JP5262361B2

JP5262361B2 - ピーク抑圧復元方法、送信装置、受信装置、およびピーク抑圧復元システム

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Publication number: JP5262361B2
Application number: JP2008174684A
Authority: JP
Inventors: 広吉石川; 一濱田; 伸和札場; 裕一宇都宮; 和男長谷
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: KR20100004870A; US20100003920A1; JP2010016626A; CN101621307A; KR101121828B1; CN101621307B; EP2141874A1; US8009756B2; EP2141874B1

Description

この発明は、通信における信号のピークに対して抑圧および復元を行うピーク抑圧復元方法、送信装置、受信装置、およびピーク抑圧復元システムに関する。

従来より、無線通信において、アンプの電力利用効率を高めるために用いる技術として、送信信号のピークを抑圧する技術が実施されている。つまり、アンプは飽和電力近くで動作させるほど電力利用効率が高くなるので、予めピーク抑圧により信号のピーク成分を抑えることでなるべく飽和電力近くでアンプを動作させている。

例えば、ピークを抑圧する方法、および、抑圧されたピークを復元する方法として、図１４に示すように、送信装置が、ピーク抑圧を行った後に、ピーク抑圧に関するピーク抑圧情報を送信データに組み込んで送信する。そして、受信装置は、ピーク抑圧情報を受信した後、受信されたピーク抑圧情報を用いて、ピーク抑圧された信号を復元する技術が知られている（特許文献１参照）。

また、ピークを抑圧する技術として、ハードクリッピングによるピーク抑圧方法が知られている。具体的には、抑圧目標値を超えるピーク信号が目標値にクリップされるようにゲインがかけられる方法である。なお、ハードクリッピングに関する技術として、ハードクリッピングにて生じる抑圧し始めの急激な信号変化を抑えるために、所定の関数を適用し、ピーク抑圧後の波形の肩を丸めて（図１５参照）、急激な信号変化を抑える技術が知られている（特許文献２参照）。

特開２００１−２７４７６８号公報特開平１０−１７８４１４号公報

ところで、上記したピーク抑圧情報を送信する技術では、送信装置がピーク抑圧情報を送信するために周波数を割り当てる必要がある。この結果、ユーザに割り当てることができる周波数が減り、周波数利用効率が低下するという課題があった。

そこで、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、ピーク抑圧情報を送信せずに、周波数利用効率を改善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、この方法は、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数を用いてピークを抑圧することを要件とする。

開示の装置は、周波数利用効率を改善するという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係るピーク抑圧復元方法、送信装置、受信装置、およびピーク抑圧復元システムの実施例を詳細に説明する。

以下の実施例では、実施例１に係る送信装置および受信装置の構成、処理の流れを順に説明し、最後に実施例１による効果を説明する。

［送信装置の構成］
まず最初に、図１〜図４を用いて、図１に示した送信装置１０の構成を説明する。図１は、実施例１に係る送信装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、データ伝送システムの構成を示すブロック図である。図３は、ピーク抑圧部の処理を説明するための図である。図４は、ピーク抑圧前後の波形の様子を示す図である。

図１に示すように、この送信装置１０は、デジタル変調部１１、ピーク抑圧部１２、Ｄ／Ａ変換部１３、無線送信部１４を備え、アンテナを介して受信装置２０に信号を送信する。以下にこれらの各部の処理を説明する。

デジタル変調部１１は、入力された送信データをデジタル変調し、送信信号としてピーク抑圧部１２に出力する。ピーク抑圧部１２は、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数ｆ（ｘ）で信号のピークを抑圧し、Ｄ／Ａ変換部１３に出力する。

具体的には、ピーク抑圧部１２は、図２に示すように、デジタル変調部１１から出力された送信信号を受け付け、複素数である送信信号に対して振幅値（ｘ）を求め（図２の（１）参照）、関数ｆ（ｘ）によりピーク抑圧信号（ｙ）を演算する（図２の（２）参照）。そして、ピーク抑圧部１２は、遅延器によって遅延された送信信号にピーク抑圧信号（ゲイン）を乗じてピークを抑圧している（図２の（３）参照）。

ここで、図３の例を用いてピーク抑圧部における関数ｆ（ｘ）の処理を詳しく説明する。図３の例では、比較のために、関数ｆ（ｘ）で信号のピークを抑圧する例とともに、従前のハードクリッピングによるピーク抑圧を行った場合の例も示した。

図３に例示するように、ハードクリッピングでは抑圧目標値を超えるピーク信号が目標値にクリップされるようにゲインがかけられている。これに対して、ピーク抑圧部１２が行う関数ｆ（ｘ）のピーク抑圧処理では、抑圧目標値よりも低い振幅から（図３の例では、「抑圧開始」の位置から）ピーク抑圧をしていく点が違っている。また、ピーク抑圧部１２は、信号の最大ピークではハードクリッピング方式と同程度のゲインをかけているが、最大ピーク以外ではハードクリッピングよりも厳しくピーク抑圧するゲインをかけている。

