JP2007274310A

JP2007274310A - 振幅制限装置

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Publication number: JP2007274310A
Application number: JP2006096953A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Sasaki; 孝義佐々木; Hiroshi Morita; 洋守田; Keijiro Ito; 恵二郎伊藤
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP4878198B2

Abstract

【課題】複数の変調信号を含む複合信号に対し、平均電力に対する最大瞬時電力の比を小さくする処理を施す振幅制限装置を提供する。
【解決手段】複数の変調信号を含む複合信号から、当該複合信号の絶対値を所定の閾値以上とする成分を抽出し、閾値以上信号として出力する信号抽出部と、閾値以上信号を、複合信号に含まれる変調信号の数と同一の数の信号に分解し、複数の分解信号として出力する信号分解部と、複数の分解信号のそれぞれに対し周波数帯域制限を施して出力する周波数帯域制限部と、周波数帯域制限部によって周波数帯域制限が施された複数の分解信号を合成し、複合信号から減算して出力する再生部と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の変調信号を含む信号の振幅を制限する装置に関する。

ディジタル通信システムの送信局、中継局等には、周波数の異なる複数のディジタル変調信号を同時に無線送信する送信装置が用いられる。図４に送信装置１００の構成を示す。送信装置１００は、信号生成部１０、電力増幅器１２、アンテナ１４を備えて構成される。

信号生成部１０は、周波数の異なる複数のディジタル変調信号を含む信号を生成し、電力増幅器１２に出力する。電力増幅器１２は信号を増幅し、アンテナ１４を介して無線送信する。

特開２０００−２１６６５４号公報

電力増幅器が出力することのできる信号の値には限界があり、出力信号の値が限界値に達した状態は飽和状態と称される。一般に、電力増幅器では、電力増幅器を飽和状態に至らしめる入力電力の瞬時値である飽和入力電力よりも、入力信号の電力の時間平均値が小さいほど、出力信号の歪み成分は減少するが電力効率が低くなる。一方、入力信号の電力の時間平均値が大きく飽和入力電力に近いほど、電力効率は高くなるが出力信号の歪み成分が増大する。

したがって、平均電力（電力の時間平均値）に対する最大瞬時電力（電力の瞬時値の最大値）の比が小さい時間波形を示す信号ほど、飽和状態を回避しつつ入力信号の時間平均値を大きくすることができ、電力増幅器の出力信号の歪み成分を増加させることなく電力増幅器の電力効率を高めることができる。

しかし、図４の送信装置１００では、信号生成部１０が出力する複数のディジタル変調信号は、それぞれ互いに周波数が異なり位相が揃うことがない。したがって、信号生成部１０が出力する信号は平均電力に対する最大瞬時電力の比が大きく、電力増幅器から出力される信号の歪み成分を増加させることなく電力増幅器の電力効率を高めることが困難である。

本発明はこのような課題に対してなされたものであり、複数の変調信号を含む複合信号に対し、平均電力に対する最大瞬時電力の比を小さくする処理を施す振幅制限装置を提供する。

本発明は、複数の変調信号を含む複合信号から、当該複合信号の絶対値を所定の閾値以上とする成分を抽出し、閾値以上信号として出力する信号抽出部と、前記閾値以上信号を、前記複合信号に含まれる変調信号の数と同一の数の信号に分解し、複数の分解信号として出力する信号分解部と、前記複数の分解信号のそれぞれに対し周波数帯域制限を施して出力する周波数帯域制限部と、前記周波数帯域制限部によって周波数帯域制限が施された前記複数の分解信号を合成し、前記複合信号から減算して出力する再生部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る振幅制限装置においては、前記信号分解部は、前記複数の分解信号のそれぞれの大きさの比が、前記複数の変調信号のそれぞれに対して要求される波形品質に基づいて定められた比と一致するよう、前記閾値以上信号を分解する構成とすることが好適である。

また、本発明に係る振幅制限装置においては、前記波形品質は、ディジタル変調信号に対して定義される、振幅および位相の誤差で表されることが好適である。

本発明によれば、複数の変調信号を含む複合信号の、平均電力に対する最大瞬時電力の比を小さくすることができる。これによって、複合信号を電力増幅器で増幅する場合において、電力増幅器から出力される複合信号の歪み成分を増加させることなく電力増幅器の電力効率を高めることができる。

