JP4750652B2

JP4750652B2 - マルチキャリア方式で信号を伝送するための装置及び方法

Info

Publication number: JP4750652B2
Application number: JP2006234388A
Authority: JP
Inventors: 啓正藤井; 淳一郎萩原; 仁吉野; 繁冨里; 正治秦
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP2008060847A

Description

本発明は一般に移動通信の技術分野に関連し、特にマルチキャリア方式で信号を伝送するための装置及び方法に関連する。

マルチキャリア伝送方式は、マルチパス伝搬路の周波数選択性フェージングに強い耐性を示す等の観点から有利な伝送方式である。特にサブキャリアを互いに直交に並べる直交周波数多重分割(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式は周波数利用効率が高く、通信の高速大容量化に有利である。

図１６は従来のＯＦＤＭ方式の送信機を示す。送信データはシリアルパラレル変換器（Ｓ／Ｐ）によりマルチキャリア用のパラレル信号に変換され、使用されるデータ変調方式で決定される信号点にマッピングされる。適切にマッピングされたデータ信号は高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）され、ＯＦＤＭ方式による変調が行われ、それにガードインターバル（GI: Guard Interval）が付されることで、送信シンボルが生成される。ガードインターバルは一般的にはサイクリックプレフィックス(CP: Cyclic Prefix)方式で形成され、IFFT後のシンボル（有効シンボル）の末尾部分を複製し、その複製をシンボルの先頭に付加することで送信シンボルが生成される。マルチパス伝搬路に起因する遅延波がガードインターバルの範疇に収まるならば、シンボル間干渉はかなり抑圧される。

送信シンボルはオーバーサンプリング部でオーバーサンプリングされ、帯域外歪を抑制する帯域制限に備える。オーバーサンプリングは、送信シンボルの伝送帯域以上（例えば、その４倍）にわたって行われる。

オーバーサンプリング後の送信シンボルはピーク低減部１〜Ｎに入力され、送信シンボルのピーク成分が低減され、その後に電力増幅器（ＰＡ）を経て信号が無線送信される。

送信シンボルはＯＦＤＭ方式で伝送される信号（ＯＦＤＭ信号）を構成し、複数の周波数成分（サブキャリア成分）を有する。従って各サブキャリアの信号位相に応じて、平均電力及びピーク電力の比率は様々に変化する。例えば、全てのサブキャリア成分が同相で加算されると、平均電力のＮｃ倍（Ｎｃはサブキャリア総数）にも及ぶ大きなピーク電力（ピーク成分）が発生し、大きな送信電力が必要になってしまう。これは移動通信では有利なことではない。このため、図示されるようにピーク低減部が用意される。このようなピーク電力を低減する具体的手法としては、クリッピング(clipping)がしばしば行われる。

図１７に示されるように、クリッピングは、ある閾値（クリップレベル）を超える振幅成分を送信シンボルから除去することで、ピーク電力の小さなＯＦＤＭ信号を用意する。クリッピングはピーク成分を簡易に小さくできるが、その結果、信号波形が変わり、歪成分が帯域内外に発生してしまう。このため、クリッピング後の送信シンボルを帯域制限することが好ましい。

図１８はクリッピング後に帯域制限を行う様子を示し、図１６での１つのピーク低減部に相当する。帯域制限を行うことで少なくとも帯域外歪を抑制することができる。しかしながら帯域制限によって信号波形が更に変わり、その結果、許容できないピーク成分が再び発生してしまうおそれがある。このような事情に鑑み、図１６に示される例では、クリッピング及び帯域制限によるピーク低減処理が、Ｎ回反復される。この反復により、ピーク成分を抑制しつつ、帯域外に生じる歪成分をも抑制する（帯域内に取り込む）ことができる。この種の技術については例えば非特許文献１に記載されている。
J.Armstrong, "Peak-to-average power reduction for OFDM by repeatedclipping and frequency domain filtering", Electron. Lett., vol.38, no.5,pp.246-247, Feb.2002

しかしながら従来の手法では、オーバーサンプリング後にピーク低減処理（クリッピング及び帯域制限）が行われるので、帯域外歪が広帯域に分散する。この広い帯域に広がった帯域外歪を適切に抑制するためのピーク低減処理での演算負担は大きくなり、ピーク低減処理の反復回数も多く用意しなければならない。

