて共通に用いることとしたが、これに限らず、ＭＣＳ設定に応じてサブキャリアをグループ化し、グループ毎に異なるしきい値を用いてピークを検出するようにしても良い。また、上記実施の形態１、実施の形態２及びその他の実施の形態において、受信品質情報に基づいてＭＣＳを適応割り当てする場合について説明したが、これに限らず、サブキャリア毎に異なるＭＣＳを固定割り当てする場合にも適用することができる。また、上記実施の形態１、実施の形態２及びその他の実施の形態において、ＯＦＤＭ方式のピーククリッピング処理について説明したが、これに限らず、ＯＦＤＭ方式以外のマルチキャリア送信信号を用いる任意の通信方式のピーククリッピング処理について適用可能である。また、上記実施の形態１、実施の形態２及びその他の実施の形態の無線通信装置は、基地局装置及び通信端末装置に適用することが可能である。

本発明にかかる無線通信装置及びピーク抑圧方法は、伝送効率を低下させずに送信ピーク電力対平均電力比を低減させる効果を有し、ピーク電力を抑圧するのに有用である。

本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る信号修復部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号の時間波形がピークカットと信号修復によって変化する様子を示す図 本発明の実施の形態１に係るＩ−Ｑ平面上に表現したＯＦＤＭ信号ベクトルがピークカットと信号修復によって変化する様子を示す図 本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号を示す図 本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号を示す図 本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号を示す図 本発明の実施の形態１に係るＭＣＳテーブルを示す図 本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係るパンクチャ部の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る無線通信装置の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係るＩ−Ｑ平面上に表現したＯＦＤＭ信号ベクトルがピークカットと信号修復によって変化する様子を示す図 本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号を示す図 本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号を示す図 本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号を示す図

符号の説明

１００ 無線通信装置
１０１−１〜１０１−ｎ 符号化部
１０２−１〜１０２−ｎ 変調部
１０３ バッファ部
１０４、１０９ 切り替え部
１０５ ＩＦＦＴ部
１０６ ピーク検出部
１０７ ピークカット部
１０８ ＢＰＦ部
１１４ ＦＦＴ部
１１５ 信号修復部
１１６ ＭＣＳ設定部

Claims (9)

1. 通信相手の受信品質を示す測定値が大きいサブキャリアほど高い伝送レートを設定する伝送レート設定手段と、
   送信信号の信号レベルが第１しきい値以上である抑圧対象ピークを検出するピーク検出手段と、
   前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいて前記抑圧対象ピークを所定量抑圧するピーク抑圧手段と、
   前記ピーク抑圧手段にて前記抑圧対象ピークが抑圧された送信信号を送信する送信手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記ピーク抑圧手段によりピーク抑圧される前の送信信号を記憶するバッファ手段を具備し、
   前記ピーク抑圧手段は、前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが前記第２しきい値以上の高伝送レートサブキャリアに割り当てられる抑圧後送信信号と前記抑圧後送信信号に相当する前記バッファ手段に記憶されている送信信号とを入れ替えて前記高伝送レートサブキャリアに割り当てるとともに、前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが前記第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号にて前記抑圧対象ピークを抑圧することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記ピーク抑圧手段は、前記伝送レート設定手段にて設定された伝送レートが前記第２しきい値未満の低伝送レートサブキャリアに割り当てられる除去対象送信信号を除去し、前記低伝送レートサブキャリアに前記抑圧対象ピークと逆特性のピーク抑圧信号を割り当てることにより前記抑圧対象ピークを抑圧することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記ピーク検出手段は、前記ピーク抑圧手段にて前記抑圧対象ピークを抑圧する処理であるピーク抑圧処理が行われる毎に前記抑圧対象ピークを検出する処理を行い、
   前記ピーク抑圧手段は、前記ピーク検出手段にて前記抑圧対象ピークが検出されなくなるまで前記ピーク抑圧処理を繰り返すとともに、前記ピーク抑圧処理毎に前記第２しきい値を伝送レートが高くなる方向へ変えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信装置を具備することを特徴とする通信端末装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信装置を具備することを特徴とする基地局装置。
7. 通信相手の受信品質を示す測定値が大きいサブキャリアほど高い伝送レートを設定するステップと、
   送信信号の信号レベルが第１しきい値以上である抑圧対象ピークを検出するステップと、
   設定された伝送レートが第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号に基づいて前記抑圧対象ピークを所定量抑圧するステップと、
   を具備することを特徴とするピーク抑圧方法。
8. ピーク抑圧される前の送信信号を記憶するステップを具備し、
   設定された伝送レートが前記第２しきい値以上の高伝送レートサブキャリアに割り当てられる抑圧後送信信号と前記抑圧後送信信号に相当する記憶されている送信信号とを入れ替えて前記高伝送レートサブキャリアに割り当てるとともに、設定された伝送レートが前記第２しきい値未満のサブキャリアに割り当てられる送信信号にて前記抑圧対象ピークを抑圧することを特徴とする請求項７記載のピーク抑圧方法。
9. 設定された伝送レートが前記第２しきい値未満の低伝送レートサブキャリアに割り当てられる除去対象送信信号を除去し、前記低伝送レートサブキャリアに前記抑圧対象ピークと逆特性のピーク抑圧信号を割り当てることにより前記抑圧対象ピークを抑圧することを特徴とする請求項７記載のピーク抑圧方法。

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