(57)【要約】【課題】裾の広い波形となるピーク電力を確実に抑制する回路・方法を提供する。【解決手段】電力の閾値を超える入力信号のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出し、当該ピーク値を減殺するピークキャンセル信号Ｙを生成する。そして、生成したピークキャンセル信号Ｙの波形を時間軸上の前半部分Ｙ１と後半部分Ｙ２とに分けて、入力信号Ｘを当該後半部分Ｙ２によって減殺し、所定時間遅延させた後の入力信号Ｘ２を、前半部分Ｙ１によって減殺する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の閾値を超える入力信号のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出するピーク検出部と、
前記入力信号を所定時間遅延させる遅延回路部と、
前記ピーク値を減殺するピークキャンセル信号を生成し、当該ピークキャンセル信号の波形を時間軸上の前半部分と後半部分とに分けて、遅延させる前の前記入力信号を当該後半部分によって先に減殺してから、遅延させた後の当該入力信号を当該前半部分によって減殺するキャンセル処理部と
を備えたことを特徴とするピーク電力抑制回路。
【請求項２】
前記キャンセル処理部は、前記閾値を超える入力信号が増加から減少に転じたことを検出して前記ピークキャンセル信号を生成し、前記後半部分をフィードバックして前記入力信号から減殺する請求項１記載のピーク電力抑制回路。
【請求項３】
前記波形は、前記ピーク位置に対応するピークを有するものであり、前記前半部分は、時間軸上、前記波形の開始点から当該ピークを通り越した位置までである請求項１又は２に記載のピーク電力抑制回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のピーク電力抑制回路を前段に備え、後段に増幅器を備えた送信機。
【請求項５】
電力の閾値を超える入力信号のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出し、
前記ピーク値を減殺するピークキャンセル信号を生成し、
前記ピークキャンセル信号の波形を時間軸上の前半部分と後半部分とに分けて、前記入力信号を当該後半部分によって減殺し、
所定時間遅延させた後の前記入力信号を、前記前半部分によって減殺する
ことを特徴とするピーク電力抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば無線通信用の送信機に搭載されるピーク電力抑制回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信機内において信号電力を増幅する増幅器には優れた線形性が要求されるが、最大出力を超えるレベル相当の信号が入力されると、増幅器の出力は飽和して非線形歪みが増大する。例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）のように複数の搬送波を用いて信号を変調する方式では、搬送波の位相が重なり合って大きなピーク電力を持つ信号になることがある。このようなピーク電力に対しても非線形歪みを増大させないようにするには、ダイナミックレンジの広い増幅器が必要となる。しかし、短時間にしか出現しないピーク電力のためにダイナミックレンジを広げると、時間軸上の波形の平均電力と、短時間のピーク電力との比（ＰＡＰＲ：Peak to Average Power Ratio）が大きくなり、電力効率が悪くなる。
【０００３】
