JP4287566B2 - OFDM transmitter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のサブキャリアが線形変調され、さらに逆高速フーリエ変換(以下は、IFFTと称する)を利用して直交周波数分割多重(以下、OFDMと称する)された信号を送信するOFDM送信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図19に従来の帯域分割送信を行うOFDM送信装置の構成を示す。OFDM送信装置は、一次変調部11と、サブキャリア分割部12と、IFFT部13と、デジタル/アナログ(以下はD/Aと称する)変換部14と、ローパスフィルタ(以下はLPFと称する)部15と、直交変調部16と、中心周波数発振器17と、90°シフタ18と、送信部19と、送信アンテナ20と、から主に構成される。
【0003】
一次変調部11は、複素データ系列のシリアルデータを入力し、シリアルデータをBPSK、QPSKなどの同相信号と直交信号により構成される信号に変換する。サブキャリア分割部12は、一次変調された信号を、複数個のグループに分割する。IFFT部13は、同相信号と直交信号を逆高速フーリエ変換する。D/A変換部14は、IFFT部13からの同相信号と直交信号の時間系列サンプル波形を変換する。LPF部15は、D/A変換部14から出力されるアナログ信号に含まれる折り返し信号を除去する。
【0004】
直交変調部16は、中心周波数発振器17から出力される所定の中心周波数を第1の搬送波とし、この中心周波数の位相を90°シフタ18により90°シフトした中心周波数を第2の搬送波とし、LPF部15より出力された同相信号と直交信号で一次変調されたサブキャリア数の情報搬送波からなるOFDM信号を生成する。送信部19は、OFDM信号をリニア増幅後、送信アンテナ20より送信する。
【0005】
図20は、OFDM信号送信器におけるIFFT部13の出力波形を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は信号の電力を示す。デジタルシリアル信号が一次変調され、さらにIFFT処理されたOFDM信号は、ノイズ状の時間波形となる。ここで、送信信号の瞬時電力対平均電力値(以後は、PMPRと称する)が小さければ、広帯域で高価な増幅器を用いることなく、線形性を保ったアナログ信号に変換することが可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、OFDM信号には、平均振幅値に対して最大振幅値の大きい信号が含まれ、アナログ信号に変換される際に、歪みを生じる原因となる。上記従来のOFDM送信装置では、前記の歪みを除去するために広帯域の部品や様々な補正回路が必要となり、装置全体の構成が複雑化してしまい、コストの上昇を招いてしまう。
【0007】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、PMPRを低下させ、高価な部品や複雑な回路構成を用いることなく、OFDM信号を歪みなく送信することができるOFDM送信装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のOFDM送信装置は、一次変調された複数のサブキャリアのデータを複数のブロックに分割する分割手段と、ブロックに分割された複数のサブキャリアをブロック毎に逆高速フーリエ変換する複数の逆高速フーリエ変換手段と、逆高速フーリエ変換後の出力を所定の閾値と比較し、閾値以上の信号を所定の代替信号に置き換える複数の信号置換え手段と、前記信号置換え手段の出力信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する複数のD/A変換手段と、前記アナログ信号の折り返し部分を削除する複数のローパスフィルタ手段と、90度の位相差を持つ信号を前記ローパスフィルタ手段から出力された信号と乗算合成する複数の直交変調手段とを具備し、前記信号置換え手段は、同相信号と直交信号の振幅の大きさが所定の値以上となる場合に、閾値を所定の計算式に変更する、構成を採る。
【0015】
この構成により、複数の逆高速フーリエ変換部からの出力信号と比較する閾値に同相信号と直交信号の振幅の大きさを用いるため最大瞬時電力の判定が容易になり、更に、同相信号と直交信号の振幅の大きさが共に閾値付近である場合に、瞬時電力を判定する閾値を所定の計算式に変更することで同相信号および直交信号が共に閾値付近である信号を削除することが可能となり、入力信号に因らずに同相信号の最大瞬時電力と直交信号の最大瞬時電力の合計が同程度の大きさになる。
【0039】
【発明の実施の形態】
本願の発明者は、各ブランチの信号が、同相および直交軸平面で象限の異なるベクトルに分割されると、各ブランチの振幅は延長され、瞬時電力は増加すること、一方、複数のブランチに挟まれた領域に再分割する信号置換方式では、置換前の信号と比較して振幅値を短縮し、瞬時電力を低下させることが可能となることに着目し、本発明をするに至った。
【0040】
すなわち、本発明の骨子は、複数のサブキャリアを複数のグループに分割し、IFFT変換した信号をダイバーシチ送信する場合に、PMPRが特に大きい値となる部分の信号を、帯域分割された信号を用いて生成した信号に置き換えることである。
【0041】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0042】
