(57)【要約】  課題：  固有モードＭＩＭＯ伝送において、伝送するストリームの固有値、ビット誤り率の低下を伴うことなく、ピーク低減が図れるようにしたピーク低減装置を提供すること。  解決手段：  本発明のピーク電力低減装置は、伝送するデジタル情報を複数本のストリームに分割する手段と、複数本のストリームの変調多値数及び送信電力の配分を伝送状態により選定する手段と、ストリームの伝送路特性を特異値分解して右特異値行列によりプリコーディングする手段と、ストリームのサブキャリアを前記変調多値数に応じて複素マッピングする手段と、複素マッピング信号を時間領域の信号に変換する手段と、該変換結果を時間領域信号として記憶する第１の手段と、時間領域信号の振幅に対して所定閾値を超えるピーク値が存在した場合に当該ピーク値から予め設定してある所定の閾値を超えるピーク時間信号を算出する第２の手段を備えることを特徴とする。
2017010196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送するデジタル情報を複数本のストリームに分割する手段と、
前記複数本のストリームの変調多値数及び送信電力の配分を伝送状態により選定する手段と、
前記ストリームの伝送路特性を特異値分解して右特異値行列によりプリコーディングする手段と、
前記ストリームのサブキャリアを前記変調多値数に応じて複素マッピングする手段と、
前記複素マッピング信号を時間領域の信号に変換する手段と、該変換結果を時間領域信号として記憶する第１の手段と、
前記時間領域信号の振幅に対して所定閾値を超えるピーク値が存在した場合に当該ピーク値から予め設定してある所定の閾値を超えるピーク時間信号を算出する第２の手段と、
前記ピーク時間信号を周波数領域の信号に変換し、変換した周波数領域ピーク信号を算出する第３の手段と、
前記周波数領域ピーク信号に対して右特異値行列の複素共役転置行列を乗算することでピークストリーム信号を算出する第４の手段と、
前記第４の手段により得られたピークストリーム信号に対して、ストリームの変調多値数に応じたピークストリーム信号レベルのＳＮ比を所定の劣化量以下に制限する第５の手段と、を備えることを特徴とするピーク電力低減装置。
【請求項２】
請求項１に記載のピーク電力低減装置において、
前記レベル制限されたピークストリーム信号に対して時間領域に変換してレベルが制限されたピーク時間信号を算出する第６の手段と、
前記第１の手段により得られた時間領域の信号から前記第６の手段により得られた時間領域のピーク信号を減算することでピーク成分を低減する第７の手段と、を備えることを特徴とするピーク電力低減装置。
【請求項３】
請求項１に記載のピーク電力低減装置において、
前記ピークを低減した時間領域の信号に対して前記第２の手段から前記第７の手段を複数回反復して演算することにより、ストリーム毎の変調誤差比をストリームに割り当てられた変調多値数に応じて制御すること特徴とするピーク電力低減装置。
【請求項４】
請求項２に記載のピーク電力低減装置において、
前記ピークを低減した時間領域の信号に対して前記第２の手段から前記第７の手段を複数回反復して演算することにより、ストリーム毎の変調誤差比をストリームに割り当てられた変調多値数に応じて制御すること特徴とするピーク電力低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムの複数のストリームを伝送する固有モードＭＩＭＯ伝送におけるピーク電力対平均電力の低減方式に係り、特にＯＦＤＭ方式などのマルチキャリア伝送におけるピーク電力低減のための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の送受信アンテナを用いて、複数ストリームを空間多重して伝送するＭＩＭＯ（Multiple  Input  Multiple  Output）技術が実用化され、このＭＩＭＯ伝送により伝送容量を増加させることが可能となっている。ＭＩＭＯ伝送方式の一つとして、送信側で伝送路の状態を把握することが可能である場合、伝送路が有する潜在的な伝送容量を最大限に利用できる固有モードＭＩＭＯ伝送方式がある。
固有モードＭＩＭＯ伝送方式では、（式１）に示すように伝送路特性をＨとすると、固有モード伝送の前処理として伝送路特性を特異値分解する。
【数１】
2017010196.tif 000003
（Ｖの右上に記載しているＨは複素共役転置を示す）
【数２】
2017010196.tif 000004
【０００３】
固有モードＭＩＭＯ伝送では、情報伝送を行うストリームとしてＬ本のストリームベクトルＳ＝［Ｓ１  Ｓ２  ・・・ＳＬ］Ｔを用い、このストリームベクトルＳの振幅、位相に情報をのせて伝送する。このストリームベクトルＳに対して右特異値行列Ｖを乗算した後に送信信号ベクトルＸを生成する。更には、注水定理と呼ばれる原理を用いて、各ストリームの送信電力を適切に配分することで伝送容量の増大が期待できる。
【数３】
2017010196.tif 000005
（式３）に示した処理をストリームベクトルＳに対するプリコーディング処理と称する。プリコーディング後の送送信信号ベクトルＸは各送信アンテナから送出される。
