(57)【要約】【課題】  従来、電力値真値からデシベル値への変換はログ計算が煩雑であり、また、近似値計算式を用いると、電力値真値の上限又は下限に近い値では変換誤差が大きくなるという問題点があり、煩雑なLログ計算を無くして、高速且つ小さい変換誤差で変換可能な電力値真値からデシベル値への変換方式を提供する。【解決手段】  電力値真値を複数段階に場合分けして、最大許容誤差を満たすようテイラー展開の近似の中心を電力値真値の段階毎に変えた近似値計算式を用意しておき、検出された電力値真値に対応する近似値計算式を用いて、電力値真値からデシベル値への変換を行う電力値真値からデシベル値への変換方式である。【選択図】        図４
2008016992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線機の処理部において、電力値真値をＸ、当該電力値をデシベル値に変換した値をｙとした場合に、電力値真値をデシベル値に変換する際のログ計算を
ｙ＝（１０／Ln１０）＊（（Ｘ−Ｘ２／２＋Ｘ３／３）＋LnＢ）
の近似値計算式に基づいて近似して、電力値真値をデシベル値に変換する変換方式であって、
電力値真値の上限値と下限値との間を複数の段階に分け、前記複数の段階毎に、近似値計算式による計算結果とログ計算によって求めたデシベル値との誤差が、最大許容誤差以内となるよう、前記段階毎に前記Ｂの値を調節して設定しておき、
電力値真値が入力されると、当該電力値真値が含まれる段階に対応するＢの値を用いた近似値計算式に前記電力値真値を代入してデシベル値に変換することを特徴とする電力値真値からデシベル値への変換方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線機等において、電力値の真値をデシベル（ｄＢ）単位で表された値（デシベル値）に変換する電力値変換方式に係り、特に煩雑な計算を無くして演算処理時間を短縮すると共に、変換誤差を小さくすることができる電力値真値からデシベル値への変換方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の端末や基地局装置といった無線機において、一般に、電力値の真値をデシベル値に変換する場合、電力値の真値をｘ、デシベル値をｙとすると、デシベル値は、
ｙ（ｄＢ）＝１０＊Log（ｘ）の計算式によって算出される。
しかし、上記計算式では演算部でLog（ログ）計算を行う必要があり、Log（ｘ）の値をプログラムで算出するには、浮動小数点演算を用いるため、計算時間が長くなってしまう。
【０００３】
また、計算時間を短くするために、電力値の真値を対応するデシベル値に変換するためのテーブルを作成しておき、そのテーブルを用いて近似値を算出する方法もあるが、電力の計算範囲が大きくなるとそれに応じてテーブル容量が大きくなり、テーブル作成が煩雑になったり、プログラマが設定値を入力する際の誤入力による計算間違いが発生する恐れがある。
【０００４】
また、別の方法として、近似値計算式を用いて電力値の真値からデシベル値への変換を行う方法がある。
【０００５】
尚、テーブルによって電力値真値をデシベル値に変換する従来の技術としては、平成１５年７月１１日公開の特開２００３−１９８４４４「無線機及びその受信電力演算方法」（出願人：株式会社東芝、発明者：清野芳徳）がある。
この従来技術は、有効桁数抽出演算部により有効桁数の振幅データを抽出し、リニア−ログ変換テーブルにより当該振幅データをデシベル単位系にログ変換し、加算演算部によりログ変換されたデータ値と有効桁数抽出時の除算回数に対応した加算値と、基準電力値とを加算して、受信信号の受信電力データとして出力するものであり、小容量のリニア−ログ変換テーブルを用いて広いダイナミックレンジを有する受信信号の受信電力演算を容易に行うことができるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１９８４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の近似値計算式を用いた電力値の真値からデシベル値への変換方法では、電力値真値が上限値又は下限値に近い値になると変換に伴う誤差が大きくなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、煩雑なログ計算を無くして、高速且つ小さい誤差で電力値の真値からデシベル値への変換を行うことができる電力値真値の変換方式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】
