JPWO2007036978A1 - ピーク抑圧機能を有する無線送信装置 - Google Patents

Abstract

本発明の無線送信装置は、入力信号に対するピーク抑圧処理を少なくとも２段階で実施するピーク抑圧機能を有する無線送信装置であって、入力信号の所定区間に含まれる複数のエンベロープに対して、第一のしきい値を超えるピークのうちの最大ピークである第一のピークを検出する第一のピーク検出部と、入力信号のエンベロープ毎に第二のしきい値を超える第二のピークを検出する第二のピーク検出部と、第一のピークに基づいて入力信号の所定区間を第一のレベルだけ抑圧する第一のピーク抑圧部と、第一のピーク抑圧部により抑圧された入力信号を変調した変調信号を生成する変調信号生成部と、第一のレベルと前記第二のピークに基づいて、変調信号の各エンベロープ毎に第二のピークを第二のレベルだけ抑圧する第二のピーク抑圧部とを備える。

Description

本発明は、Ｗ−ＣＤＭＡのようなマルチキャリア伝送におけるピーク抑圧機能を有する無線送信装置に関し、特に、ピーク抑圧装置を複数持つ無線送信装置に関する。

Ｗ−ＣＤＭＡのようなマルチキャリア伝送方式は、複数のサブキャリア（搬送波）を用いた多重伝送により、高い伝送効率によるデータ送信が可能となる。このとき、複数のサブキャリアの位相が一致すると、ＰＡＰＲ(Peak-to-Average Power Ratio)が大きくなり、すなわち平均送信電力と比較してピーク送信電力が著しく大きくなってしまう。ＰＡＰＲの大きい信号を送信する場合、信号増幅における送信信号の非線形歪みや近接チャネルへの電力漏洩を防止するために、送信電力増幅器に対して、広いダイナミックレンジにわたる高い線形性が要求される。

しかし、増幅器の線形性と効率は一般に相反する特性であり、広いダイナミックレンジにわたって高い線形性を確保すると、電力効率が下がり、通信装置の消費電力が増大する。そのため、従来から、ＰＡＰＲを抑制するために、ピーク送信電力を抑圧するピーク抑圧処理が実施されている。

図１は、従来のピーク抑圧装置を含む無線送信装置の構成例を示す図である。図１の構成では、２段階でピーク抑圧を実施する。具体的には、入力される送信信号は、遅延部１０を介して第一段階のピーク抑圧処理を実施する抑圧部１２に入力される。また、送信信号の一部は、遅延部１０に入力される前に分岐され、抑圧部１２での第一段階ピーク抑圧処理に必要な抑圧係数が求められる。具体的には、レプリカ生成部１４は、送信信号をオーバーサンプリングし、帯域制限フィルタを通して周波数変換し、サブキャリアを複数合成するなどにより、変調信号と同様のレプリカ信号を生成する。

ピーク検出部１６は、レプリカ生成部１４からの出力信号（レプリカ信号）のエンベロープ（Envelope:包絡線振幅）を所定区間（１シンボル又は複数シンボル）毎に所定しきい値Ａと比較し、係数演算部１８は、しきい値Ａを超えるエンベロープがある場合は、その最大ピークをしきい値Ａまで抑圧するための抑圧係数を求める。抑圧係数は、例えばしきい値Ａ／最大ピークＰmaxとして求められる。しきい値Ａを超えるエンベロープがない場合は、抑圧係数として１が出力される。第一段階のピーク抑圧処理を実施する抑圧部１２は、係数演算部１８により求められた抑圧係数を送信信号に乗算し、送信信号のピークを抑圧する。