図１に本発明の実施形態に係る送信装置１０２の構成を示す。送信装置１０２は、ディジタル信号生成部１６、ＩＱ信号生成部１８、直交変調部２０、搬送波生成部２２、ピーク信号抽出部２４、信号分解部２６、分解係数生成部２８、直交検波部３０−１〜３０−ｎ、フィルタ３２−１〜３２−ｎ、変調合成部３４、加算部３６、遅延部３８、周波数変換部４０、電力増幅器１２、およびアンテナ１４を備えて構成される。

ディジタル信号生成部１６は、送信対象とするｎ個のディジタル信号ＤＧ１〜ＤＧｎを生成し、ＩＱ信号生成部１８に出力する。

ＩＱ信号生成部１８は、ディジタル信号ＤＧ１〜ＤＧｎのディジタル値を、同相成分信号および直交成分信号の２つの信号の値に対応付け、同相成分信号および直交成分信号の組をそれぞれベースバンド信号ＩＱ１〜ＩＱｎとして直交変調部２０に出力する。ディジタル値を同相成分信号および直交成分信号に対応付ける方式としては、ＢＰＳＫ方式、ＱＰＳＫ方式、ＱＡＭ方式等が好適である。

搬送波生成部２２は搬送波信号Ｆ１〜Ｆｎを生成し直交変調部２０および変調合成部３４に出力する。また、搬送波信号Ｆ１〜Ｆｎを、それぞれ直交検波部３０−１〜３０−ｎに出力する。搬送波信号Ｆ１〜Ｆｎは互いに周波数が異なるものとする。さらに、搬送波生成部２２は、搬送波信号Ｆ１〜Ｆｎのそれぞれの周波数および位相に関する情報を含む搬送波情報Ｇをフィルタ３２−１〜３２−ｎに出力する。

直交変調部２０は、ベースバンド信号ＩＱｉ（ｉは１〜ｎの整数）の同相成分信号の値および直交成分信号の値を成分とするベクトル角の変化を、搬送波信号Ｆｉの位相の変化に対応付ける直交変調によりディジタル変調信号ＤＭｉを生成する。そして、それぞれベースバンド信号ＩＱ１〜ＩＱｎに基づいて生成されたディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭｎを加算合計し、複合信号Ｃとしてピーク信号抽出部２４および遅延部３８に出力する。

このように、ディジタル信号生成部１６、ＩＱ信号生成部１８、直交変調部２０、および搬送波信号生成部２２によって、それぞれディジタル信号ＤＧ１〜ＤＧｎに基づいて生成されたディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭｎを含む複合信号Ｃが生成される。

ピーク信号抽出部２４は、複合信号Ｃのうち、その絶対値が予め定められた閾値ＴＨ以上となる成分をピーク信号ＰＳとして抽出し信号分解部２６に出力する。例えば、複合信号Ｃの時間波形が図２（ａ）の線ＳＣで表されるとき、時刻ｔ１〜ｔ２の間では複合信号Ｃは閾値ＴＨ以上となり、時刻ｔ３〜ｔ４の間では複合信号Ｃは負の閾値−ＴＨ以下となるため、抽出されるピーク信号ＰＳは図２（ｂ）のように、時刻ｔ１〜ｔ２に線ＳＣ１が、そして時刻ｔ３〜ｔ４に線ＳＣ２が現れるような波形を有する信号となる。

分解係数生成部２８は、ディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭｎのそれぞれに対して予め定められた分解係数α１〜αｎを信号分解部２６に出力する。分解係数α１〜αｎは、これらの数値で表される比α１：α２：・・・：αｎを示し、分解係数α１〜αｎの加算合計値は１となる。また、分解係数の比α１：α２：・・・：αｎは、ディジタル変調信号ＤＭｉに要求される波形品質が高いほど、分解係数αｉの値が小さくなるよう決定する。

ディジタル変調信号の波形品質は、基準となる信号との間の波形相関、当該ディジタル変調信号に含まれる歪み成分の大きさ等に基づいて定義することができる。また、ディジタル変調信号の波形品質を表す指標として広く知られているＥＶＭ（ＥｒｒｏｒＶｅｃｔｏｒＭａｇｎｉｔｕｄｅ）を適用してもよい。ＥＶＭは、変調方式に基づいて一義的に定められる振幅および位相の関係に基づいて規定される、実際のディジタル変調信号の振幅および位相の誤差を示す。ＥＶＭの値が小さいほど波形品質が高いといえる。波形品質を表す指標としてＥＶＭを用いた場合、ディジタル変調信号ＤＭｉに要求されるＥＶＭが小さいほど、分解係数αｉの値を小さくすればよい。

