JP4642863B2 - 送信信号の制限 - Google Patents

Description

本発明は，無線送信機内の信号強度制限に関する。

無線システムにおいては，電力増幅器の線形性が取得可能な最大電力を制限する。特に，送信する信号が高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を有するときが該当する。そのような場合，電力増幅器への信号入力は瞬間的に高電力を示すことがあり，電力増幅器を設計する際に考慮に入れなければならない。このことは実際上，現用のデータ送信システムのスペクトル要求条件に合わせるために，増幅器の出力信号を低電力レベルに落とすことを意味する。このため，増幅する信号は，増幅器の伝達関数がより線形になるようにバイアスを掛けられる。しかしこれは増幅器及び／又は送信機の効率を減少させる。第２に，広範囲の線形動作範囲を有する増幅器は高価である。

また，しきい値を超える信号成分は，ピーク値をしきい値に制限することによって制限することもできる。しきい値以下のほかの信号値は変更されない。しかし制限法の課題は，信号の周波数スペクトラムが広がることである。すなわち，スペクトラムが通常現用の周波数帯を超え，そのためほかのユーザへの干渉を与える。スペクトラム拡散が制限されると，ＰＡＰＲは高い値に留まる。

本発明の目的は，改善された方法と，改善された送信機と，改善された基地局と，を提供することである。本発明のある態様によれば，無線システム内の送信信号を制限する方法が提供される。その方法は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に送信機内の送信信号を制限するステップを有する。更にその方法は，最適化信号に関して費用関数の最小化を実行するステップであって，費用関数は最適化信号の関数として重み付けられた各項を有し，その各項は実効変調ひずみと，所定のしきい値を超える実効オーバシュートとに関連するステップと，無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件によって最小化した結果として生成される最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するステップと，送信信号から制限信号を減算するステップと，を有する。

本発明の別の態様によれば，無線システム内の送信機が提供され，その送信機は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に前記送信信号を制限するように構成される。更にその送信機は，最適化信号に関して費用関数を最小化する最小化器（ｍｉｎｉｍｉｚｅｒ）であって，前記費用関数は前記最適化信号の関数として重み付けされた各項を有し，該各項は実効変調ひずみ及び前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する最小化器と，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するフィルタと，前記送信信号から前記制限信号を減算する加算器と，を備えた制限器（ｃｌｉｐｐｅｒ）を備える。

本発明の別の態様によれば，無線システム内の基地局が提供され，その基地局は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に前記送信信号を制限するように構成される。更にその基地局は，最適化信号に関して費用関数を最小化する最小化器であって，前記費用関数は前記最適化信号の関数として重み付けされた各項を有し，該各項は実効変調ひずみ及び前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する最小化器と，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するフィルタと，前記送信信号から前記制限信号を減算する加算器と，を備える。

本発明の別の態様によれば，無線システム内の送信機が提供され，その送信機は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に送信信号を制限するように構成される。更にその送信機は，最適化信号に関して費用関数を最小化する手段であって，前記費用関数は前記最適化信号の関数として重み付けされた各項を有し，該各項は実効変調ひずみ及び前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する手段と，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成する手段と，前記送信信号から前記制限信号を減算する手段と，を備える。

本発明の別の態様によれば，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に無線システムの送信機内の送信信号を制限する計算機処理を実行するように計算機プログラム命令を符号化した計算機プログラム製品が提供される。更にその計算機処理は，最適化信号に関して費用関数の最小化を実行するステップであって，該費用関数は前記最適化信号の関数として重み付けられた各項を有し，該各項は実効変調ひずみ及び前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連するステップと，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による前記最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するステップと，前記送信信号から前記制限信号を減算するステップと，を有する。

本発明の別の態様によれば，計算機可読であり，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に無線システムの送信機内の送信信号を制限する計算機処理を実行するように計算機プログラム命令を符号化した計算機プログラム配布媒体が提供される。更にその計算機処理は，最適化信号に関して費用関数の最小化を実行するステップであって，該費用関数は前記最適化信号の関数として重み付けられた各項を有し，該各項は実効変調ひずみ及び前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連するステップと，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による前記最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するステップと，前記送信信号から前記制限信号を減算するステップと，を有する。

本発明はいくつかの利点を提供する。許容される周波数帯域を越えて不必要にスペクトラムを拡散させることなく，効率的にＰＡＰＲを低下させることができる。

以降，実施例及び添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。なお，以降の文中において表１に示す文字の置き換えを行っている。

最初に無線システムの構造を示した図１を吟味する。無線システムは，例えばＵＭＴＳ（はん用移動体通信システム）又はＷＣＤＭＡ（広帯域符号分割多元接続）システムである。

コアネットワークは，例えばＧＳＭ（世界移動体通信システム）とＧＰＲＳ（はん用パケット無線サービス）システムとを結合した構造に対応する。ＧＳＭネットワーク要素は回線交換コネクションの実現に寄与し，ＧＰＲＳネットワーク要素はパケット交換コネクションの実現に寄与する。しかしネットワーク要素のいくつかは，双方のシステムが共有している。

