JP4184026B2

JP4184026B2 - Peak suppressor and transmitter

Info

Publication number: JP4184026B2
Application number: JP2002290737A
Authority: JP
Inventors: 裕康佐野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: JP2004128923A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調信号のピーク電圧を抑圧することが可能なピーク抑圧装置および送信装置に関するものであり、特に、ピーク電圧を抑圧した場合であっても、非線形な振幅制限が行われるために発生する帯域外輻射を低減可能なピーク抑圧装置および送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の送信装置について説明する。たとえば、マルチキャリア変調方式においては、送信装置側にて変調信号のピーク電圧を抑圧する処理を行う。図１１は、従来の送信装置の構成を示す図である（たとえば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで、上記従来の送信装置として、たとえば、マルチキャリア変調方式における変調信号のピーク電圧を抑圧することが可能な送信装置の動作について説明する。
【０００４】
まず、送信データはシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部２００に入力され、ここでは、受け取ったシリアルデータを送信可能なキャリア数分のパラレルデータに変換する。Ｓ／Ｐ変換後のデータを個別に受け取った変調器２０１−１，２０１−２，…，２０１−ｎでは、それぞれ所定の変調処理を実行する。変調信号を受け取った逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部２０２では、各変調信号に対して逆フーリエ変換を行ってマルチキャリア信号を生成し、それをシンボル毎の時間波形として出力する。ＩＦＦＴ部２０２の出力信号を受け取ったガードインターバル（ＧＩ）付加部２１０では、無線通信における伝送路上の遅延波の影響を軽減するために、ガードインターバルを付加する。
【０００５】
ガードインターバル付加後のシンボルを受け取ったクリッピング部２２０では、ガードインターバル付加後のシンボルの時間波形のピーク電圧を削減する。ピーク電圧削減後（クリッピング処理後）の信号出力ｙは、たとえば、サンプル毎の信号入力をｘとし、クリッピングの振幅をＡとした場合、次式（１）にて表すことができる。
【０００６】
【数１】

【０００７】
クリッピング後の信号を受け取ったフィルタ部２３０では、クリッピング部２２０にて非線形な振幅制限が行われるために発生する帯域外の大きな輻射電力を抑圧するようにフィルタリング処理を行う。その後、フィルタリング処理後の信号を受け取った周波数変換部２４０が当該信号を所定の周波数帯に変換し、送信アンプ部２５０が周波数変換後の信号を増幅し、送信アンプ部２５０にて増幅された信号がアンテナ２６０から送信される。
【０００８】
【非特許文献１】
Effects of Clipping and Filtering on the Performance of OFDM, IEEE Communications Letters, vol. 2 No. 5, p.131-133 1998年5月
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の送信装置においては、マルチキャリア変調後の信号のピーク電圧が平均電力に対して非常に大きなものとなり、使用するキャリア数が大きいほど振幅の分布の広がりが大きくなる傾向にある。このとき、送信アンプは線形な領域を使用して送信する必要があるので、上記大きなピーク電圧に対応して歪みなく伝送を行うためには、大きなバックオフを設定する必要がある。しかしながら、大きなバックオフを設定すると、電力効率の低下を招くことになる、という問題があった。
【００１０】
また、ピーク電圧を抑圧するためには、上記のように、信号振幅（包絡線レベル）に上限値を設定するクリッピングという方法がある。しかしながら、クリッピングを施した後には帯域外輻射が生じ、さらに、この帯域外輻射を抑えるためにフィルタを用いて帯域制限を行うとピーク電圧が再び現れるため、バックオフを設定する際にマージンを持たせる必要があり、これが送信アンプの電力効率の低下につながる、という問題があった。
【００１１】
また、入力される信号振幅がある一定時間毎に変動する場合には、ピーク電圧を抑圧するための信号振幅の上限値が固定であると、必要以上に信号成分をクリッピングしてしまう可能性がある。そのため、帯域外輻射が生じるとともに、さらに、信号の変調精度が劣化する、という問題があった。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ピーク電圧を抑圧しつつ、さらに帯域外輻射を低減可能なピーク抑圧装置および送信装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるピーク抑圧装置にあっては、入力信号の包絡線レベルと所定のしきい値に基づいて入力信号のピーク電圧を抑圧するための目標値を決定する目標値決定手段と、前記包絡線レベルと前記目標値との乗算結果を移動平均する第１の移動平均手段と、前記包絡線レベルの２乗結果を移動平均する第２の移動平均手段と、前記第１の移動平均手段による移動平均結果を前記第２の移動平均手段による移動平均結果で除算することによって、前記入力信号に対するゲインを算出するゲイン算出手段と、前記ゲインを用いて前記しきい値を超える入力信号のピーク電圧を抑圧するピーク抑圧手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ピーク電圧を抑圧するために、送信すべき信号の振幅（包絡線レベル）に対して所定のしきい値を設定し、たとえば、包絡線レベルが前記しきい値よりも大きい場合には、ゲインを適応的にコントロールするための目標値を前記しきい値とし、一方、包絡線レベルが前記しきい値よりも小さい場合には、目標値を包絡線レベルとする。そして、ピーク抑圧後の信号が目標値に近づくように、上記送信すべき信号に対して適応信号処理により算出されたゲインを乗算する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるピーク抑圧装置および送信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
本実施の形態は、変調信号のピーク電圧を抑圧することが可能なピーク抑圧装置（送信装置）に関するものであり、当該ピーク電圧を抑圧する処理を、一例として、マルチキャリア変調方式の変調信号に適用した場合について説明する。
【００１７】
図１は、本発明にかかる送信装置の構成を示す図である。また、図２は、ガードインターバル（ＧＩ）の付加方法を示す図である。
【００１８】
ここで、上記ピーク電圧を抑圧する処理をマルチキャリア変調方式の送信装置に適用した場合の動作を、図１を用いて説明する。まず、送信データはシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部１に入力され、ここでは、受け取ったデータを送信可能なキャリア数分のパラレルデータに変換する。Ｓ／Ｐ変換後のデータを個別に受け取った変調器２−１，２−２，…，２−ｎでは、それぞれデータを変調する。各変調器の出力（変調信号）を受け取った逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部３では、各変調信号に対して逆フーリエ変換を実行し、マルチキャリア信号としてシンボル毎の時間波形を出力する。ＩＦＦＴ部３の出力を受け取ったガードインターバル（ＧＩ）付加部４では、無線通信における伝送路上の遅延波の影響を軽減するために、図２に示すように、ガードインターバルを付加する。
【００１９】
ピーク抑圧部５では、ガードインターバル付加後の時間波形におけるピーク電圧を抑圧する。ここで、ピーク抑圧部５の動作を図３，図４，図５を用いて詳細に説明する。図３は、実施の形態１のピーク抑圧部５の構成を示す図であり、図４は、ピーク抑圧部５の移動平均処理の一例を示す図であり、図５は、ピーク電圧を抑圧する手順を示す図である。
【００２０】
包絡線検出部２１では、入力された複素信号の包絡線レベルを検出する。そして、包絡線検出部２１の出力（包絡線レベル）を、目標値生成部２２，乗算器２３，２乗器２５に対してそれぞれ出力する。このとき、包絡線レベルは、図５（ａ）に示すような複数のピークを有する雑音状の波形（ピーク抑圧前の包絡線）となる。
【００２１】
目標値生成部２２では、包絡線検出部２１の出力を用いて、設定されたしきい値ｄ_thに基づいた目標値ｄ（ｉ）をサンプル毎に算出する。包絡線検出部２１の出力するサンプル毎の包絡線レベル（複素値）をｚ（ｉ）とすると、目標値ｄ（ｉ）は次式（２）のように表すことができる。その結果、目標値ｄ（ｉ）は、図５（ｂ）に示すように、ピークがしきい値ｄ_thで抑圧された波形となる。
【００２２】
【数２】

