JP5146144B2 - ピーク抑圧装置、ピーク抑圧方法および無線通信装置 - Google Patents

Description

この発明は、送信信号に含まれるピーク成分を抑圧するピーク抑圧装置、ピーク抑圧方法および無線通信装置に関し、特に、送信信号の周波数帯域を複数の周波数領域に区切って各相手局に割り当てる場合でも、周波数領域を割り当てた相手局への各送信信号の品質を均一にするピーク抑圧装置、ピーク抑圧方法および無線通信装置に関する。

移動体通信システムにおける基地局に代表されるように、複数の相手局と無線通信を行なう無線通信装置がある。無線通信装置は、送信信号を電力増幅器によって増幅して送信する。従来、この電力増幅器を電力効率の高い飽和領域付近で使用するためのピーク抑圧と呼ばれる信号処理技術が知られている。

一般的には、ピーク抑圧では、まず、送信信号に対して所定の閾値で振幅制限を行なうハードクリップ処理が行われ、当該ハードクリップ処理により発生した帯域外輻射電力の除去をフィルタにより行っていた。

特開２００７−２５１９０９号公報

ここで、上記したピーク抑圧後の送信信号から元の送信信号を減算することでピーク抑圧信号を抽出し、当該ピーク抑圧信号の周波数成分を分析すると、ピーク抑圧信号は、送信信号の周波数帯域の端の部分で示される周波数に比べ、中心部分で示される周波数に大きい値で現れるという傾向が見られる。

ピーク抑圧処理は、電力増幅器の効率的な利用に必要ではあるものの、結局は、送信信号に雑音成分を加えることであり、送信信号の周波数帯域を複数の周波数領域に区切って通信するマルチキャリア伝送方式では、ピーク抑圧により送信信号の品質がキャリアごとに異なる結果となってしまう。具体的には、周波数帯域の中心部分の周波数領域の送信信号の品質が、周波数帯域の端側の周波数領域の送信信号の品質より悪くなる。

しかしながら、移動体通信システムにＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を適用する場合、電力増幅器を電力効率の高い飽和領域で使用するためのピーク抑圧は不可欠であり、抑圧処理を施した場合の送信信号の品質均一化が課題となっていた。

この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、送信信号の周波数帯域を複数の周波数領域に区切って送信する場合に、周波数領域毎の送信信号の品質を均一にすることが可能となるピーク抑圧装置、ピーク抑圧方法および無線通信装置を提供す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、この装置は、送信信号に対し、所定の閾値で振幅制限を行なう振幅制限手段と、前記振幅制限手段によって振幅制限された送信信号から、振幅制限前の送信信号を減算してピーク抑圧信号を抽出するピーク抑圧信号抽出手段と、前記ピーク抑圧信号抽出手段によって抽出されたピーク抑圧信号の周波数特性がフラットになるように、前記ピーク抑圧信号のスペクトラムの逆特性を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、前記フィルタ処理手段によってフィルタ処理が行われた前記ピーク抑圧信号を前記送信信号に加算する加算手段と、を備えたことを要件とする。

また、この方法は、送信信号に対し、所定の閾値で振幅制限を行なう振幅制限工程と、前記振幅制限工程によって振幅制限された送信信号から、振幅制限前の送信信号を減算してピーク抑圧信号を抽出するピーク抑圧信号抽出工程と、前記ピーク抑圧信号抽出工程によって抽出されたピーク抑圧信号の周波数特性がフラットになるように、前記ピーク抑圧信号のスペクトラムの逆特性を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理工程と、前記フィルタ処理工程によってフィルタ処理が行われた前記ピーク抑圧信号を前記送信信号に加算する加算工程と、を含んだことを要件とする。