従って、短時間しか出現しないピーク電力については、これをそのまま受け入れるよりも抑制する方が合理的である。抑制方法としては、クリッピングと呼ばれるピーク切り取り処理が知られているが、当該クリッピングは、周波数スペクトルに影響を与える欠点がある。そこで、そのような欠点を解消すべく、通常振幅制限を行うピーク電力抑制回路を、増幅器より前段に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この回路では、ピーク値を減殺するピークキャンセル信号を用意して、入力信号から減算する処理を行う。このような処理は、ＰＣ−ＣＦＲ（Peak Cancellation - Crest Factor Reduction）と呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３５０８７号公報（図１，図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなピークキャンセル信号による減算処理を行う従来のピーク電力抑制回路では、閾値を超える入力信号が時間的に長く続いた場合、ピークキャンセル信号を減算処理しても、十分にキャンセルできず、閾値を超える信号が残る場合がある。
【０００６】
図８は、これを説明するグラフであり、（ａ）は入力信号に含まれるピークの部分、（ｂ）はピークキャンセル信号、（ｃ）は出力信号を、それぞれ示している。横軸は時間、縦方向は電力を意味する。すなわち、（ａ）に示すように、閾値を超える入力信号が長く続き、裾の広い波形のピークとなる場合、ピーク値に基づいて（ｂ）に示すピークキャンセル信号で減算処理しても、（ｃ）に示す信号が残ってしまう。これは、後段の増幅器における非線形歪みの原因となる。
【０００７】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、裾の広い波形となるピーク電力を確実に抑制する回路・方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明のピーク電力抑制回路は、電力の閾値を超える入力信号のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出するピーク検出部と、前記入力信号を所定時間遅延させる遅延回路部と、前記ピーク値を減殺するピークキャンセル信号を生成し、当該ピークキャンセル信号の波形を時間軸上の前半部分と後半部分とに分けて、遅延させる前の前記入力信号を当該後半部分によって先に減殺してから、遅延させた後の当該入力信号を当該前半部分によって減殺するキャンセル処理部とを備えたものである。
【０００９】
上記のように構成されたピーク電力抑制回路では、時間軸上で裾の広い波形となるピーク電力に対して、ピークキャンセル信号の後半部分による減殺が前半部分による減殺より先行する。これにより、裾の広い波形が途中で深く凹み、その凹みの直後には新たなピーク電力が出現する。そして、凹みの直前にあるピーク電力は、ピークキャンセル信号の前半部分により減殺される。新たなピーク電力についても同様に、後方から先に減殺された後、前方が減殺される。すなわち、裾の広い波形に対して、ピークキャンセル信号の後半部分によって、先に後ろから切り込みを入れ、その後、前半部分によって前を刈り取るようなキャンセル処理が逐次行われる。
【００１０】
（２）また、前記ピーク電力抑制回路において、前記キャンセル処理部は、前記閾値を超える入力信号が増加から減少に転じたことを検出して前記ピークキャンセル信号を生成し、前記後半部分をフィードバックして前記入力信号から減殺するようにしてもよい。
この場合、入力信号のピーク値を確実に捉えて適切なピークキャンセル信号を生成し、後半部分のフィードバックによるピーク電力の減殺を行うことができる。
【００１１】
（３）また、前記（１）又は（２）のピーク電力抑制回路において、前記波形は、前記ピーク位置に対応するピークを有するものであり、前記前半部分は、時間軸上、前記波形の開始点から当該ピークを通り越した位置までであることが好ましい。
この場合、入力信号のピーク値及びそのピーク位置を検出してから自己の処理時間でピークキャンセル信号を生成することができるので、結果的に、入力信号に対して適切なピークキャンセル信号を生成することができる。
【００１２】
（４）また、前記（１）〜（３）のいずれかのピーク電力抑制回路を前段に備え、後段に増幅器を備えた送信機としてもよい。
このような送信機は、ピーク電力の抑制により、増幅器における非線形歪みの発生を防止することができる。
【００１３】