移動体通信交換センタ（ＭＳＣ）１００は，無線システム内の回線交換通信を可能にする。次にサービス提供ＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）１０１は，パケット交換通信を可能にする。無線システム内のすべてのトラヒックは，ＭＳＣ１００によって制御することができる。

コアネットワークは，ゲートウェイユニット１０２を備えてもよく，それは，コアネットワークと，公衆地上移動体ネットワーク（ＰＬＭＮ）又は公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）のような外部ネットワークと，の間の回線交換コネクションを管理するゲートウェイ移動体通信交換センタ（ＧＭＳＣ）を表す。ゲートウェイＧＰＲＳサポートノード（ＧＧＳＮ）１０３は，コアネットワークと，インターネットのような外部ネットワークと，の間のパケット交換コネクションを管理する。

ＭＳＣ１００及びＳＧＳＮは，無線接続ネットワーク（ＲＡＮ）１０４に接続され，ＲＡＮは少なくとも１つの基地局１０８を制御する少なくとも１つの基地局コントローラ１０６を備えることができる。基地局コントローラ１０６はまた，無線ネットワークコントローラと呼んでもよく，基地局はノードＢと呼んでもよい。ユーザ端末１１０は，無線インタフェースを介して少なくとも１つの基地局１０８と通信する。

ユーザ端末１１０は，ＧＰＲＳの方法を用いて基地局１０８と通信することができる。パケット内のデータは，実際の情報データに加えてアドレスデータ及び制御データを含む。いくつかのコネクションが，同時に同一の送信チャネルを用いてもよい。

基地局とユーザ端末との間の通信に，直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式を選択することも可能である。ＯＦＤＭ技法においては，データは１つの広帯域信号の代わりに多数の副搬送波を用いて送信される。ＯＦＤＭ方式とＣＤＭＡ方式とを結合させて，高ピーク対平均振幅を得ることができる。

図２に無線システム内の送信機を示す。この送信機は通常無線システムの基地局であるが，無線システムのほかの送信機であってもよい。送信機は，単一搬送波送信機であってもよいし，多搬送波送信機であってもよい。多搬送波送信機は，信号処理ユニット２００Ａ〜２００Ｂと，データ変調器２０２Ａ〜２０２Ｂと，拡散ユニット２０４Ａ〜２０４Ｂと，変調器２０６Ａ〜２０６Ｂと，を含む。多搬送波システムに必要な搬送波の数は，種々の応用によって異なってもよい。

信号処理ユニット２００Ａ〜２００Ｂはデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）であってもよく，送信機内のユーザの通話又はデータを処理する。信号処理は，例えば符号化及び暗号化を含んでもよい。送信が，複数タイムスロットからなるフレーム単位で行われるとき，各フレームは普通ＤＳＰ内で生成され，各シンボルもまたインタリーブされる。信号を符号化し，インタリーブする理由は，フェージングの際に情報を損失しても，受信器内で送信情報を回復できることを保証するためである。データ変調器２０２Ａ〜２０２Ｂにおいては，所望の変調方法でデータ信号が変調される。変調方法は，例えば信号を同相Ｉ成分と直交Ｑ成分とに分離する直交位相変調（ＱＰＳＫ）が適用可能である。

拡散ユニット２０４Ａ〜２０４Ｂにおいては，帯域を拡散させるために，狭帯域データ信号が拡散符号で乗算される。

変調器２０６Ａ〜２０６ＢはＩＤＦＴ（逆離散フーリエ変換）又はＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）を実行することができ，送信機が多搬送波送信機であるとき必要である。単一搬送波送信機は，変調器２０６Ａ〜２０６Ｂを備えない。変調器２０６Ａ〜２０６Ｂは，使用するシステムに適用可能な方法で，周波数領域上に整理された多数の搬送波を生成する。ＯＦＤＭ方式を用いるこの種の多搬送波ＣＤＭＡ送信機は，多搬送波送信機の一例である。

各変調器２０６Ａ〜２０６Ｂの後，信号は同相（Ｉ）成分及び直交（Ｑ）成分を有するので，多搬送波送信機は２つの加算器２０８，２１０を備え，そのうち１つが種々の搬送波の同相成分を一緒に加算し，他方が直交成分を一緒に加算する。

制限器２１２は，しきい値を超える信号の実効強度を制限する。信号は同相成分及び直交成分を含む複素信号であってもよい。強度は，エネルギ，電力，又は絶対振幅で表すことができる。また制限器２１２は，変調器２０６Ａ〜２０６Ｂの前にあってもよい。

制限器２１２は制限した信号をＤ／Ａ変換器２１４に出力し，Ｄ／Ａ変換器はデジタル形式の信号をアナログ形式の信号に変換する。混合器２１６は，信号を選択した無線周波に直接又は中間周波を介してアップコンバートする。その後信号は電力増幅器２１８において増幅される。アンテナ２２０は，増幅した信号を電磁放射として１又は複数のユーザ端末に送信する。

