(57)【要約】    【課題】      マルチキャリア信号の誤り特性を劣化させることなく、容易な処理でピーク電力を抑圧すること。    【解決手段】  変調部１００は、送信データを変調する。符号化部１１０は、変調データを符号化する。Ｓ／Ｐ変換部１２０は、符号化データをＳ／Ｐ変換し、得られた複数系列のパラレルデータをＩＦＦＴ部１３０へ出力する。ＩＦＦＴ部１３０は、パラレルデータを逆高速フーリエ変換してＯＦＤＭ信号を生成する。ＧＩ付加部１４０は、ＯＦＤＭ信号にガードインターバルを付加する。電力変換部１５０は、ＯＦＤＭ信号の電力を非線形関数を用いて変換する。Ｄ／Ａ変換部１６０は、電力変換後のＯＦＤＭ信号をＤ／Ａ変換する。無線送信部１７０は、アナログ信号の電力を増幅するとともに、アップコンバートなどの所定の無線送信処理を行って、アンテナ１８０を介して送信する。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャリアにデータを重畳してマルチキャリア信号を生成する生成手段と、
生成されたマルチキャリア信号の電力を、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数によって変換する変換手段と、
電力変換後のマルチキャリア信号を送信する送信手段と、
を有することを特徴とするピーク電力抑圧装置。
【請求項２】
前記変換手段は、
アークタンジェントを用いた非線形関数によって前記マルチキャリア信号の電力を変換することを特徴とする請求項１記載のピーク電力抑圧装置。
【請求項３】
前記変換手段は、
前記非線形関数の係数を記憶する係数記憶部と、
記憶された係数を用いて前記マルチキャリア信号の電力に対するアークタンジェント演算を行うアークタンジェント演算部と、
を有することを特徴とする請求項２記載のピーク電力抑圧装置。
【請求項４】
前記変換手段は、
通信環境の指標となるパラメータを取得するパラメータ取得部と、
取得されたパラメータに基づいて前記非線形関数の係数を決定する係数決定部と、
決定された係数を用いて前記マルチキャリア信号の電力に対するアークタンジェント演算を行うアークタンジェント演算部と、
を有することを特徴とする請求項２記載のピーク電力抑圧装置。
【請求項５】
前記パラメータ取得部は、
自装置の電力増幅器特性、ならびに前記マルチキャリア信号のコード多重数、変調レベル、拡散率、および符号化率のうち、少なくとも１つのパラメータを取得することを特徴とする請求項４記載のピーク電力抑圧装置。
【請求項６】
前記変換手段は、
前記非線形関数を線形関数によって近似した上で前記マルチキャリア信号の電力を変換することを特徴とする請求項１記載のピーク電力抑圧装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のピーク電力抑圧装置を有することを特徴とする基地局装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のピーク電力抑圧装置を有することを特徴とする移動局装置。
【請求項９】
複数のキャリアにデータを重畳してマルチキャリア信号を生成するステップと、
生成されたマルチキャリア信号の電力を、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数によって変換するステップと、
電力変換後のマルチキャリア信号を送信するステップと、
を有することを特徴とするピーク電力抑圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号に代表されるマルチキャリア信号のピーク電力を抑圧するピーク電力抑圧装置およびピーク電力抑圧方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、第四世代移動体通信に採用される方式の最も有力な候補として、ＶＳＦ−ＯＦＣＤＭ（Variable Spreading Factor-Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing：可変拡散率直交周波数・符号分割多重）が注目されている。ＶＳＦ−ＯＦＣＤＭが採用された場合には、およそ５０−１００ＭＨｚの帯域幅を用いて、１００Ｍｂｐｓ以上の最大伝送速度を実現することが可能となる。
【０００３】
一般に、ＶＳＦ−ＯＦＣＤＭなどのマルチキャリア通信方式においては、複数のキャリアに重畳された送信信号が時間軸上で加算されるため、高いピーク電力が生じる。このような高いピーク電力を有するマルチキャリア信号を線形増幅するためには、充分大きな入力バックオフ（ＩＢＯ：Input Back Off）を有する大電力増幅器（ＨＰＡ：High Power Amplifier）などが必要となり、電力効率が悪化してしまう。
【０００４】
したがって、特にマルチキャリア通信方式においては、マルチキャリア信号のピーク電力をあらかじめ抑圧した上で、ＨＰＡなどの増幅器に入力する必要がある。マルチキャリア信号のピーク電力抑圧方法としては、以下のようなものがある。