（５）一方、本発明のピーク電力抑制方法は、電力の閾値を超える入力信号のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出し、前記ピーク値を減殺するピークキャンセル信号を生成し、前記ピークキャンセル信号の波形を時間軸上の前半部分と後半部分とに分けて、前記入力信号を当該後半部分によって減殺し、所定時間遅延させた後の前記入力信号を、前記前半部分によって減殺することを特徴とする。
【００１４】
上記のようなピーク電力抑制方法では、時間軸上で裾の広い波形となるピーク電力に対して、ピークキャンセル信号の後半部分による減殺が前半部分による減殺より先行する。これにより、裾の広い波形が途中で深く凹み、その凹みの直後には新たなピーク電力が出現する。そして、凹みの直前にあるピーク電力は、ピークキャンセル信号の前半部分により減殺される。新たなピーク電力についても同様に、後方から先に減殺された後、前方が減殺される。すなわち、裾の広い波形に対して、ピークキャンセル信号の後半部分によって、先に後ろから切り込みを入れ、その後、前半部分によって前を刈り取るようなキャンセル処理が逐次行われる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のピーク電力抑制回路及びピーク電力抑制方法によれば、裾の広い波形となるピーク電力であっても、裾の狭いピーク電力に小分けしてキャンセル処理することが可能となるので、確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るピーク電力抑制回路（ＣＦＲ）及びこれを含む送信機の要部を示すブロック図である。
【図２】上記ピーク電力抑制回路の機能を示す回路図である。
【図３】電力の閾値を超える入力信号Ｘが、キャンセル処理部によって、どのように処理されるかの具体例を示すグラフである。
【図４】時刻ｔ+Ｔからｔ+２Ｔへの変化を拡大して示す図である。
【図５】時刻ｔ+２Ｔからｔ+３Ｔへの変化を拡大して示す図である。
【図６】時刻ｔ+３Ｔからｔ+４Ｔへの変化を拡大して示す図である。
【図７】時刻ｔ+４Ｔからｔ+５Ｔへの変化を拡大して示す図である。
【図８】ピークキャンセル信号を減算処理しても、十分にキャンセルできず、閾値を超える信号が残る場合について例示するグラフであり、（ａ）は入力信号に含まれるピークの部分、（ｂ）はピークキャンセル信号、（ｃ）は出力信号を、それぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るピーク電力抑制回路（ＣＦＲ）１及びこれを含む送信機１０の要部を示すブロック図である。この送信機１０は、例えば、無線通信システムの基地局装置に用いられるものである。図において、送信機１０は、図示しないディジタル処理部から与えられる入力信号のピーク電力を抑制するピーク電力抑制回路１、ディジタル信号からアナログ信号への変換を行うＤ／Ａコンバータ２、不要な高周波をカットするローパスフィルタ３、送信用の変調を行う周波数変換部４、高出力の増幅器（ＨＰＡ）５、及び、送信用のアンテナ６を備えている。
【００１８】
図２は、上記ピーク電力抑制回路１の機能を示す回路図である。ピーク電力抑制回路１は、減算部１１、遅延回路部１２、減算部１３、ピーク検出部１４、及び、ピークキャンセル信号生成部１５を備えている。入力信号をＸ、減算部１１を経た信号をＸ１とすると、ピーク検出部１４は、電力の閾値を超える入力信号Ｘ，Ｘ１のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出する。どこがピーク値であるかは、信号の波形（包絡線）が増加から減少に転じることにより、検出可能である。
【００１９】
また、ピークキャンセル信号生成部１５は、予め記憶している基本関数波形に、ピーク値が閾値を超える分を乗じることにより、ピーク値を減殺するピークキャンセル信号Ｙを生成する。そして、このピークキャンセル信号Ｙの波形を、時間軸上の前半部分Ｙ１と後半部分Ｙ２とに分けて出力する。閾値を超える入力信号Ｘは、この後半部分Ｙ２によって減殺される。一方、信号Ｘ１は遅延回路部１２によって所定時間遅延させられた入力信号Ｘ２となり、さらに、減算部１３において上記の前半部分Ｙ１の減算処理を受け、最終的に出力信号Ｚとなる。
【００２０】