【０００９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、無線機の処理部において、電力値真値からデシベル値への変換方式において、電力値真値をＸ、当該電力値をデシベル値に変換した値をｙとした場合に、電力値真値をデシベル値に変換する際のログ計算を
ｙ＝（１０／Ln１０）＊（（Ｘ−Ｘ２／２＋Ｘ３／３）＋LnＢ）
の近似値計算式に基づいて近似して、電力値真値をデシベル値に変換する変換方式であって、電力値真値の上限値と下限値との間を複数の段階に分け、前記複数の段階毎に、近似値計算式による計算結果とログ計算によって求めたデシベル値との誤差が、最大許容誤差以内となるよう、前記段階毎に前記Ｂの値を調節して設定しておき、電力値真値が入力されると、当該電力値真値が含まれる段階に対応するＢの値を用いた近似値計算式に前記電力値真値を代入してデシベル値に変換することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、無線機の処理部において、電力値真値からデシベル値への変換方式において、電力値真値をＸ、当該電力値をデシベル値に変換した値をｙとした場合に、電力値真値をデシベル値に変換する際のログ計算を
ｙ＝（１０／Ln１０）＊（（Ｘ−Ｘ２／２＋Ｘ３／３）＋LnＢ）
の近似値計算式に基づいて近似して、電力値真値をデシベル値に変換する変換方式であって、電力値真値の上限値と下限値との間を複数の段階に分け、前記複数の段階毎に、近似値計算式による計算結果とログ計算によって求めたデシベル値との誤差が、最大許容誤差以内となるよう、前記段階毎に前記Ｂの値を調節して設定しておき、電力値真値が入力されると、当該電力値真値が含まれる段階に対応するＢの値を用いた近似値計算式に前記電力値真値を代入してデシベル値に変換する電力値真値からデシベル値への変換方式としているので、煩雑なログ計算を行わずに高速にデシベル値に変換でき、電力値真値の段階に応じて近似の中心をずらしているため近似の精度を向上させて変換誤差を小さくすることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る電力値真値の変換方式は、電力値真値の全ての値について同一の近似値計算式を用いるのではなく、電力値真値の下限値と上限値との間を複数の段階に分け、ログ計算によって求めた値と近似式によって求めた値との誤差が、予め設定された許容誤差以内となるよう、各範囲に応じて近似値計算式のパラメータを設定しておき、検出された電力値真値に対応するパラメータを用いた近似値計算式に基づいてデシベル値を算出する電力値真値からデシベル値への変換方式であり、煩雑なログ計算を不要として計算速度を向上させ、また、変換誤差を少なくすることができるものである。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る電力値真値からデシベル値への変換方式（本方式）について説明する。
本方式は、無線基地局や無線端末等の無線機において実現されるものであり、まず、本方式が実現される装置の構成について図１を用いて簡単に説明する。本方式は、無線機の送受信に伴う信号処理及び種々の制御を行う信号処理部で実現されるものである。図１は、本方式が実現される信号処理部の部分構成を示す構成ブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本方式を実現する本装置の構成部分は、受信信号の電力値真値を検出する電力値検出部１と、電力値真値をデシベル値に変換する電力値変換処理部２とから成り、電力値変換処理部２は、近似値計算式を用いた近似演算を行う演算部２１と、近似値計算式を記憶する記憶部２２とを備えている。