制御ユニット２２２は，制限器２１２の動作を制御する。制御ユニット２２２は，例えば本方法で恐らく用いられる制限しきい値Ａ及び重みα，μを制御することができる。

図３Ａに，制限していない高ピーク３０２及び３０４を有する送信信号３００を示す。垂直軸は振幅又は電力の測定値であり，水平軸は時間である。双方の軸は任意縮尺である。しきい値レベルはＡである。

図３Ｂに，送信信号を制限した後の同一の送信信号３００を示す。ピーク３０２，３０４はここでは低くなっており，最高値はおよそしきい値Ａである。

図４に制限器２１２を示す。その目的は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させることである。信号ｙは制限器２１２への入力であり，ベクトルとしてｂｏｌｄ−ｙで表すことができる。信号は最小化器４００に入力され，マトリクス形式ではｂｏｌｄ−ｘとして表すことができる最適化信号ｘが出力される。最適化信号ｂｏｌｄ−ｘはフィルタ４０２でろ波され，そのフィルタは無線システムのスペクトラム放射マスク（ＳＥＭ）要求条件を満たす。フィルタ４０２は，そのフィルタがベクトルｂｏｌｄ−ｇによって畳み込みを行うので，畳み込み行列ｂｏｌｄ−Ｇで表すことができる。加算器４０４において，フィルタ４０２が出力した制限信号ｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘは，遅延ユニット４０６で遅延させた送信信号ｂｏｌｄ−ｙから減算される。この減算によって信号ｂｏｌｄ−ｙのピーク強度が減少し，加算器４０４の信号出力はｂｏｌｄ−ｙ − ｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘ ＝ ｂｏｌｄ−ｙ − ｂｏｌｄ−ｓと表すことができる。遅延ユニット４０６は送信信号ｂｏｌｄ−ｙを，最小化器４００及びフィルタ４０２が制限信号ｂｏｌｄ−ｓに及ぼす遅延と同じだけ遅延させる。

最小化器４００は，最適化信号ｂｏｌｄ−ｘに関して費用関数の最小化を実行する。費用関数Ｊ（ｂｏｌｄ−ｘ）は次のように表される。

ここで引数ｂｏｌｄ−ｘは，ベクトル形式で表現された最適化信号であり，項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）は制限された送信信号の実効変調ひずみに関連し，項ｆ₂（ｂｏｌｄ−ｘ）は制限された信号の所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連し，α及び（１−α）は実数値を有する重み（０≦α≦１）である。第２項により大きな重みを与えるためには，重みαは０．５未満であることが望ましい。また変調ひずみは，波形ひずみと考えることができる。

図５に信号配置（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）と，変調ひずみと，オーバシュートと，の簡単な例を示す。水平軸５００は変調信号の直交成分を示し，垂直軸５０２は同相成分を表す。点５０４，５０６，５０８，５１０は，信号配置内のひずみのない変調シンボル（すなわち理想シンボル）を表す。ひずみのないシンボルの振幅は一定であってもよいが，位相は変化する。信号配置内の状態数は，使用する変調方法に依存する。シンボル数が多ければ多いほど，システムの許容データ送信容量は大きくなる。小円５１２，５１４，５１６，５１８は，測定されるシンボル，すなわち非理想シンボルの限界Ｌを表す。非理想シンボルは通常ある程度ひずんでいる。所定のしきい値Ａは，Ａ＝｜ｙ_{ideal symbol}｜＋｜Ｌ｜で表すことができる。

矢印５２０は，Ｒｅ^j(2πft+φ)で表すことができる１つの測定シンボルの振幅及び位相を表している。ここで，Ｒは信号の振幅，ｆは周波数，ｔは時間，φは位相，である。角５２２はシンボルの位相φを表す。振幅Ｒは，Ｒ＝√（Ｉ_y ²＋Ｑ_y ²）で定義することができる。すなわち振幅は，同相値及び直交値の二乗和の二乗根である。

矢印５２４は，小円５１２内部の許容誤差ベクトルを表す。矢印５２６は，しきい値Ａを超える誤差ベクトルを表す。ひずみによる全体誤差ベクトルは，誤差ベクトル５２４及び５２６の和であって，シンボル５０４Ｂを指す。シンボル５０４は，理想位置からずれた位置５０４Ｂに偏移したと考えることができる。

ずれの誤差は，誤差ベクトル強度（ＥＶＭ）として測定できる。ＥＶＭは，変調の品質又はひずみの指標である。ＥＶＭは，測定した波形の理想波形からの偏差を規定したものであり，単一符号信号又は多符号信号を測定するために用いることができる。ピーク符号領域誤差（ＰＣＤＥ）は，信号と，特定の拡散係数を有する符号空間に投影された対応する理想信号との差を規定するために用いることができ，ＰＣＤＥは，多符号信号だけに適用できる。このように，ＰＣＤＥは拡散符号上の変調誤差の分布の指標である。誤差指標ＥＶＭ及びＰＣＤＥは，相互に関連する。例えば，誤差が各拡散符号に均等に分散しているときは，ＰＣＤＥは次のように表すことができる。

