JPH08340361A - マルチキャリアピーク電力抑圧送信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】【目的】 ピーク電力を小とする。【構成】 入力端子１１₁〜１１_Nよりの送信データは
波形生成手段２１₁〜２１_Nで互いに周波数が異なる例
えばＱＰＳＫ変調用信号３６₁〜３６_Nとし、入力端子
１１₁〜１１_Nよりの送信データは抑圧データ生成ＲＯ
Ｍ２２で１シンボル中での合成変調信号のピークが最小
になるＭ個の抑圧データを読み出し、これら抑圧データ
で抑圧信号生成手段３７₁〜３７_Mで互いに異なる周波
数の抑圧信号とし、これら信号３８₁〜３８_Mと変調用
信号３６₁〜３６_Nとを合成し、合成信号を高周波に変
換して電力増幅器で増幅する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はマルチキャリア（多重
搬送波）無線通信において、変調波のピーク電力を低く
抑えることのできるピーク電力抑圧送信装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】複数の送信データ信号系列を変調し、合
成した場合には、１系列のデータ信号を変調した変調波
に比べて、平均電力に対するピーク電力比が大きくな
る。これは複数の変調波が全て同相で合成された場合、
非常に大きな出力となるからである。このような合成変
調波の例として、マルチキャリア信号がある。無線通信
において高速広帯域なデータ信号系列を良好な伝送特性
で伝送するためには、複数のキャリア（搬送波）に分割
して伝送を行うマルチキャリア伝送が有効である。この
伝送システムを図８に示す。Ｎ個の入力端子１１₁〜１
１_NよりのＮ系列のデータ信号が波形生成手段１２₁〜
１２_Nでそれぞれ帯域制限され、各帯域制限された出力
により変調手段１３₁〜１３_Nで搬送波発生器１４₁〜
１４_NよりのＮ個のキャリア信号が変調される。これら
の変調出力は合成手段１５で合成され、出力増幅器１６
で増幅され送信される。マルチキャリア伝送では、各々
のキャリアの変調信号は狭帯域信号となるため、無線通
信で伝送特性劣化の原因となる周波数選択性フェージン
グの影響を小さくすることができる。

【０００３】しかしながら、このようなマルチキャリア
信号ではキャリア数をＮとすると、ピーク電力は平均電
力のＮ倍以上となる。このためマルチキャリア信号のよ
うな合成変調波を一括して電力増幅器１６で増幅する場
合には、電力増幅器１６において平均出力を最大出力に
対してかなり小さくする、すなわち大きなバックオフを
とることが必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大きな
バックオフをとることは電力増幅効率の低下を招くこと
となる。また、このようにピーク電力が大きい合成変調
波を増幅する場合には、最大出力の大きい電力増幅器が
必要となる。このためキャリア数Ｎが大きくなった場合
には、バックオフにより電力効率が著しく低下するとと
もに、電力増幅器の最大出力を非常に大きくする必要が
あり、このような伝送システムは実現が困難である。

【０００５】一方、合成変調波のピーク電力を抑圧する
方式として、各々の変調波の初期位相を適切に設定する
方法が提案されている。（参考文献 S. Boyd,"Multiton
e signals with low crest factar",IEEE vol. CAS-33,
No.10, Oct. 1986 ）しかしながら、この方法は無変調
波の合成時には効果があるが、各々が独立に変調されて
いるとき、特に位相変調されているときには効果が少な
い。更に、送信データでそれぞれ変調された複数のサブ
キャリアの合成ベクトルと反対の最も近いベクトルのパ
ワー制御用サブキャリアをシンボルごとに合成してピー
クパワーを小さくすることが特開平６−３００６９号
「マルチサブキャリアによるＱＡＭ伝送方式」が提案さ
れている。しかし、この方法では１シンボル中にサブキ
ャリアの相互位相が変化するため、必ずしもピークパワ
ーを十分抑圧することができない。またパワー制御用サ
ブキャリアの発生方法に一般性がない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、Ｎ系統（Ｎは２以上の整数）の送信データ信号がＮ
個の波形生成手段でそれぞれ互いに周波数を異にするＮ
系統の変調用信号として生成出力される。また上記Ｎ系
統の送信データ信号は抑圧データ生成手段に入力され、
そのシンボルごとにＭ系統（Ｍは１以上の整数）の抑圧
用データが出力される。このＭ系統の抑圧用データはＭ
個の抑圧信号生成手段でそれぞれ互いに周波数を異に
し、かつ上記Ｎ系統の変調用信号とも周波数を異にする
Ｍ系統の抑圧信号とされて出力される。上記Ｎ系統の変
調用信号と上記Ｍ系統の抑圧信号とが合成手段により、
合成されて合成変調用信号とされ、その合成変調用信号
により変調手段で搬送波信号が変調されて出力される。
上記抑圧データ生成手段は、１シンボルにおける上記合
成変調用信号のピーク電力が最小になるような抑圧デー
タを生成するものである。