【０００５】
例えば非特許文献１には、クリッピングと呼ばれる処理が記載されている。クリッピングは、オーバサンプリングにより生成されたマルチキャリア信号を所定の電力範囲でクリップし（切り抜き）、クリップにより発生する帯域外成分をフィルタリングによって除去する方法である。クリッピングは、単純な処理でピーク電力を抑圧することができるが、非線形な処理が行われるため、サブキャリア間の干渉が発生し、マルチキャリア信号の誤り特性は劣化する。
【０００６】
誤り特性の劣化を伴わずにピーク電力を抑圧する方法としては、例えば非特許文献２に、部分系列伝送（ＰＴＳ：Partial Transmit Sequence）と呼ばれる処理が記載されている。ＰＴＳにおいては、マルチキャリア信号のキャリアを複数のクラスタに分類し、クラスタごとに位相重みを付加することで、各クラスタのピークの位置をずらす方法である。各クラスタのピーク位置がずれることにより、クラスタを加算して得られる送信信号のピーク電力は抑圧されることになる。
【０００７】
マルチキャリア信号、特にＯＦＤＭ信号のピーク電力抑圧方法については、上記のクリッピングおよび部分系列伝送以外にも、多くの方法が考えられている。
【非特許文献１】O'Neill, R. and Lopes, L.B. (1995), "Envelope Variations and Spectral Splatter in Clipped Multicarrier Signals", IEEE conference proceedings PMIRC, pp. 71-76
【非特許文献２】Muller, S.H. and Huber, J.B. (1997), "OFDM with Reduced Peak to Average Power Ratio by Optimum Combination of Partial Transmit Sequences", IEE Electronics Letters, Vol. 33, No. 5, February, pp. 368-369
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のピーク電力抑圧方法においては、以下のような問題がある。
【０００９】
すなわち、まずクリッピングについては、上述したように、単にピークとなっている部分の信号をカットする方法であるため、非線形歪みが生じてマルチキャリア信号の誤り特性が劣化するという問題がある。
【００１０】
また、ＰＴＳなどの方法では、誤り特性の劣化を防止することができるが、ピーク電力抑圧のための演算処理が複雑になり、結果として、処理遅延が生じたり、回路規模が増大したりすることがある。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マルチキャリア信号の誤り特性を劣化させることなく、容易な処理でピーク電力を抑圧することができるピーク電力抑圧装置およびピーク電力抑圧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】
【００１２】
本発明のピーク電力抑圧装置は、複数のキャリアにデータを重畳してマルチキャリア信号を生成する生成手段と、生成されたマルチキャリア信号の電力を、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数によって変換する変換手段と、電力変換後のマルチキャリア信号を送信する送信手段と、を有する構成を採る。
【００１３】
この構成によれば、マルチキャリア信号の電力を、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数によって変換して送信するため、微少電力の信号が例えば量子化誤差として切り捨てられることがないとともに、ピーク電力の信号がカットされることがなく、マルチキャリア信号の誤り特性を劣化させることなく、容易な処理でピーク電力を抑圧することができる。
【００１４】
本発明のピーク電力抑圧装置は、前記変換手段は、アークタンジェントを用いた非線形関数によって前記マルチキャリア信号の電力を変換する構成を採る。
【００１５】
この構成によれば、アークタンジェントを用いた非線形関数によってマルチキャリア信号の電力を変換するため、電力変換に一般的な非線形関数を用いることができ、例えば既存の演算回路などを流用することができる。
【００１６】
本発明のピーク電力抑圧装置は、前記変換手段は、前記非線形関数の係数を記憶する係数記憶部と、記憶された係数を用いて前記マルチキャリア信号の電力に対するアークタンジェント演算を行うアークタンジェント演算部と、を有する構成を採る。
【００１７】
この構成によれば、記憶された係数を用いてマルチキャリア信号の電力に対するアークタンジェント演算を行うため、係数を算出する必要がなく、演算量を削減することができる。
【００１８】