ここでＳＦは拡散係数を表す。

式（１）の項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）は次のように表すことができる。

ここで上付きのインデクスＨは，エルミート形式のベクトル又は行列（ベクトル又は行列ｂｏｌｄ−ａ^Hの各要素は，ベクトル又は行列ｂｏｌｄ−ａの複素共役）であり，ｂｏｌｄ−Ｇは畳み込み行列を意味する。行列ｂｏｌｄ−Ｃは，原理的には行列ｂｏｌｄ−Ｂ又は行列ｂｏｌｄ−Ｇ^-1を意味し，ここで上付きインデクス−１は，行列ｂｏｌｄ−Ｇの逆行列を示す。行列ｂｏｌｄ−Ｂは，ＥＶＭを測定する測定設定のルート二乗余弦フィルタ（ＲＲＣ）の畳み込み行列に類似すると考えることができる。行列ｂｏｌｄ−Ｃが行列ｂｏｌｄ−Ｇ^-1に対応する場合，項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）はｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−ｘとなり，この場合，積ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ^Hｂｏｌｄ−Ｃｂｏｌｄ−Ｇは単位行列ｂｏｌｄ−Ｉとなるので，乗算ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ^Hｂｏｌｄ−Ｃｂｏｌｄ−Ｇの部分は全く実行する必要がない。項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−ｘは，最適化信号ｂｏｌｄ−ｘの実効値を生成することによって得ることができる。

行列ｂｏｌｄ−Ｃもまた単位行列ｂｏｌｄ−Ｉである。この場合，項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）はｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘとなる。項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）は，行列ｂｏｌｄ−Ｇで規定され，結果の実効値を生成する適切なＦＩＲフィルタで最適化信号ｂｏｌｄ−ｘをろ波することによって得ることができる。

畳み込み行列ｂｏｌｄ−Ｇが省略される場合は，項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）はｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−Ｂ^Hｂｏｌｄ−Ｂｂｏｌｄ−ｘとなる。項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）は，行列ｂｏｌｄ−Ｂで規定され，結果の実効値を生成する適切なＦＩＲフィルタ（ＲＲＣフィルタ）で最適化信号ｂｏｌｄ−ｘをろ波することによって得ることができる。

多符号システムにおいては，式（１）の項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）は，次のように表すことができる。

ここで行列ｂｏｌｄ−Ｃ_iは，原理的には行列ｂｏｌｄ−Ｂ，行列ｂｏｌｄ−Ｇ^-1，又は行列積ｂｏｌｄ−Ｓ_iｂｏｌｄ−Ｂを意味し，ここで行列ｂｏｌｄ−Ｓ_iは，多符号無線システムにおいて用いられる拡散符号ｉを意味する。行列積ｂｏｌｄ−Ｓ_iｂｏｌｄ−Ｂは，ＰＣＤＥを測定する測定設定の畳み込み行列と考えることができる。多符号及びＰＣＤＥ測定の場合は，関数ｆは次の総和

又は最大値ｍａｘ（ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_i ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_iｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘ）で表すことができ，ここでＫは用いる拡散符号の数である。

多符号システムにおいては，項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）を表すいくつかの可能性がある。行列ｂｏｌｄ−Ｃ_iが行列ｂｏｌｄ−Ｇ^-1に対応する場合は，項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）はｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−ｘとなり，この場合，積ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_i ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_iｂｏｌｄ−Ｇは単位行列ｂｏｌｄ−Ｉとなるので，乗算ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_i ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_iｂｏｌｄ−Ｇの部分は全く実行する必要がない。項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−ｘは，最適化信号ｂｏｌｄ−ｘの実効値を生成することによって得ることができる。

行列ｂｏｌｄ−Ｃ_ｉもまた単位行列ｂｏｌｄ−Ｉである。この場合，項ｆ_１（ｂｏｌｄ−ｘ）はｆ_１（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Ｈｂｏｌｄ−Ｇ^Ｈｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘとなる。項ｆ_１（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Ｈｂｏｌｄ−Ｇ^Ｈｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘは，行列ｂｏｌｄ−Ｇで規定される適切なＦＩＲフィルタで最適化信号ｂｏｌｄ−ｘをろ波することによって得ることができ，そして結果の実効値が生成される。この場合畳み込み行列ｂｏｌｄ−Ｇは省略され，項ｆ_１（ｂｏｌｄ−ｘ）はｆ_１（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Ｈｂｏｌｄ−Ｓ_ｉ ^Ｈｂｏｌｄ−Ｂ^Ｈ ｂｏｌｄ−Ｂｂｏｌｄ−Ｓ _ｉ ｂｏｌｄ−ｘとなり，項ｆ_１（ｂｏｌｄ−ｘ）は，最適化信号ｂｏｌｄ−ｘと拡散信号とを乗算し，その積を行列ｂｏｌｄ−Ｂで規定されるルート二乗余弦フィルタでろ波することによって得ることができ，そして結果の実効値が生成される。

項ｆ₂（ｂｏｌｄ−ｘ）は次のように表すことができる。

ここで演算‖ ‖₂ ²は，しきい値Ａを超えるオーバシュートの長さ又はノルムである。非線形関数Ｆ（ｂｏｌｄ−ｙ − ｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘ，Ａ）は，