【００２３】
目標値ｄ（ｉ）を受け取った乗算器２３では、当該目標値ｄ（ｉ）と包絡線レベルｚ（ｉ）とを乗算する。さらにその乗算結果を受け取った移動平均部２４では、図４に示す（Ｍ＋１）段のシフトレジスタ３１（Ｍは偶数）と加算器３２と乗算器３３を用いて、移動平均値ｕ（ｉ）を出力する。具体的には、次式（３）に従って、移動平均値ｕ（ｉ）を算出する。
【００２４】
【数３】

【００２５】
一方、２乗器２５では、入力された包絡線レベルｚ（ｉ）を２乗し、その結果を移動平均部２６に対して出力する。移動平均部２６では、次式（４）に従って、移動平均値ｖ（ｉ）を算出する。
【００２６】
【数４】

【００２７】
移動平均値ｕ（ｉ）および移動平均値ｖ（ｉ）を受け取った除算器２７では、次式（５）に従って除算を行い、ゲインｇ（ｉ）を出力する。
【００２８】
【数５】

【００２９】
そして、入力複素信号に式（５）で算出されたゲインｇ（ｉ）を乗算するため、遅延器２８では、複素信号の遅延調整を行う。乗算器２９では、遅延調整後の複素信号に対してゲインｇ（ｉ）を乗算し、その結果をピーク抑圧後の信号として出力する。図５（ｃ）にピーク抑圧後の信号の包絡線レベルを示す。
【００３０】
その後、ピーク抑圧部５で得られたピーク抑圧後の信号を受け取った周波数変換部６が当該信号を所定の周波数帯に変換し、送信アンプ部８が周波数変換後の信号を増幅し、送信アンプ部８にて増幅された信号がアンテナ９から送信される。
【００３１】
なお、本実施の形態では、変調信号のピーク電圧を抑圧する処理を、マルチキャリア変調方式を採用する送信装置を用いて説明したが、この処理についてはこれに限らず、たとえば、変調信号のピーク電圧が大きくなるＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を採用する送信装置（ピーク抑圧装置）に適用することとしてもよい。
【００３２】
このように、本実施の形態においては、ピーク電圧を抑圧するために、送信すべき信号の振幅（包絡線レベル）に対して所定のしきい値を設定し、たとえば、包絡線レベルが上記しきい値よりも大きい場合には、ゲインを適応的にコントロールするための目標値を上記しきい値とし、一方、包絡線レベルが上記しきい値よりも小さい場合には、目標値を包絡線レベルとする。そして、ピーク抑圧後の信号が目標値に近づくように、上記送信すべき信号に対して適応信号処理により算出されたゲインを乗算する。これにより、ピーク電圧を抑圧しつつ、さらに帯域外輻射を低減させることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２のピーク抑圧部５の構成を示す図である。なお、ピーク抑圧部５以外の送信装置の構成については、先に説明した実施の形態１の図１と同様であるため同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、実施の形態１と動作の異なるピーク抑圧部５の処理についてのみ説明する。
【００３４】
以下、本実施の形態におけるピーク抑圧部５の動作を、図面を用いて詳細に説明する。図７は、ピーク抑圧部５内で実行されるＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ処理の一例を示す図であり、図８は、ＦＩＲフィルタのタップ係数の一例を示す図である。なお、先に説明した実施の形態１の図３と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
乗算器２３から目標値ｄ（ｉ）と包絡線レベルｚ（ｉ）との乗算結果を受け取ったＦＩＲフィルタ部４１では、図７に示す（Ｍ＋１）段のシフトレジスタ５１（Ｍは偶数）と乗算器５２−１，５２−２，…，５２−（Ｍ＋１）と加算器５３とを用いて、ＦＩＲフィルタ出力値ｕ（ｉ）を出力する。具体的には、次式（６）に従ってＦＩＲフィルタ出力値ｕ（ｉ）を算出する。
【００３６】
【数６】

