JP2011019164A

JP2011019164A - ピークファクタ低減装置および基地局

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Publication number: JP2011019164A
Application number: JP2009163705A
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Inventors: Kosuke Chiba; 考裕千葉; Masanori Taira; 正憲平良; Kazuyuki Hori; 一行堀
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Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-27
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Abstract

【課題】ピークファクタ低減装置では、ピークファクタ閾値およびピーク検出幅を予め設定する必要があったが、マルチキャリア伝送を行う場合、送信周波数帯域幅やマルチキャリア時の離調周波数などの送波条件により、ピーク発生頻度が変わり、最適なピーク値の算出は、それら送波条件から一律には算出できない。
【解決手段】ピークファクタ低減装置に、入力信号に対しＥＶＭ目標値を乗算した信号とピーク抑圧信号の電力を比較し、両者の電力値が等しくなるようピークファクタ閾値Ｖｔを自動的に調整する機能を追加する。また、ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔとピークファクタ閾値Ｖｔの瞬時振幅値を比較し、ピーク残留を抑えるようにピーク検出幅Ｎを自動的に算出する機能を追加する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、ピークファクタ低減装置および基地局に係り、特にＲＦ信号送信機に適用するピークファクタ低減装置に関する。

近年の無線通信分野において、周波数利用効率を向上させるため、ベースバンド信号を互いに直交する各サブキャリアで変調して送信するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式が重要視されている。ＯＦＤＭ変調信号は、正規分布に近い性質を持つことから、平均電力に対する瞬時電力比であるピークファクタ（Peak To Average Power Ratio）（またはクレストファクタともいう）が高くなる。このような信号を送信する場合、電力増幅器の入出力特性における線形性が十分に保たれていないと、送信周波数帯域外に非線形歪が発生する。この非線形歪は、他の無線システムに対する妨害波となる。

この妨害波の対策として、電力増幅器における動作点を下げて、飽和出力電力に対するバックオフを確保することで、送信周波数帯域外の非線形歪は改善される。しかし、ＯＦＤＭ方式のような、ピークファクタが大きい信号の場合、より大きなバックオフが必要となる。このため、ＲＦ信号送信機の送信電力効率が低下する。その結果、装置としての消費電力増大が懸念される。

このような問題を解決する方法として、（１）電力増幅器の非線形歪を補償して、増幅器の動作範囲を拡大するプリディストーション、フィードフォワードといった歪補償技術、（２）ベースバンド信号におけるピークファクタの発生を低減させる技術がある。本発明は、後者に関するものである。

後者を開示する文献として、特許文献１に記載されたピークファクタ低減装置が挙げられる。特許文献１のピークファクタ低減装置は、一様スペクトルを有する２種類の白色ベースバンド信号をそれぞれ実部、虚部とする複素入力信号を帯域制限する参照フィルターと、参照フィルターの伝播遅延に相当する時間だけ複素入力信号を遅延させる遅延器と、参照フィルター出力信号の振幅成分が設定値を超過した場合に超過分に比例する振幅を有する複素インパルス信号を出力する振幅制御部と、遅延器出力信号から振幅制御部出力信号を減算する減算器とから構成される。

特開２００３−１２４８２４号公報

特許文献１に記載されたピークファクタ低減装置においては、ピークファクタ閾値Ｖｔが固定値であり、予めＶｔを設定する必要がある。このとき、設定Ｖｔを低めに設定すると、ベクトル誤差の実効値を示すＥＶＭ（Error Vector Magnitude）が増加する。ＥＶＭの増加は、送信における信号品質に影響を与えてしまうため、規格上で許容値が定められている。一方、設定閾値を高めに設定すると、ＥＶＭは低いが、ピークファクタは大きくなる。このため、電力増幅器への負担が大きくなる。つまり、ＥＶＭとピークファクタ閾値の設定は、トレードオフの関係にある。

多くの無線基地局において、ＥＶＭの許容値は規格上決められているため、ＥＶＭ許容値を超過しない程度にピークファクタ閾値Ｖｔを低く設定することが好ましい。しかし、送信周波数帯域幅やマルチキャリア時の離調周波数など送波条件により、ピーク発生頻度が変わり、最適なピークファクタ閾値Ｖｔが変わる。またその値は、それら送波条件から一律には算出できない。

また、マルチキャリア送信を行う場合、離調周波数が離れるほど、ビートが立つ現象が生じる。ビート現象を説明するために、帯域幅５ＭＨｚのベースバンド信号を２キャリア送信する場合の振幅波形を図１に示す。図１において、（ａ）は離調周波数５ＭＨｚ、（ｂ）は離調周波数１５ＭＨｚである。図１の縦軸は振幅の絶対値、横軸は時間である。図１において、離調周波数が高くなると細かいビートが立っている。

次に、図１（ｂ）のビート現象において、ピーク検出幅Ｎが広い場合（Ｎ＝２９）、狭い場合（Ｎ＝５）でのピーク検出について、図２に示す。図２において、（ａ）はピーク検出幅Ｎが広い場合（ｂ）はピーク検出幅Ｎが狭い場合（Ｎ＝５）である。図２の縦軸は振幅の絶対値、横軸は時間である。図２から明らかなように、ピーク検出幅Ｎが広いとき、ピーク検出数は少ない。また、ピーク検出幅Ｎが狭いとき、ピーク検出数が多くなる。

