JP4299845B2 - 送信機のピーク電力必要量を直交符号ノイズシェーピングによって低減する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は概して通信システムに関し、更に詳細には、これに限定されないが、電気通信システムにおいて使用される送信機のピーク電力必要量を低減する方法及び装置に関する。

通常の無線通信システムでは、線形電力増幅器を使用して通信信号を基地局からブロードキャストする。線形電力増幅器の設計における問題は、大きく変動する入力信号電力レベルに対応すると同時に、入力信号を増幅器の出力において正確に再生することである。ピーク信号電力はいつの時点においても平均信号電力を数デシベル上回り、更には１０デシベル以上も上回る可能性がある。ピーク電力／平均電力の比は平均信号電力に対する信号のピーク電力の比である。線形電力増幅器では、ピーク電力／平均電力の比は、線形電力増幅器のコスト、複雑さ、及びサイズを決定する重大要素である。ピーク電力／平均電力の比を少し小さくするだけで、大きな性能改善及びコスト低減が実現する。

残念なことに、信号のピーク電力／平均電力の比を処理関数によって縮小しようとすると通常必ず、スペクトル性能がスペクトルスプラッタの形で低下する、すなわち信号エネルギーが信号に割り当てられる周波数帯域を超えて広がる。スプラッタは非常に望ましくない、というのは、スプラッタは隣接チャネルを使用する通信に干渉するからである。ピーク電力／平均電力の比を小さくするために使用される方法には、ハードクリッピング及びソフトクリッピングがある。ハードクリッピングでは、クリッピング閾値を超える各信号振幅を選択最大値、通常はクリッピング閾値にまで小さくする。ハードクリッピングによって、スプラッタの発生が顕著になる。ソフトクリッピングでは、入力信号を信号ピーク振幅を小さくする非線形関数によって変更して、ハードクリッピングよりも小さなエネルギーしか隣接チャネルに波及することがないようにする。

送信機のピーク電力必要量を直交符号ノイズシェーピングによって低減する種々の実施形態について説明する前に、これまでの電気通信システムに関連する方法について簡単に説明する。

通信信号のピーク電力／平均電力の比を小さくするこれまでの方法では、クリッピング閾値を超える通信信号の一連の時間サンプルの各ピーク振幅を検出する。時間窓を最大振幅を有する時間サンプルを中心とするように配置し、そして窓の複数のサンプルの各々の振幅をクリッピング重み付け関数によって減衰させる。通常のウィンドウクリッピング重み付け関数は、これらには限定されないが、Ｂｌａｃｋｍａｎ−Ｈａｒｒｉｓ関数，Ｈａｎｎｉｎｇ関数，ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ関数，及び他の非線形重み付け関数を含む。

通信信号のピーク振幅を小さくすることによって、無線周波数（ＲＦ）線形電力増幅器のサイズを極めて小さくすることができ、かつ電気通信システムの送信機を更に効率的に動作させることができる。ピークキャンセル法では、通信信号の周波数領域特性、時間領域特性、及び直交符号特性を電力増幅器入力において変更する。ピーク電力／平均電力の比を最大限に小さくする利点を実現するために、周波数領域特性、時間領域特性、及び直交符号特性を管理してシステム仕様を満たす必要がある。

多くの通信システムは符号の直交性を利用してユーザ及び情報を区別する。例えば、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）システムでは、各ユーザには固有セットの直交符号が割り当てられる。以下の式（１）は、各ユーザにどのようにして１セットの直交符号が割り当てられるかを示している。

式（１）では、Ｓは拡散前の直交ベースバンドデータを表わし、ｉは直交符号番号を表わし、Ｐは直交符号の最大数を表わし、ｍはサンプルインデックスを表わし、Ｍは直交関数のチップの数を表わし、ｘ_ｉは直交符号ｉに割り当てられるユーザデータを表わし、そしてＷは直交関数を表わす。

ＣＤＭＡシステムでは、式（１）の合計結果Ｓをフィルタ処理し、そしてチップレートで拡散させる。通常、１セットの直交符号の全ての符号が同時に使用される訳ではない。別の表現をすると、１セットの直交符号は１セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号を含む。これらの符号の直交性によって、各ユーザを他のユーザから区別することができる。この操作は、１セットの直交符号を、以下の式（２）に示す受信データと相関させることにより行なわれる。

式（２）では、ρは直交符号当たりの電力を表わし、ｉは直交符号番号を表わし、ｎは直交測定区間インデックスを表わし、Ｎは測定区間の直交関数区間の数を表わし、ｍはサンプルインデックスを表わし、Ｍは直交関数のチップの数を表わし、Ｒは受信信号を表わし、そしてＷは直交関数を表わす。

