JP4905463B2 - マルチキャリアを用いる通信方式における送信電力制御方法及び，これを用いる無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は，マルチキャリアを用いる通信システムにおける送信電力制御方法及び，これを用いる無線通信装置に関する。特に，本発明は，直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）や直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式等の通信システムに適用する信号の送信電力制御方法及び，これを用いる無線通信装置に関する。

マルチキャリアを用いる通信システムは，複数の搬送波（サブキャリア）を用いてデータを伝送することにより，無線伝搬干渉の影響を低減し、結果として高速伝送が可能である。

マルチキャリアを用いる通信システムの一例としてのＯＦＤＭ方式では，データが配置される複数のサブキャリアが相互に直交する並列伝送が行われる。

この時，各サブキャリアの位相が揃うと，平均送信電力と比較して著しく大きな送信ピーク電力が発生する。そして，送信ピーク電力が大きいと，信号レベルが電力増幅器の非線形および，飽和領域に達することで非線形歪が発生し、送信信号が劣化する。

そこで，非線形領域に至らないように，あらかじめ信号の瞬時最大電力に制限を与えるクリッピング技術が知られている（例えば，特許文献１，２）。

電力増幅器の最大電力値が一定であるため，クリッピングによるピーク抑圧の電力制限は信号の平均電力と最大電力との間に設定される。

しかし，高出力増幅器の効率を高めるために平均送信電力を上昇させるとピーク抑圧閾値が見かけ上平均電力値に近くなる。かかる場合は，送信信号品質の劣化量が大きくなる。逆に平均信号電力を低下させると電力増幅器の効率は低下する。このため信号品質の確保と高効率の向上は相反する関係になる。

一方，無線アクセスの通信サービスエリア（空間伝搬距離）を増大させるためには，送信電力の増加が必要となる。さらにデータパケット伝送容量の増大においては変調方式の多値数を増加させる必要がある。近年では，ワイヤレスブロードバンドサービスの向上としてより広いサービスエリアにおいて伝送容量の拡大が望まれている。
特開２００２−４４０５４号公報 特開２００５−１０１９７５号公報

したがって，本発明の目的は，マルチキャリア伝送を行い，且つ多値ＱＡＭ変調方式を適用するＯＦＤＭ，ＯＦＤＭＡシステムなどにおいて，変調方式が適応的に変化しても高出力増幅器の高効率を維持しつつ信号品質を確保する，マルチキャリアを用いる通信方式における信号の送信電力制御方法及び，これを用いる無線通信装置を提供することにある。

さらに本発明の目的は，サービスエリアの拡大と送信信号の伝送容量の拡大を同時に実現することが可能なマルチキャリアを用いる通信方式における信号の送信電力制御方法及び，これを用いる無線通信装置を提供することにある。

上記の課題を達成する本発明は，マルチキャリアを用いる通信方式における送信電力制御方法及び，これを用いる無線通信装置であって，本発明において，複数の異なる変調方式が，複数の異なる周波数サブキャリアに割当られる。さらに，前記複数の異なる周波数サブキャリアに対して割当てられた変調方式毎に，対応する周波数サブキャリアに，平均信号電力から所定の電力オフセット量に見合う信号振幅のゲインを与える。

これにより，変調方式に適応して信号電力が制御されるので，多値数の少ない変調方式は大きな電力オフセット量を与え高出力増幅が可能であり，サービスエリアを拡大することが可能である。また，多値数の大きい変調方式に対しては，それより小さな電力オフセット量を与え，大きな伝送容量で信号品質を維持することが可能である。

また，複数の異なるサブキャリアにより送信データパケットと前記送信データパケット対応にパイロット信号を送信する際に，データパケットの変調方式に応じて個別に前記パイロット信号の送信電力を一定量オフセットする。これにより，パイロット信号の情報をシンボルデータの変調指数に合わせて振幅ゲインを制御することが可能である。

さらにまた，全送信信号に対する同一の変調方式の送信比率に応じて，送信電力のオフセット量を変えるようにしてもよい。

また、直交周波数分割多重方式を用いることで、マルチキャリアを用いて無線信号を送信する際の送信電力制御方法において、第１の変調方式（例えばＱＰＳＫ）に対応した第１の信号群を逆フーリエ変換して時間領域の信号に変換する際の、該第１の信号群の平均電力に対して、該第１の変調方式より変調指数が大きい第２の変調方式（例えば、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ）に対応した第２の信号群を逆フーリエ変換して時間軸の信号に変換する際の、該第２の信号群の平均電力が小さくなるように、変調方式に応じた所定量の電力制御を行う、ことを特徴とする送信電力制御方法を用いる。