本発明のピーク電力抑圧装置は、前記変換手段は、通信環境の指標となるパラメータを取得するパラメータ取得部と、取得されたパラメータに基づいて前記非線形関数の係数を決定する係数決定部と、決定された係数を用いて前記マルチキャリア信号の電力に対するアークタンジェント演算を行うアークタンジェント演算部と、を有する構成を採る。
【００１９】
この構成によれば、通信環境の指標となるパラメータに基づいて係数を決定し、決定された係数を用いてマルチキャリア信号の電力に対するアークタンジェント演算を行うため、通信環境に応じた最適な非線形関数によって電力変換を行うことができ、ピーク電力抑圧効果をさらに高めることができる。
【００２０】
本発明のピーク電力抑圧装置は、前記パラメータ取得部は、自装置の電力増幅器特性、ならびに前記マルチキャリア信号のコード多重数、変調レベル、拡散率、および符号化率のうち、少なくとも１つのパラメータを取得する構成を採る。
【００２１】
この構成によれば、自装置の電力増幅器特性、ならびにマルチキャリア信号のコード多重数、変調レベル、拡散率、および符号化率のうち、少なくとも１つのパラメータを取得するため、マルチキャリア信号のピーク電力に関連したパラメータから非線形関数の係数を決定することができ、ピーク電力抑圧効果をさらに高めることができる。
【００２２】
本発明のピーク電力抑圧装置は、前記変換手段は、前記非線形関数を線形関数によって近似した上で前記マルチキャリア信号の電力を変換する構成を採る。
【００２３】
この構成によれば、非線形関数を線形関数によって近似した上でマルチキャリア信号の電力を変換するため、電力変換のための演算をさらに容易にすることができ、演算回路の実装に要するコストを削減することができる。
【００２４】
本発明の基地局装置は、上記のいずれかに記載のピーク電力抑圧装置を有する構成を採る。
【００２５】
この構成によれば、上記のいずれかに記載のピーク電力抑圧装置と同様の作用効果を基地局装置において実現することができる。
【００２６】
本発明の移動局装置は、上記のいずれかに記載のピーク電力抑圧装置を有する構成を採る。
【００２７】
この構成によれば、上記のいずれかに記載のピーク電力抑圧装置と同様の作用効果を移動局装置において実現することができる。
【００２８】
本発明のピーク電力抑圧方法は、複数のキャリアにデータを重畳してマルチキャリア信号を生成するステップと、生成されたマルチキャリア信号の電力を、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数によって変換するステップと、電力変換後のマルチキャリア信号を送信するステップと、を有するようにした。
【００２９】
この方法によれば、マルチキャリア信号の電力を、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数によって変換して送信するため、微少電力の信号が例えば量子化誤差として切り捨てられることがないとともに、ピーク電力の信号がカットされることがなく、マルチキャリア信号の誤り特性を劣化させることなく、容易な処理でピーク電力を抑圧することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、マルチキャリア信号の誤り特性を劣化させることなく、容易な処理でピーク電力を抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の骨子は、マルチキャリア信号の電力を増幅する前に、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数によって、信号電力を変換することである。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、マルチキャリア信号としてＯＦＤＭ信号を例にとって説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るピーク電力抑圧装置の構成を示すブロック図である。同図に示すピーク電力抑圧装置は、変調部１００、符号化部１１０、Ｓ／Ｐ（Serial/Parallel）変換部１２０、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）部１３０、ＧＩ（Guard Interval：ガードインターバル）付加部１４０、電力変換部１５０、Ｄ／Ａ（Digital/Analogue）変換部１６０、無線送信部１７０、およびアンテナ１８０を有している。
【００３４】
変調部１００は、送信データを変調し、得られた変調データを符号化部１１０へ出力する。
【００３５】
符号化部１１０は、変調データを符号化し、得られた符号化データをＳ／Ｐ変換部１２０へ出力する。
【００３６】
Ｓ／Ｐ変換部１２０は、符号化データをＳ／Ｐ変換し、得られた複数系列のパラレルデータをＩＦＦＴ部１３０へ出力する。
【００３７】
ＩＦＦＴ部１３０は、パラレルデータを逆高速フーリエ変換して複数のサブキャリアに重畳し、ＯＦＤＭ信号を生成する。
【００３８】