ピーク検出幅Ｎが広いとき、ピーク検出幅Ｎサンプル内に同レベル相当の信号レベルがあると、ピークの相殺が不完全となり、ピークが残留する。その一方で、ピーク検出幅Ｎが狭いとき、過度にピークを検出してしまい、ピークファクタ低減後のＥＶＭが悪くなる。このため、ピーク検出幅Ｎについて、送波条件に応じて適切な値に設定することが必要となる。この課題に対して、従来、ピークファクタ低減装置を多段に重ねることでピークの残留を防いでいた。しかし、このような構成とした場合、論理規模が増大しまう。
本発明は、論理規模を増大せずに、ピーク相殺を完全にするピークファクタ低減装置および基地局を提供する。

本発明は、上述した問題点を解決するために為されたものである。ピークファクタ低減装置に、ＥＶＭの目標値を設定することで、信号レベルに応じてピークファクタ閾値Ｖｔを自動調整する。これにより、送波条件が変化した場合であっても、ピークファクタ低減におけるＥＶＭを設定値通りにすることができる。

また、ピークファクタ低減装置に、振幅比較回路を追加する。これによって、予め設定したピークファクタ閾値とピークファクタ低減後の瞬時振幅値とを比較し、ピーク検出幅Ｎを自動的に調整する。この結果、論理規模を抑え、送波条件に関係なく、ピークの残留を低減することができる。

上述した処理は、それぞれ単独で用いることができるばかりでなく、２つ同時に用いることもできる。その結果、ピークファクタ低減後の残留率を低減し、且つＥＶＭ目標値内でピークファクタ低減することができる。

少なくとも１キャリア以上の複素ベースバンド信号に対し、ＮＣＯ（Numerical Controlled Oscillator）回路によって発生した各ベースバンド信号に対応した周波数の複素指数関数を乗じ、周波数変換を行った上、加算合成した信号Ｓｉｎをピーク検出回路へ入力する。ピーク検出回路では、連続するＮサンプル内での最大となる振幅値Ｖｐを検出する。閾値比較回路では、ピーク検出回路より出力された振幅値Ｖｐとピークファクタ閾値Ｖｔとを振幅比較し、ピークファクタ閾値Ｖｔからの超過レベルＶｐ−Ｖｔを計算し、ピーク検出回路出力値Ｖｐで正規化した信号を出力する。この閾値比較回路出力と処理に相当するＤ１サンプル数を遅延させた遅延器出力とを乗算し、ピーク成分を入力信号レベルに換算する。次に、この出力信号をＦＩＬ回路にて帯域制限を行ない、ＮＣＯ回路によって発生した出力信号を処理遅延に相当するＤ２サンプル分だけ遅延させた複素指数関数とを乗算し、加算合成を行うことでピーク抑圧信号を生成する。最後に、マルチキャリア合成信号Ｓｉｎに対し、処理遅延に相当するＤ２サンプル分だけ遅延させ、ピーク抑圧信号と減算する。この出力信号Ｓｏｕｔがピークファクタ低減後の複素信号である。

本発明は、で説明した従来技術に加え、ＥＶＭ目標値内で低減可能な最適となるピークファクタ閾値と、ピークの残留率を低減させるピーク検出幅の設定値を自動的に調整することを可能としたピークファクタ低減装置である。ピークファクタ低減後の信号生成に用いた、遅延器の出力信号とピーク抑圧信号を用いて、ＥＶＭ目標値内で最適となるピークファクタ閾値を算出する。まず、電力算出器において、遅延器の出力信号とＥＶＭ目標値とを乗算した、ＥＶＭ目標値内で低減可能な電力レベルと、ピーク抑圧信号である実際に低減する電力レベルとを減算し、差分を出力する。次に、積算器にて、差分値が等しくなるまで積算する。この差分がなくなったとき、ピークファクタ低減における実際のＥＶＭが、目標値と等しくなったことを意味する。最後に、積算器出力値に、ピークファクタの初期値を加算したピークファクタ閾値Ｖｔを閾値比較回路へフィードバックさせる。

次に、ピーク検出幅の自動調整機能についての動作原理を以下に示す。まず振幅比較回路にて、ピークファクタ閾値Ｖｔとピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの瞬時振幅値を比較する。ピークファクタ閾値Ｖｔの方が高い場合、現状のピーク検出幅で十分にピークを検出できているため、ＥＶＭ緩和のために、ピーク検出幅を広くするようフィードバックさせる。その一方で、ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの方が高い場合は、ピークの相殺が不十分である可能性があるため、ピークの検出幅を狭くするようにフィードバックさせる。この比較結果を基に、ピーク検出幅を調整し、出力結果をピーク検出幅Ｎとしてピーク検出回路へ供給する。

上述した課題は、複数の複素ベースバンド信号に対し、この複素ベースバンド信号に対応した周波数の複素指数関数信号を乗じて周波数変換をし、加算合成してマルチキャリア合成信号を生成する生成部と、マルチキャリア合成信号の瞬時振幅値を算出し、検出幅内において最大となるピーク振幅値を検出するピーク検出部と、ピーク検出回路により算出されたピーク振幅値とピークファクタ閾値とを比較し、このピークファクタ閾値からの超過レベルを計算し、この超過レベルについてピーク振幅値で正規化した信号を出力する閾値比較部と、ピーク検出部と閾値比較部との処理遅延に相当するサンプル数だけ複数の複素ベースバンド信号を遅延させる第１の遅延器と、閾値比較部の出力と、第１の遅延器の出力を乗算する第１の乗算器と、この第１の乗算器の出力の帯域制限を行なうフィルターと、ピーク検出部と閾値比較部とフィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけマルチキャリア合成信号を遅延させる第２の遅延器と、ピーク検出部と閾値比較部とフィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけ複素指数関数信号を遅延させる第３の遅延器と、フィルターの出力と第３の遅延器の出力とを乗じて周波数変換する第２の乗算器と、この第２の乗算器の出力を加算合成してピーク抑圧信号を生成する加算器と、第２の遅延器の出力から、ピーク抑圧信号を減算する減算器とから構成されるピークファクタ低減装置により、達成できる。

