(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
事前に定義した閾値（ＴＨＲ）より大きい振幅を有する信号のオーバーシュート（ＯＶ１、・・・、ＯＶ７）を除去するために、広帯域信号（ＩＳＥ）を、前記広帯域信号を電力増幅器に送る前にクリッピングする方法であって、
ｉ  前記広帯域信号から、前記広帯域信号（ＩＳＥ）と同相であるフィルタリングしたパルス（ＦＰＴＥ）を減算するステップであって、各前記フィルタリングしたパルスが前記オーバーシュートの１つに対応し、各前記フィルタリングしたパルスの振幅が、前記対応するオーバーシュートの振幅と前記事前に定義した閾値（ＴＨＲ）に依存するステップと、
ｉｉ  前記広帯域信号について、ステップｉの少なくとも２つの連続する反復を繰り返すステップと含み、
前記ステップｉが、
事前に定義した期間を有する時間ウィンドウで、事前に定義した数の信号のオーバーシュートを選択するステップと、
前記広帯域信号と同相であるデジタルパルス列を生成するステップであって、前記広帯域信号の振幅が前記事前に定義した閾値より大きい場合は、各パルスの振幅が前記オーバーシュートの振幅と前記事前に定義した振幅の閾値との差に等しいステップと、
低域フィルタによって前記パルス列をフィルタリングするステップと、
前記広帯域信号から、前記フィルタリングしたパルス列を減算するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
事前に定義したオーバーサンプリングレートで前記広帯域信号をオーバーサンプリングするステップをさらに含み、前記パルス列が、前記オーバーサンプリングレートで生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法の前記反復の後に、ハードクリッピングのステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記広帯域信号がＣＤＭＡ信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記広帯域信号が、隣接する搬送波上にいくつかのＣＤＭＡ信号を重ね合わせることによって構成された複数搬送波信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
信号合成モジュールと、事前に定義した閾値より大きい信号のオーバーシュートを除去するクリッピングモジュールと、電力増幅器とを備え、無線インタフェース上で広帯域信号を送信する送信器であって、
前記クリッピングモジュールが、
事前に定義した期間を有する時間ウィンドウで、事前に定義した数の信号のオーバーシュートを選択するオーバーシュートセレクタと、
前記広帯域信号と同相であるフィルタリングしたパルスを生成するためのパルス生成装置であって、各前記フィルタリングしたパルスが前記オーバーシュートの１つに対応し、前記広帯域信号の振幅が前記事前に定義した閾値より大きい場合は、各パルスの振幅が前記オーバーシュートの振幅と前記事前に定義した振幅の閾値との差に等しい、パルス生成装置と、
前記パルスをフィルタリングする低域フィルタと、
前記広帯域信号から、前記フィルタリングしたパルスを減算するための減算器と、
前記クリッピングモジュールによって、前記広帯域信号の処理を少なくとも２回繰り返すためのループとを備えることを特徴とする送信器。
【請求項７】
前記クリッピングモジュールが、ＤＳＰまたはＦＰＧＡ上で実施されることを特徴とする請求項６に記載の送信器。
【請求項８】
ＣＤＭＡ無線通信ネットワークの基地局において使用されることを特徴とする請求項６に記載の送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線インタフェース上での広帯域信号の送信に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、無線通信ネットワークの送信回路は、無線インタフェースを介して送信する前に信号を増幅するための電力増幅器を備える。
【０００３】
一方で、ピーク対平均値比（ＰＡＲ）は、電力増幅器に送られる信号の重要な特性である。ピーク対平均値比は、信号の最も大きい振幅と信号の平均振幅の比によって定義される。スペクトル拡散技術（ＣＤＭＡ信号など）を使用して数人のユーザによって送信された、情報を重畳する広帯域信号は、厳格なスペクトルマスクと広い包絡線の変調動作を有する、近ガウシアン周波数分布を示し、大きなピーク対平均値比（約１０ｄＢのＰＡＲ）をもたらす。