すなわち、ピークキャンセル信号生成部１５並びに減算部１１及び１３は、キャンセル処理部１６を構成しており、当該キャンセル処理部１６は、ピーク値を減殺するピークキャンセル信号Ｙを生成するとともに、当該ピークキャンセル信号Ｙの波形を時間軸上の前半部分Ｙ１と後半部分Ｙ２とに分けて、遅延させる前の入力信号Ｘを当該後半部分Ｙ２のフィードバックによって先に減殺してから、遅延させた後の入力信号Ｘ２を当該前半部分Ｙ１のフィードフォワードによって減殺することになる。
【００２１】
なお、上記のピークキャンセル信号Ｙは、入力信号Ｘと同じ周波数帯にある。従って、ピークキャンセル信号Ｙは、入力信号Ｘの使用する周波数帯域外に漏洩しない信号である。仮に、ピークキャンセル信号Ｙに入力信号Ｘの周波数帯域外の成分が含まれていると、入力信号Ｘから上記後半部分Ｙ２を減算又は信号Ｘ２から上記前半部分Ｙ１を減算した時点で、周波数帯域外への漏洩が生じるが、上記のように同じ周波数帯域内であることにより、減算によって周波数帯域外への漏洩が生じることはないので好ましい。
【００２２】
図３は、電力の閾値を超える入力信号Ｘが、図２のキャンセル処理部１６によって、どのように処理されるかの具体例を示すグラフである。上から順に、図２における各信号Ｘ，Ｙ２，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｚを示し、横軸は時間を示す。また、横方向には、各信号の、時刻ｔから時間Ｔを経過するごとの変化を示している。
【００２３】
一例としての入力信号Ｘは、閾値を超えるものであって、時刻ｔから、時刻ｔ+５Ｔまでの間に、図示のような軌跡を描く（又は描いた）ものとする。各信号の最終的な波形は、時刻ｔ+５Ｔに現われている。信号Ｘ１は、Ｘ−Ｙ２の関係にある。信号Ｘ２は、信号Ｘ１を遅延させたものである。出力信号Ｚは、Ｘ２−Ｙ１の関係にある。
また、図４〜図７はそれぞれ、時刻の一変化分（ｔ+Ｔからｔ+２Ｔ、ｔ+２Ｔからｔ+３Ｔ、ｔ+３Ｔからｔ+４Ｔ、ｔ+４Ｔからｔ+５Ｔ）を拡大した図である。
【００２４】
まず、図３の時刻ｔにおいて入力信号Ｘは、閾値を超え始めている。このとき、まだピークキャンセル信号Ｙ２は出ない。従って、信号Ｘ１は、Ｘと同じである。その他の各信号Ｘ２，Ｙ１，Ｚも、この時点では出ない。次に、時刻ｔ+Ｔに至ると（図３，図４）、入力信号Ｘはピークを通り過ぎて下降し始めている。ピーク検出部１４は、閾値を超えて増加していた信号Ｘ１が減少に転じたことを捉え、そのピーク値と、ピーク値が発生した時間軸上のピーク位置を検出する。
【００２５】
これにより、ピークキャンセル信号生成部１５は、入力電力のピーク値に応じた高さのピーク値を持つピークキャンセル信号Ｙを生成すべく、その形状（高さや、裾の拡がり）を確定する。そして、ピークキャンセル信号生成部１５は、形状が確定したピークキャンセル信号Ｙを、前半部分Ｙ１と後半部分Ｙ２とに分ける。図４の信号Ｙ２（上から２段目）の時刻ｔ+２Ｔにおいて、ピークキャンセル信号Ｙの後半部分Ｙ２が先に現れる。点線は前半部分Ｙ１に相当し、点線と実線とを合わせた全体が、ピークキャンセル信号Ｙに相当する。すなわち、このピークキャンセル信号Ｙの波形は、入力信号Ｘ，Ｘ１のピーク値に対応する高さや、時間軸上の幅を有する。また、ピークキャンセル信号Ｙの前半部分Ｙ１は、時間軸上、波形の開始点から当該ピーク（Ｙのピーク）を通り越した位置までである。
【００２６】
上記後半部分Ｙ２は直ちに出力（フィードバック）され、入力信号から減算される。一方、前半部分Ｙ１は、遅延した入力電力のピーク位置と、ピークのタイミングを合わせるように出力される。
【００２７】
なお、仮に、ピークキャンセル信号Ｙの前半部分と後半部分とを、ピーク値の位置で分けようとすると、入力信号Ｘ１のピークを検出すると同時にピークキャンセル信号の後半部分を出力しなければならないことになる。しかし、これは、ピーク検出部１４やピークキャンセル信号生成部１５の処理時間を考えると無理があり、後半部分Ｙ２を出力するタイミングが、入力信号Ｘより遅れる。その場合には、ねらい通りの減殺はできない。しかし、上記のように、後半部分がピークより少し後になることによって、入力信号Ｘ，Ｘ１のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出してから自己の処理時間でピークキャンセル信号Ｙを生成できることになるので、結果的に、入力信号Ｘに対して適切なピークキャンセル信号Ｙを生成することができる。