図２は、ピーク抑圧された送信信号を示す図である。図２（ａ）は、前段のピーク抑圧された所定区間の送信信号の例、図２（ｂ）は、後段でピーク抑圧された所定区間の送信信号の例である。図２（ａ）に示すように、複数のエンベロープＥｎｖ０〜Ｅｎｖ３のうち、第一段階のピーク抑圧処理により、しきい値Ａを超えるエンベロープ（Ｅｎｖ０、Ｅｎｖ１、Ｅｎｖ３）のピーク（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ３）うちの最大ピークＰmaxを有するエンベロープ（Ｅｎｖ３）がしきい値Ａを超えないように、所定区間の送信信号に抑圧係数が乗算されることにより、所定区間の送信信号全体の振幅レベル、すなわち、所定区間内のエンベロープＥｎｖ０〜Ｅｎｖ３すべてが最大ピーク（Ｅｎｖ３のピーク値）に基づいて圧縮される。

抑圧部１２から出力信号は変調信号生成部２０に入力され、変調信号（ＱＰＳＫ信号）が生成される。変調信号は、遅延部３０を介して第二段階のピーク抑圧を実施する抑圧部３２に入力される。変調信号の一部は、遅延部３０に入力される前に分岐され、抑圧部３２での第二段階ピーク抑圧に必要な抑圧係数が求められる。具体的には、ピーク検出部３４は、変調信号のエンベロープを所定しきい値Ｂと比較し、係数演算部３６は、しきい値Ｂを超えるエンベロープがある場合は、そのピークをしきい値Ｂまで抑圧するための抑圧係数を求める。なお、しきい値Ｂはしきい値Ａより低い。また、第二段階のピーク抑圧は、しきい値Ｂを超えるエンベロープのみを抑圧するため、エンベロープ毎の抑圧係数が求められる。抑圧係数は、エンベロープ毎に、例えばしきい値Ｂ／ピークＰｉとして求められる（ｉ＝０、１、２…、第一段階のピーク抑圧された後のＥｎｖ０〜Ｅｎｖ３の各ピークをピークＰ０〜Ｐ３とする）。しきい値Ｂを超えないエンベロープについては、抑圧係数として１が出力される。第二段階のピーク抑圧処理を実施する抑圧部３２は、係数演算部３６により求められた抑圧係数を送信信号の各エンベロープに乗算し、送信信号のピークを抑圧する。

図２（ｂ）に示されるように、第二段階のピーク抑圧処理により、しきい値Ｂを超えるエンベロープのみについて、そのピークがしきい値Ｂを超えないように、ピーク抑圧される。しきい値Ｂを超えるエンベロープＥｎｖ０、Ｅｎｖ１、Ｅｎｖ３について、エンベロープ毎に抑圧係数が求められ、それぞれのピークＰ０、Ｐ１、Ｐ３がしきい値Ｂまで抑圧される。

抑圧部３２からの出力信号は、ＤＡ変換器４０に入力され、図示されない電力増幅器による増幅処理などが施された後、アンテナより送信される。
送信信号の変調前にピーク抑圧処理すると、送信信号の周波数スペクトラムは広がらないが、ＩＱ平面上における理想波形からのずれを示すＥＶＭ(Error Vector Magnitude)が劣化するという特性があり、送信信号の変調後にピーク抑圧処理すると、ＥＶＭの劣化は抑えられるが、周波数スペクトラムが広がるという特性がある。このため、両者の特性を考慮し、ピーク抑圧の配分を最適化するため、上述したように、ピーク抑圧処理を２段階で行っている。

しかしながら、図２の従来構成では、複数回のピーク抑圧処理を独立で実施しているため、複数回のピーク検出処理など重複した処理を行う必要があり、また、複数回の遅延処理により送信信号の出力遅延を招く。