本発明の課題は、マルチキャリア方式で伝送される信号のピーク成分及び帯域外歪成分を少ない計算量で低減することである。

本発明では、マルチキャリア方式で信号を伝送する伝送装置が使用される。伝送装置は、前記信号を構成する各シンボルのピーク電力を低減するピーク低減手段と、ピーク電力の低減されたシンボルを、指示されたオーバーサンプル数に従って、前記信号の伝送帯域幅以上の帯域にわたってオーバーサンプリングするオーバーサンプリング手段と、オーバーサンプリング後のシンボルを帯域制限する帯域制限手段と、前記オーバーサンプリング手段に指示する前記オーバーサンプル数を決定する制御手段とを有する。ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理が繰り返される。

本発明によれば、マルチキャリア方式で伝送される信号のピーク成分及び帯域外歪成分を少ない計算量で低減することができる。

本発明の一形態による伝送装置は、ＯＦＤＭ方式のようなマルチキャリア方式で信号を伝送する。伝送装置は、ピーク電力の低減されたシンボルを、指示されたオーバーサンプル数に従って、信号伝送帯域幅以上の帯域にわたってオーバーサンプリングを行う。ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての一連の処理は繰り返される。従来のようにピーク低減前のシンボルに一度にオーバーサンプリングを行うのに比較して、演算負担の軽減を図ることができる。

ピーク低減の手法は、或るレベル以上の信号成分をクリッピングすることで行われてもよい。クリッピング及びその後の帯域制限を反復的に行うことで、ピーク低減及び帯域外輻射を確実に抑制することができる。

クリップレベル及びオーバーサンプル数は、ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理が所定回数繰り返されると再設定されてもよい。反復される段階各々に合わせてクリップレベル等を設定することは、歪電力及び反復回数を少なくする観点から好ましい。

本発明の一形態によれば、ピーク電力の低減に起因する歪電力が推定され、推定結果に基づいてクリップレベル及びオーバーサンプル数が設定されてもよい。更に、ピーク電力の低減に起因する歪電力と、電力増幅器による非線形歪電力とを含む歪が推定され、推定結果に基づいて、ピーク低減量（クリップレベル）、オーバーサンプル数、送信電力及び繰り返し回数が設定されてもよい。

ピーク低減処理（ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理）の或る繰り返し回数の段階で導出された推定結果に応じて、各段階でのクリップレベルが再設定されてもよい。反復的なピーク低減処理の各回で、推定結果の導出及びクリップレベルの再設定が行われてもよい。前者は演算負担軽減の観点から好ましく、後者は各段階で変動する振幅分布の影響にも配慮してピーク低減を行う観点から好ましい。

以下に説明される本発明の実施例によれば、オーバーサンプル数（倍率）をオーバーサンプリング制御部により制御することで、ピーク低減処理における計算量を抑制しつつ的確なピーク低減を行うことができる。クリッピングでピーク低減が行われる場合に、オーバーサンプリングを一度に行うのでなく、複数回に分けて段階的に行うことで、クリッピングによる帯域外輻射を小さくしつつピーク低減を行うことができる。一例として、オーバーサンプリング後の帯域制限の行われる帯域が徐々に広がるように、各反復段階でのオーバーサンプリング数が設定されてよい。帯域外輻射を少なく抑制できることは、他システム（隣接帯域）への干渉を防ぐために設定されるガードバンドを減らしてもよいことを意味する。これは周波数リソースの有効利用を図る観点から好ましい。また、オーバーサンプリングが段階的に行われることで、一度にオーバーサンプリングを行う場合よりもピーク低減に関する演算負担を減らすことができる。
説明の便宜上、本発明が幾つかの実施例に分けて説明されるが、各実施例の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例が必要に応じて使用されてよい。

図１は本発明の第１実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す。図１には直並列手段（Ｓ／Ｐ）と、マッピング部と、高速逆フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）と、ガードインターバル（ＧＩ）付加部と、調整部１〜Ｎと、オーバーサンプリング制御手段と、電力増幅器（ＰＡ）とが示されている。

直並列手段（Ｓ／Ｐ）は、送信データをマルチキャリア用のパラレル信号に変換する。

マッピング部は、パラレル信号を使用されるデータ変調方式で決定される信号点に対応付ける（マッピングする）。

高速逆フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）は、適切にマッピングされたデータ信号を高速逆フーリエ変換し、ＯＦＤＭ方式による変調を行う。

