(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャネル送信電力増幅器アレイにおける相互変調歪みを低減する方法であって、
すべての利用可能な送信チャネル数を、所望信号を送信するために用いられる第一の送信チャネルグループと、第二の送信チャネルグループとに分割するステップと、
所望信号の瞬間的位相および振幅に基づいて、前記利用可能な送信チャネルにおける最大の信号振幅を最小化するために、相互変調補償波形のための瞬間的複素波形値を計算するステップと、
前記第一の送信チャネルグループにおける相互変調歪みを改善するために、前記相互変調補償波形を前記第二の送信チャネルグループに入力するステップとから構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
マルチチャネル無線電話通信システムにおいて相互変調歪みを低減する方法であって、
送信のために用いられているチャネルと、無音であるチャネルとを特定の時点において決定するステップと、
所望信号の瞬間的位相および振幅に基づいて、前記チャネルのすべてにおける最大の信号振幅を最小化するために、相互変調補償波形のための瞬間的複素波形値を計算するステップと、
相互変調歪みを改善するために、前記相互変調補償波形を前記無音チャネルに入力するステップとから構成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記相互変調補償波形は、増幅され、ダミー負荷で散逸されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項４】
第１の複数個の素子を有し、第１の複数個のビームを形成することのできるアクティブフェーズドアレイ送信アンテナを備える衛星通信システムにおいて相互変調歪みを低減する方法であって、
送信のために用いられているビームと、非アクティブであるビームとを特定の時点において決定するステップと、
所望信号の瞬間的位相および振幅に基づいて、すべてのビームにおける最大の信号振幅を最小化するために、相互変調補償波形のための瞬間的複素波形値を計算するステップと、
送信に用いられるビームにおける相互変調歪みを改善するために、前記相互変調補償波形を前記非アクティブビームに入力するステップとから構成されることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記相互変調補償波形は、地球に向けられていないビームに入力されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。
【請求項６】
前記相互変調補償波形は、ダミー負荷で散逸されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の方法。
【請求項７】
第１の複数個の素子を有し、第１の複数個のビームを形成することのできるアクティブフェーズドアレイ送信アンテナを備える衛星通信システムにおいて相互変調歪みを低減する装置であって、
送信のために用いられているビームと、非アクティブであるビームとを特定の時点において決定する手段と、
所望信号の瞬間的位相および振幅に基づいて、すべてのビームにおける最大の信号振幅を最小化するために、相互変調補償波形のための瞬間的複素波形値を計算する手段と、
送信に用いられるビームにおける相互変調歪みを改善するために、前記相互変調補償波形を前記非アクティブビームに入力する手段とから構成されることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記相互変調補償波形は、地球に向けられていないビームに入力されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
【請求項９】
前記相互変調補償波形は、ダミー負荷で散逸されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の属する分野
本発明は、多数の信号を同時に増幅して送信するための多重送信電力増幅器を用いた送信システムに関するものであり、具体的にはマルチチャネル増幅器における相互変調補償方法ならびに装置に関するものである。
発明の背景