受信信号ベクトルＹは送信信号ベクトルＸが伝送路行列Ｈを経由した後、熱雑音ベクトルＮ（分散をσ２とする）が加算された信号となる。
【数４】
2017010196.tif 000006
（式４）に（式１）、（式３）を代入し、（式５）に表す。
【数５】
2017010196.tif 000007
（式５）で表される受信信号ベクトルＹに対して、ストリーム毎に分解する空間フィルタ処理を施すことにより、（式６）に示す送信ストリームベクトルＳの推定を行う。空間フィルタ処理は、受信信号ベクトルＹに左特異値行列の複素共役転置行列ＵＨを乗算することで実現できる。
【数６】
2017010196.tif 000008
【数７】
2017010196.tif 000009
同様に、第二項の雑音成分について（式８）にその詳細を示す。
【数８】
2017010196.tif 000010
（式８）において、［ｎ１  ｎ２  ・・・ｎｎ−１］Ｔはガウス分布を呈する熱雑音であり、各要素の平均値は0であり、分散はσ２とする。また、ＵＨはユニタリー行列であるため、この雑音レベルを強調してしまうようなことはない。
これら（式７）（式８）を用いて各ストリームのＳＮ比を算出する。ｋ番目のストリームのＳＮ比をＳＮＲｋとすると、（式９）となる。
【数９】
2017010196.tif 000011
そのため多値数の大きな（例えば、２５６ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation）など）の変調方式を割り当てることで、伝送路が有する潜在的な伝送容量を最大限活用することが可能である。逆に、固有値の小さいストリームには多くの情報を伝送することが不可能であるため、多値数の小さな（例えばＱＰＳＫ（Quadrature  Phase  Shift  Keying）など）の変調方式を割り当てる。【０００４】
上記に説明した固有モード伝送ＭＩＭＯ方式により、伝送路に対して伝送容量が最大となるような伝送が可能である。
また、上記固有モードＭＩＭＯ伝送を広い周波数帯域幅を使用する適用する場合において、伝送路の特性はマルチパス等の影響により周波数ωごとに異なった特性になることが多い。そのため、伝送路特性行列Ｈ（ω）は周波数ωの関数で示すこととする。このような周波数特性を有する環境では、周波数（ω）毎に上記のストリーム配分を適切に行うことで、伝送容量の最適化が可能である。この周波数毎の最適化を行うため、狭帯域の複数サブキャリアを直交させながら伝送を行うＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division   Multiplexing）変調方式を用いることで、サブキャリア毎（あるいは複数のサブキャリア単位）に伝送路Ｈ（ω）に適したストリーム配分を行うことができる。
ところで、このＯＦＤＭ方式では、複数のサブキャリアの位相が一致した場合、大きな振幅のピーク（瞬時ピーク）が現われてしまうという性質がある。
一方、一般的な電力増幅器の場合、大きな振幅の信号が入力され、出力電力が飽和状態に近付くと、非線形歪みが発生してしまう。そして、このことは、伝送系の送信側でキャリアの増幅に使用される電力増幅器においても例外ではなく、上記のＯＦＤＭ方式の場合のように、入力信号の時間波形に大きな振幅のピークが含まれていると、電力増幅器の非線形歪みが生じてしまう。この歪により全てのストリームのＥＶＭ（Error  Vector  Magnitude：変調精度）が劣化してしまい、ビット誤り率を増加させてしまう。更には、この非線形歪みにより、帯域外への電力漏洩が発生するという問題も併発してしまう。
この非線形歪みによる問題は、電力増幅器のバックオフを大きくすることにより、解決することは可能であるが、電力増幅器の効率が低下してしまうという相反関係にある。そこで、この瞬時ピークを低減する手法として、所定のレベルの閾値を超えるピークに対してフィルタ処理を行い、帯域外漏洩を制限しつつピーク低減を図るという手法が従来から提案されている(例えば特許文献１など参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５４３４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術は、ピーク低減用の信号を無線信号帯域内全体に挿入する必要があるため、ＥＶＭ劣化が避けられない。また、前述したように固有モードＭＩＭＯ伝送を行う際には、大きな固有値が得られるストリームには高い多値数を割り当てるため、少しのＥＶＭ劣化であってもビット誤り率が増大してしまう。一方、小さな固有値のストリームには低い多値数を割り当てているためＥＶＭ劣化が生じていてもビット誤り率が大きく増大することはない。