第１の変調方式、第２の変調方式は、同時期に送信することもでき、時間的に異なる期間で送信することもできる。

また、直交周波数分割多重方式を用いることで、マルチキャリアを用いて無線信号を送信する無線通信装置において、第１の変調方式に対応した第１の信号群を逆フーリエ変換して時間領域の信号に変換する際の、該第１の信号群の平均電力に対して、該第１の変調方式より変調指数が大きい第２の変調方式に対応した第２の信号群を逆フーリエ変換して時間軸の信号に変換する際の、該第２の信号群の平均電力が小さくなるように、変調方式に応じた所定量の電力制御を行う電力制御部、を備えたことを特徴とする無線通信装置を用いる。

第１の変調方式、第２の変調方式は、同時期に送信することもでき、時間的に異なる期間で送信することもできる。

本発明の送信電力制御方法を適用する無線通信装置の構成例を示すブロック図である。 電力増幅器９の入出力特性と非線形領域を線形に補償する処理について説明する図である。 送信電力調整部に入力されるＯＦＤＭ信号シンボルのレベルが変調方式に拘わらず一定レベルであることを示す概念図である。 送信電力調整部により変調方式に応じて，平均信号電力に対して電力オフセット値を与えられる本発明に従う制御を説明する概念図である。 送信電力調整部の第１の実施例の概念構成ブロック図である。 送信電力調整部の第２の実施例の概念構成ブロック図である。 送信電力調整部の第３の実施例の概念構成ブロック図である。

以下に本発明の実施の形態例を図面に従い説明する。なお，図において，可能な限り同一又は類似のものには同一の参照符号を付してある。

図１は，本発明の送信電力制御方法を適用する無線通信装置の構成例を示すブロック図である。特に，無線基地局における本発明に直接関係する送信装置側の構成を示している。

入力されるマルチキャリア送信信号ＳＤＳは，シンボルデータ生成部１に入力される。シンボルデータ生成部１において，入力されたマルチキャリア送信信号ＳＤＳに対応するデータシンボルが生成され，周波数方向に分割される。

ついで，本発明の特徴とする送信電力調整部２に入力される。送信電力調整部２において，後に詳細に説明するように，送信信号の変調方式（ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭなど）の変化に応じて，該当信号の送信電力を平均信号電力から一定量オフセットする。例えば、ＱＰＳＫに対応する信号の平均信号電力に対して、１６ＱＡＭに対応する信号の平均信号電力が小さくなるように、１６ＱＡＭに対応する信号の平均電力を低下させるオフセット制御を行う。この際、ＱＰＳＫに対応する信号に対してもオフセット制御を行ってよいが、結果的に、１６ＱＡＭに対して平均信号電力が小さくなるような制御を用いる。

尚、変調方式に応じて平均電力を規格化する処理を含む場合には、規格化後オフセットを与えることもできる。

ＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）部３は，送信電力を一定量オフセットされた信号に対し逆フリーエ変換を実行し，周波数軸方向から時間軸方向の信号に変換する。

逆フーリエ変換後のＩＦＦＴサンプル分の信号は，並列／直列変換部４により直列信号に変換され，サンプル単位に時間を連続して出力される。

ここで，ＯＦＤＭ，ＯＦＤＭＡの特徴としてＩＦＦＴ後のサンプル信号は，ガード挿入部５でデータガードバンド時間のサンプル信号が付加され，一つのＯＦＤＭ信号シンボルとなる。

ついで，ピーク抑圧部６において，無線送信の高出力電力増幅器９の最大信号電力の限界を超えないように，瞬時の最大電力を制限するためピーク抑圧処理が行われる。

さらに，送信信号帯域外の成分を低域通過フィルタ７により遮断する。

低域通過フィルタ７の出力は，歪補償部８によるフィードバック処理により高出力電力増幅器９の非線形領域を線形に補償し電力増幅され，アンテナ１０に送信される。

ここで，電力増幅器９の入出力特性と非線形領域を線形に補償する処理について，図２により説明する。

図２において，Ｉは，電力増幅器９の入出力特性曲線である。入力信号電力が一定レベルまでの領域において入力対出力信号電力の関係が直線性を示している。更にこの領域を超えると出力が飽和してくる。

かかる入出力特性曲線Ｉに対し，前記歪補償部８におけるフィードバック処理による補償によって増幅器補償特性ＩＩに示すように直線性が改善されるが，補償の限界となる最大信号電力の限界点ＩＩＩが存在する。