マルチビーム通信衛星などのようなセクタ化されたセルラーシステムにおいては、信号群は異なる方向あるいはビームで送信される。例えば、AMPSやD-AMPS規格に準拠した３セクタセルラー基地局では、セクタごとに20個の搬送波を送出する必要があることもある。各セクタごとに20個の搬送波を送出する現在の方法は、20個の単一搬送波送信機と電力増幅器を用意し、それらからの出力を、散逸結合器（ハイブリッドカプラ）あるいはマルチカップリングフィルタを用いて受動的に結合し、単一のアンテナに供給するものである。前者によれば、周波数間隔に関わらず搬送波を結合できるという利点がある。これに対して、マルチカップリングフィルタでは、間に250KHzのガード間隔を設けた900MHzの信号を結合することしかできない。どちらの方法においても損失が非常に大きい上、ハードウエアをアンテナマストの下部に設置しなければならないための3−6dBのケーブル損失も生じる。そのため、システムは非常に高価なものとなってしまう。
従って、低レベルで結合した後に20個の搬送波を同時に増幅することのできる共通のマルチキャリア送信電力増幅器の利用に関して多くの検討がなされている。この手法の問題は、20個の搬送波間での相互変調である。これまで、相互変調レベルの仕様は-60dBを目標としてきた。しかしながら、-60dBの３次相互変調を実現するには約12dBの入力バックオフが必要となり、飽和（ピーク）電力が平均電力の16倍となるように電力増幅器を設計しなければならず、非効率なものになってしまう。しかしながら、あるオペレータが所有する周波数から同一のオペレータが所有する他の周波数への相互変調レベルは-60dBである必要はない。
図１は、従来の各セクタごとのMCPAと行列電力増幅器コンセプトとの差異を説明したものである。図１からわかるように、行列電力増幅器はセクタ毎に別々の増幅器から構成されず、60個すべての搬送波を同時に増幅する。図１aのように１入力１出力の３つの増幅器ではなく、３入力３出力の増幅器を用いるものである。
Weltiに付与された「バトラー行列トランスポンダ」というタイトルの米国特許番号3,917,998号明細書には、N個の信号パスを増幅するためのN結合電力増幅器の構成が示されている。ここで、N個の信号パスとしては、周回衛星を用いて少なくとも１つの地上局から地球上のN地点に伝送される信号の中継を想定している。N個の非結合増幅器セットではなく結合増幅器を用いる利点は、非結合増幅器セットでは出力電力が信号パスの中での一つの増幅器のピーク電力能力を越えないという制約を受けるのに対し、結合増幅器を用いる方法では出力電力を、すべての信号パスが同時に平均電力以上を要求しないという前提で、信号パス中のすべての増幅器の電力の和とすることができる点である。したがって、N信号パスから要求される電力の統計的平均化効果によって、平均電力レベルの上下に変動するような信号をより効率的に受け入れることができる。Welti特許の行列電力増幅器は周波数分割多重アクセス（FDMA）アプリケーションで用いられるものであり、各信号パスで用いられるFDMA搬送周波数の数、すなわち各信号パスで必要な電力を広い範囲にわたって変更できる機能も備えている。
Welti特許による行列電力増幅器は、増幅すべきN個の入力信号を結合し、N個の異なる入力信号組み合わせを生成するバトラー行列を含んでいる。また、各増幅器が組み合わせ中の一つを増幅してN個の増幅信号を生成するように、N個の電力増幅器セットを備えている。さらに、行列電力増幅器は、増幅信号を結合して、もとのN個の入力信号を増幅したN個の出力信号を生成するためのバトラー行列も備えている。もとのN個の入力を別々の増幅器で単に増幅する方法と比べての利点は、瞬間的に必要な時に、単一の増幅器以上の電力をN個の信号パスの一つに割り当てることが可能な点である。原理的には、行列電力増幅器によれば、すべての増幅器の出力電力の総和を一つの出力に割り当てることが可能である。
行列電力増幅器における非線型性から生じる相互変調の特徴は、単一増幅器とは異なる。入力バトラー行列の入力ＩとＪにそれぞれ入力された信号間の３次相互変調は、出力バトラー行列の出力番号(2i-j)Nと(2j-1)Nに生じることを示すことができる。行列電力増幅器における相互変調を削減する第一ステップとして、本発明の一つの実施形態では、出力(2i-j)あるいは(2j-i)あるいはこれらに対応する入力を所望の信号出力として利用せずダミー負荷によって終端するために、余分な増幅パスを設ける。したがって、信号ｉとｊとの間の３次相互変調は送信されない。このためには、バトラー行列の入力と出力ポート数Mが、増幅すべき信号数Nよりも大きくなければならず、残りのM-N信号をダミー負荷で終端する必要がある。