また、無線信号処理を行うリモートラジオヘッド部と、ベースバンド信号処理部とから構成される基地局において、リモートラジオヘッド部は、ベースバンド信号処理部から出力されたベースバンド信号を帯域制限する第２のフィルターと、この第２のフィルターの出力から平均電力に対する瞬時電力を抑圧するピークファクタ低減装置と、このピークファクタ低減装置の出力信号に、後段の電力増幅器における非線形成分を補償するデジタルプリディストーション回路と、このデジタルプリディストーション回路の出力を電力増幅する電力増幅器とを備え、ピークファクタ低減装置は、複数の複素ベースバンド信号に対し、この複素ベースバンド信号に対応した周波数の複素指数関数信号を乗じて周波数変換をし、加算合成してマルチキャリア合成信号を生成する生成部と、マルチキャリア合成信号の瞬時振幅値を算出し、検出幅内において最大となるピーク振幅値を検出するピーク検出部と、ピーク検出回路により算出されたピーク振幅値とピークファクタ閾値とを比較し、このピークファクタ閾値からの超過レベルを計算し、この超過レベルについてピーク振幅値で正規化した信号を出力する閾値比較部と、ピーク検出部と閾値比較部との処理遅延に相当するサンプル数だけ複数の複素ベースバンド信号を遅延させる第１の遅延器と、閾値比較部の出力と、第１の遅延器の出力を乗算する第１の乗算器と、この第１の乗算器の出力の帯域制限を行なうフィルターと、ピーク検出部と閾値比較部とフィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけマルチキャリア合成信号を遅延させる第２の遅延器と、ピーク検出部と閾値比較部とフィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけ複素指数関数信号を遅延させる第３の遅延器と、フィルターの出力と第３の遅延器の出力とを乗じて周波数変換する第２の乗算器と、この第２の乗算器の出力を加算合成してピーク抑圧信号を生成する加算器と、第２の遅延器の出力から、ピーク抑圧信号を減算する減算器とから構成される基地局により、達成できる。

以上のように、本発明においては、ＥＶＭ目標値内でピークファクタ低減処理することを可能とし、ピークファクタ要因の残留率低減を可能とするピークファクタ低減装置および基地局を提供する。この発明を適用することで、従来のピークファクタ低減装置よりも論理規模を抑えることができる。そのため、装置全体および基地局としては、省消費電力を実現でき、装置および基地局としての高効率化を可能となる。

ビート波形を説明するグラフである。ピーク検出幅とピーク検出の関係を説明する図である。ピークファクタ低減装置の回路ブロック図である。ピーク検出回路の回路ブロック図である。遅延器の回路ブロック図である。最大値検出回路の回路ブロック図である。閾値比較回路の回路ブロック図である。ピーク検出波形を説明する図である。電力算出回路の回路ブロック図である。ピークファクタ低減装置の他の回路ブロック図である。振幅比較回路の回路ブロック図である。振幅比較部の回路ブロック図である。ピークファクタ低減装置の他の回路ブロック図である。ピークファクタ低減装置の他の回路ブロック図である。振幅比較回路の他の回路ブロック図である。ピークファクタ自動最適化有効／無効のシミュレーション結果である。ピーク検出幅調性量デフォルト／最適値のシミュレーション結果である。リモートラジオヘッド部の回路ブロック図である。無線通信システムのブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照部位を振り、説明は繰り返さない。

実施例１について、図３ないし図９を参照して説明する。図３において、ピークファクタ低減装置１００Ａは、ピーク検出回路１０１、閾値比較回路１０２、ＮＣＯ１０３、遅延器１０４、２台の遅延器１０５、ＦＩＬ（Filter）回路１０７、電力算出回路１１１、積算器１１２、複数の加算器、複数の乗算器で構成される。ピークファクタ低減装置１００Ａの入力は、入力信号、検出幅、ＥＶＭ目標値、ＰＦＲ初期閾値である。入力信号は、Ｉ、Ｑ成分を持つ複素信号である。ピークファクタ低減装置１００Ａの出力は、ピークファクタを低減された出力信号である。なお、以下の図面でブロック間の二重線は、複数信号であることを意味する。

ピークファクタ低減装置１００Ａは、まず一様スペクトルを有する少なくとも１キャリア以上の複素ベースバンド信号に対し、ＮＣＯ回路１０３によって発生した各ベースバンド信号に対応した周波数を有する複素指数関数を乗じ、周波数変換を行なった上で、加算合成する。ピークファクタ低減装置１００Ａは、加算合成したマルチキャリア合成信号Ｓｉｎをピーク検出回路１０１へ入力する。ピーク検出回路１０１は、検出幅Ｎサンプル内での最大となる振幅値Ｖｐを検出する。閾値比較回路１０２は、予め設定された閾値レベルＶｔを超過したサンプルを検出し、ピーク振幅値Ｖｐにて正規化を行った後に出力する。この閾値比較回路出力と処理に相当するＤ１サンプル数を遅延させた入力信号とを乗算し、ピーク成分を入力信号レベルに換算する。その後、ＦＩＬ回路１０７にて帯域制限を行なう。

ＦＩＬ回路１０７の出力と、これら処理に相当するＤ２サンプル数を遅延させたＮＣＯ出力である複素指数関数とを乗算し、加算合成を行うことでピーク抑圧信号を生成する。最後に、処理に相当するＤ２サンプル数だけ遅延させたマルチキャリア合成信号Ｓｉｎからピーク抑圧信号を減算する。以上の処理で、ピークファクタ低減装置１００Ａは、周波数帯域外スペクトラムを劣化させることなく、ピークファクタ低減したベースバンド信号Ｓｏｕｔを出力する。

