JP4627232B2 - ピーク抑圧装置および送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、変調信号のピーク電圧を抑圧することが可能なピーク抑圧装置および送信装置に関するものであり、特に、ピークレベルを抑圧した場合であっても、非線形な振幅制限が行われるために発生する帯域外輻射を低減可能なピーク抑圧装置に関するものである。

以下、従来の送信装置について説明する。たとえば、マルチキャリア変調方式では、送信装置側において、変調信号のピークレベルを抑圧する処理が行われている。従来の送信装置のピーク抑圧方法としては、たとえば、所定のレベルを超えた信号を一律に所定レベルまでピーク電圧を抑圧する方法や、ピークレベルに応じて適応的にピーク電圧を抑圧する方法、などが用いられていた。

また、従来の送信装置としては、たとえば、下記特許文献１に記載の送信装置があり、この送信装置は、一般的な送信装置が備えている変調部、周波数変換部、増幅器などに加えて、ピーク電圧の抑圧処理を行うピーク抑圧部を備えている。たとえば、上記変調部で変調処理を施された信号は、ピーク抑圧部においてピークレベルに応じて適応的にピーク抑圧処理が施され、さらに、上記周波数変換部による周波数変換処理および上記増幅器による増幅処理を経て送信される。

また、上記従来の送信装置のピーク抑圧部は、入力された複素信号（入力信号）の包絡線レベルを検出し、その包絡線レベルと入力信号の所定のしきい値とを用いてレベル抑圧後の目標値をサンプル毎に算出する。つぎに、ピーク抑圧部は、算出された目標値と上記包絡線レベルとを乗算した結果の移動平均値を算出し、その算出値を、上記包絡線レベルを２乗した結果の移動平均値で除算する。さらに、この除算結果と上記入力信号とを乗算し、その乗算結果を、ピーク電圧を抑圧した信号（ピーク抑圧処理を施した信号）として出力する。

特開２００４−１２８９２３号公報

しかしながら、上記従来の送信装置が使用していたピーク抑圧方法では、ピークレベルの抑圧量を大きくすると、ピーク抑圧前の変調信号のスペクトラムと比べて、ピーク抑圧後の変調信号のスペクトラムのメインローブが広がり（図５−１，５−２参照）、帯域外輻射が増加する、という問題があった。なお、図５−１は、ピーク抑圧前の変調信号のスペクトラムのイメージを示し、図５−２は、ピーク抑圧後の変調信号のスペクトラムのイメージを示す。

また、一般的に、ピーク電圧の抑圧量を大きくすると、それに伴い変調精度が劣化する傾向が見られる。そして、上記ピークレベルに応じて適応的にピーク電圧を抑圧する方法は、ピーク電圧の抑圧に伴う変調精度の劣化を低減するように考慮したものであるが、増幅器に設定するバックオフ量が小さいと、ピーク電圧抑圧後の信号レベルが増幅器の飽和領域付近に達する頻度が高まるため、増幅器による非線形歪みの影響を受けて、変調精度が許容範囲を超えて劣化する場合がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変調信号のピーク電圧の抑圧量を大きく設定した場合であっても、ピーク抑圧後の変調信号のスペクトラムのメインローブの広がりを抑えることにより帯域外輻射の増加を抑え、さらに、変調精度の劣化量を低減することが可能なピーク抑圧装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるピーク抑圧装置は、入力信号の包絡線レベルと所定のしきい値に基づいて入力信号のピーク電圧を抑圧するための目標値を生成する目標値生成手段と、前記包絡線レベルと前記目標値との乗算結果をＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタによりフィルタリングする第１のフィルタリング手段と、前記包絡線レベルの２乗結果をＦＩＲフィルタによりフィルタリングする第２のフィルタリング手段と、前記第１のフィルタリング手段によるフィルタリング結果を前記第２のフィルタリング手段によるフィルタリング結果で除算することによって、前記入力信号に対するゲインを算出するゲイン算出手段と、前記ゲイン算出手段が算出したゲインを補正するゲイン補正手段と、前記補正手段により補正されたゲインを用いて入力信号のピーク電圧を抑圧するピーク抑圧手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ピーク抑圧装置が、ピーク電圧を適応的に抑圧するために使用するゲインを補正する手段を備え、ゲインの急激な変動を抑えて変調信号のメインローブの広がりを抑えることとした。これにより、ピーク電圧の抑圧量を大きくした場合に帯域外輻射が増加することを防ぐことができ、さらに、変調精度の劣化を防ぐことができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるピーク抑圧装置および送信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
本発明は、変調信号のピークレベルを抑圧することが可能なピーク抑圧装置に関するものであり、本実施の形態では、当該ピーク抑圧装置を、一例として、マルチキャリア変調方式の変調信号を送信する送信装置に適用した場合について説明する。