Weltiで開示されている行列電力増幅器では、信号入力数(N)と同じ数の入力・出力ポートを有するバトラー行列が、180°や90°ハイブリッドあるいは方向性カプラなどの受動的結合器を用いてN個の直交線形信号組み合わせを実現する。単純な例では、２入力、２出力のバトラー行列が信号S1とS2を入力し、(S1+S2)/√2と(S1-S2)/√2を実現する。そして、単純な電力増幅器が直交組み合わせを増幅し、増幅された出力が逆カプラ行列において結合され、個々の信号S1,S2,..,SNを増幅したものが復元される。
したがって、マルチチャネル送信増幅器アレイにおいて相互変調歪みを低減するための方法ならびに装置が求められている。
発明の要約
本発明の一つの実施形態によれば、N個の結合された電力増幅器要素から成るマルチチャネル送信増幅器アレイが示されている。所望の信号を増幅するためのチャネル数はN以下であり、少なくとも1である。ここで、未使用チャネルに対して特別に生成された相互変調補償波形を入力し、他のN-1個の信号パスすべてで生成される相互変調を低減する。相互変調補償波形の瞬間的複素波形値は、N-1個の所望信号の瞬間的複素値から、N個の信号パスにおける最大の信号振幅を最小にするように系統的に計算される。
本発明の別の実施形態によれば、第１の複数個の素子を有し、第１の複数個のビームを形成することのできるアクティブフェーズドアレイ送信アンテナを備えた衛星通信システムにおいて相互変調歪みを低減する方法が示されている。まず、ある時点において伝送に用いるビームと非アクティブとするビームとが決定される。そして、相互変調補償波形のための瞬間的複素波形値が、伝送に用いるビーム中の最大の信号振幅を最小にするように伝送信号の瞬間的複素値から計算される。相互変調補償波形は非アクティブビームに入力され、伝送に用いるビームの相互変調歪みを改善する。
マルチチャネル無線電話アプリケーションに適切な本発明のさらなる実施形態においては、他者が話しているので、N個の通話の約半数が無音となることが一般的である。本発明は、有音チャネル中の波形から系統的に計算された相互変調補償波形を無音チャネルに入力する方法を示している。同様に、N個のビームを形成できるN素子のアクティブフェーズドアレイ送信アンテナでは、生成された相互変調補償波形を用いてある時点で通信に用いられていないビームを励起する。特にマルチビーム衛星通信では、相互変調補償波形は地球に到達しない方向に向けられているビームに入力される。このように相互変調を改善することで、送信増幅器をより少ないバックオフで、すなわちより高い効率で動作させることができる
【図面の簡単な説明】
本発明の特徴や利点は、以下の図を用いた説明から当業者であれば容易に理解されよう。
図１Ａは、従来のマルチチャネル電力増幅器を示している。
図１Ｂは、行列電力増幅器を示している。
図２は、従来技術における行列電力増幅器の構成を示している。
図３は、電力増幅器飽和モデルを示している。
図４は、単一搬送波マルチチャネル電力増幅器における相互変調対バックオフのグラフを示している。
図５は、20個の搬送波マルチチャネル電力増幅器における相互変調スペクトルを種々の入力バックオフに対して示したグラフである。
図６−９は、行列電力増幅器の相互変調出力を示している。
図１０−１３は、３次相互変調が３チャネル電力増幅器の未使用ポートに生じる様子を示している。
図１４は、衛星通信システムを示している。
図１５は、本発明の一つの実施形態によるDTXを利用した行列電力増幅器を示している。
図１６は、本発明の一つの実施形態によるディジタル入力行列を用いた行列電力増幅器を示している。
詳細な説明
電力増幅器の相互変調を数学的に評価するためには、まず歪みモデルを考えなければならない。ここで、予歪によって電力増幅器を線形化することを試みる際には、振幅歪みとAM-PM変換との双方を考慮しなければならない。しかしながら、単に現実的な歪み量を実現し、バックオフに伴っての変化を明らかにするためのみであるならば、振幅歪みモデルのみを用いることで充分である。
ここで用いるモデルを以下説明する。複素入力信号波形点を(I,Q)と表すと、複素出力信号波形は、式、
0003805794.tif 000002
で与えられる。ここで、Vsatは増幅器が送信できる最大（飽和）出力電圧レベル、"a"は所定のべき指数パラメータである。