(実施の形態1)
本発明の技術的思想について簡単に説明する。OFDM送信方式において、複数のサブキャリアを例えば2つのグループに分割し、IFFT変換した信号をダイバーシチ送信する。この2つのOFDM信号において、所定の閾値以上の瞬時電力値となる部分を検出する。ここで、所定の閾値以上の瞬時電力値となる部分を検出した場合には、2つのOFDM信号の両方を他の信号に変更する。本発明では、2つのグループに分割され、IFFT変換されたOFDM信号を再度合計し、この値を2分の1にした信号を用いた。ただし、分割した2つのOFDM信号の両方を変更するため、他方の信号は変更前よりも振幅値が大きくなる場合があるが、所定の閾値以下の値である。
【0043】
以下、本発明の実施の形態1について、図1から図5を用いて詳細に説明する。図1は、本実施の形態の構成を示すブロック図である。
【0044】
図1は、本発明の実施の形態1に係る帯域分割送信を行うOFDM送信装置の構成を示す。OFDM送信装置は、一次変調部101と、サブキャリア分割部102と、IFFT部103と、代替信号発生部104と、ピーク検出部105と、信号置換部106と、D/A変換部107と、LPF部108と、直交変調部109と、中心周波数発振器110と、90°シフタ部111と、送信部112と、送信アンテナ113とから主に構成される。
【0045】
一次変調部101は、複素データ系列のシリアルデータを入力し、シリアルデータをBPSK、QPSKなどの同相信号と直交信号により構成される信号に変換し、サブキャリア分割部102に出力する。
【0046】
サブキャリア分割部102は、一次変調された信号を、複数個のグループに分割する。なお、本発明では2つのグループに分割した。例えば、絶対値が0のものも含め2M個の複素データからなる複素データ系列に対して、サブキャリア分割部102は、複素データ系列をM個のグループ2つに分ける。そして、サブキャリア分割部102は、グループ分けされた複素データ系列の同相信号と直交信号をIFFT部103に出力する。
【0047】
IFFT部103は、複素データ系列の同相信号と直交信号を逆高速フーリエ変換する。例えば、絶対値が0のものも含めM個の複素データからなる複素データ系列に対して、IFFT部103は、割り当てられなかったデータについては0が入ったものとしてM個の複素データを逆高速フーリエ変換する。そして、IFFT部103は、代替信号発生部104、ピーク検出部105及び信号置換部106に逆高速フーリエ変換した信号を出力する。
【0048】
代替信号発生部104は、2つのIFFT部103の出力を加算し、さらに分割数で除算する。本発明では分割数が2であるため、2分の1にする。なお、代替信号発生部104の詳細に関しては後述する。
【0049】
ピーク検出部105は、逆高速フーリエ変換された信号を入力し、一次変調、サブキャリア数をパラメータとした閾値をあらかじめ記憶しておき、閾値以上の電力にはH信号、閾値以下の電力にはL信号を割り当て、ピークファクタ判定信号として出力する。なお、ピーク検出部105の詳細に関しては後述する。
【0050】
信号置換部106は、未変換信号、代替信号およびピークファクタ判定信号を入力し、ピークファクタ判定信号に応じて、未変換信号と代替信号を切り替え、ピークファクタ判定信号がH信号ならば代替信号、L信号ならば通常の信号をピークファクタ置換信号として出力する。なお、信号置換部106の詳細に関しては後述する。
【0051】
D/A変換部107は、信号置換部106からの同相信号と直交信号の時間系列サンプル波形を変換する。LPF部108は、D/A変換部107から出力されるアナログ信号に含まれる折り返し信号を除去する。
【0052】
直交変調部109は、中心周波数発振器110から出力される所定の中心周波数を第1の搬送波とし、この中心周波数の位相を90°シフタ部111により90°シフトした中心周波数を第2の搬送波とし、LPF部108より出力された同相信号と直交信号で一次変調されたサブキャリア数の情報搬送波からなるOFDM信号を生成する。送信部112は、OFDM信号をリニア増幅後、送信アンテナ113より送信する。
【0053】
次に、代替信号発生部104の第1の構成について、図2に示すブロック図を用いて説明する。図2に示すように、代替信号発生部104は、同相成分処理部201と直交成分処理部202とにより構成され、同相成分処理部201と直交成分処理部202は、それぞれ加算器203と除算器204から構成されている。
【0054】
同相成分処理部201と直交成分処理部202には各ブランチからの信号が入力され、加算器203により信号の振幅値が加算され、帯域分割を行わない場合のIFFT処理後の信号となる。加算器203の出力は除算器204に入力され、分割ブロック数で除算される。これにより、代替信号発生部104からは、帯域分割を行わない場合におけるIFFT処理後の信号の半分の大きさの1つの同相成分と1つの直交成分の信号が出力される。
【0055】
図3に概念図を示す。ブランチAの信号とブランチBの信号を合成し、合成信号を作成し、この同相信号と直交信号を2等分することで、代替信号を作成する。代替信号は合成信号を含むブランチAとブランチBに挟まれた領域に生成することができ、振幅値が小さくなることが分かる。
【0056】
次に、ピーク検出部105の第1の構成について、図4に示すブロック図を用いて説明する。図4に示すように、ピーク検出部105は、電力計算器301と、比較器302と、閾値記憶部303と、合成器304とから主に構成されている。