ここで，電力増幅器９の出力電力における効率を高めるためには，原理的には平均信号電力ＩＶを上げる必要がある。しかし，平均信号電力ＩＶを，例えば，平均信号電力ｖのレベルに上げると送信信号の瞬時最大電力が高い場合に最大信号電力限界点ＩＩＩを超えて非線形領域に至る確率が高くなるために歪み成分が上昇し信号品質が劣化する。

したがって，本発明は，かかる不都合を解決するために，図１に示した本発明に従う無線通信装置の構成例において，ＩＦＦＴ部３の前段処理として，複数の異なる送信シンボル（複数の異なる変調方式が同時刻に異なる周波数サブキャリアに割当られる）に対して送信電力調整部２を設けている。この送信電力調整部２により変調方式ごとに平均信号電力からの電力オフセット量に見合う信号振幅のゲインを与える。

図３Ａ，図３Ｂにより送信電力調整部２の動作原理を説明する。

いま，無線通信装置が適応変調システムに対応し，受信側ユーザーの状況に応じて適用する変調方式として，ＱＰＳＫ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ），１６値ＱＡＭ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ），６４値ＱＡＭを想定する。

これらの変調方式の特徴として，ＱＰＳＫ，１６値ＱＡＭ，及び６４値ＱＡＭの順に，送信する情報量が多くなり雑音耐力は低下する（変調する信号の多値数が多く，従って位相平面における信号点間の距離が短くなる）。

図３Ａ，図３Ｂにおいて，送信周波数帯域（−Δｆ〜＋Δｆ）において分割された周波数毎に対応して割り当てられたデータシンボルが，それぞれＱＰＳＫ（第１信号群の例），１６値ＱＡＭ（第２信号群の例），及び６４値ＱＡＭの変調方式によるＯＦＤＭ信号シンボルとなる。

Ａ，Ｂ，ＣはそれぞれＱＰＳＫ，１６値ＱＡＭ，及び６４値ＱＡＭのＯＦＤＭ信号シンボルに対応し、それぞれのＯＦＤＭ信号シンボルは，データサブキャリアＤＳとそのパイロットサブキャリアＰを有している。このとき、パイロットサブキャリアＰとデータサブキャリアＤＳのレベル差は、ある一定値となる。

図３Ａは，送信電力調整部２に入力されるＯＦＤＭ信号シンボルのレベルが変調方式に拘わらず一定レベルであることを示している。

これに対し、本発明に従い図３Ｂに示すように，送信電力調整部２により変調方式に応じて，平均信号電力に対して所定の電力オフセット値を与えられるように信号振幅のゲインを制御する。

すなわち，変調方式が最も多値数の少ないＱＰＳＫであるＯＦＤＭ信号シンボルＡのデータサブキャリアＤＳとそのパイロットサブキャリアＰに対しては，平均信号電力ＩＶより信号電力が大きくなるような電力オフセットに見合う信号振幅のゲインを与える。これにより，該当データの送信電力が増加し，信号到達範囲のセルを拡大することが可能である。

一方，変調方式の多値数が大きくなるとノイズによる影響が出てくるので，ＱＰＳＫの変調方式に比べて信号電力が小さくなるような電力オフセットに見合う信号振幅のゲインを与える。かかる場合，増幅器の効率が許容できる範囲であれば平均信号電力ＩＶより信号電力が小さくなるようにしてもよい。

このような本発明の制御方法により，適応的に変化する変調方式のいずれの場合でも高出力増幅器の高効率を維持することが可能となり，信号品質を著しく劣化させることがなくなる。さらに，サービスエリアの拡大と送信信号の伝送容量の拡大を同時に実現することができる。

以下に，送信電力調整部２の構成例について説明する。

図４は，送信電力調整部２の第１の実施例の概念構成ブロック図である。

送信信号のシンボルデータ生成部１より出力される送信データは，送信電力調整部２に直交（Ｉ，Ｑ）複素信号（Ｓ＿ｉ，Ｓ＿ｑ）として入力される。

このＩ，Ｑ複素信号は，直交位相平面上において，Ｉ，Ｑの直交ベクトルとして振幅情報を持つものとする。同時に該当するシンボルデータの変調方式の情報を変調指数（ｍ）として入力される。

変調指数（ｍ）は，使用する変調方式に対応して，例えば，ＢＰＳＫ：ｍ＝１，ＱＰＳＫ：ｍ＝２，１６ＱＡＭ：ｍ＝３，６４ＱＡＭ：ｍ＝４のように予め設定されている。

一方，送信電力調整部２は，乗算器２０とＲＯＭによる信号振幅シフトテーブル２１を有している。信号振幅シフトテーブル２１は，変調指数（ｍ）に対応する振幅ゲインの係数Ａ＿ｍを対応として保持している。