【００３７】
なお、ここでは、図７に示されるようにＦＩＲフィルタのタップ係数ｂ（０），ｂ（１），…，ｂ（Ｍ）を各レジスタ値に乗算することで、送信信号のサンプルの影響度を考慮する。また、タップ係数は、たとえば、図８に示すように、ｂ（ｊ）のうち（ｊ＝０，…，Ｍ）、ｂ（Ｍ／２）が最も大きくなるように設定された係数を使うこととする。たとえば、ハニング窓，ブラックマン窓等の窓関数に従うものを設定することが有効であり、これにより、ｉ番目のサンプルの信号であるＺ（ｉ）がゲイン生成時に反映されやすくなる。
【００３８】
一方、２乗器２５から包絡線レベルｚ（ｉ）の２乗結果を受け取ったＦＩＲフィルタ部４２では、次式（７）に従って、ＦＩＲフィルタ出力値ｖ（ｉ）を出力する。ただし、ｂ（ｊ）はタップ係数を表す（ｊ＝０，…，Ｍ）。
【００３９】
【数７】

【００４０】
その後、ＦＩＲフィルタ出力値ｕ（ｉ）およびＦＩＲフィルタ出力値ｖ（ｉ）を受け取った除算器２７では、上記（５）に従って除算を行い、ゲインｇ（ｉ）を出力する。そして、乗算器２９では、遅延器２８にて遅延調整後の複素信号に対してゲインｇ（ｉ）を乗算し、その結果をピーク抑圧後の信号として出力する。
【００４１】
このように、本実施の形態においては、ピーク電圧を抑圧するために送信信号に乗ずるゲインを、送信信号のサンプルの影響度を考慮した時間方向の重み付け平均処理により算出し、その後、送信信号に対してサンプル毎に上記ゲインを乗算する。これにより、先に説明した実施の形態１よりもピーク電圧抑圧効果を大きくしつつ、帯域外輻射を低減することが可能となる。
【００４２】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３のピーク電圧抑圧手順を示す図である。なお、送信装置およびピーク抑圧部５の構成については、先に説明した実施の形態１および２と同様であるため、ここでは、実施の形態１および２と処理の異なるピーク抑圧部５内の目標値生成部２２の処理についてのみ説明する。
【００４３】
図９において、（ａ）は包絡線検出部２１で検出した信号の包絡線レベルｚ（ｉ）、すなわち、ピーク電圧抑圧前の包絡線レベルの一例を表し、（ｂ）は本実施の形態における目標値生成部２２に入力された（ａ）の波形に対する目標値ｄ（ｉ）の一例を表し、（ｃ）は目標値ｄ（ｉ）を用いた適応信号処理により算出されたゲインによってピーク電圧を抑圧された信号の包絡線レベルの一例を表す。
【００４４】
上記目標値ｄ（ｉ）は、包絡線検出部２１で検出したピーク抑圧前の信号の包絡線レベルｚ（ｉ）を用いて、予め設定されたしきい値ｄ_thに基づいて、次式（８）により算出する。
【００４５】
【数８】

【００４６】
式（８）では、ピーク抑圧前の信号の包絡線レベルｚ（ｉ）がしきい値ｄ_thを超えた場合、しきい値ｄ_thを超えた部分の大きさに対して重みα（＞０）を乗算し、その後、その乗算結果をしきい値ｄ_thから減算する処理を行うことにより、目標値を算出している。この処理では、ピーク抑圧後の包絡線レベルがしきい値ｄ_thを大きく超えないように、超過部分のレベルに応じて、目標値ｄ（ｉ）をしきい値ｄ_thよりも小さな値に設定する。
【００４７】
このように、本実施の形態においては、ピーク抑圧後の信号の振幅がしきい値を大きく超えないようにするために、ピーク抑圧前信号のしきい値を超える信号部分に対応する目標値を、ピーク電圧の大きさに応じてしきい値よりも小さな値に設定する。これにより、さらに、ピーク電圧抑圧効果を大きくすることができる。
【００４８】
実施の形態４．
つぎに、実施の形態４のピーク電圧抑圧手順について説明する。なお、送信装置およびピーク抑圧部５の構成については、先に説明した実施の形態１および２と同様であるため、ここでは、実施の形態１および２と処理の異なるピーク抑圧部５内の目標値生成部２２の処理についてのみ説明する。
【００４９】
本実施の形態では、目標値ｄ（ｉ）を、包絡線検出部２１で検出したピーク抑圧前の信号の包絡線レベルｚ（ｉ）を用いて、予め設定されたしきい値ｄ_thに基づいて、次式（９）により算出する。
【００５０】
【数９】

