JP2005509365A - 直交周波数分割多重化方式の移動通信システムでピーク電力対平均電力の減少装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
OFDM方式の送信器で入力データはスクランブラー、エンコーダ、インタリーバを経て副搬送波に変調される。このとき、この送信器は多様な可変伝送率を提供するようになるが、伝送率によりそれぞれ異なる符号率、インタリービングサイズ、及び変調方式を有する。通常に、エンコーダは1/2、3/4などの符号率を使用し、バースト誤りを防ぐためのインタリーバのサイズはOFDMシンボル当たりマッピングされる符号化ビットの数(NCBPS)により決定される。この変調方式はデータ伝送率によりQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、8PSK、16QAM(16-ary Quadrature Amplitude Modulation)、64QAMなどを使用する。一方、上記の構成により所定の個数の副搬送波に変調された信号は所定個数のパイロットが加わり、これはIFFTブロックを通過して一つのOFDMシンボルを形成する。ここに、多重経路チャンネル環境におけるシンボル間干渉を除去するための保護区間を挿入した後、シンボル波形生成器を通過して最終的に無線周波数(RF)部に入力されてチャンネルに伝送するようになる。
本発明の実施形態において、OFDM方式のCDMA移動通信システムで元の信号を維持しつつPAPRを減少させるための装置及び方法について、具体的に説明する。このために、本発明の実施形態による送信器はIFFTによるOFDM信号を送信する前にプリエンファシス(pre-emphasis)させ、受信器は受信信号に対してディエンファシス(de-emphasis)を遂行する。一方、後述する本発明の詳細な説明ではOFDM変調、IFFT、FFT、HPA、スペクトルの効率、ビット誤り率などの特定詳細が本発明のより全般的理解のために使用されている。これら特定詳細なしに、またこれらの変形によっても本発明を容易に実施可能であるのは、当該技術分野で通常の知識を有する者には自明なことである。
送信器の構成及び動作
まず、図1において本発明の実施形態による送信器の構成のみを参照して説明する。
同図を参照すれば、送信器から伝送したいデータは所定符号率により符号化され、この符号化により出力される符号化ビットがインタリービングされた後、マッパー110に提供される。この符号化方式では多様な方式が提案されているが、誤り訂正符号のターボ符号を利用して符号化する方式が代表的に使用される。このとき、所定符号率では1/2及び3/4などがある。マッパー110は所定の変調方式により前記入力データを変調して変調シンボルを出力する。前記変調方式では8PSK、16QAM、64QAM、QPSKなどがあり、そのそれぞれの変調方式は固有のシンボルマッピング方式により変調動作を遂行する。本発明では変調方式としてQPSKを使用している。マッパー110から直列出力される変調シンボルは直/並列変換部112に提供される。この直/並列変換部112はマッパー110から提供される変調シンボルを並列に出力する。直/並列変換部112から並列出力される変調シンボルは逆高速フーリエ変換(IFFT)部114に提供される。このIFFT部114は直/並列変換部112から提供される変調シンボルを、IFFTを用いるOFDM変調を遂行することにより、OFDMシンボルとして出力する。すなわち、IFFTは周波数帯域の信号を時間帯域の信号に変換することである。このIFFT部114から並列に出力されるOFDM シンボルは並/直列変換部116に提供されて直列形態に出力される。
同図を参照すれば、並/直列変換部116から出力されるOFDMシンボルS(n)は比較器210に入力される。比較器210はS(n)を所定比較値k1と比較し、その結果によりS(n)を区分して出力する。すなわち、比較器210はS(n)が0〜k1の範囲に属する場合(S(n)<k1)はS(n)を第1演算増幅器220に出力し、S(n)がk1〜Lの範囲に属する場合(S(n)≧k1)はS(n)を第2演算増幅器230に出力する。この範囲を0〜Lに限定することは、プリエンファシス部118に入力されるS(n)の振幅は0〜最大Lで定められるためである。したがって、LはS(n)が持つことができる最大振幅に定義される。一方、第1演算増幅器220と第2演算増幅器230はそれぞれ相互に異なる伝達特性により比較器210から提供されるS(n)を増幅して出力する。この伝達特性は図6に示した(1)、(2)のように、傾きで表現されうる。すなわち、第1演算増幅器220における伝達特性は(1)の傾き“k2/k1”で、第2演算増幅器230での伝達特性は(2)の傾き(下記の数式(11))となるである。