上記式では、(I,Q)の位相は変化せず、振幅が最大でVsat圧縮される。また、クリッピングの急峻さはべき指数パラメータ'a'によって決定される。'a'の値が2あるいは3のように小さいと、歪みは徐々に起こり、Vsatに到達するかなり前から生じる。一方、'a'が6あるいは12のように大きい値の場合には、増幅器は飽和領域に入るまで非常に線形的な動作をし、飽和領域に入った時点で急激にクリッピングする。図3に、'a'を2から12まで変化させたときの出力電力Pout／入力電力Pinとの関係を示す。これとともに、パラメータ'a'は、出力電力が漸近的に最大となる値と駆動電力とが等しい場合に得られる振幅圧縮度とも関係づけられる。ここで、この入力駆動電力は「ゼロdB入力バックオフ点」と呼ばれる。
ゼロdBバックオフにおいては、圧縮度とパラメータ'a'との関係は次のようになる。
a      出力電力圧縮
2             3dB
3             2dB
6             1dB
12            0.5dB
先端技術を用いて線形化されていない電力増幅器では、圧縮度1-2dBすなわち'a'が3-6であることが多い。これに対して、カルテシアンフィードバックなどを用いて線形化された電力増幅器では、電力が飽和するまでフィードバック機能により線形性が保たれるため、'a'は高い値となることが多い。
図３に示した飽和モデルを用いて、20個の等しい搬送波の和が入力された単一のマルチチャネル電力増幅器の相互変調を計算することができる。相互変調の計算は以下のように行われる。20個の搬送波のスペクトルを与えられた周波数ビンごとに配置するとともに、それ以外の部位をゼロとしたスペクトルを逆高速フーリエ変換して、I,Q信号を得る。I,Q信号に対して上述の歪みの式を適用し、歪んだI,Q信号に対して高速フーリエ変換を施し、信号に相互変調が加わったスペクトルを得る。相互変調レベルを得るためには、20個の信号の一つを削除し、スロット内の相互変調電力を求める。以上の処理を、ランダムに与えた信号位相とすべてのスロットに対して多数回繰り返し平均化し、図４に示す曲線を得る。
図４によれば、ハード駆動増幅器であって相互変調レベルが-20dB以上である場合には、線形化パラメータ'a'の値はそれほど重要でないことがわかる。実際、相互変調と線形性すなわちクリッピングのゆるやかな発生とは逆の関連がある。これに対して、低い相互変調レベル（-25dB以下）の場合には、クリッピングが急激に生じる高い値の'a'が望ましい。増幅器の値'a'は、負のフィードバックあるいは予歪補償によって飽和出力レベルまでできるだけ増幅器を線形化することで、大きくすることができる。-60dBの相互変調性能がインバンドで必要な場合には、線形性パラメータa=3では妥当なバックオフで実現できず、-60dBの相互変調レベルにおけるa=6とa=12との間のバックオフはそれぞれ約12dBと9dBとして実現できる。バックオフ9dBの増幅器は、バックオフ12dBの増幅器と比較して、少なくとも1.4倍、おそらくは２倍効率が良い。したがって、信号の同時増幅に関する問題は、所望の相互変調レベルを最小のバックオフで、すなわち最も効率よく実現することである、と述べることができる。
図５は、入力バックオフ量を変化させたときの単一のマルチチャネル電力増幅器（a=6）のスペクトルを示している。図５によれば、-40dBのインバンド相互変調のマルチチャネル電力増幅器の場合、更にフィルタリング処理を施さなければ、-60dBにおける帯域幅は所望信号帯域の３倍となっていることがわかる。もちろん、帯域通過フィルタを用いて帯域幅を減少させることは可能であるが、フィルタのカットオフ性能に依存する。
図６は、用いる増幅器ポートと増幅する周波数帯との関係を模式的に示した図である。周波数列901,902MHzならびにポート１に対応する行中のXは、所望の信号の位置を示している。図６の場合、901と902MHzとの間の３次相互変調は、900と903MHzにおいてそれぞれ2F1-F2,2F2-F1として発生している。同一チャネル中の信号間での相互変調は同一チャネルで生じるため、IP3項もポート１に生じている。