【００５１】
式（９）では、ピーク抑圧前の信号の包絡線レベルｚ（ｉ）がしきい値ｄ_thを超えた場合、しきい値ｄ_thを超えた部分の大きさに対して重みα（＞０）を乗算し、その後、その乗算結果をしきい値ｄ_thから減算する処理を行うことにより、目標値を算出している。この処理では、ピーク抑圧後の包絡線レベルがしきい値ｄ_thを大きく超えないように、超過部分のレベルに応じて、目標値ｄ（ｉ）をしきい値ｄ_thよりも小さな値に設定する。さらに、ｚ（ｉ）の信号レベルが大きく、（１＋１／α）・ｄ_thを超えた場合には、式（９）に示すように、目標値ｄ（ｉ）＝０と設定することにより、目標値ｄ（ｉ）が正の値をとるよう制限する。
【００５２】
このように、本実施の形態においては、ピーク抑圧後の信号の振幅がしきい値を大きく超えないようにするために、ピーク抑圧前信号のしきい値を超える信号部分に対応する目標値を、ピーク電圧の大きさに応じてしきい値よりも小さな０以上の値を設定する。すなわち、目標値の範囲を限定する。これにより、回路規模を抑えながらピーク電圧を抑圧でき、さらに、帯域外輻射を低減することができる。
【００５３】
実施の形態５．
図１０は、実施の形態５のピーク抑圧部５の構成を示す図である。なお、ピーク抑圧部５以外の送信装置の構成については、先に説明した実施の形態１の図１と同様であるため同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、実施の形態２と動作の異なるピーク抑圧部５内のしきい値算出部６１の処理についてのみ説明する。
【００５４】
しきい値算出部６１では、ピーク電圧を制限するためのしきい値を信号の振幅（包絡線レベル）の平均値を基準に算出する。しきい値算出部６１では、まず、包絡線検出部２１の出力を用いて時間方向の平均化処理を行い、信号の包絡線レベルの平均値を算出する。そして、この平均値に任意の正の定数βを乗算することによりしきい値を算出する。なお、上記平均化処理は、一定の時間範囲内で平均化を行うＦＩＲフィルタを用いてもよいし、一定の次定数を有するＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを用いて実現することとしてもよい。
【００５５】
このように、本実施の形態においては、入力信号の振幅（包絡線レベル）の平均値に比例した値をしきい値として算出する。これにより、さらに、入力信号のレベルに応じて適切にしきい値を設定することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、一例として、実施の形態２のピーク抑圧部の構成にしきい値算出部６１を追加した場合について説明したが、これに限らず、たとえば、実施の形態１，３，４のピーク抑圧部の構成にしきい値算出部６１を追加することとしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、ピーク電圧を抑圧するために、送信すべき信号の包絡線レベルに対して所定のしきい値を設定し、たとえば、包絡線レベルが前記しきい値よりも大きい場合には、ゲインを適応的にコントロールするための目標値を前記しきい値とし、一方、包絡線レベルが前記しきい値よりも小さい場合には、目標値を包絡線レベルとする。そして、ピーク抑圧後の信号が目標値に近づくように、上記送信すべき信号に対して適応信号処理により算出されたゲインを乗算する。これにより、ピーク電圧を抑圧しつつ、さらに帯域外輻射を低減させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる送信装置の構成を示す図である。
【図２】ガードインターバル（ＧＩ）の付加方法を示す図である。
【図３】実施の形態１のピーク抑圧部の構成を示す図である。
【図４】ピーク抑圧部の移動平均処理の一例を示す図である。
【図５】ピーク電圧を抑圧する手順を示す図である。
【図６】実施の形態２のピーク抑圧部の構成を示す図である。
【図７】ピーク抑圧部内で実行されるＦＩＲフィルタ処理の一例を示す図である。
【図８】ＦＩＲフィルタのタップ係数の一例を示す図である。
【図９】実施の形態３のピーク電圧抑圧手順を示す図である。
【図１０】実施の形態５のピーク抑圧部の構成を示す図である。
【図１１】従来の送信装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部、２−１，２−２，２−ｎ変調器、３逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部、４ガードインターバル（ＧＩ）付加部、５ピーク抑圧部、６周波数変換部、７発振器、８送信アンプ、９アンテナ、２１包絡線検出部、２２目標値生成部、２３，２９，３３，５２−１，５２−２，５２−（Ｍ＋１）乗算器、２４，２６移動平均部、２５２乗器、２７除算器、２８遅延器、３１，５１シフトレジスタ、３２，５３加算器、４１，４２ＦＩＲフィルタ部、６１しきい値算出部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a peak suppressor and a transmitter capable of suppressing a peak voltage of a modulation signal, and in particular, it occurs because nonlinear amplitude limitation is performed even when the peak voltage is suppressed. The present invention relates to a peak suppressor and a transmitter that can reduce out-of-band radiation.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a conventional transmission apparatus will be described. For example, in the multicarrier modulation scheme, processing for suppressing the peak voltage of the modulation signal is performed on the transmission device side. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a conventional transmission apparatus (see, for example, Non-Patent Document 1).
[0003]
Here, as an example of the conventional transmission apparatus, an operation of a transmission apparatus capable of suppressing the peak voltage of the modulation signal in the multicarrier modulation scheme will be described.
[0004]
First, transmission data is input to a serial / parallel (S / P) conversion unit 200. Here, the received serial data is converted into parallel data corresponding to the number of transmittable carriers. Each of the modulators 201-1, 201-2,..., 201-n that individually receives the data after S / P conversion executes predetermined modulation processing. The inverse Fourier transform (IFFT) unit 202 that receives the modulated signal performs inverse Fourier transform on each modulated signal to generate a multicarrier signal, and outputs it as a time waveform for each symbol. The guard interval (GI) adding unit 210 that has received the output signal of the IFFT unit 202 adds a guard interval in order to reduce the influence of delay waves on the transmission path in wireless communication.
[0005]
The clipping unit 220 that has received the symbol after adding the guard interval reduces the peak voltage of the time waveform of the symbol after adding the guard interval. The signal output y after peak voltage reduction (after clipping processing) can be expressed by the following equation (1), for example, where x is the signal input for each sample and A is the amplitude of clipping.
[0006]
[Expression 1]

