(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積しておき、
最新のデジタル入力データが入力される毎に、前記蓄積されている前記最新のデジタル入力データを含んだ所定サンプル数のデジタル入力データの内の最大値を検出し、その最大値で前記最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを除算して出力することを特徴とするコンプレッション処理方法。
【請求項２】
入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積する蓄積手段と、
蓄積されている前記最新のデジタル入力データを含んだデジタル入力データの絶対値の内の最大値を検出する検出手段と、
入力された最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを前記最大値で除算して出力する演算手段と、を備えたことを特徴とするコンプレッション処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、信号の平均電力を上げるためのコンプレッション処理方式に関するものであり、特には、デジタル技術による信号のコンプレッション処理方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、無線送信機、特にＳＳＢ送信機においては、送信信号の平均電力を上げるために、ＡＦ段あるいはＩＦ段等においてコンプレッション処理が行われている。
アナログ回路によるコンプレッション処理は、入力信号を増幅およびリミッティング処理し、それによって生じた高調波成分をローパスフィルタによって除去することにより行われることが多い。
また、近年においては、デジタル処理技術の発達によりデジタル信号処理によってコンプレッション処理を行う試みが行われている。
しかし、上記のようなアナログ回路と同様の手法を用いた場合、リミッティング処理における非線型操作による高調波成分が、有限範囲のサンプリング周波数に起因する折り返し現象によってランダムな周波数成分による不要波成分として発生し、その後段でデジタルフィルタを通してもそれらの不要波成分を抑制することができないという問題が発生する。
そのため、リミッティング処理によって波形のピーク部分をカットするのではなく、入力信号の振幅の変動に連動して利得を変動させるという線型操作を用いれば、上記のようなランダムな不要波成分は発生しないことになる。
そこで、そのような線型操作によるコンプレッション処理の手法としては、例えば次のような手法が考えられる。
即ち、サンプリングされたデジタル入力信号を所定のサンプル数毎に区切って、順次に制御区間を設け、各制御区間毎に、それぞれの制御区間に含まれるデジタル入力信号の絶対値のピーク値をピークホールド処理等の方法によって検出する。このようにして検出したピーク値をその制御区間における除数とし、この除数でその制御区間の各デジタル入力信号を除算（もしくは逆数で乗算）する。このような処理により、各デジタル入力信号は各制御区間毎にその制御区間のピークが飽和しない最大レベルとなるようにレベル制御されるために、リミッティング処理を行わずに線型操作によって入力信号のコンプレッション処理を行うことができるのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような線型操作によるコンプレッション処理の手法においては、１つの制御区間毎に１つの除数を決定し、その制御区間の全データを対象に演算操作が行われるため、除数は段階的に変化するのではなく１つの制御区間から次の制御区間へ移行する境目において大きく変化することになる。そのため、前記境目において信号波形が大きく変化してしまう可能性が有り、それを抑制しようとすると、除数の変化を管理／制御するために複雑な処理が必要になる。そして、そのような複雑な処理は処理装置に負担をかけるとともに、処理時間が長くなるという問題も発生する。
【０００４】
そこで、本発明は、送信信号の平均電力を上げるために簡単な線型操作手段によってコンプレッション処理を実現することのできるデジタルコンプレッション処理技術を提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１のコンプレッション処理方法では、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積しておき、最新のデジタル入力データが入力される毎に、前記蓄積されている前記最新のデジタル入力データを含んだ所定サンプル数のデジタル入力データの内の最大値を検出し、その最大値で前記最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを除算して出力することを特徴とする。
【０００６】
請求項２のコンプレッション処理装置は、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積する蓄積手段と、蓄積されている前記最新のデジタル入力データを含んだデジタル入力データの絶対値の内の最大値を検出する検出手段と、入力された最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを前記最大値で除算して出力する演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるコンプレッション処理方法及び装置を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明にかかるコンプレッション処理方法及び装置の一実施形態を示すブロック図である。