図７は、異なる行列電力増幅器ポートに加えられた同一周波数信号間の相互変調を示している。所望信号を示すXは双方とも901MHz列のチャネル１と２に配置されている。この場合には、３次相互変調は901MHzであるが出力ポート2P1-P2と2P2-P1すなわち2(1)-2=0と2(2)-1=3に、2F1-F2と2F2-F1として生じている。したがって、３次変調積は、同一周波数列で異なるポート０と３とに生じる。同様に、５次変調積は、ポート3P1-2P2と3P2-2P1、すなわちポート-1と4に生じる。ここで、ポート-1や4が存在しない場合には、相互変調積が現われるポート番号はポート数のモジュロ演算で得られた値となる。例えば、４チャネル行列電力増幅器の場合には、ポート４はポート０となり、ポート-1はポート３となる。したがって、４次相互変調積は、３次相互変調積とともにポート０と３とに生じる。２つの所望信号と同一のチャネルに生じるもっとも低次の相互変調積は７次である。なお、これは異なるポート上の信号間での相互変調のみに当てはまるものであり、同一ポート上の複数信号間の相互変調は、図６に示すように同一ポート上に現われる。しかしながら、図７の信号ポートにおいて所望信号周波数上の相互変調の一部は未使用のポートに現われるため、残りの相互変調の影響は低減される。
図８は、異なるポート上に異なる信号周波数を加えた例を示している。図８において、所望信号を示すXはポート１上の901MHzとポート２上の902MHzに配置されている。2F1-F2(900MHz)における３次相互変調積はポート2P1-P2=0に生じ、2F2-F1(903MHz)におけるIP3はポート2P2-P1=3に生じている。高次相互変調積が現われる位置を計算するためには、ポート番号は４のモジュロ演算で減らされる。図８より、３次ならびに５次の相互変調積のどちらも所望信号と同一のポート上に生じていないことがわかる。所望信号出力にはじめて生じる相互変調次数は７次相互変調積である。ここで、ポート１上の905MHzあるいはポート２上の898MHzにおける４次相互変調をフィルタリング処理で削除することは、周波数間隔が広いため難しくはない。
図９は、周波数帯とチャネルとを適当に割り当てることによって、４チャネル行列電力増幅器のすべての４ポートが所望信号で使用されている例を示している。ポート信号のいかなるペアから生じる相互変調積の位置より、ポート間の３次相互変調が所望信号周波数に生じていないことがわかる。
一般に、完全な３セクタで各セクタ当たり20個の搬送波のAMPSあるいはDAMPS基地局に要求される高い増幅総電力は、多くの低電力増幅器を結合することによって得られる。ここで、行列電力増幅器の増幅器数やチャネル数がセクタ数と等しくなければならないという制約はない。そこで、例えば３セクタの場合のチャネル数を８とすると、相互変調積を上手に５個の未使用チャネルに配置することが可能となる。この場合、総電力を増やす必要はない。総電力は３つの大きな増幅器ではなく８個の小さな増幅器間で分割されることになり、実際的観点からも望ましい。
２つのポート間での相互変調を未使用ポートに配置するポート選択方法は、２つの周波数間の３次相互変調が所望周波数に生じないようにするための非線形衛星トランスポンダにおける周波数間隔の選択問題と全く同様の問題となる。ここで、周波数間隔は「Badcock」間隔と呼ばれる。８チャネル行列電力増幅器における３つの所望信号ポートのBadcock間隔は、以下のようになる。
0003805794.tif 000003
「Ｘ」で示された駆動ポートのいかなるペア間の３次相互変調は、他の使用中のポートではなく、「−」で示された未使用ポートに生じることを確認できる。３つのＸが同一信号周波数帯であったとしても、同様の望ましい効果を得ることができる。
以上、相互変調問題から逃れるため、行列電力増幅器がどのようにして周波数領域における周波数選択と、空間接続領域におけるポート選択との２つの自由度を与えるのかを説明した。
図１０−１３は、２つの駆動ポートを有する３チャネル電力増幅器において、未使用ポート上に３次相互変調がどのように現われるかを示している。これらの図における電力増幅器においては、相互変調の影響を明確にするために、バックオフを約0dBで駆動している。
行列電力増幅器のチャネルの多くが未使用である場合には、相互変調を低減する他の方法も存在する。未使用出力においてダミー負荷が現われるように、任意の信号を未使用チャネルに入力することもできる。しかしながら、任意の信号はすべての電力増幅器におけるすべての瞬間的信号に影響を及ぼす。したがって、最悪の（最も負荷がかかっている）電力増幅器における瞬間的駆動振幅を減少し、すべてのIMを低減するように時間的に信号を選択しなければならない。このような波形をIM補償波形と呼び、ミニマックス法によって系統的に計算することができる。下の表は、所望信号に７チャネル使用するような８チャネル行列電力増幅器（a=6）の８番目のポートに、このような波形を入力したときのIMの低減効果を示している。