【0057】
ピーク検出部105には、同相信号と直交信号から構成される未変換信号と一次変調種およびサブキャリア数が入力される。そして、電力を求めるために、未変換信号を電力計算器301に入力する。電力計算器301では、同相信号と直交信号から瞬時電力を計算し、その値を出力する。この電力値を比較器302に入力する。比較器302には、電力値と閾値記憶部303からの出力を入力する。閾値記憶部303には、一次変調、サブキャリア数をパラメータとした閾値をあらかじめ記憶しておき、適宜比較器302に入力する。この比較器302において、閾値以上の電力にはH信号、閾値以下の電力にはL信号を割り当て、ピークファクタ判定信号として出力する。さらに、このピークファクタ判定信号は合成器304と他のブランチのピーク検出部105に出力される。合成器304は、比較器302からの出力と他のブランチのピークファクタ判定信号との合成を行い、1つ以上のブランチにおいてピークファクタが発生する場合は、全ブランチの未変換信号を代替信号に変換するように、ピークファクタ判定信号を構成する。
【0058】
次に、信号置換部106の構成について、図5に示すブロック図を用いて説明する。図5に示すように、信号置換部106は、切替器401から構成されている。信号置換部106に入力される信号は、未変換信号、代替信号およびピークファクタ判定信号である。ここでは、未変換信号および代替信号は同相信号と直交信号から構成される。切替器401は、ピークファクタ判定信号に応じて、未変換信号と代替信号を切り替え、ピークファクタ判定信号がH信号ならば代替信号、L信号ならば通常の信号をピークファクタ置換信号として出力する。
【0059】
図6に信号置換を行う前後のOFDM信号を示す。一次変調はQPSK、サブキャリア数は64本、IFFTサンプリングポイントは64とした。横軸は時間を示し、縦軸は瞬時電力を示す。細線が置換前、太線は置換後を示す。閾値は瞬時電力160とした。
【0060】
図6から明らかなように、閾値以上の瞬時電力となるピークファクタはより低い信号に置き換えられ、PMPRが低い値になる。
【0061】
また、本発明では、サブキャリアの分割数は2であるが、分割数に因らずに本発明の効果を得ることは可能である。
【0062】
(実施の形態2)
図7は、図1に示したOFDM送信装置における代替信号発生部104の第2の構成を示すブロック図である。代替信号発生部104は、加算器203、電力計算器301、電力比率計算器501、再分割器502から構成される。
【0063】
加算器203には各ブランチからの同相もしくは直交信号を入力し、帯域分割しない場合のIFFT処理後の信号を出力する。電力計算器301には各ブランチの同相及び直交信号を入力し、各ブランチの瞬時電力を計算する。これらの出力を電力比率計算器501に入力し、各ブランチの電力比率を計算する。この出力を再分割器502に入力し、加算器203からの出力信号と乗算し、各ブランチの代替信号を計算する。
【0064】
図8に概念図を示す。ブランチAとブランチBの信号は、同相軸と直交軸で表され、ブランチAは(−2,3)、ブランチBは(8,2)のベクトルとする。加算器203により帯域分割しない場合のIFFT処理後の信号が生成され、(6,5)のベクトルとなる。
【0065】
電力計算器301により、ブランチAは13、ブランチBは68となる。これらを電力比率計算器501に入力すると、ブランチAは13/(13+68)≒0.16、ブランチBは68/(13+68)≒0.84の比率となる。
【0066】
これらの値を再分割器502に入力し、ブランチAは(6×13/81≒0.96、5×13/81≒0.80)、ブランチBは(6×68/81≒5.04、5×68/81≒4.20)となる。この2つの信号は同方向であるが、大きさが異なるため、代替信号は各ブランチの信号置換前の電力を考慮して、再分割されることになる。
【0067】
(実施の形態3)
図9は、図1に示したOFDM送信装置における代替信号発生部104の第3の構成を示すブロック図である。代替信号発生部104は、加算器203、絶対値比較器901、再分割器502から構成される。加算器203は2つのブランチからの信号を入力し、帯域分割しない場合のIFFT処理後の信号を出力する。絶対値比較器901は入力される2つの同相信号、直交信号の振幅の絶対値から各々の帯域分割しない場合のIFFT処理後の信号に対する比率を求める。再分割器502には、加算器203と絶対値比較器901からの信号が入力され、帯域分割しない場合のIFFT処理後の信号を、ブランチA、ブランチBの信号の大きさに比例した大きさに再分割する。
【0068】
図10に代替信号の概念図を示す。ブランチAとブランチBの信号は、同相軸と直交軸で表され、ブランチAは(−2,3)、ブランチBは(8,2)のベクトルとなる。加算器203により帯域分割しない場合のIFFT処理後の信号が生成され、(6,5)のベクトルとなる。絶対値比較器901により再分割する比率が求められ、ブランチAは(2/(2+8)=0.2、3/(3+2)=0.6)、ブランチBは(8/(2+8)=0.8、2/(3+2)=0.4)となる。この値を再分割器502に入力し、加算器203からの出力に乗算することで、再分割された信号が出力される。
【0069】
これにより、代替信号は各ブランチの信号置換前の電力を考慮して、再分割されることになる。
【0070】
(実施の形態4)