図１は、本発明にかかるピーク抑圧装置を備える送信装置の構成例を示す図である。ここで、本実施の形態の送信装置は、変調器１０、本発明にかかるピーク抑圧装置として動作するピーク抑圧部１１、周波数変換部１２、増幅器１３、アンテナ１４を備えている。そして、変調器１０において変調された信号は、ピーク抑圧部１１にてピーク抑圧処理が施され、周波数変換部１２にて所定の周波数に変換され、増幅器１３にて増幅された後、アンテナ１４を介して送信される。

つづいて、上記ピーク抑圧部１１におけるピーク抑圧動作について説明する。図２は、ピーク抑圧部１１の構成例を示す図であり、このピーク抑圧部１１は、包絡線検出部２１と、目標値生成部２２と、乗算器２３と、フィルタ部２４と、２乗器２５と、フィルタ部２６と、ゲイン算出手段に相当する除算器２７と、ゲイン補正部３０と、遅延器２８と、乗算器２９と、を備えている。

ピーク抑圧部１１に変調信号が入力されると、包絡線検出部２１は、入力された変調信号の包絡線レベルを検出し、その結果を目標値生成部２２，乗算器２３，２乗器２５に対して出力する。目標値生成部２２は、包絡線検出部２１の出力を用い、設定されたしきい値に基づいた目標値をサンプル毎に算出して出力する。具体的には、包絡線検出部２１が出力した包絡線レベルが所定のしきい値を超える場合、目標値生成部２２は、当該しきい値を目標値として出力し、一方、包絡線レベルが所定のしきい値以下の場合、前記包絡線レベルを目標値として出力する。ここで、しきい値をｄ_th、目標値をｄ（ｉ）、包絡線レベルをｚ（ｉ）とすると、目標値生成部２２が出力する目標値ｄ（ｉ）は次式（１）のように表される。

つぎに、乗算器２３は、上記包絡線検出部２１の出力である包絡線レベルｚ（ｉ）に上記目標値生成部２２の出力である目標値ｄ（ｉ）を乗算し、その結果を出力する。そして、フィルタ部２４は、乗算器２３の出力結果をＦＩＲ（Finite Impulse Response）形式のフィルタによりフィルタリングし、その結果をフィルタ値ｕ（ｉ）として出力する。ここで、フィルタ値ｕ（ｉ）は、次式（２）によって算出される。

一方で、２乗器２５は、包絡線レベルｚ（ｉ）を２乗し、その結果を出力する。そして、フィルタ部２６は、２乗器２５の出力結果をＦＩＲ形式のフィルタによりフィルタリングし、その結果をフィルタ値ｖ（ｉ）として出力する。ここで、フィルタ値ｖ（ｉ）は、次式（３）によって算出される。

除算器２７は、上記ｕ（ｉ）およびｖ（ｉ）について、次式（４）に従って除算を行い、その結果をゲインｇ（ｉ）として出力する。

ｇ（ｉ）＝ｕ（ｉ）／ｖ（ｉ） …（４）

つぎに、本発明の特徴的な処理を行うゲイン補正部３０は、除算器２７から出力されたゲインの補正を行う。なお、具体的なゲインの補正方法については後述する。遅延器２８は、入力信号が後述する乗算器２９に渡されるタイミングを遅延させる。具体的には、入力信号に対応するゲインがゲイン補正部３０から乗算器２９に渡されるタイミングと入力信号が乗算器２９に渡されるタイミングが、一致するようにタイミングを調整する。そして、乗算器２９は、上記ゲイン補正部３０が出力する補正後のゲインと上記遅延器２８により遅延処理を施された入力信号とを乗算し、ピーク電圧を抑圧した変調信号を生成する。