図4を参照すれば、プリエンファシス部118は段階410で最大入力値L、プリエンファシス変化点k1、及びディエンファシス変化点k2と共にこれらk1とk2の範囲を決定する。このとき、プリエンファシス変化点k1はIFFT出力信号の分布を分析して決定することができる。副搬送波が十分に大きいと、変調された信号は中心局限整理によりIFFT出力信号の実数部と虚数部はすべてガウス分布を持ち、それぞれの平均は0で、分散は1/2となる。したがって、OFDM信号の大きさはレーリー分布(Rayleigh distribution)を有する。このようなOFDM信号分布を利用すれば、信号の分布が密集されている位置がわかるので、適切なプリエンファシス変化点k1を決定することができる。初期値が決定されると、プリエンファシス部118は段階420に進行し、並/直列変換部116から提供されるOFDMシンボルS(n)を入力し、このS(n)が第1条件を満たすかどうかを判断する。この第1条件は0≦S(n)<k1である。S(n)が第1条件を満たすと、プリエンファシス部118は段階430に進行して<数式3>の1番目の数式によりプリエンファシス値Sper(n)を計算する。すなわち、S(n)を所定の伝達特性k2/k1と乗算することにより、増幅したS(n)のプリエンファシス値Sper(n)を出力する。しかし、このS(n)が第1条件を満足しないと、前記プリエンファシス部118は段階440に進行して<数式3>の2番目の数式によりプリエンファシス値Sper(n)を計算する。すなわち、S(n)を所定伝達特性(数式(14))と乗算することにより、増幅されたS(n)の前記プリエンファシス値Sperを出力する。この第1条件を満足しないというのは(k1≦S(n)≦L)の第2条件を満たすことを意味する。
まず、図1において本発明の実施形態による受信器の構成のみを参照して説明すれば、次のようである。
図1を参照すれば、送信器から伝送された信号は低雑音増幅器126に入力され、低雑音増幅器126は前記受信信号に対して雑音成分を抑制するように低雑音増幅して出力する。この低雑音増幅器126に 提供される信号は送信器から無線チャンネルを通じて伝送される信号なので、白色ガウス雑音を含む。低雑音増幅器126からの受信信号はアナログ/ディジタル変換器128に提供される。このアナログ/ディジタル変換器128は低雑音増幅器126からのアナログ受信信号をディジタル信号を変換してディエンファシス部130に提供する。このディエンファシス部130はディジタル信号に変換された受信信号に対してディエンファシス過程を遂行し、その結果値を出力する。このディエンファシス部130が有する出力伝達特性の一例は図6に示す(1)’と(2)’のようである。このディエンファシス部130は図6に示している出力伝達特性を利用して入力されるSpre(n)に対するディエンファシスを遂行する。
同図を参照すれば、アナログ/ディジタル変換部128から出力されるSpre(n)は比較器310に入力され、比較器310はSpre(n)を所定の比較値k2と比較し、その比較結果によりSpre(n)を区分して出力する。すなわち、比較器310はSpre(n)が0〜k2の範囲に属する場合(Spre(n)<k2)にSpre(n)を第1演算増幅器320に出力し、Spre(n)がk2〜Lの範囲に属する場合(Spre(n)≧k2)にはSpre(n)を第2演算増幅器330に出力する。この範囲を0〜Lに限定するのは、送信器でのS(n)の振幅が0〜最大Lに定められるためである。したがって、LはSpre(n)が有する最大振幅に定義される。一方、第1演算増幅器320と第2演算増幅器330はそれぞれ相互に異なる伝達特性により比較器310から提供されるSpre(n)を増幅して出力する。この伝達特性は、図6に示す(1)’と(2)’のように傾きで表現される。すなわち、第1演算増幅器320での伝達特性は(1)’における傾き“k1/k2”で、第2演算増幅器330での伝達特性は(2)’における傾き(数式(19))である。このとき、望ましくは第1演算増幅器320での伝達特性が第2演算増幅器330での伝達特性に比べて低い増幅度を持つようにしなければならない。これは第1演算増幅器320の伝達特性が第2演算増幅器330の伝達特性に比べて相対的に緩やかな傾きを有しなければならないことを意味する。