また、この装置は、送信信号を増幅する前に、当該送信信号のピーク成分を抑圧するピーク抑圧手段を備えた無線通信装置であって、前記ピーク抑圧手段は、送信信号に対し、所定の閾値で振幅制限を行なう振幅制限手段と、前記振幅制限手段によって振幅制限された送信信号から、振幅制限前の送信信号を減算してピーク抑圧信号を抽出するピーク抑圧信号抽出手段と、前記ピーク抑圧信号抽出手段によって抽出されたピーク抑圧信号の周波数特性がフラットになるように、前記ピーク抑圧信号のスペクトラムの逆特性を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、前記フィルタ処理手段によってフィルタ処理が行われた前記ピーク抑圧信号を前記送信信号に加算する加算手段と、を備えたことを要件とする。

振幅制限後の送信信号から振幅制限前の送信信号を減算することでピーク抑圧信号を抽出し、当該抽出したピーク抑圧信号にフィルタ処理を行った後、振幅制限前の送信信号に加算する。こうすることで、送信信号には、周波数特性がフラットになったピーク抑圧信号が加算されることとなり、送信信号の周波数帯域を複数の周波数領域に区切って送信する場合でも、周波数領域毎の送信信号の品質を均一にすることが可能となる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るピーク抑圧装置、ピーク抑圧方法および無線通信装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、図１を用いて実施例１に係るピーク抑圧装置を搭載した無線通信装置の構成を説明する。図１は、実施例１に係るピーク抑圧装置を搭載した無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、無線通信装置１０は、デジタル変調部２０と、ピーク抑圧装置３０と、Ｄ／Ａ変換部４０と、増幅部５０と、アンテナ６０とを備える。無線通信装置１０は、通信方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を適用する。なお、無線通信装置１０に適用される通信方式は、ＯＦＤＭに限らず、送信信号の周波数帯域を複数の周波数領域に区切って各相手局に割り当てるマルチキャリア伝送方式であればいずれの通信方式であってもよい。

デジタル変調部２０は、送信対象のデジタルデータに対し、ＢＰＳＫ（Binariphase Phase Shift Keying）や、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等のデジタル変調のほか、シリアルパラレル変換、逆高速フーリエ変換など、ＯＦＤＭの送信信号を生成する所定の処理を行う。そして、デジタル変調部２０は、生成した送信信号をピーク抑圧装置３０に出力する。図２は、送信信号のスペクトラムを模式的に示した図である。図２に示すように、送信信号のスペクトラムは、横軸に周波数、縦軸に信号の強さをとったグラフ上で曲線２１のように表される。ＯＦＤＭでは、周波数帯域２２内の周波数領域２３が一つの相手局に割り当てられる。周波数帯域２２内には、周波数領域２３のほかにも複数の周波数領域が存在し、それぞれが個別の相手局に割り当てられる。

ピーク抑圧装置３０は、送信信号に含まれるピーク成分を抑圧し、抑圧後の送信信号をＤ／Ａ変換部４０に出力する。Ｄ／Ａ変換部４０は、送信信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換し、変換後の送信信号を増幅部５０に出力する。増幅部５０は、所定のキャリア信号であって、アナログ信号の送信信号をベースバンド信号として変調されたキャリア信号を増幅し、アンテナ６０に出力する。アンテナ６０は、増幅されたキャリア信号を電波として送信する。

ピーク抑圧装置３０は、無線通信装置１０において、増幅部５０を電力効率の高い飽和領域で使用するためのピーク抑圧を行なう処理部として、従来設置されている。以下では、ピーク抑圧装置３０の構成について具体的に説明する。かかる構成によれば、送信信号の周波数帯域を複数の周波数領域に区切って各相手局に割り当てる場合でも、周波数領域を割り当てた相手局への各送信信号の品質を均一にすることが可能となる。

図３は、実施例１に係るピーク抑圧装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ピーク抑圧装置３０は、ハードクリップ部１００と、減算器１１０と、フィルタ部１２０と、加算器１３０と、ローパスフィルタ１４０とを備える。