ここで、上記ゲイン補正部３０が除算器２７から出力されたゲインｇ（ｉ）を補正する動作について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態の送信装置が備えるピーク抑圧部１１に含まれるゲイン補正部３０の構成例を示す図である。図３に示したように、ゲイン補正部３０は、たとえば、タップ４１−１〜４１−ｋ、乗算器４２−１〜４２−ｋ、および加算器４３を備えるタップ数がＫ個のＦＩＲフィルタで構成される。そして、ゲイン補正部３０は、上記ゲインｇ（ｉ）に対してフィルタリング処理を行うことでゲインの補正を行う。

なお、図４−１は、ゲイン補正部３０によるフィルタ通過前のゲインを示す図であり、図４−２は、フィルタ通過後のゲインを示す図であり、図４−１および図４−２により、フィルタ通過前のゲインとフィルタ通過後のゲインの変動の一例を表している。ゲイン補正部３０は、上記除算器２７から出力されたゲインｇ（ｉ）に対して補正処理であるフィルタリングを施すことにより、図４−１および図４−２に示すようにゲインの急激な変動を抑える。

このように、本実施の形態においては、ピーク抑圧部が、「ピーク電圧を適応的に抑圧するために使用するゲイン」を補正する手段を備え、ゲインの急激な変動を抑えることにより、変調信号のメインローブの広がりを抑えることとした。これにより、ピーク電圧の抑圧量を大きくした場合の帯域外輻射の増加を防ぐことができ、さらに、変調精度の劣化を防ぐことができる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２の動作について説明する。本実施の形態のピーク抑圧装置は、上述した実施の形態１のピーク抑圧装置と同一の構成であり、ゲイン補正部３０のゲイン補正動作のみが異なる。ここでは、ゲイン補正部３０の動作について説明する。

本実施の形態のゲイン補正部３０は、上述した実施の形態１に記載したゲイン補正部３０の処理であるフィルタリング処理に代えて、以下の方法によりゲインｇ（ｉ）を補正する。ゲイン補正部３０は、除算器２７から受け取ったゲインｇ（ｉ）と予め規定されたゲインの基準値ｐとを比較し、これらの差分および予め定められた係数ｑ（＞０）を用いてゲインｇ（ｉ）を補正する。具体的には、次式（５）を用いてゲインｇ（ｉ）の補正を行い、補正後のゲインｃ（ｉ）を得る。

ｃ（ｉ）＝ｐ＋ｑ・（ｐ・ｇ（ｉ）−ｐ） …（５）

なお、式（５）で表される補正後のゲインｃ（ｉ）は、係数ｑを１よりも大きくした場合にピーク抑圧効果が大きくなる。また、ゲインの基準値ｐは、ピーク抑圧後の信号レベルを調整する役割も有しており、通常ｐ＝１が設定されるが、ゲインｃ（ｉ）を乗算した後のピーク抑圧後の信号レベルをもとの変調信号よりも大きくする場合には、ｐ＞１とし、小さくする場合には０＜ｐ＜１とする。また、係数ｑは、ｑ＞０となる任意の定数が設定される。

このように、本実施の形態においては、所定の基準値とゲインとの比較結果に基づいてゲイン補正処理を行うこととした。これにより、ピーク抑圧性能を向上させたピーク抑圧装置を得ることができる。

実施の形態３．
つづいて、実施の形態３の動作について説明する。本実施の形態のピーク抑圧装置は、上述した実施の形態２のピーク抑圧装置と同一の構成であり、ゲイン補正部３０のゲイン補正動作のみが異なる。ここでは、ゲイン補正部３０の動作について説明する。

本実施の形態のゲイン補正部３０は、上述した実施の形態２のゲイン補正処理および実施の形態１のゲイン補正処理を組み合わせたものである。具体的には、ゲイン補正部３０は、上述した実施の形態２のゲイン補正処理と同様に、除算器２７から受け取ったゲインｇ（ｉ）と基準値ｐとを比較し、これらの差分および予め定められた係数ｑを上記式（５）に適用して第１のゲイン補正値ｃ（ｉ）を得る。さらに、ゲイン補正部３０は、第１のゲイン補正値ｃ（ｉ）に対して上述した実施の形態１のゲイン補正処理と同様のフィルタリング処理を施し、補正後のゲインを得る。