図４において、ピーク検出回路１０１は、電力算出回路８０１、遅延器８０２、最大値検出回路８０３、検出幅生成回路８０５、振幅変換回路８０６で構成される。電力算出回路８０１は、実部と虚部の自乗和を取ることで、瞬時的な電力成分を生成する。遅延器８０２は、（Ｎ−１）サンプル遅延させ、Ｎ本の信号を出力する。最大値検出回路８０３は、連続したＮサンプル内における最大値を検出する。検出幅生成回路８０５は、入力された検出幅Ｎに基づいて、最大値を検出する検出幅を生成する。検出幅のタップ長は（Ｎ−３）／２とし、有効タップを“０”、無効タップを“１”で示す。配列の並びとしては、無効タップ数＋有効タップ数の順序で構成される。全タップ有効の場合、ＡＬＬ０、全タップ無効の場合、ＡＬＬ１となる。振幅変換回路８０６は、電力を再び振幅に変換する。

図５を参照して、遅延器８０２を説明する。図５において、遅延器８０２は、（Ｎ−１）段の遅延素子ｄｌyで構成される。遅延器８０２は、遅延素子ｄｌyの最初（先頭）からセンター−２（マイナス２）をＡ１、センター−１をＣｂ、センターをＣｎｔ、センター＋１をＣａ、センター＋２からＥＮＤをＡ２に区分して出力する。

図６において、最大値検出回路８０３は、電力比較回路１００１、２台の論理演算回路１００２、ＡＮＤ回路１００３と乗算器とから構成される。電力比較部１００１は、センターサンプルＣｎｔと、ＣａサンプルおよびＣｂサンプルとで電力比較を行なう。センターサンプルＣｎｔより電力が低い場合、電力比較部１００１は、“０”を出力する。一方、高い場合、電力比較部１００１は、“１”を出力する。出力をそれぞれＣｏｍ２、Ｃｏｍ１とする。

また、１番目のサンプルからセンターサンプルＣｎｔの２つ前までの連続したサンプルＡ１とセンターサンプルＣｎｔの２つ後から最終サンプルまでの連続したサンプルＡ２について、論理演算回路１００２は、図４の検出幅生成回路８０５より生成された信号とＯＲ演算を行った後に、ＡＮＤ演算を行なう。最大値検出回路８０３は、Ｃｏｍ１、Ｃｏｍ２、２つの論理演算回路１００２出力のＡＮＤ演算を行なう。最後に、最大値検出回路８０３は、ＡＮＤ演算の出力結果とセンターサンプルＣｎｔとで乗算を行なう。

図４に戻って、最後に、振幅変換回路８０６は、電力値に対し、平方根を取ることで、振幅値に変換し、振幅値Ｖｐとして出力する。
図３において、ピーク検出回路１０１より出力された振幅値Ｖｐは、閾値比較回路１０２にて、ピークファクタ閾値Ｖｔと閾値比較を行なう。

図７を参照して、閾値比較回路１０２を説明する。図７において、閾値比較回路１０２は、閾値比較部４０１と、正規化部４０３とから構成される。閾値比較部４０１は、ピーク検出回路１０１の出力値Ｖｐからピークファクタ閾値Ｖｔを減算し、負の出力を強制的に０へと変換する。正規化部４０３は、閾値比較部４０１の出力値をピーク振幅値Ｖｐにて正規化した値を出力する。

図３に戻って、ピークファクタ低減装置１００Ａは、閾値比較回路１０２の出力結果と、処理遅延に相当するＤ１サンプル数を遅延させた入力信号とを乗算する。この結果、ピークファクタ低減装置１００Ａは、複素のピークパルス成分を出力する。その後、ＦＩＬ回路１０７は、帯域制限を行なう。ピークファクタ低減装置１００Ａは、ＦＩＬ回路１０７の出力と、上述した処理に相当するサンプル数を遅延させたＮＣＯ回路１０３出力とを乗じ、加算合成し、ピーク抑圧信号を生成する。最後に、ピークファクタ低減装置１００Ａは、マルチキャリア合成信号Ｓｉｎからピーク抑圧信号を減算し、ピークファクタ低減後の出力信号Ｓｏｕｔを出力する。

図８を参照して、複素のピークパルス成分を説明する。図８において、図８（ａ)の縦軸は振幅値、横軸は時間（サンプル数）である。また、図８（ｂ）の縦軸は正規化閾値超過レベル、横軸は時間（サンプル数）である。図８（ａ）のピークファクタ閾値を超えたサンプル数に対応して、図８（ｂ）にピークが表れている。なお、サンプル数２７０付近で、図８（ａ）のピークファクタ閾値を超えた２つのサンプル数に対応して、図８（ｂ）に１つのピークが表れているのは、ピークファクタ閾値を超えた２つのサンプル数が、１つの検出幅に入っているためである。

再び図３に戻って、ピークファクタ低減装置１００Ａは、ピークファクタ低減処理におけるサンプル数だけ遅延させたマルチキャリア合成信号Ｓｉｎと、ピーク抑圧信号を用いて、最適となるピークファクタ閾値Ｖｔを算出する。

図９を参照して、電力算出回路１１１を説明する。図９に示すように、電力算出回路１１１は、２台の電力計算回路５０１と、電力計算回路５０１の出力に接続された２台のＬＰＦ（Low-Pass Filter）と、加算器とから構成される。電力算出回路１１１は、マルチキャリア信号ＳｉｎとＥＶＭ目標値との乗算結果をＩｎ１の入力とする。電力算出回路１１１は、ピーク抑圧信号をＩｎ２の入力とする。