図11は、図1に示したOFDM送信装置におけるピーク検出部105の第2の構成を示すブロック図である。ピーク検出部105は、比較器302と閾値記憶部303から構成される。閾値記憶部303は一次変調種とサブキャリア数に応じた閾値を出力する。比較器302は同相信号と直交信号の振幅の絶対値と閾値記憶部303の出力信号を比較し、閾値以上の信号にはH信号、閾値以下はL信号をピークファクタ判定信号として出力する。
【0071】
これにより、上記実施の形態1に示したピーク検出部105の構成と比較して、電力計算器301を簡略することが可能となる。
【0072】
(実施の形態5)
図12は、図1に示したOFDM送信装置におけるピーク検出部105の第3の構成を示すブロック図である。ピーク検出部105は、閾値記憶部303、判定式作製部701、比較器302から構成される。一次変調種、サブキャリア数が閾値記憶部303に入力され閾値が出力される。この閾値を判定式作製部701に入力する。
【0073】
判定式作製部701では、図13に示すように、振幅の絶対値の閾値に基づいて判定式1から4を作製し、さらに、同相及び直交信号の振幅値が伴に閾値付近になる信号を削除するために、判定式5から8を作製する。これら8つの判定式より、同相及び直交信号の分布は八角形となる。
【0074】
具体的には、閾値をaとすると、
判定式1:I≦a
判定式2:Q≦a
判定式3:I≧―a
判定式4:Q≧―a
判定式5:Q≦−I+b
判定式6:Q≦I+b
判定式7:Q≦−I−b
判定式8:Q≦I−b
となる。
【0075】
ここで、判定式5において(1/3a、a)、(a、1/3a)を通るとすると、b=4/3aとなる。このaとbの値を調整することで、ピークファクタの抑制効果を調整することができる。これらの判定式を比較器302に入力し、閾値以上の信号にはH信号、閾値以下はL信号をピークファクタ判定信号として出力する。
【0076】
これにより、ピーク検出部105は電力計算部が省略され、信号置換後の同相及び直交信号が、閾値に電力を用いた場合を同様の分布となり、良好なピークファクタの低下が得られる。ただし、判定式1から判定式4におけるaは同一である必要はなく、判定式5から判定式8における傾きと直交軸切片bの値も同一である必要はなく、各判定式毎に値を定めても同様の効果を得ることができる。
【0077】
(実施の形態6)
図1に示したOFDM送信装置におけるピーク検出部105の閾値記憶部303の構成について説明する。一次変調がQPSK方式である場合のサブキャリア数nと同相信号および直交信号の最大振幅の絶対値との関係が、
|最大振幅| = n
であるとする。
【0078】
図14にピーク検出部105の閾値が電力である場合の、閾値と各ブランチのサブキャリア数の関係を示す。縦軸はlog10(電力閾値)、横軸はlog10(各ブランチのサブキャリア数)とした。この図より、電力による閾値とサブキャリア数は両軸を対数表示することで、ほぼ直線となる。この直線の近似式を求めると、
近似式1 a=1.1275×b+0.4846
a:log10(電力閾値)
b:log10(各ブランチのサブキャリア数)
となる。
【0079】
この近似式を用いることにより、ピークファクタを抑制する閾値を求めることが可能となる。
【0080】
図15にピーク検出部105の閾値が振幅である場合の、閾値と各ブランチのサブキャリア数の関係を示す。縦軸はlog10(振幅閾値)、横軸はlog10(各ブランチのサブキャリア数)とした。この図より振幅による閾値とサブキャリア数は両軸を対数表示することにより、ほぼ直線となる。この直線の近似式を求めると、
近似式2 e=0.5524×b+0.2336
e:log10(振幅閾値)
b:log10(各ブランチのサブキャリア数)
となる。
【0081】
この近似式を用いることにより、ピークファクタを抑制する閾値を求めることが可能となる。
【0082】
図16はピーク検出部105の電力による閾値とPMPRの分布の平均の低下を示している。横軸は電力による閾値、縦軸はPMPR[dB]を示す。閾値の設定によりPMPRの分布の平均の低下にはピークが存在し、電力による閾値=160において約1.9[dB]の低下を得ている。ただし、1.7[dB]以上のPMPRの低下を得るには、電力の閾値が125から200までの範囲が含まれる。これは、電力閾値160に対して約65%から約125%との範囲となる。
【0083】
これより、近似式から計算される閾値は±30%の範囲を使用すれば、ピークファクタの抑制には十分な効果が得られる。また、近似式の傾きと縦軸との切片の値においても±30%の範囲を使用すれば、ピークファクタの抑制に十分な効果が得られる。
【0084】
また、一次変調の種類によって、信号の振幅は変化するため、各一次変調に応じた近似式が適用される。さらに、近似式1および近似式2における傾きと直交軸切片は他の値を用いても同様の効果が得られる。
【0085】
(実施の形態7)
次に、OFDM送信装置における複数のサブキャリアをグループに分割する方法について説明する。
【0086】
サブキャリア分割部102において複数のサブキャリアをグループに分割する方法には、複素データ系列を偶数番と奇数番の2つに分割する、前半と後半の2つに分割する等の規則的にするもの、各直交変調部109の出力の平均振幅と最大振幅の比が最も小さくなるように分割するもの等が挙げられる。
【0087】
複素データ系列を偶数番と奇数番の2つに分割する場合、各グループの構成キャリアの周波数間隔は元のOFDM変調を構成するキャリアの周波数間隔の2倍で、偶数番のグループに対し奇数番のグループは元のOFDM変調を構成するキャリア周波数間隔だけ高い帯域を占める。これを周波数軸のイメージで表現したものを図17に示す。