【０００７】請求項２の発明によれば、Ｎ系統（Ｎは２
以上の整数）の送信データ信号がＮ個の波形生成手段で
それぞれＮ系統の変調用信号として生成され、また上記
Ｎ系統の送信データ信号は抑圧データ生成手段に入力さ
れ、そのシンボルごとにＭ系統（Ｍは１以上の整数）の
抑圧用データが出力される。このＭ系統の抑圧用データ
はＭ個の抑圧信号生成手段にそれぞれ入力されてＭ系統
の抑圧信号が生成出力される。上記Ｎ系統の変調用信
号、上記Ｍ系統の抑圧信号によりＮ＋Ｍ個の変調手段で
それぞれ互いに異なる周波数の搬送波信号が変調され、
これらＮ＋Ｍ個の変調手段の変調出力が合成手段で合成
されて出力される。上記抑圧データ生成手段は、１シン
ボルにおける上記合成手段の出力信号のピーク電力が最
小になるような抑圧データを生成するものである。

【０００８】

【実施例】図１に請求項１の発明の実施例を示す。Ｎ系
統の送信データは入力端子１１₁〜１１_Nから波形生成
手段２１₁〜２１_Nおよび抑圧データ生成手段２２に入
力される。波形生成手段２１₁〜２１_Nはそれぞれ入力
されたデータ信号列を互いに周波数を異にする変調用の
ベースバンド信号（変調用信号）として出力するもの
で、初期位相設定機能、周波数オフセット設定機能、お
よび帯域制限機能を有している。例えば波形生成手段２
１₁に示すように、入力送信データは直列並列変換回路
２３により、例えば図２Ａに示す２値の入力データ信号
は、１つおきに分離され、図２Ｂ，Ｃに示す２系列のＩ
軸信号Ｉ_i(t) とＱ軸信号Ｑ_i(t) とにされ、演算器２
４に供給される。一方、累積加算器２６でクロック入力
端子２７のクロックごとに、周波数用レジスタ２８₁に
設定された数値が累積加算される。その累積加算器２６
のレジスタに初期値として位相用レジスタ２９₁に格納
された数値が設定される。余弦波形メモリ３１、正弦波
形メモリ３２が、累積加算器２６の加算値をアドレスと
してそれぞれ読み出され、これら読み出された余弦波、
正弦波が演算器２４でＩ軸信号Ｉ_i(t) 、Ｑ軸信号Ｑ_i
(t) とそれぞれ下記の演算がなされる。

【０００９】 Ｉ´_i(t) ＝Ｉ_i(t) ｃｏｓθ_i(t) −Ｑ_i(t) ｓｉｎθ_i(t) Ｑ´_i(t) ＝Ｉ_i(t) ｓｉｎθ_i(t) ＋Ｑ_i(t) ｃｏｓθ_i(t) 演算器２４の出力Ｉ´_i(t) ，Ｑ´_i(t) はそれぞれ帯
域制限フィルタ３３，３４で波形整形されて帯域制限さ
れた後、合成回路３５で合成され、変調用信号として出
力される。

【００１０】この変調用信号の周波数は周波数用レジス
タ２８₁に格納する数値により決まり、初期位相は位相
用レジスタ２９₁に格納される数値により決まる。変調
用信号の位相はＩ軸信号、Ｑ軸信号に応じて図２Ｄに示
す４つの位相の何れかをとる。波形生成手段２１₂〜２
１_Nも同様に構成され、周波数用レジスタ２８₁〜２８
_Nの各数値を選定して、出力変調用信号３６₁〜３６_N
が、例えば図３Ａに示すように互いに重なることなく、
周波数がずらされ、つまりマルチキャリアを構成するよ
うにされている。図３ＡはＮ＝４の場合である。