電力算出回路１１１は、Ｉｎ１のＥＶＭ目標値内で低減可能な電力レベルと、Ｉｎ２の実際に低減するピーク抑圧信号の電力レベルを電力計算部５０１で算出する。電力算出回路１１１は、急峻なＬＰＦ（Low-Pass Filter）をかけて電力レベルの帯域制限を行なう。ここで、複素信号を電力換算にする目的は、ＥＶＭの比較を行なうためである。

まずＥＶＭ目標値を乗算した、目標値内で低減可能な電力レベルのＥＶＭは、（式１）により算出する。また、実際に低減する電力レベルのＥＶＭは、(式１）より変換する。ＥＶＭは（式２）により算出される。（式２）をエラー成分Ｅについて解くことで、（式３）が算出される。これら（式１）および（式３）について、電力算出回路１１１は、加算器で減算処理を行なう。

三度図３に戻って、ピークファクタ低減装置１００Ａは、差分が等しくなるまで、後段の積算器１１２にて積算する。このため、ピークファクタ低減装置１００Ａは、動作直後について、正または負の傾きを持つ。しかし、傾きは、次第に傾斜が緩やかになり、最終的には均衡を保つ。このとき、実際のＥＶＭが目標値と等しくなったことを示す。最後にピークファクタ閾値Ｖｔの初期値（ＰＦＲ初期閾値）を加算することで、最適なピークファク閾値Ｖｔとして閾値比較回路１０２へフィードバックさせる。

ピークファクタ閾値Ｖｔを自動的に調整させない場合、セレクタなどを用いて、電力算出回路１１１の出力を強制的に零にする。これによって、予め設定した初期値の閾値を常に出力する。

実施例１によれば、ＥＶＭ目標値内でピークファクタ低減を行うためのピークファクタ閾値の自動調整を備えたピークファクタ低減装置を実現できた。

次に、実施例に２ついて、図１０ないし図１２を参照して、説明をする。従来、ピークファクタ低減回路において、ピークファクタ要因の相殺を行った結果、ピーク制限が不完全で誤差成分が残留する場合、特許文献１では、ピークファクタ低減装置を多段に重ねることで対応していた。このような構成とした場合、ピークファクタ低減装置としての論理規模が増大してしまう。

そこで、図１０を参照しながら、ピークファクタ低減装置１００Ｂにおけるピーク検出幅の自動調整機能について説明する。この調整を有効にすることで、ピークファクタ要因相殺における誤差成分の残留確率を低減させることが可能となる。ピークファクタ低減手法は、実施例１と同等である。図１０において、ピークファクタ低減装置１００Ｂは、ピーク検出回路１０１、閾値比較回路１０２、ＮＣＯ１０３、遅延器１０４、２台の遅延器１０５、ＦＩＬ回路１０７、振幅比較回路１１４、複数の加算器、複数の乗算器で構成される。ピークファクタ低減装置１００Ｂの入力は、入力信号、ＰＦＲ閾値である。入力信号は、Ｉ、Ｑ成分を持つ複素信号である。ピークファクタ低減装置１００Ｂの出力は、ピークファクタを低減された出力信号である。

ピークファクタ低減装置１００Ｂは、入力であるピークファクタ閾値Ｖｔと、ピークファクタ低減後の出力信号Ｓｏｕｔを用いて、ピークファクタ低減回路のピーク検出幅の自動調整を行なう。これを、図１１を参照して、説明する。図１１において、振幅比較回路１１４は、２台の振幅算出回路６０１と、振幅比較部６０３と、遅延器６０５と、セレクタ６０６と、加算器とから構成される。

図１１において、２台の振幅算出回路６０１は、ピークファクタ閾値Ｖｔと、ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの瞬時振幅値を算出する。その出力信号に対し、振幅比較部６０３は、２者の振幅比較を行なう。振幅比較部６０３の出力は、ピーク検出幅におけるタップ数の調整分を示している。

図１２を参照して、振幅比較部６０３を説明する。図１２において、振幅比較部６０３は、比較部７０２と、否定７０３と、利得７０１と、加算器７０４とから構成される。比較部７０２は、Ｉｎ１（Ｖｔ）とＩｎ２（Ｓｏｕｔ）の振幅を比較し、ピークファクタ閾値Ｖｔのほうが低い場合には、“１”を出力し、そうでない場合は、“０”を出力する。否定７０３は、０と１とを入れ替える。利得７０１の値は、１より十分に小さい値とする。

振幅比較部６０３は、ピークファクタ閾値Ｖｔの振幅値のほうが高い場合、現状のピーク検出幅の状態でも、ピークファクタ要因であるエラー成分を十分に検出しているため、ピークファクタの検出幅を広くすることで、ＥＶＭを緩和させる。その一方で、ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの振幅値のほうが高い場合、振幅比較部６０３は、エラー成分の検出が不十分であるため、ピークファクタの検出幅を狭くする。振幅比較部６０３の出力値としては、ピークファクタ閾値Ｖｔの振幅値のほうが高い場合１より十分に小さい値‘A’となり、ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの振幅値のほうが高い場合‘−１’となる。

再び図１１に戻り、振幅比較部６０３の出力とセレクタ６０６で選択した現状のピーク検出幅とを加算する。セレクタ６０６は、初期処理では、初期値のピーク検出幅と振幅比較部６０３の出力とを加算する。以降は、現状の検出幅を遅延器６０５で遅延させて、フィードバックさせ、加算処理を行なう。

ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの振幅値のほうが高い場合、（現状の検出幅）＋１となり、現状の検出幅より無効タップ数が１つ多くなる構成となる。このような構成とすることで、現状のピークファクタの検出幅を狭くし、エラー検出を向上させる。その一方で、ピークファクタ閾値Ｖｔの振幅値のほうが高い場合は（現状の検出幅）−（１より十分に小さい値）となり、現状の検出幅より無効タップ数が減る構成となる。減算後の出力は負の無限大方向に丸め、整数値として出力する。このような構成とすることで、現状のピークファクタの検出幅を広くし、EVMを緩和させる。

最後に、ピーク検出幅の出力を、ピーク検出回路１０１へ供給する。検出幅調整の場合においても、自動的に調整させない場合、セレクタ６０６を常に予め設定した初期値を選択させればよい。

次に、実施例３について、図１３を参照して、説明する。図１３において、図１３において、ピークファクタ低減装置１００Ｃは、ピーク検出回路１０１、閾値比較回路１０２、ＮＣＯ１０３、遅延器１０４、２台の遅延器１０５、ＦＩＬ回路１０７、電力算出回路１１１、積算器１１２、振幅比較回路１１４、複数の加算器、複数の乗算器で構成される。ピークファクタ低減装置１００Ｃの入力は、入力信号、ＥＶＭ目標値、ＰＦＲ初期閾値である。入力信号は、Ｉ、Ｑ成分を持つ複素信号である。ピークファクタ低減装置１００Ｃの出力は、ピークファクタを低減された出力信号である。

ピークファクタ低減装置１００Ｃは、ＥＶＭ目標値内で最適となるピークファクタ閾値Ｖｔを自動的に算出する機能と、ピークの相殺が不十分とならないよう、信号レベルに応じてピークの検出幅を自動的に調整する機能である２つの要素を合わせたピークファクタ低減装置である。

まず、ピークファクタ低減装置１００Ｃは、実施例１で示した手法により算出された、ＥＶＭ目標値内で最適となるピークファクタ閾値Ｖｔと、ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの瞬時振幅値を算出する。以降は、実施例２で示した２者の振幅値の比較を行ない、ピークファクタ閾値の振幅値のほうが高い場合、ピークファクタの検出幅を広くし、ピークファクタ低減後の振幅値のほうが高い場合は、ピーク検出幅を狭くする処理を行ない、出力結果をピーク検出器へフィードバックする。

実施例３の拡張実施例として、ピーク検出幅の自動調整機能における過度のピーク相殺を制御する機能を追加したピークファクタ低減装置について、図１４および図１５を用いて説明する。

図１４において、ピークファクタ低減装置１００Ｄは、ピーク検出回路１０１、閾値比較回路１０２、ＮＣＯ１０３、遅延器１０４、２台の遅延器１０５、ＦＩＬ回路１０７、電力算出回路１１１、積算器１１２、振幅比較回路１３０１、複数の加算器、複数の乗算器で構成される。ピークファクタ低減装置１００Ｄの入力は、入力信号、ＥＶＭ目標値、ＰＦＲ初期閾値である。入力信号は、Ｉ、Ｑ成分を持つ複素信号である。ピークファクタ低減装置１００Ｄの出力は、ピークファクタを低減された出力信号である。

ピークファクタ低減装置１００Ｄは、ＥＶＭ目標値内で最適となるピークファクタ閾値Ｖｔを自動的に算出する機能と、ピークの相殺が不十分とならないよう、信号レベルに応じてピークの検出幅を自動的に調整する機能である２つの要素を合わせたピークファクタ低減装置である。

図１５において、振幅比較回路１３０１は、２台の振幅算出回路１４０１と、振幅比較部１４０３とで構成される。さらに、振幅比較部１４０３は、２台のセレクタ１４０４と、セレクタ１４０５と、遅延器１４０６と、複数の加算器とから構成される。

図１５において、振幅比較回路１３０１は、まず振幅算出回路１４０１にてＥＶＭ目標値内で最適となるピークファクタ閾値Ｖｔと、ピークファクタ低減後の信号Ｓｏｕｔの瞬時振幅値を算出する。瞬時振幅算出後、振幅比較回路１３０１は、加算器にてピークファクタ閾値超過値である（Ｓｏｕｔ−Ｖｔ）およびピークファクタ閾値未満値（Ｖｔ−Ｓｏｕｔ）の算出を行なう。

ピークファクタ閾値超過値である信号１４３１の振幅レベルが‘０’以上であった場合、現状のピーク検出幅では不十分であるため、検出幅を狭くする必要がある。このとき、ピーク検出量を調整する機能を追加することで、ピーク相殺の残留率を低減する。ピーク検出幅調整量は、ピークファクタ閾値超過値をビットシフトする構成であり、ビット単位で右シフトさせることで、閾値超過レベルを一時的に高くする。このような構成により、検出幅を狭く設定し、ピーク残留率を低減することが可能となる。ビットシフト量が大きすぎるとＥＶＭ劣化に繋がるため、この調整量のデフォルト値としては、ビットシフトなしが望ましい。

その一方で、ピークファクタ閾値未満値である信号１４３２は、閾値比較回路１０２の出力値と比較し、閾値比較回路１０２の出力のあった場合のみ、ピークファクタ閾値以下の信号を出力し、それ以外はゼロを出力する。