ＧＩ付加部１４０は、ＯＦＤＭ信号の末尾の部分を先頭に複製して、ガードインターバルを付加する。
【００３９】
電力変換部１５０は、ＯＦＤＭ信号の電力を非線形関数を用いて変換する。具体的には、電力変換部１５０は、図２に示すように、ｔａｎ-1演算部１５２および係数記憶部１５４を有しており、以下の式（１）によってＯＦＤＭ信号の電力を変換する。
【００４０】
ｙ＝ａ・ｔａｎ-1（ｂ・ｘ）      ・・・式（１）
なお、式（１）において、ａ，ｂは所定の係数、ｘは入力値である変換前のＯＦＤＭ信号の電力、ｙは入力値の写像である変換後のＯＦＤＭ信号の電力を示している。
【００４１】
電力変換部１５０は、係数記憶部１５４にて式（１）の係数ａ，ｂをあらかじめ記憶しており、ｔａｎ-1演算部１５２にて係数ａ，ｂを呼び出し、式（１）の演算を行う。
【００４２】
Ｄ／Ａ変換部１６０は、電力変換後のＯＦＤＭ信号をＤ／Ａ変換し、得られたアナログ信号を無線送信部１７０へ出力する。
【００４３】
無線送信部１７０は、図示しない増幅器を有しており、アナログ信号の電力を増幅するとともに、アップコンバートなどの所定の無線送信処理を行って、アナログ信号をアンテナ１８０を介して送信する。
【００４４】
次いで、上記のように構成されたピーク電力抑圧装置の動作について、図３を参照して具体的に説明する。
【００４５】
まず、送信データは、変調部１００によって変調され、符号化部１１０によって符号化され、Ｓ／Ｐ変換部１２０によってＳ／Ｐ変換され、複数系列のパラレルデータが得られる。得られたパラレルデータは、ＩＦＦＴ部１３０によって逆高速フーリエ変換され、複数のサブキャリアにデータが重畳されたＯＦＤＭ信号が生成される。
【００４６】
ここで生成されたＯＦＤＭ信号は、周波数が互いに直交する複数のサブキャリアが加算されたものであり、高いピーク電力を有している。高いピーク電力を有したＯＦＤＭ信号が無線送信部１７０内の図示しない増幅器で増幅されるには、この図示しない増幅器の入力バックオフ（ＩＢＯ）を大きくする必要があり、電力効率が悪化する。
【００４７】
そこで、生成されたＯＦＤＭ信号は、電力変換部１５０内のｔａｎ-1演算部１５２へ入力され、電力が変換される。具体的には、ｔａｎ-1演算部１５２によって、所定の係数ａ，ｂが係数記憶部１５４から読み出され、式（１）のアークタンジェント（ｔａｎ-1）を用いた演算が行われる。なお、係数記憶部１５４に記憶されている所定の係数ａ，ｂは、図示しない増幅器の特性に応じてあらかじめ定められた係数である。
【００４８】
このような演算が行われたＯＦＤＭ信号の電力は、例えば図３に示す曲線のように変換される。すなわち、ｘ≧０における原点近傍の区間２００においては、変換後の電力（ｙ）は実際の電力（ｘ）より大きくなっており（ｘ＜０においては変換後の電力は実際の電力より小さくなる）、さらにｘが大きい区間２１０においては、変換後の電力（ｙ）は、図中破線で示す値に漸近している。
【００４９】
換言すれば、アークタンジェントを用いた演算によって電力変換を行うことにより、入力値は、原点近傍では絶対値が大きくなる方向へ写像され、入力値の写像は、原点から遠ざかるにつれて所定値へ漸近する。
【００５０】
このように、入力値が原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ写像されることにより、入力値である電力変換前のＯＦＤＭ信号の電力が小さい場合でも、その電力が例えば量子化誤差となって切り捨てられてしまったり、雑音として除去されてしまったりすることを防止することができる。
【００５１】
また、入力値の写像が所定値へ漸近することにより、例えばクリッピングにおいては単にカットされていたピーク電力を有するＯＦＤＭ信号が、カットされることなく電力が抑圧された上で残されるため、情報の損失がなく、誤り特性の劣化を防止することができる。
【００５２】
電力変換されたＯＦＤＭ信号は、Ｄ／Ａ変換部１６０によってＤ／Ａ変換され、得られたアナログ信号は、無線送信部１７０へ出力される。そして、アナログ信号は、図示しない増幅器によって電力が増幅されるとともに、アップコンバートなどの所定の無線送信処理が行われ、アンテナ１８０を介して送信される。
【００５３】
アンテナ１８０から送信された信号は、図示しない受信装置によって受信されるが、受信装置においては、電力変換部１５０によるアークタンジェントを用いた演算を元に戻す変換を行うが、元に戻す変換を行わなくても良好な誤り特性が得られる。元に戻す変換を行う場合は、Ａ／Ｄ変換と同時に電力の変換を行うことが考えられる。また、元に戻す変換を行わない場合には、図示しない受信装置における演算量が増大することがない。
【００５４】
図４は、ＧＩ付加部１４０から出力される電力変換前のＯＦＤＭ信号をＩＱ平面上にプロットした信号点配置の一例を示す図である。信号電力は、ＩＱ平面上における原点からの距離に対応しているため、例えば図４に示す信号点３００は、原点から大きく離れており、ピーク電力を有するＯＦＤＭ信号を示している。
【００５５】