で定義され，その最大値はしきい値Ａで制限される。項ｆ₂（ｂｏｌｄ−ｘ）は，しきい値Ａを超える誤差ベクトル５２６の実効値を規定する。フィルタとしての行列ｂｏｌｄ−Ｂ及びｂｏｌｄ−Ｇは，最小化器４００内にある。非線形関数Ｆ（ｂｏｌｄ−ｙ − ｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘ，Ａ）は，例えばＣＯＲＤＩＣ（座標回転デジタル計算機）アルゴリズムを用いて得ることができる。

最小化ｍｉｎ（Ｊ（ｂｏｌｄ−ｘ））は，例えば反復アルゴリズムによって行うことができる。反復アルゴリズムは，こう配降下法を用いることができる。引数ｂｏｌｄ−ｘに関する費用関数の最小化は，ここで次のように表すことができる。

ここで変数のハットｈａｔ−ｘは，反復における変数の推定値を意味し，μは実数値を有する反復の重み（０≦μ≦１）であり，微分演算子∇（ナブラ）は，こう配である。（例えば三次元デカルト座標系においてナブラは，

であり，ここでｘ，ｙ，ｚはデカルト座標系の軸，ｂｏｌｄ−ｉ，ｂｏｌｄ−ｊ，ｂｏｌｄ−ｋはその軸の単位ベクトルであり，単位ベクトルに関連する各項は所望のスカラ関数に適用する偏微分演算子である。記号ｘ，ｙ，ｚ，ｂｏｌｄ−ｉ，ｂｏｌｄ−ｊは，本願のほかの部分で用いている変数と混同してはならない。）スカラ関数のこう配はベクトル関数である。

式（７）は更に次のように表すことができる。

ここでｂｏｌｄ−Ｐは，ｂｏｌｄ−Ｐ＝ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ^Hｂｏｌｄ−Ｃｂｏｌｄ−Ｇ，ｂｏｌｄ−Ｐ＝ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_i ^Hｂｏｌｄ−Ｃ_iｂｏｌｄ−Ｇ，又はｂｏｌｄ−Ｐ＝ｂｏｌｄ−Ｉのいずれかである。項ｂｏｌｄ−Ｐｈａｔ−ｂｏｌｄ−ｘ_nは式（１）の項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）に対応し，項ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−ｚは式（１）の項ｆ₂（ｂｏｌｄ−ｘ）に対応する。行列ｂｏｌｄ−Ｃが行列ｂｏｌｄ−Ｇ^-1に対応する場合，項ｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）はｆ₁（ｂｏｌｄ−ｘ）＝ｂｏｌｄ−ｘ^Hｂｏｌｄ−ｘとなり，この場合，積ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ^Hｂｏｌｄ−Ｃｂｏｌｄ−Ｇは単位行列ｂｏｌｄ−Ｉとなるので，乗算ｂｏｌｄ−Ｇ^Hｂｏｌｄ−Ｃ^Hｂｏｌｄ−Ｃｂｏｌｄ−Ｇの部分は全く実行する必要がない。ベクトルｂｏｌｄ−ｚのｉ番目の要素は次のように表すことができる。

ここでｂｏｌｄ−ｇ_iは行列ｂｏｌｄ−Ｇのｉ番目の行ベクトルであり，ｊは等式ｊ²＝−１を満たす虚数単位である。何回かの反復後，最適信号ベクトルｈａｔ−ｂｏｌｄ−ｘ_nが見つかり，ベクトルｈａｔ−ｂｏｌｄ−ｘ_nは少なくとも近似的に費用関数Ｊ（ｂｏｌｄ−ｘ）を最小化する。

行列ｂｏｌｄ−Ｇは（ほかの行列と同様に），有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ（図４のフィルタ４０２）として実現することができ，それはフィルタを適応的にするためプログラム可能であってもよい。図６にＦＩＲフィルタのブロック図を示す。ＦＩＲフィルタは，遅延要素６００と，重み付けユニット６０２と，加算器６０４と，を備える。各遅延要素６００は入力信号ｘを遅延させ，遅延させた信号要素ｘ_iは重み付けユニット６０２の所望の重み係数ｇ_iによって重み付けがされる。重み付けされた信号要素は加算器６０４において合計される。重みは，実数であってもよいし，複素数であってもよい。