[0007]
The filter unit 230 that has received the signal after clipping performs a filtering process so as to suppress large radiant power outside the band that is generated due to nonlinear amplitude limitation performed by the clipping unit 220. After that, the frequency conversion unit 240 that has received the signal after the filtering process converts the signal into a predetermined frequency band, the transmission amplifier unit 250 amplifies the signal after frequency conversion, and the signal amplified by the transmission amplifier unit 250 Is transmitted from the antenna 260.
[0008]
[Non-Patent Document 1]
Effects of Clipping and Filtering on the Performance of OFDM, IEEE Communications Letters, vol. 2 No. 5, p.131-133 May 1998 【0009】
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional transmission apparatus, the peak voltage of the signal after multi-carrier modulation becomes very large with respect to the average power, and the spread of the amplitude distribution tends to increase as the number of carriers used increases. At this time, since the transmission amplifier needs to transmit using a linear region, it is necessary to set a large back-off in order to perform transmission without distortion corresponding to the large peak voltage. However, there is a problem that setting a large back-off causes a reduction in power efficiency.
[0010]
In order to suppress the peak voltage, there is a method called clipping that sets an upper limit value for the signal amplitude (envelope level) as described above. However, after clipping, out-of-band radiation occurs, and when band limiting is performed using a filter to suppress this out-of-band radiation, the peak voltage appears again, so there is a margin when setting backoff. There is a problem that it is necessary to reduce the power efficiency of the transmission amplifier.
[0011]
If the input signal amplitude fluctuates every certain time, the signal component may be clipped more than necessary if the upper limit value of the signal amplitude for suppressing the peak voltage is fixed. is there. For this reason, there is a problem that out-of-band radiation occurs and the modulation accuracy of the signal is further deteriorated.
[0012]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a peak suppression device and a transmission device that can reduce out-of-band radiation while suppressing peak voltage.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the peak suppressor according to the present invention suppresses the peak voltage of the input signal based on the envelope level of the input signal and a predetermined threshold value. Target value determining means for determining the target value of the envelope, first moving average means for moving and averaging the multiplication result of the envelope level and the target value, and second for moving and averaging the square result of the envelope level A moving average means, a gain calculating means for calculating a gain for the input signal by dividing a moving average result by the first moving average means by a moving average result by the second moving average means, and the gain And a peak suppressor that suppresses the peak voltage of the input signal exceeding the threshold.
[0014]
According to the present invention, in order to suppress the peak voltage, the predetermined threshold is set for the amplitude (envelope level) of the signal to be transmitted. For example, the envelope level is larger than the threshold value. In this case, a target value for adaptively controlling the gain is set as the threshold value. On the other hand, when the envelope level is lower than the threshold value, the target value is set as the envelope level. Then, the signal to be transmitted is multiplied by the gain calculated by the adaptive signal processing so that the signal after peak suppression approaches the target value.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a peak suppression device and a transmission device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0016]
Embodiment 1 FIG.
The present embodiment relates to a peak suppressing device (transmitting device) that can suppress the peak voltage of a modulated signal. As an example, processing for suppressing the peak voltage is applied to a modulated signal of a multicarrier modulation scheme. The case where it is applied will be described.
[0017]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transmission apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a method for adding a guard interval (GI).
[0018]
Here, the operation when the processing for suppressing the peak voltage is applied to a multi-carrier modulation transmission apparatus will be described with reference to FIG. First, transmission data is input to a serial / parallel (S / P) conversion unit 1, and here, the received data is converted into parallel data corresponding to the number of transmittable carriers. The modulators 2-1, 2-2,..., 2-n that individually receive the data after S / P conversion modulate the data. The inverse Fourier transform (IFFT) unit 3 that has received the output (modulated signal) of each modulator performs inverse Fourier transform on each modulated signal and outputs a time waveform for each symbol as a multicarrier signal. The guard interval (GI) adding unit 4 that has received the output of the IFFT unit 3 adds a guard interval as shown in FIG. 2 in order to reduce the influence of delayed waves on the transmission path in wireless communication.
[0019]
The peak suppressor 5 suppresses the peak voltage in the time waveform after adding the guard interval. Here, the operation of the peak suppressor 5 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the peak suppressor 5 according to the first embodiment, FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a moving average process of the peak suppressor 5, and FIG. 5 suppresses the peak voltage. It is a figure which shows a procedure.
[0020]
The envelope detector 21 detects the envelope level of the input complex signal. Then, the output (envelope level) of the envelope detector 21 is output to the target value generator 22, multiplier 23, and squarer 25, respectively. At this time, the envelope level is a noise-like waveform (envelope before peak suppression) having a plurality of peaks as shown in FIG.
[0021]
The target value generation unit 22 uses the output of the envelope detection unit 21 to calculate a target value d (i) based on the set threshold value d _th for each sample. When the envelope level (complex value) for each sample output from the envelope detector 21 is z (i), the target value d (i) can be expressed as the following equation (2). As a result, the target value d (i) has a waveform in which the peak is suppressed by the threshold value d _th as shown in FIG.
[0022]
[Expression 2]