また、図４では、関数ｆ（ｘ）でピーク抑圧をした場合と、ハードクリッピングでピーク抑圧をした場合との波形の違いを示している。同図に示すように、関数ｆ（ｘ）でピーク抑圧した後の波形は、抑圧開始値を超える信号が圧縮されたような形になりながら、最大ピークが抑圧目標に抑えられたような波形となっている。

Ｄ／Ａ変換部１３は、ピーク抑圧部１２から出力された送信信号をデジタルアナログ変換して無線送信部１４に出力する。無線送信部１４は、Ｄ／Ａ変換部１３から出力された送信信号を周波数変換して無線信号を送信する。

［受信装置の構成］
次に、図５〜図８を用いて、図５に示した受信装置２０の構成を説明する。図５は、実施例１に係る受信装置２０の構成を示すブロック図である。図６は、ピーク復元部について説明するための図である。図７は、ピーク復元部の処理を説明するための図である。図８は、ピーク復元部の入出力信号波形を比較するための図である。

図５に示すように、この受信装置２０は、無線受信部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、ピーク復元部２３、デジタル復調部２４を備え、アンテナを介して送信装置２０から信号を受信する。以下にこれらの各部の処理を説明する。

無線受信部２１は、受信した信号を周波数変換し、受信信号としてＡ／Ｄ変換部２２に出力する。Ａ／Ｄ変換部２２は、受信信号をアナログデジタル変換してピーク復元部２３に出力する。

ピーク復元部２３は、抑圧された受信信号のピークを逆関数ｆ^-1（ｘ）を用いて復元し、デジタル復調部２４に出力する。具体的には、ピーク復元部２３は、図６に示すように、Ａ／Ｄから出力された受信信号を受け付け、複素数である受信信号に対して振幅値（ｘ）を求める（図６の（１）参照）。

そして、ピーク復元部２３は、前述した送信装置１０のピーク抑圧部１２によって用いられていた関数と逆特性の関数ｆ^-1（ｘ）によりピーク復元信号（ｙ）を求める（図６の（２）参照）。そして、ピーク復元部２３は、遅延器によって遅延された受信信号にピーク復元信号（ゲイン）を乗じてピークを復元している（図６の（３）参照）。

ここで、図７および図８を用いて、ピーク復元部の処理を説明する。図７に示すように、ピーク復元部２３は、送信装置１０のピーク抑圧部１２で施されたピーク抑圧された信号成分を復元している。また、図８に示すように、ピーク復元部２３では、ピーク復元部の入力信号波形と出力信号波形とを比較して、「抑圧開始」の位置より高い振幅のピークが復元されている。

デジタル復調部２４は、ピーク復元部２３から出力された受信信号をデジタル復調し、受信データとして外部に出力する。

［送信装置による処理］
次に、図９を用いて、実施例１に係る送信装置１０による処理を説明する。図９は、実施例１に係る送信装置１０の処理動作を示すフローチャートである。

同図に示すように、送信装置１０は、入力された送信信号をデジタル変調する（ステップＳ１０１）。そして、送信装置１０は、送信信号に対して、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数ｆ（ｘ）で信号のピークを抑圧する（ステップＳ１０２）。

続いて、送信装置１０は、ピークを抑圧された送信信号をデジタルアナログ変換する（ステップＳ１０３）。その後、送信装置１０は、デジタルアナログ変換された送信信号を周波数変換して無線信号を送信する（ステップＳ１０４）。

［受信装置による処理］
次に、図１０を用いて、実施例１に係る受信装置２０による処理を説明する。図１０は、実施例１に係る受信装置２０の処理動作を示すフローチャートである。

同図に示すように、受信装置２０は、送信装置から信号を受信すると（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、受信した信号を周波数変換し、周波数変換された受信信号をアナログデジタル変換する（ステップＳ２０２）。そして、受信装置２０は、抑圧された受信信号のピークを逆関数ｆ^-1（ｘ）を用いて復元する（ステップＳ２０３）。その後、受信装置２０は、復元された受信信号をデジタル復調する（ステップＳ２０４）。

[実施例１の効果]
上述してきたように、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数を用いてピークを抑圧し、抑圧されたピークを逆関数を用いて復元する。このため、送信装置１０で施したピーク抑圧に関する情報を送ることをせず、さらにピークの波形を残しながらピーク抑圧をかける結果、受信側の信号品質の向上を図りつつ、受信側でピーク復元することができる結果、周波数利用効率を改善することが可能である。