ハードクリップ部１００は、図１で示したデジタル変調部２０から出力された送信信号が入力される。以下では、当該送信信号を元の送信信号と呼称する。元の送信信号は、ハードクリップ部１００のほか、減算器１１０および加算器１３０にも入力される。ハードクリップ部１００は、元の送信信号に対して所定の閾値で振幅を制限するなど、既存のハードクリッピング処理を行い、減算器１１０に出力する。閾値は、予め設定された一つの値に固定される。

減算器１１０は、ハードクリップ部１００から入力される送信信号から、元の送信信号を減算してピーク抑圧信号を抽出する。そして、減算器１１０は、ピーク抑圧信号をフィルタ部１２０に出力する。図４−１は、ピーク抑圧信号のスペクトラムを模式的に示した図である。図４−１に示すように、ピーク抑圧信号のスペクトラムは、横軸に周波数、縦軸に信号の強さをとったグラフ上で曲線１１１のように表される。曲線１１１が示すように、周波数帯域２２の中心で信号の強さが最大となり、両端に向かってその値が小さくなる。ピーク抑圧信号は、元の送信信号にとって雑音であり、このようなスペクトラムのピーク抑圧信号では、周波数帯域２２内の中心を含む周波数領域を割り当てられた相手局と、端側を含む周波数領域を割り当てられた相手局とでは、送信信号の品質が異なる。

そこで、フィルタ部１２０は、ピーク抑圧信号に対し、所定の周波数特性に基づくフィルタ処理を行う。図４−２は、フィルタ部の周波数特性を示す図である。図４−２に示すように、フィルタ部１２０の周波数特性は、横軸に周波数、縦軸に利得をとったグラフ上で曲線１２４のように表される。曲線１２１が示すように、周波数帯域２２の中心で利得が最小となり、両端に向かってその値が大きくなることが望ましく、ピーク抑圧信号のスペクトラムの逆特性に相当する。

図４−３は、フィルタ部１２０通過後のピーク抑圧信号のスペクトラムを模式的に示した図である。図４−３に示すように、ピーク抑圧信号がフィルタ部１２０を通過することで、ピーク抑圧信号のスペクトラムは、横軸に周波数、縦軸に信号の強さをとったグラフ上で、以前の曲線１１１から、線１２５へ変化する。このようなスペクトラムのピーク抑圧信号にすれば、周波数帯域２２内の中心を含む周波数領域を割り当てられた相手局と、端側を含む周波数領域を割り当てられた相手局とで、送信信号の品質を均一にすることが可能となる。

加算器１３０は、フィルタ部１２０から入力される送信信号に元の送信信号を加算して、ローパスフィルタ１４０に出力する。ローパスフィルタ１４０は、ハードクリップ部１５０等で発生した帯域外輻射を送信信号から除去し、図１で示したＤ／Ａ変換部４０に出力する。

続いて、図５を用いてピーク抑圧装置３０の処理の流れを説明する。図５は、ピーク抑圧装置３０の処理の流れを示すフローチャートである。

図５に示すように、ピーク抑圧装置３０において、ハードクリップ部１００は、まず、送信信号に対してハードクリップを行なう（ステップＳ１１０）。そして、減算器１１０は、ハードクリップ後の送信信号から元の送信信号を減算する（ステップＳ１１１）。そして、フィルタ部１２０は、減算結果であるピーク抑圧信号の周波数特性をフラットにする（ステップＳ１１２）。そして、加算器１３０は、周波数特性がフラットになったピーク抑圧信号を元の送信信号に加算し（ステップＳ１１３）、処理を終了する。

上述してきたように、実施例１によれば、ハードクリップ後の送信信号から元の送信信号を減算することでピーク抑圧信号を抽出し、当該抽出したピーク抑圧信号にフィルタ処理を行った後、元の送信信号に加算する。こうすることで、元の送信信号には、周波数特性がフラットになったピーク抑圧信号が加算されることとなり、送信信号の周波数帯域を複数の周波数領域に区切って各相手局に割り当てる場合でも、周波数領域を割り当てた相手局への各送信信号の品質を均一にすることが可能となる。