ガードインターバル（ＧＩ）付加部は、ＯＦＤＭ方式の変調後の信号にガードインターバルを付加し、送信シンボルを生成する。

オーバーサンプリング制御手段は、各調整部で使用するオーバーサンプル数（又はオーバーサンプル倍率と呼んでもよい）を管理する。オーバーサンプル数は予め記憶されていてもよい。

調整部１〜Ｎは後述されるように送信シンボルのピーク成分及び帯域外歪を低減する。

電力増幅器（ＰＡ）は送信シンボルを無線送信するために信号電力を増幅する。

図２に示されるように、調整部１〜Ｎの各々は、従来のピーク低減手段（図１６）とは異なり、クリッピング部、オーバーサンプリング部及び帯域制限部を含む。

クリッピング部は、図１７に示されるように、ある閾値（クリップレベル）を超える振幅成分を送信シンボルから除去することで、ピーク電力の小さなＯＦＤＭ信号を用意する。本実施例では、ピーク成分を低減するのにクリッピングが行われるが、クリッピング以外のピーク低減法が使用されてもよい。

オーバーサンプリング部は、指示されたオーバーサンプル数に従って、オーバーサンプリングを行う。これにより、信号サンプル点の間の信号成分が得られる。

帯域制限部はオーバーサンプリング後の送信シンボルに対して帯域制限を行う。

図１及び図２に示されるように、調整部１〜Ｎは直列に描かれ、クリッピング、オーバーサンプリング及び帯域制限の一連の処理がＮ回反復して行われる。但し調整部１〜Ｎの各々を構成するこれらの要素がハードウエアとして、ソフトウエアとして、又はそれらの組み合わせとしてＮ個用意されることは必須ではなく、１つの調整部がＮ回反復的に使用されてもよい。或る調整部ｉに続く調整部ｉ＋１では（ｉ＝１〜Ｎ−１）、調整部ｉの帯域制限に起因して再び生じたピーク成分が（クリッピングにより）除去され、オーバーサンプリング後に帯域制限される。これにより調整部ｉ＋１の出力のピーク成分及び帯域外歪は、調整部ｉの出力のものより低くなることが期待できる。この場合において、本実施例では、従来例とは異なり、オーバーサンプル数が調整部毎に異なる。

例えば、Ｎ＝２であり、調整部１及び調整部２のオーバーサンプル数が共に２であったとする。

図３に示されるように、この場合、調整部１では２倍のオーバーサンプリングが行われ、調整部２では更に２倍のオーバーサンプリングが行われ、最終的に調整部２から、４Ｂｗの帯域に渡って４倍のオーバーサンプリングがなされた信号が出力される。ＢｗはＯＦＤＭ信号の伝送帯域である。調整部１では２Ｂｗの帯域にわたってオーバーサンプリングが行われるので、帯域外歪成分も２Ｂｗの帯域に渡って広がり、その後帯域制限で歪成分が抑圧される。図１６の従来例で図１と同程度にピーク成分及び帯域外歪成分の抑圧された送信信号を得るには、オーバーサンプリング部で一度に４倍のオーバーサンプリングを行う必要がある。従ってどのピーク低減部も４Ｂｗの帯域に渡って帯域制限を行うこととなり、演算負担が大きく、しかも収束性が悪化することに起因してピーク低減部の個数（反復回数）も２より多く必要とするかもしれない。図３に示されるように、本実施例では調整部１は２Ｂｗの帯域でしか帯域制限を行わなくてよいので、調整部１の演算負担が少なくて済む。

また、Ｎ＝３とした場合であって、４倍のオーバーサンプリングが必要とされる場合も、従来例では全てのピーク低減部で４Ｂｗの帯域に渡る帯域制限が実行される。

図４に示されるように、本実施例では、調整部１、調整部２及び調整部３でのオーバーサンプリング数はそれぞれ１倍，２倍及び２倍に設定されてもよい。調整部１ではオーバーサンプル数が１倍なので、オーバーサンプリング及び帯域制限はなされない。調整部１及び調整部２でのクリッピング及び帯域制限のサンプル数（データ数又はポイント数）は、従来例より少なくて済む。Ｂｗの帯域にＭ個のサンプルが含まれるとすると、調整部１ではＭ個、調整部２では２Ｍ個のサンプルしか処理しなくてよい。従来例ではピーク低減部１，２でそれぞれ４Ｍ個も処理しなければならない。このため、信号処理量（乗算回数）は、調整部１でピーク低減部１の場合よりも１／４に、調整部２でピーク低減部２の場合よりも１／２に少なくなり、全体的な信号処理量を減らすことができる。