0003805794.tif 000004
上表によれば、ミニマックスフォーシングを利用することにより、-60dBレベルでの単一未使用ポートでは約5dB、-40dBレベルでは約3dBの相互変調の低減がみられる。また、高いIMレベル（バックオフ3dB）の場合において行列電力増幅器（最後列の-25.17）はMCPAの22dB（図４参照）と比べ顕著な改善がみられていることがわかる。D-AMPSでは、-25dBのインバンドIMレベルは許容されると考えられる。IMは所望信号とともに低減し、大きな劣化を引き起こさないためである。したがって、アウトバンドIMを許容レベルまで低減できれば、D-AMPS基地局のためのMPAは3dB程度のバックオフで動作可能となり、30％の効率が得られる。このようなIMの利点はMPAチャネル数とともに大きくなるため、複数の未使用ポートに複数のミニマックスフォーシング波形が入力されると、-60dBにおけるIMの改善はさらに大きなものとなる。
上述のように、本発明を衛星通信システムに適用することも可能である。図14に衛星通信システムを示す。適切な衛星通信システムに関する詳細な説明は、米国特許出願08/179,953号および08/179,947号明細書に示されているため、参照されたい。図14は、複数の移動無線電話120が衛星110を介してハブ局100と通信している例を示している。ハブ局は例えば地域交換局を介して公衆交換電話ネットワークPSTNに接続され、携帯電話と世界中の電話加入者、さらには衛星電話との通話を可能にしている。衛星は、N素子を持ち、N個のビームを生成できるアクティブフェーズドアレイ送信アンテナによって形成された複数のビームを用いて、移動電話やハブ局との信号を中継する。本実施形態では、システムが、伝送信号の瞬間的複素値から瞬間的複素波形を上述の方法で計算し、伝送に用いるビーム中の信号の最大振幅を低減する。相互変調補償波形が未使用ビームに入力され、伝送に用いるビーム中の相互変調歪みを改善する。また、相互変調補償波形は地球に向けられていないビームに対しても入力される。
したがって、上記のWeltiの行列電力増幅器に対して改善を行うことにより、相互変調を低減させることができる。第一の改善は、結合増幅器のチャネル数が所望の増幅信号数以上となるようにオーバディメンションとすることを含んでいる。ここで、所望のチャネルは、相互変調が付加的チャネルに配置され、ダミー負荷で散逸されるように選択される。すなわち、地球を照射するのに必要なビーム数以上のアクティブアンテナ素子数を有するフェーズドアレイ衛星では、地球を照射しない付加的なビーム数が存在する。これらの地球を照射しない付加的ビームに相互変調の一部が配置されるようにすることで、相互変調を宇宙で散逸させることができる。
上述の第二の改善は、付加的チャネルに何も駆動しないのではなく、付加的チャネルを特別に生成された相互変調補償波形でアクティブに駆動することを含んでいる。相互変調補償波形は増幅されるものの、増幅された波形は未使用の出力ポートにダミー負荷として散逸されるか、あるいはオーバディメンションとされたフェーズドアレイ衛星では地球を照射しないビームに悪影響を及ぼすことなく放射される。
以下、本発明の第三の実施形態について説明する。伝送すべき複数の無線電話信号を増幅する場合であって、半数がどの時点においても統計的に無音であるような場合に適用されるものである。二者間の通話においては、一者が通常無音であり、他者が話をしていることが多く、多くの会話で平均をとると50％の有音率となることが知られている。図15は、電話信号に対してディジタル化、圧縮、誤り訂正を行う音声符号化器201、符号化されたディジタル音声信号を伝送するための無線周波数搬送波に載せる変調器202とから構成される複数の無線電話信号生成器200を示している。ここで、音声符号化器は話中か否かを知らせる音声アクティビティ信号を送出する機能を有する。各生成器200に対応したスイッチ203は、音声アクティビティ信号に基づいて動作し、有音時には変調器202からの音声で変調された無線信号を、無音時にはIC波形生成器220からの相互変調波形を選択する。IC波形生成器220は、少なくとも一つの、好ましくは複数のIC補償波形を、アクティブ音声変調信号の関数としてユニット220にも供給される音声アクティビティ信号にしたがって計算する。アクティブ信号から少なくとも一つのIC波形を計算する方法を以下に示す。