また、実施例１によれば、送信装置１０が、関数を用いて、ピーク抑圧の度合いであるピーク抑圧信号（ゲイン）を演算し、ピーク抑圧信号に基づいてピークを抑圧する。また、受信装置２０が、逆関数でピーク復元の度合いを演算し、ピーク復元の度合いに基づいて、ピークを復元する。この結果、ピーク抑圧に関する情報を送受信する必要がなく、受信側の信号品質の向上を図りつつ、周波数利用効率を改善することが可能である。

また、本発明では、受信装置がピーク抑圧量を判定し、判定されたピーク抑圧量を基にピーク復元量を調整するようにしてもよい。

そこで、以下の実施例２では、受信装置がピーク抑圧量を判定し、判定されたピーク抑圧量を基にピーク復元量を調整する場合として、図１１および図１２を用いて、実施例２における受信装置２０ａの構成および処理について説明する。図１１は、実施例２に係る受信装置について説明するための図である。図１２は、異なるピーク抑圧量で抑圧された受信信号におけるＰＡＰＲの違いを説明するための図である。

まず、実施例２に係る受信装置２０ａの構成および処理を説明する。図１１に示すように、実施例２に係る受信装置２０ａのピーク復元部２３ａは、図６に示した受信装置２０のピーク復元部２３と比較して、ＰＡＰＲ測定回路を新たに備える点が相違する。

このような構成のもと、受信装置２０ａのピーク復元部２３ａは、実施例１と同様に複素数である受信信号に対して振幅値（ｘ）を求めるとともに、実施例１と異なり平均電力およびＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）を測定する。

具体的には、ピーク復元部２３ａは、ＰＡＰＲを測定する処理として、ピーク（ｍａｘ（Ｉ^２＋Ｑ^２））と平均電力を比較し、ピークに対する平均電力の比率をＰＡＰＲとして測定する。続いて、ピーク復元部２３ａは、平均電力およびＰＡＰＲからピーク抑圧量（抑圧目標値および抑圧開始値）を判定し、判定された抑圧目標および抑圧開始値を設定してピーク復元量を調整する。

ここで、図１２でＰＡＰＲとＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function）との関係を示す。同図に示すように、送信装置で設定されているピーク抑圧量が異なる場合には、ＰＡＰＲの値も異なる。例えば、ピーク抑圧量が大きいほど（抑圧目標値が低いほど、また、抑圧開始値が低いほど）ＰＡＰＲが小さくなる。一方、ピーク抑圧がされない場合には、ＰＡＰＲが最も大きい。

つまり、送信装置でどのようなピーク抑圧量（抑圧目標値および抑圧開始値）が設定されているかが受信装置２０ａに設定されていない場合に、受信装置２０ａは、ピーク抑圧量を判定して、ピーク復元量を調整する。

このように、実施例２では、受信装置２０ａが、ピークに対する平均電力の比率を測定して、ピーク抑圧量を判定し、ピーク抑圧量に基づいて、ピーク復元量を調整する。このため、送信装置でどのようなピーク抑圧量（抑圧目標値および抑圧開始値）が設定されているかが受信装置２０ａに設定されていない場合にも、適切にピークを復元することが可能である。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では実施例３として本発明に含まれる他の実施例を説明する。

（１）メモリ
上記の実施例１では、振幅値（ｘ）を求め、関数ｆ（ｘ）によりピーク抑圧信号（ｙ）を演算し、送信信号にピーク抑圧信号（ゲイン）を乗じてピークを抑圧する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、振幅値（ｘ）とピーク抑圧信号（ｙ）とを対応付けて格納するメモリからデータを読み出すようにしてもよい。

具体的には、図１３に示すように、送信装置のピーク抑圧部は、ピーク抑圧部が振幅値（ｘ）とピーク抑圧信号（ｙ）とを対応付けて格納するメモリを有する。そして、送信装置のピーク抑圧部は、複素数である送信信号に対して振幅値（ｘ）を求め、振幅値（ｘ）に対応するピーク抑圧信号（ｙ）をメモリから読み出し、送信信号にピーク抑圧信号を乗じてピークを抑圧する。なお、受信装置も同様の処理を行って、ピークを復元してもよい。

このように、送信装置が、振幅値とピーク抑圧信号とを対応付けて格納するメモリから、送信する信号の振幅値に対応するピーク抑圧信号を読み出し、ピーク抑圧信号に基づいて、ピークを抑圧する。また、受信装置が、振幅値とピーク復元信号とを対応付けて格納するメモリから、受信した信号の振幅値に対応するピーク復元信号を読み出し、ピーク復元信号に基づいて、ピークを復元する。この結果、簡易にピークの抑圧および復元をすることが可能である。