【0088】
この場合、IFFT部103における逆高速フーリエ変換後の信号はM個の複素データになる。そして、元のOFDM変調を構成するキャリアの周波数間隔に合わせる必要がある場合には、IFFT部103は、同じ出力を2度繰り返して2M個の複素データとして出力する。
【0089】
さらに、元のOFDM変調波を構成するキャリアの周波数に合わせる必要がある場合には、奇数番の複素データ系列が割り当てられたIFFT部103は、周波数間隔分だけ低くなっている周波数を元に戻す。
【0090】
前半と後半の2つに分割する場合、各グループの構成キャリアの周波数間隔は元のOFDM変調を構成するキャリアの周波数間隔と等しく、元のOFDM変調の周波数帯域に対して半分となる。従って、時間軸上でのデータ送出間隔は2倍となる。そして、前半のグループに対し後半のグループは元のOFDM変調の周波数帯域の半分だけ高い帯域を占める。これを周波数軸のイメージで表現したものを図18に示す。
【0091】
元のOFDM変調波を構成するキャリアの周波数に合わせる必要がある場合には、後半の複素データ系列が割り当てられたIFFT部103は、元のOFDM変調波の周波数帯域の半分だけ周波数が低くなって周波数を元に戻す。
【0092】
一般に送信ダイバーシチは、位置を特定できた移動受信装置に対し、もっとも高い電力で伝送するよう、複数の無線送信部の送出電力や送出位相を調整する必要がある。またその位置以外では電力を保証できない。また、無線送信部同士での干渉により無線送信部が破壊されることのないよう、アイソレーションを確保する必要があった。本発明のOFDM変調器でも上記送信ダイバーシチを適用できるのはもちろんだが、本発明のOFDM変調器では各無線送信部の出力信号が異なるため、特定の位置用に調整することなくそのまま空中線に放出してもダイバーシチ効果が得られ、無線送信部のアイソレーションへの要請も緩和される。
【0093】
【発明の効果】
以上のように本発明のOFDM送信装置によれば、複数のサブキャリアを複数のグループに分割し、IFFT変換した信号をダイバーシチ送信する場合に、PMPRが特に大きい値となる部分の信号を、帯域分割された信号を用いて生成した信号に置き換えることができるので、PMPRを低下させ、高価な部品や複雑な回路構成を用いることなく、OFDM信号を歪みなく送信することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるOFDM送信装置の構成を示すブロック図
【図2】上記実施の形態における代替信号発生部の構成を示すブロック図
【図3】上記実施の形態における代替信号の生成を示す概念図
【図4】上記実施の形態におけるピーク検出部の構成を示すブロック図
【図5】上記実施の形態における信号置換部の構成を示すブロック図
【図6】上記実施の形態における信号置換による瞬時電力の変化を示す概念図
【図7】本発明の実施の形態2における代替信号発生部の構成を示すブロック図
【図8】上記実施の形態における代替信号の生成を示す概念図
【図9】本発明の実施の形態3における代替信号発生部の構成を示すブロック図
【図10】上記実施の形態における代替信号の生成を示す概念図
【図11】本発明の実施の形態4におけるピーク検出部の構成を示すブロック図
【図12】本発明の実施の形態5におけるピーク検出部の構成を示すブロック図
【図13】上記実施の形態における閾値の判定式を示す概念図
【図14】本発明の実施の形態6における閾値が電力である場合のサブキャリア数と閾値の関係を示す概念図
【図15】上記実施の形態における閾値が振幅であるサブキャリア数と閾値の関係を示す概念図
【図16】本発明の実施の形態6における閾値とPMPRの分布の平均の関係を示す概念図
【図17】複素データ系列を偶数番と奇数番の2つに分割する場合の複素データ分配を示す構成キャリア図
【図18】複素データ系列を前半と後半の2つに分割する場合の複素データ分配を示す構成キャリア図
【図19】従来のOFDM送信装置の構成を示すブロック図
【図20】従来のOFDM送信装置より発生する送信信号を示す概念図
【符号の説明】
101 一次変調部
102 サブキャリア分割部
103 IFFT部
104 代替信号発生部
105 ピーク検出部
106 信号置換部
107 D/A変換部
108 LPF部
109 直交変調部
110 中心周波数発振器
111 90°シフタ部
112 送信部
113 送信アンテナ
203 加算器
204 除算器
301 電力計算器
302 比較器
303 閾値記憶部
304 合成器
401 切替器
501 電力比率計算器
502 再分割器
601 絶対値比較器
701 判定式作製器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an OFDM transmission apparatus for transmitting a signal in which a plurality of subcarriers are linearly modulated and further subjected to orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter referred to as OFDM) using inverse fast Fourier transform (hereinafter referred to as IFFT). About.