【００１１】抑圧データ生成手段２２はＮ系統（Ｎは２
以上の整数）の送信データを入力して、そのシンボルご
とにＭ系統（Ｍは１以上の整数）の抑圧データを出力す
るものであり、その抑圧データの生成については後述す
る。これらＭ系統の抑圧データは抑圧信号生成手段３７
₁〜３７_Mに入力されて、互いに周波数を異にし、かつ
変調用信号３６₁〜３６_Nとも周波数を異にする抑圧信
号３８₁〜３８_Mを出力する。抑圧信号生成手段３７₁
〜３７_Mは波形生成手段２１₁と同様な構成とすること
ができ、周波数用レジスタ３９₁〜３９_M、位相用レジ
スタ４０₁〜４０_Mが設けられ、周波数用レジスタ３９
₁〜３９_Mに格納する値により、抑圧信号３８₁〜３８
_Mの各周波数を設定する。

【００１２】波形生成手段よりの変調用信号３６₁〜３
６_Nと、抑圧信号生成手段よりの抑圧信号３８₁〜３８
_Mとが合成手段４１で合成され、その合成信号により搬
送波発生器４２からの搬送波が変調出力手段４３で変調
され、その変調出力が電力増幅器１６で増幅出力され
る。抑圧データ生成手段２２よりの抑圧データ信号のシ
ンボルごとのデータパターンは送信データ信号のシンボ
ルごとのパターンに対し、そのシンボル内で合成手段４
１の出力電力のピークが最も小さくなるよに選定されて
いる。これは送信データのあらゆる組合せパターンにつ
いて、抑圧データパターンを予め求めて例えばＲＯＭテ
ーブルに書き込んでおき、このＲＯＭテーブルを送信デ
ータで読み出せばよい。

【００１３】以上説明したこの発明の例として、Ｎ＝
４，Ｍ＝１のマルチキャリア伝送の場合について述べ
る。キャリア数Ｎ＋Ｍは５（＝４＋１）となる。また、
ベースバンドでの帯域制限は行わず、それぞれの信号は
矩形波とする。抑圧信号はそれ自体は情報信号を直接送
っているわけではないので、変調方式としてはデータ信
号の変調方式と同じである必要はない。このためピーク
電力が小さくなるように適切な変調方式を選択すればよ
い。このとき抑圧信号については、位相を細かく設定で
きるような変調方式を使う方が位相の設定を柔軟に行え
るため、ピーク電力抑圧効果が大きい。ただし、位相を
細かく設定できるように、例えば多相ＰＳＫ変調を利用
した場合には、ハードウェア規模が増大することが予想
される。このため、抑圧信号の変調方式はピーク電力抑
圧効果とハードウェア規模の増大の両者を考慮して決定
する必要がある。ここでは４系統のデータ信号列を各々
ＱＰＳＫ変調方式で伝送し、１系統の抑圧信号列につい
ては８ＰＳＫで伝送することとする。信号点の例を図４
に示す。このときの各々の初期位相θ₀₁，θ₀₂，θ₀₃，
θ₀₄，θ₀₅については、波形生成手段２１₁〜２１₄お
よび抑圧信号生成手段３７₁の初期位相設定機能、つま
り位相用レジスタ２９₁〜２９₄，４０₁への格納数値
の選択により設定し、基準となるキャリアに対する周波
数オフセットΔｆ₁，Δｆ₂，Δｆ₃，Δｆ₄，Δｆ₅
については、波形生成手段および抑圧信号生成手段の周
波数オフセット設定機能、つまり周波数用レジスタ２８
₁〜２８_4,３９₁に対する格納数値の選定により設定す
る。

【００１４】このとき、抑圧信号を合成しなければ平均
電力に対するピーク電力比は６dBとなる。これは図５Ａ
に示すように４波３６₁〜３６₄が同相で合成されたと
き、出力電力が１波の平均電力の１６倍（＝４²），す
なわち、４波の平均電力の４倍となるからである。しか
しながら、例えば図５Ｂに示すような抑圧信号３８₁を
合成して変調することにより、平均電力に対するピーク
電力比を低減できる。ここで説明したＮ＝４，Ｍ＝１の
例では、平均電力に対するピーク電力比は約４dBとな
り、抑圧信号を合成しないときと比較して２dB程度低減
できる。

【００１５】以上説明したように、抑圧信号を合成して
変調することにより、ピーク電力を低減できる。これに
より、合成変調波を増幅する電力増幅器１６の効率を改
善することができる。また最大出力が決められていると
きには、平均電力に対するピーク電力比の低減により、
送信時の平均電力を大きく設定できるため、その結果、
受信電力が増大し、伝送特性が改善される。