は直交関数の複素共役を表わす。
式（２）の分子は受信データＲ_ｍ（ｎ）及び直交符号セットＷ_ｍ ^Ｍの相互相関である。等式の分母では、各直交符号の電力を正規化している。受信データを直交符号セット全体と相関させると、アクティブユーザ符号の電力レベルが高くなり、かつ非アクティブユーザ符号の電力レベルが一様に低くなることが分かる。
図における構成要素は説明を簡単かつ明瞭にするために示され、そして必ずしも寸法通りには描かれていない。例えば、これらの図における構成要素の幾つかの寸法、サイズ、及び／又は相対配置を他の構成要素に対して誇張して、例示する実施形態の顕著な特徴が明瞭になるようにしている。また、商業的に実現可能な実施形態において有用な、または必要な一般的かつ公知の構成要素は多くの場合、例示する実施形態に対する理解の妨げとならないように描いていない。

図１は、ピークキャンセルを行なわない場合の先行技術の電気通信システムにおける直交符号ドメイン電力の棒グラフ１００を示している。図１に示すのは、アクティブユーザ符号１０２の電力レベル及び非アクティブユーザ符号１０４の電力レベルである。非アクティブユーザ符号は、これらの符号が符号化情報を含まないので基本的に干渉符号である。ピークキャンセル法を利用しないシステムでは、非アクティブユーザ符号の電力レベルはチャネルフィルタ特性、システムの線形性、及びベースバンドデータの利得バランス及び位相バランスによって決まる。

エアインターフェース仕様は、非アクティブユーザ符号の許容電力レベルを規定している。非アクティブユーザ符号の許容電力レベルは、チャネル電力を基準とするピーク電力差分として表わされる。ピークキャンセル法では、ピークスペクトルエネルギーを複数の直交符号の間で再分布させることにより符号の直交性に影響を与える。この操作は、通信信号の包絡線ピークを低くし、等式（２）の相関結果を変えることにより行なわれる。積極的にピークを低くすることにより、非アクティブユーザ符号の電力レベル及びアクティブユーザ符号のエラーを非許容レベルにまで上げることができる。ピークキャンセル法の利点を最大にするために、ユーザ符号の直交性を維持することが望ましい。

最も簡単なピークキャンセル法ではクリッピング機構を用い、このクリッピング機構は複素通信信号の振幅を固定閾値またはハード限界値にまで小さくする。通信信号電圧の自乗は通信信号の電力包絡線を表わす。通信信号のピーク振幅をハード限界値にまで小さくすることにより、所望のピーク電力／平均電力の比が得られるが、スペクトル特性を劣化させる、またはスプラッタが出る。

ピークキャンセル関数によって通信信号の包絡線形が変わるので、相関結果は、ユーザ符号のピークスペクトルエネルギーを他のユーザ符号に渡って分布させることにより等式（２）に示すように変えることができる。或る場合においては、非アクティブユーザ符号の全ての電力レベルが全体的に上昇する。他の場合においては、一つの非アクティブユーザ符号のエネルギーが他の非アクティブユーザ符号のエネルギーよりも大きくなる。エアインターフェース仕様は性能指数を、非アクティブユーザ符号のピーク電力と合計チャネル電力との差として定義するので、全ての非アクティブユーザ符号のエネルギーが全体的に上昇するのは、一つの非アクティブユーザ符号のエネルギーが大きくなるよりも有利である。或る場合においては、ピークエネルギーを複数の非アクティブユーザ符号に渡って不均一に分布させて性能を低下させる必要がある。その結果、通信信号のピーク振幅を、全ての非アクティブユーザ符号の相関ノイズフロアが高くなるという不具合を伴いながら小さくする。

図２は、ハード限界値（クリップト）ピークキャンセル関数を用いる先行技術における電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ２００を示している。図２に示すのは、アクティブユーザ符号１０２の符号領域電力レベル及び非アクティブユーザ符号２０２の符号領域電力レベルである。

図２では、通信信号の包絡線ピークをハード限界値にクリッピングすることにより、非アクティブユーザ符号２０２のノイズフロアを図１の約−６７ｄＢから約−３７ｄＢにまで高くする。

図３は、反転成分信号をハニング窓関数で整形する構成のｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇピークキャンセル関数（ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ ｐｅａｋ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いる先行技術における電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ３００を示している。図３に示すのは、アクティブユーザ符号１０２の符号領域電力レベル及び非アクティブユーザ符号３０２の符号領域電力レベルである。

図３では、時間重み付け関数であるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を通信信号に適用することにより、通信信号の包絡線の振幅ピークを小さくする。その結果、図２に示すハードクリッピング関数（ｈａｒｄ ｃｌｉｐｐｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）によって得られる同じピーク電力／平均電力の比に対応する形で、非アクティブユーザ符号３０２のノイズフロアが図１の約−６７ｄＢから約−５０ｄＢにまで高くなる。ハードクリッピング関数と比較して、ハニング窓時間重み付け関数（Ｈａｎｎｉｎｇ ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、符号相関ノイズフロアを−３７ｄＢから−５０ｄＢにまで下げるように作用するので有利である。