したがって，入力される変調指数（ｍ）に応じてテーブル２１を参照して対応する信号電力シフト量に応じた振幅ゲイン（Ａ＿ｍ）を読み出す。読み出された振幅ゲイン（Ａ＿ｍ）は，入力シンボルデータ（Ｓ＿ｉ，Ｓ＿ｑ）に乗算器２０で乗算することにより出力データＡ＿ｍ×（Ｓ＿ｉ，Ｓ＿ｑ）を得る。

これにより，変調方式の違いにより任意な振幅ゲインを与えることが可能となる。

電力増幅器９においては，上記の通り変調方式に対応してシンボルデータの振幅ゲインが制御されているので，平均信号電力に対し、振幅ゲインの制御に対応する電力オフセットが与えられ，効率の良い増幅動作が可能である。

図５は，送信電力調整部２の第２の実施例の概念構成ブロック図である。

図５の実施例では，通常のユーザー情報に対応するシンボルデータに対するパイロット信号の情報（ｄ）をシンボルデータの変調指数（ｍ）と合わせて振幅ゲイン（Ａ＿ｍｄ）を得る構成である。

すなわち，図５の実施例では，信号振幅シフトテーブル２１に，変調指数（ｍ）とパイロット信号Ｐか，あるいはノーマルのデータキャリアＤＳの信号かを区別するデータタイプ（ｄ）との組み合わせに対応して振幅ゲイン（Ａ＿ｍｄ）をテーブル化している。

したがって，変調指数（ｍ）とデータタイプ（ｄ）とにより振幅ゲイン（Ａ＿ｍｄ）を信号振幅シフトテーブル２１から求め，乗算器２０で入力シンボルデータ（Ｓ＿ｉ，Ｓ＿ｑ）に乗算する。これにより，出力データＡ＿ｍｄ×（Ｓ＿ｉ，Ｓ＿ｑ）を得る。

このように，変調方式の違い及び，データパイロットか，データチャネルかに対応して任意な振幅ゲインを与えることが可能となる。

図６は，更に別の，送信電力調整部２の第３の実施例の概念構成ブロック図である。

図６の実施例では，図５の実施例に対し，更に同時刻に送信される全信号における同一変調方式の比率をウエイト（ｗ）情報として利用して振幅ゲイン（Ａ＿ｍｄｗ）を得る構成である。
全信号における同一変調方式の比率は，通信相手，具体的には移動局側から通知される受信感度から同一変調方式の比率が変更され，これに対応してウエイト（ｗ）情報が決定される。

上記に実施例に従い説明したように，本発明により，適応的に変化する変調方式のいずれの場合でも高出力増幅器の高効率を維持しつつ信号品質を確保することができ，通信システムにおける信頼性が向上し，産業上寄与するところ大である。

さらに，本発明の保護の範囲は，上記実施例に制限されず，請求の範囲に記載された事項と均等の範囲を含むものである。

Claims (10)