反復最小化は，次の方法で進むと考えることができる。図５の状況を考えることにする。シンボル５０４に関連する送信信号のオーバシュート（矢印５２６）は，制限信号のないはっきりしたものであるとしよう。したがって反復アルゴリズムは，オーバシュートを完全に見えなくするベクトルｂｏｌｄ−ｘを選ぶ。最適化信号ベクトルの第１推定値ｈａｔ−ｂｏｌｄ−ｘ₁の絶対値及び第１重み付き項αｆ₁（ｈａｔ‐ｂｏｌｄ−ｘ₁）は，この場合大きいと考えてもよい。しかし第２項（１−α）ｆ₂（ｈａｔ−ｂｏｌｄ−ｘ₁）は，制限信号がオーバシュートを打ち消すのでゼロになる。次の反復ステップにおいて，費用関数の値を減少させるため，次の推定最適化信号の値は最小化によって減少させられる。これによって小さなオーバシュートが見える状態になる。このようにして項αｆ₁（ｈａｔ‐ｂｏｌｄ−ｘ₂）及び（１−α）ｆ₂（ｈａｔ−ｂｏｌｄ−ｘ₂）双方は，小さな値を持つ。最後に何回かの反復の後，推定した最適化信号の値はオーバシュートがほんの小さなものか，又は全くない状態に近づき，｜ｂｏｌｄ−ｙ − ｂｏｌｄ−Ｇｈａｔ−ｂｏｌｄ−ｘ_n｜の値はしきい値Ａに近いものとなる。

費用関数が最小化され，適切な最適化信号ｘが見つかった後，無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件（図４のフィルタ４０２）によって最適化信号をろ波することによって制限信号ｓが生成される。次に制限信号は制限信号ｓを反転させて加算器４０４内の送信信号に加えることによって，送信信号ｙから減算させる。スペクトラム要求条件は，許容帯域幅及び阻止帯域減衰量，又は信号周波数幅を定義する。

図７に，送信信号の副信号への分割を示す。長い送信信号ｂｏｌｄ−ｙの多くのサンプルを処理することを避けるために，処理ウィンドウ内の送信信号７００は，それぞれ所定のシーケンス長（所定のサンプル数）を有する少なくとも２つの副信号７０２〜７１２に分割することができる。ウィンドウは，送信信号ｂｏｌｄ−ｙの所定のサンプルシーケンス長を決定する。費用関数は，各副信号７０２〜７１２に関連する最適化信号に関して次々と最小化することができる。この最小化で得られる最適化信号は，最適化ベクトルｂｏｌｄ−ｘと，フィルタ値ベクトルｂｏｌｄ−ｇと，を畳み込み演算することによって，スペクトル放射マスクによってろ波される。次に形式ｂｏｌｄ−ｓ＝ｂｏｌｄ−Ｇｂｏｌｄ−ｘの制限信号が，少なくとも最適化信号が関連する副信号から減算される。

畳み込みによって，制限信号のサンプルシーケンスは関連する副信号のシーケンスより長くなる。このようにして１つの副信号に対して生成される制限信号は，原理的には多くの副信号から減算してもよい。制限信号及びそのシーケンス長を線７１８のセグメントで示す。またこの長さは，畳み込み行列ｂｏｌｄ−Ｇにも対応する。この例では，制限信号は第１副信号７０２から第２副信号７０４の中央まで広がっている。このようにして，第１最小化を用い，第１最適化信号を生成する第１制限信号ｂｏｌｄ−ｓ₁の減算は，第１副信号ｂｏｌｄ−ｙ₁７０２及び制限信号ｂｏｌｄ−ｓが非零効果を有する第２副信号ｂｏｌｄ−ｙ₂７０４の最初の半分に対して行われる。

第１の減算の後，図７の行Ｂに示すように，新規副信号７１４のシーケンスがウィンドウの最後に加えられ，第１副信号７０２はウィンドウから除去される。ここで第２副信号７０４に関連する最小化が行われる。第２副信号は，第１制限信号が未だ減算されていないものであってもよいし，第１制限信号が既に減算されているものであってもよい。最小化と，最適化信号の生成と，減算と，は第１副信号の場合と類似の方法で行われる。その後，次の副信号７１６のシーケンスが，処理中の送信信号の最後に加えられる。この処理は，送信信号が送信される限りこの方法で続けられる。

最適化信号ｂｏｌｄ−ｘの前回の反復における値を，現在の副信号の制限手続における初期値として用いてもよい。

図８に，無線システムにおける送信信号を制限する方法のフローチャートを示す。送信信号は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に送信機内で制限される。制限は次の各ステップによって行うことができる。ステップ８００において最適化信号に関して費用関数の最小化が実行され，その費用関数は最適化信号の関数として重み付けされた各項を有し，各項は実効変調ひずみ及び所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する。ステップ８０２において，制限信号は無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による最小化の結果として生成される最適化信号をろ波することによって生成される。ステップ８０４において，制限信号が送信信号から減算される。

本発明は，例えばアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）又は個別論理コンポーネントのような，所要の演算を提供する特定の装置を用いて実現することができる。また本発明は，例えばマイクロプロセッサを備える基地局においてソフトウェア形式で上述の方法の演算を実行するソフトウェアによって実現することもできる。

ソフトウェアによる解決策の場合，送信機内の計算機プログラム製品は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に送信機内で送信信号を制限する計算機処理を実行するように計算機プログラム命令を符号化してもよい。

計算機プログラムは，計算機可読の配布媒体によって配布してもよい。計算機プログラム命令は，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に送信機内で送信信号を制限する計算機処理を実行するように符号化してもよい。

計算機プログラムの配布媒体は，計算機可読媒体と，プログラム記憶媒体と，記録媒体と，計算機可読メモリと，計算機可読ソフトウェア配布パッケージと，計算機可読信号と，計算機可読通信信号と，計算機可読圧縮ソフトウェアパッケージと，を含んでもよい。