最後に、減算処理を行い出力する。この場合においても、自動的に調整させない場合には、セレクタなどを設置し、予め設定した初期値を常に出力する。

図１６を参照して、実施例３と従来のピークファクタ低減装置におけるシミュレーション結果を説明する。図１６において、入力信号は、サンプリング周波数７．６８ＭＨｚの複素正規分布信号を８倍オーバーサンプルした２キャリアのＬＴＥ（Long Term Evolution）信号である。図１６は、ベースバンドフィルタとして、ＬＴＥベースバンドフィルタ用に設計されたフィルターを用いて、ＥＶＭ目標値を５.０％としたときの、Ｇａｕｓｓ分布、ピークファクタ低減前、ピークファクタ低減後の従来技術、実施例１におけるＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function）をプロットした。ＣＣＤＦ（相補累積分布関数）は、振幅レベルの発生確率を示し、縦軸がＣＣＤＦ、横軸が振幅である。図１６で、一点鎖線はＧａｕｓｓ分布、実線はピークファクタ低減前、破線は従来のピークファクタ低減装置、点線は実施例３のピークファクタ低減装置のＣＣＤＦである。

図１６より、従来のピークファクタ低減装置は、ピーク検出幅の設定が不適切であったために、ピークファクタ８．５ｄＢとピークの相殺が不完全であることが確認できる。実施例３のピークファクタ低減装置は、ピークファクタ７．７ｄＢとピーク相殺の不完全さは解消されており、ＥＶＭ目標値５．０％に対し、実測値は４．２％でピークファクタ低減を実施した。

次に、実施例４を適用した場合のシミュレーション結果について、図１７を用いて説明する。図１７において、図１７（ａ）はピーク検出幅調整量をビットシフトなしとした場合である。また、図１７（ｂ）はピーク検出幅調整量を最適に調整した場合である。ピーク検出幅調整量をデフォルト値（ビットシフトなし）の状態では、ＥＶＭ目標値に対する精度は上がっているが、ピーク相殺が不完全であるため、ピークファクタも８．１ｄＢとなっている。ピーク相殺の不完全さを解消するため、ピーク検出幅調整量を最適となるよう調整を行なったとき、ピーク検出幅調整量は、４ビット右へシフトさせ、予め検出幅を狭くした。図１７（ｂ）において、ピークの相殺を満たし、且つＥＶＭ目標値に対する精度も向上していることが確認できた。

以上、説明したように、上述した実施例では、ピークファクタ閾値およびピークファクタにおける有効窓幅を自動調整することで、所望のＥＶＭ値の範囲内でピークファクタ低減を可能とするピークファクタ低減装置を実現できた。

次に、図１８および図１９を参照して、ピークファクタ低減装置を用いた基地局を説明する。ここでは、まず図１７を参照して、ＲＲＨ（Remote Radio Head）について説明する。次に図１８を参照して、無線通信システムを説明する。

図１８において、ＲＲＨ１１０７は、フィルター回路（ＦＩＬ）１２０４、ピークファクタ低減装置（ＰＦＲ：Peak Factor Reduction）１００、ＤＰＤ（digital Pre-Distortion）回路１２０２、送信アンプ（ＰＡＵ：Power Amplifier Unit）１２０１、低雑音アンプ（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１２０７、フィルター回路（ＦＩＬ）１２０８から構成される。

送信系から説明する。ベースバンド信号処理部（ＢＢＵ：Base Band Unit）より出力されたベースバンド信号について、ＦＩＬ回路１２０４は、帯域制限を行なう。帯域制限された信号について、ＰＦＲ装置１００は、帯域外に歪み成分を発生させることなく、平均電力に対する瞬時電力を抑圧する。ＰＦＲ回路１００より出力された信号について、ＤＰＤ回路１２０２は、後段の電力増幅器における非線形成分を補償する。電力増幅器の入出力特性は非線形であるため、ＤＰＤ回路１２０２は、この逆特性を付加することで、電力増幅器における入出力特性をリニアにする。そのため、ＤＰＤ回路１２０２は、電力増幅器の入出力特性と把握している必要があるため、ＰＡＵ１２０１の出力をフィードバックさせ、電力増幅器の入出力特性を補正する。最後に、ＰＡＵ１２０１は、電力増幅を行ない、アンテナ端より伝送を行う。

受信系について、ＬＮＡ部１２０７は、アンテナ端より受信した信号の電力増幅を行なう。その後、電力増幅された受信信号はＡＤ変換され、ＦＩＬ回路１２０８は、帯域制限を行なう。帯域制限された受信信号について、ＲＲＨ１１０７は、ベースバンド信号処理部へ供給する。

次に、図１９を参照して、無線システムを説明する。図１９において、無線システムは、基地局と端末とから構成されている。基地局１１０２は、ＢＢＵ１１０８と、ＲＲＨ１１０７と、アンテナ１１０４、１１０５から構成されている。ＢＢＵ１１０８は、ベースバンド信号処理を行なう。ＲＲＨ１１０７は、ＲＦ信号処理を行なう。基地局１１０２は、端末１１０１と無線通信を行う。アンテナ１１０４は、送信用アンテナである。アンテナ１１０５は受信用アンテナである。

基地局１１０２は、上述したピークファクタ低減装置をＲＲＨ１１０７に備えている。基地局１１０２は、その結果、送波条件に関わらず、ＥＶＭ目標値内でピークファクタ低減処理を行なう。基地局１１０２は、より論理規模を抑えることが可能となる。