そこで、本発明の目的は、ストリーム毎のＥＶＭ劣化を変調多値数に応じて制御し、固有値の大きなストリームのＥＶＭ劣化を抑え、逆に固有値の小さなストリームのＥＶＭ劣化を許容することにより、固有モードＭＩＭＯ伝送全体のビット誤り率を劣化させることなく、ピーク電力低減が図れるようにしたピーク電力低減装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のピーク電力低減装置は、伝送するデジタル情報を複数本のストリームに分割する手段と、複数本のストリームの変調多値数及び送信電力の配分を伝送状態により選定する手段と、ストリームの伝送路特性を特異値分解して右特異値行列によりプリコーディングする手段と、ストリームのサブキャリアを変調多値数に応じて複素マッピングする手段と、複素マッピング信号を時間領域の信号に変換する手段と、該変換結果を時間領域信号として記憶する第１の手段と、時間領域信号の振幅に対して所定閾値を超えるピーク値が存在した場合に当該ピーク値から予め設定してある所定の閾値を超えるピーク時間信号を算出する第２の手段と、ピーク時間信号を周波数領域の信号に変換し、変換した周波数領域ピーク信号を算出する第３の手段と、周波数領域ピーク信号に対して右特異値行列の複素共役転置行列を乗算することでピークストリーム信号を算出する第４の手段と、第４の手段により得られたピークストリーム信号に対して、ストリームの変調多値数に応じたピークストリーム信号レベルのＳＮ比を所定の劣化量以下に制限する第５の手段とを備えることを特徴とする。【０００８】
また、本発明のピーク電力低減装置は、上述のピーク電力低減装置であって、レベル制限されたピークストリーム信号に対して時間領域に変換してレベルが制限されたピーク時間信号を算出する第６の手段と、第１の手段により得られた時間領域の信号から第６の手段により得られた時間領域のピーク信号を減算することでピーク成分を低減する第７の手段とを備えることを特徴とする。【０００９】
さらに、本発明のピーク電力低減装置は、上述のピーク電力低減装置であって、ピークを低減した時間領域の信号に対して第２の手段から第７の手段を複数回反復して演算することにより、ストリーム毎の変調誤差比をストリームに割り当てられた変調多値数に応じて制御すること特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固有モードＭＩＭＯ伝送全体のビット誤り率を劣化させることなく、ピーク電力低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係るピーク低減装置の第１の実施形態である。
【図２】本発明の一実施例に係るピーク低減装置のストリームレベル制御積分の構成を説明するための図である。
【図３】サブキャリア構成を説明するための図である。
【図４】ピーク信号の概念図である。
【図５】ストリーム領域信号と送信周波数領域信号の変換を説明するための図である。
【図６】ピークストリームベクトルと帯域制限されたピークストリームベクトルを説明するための図である。
【図７】ストリーム領域の演算と時間領域の演算の等価性を説明するための図である。
【図８】（式２８）と許容ＥＶＭ劣化量の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るピーク低減装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るピーク低減装置の第１の実施形態で、これは、例えばＯＦＤＭ方式の無線伝送システムの送信側にあるキャリア増幅用電力増幅器の入力信号に現われるピークを低減するため、当該電力増幅器の入力側に設けられている。
また、図３に示すようにＯＦＤＭ伝送に用いるＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）のポイント数はＫＦＦＴとし、使用するサブキャリア数はＫとする。そして、このとき伝送帯域内にあるサブキャリアは、情報を伝送するＤＡＴＡキャリア（情報キャリア）と、ＮＵＬＬキャリア（帯域外キャリア）から構成されているものとする。ＤＡＴＡキャリアは、ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation：直交振幅変調方式）などの変調方式によりマッピングされており、情報伝達用に用いられる。
【００１３】
本発明は上記ＯＦＤＭ伝送方式を用いて、固有モードＭＩＭＯ伝送を行う無線伝送システムに関して、ＯＦＤＭ信号を対象に説明を行うが、ＯＦＤＭに類するマルチキャリアの伝送方式であっても差し支えない。
また、固有モードＭＩＭＯ伝送方式では送信側で（式３）に示したプリコーディング行列が必要となるが、本発明の主目的であるピーク低減について説明する前に、プリコーディング行列の取得方法について言及する。プリコーディング行列の取得方法として、大きく二つの方法が挙げられる。
【００１４】
第一の方法は、受信側で得られた伝送路特性行列Ｈ（ω）に対して特異値分解演算を行い、プリコーディング行列や固有値行列を送信側に送り返す方法がある。これは、受信側で得られたプリコーディング行列に対してその特性に近いプリコーディング行列をコードブックとして送信側に送り返す方法である。