【００１６】図６に請求項２の発明の実施例を示し、図
１と対応する部分に同一符号を付けてある。この実施例
では、Ｎ系統のデータ信号列を入力して波形生成手段２
１₁〜２１_Nで同一周波数の変調用信号３６₁〜３６_N
を生成し、同様に抑圧信号生成手段３７₁〜３７_Mで同
一周波数の抑圧信号３８₁〜３８_Mを生成し、これらを
変調手段５１₁〜５１_N+Mにより、搬送波発生手段５２
よりの互いに異なる周波数の搬送波を変調し、その変調
手段５１₁〜５１_N+Mの変調出力を合成手段４１で合成
してマルチキャリア信号を得て電力増幅器１６へ供給さ
れる。搬送波発生手段５２は基準信号源５３の基準信号
から所要の各搬送波を生成する。波形生成手段２１₁〜
２１_Nおよび抑圧信号生成手段３７₁〜３７_Mは周波数
オフセット設定機能、つまり周波数用レジスタ２８₁〜
２８_N，３９₁〜３９_Mを省くことができ、ベースバン
ドでの処理が簡単化できる。例えばＮ＝４，Ｍ＝１の場
合、波形生成手段２１₁〜２１₄よりの変調用信号３６
₁〜３６₄，抑圧信号生成手段３７₁より抑圧信号３８
₁は図３Ｂに示すように同一周波数帯であり、これらが
変調手段５１₁〜５１₅により図３Ａに示したようにマ
ルチキャリア信号とされる。

【００１７】抑圧信号３８₁〜３８_Mに対し重みを付け
ることもできる。例えば、４波のキャリアに１波を加え
る場合を考え、４波の変調をＱＰＳＫとすると、信号パ
ターンについては、４（値）の４（波）乗で２５６通り
となる。抑圧信号についてはこの２５６通りの信号パタ
ーンについて、最もピークが下がるように信号パターン
ごとに変調位相を設定する。抑圧信号３８₁〜３８_Mの
生成時に位相だけでなく振幅についても設定し、すなわ
ち、２５６パターンに対して全て同一の振幅の抑圧信号
を加えるのではなく、信号パターンごとに振幅と位相を
設定する。各キャリア間には周波数差があるため情報信
号の合成信号の振幅と位相は１シンボル区間内で一定で
ないため、抑圧信号３８₁〜３８_Mについても周波数差
により合成信号に対して回転する。従って、単に抑圧信
号３８₁〜３８_Mの振幅を大きくするだけでは大きな抑
圧効果が得られず、逆に抑圧効果が小さくなることもあ
る。よって、信号パターンごとにきめ細かく振幅と位相
を設定して抑圧効果を向上させることができる。

【００１８】つまり、情報信号の信号パターン（４波で
ＱＰＳＫの場合には２５６通り）の中には出力電力があ
まり大きくなく、抑圧信号を加える必要がないパターン
もある。このパターンに対しては、例えば抑圧信号の信
号レベルを０にすることにより、必要以上に電波を出力
しないようにすることができる。また、例えば４波のマ
ルチキャリア信号に抑圧信号を１波加える場合には、抑
圧信号の信号レベルを情報信号伝送用のキャリアのレベ
ルに対して−２dB程度とすると、情報信号伝送用のキャ
リアと等レベルで抑圧信号を加えるより、より一層抑圧
効果がある。以上述べた抑圧信号のレベル設定について
は、例えば抑圧信号生成手段で抑圧信号に設定したい振
幅ａ（ｔ）を乗算することにより行える。また、情報信
号の信号パターンごとに抑圧信号の信号レベルを設定す
る場合は、ＲＯＭ等のメモリを用いたテーブルを構成
し、このテーブルから信号パターンごとに抑圧信号のレ
ベルを読み出すことにより容易に実現できる。

【００１９】情報伝送用のキャリアについては、あまり
複雑な（位相分割数が大きい）変調方式を行った場合、
初期位相設定によるピーク抑圧効果が減る。逆に抑圧信
号については、位相設定の自由度を増すため、位相分割
数が大きい変調方式を採用することが有利で、８ＰＳ
Ｋ，１６ＰＳＫ，３２ＰＳＫ，６４ＰＳＫ等が挙げられ
る。ここで重要なことは、抑圧信号には情報をのせてい
ないため、受信側で必ずしも復調する必要がなく、受信
特性を考慮する必要がない。すなわち、多値ＰＳＫのと
きには受信特性は劣化するが、この点については考慮す
る必要がない。一方、情報信号伝送用キャリアの変調方
式については受信特性を考慮して決定されるため、移動
通信に適用する場合にはＱＰＳＫ位が適当である。