ディジタル変調信号ＤＭｉに要求されるＥＶＭに基づいて分解係数αｉを決定する方法としては、分解係数の比α１：α２：・・・：αｎをディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭｎの電力比とするものが考えられる。すなわち、ディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭｎのそれぞれの電力をそれぞれＰＤＭ１〜ＰＤＭｎとして、αｉ＝ＰＤＭｉ／（ＰＤＭ１＋ＰＤＭ２＋・・・＋ＰＤＭｎ）として分解係数αｉを決定する。

信号分解部２６は、分解係数生成部２８から出力された分解係数α１〜αｎに基づいて、ピーク信号ＰＳを分解信号Ｐ１〜Ｐｎに分解し、それぞれ直交検波部３０−１〜３０−ｎに出力する。分解は、分解信号Ｐ１〜Ｐｎのそれぞれの絶対値の比、｜Ｐ１｜：｜Ｐ２｜：・・・：｜Ｐｎ｜が、α１：α２：・・・：αｎとなるよう行われる。すなわち、分解信号Ｐｉとピーク信号ＰＳとの間にＰｉ＝αｉ・ＰＳの関係が成立するようにピーク信号ＰＳの分解が行われる。

図３（ａ）は、ｎ＝４の場合について、ある時刻における複合信号Ｃ、ディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭ４、ピーク信号ＰＳ、および分解信号Ｐ１〜Ｐ４を複素平面Ｃｍｐ上にベクトルを以て示したものである。複素平面Ｃｍｐの横軸は実数成分Ｒｅを表し、縦軸は虚数成分Ｉｍを表す。複素平面Ｃｍｐ上におけるベクトル角はそのベクトルが示す信号の位相を表す。

ディジタル変調信号ベクトルＤＭ１〜ＤＭ４のベクトルの回転角速度は、搬送波信号Ｆ１〜Ｆｎが同期していないため互いに異なるものとなる。複合信号ベクトルＣは、ディジタル変調信号ベクトルＤＭ１〜ＤＭ４を加算したものである。図３（ａ）の円ＴＨＣは、閾値ＴＨを半径とする円であり、複合信号ベクトルＣの円ＴＨＣの外側の部分がピーク信号ベクトルＰＳとなる。分解信号ベクトルＰ１〜Ｐ４の方向は、ピーク信号ベクトルＰＳの方向と一致する。

直交検波部３０−１〜３０−ｎは、それぞれ搬送波信号Ｆ１〜Ｆｎに基づいて、それぞれ分解信号Ｐ１〜Ｐｎをベースバンド信号に変換する。そして、それぞれベースバンド分解信号ＢＰ１〜ＢＰｎとしてそれぞれフィルタ３２−１〜３２−ｎに出力する。信号分解部２６および直交検波部３０−１〜３０−ｎが行う処理によって、ピーク信号ＰＳはベースバンド分解信号ＢＰ１〜ＢＰｎに分解されたものと考えることができる。ベースバンド分解信号ＢＰ１〜ＢＰｎは、それぞれディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭｎのピーク信号ＰＳへの寄与分としての物理的意義を有する。

分解係数の比α１：α２：・・・：αｎは、ディジタル変調信号ＤＭ１〜ＤＭｎのそれぞれに要求される波形品質に基づいて定められているため、高い波形品質が要求されるディジタル変調信号に対応するベースバンド分解信号ほど、その振幅が小さくなる。

フィルタ３２−ｉは、搬送波生成部２２から出力された搬送波情報Ｇに含まれる、搬送波信号Ｆｉの周波数および位相に関する情報に基づいて、ベースバンド分解信号ＢＰｉに対して適応的に周波数帯域制限を施して変調合成部３４に出力する。フィルタ３２−ｉとしては、搬送波信号Ｆｉの周波数および位相に関する情報に基づいてタップ係数を生成してその特性が定まるトランスバーサルフィルタを適用することが好適である。

ピーク信号抽出部２４が行う処理は非線形処理であるため、ベースバンド分解信号ＢＰ１〜ＢＰｎは、それぞれのもとのベースバンド信号ＩＱ１〜ＩＱｎよりも占有する周波数帯域が広くなる。フィルタ３２−１〜３２−ｎが行う処理によって、ベースバンド分解信号ＢＰ１〜ＢＰｎが占有する周波数帯域は、それぞれのもとのベースバンド信号ＩＱ１〜ＩＱｎが占有する周波数帯域と同程度となる。

変調合成部３４は、周波数帯域制限が施されたベースバンド分解信号ＢＰｉに基づいて搬送波信号Ｆｉを直交変調し、ディジタル変調信号ＤＤＭｉを生成する。そして、ディジタル変調信号ＤＤＭ１〜ＤＤＭｎを合成してその極性を反転し（−１を乗じる等して正負の符号を反転させることを意味する。）、補正信号Δとして加算部３６に出力する。