第二の方法は、送信側で（式２）のように特異値分解101にて伝送路特性行列Ｈ（ω）を特異値分解することにより取得する方法である。これは、送信側で伝送路特性行列Ｈ（ω）が得られていることが必須であり、送信側での伝送路特性行列Ｈ（ω）の所得方法には複数の実現方法が提案されている。例えば、受信側で得られた伝送路特性行列Ｈ（ω）をそのまま送信側に伝送する方式や、時分割多重方式を用いている場合、伝送路の双対性を利用して取得する方法等がある。本発明では、この伝送路特性行列Ｈ（ω）の取得方法に関しては、特に言及はせず、以下の説明では、伝送路特性行列Ｈ（ω）が得られていることを前提として説明を行う。
【００１５】
伝送路特性行列Ｈ（ω）はＮＴ行ＮＲ列の行列であり、ＮＴ、ＮＲは送信アンテナ数、受信アンテナ数を示している。ここで、Ｈ（ω）の（ｉ,ｊ）の要素はｉ番目の送信アンテナとｊ番目の受信アンテナ間の伝送路特性である。
この伝送路特性行列Ｈ（ω）は特異値分解101に入力される。特異値分解101では（式１）に示すように左特異値行列（Ｕ（ω））、右特異値行列（Ｖ（ω））、Ｈ（ω）の固有値行列（Σ（ω））に分解する。ここで、固有値行列Σ（ω）は（式１０）である。
【数１０】
2017010196.tif 000012
【００１６】
多値数割り当ての一例として、最も固有値の大きい第一ストリームには６４ＱＡＭ（６bit伝送）を割り当て、次に固有値の大きい第二ストリームには１６ＱＡＭ（４bit伝送）を割り当て、最も固有値の小さい第三ストリームにはＱＰＳＫ（２bit伝送）を割り当てる。
適切な多値数を割り当てられ、マッピングされたストリームベクトルＳ（ω）＝［ｓ１（ω）  ｓ２（ω）  ・・・ｓＬ（ω）］Ｔは0パッディング104に入力される。
【００１７】
0パッディング104では、逆フーリエ変換108でオーバーサンプルするために設けられている処理であり、逆フーリエ変換108で演算するＦＦＴポイント数に（ＫＦＦＴ）の定数倍（一般的には２のべき乗倍）のレートでオーバーサンプリングする。例えば、ＫＦＦＴ＝１０２４ポイントの逆フーリエ変換では、オーバーサンプリングのＦＦＴポイント数は４倍の４ＫＦＦＴ＝４０９６ポイントで演算する。0パディング処理の必要性については後述するが、ＦＦＴポイント数の４倍以上のオーバーサンプリングにすることが望ましい。この際、0パッディング104では（４−１）ＫＦＦＴ＝３ＫＦＦＴ分の0を追加挿入する。
0パディング104の出力信号は選択105に入力される。本発明の処理は、ＯＦＤＭ信号のピークを低減するため、図１に示す電力分配行列106からストリームレベル制御積分118までの一連の処理を複数回反復処理する必要があり、まず第一回目の反復処理について説明を行い、その後、第二回目以降の処理について説明する。
【００１８】
選択105では0パディング104からの信号とストリームレベル制御積分118からの信号を選択して、電力配分行列106に出力する。選択105では、第一回目の反復処理において0パディング104からの信号を選択して出力し、第二回目以降ではストリームレベル制御積分118からの信号を選択して出力する。
電力配分行列106ではストリームベクトルＳ（ω）に電力配分行列Ｐ（ω）を乗算する。この際に乗じる電力配分Ｐ（ω）はストリーム多値数制御102で算出した結果に基づいている。
その後、右特異値行列107では、特異値分解101からの右特異行列Ｖ（ω）を乗算し、送信信号ベクトルＸ（ω）を得る。
これらの処理は（式３）と同様であるが、周波数ωの関数として（式１１）に再掲する。
【数１１】
2017010196.tif 000013
【００１９】
送信信号ベクトルＸ（ω）は逆フーリエ変換108に入力され、周波数領域（ω）の信号から時間領域（ｔ）の信号に変換される。この際、0パディング104で説明したように、オーバーサンプリングを行いながら、ＫＦＦＴの定数倍のポイント数で逆フーリエ変換を行う。ＯＦＤＭ信号のピーク成分の低減処理を高精度に実施するためには、アナログ信号の領域で行うことが望ましい。しかしながら、アナログ領域での信号処理は困難であるため、アナログ信号になるべく近づけるためにオーバーサンプリングを行った後のデジタル信号で処理を行う。
この逆フーリエ変換の処理を（式１２）に示す。
【数１２】
2017010196.tif 000014
【００２０】
ここでＩＦＦＴ[  ]は逆フーリエ変換処理を示し、逆フーリエ変換により得られる時間信号ベクトルｘ（１）（ｔ）の要素数は送信アンテナ数と等しい。ｘ（１）（ｔ）の上の添字である（１）は第一回目の反復処理であることを示し、第ｎ回目の反復処理時には（ｎ）と示す。以降の説明で他の変数においても、上の添字は反復処理回数を示している。
逆フーリエ変換108にて得られた時間信号ベクトルｘ（１）（ｔ）はメモリ109と減算110に接続される。メモリ109では第一回目の反復処理の時のみ入力信号ｘ（１）（ｔ）を記憶する。メモリ109の出力は減算110と選択111に接続される。減算110の処理は二回目以降の反復処理の際に必要となり、この説明に関しては後述する。
選択111では、反復処理が一回目の時にはメモリ110からの信号を選択して出力し、それ以降の反復処理では減算110からの信号を選択して極座標変換112に出力する。
極座標変換112では時間信号ベクトルｘ（１）（ｔ）に対して、その振幅と位相を算出する。（（式１３））
【数１３】
2017010196.tif 000015
【００２１】