[0002]
[Prior art]
FIG. 19 shows a configuration of a conventional OFDM transmission apparatus that performs band division transmission. The OFDM transmitter includes a primary modulation unit 11, a subcarrier division unit 12, an
[0003]
The primary modulation unit 11 receives serial data of a complex data series and converts the serial data into a signal composed of an in-phase signal and a quadrature signal such as BPSK and QPSK. The subcarrier dividing unit 12 divides the primary modulated signal into a plurality of groups. The
[0004]
The
[0005]
FIG. 20 is a diagram illustrating an output waveform of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the OFDM signal includes a signal having a large maximum amplitude value with respect to the average amplitude value, and causes distortion when converted to an analog signal. In the above conventional OFDM transmission apparatus, broadband components and various correction circuits are required to remove the distortion, which complicates the configuration of the entire apparatus and causes an increase in cost.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, and provides an OFDM transmission apparatus capable of transmitting an OFDM signal without distortion without reducing PMPR and using expensive components or a complicated circuit configuration. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An OFDM transmission apparatus according to the present invention includes a dividing unit that divides data of a plurality of primary-modulated subcarriers into a plurality of blocks, and a plurality of inverse fast Fourier transforms that perform a plurality of subcarriers divided into blocks for each block. A fast Fourier transform means, a plurality of signal replacement means for comparing the output after the inverse fast Fourier transform with a predetermined threshold, and replacing a signal equal to or higher than the threshold with a predetermined alternative signal; Above A plurality of D / A conversion means for converting the output signal of the signal replacement means from a digital signal to an analog signal; Above A plurality of low-pass filter means for removing a folded portion of the analog signal; and a plurality of orthogonal modulation means for multiplying and synthesizing a signal having a phase difference of 90 degrees with the signal output from the low-pass filter means. The signal replacement means changes the threshold value to a predetermined calculation formula when the amplitude of the in-phase signal and the quadrature signal is equal to or greater than a predetermined value. Take the configuration.
[0015]
This configuration facilitates determination of the maximum instantaneous power because the amplitude of the in-phase signal and the quadrature signal is used as a threshold for comparison with output signals from a plurality of inverse fast Fourier transform units. When both the magnitudes of the amplitudes of the quadrature signals are near the threshold value, the signal for which both the in-phase signal and the quadrature signal are near the threshold value can be deleted by changing the threshold value for determining the instantaneous power to a predetermined calculation formula. It becomes possible, and the sum of the maximum instantaneous power of the in-phase signal and the maximum instantaneous power of the quadrature signal becomes the same level regardless of the input signal.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
When the signal of each branch is divided into vectors having different quadrants in the in-phase and quadrature axis planes, the inventor of the present application increases the amplitude of each branch and increases the instantaneous power. In the signal replacement method in which the signal is subdivided into the regions, the present invention has been made by paying attention to the fact that the amplitude value can be shortened and the instantaneous power can be reduced as compared with the signal before the replacement.
[0040]
That is, the essence of the present invention is to use a signal obtained by band-dividing a signal having a particularly large PMPR value when a plurality of subcarriers are divided into a plurality of groups and IFFT-converted signals are diversity-transmitted. To replace the generated signal.
[0041]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0042]
(Embodiment 1)
The technical idea of the present invention will be briefly described. In the OFDM transmission method, a plurality of subcarriers are divided into, for example, two groups, and an IFFT converted signal is diversity-transmitted. In these two OFDM signals, a portion having an instantaneous power value equal to or greater than a predetermined threshold is detected. Here, when a portion having an instantaneous power value equal to or greater than a predetermined threshold is detected, both of the two OFDM signals are changed to other signals. In the present invention, OFDM signals that are divided into two groups and subjected to IFFT conversion are summed again, and a signal obtained by halving this value is used. However, since both of the two divided OFDM signals are changed, the other signal may have an amplitude value larger than that before the change, but is a value equal to or less than a predetermined threshold value.