実施例１では、ハードクリップ部は、固定された一つの閾値で振幅制限を行うものとして説明したが、実施例２では、閾値を可変とする場合を説明する。閾値が変わることによって、抽出されるピーク抑圧信号のスペクトルラムも変わる。そのため、フィルタ部の周波数特性についても各閾値に応じて変化させ、常にピーク抑圧信号のスペクトルラムをフラットにする必要がある。以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分には、既に説明した部分と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６は、実施例２に係るピーク抑圧装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、ピーク抑圧装置３１は、減算器１１０と、加算器１３０と、ローパスフィルタ１４０と、ハードクリップ部１５０と、フィルタ部１６０とを備える。

ハードクリップ部１５０は、実施例１と異なり、所定の制御信号３２が入力される。制御信号３２は、後述するフィルタ部１６０にも入力される。ハードクリップ部１５０は、制御信号３２を受け取ると、制御信号３２に応じて閾値を変更し、変更後の閾値で振幅制限を行なう。例えば、ハードクリップ部１５０は、閾値を２つ設定され、制御信号３２を受け取るたびに、第１の閾値から第２の閾値へ、第２の閾値から第１の閾値へと交互に変える。なお、閾値が３つ以上設定されてもよい。閾値が３つ以上の場合には、制御信号３２がハードクリップ部１５０に入力されるたびに、設定された複数の閾値が一定の順序で切り換わっていくようにしてもよい。あるいは、ハードクリップ部１５０が、受け取った一意の制御信号に対応する閾値に変えるようにしてもよい。

減算器１１０からは、ハードクリップ部１５０がいずれの閾値で振幅制限を行なったかによって、異なるピーク抑圧信号が出力される。図７−１は、ピーク抑圧信号のスペクトラムを模式的に示した図である。図７−１に示すように、例えば、ピーク抑圧信号のスペクトラムは、ハードクリップ部１５０が制御信号３２を受け取る前には、曲線１１２のように表され、制御信号３２を受け取った後には、曲線１１３のように表される。

フィルタ部１６０は、実施例１と異なり、複数の異なる周波数特性を備え、そのうちいずれかの周波数特性に基づくフィルタ処理を行なう。フィルタ部１６０は、ハードクリップ部１５０と同じタイミングで制御信号３２を受け取り、受け取った制御信号３２に応じて周波数特性を変化させる。このとき、ハードクリップ部１５０も閾値を変更しており、フィルタ部１６０には、以前と異なるスペクトラムのピーク抑圧信号が入力される。フィルタ部１６０は、変化後の周波数特性で、以前と異なるピーク抑圧信号のスペクトラムをフラットにする。なお、ハードクリップ部１５０と同様、周波数特性が３つ以上設定されてもよい。

図７−２は、フィルタ部１６０の周波数特性を示す図である。図７−２に示すように、例えば、フィルタ部１６０の周波数特性は、フィルタ部１６０が制御信号３２を受け取る前には、曲線１６１で表され、制御信号３２を受け取った後には、曲線１６２のように表される。曲線１６１で表される周波数特性のフィルタ部１６０は、曲線１１２で表されるピーク抑圧信号のスペクトルラムをフラットにし、曲線１６２で表される周波数特性のフィルタ部１６０は、曲線１１３で表されるピーク抑圧信号のスペクトルラムをフラットにする。

上述してきたように、実施例２によれば、振幅制限の閾値を可変にすることによって、送信信号のピーク抑圧が制御可能となり、閾値が固定である場合と比較して、増幅部の変更等に対し、柔軟性をもたせることが可能となる。