極座標変換処理は各要素、各時刻ｔの全ての信号に対して実施する必要がある。
極座標変換112の出力は閾値比較113とピーク信号生成114に入力される。
閾値比較113では振幅ｒ（１）（ｔ）と所定の閾値ＴＨＲを比較し、閾値ＴＨＲを上回る振幅が存在する場合、その時刻、要素の時間信号に大きな信号ピークが存在しているもの判断する。
ピーク信号生成114では上記のピーク成分を表す信号ｘｐ（１）（ｔ）を算出する。ピーク信号生成114には極座標変換112からの振幅信号ｒ（１）（ｔ）と位相信号θ（１）（ｔ）が入力され、閾値比較113からのピーク検出信号に基づき、（式１４）で表されるピーク信号ベクトルｘｐ（０）（ｔ）を算出する。
【数１４】
2017010196.tif 000016
（式１４）の概念図を図４に示す。図は時間信号ベクトルｘ（１）（ｔ）の実数あるいは虚数成分を示し、その信号に対して閾値ＴＨＲを設けた図であるが、（式１４）に示す実際の処理は複素数に対して行っている。
ピーク信号ｘｐ（１）（ｔ）はフーリエ変換115に入力され、フーリエ変換115では逆フーリエ変換108と同様にＫＦＦＴの定数倍のポイント数でフーリエ変換を行い、ピーク信号ｘｐ（１）（ｔ）を周波数領域に変換したピーク周波数ベクトルｘｐ（１）（ω）を算出する。
【００２２】
右特異値複素共役転置行列116ではピーク周波数ベクトルｘｐ（１）（ω）に対して右特異値複素共役転置行列ＶＨ（ω）を乗算する。図５に示すように、ストリームベクトルＳ（ω）は右特異値行列Ｖ（ω）を乗算することで送信信号ベクトルＸ（ω）に変換していたが、逆に、右特異値複素共役転置行列116では逆に右特異値複素共役転置行列ＶＨ（ω）を乗算することで、ピーク周波数ベクトルＸｐ（１）（ω）をストリームの領域に分解する。このピーク周波数ベクトルＸｐ（１）（ω）をストリーム領域に変換した信号は（式１５）で表され、Ｓｐ（１）（ω）をピークストリームベクトルと称することにする。
【数１５】
2017010196.tif 000017
このように、ピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）は送信信号ベクトルｘ（１）（ｔ）のピーク信号ｘｐ（１）（ｔ）をストリームごとの周波数領域信号に変換した信号である。
【００２３】
右特異値複素共役転置行列116からのピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）は帯域外レベル抑制117に入力される。ピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）は周波数ωの関数であるが、ピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）は広帯域であるため、帯域外にもその成分を有する。そのため、図６に示した帯域外のＮＵＬＬキャリア領域ではピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）の値を0に置き換えることで、帯域外へ漏えいが生じることが無くなる。
帯域外レベル抑制117の出力はストリームレベル制御積分118に入力され、帯域制限されたピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）の振幅レベルをストリーム多値数制御102からの変調多値数に応じて制御する。ストリーム毎に分解したピーク信号はピーク低減を行っていない信号から減算することによりＯＦＤＭ信号のピークを低減できるが、その際に、全体の符号誤り率が大きく劣化しないように、ストリーム毎にそのレベルを適切に調整しながら処理を行う。
【００２４】
このストリームレベル制御積分118の詳細構成を図２に示す。
帯域外レベル抑制117からのピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）は加算器1181に入力され、加算器1181ではメモリ1184からの出力信号との加算演算を行うが、第一回目の反復処理ではメモリ1184の出力結果は0であり、ピークストリームベクトルＳｐ（１）（ω）の値はそのままクリップ1183に入力される。クリップ1183のもう一方の入力にはクリップ値算出1182からのクリップベクトルＱ（ω）＝［ｑ１（ω）  ｑ２（ω）  ・・・ｑＬ（ω）］Ｔが入力される。クリップ1183では加算器1181からの信号とクリップベクトルＱ（ω）の要素毎の大きさの比較を行い、加算結果の大きさがＱ（ω）を超えないように制限する。クリップ値Ｑ（ω）の大きさの算出方式については後述するが、ストリームレベル制御積分118の出力である積分結果Ｉｐ（１）（ω）は最終的にはピーク低減を行っていない信号から減算されることと等価になる。この積分結果の減算は本来のピーク低減を行っていない信号に対して雑音を印可することに相当する。そのため、多値数に応じて、その雑音量をクリップ値Ｑ（ω）の大きさで制限する必要がある。例えば、２５６ＱＡＭなどの大きな多値数が割り当てられているストリームに関しては許容されるＥＶＭも小さいため、クリップ値ｑｋ（ω）の値も小さい。逆に、ＱＰＳＫ等の小さな多値数が割り当てられているストリームの場合にはクリップ値ｑｋ（ω）の値も大きくて良い。