1. マルチキャリアを用いる通信方式における送信電力制御方法であって、
   複数の異なる変調方式が、複数の異なる周波数サブキャリアに割当られるステップと、
   前記複数の異なる周波数サブキャリアに対して割当てられた変調方式毎に、対応する周波数サブキャリアに、平均信号電力から所定の電力オフセット量に見合う信号振幅のゲインを与えるステップを有し、
   前記複数の異なるサブキャリアにより送信データパケットと前記送信データパケット対応にパイロット信号を送信する際に、前記信号振幅のゲインを与えるステップにおいて、前記データパケットの変調方式に応じて個別に前記パイロット信号の送信電力を一定量オフセットする、
   ことを特徴とする送信電力制御方法。
2. マルチキャリアを用いる通信方式における送信電力制御方法であって、
   複数の異なる変調方式が、複数の異なる周波数サブキャリアに割当られるステップと、
   前記複数の異なる周波数サブキャリアに対して割当てられた変調方式毎に、対応する周波数サブキャリアに、平均信号電力から所定の電力オフセット量に見合う信号振幅のゲインを与えるステップを有し、
   前記信号振幅のゲインを与えるステップにおいて、全送信信号に対する同一の変調方式の送信比率に応じて、送信電力のオフセット量を変える、
   ことを特徴とする送信電力制御方法。
3. マルチキャリアを用いる通信方式における送信電力制御方法であって、
   複数の異なる変調方式が、複数の異なる周波数サブキャリアに割当られるステップと、
   前記複数の異なる周波数サブキャリアに対して割当てられた変調方式毎に、対応する周波数サブキャリアに、電力増幅器の入力信号の平均信号電力を基準にして、当該平均信号電力からの所定の電力オフセット量に見合う信号振幅のゲインを前記電力増幅器における送信電力に与えるステップを、
   有することを特徴とする送信電力制御方法。
4. 請求項１、２、または３のいずれか１項において、
   前記複数の異なる変調方式は、位相空間に信号点が配置される多値変調方式であって、前記信号振幅のゲインを与えるステップにおいて、前記複数の異なる変調方式のうち最も多値数の少ない変調方式に対して、前記平均信号電力からの所定の電力オフセット量を最も大きくすることを特徴とする送信電力制御方法。
5. マルチキャリアを用いる無線通信装置であって、
   送信信号に対応して周波数方向に分割されたデータシンボルを生成するデータシンボル生成部と、
   前記生成されるデータシンボルに対する複数の異なる変調方式毎に、サブキャリアの振幅に対し、電力増幅器における送信電力に与える平均信号電力からのオフセット量に見合う振幅ゲインを与える送信電力調整部を有し、
   前記送信電力調整部は、前記複数の異なるサブキャリアにより送信データパケットと前記送信データパケット対応にパイロット信号を送信する際に、前記データパケットの変調方式に応じて個別に前記パイロット信号の送信電力を一定量オフセットする、
   ことを特徴とする無線通信装置。
6. マルチキャリアを用いる無線通信装置であって、
   送信信号に対応して周波数方向に分割されたデータシンボルを生成するデータシンボル生成部と、
   前記生成されるデータシンボルに対する複数の異なる変調方式毎に、サブキャリアの振幅に対し、電力増幅器における送信電力に与える平均信号電力からのオフセット量に見合う振幅ゲインを与える送信電力調整部を有し、
   前記送信電力調整部は、全送信信号に対する同一の変調方式の送信比率に応じて、送信電力のオフセット量を変える、
   ことを特徴とする無線通信装置。
7. マルチキャリアを用いる無線通信装置であって、
   送信信号に対応して周波数方向に分割されたデータシンボルを生成するデータシンボル生成部と、
   増幅器と、
   前記生成されるデータシンボルに対する複数の異なる変調方式毎に、対応するサブキャリアの振幅に対し、電力増幅器の入力信号の平均信号電力を基準にして、当該平均信号電力からの所定のオフセット量に見合う振幅ゲインを前記電力増幅器における送信電力に与える送信電力調整部を、
   有することを特徴とする無線通信装置。
8. 請求項５、６、または７のいずれか１項において、
   前記データシンボルに対する変調方式は、位相空間に信号点が配置される多値変調方式であって、前記送信電力調整部は、前記複数の異なる変調方式のうち最も多値数の少ない変調方式に対して、前記平均信号電力からの所定の電力オフセット量を最も大きくするように振幅ゲインを与えることを特徴とする無線通信装置。
9. 直交周波数分割多重方式を用いることで、マルチキャリアを用いて無線信号を送信する際の送信電力制御方法において、
   第１の変調方式に対応した第１の信号群を逆フーリエ変換して時間領域の信号に変換する際の、該第１の信号群の平均電力に対して、
   該第１の変調方式より変調指数が大きい第２の変調方式に対応した第２の信号群を逆フーリエ変換して時間軸の信号に変換する際の、該第２の信号群の平均電力が小さくなるように、電力増幅器の入力信号の平均信号電力を基準にして、当該平均信号電力からの所定のオフセット量に見合う振幅ゲインを前記電力増幅器を送信電力に与えるように、
   変調方式に応じた所定量の電力制御を行う、
   ことを特徴とする送信電力制御方法。
10. 直交周波数分割多重方式を用いることで、マルチキャリアを用いて無線信号を送信する無線通信装置において、
    第１の変調方式に対応した第１の信号群を逆フーリエ変換して時間領域の信号に変換する際の、該第１の信号群の平均電力に対して、
    該第１の変調方式より変調指数が大きい第２の変調方式に対応した第２の信号群を逆フーリエ変換して時間軸の信号に変換する際の、該第２の信号群の平均電力が小さくなるように、電力増幅器の入力信号の平均信号電力を基準にして、当該平均信号電力からの所定のオフセット量に見合う振幅ゲインを前記電力増幅器の送信電力に与えるように、
    変調方式に応じた所定量の電力制御を行う電力制御部、
    を備えたことを特徴とする無線通信装置。

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