【００１４】
電力値変換部２の記憶部２２は、本方式を実現するための複数の近似値計算式が電力値真値に対応して記憶されている。これらの近似値計算式の詳細については後述するが、電力値真値に応じて適切なパラメータが選択されて、近似値計算式が規定され、外部から設定部（図示せず）を介して記憶部２２に記憶されているものである。
【００１５】
そして、上記構成において、電力値検出部１が電力値真値を検出して出力し、電力値変換処理部２の演算部２１が、入力された電力値真値に対応する近似値計算式を記憶部２２から読み出して、当該近似値計算式に基づいて近似計算を行い、デシベル値を出力するようになっている。
【００１６】
次に、本方式の計算方法について具体的に説明する。
本方式は、ログ計算の代わりに、近似値計算式を用いて電力値真値をデシベル値に変換するものであり、その際に用いられる近似値計算式の決定方法について、具体的な例を挙げて説明する。本方式の近似値計算式は、Log関数のテイラー展開を用いている。
【００１７】
近似値計算式を決定するために、まず条件設定を行う。
条件設定としては、当該近似計算が実施されるシステムにおいて必要とされる電力値真値の測定範囲と、電力値真値からデシベル値へ変換する際の最大許容誤差と、テイラー展開の次数を決定する。テイラー展開の次数が高いほど変換精度は向上するが、計算量が増えて処理時間が増大してしまうため、システムにおいて必要な精度を確保できる程度の次数とする。
【００１８】
例えば、ここでは、電力値真値の測定範囲を0x20〜0x7FE0（hex）、最大許容誤差（ｄＢ）を0.015ｄＢ、テイラー展開の次数を３次とする。
次に、電力値真値を複数段階に場合分けして、更に、最大許容誤差に収まるよう、それぞれの段階に応じた近似値計算式を決定する。
【００１９】
近似値計算式の決定方法について説明する。
電力値真値をｘ、対応するデシベル値をｙ（ｄＢ）とすると、
ｙ（ｄＢ）＝１０＊Logｘ      で表される。
計算を簡略化するために、常用対数を自然対数に変換すると、
ｙ（ｄＢ）＝１０＊Lnｘ／Ln１０      となる。
【００２０】
対数におけるテイラー展開は、｜ｘ｜＜１の範囲で成立するため、ｘより大きな値Ｂで割った後にテイラー展開し、Ｂの分は、オフセットとして最後に加算する。
【００２１】
更に、マクローリン展開（ｘ＝０の周りのテイラー展開）は、Ln０＝−∞  と発散して、展開できないため、
ｘ＝Ｘ＋１    として、Ｘについて展開する。
【００２２】
Ｘ＝（ｘ／Ｂ）−１      （Ｂ＞ｘ）  とすると、ｘ＝Ｂ（Ｘ＋１）であるから、
ｙ＝１０＊Lnｘ／Ln１０
＝（１０／Ln１０）＊Lnｘ
＝（１０／Ln１０）＊Ln｛Ｂ（Ｘ＋１）｝
＝（１０／Ln１０）＊（Ln（Ｘ＋１）＋LnＢ）      …（１）となる。
【００２３】
ここで、（１０／Ln１０）は定数であり、近似値を設定することにより固定値ｄとして計算可能となる。
また、Ln（Ｘ＋１）を３次のテイラー展開すると、
ｙ＝ｄ＊（（Ｘ−Ｘ２／２＋Ｘ３／３）＋LnＢ）      …（２）となる。
【００２４】
本方式では、（２）式を元にして近似値計算を行う。
更に、電力値真値に応じて（２）式のＢの値を変えた複数の異なる近似値計算式を用意して、記憶部２２に記憶しておき、演算部２１が、入力された電力値真値に応じて、近似値計算式を使い分けることにより、精度の高い近似を行うことができるようになっている。
【００２５】
つまり、マクローリン展開は、ｘ＝０の回りで近似するので、電力値真値がｘ＝０に近いほど精度がよく、離れると精度が低下するものである。そこで、本方式では、電力値真値に応じて、段階的にテイラー展開の中心Ｂをずらし、Ｂの回りでテイラー展開することによって、近似の精度を向上させるようにしている。
【００２６】
具体的には、本方式では、本方式が適用されるシステムにおける電力値真値の最小値と最大値との間を適宜区切って複数の段階に分け、各段階毎に、適当なＢの値を入力して計算し、実際にログ計算で求めたデシベル値と、近似値計算式で求めたデシベル値とを比較して、誤差が、設定された最大許容誤差以内となるようＢの値を調整し、当該段階において最適なＢの値を決定し、外部の設定部（図示せず）から電力値変換処理部２の記憶部２２に設定して、複数の近似値計算式を得るようになっている。