【００２０】なお、マルチキャリア信号にピーク電力抑
圧信号を追加する場合、抑圧信号の周波数軸上での位置
によりピーク電力抑圧効果に違いが生じることが判明し
た。例えば、４波のマルチキャリア信号に抑圧信号３８
₁を１波加える場合には、抑圧信号３８₁の周波数軸上
での位置については図７に示すように５種類の配置パタ
ーンがある。このとき、配置パターンＢと配置パターン
Ｄについては、抑圧信号３８₁を加えないときのピーク
電力に対して２dB程度のピーク電力抑圧量が得られる
が、これら以外の配置パターンに対してはあまり大きな
抑圧量が得られない。ただし、抑圧信号３８₁の周波数
軸上での最適な位置については、マルチキャリア信号お
よび抑圧信号の各数によって変化する。このため、キャ
リア数に応じて最適な位置に抑圧信号を加える必要があ
る。これらの関係を予め調べておき、使用する情報伝送
キャリアの数に応じて抑圧信号の数と配置を決めればよ
い。

【００２１】この発明において、波形生成手段および抑
圧信号生成手段の周波数オフセット設定機能を省き、周
波数オフセットを０とすると、ＣＤＭＡ方式のように複
数のチャネルを同一の周波数で伝送するシステムへ適用
できる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば平
均電力に対するピーク電力比が抑圧されることにより、
電力増幅器において大きなバックオフをとる必要がなく
なり、電力増幅効率が改善される。また、ピーク電力が
抑圧されることにより、最大出力の大きい電力増幅器を
用いる必要がなくなる。更に、最大出力を一定とした場
合には、この発明を用いることにより送信時の平均電力
を大きくすることができ、その結果、受信電力が増大
し、伝送特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。

【図２】Ａは入力データの例を示す図、Ｂ，Ｃはそれを
２系列データとした図、Ｄはデータに応じた信号点を示
す図である。

【図３】Ａは抑圧信号を含むマルチキャリア信号の例を
示す図、Ｂは同一周波数の情報変調用信号と抑圧信号を
示す図である。

【図４】データ変調用信号および抑圧信号の信号点と初
期位相の例を示す図。

【図５】Ａは情報変調用信号の合成変調波の例を示す
図、Ｂはこれに抑圧信号を重畳した例を示す図。

【図６】請求項２の発明の実施例を示すブロック図。

【図７】情報変調用信号と抑圧信号との周波数配置の各
種状態を示す図。

【図８】従来のマルチキャリア送信装置を示すブロック
図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ系統（Ｎは２以上の整数）の送信デー
   タ信号をそれぞれ入力し、互いに周波数を異にするＮ系
   統の変調用信号をそれぞれ出力するＮ個の波形生成手段
   と、 上記Ｎ系統の送信データ信号を入力し、そのシンボルご
   とにＭ系統（Ｍは１以上の整数）の抑圧用データを出力
   する抑圧データ生成手段と、 上記Ｍ系統の抑圧用データをそれぞれ入力し、互いに周
   波数を異にし、かつ上記Ｎ系統の変調用信号とも周波数
   を異にするＭ系統の抑圧信号を出力するＭ個の抑圧信号
   生成手段と、 上記Ｎ系統の変調用信号と上記Ｍ系統の抑圧信号とを合
   成して合成変調用信号を出力する合成手段と、 上記合成変調用信号で搬送波信号を変調して出力する変
   調手段とを有し、 上記抑圧データ生成手段は、１シンボルにおける上記合
   成変調用信号のピーク電力が最小になるような抑圧デー
   タを生成するものであることを特徴とするマルチキャリ
   アピーク電力抑圧送信装置。
2. 【請求項２】 Ｎ系統（Ｎは２以上の整数）の送信デー
   タ信号をそれぞれ入力してＮ系統の変調用信号を出力す
   るＮ個の波形生成手段と、 上記Ｎ系統の送信データ信号を入力し、そのシンボルご
   とにＭ系統（Ｍは１以上の整数）の抑圧用データを出力
   する抑圧データ生成手段と、 上記Ｍ系統の抑圧用データを入力し、それぞれＭ系統の
   抑圧信号を出力するＭ個の抑圧信号生成手段と、 上記Ｎ系統の変調用信号、上記Ｍ系統の抑圧信号でそれ
   ぞれ互いに異なる周波数の搬送波信号を変調するＮ＋Ｍ
   個の変調手段と、 これらＮ＋Ｍ個の変調手段の変調出力を合成する合成手
   段とを備え、 上記抑圧データ生成手段は、１シンボルにおける上記合
   成手段の出力信号のピーク電力が最小になるような抑圧
   データを生成するものであることを特徴とするマルチキ
   ャリアピーク電力抑圧送信装置。