一方、図５は、電力変換部１５０による電力変換後のＯＦＤＭ信号をＩＱ平面上にプロットした信号点配置の一例を示す図である。同図を見れば明らかなように、ＯＦＤＭ信号のピーク電力は完全に抑圧されている。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、逆高速フーリエ変換されて生成されたＯＦＤＭ信号の電力を非線形関数であるアークタンジェントを用いて変換するため、容易な演算で誤り特性を劣化させることなくピーク電力を抑圧することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の特徴は、アークタンジェントを用いる演算の係数を、種々のパラメータに応じて決定する点である。
【００５８】
本実施の形態に係るピーク電力抑圧装置の全体構成は、実施の形態１（図１）のピーク電力抑圧装置と同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態に係る電力変換部１５０の内部構成は、実施の形態１（図２）と異なっている。
【００５９】
図６は、実施の形態２に係る電力変換部１５０の構成を示すブロック図である。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図６に示す電力変換部１５０は、ｔａｎ-1演算部１５２、係数決定部１５６、およびパラメータ取得部１５８を有している。
【００６０】
係数決定部１５６は、例えば無線送信部１７０内の図示しない増幅器の特性、コード多重数、変調部１００における変調方式、拡散率、および符号化部１１０における符号化率などのパラメータに応じて式（１）の係数ａ，ｂを決定する。
【００６１】
パラメータ取得部１５８は、上述した各種のパラメータを取得して、係数決定部１５６へ出力する。
【００６２】
式（１）において、係数ａを大きくすると漸近する値の幅（図３中の破線間の距離）が大きくなり、係数ｂを大きくすると原点近傍における立ち上がりが急激になる。本実施の形態においては、これらの性質を用いて、通信の環境に応じて最適な係数を決定して演算を行う。
【００６３】
このように、本実施の形態によれば、取得したパラメータに応じて非線形関数の係数を決定し、この非線形関数によってＯＦＤＭ信号の電力を変換するため、通信環境が変化しても常に最適な非線形関数を決定することができる。
【００６４】
なお、上記各実施の形態においては、アークタンジェントを用いる非線形関数によって電力変換を行うものとしたが、例えば図７に示すように、非線形関数を複数の部分に分割し、各部分を線形関数である直線によって近似して電力変換を行っても良い。このように線形関数を用いて非線形関数を近似することで、演算はさらに容易となり、演算回路の実装に要するコストを削減することができる。
【００６５】
また、上記各実施の形態においては、アークタンジェントを用いる非線形関数によってＯＦＤＭ信号の電力を変換する構成としたが、アークタンジェント以外にも、原点近傍で絶対値が大きくなる方向へ入力値を写像し、かつ、原点から遠ざかるにつれて入力値の写像が所定値に漸近する非線形関数を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係るピーク電力抑圧装置およびピーク電力抑圧方法は、マルチキャリア信号の誤り特性を劣化させることなく、容易な処理でピーク電力を抑圧することができ、ＯＦＤＭ信号に代表されるマルチキャリア信号のピーク電力を抑圧するピーク電力抑圧装置およびピーク電力抑圧方法などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係るピーク電力抑圧装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換部の内部構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係るピーク電力抑圧動作を説明するための図
【図４】実施の形態１に係る電力変換前の信号点配置の一例を示す図
【図５】実施の形態１に係る電力変換後の信号点配置の一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態２に係る電力変換部の内部構成を示すブロック図
【図７】本発明の他の実施の形態を説明するための図
【符号の説明】
【００６８】
１００  変調部
１１０  符号化部
１２０  Ｓ／Ｐ変換部
１３０  ＩＦＦＴ部
１４０  ＧＩ付加部
１５０  電力変換部
１５２  ｔａｎ-1演算部
１５４  係数記憶部
１５６  係数決定部
１５８  パラメータ取得部
１６０  Ｄ／Ａ変換部
１７０  無線送信部
１８０  アンテナ
【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】
2005051457.tif 000007
【図６】
2005051457.tif 000008
【図７】
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