実施例１に係るピーク抑圧装置を搭載した無線通信装置の構成を示すブロック図である。 送信信号のスペクトラムを模式的に示した図である。 実施例１に係るピーク抑圧装置の構成を示すブロック図である。 ピーク抑圧信号のスペクトラムを模式的に示した図である。 フィルタ部１２０の周波数特性を示す図である。 フィルタ部１２０通過後のピーク抑圧信号のスペクトラムを模式的に示した図である。 ピーク抑圧装置３０の処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２に係るピーク抑圧装置の構成を示すブロック図である。 ピーク抑圧信号のスペクトラムを模式的に示した図である。 フィルタ部１６０の周波数特性を示す図である。

符号の説明

１０ 無線通信装置
２０ デジタル変調部
３０ ピーク抑圧装置
４０ Ｄ／Ａ変換部
５０ 増幅部
６０ アンテナ
１００ ハードクリップ部
１１０ 減算器
１２０ フィルタ部
１３０ 加算器
１４０ ローパスフィルタ

Claims (5)

1. 送信信号に対し、所定の閾値で振幅制限を行なう振幅制限手段と、
   前記振幅制限手段によって振幅制限された送信信号から、振幅制限前の送信信号を減算してピーク抑圧信号を抽出するピーク抑圧信号抽出手段と、
   前記ピーク抑圧信号抽出手段によって抽出された前記ピーク抑圧信号の周波数特性がフラットになるように、前記ピーク抑圧信号のスペクトラムの逆特性を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理手段によってフィルタ処理が行われた前記ピーク抑圧信号を前記送信信号に加算する加算手段と、
   を備えたことを特徴とするピーク抑圧装置。
2. 前記振幅制限手段は、所定の制御信号を受け取った場合に、当該制御信号に応じて前記閾値を変更し、当該変更後の閾値で振幅制限を行ない、
   前記フィルタ処理手段は、前記ピーク抑圧信号に対し、複数の異なる周波数特性のうちいずれかの周波数特性に基づくフィルタ処理を行なうものであって、前記所定の制御信号を受け取った場合に、いずれの周波数特性でフィルタ処理を行なうかが決定され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. 送信信号に対し、所定の閾値で振幅制限を行なう振幅制限工程と、
   前記振幅制限工程によって振幅制限された送信信号から、振幅制限前の送信信号を減算してピーク抑圧信号を抽出するピーク抑圧信号抽出工程と、
   前記ピーク抑圧信号抽出工程によって抽出されたピーク抑圧信号の周波数特性がフラットになるように、前記ピーク抑圧信号のスペクトラムの逆特性を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理工程と、
   前記フィルタ処理工程によってフィルタ処理が行われた前記ピーク抑圧信号を前記送信信号に加算する加算工程と、
   を含んだことを特徴とするピーク抑圧方法。
4. 前記振幅制限工程は、所定の制御信号を受け取った場合に、当該制御信号に基づく閾値で振幅制限を行ない、
   前記フィルタ処理工程は、前記ピーク抑圧信号に対し、複数の異なる周波数特性のうちいずれかの周波数特性に基づくフィルタ処理を行なうものであって、前記所定の制御信号を受け取った場合に、いずれの周波数特性でフィルタ処理を行なうかが決定されることを特徴とする請求項３に記載のピーク抑圧方法。
5. 送信信号を増幅する前に、当該送信信号のピーク成分を抑圧するピーク抑圧手段を備えた無線通信装置であって、
   前記ピーク抑圧手段は、
   送信信号に対し、所定の閾値で振幅制限を行なう振幅制限手段と、
   前記振幅制限手段によって振幅制限された送信信号から、振幅制限前の送信信号を減算してピーク抑圧信号を抽出するピーク抑圧信号抽出手段と、
   前記ピーク抑圧信号抽出手段によって抽出されたピーク抑圧信号の周波数特性がフラットになるように、前記ピーク抑圧信号のスペクトラムの逆特性を用いてフィルタ処理を行うフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理手段によってフィルタ処理が行われた前記ピーク抑圧信号を前記送信信号に加算する加算手段と、
   を備えたことを特徴とする無線通信装置。

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