【０００４】
他方で、電力増幅器は、通常、増幅器の出力における信号の電力と電力増幅器の全電力消費量の比として定義される効率によって特徴付けられる。
【０００５】
大きなピーク対平均値比を有する信号は、電力増幅器の低効率をもたらす。ＰＡＲが約１０ｄＢであるＣＤＭＡ信号の規格に準拠した増幅に対しては、同じオーダの増幅器回路チェーンの規格を上回る増幅率が必要とされる（約１０ｄＢの電力増幅器バックオフとして知られている）。そのような規格を上回る増幅率により、無線通信ネットワーク（特に基地局）の送信器部で、必要なエネルギー供給または適切な冷却手段の点に大きな代償が発生する。それにもかかわらず、この規格を上回る増幅率は電力増幅器特性の非線形領域に達しないために必要である。これが生じると、信号のピークは（以下ではオーバーシュートと呼ばれる）、電力増幅器を飽和させ、変調ひずみのために受信器において高いエラー率を生じさせる。
【０００６】
この問題に対する知られている対抗策は、クリッピング技術である。これは、電力増幅器の特性により決定される閾値の振幅より大きい振幅を有するオーバーシュートを、信号から除去することである。通常は、信号を振幅の閾値に飽和させることによってこれが得られる。閾値の選択は、電力増幅器の効率、送信された信号の質、および受信器の感度の間の兼ね合いによる。実際、閾値が低く設定されると、オーバーシュートに含まれているより多くの情報が信号から除去され、クリッピングのために除去された情報を回復するために、受信器はより効率的にならなければならない。
【０００７】
通常のクリッピング技術は、非線形フィルタリングの問題に対処しなければならない。一方で、信号を閾値に飽和させることにより、スペクトルマスクの点で信号に設定されている要件と矛盾する広帯域雑音が生成される。実際、通常のクリッピング技術では、信号スペクトルが許容されているスペクトルマスクを超えて拡大し、隣接する周波数チャネルで干渉を生じる。他方で、許容されているスペクトルマスク外の雑音を除去するためにフィルタリングを行なう場合は、フィルタリングに固有の記憶効果が所望の閾値より大きい信号のオーバーシュートを再生成する。
【０００８】
これらの欠点は、送信器のコストとサイズを最適化するために、電力増幅器がいくつかの隣接する広帯域搬送波で共有されているときには、対処するのがさらに難しい。この場合、増幅器に送信される信号は、いくつかの周波数を多重化した信号の合計であり、各個々の信号が通常の知られている方法によってクリッピングされている場合でも、再びレイレイ周波数分布を有する傾向がある。レイレイ周波数分布は、ガウス分布とオーバーシュートの点で同じ欠点を示す。
【０００９】
さらに、許容可能な電力増幅器の効率は、通常のコンピュータ能力とは矛盾する膨大な処理労力という代償を払わなければ提供されない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、妥当な処理労力でクリッピングされた信号の周波数スペクトル範囲にある要件を満たすクリッピング方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、この方法を実施する送信器を提供することである。
【００１２】
これらの目的および以下で出現する他の目的は、請求項１による広帯域信号をクリッピングするための方法と請求項７による送信器によって達成される。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による方法は、特に電力増幅器がいくつかの隣接する広帯域搬送波間で共有されるとき、効率的なクリッピング方法を提供するという利点を有する。信号のオーバーシュートを最大から最低に漸進的に抑制するために、クリッピング方法が、信号に対して連続的に反復して適用される。この実施形態は、信号を適切にクリッピングするために必要な処理能力をさらに低減し、有用な信号のひずみを最小限に抑えるという利点を有する。
【００１４】
この方法の他の利点は、クリッピングした信号の周波数スペクトルの純度を最適化するということである。その結果、隣接するチャネルの干渉が低減されるので、システムのキャパシティは増大される。
【００１５】
この方法の他の利点は、従来の技術で知られているクリッピング方法と比較して、電力増幅器における同じ電力の消費に対して、出力電力または同時ユーザの数を増大することである。他の観点から、従来の技術で知られているクリッピング方法より高い電力増幅器の効率が達成されるので、各送信されたワットのコストは低減される。
【００１６】