[0043]
Hereinafter,
[0044]
FIG. 1 shows the configuration of an OFDM transmission apparatus that performs band division transmission according to
[0045]
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
The substitute
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
The D /
[0052]
The quadrature modulation unit 109 sets a predetermined center frequency output from the
[0053]
Next, the first configuration of the alternative
[0054]
A signal from each branch is input to the in-phase
[0055]
FIG. 3 shows a conceptual diagram. The signal of branch A and the signal of branch B are synthesized, a synthesized signal is created, and the in-phase signal and the quadrature signal are divided into two equal parts to create an alternative signal. It can be seen that the substitute signal can be generated in a region between the branch A and the branch B including the synthesized signal, and the amplitude value becomes small.
[0056]
Next, the first configuration of the
[0057]
The
[0058]
Next, the configuration of the
[0059]
FIG. 6 shows OFDM signals before and after signal replacement. The primary modulation was QPSK, the number of subcarriers was 64, and the IFFT sampling point was 64. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates instantaneous power. A thin line indicates before replacement, and a thick line indicates after replacement. The threshold value was instantaneous power 160.
[0060]
As is clear from FIG. 6, the peak factor, which is the instantaneous power above the threshold, is replaced with a lower signal, and the PMPR becomes a low value.
[0061]
In the present invention, the number of subcarrier divisions is 2, but the effect of the present invention can be obtained regardless of the number of divisions.
[0062]
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a block diagram showing a second configuration of alternative
[0063]
The
[0064]
FIG. 8 shows a conceptual diagram. The signals of branch A and branch B are represented by in-phase and quadrature axes, and branch A is a vector of (−2, 3) and branch B is a vector of (8, 2). A signal after IFFT processing when band division is not performed by the
[0065]
According to the
[0066]
These values are input to the re-divider 502, branch A is (6 × 13 / 81≈0.96, 5 × 13 / 81≈0.80), and branch B is (6 × 68 / 81≈5.04). 5 × 68 / 81≈4.20). Although these two signals are in the same direction but have different sizes, the substitute signal is subdivided in consideration of the power before signal replacement of each branch.
[0067]
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a block diagram showing a third configuration of alternative
[0068]
FIG. 10 shows a conceptual diagram of an alternative signal. The signals of the branch A and the branch B are expressed by the in-phase axis and the orthogonal axis, the branch A is a vector of (−2, 3), and the branch B is a vector of (8, 2). A signal after IFFT processing when band division is not performed by the
[0069]
Thereby, the substitute signal is subdivided in consideration of the power before signal replacement of each branch.
[0070]
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a block diagram showing a second configuration of
[0071]
As a result, the
[0072]
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a block diagram showing a third configuration of
[0073]
As shown in FIG. 13, the determination formula generation unit 701 generates
[0074]
Specifically, if the threshold is a,
Determination formula 1: I ≦ a
Determination formula 2: Q ≦ a
Determination formula 3: I ≧ −a
Determination formula 4: Q ≧ −a
Determination formula 5: Q ≦ −I + b
Determination formula 6: Q ≦ I + b
Determination formula 7: Q ≦ −I−b
Determination formula 8: Q ≦ I−b
It becomes.
[0075]
Here, if (1 / 3a, a) and (a, 1 / 3a) are passed in the
[0076]
As a result, the
[0077]
(Embodiment 6)
A configuration of
| Maximum amplitude | = n
Suppose that
[0078]
FIG. 14 shows the relationship between the threshold and the number of subcarriers in each branch when the threshold of the
Approximation formula 1 a = 1.1275 × b + 0.4846
a: log 10 (power threshold)
b: log 10 (number of subcarriers in each branch)
It becomes.
[0079]
By using this approximate expression, a threshold value for suppressing the peak factor can be obtained.
[0080]
FIG. 15 shows the relationship between the threshold and the number of subcarriers in each branch when the threshold of the
Approximation formula 2 e = 0.5524 × b + 0.2336
e: log 10 (amplitude threshold)
b: log 10 (number of subcarriers in each branch)
It becomes.
[0081]
By using this approximate expression, a threshold value for suppressing the peak factor can be obtained.
[0082]
FIG. 16 shows a decrease in the average of the threshold and PMPR distribution due to the power of the
[0083]
Thus, if the threshold value calculated from the approximate expression is within a range of ± 30%, a sufficient effect for suppressing the peak factor can be obtained. Further, if a range of ± 30% is used for the value of the intercept of the approximate expression and the vertical axis, a sufficient effect for suppressing the peak factor can be obtained.
[0084]
In addition, since the amplitude of the signal varies depending on the type of primary modulation, an approximate expression corresponding to each primary modulation is applied. Further, the same effect can be obtained by using other values for the slope and the orthogonal axis intercept in the
[0085]
(Embodiment 7)
Next, a method for dividing a plurality of subcarriers in an OFDM transmission apparatus into groups will be described.