１００…ピークファクタ低減（ＰＦＲ：Peak Factor Reduction）装置、１０１…ピーク検出回路。１０２…閾値比較回路、１０３…ＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillators）回路、１０４…遅延器Ｄ１、１０５…遅延器Ｄ２、１０７…ＦＩＬ回路、１１１…電力算出回路、１１２…積算器、１１４…振幅比較回路、４０１…、閾値比較部、４０３…正規化回路、５０１…瞬時電力計算器、５０３…ＬＰＦ回路、６０１…瞬時振幅算出器、６０３…振幅比較部、６０５…遅延器、７０１…利得、８０１…瞬時電力算出器、８０２…遅延器、８０３…最大値検出器、８０５…検出幅生成回路、１００１…電力比較回路、１００２…論理演算器、１００３…ＡＮＤ論理演算器、１１０１…端末、１１０２…基地局、１１０４…送信専用アンテナ、１１０５…受信専用アンテナ、１１０７…ＲＲＨ、１１０８…ＢＢＵ（Base Band Unit）、１２０１…ＰＡＵ（Power Amplifier Unit）、１２０２…ＤＰＤ回路、１２０４…ＦＩＬ回路、１２０７…ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）、１２０８…ＦＩＬ回路、１３０１…振幅比較回路、１４０１…瞬時振幅算出器、１４０３…振幅比較部。

Claims

複数の複素ベースバンド信号に対し、この複素ベースバンド信号に対応した周波数の複素指数関数信号を乗じて周波数変換をし、加算合成してマルチキャリア合成信号を生成する生成部と、
前記マルチキャリア合成信号の瞬時振幅値を算出し、検出幅内において最大となるピーク振幅値を検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出回路により算出されたピーク振幅値とピークファクタ閾値とを比較し、このピークファクタ閾値からの超過レベルを計算し、この超過レベルについて前記ピーク振幅値で正規化した信号を出力する閾値比較部と、
前記ピーク検出部と前記閾値比較部との処理遅延に相当するサンプル数だけ前記複数の複素ベースバンド信号を遅延させる第１の遅延器と、
前記閾値比較部の出力と、前記第１の遅延器の出力を乗算する第１の乗算器と、
この第１の乗算器の出力の帯域制限を行なうフィルターと、
前記ピーク検出部と前記閾値比較部と前記フィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけ前記マルチキャリア合成信号を遅延させる第２の遅延器と、
前記ピーク検出部と前記閾値比較部と前記フィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけ前記複素指数関数信号を遅延させる第３の遅延器と、
前記フィルターの出力と前記第３の遅延器の出力とを乗じて周波数変換する第２の乗算器と、
この第２の乗算器の出力を加算合成してピーク抑圧信号を生成する加算器と、
前記第２の遅延器の出力から、前記ピーク抑圧信号を減算する減算器とから構成されるピークファクタ低減装置。
請求項１に記載のピークファクタ低減装置であって、
前記第２の遅延器の出力とＥＶＭ目標値とを乗算した信号と、前記ピーク抑圧信号との電力算出を行ない、差分を出力する電力算出部と、
前記電力算出部の出力を積算処理する積算器とをさらに備え、
前記積算器の出力に、ピークファクタ閾値の初期値を加算した第２のピークファクタ閾値を、前記閾値比較部の前記ピークファクタ閾値とすることを特徴とするピークファクタ低減装置。
請求項１に記載のピークファクタ低減装置であって、
第３のピークファクタ閾値と、前記減算器の出力とを振幅比較し、第２の検出幅を出力する振幅比較部をさらに備え、
前記第２の検出幅を前記検出幅とすることを特徴とするピークファクタ低減装置。
請求項３に記載のピークファクタ低減装置であって、
前記振幅比較部は、前記第３のピークファクタ閾値より前記減算器の出力が小さいとき、前記第２の検出幅より、狭い第３の検出幅を出力し、
前記第３の検出幅を前記検出幅とすることを特徴とするピークファクタ低減装置。
無線信号処理を行うリモートラジオヘッド部と、ベースバンド信号処理部とから構成される基地局において、
前記リモートラジオヘッド部は、前記ベースバンド信号処理部から出力されたベースバンド信号を帯域制限する第２のフィルターと、この第２のフィルターの出力から平均電力に対する瞬時電力を抑圧するピークファクタ低減装置と、このピークファクタ低減装置の出力信号に、後段の電力増幅器における非線形成分を補償するデジタルプリディストーション回路と、このデジタルプリディストーション回路の出力を電力増幅する電力増幅器とを備え、
前記ピークファクタ低減装置は、
複数の複素ベースバンド信号に対し、この複素ベースバンド信号に対応した周波数の複素指数関数信号を乗じて周波数変換をし、加算合成してマルチキャリア合成信号を生成する生成部と、
前記マルチキャリア合成信号の瞬時振幅値を算出し、検出幅内において最大となるピーク振幅値を検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出回路により算出されたピーク振幅値とピークファクタ閾値とを比較し、このピークファクタ閾値からの超過レベルを計算し、この超過レベルについて前記ピーク振幅値で正規化した信号を出力する閾値比較部と、
前記ピーク検出部と前記閾値比較部との処理遅延に相当するサンプル数だけ前記複数の複素ベースバンド信号を遅延させる第１の遅延器と、
前記閾値比較部の出力と、前記第１の遅延器の出力を乗算する第１の乗算器と、
この第１の乗算器の出力の帯域制限を行なうフィルターと、
前記ピーク検出部と前記閾値比較部と前記フィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけ前記マルチキャリア合成信号を遅延させる第２の遅延器と、
前記ピーク検出部と前記閾値比較部と前記フィルターとの処理遅延に相当するサンプル数だけ前記複素指数関数信号を遅延させる第３の遅延器と、
前記フィルターの出力と前記第３の遅延器の出力とを乗じて周波数変換する第２の乗算器と、
この第２の乗算器の出力を加算合成してピーク抑圧信号を生成する加算器と、
前記第２の遅延器の出力から、前記ピーク抑圧信号を減算する減算器とから構成されることを特徴とする基地局。