このように各調整部で使用するオーバーサンプリング数を個々に設定し、帯域制限を行う帯域を徐々に広げることで、送信シンボルのピーク成分及び帯域外歪成分を効果的に抑制することができる。

図５は調整部の変形例を示す。上記の例では調整部の処理は時間軸上で行われたが、図示の変形例ではそれが周波数軸上で行われる。先ずクリッピング部でクリッピングされたＯＦＤＭ信号は、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）で高速フーリエ変換され、周波数領域の信号に変換される。オーバーサンプリング部では、ＦＦＴの出力のポイント数がオーバーサンプル数に応じて増やされ、オーバーサンプリングされる。一例として、増やされたポイントについての値は０に設定されてよい。例えばＦＦＴの出力ポイント数がＭであったとすると、０の値を有するポイントをＭ個付加し、総ポイント数を２Ｍ個にすることで、２倍のオーバーサンプリングを行うことができる。また、付加的なポイントについての帯域外歪成分を０に設定することで、帯域制限を行うことができる。この場合、矩形状のフィルタにより帯域制限を行うことと等価になる。このような処理がなされた後に、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）により高速逆フーリエ変換が行われ、処理されたＯＦＤＭ信号が出力される。これにより、オーバーサンプリング及び帯域制限の行われた時間軸上のＯＦＤＭ信号が生成される。

オーバーサンプル数の値は上記の値に限定されず、適切な如何なる値が使用されてもよいし、調整部毎にオーバーサンプル数が異なってもよい。例えば、最終的なオーバーサンプル数が４倍であり、繰り返し数が５（Ｎ＝５）であったとする。この場合、１段目（調整部１）でのオーバーサンプル数を２倍とし、２，３，４段目（調整部２〜４）でのオーバーサンプル数を１倍とし、５段目（調整部５）でのオーバーサンプル数を２倍としてよい。従来例では４倍にオーバーサンプリングされた信号を５回反復せざるをえないが、上記のようにすることで、演算負担をかなり減らすことができる。１〜４段目で１／２に減らせる。

各調整部でのクリップレベルは、１以上の調整部で同じでもよいし、調整部毎に異なってもよい。少ない反復回数で所要のピーク電力特性を速やかに得る観点からは、例えば、初回の（調整部１での）クリップレベルを所要ピーク電力値より小さく設定し（より大幅にクリップされるようにし）、２回目以降のクリップレベルを所要ピーク電力値に合わせることが好ましい。或いは、受信特性を良好にする観点からは、初回のクリップレベルを所要ピーク電力値より大きく設定し（あまりクリップされないようにし）、２回目以降のクリップレベルを所要ピーク値に合わせることが好ましい。この場合、所望の信号特性を得るまでの繰り返し回数が増えてしまうかもしれないが、信号対域内のクリッピングによる歪が小さくなり、その結果受信側での品質向上に寄与することができる。

クリッピング時に発生する歪電力を整形し、各サブキャリアに対する受信品質の低下を軽減する技術として、ACE(Active Constellation Extension)があり、本発明にも適用可能である。この技術は、クリッピング時に発生する各サブキャリアの歪電力を、各サブキャリアの変調信号が誤らない方向に修正することで、受信時のビット誤り率を改善しようとする。ACEを行うには、クリッピング後のＯＦＤＭ信号を周波数領域の信号に変換する必要がある。この場合に、本発明によりオーバーサンプル数を調整することで、周波数領域でのサンプル数を減らすことができるので、本発明にACEを適用する際にも演算負担の軽減を期待できる。

図６は本発明の第２実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す。図７は図６に示される調整部の詳細を示す。本実施例では図１及び図２に示される要素に加えて、歪電力推定部が設けられる。図示の簡明化のため、図７では２つの調整部１，２しか描かれていないが、図１及び図２と同様に一般的にはＮ個の調整部１〜Ｎが用意されてよい。

歪電力推定部は、ピーク低減処理前のＯＦＤＭ信号（送信シンボル）が、どの程度のピーク電力又はピーク成分を有するかを推定し、歪電力を示す推定結果をオーバーサンプリング部に報告する。