まず、アクティブ無線信号インデックスｋの瞬間的位相と振幅を複素数Z(k)で示す。さらに、アクティブ信号のインデックスをk1,k2,k3...で示し、kが非アクティブ信号である場合にはZ(k)を０とする。
行列PAの電力増幅器への駆動信号の瞬間的位相と振幅は、値Z(k)のアレイのFFTを計算することで得られる。ここで、結果をZ'(k)と表す。そして、相互変調補償波形の瞬間的値Z(i)（ここで、iはkl,k2,k3...とは異なる）を、すべてのkにおける｜Z'(k)+Z(i)・EXP(j2Pi・ik/N)｜の最大値、すなわち電力増幅器の瞬間的駆動信号の振幅が最小となるように計算する。最後に、Z(i)の連続する値がIC無線信号の位相と振幅となり、i番目のチャネルのスイッチ203によって選択された一時的に非アクティブなチャネルiに入力される。
以上の処理は、最大となる数量を最小にするため、MINMAX計算と呼ばれる。もちろん、２つの結果が同一となり、Z(i)への変更が一方の値を増加させ他方の値を減少させるという結果となることで処理が終了してしまうこともあり得る。
上述の処理や図15は説明のためのものであり、当業者であればより現実的な方法を容易に理解できよう。例えば、変調器202で複素値Z(k)を、IC波形コンピュータ220で用いる数形式で計算することも可能である。IC波形コンピュータ220でも同様にZ(i)を計算し、選択されたZ(k)値が直交変調器に入力され無線搬送波周波数に載せられる。異なるチャネル上の無線搬送波周波数は同一であっても別であっても良い。なお、別である場合には、周波数差を考慮して、音声信号によって生成された位相ならびに振幅変調に加えて、連続するZ(k)値に対して適切な連続的位相回転を加えなければならない。
行列PA210の入力バトラー行列の動作を模擬し、PA駆動信号を計算するために、Z(k)値をFFTしたZ'(k)は順にIC波形コンピュータ220で計算されることから、本発明の他の変形として、信号
Z'(k)+Z(i)・EXP(j2Pi・ik/N)
を直交変調器セットに入力して、電力増幅器駆動信号を入力バトラー行列を省いて直接的に計算することもできる。この方法を図16に示す。ここでは、入力バトラー行列の動作がIC波形コンピュータ220において数値処理で実行される。そのため、直交変調における不完全性や電力増幅における相互変調を低減することができる。
「少なくとも一つ」以上のIC補償信号が生成される場合には、まずZ(i1)を計算し、これを付加的アクティブ信号と見なしてZ(i2)を計算し、といった上述の処理を繰り返し適用することもできる。これによれば、完全ベクトルのMINMAX計算で得られる最適な相互変調除去を行うことはできないが、実装はより簡単になる。完全MINMAX計算では、最大のPA駆動信号を最小化する複素ベクトル
Z^={Z(i1);Z(i2);Z(i3)..Z(im)}
を見つける必要があり、同じ大きさの2m個の駆動信号が得られ、ベクトルZ^を変化させた際にある駆動信号の大きさが増加するようになった時点で処理は終了する。
m=N/2である場合には特殊なケースとなる。すなわち、原理的にはすべての駆動信号が同じ大きさとなり、2N個の一定包絡線増幅器セットがN個の非一定振幅信号の増幅に用いられる米国特許出願No.08/179.947号明細書で開示された発明と同様になる。
Nが大きくなり、すべてのNチャネルで平均化された有音率が統計的に50％近くになると、本発明の装置によれば、すべてのPAがほぼ一定振幅で動作するようになる。アクティブチャネルと非アクティブであってIC波形が入力されるチャネルとは、話者のアクティビティに伴って連続的に変化するが、本発明では音声アクティビティ信号に基づいてIC波形生成器220を変化させることによって対処することができる。
本発明の精神ならびに中心的特徴から離れることなく、本発明を他の具体的な形態で実施することができることは、当業者にとっては明らかである。したがって、ここに示した実施形態は説明のためのものであり、限定するものではない。本発明の範囲は、前述の説明ではなく添付した請求の範囲によって示されるものであり、範囲内での変更はすべて含まれるべきものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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