【００２８】
そして、図４に示すように、上記ピークキャンセル信号の後半部分Ｙ２による減殺により、信号Ｘ１（＝Ｘ−Ｙ２）は、途中で深く凹んだ形となる。これにより、閾値を超える電力の波形が２つの山に分かれ、新たなピークが出現する(図４)。
一方、時刻ｔ＋２Ｔには、信号Ｘ１の遅延信号であるＸ２が現れ始める。この信号Ｘ２は、ピークキャンセル信号の前半部分Ｙ１によって減殺される。
【００２９】
信号Ｘ２のピーク位置と、ピークキャンセル信号の前半部分Ｙ１のピーク位置は、前述のようにタイミングを合わせることにより互いに同期するので、確実にピーク電力を抑制することができる。従って、出力信号Ｚは、低いレベルに抑えられる。
【００３０】
上記の、新たなピークの出現により、ピーク検出部１４はピーク値と、その時間軸上のピーク位置とを検出する。そして、ピークキャンセル信号生成部１５は、予め記憶している基本関数波形に、ピーク値が閾値を超える分を乗じることにより、ピークキャンセル信号を生成する。このピークキャンセル信号もまた、前半部分Ｙ１と後半部分Ｙ２とに分かれて出力される。この後半部分Ｙ２は、時刻ｔ+３Ｔにおいて現れ始める（図３，図５）。すなわち、最初のピークとは異なる新たなピークのキャンセル信号における後半部分Ｙ２が、前半部分Ｙ１よりも先に現れる。一方、信号Ｘ２及びＹ１は、それぞれ、時刻ｔ＋２Ｔよりも波形が進んだ形となる。出力信号Ｚは、引き続き低いレベルに抑えられる。
【００３１】
次に、時刻ｔ＋４Ｔ（図３，図６）では、信号Ｘ１が遅延した信号Ｘ２の新たなピーク部分が現れる。また、新たなピーク部分に対するピークキャンセル信号の前半部分Ｙ１が現れる。信号Ｘ２は、当該前半部分Ｙ１によって抑制される。従って、出力信号Ｚは、低いレベルに抑えられる。
最後に、時刻ｔ＋５Ｔ（図３，図７）では、信号Ｘ２の最後の部分（既に後半部分Ｙ２によって抑制された部分）が現れる。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係るピーク電力抑制回路１によれば、時間軸上で裾の広い波形となるピーク電力に対して、ピークキャンセル信号の後半部分による減殺が前半部分による減殺より先行する。これにより、裾の広い波形が途中で深く凹み、その凹みの直後には新たなピーク電力が出現する。そして、凹みの直前にあるピーク電力は、ピークキャンセル信号の前半部分により減殺される。新たなピーク電力についても同様に、後方から先に減殺された後、前方が減殺される。
【００３３】
すなわち、裾の広い波形に対して、ピークキャンセル信号の後半部分によって、先に後ろから切り込みを入れ、その後、前半部分によって前を刈り取るようなキャンセル処理が逐次行われる。これによって、裾の広い波形となるピーク電力であっても確実に抑制することができる。
【００３４】
言い換えれば、従来は閾値を超える入力信号中にピークを検出したら、それに対応した１つのピークキャンセル信号しか生成せず、その結果、裾の広いピーク電力には十分なキャンセル効果が得られなかった（図８）。しかしながら、本実施形態のピーク電力抑制回路１によれば、ピークキャンセル信号の後半部分をフィードバックする機能を追加すること（だけ）で、裾の広いピーク電力を、いわば、裾の狭いピーク電力（１つのピークキャンセル信号Ｙでキャンセルできるピーク電力）に小分けしてキャンセル処理することが可能となる。こうして、全体としてキャンセルできる範囲を広げ、裾の広いピーク電力を効果的に抑制することができる。
また、こうしてピーク電力を抑制することにより、増幅器５における非線形歪みの発生を防止することができる。
【００３５】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１  ピーク電力抑制回路
５  増幅器
１０  送信機
１２  遅延回路部
１４  ピーク検出部
１６  キャンセル処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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