本発明を，添付の図面による例を参照して上述のとおり説明したが，本発明はそれらに限定されず，本願請求項の範囲内でいくつかの方法で修正可能であることは明らかである。

無線システムを示す図である。 送信機を示す図である。 高ピークを有する送信信号を示す図である。 制限した送信信号を示す図である。 制限器を示す図である。 信号配置を示す図である。 ＦＩＲフィルタを示す図である。 送信信号の副信号への分割を示す図である。 本方法のフローチャートである。

Claims (25)

1. 無線システムにおける送信信号を制限する方法であって，所定のしきい値を超える前記送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に送信機内の前記送信信号を制限するステップを有し，
   前記送信機において，最適化信号に関して費用関数を最小化するためにこう配降下法を用いた反復アルゴリズムを実行するステップ（８００）であって，該費用関数は前記最適化信号の関数として２つの重み付けられた項を有し，第１の重み付けられた項は前記の制限された送信信号の実効変調ひずみに関連し，第２の重み付けられた項は前記制限された送信信号の前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連するステップと，
   前記送信機において，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による前記最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するステップ（８０２）と，
   前記送信機において，前記送信信号から前記制限信号を減算するステップ（８０４）と，
   によって特徴付けられる方法。
2. 前記送信機において，実効変調ひずみに関連する項を，前記最適化信号の実効強度として生成するステップ（８０２）によって特徴付けられる請求項１に記載の方法。
3. 前記送信機において，実効変調ひずみに関連する項を，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件によってろ波された前記最適化信号の実効強度として生成するステップ（８０２）によって特徴付けられる請求項１に記載の方法。
4. 前記送信機において，実効変調ひずみに関連する項を，ルート二乗余弦フィルタによってろ波した前記最適化信号の実効強度として生成するステップ（８０２）によって特徴付けられる請求項１に記載の方法。
5. 前記送信機において，実効変調ひずみに関連する項を，拡散符号によって乗算し，ルート二乗余弦フィルタによってろ波した前記最適化信号の実効強度として生成するステップ（８０２）によって特徴付けられる請求項１に記載の方法。
6. 前記送信機において，前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する項を，前記送信信号と前記制限信号との差を，前記送信信号から前記制限信号を減算することによって生成することによって生成するステップ（８０２）と，
   前記送信機において，前記送信信号と前記制限信号との差が前記所定のしきい値より大きいとき，前記送信信号と前記制限信号との差の実効値を生成するステップと，
   によって特徴付けられる請求項１に記載の方法。
7. 前記送信機において，所定シーケンス長を有するウィンドウ内の前記送信信号を処理するステップであって，
   前記送信機において，前記ウィンドウ内の前記送信信号を，各所定シーケンス長を有する少なくとも２つの副信号（７０２〜７１６）に分割するステップと，
   前記送信機において，所定長を有する制限信号を生成するために，副信号（７０２〜７１６）に関連する最適化信号に関して費用関数の最小化を実行するステップ（８０２）と，
   前記送信機において，前記制限信号から，少なくとも前記最適化信号が関連する副信号（７０２〜７１６）を減算するステップと，
   を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記送信機において，前記ウィンドウから前記制限信号を減算した副信号（６０２，６０４）を除去するステップと，前記ウィンドウ内に新規副信号（７１４，７１６）を追加するステップと，次の副信号に対して前記の制限手続を実行するステップと，によって特徴付けられる請求項７に記載の方法。
9. 前記送信機において，前記ウィンドウ内の各副信号（７０２〜７１６）に対して，最初の副信号から始めて次々順番に制限手続を実行するステップによって特徴付けられる請求項７に記載の方法。
10. 前記送信機において，前記最適化信号（７１８）が非零効果を有するすべての副信号から前記制限信号を減算するステップによって特徴付けられる請求項１に記載の方法。
11. 無線システム内の送信機であって，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に前記送信信号を制限するように構成され，
    最適化信号に関して費用関数を最小化するためにこう配降下法を用いた反復アルゴリズムを実行する最小化器（４００）であって，前記費用関数は前記最適化信号の関数として２つの重み付けられた項を有し，第１の重み付けられた項は前記の制限された送信信号の実効変調ひずみに関連し，第２の重み付けられた項は前記制限された送信信号の前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する最小化器と，
    前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するフィルタ（４０２）と，
    前記送信信号から前記制限信号を減算する加算器（４０４）と，
    を備える制限器を備えることを特徴とする送信機。
12. 前記最適化信号の実効強度として実効変調ひずみに関連する項を生成するように前記最小化器（４００）を構成することを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
13. 前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件によってろ波した最適化信号の実効強度として実効変調ひずみに関連する項を生成するように前記最小化器（４００）を構成することを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
14. ルート二乗余弦フィルタによってろ波した最適化信号の実効強度として実効変調ひずみに関連する項を生成するように前記最小化器（４００）を構成することを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
15. 拡散符号によって乗算し，ルート二乗余弦フィルタによってろ波した最適化信号の実効強度として実効変調ひずみに関連する項を生成するように前記最小化器（４００）を構成することを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