そこで、本発明の目的は、より簡単な回路構成により、複数段階のピーク抑圧処理を実施できる無線送信装置を提供することにある。

本発明の目的を達成するための本発明の無線送信装置の第一の構成は、入力信号に対するピーク抑圧処理を少なくとも２段階で実施するピーク抑圧機能を有する無線送信装置において、入力信号の所定区間に含まれる複数のエンベロープに対して、第一のしきい値を超えるピークのうちの最大ピークである第一のピークを検出する第一のピーク検出部と、入力信号のエンベロープ毎に第二のしきい値を超える第二のピークを検出する第二のピーク検出部と、前記第一のピークに基づいて前記入力信号の前記所定区間を第一のレベルだけ抑圧する第一のピーク抑圧部と、前記第一のピーク抑圧部により抑圧された入力信号を変調した変調信号を生成する変調信号生成部と、前記第一のレベルと前記第二のピークに基づいて、前記変調信号の各エンベロープ毎に前記第二のピークを第二のレベルだけ抑圧する第二のピーク抑圧部とを備えることを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第二の構成は、上記第一の構成において、前記第一のしきい値は前記第二のしきい値より高く、前記第一のレベルは、前記第一のピークが前記第一のしきい値を超えないようにするための抑圧レベルであり、前記第二のレベルは、前記第一の抑圧部により抑圧された後の変調信号の各エンベロープのピークが前記第二のしきい値を超えないようにするための抑圧レベルであることを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第三の構成は、上記第一又は第二の構成において、前記第二のピーク抑圧部は、前記第一のレベルに基づいて前記第二のピークを補正し、当該補正された第二のピークが前記第二のしきい値を超えないための抑圧レベルを前記第二のレベルとして求めることを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第四の構成は、上記第三の構成において、前記第二のピーク抑圧部は、前記補正された第二のピークが前記第二のしきい値を超えていない場合は、当該補正された第二のピークを抑圧しないことを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第五の構成は、上記第一乃至第四の構成のいずれかにおいて、前記第二のピーク検出部は、前記第二のピークを検出しない場合、前記第二のピーク抑圧部の動作を停止させることを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第六の構成は、上記第一乃至第四の構成のいずれかにおいて、前記入力信号の電力を測定する電力測定部を備え、前記電力測定部は、測定電力が所定のしきい値を超えない場合、前記第一のピーク抑圧部及び前記第二のピーク抑圧部の動作を停止させることを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第七の構成は、上記第一乃至第四の構成のいずれかにおいて、前記変調信号の電力を測定する電力測定部を備え、前記電力測定部は、測定電力が所定のしきい値を超えない場合、前記第一のピーク抑圧部及び前記第二のピーク抑圧部の動作を停止させることを特徴とする。

本発明によれば、複数段のピーク抑圧処理を一つの回路構成にまとめることができ、ピーク抑圧装置の構成を簡略化することができる。また、複数段の遅延処理を１段階の遅延処理で複数段のピーク抑圧処理が可能となり、高速処理が可能となる。

さらに、ピークが検出されない場合は、ピーク抑圧装置の動作を停止させることで消費電力の低減することができる。

従来のピーク抑圧装置を含む無線送信装置の構成例を示す図である。 ピーク抑圧された送信信号を示す図である。 本発明の実施の形態例におけるピーク抑圧装置を含む無線送信装置の第一の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態例におけるピーク抑圧装置を含む無線送信装置の第二の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態例におけるピーク抑圧装置を含む無線送信装置の第三の構成例を示す図である。

符号の説明

１０：遅延部、１２：抑圧部、１４：レプリカ生成部、１６：ピーク検出部、１６’：エンベロープ検出部、１７Ａ：しきい値Ａ比較部、１７Ｂ：しきい値Ｂ比較部、１８：係数演算部、１９：比較判定部、２０：変調信号生成部、３０：遅延部、３２：抑圧部、３４：ピーク検出部、３６：係数演算部、３６’：係数補正部、４０：ＤＡ変換器、５０：電力測定部

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図３は、本発明の実施の形態例におけるピーク抑圧装置を含む無線送信装置の第一の構成例を示す図である。図３の各構成要素について、図１の構成要素と同一又は類似の構成要素については、同一の参照符号が付される。

入力される送信信号は、遅延部１０を介して第一段階のピーク抑圧処理を実施する抑圧部１２に入力される。また、送信信号の一部は、遅延部１０に入力される前に分岐され、レプリカ生成部１４に入力される。レプリカ生成部１４は、図１の構成と同様に、送信信号をオーバーサンプリングし、帯域制限フィルタを通して周波数変換するなどして、変調信号と同様のレプリカ信号を生成する。

エンベロープ検出部１６’は、図１のピーク検出部１６の一機能であって、所定区間の送信信号に含まれるエンベロープを求める。求められたエンベロープは、しきい値Ａ比較部１７Ａとしきい値Ｂ比較部１７Ｂにおいて、それぞれしきい値Ａとしきい値Ｂと比較される。しきい値Ａ及びしきい値Ｂは、図２に示されたように、しきい値Ａはしきい値Ｂより高い。

しきい値Ａ比較部１７Ａは、ピークがしきい値Ａより大きいエンベロープを検出し、しきい値Ｂ比較部１７Ｂは、ピークがしきい値Ｂより大きいエンベロープを検出する。すなわち、エンベロープ検出部１６’としきい値Ａ比較部１７Ａとにより、図１における第一段階のピーク抑圧のためのピーク検出部１６と同等の機能が実現される。一方、エンベロープ１６’としきい値Ｂ比較部１７Ｂとは、図１における第二段階のピーク抑圧のためのピーク検出部３４の機能に類似するが、図１のピーク検出部３４は、第一段階のピーク抑圧された信号に対するしきい値Ｂとの比較を行い、しきい値Ｂを超えるピークを検出するのに対し、図３のしきい値Ｂ比較部１７は、第一段階のピーク抑圧処理が実施されていない信号に対するしきい値Ｂとの比較を行い、ピークを検出する点で相違する。この相違点に起因する本発明の特徴的な構成については後述する。

係数演算部１８Ａは、しきい値Ａ比較部１７Ａのピーク検出に基づいて、しきい値Ａを超えるエンベロープがある場合は、その最大ピークをしきい値Ａまで抑圧するための抑圧係数を求める。抑圧係数は、例えばしきい値Ａ／最大ピークＰmaxとして求められる。しきい値Ａを超えるエンベロープがない場合は、抑圧係数として１が出力される。すなわち、図３の係数演算部１８Ａは、図１の係数演算部１８と同一の機能を有する。そして、第一段階のピーク抑圧処理を実施する抑圧部１２は、係数演算部１８Ａが求めた抑圧係数を送信信号に乗算し、送信信号のピークを抑圧する。

係数演算部１８Ｂは、しきい値Ｂ比較部１７Ｂのピーク検出に基づいて、しきい値Ｂを超えるエンベロープそれぞれに対する抑圧係数を演算する。抑圧係数は、図１のエンベロープ毎に、例えばしきい値Ｂ／ピークＰ’ｉとして求められる（ｉ＝０、１、２…、第一段階のピーク抑圧される前のＥｎｖ０〜Ｅｎｖ３の各ピークをピークＰ’０〜Ｐ’３とする）。また、しきい値Ｂを超えないエンベロープについては、抑圧係数として１が出力される。

図３の係数演算部１８Ｂと図１の係数演算部３６は、ともにしきい値Ｂを超えるエンベロープに対する抑圧係数を求める点で類似しているが、上述のしきい値Ａ比較部１７Ａとしきい値Ｂ比較部１７Ｂとの相違と同様に、図１の係数演算部３６が第一段階のピーク抑圧された後のエンベロープの抑圧係数を求めるのに対し、図３の係数演算部１８Ｂが第一段階のピーク抑圧処理される前のエンベロープの抑圧係数を求める点で相違する。図３の本発明の構成において、係数演算部１８Ｂが、第一段階のピーク抑圧処理される前のエンベロープに対する抑圧係数を求めることにより、次の比較判定部１９及び抑圧係数補正部３６’の処理が必要となる。

本来、第二段階のピーク抑圧処理のための抑圧係数は、第一段階のピーク抑圧処理された送信信号のエンベロープに対して求めなければならないため、図３の係数演算部１８Ｂにより求められた抑圧係数に対して、第一段階のピーク抑圧分を考慮して、補正を加える。抑圧係数補正部３６’は、例えば、係数演算部１８Ｂが求めた抑圧係数を
Ｂ／（Ｐ’ｉ×（Ａ／Ｐmax））…（１）
として求める。すなわち、第一段階のピーク抑圧処理前のピーク値Ｐ’ｉに第一段階の抑圧係数（Ａ／Ｐmax）を乗算することで、第一段階のピーク抑圧処理後のピーク値Ｐｉに補正し、抑圧係数を修正する。

さらに、図２のエンベロープＥｎｖ２のように、第一段階のピーク抑圧処理前ではしきい値Ｂを超えているが、第一段階のピーク抑圧処理後ではしきい値Ｂを超えないエンベロープについて、本来、第二のピーク抑圧処理では、ピーク抑圧する必要はなく、抑圧係数として１を出力する必要がある。しかしながら、第一段階のピーク抑圧処理前ではしきい値Ｂを超えているため、係数演算部１８は、抑圧係数をＥｎｖ２のピークＰ’２に対する抑圧係数Ｂ／Ｐ’２を求めてしまい、さらに上記（１）式により補正された抑圧係数により、ピーク抑圧されてしまう。

このような不都合を回避するために、比較判定部１９は、各エンベロープが第一のピーク抑圧処理によりしきい値Ｂ以下に抑圧されたかどうかを判定する。具体的には、
Ｐ’ｉ×（Ａ／Ｐmax）＞Ｂ …（２）
が成立すれば、第一のピーク抑圧処理後のピークがしきい値Ｂを超えていることになる。従って、比較判定部１９は、抑圧係数補正部３６’に、上記（１）式に基づいて、補正されたしきい値Ｂに対する抑圧係数を求めるよう指示する。上記（２）式が成立しない場合は、第一のピーク抑圧処理後のピークがしきい値Ｂを超えていないことになるので、ピーク抑圧する必要がない。従って、比較判定部１９は、抑圧係数は１として、抑圧係数補正部３６’に、抑圧係数を１とするように指示する。

上記（２）式は、
Ａ／Ｐmax＞Ｂ／Ｐ’ｉ …（３）
と変形でき、左辺及び右辺はそれぞれ係数演算部１８Ａ、１８Ｂが求める値である。従って、比較判定部１９は、係数演算部１８Ａ、１８Ｂそれぞれが求める抑圧係数の大きさを比較し、第二段階のピーク抑圧処理の必要性を判定する。

図３の抑圧係数補正部３６’が求める抑圧係数は、図１の係数演算部３６と同様となる。そして、第二段階のピーク抑圧処理を実施する抑圧部３２は、抑圧係数補正部３６’により求められた抑圧係数を送信信号の各エンベロープに乗算し、送信信号のピークを抑圧する。

上述した図３の構成にすることにより、第一のピーク抑圧処理と第二のピーク抑圧処理それぞれのための抑圧係数の演算回路を一つにまとめることでき、また、エンベロープ検出部１６’を共通化することができるので、ピーク抑圧処理のための回路構成を小型化することができる。また、第二のピーク抑圧処理のための遅延部（図１の参照符号３０）が不要となり、第二のピーク抑圧処理のための遅延を軽減することができ、回路規模の縮小及び送信処理の高速化が達成される。

図４は、本発明の実施の形態例におけるピーク抑圧装置を含む無線送信装置の第二の構成例を示す図である。以下に示す構成例は、ピーク抑圧装置の低消費電力化のために、ピーク抑圧する必要ない場合は、動作を停止する構成を例示する。図４に示す第二の構成例は、上記図３の第一の構成例において、しきい値Ｂ比較部１７Ｂがしきい値Ｂを超えるピークを検出しない場合に、図中点線で囲まれる部分Ｆに含まれるピーク抑圧装置の構成要素の動作を停止させる。具体的には、各構成要素に対するクロック供給を停止し、動作を停止させる。しきい値Ｂ比較１７Ｂがしきい値Ｂを超えるピークを検出しないということは、ピーク抑圧される前の送信信号がしきい値Ｂを超えるピークを有していないことであり、ピーク抑圧する必要がない。すなわち、抑圧係数を演算する必要がなく、抑圧係数を演算するための他の構成要素の動作を停止させることで、消費電力を低減させることができる。