【００２５】
クリップ1183の出力は積分結果Ｉｐ（１）（ω）として出力されると共に、メモリ1184に入力される。メモリ1184では積分結果Ｉｐ（１）（ω）を記憶素子に記憶させる。
ストリームレベル制御積分118の第二回目以降の反復処理について簡単に触れておく。第ｎ回目の反復処理で得られた帯域外レベル抑制117からのピークストリームベクトルＳｐ（ｎ）（ω）が入力され、加算器1181にてメモリ1184に記憶された一回前の積分結果Ｉｐ（ｎ−１）（ω）との加算演算を行う。クリップ1183、メモリ1184は第一回の反復処理と同様の処理を行い、ピークストリームベクトルＳｐ（ｎ）（ω）の積分演算を行う。以上のストリームレベル制御積分118の処理を（式１６）に示す。
【数１６】
2017010196.tif 000018
【００２６】
（式１６）において、Ｂ＝ｃｌｉｐ［Ａ，Ｑ］はベクトルＡのそれぞれの要素の大きさがベクトルＱ（ω）の対応する要素よりも大きい場合には、対応するベクトルＱ（ω）の要素でクリップする処理を示している。このｃｌｉｐ［Ａ，Ｑ］の処理について、以下に具体例を二例挙げて説明する。
第一例目として、（式１７）に示すように、ａｋのノルム｜ａｋ｜がｑｋよりも大きい場合にはａｋにｑｋ（ω）/｜ａｋ｜の係数を乗じ、ａｋのノルムがｑｋを超えないようにそのレベルを抑制する。
【数１７】
2017010196.tif 000019
ただし、Ａ＝［ａ１  ａ２  ・・・ａＬ］Ｔ、Ｂ＝［ｂ１  ｂ２  ・・・ｂＬ］Ｔであり、Ａ、Ｂの要素は複素数、Ｑの要素は実数である。しかし、第一例目の処理ではノルムの演算や除算処理が必要であり、演算規模が大きいという欠点がある。
そのため、演算処理を簡略化した第二例目を（式１８）に示す。
【数１８】
2017010196.tif 000020
【００２７】
（式１８）による演算では、厳密にはａｋのノルムがｑｋを超えてしまう場合が生じるが、ｑｋに近い値となり、その誤差は大きな問題ではない。上記の（式１７）あるいは（式１８）で説明した処理により、クリップ1183の出力結果は変調多値数に応じてそのレベルが抑制されている。
ストリームレベル制御積分118からの積分信号Ｉｐ（１）（ω）は選択105に入力される。
以上の処理が第一回目の反復処理に関する説明であり、ＯＦＤＭ信号のピーク成分を周波数領域、ストリーム毎に分解し、更にストリームの多値数に応じてレベルを制御する処理について述べた。
【００２８】
第二回目以降の反復処理では、選択105はストリームレベル制御積分118からの信号を出力するように動作する。従って、第二回目以降では選択105の出力はＩｐ（１）（ω）となり、第二回目以降の反復処理はピークストリーム信号に対して処理することになる。
電力配分行列106と右特異値行列107の処理は第一回目の反復処理と同様であり、右特異値行列107の出力は（式１９）となる。
【数１９】
2017010196.tif 000021
ピーク周波数ベクトルＸｐ（２）（ω）は逆フーリエ変換108に入力され、第一回の反復処理と同様にオーバーサンプリングを行いながら周波数領域の信号から時間領域の信号に変換する。この逆フーリエ変換の処理を（式２０）に示す。
【数２０】
2017010196.tif 000022
逆フーリエ変換108にて得られたピーク時間信号ベクトルＸｐ（２）（ｔ）は減算110に入力され、減算110では、（式２１）に示すようにメモリ109に記憶された第一回の反復処理にて得られたピークが低減されていないオリジナルの時間信号ｘ（１）（ｔ）からピーク時間信号ベクトルｘｐ（２）（ｔ）を減算することで、ピーク成分を低減する。
【数２１】
2017010196.tif 000023
【００２９】
ピーク時間信号ベクトルｘｐ（２）（ｔ）は時間信号ベクトルｘ（１）（ｔ）のピーク成分を示しているが、帯域外レベル抑制117にて0に置き換えるという非線形演算処理を行っているため、必ずしも正確にピーク信号を再現できているわけではない。
従って、（式２１）によりピーク成分を減算したとしても、減算結果であるｘ（２）（ｔ）のピーク成分は軽減されるものの、ピークが残留してしまうことがある。更には、非線形演算処理を施したことにより、第一回の反復処理で生じていなかったピーク成分が新たに発生してしまうこともある。そのため、（式２１）に示す処理によりピークを完全に低減することはできない。
【００３０】
減算110からの送信時間信号ベクトルｘ（２）（ｔ）は選択111に入力され、選択111では第二回以降の反復処理では減算111からの信号を選択して出力する。
極座標変換112ではｘ（２）（ｔ）の振幅信号ｒ（２）（ｔ）と位相信号θ（２）（ｔ）を算出し、閾値比較113にて振幅信号ｒ（２）（ｔ）と閾値ＴＨＲと比較を行い、ピーク信号生成114にてピーク時間信号ベクトルｘｐ（２）（ｔ）を出力する。このピーク時間信号ベクトルｘｐ（２）（ｔ）には（式２１）で低減しきれていなかったピーク成分を示している。ピーク時間信号ベクトルｘｐ（２）（ｔ）はフーリエ変換115にて、周波数領域の信号に変換され、ｘｐ（２）（ω）を算出する。
【００３１】