図１において、１は入力端より入力されるデジタル入力データの各サンプルの絶対値を得る絶対値出力手段であり、２は前記絶対値出力手段１より出力されるデジタル入力データの絶対値を、サイズ設定手段４によって予め設定されたサンプル数分だけ蓄積するシフトバッファ手段である。このシフトバッファ手段２では、図２に示したように最新のデータが入力されると、それまで蓄積されていた内の最古のデータが消去されるため、新しいデータから順に予め設定されたサンプル数分だけ常時更新されて蓄積される。なお、絶対値出力手段１およびシフトバッファ手段２により請求項２における蓄積手段が構成される。
【０００９】
３は最新のデータがシフトバッファ手段２に入力される毎に、図２に示したようにシフトバッファ手段２内に蓄積されているデータの最大値を検出する検出手段である。
５は検出手段において検出された最大値と基準値設定手段６において予め設定される基準値とを比較し、大きい方を出力する比較手段である。
７は入力端より入力されている最新のデジタル入力データを、前記比較手段５から出力される値で除算（逆数の乗算でもよい。）して出力する演算手段である。
以上の構成例により、入力端より最新のデジタル入力データが入力されると、絶対値出力手段１からはその絶対値データが出力され、シフトバッファ手段２に入力される。ここで、入力端より入力されるデジタル入力データは、−１〜＋１の範囲に正規化されたデジタルデータであり、シフトバッファ手段２にはその絶対値である０〜＋１の範囲のデジタルデータが蓄積される。
【００１０】
シフトバッファ手段２においては、蓄積データの更新がなされ、最新のデータを含むそれ以前のデータが、新しい順に予め設定されたサンプル数分だけ蓄積されることになる。検出手段３は、更新されたシフトバッファ手段２に蓄積されているデータの最大値を検出することにより、入力信号における所定区間のピークを検出する。検出された最大値は、比較手段５によって基準値と比較され、大きい方の値が演算手段７における除数として出力される。演算手段７は、入力端より入力されている最新のデジタル入力データを、比較手段５より出力された値で除算することにより、入力信号における所定区間のピークが飽和しない最大レベルである１となるような増幅率で、最新のデジタル入力データを増幅して出力することになる。
以上のように、前記シフトバッファ手段２には、最新のデータを含むそれ以前のデータが蓄積されており、検出手段３は、前記最新のデジタル入力データを含んだデータの最大値を検出するので、演算手段７は、最新のデータあるいは所定サンプル数だけ以前の蓄積データを、前記最新のデジタル入力データを含んだデータの最大値で除算するものである。したがって、除数は大きく変化することはなく、概ね段階的に変化する。
【００１１】
さらに入力端より次のデジタル入力データが入力されると、上述と同様の処理が繰り返されることになる。すなわち、個々のデジタル入力データが入力される毎に、データ１個分づつシフトされた入力信号の区間のピークが検出され、それに基づいて当該入力データの増幅率を決定し、それぞれを順次増幅して出力していくことによって入力信号にコンプレッション処理が施されるのである。
ここで、前述の比較手段５における基準値との比較は、無信号時等において演算手段７における増幅率が大きくなりすぎるのを防止するために行われるものであり、基準値設定手段６による基準値の設定によって最大増幅率を規定することができる。
また、サイズ設定手段４によりシフトバッファ手段２の蓄積サンプル数を変更することにより、好みのコンプレッション特性を設定することができる。すなわち、平均電力をより上げるためには、蓄積サンプル数を少なくすればよく、信号波形の変形を極力少なくするためには、蓄積サンプル数を多くすればよい。ただし、これらはトレードオフの関係となるため、それぞれを考慮した設定が必要になる。
【００１２】
なお、上記構成にあっては、演算手段７は、入力端より入力されたばかりの最新のデジタル入力データを比較手段５より出力される除数で除算して出力するように構成されているが、入力端と演算手段７との間に遅延手段を設け、最新のデジタル入力データより所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを当該除数で除算して出力することもできる。それにより、最大値を検出する区間内の何れかの位置に対応するデジタル入力データを、その時の演算対象とすることもできる。
以上より、個々のデジタル入力データ毎に、データ１個分づつシフトさせたそれぞれ異なる区間のピークを検出し、そのピークが飽和しない最大レベルとなるように除数が決定されるため、除数は概ね段階的に変化し、区間の境目において大きく変化することはない。
【００１３】
次に本発明の方法および装置を、ソフトウェアにより実現する場合の実施の形態を、図３と図４のフローチャートに基づいて説明する。