図８は歪電力を推定する一例を示す。図示の例では所定のクリップレベルを超える信号成分が歪電力として算出される。

図７のオーバーサンプリング制御部は、報告された歪電力に基づいて、各調整部１，２で使用されるオーバーサンプリング数を決定する。上述したようにオーバーサンプリング数は、２以上の調整部で同一に設定されてもよいし、調整部毎に異なってもよい。

図９は図６の調整部の変形例を示す。この変形例では、図７のオーバーサンプリング制御部に加えて、クリップレベル設定部が用意されているが、図示の簡明化のため図９ではオーバーサンプリング制御部は描かれていない。

クリップレベル設定部にも、歪電力算出部からの歪電力が報告される。クリップレベル設定部は、歪電力に基づいて、各調整部１，２で使用されるクリップレベルを設定する。

上述したように、少ない反復回数で所要のピーク電力特性を速やかに得る観点からは、例えば、初回の（調整部１での）クリップレベルを所要ピーク電力値より小さく設定し（より大幅にクリップされるようにし）、２回目以降のクリップレベルを所要ピーク電力値に合わせることが好ましい。或いは、受信特性を良好にする観点からは、初回のクリップレベルを所要ピーク電力値より大きく設定し（あまりクリップされないようにし）、２回目以降のクリップレベルを所要ピーク値に合わせることが好ましい。本実施例では、クリップレベルをどのように設定されるべきかが歪電力に基づいて決定され、より適切なクリップレベルが各調整部１，２で設定される。

オーバーサンプリング数及びクリップレベルだけでなく、繰り返し数（Ｎ）をいくつにするかも歪電力に基づいて決定されてよい。

図１０は本発明の第３実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す。概してこの送信機は図６に示される送信機と同様であるが、歪電力推定部が、ＯＦＤＭ信号のピーク成分による歪だけでなく、電力増幅器ＰＡの非線形歪をも考慮して歪電力を推定する点が特に異なる。このため、図示されているように歪電力推定部に電力増幅器ＰＡの入出力特性が与えられている。

図１１は電力増幅器の入出力特性の一例を示す。図示されているように、非線形歪は、線形な理想的な入出力特性による出力電力と非線形な実際の入出力特性による出力電力との差分として導出される。電力増幅器ＰＡにはピーク低減後のＯＦＤＭ信号が入力されるので、入出力特性図の入力電力の最大値は、クリップレベル以下に抑制され、図中「クリップレベル設定範囲」の間に含まれる。歪電力推定部は、ＯＦＤＭ信号のピーク成分による歪電力と、電力増幅器の非線形性に起因する非線形歪電力とを加算し、その加算値を歪電力として後段の要素（オーバーサンプリング制御部及び／又はクリップレベル設定部等）に報告する。

例えば図９に示されるようなクリップレベル設定部は、ピーク成分による歪電力及び非線形歪電力を加味した歪電力に基づいて、各調整部でのクリップレベルを設定する。この場合において、クリップレベルを低く設定すると（より多くの信号成分がクリップされるようにすると）、非線形歪電力は小さく抑制できるが、クリッピングに起因する帯域外不要輻射電力が増えてしまう。逆に、クリップレベルを高く設定すると（信号成分がクリップされにくくすると）、クリッピングに起因する帯域外不要輻射電力は小さく抑制できるが、電力増幅器による非線形歪電力が増えてしまう。ピーク成分による歪電力及び非線形歪電力を加味した歪電力がどのような値になるかは、ＯＦＤＭ信号の振幅分布及び電力増幅器の非線形性に依存して変動する。従ってそのような歪電力を抑制する観点からは、ＯＦＤＭ信号を構成する送信シンボル毎にクリップレベルを適応的に設定することが好ましい。