本提案は、送信機のピーク電力必要量を直交符号ノイズシェーピングによって低減する方法及び装置に関する。
本提案によれば、直交符号セット（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｄｅ ｓｅｔ）の未使用直交符号（ｕｎｕｓｅｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｄｅｓ）の電力は、これまでの方法よりも更に均一に分布して、通信信号のピーク対平均電力を電気通信システムの符号直交性測定基準値（ｃｏｄｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ ｍｅｔｒｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）に収まるように更に下げることができる。グラフでは表示しないが、未使用直交符号に関して記載される性能上の同じ利点が使用直交符号（ｕｓｅｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｄｅｓ）に対しても当てはまる。
下記の記述は制限的な意味として捉えられるべきではなく、例示する実施形態に取り入れる基本原理を特定の例によって説明するために為される。例えば、或る作用またはステップを特定の順番で記載し表現するが、この技術分野の当業者であれば、特定の順番は必要な条件ではないことが理解できるであろう。また、本記述において使用される用語及び表現は、他の意味が本明細書において特に説明される場合を除き、このような用語及び表現が調査及び研究に関する、該当するそれぞれの領域において持つ通常の意味を有する。

複数の非アクティブユーザ符号に亘るピークエネルギー分布を改善する一方法では、ピークキャンセル関数の長さが、１セットの非アクティブユーザ符号に亘るエネルギー分布が最も低くなるように調整される。ピークキャンセル関数の調整長さは、通信信号の包絡線特性によって変わる。ピークキャンセル関数の長さを、１セットの非アクティブユーザ符号に亘るエネルギー分布が最も低くなるように調整することにより、直交符号セットの未使用直交符号の電力を、これまでの方法によるよりも更に均一に分布させることができるので、通信信号のピーク対平均電力を電気通信システムの符号直交性測定基準値に収まるように更に下げることができる。

種々の実施形態によれば、送信機のピーク電力を下げる一方法では、１セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号を含む１セットの通信用直交符号（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｄｅｓ）を電気通信システムに適用する。通信信号は１セットのアクティブユーザ符号から生成される。通信信号のピーク電力／平均電力の比は、ピークキャンセル関数を通信信号に適用して１セットの非アクティブユーザ符号に渡るエネルギー分布を最も低くすることにより小さくする。ピークキャンセル関数には、例えば時間重み付け関数であるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数を用いることができ、この関数は或る窓幅を有し、この窓幅を調整することにより１セットの非アクティブユーザ符号に渡るエネルギー分布を最も低くする。

１セットの非アクティブユーザ符号に亘るエネルギー分布を最も低くなるようにすることにより、送信機を更に低いコストで作製し、かつ送信機をこれまでよりも高い効率で動作させる方法が実現できる。

図４は、ピークキャンセルを行なう時間重み付け関数であるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数のプロット４００を示し、この関数は、１セットの非アクティブユーザ符号に亘るエネルギー分布を最も低くするように選択される窓幅を有する。図４に示すのは、時間重み付け関数であるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数４０２であり、この関数は、調整可能な窓幅４０４、１セットのアクティブユーザ符号から生成される複素通信信号の振幅４０６、サンプル区間４０８、及びピーク信号振幅４１０を有する。

図４では、時間重み付け関数であるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数４０２の各サンプル区間４０８での値に、複素通信信号の振幅４０６を乗じて通信信号のピーク対平均電力を低減する。重み付け関数の窓幅４０４を調整して複数の非アクティブユーザ符号に渡って分布するエネルギーを最も低くする。

図５は電気通信システムの直交符号ドメイン電力を表わす棒グラフ５００を示し、このシステムはピークキャンセル関数を含み、ピークキャンセル関数は、最小エネルギーが図４の重み付け関数に従って複数の非アクティブユーザ符号に渡って分布するように選択される窓幅を有する。図５に示すのは、アクティブユーザ符号１０２の符号領域電力レベル、及び非アクティブユーザ符号５０２の符号領域電力レベルである。

図５において、ピークキャンセル関数の窓幅を調整して複数の非アクティブユーザ符号５０２に亘って分布するエネルギーを最も低くすることにより、ほぼ均一な直交符号ノイズフロアが得られる。最初に、ピークキャンセル関数の窓幅を推定して所望のピーク電力／平均電力の比及び所望のスペクトル特性、すなわち最大許容スプラッタ（ｍａｘｉｍｕｍ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｓｐｌａｔｔｅｒ）を得る。次に、ピークキャンセル関数を入力信号に適用し、そして処理信号のスペクトル特性を測定し、そして所望のスペクトル特性と比較する。処理信号のスペクトル特性が所望のスペクトル特性よりも悪い場合、所望のスペクトル特性が得られるまで、ピークキャンセル関数の窓幅を粗いステップで大きくする。スペクトル特性が十分な特性である場合、ピーク電力／平均電力の比を測定し、そして所望のピーク電力／平均電力の比と比較する。測定済みピーク電力／平均電力の比が所望のピーク電力／平均電力の比よりも大きい場合、ピークキャンセル関数の窓幅を、粗いステップ長よりも短い長さを有するステップで小さくし、そして入力信号を再度、所望のピーク電力／平均電力の比が得られるまで処理する。このようにして、ピークキャンセル関数の窓幅を調整して、スペクトル特性基準及びピーク電力／平均電力の比基準の両方を満たすようにする。