図３は、ＳＳＢ送信機の信号処理に用いられるＤＳＰ（Digital signal processor）の全体処理を示すフローチャートである。図４は、図３におけるコンプレッション処理の詳細を示したフローチャートである。
図３において、
ステップＳ１では、ＳＳＢ送信機のＡＦ段より、デジタル化された変調すべき低周波信号が入力される。
ステップＳ２では、入力されたデジタル信号によってＳＳＢ変調処理を行う。
ステップＳ３では、本発明によるコンプレッション処理を行う。詳細は図４に示した。
ステップＳ４では、バンドパスフィルタ処理を行って、不要成分を除去する。
ステップＳ５において出力する。
なお、このＤＳＰへ入力されるデジタル値は全て−１〜＋１の範囲に正規化されており、ＤＳＰ内においてもこの範囲で処理がなされる。
【００１４】
次にコンプレッション処理の詳細について説明する。
図４において、
NEW ＿DATAはＳＳＢ変調されたデジタル信号の最新のデジタル入力データを表す変数を示し、N は予め設定されたシフトバッファのバッファサイズを示し、PEAK＿BUFF[J] はシフトバッファのＪ番目に蓄積されたデータを表す変数を示し、このシフトバッファのサイズはＮであり、Ｊの変域は０〜Ｎ−１である。
ABS ＿INはNEW ＿DATAの絶対値を表す変数を示し、PEAKは最大値を求めるための変数を示し、SET ＿VALUE は予め設定された最大増幅率を規定するための基準値( ＞０）を示し、MAX(X,Y)は変数Ｘ，Ｙの大きい方を求める演算処理を表す関数を示している。
COMP＿OUT はコンプレッション処理の出力値を表す変数を示している。
【００１５】
そして、ステップＳ１１では、入力された最新のデジタル入力データ（NEW ＿DATA）の絶対値をABS ＿INに代入し、シフトバッファの０番目のデータ（PEAK＿BUFF[0] ）を、PEAKに代入して、最新のデジタル入力データの絶対値をABS ＿INに得るとともにPEAKの初期値を設定する。
ステップＳ１２では、シフトバッファの(J+1) 番目のデータ（PEAK＿BUFF[J+1] ）とPEAKとを比較して大きい方の値をPEAKに代入し、さらにシフトバッファの(J+1) 番目のデータ（PEAK＿BUFF[J+1] ）をＪ番目(PEAK ＿BUFF[J])に代入する操作を、J=0 からJ=(N-2) まで繰り返し行う。これによって、最新のデジタル入力データを除いて、シフトバッファに蓄積されていたデータの最大値がPEAKに得られるとともに、シフトバッファに蓄積されていたデータがそれぞれシフトされ、0 番目に蓄積されていた最古のデータ(PEAK ＿BUFF[0])は図２に示したように破棄される。
【００１６】
ステップＳ１３では、最新のデジタル入力データの絶対値（ABS ＿IN）をシフトバッファの（N-1 ) 番目(PEAK ＿BUFF[N-1] ）に代入することにより、シフトバッファのシフトを完了させ、当該ABS ＿INとPEAKとを比較して大きい方の値をPEAKに代入することにより、シフトが完了したシフトバッファに蓄積されているデータの最大値をPEAKに得る。そして、PEAKと基準値(SET＿VALUE)とを比較して大きい方の値をさらにPEAKに代入することにより、信号増幅のための除数をPEAKに得る。
ステップＳ１４では、最新のデジタル入力データ（NEW ＿DATA）をPEAKで除算した結果をコンプレッション処理の出力値を表すCOMP＿OUT に代入し、当該データが次段の処理（図３におけるステップＳ４）に使用される。
以降、最新のデジタル入力データが入力される毎に以上の処理が繰り返されることにより、入力信号にコンプレッション処理が施される。
【００１７】
なお、この場合においても、ステップＳ１４では、最新のデジタル入力データ（NEW ＿DATA）を、最終的に得られた除数で除算して出力する構成としているが、上記シフトバッファを表す変数（PEAK＿BUFF[J] ）とは別に、NEW ＿DATAをそのまま蓄積しておく同様の変数を追加し、ステップＳ１４において除算される対象を追加された変数の所定番目の位置のデータとすることもできる。それにより、最大値を検出する区間内の何れかの位置に対応するデジタル入力データを、その時の演算対象とすることもできる。
また、設定定数であるN およびSET ＿VALUE は、好みに応じて予め設定しておくことができる。
【００１８】
シミュレーション
以上の構成のコンプレッション処理方法をＳＳＢ変調処理後に用いる場合には、２トーン入力時に理想的な包絡線になるように、シミュレーションと実機による評価を行ったところ、シフトバッファのバッファサイズＮ＝５とすれば、従来型のコンプレッション処理と同等の性能が得られることが確認できた。このシフトバッファのバッファサイズを小さくすると波形が変形してしまう可能性があり、大きくすると平均電力を十分に大きくすることが困難になる。
【００１９】
シフトバッファのバッファサイズＮ＝５とした場合の特性例を図５に示した。この場合は、デジタル入力データは周波数が200Hz のＡＦ信号（シングルトーン）であり、ＬＳＢ処理した場合の例である。
また、コンプレッション処理機能をオン（作動状態）した場合と、オフ（非作動状態）とした場合の出力制限特性例を図６に示した。
コンプレッション処理機能をオフにした場合には、入力レベルが０〜700mVrmsのとき、出力レベルは０〜700mVrmsの範囲で直線的に変化するが、