他の好ましい実施形態では、クリッピングする信号は、より正確に信号のオーバーシュートを追跡するように、事前に定義された高いサンプリングファクタでオーバーサンプリングされる。
【００１７】
本発明のさらなる利点の特徴は、従属した請求項において定義されている。
【００１８】
本発明の他の特徴および利点は、限定的ではない例示によって与えられている好ましい実施の以下の記述を読むことと、添付の図面から明らかになるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、提案されているクリッピングモジュールは、クリッピングする信号と同相のフィルタリングされたパルスを生成し、各フィルタリングされたパルスがオーバーシュートに対応し、各フィルタリングされたパルスの振幅が前記対応するオーバーシュートの振幅に依存するため、事前に定義された閾値より大きい信号のオーバーシュートを除去する。
【００２０】
図１は、本発明によるクリッピングモジュールの実施形態を示す。クリッピングモジュール１０は、信号包絡線検出器１１、オーバーシュート検出器１２、オーバーシュートセレクタ１３、パルス列生成装置１４、低域フィルタ１５、および減算器１６を備える。クリッピングモジュールは、入力として、同相部分である入力Ｉと直角位相部分である入力Ｑからなるベースバンド信号を受信する。ベースバンド信号は、クリッピングモジュール１０がデジタル処理を実施するように、デジタル形式で表されていることが好ましい。
【００２１】
信号の同相部分の入力Ｉと直角位相部分の入力Ｑは、信号の包絡線を決定する（すなわち、複素数空間における実数部分である同相の値と複素数部分である直角位相の値とを有するベクトルのモジュールを決定することによって）信号包絡線検出器１１に接続されている。
【００２２】
信号の包絡線は、事前に定義された閾値ＣＬＩＰと信号包絡線の振幅を比較するオーバーシュート検出器１２に提供される。オーバーシュート検出器１２は、異なるオーバーシュートの振幅と位置を決定する。オーバーシュート検出器１２は、事前に定義した関数により、オーバーシュートの振幅を正規化することが好ましい。この関数は、オーバーシュートの振幅によって分割されたオーバーシュートの振幅と閾値ＣＬＩＰの差である。
【００２３】
ピークセレクタ１３は、さらに処理するために取り入れられるべきであるオーバーシュートを選択する。可能な選択基準は、事前に定義した期間の時間ウィンドウにおいて、さらに処理するために維持されるオーバーシュートの数Ｎである。したがって、時間ウィンドウにおいて最も大きいＮ個のオーバーシュートを選択する。他の選択基準は、２つの連続するオーバーシュート間の距離である。この距離は、事前に定義した距離より大きくあるべきである。他のオーバーシュートの選択基準を考慮することも可能である。
【００２４】
時間ウィンドウにおける選択したオーバーシュートの振幅と位置に関する情報は、パルス列生成装置１４に提供され、この装置は、入力信号である入力Ｉと入力Ｑと同相であるパルス列を生成する。パルス列の振幅は、対応するオーバーシュートが選択されなかったときはゼロに等しく、オーバーシュートがオーバーシュートセレクタ１３によって選択されたときは、オーバーシュートの振幅と閾値の差に等しいことが好ましい。
【００２５】
パルス列生成装置１４は、ベースバンド信号である入力Ｉと入力Ｑの位相φを検出して、同じ位相φを有するパルス列を生成する。図示のために、位相列は、オーバーシュートセレクタ１３によって与えられた各サンプルを、入力信号の実数部分である入力Ｉによって乗算することによって獲得された同相部分ＦＰＴ  Ｉと、オーバーシュート検出器１３によって与えられた各サンプルを、入力信号の複素数部分である入力Ｑによって乗算することによって獲得された直角位相部分ＦＰＴ  Ｑの２つの部分からなる。
【００２６】
次いで、パルス列の２つの部分を低域フィルタ１５によってフィルタリングする。低域フィルタは、その長さによって特徴付けられるＲｏｏｔ  ＲａｉｓｅｄＣｏｓｉｎｅ（ＲＲＣ）デジタルフィルタであることが好ましい。ＲＲＣフィルタの係数は、図１には示していないメモリに記憶されていることが好ましい。当業者には知られているように、ＲＲＣフィルタの係数は、本発明の範囲を限定せずに、異なる方式で選択することが可能である。ＣＤＭＡ信号におけるオーバーシュートの統計分析により、フィルタの実施を最適化することが可能になる。
【００２７】