図６は電気通信システムの直交符号ドメイン電力を表わす棒グラフ６００を示し、このシステムはピークキャンセル関数を含み、ピークキャンセル関数は、複数の非アクティブユーザ符号に亘って分布するエネルギーを最も低くするように選択されることがない窓幅を有する。図６に示すのは、アクティブユーザ符号１０２の符号領域電力レベル、及び非アクティブユーザ符号６０２の符号領域電力レベルである。

図６において、ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数によってスプラッタが効果的に小さくなるが、符号相関エラー（ｃｏｄｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ）が複数の非アクティブユーザ符号に渡って不均一に分布して、符号領域ノイズフロアが、例えばＣＤＭＡ−２０００電気通信システムに関する−２７ｄＢのピーク符号領域エラー規格のコード直交性測定基準値を上回るピークを有するようになる。

ピーク符号領域エラーはユーザ符号の全てにおける最悪のエラーである。非アクティブコードエラーをグラフで表わして、例えば１６ＱＡＭ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ：直交振幅変調）信号の符号セットにおけるアクティブユーザ符号対非アクティブユーザ符号の相関振幅の差を示すことができる。本願発明者らは実験から、ピークキャンセル関数の窓幅を調整して、複数のユーザ符号に渡るコード相関エラーの均一な分布を最適化することができるという知見を得た。

別の構成として、複数のユーザ符号に渡る電力分布は、ピークキャンセルを通信信号に、直列接続される複数の段で適用することによって改善することができる。例えば、時間重み付け関数である一つのｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数の出力を、最初の関数と同じ別のｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数の入力に接続して２段ピークキャンセル関数を構成する。

図７は複数の段を有するピークキャンセル関数７００を示している。図７に示すのは、第１ピークキャンセル関数７０２及び第２ピークキャンセル関数７０４である。
ピークキャンセル関数７０２及び７０４は重み付け関数、例えば時間重み付け関数であるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数であり、これらの関数は図示のように直列に、または別の構成では並列に接続される。直交性測定基準は受信信号及び１セットの直交符号の相関に基づくので、この相関結果は、直列接続される複数段のピークキャンセル関数を使用することにより操作することができる。ピークキャンセル関数の窓幅が一つ選択される場合、１段及び２段ピークキャンセル関数が次の例の同じ通信信号に適用されている。ピークキャンセル関数の出力は１段及び２段構成の両方に関して同じピーク対平均電力特性を有する。

図８は、先行技術に従って１段のピークキャンセルを行なった後の電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ８００を示している。図８に示すのは、アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル８０２及び非アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル８０４である。

図８では、性能指数は非アクティブユーザ符号の最大ピーク電力であり、このピーク電力はコードチャネル番号３３に約−２７ｄＢとして示される。
図９は、２段のピークキャンセルを行なった後の電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ９００を示している。図９に示すのは、アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル８０２及び非アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル９０２である。

図９では、２段のピークキャンセルを直列に配置した。電力増幅器入力における等価ピーク電力／平均電力の比に関して、直交符号ドメインノイズフロアは、１段構成よりも約４ｄＢだけ改善された。非アクティブユーザ符号の最大相関包絡線電力はプロットでは約−３１ｄＢとして示される。

ピークキャンセル関数の窓幅を最適化する方法、及びピークキャンセル関数を多段構成として適用する方法を組み合わせることにより、非アクティブユーザ符号相関電力ノイズフロアを更に改善することができる。

図１０は、図４におけるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数の窓幅最適化、及び図７の２段ピークキャンセル関数を組み合わせた後の電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ１０００を示している。図１０に示すのは、アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル８０２及び非アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル１００２である。

図１０では、電力増幅器入力において観察されるピーク電力／平均電力の比が、図４の窓幅最適化を行なわない図７の構成よりも約０．５ｄＢだけ小さくなり、直交符号ドメインノイズフロアは約６ｄＢだけ改善された。非アクティブユーザ符号の最大相関包絡線電力は約−３７ｄＢにまで小さくなる。

冗長性を持たせ、そして電力を多数の電力増幅器に均等に分布させるために、電力マトリクスを通信システムに追加した。電力マトリクスは複数の入力信号を特定の位相角で合成する一連のハイブリッドコンバイナである。この構成の利点は、平均電力を複数の電力増幅器の間で共有することができ、かつ冗長性を少数の電力増幅器によって処理することができることである。

図１１は先行技術における３×３の電力マトリクスシステム構成１１００を示している。図１１に示すのは、電力マトリクス１１０２及び１１０４、ハイブリッドコンバイナ１１０６，１１０８,１１１０，１１１２，１１１４，及び１１１６、及び電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２である。

図１１において、３つの電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２は冗長性を３セクターシステムにおいて実現する。３つの電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２の各々は、３つのセクター全ての入力信号の合成版を第１電力マトリクス１１０２から受信する。第２電力マトリクス１１０４は３つの電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２の出力を受信し、そしてこれらの増幅済み信号を、元の入力信号の増幅版に分解して３つのセクターの出力信号を生成する。仮に電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２の内の一つが故障したとすると、３つのセクター全ては、電力が低下し、かつ信号の完全性が損なわれた形ではあるが依然としてアクティブな状態を維持する。

電力マトリクスはまた、通信信号のピーク電力／平均電力の比に影響を与える。各電力増幅器は各セクターの通信信号の合成版を受信するので、合成版のピーク電力／平均電力の比は１セクターのピーク電力／平均電力の比とは異なる。次の等式は３×３の電力マトリクス１１０２及び１１０４の各々の特性を表わす。

Ａ＝Ａ^Ｔ

ｙ＝Ａ・ｇ・ｘ
ｚ＝Ａ・ｙ＝Ａ・Ａ・ｇ・ｘ
式（３）では、Ａは３×３の電力マトリクス１１０２及び１１０４を表わし、Ａ^ＴはＡの転置行列を表わし、ｇは３つの電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２の各々の利得を表わし、そしてｘは３つの電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２の入力での通信信号である。

ピークキャンセル関数の目的は、電力増幅器１１１８，１１２０，及び１１２２で受信する合成通信信号のピーク包絡線電力を低減することにある。従って、電力増幅器の入力で受信する信号を表わすデジタルベースバンド信号は、時間窓という重み付け関数を電力マトリクスシステムにおいて利用する必要がある。例えば、ベースバンド信号は、図１１の第１電力マトリクスをデジタル電力マトリクスとし、複数の合成信号のピーク電力／平均電力の比を低減し、これらの低減信号を周波数上昇変換して（ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ）無線周波数（ＲＦ）信号とし、そしてこれらの周波数上昇変換信号の各々を電力増幅器に送信することにより生成することができる。しかしながら、通信データセクターを３つしか持たない４×４の電力マトリクスの場合においては、この電力マトリクスでは、更にＲＦ（無線周波数）への別の周波数上昇変換経路が追加されることを意味する。電力マトリクス構成において有効に機能する別の構成を次の図に示す。

図１２は、非アクティブユーザ符号の電力分布を最も低くするピークキャンセル関数を取り込んだ４×４の電力マトリクスシステム１２００を示している。図１２に示すのは、入力信号１２０２、デジタル電力マトリクス１２０４及び１２０６、ピークキャンセル関数１２０８、無線周波数アップコンバータ１２１０、アナログ電力マトリクス１２１２及び１２１４、電力増幅器１２１６，１２１８，１２２０，及び１２２２、及びアンテナ１２２４である。

図１２では、第１デジタル電力マトリクス１２０４を使用して複数の入力信号１２０２を合成する。これらの入力信号１２０２はベースバンドセクターデータ（ｂａｓｅｂａｎｄ ｓｅｃｔｏｒ ｄａｔａ）である。第１デジタル電力マトリクス１２０４の４つの出力はそれぞれ、ピークキャンセル関数１２０８によって小さくなる。これらのピークキャンセル関数１２０８には、公知の方法に従って、複数の入力及び出力を有する１つのピークキャンセル関数を用いることもでき、そして「ピークキャンセル関数」という用語は、一つ以上のピークキャンセル関数から成る実施形態を含む形で使用される。これらのピークキャンセル関数１２０８は、例えば図４及び７を参照しながら上に記載したように、ベースバンド信号のピーク対平均電力を低減し、かつ複数の非アクティブユーザ符号に渡って分布する電力を最も低くするように作用する。これらのピークキャンセル関数１２０８は、同じピークキャンセル段として、または個々に調整することができる独立ピークキャンセル段としてプログラムすることができる。ピークキャンセル関数１２０８の出力は第２デジタル電力マトリクスを通して送信され、低減ベースバンド信号がこれらの信号の該当する波形に分解される。次に、これらの分解信号をフィルタ処理し、アナログ信号に変換し、そしてローカル発振器で混合し、無線周波数アップコンバータ１２１０によって送信周波数帯の信号に変換し、第１アナログ電力マトリクス１２１２が受信し、そして電力増幅器１２１６，１２１８，１２２０，及び１２２２の利得によって増幅する。次に、これらの周波数上昇変換信号（ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｓｉｇｎａｌｓ）を第１アナログ電力マトリクス１２１２が合成する。電力増幅器１２１６，１２１８，１２２０，及び１２２２は、第１アナログ電力マトリクス１２１２からの合成済み周波数上昇変換信号を増幅する。第２アナログ電力マトリクス１２１４は増幅済み周波数上昇変換信号を分解して同じ波形を有する複数の信号を生成する。次に、これらの分解済み信号を該当するアンテナ１２２４に渡して、電気通信システムの各セクターにブロードキャストする。

図１２の電力マトリクス構成はまた、各セクターのエラーベクトル振幅（ｅｒｒｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ：ＥＶＭ）及び直交ノイズ分布（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｎｏｉｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に影響を与える。２つのアナログ電力マトリクスを設ける場合、エラーベクトル振幅及び直交ノイズ電力（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ）が電力マトリクス及び電力増幅器の利得応答及び位相応答の差に起因して増大する。利得及び位相の不一致によって、各入力信号が該当する出力信号において完全に再生されるのではなく、これらの入力信号の各々の或る部分が出力信号において混合される。セクターとセクターとの間の絶縁が劣化するのは、アナログ経路における利得差及び位相差に起因し、これらの差によってベクトルをアンテナ１２２４において完全にキャンセルすることができなくなる。達成可能な直交ノイズ特性（ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｎｏｉｓｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を強化するセクターとセクターとの間の絶縁を維持するために、デジタルマトリクスを使用して複数のアナログ経路を次のようにしてバランスさせる。

図１３は、非アクティブユーザ符号の電力分布を最も低くするピークキャンセル関数を取り込んだ３×３の電力マトリクスシステム１３００を示している。図１３に示すのは、入力信号１２０２、デジタル電力マトリクス１３０２、ピークキャンセル関数１３０４、デジタル信号１３０６、無線周波数アップコンバータ１３０８、電力増幅器１３１０、アナログ電力マトリクス１３１２、アナログ経路１３１４、及びアンテナ１３１６である。

図１３の構成では、アナログ経路１３１４の利得差及び位相差は、デジタル電力マトリクス１３０２の該当する各デジタル信号１３０６の利得及び位相を調整してアナログ経路１３１４の差を無くすことにより補償することができる。アナログ経路１３１４の利得差及び位相差をこのようにして補償することにより、アナログ電力マトリクス１３１２及びアナログ経路１３１４の利得差及び位相差が直交符号ノイズ電力を大きく左右することを防止する。また、複数のピークキャンセル関数１３０４の各々の出力における直交符号ノイズ電力は、該当する各アンテナ１３１６において観察される直交符号ノイズ電力とは異なる。直交符号ノイズ電力の差は、通信信号がデジタル電力マトリクス１３０２によってピークキャンセル関数１３０４の入力で合成され、そして次に、アナログ電力マトリクス１３１２によってアンテナ１３１６の入力で分解されることにより生じる。複数のセクターの直交符号ノイズ電力を低減するために、複数のピークキャンセル関数１３０４の各々の利得パラメータ及び位相パラメータを個々に調整して均一な直交符号ノイズフロアを複数のアナログ経路１３１４の各々に生成することができる。別の構成として、複数のピークキャンセル関数１３０４の各々の利得パラメータ及び位相パラメータを調整して直交符号ノイズピークを異なる直交ユーザ符号に移動させることができる。

図１４は、送信機のピーク電力必要量を直交符号ノイズシェーピングによって低減する一つの方法のフローチャート１４００を示している。
ステップ１４０２はフローチャート１４００の開始ポイントである。

ステップ１４０４では、１セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号を含む１セットの直交符号を電気通信システムに適用する。
ステップ１４０６では、通信信号を１セットのアクティブユーザ符号から生成する。

ステップ１４０８では、通信信号の合計を表わす複数のベースバンド信号を第１デジタル電力マトリクスによって生成する。
ステップ１４１０では、ピークキャンセル関数を、これらのベースバンド信号の各々に適用してピーク対平均電力を低減する。

ステップ１４１２では、低減ピーク電力ベースバンド信号を第２デジタル電力マトリクスにおいて分解して複数の低減ピーク電力ベースバンド信号の各々の波形を復元する。
ステップ１４１４では、複数の分解済みベースバンド信号の各々を、公知の方法、例えば局所発振器及び混合器によって周波数上昇変換して無線周波数信号とする。

ステップ１４１６では、複数の周波数上昇変換信号を第１アナログ電力マトリクスにおいてアナログ信号に変換し、そして合成する。
ステップ１４１８では、複数の合成済み周波数上昇変換信号の各々を無線周波数電力増幅器によって増幅する。

ステップ１４２０では、複数の増幅済み周波数上昇変換信号を第２デジタル電力マトリクスにおいて分解して、複数の増幅済み周波数上昇変換信号の各々の波形を復元する。
ステップ１４２２では、複数の分解済み、かつ増幅済み信号を電気通信システムのアンテナからブロードキャストする。

ステップ１４２４はフローチャート１４００の終了ポイントである。
図１５は、図１４のピークキャンセル関数の窓幅を調整する一つの方法のフローチャート１５００を示している。

ステップ１５０２はフローチャート１５００の開始ポイントである。
ステップ１５０４では、ピークキャンセル関数の窓幅を推定して所望のピーク電力／平均電力の比及び所望のスペクトル特性を実現する。

ステップ１５０６では、ピークキャンセル関数を通信信号に適用して処理信号を生成する。
ステップ１５０８では、処理信号のスペクトル特性を公知の方法に従って測定する。

ステップ１５１０では、処理信号のスペクトル特性を所望のスペクトル特性と比較する。
ステップ１５１２では、処理信号のスペクトル特性が所望のスペクトル特性よりも悪い場合に、方法をステップ１５１４から先に進める。所望のスペクトル特性が得られる場合には、方法をステップ１５１８から先に進める。

ステップ１５１４では、ピークキャンセル関数の窓幅を、第１刻み幅だけ大きくし、そして方法をステップ１５０６から先に進める。
ステップ１５１６では、ピークキャンセル関数を通信信号に適用して処理信号を生成する。

ステップ１５１８では、処理信号のピーク電力／平均電力の比を公知の方法に従って測定する。
ステップ１５２０では、処理信号のピーク電力／平均電力の比を所望のピーク電力／平均電力の比と比較する。

ステップ１５２２では、測定済みピーク電力／平均電力の比が所望のピーク電力／平均電力の比よりも大きい場合に、方法をステップ１５２４から先に進める。所望のピーク電力／平均電力の比が得られる場合には、方法をステップ１５２６から先に進める。

ステップ１５２４では、ピークキャンセル関数の窓幅を、第１刻み幅よりも小さい第２刻み幅の分だけ小さくし、そして方法をステップ１５１６から先に進める。
ステップ１５２６はフローチャート１５００の終了ポイントである。

上のフローチャートに関する記述を特定の順番で行なわれる特定のステップを参照しながら行ない、そして示してきたが、これらのステップの幾つかは省略することができる、そして／または請求項に示す技術範囲から逸脱しない範囲において、これらのステップの幾つかを組み合わせる、細かく分割する、または並べ替えることができる。特に断らない限り、これらのステップの順番及びグループ分けは、請求項に示す技術範囲に含まれる他の実施形態を制限するものではない。

これまでの記述から明らかなように、１セットの非アクティブユーザ符号に渡るエネルギー分布を最も低くすることにより、送信機を低いコストで作製し、そしてこれらの送信機をこれまで可能であった効率よりも高い効率で動作させることができる。

上述した本発明の特定の実施形態及び適用形態は単なる例示であり、次の請求項に示す技術範囲に含まれる変形及び変更を排除するものではない。

次の図は、本発明を制限するのではなく例示として示され、これらの図の内の幾つかの図に関しては、同様の参照記号は同様の構成要素を指す。
ピークキャンセルを行なわない場合の先行技術の電気通信システムにおける直交符号ドメイン電力の棒グラフ。 ハードリミット（クリップト）ピークキャンセル関数を用いる先行技術の電気通信システムにおける直交符号ドメイン電力の棒グラフ。 反転成分信号をハニング窓関数で整形する構成のｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇピークキャンセル関数を用いる先行技術における電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ。 ピークキャンセルを行なう時間重み付け関数であるｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数のプロットを示し、この関数は、複数の非アクティブユーザ符号に渡るエネルギー分布を最も低くするように選択される窓幅を有する。 電気通信システムの直交符号ドメイン電力を表わす棒グラフを示し、このシステムはピークキャンセル関数を含み、ピークキャンセル関数は、最小エネルギーが図４の重み付け関数に従って複数の非アクティブユーザ符号に渡って分布するように選択される窓幅を有する。 電気通信システムの直交符号ドメイン電力を表わす棒グラフを示し、このシステムはピークキャンセル関数を含み、ピークキャンセル関数は、複数の非アクティブユーザ符号に渡って分布するエネルギーを最も低くするように選択されることがない窓幅を有する。 複数の段を有するピークキャンセル関数。 先行技術に従って１段のピークキャンセルを行なった後の電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ。 ２段のピークキャンセルを行なった後の電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ。 図４における窓幅最適化、及び図７の２段ピークキャンセル関数を組み合わせた後の電気通信システムの直交符号ドメイン電力の棒グラフ。 先行技術における３×３の電力マトリクスシステム構成。 非アクティブユーザ符号の電力分布を最も低くするピークキャンセル関数を取り込んだデュアルデジタル４×４の電力マトリクスシステム。 非アクティブユーザ符号の電力分布を最も低くするピークキャンセル関数を取り込んだシングルデジタル３×３の電力マトリクスシステム。 送信機のピーク電力必要量を直交符号ノイズシェーピングによって低減する一つの方法のフローチャート。 図１４のピークキャンセル関数の窓幅を調整する一つの方法のフローチャート。

符号の説明

１０２…アクティブユーザ符号、２０２、３０２、５０２、６０２…非アクティブユーザ符号、３００…直交符号ドメイン電力の棒グラフ、４００…ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数のプロット、４０２…ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｈａｎｎｉｎｇ窓関数、４０４…調整可能な窓幅、４０６…振幅、４０８…サンプル区間、４１０…ピーク信号振幅、８０２…アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル、８０４、９０２、１００２…非アクティブユーザ符号相関包絡線電力レベル、１１０２、１１０４…電力マトリクス、１１０６、１１０８、１１１０、１１１２、１１１４、１１１６…ハイブリッドコンバイナ、１１１８、１１２０、１１２２…電力増幅器、１２０２…入力信号、１２０４、１２０６…デジタル電力マトリクス、１２０８…ピークキャンセル関数、１２１０…無線周波数アップコンバータ、１２１２，１２１４…アナログ電力マトリクス、１２１６、１２１８、１２２０、１２２２…電力増幅器、１２２４…アンテナ、１３０２…デジタル電力マトリクス、１３０４…ピークキャンセル関数、１３０６…デジタル信号、１３０８…無線周波数アップコンバータ、１３１０…電力増幅器、１３１２…アナログ電力マトリクス、１３１４…アナログ経路、１３１６…アンテナ、

Claims (14)

1. １セットのアクティブユーザ符号（ａｃｔｉｖｅ ｕｓｅｒ ｃｏｄｅｓ）及び１セットの非アクティブユーザ符号（ｉｎａｃｔｉｖｅ ｕｓｅｒ ｃｏｄｅｓ）からなる１セットの通信用直交符号（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｄｅｓ）を電気通信システムに適用するステップと、
   前記１セットのアクティブユーザ符号から通信信号を生成するステップと、
   前記１セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号の内の少なくとも一つの符号のエネルギー分布を最も低くするピークキャンセル関数（ｐｅａｋ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を前記通信信号に対して実行することにより、前記通信信号のピーク電力／平均電力の比を低減するステップと、からなり、
   前記ピークキャンセル関数は或る窓幅を有する非線形重み付け関数を含み、該窓幅を調整して１セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号の内の少なくとも一つの符号のエネルギー分布を最も低くする、方法。
2. ピークキャンセル関数は、直列接続または並列接続される複数の段を含む請求項１記載の方法。
3. ピークキャンセル関数の窓幅を第１刻み幅の刻みで、所望のスペクトル特性が得られるまで大きくするステップを更に含む請求項１記載の方法。
4. ピークキャンセル関数の窓幅を第１刻み幅よりも小さい第２刻み幅の刻みで、所望のピーク電力／平均電力の比が得られるまで小さくするステップを更に含む請求項３記載の方法。
5. ピークキャンセル関数は、直列接続または並列接続される複数の段を含む請求項１記載の方法。
6. 通信信号を表わす複数の合成ベースバンド信号を第１デジタル電力マトリクスから生成するステップと、
   前記ピークキャンセル関数を前記合成ベースバンド信号の各々に対して実行して複数の低減されたピーク対平均電力信号を供給するステップと、
   同低減されたピーク対平均電力信号を第２デジタル電力マトリクスにおいて分解して複数の分解されたベースバンド信号を供給するステップと、
   同分解されたベースバンド信号の各々を周波数上昇変換して複数の周波数上昇変換信号を供給するステップと、
   同周波数上昇変換信号を第１アナログ電力マトリクスにおいて合成して複数の合成された周波数上昇変換信号を供給するステップと、
   同合成された周波数上昇変換信号の各々を増幅して、複数の増幅され、かつ、合成された周波数上昇変換信号を供給するステップと、
   同増幅され、かつ合成された周波数上昇変換信号を第２アナログ電力マトリクスにおいて分解して、複数の分解され、かつ、増幅された周波数上昇変換信号を供給するステップと、
   を更に含む請求項１記載の方法。
7. これらの分解され、かつ増幅された周波数上昇変換信号の各々をアンテナからブロードキャストするステップを 更に含む請求項６記載の方法。
8. 更に、
   前記通信信号を表わす複数の合成ベースバンド信号を１つのデジタル電力マトリクスから生成するステップと、
   前記ピークキャンセル関数をこれらの合成ベースバンド信号の各々に対して実行して複数の低減ピーク対平均電力信号を供給するステップと、
   同低減されたピーク対平均電力信号の各々を周波数上昇変換して複数の合成済み周波数上昇変換信号を供給するステップと、
   同合成済み周波数上昇変換信号の各々を増幅して、複数の増幅済み、かつ合成済み周波数上昇変換信号を供給するステップと、
   同増幅済み、かつ合成済み周波数上昇変換信号を１つのアナログ電力マトリクスにおいて分解して、複数の分解済み周波数上昇変換信号を供給するステップと、を含む請求項１記載の方法。
9. これらの分解済み周波数上昇変換信号の各々の利得差及び位相差を、複数の合成ベースバンド信号の各々の利得及び位相を１つのデジタル電力マトリクスにおいて調整することにより補償する請求項８記載の方法。
10. １セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号からなる電気通信システム用の１セットの直交符号と、
    １セットのアクティブユーザ符号から生成される通信信号と、
    通信信号のピーク対平均電力を低減するピークキャンセル関数であって、同ピークキャンセル関数が１セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号の内の少なくとも一つのコードのエネルギー分布を最も低くするように作用する構成のピークキャンセル関数と、を備え、
    前記ピークキャンセル関数は或る窓幅を有する非線形重み付け関数を含み、同窓幅を調整して１セットのアクティブユーザ符号及び１セットの非アクティブユーザ符号の内の少なくとも一つのコードのエネルギー分布を最も低くする、装置。
11. ピークキャンセル関数の窓幅を第１刻み幅で、所望のスペクトル特性が得られるまで大きくする請求項１０記載の装置。
12. ピークキャンセル関数の窓幅を第１刻み幅よりも小さい第２の刻み幅で、所望のピーク電力／平均電力の比が得られるまで小さくする請求項１１記載の装置。
13. ピークキャンセル関数は直列接続または並列接続される複数の段を含む請求項１０記載の装置。
14. ピークキャンセル関数は直列接続または並列接続される複数の段を含む請求項１０記載の装置。

Images