[0023]
The multiplier 23 that has received the target value d (i) multiplies the target value d (i) by the envelope level z (i). Further, the moving average unit 24 that has received the multiplication result uses the (M + 1) -stage shift register 31 (M is an even number), an adder 32, and a multiplier 33 shown in FIG. Output. Specifically, the moving average value u (i) is calculated according to the following equation (3).
[0024]
[Equation 3]

[0025]
On the other hand, the squarer 25 squares the input envelope level z (i) and outputs the result to the moving average unit 26. The moving average unit 26 calculates a moving average value v (i) according to the following equation (4).
[0026]
[Expression 4]

[0027]
The divider 27 that has received the moving average value u (i) and the moving average value v (i) performs division according to the following equation (5) and outputs a gain g (i).
[0028]
[Equation 5]

[0029]
Then, in order to multiply the input complex signal by the gain g (i) calculated by Expression (5), the delay unit 28 performs delay adjustment of the complex signal. The multiplier 29 multiplies the complex signal after delay adjustment by the gain g (i), and outputs the result as a signal after peak suppression. FIG. 5C shows the envelope level of the signal after peak suppression.
[0030]
Thereafter, the frequency conversion unit 6 that has received the signal after peak suppression obtained by the peak suppression unit 5 converts the signal into a predetermined frequency band, the transmission amplifier unit 8 amplifies the signal after frequency conversion, and a transmission amplifier. The signal amplified by the unit 8 is transmitted from the antenna 9.
[0031]
In the present embodiment, the processing for suppressing the peak voltage of the modulation signal has been described using a transmission device that employs the multicarrier modulation scheme. However, this processing is not limited to this, and for example, the peak of the modulation signal The present invention may be applied to a transmission device (peak suppression device) that employs a CDMA (Code Division Multiple Access) system in which the voltage increases.
[0032]
As described above, in the present embodiment, in order to suppress the peak voltage, a predetermined threshold is set for the amplitude (envelope level) of the signal to be transmitted. If the threshold value is larger than the threshold value, the target value for adaptively controlling the gain is set as the threshold value. On the other hand, if the envelope level is lower than the threshold value, the target value is set as the envelope level. And Then, the signal to be transmitted is multiplied by the gain calculated by the adaptive signal processing so that the signal after peak suppression approaches the target value. As a result, it is possible to further reduce out-of-band radiation while suppressing the peak voltage.
[0033]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the peak suppressing unit 5 according to the second embodiment. Note that the configuration of the transmitting apparatus other than the peak suppression unit 5 is the same as that of FIG. 1 of the first embodiment described above, and therefore the same reference numerals are given and description thereof is omitted. Here, only the processing of the peak suppressor 5 that operates differently from the first embodiment will be described.
[0034]
Hereinafter, the operation of the peak suppressor 5 in the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of FIR (Finite Impulse Response) filter processing executed in the peak suppressing unit 5, and FIG. 8 is a diagram illustrating an example of tap coefficients of the FIR filter. In addition, about the structure similar to FIG. 3 of Embodiment 1 demonstrated previously, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[0035]
The FIR filter unit 41 that has received the multiplication result of the target value d (i) and the envelope level z (i) from the multiplier 23 performs multiplication with the (M + 1) -stage shift register 51 (M is an even number) shown in FIG. Using the units 52-1, 52-2,..., 52- (M + 1) and the adder 53, the FIR filter output value u (i) is output. Specifically, the FIR filter output value u (i) is calculated according to the following equation (6).
[0036]
[Formula 6]

[0037]
Here, as shown in FIG. 7, by multiplying each register value by tap coefficients b (0), b (1),..., B (M) of the FIR filter, the influence degree of the sample of the transmission signal Consider. Further, for example, as shown in FIG. 8, the tap coefficient is a coefficient set so that (j = 0,..., M) and b (M / 2) are the largest among b (j). And For example, it is effective to set a window function such as a Hanning window or a Blackman window, which makes it easy to reflect Z (i), which is the i-th sample signal, at the time of gain generation.
[0038]
On the other hand, the FIR filter unit 42 that has received the square result of the envelope level z (i) from the squarer 25 outputs the FIR filter output value v (i) according to the following equation (7). However, b (j) represents a tap coefficient (j = 0, ..., M).
[0039]
[Expression 7]