ピーク周波数ベクトルＸｐ（２）（ω）は再度、右特異値複素共役転置行列116にて右特異値複素共役転置行列ＶＨ（ω）が乗算され、ピークストリームベクトルＳｐ（２）（ω）を出力する。
帯域外レベル抑制117では再度、帯域外の成分を0に置換える。ストリームレベル制御積分118では、第一回目の積分結果であるＩｐ（１）（ω）に対して、（式２２）に示す積分及びクロップ処理を行い、選択105に出力する。
【数２２】
2017010196.tif 000024
【００３２】
以上の処理が第二回目の反復演算処理になる。
第三回目以降の反復演算処理も第二回目と同様の演算を行い、反復演算回数が進むにつれて、時間信号ｘ（ｎ）（ｔ）のピーク成分は徐々に低減され、ピーク時間信号ベクトルｘｐ（ｎ）（ｔ）、ピーク周波数ベクトルＸｐ（ｎ）（ω）は0に近づく。一方、ストリームレベル制御積分118では反復回数が増えるにつれて、ピーク成分が積分され、積分結果Ｉｐ（ｎ）（ω）はピーク成分を再現する値に収束する。
これら一連の処理により、時間信号ｘ（ｎ）（ｔ）のピーク成分は低減され、電力増幅器の非線形領域に達する信号振幅は少なくなり、電力増幅器の非線形歪み成分は軽減される。
【００３３】
最後に、上記の説明にて省略したストリームレベル制御積分118におけるクリップベクトルＱ（ω）の算出方式について説明を行う。ピークストリームベクトルＳｐ（ｎ）（ω）はピーク成分をストリームに分解した信号であるが、ピークストリームベクトルＳｐ（ｎ）（ω）を反復処理回数で積分したピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）は、最終的には時間領域のピーク信号ｘｐ（ｎ）（ｔ）に変換さる。そして、ピークを低減する前の時間信号ｘ（１）（ｔ）からこの信号を減算することにより、ピーク成分を低減する。このように時間領域での減算を行っているが、この演算は線形処理であるため、図７に示すように、ストリームに分解した周波数領域において、ストリームベクトルＳ（ω）からピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）を減算することと等価である。
【００３４】
前述したように、このピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）を減算することはストリームベクトルＳ（ω）にとっては雑音のように振る舞う。ストリームベクトルＳ（ω）は固有値Σの大きさに応じて多値数が決定されており、ストリーム毎に所要ＳＮＲが異なる。例えば、２５６ＱＡＭを用いているストリームの所要ＳＮＲが約１７dBであり、ＱＰＳＫを用いているストリームの所要ＳＮＲは約３dBである。従って、２５６ＱＡＭを割り当てているストリームベクトルＳ（ω）から大きなレベルのピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）を減算すると、ＥＶＭが大きく劣化してしまい、符号誤り率の増大に繋がってしまう。一方、ＱＰＳＫ等の多値数の小さいストリームであれば、ある程度大きなレベルのピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）を減算しても、符号誤り率に大きな劣化が生じることはない。このように、ストリームベクトルＳ（ω）に割り当てられている多値数によって、印可できるピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）の大きさは異なり、そのレベルはクリップベクトルＱ（ω）により抑制される。このように、ストリームレベル制御積分118ではクリップベクトルＱ（ω）を変調多値数に応じて適切に設定する必要がある。以下では、このクリップベクトルＱ（ω）の算出方法について述べる。
【００３５】
まず、ｋ番目ストリームの受信ＳＮＲについて以下に言及する。受信信号における信号成分の電力をＰｓｉｇｎａｌ（ｋ，ω）とすると、（式２３）となる。
【数２３】
2017010196.tif 000025
【数２４】
2017010196.tif 000026
（式２３）の第一項目のσ２は、受信部で生じる熱雑音電力を示している。第二項目はピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）におけるｋ番目ストリームの電力を示している。前述したように、ピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）は雑音として振る舞うため、送信側で雑音成分として印可され、ＥＶＭ劣化を引き起こす要因である。
これら（式２３）（式２４）からｋ番目ストリームのＳＮＲを（式２５）に示す。
【数２５】
2017010196.tif 000027
【数２６】
2017010196.tif 000028
【数２７】
2017010196.tif 000029
【００３６】
（式２７）の演算を（式２８）にて展開して整理する。
【数２８】
2017010196.tif 000030