このように、本実施の形態においては、基準値とゲインとの比較結果に基づいてゲイン補正処理を行い、その結果に対して、さらに、フィルタリング処理を施し、その結果を補正後のゲインとした。これにより、さらにピーク抑圧性能を向上させたピーク抑圧装置を得ることができる。

以上のように、本発明にかかるピーク抑圧装置は、変調信号のピーク電圧を抑圧して送信する送信装置に有用であり、特に、マルチキャリア変調方式を採用する送信装置に適している。

本発明にかかるピーク抑圧装置を備える送信装置の構成例を示す図である。 実施の形態１のピーク抑圧装置の構成例を示す図である。 実施の形態１のピーク抑圧装置が備えるゲイン補正部の構成例を示す図である。 ゲイン補正部によるフィルタ通過前のゲインの一例を示す図である。 ゲイン補正部によるフィルタ通過後のゲインの一例を示す図である。 従来のピーク抑圧装置によるピーク抑圧前の変調信号のスペクトラムのイメージを示す図である。 従来のピーク抑圧装置によるピーク抑圧後の変調信号のスペクトラムのイメージを示す図である。

符号の説明

１０ 変調器
１１ ピーク抑圧部
１２ 周波数変換部
１３ 増幅器
１４ アンテナ
２１ 包絡線検出部
２２ 目標値生成部
２３、２９ 乗算器
２４、２６ フィルタ部
２５ ２乗器
２７ 除算器
２８ 遅延器
３０ ゲイン補正部
４１−１、４１−２、４１−３、４１−ｋ タップ
４２−１、４２−２、４２−３、４２−ｋ 乗算器
４３ 加算器

Claims (5)

1. 入力信号の包絡線レベルと所定のしきい値に基づいて入力信号のピーク電圧を抑圧するための目標値を生成する目標値生成手段と、
   前記包絡線レベルと前記目標値との乗算結果をＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタによりフィルタリングする第１のフィルタリング手段と、
   前記包絡線レベルの２乗結果をＦＩＲフィルタによりフィルタリングする第２のフィルタリング手段と、
   前記第１のフィルタリング手段によるフィルタリング結果を前記第２のフィルタリング手段によるフィルタリング結果で除算することによって、前記入力信号に対するゲインを算出するゲイン算出手段と、
   前記ゲイン算出手段が算出したゲインを補正するゲイン補正手段と、
   前記補正手段により補正されたゲインを用いて入力信号のピーク電圧を抑圧するピーク抑圧手段と、
   を備え、
   前記ゲイン補正手段は、ピーク抑圧後の信号レベルを調整する役割を有し、正の任意の値を設定可能なゲインの基準値と、ゲイン算出手段から受け取ったゲインに対して、ピーク抑圧効果を調整する役割を有する正の任意の値を設定可能な係数とにより、補正したゲインを算出することを特徴とするピーク抑圧装置。
2. 前記ゲイン補正手段は、
   前記基準値をｐとし、前記係数をｑとした場合に、
   前記ゲイン算出手段から受け取ったゲインｇ（ｉ）の補正後のゲインｃ（ｉ）を、式「ｃ（ｉ）＝ｐ＋ｑ・（ｐ・ｇ（ｉ）−ｐ），ただしｉはサンプル番号」に従って算出することを特徴とする請求項１に記載のピーク抑圧装置。
3. 前記ゲイン補正手段は、さらに、前記算出した補正後のゲインに対してＦＩＲフィルタによるフィルタリング処理を施し、当該結果を補正後のゲインとして出力することを特徴とする請求項１または２に記載のピーク抑圧装置。
4. 前記目標値生成手段は、前記包絡線レベルが前記所定のしきい値を超える場合、当該しきい値を目標値として出力し、一方、前記包絡線レベルが前記所定のしきい値以下の場合、当該包絡線レベルを目標値として出力することを特徴とする請求項１、２または３に記載のピーク抑圧装置。
5. 変調信号のピーク電圧を抑圧して送信する送信装置であって、
   前記請求項１〜４のいずれか一つに記載のピーク電圧抑圧機能を有することを特徴とする送信装置。

Images