【００２７】
次に、本方式を用いた具体的な近似値計算式の決定方法及びそれを用いた電力真値からデシベル値への変換について具体的に説明する。
まず、（１）式は、
ｙ＝ｄ＊Ln（Ｂ（Ｘ＋１））＝ｄ＊Ln（Ｘ＋１）＋ｃ  …（３）と変形できる。
ここで、ｄ＝１０／Ln１０，ｃ＝ｄ＊LnＢ  である。
【００２８】
テイラー展開の次数を上げると精度のよい領域が広がるが、演算量が増える上、量子化語長に収まらない次数は計算しても効果がないので、ここでは、小数点以下第１５位までの精度を確保するものとする。そのため、数値を３２７６８（１６進では8000(hex)）倍する。
実際の計算に用いられるパラメータを、
Ａ＝３２７６８／Ｂ  …（４）
Ｃ＝３２７６８×ｃ  …（５）
Ｄ＝３２７６８×ｄ  …（６）
Ｙ＝Ｄ×Ｚ＋Ｃ  …（７）
Ｘ＝Ａ（ｘ−Ｂ）  …（８）
Ｚ＝Ｘ−Ｘ２／２＋Ｘ３／３＋…＋Ｘｎ／ｎ  …（９）      とする。
【００２９】
まず、ベースバンド側作業として、求めたレベルを電力化し、８bits右シフトする。
検出レベルの最大値は、Ｉ，Ｑ共に0x7FFであり、これを電力化すると、0x7FE002となり、更に右８ビットシフトを行うと、8bits shift-R 0x7FE0 となる。これが電力値真値の最大値となる。
検出レベルの最小値は、ノイズレベルの0x40であり、これを電力化すると、0x2000となり、更に右８ビットシフトを行うと、8bits shift-R 0x20となる。これが電力値真値の最小値である。
【００３０】
次に、テイラー展開するための基準位置を設定する。
上述した電力値真値の最大値と最小値との間の範囲で、最大許容誤差を満たすよう、電力値真値の段階に応じて基準位置を設定する。基準位置は、上述したようにＢの値であり、ここでは最大許容誤差０．０１５ｄＢ、テイラー展開の次数を３次とした場合の基準位置（Ｂ）及び他の定数の一例を図２に示す。図２は、基準位置（Ｂ）の値及び他の定数の一例を示す説明図である。
具体的には、３次のテイラー展開（つまり（２）式）で求めたデシベル値の近似値とログ計算によって求めたデシベル値との差が、０．０１５ｄＢ以内となるよう、Ｂの値を調整して設定し、Ｂに応じて他の定数を算出している。
【００３１】
図２に示すように、本実施例では、電力値真値の範囲分けを１０段階とし、基準位置となるＢの値を、40(hex)〜8000(hex) の１０段階（つまり、２６〜２１５の１０段階）に設定した。このＢの値は、最大許容誤差０．０１５ｄＢを満たすものである。
例えば、電力値真値が20(hex)≦ｘ＜57の範囲にある時には、Ｂ＝40(hex)としており、これに応じて、Ａ＝200(hex)、Ｃ＝0009 07E9(hex)となる。
【００３２】
Ｂの値は、上述した（３）式を３２７６８倍した式に代入されて、電力値真値の段階に応じた近似値計算式が特定されるものである。この電力値真値の段階毎の近似値計算式によって、デシベル値ｙの３２７６８倍の値が算出される。
【００３３】
次に、１の周りに展開する。ここで、ｘは３２７６８倍されており、整数として扱える。
上述した（８）式に基づいて、まず、ｘ−Ｂ  を算出し、その値にＡを乗算する。
つまり、ｘ＝ｘ−Ｂ
ｘ＝Ａ＊ｘ    となる。
【００３４】
次に、ｘについて３次のテイラー展開を行う。
ｚ＝ｘ−ｘ２／２＋ｘ３／３    であるから、
第１項は、Ｘ１＝ｘ
第２項は、Ｘ２＝Ｘ１＊Ｘ１
１５桁までの算術右シフトと１／２倍を行って、
Ｘ２＝AshiftR Ｘ２ by16    
ここで、AshiftRは、算術右シフトを示す。また、by16は、１／２を含む。
【００３５】
第３項は、Ｘ３＝Ｘ２＊Ｘ１
１５桁までの算術右シフトを行って、
Ｘ３＝Ashift-R Ｘ３ by15
Ｘ３＝Ｘ３＊0x2AAA
Ｘ３＝Ashift-R Ｘ３ by15
となり、３次のテイラー展開の結果ｚは、ｚ＝Ｘ１−Ｘ２＋Ｘ３で算出される。
【００３６】
そして、上述したように、１の周りで展開していたのを、元の値での展開へ移動し、常用対数への変換を行い、更にｄＢ化する。