図5を参照すれば、ディエンファシス部130は段階510で最大入力値L、プリエンファシス変化点k1、及びディエンファシス変化点k2と共にk1とk2の範囲を決定する。この初期値が決定されると、ディエンファシス部130は段階520に進行してアナログ/ディジタル変換部128から提供されるSpre(n)を入力し、このSpre(n)が第1条件を満たすかどうかを判断する。第1条件は0≦Spre(n)<k2である。Spre(n)が第1条件を満足すれば、ディエンファシス部130は段階530に進行して<数式5>の1番目の数式によりディエンファシス値S(n)を計算する。すなわち、Spre(n)を所定の伝達特性k1/k2と乗算することにより、増幅されたSpre(n)のディエンファシス値S(n)を出力する。しかし、Spre(n)が第1条件を満足しないと、ディエンファシス部130は段階540に進行して数式(21)の2番目の数式によりディエンファシス値S(n)を計算する。すなわち、Spre(n)を所定の伝達特性(数式(22))と乗算することにより、増幅されたSpre(n)のディエンファシス値S(n)を出力する。第1条件を満足しないというのは、前記Spre(n)がk2≦Spre(n)≦Lの第2条件を満たすことを意味する。
まず、所定の224つの入力データが下記の<表1>のようである場合、QPSK変調、HPAは理想的で、雑音のないチャンネル環境の16つの副搬送波を有するOFDMシステムで、プリエンファシス点が3/9のプリエンファシス方法を利用した場合を例とする。
受信器で上記<表4>に示したデータを受けてディエンファシスしたデータは、下記の<表5>のようである。下記の<表5>におけるデータはIFFT変調後、並/直列変換器を経たシンボル値を示した<表3>と同一であることがわかる。
112 直/並列変換部
114 IFFT部
116 並/直列変換部
118 プリエンファシス
122 高出力増幅器
126 低雑音増幅器
130 ディエンファシス
138 ディマッパー
Claims (12)
- 入力データを逆高速フーリエ変換により直交周波数分割多重変調シンボルに生成する移動通信システムの送信器で最大電力対平均電力の比を減少するために前記シンボルの値を調節する方法において、
前記シンボル値S(n)が所定基準値k1より小さい場合と、そうでない場合、それぞれに対して相互に異なるように与えられた伝達特性として前記シンボル値S(n)を増幅するプリエンファシス過程と、
前記プリエンファシスされて出力されるディジタル形態の値Spreをアナログ信号に変換し、前記アナログ信号を所定増幅度により増幅する過程とを含むことを特徴とする方法。 - 前記所定基準値k1は前記直交周波数分割多重変調シンボルの分布が密集されている位置により決定される請求項1記載の方法。
- 入力データを逆高速フーリエ変換により直交周波数分割多重変調シンボルに生成する移動通信システムの送信器で最大電力対平均電力の比を減少させるために前記シンボルの値を調節する装置において、
前記シンボル値S(n)が所定基準値k1より小さい場合とそうでない場合、それぞれに対して相互に異なるように与えられる伝達特性により前記シンボル値S(n)を増幅するプリエンファシス部と、
前記プリエンファシス部から出力されるディジタル形態の値Spreをアナログ信号に変換するディジタル/アナログ変換部と、
前記ディジタル/アナログ変換部からの前記アナログ信号を所定増幅度により増幅する高出力増幅器とを含むことを特徴とする装置。 - 前記所定基準値k1は前記直交周波数分割多重変調シンボルの分布が密集されている位置により決定される請求項4記載の装置。
- 直交周波数分割多重方式の移動通信システムで送信器から逆高速フーリエ変換により伝送される変調シンボルを受信器に受信する方法において、
前記変調シンボルを低雑音増幅した後、ディジタル形態のシンボル値に変換する過程と、
前記シンボル値Spreが所定の基準値k2より小さい場合とそうでない場合、それぞれに対して相互に異なるように与えられる伝達特性により前記シンボル値Spre(n)を増幅するディエンファシス過程と、
前記ディエンファシスされて出力されるシンボル値S(n)を高速フーリエ変換して出力する過程とを含むことを特徴とする方法。 - 前記所定の基準値k2は前記直交周波数分割多重方式により伝送される変調シンボルの分布が密集されている位置により決定される請求項7記載の方法。
- 直交周波数分割多重方式の移動通信システムで送信器から逆高速フーリエ変換により伝送される変調シンボルを受信器に受信する装置において、
前記変調シンボルを低雑音増幅する低雑音増幅器と、
前記増幅された変調シンボルをディジタル形態のシンボル値に変換するアナログ/ディジタル変換器と、
前記シンボル値Spreが所定基準値k2より小さい場合とそうでない場合、それぞれに対して相互に異なるように与えられる伝達特性により前記シンボル値Spre(n)を増幅するディエンファシス部と、
前記プリエンファシス部から出力されるシンボル値S(n)を高速フーリエ変換して出力する高速フーリエ変換部とを含むことを特徴とする装置。 - 前記所定基準値k2は前記直交周波数分割多重方式により伝送される変調シンボルの分布が密集されている位置により決定される請求項10記載の装置。
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