フィルタリングしたパルス列の同相部分ＦＰＴ  Ｉと直角位相部分ＦＰＴ  Ｑは、それぞれ、減算器１６において、入力信号の同相部分である入力Ｉと、入力信号の直角位相部分である入力Ｑから減算される。入力信号の２つの部分である入力Ｉと入力Ｑは、フィルタリングしたパルス列ＦＰＴ  Ｉ、ＦＰＴ  Ｑ、ならびに固有のフィルタグループ遅延を生成するために必要な処理時間を考慮に入れるために、減算器１６において使用する前に、デジタル遅延１７に提供されることが好ましい。減算器１６の出力は、クリッピングした信号の出力Ｉと出力Ｑを表す。
【００２８】
オーバーシュートを閾値に飽和させる従来の知られているクリッピング方法とは対照的に、本発明による方法は、入力信号から、除去すべき選択したオーバーシュートに可能な限り正確に類似している、位相と振幅が事前に同調されているフィルタリングしたパルスを減算する。本発明による方法は、従来のクリッピング方法より、はるかに入力信号のスペクトルマスクを尊重する。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態は、漸進的にクリッピングを実施し、したがって、クリッピングモジュールの複雑さを低減するために、いくつかのクリッピングステージ１０を段階的に実施する。
【００３０】
図２は、いくつかのクリッピングステージが段階的に実施される、本発明による送信器の実施形態を示す。送信器２０は、信号合成モジュール２１、第１クリッピングステージ１０１、第２クリッピングステージ１０２、通常のクリッピングモジュール２２、および電力増幅器２３を備える。
【００３１】
信号合成モジュール２１は、送信される情報に対応するデジタル信号のフローを構築する。エラー修正コード、変調、複数ユーザの重ね合わせ、ならびに、当技術分野でよく知られている他の通常の信号処理は、このモジュールにおいてデジタル形態で実施される。信号のフローは、事前に定義したチップレートを有し、異なる直交拡散シーケンスを使用して何人かのユーザを重ね合わせることを表しているＣＤＭＡ搬送波であることが好ましい。
【００３２】
また、信号のフローは、少なくとも２つの隣接するＣＤＭＡ搬送波の重ね合わせとすることも可能である。後者の例は、増幅回路が、１つの基地局において、隣接するＣＤＭＡ搬送波間で共有されているとき、特に正確である。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態では、信号合成モジュールは、また、信号のチップレートより高いレートでデジタル信号のフローをオーバーサンプリングするオーバーサンプリングモジュールを備える（例えば、オーバーサンプリングレート＝３２＊チップレート）。これは、信号がオーバーシュートした場合に、信号の振幅が突然変化することをより正確に追跡するという利点を有する。
【００３４】
信号合成モジュール２１の出力においてオーバーサンプリングした信号は、本発明による第１クリッピング反復を実施する第１クリッピングステージ１０１に提供される。クリッピングした信号は、本発明による第２クリッピング反復を実施する第２クリッピングステージ１０２に提供される。第１クリッピングステップは、オーバーシュートの第１グループ（Ｎ個の最も高いものなど）を除去するのに専用であり、第２クリッピングステップは、残りのものを除去するのに専用である。当業者には、連続するクリッピングステージの数は、２つに限定されていないことが明らかになるであろう。任意の数の連続するクリッピングステージは、本発明の範囲を限定せずに、段階的に実施することが可能である。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態では、第２クリッピングステージ１０２の出力においてクリッピングした信号は、電力増幅器２３に入力される前に、残りのわずかなオーバーシュートを除去するために、ハードクリッピングステージ２２に提供される。ハードクリッピングステージ２２は、例えば、第２クリッピングステージ１０２の出力において、信号を閾値クリップに飽和させる、当技術分野で知られている通常のクリッピング方法を使用する。ほとんどのオーバーシュートは、クリッピングステージ１０１と１０２の両方において、フィルタリングしたパルス列を減算することによってすでに取り除かれているので、残りのオーバーシュートの振幅と閾値の差は小さい。
【００３６】
図３は、本発明によるクリッピング方法の可能な実施を示す流れ図である。
【００３７】
本発明によるクリッピング方法の好ましい実施は、連続するステップ３１から３６を備える。
【００３８】
ステップ３１は、ベースバンド信号包絡線を決定する。
【００３９】
ステップ３２は、事前に定義した閾値より大きい振幅を有する信号包絡線のオーバーシュートの位置と振幅を検出する。