図５は、本発明の実施の形態例におけるピーク抑圧装置を含む無線送信装置の第三の構成例を示す図である。図５に示す第三の構成例においては、電力測定部５０が、送信信号の電力そのものを測定により求め、測定電力が所定のしきい値より低い場合は、図中点線で囲まれる部分Ｇに含まれるピーク抑圧装置の構成要素の動作を停止させる。第二の構成例と同様に、好ましくは、各構成要素に対するクロック供給が停止される。

送信信号の電力はピーク値と相関するので、送信信号の電力を測定することで、ピークの大きさをおおよそ判別することができる。図２に示すしきい値Ｂを確実に超えないピークに対応する電力のしきい値をあらかじめ設定し、測定電力が当該しきい値より低い場合は、しきい値Ｂを超えるピークは検出されないと判断し、ピーク抑圧装置の構成要素の動作を停止させる。これにより、第二の構成例と同様に、消費電力の低減を図ることができる。なお、図５（ａ）は、電力測定部５０は、ピーク抑圧処理前の送信信号の電力を測定し、図５（ｂ）は、ピーク抑圧処理後の送信信号の電力を測定する場合の構成例である。図５（ｂ）において、ピーク抑圧処理後の送信信号（変調信号）は、ピーク抑圧されているので、ピーク抑圧分電力は低下しているが、その低下分はわずかであり、ピーク抑圧処理後の電力を測定することによっても、しきい値Ｂを超えるピークの有無を判定可能である。

本発明は、マルチキャリア伝送方式の無線送信装置に適用可能であり、無線送信装置の電力効率向上が実現され、帯域外への電力漏洩を防止することができる。

Claims (7)

1. 入力信号に対するピーク抑圧処理を少なくとも２段階で実施するピーク抑圧機能を有する無線送信装置において、
   入力信号の所定区間に含まれる複数のエンベロープに対して、第一のしきい値を超えるピークのうちの最大ピークである第一のピークを検出する第一のピーク検出部と、
   入力信号のエンベロープ毎に第二のしきい値を超える第二のピークを検出する第二のピーク検出部と、
   前記第一のピークに基づいて前記入力信号の前記所定区間を第一のレベルだけ抑圧する第一のピーク抑圧部と、
   前記第一のピーク抑圧部により抑圧された入力信号を変調した変調信号を生成する変調信号生成部と、
   前記第一のレベルと前記第二のピークに基づいて、前記変調信号のエンベロープ毎に前記第二のピークを第二のレベルだけ抑圧する第二のピーク抑圧部とを備えることを特徴とする無線送信装置。
2. 請求項１において、
   前記第一のしきい値は前記第二のしきい値より高く、
   前記第一のレベルは、前記第一のピークが前記第一のしきい値を超えないようにするための抑圧レベルであり、
   前記第二のレベルは、前記第一の抑圧部により抑圧された後の変調信号の各エンベロープのピークが前記第二のしきい値を超えないようにするための抑圧レベルであることを特徴とする無線送信装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記第二のピーク抑圧部は、前記第一のレベルに基づいて前記第二のピークを補正し、当該補正された第二のピークが前記第二のしきい値を超えないための抑圧レベルを前記第二のレベルとして求めることを特徴とする無線送信装置。
4. 請求項３において、
   前記第二のピーク抑圧部は、前記補正された第二のピークが前記第二のしきい値を超えていない場合は、当該補正された第二のピークを抑圧しないことを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記第二のピーク検出部は、前記第二のピークを検出しない場合、前記第二のピーク抑圧部の動作を停止させることを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記入力信号の電力を測定する電力測定部を備え、
   前記電力測定部は、測定電力が所定のしきい値を超えない場合、前記第一のピーク抑圧部及び前記第二のピーク抑圧部の動作を停止させることを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記変調信号の電力を測定する電力測定部を備え、
   前記電力測定部は、測定電力が所定のしきい値を超えない場合、前記第一のピーク抑圧部及び前記第二のピーク抑圧部の動作を停止させることを特徴とする無線通信装置。

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