また、歪電力に応じて送信シンボル毎にクリップレベルを設定することで、各送信シンボルのピーク量に応じたピーク低減が実現でき、必要以上にクリップレベルを上下させてしまうおそれが減り、受信品質の向上も期待できる。一般に、無線通信システムで使用される周波数については、帯域外に不要な輻射が出ないように、システム毎に及び／又は周波数帯域毎に帯域外輻射量が規定されている。本実施例による最終的な帯域外輻射量（電力増幅後のＯＦＤＭ信号に含まれる帯域外輻射量）は、クリッピング後の帯域制限に起因する帯域外成分と、電力増幅器の非線形性に起因する帯域外成分とを含む。前者はクリッピングによる歪電力から推定でき、後者は非線形特性（クリップレベルを最大入力値とする入出力特性）から推定できる。従ってクリッピングにより発生する歪電力が判明すれば、最終的に生じてしまう帯域外輻射量も推定可能である。かくて、歪電力に応じて送信シンボル毎にクリップレベルを適切に設定することで、必要以上にクリップレベルを上下させてしまうおそれが減り、帯域外輻射を減らし、受信品質を向上させることが期待できる。

ピーク低減処理（クリッピング、オーバーサンプリング及び帯域制限）の反復回数が多いほど、帯域外の歪成分が対域内に取り込まれ、帯域外成分が低減する効果も大きくなることが予想される。また、反復回数が多いと、クリップレベルを高く設定できるので、クリッピングによる歪電力を抑制できる。しかしながら反復回数が増えると信号処理負担も増えるので、過剰に反復回数を多くすべきではない。このような観点からは、推定された歪電力に応じて、適切な反復回数を決定することが好ましい。具体的には、歪電力が所定値以下になるまで、ピーク低減処理（クリッピング、オーバーサンプリング及び帯域制限）を反復することで、帯域外輻射量を確実に規定値以下に抑制することが期待できる。従来例では、個々の信号の歪電力とは無関係に、経験的に統計的に設定された反復回数が使用されるので、本実施例と同程度に良好な受信品質を得ることは期待できない。

例えば、歪電力が大きかった場合、クリップレベルを大きく設定し（例えば、図１１の飽和入力電力に近い値に設定し）、オーバーサンプリング倍率を１にし、ピーク低減処理（クリッピング、オーバーサンプリング及び帯域制限）を反復し、充分にピーク成分を小さくした後で、オーバーサンプリング倍率を１より大きな値に設定し、ピーク低減処理を反復することが考えられる。逆に、歪電力が小さかった場合、オーバーサンプリング倍率を１より大きな値に設定し、クリップレベルを小さく設定し（例えば、図１１の飽和入力電力から或る低度マージンをとった値に設定し）、ピーク低減処理を反復することが考えられる。この場合、速やかに収束することが予想される。このように歪電力に応じてクリップレベル、オーバーサンプリング倍率及び反復回数を動的に調整することで、演算負担を小さく維持しつつ確実にピーク低減及び受信品質の向上を図ることができる。

ところで、電力増幅器の非線形歪を補償する技術として、プリディストーション(pre-distortion)法が知られており、本発明でも使用可能である。上述したように最終的な帯域外輻射量（電力増幅後のＯＦＤＭ信号に含まれる帯域外輻射量）は、クリッピング後の帯域制限に起因する帯域外成分と、電力増幅器の非線形性に起因する帯域外成分とを含む。プリディストーション法を用いると、後者をかなり抑制することができる。従って上記の実施例の手法にプリディストーション法を併用すると、歪電力推定部では、クリッピングに起因する歪電力だけで推定結果を導出してよい。プリディストーション法によれば理想的には入出力特性を飽和レベルまで完全に線形にすることができる。現実には何らかの誤差が生じるが、この誤差は一般に小さい。より高精度な歪電力の推定を行う観点からは、歪電力推定部でそのような小さな誤差さえも考慮して歪電力を推定することが望ましい。

なお、プリディストーション法で非線形歪を補償するには、電力増幅器の正確な入出力特性が必要である。入出力特性から導出された歪成分がそのまま補償信号（主信号に加えられる信号）に反映されるからである。しかしながら本実施例で必要とする入出力特性は、クリップレベルやオーバーサンプリング数を決定する際の基礎となる歪電力を導出できればよいので、プリディストーションの場合ほど高精度に表現されることは必須でない。従って本発明による上記の手法はプリディストーション法の場合よりも簡易に実現できる。

図１２は図１０に示される歪電力算出部及び調整部を示す図である。調整部自体は図９に示されるものと同様である。図示の例では、ピーク低減前のＯＦＤＭ信号に基づいて推定された歪電力から、調整部１，２各々で使用されるクリップレベルが導出される。

図１３は図１０に示される歪電力算出部及び調整部の変形例示す図である。図１２に示される例では、歪電力の推定は最初に１度しか行われないが、図１３に示される例では、調整部１，２の各々で歪電力の推定及びクリップレベルの設定が行われる。前者は演算負担を軽減する観点から有利である。しかしながら、調整部１に入力されたＯＦＤＭ信号とそこから出力されるＯＦＤＭ信号の振幅分布は厳密には同じでない。従って調整部１にとって歪電力が適切に推定されたとしても、それが調整部２にとって最適であるとは限らない。各反復段階での帯域制限に起因するＯＦＤＭ信号の振幅分布の変動にも対処する観点からは、図１３に示される例のように調整部１，２の各々で（各反復段階で）歪電力の推定及びクリップレベルの設定を行うことが望ましい。

本発明の第４実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す。上記の実施例で説明済みの要素に加えて、本実施例では送信電力制御部が用意されている。送信電力制御部は、歪電力推定部で推定された歪電力に基づいて送信電力を調整することで、帯域外輻射量を低減する。上述したように帯域外輻射量は、ピーク低減による歪電力から導出されてもよい。本実施例では、送信電力制御部は、通知された歪電力から帯域外輻射量を推定し、その帯域外輻射量が規定値を超えないように送信電力を調整する。

図１５は本実施例の手法により送信電力を調整する様子を示す。２つのＯＦＤＭシンボル１及びＯＦＤＭシンボル２の波形が図１５上側に示されるようになっていたとする。ＯＦＤＭシンボル１はＯＦＤＭシンボル２よりクリップレベルを超える割合が多い。従ってＯＦＤＭシンボル１はＯＦＤＭシンボル２より多くの帯域外輻射を招く。本実施例ではこのような実情を歪電力から推察し、送信電力制御部でＯＦＤＭシンボル１の送信電力が小さく設定される。図１５左下側に示されるように、左上の波形と相似形の小さな波形でＯＦＤＭシンボル１が表現される。

一方、このようにして送信電力を小さくするだけでは、平均的な送信電力が減少し、受信品質の劣化を招くおそれがある。図示の例は、ＯＦＤＭシンボル２の送信電力を増やすことでこの問題に対処する。図１５右下側に示されるように、右上の波形と相似形の大きな波形でＯＦＤＭシンボル２が表現される。即ち、推定される帯域外輻射量が規定値以下のシンボルについては、送信電力は増やれる。その結果、個々のシンボルについての送信電力は増減されるが、多数のシンボルに渡る平均的な送信電力は一定値以上に維持され、所要の受信品質を維持することが期待できる。更に、ＯＦＤＭシンボル１のように送信電力を小さく制限されたシンボルの品質を改善する観点からは、誤り訂正符号化や適応変調符号化（ＡＭＣ）等のような技術を併用することが望ましい。

ところで、QAMのように振幅値が変動するデータ変調方式が利用される場合、送信シンボル毎に送信電力が制御されると、基準となる振幅値がシンボル毎に変わる。従って振幅値の基準がどのように変化したかを示す情報が受信側に通知される必要がある。そうでなければ受信品質が劣化するおそれがある。このような観点からは、例えば基準振幅値を示すパイロット信号が送信シンボルに多重されることが望ましい。多重法としては当該技術分野で既知の様々な手法が利用されてよい。例えば多数のサブキャリアの一部にパイロット信号が割り当てられ、そのサブキャリアに関する受信信号の復調結果に基づいて、他のサブキャリアの信号が復調されてもよい。このようにすることで、シンボル毎に基準振幅値を受信側で知ることができるので、本実施例によるピーク低減及び帯域外輻射の低減等の利点を失うことなく、振幅変調方式をも使用することができる。

上記の例では説明の便宜上、送信シンボル毎に送信電力が制御されるように説明されたが、これは、複数の送信シンボルに同じ送信電力が使用されることを排除する趣旨ではない。所定数のＯＦＤＭシンボル毎に、フレーム毎に、その他適切な如何なるシンボル数毎に送信電力が制御されてもよい。送信電力の変更頻度は任意に設定されてよい。

例えば、ARQ(Automatic Repeat reQuest)のような再送制御が行われている場合に、初回の送信電力より再送時の送信電力が大きくてもよい。更には送信電力だけでなく、再送時の送信シンボルについて、クリップレベル、オーバーサンプル数、ピーク低減反復回数及び送信電力の１つ以上が初回送信時と異なってよい。

本発明の第１実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す図である。調整部の詳細を示す図である。オーバーサンプリングの帯域を示す図である。調整部１〜３でのオーバーサンプリング倍率がそれぞれ１，２，２に設定された様子を示す図である。調整部の変形例を示す図である。本発明の第２実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す図である。図６に示される調整部の詳細を示す図である。ＯＦＤＭ信号の歪電力を推定する様子を示す図である。図６に示される調整部の変形例を示す図である。本発明の第３実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す図である。送信機の電力増幅器の入出力特性図を例示する。図１０に示される調整部を示す図である。図１０に示される調整部の変形例を示す図である。本発明の第４実施例によるＯＦＤＭ方式の送信機を示す図である。本発明の第４実施例により送信電力を調整する様子を示す。従来のＯＦＤＭ方式の送信機を示す図である。クリッピング処理が行われる様子を示す図である。図１６のピーク低減部の詳細を示す図である。

符号の説明

Ｓ／Ｐ直並列変換部
ＦＦＴ高速フーリエ変換部
ＩＦＦＴ高速逆フーリエ変換部
ＰＡ電力増幅器

Claims

マルチキャリア方式で信号を伝送する伝送装置であって、
前記信号を構成する各シンボルのピーク電力を低減するピーク低減手段と、
ピーク電力の低減されたシンボルを、指示されたオーバーサンプル数に従って、前記信号の伝送帯域幅以上の帯域にわたってオーバーサンプリングするオーバーサンプリング手段と、
オーバーサンプリング後のシンボルを帯域制限する帯域制限手段と、
前記オーバーサンプリング手段に指示する前記オーバーサンプル数を決定する制御手段と、
を有し、ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理が繰り返される
ことを特徴とする伝送装置。
前記ピーク低減手段は、或るレベル以上の信号成分をクリッピングすることでピーク電力を低減する
ことを特徴とする請求項１記載の伝送装置。
ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理が所定回数繰り返されると、クリップレベルが再設定される
ことを特徴とする請求項２記載の伝送装置。
ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理が所定回数繰り返されると、ピーク低減量が再設定される
ことを特徴とする請求項１記載の伝送装置。
ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理が所定回数繰り返されると、オーバーサンプル数が再設定される
ことを特徴とする請求項１記載の伝送装置。
前記ピーク低減手段によるピーク電力の低減に起因する歪電力を推定し、推定結果を前記ピーク低減手段に報告する歪電力推定手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１記載の伝送装置。
前記信号を送信するための電力増幅器を更に有し、
前記歪電力推定手段は、ピーク電力の低減に起因する歪電力と、前記電力増幅器による非線形歪電力とを含む歪を推定し、推定結果を前記ピーク低減手段に報告する
ことを特徴とする請求項６記載の伝送装置。
前記推定結果に応じて、前記信号を送信するための送信電力が制御される
ことを特徴とする請求項７記載の伝送装置。
前記推定結果に応じて、オーバーサンプリング数が再設定される
ことを特徴とする請求項６記載の伝送装置。
ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理の繰り返し回数が、前記推定結果に応じて再設定される
ことを特徴とする請求項６記載の伝送装置。
前記推定結果に応じて、ピーク低減量が再設定される
ことを特徴とする請求項６記載の伝送装置。
前記ピーク低減手段は、或るレベル以上の信号成分をクリッピングすることでピーク電力を低減する
ことを特徴とする請求項１１記載の伝送装置。
ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理の或る繰り返し回数の段階で導出された推定結果に応じて、クリップレベルが再設定される
ことを特徴とする請求項１２記載の伝送装置。
ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限を繰り返す処理の各回で導出された推定結果に応じて、クリップレベルが再設定される
ことを特徴とする請求項１３記載の伝送装置。
マルチキャリア方式で信号を伝送する伝送装置で使用される方法であって、
前記信号を構成する各シンボルのピーク電力を低減するピーク低減ステップと、
ピーク電力の低減されたシンボルを、制御手段から指示されたオーバーサンプル数に従って、前記信号の伝送帯域幅以上の帯域にわたってオーバーサンプリングするオーバーサンプリングステップと、
オーバーサンプル後のシンボルを帯域制限する帯域制限ステップと、
を有し、ピーク電力の低減、オーバーサンプリング及び帯域制限の各シンボルについての処理が繰り返される
ことを特徴とする方法。