[0040]
Thereafter, the divider 27 that has received the FIR filter output value u (i) and the FIR filter output value v (i) performs division according to the above (5) and outputs the gain g (i). The multiplier 29 multiplies the complex signal after delay adjustment by the delay unit 28 by the gain g (i), and outputs the result as a signal after peak suppression.
[0041]
As described above, in the present embodiment, the gain multiplied by the transmission signal to suppress the peak voltage is calculated by the weighted averaging process in the time direction in consideration of the influence degree of the sample of the transmission signal, and then the transmission signal is On the other hand, the gain is multiplied for each sample. Thereby, it is possible to reduce out-of-band radiation while increasing the peak voltage suppression effect as compared with the first embodiment described above.
[0042]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a peak voltage suppression procedure according to the third embodiment. Note that the configurations of the transmission apparatus and the peak suppressor 5 are the same as those of the first and second embodiments described above, and therefore, here, the target in the peak suppressor 5 that is different in processing from the first and second embodiments. Only the processing of the value generation unit 22 will be described.
[0043]
9A shows an example of the envelope level z (i) of the signal detected by the envelope detector 21, that is, an example of the envelope level before peak voltage suppression, and FIG. 9B shows the envelope level in this embodiment. An example of the target value d (i) with respect to the waveform of (a) input to the target value generation unit 22 is shown, and (c) shows the peak voltage by the gain calculated by the adaptive signal processing using the target value d (i). An example of an envelope level of a signal in which is suppressed.
[0044]
The target value d (i) is calculated using the following equation (2) based on a preset threshold value d _th using the envelope level z (i) of the signal before peak suppression detected by the envelope detector 21. 8).
[0045]
[Equation 8]

[0046]
In equation (8), when the envelope level z peak suppression signal before (i) exceeds the threshold d _th, the weight alpha (> 0 relative to the size of the part exceeding the threshold value d _th ) And then a process of subtracting the multiplication result from the threshold value d _th is performed to calculate the target value. In this process set as envelope level after the peak suppression is not greatly exceed the threshold d _th, depending on the level of excess portion, the target value d (i) to a value smaller than the threshold value d _th To do.
[0047]
As described above, in this embodiment, in order to prevent the amplitude of the signal after peak suppression from greatly exceeding the threshold value, the target value corresponding to the signal portion exceeding the threshold value of the signal before peak suppression is set. In accordance with the magnitude of the peak voltage, a value smaller than the threshold value is set. Thereby, the peak voltage suppression effect can be further increased.
[0048]
Embodiment 4 FIG.
Next, the peak voltage suppression procedure of the fourth embodiment will be described. Note that the configurations of the transmission apparatus and the peak suppressor 5 are the same as those of the first and second embodiments described above, and therefore, here, the target in the peak suppressor 5 that is different in processing from the first and second embodiments. Only the processing of the value generation unit 22 will be described.
[0049]
In the present embodiment, the target value d (i) is based on a preset threshold value d _th using the envelope level z (i) of the signal before peak suppression detected by the envelope detector 21. Then, it is calculated by the following equation (9).
[0050]
[Equation 9]

[0051]
In equation (9), when the envelope level z peak suppression signal before (i) exceeds the threshold d _th, the weight alpha (> 0 relative to the size of the part exceeding the threshold value d _th ) And then a process of subtracting the multiplication result from the threshold value d _th is performed to calculate the target value. In this process set as envelope level after the peak suppression is not greatly exceed the threshold d _th, depending on the level of excess portion, the target value d (i) to a value smaller than the threshold value d _th To do. Furthermore, when the signal level of z (i) is large and exceeds (1 + 1 / α) · d _th , by setting the target value d (i) = 0 as shown in the equation (9), The target value d (i) is limited to take a positive value.
[0052]
As described above, in this embodiment, in order to prevent the amplitude of the signal after peak suppression from greatly exceeding the threshold value, the target value corresponding to the signal portion exceeding the threshold value of the signal before peak suppression is set. A value of 0 or more smaller than the threshold value is set according to the magnitude of the peak voltage. That is, the range of the target value is limited. Thereby, it is possible to suppress the peak voltage while suppressing the circuit scale, and further reduce out-of-band radiation.
[0053]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the peak suppressing unit 5 according to the fifth embodiment. Note that the configuration of the transmitting apparatus other than the peak suppression unit 5 is the same as that of FIG. 1 of the first embodiment described above, and therefore the same reference numerals are given and description thereof is omitted. Here, only the processing of the threshold value calculation unit 61 in the peak suppression unit 5 that is different in operation from the second embodiment will be described.
[0054]
The threshold value calculation unit 61 calculates a threshold value for limiting the peak voltage based on the average value of the amplitude (envelope level) of the signal. First, the threshold calculation unit 61 performs an averaging process in the time direction using the output of the envelope detection unit 21 to calculate the average value of the envelope level of the signal. Then, a threshold value is calculated by multiplying the average value by an arbitrary positive constant β. The averaging process may be performed using an FIR filter that performs averaging within a certain time range, or may be realized using an IIR (Infinite Impulse Response) filter having a certain order constant.
[0055]
Thus, in this embodiment, a value proportional to the average value of the amplitude (envelope level) of the input signal is calculated as the threshold value. Thereby, the threshold value can be appropriately set according to the level of the input signal.
[0056]
In the present embodiment, as an example, the case where the threshold value calculation unit 61 is added to the configuration of the peak suppression unit of the second embodiment has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, the first and third embodiments. , 4 can be obtained by adding the threshold value calculation unit 61 to the configuration of the peak suppression unit.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in order to suppress the peak voltage, a predetermined threshold value is set for the envelope level of the signal to be transmitted. For example, the envelope level is the threshold value. Is greater than the threshold value, the target value for adaptively controlling the gain is set as the threshold value. On the other hand, when the envelope level is lower than the threshold value, the target value is set as the envelope level. . Then, the signal to be transmitted is multiplied by the gain calculated by the adaptive signal processing so that the signal after peak suppression approaches the target value. Thereby, it is possible to further reduce out-of-band radiation while suppressing the peak voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transmission apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of adding a guard interval (GI).
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a peak suppression unit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a moving average process performed by a peak suppression unit.
FIG. 5 is a diagram illustrating a procedure for suppressing a peak voltage.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a peak suppression unit according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of FIR filter processing executed in a peak suppression unit.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of tap coefficients of an FIR filter.
FIG. 9 is a diagram illustrating a peak voltage suppression procedure according to the third embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a peak suppressor according to a fifth embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a conventional transmission device.
[Explanation of symbols]
1 serial / parallel (S / P) conversion unit, 2-1, 2-2, 2-n modulator, 3 inverse Fourier transform (IFFT) unit, 4 guard interval (GI) addition unit, 5 peak suppression unit, 6 Frequency conversion unit, 7 oscillator, 8 transmission amplifier, 9 antenna, 21 envelope detection unit, 22 target value generation unit, 23, 29, 33, 52-1, 52-2, 52- (M + 1) multiplier, 24, 26 moving average unit, 25 squarer, 27 divider, 28 delay unit, 31, 51 shift register, 32, 53 adder, 41, 42 FIR filter unit, 61 threshold calculation unit.