コンプレッション処理機能をオンにすると、入力レベルが０〜100mVrms程度の低レベルの信号は前記基準値により規定される最大増幅率によりそれぞれ０〜600mVrmsに増幅されて出力されるが、入力レベルが100mVrms以上の場合は600mVrmsの定レベルで出力される。
なお、このシミュレーションにおいては、全体システムとしての飽和を防止するために、コンプレッション処理後にゲイン調整( 減衰) を行っているため、コンプレッション処理機能をオンにした場合の最大出力は600mVrmsに抑えられている。
【００２０】
以上のように、本発明のコンプレッション処理方法を用いたＳＳＢ変調処理には以下の特徴がある。
（１）ディスクリート部品を用いたハードウエアによる処理だけではなく、ＤＳＰ等のソフトウェアによっても実現することができる。
（２）コンプレッション処理ブロックはＳＳＢ変調処理後に配設したが、基本的には、ＡＦ信号処理ブロックでも、変調されたＩＦ信号処理ブロックでもよく、いずれであっても、同等の性能を発揮することができる。
（３）最大値検出処理は最新のデジタル入力データが入力される毎にリアルタイム処理されるので、デジタル入力データを遅延させることなくリアルタイムでコンプレッション処理して出力することができる。
【００２１】
（４）構造がシンプルになる。
入力信号の振幅( 絶対値) と基準値（＞０）によって、除数を管理するブロックと、その除数で入力信号の瞬時値を除算するブロックとで要部が構成されているのでシンプルな構成となる。
また、最大値を検出するためのシフトバッファのバッファサイズＮを調節することにより、出力信号の周波数特性（２トーン）を変更できるので、歪みの程度を前記バッファサイズの大きさのみで調整できる。従って、所望のコンプレッション特性を容易に得ることができる。
（５）アナログ回路方式のコンプレッサを、そのままデジタル回路方式とソフトウエアに置き換えた場合に発生する問題点を回避することができる。
アナログ回路方式のコンプレッサは、変調信号を一定のゲインで増幅した後に、リミッティング処理するという構成となるが、このような構成をそのままデジタル回路方式とソフトウエアの組合せに置き換えると、信号の増幅処理までは問題がないが、リミッティング処理する段階で、入力信号とサンプリング周波数の関係によって生ずる種々の不要波が発生し、単純なフィルタリングでは除去しきれないのである。
しかし、本発明の方法によれば、入力信号の傾向を取り入れた振幅の最大値と基準値の大小関係で決定される値で入力信号の瞬時値を除算するので、演算処理が線型処理であり、上述したような非線型処理に起因する不要波は発生せず、発生した不要波は特別なフィルタリングでなくても抑圧することができる。
また、上述した最大値で入力信号の瞬時値を除算するので、信号の増幅と振幅の抑制とが同時にできる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の請求項１のコンプレッション処理方法によれば、
入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積しておき、
最新のデジタル入力データが入力される毎に、前記蓄積されている所定サンプル数のデジタル入力データの内の最大値を検出し、その最大値を除数として前記最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを除算して出力するので、
除数の変化が大きく変化することが少なくなり、信号波形が大きく変化することが防止される。また、最新のデジタル入力データの変化を管理／制御するための複雑な処理が不必要になる。そして、デジタル入力データを除算して出力すると、リアルタイムの処理が可能になる。
また、このような処理は、ＤＳＰを用いてソフトウエアで実現できるのでフレキシブルなシステムを実現することが容易になる。
【００２３】
また、請求項２のコンプレッション処理装置によれば、
入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積する蓄積手段と、蓄積されているデジタル入力データの絶対値の内の最大値を検出する検出手段と、入力された最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを前記最大値で除算して出力する演算手段とを備えることにより、上記構成のコンプレッション処理方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンプレッション処理装置の実施例のブロック図である。
【図２】シフトバッファの説明図である。
【図３】本発明にかかるコンプレッション処理方法の全体フローチャートである。
【図４】前記全体フローチャートの要部の詳細フローチャートである。
【図５】本発明のコンプレッション処理によるシングルトーンの場合の特性例である。
【図６】本発明のコンプレッション処理による入出力特性例である。
【符号の説明】
１  絶対値出力手段（蓄積手段）
２  シフトバッファ手段（蓄積手段）
３  検出手段
４  サイズ設定手段
５  比較手段
６  基準値設定手段
７  演算手段
【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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