16. 前記送信信号と前記制限信号との差を，前記送信信号から前記制限信号を減算することによって生成することによって，前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する項を生成するように前記最小化器（４００）を構成し，かつ
    前記送信信号と前記制限信号との差が前記所定のしきい値より大きいときは，前記送信信号と前記制限信号との差の実効値を生成するように前記最小化器（４００）を構成する，
    ことを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
17. 前記制限器（２１２）は，所定長ウィンドウ内の送信信号を処理し，前記ウィンドウ内の送信信号を各所定長の少なくとも２つの副信号（７０２〜７１６）に分割するように構成し，
    前記制限器内の最小化器（４００）は，所定長の制限信号を生成するために，副信号に関連する最適化信号に関して費用関数の最小化を実行するように構成し，かつ
    前記制限器内の加算器（４０４）は，少なくとも前記最適化信号が関連する副信号から前記制限信号を減算するように構成する，
    ことを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
18. 前記制限器（２１２）は，副信号（７０２〜７１６）が制限された後，前記ウィンドウ内に新規副信号（７１４〜７１６）を追加するように構成することを特徴とする請求項１７に記載の送信機。
19. 前記制限器（２１２）は，前記ウィンドウ内の各副信号に対して，最初の副信号から始めて次々順番に制限手続を実行するように構成することを特徴とする請求項１７に記載の送信機。
20. 前記制限器（２１２）の加算器（４０４）は，前記最適化信号（７１８）が非零効果を有するすべての副信号から前記制限信号を減算するように構成することを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
21. 無線システム内の基地局であって，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に前記送信信号を制限するように構成され，
    最適化信号に関して費用関数を最小化するためにこう配降下法を用いた反復アルゴリズムを実行する最小化器（４００）であって，前記費用関数は前記最適化信号の関数として２つの重み付けされた項を有し，第１の重み付けられた項は前記の制限された送信信号の実効変調ひずみに関連し，第２の重み付けられた項は前記制限された送信信号の前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する最小化器と，
    前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するフィルタ（４０２）と，
    前記送信信号から前記制限信号を減算する加算器（４０４）と，
    を備えることを特徴とする基地局。
22. 無線システム内の送信機であって，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に送信信号を制限するように構成され，
    前記送信機において，最適化信号に関して費用関数を最小化するためにこう配降下法を用いた反復アルゴリズムを実行する手段（４００）であって，前記費用関数は前記最適化信号の関数として２つの重み付けされた項を有し，第１の重み付けられた項は前記の制限された送信信号の実効変調ひずみに関連し，第２の重み付けられた項は前記制限された送信信号の前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連する手段と，
    前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成する手段（４０２）と，
    前記送信信号から前記制限信号を減算する手段（４０４）と，
    を備えることを特徴とする送信機。
23. 所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に無線システムの送信機内の送信信号を制限する計算機処理を計算機に実行させる計算機プログラムであって，前記計算機処理は，
    前記送信機において，最適化信号に関して費用関数を最小化するためにこう配降下法を用いた反復アルゴリズムを実行するステップ（８００）であって，該費用関数は前記最適化信号の関数として２つの重み付けられた項を有し，第１の重み付けられた項は前記の制限された送信信号の実効変調ひずみに関連し，第２の重み付けられた項は前記制限された送信信号の前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連するステップと，
    前記送信機において，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による前記最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するステップ（８０２）と，
    前記送信機において，前記送信信号から前記制限信号を減算するステップ（８０４）と，
    を有することを特徴とする計算機プログラム。
24. 計算機可読であり，所定のしきい値を超える送信信号の少なくとも１つのピーク強度を減少させるために，送信前に無線システムの送信機内の送信信号を制限する計算機処理を実行するように計算機プログラム命令を有する計算機プログラム配布媒体であって，前記計算機処理は，
    前記送信機において，最適化信号に関して費用関数を最小化するためにこう配降下法を用いた反復アルゴリズムを実行するステップ（８００）であって，該費用関数は前記最適化信号の関数として２つの重み付けられた項を有し，第１の重み付けられた項は前記の制限された送信信号の実効変調ひずみに関連し，第２の重み付けられた項は前記制限された送信信号の前記所定のしきい値を超える実効オーバシュートに関連するステップと，
    前記送信機において，前記無線システムのスペクトラム放射マスク要求条件による前記最小化の結果として生成される前記最適化信号をろ波することによって制限信号を生成するステップ（８０２）と，
    前記送信機において，前記送信信号から前記制限信号を減算するステップ（８０４）と，
    を有することを特徴とする計算機プログラム配布媒体。
25. 前記配布媒体は，計算機可読媒体と，プログラム記憶媒体と，記録媒体と，計算機可読メモリと，計算機可読ソフトウェア配布パッケージと，計算機可読信号と，計算機可読通信信号と，計算機可読圧縮ソフトウェアパッケージと，を含むことを特徴とする請求項２４に記載の計算機プログラム配布媒体。

Images