Ｙ＝Ｄ＊ｚ
Ｙ＝Ashift-RＹ by15  
Ｙ＝Ｙ＋Ｃ
これにより、ｙ（ｄＢ）を３２７６８倍したＹの値、又は小数点以下第１５位までを有効語長とするＹの値が得られ、電力値真値ｘに対応するデシベル値ｙは、ｙ＝Ｙ／３２７６８（ｄＢ）となる。このようにして、本方式の近似値計算が行われるものである。
【００３７】
次に、上述した（２）式（ｙ＝ｄ＊（（Ｘ−Ｘ２／２＋Ｘ３／３）＋LnＢ））に、図２に示したＢの値を適用した計算例と変換誤差について図３及び図４を用いて説明する。図３は、図２のＢの値を（２）式に適用した場合の電力値と近似されたｄＢ値の関係を示す説明図であり、図４は、図３の計算結果とログ計算によって求めたデシベル値との誤差を示す説明図である。
図３に示すように、横軸は１６進数で表した電力値真値であり、下限値（20）から上限値（7FE0）までを含む範囲が表されている。縦軸は、（２）式を用いて算出されたデシベル値である（単位は１／１０ｄＢ）。図２に示したＢの値に応じて１０通りの計算値がグラフで示されている。
【００３８】
そして、図４に示すように、実際にログ計算した場合のデシベル値と、図３の計算結果との誤差が０．０１５ｄＢ以内となるように、電力値の段階毎に使用する近似値計算式を選択する。すなわち、図４の各電力値の段階において、太線で示した部分が選択すべき部分であり、太線部分に対応する図３の計算値を、デシベル値に変換した場合の近似値として選択すればよい。つまり、検出された電力値真値をデシベル値に変換する際には、検出された電力値真値に応じて、適切なＢの値を用いた近似値計算式を選択して計算するようになっている。これにより、電力値真値の上限、下限に近い値であっても、近似の中心（Ｂ）からの隔たりが小さくなり、変換誤差を小さくすることができるものである。電力値真値の範囲と近似値計算式は、図２に示したように対応づけられている。
【００３９】
これにより、本方式では、電力値真値をデシベル値に変換する場合に、煩雑なログ計算を行うことなく、許容誤差範囲内で（ここでは０．０１５ｄＢ）、高速にデシベル値に変換することができるものである。尚、ｄ及びLnＢは定数であるから予め計算して（２）式に代入しておく。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る電力値真値からデシベル値への変換方式によれば、電力値真値を複数段階に場合分けして、段階毎に最大許容誤差を満たすよう、テイラー展開の近似の中心を段階毎に変えた近似値計算式を用意しておき、検出された電力値真値に対応する近似値計算式を用いて、電力値真値からデシベル値への変換を行うようにしているので、煩雑なログ計算を無くし、演算処理時間を短縮すると共に、電力値真値の上限値や下限値の近くであっても変換誤差を小さくすることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、煩雑なログ計算を無くして演算処理時間を短縮すると共に、電力値真値の値にかかわらず変換誤差を小さくすることができる電力値からデシベル値への変換方式に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本方式が実現される信号処理部の部分構成を示す構成ブロック図である。
【図２】基準位置（Ｂ）の値及び他の定数の一例を示す説明図である。
【図３】図２のＢの値を（２）式に適用した場合の電力値真値と近似されたデシベル値の関係を示す説明図である。
【図４】図３の計算結果とログ計算によって求めたデシベル値との誤差を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…電力値検出部、  ２…電力値変換処理部、  ２１…演算部、  ２２…記憶部
【図１】
2008016992.tif 000003
【図２】
2008016992.tif 000004
【図３】
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【図４】
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