[0086]
In the method of dividing a plurality of subcarriers into groups in the
[0087]
When the complex data series is divided into even and odd numbers, the frequency interval of the carriers constituting each group is twice the frequency interval of the carriers constituting the original OFDM modulation. Occupy a higher band by the carrier frequency interval constituting the original OFDM modulation. A representation of this in terms of the frequency axis is shown in FIG.
[0088]
In this case, the signal after the inverse fast Fourier transform in the
[0089]
Further, if it is necessary to match the frequency of the carrier constituting the original OFDM modulated wave, the
[0090]
In the case of division into the first half and the latter half, the frequency interval of the carriers constituting each group is equal to the frequency interval of the carriers constituting the original OFDM modulation, and is half the frequency band of the original OFDM modulation. Therefore, the data transmission interval on the time axis is doubled. Then, the latter group occupies a band higher by half of the original OFDM modulation frequency band than the former group. A representation of this in terms of the frequency axis is shown in FIG.
[0091]
When it is necessary to match the frequency of the carrier constituting the original OFDM modulated wave, the
[0092]
In general, in transmission diversity, it is necessary to adjust the transmission power and transmission phase of a plurality of wireless transmission units so that transmission is performed with the highest power to a mobile reception apparatus whose position has been specified. Moreover, electric power cannot be guaranteed except for the position. In addition, it is necessary to ensure isolation so that the wireless transmission units are not destroyed by interference between the wireless transmission units. Of course, the transmission diversity can be applied to the OFDM modulator of the present invention, but since the output signal of each wireless transmission unit is different in the OFDM modulator of the present invention, it is emitted as it is to the antenna without adjustment for a specific position. However, the diversity effect can be obtained and the request for isolation of the wireless transmission unit can be eased.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the OFDM transmitter of the present invention, when a plurality of subcarriers are divided into a plurality of groups and IFFT-converted signals are diversity-transmitted, a signal having a particularly large PMPR value is Since it can be replaced by a signal generated using the divided signal, the PMPR can be reduced, and an OFDM signal can be transmitted without distortion without using expensive parts or a complicated circuit configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an OFDM transmission apparatus according to
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an alternative signal generation unit in the embodiment
FIG. 3 is a conceptual diagram showing generation of a substitute signal in the embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a peak detection unit in the embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a signal replacement unit in the embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing changes in instantaneous power due to signal replacement in the embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an alternative signal generator in
FIG. 8 is a conceptual diagram showing generation of a substitute signal in the embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an alternative signal generator in
FIG. 10 is a conceptual diagram showing generation of a substitute signal in the embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a peak detection unit according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a peak detection unit in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a conceptual diagram showing a threshold judgment formula in the embodiment.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing the relationship between the number of subcarriers and the threshold when the threshold is power in
FIG. 15 is a conceptual diagram showing the relationship between the threshold value and the number of subcarriers whose threshold value is amplitude in the above embodiment.
FIG. 16 is a conceptual diagram showing a relationship between a threshold and an average of PMPR distribution in
FIG. 17 is a configuration carrier diagram showing complex data distribution when a complex data series is divided into even and odd numbers;
FIG. 18 is a configuration carrier diagram showing complex data distribution when a complex data sequence is divided into the first half and the second half.
FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of a conventional OFDM transmitter
FIG. 20 is a conceptual diagram showing a transmission signal generated by a conventional OFDM transmitter.
[Explanation of symbols]
101 Primary modulation unit
102 Subcarrier division unit
103 IFFT section
104 Alternative signal generator
105 Peak detector
106 Signal replacement unit
107 D / A converter
108 LPF
109 Quadrature modulator
110 Center frequency oscillator
111 90 ° shifter
112 Transmitter
113 Transmitting antenna
203 Adder
204 Divider
301 Power calculator
302 Comparator
303 Threshold storage unit
304 Synthesizer
401 switcher
501 Power ratio calculator
502 Redivider
601 Absolute value comparator
701 Judgment formula generator
Claims (13)
前記信号置換え手段は、同相信号と直交信号の振幅の大きさが所定の値以上となる場合に、閾値を所定の計算式に変更する、ことを特徴とするOFDM送信装置。Dividing means for dividing data of a plurality of subcarriers subjected to primary modulation into a plurality of blocks, a plurality of inverse fast Fourier transform means for performing inverse fast Fourier transform on the plurality of subcarriers divided into blocks, and inverse high speed a plurality of D converting the output of the Fourier transform with a predetermined threshold value, a plurality of signal replacement means for replacing the above signal threshold to a predetermined substitute signal, the output signal of said signal replacement means from a digital signal into an analog signal / a a converting means, and a plurality of low-pass filter means to remove the folded portion of said analog signals, a plurality of orthogonal modulation means for multiplying combined with the output signal a signal having a phase difference of 90 degrees from the low-pass filter means equipped with,
The OFDM transmitter according to claim 1, wherein the signal replacement means changes the threshold value to a predetermined calculation formula when the magnitudes of the amplitudes of the in-phase signal and the quadrature signal are equal to or greater than a predetermined value .
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