一方、遅延部３８は、直交変調部２０から出力された複合信号Ｃを遅延させて加算部３６に出力する。遅延部３８が複合信号Ｃに与える遅延時間は、ピーク信号抽出部２４、信号分解部２６、直交検波部３０−１〜３０−ｎ、フィルタ３２−１〜３２−ｎ、および変調合成部３４が複合信号Ｃに対して施す処理に要する時間と等しくする。

加算部３６は、遅延部３８が出力する複合信号Ｃに変調合成部３４が出力する補正信号Δを加算し、振幅制限後信号Ｌとして周波数変換部４０に出力する。

図３（ｂ）は、ある時刻における複合信号Ｃ、ピーク信号ＰＳ、補正信号Δ、および振幅制限後信号Ｌを複素平面Ｃｍｐ上に示したものである。図３（ａ）と同一のものについては同一の符号を付してその説明を省略する。補正後信号Δによって、複合信号ベクトルＣからピーク信号ＰＳが減算され、その結果、閾値ＴＨより絶対値の小さい振幅制限後信号Ｌが得られることがわかる。

周波数変換部４０は、振幅制限後信号Ｌの周波数を無線周波数帯の周波数に変換し、電力増幅器１２に出力する。電力増幅器１２は、振幅制限後信号Ｌを増幅し、アンテナ１４を介して無線送信する。

本実施形態に係る送信装置１０２によれば、直交変調部２０が出力する複合信号Ｃは、絶対値が閾値ＴＨ未満に制限された振幅制限後信号Ｌとして加算部３６から出力される。これによって、周波数変換部４０を介して電力増幅器１２に出力される信号の、平均電力に対する最大瞬時電力の比を小さくすることができるため、電力増幅器１２の出力信号の歪み成分を増加させることなく電力増幅器１２の電力効率を高めることができる。

また、信号分解部２６および直交検波部３０−１〜３０−ｎは、要求される波形品質が高いディジタル変調信号に対応するベースバンド分解信号ほどその振幅が小さくなるよう、ピーク信号ＰＳをベースバンド分解信号ＢＰ１〜ＢＰｎに分解する。これによって、要求される波形品質が高いディジタル変調信号は、フィルタ３２−１〜３２−ｎによる周波数帯域制限、補正信号Δの複合信号Ｃへの加算等による波形品質の劣化を受け難くなるという効果が得られる。

なお、分解係数α1〜αｎの値をすべて等しい値１／ｎとし、振幅が均一になるようピーク信号ＰＳをベースバンド分解信号ＢＰ１〜ＢＰｎに分解することとすれば、送信されるディジタル変調信号ＤＤＭ１〜ＤＤＭｎに対する波形品質の劣化を均一にすることができる。

本発明の実施形態に係る送信装置の構成を示す図である。複合信号Ｃおよびピーク信号ＰＳを示す図である。信号をベクトルで示した図である。送信装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０信号生成部、１２電力増幅器、１４アンテナ、１６ディジタル信号生成部、１８ＩＱ信号生成部、２０直交変調部、２２搬送波生成部、２４ピーク信号抽出部、２６信号分解部、２８分解係数生成部、３０−１〜３０−ｎ直交検波部、３２−１〜３２−ｎフィルタ、３４変調合成部、３６加算部、３８遅延部、４０周波数変換部、１００，１０２送信装置。

Claims

複数の変調信号を含む複合信号から、当該複合信号の絶対値を所定の閾値以上とする成分を抽出し、閾値以上信号として出力する信号抽出部と、
前記閾値以上信号を、前記複合信号に含まれる変調信号の数と同一の数の信号に分解し、複数の分解信号として出力する信号分解部と、
前記複数の分解信号のそれぞれに対し周波数帯域制限を施して出力する周波数帯域制限部と、
前記周波数帯域制限部によって周波数帯域制限が施された前記複数の分解信号を合成し、前記複合信号から減算して出力する再生部と、
を含むことを特徴とする振幅制限装置。
請求項１に記載の振幅制限装置であって、
前記信号分解部は、
前記複数の分解信号のそれぞれの大きさの比が、前記複数の変調信号のそれぞれに対して要求される波形品質に基づいて定められた比と一致するよう、前記閾値以上信号を分解することを特徴とする振幅制限装置。
請求項２に記載の振幅制限装置であって、
前記波形品質は、ディジタル変調信号に対して定義される、振幅および位相の誤差で表されることを特徴とする振幅制限装置。