【００４０】
ステップ３３は、時間ウィンドウごとの事前に定義したオーバーシュートの数を選択する。
【００４１】
ステップ３４は、オーバーシュートの位置、位相、および振幅のみを考慮することによって、ベースバンド信号と同相であるパルス列を生成する。
【００４２】
ステップ３５は、低域フィルタでパルス列をフィルタリングする。中央フィルタの中央係数は１に等しく、したがって、オーバーシュートに対応する位置におけるフィルタリングしたパルス列の振幅は、信号のオーバーシュートの振幅と事前に定義した閾値の差に等しい。
【００４３】
ステップ３６は、信号からフィルタリングしたパルス列を減算する。信号は、信号とフィルタリングしたパルス列の同期を維持するために、フィルタリングしたパルス列を生成するのに必要な処理時間に等しい遅延だけ遅延されることが好ましい。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態では、ステップ３１から３６は、事前に定義した回数反復されることが好ましい。
【００４５】
図４は、本発明によるクリッピング方法を信号に適用する例を示す。
【００４６】
図のｘ軸は時間を表し、より正確には、時間ウィンドウにおける信号のサンプル数を表す。図のｙ軸は、信号包絡線の振幅を表す。
【００４７】
入力信号包絡線ＩＳＥ、閾値ＴＨＲ、パルス列ＰＴ、フィルタリングしたパルス列の包絡線ＦＰＴＥ、ならびにクリッピングした信号包絡線ＣＳＥが図に示されている。
【００４８】
入力信号包絡線のオーバーシュートＯＶ１、・・・、ＯＶ７は、閾値ＴＲＨより大きい振幅を有する入力信号包絡線ＩＳＥのピークに対応する。
【００４９】
パルス列ＰＴは、パルスがオーバーシュートの最大点に関連付けられている、入力信号包絡線ＩＳＥから引き出されている。パルス列のすべての他の値は、ゼロに設定されている。パルス列のパルスの振幅は、オーバーシュートの振幅と閾値の差に等しい。デジタル処理なので、パルスは、ディラックパルスであることが好ましい。他のパルス形態を本発明の枠内で考慮することが可能である。フィルタリングしたパルス列の包絡線ＦＰＴＥは、１という中央係数を有する低域フィルタによってパルス列ＰＴをフィルタリングすることによって獲得される。クリッピングした信号の包絡線ＣＳＥは、入力信号の包絡線ＩＳＥから、フィルタリングしたパルス列の包絡線ＦＰＴＥを減算することによって獲得される。
【００５０】
図５は、本発明によりクリッピングした隣接する搬送波からなる複数搬送波信号の電力スペクトルを示す。信号スペクトルＳｐｅｃｔＳｉｇは、信号を構成する周波数の範囲（ｘ軸）と、この周波数の振幅（ｙ軸）の範囲を表す。スペクトルマスクＳｐｅｃｔＭａｓｋは、通常、電気通信標準化団体によって設定される要件を表し、信号スペクトルは、準拠する規格を満たさなければならない。
【００５１】
本発明によるクリッピング方法により、許容周波数帯を超える周波数範囲の信号振幅は、スペクトルマスク要件より小さく、結果的に規格に準拠する。これは、隣接するチャネルの干渉を最小限に抑え、結果的に無線通信システムの容量を増大するという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクリッピングモジュールの実施形態を示す図である。
【図２】本発明による送信器の実施形態を示す図である。
【図３】本発明によるクリッピング方法の可能な実施のための流れ図である。
【図４】信号に適用された本発明によるクリッピング方法の例を示す図である。
【図５】本発明によりクリッピングされた隣接する搬送波からなる複数搬送波信号の電力スペクトルの図である。
【符号の説明】
１０  クリッピングモジュール
１１  信号包絡線検出器
１２  オーバーシュート検出器
１３  オーバーシュートセレクタ
１４  パルス列生成装置
１５  低域フィルタ
１６  減算器
１７  デジタル遅延
２０  送信器
２１  信号合成モジュール
２２  通常のクリッピングモジュール
２３  電力増幅器
３１、３２、３３、３４、３５、３６  ステップ
１０１  第１クリッピングステージ
１０２  第２クリッピングステージ
【図１】
0003954341.tif 000002
【図２】
0003954341.tif 000003
【図３】
0003954341.tif 000004
【図４】
0003954341.tif 000005
【図５】
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