（式２８）より、印可可能なピークストリーム積分ベクトルＩｐ（ｎ）（ω）のレベルは所要ＳＮＲであるΓ０と許容所要ＳＮＲ劣化量εにより決定される。従って、クリップ値算出1182では（式２８）に従って得られるクリップ値ベクトルＱ（ω）が得られ、クリップ値ベクトルＱ（ω）の大きさでレベルを抑制すれば、符号誤り率に大きな劣化は生じない。
【数２９】
2017010196.tif 000031
【００３７】
また、送信可能な最大のストリーム数Ｌｍａｘは送受信アンテナ数ＮＴ、ＮＲの小さい方の値で制限されるが、伝送路特性Ｈ（ω）の状態によっては、送信するストリーム数ＬはＬｍａｘよりも少ないことがある。例えば、アンテナ数が４本の場合においては、ほとんどの伝送路特性Ｈ（ω）において送信ストリーム数Ｌが３以下になる。これは最も固有値の小さい第四ストリームにおいては、固有値が小さくなりすぎて、このストリームを用いて伝送を行うことが困難となる場合がほとんどになるためである。このような場合、第四ストリームは伝送しないため、ｑ４（ω）は大きな値であっても良く、ｑ４（ω）≒Ｐｓとしても差し支えなく、大きなピーク低減効果を期待できる。
以上、説明した本発明の第一の実施例により、ＯＦＤＭのピークを低減する成分を固有値の小さいストリームに集中させることで、固有モードＭＩＭＯ伝送全体の符号誤り率を大きく劣化させることなく効果的にＯＦＤＭのピーク電力を低減することが可能である。
【００３８】
以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された通信システムに限定されるものではなく、上記以外の通信システムに広く適用することができることは言うまでもない。
【００３９】
この出願は、２０１５年７月１４日に出願された日本出願特願２０１５−１４０４７３を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
ピークを低減する成分を固有値の小さいストリームに集中させることによって、ピーク電力を低減する用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
101：特異値分解、102：ストリーム多値数制御、103：マッピング、104：0パディング、105：選択、106：電力配分行列、107：右特異値行列、108：逆フーリエ変換、109：メモリ、110：減算、111：選択、112：極座標変換、113：閾値比較、114：ピーク信号生成、115：フーリエ変換、116：右特異値複素共役転置行列、117：帯域外レベル抑圧、118：ストリームレベル積分、1181：加算器、1182：クリップ値算出、1183：クリップ、1184：メモリ。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月6日(2017.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送するデジタル情報を複数本のストリームに分割する手段と、
前記複数本のストリームの変調多値数及び送信電力の配分を伝送状態により選定する手段と、
前記ストリームの伝送路特性を特異値分解して右特異値行列によりプリコーディングする手段と、
前記ストリームのサブキャリアを前記変調多値数に応じて複素マッピングする手段と、
前記複素マッピング信号を時間領域の信号に変換する手段と、該変換結果を時間領域信号として記憶する第１の手段と、
前記時間領域信号の振幅に対して所定閾値を超えるピーク値が存在した場合に当該ピーク値から予め設定してある所定の閾値を超えるピーク時間信号を算出する第２の手段と、
前記ピーク時間信号を周波数領域の信号に変換し、変換した周波数領域ピーク信号を算出する第３の手段と、
前記周波数領域ピーク信号に対して右特異値行列の複素共役転置行列を乗算することでピークストリーム信号を算出する第４の手段と、
前記第４の手段により得られたピークストリーム信号に対して、ストリームの変調多値数に応じたピークストリーム信号レベルのＳＮ比を所定の劣化量以下に制限する第５の手段と、を備えることを特徴とするピーク電力低減装置。
【請求項２】
請求項１に記載のピーク電力低減装置において、
前記レベル制限されたピークストリーム信号に対して時間領域に変換してレベルが制限されたピーク時間信号を算出する第６の手段と、
前記第１の手段により得られた時間領域の信号から前記第６の手段により得られた時間領域のピーク信号を減算することでピーク成分を低減する第７の手段と、を備えることを特徴とするピーク電力低減装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のピーク電力低減装置において、
前記ピークを低減した時間領域の信号に対して前記第２の手段から前記第７の手段を複数回反復して演算することにより、ストリーム毎の変調誤差比をストリームに割り当てられた変調多値数に応じて制御することを特徴とするピーク電力低減装置。
【国際調査報告】
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2017010196.tif 000041
2017010196.tif 000042
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