Claims

Target value determining means for determining a target value for suppressing the peak voltage of the input signal based on the envelope level of the input signal and a predetermined threshold;
First moving average means for moving average the multiplication result of the envelope level and the target value;
Second moving average means for moving average the squared result of the envelope level;
A gain calculating means for calculating a gain for the input signal by dividing a moving average result by the first moving average means by a moving average result by the second moving average means;
Peak suppression means for suppressing the peak voltage of the input signal exceeding the threshold using the gain;
A peak suppressor comprising:

Target value determining means for determining a target value for suppressing the peak voltage of the input signal based on the envelope level of the input signal and a predetermined threshold;
First filtering means for filtering a multiplication result of the envelope level and the target value by an FIR (Finite Impulse Response) filter;
Second filtering means for filtering the squared result of the envelope level with an FIR filter;
Gain calculation means for calculating a gain for the input signal by dividing the filtering result by the first filtering means by the filtering result by the second filtering means;
Peak suppression means for suppressing the peak voltage of the input signal exceeding the threshold using the gain;
A peak suppressor comprising:

3. The peak suppressor according to claim 2, wherein the first and second FIR filtering means set the tap coefficient so as to become a larger value as it approaches the center of the FIR filter.

The target value determining means sets the target value as the threshold when the envelope level exceeds the threshold, and sets the target value when the envelope level is equal to or lower than the threshold. The peak suppressor according to claim 1, wherein the peak suppressor is an envelope level.

When the envelope level exceeds the threshold value, the target value determining means sets the target value to a value smaller than the threshold value according to the envelope level of the excess portion, while the envelope level is The peak suppressor according to claim 1, 2, or 3, wherein a target value is set to the envelope level when the value is equal to or less than a threshold value.

When the envelope level exceeds the threshold value, the target value determining means sets the target value to a value smaller than the threshold value and greater than or equal to 0 according to the envelope level of the excess portion, The peak suppressor according to claim 1, 2, or 3, wherein a target value is set to the envelope level when the line level is equal to or less than the threshold value.

Furthermore, threshold value calculating means for calculating the predetermined threshold value based on an average value of the envelope level of the input signal,
The peak suppressor according to any one of claims 1 to 6, further comprising:

In a transmission device including a peak suppression unit that suppresses a peak voltage of a modulation signal,
The peak suppressor is
Target value determining means for determining a target value for suppressing the peak voltage of the input signal based on the envelope level of the input signal and a predetermined threshold;
First moving average means for moving average the multiplication result of the envelope level and the target value;
Second moving average means for moving average the squared result of the envelope level;
A gain calculating means for calculating a gain for the input signal by dividing a moving average result by the first moving average means by a moving average result by the second moving average means;
Peak suppression means for suppressing the peak voltage of the input signal exceeding the threshold using the gain;
A transmission device comprising:

In a transmission device including a peak suppression unit that suppresses a peak voltage of a modulation signal,
The peak suppressor is
Target value determining means for determining a target value for suppressing the peak voltage of the input signal based on the envelope level of the input signal and a predetermined threshold;
First filtering means for filtering a multiplication result of the envelope level and the target value by an FIR (Finite Impulse Response) filter;
Second filtering means for filtering the squared result of the envelope level with an FIR filter;
Gain calculation means for calculating a gain for the input signal by dividing the filtering result by the first filtering means by the filtering result by the second filtering means;
Peak suppression means for suppressing the peak voltage of the input signal exceeding the threshold using the gain;
A transmission device comprising:

Furthermore, the peak suppressor is
Threshold value calculating means for calculating the predetermined threshold value based on an average value of an envelope level of an input signal;
The transmission device according to claim 8, further comprising: