JP4377697B2 - 送信器のピーク電力要求量を低下させる方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に通信システムに関し、詳細には、そのような通信システム内の送信器のピーク電力要求量の低下に関する。

通信システムおよび特に無線通信システムは、ある形または別の形の送信器を必要とする。送信器および特に大電力送信器、具体的には電力増幅器（ＰＡ）は、しばしば、電力の展望から、通信システムの中の、より高価でより高いストレスを受ける構成要素である。ＰＡのアンテナ・システムへの比較的緊密な結合によって、ＰＡは、たとえば、不整合および天候または稲妻の場合などのアンテナ不整に起因する酷使を被りやすい。これらの理由から、送信器または電力増幅器は、いくつかのシステム構成要素より故障率が高くなりやすいか、しばしば実際に高くなる。この大電力送信器は、通常は、基地局にある。セルラ通信システムまたは類似の通信システムの基地局は、数百人、おそらくは数千人の顧客に満足なサービスを提供する上での鍵になるリンクである。

したがって、通信事業者、サービス・プロバイダ、またはネットワーク運営者は、送信器を故障させる余裕がなく、故障を避けるためにあらゆることをし、さもなければ、故障がある時には少なくともサービス停止が生じる。したがって、ほとんどの基地局供給者は、市場に提供する基地局内の電力増幅器に、何らかの形の冗長性を使用する。最近、一部の製造業者が、この冗長性を提供するために無線周波数フーリエ変換行列（ＦＴＭ）を使用している。ＦＴＭによって、入力信号の位相シフトバージョンを組み合わせて、複数の出力信号を供給し、この出力信号を増幅し、別の無線周波数ＦＴＭに通過させ、増幅された信号を、元の入力信号の増幅バージョンに分解する。したがって、ＰＡが故障した場合に、残りのＰＡが、入力信号を増幅し、増幅された信号を供給し続けることで、サービス停止が回避される。これは、電力増幅器ごとに完全な冗長性を有するよりも経済的であり得るが、依然として問題がある。

多くの通信システムが、現在、リニアＰＡを必要とする。その理由は、それらの通信システムは、送信される無線信号の振幅変動および位相変動を指定する複雑な変調方式に基づいているからである。それ自体リニアＰＡを必要とせずにＦＴＭを使用しているシステムであっても、増幅される組み合わされた位相シフト信号には振幅の変動がみられ、したがって、リニアＰＡを必要とする。リニアＰＡは、構成が非常に困難かつ高価である。増幅器がある度合の線形性を示さなければならない出力信号の範囲、したがって入力信号の範囲を制限すれば、コストと困難さを制御または抑制できる可能性がある。従来の増幅器システムでは、そのような目標を援助するために入力信号を処理する既知の技法があるが、ＦＴＭが使用される時にうまく機能する既知の技法はない。従って、送信器、特にＦＴＭを使用するマルチチャネル送信器のピーク電力要求量を低下させる方法および装置が必要とされている。

添付図面では、類似する符号は、別々の図にまたがって同一のまたは機能的に類似する要素を指す。添付図面は、以下の詳細な説明と一緒に本明細書に組み込まれ、その一部を形成する。添付図面は、様々な実施形態をさらに示し、すべてが本発明によるものである様々な原理および利点を説明する。

概要すると、本開示は、通信ユニットまたはより具体的にはそれを操作するそのユーザにサービスを提供するために送信器を使用する、通信システムに関する。より具体的には
、送信器のピーク電力要求量を低下させる方法および装置で実施される様々な発明的概念および原理を、論じ、開示する。特に重要な通信システムは、コスト効率が良く高可用性の送信器を必要とするＱＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ、ＯＱＰＳＫ、ＢＰＳＫ、ＱＡＭ、およびスペクトル拡散またはその変形形態および進化形態などの変調フォーマットを使用する、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、ＴＥＴＲＡ、ｉＤＥＮ、ＣＤＭＡ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、２．５Ｇ、または３Ｇのシステムなどの展開されている通信システムである。

以下でさらに詳しく論ずるように、様々な発明的原理およびその組合せを有利に使用して、増幅器が出会う信号をベース・バンドで本質的に構成し、処理し、したがって、これらの原理またはその同等物が使用される場合に、既知のシステムに関連する様々な問題を軽減すると同時に、送信機をコスト効率がよく、高性能で、高可用性のものにする。

本開示は、本発明による様々な実施形態を作り、使用する最良の形態を可能にする形でさらに説明するために提供される。本開示は、さらに、いかなる形であれ本発明を制限するためではなく、発明的原理およびその利点の理解および認識を高めるために提供される。本発明は、本願の係属中に行われるすべての補正および発行される請求項のすべての同等物を含む請求項によってのみ定義される。

さらに、第１および第２、上および下、などの関係を表す用語の使用は、ある実体または動作を別の実体または動作と区別するだけのために使用され、実体または動作の間に実際にそのような関係または順序があることを必ずしも必要としないことを理解されたい。発明的機能性の多くおよび発明的原理の多くが、ソフトウェア・プログラムまたは命令と、特定用途向け集積回路（ＩＣ）などのＩＣとを用いて最もよく実施される。たとえば使用可能な時間、現行技術、および経済的考慮によって動機付けられる多くの労力および多数の設計選択にもかかわらず、本明細書で開示される概念および原理によって案内されると、当業者は最小限の実験でそのようなソフトウェア命令およびプログラム、ならびにＩＣをすぐに生成し得ると期待される。したがって、そのようなソフトウェアならびにＩＣのさらなる議論は、簡潔さと、本発明による原理および概念を不明瞭にする危険性を最小にするために制限する。

図１を参照して、通信システムの一部１００の略図を説明する。図１に、全般的なカバレージ・エリア１０５内のユーザにカバレッジを提供するアンテナ・システム１０３に相互結合された基地局１０１を示す。図示のアンテナ・システム１０３は、図示の３つのセクタ１０７、１０９、および１１１を有するセクタ・ゲイン・システム（ｓｅｃｔｏｒ ｇａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ）であり、各セクタは、公称１２０°をカバーするが、６セクタなどの他の配置が適当である。通常、基地局は、アンテナの各セクタに完全に異なる信号を供給し、おそらくは、１つまたは複数のセクタに複数の信号を供給する。全方向性アンテナが使用される時であっても、基地局は、全方位性構造に複数の信号を供給する必要があることがしばしばである。どの場合でも、基地局は、さらに、符号１１３で、基地サイト・コントローラ（ＢＳＣ）およびスイッチに結合され、最終的に、通常はＴ１地上リンクまたは類似物などの専用リンクを介して公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）に結合される。

本質的に、基地局は、加入者デバイスあるいはポータブル機器またはモバイル機器のユーザと、システムまたはネットワークの陸上または地上ベースの部分との間の無線リンクを扱う。一般に、基地局は、通信および制御機能１１９、受信器機能１１７、ならびに送信器機能１１５を含み、これらに相互結合されている。これらの機能のそれぞれは、それ自体で非常に複雑であり、冗長システムを含む可能性がある。受信器および送信器の機能またはブロックに、不可避的に数十個の送信器および受信器が含まれる。これらの局およびアンテナ・システムは、一般に、既知であり、モトローラ社などの複数の供給業者から入手可能であり、送信器が、本明細書で開示される原理および概念に従って修正され、構
成される時に、性能とコストが改善されるという利点を実現し得る。

図２を参照して、送信器２００の好ましい実施形態の略ブロック図を論じ、説明する。図２の送信器は、低下されたピーク電力要求量を有するマルチチャネル送信器である。マルチチャネル送信器は、フーリエ変換行列（ＦＴＭ）によって作られる信号の増幅またはＦＴＭの駆動の際に遭遇するか、または特に適する、複数の並列パスおよび増幅器ステージを有する送信器を記述するのに使用される。一般に、ピーク電力要求量の低下は、増幅器に提示され増幅される信号、したがって増幅信号の、ピーク対平均電力比（ＰＡＲ）を制限することによって達成される。ピーク対平均電力比は、ベース・バンドで制限されるのであって、従来のように入力信号のＰＡＲを制限するのではない。入力信号は、まず、ベース・バンドＦＴＭを介して処理される。

低下されたピーク電力要求量を有するマルチチャネル送信器は、ピーク対平均電力比低下装置２０１を備えている。この装置は、少なくとも１つの入力信号に結合されたフーリエ変換行列（ＦＴＭ）２０３を有する。フーリエ変換行列（ＦＴＭ）２０３から、処理ユニット２０５に結合される。処理ユニット２０５は、ピーク値を制限し、ピークを制限された出力信号をミキサ２２７に供給する。ミキサは、このベース・バンド信号を無線周波数に変換する。この信号が、増幅器２０７によって増幅され、その後、分解されるか、あるいはより正確には無線周波数またはアナログＦＴＭにまたはそれによって再構成されて、少なくとも１つの送信信号が供給される。

より詳細には、ＦＴＭ２０３は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくはそれらの組合せを介してソフトウェアで実施されるデジタルＦＴＭであることが好ましいが、少なくとも１つの入力信号２１２および好ましくは複数のそのような信号２１１〜２１４に結合され、複数のＦＴＭ出力信号２１９〜２２２を供給する。ＦＴＭ出力信号のそれぞれは、既知のＦＴＭ技法による、少なくとも１つの入力信号および好ましくは複数の入力信号の位相シフトバージョンの組合せを含む。図示の入力２１１が終端され、入力２１２〜２１４が、それぞれセクタ１からセクタ３のベース・バンド入力信号２１６〜２１８として図示されていることに留意されたい。１つまたは複数の入力信号が、１つまたは複数の無線チャネルでの送信を意図されたベース・バンド信号であることが好ましく、チャネルは、特定のカバレッジ・エリア内のカバレッジを提供することを意図された１つまたは複数の搬送波と解釈される。通常の例は、それぞれが、複数のセクタ、１０７、１０９、または１１１などの１つのセクタ内の１つまたは複数の搬送波周波数での送信を意図された、符号分割、時分割、または周波数分割の多元接続ベース・バンド信号を含む複数の入力信号である。これが典型例ではあるが、本明細書で論じる原理および概念は、変調がピーク制限動作から生じる不可避のひずみに耐えられると当然仮定すれば、あるいは変調がピーク制限動作から生じる不可避のひずみに耐えられ得るとする限り、使用される特定の変調形式およびチャネル・アクセスとは無関係に、応用分野を有し、同等に有利である。たとえば、ＣＤＭＡの他に、ＴＤＭＡまたはＦＤＭＡなどの変調およびアクセスの方法、したがって、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、ＴＥＴＲＡ、ｉＤＥＮ、ＣＤＭＡ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、２．５Ｇ、または３Ｇに様々に使用されるベース・バンド信号が、同等によく機能する。

処理ユニット２０５は、複数のベース・バンド処理機能（４つを図示）を備え、この機能のそれぞれが、複数のＦＴＭ出力信号の１つに結合される。処理ユニットは、リニア電力増幅器との互換性がより高いか、リニア電力増幅器に対する要求がより少ない形で、ＦＴＭ信号を処理するように動作する。そのような処理の１例が、複数のＦＴＭ出力信号のそれぞれの１つまたはすべてのピーク値を制限して、複数のピークを制限された出力信号２２３〜２２６を供給することである。図３〜６を参照して詳細に説明するように、この制限を行う好ましい手法は、ＦＴＭ出力信号のそれぞれのピークを制限するように動作す
るクリッピング関数の使用を介するものである。このクリッピング関数は、出力信号のそれぞれに対するピーク値が所定の値を超える確率を下げる所定の関数に従ってピーク値を制限するように動作する、いわゆるウィンドウ付きクリッピング関数であることが好ましい。

クリッピング関数にフィルタが続き、このフィルタが、クリッピング関数の出力に結合されて、クリッピング関数からの望ましくない信号を減らす場合に、増幅器または送信器の性能のさらなる改善を実現し得ることが示された。フィルタに第２クリッピング関数が続き、この第２クリッピング関数が、フィルタの出力に結合され、ＦＴＭ出力信号のそれぞれのフィルタリングバージョンのピークをさらに制限するように動作する時に、いくつかの場合に追加の改善が実現された。これは、比較的小さい比率のピークが、クリッピングまたは制限されるので、通常は弱いクリッパと考えられる。

マルチチャネル送信器は、さらに、電力増幅器２０７を備え、電力増幅器２０７は、複数の信号２２９〜２３２に結合された複数の増幅器２３３〜２３６を有し、増幅器２３３〜２３６のそれぞれは、入力を信号の１つに結合され、これらの信号のそれぞれは、ピークを制限された出力信号の１つに対応し、増幅された出力信号を供給するように動作可能であり、複数の増幅器は、それぞれ、複数の増幅された出力信号２３７〜２４０を供給する。信号を供給する好ましい手法に、複数のピークを制限された出力信号に結合されて、ピークを制限された出力信号を変換して、増幅器入力に複数の信号を供給する、１つまたは複数のミキサ２２７が含まれる。ピークを制限された出力信号のそれぞれは、ベース・バンド周波数または数メガビット毎秒のビット・レートから、たとえば８００ＭＨｚから１０００ＭＨｚ、１．８ＧＨｚから２．２ＧＨｚ、あるいはそれを超えるのいずれかの送信無線周波数のアナログ信号に変換される。ミキサには、既知のデジタル・アナログ変換器が含まれ、局所発振器によって駆動されるミキサの前に適当なフィルタリングが行われる（いずれも具体的に図示せず）。

送信器の最後の要素の１つが、無線周波数ＦＴＭまたはアナログＦＴＭ２０９であり、これは、複数の増幅された出力信号２３７〜２４０に結合されて、少なくとも１つの入力信号２１２に対応する少なくとも１つの送信信号２４２と、好ましくは入力２１２〜２１４に１対１対応する複数の送信信号２４１〜２４４とを供給する。したがって、２４１は、終端して図示され、２４２〜２４４は、アンテナのセクタ１〜セクタ３のためにまたはこれに信号を供給する。順序の逆転は、２回のＦＴＭを経た結果である。本開示は、４×４行列の使用を中心として開発されたが、開示され説明される原理および概念は、本質的にすべてのサイズの行列に適用され、行列が、本開示のように正方形である必要がないことに留意されたい。アナログＦＴＭは、既知であり、Ａｎａｒｅｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ社などの供給業者から、４×４行列などの様々な寸法で入手可能である。ＦＴＭは、入力信号を特定の位相角度で組み合わせた一連のハイブリッド・コンバイナ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）である。この行列の通常の帯域幅は、２００ＭＨｚであり、挿入損失は０．５ｄＢである。

どの場合でも、本明細書で説明し、論ずるように、マルチチャネル送信器は、複数のセクタで符号分割、時分割、または周波数分割の多元接続信号を送信するように配置され、構成されることが好ましい。入力ＦＴＭは、１つまたは複数のベース・バンド入力信号を有するデジタルＦＴＭであることが好ましいが、処理ユニットには、ウィンドウ付きクリッピング関数と、アナログＦＴＭである無線周波数ＦＴＭとを有することが好ましい。この形で、複数の電力増幅器に対する要求を制限し、したがってマルチチャネル増幅器のピーク電力要求量を低下させるために、ベース・バンド信号が、複数の無線周波数増幅器に入力される信号を表す形でベース・バンドで処理される。この手法の見かけ上のコストと複雑さに関連する２つの要因は、これが全く直観的でないことを示す。たとえば、デジタ
ルＦＴＭは、余分なコストに見え、基本的に３つの信号が４×４行列に入力される図示のＦＴＭでは、合成出力信号またはピークを制限された出力信号を無線周波数に変換するために４つのミキサ・ライン・アップが必要であるが、普通の手法では、入力信号ごとに１つのミキサしか必要でないことにも留意されたい。

図３を参照して、上で説明した送信器での使用に適するピーク対平均電力比低下装置２０１の好ましい実施形態のブロック図を論じ、説明する。この議論の一部は、再検討の性質を有するが、一部は、前に短く説明した様々な機能および処理を詳しく述べるものである。ピーク対平均電力比低下装置２０１は、マルチチャネル送信器のピーク電力要求量を低下させるためのものであり、これは、マルチチャネル送信器の各電力増幅器に印加される信号の振幅特性を表す、信号のピーク対平均電力比（ＰＡＲ）を下げることによって行われる。この装置は、上で述べたフーリエ変換行列（ＦＴＭ）２０３を備え、ＦＴＭ２０３は、少なくとも１つの入力信号２１２、好ましくは複数の入力信号２１１〜２１４に結合される。ＦＴＭは、複数の出力信号２１９〜２２２を供給するデジタルＦＴＭであることが好ましく、各出力信号は、１つまたは複数の位相シフトバージョンの組合せを含む。さらに、装置２０１は、複数の出力信号２１９〜２２２に結合された処理ユニット２０５を備え、処理ユニット２０５は、複数のピークを制限された出力信号２２３〜２２６を供給するために、複数の出力信号のそれぞれのピーク値に動作するかこれを制限するためのものである。ピークを制限された出力信号は、たとえば上で述べたミキサを使用して、マルチチャネル送信器の増幅器を駆動する複数の信号または低レベル信号を生成するのに適する。

ピーク対平均電力比低下装置、特にデジタルＦＴＭは、複数のセクタの中の１セクタ、１セクタ・アンテナ、または複数セクタ・アンテナ構造などでラジオ・チャネルでの送信を意図された、符号分割、時分割、または周波数分割の多元接続ベース・バンド信号などのベース・バンド信号をそれぞれが含む複数の入力信号に結合されることが好ましい。よく知られているように、ＣＤＭＡの１つのベース・バンド信号に、複数搬送波のそれぞれについて、パイロット信号、ページング信号、および同期信号と、６１個までの音声またはデータのペイロード信号を含めることが可能であることに留意されたい。ＩＳ−９５ベース・バンド信号の通常のビット・レートは、約１．３メガビット毎秒であり、ＣＤＭＡの他のバージョンでは、さらに高くすることが可能である。

図示のように、装置または処理ユニット２０５に、出力信号のそれぞれのピークを制限するように動作する、４つまたは出力信号ごとに１つのブロックを含むクリッピング関数３０１が含まれることが好ましい。このクリッピング関数３０１は、ピーク値が出力信号のそれぞれの所定の値を超える確率を下げる所定の関数に従ってピークを制限するために比較的強いクリップを実行するように動作するウィンドウ付きクリッピング関数であることが好ましい。クリッピング関数の次に、フィルタ３０３があることが好ましく、このフィルタ３０３は、クリッピング関数３０１のそれぞれの出力に結合され、クリッピング関数から生じる望ましくない高周波信号を減らすように動作する。フィルタの次に、第２クリッピング関数３０５があることが好ましく、この第２クリッピング関数３０５は、フィルタ３０３のそれぞれの出力に結合され、出力信号２２３〜２２６のそれぞれのピークをさらに制限するように動作する。有利なことに、ピーク対平均電力比低下装置２０１は、本明細書で開示される原理および概念を与えられた当業者が理解するように、ＤＳＰまたはＡＳＩＣのいずれかあるいはその両方として集積回路で実施するのに適している。

４×４デジタルＦＴＭを、次の行列によって記述し得る。

これを、次の式によって表すことも可能である。

行列または式はいずれも、出力信号Ｖｏｕｔと入力信号Ｖｉｎの間の関係を示している。これらの計算をＤＳＰで実行することが、比較的単純であることがわかる。

クリッピング関数を、図４を参照して詳細に説明する。まず、定義の材料を論じて、クリッピング処理のよりよい認識を読者に与える。信号の波高率は、平均電力に対するピーク電力の比と定義される。信号のピーク対平均電力比（ＰＡＲ）を知ることは有用であるが、累積分布関数（ＣＤＦ）は、包絡線電力の真の統計的性質に関するよりよい洞察をもたらす。ＣＤＦおよびＣＣＤＦ（相補累積分布関数）は、次の式によって定義される。

本質的に、ＣＣＤＦは、０から１００％までのＰＡＲのプロットである。ピーク・レベルおよび波高率でまたはそれを超えて費やされた時間の長さが重要なので、分布関数に関して機能するのが便利である。単純に言えば、ＣＣＤＦの形状が重要である。本開示の目的で、波高率は、０．０１％におけるＰＡＲと定義される。たとえば、１０ｄＢ ＰＡＲは、信号電力が平均電力に比べて１０ｄＢより高くなる確率が０．０１％であることを意味する。

クリッピング関数によって、信号のピークが制限されると同時に、生成される雑音、スプラッタ、または望ましくない信号電力を可能な限り減らすことが望ましい。低スプラッタ・クリップを作るために、波形の不連続性を最小限にすることが重要である。ウィンドウ付きクリッピング・アルゴリズムは、この目標を満足する優れた手法である。クリッピングは、ベース・バンド処理でデジタルに実施され、その結果、データを、非リアル・タ
イムで処理し得る。様々な形のウィンドウ付きクリッピング・アルゴリズムが、これらの目的に好都合である。図４を参照して、信号４０１のピークを制限するのに２つの閾値を使用するアルゴリズムを説明する。ソフト・クリッピング閾値を、Ｔclp と称し、ハード・クリップ閾値を、Ｔsat と称する。ユーザは、特定のシステム・セット・アップに基づいて、経験的にこれらの閾値の値を決定する。ウィンドウ・クリッピング・アルゴリズムの第１ステップは、クリップ閾値を超えるピークについて入力波形をスキャンすることである。閾値を超える信号のピークを識別したならば、ハード・クリップまたはソフト・クリップのいずれかを適用する。図４のピーク・インデックスを、ｔ_max ４０７と呼称する。ソフト・クリップの場合に、波形のピーク位置が、逆ハニング・ウィンドウ４０３を用いて畳み込まれる。当業者が理解するように、様々な他のタイプのウィンドウも、正しく機能する。下の式に、ハニング・ウィンドウｈ_j 、ウィンドウ・クリッピング関数ｗ_j 、およびウィンドウ長Ｌを示す。

ウィンドウ・クリッピング関数は、ウィンドウおよび信号が畳み込まれた後にｔ_max のピークがＴclp と等しくなるように計算され、これが４０５に示されている。したがって、Ｔclp を超えるがＴsat 未満のすべてのピークについて、カスタム・ウィンドウを計算し、適用して、極大をＴclp レベルに減らす。下記の重みで上の式を置換することによって、所望のウィンドウ関数が計算される。

信号の一部だけがフィルタリングされるので、ピーク領域の回りに多少の不連続性があるが、これらは、ハード・クリップに関連するものより実質的に小さくならなければならない。

ある点で、ウィンドウ・クリッパが非常に激しく働くので、ハード・クリップほどの大きさのスプラッタが作られることがわかる。そのような場合には、可変クリッピング重みではなく定数クリッピング重みがよい手段になる。下の式に、そのような場合のクリッピング重みを示す。

ハード・クリップの場合に、信号値は、Ｔclp 閾値に一致するように変更される。
フィルタ３０３は、ＤＳＰの形で、下記の特性を有するように実施された。フィルタは、他のチャネル・フィルタまたはパルス成形フィルタの特性を保つために、フラットな通過帯域を有しなければならない。さらに、フィルタリングされた波形がチャネル仕様を満たすことを保証するために、急峻な遷移帯域および適度な減衰が必要である。

図５を参照すると、図３に印を付けた点１〜４の電力スペクトル密度が示されている。
図３の装置２０１で、２つのクリッピング関数を使用したことを思い出して頂きたい。第１クリッピング関数の閾値は、強いクリップを作るために低いレベルにセットされる。第１クリッパの出力は、強いクリッピング関数から生成されるスプラッタを除去するためにフィルタリングされる。フィルタリングの後に、結果の信号をもう一度クリッピングする。第２クリッピング関数の閾値は、信号を非常に弱くクリッピングするように設定される。第２クリップに起因する多少のスペクトル再増加があるが、クリップが弱いので、これは許容可能である。この方法では、ユーザが、電力増幅器の各々の入力での隣接チャネル電力（ＡＣＰ）のわずかな劣化を犠牲にして、ピーク対平均電力比低下を増やすことが可能である。しかし、電力増幅器がその定格電力で動作する場合には、電力増幅器が非線形であるため、この各々の入力信号のスプラッタを超える隣接チャネル・スプラッタが作られる可能性が高い。したがって、アンテナ出力でみられる実際のＡＣＰ性能は、第２クリッピング関数の挿入によって、全く劣化しない可能性がある。逆に、第２クリッピング関数から生じるＰＡＲ低下は、電力増幅器入力でＡＣＰが劣化した場合であっても、アンテナ出力でＡＣＰを改善する可能性がある。

第１ウィンドウ・クリッパへの入力すなわち１で表される波形を基準として使用して、５９０ＫＨｚの３ｄＢコーナー周波数と４５ｄＢの減衰を有する標準ＩＳ−９５チャネル・フィルタによって、ウィンドウ・クリッピングおよびさらなるフィルタリングの前にスペクトルがどのように成形されるかを見ることができる。元の信号の０．０１％でのＰＡＲは、９．７５ｄＢである。クリッピング関数３０１を使用した、０．０１％ＰＡＲの９．７５ｄＢから４．５７ｄＢへの信号のクリッピングによって、２で表される波形によって示される、帯域外エネルギの増加がもたらされる。次に、クリッピングされた信号がフィルタリングされ、その結果のスペクトルが、３で表される波形によって示される。ＡＣＰは、フィルタリングの後に良好であるが、ピーク対平均電力比は、０．０１％で５．６２ｄＢに増えている。２回目の信号のクリッピングによって、４で表される波形によって示されるように、０．０１％ＰＡＲが４．６６ｄＢに戻るが、追加のスプラッタが生成する。スプラッタが、チャネル・フィルタによって確立される最初のノイズ・フロアより低いことに留意されたい。

図６に、処理チェーン全体を通じてピーク対平均電力比がどのように変化するかを示す。図６の波形に関連する様々な情報の要約については、下の表を参照されたい。ピーク対平均電力比の変化は、下の表に示されているように、ピーク電力の変化と平均電力の変化に分解し得る。基準として波形１を使用すると、波形２に示されたクリッピング関数３０１によって実行されるクリッピング動作によって、信号のピーク電力が大きく減少するが、平均電力はより少ない程度に減少することがわかる。信号がフィルタリングされた後の波形３では、平均値が、フィルタの通過帯域での減衰に起因してわずかに減るが、ピークは、複素平面内の信号の変化に起因して増える。失われたＰＡＲ低下の一部の再獲得を試みると、信号が、弱くではあるが２回目にクリッピングされる。波形４に示されているように、その結果が、ピーク電力のさらなるｄＢの低下であり、平均電力は、比較的に変化しないままである。

ピークが低下した波形を電力増幅器への入力として使用して、下記の改善を測定した。定格出力電力で、クリッピングされた波形は、６〜７ｄＢだけよいＡＣＰ性能を有すると同時に、クリッピングされない波形と同一の効率を維持した。クリッピングされた波形を入力として電力増幅器を定格電力の３ｄＢ上で動作させると、クリッピングされない波形で定格で動作する電力増幅器と同一のＡＣＰがもたらされた。電力増幅器を３ｄＢ強く駆動することによって、効率の５０％改善がもたらされた。これらの結果は、典型的であるが、電力増幅器がどのようにバック・オフされるかに強く依存する可能性がある。

要約として、装置の図面に関して論じた方法の文脈で、好ましい方法の下記の説明を提供する。マルチチャネル送信器でピーク電力要求量を低下させる方法を論じ、説明した。この方法は、それぞれが１つまたは複数の入力信号の位相シフトバージョンの組合せを含む複数のＦＴＭ出力信号を供給するために、少なくとも１つの入力信号をフーリエ変換行列（ＦＴＭ）、好ましくはデジタルＦＴＭに結合することを含む。次に、この方法は、複数のピークを制限された出力信号を供給するために、ＦＴＭ出力信号のそれぞれのピーク値を制限することによって複数のＦＴＭ出力信号を処理すること、次に、複数の無線周波数信号を供給するために、ピークを制限された出力信号を、ベース・バンド周波数から送信無線周波数に変換することを含む。その後、複数の増幅された出力信号を供給するために、マルチチャネル増幅器を使用して複数の無線周波数を増幅し、最後に、増幅された出力信号を、少なくとも１つの入力信号と１対１対応する少なくとも１つの送信信号を供給するように動作可能な無線周波数ＦＴＭまたはアナログＦＴＭに結合することによって、基本的な方法が完了する。

少なくとも１つの入力信号を結合することは、複数のセクタの中の１セクタでの送信などの無線チャネルでの送信を意図された、符号分割、時分割、または周波数分割の多元接続ベース・バンド信号などの複数のベース・バンド信号を結合することを含むことが好ましい。ＦＴＭ出力信号の処理は、さらに、ピーク値がＦＴＭ出力信号のそれぞれの所定の値を超える確率を減らす所定の関数に従って、好ましくは上で説明したウィンドウ付きクリッピング関数を使用して、ＦＴＭ出力信号のそれぞれをクリッピングすることを含む。このクリッピングの次に続いて、クリッピングから生じる望ましくない信号を減らすために、クリッピングされたＦＴＭ出力信号のそれぞれをフィルタリングすることが好ましい。フィルタリングの後に、ＦＴＭ出力信号のそれぞれのフィルタリングバージョンのピークをさらに制限するために、好ましくはウィンドウ付きクリッピング手法を弱く使用して、クリッピングの追加ステップを行うことが可能である。この方法は、複数のセクタまたは複数セクタ上の複数の搬送波での符号分割、時分割、または周波数分割の多元接続信号に有利に使用し得る。

上で論じた方法および装置ならびにその発明的原理および概念は、ＦＴＭおよび普通のベース・バンド処理技法を使用する従来技術の送信器に起こる問題の軽減を意図されたものであり、これを軽減するだろう。電力増幅器がその入力で見る信号の忠実な再生である
信号をベース・バンド信号で展開し、ピーク対平均電力比の低下のためにそのような信号を処理するという原理を用いることにより、送信器性能の劇的な改善が示された。

ピーク対平均電力比を低下させる、具体的には波高率を改善して、送信器性能の改善およびピーク電力要求量の低下を容易にしかつ提供する、方法および装置の様々な実施形態を、論じ、説明した。これらの実施形態および本発明による他の実施形態は、多くの広域ネットワークへの応用を有すると期待される。本明細書に記載の発明的原理および概念を使用することによって、現在および将来の通信システムに必要になるであろう低コスト高可用性マルチチャネル送信器が許容または提供され、これは、そのようなシステムのユーザおよびプロバイダの両方に有益である。

本開示は、本発明による様々な実施形態を形成し、使用する方法を説明することを意図したものであって、本発明の真の意図された公平な範囲および趣旨を制限するのではない。本発明は、この特許出願の係属中に修正される可能性がある添付請求項と、その同等物とによってのみ定義される。

本発明による実施形態を使用するのに適する通信システムの一部を示す略図。 本発明による送信器の好ましい実施形態を示す略ブロック図。 本発明による図２の送信器で使用するのに適するピーク対平均電力比低下装置の好ましい実施形態を示すブロック図。 図３の装置の動作波形と性能グラフを示す図。 図３の装置の動作波形と性能グラフを示す図。 図３の装置の動作波形と性能グラフを示す図。

Claims (3)

1. マルチチャネル送信器のピーク電力要求量を低下させるためのピーク対平均電力比低下装置であって、
   それぞれが少なくとも１つのベースバンド入力信号の位相シフトバージョンの組合せを含む複数の出力信号を供給するための、前記少なくとも１つのベースバンド入力信号に結合されたフーリエ変換行列（ＦＴＭ）と、
   前記複数の出力信号のそれぞれのピーク値を制限して複数のピークを制限された出力信号を供給するための、前記複数の出力信号に結合された処理ユニットであって、前記処理ユニットは前記複数の出力信号のそれぞれのピーク値を制限するように動作する各複数の出力信号ごとに対応する複数のクリッピング関数を備え、前記クリッピング関数の各々は前記ピーク値が前記複数の出力信号のそれぞれに対する所定値を超える確率を下げる所定の関数に従ってピーク値を制限するよう動作するウィンドウ付きクリッピング関数である、処理ユニットと、
   を組み合わせて備え、
   前記複数のピークを制限された出力信号が、マルチチャネル送信器を駆動する複数の低レベル信号を生成するのに適している、ピーク対平均電力比低下装置。
2. ピーク電力要求量が低下されたマルチチャネル送信器であって、
   それぞれが少なくともベースバンド１つの入力信号の位相シフトバージョンの組合せを含む複数のフーリエ変換行列（ＦＴＭ）出力信号を供給するための、前記少なくとも１つのベースバンド入力信号に結合されたＦＴＭと、
   前記複数のＦＴＭ出力信号のそれぞれのピーク値を制限して複数のピークを制限された出力信号を供給するための、前記複数のＦＴＭ出力信号に結合された処理ユニットであって、前記処理ユニットは前記複数の出力信号のそれぞれのピーク値を制限するように動作する各複数の出力信号ごとに対応する複数のクリッピング関数を備え、前記複数のクリッピング関数の各々は前記ピーク値が前記複数の出力信号のそれぞれに対する所定値を超える確率を下げる所定の関数に従ってピーク値を制限するよう動作するウィンドウ付きクリッピング関数である、処理ユニットと、
   複数の信号に結合された複数の増幅器を有する電力増幅器であって、各増幅器が、増幅された出力信号を供給するために前記ピークを制限された出力信号の１つに対応する前記複数の前記信号の１つに結合された入力を有し、前記複数の増幅器が、複数の増幅された出力信号を供給する、電力増幅器と、
   前記少なくとも１つの入力信号に１対１対応する少なくとも１つの送信信号を供給するために前記複数の増幅された出力に結合された無線周波数ＦＴＭと、
   を組み合わせて備える、マルチチャネル送信器。
3. マルチチャネル送信器のピーク電力要求量を低下させる方法であって、
   それぞれが少なくとも１つのベースバンド入力信号の位相シフトバージョンの組合せを含む複数のフーリエ変換行列（ＦＴＭ）出力信号を供給するために、前記少なくとも１つのベースバンド入力信号をＦＴＭに結合する工程と、
   前記複数の前記ＦＴＭ出力信号のそれぞれのピーク値を制限して複数のピークを制限された出力信号を供給することによって、前記複数の前記ＦＴＭ出力信号を処理する工程であって、前記複数の前記ＦＴＭ出力信号を処理する工程は、
   前記ピーク値が前記複数のＦＴＭ出力信号のそれぞれに対する所定値を超える確率を下げる所定の複数のクリッピング関数に従って、前記複数のＦＴＭ出力信号のそれぞれをクリッピングすること、および
   前記複数の前記ＦＴＭ出力信号を処理する工程は、前記複数のＦＴＭ出力信号のそれぞれをクリッピングした後で、同クリッピングにより生じた望ましくない信号を減らすために前記複数のＦＴＭ出力信号のそれぞれをフィルタすること、を含む工程と、
   複数の無線周波数信号を供給するために、前記複数の前記ピークを制限された出力信号を、ベース・バンド周波数から送信無線周波数に変換する工程と、
   複数の増幅された出力信号を供給するために、複数の増幅器を使用して前記複数の無線周波数信号を増幅する工程と、
   前記複数の増幅された出力信号を、前記少なくとも１つの入力信号に１対１対応する少なくとも１つの送信信号を供給するように動作可能である無線周波数ＦＴＭに結合する工程と、
   から成る方法。

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