（２）システム構成等
図１および図５に示した送信装置１０および受信装置２０の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。また、例えば、送信装置１０および受信装置２０の各構成要素（例えば、ピーク抑圧部１２またはピーク復元部２３）にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラム等にて実現され得る。

例えば、上記実施例１で説明した各種の処理（図９および図１０等参照）は、あらかじめ用意されたプログラムを通信装置（コンピュータ）に備えられたＣＰＵ（Central Processing Unit）などの処理装置で実行することによって実現することができる。

実施例１に係る送信装置の構成を示すブロック図である。ピーク抑圧部について説明するための図である。ピーク抑圧部の処理を説明するための図である。ピーク抑圧前後の波形の様子を示す図である。実施例１に係る受信装置の構成を示すブロック図である。ピーク復元部について説明するための図である。ピーク復元部の処理を説明するための図である。ピーク復元部の入出力信号波形を比較するための図である。実施例１に係る送信装置の処理動作を示すフローチャートである。実施例１に係る受信装置の処理動作を示すフローチャートである。実施例２に係る受信装置について説明するための図である。異なるピーク抑圧量で抑圧された受信信号におけるＰＡＰＲの違いを説明するための図である。実施例３に係る送信装置について説明するための図である。従来技術を説明するための図である。従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１０送信装置
１１デジタル変調部
１２ピーク抑圧部
１３Ｄ／Ａ変換部
１４無線送信部
２０受信装置
２１無線受信部
２２Ａ／Ｄ変換部
２３ピーク復元部
２４デジタル復調部

Claims

ピーク抑圧復元方法であって、
無線通信における信号の送信に際して、前記信号の振幅について、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数を用いて前記信号のピークを抑圧する抑圧ステップと、
無線通信における信号の受信に際して、前記抑圧ステップによって抑圧された前記信号のピークに対する平均電力の比率を測定して前記抑圧ステップによる抑圧目標値および抑圧開始値から示されるピーク抑圧量を判定し、当該ピーク抑圧量に基づいて、ピークの復元量を調整する復元ステップと、
を含んだことを特徴とするピーク抑圧復元方法。
前記抑圧ステップは、前記関数を用いてピークが抑圧された信号を示すピーク抑圧信号を演算し、当該ピーク抑圧信号に基づいて、ピークを抑圧し、
前記復元ステップは、ゲイン特性の関数と逆特性の逆関数でピークが復元された信号を示すピーク復元信号を演算し、当該ピーク復元信号に基づいて、ピークを復元することを特徴とする請求項１に記載のピーク抑圧復元方法。
前記抑圧ステップは、振幅値とピークが抑圧された信号を示すピーク抑圧信号とを対応付けて格納するピーク抑圧格納部から、送信する信号の振幅値に対応するピーク抑圧信号を読み出し、当該ピーク抑圧信号に基づいて、ピークを抑圧し、
前記復元ステップは、振幅値とピークが復元された信号を示すピーク復元信号とを対応付けて格納するピーク抑圧格納部から、受信した信号の振幅値に対応するピーク復元信号を読み出し、当該ピーク復元信号に基づいて、ピークを復元することを特徴とする請求項１に記載のピーク抑圧復元方法。
無線通信における信号の振幅について、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数を用いて前記信号のピークを抑圧する抑圧手段を備え、前記抑圧手段によって抑圧された前記信号のピークに対する平均電力の比率を測定して前記抑圧手段による抑圧目標値および抑圧開始値から示されるピーク抑圧量を判定し、当該ピーク抑圧量に基づいて、ピークの復元量を調整する受信装置に、ピークが抑圧された信号を送信することを特徴とする送信装置。
無線通信における信号の送信に際して、前記信号の振幅について、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数を用いて前記信号のピークを抑圧する送信装置によって抑圧された前記信号のピークに対する平均電力の比率を測定して前記送信装置による抑圧目標値および抑圧開始値から示されるピーク抑圧量を判定し、当該ピーク抑圧量に基づいて、ピークの復元量を調整する受信装置。
送信装置が、無線通信における信号の送信に際して、前記信号の振幅について、抑圧目標値より小さな抑圧開始値から抑圧を開始するとともに、ピーク振幅値だけが抑圧目標値となるゲイン特性の関数を用いて前記信号のピークを抑圧する抑圧手段を備え、
受信装置が、無線通信における信号の受信に際して、前記抑圧手段によって抑圧された前記信号のピークに対する平均電力の比率を測定して前記抑圧手段による抑圧目標値および抑圧開始値から示されるピーク抑圧量を判定し、当該ピーク抑圧量に基づいて、ピークの復元量を調整する復元手段を備えることを特徴とするピーク抑圧復元システム。